3D 프린팅의 역사: 이 산업의 시작 과정 살펴보기

오늘날, 3D 프린터는 어디에서나 널리 사용되고 있습니다. 1980년대 초 이래로, 3D 프린팅은 수백만 달러 규모의 글로벌 산업으로 진화했습니다.

3D 프린팅 이전에 제품 설계자 및 기술자는 이차원의 세계에 살며 설계를 종이에 했습니다. 3D 모델이 필요한 설계자들은 부품을 조립하든가 무형의 고체를 조각해 만들어야 했습니다. 이러한 모델을 프로토타입이라고 하는데, 만드는 데 시간이 오래 걸리고 비용도 많이 들었습니다. 1970년대에는 설계 과정을 개선하기 위한 CAD 소프트웨어가 출현했습니다. 설계자들은 지루한 손 그림을 컴퓨터 스케치로 대체했습니다. 덕분에 돈과 시간이 절약되었지만, 그래도 모델을 쉽게 만들 수는 없었습니다.

프린터 뒤의 두뇌

프린터를 운용하는 소프트웨어를 빼고서는 3D 프린팅의 역사를 논할 수 없습니다. 3D 소프트웨어 이전에는 설계자와 엔지니어들이 평면의 이차원적인 설계를 했고 기술자들이 이 설계로 3D 모델을 만들었습니다. 이러한 과정은 어렵고 비용도 많이 들었습니다. 3D 컴퓨터가 보조하는 설계(CAD) 소프트웨어의 발명으로 모든 것이 바뀌었습니다.

설계자들은 삼차원 모델로 자신들의 구상을 직접 전환할 수 있었습니다. 3D CAD 소프트웨어 첫 세대는 매우 값비쌌으며 고성능 워크스테이션이 필수였습니다. 항공우주 기업과 자동차 기업이 주로 초기 CAD 소프트웨어를 사용했습니다. 이 기업들은 3D CAD 기술 개발을 위해 소프트웨어 회사와 협업했습니다.

3D CAD 소프트웨어는 기하학적 모양의 망을 사용해 모델을 만듭니다. 설계자는 컴퓨터 화면에서 이 모형을 보고 편집할 수 있습니다. STL 파일은 모델을 3D 프린터가 인지할 수 있는 언어로 전환합니다. 그런 다음 슬라이서 소프트웨어로 CAD 모델을 프린트용 가상 레이어로 얇게 저밉니다.

오늘날 3D CAD 소프트웨어의 가격은 일반 소비자가 데스크톱 3D 프린터로 쓸 수 있을 정도로 낮습니다. 진화를 거듭하고 있는 3D 프린팅 기술은 계속해서 품질과 가격 개선을 이끕니다.

광조형

1982년, Chuck Hall은 제조업체의 문제를 해결하려 하는 설계 엔지니어였습니다. Industry Week와의 인터뷰에서 그는 문제를 이렇게 설명했습니다. "예전에는 이 프로세스가 어땠냐면, 부품을 설계한 다음 부품의 청사진을 만들고, 도구 제작자와 청사진에 대해 논의하고, 그런 다음 그 사람이 플라스틱 부품의 금형을 만들어 주었습니다. 그 뒤에 금형을 금형 제작자에게 보내면 첫 번째 부품을 사출해 줍니다. 최소 6주일에서 8주일이 지나야 첫 번째 부품을 보게 되죠."

Hall은 광조형(SLA) 3D 프린터의 설계 특허를 받기 위해 계속 전진했습니다. 그는 UV 광선을 사용해 폴리머를 레이어로 묶었습니다. 광선이 폴리머 층을 강타해서 경화한 다음 액체 폴리머가 들어 있는 수조로 내려 보냅니다. 각 레이어가 단단해지면서 모양이 형성됩니다.

선택적 레이저 소결

대학생인 Carl Decker는 레이저 기술을 사용한 3D 프린팅 기법으로 특허를 받았습니다. SLS(선택적 레이저 소결)는 레이저를 이용해 열가소성 플라스틱 분말을 원하는 형태로 결합합니다.

FDM(용융 적층 모델링)

1988년 S. Scott Crump는 딸에게 줄 장난감 개구리를 만들 간편한 방법을 찾고 있었습니다. 그는 핫 글루 건을 사용해 플라스틱을 녹여 얇은 레이어에 부었습니다. 그는 이 발명을 FDM(용융 적층 모델링)이라 불렀습니다.

그의 기계는 플라스틱 필라멘트를 녹여 편평한 표면 위에 층층이 쌓았습니다. 플라스틱이 식으면서 형태가 형성되었습니다. 그런 다음 그는 NC(수치 제어) 소프트웨어를 사용해 이 과정을 자동화했습니다. 특허를 받게 되자 Crump와 그의 아내 Lisa는 Stratasys를 설립했습니다. FDM®은 현재 여러 3D 프린터에서 사용되고 있습니다.

업무에서의 3D 프린팅 기술

프로토타입 제작은 여전히 3D 프린트된 모형을 가장 널리 사용하는 분야입니다. 설계자는 설계를 실제 형태로 보기 위해 모형을 만듭니다. 이를 통해 초기 단계에서 미리 설계를 수정하고 개선할 수 있습니다. 그런 다음 합성물과 금속으로 제작한 3D 프린트된 부품을 최종 제품에 사용합니다. 이 기술은 공장 현장의 주형 및 도구 제작에도 사용되고 있습니다.

삼십 년 후, 영리한 몇 사람의 꿈이 새로운 산업에 불을 붙였습니다. 이들이 노력과 시간을 투자한 덕분에 이제 수백만의 발명가, 예술가, 엔지니어가 수혜를 입고 있습니다.