레진 3D 프린터 안내서: SLA vs. DLP vs. MSLA vs. LCD

Form 4B 3D 프린터

액조 광중합(vat photopolymerization)이라고도 하는 레진 3D 프린팅은 지난 십년간 일궈온 과학적인 진보에 힘입어 고도로 정교한 3D 프린팅 파트 제작에 가장 적합한 공법으로 자리매김하게 되었니다. 레진 3D 프린팅은 우수한 정확도, 빠른 프린팅 속도, 광범위한 소재, 등방성도 갖추고 있어 신속 프로토타이핑, 신속 툴링, 제조 보조 도구, 심지어 최종 사용 파트 제작에도 사용할 수 있습니다.

다양한 레진 3D 프린팅 유형이 빠르게 확산된 것은 레진 3D 프린터 제조사들이 하드웨어, 소프트웨어, 소재 공학을 혁신하기 시작할 무렵입니다.

업계는 수년간 레진 3D 프린터를 크게 광경화성 수지 조형 방식(SLA)과 디지털 광원 처리 방식(DLP), 두 가지로 나눴습니다. 최근 들어서는, 여기에 액정 디스플레이(LCD)와 마스크형 광경화성 수지 조형(MSLA) 3D 프린팅 등의 하위 개념이 도입되어 기술이 더욱 세분화 되었습니다.

한때 이런 레진 3D 프린팅 기술은 모두 복잡하고 접근하기 어려울 만큼 비용이 많이 들었지만 오늘날에는 컴팩트한 데스크톱과 벤치톱 레진 3D 프린터로도 산업 현장의 품질을 재현할 수 있어, 이들 프린터를 이용하면 비용도 실용적인데다 물성치도 탁월하고 심미성도 우수한 파트를 생산할 수 있습니다. 

본 가이드에서는 레진 3D 프린팅 기술의 자세한 공정과 장점을 유형별로 다루고 유형별 프린터가 최고의 성능을 발휘할 수 있는 응용 분야와 그 비용을 논의해 보겠습니다.

Stereolithography - Form 4
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광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린팅 가이드

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SLA 3D 프린팅은 무엇인가요?

지금껏 SLA 프린터는 액상 레진이 채워진 거대한 통을 중심으로 구축되어 레진 탱크 위에 장착된 레이저가 최상층 레이어를 선택적으로 경화시키는 방식이었습니다. 이런 시스템은 차지하는 공간도 넓고, 가격도 진입 장벽으로 작용할 만큼 고가이며, 복잡한 인프라스트럭쳐도 필요해서 포춘 500대 기업에서나 사용할 수 있을 정도로 제약이 컸습니다.

Formlabs은 2011년 Form 1을 출시하며 상향식 광경화성 수지 조형 3D 프린팅을 소개했습니다. 상향식 SLA 프로세스에서는 광원(Form 1에서는 레이저)이 바닥이 투명한 레진 탱크를 통과하여 파트의 단면을 경화시킵니다. 따라서 레진을 얇은 레이어 형태로만 공급하면 언제든 경화시킬 수 있습니다. 이런 기술적 특성 덕분에 업무용 책상에 올려 놓아도 무방할 만큼 훨씬 작은 프린터로도 레진 파트를 제작할 수 있는 것입니다.

LFS 저강도 광조형 그래픽

진보형 SLA 3D 프린팅인 Formlabs의 Low Force Stereolithography™(LFS) 프린트 엔진의 그래픽 표현.

2015년 Form 2가 공개된 후 이어서 다양한 소재도 출시되었을 때, SLA 3D 프린팅은 안정성이 훨씬 향상되어 다양한 환경의 전문가들에게 유용한 도구가 되었습니다.

2019년, Formlabs은 Form 3Form 3L SLA 3D 프린터에 저강도 광조형(LFS) 기술을 도입했습니다. 해당 기술은 바닥이 플렉서블한 레진 탱크를 이용해 경화된 파트를 레진 탱크 바닥에서 박리하는 방식으로, 프린트 과정에서 파트에 가해지는 힘을 극적으로 줄여줄 수 있습니다.

이 기술은 광경화 조형이 더 진보한 형태이며 덕분에 표면 품질과 프린팅 정확도가 눈부시게 개선되었습니다. 프린트물에 가해지는 힘이 줄어들면서 서포트 구조와 파트가 가볍게 접촉(라이트 터치)하게 되어 쉽게 분리할 수 있고 공정이 간단해지면서 생산에 바로 투입할 수 있는 첨단 소재의 폭이 넓어졌습니다.

DLP 3D 프린팅은 무엇인가요?

디지털 광원 처리(DLP) 3D 프린팅은 레진 3D 프린팅의 한 종류로 레이저 대신 광원 프로젝트로 레진을 한 번에 한 층씩 경화하는 방식입니다.

DLP 프린터는 반도체 칩 위에 매트릭스 형식으로 배치된 일련의 마이크로미러 장치(DMD)를 통해 광원을 조사합니다. 마이크로미러 장치는 각각 파트의 단일 복셀(또는 3D 픽셀)에 해당합니다. 파트의 해상도는 마이크로미러 장치의 수와 빌드 면적의 크기로 결정됩니다.

디지털 광원 처리 방식(DLP) 그래픽

디지털 광원 처리 방식(DLP) 3D 프린팅의 그래픽 표현

파트의 단면에 빛이 닿지 않는 부분이 없이 고르게, 즉각적으로 조사되므로 각 레이어가 빠르게 경화됩니다. 따라서, DLP 3D 프린터의 속도는 대체로 기존 프린터보다 빠릅니다.

거대한 하향식 기존 프린터와는 달리 상향식 SLA 3D 프린팅 기술을 데스크톱 장비로 이용할 수 있는 이유와 마찬가지로, 상향식 DLP 프린터는 더 컴팩트해진 데스크톱 형 장비로 개발된 덕분에 더 경제적으로 이용할 수 있게 되었습니다.

MSLA 3D 프린팅(또는 LCD 3D 프린팅)은 무엇인가요?

