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보고서 상세정보

3D 프린팅 기술의 현황과 미래 전망

등록일자 2019-02-08
초록 1. 서언

3D 프린팅은 3차원 모델 데이터로부터 복잡한 형상을 가진 광범위한 구조물을 만들어내기 위해 사용하는 적층 제조(AM, additive manufacturing) 공법을 말한다. 이 공정은 재료를 한 층씩 순차적으로 쌓아 올라가는 방법으로 부품을 제조하는 방법으로서, 1986년 Charles Hull에 의해 광조형(SLA, stereolithography) 공정이 최초로 개발되었고, 그 후 FDM, 잉크젯프린팅(inkjet prinring) 및 윤곽형상적층(CC, contour crafting) 공정 등이 계속적으로 개발되었다.

3D 프린팅 공법은 그동안 여러 가지 재료, 장비와 새로운 제조 및 작업 방법의 적용을 시도하면서 재료에 적합한 새로운 적층 공법의 개발이 점차 확대되고 있다. 적층 제조는 건설, 시제품 제작, 생체역학을 포함한 다양한 산업 분야에서 광범위하게 적용되고 있다. 3D 프린팅은 설계와 자동화가 쉽고, 폐기하는 재료의 낭비가 적은 장점이 있음에도 불구하고 건설산업에서의 활용은 특히 제한적으로 천천히 발전되고 있다.

새로운 재료와 AM 공법이 개발되면 새로운 분야로 활용이 확산된다. 이 기술이 더욱더 발전할 수 있게 된 요인 중 하나는 과거 특허들의 유효기간이 만료되면서 새로운 3D 프린팅 장비의 개발이 가능해진 것이다. 최근 3D 프린팅 장비의 가격이 낮아지면서 학교, 가정, 도서관 및 연구실로 그 응용이 더욱 확대되고 있다.

3D 프린팅은 신속하고 비용이 적게 드는 장점 때문에 최초에 건축가나 설계자들에 의해 미학적이고 기능적인 시작품을 제조하는데 널리 사용되었고, 이처럼 3D 프린팅을 적용하여 제품 개발 과정에 발생하는 부가비용을 최소화할 수 있었다. 그러나 비용이 많이 소요되는 고객맞춤형 제품을 3D 프린팅으로 직접 제조하는데 도전한 결과, AM에 의한 3D 프린팅은 상대적으로 적은 비용으로 소량의 고객맞춤형 제품을 제작할 수 있게 되었다. 특히 개별 환자마다 특수하게 소요되는 부품을 필요로 하는 생체의학 분야에서 더욱 각광을 받게 되었다.

전문가들은 수년 내 고객맞춤형 부품의 제조가 전체 3D 프린팅 활용 분야의 50% 이상을 차지하게 될 것이라고 예측한다. 이 기술은 의학 분야에서 컴퓨터단층촬영(CT, computed tomography) 이미지로부터 다양한 인체조직의 복제품을 제작할 수 있기 때문에 큰 관심을 불러일으키고 있다. 최근에는 건축분야에서도 3D 프린팅을 활용하고 있다. 예로 중국의 WinSun 등은 상대적으로 저렴한 주택(4,800달러/1채)을 하루에 제작하는데 성공하였다.

3D 적층 제조 기술을 여러 산업 분야에서 채택하는 이유는, 이 기술이 복잡한 형상의 부품을 높은 정밀도, 재료의 낭비 감소, 설계 유연성, 고객맞춤형에 적합하게 제조할 수 있다는 장점이 있기 때문이다. 3D 프린팅에는 금속, 고분자화합물, 세라믹, 콘크리트 등 다양한 재료를 사용할 수 있다. 복합재료 분야에는 PLA(polylactic acid), ABS(Acrylonitrile butadiene styrene)와 같은 고분자복합물을 주로 사용하고, 항공 분야에는 신소재 금속 및 합금을 사용하고, 스캐폴드(scaffold)에는 세라믹을 사용하고, 건물의 적층 제조에는 콘크리트를 주로 사용한다.

