3D 인쇄는 거의 모든 가격대에서 인쇄 기계를 사용할 수 있게 되면서 훨씬 더 주류 기술이 되었습니다. 3D 프린터를 원하는 대부분의 사람들은 자신이 감당할 수 있는 모델을 찾을 수 있을 것입니다. 그럼에도 불구하고, 3D 프린팅은 여전히 너무 새롭기 때문에 작동 방식을 아는 사람은 거의 없습니다.
이것이 바로 지금이 " 3D 프린팅은 어떻게 작동합니까?"라는 질문에 답할 좋은 시간인 이유입니다. (How)결국 하나를 사용해야 할 아주 좋은 기회가 있습니다!
가산 대 감산 3D 프린팅(Additive vs Subtractive 3D Printing)
3D 프린팅에는 크게 두 가지 범주가 있습니다. 직접 구입할 수 있는 3D 프린터는 거의 모두 "첨가형" 기계입니다. 즉, 개체가 완성될 때까지 재료(일반적으로 레이어)를 추가하여 3D 개체를 만듭니다. 사람들이 "3D 프린터"라고 들었을 때 생각하는 3D 프린터는 거의 항상 적층 다양성입니다.
빼기 3D 프린팅은 매우 다릅니다. 여기서 고정된 양의 재료로 시작한 다음 완성된 개체만 남을 때까지 재료를 제거합니다. 대리석으로 조각상을 만들고 있는 조각가가 빼기 방법을 사용하고 있습니다. 빼기 기계는 일반적으로 대규모 작업장 및 산업 환경에서 볼 수 있습니다. CNC 밀링(컴퓨터 수치 제어) 시스템이 아마도 가장 잘 알려진 예일 것입니다.
우리는 보통 소비자와 관련이 있는 적층 기계에만 집중할 것입니다. 감산 기계는 책상 위에 놓을 수 있는 것과 동일한 확장된 3D 프린터 제품군에 속합니다.
융합 증착 모델링, 광조형 및 선택적 레이저 소결(Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering)
적층 3D 프린팅의 세 가지 주요 방법은 FDM (융합 증착 모델링), 광조형( SLA ) 및 선택적 레이저 소결( SLS )입니다.
FDM 은 가장 일반적인 소비자 등급 시스템입니다. 이러한 유형의 프린터에서는 재료 필라멘트가 뜨거운 프린트 헤드를 통과합니다. 프린트 헤드는 3D 공간에 정확하게 배치되고 프로그래밍된 정확한 지침에 따라 재료 층을 증착합니다. FDM 에 대한 다양한 접근 방식이 있지만 잠시 후에 이에 대해 알아보겠습니다.
광조형 기술(Stereolithography) 은 소비자 시스템에서 훨씬 덜 일반적입니다. 이 프린터는 레이저를 사용하여 액체 수지를 단단한 플라스틱 재료로 경화시킵니다. 일반적으로 물체는 수지 통에서 "끌어당겨져" 재료에서 올라오면서 층을 형성합니다. 최근 몇 년 동안 SLA 프린터는 더 작고 저렴해졌습니다. 따라서 정착하는 최종 모델 유형에 따라 FDM 프린터 의 진정한 대안 입니다.
선택적(Selective) 레이저 소결( SLS )은 강력한 레이저를 사용하여 폴리머 분말을 융합합니다. 실제 분말은 인쇄물의 지지 구조 역할을 하므로 이러한 유형의 인쇄물에는 특별한 발판이 필요하지 않습니다. SLS 는 데스크탑에서 볼 수 있는 FDM 유형이 아닙니다 . 아직은 산업기술입니다.
직교 및 델타 로봇 프린터(Cartesian & Delta Robot Printers)
FDM 프린터 의 가장 일반적인 유형은 직교 3D 프린터입니다. 이름은 데카르트 좌표를 나타냅니다. 이것이 우리 모두가 학교에서 배운 XYZ 좌표입니다. (XYZ)프린트 헤드는 프린트 볼륨 공간 내에서 임의의 XYZ 좌표로 이동할 수 있습니다. 수학은 간단하고 프린터는 매우 저렴하며 인쇄 품질은 정확합니다.
그러나 XYZ 좌표가 얼마나 세분화되었는지에 따라 곡면이 매끄럽지 않을 수 있으므로 약간의 수동 마무리 작업이 필요합니다.
Delta 로봇 프린터는 다른 접근 방식을 취합니다. 프린트 헤드는 3개의 레일에서 작동하는 3개의 암에 장착됩니다. 각 암의 높이를 변경하여 프린트 헤드가 흔들릴 수 있습니다. 이 디자인은 프린트 헤드가 실제 곡선으로 스윙할 수 있게 하고 키가 큰 물체가 프린트 볼륨 내에서 프린트될 수 있도록 합니다.
기본적으로 레일이 길수록 모델이 더 커질 수 있습니다. 델타 로봇 프린터는 XYZ 좌표 대신 삼각법을 사용하여 프린트 헤드 위치를 계산합니다. 최종 결과는 직교 프린터와 동일한 인쇄 해상도에 도달할 수 없다는 것입니다.
