FDM vs. SLA: 필라멘트 3D 프린터와 레진 3D 프린터 비교

3D 프린팅 과 적층 제조 시장은 최근 몇 년간 급격한 변화를 격었습니다. 이제는 주로 취미로 즐기는 사람들의 영역에서 벗어나 고성능 데스크톱 장비가 개발되어 비즈니스의 필수 도구로 자리매김했습니다. 프로토타이핑 및 제품 개발을 위한 필수 도구가 되자 제조, 치과, 보석 세공 영역 전반으로 확장된 영역에서 3D 프린팅을 사용해오고 있습니다.

용융 적층 모델링 방식(FDM)과 광경화성 수지 조형 방식(SLA)은 시장에서 가장 인기 있는 3D 프린터의 두 가지 유형입니다. 두 가지 3D 프린팅 기술 모두 데스크탑에 맞게 조정되고 다듬어져 더욱 저렴하고 사용하기 쉬우며 성능 역시 개선되었습니다.

이 종합 구매 가이드에서는 (필라멘트와 레진 3d 프린터로도 알려져 있는) FDM과 SLA 3D 프린터를 자세히 살펴보고 프린트 품질, 소재, 응용분야, 워크플로, 속도, 비용을 비롯한 다양한 측면에서 비교하여 개개의 비즈니스에 꼭 들어맞는 기술을 선택하시도록 도움을 드리고자 합니다.

용융 필라멘트 제조 방식(FFF)으로도 알려진 용융 적층 모델링 방식(FDM)은 3D 프린팅 중 소비자 수준에서 가장 널리 사용되는 유형입니다. FDM 3D 프린터는 ABS(아크릴로 부타디엔 스티렌), PLA (폴리락틱 애시드) 같은 열가소성 플라스틱 필라멘트 소재를 용융하여 가열된 노즐을 통해 압출하고 빌드 플랫폼에 한 층씩 쌓아가는 방식으로 작동합니다. 파트가 완성될 때까지 한 번에 한 층씩 적층합니다.

FDM 3D 프린팅이 작동하는 방식을 시청해보세요.

FDM 3D 프린터는 기본 개념 증명 모델뿐만 아니라 일반적으로는 기계로 가공했을 단순한 파트의 프로토타입을 신속하게 저렴한 비용으로 제작하기에 제격입니다.

광경화성 수지 조형 방식은 1980년대에 발명된 세계 최초의 3D 프린팅 기술이었고 여전히 전문가들로부터 사랑받는 기술 중 하나입니다. SLA 3D 프린터는 레이저를 사용하여 광중합(photopolymerization)이라는 프로세스를 일으켜 액체 레진을 경화 플라스틱으로 경화하는 기기입니다.

SLS 3D 프린팅이 어떻게 작동하는지 확인해보세요.

SLA 레진 프린터는 특성이 세밀하고 표면 마감이 매끄러운 신소재를 폭 넓게 사용해 고도의 정확도, 등방성, 방수성을 갖춘 프로토타입과 파트를 제작할 수 있는 제품이어서 열화와 같은 성원을 얻었습니다. SLA 레진을 배합하면 표준용, 엔지니어링 및 산업용 열가소성 플라스틱의 특성과 일치하는 광범위한 광학적, 기계적, 열적 특성을 얻을 수 있습니다.

레진 3D 프린팅은 금형, 패턴, 기능성 파트 같이 공차를 최소화하고 매끄러운 표면 마감이 필요한 고도로 세밀한 프로토타입을 제작하기에 훌륭한 옵션입니다. SLA 3D 프린터는 엔지니어링과 제품 디자인에서 제조업, 치과/치기공, 주얼리, 모델 제작, 교육에 이르기까지 다양한 산업에서 광범위하게 이용되는 장비입니다.

적층 제조 공정에서는 레이어를 겹겹이 쌓아 파트를 제작하고 레이어는 제각각 정확하지 않은 결과를 초래할 가능성이 있습니다. 레이어를 형성하는 과정은 표면 품질, 정밀도 수준, 각 레이어의 정확도에 영향을 미치고 결과적으로 전체적인 프린트 품질을 좌우합니다.

FDM 3D 프린터는 용융된 소재를 선으로 적층해서 레이어를 형성합니다. 이 공정에서는 파트의 해상도가 압출 노즐의 크기로 결정되며 노즐이 압출된 재료를 적층하므로 단면이 둥근 선 사이에 빈 공간이 있습니다. 결과적으로 레이어가 다른 레이어와 완전히 접착되지 않을 수 있고 표면에 명확하게 드러나 시각적으로 확인할 수 있으므로 이 공정에는 다른 기술로는 가능한 정교한 디테일을 표현할 능력이 부족합니다.

