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| 메이커봇의 3D 프린터 |
| TED의 3D프린터에 관한 강연 영상. |
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1. 개요
"삼차원프린팅"이란 삼차원형상을 구현하기 위한 전자적 정보(이하 "삼차원 도면"이라 한다)를 자동화된 출력장치를 통하여 입체화하는 활동을 의미한다.
- 삼차원프린팅산업 진흥법 제2조 제1호
3D 프린터(3D Printer)- 삼차원프린팅산업 진흥법 제2조 제1호
수치제어 프로그램을 바탕으로 3차원 물체를 만들어내는 기계이다.
2. 사용 재료
가공의 용이성 등 여러 문제 덕분에 초창기에는 대부분 재료로 플라스틱을 사용하였지만 점차 종이, 고무, 콘크리트, 식품에 금속까지 재료의 범위가 점점 넓어지고 있어서 단순히 조형물 출력뿐만 아니라 건축[1], 설계 분야에 활용이 가능하며, 세포를 재료로 하여 인조 생체 조직, 장기 등의 프린팅이 가능한 3D 바이오 프린팅 기술도 등장하는 등, 향후가 기대되는 분야다. 자신이 직접 3D로 그림을 그릴 수 있는 3D 펜이라는 아이디어 상품도 나왔다. #3. 사용처
한동안 3D 프린터 붐이 있었고 기대되는 활용성에 비해 제대로 쓰기에는 미묘한 입지[2]와 그냥 아무렇지 않게 사서 쓰기엔 문제가 있는 높은 가격[3][4] 난이도 때문에[5] 거품이 꺼지고 나서는 정말 관심있는 사람들 사이에서와, 목업을 제작하기엔 자본이 부족한 스타트업 회사들에서 쓰인다. 이렇다보니 일반인들이 3D프린터로 출력할 일이 생기면 3D프린터출력대행에 맡긴다.현재에 들어서 3D 프린터 붐이 어느 정도 식고 시장가격이 형성됨에 따라서 저가형 조립 모델부터 교육용, 산업용까지 여러 회사에서 다양한 종류의 3D 프린터들이 출시되고 있다. 또한 캐드, 인벤터로 유명한 ' Autodesk' 사에서 초등학생도 다룰 수 있는 모델링 S/W를 만들겠다는 취지 하에 '123D Design[6], ' Tinkercad' 등을 개발 및 프리웨어로 배포중이며, 그 외에도 Blender나 FreeCAD, 스케치업 등도 사용할 수 있다. 학생과 3년 이하 스타트업 기업이라면 무료로 Fusion 360을 사용할 수도 있다. 이로 인해서 모델링의 난이도가 낮아진 것은 맞지만 그래도 여전히 난이도라는 것은 존재한다. 위에서 서술한 것 처럼 그 외에도 여러가지 고려할 부분들이 많기 때문이다.
필라멘트의 색이 다양해지고 여러가지 색의 필라멘트를 동시에 사용가능한 프린터가 생기면서 깊이에 따라 명암 표현과 혼색이 가능하다는 점을 이용해 이것으로 그림을 그리는 경우도 생기고 있다.
기술의 발전으로 프린터의 생산성과 정밀성, 소재가 발전함에 따라 기업에서도 다품종 소량생산이 필요한 경우 고려하기도 하며 적층식 제작의 장점을 활용하여 우주, 자동차 분야에서는 복잡한 모양의 부품을 3D 프린터로 제작하기도 한다.
4. 역사
시초는 RP(Rapid Prototyping)이라고 불리는 프린팅 기술이었다. 1981년 일본 나고야 시공업 연구소의 고다마 히데오 박사에 의해 특허 출원되었지만, 기한인 1년 안에 설명서를 기재하지 못했기에 특허는 무산되었다.1983년 3D 시스템의 공동창업자 찰스 힐(Chales Whull)에 의해 처음 시작되었다.
그 후 1986년 3D 프린터의 첫 번째 특허는 SLA(광경화성 수지 적층 조형) 기계를 만든 척 헐(Chuck Hull)에게 주어진다. 그 후 3D System사를 설립하고 2년 후인 1988년 3D 프린터(Three D Printer)가 세계 최초로 상용화되었다.
1987년 명문 텍사스 대학교 오스틴의 학부생이었던 칼 데커드 (Carl Deckard) 가 Joe Beaman교수의 도움을 받아 SLS (Selective Laser Sintering 선택적 레이저 소결 조형) 방식의 3D 프린터 (Three D Printer) 의 특허를 1989년에 취득했다. 작동 원리는 플라스틱 가루 위에 원하는 모양으로 접착제를 뿌린 뒤 남은 가루를 날리는 방식이었으며 현재의 SLS 방식의 시초가 된다고 할 수 있다. 이 특허는 이후 DTM 사가 상용화 하였으며 현재 해당 기업은 3D System 사에 인수 합병되었다.
또한 1989년에는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 특허도 출원되었는데, 해당 방식은 스콧 크럼프(Scott Crump)가 취득하였으며 이후 스트라타시스(Stratasys)사를 설립해 1991년에 최초로 상용화가 되었다. 이 기업은 현재 세계 1위의 3D 프린터 제조업체이다. 참고로 상표권 분쟁을 피하기 위해 FDM을 FFF(Fused Filament Fabrication)로 부른다.
3D 프린터가 그 이름을 얻어 대중에 알려진지는 얼마 되지 않았지만 실제 현장에 도입된 지는 꽤 긴 시간이 흘렀다. 원래는 Rapid Prototyper라는 이름으로 기업에서 목업을 제작하는데 주로 사용되었다. 아직 이때까지만 해도 하나의 물품을 제작하는데 12-24시간 정도로 긴 시간을 요구했고 비용이 상당히 비쌌기 때문에 일반인이 사용하기엔 적합하지 않았다.
3D 프린터가 대중에게 알려지고 익숙해지기 시작한 시기는 비교적 생산비용이 저렴하고 제작 시간이 짧은 FDM방식이 상용화한 시기부터이며, 이때를 기점으로 3D 프린터라는 용어가 쓰이기 시작했다.
90년대 금속 3D 프린팅 기술도 개발되었고 2000년대 후반부터 국내 언론에도 3D 프린터가 보도되며 대중에게 알려졌다. 2009년에는 대한민국 기업도 3D 프린터를 개발하였다.
5. 3D 프린터의 작업 순서
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3D 모델링
3D 모델은 컴퓨터를 이용, 원하는 형상을 스케치하여 만드는 것이다. 3D 포토 부스에서 찍은 2D 사진으로부터 제작하기도 한다. 컴퓨터 그래픽을 통해서 기하학적인 모델링 과정을 준비하는 것은 조각과 같은 조형 기술과 비슷한 방법이다. 3D 프린터로 제작 가능한 모델은 3D 스캐너, 평범한 디지털 카메라나 사진 측량 소프트웨어를 통해 만든 컴퓨터 전용 디자인(computer-aided design, CAD)로 만들어진다. CAD로 된 모델은 제작 시 오류를 줄일 수 있고, 모델이 프린트 되기 전에 디자인을 확인하면서 고칠 수도 있다. 3D 스캐닝은 실제 물체의 형태나 외형을 디지털 데이터로 수집해 그것을 기반으로 디지털 모델을 제작하는 과정이다. CAD 모델은 빛을 비추어 3d 모델을 제작하는 광조형 형식(STL, SLA 둘 다 같은 뜻)으로 제작될 수 있다. 하지만 STL은 관련된 표면 수가 많아 파일 크기가 큰 체계적인 분류와 부품 및 격자 구조를 생성하므로 추가적인 제조 과정에 적합하지 않다. 그래서 새로운 CAD 파일 형식인 적층 제조 파일 형식(AMF)이 2011년에 소개되었다. (AMF 파일은 곡선의 삼각 기법을 사용해 정보를 저장한다.) 2016년 이후로는 STEP 파일도 대중적으로 사용되기 시작했다.
2. 모델 변환
STL 혹은 STEP[7] 파일로 3D 모델을 프린트하기 전에, 첫 번째로 오류가 생길 수 있는 부분을 조사해야 한다. 대부분의 CAD 소프트웨어는 다음의 종류에서 결과물의 오류가 생긴다.
파일이 완성되면, STL 파일은 일종의 CAM인 ‘슬라이서’라 불리는 소프트웨어로 진행된다. 슬라이서는 모델을 얇은 레이어 층들로 변환시킨 후 프린터 종류마다 다른 적층, 제어 방법을 통해 G-code로 만들어진다. 이 G-code 파일은 3D 프린터 클라이언트 소프트웨어를 가지고 프린트 할 수 있다 (소프트웨어는 G-code를 이용해 3D 프린팅 과정에 사용한다.).
STL 혹은 STEP[7] 파일로 3D 모델을 프린트하기 전에, 첫 번째로 오류가 생길 수 있는 부분을 조사해야 한다. 대부분의 CAD 소프트웨어는 다음의 종류에서 결과물의 오류가 생긴다.
* 구멍
* 교차점
* 노즐 껍데기
* 이와 다른 여러 에러들
STL 생성 단계에서 ‘수리’라고 알려진 단계가 원래의 모델에서 이러한 문제점을 고친다. 3D 프린팅을 하기 위해 파일을 슬라이서에 올릴 때 오류가 있다면 ‘오류를 수정하겠습니다?’ 라는 문구가 웬만하면 뜬다. 일반적으로 3D 스캐닝을 통해서 얻어진 모델의 STL 파일들을 이러한 오류들이 많다. (이러한 오류들은 3D 스캐닝이 작동하는 방법 때문이다. 이것은 종종 끝과 끝을 잇기 때문에, 대부분의 경우 3D 재구성은 이러한 오류들을 포함한다.)* 교차점
* 노즐 껍데기
* 이와 다른 여러 에러들
파일이 완성되면, STL 파일은 일종의 CAM인 ‘슬라이서’라 불리는 소프트웨어로 진행된다. 슬라이서는 모델을 얇은 레이어 층들로 변환시킨 후 프린터 종류마다 다른 적층, 제어 방법을 통해 G-code로 만들어진다. 이 G-code 파일은 3D 프린터 클라이언트 소프트웨어를 가지고 프린트 할 수 있다 (소프트웨어는 G-code를 이용해 3D 프린팅 과정에 사용한다.).
3. 프린팅
먼저 프린터를 점검하자. 베드에 흠집이나 남은 출력물이 없는지 보고 베드의 수평이 맞는지 빳빳한 종이로 확인한다. 슬라이서 가 제시한 필라멘트 양을 참고하여 남은 필라멘트가 충분한지 확인하고, 부족하다면 인쇄 중간에 교체할 준비를 하거나 교체하여 보충한다. 별도의 기능이 필요하다면 요구되는 확인절차를 더 거쳐야 한다.
변환된 수치제어 프로그램을 프린터에 입력, 출력을 진행한다. 출력물의 파손을 막기 위해 '베드'는 적당한 온도(PLA기준 섭씨60도 전후)로 데워지며 이후 토출부까지 데워졌다면 입력된 프로그램대로 인쇄한다.
프린터 해상도는 층 두께 및 XY 해상도를 dpi (인치당 도트 수) 또는 마이크로미터 (µm)로 나타낸다. 몇몇 기계는 한 층을 16 μm (1,600 DPI)처럼 얇게 출력할 수 있지만, 전형적인 한 층의 두께는 대략 100μm (250 DPI)이다 (XY 해상도는 레이저 프린터의 두께와 비슷하다). 이러한 입자(3D 도트)들은 지름이 약 50에서 100μm (510 to 250 DPI)이다. 이러한 프린터 해상도에서, 0.01~0.03mm의 그물과 0.016mm 이하의 줄 길이 정도면 주어진 모델 파일에서 최적의 STL 결과물을 만든다.
높은 해상도를 사용하는 것은 프린트의 퀄리티에서 증가 없이 큰 파일들을 만든다. 현대의 방법으로 모델 제작은 사용된 방식이나 모델의 복잡성, 크기에 따라 몇 시간에서 며칠의 시간이 소요된다. 그래도 적층 방식은 사용되는 기계의 종류나 동시에 생산되는 모델의 크기, 개수에 크게 의존함에도 불구하고 전형적으로 이러한 시간에서 약간의 시간을 줄여준다. 금형에 주입하는 것 같은 전통적인 방식은 높은 퀄리티로 폴리머 상품을 제조하는 것에서 덜 비싸겠지만, 적층 제조방식은 더 빠르고, 훨씬 유동적이며, 상대적으로 작은 파츠를 생산할 때 덜 비싸다.
3D 프린터는 디자이너와 초안 개발 팀들이 데스크탑 크기의 프린터를 사용해 파츠와 기본 모델을 제작할 수 있도록 한다. 적층 제조방식에서 모든 레이어로 된 구조들은 꺾이거나 기울어지는 부분에서 피할 수 없이 뒤틀림이 나타난다. 이러한 효과는 제작 과정 내에서 부품 표면의 방향에 크게 의존한다.
먼저 프린터를 점검하자. 베드에 흠집이나 남은 출력물이 없는지 보고 베드의 수평이 맞는지 빳빳한 종이로 확인한다. 슬라이서 가 제시한 필라멘트 양을 참고하여 남은 필라멘트가 충분한지 확인하고, 부족하다면 인쇄 중간에 교체할 준비를 하거나 교체하여 보충한다. 별도의 기능이 필요하다면 요구되는 확인절차를 더 거쳐야 한다.
변환된 수치제어 프로그램을 프린터에 입력, 출력을 진행한다. 출력물의 파손을 막기 위해 '베드'는 적당한 온도(PLA기준 섭씨60도 전후)로 데워지며 이후 토출부까지 데워졌다면 입력된 프로그램대로 인쇄한다.
프린터 해상도는 층 두께 및 XY 해상도를 dpi (인치당 도트 수) 또는 마이크로미터 (µm)로 나타낸다. 몇몇 기계는 한 층을 16 μm (1,600 DPI)처럼 얇게 출력할 수 있지만, 전형적인 한 층의 두께는 대략 100μm (250 DPI)이다 (XY 해상도는 레이저 프린터의 두께와 비슷하다). 이러한 입자(3D 도트)들은 지름이 약 50에서 100μm (510 to 250 DPI)이다. 이러한 프린터 해상도에서, 0.01~0.03mm의 그물과 0.016mm 이하의 줄 길이 정도면 주어진 모델 파일에서 최적의 STL 결과물을 만든다.
