[제조 지식] 없애고, 붙이고···3D 프린팅 후가공의 모든 것

물리적, 화학적 공정 거쳐 출력물 상태 개선

외관은 물론, 강도와 내구성 향상에도 효과

성공적인 후가공 처리 이후의 모습(맨 우측). 표면 마감의 정도를 비교해보세요. 출처 Fabbaloo.

“(후가공이) 끝날 때까지 끝난 게 아니다.”

후가공을 마치기 직전 상태의 제품을 받아본 적이 있다면 아마 공감하실 겁니다. 3D 프린팅으로 제품을 만든 경우에도도 마찬가집니다. 3D 프린팅 후가공(3D Printing Post-Processing)은 출력물의 기능과 미관을 향상시키기 위해 표면의 특성을 다양한 방식으로 변화시키는 작업을 총칭합니다. 이러한 후가공 처리 기술은 크게 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

① 재료 제거 (Material Removal)
② 재료 추가 (Material Addition)
③ 물성 변경 (Material Property Change)

원리는 간단합니다. 출력물에서 재료 일부를 제거함으로써 표면을 매끄럽게 만들거나(빼기 작업), 재료 일부를 더함으로써 표면을 매끄럽게 만들 수 있습니다(더하기 작업). 재료를 제거하거나 더하지 않고 재료의 분자 구조를 재분배함으로써 표면을 매끄럽게 할 수도 있죠. 이것이 물성 변경(Material Property Change)에 해당합니다. 물리적 재료의 가감 없이 분자 구조의 재배열을 통해 표면 처리를 하는 공정입니다. 한마디로 출력물의 성질을 바꾸는 것입니다.

3D 프린팅 후가공을 통해 기대할 수 있는 효과는 크게 다음과 같습니다.

① 결함을 보완하여 매끄러운 표면을 만들 수 있습니다.
② 강도와 내구성을 높일 수 있습니다.
③ UV 및 전도성 등 기능을 추가할 수 있습니다.
④ 외관을 아름답게 마무리합니다.

그러면 3D 프린팅 후가공 유형별로 구체적인 후가공 방식들을 하나씩 살펴보겠습니다.

지지대 제거

FDM이나 SLA 방식의 3D 프린팅은 출력 특성상 지지대가 함께 출력됩니다. 후가공을 통해 지지대를 제거해주어야만 원하던 결과물을 얻을 수 있습니다. 지지대가 특별히 접근하기 어려운 곳에 위치하지 않는 한 많은 노력이 필요하지는 않습니다.

불용성 지지대는 일반적으로 손으로 떼어내거나 펜치로 절단합니다. 가용성 지지대의 경우, 물이나 특정한 액체에 담그면 간단히 용해되므로 제거 이후의 흔적이 거의 남지 않는다는 장점이 있습니다. 다만 ‘본체’와 ‘지지대’의 재료를 달리 하기 위해서는 이중 압출이 가능한 3D 프린터가 필요합니다.

손으로 떼어내거나 펜치로 절단한 이후에도 흔적이 남았다고요? 남는 흔적은 샌딩 처리를 통해 해당 부위를 매끄럽게 만들 수 있습니다.

사포질(샌딩)

샌딩 또한 가장 보편적인 3D 프린팅 후가공 방식 중 하나입니다. 인쇄 표면에 의도하지 않은 얼룩(blob)이나 흠집이 남을 수 있습니다. 이때 사포질을 통해 해당 부분을 매끄럽게 만들 수 있습니다.

샌딩 작업시에는 항상 낮은 단위의 모래 사포(150-400방)에서 시작해서 점차적으로 높은 단위의 모래 사포(최대 2,000방)을 사용해야 합니다. 이 때 습식 샌딩과 원형 이동을 기억하세요. 사포와 표면의 마찰로 인해 열이 발생하면 열에 민감한 필라멘트 재료로 출력된 출력물에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 샌딩 이전에 출력물을 물에 담가서 과도한 마찰열이 발생하지 않게 하여야 합니다.

또 레이어가 쉽게 보이는 FDM 출력물의 경우 반드시 원형으로 사포질을 해야 합니다. 레이어에 평행하거나 수직으로 사포질을 하게 되면 표면의 결이 망가질 수 있기 때문입니다.

텀블링

텀블링은 여러 부품을 동시에 후가공할 수 있는 자동화된 가공 방식입니다. 3D 프린팅 출력물을 특정 시간 동안 회전하는 통에 넣으면, 연마 매체와 출력물이 부딪치면서 자연스레 출력물의 표면이 균일하게 정리됩니다. 텀블링에 사용되는 기계는 윤활유와 연마 매체가 들어 있는 진동하는 통의 형태입니다. 통 안에 들어가는 연마 매체로는 물체 마모를 위해 사용되는 특수한 돌이 사용됩니다.

텀블링 통(혹은 탱크)은 다양한 크기로 제작되므로 비교적 큰 출력물도 텀블링을 통해 처리할 수 있습니다. 연마 매체가 부품과 지속적으로 접촉하기 때문에 더 큰 출력물이라고 해서 더 긴 처리 시간을 필요로 하지는 않습니다. 다만, 복잡한 표면 구조를 가진 출력물의 경우, 텀블링 가공시 세부 사항의 정확도가 떨어질 수 있습니다.

스무딩

스무딩은 ABS 프린팅 출력물에 널리 사용되는 후처리 기술입니다. 밀폐된 공간에서 ABS를 녹일 수 있는 아세톤의 성질을 이용해 ABS 출력물 표면에 보이는 레이어를 부드럽게 만들 수 있습니다.

즉, 아세톤을 큰 용기(혹은 탱크)에 부은 다음, 아세톤의 수위보다 높게 설치한 플랫폼 위에 출력물을 놓습니다. 아세톤 증기가 부품의 표면을 녹일 수 있도록 10-20분 동안 용기의 뚜껑을 닫아두면 출력물 표면이 매끄러워집니다.

이 같은 과정이 말처럼 쉬운 것은 아닙니다. 무엇보다 아세톤은 가연성이 높아서 폭발하기 쉽기 때문에 환기가 잘 되는 공간에서 작업하고 장갑과 마스크를 착용하는 등의 예방 조치가 필요합니다.

샌드 블라스팅

샌드 블라스팅은 3D 출력물에 고압으로 고압으로 연마재를 분사하는 방식입니다. 자주 사용되는 연마재는 모래지만, 플라스틱 구슬과 같은 작고 거친 물체를 사용해서 다른 효과를 얻을 수도 있습니다. 연마재가 텀블링의 경우보다 작기 때문에 비교적 거친 부품이나 레이어가 높은 출력물에 효과적입니다. 그러나 연마재가 도달하는 표면만을 처리하기 때문에 복잡한 표면을 가진 출력물에는 부적합합니다.

CNC 밀링

대표적인 절삭가공 방식인 CNC 밀링은 적층 방식의 3D 프린팅의 정반대 원리로 작동합니다. 일반적으로 3D 프린팅 출력물 전체 표면을 밀링하는 것은 시간이나 비용 측면에서 효과적이지 않습니다. 하지만 특정 지점을 매끄럽거나 정확하게 다듬어야 하는 경우 CNC 밀링은 좋은 선택지가 될 수 있습니다.

화학 침지

화학 침지는 영어로 ‘Chemical Dipping’이며, 출력물을 표면을 화학 용액에 담가서 일부 부식시키는 방식입니다. 전문 지식이 필요하다는 어려움이 있지만, 수조에 출력물 전체를 담글 수 있기 때문에 복잡한 출력물의 표면을 후가공하기에 유용한 방식입니다.

아세톤 용접

아세톤을 이용해 출력물과 출력물을 이어붙이는 후처리 방식입니다. 보통 ABS를 재료로 하여 큰 부피의 출력물을 프린트하고 싶지만 3D 프린터의 빌드 볼륨(출력 가능한 크기)이 너무 작은 경우에 사용합니다. 아세톤은 ABS를 용해시키는 성질이 있으므로, ‘풀(glue)’과 같은 역할을 할 수 있습니다. ABS 소재 3D 프린팅 출력물에만 적용됩니다.

필링(메우기)

필링(Filling, 메우기)은 두꺼운 접착 화합물(일반적으로 페이스트 형태)을 사용하여 출력물 레이어 사이의 작은 틈을 채우는 표면 처리 방식입니다. 일반적으로 샌딩 처리 이전의 첫 번째 단계로 사용됩니다. 어떤 충전재를 사용해서 필링 작업을 하느냐에 따라 필요한 시간과 장비가 달라집니다.

프라이밍

프라이밍의 주요 기능은 ‘접착 표면 준비’입니다. 다음 레이어를 쌓기 전에 표면을 깨끗하게 정리하는 작업이라고 생각하면 됩니다. 표면에 샌딩 혹은 필링 처리를 하고 나서 프라이밍 가공을 진행해야 그 효과가 극대화됩니다.

프라이머는 주로 스프레이 또는 브러시 형태이며, 스프레이 형태의 프라이머가 보다 균일한 코팅 효과를 냅니다.

프라이밍 작업 이후, 최소 24시간 동안의 건조 시간이 필요합니다.

