시장에는 다양한 3D 프린팅 프로세스가 있습니다. 각각의 뉘앙스에 익숙해지면 최종 프린트물, 초기 투자, 워크플로 및 속도에서 기대할 수 있는 것을 명확히 파악할 수 있으므로 응용 분야에 적합한 최적의 기술을 선택할 수 있습니다.
재료 분사 3D 프린팅의 한 형태인 PolyJet과 광경화성 수지 조형 방식(SLA)은 레진 3D 프린팅의 두 가지 일반적인 공정입니다. 두 기술 모두 정밀도가 높은 등방성 및 수밀성 산업 품질 프로토타입과 파트를 다양한 고급 재료로 제작하고 미세한 피처와 매끄러운 표면 마감을 제공하는 데 널리 사용됩니다.
이 포괄적인 가이드에서는 PolyJet과 3D 프린터의 차이점을 자세히 살펴봅니다. 비용, 프린트 품질, 재료, 응용 분야, 워크플로, 속도 등의 측면에서 SLA 3D 프린터를 비교하여 비즈니스에 가장 적합한 기술을 결정하는 데 도움이 됩니다.
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재료 분사란 무엇인가요?
재료 분사 방식은 기존 잉크젯 프린팅과 유사한 3D 프린팅의 한 형태입니다. 그러나 재료 분사 프린팅에서는 잉크 방울을 종이에 분사하는 대신 광중합체 플라스틱 방울을 분사하면서 경화됩니다.
재료 분사의 프린팅 방식은?
재료 분사 과정에서 프린트 헤드가 X축과 Y축을 따라 빌드 플랫폼을 가로질러 이동하면서 레진 방울을 플랫폼에 분사합니다. 같은 동작 내에서 프린트 헤드의 자외선이 빌드 플랫폼의 물방울을 경화시킵니다. 레이어가 완성되면 빌드 플랫폼이 아래로 이동하여 프린트 헤드가 두 번째 레이어를 배포할 수 있습니다. 그러면 프린팅된 개체는 프로세스가 완료될 때까지 계속 커집니다.
오버행과 같은 복잡한 형상의 경우 3D 프린터는 탈착식 젤 형태의 서포트 재료를 분사합니다. 또한 프린트 헤드는 여러 재료를 함께 분사하여 고유한 재료 특성과 색상을 구현할 수 있습니다.
PolyJet 3D 프린팅이란?
PolyJet 3D 프린팅은 재료 분사 방식의 적층 제조 공정에 속합니다. PolyJet 기술은 나중에 스트라타시스에 인수된 Objet에서 개발했습니다. 시중에는 다른 재료 분사식 3D 프린터가 있지만 PolyJet이라는 브랜드로는 스트라타시스에서만 판매하고 있습니다.
스트라타시스 Connex 500 PolyJet 3D 프린터.
SLA 3D 프린팅은 어떤 기술인가요?
광경화성 수지 조형 방식은 1980년대에 발명된 세계 최초의 3D 프린팅 기술이었고 여전히 전문가들로부터 사랑받는 기술 중 하나입니다. SLA 3D 프린팅은 광원으로 액상 레진을 3차원적인 물체로 경화시키는 데 액층이나 레진 탱크를 광원에 노출시켜 딱딱하게 굳히는 방식을 취합니다.
SLA 3D 프린팅의 작동 방식은?
가장 일반적인 상향식 SLA 3D 프린터에는 액체 수지가 경화되는 기판 역할을 하는 투명한 베이스와 달라붙지 않는 표면을 가진 수지 탱크가 있어 새로 형성된 층을 부드럽게 분리할 수 있습니다.
SLA, 즉 레진 3D 프린팅 프로세스는 주로 수지를 굳히는 데 사용되는 광원의 종류에 따라 여러 가지 유형이 있습니다. 현재 가장 널리 사용되는 공정은 광원을 선택적으로 가리는 마스크형 광경화성 수지 조형(MSLA) 3D 프린팅으로, LCD 스크린으로 광원을 가리는 방식입니다.
대형 3D 프린트를 위한 Form 4와 Form 4L 은 MSLA 3D 프린팅의 고급 형태인 Low Force Display™(LFD) 프린트 엔진으로 구동됩니다.
