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3D 프린터를 구입할 때 확인할 것

이 사진의 유래는 여길 참고하세요 http://gigglehd.com/zbxe/12177721

https://gigglehd.com/zbxe/11010801

2014.01.18 23:27:41

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3D 프린터는 2013년에 큰 화제를 모은 물건입니다. 3D 프린터 자체는 제조업 현장에서 20년 전부터 썼던 물건이니 최근에 출시된 제품은 아닙니다. 그러나 몇년 전에 3D 프린터의 기본 기술 중 하나인 열 용해 적층 방식(FDM)의 특허 기간이 끝나면서 FDM 방식을 사용해 저렴한 3D 프린터를 만들 수 있게 되며 화제를 끌게 되었습니다.

산업용 3D 프린터는 싼 것도 천만원을 넘어 개인이 사긴 어렵지만, 개인이나 SOHO를 겨냥한 값싼 3D프린터는 백만원 이하의 제품도 등장하고 있습니다. 이런 개인용 3D 프린터는 정밀도와 신뢰성에서 산업용 수준은 아니지만, 만들기가 취미인 사람들에겐 매우 유용한 도구가 됩니다. 그래서 여기에선 개인용 3D 프린터에 대해 소개하도록 하겠습니다.

3D 프린터의 방식과 그 특징

먼저 몇백만원 정도로 구입할 수 있는 '상대적으로 저렴한' 개인용 3D 프린터를 구입할 때 알아야 하는 기초 지식을 설명하겠습니다. 우선 3D 프린터의 방식과 특징부터 보지요.

그냥 프린터만 봐도 잉크, 레이저, 감열식 등의 다양한 방식이 있는 것처럼 3D 프린터도 여러 방식이 있습니다. 여기서 다루는 개인용 3D 프린터는 일부 제품을 제외하면 모두 실 모양의 된 수지를 녹여 쌓는 열 용해 적층(FDM) 방식을 사용하고 있으나, 여기에선 산업용 3D 프린터에서 사용하는 방법까지 정리해 보았습니다. 3D 프린터 업체마다 같은 방식을 다른 이름으로 부르는 경우도 있습니다.

3D 프린터의 대표적인 방식과 그 특징
방식	원리	이용할 수 있는 재료	가격	장점	단점
열 용해 적층 방식	실 모양의 수지(필라멘트)을 열에 녹여 헤드에서 밀어내고 플랫폼 위에 쌓아 형태를 만듭니다. FDM(Fused Depisiton Modeling)이라고도 부릅니다	ABS 수지/PLA 수지/나일론 수지 등	몇십만~몇천만원	기본 특허의 기간이 지났기에 오픈 소스를 기반으로 한 저렴한 기기가 나오고 있습니다. 재료를 다루기도 비교적 쉬워 개인용 3D 프린터 대부분이 이 방식을 사용합니다. 재료의 색도 다양합니다	층을 쌓은 흔적이 눈에 띄기 쉽고 정밀도도 그다지 높지 않다는 기술적인 한계가 있습니다. 저가형 프린터는 서포트 전용 재료를 사용할 수 없어 이를 제거하기도 번거롭습니다
광 조형 방식	자외선을 받으면 굳어지는 액체 형태의 자외선 경화 수지를 이용해, 이를 채운 탱크에 자외선 레이저를 쏴서 한층씩 만듭니다. STL(STereo Lithography)이라고도 부릅니다	에폭시계 수지/아크릴계 수지	몇백만~몇억원	정밀도가 높고 적층 흔적도 거의 남지 않습니다. FDM에 비해 적층 피치도 세밀한 편	3D 프린터의 결과물을 지탱해 줄 서포트 전용 재료가 필요하며 색상도 그리 많지 않습니다. 태양빛을 받으면 열화가 일어나기 쉽습니다.
분말 소결 방식	분말 형태의 재료에 레이저를 쏴서 소결 하는 조형 방식. 수지뿐만 아니라 세라믹 구리, 티타늄 등도 재료로 이용 가능하다. SLS(Selective Laser Sintering)이라고도 불린다	나일론 수지/세라믹/동/티타늄 등	몇억원 이상	정밀도가 높고 내구성도 높아 디자인 시제품 뿐만 아니라 실제 제품으로도 만들 수 있습니다. 서포트용 재료도 필요하지 않습니다	장치가 매우 크고 가격도 비쌉니다
분말 석고 방식	석고 분말을 얇은 층으로 쌓고 층마다 페인트와 고착재(석고 분말이 달라 붙도록 하는 것)를 뿜어 1개 층씩 만드는 것입니다	석고	몇천만~몇억원	매우 다양한 색상을 쓸 수 있고 서포트용 재료도 필요하지 않습니다	석고를 굳히고 형태를 갖추기 때문에 무게가 매우 무겁고 깨지기 쉽습니다
잉크젯 방식	자외선을 받으면 굳어지는 액체 형태의 자외선 경화 수지를 이용한다는 점은 광 조형 방식과 같으나, 수지를 잉크젯 형태로 분사하고 여기에 자외선을 쏴서 1층씩 굳히는 것입니다	아크릴계 수지/ABS비즈니스 라이크 수지/러버 라이크 수지/폴리 프로필렌 라이크 수지 등	몇천만~몇억원	정밀도가 높고 2종류의 재료를 자유롭게 섞어 만들 수도 있습니다	태양빛을 받으면 열화가 일어나기 쉽습니다.

