3D프린팅의 스테디셀러 'FDM'

[테크월드뉴스=윤소원 기자] 용융 적층 모델링 기술인 FDM(Fusion Deposition Modeling)은 열에 잘 녹는 필라멘트를 가열하고 소재를 주입 후 길게 형상화해 바닥부터 원료를 쌓아 작업하는 제조방법이다. FDM은 3D프린터의 구조와 프로그램이 간단해 장비 가격과 유지보수 비용이 낮다는 장점이 있다. 3D프린팅의 시작이었던 이 기술은 최근 다양한 재료와 산업 분야로 영역이 확대되면서 활용범위가 계속 넓어지고 있다.

▶ 재료가공 유연성 높아 활용도도 커진다

스트라타시스가 처음 개발한 FDM은 고체의 플라스틱 필라멘트를 뜨거운 노즐에서 녹인 뒤 눌러 층층이 쌓아가면서 모양을 만든다. 공급 장치에 의해 노즐로 전달된 필라멘트는 얇게 녹아 사출되는 원리다. 3차원적인 모양을 만들기 위해서는 계속 새롭게 층을 쌓아야 하는데 이를 위해 프린터 헤드를 올리거나 작업대를 내려서 작업을 하는 것이 FDM이다.

이 방법은 3D모델을 컴퓨터 소프트웨어를 통해 디자인하고 물체의 크기, 모양, 내부 구조를 결정한다. 디자인이 완료되면 컴퓨터는 디자인 데이터를 점의 형태로 바꾸고 층별로 분해해 저장한다. 이후 결정된 디자인대로 물체가 만들어지고 녹은 필라멘트가 단단해지면서 물체가 만들어지는데 인쇄가 완료된 후에는 물체를 냉각하고 표면을 다듬는 작업 등이 이뤄진다.

FDM은 열에 잘 녹고 상대적으로 비용이 저렴한 원료를 사용해 제조하므로 비용을 절감할 수 있고 사용자의 니즈에 부합하는 소재를 선택할 수도 있다. 소재의 유연성이 높아 복잡한 형태나 공간 구조도 쉽게 만들어낼 수 있으며 제품 디자인을 변경해야 할 때 수정도 빠르다. 컴퓨터에서 디자인을 생성한 뒤에 물리적인 제품으로 출력할 수 있는 FDM은 제품 개발과 제조시간을 줄이기도 쉽다.

▶ 산업군 넘나드는 제조기술로 주목

연구개발특구진흥재단이 발표한 보고서에 따르면 FDM은 2020년 5억 8230만 달러에서 2025년에는 16억 6770만 달러까지 성장할 것으로 전망된다.

FDM과 결합할 수 있는 소재는 기존 플라스틱에서 금속, 폴리머 등으로 확대되고 있으며 의료, 항공우주 및 방위산업, 패션까지 수요가 높아지고 있다.

의료분야에서 FDM은 실제 인체조직과 유사한 인공 근육과 조직을 만들고 수술에도 사용될 수 있는 수준이다. 업계에서는 조직과 근육 외에도 다양한 부품을 생산하는 데에 이 기술을 도입한다.

스페인의 내추럴 푸드 사는 음식을 3D프린팅 할 수 있는 푸드 프린터를 선보였다. 이를 활용하면 음식의 재료를 프린터 안의 캡슐에 채워 만드는 방법으로 신선한 재료로 사용자가 원하는 재료나 영양을 고려해 자유로운 조리를 할 수 있다. 이는 원래 음식의 맛과 모양을 그대로 재현해내는 것은 물론 원래보다 더 뛰어난 품질과 맛의 구현도 가능하다.

방산업체에서도 관심이 높다. 유럽방위청에서는 3D 프린팅을 활용한 방산장비 생산 가능성에 지대한 관심을 보유하고 있으며,  이미 2016년부터 전장 현장에서 보다 신속하게 방산 물자를 획득할 수 있도록 3D 프린팅 기술의 활용을 연구하고 있다. 특히 에어버스의 모회사인 EADS는 항공기와 헬리콥터는 물론 우주비행체에도 활용할 수 있는 부품을 3D 프린팅을 통해 제조하는 방법은 장기간 연구해 오고 있다. 

한편 업계에서는 유연성이 높은 FDM이 재료와 기술의 도입 한계를 허물고 성과도 향상시키는 기회를 제공할 것으로 기대하고 있다.