수지가 필라멘트보다 강합니까? 간단하게 설명했습니다!

3D 프린팅 커뮤니티는 레진 및 필라멘트 프린터의 장단점에 대해 광범위하게 토론했습니다. 가장 일반적으로 논의되는 주제는 인쇄물의 품질, 재료 비용 및 각 기술의 인쇄 시간과 관련이 있습니다.

인장 강도 및 충격 저항과 같은 특정 구조적 특성이 필요한 개체를 인쇄해야 하는 경우일 수도 있으며 수지 부품이 필라멘트 인쇄 부품보다 강한지 약한지 알아내야 하는 경우도 있습니다.

강도에 관해서는 FDM 인쇄 부품이 수지 인쇄 물체보다 강한 경향이 있습니다. 이것은 충격에 대한 저항과 인장 강도 측면에서 모두 사실입니다. ABS, PLA, PETG, 나일론 및 폴리카보네이트와 같은 거의 모든 인기 있는 필라멘트는 일반 레진 인쇄보다 성능이 뛰어납니다. 그럼에도 불구하고 Tough Resin은 ABS, PETG 및 나일론보다 강하다는 점을 언급해야 합니다.

수지 대 필라멘트 인장 강도 비교

다양한 필라멘트 및 수지의 인장 강도(메가 파스칼)

자료	MPa
폴리카보네이트	67
PLA	64
강인한 수지	55
PETG	50
나일론	48
ABS	38
수지	23

인장 강도는 특정 재료가 파단점까지 늘어나는 동안 받을 수 있는 응력의 양을 측정합니다. 재료의 인장 강도는 파단점에서 측정되며 동일한 구성 요소를 만드는 데 사용되는 재료마다 다릅니다.

이것은 대부분의 산업에서 수행되는 상당히 일반적인 테스트입니다. 그러나 상당히 정확한 결과를 생성하려면 실제 빌드 프로세스를 고려하고 변수로 고려해야 합니다.

합의는 3D 레진 프린트가 충격에 강하지 않다는 것입니다. 게다가 주기적으로 자외선에 노출되는 수지 제품의 지속적인 경화에 대한 큰 물음표가 있습니다. 반면 PLA는 "최후의 수단"이라고 표시된 상자에 들어 있는 비교적 저렴한 저온 내성 소재입니다.

이러한 가정은 진실에서 멀어질 수 없으며 진실은 공정하고 정확한 테스트를 통해 밝혀집니다. 다음은 ISO 527* 표준을 준수하는 Airwolf 3D에서 수행한 다양한 FDM 필라멘트 유형에 대해 수행된 인장 강도 테스트의 기본 개요입니다. 다양한 재료로 후크를 만들어 테스트했습니다.

*:이 가이드라인은 특정 조건에서 열가소성 수지의 인장 특성을 결정하기 위한 일반적인 조건을 지정합니다.

PLA

인쇄 베드는 60°C로 설정되었고 열을 적당한 수준으로 유지하기 위해 인클로저 없이 후크를 인쇄했습니다. PLA 후크는 285파운드의 무게를 견딜 수 있었으며, 이는 인장 강도가 64.4MPa로 해석되지만 항상 그렇듯이 걸림이 있습니다.

PLA는 시간이 지남에 따라 인장 강도를 잃게 되므로 장난감 및 장식품을 만드는 지정된 용도로만 사용해야 합니다. 높은 인장 강도가 필요한 용도로는 사용하지 않아야 합니다.

PETG

PETG는 50.0 MPa에서 측정되었으며 PLA보다 강할 것으로 예상되는 놀라운 수치입니다. toms3d.org에서 수행한 다른 테스트에서는 PLA를 PETG와 비교했지만 레이어 방향의 영향을 확인하기 위해 각각의 두 가지 테스트 구조를 인쇄했습니다. 두 개의 샘플을 가로 및 세로로 인쇄했습니다.