델타 로봇 개념을 제대로 이해하려면 실제로 작동하는 모습을 볼 필요가 있습니다. Johann Rocholl 의 이 비디오를 보면 개념을 빠르게 이해할 수 있습니다.
암(Notice) 의 관절과 프린트 헤드가 얼마나 자유롭고 부드럽게 움직일 수 있는지 확인하십시오.
3D 프린터 재료(3D Printer Materials)
3D 프린터는 다양한 재료를 사용하지만 소비자 등급 애플리케이션에서 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 플라스틱이 있습니다: ABS 및 PLA .
ABS ( 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 )는 (Acrylonitrile Butadiene Styrene)레고(LEGO) 브릭을 만드는 것과 똑같은 플라스틱 입니다. 이 플라스틱은 냉각 시 뒤틀리기 쉬우므로 가열식 인쇄 베드가 있는 프린터가 필요합니다. 충격에 상당히 강하지만 특별히 강하지는 않습니다. 프로토타입 부품과 내하중이 아닌 최종 부품을 만드는 데 적합합니다.
PLA ( Polylactic Acid )는 녹는점이 낮고 휘어짐이 적고 작업이 간편하고 인쇄 불량이 적습니다. 또한 실용적으로 사용하기에는 너무 부서지기 쉽지만 보기만 하는 부드럽고 상세한 모델을 만드는 데는 탁월합니다.
좋은 소식은 대부분의 소비자용 3D 프린터가 이 두 가지 저렴한 재료를 모두 사용할 수 있다는 것입니다. 따라서 필요에 따라 변경할 수 있습니다.
나일론(Nylon) 필라멘트는 또 다른 옵션이며 목재나 금속을 재료로 사용하는 프린터도 있습니다. 차세대 프린터는 한 번에 두 개 이상의 필라멘트를 처리할 수 있어 혼합 재료 또는 다색 인쇄가 가능합니다.
일반적인 3D 프린팅 공정(The Typical 3D Printing Process)
3D 인쇄를 직접 만든 적이 없다면 사용자 관점에서 실제로 어떻게 작동하는지 궁금할 것입니다. 3D 프린터를 사용하는 것은 레이저나 잉크젯 프린터로 2D 인쇄물을 출력하는 것만큼 쉽지는 않지만 생각만큼 어렵지는 않습니다.
설명서에 따라 프린터를 설정하고 보정 및 레벨링을 올바르게 수행한 후 먼저 인쇄할 모델이 필요합니다.
Zbrush 또는 AutoCAD( Zbrush or AutoCAD) 와 같은 것을 사용하여 자신만의 모델을 만들 수 있지만 대부분의 사람들은 온라인 사이트에서 모델을 다운로드할 것입니다. 첫 번째 중지는 분명히 사용자 제출 모델의 가장 유명한 컬렉션인 Thingiverse 여야 합니다. (Thingiverse)그러나 많은 대안(alternatives) 이 있습니다.
호환되는 형식의 모델을 얻은 후 프린터와 함께 제공된 소프트웨어에서 모델을 엽니다. 모두 다르게 보이고 작동하지만 기본 개념은 동일합니다. 또한 3D 모델이 견고하고 인쇄에 적합한지 확인하는 Meshmixer 를 사용하여 3D 모델을 먼저 처리할 수도 있습니다 .
3D 프린터 소프트웨어에서 모델의 크기와 품질을 선택하면 소프트웨어가 각 인쇄 레이어를 나타내는 "슬라이스"로 변환합니다. 또한 모델이 만들어지는 동안 모델을 지원하기 위해 인쇄해야 하는 "비계"도 계산합니다. 이 물건은 인쇄가 완료되면 깨질 수 있습니다.
모든 준비 작업이 끝나면 인쇄를 시작할 수 있습니다. 화질 설정에 따라 오래 기다리실 수 있습니다! 고품질 인쇄물은 몇 시간에서 며칠까지 다양합니다. 고맙게도(Thankfully) 일부 3D 프린터를 사용하면 앱을 통해 원격으로 인쇄 진행 상황을 모니터링할 수 있습니다.
인쇄가 완료되면 침대에서 제거한 다음 비계에서 떼어냅니다. 많은 경우에 결함을 제거하기 위해 사포와 특수 절단 도구를 사용하여 모델을 마무리해야 합니다. 어떤 사람들은 심지어 자신의 모델을 페인트합니다! 유일한 진정한 한계는 창의력입니다.
3D 프린터를 구매하고 싶으시다면 이것이 최고의 선택(best picks) 이고 예산이 충분하다면 주머니 에 더 친숙한 옵션입니다.
HDG Explains : How Does 3D Printing Work?
3D printing has become a muсh more mainstreаm technology, with printing machines aνailable at just about еvery price point. Most people who want a 3D printer can probably find a model they can afford. Despite this, 3D printing is still so new that few people know how it works.
This is why now is a good time to answer the question “How does 3D printing work?”. There’s a very good chance you’ll have to use one eventually!
