빛에너지를 받아 굳어지는 수지
자외선(Ultraviolet, UV)나 전자선(Electron Beam, EB)등의 빛 에너지를 받아 굳어지는(경화) 합성 유기 재료를 광경화성 수지라고 합니다.
이 특성을 이용하여 만들어진 것이 Resin이고, 여러가지 화합물로 구성되어 있다는 점입니다.
전체 골격을 구성하는 베이스 성분, 빛을 흡수하여 경화를 시작하게 하는 성분 등 여러가지 화합물을 원하는 목표를 달성할 수 있도록 배합 비율을 조정하여 만들어 집니다.
이 화합물을 만드는 것은 이 부분 전문가의 몫이겠지만, 우리가 알아야 할 것은 이 화합물이 주얼리를 만드는데 참고해야 할 특성입니다.
위에 언급한 문제를 인식하고 있어야 원하는 형상을 프린팅해서 목표하는 값에 맞는 결과물을 얻을 수 있습니다.
프린터도 레진도 모두 한계치와 문제점을 갖고 있으나, 매우 유용하다는 것입니다. 우리가 할 일은 한계치와 문제점을 정확히 알고 극복하는 방법을 찾는 것 입니다.
뭔 말? 빛으로 굳히는데 빛이 문제라니?
레진의 기본 색상은 투명입니다.
투명해야 빛이 레이어 두께를 통과해서 시작점부터 끝점까지 굳힐 수 있겠지요.
다양한 레진의 색깔은 보조제입니다.
레진이 완전 불투명하다고 가정하면 레이어의 시작점은 굳겠지만, 끝점은 굳지 않겠지요. 이렇게 레진이 만들어지면 결합력이 떨어져 원하는 모양을 완성할 수 없기 때문에 기본적으로 UV광선이 통과할 수 있는 투명도를 갖고 있어야 합니다.
당연한 이 속성이 문제를 일으킵니다.
반지를 가로로 눞혀서 그림처럼 서포터를 달고, 프린팅합니다.
어떤 문제가 예상되나요?
정교한 기계니까 잘 나올 것이라고 예상하시나요?
보석이 셋팅될 부분의 단면을 자르면 위와 같은 단면과 형상을 갖고 있습니다. 실제 출력을 해보면 아래와 같이 나옵니다.
OOC = Opacity Over Curing
레진의 투명도(Opacity)가 원인이 되어 원하지 않는 부분에 추가(Over)되어 경화(Curing)되는 현상을 지칭하는 우리가 만든 말입니다.
이 현상은 많고 적음의 차이는 있겠지만, 우리가 사용해 본 모든 레진에서 발생했습니다.
셋팅될 단면의 첫번째 레이어가 조형되고, 2번째 레이어가 조형될 때 첫번째 레이어 윗면에 고여있는 레진의 일부가 투과되는 빛의 영향을 받아 추가로 굳어져 붙게 됩니다.
이 OOC는 이 현상이 발생할 수 있는 모든 단면에 존재하게 되므로 필히 유념해야 합니다.
연구진의 표현을 빌리면, '양날의 칼'과 같다고 합니다. 이 현상을 최소화하면 '주조'에 문제가 발생할 것이고, 너무 풀어주면 '주조성은 좋아지지지만 형상 조형에 문제'가 발생할 것이라고 합니다.
다행이 연구 개발진이 국내라서 여러가지 문제점을 소통하면서 최선의 레진을 개발하는 계기가 되었던 것은 큰 행운이라고 생각합니다.
우리는 주조성을 유지하면서 이 현상을 최소화하기 위해서 7번이나 성능 개선을 시도했다는 점을 참고하시기 바랍니다.
일부 레진은 이 정도가 심해 출력후 1개월 후에는 사용할 수 없을 수도 있습니다.
좋은 주조 결과을 얻기 위해서 전 세계 레진을 샘플 구매하여 실험을 해 봤었습니다. 유럽 쪽에서 Wax Castable Resin 구매하여 프린팅후 주조해 본 결과, 쓸만하다는 판단을 했고, 여러가지 디자인을 출력한 후에 필요에 따라 실제품을 만들던 중 호수도 안맞고 보석 셋팅에도 문제가 있다는 점을 발견했습니다.
같은 호수인데, 왼쪽 출력물은 2개월 후 계속 경화가 진행되어 축소된 예입니다.
이 레진을 사용해 본 후로는 모든 레진을 충분히 후경화(Post Curing)을 해서 추가 축소 여부를 판단한 후에 사용여부를 판단하는 계기가 되었습니다.
따라서, 현재 사용하고 있는 레진이 있다면 후경화를 기존 시간보다 10배이상 진행한 후에 축소여부를 판단 한 후에 사용하시길 권장드립니다.
