30cm 크기를 출력할 수 있는 준산업용 수준의 Form 3L 출시는 상당히 반가운 소식이었습니다.

아직 확정되지는 않았지만, 국내 출시 가격이 약 2천만원대로 예상되기에, 출력크기가 약 35cm 정도인 일반적인 산업용 SLA 장비(Top-down 방식)가격대가 8천만원 정도인 것을 감안하면 Form 3L은 상당히 매력있는 제품임에 틀림없습니다.

※ 물론 Form 3 및 Form 3L(Bottom-up 방식)과 산업용 SLA 장비(Top-down 방식)는 각각 장단점이 큰 차이가 있기 때문에 가격만으로 비교할 수는 없습니다. 추후 별도의 글에서 두 종류의 장단점을 알아보도록 하겠습니다.

하지만, 3년째 Form 2를 큰 불편함 없이 사용해오고 있는 사용자로써 사실 Form 3 발표는 조금 의외였습니다.

Form 2 제품은 사용 편의성, 출력품질, 기기의 성능 등에서 크게 부족한 면이 없는데 어떤 점에서 완전히 새로운 제품으로 업그레이드할 필요성이 있었을까하는 의문이었습니다.

물론 고질적인 문제점들이 있기는 했기에 Form 2+ 정도로 업그레이드되면 스테디셀러로 손색이 없겠다 생각하고 있었습니다.

그렇다면 Formlabs는 왜 Form 2를 단종시키고 Form 3를 출시하게 됐는지 설명하고 Form 3 리뷰로 넘어가도록 하겠습니다.

발표된 내용만으로 간단히 Form 3를 설명하자면 Form 2로부터 가장 큰 변화는

- 일반적인 SLA 방식(Galvo Mirror와 반사경 사용)에서 LFS 방식(Parabolic 렌즈를 채택한 LPU 사용)으로 변경

- 경화된 레이어를 레진탱크로부터 떼어내는 필링(Peeling)방식이 슬라이딩(Sliding) 방식에서 리프팅(Lifting) 방식으로 변경

- 서포터 제거방법이 Easily Removable(쉬운 제거) 방식에서 보다 손쉬운 Light-Touch Removal 방식으로 변경

되었다는 것입니다.

이쯤에서 대표적인 Form 2의 대표적인 고질적 문제점을 설명하는 것이 나을 듯 합니다.

많은 Form 2 사용자들이 경험하지 않는 문제이기도 하지만, 큰 출력물, 특히 출력물의 레이어 단면적이 큰 경우 레진탱크가 정상적으로 슬라이딩이 되지 않거나, 빌드 플랫폼이 레진탱크로부터 떨어지지 않는 문제가 종종 발생합니다.

배치각도를 바꾸거나, 모델의 속을 비우거나, 또는 출력물의 수량을 줄이는 방법으로 일부 해결되기도 하지만, 속을 비울 수 없는 큰 출력물의 경우 문제가 종종 발생하여 애를 먹습니다.

이는 Form 2에 채택된 슬라이딩 필링(Peeling)방식의 피할 수 없는 가장 큰 단점입니다.

(Form 2에 슬라이딩 필링방식이 적용된 이유를 설명하자면 다소 내용이 길어질 수 있기 때문에 생략합니다.)

Formlabs는 Form 2보다 큰 출력사이즈 기기를 개발하면서 레이어 단면적이 아주 크더라도 필링(Peeling) 과정에 큰 문제가 없는 다른 방식을 고민해야 했을 것입니다.

또한, 뉴발란스(New Balance)사와의 협력과정에서 엘라스틱 레진과 같은 연질재료 출력 시 슬라이딩 필링방식의 한계에 맞닥뜨린 듯 싶습니다.

출력사이즈 30cm 급의 차세대 프린터를 개발하고자3D몬에서 판단하기로는 Formlabs의 이번에 개발된 LFS 방식의 목표는 Form 3가 아닌 Form 3L이었을 것입니다.

새로운 방식

특허 소송에서 지

Form 1에서는 Peeling 방식이 스티커를 떼어낼 때 한쪽부분부터 떼어내는 것과 유사한 틸팅(Tilting) 방식이었습니다.

이 방식이 3D Systems사의 특허를 침해하였고 소송에서 지게되면서 Peeling 방식을 슬라이딩 방식으로 변경한 Form 2를 출시하게 되었었습니다.

