최완기 황윤자 최경화 쓰리디파이오니아 단국대학교 단국대학교

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1 3D 프린팅인력양성사업특성화고및대학생을위한전문교육

2 최완기 황윤자 최경화 쓰리디파이오니아 단국대학교 단국대학교

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4 차례 교재활용가이드 2 제 1 부 3D 프린팅시작하기 1장 3D프린팅의개요 D프린팅정의및역사 D프린팅의원리및특징 D프린팅방식과재료 D프린터종류와재료 22 2장 3D프린팅산업분석및전망 D프린팅활용동향 D프린팅관련기술전망 D프린팅시장동향 D프린팅시장전망 46 제 2 부창의적인메이커되기 3 장 사전준비 창의적인아이디어발상 아이디어스케치 54

5 4장 3D프린팅의모델링이해 D프린팅절차 D모델링개요 D프린팅모델링과설계의차이 D모델링프로그램의이해 70 5장 효율적인제품설계방법 효과적인제품설계방법의개요 77 (1) 제품고찰및분석기법소개 (2) 역설계종류및방법 (3) 제품분석을통한단일제품 (4) 제품분석을통한조립제품 2. 효과적인제품설계방법의실전모델링 83 (1) 제품고찰및분석기법실전모델링 (2) 역설계실전모델링 (3) 제품분석을통한단일제품모델링 (4) 제품분석을통한조립제품모델링 6장 3D프린팅과정알아보기 D프린팅을위한주의사항및선행요건 STL 파일의개요및저장, 수정방법 후처리및후가공 217

6 7장 3D프린터로제품만들기 D스캐너개요및활용방법 아두이노개요및활용방법 관련장비동향 241 제 3 부창의적 Maker 의성공적인취업전략 8 장 3D 프린팅과윤리 D 프린터와안전기준 지식재산권의개념및침해사례 250 9장 성공적인 3D 분야취업전략 D프린팅기업에서요구되는인재 D프린팅관련기업에서원하는스펙쌓기 효과적인이력서작성 성공하는자기소개서작성 성공하는면접비법 278 참고문헌 288

7 1 제부 3D프린팅시작하기 1 장 3D 프린팅개요 2 장 3D 프린팅산업분석및전망

8 1 장 3D 프린팅의개요 1. 3D 프린팅의정의와역사 3D 프린팅은 거의모든것을제조하는방법의혁신 으로일컬어지면서, 장차제조업공정을혁신하 는기폭제로작용할전망이다. 3D 프린팅을이용해복잡한구조의제품을생산하고, 시제품제조시간 을단축하여, 소재낭비를줄일수있다. 이번장에서는 3D 프린팅의개념과역사에대해서알아보자. 1) 3D프린팅의정의 3D프린팅는누구나도면만있으면제품을생산할수있는 3차산업혁명, 제조업의인터넷혁명 으로불리우고있다. 아직은장비및재료가격이비싸고대량생산이힘들다는한계로회의적인시각도존재하고있으나, 소비자가직접제품을만든다는제조업의패러다임의변화와기존의제조공정을파괴하는능력을가지고있다. 3D프린팅은디지털화된 3차원제품디자인을 2차원단면으로연속적으로재구성해소재를한층씩인쇄하면서쌓는방식으로제품을생산한다. 이기술은이미 30년전에활용된기술이나최근플라스틱수지의다양화, 색체도입뿐아니라금속, 세라믹등소재의다양화가진행되고산업체의활용도가확장되고있다. 3D프린팅은소재특성을크게 액체기반형, 분말기반형, 고체기반형 으로나눌수있다. 10 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

9 3D 프린팅의소재에따른분류 분류 특징 액체기반형 레이저나강한자외선을이용해재료를순간적으로경화시켜형상을제작하는방식 분말기반형 미세한플라스틱분말 ( 파우더 ), 모래, 금속성분의가루등을가열, 결합해만드는방식 재료형태에따라접착제를사용하는시스템과레이저를사용하는시스템 고체기반형 와이어 (Wire) 또는필라멘트등열가소성재료를열을가해녹인후노즐을거쳐압출하는 재료를적층해제작하는방식 기존 3D 프린팅에들어가는주요소재는합성수지였으나최근에는나일론, 금속분말, 콘크리트등으로다양화되면서활용할수있는산업분야가확대되고있는추세이다. 3D 프린터에주목하는이유 지금까지기업들은소비자가좋아할만한상품을개발해대량생산해서최대한많이판매하는것을목표로삼았다. 그러나 3D프린팅을이용하면다양한소비자의욕구를충족시킬수있는맞춤형다품종소량생산이가능하다. 갈수록소비자의입맛이까다로워지고있는추세임을감안할때이는기업의차별화된무기가될가능성이높기때문에제조업체가 3D프린터를주목하고있는것이다. 특히 3D프린팅을통해소규모기업은물론소비자가직접제품을생산할수있기때문에 1인기업이급증할가능성도크다. 또한, 스마트폰을기반으로많은개인과소기업들이어플리케이션을만들고거래한것처럼개인이디자이너에게 3D모델링을의뢰하고아이디어나 3D모델링의설계도를사고파는시장이형성될수있다. 3D프린터와 3D프린팅시스템으로인해제조, 유통, 구매, 사용단계에이르기까지근본적인변화가시작되고있다. 2) 3D 프린팅역사 3D 프린팅은 1980 년초본격적인연구의시작한이래로다양한방식의프린팅기술이 개발되고있다. 각년도별 3D 프린팅역사는다음과같다. 제 1 장 3D 프린팅의개요 11

10 자료출처 - KPC( 한국생산성본부 ) D 프린트의시작본격적인연구의시작및개발 Charles Hull과 SLA, 3D Systems 설립 Charles(Chuck) Hull이 SLA개발및특허출원최초의 3D 프린트회사, 3D Systems 설립 Layer by Layer방식으로파트완성 SLS방식 + SLA방식 Scott Crump의등장첫상업용모델 SLA 방식상용화 Scott Crump가 Stratasys사를세움 SLS방식특허획득 SLS방식개발및특허출원 3차원 KINDEY 동작 3D 프린터로콩팥 ( 인체장기 ) 재현 최초의 3D 프린트자동차발표최초 3D 프린터로제작한자동차발표 3D 프린터 DIY KIT 등장 3D 프린터 DIY KIT의시장등장 Layer by Layer방식으로파트완성 3D 프린터로인공턱구현 SLS 방식특허종료 정보를찾아봅시다. DO! IT! 3D 프린터회사중 Stratasys 와 3D System 사가전세계고가 3D 프린터시장대부분 을점유하고있다. 또한 FFF 방식과 SLA 방식 3D 프린터를최초로출시하였다. 3D 프 린터의역사와현재어떠한 3D 프린팅기술들이개발되어사용중인지알아보자. 12 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

