지은이 : 크리스토퍼 바넷

옮긴이 : 길이훈, 김상태

한빛비즈

구입 : 알라딘서점


이 글은 3D 프린팅 넥스트 레볼루션을 읽고 필요한대로 정리한 글입니다. 제 전공과 관련이 없는 바이오프린팅(BioPrinting) 등은 아얘 정리하지 않는 등 마음대로 첨삭을 했으므로 참고하시기 바랍니다.


3D 프린팅 기술은 지금 이 순간에도 계속 발전하고 있습니다. 그래도 이 책은 3D 프린팅 기술에 대해 전반적으로 이해하는데 많은 도움이 되었습니다. 관심있는 분들은 읽어보시길.


민, 푸른하늘

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1장 차세대 혁명이 시작된다.


3D 프린팅 기술의 종류


- 반고체상태의 열가소성수지를 압출하여 제작

- 레이저 혹든 다른 광원에 반응하는 광폴리머(Photopolymer)으로 물체 제작

- 매우 고운 분말을 굳히는 방식


왜 3D 프린팅인가?


- 더 우수한 제품 : 설계 검증을 위한 프로토타입 생산, Rapid Prototype - MakerBot

- 생산에 변혁 : 3D 금형 주조(Sand casting) - Solidscape

- 완성품 제작 : 직접 디지털 제조(DDM) - 조립이 필요없는 기어박스. 

- 개인 취향, 대량주문생산(Mass Customization) - Cubify.com

- 소량 생산 : 

- 디지털 저장 운송 - Thingiverse

- 공유 발전

- 소매의 유형이 변한다. 주문제작 : The Buildshop, i.materialise.com

- 바이오프린팅

- 환경에 좋음 - 재료 소비량이 줄고, 쓰레기 발생량 준다.


2장 3D 프린팅 기술의 모든 것


플라스틱 적층방식


재료 - 열가소성수지, 금속, 콘크리트, 세라믹, 음식, 세포

필라멘트 - 프린터 헤드 - 200~250도로 용융 - 압출 - 헤드가 평평하게 만듦 - 빌드 플랫폼 이나 헤드의 움직임으로 한게이의 층을 생성 - Z방향으로 이동 - 다시 다음 층 생성 

FDM(용융증착모델링, Fused Deposition Modelling, 스트라타시스)

FFM(용융필라멘트 모델링, Fused Filament Modelling)

FFF(용융필라멘트 제조, Fused Filament Fabrication)

FDM(용융증착법, Fused Deposition Method)


ABS - 사출에 사용되는 열가소성수지. (일반적인 플라스틱... 볼펜등)

PLA(Ploylactic acid) - 바이오 플라스틱. 투명도와 색상이 다양함. 

기타 PC(PolyCarbonate), ABS-PC, ABSi 등도 있음


한계 - 표면이 계단식으로. 연마작업 필요. 열응력으로 휘어질 수 있음. 돌출부에 지지대가 필요할 수 있음(고가의 경우 물에 녹는 재료로 지지대를 생성)


금속 출력 - FDMm(Fused Deposition Modelling of metals, 금속용융증착모델링)

                WAAM(Wire and Arc Addictive Manufacturing, 와이어와 아크 적층제조)

MJS(Multiphase jet solidification, 다상 분사 응고법) 세라믹/금속등을 결합제와 합쳐 필라멘트로 제작. 

     - 압출후에는 화학적, 열가공 등으로 결합제 제거후 높은 온도로 성형. 

     - FDC(Fused Deposition of Ceramic, 세라믹 용융증착) 

목재 필라멘트

콘크리트. Contour crafting, 등고선 공예법. 2004년. 

초콜릿


레이저 - 광폴리머


압출방식의 한계 - 대형제품 제작에 불리. 정밀한 제품 불가. 

스테레오리소그라피(StereoLithography) - 액체상태의 광폴리머를 레이저에 노출하여 하나의 층 생성. 빌드플랫폼이 아래로 이동. 두번째 층 생성 - 반복.- 용제에 세척 - 자외선 오븐에서 결합공정, 광택처리, 블래스팅(표면연마) 등의 후공정이 필요할 수 있음. 