LFD 프린트 엔진의 핵심은 초고출력 광원인 백라이트 장치로, 렌즈 어레이를 통과한 빛을 균일한 면적에 투사하여 Light Processing Unit(LPU) 4로 전달하여 프린트 레이어 모양으로 형성하는 역할을 합니다. 빛이 레진 탱크 내부의 액상 레진에 도달하면 전 영역이 즉각적으로 고체층으로 경화됩니다. 그러면 Build Platform이 레진 밖으로 상승하고 레진 탱크 바닥에서 Z-축 방향 박리가 정밀하게 일어납니다.
광경화성 레진 조형 방식(SLA) 데스크톱 3D 프린팅 소개
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PolyJet(재료 분사) vs. SLA: 상세 비교
PolyJet(재료 분사) 및 SLA 3D 프린터는 모두 고해상도 레진 파트를 제작하지만, 특정 응용 분야에 따라 다양한 장점과 단점이 있습니다. 따라서 몇 가지 주요 범주에서 비교 강점과 약점을 평가하는 것이 도움이 됩니다.
비용 및 투자 수익률
SLAdhk 재료 분사 3D 프린터의 주요 차이점 중 하나는 비용입니다. 2000년대 말부터 SLA 특허가 만료되기 시작하고 소형 데스크톱 거치형 3D 프린터가 시장에 출시되면서 SLA 프린터의 가격은 100배나 하락했습니다. 오늘날 전문가용 SLA 프린터의 가격은 약 2,500달러부터 시작하며, 대형 벤치탑 프린터는 5,000달러부터 시작합니다.
반면, 재료 분사 및 PolyJet 3D 프린터는 가격이 2만 달러에서 50만 달러 이상으로 훨씬 더 비쌉니다. 이는 기계 비용에 불과하며, 의무 서비스 플랜은 연간 PolyJet 프린터 가격의 최대 20%에 해당하는 비용으로 매년 SLA 프린터를 구매할 수 있는 금액입니다.
또한 재료 분사 3D 프린터용 수지는 일반적으로 SLA보다 2~3배 더 비쌉니다. 결과적으로 PolyJet 프린트의 전체 파트당 비용은 SLA보다 몇 배 더 높습니다. 또한 PolyJet 프린터는 유지 관리가 더 많이 필요하기 때문에 기계 작동에 필요한 노동력이 증가합니다.
따라서 풀 컬러 모델이나 다중 재료 파트와 같은 특정 응용 분야에 특별히 PolyJet이 필요한 경우가 아니라면 SLA 프린터로 더 높은 투자 수익을 얻을 수 있습니다.
세인트루이스 어린이 병원에서 이 척추와 같은 해부학 모형은 PolyJet 레진으로 제작하면 약 1,600달러가 드는 반면 Formlabs Fast Model Resin로 제작하면 80달러가 듭니다.
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프린트 품질과 정밀도
3D 프린팅은 적층 공정이므로 각 레이어는 부정확할 가능성이 있으며, 레이어가 형성되는 과정은 각 레이어의 정확도의 반복성으로 정의되는 정밀도 수준에 영향을 미칩니다. 3D 프린팅 허용 오차, 정확도 및 정밀도는 3D 프린팅 프로세스, 재료, 소프트웨어 설정, 후처리 등 다양한 요인에 따라 달라집니다.
재료 분사 방식과 SLA 3D 프린터는 모두 공차가 ±0.2%(하한: ±0.1mm) 내외로 가장 정확하고 정밀한 3D 프린팅 공정 중 하나입니다. 이들 프로세스는 고정밀 광원 덕분에 미세한 디테일을 표현하고 연속적으로 고품질 결과를 얻을 수 있습니다.
SLA 파트는 섬세한 디테일과 매끄러운 표면, 눈에 보이는 레이어 라인을 최소화합니다. 이 파트는 Form 4의 Color Resin에서 프린트되었습니다.
모델 형상에 따라 PolyJet 및 SLA 3D 프린트 파트에는 특히 복잡한 형상이나 크고 얇은 벽의 경우 치수 정확도를 달성하는 데 필수적인 지지 구조가 필요할 수 있습니다.