11 2. 3D 프린팅원리및특징 3D 프린팅원리는기본적으로한층씩쌓아가며모형을만드는적층방식이다. 3D 프린터와 CNC 를비 교하여그원리에대해서알아보자. 3D프린터는기존공구에의해재료를절삭하여가공하는 CNC(Computer Numerical Control) 방법과근본적으로다른방식이다. 조형방식이반대이다. 공구를사용하여재료를절삭조형을하는 CNC 방식은공구의간섭으로인해제작가능한형상에한계가있지만, 적층하는방식은공정에따라차이는있지만레이저나 UV를이용한재료의소결방식이나기본재료를적층하는방식으로적층조형을하는신속조형기술즉 3D프린팅의경우모델링된어떤 3D 형상도조형이가능하다. 기존의절삭가공의방법에비해짧은시간과적은비용으로조형을할수있으며컴퓨터로모델링을컴퓨터로제어되어대부분의공정이자동화되어있다. 공구를사용하지않기때문에공구나재료를공정하는고정장치 (Fixture) 와같은툴이필요하지않고소음이적어사무실같은실내공간에서도사용이가능하다. 또한장비사용에있어비숙련자또는일반인도비교적짧은시간에익힐수있어손쉽게사용이가능하며최소한의인력또는무인으로가동이가능하다. 조형에있어동시에여러개의파트를조형하거나서로다른디자인의모델도조형이가능하며크기또한쉽게줄이거나크게하여조형을할수있다. CNC 3D 프린터 조형방식 일정부피의고체재료를준비하고원하는형 태가나올때까지자동공구가정해진위치대 로이동하면서깎아냄 조형물의단면을한층씩쌓아가며조형하는 방식으로첨가또는적층가공 장점 조형정밀도매우높음 조형속도빠름 표면조도우수 사실상거의모든형태조형가능 이론상사용가능한재료의제한이없음 ( 현재는다소제한적 ) 재료의낭비가거의없음 제 1 장 3D 프린팅의개요 13

12 단점 CNC 사용가능한재료가제한적 깎아내는조형방식으로인해재료의낭비가심함 조형물의내부와같이공구가닿지않는부분은조형할수없음 3D프린터 조형정밀도가비교적낮음 조형속도가비교적느림 사용재료에따라조형기술다름 출처 : XYZist 홈페이지 3D프린팅기술은공장없이도제품을만들수있고저렴한초기투자비용으로기술개발을가능하게해제조업활성화에도이바지하고있다. 일반적인시제품제작방식은여러단계를거쳐야하지만 3D프린터는디자인만있으면그자리에서시제품을제작하고오류의수정도손쉽게할수있다. 또한별도의금형을제작하거나여러종류의기기를사용하는일이적어초기투자규모도크게줄일수있다. 3D프린터기술은턱뼈, 등뼈, 관절등인공뼈, 인공치아모형을만드는등의료용으로도사용되고있다. 치과기공소에서는 3D프린팅기술을 3D 구강스캐닝, CAD/CAM 및디자인소프트웨어등과함께결합하여치과용스톤모델및투명교정기, 실제치아와유사한다양한치과교정장치를신속하고정교하게제작할수있다. 반면에 3D프린터의최대단점으로는느린출력속도를들수있다. 때문에 3D프린터는대량생산에는적합하지않고맞춤형제품이나소량생산에최적화된기계이다. 시제품및맞춤형제품제작용 주목 3D프린터는설계도만있으면얼마든지제품제작이가능하고수정도용이하기때문에현재는기업들의제품개발과맞춤형제조에주로사용되고있다. 현재 3D프린터를가장많이활용하고있는분야는컨슈머 (20%) 와자동차 (20%) 분야이다. 이어서의료, 치과 (15%), 항공 우주 (12%), 산업 (11%), 학교 (8%), 정부 (6%), 건축 (3%) 에서사용되고있다. 3D프린터는나노, 의학, 우주항공등분야와융합을통해더욱발전할가능성이높다. 고분자화합물에금속, 탄소, 세라믹등나노입자를주입해새로운특성을갖는제품을생산할수있고귀, 코, 치아의주물틀을제작할수있다. 생각해봅시다! Thinking! 3D 프린터의가장큰장점은맞춤형소량생산이가능하다는점이다. 특히개인의취향에맞는맞춤형생산이가능하다는점을이용해서어떤사업모델에 적용할수있는지생각해보자. 14 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

13 3. 3D 프린팅방식및재료 3D 프린팅은용도, 소재, 크기등에따라다양한기준에분류할수있다. ASTM( 미국시험재료협회 ) 와 ISO 에서는사용되는소재와가공방식에따라분류되는 7 가지방식에대해알아보자. 1) 3D프린팅의 7가지방식 ASTM와 ISO에서는사용되는소재와가공방식에따라 3D프린팅기술을크게 7가지방식으로분류되며, 국내산업여건및기술적필요성을고려하여 6가지방식에 (Sheet Lamination 제외 ) 집중하고있다 (KEIT PD ISSUE REPORT, 2015). 소재유형분류기술정의유형 고체 기반형 재료입출방식 (ME, Material extrusion) 기반형시트적층조형법 (SL, Sheet Lamination) 적층소재를노즐을통해선택으로공급하면서 3차원형상을제조하는기술 판자형태 ( 얇은필름형태 ) 의소재를접착하여방식으로 3차원형상을제조하는기술 FFF LOM 액체 기반형 광중합방식 (VP, Vat Photopolymerization) 기반형재료분사방식 (MJ, Material jetting) 액상의광경화수지에빛을조사하여경화가되는중합반응을이용한적층기술 액상의적층소재를선택적으로쌓아올리면서 3차원형상을제조하는기술 SLA, DLP 등 Polyjet, MJM 등 접착제분사방식 (BJ, Binder Jetting) 액상결합체를이용해입자상태의소 재를선택적으로결하하며 3 차원형상 으로제조하는기술 3DP 등 분말기반형 분말기반형분말적층용융방식 (PBF, Powder Bed Fusion) 파우더챔버내에서높은열에너지원 을이용하여선택적으로용해및응고 과적을통한 3 차원형상제조기술 SLS 등 분말기반형고에너지직접조사 방식 (DED, Directed Energy deposition) 집속한열에너지에의해증착소재 의용해및응고과정을통한 3 차원 형상의적층기술 DMT, 금형기술응용 제 1 장 3D 프린팅의개요 15

14 첫째, 재료압출방식 (ME, Material Extrusion) 은 FDM(Fused Deposition Modeling) 이라불리는방식으로가장널리알려지고보편화된방식이다. 그러나 FDM 은 Staratasys가상표권을가지고있는이름으로 FFF(Fused Filament Fabrication) 로도불리며, 정확한명칭은 Material Extrusion이다. ABS나 PLA 수지를 1~2mm 직경의필라멘트형태로만들고이필라멘트를가열하여녹이면서기판위에그리는형태로일종의 XY테이블이달린 glue gun의개념이다. 재료압출 (ME)- FDM 방식작동원리 출처 : 인텔리코리아 둘째, 광중합방식 (PP, Photo Polymerization) 은빛의조사로플라스틱소재의중합반응을일으켜선택적고형화시키는방식이다. 포토폴리머는빛 ( 자외선이나가시광 ) 을조사하였을때, 물성의변화가일어나는폴리머를말한다. 이러한물성의변화가구조적인관점에서딱딱해지는형태로나타나는포토폴리머가 3D프린팅에서소재로사용되고있으며, 이는빛을조사하였을때폴리머내의 cross-link가일어나기때문이다. 모노머, 올리고머, 광촉매가존재할경우에빛이조사되면 cross-link 반응이일어나고결과적으로딱딱해진폴리머가생기는것이다. 이러한과정을 큐어링 (curing) 이라한다. 포토 16 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

