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2016년 12월 05일
SLA 방식과 DLP 방식의 차이점
댓글 4   |   테크널러지   |
3D 프린팅 방식 중 SLA-Laser 방식의 XY축 해상도에 대해 많은 오해가 있는 것으로 알고 있습니다.
(※ DLP 방식은 SLA 방식이 아니라는 오해도 있습니다. DLP 방식도 SLA(광경화, Stereolithography Apparatus) 방식의 한 분류입니다. 명칭이 길어지기 때문에 편의상 SLA-Laser 방식을 SLA로, SLA-DLP 방식을 DLP로 약식 표기하곤 합니다. 본 글도 SLA와 DLP로 약식으로 표기합니다.)

때마침 Formlabs사에서 해상도에 대한 글이 올라와 3D 프린팅 기술을 이해하시는데 도움이 될 듯 하여 글을 남깁니다.

해당 게시글 내용중 논쟁의 여지가 있는 부분도 있는 듯 보이지만, 기술의 차이점 설명은 명확하여 참고하였습니다.

 

SLA 방식의 XY축 해상도?

SLA 방식은 XY축 해상도를 규정하는 것이 무의미한 것이 아닐까 싶습니다.
많은 사람들이 SLA 방식의 XY축 해상도를 레이져의 스팟 사이즈(레이져 빔의 촛점 지름)로 표현하곤 합니다. 하지만 레이져 빔의 촛점 사이즈는 선의 굵기에 영향을 미치는 것이지 이를 해상도라 일컷는 것은 잘못된 표현이라 생각합니다.

구글에서 검색해 보면 유독 DLP 프린터 업체들이 Formlabs사의 Form 2의 XY축 해상도를 레이져 스팟 사이즈인 140~145um(약 0.140mm)으로 기재해 놓은 것을 볼 수 있습니다. 이런 표현은 상당히 심각한 오해를 만들게 됩니다. 자신들 조차 두 방식의 해상도 차이점을 모르거나, 오히려 의도적 목적인 경우도 있습니다.

예를 들자면 Form 2는 해상도가 140um이고, 자신들의 DLP 해상도는 100um이기 때문에 '더 훌륭하다'라는 것이겠죠?
DLP 방식의 해상도가 140um이라면 쥬얼리 분야 또는 엑션피규어 분야에서 전문적으로 사용하기에는 무리가 있는 낮은 해상도에 속합니다. Form 2의 해상도가 과연 이정도일까요? Form 2는 140um 해상도의 DLP 방식과는 달리 상당히 정밀한 출력이 가능합니다.

도대체 어떤 점 때문에 SLA 방식에서는 XY축 해상도를 언급하는 것이 무리가 있는 걸까요?

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[ 이미지 출처 : Formlabs ]

위 그림에서 볼 수 있듯이 왼편의 SLA 방식은 곡선을 표현할 때 연필로 선을 그리듯 부드러운 곡선으로 표현합니다. 반면, DLP 방식은 XY축 해상도로 표기되는 크기의 픽셀들의 조합으로 표현됩니다. 즉, DLP 방식의 경우 해상도가 100um이라면 하나의 픽셀(pixel) 사이즈는 0.1 X 0.1mm가 됩니다.

이는 그래픽 소프트웨어 중에는 벡터(vector) 방식인 일러스트레이터(Illustrator)와 픽셀 방식인 포토샵(Photoshop)의 차이와 거의 동일하다고 할 수 있습니다.
일러스트레이터 도안은 아무리 확대해도 가는 곡선은 가는 곡선이지만, 포토샵 이미지는 확대하면 픽셀이 커지면서 이미지가 깨져 보입니다.


표면 품질 차이

SLA 방식은 일러스트레이터, DLP 방식은 포토샵에 속한다고 설명할 수 있습니다. 이런 방식의 차이는 3차원으로 Z축이 더해지면서 명확히 달라집니다.

3dmon SLA vs DLP.jpg
 
위 그림에서 확인할 수 있듯이 SLA 방식은 나이테 같은 레이어 선이 출력물의 위와 아래에만 도드라지게 보입니다. 반면, DLP 방식은 위와 아래 뿐만 아니라 전후좌우 사면에서도 레이어 선과 동일한 나이테가 나타납니다.
그만큼 두 방식은 출력물 표면 품질에 명확한 차이가 있습니다.

위 그림의 Z축 레이어 두께를 100um으로 가정하면, 오른편 DLP 방식은 복셀(voxel) 크기가 동일하기 때문에 XY축 해상도 또한 100um이라 할 수 있습니다.
좌측 SLA 방식의 Z축 해상도는 100um입니다. 그렇다면 저 각이 지지않고 매끈한 XY축 해상도는 얼마라고 해야할까요?
이런 이유로 SLA 방식은 XY축 해상도를 DLP 방식처럼 규정할 수 없습니다.

