3D 프린팅 워핑(Warping) 이해: 원인, 해결책, 예방 팁

3D 프린팅은 정확하고 정밀하며 복잡한 설계를 가진 제품 제작에 적합한 적층 제조 공정입니다. 그러나 많은 사용자, 특히 초보자들이 여러 결함을 경험하는 것이 일반적입니다. 흔한 3D 프린팅 결함 중 하나가 3D 프린트 워핑(Warping)입니다.

3D 프린트 워핑은 여러 이유로 발생하여 많은 사람들에게 3D 프린팅을 좌절스럽게 만듭니다. 이 글에서는 3D 프린트 워핑의 개념, 원인, 가능한 해결책, 워핑 방지 방법을 다룹니다.

3D 프린팅 워핑의 개념

워핑은 파트가 의도된 형상에서 왜곡되는 현상입니다.

3D 프린팅 공정과 3D 프린트 필라멘트와의 관련성을 이해해야만 3D 프린트 워핑을 이해할 수 있습니다. 3D 프린팅은 가열된 노즐에서 액체 필라멘트를 압출하여 가열된(대부분) 프린트 베드에 증착합니다. 프린트 베드에 닿으면 액체가 고체 형태로 응축됩니다.

3D 프린팅 필라멘트는 상 변화 동안 기계적 특성을 유지합니다. 그러나 팽창과 수축(그러한 물리적 효과의 정도는 필라멘트에 따라 다름)을 겪습니다. 팽창과 수축 중 온도 변화는 팽창 차이를 보장합니다. 압출된 필라멘트가 수축 중에 급격히 냉각되면 이전 레이어를 당길 수 있습니다. 그 결과 워핑된 3D 프린트가 발생할 수 있습니다.

워핑이 3D 프린트에 나타나는 방식:

-워핑된 3D 프린트는 후속 레이어로 인해 넓은 온도 범위를 경험하는 베이스 레이어에서 가장 두드러집니다.

-다른 레이어도 후속 레이어가 차가운 레이어 위에서 식으면서 발생하는 풀업 효과로 인해 워핑을 경험할 수 있습니다.

-강한 베이스 레이어도 프린트 베드에 부착되어 워핑을 유발할 수 있습니다.

3D 프린트 워핑이 나타나는 다른 방식도 있습니다. 이는 아래 섹션에서 완전히 논의됩니다.

3D 프린트 워핑의 원인은?

3D 프린팅 워핑의 주요 원인은 필라멘트 압출 중 온도 차이입니다. 그러나 다른 원인도 있습니다. 3D 프린팅 중 주의해야 할 몇 가지 빈번한 원인은 다음과 같습니다.

1. 온도 차이

압출 중 가열된 필라멘트는 팽창과 수축을 겪습니다. 온도 차이는 팽창을 연장하거나 단축시킬 수 있습니다. 압출된 필라멘트가 급격히 냉각되면 워핑된 3D 프린트로 이어질 수 있습니다.

이는 3D 프린트 워핑의 가장 흔한 원인으로, 고르지 않은 냉각, 불량한 환기, 불충분한 냉각 팬 속도, 잘못된 3D 프린팅 필라멘트 선택으로 인해 발생합니다.

2. 부적절한 베드 부착

3D 프린트의 첫 번째 레이어는 프린트 베드에 제대로 부착되어야 합니다. 이것이 이루어지지 않으면 후속 레이어가 수축하면서 첫 번째 레이어를 들어 올릴 수 있습니다. 이는 워핑된 3D 프린트로 이어질 수 있습니다. 부적절한 베드 부착은 다음의 결과일 수 있습니다:

• 잘못된 베드 레벨링
• 접착제 잘못된 사용/부재
• 잘못된 노즐 높이
• 불충분한 압출
• 더러운 3D 프린트 베드

3. 잘못된 슬라이싱 설정

슬라이서는 객체 방향, 소재, 원하는 해상도에서 계산된 3D 프린팅 경로를 결정합니다. 따라서 잘못된 슬라이서 설정은 파트 오류로 이어질 수 있습니다. 이는 빌드 플레이트 분리 및 3D 프린팅 워핑으로 이어질 수 있습니다.

4. 너무 빠른 프린팅

너무 빠르게 프린팅하면 다음이 발생하여 워핑된 3D 프린트를 유발할 수 있습니다:

• 플라스틱 필라멘트가 평평하게 놓이는 대신 말려 올라감.
• 빠른 프린팅은 레이어의 급격한 냉각으로 이어질 수 있음. 또한 플라스틱 레이어가 부서지기 쉽게 만듦.

워핑된 3D 프린트 해결 방법?

높은 정확도, 정밀도, 공차가 필요한 제품의 경우 워핑된 3D 프린트를 수정하는 것은 거의 불가능합니다. 그러나 그런 높은 공차가 필요하지 않은 제품의 경우 유일한 3D 프린팅 워핑 해결책은 열풍총으로 파트를 재가열하여 모양을 바로잡는 것입니다.

