FFF 3D 프린팅이 무엇인가요?

FFF 3D 프린팅이 무엇인가요?

데스크톱 FFF는 원래 1980년대 독점 제조 기술에서 유래되었으나 실제로는 특허가 만료된 10여 년 전에 시작되었으며 공개 소스 RepRap 같은 프로젝트를 통해 더욱 혁신되고 널리 보급되었습니다.

현재 FFF 기술은 초기 투자와 운전비 측면에서 다른 3D 프린팅 공정에 비해 비용이 더 낮은 솔루션입니다. 사용법이 쉬워 바쁜 엔지니어나 초등학교 학생 모두에게 적합합니다.

그러나 그 동안 우수한 신뢰도와 정확도로 견고한 부품을 생산할 수 있음이 입증되면서 현재는 세계적인 제조, 디자인 및 교육 조직에서 이를 사용해 혁신을 이끌고 있습니다.

FFF 3D 프린팅 사례

FFF 3D 프린팅의 용도를 자세히 살펴보겠습니다.

• 제조. 아웃소싱보다 리드 타임이 더 짧고 광범위한
  엔지니어링 재료를 사용하는 FFF 3D 프린팅은 제조 산업에서 광범위하게 사용됩니다.
  3D 프린터는 툴링 및 교체 부품을 신속하게 제공하기 때문에
  생산 라인의 가동 시간과 생산성을 극대화합니다. 그리고 맞춤 품질 게이지나
  소형 배치 최초 가동 같은 최종 사용 부품을 유연하게 만들어 제품의 출시 시간을
  단축할 때도 사용됩니다.

• 프로토타입 제작. FFF 3D 프린팅은 재료 원가가 낮고 리드 타임이 짧아 반복 디자인 공정에 적합합니다. 3D로 프린트한 프로토타입을 사용하여 개념을 시각화하거나 기술 부품의 기능을 테스트할 수 있습니다.

• 교육. 저렴하고 사용이 편한 FFF 하드웨어는 어린 학생들에게 STEAM 기초를 가르치거나 대학생들에게 엔지니어링 프로젝트를 연구하고 최신 작업장에 필요한 기술을 개발할 수 있는 생산 랩을 제공하는 등 교육용으로 다양하게 활용할 수 있습니다.

이 Talking Additive 팟캐스트에서 3D 프린팅 응용 범위와 숙련된 AM 엔지니어들이 어떻게 응용하는 법을 찾는지 자세히 알아보세요.

FFF 재료

플라스틱 폴리머는 FFF 기술용으로 가장 많이 사용되는 재료이며, 그 용도는 셀 수 없이 많습니다.

폴리머에 카본, 금속, 유리 또는 기타 재료의 섬유를 결합한 복합재가 다양한 구조적 이점을 위해 널리 사용되고 있지만 이 모든 재료가 모든 FFF 3D 프린터에서 안정적으로 프린트되는 것은 아닙니다. 실제로 3D 프린팅 기술을 사용해 식품이나 생체 페이스트를 프린트하는 것도 가능하지만 주로 실험 또는 연구 용도에서 사용됩니다.

FFF 프린터용 재료에서 중요한 범주 또 하나는 “서포트” 재료입니다. 이 재료는 부품의 방향이나 모양을 밑에서부터 프린트하기가 어려울 때 필요합니다(예: 커다란 돌출부가 있는 부품). 서포트 재료는 제거하기 쉽게 설계되었습니다.

FFF 3D 프린터용 재료는 일반적으로 각각 250g에서 1kg 단위의 필라멘트 스풀로 판매됩니다.

3D 프린터 구입을 고려 중이라면 반드시 호환되는 재료를 확인해야 합니다.

일부는 두세 가지 재료밖에 사용하지 못할 수도 있습니다. 어떤 재료든 사용할 수 있다고 표시되어 있는 프린터도 있지만 얼마 못 가서 연마성 복합재를 프린트할 때 마모가 야기되어 기술적 문제가 생깁니다. 그리고 일부 FFF 3D 프린터는 해당 제조사의 독점 재료만 사용할 수 있고, 일부는 타사 제품과 호환되는 개방형 필라멘트 시스템(Ultimaker처럼)을 제공합니다.

가장 많이 사용되는 FFF 3D 프린팅 폴리머 중에는 사용이 편해 “초보자용” 재료로 흔히 사용되는 PLA(polylactic acid)와 기계적 특성과 내열성이 좋은 ABS(acrylonitrile butadiene styrene)가 있습니다.

그러나 시중에 수천 종의 필라민트가 있기 때문에 그 특성을 자세히 살펴보고 고품질 FFF 3D 프린터로 가능한 용도를 파악하는 것이 좋습니다.

위의 표는 전문가용 3D 프린터에서 프린트할 수 있는 주요 폴리머입니다. 3D 프린팅 용도에 맞는 복합재를 찾아보세요. 3D 프린팅용 복합재에 관한 당사 웨비나를 시청해보세요.

