3D프린팅 기술은 어떤 과학적 원리로 작동되나요?
3D프린팅의 기본원리가 수학에서의 미분과 적분이라고 하던데요. 요즘에는 3D프린터를 이용해서 집까지 지을수 있고 햄버거도 만들수 있다고 하던데 과학공학에서의 3D프린팅 기술은 어떤 과학적원리로 작동되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
1. 모델 준비: 3D 디자인 소프트웨어를 사용하여 모델을 디자인하고, 이를 STL 파일 형식으로 변환합니다.
2. 슬라이싱: STL 파일을 3D 프린터 소프트웨어에 가져와 레이어 단위로 슬라이싱합니다. 각 레이어는 프린터가 인식할 수 있는 형식으로 변환됩니다.
3. 열 가공: 3D 프린터는 열을 발생시켜 열가소성 소재를 녹여 액체 상태로 만듭니다.
4. 적층: 3D 프린터는 녹은 소재를 작은 드롭 혹은 선으로 적층하면서 모델의 형태를 구성합니다. 이를 통해 층별로 모델이 형성됩니다.
5. 경화 또는 냉각: 적충된 소재는 냉각되며 경화되기도 합니다. 이로써 하나의 층이 완성되고 다음 층으로 이동하여 모델이 완성됩니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
먼저 프린터를 점검하자. 베드에 흠집이나 남은 출력물이 없는지 보고 베드의 수평이 맞는지 빳빳한 종이로 확인한다. 슬라이서 가 제시한 필라멘트 양을 참고하여 남은 필라멘트가 충분한지 확인하고, 부족하다면 인쇄 중간에 교체할 준비를 하거나 교체하여 보충한다. 별도의 기능이 필요하다면 요구되는 확인절차를 더 거쳐야 한다.
변환된 수치제어 프로그램을 프린터에 입력, 출력을 진행한다. 출력물의 파손을 막기 위해 '베드'는 적당한 온도(PLA기준 섭씨60도 전후)로 데워지며 이후 토출부까지 데워졌다면 입력된 프로그램대로 인쇄한다.
프린터 해상도는 층 두께 및 XY 해상도를 dpi (인치당 도트 수) 또는 마이크로미터 (µm)로 나타낸다. 몇몇 기계는 한 층을 16 μm (1,600 DPI)처럼 얇게 출력할 수 있지만, 전형적인 한 층의 두께는 대략 100μm (250 DPI)이다 (XY 해상도는 레이저 프린터의 두께와 비슷하다). 이러한 입자(3D 도트)들은 지름이 약 50에서 100μm (510 to 250 DPI)이다. 이러한 프린터 해상도에서, 0.01~0.03mm의 그물과 0.016mm 이하의 줄 길이 정도면 주어진 모델 파일에서 최적의 STL 결과물을 만든다.
높은 해상도를 사용하는 것은 프린트의 퀄리티에서 증가 없이 큰 파일들을 만든다. 현대의 방법으로 모델 제작은 사용된 방식이나 모델의 복잡성, 크기에 따라 몇 시간에서 며칠의 시간이 소요된다. 그래도 적층 방식은 사용되는 기계의 종류나 동시에 생산되는 모델의 크기, 개수에 크게 의존함에도 불구하고 전형적으로 이러한 시간에서 약간의 시간을 줄여준다. 금형에 주입하는 것 같은 전통적인 방식은 높은 퀄리티로 폴리머 상품을 제조하는 것에서 덜 비싸겠지만, 적층 제조방식은 더 빠르고, 훨씬 유동적이며, 상대적으로 작은 파츠를 생산할 때 덜 비싸다.
3D 프린터는 디자이너와 초안 개발 팀들이 데스크탑 크기의 프린터를 사용해 파츠와 기본 모델을 제작할 수 있도록 한다. 적층 제조방식에서 모든 레이어로 된 구조들은 꺾이거나 기울어지는 부분에서 피할 수 없이 뒤틀림이 나타난다. 이러한 효과는 제작 과정 내에서 부품 표면의 방향에 크게 의존한다.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
3D프린팅 기술은 매우 흥미로운 과학적 원리로 작동됩니다. 먼저 3D프린팅은 레이저나 열을 이용하여 특정 재료를 녹여서 층층이 쌓아서 원하는 형태를 만드는 기술입니다. 이를 위해서는 먼저 디지털 모델링 소프트웨어를 이용하여 원하는 형태를 디자인하고 이를 슬라이스하여 여러 개의 가로층으로 분할합니다. 그리고 이 가로층들을 차례대로 프린터에 입력하여 레이저나 열을 이용하여 재료를 녹여서 층층이 쌓아가는 것입니다.
이러한 과정에서 사용되는 과학적 원리는 크게 두 가지입니다. 첫 번째는 레이저나 열을 이용하여 재료를 녹이는 원리인 열전달입니다. 열전달은 열이 물질 내부로 전달되는 과정을 말하며 이를 이용하여 재료를 녹이고 다시 응고시켜 원하는 형태를 만들어내는 것입니다.
두 번째는 슬라이싱된 가로층들을 차례대로 쌓아가는 원리인 적층합성입니다. 적층합성은 여러 개의 가로층을 차례대로 쌓아가는 과정을 말하며 이를 위해서는 각 가로층의 위치와 모양을 정확하게 제어해야 합니다. 이를 위해 사용되는 기술 중 하나가 수학에서의 미분과 적분입니다. 미분과 적분을 이용하여 각 가로층의 위치와 모양을 정확하게 계산하고 이를 프린터에 입력하여 정확한 형태를 만들어내는 것입니다.
따라서 3D프린팅 기술은 열전달과 적층합성이라는 과학적 원리를 이용하여 작동됩니다. 감사합니다.
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안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
3D 프린팅의 기본 원리는 적층 제조입니다. 적층 제조는 재료를 층층이 쌓아 올려서 원하는 형상을 만드는 기술입니다. 3D 프린팅은 이 기술을 기반으로, 컴퓨터로 설계된 3D 모델을 참고하여 재료를 층층이 쌓아 올려서 물체를 만듭니다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
3D 프린터는 먼저 플라스틱 필라멘트를 녹여 액체 상태로 만듭니다. 그런 다음, 프린터의 작동 원리에 따라 적층을 시작합니다. 프린터는 한 번에 한 층씩 필라멘트를 적층하여 원하는 형태를 만들어냅니다.
안녕하세요. 서수용 과학전문가입니다. 3D프린터 원리는 플라스틱 필라멘트 등을 노즐의 열로 녹여 액체로 만든 후 이를 한 층씩 쌓아 입체 모형을 만드는 방식입니다.