TPU 3D 프린팅:유연한 부품 3D 프린팅 가이드

유연한 부품을 3D 프린팅하는 것에 대해 생각해 본 적이 있습니까? 그렇다면 일반적으로 알려진 열가소성 폴리우레탄 또는 TPU가 목록에 추가할 재료입니다.

TPU 3D 프린팅은 ABS, PLA 또는 나일론과 같은 다른 3D 프린팅 재료로는 달성할 수 없는 독특한 가능성을 제공합니다. 플라스틱과 고무의 특성을 결합한 TPU는 쉽게 구부리거나 압축될 수 있는 탄성과 내구성이 뛰어난 부품을 생산할 수 있습니다.

오늘의 튜토리얼에서는 TPU의 이점과 적용, 재료를 지원하는 기술, TPU로 3D 프린팅을 가능한 한 쉽고 효율적으로 만드는 데 도움이 되는 몇 가지 팁을 살펴보겠습니다.

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TPU란 무엇입니까?

열가소성 폴리우레탄(TPU)은 열가소성 엘라스토머 제품군에 속하며 열가소성 수지와 고무(열경화성 수지)의 최고의 특성을 결합합니다.

TPE 또는 ThermoPlastic Elastomer라는 용어가 더 익숙할 것입니다. 이전에 유연한 3D 프린팅을 위한 재료였던 TPE는 변형 없이 구부리거나 늘어날 수 있는 매우 부드럽고 고무 같은 플라스틱입니다. 그러나 그 부드러움으로 인해 TPE는 기계 압출기에서 3D 인쇄를 위한 매우 까다로운 재료입니다.

반면에 TPU는 TPE의 최신 버전으로 생각할 수 있습니다. TPU는 고무와 같은 탄성, 높은 인열 및 내마모성, 높은 파단 신율 및 열 안정성을 가지고 있습니다.

이 외에도 TPU는 오일, 그리스 및 다양한 용제에 내성이 있습니다. TPE보다 단단하기 때문에 TPU는 3D 프린팅이 훨씬 쉽습니다.

장점 단점 응용 프로그램 탄력있고 부드러운 소재흡습성스포츠 용품 파단신율에 따라 매우 신축성이 있음 스트링 및 막힘이 발생하기 쉬운 보호 케이스 낮은 뒤틀림 및 수축율 저온에서 인쇄해야 함자동차 부싱 내화학성 후가공이 어려움 제진 부품 우수한 내충격성 우수한 진동 감쇠 및 충격 다양한 색상으로 제공

응용 프로그램

TPU는 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 예를 들어, 유연한 기능 프로토타입이나 구부리고 압축해야 하는 최종 사용 부품을 3D 프린팅하는 데 좋은 옵션입니다.

소비재

소비재의 경우 TPU는 휴대폰 케이스 및 신발 부품과 같은 액세서리 생산에 이상적입니다.

2015년, 뉴발란스는 TPU 3D 프린팅 미드솔로 러닝화를 만들었습니다. 3D Systems의 DuraForm Flex TPU, 3D 프린팅 및 제너레이티브 디자인을 사용하여 이 신발 거물은 미드솔의 높은 수준의 유연성은 물론 강도, 최적의 무게 및 내구성을 달성할 수 있었습니다.

의료

TPU의 또 다른 흥미로운 응용 분야는 의료 분야입니다. 예를 들어 재료를 사용하여 정형 외과 모델을 만들 수 있습니다. 2016년 미국에 본사를 둔 그래핀 3D 랩(Graphene 3D Lab)은 손목 밴드와 같은 웨어러블 의료 기기를 비롯한 유연한 전자 제품을 생산하는 데 적합한 전도성 TPU 필라멘트를 출시했습니다.

자동차

오일 및 그리스에 대한 높은 내화학성을 갖춘 TPU는 씰, 개스킷, 플러그, 튜브 및 보호 애플리케이션과 같은 자동차 애플리케이션에 이상적입니다.

한 가지 혁신적인 예는 중국 스타트업 XEV Limited에서 생산한 3D 인쇄 전기 자동차입니다. 자동차는 약 100개의 부품으로 구성되어 있으며 그 중 많은 부분이 PLA 및 나일론과 함께 TPU로 3D 프린팅되었습니다.

