오픈형 vs 밀폐형 3D 프린터: 패시브/액티브 챔버 냉각 완벽 이해

모든 플라스틱은 고온에서 압출될 때 냉각 과정에서 수축을 겪습니다(0.3%~4% 사이). 이 수축이 부드럽고 균일하지 않으면 변형이 발생해 워핑(Warping), 레이어 박리, 부품 치수 변형 같은 문제를 일으킵니다.

소재	냉각 시 수축률(%)
PLA	0.3 - 0.5
PETG	0.2 - 1.0
Nylon 12	0.7 - 2.0
Nylon 6-6	0.7 - 3.0
ABS	0.7 - 1.6
ASA	0.4 - 0.7
PP	1.0 - 3.0
HIPS	0.2 - 0.8
PC/ABS	0.5 - 0.7
섬유 강화 나일론	0.5 - 1.0
PEEK	1.2 - 1.5
섬유 강화 PEEK	0.5 - 0.8
PVDF	2.0 - 4.0

표 1. FFF 3D 프린팅용 다양한 플라스틱의 수축률. 출처: SpecialChem.com

이 문제를 피하려면 출력 과정 내내 부품 주변 온도가 소재의 유리 전이 온도(Tg)보다 약간 낮게 유지되다가, 출력 후 천천히 실온으로 낮아지도록 하는 것이 이상적입니다.

소재	Tg (ºC)	출력 온도 (ºC)
PLA	40 - 60	190 - 215
PETG	75 - 85	220 - 260
Nylon 12	55 - 65	260 - 290
Nylon 6-6	75 - 85	255 - 280
ABS	90 - 100	220 - 240
ASA	90 - 100	240 - 260
HIPS	80 - 90	210 - 240
PC/ABS	100 - 150	270 - 285
PEEK	140 - 160	380 - 400
PEI	190 - 210	350 - 400

표 2: 다양한 필라멘트의 Tg와 출력 온도. 출처: Filament2print

수축률이 낮은 소재(0.5% 미만)는 부품 주변 가열이 필요하지 않습니다. 수축 효과가 사실상 무시할 수 있을 정도라 오픈형 3D 프린터에서도 대형 부품까지 완벽하게 출력 가능합니다. 이 소재들은 주로 PLA, 대부분 PETG 필라멘트(단 PET나 CPE 같은 다른 코폴리에스터는 제외), 그리고 그 유도체들입니다.

수축률이 더 높은 소재도 오픈형 프린터로 출력 가능하지만, 소형 부품에 한정됩니다. 이런 소재로는 밀폐형 프린터나 액티브 히팅 챔버 장착 프린터 사용을 권장합니다.

이미지 1: 오픈형 3D 프린터. 출처: Prusa3D

오픈형 프린터는 주로 PLA, PETG, 플렉시블 필라멘트 출력에 권장됩니다.

밀폐형 프린터 또는 패시브 히팅 챔버 장착 프린터

밀폐형 프린터는 출력 영역이 완전히 둘러싸인 프린터입니다. 일부 제조사는 출력 베드가 생성하는 열이 축적되므로 '패시브 히팅 챔버'라는 용어를 사용합니다.

이 프린터들이 도달하는 내부 온도는 프린터마다 크게 다릅니다. 제작 소재, 부피, 출력 베드 온도, 단열 품질, 설치 장소 실온 등에 따라 달라집니다. 일반적으로 최고 품질 프린터라도 최대 45°C~65°C 정도를 제공합니다.

이 온도들이 아주 높지는 않지만 나일론, ABS, ASA 같은 소재의 Tg에 가까워 이 소재들의 출력을 더 쉽게 하고 더 큰 부품 제작을 가능하게 합니다. 이런 프린터들이 이 소재들의 출력을 상당히 개선하지만, 대형 부품에서는 실패할 수 있습니다. PETG, ABS, ASA, 나일론, HIPS로 소형~중형 부품 출력에 권장됩니다.

이미지 2: 패시브 히팅 챔버 장착 3D 프린터. 출처: Raise3D

일반적으로 이런 프린터를 완전히 밀폐해 PLA 출력에 사용하는 것은 권장하지 않습니다. 발생하는 열이 필라멘트 Tg를 초과해 핫엔드 내부에서 필라멘트가 연화되어 잼을 일으킬 수 있습니다.

액티브 히팅 챔버 장착 밀폐형 프린터

챔버 내부 온도를 제어할 수 있는 3D 프린터입니다. 보통 이전 유형보다 복잡하고 고가입니다. 고온 핫엔드(400°C~500°C)와 수냉 시스템도 탑재합니다.

두 가지 유형이 있습니다: 고온형과 저온형.

저온 액티브 히팅 챔버

저온 액티브 히팅 챔버 프린터는 보통 80°C~120°C 사이의 제어된 최대 온도를 허용합니다. 이 프린터들은 고품질 대형 ASA, ABS, 나일론, PC 부품 생산을 위해 설계되었습니다.

이미지 3: 저온 액티브 히팅 챔버 장착 3D 프린터. 출처: 3ntr

이런 프린터들이 가끔 PEEK 호환으로 광고되기도 하지만, 보통 모든 PEEK 타입과 호환되는 것은 아니고 일부 저온 PEKK만 가능하며, 항상 소형 부품으로 제한됩니다.

이런 프린터들은 양호한 치수 안정성과 낮은 변형이 필요한 ABS, ASA, 나일론, PC 부품 생산에 이상적이며, 이 소재들로 기술 부품이나 기능성 컴포넌트 제작 시 최선의 선택입니다.

고온 액티브 히팅 챔버

일반적으로 160°C~180°C 범위 온도 제어가 가능합니다. 이 프린터들은 PEEK, PEKK, PEI 부품 생산을 위해 특별히 설계되었으므로 다른 소재 사용은 일반적이지 않습니다. 고가 장비로 전문 교육을 받은 인력이 필요합니다.

이미지 4: 고온 액티브 히팅 챔버 장착 3D 프린터. 출처: Dynamical3D

프린터 유형 선택 시 어떤 부품과 소재를 사용할지 미리 결정하는 것이 매우 중요합니다.

이 가이드는 일반적인 개념을 다루며 특정 제조사나 모델에 초점을 맞추지 않습니다. 제조사나 모델 간 보정이나 조정 절차에 중요한 차이가 있을 수 있으므로 이 가이드를 읽기 전 제조사 매뉴얼을 참조하시기 바랍니다.