[국내 연구] 3D 프린터, 깎아내리는 방식도 있다? ②

[2005년 권동현 경기대학교 교수가 한국만화애니메이션학회(koscas.com) 학회지인 <만화애니메이션연구>에 발표한 논문인 <캐릭터 상품 제작 교육에 적합한 3D프린터 연구>을 세 번에 나누어서 소개한다. 이 논문은 3D프린터의 제작 방식을 쉽게 이해할 수 있도록 하는 장점을 가지고 있다.]

3D프린터 방식, 깎아내는 것도 가능하다? 자료자체 방식

대부분의 3D 프린터는 아무것도 없는 곳 위에 재료를 녹여서 형태를 만들고 그 위로 재료를 쌓아나가는 방식을 주로 사용하고 있다. 그런데 재료로 가득 찬 곳에서 재료를 깎아내는 방식이 있다는 사실을 알고 있는 사람은 얼마나 될까.

세 번째로 소개할 방식은 아직까지는 국내에서 익숙하지 않은 재료 자체 방식이다.

재료 자체 방식은 석고 가루 등의 분말 재료를 3D 프린터 안에 가득히 쌓아놓은 뒤, 맨 위층부터 접착제를 뿌리거나 레이저로 녹여서 단단하게 하고, 한 층씩 인쇄물을 아래로 내리면서 다음 층을 쌓아 간다.

재료자체 방식은 나머지 분말 재료가 인쇄물을 받쳐주므로, 받침대가 없다고 하더라도 안정적으로 제작자가 원하는 형태를 쉽게 만들 수 있다. 또한 남은 가루는 그대로 재료로 재사용되므로 비용 절감이 가능하며, 출력물의 가루 제거는 고압의 바람으로 할 수 있으므로 비교적 단순한 방법으로 제작이 가능하다.

하지만 굳히는 재료에 한계가 있어서, 얇거나 긴 형태의 물체는 부러지기 쉽다는 한계를 가지고 있다. 또한 분말을 처리하는 과정이 번거롭다는 한계도 있지만,

하지만 기초적으로 받침대 방식의 3D프린팅은 색상을 바꾸는 것이 힘든 반면, 재료자체 방식은 채색 등이 쉽다는 장점이 있어 일본에서 많이 사용되고 있다. 우리나라에서도 재료자체방식을 활용한 3D프린터 서비스가 도입되길 기대해 본다.

가장 보호하기는 쉽지만, 후처리 가공이 어려운 캡슐 방식

마지막으로 이 논문에서 소개하고 있는 캡슐 방식 받침대는 다중분사모델링(MJM)과 폴리젯 출력방식에서 사용되고 있는 것으로, 출력물과 함께 받침대 역할을 하는 화학물질을 함께 출력한 다음에, 해당 물질을 떼어내는 방식이다.

이 방식을 통해 3D 프린팅을 실행한다면, 디테일이 필요한 부분도 쉽게 인쇄하는 것이 가능해 편리하다는 장점이 있다.

하지만 이 방식이 가지고 있는 단점은 후가공 처리가 복잡하다는 점이다. 다중분사모델링의 경우, 해당 출력물을 얼리고, 다시 오븐에서 녹여서 받침대를 떼어내고, 전용 기름세척과 일반세척까지 거쳐야 하는데, 이 과정이 150분 정도의 시간이 걸리고, 공정이 복잡하다는 한계가 있다.

폴리젯 방식은 손이나 물의 압력으로 쉽게 서포터 부분을 제거할 수 있지만, 세부적으로 공정이 필요한 곳까지 자세히 다듬는 과정에서 파손이 발생할 수 있다는 한계가 있다.



3D프린팅에서 사용되는 재료들

다음으로 이 논문에서는 3D 프린팅에서 사용되는 재료들을 소개하고 있다.

우선 열가소성 수지 재료가 있다. 이 재료들은 상온에서는 단단하지만, 높은 열을 가하면 유동적으로 변하는 재료로서, 재료를 가열해서 얇은 형상을 만들고 이를 식히는 방식으로 만들어 진다. 대부분의 경우 플라스틱을 사용하고 있으며, 최근에는 플라스틱과 나무, 고무, 금속을 결합해 점토나 나무 같은 느낌을 주는 재료도 사용되고 있다.

그러나 열가소성 재료의 경우, 굳을 때 발생하는 수축이 문제점으로 지적된다. 출력물의 층이 올라가면서 하단이 냉각, 수축되는 반면, 상단부는 그렇지 않아 미세한 형태 차이가 발생하면, 결국 출력물의 변형과 파손이 발생할 수밖에 없다.

또한 3D 프린터가 아래 층 위로 밀착해서 인쇄하는 방식을 사용하고 있기 때문에, 위층을 쌓으면서 힘이 가해지면 형태가 바뀔 수 있고, 플라스틱이 녹으면서 발생하는 냄새도 문제로 꼽힌다.

둘째로 광경화성 액채 재료가 있다. 빛에 반응하는 아크릴이 들어간 수조에 아래에서 빛을 비춰 얇은 층을 만드는데, 이를 실행하는 방식으로 수조 안 조형 형식, 수조 바깥에서 일부분을 내려 보내고 빛을 비춰 층을 만드는 수조 밖 조형 형식, 캡슐방식이 사용하는 스프레이방식 등이 있다.

이 경우 매우 정밀한 형태를 만들 수 있다는 장점이 있지만, 재료가 빛에 반응하므로 빛에 노출되지 않도록 주의해야 하며, 제품이 화학 냄새가 나고, 세척 과정을 거쳐야 하는 등 복잡한 문제가 발생한다.

마지막으로 분말성 재료가 있다. 이 유형의 재료를 쓰는 경우 석고분말에 접착제를 붙이는 컬러젯 프린팅(CJP)과, 플라스틱이나 철 성분 분말을 녹이는 SLS방식으로 진행되며, 컬러 출력이 간편하지만, 후가공이 필요하다는 단점을 가지고 있다.

이외에도 A4지를 가공하고 고온 압착하는 박막 재료 방식도 있으나 현재는 쓰이고 있지 않다. (계속)

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윤은호 전문기자/문화경영학 박사