하지만, 이 슬라이딩 Peeling 방식은 출력물 높이가 높아질 수록 한쪽 방향으로 뒤틀어지는 힘이 크게 작용하게 되는 문제점이 있습니다.

MIT 공대 출신답게 Formlabs는 이를 보완하기 위해 뒤틀리지 않는 견고한 서포터 구조를 자동생성하는 알고리즘을 개발하였고, 이 기능은 사용 편의성을 극도로 높혀준 Form 2만의 가장 큰 장점이 되었습니다. 

경화된 레이어를 레진탱크 표면으로부터 떼어내는    

1) 슬라이딩 Peeling 방식

일반적인 사용자는 별다른 문제없이 잘 사용하고 있지만, 특정 분야에서는 종종 문제가 발생하는 원인이었습니다.

Peeing이란 출력 시 경화된 레이어를 레진탱크의 표면으로부터 떼어내는 과정이라 설명할 수 있습니다.

Form 1에서는 Peeling 방식이 스티커를 떼어낼 때 한쪽부분부터 떼어내는 것과 유사한 틸팅(Tilting) 방식이었습니다.

이 방식이 3D Systems사의 특허를 침해하였고 소송에서 지게되면서 Peeling 방식을 슬라이딩 방식으로 변경한 Form 2를 출시하게 되었었습니다.

하지만, 이 슬라이딩 Peeling 방식은 출력물 높이가 높아질 수록 한쪽 방향으로 뒤틀어지는 힘이 크게 작용하게 되는 문제점이 있습니다.

MIT 공대 출신답게 Formlabs는 이를 보완하기 위해 뒤틀리지 않는 견고한 서포터 구조를 자동생성하는 알고리즘을 개발하였고, 이 기능은 사용 편의성을 극도로 높혀준 Form 2만의 가장 큰 장점이 되었습니다. 

그렇지만, 출력하고자 하는 출력물의 레이어 단면적이 클 경우, 슬라이딩 Peeling 방식은 상당히 무리가 있어 그동안 문제제기가 꽤 있었습니다.

큰 크기의 모델일 경우 플랫폼에 붙는 Raft의 단면적이 큰 경우가 많고, 특히 의료 분야에서 속이 비어있지 않은 덩어리 상태의 뼈 모델 등을 출력할 경우 큰 단면적으로 인해 슬라이딩 Peeling이 제대로 되지 않는 문제들이 있었습니다.

물론 단면적이 클 경우 출력 시 수축이 발생하기 때문에 보통 속을 비워서 출력하면 문제가 해결되지만, 그래도 단면적이 클 경우 제대로 출력이 되지 않는 것은 치명적인 단점일 수 있을 겁니다.

이런 단점 때문에 슬라이딩 Peeling 방식을 버리고 LFS(Low Force Stereolithography) 방식을 적용하게 되었습니다.

3D몬은 3년간 이 문제는 단 한차례 있었고, 배치각도를 바꿔서 문제없이 출력하였습니다.

2) 레진 카트리지, 레진탱크 인식불량 및 레진 Sensing 문제

Form 2는 간혹 레진 카트리지 및 레진탱크를 제대로 장착하더라도 인식을 못하는 경우가 있었습니다.

물론, 카트리지 및 탱크에 부착된 칩(ID Chip)과 접촉 핀에 레진이 떨어져 오염되어 문제가 발생하는 경우가 대부분이지만, 간혹 오염문제가 없더라도 레진 카트리지를 살짝 들어올려야 인식이 되는 등의 문제가 있어, 최근에 생산된 Form 2에는 레진 카트리지 인식 센서부가 구조가 다르게 변경되었습니다.

Form 3 또한 이 개선된 레진 카트리지 인식 센서부가 적용되었고, 레진탱크의 레진 높이를 Sensing 방식이 물리적인 부표 방식으로 변경되었습니다.

3) 미세먼저에 취약한 주요 광학부

Form 2와 같은 SLA 방식의 프린터는 광학기기라 할 수 있습니다. Form 3도 마찬가지 입니다.

먼지가 많은 곳에 Form 2가 설치되어 있다면 즉시 깨끗한 공간으로 옮겨야 합니다. 특히 사포작업의 경우 미세먼지가 많이 발생하므로 같은 공간에 설치하는 것은 피해야 합니다.

먼지 뿐만 아니라 흐르거나 넘친 레진을 그대로 방치하여 심하게 오염된 경우를 많이 봤습니다.