태워보니까 잘타고 남는 것이 없더라 라는 말의 포장
100% Ash-free, Wax Casterable Resin 이라고 유럽 쪽에서 1Kg에 350불인 레진의 연소 실험입니다. 수입해 쓴 레진중에서는 괜찮은 편에 속했으나, 후경화후에도 계속 경화가 진행되어 수축됨으로써 출력물을 모두 폐기했던 것 중에서 일부를 연소실험한 것 입니다.
연소실험 과정에 볼 수 있듯이 연소후 뼈대처럼 보이는 잔여물이보이고, 이 잔여물이 매몰된 석고 안에 존재한다고 가정하면, 주조물의 결과를 보지 않아도 알 수 있을 것 입니다.
초기에는 이정도 잔여물은 금이나 은으로 주조할 때, 무거운 용융된 금속이 치고 들어가면 표면으로 솟아 오를까? 하는 생각도 했었지만, 결과는 용융된 금속이 들어가면서 부서지면서 원하지 않는 부분에 파인 자국(Creaer-달 표면에 운석 충돌로 생긴 파인 작은 웅덩이)을 남기는 원인일 것으로 예상하고 있습니다.
혹시, 이 레진에 관심을 갖고 있다면 위 동영상 실험을 참고하여 결정하시기 바랍니다.
정말 남는 것없이 잘타네!!!
Casterable+ 라는 레진의 연소 실험입니다. 대만의 글로벌 그룹 산하 xyz프린터 업체에서 만든 레진이고, 현재도 우리가 보유한 DLP 프린터에서 사용하고 있는 레진입니다.
이 레진이 나오고, 어렵게 출력값을 잡고난 후에 거의 대부분의 제품을 Direct Casting으로 전환케하는 계기가 된 레진입니다.
현재도 보유한 DLP에서 사용하고 있습니다.
연소실험에 본 것처럼 아주 잘 타고, 녹기때문에 일부 문제가 되는 주조품도 있지만 완제품을 만드는데 어렵지 않을 정도의 결과물을 만들 수 있었습니다.
다만, 이 DLP프린터는 작동에는 이상이 없지만, 보완되어야 할 기계적 결함이 2군데 정도 있다는 것이 아쉽고, 프린팅 속도가 매우 느린 단점으로 대규모 양산에는 매우 부적합한 기계라는 것이 아쉬운 점이라고 하겠습니다.
잘 녹고, 잘 타기까지!!!
Prefect Resin!!! 국산입니다.
Volume 7으로 수많은 시행 착오를 거쳐 개발된 레진을 수정하고 수정해서 7번째 수정한 레진입니다. 추가 수정 기간만 10개월여가 걸렸고, 조형성좋고, 완벽하게 레진이 연소될 수 있는 조건을 기본으로 갖춘 레진입니다.
첫 주조 테스트를 한 후에 깜짝 놀랬습니다. 세상에 모든 레진을 테스트해 본 것은 아니지만, 사용해 본 것 중에서 제일 좋은 결과물을 얻었거든요.
그래서 이름을 Perfect로 하자고 했습니다. 이 레진의 목표하는 지향점까지 고려한 이름이지만, 붙여줄 만 하다고 생각했습니다.
레진 연소 실험 과정을 보면 빠르게 녹는 것을 볼 수 있습니다.
빠르게 녹는다는 것의 의미를 아는 사람이라면 주조를 아는 사람이라고 할 수 있겠습니다.
그 의미를 모를 수 있는 캐드 디자이너를 위해서 설명해 드리면, Wax가 케스팅이 잘 되는 이유는 잘 타서 없어지는 것도 있지만 타기 전에 80℃ 전후에서 모두 녹아내리고 석고 표면에 붙은 왁스만 메몰된 내부에서 타 없어지기 때문입니다. 그래서 전기로에 넣을 때는 탕구를 아래 쪽을 향해 놓는 것이구요.
그래서, 잘 타는 것 보다 더 중요한 것이 낮은 온도에서 녹아내렬 수 있어야 한다는 것 입니다. 그래야 메몰된 내부에 최소의 레진이 남고, 이 남은 양만 700도 정도에서 연소될 수 있다면 가장 이상적 레진이라고 할 수 있겠지요.
Perfect 레진이 이 이상적 조건에 맞춰져 개발된 레진이라는 것 입니다.
아래 동영상에서는 연소가 아닌 액상화 실험으로 비교 설명을 드리겠습니다.
메몰된 석고 내부의 레진의 변화를 예측해 보는 실험
이 실험은 전기로 속에 들어간 메몰된 석고 안에서의 레진의 변화를 예측해 보기 위한 실험입니다.