FFF 3D 프린터

FFF 3D 프린터는 모두 동일한 공정으로 제작되지만 그 성능은 크게 다릅니다.

가장 큰 차이점 중 하나는 재료 호환성(위 단원 참조)입니다. 특히 프린트가 가능한 복합재 종류를 정할 때 하드웨어가 중요합니다.

크기도 FFF 3D 프린터의 중요한 차별화 요소 중 하나입니다. 프린트가 가능한 공간(이에 따라 단일 프린트물 또는 배치의 크기가 제한됨)을 빌드 볼륨 또는 빌드 엔벨로프라고 합니다. 이것은 X, Y, Z 치수에서 프린트 가능 공간이 10cm(3.9인치)인 경우부터 이러한 치수 한 개 이상에서 최대 약 1미터(39인치)까지 그 차이가 클 수 있습니다. 빌드 플랫폼이 견고하고 안정적일 때 FFF 공정에 도움이 되므로 대형 포맷 프린터는 품질에서 상쇄되는 측면이 있습니다.

FFF 프린터는 기능이 너무 많아 일일이 소개하기가 어렵습니다. 그래서 가장 중요한 몇 가지 정의만 소개하겠습니다.

• 빌드 플레이트 또는 플랫폼. 재료를 압출한 후 식혀 프린트된 부품을 만드는 표면입니다. 일반적으로 유리나 금속 재질입니다. 전문가용 표준 3D 프린터는 가열식 빌드 플레이트가 있어 더 많은 재료를 사용할 수 있습니다.

• 노즐. 용융된 재료가 노즐을 통해 압출됩니다. 프린트 헤드 안에 있으며, 스테퍼 모터로 작동되는 갠트리를 통해 배치됩니다. 프린터에 있는 노즐 수에 따라 1회 프린트물에 결합할 수 있는 재료 수(일반적으로 한두 개)(단일 또는 이중 압출이라고 함)가 결정됩니다.

• 피더. 스풀의 필라멘트를 프린터로 공급하는 장치입니다.

• 디스플레이. 프린터를 제어하는 인터페이스입니다.

• 연결성. 대부분의 3D 프린터는 로컬 네트워크 또는 클라우드와 연결되어 원격 작업이 가능합니다.

• 환경 컨트롤. 일부 FFF 3D 프린터는 개방형 플랫폼보다 작으며, 빌드 챔버를 밀폐하고 환경 컨트롤(예: Ultimaker S5 Pro Bundle)을 추가하여 프린트 품질과 안전을 동시에 보장합니다.

• 재료 처리. 필라멘트는 FFF 3D 프린터에 여러 방식으로 로드하고 저장합니다. 스풀이 별도로 위치하는 기본 프린터에서 전면에서 로드하고 필라멘트가 끝나면 스풀을 자동으로 전환하는 전문가용 솔루션까지 범위가 다양합니다.

여기서 Ultimaker 3D 프린터들의 기능을 비교할 수 있습니다.

마지막으로 소프트웨어가 있습니다. 필요한 모든 3D 프린트물이 USB 스틱에 들어 있지 않다면 적절한 소프트웨어가 있어야 합니다. 안 그러면 할 수 있는 일이 거의 없을 것입니다.

3D 프린팅에서 소프트웨어는 두 가지 중요한 역할을 합니다. 하나는 Ultimaker Cura 같은 “슬라이싱” 프로그램입니다. 이것은 프린트물의 디자인 파일(예: STL)을 준비할 때 필요합니다. 이 파일을 이 소프트웨어로 불러오고, 원하는 프린트 설정을 선택하면(예: 고속 또는 추가 정보) 층으로 “잘게 잘라(슬라이싱)” 프린터가 이해하는 파일 형식을 만듭니다.

이후 이 프린트 작업을 수동으로 프린터에 전송하거나(예: USB 스틱) 네트워크나 클라우드를 통해 원격으로 전송할 수 있습니다. 이때 소프트웨어가 이러한 프린트 작업을 전송하고, 대기시키고, 추적하는 역할을 할 수 있습니다. Ultimaker Digital Factory 같은 클라우드 소프트웨어는 차세대 FFF 기술이 지원되어 여러 위치에서 분산 제조가 가능합니다.

이 비디오에서 FFF 3D 프린터와 소프트웨어를 사용해 "디지털 물류 창고"를 만든 제조업체의 사례를 확인해보세요.

3D 프린팅 워크플로우가 어떻게 진행되는지 자세히 알아보세요.

‘FFF 3D 프린팅용으로 디자인하는 방법’ 백서에서 FFF 프린터를 시작하는 데 도움이 되는 팁과 서포트 재료의 역할에 관한 자세한 내용, 3D 프린팅 전문가들이 전해주는 FFF 프린터 디자인에 관한 통찰을 확인해보세요.