마스크형 광경화성 수지 조형 방식(MSLA) 3D 프린팅 기술은 광원을 선택적으로 조사하거나 마스킹하는 광중합 공정이라면 어떤 것을 의미한다고 해도 무방합니다. MSLA 3D 프린팅은 LCD 3D 프린팅과도 서로 바꿔가며 사용되는 용어인데, 이는 파트의 단면에서 원하는 부분만 경화할 수 있도록 빛을 마스킹할 때 대체로 LCD 스크린을 사용하는 데서 기인합니다. 그렇지만, MSLA라는 용어는 다른 기술을 지칭하는 데 사용하기도 하는데 이는 광원의 유형이나 마스킹 기술과 무관하게 마스크형 레진 3D 프린팅을 의미합니다.

LFD 저강도 디스플레이 그래픽

진보형 MSLA 3D 프린팅인 Formlabs의 저강도 디스플레이(Low Force Display™, LFD) 프린트 엔진의 그래픽 표현.

레진 3D 프린팅에서 LCD 스크린을 사용하게 된 것은 레이저의 힘으로 작동하는 SLA와 DLP 3D 프린팅 기술이 개발된 이후로, 유형이 다른 전자기기에도 디스플레이 기술이 널리 보급되면서 급속하게 발전한 덕분입니다. 가장 최근에는 405 nm 파장의 빛도 투과할 수 있을 만큼 투과율이 우수하고 크기도 픽셀 만큼 작게 LCD를 설계할 수 있게 되었습니다. 여기서 405 nm 파장은 일반적으로 액상 레진을 경화하는 데 사용되는 빛의 파장입니다.

여러 개의 LED에서 빛을 동시에 조사하므로, MSLA 3D 프린터에서는 레진으로 이뤄진 각 레이어가 거의 동시에 경화되어 DLP 3D 프린터보다 프린팅 속도가 빠릅니다.

LCD 스크린이 더 조밀하고 픽셀 크기가 더 작을 수록, 파트를 프린팅하는 해상도는 더 커집니다. 그렇지만 더 작은 픽셀을 사용하면 희생되는 부분이 있습니다. 픽셀 밀도가 높을 수록(픽셀이 작을 수록) 빛의 투과도는 낮아져 액상 레진에 전달되는 조도가 낮아지고 프린트 속도도 느져집니다.

Formlabs의 Low Force Display™ (LFD) 프린트 엔진은 Form 4용으로 개발된 첨단 MSLA 3D 프린팅 기술입니다. LFD에는 백라이트 장치, 광처리 장치, 분리 텍스처, 내장 카메라가 장착되었으며 플랙서블 필름 탱크, 레진 카트리지, 자동 레진 취급, 인텔리전스 제어 시스템은 크게 향상되어 속도, 안정성, 파트 품질 면에서 전문가들이 만족할 만한 성능을 단일 장치에서 제공할 수 있게 되었습니다.

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SLA, DLP, MSLA/LCD 3D 프린팅 프로세스 비교

레이저로 구동되는 SLA, DLP, MSLA/LCD 3D 프린터는 모두 액상 레진을 경화하는 데 광원을 사용하므로 광경화성 수지 조경 과정을 거칩니다. 이들 레진 3D 프린팅 기술의 차이점 중 일부는 광원과 광 처리 솔루션, 이들을 둘러싸고 개발된 기술의 정확도, 해상도, 품질, 내구성의 차이에서 기인합니다. 워크플로나 응용분야에서 생기는 차이점은 제조사별로 소프트웨어, 액세서리, 각 시스템별 가용 소재에 따라 발생합니다.

해상도

3D 프린팅에서 해상도는 장비와 제조사 사이에서 특성화 및 표준화가 어려운 지표입니다. 궁극적으로 프린트물의 품질과 정확도를 가르는 요인은 아주 많고, 이들을 열거해 보자면 크기, 형태, 레진 광경화 시의 힘 분배, 레진의 분산도, 블리드(색이나 냄새가 스며드는 것), 광중합 특성 같은 것들이 있습니다. 예를 들어 어떤 레진은 다른 레진보다 빛을 분산시키는 정도가 커서 경화에 동일한 조도의 빛을 사용할 때 경화되는 레진의 양이 적고 프린트물의 디테일은 떨어집니다.

해상도는 한때는 종이와 잉크를 사용하는 프린터를 연구한 자료에서 ‘인치당 도트 수’ 또는 DPI로 표현했던 것으로, X와 Y 축 방향을 덮는 잉크로 이해하면 쉽습니다. 3D 프린팅을 채택하는 분야가 늘어나면서, Z 축 관련 지표가 추가되었고 3D 해상도의 표준은 정의하는 데도 측정하는 데도 더 복잡해졌습니다.

해상도가 가장 높은 3D 프린팅 기술과 제조사를 결정하려면 XY 평면과 최소 Z축 레이어 높이를 모두 구체적으로 추적할 수 있는 성능을 고려해야 합니다. 그렇지만 의도한 패턴을 구체적으로 추적하는 성능은 몇 가지 요소에 따라 달라집니다.

3D 프린팅 파트: 게임 컨트롤러, 전자 기기 인클로저, 우레탄 금형

레진 3D 프린터는 해상도가 아주 뛰어나고, 용융 적층 모델링 방식(FDM) 3D 프린터같은 기타 3D 프린팅 공정 보다 탁월합니다. 신속 프로토타입 제작이나 실리콘 성형 같은 응용 분야에서는 우수한 해상도가 최종 제품이나 디자인 검토에서의 성공을 의미합니다.

레이저 구동 SLA 3D 프린터의 해상도는 레이저 스팟 크기, 레이저 스팟의 힘 분배, 검류계가 XY 평면 위에 빛을 배치할 때의 정밀도, Z축 최소 레이어 높이의 네 가지 인자에 따라 결정됩니다.

언뜻 보기에 레이저 스팟 크기는 구현 가능한 최소 피처 크기를 나타내는 것처럼 보이지만 그렇지 않습니다. 파트 전체가 단일 원형 도트나 구형이라면 최소 피처 크기가 레이저 스팟 크기로 결정된다는 사실이 옳더라도 스팟 크기보다 작은 피처는 경화시켜 구현할 수 없습니다. 그렇지만 도트 형태나 아주 작은 구형 파트는 현실에 존재하지 않습니다. 현실의 파트에서는 레이저가 스팟 크기보다 작은 형태와 피처를 추적할 수 있는데, 이것은 레이저가 XY 평면 위를 스팟 크기보다 작은 증분으로 움직여 아주 작은 피처의 '바깥쪽' 부분을 추적할 수 있기 때문입니다.

