3D 필라멘트 유리 전이 온도

이 기사에서는 유리 전이가 무엇인지, 가장 일반적인 필라멘트 유형이 유리 전이 상태에 도달하는 온도와 확실히 동일하지 않은 용융 온도, 더 높은 유리 전이 온도를 달성하는 방법에 대해 설명합니다. 유리 전이 온도(예:PLA)가 낮은 필라멘트로 인쇄한 3D 인쇄 모델 등을 포함합니다!

자, 더 이상 고민하지 않고 바로 본론으로 들어가겠습니다!

유리 전이 온도란 무엇입니까?

화학에서 유리 전이 온도(Tg)는 물질이 단단한 결정질 상태에서 유리질 비정질 상태로 전이되는 온도입니다. 즉, 유리전이온도는 고체의 물리적 성질이 단단한 결정성 고체에서 비정질 고체(고무상태)로 물성이 변하는 온도이다.

유리 전이 온도는 분자 운동이 본질적으로 동결되는 온도입니다. Van der Waal의 힘과 같은 분자간 인력의 힘의 직접적인 결과입니다.

Van der Waal의 힘은 분자에 전자가 축적되기 때문입니다. 열에너지가 너무 많으면 분자 사이의 인력이 파괴되어 유리전이온도가 발생한다.

"화학"을 모르는 사람들을 위해:재료의 유리 전이 온도는 단단하고 약간 부서지기 쉬운 고체에서 더 부드럽고 약간 고무 같은/끈끈한 재료로 변하는 온도입니다. 저는 껌이나 시럽의 의미에서 '끈적끈적한' 것을 의미하지 않습니다. 그냥 짜낼 수 있지만 금이 가거나 부서지지 않는다는 뜻입니다.

3D 필라멘트의 유리 전이 및 용융 온도

필라멘트	노즐 온도	유리 전이 온도 Tg(C)	용융 온도 Tm(C)	온열 침대 온도	변형 위험	사용 용이성	비용
PLA	180°C – 230°C	60-65°C	155°C	60°C이지만 필수 사항은 아님)	낮음	쉬움	$10 – $25
ABS	230°C – 250°C	105°C	무정형	대략. 100°C	보통	중급	$15 – $25
PETG	230°C – 250°C	80-82°C	210°C	대략. 100°C	낮음	쉬움	$15 – $20
나일론	230°C – 260°C	70-80°C	217°C	80°C – 100°C	보통	중급	$50 – $65
ASA	220°C – 250°C	100°C	250-260°C	대략. 100°C	낮음	중급	$30 – $50
폴리카보네이트	270°C – 310°C	147°C	260°C	90°C – 110°C	높음	어려움	$30 – $60
힙	230°C – 250°C	88-92°C	180 – 270°C	대략. 100°C	낮음	중급	$20 – $60
TPE	210°C – 230°C	60-130°C	150–210°C	필수	낮음	쉬움	$80 – $100

유리전이와 필라멘트의 녹는점의 차이

흥미롭게도 Glass Transition Temperature(Tg)와 Melting Temperature(Tm)는 물리적 특성과 밀접한 관련이 있지만 전혀 같은 것은 아니지만 둘 다 상태 변화를 다루지만 두 용어는 다소 다른 것을 나타냅니다.

점도와 관련된 현상인 유리 전이는 반드시 고체와 액체 사이의 교차점이 아닙니다. 단단한 고체와 고무 같은 고체 사이의 교차점입니다. 과학적으로 말하자면, 녹는점은 고체가 액체로 녹기 시작하는 온도이고 유리 전이 온도는 고체가 액체가 아닌 고무처럼 되는 지점을 나타냅니다.

이것을 이해하기 위해 피자를 만들고 있다고 상상해 봅시다. 치즈 조각을 냉동실에서 꺼내면 딱딱하지만 실온에서 몇 분 후에는 부드럽고 고무처럼 됩니다. 이것은 치즈의 유리 전이 온도(Tg)로 간주될 수 있습니다.

