3차원 인쇄

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윌리봇 3D 프린터

3차원 인쇄(영어: 3D printing)[1]는 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술로, 1984년에 개발되었다.[2]

3차원 프린터는 밀링 또는 절삭이 아닌, 기존 잉크젯 프린터에서 쓰이는 것과 유사한 적층 방식으로 입체물로 제작하는 장치를 말하며, 컴퓨터로 제어되기 때문에 만들 수 있는 형태가 다양하고 다른 제조 기술에 비해 사용하기 쉽다.[3] 단점으로는 현재 기술로는 제작 속도가 매우 느리다는 점과,[4] 적층 구조로 인해 표면이 매끄럽지 못하다는 점 등이 있다.

3차원 인쇄 기술은 제 3의 산업혁명으로 불리우며, 산업 전반에 걸쳐 제조 기술의 큰 변화를 가져올 것으로 예상되고 있다.[5]

작동 원리[편집]

종류[편집]

여러가지 방식이 있지만, 대부분의 작동 원리는 크게 두 가지로 나뉜다.

  • 적층형 - 가루나 액체를 굳혀가며 한 층씩 쌓는 방식이다. 비교적 복잡한 모양을 만들 수 있고, 제작과 채색을 동시에 진행할 수 있다는 장점도 있다. 다만 완성품의 표면이 매끄럽지 못하여 품질이 상대적으로 떨어진다.
  • 절삭형 - 커다란 합성수지를 둥근 날로 깎아가며 모양을 만드는 방식으로, 비교적 매끄럽게 인쇄할 수 있지만, 컵 같은 모양은 날이 들어가지 않아 만들기 어렵다.

제작 프로세스[편집]

  1. 모델링(modeling): 일반적으로 CAD 또는 3차원 모델링 소프트웨어를 이용하여 3차원 데이터를 완성하며, 3D 스캐너를 이용해 3차원 데이터를 얻을수도 있다. CAD와 기기 간의 표준 데이터 인터페이스는 일반적으로 STL 파일 형식이다. 3D 스캐너로 생성된 파일은 보통 PLY 파일 형식을 쓴다.
  2. 프린팅(printing): 기계가 모델링 과정에서 만들어진 도면을 이용해 물체를 만들어내는 과정이다. STL파일을 읽어들여 CAD모델에서의 가상적인 단면을 만들어내 액체나 분말등의 재료의 연속적인 층을 생성한다. 인쇄 과정은 사용 방법과 모델의 크기와 복잡성에 따라 몇 시간에서 며칠 정도의 시간이 소요될 수 있다.
  3. 마무리(finishing): 인쇄된 결과물에 대해서는 필요할 경우 마무리 공정이 추가되기도 한다. 사포로 연마하거나, 색칠하거나, 인쇄된 파트들을 조립하는 공정이 추가될 수 있다.

해상도[편집]

3D 프린터는 기존 잉크젯과 동일한 구동 방식을 이용해 적층 방식으로 찍으므로, XY축 해상도와 함께 각 층의 두께로 해상도가 정해진다. 즉 한 층의 두께와 XY축의 해상도를 dpi(dots per inch)로 표현하게 된다. 2013년 현재 기술로는 일반적으로 한 층에 100µm정도 되고 어떤 기기들은 16µm정도까지도 표현하기도 한다. XY해상도는 50~100µm정도이다.

사회적 영향[편집]

3D 프린터의 보급이 제 3의 산업혁명으로 불리우는 이유는, 기계 절삭 및 성형 등 기존의 생산 방식을 탈피하여 일괄된 방식으로 어떤 형태의 제품도 만들어낼 수 있기 때문이다. 치과 등의 의료 분야는 물론, 각종 가정용품을 비롯해 자동차나 비행기 등에 쓰이는 기계장치도 3D 프린터에 의한 생산이 가능하다. 이미 자동차 업계에서는 엔진 등 핵심 부품을 3D 프린터로 만들어내는 공정을 연구하고 있다.[6]

3D 프린터는 이론상 어떠한 물건도 만들어낼 수 있기 때문에, 각종 살상용 무기도 만들 수 있으며, 따라서 총기 등의 규제가 무력화될 수 있다는 우려를 낳고 있다.

2013년 5월 4일 미국에서는 디펜스 디스트리뷰티드라는 회사가 세계 최초로 3D 프린터로 제작한 권총의 시험 발사를 성공시켜 주목받았다. 이 회사는 3D 프린터 권총의 설계도면을 온라인에 공개했고, 이것이 논란이 되자 미국 국무부는 설계도면의 공개를 금지했다. 그러나 이미 다운로드 횟수는 10만건을 돌파한 후였다.[7]

2014년 일본에서는 3D 프린터로 찍어낸 권총을 5정 제조하여 소지하고 있던 대학 직원이 경찰에 체포되는 사건이 있었다.[8] 일본은 총기 소유가 불법이기 때문에 사회에 미친 충격은 더 컸다.

