출력물의 완성도를 결정짓는 「후처리 과정」

방금 출력된 제품을 보신 적이 있나요?

이제 막 3D 프린팅이 완료된 출력물을 보면 우리가 예상한 것과 다른 형상입니다.
우리는 제품을 받았을 때 모델링한 그대로 실물화된 제품을 받아보기 때문에
의뢰한 제품이 출력된 직후에 어떤 모습을 보이는지 알 수 없습니다.

하지만, 3D 프린터에서 출력을 마쳤다고 해서 제작 과정을 마치는 것은 아닙니다.

3D 프린팅 공법은 기본적으로 한 층씩 쌓아 입체 형상을 구현하는 적층 제조 방식입니다.
그래서 프린팅 방식에 따라 출력물에 서포터가 함께 출력되기도 하고,
표면이 거칠거나 또는 적층된 레이어가 육안으로 확인되기도 합니다.
그래서 최종 제품의 기능과 품질을 갖추기 위해 추가적인 작업이 필요합니다.

3D 프린팅 출력물 후처리 과정

3D 프린터를 통해 제품이 출력된 이후의 마무리 작업을 후처리 과정이라고 합니다.
3D 프린팅을 마친 제품을 후처리 과정까지 진행함으로써

• 출력물 표면의 거칠기를 줄이고,
• 제품의 강도와 내구성을 높이며,
• 외관을 향상시킬 수 있습니다.

출력된 제품은 후처리 과정을 거쳐야 비로소 원하는 품질과 기능을 갖출 수 있습니다.

 

후처리 과정

의뢰 제품이 3D 프린팅을 마친 후에는 아래와 같은 프로세스를 진행하게 됩니다.

3D 프린팅 방식에 따라 후처리 과정의 각 단계나 순서는 상이하지만,
각 방식의 후처리 과정에서 공통적인 필수 요소는 출력 잔여물 제거입니다.
프린팅 과정에서 수반되었지만, 최종 제품에는 불필요한 요소를 없애는 과정입니다.
제품에 쓰이고 남은 재료를 제거하거나, 조형에 동반된 불요 파트(서포트) 등이 해당합니다.

공법별 3D 프린팅 프로세스

적층형 제조 방식인 3D프린팅은 제품의 형상에 따라 서포트의 생성 여부가 결정됩니다.
SLA 방식과 FDM 방식에서는 공법 특성상 서포트가 함께 출력됩니다.

SLA 방식은 액상 레진을 레이저로 경화시켜 적층하는 방식으로,
출력물이 조형 및 경화되는 동안 서포트가 형상을 지지하여, 제품 변형을 최대한 방지합니다.

FDM 방식은 필라멘트를 녹여 적층하는 방식으로,
레이어를 쌓는 동안 무너지거나 원하는 위치에 제대로 조형하지 못하는 문제를 방지합니다.

한편, SLS 방식은 다른 방식들과 다르게 별도의 서포트가 필요하지 않습니다.
분말 형태의 소재를 레이저로 소결하여 적층하는 방식으로,
출력 과정에서 소결되지 않은 분말이 출력물 주위에서 형상을 지지하는 구조를 맡습니다.

 

1) 서포트란?

서포트(Support)는 프린팅 중 출력물을 지지하는 역할을 수행하는 임시 구조물을 말합니다.

베드 위의 출력물 형태에 따른 서포터 생성 여부

3D 프린팅을 염두에 두고 있다면, 제품을 피라미드 형태로 구상하는 것이 이상적입니다.
하지만 역피라미드 형태의 경우 프린팅 과정에서 문제가 발생할 수 있습니다.
역피라미드 형태로 3D 프린팅을 진행하는 경우 중력의 영향으로 출력물이 일부 쳐질 수 있으므로
형상이 무너지는 것을 방지하기 위해 서포트(Support) 구조가 필요하게 됩니다.

서포트는 출력물 하부에 아무런 구조물 없이 떠 있는 오버행(overhang) 구조,
두 지점 사이를 연결하는 구조로 중간에 지지대가 없는 브리지(bridge) 구조,
복잡하고 섬세한 구조물에서 중력의 영향을 받는 곳에 생성되어
제품이 안정적으로 출력될 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.

SLS, SLA, FDM 3D 프린팅

서포트가 함께 출력된 제품은 서포트를 제거하는 것이 필수 과정입니다.
SLA 방식과 FDM 방식에의 서포트는 스크래퍼, 니퍼와 같은 공구를 통해 제거할 수 있습니다.
SLS 방식은 비소결 분말을 회수만 하면 되므로 에어건 또는 브러쉬만으로도 충분합니다.