출력물에 스프레이 페인팅 처리를 하는 모습. (출처=materialise)

스프레이 코팅

가장 간단한 스프레이 코팅 방식은 환기가 가능한 실내 공간이나 실외 공간에서 스프레이 캔을 이용해 재료를 도포하는 것입니다. 출력물의 표면을 샌딩하고 나서 여러 번 스프레이 코팅을 하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 스프레이 코팅은 비교적 큰 부품을 처리하기에 적합한 방식입니다.

스프레이 프린트는 미관 개선을 위해 주로 사용되며, 스프레이 바니시는 마모 및 UV 손상으로부터 출력물을 보호하는 역할을 합니다.

금속 도금

금속 도금은 3D 프린팅 출력물에 금속 층이 결합되는 화학 공정입니다. 열, 충격, 날씨 변화 등에 내성이 높은 출력물을 만들거나 전도성 출력물로 변환하는 데 매우 효과적입니다. 또한 시각적으로 외관을 크게 향상시킬 수 있죠.

전기도금은 기본적으로 금속 코팅을 한 금속에서 다른 금속(또는 전도성 표면이 있는 부분)으로 옮기는 작업입니다. 이 공정에 사용되는 가장 일반적인 금속은 구리와 니켈이지만 황동, 금, 은, 크롬 등과 같은 재료를 사용할 수도 있습니다.

접착

앞서 살펴본 아세톤 용접은 훌륭하고 간단한 후가공 방식이지만, ABS 출력물에만 적용된다는 한계가 있습니다.

3D 프린터의 크기는 한정되어 있기 때문에, 보다 큰 규모의 출력물을 완성하고자 한다면 접착으로 출력물들을 결합해야 합니다. PLA 혹은 PETG와 같은 일반 필라멘트를 재료로 한 출력물은 전용 접합제(Glue)를 이용해 붙이면 됩니다. 다만, 아세톤으로 재료를 녹여서 용접하는 방식만큼 접합 부분이 강력하게 결합되지는 않습니다.

용해

3D 프린팅 후가공에서의 용해는 ‘부분적 용해’ 혹은 ‘국부적 용해’를 뜻합니다. 용해는 지지대를 제거하거나 샌딩과 같은 후처리 과정에서 생긴 국부적인 표면 긁힘을 해결하는 데 좋은 가공 방식입니다. 부품에서 10~20cm 떨어진 상태에서 고온의 히팅건을 작동시키면 뜨거운 공기가 나와 표면이 녹게 됩니다.

이 공정은 얕은 표면 흠집에만 효과가 있고, 깊은 흠집에는 적합하지 않습니다. 또한, 출력물이 쉽게 변형될 수 있으므로 가열 시간을 잘 제어해야 합니다.

PLA 3D 프린팅 출력물 어닐링 가공 처리 중의 모습. 출처 EcoReprap.

풀림(어닐링)

풀림이라고 불리는 어닐링(Annealing) 공정은 금속 재료를 적당한 온도로 가열한 다음 서서히 상온(常温)에서 냉각시킴으로써 출력물의 내구성을 높이는 조작법을 뜻합니다.

보통 3D 프린팅 출력물은 비정질(원자, 이온, 분자 따위가 규칙적으로 배열되어 있지 않은 고체 물질. 즉, 액체 상태에서 고체로 굳을 때 어는점이 분명하지 않아서 결정을 이루지 못한 물질) 상태입니다. 쉽게 말해 분자의 조직화 정도가 낮은 상태입니다. 출력물의 분자 조직화 정도를 강하게 만들기 위해서는 출력물을 융점(고체가 액체 상태로 바뀌는 온도) 미만으로 가열한 뒤, 반결정 상태에서 분자를 재배열할 수 있습니다. 물론 적정 가열 온도는 재료에 따라 따르며, 적절한 가열 시간을 설정하기 위해서는 어느 정도의 전문 지식이 필요합니다.

이상으로 3D 프린팅 출력물의 표면을 매끄럽게 하고 기능을 강화시키는 다양한 후가공 공정에 대해 알아보았습니다.

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03/22/202212/14/2022

[제조 지식] 까칠한 3D프린팅 표면, 어떻게 매끄럽게 만들까

기대감을 갖고 3D 프린팅으로 제조한 결과물을 받아 든 순간, 눈에 거슬릴 정도로 줄이 가있는 표면 상태 때문에 실망하신 적 있으신가요?

3D 프린팅은 컴퓨터를 통해 대부분의 작업이 이뤄지기 때문에 딱히 손을 댈 필요가 없다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 사람 손을 덜 탄다고 해서 사람의 손길이 필요하지 않은 것은 아닙니다.

두드러진 고스팅 문제(좌)를 설정 변경 등을 통해 어느 정도 해결한 경우(우). 출처 All3DP.

무엇보다 표면의 매끄러움(Smoothness)은 완제품을 돋보이게 하는 중요한 요소입니다. 만약 제품을 재출력할 수 있는 상황이라면 매끄럽지 않은 표면의 원인을 파악하고 이를 수정해야 할 것입니다. 만약 재출력이 어렵거나 재출력만으로 상황이 나아지긴 어렵다 하더라도 크게 걱정할 필요는 없습니다. 후가공 공정을 통해 표면을 매끄럽게 만들 수 있기 때문입니다.

이상의 두 가지 해법 가운데 먼저 오늘은 3D 프린터 결과물의 표면에 나타날 수 있는 문제를 현상에 따라 분류해보고, 3D 프린팅 과정에서의 문제점 및 해결 방법을 알아보려고 합니다. 이번 콘텐츠에 이어 3D 프린팅 결과물의 표면 품질을 개선하기 위한 후가공 공정에 대해서도 다룰 예정입니다. 이 두 가지 방법을 모두 마스터하신다면, 3D 프린팅 출력물의 품질을 눈에 띄게 향상시킬 수 있을 겁니다.

표면이 왜 이럴까??··· 고스팅·링잉·에코잉·리플링이 뭐지?

고스팅(ghosting)은 압출기의 급격한 방향·속도 전환으로 인해 생기는 3D 프린터의 진동(vibration)이 출력물 벽에 결함을 만드는 현상을 의미합니다.

3D 프린팅의 ‘적층 가공(Additive Manufacturing)’ 원리를 생각해보면 이 같은 현상은 어느 정도 불가피해 보입니다. 가장 대중적인 3D 프린팅 방식인 FDM을 예로 들면, 가열된 재료가 노즐을 통해 ‘젤과 비슷한 제형’으로 사출됩니다. 이때 노즐이 장착된 압출기(extruder)가 움직이거나 사출된 결과물이 위치한 베드(hotbed)가 움직이면서 사출물이 한 층씩 쌓여 하나의 출력물이 완성됩니다.

좌측 하단의 파란색 출력물을 보세요. 레이어가 쌓이면서 만들어내는 제품 벽의 독특한 질감(texture)을 확인하실 수 있습니다. 한 층씩 쌓아갈 때마다 레이어가 생겨나는 것을 볼 수 있습니다.

하지만 이러한 레이어의 돌출 정도가 심하게 되면 이는 출력물의 ‘완성도’를 크게 저하시키는 원인이 됩니다. 이른바 ‘고스팅’이 심각한 문제로 부상하는 것이죠. 고스팅 외에도 링잉(ringing), 에코잉(echoing), 리플링(rippling), 웨이브(wave) 같은 용어를 들어보신 분도 계실 겁니다. 각각 이름은 다르지만 큰 틀에서 고스팅과 같은 의미로 이해하면 됩니다.

피하고픈 ‘고스팅’, 원인을 알면 해결 가능

출력물 벽면에 생기는 잔물결, 즉 고스팅을 경험하게 되는 주요 원인으로는 우선 3D 프린터가 빠른 속도로 움직일 때 발생하는 진동(Vibration)을 제대로 처리하지 못하기 때문입니다. 구체적으로 고스팅의 주요 원인은 다음과 같습니다.

º 프린팅의 최대 속도(top speeds)를 넘어섬.

º 가속도 및 저크(acceleration and jerk)를 높게 설정함.

º 베드의 강성(rigidity)이 불충분함.

º 각도 변화(angle changes)가 급격함.

º 빠른 움직임으로 인한 공명 주파수(resonant frequencies) 발생.

위와 같은 원인들의 원리는 다음과 같이 요약할 수 있을 것 같습니다.

3D 프린터를 구성하는 압출기, 금속 부품, 팬 등은 일정한 무게를 갖고 있습니다. 이런 부품들에 속도가 가해지면 빠르게 움직이면서 소위 관성 모멘트(moments of inertia, 물체가 자신의 회전 운동을 유지하려는 정도를 나타내는 물리량)가 발생합니다.

다른 한편으로, 노즐의 움직임이 속도를 줄이거나 방향을 전환하는 과정에서 느슨한 움직임(loose movements)이 나타나기도 합니다. 특히 3D 프린터가 급격히 방향 전환(directional change)을 하는 경우엔 사출물의 골격이 구부러지거나 휘어질 수도 있습니다. 당연히 인쇄 표면에 결함이나 고스팅 현상이 발생할 수 있는 것이죠.

