3D 프린터 필라멘트도 상하나요? 변질 원인과 해결책 총정리

우리의 3D 프린터가 잘 보정돼 있어 평소엔 높은 퀄리티로 멋진 출력물을 뽑아냅니다. 그런데 한동안 안 쓴 필라멘트 롤로 새 오브젝트를 출력했더니 결과가 평소보다 한참 떨어집니다.

필라멘트 롤도 상해서 물성을 잃을 수 있을까요? 가장 유력한 원인들은 뭘까요?

필라멘트를 실리카겔 넣은 밀폐 용기에 보관하지 않으면 수분을 흡수해 부서지기 쉽고, 자외선(UV) 노출도 필라멘트를 취약하게 만듭니다. 또 필라멘트 끝을 롤 측면 구멍에 고정하지 않고 보관하면 엉키게 됩니다.

요약하면, 롤을 못 쓰게 만드는 원인과 결과, 해결책은 이 표와 같습니다.

원인	최악의 필라멘트	최적의 필라멘트	결과	해결책
자외선(UV) 노출	PLA, ABS	PETG, ASA	필라멘트가 부서지기 쉬워지고 끊어짐	해결책 없음(예방만 가능)
수분 노출(흡습)	PLA, ABS, PETG	HIPS, ASA	빌드플레이트 접착 불량, 노즐 내 기포, 불균일한 결과, 압출 시작/끝 지연, 노즐 압출 중단	오븐 40°C 3시간 건조, 열풍건조기, 필라멘트 건조기 사용
롤 엉킴	전부 해당	전부 해당	노즐 압출 중단	사용 후 필라멘트 끝을 롤 구멍에 꼭 고정하기
스풀 홀더 마찰	전부 해당	전부 해당	노즐 압출 중단	마찰 적은 물체 위에 롤 올리기

필라멘트 수명은 보통 얼마나 되나?

건조하고 서늘한 곳에 포장 그대로 보관해 수분을 차단하면, 대부분 인기 열가소성 수지(PLA, ABS, PETG)는 최소 2년 이상 물성을 유지합니다. 예외는 나일론으로, 일반적으로 선반 수명 12개월 후부터 성능이 떨어집니다.

필라멘트 출력 품질은 2년 이상 유지될 수도 있지만, 직접 써봐야 알 수 있습니다. 일반적으로 선반에 2년 이상 있던 필라멘트 롤 구매는 피하세요.

어쨌든 변수가 너무 많아 특정 롤이 정확히 얼마나 갈지 확정하긴 거의 불가능합니다. 필라멘트 수명은 지역 대기 조건(일광, 온도, 습도 노출), 초기 품질, 열가소성 수지 타입에 따라 달라집니다.

PLA

일반적으로 PLA 필라멘트 선반 수명은 2~3년입니다. 원포장 상태(방습 목적)로 서늘하고 건조한 어두운 곳에 보관하면 거의 3년 뒤에도 출력 가능합니다. 다만 2년 지나면 출력 품질이 저하되기 시작할 수 있습니다.

PLA는 부서지기 쉽고 마모 징후가 나타나기까지 꽤 오래 가지만, 뜨거운 차고나 직사광선 아래 보관된 PLA 롤은 피하세요. PLA는 열과 자외선을 싫어합니다.

반면 실내 상온 보관 PLA는 2~3년 품질 저하 없이 쓸 수 있습니다.

ABS

ABS 필라멘트 선반 수명도 PLA와 비슷해, 수분 노출만 없으면 포장 개봉 후 최대 2년 갑니다.

ABS는 PLA보다 강하고 내구성 있는 소재입니다. 유리 전이 온도가 PLA(60°C)보다 높은 105°C라 열을 더 잘 견딥니다.

다른 열가소성 수지보다 흡습성이 덜하지만, 그래도 안전을 위해 원포장에 실리카겔 여러 개 넣고 직사광선 피해서 보관하세요.

