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  • 3D 프린터는 어떻게 사물을 인쇄할까 [기술]
  • 심준보 (IP: *.104.135.104)
    조회 수: 67605, 추천 수: 0/0, 2011.07.05 11:23:53
  • 종이에 글자를 인쇄하는 프린터의 원리는 누구나 안다. 액체 형태의 잉크를 종이 위에 글자나 그림 모양으로 미세하게 분사하는 방식이라는 것을. 서너 가지 색상을 조합해 다양한 색상을 만들어내는 것도 프린터의 중요한 원리다. 사용자가 원하는 글자나 색깔, 모양이 마술처럼 종이 위에 나타나지만, 생활에 깊게 자리 잡은 기술이라 신기하다는 생각은 들지 않는다.


    그렇다면 3D 프린터라면 어떨까. 종이 위에 2차원 글자를 인쇄하는 프린터가 아니라, 3차원 물체를 만드는 프린터 말이다.


    이스라엘의 ‘오브젯’이라는 업체는 3D 프린터를 만드는 업체다. 오브젯 3D 프린터의 국내 유통과 기술지원을 담당하고 있는 시스옵엔지니어링을 찾아가 3D 프린터 원리를 들어봤다.



    “오브젯의 3D 프린터 기술인 ‘폴리젯’ 방식은, 등고선 판을 쌓아 올려 만드는 3차원 지도를 생각하면 이해하기 쉽습니다. 등고선 판을 한층 한층 쌓아 입체감을 갖는 지도를 만드는 과정과 똑같습니다.”


    김종호 시스옵엔지니어링 대표는 오브젯의 3D 프린터 기술인 ‘폴리젯’ 방식을 이렇게 설명했다. 이만하면 프린터라기보다는 물체를 만드는 제조장비에 가깝다. 하지만 판 위에 원료를 분사해 결과물을 얻는다는 점에서는 기존 잉크젯 프린터를 닮았다. 폴리젯이라는 이름도, 폴리젯 3D 프린터의 원료인 ‘포토폴리머(광경화성수지)’와 기존 프린터의 ‘잉크젯’의 붙임말에서 나왔다.


    원리는 간단하다. 폴리젯 3D 프린터의 원료인 액체 상태의 광경화성수지를 프린터 내부에 있는 판에 도포하며 물체를 만든다. 0.016mm(16미크론)나 0.03mm(30미크론) 두께로 미세하게 액체를 분사해 물체를 쌓아 올리는 방식이다. 프린터 헤드에서 분사된 액체상태의 원료는 헤드 양옆에 달려 있는 자외선램프에 의해 분사 직후 굳는다. 광경화성수지는 자외선에 반응해 굳기 때문이다. 이렇게 굳은 층 위에 또다시 원료를 분사해 물체를 쌓아 올린다.


    3D 프린터의 개념은 80년대 후반에도 있었다. 자외선 등의 빛을 쪼이면 딱딱하게 굳는 광경화성수지를 이용한 SLA 방식이나, 수지나 금속 분말을 이용해 3차원 물체를 인쇄하는 방식도 있다. 미세한 석회 가루를 원료로 해 접착 물질과 함께 분사해 물체를 만드는 방식이나 외부에서 물체를 깎아 모양을 만드는 방식 3D 프린터 등 종류도 다양하다.


    하지만 아무것도 없는 상태에서 원료를 쌓아 올리는 방식으로 물체를 만드는 방법은 폴리젯 3D 프린터의 가장 큰 차이점이자 장점이다. SLA 방식이나 절삭 방식은 물체의 모형을 결정하는 데 한계점이 많기 때문이다. 예를 들어 깎아 만드는 방식으로는 달팽이관 모양이나, 구부러진 모양 등 복잡한 물체를 만들 수 없다. 기계가 물체 안쪽으로 파고들어 모양을 내는 데 한계가 있다.


    이와 달리 폴리젯 3D 프린터는 정교한 물체도 만들 수 있다. 물체의 맨 아래쪽부터 미세한 두께로 쌓아 올리는 방법은 표현의 한계에서 자유롭다.


    질감이 다른 두 원료를 배합해 서로 다른 질감을 내는 물체의 모형을 만들 수 있다는 점도 오브젯 3D 프린터의 장점이다. 두 가지 원료를 배합해 원료와 다른 색상을 낸다거나, 연성과 경성 원료를 배합해 중간 정도 연성을 갖는 물질을 만들 수 있다. 원료 배합의 비율에 따라 완성되는 물체의 질감이나 색상을 다양하게 조절할 수 있다.