일반적으로 고스팅을 해결하는 방법은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

해결 방법	해결 방법의 원리
인쇄 속도 줄이기	– 가장 손쉽고 안전한 솔루션입니다. 인쇄 속도가 낮다는 것은 ‘관성 모멘트’가 낮다는 것을 뜻합니다. 고속으로 달리는 자동차가 속도를 유지하려는 정도가 서행하는 자동차의 경우보다 당연히 높을 것입니다. – 따라서 3D 프린터의 인쇄 속도가 낮아지게 되면, 관성 모멘트가 낮아짐과 동시에 프린터 본체의 진동(vibration)이 줄어들 수밖에 없습니다.
프레임 및 베드의 강성을 강화하기	– 3D 프린터 본체와 본체를 구성하는 부품들을 하나씩 만져보고 흔들리는지 확인해보세요. – 만약 흔들림이 느껴진다면 3D 프린터 주변에 고무 재질로 된 완충재 등을 집어넣어 프린팅의 충격을 완화해줍니다. – 3D 프린터를 올려두는 테이블이나 카운터, 책상 등에 흔들림이 없는지 확인합니다. – 만약 흔들림이 느껴진다면 3D 프린터 아래에 진동 방지 패드를 놓습니다. – 핫엔드(hot-end)가 캐리지(carriage, XY축을 담당하는 부품)에 단단히 고정되었는지 확인합니다.
프린터 무게 가볍게 하기	– 3D 프린터에서 움직이는 부분의 부품을 가볍게 만들면, 이동시 발생하는 진동이 줄어듭니다. 비슷한 원리로 움직이지 않고 고정되어 있는 부품의 경우엔 무겁게 만들면 흔들림을 일정 부분 해결할 수 있습니다. – 필라멘트가 감겨있는 스풀을 (프린터 본체에 장착하지 않고) 별도의 스풀(spool)에 단단히 고정시킵니다. – 이중 압출기 프린터를 가지고 있는 경우, 사용하지 않는 압출기를 제거하면 이동하는 부품의 무게를 줄일 수 있습니다. – 로드(rod)를 변경하고 고스팅 현상을 테스트해볼 수도 있습니다.
가속 및 저크 설정 조정하기	– 가속 설정(acceleration setting, 프린트 헤드의 속도가 빨리 변하는 정도)을 조절하면 속도가 줄어들어 관성과 진동이 줄어듭니다. – 저크 설정(jerk setting, 프린트 헤드가 다른 방향으로 속도를 내기 전에 감속하는 최소 속도)에서 수치를 낮추면 프린트 헤드가 안정적으로 움직이기 때문에 마찬가지로 관성과 진동을 감소시킬 수 있습니다.
느슨한 벨트 조이기	– 헐거워진 벨트를 조입니다. 벨트가 헐거워지면 프린터 헤드의 움직임 또한 커지게 되므로 정밀도에 영향을 줍니다.
부품에 윤활유 바르기	– 프린터의 베어링 및 기타 부품이 흔들림 없이 작동하는지 확인합니다. 문제가 되는 부품에 윤활유를 발라 움직임을 부드럽게 만들어줍니다.

과압출과 과소압출, 어떻게 해결할까?

3D 프린팅의 정밀도와 품질을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나는 바로 압출 속도(Extrusion Rate)입니다. 결과물이 매끄럽게 보이려면 노즐로부터 딱 필요한 만큼만 재료가 배출되어야 합니다. 과압출(Over Extrusion)은 말그대로 필요 이상의 재료가 배출되는 현상을 가리킵니다. 이와 반대로 과소압출(Under Extrusion)은 재료가 적게 나오는 현상을 뜻합니다.

과소압출(좌) 적당한 압출(가운데), 과압출(우) 사례. 출처 Frank’s 3D shop의 영상 캡처, 하단 동영상 참고.

3D 프린팅의 과압출과 과소압출 문제를 해결하는 방법은 다소 직관적입니다. 몇번의 시행착오 혹은 테스트를 거칠 수는 있겠지만 적정한 압출량을 찾으실 수 있을 겁니다.

해결 방법	해결 방법의 원리
압출 배율(Extrusion Multiplier) 조정하기	– 기본적으로 소프트웨어 상에서 압출 속도를 결정하는 매개변수인 압출 배율(Extrusion Multiplier)을 낮추면 과압출 문제가 해결됩니다.
압출 온도(Extrusion Multiplier) 조정하기	– 압출 배율(Extrusion Multiplier)을 낮추어도 문제가 지속된다면, 압출 온도에 문제가 있을 수 있습니다. 압출 온도가 너무 높으면 재료의 점성이 낮아지게 됩니다. 그릭 요거트가 아닌 마시는 요거트 드링크를 생각해보세요. 이런 경우에도 과압출이 발생할 수 있습니다.
다른 직경을 가진 필라멘트 사용하기	– 직경이 맞지 않는 필라멘트를 사용했을 경우 과소압출이 발생할 수 있습니다. 프린터에 공급되는 필라멘트의 직경이 예상값보다 작으면 적정한 양의 재료가 배출되지 않는 문제가 생기는 것입니다.

‘열 받은’ 재료를 효과적으로 관리하라

노즐에서 압출되는 재료의 온도와 냉각 속도 또한 3D 프린팅 결과물의 품질을 결정하는 중요한 두 가지 요소입니다.

이제 막 노즐을 통과해 나온 재료는 매우 뜨거운 상태이기 때문에 냉각되기 직전까지는 형태가 변형될 가능성이 있습니다. 노즐의 가열 온도가 너무 높은 경우 냉각까지 시간이 오래 걸리게 됩니다.

특히 뜨거운 상태의 플라스틱은 액체처럼 흐르는 경향이 있습니다. 적절한 냉각 과정이 없다면, 경화 시간이 길어지고 그 과정에서 변형이 발생하게 됩니다. 이는 결국 표면이 고르지 않게 되는 결과로 이어집니다.

이와 같은 현상들은 특히 상대적으로 크기가 작은 모델을 프린팅할 때 더욱 두드러집니다. 크기가 작을수록 각각의 층(layer)을 인쇄하는 데 걸리는 시간이 줄어들기 때문입니다. 다르게 말하자면, 아직 경화되지 않은 층(layer) 위에 새로운 층(layer)이 인쇄된다는 뜻입니다. 극단적인 경우 위 사진<출처: simplify3d.>처럼 뭉개지는 현상이 발생할 수도 있는 것이죠.

이와 같은 사례에 대처할 수 있는 방법은 아래와 같습니다.

해결 방법	해결 방법의 원리
인쇄 온도 낮추기	– 소프트웨어에서 인쇄 온도를 조정합니다.
냉각 속도 높이기	– 냉각을 돕는 팬(fan)의 속도를 높입니다.
인쇄 속도 낮추기	– 인쇄 속도를 낮추면, 각 층(layer)이 충분히 경화될 시간을 주게 됩니다.
한 번에 여러 개의 부품 인쇄하기	– 위의 변수를 조정한 뒤에도 문제가 해결되지 않는다면, 가장 좋은 방법은 한 번에 여러 개의 부품을 인쇄하는 겁니다. 한 부품이 인쇄되는 동안 다른 부품이 충분히 냉각될 시간을 벌 수 있습니다.

‘발진’ 혹은 ‘얼룩’이 생겼는데, 어찌 하나요?

3D 프린팅 결과물에 생기는 발진과 얼룩(zits and blobs). 출처 simplify3d.

3D 프린팅의 압출기는 출력 중에 빌드 플랫폼 위를 이동하면서 압출을 지속적으로 중지하고 다시 시작합니다. 특히 압출기를 껐다가 다시 켜는 경우에는 추가 변형이 발생할 수 있습니다.

예를 들어, 3D 프린팅 출력물의 벽을 자세히 살펴보면 압출기가 재료를 배출하기 시작한 위치를 나타내는 표시를 확인할 수 있습니다. 이러한 표시를 일반적으로 표면 발진(zits, 지트) 혹은 표면 얼룩(blobs)이라고 합니다. 압출이 중단되었다가 다시 시작되는 과정에서 부적절한 유속(流速)이 발생해 불규칙적인 구조가 생겨나는 겁니다.

출력물에서 지트 혹은 얼룩이 보이기 시작했다면 가장 먼저 해야할 일은 프린팅 과정을 지켜보는 겁니다. 압출기가 층(layer)을 쌓아나가는 과정을 유심히 살펴보세요. 압출기는 한 층을 쌓고 나면 잠시 정지한 뒤, 다시 작동합니다.

대개의 경우 결함은 ① 압출기가 다음 층(layer) 출력을 시작할 때, 혹은 ② 압출기가 한 층(layer)의 작업을 마치고 잠시 정지할 때 나타납니다.

전자의 경우엔 리트랙션 설정(Retraction Setting)에 변화를 주는 것으로 해결이 가능합니다. 후자의 경우엔 코스팅 설정(Coasting Setting)을 변경하는 것이 해결책이 될 수 있습니다.

먼저 리트랙션(Retraction) 설정은 압출기가 정지할 때마다 재료가 압출기 내부에서 안쪽으로 밀려나는 거리(retraction distance)와 압출기가 재시작할 때마다 프라이밍을 하는 거리(priming distance)를 결정하는 설정 요소입니다. 둘레(perimeter)의 시작 지점에서 결함을 발견했다면 압출기가 재료를 너무 과하게 프라이밍(본격적으로 사출을 시작하기 전에 재료를 분사하는 작업)을 하고 있을 확률이 큽니다. 이때, 리트랙션 거리에 음수 값을 입력하면 프라이밍 거리를 줄일 수 있습니다.