실제와 동일한 조건을 관찰 할 수 있는 방법이 없기 때문에 간접 가열을 통해 열을 전달 받은 레진의 변화를 보면, 메몰된 석고 안에서 레진이 어떻게 변할지?를 예측해 볼 수 있지 않을까?하는 생각에서 준비된 실험입니다.
노출된 환경에서 레진이 잘 타는지? 어떻게 변화는지?를 관찰하는 연소 실험은 가장 간편하게 레진의 물리적 변화를 관찰하는데 유용한 방법이지만, 밀폐된 환경(레진이 석고안에 메몰되고, 전기로 안에서 가열되는 환경)에서 레진이 어떻게 변할지?를 알아보는 직접적인 방법은 없고, 이 실험처럼 간접 가열방식을 통해 그 변화를 예측해 보는 것이 최선일 것 같습니다.
동영상 실험에서 보면 스텐레스 철판이 빨갛게 달궈진 온도가 대략 800℃ 근처일 것이고, 그 근처 온도는 대략 500~700℃ 정도가 될 것으로 추정합니다. 이 추정치를 근거로 설명하면, Perfect 레진은 500℃ 근처에서 액상화가 진행되는 것으로 예상됩니다. 실험에서는 증기로 기화되는 형태로 보이지만 밀폐된 공간에서는 기화될 공간이 없기 때문에 액체화되어 흐를 것으로 추측됩니다.
이렇게 레진이 액상화되면서 중심부의 뽕대를 통해 흘러 나올 것 입니다. 액상화된 레진이 흘러나오면 내부에 공간이 생기기 때문에 레진의 기화가 시작될 것이고, 기화된 레진이 빈 공간을 채우기 시작할 것입니다. 이제, 석고 내부는 기화된 레진의 가스로 가득 채워질 것 입니다.
이젠, 메몰된 석고 내부에는 대부분의 레진이 빠져 나온 상태이고, 최소한의 레진 성분이 기화된 상태로 불 붙기를 기다리고 있는 상태라고 할 수 있습니다.
레진의 주성분 고분자 화합물의 연소 온도가 450~650℃라고 하니까, 전기로의 온도가 650℃에 도달하면 기화된 레진에 불이 붙을 것 입니다. 연소가 된다는 것은 부피의 팽창도 같이 이뤄지기 때문에 대부분의 성분은 외부로 밀려나가고, 메몰된 석고 내부에 남아있을 레진의 분자 화합물 성분은 극소화된 상태라고 할 수 있을 것 입니다.
어때요?
너무 과학적이라서 Art가 생각나지 않나요?
유럽의 Wax Casterable Resin!! - 너흰 무슨 생각으로 그렇게 레진을 만든거야? 이름에 Wax를 떡 붙여서 혹! 하게 만들고...너희말 믿고 1.5kg의 레진으로 뽑은 반지의 숫자를 시간으로 계산하면.... 말이 안나오네.... 그런데도, 지금도 Top 레진으로 지금도 팔고 있어요!!! 푸념은 여기까지.
사실, 이 부분은 레진 설계의 개념이기 때문에 이 개념을 공개할지 여부를 연구진과 의견을 나눴었습니다. 조심스럽게 물었더니, '공개해도 상관없습니다.'라는 답변을 들으면서 더 밝은 미래가 보인 것은 나만의 착각일까요?
그 후로 이 레진이 7번 수정되었습니다.
이 정도면 Perfect라는 말을 붙여도 되지 않을까요?
잠시만요~
미세한 양이지만, 레진 화화물 가스로 채워진 빈 공간에서 연소가 일어난 후의 상황까지 예측해 볼 수 있다면 레진의, 레진으로 인한 모든 결과를 예측해 볼 수 있을 것 같습니다.
아래의 한단계 더에서 설명드리겠습니다.
메몰된 석고 안에서도 노출된 실험처럼 타서 없어질 것이라고 생각하는거야?
'사고실험'이 필요한 부분입니다.
메몰된 레진이 있는 석고 플라스크가 있고, 전기로에 플라스크를 넣고 가열하기 시작합니다.
연소실험에서 볼 수 있듯이 일정온도 이상에서 유동성이 있는 레진을 A라고 하고, 유동성이 없이 발화되는 레진을 B라고 합시다
0도부터 가열되기 시작하는 전기로 속에서 일정온도 이상이 되면 A레진은 녹아서 흘러나옵니다.
유동성이 없는 B레진은 발화점에 도달해 연소가 시작된다고 합시다.
A와 B모두 폐쇠된 공간 속에 있다는 점을 상상해야 합니다.
유동성이 있는 A레진은 대부분의 레진이 플라스크 밖으로 흘러 나올 수 있지만, 발화가 시작되는 B레진은 불이 붙기 시작할 것 입니다.
밀폐된 공간 속에서 유동성을 갖고 흘러나오고 최소의 레진만이 연소될 수 있는 A레진이 좋을까요? 통채로 연소가 시작되는 B레진이 좋을까요?
