4차 산업혁명의 핵심 기술로 여겨지는 3D프린팅은 어느 날 갑자기 등장한 것이 아닙니다. 1981년 일본의 히데오 코다마가 제시한 아이디어에서 시작하여, 척 헐의 SLA(Stereolithography) 기술 상용화를 거쳐, 오픈소스 운동을 통해 대중화되기까지 수십 년에 걸친 기술적 진화의 산물입니다.
초기 3D프린터가 주로 시제품 제작에 사용되었다면, 오늘날의 산업용 3D프린팅은 소재 과학과 공정 제어 기술의 발전을 기반으로 항공우주, 의료, 자동차 등 최첨단 산업의 최종 부품을 생산하는 핵심 제조 기술, 즉 적층 제조(Additive Manufacturing, AM)로 자리 잡았습니다. 이 글에서는 ISO/ASTM 52900 국제 표준을 기준으로 7가지 핵심 기술군의 원리와 특성을 심층 분석하고, 글룩과 같은 3D프린팅서비스기업이 이러한 기술을 어떻게 활용하여 제조업의 패러다임을 바꾸고 있는지 살펴보겠습니다.
기본 원리 이해: 적층 제조 vs 절삭 가공
3D프린팅, 즉 적층 제조는 3차원 모델링 데이터를 기반으로 소재를 층층이 쌓아 올려 입체적인 물체를 제작하는 방식입니다. 이는 커다란 재료 덩어리에서 불필요한 부분을 깎아내는 전통적인 절삭 가공(Subtractive Manufacturing)과 근본적으로 반대되는 개념입니다. 비유하자면, 절삭 가공은 돌을 깎는 ‘조각’과 같고, 적층 제조는 찰흙을 덧붙이는 ‘소조’와 같습니다.
이러한 공정 방식의 차이는 적층 제조에 다음과 같은 고유한 장점을 부여합니다.
- 설계 자유도 극대화: 복잡한 내부 구조나 일체형 구조물 제작이 가능합니다.
- 부품 통합: 여러 부품을 단일 부품으로 출력하여 조립 공정을 단순화하고 무게와 강도를 개선할 수 있습니다.
- 재료 효율성: 필요한 만큼만 소재를 사용하므로 재료 낭비가 현저히 적습니다.
이러한 장점 덕분에 적층 제조는 다품종 소량 생산, 맞춤형 제품 제작, 경량화가 중요한 산업 분야에서 혁신을 주도하고 있습니다.
ISO/ASTM 52900 기반 7대 적층 제조 기술
국제표준화기구(ISO)와 미국재료시험학회(ASTM)는 적층 제조 공정을 재료와 방식에 따라 7가지 기술군으로 표준화했습니다. 이를 기준으로 각 기술의 특징과 산업적 활용도를 살펴보겠습니다.
1. 재료 압출 (Material Extrusion, ME)
가장 대중적인 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 여기에 속합니다. 플라스틱 필라멘트를 녹여 압출하며 쌓아 올리는 기술로, 경제성과 접근성이 뛰어나 시제품 제작, 교육, 제조 보조 도구(Jigs & Fixtures) 제작에 널리 사용됩니다. 하지만 정밀도가 낮고 표면에 층간 결(Layer lines)이 남는 한계가 있습니다.
2. 광중합 (Vat Photopolymerization, VP)
글룩의 핵심 기술인 SLA(Stereolithography)를 비롯해 DLP, MSLA 방식이 포함됩니다. 액상 광경화성 수지가 담긴 수조에 빛(레이저 또는 프로젝터)을 조사하여 층층이 경화시키는 방식입니다.
- 장점: 마이크로미터 단위의 정밀도와 매우 매끄러운 표면 품질을 구현할 수 있어, 외관이 중요한 고충실도 시제품, 정밀 부품, 의료 및 주얼리 분야에 최적화되어 있습니다.
- 활용: 글룩은 최첨단 산업용 SLA 장비를 통해 디자인 검증용 목업부터 수술용 가이드, 나아가 최종 사용 부품의 대량생산까지 폭넓은 솔루션을 제공합니다.
