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| 3D 프린터의 작동 방식 | ||||||
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방식 | 주재료 | ||||
| 재료 압출 | FDM | 3D펜 | PLA | ABS | ||
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1. 개요
3D펜은 3D 프린터의 전동장치 보드 등의 장치를 제거하고 노즐과 모터만으로 작동이 가능하도록 만든 기기이다. 3D 프린팅펜이라고도 한다. 별도의 PC나 입체를 그리는 프로그램 없이 바닥에 그리는 것만으로 결과물을 완성할 수 있다.[1]사실상 3D 프린터의 노즐 부분이라 해도 무방하다.
2. 3D펜의 특징
대부분의 3D펜의 경우 rapid prototyping의 일종인 융해용착모델링(FDM: Fused Deposition Modeling) 방식을 채택하고 있으며 재료는 3D 프린터와 동일한 ABS, PLA 필라멘트를 사용하며 주로 1.75mm 표준 필라멘트[2], 또는 3mm 필라멘트[3],또는 0.7mm를 사용한다. 글라스데코와 글루건의 장점을 합친 물건이라고 볼 수 있다. 아니면 FDM 3D프린터에서 익스트루더와 핫엔드/노즐만 떼다 펜모양으로 만든 물건이라 보면 된다.FDM 방식이 아닌 3D펜으로는 광경화성 수지[4] 를 이용한 'Creopop(크레오팝)' 등이 있다.[5] 공식 홈페이지
대표적인 제품으로는 MIT 출신의 피터 딜워스와 장난감 개발자 맥스웰 보그가 만든 세계 최초의 3D펜인 '3Doodler(쓰리두들러)'가 있으며 2013년 2월에 킥스타터에 캠페인을 열어 크게 화제가 되었었다. 해당 위키피디아 글 참조. 공식 홈페이지 한국 홈페이지 3D펜은 중국의 알리 익스프레스 뿐만 아니라 한국의 오픈마켓 쇼핑몰에서도 다양한 제품을 판매하고 있다. 중국에서는 신제품의 출시 속도가 그야말로 무시무시한 편이다.
현재 나무위키에 등재된 3D펜 아티스트로는 사나고와 해보까가 있다.
FDM 3D프린터와 원리, 사용재료가 같기 때문에 3D프린터 출력물의 접합, 가공에도 사용할 수 있다.
3. 필라멘트 종류
3D펜은 다양한 필라멘트를 사용한다. 일반 대중들에게 가장 잘 알려진 필라멘트로는 PLA필라멘트와 PCL필라멘트가 있다.자세한 내용은 PLA/PCL 합성물의 특성화 및 기계적 분석(Characterization and Mechanical Analysis of PCL/PLA Composites for FDM Feedstock Filament) 참고 바란다.
ABS 필라멘트는 발암 유발 문제로 인해 일반적으로 사용을 꺼리고 있다.
3.1. PLA
PLA(Polylactic acid / Polylactide)는 고온전용의 3D펜으로 일반적으로 성인이 사용하기에 적합하며 다른 재질에 비해 셋팅난이도가 쉬워 쉽게 출력물을 만들 수는 있으나 후가공이 어렵다는 단점이 있으며, 산업용에 사용되는 ABS필라멘트와 동일하게 습기에 약하다는 단점으로 인해 만들후의 사후관리가 더욱 중요하다.3.2. PCL
저온 전용 필라멘트로 13세 이하의 연령에 적합하여 사용연령대를 고려할 때 친환경인 것을 사용하는 것이 좋다. 친환경에도 종류가 많지만 옥수수전분을 이용한 PCL필라멘트는 출력물의 관리까지 편해 많이 이용되는 편이다.PCL필라멘트의 주사용자의 연령층을 고려해 필라멘트가 사출되는 부위도 스테인레스나 황동 같은 금속재질로 만들어야 하며 플라스틱으로 마감될 경우 유해성이 매우 취약해질 우려가 있다.