예를 들어 리트랙션을 1.0mm로, 재시작 거리(extra restart distance)를 -0.2.mm(마이너스 표기는 필수입니다)로 설정했다고 하겠습니다. 이 경우 압출기는 멈출 때마다 1.0mm만큼 재료를 뒤로 밀어냅니다. 작동을 재시작할 때는 노즐에 재료를 0.8mm만큼만 다시 밀어넣습니다. 이와 같은 설정을 반복해 나가면서 자신의 프린팅 환경에 가장 적합한 수치를 찾아내면 됩니다.

코스팅(Coasting)은 노즐 내부에 축적되는 압력을 완화하기 위해 둘레 작업이 끝나기 직전에 압출기를 끄는 것을 말합니다. 이 옵션을 활성화하면 경계의 끝부분에서 결함이 생기는 것을 방지할 수 있습니다. 통상적으로 입력값을 0.2-0.5mm 사이 수준에 맞추면 눈에 띄는 결과를 얻을 수 있습니다.

자세한 내용은 아래 표를 참고하세요.

해결 방법	구체적인 실행 방법
리트랙션 설정 조정하기	– [리트랙션 설정]의 하위 설정 메뉴인 [재시작 거리 설정]에 음수 값을 입력한다.
코스팅 설정 조정하기	– [코스팅 설정]을 활성화하고 양수 값을 입력한다. 통상적으로 0.2-0.5mm 사이의 값이면 눈에 띄는 결과를 얻을 수 있다.

지금까지 3D 프린팅 결과물의 표면이 품질을 저하시키는 주요한 현상과 현상의 원인을 알아보고, 그에 대응하는 적절한 해결방법에 대해 알아보았습니다. 도움이 되셨나요?

제품을 재출력할 수 없는 상황이라고 해도 걱정하지 마세요. 다음에는 후가공 공정을 통해 제품 표면을 매끄럽게 만드는 방법에 대해 알아보겠습니다.

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[CAPA 스토리] 넷플릭스가 들려주는 3D프린터 뒷얘기

지난해 <오징어 게임> <지옥> 같은 국산 드라마가 넷플릭스를 통해 방영되면서 국내는 물론 전세계적으로 인기몰이를 했습니다. 덕분에 제작사인 넷플릭스는 드라마 맛집으로 명성을 날렸습니다. 실제로 많은 사람들이 넷플릭스가 만든 오리지널 드라마를 시청하기 위해 넷플릭스에 가입하고 있습니다.

하지만 사람들이 넷플릭스에 열광하는 것은 비단 드라마때문만이 아닙니다. 마이클 조던의 선수 생활 일대기를 다룬 <라스트 댄스>, 아카데미 다큐멘터리 부문 수상작인 <나의 문어선생님> 등 빼어난 다큐멘터리 때문에 넷플릭스를 구독한다는 시청자도 적지 않습니다. 실제로 넷플릭스가 보유한 다큐멘터리 리스트를 살펴보면 ‘이런 작품도 있었어’ 싶은 숨겨진 보석을 찾아내는 재미가 쏠쏠합니다.

오늘은 제조, 그 중에서도 3D 프린팅을 소재로 한 숨겨진 명작 다큐멘터리 한 편을 소개하고자 합니다. 바로 <전설을 만들다(Print the Legend)>란 작품입니다. 작품은 3D 프린터 제조업체 가운데서도 초기 3D 프린터의 대중화를 이끈 두 회사 메이커봇(MakerBot) [21세기 제조업 혁명-②] 제조의 디지털화, DIY를 ‘메이커스’로 참조 과 폼랩스(Formlabs)를 중심으로 3D 프린팅 산업의 변화상을 담아내고 있습니다. 3D 프린팅에 대해 관심이 있는 분들은 두 회사 이름을 들어보셨을 겁니다.

이 영화는 지난 2014년 사우스바이사우스웨스트(SXSW) 축제에서 처음 공개되었고 다큐멘터리 장편 경쟁부문에서 심사위원 특별 언급을 받았습니다. 국내에서는 2015년 EBS국제다큐영화제(EIDF)에서 상영되기도 했습니다. 넷플릭스가 판권을 사들이면서 지금은 넷플릭스 가입자라면 누구나 시청할 수 있습니다.

영화보다 드라마틱한 두 3D프린터 회사의 창업연대기

오픈소스의 명암··· 총기 제작 등 윤리적인 화두도 던져

<전설을 만들다>는 3D 프린팅 기술이 새로운 산업혁명을 이끌 거라고 확신하는 두 회사의 창업 연대기입니다. 영화의 주인공은 앞서 소개해드린 메이커봇과 폼랩스, 그 중에서도 주연은 이들 회사를 설립한 창업자들입니다. 실제로 영화에는 메이커봇의 공동 창업자인 ‘브레 페티스’와 폼랩스의 공동 창업자인 ‘맥스 로보브스키’가 직접 출연해 창업 과정을 둘러싼 뒷얘기를 생생하게 들려줍니다.

다큐멘터리이기 때문에 영화는 있는 그대로의 사실을 들려줍니다. 하지만 회사를 경영하는 과정에서 벌어지는 구성원간의 의견 충돌, 기술 특허를 둘러싸고 벌어진 법적 소송, 대기업의 인수합병 시도 등 복잡다단한 현실 속 갈등 요소들은 꾸며낸 이야기보다 더욱 드라마틱하게 다가옵니다. 사실 영화를 보다 보면 3D 프린팅 산업에만 해당되는 이야기가 아니라는 건 알 수 있으실 겁니다. 어떤 분야든, 규모에 상관없이 모두가 공감하고 대입해서 생각해볼 수 있는 문제를 담고 있습니다.

특히 후반부에 접어들면서 영화는 3D 프린팅을 둘러싼 윤리적 문제에 대해 묵직한 질문을 던져줍니다. 3D 프린팅 기술은 누구에게나 공개된 ‘오픈소스’ 기술을 바탕으로 성장해 왔습니다. 누구든지 정보에 접근하고 이를 개선할 수 있는 오픈소스 방식을 채택한 덕분에 단기간에 많은 사람들의 참여를 이끌어낼 수 있었습니다. 이를 통해 더 많은 아이디어와 새로운 기술이 모이면서 성장이 가속화되는 선순환 구조를 만들 수 있었습니다. 3D 프린팅 기술을 이용해 맞춤형 의족, 의수 등을 손쉽게 만들어 냄으로써 신체적 장애를 가진 이들에게 새로운 삶의 기회를 제공하는 등 가슴을 훈훈하게 만드는 사례들도 소개됩니다.

하지만 오픈소스 기반의 이같은 성장에는 밝은 면만 존재하는 것이 아니었습니다. 3D 프린팅 기술을 악용하는 위험한 사례 또한 나타나기 시작했습니다. 대표적인 사례가 3D 프린팅을 이용한 총기 제작 시도입니다.

영화에는 무정부주의자를 자처하는 ‘코디 윌슨’이란 인물이 등장합니다. 그는 최초로 3D 프린터로 총기를 출력해 실제 발사에 성공한 뒤 해당 3D 도면을 오픈소스 커뮤니티에 공개한 인물입니다. 특히 이러한 기술을 모든 미국인들에게 소개하겠다며 오픈소스 총기 도면 공유 단체인 ‘디펜스 디스트리뷰티드'(Defense Distributed)를 설립합니다. 영화는 3D 프린팅 업계가 짐짓 모른 체하고 싶어하는 3D 프린팅과 관련한 윤리적인 문제를 더 이상 모른 척할 수 없다고 지적합니다.

2022년은 3D프린팅 대중화 원년?

실리콘 밸리의 지성으로 존경 받는 미래학자 ‘비벡 와드와’ 교수는 최근 언론 인터뷰에서 “기술은 초기에 매우 느리게 움직인다. 기술에 대한 실망이 쏟아지다가 갑자기 돌파구가 마련돼 마법 같은 일이 벌어진다”라고 말했습니다. 그러면서 2022년에 가장 급속도로 발전하게 될 기술은 ‘3D 프린팅’이라고 말했습니다. 그동안 3D 프린터로 집을 만들거나 고기를 생산해낸다는 소식이 아직은 먼 나라 얘기처럼 화제성 뉴스로 다뤄졌지만, 이제는 이러한 기술이 대중화되면서 실제 시장에서 상용화될 것이라고 예측한 것입니다.

그의 말처럼 과연 2022년은 3D 프린팅이 본격적으로 우리의 일상을 파고드는 원년이 될 수 있을까요? 과연 3D 프린팅 기술은 실생활에 어느 정도까지 적용될 수 있을까요? 3D 프린팅 산업 대중화의 초기 역사를 다룬 다큐멘터리 영화 <전설을 만들다>에서 그에 대한 실마리를 찾을 수 있을지도 모르겠습니다.

제조업체 매칭플랫폼 캐파(CAPA)에서는 3D 프린팅을 비롯한 최고의 제조 전문가를 만날 수 있습니다. 지금 CAPA에 접속하세요!