산업용 SLA 3D프링팅 활용 사례
3. 분말 베드 융합 (Powder Bed Fusion, PBF)
나일론 같은 폴리머 분말이나 티타늄, 스테인리스강 등 금속 분말을 얇게 깔고 레이저나 전자빔으로 선택적으로 녹여 굳히는 기술입니다. SLS, MJF, DMLS/SLM, EBM 등이 여기에 해당합니다.
- 장점: 별도의 서포트 구조 없이 복잡한 형상 제작이 가능하며, 단조나 주조에 버금가는 기계적 물성을 지닌 최종 부품을 생산할 수 있습니다.
- 활용: 항공우주 분야의 경량 부품, 환자 맞춤형 의료 임플란트, 고성능 자동차 부품 등 극한의 성능이 요구되는 분야에서 핵심 기술로 사용됩니다.
4. 재료 분사 (Material Jetting, MJ)
잉크젯 프린터처럼 프린트 헤드에서 액상 레진 방울을 분사하고 즉시 UV 빛으로 경화시키는 방식입니다. 여러 재료를 동시에 분사하여 단단함과 유연함을 동시에 갖춘 부품이나 수천 가지 색상의 풀 컬러 모델 제작이 가능합니다. 초현실적인 프로토타입이나 다색상의 의료 해부학 모델 제작에 독보적인 장점을 가집니다.
5. 바인더 분사 (Binder Jetting, BJ)
분말 베드 위에 액체 접착제를 분사하여 입자를 결합시킨 후, 소결(Sintering) 등의 후처리 공정을 통해 최종 부품을 완성합니다. 생산 속도가 매우 빠르고 PBF 대비 비용 효율이 높아, 자동차 부품이나 소비재의 금속 부품 대량생산 및 정밀 주조용 모래 주형 제작에 유망한 기술입니다.
6. 직접 에너지 증착 (Direct Energy Deposition, DED)
노즐을 통해 금속 분말이나 와이어를 공급하면서 고에너지원(레이저 등)으로 즉시 녹여 증착하는 기술입니다. 수 미터 이상의 대형 부품을 제작하거나, 손상된 고가의 금형이나 항공기 부품을 수리·보수하는 데 최적화되어 있습니다.
7. 시트 적층 (Sheet Lamination, SL)
종이나 금속 박판 같은 얇은 시트를 겹겹이 쌓고 접착한 후, 칼이나 레이저로 잘라내는 방식입니다. 재료비가 저렴하고 대형 모델 제작에 유리하지만, 정밀도가 낮고 후처리가 복잡하여 현재는 일부 특수 분야를 제외하고는 잘 사용되지 않습니다.
적층 제조의 새로운 지평 – 차세대 기술들
7대 핵심 기술군을 넘어, 기존의 한계를 극복하는 차세대 기술들이 제조업의 미래를 재정의하고 있습니다.
- CLIP (Continuous Liquid Interface Production): 카본(Carbon)사가 개발한 연속형 광중합 기술로, 기존 SLA/DLP 대비 25~100배 빠른 속도를 구현합니다. 아디다스의 ‘Futurecraft 4D’ 신발 중창처럼 대량 맞춤 생산의 시대를 열고 있습니다.
- PLP (Polymer Liquidation Process): 사출 성형에 사용되는 실제 PP, ABS, PEEK 같은 소재를 광경화 방식으로 3D프린팅하는 혁신 기술로, 사출 성형품과 동일한 수준의 물성을 구현하여 최종 부품 생산의 새로운 가능성을 제시합니다.
- 연속 섬유 강화 프린팅: FDM 방식에 탄소섬유(Carbon Fiber)와 같은 연속 섬유를 함께 적층하여, 플라스틱의 무게로 알루미늄 수준의 강도를 지닌 고성능 부품을 제작합니다.