한 예로, Form 3+의 레이저 스팟 크기는 85 미크론이지만, XY 해상도는 25 미크론입니다. 여기서 XY 해상도는 프린터가 XY(수평 방향) 평면 위를 움직일 때의 정밀도입니다.

DLP 3D 프린터의 해상도는 레이저 구동 SLA 프린터와 유사하게 픽셀 크기(X 방향과 Y 방향 측정치), 조도와 빛의 균일성, 안티 애일리어싱 사용 유무, Z 축 최소 레이어 높이가 좌우합니다.

픽셀 크기가 작을 수록, 해상도는 커지며, 이는 TV나 휴대용 전자 기기에 사용되는 익숙한 기술들과 유사합니다. DLP 3D 프린팅에서 XY 해상도는 프로젝터가 단일 레이어 안에서 재현할 수 있는 가장 작은 형상인 픽셀 크기로 정의합니다. 이는 프로젝터의 해상도와 광학 윈도우까지의 거리에 따라 다르며 해상도의 가장 일반적인 값은 완전 HD(1080p)입니다. 결과적으로 데스크톱 DLP 3D 프린터의 XY 해상도는 고정되어 있으며 대개 35~100 μm 사이의 값입니다.

빌드 볼륨이 커지면 DLP 3D 프린터의 해상도는 줄어드는 데 이는 픽셀 수가 크게 늘어나면 처리 가능한 프로젝터가 존재하지 않기 때문입니다. 따라서 광원으로부터의 거리를 늘어난 픽셀 수 만큼 늘려야 하고 이에 따라 해상도와 프린트물 품질은 떨어집니다. 

MSLA 3D 프린터의 해상도는 LCD의 픽셀 크기, 광원의 시준 정도와 균일성, 안티 애일리어싱 사용 유무, Z 축 최소 레이어 높이에 따라 결정됩니다. 

DLP 3D 프린터와 유사하게 픽셀 크기가 작을 수록 해상도는 커집니다. 그렇지만 다른 프린터보다 작은 픽셀은 하나의 인자일 뿐입니다. MSLA 프린터에서 빛은 고도로 시준(광선이 수평을 이루게 한다는 의미)되어 LCD 스크린 상의 픽셀을 통과할 때 퍼지지 않아야 합니다. 또한, 빛이 아주 균일해야 LCD 스크린 내 픽셀을 각각 통과한 빛이 동일한 조도로 레진을 경화시킬 수 있습니다.

다행히도 Z축 최소 레이어 높이는 레진 3D 프린터는 표준 레이어 높이가 대부분 25미크론에서 200미크론 사이로 계산이 덜 복잡합니다. 상향식 레진 3D 프린터에서 레이어 높이는 빌드 플랫폼과 레진 탱크 바닥 사이에서 압착되는 레진의 수직 높이로 결정되며 이 수치가 각 레이어에서 경화된 레진의 실질적인 높이입니다. 

간단히 말해, 레진 3D 프린팅에서 해상도가 정말 중요할까요? 답은 '예'입니다. 그렇지만 해상도 자체가 허영 지표일 뿐인 사례를 종종 찾아볼 수 있습니다. 해상도가 어느 정도 지표가 될 수는 있지만 정확도, 정밀도, 프린트 품질과는 직접적인 상관관계가 없기 때문입니다. 해상도가 비교적 높으면(XY 평면상 픽셀이나 레이저 스팟 크기가 작거나 Z축 차원에서 레이어가 작음) 일반적으로 속도나 심지어 안정성의 저하(레이어가 늘어날수록 오류가 발생할 가능성이 함께 늘어나므로)가 수반됩니다.

치수상의 정확도와 정밀도

3D 프린팅은 적층 공정이므로 레이어가 한 층씩 쌓여갈 때마다 치수상의 부정확성이 발생할 가능성이 생겨납니다. 각 레이어가 형성되면, 파트의 단면에서 의도한 형태로부터 극소의 편차가 전체 정확도에 영향을 미쳐 정확도의 저하를 가져옵니다. 정확도를 좌우하는 것은 3D 프린팅 공정, 하드웨어 디자인, 레진의 물성, 프린트 설정, 후처리 워크플로로 구성된 다양한 인자입니다. 일반적으로 레진 3D 프린터는 대체로 정확하고 정밀한 3D 프린팅 장비입니다. 정확도와 정밀도의 차이는 기술 방식보다는 모델 데이터 및 제조사에 따라 더 긴밀하게 달라집니다.

레진 3D 프린팅에서는 정확도에 영향을 끼치는 첫 번째 주요 인자는 프린터의 광학적 성능이며 구체적으로는 레진을 경화시키는 광선의 스팟 크기, 모양, 균일성입니다. Form 3+와 Form 3B+ 같은 전문가용 레이저 구동 3D 프린터는 고품질 검류계와 광범위한 보정으로 레이저 광선을 레진에서 의도한 부분까지 정밀하게 조사할 수 있으며 해당 레이저 경로를 따르며 편차가 생기지 않습니다.

DLP 3D 프린터의 정확도은 라이트 프로젝터의 해상도와 강도, 그리고 마이크로미러 장치의 품질과 보정에서 영향을 받습니다. DLP 프린터는 빌드 영역 가장자리에서 일어나는 픽셀 왜곡으로 인해 정확도가 제한되는 경우가 많은데, 픽셀 왜곡은 마이크로미러 장치가 광원에서 더 멀리까지(가장자리) 빛을 조사해야 하기 때문에 발생합니다.

3d 프린팅으로 제작된 레진 광경화성 수지 조형 파트의 정확도 테스트

치수 정확도와 정밀도는 전자 회로 보드 어셈블리처럼 조립을 해야 하거나 이런 핀 홀 같은 삽입용 피처가 필요한 3D 프린팅 파트를 제작할 때 중요한 요소입니다.