12/21/201801/20/2021

[제조 가이드] 양산 후 검수, 전수 검사는 무조건 해야 한다?

검수할 때는 하나도 몰라도 가서 앉아있기라도 해야 된다고 하더라고요. – 양산이 처음인 스타트업 대표

지금까지 시제품 제작, 양산 및 후가공에 대해 알려드렸습니다.

제품을 만들면 불량이 있는지 없는지, 제대로 만들어 졌는지 검사 및 검수를 해야겠죠. 소비자의 눈은 갈수록 높아지는데, 잘못된 제품을 검수 없이 보내서 소비자가 받게 되면 제품과 브랜드에 대한 신뢰가 뚝뚝 떨어집니다. AS 요청도 빗발치겠죠.

에이팀벤처스의 온라인 제조 매칭 플래폼 카파 비교견적이 드리는 제조 팁!
이번 편에서는 이익과 직결되는 “검수”에 대해 알려드릴게요.

검사란 물품을 측정, 점검해 적합한 것지 판정기준과 비교하여, 개개의 물품에 대해서 적합품 또는 부적합품의 판정을 내리는 것을 말합니다.

검수(檢收)는 물건의 규격, 수량, 품질 따위를 검사한 후 물건을 받는 것입니다.

조금 더 쉽게 말하면, 검수는 양산품의 품질을 확인해 물건을 받는 것입니다. 원하는 기능이 구현되었는지, 형태/색/후가공이 잘 되었는지를 보는 것이죠. 제품의 생산 과정을 아래와 같이 도식화한다면, 검수도 단계별로 부품 단위, 반제품 단위, 최종 제품 단위로 할 수 있겠죠.

1. 검수의 단계

1) 부품 단위: 시사출물, 정밀가공품, 전자부품, 상용 부품의 치수, 강도 등을 확인합니다.
2) 반제품 단위: 전자부 등이 조립이 잘 될 지 조립성 등을 살펴봅니다.
3) 제품: 조립이 잘 되었는지, 기능을 제대로 구현하고 작동하는지 확인합니다.

2. 검수의 기본 원칙

1) 편차 확인을 위한 충분한 수량 확보

– 편차(deviation)란 관측값과 평균의 차이를 말하는데요. 통계를 배운 분이라면 아래 정규분포 그래프를 보셨을 것입니다.

표준편차(자료의 산포도를 나타내는 수치)라는 개념에서 살펴보면, 양산 제품의 경우 표준편차가 작으면 작을수록 좋겠죠.전수 검사가 아닌 샘플링 검사에서 편차를 확인하는데요. 양산 과정에서 편차를 확인하고 줄여나가기 위해서 너무 적은 수량을 샘플링해서 검사하면 안 되겠죠. 검사를 위한 충분한 수량을 확보해야 합니다. 전수 검사와 샘플링 검사에서 좀 더 자세히 말씀드릴게요.

2) 검사 측정 도구 준비

– 검사할 때 기준치가 되는 값을 측정해 내기 위한 도구들이 필요합니다.

가장 간단한 것은 맨눈으로 보는 것이죠. 색과 형태, 기능이 동작하는 것을 볼 수 있습니다.상대물이 있다면 조립도 해보고요. 무게를 재어보거나, 떨어뜨려볼 수도 있겠죠. 원하는 기능과 형태가 제대로 나왔는지 보기 위한 측정 도구를 준비합니다.

3) 최종 납품을 위한 표준견본화

– 표준 견본(표준 샘플)은 쉽게 말해, 이 견본대로 양산 제품이 나오면 OK!라는 뜻입니다. 요구되는 품질의 허용 한도에 근접하거나 일치하는 제품으로 선정합니다.

표준 견본은 치수/측정의 기준이 되기 때문에 매우 중요한데요. 예를 들어 반도체의 부정확한 견본을 승인했을 경우, 생산된 수백만 개의 반도체 칩을 폐기해야 할 수도 있습니다.

3. 검사 방법 – 전수 검사인가? 샘플링 검사인가?

중국 선전에서 양산해서 국내로 들여왔는데검토하다보니 불량이 발견돼서 전수 재검사를 했습니다.

– 모바일 헬스케어 스타트업 BBB 하드웨어 총괄 이윤성 팀장

전수 검사와 샘플링 검사는 말 그대로 전량을 검사하느냐, 일부 샘플을 검사하느냐의 차이입니다.

1) 전수 검사

– 검사할 물품 전량을 개별적으로 조사하여 양품ㆍ불량품으로 구분하고 양품만을 합격시키는 방법입니다.

▶ 전수검사가 필요한 경우

제품이 고가일 때
치명적인 결점을 조사할 때
품질의 불량품이 많아서 선별을 요할 때
샘플링 검사를 하는 것 보다 경제적일 때
불량품이 1개라도 발생하면 치명적일 때

2) 샘플링 검사

– 제품의 로트로부터 일부 채취한 물품을 조사하고 해당 결과를 판정 기준과 비교하여 로트의 합격, 불합격을 결정하는 방법입니다. 샘플링 검사는 품질 기준이 명확해야 하고, 샘플링이 랜덤하게 처리되어야 합니다.

▶ 샘플링 검사가 필요한 경우

파괴검사의 경우(재료의 인장강도 시험, 전구나 진공관의 수명 시험)
연속체나 대량품의 경우(석탄, 약품, 가솔린, 전선 등)
검사항목이 많은 경우
1회 생산 수량이 많아 전수 검사 비용의 부담이 너무 클 때
생산자에게 품질향상의 자극을 주고 싶을 경우
합격 생산품 중에 불량품이 어느 정도 섞여 들어가도 괜찮을 때

4. 누가 검수할 것인가? – 검수 주체에 따른 장단점과 리스크

사실 제품화를 처음 해 보는 하드웨어 스타트업이나 초기 기업에서는 어떤 것을 어떻게 검사해야 하는지도 잘 모를 수 있습니다.

그래서 양산 공장에서 알아서 해주기를 바라는 경우도 있는데요. 언제나 그렇듯 각각 장단점이 있습니다.

▶ 공장에서 검수

장점) 싸고 빠름

단점) 퀄리티 기준이 낮거나 관대함(=웬만하면 OK), 문제가 발생해도 늦게 감지됨, 향후 책임 소지 다툼 여부

▶ 직접 검수

장점) 꼼꼼하고 문제 발생시 감지가 빠름, 불량시 의사 결정이 빠르고 책임 여부가 확실

단점) 전문가가 아닐 경우 문제와 해결책을 알기 어려움, 직접 검수 인원의 인건비 고려 필요

생각해 보면 소비자의 눈높이에 맞는 제품을 만들기 위해서는 제조 공장 반대 입장에서의 전문가가 필요할 것입니다.

예를 들어 집을 지을 때 건축주와 시공사, 감리사가 있죠. 시공사는 시공 기간을 단축하고, 자재를 최대한 아끼려고 합니다. 건축주는 건축에 대한 전문가는 아니니 감리사(건물 시공할 때 관리감독하는 사람)가 필요합니다.

온라인 제조 서비스 카파 비교견적은 제조 경험이 많은 제조 파트너들과 진행합니다.
시제품 제작, 양산 제조 후에도 최종 결과물을 꼼꼼히 검수해 납품하죠. 제조 및 양산 경험과 노하우가 많은 제조 전문가가 검수하기 때문에 고객은 시간을 아끼고 다른 상품화 역량에 집중할 수 있습니다.

불량품이 양산되고 있는데, 빨리 감지 하지 못하거나최종 납품 단계에서 불량품이 걸러지지 않은 채 고객에게 배송이 되면 손실은 걷잡을 수 없이 커질 것입니다.

검사를 미리 미리 해야 하고, 검수에도 비용이 든다는 사실을 잊지 마세요.

이렇듯, 제조하기 위해서는 전문가들과의 소통이 필수입니다.
제조 견적비교부터 상담 및 제조까지, 카파 비교견적에서 진행해 보세요!

12/03/201807/01/2020

[AskMe] 미래를 프린트하다! 3D 프린팅 A to Z

3D 프린터에 대한 열기가 뜨겁습니다. 일반 프린터를 사용해서 문서를 출력하는 것처럼 3차원 형태를 가진 물건도 출력할 수 있는 3D 프린팅 기술은 미래 산업의 핵심 기술로 꼽히고 있는데요, 기술이 고도화 되며 제조, 의학, 항공, 교육, 국방 등 산업 전반에 경계를 두지 않고 응용되고 있습니다.

점차 일반 기업과 소비자도 쉽게 접근할 수 있도록 대중화되고 있지만 여전히 어렵게만 느껴지는 3D 프린터. 3D 프린팅을 직접 경험한 프로들은 어땠을까요? 이야기를 들어봤습니다.

조다혜
제조 컨설턴트 @에이팀벤처스

유상엽
마케팅 디자이너 @에이팀벤처스

함성식
하드웨어 개발 @베이글랩스

안세화
PM @닷밀

윤대현
헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

백민건
팀장 @프론텍

1. 3D 프린팅, 시작해볼까요?
2. 실제 3D 프린팅 활용 사례를 소개합니다
3. 넘사벽 같은 3D 프린터! 당신을 위한 꿀팁
4. 3D 프린터가 그리는 미래

[3D 프린팅, 시작해볼까요?]