Form 2의 주요 광학부들는 Shrouds(baffles)라는 검정 보호커버로 감싸져 있지만, 밀봉된 구조가 아니다보니 미세먼지가 들어갈 수 있습니다.

Galvo Mirror들과 메인 반사경, 레이져 렌즈, Optical 윈도우 등에 정전기 등으로 미세먼지가 붙게되면 레이져 빔의 약해져 출력품질이 떨어지는 원인이 됩니다.

Form 3는 주요 광학부들을 LPU(Light Processing Unit) 모듈 안에 배치하여 오염 가능성을 최소화 하였습니다. 완전히 밀봉된 구조인지는 아직 확실하지 않지만, Optical Sensor들이 적용되어 먼지도 감지한다고 합니다. 

그럼 일단 약 보름 정도 Form 3와 Form 2로 서로 비교해가며 수차례 출력 테스트를 해본 결과를 정리해 보겠습니다.

※ 2019년 10월 현재 Form 3 레진탱크를 사려면 3개월을 기다려야 하기에 1개의 레진탱크로 테스트 중입니다. ㅜㅜ

※ 국내출시가 11월로 예정되어 있는데 걱정입니다. 국내에서도 레진탱크를 당분간 추가 구매할 수 없는 상황이 발생할 수 있을 듯 합니다. 좀 그렇네요. ㅜㅜ

※ 또한, 현재 Form 3 레진탱크는 Grey Pro, Rigid, Elastic 레진과 호완되지 않는 문제도 있습니다. 다른 몇몇 레진의 경우도 특정 레이어 두께에서 출력 파라미터가 완벽하지 않은 Beta 셋팅으로만 출력할 수 있습니다. ㅜㅜ

발표는 4월에 했지만, 실제 발송은 왜이리 늦어졌는지 궁금했었는데 이런 이유가 있었습니다.

1) 기기품질

사진만으로도 예상할 수 있듯이 디자인면에서는 Form 2에 비해 훨씬 멋진 사무용기기 같습니다.

전체적으로 알루미늄 가공 부품보다는 금형사출된 플라스틱 부품들로 많이 대체되었습니다. 디자인면에서 좀 더 자유로와졌겠지만, 견고한 면에서는 아쉬운 부분도 없지 않을 듯 합니다.

예로 저희 제품은 겉 비닐포장을 뜯는 과정에서 뒷 패널이 부분적으로 벌어져 버렸습니다. ㅜㅜ 아마도 한쪽 플라스틱 고정부가 부러진게 아닌가 싶습니다.

또한, UV 차단 주황색 커버가 견고한 구조로 디자인이 되어있지 않아 열고 닫을 때 뒤틀리는 것이 아쉽습니다. Form 2에서 자주 발생하던 커버 크랙현상은 생산과정에서 접착제를 바꾸면서 줄었다고는 하지만, Form 3는 쉽게 뒤틀리는 구조 때문에 걱정이 됩니다.

2) 편의성

터치스크린이 5.5인치(Form 2는 4.3인치)로 커져서 그런지 UI도 Form 2와 달리 좀 더 직관적입니다.

또한, 사운드 알람기능과 레진 카트리지 장착부에 LED 상태표시등도 추가되었습니다.

출력시작 시 와이퍼를 이용하여 빌드 플랫폼에 이전의 출력물이 붙어있는지 확인하는 기능도 추가되었습니다. 

아시다시피 기존 출력물이 빌드 플랫폼에 붙어있는 상태에서 출력을 시작하면 레진탱크 및 기기 파손까지 일어날 수 있기 때문에 상당히 긍정적인 업그레이드 사항입니다. 

3) 출력품질

출력품질은 아쉽지만 Form 2에 비해 큰 차이가 없었습니다.

확대경으로 세세하게 들여다보면 약간의 차이가 있을 수는 있겠지만, 일반적인 출력에서는 큰 차이를 느끼지 못했습니다.

해상도가 향상되었다고는 하지만, Form 2 출력물의 품질이 워낙에 훌륭한 수준이었기 때문에 맨눈으로 봐서는 차이점을 구분할 수는 없었습니다.

4) 출력속도

3D몬에서 가장 궁금했던 점이 바로 이 출력속도의 차이였습니다

결론적으로 Form 3가 Form 2보다 출력속도가 더 빠르지는 않습니다. 경우에 따라 Form 2에 비해 빠르기도 하고 더욱 느리기도 합니다.