SLA 3D 프린팅은 액체 레진을 고정밀 레이저로 경화하여 각 레이어를 형성하므로 디테일을 훨씬 섬세하게 표현할 수 있어 수준 높은 품질의 결과물을 반복적으로 얻기에 충분합니다. 그 결과 SLA 3D 프린팅은 미세한 특성, 매끄러운 표면 마감, 궁극적인 파트 정밀도와 정확도로 알려지게 되었습니다.

3D 프린팅의 정확도, 정밀도, 공차는 복잡하고 오해하는 사람들이 종종 있습니다. 이들의 의미를 자세히 알아보고 3D 프린트 성능을 더 확실하게 이해해보세요.

SLA 프린터의 안정성은 열 대신 빛을 사용하는 점으로도 보장됩니다. 3D 프린팅 파트가 실온에 가까운 온도여서 열팽창과 수축 아티팩트가 일어나지 않으나 FDM 프린팅 과정에서는 이런 일들이 일어날 수 있습니다.

FDM 프린터는 레이어 사이에 기계적 결합을 생성하지만 SLA 3D 프린터는 레이어 사이를 가로지르는 가교 결합 광중합체로 화학 결합을 생성하여 완전히 조밀하여 물과 공기가 새지 않는 파트를 얻을 수 있습니다. 이들 결합 덕분에 수평 강도가 높은 등방성 파트가 생성되며 이는 파트의 강도가 방향에 따라 달라지지 않음을 의미합니다. SLA 3D 프린팅은 특히 소재 특성이 중요한 엔지니어링과 제조 응용 분야에 사용하기에 안성맞춤입니다.

플라스틱 압출 3D 프린터에서는 ABS, PLA 같은 다양한 표준 열가소성 플라스틱 필라멘트와 이들을 여러 가지 방법으로 혼합하여 사용할 수 있습니다. 취미의 영역에서 FDM 3D 프린팅의 인기는 색상 선택의 폭을 무궁무진하게 만들었습니다. 각양각색의 실험적 플라스틱 필라멘트를 섞어서 사용할 수도 있어 표면이 나무 또는 금속 같은 파트도 제작할 수 있습니다.

Nylon, PETG, PA, TPU 같은 엔지니어링 소재와 PEEK, PEI 같은 고성능 열가소성 플라스틱도 사용할 수 있으나 이들 소재를 지원하는 선택된 전문가용 FDM 프린터에 한정되는 경우가 종종 있습니다.

SLA 레진 소재는 다양하게 배합하여 구성할 수 있는 이점이 있습니다. 부드럽거나 단단한 소재도 이용 가능하고, 유리 및 세라믹과 같은 보조 소재로 대부분을 충전하거나, 높은 열 변형 온도 또는 내충격성과 같은 기계적 특성을 부여할 수 있습니다. SLA 레진을 다양하게 배합하면 표준용, 엔지니어링 및 산업용 열가소성 플라스틱의 특성과 일치하는 광범위한 광학적, 기계적, 열적 특성을 얻을 수 있습니다.

이처럼 범용성과 기능성을 조합할 수 있는 덕분에 일부 기업이 SLA 3D 프린팅 시스템을 조기에 사내로 도입하는 사례가 있습니다. 특정 기능성 소재로 응용분야의 한 가지 문제를 해결하고 나면, 일반적으로 머지 않아 더 많은 가능성이 발견되고 프린터는 다양한 소재로 다양한 기능을 활용하는 도구가 됩니다.

Form 3+ SLA 3D 프린터로 디자인을 순식간에 3D 프린팅 파트로 탈바꿈하는 방법을 알아보세요.소프트웨어, 재료, 프린팅 및 후가공 절차에 이르기까지 Form 3 사용 방법에 대한 기본 사항을 5분 분량의 동영상으로 알아보세요.

FDM과 SLA 3D 프린팅의 워크플로는 모두 설계, 3D 프린팅, 후처리의 3 단계로 구성됩니다.

우선 어떤 CAD 소프트웨어 또는 3D 스캔 데이터라도 이용하여 모델을 설계하고 3D 프린팅이 가능한 파일 형식(STL 또는 OBJ)으로 내보냅니다. 3D 프린터는 프린팅 준비, 즉 슬라이싱용 소프트웨어에서 디지털 모델을 레이어 단위로 슬라이싱하여 프린팅을 준비합니다.