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[ 이미지 출처 : Formlabs ]

위 출력물 사진에서 볼 수 있듯이 DLP 방식은 위, 아랫면 뿐만 아니라 옆면에도 나이테 현상이 나타납니다. 사진은 앞면만 보여주고 있지만, 총 여섯 면에서 나이테 현상이 나타납니다.
이 나이테 현상을 좀 더 부드럽게 하려면 복셀 사이즈가 작아져야 합니다. Z축으로는 레이어 두께를 더 얇게 출력하고, XY축으로는 해상도를 더 높여줘야 하는데 그렇게 되면 출력가능한 최대크기는 줄어들게 됩니다. 반면, SLA 방식은 레이어 두께만 줄여주면 됩니다.

그렇다면 DLP 방식보다 SLA 방식이 훨씬 뛰어난 기술일까요? 그렇지 않습니다. 각각 서로 다른 장단점이 있습니다.


출력 소요시간

출력시간에 대해 간단히 설명하자면 SLA 방식은 느리고, DLP 방식은 빠릅니다.

동시에 성형하는 모델 갯수가 늘어나면 그만큼 SLA 방식은 경화시켜야 하는 면적이 늘어나기 때문에 출력시간이 거의 몇배 더 오래 걸리게 됩니다. 하지만 DLP 방식은 출력시간에 변함이 없습니다.
이는 출력재료(광경화성 레진)를 빛으로 경화시키는 방법이 서로 명확히 다르기 때문입니다.

SLA vs DLP layer.jpg

DLP 방식은 DLP 프로젝터를 사용하기 때문에 사각면을 경화시키려면 화면에 사각면을 한번에 몇초간 비춰주면 됩니다. 조사(照射)하는 시간은 레이어 면적과는 크게 상관없고 XY축 해상도에 따라 달라집니다.

반면에 SLA 방식은 가느다란 레이져 빔을 사용하기 때문에 면을 표현하려면 선을 계속 그려서 면이 되도록 칠해줘야 합니다. 레이져 빔의 움직이는 속도가 상당히 빠르다고 해도 경화시켜야만 하는 면의 넓이가 넓을수록 시간은 오래걸리게 됩니다. Form 2의 경우 보통 몇십초 정도 소요됩니다.

작년 초 큰 이슈였던 Carbon 3D사의 CLIP 출력방식은 DLP 방식에 속하고, 기존 DLP 방식으로 6시간 걸리던 출력시간을 6분 정도로 줄인 획기적인 기술입니다.
DLP 방식은 면 단위로 빛을 조사하지만, SLA 방식은 선 단위인 이유로 이론상 아직까지는 CLIP 방식과 같은 획기적인 방법론이 제시되고 있지 않습니다.

이런 면 단위, 선 단위 조사(照射)방식의 차이로 인해, 출력시간이 1시간 정도 소요되는 반지가 있고, 이 반지 10개를 함께 배치하여 동시에 출력한다고 가정하면, DLP 방식은 출력시간이 1개만 출력할 때와 마찬가지로 1시간 정도지만, SLA 방식은 몇배가 더 늘어난 수시간이 걸리게 됩니다.

그럼 DLP 방식이 여러개를 동시에 출력할 경우 상당히 용이할까요? 꼭 그렇다고도 할 수는 없습니다.
어느정도 좋은 해상도로 출력 시 DLP 방식은 출력가능 크기(XY 방향)가 작아지게 되는 단점이 있기 때문입니다.


빌드 사이즈 (출력크기)

Full HD급 DLP 프로젝터의 해상도는 1920 X 1080 입니다. 주얼리 분야 및 엑션피규어 분야에서는 보통 50um 정도의 해상도로 출력을 합니다.

SLA vs DLP print size.jpg

FHD 프로젝터를 XY축 해상도 50um에 맞추면 화면크기는 96 X 54mm가 됩니다.
랜즈를 사용하는 광학기기 특성상 왜곡 및 초점 문제가 있는 테두리 부분을 제외하면, 실제 출력이 가능한 크기는 약 86 X 44mm 정도입니다.
큰 크기를 위해 해상도를 낮춰 100um으로 출력한다면 182 X 98mm 정도까지는 출력할 수 있습니다.

SLA 방식은 크기제한이 거의 없다고 할 수 있습니다. Form 2 같은 경우 XY축 출력가능 크기는 145 X 145mm, 산업용 장비는 1미터가 넘는 경우도 있습니다.


치수 정밀도

SLA 및 DLP 방식 모두 기기셋팅이 제대로 되어 있으면 치수 정밀도는 상당히 좋은 편입니다.

하지만 DLP 방식의 경우 프로젝터 렌즈 초첨 및 zoom 레버가 충격 등으로 조금이라도 틀어지면 문제가 생길 수 밖에 없습니다. 최근 보급형으로 판매되고 있는 DLP 프린터들 중 사용자가 직접 치수 정밀도를 맞춰서 조절해야만 하는 경우가 많습니다. 어느정도 전문성이 없다면 쉽지 않은 일입니다.