높은 해상도를 사용하는 것은 프린트의 퀄리티에서 증가 없이 큰 파일들을 만든다. 현대의 방법으로 모델 제작은 사용된 방식이나 모델의 복잡성, 크기에 따라 몇 시간에서 며칠의 시간이 소요된다. 그래도 적층 방식은 사용되는 기계의 종류나 동시에 생산되는 모델의 크기, 개수에 크게 의존함에도 불구하고 전형적으로 이러한 시간에서 약간의 시간을 줄여준다. 금형에 주입하는 것 같은 전통적인 방식은 높은 퀄리티로 폴리머 상품을 제조하는 것에서 덜 비싸겠지만, 적층 제조방식은 더 빠르고, 훨씬 유동적이며, 상대적으로 작은 파츠를 생산할 때 덜 비싸다.
3D 프린터는 디자이너와 초안 개발 팀들이 데스크탑 크기의 프린터를 사용해 파츠와 기본 모델을 제작할 수 있도록 한다. 적층 제조방식에서 모든 레이어로 된 구조들은 꺾이거나 기울어지는 부분에서 피할 수 없이 뒤틀림이 나타난다. 이러한 효과는 제작 과정 내에서 부품 표면의 방향에 크게 의존한다.
4. 마무리
몇몇 프린팅 기술들은 '공중에 뜬' 구조물의 안정적인 출력을 위해 제작 과정 동안 내부에 서포트를 제작하는데, 이러한 지지대들은 부실하게 인쇄되어 기계적으로 제거할 수 있거나 수용성이라 프린팅이 다 된 후에 녹일 수 있다. 모든 상업적인 금속 3D 프린터는 출력 후 금속 지지대를 잘라내는 것을 포함하고 있다. 참고로, GMAW 3D 프린팅의 새로운 과정은 알루미늄과 철을 제거하기 위해 표면 수정을 허용한다.
이후 필요에 따라 표면 처리, 도색 등을 진행한다. ABS와 같은 몇몇 프린트 가능한 폴리머는 표면을 부드럽게 끝내게 하고 아세톤이나 다른 성분에 기초한 화학적 증기 과증을 사용해 개선한다. 몇몇 적층 제조 방법은 파츠를 제작하는 데 다양한 색상을 사용하는 데에 있어서 쉽다. 이러한 기술들은 다양한 색과 색의 조합으로 동시에 출력할 수 있게 만들며, 도색을 필수적으로 요구하지는 않는다.
몇몇 프린팅 기술들은 '공중에 뜬' 구조물의 안정적인 출력을 위해 제작 과정 동안 내부에 서포트를 제작하는데, 이러한 지지대들은 부실하게 인쇄되어 기계적으로 제거할 수 있거나 수용성이라 프린팅이 다 된 후에 녹일 수 있다. 모든 상업적인 금속 3D 프린터는 출력 후 금속 지지대를 잘라내는 것을 포함하고 있다. 참고로, GMAW 3D 프린팅의 새로운 과정은 알루미늄과 철을 제거하기 위해 표면 수정을 허용한다.
이후 필요에 따라 표면 처리, 도색 등을 진행한다. ABS와 같은 몇몇 프린트 가능한 폴리머는 표면을 부드럽게 끝내게 하고 아세톤이나 다른 성분에 기초한 화학적 증기 과증을 사용해 개선한다. 몇몇 적층 제조 방법은 파츠를 제작하는 데 다양한 색상을 사용하는 데에 있어서 쉽다. 이러한 기술들은 다양한 색과 색의 조합으로 동시에 출력할 수 있게 만들며, 도색을 필수적으로 요구하지는 않는다.
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다중 색상 프린팅
다중의 재료를 사용하는 프린팅은 물체가 복합적이고 다른 계열의 재료를 사용한다. 이러한 프린트 방법은 물체의 부피 내에서 재료가 각각의 복셀에 직접적으로 사용되는 것을 요구한다. 이러한 과정들은 단일의 알고리즘 때문에 어려움이 많다. 다중 재료 3D 프린팅은 미래의 기술 개발에 근본적인 성분이다.
사실은 이미 다양한 산업에서 사용되고 있다. 작은 제조 산업에서의 흔한 소프트웨어와는 달리 장난감, 신발, 가구, 휴대폰 케이스, 악기 또는 미술품까지 생산한다. BAAM(Big Area Additive Manufacturing, 큰 규모의 적층 제조방식) 기계라면, 3D 프린트된 집이나 자동차와 같은 큰 상품도 꽤나 실현 가능하다. 연구자들은 우주 공간을 위해 BAAM을 가지고 높은 온도에서도 버티는 도구들을 제작하고 있다. 또한 의료 산업에서, 알약이나 백신을 출력한 3D 프린터들이 최근에 떠오르고 있다. 이 새로운 개념을 갖고 제작한다면 알약들을 서로 합치기 쉽고, 따라서 많은 위험을 줄일 수 있을 것이다.
6. 작동 방식
7. 금속을 사용하는 3D 프린터
의외로 금속 3D 프린터는 꽤 오래전부터 있어왔다. 이는 레이저 클래딩(Laser Cladding)이란 기술을 응용한 것으로 금속분말을 노즐을 통해 뿌리는 동시에 레이저로 녹여서 균일한 두께로 적층하는 것이다. 이 기술은 일반적으로 제품 생산보다는 금속 가공품의 손상수리에 많이 쓰였는데 이를테면 플라스틱 사출을 위한 금속 금형이나 금속제 터빈 구성품에 미세한 손상이 간 경우 이것으로 손상부위만 메꾸고 후처리를 하여 다시 원상복귀 시키는 기술이다. 그리고 이 기술을 응용, 일정한 형상이 되도록 계속 적층해 나가면서 플라스틱 3D 프린터 마냥 금속으로도 3차원 형상을 만들 수 있다. 스타크래프트 2 자유의 날개 캠페인 한정 유닛인 과학선의 나노수리가 이와 동일한 원리이다.그럼에도 현재까지 금속 3D 프린터가 일선에서 안 쓰인 이유는 사용처가 애매하기 때문. 웬만한 형상은 5축 CNC 머신 등으로 가공이 가능하며, 통짜 금속을 깎아서 가공하기 때문에 녹인 금속을 층층이 녹여서 붙이는 방식보다 내구성이 더 뛰어나다.[8][9] 그렇다고 대량생산성이 좋냐 하면 주물은 물론이고 5축 CNC 머신보다도 생산속도도 느린 편에 잔류 응력 제거를 위한 열처리까지 거의 필수적으로 포함해야 한다. 거기에 더해서 재료와 공정에 드는 비용이 상당히 비싸다. 강철 자체는 산업에서 흔해빠진 재료지만 SLS 프린터에 쓰이는 금속 파우더는 아주 곱고 균일하게 갈려있는 물건이기 때문에 이게 가공비[10] 때문인지 재료비가 상당하다. 거기에 프린터에 카트리지에 인증 칩 같은 게 달려있으면 잉크젯 프린터마냥 인증 받은 정품을 요구하기도 한다. 또한 위에서 상술한 열처리와 후가공 과정을 하게 된다면 추가적인 비용이 발생하기 때문에 안 그래도 비싼 단가가[11] 더욱 상승할 수 있다. 이러한 문제 때문에 현재 금속 3D프린터는 항공우주, 의료, 방산, 플랜트 등의 고부가가치산업에서 활용하는 방향으로 발전하는 추세다.
기업용 금속 3D 프린터는 시가 최소 40만 달러에서 시작해서 보통 100만 달러가 넘는다. 보통 금속 프린터는 고온의 레이저를 사용하는데 전력 소모가 무시무시해서 따로 전기공사도 해야 하고, 한국 같은 경우엔 들여오는데 수입신고, 설치신고까지 한다. 예를 들어 자동차 부품을 찍는 산업용 3D 프린터는 본 장비와 부대 장비 무게만 몇 톤에 달하고, 설치할 곳 바닥에 기초 공사까지 해야 한다. 산업용 3상 전원도 설치해야 하며 설치하는 데만 해외 제조사 기술진 3명이 1주일 정도 걸린다. 기술진 설치-기술료만 천여만 원 선. 아무리 기술이 좋아진다 해도, 이 클래스의 제품이 개인용으로 쉬이 쓰이기는 어려울 것이다. 타이타늄 파우더로 프린팅이 가능한 제품도 있긴 하지만 이 역시 우주선 부품 만드는 용도.
하지만 절삭 가공만으로는 모양을 내기가 어려운 내부 형상을 갖는 플라스틱 사출성형용 금속금형 생산 같은 경우에는 금속 3D 프린터에 대한 수요가 있으며 자동차나 항공기 엔진에서 내부에 냉각용 관을 심거나 부품 내부에 전선을 심는다거나 하는 활용법이 나오면서 이에 따라 충분한 강도를 가지는 금속 3D 프린터 및 공정을 개발하는 연구도 활발하게 진행 중이다.
특히 금속 3D 프린팅의 장점으로는 파이프 구조가 연속되는 구조물의 경우 내부 구조를 쌓아 만들어 복잡한 주조 과정을 거치지 않고 생산할 수 있으며, 인공 뼈, 관절 등과 같은 의료용 부품의 경우 환자가 부상을 입은 부위에 따라 각기 다른 형상의 부품을 바로 생산해낼 수 있다는 장점이 있다.
2013년 10월 22일에는 유럽우주국에서 3D프린터로 우주선에 쓰일 수 있는 금속부품을 만들어냈다는 기사가 올라 왔다. 관련기사
2013년 11월 7일 솔리드 컨셉츠라는 기업이 3D 프린터로 금속제 권총을 제작해 십여 발 이상을 문제없이 발사했다고 발표했다. 관련기사
2014년 3월 Joris Laarman, ACOTECH이라는 2개의 회사에서 공동으로 개발한 'MX3D-Metal'이란 제품도 있는데, 이는 공중에서 용접하는 방식으로 금속 제품을 만드는 방식이다.
2014년 8월에는 NASA에서 금속 3D 프린터로 만들어낸 로켓 엔진 부품의 연소 테스트에 성공했다. # 본래 163개의 작은 부품을 조립하여 만들던 부품을 단 2개의 3D 프린팅한 부품만으로 생산했다고. 실험 동안에 100기압에 가까운 압력과 3000도가 넘는 열이 가해졌지만 성공적으로 견뎌냈다고 한다.
2018년 1월부터 생산되는 부가티의 하이퍼카 부가티 시론은 세계 최초로 3D 프린팅된 티타늄 브레이크 캘리퍼가 들어간다. 티타늄은 대표적인 난삭재라 가공이 매우 곤란하지만 3D 프린터를 사용하면 가공이 쉬워지기 때문에 보다 복잡한 모양을 성형할 수 있기 때문이다. 종래의 슈퍼카에 들어가던 티타늄 브레이크 캘리퍼는 구조가 단순해 성능이 떨어지거나, 여러 부품을 조합해 강도가 약해지는 문제가 있었지만 3D 프린팅한 새 브레이크 캘리퍼는 부품 갯수도 적은데다가 구조도 복잡해 성능도 좋고 강도도 확보된다. 물론 가격 또한 안드로메다로 출발하지만 애초에 대당 수백만 달러씩 하는 부가티를 사는 사람이면 재벌급은 되는 거부(巨富)이니 비용은 큰 문제가 되지 않는 듯. 부가티 사의 발표자료
2018년 10월 18일 미 해군이 자국 핵항모인 해리 S. 트루먼 호에 금속 3D 프린터로 만들어낸 부품을 일부 탑재한 채 12개월간 운용 테스트를 한다고 언급했다.
2020년 11월 18일 ~ 11월 20일 일산 킨텍스에서 열린 인사이드 3D 프린팅에서 한 업체가 금속 3D 프린터로 제작한 금속제 피규어와 1:1 스케일 롤드컵 트로피 모형을 선보였다. # 스테인레스 같은 금속으로 만든 피규어이기 때문에 매우 묵직하고 특유의 광택이 플라스틱 피규어에서 느끼기 어려운 느낌을 느끼게 해준다. 제작 가격은 수 백만원 내지 그 이상 수준으로 매우 비싸지만 그럼에도 제작의뢰를 하는 디자이너나 소비자가 있다고 한다.
8. 개인용 3D 프린터
8.1. 개인용 FDM 3D프린터 개조
*[12]
아주 제한적이지만 개인용 FDM 3D 프린터를 개조하여 금속을 프린팅을 하는 것이 가능하다. 물론 알루미늄, 구리, 철, 티타늄 같은 녹는점이 높은 금속은 불가능하고 비교적 녹는점이 낮은 주석이[13] 주로 많이 사용된다.[14] 단 출력물의 품질은 좋은 편은 아니며,[15] 3D 프린터를 고장낼수도 있기 때문에 주의가 필요하다.
8.2. 개인용 FDM 3D 프린터에 특수 금속 필라멘트 이용
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<colbgcolor=#000><colcolor=#fff>
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| 개인용 FDM 프린터에서도 사용 가능한 금속 필라멘트 |
개인용 FDM 프린터에서 금속을 프린팅 할 수 있는 특수 필라멘트도 존재한다. 순수 금속을 프린팅 해주는 것이 아닌 금속과 플라스틱이 섞여있는 형테로 프린팅 해주며 순수 금속을 얻으려면 가마에 출력물을 넣고 구워서 플라스틱을 녹여내는 방식이다. 생각보다 프린팅 가능한 금속 종류는 다양하지만[16] 출력물을 가마에 넣고 구워내는 과정이 매우 번거롭고 취미로 하는 일반인들에게는 매우 어려운데다 돈도 많이 들어가는 작업이다. 또한 출력물을 가마에 넣고 구워내면 크기가 원래 출력물보다 작아지는 단점도 있다.
9. CNC와의 차이점
머시닝 센터등 기존의 CNC 공작기계도 3D 모델에서 바로 공작물을 제작할 수 있어서 사전적으로 포함은 되지만 보통 3D 프린트라고 하면 기존의 Subtractive Manufacturing[17]이 아닌 Additive Manufacturing(AM)[18] 즉 쌓아가면서 만드는걸 의미한다. 둘 다 섞은 하이브리드 방식도 물론 포함된다. 네이버캐스트에서 다룬 적이 있는데, 읽어 보면 도움이 된다.CNC는 커다란 원재료 덩어리를 칼날을 이용해서 조각하는 방식이다. 완성품의 품질은 높은 편이지만, 채색 작업은 별도로 진행해야 하고, 덩어리에서 깎아내는 작동 원리상 재료를 많이 소비하며, 컵이나 파이프처럼 굴곡이 많은 물체는 제작하기 어렵다는 단점이 있다. 보통 4축, 혹은 5축 가공기라고 불리고 있다.