LCD와 MSLA 3D 프린터의 정확도는 광원의 균일성과 시준, LCD 화면의 픽셀 크기와 품질에 따라 달라집니다. LCD 프린터는 대부분 광원을 덮는 렌즈가 있지만 대체로 기본에 가까워 빛이 고르지 않고 검은점과 왜곡이 생길 수 있고 프린팅해서 얻은 파트가 정확하지 않을 수 있습니다. LCD 화면의 품질 또한 중요합니다. 품질이 우수하다는 것은 LCD 화면이 어느 부분의 빛을 차단하고 어느 부분은 투과해야할 지를 알려주는 소프트웨어 프로그램에 응답할 수 있다는 의미합니다.

Formlabs의 광처리 장치 4(Light Processing Unit 4, LPU 4)에는 픽셀 크기 50 μm의 맞춤형 LCD 화면과 사전 튜닝된 안티 애일리어싱 기능을 탑재하여 치수 정확도가 탁월합니다. 60개의 LED와 플라노 컨벡스(평면 볼록) 렌즈 어레이, 광학 배플을 사용한 Form 4의 백라이트 장치는 일정한 영역에 초고조도의 빛을 균일하게 투사하며 이 빛은 조도가 높아도 고도로 시준되어 균일하게 조사됩니다.

정확도에 영향을 끼치는 두 번째 주요인은 프린팅 과정에서 파트에 가해지는 힘입니다. 상향식 레진 프린터는 모두 두 가지 유형의 힘을 사용합니다. 박리력은 새 레이어를 형성하기 전에 빌드 플랫폼이 상승하고 경화된 레이어가 레진 탱크에서 분리되면서 각 레이어의 박리 과정에서 파트에 가해지는 힘입니다. 압착력은 빌드 플랫폼이 하강하여 프린트물을 액상 레진 풀에 밀어 넣을 때 각 레이어를 압착하면서 발생하는 힘입니다. 이 힘은 레이어의 이동과 변형을 이끄는 힘이지만 궁극적으로는 치수 정확도를 낮출 수 있습니다.

어떤 프린터는 기본으로 플렉서블 필름 레진 탱크가 장착되어 경화된 레이어에서 부드럽게 분리되고 박리력을 최소화합니다. 이런 탱크가 박리력을 줄여주지만 여기에는 핵심적인 문제가 두 가지 있습니다. 이런 탱크에 사용하는 필름은 내구성이 좋지 않아 쉽게 손상되고 자주 교체해야 합니다. 여기에는 흡착력이 생기기가 쉬운데 플렉서블한 필름이 LCD 화면에 흡착되면 박리력이 갑자기 커지게 됩니다.

전문가용 MSLA 프린터인 Form 4에는 이중 레이어 플렉서블 필름 탱크를 사용해 박리력은 최소화하고 극도로 견고하여 웬만한 손상에는 끄떡 없습니다. Form 4에는 독점 기술인 마이크로 텍스처 광학 필름도 사용합니다. 분리 텍스처라는 이 필름은 레진 탱크와 LCD 스크린 사이에 공기를 유입시켜 흡착이 생기는 것을 방지하고 정확도를 향상시킵니다.

Form 4 MSLA 3D 프린터의 분리 텍스처는 레진 탱크와 LCD 스크린 사이에 공기를 유입시켜 흡착이 생기는 것을 방지하고 정확도를 향상시킵니다.

정확도에 영향을 미치는 마지막 주요인은 프린터 내 액상 레진의 물성입니다. 액상 레진을 경화시키는 과정은 레진의 온도, 균질성, 산란, 점도 등 수많은 변수들이 좌우합니다. 이들 변수는 조금만 변경해도 레진을 지나치게 경화시키거나 덜 경화시키게 되어 경화된 레이어의 크기와 형태에 수백 마이크로 미터의 편차가 발생합니다. 레진 3D 프린터는 대부분 이런 변수를 제어하는 기능이 없어 예기치 못한 치수 상의 편차가 자주 발생합니다.

Form 4에는 이런 문제에 대응할 방법이 몇 가지 있습니다. 우선, Form 4는 정밀한 히터와 적외선 온도 감지 기술, 고속 레진 믹서로 액상 레진의 온도와 규일성을 제어합니다. 또한, Formlabs은 자체적으로 소재를 개발하고 제조하면서 각 소재의 반응성, 점도, 분산도를 면밀히 제어합니다. 더욱이 Form 4에는 첨단 슬라이싱 소프트웨어, 프린터 하드웨어 보정 기능, 검증된 프린트 설정이 탑재되어 속도가 빨라지더라도 각 소재의 물성이 저하되지 않도록 자동으로 제어할 수 있습니다.

다시 한 번 강조하자면 3D 프린터의 정확도와 정밀도는 비단 기술에만 좌우되는 것이 아니라 정확한 하드웨어 디자인, 액상 레진의 물성, 프린트 설정 및 보정, 후처리 워크플로 모두 긴밀히 관련되어 있습니다.

빌드 볼륨

상향식 SLA 3D 프린팅이 도입되기 전에는 레진 3D 프린터의 빌드 볼륨이 대체로 거대했으며 가격 또한 아주 고가였습니다. 상향식 레진 3D 프린팅은 기술의 진입 장벽을 낮췄지만 정작 더 중요한 점은 장비가 기존 레진 3D 프린터보다 훨씬 작아서, 빌드 볼륨이 큰 프린터로는 박리력이 커서 성공하기가 극도로 어려웠던 작업들도 처리할 수 있게 된 것입니다.

지금은 (대형 액층 대신 레진을 필요한 만큼만 사용해도 되는) 상향식 SLA 기술과 새로운 박리 기술이 합쳐져 기존 대형 포맷 레진 3D 프린팅 시스템에 $100,000이 넘는 비용을 쏟아붓지 않도고 대형 빌드 작업도 거뜬히 해낼 수 있습니다. 소비재, 제품 디자인, 헬스케어 같은 업계에서는 휴먼 스케일 파트 같은 거대한 파트를 프린팅할 수 있는 대형 포맷 레진 프린터가 이상적인 솔루션일 수 있습니다.

어떤 크기의 레진 프린터가 자사에 적합한지 평가하고자 하는 분들은 가장 먼저 응용 분야를 고려해야 합니다. 레이저로 구동되는 레진 프린터에는 데스크톱, 벤치톱, 산업용 규모의 세 가지 범주가 있습니다.

form 3l wash l cure l form 3

Form 3L 같은 벤치톱 레진 3D 프린터에서는 휴먼 스케일 파트를 프린팅하면서 정확한 치수와 광범위한 소재 물성에 레진 3D 프린팅의 표면 마감도 얻을 수 있습니다.

