3D프린터는 얼마나 복잡한 구조물까지 구현할 수 있을까요? 오늘은 신도리코 3D프린터의 정교함을 확인할 수 있는 출력물 제작 과정을 소개하고자 합니다. 



3D스퀘어는 최근 한 대학교로부터 화학 공정용 설비 모형 제작을 의뢰받았습니다. 이번 모형은 세 가지 종류의 ‘탱크’와 탱크 사이를 연결하는 ‘배관’, 내용물을 제어하는 ‘펌프’들로 구성된 매우 복잡한 구조물이었는데요. 이 제품은 환경부 산하기관 전시와 교육용으로도 사용될 예정인만큼 매우 섬세한 출력 작업이 필요했습니다. 그럼 3D스퀘어의 화학 공정용 설비 모형 제작기! 지금 바로 만나볼까요? 


STEP 1. 출력 전 3D 파일 검토/수정 


이번에는 의뢰인이 직접 3D 파일을 설계하고 PLA 소재를 활용해 FDM 방식으로 출력해달라는 명확한 요청이 있었습니다. 따라서 3D스퀘어에서는 의뢰인이 설계한 파일을 실제로 출력할 경우 발생할 수 있는 문제는 없는지 검토하는 것에 포커스를 맞췄습니다. 


출력에 사용할 FDM 방식 3D프린터는 직경 0.4mm 노즐과 직경 1.75mm PLA를 사용해 레이어 두께가 0.2mm로 적층되는 방식이었는데요. 너무 얇거나 복잡한 설계는 출력 정확도를 떨어뜨릴 수 있기 때문에 설계파일에서 너무 얇거나 작은 부분은 조금 더 두껍게 수정하고 형태가 복잡한 부분은 단순화시켜 완성도 높은 출력물이 나올 수 있도록 했습니다. 



이번 출력물은 출력 후 조립과 도색 등 후가공을 거쳐야 하는 만큼 고려할 사항이 많았는데요. 조립 접합부 등 강도가 요구되는 곳은 서로 병합해 탄탄하게 출력될 수 있도록 하고 도색 등 후가공에 용이하도록 설계 파일을 분할했습니다. 의뢰인이 직접 설계한만큼 3D스퀘어와 충분히 협의과정을 거치며 수정하는 과정을 거쳤습니다.  


수정된 파일은 총 세 개의 탱크, 10가지 종류의 배관, 펌프 종류로 구성되었는데요. 이제 본격적으로 출력을 진행해볼까요? 


STEP 2. 출력  


출력물은 탱크 높이 35cm, 폭 18cm정도로 상당히 큰 편이었습니다. 이에 3D스퀘어는 대형 사이즈의 출력물을 한 번에 진행할 수 있는 신도리코 3DWOX 7X 기종을 사용했습니다. PLA 소재와 0.2mm 레이어 두께로 출력해 탱크류는 약 100시간, 나머지 배관, 펌프류 등 9개 파일은 약 80시간이 소요됐습니다.



일반적으로 배관 같은 원기둥 모양은 Z축 방향으로 세워 출력해야 더 깔끔하게 출력할 수 있는데요. 이번에 출력할 배관은 직경이 불과 3~5mm에 내부가 비어 있는 형태이기 때문에 세워서 출력하면 오히려 적층된 방향으로 쉽게 부러질 위험이 있어서 배관의 출력 강도를 높이기 위해 위의 사진처럼 눕혀서 출력했습니다. 이렇게 눕혀서 출력하면 표면은 다소 거칠 수 있지만 이부분은 추후 후가공으로 해결하면 되는 부분이었기에 표면보다 강도를 우선적으로 고려한 것이죠. 


STEP 3. 가조립 단계 



이제 모든 부품을 출력 후 조립하는 단계입니다. 3D스퀘어는 완성도를 높이기 위해 미리 ‘가조립’을 해보며 수정하는 단계를 거쳤는데요. 출력 후 공차가 생겨 조립이 어려운 부분은 사포나 전동 공구로 다듬고 약한 부분이나 살짝 파손된 부분은 퍼티나 PLA 조각으로 보수했습니다. 파손이 되지 않았더라도 파손 우려가 있는 경우에는 비어 있는 내부에 PLA를 삽입해 강도를 보강해 주었습니다. 



STEP 4. 도색 및 최종 조립  


이제 출력물을 보완했으니 도색과 최종 조립을 하며 제품을 완성할 시간입니다. 도색을 할 때는 의뢰인에게 도색할 색상코드를 받는 것이 좋습니다. 사람마다 느끼는 색감이 모두 다르기 때문입니다. 


도색 전 표면을 정리할 때도 의뢰인과 반드시 상의해야 합니다. 일반적으로 FDM 방식으로 제작된 출력물은 특유의 적층 무늬를 제거하는 표면정리작업을 진행하는데요. 이 작업은 표면에 전문 약품을 도포 후 사포로 문질러 평탄화 하는데 이 작업을 반복할수록 매끄러운 표면을 얻을 수는 있지만 제작비용도 높아지기 때문에 의뢰인과 논의가 필요하죠. 


3D스퀘어는 의뢰인과 도색 색상 코드, 표면 정리 정도에 대해 충분이 상의한 뒤 후가공을 진행했습니다. 



먼저 탱크 및 배관류를 도색하고 충분히 건조한 다음 스크래치가 잘 나지 않도록 우레탄으로 코팅했습니다. 이 모형은 금속 설비이기 때문에 모두 은색 유광으로 도색되었습니다. 


도색과 코팅이 완전히 건조된 후 마지막으로 최종 조립을 진행했습니다. 밑판은 고객의 요구에 따라 두께 1.8mm의 합판을 사용했는데요. 합판 위에 나사를 끼워 세 개의 탱크를 고정한 뒤 순간 접착제로 배관류를 붙이고 파란색의 펌프류 밑에는 얇은 양면 테이프로 고정했습니다. 


STEP 5. 완성 및 납품 


▲(위)대전 유성구에 위치한 실물 장비, (아래)3D스퀘어에서 제작한 설비 모형 


오랜 시간 끝에 완성된 제품은 대전 유성구의 한 기관으로 납품되었습니다. 의뢰인은 제품을 받은 뒤 실물 장비와 거의 유사하다며 만족감을 드러냈는데요. 이번에는 전체 시설 중 일부만 의뢰한만큼 추가 제작 계획이 있다고 말하며 다음에도 3D스퀘어에 의뢰하겠다는 이야기와 함께 훈훈한 분위기가 이어졌습니다. 


이번 의뢰 제품은 설계를 제외한 출력, 도색, 조립, 납품까지 총 한달에 걸쳐 진행된 프로젝트였는데요. 한 눈에 보기에도 매우 복잡한 구조물이었지만 3D스퀘어만의 노하우를 적용해 섬세하고 내구성 높은 제품을 완성할 수 있었습니다. 전시용 제품이나 교육용 모형이 필요하다면 언제든지 3D스퀘어에 문의해주세요! 


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