3D프린터는 어떻게 지지대없이 모양을 잡나요?

Question

3D 프린터로 물건을 뽑아내는 걸 보면 플라스틱 실을 녹여서 한 층씩 쌓아 올리잖아요. 근데 공중에 붕 떠 있는 형태나 아치형 구조를 출력할 때는 바닥에 지지대 없이 어떻게 흘러내리지 않고 그대로 굳으면서 모양이 잡히나요?

Answer 1

안녕하세요. 감병주 전문가입니다.

3D프린터라고 해서 공중에 떠 있는 모양을 무조건 지지대 없이 만들 수 있는 건 아닙니다.
아래쪽에 이미 굳어 있는 층이 있으면 그 위로 조금씩 넓혀가면서 쌓을 수 있어서 어느 정도까지는 모양을 잡을 수 있습니다. 짧게 떨어져 있는 공간도 양쪽을 다리처럼 연결하면서 출력하면 지지대 없이 만들 수 있는 경우가 있고요.
노즐에서 나온 플라스틱은 냉각팬으로 빠르게 식혀주기 때문에 굳으면서 모양을 유지할 수 있습니다. 그렇지만 공중에 너무 길게 뻗어 있거나 많이 튀어나온 부분은 처지거나 무너질 수 있어서 서포트라는 임시 지지대를 같이 출력해야 합니다.
한줄로 정리하자면 아래층을 조금씩 이용해 쌓아가고 스스로 버티기 어려운 부분에만 지지대를 추가적으로 출력하는 방식이라고 보면 됩니다.

Answer 2

3D 프린터가 지지대 업싱 출력하는 비결은 플라스틱이 매우 빠르게 굳는 특징이 있고, 한층씩 아래층이 받쳐주기 때문입니다.

노즐에서 나온 플라스틱들은 200도 정도로 녹아있는데, 공기와 냉각팬 때문에 이 플라스틱이 몇 초도 안되서 굳어버립니다. 그래서 바로 아래층이 받쳐 주면 형태를 유지할 수 있습니다.

아치형 구조는 한 번에 만드는 것이 아닙니다. 조금씩 안쪽으로 이동하면 층을 쌓기 때문에 별도의 지지대 없이도 출력되는 경우들이 있습니다. 하지만 공중으로 너무 길게 튀어나온 부분들은 아무래도 받쳐 줄 곳이 없다보니 처질 수 있을 것 같습니다.

Answer 3

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

3D프린터(FDM방식)가 지지대(Support)없이 공중 구조나 아치형 모형을 출력할수있는 비결은 재료의 특성, 급속 냉각, 그리고 출력 각도의 조합에 있습니다.

• 굳기 직전의 점성과 급속 냉각
  노즐에서 흘러나오는 액체 상태의 플라스틱(PLA,ABS등)은 물처럼 흘러내리지 않고, 엿가락 처럼 끈적거리는 점성을 가집니다. 노즐 옆에 달린 강력한 쿨링 팬이 노즐을 떠나는 즉시 실시간으로 차가운 공기를 불어넣어, 공중에 얹히자 마자 수초 내로 순식간에 굳힙니다.

• 가교(Bridging)기술
  공중에 붕 떠 있는 두 기둥 사이를 연결 할때는 다리놓기기법을 씁니다. 프린터 노즐이 한쪽 기둥에서 반대쪽기둥으로 매우 빠른 속도로 직선 이동하며 실을 팽팽하게 당겨 가로지릅니다. 이때 밑으로 쳐지기 전에 쿨링 팬이 순간적으로 굳혀 형태를 유지합니다.

• 오버행 규칙
  아치형 처럼 기울어진 구조는 아래층 레이어에 일부분이 겹쳐지도록 출력합니다.

  • 45도 이하의 기울기 : 밑층이 위층 노즐 받침대 역할을 50%이상 해주므로 지지대 없이 굳으며 올라갑니다.

  • 45도 초과의 급경사 : 바닥 지지대가 없으면 재료가 밑으로 흘러내려 출력이 실패하게 됩니다.

요약하자면 : 점섬이 있는 플라스틱을 팽팽하게 당겨 쏘는 동시에 급속 냉각시키고 아래층과의 접촉면적(45도법칙)을 활용하기 때문에 지지대 없이도 모양을 잡을수있습니다.