산업용 규모의 시스템은 수십 년 전, 하향식 광경화성 수지 조형 프린팅의 고가의 구매 비용과 유지 관리 뿐만 아니라 거대한 설치 공간과 인프라스트럭쳐 요구사항을 감당할 수 있었던 대기업에서나 일반적으로 사용되던 것입니다.

데스크톱 규모의 레진 3D 프린터는 상향식 SLA 3D 프린팅의 발명으로 탄생한 결실로, 제조 업체들 사이에서 상향식 SLA 3D 프린팅 기술의 저변이 확대됨에 따라 각 방향으로 길이가 10~20cm인 장방형 빌드 공간을 갖추고 비교적 규모가 더 작은 프린터가 보편화되었습니다. 예를 들어, Formlabs의 Form 3+는 빌드 볼륨이 14.5 × 14.5 × 19.3 cm이고, Form 4 에서는 빌드 볼륨이 30% 더 확장되어 20.0 × 12.5 × 21.0 cm입니다.

이와 유사하게 벤치톱 레진 3D 프린팅 기술도 상향식 SLA 기술과 개선된 박리 테크닉의 조합으로 실현되었습니다. Form 3L 같은 벤치톱 3D 프린터는 빌드 볼륨이 33.5 x 20 x 32 cm이며, 휴먼 스케일 소비재의 프로토타입 제작과 최종 사용 제품 제작에 사용되는 3D 프린팅 신속 툴링 부분에서 우수한 성능을 발휘하고 있습니다.

DLP 3D 프린터의 경우 해상도와 빌드 볼륨 사이에 반대급부가 존재합니다. 해상도는 프로젝터 마다 다르고 사용 가능한 픽셀/복셀 수로 정의합니다. 프로젝터를 광학 윈도우에 더 가까이 가져가면 픽셀이 더 작아지고 이는 해상도는 증가하지만 가용 빌드 영역에는 제한이 생긴다는 의미가 됩니다. 어떤 제조사는 4K 또는 8K 프로젝터로 얻을 수 있는 비교적 높은 해상도를 사용하지만 이들은 엄청나게 고가여서 최종 제품 가격도 늘어나게 됩니다.

대형 포맷 DLP 프린터는 아직도 대부분 하향식 기술을 채택하고 있습니다. 상향식과는 달리 하향식에서는 한 번에 소비해야 하는 레진의 양이 많습니다. 결과적으로, 데스크톱용 소형 포맷 DLP 3D 프린터는 특별한 사용 사례에 최적화 된 제품이 주를 이루고 있습니다. 어떤 프린터는 빌드 볼륨이 더 작고 해상도가 높아 주얼리 같이 작고 섬세한 제품을 제작하는 데 사용한다면, 또 어떤 프린터는 해상도는 더 낮지만 크기가 더 큰 파트를 제작하는 데 사용합니다.

LCD 3D 프린터는 LED 어레이(배열)와 유사한 크기의 마스킹 LCD 스크린에 그 성능이 좌우되므로, 빌드 볼륨이 커지더라도 정확도와 정밀도 면에서 얻는 성능은 저하되지 않고 그대로 유지됩니다. 픽셀 크기의 LCD 스크린과 균일성과 시준 상태가 동일한 LED 광원을 비교적 규모가 작은 버전과 동일하게 사용한다고 가정한다면, 대형 포맷 LCD나 MSLA 레진 3D 프린터에서도 동일한 정확도를 얻을 수 있습니다.

그렇지만 이런 방식은 레이저로 구동되는 SLA 3D 프린터와 달리 LED 추가와 늘어나는 LCD 면적 (제곱 센티미너당)에 따라 비용이 약간 증가합니다. 레이저로 구동되는 레진 프린터에서는 빌드 볼륨이 커졌을 때 검류계가 더 먼 지점까지 경로를 지시할 수 있으므로 빌드 볼륨 크기와 무관하게 동일한 레이저를 사용할 수 있습니다. 그렇지만 Form 3L 같이 레이저로 구동되는 대형 포맷 벤치톱 프린터에는 프린트 속도를 고려하여 레이저 장치를 하나 더 추가했으므로 규모가 큰 LED 어레이와 LCD 스크린을 사용했을 때와 유사하게 가격이 약간 상승합니다.

WCL F3L 웨비나
웨비나

제품 시연: Form 3L 에코시스템

Form 3L 및 Form 3BL 에코시스템과 새로운 대형 후처리 장비에 대해 자세히 알아보고 싶으세요? 본 시연에서는 후처리를 포함하여 엔드투엔드 워크플로를 소개해드립니다.

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표면 마감

레진 3D 프린터는 표면이 매끄러워 최소한의 후처리만으로도 사출 성형 플라스틱에 버금가는 파트를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 레진 3D 프린팅은 프로젝터, 연속 LED, 레이저 중 어떤 것을 사용하더라도 FDM 프린터에서 필라멘트를 압출할 때보다 표면 마감이 훨씬 매끄러운 상태로 레진을 경화할 수 있습니다. 레진 프린터와 FDM 프린터 모두 설계에 따라 접촉점이나 표면 흠집이 남는 서포트가 필요할 수 있어서 가볍게 샌딩하거나 잘라내야 할 수 있습니다.

3d 프린팅으로 제작된 보틀

레진 3D 프린터를 이용하면 표면 마감이 매끄러워 육안으로 레이어 라인을 확인하는 것의 거의 불가능한 파트를 제작할 수 있으며 심지어 가장자리에 곡선을 살린 피처처럼 복잡한 디자인일 때도 마찬가지입니다.

레진 3D 프린터로 제작된 파트에서는 레이어들끼리 화학적으로 결합할 뿐만 아니라 Z 축 방향으로 물리적 결합도 이루고 있어 수직 방향 레이어를 좀처럼 알아차리기가 어려울 뿐만 아니라 매끄러운 외관을 확인할 수 있습니다.

