가장 빠른 3D 프린터: FDM, SLA, SLS 3D 프린트 속도 비교

광경화성 수지 조형 3D 프린팅은 여러 가지 다양한 레진 3D 프린팅 공정 을 설명하는 데 사용되며, 가장 일반적으로 바닥이 투명한 탱크를 통해 빛을 사용하여 액체 수지를 경화시키고, 탱크 안으로 내려간 빌드 플랫폼에서 파트를 거꾸로 층층이 프린트합니다. 이들 신규 유형에는 레이저 구동 광경화성 수지 조형 방식(SLA), 디지털 광원 처리 방식(DLP), 마스크형 광경화성 수지 조형 방식(MSLA, LCD 3D 프린팅과 혼용) 등이 있습니다.

일반적인 프린트 속도는 레진 3D 프린트 공정 유형에 따라 다르며, 가장 빠른 유형은 MSLA 및 DLP 기술입니다.

• SLA 방식은 한 파트와 전체 빌드의 프린트 속도가 비슷할 수 있습니다. 레이저 기반 SLA 방식의 레이저는 수지를 경화하기 위해 넓은 영역을 이동해야 하는 반면, MSLA와 DLP는 각 레이어를 거의 즉시 경화합니다. 전체 레이어가 한 번에 경화되기 때문에 파트가 많은 프린트와 파트가 하나만 포함된 프린트 간에 속도 차이가 거의 없어 처리량을 높일 수 있습니다.
• SLA 프린트 속도는 프린터 컴포넌트의 영향을 받습니다. 프린트 엔진과 광학 시스템의 품질과 성능은 탱크에 도달하는 빛의 양에 영향을 미치며 프린트 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 또한 Form 4의 이중 레이어 연질 필름 레진 탱크, 분리 텍스처, 고속 자동 레진 충전, 빠른 레진 가열과 같은 다른 요소도 전체 프린트 시간을 단축합니다.
• 광경화성 수지 조형 방식 프린트물은 후처리가 필요하지만 대부분 자동화할 수 있습니다. 프린팅 후 광경화성 수지 조형 방식 파트는 알코올이나 에테르로 세척하여 여분의 수지를 제거해야 하며, 일부 파트는 최적의 재료 특성에 도달할 수 있도록 후 경화 처리가 필요합니다. 이 두 단계는 고급 후처리 솔루션으로 자동화할 수 있습니다.

Form 4와 Form 4L은 Fast Model Resin과 같이 특별히 설계된 소재로 시간당 최대 100mm의 속도로 파트를 제작할 목적으로 설계했습니다. Form 4에서 빌드는 대부분 어떤 재료를 사용하더라도 2시간 이내에 완료되므로 하루에 설계를 여러 번 반복할 수 있습니다. Form 4L의 경우 빌드 대부분을 6시간 미만으로 완료할 수 있습니다. 프린터 전체 높이에 해당하는 빌드나 전체 빌드 플랫폼을 가득 채울 만큼 여러 조각으로 이루어진 대량 생산 작업도 하루 안에 프린트할 수 있어 하루 안에 대형 파트를 반복 설계나 대량 생산할 수 있습니다.

지금까지 3D 프린팅 공정이 한결같이 모두 더 빨라졌지만 레진 프린팅의 발전을 따라잡을 만한 공정은 없습니다.이런 속도가 하루하루, 그리고 한 주 한 주 쌓이면 처리량은 놀랍도록 늘어납니다. 이제 Form 4와 Form 4L은 사출 성형 기술에 맞먹는 초대물량의 속도를 발휘하게 되는 것입니다. 완료하는 데 몇 시간이면 충분한 풀 빌드 챔버를 하루에 여러 번 프린팅하면 중간 물량의 사출 성형 기계에서 나오는 생산량과 유사한 결과를 낼 수 있으며, 고가의 초기 툴링 비용도 발생하지 않습니다.

