3D 프린팅으로 실제 할 수 있는 일...가장 보편적인 3D 프린터 기술 9가지

기술 1. FDM - 정의: FDM(Fused Deposition Modeling)은 수지 압출식으로 스트라타시스(Stratasys)가 상표권을 소유한 특허 첨가제 제조 방식 - 최초 고안자 : 스콧 크럼프 - 제작 연도: 1980년대 후반 - 재료: 플라스틱이 가장 일반적이지만 다른 복합 재료도 사용된다. - 프로세스: 제작 플랫폼 위를 움직이는 노즐을 통해 재료가 압출된다. 플랫폼은 각 층이 추가됨에 따라 점점 더 낮아진다. 액체화된 열가소성 수지의 미세한 라인이 3D 디자인 패턴을 따라 플랫폼 위에 뿌려진다. 재료가 용착되면서 응고된다. - 가격대: 200~1만 8,000달러 - 판매업체: 스트라타시스, 메이커봇(Makerbot), 3D 시스템즈(3D Systems), 팹앳홈(Fab@Home), 솔리드 컨셉트(Solid Concepts)

대표적인 프린터: 스트라타시스 메이커봇 리플리케이터 2X(Stratasys Makerbot Replicator 2X) - 회사/설립자: 브리 페티스, 아담 메이어, 잭 스미스. 2013년 스트라타시스가 4억 300만 달러에 인수 - 프린터 가격: 2,899달러 - 소프트웨어: 메이커봇 메이커웨어(MakerBot MakerWare) - 운영체제: 윈도우 7+, 맥 OS X 10.6+, 리눅스 우분투 12.04+ - 연결: USB, SD 카드(둘 다 포함) - 메이커봇 재료: 메이커봇 PLA 필라멘트

FDM 기술을 기반으로 한 제품

기술 2: FFF - 정의: FFF(Fused Filament Fabrication)는 FDM과 방식은 비슷하지만 상표로 등록되지는 않았다. - 처음 고안한 사람: 스콧 크럼프 - 연도: 1980년대 후반 - 재료: 플라스틱이 가장 일반적이지만 다른 복합 재료도 사용된다. - 과정: 제작 플랫폼 위를 움직이는 노즐을 통해 재료가 압출된다. 플랫폼은 각 층이 추가됨에 따라 점점 더 낮아진다. 용융된 열가소성 수지의 미세한 라인이 3D 디자인 패턴을 따라 플랫폼 위에 압출된다. 재료가 용착되면서 응고된다. - 가격대: 200~1만 8,000달러 - 판매업체: 스트라타시스, 메이커봇, 3D 시스템즈, 팹앳홈, 솔리드 컨셉트

대표적인 프린터: 3D 시스템즈 큐비파이 큐브X(3D Systems Cubify CubeX) - 회사/설립자: 3D 시스템즈 - 프린터 가격: 2,499달러 - 소프트웨어: 상호 보완적인 큐브X 클라이언트 소프트웨어(CubeX Client Software) 포함. 이 소프트웨어는 3D 모델을 계층화된 조각으로 변환하는 변환 소프트웨어다. - 운영체제: 마이크로소프트 윈도우 7, 마이크로소프트 윈도우 XP(SP3 이상), 마이크로소프트 윈도우 8 - 연결: 메모리 스틱 USB 포트 및 PC 연결 USB 포트 - 큐브X 재료: ABS 및 PLA 플라스틱 필라멘트(두 가지 모두 재활용 가능)

FFF 기술을 기반으로 한 제품

기술 3: SLA - 정의: 스트레오리소그래피(Stereolithography, SLA)는 입체모델링인쇄 방식으로, 액체 또는 분말 수지를 분사한 뒤 빛을 쏘여 경화하는데, 고품질 표면 마감과 디자인 정확성이 특징이다. DLP(Digital Light Processing)라고도 하는데, DLP는 레이저 대신 디지털 광 프로세서를 사용해 수지를 경화한다. - 처음 고안한 사람: 척 헐, 3D 시스템즈 - 연도: 1984년 - 재료: ABS(아크릴로니트릴과 부타다이엔 스타이렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌) 플라스틱 + 기타 투명한 고열 재료 - 과정: 자외선 레이저가 경화 가능한 액체 광중합체 수지로 된 트레이 위를 이동한다. 제작 플랫폼이 트레이에서 위로 올라오면서 한 번에 하나의 얇은 층이 다음 층에 응착된다. 인쇄된 후 물체는 화학품 욕조에서 세척된 후 UV 오븐에서 경화된다. - 가격대: 600 ~ 5만 달러 - 판매업체: 3D 시스템즈, 폼랩스(Formlabs), 인비전텍(Envisiontec, DLP), ZCorp(DLP)

