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3D펜을 알아보기 전에 앞서 같은 원리인 3D프린터의 원리를 알아보겠습니다. 3D프린터는 작동방식에 따라 여러 종류가 있습니다. 광중합 방식(VP), 열가소성수지(FFF·FDM), 광경화성수지(SLA) 등 인데요. 이 중에서 필라멘트를 녹여 물체를 그려내는 열가소성수지 방식을 적용한 것이 바로 3D 펜입니다. 같은 원리로 작동하되, 3D프린터의 노즐만 떼서 간단히 펜 형태로 만든 것이 3D 펜인 셈이죠.
3D 펜을 작동시키면 일정한 속도로 필라멘트가 앞으로 밀려 나갑니다. 노즐을 타고 필라멘트가 펜 밖으로 나오려면 일정 온도의 녹는점까지 필라멘트를 가열해야 합니다. 가열한 후 액체 형태로 변하는 과정을 거쳐 필라멘트가 밖으로 나올 때 다시 빠르게 굳어져서 형태를 갖추게 됩니다. 이 필라멘트들을 적층 방식으로 쌓아 올려 특정한 3차원 물체가 만들어지는 것이죠.
그럼 3D펜의 재료라고 할 수 있는 필라멘트의 종류를 보겠습니다. 필라멘트에 따라 성분이 달라서 녹는점 또한 조금씩 다릅니다. 대표적으로 ‘ABS’, ‘PLA’, ‘PCL’이 많이 사용되고 있는데요.
ABS 필라멘트는 나이트릴, 뷰타다이엔, 스타이렌이라는 세 가지 성분이 들어 있습니다. 우리 일상 속 흔히 사용하는 플라스틱 소재인데 녹는점이 높고 균일해 내구성과 내열성이 강합니다. 사용 온도가 210℃~250℃라고 하니 꼭 장갑을 끼고 사용해야겠네요. 또 아세톤에 녹는 특징이 있어 후(後)가공 작업에도 수월합니다. 하지만 석유 추출물 수지로 사용할 때 냄새가 많이 납니다.
PLA 필라멘트는 옥수수, 사탕수수 등 식물성 전분에서 추출한 친환경 수지인데요. 자연에서 추출해서 그런지 냄새가 많이 나지 않고 인체에도 해롭지 않습니다. 녹는점은 180℃~230℃ 정도입니다. 후가공이 어렵다는 단점이 있습니다. 또 입문자나 어린이용 3D 펜 재료로 주목받는 PCL은 생분해성 플라스틱인데요. 사용 온도가 60℃~120℃고 가공성과 작업성이 뛰어나 안전하게 사용할 수 있습니다.
요즘 3D 펜 인기가 많아지니 3D 프린팅 소재나 기술을 개발하는 국내 스타트업도 많이 생기고 있습니다. 3D 프린터 기업인 ‘에스엠베스트’는 커피 찌꺼기, 보리 찌꺼기 등을 이용한 3D 프린팅 소재를 만들어내 3D 작업을 하는 동안 구수한 커피 향이 나게 만들었습니다. 국산 3D 프린터인 ‘핀터’ 시리즈를 개발한 스타트업 삼디몰도 3D 펜과 함께 도안을 제공하며 인기몰이입니다. 저도 한번 시작해볼까요.
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