하지만, 서포트를 제거하는 과정에서 출력물 표면에 흔적이 남을 수 있습니다.
그래서 별도의 연마 작업을 통해 매끄럽게 만드는 작업을 진행해야 합니다.

서포트는 자동으로 생성되거나, 설정을 통해 서포트 생성 여부와 위치를 조정할 수 있습니다.
출력물의 각도를 조정하여 서포트가 필요 없는 구조로 변경하거나 최소화하여 출력할 수 있습니다.
단, 제품 형상에 따라 서포트 최소화 혹은 미생성 가능 여부는 다르니 이 점 참고바랍니다!

 

2) 공법별 차이

SLS 3D 프린팅

SLS는 레이저를 사용해 파우더 소재를 층별로 소결하는 공법입니다.
3D 프린팅 직후에는 균일하지 않은 색상을 띠며, 오돌토돌한 질감을 가지고 있습니다.

프린팅 출력물에 ‘그라파이팅’ 처리를 하면 제품을 외부 손상으로부터 보호할 뿐만 아니라,
고유한 질감과 광택을 부여하여 표면이 깔끔해지고 검은색을 띠게 됩니다.

하지만 그라파이팅 후처리를 하고 나면 제품 표면을 통해 전도성이 발생할 수 있습니다.
개발하는 제품의 특성상 절연성이 필요하다면, 미리 그라파이팅 여부를 체크하셔야 합니다.

 

SLA 3D 프린팅

SLA는 광경화성 수지를 레이저로 조사하여 경화하는 방식입니다.
제품 출력 후에는 레진 잔여물이 제품 표면에 남아있습니다.

잔여 레진 제거를 위해서는 아이소프로필 알코올(IPA)을 사용하여 세척합니다.
그럼에도 불구하고 남은 미세한 잔여 출력물은 UV 경화를 진행합니다.
이후 서포트를 제거하고, 연마 작업을 통해 서포트 흔적을 제거합니다.

SLA에 주로 사용되는 소재인 ABS 계열은 소재가 상대적으로 무른 편이라 가공성이 좋습니다.
이러한 특성 덕분에 사포질이나 도색과 같은 추가적인 후가공에 매우 유리한 소재입니다.

 

FDM 3D 프린팅

FDM은 필라멘트 형태의 소재를 가열하여 노즐을 통해 적층하는 방식입니다.

노즐 방식으로 인해 3D 프린팅 출력물 표면에 레이어가 맨눈으로 확인이 가능합니다.
출력물의 표면 퀄리티를 높이기 위해서는 후처리 과정에서 표면 연마 작업이 필수입니다.

FDM은 가격이 저렴하고 다양한 색상으로 출력할 수 있다는 장점을 갖고 있지만,
표면 품질이 낮아 연마 작업을 진행하여도 일정 이상의 매끄러운 표면을 얻기 어렵습니다.

 

3) 표면 연마 작업

연마 과정은 출력물의 표면을 매끄럽게 다듬는 과정입니다.
표면 연마를 위해서는 수작업 방식과 장비 활용 방식 두 가지로 나눌 수 있습니다.
직접 손으로 하는 방식은 작은 틈새나 곡면을 작업할 수 있어,
정밀함과 세밀함이 요구되는 작업에 특히 적합합니다.
장비를 활용하는 방식은 빠르고 효율적으로 큰 면적을 연마할 때 적합합니다.
전동 도구는 수작업보다 훨씬 빠르고 균일하게 표면을 정리할 수 있습니다.

직접 손으로 하는 방식은 사포와 줄(파일), 장비로 하는 방식은 샌딩기가 주로 사용됩니다.
각 도구는 다양한 거칠기로 제공되어 작업의 정밀도에 따라 선택할 수 있고,
작업 대상과 용도에 맞게 다양한 형태와 크기를 선택하여 사용할 수 있습니다.

연마 작업을 통해 출력물 표면을 매끄럽게 하여 최종 제품의 품질을 극대화할 수 있습니다.
또한 서포트를 제거한 흔적에도, 도색 작업을 진행하기 전에도 동일한 방법으로 표면을 정리합니다.

 

마치며

지금까지 3D 프린팅 서포트와 출력물 후처리 과정에 대해 알아보았습니다.
우리가 알고 있는 제품이 되기까지에는 기본적으로 후처리 과정이 필요합니다.
후처리 과정을 통해 출력물은 더욱 완성도 높은 제품으로 변모합니다.
이후 도색이나 실크인쇄, 데칼 등을 통해 제품의 완성도를 한층 더 업그레이드할 수 있습니다.

한양3D팩토리는 의뢰 제품의 특성을 고려하여 적절한 제조 솔루션을 제공하고 있습니다.
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