3D 프린터의 작동 방식 및 용도

적층 제조라고도 알려진 3D 프린팅은 디지털 파일을 사용하여 3차원 고체 물체를 만드는 프로세스로 정의됩니다. 3D 프린팅 프로세스에서는 객체 생성이 완료될 때까지 '프린터'에 의해 재료의 순차적 레이어가 배치됩니다. 이 기사에서는 3D 프린팅의 작업, 소프트웨어 및 응용 프로그램을 다룹니다.

적층 제조라고도 알려진 3D 프린팅은 디지털 파일을 사용하여 3차원 고체 물체를 만드는 프로세스입니다. 3D 프린팅 프로세스에서는 객체 생성이 완료될 때까지 '3D 프린터'에 의해 재료의 순차적 레이어가 배치됩니다.

3D 프린팅된 개체는 원하는 것이 '인쇄'될 때까지 프린터가 재료를 층층이 배치하는 적층 공정을 통해 생성됩니다. 각 레이어는 인쇄된 항목의 잘게 자른 단면으로 간주될 수 있습니다. 3D 프린팅을 사용하면 사용자는 기존 제조 방법에 필요한 만큼의 재료를 소비하지 않고도 복잡한 모양을 제작할 수 있습니다.

3D 프린팅의 작업 스타일은 밀링 머신과 같은 장비를 사용하여 재료를 잘라내거나 속을 비우는 '삭제 가공'과 반대입니다. 반대로, 적층 가공에서는 물리적 물체를 만들기 위해 금형이나 재료 블록이 필요하지 않습니다. 대신, 재료의 층을 쌓아서 함께 융합합니다.

3D 프린팅은 신속한 제품 생성, 초기 고정 인프라에 대한 저렴한 비용, 다양한 재료 유형을 사용하여 복잡한 형상을 생성하는 기능을 제공합니다. 이는 기존 제조 솔루션으로는 효율적으로 수행할 수 없는 기능입니다.

일반적으로 아마추어와 애호가의 DIY(Do It Yourself) 문화와 관련하여 3D 프린팅은 상업 및 산업 응용 분야를 포함하도록 성장했습니다. 예를 들어, 오늘날 엔지니어들은 가벼운 기하학적 개체를 프로토타이핑하고 생성하기 위해 3D 프린터를 자주 사용합니다.

3D 프린팅의 기원은 '빠른 프로토타이핑(Rapid Prototyping)'에 있습니다. 1980년대에 기본 기술이 처음 발명되었을 때 이를 설명하기 위해 이 용어가 사용되었습니다. 당시 3D 프린팅은 생산 부품보다는 프로토타입 제작에만 적합했기 때문입니다. 사실, 이 제품의 원래 의도는 단순히 신속한 프로토타입 제작을 통해 신제품 개발을 가속화하는 것이었습니다.

흥미롭게도 이 기술은 처음 소개되었을 때 큰 관심을 끌지 못했습니다. 1981년 일본의 고다마 히데오(Hideo Kodama)는 광중합체 경화에 UV 광선을 활용하는 기계에 대한 최초의 특허를 출원했습니다. 3년 후, 프랑스 발명가 올리비에 드 비트(Olivier de Witte), 장 클로드 앙드레(Jean Claude André), 알랭 르 메오트(Alain Le Mehaute)가 유사한 기술에 대해 공동으로 특허를 출원했습니다. 두 특허 모두 폐기되었으며 General Electric은 '후자는 주목할만한 사업 잠재력이 부족하다'고 말했습니다.

1984년 미국의 발명가 찰스 헐(Charles Hull)이 'Stereolithography에 의한 3차원 물체 생산 장치'에 대한 특허를 출원했습니다. 그는 STL 파일을 발명했고 3년 후인 1987년에 3D Systems를 설립했습니다.

같은 10년 동안 선택적 레이저 소결(SLS) 및 융합 증착 모델링(FDM)에 대한 특허가 출원되면서 미국 3D 프린팅 분야에서 상당한 진전이 이루어졌습니다. DTM(Desktop Manufacturing) Corp.와 Stratasys는 같은 시기에 설립된 3D 프린팅 분야의 선구적인 회사였습니다.

이후 급속한 상업화가 진행되면서 산업이 변모했다. 최초의 '3D 프린터'는 규모가 크고 비용 집약적이었습니다. 제조업체는 대규모 자동차, 소비재, 건강 제품 및 항공우주 제조업체와 산업용 프로토타입 제작 계약을 맺기 위해 경쟁했습니다.

1987년에 3D Systems는 최초의 상업용 SLA 프린터를 출시했습니다. 1992년 Stratasys와 DTM은 각각 최초의 상업용 FDM 및 SLS 프린터를 출시했습니다. 최초의 금속 3D 프린터는 1994년 독일 기업인 Electro Optical Systems(EOS)에서 출시되었습니다.

새천년이 시작될 무렵, 3D 프린팅 업계의 기업들은 이익을 위해 치열한 경쟁을 벌였습니다. 재료 과학의 발전과 수많은 특허 소멸로 인해 3D 프린팅의 경제성이 높아졌습니다.