5축 가공기는 통념적인 3D 프린터와 가공방식(컴퓨터 수치제어, 즉 CNC)이 다르다. 5축 가공기와 일반 3D 프린터의 공통점은 입체 조형이 자유롭다는 점(다만 5축 가공기는 제한이 좀 있다.)과 가격대가 억 소리 난다는 것 정도 밖에 없다. 5축 가공기는 이미 상용화되어 산업현장에 널리 쓰이고 있으며 그다지 새롭다고 볼 수 없는 기술이다. CNC 항목의 가공 영상도 5축 가공기이다.
일반적인 개념에서 CNC 가공은 입체 인쇄의 범주에 들어가지 않으나(이것은 이미 시작부터 재료가 입체 형태로 구현되어 있는 상태이기 때문이다), 작동방식에 있어서 3D 프린터와 유사한점이 굉장히 많다. 그리고 무엇보다, DIY 3D 프린터 제작에 있어서 CNC를 이용한 판재나 뼈대가 굉장히 많이 쓰이기 때문에, 3D 프린터에 대해서 알아보다보면 높은 빈도로 CNC 가공을 접하게 된다.
CNC가 재료를 깎아낸다면 3D프린터는 빈공간에 재료를 적층한다. 정반대의 작업을 한다. 굳이 절삭형 3D프린터를 찾자면 종이를 출력하여 접착하여 절삭하는 종이 3D프린터를 예로 들 수 있다.
미술 쪽의 표현으로 매칭을 시킨다면 CNC는 조각, 3D프린터는 소조 로 보면 된다.
10. 용도
2018년 기준으로 3D 프린팅의 잉크는 사용 소재가 300가지 넘으며, 이를 사출해내는 스프레이 노즐은 3만가지가 넘는다. 플라스틱을 넘어서 음식을 만들어내기도 하며, 콘크리트를 사출해 집을 지으며, 금속 부품도 인쇄할 수 있다. 심지어 바이오 프린팅 기술이 발전하며
인공장기도 인쇄할 수가 있다. 과거에는 노동 자본이 부를 창출해냈으며 많은 노동력을 가질 수록 유리했다. 이후에는 부동산 등 자산을 소유할 수록 많은 부를 창출해냈다. 그러나 모든 물질들을 값싸게 프린팅 할 수 있다면 아파트나 건물 같은 투자 목적 자원의 자산 보유가 무의미해진다.[19]
끝을 모를 만큼 다양하다. 대중화가 된다면 가히 산업혁명급 대격변을 일으킬 것이라고 단언할 수 있을 지경. 3D 프린팅이 가져올 제3차 산업혁명 뿐만 아니라 4차 산업혁명에서 기술 자본[20]을 보유한 자가 많은 부를 독점할 수 있다는 가능성을 보여주기도 하고 있다.
과거부터 현재까지 가장 널리 쓰이고 있는 분야는 제품 R&D 분야이다. 힘들게 목업을 만들 인력이나 노력, 시간을 간단하게 기계 하나로 대체할 수 있는 것이다.
NASA에선 화성 우주여행 등 장거리를 뛸 때 고장난 부품 수리를 위해 3D 프린터와 분말가루 재료를 잔뜩 넣어두는 걸 연구하고 있다. 어느 물건이 고장날 줄 모르니 예비 부품을 잔뜩 싣는 것보다 이쪽이 경제적이라는 것이다.
건축에도 쓰인다. 이미 해외에서는 3D 프린팅으로 건축시장이 활성화 되어 있으며, 기존에 사람이 하는 공정에서 굉장히 힘든 작업인 콘크리트 곡선 성형 작업이 3D 프린팅에선 매우 간단하다. 게다가 콘크리트 안을 다 안채우고도 비슷한 강도를 낼 수 있게 뼈대 조형이 가능하므로 무게도 가벼워지고 콘크리트 재료도 절약되는 장점이 있다. 무엇보다 작업 인력을 크게 줄이고 공사시간이 월등히 적다. 이미 하루만에 10채의 집을 완성한 기록이 나와 있으며 비용은 고작 5000불밖에 안 들어 가는 등 건설 업계에 엄청난 혁신을 몰고 올 건축업계의 기대되는 미래사업이다. 다만, 현재 기술적으로 만들 수 있는 것은 저층의 소형주택이고, 더 크고 넓은 건물을 지으려면 철근을 넣어야 하기 때문에 구조보강이나 강도를 늘린 건축물을 짓는 일까지는 3D프린팅이 할 수 없어 미래를 조금 더 지켜봐야할 듯하다.[23]
개인이 3D 프린터를 가지게 될 경우 생산뿐만 아니라 소비에도 큰 변화를 가져올 것으로 보이는데, 예를 들어 인터넷 쇼핑몰에서 물건을 구매하면 업체에선 도면만 보내주고, 고객이 집에서 바로 프린터로 만들어 사용할 수 있게 되므로, 이 경우 배송에 걸리는 배송비와 배송 시간이 절감되고, 불량품이 배송될 가능성도 많이 줄일 수 있어 많은 사람들이 거는 기대가 크다. 다만 아직까지는 다이소같은 사는게 훨씬 싸고 상점에서 걸어서 30분 이내의 편의성으로 인해 빠르게 받아볼수있고 현대기준으로 배송사고 일어날 가능성은 거의 없는데다가 다이소에 안파는것은 쿠팡에서 하루, 다른 인터넷 쇼핑몰에서 늦어도 이틀이면 받을수 있고 품질도 훨씬 좋기때문에 집에서 숟가락같은 제품 하나 뽑자고 프린터를 개인이 사기에는 채산성이 안나오기때문에 시간이 오래걸릴것이다.
의료분야에서도 이용이 되는데, 간단히는 수술에 앞서 뼈를 프린팅 하는 경우에서부터 장기를 프린팅하기도 한다. 세포를 배양해서 3D프린터로 인쇄하고 이식하는 것이다. 환자 본인의 장기 세포를 배양해 3차원 프린팅한 인공 장기는 본인의 장기와 같으므로 수술 후 저절로 적응되고 자리를 잡는다. 인공 뼈의 빈 부분에는 골수를 이식해 두면 차차 저절로 채워지며, 운동과 재활 과정을 통해 석회질이 보강되어 원래 뼈만큼 단단질수 있다. 이 분야의 선두자로 웨이크포레스트대학의 아탈라박사가 유명하고 국내에서는 포스텍 조동우 교수팀이 이 분야를 연구하고 있다. 신장인쇄
신체 부위를 스캔해서 만든 가볍고 몸에 꼭 맞는 골절 환자용 부목은 이미 상용화되었다. 치아교정, 특히 투명교정 분야에도 활용되고 있다. 치아를 조금 움직인 후 인쇄한 다음, 이에 맞는 틀을 만들어 끼고 다니면 치아가 움직인다는 원리.
군사 분야에서도 응용이 기대되고 있다. 개인이 프린트할 수 있는 AR-15 하부 프레임도 이미 등장해서 공개된 상태다. 금속 3D 프린터 가격이 어마어마하기에 아직까지는 총기 프린팅은 플라스틱 부품 위주이고, 때문에 강한 압력을 받는 총신, 약실 등 주요 부분은 상용 금속제에 의존하는 경우가 대부분이다. 그러나 사실 미국에서는 하부 프레임만 프린트할 수 있어도 큰 의미가 있다. 미국 법률상 '총기'로 인정되는 부품은 총번이 찍히는 부품(M16의 경우 하부 프레임) 뿐이기에 총신, 상부 프레임, 하부 프레임 내부에 들어가는 부품 등은 아무런 등록 없이 손쉽게 구매할 수 있다. 그리고 타국은 경우가 좀 다르지만, 미국 법률상 개인이 합법적으로 구매할 수 있는 총을 제작하는 것 또한 합법이다. 기계에 대한 의존도가 절대적인 현대 군에서 전선에서의 활용도도 높은데, RTS게임처럼 전선에서 무기를 생산하는 수준까지는 아니더라도 위의 나사 사례처럼 간단한 교체 부품은 바리바리 싸들고 가는 것보다 전선에서 얼마 떨어지지 않은 곳에서 3D 프린터기로 새로 뽑는 식으로 조달하거나, 부품의 크랙 등의 경우 적층 제조를 응용해 간단하게 수리할 수도 있다. # 채형에 맞는 권총 손잡이나 그립, 조준경의 아이피스, 개머리판의 완충 고무 등은 가장 쉽게 제작하고 교체할수 있는 부품이다.
플라스틱 3D 프린팅 총기는 사실 개인 데스크탑 CNC 가공 총기의 후예 정도에 해당한다. 기존에 이미 실현된 부분을 3D 프린터로 옮긴 정도이기에, 기술적으로 큰 난이도는 없는 셈. 때문에 핸드피스를 구입하여 3D 프린터를 CNC로 개조하는 것도 가능하다.
오덕들에게도 상당히 흥미로운 기술 중 하나인데 인터넷에서 3D 모델링 자료를 받으면 바로바로 미니어쳐 모델(-밀리터리 등)이나 피규어를 만들어낼 수 있다는 매리트가 있기 때문. 별다른 조형 기술이 없어도 3D 제작 기술만 있으면 모형을 만들 수도 있다. 특히 오덕 상품들 중 상당수가 해외산임을 생각해보면 해외 배송 특유의 환율 + 배송비 + 배송시간
실제로 프라모델이나 피규어계에서도 프로 아마추어 할 것 없이 3D 프린팅 기술이 적극적으로 활용되고 있다. 물론 3D 프린터 특유의 한계 덕분에 처음부터 끝까지 3D 프린터 양산체제인 것은 아니고, 3D 모델을 제작하고 이를 3D 프린터로 출력한 뒤, 후가공 과정을 거친 뒤 기존 방식대로 형틀을 떠서 복제하는 방식이다.
한편 만약 3D 프린팅이 대중화된다면 그 다음으로 비슷한 혁명을 일으킬 수 있는 건 나노머신을 이용한 유니버셜 컨스트럭터( 물질재조합장치)이다. 폰 노이만이 제창하였고 스타트렉 등의 SF에서 등장한 개념으로 쉽게 생각하자면 3D 프린터가 나노머신으로 구성되어 분자단위부터 물질을 재조합하여 어떤 것이든 재질과 형태를 가리지 않고 뭐든지 만들어낼 수 있는 단계에 이른다고 생각하면 된다. 물론 이 유니버셜 컨스트럭터로는 이론상 다른 유니버셜 컨스트럭터도 만들 수 있기 때문에 사실상 생산하는데 드는 시간과 에너지를 제외하면 아무런 제약이 없는 생산공장이 된다. 하지만 아직까지는 SF의 영역일 뿐 현실에서 이러한 영역에 도달하려면 기나긴 시간이 필요할 것이다.
패션, 스포츠 용품 업계에서도 비싸긴 하지만 이미 상용화되었다. 발에 꼭 맞는 구두, 장식품을 만들수 있으며 선수 발을 측정해 만든 스키화, 손에 맞는 라켓 손잡이, 두상에 맞는 헬멧, 몸에 맞는 안장 등은 경기력을 극대화할수 있다.
10.1. 용례
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3D 프린터를 이용해 후도색 없이 처음부터 피규어를 만드는 것도 가능하다. 지원되는 색상은 50만가지.
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3D 프린터를 이용해서 집을 만드는 회사가 등장했다. 6m 높이의 집을 짓는 프로젝트를 시작했다. 집주인이 원하는 어떤 형태로든 제작이 가능하다는 점을 장점으로 내세운다. 다만, 제작까지 3년이 걸린다는 게 흠이다.
관련기사 중국에서는 하루 10 채의 집을 짓는 영상이 올라왔다.
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발칸포 운용에 중요한 부품인 ‘하우징 조절팬’은 국내에 생산업체가 없어 고장 나면 확보하기 어려웠고 3D프린팅 기술로 똑같이 제작하더라도 품질인증 기준이 없어 실제 사용하기 어려워 군에서 3D프린팅 제작부품을 마련하기 위해서는 국방규격이 꼭 필요한 상황이었다. 산업부는 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신센터를 통해 3D프린팅 기술로 ‘하우징조절팬’ 시제품을 제작했다.
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- 2009년 28일, 3D프린터를 사용해 제작한 나노 공정 반도체를 IBM에서 공개했다.
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3D프린팅 기술을 이용하여 2019년,
포항공과대학교에서 인쇄형 플렉시블 반도체를 제작하였다.
출처 https://www.hankookilbo.com/News/Read/201901311605380518
- 이전부터 레이어의 두께를 이용해 무드등을 만들곤 했는데, 여기서 더 나가 각각의 필라멘트 필라멘트를 얇게 쌓는 방식으로 색상을 조정해 그림을 출력하기도 한다. 작례
- 영국 옥스포드대학 연구진은 3D 프린팅 기술을 활용, 2개층으로 구성된 간단한 구조의 대뇌피질 조직을 만들었다. 이 조직을 쥐의 뇌에 이식하자 쥐의 본래 뇌 조직과 통합하는 모습을 보였다. #
11. 장점
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.
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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. 이뿐만 아니라 제품 완성에 들어가는 공정 자체가 짧아진다. 플라스틱컵을 예를 들어 기존의 경우, 컵 자체를 디자인/설계하고 몰딩이나 금형틀을 만들기 위해 그 설계를 반대로해서 틀의 설계를 한다. 그리고 그대로 금형틀을 가공하고, 그 금형틀을 사용해서 사출이나 프레스로 찍어내어 필요하다면 손잡이 등을 추가로 용접같이 결합시켜야한다. 하지만 3D 프린터는 컵을 설계하고 출력하면 끝이다. 손잡이 역시 붙어있는 상태로 바로 출력이 가능하다. 후술된 단점에서 반복해서 나타난 논리적 허술함처럼 최종단계의 제작/가공과정만 단순히 비교할 것이 아니라 전체 과정을 비교하면 단점이 단점이 아니며, 3D 프린터의 공정과 시간에 압도적인 장점이 있다.
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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.
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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. 이렇게 되면 제조 공정은 간소화 하면서 내구성과 품질은 더욱 우수한 제품을 만들 수 있다.
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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.
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작업난이도가
CNC보다 상당히 낮다.
