프린터의 개요와 구조의이해 3D 우석대학교 링크사업단

1. 3D 프린터란 ? 사물이나 그림 등 3 차원으로 설계된 데이터를 기반으로 다양한 원료 를 사출해 입체적인 형태를 만들어 내는 기술을 말한다. 재료를 깍거나 잘라 만들던 기존의 제품 생산 방식과 달리 앏은 층을 한 층씩 무수히 쌓아 제작 하기 때문에 적층 가공 기술이라고도 일컬 어진다.

누가 3D 프린터를 최초로 개발했을까요 ? 1956 년 존 문츠 (John Munz) 는 자외선을 이용해 수지를 입체적으로 쌓는 ‘ 적층 가공 (additive manufacturing)’ 이란 개념을 처음으로 고안했습니다. 이것을 최초의 개발로 평가 하는 게 옳을 것입니다. 그로부터 30 년 후, 오늘날 ‘3D 프린터의 아버지 ’ 로 불리는 척 헐 (Chuck Hull) 은 문츠의 적층 가공 ( 첨가 가공 ) 개념에 컴퓨터 설계를 결합한 현재의 3D 프린터를 발명했습니다. 3D 프린터로 만들어진 최초의 제품은 그의 아내에게 선물한 제공되었으며, 찻잔이었습니 다. 그 스스로도 자신이 개발한 프린터에 대해 “ 마치 미래 세계에서 나오는 물건 같았다 ” 고 말했다는군요. 그는 아직도 현업에서 일하고 있습니다. 척 헐이 오늘날 사용되는 프린터 출시 후 30 년이 된 지금은 3D 프린터가 4D 프린터로 발전하고 있습니다. 제품에 시간 개념이 추가된 4D 프 린터 말 입니다. 그러고 보니 30 년 주기설 (?) 이 되었군요. 그렇다면 2044 년경에 5D 프린터가 나올 것으로 조심스럽게 전망해 봅니다. 미국의 찰스 헐 (Charles Hull) 로 1984 년 최초의 3D 프린터 회사인 3D 시스템즈 (3D Systems) 를 설립. 2.3D 프린터의 역사

1984 년 : Charles Hull 은 디지털 데이터로부터 물리적인 3D 물체를 프린팅 하는 기술을 발명. SLA 방식 –3D 시스템즈 (USA) 를 설립 1988 년 : Soctt Crump 는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 발명 -Stratasys 사를 설립 1992 년 : DTM 은 최초의 SLS 방식을 판매 년 : Z Corporation( 현재 3D 시스템즈에게 의해 인수 ) 는 스펙트럼 Z510 을 출시 ( 칼라 3D 프 린터 ) 2010 년 : Southampton 대학 기술자들에 의하여 세계 최초 3D 프린터로 제작한 시험용 비행체 비행 성공 2012 년 : FDM 방식의 20 년 특허가 만료 년 : SLA 방식 20 년 특허가 만료. 탄소섬유프린터개발, 3D 전기자동차 출력 년 : 100 배 빠른 3D 프린터 개발 정전기를 이용한 섬유 3D 프린터개발 2.3D 프린터의 역사

과정 흐름도 세부내용 1. 아이디어 / 상상 아이디어 ( 기본그리기 도안 ) 상상하라 !!! 2. 디자인 모델링 3D 디자인프로그램 디자인  STL 변환저장 123D, 스케치업 ( 무료프로그램 ) CAD, 라이노, 카티아, 맥스, 마야, 솔리드윅스,Cadian(3D 모델링 전문프로그램 ) 3. 3D 프린터로 출력하기 ( 슬라이싱 과정후 3D 프린팅 ) STL  G 코드생성  3D 프린팅 프린팅회사에서 제공되는 툴소프트웨어 공간에 STL 을 불러온다. 물체에 형상에 따른 하고 채우기와 층 두께 그리고 온도와 지지대설정등을 하여 3D 프린팅. 출력물 상태에 따른 후처리도 필요 3.3D 프린팅의 과정

가정용 / 사무실용 산업용 High-end 대체로 가격이 낮음 대체로 가격이 낮음 장비사이즈와 작업범위가 작은편 장비사이즈와 작업범위가 작은편 대부분 높은 가격대를 형성 대부분 높은 가격대를 형성 장비사이즈와 작업범위가 중 / 대형급 장비사이즈와 작업범위가 중 / 대형급 높은 품질의 출력물의 제작이 가능 높은 품질의 출력물의 제작이 가능 4.3D 프린팅의 일반분류

PlasticMetalRubberPaperWaxWood Segment Polymer Ceramic composite SandSugarSaltIceChocolateFoodMeat Human tissue ABS, Epoxy, PC, Nylon Etc. Stainless Steel, Bronze, Titanium Ti64 5.3D 프린팅에 사용되는 소재들

액상수지액상수지 레이저레이저 아크릴 왁스 에폭시 아크릴 왁스 에폭시 UV 자외선 가시광선가시광선 수조 (Vat) 분사 (Jetting) SLASLA DLPDLP PolyJetPolyJet MultiJetMultiJet 고체 필라멘트 PLA ABS PP PC PLA ABS PP PC 내구성 표면조도 가열압출가열압출 material Feeding Method Type 필라멘트 롤 Hardening 용융 ↓ 압출 ↓ 적층 ↓ 식으며 경화상태로 복귀 용융 ↓ 압출 ↓ 적층 ↓ 식으며 경화상태로 복귀 광 ( 光 ) 원 + 광경화성 액상폴리머 ↓ 경화 광 ( 光 ) 원 + 광경화성 액상폴리머 ↓ 경화 FDMFDM 6. 조형소재와 방법에 따른 3D 프린터의 분류