SLA 방식을 사용하면 후처리 과정에서 서포트를 수동으로 제거해야 합니다. Formlabs의 SLA 프린터는 향상된 가벼운 터치 서포트 구조와 몇 초 만에 파트에서 분리되는 번들 서포트를 제공하여 후처리 시간을 절약할 수 있습니다. SLA 파트는 소재에 따라 무광택 또는 광택이 있는 매끄러운 표면 마감으로도 유명합니다.
PolyJet 프린터를 사용하면 후처리 과정에서 워터젯으로 지지 구조물을 씻어낼 수 있습니다. 이 워크플로는 파트에 힘을 가하기 때문에 복잡한 디테일이 깨지거나 얇은 벽이 구부러질 수 있습니다. PolyJet 프린터는 무광택 및 광택 표면으로 프린트할 수 있습니다. 그러나 광택 마감은 지지대가 사용되지 않은 모델 섹션에만 제한적으로 적용됩니다.
소재와 응용 분야
PolyJet과 SLA의 가장 큰 차이점 중 하나는 재료의 가용성이며, 이는 이러한 프린터에 가능한 응용 분야를 결정하기도 합니다.
대부분의 재료 분사 및 PolyJet 3D 프린터는 프린터 모델에 따라 약 5~10가지 재료를 지원합니다. 표준 프로토타이핑 재료부터 다양한 색상의 재료, 투명 재료, 생체 적합성 재료까지 다양합니다. 고급형 PolyJet 3D 프린터는 여러 가지 재료를 동시에 프린트할 수 있어 다색 및 다중 재료 프로토타입 프린트와 같은 새로운 재료 분사 응용 분야도 지원합니다.
그러나 PolyJet 프린터는 점도가 낮은 재료로만 프린트할 수 있으므로 기계적 물성의 범위가 심각하게 제한적입니다. 또한 PolyJet 소재는 일반적으로 45~50°C 정도로 열변형 온도(HDT)가 낮기 때문에 강한 빛 아래에서도 크리프가 발생하고 형태가 흐트러질 수 있습니다. 따라서 PolyJet 프린팅은 컨셉 모델링 및 비기능 프로토타이핑 응용 분야와 생체 적합성이 필요한 일부 치과 및 의료 응용 분야에 이상적입니다.
SLA 3D 프린터는 일반적인 재료 분사 3D 프린터보다 훨씬 다양한 재료를 지원하며, Formlabs 3D 프린터용 재료는 15개 이상의 생체 적합성 재료를 포함하여 최대 45개 이상의 재료를 지원합니다. SLA은 훨씬 더 광범위한 재료 특성을 제공합니다: 유연하거나 딱딱하거나, 투명하거나 불투명하거나, 유리, 왁스 또는 세라믹과 같은 2차 재료로 많이 채워지거나, 높은 열변형 온도, 내충격성 또는 내화학성과 같은 기계적 물성이 내재되어 있을 수 있습니다. 이로 인해 SLA 소재는 신속 프로토타이핑을 위한 일반적인 최종 사용 열가소성 플라스틱 소재와 거의 일치할 수 있습니다.
SLA는 멀티컬러 3D 프린팅이 불가능하지만, 유일한 3D 프린팅 기술인 Color Resin을 통해 전문적인 응용 분야를 위한 맞춤형 색상으로 프린팅할 수 있습니다. Color Resin은 맞춤형으로 제조되며 사실적인 프로토타입, 컬러 코드 지그 및 픽스처 또는 맞춤형 컬러 최종 사용 부품을 위해 미묘한 중성부터 채도가 높고 대담한 컬러까지 다양한 컬러 파트를 빠르고 쉽고 경제적으로 제작할 수 있습니다.
SLA 3D 프린터는 엔지니어링, 제조 및 의료 분야에 가장 광범위한 재료를 제공합니다.
Formlabs는 또한 405nm 광중합체 레진으로 프린팅할 수 있는 Open Material Mode(OMM) 를 제공하여 연구자 및 전문 사용자가 타사 재료 또는 재료 개발에 대한 완전한 액세스 권한을 부여합니다.
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사용 편의성
워크플로
PolyJet 및 SLA 3D 프린팅의 워크플로는 디자인, 3D 프린팅, 후처리 등 세 단계로 구성됩니다.
