지난 17일 TED 강연에서 3D프린팅 분야에 상당한 충격을 주는 내용의 발표가 있었습니다. 내용은 간단합니다.

기존 3D프린팅 기술 속도에 비해 약 25~100배 빠른 3D프린팅.

발표자인 ‘Joseph DeSimone(조셉 데시몬)’ 교수는 그 자리에서 다른 조형방식으로 최소 3시간, 최장 10시간 남짓 걸리는 물체를 6분 여 만에 프린팅해 보였습니다. 3D프린팅 기술 관련 역사에서 상당히 놀랄만한 사건으로 남을 것 같습니다.

조셉 데시몬은 2013년 미국 노스캐롤라이나에서 ‘Edward Samulski(에드워드 새멀스키)’ 교수와 공동창립한 ‘카본3D(Carbon3D)’의 최고경영자입니다. 선보인 새로운 3D프린팅 기술을 ‘CLIP(클립, Continuous Liquid Interface Production – 액상 계면 연속생산 조형방식)’이라 명명하였습니다.

> CLIP – 약 6분 30초
> Polyjet(헤드에서 광 경화성 레진을 분사함과 동시에 헤드의 UV조사 램프가 레진을 경화시키며 적층하는 기술 – 스트라타시스 사의 Objet 시리즈 모델): 약 3시간
> SLS(분말 원료에 고열 레이저를 가해 분말입자를 소결시키며 적층하는 기술 – EOS 사의 모델들): 약 3시간 반
> SLA(광 경화성 레진에 UV 레이저를 가해 레진을 경화시키며 적층하는 기술 – 3D Systems 사의 몇몇 Projet 시리즈 모델, Formlabs 사의 The Form 1+ 모델 등): 약 11시간 반

위의 그래픽은 카본3D 공식 웹사이트에 ‘판도를 바꿀 속도’라는 제목으로 대표적인 3D프린팅 기술방식과 새로운 기술의 프린팅 속도를 비교해놓은 것입니다. (포스트 하단의 데모영상서 활용된 3D모델 기준)

그 명칭에 담긴 기술적 내용을 풀어보면, ‘액상’은 ‘광 경화성 레진’을 의미하고, ‘경계면 연속생산’은 각 적층 단면에 대한 프린팅을 별개로 진행하지 않고 연속해서 빠르게 적층한다는 의미가 내포되어 있습니다.

카본3D에서 소개하는 기술적 내용을 좀 더 들여다보겠습니다.

인포그래픽에서는 일반 적인 광 경화 조형방식의 형태를 볼 수 있습니다. 다만 CLIP 기술의 핵심이라고 할 수 있는 한 가지 부분이 다른데요.
바로 ‘Oxygen Permeable Window – 산소 투과 창’ 입니다. 레진이 담겨있는 레진 탱크 밑면에 산소 투과 창이 있는데 이 창을 통해 산소를 투과하여 레진의 유량을 조절함으로써 UV Light(자외선)투과와 동시에 직경 30 미크론(0.03 mm) 정도의 경화된 레진이 빠르게 형성됩니다. 조형판이 적층두께만큼 들어올려졌을 때, 그 두께만큼 다시 레진이 고르게 분포되어야 하는데 이를 산소 공급으로 제어하는 것입니다. 따라서 경화된(조형물) 부분과 경화되지 않은(잔여 레진) 부분이 공존하게 되는 이 영역을 ‘사각지대(Dead zone)’이라 부르고 있습니다.

지금까지의 Laser-SLA, DLP-SLA, LCD-SLA 등의 기술들은 레진 탱크에서 광 경화를 진행할 때에 조형물의 단면층 하나를 경화시킨 후 조형판(Build Platform)이 적층두께만큼 자외선이 투과되는 레진 탱크의 가장 밑면으로부터 들어올린 후, 레진 탱크 내의 레진들이 경화된 적층 두께만큼 고르게 분포되도록 탱크를 흔들어주고(Tilting – 탱크의 한 쪽을 기울여주는 기술) 다시 조형판을 하강시켜 자외선을 투사하는 반복과정을 진행합니다.

> 데스크탑 Laser-SLA 방식 모델인 The Form 1+ 틸팅 모습

> DLP-SLA 모델의 틸팅 모습

CLIP 기술이 주목받는 부분은 바로 이러한 과정이 생략된다는 점입니다. 프로젝터를 통해 조형물 단면 이미지를 DLP/LCD-SLA 처럼 똑같이 조사하지만, 틸팅 과정을 기다릴 필요없이 실시간으로 조사하면 그만인 것입니다. 마치 영상을 재생시키 듯이 말이죠. 때문에 이러한 ‘초-쾌속’ 조형이 가능한 것입니다.

> 카본3D 데모 시연

조셉 데시몬 교수는 이 CLIP 기술이 그동안 ‘말로만 쾌속 조형(Rapid Prototyping)이라던 3D프린팅’을 진정한 쾌속 조형으로 탈바꿈 해줄 것이라고 합니다. 하지만 ‘적층되지 않는’ 이라는 표현에는 현재 발표된 내용으로써는 다소 동의하기 어렵습니다. 결국 조형물의 단면 이미지를 투사하여 단면층을 경화시켜야하는 부분 때문에 적층의 개념으로 볼 수 있기 때문입니다. 중요한 것은 프린팅 속도와 표면품질을 획기적으로 끌어올릴 기술임에 분명하다는 점입니다.

만약 현재 발표된 내용에서 크게 벗어나지 않는 수준의 실용장비가 출시된다면 프린팅 시간에서 엄청난 효율을 가져올 수 있기 때문에 후처리 및 후가공 소요시간에 대한 부담도 크게 줄어들 것이라 기대할 수 있겠습니다.

카본3D는 첫 번째 모델을 1년 내에 상용화할 계획이라고 하며, CLIP 기술에 적합한 다양한 물성의 원료를 개발할 예정이라고 합니다.

이미지 출처: http://carbon3d.com/

본문 출처: http://xyzist.com/issue/%EC%83%88%EB%A1%9C%EC%9A%B4-3d%ED%94%84%EB%A6%B0%ED%8C%85-%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%9D%98-%EC%B9%B4%EB%B3%B83d-carbon3d-%EA%B2%8C%EC%9E%84-%EC%B2%B4%EC%9D%B8%EC%A0%80/#comment-1449