3D 프린팅 적층 부품은 기계적 성질이 취약하고 비등방성 거동을 하는 약점이 있으며, 3D 프린팅 적층 부품의 정밀도는 적용하는 적층 제조 방식의 정밀도와 규모에 좌우된다. 3D 프린팅의 탁월한 장점은 고객맞춤형 대량생산이 가능하다는 점이다. 또한 고객맞춤형 제품의 제조에 필요한 몰드 및 툴링에 대한 부가비용을 절감할 수 있다. 그러나 AM 공정이 가진 고비용, 긴 공정시간과 같은 대량생산의 장애요인을 해소하기 위해, 향후 제조 속도 증대와 비용 절감을 위한 개선 노력이 필요하다. 본문은 3D 프린팅 기술의 적층 제조 방식, 사용 재료, 산업적 활용 분야 그리고 향후 도전하여야 할 과제에 대해 기술한다.



2. 3D 프린팅 적층 제조 공법

2.1. 적층 제조 방식의 종류

복잡한 구조물을 고분해 성능으로 프린팅하여야 할 요구에 대응하기 위하여 여러 가지 적층 제조 공정이 개발되었다. 그동안 급속 시작 기술, 대형 구조물을 프린팅하는 능력, 프린팅 결함의 감소, 기계적 성질의 강화 등의 개발에 의해 적층 제조 기술의 발전이 더욱 촉진되었다.

3D 프린팅에서 가장 일반적인 적층 제조(AM) 방법은 주로 고분자 필라멘트를 용융 압출시켜 적층 모델링(FDM, fused deposition modelling)하는 공법이다. 또한 분말을 용융시켜 적층하는 제조 방법(PBF, powder bed fusion)에는 SLS(selective laser sintering), SLM(selective laser melting), 3DP(liquid binding in three-dimensional printing) 공법, 그리고 잉크젯프린팅(IP, inkjet printing), 윤곽형상적층(CC, contour crafting), 광조형(SLA, stereolithography), 직접에너지적층(DED, direct energy deposition), 개체접합조형(LOM, laminated object manufacturing) 공법 등이 있다(표 1). 이 중에서 몇 가지 대표적인 적층 공법에 대해 제조 방법, 사용 재료, 활용 분야 및 향후 전망에 대해 기술한다.



주요 적층 제조 방법에 대한 사용재료, 응용분야 및 장단점



적층 제조 방법
사용재료
응용분야
장점
단점
해상도(μm)




Fused deposition modelling
Continues filaments of thermoplastic polymers

Continuous fibre-reinforced

polymers
Rapid prototyping

Toys

advanced composite parts
Low cost

High speed

Simplicity
Weak mechanical properties

Limited materials (only thermoplastics)

Layer-by-layer finish
50-200 μm




Powder bed fusion (SLS,

SLM, 3DP)
Compacted fine powders Metals, alloys and limited polymers (SLS or SLM)

ceramic and polymers (3DP)
Electronics

Aerospace

Lightweight structures

(lattices)

Heat exchangers
Fine resolution

High quality
Slow printing

Expensive

High porosity in the binder method (3DP)
80-250 μm




Inkjet printing and contour

crafting
A concentrated dispersion of

particles in a liquid (ink or

paste)

Ceramic, concrete and soil
Biomedical

Large structures



Buildings
Ability to print large structures

Quick printing
Maintaining workability

Coarse resolution

Lack of adhesion between

layers

Layer-by-layer finish
Inkjet: 5–200 μm

Contour crafting:

25–40mm




Stereolithography
A resin with photo-active

monomers

Hybrid polymer-ceramics
Biomedical

Prototyping
Fine resolution

High quality
Very limited materials

Slow printing

Expensive
10 μm





2.2. FDM 적층 제조 공법

FDM 적층 제조 공법(그림 1)은 열가소성 복합재의 필라멘트 재료를 사용하여 3D 프린팅 방법으로 적층하는 공정이다. 이 방법은 노즐에서 필라멘트를 반액체 상태로 만들어 플랫폼 또는 바로 전에 적재한 층에 연속적으로 쌓아가는 방식으로, 프린팅하는 동안 필라멘트를 용융시키고 프린팅이 끝나고 상온에서 고체화하게 되는 열가소성 특성을 이용한다. 기계적 특성에 영향을 미치는 공정 변수로는 적층 두께, 폭, 필라멘트의 적층 방향, 공기 간극 등이 있고, 층간 꼬임은 기계적 특성을 약화시키는 요인이다. FDM의 장점은 저비용, 높은 생산속도 및 단순 공정 등이고, 단점은 취약한 기계적 성질, 층층 외관 형상, 불량한 표면 품질, 열가소성 재료가 제한적인 점 등이다.





그림1. FDM(fused deposition modelling) 적층 제조 방법의 개념도

2.3. PBF 적층 제조 공법

PBF 적층 제조 공정(그림 2)은 미세분말이 플랫폼 위에 넓게 또한 조밀하게 쌓인 얇은 층으로 구성되어 있다. 각 층에 있는 분말은 레이저빔 또는 결합제로 용융시키면서 계속적으로 층을 쌓아 올려 최종적인 3차원 형상을 완성한다. 이 공정의 효과에 가장 중대한 영향을 미치는 밀도는 분말 크기의 분포와 적층 방법에 의해 결정된다. SLS 적층 방법은 고분자, 금속, 합금 분말을 사용하고 SLM 적층 방법은 강이나 알루미늄과 같은 특수 금속을 사용한다. 그리고 액체 결합제를 사용하는 방법을 3DP(3 dimensional printing)라고 한다. 3DP 공정에서 중요한 인자는 결합제의 유동성, 분말 입자의 크기와 형상, 적층 속도, 분말과 결합제 간의 상호작용, 후처리 기술 등이다. PBF 적층 방법은 조직공학의 스캐폴드, 격자구조물, 항공 및 전자 등 여러 산업 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. PBF 공정의 장점은 미세한 분해능과 프린팅 품질이 높은 점이고, 단점은 공정 속도가 느리고 기공성이 높고 비용이 많이 든다는 점이다.



그림 2 PBF(powder bed fusion) 적층 제조 방법의 개념도





2.4. 잉크젯 및 윤곽형상적층 제조 공법

IP/CC(Inkjet printing and contour crafting) 적층 제조 공정(그림 3) 중에서 잉크젯프린팅(IP) 적층 제조 공정은 조직공학에서 사용하는 스캐폴드(scaffold)와 같이 복잡한 고급 세라믹 구조물의 프린팅에 적용된다. 이 공정은 안정적인 세라믹 서스펜션(suspension)을 펌핑하여 분사노즐을 통해 작은 방울 형태로 기지 위에 적층하는 방법이다. 세라믹 잉크는 밀납-기반 잉크와 액체 서스펜션의 2가지를 사용하고, 잉크젯프린팅 부품의 품질을 결정하는 요인은 세라믹 입자크기 분포, 잉크와 고체 내용물의 점도, 추출 속도, 노즐 크기, 프린팅 속도 등이다. 잉크젯프린팅의 단점은 작업성을 유지하기 어렵고, 분해능이 낮고, 층간 접착력이 약하다는 점이다. 윤곽형상적층(CC) 공정은 대형 건축 구조물의 제조에 사용하는 방법으로, 대형 노즐을 통해 고압으로 콘크리트 반죽(paste)이나 토양(soil)을 압출하는 방법이다.





