주요 3D 프린팅 필라멘트 인화성 비교: PLA, ABS, PETG, TPU

3D 프린팅이 다양한 산업에서 광범위하게 활용되면서 사용 가능한 열가소성 수지 카탈로그도 끊임없이 늘어나고 있습니다. 각 소재마다 장단점이 있어, 용도에 맞는 필라멘트를 선택하는 것은 거의 예술에 가깝습니다.

필라멘트 종류를 고를 때 간과하지 말아야 할 차원이 바로 난연 특성의 필요성입니다. 제품 유형과 설치 환경에 따라 불이 붙지 않는 필라멘트를 선택하는 것이 매우 중요할 수 있습니다.

간단히 말해, 어떤 필라멘트가 인화성이 있을까요?

3D 프린팅에 가장 널리 쓰이는 필라멘트 중 PLA가 단연 가장 인화성이 높습니다. 또한 ABS로 만든 부품도 장시간 고온에 노출되면 발화할 수 있습니다. 3D 프린팅용으로 쉽게 구할 수 있는 필라멘트 중 가장 난연성이 뛰어난 것은 TPU와 PETG입니다.

PLA는 인화성이 있는가?

주요 3D 프린팅 필라멘트 인화성 비교: PLA, ABS, PETG, TPU

폴리락트산(PLA)은 가장 흔히 쓰이는 3D 프린팅 필라멘트입니다. PLA는 발효 식물 전분으로 만든 플라스틱 대체재입니다.

취미용으로는 훌륭한 열가소성 수지지만, PLA의 높은 인화성과 저온 발화 특성 때문에 광범위한 산업 용도로는 사용이 심각하게 제한됩니다.

PLA를 태워도 안전한가?

PLA를 태우면 VOC(휘발성 유기 탄소)로 알려진 연기가 발생할 수 있습니다. 모든 VOC가 독성은 아니지만, 천식이나 기관지염 같은 폐 질환을 유발할 수 있음이 과학계에 널리 알려져 있어 흡입은 반드시 피해야 합니다.

PLA를 태울 때는 적절한 안전 조치를 취해야 합니다.

ABS는 인화성이 있는가?

장시간 고온에 노출되면 ABS도 확실히 인화성이 있습니다. 일반적인 장작불 온도도 ABS에 불붙이기 충분합니다. 대부분의 열가소성 수지처럼 먼저 녹기 시작하다(약 210°C), 끓게 되고, 이때 발생하는 연기가 발화하기 쉽습니다.

ABS를 태워도 안전한가?

ABS는 할로겐을 포함하지 않아 연소나 열분해* 시 잔류성 유기 오염 물질을 보통 생성하지 않으며, 가장 유해한 생성물은 일산화탄소와 시안화수소입니다.

그렇다 해도 일산화탄소와 시안화수소는 ABS 연소 부산물입니다. 유해 가스일 뿐 아니라 질식을 유발할 수 있어 ABS를 태우는 것은 매우 안전하지 않습니다.

*열분해: 불활성 분위기에서 고온으로 물질이 분해되는 현상.

난연 ABS 필라멘트가 있는가?

현재 다양한 종류의 난연제를 배합한 ABS 기반 필라멘트가 다수 존재합니다.

UL-94 코드는 미국에서 폴리머의 인화성 표준입니다. UL(Underwriters Laboratories)에서 제정했으며, '기기 및 기기 부품용 플라스틱 소재 인화성 안전 표준 시험'으로도 알려져 있습니다. 이 표준은 연소 방향과 부품 두께에 따른 연소 거동에 따라 플라스틱을 6개 범주로 나눕니다.

열가소성 수지는 난연성이 낮은 순서부터 높은 순서로 HB, V-2, V-1, V-0, 5VB, 5VA 범주로 분류됩니다.

요약하자면, 가장 난연성이 낮은 HB 등급은 두께 3mm 수평 시편 기준 분당 76mm 연소 속도를 허용하는 반면, 가장 난연성이 높은 5VA 등급은 60초 이내에 연소가 멈춰야 하며 낙하물이나 시편 구멍 생성이 없어야 합니다.

이 범주들을 고려해 난연 ABS 필라멘트 목록을 정리했습니다.