대표적인 프린터: 폼랩스 폼 1(Form 1) - 회사/설립자: 폼랩스. 맥심 로보프스키, 데이비드 크레노어, 나탄 린더 - 프린터 가격: 3,299달러 - 소프트웨어: 프리폼 소프트웨어 1.1(PreForm Software 1.1) - 운영체제: 윈도우 XP 이상, 맥 OS X 10.6.8 이상 - 연결: USB - 폼 1 재료: 폼랩스 메타크릴산염 광중합체 수지, 1리터 당 149달러

SLA 기술을 기반으로 한 제품

기술 4: DLP - 정의: DLP(Digital Light Processing)는 SLA와 비슷하지만 레이저 대신 디지털 광 프로세서를 사용해서 수지를 경화한다. - 대표적인 프린터: 솔리데이터(Solidator) DLP 데스크톱 3D 프린터 - 회사/설립자: 탠저블 엔지니어링(tangible engineering), 사장겸 CEO 팀 피셔 - 프린터 가격:4,950달러 - 소프트웨어: 솔리데이터 스튜디오(Solidator Studio) - 운영체제: 윈도우 XP/7/8, 맥 OS X, 리눅스 - 연결: 무선LAN, 이더넷, USB - 솔리데이터 재료: 솔리데이터 맞춤 제작 액체 플라스틱 수지 재료(매니큐어와 비슷함). PLA(약 85D)와 거의 비슷하고 ABS(약 75D), POM(약 80D)보다는 더 단단하다. D는 경도를 나타내는 척도인 경도계(durometer)를 뜻한다. 비용은 리터당 양 50달러이며 이 양으로 20cm 높이의 에펠탑을 약 28개 만들 수 있다.

솔리데이터 DLP 제품의 예

기술 5: SLS - 정의: SLS(Selective Laser Sintering)은 분말소결 방식으로 분말로 된 입자를 레이저로 전체를 녹이거나 부분적으로 녹여 이를 소결한다. 다른 방식과는 달리 금속 분야에 많이 사용되며, 단순 시제품 생산영역을 넘어 고품질의 상품 제조에 사용될 수 있다. - 처음 고안한 사람: 칼 데카드 박사와 조 비먼 박사가 미국 오스틴 텍사스 대학에서 개발해 특허를 획득했다. 신생 기업 DTM은 2001년 3D 시스템즈에 인수됐다. - 연도: 1980년대 중반(2014년 2월에 특허권 만료) - 재료: 분말 재료에는 나일론(니트, 유리 충전, 기타 충전제), 폴리스티렌, 금속(철, 티타늄, 알루미늄 복합), 혼합 시료, 녹사 등이 포함됨 - 과정: 고출력 레이저가 작은 분말 입자를 녹여 3차원 물체를 만든다. 단면도 스캔 후 각 층을 녹여 붙인다. 새 층이 추가될 때마다 기판의 높이가 점점 낮아진다. - 가격대: 최고 25만 달러 - 판매업체: EOS 및 3D 시스템즈

대표적인 프린터: 포미가 P110(Formiga P110) - 회사/설립자: EOS GmbH 일렉트로 옵티컬 시스템즈(EOS GmbH Electro Optical Systems: 한스 J. 랭거 박사, 한스 스타인비클러 박스가 설립) - 프린터 가격: 기본 가격 17만 5,000달러 + 사용할 재료 비용 - 소프트웨어: EOS RP 툴(옵션), 데스크톱 PSW, CAD 인터페이스 = STL(옵션: 모든 일반적인 형식으로의 컨버터) - 운영체제: 리눅스 기반. 터치스크린 소프트웨어를 사용한 GUI/컨트롤러 - 연결: 네트워크 이더넷 - 포미가 재료: PA 2200(PA 12 비충전), PA 2105(치아 모델용 PA 12), PA 2201(PA 12 자연 비충전), PA 3200 GF(PA 12 유리 충전), 프라임파트(PrimePart) PLUS(경제적인 PA 12 비충전), 알루마이드(알루미늄 충전 PA 12), 프라임캐스트(PrimeCast) 101(폴리스티렌), PA 1101(PA 11 자연 비충전)