저가의 FDM 또는 SLA 3D 프린터는 그다지 사용자 친화적이지 않아서 프린팅 설정값을 올바르게 맞추기 위해 많은 시간을 할애해 조정하고 실험해야 하는 경우가 종종 있습니다. 그렇게 해도 새로운 설계 또는 소재를 사용하면 결과는 달라질 수 있고 프린팅에 실패할 확률은 여전히 높습니다. 이렇게 되면 프로젝트가 지연될 뿐만 아니라 지저분하게 마무리되어 정리하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.

Form 3 같은 전문가용 SLA 3D 프린터와 일부 기타 전문가용 FDM 프린터는 자사 독점 소프트웨어와 함께 각 소재에 맞춰 사전 설정한 후 최고의 프린트 성공률을 보장하기 위해 꼼꼼히 테스트하여 판매합니다.

PreForm 같은 고급 프린트 준비 도구를 이용하면 플러그 앤 플레이 기능으로 프린팅을 준비할 수 있습니다. PreForm은 무료로 다운로드할 수 있으니, 지금 시도해보세요.

3D 프린팅 과정이 시작되고 나면 3D 프린터는 대체로 심지어 밤새도록, 프린팅이 완료되기까지 감독할 필요가 없습니다. Form 3+ 같이 진보한 SLA 3D 프린터에는 카트리지 시스템이 있어 소재를 자동으로 리필합니다.

워크플로의 최종 단계는 후처리입니다. SLA 파트는 아이소프로필 알코올(IPA) 또는 대체용 용제로 헹궈내 경화되지 않은 레진을 전부 제거해야 합니다. 표준 워크플로대로 진행하면 우선 파트를 빌드 플랫폼에서 꺼낸 후 수작업으로 용제에 집어 넣어 잔류 레진을 세척합니다.

Form Wash 같은 전문가용 솔루션을 이용하면 이런 과정을 자동으로 진행할 수 있습니다. 프린터에서 Form Wash로 파트를 바로 옮길 수 있고 파트 주변의 용제를 휘저어 파트를 세척하고 과정을 마치면 알코올 수조에서 파트를 자동으로 들어 올립니다.

세정된 파트를 건조한 후, 일부 SLA 소재에는 가능한 최고의 강도와 안정성에 도달하도록 도와주는 후경화 작업이 필요합니다.

FDM 공정은 세척이 필요 없다는 장점이 있습니다. 서포트를 사용하지 않고 완성한 파트는 프린팅 과정이 완료된 후 바로 사용하거나 후경화를 더 거칠 수 있습니다.

FDM과 SLA 공정 모두 서포트 구조를 사용하여 더 복잡한 기하학적 형상을 손쉽게 3D 프린팅하고 후처리의 마지막 단계에서 이 서포트 구조를 제거할 수 있습니다.

FDM 파트에서 서포트를 제거하려면 서포트 소재에 따라 수작업으로 떼어내거나 물에 녹여내야 합니다.

서포트를 사용한 FDM 프린트에서 고품질 마감을 얻으려면 추가로 후처리를 거쳐야 합니다 (출처: 3D Hubs).

SLA 파트에서 서포트를 제거하려면 서포트 구조를 잘라내고 가볍게 샌딩하여 서포트 흔적을 지웁니다. Formlabs의 저강도 광조형 방식(LFS)™ 기술을 이용하면 라이트 터치(접촉면이 적은) 서포트를 사용할 수 있어 불과 몇 초만에 전체 파트를 서포트에서 떼어낼 수 있고 최소한의 흔적만 남겨 후처리에 소요되는 시간을 절약할 수 있습니다.

후경화가 더 필요하면 FDM과 SLA 파트 모두 특수하게 기계 가공, 프라이밍, 도색을 거치거나 마감 처리할 수 있습니다. 그러나 FDM 파트는 프라이밍 또는 도색 전에 추가 샌딩이 필요하고 기계 가공 또는 보링(드릴로 뚫은 구멍을 넓히는 과정)을 진행하려면 프린팅 시 채우기 수준을 더 높게 해야 합니다.

FDM 또는 SLA 3D 프린터 비용은 얼마이며 실제로 비즈니스에서 얼마만큼의 시간과 비용을 절약할 수 있을까요? 파트당 비용을 계산하려면 기기 소유 비용, 자재 비용 및 인건비를 고려해야 합니다. 각 비용 요소에 영향을 미치는 요인과 대체 생산 방법을 평가하고 숨겨진 비용을 파악하며 생기는 의문을 이해하는 데 도움이 됩니다.

