유리 또는 아크릴 같이 투명한 재료는 소비재, 산업용, 의료 분야를 비롯해 응용 분야가 아주 광범위합니다. 그러나 투명 파트를 기존 방법으로 프로토타이핑하거나 소량 생산하는 데는 비용이 많이 들고 비효율적일 수 있고 이 지점에서 질문이 생깁니다. 투명 파트를 3D 프린팅할 수 있을까요? 대답은 '예'입니다. 올바른 기술과 재료가 있다면 말입니다.
광경화 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린팅을 이용하면 투명한 물체를 만들어낼 수 있으며 후가공을 약간 거쳐 광학적으로 투명한 결과물을 얻을 수 있습니다. Formlabs의 최신 SLA 3D 프린터인 간결한 Form 3+와 대형 포맷인 Form 3L을 이용하면 유연한 레진 탱크를 사용해 박리력은 줄이고 선명도는 한 단계 올려 표면 마감이 매끄러운 투명한 파트를 얻을 수 있습니다.
반투명한 3D 프린팅 파트 또는 투명한 파트를 생산하는 데 사용할 수 있는 소재가 다양하게 있습니다.
- Clear Resin은 잘 휘지 않는 소재로 광택을 내면 광학적으로 투명한 파트를 얻을 수 있어 유체 공학, 금형 제작, 광학, 조명, 내부 피처, 투명도가 필요한 부품이라면 어떤 것이라도 제작하기에 제격입니다.
- BioMed Clear Resin은 장기간 피부 또는 점막에 접촉해야 하는 생체 적합성 응용 분야에 적합한 견고하고 투명한 소재입니다.
- Elastic 50A Resin은 부드럽고 신축성이 있는 반투명 소재입니다. 일반적으로 실리콘으로 생산되는 부품을 시제품으로 제작하기에 최적입니다.
- Flexible 80A Resin은 좀 더 단단하고 촉감이 부드러운 반투명 소재입니다. 고무 또는 TPU의 유연성을 시뮬레이션하기에 이상적입니다.
이 가이드에서는 다양한 마감 방법을 안내 투명한 3D 프린팅 파트를 제작하여 광학에서 광도체, 유체까지 다양한 응용 분야에 사용하는 과정을 안내해드립니다. 적절한 투명도를 얻는 재빠른 해결책에서 광학적으로 투명한 파트를 제작하는 틈새 기술까지 마감 방법으로 다룹니다.
맑고 투명한 3D 프린트는 투과성이 좋은 프로토타입 파트를 제작하고 내부에 공동과 디테일을 표현하고 LED 하우징, 창문 또는 내부가 보이는 해부학 모델과 의료 기기를 제작하기에 좋습니다. Formlabs와 저희 고객사는 Clear Resin으로 3D 프린팅 카메라용 광투과율이 좋은 렌즈, 타임스 스퀘어의 프레넬 렌즈 설치 작업, 광도파관, 프리즘, 밀리 유체 기기 등을 제작하는 데 사용해 왔습니다.
Formlabs 애플리케이션 엔지니어 아모스 두들리는 렌즈를 디자인하고 3D 프린팅하여 완전히 3D 프린팅만을 사용해 카메라를 제작했습니다.
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 좋은 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 가지로 후가공을 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 포리싱은 형태가 단순하고 섬세한 부분이 적을 때 효과적일 수 있지만 복잡한 모델을 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 수작업으로 마감하여 모든 레이어 분리선을 완전히 제거하기는 아주 어렵습니다. 파트를 빛에 비쳐 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 스크래치를 제거해주세요.
저희 지원 사이트에서 선택 사항으로 아크릴 스프레이 마감이 포함된 수작업 샌딩의 단계별 비주얼 가이드를 간단히 찾아보실 수 있습니다.
팁: 반투명 정도까지만 필요하다면 간단히 미네랄 오일을 사용해 마감은 고르게 하면서 파트에 생긴 가벼운 얼룩을 가릴 수 있습니다.
수작업 샌딩과 스프레이 코팅에서 레진 디핑까지 테스트해 보았습니다.
스프레이 코팅
적용: 스프레이 코팅은 디테일을 많이 포기하지 않으면서 파트의 투명도를 높이기에 쉽고 빠른 방법입니다. 샌딩과 광택 작업으로는 해낼 수 없는 복잡한 디테일을 코팅할 수 있는 점에서 모든 종류의 모델에 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 매끄럽고 유리 같이 마감하고 싶다면 코팅 전에 수작업 샌딩과 광택 처리를 진행합니다. 코팅 전에 샌딩을 많이 할 수록 투명도가 커집니다. 프로토타입을 후가공하여 포장재, 병, 미세유체소자 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: 품질이 훌륭하고 쉽게 구할 수 있는 스프레이가 다양하게 있습니다. 2K 클리어 코트를 사용하시도록 권해드립니다.
- 자동차용 스프레이: 아주 딱딱한 아크릴 우레탄 클리어코트는 광택이 매우 훌륭하고, 공기 건조 및 베이킹 건조하도록 설계되었지만 스프레이 건과 스프레이 전용 공간 및 베이스 코트가 필요합니다.
스프레이 코팅을 진행하기 위해 사전에 이소프로필 알코올로 세척하고 건조한 깨끗한 파트(IPA). 스프레이 전에 파트를 후경화하면 황변이 생기므로 후경화하지 마십시오. 공기 중에 파트를 건조합니다. 완전히 마르면 먼지가 없는 공간에서 두세 번 스프레이 코팅합니다.
팁: 비용을 지출할 수 있으면 자동차 정비소에서 레스널 유니버설 클리어(Lesonal Universal Clear) 같은 스프레이로 코팅을 할 수 있습니다. 대개 정비소에서는 코팅 전에 나프타 같은 가벼운 용제로 파트 표면을 세척하여 준비합니다.
타임스스퀘어에 설치할 마음으로 낸 창(Window to the Heart)이라는 작품을 제작하는데 Formlabs와 Aranda/Lasch 팀은 자동차 정비소와 협력하여 레스널 유니버설 클리어로 타일을 한 장 한 장 스프레이 코팅했습니다.
레진 코팅
적용: 아주 투명한 파트를 얻기에 가장 좋은 방법이며 평면이거나 거의 평면에 가까운 렌즈 또는 부품의 내부를 구성하는 창을 제작하는 데만 사용할 수 있습니다.
레진 함침을 진행하면 그 결과 극도로 매끄럽고 깨끗하고 날카로운 표면 반사가 있는 파트를 얻을 수 있습니다.
이 기술은 섬세한 표현이 둔해지기는 하지만 기타 SLA 소재를 프린트한 파트를 더 매끄럽게 마감하는 데 사용할 수 있습니다.
지침: 주사기 Clear Resin을 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 만드세요. 거품이 생기면 주사기로 뽑아냅니다. 적절한 환경에서 파트를 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 보기
Form 3+ SLA 3D 프린터를 사용하면 최소한의 후처리로 저렴한 가격에 완전히 투명한 3D 프린트를 제작할 수 있습니다.
