유리 또는 아크릴 같이 투명한 재료는 소비재, 산업, 의료 분야 외에도 응용 분야가 아주 광범위합니다. 그러나 투명 파트를 기존 방법으로 프로토타이핑하거나 소량 생산하는 데는 비용이 많이 드는 데다 비효율적일 수 있어 이 지점에서 질문이 생깁니다. 투명 파트를 3D 프린팅할 수는 없을까요? 대답은 '예'입니다. 전제 조건이 있다면 올바른 기술과 재료가 있어야 한다는 점입니다.
광경화 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린팅을 이용하면 투명한 물체를 만들어낼 수 있으며 후가공을 약간만 거치면 광학적으로 투명한 결과물을 얻을 수 있습니다. Formlabs의 최신 레진 3D 프린터이자 컴팩트하고 속도도 빠른 Form 4와 대형 포맷 Form 3L은 한 차원 다른 투명도를 얻을 수 있는 장비로, 박리력이 줄어드는 플렉서블 레진 탱크를 사용하므로 결과물이 더욱 맑고 투명하고 매끄러운 표면까지 갖출 수 있습니다.
세상에는 반투명하거나 투명한 3D 프린팅 파트를 생산하는 데 사용할 수 있는 소재가 다양하게 존재합니다.
- Clear Resin은 아주 투명하고 색상이 없는 3D 프린팅 소재로, 빠른 프린트 속도와 우수한 정확도, 투명도, 강도 높은 기계적 물성이 최적의 조화를 이뤘으며 워크플로도 쉽고 안정적이어서 유체 공학, 금형 제작, 광학, 조명, 내부 피처 표현와 투명도를 요하는 파트라면 어떤 것이든 제작하기에 좋은 소재입니다.
- Elastic 50A Resin은 부드럽고 신축성이 있는 반투명 소재이며 일반적으로 실리콘으로 생산되는 부품을 프로토타입으로 제작하기에 최적입니다.
- Flexible 80A Resin은 좀 더 단단하고 촉감이 부드러운 반투명 소재이며 고무 또는 TPU의 유연성을 시뮬레이션하기에 꼭 알맞습니다.
- BioMed Clear Resin은 단단하고 튼튼한 내마모성 소재로, 장기(>30일) 피부 접촉, 장기(>30시간) 호흡 가스 경로, 점막 접촉 또는 단기(<24시간) 뼈, 조직, 상아질 접촉을 요하는 생체적합성 응용 분야에 적합합니다.
- BioMed Elastic 50A Resin은 말랑말랑하고 탄력이 있으며 투명한 소재로, 장기(>30일) 피부 접촉 또는 단기(<24시간) 점막 접촉과 더불어 편안한 착용감을 요하는 생체적합성 응용 분야에 적합합니다.
BioMed Flex 80A Resin은 딱딱하고 신축성 있는 투명한 소재로, 장기(>30일) 피부 접촉이나 단기(<24시간) 점막 접촉과 내구성을 요하는 생체적합성 응용 분야에 적합합니다.
이 가이드에서는 다양한 마감 방법으로 투명한 3D 프린팅 파트를 제작하여 광학에서 광도체, 유체 공학까지 다양한 응용 분야에 사용하는 과정을 안내해드립니다. 적절한 투명도를 얻을 수 있는 재빠른 해결책에서 광학적으로 투명한 파트를 제작할 수 있는 틈새 기술까지, 다양한 마감 방법을 다룹니다.
투명 3D 프린팅 응용 분야
맑고 투명한 3D 프린트물은 투과성이 좋은 프로토타입 파트를 제작하고 내부에 공동과 디테일 표현, LED 하우징, 윈도우 또는 내부가 보이는 해부학 모형과 의료 기기를 제작하기에 좋습니다.
Formlabs와 저희 고객사는 완전 3D 프린팅 카메라에 들어갈 만큼 광투과율이 완벽한 렌즈, 타임스 스퀘어의 프레넬 렌즈 설치 작업용 타일, 광도관, 프리즘, 유체 공학 장치 외 다양한 것을 제작하는 데 Clear Resin을 사용해 왔습니다.
Formlabs 애플리케이션 엔지니어 아모스 두들리는 렌즈를 디자인하고 3D 프린팅하여 처음부터 끝까지 3D 프린팅만으로 제작된 카메라를 탄생시켰습니다.