그림 3. IP/CC (Inkjet printing and contour crafting) 적층 제조 방법의 개념도



2.5. SLA 적층 제조 공법

SLA 적층 제조 공정은 UV 빛(또는 전자 빔)을 사용하여 수지층 또는 모노머(monomer) 용액에 체인 작용을 일으키는 방법으로서 1986년에 최초로 개발되었다. 모노머(아크릴 또는 에폭시 기반)는 UV의 작용을 받으면 급속하게 중합체(polymer) 체인으로 변환된다. 중합반응이 일어나면 수지층의 내부 패턴은 고체화 다음 층을 붙잡을 수 있도록 고체화 작용이 일어나고, 미처 작용이 일어나지 못한 수지는 프린팅이 끝난 후 제거한다. 기계적 특성을 확보하기 위해 가열 또는 광경화(photocur-ing) 방법으로 후처리 작업을 실시한다. SLA 적층 제조 공정(그림 4)은 10㎛ 정도의 미세한 정밀도로 고품질 부품의 프린팅에 적용된다. 하지만 상대적으로 속도가 늦고, 비용이 많이 들고, 적용 가능한 재료의 범위가 제한적이라는 단점이 있다. 또한 광원의 에너지와 노출량을 조절하여 각 층의 두께를 조정할 수 있으므로 복잡한 나노복합재료의 적층에 효과적으로 사용된다.



그림 4. SLA(stereolithography) 적층 제조 방법의 개념도

3. 3D 프린팅에 사용하는 재료

3.1. 금속 및 합금

AM 공법 중 금속 적층 가공은 성장이 가장 클 것으로 예상된다. 이 공법은 주로 항공 분야에 적용하는데 예로 보잉사는 F15 파일론 리브를 이 공법으로 제조하고 있고, 또한 생의학, 방위산업, 자동차산업에도 그 활용이 확대되고 있다. 금속 3D 프린팅 공정은 대표적으로 레이저 또는 전자빔을 사용하여 금속 공급 원료(분말 또는 와이어)를 용해시키고, 이렇게 녹은 금속이 각 층마다 차례로 고체 상태로 변환되는 방법이다.

가장 보편적으로 사용되는 공법은 PBF, DED이고, 최근에 개발된 공법은 결합제 제트 방식, 냉간 스프레이 방식, 마찰 교반 용접 방식, 직접 금속 적층 방식, 다이오드 기반 공정 등이 있다. 스테인리스, 공구강, 일부 알루미늄합금, 티타늄합금, 니켈합금과 같은 대부분의 금속재료는 PBF 적층 방식을 적용하여 제조한다. 알루미늄합금은 티타늄합금에 비해 가공이 쉽고 비용이 적게 들지만, 용접이 어렵고, 레이저 빛에 대한 반사 특성 때문에 상업적으로 AM의 적용이 크게 진전되지 못하고 있다.

3.2. 중합체(polymer) 및 복합재료(composite)

중합체(polymer)는 다양한 3D 프린팅 공정에 적용하기 쉬운 특성 때문에 3D 프린팅 산업에서 가장 보편적으로 사용되는 재료이다. 적층 제조에 적용하는 중합체는 열가소성 필라멘트, 반응성 단위체(monomer), 수지 또는 분말 형태로 사용된다. 수년 동안 항공, 건축, 장난감, 의학 등 많은 산업 분야에 3D 프린팅을 적용하기 위해 중합체와 복합재료의 사용을 시도하였다.

3D 프린팅에 복합재료를 적용하는 이유는 고정밀도로 고객의 요구에 맞는 형상을 얻어낼 수 있고, 고객맞춤형 금형과 압출에 소요되고 비용을 절감할 수 있기 때문이다. 3D 프린팅의 SLS(select-ive laser sintering) 공법에 사용하는 플라스틱에는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamides), 열가소성 탄성중합체(elastomer) 등이 있다. 열가소성 중합체로는 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), PC (poly carbonate), PLA(polylactic acis) 등을 주로 사용한다.

중합체와 복합재료를 사용하는 3D 프린팅 방법에는 SLA(stereolithography), SLS, FDM, 3D 바이오 프린팅(bioprinting), 잉크젯 방법 등이 있다. 그 외 3D 프린팅에 적용하는 최신 재료에는 나노물질이 있는데, 이 재료는 소결 온도를 낮추어 기계적 성질과 전기적 특성을 개선하는 특징이 있다. 여러 산업 분야에서 주목되고 있는 나노복합재료는 열전도도, 강화 방화 특성, 탁월한 강도, 경량과 같은 매력적인 특성을 필요로 하고, 나노복합재료의 개발은 신뢰성, 비용, 열안정성 관점에서 우수한 장점과 함께 새로운 가능성을 제시하고 있다.

