나일론에는 약 50가지 유형이 있지만, 모두 3D 프린팅에 적합한 것은 아닙니다. 원래 섬유 소재로 설계되었습니다. 듀폰(DuPont) 연구원 월리스 H. 캐로더스(Wallace H. Carothers)가 1935년 최초의 완전 합성 섬유를 만들려다 발견했습니다. 그 이후 나일론은 팬티스타킹부터 건설, 자동차, 심지어 항공우주에 사용되는 고성능 파트까지 다양한 용도로 쓰이고 있습니다. 자세히 알아보겠습니다.
나일론은 유사한 조성을 가진 준결정성 열가소성 폴리아마이드 계열입니다. 디아민과 다이산이라는 두 가지 단량체 시작 물질을 반응시켜 폴리머를 형성하고 물이나 HCl 같은 부산물을 생성하는 축중합(condensation polymerization) 공정으로 만듭니다. 하지만 각 나일론 유형마다 약간 다른 생산 방식을 가집니다. 나일론 6,6을 예로 들면, 헥사메틸렌디아민과 아디프산이라는 두 가지 일반적인 원료의 축합 반응으로 만듭니다. 대체 방법으로는 캡롤락탐을 원료로 사용하여 나일론 6을 생산하는 고리 개방 중합(ring-opening polymerization)이 있습니다. 다양한 나일론과 제조 방법에 대한 자세한 내용은 아래에서 확인하세요.
나일론은 20년 넘게 3D 프린팅에 사용되어 왔습니다. 필라멘트 형태로 FDM(Fused Deposition Modeling) 프린터에 사용되고, 분말 형태로는 SLS(Selective Laser Sintering) 및 MJF(Multi Jet Fusion) 공정에 적합합니다. 아래 이미지는 나일론 필라멘트로 3D 프린터에서 만든 파트를 보여줍니다.
나일론이 까다로운 소재라는 말을 들어보셨을 텐데, 이는 사실입니다. 나일론의 문제는 흡습성(hygroscopic)이 있어 공기 중 수분을 흡수한다는 것입니다. 이로 인해 출력 전 제대로 건조하지 않으면 휨, 열악한 층 접착, 일관되지 않은 출력 품질이 발생하기 쉽습니다.
좋은 소식은 유리 섬유와 탄소 섬유 첨가가 이러한 번거로움을 대부분 없애주면서 기계적 특성도 향상시킨다는 것입니다. 나일론 탄소 섬유 필라멘트는 짧은 탄소 섬유 가닥을 나일론에 혼합한 후 필라멘트로 압출하여 만듭니다. 이 섬유들은 소재를 안정화하고 출력 중 휨을 방지합니다. 더 좋은 소식은 나일론 필라멘트 부피의 최대 25%까지 이러한 충전제가 될 수 있다는 것입니다. 적절한 충전제와 프린터 설정과 결합하면 나일론으로 강하고 오래가는, 혹독한 애플리케이션용 기능성 파트를 만들 수 있습니다.
장점
단점
응용 분야
나일론은 유사한 조성을 가진 준결정성 열가소성 폴리아마이드 계열입니다. 나일론은 일반적으로 축중합 공정으로 합성됩니다. 이 공정에서 두 가지 단량체 시작 물질인 디아민과 다이산이 반응하여 폴리머와 물이나 HCl 같은 부산물 분자를 형성합니다. 예를 들어 나일론 66은 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 축합 반응으로 만듭니다. 캡롤락탐을 원료로 사용하여 나일론 6을 생산하는 고리 개방 중합이라는 대체 가공 방법도 있습니다.
나일론은 종종 기계적, 열적 특성 향상을 위해 탄소 섬유와 유리 섬유와 결합됩니다. 필라멘트 부피의 최대 25%까지 이러한 충전제가 될 수 있습니다.
나일론 3D 프린팅 필라멘트의 일반적인 특성은 다음과 같습니다:
그렇다면 나일론은 ABS, PETG, PP 같은 다른 인기 3D 프린팅 필라멘트와 어떻게 비교될까요? 중요한 세부 사항을 아래 표에 정리했습니다(참고용으로 나일론 6도 포함).
나일론 출력에는 다음과 같은 단점이 있습니다:
나일론 3D 프린팅 필라멘트의 몇 가지 이점은 다음과 같습니다:
나일론은 질김, 내화학성, 내마모성 때문에 3D 프린팅에 사용됩니다. 다루기 까다로운 소재지만 기능성 파트 출력에 사용할 수 있습니다. 나일론 탄소 섬유 필라멘트는 나일론에 짧은 탄소 섬유 가닥을 혼합한 후 필라멘트로 압출하여 만든 인기 소재입니다. 이 섬유들은 소재를 안정화하여 출력 중 휨을 방지하고 기계적 강도를 높이며 열적 특성을 개선합니다.
나일론 3D 프린팅 필라멘트는 휨 경향과 수분 흡수 때문에 출력하기 어렵습니다. 하지만 올바른 프린터 설정을 사용하면 훌륭한 결과를 얻을 수 있습니다. 성공적인 나일론 출력을 위한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다:
위에 나열된 나일론 3D 프린팅 팁은 일반적으로 모든 나일론 플라스틱에 적용됩니다. 그러나 탄소 섬유 나일론 필라멘트와 유리 섬유 충전 나일론 필라멘트는 휨이 덜 발생합니다.