FDM 3D 프린터의 주요 셀링 포인트 중 하나는 저렴한 장비 가격에 있습니다. 보급형 FDM 프린터를 겨우 몇 백 달러에 구매할 수 있어 취미용 사용자와 소규모 기업에 FDM 기술을 사용해보고 3D 프린팅을 공구 목록에 추가할 가치가 있는지 확인해볼 수 있습니다. 어디에서 시작해야 할지 확실하지 않은 사용자에게 보급형 FDM 프린터의 저렴한 가격은 구매를 정당화하기에 충분히 설득력 있습니다. 그러나 저가의 FDM 프린터는 신뢰하기 어렵고 장기간 전문가가 계속 작동해야 하는 일이 종종 발생합니다.

전문가용 데스크탑 FDM 프린터는 사용하기 쉽고 비즈니스에 더 적합하고 가격대는 $2,000~$8,000입니다. 일반적으로 더 신뢰할 수 있으며 프린트 품질이 훌륭하고 빌드 볼륨이 더 넓습니다. 이런 장비는 작동하는 파트를 생산하는 데 적합하지만 SLA 장비는 응용 분야가 더 광범위하고 프린트 품질이 월등하여 가격 경쟁이 치열합니다.

SLA 3D 프린터의 가격은 $3,750 내외에서 시작하고 Formlabs에서는 접근 가능한 가격대인 $11,000에서 시작하는 대형 SLA 3D 프린터 솔루션만 제공해드립니다.

소재 면에서 FDM 필라멘트는 다른 3D 프린팅 기술에 사용되는 소재보다 가격이 저렴합니다. ABS, PLA와 이들의 다양한 혼합물 같은 흔한 FDM 소재의 가격은 일반적으로 $50/kg 내외에서 시작하고 엔지니어링 응용 분야에 특화된 FDM 필라멘트는 $100~150/kg에 이를 수 있습니다. 이중 압출 FDM 3D 프린터용 용해 가능 서포트 재료는 $100~200/kg에 판매합니다. 이와 비교하여 SLA 3D 프린터용 표준 레진과 엔지니어링 레진은 비용이 $149~$200/L입니다.   

인건비는 제일 마지막 부분을 차지하고 있어 계산식에서 종종 잊어버립니다. 프린트하는 데 서포트가 필요 없는 단순한 디자인의 경우 FDM 방식으로는 후경화가 거의 필요없습니다. 그렇지만 서포트를 사용한 FDM 프린트물과 고품질 마감을 요하는 파트에는 오랫동안 수작업으로 후처리 해야 합니다.

SLA 파트에는 세척과 소재에 따라 후경화가 필요하지만 이 두 과정 모두 대체로 자동화된 액세서리로 진행하여 작업 시간을 최대한 절약할 수 있습니다. 서포트를 사용한 SLA 프린트물은 약간의 샌딩만으로 서포트 흔적을 지우고 고품질 마감을 얻을 수 있습니다.

일반적으로 FDM 3D 프린터는 제한된 수의 비교적 간단한 시제품만 프린팅하는 경우 적은 비용으로 파트를 제작할 수 있습니다.SLA 레진 3D 프린터는 더 높은 해상도와 우수한 품질을 얻을 수 있고, 약간의 프리미엄이 부가된 3D 프린팅 재료를 이용할 수 있습니다. 하지만 번거로운 후가공 작업을 수월하게 진행할 수 있기 때문에 복잡한 설계나 보다 큰 규모의 일괄 생산의 경우, 그 차이가 빠르게 줄어듭니다. 

Draft Resin은 빠르게 프린팅할 수 있는 SLA 소재로 FDM 3D 프린터보다 최대 5~10배까지 빠르게 파트를 생산할 수 있습니다. 레이어 두께가 200 μm인 Draft Resin은 프로토타이핑의 조건을 충족하기에 충분히 정확한 동시에 설계 반복을 빠르게 진행할 수 있습니다. SLA 프린터의 빌드 볼륨을 거의 다 차지하는 대형 모델(약 15 cm 정육면체)을 Draft Resin으로 프린팅하는 데 겨우 9시간 내외가 소요됩니다. 같은 파트를 200 μm 레이어로 FDM 프린터에서 프린팅하면 80~90시간이 걸릴 수 있습니다.SLA 방식은 신속 프로토타이핑 같은 응용 분야에 사용하면 꼭 맞습니다. 이렇게 하면 사용자가 빠르게 성공작을 평가하고 다른 프린트 또는 프로젝트로 옮겨갈 수 있습니다.

FDM과 SLA 프린팅 속도는 서로 다른 소재를 사용하고 프린팅 파트의 레이어 두께가 비슷할 때 견주어 볼 만 합니다. 그러나 FDM 프린터에서 100 μm 레이어로 프린팅한 파트는 레이어가 생성되는 방식이 달라 SLA 프린터에서 100 μm 레이어로 프린팅한 파트와 엄청나게 다르게 보인다는 점에 주의해야 합니다. FDM 파트로 비슷한 품질을 얻으려면 레이어 두께를 더 얇게 설정하여 프린팅해야 하고 이에 따라 두 배에서 네 배까지 시간이 소요됩니다. 아니면 심각하게 시간이 오래 걸리는 후처리 과정을 거쳐 표면 마감을 개선해야 합니다.

