[캐파-제조 길잡이] 3D프린팅 비용 줄이는 5가지 ‘팁’

잘 알려졌듯이 3D프린팅은 시제품 등을 제작할 때 비교적 저렴한 비용으로 제품을 생산할 수 있는 제조 방식입니다. 이 때문에 ‘3D프린팅이 싸다’고 생각해 주문을 의뢰했는데, 실제로는 예상보다 비싼 견적을 받아보고 당황하는 경우가 적지 않습니다. 왜 이런 상황이 벌어지는 걸까요? 

우리가 모르는 사이 어딘가에서 비용 누수가 발생하고 있기 때문입니다. 별 생각 없이 하나둘 지나치다 보면 줄줄 새나가는 비용이 홍수로 번질지도 모르는 일입니다. 

예를 들어 시제품 단계에서 제품 결과물에 영향을 주지 않는다면 굳이 비싼 재료를 써야 할 이유가 있을까요? 아, 어떤 게 비싼 재료인지 모르시겠다고요. 지금 이 글을 읽는 데 3분만 투자해보세요. 놀랍게도 3분 만에 어마어마한 생산비용을 절감하는 방법을 습득할 수 있을 겁니다. 

3분, 준비되셨나요? 3D프린팅 제품을 만들 때 비용을 줄이는 대표적인 방법 5가지를 알아보겠습니다.

 

새어나가는 비용 지출을 막자! (출처 : 셔터스톡)

 

① 걸맞은 재료를 선택하라

비용을 줄이는 가장 쉬운 방법은 먼저 작업에 적합한 재료를 선택하는 것입니다. 시제품을 제작하는 경우라면 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식에서는 ABS, SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 경우 나일론12를 선택할 수 있습니다. ABS와 나일론12와 같은 재료는 폭넓게 사용되는 저렴한 재료로, 시제품 제작에도 적합합니다.

시제품을 제작하는 데 값비싼 재료를 선택할 이유가 없습니다. 예를 들어 탄소 충전 재료나 ULTEM 계열 재료는 ASA 수지나 PLA 수지보다 가격이 훨씬 비쌉니다. 물론 보다 정교한 수준의 시제품을 제작하는 경우에는 상대적으로 높은 해상도의 재료가 필요합니다. 또 기능을 확인하기 위한 시제품의 경우, 탄소 충전 나일론12나 ULTEM 9085 수지 같은 고성능 재료를 선택하는 게 좋습니다. 다만 비용을 최소화하기 위해선 이런 재료들의 경우 제품 개발 막바지 단계에서만 사용할 것을 추천합니다. 

 

② 높이를 낮춰라

FDM의 작동원리에 대해 설명할 때 ‘치약 짜기’를 생각하라는 말, 많이 들어보셨을 겁니다. 치약 튜브 안에 치약 대신 열가소성 수지가 들어가 있다고 상상하면 이해가 쉽습니다. 즉, FDM은 열가소성 수지를 반액체 상태로 가열해서 정해진 위치에 짜내는 방식으로 제품을 완성합니다. 시간이 지나면 열가소성 수지가 굳어져서 모양이 잡히고 제품이 완성됩니다. 

따라서 3D프린터가 인쇄하는 층이 작고, 특히 높이가 낮도록 조정하면 인쇄 시간을 대폭 줄일 수 있습니다. 단순히 작은 제품을 만들어야 시간이 줄어든다는 것이 아닙니다. 아래 사진처럼 똑같은 제품이라도 인쇄하는 방향에 따라 레이어가 달라지고 결과적으로 비용도 줄어듭니다.

 

3D 프린팅은 한줄 한줄 쌓아서 제품을 만들어가기 때문에 다음 레이어를 인쇄하기 위해서는 베드(밑판)를 낮추거나 프린트 헤드를 올려야 합니다. 이러한 높이 조정 작업에도 시간이 많이 소요됩니다. 보통 레이어당 3~10초 정도가 소요되는데요, 제품 하나를 인쇄하는 데에 보통 500~1000개 정도 혹은 그 이상의 레이어가 나올 수 있다는 것을 고려하면 층을 어떻게 쌓느냐에 따라 제품 제작 시간이 크게 달라질 수 있는 것입니다. 

(출처 : trimech)

 

위 그림은 똑같은 L자형 브라켓인데요. 두 사진 모두 만들고자 하는 제품 형태는 같지만 인쇄하는 방향에 따라 제작 시간이 달라집니다. 첫 번째 사진과 비교해 두 번째 사진과 같은 방식으로 인쇄하면 인쇄시간을 30% 이상 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 이처럼 3D 프린팅으로 제품을 만들 때는 높이(Z축)를 염두에 두면 제작 시간을 대폭 줄일 수 있습니다. 적절한 작업 높이는 아래 표를 통해 확인해보세요.

 

3D 프린팅 공정에 따른 권장 제품 높이 (출처 : Xometry, 캐파(CAPA) 재구성)

 

③ 가능하다면 속은 적당히 채워라

FDM 방식으로 제품을 만드는 과정은 크게 두 가지로 구분됩니다. 외벽 만들기채우기인데요. 외벽 만들기는 ‘쉘’ 또는 ‘윤곽’이라고 말합니다. 제품의 외형을 만드는 작업이죠. 채우기는 쉽게 예상이 되시죠? 컵(cup)과 같이 속이 빈 제품은 채우기가 필요 없겠지만, 속이 꽉 찬 원기둥을 만든다면 외벽을 만든 후 속을 메워야겠죠. 이 작업을 채우기라고 합니다.