CNC가 아무리 기계가 알아서 가공한다지만 절삭이 완벽히 자유롭지 못하기 때문에 가공기계가 허용하는 조건[24]을 맞춰서 설계해야 한다. 반면 3D 프린터는 허용하는 형상이 CNC에 비해 훨씬 자유롭다. 재료와 3D 프린팅 방식만 선택했으면 사실상 출력물 크기, 중력과 내부공동의 후처리 정도만 신경쓰면 된다.[25]
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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 프린팅 하는 중에 부품이 자기 하중에 의해 붕괴하거나 레이저소결식 프린터에서 레이저 산란광에 의한 사고나 작업 중 발생 가능한 분진으로 인해 호흡기 문제가 발생할 수 있으므로 다른 공작 방법 대비 상대적으로 안전하다는 것이지 가전제품 수준으로 안전한 것은 아니다. 특히 3D프린터는 장시간 쉬지 않고 동작하는 특성이 있어서[26] 작업자가 위험에 노출되는 시간이 훨씬 길다. 그러므로 만약 3D 프린터를 설치할 때는 사람이 오래 머무는 곳이 아니라 별도로 장비들을 모아둔 방 같은 곳에 별도로 설치하는 것이 좋고 출력과정에서 인체에 해로운 성분이 나올 수도 있으므로 가급적 환기가 잘되거나 하다못해 환기가 용이한 곳에 설치 하는게 좋다.[27]
12. 단점
위의 반론들에서 세세히 언급되었다시피 아직까지는 기술적 문제가 산적해 있다.
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작업 시간
3D 프린터는 마치 등고선을 입체화하는 작업처럼 미세한 높이의 매질을 층층이 쌓아 올려 구현화하는 방식이기 때문에 물건 하나를 출력하는데 시간이 끔찍하게 오래 걸린다.[28] 1개의 제품을 구현하기 위해서는 제품의 크기에 따라 다르지만 FDM(FFF)는 약 손바닥만 한 크기가 4-6시간 이상이며, 속도가 빠른 다른 방식들은 세척 및 경화 작업까지 감안하면 오래 걸린다. 물론 소프트웨어 최적화와 프린터들의 상향평준화로 과거에 비해 매우 빨라졌지만, 아직도 많이 느리다.
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비용
관련업계 종사자가 아닌 일반인 기준으론 비용도 만만치 않게 든다. 제대로 된 산업용 3D 프린터의 경우 적게는 천에서 많게는 몇 억 대를 오가는 고가 장비이며, 프린팅 하는 재료 자체가 기계에 맞추어 세팅되어 있기 때문에 비용이 만만하지 않다.[29]
어찌저찌 출력 가능한 상황을 만들더라도 웬만한 모델링을 3D 프린터로 구현하려면 모델링 비용부터 한 개에 수십만원 단위는 우습게 깨질수도 있다. 기기와 재료는 구한다 하더라도 피규어 한 개의 모델링을 구현하는 데 들어가는 기술비 때문에 비슷한 기업제 완성품 피규어 가격 몇 배 이상의 비용이 발생할 수 있다.
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엄격하게 요구되는 환경
또한 주로 쓰이는 FDM 방식의 필라멘트 중 ABS는 수축이 심하여 바닥에 안착이 안 되거나 출력 중에 베드에서 떨어지는 등 여러 어려움이 있으며, 이를 해결하기 위하여 히트 베드를 사용하고 몇몇 사람은 ABS Juice를 베드에 도포하거나 풀을 바르는 등 각양각색의 방법을 동원하게 된다. 게다가 베드에서 떨어지는 것을 막더라도 출력물 자체가 갈라지는 경우가 많아 PLA와 같은 재료를 제외하면 온도 유지를 위한 챔버가 반필수적이다.
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내구성 및 신뢰성
완성품의 내구성도 그렇게 신뢰성이 높지는 않다. 보통 사용되는 매질을 이용한다면 PVC 이하의 내구성을 가진다. 하지만 의외로 구현 가능한 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 몇백만원대 저가형 제품은 정밀도가 필요 없는 컵이나 화병 같은 단품 제품의 제작에 머물러 있는 장난감 수준인 것이 많다.[30] 단, 기술에 따라 달라질 수 있다. 기업 및 연구용 고가의 3D 프린터라면 재료부터 다른 것을 사용하기 때문에 출력때부터 표면을 매끄럽게 출력하는 것이 가능하다. 결론은 저가 3D 프린터가 많이 보급되면서 민간에서는 내구성과 신뢰성 문제가 크게 와닿지만, 비용만 충분히 투자하면[31] 좋은 품질의 3D 프린터 결과물을 얻어낼 수 있다.
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제한적인 소재
세간의 인식과는 다르게 현재 대중에게 시판되는 소재는 그 종류가 매우 한정적이다. 또한, 일반적인 3D 프린터는 하나의 제품을 제조한다고 할 때, 1종류의 소재만을 사용해서 제품을 제작할 수 있지만 만약 그 제품이 2개 이상의 소재를 적용해야만 한다면 원큐에 해당 제품을 제조하는 것은 어렵다. 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. 그러나 이런 문제점은 시간이 갈수록 개선이 되고. 현재 프린터에 사용할 수 있는 소재는 엄청나게 다변화되어서 알루미늄이나 타이타늄 등 금속 소재, 지르코니아 같은 세라믹 소재도 적용이 가능하며, 재료압출식의 경우, 노즐의 수를 4, 6, 8로 늘려서 다양한 소재를 연속적으로 적용한다든지, 한번에 여러 제품을 적층시킨다든지 할 수 있다. 게다가 3D 프린터의 범주를 산업용 3D 프린터까지 확장시킨다면 이야기가 많이 달라지는데, 스트라타시스의 재료 분사 광경화식 3D 프린터의 경우 고무와 딱딱한 플라스틱 원료를 적정량 혼합해서 고무의 딱딱한 정도에도 변화를 주어서 출력할 수 있으며, 박람회에서 고무와 플라스틱으로 구성된 탁구채를 원큐에 출력한 사례를 시연한 바 있다. 물론, 아직 희토류 자석이나 일부 3D 프린팅이 까다로운 소재에 대해서는 아직까지도 연구가 진행되고 있고, 3D 프린팅으로 어떤 소재를 사용해서 제품을 만든다고 하면 그 소재의 특성이 기존 소재랑 상당히 다르게 나타나서 물성이 기존 것보다 훨씬 떨어진다든지 균열이 간다든지, 이런 문제를 해결하는데 기존 공정에서 통용되던 개념이 3D프린팅에선 통용되지 않는다든지 하는 문제가 있어 현재까지는 3D프린팅으로 제조했을 때 그 이점이 명확한 소재에 국한하여 많은 연구와 개발이 집중적으로 이루어지고 있으며, 현재까지는 상술한대로 표준 규격에 맞는 모든 소재를 3D 프린터에 적용할 수 있는 것은 아니다.
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절대 "만능이 아닌" 3D 프린터
2010년대에 국내에서 3D 프린팅에 대한 관심도가 폭발적으로 증가했을 때, 해당 업계 종사자가 아닌 일반인들은 3D프린터만 있으면 뭐든지 만들어 낼 수 있다고 생각하는 사람들이 많았었다. 그러나, 3D 프린터가 아무리 구햔 가능한 형상 자유도가 높고 금형을 쓰지 않아도 된다고 해서 만능이라고 생각한다면 곤란하다.
3D 프린팅의 장점을 극대화 할 수 있는 생산 시스템이나 디자인을 적용한다거나 그러한 제품을 만드는 게 아니라면 아직까지는 제조에 들어가는 시간과 비용 대비해서 얻을 수 있는 가치가 너무 낮다. 3D 프린팅은 매우 다양한 형상의 제품을 한 장비로 제조할 수 있지만 그 제조에 소비되는 비용이 만만치 않기 때문에 기존 공정으로 제조가 가능하고 시중에 유사한 형태의 제품이 있거나 양산을 할만한 수요가 있는 제품이라면 몇몇 특수한 경우를 제외하고는(예를 들어 단종된 제품의 부품을 수리 등을 목적으로 소량 생산해야 한다든지) 기존 공정으로 제조한 제품이 품질도 더 좋고 가격도 더 싸다. 다시 말해 3D 프린터를 이용한 양산작업은 일부 다품종 소량생산 부품이나 매우 특수한 경우를 제외하고는 경제성이 없어도 너무 없는 경우가 많아 기업에서도 내부적으로 연구는 진행하고 있지만 상용화는 잘 되지 않고 있다. 그러므로 국내에서는 아직까지 상당수의 기업이나 연구단체에서는 R&D 수준에서 3D 프린터를 모델링 테스트, 프로토타이핑 정도의 용도로 사용하고 있으며, 일부 기업이 공정 설비에 부분적으로 3D 프린팅으로 제조한 부품을 적용하는 사례가 존재하나, 이런 부품은 기업에서 독자적으로 개발한 부품 만들때나 쓰는거라 양산할 필요가 없는(금형을 가공하는 데 드는 돈이 3D 프린터로 필요한 수량의 부품을 만드는 것보다 비싼 경우) 부품이나 특수한 목적에만 제한적으로 적용되고 있다.
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환경
프린팅 과정에서 발생하는 가스와 분진, 소재의 안전성 문제도 남아있다. FFF(FDM) 방식의 프린터에서 대중적으로 사용되는 ABS는 말할 것도 없고, 옥수수에서 추출하여 비교적 안전하다는 PLA도 필라멘트로 가공하는 과정에서 첨가되는 첨가물이 문제가 된다. SLA/SLS 방식의 프린터에서 사용하는 레진은 뭐... 참고 기사1 참고 기사 2 참고 기사 3
그러니, 프린팅을 할 때는 독립된 공간에 두고 창문을 열어서 환기를 하고 마스크를 착용하도록 하자. 밀폐 챔버가 있는 일부 3D 프린터 제품엔 이러한 문제점을 개선하기 위해 공기필터가 달린 제품들도 있다. 하지만 그렇다고 플라스틱 냄새나 유해한 성분을 완전히 차단해 준다고 보장할 수 없으니 상술한대로 장비는 환기가 용이한 독립된 공간에 설치할 것을 권장한다. 그렇다고 대놓고 베란다 같이 외부 온도에 크게 영향을 받는 장소에 설치하면 출력물이 망가지므로 설치 장소를 잘 찾아봐야한다.
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소음
3D 프린트하면 가장 먼저 떠오르는 대표적인 문제점이 바로 소음 문제이다. 과거에는 이 소음을 잡기 위해 방음 챔버를 DIY하기도 했었다. 그러나 대부분의 3D 프린터의 소음은 노즐같은 부분이 아닌 노즐의 위치를 바꿔주는 구동 모터에서 발생한다. 이 소음만 잡으면 구동 모터소리보다 팬 돌아가는 소리가 더 클 정도. 과장을 보태지 않고 컴퓨터 팬 돌아가는 정도의 소리밖에 나지 않는다. 후술할 기술이 해결해준 단점 중 하나로, 3D 프린터 구입을 고려할 때 소음이 얼마나 나는지 꼭 확인하거나 저소음 업그레이드가 존재하는 제품인지 꼭 확인하도록 하자. 일반 보드(Stock)와 저소음 보드(Silent, 사일런스) 예시[32]
다만 이 단점들은 시간이 해결해주는 것이 대부분이다. 이미 몇 가지는 이 문서가 작성한 이후로도 계속 해서 발전해왔고, 이제 제작 대상에 따라 문제될 것이 없는 수준까지 해결되었다.[33] 또한 3D 프린터에 의존하지 않는 합법적인 복제 방법도 이전부터 얼마든지 가능했다.
12.1. 위험성 논란(인과 관계 없음으로 종결)
3D프린터를 운용했던 교사들이 갑자기 암에 걸리는 등 3D프린터가 위험한 것이 아니냐는 우려의 목소리가 커지고 있다.
2020년 들어 FDM(FFF) 방식의 프린터를 자주 사용하던 학교 교사 3명이 육종암 진단을 받았고 이들 중 1명이 세상을 떠났다. 하지만 전세계의 수많은 3D 프린터 사용자 중 오직 3명한테서만 육종암 논란이 나왔다는 점에서 단순한 우연일뿐이라는 의견이 대세이다.
3D 프린터 암과 안전에 대한 대책 및 정부 입장
"무엇보다도 육종암은 환경요인이 없는 유전병이라는 점에서 조회수를 높히기 위한 자극적 기사로 취급되고 있으며, 일부에선 산재 판정을 받기 위해서 언론플레이를 한 것이라는 추측도 있다."
이후에 산업안전공단이 3D프린터 사용과 암 발병 간 연관성을 인정하지 않은 역학조사 결과를 내놨고, 인사혁신처 역시 이를 바탕으로 이 교사의 공무상 재해를 인정하지 않은 사실이 뒤늦게 확인됐다.
3D프린터 쓰다가 숨진 교사…당국 “공무상 재해 아냐”
해당 교사가 운용했던 3D프린터는 수입산 R사, 국산 C사의 제품이며 PLA 소재가 아닌 ABS로만 운용했던 것으로 전해졌다.
이 기사 덕분에 필라멘트에서 나오는 미세먼지 및 ABS의 유해가스 문제에 대해 점검하게 되었다. 그러다 2021년 12월, YTN에서 이 문제에 대해서 본격적으로 제대로 된 조명을 시작했다. YTN측은 앞으로 유해성 및 자체 문제점을 집중 고발하는 기사를 예고했다. 3D프린터 사용 교사 7명 육종암·유방암 등 발병 확인
정확히는 3D 프린터 자체가 아닌 중국에서 폐 플라스틱 등을 섞어 제조한 필라멘트(프린팅 재료)의 문제로 보인다.
예산 부족 등을 이유로 대부분 학교에서 체임버와 공기필터가 없는 3D 프린터와 값싼 중국산 필라멘트를 구입했으며[34], 정부가 메뉴얼에서 안전 내용을 삭제하고 안전 관련 예산도 삭감하여 논란이 됐다. 文 정부 '안전 역주행'...유해성 경고 지우고 예산 삭감
좁은 환경에서 무엇이 문제이든 ABS 소재의 3D 프린팅 안전하게 사용하기에는 부적합한 환경이었던 것은 명백하다. 해당 학교에서 3D 프린터를 구동할 때 환기 장치가 전혀 없었으며 밀페된 공간에서 8대를 동시에 돌리고 있었으며 그러한 공간에 사람이 같이 있었다.
PLA 소재를 사용했더라면 안전했을텐데 안타까운 상황이다. 해당 기사가 나온 21년 기준으로 5천 7백여 학교에 2만 6천대가 보급될 예정인 것을 생각하면 각 학교마다 안전교육이 제공되어야 할 것이다.
