3D 프린터와 래피드 프로토타이핑

래피드 프로토타이핑은 시제작품을 개발하는 방법 중 하나입니다. 제품 개발 시는 설계한 제품의 성능이나 문제점을 확인하기 위해 시제작품을 활용합니다. 그 중에서 시제작품 개발을 단기간에 할 수 있는 래피드 프로토타이핑의 필요성이 높아지고 있습니다. 이번에는 3D 프린터를 이용한 래피드 프로토타이핑의 개요와 장점, 종류 등에 대해서 해설합니다.

3D 프린터를 이용한 래피드 프로토타이핑이란?　단기간에 시제작품을 제작 가능

래피드 프로토타이핑(RP)은 래피드(빠른)와 프로토타이핑(시제작)의 이름대로 고속 시제작이라고도 하고 다양한 방법을 이용하여 단기간에 시제작품을 제작합니다. 기존에 시제작품은 점토나 나무를 이용하여 장인이 제작하는 방법이 일반적이었습니다. 그러나 이 방법으로는 시간이 걸리고 비용도 많이 듭니다. 게다가 최근에는 제품 개발 주기가 짧아지고 있는 추세입니다. 이에 따라 짧은 시간에 시제작품을 만드는 요구가 높아져 왔습니다. 당초 래피드 프로토타이핑은 제품의 형상만을 재현하는 방법으로 채택되어 왔습니다. 그러나 기술 개발에 따라 제작 정밀도의 향상과 다양한 재료에 대응할 수 있게 되어 성능과 기능을 평가할 수 있는 시제작품도 래피드 프로토타이핑으로 제작할 수 있게 되었습니다. 이전의 래피드 프로토타이핑에서는 매우 큰 설비가 필요했지만 최근에는 3D 프린터가 보급되어 소형으로 저가인 래피드 프로토타이핑가 가능해졌습니다.

3D 프린터를 이용한 래피드 프로토타이핑의 종류

래피드 프로토타이핑에 사용되는 3D 프린터에서는 3D 설계 데이터를 둥글게 잘라 분할한 슬라이스 데이터를 작성하고 그 데이터를 토대로 재료의 층을 쌓아 형상을 표현합니다. 이를 적층 조형법이라고 합니다. 적층 조형법의 대표적인 예를 소개합니다.

• 광조형법 광조형법이란 빛을 비추면 경화되는 수지를 이용한 방법입니다. 액체형 수지에 만들고 싶은 부품의 단면 형상이 되도록 자외선 레이저를 쏘이고 1층씩 경화시킵니다. 정밀도가 높고 단시간에 세부까지 재현할 수 있지만 사용할 수 있는 재료가 한정되어 있고 기계도 비교적 고가입니다.
• 열용해 적층법(FDM법) 열을 가하면 녹는 열가소성 수지를 이용하여 녹인 수지를 쌓아가는 방법이 열용해 적층법입니다. 완성품이 열가소성 수지인 경우는 같은 재료를 사용할 수 있으므로 형상만이 아닌 재료의 강도 등도 완성품에 가까운 시제작품을 만들 수 있어 보다 정확한 시제작 시험을 할 수 있습니다. 그러나 치수 정밀도가 다른 방법에 비해 낮아지기 쉽습니다.
• 분말법 분말법이란 레이저를 분말 상태의 소재에 쏘이고 녹여 형상을 만들어가는 방법입니다. 수지뿐만 아니라 동이나 티타늄 등 일부 금속에도 대응하고 있어 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

3D 프린터로 하는 래피드 프로토타이핑 활용의 장점과 단점

3D 프린터로 하는 래피드 프로토타이핑에는 다음과 같은 장점과 단점이 있습니다.

• 장점 – 디자인 및 기능 평가의 대기 시간을 단축할 수 있다 설계한 제품의 디자인과 기능을 평가하기 위해서는 시제작품이 필요합니다. 시제작품을 만드는데 시간이 걸리기 때문에 그 동안은 대기 시간이 되고 설계 작업을 앞서 진행할 수 없습니다. 그러나 래피드 프로토타이핑은 시제작품과 같은 형상, 소재의 것을 단 하루만에 만들 수도 있습니다. 시제작품 완성을 기다리는 시간을 단축할 수 있어 자연스럽게 평가로 나아갑니다.
• 단점 – 소재나 가공법이 제한된다 래피드 프로토타이핑에서는 대응할 수 있는 소재나 가공법이 제한되어 있습니다. 성능 평가에 래피드 프로토타이핑을 사용하는 경우는 실제 제품과는 소재나 가공법이 다른 점을 고려한 평가가 필요합니다. 완성품과 같은 소재나 가공법을 선택할 수 있는 경우나 달라도 성능 평가에 영향을 주지 않는 경우는 장점이 커집니다.

정리

3D 프린터를 사용한 래피드 프로토타이핑의 특징과 종류, 장점과 단점에 대하여 해설했습니다. 래피드 프로토타이핑은 제품의 개발 주기를 단축하기 위해 효과적인 시제작품 제작 기법 중 하나입니다. 소재와 가공 방법은 제한되지만 시간이 걸리는 시제작품의 제작을 최단 1일로 완료할 수 있습니다. 3D 프린터에는 광조형법과 분말법 등 다양한 방법가 있으므로 시제작품의 용도에 맞춰 적절한 소재와 가공법을 선택합시다.