재료압출(ME)방식 3D프린터에서 주로 사용하는 소재

오픈소스형 재료압출방식 FFF 3D프린터 출력물(신도)

재료압출(ME)방식 3D프린터에서 주로 사용하는 소재에 대해서 정리해 보았습니다. 재료압출방식은 Metrial Extrusion 방식으로 우리가 잘 알고 있는 FDM, FFF, PJP 등의 방식이 이에 속합니다.

오픈소스형 3D프린터에서 가장 많이 사용하고 있는 소재는 단연 PLA 이지만 제조업 등에서는 시제품 제작시 실제 생활에 많이 사용하고 있는 ABS 계열 필라멘트도 많이 사용하고 있습니다.

 

1) PLA (Polylactic Acid)

옥수수 전분, 사탕수수를 원료로 만드는 생분해성 친환경 소재

보급형 3D프린터 소재 중 융점(약 180~230℃)이 가장 낮음

열 수축 현상 ABS 대비 적어 비교적 큰 사이즈 출력물에도 적합

출력물의 표면 처리 및 도장 등 후공정이 어려움

수분에 취약해 건조한 실내에서 보관

 

2) ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

 

유독가스를 제거한 석유 추출물, 융점은 약 210~260℃

PLA에 비해 광택이 나며, 열에 대한 내구성, 저렴한 가격

열 수축 현상이 일어나 식을 때 휘는 현상 발생 (히팅베드 필요)

제품 출력 후 증착, 착색, 광택 처리, UV코팅, 도금이 가능

밀폐된 공간에서 출력작업 시 냄새가 심해 환기 필요

 

3) PA (Polyamide, Nylon)

융점 약 235~270℃

인장 강도, 내마모성, 내열성 우수 (Engineering plastic)

유연성이 좋으며 표면 깔끔함

3D프린팅용 필라멘트에는 저융점 고분자인 PA11,12가 주로 사용

 

4) PC (Polycarbonate)

융점 약 270~300℃, 유리 전이 온도 150℃

내열성과 내구성 우수

열 수축 현상이 심해 정밀한 제품 출력이 어려움 (가열 챔버 필요)

보급형 FFF 3D프린터에서는 작업이 불가하여 산업용 프린터에서 사용 가능

 

5) PC-ABS

융점 약 270~300℃, 유리 전이 온도 150℃

PC의 장점인 강도와 내열성, ABS의 장점인 유연성 추구

충격 강도 우수

보급형 FFF 3D프린터에서는 작업이 불가하며 산업용 프린터에서 사용 가능

 

6) PEI (Ultem9085)

융점 약 300℃ 이상, 유리 전이 온도 186℃

PC의 장점인 강도와 내열성, ABS의 장점인 유연성 추구

열 수축 현상이 심해 정밀한 제품 출력이 어려움 (가열 챔버 필요)

보급형 FFF 3D프린터에서는 작업이 불가하며 산업용 프린터에서 사용 가능

 

7) 엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastic)

공업용 및 구조재료로 사용하는 강도 높은 플라스틱인 엔지니어링 플라스틱(엔프라)은 1956년말 미국에서 ‘금속에 도전하는 플라스틱’으로 개발된, 구조용 및 기계 부품에 적합한 고성능 플라스틱으로 일반적으로 내열성이 100°C 이상인 고기능성 수지를 말한다. 이 플라스틱은 강도와 내마모성, 내약품성, 가공성, 내열성, 내충격성 등이 좋으며 대표적으로 헬멧, 카메라나 시계부품, 휴대폰 등 여러 분야에 폭넓게 사용하는 재료이다. 3D 프린터의 소재로는 폴리카보네이트, 폴리에테르 이미드 등을 사용한다.

 

8) 플렉서블 필라멘트(Flexibile Filament)

고무 성분이 들어간 플렉서블 필라멘트는 말 그대로 탄성과 유연성 있는 필라멘트 소재로 3D 프린팅의 한계를 늘릴 수 있는 고무 속성의 재료로, 탄성이 있어 출력물이 잘 구부러지고 원형으로 돌아오는 성질이 있는 소재이다. 플렉서블 필라멘트 중 열가소성 엘라스토머를 원료로 하는 경우 노즐의 온도는 약 210~225℃ 정도로 한다.

 

9) 나일론 필라멘트(Nylon Filament)

나일론 필라멘트는 PLA보다 유연하고 부드러운 성질을 가지며 가벼우면서 화학물질에 잘 견디는 성질을 가진 재료이다. 플렉서블 필라멘트에 비해 유연성은 떨어지나 탄력성과 광택이 뛰어나 염료를 이용하여 도색을 하기가 용이한 소재이다. 나일론 필라멘트는 심한 수축 현상이 발생할 수 있기 때문에 히트 베드가 없는 3D 프린터에서는 Nylon 전용 Garolite 프린트용 Bed를 사용한다.

 

10) 우드 필라멘트(Wood Filament)

우드 필라멘트는 재활용 목재(Recycled Wood)에 결합용 고분자 (Binding Polymer)를 섞어 만들며, 출력시 나무향의 냄새가 발생 하고 완성된 출력물의 표면은 나무의 질감을 느낄 수 있지만 다소 거칠다. 플라스틱 소재보다 강도가 떨어지므로 압출기로 공급시 주의를 필요로 하며 소재의 특성상 온도 차이에 따라 출력물의 색상이 달라지는데 낮은 온도에서는 옅은 갈색(살구색)이, 높은 온도에서는 짙은 갈색이 출력된다.

 

11) 스톤 필라멘트(Stone Filament)

스톤 필라멘트는 표면이 거칠어 돌과 같은 느낌을 주는 소재로, 온도가 올라가면 노즐에서 굳어버리는 현상이 발생하여 노즐과 피딩 튜브까지도 교체해야 하는 상황에 처할 수 있으므로 165~175℃ 사이의 온도에서 출력하는 것을 권장하며 우드 필라멘트와 마찬가지로 노즐의 직경이 클수록 좋은데 보통 0.6mm 이상을 추천한다.

 

12) PVA(Polyvinyl Alcohol, 폴리비닐알콜)

대표적인 수용성 플라스틱 폴리머인 PVA는 ABS를 이용하여 출력할 때 모델을 지지하는 서포트용 소재로 사용된다. 모델을 출력하는 소재와 서포트용 소재를 같이 출력하여 조형물을 만들고 완성된 조형물에서 수용성 서포트 재료를 제거하면 된다. PVA는 따뜻한 물에 쉽게 녹아버리므로 모델의 표면을 깨끗하게 처리할 수 있으며 서포트를 제거하는 과정도 손쉽고 단순하다.

 

13) HIPS(High Impact Polystyrene) 필라멘트

유독 가스를 제거한 석유 추출물로 강도는 ABS와 PLA의 중간 정도이다. 광택이 나며 단단하지만 수축성이 있어 큰 모델을 출력시 균열이나 휨이 발생하기 쉽다.