플라스틱을 사용한 3D 인쇄 소개
30여 년 전 Chuck Hull이 집에서 첫 프로토타입을 인쇄한 이후로 플라스틱은 적층 제조 분야와 가장 관련이 있는 재료 유형이었습니다. 플라스틱을 사용한 3D 프린팅은 고품질 프로토타입을 빠르게 생성할 수 있게 해주지만 최근 프린팅 재료와 기술의 발전으로 대량 생산에 적합한 기능성 부품 생성의 기회도 제공됩니다. 이 짧은 자습서에서는 현재 플라스틱 인쇄에 사용할 수 있는 몇 가지 옵션, 각각의 장단점, 프로젝트에 사용할 재료를 선택하기 전에 고려해야 할 몇 가지 주요 사항을 자세히 살펴봅니다.
적층 가공을 위한 플라스틱 재료의 진화
적층 제조 프로젝트에 사용할 수 있는 재료의 수는 수년에 걸쳐 상당히 확대되었으며, 이는 이제 다양한 옵션이 '플라스틱'이라는 우산 아래에 있음을 의미합니다. 따라서 무엇으로 인쇄할지 결정하기 전에 각 프로젝트에 대한 옵션을 신중하게 고려하는 것이 중요합니다. 옵션은 다음과 같습니다.
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ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌). ABS는 오늘날 배수관에서 자동차 부품, 심지어 LEGO 브릭에 이르기까지 다양한 기능 부품에 사용됩니다! ABS는 매우 다재다능하며 특히 강하고 내구성이 있으며 샌딩 또는 접착과 같은 후처리 기술에 적합합니다. 그러나 이 재료는 생분해되지 않으며 사용하지 않을 때는 밀폐된 용기에 보관해야 합니다. 습기를 흡수하고 햇빛에 장기간 노출되면 영향을 받을 수 있기 때문입니다. 두 가지 모두 인쇄된 부품의 품질을 저하시킬 수 있습니다. 또한 발생하는 연기가 자극적일 수 있으므로 인쇄하는 동안 환기가 필요합니다(특정 프린터에는 이를 보완하기 위해 필터가 포함되어 있음).
PLA(폴리락트산). PLA는 재생 가능한 자원으로 만든 생분해성 물질입니다. 이는 특히 일회용 품목 또는 환경적 요인이 심각한 문제가 되는 부품을 인쇄하는 데 적합하다는 것을 의미합니다. 환자가 치유되면 무해한 젖산으로 간단히 분해되는 봉합사 및 수술 부품을 만들기 위해 의료 응용 분야에서도 사용되었습니다. ABS와 같은 방식으로 샌딩하고 칠할 수 있지만 접착하는 것이 약간 더 단단하고 열에도 잘 견디지 못합니다. 또한 습기를 흡수하면 인쇄 결과에 영향을 줄 수 있으므로 ABS와 마찬가지로 주의해서 보관해야 합니다.
PVA(폴리비닐 알코올). 이것은 나중에 간단히 용해될 수 있는 인쇄 프로세스 동안 부품에 대한 지지 구조를 만드는 데 자주 사용되는 특수 수용성 플라스틱입니다. 이는 후처리 단계의 속도를 높일 수 있지만 여러 압출기가 있는 프린터를 사용해야만 달성할 수 있습니다. 또한 상당히 비싸고 항상 밀폐된 보관이 필요합니다.
PC(폴리카보네이트). 이것은 컴팩트 디스크, 방탄 유리 및 내구성이 핵심 요소인 기타 제품을 만드는 데 자주 사용되는 매우 강하고 내성이 있는 열가소성 수지입니다. 높은 충격 강도와 투명한 외관으로 많은 사용자에게 매력적입니다. 하지만 ABS와 마찬가지로 미세 입자가 많이 생성되어 사용자의 눈을 자극하고 프린터 헤드를 제대로 관리하지 않으면 막힐 수 있으므로 인쇄 시 환기가 필요합니다. 또한 다른 재료보다 휘어지기 쉽습니다.
HDPE(고밀도 폴리에틸렌). HDPE는 석유 기반 열가소성 수지로, 병과 같은 재활용 가능한 부품을 만드는 데 자주 사용됩니다. 주요 단점은 다른 재료에 접착하기가 상당히 어렵고 다른 옵션에 비해 작업하기가 상당히 어려울 수 있다는 것입니다. 그러나 지속 가능하고 환경 친화적인 제조 방식을 채택하려는 기업에게는 매우 매력적인 옵션입니다.
HIPS(고충격 폴리스티렌) 이것은 물보다는 리모넨에 용해되지만 인쇄될 때 ABS와 유사한 재료 특성을 갖지만 PVA와 유사한 또 다른 가용성 지지체 재료입니다. 이것은 적층 제조 회사들 사이에서 아직 자리를 잡고 있는 비교적 새로운 소재입니다.
