3장. 3D프린팅 기술의 종류

3D 프린팅 기술은 설계 의도에 자유를 부여하여 혁신적인

제품의 디자인이나 제조를 가능하게 해 주는 융합기술이다.

 

ASTM과 ISO의 7가지 프린팅 방식 분류는? 

① 재료 압출 방식(Materrial Extrusion, ME)

② 광중합방식(Photo pLOYMERIZATION, pp)

③ 재료 분사 방식(Material Jetting, MJ)

④ 접착제 분사방식(Binder Jerting, BJ)

⑤ 분말 적층 용융 방식(Power Bed Fusion, PBF)

⑥ 고에너지 직접 조사 방식(Direct Energy Deposition, DED0

⑦ 시트 적층 방식(Sheet Lamination, SL)

 

1. 고체 기반 방식

고체 재료인 필라멘트, 와이어, 펠렛, 시트 등 높은 온도로 용융시켜

압출시키거나, 접착제를 이용해 시트, 필름을 접착한 후 정밀 커팅을

통해 입체 물체를 제작하는 기술이다.

 

1.1 재료 압출 방식(Material Extrusion, ME)

* 가장 보편화된 방식

* 필라멘트가 감겨있는 스풀(Build material spool)로부터 공급된 재료

→녹는점까지 가열→노즐 통과→지정위치로이동하면서 물체를 생성한다. 

 

* 열가소성 수지를 가열하여 녹이면서 조형을 만들어 나간다.

출처 : 3dch.co.kr/printer/uses2

 

 

 

1.1.1 용융 적층 모델링(Fused Deposition Modeling, FDM)

- 1988년 미국의 스캇 크럼프에 의해 개발, 스트라타시스릍 통해 상용화되었다.

- 특허가 만료되면서 3D 프린터용 오픈소스가 개발, 저렴한 제품들의 개발 시작.

- 상표권은 스트라타시스의 스캇 크럼프가 보유하고 있다.

- 랩 랩에서는 FFF(Fuser Filament Fabriction, 용융 적층 조형) 단어를 사용한다.

- FDM=FFF 모두 동일한 방식을 지칭한다.

** FDM 방식

① 3D 모델링 파일을 G-CODE로 변환한다.

- 3D 프린터의 X, Y, Z축의 이송명령과 익스트루더(Extruder)에

재료 사출 명령을 내리는 과정을 반복, 3차원 조형을 완성한다.

 

② G-CODE

- 1950년대부터 산업현장에서 사용되었다.

- 절삭가공기계인 CNC 머신류에 사용되는 수치 제어 가공기계를 위한 명령어이다.

- 3D 프린터의 X, Y, Z축의 움직임과 동작, 모니터 설정 등 프린터를 제어하는 명령이다.

 

 

③ FDM 방식은 ABS, PLA, PVA, PC, 폴리에틸렌, 왁스 등과 스페셜 소재에

이르기까지 다양한 재료들이 사용된다.

 

▶장점 : 장비 가격과 유지보수비용 저렴하다.

---------기구부의 구조, 프로그램 간단하다.

▶단점 : 조형 출력 속도 느리다.

---------적층 형태 결 무늬로 조형 표면의 정밀도 떨어진다.

---------같은 소재를 사용할 경우 서포트를 제거해야 하는 번거로움이 있다.

 

 

1.2 시트 적층 방식(Sheet Lamination, SL)

대표 기술 : LOM, SDL, RLM, Ultrasonic

 

- 얇은 필름 형태의 재료나 마문지와 같은 얇은 두께의 종이, 롤 상태의

PVC래미네이트(laminate),같은 소재를 CO2 레이저나 정밀 커터로

자른 후 열로 가열하고 접착제 등으로 접착하여 형상을 제작하는 방식이다.

(얇은 필름 형태의 종이, 박판 수지나 금속을 열, 접착제 등으로 붙여가며

적층 시키는 방법이다.)

단점 : 산업 응용력이 떨어진다.

 

출처 : www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/9983

1.2.1 개체 접합 조형(Laminated Manufacturing, LOM)

헬리시스(Helisys, 현 cubic)사에서 개발

 

① 컴퓨터 포맷으로 변환되는 캐드(CAD) 파일은 STL, 3DS를 사용한다.

② 얇은 소재를 한 장씩 쌓고 다음 물체의 모양대로 잘라서 조형물을 완성하는 방식이다.

③ 소재 : 종이, 플러스틱, 금속 래미네이트 등

 

 

 

 

1) LOM방식의 원리 

- 접착제가 코팅된 소재를 공급하여 칼이나 레이저를 이용해 절단하고 한 레이어가

완료되면 플랫폼은 인치(inch)의 약 1/16만큼 하강한다.

- 새로운 시트를 공급하고 가열된 롤러를 이동시켜 시트의 접착제를 용융시킨다.

 

장점 : ①소재면에서 제작비용 크게 절감할 수 있다.

-------②실사와 같은 색상을 출력할 수 있다,

단점 : ①종이 소재의 경우 내구성이 약하다

-------②한정적인 소재로 인해 사용상 유연성이 떨어진다.

 

LOM구조도

이미지 출처 : slidesplayer.org/slide/15000474/

 

 

출처 : youtu.be/mwVgNqVnrew

 

 

 

1. fall supply

3. heated roller

5. laser beam

시제품

출처 : www.youtube.com/watch?v=TjDib7J3Iy4&feature=youtu.be