수행된 테스트는 샘플이 부러지는 지점을 결정하기 위한 굽힘 테스트였습니다. 세로로 인쇄된 샘플이 먼저 테스트되었으며 이것은 또한 레이어 접착력을 테스트할 것입니다. PLA 샘플은 8kg 미만을 견디는 반면 PTEG는 5.9kg을 견뎠습니다. 두 번째 샘플은 재료의 강도를 테스트했고 PLA는 16.6kg으로 측정되었지만 PETG 샘플은 전혀 부서지지 않고 그냥 휘어졌기 때문에 실패하지 않았습니다.

기본적으로 PETG는 더 유연하고 PLA와 같은 특정 힘을 가해도 부러지지 않지만 인장 강도에 있어서는 PLA가 더 강합니다.

ABS

ISO 527 테스트에서 ABS는 38.6 MPa로 평가되었으며 이는 PLA 및 PETG보다 훨씬 더 약합니다. 후크 테스트에서 ABS는 제대로 작동하지 않았고 동일한 285파운드 하중으로 즉시 부러졌습니다.

ABS는 일상적인 응용 분야에서 사용되는 실제 엔지니어링 재료로 간주되지만 이러한 응용 분야에는 인장 강도가 필요하지 않습니다. ABS의 인장 강도는 4700psi(32.4MPa)였습니다.

폴리카보네이트

기본 후크 테스트에서 폴리카보네이트 필라멘트는 베드 온도가 145°C 이상, Extruder 온도가 290°C 이상인 고온에서 인쇄되었습니다.

일반 애호가 프린터는 이러한 원하는 온도에 도달할 수 없다는 점을 염두에 두는 것이 중요합니다. 685파운드가 9800psi(67.6MPa)로 측정된 후크에 매달려 있어 폴리카보네이트가 인장 강도 면에서 확실한 승자가 되었습니다.

나일론

나일론은 균일한 필라멘트가 아니므로 나일론 필라멘트의 종류에 따라 인장 강도가 다르지만 추정 강도는 7000psi(48.3MPa)로 설정되어 ABS보다 실질적으로 우수하지만 PLA보다 낮습니다. 후크 테스트에서 나일론 910이 사용되었고 250°C에서 인쇄되었으며 베드 온도는 70-100°C입니다. 나일론은 구부러지기 시작했고 수백 파운드 후에야 485파운드에서 양보했습니다.

본질적으로 PETG와 유사하게 나일론은 PLA보다 더 많이 구부러집니다.

수지

인장강도 시험은 이전 시험과 동일한 사람이 하지 않았지만 동일한 조건을 재현하여 결과가 유효할 뿐만 아니라 비교할 수 있습니다.

수지는 일반적으로 인장 강도로 요약될 때 매우 약한 재료로 알려져 있으며 결과는 이 개념과 어느 정도 일치합니다. 일반 수지는 측정된 모든 필라멘트보다 훨씬 낮은 23.4MPa에 불과했습니다.

일반 레진에 대한 좋지 않은 결과에도 불구하고 SLA 인쇄의 놀라운 발전이 있었고 인장 강도는 확실히 많은 관심을 받은 한 차원이라는 점을 언급해야 합니다.

모든 주요 수지 제조업체는 또한 "강력한" 수지를 제공하며, 이는 마케팅 전략일 뿐만 아니라 인장 강도가 55MPa인 eSun의 강인한 수지를 예로 들 수 있습니다.

이는 제조업체가 3D 프린팅 산업이 요구하는 요구 사항을 항상 증가하는 방식으로 충족시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있음을 보여줍니다.

일반 레진과 터프 레진의 차이점

레귤러 레진 타입은 스트레스를 견디기에는 너무 약하고 자외선에 의한 지속적인 경화 과정으로 인해 실외 사용은 권장하지 않습니다. 그러나 시장에는 정말 강력하게 제조된 수지가 있습니다.

수지 개발에 빠르게 적용되는 기술이 도입되고 있으며 다양한 응용 분야가 지속적으로 발견되고 있습니다. 캐스터블 수지는 장신구 제조에 사용되고 있으며 치과에도 널리 사용됩니다.

일반 레진과 터프 레진의 주요 차이점은 인장 강도이며 터프 레진은 일반 레진의 인장 강도의 약 2배입니다.

