FDM 3D 프린팅 재료 비교

소개

3D 프린팅 시장에서 근본적으로 새로운 재료가 정기적으로 등장함에 따라 주어진 개체를 인쇄할 올바른 유형의 재료를 선택하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. FDM 3D 프린팅
에서 PLA와 ABS는 역사적으로 두 가지 주요 폴리머로 사용되었지만 초기 우위는 대부분 우연이었으므로 다른 폴리머가 FDM의 미래에서 핵심적인 역할을 하는 데 큰 장애물이 없어야 합니다. .

우리는 이제 순수 폴리머와 복합 재료 모두에서 새로운 제품이 더 대중화되는 것을 보고 있습니다. 이 연구에서는 오늘날 시장에 존재하는 주요 순수 중합체인 PLA, ABS, PET, 나일론, TPU(Flexible) 및 PC에 중점을 둡니다. 사용자가 응용 프로그램에 사용할 최상의 폴리머에 대해 빠르게 결정할 수 있도록 스냅샷 프로필에 속성 간의 주요 차이점을 요약합니다.

방법론

재료는 일반적으로 기계적 성능, 시각적 품질 및 프로세스의 3가지 범주에 따라 등급이 매겨집니다. 이 경우 폴리머의 특성에 대한 더 명확한 그림을 그리기 위해 이러한 범주를 더 세분화합니다. 재료 선택은 사용자가 인쇄하려는 항목에 따라 달라지므로 재료 선택에 필요한 주요 결정 기준(비용 및 속도 제외)을 나열했습니다.

간편한 인쇄: 재료 인쇄가 얼마나 쉬운지:베드 접착력, 최대 인쇄 속도, 인쇄 실패 빈도, 흐름 정확도, 프린터에 공급하기 쉬움 등
최대 스트레스: 물체를 천천히 잡아당길 때 파손되기 전에 물체가 받을 수 있는 최대 응력입니다.
파단 신율: 개체가 끊어지기 전에 늘어난 최대 길이입니다.
충격 저항: 갑작스러운 충격으로 물체를 부수는 데 필요한 에너지입니다.
레이어 접착(등방성): 재료 층 간의 접착력이 얼마나 좋은지. "등방성"(=모든 방향의 균일성)과 관련이 있습니다. 레이어 접착력이 좋을수록 물체의 등방성이 높아집니다.
내열성: 물체가 부드러워지고 변형되기 전에 견딜 수 있는 최대 온도입니다.

다음 두 가지 이유 중 하나로 다이어그램에 포함되지 않은 추가 정보도 제공합니다.

본질적으로 "좋은" 것도 "나쁜" 것도 아닙니다. 강성과 같이 일부 용도에는 적합하고 다른 용도에는 적합하지 않은 속성일 뿐입니다.
우리는 그것에 대한 좋은 정량적 평가가 없지만 내습성 또는 독성과 같은 중요한 요소라는 것을 알고 있습니다.

결과

각 재료는 1(낮음)에서 5(높음) 척도로 다음 기준에 따라 순위가 매겨졌습니다. 이것은 FDM 공정에 대한 상대적 등급입니다. 다른 제조 기술을 고려하면 상당히 다르게 보일 것입니다. Optimatter의 데이터를 사용하여 폴리머는 고려된 다양한 기준에 따라 순위가 매겨졌습니다.

다음 재료로 부품을 인쇄하십시오.

PLAABSPET나일론TPU

PLA

PLA는 인쇄하기 가장 쉬운 폴리머이며 우수한 시각적 품질을 제공합니다. 그것은 매우 단단하고 실제로는 매우 강하지만 매우 부서지기 쉽습니다.

장점	단점
생체 원료, 생분해성	낮은 습도 저항
무취	쉽게 붙일 수 없음
샌딩 페이퍼로 후처리 및 아크릴로 페인팅 가능
좋은 UV 저항

ABS

ABS는 일반적으로 더 높은 온도 저항과 더 높은 인성이 필요할 때 PLA보다 선택됩니다.

