3D 프린터 장점과 단점

 

출처 : www.newsfreezone.co.kr/news/articleView.html?idxno=235410

여러 가지 단점투성이인 3D 프린터가 기존의 제작방식에 비해서 확실히 우위를 차지하는 점이 있다.

• 부품 수가 줄어든다.
  재료를 깎거나 주조하는 것으로는 자유롭게 모양을 낼 수 없기 때문에 가공 기계가 허용하는 형상으로 부품들을 쪼개서 제작하고 그것을 다시 조립해야 한다. 조립을 위한 볼트 하나하나도 모두 부품이 되고 그것들을 체결하기 위한 마운트 홀을 내는 것도 부품수 증가에 일조한다. 3D프린터는 부품의 가공 자유도가 대단히 높기 때문에 아주 적은 수의 부품만으로, 제품에 따라서는 단 하나의 부품만으로 완성할 수 있다.

• 조립 등 제작 공정이 줄어든다.
  부품 수가 줄어들어서 발생하는 필연적 효과. 조립 중 발생할 수 있는 여러 불량 요인도 같이 사라져 완제품의 불량률을 획기적으로 낮출 수도 있다.

• 무게 및 부피를 줄일 수 있다.
  부품들을 서로 결합하기 위한 볼트, 너트, 마운트 홀 등이 전부 생략되기 때문에 그것들이 차지하는 무게와 부피를 줄일 수 있다. 무게에 특히 민감한 항공기용 부품의 경우 이 장점이 매우 크게 작용해서 기존에는 불가능했던 여러 가지를 가능하게 만들어준다. 로켓 등 우주발사체의 경우 3단짜리를 2단으로 줄일 수도 있고 같은 단수에 더 무거운 페이로드를 올릴 수도 있다.

• 기존의 작업으로는 제작이 불가능한 제품이 제작 가능하다.
  공작기계로는 절대로 만들 수 없는 형상의 물건을 제조할 수 있다. 예를 들어 공 속의 공 같은 것이다. 기존 방법으로는 반구를 만들어서 접합이나 용접을 해야 하지만 3D프린터는 그냥 통째로 뽑아낼 수 있다.

 

 

 

• 작업 시간과 비용이 줄어든다.
  부품의 제작시간이 오래 걸리는 것은 3D 프린터의 단점이 분명하지만, 부품이 아닌 제품의 경우에는 얘기가 달라질 수도 있다. 수천 개 이상의 부품을 조립해서 완제품을 만들어 내는 경우 개별 부품의 제작시간보다 조립시간이 훨씬 길어지게 마련이다. 특히 다품종 소량 생산으로 갈수록 이 현상이 두드러진다. 금형을 필요로 하는 사출, 프레스 제품은 소량 생산할 경우 금형부터 제작할 필요가 없는 3D 프린터 쪽이 훨씬 생산시간과 비용을 절약할 수 있으며, 자신이 설계한 것을 싼 비용으로 목업으로 만들 수 있다. 또한 CNC 등 절삭가공에 반드시 필요한 지그 작업을 하지 않아도 된다. 더불어 제품 생산에 있어서 관련 지식이나 기술이 없이도 제대로 된 품질의 제품을 생산할 수 있게 되어 인건비도 줄어든다.

• 작업난이도가 CNC보다 상당히 낮다.
  CNC가 아무리 기계가 알아서 가공한다지만 절삭이 완벽히 자유롭지 못하기 때문에 가공기계가 허용하는 조건을 맞춰서 설계를 해야 한다. 반면 3D프린터는 허용하는 형상이 CNC에 비해 훨씬 자유롭다. 사실상 중력과 내부공동의 후처리에만 신경쓰면 된다.

• 기존의 작업 방법보다 비교할 수 없을 만큼 안전하다.
  시간이 많이 걸려서 그렇지 절삭 작업이 없기 때문에 절단 사고가 날 일이 전혀 없다. 물론 대형 부품을 프린팅하는 중에 부품이 자기 하중에 의해 붕괴하거나 레이저소결식 프린터에서 레이저 산란광에 의한 사고가 발생할 수 있으므로 상대적으로 안전하다는거지 가전제품 수준으로 안전한 것은 아니다. 특히 3D프린터는 장시간 쉬지 않고 동작하는 특성이 있어서(열팽창이나 표면경화 등의 문제로 중간에 임의로 작동을 멈출 수 없다) 작업자가 위험에 노출되는 시간이 훨씬 길다.

3D 프린터 단점

위의 반론들에서 세세히 언급되었다시피 아직까지는 기술적 문제가 산적해 있다.