   - 표면이 매끄러움. 기계 1억-5억 정도. Asiga에서 2011년 7백만원, Formlabs에서 Form1(12cm 크기)

   - 돌출 구조물의 경우 지지대가 필요함.

   - 고무성질, ABS등을 대체물, 투명플라스틱 등 다양한 광폴리머가 존재함.


DLP(Digital Light Processing) 투사방식의 프로젝터로 3D 프린터...방식은 동일

  - 치과용, 의학용, 불투명 등 다양함. 재료가격은 높지만, 품질은 매우 우수하다. 


나노스크라이브, 2PP(Two Photo Polymerization, 광전자에 의한 플라스틱화) - 원리는 비슷. 펨토초 펄스식 레이저. 100-200 nm정밀도. 박테리아 크기도 출력가능. 개발중.


액체 분사식. - 잉크젯 비슷한 방식으로 액체를 분사 - 자외선으로 응고.. 후처리 공정 필요없음. 여러가지 재료를 사용할 수 있는 제품도 있음. 예) 스트라타시스의 코넥스 - 120가지 재료 사용가능. 1m x 80cm x 50 cm. 0.016 mm두께. 


입자재료 바인딩법(Granular Materials Binding)


바인더분사 - 접착제/결합제 사용방법 - 잉크젯 방식. 분말베드(Powder Bed)에 분말을 한층깔고 롤러로 민뒤 프린터헤드가 바인더용액 분사하여 굳힘 - 분말베드를 아래로 내림 - 반복. 약 한시간정보 방치해야 함. - 분말 제거후 재활용. 주로 컨셉모델이나 예술작품에 사용됨.

1993년 MIT에서 개발됨. 1995년 Z corporation에서 독점 - 3D 시스템즈에서 합병.

장점 - 지지대 필요없음. 속도가 빠름. 저렴함. 색상을 지원(이경우 바인더+컬러잉크 분사)

예 : Z corporation ZP150등, VoxelJet VX4000


사형주조 : 모래틀. 특수한 공학용 모래를 사용. 매우 복잡하고 큰 금형을 생산가능. 비용절감


금속 - 금속분말에 바인더 용액 분사. 가열램프로 건조. 매우 깨지기 쉬우므로, 오븐에서 결합과정 필요. 그후에도 공극이 있어 금속을 침투시키는 공정. - 후공정으로 연삭 필요. 금속 3D 프린팅중 가장 저렴함. 


세라믹 - 알루미나, 실리카, 세라믹등. 완료된후 유약, 하소, 소결공정을 거치면 세라믹제품. 꽃병, 접시, 컵등. 독특한 식기 제작가능


유리 - 도 가능.


분말베드 용융법


SLS(Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결법) - 바인더 분사법과 비슷하나, 레이저로 입자를 굳히는 방법. 플라스틱, 금속, 세라믹, 사형주조용 모래, 왁스(모형... 금형재료로 사용)


DMLS(Direct Metal Laser Sintering, 직접금속레이저 소결법) - 금속을 더 빨리 굳힐 수 있음. 매우정교하며, 매우 견고함. 항공기부품 제작


DED(Directed Energy Deposition, 직접 에너지 증착법) - 금속을 레이저로 직접 녹여 증착(증기로 만들어서). 프린트헤드에서 금속 증기를 내보맨. 중간에 금속을 바꿀 수 있음(스테인레스, 구리, 니켈, 코발트, 알루미늄 등). 기존의 제품의 수리도 가능함. 

예: Optomac. 


EBM(Electron Beam Melting, 전자빔 용융법) - 진공상태에서 각층별로 금속물체 생성. 완전 고밀도(100% 고체)의 금속부품을 정확하게 생산. 현재는 티타늄, 코발트 크롬등 고가의 재료에만 적용. 의학용 임플란트. 

예 : ARCAM


선택적 가열 소결법. - 분말베드 용융 3D 프린팅. 가열가능한 프린터헤드로 분말을 굳힘. 가열 소결법. 

