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적층 제조(3D프린팅) (Additive Manufacturing)

쉽게 풀면

커다란 통나무를 조각칼로 깎아 조각상을 만드는 방법과, 얇은 시트를 한 장 한 장 쌓아 올려 원하는 모양을 만드는 방법을 비교해 봅시다. 전자는 필요 없는 부분을 계속 깎아내는 "빼는" 방식이고, 후자는 필요한 부분만 층층이 "더하는" 방식입니다. 흔히 3D 프린팅이라고 부르는 적층 제조는 후자에 해당합니다. 컴퓨터 설계도를 아주 얇은 단면들로 잘라낸 뒤, 그 단면 모양대로 재료(플라스틱, 금속 분말 등)를 한 층씩 쌓아 올려 복잡한 형상도 통째로 찍어내듯 만들어냅니다.

왜 중요한가

적층 제조는 절삭 가공으로는 만들기 어려운 복잡한 내부 구조(격자 구조, 중공 형상 등)를 재료 손실을 크게 줄이면서 구현할 수 있어, 항공우주·의료(맞춤형 임플란트)·금형 산업 등 경량화와 형상 자유도가 중요한 분야에서 핵심 제조 기술로 다뤄집니다. 또한 시제품 제작부터 소량 다품종 생산까지 이어지는 흐름 속에서, 공정 변수가 최종 물성에 미치는 영향을 규명하는 연구가 재료공학·기계공학 논문에서 꾸준히 다뤄지고 있습니다. 이 때문에 적층 제조는 단순한 가공 기법을 넘어 설계-재료-공정을 아우르는 학제간 연구 주제로 자리잡고 있습니다.

어떤 절차인가

적층 제조는 ‘디지털 모델 → 얇은 층으로 분할 → 층 쌓기 → 후처리’의 순서를 따릅니다. 층을 쌓는 방식은 크게 달라서, 논문에서는 공정 이름을 구분해 적습니다.

금속 부품은 분말을 레이저 등으로 녹여 쌓는 공정이 많이 연구되며, 이때 공정 조건이 미세조직을 거쳐 최종 물성으로 이어지는 관계가 핵심 주제입니다(DebRoy 외, 2018; Frazier, 2014).

언제 쓰고 무엇을 얻나

• 얻는 것: 절삭으로는 만들기 어려운 내부 격자·중공 형상, 맞춤 제작, 소량 시제품.
• 층 수와 시간: 층 두께를 줄이면 표면은 매끈해지지만 쌓아야 할 층 수가 늘어납니다. (가상의 예) 높이 30 mm 부품을 층 두께 0.2 mm로 쌓으면 150층, 0.1 mm로 쌓으면 300층입니다.
• 읽을 때의 주의: 같은 형상이라도 공정·재료·빌드 방향·후처리에 따라 물성이 달라 결과를 다른 논문과 곧바로 비교하기 어렵습니다. 교재 수준의 개관은 Gibson 외(2021)를 참고할 수 있습니다.

논문에는 이렇게 적는다

재현에 필요한 조건을 빠뜨리지 않는 것이 핵심입니다.

• 장비와 공정 이름, 재료(제조사·로트, 분말이라면 입도 분포)
• 층 두께, 빌드 방향, 시편 배치, 지지 구조 여부
• 후처리(열처리, 표면 가공 등)와 그 조건
• 시편 수와 시험 방법(예: 굽힘 시험의 규격)

예: FDM 방식으로 층 두께 0.2 mm, 빌드 방향 0°와 90° 시편을 각 5개 제작하여 굽힘 시험을 하였다. (형식을 보여 주는 가상의 문장)

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

국내 학술지 논문에서 이 용어가 쓰인 문장을 그대로 옮겼습니다. 제목·학술지·연도와 원문 링크를 함께 적었습니다.

• “기존의 3D 프린팅은 조직공학에 중요한 진전을 가져왔으나, 동적 적응성 부족, 혈관의 낮은 장기 개통성, 심장 패치에서의 산소 확산 한계 등의 제약이 존재한다.”

  4D 프린팅 기반 스마트 생체재료의 심혈관 조직공학 응용 연구 동향, 공업화학, 2025 · KCI 한국학술지인용색인 · 원문 보기 ↗

• “이로 인해, 3D 프린팅으로 제작된 소구경 혈관 이식편은 수개월 내 폐색이 빈번히 발생하며, 두께가 200 µm를 초과하는 심장 패치는 세포 괴사를 피하기 어렵다.”

  4D 프린팅 기반 스마트 생체재료의 심혈관 조직공학 응용 연구 동향, 공업화학, 2025 · KCI 한국학술지인용색인 · 원문 보기 ↗

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

레이저로 금속 분말을 층층이 녹여 붙이는 방식으로 시편을 만든 뒤, 그 강도와 변형 특성을 시험했다는 뜻입니다.

플라스틱 필라멘트를 녹여 층층이 쌓는 방식으로 만든 시편이, 쌓는 각도를 달리했을 때 휘는 힘에 얼마나 잘 버티는지를 비교했다는 의미입니다.

컴퓨터로 불필요한 재료를 최대한 덜어낸 최적 형상을 설계한 뒤, 그 복잡한 형상을 실제로는 적층 제조 방식으로 찍어내어 무게를 줄인 부품을 만들었다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

적층 제조 논문에서는 공정 방식에 따라 결과 물성이 크게 달라지므로, SLM(선택적 레이저 용융)·FDM(융착 적층)·EBM(전자빔 용융) 등 세부 공정명을 구분해서 읽는 것이 중요합니다. 층과 층 사이의 접합이 불완전하면 기공(porosity)이나 미세균열 같은 결함이 생길 수 있고, 이는 곧 파괴인성이나 피로 수명 저하로 이어질 수 있습니다. 또한 출력 후 잔류 응력을 낮추고 물성을 균일화하기 위해 열처리나 후가공을 함께 적용하는 경우가 많으며, 논문에서 이런 후처리 조건이 함께 언급된다면 최종 물성 비교 시 반드시 함께 확인해야 합니다.

주의할 점

적층 제조로 만든 부품은 층이 쌓이는 방향(빌드 방향)에 따라 강도나 연신율 같은 기계적 물성이 달라지는 이방성을 가지는 경우가 많습니다. 즉 같은 재료라도 어느 방향으로 힘을 가하는지에 따라 응력-변형률 곡선의 모양이 달라질 수 있어, 전통적인 절삭 가공 부품처럼 모든 방향에서 물성이 동일하다고 단순하게 가정하면 안 됩니다.

헷갈리기 쉬운 용어

적층 제조는 공정 전체를 가리키는 큰 이름이고, 아래는 그 안의 구체적 방식입니다.

표는 방식의 큰 구분만 적었으며, 세부 사양은 장비마다 다릅니다.

참고 문헌

1. Frazier, W. E. (2014). Metal additive manufacturing: A review. Journal of Materials Engineering and Performance, 23(6), 1917–1928.
2. DebRoy, T., Wei, H. L., Zuback, J. S., Mukherjee, T., Elmer, J. W., Milewski, J. O., Beese, A. M., Wilson-Heid, A., De, A., & Zhang, W. (2018). Additive manufacturing of metallic components – Process, structure and properties. Progress in Materials Science, 92, 112–224.
3. Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B., & Khorasani, M. (2021). Additive manufacturing technologies. Springer International Publishing.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.

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