PolyJet 및 전문가용 SLA 3D 프린터 모두 최고의 프린트 성공률을 보장하기 위해 철저한 테스트를 거친 각 재료에 대한 자체 독점 소프트웨어와 사전 정의된 설정이 함께 제공됩니다. PreForm 같은 고급 프린트 준비 도구로 프린트를 설정하면 플러그 앤 플레이 방식으로 자동 방향 및 서포트 생성이 가능합니다.
3D 프린팅 과정이 시작되고 나면 대체로 3D 프린터를 감독할 필요가 없으며 심지어 밤새도록, 프린팅이 완료되기까지 작업자의 감독이 필요 없습니다. PolyJet 프린터와 Formlabs의 Form 4 시리즈와 같은 고급 SLA 3D 프린터는 모두 재료를 자동으로 리필하는 카트리지 시스템을 제공합니다. 또한 Form 4 시리즈 3D 프린터에 Resin Pumping System을 추가하면 5L의 레진을 프린터에 원활하게 공급할 수 있습니다.
파트를 후처리하려면 워터젯을 사용하거나 두꺼운 서포트의 경우 화학 용액과 필링을 조합하여 PolyJet 3D 프린트 파트에서 서포트 재료를 수동으로 제거해야 합니다. 이렇게 하면 벽이 얇은 파트가 구부러지거나 섬세한 부분이 쉽게 부러질 수 있습니다. PolyJet 파트는 후경화가 필요하지 않으며, 모델이 프린터에서 완전히 경화된 상태로 출고됩니다.
PolyJet 후처리에는 복잡한 피처를 손상시킬 수 있는 화학 용액, 필링 및 워터젯이 조합되어 있습니다.
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.
SLA 후처리는 세척 및 경화 솔루션으로 대부분 자동화할 수 있습니다.
Form Wash 및 Form Wash L 같은 전문 솔루션을 이용하면 SLA 후처리를 자동화할 수 있습니다. 파트를 프린터에서 Form Wash 또는 Form Wash L로 직접 옮기면 파트를 중심으로 용제를 교반하여 세척하고 공정이 끝나면 자동으로 알코올 용액에서 파트를 들어올릴 수 있습니다.
세척된 파트를 건조한 후, 일부 SLA 소재에는 가능한 최고의 강도와 안정성에 도달하도록 도와주는 후경화 작업이 필요합니다. 또한 경화 솔루션인 Form Cure 및 Form Cure L을 사용하면 자동화할 수 있습니다.
SLA 파트에서 서포트를 제거하려면 서포트 구조를 잘라내고 가볍게 샌딩하여 서포트 흔적을 지웁니다. Formlabs 기술은 라이트 터치 서포트를 제공하여 프린트물 전체를 서포트에서 몇 초 만에 떼어낼 수 있어 자국이 거의 남지 않고 후처리 시간을 단축할 수 있습니다. 아래에 표시된 번들 서포트를 포함하여 PreForm의 서포트 추가 기능 및 설정을 사용하면 서포트 배치 방식을 최적화하여 서포트 제거 작업을 최소화할 수 있습니다.
후경화가 더 필요하면 FDM과 SLA 파트 모두 특수하게 기계 가공, 프라이밍, 도색을 거치거나 마감 처리할 수 있습니다.
유지 관리
PolyJet 프린터는 일반적인 SLA 프린터보다 유지 관리가 더 필요한 경우가 많습니다. 매번 사용 후에는 프린트 헤드, 용지함 및 롤러를 청소해야 합니다. 또한 UV 램프와 와이퍼를 매일 청소하고 정기적인 테스트를 수행하여 프린터가 작동 상태를 유지하는지 확인해야 합니다.
재료 분사 3D 프린터는 일반적으로 현장 설치와 함께 설정 및 교육이 필요합니다. 워크플로우가 복잡하고 학습 곡선이 가파르다는 것은 시스템 운영 및 유지보수를 위해 숙련된 기술자가 인하우스에 필요하다는 것을 의미합니다.