예: 블루 프린터(Blue Printer)



LOM(Laminated Object Manufacturing, 합판식 물체 제조)



종이, 플라스틱, 금속박판 등으로 물체 제조. 박판을 올림 - 접착제 첨가 (또는 롤러로 압착) - 레이저로 윤곽을 따라 박판을 잘라냄 - 플랫폼을 아래로 이동 - 반복. 

가장 낭비가 심함. 

예 : Herisys (현재 사라짐). Solid3D, Mcor(A4 복사용지 사용. 층별로 컬러 잉크 분사. )


3D 프린터가 찍어내는 세상


- 3D 프린터로 생산도구를 제작. 상품이나 개인적 물건을 중간과정없이 직접 생산

- 사우스햅튼 대학 UAV를 3D 프린팅. - SULSA(the Southampton University Laser Sintered Aircraft)

- Urbee - Kor EcoLoic 의 Jim Kore가 개발한 최초의 운행가능한 3D 프린팅 자동차. 스트라타시스 장비


3D 프린팅과 예술


- 현재 3D 프린팅은 상대적으로 작고 고부가가치인 제품 생산에 경쟁력이 있다. 

- Nervous System - 자연적인 패턴에 영감을 얻어 디지털 모델로. n-e-r-v-o-u-s.com 에서 판매. Shapeways 에서 대행 출력. 



- 밧세바 그로스맨(Bathsheba Grossman) 머티리얼라이즈와 쉐이프웨이즈에서 다양한 금속과 플라스틱으로 조각품과 보석류를 세작하고 bathsheba.com 에서 판매. 매력적인 수학적 형태의 금속조각 Zarf 제작. 

- 금이나 은으로 직접 금속 레이저 소결하는 방법이 유명할 것.



디자이너만의 3D 프린팅


- FOC(Freedom of Creation) - 3D 프린팅 디자이너 작품 판매. - 레이저 소결법. 흰색 플라스틱 

- 3D 시스템스 인수. Cubify에서 판매됨.


- Protos Eyewear - 3D 프린터로 제작한 선글라스 제작 및 판매 - SLS(선택적 레이저 소결법)

  - 가격, 재표, 품질이 기존 제조법과 필적한 만한 위치에 도달했다...


- MakieLab. Makie... 10인치 움직이는 인형. 앱을 통해 디자인 가능. SLS로 나일론으로 프린팅. 



- Thatsmyface.com - 정면/측면 사진 -> 3차원 모델 생성. 표준규격의 인형에 부착. 바인더 분사방식의 Z 프린터를 이용하여 출력. 


- Kidmechano. - 자세를 바꿀 수 있는 3D 프린팅 인형 모드보츠(Modibots)


- Bespoke Invations - 의수 의족. 3D 시스템스에 병합. 환자의 다리를 3D 스캔하여 맞춤식 의족. 


- ClearCorrect - 투명한 플라스틱 치아교정기 제작. 스트라타시스의 재료분사방식의 3D 프린터로 제작


산업용 부품


- C&A Tool. 디젤연료 주입장치와 기타 부품을 레이저 소결법을 이용하여 생산. 주문제작. 

- Mercury Customs - 주문식 오토바이

- Kelly Manufacturing - 항공기구. 

- TDF(Trainer Development Flight) - 안테나등 제작

- DSI(Deep Space Industries) - 소행성을 개척하기 위하여... 우주암석으로 금속부품 제조. 부서진 부품을 녹여서 새로운 부품도 만들 수 있다.


- D-Sahpe - 건물을 만들 수 있는 거대한 3D 프린터.  6m x 6m 까지 제작. 각층은 5-10mm 경화에 24시간 소요. 달 기지 구축 가능성 검토. 


