3D프린팅을 위한 래티스(Lattice) 구조 설계 가이드
래티스(격자) 구조는 기존 제조 방식으로 구현하기 어려웠던 복잡한 내부 기하학을 가능하게 하는 설계 기법입니다. 적절히 설계된 래티스 구조는 재료 소모량을 줄이고, 부품 강성을 유지하며, 제품 경량화에 효과적입니다.
본 가이드는 래티스 구조 설계 시 고려해야 할 주요 요소를 정리하여, 3D 프린팅 품질 확보와 후처리 안정성을 위한 기준을 제공합니다.
래티스 구조란?
래티스 구조는 노드(Node)와 스트럿(Strut)으로 구성된 셀(Cell) 패턴이 3차원으로 반복되는 구조체입니다. 자연계의 벌집 구조, 해면체에서 유사한 기하학적 원리를 찾을 수 있으며, 3D 프린팅 기술을 통해 가장 효율적으로 구현됩니다.
래티스 구조의 주요 장점
- 재료 사용량 감소: 내부를 비우고 격자 구조로 대체하여 재료 소모를 줄입니다.
- 기능적 성능 조정 가능: 셀의 밀도, 크기, 형상을 조절해 강성(Stiffness), 충격 흡수(Energy Absorption) 등 원하는 기계적 특성을 구현할 수 있습니다.
- 복잡성 구현: CNC 등 전통 가공 방식으로는 제작하기 어려운 내부 구조를 SLS·SLA 기반의 3D 프린팅으로 구현할 수 있습니다.
래티스 구조의 주요 분류
래티스 구조는 설계 목적에 따라 여러 형태로 분류됩니다.
A. 기하학적 유형
| 유형 | 설명 | 예시 패턴 |
|---|---|---|
| 스트럿 기반 (Strut-based) | 노드와 스트럿으로 구성된 가장 일반적인 구조 | Cube, Octahedral, Tetrahedral |
| 평면 기반 (Planar-based) | 2D 패턴이 반복되어 3D 구조를 형성 | Honeycomb, Voronoi |
| TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) | 삼중 주기 최소 표면 구조로, 표면적이 넓고 유체 흐름에 유리 | Gyroid, Schwarz D |
B. 분포 방식
- 주기적(Periodic): 셀 크기·형상이 일정하게 반복
- 확률적(Stochastic): 셀 구조가 불규칙해 특정 방향의 강도 확보에 유리
TPMS와 확률적 기반 구조는 특히 항공우주 산업 및 생체 의료 분야에서 널리 사용되고 있으며, SLS·MJF 3D 프린팅과의 호환성이 높습니다.
래티스 구조의 효과와 고려해야 할 과제
A. 효과
| 구분 | 이점 | 적용 사례 |
|---|---|---|
| 경제성 | 재료 사용량 감소 → 출력 시간 및 비용 절감 | 대형 샘플, 내부 충진재 대체 |
| 기능성 향상 | 충격 흡수·유연성·내구성 극대화 | 보호 장비, 패딩, 신발 중창 |
| 특수 목적 | 열전달 향상, 생체 적합성 증가 | 열 교환기, 정형외과용 임플란트 |
B. 설계 및 제조 단계의 과제
- 데이터 처리량 증가
구조의 복잡성 때문에 파일 크기가 크게 증가하며, 시뮬레이션 및 렌더링에 고성능 워크스테이션이 요구됩니다. - 제조 가능성(DfAM) 확보 필요
셀 배치 방향, 스트럿 두께, 부재 간 간격 등 제조 공정별 제약을 고려해야 합니다.
래티스 구조 설계를 위한 실무 DfAM 가이드
A. 전문 설계 소프트웨어 활용
일반 CAD는 래티스 구조 생성·변형에 한계가 있습니다.
토폴로지 최적화 및 제너레이티브 디자인 기능을 갖춘 nTop, Netfabb 등 전문 도구를 활용하는 것이 효율적입니다.
B. 공정별 제조 가능성 고려
1) 파우더 베드 퓨전(SLS, MJF)
- 내부 잔류 파우더 제거를 위해 충분한 크기의 배출구(Drain Hole) 확보 필요
- 셀 내부 연결 경로가 막히지 않도록 설계
- PA12 기반 SLS/MJF 출력은 기능성 부품 제작에 적합
2) 레진 기반 SLA
- 오버행에 민감하여 셀 방향을 신중히 조정
- 서포트 제거가 어려운 폐쇄형 셀은 피해야 함
3) FDM
- 스트럿 직경이 너무 얇으면 적층 강도가 낮아짐
- 단순 셀 구조가 적합하며 기계적 성능 확보는 추가 검토 필요
래티스 구조 제작 시 주의사항
A. 배출구 설계
폐쇄형 내부 구조에서는 파우더 또는 레진이 잔류할 수 있습니다.
- 배출구는 적절한 크기(일반적으로 직경 ≥ 3–5mm) 로 설계
- 접근성이 높은 위치에 배치
- 후처리 과정에서 자국이 발생할 수 있으므로 외관이 중요하지 않은 면에 위치시키는 것이 안정적
B. 서포트 발생 최소화
특히 SLA·FDM 기반 공정에서는 서포트 제거가 어려운 경우가 많습니다.
- 가능하면 45도 이하의 오버행 유지
- 후처리·연마 접근성이 확보되는 방향으로 셀 배치
서포트 제거 흔적 없이 제작을 원하면 SLS 공정을 선택하는 것을 추천 드립니다.
래티스 구조는 재료 효율성과 경량화 뿐 아니라 기능적 성능 향상까지 제공하는 3D 프린팅 기반 설계 기법입니다. 그러나 설계 복잡성, 제조 가능성, 파우더 처리 등 실무적 제약을 고려해야 최종 품질을 확보할 수 있습니다.
본 가이드가 래티스 구조 부품 설계에 도움이 되시길 바랍니다.
설계가 완성되면 제품은 크렐로에서 책임지고 빠르고 정밀하게 제작해 드리겠습니다.