Additive vs Subtractive 3D Printing
There are two broad categories of 3D printing. The 3D printers that you can buy yourself are almost all “additive” machines. In other words, they build 3D objects by adding material (usually in layers) until the object is complete. The 3D printers people think of when they hear “3D printer” is almost always of the additive variety.
Subtractive 3D printing is very different. Here you start with a fixed amount of material and then remove material until only the finished object is left. A sculptor making a statue out of marble is using a subtractive method. Subtractive machines are usually found in large workshops and industrial settings. CNC milling (computer numerical control) systems are probably the best-known example.
We’ll only be concentrating on additive machines from here on out, since they’re relevant to the average consumer. Just know that subtractive machines belong to the same extended family of 3D printers as the one you might put on a desk.
Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering
The three main methods of additive 3D printing are FDM (fused deposition modelling), stereolithography (SLA) and selective laser sintering (SLS).
FDM is the most common consumer-grade system. With these types of printers a filament of material is passed through a hot print head. The print head is precisely positioned in 3D-space and deposits a layer of material according to exact programmed instructions. There are different approaches to FDM, but we’ll get to that in a moment.
Stereolithography is much less common in consumer systems. These printers use lasers to cure a liquid resin into a solid plastic material. Usually, the object is “pulled” from a vat of resin, forming layer by layer as it rises from the material. In recent years SLA printers have become more compact and affordable. So it’s a real alternative to FDM printers, depending on what type of final model you settle on.
Selective laser sintering (SLS) uses a powerful laser to fuse a polymer powder. The actual powder acts as a support structure for the print, so this type of printing doesn’t need special scaffolding. SLS is not a type of FDM you’ll find on the desktop. It’s still an industrial technology for now.
Cartesian & Delta Robot Printers
The most common type of FDM printer is the cartesian 3D printer. The name refers to cartesian coordinates. That’s the XYZ coordinates we all learned in school. The print head can be moved to any XYZ coordinate within the print volume space. The math is simple, the printers are pretty affordable and print quality is precise.
However, depending on how granular the XYZ coordinates are, curved surfaces might not be as smooth as they could be, requiring some manual finishing work.
Delta robot printers take a different approach. The print head is mounted to three arms that run on three rails. By varying the height of each arm, the print head can swing. This design allows for the print head to swing in true curves and also allows for tall objects to be printed within the print volume.
Basically, the longer the rails are, the taller the model can be. Rather than XYZ coordinates, delta robot printers use trigonometry to calculate print head position. The end result is that they can’t reach quite the same print resolution as cartesian printers.
To really understand the delta robot concept, you need to see it in action. Have a look at this video by Johann Rocholl and you’ll quickly get the concept.
Notice the articulation on the arms and how freely and smoothly the print head can move.
3D Printer Materials
3D printers use a variety of materials, but there are two plastics that are by far the most common in consumer-grade applications: ABS and PLA.
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is exactly the same plastic that LEGO bricks are made of. This plastic is susceptible to warping when cooling down and needs a printer with a heated print bed. It’s quite impact resistant, but not particularly strong. It’s suitable for making prototype parts and even final parts that aren’t load-bearing.
PLA (Polylactic Acid) has a low melting point, doesn’t warp much, is easy to work with and has fewer failed prints. It’s also far too brittle for any practical use, but it is brilliant for creating smooth, detailed models that are only meant to be looked at.
The good news is that most consumer 3D printers will work with both of these inexpensive materials. So you can change them out as your needs require.
Nylon filament is another option and there are even printers that use wood or metal as a material. Next-generation printers can also handle more than one filament at a time, allowing for mixed material or multi-color prints.
The Typical 3D Printing Process
If you’ve never made a 3D print yourself, you’re probably curious about how it actually works from a user perspective. While using a 3D printer isn’t as easy as knocking out 2D prints on a laser or inkjet printer, it’s not nearly as difficult as you might think.
After setting up the printer according to the manual, with calibration and levelling done correctly, you first need a model to print.
You can make your own model, using something like Zbrush or AutoCAD, but most people are likely to download a model from an online site. The first stop should definitely be Thingiverse, which is quite possibly the most famous collection of user-submitted models. However, there are many alternatives.
After getting a model in a compatible format, you’ll open it up in the software that came with your printer. They all look and work differently, but the basic concept is the same. You may also want to first treat a 3D model with Meshmixer, which ensures that a 3D model is solid and suitable for printing.
In the 3D printer software, you’ll pick the size and quality of the model and the software will convert it into “slices” representing each print layer. It will also calculate the “scaffolding” that has to be printed to support the model while it’s being made. This stuff can be broken off when the print is done.
With all that prep work behind you, the print can begin. Depending on the quality settings, you might be in for a long wait! High quality prints vary from a few hours to a few days. Thankfully, some 3D printers let you monitor the progress of your print remotely via an app.
Once the print is done, you’ll remove it from the bed and then break it free of the scaffolding. In many cases you’ll have to finish the model using sandpaper and special cutting tools to remove imperfections. Some people even paint their models! The only real limit is your creativity.
If you’re itching to buy a 3D printer, these are our best picks and if you’re on a budget, these are more pocket friendly options.