Clear 레진 같은 투명한 소재를 사용하면 파트에서 이렇게 매끄러운 표면을 얻을 수 있다는 것은 더 우수한 투과도를 얻을 수 있는 것으로 해석될 수 있어 광학적 투과도를 요하거나 내부 피처를 관찰해야 할 필요가 있는 파트를 제작하기에 제격입니다.

Clear Resin 3D 프린팅 파트

매끄러운 표면 덕분에 광학적 투과성을 거의 완벽하게 구현할 수 있습니다. 이분할 금형의 경우 이런 투과성 덕분에 금형 제작 시 파트내부에서 발생하는 문제를 감지하고 해결하기가 더 쉽습니다.

Form 3+와 Form 3L 같은 레이저 구동 3D 프린터는 완벽에 가깝도록 매끄러운 파트를 생산할 수 있어서 인기 있습니다. 레이저는 스팟이 원형이고 크기가 작아서 가장자리가 곡선이 부분을 정원으로 표현할 수 있고 파트의 전체적인 외관은 아주 매끄럽습니다.

DLP와 LCD 3D 프린터로 제작한 파트도 대개는 놀랍도록 매끄러운 표면 마감을 갖추고 있으며 최소한의 샌딩이나 폴리싱 작업만 거쳐도 사출 성형 플라스틱과 비슷한 마감을 얻을 수 있습니다. 그렇지만 DLP와 LCD 프린터는 모두 복셀이나 픽셀을 통해 빛을 투사하므로 이때 스팟은 사각형을 띠게 됩니다. 지금까지 이런 복셀과 픽셀은 X와 Y축에 가시적인 '계단'이나 '애일리어싱' 흔적을 만들고 대개 이런 흔적을 복셀 라인이나 픽셀라인이라고 합니다.

최근에는 DLP와 LCD 3D 프린터에 픽셀 크기가 아주 작은 고해상도 프로젝터나 LCD 스크린과 어떤 픽셀은 일부분만 켤 수 있는 안티애일리어싱 테크닉을 사용하기 시작했습니다. 결과적으로 현대 DLP와 LCD 3D 프린터를 사용해도 대체로 레이저 구동 SLA 프린터에서 얻을 수 있는 표면 마감과 구별하기 어려운 표면 마감을 얻을 수 있게 되었습니다.

샘플 파트
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속도와 처리량

생산과 신속 반복 설계에 3D 프린팅을 이용하는 기업이 많아지면서, 기술을 선택할 때 3D 프린팅의 속도를 중요한 요소로 고려하게 되었습니다. 어떤 기업이라도 사업에 적합한 3D 프린터란 고품질 파트를 빠르게 생산하면서도 정확도, 안정성, 소재 성능에는 저하가 생기지 않는 제품입니다. FDM와 SLS 공정으로 프린트 속도가 엄청나게 개선되기는 했지만 레진 3D 프린팅은 그보다 더 빨라져서 적층제조 공정 중 가장 빠른 기술이 되었습니다. LFD같이 새로운 프린트 엔진은 몇 보나 더 앞서나가 프린트 작업 대부분을 단 몇 시간 안에 끝낼 수 있고 파트 규모가 작으면 사이클 타임이 몇 분에 지나지 않습니다.

소규모 파트의 경우 레이저로 구동되는 레진 프린터는 속도면에서 DLP와 LCD 3D 프린터에 필적할만합니다. 이때는 레이저가 넓은 면적을 덮어 레진을 경화할 필요가 없고 따라서 각 레이어를 빠르게 완성할 수 있기 때문입니다. 그렇지만 중대형 파트나 일괄 생산에서는 레이저 구동 3D 프린터의 속도가 그에 대치되는 DLP나 MSLA 제품의 속도보다 현저히 느립니다.

DLP 프린터는 치기공 업계처럼 기본적으로 빠른 프린팅 속도가 중요하게 작용하는 업계에서 인기가 좋습니다. 그렇지만 빌드 영역 전체에서 광학적 왜곡이 생기기가 더 쉬워서 정확도를 높이려면 미세하게 보정해야 합니다. 대체로 동일한 성능을 얻으려면 LCD 3D 프린터보다 비용이 많이 듭니다.

Form 4 같은 첨단 MSLA 기술은 3D 프린팅 기술 전체에서 속도가 가장 빠르고 안정적입니다. 각 레이어를 한 번에 경화하는 것이 속도를 견인하는 가장 큰 요소지만 Form 4의 이중 레이어 플렉서블 필름 레진 탱크, 분리 첵스처, 고속 자동 레진 충전, 빠른 레진 가열 또한 전체적인 프린트 시간을 단축해주는 또 다른 요소입니다.

3D 프린팅으로 제작한 파트로 꽉 채운 빌드

Form 4에서는 완전히 패킹한 빌드를 2~5시간에 프린팅할 수 있으며 소재에 따라서 약간의 편차가 있을 수 있습니다. 경제적이고 속도가 빠르고 사용하기 쉬운 Form 4 같은 3D 프린터를 플릿으로 구성하면 종래의 사출 성형 공정과 비교할 만한 물량도 처리할 수 있습니다.

생산에 MSLA 프린터를 고려한다면 프린터로 제작할 컴포넌트의 품질과 안정성을 우선 시 해야 합니다. LCD 프린터는 대개 수명이 짧은 것으로 유명세를 떨치고 있는데, 이는 처음부터 LCD 스크린을 3D 프린터에 사용되는 조건으로 제작한 것이 아니기 때문입니다. Form 4 내 Light Processing Unit 4는 수명이 600,000~1,900,000 레이어 적층 시까지이며 사용자가 저렴한 가격에 손쉽게 교체할 수 있습니다.

데스크톱용 레진 3D 프린터를 사용하면 처리량을 확장하기가 쉽습니다. 어디서나 사용하기 편한 크기라 장비 몇 대를 더 추가하는 과정도, 더 많은 파트를 생산하도록 확장하는 과정도 간단합니다. 장비 몇 대에 자동화 기능을 추가할 수 있는 옵션도 있습니다. Formlabs 레진 프린터에서는 for Form 3/B/+용 Form Auto같은 진보한 워크플로 도구를 활용해 파트 수거를 자동화하여 연중무휴로 프린팅할 수 있습니다. 비교적 크기가 작고 (치과 치료용이나 교정용 모형 같이) 대체로 형태가 비슷한 파트를 휴지기가 거의 없이 프린팅해야 하는 작업일 경우 Formlabs 자동화 에코시스템 같은 자동화 도구를 이용하면 프린트 공정에서 필요한 접촉점 수가 줄어들고 워크플로가 단순해집니다.