이제 막 상용화 된 3D 프린터 도입 초기에 딱히 위험할 것도 없어 보였던 프린터에 대한 지식, 경험 부족으로 일어난 사고인 것.[35]
육종암과 3D프린터간의 과학적으로 인과 관계가 없다는 것이 발표되었다. 관련 뉴스
12.2. 복제
대중화가 되면 사회에 놀라운 변화를 가져올 것이 확실시되는 기술이지만, 반면 저작권 문제가 새롭게 대두될 확률이 매우 높다. 현재의 저작권은 어디까지나 물리적인 형태가 없는 지적 소유물(창작물)만 보호하는 수단이기 때문이다. 하지만 3D 프린터가 보급되면 지적 소유물이 곧 물리적 소유물이 된다. 이는 가상 매체의 복제와는 달리 '실물'의 복제로서, 논지의 범위가 다를 수밖에 없다.자신이 디자인한 머그잔을 3D 프린터 출력자료로 판다고 쳐보자, 구매자는 설계도를 구매하거나, 인쇄할 권리를 구매하여 출력자료를 바탕으로 구입한 디자인의 머그잔을 자신의 집에서 만들 것이다. 그런데, 아무리 각종 보안과 DRM이 걸려 있다고 하더라도 방패는 창에 뚫리기 마련이다. 악질적인 구입자가 마음만 먹으면 출력자료를 뜯어낸 뒤에 같은 물건을 수십개 찍어내서 팔 수도 있고, 아예 설계자료 자체를 인터넷에 유포할 확률도 있다.
머그잔 같은 간단한 물건이라도 문제가 생길 수 있으니, 고도의 기술력이 들어간 복잡한 설계의 물건이라면 파급력의 차원이 달라진다.[36] 어느 회사의 핵심 설계도가 유출돼 똑같은 디자인과 똑같은 디자인으로 특정 국가에서 매우 값싸게 시장에 판매 된다면 매출 타격은 물론이고 그 회사의 이미지까지도 타격을 받을 수밖에 없다. 실제로 사용 가능한 물건을 출력할 수 있을 정도의 설계도라면 역설계 역시 간단히 할 수 있다는 말이기 때문이다. 제작사 측에서 보안을 건다 하더라도, 수많은 선례를 볼 때 잘 해야 시간벌이일 뿐 크랙을 완전히 막는 것은 사실상 불가능하다. 따라서 3D 데이터를 판매한다는 것 자체가 설계도의 유출 확률을 각오하는 일일 수밖에 없는 것이다.
규제와 보안으로도 어느정도는 해결이 가능하겠지만, 정말 근본적인 문제가 해결되지 않는다면 여러모로 문제가 생길 확률이 농후하다.
실제로 Warhammer 40,000의 드레드노트 미니어처로 추정되는 3D 프린트 설계도가 Piratebay에 올라왔다가 저작권 침해 신고를 받고 내려온 사태가 발생했다. 플라스틱 미니어처 장난감은 적당한 강도만 갖추면 되기 때문에 아래 반론에서 제기하는 문제점에 자유로운 편이고, 지난 몇 년간 40K용 미니어처는 품질에 대한 향상 없이 원래부터 비쌌던 제품의 단가만 더 비싸지면서 그 비싸디 비싼 3D 프린터용 플라스틱 수지 가격보다도 무게 대비 가격이 훨씬 비싸기 때문에 3D 프린터를 통한 간접적인 암시장이 형성되기에 아주 적합한 환경이 조성된 것이다.[37]
심지어 2015년경에는 공항내 보안요원들만 소지가 가능한 TSA 락[38] 마스터키의 3D 프린터 도면이 유출되어 GitHub에 유포되기도 하였다. 실제로 도면 중 일부는 TSA락을 풀 수 있었다고 한다. #
12.2.1. 반론
그러나 이것은 어디까지나 튼튼하고 쓸만한 완제품을 출력할 수 있는 고성능, 대용량의 3D 프린터 및 출력물질이 값싸게 보급되어 대중화되고, 기업들이 이러한 3D 프린터 제작용 도면으로 제품을 판매하는 것이 제도화, 유통화 되었을 때의 문제이지, 현재 수준의 3D 프린터라면 별 문제는 되지 않을 확률이 높다.왜인가 하면, 현재의 3D 프린터는 너무나도 비효율적이기 때문이다. 출력 물질의 한계로 복제품의 질과 내구성이 사출물에 비해 매우 떨어지며 설상가상으로 재료를 분사하고 굳히고 다듬는 번거로운 제작방식 탓에 제작시간 또한 매우 오래 소요된다. 또한 출력물 크기가 프린터 크기로 제한되는 것도 큰 단점.[39] 이래서야 복제 제작물이 공장제 완제품보다 비싸고 그 크기도 작다보니 말짱 도로묵이다.
물론 피규어 같은 취미용 물건이라면 작은 사이즈와 낮은 내구도로 괜찮을지 모르지만, 100만원 이하의 피규어의 모델링을 어떻게 구해서 DLP프린터로 복제한다 쳐도, 퍼티질, 사포, 도색과 같은 웬만한 레진킷 하나 만드는 노력이 필요하기 때문에, 그냥 완제품을 하나 사는 게 편하다.
어차피이 3D 프린터가 아니더래도 입체물에 대한 무단복제는 더 효율적이고 효과적인 다른 저렴한 수단들로 오래전부터 행해져 왔고 현재 진행형으로 이루어지고 있기 때문에 3D 프린터가 무단복제를 더 활성화시킬 여지는 적다.
정품 프라모델이나 인형 제품을 역설계 해 금형을 떠 해적판 장난감을 만들거나 가전제품이나 일용품 등을 무단복제생산하는 일이 비일비재하게 이루어져 왔고, 무기 계통으로 가자면 일개 총기부터 전차에 이르기까지 위성 국가에서 눈대중으로 치수를 일일이 재는 아날로그식 방법으로 리버스 엔지니어링을 하여 비 라이센스 생산한 것의 가짓수만 해도 이미 헤아릴 수 없다. 현재와 같은 3D 프린터라면 사실상 다른 방식이 더 효율적이고 싸게 먹혀서 프린터를 통한 불법복제 문제를 굳이 걱정할 필요가 없다. 3D 스캐너 등을 이용한 역설계를 하면 되지 않냐?란 의견이 나올 수 있는데, 이런 방식의 역설계도 생각보다 기술이 많이 필요하고 정밀도가 떨어진다. 이러한 일들이 기업-국가 단위로만 이루어진 것도 아니고 개인 단위에서도 프라모델이나 피규어 등을 실리콘과 레진으로 몰드 형틀을 떠 복제하는 기술이 아주 오래전부터 행해져 엄청난 노하우가 쌓여있는 상태이다. 심지어 복제/제작용 장비와 소모재를 전문적으로 파는 시장과 정기 수요층까지 있다.
더군다나 이러한 실제 제품 복제는 단순히 복제자의 장비와 기술의 한계로 인하여 제품의 마감과 재질 등이 정품에 뒤떨어지고, 정밀 제품은 그 제품의 성능과 직결되는 요소인 내부 전자 부품이나 정품의 고급 특수 재질, 소모재, 공들여진 도색이나 코팅, 기타 제품 처리 등 단순히 수치적인 역설계 도면만 가지고는 구현이 불가능한 부분이 많아 복제한다고 한들 단순히 제품의 케이스나 뼈대를 조잡하게 모방한 허술한 무언가 혹은 저급의 대체재에 그친다. 복잡한 입체물의 경우 껍데기나 겨우 흉내내는, 그나마도 잘 못하는 수준인 메이드 인 차이나 복제품들의 조악함을 생각하면 적당하다. 더군다나 개인이 굴릴 수 있는 3D 프린터가 날고 기어봐야 노즐로 뽑아낼 수 있는 연질 플라스틱이나 경화수지 등 가소성 높은 일원화된 내구도 낮은 소재로만 이루어진 프린터의 정밀도와 용량 한계 수준에 제한되는 조악하고 작은 입체물만 적당히 제작 가능하다.
결국 3D 프린터의 가장 큰 장점이라면 (일반인들에 대한)[40] 접근성과 편의성인데, 이 역시도 현재로써는 매우 떨어진다고 볼 수 있다.
12.3. 총기 제작
13. 자매품: 3D 스캐너
바늘 가는 데 실 간다고, 3D 프린터가 있는 만큼 3D 스캐너도 존재한다. 모델링한 파일을 바탕으로 실제 형상을 만들어내는 3D 프린터와는 반대로 이미 존재하는 사물의 굴곡에 대한 깊이 정보를 가져와서 3D 형태의 데이터를 만들어내는 역할을 한다. 크게 접촉식(Contact)과 비접촉식(Non-contact)으로 나뉜다.접촉식은 크게 CMM과 굴절암 방식의 두가지로 나뉘며, 모두 접촉식 프로브센서 대신 비접촉식 레이저 스캔 센서를 부착할 수도 있다.
CMM(Coordinate measuring machine)은 정밀[41]하지만 운용 난이도가 높고 초기 도입비용이 매우 비싼 편이다. FDM 방식의 3D 프린터와 유사하게 XYZ 축 이동이 가능한 센서와 프로빙 센서가 부착되어 있고 계산을 통한 자동 운용 및 수동 운용을 통해 물리적으로 접촉하면서 형체를 구현하는 방식이다.
굴절암(Articulated arm scanner)은 도입 비용이 비교적 저렴하고 사용 방식이 더 단순하지만 CNC가 불가능하며 정밀도가 CMM 방식보다는 떨어진다. 각각의 다관절 암의 움직임과 팔 끝의 위치를 수학적으로 기록 및 계산하면서 말단에 부착된 센서로 접촉하면서 형체를 구현하는 방식이다.
비접촉식은 레이저, 빛, 초음파, 사진 등 다양한 방식이 있으나 모두 물리적인 접촉이 필요하지 않으며 방식에 따라 손에 들고(handheld) 사용할 수 있어 피사체의 크기와 위치에 크게 구애받지 않을 수 있다.
비접촉식 능동형(Non-contact active) 스캐너는 방식에 따라 피사체에 레이저를 조사하여 빛 펄스의 왕복 도달시간을 측정(Time-of-flight 방식)하거나 조사된 레이저가 반사된 위치를 카메라를 통해 측정(Triangulation 방식)하는 레이저 이용 방식 등이 있다. 주로 크기가 크고 피사체로부터 먼 거리에서 측정해도 무방한 경우 Time-of-flight 방식을 사용하나, 피사체의 가장자리로 갈 수록 결과 왜곡이 심해지는 단점이 있다. 보통 핸드헬드 형태의 휴대형 3D 스캐너가 Triangulation 방식을 사용한다.
프로젝터를 통해 특정한 패턴의 빛을 투사하고 피사체에서 변형되는 패턴 형태를 측정(Structured-light)하거나 지속적으로 변하는 지속광을 조사해서 측정(Modulated light) 하는 등 빛을 이용한 방식은 주로 실시간으로 위치나 세부적인 feature가 변화하는 피사체[42]에 사용한다.
CT나 MRI 등 의료용, 비파괴 측정 방식 등 산업용으로 익숙한 Volumetric 방식 또한 비접촉식 3D 스캐너에 속한다.
비접촉식 수동형(Non-contact passive) 스캐너는 자체적으로 방출(emissive)하지 않고 주변광에 의존해 피사체를 감지한다. 능동형에 비해 구축 단가가 비교적 저렴하고 일상에서 접할 수 있는 재료[43]를 통해 구축할 수 있는 장점이 있다.
사진 측량(Photogrammetry) 방식은 DSLR이나 디지털 카메라, 캠코더, 스마트폰 등 사진 촬영이 가능한 하드웨어만 있다면 구현이 가능한 쉽고 저렴한 방식이다. 3D mesh reconstruction이 가능한 수준까지 촬영만 한다면 작게는 자동차 열쇠만한 크기부터 크게는 교외 밖 성당이나 거대한 화석 등도 측정할 수 있지만, 촬영하지 않은 면은 구현해낼 수 없으며 촬영하는 동안 주변을 돌거나 촬영 포인트만큼의 기기를 준비해야 하고 주변광의 영향을 가장 크게 받으므로 촬영 시간이 길어지거나 그림자가 다양하게 지는 등 일정하지 않은 광원 환경에서는 심하게 왜곡된 결과를 구현, 혹은 결과물을 구현하지 못하는 단점이 있다.
고해상도 이미지[44]과 함께 지상파 레이저 스캐너 및 고도계나 LiDAR 데이터를 사용하면 물리적으로 촬영자가 위치를 옮기지 않고 사진 측량에 비해 훨씬 정교한 결과를 구현할 수 있지만 구축 비용이 무척 높으며 방식에 따라 위성 촬영[45]된 이미지를 획득하기 어려울 수 있다. 보통 조감도, 도시환경 측정 등에 사용한다.
개발자용 혹은 개인용 비접촉식 3D 스캐너는 대표적으로 인텔 리얼센스, 키넥트가 있다.
다양한 방식으로 얻어낸 3D 스캔 데이터는 활용을 위해 재건(reconstruction)이 필요하다. 재건 직후의 데이터를 3D 프린팅에 바로 활용해도 되지만 재료 및 시간 낭비의 방지, 정교한 출력물을 위해 매끄럽지 않은 면이나 의도하지 않은 조형 등을 수정할 필요가 있다.
의료, 산업 환경에서는 단층촬영된 2D 슬라이스 세트나 레이저 스캔 데이터를 기반으로 구현하며 보통 사용자용 프린팅용 3D 스캔 데이터는 폴리곤 메시[46], CAD 모델[47]이 주로 사용되나 프린팅용이 아니거나 방식에 따라 서피스 모델[48]을 사용하기도 한다.
자체적으로 재건 애플리케이션을 제공[49]하지 않는 경우 촬영 결과물을 Metashape, RealityCapture, COLMAP 등의 photogrammetry 방식의 애플리케이션이나 Polycam 등의 서비스를 통해 3D 데이터를 뽑아내는 방식을 사용한다. 프린팅이 목적이 아니라면 3DGS[50] 등 방법도 존재한다.
14. 관련 자격증
| {{{+2 {{{#FFFFFF 3D 프린터 관련 자격증}}}}}} | ||||||
| <colbgcolor=#f5f5f5,#333> 국가기술자격 | 202. 전자 | 기능사 | 3D프린터운용기능사 | |||
| 산업기사 | 3D프린터개발산업기사 | |||||
15. 매체에서
- 겁스의 TL11에서는 플라스틱뿐만 아니라 재료공학적 기초 원소들을 배합한 nanopaste를 원료로 해서 금속, 생체조직 뿐만 아니라 아예 기계장치까지 "인쇄"할 수 있는 장비가 등장한다. 이러한 장비가 실제로 개발된다면 진짜로 '지적 재산권이 물리적 재산권과 같은 의미가 되는' 일이 실현될듯. 테크 레벨/겁스 4판 참조.
- 베이블레이드 버스트에서 새 베이를 만들 때마다 3D 프린터가 등장한다. 용접기도 함께 등장한다.