목적에 맞는 최적의 도구를 선택하는 지혜
지금까지 살펴본 것처럼, ‘모든 것을 해결하는 만능 3D프린팅 기술’은 존재하지 않습니다. 존재하는 것은 오직 ‘목적에 가장 적합한 기술’뿐입니다. 빠르고 저렴한 아이디어 검증에는 FDM이, 완성도 높은 외관이 필요하다면 SLA가, 극한의 강도가 요구된다면 PBF나 DED가 적합합니다.
성공적인 적층 제조의 활용은 제품의 요구 조건(속도, 비용, 정밀도, 재료 특성)을 정확히 이해하고, 그에 맞는 최적의 기술을 전략적으로 선택하는 것에서 시작됩니다.
산업용 3D프린팅 기술은 설계 데이터만 있다면 누구나, 어디서든, 필요한 것을 즉시 생산할 수 있는 새로운 제조 패러다임의 중심에 있습니다. 3D프린팅서비스기업 글룩은 이러한 기술 생태계에 대한 깊은 이해와 폭넓은 솔루션을 바탕으로, 고객 여러분의 아이디어가 가장 성공적인 결과물로 구현될 수 있도록 돕는 최적의 파트너입니다.
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Everything About 3D Printing Technology: From the Principles of Additive Manufacturing to the Future of Industry
3D printing, now considered a core technology of the Fourth Industrial Revolution, did not appear overnight. Its conceptual roots can be traced back to a 1981 report on a rapid prototyping (RP) system using photocurable resin, published by Hideo Kodama of the Nagoya Municipal Industrial Research Institute in Japan.
Although he presented the idea of creating three-dimensional objects by hardening liquid plastic layer by layer with light, it did not reach commercialization at the time due to technical limitations.
Today, industrial 3D printing has evolved beyond a mere prototyping tool. Based on advancements in material science and process control technology, it has established itself as a key manufacturing technology, or Additive Manufacturing (AM), for producing final parts for cutting-edge industries such as aerospace, medical, and automotive. This article will provide an in-depth analysis of the principles and characteristics of the seven core technology groups based on the ISO/ASTM 52900 international standard and explore how 3D printing service providers like GLUCK are utilizing these technologies to change the manufacturing paradigm.
Understanding the Basic Principles: Additive vs. Subtractive Manufacturing
3D printing, or Additive Manufacturing, is a method of creating three-dimensional objects by building them up layer by layer from 3D model data. This concept is fundamentally opposite to traditional Subtractive Manufacturing. Subtractive manufacturing, represented by methods like CNC (Computer Numerical Control) milling, involves removing unnecessary parts from a larger block of material to create the desired shape.
To use an analogy, subtractive manufacturing is like 'sculpting' by carving a block of stone, while additive manufacturing is like 'modeling' by adding clay.
This difference in process gives additive manufacturing several unique advantages:
- Maximum Design Freedom: It allows for the easy creation of complex internal structures and integrated objects, like a 'ball within a ball.'
- Part Consolidation: Structures that previously required assembling multiple parts can be printed as a single component, simplifying the assembly process, reducing weight, and improving structural strength.
- Material Efficiency: Since only the necessary amount of material is used, there is significantly less material waste compared to subtractive manufacturing.
Thanks to these advantages, additive manufacturing is driving innovation in fields that require multi-item small-batch production, customized products, and lightweighting, such as the aerospace and medical industries.
Related Article: Design for Additive Manufacturing, DfAM
The 7 Major Additive Manufacturing Technologies Based on ISO/ASTM 52900
The International Organization for Standardization (ISO) and the American Society for Testing and Materials (ASTM) have standardized additive manufacturing processes into seven technology groups based on material and method. We will examine the features and industrial applications of each technology based on this standard.
1. Material Extrusion (ME)
This category includes the most popular method, FDM (Fused Deposition Modeling). It works by melting and extruding a plastic filament through a nozzle to build up layers. It is widely used for prototyping, education, and creating manufacturing aids (Jigs & Fixtures) due to its affordability and accessibility. However, it has limitations, such as low precision and visible layer lines on the surface.
2. Vat Photopolymerization (VP)
This includes SLA (Stereolithography), a core technology at GLUCK, as well as DLP and MSLA methods. This process involves curing layers of liquid photopolymer resin in a vat using a light source (laser or projector).