나일론

나일론의 엄청난 친수성이 문제입니다. 스펀지처럼 물을 빨아들여 부풀리고 프린터 노즐을 막아 일관되지 않은 출력을 만듭니다.

불과 며칠 만에 1~3% 수분을 흡수하고, 이 높은 수분 함량 때문에 출력 시 소재가 망가집니다.

전문 용어로 나일론은 흡습성(hygroscopic) 열가소성 수지입니다. 수분을 좋아해 빨아들인다는 뜻입니다.

이 때문에 나일론을 노출 방치하면 수명이 며칠 만에 크게 줄어듭니다. 야외용 출력물에도 부적합합니다. 대부분 나일론 브랜드의 최대 선반 수명은 12개월입니다.

하지만 모든 필라멘트는 정도 차이만 있을 뿐 흡습성이 있습니다. 일정 비율만 흡수하면 더 이상 안 빨아들입니다. 출력용으론 당연히 안 좋지만(수분이 여러 문제 유발), 출력물이 약간 부푸는 걸 감수할 수 있다면 야외에 놔둬도 어느 정도 흡습 후엔 더 이상 흡수하지 않습니다.

PETG

PETG는 코폴리에스터로 PET와 글리콜 두 주성분으로 이뤄집니다. PLA보다 강하고 내구성이 있으며 약간 더 유연합니다. 유리 전이 온도가 높아 PLA처럼 낮은 열(차 안 등)에서 쉽게 변형되지 않습니다.

PETG 필라멘트는 밀폐 용기에 보관해 수분을 차단하세요. 보관 온도도 중요합니다. 서늘한 곳에 두면 오래 가지만, 열에 노출되면 부서지고 갈라지며, 특히 수분과 동시에 노출되면 심해집니다.

대부분 PETG 필라멘트는 2년 이상 보관 가능하나, 서늘하고 건조하며 직사광선 피한 곳에 둬야 오래 품질을 유지합니다.

PETG의 차별점: 자외선(UV) 저항성이 있어 전반적으로 야외용 필라멘트로 훌륭합니다.

필라멘트 변질 여부 판별법과 원인

안타깝게도 필라멘트 롤이 상했는지 확실히 알 방법은 없습니다. 다행히 오래된 필라멘트를 써도 3D 프린터가 손상되진 않으니, 간단한 테스트 출력으로 롤 전반적 품질을 확인할 수 있습니다.

다음이 필라멘트 변질 판별에 추천되는 세 가지 테스트입니다.

늘리기 테스트: PLA는 부러지기 전 약간 유연할 수 있어 완전 신뢰하긴 어렵습니다. 관찰력도 필요합니다. 전 이 방법 비추천합니다. 결정적 증거가 안 나옵니다.
응력 테스트: 수직으로 매달아 둔 뒤 테스트하는 건 PLA 변질 징후 파악에 더 신뢰도 낮습니다. 역시 비추천.
작은 오브젝트 출력하기: 이게 단연 최고 방법입니다. 평소 설정으로 작은 오브젝트 출력해 결과가 기대한 만큼 좋은지 보세요. 압출 중 '뽀독' 소리(터지는 소리)가 나면 필라멘트에 수분 찼단 확실한 증거입니다.

보시다시피 흔히 권장되는 첫 두 방법은 별로 안 좋아합니다. 측정하려는 바로 그 걸 빠르고 쉽게 테스트할 수 있는데 왜 힌트만 주는 테스트를 합니까!

수분이 필라멘트에 미치는 영향

롤에 쌓인 수분은 매우 저품질 출력이나 파손을 초래합니다. 필라멘트가 롤에서 늘어지듯 나오며 스트링잉(stringing) 생기면 충분히 건조되지 않은 신호일 수 있습니다.

젖은 필라멘트 출력 결과는 수없이 많고, 나쁜 결과의 주원인 중 하나입니다.

젖은 필라멘트로 인해 생길 수 있는 것들, 꼭 피하고 싶을 겁니다!