사고실험으로 결과를 예측할 수 밖에 없는 문제입니다.
완전 연소되는 레진은 세상에 존재할 수 없습니다.
레진은 분자 구조가 복잡한 고분자와 비교적 단순한 저분자의 결합으로 만들어져 있습니다. 고분자는 형상을 만드는데 주 역할을 한다면, 저분자는 보조 역할을 하면서 전체 레진의 속성을 결정하는 역할을 한다고 볼 수 있습니다.
반면, Wax인 파라핀은 탄소분자로 이뤄진 탄화수소분자의 화합물이라서 대기 환경에서 완전 연소가 될 수 있는 기본 조건을 갖추고 있습니다.
이렇게 다른 점이 있는데 왁스처럼 완전 연소를 바란다는 것은 논리적 모순에 도달할 수 있습니다.
논리적 사고 실험을 전개해 보면, 레진에 열을 가하면 연소가 될 것 입니다. 연소 과정을 머리 속으로 상상하고, 0을 연소 단계의 시작점으로 보고 100을 완전 연소 단계로 상상해 보면 100에 도달하기 직전까지는 불완전 연소 단계라고 할 수 있고, 이 불완전 연소 단계에서는 필연적으로 그을음(불완전 연소된 화합물의 잔여물)이 발생할 것 입니다.
연소 실험에서 나오는 그을음이 이 과정에서 발생하는 것이라고 볼 수 있습니다.
논리적으로 생각해 보면, 좋은 레진이 있을 수는 있지만 완벽하게 Wax와 동일한 레진은 없다라고 할 수 있습니다.
레진의 한계성이 이해되시나요?
이 한계성을 알고 있어야 다음 단계로 나갈 수 있을 것 입니다.
우리는 레진의 이 한계성을 최소화하는데 노력하고 있고, 이 최소화된 한계성마저 극복하기 위해서 또 다른 노력을 하고 있습니다.
또 다른 노력은 레진 주조 방법에서 설명드리겠습니다.
맞습니다. 안정화되면 한가지 레진으로 자신만의 출력데이타 값을 잡는 것이 중요합니다.
기본 출력의 크기는 LCD 스크린에 투영되는 단면의 크기로 결정됩니다.
크기의 편차를 가져오는 요인에는 FEP 필림 두께와 조형하는 레이어의 두께로 인하여 투사되는 빛의 범위가 넓어진다는 점이 하나있고, 레이어 조형 시간이 길어지면 넓어진 빛의 범위만큼 출력 크기가 커진다는 것 입니다.
이런 현상은 레진의 종류와 기계의 종류에 따라 각기 달라질 수 있다는 점도 결과물을 얻기위한 고려 사항이라고 할 수 있습니다.
이런 편차를 예측하고 줄이기 위해서는 한가지 레진으로 출력을 계속하는 것이 좋습니다.
출력값을 잡는데 0.5Kg을 소모한 레진도 있습니다.
DLP 기종 중에는 광원을 레이저로 쓰는 것도 있고, UV-LED를 쓰는 것도 있습니다. 당연하게도 LCD 기종은 UV-LED만을 사용합니다.
레진을 소재로 쓰는 프린터는 대부분 405㎚ 파장의 램프를 사용한다고 명기하고 있지만, 프린터 회사의 전용 레진 사용을 강제하기 위해서 약간 파장이 다른 경우도 있는 것 같습니다.(회사에서 공시하지 않은 사항이라 추정할 뿐 입니다.)
0.5Kg을 소모하면서 출력값을 잡은 에를 설명드리면
먼저, 프린팅 플래폼에 플래폼 출력 최대 출력 크기에 맞게 0.5t 두께의 솔리드를 만들어 출력하면서 초기값을 잡습니다. 레진 속성이 매우 연약해 프린팅 플래폼에 이 값을 찾는데, 설정할 수 있는 최대값에서 부터 설정값을 내리면서 초기값을 잡았습니다.
출력물이 연약하기 때문에 서포트의 최소값을 결정하는 것도 다른 레진과 상당한 차이가 있어 서포터의 갯수와 직경을 조금씩 키우면서 무너지는 것을 잡았습니다.
이렇게 기본적인 출력이 될 수 있도록 값을 잡은 후에 원하는 형상을 출력하면서 커지는 현상만큼 축소하여 출력물을 뽑았습니다.
생각해 보면, 이런 노력은 이 레진이 최선의 선택이라고 생각했기 때문에 출력값을 잡고자 노력했었던 것이고, 이런 노력을 하면서 레진의 속성을 좀 더 깊게 이해하는 공부가 된 것 같습니다.
만약, 어떤 레진의 출력에 어려움이 있다면