3.3. 세라믹

AM 공법은 바이오재료 및 조직공학 분야에서 고급 세라믹을 제조하는 중요한 방법으로 알려져 있지만, 프린팅의 정밀도, 층간 형태 및 적용 재료가 제한된다는 점은 아직 해결하여야 할 과제로 남아 있다. 세라믹의 3D 프린팅에는 잉크젯(현탁액), PDF(powder bed fusion), 페이스트 압출, 광조형(SLA, stereolithography) 등의 방법을 적용하고, 세라믹 분말의 3D 프린팅에는 SLS(selective laser sin-tering) 방법을 주로 사용한다.

세라믹 페이스트 또는 필라멘트를 압출하려면 EFF(extrusion free-forming), FDC(fused deposition modelling), RP(rapid prototyping) 등의 방법을 사용한다. 압출한 후에는 결정화 상태 변화, 수분이나 용매의 증발, UV 또는 열경화 방법으로 경화시키고, 유동학적 방법에 의해 세라믹 페이스트 압출 특성을 조절한다.

3D 프린팅에 의한 세라믹의 특성에 영향을 미치는 인자는 입자크기 분포, 페이스트 안에 입자 덩어리, 액체/고체 비율, 혼입 공기량, 온도, 건조 절차, 고체화 역학 등이 있다. 페이스트 안에 세라믹 분말 크기 분포가 SLS 방법에 의한 분말 프린팅에 비해 더 중대한 요인은 아니지만, SLS 방법에 의한 3D 프린팅 부품의 특성에는 큰 영향을 미친다.

일반적인 3D 프린팅 공법은 높은 열로 조금씩 소재를 굳혀 붙이는 방식이다. 그런데 이 방식으로 세라믹 소재를 생산하면 많은 균열이 발생하여 실제로는 상용화가 불가능하다. 미국 HRL 연구소에서는 프리세라믹 폴리머(preceramic polymers)를 사용하여 이 문제를 극복하였다. 이 폴리머는 세라믹을 만드는 성분과 폴리머가 합친 형태로 일반적인 3D 프린팅처럼 복잡한 모양을 출력한 다음 열을 가해서 굳히면 세라믹이 되는 원리이다. 이렇게 만든 세라믹 제품은 금속을 금방 녹일 수 있는 열에도 강하고 열전도율이 매우 낮기 때문에 기존의 세라믹 제조 방식으로는 만들기 어려웠던 복잡한 제품 생산도 가능하다.

3.4. 콘크리트

AM 기술이 건축산업으로 점차 확산되고 있다. 잉크젯프린팅과 유사한 윤곽형상적층(CC, contoue crafting) 공법을 개발하여 건축구조에 적용하기 시작하였다. 이 방법은 대구경의 노즐을 통해 고압의 콘크리트 페이스트를 압출하는 방식이다. 층층이 겹친 모습 대신에 매끄러운 표면을 얻기 위해 흙손과 같은 장치를 프린팅 헤드에 장착하여 작업을 수행한다. 건축산업에 적용하는 3D 프린팅 기술은 아직 초보 단계로서 수명주기 성능도 알지 못한다. 현재 연구하고 있는 콘크리트 구조물의 3D 프린팅에 적용하고 있는 방법과 사용 재료에 대해 설명한다.

복잡한 형상의 CC 적층에 의한 3D 프린팅을 성공적으로 실행하려면 압출 작업성, 층과 층 간의 콘크리트 결합 강도를 고려하여야 한다. 섬유강화 콘크리트 복합재료는 섬유 적치 방향을 조절할 수 있는 장점이 있기 때문에, 카본 파이버의 적치 방향을 조절하면 굽힘 강도를 최대 30MPa까지 올릴 수 있다. 콘크리트 구조물의 3D 프린팅에서 층간 결합력을 강화하는 것이 가장 중요한 도전 과제이다. 3D 프린팅에서 시멘트와 콘크리트 페이스트에 대한 관심에도 불구하고, PBF 공법의 적용 방법을 개발하고 있다.