1. 3D 프린팅은 새로운 기술인만큼 처음 접근하는 게 참 낯설어요. 일반인이 이해하기 어려운 고난도 기술로 느껴지는데 어떤 프로세스로 진행되나요?

조다혜 제조컨설턴트@에이팀벤처스

“한 겹씩 쌓아 올려 물체를 만드는 3D프린팅”

3D 프린팅은 쉽게 말하자면 ‘한 겹씩 쌓아 올려(적층해서) 물체를 만드는 것’이라고 이해할 수 있습니다. 3D 프린팅을 하기 위해서는 첫 번째로 3D 모델링 파일(3D도면)이 필요합니다. 3D모델링 파일이 준비되면 만들고자 하는 형체의 구조, 크기, 용도, 기타 특성에 따라 적합한 재료와 장비를 통해 제작됩니다.

<3D 프린팅 프로세스 5단계>
1. 3D 모델링 파일 접수
2. 모델의 구조, 크기, 용도, 기타 특성에 맞는 재료와 출력 방식(장비) 확정
3. 필요에 따라 모델 수정
4. 출력
5. 도색 및 후가공

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“일반 프린터 작동 과정과 대응해서 출력할 파일, 토너, 인쇄용지로 접근하면 쉬워”

이 기술에 ‘프린팅’이라는 표현을 사용한 것이 정말 적합한 네이밍입니다. 사무실에서 사용하는 일반적인 프린터의 작동 과정과 3D 프린터의 작동 과정이 대응되는 부분이 많습니다.

먼저 출력할 파일을 준비해야 합니다. 일반 프린터의 경우 작성한 보고서나, 그려둔 일러스트 파일 등이 될 텐데 3D 프린터의 경우 3D 모델이 됩니다. 그리고 일반 프린터처럼 이 파일을 3D 프린터에 전송하고 출력 시작 버튼을 누르면 출력이 시작되고 여기서부터는 일반 프린터와 마찬가지로 사용자가 할 일은 출력이 완료되기를 기다리는 것 뿐입니다.

다만 일반 프린터에도 토너와 인쇄용지를 준비하는 것처럼 3D 프린터에도 사전에 수반되어야 하는 준비 작업들이 있습니다. 일반 프린터의 토너에 대응되는 것은 3D 프린팅되는 원료(주로 플라스틱)이고, 일반 프린터의 인쇄용지에 해당하는 것은 3D 프린팅 베드입니다. 일반 프린터에서도 인쇄용지 위에 토너가 뿌려져 형상을 만드는 것처럼, 3D 프린터에서는 베드 위에 원료가 착착 쌓이면서 형상을 만들어냅니다.

2. 3D 프린팅 기술에 한계가 없는 만큼 비용도 천차만별이라는데, 걸리는 시간과 비용은 어떻게 결정되나요?

유상엽 마케팅디자이너 @에이팀벤처스

“출력 방식, 출력 재료, 출력 크기 3가지가 주요 요소”

3D 프린팅 출력물의 가격을 결정짓는 요소는 1. 출력 방식 2. 출력 재료 3. 출력 크기 이 세 가지가 가장 크다고 생각합니다. 그 외에는 출력물의 형태나 개수, 납품 일정, 후가공 등, 업체와의 상담을 통해 정확한 견적가를 맞춰가고요.

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“일반 프린팅 출력과 같이 인쇄 목적물과 품질에 따라 달라진다”

일반 프린팅 기술도 문서를 출력하면 출력이 빠른데 이미지를 출력하면 출력 시간이 오래 걸리고, 포토 프린터는 더 오래 걸리는 것처럼 3D 프린팅도 인쇄 목적물과 인쇄 품질에 따라 시간이 천차만별입니다.

그리고 잉크젯 프린터와 레이저 프린터의 출력 속도와 비용이 차이가 나듯 3D 프린팅 기술에 따라서도 비용과 시간 차이가 크고요.

공대 출신으로서 굳이 숫자를 제시하자면, 핸드폰 정도의 크기의 물체를 만들 때 시간은 2시간, 소요 비용은 2,000원 정도를 잡을 것 같습니다.

조다혜 제조컨설턴트@에이팀벤처스

“재료의 종류와 양, 출력 시간, 후처리 비용에 따라 가격 달라져”

프로젝트를 진행하다 보면 비용에 대한 문의가 가장 많은데요. 3D 프린팅은 여러 가지 재료와 장비에 따라 출력 방식이 다양하게 존재합니다. 만들고자 하는 모델의 구조(크기, 용도, 기타 특성)에 따라 재료와 출력 방식(장비)이 결정되고 제작 비용이 확정됩니다.

<제작 비용을 결정하는 가장 큰 3가지 요소>
1. 소모되는 재료의 종류와 양 : 출력물의 성질과 크기로 결정
2. 출력시간 : 출력물의 크기와 구조 (특히 높이의 영향이 큼)
3. 후처리 비용 : 복잡한 구조일수록 후처리의 숙련된 인력과 작업시간 필요

[실제 3D 프린팅 활용 사례를 소개합니다]

3. 현재 3D 프린팅은 어떻게 활용되고 있을까요? 개인 차원의 제작부터 기업 차원 양산까지, 다양한 사례에 대해 들어봤습니다. 어떤 프로젝트였나요?

백민건 팀장@프론텍

“시제품 제작 과정이 간편한 3D 프린팅을 이용, 시간과 비용을 단축해, 스마트폰용 프로젝터 성공적 출시”

▲ 스마트폰 라이트에 장착해서 천장이나 벽에 이미지를 영사하며 다국어 지원 전용 APP의 나레이션과 함께 즐기는 스마트 프로젝터 ‘비클립’ (출처: 프론텍)

<프론텍>의 비클립(bclip) 프로젝트의 시작은 3D 프린팅 기술이었다고 해도 과언이 아닙니다. 비클립 첫 프로토타입은 종이를 이용해서 만들었습니다. 하지만 종이를 잘라 붙이는데 시간과 노력이 많이 들고, 견고성도 떨어져서 검증할 수 없었습니다. 그래서 3D 프린팅 서비스를 하는 전문 업체를 만나게 되었고, 이 후는 시간 단축은 물론 비용 합리적으로 프로토타이핑을 할 수 있었습니다. 비클립은 9번의 프로토타이핑을 해서 만들었으니 3D 프린팅 기술이 없었으면 제품 출시를 상상할 수 없습니다.

안세화 PM @닷밀

“대형 건물을 이용한 미디어 파사드 쇼의 완성도를 높이기 위해 축소 모형 제작”

▲ <닷밀>에서 진행한 미디어 파사드 건축물 목업 (출처: 닷밀)

<닷밀>에서는, 지난 9월 <PARADISE CITY>의 ‘아트가든’에 미디어파사드를 진행했습니다. 해당 건물은 1,100평에 달하고, 유려한 곡선과 과감한 직선으로 촘촘하게 디자인된 건물 외벽이라는 스펙을 가지고 있습니다. 일반적인 건물과는 다르게 사선으로 꺾인 비정형적인 구조인데다가 건물의 외벽은 비규칙적인 사각형의 나열로 꾸며져 있어, 왜곡이 없는 영상으로 표현하는 것에 어려움이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 3D 프린터로 건물 모형을 출력해 테스트를 진행하였고, 완성도를 높일 수 있었습니다.

윤대현 헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

“나만의 조리 도구 및 인테리어 소품 제작”

▲ 윤대현 쉐프의 조리 도구 및 인테리어 소품 (출처: 에이팀벤처스)

아무래도 우리나라에서 시작된 요리가 아니다 보니 조리 도구를 쉽게 구할 수가 없어 겪는 불편함이 있습니다. 일단 도구를 구하기도 어렵고, 애써 구해도 작은 부품 하나 망가지면 버려야 하고, 일률적으로 제작되다 보니 손에 잘 맞지 않는 등 다양한 이슈가 있습니다. 3D 프린팅 기술을 외식업 쪽에 적용해보고 싶어 시작하게 됐습니다.

4. 시간이나 비용 등은 어느 정도 들었고, 어떻게 진행되었나요?

백민건 팀장@프론텍

“작업 기간은 총 1~2주 내, 제품 하나 당 비용은 30만 원 내외”

‘비클립 프로젝트’의 경우, 모델링 서비스 포함 1~2주내로 3D 프린팅 목업을 제공받고 있으며, 비용은 설계 난이도에 따라 다르지만 비클립의 경우 30만 원 내외로 서비스를 받고 있습니다.

안세화 PM @닷밀

“실제와 같은 디테일을 살리고, 시간과 비용을 최소화할 수 있는 방향으로 진행”

실제 건물 크기를 축소한 1m 사이즈로 건물 모형을 제작하고 싶었습니다. 먼저 정확하고 섬세한 표현이 가능하도록 건물에 3D Scan을 진행하였습니다. 이후 해당 데이터를 활용하여 1m 내외의 모형을 3D 프린터로 출력하고 도색 및 후가공 작업을 진행했습니다. 이렇게 완성된 모형을 통해, 실제 Projection Mapping을 진행 했을 시 보여지는 색감, 공간감 등에 대해 시뮬레이션 할 수 있었습니다.