열 용해 적층 방식을 채용한 MakerBot의 개인용 3D 프린터 Replicator 2X

광 조형 방식을 채용한 3D Systems의 업무용 3D 프린터 ProX 950

분말 소결 방식을 채용한 3D Systems의 업무용 3D프린터 ProX 500

석고 분말 방식을 채용한 3D Systems의 업무용 3D프린터 ProJet 660Pro

잉크젯 방식을 채용한 Stratasys의 업무용 3D프린터 Objet500 Connex

이처럼 3D 프린터에는 다양한 방식이 있으며 각각 장점과 단점이 있지만, 열 용해 적층 방식 이외의 방식은 저렴하게 만들기 어렵기에 현재 개인용 3D 프린터는 광 조형 방식을 채용한 Form 1과 B9Creator을 제외한 대부분의 제품이 열 용해 적층 방식을 사용합니다. 그래서 열 용해 적층 방식의 개인용 3D 프린터 위주로 설명하겠지만 앞으로는 다른 방식의 3D 프린터도 저렴하게 나올 수 있음을 기억해 두면 되겠습니다.

PC에서 제어하는가, 단독 작동하는가

개인용 3D 프린터는 컴퓨터를 연결해 제어하는 방식과, 3D 데이터를 SD 카드나 USB 메모리에서 불러와 3D 프린터 혼자서 동작하는 것이 가능한 방식으로 나뉩니다.

컴퓨터를 연결하는 제품은 3D 프린터를 사용하는 동안 계속 컴퓨터를 켜 둬야 하겠지만 3D 프린터 혼자서 동작하는 제품은 그럴 일은 없습니다. 따라서 단독 작동이 가능한 제품이 간편하다는 장점이 있으나, 컴퓨터와 연결하면 설정이나 진행 상황을 컴퓨터에서 확인하기 편하다는 장점이 있습니다.

컴퓨터에 연결하는 제품은 USB를 인터페이스로 사용하는 경우가 많으나 무선랜을 쓰는 제품도 있습니다. 단독 작동이 가능한 제품은 대부분이 PC에 연결해서 쓰는 것도 가능하니까, 설치 장소나 목적에 따라 구분할 수 있다는 점에선 두 방식을 모두 지원하는 제품이 편하겠지요. 물론 더 비싸지만.

