거의 매주 EPTAHUB, 열정적인 제품 디자이너가 자신이 찾은 파일 링크를 이메일로 저에게 보내줄 것입니다. 씽기버스 또는 그들이 모델링한 기본 도형 팅커카드. 이메일에는 보통 다음과 같은 내용이 담겨 있습니다. “"파일은 여기 있습니다. 나일론 재질로 50개가 필요한데, 오늘 바로 인쇄해 주실 수 있나요?"”
이러한 사고방식은 2D 종이 인쇄 세계에서 비롯된 것입니다. 일반 사무용 프린터로 PDF를 인쇄하려면 Ctrl+P만 누르면 됩니다. 컴퓨터와 프린터가 백그라운드에서 자동으로 변환 작업을 처리합니다.
이 때문에 사람들은 저에게 자주 이렇게 묻습니다. “슬라이서 프로그램 없이 3D 프린팅이 가능한가요?” 또는 “"할 수 있나요 STL 파일을 출력하세요 자르지 않고도요?”
답은 절대적이고 타협할 수 없는 것입니다. 아니요.
STL 또는 STEP 파일을 USB 드라이브에 직접 저장한 다음, 그 드라이브를 50만 달러짜리 산업용 SLS에 연결하면 (선택적 레이저 소결프린터에 CAD 파일을 입력하면 기계는 아무것도 하지 않습니다. 프린터는 3D 형상을 인식하지 못합니다. CAD 모델을 전혀 인식하지 못합니다.
디지털 아이디어를 물리적 현실로 구현하려면 번역 엔진을 거쳐야 합니다. 그 엔진이 바로… 얇게 써는 기계.
이 가이드에서는 정확히 설명드리겠습니다. 3D 프린팅에서 슬라이싱이란 무엇이며 왜 중요한가?. 슬라이싱 알고리즘의 수학적 원리를 설명하고, 소프트웨어 설정이 부품의 물리적 강도를 결정하는 이유를 알려드리며, 슬라이서가 진정한 엔지니어링이 이루어지는 곳인 이유를 보여드리겠습니다.
3D 프린팅에서 슬라이싱이란 무엇인가요?
슬라이서 프로그램이 필수적인 이유를 이해하려면 3D 프린터의 물리적 한계를 이해해야 합니다.
데스크톱 FDM 프린터든 산업용 금속 프린터든 간에 EPTAHUB, 적층 제조 장비는 오직 한 가지 특정한 방식으로만 물체를 제작할 수 있습니다. 즉, 아래에서 위로, 한 번에 미세한 층씩 쌓아 올리는 방식입니다.
질문하시면, “3D 프린팅에서 슬라이싱이란 무엇인가요?”, 질문하신 내용은 CAM(컴퓨터 지원 제조) 단계에 관한 것입니다.
슬라이서란 3D 디지털 모델을 불러와서 말 그대로 수평으로 수백 또는 수천 개의 평평한 2D 단면으로 자르는 특수 소프트웨어입니다.
모델을 이러한 평평한 조각으로 자른 후에는 3D 프린팅 슬라이싱 알고리즘 프린터의 기계 부품이 특정 레이어를 출력하기 위해 거쳐야 하는 정확한 경로를 계산합니다. 그런 다음 이러한 물리적 경로를 X, Y, Z 좌표, 압출률 및 온도 명령으로 구성된 프로그래밍 언어인 G 코드로 변환합니다.
소스 유효성 검사: 적층 제조에 필수적인 전단계로서 슬라이싱의 개념은 다음과 같이 공식적으로 정의됩니다. ISO/ASTM 52900:2021 (적층 제조 - 일반 원리 - 용어)에 따르면, 툴패스를 생성하기 위해서는 3D 형상을 평면 레이어로 분할해야 합니다.
3D 프린팅에서 레이어링이란 무엇인가요?
알고 싶으시다면 3D 프린팅에서 레이어링이란 무엇인가요?, 손에 카드 한 벌을 쥐고 있으세요.
위에서 갑판을 보면 마치 단단한 3D 직사각형 블록처럼 보입니다. 하지만 옆면을 자세히 보면, 그 "블록"은 사실 52개의 평평한 2D 층이 서로 쌓여 있는 것임을 알 수 있습니다.
이것이 바로 슬라이서 프로그램이 CAD 파일에 하는 일입니다. 예를 들어, 높이가 1인치인 원기둥 디자인을 보내주시고, 슬라이서 프로그램의 레이어 높이를 0.1mm로 설정하면, 슬라이서 프로그램은 그 원기둥을 254개의 개별적인 평면 원으로 분할합니다. 프린터는 첫 번째 원(#1)을 출력하고, Z축을 0.1mm 위로 이동시킨 후, 그 바로 위에 두 번째 원(#2)을 출력합니다. 그리고 이 과정을 252번 더 반복하여 최종적으로 하나의 원기둥을 완성합니다.