FDM 프린터가 전통적으로 지배했던 영역 중 하나는 빌드 볼륨이었습니다. 기술적 차이로 인해 더 큰 FDM 기계를 개발하는 작업이 덜 복잡할 수 있습니다. 더 큰 파트를 3D 프린팅해야 하는 응용 분야에서 사용할 수 있는 거대한 FDM 솔루션이 시중에 수 없이 많습니다.

데스크탑 SLA 프린터 이면의 상향식 SLA 공정은 설치 공간과 비용을 절감할 수 있지만 박리력이 커져서 소재와 빌드 볼륨에 제한이 생기고 크기가 큰 파트에는 견고한 서포트 구조를 사용해야 프린팅에 성공합니다.

저강도 광조형(LFS) 프린팅 공정을 도입하여 Form 3+와 Form 3L에 동력을 더한 Formlabs는 레진 기반의 3D 프린팅 접근 방식을 완전히 재설계하여 프린팅 과정에서 파트에 가해지는 힘을 급격하게 줄였습니다. 균일한 선형 조명과 유연한 탱트의 저강도 힘은 저강도 광조형 기술이 이전과 같은 강력한 프린트 엔진을 중심으로 구축된 프린트 영역을 경계 없이 더 크게 확장할 수 있음을 의미합니다.

최초의 경제적인 대형 포맷 레진 프린터인 Form 3L을 이용하면 엇갈리게 배치되어 최적화된 2개의 광처리장치가 프린트 경로를 따라 동시에 작동하여 대형 파트를 빠르게 얻을 수 있습니다. 현재 SLA 프린터보다 빌드 볼륨이 다섯 배 큰 Form 3L은 경쟁력 있는 가격대를 유지하면서 소형 데스크톱 장치의 워크플로를 가로막는 크기 제한은 없애버리는 장치입니다.

각각의 3D 프린팅 기술은 고유한 강점, 약점 및 요건을 가지며 다양한 응용 분야와 사업 분야에 적합합니다. 다음은 레진 vs. 필라멘트 3D 프린터를 비교할 때 필요한 핵심 특성과 고려 사항을 요약해둔 표입니다.

두 가지 기술을 비교해보면 FDM 방식과 SLA 방식 프린터 모두 비슷하고 종종 상호 보완적인 기능이 있음을 알 수 있습니다. 그러나 이 두 유형의 3D 프린터가 늘 경쟁만 하는 것은 아닙니다. FDM 방식과 SLA 방식 3D 프린터를 나란히 갖춰 두고 사용하는 기업이 많습니다. 두 세계의 장점인 저비용 신속 프로토타이핑과 고품질의 작동하는 파트를 한 데 모아 더 폭 넓은 응용 분야에 사용할 수 있음을 의미합니다.

다음은 몇 가지 실용적인 예입니다.

• 제품 개발에서 FDM 파트 또는 Draft Resin을 SLA 방식으로 프린팅한 파트는 모두 기본 컨셉 증명 모델과 신속 반복 작업에 이용하기에 좋습니다. SLA 3D 프린팅은 다양한 특성의 소재를 사용한 고품질 모델을 프린팅할 수 있으므로 프로젝트 개발이 진행됨에 따라 요구되는 섬세한 컨셉 모델이나 기능성 프로토타입을 제작하는 데 이상적입니다.

• FDM과 SLA 3D 프린팅은 모두 공통적으로 제조 과정에서 지그, 고정구, 기타 공구를 제작하는 데 사용할 수 있습니다. FDM 방식이 크고 단순한 파트에 더 적합하다면 SLA 방식은 복잡한 지그, 고도로 정확한 공구와 금형에 더 적합한 솔루션입니다.

• FDM과 SLA 장비를 모두 성공적으로 활용해온 분야는 교육 산업입니다. 시제품을 빠르게 제작하고 싶거나 기술에 대한 실습 경험이 필요한 학생들에게 비용이 적게 드는 FDM 프린팅은 이상적인 선택이므로 FDM 프린팅으로 시작하는 교육 기관이 많습니다. SLA 방식은 고품질과 광범위한 응용 분야 덕분에 다수의 기술 학교, 대학교, 연구 기관, 치의학 교육 기관과 보석 세공 교육 기관에서 선호합니다.

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