최초의 3D프린터, SLA 3D 프린터에 대해서 알아보자

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세계 최초의 상용 SLA 3D 프린터 : SLA-1

• SLA(Stereolithography)는 액체 광중합 수지를 이용하여 모델을 층별로 생성하는 기술입니다.
  
  
• SLA 프린터는 이미지 생성에 사용하는 광원에 따라 laser, DLP, LCD 세 가지 방식으로 나누어집니다.

• 3D프린팅을 하는데 있어 어떤 소재를 사용하느냐도 중요하지만, 또 다른 중요한 항목은 어떠한 방식의 3D프린터를 선택할 것인가입니다. 3D프린터에는 다양한 방식이 존재하고 각각의 방식들은 저마다 고유의 특성을 가지고 있습니다.
  
  
• 이번 포스팅에서는 소재만큼이나 다양한 3D 프린터의 종류에 대해 간단히 알아보겠습니다.

 1. 최초의 3D 프린터는 무엇일까요? 

• 3D 프린터 종류에는 열가소성 필라멘트를 사용하는 FDM/FFF, 광중합 수지를 사용하는 SLA, 평탄한 상태의 폴리머 분말을 소결하는 SLS, 그 외에 수많은 방식이 있으며 새로운 기술을 적용한 프린터는 계속 개발되고 발전하고 있습니다. 
  
  
• 여러분은 최초의 3D 프린터가 이 중 어떤 타입인지 아시나요? 그것은 자외선 레이저로 광중합체를 경화시키는 방식으로 1986년 발명되고 3D Systems 사에서 1987년 처음 제품화한 SLA입니다.
  
  ☝ SLA 역사에 대해서 좀 더 자세히 알고 싶으시다면, 아래 내용을 참고하세요
  
  

  

  3D프린팅 역사 (SLA편)

  
  
  
  
• 곧 이어 SLS, FDM 등의 방식이 차례로 등장했지만 최초라는 타이틀은 SLA가 차지하게 됩니다. 

 2. SLA와 광중합(Photopolymerization) 

• SLA(Stereolithography)는 액체 광중합 수지를 이용하여 모델을 층별로 생성하는 기술입니다.
  
  
• 광중합 수지는 광중합이 가능한 모노머(monomer), 올리고머(oligomer) 및 광개시제(photoinitiator) 등으로 구성됩니다.
  
  
• 수조 안에 수지를 채우고 수평면의 원하는 부분에 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하면 빛을 받은 부분의 수지는 광개시제가 활성화되면서 모노머, 올리고머들이 연속으로 교차 결합하여 폴리머를 형성하여 경화되고 나머지 부분은 액체로 남아 있게 됩니다.
  
  
• 이렇게 한 레이어가 완성되면 다음 레이어로 작업을 반복하여 모델을 완성합니다. 
  
  
• 광원의 파장은 광개시제가 반응하는 파장대로 선택하며 Desktop SLA 기종들의 경우 대부분 근자외선(385~405μm)을 사용하고 산업용 제품들의 경우는 그 이외의 파장을 사용하는 경우도 있습니다.
  
  
• 이런 방식의 SLA 3D프린터는 출력속도가 빠르고 정밀도가 우수하며 출력물의 표면이 깔끔한 장점을 가집니다. 반면에 출력 후 세척 및 2차 경화가 필요하고 출력물의 강도가 약한 점 등의 단점도 가지고 있습니다.
  
  
• SLA 3D프린터는 프린터 방식 자체의 특징과 더불어 소재의 다양성을 통해 다방면으로 활용되고 있습니다. 세계적으로 3D프린터 보급이 급성장하고 있는 덴탈 분야를 비롯하여 의료, 엔지니어링, 보석, 모형(피규어), 교육시장 등의 분야에 사용됩니다.
  
  
• 국내에서도 치기공소의 보철물 제작에 3D프린터가 많이 활용되고 있으며, 많은 스타트업 기업들이 수술 가이드(Surgical Guide) 인증 및 생산에 열을 올리고 있습니다.
  
  
• 이처럼 다양한 산업군에 활용되는 SLA 3D프린터는 광원의 방식에 따라 아래처럼 크게 레이저, DLP, LCD 세 가지로 나뉘어집니다. 물론 다른 산업군과 마찬가지로 각각의 광원 방식의 장점을 따서 복합적용한 하이브리드(Hybrid) 방식도 서서히 시장에 선보이는 추세입니다.

SLA 프린터의 3가지 방식

3. Laser SLA (레이저 SLA)

• 일반적으로 SLA라고 하면 레이저 SLA를 말합니다.
  
  
• 포인트 단위로 경화를 하는만큼 인쇄 속도는 느리지만 원칙적으로 해상도 제한이 없습니다.
  
  
• 해상도가 높을수록 정밀도도 증가합니다.
  
  
• 빌드 영역 또한 프린터 크기를 고려하지 않는다면 원칙적으로는 제한이 없습니다.
  
  
• 다만 DLP나 LCD 방식에 비해 속도가 매우 느리다는 단점이 있습니다. 

4. DLP-SLA

• DLP 프로젝터를 사용하여 레이어를 한 번에 노출하고 DLP 픽셀 신호의 유무로 수지를 선택적으로 경화시킵니다.
  
  
• 레이저 SLA에 비해 훨씬 더 빠르게 인쇄가 가능하며 LCD보다 광효율이 좋기 때문에 LCD에 비해서도 속도가 빠른 편입니다.
  
  
• 다만 프로젝터를 사용함으로써 발생할 수 있는 이미지의 왜곡으로 인해 조형 중앙부와 가장자리의 치수 정확도 편차가 발생할 수 있다는 단점이 있습니다. 

5. LCD-SLA

• MSLA(Masked SLA)라고도 불리며 위의 방식들보다 저렴한 LCD를 사용하여 프린터 가격이 상대적으로 저렴합니다.
  
  
• 수지 탱크 아래 LCD가 위치하여 LCD 크기가 곧 빌드 영역과 동일하다는 특징이 있고 LCD와 수지 탱크가 가까이 있어 콤팩트한 프린터가 가능합니다. 또한 DLP에서 발생할 수 있는 화면 왜곡이 없다는 것도 장점입니다.
  
  
• 하지만 동일한 이유로 LED 매트릭스에 의해 수지 탱크가 쉽게 가열되므로 효과적인 냉각 시스템이 요구됩니다.

Laser SLA, DLP-SLA, MSLA 비교

지금까지 3D 프린터 중 SLA 프린터 종류를 알아보았습니다.

SLA 프린터는 정확도와 매끄러운 표면 품질. 생체적합 인증 수지와 투명(Clear)한 수지를 비롯한 소재의 다양성으로 많은 산업군에서 활용되고 있습니다.