현장에서 뛰고 있는 기업들


3D 프린터 제조회사


- 3D 시스템즈. - 1984 년 Charles Hull. 액체 광폴리머, 자외선 램프. 1985년 특허획득. 회사설립. 최초의 산업용 3D 프린터 SLA-250 출시. stl 파일 형식 개발. 기타 열가소성수지 압출. 선택적레이저소결(SLS), 직접 금속 레이저 소결법(DMLS), 재료 분사법, 바인더 분사법 등 다양한 기술의 3D 프린터 판매중. 


3D 시스템즈는 바이더분사법의 Z 코퍼레이션을 합병하는 등, 20여개의 3D 프린팅 벤처회사를 인수. 

Cubify 운영. - 3D 프린터 판매, 3D 디자이너가 디자인을 올리면 대행제작하여 판매.

                     CityScape - 도시를 설계하면 3D 모델을 다운로드 받을 수 있음

                     360Heros - GoPro 360 파노라마 비디오.



- Stratasys - 1988년 Scott Crumps. 글루건으로 장난감 개구리 만들다가... 회사 설립. FDM(용융증착모델링) 특허. 합병. 2012년 Objet 합병. 

  Mojo, Dimension, Fotus, uPrint 등의 3D 프린터 판매

  RedEye on Demand - 3D 프린팅 대행서비스

  Polyjet Matrix - 재료분사식. 120개의 다양한 재료. 

   - 주로 고급 제품만 제작 판매. 


- 아르캠 - 스웨덴. 미세한 금속분말을 진공상태에서 녹여 제품을 생산. 티타늄. 코발트 크롬 등 고가의 재료 사용. 순수한 재료로 매우 정교한 제품을 생산. 


- 엑스원 - 청동, 스테인레스, 모래, 유리 등 바인더 분사방식. 모래는 사형(거푸집) 제작


- 오르가노보 - 세포를 출력하는 노보겐(NovoGen MMX) 생산. 바이오 프린팅


- 엔비전텍 - 2002년 창업, DLP 투사기술로 액체 광폴리머 응고. Perfactory - 비전문가용. 울트라... 바이오프린팅 및 대형기기. 


- EOS - 1989년 설립. 선택적 레이저 소결법. 분말로 제품출력. 사형 생산 가능


- 컨셉 레이저 - 독일. 레이저 쿠징... 금속분말로 정확하게 최종제품 출력


- SLM 솔루션즈 - SLM(선택적 레이저 용융법) 


- 복셀젯 - 분말 바인더 분사식. VX4000 (4m x 2m x 1m 제작). 


- 델타 마이크로 팩토리 - 중국. PP3DP. 열가소성수지 압출


- 옵토맥 Optomec - 직접 에너지 증착법. 레이저로 녹인 금속 분말을 부착. (LENS 라고 부름) 마모되고 손상된 부품을 수리하는데도 사용할 수 있음. (기존 망가진 부품에 녹인 금속을 부착) 에어로졸 제트 3D 프린터는 다른 제품의 표면위에 전자제품을 출력 (예 : 태양전지위에 안테나를 출력)


- Makerbot Industries - 리플리케이터. 전세계 3D 프린터 시장의 20%. 오픈소스인 RepLab 에서 독립하여 저가형 프린터 생산 판매. 싱기버스 운영. 



- 아시가 - 2011. 7000불 이하의 데스탑형 소테레오리소그라피 제품. 액체 광폴리머.


- 폼랩 - 아시가와 비슷. 125mm x 125mm x 165mm까지 출력가능. 


- 앰코 - 종이로 출력. 


3D 프린팅 소프트웨어


- Autodesk - 3D 설계 프로그램. STL로 변환가능.  Autodesk 123D - 사진을 3D 모델로 변환. 


- 사쏘 시스템즈 - 다쏘 항공에서 분사... Solidwork. 


- Trimble - 무료 SketchUp. 


3D 프린팅 서비스


- 현재 3D 프린팅서비스 회사는 수백개 이상. 

- Shapeways - 업로드할 수 있는 웹사이트 운영. 물건을 배송. 디지털 모델을 만들 수 있는 프로그램도 제공. 쉐이프웨이즈샵 - 창작품을 판매하려는 디자이너에게 중개역할. 

Itty Bitty Sad Keanu Reaves 미니어처. 

