1981
3D 프린팅 기술개발의 스타트는 1981년 일본 나고야시 공업연구소의 연구원이었던 '히데오 코다마(Hideo Kodama)'가 작성한 포토폴리머 RP시스템에 대한 기술 보고서로부터 시작되었습니다. 그러나 히데오 코다마는 자신의 아이디어를 특허출원과 상용화 시키지는 못했습니다. 만약 히데오가 특허출원과 상용화에 성공했다면, 일본이 세계 최고의 3D 프린터 국가가 되지 않았을까 예상됩니다.
1984
그 이후, 히데오의 아이디어를 바탕으로 1984년 미국의 '척 헐(Chuck Hull)'은 이를 '스테레오 리소그라피(Stereolithography)'라는 이름으로 세계최초로 특허출원을 합니다. 이후에는 척은 ‘3D Systems’라는 회사를 설립하고, 1988년 세계최초로 ‘SLA-250’이라는 3D 프린터를 출시하는데 성공했습니다.
SLA-250은 SLA방식의 3D프린터로 원리는 빛에 노출되면 굳게 되는 액상수지를 자외선 레이저 빛에 노출시켜 원하는 형상을 만들어 가는 방식입니다.
현재 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 보급형 3D 프린터인 FDM방식은 1989년 미국 'S. 스콧 크룸(S. Scott Crump)'에 의해서 특허출원됩니다. 스콧은 우리가 접착에 사용하는 글루건으로 딸에게 장난감을 만들어 주던 중에 FDM방식의 3D프린터 아이디어를 얻었다고 합니다. 그는 이 아이디어를 기반으로 FDM방식의 특허를 출원하였고, '스트라타시스(Stratasys)'사를 설립했습니다.
스트라타시스는 현제 세계 1위의 3D 프린터 회사로 발전했습니다.
FDM 방식은 열가소성 플라스틱을 노즐 내부에서 녹여, 재료를 한 층씩 적층해가는 방식을 통해 제품을 생산합니다. 레이저가 필요 없기 때문에 장비의 가격이 상대적으로 저렴하여 대다수의 3D 프린터가 FDM 방식을 사용하는 방식으로 만들어집니다. 광경화장치가 필요 없기 때문에 강도 또한 SLA방식에 비해 상대적으로 높습니다.
1994
FDM 방식의 특허출원 5년 뒤인 1994년, 새로운 방식인 SLS 방식이 특허출원됩니다. SLS는 'Selective Laser Sintering'의 약자로, '선택적 레이저 소결 조형 방식'이라고 불려집니다.미국의 텍사스 대학에서 기술이 개발되었고, DTM사가 상용화 했습니다.
이후 이 기술은 3D 시스템즈에 인수되어집니다. 하지만 SLS 기술은 독일의 업체인 '에오스(EOS)'사에서도 상용화됐고, 이에 특허 분쟁이 발생하여 2004년에 상호 특허를 사용할 수 있도록 계약했습니다.
SLS 방식은 분말 형태의 소재에 SLA 방식에서 사용되는 레이저보다 더욱 강한 CO2 레이저를 사용해 재료를 녹여 굳게 함으로써 제품을 만듭니다. 레이저 소결 후 롤러를 통해 분말 재료를 얇게 올리고 다시 레이저 소결하는 것을 반복합니다.
사용 가능한 재질로는 폴리스티렌, 나일론, 왁스, 금속합금, 세라믹, 알루미늄, SUS, 코발트 등 분말 형태로 다양합니다. 제품의 강도가 높고, 분말이 서포트(지지대) 역할을 하기 때문에 서포트가 필요 없습니다.
프린터 내부 롤러의 구현 및 고가의 레이저 소스가 필요함에 따라 장비의 가격이 높아집니다. SLS 방식에서 금속 소재를 사용할 경우, 3D 시스템즈에서는 'DMP(Direct Metal Printing)'라는 별도의 용어로 제품을 소개하고 있으며, 에오스에서는 'DMLS(Direct Metal Laser Sintering)'라는 용어를 사용하고 있습니다.