슬라이싱이 중요한 이유: 솔리드 CAD의 환상
이제 문제의 핵심에 도달했습니다. 왜 프린터가 이 작업을 자동으로 수행하지 못하는 걸까요? 왜 전용 슬라이싱 소프트웨어가 필요한 걸까요? 프루사 슬라이서, UltiMaker Cura나 Materialise Magics 같은 고급 산업용 프로그램 같은 걸 사용하시나요?
CAD 파일은 거짓말쟁이이기 때문입니다.
CAD 소프트웨어에서 입체 정육면체를 그리면 컴퓨터는 이를 100% 크기의 플라스틱이나 금속 덩어리로 인식합니다. 하지만 실제 제조 현장에서 100% 크기의 플라스틱 덩어리를 출력하는 것은 대개 좋지 않은 생각입니다. 재료 낭비가 심하고, 출력 시간이 엄청나게 오래 걸릴 뿐만 아니라, 거대한 부피의 플라스틱이 식으면서 발생하는 열 수축으로 인해 부품이 변형되거나 출력판에서 떨어져 나갈 수 있기 때문입니다.
"단단한" 큐브를 슬라이서로 불러오면 슬라이서가 내부를 제거합니다. 그러면 부품이 완전히 비어 있게 됩니다. 이제 남은 작업은 다음과 같습니다. 제조 엔지니어 슬라이서 설정을 사용하여 부품의 내부 물리적 구조를 구축합니다.
다음은 슬라이서 내부에서 내리는 중요한 엔지니어링 결정 사항입니다. EPTAHUB:
1. 둘레 (껍데기)
슬라이서에 가장 먼저 알려주는 것은 부품의 외벽 두께입니다. 이를 "외곽선" 또는 "쉘"이라고 부릅니다.“
책상 위에 올려놓고 보기 좋게 꾸미는 용도의 케이스를 시제품으로 제작하는 경우라면, 슬라이서 프로그램에서 외곽선을 2개만 출력하도록 설정할 수 있습니다 (벽 두께는 약 0.8mm). 이렇게 하면 출력 속도가 매우 빠르고 비용도 거의 들지 않습니다.
하지만 50파운드(약 23kg) 모터를 지탱해야 하는 구조용 브래킷을 출력하는 경우, 슬라이서에게 6개 또는 8개의 외곽선을 출력하도록 지시합니다. 외피가 두꺼울수록 충격 저항력이 높아집니다.
2. 내부 채움 밀도 및 패턴 (내부 골격)
우리는 그렇지 않으니까요 부품을 인쇄하는 중 100% 고체의 경우, 껍질 내부의 빈 공간을 지지해야 합니다. 이를 무엇이라고 부릅니까? 채움재.
슬라이서 프로그램을 사용하면 내부 기하학적 골격을 자동으로 생성할 수 있습니다. 밀도를 선택할 수 있으며(예: 20% 채움은 내부가 20% 플라스틱과 80% 빈 공간으로 구성됨), 패턴도 선택할 수 있습니다.
- 격자/직사각형 채우기: 빠르고 표준적인 방식으로, 기본적인 상단 투입식 압축에 적합합니다.
- 자이로이드 채우기: 복잡하고 물결치는 듯한 3차원 파동 패턴으로 모든 방향에서 동일한 전단 강도를 제공합니다. 저희는 이를 광범위하게 사용합니다. EPTAHUB 최종 사용 기능성 부품에 사용되는 이유는 부품이 비틀리거나 떨어졌을 때 치명적인 고장을 방지하기 때문입니다.
소스 유효성 검사: FDM 프린팅의 기계적 특성에 관한 연구(예: [논문 제목]) 제조 공정 저널, 이러한 연구들은 내부 채움 패턴(특히 2D 격자에서 자이로이드와 같은 3D 구조로 변경)을 변경하면 재료 무게를 추가하지 않고도 인쇄된 폴리머의 인장 및 굴곡 강도가 크게 달라진다는 것을 일관되게 보여줍니다.
3. 온도 및 유동 역학
슬라이서 프로그램은 단순히 형상만 관리하는 것이 아니라 열역학까지 관리합니다.
사람들은 자주 이렇게 묻습니다., “PLA가 3D 프린팅에 널리 사용되는 이유는 무엇일까요?” 그 이유는 PLA가 온도 범위가 매우 넓기 때문입니다. PLA는 약 200°C에서 쉽게 녹고 냉각될 때 크게 변형되지 않습니다.