ABS, 알루미늄, 세라믹, 광폴리머, 스테인레스, 은 등 30여가지 재료.

- Materialize : 벨기에. 의학과 공학 분야에 특화된 프로그램개발. 

   기업서비스 - 프로토타입제작,제품생산 컨설팅.

   MGX - 3D 프린팅 서비스. 

ABS, 알루미나, 청동, 세라믹, 금, 광폴리머, 은, 스테인리스, 티타늄 등. 


- 스컬프테오 - 3D 프린팅 설계를 업로드하고 여러가지 재질로 출력된 제품을 배송. 라이츠웨티브, 트루스페이스와 같은 중저가의 프로그램으로도 3D 모델 제작, 업로드 가능.


차고에서 시작하는 3D 프린팅


- 오픈소스 3D 프린팅


- RepRap - Replicating Rapid Prototyping - 자기복제형 기계 - 열가소성수지 압출식. 

  플라스틱은 출력하여 사용. 모터, 전자회로 등은 RepRapPro.com 에서 키트 형태로 구매. 

  모델 - Darwin -> Menthel Max. 200x200x140까지 제작가능

  오픈소스 - 메이커봇도 RepRap을 기반...




- Fab@Home - 재료를 주사기로 짜내는 방식으로 건조/가열/자외선 등으로 굳힘. FabEpoxy, 실리콘, 치즈, 점토, 석고 등 가능. 세라믹 점토. 초콜릿

  Model1 - 2007, 200x200x200까지 출력

  Model2 - 조립비용 저렴. 작업 목적에 따라 프린터 헤드 교환. 8개의 주사기


- DLP 투사법을 이용한 3D 프린터 오픈소스 설계. 광폴리머. - 정교한 물건 제작 가능. 

    Lemon Currie - 오픈소스 DLP 3D 프린터 설계 공개

    Lunavast XG2 - 




- 현재 저가형 3D 프린터는 한계가 있다.

   - 3D 시스템즈의 Cube

   - 메이커기어 M2 - 200 x 250 x 200

   - Portabee - 휴대용. 

   - 프린트알봇 - 합판으로 만들어진 저렴한 3D 프린터 

   - Solidoodle - 

   - Up!


지속가능한 발전


- 지역 생산성... 가까운 곳에서 생산 (현재는 운송비가 1/7)

- 디지털 운송 - UPS, 7Eleven. 과잉생산 방지

- 재료낭비가 줄어듦.가볍고 밀도가 낮은 부품 생산. EADS, 금속레이저 소결법. 제트엔진 커버용 힌지 생산. 금속 사용량 절반. 내부가 비거나, 벌집 구조의 부품. 

- 오래된 것 수리. 100년전의 자동차부품 제작. 

- 플라스틱 쓰레기 재활용. 필라봇- 그라인더 압출기, 감는장치로 구성. - 3D 프린터용 필라멘트 제작


- 나노기술, 합성생물학. - KAIST에서 옥수수등의 유기물로 바이오 플라스틱 PLA를 생성하는 박테리아 개발


부작용


- 불법적 물건 제조 - 열쇠복제, 무기제조.  Disfence Distributed - AR-15 자동총 3D 프린팅. 설계 공개

- 지적재산권 종말 - 3D 스캐너. 

- 건강과 안전. 

- 고용에 미칠 충격







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제 관심사는 계속 바뀝니다. 이 블로그를 유지하는 동안에도 벌써 여러번 주제가 빠뀐 것 같습니다. 돌고 돌아 이제 고향으로 돌아왔습니다. 공간정보입니다. 세계를 측정하고, 그 기준을 세우고, 데이터를 효율적으로 공유하는 것이 공간정보에서 다루는 내용입니다. 4차산업혁명이 데이터 기반이라고들 합니다. 데이터는 그냥 모아둔다고 정보가 되지 않습니다. 표준에 따른 공통 스키마를 기반으로 만들어져야 합니다. 누구나 언제든지, 쉽고 투명하게 데이터를 가져다 쓸
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