SLS 3D 프린터는 FDM 3D 프린터보다 속도가 빠른데 이는 각 분말 레이어에 고출력 레이저를 조사하며 레이어를 가로질러 스캔하는 속도가 FDM 프린트 베드 위를 압출 노즐이 움직이는 속도보다 빠르기 때문입니다. 그러나 레이저는 여전히 MSLA 또는 DLP 레진 3D 프린트 기술에서 광원이 깜박이는 것보다 느리게 움직입니다.

엄밀하게 말하면 프린트 속도라고 할 수는 없지만, SLS 3D 프린팅 공정에서도 빌드 챔버를 식히는 시간을 고려해야 합니다. 레이저가 꽤 높은 온도에서 분말을 소결하므로 후처리 전까지 빌드 챔버를 식혀야 하기 때문에 파트당 전체 리트 타임이 늘어나기 때문입니다.

그러나 SLS 파트의 프린트 및 처리 시간을 합쳐도 일반적으로 생산에는 문제가 되지 않습니다. 단일 파트의 프린트 속도는 다른 기술보다 더딜 수 있지만, SLS 3D 프린터는 조형 공간이 넓고 파트를 '중첩'할 수 있는 자체 지지 프린트 베드 덕분에 전체 처리량이 우수하므로 고객은 단 한 대의 프린터로도 빌드 챔버를 가득 채우고 생산량을 달성할 수 있습니다.

예를 들어 Fuse 1+ 30W에서 빌드 볼륨을 완전히 다 채운 프린트 작업을 ‘데드 타임,’ 즉 밤새 완료한 다음 낮 시간에 프린터 밖에서 냉각 시간을 거쳐 당일 프린트와 연중무휴 생산을 실현할 수 있습니다.

• SLS 3D 프린트 속도는 파트 크기에 따라 다릅니다. X/Y 축을 따라 더 큰 파트는 레이저가 더 넓은 영역을 추적해야 하므로 프린트하는 데 시간이 더 오래 걸립니다. Formlabs는 Fuse 1+ 30W의 레이저 경로를 최적화하여 효율성을 높임으로써 프린트 시간을 최대 25%까지 단축할 수 있었습니다.
• SLS 프린트 속도는 프린터 컴포넌트의 영향을 받습니다. 프린트 속도는 레이저 출력에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, Fuse 1+ 30W는 강력한 30W 레이저를 사용하여 전체적으로 높은 성능을 구현합니다. 평범한 프린팅 작업은 7시간 만에, 패킹 밀도 95%로 꽉 채워 패킹한 프린트 작업은 14시간 안에 완성할 수 있습니다.
• SLS 파트는 후처리가 필요하지만 매우 효율적입니다. Fuse Sift 및 Fuse Blast와 같은 장비를 사용하면 많은 단계를 자동화할 수 있고 제거할 서포트 구조가 없기 때문에 SLS 후처리 시간이 매우 짧아져 사용자가 15분 만에 프린트에서 전문적으로 완성된 파트로 전환할 수 있습니다.

SLS 3D 프린팅은 단일 파트를 최대한 빠르게 생산하기 위한 최선의 선택은 아니지만, 파트당 낮은 비용, 높은 생산성, 효율적인 후처리 및 확립된 재료의 조합으로 인해 제조업체에게 인기있는 선택이며 소량 또는 브릿지 생산용 사출 성형에 대한 비용 효율적인 대안입니다.

각 3D 프린트 기술은 파트를 층층이 쌓아 올리기 때문에 Z축을 따라 프린트 크기가 커질수록 프린트 시간이 더 오래 걸립니다.

그러나 파트 크기가 크거나 X축과 Y축을 따라 빌드에 파트가 많다고 해서 반드시 프린트 시간이 길어지는 것은 아닙니다. 전체 레이어를 한 번에 경화하는 3D 프린트 공정(MSLA, DLP)은 노즐이 더 먼 거리를 이동하거나(FDM) 파트를 개별적으로 추적해야 하는 기술(레이저 기반 광경화성 수지 조형 방식, SLS)보다 대형 파트와 풀 패키지 빌드를 더 빠르게 프린트할 수 있습니다.

