류프리

3D 프린팅의 기본 원리는 얇은 막을 쌓아 올려 입체적인 형태를 가진 물건을 만드는것입니다. 즉, 입체적인 물건을 미분하듯이 가로로 매우 얇게 잘라서 바닥부터 한 층씩 꼭대기까지 쌓아서 물건의 형태를 완성합니다.

3D 프린팅에 쓰이는 재료는 가루(파우더), 액체, 실의 형태가 있으며, 이를 녹여 얇은 막을 무수히 쌓아 올려 물건을 만듭니다.  3D 프린터에 들어있는 액체 재료는 빛을 받으면 고체로 변하는 플라스틱(광경화성 플라스틱) 인데, 설계도에 따라 액체 재료가 담긴 용기 위에 프린터 헤드에서 나오는 빛을 쪼이며 원하는 모양의 층(Layer)을 만들어 갑니다.

또한 한 겹씩 쌓아 올리는 대신 커다란 덩어리를 둥근 날로 깎아 물건을 인쇄하는 프린터도 있는데, 이 방식은 층을 쌓아 올리는 방식에 비해 곡선 부분이 매끄럽다는 장점을 가지지만 컵처럼 안쪽으로 패였거나 복잡한 모양을 만들 수 없다는 문제를 가지고 있습니다.

[ 3D 프린팅 원리 (출처: 연합뉴스: www.yonhapnews.co.kr) ]

디자인

CAD와 같은 컴퓨터 그래픽 설계 소프트웨어나 3D 프린터에 번들로 동봉된 전용 프로그램을 이용하여 물체의 모양을 3차원으로 구성하게 됩니다. 산업 현장에서 제품 디자인에 주로 사용되는 CAD로 만들어진 데이터는 3D 프린터에서 사용되는 STL 파일 포맷으로 변환이 되어야 합니다. STL 파일은 3D 모델 표면을 무수히 많은 삼각형들의 집합으로 쪼개어서 각 꼭짓점들의 위치 데이터를 저장하고 있습니다.

프린팅

STL 파일을 3D 프린터에서 불러들이면 3D 모델을 가로 방향으로 무수히 많은 얇은 막으로 쪼개어 데이터를 분석하게 되며, 재료를 세팅한 후에 조형을 시작하게 됩니다. 포토폴리머와 같은 합성수지 원료를 활용하여 등고선을 그리듯 층층이 원료를 분사하여 물체를 만들어 냅니다. 원료는 파우더나 액체, 녹인 실등의 형태로 분사되며 한 층의 두께는 0.01mm~0.08mm 정도입니다.

마무리

사용된 재료에 따라 차이가 있지만, 조형이 완료되면 완성물의 주변에 붙어 있는 찌꺼기나 부산물들을 제거하고 광경화 플라스틱의 경우 완전히 단단해질 때까지 굳히는 과정을 거칩니다. 경화 과정이 끝나면 표면 청소와 매끄럽게 만드는 작업, 코팅이나 페인팅 과정을 거쳐 최종 결과물로 완성이 됩니다.