3D 프린팅과 프린터 그리고 프린팅 방식

1. 3D 프린팅의 어원

3D 프린팅, 즉 3차원 인쇄 기술은 1980년대 초반에 등장했습니다. 이 기술의 어원을 살펴보면, 기본적으로 "printing"이라는 단어에서 유래되었으며, 전통적인 인쇄 기술과는 달리 층층이 물질을 쌓아 올려 3차원 객체를 만드는 과정을 의미합니다. 어원적 배경을 알아보면 아래와 같이 "3D"와 "Printing"으로 나누어서 알아보겠습니다.

1) 3D

"Three-dimensional(삼차원의)"의 약어로, 길이, 너비, 높이의 세 가지 차원을 모두 사용하여 객체를 표현함을 의미합니다. 전통적인 2D 인쇄와는 달리 3D 프린팅의 공간적 깊이를 가진 물체를 만들어냅니다.

2) Printing

영어에서 "printing"은 "인쇄"라는 의미를 가지며, 전통적으로 종이 위에 글자나 이미즈를 찍어내는 행위를 가리킵니다. 3D 프린팅에서는 이 개념이 확장되어, 물리적 객체를 층층이 찍어내는 것으로 해석됩니다.

3D 프린팅

2. 3D 프린트와 3D 프린팅의 차이

1) 3D 프린트

3D 프린트는 주로 3D 프린터로 제작된 구체적인 물체나 결과물을 지칭할 때 사용됩니다. 예를 들어, "이것은 3D 프린트로 만든 모델입니다."라고 할 때, 여기서 "3D 프린트"는 실제로 프린터에서 출력된 물체를 의미합니다. "3D 프린트"는 결과물을 말하고, 3D 프린터로 만들어진 구체적인 물건을 의미합니다.

2) 3D 프린팅

3D 프린팅은 3D 프린터를 이용해 물체를 제작하는 과정 자체를 가리킵니다. 예를 들어, "3D 프린팅 기술은 점점 발전하고 있다"라고 할 때, "3D 프린팅"은 물체를 만드는 기술이나 과정을 의미합니다. "3D 프린팅"은 과정을 말하고, 3D프린터를 사용하여 물건을 제작하는 기술이나 방법을 의미합니다.

3. 3D 프린팅 기술의 역사

1) 초기 발전 (1980년대)

a) 1981년

일본의 과학자 히데오 고다마가 최초로 3D 프린팅 개념을 제안했으며, 그는 층층이 광경화성 수지를 쌓아 올려 입체적인 물체를 만드는 방법에 대한 연구를 발표했습니다.

b) 1984년

미국의 발명가 "척 헐(Chuck Hull)"이 "스테레오리소그래피(Stereolithography)"기술을 발명하고, 이를 기반으로 첫 3D 프린팅 기계를 개발했습니다. 그는 이 기술을 상업화하기 위해 3D 시스템즈(3D Systems)라는 회사를 설립했습니다. 1986년에 그는 이 기술에 대한 특허를 취득하고, 오늘날의 발전에 근간이 되었습니다.

2) 상업화와 다양화 시기 (1990년대)

1990년대 초

스테레오리소그래피 기술 외에도, 선택적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering)과 융합 적층 제조(FDM, Fused Deposition Modeling)와 같은 다른 3D 프린팅 기술들이 개발되기 시작했습니다.

1990년대 중반

3D 프린팅 기술이 점차 상업화되면서, 주로 산업용 프로토타이핑과 제품 개발 분야에서 활용되기 시작했습니다.

3) 3D 프리팅의 대중화와 혁시의 시대 (2000년~ 지금, 현재, 미래)

2000년대

3D 프린팅 기술과 장비의 가격이 점차 하락하면서, 소규모 기업과 개인 사용자들 사이에서도 접근성이 높아졌습니다.

2010년대 초

오픈 소스 3D 프린터인 "레프리케이터(Replicator)"의 등장과 함께, 메이커 운동과 DIY 문화가 활성화되면서 3D 프린팅 기술이 대중화되기 시작했습니다.

최근

3D 프린팅 기술은 의료, 건축, 항공우주, 교육 등 다양한 분야로 확장되었습니다, 맞춤형 의료 기기, 생체 적합성 임플란트, 복잡한 건축 구조물 제작 등에 활용되고 있습니다.

3D 프린팅의 원리

1) 디자인 단계

3D 프린팅 과정은 3D 모델링 소프트웨어를 사용하여 디지털 모델을 만드는 것으로 시작됩니다. 이 모델은 프린터에서 해석할 수 있는 데이터 파일로 변환됩니다. 가장 흔히 사용되는 파일 형식은 STL(Standard Tessellation Language)입니다.

2) 슬라이싱 단계

준비된 3D 모델을 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 수많은 얇은 가로 층으로 분할합니다. 슬라이싱 과정에는 층의 두께, 프린트 속도, 채우기 밀도 같은 프린트 설정이 결정됩니다.

3) 프린팅 단계

슬라이싱된 파일을 3D 프린터로 전송하면 프린터는 선택된 재료(플라스틱, 금속, 수지 등)를 층층이 쌓아 올려 객체를 형성합니다. 다음은 몇 가지 주요 3D 프린팅 기술입니다.

a) FFF (Fused Filament Fabrication, 용융 적층 제조)

플라스틱 필라멘트를 용융시켜 층층이 적층하며 3차원의 객체를 생성하는 기술입니다. 이 방법은 FDM(Fused Deposition Modeling)이라고 불리며, 특히 소비자급 3D 프린터에서 널리 상용됩니다.

b) SLA (Stereolithography, 입체 광조형)

빛 반응성 수지(레진)를 사용하여 레이저 광원을 통해 물체를 층층이 쌓아 올리는 기술입니다. 이 방식은 1980년대 초반 Charles Hull에 의해 발명되었으며, 3D 프린팅 기술 중에서도 매우 세밀한 디테일과 높은 표면 품질을 실현할 수 있습니다.

c) SLS (Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결)

강력한 레이저를 사용하여 분말 재료를 선택적으로 소결시켜 층층이 물체를 생성하는 방법입니다. 이 기술은 주로 나일론, 폴리스틸렌, 세라믹, 금속 분말 등 다양한 종류의 분말 재료를 사용합니다. SLS 프로세스는 복잡한 형상과 내부 구조를 가진 부품을 지지구조 없이 직접 제작할 수 있는 뛰어난 능력을 갖추고 있습니다.

d) DLP (Digital Light Processing, 디지털 광 처리)

작은 거울로 이루어진 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micromirror Device, DMD)를 이용하여 광원을 정밀하게 제어함으로써 이미지를 생성하거나 3D 객체를 만듭니다.

4) 후처리 단계

프린트가 완성되며, 대부분의 3D 프린틍 과정에는 후처리 작업이 필요합니다. 이는 불필요한 지지대 제거, 표면 마감, 열처리 등을 포함할 수 있습니다. 3D 프린팅 기술은 제조 과정을 혁신하고 맞춤 제작이 가능하게 해준 중요한 발전입니다. 다양한 재료와 기술로 인해 매우 다양한 용도로 사용됩니다.

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