3D 프린팅에서 해상도를 측정하는 방법을 이해하려면 특히 다양한 기술에서 프린트된 파트를 3개의 축으로 분석해야 합니다: Z(세로) 및 X/Y(가로)의 세 가지 축으로 분석합니다. Z축 해상도는 레이어 높이에 따라 크게 영향을 받는 반면, X/Y 해상도는 사용하는 3D 프린트 기술에 따라 여러 가지 요인의 영향을 받습니다.

레이어 높이(Z축 해상도)는 모든 유형의 3D 프린터의 속도에 영향을 줍니다. 프린트물의 레이어 두께가 두꺼우면 프린트할 전체 레이어 수가 줄어들어 전체 프린트 시간이 단축됩니다.

FDM 방식의 3D 프린터를 사용하면 프린트 시간과 해상도 사이에 상당한 절충 효과가 있습니다. 레이어 두께가 두꺼우면 프린트해야 하는 전체 레이어 수가 줄어들어 전체 프린트 시간이 단축되지만, 레이어 라인이 더 눈에 띄고 표면 마감이 매끄럽지 않게 됩니다.

일부 FDM 프린터는 압출기가 필라멘트를 증착하거나 제작 영역 위로 이동하는 속도를 높일 수 있는 옵션을 사용자에게 제공합니다. 또한 사용자는 더 많은 재료를 더 빨리 증착할 수 있는 더 큰 노즐을 설치할 수도 있지만 X/Y/Z 해상도는 감소합니다. 그러나 이러한 각 옵션은 정확도와 해상도가 떨어지고 표면 마감이 나빠지며 기타 바람직하지 않은 결과를 초래합니다.

SLA 3D 프린터는 레이어 높이에 관계없이 고해상도를 제공합니다. 레진 프린터는 빛을 액체 레진에 매우 정밀하게 조준할 수 있어 두꺼운 레이어를 프린트할 때에도 표면 마감이 우수한 파트를 제작할 수 있습니다. 곡면에서는 레이어 라인이 약간 더 잘 보일 수 있지만, 대부분의 파트에서는 50미크론으로 프린트한 파트와 100미크론으로 프린트한 파트 간에 2배의 프린트 시간을 정당화할 만큼 눈에 띄는 차이가 거의 없습니다. X/Y 해상도는 프로젝터 또는 LCD 화면의 해상도 또는 레이저 스폿 크기와 이를 얼마나 정밀하게 제어할 수 있는지에 따라 달라지며, 하드웨어 사양에 따라 정의되며 일반적으로 다른 모든 프로세스(50마이크론 이하)보다 우수합니다.

SLA와 마찬가지로 광경화성 수지 조형 방식의 3D 프린터에서는 해상도가 큰 문제가 되지 않습니다. SLS 3D 프린터에 사용되는 레이저는 입자를 정밀하게 융합할 수 있으며, 프린트된 파트에는 일반적으로 레이어 라인이 보이지 않습니다. 대부분의 SLS 프린터는 사용자가 해상도를 변경할 수도 없습니다. Z 해상도는 조정할 수 없고, X/Y 해상도는 하드웨어 사양에 따라 정의됩니다.

소재 선택은 전체 프린트 시간에 측정 가능한 영향을 미칠 수 있습니다. FDM, SLA, SLS 3D 프린터는 모두 폴리머를 프린트하지만 가열/압출, 경화, 소결은 매우 다른 공정입니다.

FDM 3D 프린터의 경우 필라멘트 유형에 따라 3D 프린트 속도가 크게 달라질 수 있습니다. 일반적으로 프린트하기 쉬운 소재는 PLA 및 PETG와 같이 가장 빠른 프린트 필라멘트입니다. ABS 및 나일론과 같은 엔지니어링 소재의 프린트 속도는 약간 느립니다. 그러나 TPU와 같은 유연한 소재는 프린트 성공률을 높이려면 상당히 느린 속도로 프린트해야 합니다.