프린터와 작업 공간을 깔끔하게 유지하는 것 외에도 전문 SLA 3D 프린터는 일반적으로 정기적인 유지 관리가 필요하지 않습니다. Form 4 시리즈 3D 프린터의 스마트 센서는 이물질 감지, 레진 수위 제어 등의 기능도 제공합니다. 또한 간편한 워크플로 덕분에 회사 직원 누구나 1시간 미만의 교육만으로 SLA의 프린터를 독립적으로 사용할 수 있습니다.
빌드 볼륨
PolyJet 프린터는 소형 벤치탑 모델부터 대형 멀티톤 산업용 기계까지 다양한 크기로 제공됩니다. 기술의 차이로 인해 더 큰 PolyJet 기계를 개발하는 것은 덜 복잡합니다.
최초의 SLA 3D 프린터는 주로 대량 제작이 가능한 대형 산업용 기계였지만, PolyJet보다 훨씬 더 높은 비용과 복잡한 워크플로우로 인해 가격이 비싼 경우가 많았습니다. 그러나 SLA 프린트 기술의 급속한 발전 덕분에 이제 SLA 프린터는 PolyJet 프린터보다 훨씬 저렴한 비용으로 소형 데스크탑과 대형 벤치탑 형태로 모두 사용할 수 있게 되었습니다.
접근성이 높은 데스크톱 및 벤치탑 SLA 프린터의 상향식 SLA 방식은 설치 공간과 비용을 줄여주지만, 박리력이 높아지면 재료와 제작 부피에 제한이 생기고 파트가 클수록 성공적인 프린팅을 위한 구조물 지지력이 약해집니다.
Formlabs는 3세대 3D 프린터의 Low force Stereolithography(LFS™) 프린팅 공정을 도입하면서 수지 기반 3D 프린팅 방식을 재설계해 프린팅 과정에서 파트에 가해지는 힘을 획기적으로 줄였습니다. 이형 텍스처와 유연한 필름 탱크 등 Form 4 시리즈 3D 프린터의 추가 업데이트를 통해 박리력을 더욱 최소화하여 빠른 프린트 속도와 안정적인 프린팅이 가능해졌습니다.
대형 SLA 3D 프린트의 경우 Form 4L은 Form 4와 동일한 기술을 활용하면서 소형 데스크톱 디바이스의 워크플로우를 방해하는 크기 제한을 없애고 경쟁력 있는 가격대를 유지합니다.
프린팅 속도
PolyJet과 SLA는 모두 가장 빠른 3D 프린팅 기술 중 하나로 꼽힙니다.
PolyJet 3D 프린터는 5인치 큐브 내에서 빠른 프린팅 속도를 제공하지만, 더 큰 모델과 빌드의 경우 프린트 헤드가 더 멀리 이동해야 하므로 프린팅 속도가 크게 느려져 레이어를 완성하는 데 더 오랜 시간이 걸립니다.
MSLA 프린터는 레진의 전체 레이어를 한 번에 경화하므로 전체 빌드 플랫폼 또는 단일 파트를 프린트하는 데 걸리는 시간과 비슷하므로 사용자는 빌드 플랫폼을 포장하면서도 빠른 프린트 속도를 달성할 수 있습니다.
또한 PolyJet 프린터는 사용 가능한 자동 후처리 솔루션이 제한되어 있어 실제 프린트 프로세스는 더 빠를 수 있지만 후처리 작업은 PolyJet 프린터에서 더 느리고 노동 집약적인 경우가 많습니다.
속도는 소재 선택에 따라서도 달라질 수 있습니다. Formlabs Fast Model Resin은 Form 4 시리즈의 기술을 활용하여 개발되었으며 시간당 100mm 이상의 속도로 치과용 모델을 몇 분 안에, 대형 프로토타입은 2시간 이내에 출력할 수 있습니다.
프린트 속도 비교: Radio Flyer의 시트 프로토타입
| FDM 3D 프린팅 | SLA 3D 프린팅 | |
|---|---|---|
| 프로토타입 1개 | 42 시간 3 분 | 2 시간 37 분 |
프린터 및 프린팅 파라미터 비교:
- FDM 3D 프린터: Ultimaker S7, PLA, 100μm 레이어 높이, 20% 인필 밀도
- SLA 3D 프린터: Form 4, Fast Model Resin, 200μm 레이어 높이
Form 4 및 기타 레진 3D 프린터의 안정성을 독립적으로 테스트한 결과
제품 테스트 분야를 선도하는 글로벌 기업에서 Form 4의 프린트 성공률을 독립적으로 측정한 결과 98.7%의 성공률을 얻었습니다. 당사의 백서에서 시험 방법 설명 전문과 시험 결과를 확인해 보세요.