출력 과정에서 1m 사이즈를 한 번에 프린팅하기에는 시간적 여유가 없어 건물 모형이 꺾이는 면을 기준으로 분할하여 출력한 후 하나로 붙이는 방법을 선택, 전체 제작 시간 및 비용을 줄일 수 있었습니다.

윤대현 헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

“구체적인 아이디어만 제시, 이후 과정은 전문가의 도움을 받아 완성”

3D 프린터에 대한 전문적인 지식은 없는 상태로, 제가 가진 아이디어를 구체적으로 말씀드렸고, 3D 도면부터 출력까지 전문가의 도움을 받았습니다. 그 과정에서 두 차례 시제품을 받아보았고, 시제품을 직접 테스트해본 뒤 몇 가지 수정하여 최종 결과물이 완성되었습니다.

반죽이 직접 닿는 라비올리 틀 같은 경우엔 식품 안전 등급의 재질을 안내받았습니다.

[넘사벽 같은 3D프린터! 당신을 위한 꿀팁]

5. 3D 프린터 관련 교육도 듣고, 직접 체험도 할 수 있는 메이커 스페이스(Maker space)도 많아지고, 보급형 3D 프린터도 출시되었는데, 3D 프린팅은 꼭 전문 업체를 거쳐야 할까요?

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“집에서 요리해 먹는 것보다 한 끼 외식하는 게 편한 것과 비슷”

기기 가격이나 조작 난이도가 많이 내려와 일반인이 사용할 수 있는 수준에 근접했다고 생각합니다. 하지만 그럼에도 불구하고 일반적인 삶을 사는 사람이 3D 프린팅을 활용하는 빈도가 낮기 때문에 업체를 거치는 것이 효과적인 경우가 많다고 봅니다. 1인 가구의 경우 집에서 요리해 먹어도 되지만, 재료 사고 요리하고 설거지하고 음식물 쓰레기 치우는 등의 작업에 소요되는 시간과 비용을 고려하면 밖에서 먹는 것이 더 낫다는 결론을 내리게 되는 경우와 비슷합니다.

3D 프린터 기기 구매 비용, 출력 준비, 소모 자재 관리, 출력 실패 시 받는 스트레스 등을 고려하면 업체를 거치는 편이 더 나은 경우가 많을 겁니다. 애초에 업체 비용이 너무 비싸다면 사람들이 직접 프린팅을 할 테고 업체들도 장사하려면 비용을 지나치게 높게 잡지 않겠죠.

유상엽 마케팅디자이너 @에이팀벤처스

“출력 목적과 기대하는 퀄리티에 따라 선택”

3D 프린팅 기술을 이용하는 목적의 차이라고 생각합니다. 취미로 메이커 활동을 하거나, 3D 프린팅 관련 자영업 준비가 목적이라면 메이커 스페이스에서 접할 수 있는 교육과 보급형 프린터는 접근성과 활용도에 있어 매우 뛰어나다고 생각해요. 반면에 별다른 사전 교육 없이 졸업작품이나 시제품 등의 목적으로 정해진 시간 내에 높은 퀄리티의 출력물이 필요하다면 빠르고 정확한 납기 일정과 퀄리티를 보장하는 전문 업체를 선택하게 되겠죠.

백민건 팀장@프론텍

“양산이 가능한 설계를 할 수 있는 전문업체와 협업”

이유는 양산에 있습니다. 설계 단계의 모델링은 아이디어 구현 위주로 진행되는데, 이때 양산 특히 수율(yield)을 고려한 설계를 간과합니다. 막상 좋은 제품디자인이 나오더라도 양산성이 없으면 비즈니스를 할 수 없습니다. 그래서 양산이 가능한 설계를 할 수 있는 전문업체와 협업하는 것이 리스크과 비용을 줄이는 방법입니다.

6. 3D 도면은 필요한가요? 제작할 수 없는 경우에는 어떤 대안이 있을까요?

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“일반 프린터에 출력 파일이 필요하듯, 3D 프린터에는 도면 필요해”

예. 기술적으로 반드시 필요한 단계입니다. 일반 프린터도 출력할 파일 없이 출력할 수는 없잖아요. 케이블로 데이터를 받든 USB를 가져와서 꽂아서 전달하든 프린터에 파일을 전달해야 하는 것처럼 3D 프린터에도 ‘프린팅하다’의 목적어는 반드시 필요합니다.

조다혜 제조컨설턴트@에이팀벤처스

“만들어진 도면을 다운 받거나, 직접 제작하거나, 전문가에 맡기거나”

3D 프린팅을 위해서는 반드시 필요합니다. 3D 도면(모델링파일)을 확보하는 방법은 두 가지가 있습니다.
1. 만들어진 도면을 다운로드 받거나
2. 3D 캐드 프로그램을 이용해서 직접 제작하는 것입니다.
스스로 모델링(3D 도면제작)을 할 수 없더라도 3D 모델을 제작해주는 전문가나 업체를 통해 만드는 방법이 있습니다.

7. 원활한 3D 프린팅을 위해서 미리 알아야 하는 것들이 있다면 무엇인가요?

윤대현 헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

“추상적으로 접근하면 어려워, 구체적으로 하고 싶은 것이 있어야”

사실 기존 기성품들이 굉장히 잘 만들어져 있습니다. 3D 프린터로 구현하는 모든 제품은 기성품을 능가할 만큼의 퀄리티나, 특수성 또는 희소성이 있어야 가치가 있을 거라 생각합니다. 나의 아이디어가 얼마나 독창적인지 먼저 점검하고, 본인이 하고 싶은 것을 분명하게 구체화하는 과정이 필요합니다. 추상적으로 접근하면 원하는 것을 만들어내기 어렵습니다.

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“아직 진행 과정 중 변수가 발생할 수 있어 인내심 가져야 해”

인내심이 필요합니다. 우리가 일반 프린터를 이용하면서 ‘혹시 출력이 안 되지는 않겠지?’ 하며 노심초사하지는 않지만, 3D 프린터는 아직 노심초사를 해줘야 하는 단계입니다. 기술이 점점 개발되며 걱정 없이 3D 프린팅을 할 날도 오겠지만, 아직은 그렇지 않기에 여러모로 인내심이 필요한 기기라고 봅니다.

유상엽 마케팅디자이너 @에이팀벤처스

“3D 프린팅의 원리나 방식, 재료에 대해 미리 알아보고 진행”

업체에서 견적을 내거나 상담을 받기 이전에 3D 프린팅의 원리나 방식, 재료에 대해 미리 알아보고 진행하는 것을 추천하고 싶습니다. 내게 필요한 방식과 재료가 어떤 것인지 알게 되면 업체와의 소통이 원활해지고 고객과 업체 모두 만족할 만한 결과를 내는 데 분명 도움이 된다고 생각하기 때문입니다.

그런 정보들은 대부분의 업체에서 제공하기도 하고 ‘3D 프린팅’을 키워드로 검색하면 잘 정리된 글들을 쉽게 찾아볼 수 있으니 꼭 한번 확인하고 난 뒤에 진행하면 어떨까 싶어요. 온라인 제조 서비스 ‘크리에이터블’ 블로그에서도 3D 프린팅 원리를 자세히 알아볼 수 있습니다.

8. ‘3D 프린터로 만든 제품은 조악하다’는 오해가 있다는데요, 실제로 3D 프린터로 제작된 제품의 완성도에 대해 이야기해주세요.

안세화 PM @닷밀

“실제 건물만큼 선명한 디테일, 90% 이상 흡사한 도색 컬러 ”

해당 프로젝트는 실제 건물과 비슷한 환경을 미리 조성하여 결과물의 퀄리티를 높이는 것이 중요했습니다. 앞서 말씀드린 대로 1m 사이즈로 출력한 모형의 외벽 라인들은 0.5mm ~ 0.6mm 두께임에도 디테일함이 모두 살아있었습니다. 또한 도색된 컬러는 실제 건물과 비교하였을 때 90% 이상 흡사하였습니다.

윤대현 헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

“낮은 해상도 장비로 출력했음에도 만족스러운 정밀도”

낮은 해상도의 저렴한 장비로 출력했는데도 정밀도가 만족스럽습니다. 특히 라비올리 틀의 앞뒤 암수가 딱 들어맞는데요, 기성품으로 찍어내면 이렇게 정교하게 나오기 어렵고, 불량이 발생해 짝이 잘 안 맞는 물건이 있을 수 있거든요.

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“보급형 장비로 출력한 결과물은 수작업을 통해 완성도 보완 가능”

결국 비용의 문제입니다. 보급형 3D 프린터의 출력물들이 주로 ‘조악하다’는 악명을 얻기 쉬울 것 같은데, 산업용 3D 프린터들의 출력물을 보면 품질 면에서는 결함을 찾기 힘듭니다. 다만 장비 가격이 수천만 원, 수억 원에 달하기 때문에 일반적으로 접근하기가 어렵습니다.

혹은, 기기가 커버하지 못하는 영역을 사람이 커버할 수도 있습니다. 보급형 3D 프린터밖에 이용할 수가 없는데 결과물 완성도는 얻고 싶다면 출력물 표면을 사포로 연마하고 필요한 부분은 도색을 하는 등 “성형 수술”을 하기도 합니다. 이도 저도 할 수 없다면 조금 낮은 완성도에서 만족해야만 하겠죠.