난연 ABS 필라멘트

지난 몇 년간 3D 프린팅이 대중화되면서 선택 가능한 필라멘트 종류가 크게 늘었습니다. 당연히 난연 특성을 위해 특별히 제작된 ABS 필라멘트 스풀도 포함됩니다. 일반 1kg ABS 스풀보다 3~5배 비싸지만, 특정 출력에 필요할 때 구할 수 있다는 건 다행입니다.

Firewire 난연 ABS

Firewire ABS-FR은 UL-94 V-0 등급의 고급 ABS로, 기능성 시제품과 양산 부품 출력에 쓸 수 있습니다. V-0 등급은 10초 이내에 연소가 멈춰야 하며, 불이 붙지 않는 낙하물은 허용됩니다.

대부분의 ABS 필라멘트처럼 압출 온도가 220~240°C로 다소 높고, 100~110°C까지 도달 가능한 열베드가 필요합니다.

이 ABS도 출력 시 상당히 강하고 불쾌한 냄새가 나므로, 환기가 잘 되는 환경이나 HEPA·활성탄 필터 시스템에서 사용하는 것이 좋습니다.

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Atomic Filament 난연 ABS

이 필라멘트는 UL-94 인증은 없는 것으로 알지만(제가 아는 한), V-0 등급 난연 성능을 갖춘 것으로 알려졌습니다. 다른 필라멘트보다 출력이 쉽고, 235~255°C의 높은 온도에서 출력합니다.

반복해서 말씀드리지만, 이 FR(난연) 열가소성 수지는 강한 화학 냄새를 내므로 항상 적절한 환기 하에 사용해야 합니다.

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PETG는 인화성이 있는가?

PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜)는 현재 3D 프린팅에 광범위하게 쓰이는 또 다른 열가소성 수지입니다. 내구성이 뛰어나고 내열성이 높습니다.

ABS와 PLA보다 난연성이 더 우수합니다. PETG의 주요 장점은 녹을 수는 있어도 발화하지 않는다는 점입니다.

PETG를 태워도 안전한가?

PETG는 PLA와 ABS보다 안전하지만, 장시간 PETG를 출력할 때는(다른 필라멘트도 마찬가지) 몇 가지 안전 조치를 고려해야 합니다.

유해 배출 물질 노출을 최소화하기 위해 환기가 잘 되는 곳에서 출력하는 것은 필수입니다. PETG는 카프로락탐을 높은 비율로 방출하며, 과다 노출 시 눈과 호흡기 자극을 유발할 수 있습니다. 요컨대, PETG를 포함한 어떤 열가소성 수지든 적절한 안전 예방 조치 없이 태우는 것은 결코 안전하지 않습니다.

TPU는 인화성이 있는가?

TPU(열가소성 폴리우레탄)는 고무 같은 소재로, 3D 프린팅 분야에서도 꽤 인기가 있습니다.

시중에서 쉽게 구할 수 있는 일반적인 열가소성 수지 중 가장 인화성이 낮습니다. 발화하지 않으며, 물론 녹고 떨어지긴 합니다(그렇지 않으면 3D 프린팅에 쓸 수 없겠죠).

TPU를 태워도 안전한가?

TPU는 일반적으로 유해하지 않으며 다양한 용도에 적합합니다. 놀라운 유연성 덕분에 튜브, 의료 기기, 스포츠 용품, 케이블, 신발, 전선 등 폭넓게 쓰입니다.

TPU를 태우면 시안화 화합물 등 유해 가스가 발생합니다. 다른 모든 열가소성 수지와 마찬가지로, TPU를 사용하는 작동 중인 3D 프린터가 있는 방에 머무르는 것은 안전하지 않습니다.

결론

앞서 논의했듯, 인화성이 주요 관심사라면 PLA 사용은 피해야 합니다. ABS도 특정 조건에서 인화성이 있지만, 난연 변종 ABS를 구매할 수 있다는 점은 주목할 만합니다. 물론 가격은 훨씬 비쌉니다.

다른 요인으로 제한되지 않는 한, 난연 열가소성 수지로는 TPU와 PETG가 최선의 선택입니다. TPU는 유연 필라멘트라 강성이 필요한 경우 PLA나 ABS 대체재로는 다소 어색할 수 있습니다. 그런 점을 감안하면, 내자외선성도 필요하지 않다면 PETG가 최선의 선택입니다.