한눈에 보기:
디지털 라이트 프로세싱(DLP) 3D 프린팅은 투사된 빛을 이용해 광중합 수지를 경화시켜 우수한 정밀도, 매끄러운 표면 마감, 기능성 소재 특성을 지닌 부품을 생산합니다. 속도, 신뢰성, 광범위한 소재 호환성을 결합한 DLP는 프로토타이핑과 생산을 연결하며, 자동차, 항공우주, 산업, 의료, 소비자 애플리케이션을 위한 등방성 고성능 부품을 제공합니다. Stratasys의 P3™ 프로그래머블 광중합 기술은 폐쇄형 공정 제어와 특허받은 공압 분리 시스템을 통해 DLP를 한 단계 발전시켜 탁월한 정밀도, 반복성 및 표면 품질을 실현합니다.
DLP®는 광 투사 기술입니다. DLP 3D 프린팅은 고성능 소재를 활용하여 생산된 부품에 기능적 특성을 부여함으로써, 매끄러운 표면을 가진 고정밀 부품을 제작하는 데 사용됩니다.
이를 통해 이 기술은 생산 부품에 매우 적합하며, 소량 생산을 위한 사출 성형의 훌륭한 대안이 됩니다.
DLP 프린팅은 디지털 광 처리(DLP) 프로젝터를 사용하여 액체 광중합 수지를 빠르게 경화시키는 수지 기반 3D 프린팅 기술로, 전체 레이어를 동시에 고형화하여 3D 물체를 제작합니다.
디지털 광학 프로젝터는 한 번에 전체 레이어의 이미지를 투사하여 액체 광중합 수지를 단일 노출로 경화시킵니다. 프로젝터에서 방출되는 특정 파장의 자외선에 노출되면 수지가 빠르게 고체화됩니다. 각 레이어가 경화된 후, 빌드 플랫폼이 정밀하게 상승하여 다음 단면을 위해 신선한 수지가 아래로 흘러들 수 있게 합니다. 이 전체 레이어 투사 방식은 다른 수지 기반 3D 프린팅 기술에 비해 더 빠른 인쇄 속도를 가능하게 합니다.
DLP는 빛을 투사하는 디지털 방식으로, 화면의 개별 픽셀(색상, 밝기, 대비)을 제어합니다. 핵심적으로 DLP는 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)를 사용하여 원하는 픽셀로 빛을 반사합니다.
1987년 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)가 최초로 개발한 DMD는 수천 개의 미세 거울로 구성됩니다. 10년 후, 디지털 프로젝션(Digital Projection)은 이 기술을 활용해 최초의 DLP 프로젝터를 제작했습니다.
이 프로젝터는 각 미러를 개별적으로 제어하여 빛을 스크린 쪽으로 반사하거나(또는 빔 덤프 쪽으로) 반사하지 않도록 할 수 있습니다. 또한 미러를 빠르게 "켜기"와 "끄기" 상태로 전환하여 색상(또는 그레이스케일)의 유효 밝기를 줄일 수 있습니다.
DLP 프린터의 경우, 실제 DLP 프로젝터는 복잡한 3D 프린팅 기계의 구성 요소 중 하나(비록 핵심적인 요소이긴 하지만)에 불과합니다. DLP 3D 프린터는 네 가지 주요 구성 요소를 갖추고 있습니다:
이들 부품이 상호작용하여 3D 부품을 출력하는 과정은 다음과 같습니다:
1. 탱크에는 광중합성 레진(빛에 노출되면 경화되는 플라스틱 종류)이 담겨 있습니다.
2. 탱크 바닥(빌드 플랫폼 아래)의 유연한 멤브레인이 아래로 확장되며 얇은 레진 층이 유입됩니다. 
3. DLP 프로젝터가 탱크 내 레진 표면에 해당 단면의 이미지를 투사하여 3D 프린팅 부품의 전체 단면을 한 번에 경화시킵니다.
4. 멤브레인이 위로 수축하여 빌드 플랫폼과 연결되고, 멤브레인과 빌드 플랫폼 사이의 얇은 레진 층이 경화됩니다.