    김종호 대표는 “아직은 두 가지 원료를 배합해 쓰는 프린터만 출시됐지만, 이론적으로는 서너 가지 원료를 한꺼번에 이용하는 것도 가능하다”라고 설명했다.


    이 같은 3D 프린터 기술을 가장 많이 이용하는 이들은 산업체다. 완성된 제품을 보기 전, 3D 캐드 소프트웨어로 디자인한 제품을 완성품과 거의 흡사하게 만들어볼 수 있다. 원료 배합을 통해 다양한 질감을 나타낼 수 있어 견본 제품의 완성도도 높다.


    디자인을 의논하는 업체끼리 오브젯 프린터를 이용하고 있다면, 3D 프린팅 파일을 e메일로 주고받으며 수 시간 만에 견본품을 완성해 의견을 교환할 수도 있다. 바다 건너 있는 업체끼리도 실시간으로 견본 제품을 직접 보며 의견을 주고받을 수 있는 셈이다. 이 과정에서 생기는 이익이 크다.


    “기존에는 외부 업체에 입체 견본을 맡겨야 했습니다. 완성 제품의 견본 제품인 만큼 디자인이 유출될 가능성이 있는 것은 물론이고, 시간과 비용도 많이 들었죠. 하지만 사무실에서 직접 3D로 견본을 만들면 디자인이 유출될 염려도 없고, 비용과 시간도 획기적으로 개선됩니다. 통상 75% 가까이 소요 경비를 줄일 수 있습니다.”


    물체의 면적에 따라 물체를 만드는 데 걸리는 시간은 천차만별이지만 가로 5cm, 세로 2cm 정도 면적에 두께 5mm 물체를 만드는 데 25분이 걸렸다. 물체의 면적이 넓거나 높이가 높아지면 시간은 늘어난다. 보통 제품을 만드는 데 2~4시간이 걸린다고 하니, 손바닥 만 한 물체 하나를 완성하는 데 걸리는 시간이 꽤나 긴 셈이다. 외부 업체에 제작을 의뢰할 때보다는 시간을 줄일 수 있지만, 원료가 되는 광경화성수지가 자외선에 굳는 시간을 생각하면, 프린터 헤드가 움직이는 속도를 높이는 데 한계가 있다.


    3D 프린터의 높은 가격도 아직은 3D 프린터가 일상에 파고들기 어려운 이유 중 하나다. 데스크톱용 제품이 있긴 하지만, 지난 6월30일 신제품 발표회에서 공개된 오브젯의 상위 제품 ‘코넥스260′은 2억원을 호가한다.


    이 같은 단점과 아직 일반 사용자들은 플라스틱 수지를 이용해 물체를 만들 필요성이 없기 때문인지 3D 프린터는 산업분야에서 주로 이용되고 있다.



    3D 프린터를 이용하는 산업분야는 다양하다. 가전산업, 우주항공, 자동차, 소비재, 완구는 물론이고, 의료분야까지 이용되고 있다. 특히 폴리젯 방식의 3D 프린터는 연한 질감의 물체도 제작이 가능해 신발 업계에서 많이 쓰이고 있다. 최근에는 조형 예술가들도 3D 프린터를 이용해 작품의 모양을 미리 보기도 한다.


    “2001년 7월에는 과테말라에서 머리가 붙은 샴쌍둥이의 두개골 수술이 있었습니다. 오브젯 3D 프린터로 머리 모형을 제작해 혈관 모형까지 그대로 구현했죠. 동맥과 정맥혈관을 재현해 수술을 성공하게 하는 데 도움을 준 사례가 있습니다.”


    김종호 대표는 이어서 3D 프린터 1인 사용자 시대를 예고하기도 했다. 물건을 개인이 디자인하고 제작해 실제 생활에서 소비하는 시대다. 차곡차곡 원료를 쌓아올려 물체를 만드는 오브젯 3D 프린터가 3D 프린터 업계에서 입지를 한층 한층 쌓아 올리고 있다.


    ☞ 3D 프린팅 과정 보러가기


댓글 1 ...

  • 송준용

    2011.07.05 13:47
    (IP: *.3.242.130)

    한 발 늦었군 ㅎㅎ

http://ielab.hanyang.ac.kr/446
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