분말분말Binder분사Binder분사 롤러 도포 3DP3DP 파우더파우더 플라스틱 금속 플라스틱 금속 CO2 레이저 material Feeding Method Type 리코터 코팅 Hardening 레이저 조사 ↓ 원소결합 (sintering) 레이저 조사 ↓ 원소결합 (sintering) 석고분말 + 접착물질 ↓ 가열 석고분말 + 접착물질 ↓ 가열 석고 SLSSLS Fiber 레이저 내구성 표면조도 7. 조형소재와 방법에 따른 3D 프린터의 분류 8.3D 프린팅 방식에 따른 구조의 이해

작동 원리 해당 모델

작동 원리 해당 모델

작동 원리 해당 모델

작동 원리 해당 모델

작동 원리 해당 모델

작동 원리 해당 모델

" 거의 모든 분야에서 제품 생산방식을 바꿔 놓을 수 있는 기술 ” ( 美 오바마 대통령 ) “ 제 3 차 산업혁명을 가져올 기술 중 하나 ” ( 이코노미스트 ) “ 미래 산업을 바꿀 7 대 파괴적 기술 ” ( 삼성경제연구소 ) " 인터넷 기술을 능가할 수 있을 유일한 기술 " ( 미국 교수회 ) 9.3D 프린터의 전망 미국이 세계 시장의 76% 를 독식하고 있는 가운데, 일본이나 독일, 영국, 중국 등 에서도 국가 핵심산업으로 투자하고 있다. 우리나라의 경우 미래창조과학부와 산업통상자원부가 인프라 구축의 일환으로 초중고교생과 대학생은 물론 일반인 대상으로 교육과 체험에 많은 투자를 하고 있다. 3D 모델링 소프트웨어와 3D 프린터는 대체로 미국 등에서 수입되어 왔지만, 최근 에는 캐디안 3D 등 국산 3D 모델러 ( 저작도구 ) 가 보급되고 있으며, 캐리마의 DLP 장비를 비롯하여 휍시바, 로킷, 하이비전, TPC 메카트로닉스, 모멘트 등의 FDM 방식 3D 프린터 제작사들이 외국산 제품과 경쟁하고 있다. 매년 27% 수준 이상으로 성장하고 있다. 맞춤형 제품을 필요로 하는 바이오 / 덴 탈 시장이 3D 프린팅 기술의 가장 큰 수혜자라 할 수 있으며, 2024 년이 되면 바 이오 / 덴탈 분야는 3D 프린팅 전체 시장의 약 43% 가 될 것으로 전망되고 있다.

10.3D 프린팅 활용사례 활용 정의 내용 1. 일반 (PLA,ABS ) 프린팅플라스틱소재의 프린팅 시제품 제작에 많이 활용. 액세서리, 생활용품, 장난감등 2. 금속프린팅 CNC 대체 프린팅 현재 자동차부품이나 임플란트와 주얼리 그리고 특수 프린팅이 가능하다. 3. BIO 프린팅 현재 의학분야에서 활발히 연구및 시술 성형외과나 내과에서 인공뼈조직이나 인공장기등을 증식 ( 줄기 ) 세포나 인공뼈를 3D 프린팅하여 환자에게 시술함으로 향후 의학혁명에 주된 기술의 하나가 될 것이다.

10. 3D 프린팅 활용사례 활용 정의 활용사례 4. 푸드프린팅 다양한 식재료를 물성에 맞추 어 FDM 방식으로 출력우주선에 3D 프린터를 가지고 올라가 우주에서 간단하게 피자나 햄버거를 요리. 초코렛, 피자, 햄버거, 쿠기등 다양하게 개발 되고 있으며 미국과 영국에서 제품출시. 3 프린터로 내가 먹고싶은 음식을 만드는날이 멀 지 않았습니다. 미국을 비롯한 중국, 호주, 유럽 일부 국가 5. 건물프린팅 콘크리트 혼합물을 FDM 방식으로 출력 3D 프린터로 플라스틱이 아닌 가장 많이 쓰이는 건축 재료인 콘크리트를 사용하여 건물을 짓는다. 원리를 간단히 살펴보면 3D 프린터기를 이용해 바닥부터 만 들고 차근차근 올라가면서 벽을 한층한층 올리는 것이 다. 중국, 미국, 이탈리아등등 6. 융합소재프린팅 탄소소재프린팅 소재마다의 물성을 변화시킨 3D 프린팅 ( 탄소융합소재 필라멘트 ) 일상생활용품에서 의류까지 프린팅이 가능함으로써 생활전반에 큰 변화를 가져오며 일인공장시대의 주역 이 되는 프린터가 될것이며 탄소 3D 프린터는 신소재에 따른 프린팅이 가능함으로 써 강철보다 더 강한 탄소물질들의 프린팅이 가능해 지면서 큰변화가 올것이다. Stratasys(USA), Mark one(USA)