 

초록색 선이 필라멘트라면 어느 쪽이 더 작업하는 데에 오래 걸릴까요? (출처 : trimech)

 

얼마나 ‘촘촘히’ 채우느냐에 따라 3D 프린팅 제품의 가격이 달라질 수 있습니다. 일반적인 제품들은 속을 촘촘하게 완전히 채워서 제품을 만듭니다. 촘촘할수록 밀도가 높아져 튼튼한 제품을 만들 수 있기 때문이죠. 하지만 채우기 밀도를 너무 높게 지정하면 제품 하나를 인쇄할 때 재료를 훨씬 더 많이 사용하게 됩니다. 자연히 인쇄하는 시간도 오래 걸리게 됩니다. 강도와 인쇄 시간이 적절히 균형을 이루는 밀도는 보통 20~50% 정도로 알려져 있습니다.

 

④ 프린터 청소만 잘해도 비용이 ↓

우리가 제품에만 주의를 집중하는 동안 놓치고 있던 것이 있습니다. 바로 제품을 만들어줄 가공기계, 3D 프린터인데요. 3D 프린터 청소에 조금만 더 신경을 쏟아준다면 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

즉, 3D 프린터의 폐기물 용기를 주기적으로 청소하는 것이 좋습니다. 폐기물이 축적되는 것을 방지하면 인쇄 오류를 줄일 수 있기 때문입니다. 또한 가끔 노즐이 압출되는 재료 가닥을 끌고 오는 경우가 있는데, 이때 끌려오는 재료 때문에 제품이 제대로 만들어지지 않을 수도 있습니다. 이럴 때는 작동을 중지하고 오류를 살펴봐야 하기 때문에 역시 추가적인 시간이 소요됩니다.

 

 

팁 와이프가 무엇인지 궁금하다면 (출처 : 유튜브 ‘Stratasys’)

 ⑤ 필라멘트는 건조한 상태로 보관해야

고품질의 제품을 만들기 위해선 재료 관리에도 시간을 투자해야 합니다. 특히 시간이 오래 걸리는 작업의 경우나 공정상 인쇄 작업 중간중간 공백이 생길 수밖에 없는 경우에는 재료 관리에 더욱 신경을 써야 합니다. 재료를 제작에 최적화된 상태로 만들어주면 제품의 오류를 줄이고 완성도도 높일 수 있기 때문입니다. 결국 이 모두가 비용과 연결됩니다. 

 

특히 FDM 방식의 3D 프린터라면 필라멘트가 습기나 열, 자외선과 같은 유해 요소에 장시간 노출될 경우 필라멘트에 기포가 발생하거나 취약해져 파손 가능성이 높아질 수 있습니다. 혹은 재료의 인장강도가 약해지거나 인쇄 도중 재료에서 증기가 발생할 수도 있습니다. 이로 인해 압출되는 재료가 제대로 쌓이지 않는 문제가 발생할 수도 있습니다. 

PLA 필라멘트의 특성 중 하나는 습윤성입니다. 외부에 노출된 환경에서 수분을 흡수할 수 있다는 것을 의미하죠. 습기는 필라멘트의 품질을 저하시키는 가장 큰 원인 중 하나입니다. 필라멘트는 건조한 곳에 보관해야 합니다. 필라멘트를 구입할 때 포장돼있던 용기에 보관하는 것이 가장 좋은 방법입니다. 

불가피한 상황이라면 밀봉된 봉지나 밀폐 용기 등에 재료를 보관하는 게 좋습니다. 재사용하기까지 보관해야 하는 기간이 길다면, 건조제를 함께 넣어 보관할 수도 있습니다. 상대습도는 50° 이하에서 보관하는 게 좋습니다.

보관장소는 직사광선에 노출되지 않는 실내가 적절합니다. 직사광선을 차단할 수 있는 불투명한 용기에 보관된 경우에는 문제가 되지 않습니다. 온도는 18~23℃ 수준이 적당합니다. 고온에 노출되면 필라멘트가 분해될 수도 있습니다.

 

지금까지 3D 프린팅에서 비용을 줄이는 5가지 방법에 대해 알아봤습니다. 3D 프린팅은 다른 가공방식과 비교했을 때 비용을 줄일 여지가 많은 가공방식입니다. 캐파(CAPA) 파트너들은 보다 합리적인 비용으로 고객에게 더 나은 제품과 서비스를 제공할 수 있도록 노력하고 있습니다. 

 

더 궁금한 내용이 있으신가요? 이 콘텐츠 작성자 앤디(andy@capa.ai)에게 메일을 보내주세요.

 

제조업체 매칭플랫폼 캐파(CAPA)에서는 다양한 방식의 3D 프린팅 기술을 보유한 전문가 파트너들(제조업체)을 만날 수 있습니다. 캐파에는 2300여 파트너(공정 합산 기준)가 고객을 기다리고 있습니다. 

 

 

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