5. 빌드 플랫폼이 아주 약간(Z축 해상도) 상승하여 더 많은 레진이 아래로 흐를 수 있게 합니다.
6. 부품이 완성될 때까지 각 슬라이스에 대해 2~5단계를 반복합니다.
적층 제조(AM)는 여러 방식으로 분류할 수 있지만, 가장 간단한 방법은 사용된 재료부터 시작하는 것입니다. 크게 단순화하면 다음과 같은 재료 범주가 있습니다:
모든 플라스틱 유형은 유동적이거나 성형 가능한 상태에서 "최종 결과" 상태로 변화를 겪습니다. 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱의 주요 차이점은 이 변화의 가역성입니다. 열가소성 플라스틱은 경화되거나 "영구적" 상태로 굳어질 때 완전히 양방향적인 과정을 거칩니다.
이 과정은 원래 원재료로 되돌릴 수 있습니다. 반면 열경화성 플라스틱은 이름에서 알 수 있듯이 고정됩니다. 플라스틱이 경화되면 원래 상태로 되돌릴 수 없습니다.
또 다른 관점은 경화된 플라스틱에 열을 가했을 때 발생하는 현상입니다:
특정 적층 제조 기술은 (일반적으로) 단일 유형의 재료 범주만 사용합니다.
ISO는 AM 기술을 7가지 주요 그룹으로 분류합니다:
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ISO 용어 |
변형 |
사용되는 재료 범주 |
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바인더 제팅 |
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금속(및 기타 비플라스틱 재료) |
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지향적 에너지 증착 |
LDW, EBAM, LENS |
금속 |
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재료 압출 |
FDM |
열가소성 플라스틱 |
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재료 분사 |
PolyJet |
열경화성 |
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파우더 베드 융합 |
SAF |
열가소성 플라스틱 |
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시트 라미네이션 |
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금속 |
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욕조 광중합 |
SLA, DLP, LCD |
열경화성 수지 |
이 개요에서 DLP가 다른 형태의
탱크 광중합과 가장 밀접한 관련이 있음이 분명합니다. 그렇지만 모든 형태의 폴리머 3D 프린팅을 비교하여 DLP를 사용할 때와 다른 방법을 선호할 때를 파악하는 것이 유용합니다.
모든 적층 제조 방식에는 장단점이 있으며 DLP도 예외는 아닙니다. 그럼에도 DLP는 가장 균형 잡힌 기술일 수 있습니다. 대부분의 AM 기술은 미관과 성능 사이에서 명확한 절충점을 보입니다. 예를 들어,
용융 적층 모델링(FDM)은 강도, 성능, 내구성 측면에서 탁월합니다. 그러나 특정 최종 사용 부품에는 정확도와 표면 마감이 충분하지 않습니다. 반면 PolyJet은 표면 마감, 질감, 색상 측면에서 진정으로 최고 수준입니다.
그러나 대부분의 PolyJet 소재는 시간의 시험을 견디지 못합니다. 이러한(및 기타) 적층 제조 기술 각각은 특정 응용 분야에 탁월하며 당연히 해당 경우에 사용되어야 합니다. 반면
DLP는 우수한 부품 품질과 기능성 소재, 낮은 부품당 비용을 결합합니다.
기타 장점은 다음과 같습니다:
SLA는 DLP와 많은 특징을 공유합니다:
주요 차이점은 자외선 광원의 유형과 프린팅 방향과 관련됩니다:
ResearchGate 출처의 LCD 3D 프린터 개략도
LCD는 DLP 3D 프린팅과 더욱 밀접한 관련이 있습니다. 두 기술 모두 투사된 이미지를 이용해 각 레이어를 한 번에 경화시키며, 광중합 수지를 하단에서 노출시킵니다. 차이점은 다음과 같습니다:
DLP는 DMD(미세 거울)가 장착된 프로젝터를 사용하여 자외선을 광중합 수지에 반사시키는 반면, LCD는 LCD 스크린으로 부분적으로 가려진 자외선 LED 배열을 사용하여 경화할 지점을 결정합니다. 이러한 이유로 LCD는 가면식 SLA(mSLA) 3D 프린팅이라고도 불립니다. DLP는 보다 성숙한 적층 제조 기술로, 비록 비용은 더 들지만 신뢰성과 내구성이 뛰어난 부품을 기반으로 합니다. 또한 LCD보다 높은 조사도를 제공하여 더 다양한 재료를 처리할 수 있습니다. LCD는 픽셀 번짐 현상과 광원의 불균일한 열화 현상에 취약하기 때문에, 일반적으로 취미용 3D 프린터에서 더 많이 볼 수 있습니다. 이러한 프린터들은 낮은 비용을 위해 어느 정도의 반복성과 정밀도를 희생할 수 있기 때문입니다.
