내구성 강한 기어 출력용 3D 필라멘트 Top 추천: 나일론 vs PLA vs ABS vs PETG

기어 제작용으로 쓸 수 있는 3D 프린팅 필라멘트 종류는 많습니다. 각 필라멘트마다 고유한 특성과 거동이 있습니다. 나일론, ABS, PLA, PETG 등 다양한 종류가 있죠.

대부분 3D 프린터엔 1종 필라멘트만 기본 제공되니, 기어 출력 등 다른 용도로 다른 필라멘트를 시험해보려면 추가 구매가 필요합니다.

3D 출력 기어용 적정 소재 선택은 기계적 특성만 보고 단순 결정할 수 없습니다. 출력 용이성, 마감 품질, 비용 등 여러 요소를 고려해야 합니다.

이 글에서 제가 실험해 본 기어 출력용 선호 소재들과 결론을 공유합니다.

기어 출력용 최적 3D 프린팅 소재/필라멘트

기본적으로 모든 열가소성 필라멘트는 장단점이 있습니다. 나일론이 강도 최고, PETG가 저온 성능 최고, ABS가 충격 강도 최고, PLA는 그 중간에 있습니다. 특정 필요에 따른 트레이드오프입니다.

일반적으로 나일론이 가장 오래 갑니다. ABS가 PLA보다 약간 더 버티고, PLA가 PETG보다 약간 더 버팁니다.

나일론이 기어 출력에 최적입니다. 강도, 고온 저항, 기어 작동에 윤활유 불필요라는 장점 때문입니다. PLA가 강도 면에서 근접한 2위지만 고온을 못 버텨 45–50°C에서 변형됩니다. ABS와 PETG는 기어용으로 추천하지 않습니다.

1. 나일론

부서지기 쉽지 않고 출력하기 쉬운 걸 원하면 나일론이 답입니다. 재생 자원에서 만든 바이오플라스틱으로 실크처럼 보이고 만져도 실크 같습니다. 매끄럽고 강하며 유연합니다.

나일론의 낮은 마찰 계수, 높은 용융 온도, 높은 레이어 간 접착력은 3D 출력 기어에 이상적입니다.

하지만 나일론의 엄청난 친수성이 문제입니다. 일관되지 않은 결과를 만드는데, 압출 프린터가 핫글루건처럼 소재를 압출하는데 나일론이 스펀지처럼 물을 흡수해 팽창하며 출력 중 온갖 문제를 일으킵니다.

나일론 필라멘트는 공기 중 수분을 흡수해 팽창합니다. 1–3% 수분만으로도 출력 시 소재 실패하고, 5–8%면 출력된 3D 부품 내부로 흡수되기 시작합니다.

이는 출력 공정뿐 아니라 완제품 수명도 크게 단축시키고 실외 사용 부적합하게 만듭니다.

이러한 강점과 결점에도 나일론은 여전히 3D 출력 기어에 훌륭한 후보입니다.

이제 3D 프린팅에서 가장 흔한 세 소재 PLA, ABS, PETG를 살펴보겠습니다.

2. PLA

3D 프린팅용 PLA에 대해 좋은 말을 많이 할 수 있습니다. 우선 저렴합니다. 롤당 $20/kg이고, ABS처럼 극도로 높은 출력 온도 안 써도 돼 전기값 감안하면 전반적으로 환상적인 필라멘트입니다.

훌륭한 유연성과 함께 좋은 강도와 내마모성을 유지해 기어용으로는 ABS, PETG보다 훨씬 낫다고 봅니다. 나일론 다음입니다.

하지만 PLA는 고온을 못 버텨 한여름 햇빛 아래 두면 변형되기 시작합니다.

필라멘트 결정 시 이 점 고려하세요: 기어가 고온에 노출되면 나일론, 아니면 PLA로 충분합니다!

3. ABS

아마 ABS로 기어 만들어보려다 이 소재가 기어에 그다지 적합하지 않음을 깨달으셨을 겁니다.

한편으론 매우 높은 온도에서 열판과 인클로저 프린터로 출력해야 해(일반적으로), ABS가 높은 출력 온도 탓에 워핑이 잘 생겨 기어 제대로 뽑으려면 몇 번 시행착오가 필요합니다.

그뿐 아니라 동일한 기어를 PLA와 ABS로 뽑아 비교하면 ABS가 PLA만큼 힘 못 버팁니다.

직접 해보세요: 각 소재로 기어 몇 개 뽑고 펜치로 힘을 가하세요. ABS 기어는 쉽게 부서지지만 PLA 기어는 거의 부서지지 않습니다.

게다가 ABS 출력 시 유독 연기가 나니 기어용으론 더더욱 비추입니다.

4. PETG

PETG는 일반적으로 ABS보다 약간 싸고 PLA보다 약간 비쌉니다.

PLA와 ABS가 더 싸고, 더 튼튼하고, 더 강성입니다. PETG 자체는 몇몇 용도에 좋은 소재지만 일반적인 기어 설계엔 최적 선택이 아닙니다.

물성 데이터 검토 결과 PETG를 최하위로 둡니다. 연성이 있지만 ABS나 PLA보다 부드럽고 유연하며 스크래치 저항이 낮아 기어엔 더 안 좋습니다.

PETG도 나일론처럼 친수성이라 사용 전 예비 건조가 필수입니다. 또 흔한 불만이 부서지기 쉽다는 건데, 이유 중 하나가 낮은 유리 전이 온도(80°C에서 연화) 때문입니다. ABS는 ~100°C, 나일론은 최소 120°C까지 버팁니다.