가장 고려되는 3D 프린팅 워핑 해결책은 모델을 재프린트하는 것입니다. 그러나 이는 아래 강조된 팁을 고려한 후에만 이루어져야 합니다.

3D 프린트 워핑 방지를 위한 10가지 팁

워핑된 3D 프린트 수정 경향이 낮기 때문에 프린팅 전에 문제를 피하는 방법을 알아야 합니다. 게다가 이는 3D 프린팅 서비스 비용도 증가시킬 수 있습니다. 프린팅 전과 중에 적용할 수 있는 품질 3D 프린트를 위한 몇 가지 팁입니다.

1. 프린트 베드 레벨링

프린트 베드 레벨링을 통해 노즐에서 프린트 베드까지 완벽한 거리를 얻을 수 있습니다. 한편으로는 너무 가까운 노즐은 베드 긁힘을 유발할 수 있습니다(이는 워핑을 유발하지 않음). 다른 한편으로는 너무 먼 노즐은 압출된 필라멘트가 프린트 베드에 안착하기 전에 냉각되게 만듭니다. 이는 압출 필라멘트의 부착력을 감소시키고 워핑을 유발합니다. 종이 테스트나 프린트 테스트를 수행하여 프린팅 베드를 레벨링할 수 있습니다.

2. 첫 레이어에 대해 프린트 베드와 헤드를 더 높은 온도로 가열

프린트 베드와 헤드를 가열하면 압출된 필라멘트가 더 높은 점도를 가지며 프린팅 베드에 더 잘 부착됩니다. 첫 레이어의 경우 프린팅 온도를 약 5°C 높이는 것을 확인하세요. 그러나 이는 작업 중인 소재에 따라 달라집니다.

3. 가열된 인클로저 사용

가열된 인클로저는 3D 프린트의 다른 부분이 워핑을 경험하지 않도록 보장합니다. 이는 온도를 안정적으로 유지하고 수축 정도를 줄여서 수행합니다.
모든 프린터에 가열된 인클로저가 있는 것은 아닙니다. 그러나 DIY로 만들 수 있습니다.

4. 래프트(Raft) & 브림(Brim) 사용

래프트와 브림은 3D 프린팅 워핑 방지에 사용할 수 있는 애드온입니다. 래프트는 기초 레이어에 단단히 부착된 추가 레이어입니다. 이는 레이어를 고정하고 프린트 베드에 대한 부착력을 향상시킵니다. 반면 브림은 외부 가장자리에 부착되어 부착력 향상이라는 동일한 기능을 수행합니다.

5. 슬라이싱 설정 구성

슬라이싱 설정을 구성하여 3D 프린트 워핑을 방지할 수도 있습니다. 활용할 수 있는 두 가지 설정이 있습니다. 하나는 첫 레이어의 레이어 높이를 증가시켜 접촉 면적을 늘리는 것입니다. 이는 플랫폼에서 부착력을 증가시킵니다.

다른 방법은 첫 레이어 라인 폭을 확장하는 것입니다. 이는 압출 압력을 증가시켜 부착력을 높이고 말림 가능성을 줄입니다. 구성이 벽 두께와 기타 매개변수에 영향을 주지 않도록 하세요.

6. 3D 모델의 충전 밀도 줄이기

충전 밀도는 모델 내부의 필라멘트 양입니다. 충전 밀도를 늘리면 냉각 시 큰 수축이 발생하여 워핑으로 이어집니다.

충전 밀도를 줄이면 수축률이 감소하여 워핑된 3D 프린트가 줄어듭니다.

7. 프린팅 속도 줄이기

프린팅 속도를 줄이면 3D 프린팅 컬링을 줄여 워핑을 방지할 수 있습니다. 또한 프린팅 속도를 줄이면 냉각이 용이해지고, 적절한 부착이 이루어지며, 내부 응력이 감소합니다.

8. 첫 레이어에 대해 냉각 팬 끄기

냉각 팬은 냉각 공정을 가속화합니다. 높을 때 수축 중 압출된 필라멘트를 급격히 냉각시켜 소재를 당겨 올릴 수 있습니다. 또한 첫 레이어가 프린트 베드에 부적절하게 부착되게 할 수 있습니다. 결과적으로 워핑된 3D 프린트로 이어집니다. 따라서 첫 레이어를 따뜻하게 유지하기 위해 냉각 팬을 끄는 것이 권장됩니다.

9. 프린팅 베드 청소

프린팅 베드 청소도 워핑 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다. 먼지와 이물질이 필라멘트의 프린트 베드 부착력을 감소시킬 수 있기 때문입니다.