피자 위에 치즈를 바르고 오븐에서 구우면 녹습니다. 이것은 치즈의 녹는 온도(Tm), 즉 고무 같은 고체에서 끈적끈적한 점성 액체로 녹는 온도로 간주됩니다.

유리 전이 온도가 높다는 것은 무엇을 의미합니까?

유리 전이 온도(Tg)가 높다는 것은 재료를 가열할 때 고체에서 부드러운 재료로 변하는 데 시간이 더 오래 걸린다는 것을 의미합니다. 예를 들어, Tg가 200C인 물체에 열을 가하면 200C에서 부드러워집니다.

Tg가 390C인 재료는 390C에서 부드러워집니다. 부드럽다는 것은 인장 강도, 강성 및 강성을 잃는다는 것을 의미합니다. 물체는 유리 전이 온도 Tg보다 높은 온도에 노출되면 자체 무게로 변형될 수도 있습니다.

필라멘트가 유리 전이 온도보다 높으면 어떻게 됩니까?

유리 전이 온도(Tg)보다 높은 필라멘트는 열역학적으로 불안정한 유리 상태이며 액체의 모든 특성을 나타냅니다.

특정 필라멘트 유형의 유리 전이 온도에 대해 앞서 언급한 표를 다시 참조할 수 있습니다. 그것으로 인쇄하십시오.

히팅베드의 온도를 설정할 때 이것이 왜 관련이 있습니까?

압출된 필라멘트의 온도와 관련하여 발생할 수 있는 두 가지 주요 문제가 있습니다. 이러한 문제는 다음과 같습니다. 뒤틀림과 코끼리 발.

뒤틀림

뒤틀림'은 인쇄 과정에서 인쇄된 부품이 위쪽으로 휘어지는 경향입니다. 뒤틀림의 주된 이유는 하단 레이어가 냉각판이나 제작 플랫폼에 인쇄되고 식으면서 상단 레이어보다 더 많이 수축하기 때문입니다.

따라서 상단 레이어는 냉각될 때 바깥쪽으로 구부러져 부품에 고르지 않은 변형이 발생하여 뒤틀림이 발생합니다.

3D 프린트의 뒤틀림을 줄이기 위해 제조업체는 일부 3D 프린터에 바닥 레이어의 급속 냉각을 방지하는 데 사용할 수 있는 히팅 베드를 도입했습니다.

따라서 이제 하단 레이어는 가열된 베드(사용 중인 필라멘트에 따라 특정 온도로 이미 가열됨)에서 인쇄되고 인쇄물이 점차 냉각됨에 따라 상단 레이어보다 더 많이 수축되지 않습니다. 따라서 완전히 방지하지 않으면 뒤틀림이 크게 줄어듭니다.

이제 이것이 필라멘트의 유리 전이 온도를 아는 것이 중요한 역할을 하는 방법입니다. 필라멘트를 사용하여 물체를 3D 인쇄하기 전에 베드를 임의의 온도로 가열하는 대신 온도를 필라멘트의 유리 전이 온도에 매우 가깝게 설정하면 뒤틀림이 완전히 제거되고 인쇄 된 부분도 접착됩니다. 침대에 눕는 것이 좋습니다.

추가 팁으로, 최상의 결과를 얻을 수 있으므로 인쇄하려는 온도에서 베드의 수평을 맞추십시오.

코끼리의 발

코끼리 발은 냉각되지 않은 첫 번째 레이어의 결과로 가장 자주 발생합니다. 프린트 베드의 온도가 너무 높거나 냉각이 충분하지 않으면 첫 번째 레이어가 충분히 빨리 냉각되지 않아 코끼리 발을 유발할 수 있습니다.

이 문제는 첫 번째 레이어를 아래로 누르는 물체의 무게로 인해 발생하기 때문에 주로 큰 인쇄물에서 발생하는 경향이 있습니다. 제대로 냉각되지 않으면 이 무게로 인해 첫 번째 레이어가 부풀어 오릅니다.