15 큐어링을일으키는기구는여러가지방식이있을수있으며이에따라 SLA(Stereolitho graphy), DLP(Digital Light Processing) 방식으로다시나뉜다. 수조 (vat) 를이용한 SLA방식의프린터로일명 vat-(photo)polymerization이라불린다. Vat이라불리는수조안에포토폴리머를채우고, 고형화를수평면상의원하는부분에레이저빔을주사 (scanning) 방식으로조사한다. 빔에노출된폴리머는포토큐어링이일어나딱딱하게굳어지고, 나머지부분은액체로남아있다. 가운데있는피스톤을내리면서그위의수평면에같은일을반복하여수직방향으로쌓아가는방법이다. vat-(photo)polymerization 방식작동원리 출처 : 인텔리코리아 제 1 장 3D 프린팅의개요 17

16 셋째, 재료분사방식 (MJ, Material Jetting) 은용액형태의소재를 Jetting으로토출시키고자외선등으로경화시키는방식이다. 광중합 (PP) 방식은수조를만들어전면적에소재 ( 포토폴리머 ) 가존재하게하고에너지빔이선택적으로그소재를굳혀서원하는형상을얻는방식으로, 많은양의소재를필요로하며오염등의문제로수조내에남은포토폴리머를회수하여재사용하는것도까다롭다. 이와같은단점을해결하는방법으로개발된 MJ방식은재료를선택적으로뿌리는방법이다. 사무실에서사용하는잉크젯프린터의헤드를이용하여포토폴리머를원하는패턴에만뿌리고 UV램프를켜포토큐어링을일으킨다. 이와같은방법은수직방향으로반복하면 3D 프린터가되는것이다. 재료분사방식 (MJ)- Polyjet 작동원리 출처 : 인텔리코리아 18 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

17 넷째, 접착제분사방식 (BJ, Binder Jetting) 은블레이드와롤러등을이용하여스테이지에분말을편평하게깔고그위에잉크젯헤드로접착제를선택적으로분사하는방식이다. 접착제가뿌려진부분은분말이서로붙어서굳고, 접착제가뿌려지지않은부분은분말상태그대로존재한다. 이위에다시분말을곱게밀어서편평하게깔고또접착제를원하는패턴에뿌리면서수직위방향으로적층을계속한다. 원리적으로는베드에분말을얇고편평하게적층하는방식과잉크젯으로접착제를분사하는방식을결합한것이다. 분말을적층하는방식은뒤에설명할 PBF 방식과같고, 접착제를분사하는방식은 MJ에서사용된잉크제헤드는물질만바꾸어사용한것이다. 분말이자체서포팅을하므로서포트헤드는필요하지않다. 접착제분사 (BJ) 방식의구성과작동원리 출처 : 인텔리코리아 제 1 장 3D 프린팅의개요 19

18 다섯째, 분말적층용융방식 (PBF, Powder Bed Fusion) 은 SLS(Selective Laser Sintering, 선택적레이저소결 ) 방식이라널리알려진방식으로정식명칭은분말적층용융방식이다. BJ 방식과같이분말을블레이드와롤러등을이용하여분말베드에얇고편평하게깐다. 얇게깔린분말에레이저를선택적으로조사하여수평면상에서원하는턴을만든다. 다시이위에분말을얇게깔고평탄화를하여이분말에다시레이저를선택적으로조사하는방식이다. 레이저이외에전자빔등의에너지원을사용할수도있다. 분말적층용융 ((PBF) 방식출처 : 인텔리코리아 여섯째, 고에너지직접조사방식 (DED, Direct Energy Deposition) 은 SLS 방식에서사용된베드형분말공급방식의불편함을해소하고이를헤드에집적시키고자했던시도가 DED 방식이며, 헤드부에분말의공급과에너지원을공급, 산화차단가스노즐을한꺼번에채용한컴팩트한기술이다. 고에너지원으로바로분말을녹여서붙이는방식이므로 3차원구조체를만들수도있지만기존의금속구조물에대한표면처리, 수리등에서있어서강력한수단으로작용한다. 헤드의구조가간단하고제어가쉬워기존의공작기계와결합할경우큰산업적파급력을보인다. DED 헤드의보편화와더불어절삭과적층을결합한가공기의보편화를선도할것으로보이는 3D 프린팅기술이다. 20 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

19 고에너지직접조사 (DED) 방식원리 출처 : 인텔리코리아 일곱째, 시트적층조형법 (Sheet Lamination) 은얇은필름형태의재료를열, 접착제등 으로붙여가며적층시크는방식이다. Sheet Lamination 방식작동원리 출처 : 인텔리코리아 제 1 장 3D 프린팅의개요 21

20 4. 3D 프린터종류및재료 3D프린터를제조및판매하는글로벌기업들의 3D프린터에대해알아보고현재사용되고있는 3D프린터의다양한재료에대해서알아보자. 3D프린팅출력방식뿐못지않게소재에관한연구도전세계적으로활발하게진행되고있는만큼머지않은미래에새로운재질의제품들을접할수있을것이라생각된다. 1) 제조사별 3D프린터종류 스트라타시스 (Stratasys) - 미국스트라타시스는세계1위의 3D프린터제조업체이다. 미국스트라타시스와이스라엘오브젯이합병해서탄생한회사로기업규모로나기술력면에서업계에서가장앞섰다는평가를받고있다. 미국 Stratasys 프린터 출처 : 2013 Stratasys 3dprinter 소개자료 22 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

21 미국 Stratasys 프린터종류와분류 분류종류특징 Idea series Mojo, uprint SE, uprint SE Plus Enhanced creativity & design flexibility 를위한제품 Designers 및 engineers 개인별로사용하기편리 컨셉모델링을위한제품 The Design series Connex Line, Eden Line, Desktop Line 효과적인제품개발 Cycle 단축을위한고품질의 Prototype 제작 높은생산성을가지며다양한재료로완벽한제품표현가능 Fit, form and function 평가및 ergonomic studies 등에이상적 The Production series Fortus 250mc, 360mc, 400mc, 900mc 완제품에적용할수있는 Repeatable, cost-effective parts 사용 빠르고정밀한시제품제작, 산업표준의 thermoplastics 빠르고저비용으로생산제품변경및다양한제품생산가능 출처 : 2013 Stratasys 3dprinter 소개자료 3D Systems - 미국 3D Systems는현재로서는세계에서가장큰 3D프린터, 재료, 소프트웨어생산업체이다. 한브랜드에서제품과솔루션및채널파트너를보유하고 2012년 1월 3일에가장오래된미국의 3D프린터생산업체 Z Corporation 인수를완료했다. Cube3, Cube Pro Projet x60series Projet 3500 Series 제 1 장 3D 프린팅의개요 23