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콜 오브 듀티: 어드밴스드 워페어에서 3D 프린터 소총이 등장한다. 원리는 자세히 나타나진 않았지만 총알을 계속 프린트를 해주면서 탄창을 바꾸는 것이 아닌 다시 꽉채워주는 재장전 방식이다. 재장전을 볼트액션처럼 재장전만 하기에 교체시간을 많이 줄일수있고 남아있는 총탄은 그대로 쓰이면서 꽉찬상태로 되는 방식이기에 아주 좋은 아이디어로 보인다. 단 예비총탄들이 30씩 이하면 프린트하는 데 시간이 걸리므로 총탄이 거의 사라지면 재장전시간이 꽤나 길어진다는 단점이 있다.
물론 어디까지나 게임이라 가능한 것이지, 현실적으로는 실현하기 어렵다. 현재의 기술로 물질의 분자 구조를 변형해서 화약을 만드는 것은 불가능하므로 탄환을 인쇄하는 3D 프린팅 탄창이라면 탄두/탄피용 금속 소재 말고도 별도로 탄피 내부에 넣을 화약을 별도로 적재해야 할 것이다. 즉 재료가 이원화되는 단점이 생긴다. 게다가 금속 프린팅은 대체로 절삭/용접 가공으로 이루어지는데, 탄두와 탄피는 금속이므로 해당 공법을 적용해도 별 문제가 없겠지만 화약에 이 같은 공법을 적용하기는 불가능하므로 금속 프린팅 공정으로 생산된 탄피에 별도로 화약을 채우고 탄두를 봉입하는 별도의 공정이 더 필요하다.근데 굳이 탄피를 만들 필요없이 무탄피탄으로 하면 되잖아?
이러한 복잡한 구조를 지닌 물건을 탄창 사이즈로 소형화해 보병용 총기 내부에 탑재하는 것은 실질적으로 큰 무리가 따를 것이다. 게다가 적당한 크기로 만들 정도로 기술력이 발달한다고 하더라도, 인쇄용 카트리지를 일정 주기로 교체해야 한다면 탄창을 교체하는 것과 전혀 다를 바가 없어진다.[51] 오히려 복잡하기만 하고 신뢰성 면에서는 훨씬 떨어지는 물건이 탄생하는 셈이다.
설령 레일건처럼 화약을 쓰지 않는 총알이라고 해도 보급창에 총알 프린터가 있으면 되지 그걸 굳이 총에 달고 야전에서 뛰어다니는 것은 정비의 효율성이나 보급 면에서 이점이 없다.[52]
그래도 아이디어 자체는 나쁘지는 않다. 화약 문제는 전자식인 레일건이나 코일건 방식을 쓰면 되며[53][54] 총기내에서 탄약을 프린트하는건 무리수이지만 보급창에서 따로 프린트한다면 얘기가 다르다.
- 진격의 거인에서는 3D 프린터와 유사한 능력을 가진 전퇴의 거인이 등장한다. 경질화로 수십미터가 넘는 거대한 물체를 몇초만에 만들어낼 정도이며, 해당 물체들은 단단하면서도 동시에 유연하게 움직이는 등 거의 만능에 가까운 능력.
16. 여담
- 정확히 말하면 3D 프린터는 '인쇄'를 하는 것은 아니므로 흔히들 말하는 프린터의 정의와는 다르지만, 작동 메커니즘이 유사한데다 컴퓨터의 데이터를 현실의 매체로 내보낸다는 기본 레퍼토리는 비슷하기에 프린터의 범주에 들어간다. 그리고 좀 더 엄밀하게 따져보자면 기존의 인쇄에도 '두께'나 '높이'의 개념이 없진 않으며, 이 분야의 특수 인쇄에서는 같은 위치에 모양을 조금씩 바꿔가며 계속 적층하는 방식으로 '두께'를 만들어내는 데, 결국 3D 프린팅과 완전히 같은 방식이라고 할 수 있다.
- 상술한 하이브리드 방식이 이미 몇해전부터 3D금속프린터의 단점을 상쇄하기 위해 꽤 쓰이고 있다. 거칠게 대신 빠르게 금속재료를 소결시켜 완성형태에 가장 가까운 적당한 형태를 만들고, 3D프린터의 단점 중 하나인 적층 때문에 표면에 단차가 생기는 것을 CNC 머시닝으로 후가공해버리는 것이다. 현재로써 가장 정밀도가 높으면서 제작속도를 보장할 수 있는 방식이다. 또한 프린팅한 물건을 기반으로 주조하는 방식도 쓰이고 있다.
- 'Three D Printer'로도 표기한다.
- 3D 프린터의 소음은 생각보다 심하기 때문에 방음이 잘 되는 환경을 준비하거나 저소음 3D 프린터를 구매해야한다. 만약 마음에 드는 제품이 없다면, 원하는 3D프린터 제품의 사일런스 보드(저소음 보드)가 알리익스프레스 같은 곳에서 판매하는지 알아보도록 하자. 사일런스 보드로 업그레이드 하면 소음이 엄청나게 줄어든다. 프린팅 때 발생하는 고음이 거의 사라지고 팬 돌아가는 소리만 들릴 정도.
- 성능이 동급이라고 했을 때, 개방형과 밀폐형 프린터 모두 비슷한 품질로 출력하는 것이 가능하다. 그러나 개방형은 환경의 영향을 매우 크게 받는데, 만약 겨울날 창가 쪽에 3D 프린터를 놓고 출력하면 출력물의 창가쪽 방향이 들떠버려 엉망이 되는 것을 볼 수가 있다. 즉, 개방형은 출력 안정성이 떨어진다. 이러한 현상은 3D 프린터 인클로저를 구매해서 밀폐하는 것으로 충분히 방지할 수 있다. 만약 이조차 여유가 없다면 창가 쪽은 지양하고 냉기가 없는 상온의 실내에 배치하도록 하자. 그것만으로도 충분히 안정적으로 출력시킬 수 있다.
- 일부 3D 프린터 중에는 '다림질' 기능이라는 것이 있다. 뜨거운 노즐을 이용해 출력물의 표면을 매끄럽게 만드는 기능이다. 이 기능을 사용하기 위해서는 베드의 수평과 Z출 레벨링이 잘 맞아야만 한다. 그렇지 않으면 적은 압력으로 표면이 덜 매끄러워지거나 과한 압력으로 표면이 부풀어오르게 된다.
- 3D 프린터를 통해 인류에 공헌하고자 하는 사람들도 있다. "Not Impossible" 사의 과학자들과 공학자들이 남수단 내전으로 인해 팔이나 다리를 잃은 사람들에게 의수, 의족을 만들어 주는 것. 기존의 방식과는 달리 3D 프린터를 사용하면 단 몇 시간 만에 쓸만한 의수가 나온다고 한다. 게다가 3D 프린터로 만드는 의수는 경제적으로도 기존의 의수에 비해 1/3 ~ 1/8 수준까지 저렴하다고. 다만 내구성 자체는 아무래도 떨어진다. 이를 위해 해당 회사에서는 재료수급을 위한 모금운동이 진행 중이라고 한다. 관련 블로그 포스트
- 좀 더 다양한 정보를 찾는다면, 2014년 7월 17일에 방영한 KBS1 다큐 파노라마 '디지털 미래 경제 1편 - 3D 프린팅, 새로운 제조 혁명'을 꼭 보길 강력히 권한다. 3D 프린터가 아직 최신기술이라 다큐들이 많지 않고, 해당 다큐가 최근에 방영되어서 최신 기술 소개는 물론 앞으로의 전망까지 꽤 폭넓은 내용을 담고있다.
- 일렉트로마트에서 판매한다. 가격은 좀 쎄다. 혜자스러운 특징의 일렉트로마트임에도 불구하고 만만한 가격이 아니다. 최소 60만원부터 가격대가 시작되며 500만원대도 존재한다.
- 3D 프린터의 비싼 가격이 부담된다면 출력 대행업체를 이용하는 것도 가능하다. 3D 모델링 프로그램으로 만든 모델 파일이나 설계 도면을 업체측에 보내주면 출력 작업을 하여 결과물을 택배로 배송하는 방식이다. 단, 업체마다 출력 비용이 다르며, 출력물 개수당 5만원 이상을 요구하는 가성비가 떨어지는 경우도 있으므로 주의가 필요하다.
17. 관련 기업(국내)
코로나 펜데믹 이후에 국내외 3D프린터 전문 기업들의 많이 사라지고, 현재는 경쟁력을 갖고 있는 기업만 남아있다.국내에서 기술력이 있는 제조사는 총 3개로 FFF(FDM) 방식으로는 모멘트, 큐비콘이 있으며, DLP 방식으로는 캐리마가 있다.
17.1. 국내 제조사
인지도 및 기술력을 바탕으로 메이저,마이너로 나누었다.1. 메이저 제조사
2. 마이너 제조사
3. 이외 제조사
4. 사업철수/폐업 제조사 (자료가 사라져 취합 불가.)
- 홈페이지 신도리코(신도) / FDM, SLA / 기술열악, 영업이익감소
- 오픈크리에이터즈 FDM / 영업이익감소
- 굿쓰리디(Gooo3D) DLP / 영업이익감소
- 홈페이지 TPC메카트로닉스 / FDM / 영업이익감소
17.2. 국내 뉴스 및 역사
- 2012년 6월에 FFF타입의 특허가 만료되었다.
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2013년 2월에
오바마 대통령이 국정 연설에서 3D프린팅 기술을 미래 제조업 혁명의 아이콘이라 주장하여 전세계가 떠들썩했다.
이때, RP머신이 아닌 3D프린터라고 알려지게 되면서 현재까지도 이어지게 된다. - 2013년 5월에 오픈크리에이터즈가 설립되었다. 설립과 동시에 NP-MENDEL를 출시하였다. NP-MENDEL는 랩랩 프로젝트를 참고하였다.
- 2013년 7월에 로킷이(현 사명 로킷헬스케어) 설립되었다.
- 2013년 10월에 오픈크리에이터즈가 아몬드(ALMOND)를 출시하였다. CoreXY 갠트리 방식이다. 육면체 형상으로 전면 도어는 나무를 이용해 모던한 디자인을 주었다.
- 2014년 1월에 포머스팜(루고랩스)이 설립되었다.
-
2014년 2월에 로킷에서 3Dison(에디슨)를 출시하였다. 메이커봇 카피품인 에디슨으로 3D프린터로 국내 초기시장을 장악하였다.
(특허가 만료되기 전인 2004년부터 랩랩 프로젝트가 진행이 되었다. 당시 프로젝트로 참여했던 메이커봇과 얼티메이커의 대표들은 진행했었던 프로젝트에 걸 맞게 제품을 오픈소스로 공개하였고, 카피 제품이 시장에 쏟아졌다.) - 2014년 4월에 TPC메카트로닉스에서 파인봇을 출시하였다.
- 2014년 5월에 로킷이 3Dison(Edison)의 후속작인 멀티,프로, H700를 출시하였다. 시장초기에 부족한 기술력으로 잦은 신제품 출시로 많은 비난과 함께 시장에 뒤쳐져 아쉬움이 있다. (과거 뉴스를 보니 대표이사는 "know how보다 know when"을 주장하였다.)
- 2014년 11월에 AEP를 출시하였다. PEI ULTEM 9085 소재를 3D프린팅이 가능하다.
- 2013년에 신도는 3D시스템즈의 한국총판으로 3D프린터 사업부를 시작했다. 큐브3와 큐브Pro를 독점 계약하였다.
- 2014년에 미국의 3D시스템즈에서 캐리마를 인수하기 위해 제안하였으나 거절하였다.
- 2014년 5월에 포머스팜(루고랩스)가 스프라우트를 출시하였다. 얼티메이커와 흡사한 디자인으로 당시 오픈크리에이터즈 아몬드와 함께 높은 판매량을 보였다.
- 2014년 9월에 하이비전시스템이 큐비콘 싱글을 출시하였다.
- 2014년 10월에 모멘트가 설립되었다. 설립과 함께 모멘트1을 출시하였다.
- 2015년 2월에 모멘트가 모멘트1 개선판인 모멘트S를 출시하였다. 미려하고 심미성 높은 디자인으로 당시 오픈크리에이터즈의 아몬드와 포머스팜(루고랩스)의 스프라우트와 경쟁하였다.
- 2015년 2월 포머스팜(루고랩스)이 스프라우트 미니를 출시하였다.
-
2015년 7월 오픈크리에이터즈가 마네킹을 출시하였다. 마네킹은 저가형 3D프린터로 사용자가 갠트리를 제외한 모든 것을 조립 해야하는 패키지이다.
오픈크리에이터즈 대표는 케이스의 기능적 관점만 보면 공기흐름만 막으면 되고 무엇이 되던 상관없다며 저렴한 소재인 종이를 택했다고 했다. 당시에는 신선한 충격이었다. 케이스는 다양한 컬러를 선택할 수 있다. - 2015년 9월에 하이비전시스템이 큐비콘 스타일을 출시하였다. 챔버형으로 곧게 뻗은 일직선 디자인이다. 국내외 인기가 높던 모멘트S의 대항마라고 선전하였다.
- 2017년 9월에 굿쓰리디(Gooo3D)가 설립 되었다. 캐리마의 영업, 개발팀 인원이 설립하였다. 설립과 동시에 G-printer를 출시하였다.
- 2016년에 로킷이 인비보를 출시하였다. 의료용답게 화이트 색상이다.
- 2016년 4월에 하이비전시스템이 SLA방식인 큐비콘 럭스를 출시하였다. 당시 캐리마에 협업을 요청하였으나 거절되었다.
- 2016년 6월에 모멘트가 모멘트2를 출시하였다.
- 2016년 6월에 하이비전시스템의 큐비콘 싱글이 해외 랭킹 5위를 달성했다.
- 2016년 포머스팜(루고랩스)가 OLMO(올모)를 출시하였다. OLMO는 2개의 노즐이 탑재 되어있다.
- 2017년에 신도가 3DWOX(3D웍스) 3D프린터를 출시하였다. 사무용 2D 프린터 프레임 베이스로 3D프린터를 제조하였다.
- 2017년 6월에 오픈크리에이터즈가 BS210을 출시하였다. 프린팅이 완료되면 베드플레이트가 자동으로 교체되어 연속으로 프린팅하는 시스템을 적용하였으며 킥스타터 펀딩에 성공하였다.
- 2017년 7월에 하이비전시스템이 자회사인 큐비콘을 설립하였다. 3D프린터명인 큐비콘을 사명으로 따왔다. 세방산업에게 지분투자를 받았다. 세방산업은 큐비콘의 필라멘트를 납품하고 있다. 또한, 배터리 및 소재를 연구 제조하는 기업이다.