과도한 일반화의 위험을 감수하고 DLP, LCD, SLA 프린터의 핵심 차이점을 요약해 보겠습니다. 아래 표의 대부분의 값은 가격대, 재료 및 기타 요인에 따라 크게 달라집니다. 그러나 이 표는 레진 기반 3D 프린팅 기술 각각의 장점, 단점 및 사용 시기에 대한 일반적인 아이디어를 제공할 것입니다:
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SLA |
LCD |
DLP |
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광원 파장 |
355 nm |
405 nm |
385 nm |
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고성능 소재 |
광범위 |
제한적 |
넓은 범위 |
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인쇄 속도 |
중간/빠름 |
매우 빠름 |
빠름 |
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제작 크기 |
소형에서 대형 |
소형에서 중형 |
소형 |
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가격 (하드웨어) |
중간에서 높음 |
낮음 |
중간에서 높음 |
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정확도 및 정밀도 |
우수 |
중간 |
우수 |
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일반적인 적용 분야 |
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DLP는 다양한 적층 제조 응용 분야에서 사용됩니다. 공통점은 높은 부품 정확도와 정밀도, 또는 미세한 표면 마감과 함께 고성능 소재(강인함, 강성, 탄성 또는 고온 내성 소재 등)가 모두 필요한 경우입니다. DLP 3D 프린팅이 탁월한 몇 가지 사용 사례는 다음과 같습니다:
DLP는 다양한 특성을 가진 재료로 3D 프린팅이 가능합니다. 385nm 자외선 광원은 광범위한 레진 재료 경화에 적합합니다. 호환 가능한 모든 재료의 공통점은 광중합체여야 한다는 점입니다. (DLP 프린팅 전체 공정이 빛으로 레진을 경화하는 방식임을 기억하십시오.)
DLP 광중합 수지는 다음과 같은 기능 범주로 분류할 수 있습니다:
고온 내성 재료는 더 취성인 경향이 있는 반면, 더 탄성적이거나 강인한 재료는 내열성이 낮은 경향이 있습니다. 응용 분야에 가장 적합한 재료를 결정할 때 이 점을 염두에 두어야 합니다.
이 재료들은 DLP 방식 3D 프린팅에서 만능 재주꾼 역할을 합니다. 다음과 같은 장점이 있습니다:
강인한 소재는 충격이나 반복적인 동작을 견딜 수 있습니다. 탄성은 다양할 수 있지만 일반적으로 높은 충격 강도를 공유합니다. 강인한 DLP 소재는 모방하는 열가소성 수지의 유형에 따라 분류할 수 있습니다. 예를 들어:
이러한 소재는 다양한 형태의 고무를 모방하여 다음과 같은 용도로 사용됩니다:
탄성 중합체 광중합체는 다음으로 정량화됩니다:
일반적으로 쇼어 값이 낮은 재료일수록 더 많이 늘어납니다(파단 신율 증가). 경도가 높은 엘라스토머는 형상, 적합성 및 기능성 프로토타입 제작에 사용될 수 있으며, 연질 엘라스토머는 씰 및 개스킷에 더 흔히 사용됩니다.