22 Projet 6000,7000 ProX 500 (Plus) ProX 100,200,300,400 미국 Systems 프린터 출처 : 3D 프린터와 3D 스캐너의기초활용 CEP TECH 자료 3D Systems 프린터종류와분류 분류 Cube3, Cube Pro Projet x60 Serise Projet 3500 Series Projet 6000,7000 ProX 500 (Plus) ProX 100,200,300,400 특징 방식 : PJP (Plastic Jet Printing), 재료색상 23가지 (PAB,ABS) 제작크기 : 최대 152~275mm, 적층두께 75,200,350 microns 적층방식 : 플라스틱을히팅된노즐로녹이면서적층 방식 : CJP (Colorjet Jet Printing), 색상 600만색 제작크기 : 최대 236~508mm, 적층두께 1000 microns 적층방식 : 석고분말을적층하면서중간에색상경화제를분사 방식 : MJP (Multi Jet Printing), 색상 7가지 제작크기 : 최대 298~550mm, 적층두께 16 microns 적층방식 : 액체플라스틱을분사하고 UV로경화하는방식 방식 : SLA (Stereo Lithography Apparatus), 색상 8가지 제작크기 : 최대 250~380mm, 적층두께 50,75,100 microns 적층방식 : 액체플라스틱을레이저로경화시키는방식 방식 : SLS (Selective Laser Sintering), 색상 3가지 제작크기 : 최대 457mm, 적층두께 80,100,150 microns 적층방식 : 나일론분말을레이저로소결하고적층하는방식 방식 : DMP (Direct Metal Printing), 재료 5가지 ( 추가가능 ) 제작크기 : 최대 100~500mm, 적층두께 80,100,150 microns 적층방식 : 금속분말을레이저로소결하고적층하는방식 24 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

23 EOS - 독일 1989년독일 Munich( 뮌헨 ) 에소재하며전세계최초 SLS(Selective Laser Sintering) 레이저소결방식 3D프린터제조회사이다. 3차원메탈프린터 DMLS를 1994 년전세계최초소개하여 RT(Rapid Tooling) 최상의솔루션으로인정받고있다. FORMIGA P 110 EOS P 396 EOS P 760 EOS P 800 EOS M 290 EOS M 400 v 독일 EOS 프린터 출처 : HDC 홈페이지 제 1 장 3D 프린팅의개요 25

24 독일 EOS 프린터종류와특징 종류 특징 FORMIGA P 110 엔트리급 Plastic 가공장비이며, 소형파트가공이가능 설계의유연성, 높은생산성이특징인 Laser Sintering 장비 제작크기 : 250mm X 250mm X 320mm EOS P 396 소규모양산체제및 Plastic 기능성부품 Prototyping 장비 다른도구나과정없이 CAD 파일을입력받아가공이가능 제작크기 : 340mm X 340mm X 600mm EOS P 760 모듈러방식의 Laser Sintering 장비로, 대형구조제품가공가능 제작크기 : 700mm X 380mm X 580mm 최대레이저속도 6m/s, 최대시간당 700cm3/h 가공가능 EOS P 800 고기능성플라스틱가공장비 제작크기 : 700mm X 380mm X 560mm 적층두께 : 0.12mm EOS M 290 완전자동화된단일공정으로별도의후가공없이완제품생산 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 장비 제작크기 : 250mm X 250mm X 320mm EOS M 400 산업생산을위한고품질대형메탈파트를가능 다른사전공정없이 CAD 데이터를직접입력받아가공 제작크기 : 400mm X 400mm X 400mm 26 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

25 DWS - 이탈리아 DWS는 2007년이태리비첸자에서설립된 3D프린터제조업체이다. 3D프린터분야에서오래경험을토대로자체개발된레이저기술과다양한재료개발 Know-how는기존형성된시장과더불어새로운산업사회에서요구되는 High Quality의 3D프린터를출시하였다. DWS 020X DWS 029X DWS 030X XFAB [ 이탈리아 DWS 프린터 ] 출처 : HDC 홈페이지 이탈리아 DWS 종류와특징 종류 DWS 020X ( 소형 3D 프린터 ) 특징 고해상도파트구현이가능, BlueEdge 레이저소스 (SLA 방식 ) 다양한재료활용 (ABS, Rubber, 세라믹계열, 투명, 주조용재료 ) 제작크기 : 130mm X 130mm X 90mm DWS 029X ( 일반산업용 3D 프린터 ) 고해상도 & 고정밀도파트제작이가능, 별도 Calibration 불필요 다양한재료활용 (ABS, Rubber, 세라믹계열, 투명, 주조용재료 ) 제작크기 : 150mm X 150mm X 200mm DWS 030X (High End 3D 프린터 ) E-Manufacturing 다품종소량생산을위한생산용 3D 프린터 다양한재료활용 (ABS, Rubber, 세라믹계열, 투명, 주조용재료 ) 제작크기 : 300mm X 300mm X 300mm XFAB ( 보급형데스크탑 3D 프린터 ) 저렴한장비가격, 장비운영가능 BlueEdge 레이저소스 (SLA 방식 ) 다양한재료활용 (ABS, Rubber, 세라믹계열, 투명, 주조용재료 ) 제작크기 : 180mm( 지름 ) X 180mm( 높이 ) USB포트를통해개인용 PC로간단한장비조작이가능 제 1 장 3D 프린팅의개요 27

26 2) 3D프린터재료종류 3D프린터재료의종류에는플라스틱계열, 금속계열, 파우더, 왁스, 고무, 종이, 세라믹도매우다양하다. 플라스틱계열에는 ABS와 PLA, 아크릴, PC(Polycarbonate) 가있으면각특징은다음과같다. 플라스틱계열의 3D 프린팅재료특징 분류 특징 ABS 개인용 3D프린터분야에서일반인이가장많이사용 강도, 열에대한내구성, 가격등이좋음 녹는온도는 C 사이, 보통적층 Layer 두께는 0.1mm 이상이며, 치수정밀도는일반적으로 0.2~0.5mm 정도 정밀도부분에서약점이있어표면조도를개선하려면후처리를해야하며, 도색은증착, 착색, 광택처리, UV 코팅등이가능하고 ABS재질이기때문에도금도가능 열수축현상때문에 PLA 재료보다는정밀한조형모델구현이어려움 친환경적이지않아가열시냄새심함 PLA 향후개인용 3D프린터분야에서일반인이많이사용 녹는점이낮고굳을때열수축현상이없는것이장점이지만, 내구성과가격적이단점임 녹는온도는 180~230 C 사이이고, 보통적층 Layer 두께는 0.1mm이상이며, 치수정밀도는일반적으로 0.2mm~0.5mm 정도 저가환경을고려하여정밀한모형제작이가능하기때문에개인용3D프린터에서 PLA 전용제품도출시되고있음 아크릴 3D Systems사에서잉크젯적층방식 (MJM) 에서사용되는재료인데뛰어난정밀도를가지고있으며, 일반적으로가전제품등전문가용 Mock-up 제품개발에적용하기좋음 강도와온도부분에서단점을가지고있으며, 적층 Layer 두께는 0.016mm까지가능하며, 후처리가필요없을정도로우수한표면조도를가지고있음 치수정밀도는 0.025~0.05mm 정도이며, 도색은증착, 착색, 광택처리, UV 코팅등가능 PC(Polycarbonate) 1956년독일의 Bayer사에서처음제조된수지로열가소성플라스틱소재 강한충격방지가가능한소재로써다양한분야에서폭넓게사용됨 또한높은강도의 PC 재료는시제품제작이외에도소량생산시최종제품제작, 치공구 (Jig&Fixture) 제작에사용됨 PC의특징은치수안정적이고고온에서변형이없으며, 높은장력과유연성, ABS를뛰어넘는높은강성보유 28 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