베드의 온도가 필라멘트의 유리전이온도보다 높기 때문에 바닥이 제대로 식지 않고 바깥쪽으로 부풀어 오릅니다.

따라서 필라멘트의 유리 전이 온도를 알고 침대의 온도를 약간 낮추면 두려운 코끼리 발을 제거하는 데 도움이 됩니다.

더 높은 유리 전이 온도는 언제 중요합니까?

유리 전이 온도는 3D 프린팅된 부품이 단단한 '인쇄된' 유용한 물체에서 자체 무게로 변형될 수 있는 부드러운 '고무 같은' 쓸모 없는 물체로 직접 전이되는 온도에 대한 대략적인 추정치를 제공할 수 있습니다.

이것이 특정 필라멘트의 유리 온도를 알면 3D 인쇄된 부품을 사용하는 방법에 대해 보다 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있는 이유입니다. PLA와 같은 일부 플라스틱은 태양이나 햇빛에 방치될 경우 상당히 빨리 변형되기 시작하기 때문입니다. 자동차.

야외용 필라멘트

실외용 물체를 3D 프린팅하는 경우 유리 전이 온도(105C)가 더운 여름날에도 실외 온도보다 훨씬 높기 때문에 필라멘트와 같은 ABS를 사용하는 것이 더 적합할 수 있습니다. , PLA가 열에 외부에 방치되면 변형될 수 있습니다.

PETG, ASA 등과 같이 실외에서 사용할 수 있는 다른 필라멘트가 많이 있습니다. 그러나 이 주제에 대한 전체 기사를 작성했으므로 꼭 확인하시기 바랍니다.

고온을 견디는 재료가 필요한 용도

고온에 노출될 개체를 인쇄하는 경우 유리 전이 온도가 더 높은 필라멘트 유형을 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 변형될 수 있습니다.

예를 들어 PETG T(82C)를 사용하여 85C-95C의 고온을 경험할 부품을 3D 프린팅했다고 가정해 보겠습니다.

PLA는 유리 전이 온도가 매우 낮기 때문에 플라스틱이 그 열 수준에 가까워지는 어떤 용도로도 사용하지 않는 것이 좋습니다.

반면 ABS, Polycarbonate, ASA 등 고온에서 사용하기에 적합한 필라멘트가 많이 있습니다.

PLA가 차에서 녹을까?

PLA 또는 폴리락트산은 옥수수 및 사탕수수와 같은 재생 가능한 공급원에서 파생된 열가소성 수지입니다. PLA는 우수한 레이어 접착력과 적당한 강도로 인쇄 품질이 매우 우수한 만능 3D 프린팅 소재입니다. 사실 나일론 다음으로 기어에 대한 최고의 권장 사항 중 하나입니다.

생분해성인 대두 기반 및 옥수수 기반 PLA 필라멘트도 찾을 수 있습니다!

그러나 PLA는 Tg가 (60-65C)이고 더운 화창한 날에는 PLA에서 인쇄된 자동차 부품이 변형되기 때문에 3D 인쇄 자동차 부품에 사용하기에 매우 적합하지 않습니다.

물론 PLA를 사용하여 엔진 베이의 일부 교체 부품을 인쇄할 생각이라면 잊어버리십시오!

이것이 자동차 부품이 일반적으로 ABS로 만들어지는 이유입니다. ABS는 더 단단한 플라스틱일 뿐만 아니라 Tg도 105C로 상당히 높기 때문입니다.

PLA 부품의 유리전이온도를 높일 수 있나요?

예, 첨가제를 도입하여 PLA 인쇄물의 유리 전이 온도를 향상시킬 수 있지만 강도와 불용성에서 잠재적인 상충 관계를 인식해야 합니다.