PA(나일론). 나일론은 마감 및 색상 옵션과 관련하여 놀라운 다양성을 제공하는 3D 인쇄 재료 제품군에 비교적 최근에 추가되었습니다. 또한 마찰이 적은 재료이므로 기어와 같은 기계 부품을 인쇄하는 데 매우 매력적인 옵션입니다. 그것은 강하고 내구성이 있으며 유연하지만 인쇄하기 전에 건조해야 하며 너무 빨리 식히면 뒤틀릴 수 있다는 점을 명심하십시오. 나일론으로 인쇄할 때 인쇄 온도는 일반적으로 다른 재료보다 높으므로 프린터에서 이를 수용할 수 있는지 확인하십시오.
PEEK(폴리에테르에테르케톤). 이것은 화학적으로 불활성이고 생체 적합성 및 살균 가능한 특성 덕분에 외과용 임플란트 제작을 위해 의료 분야에서 일반적으로 사용되는 열가소성 폴리머입니다. 또한 우수한 경도와 마모 특성 덕분에 자동차 산업에서 잠재적인 응용 분야를 결정하기 위한 연구도 진행 중입니다. 그러나 PEEK의 상당한 다용성에도 불구하고 인쇄하기가 어려울 수 있으므로 최대 400°C의 온도에 도달할 수 있는 밀폐된 챔버와 히트 베드가 있는 전문 프린터가 필요할 것입니다.
TPE(열가소성 엘라스토머). TPE는 유연한 부품(스프링, 전화 케이스 등)을 인쇄하는 데 널리 사용되는 다용도의 무독성 고무 유사 소재입니다. 그러나 필라멘트는 특정 유형의 압출기에서 막힘을 일으키는 것으로 알려져 있기 때문에 모든 프린터에 사용하기에 적합하지 않습니다.
TPU(열가소성 폴리우레탄). TPU는 기계적 특성면에서 TPE와 유사하지만 마모, 솔벤트, 오일 및 그리스에 대한 내성이 높기 때문에 작업 부품에 더 적합하게 인쇄하기가 약간 더 쉽습니다. 또한 저온에서도 탄성을 유지합니다.
PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트). 아크릴 플라스틱이라고도 하는 PMMA는 단단하고 투명한 플라스틱으로 미세한 디테일이 많은 작은 인쇄물에 이상적입니다. 따라서 미니어처나 조각품 또는 광 확산이 필요한 부품과 같은 창의적인 응용 분야에 매우 매력적인 선택입니다. 열이나 스트레스를 받는 부품에는 적합하지 않으며 달성 가능한 세부 수준은 매우 높지만 개별 레이어는 다른 재료보다 약간 더 잘 보이므로 3D 모델에 고려해야 합니다. 또한 PMMA로 인쇄하려면 냉각 과정 중 수축을 최소화하기 위해 밀폐된 챔버가 있는 프린터에서 노즐과 히트 베드를 미세 조정해야 할 수 있습니다.
최근에는 금속 요소를 포함하는 플라스틱 기반 재료가 많이 도입되어 금속을 사용한 3D 프린팅의 복잡성을 추가하지 않고도 금속 부품의 일부 품질로 물체를 프린팅할 수 있습니다.
플라스틱을 선택할 때 고려해야 할 핵심 사항
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최종 인쇄 부품에 필요한 재료 속성은 무엇입니까? 이것은 결정을 내리기 전에 완전히 명확해야 합니다. 궁극적으로 무엇을 위해 사용될 것인지 고려하십시오. 프로토타입을 위한 것입니까, 아니면 일상적으로 집중적으로 사용하게 될 기능적인 제품입니까?
필라멘트 직경을 확인하여 프린터와 호환되는지 확인하십시오. 특정 프린터는 여러 직경을 사용할 수 있지만 구매하기 전에 미리 확인하는 것이 좋습니다.
인쇄할 수 있는 최소/최대 벽 두께를 확인하고 3D 모델이 이를 수용하는지 확인하십시오.
인쇄 중에 지지대나 돌출부가 필요한지 여부를 고려하고 안정성을 보장하기 위해 이러한 사항이 모델에 고려되었는지 확인하십시오. 프린터에서 허용하는 경우 전용 지원 자료를 고려할 수 있습니다.
올바른 저장 방법이 사용되었는지 확인하십시오. 위에서 보았듯이 일반적으로 사용되는 많은 플라스틱 3D 프린팅 재료는 품질 결과를 보장하기 위해 특별한 보관 방법이 필요합니다. 프로젝트 사이에 필라멘트를 보관할 때는 제공된 지침을 따르십시오.
선택한 재료에 적합한 압출 온도에서 프린터가 작동할 수 있고 적절한 히팅베드가 사용되는지 확인하십시오. 온도가 잘못되면 최적이 아닌 결과를 얻을 수 있습니다.