하지만 폴리카보네이트나 나일론-탄소 섬유와 같은 엔지니어링 등급 소재를 슬라이싱하는 경우에는 슬라이싱 알고리즘을 대폭 수정해야 합니다. 노즐이 플라스틱을 정확히 280°C에서 압출하도록 하고, 히팅 베드는 110°C로 유지하도록 하며, 주변 공기가 플라스틱에 충격을 주어 층간 박리가 발생하는 것을 방지하기 위해 냉각 팬을 완전히 끄도록 슬라이서 프로그램을 프로그래밍해야 합니다.
슬라이서 설정을 잘못하면 출력물이 인쇄가 완료되기 전에 문자 그대로 찢어져 버릴 수 있습니다.
중력과의 싸움: 지지대와 뗏목
팔을 옆으로 쭉 뻗으면 팔은 중력을 거스르는 것입니다. 3D 프린팅 업계에서는 이를 "오버행"이라고 부릅니다.“
적층 제조 방식은 아래에서 위로 층을 쌓아 올리는 방식이기 때문에 공중에서 플라스틱을 출력할 수는 없습니다. CAD 설계에 수평으로 돌출된 부분(예: 집의 지붕이나 피규어의 팔)이 있는 경우, 프린터 노즐은 녹은 플라스틱을 허공으로 분사하게 됩니다. 플라스틱은 빌드 플레이트로 떨어져 출력물이 엉망진창이 되어버리게 됩니다.
바로 이 부분에서 슬라이서의 진정한 가치가 드러납니다. 슬라이서는 중력을 수학적으로 예측합니다.
지능형 지원 구조
복잡한 형상을 슬라이싱 소프트웨어에 입력하면 다음과 같은 결과가 나타납니다. EPTAHUB, 이 알고리즘은 모든 디지털 레이어를 분석합니다. 그리고 약 45도보다 큰 각도로 돌출된 모든 형상을 식별합니다.
그러면 슬라이서가 자동으로 생성합니다. 지지 구조물—인쇄하는 동안 돌출된 형상을 제자리에 고정하기 위해 빌드 플레이트에서 쌓아 올려지는 임시 비계와 같은 구조물입니다.
고급 슬라이싱 기술에서는 단순한 격자 구조가 아닙니다. 최신 슬라이싱 알고리즘은 빌드 플레이트에서 모델 주변으로 유기적으로 뻗어 나가는 "트리 서포트"를 사용하여 최소한의 재료로 최대한의 안정성을 제공합니다. 출력이 완료되면 이러한 서포트는 물리적으로 제거하거나 화학 용액에 녹여 없앱니다.
이러한 임시 타워를 생성하는 절단기가 없었다면 복잡한 산업용 구조물을 제조하는 것은 불가능했을 것입니다.
3D 프린팅에서 "래프트(Raft)"란 무엇이며, 언제 사용되나요?
초보 디자이너들이 슬라이서 설정을 살펴볼 때 자주 묻는 또 다른 질문은 다음과 같습니다. “3D 프린팅에서 '래프트'란 무엇이며, 언제 사용되나요?‘
래프트는 말 그대로 프린터 위에 얹는 두꺼운 플라스틱 격자(래프트)를 먼저 만드는 역할을 합니다. 슬라이서 프로그램은 실제 부품의 첫 번째 레이어를 금속이나 유리 빌드 플레이트에 직접 출력하는 대신, 프린터에게 래프트를 먼저 만들도록 명령합니다. 그런 다음 프린터는 래프트 위에 실제 부품을 출력합니다.
우리는 왜 뗏목을 사용할까요?
- 침대 접착력: ABS나 ASA 같은 일부 고급 엔지니어링 폴리머는 냉각될 때 심하게 수축합니다. 이러한 열 수축은 엄청난 내부 응력을 발생시켜 부품의 모서리가 빌드 플레이트에서 떨어져 나가는 현상(뒤틀림)을 초래합니다. 래프트는 이러한 문제를 해결하기 위해 넓고 질감이 있는 표면적을 제공하여 플라스틱을 베드에 강력하게 고정시켜 줍니다.
- 레벨 조정 보상: 프린터의 빌드 플레이트가 약간 휘었거나 수평이 맞지 않는 경우, 두꺼운 래프트를 출력하면 실제 부품을 제작할 수 있는 완벽하게 평평한 기반을 만들 수 있습니다.
~에 EPTAHUB, 저희는 정밀하게 보정된 밀폐형 산업용 기계를 사용하기 때문에 래프트(raft)가 거의 필요하지 않습니다(저희는 가장자리를 고정하는 단일 레이어 윤곽선인 "브림(brim)"을 선호합니다). 하지만 데스크톱 사용자 중 까다로운 재료를 다룰 때는 슬라이서에서 "래프트" 옵션을 선택하는 것이 출력을 살리는 유일한 방법인 경우가 많습니다.
모든 절단기가 똑같은 성능을 내는 것은 아닙니다 (FDM vs. SLA vs. SLS).
