3D 프린팅 기술 비교: FDM vs. SLA vs. SLS

적층 제조, 즉 3D 프린팅은 제품 개발 과정에서 비용과 시간을 절약하고 기존 제조 프로세스의 한계를 뛰어넘을 수 있는 기술입니다. 신속 프로토타입 제작으로 얻을 수 있는 개념 모델과 기능성 프로토타입에서부터 제조 과정에 필요한 지그와 고정구 또는 최종 사용 파트에 이르기까지, 3D 프린팅 기술은 다양한 응용 분야에서 다양한 솔루션을 제공하고 있습니다.

고해상도 3D 프린터는 지난 몇 년간에 걸쳐 실용적인 가격, 개선된 사용성, 향상된 신뢰성을 갖추게 되었습니다. 그 결과 이제 더 많은 기업에서 3D 프린팅 기술을 이용할 수 있게 되었지만 서로 경쟁하고 있는 다양한 3D 프린팅 솔루션 중에서 자사의 응용분야에 적합한 기술을 선택하기가 어려울 수 있습니다.

특정 응용 분야에는 어떠한 기술이 적합할까요? 어떤 재료를 이용 가능 합니까? 3D 프린팅을 도입하려면 어떤 장비와 교육이 필요합니까? 비용과 ROI는 어떻게 됩니까?

본 기사를 통해 오늘날 가장 완벽하게 구축된 3가지의 플라스틱 3D 프린팅 공정인 FDM(용융 적층 모델링 방식), SLA(광경화성 수지 조형방식), SLS(선택적 레이저 소결 방식) 기술을 자세히 살펴보겠습니다.

FDM과 SLA 3D 프린터 사이에서 선택의 기로에 서 계신가요? 심층적으로 준비한 FDM vs SLA 비교를 확인하십시오.

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용융 적층 모델링(FDM) 방식은 융합 필라멘트 제조(FFF) 방식으로도 알려져 있으며 일반 소비자 시장에서는 가장 보편적으로 사용되는 3D 프린팅 방식입니다. 취미용 3D 프린터의 출현에 힘입어 인기를 얻었습니다. FDM 3D 프린터는 열가소성 필라멘트를 용융 및 압출하여 파트를 제작합니다.

FDM은 표준 열가소성 플라스틱, 즉 ABS와 PLA, 그리고 이들을 다양하게 배합하여 프린팅 재료로 사용합니다. 해당 기술은 기본 개념 증명 모델 뿐만 아니라 원래는 기계 가공으로 제작 해야 하는 간단한 파트를 신속하고 저렴하게 프로토타이핑하는 데 꼭 맞는 방식입니다.

FDM 파트는 레이어 라인이 육안으로 봐도 선명할 때가 많으며 복잡한 피처 주변은 부정확하게 프린팅되는 단점이 있습니다. 해당 사례는 용해성 서포트 구조를 사용한 Stratasys uPrint 산업용 FDM 3D 프린터로 프린팅되었습니다(해당 기기의 가격은 $15,900부터 시작).

FDM은 SLA 또는 SLS 와 비교할 때 해상도와 정확도가 떨어지며 복잡한 디자인이나 형상이 있는 파트를 프린팅하는 데는 최적의 옵션이 아닙니다. 화학적 및 기계적 연마 공정을 통해 고품질 마감 효과를 얻을 수 있습니다. 산업용 FDM 3D 프린터의 제작사들은 이러한 문제를 완화하기 위해 수용성 서포트를 사용하고 좀 더 다양한 엔지니어링 열가소성 플라스틱 소재를 제공하지만 정작 프린터의 가격이 만만치 않습니다.

FDM 프린터는 특히 복잡한 설계 또는 복잡한 기능을 가진 파트(왼쪽)를 프린팅할 때 SLA 프린터(오른쪽)를 사용할 때보다 결과가 좋지 않을 수 있습니다.

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

광경화성 수지 조형 방식의 프린팅 공정을 확인해 보세요.

SLA 방식은 모든 3D 프린팅 기술 중에서 가장 높은 해상도와 정확도를 구현할 수 있고, 디테일이 가장 정교하게 표현되며, 표면 마감이 가장 매끄럽지만, SLA의 가장 큰 이점은 다목적성에 있습니다. 소재 제조업체들이 광범위한 광학적, 기계적 및 열적 특성을 갖추고 혁신적이기까지 한 SLA 포토폴리머 레진 배합을 만들었습니다. 모두 표준, 엔지니어링, 산업용 열가소성 플라스틱과 물성이 일치합니다. 레진 3D 프린팅을 이용하면 광범위한 생체적합성 소재도 더불어 사용할 수 있습니다.