이들은 지속적인 열 노출을 견딜 수 있는 DLP 소재로, 일반적으로 열변형온도(HDT) 측정값으로 정량화됩니다. 또한 난연성, 연기 발생성, 독성(FST)에 대한 인증을 받을 수도 있습니다. 내열성 소재는 일반적으로 습기에도 잘 견디며, 이는 장기적인 치수 안정성을 향상시킵니다. 고온 재료는 일반적으로 다른 범주의 재료보다 더 취성이 높다는 점에 유의하십시오. 반복적인 변형, 충격 또는 낙하 위험이 있는 응용 분야에서는 이러한 재료 사용을 피해야 합니다.
DLP는 높은 정밀도와 매끄러운 표면 마감을 제공하여 의료 기기 프린팅에 적합합니다. 관련 규제 요건 및 표준에 따라 인증된 특수 의료용 등급 소재를 사용합니다.
위에서 언급한 일반 범주는 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 특수한 특성(예: 정전기 방전(ESD) 보호, 난연성)이 필요한 사용 사례에는 다른 특수 목적 재료를 사용할 수 있습니다. 이러한 3D 재료는 대체하는 기존 열가소성 재료로 구분할 수 있습니다. 예를 들어:
적층 제조를 위한 설계(DfAM)는 3D 프린팅이 실제 프린터에서만 시작되는 것이 아니라는 개념입니다. 부품 설계에서 시작됩니다. 현재의 설계는 기존 생산 방식의 한계를 염두에 두고 이루어집니다. 근본적으로 다른 생산 방식을 다루고 있으므로, 부품 설계는 관련 없는 제약에 얽매여서는 안 됩니다. DfAM을 통해 적층 제조의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다.
생산 부품에 적층 제조를 적용할 때, AM의 진정한 이점을 활용하려면 해당 기술에 맞춘 설계가 필수적입니다. 우수한 DfAM은 품질, 기능성, 처리량 향상에 기여하여 전체 비용 절감과 적층 생산의 적용 가능성을 확대합니다. 또한 적층 제조에 최적화하여 설계하면 부품을 단일 통합 부품으로 통합할 수 있어 조립 노동력을 줄이고 정밀 수동 조립 공정과 연관된 품질 문제를 해결할 수 있습니다.
1단계 – 부품과 적용 분야 고려:
2단계 – 적층 제조(AM) 재료 선택:
3단계 – 프린트 부품 방향 고려:
부품 방향은 표면 품질에도 영향을 미칩니다:
단계 4 – 서포트 필요성 고려:
5단계 - 세척 및 후경화:
예를 들어, 아래에 단면으로 표시된 벤츄리 밸브는 왼쪽 방향(세 개의 포트가 아래를 향하고 하나가 위를 향함)으로 인쇄될 경우 완전히 자체 지지됩니다. 다른 방향으로 인쇄할 경우 중앙 내부 유체 배출구(빨간색 표시)에 서포트가 필요합니다.
그러나 대량으로 이 부품을 프린팅하려면 네스팅 밀도가 중요한 역할을 합니다. 모든 부품이 동일한 방향이라면 단일 프린팅에 들어갈 수 있는 부품 수가 줄어들어 처리량이 감소합니다. 따라서 두 방향 모두를 사용해야 했고, 그중 하나에는 서포트가 필요했습니다. DLP에서 서포트
재료를 사용하는 것 자체는 문제가 아니지만, 이 경우에는 도전 과제가 되었습니다. 서포트를 추가하는 논리적인 방법은 다음과 같을 것입니다(녹색 선):
그러나 폐쇄된 튜브 내부에 지지 구조물을 배치하면 깨끗하게 제거하기가 거의 불가능해집니다. 대신 설계를 약간 변경하여 벤츄리 밸브가 두 방향 모두에서 완전히 자체 지지되도록 했습니다:
이 솔루션은 측면 벽과 중앙 내부 유체 배출구를 연결하는 자체 지지형 버트레스(파란색 강조)를 추가하여 지지되지 않은 포트를 지지하면서도 공기 흐름을 방해하지 않도록 합니다.