4. 장점
3D 프린터에 비해 비교적 저렴한 가격과 손쉬운 사용법이며, 최근에는 의료용 소재로 쓰이는 PCL을 적용한 60도에 녹는 저온 3D펜이 나와서 화상의 염려를 없애 주고 있기도 하다. 다만 다소 늦게 굳는 특성을 보이고 있는데, 오히려 늦게 굳는 특성을 이용해서 찰흙처럼 변형이 가능하기도 하다.5. 단점
낮은 정교함과 높은 노즐온도[6]로 인한 화상의 위험 등이 있다. ABS의 경우는 초미세먼지와 미세먼지의 수준이 담배와 비슷하거나 더 크다는 기사가 있을정도로 몸에 안 좋다. 또한 이산화탄소도 많이 배출하기 때문에 환기를 꼭 해야 한다. 따라서 3D 프린터는 ABS 출력 시 챔버와 필터를 이용하지만, 3D펜은 그런것도 없을뿐더러 가까이서 작업하게 되기에 환기에 매우 주의해야한다. 기사 또한 스텝모터가 생각보다 자주 망가진다. 따라서 자가수리를 자주하게 된다. 냄새가 많이 나온다.3D펜은 소모품적인 성향이 있어서 노즐의 수명이 다하면 다시 구매하고 소모품인 필라멘트도 구입해야 한다.
최악의 경우 기판 납이 녹아 작동하지 않거나,쇼트가 나는 경우도 있다.
그리고... 결정적인 문제점이 있는데, 손재주와 인내심 없는 사람에겐 아무 짝에도 쓸모 없는 물건이다. 3차원 모델링을 해서 명령만 주면 되는 진짜 3D프린터와 달리 3차원 형상을 필요한 부위마다 단면으로 2차원화하여 평면상에 만들고, 그것들을 조립하고, 표면을 다듬고, 필요시 색칠까지 하는 모든 작업을 사용자의 머리와 손재주로 해 내야 한다. 언뜻 비슷해 보이는 프라모델 조립과는 붙이고 깎고 다듬고 색칠한다는 공통점은 있지만 3차원적 사고가 필요하며 부품 구성과 조립을 어떻게 할 것인지를 모두 스스로 설계, 시행해야 하므로 그야말로 차원이 다른 일이다.
제공된 밑그림을 따라서 대충 글라스데코 정도 수준으로 만드는 건 어렵지 않은데, 도면이 없는 물건, 창작품을 만드는 일은 거의 미술(조소) 전공자 수준의 재능과 기술이 필요하다. (미술 전공자들도 처음엔 어려움을 겪는다.) 게다가 글라스데코와 달리 수지 필라멘트는 만든 결과물은 그리 예쁘지 않다.
작업에 많은 시간이 걸린다는 것도 단점이다. 사나고의 제작 영상은 최하 100배속, 300배속까지 있다. 그만큼 오래 걸린다. 인내심이 없거나 여가 시간이 없다면 못 하는 취미다.
[1]
글루건에서 업그레이드된 버전이라 생각하면 쉽다.
[2]
대부분의 중국제 3D펜의 경우 3D 프린터에 일반적으로 사용하는 필라멘트와 호환 가능하다.
[3]
3Doodler와 같은 일부 3D펜의 경우 전용 필라멘트를 사용해야 한다.
[4]
3D프린팅 방식 중 주얼리 혹은
피규어를 출력하는 3D프린팅 방식인
SLA 혹은
DLP 방식과 유사하다.
[5]
2020년 전 후로 국내 판매 업체가 증가 했다.
[6]
사실 이 점은 3D 프린터도 마찬가지이긴 하다. 3D 프린터와 3D펜의 재료로 쓰이는 PLA는 섭씨 180도 가량, ABS는 섭씨 240도 가량에서 용융하기 때문에 대부분의 3D펜의 경우 노즐의 온도가 높다. 3Doodler Start와 같은 일부 아동용 저온 3D펜도 있으나 자체적으로 개발한 녹는 점이 낮은 플라스틱을 사용하므로 다소 늦게 굳는 경향이 있는 듯.