27 또한, 플라스틱계열이외의금속분말재료를사용하는금속계열, 파우더 ( 석회가루 ) 를 사용하는파우더, 왁스, 고무, 나무, 세라믹, 세포, 모래, 나일론의특징을살펴보면다음 과같다. 다양한 3D 프린팅재료의특징 분류 특징 금속 계열 금속분말재료를사용하여조형물만듦 Stainless Steel, Bronze, Tool Steel, Gold, 알루미늄, 코발트, 등의재료사용 적층 Layer 두께는 0.05~0.2mm이고재료단가가비쌈 유럽의선도업체인 BeAM사는 magic LF 6000은항공, 우주항공, 국방, 원자력분야에서손상되거나변형된부분의형상추가와수리에적합함 국내업체인인스텍은 DMT 방식을채용하며특히재료를일반산업용금속 ( 합금 ) 분말을사용해서재료비측면에서큰장점 인스텍제품도기존금속제품에형상추가나수리에적합 파우더 파우더 ( 석회가루 ) 를사용하는방식은접착제를잉크젯프린터처럼분사하여파우더를붙이면서조형물완성 강도는약하지만컬러잉크를분사하여작업을할수있기때문에컬러를구현할수있다는것이장점 3D Systems사의 Zprinter는파우더재료를사용하여다른 3D프린터방식보다 5~10배빠른파트생산능력을가지고있음 수십만가지컬러조합으로색상을표현할수있으며, 적층 Layer 두께는 0.09~0.1mm 정도이고해상도는 600X540 dpi 왁스 Solidscape 사의 3D 패턴마스터는주얼리, 치과용보철, 의료기기등분야에응용가능 왁스마스터패턴생산방식으로대응가능, 적층 Layer 두께는 0.025~0.076mm 정도 3D Systems 사는 MJM 기술을사용하여 Layer 두께는 0.016mm 까지가능 고무 충격흡수가필요한모델, 소형전자제품, 기능성모델에쓰임 국내캐리마업체는 DLP(Digital Light processing) 방식을채용한 Rubber Like ( 고무느낌의연성재질 ) 수지사용 Stratasys사의 Polyjet/Polyjet Matrix 방식을적용한 Rubber Like 수지를사용하는제품 제 1 장 3D 프린팅의개요 29

28 분류 특징 나무 일반적으로나무 ( 톱밥 ) 과복합재료를조합해서 FFF 방식으로제품출력 인테리어분야에적합 저가형가정용 3D프린터중노즐이 0.5 mm 이상이면큰무리없이사용 노즐직경이너무작으면재료특성상출력도중에막힐수있으므로주의 나무재질이므로나무냄새와나무질감을살릴수있는것이특징이다. 재료가격은 ABS, PLA 보다비쌈 종이 엠코테크놀로지가개발한아이리스 3D프린터는종이를사용하여조형물제작 강도가나무재질정도되며드릴로구멍을뚫는작업도가능 A4 종이재료를사용하므로친환경적이고재료비가타 3D프린터방식보다훨씬적게소요 풀컬러를지원하면서강도도우수하므로의료, 교육, 피규어, 목업, 신발, 지형복원, 고고학복원, 건축모형, 3차원사진등응용분야가다양 세라믹 세라믹으로만들어진출력물들은알루미나실리카세라믹파우더로제작 세라믹은섭씨 600도 / 화씨 1112도까지열을견딤 Z Corp. 프린팅테크놀로지는세라믹으로디자인을만드는데사용 프린트된모델이있는파우더베드는 3D프린터에서제거되어건조오븐에서처리 세포 최근에영국헤리엇와트대연구팀은 3D프린터로줄기세포와배양액을사용하여세포를찍어내는데성공했음 향후간, 신장, 심장등인공장기를찍어내는데도움을줄것임 특수한분야이므로일반인은동향정도만이해하면됨 모래 사막의모래를태양광을이용하여샘플을만드는것을시도한경우도있음 나일론 3D Systems사의 SLS 방식의장비는나일론재료를사용하여월등한강도와내열성이 130도까지견디는샘플을제작가능 강도와내열성을개선하여저변확대를위해서는나일론과유리재질을혼합해서사용하는저가의 3D프린터를개발필요있음 30 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

29 FFF 방식 : ABSplus FFF 방식 : ABSplus FFF 방식 : PC FFF 방식 : PC-ABS Polyjet 방식 : 디지털재료 Polyjet 방식 : 디지털 ABS Polyjet 방식 : 경질불투명 Polyjet 방식 : 치과재료 SLA 방식 : 액상수지 SLA 방식 : 액상수지 DLP 방식 : 광경화성수지 DLP 방식 : 광경화성수지 SLS 방식 : 파우더 SLS 방식 : 금속 (Gold) SLS 방식 : 금속 ( 청동 ) SLS 방식 : Ceramic 다양한 3D 프린터재료로출력한결과물 출처 : 3D 프린팅출력물관련인터넷검색이미지및 shapeway 홈페이지 제 1 장 3D 프린팅의개요 31

30 재료별 3D 프린터비교 출처 : 세중정보기술 (2014) 32 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

31 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 1. 3D 프린팅의활용동향 현재 3D프린터는다양한분야에서활발히이용되고있다. 대중화가된다면가히산업혁명급대격변을일으킬것이라고많은사람들이기대하고있다. 과거부터현재까지가장널리쓰이고있는분야는제품 R&D 분야이다. 힘들게 Mock-up을만들인력이나노력, 시간을간단하게기계하나로대체할수있는것이다. 최근 3D프린팅의활용동향에대해알아보자. 1) 3D프린팅의활용동향 자동차분야미국의 GE, 독일 BMW, 스위스의 ABB, 이탈리아피아트등은각종부품과시제품을제작하였다. 또한, 포드자동차의경우이기술을도입한이후자동차제작기간을한달이상줄이는성과를나타냈고, 연비를좋게한친환경에코부스트엔진을만드는시간이크게단축하였다. 부품의경우손으로자르거나드릴로구멍을낼때와달리기계가알아서제작해주기때문에플라스틱은물론다양한합성원료사용에도전한다. 출처 : Localmotors 홈페이지 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 33

32 Jewelry 분야 3D프린터의활용분야중가장활발히이용되고있는분야중하나가 Jewelry 분야이다. Jewelry 전용 3D프린터가생산및판매되기도하고서울종로의경우약 40여대의 3D프린터가보급되어활발하게이용되고있다. 출처 : 세중정보기술 (2014) 출처 : 서울신문 (2014), CIO Korea (2014) 건축분야 해외의경우콘크리트를원료로하는대형 3D 프린터를활용하여집이나건물등을제 조하고있으며, 뿐만아니라각종건축물의미니어처제작에도활발히이용되고있다. 출처 : 서울신문 (2014), CIO Korea (2014) 34 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