- 2017년 9월 큐비콘이 싱글 플러스를 출시하였다. 싱글 플러스는 이전 버전인 싱글의 후속 모델이다. 기존 OLED 방식에서 터치스크린으로 변경되었다.
-
2017년 12월 31일 오픈크리에이터즈가 폐업하였다. 당시 매니아층들은 오픈크리에이터즈가 폐업절차를 밟아 많은 아쉬움이 많았다.
오픈크리에이터즈 네이버 카페인 OC는 아직까지 유지되고 있다. - 2018년에 로킷이 AEP2를 출시하였다.
- 2018년에 로킷이 사명을 로킷헬스케어로 변경하고, 인비보를 주력으로 바이오 3D프린터로 전향하였다.
- 2018년 3월에 큐비콘이 듀얼 프로를 공개하였다. 듀얼 프로는 2개의 노즐이 탑재 되어있다.
- 2018년에 모멘트가 M220를 출시하였다.
- 2019년 5월에 큐비콘이 스타일 플러스를 출시하였다. 스타일 플러스는 이전 버전인 스타일의 후속 모델이다. 기존 OLED 방식에서 터치스크린으로 변경되었다.
- 2019년 10월에 나인랩스에서 N2를 출시하였다. 홍보영상에 PA-CF 소재를 채택한 것이 국내최초라고 주장하지만 실제로는 아니다.
- 2020년에 캐리마가 IMD를 일본의 3D프린터 제조사인 Mutoh에 유통했다. 일본 내 모델명은 ML-100/80이다. Made in japan으로 기재된 것으로 보아 일본 내에서 조립되어 판매된 것으로 보여진다. 참조: 링크
- 2020년에 모멘트가 M350을 출시하였다. 해외 자료에 의하면 M220과 M350을 RICOH가 일본총판을 맡았다.
- 2020년에 코로나바이러스감염증-19로 인해 많은 국내외 제조사가 폐업 절차를 밟았다.
- 2020년에 5월에 큐비콘이 네오(NEO-A22C)를 출시하였다. 큐비콘 본사는 모멘트 M220의 대항마라고 선전 하였을 정도로 스펙이 유사하다.
- 2020년에 12월에 큐비콘이 네오(NEO-A31C)를 출시하였다.
- 2021년에 모멘트가 M160을 출시하였다.
- 2021년 5월에 루고랩스가 루고Pro를 출시하였다.
-
2021년에 희귀암으로 사망한 교사의 원인이 3D프린터라는 이유로 인해 3D프린터의 국내 시장에 침체가 발생했다.
2022년 국제학계 첫 보고서에는 희귀암과 3D프린터간 인과관계가 없다고 발표했다.
이후에 2024년에 희귀암으로 사망한 원인이 3D프린터와는 관계가 없다고 공무상 재해를 인정하지 않아 산재처리가 불가능했다.
전세계에 주목을 받아 미국에서도 실험을 하였다. 결과는 유해물질을 방출되긴 하나, 수치가 너무 미미하기 때문에 관심이 쉽게 꺼졌다.
그럼에도 불구하고, 챔버형 3D프린터 제조사에는 필터를 장착하는 계기가 되었다. -
2021년 6월에 큐비콘이 SLA인 MAX600을 출시하였다. MAX600은 정부과제를 통해 개발된 3D프린터로,
입찰 당시 레진타입 광경화 3D프린터가 주력인 캐리마도 참여했었지만 아쉽게도 탈락했다. - 2022년 3월에 루고랩스가 듀얼 제품인 G3를 출시하였다. 해당 제품은 킥스타터 펀딩도 진행되었다. 2개의 노즐이 틸팅방식으로 변경된다.
- 2022년 3월에 큐비콘이 Optimus(옵티머스)를 출시하였다. Optimus(옵티머스)는 수출용 모델이다.
- 2022년 3월에 큐비콘이 오픈형 저가 3D프린터인 프라임을 출시하였다. 툴헤드를 제외한 모든 기구는 중국 OEM이라는 소문이 있다.
- 2022년 5월에 신도는 팹위버 타입 A530을 출시하였다. 팹위버 타입 A530은 2개의 노즐이 탑재 되어있다.
- 2022년 7월에 신도가 DLP방식의 A1SD를 출시하였다.
- 2022년에 신도는 신제품을 출시한지 얼마 안되었지만 돌연 사업부 철수. 주주총회 이전에 돌연 개발,생산 중단 및 관련 인력을 정리하였다. 기술력 부진으로 영업이익 감소가 원인이라는 소문이 있다. 전부터 3D프린터 사업부에 주주들의 압박이 심했다.
- 2023년 3월에 큐비콘이 듀얼 플러스를 출시하였다. Peek 프린팅을 위해 툴헤드의 수냉방식을 채택하였으며, 필라멘트 건조기가 탑재 되어있다.
- 2023년 6월에 모멘트가 고속 FFF 프린터인 뉴M시리즈인 M300, M400을 출시하였다. 가속도는 20,000mm/s², 속도는 800mm/s로, 스펙상으로는 전세계에서 제일 빠르다. 오픈소스인 오르카 슬라이서(Orcaslicer) 초기부터 개발에 협업 및 기여하였다. 오르카슬라이서 공개시점과 비슷한 시기에 모멘트슬라이서(Momentslicer)를 공개하였다.
- 2023년 11월에 큐비콘이 SLA인 MAX300을 출시하였다.
- 2023년 11월에 루고랩스가 M3PD L1 Bone을 해외 출시하였다. L1 시리즈의 속도는 최대 500mm/s이다. 휴대가 가능한 접이식 3D프린터이다.
- 2023년에 글룩은 대규모 3D출력소를 구축했다. 글룩은 2014년도 홍대 상상마당 부근에서 설립하고 대학생 위주로 서비스를 시작하였다. 이후, 꾸준히 성장하여 현재까지 프린팅 업체에서 압도적 1위를 유지하고 있다.
- 2024년 3월에 캐리마가 고속 DLP 프린터인 X1을 출시하였다. 시간당 40cm 이상 프린팅이 가능하며, 스펙상으로는 전세계에서 제일 빠르다.
- 2024년 6월에 큐비콘은 Creality에게 ODM(하청업자가 기술개발 및 생산)을 위탁 했다고 내부정보( 찌라시)가 돌고 있다. K1시리즈의 구조를 사용할 것으로 예상한다고 했다. 일부 관계자 및 소문에 따르면 여러 이슈로 인해 연구개발과 기술력이 뒤쳐졌다며 아쉽게도 이러한 결정을 내린 것으로 보여진다.
- 2024년 7월에 모멘트가 M200을 출시하였다. M200은 고속 3D프린터인 뉴M시리즈의 소형 모델이다.
17.3. 유통사
-
프로토텍
외산: 스트라타시스, 메이커봇, 폼랩스
국산: 모멘트 -
영일교육시스템
외산: 얼티메이커, 메이커봇, 인탐시스, 폼랩스, 크리얼리티, 뱀부랩스 외
국산: - -
㈜한국기술
외산: 3D시스템즈
국산: 모멘트 -
이손소프트
외산: 뱀부랩스, 크리얼리티, 플래시포지, 폼랩스, 메이커봇, 얼티메이커, 조트랙스, 빅랩 외
국산: 모멘트, 캐리마, 큐비콘, 루고랩스 -
㈜니즈 - 손도리닷컴
외산: 크리얼리티
국산: 큐비콘, 신도(사업철수) -
㈜씨이피테크
외산: 3D Systems, Shining 3D (scanner)
국산: 모멘트, 큐비콘
17.4. 국내 출력소
18. 관련 기업(해외)
3D프린터 시장은 현재 미국과 중국이 주도하고 있다.DIY를 위해 공개된 오픈소스 메이커는 제조사가 아니기 때문에 제외하였다.
18.1. 해외 제조사
1. 고가- HP Inc. / 미국
- 3D 시스템즈 / 미국 / MJF, DMP, SLS
- 스트라타시스 / 미국 / FDM(FFF), Polyjet, P3(DLP), SAF, Stereolithography(SLA)
- 벨로3D / 미국 / FDM
- 인탐시스 / 미국 / FDM
- 마크포지드 / 미국 / FDM
2. 중저가
3. 저가 (메이저)
4. 저가 (마이너)
- 엘레구 / 중국 / FDM, DLP
- 소볼3D / 중국 / FDM
- 킹룬 / 중국 / FDM
- 플래시포지 / 중국 / FDM
- 프로즌 / 중국 / FDM, DLP
- 애니큐빅 / 중국 / FDM, DLP
18.2. 해외 뉴스 및 역사
-
2004년 Reprap 프로젝트가 시작되었다. Rearap(Replicate Rapid-prototyper)의 뜻은 RP머신 자체가 복제기가 될 수 있다는 의미이다.
RP란? Rapid prototype라는 말로 산업디자인 또는 기계제조 개발단계에서 프로토타입으로 빠르게 제조할 수 있는 것을 뜻한다. RP를 할 수 있는 장비를 RP머신이라하며 대중적으로 쉽게 표현하기 위해 2013년에 3D프린터라고 칭하게 되었다. -
2013년 2월에 오바마 대통령이 국정 연설에서 3D프린팅 기술을 미래 제조업 혁명의 아이콘이라 주장하여 전세계가 떠들썩했다.
이때, RP머신이 아닌 3D프린터라고 알려지게 되면서 현재까지도 이어지게 된다. - 스트라타시스가 2013년 6월 메이커봇(미국)을 인수하였다.
- 메이커봇이 리플리케이터3 시리즈를 2013년 10월에 출시하면서 기존까지 오픈소스로 모두 공개된 것을 중단하였다.
- 얼티메이커(네덜란드)가 2022년 9월 스트라타시스(미국)가 자사인 메이커봇을 인수하였다.
- 중국 정부가 2016년에 DLP, SLA의 3D프린터 기술개발 정부과제에 약 1조를 투자하였다. 이후에 레진타입 기술은 중국이 선두에 있으며, 레진 타입의 제조사가 많은 이유 중 하나이다.
-
뱀부랩스가 2022년 9월에 킥스타터 플랫폼에서 펀딩을 시작하였다.
뱀부랩스의 펌웨어는 자체 개발이라고 주장하지만, 오픈소스 Klipper를 사용하는 많은 사용자들은 의견이 달랐다. Klipper와 구동 방식이 완벽하게 똑같으며 어떠한 이유로 공개하지 않는지 불만이었다. 뱀부랩스의 3D프린터의 라이다는 독자 기술이지만, 필라멘트 커팅, 다중 필라멘트 교체, 가장 중요한 Klipper의 주된 기능인 인풋쉐이퍼 등등 모든 것이 오픈소스를 사용 했음에도 불구하고 공개를 하지 않았기 때문이다.
출시 당시 게임 체인저라는 별명이 붙기는 했으나, DIY 사용자들은 콧방귀를 뀌었다. 그렇지만, 중국산이기에 저가이며 DIY에서 사용하던 기능들을 완성형 3D프린터를 구현했다는 것에 의의를 두었다.[55]
참조: FDM - Raise3D에서 2023년 5월에 가속도를 5K~10K로 올릴 수 있는 Hyper 키트 판매를 시작했다. 적용 가능한 모델은 Pro3 시리즈이다.
- Prusa가 2023년 7월에 Klipper 펌웨어가 사용된 X1을 출시했다.
- Creality가 2023년 9월에 높은 속도를 구동할 수 있는 K1를 출시 하였다.
- 2023년 9월 Prusa가 운영 중인 Printable의 플랫폼의 자료를 뱀부랩스가 운영 중인 Makerworld로 대규모로 자료를 가져오는 사태가 벌어져 Prusa CEO인 조셉이 비난과 욕을 하였다.
- 뱀부랩스에서 2023년 9월에 A1을 공개했다. 오픈형 3D프린터이며 다중 필라멘트 기능을 지원한다.
- Prusa가 2023년 10월에 툴체인저 기능을 탑재한 XL을 출시했다.
- 2023년 12월 뱀부랩스의 사용자 데이터와 3D 데이터를 수집한다는 백도어 논란이 붉어졌다. 이러한 이유 때문에 펌웨어와 OS를 공개하지 않는 것이 아니냐는 주장도 있었다.
- 2023년 12월부터 중국의 많은 3D프린터 제조사에서 중고속 3D프린터를 출시하였다.
- Creality가 2024년 2월에 K1의 펌웨어와 관련된 모든 것들을 오픈소스로 공개하였다.
- Phrozen이 2024년 2월에 Arco를 출시 및 킥스타터 펀딩을 하였다. Arco는 다중 필라멘트 교체 기능을 지원한다.
- Sovol3D가 2024년 4월에 오픈소스인 Voron 2.4을 베이스로 한 SV08을 출시하였다. SV08 판매 당, 2달러가 보론팀에게 후원된다.
- Creality가 2024년 5월에 K1 후속 모델인 K2 동영상을 공개했다. K2는 다중 필라멘트 교체 기능을 지원한다.
-
뱀부랩스의 전세계 3D프린터가 조작하지도 않았음에도 자동으로 구동되는 사태가 벌어졌다. 이로써 백도어 및 보안이슈가 한번 더 붉어졌다. 뱀부랩스에서 네트워크망으로 사용자의 데이터를 수집하는 것이 아니냐는 주장이다. 랜모드 기능을 사용하면 어느정도 해결할 수 있으나, 해외 커뮤니티 자료에 의하면 보안이 중요한 기업에서는 뱀부랩스 3D프린터를 사용하지 않기로 결정했다는 의견도 있었다.
국내의 기술, 데이터, 인력이 중국으로 유출되어 국가경제에 문제가 생기고 있다. 현대자동차, 삼성전자의 관련 영상을 보면 뱀부랩스 3D프린터가 보인다. 지금까지 사례를 보면 보안에 위험할 수도 있다. 참조: 백도어 (영상은 찾고 있지만 내려갔는지 확보가 불가능. 발견 시, 첨부예정.) - 얼티메이커가 2024년 7월에 Factor 4를 출시하였다. 국내외 사용자들은 고속 3D프린터를 출시할 것이라 기대했지만 아쉽게도 아니었다.
- 스트라타시스가 2024년 8월에 뱀부랩스의 특허 침해 혐의로 법적 조취를 취했다. 뱀부랩스의 프라임 타워, 베드 플레이트, 베드 레벨링 등 6개의 모델에 특허 침해를 주장했다. 이 기능들은 오픈소스에서 사용되든 기술이며 타 제조사에서도 사용되던 방식이다. 비록, 스트라타시스 특허와 비슷할지라도 스트라타시스는 소송을 하지 않을 정도로 특허권에 관대하다고 주장한다. 스트라타시스가 이러한 조취를 취한 가장 큰 이유는 뱀부랩스의 특허등록 남발을 방어하는 것이라는 이야기가 있다. 또한, 중국 내 특허 때문에 스트라타시스 3D프린터가 중국 내 판매가 불가능할 수도 있는 위기에 처해있다.
