3D프린터 입문자가 궁금할 Q&A

2014년 특허가 풀리며 다양한 회사가 3d프린터를 만들기 시작했고 이제는 일반인도 쉽게 살 수 있을 정도로 대중화되었습니다. 저는 프린터를 구입하기 전 프린팅 방식, 필라멘트의 소재, 장단점, 보조 파츠 등 다양한 궁금증이 있었습니다. 이 포스팅에서는 아직 3d프린터를 잘 모르는 입문자가 궁금해할 점과 직접 사용하며 알게 된 경험을 정리했습니다.



장점

3d프린터 장점

거의 모든 모형을 만들 수 있음

단, 여기에 조건이 걸리는데 바로 작업 가능 공간입니다. 프린터가 이동 가능한 xyz 축 거리는 한계가 있고, 그 공간 안에서라면 서포트(임시 지지대)를 활용해 거의 모든 모형을 만들 수 있습니다. 또한, 큰 결과물을 모듈화해 따로 프린팅하는 방법으로 큰 결과물도 만들 수 있습니다.

다양한 소재와 질감

보급용 프린터는 아직까진 후술할 PLA, ABS, 레진 같이 정해진 소재로만 출력물을 만들 수 있습니다. 하지만 다양한 색, 돌이나 나무 같은 질감, 실리콘 같은 탄성 등 특성을 가진 여러 필라멘트를 사용처에 맞춰 사용할 수 있습니다.



단점

3D프린터 입문자가 궁금할 Q&A

수십만 원의 초기 비용

전 2021년 알리익스프레스를 통해 Creality Ender-3 V2를 구입했습니다. 기존 모델에 소음 저감, 히팅 배드 기능이 들어간 모델로 할인받아 약 30만 원에 구입했습니다. 또한, 덕유항공 필라멘트 1kg을 1.6만 원에 구입했습니다. 이처럼 장비와 재료를 구입하는데 비용이 들기 때문에 주변 메이커 스페이스에서 프린터를 사용해 본 후 사는 것을 추천합니다.

손이 많이 가는 설정들

잉크젯 프린터처럼 간단히 출력되면 좋겠지만 3d프린터는 사용자가 정해줘야 할 다양한 설정이 있습니다. 작업 배드의 수평을 맞추는 레벨링, 외부 온도나 필라멘트에 따라 다른 노즐 온도 설정, Cura의 다양한 프린팅 설정 등 작업의 완성도와 제작 속도에 영향을 주는 조건을 상황에 맞게 조절해야 합니다.

오래 걸리는 작업 시간

설정을 잘했다면 프린트 과정에서 사용자가 신경 써야 할 부분은 거의 없지만 결과물이 프린팅되는 시간은 매우 오래 걸립니다. 손바닥 크기의 비누 정리대를 만드는 데만 약 4시간이 걸렸으며 크고 복잡한 형태는 12시간 이상 걸리기도 합니다.



3D프린터의 제원

3d프린터 프린팅 방식

재료압출식 vs 광수지화식

재료압출식은 필라멘트를 녹여 한 층씩 쌓아가는 방법으로 보급형 프린터의 대부분이 이 방법을 사용하고 있습니다. 가장 대중적인 방법으로 기기의 값이 싸고 인터넷에서 관련된 정보를 얻기 쉽다는 장점이 있습니다.

광수지화식은 레진에 빛을 쬐어 굳히는 방식으로 넓은 범위를 한 번에 굳힐 수 있어 비교적 빠르며 매우 정교하게 만들 수 있습니다. 하지만 광수지화 프린터와 재료가 되는 레진의 값이 매우 비싸며 재료압출식에 비해 결과물의 크기가 작다는 제한이 있습니다.

조립형 vs 완성형

조립형은 프린터의 각 파츠를 사용자가 직접 조립하는 방법입니다. 과거에는 조립하는 사람의 실력에 따라 성능 차이가 컸지만, 최근에는 매뉴얼만 잘 따라 하면 좋은 완성도의 작품을 만들 수 있습니다. 완성형보다 가격이 싸고, 마모 또는 망가진 부품을 교체해 수리하기 쉽습니다.