33 패션및악기분야 패션, 의류, 신발, 악기등의분야에서도 3D 프린터는활발히이용되고있다. 출처 : 세중정보기술 (2014) 피규어분야국내뿐만아니라해외에서도 3D프린터는피규어분야에서도각광을받고있다. Handy 3D스캐너를이용해사람을스캔한후컬러 3D프린터를이용해다양한피규어로제작해주는사업이많은인기를얻고있는실정이며, 이를사업화하려는사람들도많이등장하고있다. 출처 : 세중정보기술 (2014) 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 35

34 완구류 (Toy) 분야 3D프린터와 3D 스캐너및 3D CAD를적절히사용한다면자녀들의장난감을사기위해멀리완구점이나백화점을가지않아도된다. 기존완구의망가진부품이나나만의장난감등을상상력을동원해멋지게만들어사용할수있다. 출처 : 세중정보기술 (2014) Concept Models 출처 : 세중정보기술 (2014) 36 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

35 기타 : 최근해외의 3D 프린터활용사례 사례 1. 3D 프린팅단말기 PieceMaker, Plaything Etc 매장에서서비스를시작 미국펜실베니아주에위치한토이스토어 Playthings Etc에 3D프린팅무인단말기인 PieceMaker가설치되어본격적인서비스를시작하였다. PieceMaker Technologies사가제작한 PieceMaker는듀얼익스트루더를갖춘렙랩 (RepRap) 기반 3D프린터에터치스크린과자동판매시스템등을장착하여만든무인단말기이다. S.W.Randall Toys&Giftes 장난감매장에 2대의단말기가시험운영된적이있으며, 이에이어 Playthings Etc 매장에서도서비스를제공하게되었다. PieceMaker를이용하는소비자는기기에미리저장되어있는 150종류의 3D모델링중원하는것을선택하여컬러나형태, 사이즈를원하는대로수정하여 3D프린팅된출력물로구입할수있다. 출력에는 20분정도가소요되며약 5달러정도의비용으로서비스를이용할수있다. 3D 프린팅무인단말기인 PieceMaker 출처 : xyzist 홈페이지 사례 2. 3D 프린터로만든티타늄프레임바이크, Solid 오리곤매니페스트에서주최하는 The Bike Design Project는시카고, 뉴욕, 포틀랜드, 샌프란시스코, 시애틀, 각각의도시들을대표하는 5개의팀이참가하는자전거디자인공모전이다. 이공모전에서우승한작품은다음해에 100 대한정으로소량생산되어바이크샵을통해판매되게된다. 디자인스튜디오 Industry와자전거제조사 Ti Cycles로구성된포틀랜드대표팀은 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 37

36 Solid 라는이름의자전거디자인을출품하였다. Solid 는 3D 프린터로출력된티타늄소 재의프레임으로제작되었으며, 와이어와시프터, 브레이크케이블등이프레임내부에 내장된다. 출처 : xyzist 홈페이지 사례 3. FoodForm 푸드프린터로아이스크림만들기 스페인에위치한 Robots In Gastronomy 사의 Luis E. Fraguada 씨가자사의푸드프린터인 FoodForm을활용하여만든아이스크림을선보였다. FoodForm 프린터는반죽 (Paste) 상태의식재료를압출하여원하는형태로조형하는전형적인페이스트익스트루젼 (Paste extrusion) 방식의푸드프린터로, 헤이즐넛과초콜릿크림, 크림치즈, 쿠키반죽등다양한식재료를다룰수있다. 프린터를그릴이나프라이팬과같이뜨거운표면위에세팅한후식재료를압출하여즉석에서조리되도록할수도있으며, 아이스크림제작에는 Polyscience 사의 Anti- Griddle이라는기기가사용되었다. Anti-Griddle은상단에위치한판을최대영하 34 도의차가운온도로유지해소스나크림같은음식을반냉동상태로진열해놓을수있는기기로, 여기에 FoodForm을세팅하여아이스크림반죽을압출하면즉석아이스크림을제조할수있다. 38 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

37 FoodForm 푸드프린터로아이스크림만들기 출처 : xyzist 홈페이지 3D 제조업의현황 3D프린터제조업체중세계시장의 46% 를차지하는업체는독일의 EOS이다. EOS는독일뮌헨에있는레이저성형분야 ( 금속, 플라스틱 ) 선도기업으로 32개국에진출하고있으며, 한국에도지사가있다. 주로금속, 모래, 플라스틱소재를사용한기업용 3D프린터를제공하다. 대부분의 3D프린터가플라스틱을재료로사용하고있지만독일의 Voxeljet는금속주조업에사용되는사형몰드를제조하며, 미국의 ExOne과스웨덴의 Arcam AB는금속완제품을재료로하는 3D프린터를생산하고있다. 기업차원에서는미국의 Stratasys와 3D Systems가주도권경쟁을하고있으며, 2011년기준, 세계적으로 31개기업이전문가용시스템제조에참여하였으나글로벌수요의상당부분이미국의 Stratasys, 3D System에집중되는추세이다. 특히, 양사는관련분야기업들에대한 M&A를적극추진하며동분야양대산맥에자리매김하였다. 프로패셔널급이상제품판매량기준업계 1위인 Stratasys는 Objet사와 Solid-scape를인수하며업계내위상을크게강화하였고 3D System는 Z Coporation를인수하며 Stratasys와양대축을형성하고있다. 국내에서는 3D Systems, Objet, Stratasys 등고가의외산제품중심으로시장을형성하 고있으며고객층이다양하지않고연구기관및대기업중심으로구매층이형성되고있다. 캐리마, 로킷, 햅시바등소수업체가기술개발및시장을형성중이다. 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 39

38 2. 3D 프린팅관련기술전망 1) 4D프린팅 4D프린팅이란 4D프린팅이란 3D프린터로찍어낸물체가후에스스로조립하는기술이다. 즉, 4D프린팅은물리적, 생물학적물질들이모양과특성을바꿀수있도록하는프로그램이라고말한다. 4D프린팅의핵심은부품설계도를 3D프린터에넣고자가조립되는소재로출력하는것이다. 출력한뒤에는알아서조립되기때문에크기도상관이없고, 3D프린터로만들기힘든부피의대형물체까지도만들기좋다. 4D 프린팅 출처 : YTN 뉴스자료 (2015), YouTube 자료 (2013) 자가조립 (Self-Assembly) 기술자연계의생체분자는다른생체분자를인식하는능력이있는데, 이를 분자인식원리 라고불린다. 예를들어, 단일 DNA가닥은반대쪽단일 DNA가닥을인식하고둘이결합해이중 DNA가닥을형성한다. 항체가특정항원에결합하는것도같은원리이다. 이런분자인식원리를바탕으로한자가조립기술은자연계에서수십억년동안복잡한생물체를구성하는데이용돼왔다. 그예로, 나노크기의생체물질은마이크로미터크기의세포한개를형성할때자가조립과정을이용하다. 또한마이크로미터크기의세포는사람의몸과같이훨씬큰구조를이루기위해서자가조립과정을이용한다. 우리스스로가자가조립원리를이용해나노구조로부터거대구조를만들수있다는것을증명하는산증인이다. 40 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