사용 가능한 TPU 재료

자재 제조업체 재료 브랜드 이름 쇼어 A 경도 주요 속성 기술 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerShore A 경도는 다양할 수 있음내마모성 및 인열 저항성

간단한 가공

파단 신율 200%SLS ProdwaysTPU-70A70A고해상도

신율 SLS 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80A우수한 내마모성 및 내화학성

파단 신율 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55AE파단 신율 137%SLS SinteritFlexa Black80-90AESL Gre80-915AE파단 신율 (조절 가능)파단 신율 137%SLS SinteritFlexa Bright79AE파단 신율 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88A고강도 및 높은 내마모성

파단 신율 500%SLS-TPU4 F LubrizolEstane57TR03 온도 유연성 및 UV 안정성FFF, SLS, Multi Jet Fusion(MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50D고강성 내화학성 및 내유성FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98A우수하고 기계적 특성, nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DO높은 모듈러스 및 우수한 가공 속성 제공FFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85AA내마모성은 ABS보다 20% 우수하고 PLA보다 68% 우수
내화학성
파단 신율 660%FFF NinjatekCheetah TPU95A뛰어난 충격 강도

내마모성 ABS보다 40% 우수, PLA보다 76% 우수
파단 신율 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DR강성, 내마모성 , 견고함

뛰어난 브리징 기능 및 휨이 거의 없음 FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595A가공 용이

파단 신율 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94AT인성 및 내구성

파단 신율 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95A내마모성, 그리스 및 오일 FFF FillamentumFlexfill TPU92A 및 98AO내유성,
우수한 층간 접착력 FFF

TPU를 사용한 3D 인쇄:기술

이 유연한 재료로 3D 인쇄를 탐색하려면 선택 레이저 소결(SLS) 및 융합 증착 모델링(FDM)의 두 가지 주요 기술 중에서 선택할 수 있습니다.

각각의 가능성에 대해 알아보겠습니다.

선택적 레이저 소결

선택적 레이저 소결(SLS)은 레이저 빔을 사용하여 분말 재료를 선택적으로 녹이고 융합하는 분말 베드 융합 3D 프린팅 기술입니다.

SLS는 이 기술이 기계적 특성이 우수한 기능 부품을 생산할 수 있기 때문에 산업 제조에 많은 이점을 제공합니다. 또한 SLS는 지지 구조가 필요하지 않으므로 지지 제거 표시가 없는 자유로운 형태의 부품이 가능합니다. 그러나 부품은 더 나은 표면 조도를 달성하기 위해 일부 형태의 후처리가 필요합니다.

초기에는 다양한 종류의 나일론에 이 기술을 사용했지만 최근에는 재료 연구의 발전으로 TPU 분말을 소결하는 것이 가능해졌습니다.

현재 시장에는 다양한 경도의 TPU 분말을 제공하는 제조업체가 몇 개 있습니다.

– 3D Systems는 Pro 60 HD-HS 3D 프린터와 호환되는 독점 DuraForm TPU 엘라스토머를 제공합니다.

– 프랑스 AM 전문가 Prodways 300% 이상의 파단 신율을 가진 TPU-70A를 소재 포트폴리오에 보유하고 있습니다. TPU-70A를 사용하면 입력 에너지에 따라 쇼어 경도를 조정할 수 있습니다.

– 2017년 독일 소재 제조사 Advanc3D SLS 기술에서 상업적으로 이용 가능한 가장 신축성이 좋은 소재로 알려진 Adsint TPU 80 shA 소재를 출시했습니다.

TPU 분말 사용 시 디자인 팁

최소 벽 두께
1.5mm는 TPU 분말을 사용할 때 최소 벽 두께입니다. 1.5mm 벽으로 3D 프린팅된 부품은 매우 유연하지만 벽 두께를 3mm로 늘려 부품을 더 단단하게 만들 수도 있습니다.

최소 기능 크기
TPU 부품의 세부 사항을 디자인할 때 크기가 최소 0.5mm인지 확인하십시오. 양각 및 음각 세부 사항의 가시성을 위해 높이와 너비가 1.5mm 이상이어야 합니다.

복잡한 디자인
파우더 베드 기술인 SLS는 개별적으로 인쇄된 구성 요소를 조립할 필요가 없도록 밀폐 및 연동 부품을 생성할 수 있습니다. 이를 성공적으로 수행하려면 부품 사이의 간격이 최소 1mm여야 한다는 점에 유의하십시오. 큰 물체의 경우 여유 공간을 늘려야 합니다.