완성형은 제조사에서 완전히 조립되고 여러 조율을 마친 프린터입니다. 조립형에 비해 비싸고 작업 가능한 공간이 작지만 제품을 받는 즉시 사용할 수 있습니다. 또한, 외부 영향을 막아주는 인클로저와 자동으로 레벨링을 맞춰주는 여러 편의 기능이 탑재된 경우가 많습니다.



필라멘트의 종류

PLA vs ABS

PLA는 입문자가 보편적으로 사용하는 필라멘트로 옥수수나 사탕수수 같은 식물로 만든 친환경적인 소재입니다. 프린팅하는 과정에서 유독한 물질이 나오진 않지만, 미세먼지가 발생하기 때문에 환기를 하는 것이 좋습니다. ABS에 비해 균열, 휨, 수축 현상이 적지만, 출력물을 후가공(사포질, 도색, 접합)하기 힘듭니다.

ABS는 석유에서 추출한 성분으로 만든 소재로 가열 시 유독한 냄새가 나기 때문에 환기가 필수이며 PLA에 비해 휨이나 수축 현상이 많습니다. 이런 단점이 있지만, 아세톤으로 훈증을 하면 ABS 표면이 녹아내리며 매끈하고 부드러운 표면을 쉽게 만들 수 있습니다.

그외 다른 소재

  • 은점토 필라멘트 : 출력물에 열을 가하면 은 성분만 남아 금속 느낌을 줄 수 있습니다.
  • 플랙시블 필라멘트 : 고무 성분이 들어가 탄성과 유연성을 가진 출력물을 만들 수 있습니다.
  • 나무 필라멘트 : 일정량의 목재를 혼합해 나무 질감을 표현할 수 있습니다.
  • 나일론 필라멘트 : 도색이 가능한 소재로 유연하고 탄력성이 있습니다.
  • PVA 필라멘트 : 물에 잘 녹는 성분 덕분에 출력물의 서포터로 프린팅한 후 물로 녹여 없앨 수 있습니다.
  • 엔지니어 필라멘트 : 강도가 높고 전성이 좋은 공업용 소재입니다.



보조 파츠

BL터치 : 평평하지 않은 바닥에 설치했거나 프린터의 작업이 많아지면 작업 베드의 수평이 조금씩 틀어지게 됩니다. BL터치는 자동으로 수평을 체크한 후 틀어진 기울기를 고려해 보정된 값으로 프린트해줘 매번 직접 레벨링을 할 필요가 없습니다.

와이파이 박스 : 보통 프린트를 할 때 모델링 파일인 G-Code를 SD카드에 옮긴 후 기기에 삽입해 사용합니다. 와이파이 박스는 그런 번거로운 과정 없이 가정의 와이파이에 연결해 PC에서 바로 데이터를 보내 프린트할 수 있습니다.

레이저 각인기 : 레이저를 나무, 금속에 쏴 글씨나 그림을 각인할 수 있습니다. 레이저 각인기가 xy 축으로 움직이며 각인하며 절단용으로 사용하기에는 출력이 부족합니다.

인클로저 : 프린터를 감싸는 케이스로 온도, 습기와 같은 외부 요소의 영향을 막아주며 모터에서 발생하는 소음을 줄여줍니다.

히팅베드 : 강화 유리로 된 베드 덕분에 열과 흠집에 강하며 60°c 정도 열기를 내 필라멘트의 안착률을 높이고 뒤틀림이나 휨을 일정부분 막을 수 있습니다.

자석베드 : 자석으로 되있어 뗏다 붙였다 하기 쉽고 유연하기 때문에 결과물을 베드와 분리하기 쉽습니다. 하지만 열과 흠집에 약해 녹을 수 있습니다.

테프론 튜브 : 튜브 내부의 마찰계수가 낮아 필라멘트를 삽입하거나 뺄 때 마모되거나 정체되는 것을 줄여줍니다.



