프린터의 역사

프린터의 작동방식, 종류, 가격 및 3d프린터의 개발로 바라본 프린터의 발전 방향

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프린터의 작동방식

프린터기의 종류 및 관리방법

*dot printer (도트프린터) : 충격식 프린터의 일종으로, 퍼스널컴퓨터 등에 많이 사용되는 인쇄 장치이다. 문자나 숫자, 기호, 도형 등을 점(dot)의 조합으로 출력하는 인쇄장치로서 각 점은 행과 열로써 구성된다. 점 행렬의 크기는 문자의 모양을 좌우하게 되는데 7×5행렬로부터 복잡한 문자를 나타낼 수 있는 24×24행렬 등이 있다. 점의 수가 많을수록 글자의 모양이 섬세하며, 정확하게 출력된다. 도트 프린터는 라인 프린터보다 가격은 싸지만 인쇄속도가 느리다.

*inkjet printer (잉크젯프린터):종이에 잉크를 분사하는 방식으로 인쇄하는 프린터를 가리킨다. 즉 작은 구멍에 순간적으로 열을 가하면 기포가 발생하는 원리를 이용한 것으로서, 정교한 프린터 헤드의 내부에 열을 가해 기포가 잉크를 노즐 밖으로 분사 시킴으로써 종이에 인쇄되게 한다. 레이저 프린터 다음으로 인쇄 속도가 빠르고 소음이 적으며, 가격도 비교적 저렴한 편이다.

*LASER beem printer (레이저 빔 프린터) :레이저 빔 프린터는 양질의 레이저 감광 처리 기술과 복사기 기술이 결합되어 이루어졌다. 이 프린터는 비충격적 프린터의 일종으로, 빛에 민감한 물질 위를 레이저 광선이 통과하면서 영상을 만들고, 이를 다시 종이 위에 옮기는 방식으로 인쇄하게 된다. 레이저 빔 프린터의 좋은 점은, 소음이 적고 높은 해상도로 글자체가 섬세하며 아름답다. 그리고 인자 속도가 매우 빠르다. 또한 OCR이나 바코드(bar code) 인쇄도 가능하여, 종래 프린터의 단점을 잘 보완하고 있다. 그러나 가격이 매우 비싸다.

*laser printer (레이저 프린터): 텍스트와 그래픽 이미지를 용지에 압착 시키기 위해 복사기의 정전기적인 복사 기법을 사용하는 고해상도 프린터.레이저 프린터는 복잡한 기계지만 그 작동 방식을 이해하는 것은 어렵지 않다. 레이저 프린터의 콘트롤러 회로는 컴퓨터로부터 인쇄 명령을 받아서 해당 페이지상의 모든 점에 대한 비트맵을 만든다. (그래픽 이미지를 저장하는 데는 약 1M의 메모리가 필요하다.) 콘트롤러는 프린터 엔진의 레이저가 이 비트맵의 정확한 복사본을 직접 복사식 감광 드럼 도는 벨트로 전송하도록 한다. 빠르게 켜졌다. 꺼졌다. 하면서 광선은 드럼을 가로질러 가고, 광선이 이동할 때, 드럼은 광선에 노출된 영역을 충전한다. 충전된 영역은 드럼이 토너 카트리지를 지나가면서 회전할 때 토너 (전기적으로 충전된 잉크)를 끌어당긴다.

[에러발생시 체크포인트]

프린터의 에러는 대부분이 드라이버 설정이 잘못되어 일어나는 경우가 많다.사용자의 실수 혹은 사용자가 잘 몰라서 일어나는 경우가 많다는 얘기다.프린터의 에러의 경우 대부분은 10분 이내에 고칠 수 있는 것들이 많다.여기서는 인쇄가 되지 않을 때 체크포인트를 살펴보자.

1.잉크(혹은 토너)가 떨어졌는지 살펴본다.