SCOOVO C170은 USB를 통해 PC와 접속, PC가 제어해 동작합니다.

Raplicator 2X는 SD 카드 슬롯과 LCD가 있어 단독으로 작동합니다.

싱글 헤드와 듀얼 헤드

열 용해 적층 방식의 3D 프린터는 필라멘트라고 부르는 실 모양의 수지를 높은 온도에서 녹이고 헤드가 이를 밀어내는 식으로 물체를 만듭니다. 그래서 헤드의 수가 중요합니다.

개인용 3D 프린터는 헤드 수에 따라 편리성이나 기능이 크게 달라집니다. 헤드가 한개인 제품이 싱글 헤드, 2개인 제품이 듀얼 헤드, 3개인 제품이 트리플 헤드가 됩니다. 저가형 3D 프린터는 대부분 싱글 헤드를 쓰는 게 현실이지만요.

싱글 헤드는 출력을 할 때 한가지 재료밖에 쓸 수 없으니 한가지 색상만 출력하게 되고. 출력된 물체를 지탱해줄 서포트 부분도 조형 재료와 똑같은 재료로 나가게 됩니다. 서포트 부분은 출력이 끝난 후 제거해야 하는데 똑같은 재료로 출력했다면 깨끗하게 제거하기가 꽤 어렵습니다.

그것에 비해 듀얼 헤드는 두가지 종류의 재료를 동시에 이용하는 것이 가능하니까, 두가지 색상으로 물체를 만들거나 서포트 부분에 다른 재료를 써서 출력하는 것도 가능합니다. 서포트를 만들 때 물이나 알칼리 용액 등에 담구면 녹아버리는 재료를 쓴다면 서포트를 제거하기가 매우 쉬워지겠지요. 출력하는 물체를 여러 부품으로 나누거나 출력 방향을 바꿔 서포트를 줄일 수도 있지만, 복잡한 형태를 만들어 내는 경우가 많다면 듀얼 헤드나 트리플 헤드 모델이 필요할 것입니다.

트리플 헤드는 3가지 색상을 동시에 출력하거나 2가지 색상에 서포트용 재료를 출력하는 것도 가능하지만, 서포트 전용 재료를 지원하지 않는 경우도 있으니 이 부분을 확인할 필요가 있습니다.

Cube는 싱글 헤드 구성이라 서포트용 재료는 이용할 수 없습니다.

Replicator 2X는 듀얼 헤드 구성이라 2가지 재료를 사용해 조형하거나 리모넨에 녹는 서포트용 재료인 Dissolvable Filament를 쓸 수 있습니다.

Replicator 2X에서의 조형 사례. 빨간색과 흰색의 2색의 수지를 사용해 조형합니다.

최대 조형 크기는 어느 정도?

SCOOVO C170의 최대 조형 크기는 175×150×150mm로 개인용 3D 프린터치고는 큰 편입니다.

산업용 3D 프린터는 냉장고나 옷장 크기인 경우가 많지만 개인용 3D 프린터는 책상 위에 올라갈 정도의 크기가 대부분입니다. 그래서 산업용 3D 프린터에 비해 만들어 낼 수 있는 최대 크기가 작습니다. 또 3D 프린터의 본체 크기가 같아도 플랫폼의 구동 방식에 따라 뽑아낼 수 있는 물체의 크기는 달라집니다.

예를 들어 최대 출력 크기가 100×100×100mm인 제품은 한쪽 면의 길이가 200mm인 물체를 한번에 출력할 순 없으나 최대 출력 크기가 200×200×200mm라면 한번에 출력 가능하겠지요.

큰 물체를 한번에 출력하면 출력 시간이 길어지며 도중에 플랫폼에서 떨어지는 경우도 일어날 수 있기에, 큰 물체를 출력할 때는 여러 부분으로 나눠 뽑아내고 나중에 조립하는 식도 많습니다. 그러나 출력 크기가 클수록 3D 모델링의 자유도가 높아지는 건 사실입니다. 3D 프린터에서 무엇을 만들고 싶은지에 따라 최대 출력 크기가 달라지겠지만, 이왕이면 최대 출력 크기가 큰 제품이 좋겠지요.

