멀티 컬러 퍼스널 3D프린팅 열전

3D프린팅은 사물의 형태를 만드는 조형기술입니다. 때문에 얼마나 정확한 형태를 만들 수 있으며, 얼마나 다양한 소재를 다룰 수 있으며, 얼마나 많은 색상 구현이 가능한지에 대해 20년이 넘도록 끊임없이 논의되어 왔습니다.

개인용 3D프린팅의 시대가 열린 영국의 렙랩 오픈소스 3D프린터 프로젝트 이후, 개인용 용융압출 방식의 3D프린팅 기술은 발전의 발전을 거듭하며 안정성을 크게 확보해나가고 있고, 사용도 한결 간편해졌으며, 더 다양한 소재를 다룰 수 있게 되어 전통적인 역할인 프로토타이핑은 물론, 다양한 메이킹 취미가 가능해졌습니다. 하지만 항상 무언가 아쉽고, 아쉬운 부분이 있었죠.

그것은 바로, 색상. 입니다.

개인용 3D프린터에서 다중 색상을 기대하기 참으로 어려운 현실입니다. 장비 제조사들마다 멀티 컬러를 구현하기 위해 많은 노력들을 기울이고 있습니다. 지금 이 순간에도 어딘가에선 불빛이 꺼지지 않는 곳에서 누군가 땀을 흘리고 있을 것 입니다.

한 번에 하나의 소재를 다루어야 한다.

Fused Extrusion(용융 압출) 3D프린팅 방식(FDM, FFF, PJP, FLEX)은 원료인 열가소성 플라스틱을 녹여 사물의 단면을 적층하며 한 번에 하나의 원료를 압출하는 구조입니다.

바로 이 부분이 하드웨어에서 멀티 컬러를 방해하는 고질적인 구조일 것입니다. 이러한 부분을 해소하기 위한 시도들을 소개합니다.

원료 필라멘트 염색

원하는 부분에 원하는 색상을 3D프린팅 할 수 없는 실험적인 방법으로, 무색인 나일론 필라멘트를 섬유염료로 염색하여 말린 후 사용하는 방법입니다. 이렇게 하면, 아래처럼 현란하고 예측 불가능한 멋진 작품을 기대해볼 수 있습니다. 어떻게 나올지 모르니 궁금한 것이 재미 요소입니다.

> 리치랩의 나일론 필라멘트 염색

> 상세 정보: http://richrap.blogspot.kr/2013/04/3d-printing-with-nylon-618-filament-in.html

일반적인 멀티 헤드

한 번에 하나라면, 두 가지 색상을 사용하려면 원료가 압출되는 길을 두 곳으로. 세 가지를 사용하려면, 세 곳으로.
단순하지만 이러한 시도는 생각보다 큰 효율을 가져다 주었습니다.
색상을 바꾸기 위해 3D프린팅 도중에 작동을 멈추고, 다시 다른 색상의 필라멘트를 장착하는 과정이 생략되며 이러한 시간을 다른 작업에 활용할 수 있다는 것은 크나큰 이익인 것은 분명하죠.

> 듀얼 헤드 3D프린터 – Makerbot Replicator 2X
> 제품정보 참고: http://xyzist.com/3d-product-archive/all-3d-printers/replicator-2x/

듀얼 헤드를 넘어, 트리플, 그리고 그 이상의 멀티 헤드들이 선보였습니다.

> 5 헤드 3D프린터 – RoVa3D
> 제품정보 참고: http://xyzist.com/3d-product-archive/all-3d-printers/the-rova3d-mh3000-v2/

> 듀얼 헤드 3D프린터 – Cubify Cube Pro Trio
> 제품정보 참고: http://xyzist.com/3d-product-archive/all-3d-printers/cubepro/

핫-엔드(Hot-end, 원료를 녹여 압출하는 부분)의 수가 늘어나면 날 수록. 헤드는 무거워지고, 3D프린팅 속도는 더 느려지며, 3D프린팅 가능한 X, Y 축의 폭이 헤드 크기만큼 줄어드는 단점이 있습니다. 아, 그리고 처음 원료 필라멘트를 장착하는 것도 손이 많이 가죠.

헤드의 크기를 줄이기 위한 노력도 계속되고 있습니다.

> 믹스샵(Mixshop)에서 렙랩에 공개한 멀티컬러-익스트루더
> 상세 정보: http://reprap.org/wiki/Multicolor-extruder

조금 더 진보한 멀티 헤드

멀티 헤드에 대해 이해가 충분하셨을 겁니다. 최근에는 한 걸음 더 나아간 멀티 헤드가 킥스타터에서 펀딩을 진행해 눈길을 끌었는데요.

핫-엔드는 하나이지만, 핫-베럴은 여러개입니다. 즉, 일반적인 멀티 헤드와 동일하게 여러개의 익스트루더로부터 여러개의 베럴로 들어가지만, 나오는 구멍은 하나인 것이죠. 헤드 구조를 효과적으로 개선시켰습니다. 개발사인 랩랩.미(RepRap.me)는 최대 네 가지의 필라멘트를 장착할 수 있으므로 마름모 모양의 형태를 띄는 이 핫-엔드를 ‘다이아몬드 핫-엔드’ 라고 명명했습니다.

> 다이아몬드 핫-엔드 킥스타터 인트로

사실 이러한 시도는 이미 2012년에 리치랩(RichRap)에서 진행을 했었죠. 당시엔 트리플이었지만, 멀티 익스트루더 및 베럴과 싱글 핫-엔드 구조입니다.

> 리치랩의 트리플 헤드

훨씬 더 진보한 멀티 헤드

2D프린터는 잉크를 사용해 종이에 평면 객체를 프린팅합니다. 풀-컬러 프린팅을 위해선 잉크가 모두 네 가지가 준비되어야 하는데, CMYK – Cyan(사이언), Magenta(마젠타), Yellow(옐로우), BlacK(블랙) 등 입니다. 이 네 가지 색상이 배합되어 우리가 소프트웨어에서 설정한 색상이 프린팅됩니다.

이러한 방식을 3D프린팅에 적용한 컬러 3D프린터가 상용화되었습니다. botObjects Limited 사에서 출시한 ProDesk3D 는 CMYKM의 다섯 가지 색상 카트리지를 혼합하여 압출합니다.
(현재는 3D시스템즈 사에 인수합병되어 ‘CubePro C’ 라는 이름으로 판매되고 있습니다.)

> 풀-컬러 퍼스널 3D프린터 – botObjects CubePro C
> 제품정보 참고: http://xyzist.com/3d-product-archive/all-3d-printers/prodesk3d/

지난 몇 년간 꾸준히 발전해온 멀티 컬러 3D프린터. 우리가 다루게 될 날이 그리 멀지 않아 보입니다.