FAQ: 아크릴 소재를 3D 프린팅할 수 있을까요?
네, 하지만 경고해드릴 점이 있습니다. 흔히 아크릴로 알고 있는 폴리메타크릴산메칠(PMMA)은 투명한 열가소성 플라스틱으로 대개 유리보다 내구성이 좋아 유리의 대체재로 사용합니다. 용융 적층 모델링 방식(FDM) 3D 프린터를 사용하면 아크릴을 3D프린팅할 수 있지만 소재 자체에 유독성이 있고 잘 튀틀려서 그다지 사용자 친화적이지는 않은 데다 FDM 프린터는 해상도가 낮아 겨우 반투명한 3D 프린팅 파트만 얻을 수 있습니다.
아크릴과 유사하게 완전히 투명한 파트를 3D 프린팅하려면 SLA 3D 프린터로 Clear Resin을 프린팅하고 3D 프린팅 파트를 이 글에서 언급하는 방법 중 한 가지 후처리를 거쳐 완전히 투명하게 만드시기를 권해드립니다. 투명도를 확보하기에는 아크릴 스프레이 사용도 하나의 방법이 될 수 있습니다.
투명 3D 프린트 후가공법
3D 프린팅한 Clear Resin 파트의 후가공 기술을 몇 가지 테스트해 보았습니다. 이 글에서는 수작업 샌딩, 투명 코팅, 레진 함침을 다루겠습니다. 마감에 사용할 수 있는 옵션은 파트에 요구하는 투명도와 표면 마감 정도에 따라 제각각 해야 할 노동의 수준이 다릅니다.
수작업 샌딩 및 폴리싱
적용: 수작업 샌딩과 폴리싱은 형태가 단순하고 섬세한 부분이 적을 때 효과적일 수 있지만 복잡한 모형을 마감 처리하기에는 적합하지 않습니다. 이 방법으로는 완전히 광학적으로 투명한 파트를 얻기가 아주 어렵습니다.
투명한 파트를 수작업으로 마감하려면 매우 미세한 입자로 샌딩해야 하지만 조금만 노력하면 파트가 확대경 처럼 투명해지도록 샌딩하고 폴리싱할 수 있습니다. 하지만 수작업 마감으로 모든 레이어 분리선을 완전히 제거하기란 아주 어렵습니다. 빛이 닿은 파트를 약간만 기울여 잡아도 아주 미세한 흠집을 발견할 수 있습니다.
지침: 사용하는 사포의 그릿을 점점 늘려가며 표면을 부드럽게 만든 후 아크릴 크리너와 극세사 천으로 파트에 광택을 냅니다.
약 3000 그릿의 사포를 사용하면 투명 3D 프린팅 파트에 윤기가 흐르고 만져봤을 때 아주 매끄럽습니다. 12000 그릿을 사용하면 앞에 있는 것을 반사합니다. 그릿이 400에서 12000까지인 사포를 200씩 늘려가며 다양하게 사용하시되 다음 단계의 그릿을 사용하기 전에 렌즈를 천천히 조심스럽게 세척하고 이전 그릿을 사용해서 생긴 흠집을 제거해주세요.
저희 지원 사이트에서 선택 사항인 아크릴 스프레이 마감이 포함된 수작업 샌딩의 단계별 비주얼 가이드를 간단히 찾아보실 수 있습니다.
조언: 반투명 정도까지만 필요하다면 간단히 미네랄 오일을 사용해 마감은 고르게 하면서 파트에 생긴 사소한 얼룩을 가릴 수 있습니다.
저희는 수작업 샌딩과 스프레이 코팅에서 레진에 함침하는 방법까지 투명 3D 프린트물에 광택을 내는 데 사용되는 다양한 방법을 테스트했습니다.
스프레이 코팅
적용: 스프레이 코팅은 디테일을 많이 포기하지 않으면서 파트의 투명도를 쉽고 빠르게 향상할 수 있는 방법입니다. 샌딩과 광택 작업으로는 해낼 수 없는 복잡한 디테일을 코팅할 수 있는 점에서 모든 종류의 모형에 효과적인 방법입니다.