SLS 기반 제품의 예

기술 6: DMLS - 정의: DMLS(Direct Metal Laser Sintering)는 직접금속레이저소결 기법으로 일반적으로 MLS(Metal Laser Sintering))라고 부르기도 한다. - 처음 고안한 사람: EOS GmbH 일렉트로 옵티컬 시스템즈(한스 J. 랭거 박사, 한스 스타인비클러 박스가 설립) - 연도: 1989년 - 재료: 스테인리스강, 마레이징 강철, 코발트 크로뮴, 인코넬 625 및 718, 티타늄 Ti6Alv4 - 과정: 파이버 레이저가 재료를 기판 위로 밀어내는 미세한 금속 분말을 녹이면서 각 층을 다음 층에 녹여 붙이고, 이를 통해 물체가 완성된다. 새 층이 추가되면 그에 따라 기판이 아래로 내려간다. - 가격대: 최고 60만 달러 - 판매업체: EOC, 3D 시스템즈

대표적인 프린터: (산업용) EOSINT M 280(400와트) - 회사/설립자: EOS GmbH 일렉트로 옵티컬 시스템즈(한스 J. 랭거 박사, 한스 스타인비클러 박사가 설립) - 프린터 가격: 기본 가격 57만 달러 - 소프트웨어: EOS RP 툴, EOSTATE Magics RP(머터리얼라이즈(Materialise)), CAD 인터페이스 = STL(옵션: 모든 일반적인 형식을 위한 컨버터) - 운영체제: 윈도우 XP(시스템용), 윈도우 7(EOS RP 툴, EOSTATE용) - 연결: 네트워크 이더넷 - EOSINT M 280 재료: EOS 마레이징 강철 MS1, EOS 스테인리스강 GP1, EOS 스테인리스강 PH1, EOS 스테인리스강 316L, EOS 코발트 크롬 MP1, EOS 티타늄 Ti6Al4V, EOS 알루미늄 AlSi10Mg, EOS 니켈 합금 IN718, EOS 니켈 합금 IN 625, EOS 니켈 합금 HX

DMLS 프린터 기술을 기반으로 한 제품

기술 7: SLM - 정의: SLM(Selective Laser Melting)은 DMLS와 유사한데, 지름 30마이크로미터의 레이저 빔을 이용해 미리 도포된 미세한 금속 분말을 선택적으로 조사해 금속을 완전 용해시키는 방식이다. - 최초 고안: F&S 스테레오리소그래피테크닉 GmbH(F&S Stereolithographietechnik GmbH )의 다이터 슈바르츠 박사와 마티아스 포켈레 박사, ILT 연구자인 윌렘 마이너스 박사와 콘라드 와이센바흐 박사 - 연도: 1995년 - 재료: 스테인리스강, 공구강, 코발트 크롬, 티타늄, 알루미늄(원자화된 형태) - 과정: 고출력 파이버 레이저 빔이 미세한 금속 분말을 녹여 3D 금속 부속을 만든다. 레이저 소결로 알려져 있지만 금속을 고체 동질 덩어리로 완전히 녹이는 SLM의 공정은 사실 전자빔을 에너지원으로 사용하는 전자빔 용해(EBM)와 더 비슷하다. 상표명에는 DMLS와 레이저큐징(LaserCusing)이 포함된다. - 가격대: 최고 50만 달러 - 판매업체: 리얼라이저(ReaLizer), 레니쇼(Renishaw)

대표적인 프린터: 리얼라이저(ReaLizer) SLM 100 - 회사/설립자: 물리학자인 마티아스 포켈레 박사가 2004년에 리얼라이저 GmbH 설립 - 프린터 가격: 약 34만 2,000달러 - 소프트웨어: 리얼라이저 제어 소프트웨어 - 운영체제: 윈도우 - 연결: USB, 네트워크 - 리얼라이저 SLM 100 재료: 공구강 H 13, 티타늄, 티타늄 V4, 알루미늄, 코발트 크롬, 스테인리스강 316 L, 인코넬, 금합금, 세라믹 재료 현재 개발 중, 기타 재료도 구상 중