;초보자들이 가장 많이 하는 실수로 잉크 카트리지의 잉크가 다 떨어졌는지도 모르고 프린터가 고장난 것인양 말하는 경우가 있다.잉크가 떨여졌는지는 잉크카트리지를 빼고 흔들어보면 쉽게 알 수 있다.레이저 프린터의 경우는 토너가 다 되면 Toner Low같은 메시지가 표시되므로 쉽게 알 수 있다.

2.프린터 케이블이 제대로 연결되어있는지 살펴본다.

;프린터 케이블이 조금만 빠져있어도 인쇄가 제대로 되지 않는다.간혹 I/O카드에 꽂는 프린터포트의 케이블이 빠져 있는 경우도 있으므로 이것까지 함께 점검해 본다.

3.프린터 드라이버가 제대로 설치되었는지 확인해 보자.

;위의 점검에서 잘못된 것이 없다면 드라이버가 잘못 설치됐을것이다.이럴 때는 드라이버를 모드 제거하고 다시 설치해본다.프린터 유틸리티를 함께 설치한 경우는 프로그램 삭제를 통해 제거해준다.그래도 계속해서 인쇄가 안되는 경우는 드라이버가 충돌이 생겨서 일 수도 있으므로 통신에서 최신 드라이버를 다운로드해 설치하도록한다.

[알아두면 좋은 것]

*프린터를 잘 관리 하는 방법

프린터를 잠시 사용하지 않을 때는 전원을 꺼두고  오랫동안 쓰지 않을거라면 잉크를 빼서 보관하는 것이 좋다. 그리고 용지가 한꺼번에 여러장 들어가지 않도록 잘 정리해서 넣는다.

*한 대의 PC에서 두 대 이상의 프린터를 연결해서 쓸려면 어떻게 해야하나?

먼저 프린터 분배기 가 있으면 쉽게 해결될 수 있지만 가격적인 면이 들어가니 시스템의 빈 ISA슬롯에 병렬포트용 I/O카드를 추가로 장착하면 두 대이상 쓸 수가 있다. 하지만 새로운 병렬포트를 사용하기위해서는 새로운 주소와 인터럽트,DMA 번지 등의 시스템 리소스가 할당되어야 하기 때문에 일반적인 환경에서 2개 이상을 연결하기엔 다소 무리가 따른다.

*레이저 프린터에서는 이면지를 사용하면 왜 안되는가?

잉크젯이나 도트프린터 등은 이면지를 사용해도 프린터에 영향이 전혀 없다. 하지만 레이저 프린터는 이면지를 사용할 경우  종이가 걸 리는 잼(JAM)이 일어나거나 프린터 고장의 원인이 될 수도 있다. 이는 레이저 프린터의 인쇄방법을 이해하면 쉽게 알 수 있다. 위의② 프린터에 관련된 용어를 참고하세요!

*레이저 프린터에서 메모리가 많으면 좋은점은?

레이저 프린터는 잉크젯이나 도트프린터와는 달리 페이지단위로 인쇄가 이루어진다. 즉, 잉크젯이나 도트는 헤드가 좌우로 움직이면서 점을찍고 그때마다 줄단위로 인쇄를 하게된다. 그렇기 때문에 인쇄속도도 그만큼 느릴 수밖에 없다. 하지만 레이저 프린터는 PC로부터 한페이지 분량의 데이터가 전송되면 인쇄가 이루어 진다. 그래서 잉크젯이나 도트프린터의 인쇄속도를 이야기 할 때 CPS를 레이저프린터의 경우는 PPM을 사용한다. 그런데 병렬 프린터를 통해 데이터가 전송되는데 소요되는 시간이 레이저프린터에서 인쇄하는 시간에 비해 느리기 때문에 이러한 속도 차이를 조절하기위해 버퍼메모리를 사용하게 된다. 일반적인 보급형 레이저 프린터의 경우는 보통 1~2MB 정도의 메모리가 사용된다.  고급 사무용이나 네트워크 프린터의 경우는 4MB이상의 메모리를 탑재 할 수 있어 많은 양이나 고해상도의 그래픽 출력도 빠르게 인쇄할 수 있다.

프린터의 종류와 방식

<프린터의 종류와 방식>

현재 사용하고 있는 프린터는 그 동작원리에 따라 크게 네가지로 분류할 수 있다.