출력물 상단 레이어에 구멍 발생
익스트루더 팁에 기포 발생
빌드플레이트 접착 불량
동일 모델 출력 시 매우 불균일한 결과
압출 시작/끝 지연으로 품질 저하
노즐이 무작위로 압출 중단

왜 수분이 출력 품질에 이렇게 큰 영향을 줄까요? 정확히 무슨 일이 벌어지길래?

발포(Foaming) 현상

발포 현상이 필라멘트 팽창의 주원인입니다. 출력에 나쁩니다. 레이어를 약하게 만들고 출력을 스위스 치즈처럼 만듭니다. 두 요인에 의해 발생: 흡수된 수분 증발, 과도한 리트랙션.

발포는 폴리머 분자가 기체 상태로 분해되는 과정입니다. 폴리머 분자는 커서 쉽게 풀립니다. 젖으면 강도를 잃고 분리될 수 있습니다. 이 결합을 깨는 에너지가 필라멘트를 부풀게 하고 팽창시킵니다.

가수분해(Hydrolysis)

가수분해는 원자 수준에서 일어나는 또 다른 과정입니다. 폴리머가 물을 흡수하면 화학 결합 일부가 끊기며 분해돼 단량체(모노머)가 됩니다.

3D 프린터 쓸 때 필라멘트 수분 함량이 낮은 게 매우 중요합니다. 출력물 기포는 가장 아름다운 디자인도 엉망으로 만듭니다. 제대로 된 필라멘트 건조로 디자인이 깨끗하고 아름답게 나옵니다.

습기 찬 필라멘트 고치는 법

필라멘트 전체에 고르게 수분을 빼내는 가장 단순하고 비용 효율적인 방법은 오븐류로 건조(탈습)하는 것입니다.

일반 주방 오븐이 필라멘트 롤 건조에 가장 빠릅니다. 열이 많은 수분을 증발시켜 과다 수분을 제거하고 3D 프린팅을 다시 쾌적하게 만듭니다.

주방 오븐도 잘 작동하지만, 필라멘트 가열용으로 설계된 게 아니니 절대 녹지 않게 조심하고 필라멘트 유리 전이 온도보다 훨씬 낮게 온도 설정해야 합니다.

젖은 필라멘트 롤을 제대로 말리려면 오븐을 40°C(104°F)로 설정하고 약 3시간 두세요. 중간중간 확인하며, 특히 온도가 너무 높아서 필라멘트가 녹지 않는지 체크하세요.

PLA의 유리 전이 온도(말랑해지기 시작하는 온도)는 60°C(140°F)뿐입니다. 오븐이 이 온도에 도달하거나 넘어가면 몇 분만에도 롤이 영구 망가집니다.

전 오븐을 주로 쓰지만, 프린팅 커뮤니티에서 쓰는 다른 기법들도 소개합니다:

식품 건조기(푸드 드라이어)도 잘 작동합니다. 음식 수분 빼는 용도라 필라멘트에도 똑같이 작동합니다.

마지막으로 필라멘트 전용 건조기 제품들이 있습니다. 이름 그대로 '필라멘트 드라이어'인데, 필라멘트 수분 제로 유지에 환상적이고, 오븐처럼 녹일 위험도 없습니다.

필라멘트 제대로 보관하는 법

대부분 공급업체는 필라멘트 출하 시 작은 실리카겔 봉투를 동봉합니다. 실리카겔은 제습제, 즉 주변 환경 수분을 흡수하는 제품입니다.

모든 필라멘트를 실리카겔 패킷과 함께 밀폐 용기나 지퍼백에 보관하세요. 아니면 작은 보관함에 실리카겔 비드나 쌀 등을 채우고 필라멘트를 넣어도 됩니다.

필라멘트 망치는 흔한 경우들(고치는 법 포함)

지금까진 습기가 미사용 롤을 망치는 가장 유력한 경로였습니다. 말할 필요도 없이 필라멘트 망치는 다른 방법들도 많으니 각각 짚어보겠습니다.