SLM 기반 제품의 예

기술 8: SHS - 정의: SHS(Selective heat sintering)은 챔퍼에 얇게 도포된 플라스틱 분말을 눅여 경화시키는 방식으로 SLS와 유사하지만 레이저 대신 열 프린터 헤드를 사용한다. 복잡하고 벽이 얇은 제품 제작이 가능하고, 다수의 제품을 동시 제작할 수 있다는 것이 장점이다. - 최초 고안: 블루프린터 ApS(Blueprinter ApS) - SHS(선택적 열 소결) 기술 특허를 보유한 덴마크의 신생 업체 - 연도: 2009년 - 재료: SHS 기술에 최적화된 열가소성 수지 분말 - 과정: 열 프린터 헤드를 사용한 소결. 프린터가 제작 챔버(build chamber)를 가로질러 얇은 플라스틱 분말층을 뿌리고 나면 열 프린터 헤드가 움직이면서 단면도 그림을 플라스틱 분말층으로 녹인다. 녹지 않은 분말로 둘러싸인 챔버 내에서 제품이 만들어진다. - 가격대: 최고 2만 5,000달러 - 판매업체: 블루프린터 ApS

대표적인 프린터: 블루프린터 SHS - 회사/설립자: 블루프린터 ApS - 프린터 가격: 1만 3,672달러 - 소프트웨어: 프린터에 모두 포함되어 있으며 네트워크를 통해 프린터를 연결하기만 하면 된다. - 운영체제: 운영체제에 의존하지 않음. 브라우저를 통해 작동 - 연결: 네트워크 브라우저를 통함 - 블루프린터 재료: SHS 기술에 최적화된 열가소성 수지 분말 - 재료 비용: 135.37달러

SHS 기술의 예

기술 9: 폴리젯(PolyJet) 3D 인쇄 - 최초 고안: 오브젯(Objet) – 라미 보넨, 거숀 밀러, 하난 고타이트. 스타라타시스와 합병 - 연도: 1998년 - 재료: 7가지 재료. 투명한 고열 및 강성 불투명 폴리프로필렌 유사 재료 – 다양한 색상의 4가지 강성 불투명 재료 + 투명 재료(베로클리어(VeroClear)), 고열 재료(RGD525), 폴리프로필렌 유사 재료(두루스화이트(DurusWhite)) - 과정: 잉크젯 문서 인쇄와 비슷하지만 종이에 잉크를 사용하는 대신 제작 트레이 위에 액체 광중합체 층을 뿌린 다음 자외선으로 경화하는 방법을 사용한다. 미세한 층이 쌓이면서 물체가 완성된다. - 가격대: 1만 5,000~75만 달러 - 판매업체: 스트라타시스

대표적인 프린터: 오브젯30 프로 데스크톱 3D 프린터(Objet30 Pro Desktop 3D Printer) - 회사/설립자: 스트라타시스 - 프린터 가격: 1만 9,900달러부터 시작(예상임. 미확정) - 소프트웨어: 오브젯 스튜디오(Objet Studio) - 운영체제: 윈도우 XP, 윈도우 7 32/64비트 - 연결: 이더넷 TCP/IP 10/100 베이스 T - 오브젯30 프로 재료: 투명 강성(베로클리어), 강성 불투명 백색(베로화이트플러스), 강성 불투명 검정색(베로블랙), 강성 불투명 회색(베로그레이), 폴리프로필렌 유사(두루스화이트), 고열(RGD525)

폴리젯 3D로 인쇄된 제품의 예

20시간 만에 232제곱미터(약 70평) 집 짓기 - 1 미국 서던 캘리포니아 대학의 산업/시스템 공학부 및 토목/환경 공학부 베로크 코시네비스 교수는 독창적인 고체 자유 형상(빠른 프로토타이핑) 공정을 담당하는 CAD/CAM, 로봇 공학, 메카트로닉스 설계자/제작자다. 이런 공정은 컨투어 크래프팅(Contour Crafting) 및 SIS에서 사용된다. 또한 코시네비스 교수는 CRAFT(Center for Rapid Automated Fabrication Technologies) 이사, USC의 제조 엔지니어링 학부 프로그램 책임자이며 최초로(그리고 유일하게) 3D 프린팅 집을 고안하고 제작한 인물이기도 하다.

20시간 만에 232제곱미터(약 70평)의 집 짓기 - 2 코시네비스 교수의 자동 토목 건물 건축에는 실제 크기의, 사람이 거주 가능한 건물들도 있다. 또한 치아 복원 치료, 재활공학, 의료용 촉감 장비와 같은 생체의학 분야와 지구와 우주의 조립 작업을 위한 자율 로봇 및 모듈형 로봇 분야에서도 활동한다.