3D 프린팅 절차

3D 프린팅을 위한 절차는 아래의 그림과 같다. 3D 형상인 모델을 만드는 모델링 과정이 필요하다. 모델은 STL 파일 포맷으로 저장이 되고 STL로 저장된 삼각형을 가로방향으로 특정한 높이만큼 나누는 슬라이싱 단계를 거쳐서 프린터 헤드의 이동경로를 나타내는 G-code로 변경되고 그 경로를 따라서 3D 프린터의 필라멘트가 사출되어 적층되면서 물리적으로 형상이 만들어진다. 출력이 완료되고 원본 형상을 만들기 위해서 부가적으로 출력된 구조물을 제거하거나 형상을 세공하는 후처리과정이 필요하다.

 

 

각 단계 별로 자세히 살펴보자. 첫 번째로 물리적으로 출력을 하기위한 형상 데이터가 필요하다. 캐드기반의 3D 모델링 프로그램을 이용해서 만들 수 있다. 3D 모델은 3차원 공간에서 x, y, z 축의 좌표 값을 가지는 점이 정해지고 3개의 점의 모여서 삼각형 형태의 면이 정해지고 여러 개의 면이 모여서 만들어진다. 아래의 그림 왼쪽을 보면 돌고래 모양의 형상이 보인다. 이 형상이 3D 모델이며 여러 개의 삼각형으로 구성된다. 각각의 삼각형은 고유의 좌표 값을 가진 3개의 점으로 표현된다. 좌표 값을 가지는 점들로 만들어진 삼각형 정보는 STL 파일 포맷으로 저장될 수 있다. 아래 그림 오른쪽은 STL 파일 포맷의 예제이다. 각각의 삼각형은 삼각형에 수직인 법선벡터를 1개씩 가지며 loop 안에 3개의 좌표 값을 가지는 삼각형 1개의 정보가 기록된다. 이와 같은 방식으로 모든 삼각형 정보가 파일로 저장될 수 있다.

 

 

슬라이싱 전단계로 서포터라는 추가 구조물이 만들어 질수 있다. 3D 모델의 특정 삼각형이 지면으로부터 허공에 떠있는 위치에 있을 때 서포터가 필요하다. 아래 그림의 왼쪽을 보면 컵 손잡이 아래쪽에 사각형 형태의 구조물이 서포터이다. 컵손잡이 형상 아래쪽 부분이 허공에 떠 있는 구조이고 그 아래 서포터를 출력하고 그 위에 손잡이 형상이 출력될 수 있다. 서포터가 없다면 필라멘트가 흘러내리면서 형상이 만들어 질수 없다. 컵의 출력 방향을 다르게 한다면 서포터가 없이도 출력이 가능할수 있다. 그림 오른쪽 예제는 서포터 없이 한번 에 출력된 받침대 용도의 물체이다. 형상의 모든 부분이 아래에서 위로부터 서로 지지하는 구조이며 어떤 부분도 허공에 떠있는 곳이 없다. 같은 모양의 형상의 축방향으로 모델의 출력 각도를 조정해 보면 서포터의 양을 줄이거나 서포터 없이 출력할 수 있다.

 

 

슬라이싱은 3D 모델을 가로 방향으로 특정한 높이만큼 레이어로 나누는 과정이다. 이 높이는 필라멘트가 녹아서 적층될 수 있는 최대, 최소 높이를 기준으로 한다.  필라멘트 출력 높이가 낮을수록 출력되는 모델의 형상이 정교해지고 높이가 높을수록 출력물의 형상이 각이 진다.