부위별 명칭

3D프린터 입문자가 궁금할 Q&A
  1. 익스트루더 : 필라멘트를 두 개의 톱니로 밀어 넣어주는 기능을 합니다.
  2. 노즐 : 높은 온도로 필라멘트를 녹여 결과물을 만듭니다.
  3. 작업 베드 : 결과물이 만들어지는 공간입니다.
  4. 레벨링 나사 : 베드의 수평을 맞추는 레벨링 작업에 사용하며 왼쪽으로 돌리면 아래로 오른쪽으로 돌리면 위로 올려집니다.
  5. 컨트롤러 : 프린터의 각종 설정을 조정할 수 있는 기능을 합니다.



3D프린팅의 과정

  1. CAD를 활용해 모델링 파일을 만듭니다.
  2. 만들어진 .stl 파일을 Cura 같은 슬라이싱 프로그램으로 변환합니다.
  3. 변환된 .gcode 파일을 SD카드에 넣어 3d프린터에 인식시킵니다.
  4. 레벨링을 마친 후 프린팅을 시작합니다.



그 외 Q&A

모델링은 어떻게 하나요?
CAD라고 불리는 프로그램으로 만들 수 있으며 전 무료이고 설치할 필요 없는 TinkerCAD를 주로 사용하고 있습니다. 결과 파일은 STL로 만들어지며 슬라이싱 프로그램으로 3d프린터가 읽을 수 있는 G-Code파일을 만들어 주어야 합니다.

슬라이싱 프로그램은 왜 사용하나요?
3d프린터는 한층씩 쌓아 올라가기 때문에 모델링 파일 또한 그에 맞게 슬라이싱 해줘야합니다. 전 무료인 Cura를 사용하고 있으며 내부 채움, 서포터, 프린팅 속도 등 프린팅에 관한 여러 설정도 지정할 수 있습니다.

레벨링은 무엇이고 어떻게 하나요?
작업베드 아래 네 모서리에 있는 나사로 위아래 이동을 조정할 수 있습니다. 전 노즐과 베드의 사이에 종이가 살짝 걸리는 정도로 조절해 사용하고 있는데 거리가 멀어지면 안착이 잘 안 되고, 너무 가까우면 필라멘트가 압출되지 않는 문제가 있습니다. 이런 과정이 불편하다면 보조 파츠인 bl터치로 자동 레벨링을 할 수 있습니다.

필라멘트가 유독하나요?
생분해 소재인 PLA는 유독한 성분이 없지만, 프린팅 중 미세먼지가 발생하기 때문에 환기하는 것이 좋습니다. 레고와 같은 소재인 ABS는 프린팅 중 냄새와 유독 성분이 나오기 때문에 환기가 필수입니다.

모델링 파일 공유 커뮤니티가 있나요?
싱기버스라는 사이트에서 세계 여러 사용자가 올린 여러 모델링 파일을 무료로 받을 수 있습니다. 화분, 장난감, 문구 등 거의 모든 제품의 모델링 파일이 존재하며 여러 아이디어를 얻기도 좋은 곳입니다.

후처리 후가공이 뭔가요.
적층 방식은 일정 높이로 높아지며 프린트를 만들어냅니다. 그래서 자세히 봤을 때 층이 진 것을 볼 수 있는데 이런 결과물을 실제 제품처럼 다듬는 과정입니다. ABS는 아세톤 훈증으로 녹여 매끈하게 만들거나 사포질, 퍼티로 살을 붙여 다듬기도 합니다. 또한, 그 위에 다른 결과물을 붙이거나 도색하는 작업도 포함합니다.

프린터의 소음은 어떻나요?
제가 쓰는 엔더3 v2의 경우 쿨러에서 발생하는 소음이 선풍기 [중] ~ [강] 정도였습니다.

결과물의 내구성은 어떤가요?
모양, 벽면의 두께, 내부 채움의 퍼센트 등 내구성에 영향을 미치는 요소가 많지만 10cm*10cm에 0.6mm 두께의 결과물만 돼도 사람의 힘으로 찢기 힘든 편입니다.

얼마나 정교한가요?
제가 사용하는 엔더3 v2의 경우 테스트한 결과 0.5mm 이하는 인식하지 못했습니다. 그래서 0.5mm라고 생각되지만, 프린터 제원에 따르면 노즐에 따라 최소 0.1mm까지 가능합니다.



참조 사이트

[필라멘트의 종류]
3D프린터 필라멘트 종류 및 특성



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