첫 번째는 타자기와 동일한 원리의 도트프린터, 두 번째는 잉크를 분사해 인쇄하는 잉크젯 프린터, 세 번째는 복사기와 동일한 원리의 레이저프린터, 그리고 마지막으로 특수 잉크필름과 용융/승화 등의 특수 동작으로 인쇄하는 열 용융/ 승화형 프린터가 있다.

하지만 열 용융/승화형 프린터는 사용목적이 주로 그래픽 작업에 한정되어 있기 때문에 그리 대중적이지 못하다.

도트프린터는 소음이 심하고, 인쇄 결과물이 깨끗하지 못한 단점이 있지만 유지비가 저렴해 아직싸지도 사무실 등에선 계속해서 사용되고 있다.

그리고 요즘 출시되는 잉크젯프린터들은 그 인쇄 품질이 점점 발전해 지금은 거의 실제 사진과 비슷한 품질의 인쇄물을 제공하는 제품도 있다.

 

1. 도트프린터

도트프린터의 동작 원리, 9핀으로 구성된 글자보다24핀으로 구성된 글자가 훨씬 미려하다.

프린터의 시초라 할 수 있는 도트(Dot)프린터의 원리는 타자기와 같다.

즉, 잉크가 묻어있는 잉크리본 위에 충격을 주어 인쇄하고자 하는 글자를 찍는다.

다만 타자기와 다른점은 도트프린터의 헤드는 하나라는 점이다.

그러면 하나의 헤드로 어떻게 다양한 문자들을 출력할 수 있을까?

아마 도트프린터를 사용해 봤던 사용자라면 “9핀” “24핀” 이라는 용어를 들어 봤을 것이다.

즉 9핀 도트프린터는 프린터 헤드에 9개의 핀이 3×3형식으로 배치되어 있어 한 개의 문자를 찍을 때 필요한 핀이 튀어나와 충격을 준다.

마찬가지로 24핀의 프린터는 6×4의 형식으로 핀이 배치되어 있다.

물론 9핀 보다 24핀이 더 깔끔한 문자를 인쇄할 수 있다.

특히 9핀 도트프린터의 경우, 인쇄된 글자의 퀄리티가 일반 타자기보다 못했기 때문에 출시된지 얼마 안돼 사라지고 말았다.

이렇게 충격에 의해 인쇄를 하다보니, 프린터를 오래 사용하면 핀이 튀어나오지 않거나 핀끝이 닳아 인쇄물 전반에 걸쳐 하얀색 줄이 그어지곤 한다.

하지만 도트프린터의 가장 큰 장점은 프린트 용지의 좌우에 구멍(Pinhole)이 뚫려 있는 연속용지를 사용할 수 있도록 해, 사무용 서식이나 각종 증명서, 혹은 영수증 등을 발급할 때 유용하게 사용되고 있다는 점이다.

물론 잉크젯프린터도 종류에 따라 연속용지를 사용할 수 있는 옵션이 제공되기도 한다.

 

2. 잉크젯 프린터

잉크젯프린터의 기본 원리는 잉크를 분사해 종이 위에 글자를 찍는 것이다.

하지만 국내에 출시된 잉크젯 프린터 제조사별로 그 방식이 조금씩 다르다.

– 버블젯 분사방식

공기 방울을 사용하는 버블젯 분사방식.

잉크를 분사할 때 공기의 양을 조절해 잉크 방울의 크기를 조절한다.

국내 롯데캐논에서 출시되는 BJC 시리즈 잉크젯 프린터에서 사용하는 방식이다.

버블젯 방식은 노즐속에 있는 잉크를 밀어낼 때 공기방울을 이용해 잉크를 밀어낸다.

또한 잉크를 분사하는 과정에서 잉크의 양을 조절하는 방식으로 필요에 따라 잉크 방울의 농도와 지름을 줄이는 기술을 사용하고 있다.

– 마하젯 분사방식

한국엡손이 출시하는 스타일러스 시리즈 잉크젯 프린터에서 사용하는 방식이다.

잉크의 분사 방식은 우리가 흔히 볼 수 있는 주사기처럼 노즐의 뒷면에서 입력된 신호에 따라 충격을 주어 잉크를 분사한다.

하지만 노즐 자체가 마이크로 피에조(Micro Piezo)노즐을 사용해 기존의 잉크 방울 지름보다 훨씬 작다.

마하젯 분사방식에서 사용하는 마이크로 피에조 노즐은 입력되는 신호에 따라 뒤쪽의 플래이트가 줄어드는 크기를 조절할 수 있기 때문에 미세한 크기의 잉크방울을 분사할 수 있다.

– 써멀젯 분사방식

순간적인 고열로 잉크를 분사하는 써멀젯 분사방식.

순간전압으로 잉크를 분사하기 때문에 깨끗한 잉크 분사를 자랑한다.

한국HP에서 출시하는 데스크젯 시리즈 잉크젯프린터에서 사용하는 방식이다.

소위 “열 전사 분사방식”으로 표현되는 이 기술은 잉크가 담겨있는 분사 노즐에 순간적으로 고열을 가해 잉크방울이 튀어나가게 하는 기술이다.

 

이렇게 잉크젯프린터의 기본적인 동작 원리는 잉크를 분사한다는 간단한 원리를 가지고 있지만 각 프린터 제조사 별로 고유의 방식을 사용하고 있다.

또한 잉크의 품질을 개량하고 발전시켜 좀 더 깨끗하고 정밀한 출력물을 제공한다.

 

3. 레이저프린터

정전기를 사용한 레이저 프린터의 동작원리

붕어빵에 붕어가 들어 있는게 아니듯, 레이저 프린터도 레이저로 동작하는 것은 아니다.

레이저프린터는 복사기와 마찬가지로 종이위에 전자 극성을 주어 잉크 가루를 흡착 시키는 방법을 사용한다.

즉, 종이가 들어가면 레이저프린터에 입력된 데이터에 따라 정전기의 원리를 이용해 종이위에 인쇄될 부분만 +극성을 갖게 한다.

그 다음 드럼이 회전하면서 토너를 지나가면서 +극성을 갖는 부분에는 토너가 들러붙는다. 여기에 드럼이 계속회전하면서 붙어있는 토너를 고정시켜 인쇄가 되는 것이다.

따라서 레이저프린터의 드럼과 토너를 제때 갈아주지 않으면 인쇄 결과물이 흐리게 나타나는 것이다.

 

4. 열 용융/승화 프린터

열 용융/승화형 프린터는 고급 그래픽 작업 등, 특수한 목적에 사용하는 만큼 동작 원리도 유별나다.

이 프린터는 3색이나 4색으로 분리되어 있는 컬러 잉크 필름을 사용한다.

이 필름에는 고체 상태의 컬러 잉크가 얇은 막으로 붙어 있다.

열 용융/승화형 프린터는 이 필름에 열을 기화시켜 종이에 흡착시키는 방법을 사용한다.

이들 프린터의 장점은 실제 모니터에 보이는 화면 그대로, 실제 사진처럼 출력해 준다는 점이다.

반면 기본적인 컬러 필름의 가격이 상대적으로 고가이고 전용지를 사용해야 하는등. 유지비가 너무 많이 소모된다는 단점이 있다.

국내에선 대우에서 출시한 DVP(Digital Video Printer)과 코닥에서 출시하는 전문용 프린터가 열 승화 방식을 사용한다.

3차원 인쇄

3차원 인쇄(영어: 3D printing)[1]는 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술이다.

3차원 프린터는 밀링 또는 절삭이 아닌, 기존 잉크젯 프린터에서 쓰이는 것과 유사한 적층 방식으로 입체물로 제작하는 장치를 말하며, 컴퓨터로 제어되기 때문에 만들 수 있는 형태가 다양하고 다른 제조 기술에 비해 사용하기 쉽다.[2] 단점으로는 현재 기술로는 제작 속도가 매우 느리다는 점과,[3] 적층 구조로 인해 표면이 매끄럽지 못하다는 점 등이 있다.

3차원 인쇄 기술은 제 3의 산업혁명으로 불리며, 산업 전반에 걸쳐 제조 기술의 큰 변화를 가져올 것으로 예상되고 있다.[4]

역사

1981년 일본 나고야 시 공업 연구소의 고다마 히데오(小玉秀男)가 처음 이론화했고 1986년 미국의 척 헐(Chuck Hull)이 특허를 얻어 설립한 3D 시스템스(3D Systems)사에서 처음으로 제품화하였다.[5][6]

아직 해결해야 할 문제

아직 기술적으로 완전히 완성된 것이 아닌 3D프린터는 아직 해결해야 할 문제들을 갖고 있는데 그중에 대표적으로 인쇄되어 나올 때 휘어짐 현상이 있는데 이 휘어짐 현상이 해결되려면 인쇄 원리 자체가 바뀌어야 하기에 바로 해결될 문제가 아니라고 한다.[출처 필요]

3D 프린터의 다양한 활용분야

3D프린터의 실제 개발된 사례를 보자면 여경만을 위한 여성경찰보호복 패턴을 개발하는데 쓰였는데 이는 3D프린터가 아니라면 개발될 수 없었을 것이다. 이 뿐만 아니라 옷의 패턴개발에 많은 발전이 있을 뿐만 아니라 또 하나를 보자면 용접이나 정형외과 분야에서도 3D프린팅 기술을 유용하게 사용을 할 수 있다[출처 필요] 건축 분야에도 활용되고 있다.[7]

작동 원리

종류

일반적으로 가공방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

  • 적층가공(additive manufacturing) – 가루나 액체 형태의 재료를 굳혀가며 한 층씩 쌓는 방식이다. 비교적 복잡한 모양을 만들 수 있고, 제작과 채색을 동시에 진행할 수 있다는 장점도 있다. 다만 완성품의 표면이 매끄럽지 못하여 품질이 상대적으로 떨어진다.
  • 절삭가공(subtractive manufacturing) – 재료를 공구로 깎아가며 모양을 만드는 방식으로, 비교적 매끄럽게 인쇄할 수 있지만 컵 같은 모양은 날이 들어가지 않아 만들기 어렵다.

3차원 인쇄는 적층가공 방식에 속한다.

제작 프로세스

  1. 모델링(modeling): 일반적으로 CAD 또는 3차원 모델링 소프트웨어를 이용하여 3차원 데이터를 완성하며, 3D 스캐너를 이용해 3차원 데이터를 얻을 수도 있다. CAD와 기기 간의 표준 데이터 인터페이스는 일반적으로 STL 파일 형식이다. 3D 스캐너로 생성된 파일은 보통 PLY 파일 형식을 쓴다.
  2. 프린팅(printing): 기계가 모델링 과정에서 만들어진 도면을 이용해 물체를 만들어내는 과정이다. STL파일을 읽어들여 CAD모델에서의 가상적인 단면을 만들어내 액체나 분말등의 재료의 연속적인 층을 생성한다. 인쇄 과정은 사용 방법과 모델의 크기와 복잡성에 따라 몇 시간에서 며칠 정도의 시간이 소요될 수 있다.
  3. 마무리(finishing): 인쇄된 결과물에 대해서는 필요할 경우 마무리 공정이 추가되기도 한다. 사포로 연마하거나, 색칠하거나, 인쇄된 파트들을 조립하는 공정이 추가될 수 있다.

해상도

3D 프린터는 기존 잉크젯과 동일한 구동 방식을 이용해 적층 방식으로 찍으므로, XY축 해상도와 함께 각 층의 두께로 해상도가 정해진다. 즉 한 층의 두께와 XY축의 해상도를 dpi(dots per inch)로 표현하게 된다. 2013년 현재 기술로는 일반적으로 한 층에 100µm정도 되고 어떤 기기들은 16µm정도까지도 표현하기도 한다. XY해상도는 50~100µm정도이다.

사회적 영향

3D 프린터의 보급이 제 3의 산업혁명으로 불리는 이유는, 기계 절삭 및 성형 등 기존의 생산 방식을 탈피하여 일괄된 방식으로 어떤 형태의 제품도 만들어낼 수 있기 때문이다. 치과 등의 의료 분야는 물론, 각종 가정용품을 비롯해 자동차나 비행기 등에 쓰이는 기계장치도 3D 프린터에 의한 생산이 가능하다. 이미 자동차 업계에서는 엔진 등 핵심 부품을 3D 프린터로 만들어내는 공정을 연구하고 있다.[8]

3D 프린터는 이론상 어떠한 물건도 만들어낼 수 있기 때문에, 각종 살상용 무기도 만들 수 있으며, 따라서 총기 등의 규제가 무력화될 수 있다는 우려를 낳고 있다. 그러하기에 정부차원에서 개인용 3d 프린터에 관한 안전지침을 만들어 알리는 것이 중요하다.[출처 필요]

2013년 5월 4일 미국에서는 디펜스 디스트리뷰티드라는 회사가 세계 최초로 3D 프린터로 제작한 권총의 시험 발사를 성공시켜 주목받았다. 이 회사는 3D 프린터 권총의 설계도면을 온라인에 공개했고, 이것이 논란이 되자 미국 국무부는 설계도면의 공개를 금지했다. 그러나 이미 다운로드 횟수는 10만건을 돌파한 후였다.[9]

2014년 일본에서는 3D 프린터로 찍어낸 권총을 5정 제조하여 소지하고 있던 대학 직원이 경찰에 체포되는 사건이 있었다.[10] 일본은 총기 소유가 불법이기 때문에 사회에 미친 충격은 더 컸다.

관련 기업

3D 프린터를 생산하는 관련기업으로는 나스닥 상장기업인 미국의 스트라타시스(Stratasys)가 업계 선두로 알려져 있다.[11] 그 외에 뉴욕거래소 상장기업인 3D 시스템즈(3D Systems) 등의 회사가 미국에서 잘 알려진 3D 프린터 관련 기업이다.

3D 프린터는 기존의 프린터 업계 강자인 HP에서도 많은 관심을 보이며, 2013년경부터 시장 진출을 선언해왔다. HP의 멕 휘트먼 CEO는 기존 3D프린터의 느린 속도 문제를 포함한 여러 단점들을 보완하여 자사의 제품을 내놓을 것이라고 2014년 발표한 바 있다.[12]

관련 공정

Type Technologies Materials
압출 가공(extrusion) 압출 적층 조형(Fused deposition modeling, FDM) 열가소성 수지 (e.g. PLA, ABS), HDPE(고밀도 폴리에틸렌), eutectic metals(공융 금속), edible materials(식용 물질)
실(Wire) Electron Beam Freeform Fabrication) (EBF3) 대부분의 금속 합금
알갱이(Granular) 직접 금속 레이저 소결(Direct metal laser sintering) (DMLS) 대부분의 금속 합금
전자빔 용해(Electron beam melting) (EBM) 티타늄 합금들
선택적 레이저 용해(Selective laser melting) (SLM) 티타늄 합금, 코발트 크롬 합금(Cobalt Chrome alloys), 스테인레스강, 알루미늄
선택적 열 소결(Selective heat sintering) (SHS) 열가소성 수지 분말(Thermoplastic powder)
선택적 레이저 소결(Selective laser sintering) (SLS) 열가소성 수지, 금속 분말, 세라믹 분말
잉크젯 헤드와 분말 상자기반 3D 프린팅([Powder bed and inkjet head 3d printing),석고기반 3D 프린팅 Plaster-based 3D printing (PP) 석고
적층(Laminated) 적층 제조 방식(Laminated object manufacturing) (LOM) 종이, 금속박, 플라스틱 필름
광 중합(Light polymerised) 광경화수지 조형방식(Stereolithography) (SLA) 광경화성 수지(photopolymer)
마스크 투영 이미지 경화(Digital Light Processing) (DLP) 광경화성 수지(photopolymer)

같이 보기

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