유상엽 마케팅디자이너 @에이팀벤처스

“산업용에 비해 보급형 3D 프린터는 아직 부족한 것 사실, 앞으로 쉽게 접할 수 있는 합리적인 도구로 인식 변화 기대”

산업용 장비로서 3D 프린팅 기술 자체는 놀라울 정도로 발전해왔고, 이미 제조 산업에서 쓰일 만큼 높은 수준으로 올라와 있습니다. 앞으로의 발전 가능성도 무궁무진하죠.

‘3D 프린터로 만든 제품은 조악하다’라는 오해는 대중적으로 알려진 FDM 방식 보급형 3D 프린터로 인해 만들어졌다고 생각해요. 처음 보급형 프린터가 국내 시장에 들어오면서, 홍보를 위해 성능이 다소 과장된 점도 있겠지만 무엇보다 사용자들의 기대가 너무 컸던 건 아닐까 싶습니다. 저도 처음엔 공산품에 버금가는 출력 퀄리티를 기대하고 보급형 프린터를 구매했다가 크게 실망했거든요. 후가공은 또 어찌나 힘든지… 사실 공산품도 수많은 가공 과정을 거쳐 우리 손에 들어오는데. 마냥 첫술에 배부를 거라 생각한 게 아니었나 싶어요.

하지만 해가 갈수록 보급형 3D 프린터도 발전하고 있습니다. 저렴한 가격과 작은 사이즈라는 장점은 유지하면서 출력 퀄리티를 향상시키고 있죠. 또한 메이커 스페이스와 같은 3D 프린팅 체험과 교육을 제공하는 커뮤니티가 점차 활성화되면서 기술에 대한 사람들의 이해도와 관심도 높아지고 있습니다.

앞으로 보급형 3D 프린터 시장이 커질수록 사람들이 가진 3D 프린터에 대한 오해는 자연스레 풀려갈거라 생각합니다. 조악한 퀄리티를 뽑아내는 불완전한 도구가 아니라 3D 프린팅 기술을 접할 수 있는 가장 저렴하고 합리적인 도구로 인식되지 않을까요?

[3D프린터가 그리는 미래]

9. 모든 것을 만들 수 있는 3D 프린터, 하지만 모든 분야에서 효율성을 낼 수는 없다면서요. 3D 프린터를 활용하면 효과를 낼 수 있는 분야는 어떤 것들이 있을까요?

함성식 하드웨어 개발 @베이글랩스

“다품종 소량 생산에 적합, 특히 공예나 공작에 취미가 있다면 구원 같은 기술”

다품종 소량 생산에서 두각을 나타냅니다. 저를 포함하여 공예나 공작에 취미가 있으신 분들께는 구원과도 같은 기술입니다. 예를 들어 저는 지난주에도 직경 12mm, 길이 200mm의 환봉을 출력했는데, 예전에는 이런 간단한 부품 하나도 제품을 검색하거나 주문 제작을 하는 데 시간과 비용 소모가 엄청났었습니다. 그런데 3D 프린터가 있다면 간단하게 출력을 할 수 있으니 너무 편하죠.

조다혜 제조컨설턴트@에이팀벤처스

“기존 제조 방식으로 효율적으로 제작할 수 있는 분야 존재, 3D 프린팅은 제품 개발, 건축, 의료, 예술 분야 등에 적합하다고 생각”

3D 프린팅은 적층제조방식이라는 특유의 성질을 활용한다면 모든 분야에 활용할 수 있고 또 효율성을 높일 수 있는 기술이라고 생각합니다. 3D 프린팅은 1. 빠르고 2. 정확하고 3. 저렴하게 4. 구조의 한계를 덜 받고 무언가를 만드는 활용도가 무궁무진한 제조방식입니다.

특히 제품 개발, 건축, 의료, 예술 분야에서 가장 효과를 낼 수 있을 것 같습니다. 그중에서도 제품 개발 시에 시제품 제작에 가장 적합한 제조방식이 3D 프린팅입니다. 3D 프린팅을 활용하면 적은 제작비용으로 빠르게 제품을 제작해보고 사용성과 시장성을 파악할 수 있기 때문에 대량생산 전에 꼭 필요한 단계죠.

하지만 “3D 프린팅이 모든 기존 제조방식보다 뛰어나다!”라고 말씀드릴 수는 없습니다. 기존 제조방식을 활용해서 충분히 효율성 있게 제작할 수 있는 분야가 있기 때문이죠.

유상엽 마케팅디자이너 @에이팀벤처스

“3D 프린터를 활용하는 교육 분야에서 좋은 효과 기대”

3D 프린팅의 장점은 많지만 우선 다양한 니즈에 맞는 소량 생산에 특화되어 있다는 점을 꼽고 싶은데요.

제조업에서 큰 비용이 들여야 했던 시제품이나 워킹 목업 제작은 물론 환자 개개인에게 맞는 보장구나 의치 등을 제작할 수 있어 의료 분야에서도 적합하고요. 해외에선 항공이나 철도와 같은 운송업 분야에서 소수 기체에 맞는 전용 부품을 제작해 공급하는 맞춤형 서비스도 주목받고 있는 것으로 알고 있습니다. 이미 활발히 활용되고 있는 분야 외에도 3D 프린팅이 활약할 곳은 점차 늘어가겠죠.

그중에서도 제가 관심 있게 지켜보는 부분은 보급형 3D 프린터를 교육용 장비로 사용하는 학교가 늘어가고 있다는 점인데요. 코딩도 미래를 준비하는 필수 교양으로 어린 시절부터 교육을 장려하고 있는 코딩 기술처럼 미래 제조 산업을 책임질 3D 프린팅 기술을 이해하고 준비하는 교육 교재로서, 보급형 3D 프린터가 좋은 효과를 발휘할 거라 생각하고 있습니다.

10. 앞으로 다가올 3D 프린팅 시대, 기대하는 점이 있다면 무엇인가요?

조다혜 제조컨설턴트@에이팀벤처스

“점차 기술적 한계가 사라지고, 상상한 것을 현실로 만드는 제조 혁명 시대 올 것”

고가의 장비나 어려운 전문 지식이 없더라도 누구나 만들고 싶은 것을 만들 수 있는 시대가 되는 될 것이라고 기대합니다. 3D 프린터와 출력 가능한 재료는 점점 다양한 기능을 가지고 발전하고 또 저렴해질 것입니다.

그에 따라 3D 프린팅의 한계는 점점 없어질 것이기 때문에 상상하는 것을 현실로 만드는 제조 혁명의 시대를 될 것이라고 생각합니다. 누구든, 어디에서든, 무엇이든 만드는 시대가 되는 거죠!

안세화 PM @닷밀

“출력 재료 제한되어있어 아쉬워, 미래에는 연금술처럼 활용될 것 기대”

아직은 출력 재료가 어느 정도 제한된 만큼, 다가올 미래에는 마치 연금술처럼, 다양한 재료를 활용하여 제품 그 이상의 가치를 생산할 수 있기를 기대합니다.

윤대현 헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

“3D 프린팅 관련 정보가 점점 늘어나서 자연스럽게 문화가 형성되었으면”

3D 프린팅 기술이 다양하게 적용될 수 있다는 정보가 계속 퍼져야 한다고 생각합니다. 아직까지는 거대 산업에서 쓰인다는 인식이 강한데, 일반 소비자들도 충분히 쓸 수 있다는 것이 어필되면 자연스럽게 문화가 형성되는 거죠. 3D프린팅 기술에 관심이 있는 사람들이 정보를 수집할 수 있는 환경이 필요해요. 3D 프린터로 내 아이디어를 구현하고 싶은데, 어떻게 해야 할지 모르겠을 때, 물어볼 곳이 많아지면 좋겠습니다.

* * *

등장 초기, “혁명이다”, “우리의 일상에 빠르게 녹아들 것이다”라는 기대감과 달리 발전이 더디게만 느껴졌던 3D 프린팅 기술. 하지만 물밑에서는 상당히 빠른 속도로 3D 프린팅 산업이 발전해오고 있습니다. 이미 제조 분야에서는 적극적으로 이 기술을 수용하고 있고, 개인 차원에서도 다룰 수 있는 보급형 3D 프린터가 등장하는 등 머지않아 산업계를 넘어 일상에까지 혁신을 가져올 전망인데요. 점차 잠재력을 드러내며 비즈니스의 혁신을 이끌어 갈 3D 프린팅 기술 발전을 기대해봅니다.

‘3D 프린팅’ 프로들과 인맥을 맺고, 새로운 비즈니스 기회를 만나보세요.

조다혜
제조 컨설턴트 @에이팀벤처스

유상엽
마케팅 디자이너 @에이팀벤처스

함성식
하드웨어 개발 @베이글랩스

안세화
PM @닷밀

윤대현
헤드쉐프 @도우룸바이스와니예

백민건
팀장 @프론텍

※ [AskMe]는 개인적 경험을 바탕으로 진행된 인터뷰로, 특정 회사의 입장을 대변하는 글이 아님을 밝힙니다.

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