투명 코팅 한 가지 만으로는 레이어 분리선을 가리고 파트를 자외선에 노출되지 않게 보호하는 데 도움이 되지만 황변현상과 의도하지 않은 후경화가 진행될 수 있습니다. 표면을 매끄러운 유리 같이 마감하고 싶다면 코팅 전에 수작업 샌딩과 광택 처리를 진행합니다. 코팅 전에 샌딩을 많이 할 수록 투명도가 상승합니다. 프로토타입을 후가공하여 포장재, 병, 밀리플루이딕스 같이 완전히 투명한 플라스틱으로 보이게 하려면 이 단계를 추가로 진행하는 편이 도움이 됩니다.
지침: 3D 프린트를 투명 코팅하는 데는 저렴한 스프레이부터 전용 작업실과 공구가 필요한 제품까지 몇 가지 옵션이 있습니다.
- 투명 코팅 스프레이의 일반 목적: 시중에 품질이 훌륭한 스프레이가 다양하게 있어 쉽게 구할 수 있습니다. 저희는 2K 클리어 코트를 사용하시도록 권해드립니다.
- 자동차용 스프레이: 아주 딱딱한 아크릴 우레탄 클리어코트는 광택이 매우 훌륭하고, 공기 건조 및 베이킹 건조하도록 설계되었지만 사용하려면 스프레이 건과 스프레이 전용 공간 및 베이스 코트가 필요합니다.
스프레이 코팅을 진행하려면 사전에 이소프로필 알코올(IPA)로 세척하고 건조한 깨끗한 파트에서 시작합니다. 스프레이 전에 파트를 후경화하면 황변이 생기므로 후경화하지 마십시오. 공기 중에 파트를 건조합니다. 완전히 마르면 먼지가 없는 공간에서 두세 번 스프레이 코팅합니다.
조언: 비용을 지출할 수 있으면 자동차 정비소에서 레스널 유니버설 클리어(Lesonal Universal Clear) 같은 스프레이로 코팅할 수 있습니다. 대개 정비소에서는 코팅 전에 나프타 같은 가벼운 용제로 파트 표면을 세척하여 준비합니다.
Formlabs과 Aranda/Lasch 팀은 타임스스퀘어에서 만나볼 수 있는 설치 미술, '마음으로 낸 창(Window to the Heart)'이라는 작품의 제작 과정에서 자동차 정비소와 협력하여 레스널 유니버설 클리어(Lesonal Universal Clear)로 타일을 한 장 한 장 스프레이 코팅했습니다.
레진 코팅
적용: 아주 투명한 파트를 얻기에 가장 좋은 방법이며 평면이거나 거의 평면에 가까운 렌즈 또는 부품의 내부가 들여다 보이는 창을 제작하는 데만 사용할 수 있습니다.
레진 함침을 진행하면 그 결과 극도로 매끄럽고 깨끗하며 날카로운 표면 반사가 있는 파트를 얻을 수 있습니다.
이 기술은 섬세한 표현이 둔해지기는 하지만 다른 SLA 소재를 프린트한 파트를 더 매끄럽게 마감하는 데 사용할 수 있습니다.
지침: Clear Resin을 주사기로 파트에 방울방울 떨어뜨리거나 원하는 대로 담가둡니다. 점도가 있는 레진이 파트의 레이어 분리선과 스크래치를 채워 흠 없이 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다.
레진 층은 레이어 분리선을 제거할 수 있을 정도로 가능한 한 얇게 프린팅합니다. 거품이 생기면 주사기로 뽑아냅니다. 적절한 환경에서파트를 완전히 후경화한 후 다른 면에 함침과 후경화 두 가지 과정을 똑같이 반복합니다.
좌측에 완성된 렌즈가 있는, 3단계 레진 함침을 거친 렌즈의 모습.
참고: 함침 과정에서 렌즈의 초점 거리가 미세하게 변경됩니다. Formlabs의 애플리케이션 엔지니어 아모스 두들리는 3D 프린팅으로 카메라 렌즈를 제작하려고 렌즈 검사 장비를 설계하여 프린트했습니다.
SLA 3D 프린팅 자세히 알아보기
Form 4 MSLA 3D 프린터를 사용하면 최소한의 후처리로 경제적인 가격에 완전히 투명한 3D 프린트물을 제작할 수 있습니다
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