PolyJet(재료 분사) vs. SLA: 병렬식 비교
각각의 3D 프린팅 기술에 고유한 강점, 약점, 필수적으로 갖춰야 할 것들이 있으며 서로 다른 응용 분야 및 사업 분야에 적합합니다. 다음 표에는 PolyJet과 다른 제품을 비교할 때 고려해야 할 몇 가지 주요 특징과 고려 사항이 요약되어 있습니다. SLA 3D 프린터
| Polyjet | 광경화성 수지 조형 방식(SLA) | |
|---|---|---|
| 해상도 | ★★★★★ | ★★★★★ |
| 정확도 | ★★★★★ | ★★★★★ |
| 표면 마감 | ★★★★★ | ★★★★★ |
| 처리량 | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| 복잡한 디자인 | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| 사용 편의성 | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| 장점 | 높은 정확도 매끄러운 표면 마감 멀티컬러 3D 프린트 다중 재료 특성 빠른 프린팅 속도(소형 파트용) | 뛰어난 가성비 높은 정확도 매끄러운 표면 마감 신속한 프린팅 속도 기능적 응용 분야의 범위 |
| 단점 | 고가의 기계 및 재료 제한된 재료 옵션 파트는 열과 자외선에 장시간 노출에 민감합니다. 유지 관리 및 전담 운영자 필요 | 일부 소재는 자외선에 장기간 노출 시 민감함 |
| 응용 분야 | 컨셉 모델링 신속 프로토타이핑 치과 및 의료 응용 분야 | 컨셉 모형 신속 프로토타입 제작 기능성 프로토타입 제작 신속 툴링 제조 보조 도구 소량 생산, 브리지 제조, 맞춤형 제조 치과용 모형과 장치 의료용 모형과 의료 장치 주얼리 프로토타입 제작과 주조 작업 모형과 소품 |
| 빌드 볼륨 | 벤치탑 프린터의 경우 294 x 192 x 148.6mm, 최대 1000 x 800 x 500mm 대형 프린터 | 최대 353 x 196 x 350 mm(데스크톱 및 벤치톱 3D 프린터) |
| 가격 | 벤치톱 프린터는 약 2만 달러부터 시작하며, 대규모 산업용 기계는 50만 달러 이상에 달합니다. | 저가형 레진 3D 프린터는 $200에서 $1000사이에 구매 가능하며, 전문가용 SLA 3D 프린터는 가격대가 $2,500에서 $10,000이며 대형 포맷 레진 3D 프린터는 $5,000에서 $25,000입니다. |
| 소재 | 다양한 레진(열경화성 플라스틱). 표준(불투명, 투명, 컬러), 엔지니어링, 치과용 및 의료용(생체 적합성) | 다양한 레진(열경화성 플라스틱). 표준(불투명, 투명, 컬러), 엔지니어링(ABS 유사, PP 유사, 유연, 내열성, 뒤틀림 없는 유리 충전), 주조용, 치과 및 의료용(생체 적합성). 순정 실리콘과 세라믹. |
필요에 맞는 3D 프린터 선택하기
재료 분사 방식과 SLA 3D 프린팅 기술 모두 높은 정확도와 정밀도, 매끄러운 마감, 빠른 프린트, 다양한 재료 사용 등 고유한 장점을 가지고 있습니다. 그러나 SLA은 비용, 사용 편의성, 적용 범위 등을 고려할 때 더 빠르게 발전하고 있으며 고유한 이점을 제공합니다.
Formlabs Form 4 시리즈 레진 3D 프린터는 99%의 성공률, 점점 늘어나는 전문 재료 라이브러리, 직관적인 프린트 준비 및 관리 소프트웨어, 전문 서비스를 모두 하나의 패키지로 제공합니다. 품질을 직접 확인해 보고 싶으신가요? 요청하시면 샘플 파트를 근무지로 배송해드립니다.
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