X축을 Galvo(Galvanometer) Mirror가 아닌 모터로 제어하는 구조라면 이동속도 때문에 더 빨라지긴 어려울 수도 있을꺼라 예상은 하고 있었습니다.

하지만, 막상 직접 확인을 하니 상당히 아쉽습니다.

5) 서포터(Supports)

Form 3 서포터는 Light-Touch Removal로 쉽게 떨어진다고 설명되어 있습니다.

기본 레진의 경우 Form 3 셋팅에서 서포터 자동생성 시 터치포인트(Touchpoint) 사이즈가 Form 2 기본 셋팅과 동일한 0.5~0.6mm로 적용되어 쉽게 뒤틀어 분리하기 어려웠습니다.

Light-Touch라면 터치포인트 사이즈가 0.3mm 이하가 되어야 할 듯 합니다.

현재 3D몬은 Form 2에서도 이미 서포터 터치포인트 사이즈를 0.3mm, 밀도(Density) 1.2로 적용하여 출력하고 있고, 출력 성공률은 거의 100%에 가깝기 때문에 Light-Touch Removal은 Form 3만의 장점은 아닌 듯 합니다.

6) 기기소음

소음면에서는 오히려 Form 2에 비해 훨씬 시끄러운 편입니다.

출력온도를 올리는 방식이 Form 2는 열선방식이지만, Form 3는 대류방식이다보니 팬이 작동하여 팬 소리가 있고, 레이져 유닛이 좌우로 불규칙적으로 움직이다보니 '이잉유우이잉유웅~'하는 우는 소리같은 기계음이 계속되며, 이 불규칙 소음이 상당히 거슬리는 편입니다.

Form 2에서는 없었던 레진탱크가 위아래로 움직이는 트리거 소음도 있습니다.

아직까지는 Energy Saving 모드(Sleep 모드)가 적용되지 않아 프린터를 사용하지 않을 때도 팬이 계속도는 문제가 있습니다.

7) 유지보수

Form 2의 고질적인 문제는 미세먼지에 취약하다는 점이었습니다.

기기 내부 주요 광학부가 완전히 밀봉된 구조가 아니다보니, 광학부에 달라붙은 미세먼지로 인해 레이져 빔의 선명도가 떨어져 출력품질이 낮아지는 문제로 A/S가 많았습니다.

또한, 레이져 문제 등이 발생하면 국내에서 직접 수리가 불가능하여, 미국 본사로 본체를 보내야하는 번거로움도 있었습니다.

Form 3의 경우 주요 광학부를 LPU(Light Processing Unit)로 변경하고 나머지 주요부들도 모듈화하여, 문제가 있는 모듈만 사용자가 직접 교체할 수 있는 구조로 설계되었습니다.

물론 무상 A/S기간 이후에는 모듈들의 수리 및 교체비용이 아주 중요한 사안이 되겠습니다.

일단은 본체를 택배로 보내거나, 리퍼장비로 교환하는 등의 번거로움은 없어질 듯 합니다.

결과적으로 Form 3는 Form 2에 비해 출력품질 및 출력속도가 훨씬 향상되지는 않았지만, 유지보수가 용이하도록 주요부들을 모듈화하고 몇몇 유용한 편의사항들을 추가한 페이스리프트(Facelift) 수준 정도로 설명할 수 있을 듯 합니다.

출력품질 및 출력속도 면에서 Form 3는 좀 아쉬울 수 있습니다만, 지난 4월의 Formlabs의 신제품, 신기술 발표의 주인공은 사실 Form 3가 아닌 Form 3L이라고 판단됩니다.

Formlabs는 Form 2의 업그레이드 제품을 목표로 한 것이 아니라 준산업용 수준의 중형 사이즈 프린터 개발이 목적이었을 것입니다.

중형 사이즈 프린터를 목표로 개발 중 LFS 방식 및 LPU를 고안하게 되었고, 결국 출력품질 및 출력속도에는 큰 차이는 없지만 Form 2도 LFS 방식이 적용된 Form 3로 업그레이드하게 된 것으로 판단됩니다.

음... 3년 정도면 변화를 줘야할 때이긴 합니다. 자동차도 3년 정도면 성능에는 크게 변화는 없지만 페이스리프트가 되는 경우와 비슷하다고 할까요?

현재 미국내에서는 Form 2는 재고가 소진되어 리퍼장비로만 할인판매되고 있습니다.

국내도 현재 재고가 소진되면 판매중지될 예정입니다.