조형에 이용할 수 있는 재료는?

MakerBot이 개발한 서포트 전용 재료 Dissolvable Filament입니다. Replicator 2X에서 쓸 수 있습니다.

열 용해 적층 방식의 3D프 린터에서는 필라멘트라고 부르는 실 모양의 수지를 가열해 녹여 출력합니다. 프린터에 따라 사용할 수 있는 필라멘트의 소재가 다르기에 주의할 필요가 있습니다.

개인용 3D 프린터는 필라멘트의 소재로 ABS 수지나 PLA 수지를 이용하는 제품이 많습니다. ABS를 녹이려면 PLA보다 높은 온도가 필요하고, 소재가 식었을 때의 수축율이 크기에 플랫폼에 히트 베드(나중에 설명)가 필요합니다.

PLA는 ABS보다 용융점이 낮고 ABS보다 수축되는 정도도 적으니 플랫폼에서 출력물이 움직이는 일은 별로 없습니다. ABS의 강도가 높다고는 하나 PLA도 결코 약한 편은 아니기에 크기가 작은 물체를 출력한다면 별 차이가 없습니다. 다만 PLA는 고온에 약하기 때문에 사용 환경을 잘 골라야 할 것입니다.

히드 베드를 갖춘 제품은 ABS와 PLA를 모두 지원하는 경우가 대부분이지만, 히드 베드가 없는 제품은 PLA만 쓸 수 있는 경우가 많습니다(Cube처럼 히트 베드가 없어도 ABS를 쓸 수 있는 제품도 있긴 합니다). 또 듀얼 헤드나 트리플 헤드 모델은 서포트 전용 재료를 활용하는 경우가 많은데, 서포트 전용 재료의 소재에 따라 이를 제거하는 방법도 다릅니다. 예를 들어 Replicator 2X는 MakerBot 정품 서포트 전용 재료인 Dissolvable Filament를 쓰는데 이를 제거하려면 리모넨을 이용해야 합니다.

서드파티의 필라멘트를 쓸 수 있는가?

필라멘트는 ABS나 PLA 같은 소재의 종류와는 또 별개로, 프린터 제조사의 순정품을 살 것인지 아니면 서드파티 제품을 고를 것인지도 골라야 합니다.

산업용 3D 프린터는 제조사 순정 필라멘트 외에 다른 것은 쓰지 못하는 경우가 절대 다수지만, 오픈소스 RepRap 프로젝트를 기반으로 하는 개인용 3D 프린터는 순정 필라멘트 외에 서드파티의 필라멘트도 이용할 수 있는 제품이 대부분입니다. 다만 저렴한 서드파티 필라멘트는 품질이 불규칙하고 필라멘트가 막힐 수도 있어, 순정 필라멘트를 쓰지 않았을 경우 a/s를 받지 못하는 경우가 많습니다.

예를 들어 3D Systems의 Cube나 Cube X는 전용 카트리지에 들어간 순정 필라멘트만 쓸 수 있기에 필라멘트를 바꾸긴 편하지만 출력 단가는 비교적 비쌉니다. 서드 파티 필라멘트를 이용할 수 있는 제품은 제조사 순정 필라멘트가 없거나, 서드 파티의 신소재를 설정에 따라 쓸 수 있도록 한 경우입니다. 사용자가 책임져야 하는 부분이긴 하지만 나무 가루를 섞은 우드 라이크 필라멘트 LAYWOO-D3나 고탄력 NinjaFlex처럼 다양한 필라멘트를 쓸 수 있다는 건 분명 무시할 수 없는 매력입니다.

