3D 프린터 서포트 종류 - 3D peulinteo seopoteu jonglyu

위 그림에서 처럼 만약 아랫층 레이어와 윗층 레이어 간의 각도가 1번처럼 크다면 지지대인 서포트가 없어 출력물이 나올 수도 있지만, 2번처럼 아랫층 레이어 보다 윗층 레이어가 훨씬 더 넓어서 각도가 크게 나올 경우 입니다.

바로 위 그림과 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 실제로 컴퓨터 그래픽 상으로 디자인 하기로는 'ㄱ'자 형태로 만들고자 했지만, 실제로 3D 프린터-특히 FDM방식의 경우에는 오른쪽 그림과 같이 필라멘트가 제대로 만들어 지지 않고, 이상한 실타래 처럼 얽혀있는 형태로 나오는 부분이 생깁니다.

이런 현상이 벌어지는 이유는 다음과 같습니다.

위 그림은 FDM방식의 3D 프린터가 조형물을 만들 때, 아랫층 레이어 위에 새로운 레이어가 쌓여서 올라가는 것을 묘사한 그림입니다. 왼쪽에서 처럼, 아랫층 레이어가 없는 허공에 녹았는 필라멘트가 사출될 경우 당연히 허공에 떠 있을 수가 없습니다. 결국 중력의 영향을 받아서 아래로 쳐지게 되고, 이런 과정이 여러번 반복될 경우 실타래가 엉킨 것처럼 보이는 의도하지 않는 모양이 나오게 되는 겁니다.

그래서 해결책으로 지지대인 서포트가 등장하게 되는 겁니다. 위 그림에서는 편의를 위해서 연두색으로 표시를 하였는데, 프린터 헤드에서 가열되어 녹았는 필라멘트가 지지대 위에 떨어지게 됩니다. 이번에는 아무것도 아닌 허공이 아니기 때문에 의도한 모양대로 나올 수 있도록 하는 겁니다.

이 서포트가 있음으로 해서 아래 그림과 같이 극단적인 형태의 구조물도 출력이 가능한 것입니다.

위 그림에 있는 우산의 경우에는 극단적으로 아랫층 레이어에 해당하는 바닥면은 우산의 손잡이 부분만 있으며, 윗층 레이어인 우산 살과 천 부분은 엄청나게 넓습니다.

 이 경우에도 역시나 연두색으로 표시가 된 지지대인 서포터가 생성이 되어서 우산과 같이 극단적인 형태의 구조물도 3D 프린터가 출력할 수 있게 되는 겁니다.

다음은 실제로 3D 프린터에서 어떻게 서포트가 역할을 하며, 어떤 식으로 되는지를 몇 장의 사진을 가지고서 설명을 하겠습니다.

먼저 출력하고자 하는 독수리 상이 디자인 상으로는 다음과 같습니다.

이 독수리 상의 경우에는 우선 양 날개의 끝 부분부터가 허공에 떠 있으며, 이 사진만으로는 알기가 어렵지만 독수리의 부리 부분 역시 아랫층 레이어가 없기 때문에 허공에 떠 있습니다.

이러한 구조물은 FDM방식의 3D 프린터로 출력하려고 하면, 역시 서포트를 지정해서 허공에서도 구조물을 지지할 수 있도록 하는 것 이외에는 선택이 없습니다.

보급형인 제 3D 프린터로 2시간 정도 걸려서 출력한 결과물입니다. 전체적인 형상이 독수리 인것은 알 수가 있으시겠지만 무언가 이상한 것이 붙어 있는데 저게 모두 서포트입니다. 제가 보유한 FDM 방식의 3D 프린터의 경우에는 1개의 필라멘트만 사용할 수 있기 때문에 서포트를 출력물과 같은 재질로 할 수 밖에는 없지만, 대신에 제거가 용이하도록 속이 비었고 그다지 튼튼하지 않은 구조로 만들어 지게 됩니다.

당연 출력물을 완성하기 위해서는 다소 귀찮기는 하지만, 하는 수 없이 서포트에 해당하는 구조물을 조심스럽게 제거하는 후처리 과정을 거쳐야만 합니다.