39 4D프린터의핵심기술 4D프린팅기술의핵심은형상기억합금같은스마트재료를 3D프린터로출력하는것이다. 출력된물체는시간또는주변환경이변하면다른모양으로변신하다. 이기술에 4D 란이름이붙은것도기존의 3차원입체 (3D) 에시간이라는 1차원 (1D) 이추가됐기때문이다. 어떤조건에서어떤모양으로바꾸게할지는엔지니어가미리프로그래밍한다 ( 스마트재료에내장 ). 4D프린터 로찍어낸물체는인간의개입없이열이나진동, 중력, 공기등다양한환경이나에너지원에자극받아변한다. 마치전선이나모터없이로봇을움직이겠다는말과같다. 놀랍게도, 나노공학에서는가능하다. 바로자가변형 (self-transformation) 또는자가조립 (self-assembly) 이라는기술이다. 단백질같은생체분자들이스스로결합해특정모양을갖추는원리를공학적으로응용한것인데, 몸속에서특정환경에노출됐을때뚜껑을열어약물을전달하는나노로봇이대표적이다. 다시말해자가변형또는자가조립기능이가능한물체를 3D프린터로출력하는게 4D프린팅이다. 4D프린팅기술의전망 4D프린팅은머지않아다양한분야에서폭넓게활용될전망이다. 자동차분야에서는모든플라스틱과금속부품이대상이될수있다. 교량이나도로가파손됐을때스스로복구되는재료로만들수도있다. 국방분야에서는위장막이나위장복에활용될자가변형천이가장각광받고있다. 가령, 물만뿌리면스스로우뚝서서펼쳐지는천막막사가가능하다. 보건의료분야에서는자가변형이가능한생체조직부터인체에삽입하는바이오장기까지다양하다. 또몸안에들어가암세포를잘라내고끊어진혈관을잇는나노로봇도만들수있을것이다. 4D프린팅연구는한동안소재개발에초점이맞춰질것이다. 현재는플라스틱합성수지가많지만, 앞으로는일상에서쉽게볼수있는금속이나유리, 목재등다양한형태로발전할전망이다. 현재의 4D프린팅기술은지금은미국이이끌고있지만 2~3년내에유럽과아시아국가들도본격적으로나설것이다. 4D프린팅을개발하고있는미국연구기관에중국인과한국인, 일본인을포함해아시아계연구자들이상당히많다. 우리나라정부와연구자, 기업은새로운기회로보고관심을가질필요가있다. 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 41

40 3. 3D 프린팅시장동향 3D프린터는다양한산업분야에서이미활용되고있다. 1988년 3D Systems사의 SLA 시스템이처음시장에도입된이래그동안주로기업용프로토타입제작등에제한적으로사용되었으나최근에는자동차, 항공 / 우주, 방위산업, 가전제품, 의료및의료장비, 치의학, 건축, 교육, 애니메이션및엔터테인먼트, 완구류, 패션등다양한산업분야에서제품개발에활용되고있다. 1) 3D프린터의활용분야및용도별프린터의점유율제조업에서는최종생산하게될상품의모형인목업 (Mock-up) 을제작할때 3D프린팅을많이이용한다. 목업 (Mock-up) 상태에서는수정이용이하여제작시간이나비용을크게줄일수있다. 실제상품중에 3D프린팅이가장먼저실용화된분야는부품제조분야이다. 이미미국의항공기제조사인보잉은비행기조립에사용할 300여개의부품을 3D프린팅으로생산하고있다. 부품을 3D프린팅으로생산하면미리부품을생산해창고에비축할필요가없으며, 오래된품도도면만가지고있으면다시 3D프린팅으로제작할수있다. 자동차부품현대모비스는디자인확인, 기류평가와기능성테스트를위해 Fortus FFF 시스템을사용해원형파트를제작한다. 제작하는주요파트로는운전석모듈, 계기판, 에어덕트, 기어-프레임바디, 프런트엔드모듈, 안정장치바어셈블리등이있다. 현대모비스는기아스펙트라의대쉬보드를 3D프린터를이용해서제작하였다. 완구바비인형으로유명한장난감회사마텔도왁스인형과모형자동차를만드는데 3D프린터를도입했다. 현재 30대의 3D프린터를활용해바비인형과막스스틸, 핫휠자동차, 몬스터하이돌스등마텔의유명장난감을만들어내고있다. 의료의료기술의진보에도획기적인기여를하고있다. 국내에서는 3D프린터를활용한암수술이성공적으로이뤄졌다. 백정환교수 ( 삼성서울병원이비인후과 ) 는부비동암을앓는 40세여성과 46세남성의수술에 3D프린터기술을적용, 수술후부작용중하나인얼굴과눈의함몰가능성을최소화하는데성공하였다. 42 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

41 3D 프린터의활용분야 : 의료 출처 : 편준범 (2014) 개인맞춤형일본의 3D프린팅업체인 FASOTEC은산부인과와협력하여 MRI 단층촬영으로태아를스캔해양수속에거꾸로있는태아형상을만들어주는서비스를하고있다. 임산부의복부를 MRI로촬영하고모체는투명수지로태아는백색수지로만들어제공한다. 일본의예비신부들사이에서 3D프린터를이용하여결혼식당일모습을그대로본뜬복제인형을제작하는것이유행되고있다. 도쿄아키하바라에위치한 클론팩토리 에서만들어지는복제인형은 3D프린터를이용해예비신부의표정은물론결혼식당일머리와메이크업까지똑같은복제인형을제작한다. 패션 3D프린터를이용하여의류, 속옷, 하이힐, 운동화등다양한분야에활용되고있다. 컨티늄패션의디자이너인제나피젤과마리황이 3D프린터로비키니수영복을제작하였으며, N12 비키니는 3D프린팅만으로제작되어이음새없는옷이다. 또한뉴질랜드오클랜드메시대학 Massey University의올라프디젤 Olaf Diegel 교수가 3D프린팅에성공해기타브랜드 ODD로소량주문생산하고있다. 강한나일론소재로공연중기타를내려쳐도부서질일이없다. 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 43

42 3D 프린터의활용분야 : 패션 출처 : 편준범 (2014) 유물복원 3D프린터와스캐너를이용해현재보유중인공룡과식물, 어류화석등의복제품을제작하고있다. 화성시는한국지질자원연구원과공동으로 3D프린터와스캐너를도입하여현재보유중인 690여개의공룡화석과식물, 어류, 포유류화석중에반환될수도있는해외발굴화석을복제할예정이다. 기존모형을본떠제작하는레플리카 ( 화석복제품 ) 제작방식보다비용이절감될것으로기대하고있다. 건축웨스트버지니아공과대학 (WVU Tech) 은 3D프린터로주의사당캠퍼스모형을제작하였다. 주의사당캠퍼스모형은행사를진행할때주지사및다른주요인사들의경호와전체적인안전을위한계획을세우기위해사용된다. 이모형으로행사에대한경호계획을세우는데주의사당전체캠퍼스를반복적으로돌아다니는작업을피할수있다. 3D프린터를이용하여 122 X 122 사이즈의빌딩모형을 6개월만에완성하였다. 3D 프린터의활용분야 : 건축 출처 : 편준범 (2014) 44 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

43 로봇산업 3D프린터활용은로봇산업에서도활용되고있다. 3D프린터를이용해부품을출력하여조립할수있는로봇 MAKI이다. 미국의렐로로봇사에서학생이나로봇에취미를가진사람들이좀더저렴하게로봇을만들어볼수있도록기획된이프로젝트는, 디자인과구동용부품만을제공하는것이특징이다. 그밖에다른부품은 3D프린터를이용해직접출력해야하며, 제작비용이대폭절감되어, 실제구동가능한로봇을 500달러정도에가능하다고한다. R&D 및기타호주국립과학산업연구원에서곤충연구를진행하기위해 3D프린터로아주작은벌레를특대형사이즈로만들었다. 3D프린터로확대한곤충모형은곤충의해부학적구조를더잘살펴볼수있게도와준다. 3D 프린터의활용분야 : 기타 출처 : 편준범 (2014) 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 45

44 4. 3D 프린터시장전망 1) 3D프린터관련시장전망시장조사전문기관인 Wohlers 2011년 37억달러 ( 약 4조 2600억원 ) 였던 3D프린팅시장규모가 2019년에는 133억달러까지늘어나해마다 17.3% 의성장을기록할것이라고내다보고있다. 3D프린터제조시장에대기업이진출하고개인용 3D프린터의보급이확산되면서 3D 프린터제조시장의성장률이지속적으로상승할것이고 CAD 디자인을비롯한제작환경을위한부가서비스시장은다양한사업자의등장으로활성화될것으로예상된다. 소수의산업및연구기관에서사용되었던응용분야가교육, 여가, 제조업생산에이르기까지다양화됨에따라 3D프린팅으로제작된생산물들의가치도올라갈전망이다. 3D프린터시장이개인용및전문가용, 양산용으로구분되어있지만제품제조성공을위한몇가지과제가있다. 현재의기술수준이제조에따른시간과해상도가낮아당장양산제품을대체할가능성은낮다. 아울러, 현재 3D프린터에활용되는대부분의플라스틱이수종류에불과하고강도, 표면특성이불량한것도문제이다. 그러나장비제조업체의신기술개발, 재료공학자들의소재개발이순조롭게진행될것으로예상되어그전망은밝다고할수있다. [ 3D 프린팅시장규모 ] [ 3D 프린팅시장전망 ] 출처 : 주승환 (2015), Wohlers Report(2014) 46 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

45 2) 3D프린터관련국내현황국내제조업계에서도제품개발주기단축, 보안성강화등을위해 3D프린터활용사례가증가하고있다. 1988년부터 2011년까지 3D프린터의국가별누적판매량은미국이 1 위로전체시장의 38.3% 를차지하고일본 10.2%, 독일 9.3%, 중국 8.6% 를차지하고있으며한국은불과 2.2% 를차지하고있어보급률이낮다고판단할수있다. 세계 3D프린터시장 1위업체인 Stratasys 관계자는자사제품수백대가이미한국의산업현장에서활용되고있다고밝혔다. 아직은시제품제작에주로사용하는곳이대다수지만부품생산등응용범위가점점확대되고있다. 실제 IT분야 ( 삼성전자 ), 자동차 ( 현대자동차 ), 건설 ( 두산인프라코어 ), 완구 ( 손오공 ) 등의분야에서휴대폰, 주요자동차부품등의신제품개발시활용한것으로보도된바있다. 현대자동차와기아자동차에자동차부품을공급하는현대모비스는디자인확인, 기능성테스트등에 3D프린터를활용하고있다. 3D프린터는 3D CAD로디자인한결과물을실제로볼수있어디자인오류발견과수정이쉬워져부품결합감소와정밀성이크게향상되었다. 그러나국내시장에는 3D프린터의이용은아직한정적이다. 국내에서 캐리마 와 로킷 이 3D프린터를생산하고있지만대부분업체들은해외유명업체들의프린터를수입해대기업이나공공기관, 연구소등에공급하고있다. 최근판매중인프린터의 90% 가수입품으로해외기술에의존적인실정이다. 일부중소 / 벤처기업중심으로제품개발, 상용화초기단계진입하였으나, 시장을선점하기에는역부족이다. 국내시장현황및전망 연도 CAGR 3D프린팅국내시장 ,160 2,260 3,160 40% 출처 : 미래창조과학부, 산업통산자원부 (2014). 3D프린팅전략기술로드맵 최근들어이들 3D 프린터업체가업계의이익을대변하기위해 3D 프린터협회창립을 하였다. 3) 전망과시사점소비재, 생산재등모든분야의제조업은제품의다양화와짧은주기화에대응하기위해납기단축이지상명제이다. 이를실현하기위한비장의장비가 3D프린터이다. 3D프린터분야는이제막시장을형성하고있고장기적으로커다란시장형성이기대되고있는 제 2 장 3D 프린팅산업분석및전망 47

46 동시에미래의제조경쟁력을좌우할기술이다. 플라스틱분야는 FFF 방식이특허가만료되었고, 2014년 2월에가장최신 3D프린트기술이라고할수있는 SLS(Selective Laser Sintering) 에대한특허가만료되었다. 따라서누구나이장비를개선하여시간단축, 저렴한소재가격, 높은해상도를가지면성공할수있다. 향후 3D프린터의중요한개발대상은금속분야라고생각된다. 이분야는세계적으로선도하는기업이있지만, 기술적인격차가크지않다. 따라서금속분말제조기술과함께이를직접성형하는장비및주조용금형및사형산업이부가가치가높아유망하다고판단된다. 3D프린터관련국내기술및산업기반은매우취약한실정이어서기술의중요성을고려할때장기적인테크니컬로드맵을작성하고적극적인투자로기술및산업기반구축이필요한시점이다. 48 특성화고, 대학생을위한 3D 프린팅가이드북

47 3D 프린팅교재는 3D 프린팅의대중화를위한교수학습및인식확산의목적으로산업계와교육 계가함께개발하였습니다. 3D프린팅은누구나상상하고있는것을실제로구현하게해줄수있는혁신적인기술입니다. 3D프린팅관련지식을습득하고자하는학습자들은자기주도적학습자원으로, 3D프린팅교육을실시하는학교및관련기관은학습교재로활용하기를바랍니다. 향후다양한실무사례를발굴하고필요한이론적개념과산업별전문지식을반영하여부족한부분들을지속적으로보완할예정입니다. 이책의내용에대한추가지원과문의는 3D프린팅홈페이지또는이메일을이용해주시기바랍니다. 주관기관 한국생산성본부참여기관 ( 사 ) 한국미디어교육협회 펴낸곳 한국생산성본부 dprint@kpc.or.kr 모든내용의무단전재와복사를금합니다.

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