DLP 3D 프린팅 기술은 이미 고품질, 반복 가능하며 완전히 기능하는 부품 제작에 활용되고 있습니다. 그리고 더욱 발전할 전망입니다:
1. DLP 3D 기술이란 무엇이며 어떻게 작동하나요?
디지털 광 처리(DLP)는 프로젝터와 3D 프린터에 사용되는 디스플레이 기술입니다. 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)를 사용하여 빛을 반사하고 이미지를 생성합니다. 3D 프린팅에서 DLP 프린터는 디지털 광원을 사용하여 액체 레진을 층별로 경화시켜 3D 물체를 제작합니다.
2. DLP 3D 프린터의 일반적인 문제점은 무엇인가요?
DLP 3D 프린터의 일반적인 문제로는 인쇄 품질 저하, 인쇄물 정렬 불량, 레진 경화 불량, 레이어 분리, 노출 시간 오류 또는 프로젝터 부품 손상으로 인한 인쇄 실패 등이 있습니다. (이러한 문제를 방지하는 방법은 다음 질문을 참조하세요.)
3. DLP 프린팅에서 낮은 인쇄 품질을 어떻게 해결할 수 있나요?
인쇄 품질 저하를 해결하려면 다음 모범 사례를 따르세요:
4. DLP가 다른 3D 프린팅 기술에 비해 갖는 장점은 무엇인가요?
DLP는 한 번에 전체 레이어를 경화할 수 있는 능력 덕분에 SLA와 같은 다른 레진 기술에 비해 더 빠른 인쇄 속도를 제공합니다. 또한 높은 정확도(일부 시스템에서는 최대 50µm), 정밀한 디테일, 매끄러운 표면을 갖춘 고해상도 인쇄물을 제공하므로 복잡한 모델, 인체공학적 공구 및 치과용 애플리케이션에 이상적입니다.
또한 다양한 응용 분야에 적합한 고성능 소재를 프린팅할 수 있습니다.
5. DLP 3D 프린팅에 사용 가능한 재료는 무엇인가요?
DLP 3D 프린터는 385nm 파장의 빛으로 경화되는 액체 레진을 사용합니다. 이러한 레진은 범용 레진, 내구성 레진, 유연성 레진, 생체 적합성 레진 등 다양한 제형으로 제공되어 프로토타이핑부터 소량 생산에 이르기까지 다양한 응용 분야에 활용할 수 있습니다.
6. DLP는 대형 3D 프린팅에 적합한가요?
DLP는 빌드 플랫폼에 빛을 투사하여 레진을 층별로 경화시키므로 중소형 출력에 더 적합합니다. 대형 출력은 경화 시간이 더 오래 걸릴 수 있으며 DLP 기술로는 실용적이지 않을 수 있습니다. 대형 출력의 경우 스테레오리소그래피(SLA)나 융합 적층 모델링(FDM) 같은 다른 기술이 더 효율적일 수 있습니다.
7. DLP 3D 프린팅의 정밀도는 어느 정도인가요?
DLP 기술은 높은 정밀도와 섬세한 디테일로 유명합니다. 50마이크론(0.05mm)이라는 작은 해상도까지 구현 가능하여 높은 정확도와 엄격한 공차(公差)가 요구되는 정밀 모델 및 최종 사용 부품 제작에 이상적입니다.
8. DLP 3D 프린팅 기술은 어떤 산업에서 사용되나요?
DLP 기술은 자동차, 항공우주, 소비자 애플리케이션, 산업용 기계 부품 등 다양한 산업 분야에서 활용됩니다. 이러한 산업들은 DLP를 통해 프로토타입, 제조 보조 도구 및 최종 사용 생산 부품을 프린팅합니다.
또한 의료 분야에서 치과용 모델 및 임플란트 제작, 의료 기기 및 장비 부품 제작에 널리 활용됩니다.
9. DLP와 LCD 3D 프린팅의 주요 차이점은 무엇인가요?
10. DLP와 SLA 3D 프린팅의 주요 차이점은 무엇인가요?
DLP와 SLA 모두 빛을 이용해 레진을 경화시키지만, 핵심 차이는 빛을 투사하는 방식에 있습니다. DLP는 디지털 프로젝터를 사용해 한 번에 전체 레이어를 경화시키는 반면, SLA는 레이저를 사용해 각 레이어의 형상을 추적합니다.