Anycubic의 컬러 UV 레진은 Formlab의 Tough 2000, eSun의 Hard-Tough 및 Siraya Tech의 Blu와 같은 일부 거친 레진에 대해 테스트된 일반 레진으로 선택되었습니다. 표준 레진이 23.4MPa로 측정된 반면, 강인한 레진은 Foamlab의 경우 46MPa, eSun의 경우 55MPa, Siraya Tech의 경우 44MPa로 측정되었기 때문에 결과는 전혀 놀라운 일이 아닙니다.

테스트 결과에서 알 수 있듯이 거친 레진은 실제로 일반 레진보다 훨씬 강하지만 테스트 결과가 프로젝트에 자동으로 반영되지는 않습니다. 주된 이유는 구조적 설계 및 적용이기 때문에 거친 수지가 더 강하더라도 이러한 테스트 결과를 반드시 반영하지는 않을 것입니다.

수지 대 필라멘트 충격 강도 비교

다양한 재료 및 방향에 대한 충격 강도(줄/미터)

	플랫	가로	세로
폴리카보네이트	354	515	42
나일론	325	249	60
프루사 터프 수지	280	280	280
PETG	239	178	35
PLA	153	113	77
ABS	129	149	55

충격강도는 인장강도와 달리 표준 모델이 받을 수 있는 충격의 정도와 힘으로부터 흡수되는 충격 에너지의 양을 측정한다는 점에서 다릅니다. 테스트를 수행하는 데 사용된 방법은 IZOD 충격 강도 테스트입니다. 테스트는 평면, 수직 및 수평 방향의 세 가지 방향 테스트 샘플을 사용하여 수행되었습니다.

PLA

• 평면:152.52j/m
• 수평; 113.21j/m
• 세로:77.42j/m

PETG

• 평면:238.98j/m
• 수평; 178.09j/m
• 세로:35.45j/m

ABS

• 평면:128.69j/m
• 수평; 149.14j/m
• 세로:55.14j/m

폴리카보네이트

• 평면:354.15j/m
• 수평; 514.90j/m
• 세로:42.03j/m

나일론

• 평면:324.90j/m
• 수평; 248.86j/m
• 세로:59.61j/m

결과에서 알 수 있듯이 필라멘트의 종류와 시료의 방향이 혼재되어 있습니다. PLA는 수직 테스트에서 77.42j/m로 가장 높은 점수를 받았고 PETG는 35.45j/m로 가장 낮았습니다. 폴리카보네이트와 나일론 테스트 샘플은 상당히 균일하게 일치하지만 폴리카보네이트는 수평 테스트에서 514.90j/m의 점수를 받은 반면 나일론은 248.86j/m의 점수에 도달했습니다.

일반 레진과 터프 레진의 차이점

거친 수지와 비교한 일반 수지의 충격 강도는 Filaween 점수와 함께 IZOD 충격 강도 테스트를 사용하여 수행되었습니다. Tom의 테스트에서 그는 Elegoo ABS와 유사한 투명 레드 레진과 Prusa 적갈색 "Tough" 레진을 사용했으며 그 결과가 그 자체로 입증되었습니다.

등방성 재료이기 때문에 수지 테스트 샘플은 각각 하나의 샘플만 필요했습니다. Prusa Tough 레진 결과는 280mJ였습니다. 이 수지는 PLA 결과와 비슷합니다.

가장 강한 필라멘트는 무엇입니까?

폴리카보네이트가 가장 강력한 필라멘트 유형으로 평가된다는 것은 제조업체, 리뷰어 및 최종 사용자 사이에서 상당히 일반적인 결론이라고 생각합니다.

폴리카보네이트(또는 PC)는 올바르게 인쇄되고 적절한 온도에서 매우 강력하고 오래 지속되는 부품을 생산할 수 있습니다. 그러나 PC로 인쇄하는 경우 돌출부 및 미세한 디테일이 제대로 작동하지 않아 문제가 될 수 있습니다. PC는 위의 테스트 결과에서 볼 수 있듯이 높은 열 저항과 충격에도 상당히 강합니다.

나일론 역시 높은 평가를 받아 PC에 비해 우호적이다. Airwolf에서 테스트한 나일론 910 필라멘트는 7000psi에서 큰 강도를 보였고 인쇄된 클립은 485lb를 견딜 수 있었습니다. MatterHackers도 비슷한 테스트를 했지만 나일론 X 필라멘트라는 자체 나일론 필라멘트를 사용했습니다. 그들은 후크를 인쇄했으며 부러지기 전에 364파운드를 지탱할 수 있었습니다. 나일론은 강도와 ​​내구성 면에서 PLA보다 훨씬 높은 평가를 받았으며 많은 리뷰어들이 좋은 평가를 받았습니다.

나일론은 흡습성, 즉 습기를 흡수하는 경향이 있기 때문에 인쇄에 어려움이 있습니다. 100% 건조해야 합니다. 그렇지 않으면 인쇄 오류가 발생합니다. 또 다른 골치 아픈 점은 인쇄 온도가 220-270°C 사이여야 하고 뒤틀림이 발생하기 쉽다는 것입니다. 나일론의 좋은 점은 내충격성, 내피로성, 내열성이 있고, 케이크 위의 체리는 PC보다 인쇄가 쉽다는 것입니다.

다음은 권장되는 나일론 및 폴리카보네이트 필라멘트입니다.

FDM 부품을 더 강력하게 만드는 방법은 무엇입니까?

강력한 FDM 인쇄는 바람직한 인쇄입니다. 직선 채우기 사용, 냉각 감소, 압출 폭 증가, 둘레 수 증가, 더 얇은 층 사용을 포함하여 인쇄물의 강도를 높이는 여러 가지 방법이 있습니다. FDM 인쇄물의 강도를 높이는 데 도움이 되는 이러한 포인터는 많은 3D 전문가와 애호가가 모두 시도하고 테스트했습니다.

직선 또는 벌집 채우기 패턴 사용

채우기 패턴은 인쇄물을 강화하는 확실한 플러스 포인트이지만 불행히도 한 가지 크기가 모든 사람에게 적합하지는 않습니다. 벌집 구조는 강도로 유명하며 런온 플랫 자동차 타이어에도 사용됩니다. 기술적인 면에서 보면 직선의 패턴이 가장 강한 패턴이지만, 힘의 방향을 고려할 때만 반대 방향으로 약해지기 때문입니다.

직선형 채우기 패턴을 사용하면 플라스틱 사용을 줄이고 결과적으로 더 빠르게 인쇄할 수 있습니다. 벌집 패턴보다 최대 30% 더 빠르게 인쇄합니다. 직선 패턴이 한 방향에서 가장 강한 곳에서 허니컴은 모든 방향에서 똑같이 강하여 만능 신뢰할 수 있는 패턴입니다.

3D 프린트 어닐링

어닐링은 금속 또는 사출된 플라스틱 부품을 만드는 일반적인 프로세스입니다. 쉽게 말해 온도를 높여 견고함, 인장강도, 내열성을 향상시키는 과정입니다. 3D 프린팅 세계에서는 그다지 인기가 없지만 이 프로세스는 여전히 적용 가능하지만 최적의 온도를 얻으려면 어느 정도의 실험이 필요합니다.

집에서 인쇄물을 오븐에 넣을 수 있지만 온도를 면밀히 모니터링하고 인쇄물 주변에 열이 고르게 분포되어 있는지 확인해야 합니다.

어닐링은 기본적으로 플라스틱을 유리 전이 온도로 가열하는 것입니다. 이 시점에서 물체는 여전히 형태를 유지하지만 분자는 보다 유동적인 상태로 재배열되어 내부 장력이 감소하고 공정에서 구조가 강화되기 때문입니다.

중합체는 무정형 및 반결정질 분자 구조로 구성된 길고 반복적인 분자 사슬을 가지고 있습니다. 이러한 분자 구조는 폴리머를 구성하며 명확한 구분선 없이 무작위로 분포되어 있습니다. 결정 구조는 단단하고 단단하지만 비결정 구조는 더 탄력 있고 유연합니다.

필라멘트가 노즐에서 가열되면 비정질일 가능성이 높으며 급속 냉각 과정을 통해 이 구조를 유지합니다. 어닐링이 달성하는 것은 비정질 플라스틱의 특성을 결정질 플라스틱으로 바꾸는 것입니다.

PLA 및 PETG 필라멘트는 어닐링 시 유망한 결과를 보인 반면 ASA 및 ABS는 공정 중 휘어짐을 제외하고는 실질적인 변화를 보이지 않았습니다. PLA 필라멘트는 인장강도가 크게 개선된 반면 PETG는 충격 내구성에서 큰 점수를 받았습니다.

결론은 어닐링은 효과적인 도구이지만 세부적인 인쇄물이 있는 기술을 사용할 때 문제가 발생할 수 있다는 것입니다.

추가 고려사항

강점과 약점을 파악하기 위해 인쇄물의 적용을 고려해야 합니다. 올바른 필라멘트 또는 수지 외에도 몇 가지 다른 고려 사항이 인쇄물의 유용성에 영향을 미칩니다.

이방성 대 등방성

Anisotropic is basically arriving at different values when a material’s properties are measured from different directions, which is the case with rectilinear infills. On the other hand, isotropic means consistent values no matter the direction of the measurement, and in this case, we can use the honeycomb structure as a good example.

With FDM 3D printing, the print or build direction will contribute to anisotropic results. This becomes more obvious with lower adhesion between layers in the Z-axis, which causes a lower pull strength compared to the X and Y-axis. So, if anisotropy is not considered, then the printed product will not last when pressure is applied to its weakness.

With SLA printing, there is no need to worry about structural weaknesses from certain directions because the resin is isotropic, meaning that the object has the same strength from all directions. For added strength resin model should not be hollow to save on resin.

Slicer Settings

A strong print begins with a good design that focuses on structural integrity by allocating more material to areas with concentrated stress. Topology optimization allows the process to be automated and is frequently used in creating functional designs.

The fabrication process also has a strong influence on the strength of the final product, and this is determined by the printing setting during slicing. For example, the layer height being higher will account for greater print strength, both in FDM and SLA prints. The infill structure and settings also contribute to the print strength, as do the speed, thickness of the extrusion, and optimum temperatures.

With SLA resin, printers usually print with 100% infill, but some slicers allow you to drain excess resin from interior pockets as a resin-saving option; however, in order not to compromise the integrity of the print, the design should not be hollow.

How the objects are printed

Layer thickness and adhesion play a dominant role in the overall strength of a printed object. In a test conducted to point out the effects of layer thickness and print orientation, several hooks were printed with different layer thickness as well as being printed vertically and laying down.

The results of the test were unanimously in favor of the hooks printed laying down, which indicates that structural integrity is influenced if the print layers are in the same line as the force applied to the object.

A 0.4mm nozzle was used for the printing, and the hooks were printed from 0.05 to 0.4mm. In both print orientations, the hooks that were printed with between 0.1mm and 0.2mm performed the best, whereas the 0.3mm and 0,4mm hooks performed the worst.

From this test, we can conclude that the layer thickness should not exceed half the diameter of the nozzle being if part strength is relevant for our application. For details on the test, check out the video from CNCKitchen

추천 제품 섹션을 확인하세요

우리는 추측을 없애고 어떤 프린터, 필라멘트 또는 업그레이드를 얻을 것인지 조사하는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있는 권장 제품 섹션을 만들었습니다. 이는 이것이 매우 힘든 작업이 될 수 있고 일반적으로 많은 혼란을 야기한다는 것을 알고 있기 때문입니다. .

초보자는 물론 중급자, 전문가에게도 좋다고 판단되는 소수의 3D 프린터만 선택하여 결정을 쉽게 했으며 나열된 업그레이드뿐만 아니라 필라멘트도 모두 당사에서 테스트하고 신중하게 선택했습니다. , 어느 것을 선택하든 의도한 대로 작동한다는 것을 알 수 있습니다.