TPLA 또는 HTPLA와 같은 PLA 파생물은 표준 PLA의 장점을 제공하지만 인쇄 후 열처리할 수 있습니다. 이는 표준 PLA와 비교할 때 훨씬 더 높은 온도에서 형태와 강성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

유리 전이 온도가 높을수록 부품이 더 단단하고 단단해지며, 표준 PLA 필라멘트에서 인쇄된 3D 물체의 유리 전이 온도를 높이는 가장 좋은 방법은 이를 어닐링(유리 전이 온도 이하로 가열하는 것입니다. 점).

어닐링의 장점은 무엇입니까?

3D 프린트의 열처리를 "어닐링"이라고 합니다.

3D 프린팅된 물체를 어닐링하는 일반적인 방법은 대기로, 오븐 및 간접 가열원을 사용하는 것입니다.

이것은 내부 결정 구조를 재구성하고 더 큰 입자를 형성하게 하여 층 분리가 덜 발생하는 훨씬 더 강한 물체를 생성할 것이며 테스트에 따르면 3D 인쇄된 부품을 어닐링하면 강도와 전체 저항이 40% 증가할 수 있습니다. .

이것의 유일한 단점은 잘못 수행하면 모델이 Z 방향으로 확장되는 동안 X 및 Y 방향으로 휘어지고 축소된다는 것입니다.

개체를 어닐링하기 전에 고려해야 할 또 다른 중요한 사항은 개체를 100% 채우기로 인쇄해야 한다는 것입니다. 이상적이지는 않지만 20% 또는 30% 채우기가 있는 인쇄물을 어닐링하면 예측할 수 없는 방식으로 수축하여 거의 항상 나쁜 결과를 초래합니다.

이 과정에서 지지할 채우기가 필요합니다. 그렇지 않으면 개체 내부에 임의의 또는 불규칙한 빈 공간이 있으면 변형됩니다.

어닐링 공정에 가장 적합하고 저렴하며 빠른 인필 스타일은 라인 인필입니다.

저항력 강화

3D 프린팅은 복잡한 세부 사항이 있는 복잡한 부품 및 구조를 제작하기 위한 비용 효율적인 기술입니다. 그러나 일부 3D 인쇄 개체는 특히 고강도와 같은 까다로운 조건에서 사출 성형으로 만들어진 개체와 동일한 구조적 무결성을 갖지 않습니다.

어닐링은 3D 프린팅된 부품의 물리적 특성을 개선하는 한 가지 방법으로, 레이어가 훨씬 더 강력하게 융합되기 때문에 부품의 내구성을 향상시킵니다.

유리전이온도 증가

어닐링 프로세스는 또한 3D 인쇄된 물체의 온도 저항을 증가시킵니다. 이것의 이면에 있는 과학은 매우 간단합니다. 표준 3D 인쇄된 물체는 임의의 무정형 분자 구조를 가지고 있으며 융점이 없는 대신 가열되면 액체로 완전히 녹을 때까지 점차 부드러워집니다. 어닐링 과정에서 3D 물체를 가열하면 분자가 부분적으로 조직화된 반결정 구조로 재배열됩니다.

그 결과 분자간 결합이 강해져서 유리 전이 온도가 높아집니다.

PLA 필라멘트(Tg 60C)에서 인쇄된 물체가 90C에서 어닐링되면 유리 전이 온도가 어떻게 되는지 알아내기 위해 실험을 수행했습니다. 내 결과는 유리 전이 온도가 110C로 증가한 것으로 나타났습니다.

이는 거의 100% 증가했으며 결과적으로 표준 PLA를 사용하는 3D 프린팅 개체의 가장 큰 문제 중 하나를 제거합니다.

더 쉬운 후처리

FDM 3D 프린팅은 인쇄물의 외부에 거친 표면을 생성합니다. 모델이 매끄럽지 않아 나중에 페인팅이나 옻칠과 같은 처리가 더 어려워집니다.

어닐링 프로세스는 인쇄물의 표면을 매끄럽게 하고, 누락된 구멍을 채우고, 전문적인 모양의 모델을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

따라서 어닐링은 새 인쇄물에 마무리 작업을 추가하는 데 걸리는 시간을 최소화하고 인쇄물을 더 강하게 만듭니다!