FDM 방식의 3D 프린터로 프린트할 때는 속도를 높이기 전에 처음 몇 개의 레이어가 프린트 베드와 서로 제대로 밀착되도록 느린 설정으로 시작하는 것이 좋습니다. 프린트 속도가 빠를수록 프린트 실패와 전반적인 프린트 품질 저하가 발생할 가능성이 높기 때문에 빠른 FDM 방식의 3D 프린터에서 품질을 최적화하는 방법을 배우려면 시행착오를 거쳐야 합니다.

SLA 방식인 3D 프린팅에서는 수지의 불투명도와 수지 제조업체가 첨가하는 광개시제 및 기타 경화제의 농도가 프린팅 속도에 영향을 미칠 수 있습니다.

예를 들어, Formlabs의 가장 빠른 레진인 Fast Model Resin은 광개시제의 농도가 높으며 Form 4에서 시간당 100mm 이상의 속도로 프린팅할 수 있습니다. 따라서 작은 모델은 몇 분 안에, 완전한 빌드는 2시간 이내에 프린트할 수 있습니다.

일반적으로 투명 레진은 경화 깊이가 더 깊기 때문에 프린트 속도가 약간 빠르며, 이는 광원이 각 레이어를 경화하는 데 더 적은 시간을 소비해야 한다는 의미입니다. 또한 유리 충전 레진 또는 치과에서 사용하는 의치용 소재 같은 고점도 레진은 일반적으로 저점도 레진보다 프린트 속도가 느립니다. FDM과 마찬가지로 연성 재료도 뒤틀림 없는 재료보다 프린트 속도가 느립니다.

SLS 3D 프린터에서는 나일론 12가 가장 널리 사용되는 재료이며 일반적으로 가장 빠르지만, 연질 재료를 포함한 다른 모든 재료도 비슷한 프린트 속도를 제공합니다.

일반적으로 3D 프린팅은 기계 가공이나 사출 성형과 같은 기존 공정에 비해 복잡하지 않다는 인식이 있지만, 프린트 속도에 있어서는 그렇지 않습니다.

모델 복잡성은 FDM, 레이저 기반 SLA 및 SLS 3D 프린터의 프린트 시간에 약간의 부정적인 영향을 미칩니다. 이는 일부 프린터에서 X/Y 파트 크기가 다른 프린터보다 프린트 속도에 더 큰 영향을 미치는 이유와 유사합니다. 이러한 프린터는 모든 레이어에 대해 파트 형상을 그리거나 추적해야 하므로 복잡한 모양일수록 시간이 더 오래 걸립니다. 그러나 MSLA 및 DLP 프린터는 한 번에 전체 레이어를 경화하기 때문에 복잡한 파트가 많다고 해서 속도가 느려지는 것은 아닙니다.

일반적으로 더 중요한 또 다른 측면은 지원 구조입니다. FDM 및 SLA 방식 모두에서 돌출된 부분이 많은 파트와 같이 복잡한 파트를 성공적으로 프린트하려면 서포트 구조가 필요한 경우가 많습니다. 프린트 작업이 완료되면 서포트 구조물을 제거하고 완성된 파트의 불규칙한 부분을 샌딩 처리해야 합니다.

_{Formlabs의 SLA 방식 3D 프린터는 쉽게 제거할 수 있는 라이트 터치 서포트를 사용하여 후처리를 줄입니다.}

서포트 구조는 후가공에 시간을 추가하고 귀중한 재료를 사용할 뿐만 아니라, 특히 FDM 및 단일 레이저 광경화성 수지 조형 방식의 3D 프린터에서 프린팅 공정에 시간을 추가할 수 있습니다.

SLS 3D 프린팅은 소결되지 않은 분말이 프린팅된 구조물을 제자리에 고정하기 때문에 서포트 구조를 사용할 필요가 없습니다. 따라서 SLS 프린트 작업은 서포트 구조를 만생성하는 데 분말이나 시간을 낭비하지 않습니다.