3D프린터(3d printer)란 무엇일까? / 3D프린터 역사

# 3D 프린터 역사에 대해서 알아보자.

1. 3D프린팅 소개

일반적인 프린터는 2D, 즉 용지의 면에 인쇄를 하는 장비인데 반하여, 3D프린터는 3D형상을 제작하기 위한 장비로 이해할 수 있습니다.
3D프린팅 방식의 출력 프로세스는 1974년도에 David EH Jones가 초기 개념을 잡았고, 1980년대에 고안되어 Rapid Prototyping(빠른 프로토타입 제작)으로 소개되었습니다.

참고로, 현재는 3D프린터를 AM(Addictive Manufacturing : 적층제조)으로 표현합니다.

# 참고로 3D프린팅 히스토리에 대해서 궁금하신 분들은 아래 포스팅을 참고하시기 바랍니다.
기업은 3D프린팅 기술 발전에 따라 전통적인 프로토타입 제작방식(CNC가공 등)에서 벗어나, 다른 방법으로 빠르고 정확하게 프로토타입을 개발할 수 있게 되었고, 3D프린팅 출력방식의 특허 출허가 된 이후 지금까지의 약 40년이 넘는 시간 동안 혁신 과정을 거쳐 사용 용도가 더욱 확대되고 다양해지고 있습니다.
자동차 및 일반 소비재 제품 뿐만 아니라, 우주항공, 의료, 덴탈, 교육, 취미 생활 등 다양한 환경과 광범위한 응용 분야에서 3D프린팅 기술이 사용되고 있습니다.

2. 3D프린팅 작동원리

3D프린팅 출력 프로세스는 적층제조(AM : Addictive Manufacturing)방식으로 진행되는데, 즉 형상을 만들기 위해 소재(플라스틱 등)를 녹여 한층씩 여러층을 적층하는 과정을 통해 진행됩니다. 출력 프로세스는 FDM(FFF), SLA, SLS, SLM 등의 다양한 출력기술과 소재를 활용하게 됩니다.

FDM(FFF) 3D프린팅 방식

3D 프린팅을 하려면 3D프린터에 인쇄할 위치와 경로를 알려주는 디지털 파일이 필요하며, 이를 위해 가장 일반적으로 사용하는 파일 형식은 G코드 파일입니다.
3D 프린팅은 3차원 공간에 출력하기 때문에, G코드 파일에는 기본적으로 출력 관련 명령어를 포함하여 X, Y, Z축에 대한 좌표 정보가 포함되어 있습니다.
참고로 G코드는 3D프린터를 위해 특별히 만들어진 코드는 아닙니다. 도면의 형상을 가공하는데 필요한 코드로 CNC 선반과 같이 관련된 산업용 설비에서 이미 사용하던 코드로 이해하시면 됩니다.
G코드 생성 방법?
일반적으로는 디자인 파일을 STL로 저장하고, 3D프린터 제조사가 제공하는 슬라이싱 프로그램 또는 전문 3D슬라이싱(simplify3d 또는 Cura 등)을 통해 STL파일을 슬라이싱 하는 과정을 거쳐 G코드를 생성하게 됩니다.

① 디자인 파일 (설계 프로그램) → ② STL 저장 (설계 프로그램에서 지원*) → ③ 슬라이싱 및 G코드 생성 (슬라이싱 프로그램) → ④ 3D프린터로 전송 → ⑤ 3D프린터 출력

* STL 파일 : 일반적으로는 디자인 프로그램에서 지원하지만, 일부 3D 전문 슬라이서에서는 디자인 파일을 STL로 변환하는 기능을 제공합니다.

3D프린터는 적층가공(AM : Addictive Manufacturing)의 방식으로 진행되어 한층(레이어)식 적층하며 형상을 만들기 때문에 출력물의 높이가 높아질 수록, 레이어 두께를 줄일 수록 출력시간은 증가하게 됩니다.
(출력시간의 증가는 상기외에 infill을 얼마나 채우는지? 등의 여러 변수 요소가 있으나, 본 포스팅은 개념설명을 하기 때문에 높이 부분만 언급하였습니다.)
FDM 3D프린터의 경우 "필라멘트"를 고온의 노즐을 통해 녹여서 "프린팅 베드"에 레이어를 적층하는 방식으로 출력물을 제작하게 됩니다.
일반화하기는 어렵지만, 대체적으로 기다란 형상의 출력물의 경우 세워 출력하는 것 보다는 눕혀서 출력하는 것이 출력시간 및 출력품질에도 유리하며, 디자인 목업 수준의 출력물이 필요한 경우에는 레이어 두께를 일반 또는 두껍게 하여 빠르게 출력을 시도하는 것이 유리할 수도 있습니다.