장점	단점
광택 마감을 위해 아세톤 증기로 후처리 가능	자외선에 민감
샌딩 페이퍼로 후처리 및 아크릴로 페인팅 가능	인쇄 시 냄새
아세톤은 강력한 접착제로도 사용할 수 있습니다.	높은 흄 방출 가능성
좋은 내마모성

펫

PET는 약간 더 부드러운 폴리머로 둥근 모양이 좋고 주요 단점이 거의 없는 흥미로운 추가 특성을 가지고 있습니다.

장점	단점
음식과 접촉할 수 있음	PLA 및 ABS보다 무거움
높은 습도 저항
높은 내화학성
재활용 가능
좋은 내마모성
샌딩 페이퍼로 후가공 가능하고 아크릴로 도색 가능

나일론

나일론은 기계적 물성이 우수하며, 특히 비유연성 필라멘트 중 내충격성이 가장 뛰어납니다. 그러나 레이어 접착이 문제가 될 수 있습니다.

장점	단점
내화학성 양호	수분 흡수
고강도	높은 흄 방출 가능성

TPU

TPU는 주로 유연한 응용 분야에 사용되지만 매우 높은 내충격성은 다른 응용 분야에도 적용할 수 있습니다.

장점	단점
좋은 내마모성	후처리의 어려움
오일 및 그리스에 대한 우수한 내성	쉽게 붙일 수 없음

PC

PC는 가장 강력한 재료이며 특성이 매우 유사하기 때문에 ABS의 흥미로운 대안이 될 수 있습니다.

장점	단점
멸균 가능	자외선에 민감
후처리(샌딩) 용이

결론

특히 부품에 기능적 용도가 있는 경우 3D 인쇄 부품에 적합한 특성을 얻으려면 올바른 폴리머를 선택하는 것이 중요합니다. 이 기사는 사용자가 필요한 속성에 따라 올바른 재료를 찾는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 재료 공급업체는 종종 순수한 폴리머의 특성을 수정하기 위해 혼합물을 제공하거나 첨가제를 추가합니다(예:재료를 더 단단하게 만들기 위해 탄소 섬유 추가). 이 기사에서는 더 복잡한 공식을 다루지 않지만 OptiMatter의 최적화 도구에서 이러한 제품 중 일부에 대한 데이터를 찾을 수 있습니다.

면책 조항

이 기사에 제공된 등급은 일반 화학을 나타내는 평균 폴리머에 대한 것이지만 성능은 사용자가 구매하는 실제 제품 또는 공급업체에 따라 다릅니다.
이 연구에서 우리 등급의 기초가 되는 모든 데이터는 내열성을 제외하고 3D Matter로 측정했으며, 여기에는 여러 필라멘트 공급업체에서 제공한 유리 온도를 사용했습니다.
'추가 고려 사항' 섹션의 경우 제3자 평가와 자체 관찰을 조합하여 사용하고 있습니다.
이 기사에서 논의하는 나일론 유형은 나일론 11 또는 12가 아니라 나일론 6입니다.
시각적 품질은 상당한 후처리 없이 테스트됩니다. 인쇄물을 매끄럽게 하고 주어진 폴리머의 시각적 품질을 크게 향상시키는 방법이 있습니다(예:ABS에 아세톤 증기 사용).
3D 프린팅 폴리머의 독성은 아직 잘 이해되지 않고 있으며 미래에 더 큰 역할을 할 수 있는 요인입니다. 우리는 Azimi et al. [1]

[1] Azimi et al, Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from 시중에서 판매되는 다중 필라멘트 데스크탑 3차원 프린터, 환경 과학 및 기술, 2016

이 자료를 커뮤니티와 공유해 주신 3D Matter에 감사드립니다.

적층 제조 공정 3D 프린팅의 장점

3D 프린팅