FFF (Fused Filament Fabrication, 융합 수지 압출 적층 조형)

• FFF 방식이란?

  현재 가장 경제적이고 보편적으로 사용하고 있는 3D 출력 방식으로, 가는 실 같은 필라멘트 형태의 열가소성 수지 재료에 180도 이상의 열과 압축을 가해 녹이고, 한 층씩 쌓아 올리며 조형하는 원리입니다. 융합 수지 압출 적층 조형기술이라고도 합니다. 공급되는 재료의 형태는 필라멘트나 와이어 모양으로 되어 있으며, 보호 카트리지나 실타래와 같은 롤에 감겨져 지속적으로 공급되어야 합니다. 이러한 고체의 재료들은 온도 조절이 가능한 용융압출노즐를 통과하면서 액상에 가까운 재질로 연화, 압출되어 한 층씩 융합, 적층 과정을 거쳐 3차원 모델을 완성하게 됩니다.

• FFF 방식의 특징

  프린터 헤드 이동방식에 따라서 카르테시안 방식과 델타 방식으로 나눌 수 있습니다. 노즐과 베드가 각 축을 나누어 구동하는 카르테시안 방식이 정밀도가 높은 편이고 베드를 고정하고 노즐이 X/Y/Z 축 세 방향으로 움직이는 델타 방식은 속도가 높은 특징을 갖습니다. 또한 노즐과 익스투루더의 위치에 따라서 직접압출식과 보우덴식으로 나뉘어 지는데, 노즐과 익스투루더가 같이 움직이는 직접압출식은 필라멘트를 안정적으로 공급하여 출력 품질이 좋으나 헤드가 무거워 출력 속도가 느리고, 2개 이상의 헤드 사용시 헤드공간이 커서 출력 공간이 줄어들 수 있습니다. 보우덴식은 익스투루더가 프린터 외각으로 분리되어 있어 헤드의 무게와 출력 공간의 제약이 없어 구동이 가벼워져서 고속 출력이 가능하지만 헤드부와 압출부의 거리로 인해 압출기의 모터가 부하를 받게 되고 압출 응답속도가 늦어져 출력품질이 떨어질 수 있다.

• FFF 방식의 장점

  FFF 방식은 열에 녹는 플라스틱을 녹여 사출한 후 공기 중에서 다시 고체로 굳히는 원리로써 원료의 가격도 합리적이고, 3D 프린터 자체의 가격도 상대적으로 경제적인 수준이라 가장 대중적인 3D 프린터 출력방식으로 활용됩니다. 하지만 층이 쌓아 올려지면서 출력되기 때문에 출력물의 표면이 비교적 매끄럽지 못하고, 형상에 따라 서포터가 반드시 추가되어야 하기 때문에 출력시간이 증가되거나, 서포터를 제거한 단면에 대한 후가공이 필요할 수 있습니다. 또한 PLA 및 ABS 필라멘트의 경우 60도 이상의 고온에 노출되면 변형될 수도 있습니다.

SLA (Stereo Lithography Apparatus, 광경화성 수지 적층 조형)

• SLA 방식이란?

  가장 대표적인 광조형 3D 프린팅 방식 중 하나인 광경화성 수지 적층 조형 기술입니다. 광경화성 물질에 출력하려고 하는 모형에 맞도록 레이저를 투사하여 한 층씩 적층하는 방식으로 입체광투영기술로도 불립니다.

• SLA 방식의 특징

  레이저를 반사경으로 주사하면 반사경이 X/Y 축으로 움직이며 빛에 반응하는 아크릴이나 에폭시 계열의 광경화성 수지가 들어있는 수조의 작업대 위에 출력물을 조형하기 시작합니다. 작업대 위아래로 움직이는 구조로 위에 한 층 두께가 만들어 질 때마다 한 층 두께만큼 밑으로 내려가고 다시 레이저를 주사하며 쌓아 올리는 방식입니다.

• SLA 방식의 장점

  SLA 방식은 FFF 방식에 비해 출력 속도가 빠르고, 적층 무늬가 없어 마치 사출물과 같이 표면이 매끄럽고 정밀도가 매우 높아 아주 복잡하거나 섬세한 조형을 출력하는데 용이합니다. 하지만 물체에 묻은 액체 상태의 광경화성 물질은 자연적인 햇빛 등에 노출이 되어서 굳어질 수 있기 때문에 반드시 세척해야 합니다. 또한 빛으로 조형하는 만큼 출력물의 강도가 약하여 UV를 통한 추가 경화 처리가 필요할 수 있습니다. 그리고 재료의 원료 및 컬러가 제한적이고 레이저 재충진 등 운영 비용과 재료 비용이 매우 높습니다.

SLS (Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결)

• SLS 방식이란?

  선택적 레이저 소결 방식으로서, 미세한 분말을 도포한 후 원하는 부분에만 고온의 CO2 레이저를 쏘아 레이저에 노출된 부분만 굳혀 형태를 만드는 기술입니다.

• SLS 방식의 특징

  분말형식의 재료를 롤러를 이용해서 한 층씩 레이어를 만들어 주고 레이저를 적당한 각도로 반사시켜 선택적으로 조형을 하고 한 층이 완성되면 롤러가 다시 소재를 채워주며 적층합니다. 다른 방식의 3D 프린터들보다 물체를 제작하는 시간이 빠르고 플라스틱, 모래, 유리, 세라믹 등 레이저를 통해 녹이고, 굳힐 수 있는 광범위한 종류의 원료를 활용할 수 있다는 점이 특장점입니다.

• SLS 방식의 장점

  또한 프로세스는 SLA 방식과 DLP 방식과 같은 광경화성 수지 조형방식과 유사하지만 여분의 분말로 조형체가 덮여있기 때문에 서포터 없이도 복잡한 조형을 정확한 치수로 완성할 수 있고 서포터 제거 과정이 없어 출력 시간도 단축됩니다. 하지만 원료의 특성에 따라 출력품의 품질이 결정되기 때문에 표면이 SLA 방식 출력물보다 매끄럽지 못할 수도 있고, 분말체를 털어내는 후처리 과정이 반드시 필요하며, 제품 비용이 매우 높은 점도 특징입니다.