워크플로와 사용 용이성

다양한 제조사가 레진 3D 프린팅이 쉬워지는 다양한 워크플로 솔루션을 제공할 것입니다.

어떤 프린터는 독점적인 소프트웨어(예: Formlabs SLA 3D 프린터용 PreForm)를 함께 사용할 수 있어 프린팅에 사용할 3D 모델 데이터 를 준비할 수 있는가 하면 어떤 제조사에서는 파트 방향 지정, 서포트 구조 생성, 모델 슬라이스, 파일 업로드에 사용하는 슬라이싱 소프트웨어를 구매하도록 요구하기도 합니다. 기능은 소프트웨어 도구에 따라 달라집니다. 예를 들어 PreForm에서는 원 클릭 프린팅 설정 기능, 서포트의 밀도와 크기 강력 수동 제어 기능, 적응형 레이어 두께 최적화 기능, 재료와 시간 절약 기능 등을 사용할 수 있습니다. 다행히도 3D 프린터를 구매하기 전에 소프트웨어를 손쉽게 다운로드하여 테스트해 볼 수도 있습니다.

레진 3D 프린팅은 꽤 쉽게 시작할 수 있습니다. 특히 데스크톱에 올려 놓을 수 있는 크기로 제작된 레진 3D 프린터가 많으며 단 몇 분 안에 상자를 개봉하고 직후에 거의 바로 프린팅에 착수할 수 있습니다. 프린터에 장착된 사용자 인터페이스와 센서 같은 공정의 부분 부분들 덕분에 첫 번째 프린트 작업을 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 주기적인 유지관리도 쉽습니다.

일부 저가형 레진 3D 프린터를 사용할 경우에는 소재에 따라 보정 단계를 더 거쳐야만 소재를 지정된 레이어 높이로 프린팅하는 데 성공할 것을 확신할 수 있습니다. 이런 단계에는 수작업 레진 충전, (검증되고 반복 가능한 워크플로의 장점이 없는) 프린트 설정 선택, 프린트 설정 조정이 포함되어야 프린트 성공을 확신할 수 있습니다.

form 4의 터치스크린

Form 4의 진보한 사용자 인터페이스에는 읽기도 쉽고 상호작용하기도 쉬운 터치스크린이 탑재되어 있습니다.

Form 4에서는 개선된 터치스크린, 인텔리전트 제어 시스템, 고속 자동 레진 공급으로 워크플로가 매끄러워져, Form 4가 파트를 제작하는 동안 사용자는 ‘설정 후 망각’으로 설계와 테스트에 더 집중할 수 있습니다. 진보한 카트리지 시스템이 탱크에 액체 레진을 자동으로 채워주어 그다지 주의를 기울이지 않아도 되고 밤새 프린팅하기도 쉽습니다. 다양한 레이어 높이에 따라 검증된 소재 설정값을 이용하면 사용자가 안심하고 프린팅할 수 있으며, 테스트를 엄격하게 거쳤으며 프린팅에 성공할 것을 알고 소재와 레이어 높이를 선택할 수 있습니다.

3D 프린팅 시스템을 선택할 때 고려해야 할 또 다른 주요 인자는 후처리 워크플로입니다. 프린트가 완료되면 파트는 세척을 거쳐 어떤 것은 후경화해야 할 가능성도 있으며 그 이후에는 간단히 서포트 제거하든, 더 진보한 후처리 공법을 사용하든, 후처리를 거쳐야 합니다. Form 4의 경우 박리력이 작아서 서포트의 접촉점이 아주 작으며, 따라서 쉽게 제거할 수 있습니다. 이런 라이트 터치 서포트 덕분에 후처리 시간은 단축되고 워크플로는 한층 더 쉬워졌습니다.

다양한 제조사가 광범위한 솔루션을 공급하며, 그 중에는 Form Wash 내 IPA 자동 교반, Form Cure의 40가지가 넘는 소재에 맞춰 프로그램된 후처리 설정, 파트의 연마, 광택, 사용 준비가 가능한 Finishing Tools로 구성된 Formlabs의 엔드투엔드 워크플로도 있습니다.

소재와 응용 분야

레진 프린터는 대개 소재를 쉽게 교체할 목적으로 "플러그 앤 플레이" 방식과 쉽게 교체 가능한 빌드 플랫폼과 렌진 탱크를 채택합니다. 정확도와 정밀도의 측면과 마찬가지로 가용 소재는 기술 보다는 프린터에 따라 달라집니다. 자체적으로 레진을 제작하는 제조사가 많지만 그렇지 않은 제조사도 많고 이런 기업에서는 타사의 화이트 라벨 소재를 선호하거나 다양한 유형의 레진을 사용할 수 있는 개방형 시스템을 갖추고 있습니다.

난연성 레진

Formlab의 Flame Retardant ResinUL 94 Blue Card 인증 소재로 자기 소화성 무할로겐 파트를 제작할 수 있는 특수 레진입니다.

Silicone 40A Resin

Silicone 40A Resin은 진품 실리콘으로 엔지니어와 제품 디자이너에게 친숙한 기계적 물성을 얻을 수 있습니다.

개방형 시스템의 장점은 쉽게 확인할 수 있습니다. 즉, 사용자가 원하는 재료를 선택할 수 있는 제어권이 더 커지는 것입니다. 그러나 이러한 개방형 시스템에서는 프린터에 맞게 재료 설정을 특별히 보정하지 않으므로 정확성, 안정성, 소재 물성이 저하되는 경우가 많습니다. Formlabs은 40가지가 넘는 고유한 맞춤 배합 레진으로 구성된 광범위한 라이브러리와 서드 파티 인증 소재를 사용할 수 있는 Open Platform을 모두 제공합니다. 이러한 독특한 소재 중에는 개방형 화염 환경, 수밀성 챔버 또는 사출 성형과 같은 특정하고 극단적인 응용 분야를 위해 설계된 것도 있습니다.