SLA 파트는 모서리 처리가 날카롭고 표면 마감이 매끄러우며 육안으로 보이는 레이어 선이 다른 방식으로 프린팅한 파트와 비교하면 가장 적습니다. 예시로 보여드리는 파트는 Formlabs Form 3+ 데스크톱 SLA 3D 프린터(장비 가격: $2,499에서 시작)로 프린팅했습니다.

SLA 3D 프린팅은 고도로 미세한 피처를 표현한 프로토타입을 제작하기에 안성맞춤인 옵션입니다. 엄격한 공차와 매끄러운 표현 마감 뿐만 아니라 금형, 패턴, 최종 사용 파트와 같이 실제품과 동일하게 작동하는 파트도 얻을 수 있습니다. SLA는 엔지니어링, 제품 설계, 제조, 치과, 보석, 모델 제작 및 교육에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

선택적 레이저 소결 방식은 산업 응용 분야에서 가장 일반적으로 사용하는 적층 제조 기술입니다. 다양한 산업 분야의 엔지니어와 제조업체가 신뢰하는 데는 그만한 이유가 있는데 바로 강력하고 기능적인 파트를 생산할 수 있는 실용성입니다.

선택적 레이저 소결 방식의 프린팅 공정을 확인해 보세요.

SLS 3D 프린터는 작은 입자 형식의 폴리머 분말을 용융하고 융합하는 데 고출력 레이저를 사용합니다. 프린팅을 진행하는 동안 용융되지 않은 분말이 파트를 지지하므로 전용 서포트 구조가 필요하지 않습니다. 따라서, SLS 기술은 내부에 특징적 구조가 있는 형태, 언더컷 형태, 박벽, 안쪽으로 함몰된 형태를 비롯하여 복잡한 형태를 프린트하는 데 이상적으로 사용할 수 있습니다. SLS 프린팅으로 생산된 파트는 기계적 특성이 우수하고 강도는 사출 성형 파트와 유사합니다.

SLS 파트는 마감 상태가 거칠지만 레이어 라인은 육안으로 거의 확인할 수 없습니다. 예시로 보여드리는 파트는 Formlabs Fuse Series 벤치톱 SLS 3D 프린터(장비 가격: $24,999에서 시작)로 프린팅했습니다.

선택적 레이저 소결 방식에서 사용할 수 있는 가장 기본적인 재료는 엔지니어링 열가소성 플라스틱인 나일론으로 우수한 기계적 특성까지 겸비하여 인기를 끌고 있습니다. 나일론은 강하면서도 가볍고 유연할 뿐만 아니라 충격, 화학물질, 열, 자외선, 물, 먼지에 영향에 안정적이기까지 합니다. 기타 인기 있는 SLS 3D 프린팅 소재로는 폴리프로필렌(PP)과 유연성이 있는 TPU가 있습니다.

저렴한 파트당 비용, 높은 생산성 및 기존 재료를 사용할 수 있는 실용성을 모두 겸비한 SLS는 기능성 프로토타입 제작용으로 엔지니어들에게 널리 사랑을 받고 있으며 단기 생산 실행 또는 브릿지 제조에서 사출성형을 대체할 수 있는 경제적인 대안이 되었습니다.

각각의 3D 프린팅 기술에 고유한 강점, 약점, 필수적으로 갖춰야 할 것들이 있으며 서로 다른 응용 분야 및 사업 분야에 적합합니다. 다음 표에 몇 가지 주요 물성 및 고려 사항이 정리되어 있습니다.

궁극적으로 사업 분야에 최적화된 기술을 선택해야 합니다. 최근 몇 년간 가격이 큰 폭으로 하락했고 오늘날에는 세 가지 기술 모두를 컴팩트하고 저렴한 시스템에서 사용이 가능합니다.

3D 프린팅 비용 계산은 초기 장비 비용에 머무르지 않습니다. 3D 프린팅 재료 및 인건비는 응용 분야와 생산 요건에 따라 파트당 비용에 큰 영향을 줍니다.

기술별 세부 내용은 다음과 같습니다.

FDM, SLA, SLS 기술로 프린팅한 스키 고글 프레임의 프로토타입(왼쪽에서 오른쪽으로).

본 글이 귀사의 응용 분야에 가장 적합한 3D 프린팅 기술을 찾는 데 도움이 되었기를 바랍니다.

추가 자료에서 복잡한 3D 프린팅을 마스터해 보세요. 각 기술을 심도 있게 다루고 있어 특정 3D 프린팅 시스템을 더 자세히 알아볼 수 있습니다.