필라멘트 롤 엉킴

진심으로, 제가 3D 프린팅으로 꽤 수입을 올리는 사람으로서 가장 흔히 겪는 문제입니다. FDM 프린터 작동 원리는 단순합니다. 모든 프린터는 릴(Reel)에서 필라멘트를 공급받는데, 릴은 스풀 홀더에 연결됩니다. 프린터가 릴에서 필라멘트를 당겨 핫 노즐에서 녹여 얇은 줄로 만듭니다.

플라스틱 필라멘트는 플라스틱/금속 스풀에 원형 코일 형태로 감겨 있습니다. 1kg 롤엔 최대 100여 코일이 있습니다. 필라멘트 한 끝은 스풀에 묶여 있고 다른 끝은 프린터로 공급됩니다.

필라멘트 보관할 때 풀린 끝을 스풀 측면 구멍에 꽂아 엉키지 않게 하세요.

프린터가 엉킨 스풀에서 필라멘트를 받으면 노즐까지 플라스틱을 밀어올리지 못해 출력 중간에 잼(jam) 걸리고 진행분이 전부 날아갑니다. 꽤 짜증나고 시간·비용 낭비입니다.

하지만 엉킴은 아주 쉽게 예방됩니다. 필라멘트 풀린 끝을 절대 자유롭게 두지 마세요. 프린터에 안 꽂혀 있으면 손에 쥐고 있거나 스풀 림의 구멍에 단단히 고정하세요.

이미 엉켰다면 수동으로 스풀에서 풀고 직접 다시 감은 뒤 끝을 구멍에 꽂아 단단히 고정하세요.

아이들, 반려동물, 무책임한 성인에게서 필라멘트 지키기!

반려동물, 유아, 무책임한 성인 방문자가 집에 있으면 3D 프린터 오너에겐 골칫거리입니다.

필라멘트는 만지면 차갑고, 반짝이는 케이블 같고, 움직일 때 멋진 소리 나고, 색도 예쁩니다. 아이들이나 반려동물이 심심한 휴지 롤 가지고 노는 거 보셨을 겁니다. 반짝이고 멋진 필라멘트 롤이면 뭐가 될지 상상이 가시죠. 그러니 필라멘트 치워두는 게 상책입니다.

햇빛 손상(UV 데미지)

이미 확인했듯 대부분 필라멘트는 UV 저항성이 없어 햇빛 노출 시 시간이 지나며 손상됩니다.

겉보기엔 멀쩡해 보여도 PLA나 ABS가 더 부드럽거나 부서지기 쉽고, 얇고 유연해진 게 느껴지거나 보일 수 있습니다. 최악엔 변형돼 너무 부서지기 쉬워 툭 끊어질 지경이 됩니다.

햇빛 손상은 주로 운송 중이나 창가 보관 시 발생합니다. 피하기 쉽습니다.

프린터 스풀 홀더가 너무 헐겁거나 너무 꽉 조임

3D 프린팅에서 흔한 문제: 스풀 홀더 마찰이 심해 스풀이 출력 중 자유롭게 돌지 못해 약한 레이어, 접착 불량, 심지어 막힘·잼 발생.

프린터가 당길 때 스풀 홀더가 자유롭게 움직이면서 동시에 스풀 회전을 방해하지 않게 하세요.

필라멘트 가이드 안 씀

필라멘트 가이드는 거의 항상 테플론(PTFE) 튜브로 이뤄집니다. 이걸 써서 필라멘트를 프린터에 공급하면 엉킴 방지와 안심에 도움 됩니다.

3D 프린터가 필라멘트를 직선으로 압출하게 해 출력 품질 향상에도 도움되고 엉킴도 막아줍니다.

결론

가능한 문제들을 다 짚어보니, 대부분 예방 가능할 뿐 아니라 꽤 쉽게 예방됩니다.

이 권장사항들을 평소 출력 플로에 적용하고, 필라멘트 제대로 보관하는 데 몇 초만 더 투자하세요.