4. 3D 프린팅의 산업적 활용 현황

세계 적층 제조 산업은 2016년 61억 달러에서 2020년 201억 달러 수준으로 성장할 전망이다. 그중 바이오의학산업이 약 11%를 차지하고 있다. 바이오의학 분야는 복잡한 형상의 의학용 부품, 환자마다 요구되는 맞춤형 조직이나 임플란트 부품, 소량생산, 공공성 접근 용이성 등과 같은 특별한 필요성 때문에 AM 기술의 활용이 더욱 증가할 것으로 예상된다. 하지만 FDA 승인과 같은 규제적 이슈, 적용 가능한 재료가 별로 없는 점, 부품 품질이 불균일한 점 등 아직 해결해야 할 문제점이 있으므로, 이를 해소하기 위한 연구개발에 집중적인 노력이 필요하다.

항공 분야의 적층 제조 산업은 전체의 약 18.2%를 차지한다. 항공용 부품은 복잡한 기하학적 형상, 기계가공이 어려운 재질, BTF(buy-to-fly) 비율의 증대로 부품 비용을 절감할 수 있는 공법, 맞춤형 생산체제, 장기 수명에 대응한 수리용 부품 제작, 중량 대비 높은 강도 성능 등의 특성이 있기 때문에 AM 기법의 적용이 가장 효율적이다. 항공엔진부품, 터빈날개, 열교환기 등에 필요한 금속 및 비금속 부품의 제조에 AM 기법을 적용할 수 있다. 비금속 적층 제조에는 SLA, 다중 제트 모델링, FDM 방식을 사용하고, 대형 구조 부품에는 DED 방식, 소형 부품에는 PBF 방식을 주로 활용한다.

빌딩 건축 분야의 적층 제조 산업은 전체 AM 산업에서 약 3%를 점하고 있다. 2014년에 주거용 건축에 최초로 적용하기 시작하였고 최근에는 빌딩 건설에 자동화 공정을 도입하여 큰 관심을 일으키고 있다. AM을 적용하면 건축 시간과 인력을 줄일 수 있고, 이 공법은 복잡한 구조물이나 내부에 공간이 있는 부품의 제조 등 다양한 설계 요구에 대응할 수 있는 효과적인 공정으로 각광을 받고 있다. 건축산업에 AM 기법을 적용하기 위해서는 로봇과 인간의 협력 작업이 가능한 숙련 작업자를 필요로 한다. 앞으로 대형 건축 프로젝트에 적용할 수 있는 기술, 경량콘크리트 복합재료의 개발 등 지속적인 기술개발을 통해 건축산업에도 AM 기법의 새로운 기회와 가능성을 보여줄 것을 기대한다.



5. 결언

3D 프린팅을 사용하는 장점은 설계 자유도, 고객맞춤형 대량생산, 복잡한 구조물을 적층할 때 재료 낭비를 최소로 줄이고 프린팅할 수 있는 능력이라고 요약할 수 있다. 3D 프린팅 기술 중에 FDM 적층 방법이 가장 간단하고 비용이 적게 들고 고속 공정이 가능하기 때문에 보편적으로 사용한다. 재료는 처음에 중합체 필라멘트를 사용하였는데 최근에는 다른 재료까지 확대 적용하고 있다. FDM 공법은 주로 시제품 제작에 적용하는데 SLS 및 SLM과 같은 분말 기반 공법에 비해 프린팅한 부품의 기계적 성질과 특성이 취약하다. 그래서 이 분말에 보조 결합제를 혼합하여 미세하게 용해할 수 있는데, 이 방법은 비용이 많이 들고 공정 속도가 더 느린 문제가 있다.

