생분해성 3D 프린팅 재료

3D 프린팅은 제조 가능성의 세계를 열었습니다. 이 적층 제조 공정은 단순 부품과 고도로 복잡한 부품을 모두 빠르고 저렴한 비용으로 제조하는 데 사용됩니다. 오늘날 다양한 유형의 3D 프린팅 기술이 사용되고 있습니다. 그러나 그들 중 다수는 광범위하게 정의된 동일한 작동 원리를 따릅니다. 재료가 반용융 상태로 가열되고 부품이 형성될 때까지 CAD 모델에서 제공한 정보를 사용하여 3D 프린터에 의해 층별로 증착됩니다. 3D 프린팅 프로세스는 재료가 특성의 큰 변화 없이 용융, 재형성 및 재응고되거나 경화될 수 있어야 합니다.

이에 따라 요구되는 특성을 지닌 열가소성 수지가 3D 프린팅에 가장 많이 사용되는 소재가 되고 있다. 그러나 플라스틱은 생분해되지 않습니다. 적절하게 폐기하지 않으면 환경에 위험을 초래합니다. 이러한 이유로 3D 프린팅과 호환되고 완전한 기능의 부품을 만드는 데 사용할 수 있는 생분해성(환경 친화적) 재료를 개발하기 위해 엄청난 노력을 기울이고 있습니다.

이 기사에서 Xometry는 PLA와 같이 이미 시장에 나와 있는 생분해성 3D 프린팅 재료와 효율적인 3D 프린팅을 위해 아직 개발 중인 재료에 대해 설명합니다.

PLA

PLA(Polylactic Acid)는 3D 프린팅에 사용되는 가장 대중적이고 접근하기 쉬운 생분해성 플라스틱입니다.

이 폴리에스터는 사탕수수와 전분과 같은 탄수화물 공급원을 통제된 조건에서 발효시켜 얻은 젖산으로 만들어집니다. PLA는 젖산 단량체의 직접 축합 또는 젖산 유도체인 락타이드의 중합에 의해 젖산에서 생성됩니다.

PLA는 주로 FDM 3D 프린팅과 함께 사용됩니다. 열가소성 물질이며 특성을 잃지 않고 녹고 변형될 수 있습니다. 또한 폴리프로필렌 및 ​​폴리우레탄과 비교할 수 있는 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 열적 특성은 만족스러우나 ABS에 비해 뛰어나지는 않습니다.

PLA의 일부 이점은 생분해성을 제외하고 다음과 같습니다.

• 재생 가능한 천연 자원에서 생산됩니다.
• 식품 포장 안전 인증
• 독성이 없으며 의료용으로 사용할 수 있습니다.

반면에 몇 가지 단점은 다음과 같습니다.

• 특정하고 통제된 퇴비화 환경에서만 생분해됩니다.
• 바이오플라스틱 생산에 옥수수와 같은 식품이 대량으로 사용된다는 사실에 대해 약간의 논란이 있습니다.
• 일반적으로 사용되는 석유계 플라스틱에 비해 강도와 결정성이 약간 떨어집니다.

PLA는 칼 붙이, 식품 포장, 건강 관리, 섬유 및 화장품에 널리 사용됩니다. 가장 보편적인 3D 프린팅 필라멘트 중 하나입니다.

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Xometry가 제공하는 3D 프린팅 재료 중에서 PLA를 옵션 중 하나로 자유롭게 선택하십시오.

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PHA

PHA(Polyhydroxyalkanoates)는 특정 박테리아를 배양하여 생산하는 바이오 플라스틱입니다. 물질은 박테리아의 세포에서 합성되고 고반사 과립으로 추출됩니다.

PHA는 PLA보다 3D 프린팅에서 훨씬 덜 인기가 있으며 여전히 개발 중입니다. 현재 시장에서 거의 구할 수 없으므로 더 비쌉니다. 긍정적인 면에서는 훨씬 빨리 생분해되며 분해되는 데 1~3개월 정도 걸립니다. PHA 폴리머의 특성은 화학적 조성에 따라 약간 다릅니다. 열가소성, 탄성, 내습성이 우수합니다.

PHA의 일부 이점은 다음과 같습니다.

• 생분해성이며 분해되는 데 3개월 미만이 소요됩니다.
• 소성 특성이 좋습니다.
• 박테리아에서 자연적으로 생성됨
• 자외선 방지

몇 가지 제한 사항은 다음과 같습니다.

• 제작비가 비싸다
• 소비자의 접근성이 떨어짐

다른 바이오 플라스틱에 비해 PHA는 유연성, 강도 및 열적 특성이 낮습니다.

PHA는 3D 프린팅에 사용하기 위해 여전히 많은 연구를 진행하고 있습니다. 현재 이 소재의 대부분은 다른 플라스틱과 합성물을 만드는 데 사용됩니다.

플램

FLAM(Fungal Like Additive Material)은 잠재적으로 3D 프린팅에 혁명을 일으킬 수 있는 또 다른 천연 소재입니다. FLAM은 지구상에서 가장 풍부한 두 가지 고분자인 셀룰로오스와 키틴으로 만들어집니다. 이 다목적 재료는 목공, 주조, 몰딩 및 3D 인쇄에 적용할 수 있습니다. 기계적 특성은 폴리우레탄 폼과 거의 동일합니다. FLAM은 시장에서 쉽게 구할 수 없는 매우 새로운 재료이며 여전히 추가 연구가 필요합니다. 그러나 이 연구에서 볼 수 있듯이 이미 많은 가능성을 보여주고 있습니다.

FLAM의 장점은 다음과 같습니다.

• 지속 가능하고 풍부하게 이용 가능한 천연 자원으로 만들어졌습니다.
• 매우 다재다능하며 다양한 제조 공정에 적용할 수 있습니다.
• ABS 또는 PLA보다 10배 저렴하며 매우 저렴합니다.

FLAM의 제한 사항은 다음과 같습니다.

• 아직 많은 연구가 필요한 비교적 새로운 소재입니다.
• FLAM을 3D 프린팅하는 과정은 복잡합니다.

복합 자료

많은 생분해성 재료의 고유한 한계 때문에 두 가지 이상의 재료를 조합하여 새로운 재료를 형성하는 복합재가 개발되어 사용되고 있습니다. 이러한 복합 재료는 모재의 장점을 결합하여 종종 한계를 상쇄하거나 크게 줄입니다. 3D 프린팅에 사용할 수 있는 일부 생분해성 복합 재료는 다음과 같습니다.

• 조류 기반 PLA
• PLA + PHA
• WoodFill(70% PLA 및 30% 목재 섬유)

그러나 아직 널리 사용되지는 않습니다.

재활용 필라멘트

생분해되지는 않지만 재활용 플라스틱으로 만든 필라멘트는 플라스틱으로 만들어졌기 때문에 환경적으로 책임이 있습니다. 3D 프린팅에 사용되는 대중적인 플라스틱의 대부분은 재활용 가능합니다.

결론

전 세계가 플라스틱 오염의 위험성을 그 어느 때보다 잘 인식함에 따라 플라스틱 사용을 줄이기 위해 다양한 조치를 취하고 있습니다. 이러한 단계 중 하나는 환경을 보호하면서 이 놀라운 제조 공정의 힘을 활용하기 위해 3D 인쇄할 수 있는 생분해성 재료를 개발하는 것입니다.

그러나 현재 널리 사용 가능한 생분해성 3D 프린팅 재료는 PLA뿐입니다. 즉시 견적 플랫폼에 모델을 업로드하여 Xometry에서 PLA 부품에 대한 견적을 받으세요.