3D 프린팅의 기본 원리: 레이어 적층 방식 완벽 이해

목차 3D 프린팅의 핵심 개념 – 적층 제조(Additive Manufacturing)란? 3D 프린팅의 기본 원리 – 레이어별 적층 방식 이해하기 주요 3D 프린팅 기술별 적층 방식의 차이점 3D 프린팅의 출력 과정 – G코드와 슬라이싱이 중요한 이유

 

3D 프린팅은 디지털 설계를 기반으로 층(layer) 단위로 적층(additive manufacturing)하여 물체를 제작하는 방식입니다.

기존의 절삭 가공(subtractive manufacturing)과 달리, 불필요한 재료 낭비를 최소화하고 복잡한 형상을 손쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있습니다.

이번 포스팅에서는 3D 프린팅의 기본 원리, 적층 방식, 주요 기술별 차이점, 출력 과정을 자세히 살펴보겠습니다.

 

 

1. 3D 프린팅의 핵심 개념 – 적층 제조(Additive Manufacturing)란?

적층 제조 vs 절삭 가공: 전통 방식과의 차이점

전통적인 제조 방식(CNC, 밀링, 사출 성형 등)은 절삭 가공(subtractive manufacturing) 방식을 사용하여 재료를 깎거나 제거하면서 원하는 형상을 만듭니다. 반면, 3D 프린팅은 적층 제조(additive manufacturing) 방식으로 재료를 한 층씩 쌓아 올려 최종 형상을 제작합니다.

절삭 가공 / 적층 제조 방식 비교

제조 방식	특징	장점	단점
절삭 가공 (Subtractive Manufacturing)	블록 형태의 원재료를 깎아서 제작	높은 정밀도, 강한 내구성	재료 낭비, 복잡한 형상 제작 어려움
적층 제조 (Additive Manufacturing, 3D 프린팅)	디지털 데이터를 기반으로 레이어별 적층	재료 절약, 복잡한 형상 제작 가능	제작 속도 다소 느림, 대량 생산 어려움

 

 

적층 제조 방식의 도입으로 원자재 낭비를 줄이고, 디자인 자유도가 높은 맞춤형 생산이 가능해졌습니다.

각 방식의 특징과 장단점을 따져보면, 절삭 가공 방식은 소품종 대량생산에 적합하고 적층 제조 방식은 다품종 소량생산에 적합합니다. 시제품 제작이나 대량 생산 전 테스트에 주로 3D 프린팅을 사용하는 이유입니다.

 

 

2. 3D 프린팅의 기본 원리 – 레이어별 적층 방식 이해하기

3D 프린팅 프로세스 개요

3D 프린팅의 기본 원리는 디지털 모델을 물리적으로 구현하는 과정으로 이루어집니다. 주요 단계를 살펴보겠습니다.

1. 3D 모델링 (CAD 설계): Fusion 360, Blender, Tinkercad 등으로 3D 설계
2. 슬라이싱 (Slicing) 과정: 3D 모델을 층(Layer)으로 분할하고 G코드 생성
3. 출력 (Printing) 과정: 프린터가 한 층씩 적층하여 형상을 제작
4. 후가공 (Post-Processing): 연마, 도색, 조립 등 추가 가공 진행

적층 방식의 핵심 요소

• 레이어 높이 (Layer Height): 층을 쌓는 높이, 해상도와 표면 품질을 결정
• 노즐 이동 경로: 슬라이싱된 G코드를 따라 출력물의 형태를 조성
• 재료 압출 및 경화: 필라멘트 또는 액체 수지를 원하는 형상으로 적층

 

 

3. 주요 3D 프린팅 기술별 적층 방식의 차이점

3D 프린팅은 사용 기술에 따라 적층 방식이 다릅니다.

가장 대표적인 3가지 방식인 FDM, SLA, SLS 기술의 적층 원리를 비교해보겠습니다.

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① FDM (Fused Deposition Modeling, 용융 적층 모델링)

✔️ 적층 원리:

• 열로 녹인 필라멘트를 노즐을 통해 압출하며 한 층씩 쌓아 형상을 만듦
• 출력 후 재료가 냉각되면서 고체화됨

✔️ 특징 및 장점:
✅ 저렴한 장비 비용 → 개인 및 교육용으로 널리 사용됨
✅ 다양한 필라멘트 사용 가능 (PLA, ABS, PETG 등)
✅ 유지보수 및 관리가 쉬움

 

✔️ 단점:
❌ 표면 품질이 거칠어 후가공 필요
❌ 정밀도가 SLA나 SLS보다 낮음

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② SLA (Stereolithography, 광경화 방식)

✔️ 적층 원리:

• 액체 상태의 광경화성 수지(Resin)에 UV 레이저를 조사하여 한 층씩 경화
• 고해상도의 정밀한 출력을 제공

✔️ 특징 및 장점:
✅ 고해상도, 부드러운 표면 품질 → 정밀 모델링, 의료, 치과 분야에서 사용
✅ 세밀한 디테일 표현 가능

 

✔️ 단점:
❌ 필라멘트보다 비싼 레진 소재 사용
❌ 후가공(IPA 세척, UV 경화) 필수

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③ SLS (Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결)

✔️ 적층 원리:

• 레이저로 분말(Powder) 소재를 소결(Sintering)하여 적층
• 서포트 구조가 필요하지 않으며, 강도 높은 부품 제작 가능

✔️ 특징 및 장점:
✅ 강한 내구성, 복잡한 형상 제작 가능 → 산업용 부품 제작에 적합
✅ 후가공 없이도 정밀한 출력물 제작 가능

 

✔️ 단점:
❌ 고가의 장비와 유지 비용 필요
❌ 가정용보다는 산업용으로 적합

 

 

4. 3D 프린팅의 출력 과정 – G코드와 슬라이싱이 중요한 이유

슬라이싱(Slicing) 과정이란?

슬라이싱이란 3D 모델을 층(Layer) 단위로 나누고, 3D 프린터가 이를 출력할 수 있도록 변환하는 과정입니다. 이 과정에서 생성된 G코드(G-code)는 프린터가 이동해야 할 경로, 압출량, 속도 등을 포함한 명령어를 담고 있습니다.

 

G코드에서 중요한 요소

• E (Extrusion): 필라멘트 압출량
• Z (Layer Height): 층 높이 설정
• F (Feedrate): 출력 속도 조정
• M 코드: 프린터 제어 명령어 (예: 노즐 온도 조절)

출력 품질을 높이기 위해서는 슬라이싱 설정을 적절하게 조정하는 것이 중요합니다.

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마무리 – 3D 프린팅 적층 방식의 핵심 정리

기술 방식	적층 원리	장점	단점
FDM	필라멘트 압출 후 적층	저렴한 비용, 쉬운 유지보수	표면 거침, 정밀도 낮음
SLA	레이저로 액체 수지 경화	고해상도, 부드러운 표면	후가공 필요, 재료 비용 높음
SLS	레이저로 분말 소결	강한 내구성, 서포트 불필요	고가의 장비, 산업용 중심

 

3D 프린팅의 핵심은 적층 제조 방식에 있으며, 각 기술별 특성을 이해하면 원하는 목적에 맞는 최적의 3D 프린터를 선택할 수 있습니다. 이제 여러분도 3D 프린팅의 기본 원리를 완벽히 이해하고, 적절한 방식으로 활용해보세요!