슬라이싱은 보편적인 언어가 아니라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 어떤 방식으로 슬라이싱할지는 전적으로 사용하는 기술에 따라 달라집니다.
표준 FDM을 사용하는 경우 (융합 적층 모델링플라스틱 롤을 녹이는 기계를 사용하는 경우, 슬라이서 프로그램은 기계식 노즐에 대한 툴패스를 계산합니다. 슬라이서 프로그램은 채움 패턴, 벽면 둘레, 압출 온도에 매우 민감합니다.
하지만 만약 완전히 다른 기술을 사용하고 있다면 어떨까요?
레진용 슬라이싱(SLA / MSLA)
SLA(스테레오리소그래피) 장비를 사용하는 경우 EPTAHUB 고해상도 투명 의료용 프로토타입을 출력하려면 슬라이싱 과정이 완전히 달라집니다.
SLA 장비는 노즐을 사용하지 않습니다. UV 레이저 또는 LCD 화면을 사용하여 액체 레진을 경화시킵니다. 따라서 SLA 슬라이서 프로그램은 채움 패턴이나 노즐 온도를 계산하지 않습니다. 대신, 다음을 계산합니다. 노출 시간.
슬라이서 프로그램은 모델을 여러 층으로 나누고, 각 층마다 흑백 이미지(스텐실과 같은)를 생성합니다. 그런 다음 기계에 해당 스텐실을 통해 자외선을 몇 초 동안 비춰야 특정 액체 레진 층을 경화시킬지 정확하게 알려줍니다.
레진은 무겁고 출력물은 보통 용기에서 거꾸로 꺼내지기 때문에, SLA 슬라이싱은 무게 분포를 계산하고 흡착력으로 인해 출력물이 빌드 플랫폼에서 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 미세하고 바늘 같은 지지 구조를 생성하는 데 중점을 둡니다.
금속 슬라이싱(DMLS/SLS)
산업용 분말 융합 방식(레이저로 나일론이나 티타늄 분말을 녹이는 방식)으로 넘어가면, 슬라이서는 심각한 열역학적 문제를 다루게 됩니다.
SLS 슬라이서는 베드에 있는 융합되지 않은 분말이 자연스럽게 부품을 지지하기 때문에 중력에 저항하기 위한 지지 구조물을 생성할 필요가 없습니다. 대신, 슬라이싱 알고리즘은 전적으로 부품의 지지에만 집중합니다. 레이저 벡터 및 열 관리.
슬라이서가 레이저에게 한 영역에서 너무 빠르게 왕복 스캔하도록 지시하면 엄청난 열이 발생하여 금속이 변형될 수 있습니다. (고급형) 금속 절단기는 복잡한 알고리즘을 사용하여 레이저 빔을 불규칙적으로 조사합니다. 빌드 플레이트 전체에 열 응력을 고르게 분산시키기 위해 경로(때때로 "아일랜드 스캐닝"이라고도 함)를 사용합니다.
소스 유효성 검사: 첨가 공정(압출, 광중합, 분말층 융합)에 기반한 고유한 슬라이싱 전략의 필요성은 해당 문헌에 자세히 설명되어 있습니다. 월러스 보고서, 적층 제조 기술 분야의 업계 표준 연간 간행물입니다.
결론: 슬라이서가 제조업체입니다.
슬라이싱이 중요한 이유를 요약하면 다음과 같습니다. 3D 파일은 의도를 나타내고, 슬라이서 프로그램은 현실을 나타냅니다.
세상에서 가장 완벽하게 최적화된 CAD 모델을 설계하는 데 100시간을 투자할 수도 있습니다. 하지만 그 모델을 경험 부족한 작업자에게 넘겨주어 잘못된 슬라이싱 알고리즘을 사용하거나, 부적절한 채움 밀도를 선택하거나, 오버행과 층 접착을 관리하기 위해 부품 방향을 제대로 설정하지 못하면 실제 부품은 제대로 만들어지지 않을 것입니다.
STEP 파일을 보낼 때 EPTAHUB, 단순히 50만 달러 상당의 장비를 사용하는 비용만 지불하는 것이 아닙니다. 슬라이서 설정을 조작하는 데 필요한 12년간의 엔지니어링 경험에 대한 비용도 지불하는 것입니다. 인장 강도를 극대화하고 열 변형을 방지하며 최종 제품이 디지털 이미지와 완벽하게 일치하도록 특정 형상을 정확하게 슬라이싱하는 방법을 아는 엔지니어의 인건비입니다.
슬라이서 프로그램 없이는 3D 프린팅을 할 수 없습니다. 그리고 더 중요한 것은, 슬라이서 프로그램을 사용할 줄 아는 엔지니어 없이는 신뢰할 수 있는 제품을 생산할 수 없다는 것입니다.
