[인쇄계2020.03] 3D 인쇄란 무엇인가? - 네싼 클레어리(Nessan Cleary)

최근 몇 년 간 인쇄 산업 전시회를 방문한 적이 있다면 작은 플라스틱 인형 등을 생산하는 데스크탑 3D 프린터를 본 경험이 있을 것이다. 그리고 이 3D 프린터가 인쇄 산업과 어떤 연관이 있는지 궁금해 했을 것이다. 따지고 보면, 3D 인쇄와 그래픽 인쇄 사이에는 거의 교집합이 없지만 인쇄사가 그래픽 응용 프로그램으로 3D 인쇄 서비스를 제한해야 할 이유는 없다. 실제 와이드 포맷 프린터의 경우 홈데코레이션이나 의류와 같은 산업 응용 분야로 이동, 접목되고 있는 많은 예가 있다. 3D 인쇄 또한 와이드포맷 인쇄와 같이 다른 산업을 위한 인쇄 응용 프로그램으로 볼 때 완벽하다 하겠다.

모든 3D 인쇄의 기본 개념은 CAD 파일에서 객체를 설계하고 레이어로 슬라이스 할 수 있어 3D 프린터가 이전 레이어 위에 각 연속 레이어를 물리적으로 배치하여 해당 객체를 만들 수 있는 것이다. 비용, 품질 및 생산성의 고유한 조화를 제공하고 다양한 플라스틱 및 금속 합금, 심지어 전자 회로를 포함 할 수 있는 다양한 재료에 적합한 다양한 접근 방식이 있다.

옛 기술

가장 초기의 기술은 30년 전으로 거슬러 올라가며, 원래 ‘빠른 프로토타이핑(시제품 제작)’이라고 불렸는데, 이것은 시제품을 빨리 생성해야 하는 최초의 목표 시장인 제품 디자인을 깔끔하게 요약한 것이다. 약 10년 전에 많은 판매업자들이 이 기술을 소비자 시장에 밀어 넣으려고 시도했고 일반 대중에게 호소하기 쉬운 방법으로 ‘3D 인쇄’라는 별명을 생각해냈다. 호황은 제한적이었지만 버블이 터지자 많은 벤더들이 파산했다. 그러나 이 기술은 현재 산업 용도에 적합한 수준으로 계속 발전하여 이러한 방식으로 제조되는 부품의 수가 증가하고 있으며 이는 ‘적층 제조’라는 최신 용어로 이어졌다. 3D 프린팅의 이름은 고착되었고, 많은 적층 제조업체들은 그래픽 면에서 실제 인쇄가 이루어지지 않더라도 여전히 기계를 ‘프린터’라고 부른다.

즉, 그래픽 세계에서 누구나 인식할 수 있는 잉크젯 프린팅 기술을 사용하는 몇 가지 3D 프린팅 공정이 있다. 이것들 중 가장 흔한 것은 바인더 분사인데, 프린터가 분말 재료를 뿌리고 나서 접착제 같은 바인더 액체를 필요한 모양에 따라 분사하여 가루를 접착제로 붙여 물체의 층을 형성한다. 그런 다음 사용하지 않은 파우더를 닦아내고 베드를 떨어뜨리는 공정을 반복한다. 인쇄가 끝나면 열이 가해져 남아있는 바인더를 연소시키고 재료가 서로 융합되어 단단한 물체를 형성한다.

HP의 3D 프린터

이에 대한 좋은 예는 HP의 젯퓨전(JetFusion) 제품군으로서, 가장 접근하기 쉬운 300 시리즈로 190×254×248mm의 빌드 챔버를 가지고 있으며 엔지니어링 등급의 기능 부품을 생산할 수 있다. 단색이나 컬러 장치를 선택할 수 있으며, 프린터가 한 동안 무인 상태로 작동할 수 있도록 고도로 자동화된 통합 재료 전달 시스템을 갖추고 있다.

이에 대한 변형은 자르(Xaar) 3D와 복셀젯(Voxeljet)에서 모두 사용되며 폴리머 기반 재료로 작업 되는 고속 소결(HSS)이다. 바인더 분사와 마찬가지로, 이는 먼저 재료 분말을 베드에 놓은 다음 만들어지는 모양을 정의하기 위해 유체를 분사하는 것을 포함한다. 그러나 이 경우, 유체는 적외선 열을 흡수하여 분말 베드에 열이 가해지면 원하는 모양을 형성하는 데 필요한 분말만 녹인다.

제트 전진

또 다른 접근법은 재료 분사이며, 이는 제조 재료의 요소들을 많이 적재한 유체를 분사하는 것을 포함한다. 이는 유체를 탱크에서 인쇄 헤드의 유체 챔버로 가져오는 공급 시스템은 말할 것도 없고 인쇄 헤드를 막을 가능성이 훨씬 크기 때문에 훨씬 더 어렵다. 엑스젯(XJet)에 의해 개발된 카멜1400(Carmel 1400) 3D 프린터가 그 좋은 예로서, 금속 및 세라믹 인쇄 버전 모두에서 사용 가능하다.