 

 

 

 

 

• 시간
  3D 프린터는 마치 등고선을 입체화하는 작업처럼 미세한 높이의 매질을 층층이 쌓아 올려 구현화하는 방식이기 때문에 시간이 끔찍하게 오래 걸린다.]1개의 제품을 구현하기 위해서는 제품의 크기에 따라 다르지만 FDM(FFF)는 약 손바닥만한 크기가 6시간 이상이며, 속도가 빠른 다른 방식들은 세척 및 경화 작업까지 감안하면 오래 걸린다.

• 비용
  비용도 만만치 않게 든다. 3D 프린터 자체가 몇 억대를 오가는 고가 장비이며 프린팅하는 재료 자체도 특수한 것을 쓰기 때문에 비용이 만만하지 않다. 웬만한 모델링을 3D 프린터로 구현하려면 한 개에 수십만원 단위는 우습게 깨진다. 피규어 한 개의 모델링을 구현하는 데 비슷한 기업제 완성품 피규어 가격 몇 배 이상의 비용이 발생할 수 있다.

• 엄격하게 요구되는 환경
  또한 주로 쓰이는 FDM 방식의 필라멘트 중 ABS는 수축이 심하여 바닥에 안착이 안되거나 출력 중에 베드에서 떨어지는 등, 여러 어려움이 있으며, 이를 해결하기 위하여 ABS Juice를 베드에 도포하거나 히트 베드를 사용하는 등 각양각색의 방법을 동원하게 된다. 게다가 베드에서 떨어지는 것을 막더라도 출력물 자체가 갈라지는 경우가 많아 온도 유지를 위한 챔버가 반필수적이다.

• 내구성 및 신뢰성
  완성품의 내구성도 그렇게 신뢰성이 높지는 않다. 보통 사용되는 매질을 이용한다면 PVC 이하의 내구성을 가진다. 하지만 의외로 구현가능한 정밀성은 높다. 물론 정밀성은 3D 프린터의 가격에 비례한다. 가정용이나 저가품, DIY 제품은 정밀성이 떨어질 수 밖에 없다. 저가형 3D 프린터로는 정밀 부품은 꿈도 꾸지 말아야 하며, 피규어 등 오덕 제품도 제품성형 시간을 월등히 뛰어넘는 후처리 작업 및 연마 작업을 각오해야 한다. 가장 문제가 되는 것은 매질이 층층이 쌓이면서 생긴 단차와 가공오차인데 저가형으로 갈수록 심해지기 때문이다. DIY 제품이나 상당수의 몇백만원 대 저가형 제품은 정밀도가 필요없는 컵이나 화병 같은 단품 제품의 제작에 머물러 있는 장난감 수준인 것이 많다.

• 절대 만능이 아닌 3D 프린터
  세간의 인식과는 다르게 정말 큰 문제는 소재가 국한된다는 것이다. 소재를 자유롭게 선택할 수 없다는 것도 큰 단점이거니와, 1대의 3D 프린터로 하나의 기계 완제품을 조형한다고 했을 때 사용할 수 있는 소재는 1종이지만 그 기계가 필요로 하는 소재는 그 이상일 수 있다는 이야기이다. 가령 고무동력 장난감 차를 만든다고 했을 때 동력용 고무줄은 만들 수 없다는 것. 이게 간단한 문제가 아닌게 얼추 비슷해 보여도 용도가 다른 소재들이 넘쳐나는데-당장 강철만 해도 KS나 ISO에 등록된 종류가 몇인지 생각해 보자-이것을 하나로 통일하여 제품을 만들어야 한다는 것이다. 그러므로 아직까지는 상당수의 기업이나 연구단체에서는 R&D 수준에서 3D 프린터를 모델링 테스트 정도의 용도로 사용하고 있으며, 3D 프린터를 이용한 양산작업은 일부 다품종 소량생산 부품을 제외하고는 경제성이 없어도 너무 없기 때문에 고려하지 않고 있다.

 

 

 

 

 

• 환경
  프린팅 과정에서 발생하는 가스와 분진, 소재의 안전성 문제도 남아있다. FFF 방식의 프린터에서 대중적으로 사용되는 ABS는 말할 것도 없고, 옥수수에서 추출하여 비교적 안전하다고 하는 PLA도 필라멘트로 가공하는 과정에서 첨가되는 첨가물이 문제가 된다. SLA/SLS 방식의 프린터에서 사용하는 레진은 뭐...
  그러니, 프린팅을 할 때는 독립된 공간에 두고 창문을 열어서 환기를 하도록 하고 마스크를 착용하도록 하자.

또한 소프트웨어를 불법 복제하듯 공개되지 않은 3D 모델링 파일을 무단 복제해 자신의 것처럼 쓸 수 있다. 그러나 이런 행위는 당연히 엄연한 저작권 침해 행위이다.