- Advantages: It can achieve micrometer-level precision and a very smooth surface finish, making it ideal for high-fidelity prototypes where appearance is critical, as well as for precision parts in the medical and jewelry industries.
- Application: GLUCK utilizes state-of-the-art industrial SLA equipment to provide a wide range of solutions, from design verification mockups to surgical guides and even the mass production of final-use parts.
Industrial SLA 3D Printing Use Cases
3. Powder Bed Fusion (PBF)
This technology involves spreading a thin layer of powder material, such as polymer or metal (like titanium or stainless steel), and selectively melting or sintering it with a laser or electron beam. This category includes SLS, MJF, DMLS/SLM, and EBM.
- Advantages: It can create complex geometries without the need for support structures and produce final parts with mechanical properties comparable to those made by forging or casting.
- Application: It is a core technology in fields requiring extreme performance, such as lightweight components for aerospace, patient-specific medical implants, and high-performance automotive parts.
4. Material Jetting (MJ)
Similar to an inkjet printer, this method involves a print head depositing droplets of liquid resin and instantly curing them with UV light. It can jet multiple materials simultaneously to create parts with both rigid and flexible properties or full-color models. It has a distinct advantage in creating ultra-realistic prototypes and multi-color medical anatomical models.
5. Binder Jetting (BJ)
This method involves depositing a liquid binding agent onto a powder bed to join particles together. The resulting part is then put through a post-processing step like sintering to achieve its final properties. It is very fast and more cost-effective than PBF, making it a promising technology for the mass production of metal parts for automotive and consumer goods, as well as sand molds for precision casting.
6. Direct Energy Deposition (DED)
In this process, a nozzle deposits metal powder or wire while a high-energy source (like a laser) simultaneously melts it. It is optimized for creating large parts (several meters in size) or for repairing and adding material to existing high-value components, such as turbine blades or molds.
7. Sheet Lamination (SL)
This method involves stacking and bonding thin sheets of material (like paper or metal foil) and then cutting them with a knife or laser to form the shape of the object. While it is low-cost and suitable for large models, it has low precision and involves a complex post-processing step, so it is now rarely used except for some niche applications.
The New Horizon of Additive Manufacturing – Next-Generation Technologies
Beyond the seven core technology groups, next-generation technologies are emerging that overcome existing limitations and are redefining the future of manufacturing.
- CLIP (Continuous Liquid Interface Production): Developed by Carbon, this continuous photopolymerization technology achieves printing speeds 25-100 times faster than conventional SLA/DLP. It is opening the era of mass customization, as seen in Adidas's 'Futurecraft 4D' shoe midsoles.
- PLP (Polymer Liquidation Process): An innovative technology that 3D prints with actual injection molding materials like PP, ABS, and PEEK using a photopolymerization method, achieving material properties identical to injection-molded parts and presenting new possibilities for final part production.
- Continuous Fiber Reinforcement: This method adds continuous fibers (like Carbon Fiber) to an FDM-style process, creating high-strength parts with the strength of aluminum at the weight of plastic.
The Wisdom of Choosing the Right Tool for the Job
As we have seen, there is no 'one-size-fits-all' 3D printing technology. There is only the 'best technology for the purpose.' FDM is suitable for quick and low-cost idea validation, SLA is ideal when a high-quality appearance is needed, and PBF or DED are appropriate when extreme strength is required.
Successful application of additive manufacturing begins with selecting the right technology strategically, based on a clear understanding of the product's requirements (speed, cost, precision, material properties).
Industrial 3D printing is at the center of a new manufacturing paradigm where anyone, anywhere, can instantly produce what they need, as long as they have the design data. As a 3D printing service provider, GLUCK, with its deep understanding of this technological ecosystem and a wide range of solutions, is the optimal partner to help bring your ideas to successful fruition.
GLUCK is an industrial 3D printing service company capable of mass production. We transform small ideas into repeatable productivity, providing realistic manufacturing solutions.
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