10. 접착제 사용

접착제, 블루 테이프 또는 접착 제품을 사용하여 필라멘트의 프린트 베드 부착력을 개선하세요. 그러나 접착제가 필라멘트에 영향을 주지 않고 프린트 베드와 호환되는지 확인하세요.

3D 프린팅에서 ABS 워핑과 PLA 워핑의 차이

3D 프린트 워핑은 3D 프린트 필라멘트의 특성에 따라 달라집니다. 결과적으로 ABS 워핑과 PLA 워핑 사이에는 차이가 있습니다. 두 소재의 차이를 이해하려면 그들의 특성을 이해해야만 합니다.

PLA는 더 높은 강도, 강성, 낮은 녹는 온도를 가진 열가소성 수지입니다. 그러나 낮은 녹는 온도를 가지며 3D 프린팅 워핑에 취약합니다. 게다가 필라멘트가 굳은 후 부서지기 쉬워져 레이어의 프린트 베드 부착력이 감소합니다.

ABS는 PLA보다 약하고 가볍고 덜 단단합니다. 따라서 열에 강하고 워핑에 취약하기 때문에 더 많은 프린팅 노력이 필요합니다. 결과적으로 ABS 프린팅 시 약 40-50°C 더 뜨거운 가열된 프린트 베드와 노즐을 사용하세요.

전반적으로 둘의 주요 차이점은 ABS가 PLA보다 더 워핑되기 쉽다는 것입니다. 프린트 베드 온도가 너무 낮거나 노즐 온도가 너무 높을 때 PLA는 그냥 말리는 경향이 있지만 전반적으로 ABS보다 최소한의 워핑을 보입니다.

3D 프린팅의 다른 결함들은?

3D 프린팅 워핑은 경험할 수 있는 유일한 3D 프린팅 결함이 아닙니다. 공정에서 흔한 몇 가지 결함은 다음과 같습니다:

1. 고스팅(Ghosting)

고스팅은 모델 표면에 작은 반복 선이 발생하는 현상입니다. 압출기가 방향을 바꿀 때 진동이 발생하기 때문입니다. 프린트 속도를 줄이고 프린터의 기계적 구성요소를 점검하여 해결할 수 있습니다.

2. 엘리펀트 풋(Elephant Foot)

이는 3D 모델의 첫 레이어들이 수평 평면에서 확장되는 현상입니다. 노즐이 프린트 베드에 너무 가깝거나 프린트 베드 온도가 높을 때 발생합니다. 베드 온도를 낮추면 엘리펀트 풋을 방지할 수 있습니다.

3. 과열/컬링(Overheating/Curling)

이는 필라멘트를 매우 높은 온도로 가열하고 압출할 때 발생합니다. 따라서 필라멘트가 냉각될 시간이 적습니다. 따라서 무너지거나 처집니다. 컬링을 피하려면 온도를 낮추고 냉각 팬 속도를 높이세요.

4. 스트링잉(Stringing)

스트링잉은 플라스틱이 프린트 섹션에서 떨어져 노즐이 이동할 때 다른 섹션에 달라붙을 때 발생합니다. 문제는 부정확한 설정으로 인해 발생합니다. 온도를 낮추고 프린터의 리트랙션 속도를 높이면 스트링잉을 방지할 수 있습니다.

5. 크래킹(Cracking)

이는 레이어들이 제대로 결합되지 않았을 때 발생합니다. 레이어 간 부착 불량이나 열 수축으로 인해 발생합니다.

크래킹을 방지하려면 온도를 높이고 냉각 팬 속도를 줄이세요. 프린팅 중 적절한 냉각이 이루어지도록 할 수도 있습니다.

결론

3D 프린팅 워핑은 워핑 중에 흔히 발생합니다. 주로 냉각 변동을 초래하는 온도 차이로 인해 발생합니다. 흔한 현상이므로 공정을 방지할 필요가 있습니다. 따라서 이 글은 3D 프린트 워핑, 그 원인과 해결책, 예방법에 대해 다룹니다.

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FAQ

필라멘트가 워핑을 유발할 수 있나요?

네, 잘못된 필라멘트 사용은 3D 프린트 워핑을 초래할 수 있습니다. 예를 들어 PLA와 ABS는 3D 프린팅에 흔한 필라멘트입니다. 그러나 ABS는 특성상 워핑에 더 취약합니다. 최상의 3D 프린팅 결과를 위해 작업 중인 필라멘트를 이해하세요.

PLA가 워핑되는 온도는?

PLA는 약 70°C에서도 치수 변화를 겪습니다. 그러나 더 높은 온도(약 170°C)에서는 물체가 완전히 붕괴(녹음)됩니다.

젖은 필라멘트가 워핑을 유발할 수 있나요?

네, 젖은 필라멘트는 프린팅 중 부서지기 쉬워져 프린트 베드 부착력을 감소시킵니다. 게다가 젖은 필라멘트는 3D 프린트 품질을 망치는 기포를 유발할 수 있습니다.