이것들 외에도 비교적 저렴하고 작은 물건들을 생산할 수 있는 많은 데스크탑 모델들이 있다. 좋은 예가 울티메이커 에스3(Ultimaker S3)일 것이다. 울티메이커 에스3은 융합 수지 압출 적층 조형 기술(Fused Filament Fabrication) 방법을 사용하는데, 이는 본질적으로 플라스틱 필라멘트를 압출하여 부품을 만드는 것을 의미한다. 230×190×200mm의 빌드 면적을 가지고 있다.

또 다른 대안은 상당히 표준화된 융접 증착 모델링 방법을 사용하여 3D 프린터를 생산하지만 탄소 섬유와 경주를 이루는 나일론 등 다양한 복합 재료를 개발한 미국 회사인 마크포스티드(MarkForged)이다. 이 업체는 뛰어난 강도, 가벼운 중량, 비교적 저렴한 가격의 부품을 생산할 수 있는 프린터 제품을 고객들에게 제공하고 있다. 

거대함으로 가다

또한 많은 와이드 포맷 인쇄 회사들이 이미 영화와 TV의 소품 뿐만 아니라 주로 광고와 전시용으로 대형 디스플레이 물체를 생산하기 위해 매시빗1800(Massivit 1800) 3D 프린터를 사용하고 있다는 것도 주목할 필요가 있다. 이 기기는 145cm×111cm×180cm의 빌드 면적을 가지고 있는데, UV 광 아래에서 경화되는 독점적인 젤 소재를 사용하여 실제 크기의 사람 모형을 만들 수 있을 만큼 크다. 

3D 프린터를 사용하는 데는 약간의 기술이 필요하지만 그래픽 인쇄에 경험이 있는 사람이라면 문제가 될 만한 것은 아무것도 없다. 파일을 준비하고, 최적화 및 검증하는 작업이 있으며, 인쇄 과정을 감독해야 하며, 그 다음 후가공이 있어야 한다. 이 모든 작업은 그래픽 세계에도 적용된다. 대부분의 사람들에게 가장 큰 문제는 3차원으로 생각할 필요가 있다는 것이다. 그러나 많은 사람들이 이미 CAD 파일에 있는 객체들과 함께 작업하고 있다.

3D 프린팅, 새로운 부가가치를 창출할 수 있는 어플리케이션

지난 20여 년 동안 우리는 모두 디지털 인쇄가 어떻게 점차 더 크고 큰 부분을 차지해 왔는지를 보아 왔다. 상업 인쇄 시장의 비용 절감과 공급망 물류 개선과 같이 3D 프린팅도 같은 이유로 비슷한 패턴을 따를 수밖에 없다. 이미 3D 프린팅은 시제품 제작에 폭넓게 사용되고 있으며, 공구 제작과 다이 제작에 더욱 보편화되고 있다. 작지만 점점 더 많은 수의 제조업체들이 최종 사용 부품을 만드는 기술을 사용하고 있으며, 격자 구조로 경량 부품을 만들 수 있는 능력을 이용하고 있으며, 여러 부품을 더 저렴한 비용으로 단일 품목으로 결합할 수 있는 기하학적 구조를 최적화하고 있다. 이는 항공기 부품과 같은 단기 고부가가치 어플리케이션에서 이미 이루어지고 있으며 장난감에서 프린터를 위한 예비 부품까지 모든 제조 형태를 통해 점차적으로 확장되고 있다. 자, 3D 프린팅이 이렇게 발전하고 있는데 이 일을 하고 싶지 않은 사람이 누가 있을까?

네싼 클레어리(Nessan Cleary) 

상업 인쇄에서 패키징 및 와이드 포맷에 이르기까지 광범위 하면서도 다각적인 인쇄산업 범주에 걸쳐 사용되고 있는 디지털 인쇄에 대해 20년 이상 글을 쓰고 있다. 디지털 인쇄기의 작동 방법뿐만 아니라, 각 인쇄 기술의 성숙하고 발전하는 방식, 그리고 디지털 인쇄기술의 진보를 다양한 용도에 접목해 사용하고 있는 인쇄사에 많은 관심을 갖고 있다. 클에어리씨는 저명한 저널리스트이자, 편집자이며 사진 작가로 현재 스핀드리프트(Spindrift)의 편집자로도 활동하고 있다.

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이 기사는 인쇄의 환경효과 이해에 대한 Verdigris 시리즈 스토리 가운데 하나다. Verdigris Project는 아그파그래픽스와 캐논 유럽, 디지털도츠, 드루파, 후지필름, HP, 코닥, 리코, 스크린, 그리고 유나이티퍼브리싱에 의해 지원받고 있다. 월간인쇄계는 2008년 12월부터 한국을 대표하는 Verdigris의 출판 네트워크 멤버로 활동하고 있다. 

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