관련 기업[편집]

3D 프린터를 생산하는 관련기업으로는 나스닥 상장기업인 미국의 스트라타시스(Stratasys)가 업계 선두로 알려져 있다.[9] 그 외에 뉴욕거래소 상장기업인 3D 시스템즈(3D Systems) 등의 회사가 미국에서 잘 알려진 3D 프린터 관련 기업이다.

3D 프린터는 기존의 프린터 업계 강자인 HP에서도 많은 관심을 보이며, 2013년경부터 시장 진출을 선언해왔다. HP의 멕 휘트먼 CEO는 기존 3D프린터의 느린 속도 문제를 포함한 여러 단점들을 보완하여 자사의 제품을 내놓을 것이라고 2014년 발표한 바 있다.[10]

대한민국 내에서는 관련 기술을 가진 기존 기업들과 몇몇 벤처 기업들에서 3D 프린터가 시험제작되고 있다. ‘미완의 우주인’으로 대중에 잘 알려진 고산 씨는 '타이드 인스티튜트'라는 벤처를 설립하여 3D 프린터 사업에 뛰어들었다.[11]

2013년에는 3D 프린터가 증시에서 많은 이슈가 되며 관련 수혜주들이 부각받았다. 대한민국에는 스트라타시스와 같이 오랜 시간 3D 프린팅 기술을 연구해온 기업이 없다. TPC, 하이비젼시스템 등은 3D 프린팅과 직접적인 관계는 없었으나 관련 기술을 보유하고 있다는 이유로 3D 프린터 관련주가 되었고, 그로 인해 주가가 오르자 3D 프린터를 직접 생산할 계획을 세우기 시작한 경우이다. 한국정보공학은 3D 프린터 유통 계약 소식에 3D 프린터 테마주에 편입되었다. 그 외에, HP가 3D 프린터 시장에 본격적으로 진출할 움직임을 보이자 HP와 파트너십을 체결하고 있는 지엠피의 주가가 강세를 보이기도 했다.[12]

관련 공정[편집]

Type Technologies Materials
압출 가공(extrusion) 압출 적층 조형(Fused deposition modeling, FDM) 열가소성 수지 (e.g. PLA, ABS), HDPE(고밀도 폴리에틸렌), eutectic metals(공융 금속), edible materials(식용 물질)
실(Wire) Electron Beam Freeform Fabrication) (EBF3) 대부분의 금속 합금
알갱이(Granular) 직접 금속 레이저 소결(Direct metal laser sintering) (DMLS) 대부분의 금속 합금
전자빔 용해(Electron beam melting) (EBM) 티타늄 합금들
선택적 레이저 용해(Selective laser melting) (SLM) 티타늄 합금, 코발트 크롬 합금(Cobalt Chrome alloys), 스테인레스강, 알루미늄
선택적 열 소결(Selective heat sintering) (SHS) 열가소성 수지 분말(Thermoplastic powder)
선택적 레이저 소결(Selective laser sintering) (SLS) 열가소성 수지, 금속 분말, 세라믹 분말
잉크젯 헤드와 분말 상자기반 3D 프린팅([Powder bed and inkjet head 3d printing),

석고기반 3D 프린팅 Plaster-based 3D printing (PP)

석고
적층(Laminated) 적층 제조 방식(Laminated object manufacturing) (LOM) 종이, 금속박, 플라스틱 필름
광 중합(Light polymerised) 입체석판인쇄(Stereolithography) (SLA) 광경화성 수지(photopolymer)
디지털 빛 과정(Digital Light Processing) (DLP) 광경화성 수지(photopolymer)

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. The engineer: The rise of additive manufacturing
  2. See animation of layering
  3. "3D Printer Technology – Animation of layering". Create It Real. Retrieved 2012-01-31.
  4. "속도·품질 문제 해결했다" HP 휘트먼, 3D 프린터 언급 - CIO코리아, Mar 20, 2014
  5. 제 3의 산업혁명이 온다, 3D 프린터 / YTN 사이언스 Dec 30, 2013
  6. [IP노믹스]롤스로이스, 3D프린터로 자동차 엔진 만드나, 전자신문 Jun 2, 2014
  7. '3D 프린터 권총' 설계도면 온라인 공개…인기 폭발, SBS 2013.05.10 14:37
  8. 3D프린터로 살상용 권총 제조, 일본사회 충격 - 비즈니스포스트 May 9, 201
  9. [스마트클라우드쇼] 스트라타시스 3D프린터 세계1위 비결은, 조선비즈, 2013.08.03
  10. "6월 발표설은 오류" HP, 3D 프린터 관련 CEO 발언 정정, CIO코리아 2014.03.25
  11. ‘미완의 우주인’ 고산 타이드 인스티튜트 대표 | 3D프린터, 모바일 버금가는 무한시장 될 것, 매일경제 2013.12.12
  12. [특징주]지엠피, HP 내년 3D프린터 본격진출..↑ - 아시아경제, Oct 24, 2013

바깥 고리[편집]