언급했듯 올바른 프린터 설정과 적절한 나일론 유형이라면 훌륭한 결과를 얻을 수 있습니다. 모든 나일론 플라스틱 필라멘트에 일반적으로 적용되는 최고의 팁을 소개합니다.
1. 먼저 프린터가 이 소재에 가장 적합한 설정으로 조정되었는지 확인하세요. 나일론 배합에 따라 구체적인 프린터 설정은 달라지지만, 일반적인 규칙은 다음과 같습니다:
2. 보시다시피 나일론 작업 시 가열 베드는 휨과 베드 분리를 방지하기 위해 필수지만, 접착제로 준비해야 할 수도 있습니다.
3. 출력 환경을 약 45°C로 유지하세요.
4. 휨이 덜한 탄소 섬유나 유리 섬유 충전 나일론 필라멘트를 사용하세요.
5. 나일론 필라멘트를 습기 없는 밀폐 용기에 보관하세요. 일부 용기는 프린팅 과정 중에도 필라멘트를 보관할 수 있어 장시간 출력에 편리합니다.
6. 이는 모든 3D 프린팅 소재에 해당하지만, 완벽한 설정을 찾을 때까지 다양한 속도 설정을 시험해 보세요. 모든 프린터와 소재 조합은 약간 다르게 동작합니다.
나일론은 PETG와 ABS보다 충격 저항성이 뛰어나고, PLA보다 훨씬 질기고 유연합니다. PLA는 딱딱하고 부서지기 쉬우며 순환 하중 하에서 피로 저항이 약합니다. 나일론이 이 라운드에서 승리합니다. 나일론처럼 ABS도 출력하기 어렵지만, 나일론보다 사용하기 쉽고 인장 강도도 더 좋습니다. PETG도 출력하기 훨씬 쉽고 나일론보다 저렴합니다.
산업 재활용 시설에서 재활용되어야 합니다. 예를 들어 나일론 6은 단일 분자로 만들어져 중합이 쉽기 때문에 나일론 6,6보다 더 재활용이 쉽습니다. 나일론 6,6은 분리하기 어려운 두 분자로 만들어집니다.
소재에 수분이 들어가면(나일론은 흡수하길 좋아함) 출력 파트가 망가질 수 있습니다. 이는 물이 증발하며 팽창하는 기포로 인한 다공성 때문입니다. 출력 중 물이 증발하면 소재가 약해질 수 있습니다.
나일론은 30~70mm/s 속도로 출력할 수 있지만 최적 속도는 대개 50mm/s 정도입니다. 특히 출력에 높은 디테일이 필요한 경우 그렇습니다. 모든 3D 프린팅 공정과 마찬가지로 최적 작동 속도를 결정하기 위해 몇 가지 다른 속도 설정을 시도해야 할 수 있습니다. 모든 프린터/소재 조합은 약간 다르게 동작합니다.
나일론 필라멘트의 녹는 온도는 188.4°C입니다. 탄소 섬유나 유리 섬유 충전 나일론 3D 프린팅 필라멘트는 기본 폴리머 녹는 온도와 동등한 녹는 온도를 가집니다.
네, 나일론 출력 시 가열 베드가 필요합니다. 나일론은 휨 경향이 있고, 접착제로 충분히 준비하고 가열하지 않으면 베드에서 분리될 수 있습니다.
출력되는 파트 최종 용도에 따라 나일론 3D 프린팅 최적 벽 두께는 달라집니다. 그러나 일반적으로 1.5mm 벽 두께가 대부분의 애플리케이션에 이상적입니다.
비기능성 프로토타입 나일론 3D 프린트 파트의 최적 인필 밀도는 20%입니다. 그러나 이 밀도는 용도에 따라 조정되어야 합니다. 하중 지지 애플리케이션은 50~80% 인필 밀도가 필요할 수 있습니다. 표준 삼각형 타입 인필이 대부분 애플리케이션에 충분합니다.
아니요, 대부분의 다른 범용 및 엔지니어링 등급 열가소성 수지와 마찬가지로 나일론은 생분해되지 않습니다.
네, 나일론은 흡습성이며 쉽게 수분을 흡수합니다. 따라서 나일론 필라멘트 소재를 습기 없는 인클로저에 보관하는 것이 권장됩니다.
PLA는 피로 저항이 약한 딱딱하고 부서지기 쉬운 소재입니다. 반면 나일론은 더 질기고 유연하며 순환 하중 하에서 더 나은 피로 저항성을 가집니다.
나일론처럼 ABS도 출력하기 어려운 소재입니다. 하지만 나일론보다 사용하기 쉽습니다. ABS는 인장 강도도 더 좋습니다. 그러나 나일론은 ABS보다 현저히 충격 저항성이 뛰어납니다.
PETG는 나일론만큼 충격 저항성이 좋지 않습니다. 하지만 출력하기 훨씬 쉽고 나일론보다 저렴합니다.
작성자: Kat de Naoum
Kat de Naoum은 20년 이상의 경력을 가진 영국 출신 작가, 저자, 편집자, 콘텐츠 전문가입니다. 다양한 제조 및 기술 조직을 위한 글쓰기 경험이 있으며 엔지니어링 세계를 사랑합니다. 글쓰기 외에도 거의 10년간 패럴리걸로 일했으며, 그중 7년은 선박 금융 분야였습니다. 다수의 인쇄 및 온라인 출판물에 기고했습니다. 킹스턴 대학교에서 영문학 및 철학 학사, 창작학 석사를 취득했습니다.
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