탈출 구멍
부품을 비우면 인쇄 시간이 단축되고 재료가 절약되므로 유용할 수 있습니다. 그러나 그렇게 할 때 최소 1.5mm 직경의 디자인 구멍을 고려하여 인쇄 프로세스 후 부품 내부에 붙은 가루를 제거하는 것을 잊지 마십시오.

융합 증착 모델링

FDM 기술은 TPU 필라멘트에도 사용할 수 있습니다.

TPU 부품을 제조할 때 SLS 대신 FDM을 사용하면 두 가지 주요 이점이 있습니다. 첫째, FDM이 더 저렴하고 둘째, 일반적으로 분말보다는 필라멘트로 TPU 부품을 생산하는 것이 더 빠릅니다.

반면에 FDM을 사용하는 TPU 필라멘트를 사용한 3D 인쇄는 매끄럽게 할 수 없는 가시적인 인쇄 층이 있는 덜 정확한 부품을 생성합니다. 또한 TPU는 특히 ABS 및 PLA 열가소성 수지와 비교할 때 부드러운 소재이기 때문에 TPU 필라멘트는 압출기 메커니즘에서 구부러져 필라멘트가 감겨지고 압출기가 막힐 수 있습니다. 그러나 재료의 부드러움은 TPU 인쇄물의 레이어 간 접착을 강력하고 내구성있게 만듭니다.

TPU 필라멘트를 사용한 3D 프린팅을 위한 5가지 팁

기본 프린터 요구 사항:

인쇄 온도

권장되는 압출 온도 범위는 가지고 있는 3D 프린터 및 TPU 필라멘트의 유형에 따라 225-250°C 사이입니다. 그러나 더 높은 온도로 인쇄하면 필라멘트가 더 빨리 녹고 노즐에서 더 쉽게 흐를 수 있습니다.

속도

TPU는 일반적으로 느린 속도로 가장 잘 인쇄됩니다. 고품질 인쇄를 위해 평균 속도(15mm/s – 20mm/s)의 절반을 설정하는 것이 좋습니다.

압출 배율기

Extrusion Multiplier는 3D 프린터의 설정으로 노즐에서 필라멘트가 얼마나 나오는지 또는 단순히 압출 유량을 제어할 수 있습니다. TPU 필라멘트는 인쇄 과정에서 부적절하게 압출되어 레이어와 주변부가 부적절하게 접착될 수 있습니다. 이 문제를 처리하는 한 가지 방법은 압출 배율을 약간 높이는 것입니다.

철회

수축은 3D 프린터의 메커니즘으로, 녹은 필라멘트가 흘러내리는 것을 방지하기 위해 필라멘트를 압출기로 뒤로 당기는 방식입니다. 이 기능은 PLA 및 ABS와 같은 단단한 필라멘트에 매우 유용하지만 TPU 필라멘트의 경우 수축이 어려울 수 있으며 막힘이 발생할 수 있습니다. 그렇기 때문에 노즐에서 유연한 필라멘트가 늘어나거나 압축되는 것을 방지하기 위해 수축 기능을 비활성화하는 것이 좋습니다.

뗏목 및 스커트

뗏목은 그 위에 일부가 인쇄 된 일회용 수평면으로 뒤틀림을 방지하는 데 사용됩니다. 그러나 TPU 부품은 일반적으로 휘지 않기 때문에 뗏목은 TPU로 3D 인쇄할 때 권장되지 않습니다. 적어도 높은 인쇄 속도로 인해 추가 인쇄 문제가 발생할 수 있기 때문입니다. 대조적으로, 필라멘트의 흐름을 확인하고 처음 몇 층의 성공을 보장하기 위해 스커트(인쇄물 주위에 몇 개의 재료 루프)를 인쇄하는 것이 현명할 것입니다.

결론

TPU는 고유한 특성과 다양한 응용 가능성을 제공하는 매우 유용한 재료입니다.

그러나 TPU를 사용한 3D 프린팅은 재료의 고유한 특성으로 인해 까다로울 수 있으므로 프린팅하기 전에 TPU의 가능성과 한계를 이해하는 것이 중요합니다. 이 가이드를 통해 이제 3D 인쇄된 TPU 부품을 성공적으로 생산할 수 있기를 바랍니다.