고온 내성도 그다지 아니고 다른 문제도 있으니 나일론이나 PLA 대비 기어용 PETG는 추천하지 않습니다.

3D 출력 기어 윤활

윤활은 마찰과 마모를 줄입니다. 플라스틱 부품 윤활이 수명 연장에 도움되는지 마모율 측정할 좋은 방법이 없어 단언하긴 어렵지만, 경험상 어떤 경우엔 윤활 시 플라스틱 부품이 더 오래 갑니다.

스플라인 타입보다 치형 플라스틱 기어를 쓴다면 윤활로 마모·소음 감소, 효율 향상 가능합니다.

하지만 '표면에 그리스나 오일 바르기'란 흔한 방법은 초보자에게 덜 이상적입니다. PLA, ABS, PETG에 잘못된 그리스를 쓰는 경우가 많기 때문입니다.

기어용 적정 윤활제 선택 1단계: 어떤 플라스틱인지 파악하기. 플라스틱 종류마다 반응하는 윤활제 종류가 다릅니다. 경험칙: 플라스틱 필라멘트는 주로 석유 기반이라 석유 기반 윤활제와 호환됩니다.

나일론과 ABS는 석유화학 유래 폴리머라 적절한 오일 기반 윤활제와 괜찮습니다.

반면 PLA와 PET는 식물 기반 화학 조성이라 덜 끈적한 식물성 오일이 더 잘 맞습니다. 오일/그리스 종류를 바꿔 프린터 성능을 필요에 맞출 수 있습니다.

화이트 리튬, PTFE, 실리콘 기반 윤활제가 범용으로 적합합니다. 자주 재도포 안 해도 수명 면에서 최선입니다.

하지만 나일론은 일반적으로 꽤 괜찮은 결과 나와 기어에 어떤 물리적 윤활도 안 해줘도 됩니다.

윤활 전혀 안 한 기어 몇 개가 3개월 넘게 단 한 번 기어 고장 없이 작동 중입니다.

더 강한 기어 출력하기

강도 면에서 가장 중요한 건 소재 자체지만, 몇 가지 출력 설정으로 더 강한 부품을 만들 수 있습니다.

필라멘트가 충분히 가열되었는지 확인

FDM(Fused Deposition Modeling)에서 출력 레이어들이 단단한 부품으로 결합해야 합니다. 첫 레이어가 마지막 레이어와 융합되고 그런 식으로 계속됩니다. 높은 온도일수록 레이어 간 '녹아 결합'이 더 잘 돼 강해집니다.

인필 오버랩 증가

인필 오버랩은 퍼리미터와 인필 레이어가 겹치는 영역입니다. 인필과 퍼리미터 간 강도 향상을 위해 필요합니다.

레이어 높이를 높이면 보통 인필 레이어와 퍼리미터 간 결합이 더 잘 됩니다. 하지만 지수적으로 높이면 작은 부품에서 컬링 발생할 수 있으니 피하세요.

쿨링 비활성화 또는 감소

레이어 접착은 극도로 중요하고 핵심은 출력 온도와 이전 레이어 온도를 충분히 높게 유지하는 겁니다. 매 레이어를 적극적으로 식히면 이게 더 어렵습니다.

쿨링은 3D 프린팅에서 논란 주제입니다. '고품질 필수'부터 '품질 개선 안 함'까지 의견 분분합니다.

제가 알기로 쿨링은 3D 프린팅에서 큰 비중입니다. 결함 없이 부품 제작 가능하게 하고, 어려운 형상도 쿨링 덕에 가능합니다. 하지만 트레이드오프가 있습니다: 표면 품질을 강도와 맞바꾸는 겁니다.

목표가 최대 강도라면 쿨링을 줄이거나 완전히 끄세요.

최적 레이어 높이

3D 프린팅 속도의 가장 중요한 '규칙' 중 하나: 레이어 높이 증가 시 속도 빨라지지만 강도와 품질은 떨어집니다.

레이어 높이가 타이트할수록 레이어 접착이 좋아지고, 약점이 생길 빈공간이 줄어듭니다.

기어용 인필은 몇 %가 좋을까?

처음 기어 출력 생각했을 땐 100% 인필이 가장 강한 기어일 거라 확신했습니다.

하지만 아니었습니다. 50% 인필 기어가 100% 인필 기어만큼 강했습니다.

요약: 제 경험상 50% 인필 넘길 필요 없습니다.

비교표

필라멘트	기어 품질	노즐 온도	열판	워핑 위험	사용 난이도	비용
PLA	훌륭함	180–230°C	불필요	낮음	쉬움	$10–25
ABS	나쁨	230–250°C	약 100°C	보통	중급	$15–25
PETG	나쁨	230–250°C	약 100°C	낮음	쉬움	$15–20
나일론	최고	230–260°C	80–100°C	보통	중급	$50–65

결론

언급한 모든 이유로 나일론이 명백한 선택입니다. 하지만 대부분 나일론을 바로 쓸 준비는 안 되어 있습니다.

하지만 PLA가 환상적 결과를 내며 강하고 신뢰성 있는 기어를 만듭니다. 다행히 거의 모든 메이커가 보유하고 바로 출력 가능한 소재입니다.

나일론 접근 가능하면 나일론 쓰세요. 아니면 PLA로 충분합니다!

도움 되셨길 바랍니다! 좋은 하루 되세요!