제거 작업을 끝낸 독수리 상(사진에서 상단)과 제거된 서포트 구조물 (사진에서 하단에 있는 하얀색 더미)입니다. 물론 출력물과 언제나 동일만 재료만 하지 않고, 왁스나 수용성 수지를 이용해서 출력당시에는 지지대의 역할을 하지만, 제거는 물에 씻기만 하면 간단하게 되는 방식도 실제로 있습니다. 

서포트 

서포트는 명칭 그대로 출력하는 동안 형상의 돌출 부분을 받쳐주는 구조물입니다. FFF방식은 고체 필라멘트를 녹여 레이어를 한 층씩 쌓아 올리는데요. 정사면체이나 원통 등 바닥부터 일정하게 적층되는 단순한 형태의 경우 문제가 없지만 형태가 복잡한 형상을 서포트 없이 출력할 경우엔 필라멘트가 제대로 굳기 전에 밑으로 흘러내릴 수도 있고 중간에 형상이 부러지거나 쓰러질 수도 있어 서포트가 필요합니다. 경사진 부분에 서포트를 세워줌으로써 불균형으로 발생할 수 있는 불상사를 미리 예방할 수 있죠.

▲ 서포트 제거 

▲ 서포트 자국 제거 

서포트는 출력을 안정적으로 도와주는 것 외에 다른 역할도 있는데요. 지난 #듀얼노즐편에서도 한번 다룬 적 있죠. 바로 물에 녹는 PVA 필라멘트를 활용해서 내부 구조가 복잡한 콘텐츠도 쉽게 출력할 수 있도록 도와주는 것입니다. 듀얼 노즐은 서로 다른 2개의 필라멘트를 동시에 사용가능하기 때문에 출력하고자 하는 형상은 PLA 필라멘트로, 서포트는 수용성인 PVA 필라멘트로 출력하면 되고요. 출력이 완료된 이후 물에 담가 두면 서포트만 녹일 수 있어 원하는 결과물을 얻을 수 있게 되죠. 자세한 과정은 아래 신도리코의 3DWOX 2X의 출력 영상으로 확인해보세요! 

번외) 라프트, 브림이란? 

서포트가 출력 형상의 완성도를 높이는 기능을 했다면 라프트와 브림은 출력물이 베드에 안착할 때 접착이 원활하게 될 수 있도록 안정적으로 만들어주는 구조입니다. 그럼 하나씩 알아보겠습니다. 

라프트(Raft) 

라프트는 본격적인 출력을 하기 전에 3~5층 레이어의 넓은 바닥을 먼저 깔아 놓음으로써 출력물이 안정적으로 안착할 수 있게 도와주는 방식입니다. 출력이 완료될 때까지 필라멘트가 베드의 접착력만으로 바닥에 붙어있어야 하는데 면적이 좁을 경우 라프트를 이용하면 베드에 고정되는 데 훨씬 도움이 되죠. 하지만 시간이 오래 걸리고 재료 소모가 상당하다는 단점도 있습니다. 

브림(Brim) 

브림은 모델의 첫 레이어 테두리를 따라 여러 번 반복해 그리는 방식인데요. 폭이 넓은 접촉 면적을 형성함으로써 안착을 도와줍니다. 라프트보다 만드는 데 걸리는 시간이 적고 출력이 끝난 후 제거가 용이하죠. 하지만 첫 레이어의 형상이 너무 복잡한 경우엔 레이어를 따라 그리는 중에 베드에서 떨어질 수가 있다는 단점이 있습니다. 

오늘은 서포트부터 라프트, 브림까지 형상이 온전하게 출력될 수 있도록 도와주는 보조 구조물에 대해 알아봤습니다. 서포트를 어디에 어떻게 세웠는지, 라프트 또는 브림 중 어떤 타입을 선택했는지에 따라 다른 모양의 결과물이 완성될 수 있는데요. 원하는 모양에 알맞은 설계로 성공적인 3D프린팅을 하시기 바랍니다! 올해 1년 간 진행됐던 <3D프린팅 백과사전> 콘텐츠는 아래 링크를 통해 보실 수 있습니다. 그럼 즐거운 연말되시길 바라며 더 좋은 기획 시리즈로 다시 찾아뵙겠습니다.