잉크젯프린팅은 상당히 빠르고 세라믹 서스펜션의 3D 프린팅에 사용되지만 열처리 후 공정을 필요로 한다. 콘크리트 재료를 압출하는 윤곽형상적층 기법은 건물과 같은 대형 구조물에 적용한다. 고해상도 부품을 생산할 수 있는 SLA는 광중합체의 3D 프린팅에 사용하는 최신 공법이다. 그러나 이 공법은 속도가 느리고 공정이 복잡하다.

3D 프린팅에는 필라멘트, 와이어, 분말, 페이스트, 판재, 잉크 등과 같은 여러 가지 형상의 재료를 사용한다. 가장 일반적으로 사용하는 재료는 중합체(polymer)인데 여기에는 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), PA(polyamide), PLA(polylactic acis), PC(polycarbonate), polystrene과 같은 열경화성 분말 등이 있다. 섬유 및 나노물질로 강화한 중합체는 기계적 성질이 강화된 기능성 재료로 사용한다. 금속이나 와이어는 주로 분말 형태로 사용하고, SLS, SLM, DED 적층 공법을 적용한다.

세라믹은 중량 대비 강도의 비율이 높은 맞춤형 설계에 적합한 재료이다. 복잡한 세라믹 격자구조를 생성할 수 있으므로 조직공학의 세라믹 스캐폴드(scaffold)와 같은 다양한 용도에 사용할 수 있지만, 세라믹의 3D 프린팅에 적합한 재료는 아직은 대단히 제한적이다. 콘크리트의 3D 프린팅 공법은 고객맞춤형 대량생산이 가능하고, 거푸집 작업이 필요 없고, 자동화가 가능하다는 장점 덕분에 향후에도 계속 발전할 것으로 예상된다. 하지만 콘크리트 혼합물에서 유동성, 연속 공정 작업, 기계적 특성, 외관 등은 더욱 개선되어야 할 과제로 남아 있다.

바이오재료는 개별 환자의 요구에 적합한 구조물을 제조할 수 있어야 한다. 최근 바이오재료의 개발에 적층 제조 기법의 활용이 점차 확대되고 있으나, 사용할 수 있는 재료가 아직은 많지 않다. 항공산업 분야에서는 중량 대비 강도의 비율이 높은 부품의 제조에 AM 기법을 사용하기 위해 노력하고 있지만 적용할 수 있는 재료가 제한적이고, 품질이 균일하지 않고, 비용이 많이 소용되는 등 해결하여야 할 문제가 남아 있다. 건축 분야에 AM 기술의 적용은 현재 초기 단계로서, 기존 방법보다 비용이 많이 들고 기계적 성질이 취약한 단점을 극복해야 한다.

AM 공법의 단점으로 층과 층 사이에 생기는 기포, 수평과 수직 방향의 불균등한 거동, 곡면에서 발생하는 부정확성 및 결함, 층과 층간의 불만족스러운 외관 등은 앞으로 개선되어야 할 과제이다. 그렇지만 최근 AM 기술은 연구개발의 확대로 경이적으로 발전하고 있고 투자도 늘어나고 있으므로 가까운 시일에 3D 프린팅 공법은 더욱더 확산될 것으로 예상된다.







References

1. Tuan D. Ngo, et al, Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges, Composites Part B, 143, 172–196, 2018.

2. Lawrence E. Murr, Frontiers of 3D Printing/Additive Manufacturing: from Human Organs to Aircraft Fabrication, Journal of Materials Science & Technology, 32, 987–995, 2016.

3. Caterina Balletti, Martina Ballarin, & Francesco Guerra, 3D printing: State of the art and future perspectives, Journal of Cultural Heritage, 26, 172–182, 2017.

4. Giselle Hsiang Loh, et al, An overview of functionally graded additive manufacturing, Additive manufacturing, 23, 34–44, 2018.

출처 KOSEN-코센리포트
DOI https://doi.org/10.22800/kisti.kosenexpert.2019.88

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