[배진솔의 전자사전]유튜버 사나고처럼? 3D펜은 어떻게 작동할까

배진솔 기자I 2020.07.04 07:00:00

3D프린터 원리에서 노즐만 떼서 펜으로…
열가소성수지 방식으로 필라멘트를 녹여 굳히는 원리
필라멘트에 따라 녹는점이 달라

[이데일리 배진솔 기자] 지난해부터 즐겨보는 유튜버가 한 명이 있습니다. 바로 260만명이 구독 버튼을 누른 자칭 3D펜 장인 ‘사나고(Sanago)’입니다. 요즘 밀레니얼 세대(1980년대 이후 출생자)가 ‘자기 충족적인 행복’을 추구하면서 즐길만한 취미를 찾는다고 하는데요. 자신이 원하는 대로 직접 만들어볼 수 있는 꽃·베이킹·요리 등 원데이 클래스가 인기인 이유도 여기에 있는 것 같습니다. 3D 펜도 마찬가지입니다. 3D 펜을 이용해 원하는 대로 캐릭터를 만들기도 하고 나만의 그림을 그려볼 수도 있는데요. 저도 밀레니얼 세대라서 그런지 이런 취미 하나 만들어볼까 하고 영상을 쭉 보다 보면 어느새 모든 영상을 다 봤더군요. 그래서 오늘 ‘배진솔의 전자사전’에서는 3D 펜의 작동원리부터 활용분야까지 알아보겠습니다.

3D프린터 열가소성수지 작동원리 (자료=Loughborough University)
◇3D프린터에서 노즐만 쏙 빼 3D펜으로

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.


◇녹는점이 각각 다른 3D펜의 재료…필라멘트

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.

플라스틱이 아닌 다른 재료를 쓰는 3D 펜도 있습니다. ‘크레오팝’은 펜에 빛을 비추면 굳는 특수 잉크인 포토몰리머를 이용해 자외선으로 굳히는 3D 펜인데요. 열을 가해 플라스틱을 녹이지 않아도 돼 냄새도 나지 않고 전기도 절약할 수 있게 만들었다고 합니다.

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.

유튜버 사나고가 벽을 수리하는 장면 (사진=사나고 유튜브)


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