DLP는 layer-by-layer 방식이나 한 layer을 한번에 제조한다는점에서 기존 Extrusion-based method에 비해 출력속도가 빠르다.
DLP는 출력 방향에 따라 크게 두가지 방식으로 분류되는데 bottom-up, top-down방식이 있다.
Top down은 출력형상 전체가 잠길정도의 Resin이 필요한반면 Bottom-up은 출력이 진행됨에 따라 형상이 Resin 밖으로 나올수있다. 즉, 같은 형상을 출력하더라도 Top-down방식에서 더 많은양의 Resin이 필요하다.
Bottom-up은 매 층 출력마다 VAT의 바닥면에 부착된 파트를 떼어내야한다. 그러므로 매층 출력시 suction force가 크게 발생하고 출력물의 강성이 약할경우 파단이 발생할수있다.
DLP 메커니즘을 간략히 나타내면 위와같다. z축 방향으로 형상을 슬라이스해 나오는 단면 이미지대로 계속 빛을 투과시켜 해당부분만 경화시키는 방식이다.
Material (Resin)
DLP의 재료 Resin(photopolymer)은 Oligomer, Monomer, Photoinitiator 로 구성된다. Oligomer은 주재료로, 출력물의 기계적 성질에 지배적인 영향을 미치며 주로 고점성 재료가 사용된다. Monomer또한 주 재료이나, Oligomer의 점도를 낮추는 용도로 사용된다. 점도가 높다면 layer이 바뀔때 Resin 충진이 바로바로 되지않아 프린팅이 원활히 되기 어렵다. 그렇기에 적절한 Monomer를 혼합해야 한다. 반면 Monomer의 비율이 지나치게 높아지면? Resin의 점도가 낮아지고, 프린팅자체는 원활히 될 수 있겠으나 최종 출력물이 Brittle할 수 있다. 그렇기에 적절한 비율의 Oligomer와 Monomer을 사용해야한다.
Photoinitiator(P.I)은 광경화 반응 기작을 한다. Oligomer+Monomer만으론 빛을 투과해도 Resin이 경화되지 않는다. 그렇기에 Resin에 광경화 성질을 부여하려면 P.I가 첨가되어야한다. P.I는 빛을 받으면 Radical을 형성하고, 이 Radical이 acrylate 이중결합을 열어 중합을 시작한다. P.I는 종류별로 반응하는 빛 파장대가 다르므로 상황에 맞는 재료를 선택해 사용하면 된다.
Q. DLP와 VAM의 차이?
둘다 photocuring - based printing인 점에서 비슷해보이나 DLP는 한 층을 한번에 완전경화시키는 방식이고, VAM은 층 개념이 없고 voxel에 light energy를 누적시켜 경화하는 방식이다. 즉, 빛이 한번 조사될때 한번에 경화가 되느냐, 아니냐의 차이가 있다. 같은 재료를 사용하지만 개념적으로는 근본이 아예 다른 방식이다.
Rodin의 Thinker 형상 예시이다. (VAM 개념이 처음 제시된 논문 Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction (2018, Science)에서 로뎅의 Thinker 형상을 예시로 뽑았는데 VAM쪽에선 나름 하나의 상징적인 예시로 활용되고있다..) 암튼 위 그림을 보면 두 기법의 차이를 직관적으로 이해할 수 있을것이다. VAM은 왼쪽그림처럼 회전해서 나오는 CT 이미지를 기반으로 빛을 투과시켜 경화하는 방식, 반면 DLP는 z축방향으로 형상을 잘라 단면이미지대로 빛을 조사하는 방식이다.
(물론, 회전을 시키지않는 VAM과 회전시키며 극좌표계 기반 DLP 관련 연구가 최근에 각 nature와 Int.J of Extreme Manufacturing에 소개되었으나, 각 기법의 기본 Baseline은 위와같다..)