2002
독일의 '엔비전텍(Envisiontec)'에서 최초로 DLP 3D 프린터를 출시합니다. DLP는 'Digital Light Processing'의 약자로, 빛을 디지털을 통해 처리한다는 뜻입니다. DLP 기술은 흔히 알고 있는 것처럼, 빔프로젝터에 많이 사용됩니다. DLP의 핵심은 DMD칩으로, 1999년 텍사스 '인스트루먼트(Texas Instrument)'에 의해 만들어져, 현재도 세계에서 유일한 칩으로 사용되고 있습니다. 따라서 DLP 기술을 사용하여 경화시키는 방식은 SLA, FDM, SLS, Polyjet 등의 방식과 달리 그 자체로 특허가 문제될 것은 없습니다. 이런 이유로 다양한 업체들이 제품을 앞다투어 출시하고 있습니다. 하지만 2012년 Formlabs에서 만든 DLP 방식의 3D 프린터에 대해 3D시스템즈에서 특허 제소를 합니다. 3D시스템즈에서 1984년 출원한 SLA 방식 일부를 침해했다고 소송을 제기한 것입니다. 하지만 2013년 11월 소송은 법원에 의해 기각됐습니다.
이 외에도 'Polyjet(Photopolymer Jetting Technology : 폴리젯 적층 조형)' 방식, 'PBP(Powder Bed & inkjet head 3d Printing : 분말 배드와 잉크젯 투사)' 방식, 'MJM(Multi Jet Modeling : 멀티젯 조형)' 방식, 'DED(Directed Energy Deposition)', 'DMD(Direct Metal Deposition)', 'SLM(Selective Laser Melting)', 'DMT(Laser Aided Direct Metal Tooling)' 방식 등이 개발되기 시작했습니다.
2005
특허법은 적정 기간 특허 출원자에게 혜택을 주되 해당 기술의 발전을 저해하지 않기 위해 유효기간을 두고 있습니다. 세계적으로 20년을 특허 존속 기간으로 한정하고 있으며, 현재 SLA 방식 2006년, FDM방식 2009년, SLS 방식 2014년, 에오스의 DMLS 방식이 2014년 만료됩니다.
영국의 아드리안 보이어(Adrian Bowyer ) 교수는 2005년부터 Reprap(Replication Rapid Prototyping) 이라는 오픈 소스(Open Source) 프로젝트를 진행하고 있습니다(http://www.reprap.org). 누구나 참여 가능하고 무료로 사용할 수 있는 3D프린터 공개 소스인 것입니다. 특히 상업적 활용을 포함한 모든 권리가 제약 없이 공개됬습니다. 만약 아드리안 보이어 교수의 오픈 소스가 없었다면, 구글의 안드로이드나 애플의 iOS처럼 특정 회사에 종속되거나 로열티를 내야만 3D 프린터 관련 사업을 해야 합니다. FDM 방식과 관련된 오픈 소스지만 음식, 건축 3D프린터 등 적층 방식 대부분의 3D 프린터가 이 오픈 소스를 이용하고 있다.
이 두 가지로 누구나 3D프린터를 만들 수 있는 상황이 됐고, 미국의 메이커봇, 네덜란드의 얼티메이커 및 국내 대부분 3D프린터 생산 기업의 개인용 3D프린터가 여기에 속합니다. 레이저나 롤러 등이 필요 없고 원재료도 저렴하기에, FDM 방식의 3D프린터는 지금도 메이커가 급속히 늘어나고 있으며 100만 원 이하의 저렴한 3D프린터가 탄생한 것도 이 때문입니다.
하지만 FDM 방식 외에 특허가 만료된 다른 방식은 FDM 방식의 원천 특허가 만료되었을 때처럼 폭발적으로 신규 프린터가 나오지 않고 있습니다. 이유는 공개 소스로 되어 있지 않은 부분에 대한 연구가 필요하며, 만료된 원천 특허 외 다양한 주변 특허가 신규 제품의 등장을 막고 있는 것으로 보입니다. 하지만 전반적 3D프린터의 수요 증가로 인해 경쟁이 촉발되고, 결국에는 상당부분 보편화될 것으로 예측됩니다.
'3D 프린터' 카테고리의 다른 글
| 06. 3D 프린터의 종류 3 - 기술에 따른 분류 (0) | 2024.05.20 |
|---|---|
| 05. 3D 프린터의 종류 2 - 이용자에 따른 분류 (0) | 2024.05.20 |
| 04. 3D 프린터의 종류 1 (0) | 2024.05.20 |
| 03. 3D 프린터의 미래 (0) | 2024.05.20 |
| 01. 3D 프린터의 정의 (0) | 2024.05.20 |