3D 프린터 기초

1. 3D 프린터의 의미(2D, 3D비교)

2. '렙랩 프로젝트'-누구라도 3D프린터를 만들어 이용할 수 있게하는것을 목표
-2005년 영구 바드 대학의 아드리안 보이어 기계공학 교수
-오픈소스(설계도, 회로도, 소스코드 등) 홈페이지 RepRap 
-3D 프린터는 자신의 부품을 60%까지 복제할 수 있다.
-대표적인 3D 프린터 

3. 3D 프린터의 가공방식
-절삭가공(Suvtractive Manufacturing) : 재료의 손실이 많음, 소품종 대량 생산, 제작가능한 형상이 한계가 있음
-첨가식 가공(Additive Manufacturing) : 재료 손실 적음, 다품종 소량생산, 맞춤형 생산, 제작 가능 형상 제한이 거의 없음. -> 제조 산업의 혁명

4. 3D 프린팅 프로세스
-2D 워드+인쇄->출력         VS       3D 모델링->슬라이싱->인쇄->출력

[3D 모델링->STL파일 변화->Slicing(쌓기위해 층으로 나눈다, G-코드변화:기계언어)->Layer Slice->3D 프린팅]

※ 3D 프린터 프로그램 
오토캐드(입체를 선으로 정의)-> 라이오알리아스(면으로 입체정의, 넙스)-> "솔리드 웍스"(덩어리로 입체 정의)=>3DMAX(삼각형 면으로 입체 정의)
-우리는 123D 디자인 프로그램 사용

※ "STL파일" 변환(표준화된 파일): 서로 다른 3D 프린팅 프로그램의 파일을 상호 호환할 수 있는 파일 형식(STL로 변화만 가능하면 모두 가능함 *.STL 확장자명) 표면이 무수히 많은 3각형의 면이라고 간주하여 모델링함.

※ Slicing 프로그램 이름 : CURA (STL파일 같은 표준화된 파일만 읽을 수 있음) -G코드로 변환
회사마다 적합한 프로그램이 다름



5. 3D 프린팅 작업 공정
모델링->프린팅->후공정(연마, 채색 등)

※ 모델링(123Dcatch 앱, pc, 아이폰에서 가능, 80장을 찍으면 3D변환 아직은 미흡 오류 많음)
자료 공유:  http://www.thingiverse.com/ :STL파일 받아서 G코드 변환해서 사용하면 됨.
                 http://www.shapeways.com/

※ 후공정 : 적층가공방식이기 때문에 적층 두께에 따른 슬라이서 결이 생김. 교육용은 0.2mm의 결이 생겨서 후공정이 필요함.
-사포(끌) 연마
-리터치 3D(서포트(지지대) 제거/ 팔을 벌린 사람의 팔을 만들려면 서포트(지지대)가 필요함.-큐라 프로그램에서 설정만하면 자동으로 생성됨. 나중에 제거해야함.)
-훈증: 아세톤으로 노출하면 표면이 노출됨(아세톤 훈증기가 포함된 기계가 있음)-부드럽게 변함.
-채색(단, 채색없이 색이 바로 표현되는 것도 있음, 풀컬러 3D 프린터 "j750" 36만가지 컬러가 가능 5억)

6. 3D 프린팅 소재
1)액체(레진, 광(빛)경화성 수지): 정밀도 높으나 내구성 떨어짐
  -푸드프린터, 반죽으로 피자(우주에서 피자를 먹기위해 나사에서 개발), 시멘트로 집(중국에서 하루에 10채, 한 채에 500만원 정도) 
2)고체(필라멘트, PLA친환경성):내구성이 좋으나 정밀도가 떨어짐
  -플라스틱소재 필라멘트 가장 많이 사용, 나무 소재도 있으나 100% 나무는 아님, 종이소재
3)분말: 가격이 비쌈, 금속가루(빛에 반응해 굳음)
  -스테인리스 스틸, 동, 금 등, 금속이므로 주얼리, 기계등을 만들 수 있음

7. 3D 프린터 방식 분류
1)액체- SLA(광경화수지 조형방식, 액체소재 레진을 사용하는 프린팅 방식, 빛을 한 번 쏘면 굳음, 한번에 처림 FDM보다 100배 빠름)
2)고체- FDM(용융수지 압출 적층 조형 방식, 필라멘트 사용, 교육용으로는 옥수수 가루로 만든 PLA사용, ABS는 플라스틱과 정제한 석유 추출물 사용)
3)분말- SLS(선택적 레이저 소결 조형방식, 광경화성 가루 파우더 사용, 남은 가루는 재활용 가능)

8. XYZ축의 운동에 따른 구분
1) 카르테시안(직교 좌표, 수직으로 만 움직여 느림) 방식
-필라멘트를 압출하는 익스트루더(압출노즐)과 베드(밑판) 부분이 XYZ축의 부분 운동을 나누어 3D프린팅, 즉 베드 부분이 XYZ축으로도 운동하면서 프린팅
 
2) 델타 방식
-익스트루더(압출노즐) 부분이 XYZ축 운동을 전부 하는 방식, 수직 뿐만아니라 움직임이 유동적이어서 빠름, 그러나 출력 사이즈가 작음.
노즐이 3개의 축에 매달려 움직임 모양이 원기둥 임.

9. 3D 프린터 구조
1)하드웨어
-기계부: 벨트, 풀리(회전운동을 직선운동으로 전환), 전산 볼트(수직운동의 축), 히팅베드
-전기부: 스테퍼 모터(회전모터), 엔드스탑(끝부분을 알려주는 스위치), 아두이노(마이크로컨트롤러, 두뇌역할, 펌웨어도 아두이노 보드의 플레쉬 메모리에 저장됨)
-익스트루더:압출기(열가소성 재료인 필라멘트를 녹여서 노즐에 보내주는 역할), 온도 약 200도 설정, 핫엔드(고온 200도 정도), 콜드엔드(약130도 정도만 올라감) 
-피터: 필라멘트를 익스트루더에 공급

2) 소프트웨어
-CAD(프로그램 예>3D맥스):스케치업, 오토데스크 3디맥스 등..
-CAM(슬라이서): 슬라이서(모델링된 파일을 인쇄용 파일로 만드는 프로그램)
-펌웨어(아두이노에 저장된 프로그램): 마를린, 지코드, 아두이노, ATMEL

[출처] 3D 프린터 연수 2016.6.18~ 5주|작성자 CHOO Science