FDM 방식의 3D 프린터에 대한 간략한 설명

혹시 3D 프린터에 대해서 전혀 모르시나요?

그렇다면 이 블로그의 다음 포스팅으로 가셔서 대략적인 설명을 보시는 것을 추천합니다.

http://netpilgrim.tistory.com/2

FDM 이란 Fused Depositioin Modeling의 줄임말로서, 수지용해 적층방식이라고도 합니다.

이 방법은 열가소성 수지인 플라스틱 와이어를 열로 녹여서 반용융 상태로 만든 다음에 컴퓨터가 제어하는 경로대로 움직이는 헤드에서 녹았는 플라스틱 수지 와이어를 밀어내어 바닥인 플랫폼에 떨어트린 다음, 플랫폼에서 굳히는 방식으로 한층 (Layer)씩 쌓아가는 방식으로 출력물을 만들어 가는 방식이라고 할 수 있습니다.

단순히 말로만 들어서는 이해하기 어려울 수가 있으니 아래에 첨부한 그림을 하나하나 보여드리면서 설명을 하겠습니다.

 

                                     

위 그림은 설명을 돕고자 FDM 방식의 3D 프린터를 간략하게 표현한 그림입니다.

그림에서 1번으로 표시가 된 연두색 선은 FDM방식에서 쓰이는 플라스틱 수지 와이어로, 일반적으로 아래와 같이 두루마리 릴 형태로 감겨진 상태로 판매가 되며, 실타래에서 한 올씩 뽑아서 3D 프린터에서 사용하게 됩니다.

 

                                                                             

                                                            보시다 시피 다양한 색상으로 판매가 되고 있으며, 종류 또한 많습니다.

 

이 플라스틱 수지 와이어는 보통 [필라멘트(filament)]라고 불립니다. 이 필라멘트가 당연히 저절로 3D 프린터 안으로 말려서 들어갈 리가 없으니, 2번으로 표시가 된 3D 프린터의 부품이 필라멘트를 밀어주게 됩니다. 이 2번에 해당하는 부분을 보통 부르기를 [익스트루더 (extruder)]라고 부르는 부품입니다.

 

                    

                   위 사진에서 보이는 톱니바퀴가 달린 모터입니다. 이 톱니바퀴가 모터와 연결되어 있어서 돌아가는 것으로 필라멘트-사진에서는 파란색

                     선 같은 와이어를 밀어 올려서 3D 프린터 안으로 공급하는 장치입니다.

 

2번의 익스트루더를 통해서 3D 프린터 안으로 공급된 필라멘트는 마지막으로 3번으로 표시된 부분으로 도착하게 되는에 이 부분이 보통 헤드라고 불리는 부분입니다.

 

                                                 

                                                              이 부분에서 필라멘트가 녹아서 아래로 떨어지게 됩니다. 

 

이 부분에서 녹아내린 필라멘트는 마지막으로 4번으로 표시된 베드라고 불리는 곳으로 떨어지게 되는데, 여기는 보통은 단순한 금속이나 유리로 된 사각이나 원형의 평평한 판입니다. 다만 앞으로의 포스팅에서 다루겠지만, 이 부분에서도 녹아서 떨어진 필라멘트가 급격히 식어서 굳어지지 않도록 열을 가해주는 히트 베드(heat bed)라고도 있습니다. 히트 베드의 경우에는 FDM방식에서 추가적으로 설치해야 하는 부품입니다.

 

지금까지 대략적인 FDM 방식의 3D 프린터를 살펴 보았습니다. 여기서 FDM방식의 3D 프린터가 어떻게 해서 출력물을 만드는지 과정을 설명하자면, 먼저 헤드 부분이 가열 되면서 필라멘트가 녹는 온도까지 올라가게 됩니다.

 

                                        

                                                 프린터 헤드 부분인 3번이 가열되는 것을 붉은색으로 표시하였습니다.

                                                      

                                                 

                                        

                                                  필라멘트가 녹는 온도에 도달하면 당연히 헤드 내부의 필라멘트가 녹아

                                                       내리기 시작합니다.

 

이렇게 헤드가 가열이 되어서 필라멘트가 녹는 온도에 도달하게 되면, 이때부터 본격적으로 3D 프린터가 출력에 들어가는 단계에 들어가게 됩니다.

 

                                               

                                                        

위 그림에서 처럼 한 방울씩 떨어지는 것은 아니지만, FDM을 설명하기 위해서 과장되게 표현한 것입니다. 한개의 층(Layer)를 만들기 위해서 먼저 헤드는 고정되어 있고 아래 녹았는 필라멘트가 떨어지는 베드가 가로 세로로 움직이는 형태가 있습니다. 이 경우 헤드에서는 익스트루더가 필라멘트를 밀어서 공급할 때마다, 헤드 안에서 녹아내린 필라멘트가 베드 위로 떨어지게 됩니다. 이런 식으로 한 개의 층(Layer)의 모양을 만들게 됩니다.

 

혹은

 

                                              

 

반대로 베드는 가만히 고정되어 있고, 헤드가 가로 세로로 움직여서 레이어(layer)의 2차원적인 모양을 만드는 방식도 있습니다.

 

한 개의 층(layer)의 모양이 다 완성이 된다면, 다음으로는 높이를 올려서 다음 층(layer)를 만들기 위해서 움직이게 됩니다. 움직이는 방식은 크게 2가지가 있습니다.

 

                                                   

첫번째는 출력물이 올려져 있는 베드를 아래로 내리는 방법입니다. 그림에서는 Layer라는 글자를 먼저 한 층 만들면, 글자가 붙어 있다고 할수 있는 베드가 아래로 내려가고, 그 Layer라는 글자위에 한 층이 더 올려지는 방식입니다.

 

                                                    

아니면 반대로 필라멘트를 녹이는 헤드가 위로 올라가서 출력물, 여기서는 Layer라는 글자 위에 새로운 층을 쌓는 방법이 있습니다.

 

대부분의 개인용 3D 프린터는 이 FDM방식을 채택하고 있는데, 그 이유는 Strasys사가 보유하고 있던 특허가 2009년 만료되어서 저가의 장치를 개발할 수가 있었기 때문입니다. 가정에서도 저렴하게 구매하여 쓸수 있는 모델부터 전문가를 위한 시제품 제작을 위한 고가의 장비까지 다양하게 개발이 되었으며, [미래를 바꿀 3D 프린팅]이라는 책에서 언급한 바에 따르면, 일반인이 가장 빨리 접근이 가능한 장치이기에 교육용으로 많이 사용이 된다고 합니다.

 

FDM방식의 특징은 표면의 마무리가 다른 방식에 비해 거칠고, 줄무늬가 눈에 띄는 경향이 있기에 섬세한 조형이나 정밀도가 많이 필요한 작업에는 적합하지 않은 면이 있습니다.

 

 

물론 제가 모든 걸 알고있지 않을 뿐더러, 3D 프린팅은 계속해서 발전하기에 여기에 있는 설명이 절대적이지는 않습니다. 하지만 이 글을 읽어주신 분들에게 조금이라도 FDM방식에 대한 이해에 도움이 되기를 바랍니다.