안녕하세요 신도리코 블로그입니다! 얼마 전 글로벌 패스트푸드점인 KFC에서 닭고기 제조가 가능한 3D 생명공학 프린팅 기술 개발에 착수했다고 발표해 세상을 놀라게 한 바 있습니다. 이처럼 3D프린터는 단순히 제품 모형을 만드는 것에서부터 음식, 산업용 부품, 건축물 등 그 활용 범위가 다양해지고 있는데요.
여전히 3D프린터를 접하는 분들에겐 아직 생소한 분야일 것 같습니다. 그래서 신도리코 블로그는 어렵게 느껴지는 3D프린터 관련 용어를 초보자도 이해하기 쉽게 소개하는 기획 시리즈 <3D프린팅 백과사전>을 매달 연재하고 있습니다. 이번 달에는 3D프린터의 중요한 구성요소로써 형상이 안정적으로 출력될 수 있도록 튼튼한 받침대가 되어주는 ‘베드’에 대해서 자세히 알아보고자 합니다.
3D프린터 베드(Bed)
▲ 베드 위에 레이어가 쌓이는 모습
3D프린터의 중요 구성요소 중 하나인 베드는 출력물이 안착되는 평평한 조형판과 그 조형판을 움직이게 하는 지지대를 합쳐 부르는 용어입니다.
3D프린터 출력의 성공과 실패를 가름하는 것 중 하나가 바로 ‘베드에 첫 레이어가 잘 안착되는 가’인데요. 이는 첫 레이어가 베드에서 떨어지면 출력을 진행할 수가 없고 첫 레이어가 안착되었다 하더라도 출력이 진행되면서 떨어져버린다면 정상적인 출력에 실패하게 되기 때문입니다. 따라서 레이어의 두께를 잘 고려하여 높낮이와 수평을 정밀하게 조절하는 베드 레벨링이 가장 중요합니다.
베드의 온도도 중요한 요소인데요. 3D프린터는 노즐을 통해 고체 상태인 필라멘트를 고온으로 녹인 후, 원하는 형상으로 다시 굳히는 과정으로 출력이 진행됩니다. 이때 고온에서 나온 뜨거운 필라멘트가 차가운 베드에 닿게 되면 수축 현상이 일어나 그대로 안착되지 못하고 쪼그라들면서 베드에서 떨어져나가 버리는데요. 필라멘트에 변형이 생기지 않도록 하기 위해서는 베드가 적정 수준의 온도를 유지해야 합니다. 이러한 이유로 많은 3D프린터 제품들 중에는 베드 자체에 열선이 내장되어 쉽게 온도 조절을 할 수 있는 ‘히팅 베드’ 기능을 탑재하고 있기도 합니다.
베드 도포재
앞서 출력물이 베드에 잘 안착되는 것이 중요하다고 말씀 드렸는데요. 더욱 안정적인 안착을 유도하기 위해 베드 위에 도포재를 추가적으로 사용하기도 합니다. 도포재에도 그 종류가 매우 다양한데요. 우선 도포재 역할을 하기 위해서는 몇 가지 조건이 있습니다.
1. 베드 & 출력물과 잘 접착되는 소재이어야 한다. (단, 너무 붙는 소재는 떼어내기 어려워 적합하지 않음)
2. 베드에 굴곡 또는 기포 없이 수평으로 붙어 있어야 한다.
3. 베드의 높은 온도에도 영향을 받지 않아야 한다.
4. 반복적인 출력도 견딜 수 있는 높은 내구성을 지녀야 한다.
그럼 대표적인 도포재의 종류도 알아볼까요?
① 폴리에테르이미드(이하 PEI, Polyetherimide) 베드/시트
도포재 중 가장 널리 사용하고 있는 것이 바로 PEI 소재인데요. 베드 위에 PEI 베드를 고정시켜 출력하면 히팅베드에 의해 뜨겁게 가열된 PEI에 필라멘트가 안정적으로 안착돼 형상이 제작됩니다. 그리고 모든 과정이 끝나고 온도가 떨어지면 출력물을 쉽게 떼어낼 수 있죠.
PEI 베드는 2~3mm정도의 두께가 있어 가열 시 가운데가 휘어질 수 있다는 단점이 있는데요. 이를 개선하여 시트 형태의 PEI소재 제품들도 나오고 있습니다.
② PC 베드
PC 베드는 ‘폴리카보네이트’라는 열가소성 플라스틱을 소재로 하는 베드로 다른 도포재에 비해 출력물의 안착이 가장 뛰어나다는 특징이 있습니다. 따라서 베드와 안착면이 적은 모형도 무리 없이 출력이 가능하며 PEI 베드와 비교했을 때 보다 저렴한 가격대를 자랑합니다.
다만 오래 가열될 경우 PEI 베드처럼 휘어지는 현상이 발생할 수 있어 장기간 사용 후엔 교체가 필요합니다.
③ 블루/캡톤 테이프
좀 더 친숙한 소재로는 테이프 종류도 있습니다. 크게 블루 테이프와 캡톤 테이프로 나눌 수 있는데 블루테이프는 명칭 그대로 파랑색을 띄는 테이프로 뛰어난 안착성을 뽐내는 소재입니다. 비교적 베드에 평평하게 부착하기 쉽고 떼어냈을 때 잔여물도 거의 없으며 내열성도 좋아 높은 온도에도 끄떡없습니다. 하지만 베드와의 접착력이 약하다는 단점이 있습니다.
캡톤 테이프 또한 200~250도 정도의 고온도 견딜 수 있을 만큼 내열성이 매우 좋은 소재의 도포재인데요. 베드와의 접착력도 높아 들뜨는 현상이 적습니다. 하지만 매우 얇아 베드에 평평하게 부착하기 어렵다는 단점이 있습니다.
신도리코의 3DWOX 시리즈 제품에는 조금 더 특별한 베드인 ‘플렉서블 베드(Flexible Bed)’가 탑재되어 있다는 사실! 알고 계신가요? 플렉서블 베드는 위 이미지에서 보시는 것처럼 출력물을 베드에서 손상 없이 제거할 수 있도록 유연한 재질로 만든 베드입니다. 손으로 구부리기만 하면 쉽게 떼어낼 수 있고 출력 품질 향상을 위해 열 전도율이 높은 메탈 소재로 제작된 것이 특징이죠.
오늘은 3D프린터의 핵심 구성 요소인 ‘베드’에 대해 알아봤는데요. 단순하게 받침 역할을 하는 것이 아니라 출력물의 품질에도 큰 영향을 미칠 수 있다는 점에서 그 중요성을 다시 한번 확인할 수 있었습니다.
이전에 발행된 3D프린팅 백과사전 콘텐츠가 궁금하신 분들은 아래 바로가기를 통해 확인해보시길 바랍니다! 그럼 다음 달 <3D프린팅 백과사전>도 많은 기대 부탁드려요!
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