소재는 종종 다양한 응용 분야의 문을 여는 결정적인 요소가 됩니다. 전자제품 제조와 같은 일부 응용 분야에는 정전기 방전을 소멸시킬 수 있는 레진과 같은 고유한 배합과 제3자 인증 프로세스가 필요합니다. 제조 보조 도구와 같은 기타 분야에는 강력하고 내구성이 있는 레진이 필요합니다. 이러한 특성을 충족할 수 있는 레진을 제공하는 제조업체가 많지만 강도와 내구성은 회사마다 다릅니다. 레진 3D 프린터를 선택할 때는 해당 재료의 기술 데이터 시트를 참조하여 고유하게 제조된 레진이 원하는 용도에 적합한지 확인하세요.

Rigid 10K Resin

Rigid 10K Resin은 유리 충전 비율이 높고 극도로 변형이 적은 소재로 유리나 섬유 충전으로 강화된 열가소성 플라스틱과 유사합니다. 사출 성형, 블로우 성형 또는 열성형에 사용되는 도구를 빠르게 제작하는 데 가장 적합한 소재입니다.

Biomed elastic 파트

BioMed Elastic 50A Resin은 촉감이 부드럽고 탄성이 있으며 생체적합성도 갖춘 파트를 3D 프린팅할 수 있는 소재로, 환자의 신체에 맞춘 의료 장치나 의료용 연조직 모형 같은 복잡한 형태를 제작할 수 있습니다.

비용

레진 3D 프린터는 전통적으로 FDM 3D 프린터보다는 비싸고 SLS 프린터보다 저렴해왔지만 여기에는 예외가 있습니다. 그렇더라도 최근 몇 년 동안 가격이 내려갔고 오늘날 레진 프린터는 더 넓은 범위의 응용 분야에서 최고의 가치를 제공합니다.

저가형 LCD 3D프린터는 가격대가 $200~ $1000입니다. 이런 장비는 취미생활자나 초보자에게 적합할 수 있으나 각 레진 유형마다 보정과 미세 조정이 필요하며 일반적으로 안정성이나 내구성이 떨어지므로 유지 관리, 후지기, 부품 고장 및 소재 낭비 측면에서 비용이 더 많이 발생하는 경우가 많습니다.

저가형 sla 프린터 가격
백서

저가형 레진 3D 프린터의 숨은 비용 찾기

3D 프린터를 선택할 때는 모든 비용을 필수적으로 파악해야 자원 할당을 최적화하고 생산성도 극대화할 수 있습니다. 이 보고서에서는 저가형 레진 프린터와 Formlabs의 SLA 3D 프린터의 운용에 필요한 비용과 경험을 비교하여 이들 제품의 숨은 비용 사이에 얼마나 극적인 차이가 있는지 확인해 보겠습니다.

백서 다운로드

전문가용 레진 3D 프린터에는 레이저 구동 SLA, DLP, 또는 LCD/MSLA가 포함된 SLA 기술을 사용합니다. 가격은 일반적으로 $2000~$10,000 범위이며, 대형 레진 3D 프린터라면 일반적으로 $8,000~$25,000입니다. 보다 안정적이고 강력한 광원(LED, 레이저 또는 프로젝터 등)부터 광 처리 솔루션, 전반적인 빌드 품질, 소프트웨어, 액세서리 및 서비스 플랜에 이르기까지, 이런 가격 범위에 영향을 미치는 요소가 많습니다.

이와 유사하게 소재 가격도 제조사별로 천차만별입니다. 위에서 언급한 바와 같이 소재를 아웃소싱하거나 간단히 다른 공급사에서 화이트 라벨 소재를 사용하는 제조사가 많고, 이 경우 소재에는 추가 비용이 붙게 마련입니다. 저가형 레진 프린터 자체와 마찬가지로 저가 소재는 특정 장비에서 검증 및 보정되지 않은 소재를 사용할 때와 마찬가지로 파트 품질에 부정적인 영향을 미치고 숨겨진 비용을 추가할 수 있습니다. 일부 저가 소재는 심한 냄새를 유발하거나 생산 비용을 낮추는 성분을 함유하고 있지만 안전한 취급 및 사용에 대해 인증을 받지 못했습니다.

Formlabs의 소재는 특정 사용 사례에 대해 검증되었으며 다양한 환경 및 응용 분야에서 최적의 성능을 발휘하도록 정밀하게 설계되었습니다. Formlabs은 각 레이어 높이와 각 소재를 사용할 때 최적의 프린트 설정값을 찾기 위해 시간과 노력을 투자했고 그 덕분에 40가지가 넘는 레진을 각각 안전하고 사용하기 쉽게 제조할 수 있었습니다.

3d 프린팅 비용
인터렉티브 솔루션

시간과 비용 절감 효과 계산

Formlabs 3D 프린터와 인터랙티브 ROI 도구로 얼마나 많은 시간과 비용을 절감할 수 있을지 확인해 보세요.

레진 3D 프린팅 시작하기

레이저 구동 SLA, DLP, LCD 및 MSLA 중에서 기술 방식을 선택할 때는 의도한 응용 분야(및 이상적인 재료) 뿐만 아니라 속도, 정확성, 해상도와 같은 기타 요소도 고려해야 합니다.

이러한 레진 3D 프린팅 공정에는 약간의 차이가 있지만, 장비 성능의 차이는 공정 고유의 장단점보다는 제조업체의 선택 차이로 인해 커지는 경우가 가장 많습니다.

레진 3D 프린팅은 광범위한 범주로서 다른 어떤 기술보다 표면 마감이 매끄럽고 매우 정확하고 정밀한 파트를 빠르게 생산할 수 있는 기술입니다. 레진을 프린팅하여 제작한 파트는 특유의 레진 배합으로 인해 광범위한 응용 분야에서 활용할 수 있습니다. Formlabs의 Form 4 같은 전문가용 레진 3D 프린터는 레진 3D 프린팅의 속도와 하이 엔드 산업용 3D 프린터의 표면 해상도 및 정확도가 접못된 제품으로 첨단 소재를 폭넓게 사용할 수 있어 기반 기술에 담긴 최고의 퍼포먼스를 활용할 수 있습니다.

Form 4를 자세히 알아보려면 페이지로 이동해 보세요. 40가지가 넘는 Formlabs의 레진 소재를 둘러보고 소재 카탈로그를 면밀히 검토해 보세요.