반면, SLA 방식은 기본적으로 레이져 모듈 및 구동 엔진이 치수 정밀도를 결정짓기 때문에 사용자가 크게 조절해야하는 경우는 거의 없습니다.


 


이런 것처럼 DLP 방식과 SLA 방식은 어떤게 더 좋고 나쁘다 라고 표현하기에는 무리가 있을 정도로 각각 장단점이 다릅니다.
정리하자면, SLA 방식의 XY축 해상도는 DLP 방식의 해상도 개념으로 규정지을 수 없습니다.

SLA 방식은 XY축으로는 상당히 정교한 출력이 가능하지만, 선 단위로 빛을 조사하기 때문에 속도는 느린편입니다.
DLP 방식은 정교한 출력을 위해서는 XY 사이즈가 작아져야 하는 단점은 있지만, 면 단위로 빛을 조사하므로 출력속도는 빠릅니다.



추가 설명이 필요한 부분이 있겠습니다.

이론적으로 SLA 방식의 경우 레이져 스팟 사이즈가 140um이라면 출력 가능한 점(point)의 크기는 지름 0.14mm 정도가 됩니다. 선으로 표현하면 두께가 0.14mm 정도의 선이 가장 가늘게 표현할 수 있는 한계가 될 수 있습니다.
50um 해상도의 DLP 방식으로는 사각형 0.05 X 0.05mm 크기가 출력이 가능한 가장 작은 단위이고, 두께가 0.05mm인 가는 선을 표현할 수 있겠습니다.

이런 관점에서 보면 DLP 방식이 SLA 방식보다 더 정밀한 것이 아닌가 라고 생각할 수도 있겠습니다.
현미경으로 나노단위 실험을 하는 연구소에서는 중요한 문제가 될 수도 있겠습니다.

SLA vs DLP circle.jpg

그렇다면 다른 예를 들어보겠습니다.

이론적으로 지름 0.15mm 원기둥을 출력하고자 한다면, SLA 방식은 현미경으로 봐도 정교한 기둥을 만들 수 있습니다.
반면, 50um 해상도인 DLP 방식으로는 복셀 방식으로만 출력이 가능하기 때문에 + 형태 또는 사각기둥 정도로만 표현이 가능할 뿐입니다. 심지어 100um 해상도에서는 0.15mm를 표현조차 하지 못합니다. 0.1mm 또는 0.2mm 둘 중 하나로만 표현 가능합니다.
원기둥이 아닌 0.15 X 0.15mm 사각기둥을 만들어야 한다면? 당연히 서로 상황이 바뀌게 됩니다.



이론상이 아닌 실제 3D 출력에서는 0.05mm 두께인 선을 Z축으로 계속 쌓아가서 두께 0.05mm인 벽을 출력하는 것은 얇은 비닐 수준의 두께이기 때문에 결코 쉽지 않습니다. 이론상 가능하지만 출력재질 특성 및 빛샘현상 등 여러가지 다른 요건들 때문에 현실적으로 어렵습니다.
일반적으로 플라스틱 제품들은 0.8mm 이상의 두께로 생산되고 있습니다. 특수한 경우에나 부분적으로 얇은 부분이 0.5mm 정도입니다.
현재 3D몬에서 출력 품질을 보장하는 가장 얇은 벽두께는 고정밀 출력방식에 속하는 'UHD 플라스틱' 및 'XHD 플라스틱'에 한해서 0.3mm입니다. 다른 출력재질들의 최소두께는 보통 약 0.6~1.0mm 정도입니다.
정밀한 양각, 음각 글씨 등의 출력 디테일은 약 0.2mm 정도입니다.

레이져 스팟 사이즈가 140um이기 때문에 실제 출력에서 일반적인 출력물의 디테일을 정밀하게 표현하지 못하는 것은 아닙니다. 그저 이론적인 수치에 대한 선입견에 불과한 것이 아닐까 합니다.
SLA 방식과 DLP 방식 모두 각각 고유의 장점들을 가지고 있는 훌륭한 기술들입니다.
댓글 4
피규어천국  17-01-07 18:39
명확한 설명 감사합니다. 한 수 배워갑니다.
Form2는 추가 리뷰 계획 없으신가요?
2017년도 훌륭한 서비스 부탁드립니다.
 17-01-07 21:49
감사합니다. 그렇지 않아도 Form 2 리뷰 요청하시는 분들이 꽤 계셔서 준비중입니다.
조만간 올리도록 하겠습니다.
피규어천국님도 올해 바라시는 일들 모두 이루실 수 있길 바랍니다.
themake  17-01-14 20:29
좋은 자료가 많군요
잘보고 갑니다
form2 샘플출력도 의뢰할수 있을까요?
 17-03-22 08:24
답변이 너무 늦었군요. 죄송합니다.
원하시는 모델을 출력할 경우 출력비용이 부과되며, 추후 3D몬에서 Form 2 구매 시 일정금액까지는 3D몬 포인트로 환불해 드리고 있습니다.
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