- 뱀부랩스가 지금까지 성장의 원동력이었던 것은 전세계 DIY 유저들의 아이디어를 공개한 오픈소스가 있었기 때문이다. 하지만, 뱀부랩스는 오픈소스들을 사용하면서 출처를 공개하지 않았고 몽땅 특허를 등록한 것이 가장 큰 문제라고 국내외 유저들의 의견이다.
-
중국 정부는 3D프린터 뿐만아니라 중국산 제조업에 진심으로 지원하고 있다.
일명, 낮은 가격과 물량 공세로 시장죽이기 작전에 돌입했다. 수출을 하는 중국산 제조업체에 보조금을 지원하여 해외의 제조업체들을 죽이려는 것이다. 이 덕에 전세계 3D프린터 제조사 중, 절반 이상이 폐업하였다. 소비자들은 당장 저렴한 제품을 사용할 수 있지만 미래에는 자국의 제조업 문제가 우려되는 상황이다. 외람된 이야기지만, 심했던 인플레이션이 중국의 제조품 물량공세로 인해 완화되었다는 이야기도 있다. - Creality가 2024년 11월에 출시하였다.
[1]
이미 3D 프린팅으로 집을 짓고 있다.
[2]
완성품이 나오는 속도라던지 완성품의 퀄리티라든지 특정 소재의 관리문제, 유지보수의 문제점 등이 발목을 잡는다.
[3]
기계값, 재료비 등이 높아 소량 주문 제작이 더 저렴할 수 있다.
[4]
이러한 현상을 '하이프 사이클'이라고 하며 이 단계를 '환멸' 단계라고 한다. 쉽게 말해서 이제 기술이 한창 개발되어가고 있는 와중에 '이 기술은 세상을 바꿀거야!'라고 한껏 기대했더니 알고보니 아직 갈길이 멀어서 사람들이 크게 실망하여 관심이 시들어지는 시기를 의미한다. 2000년대 초반에 IT 산업의 붐이 극에 달한 결과 터진
닷컴 버블이 이와 관련된 극단적인 케이스. 그러나 여기서 살아남은 기업들은 더욱 기술을 발전시켜 계몽 단계와 생산성 안정 단계를 거치게 되며 비로소 기술이 시장의 주류로 자리잡기 시작한다.
[5]
3D 모델이란 것 자체부터 있는 모델을 가져다 쓰는 게 아닌 이상 그냥 이거 만들고 싶다고 아무나 대충 만들 수 있는 것도 아니고, 완성품의 도색이나 마감처리 같은 부분까지 넘어가면 일정 이상의 손재주나 감각까지 요구하게 된다. 또한 프린터에 대한 이해가 있어야 프린터용 입체물을 만들기 수월하므로 직접 뭔가를 만들려면 프린터를 정비하는 능력과 모델링 능력 두가지를 요구하기도 한다.
[6]
지금 정식홈페이지에서는 구할 수 없다.
[7]
3MF등 이 외에도 모델의 확장자는 많으나 STL이 주류이다.
[8]
금속 3D 프린터의 원리는 용접과 유사해서 금속이 국부적으로 용융되고 급랭되어 응고되는 방식이라 마치 용접물처럼 내부적으로 잔류응력 등이 생기고, 또 층이 존재하다 보니 취성, 즉 깨지는 특성이 발현하기 쉬워 열처리 등의 후처리를 해주지 않으면 그냥 금속덩어리를 깎아서 가공하는 CNC 방식보다 약한 경우가 많다.
[9]
일부 금속재료들은 이 급랭특성을 이용해서 적절한 열처리와 후처리만 해주면 기계적 특성이 매우 우수한 제품을 뽑을 수 있다. 사실 생각해보면 출력과정에서 발생하는 급랭현상은 쉽게 말해
담금질과 유사하며 실제로 금속 3D프린터로 출력한 금속 제품에서 관찰되는 미세조직은 일반적으로 경한 특성을 가지는 급랭조직과 유사하게 나온다. 담금질 항목에 가보면 알겠지만 담금질 공정만 해서 바로 쓰는 것이 아니라 보통
템퍼링이라는 추가적인 열처리를 해서 취성을 개선해서 사용한다. 정말 단순하게 말하면 금속 3D프린팅의 경우도 이와 비슷하게 열처리가 필요하다고 보면 된다.
[10]
금속 3D프린터에 사용되는 분말은 유동성이 좋은 구형 분말이 사용되기 때문에 주로 gas atomization이라고 하는 방식으로 제조한다. 문제는 이 제조법만으로도 소모되는 비용이 큰데 여기에 한 술 더 떠서 적절한 크기의 분말들만 선별해서 써야되므로 수율마저 떨어져 가격이 매우 비싸다.
[11]
재질과 크기, 업체마다 다르겠지만 SLM 방식으로 SUS316L 스테인레스 재질을 사용해 100원짜리 동전만한 물건을 출력의뢰한다 할 때 10만원이 넘는 견적이 나올 수도 있다.
[12]
관련 내용을 다룬 커뮤티니 글이다.
[13]
필라멘트를 넣는 곳에 솔더 와이어를 넣는 방식이다.
[14]
녹는점이 낮은
납 같은 금속도 이론상 가능하지만 안전 문제로 사용하지 못하고,
금 같은 고가의 금속도 가능하기는 하지만 일단 개인용 FDM 3D 프린터를 사용하면 출력물 마감 품질이 좋지 못하고 가격도 비싸기에 사용하지 않는다.
[15]
주석은 녹아 액체가 되면 높은 표면 장력 때문에 항상 작은 방울을 생성하기 때문이다. 기름에 인쇄해 주석의 표면 장력을 없애는 방법이 있긴 하다.
[16]
구리,
알루미늄도 프린팅 가능하다.
[17]
공제식가공 = 절삭공구를 이용한 가공.
[18]
첨가식가공,적층식가공.
[19]
미래의 속도를 따라잡는 힘 TQ 기술지능/정두희 지음/31~32p에서 발췌
[20]
작게는 특허권에서 크게는 대규모 전산장치나 그 전산망에 넣고 돌릴 정보까지
[21]
이론적으로 3D프린터가 자기 자신을 프린트하는 게 가능하다. 따라서 두 대만 있으면 프린터가 몇 번이 고장나든 상관이 없다. 둘이 동시에 고장나더라도 같은 부분이 동시에 고장난 게 아닌 한 한 쪽의 부품을 빼서 다른 한 대를 수리하고, 고장난 부품을 인쇄한 뒤 둘 다 수리하는 식이다.
[22]
반대로 액체나 분말을 이용한 방식 중에는 중력이 없으면 쓸수 없는 것도 있다.
[23]
이론적으로는 지금도 가능하다. 금속 3D프린터로 철근구조를 프린트해버리고 위에 콘크리트프린터로 채우는거다. 하지만 상술했듯이 금속프린터는 분말 가격의 문제 등이 산적해있다. 정말로 미래를 조금 더 지켜봐야 할 것이다.
[24]
조각대상의 물성에 따른 절삭도구의 선택, 절삭량, 절삭속도, 회전속도 등. 이를 잘 제어하지 못하면 가공이 똑바로 안되거나 날이 깨지거나 최악의 경우엔 장비가 고장날 수도 있다.
[25]
물론 정말 각잡고 제대로 하려면 주변 온도 등 좀 더 많은 요소를 고려해줄 필요가 있으나, 보통은 제조사에서 소재별로 제공하는 공정 레시피를 사용한다면 위의 요소 정도만 고려해도 충분히 물건을 만들 수 있다.
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열팽창이나 표면경화 등의 문제로 중간에 임의로 작동을 멈출 수 없다. 일단 국내에 판매되는 기기들은 국내법상
비상정지는 가능한데, 도중에 정지할 경우 출력하던 출력물을 버려야 된다...
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근데 그렇다고 겨울철에 문 열어두면 실내가 너무 추워져서 출력물들이 출력 도중에 열수축으로 전부 다 변형되거나 금이 갈 수 있으니 실내 온도 유지도 신경써야 한다
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최근 Carbon이라는 회사에서 나온 제품이 가히 분 단위로 완성되는 신속한 경화 기술을 내걸며 TED 강연까지 했지만 해당 제품 기술은 비용 문제로 인해 아직까지 대중 시장 활성화는 멀었다고 이야기된다.
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다만 FDM과 광경화 방식의 경우 현재는 중국산의 범람과 상향평준화로 가격대가 다양해져 취미용 프린터는 싼 것은 몇십만원, 극단적으로
십만원짜리도 있고, 범용적으로 쓰이는 재료 또한 꽤 값싸다. 물론 평가를 보면 알겠지만 싼 데는 싼 이유가 있다.
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지금은 몇백만원대면 중고가형 제품이며, 10만원대 프린터도 나왔다.
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사실 CNC도 민간인이 쓰기위해 만든 저가형의 경우 크기도 작고 출력물도 썩 만족스럽지 못하겠지만, 기업에서 사용하는 고가형은 뛰어난 퀄리티의 제품을 만들 수 있다. 3D프린터 역시 마찬가지라는 것.
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저소음 보드로 교체한 이후, 날카로운 모터 소음이 완전히 사라지고 주변 소음과 노즐 팬 소리만 들릴 정도로 소음이 완전히 개선되었다. 해당 제품이 개방형이 아닌 밀폐형이었다면 노즐 팬 소음조차 거의 들리지 않았을 것이다.
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예를 들면 비용이나 신뢰성, 경제성 문제에서 수십만원대 프린터에 충분히 좋은 필라멘트와 시간(즉, 정밀도 증가)을 투여하면 몰딩에서 바로 찍어낸 수준까지는 만들어낸다. 특히 피규어를 예를 들었는데, 피규어도 몰딩에서 꺼내 후가공을 통해서 완성도를 높이는데 그 작업만 사용자가 직접 한다면, 달리 말하면 그 작업을 하지 않는 수준 낮은 피규어를 생각하면, 자신이 원하는 피규어를 소량만 생산해도 금방 투자비 회수가 되는 것이다.
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만약 불량 중국산 필라멘트를 사용했더라도 체임버와 공기필터가 장착된 3D프린터 또는 적합한 환기시설 등이 있었다면 예방됐을 것이다.
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실제로 3D 프린터는 밀폐되고 방음이 안 되는 공간에 대충 박아서 사용하면 공기가 탁해지는 것은 물론 소음 때문에 불편을 초래해서 적절한 장소를 물색해서 배치해야 한다. 괜히 이용자들이 저소음 보드로 교체하거나 DIY로 방음부스나 환기부스를 만들어 사용하는 것이 아니다.
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현재 3D 프린터 기술력으로는 전자기기를 똑같이 출력할 수는 있어도 작동 시키지는 못한다. 그러나 추후에 3D 프린트 기술력이 성장함에 따라 대두될 문제이기도 하다. 실제로
고분자
반도체가 상용화되면
잉크젯 프린터처럼 회로를 인쇄해 찍어낼 수 있게 된다.
관련기사 3D 프린터에 회로 인쇄기를 함께 장착한다면 전자제품을 인쇄해 만드는 세상이 올 수도 있다.
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특히 부피는 다른 미니어처와 비슷하지만 모델에 붙은 규칙 때문에 비싼 스페셜 캐릭터가 복제 대상이 될 가능성이 높다.
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캐리어 측면에 달린 자물쇠
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하지만 현재 현실은 앞의 주석과는 달리, 대부분의 프린터는 200mm x 200mm x 200mm 사이즈의 부피 안으로 출력 가능하다. 당장 Prusa i3에서 파생되는 프린터들이 그렇고, kossel delta로 대표되는 델타형도 프린터 실가동 반경은 170mmø 정도 지만, 프로파일 3개만 교체해주기만 해도 프린트 가능 높이는 쉽게 늘릴 수 있다. 실제로 사용해보면 이 크기 이상의 출력물을 뽑을 일은 생각보다 적다.
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엄청난 고압의 전력과 프린트용 특수 소재, 추가부대시설을 요구하는 억대의 공장용 장비 수준까지 가면 이미 현재도 가능한 레벨이지만, 일반인들이 이런 장비를 만지기는 쉽지 않다.
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수 미크론(1×10^-6m)까지도 측량 가능
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모션 캡처, 얼굴 스캔 등
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카메라,
스마트폰 등
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Hight resolution stereo images, 0.5m resolution
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Quikbird, Ikonos 등 지구촬영용 인공위성 이용
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obj, fbx 등 일반적인 모델링 파일
[47]
stl 등
[48]
ply 등의 포맷이나 폴리곤 메시 포맷 중 NURBS 정보를 포함할 수 있는 Freeform surface model을 지원하는 포맷 등
[49]
주로 핸드헬드 방식의 스캐너나
Matterport나 4DKanKan 등의 거치형 스캐너 등은 자체 재건 애플리케이션을 제공한다.
[50]
https://github.com/graphdeco-inria/gaussian-splatting/blob/main/LICENSE.md
[51]
질량 보존의 법칙이 어디 가는게 아니므로 30발짜리 탄창을 인쇄할 수 있는 3D 프린팅 카트리지는 30발들이 탄창과 무게가 동일해야 한다. 오히려 부가적인 인쇄장치를 고려하면 더 무거울 것이다.
[52]
다소 비슷한 점으로
매스 이펙트 시리즈에서 사용되는 무기들은 커다란 금속 덩어리를 조금씩 뜯어서 총알로 사용한다는 설정이다. 아주 조금씩 뜯어서 쓰기 때문에 사실상 무한탄창. 이쪽은
레일건과 비슷하게 작동하므로 그나마 화약을 사용하는 소총보다는 합리적이다. 다만 게임 밸런스 측면에서 연사시 과열이 일어나 식혀줘야 한다거나 탄창 대신 열을 식히기 위해 히트 싱크를 교체해야한다는 설정도 있다.
[53]
해당 방식의 경우, 탄피가 전혀 필요없기에 탄의 크기를 굉장히 줄일 수 있다. 즉, 기관단총 크기에 돌격소총 화력이 나올 수 있다는 것.
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단, 아직까지 에너지원 문제라는 근본적인 문제가 있어서 해결하기 힘들다. 당장 배터리만 해도 발전속도가 매우 느리다.
[55]
Klipper는
싱글보드 컴퓨터를 방식을 사용하는 펌웨어이다. Klipper의 원조는 Duet3D이다.