3D 프린팅이 좋을까? 4D 프린팅이 좋을까?

 

3D 프린팅이 좋을까? 4D 프린팅이 좋을까?
4D 프린팅에 대해 이야기를 하다 보면 대부분의 사람들이 "3D 프린팅이
좋을까요, 4D 프린팅이 좋을까요?"라고 묻는다.
하지만 이는 무엇이 더 좋고 나쁜 문제가 아니다. 

3D 프린팅의 기술력이 현재의 4D 프린팅의 기술력으로 확산되고 있는 것이다. 

그렇기 때문에 두 가지의 차이점을 정확히 이해하고, 

어느 분야에 더 많이 쓰이는지를 알아야 독자 역시 이 분야에 대한 

공부의 틀을 잡을 수 있을 것이다. 

 

다음 표는 정보통신산업진흥원에서 발행한 보도 자료 중 

3D 프린팅과 4D 프린팅을 비교한 것이다. 

이 표에 서 알 수 있는 바와 같이 3D 프린팅과 4D 프린팅은 프린팅 방법부터 

크기까지 큰 차이가 있다.<출처: 정보문홧. 미래를 바꿀 3D프린팅>

 

3D 프린팅과 4D 프린팅 비교 구분

                                                                                               자료 출처 | 정보통신산업진흥원

 

이미지출처 : pinkwink.kr/600

 

FDM 방식의 압출 방법

- 재료를 압출하는 노즐이나 재료에 압력을 가하는 장치는 사용하는 재료의 종류나 기계적, 물리적
특성에 따라 다양한 형태가 있을 수 있습니다. 

- 현재 많이 사용되는 FDM의 경우 가열된 노즐에 필라멘트 형태의 열가소성 수지를 투입하며

투입된 재료가 노즐 내부에서 가압되어 노즐 출구를 통해서 토출되는 형식입니다.

2020/06/15 - [3D프린팅 첫걸음] - 프린터별 출력 방법 확인

2020/06/09 - [3D프린팅 첫걸음] - 3장. 3D프린팅 기술의 종류

2020/05/30 - [3D프린팅 첫걸음] - 1. 3D 프린팅 기술방식-FFF

필라멘트

필라멘트 형태로 재료가 공급되며 보호 카트리지나 롤에 감겨있습니다. 

-이 필라멘트는 3D프린터 구조에 따라 장착위치가 결정되는데 

프린터 내부에 있거나 외부에 장착되어 있는 경우도 있습니다.

 

 

 모터와 노출

 모터 회전에 의한 기어 회전으로 필라멘트 재료가 노즐 내부에서 이송되어 

노출 내부에서 가열 용용하여 재료 압출을 합니다.

 

- 고체 상태의 필라멘트를 열에 의해 점성이 매우 높은 액체 상태로 용융, 가압되어 

노즐 출구를 통해 압출 합니다.

- 비드는 Z축으로 이송, 노즐이 X-Y평면에서 이송되면서 단면 형상이 만들어지며

한 층이 만들어지면 층 높이만큼 플랫폼이 아래로 이송되거나 

혜드가 부착된 X-Y축이 위로 이송되면서 다음 층을  만들 수 있게 됩니다. 

 

- FDM 방식의 재료는 열가소성 수지로 노즐에서 입출 후에 바로 굳게 되는데
주위 은도가 너무 낮으면 굳는 속도가 빨라져 이전 층 위에 접착되지 않는 문제가 발생하며 

재료가  급격히 냉각되어 만들어진 구조물은 잔류 응력을 가져 추후 변형이 발생할 수 있기 때문에

히팅베드를 가열해 온도를 유지하기도 합니다.

후가공 처리

FDM 방식은 압출 공정으로 측면에 레이어가 생겨 표면을 부드럽게 할 필요가 있으며 

정밀도가 떨어지는 편이므로 깔끔한 출력물을 위해서 후가공은 필수적입니다.

서포트 제거

- 서포트가 없는 경우도 있으나 서포트가 있는 경우 서포트 제거부터 후가공이 시작됩니다. 

 

- FDM방식에는 직접 손이나 공구로 제거하는 비수용성 서포트, 녹여서 제거하는 수용성 서포트, 

손으로 뗄 수도 있지만 보호 장갑을 끼고 공구를 사용하는 것이 좋다.

 

- 수용성 서포트 제거보다 시간이 오래 걸리며 표면 상태가 상대적으로 좋지 않은 단점을 

가지고 있다.

 

-  수용성 서포트는 대표적으로 폴리비닐 알코올(PVA:PolyVinyl Alcohol) 소재가 있다.

물에 잘 용해되는 저온 열가소성 소재로 간단한 침수로 빠르게 녹는 특성을 가지고 

수용성 섬유로 구성되어 물에 녹으며 

단순한 물 세척만으로 쉽게 제거가 가능한 장점을 가지고 있다.

 

-PVA인 폴리비닐 알코올은 독성이 없는 물질로 안전하게 사용할 수 있으며 

크기, 형상에 따라 서포트 제거 시간이 다르나 보통의 크기는 약 15분 정도가 걸리고 

HIPS 소재도 서포트 소재로 주로 사용되며 리모넨 용액에서 용해 됩니다.

2020/07/27 - [3D프린팅 첫걸음] - 3D PRINTER MATERIAL(3D프린터 재료)

2020/06/09 - [3D프린팅 첫걸음] - 3장. 3D프린팅 기술의 종류

사포

출력물의 표면을 다듬기 위해 사용되며 사포의 거칠기마다 번호가 있어 

낮은 번호일수록 사포 표면이 거칠고 높을수록 사포 표면이 고운 것이 특징입니다. 

- 사포 사용 시에는 번호가 낮은 거친 사포로 시작해서 

번호가 높은 고운 사포를 사용하는 것이 좋으며 

주로 스펀지 사포, 천 사포, 종이 사포가 사용됩니다.

 

밀폐된 용기 안에 출력물을 넣고 아세톤을 기화시켜 표면을 

녹이는 방법으로 매끈한 표면을 얻을 수 있습니다. 

 

- 냄새가 많이 나고 디테일한 부분이 뭉개지는 경우가 있다는 단점이 있고 

고체 기반 방식은 재료를 한 층씩 쌓아가므로 얇게 층을 쌓아도 

눈으로 확인되는 층이 생기게 되어 용도에 따라 단면의 층을 없애는 

후가공 작업이 필요한 경우가 많다. 

 

- 층을 없애는 후가공 작업이 필요한 경우
산업용 아세톤을 이용해 매끄러운 표면을 만들 수도 있고 

붓을 이용해 출력물에 바르는 작업을 해도 되며 

실온에서 훈증을 하거나 중탕하는 방법도 있습니다.

 

- 붓을 이용하면 붓 자국이 남을 수 있고 실온은 시간이 많이 걸리며 

부분 간 편차가 발생되기도 합니다. 

 

- 공기 중에 증발된 아세톤은 빠진 부분 없이 골고루 출력물의 표면을 녹여 주어 

편차 없이 도포가 가능하다, 

 

- 아세톤은 무색의 휘발성 액체로 밀폐된 공간에 부어 놓기만 해도 증발되어 

훈증 효과를 볼 수 있습니다. 

 

-그러나  휘발성이 있고 독성이 강해 환기 등 취급에 주의해야 합니다.