SLA 3D 프린터를 저렴하게 사용해 봤어요.
SLA 3D 프린터는 다 좋은데...
먼저 이 두 가지 공통 원리부터 설명하는 것이 순서입니다. 우선, 광경화성 레진의 존재에 대해 자세히 설명할 필요가 있습니다. 이 광경화성 레진은 일정 파장의 빛에 닿으면 고체화하는 성질을 가지고 있으며, 이 광경화성 방식의 3D 프린터에는 모두 이 광경화성 레진을 사용합니다.
이 광경화성 레진을 외부 빛이 닿지 않는 공간에 투명한 수조에 넣습니다. 그 수조의 바닥에는 빛을 쬐게 할 수 있는 기구가 있습니다. 그럼 수조 위에서 바닥이 되는 침대가 내려와서 수조 바닥면보다 마이크론 단위로 높은 정도의 위치에 멈춥니다. 그럼 바닥에서 레이저나 빛을 쏘고, 그 형태 그대로 침대와 도코노마의 레진을 굳힙니다. 그러면 다시 침대는 마이크론 단위로 올라가게 되고, 그 사이에 레진이 들어갔다 굳혔다를 반복하면서 어떤 형태를 만듭니다. 그래서 광경화성 3D 프린터의 출력은 위에서 아래로 거꾸로 되는 것이 보통입니다.
SLA와 DLP는 이 빛의 비추는 방법에 차이가 있습니다. SLA는 레이저를 거울에 반사시켜 그 거울이 움직이는 각도에 따라 레이저의 궤적이 달라지는데 그에 따라 출력물의 한층을 굳히는 방식입니다. DLP의 경우는 레이저와 거울 대신에 프로젝터를 사용하지만, 프로젝터인 빛의 형태를 비추면 그 형태 그대로 단면이 그대로 형성됩니다.
이 두 사람은 장점과 단점을 하나씩 갖게 되었습니다. SLA 의 경우는 레이저 초점이 매우 작기 때문에 정적으로 정밀한 출력이 가능하게 됩니다. 그것도 마이크론 단위의 층간 출력이 가능한데, 그 층간 뿐만이 아니라 다른 부분도 정치하다면, 그야말로 극에 달하지요. 실제로 SLA에 출력한 출력물은 실물을 완전히 복제한 듯한 느낌마저 듭니다. 단속 속도는 거울이 레이저를 반사하면서 궤적을 끌어야 하기 때문에 그리 빠르지 않습니다.
DLP의 경우 최근 LED 방식이 개발되고 나서 더욱 개선되었다고 합니다만, 프로젝터의 해상도가 제한되어 있어 빛이 퍼지는 현상이 일어날 수 있습니다. 그래서 상대적으로 정밀성이 낮습니다. 한번 찍어서 레이어를 올리고, 한번 더 찍어서 레이어를 올리는 단순한 동작으로 구성되기 때문에 속도가 굉장히 빠릅니다.
물론 두 가지 모두 기본적으로 정밀성이 높은 방식입니다만, 가능한 한 저는 시간이 걸리더라도 정밀한 출력을 원했기 때문에 SLA 방식의 사용을 외부에 의뢰하게 되었습니다. 정확히 말하면, 내가 기획한 것이 아니라, 우리 회사에서 설계중인 제품의 부품 샘플을 입수하는 것이 목적이었지만, 가능한 한 정밀한 외관을 보여야 하는 관계로 SLA가 적절하다고 판단하여 사용하게 된 것입니다.
그런데 저희 회사가 이 일을 맡기기로 한 출력 대행사는 보유 프린터가 거의 FDM 위주였습니다. 우리 팀 내에서는 왜 이 업체에 SLA의 출력을 맡기게 되었는지 고개를 갸웃하는 사람도 있었습니다.
FDM 방식만 하는 거 아니었나요?
우리가 제시한 부품은 주의해야 할 것이 부러지기 쉬운 얇은 부분들을 여기저기에 있어서 출력한 후에 받아서 다시 저희에게 넘겨주기 전에는 이 부분이 부러지면 안 됩니다. 어려운 과제였지만 그래서 그런지 이들도 잔뜩 긴장한 분위기가 역력했습니다.
SLA로 출력해보면...
이대로 가지고 돌아가 사내에서 공개했습니다만, 반응이 매우 격려되었습니다. SLA로 출력한 부품이 손상되지 않을 정도라면 양산할 때도 괜찮다는 것이 주된 반응이었습니다만, 다만 이것은 어디까지나 시제품이므로 이 재료를 사용하는 것이 아니라 보다 강도가 높은 엔지니어링 플라스틱이나 CNC 가공된 금속을 사용하는 것이 좋다고 회의 내용이 결정되었습니다. 그리고 여기서 끝낼 것이 아니라 앞으로 몇 가지 샘플을 출력해야 한다고 했습니다.
뭔가 좀 불편한 것 같았는데 이런 뒷이야기가 있었어요. 부품 설계 완료가 좀 늦어져서 그랬을 거예요. 일단 시간을 절감하기 위해 미리 완성한 부품을 출력하고, 나머지 부품을 완성하는 대로 SLA에 출력하여 샘플로서 검토에 들어가는 것이었습니다.
이번에도 얇은 부분이 많아 고심했는데 일이 그냥 잘됐으면 좋겠지만 중간에 SLA를 출력해 서포터를 뺐다가 부러진 적도 있어서 다시 해봤다고 한다. 그만큼 시간이 걸렸지만, 그 대신 그만큼은 비용을 들이지 않고 해주기도 했어요.
문제는 일정이었습니다. 이번 작업에서는 일정이 빡빡하게 짜여져 있었지만 설계가 늦어지고 출력이 하나하나 있었기에 상당한 시간이 걸리고 일정도 위태로워졌습니다. 다행히 출력은 한번 걸면 자동이 되기 때문에 밤에 걸어두었다가 다음날 아침에 완성된 것을 찾을 수 있어서 일일이 부품을 찾을 수 있었습니다.
가까스로 일정대로 부품이 모두 모였고, 당사에서 종합적인 검토에 들어갔습니다. 레진으로 만든 부품에 대한 여러가지 검사를 실시한 후, 이것들을 향후 각각의 소재로 용도에 맞게 제작하는 방안을 마련했습니다. 사실 개발이 어렵게 진행된 이유는 판금 등으로 인해 다소 모호한 형태가 많았기 때문입니다. 디자인 자체를 3D 프린터로 설계했습니다. 물론 실제로는 그 후 CNC 가공에서 일부 수정해서 제작할 예정이었지만 워낙 미묘한 부분이 많아 처음에 각 부품을 보면서 검토하려면 출력해 봐야 했습니다.
이렇게 해서 우리 업체의 SLA를 활용한 부품 제작은 일단 완료되었습니다. 앞으로는 시제품을 다른 업체에 맡겨 제작하게 되었는데요. 다른 업자에게 맡긴 이유는 출력 업체가 CNC까지는 인수하기 어려웠기 때문이라고 합니다. 하지만 앞으로 다른 3D프린터의 출력은 그 업체에 맡기기로 했습니다.