Blade-1에 부속된 필라멘트. 필라멘트를 릴에 감은 단순한 구조라 순정품 외에 써드파티 필라멘트도 쓸 수 있습니다.

Cube의 필라멘트 카트리지. 전용 제품이라 순정품 외의 필라멘트를 사용할 수 없습니다.

NinjaFlex의 필라멘트는 탄력이 있는 조형물을 만들 수 있습니다.

히트 베드(히트 존)란 무엇인가?

CellP에서는 옵션으로 히트 베드가 있습니다.

열 용해 적층 방식의 개인용 3D 프린터의 스펙을 보면 히트 베드의 유무를 표시한 것이 있습니다. 히트 베드란 조형 플랫폼 전체를 따뜻하게 유지하는 도구로, 이게 있으면 출력 도중에 물체가 플랫폼에서 떨어질 확률이 줄어듭니다. 다만 히트 베드가 있는 플랫폼은 온도가 90도까지 상승하니까 조심해야 합니다. PLA보다 ABS가 온도 변화에 따라 수축이 크기에 ABS 소재를 쓸 수 있는 3D 프린터는 히트 베드가 있는 경우가 일반적이나, 히트 베드가 없어도 ABS를 지원하는 제품도 있습니다.

적층 피치는 작을수록 좋다

Cube X에서의 적층 피치 변경 사례. 왼쪽부터 적층 피치 0.1mm, 적층 피치 0.25mm, 적층 피치 0.5mm입니다.

열 용해 적층 방식의 3D 프린터는 용해 헤드에서 밀려나온 수지를 쌓아 물체를 만드는데, 이 수지를 쌓는 두께를 적층 피치라고 합니다.

예를 들어 적층 피치가 0.2mm라면 높이 50mm의 물체를 만들기 위해 50÷0.2로 250층을 쌓아야 합니다. 하지만 적층 피치가 0.1mm라면 500층을 쌓아야 되겠지요. 따라서 적층 피치가 작을수록 적층 흔적이 눈에 띄지 않게 되며 보다 세밀한 출력이 가능하지만 그만큼 출력 시간이 길어진다는 단점도 있습니다. 또 적층 피치의 크기와 헤드 위치의 정확도는 직접적인 관련이 없기에, 적층 피치가 아무리 세밀하다고 해도 헤드의 위치 정확도가 낮으면 출력 결과물의 정확도는 높아지지 않습니다. 그래서 용도에 따라 적층 피치를 크게 신경쓸 필요가 없는 경우도 있습니다.

개인용 3D 프린터는 적층 피치 0.1~0.5mm로 설정할 수 있는 제품이 많지만, 적층 피치 0.1mm는 출력 시간이 너무 길어지니까 여기선 0.2~0.25mm 정도를 추천합니다.

섀시나 커버가 달린 것이 좋을까?

열 용해 적층 방식의 개인용 3D 프린터는 플랫폼 주위를 새시나 커버로 덮은 경우가 있고 플랫폼이 그대로 노출된 제품도 있습니다.

플랫폼을 커버로 막아둔 프린터는 출력 중에 플랫폼을 건드려서 출력물이 어긋나거나 화상을 입는 사고를 막을 수 있습니다. 대신 크기가 커지고 무거워지겠지요.

플랫폼 전체를 덮는 경우 바람의 영향을 전혀 받지 않습니다. 열 용해 적층 방식의 3D 프린터는 에어컨이나 선풍기 같은 바람이 치명적으로 작용합니다. 본체에 직접 에어컨의 바람이 들어오면 헤드나 히트 베드의 온도를 일정하게 유지하기가 어려워지거든요. 출력된 물체가 이상하게 나왔을 경우 에어컨이나 선풍기의 바람을 맞은 건 아닌지 확인할 필요가 있습니다. 플랫폼이 노출되어 있다면 프린터를 덮은 케이스를 골판지나 아크릴로 씌워두는 것도 한가지 방법입니다.