또한 서로 다른 파장을 사용하므로 필요한 재료도 달라져 적용 분야가 다릅니다. DLP는 SLA보다 고성능 재료 사용이 가능하고 속도가 빠른 반면, SLA는 더 큰 부품 제작이 가능합니다. 두 기술 모두 고품질 출력을 제공합니다.
11. DLP 3D 프린터의 주요 구성 요소는 무엇인가요?
DLP 3D 프린터의 주요 구성 요소로는 디지털 광원(프로젝터), 레진 탱크, 빌드 플랫폼(출력물이 생성되는 곳)이 있습니다. 히터는 선택 사항이지만 고성능 소재를 포함한 더 넓은 범위의 소재 사용을 가능하게 합니다.
12. DLP 3D 프린터로 여러 재료를 동시에 출력할 수 있나요?
현재 대부분의 DLP 3D 프린터는 한 번에 하나의 재료로 출력하도록 설계되었습니다. 그러나 일부 고급 시스템은 서로 다른 레이어에 다른 레진을 사용하거나 출력 중 레진을 전환하는 방식으로 다중 재료 출력을 지원할 수 있지만, 이는 흔하지 않으며 특정 설정이 필요합니다.
P3™는 프로그래밍 가능한 광중합 기술을 적용한 당사의 특허받은 DLP 기술 버전입니다. 모든 DLP 3D 프린터가 두 번째 'P'(광중합)를 기반으로 하지만, Stratasys Origin 프린터는 다음과 같은 공정 전반에 대한 완벽한 제어를 가능하게 하는 정밀한 폐쇄 루프 센서 시스템을 추가로 탑재합니다:
이러한 매개변수를 면밀히 모니터링함으로써 고급 사용자에게 극도로 세밀한 공정 제어 수준을 제공할 뿐만 아니라 매우 안정적이고 반복 가능한 공정을 구현합니다. P3 DLP 기술은 특허받은 공압 분리 메커니즘으로도 독보적입니다. 모든 DLP 기계는 층이 용기 바닥에서 인쇄되기 때문에 일정한 분리 메커니즘을 갖춰야 합니다. 부품은 바닥부터 층층이 쌓여 만들어지며, 각 층 인쇄 후 플랫폼이 약간 상승합니다. (위 "DLP를 이용한 3D 프린팅" 참조) 분리 메커니즘이 없으면 마지막으로 인쇄된 층이 빌드 플랫폼이나 부분적으로 제작된 부품이 아닌 기계 바닥에 달라붙을 수 있습니다.
이 문제를 해결하는 방법은 다양하지만 모두 동등한 성능을 발휘하지는 않습니다.
P3 특허의 공압 방식은 한 번에 전체 레이어를 분리하는 대신, 점진적으로 막에서 새 레이어를 떼어내는 분리력을 가합니다.
P3 DLP는 공압 분리 메커니즘을 사용하여 훨씬 적은 분리력을 가합니다. 빌드 플랫폼이 올라갈수록 막이 경화된 각 레이어에서 점차적으로 벗겨집니다.
이 방식은 다음과 같은 장점이 있습니다:
DLP는 높은 정확도, 신뢰성, 우수한 표면 마감, 고성능 소재가 필요한 다양한 산업 분야에서 활용됩니다. DLP를 성공적으로 적용하는 주요 산업 분야는 다음과 같습니다:
다음은 당사 고객사의 사례 연구 몇 가지 예시입니다.
도전 과제:
해결책:
도전 과제:
TryTec은 의료기기 사업에 진출하고자 했습니다. 의료 전문가들과의 미팅을 통해 그들은 명확한 수요를 파악했습니다 – 내시경 기기를 신속하게 세척할 방법을 찾아야 했습니다. 그들은 개념을 가지고 있었지만, 기하학적 구조가 매우 까다로웠습니다. 사출 성형에는 적합하지 않아 보였습니다.
해결책:
이 제품의 성공적 출시를 위해 필수적인 두 가지 핵심 특성을 DLP 3D 프린팅이 결합했습니다:
