📌 이 글의 핵심 3가지
① 평면(PCB) 회로의 한계를 극복하는 비평면(Non-planar) 전자회로 3D 프린팅이 실제 산업에 적용되고 있다.
② nScrypt·Neotech·Stratasys 등 글로벌 기업들이 이미 실증 사례를 만들었다.
③ 소프트웨어·하드웨어 양쪽 혁신이 맞물려 항공우주·방산·IoT 센서 분야 상용화가 가속화되고 있다.
우리가 흔히 아는 전자회로는 납작한 직사각형 기판, 즉 PCB(인쇄회로기판) 위에 펼쳐져 있습니다. 그런데 만약 회로가 원통이나 구면(球面), 혹은 복잡한 3차원 곡면 위에 직접 그려진다면 어떨까요? 공간 활용도가 극적으로 높아지고, 기존 설계로는 불가능했던 소형화·경량화가 동시에 실현됩니다. 바로 이것이 비평면(Non-planar) 전자회로 3D 프린팅이 전 세계 엔지니어들의 관심을 끌고 있는 이유예요.
왜 평면 PCB는 한계에 부딪혔나요?
원통·구면 기기에 평면 회로를 넣는 건 '사각 못을 둥근 구멍에 박는 것'
nScrypt의 CEO 켄 처치(Ken Church) 박사는 이 문제를 직설적으로 표현했습니다. "기존 평면 회로를 둥근 물체에 구현하는 건 사각형 못을 둥근 구멍에 박는 것과 같다"고요. 평면 PCB는 원통형 기기 내부의 귀한 공간을 차지하며, 설계 자유도를 심각하게 제한합니다. 반면 원통·원뿔 같은 곡면 위에 직접 회로를 프린팅하면 기기 벽면 자체가 회로 기판이 되어, 불필요한 내부 공간 낭비를 없앨 수 있습니다. (출처: Nonplanar 3D Printed Sensing Device Can Survive the Elements — 3DPrint.com)
📖 정의 블록
비평면(Non-planar) 3D 프린팅: 프린트헤드 또는 공구 경로를 고정된 수평 레이어로 제한하지 않고, 곡면·다양한 높이를 따라 3차원으로 이동시키며 소재를 적층하는 기술. 전자회로에 적용 시 곡면 기판 위에 직접 도전성(전도성) 소재를 디포짓할 수 있다.
비평면 적층이 가져오는 실질적 이점
- 공간 효율: 곡면 벽면을 회로 기판으로 활용해 내부 체적(Volume)을 확보
- 표면 조도 개선: 비평면 툴패스는 계단 현상(Staircase Effect)을 줄여 매끄러운 표면 마감을 달성
- 부품 강도 향상: 레이어 방향이 곡면에 최적화되어 층간 결합 강도가 올라감
- 출력 속도 잠재력: Stratasys·Novineer 협력 프로젝트는 항공우주 부품의 출력 속도 향상 가능성도 제시
(출처: Stratasys and Novineer to collaborate on non-planar toolpath optimization — Engineering.com)
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실제로 누가, 어떻게 구현하고 있나요?
nScrypt: 원통형 센서 기기를 단일 장비로 완성
미국의 nScrypt는 자사의 FiT(Factory in a Tool) 시스템을 활용해 원통 표면에 전자회로를 직접 프린팅하는 데 세계 최초로 성공했다고 밝혔습니다. 이 하이브리드 장비는 서브트랙티브(절삭) 기술과 적층을 동시에 탑재해, ①원통 표면을 정밀 밀링해 전자 부품 수용 공간 확보 → ②도전성 회로를 등각(Conformal)으로 마이크로디스펜싱 → ③부품 픽앤플레이스 및 임베딩까지 단일 장비에서 자동으로 처리합니다. 툴헤드와 소재를 실시간 자동 교환하는 것도 특징이에요. (출처: Nonplanar 3D Printed Sensing Device Can Survive the Elements — 3DPrint.com)
이처럼 복잡한 비표준 형상의 전자 시제품을 빠르게 검증해야 하는 경우, 반도체 비표준 부품을 3D 프린팅으로 빠르게 검증하는 프로토타입 사례도 참고할 만합니다. 형상 자유도가 높은 3D 프린팅은 전통 제조로는 구현하기 어려운 시제품 단계에서 특히 강력한 도구가 됩니다.
Neotech + APES: 5축 운동 제어로 전도성 소재 디포짓
독일의 Neotech(2009년 설립)는 비평면 전자 프린팅 전문 장비를 제공하는 선도 기업입니다. Neotech의 15XBT 모델은 5축 운동 제어와 피에조 액추에이터 프린트헤드를 탑재해 비평면 표면에 도전성 소재를 정밀 디포짓합니다. 45X G4 모델은 프린트헤드 4개가 병렬 처리되어 복수 부품의 생산성을 높이죠. 미국의 APES사는 Markforged 장비로 강성 구조체를 출력한 뒤, Neotech 장비로 전자회로를 사후 적층하거나, Neotech 단독으로 폴리머+전자회로를 동시에 인쇄하는 복합 방식을 운용합니다. 회로 소결(Sintering)을 통해 전기적 특성을 개선하는 공정도 단일 장비 내에서 완결됩니다. (출처: APES and Neotech Expand Electronics 3D Printing in North America — 3DPrint.com)
Stratasys × Novineer: 항공우주·방산을 타깃으로 한 비평면 툴패스 최적화
Stratasys는 Novineer와의 협력을 통해 비평면 툴패스 최적화 프로젝트를 추진 중입니다. Stratasys 소프트웨어 부문 부사장 제임스 페이지(James Page)는 "이 프로젝트가 비평면 3D 프린팅을 항공우주 분야의 실용적·확장 가능한 솔루션으로 확립할 것"이라 밝혔으며, 미 공군(AFWERX SBIR)과 연계해 임무 핵심 부품 제조의 가능성을 모색하고 있습니다. 표면 조도 개선, 부품 강도 향상, 출력 속도 향상이 기대 효과로 제시됐어요. (출처: Stratasys and Novineer to collaborate on non-planar toolpath optimization — Engineering.com)
방산 분야에서 3D 프린팅 도입이 여전히 신중하게 이루어지는 이유가 궁금하다면, 3D 프린팅이 군사 부품에 제한적으로 쓰이는 이유 — 신뢰성 검증 문제를 함께 읽어보시면 더 입체적인 시각을 얻을 수 있습니다.
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소프트웨어 혁신: 비평면 슬라이싱에 전력 제어까지
ENCY 2.7 업데이트 — 비평면 슬라이싱에 '출력 전력 제어' 추가
하드웨어만큼이나 소프트웨어도 빠르게 발전하고 있습니다. ENCY 슬라이서 2.7 버전은 비평면 슬라이싱 기능에 출력 전력 제어(Power Control) 기능을 추가해, 곡면 경로에서의 소재 토출량과 에너지를 더욱 정밀하게 조정할 수 있게 됐습니다. (출처: ENCY 2.7 update adds power control for non-planar slicing — Engineering.com) 참고로 Stratasys·Novineer 협력 역시 CNC 가공이 오래전부터 비평면 툴패스를 활용해온 점에서 착안, 동일한 개념을 3D 프린팅에 이식하는 방향으로 접근하고 있습니다.
이처럼 소프트웨어 알고리즘이 형상 인식 수준으로 고도화되는 흐름은, Geometry-Aware AI로 폴리머 AM이 생산 공정이 된 방법에서도 확인할 수 있습니다. 형상 인식 AI와 비평면 슬라이싱이 결합되면 설계-제조 간 피드백 루프가 훨씬 짧아질 것으로 기대됩니다.
❓ 자주 묻는 질문
Q. 비평면 전자회로 3D 프린팅은 기존 PCB 제조와 무엇이 다른가요?
A. 기존 PCB는 평면 기판 위에 패턴을 에칭하는 방식으로, 원통·구면 등 3차원 형상에는 적용이 어렵습니다. 비평면 3D 프린팅은 곡면 위에 직접 도전성 잉크를 디포짓하므로, 기기 외벽 자체가 회로 기판이 되어 내부 공간 효율과 소형화 가능성이 크게 높아집니다.
Q. 3D 프린팅으로 만든 비평면 전자 기기는 실제 환경에서도 작동하나요?
A. nScrypt의 사례에서 보듯, 원통형 센서 기기는 정밀 밀링·도전성 회로 프린팅·부품 임베딩을 단일 장비에서 완성해 실제 환경에서의 내구성을 목표로 설계됩니다. 또한 Neotech의 5축 장비는 회로 소결 공정까지 내장해 전기적 특성을 보강합니다.
Q. 비평면 3D 프린팅이 항공우주·방산 분야에 특히 주목받는 이유는 무엇인가요?
A. 항공우주·방산 부품은 복잡한 외형, 고강도, 매끄러운 표면 마감이 동시에 요구됩니다. Stratasys와 Novineer의 협력 프로젝트에서 밝힌 것처럼, 비평면 툴패스는 이 세 가지 요건을 동시에 충족할 잠재력을 갖고 있어 미 공군 AFWERX와 같은 기관들이 적극 투자하고 있습니다.
Q. 3D 프린터로 전자회로 시제품을 만들 때 소재는 무엇을 사용하나요?
A. 구조체 부분은 일반적으로 엔지니어링 폴리머(나일론·ABS 계열 등)나 탄소섬유 강화 소재를 사용하고, 전도성 경로에는 은(Ag) 나노 잉크 등의 도전성 소재를 디포짓합니다. 최종 기능성 시제품을 빠르게 검증하려면 SLA·SLS·MJF 등 정밀 출력 방식으로 기구부를 먼저 제작한 뒤 전자 공정을 추가하는 복합 접근도 활용됩니다.
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비평면 전자회로 3D 프린팅, 어디까지 왔고 어디로 가나요?
하드웨어·소프트웨어·소재 삼각 혁신의 교차점
비평면 전자회로 3D 프린팅의 가장 큰 의미는, 세 가지 혁신이 동시에 성숙해가고 있다는 점입니다.
- 하드웨어: 5축 이상의 다축 운동 제어, 하이브리드 가공(절삭+적층), 자동 툴헤드 교환
- 소프트웨어: 비평면 툴패스 최적화 알고리즘, 전력 제어 슬라이싱, 형상 인식 AI 연동
- 소재: 도전성 나노 잉크, 기능성 폴리머, 소결을 통한 전기적 특성 향상
Formnext 2025에서도 비평면 콘크리트 3D 프린팅을 비롯한 다양한 비평면 적층 기술이 소개되었을 만큼 (출처: Formnext 2025 — 3DPrint.com), 비평면 접근법은 전자·건설·항공우주를 가리지 않고 적층 제조 전반의 화두로 자리 잡았습니다.
시제품 단계에서 3D 프린팅을 전략적으로 활용하는 법
비평면 전자회로 설계를 실제 제품에 도입하기 전, 기구부 시제품부터 빠르게 검증하는 것이 중요합니다. SLA 방식은 투명·화이트·블랙 레진으로 세밀한 형상을 정밀하게 구현할 수 있고, MJF PA12·PA12S 같은 소재는 기능성 부품으로서 내구성 테스트에도 충분히 활용 가능합니다. 3D 프린터 출력 대행 서비스를 통해 모델링 파일만 있으면 빠르게 실물 시제품을 받아볼 수 있으니, 설계 검증 사이클을 단축하는 데 효과적입니다.
비평면 전자회로는 '회로를 기기 형상에 맞추는' 기존 방식에서 '기기 형상 자체가 회로가 되는' 패러다임으로의 전환입니다. 3D 프린팅 기술의 정밀도와 소재 다양성이 계속 발전하는 한, 이 혁신은 이제 시작에 불과합니다.
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본 포스팅은 eyecontact (아이컨택) — 산업용 3D 프린팅 출력 대행 전문 기업의 기술 콘텐츠입니다. SLA, SLS, MJF, SLM, BJ, FDM 전 공정 자체 운영.
▸ Official site / quote: eyecontact.kr
▸ Korean blog: eyecontact 네이버 블로그
▸ Naver Smart Place (location, hours): naver.me/GDa6TnBq
Originally published at eyecontact.kr — a Korean industrial 3D printing service specializing in SLA, SLS, MJF, SLM, BJ, FDM.
See also: 매장 위치 / 영업시간 (네이버 스마트플레이스)
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