나일론 3D 프린팅 필라멘트:재료, 특성 및 실제 응용

나일론에는 약 50가지 유형이 있지만 모두 3D 프린팅에 적합한 것은 아닙니다. 원래는 직물 섬유로 설계되었습니다. DuPont의 연구원인 Wallace H. Carothers는 1935년 최초의 완전 합성 섬유를 만들려고 하던 중 처음으로 이를 발견했습니다. 그 이후로 나일론은 팬티스타킹부터 건설, 자동차, 심지어 항공우주 분야에 사용되는 고성능 부품에 이르기까지 다양한 용도로 사용되었습니다. 이에 대해 자세히 알아보겠습니다.

나일론 3D 프린팅이란 무엇인가요?

나일론은 유사한 구성을 갖는 반결정성 열가소성 폴리아미드 계열입니다. 이는 두 가지 서로 다른 단량체 출발 물질인 디아민과 이산이 함께 반응하여 중합체를 형성하고 물이나 HCl과 같은 부산물을 생성하는 축합 중합이라는 과정을 통해 만들어집니다. 그러나 나일론의 종류마다 생산 방법이 조금씩 다릅니다. 예를 들어 나일론 6,6을 사용하면 이는 두 가지 일반적인 원료인 헥사메틸렌디아민과 아디프산 간의 축합 반응을 통해 만들어집니다. 또 다른 방법은 카프로락탐을 공급 원료로 사용하여 나일론 6을 생산하는 개환 중합입니다. 다양한 나일론과 그 제조 방법에 대한 자세한 내용은 아래에서 확인하실 수 있습니다.

나일론은 현재 20년 넘게 3D 프린팅에 사용되어 왔습니다. 필라멘트 형태로는 FDM(융합 증착 모델링) 프린터에 사용되며, 분말 형태로는 SLS(Selective Laser Sintering), MJF(Multi Jet Fusion) 공정에 적합합니다. 아래 이미지는 나일론 필라멘트를 사용하여 3D 프린터로 만든 부품을 보여줍니다.

나일론이 작업하기 어려운 소재라는 말을 들어보셨을 것입니다. 이는 거짓말이 아닙니다. 나일론의 문제점은 흡습성이라는 점입니다. 즉, 공기 중 수분을 흡수합니다. 이로 인해 인쇄하기 전에 제대로 건조되지 않으면 뒤틀림이 발생하고 레이어 접착력이 저하되며 인쇄 품질이 일관되지 않게 됩니다. 

좋은 소식은 유리와 탄소 섬유를 추가하면 이러한 번거로움이 대부분 사라지는 동시에 기계적 특성도 향상된다는 것입니다. 나일론 탄소 섬유 필라멘트는 짧은 탄소 섬유 가닥을 나일론에 혼합한 후 필라멘트로 압출하여 만들어집니다. 이 섬유는 재료를 안정화하고 인쇄 중에 뒤틀림을 방지합니다. 더 좋은 소식은 나일론 필라멘트 양의 최대 25%가 이러한 필러 중 하나일 수 있다는 것입니다. 올바른 필러 및 프린터 설정과 결합하면 나일론을 사용하여 내구성이 뛰어나고 오래 지속되며 내구성이 뛰어난 응용 분야에 적합한 기능성 부품을 만들 수 있습니다. 

장점

• 유연함
• 힘들다
• 내마모성
• 알칼리, 오일, 연료 및 유기 용제에 대한 내성
• 다른 엔지니어링 열가소성 수지(예:PETG 또는 ABS)보다 내충격성이 우수합니다.
• PLA 또는 ABS보다 UV 저항성이 더 높습니다(UV 안정제를 추가하면 더욱 그렇습니다)
• 재활용 가능

단점

• 인쇄 중에 휘어지고 인쇄 베드에서 분리되는 경향이 있음
• 흡습성이 있어 인쇄 전후에 쉽게 수분을 흡수하므로 결함이 발생할 수 있습니다.
• PETG나 ABS와 같은 다른 필라멘트만큼 강하지 않음
• 생분해되지 않음
• 할로겐 및 무기산에 대한 내성 없음

애플리케이션

• 도르래 시브
• 기어
• 패스너
• 케이블 및 지퍼 타이
• 플라스틱 버클
• 건조한 실외 환경

나일론 필라멘트의 구성성분은 무엇인가요?

나일론은 유사한 구성을 갖는 반결정성 열가소성 폴리아미드 계열입니다. 나일론은 일반적으로 축중합이라는 공정을 통해 합성됩니다. 이 과정에서 두 가지 다른 단량체 출발 물질인 디아민과 이산이 함께 반응하여 중합체와 물이나 HCl과 같은 부산물 분자를 형성합니다. 예를 들어, 나일론 66은 두 가지 일반적인 원료인 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 축합 반응을 통해 만들어집니다. 개환 중합이라고 하는 대체 가공 방법은 카프로락탐을 공급원료로 사용하여 나일론 6을 생산하는 것입니다.

나일론은 기계적 및 열적 특성을 향상시키기 위해 종종 탄소 및 유리 섬유와 결합됩니다. 필라멘트 부피의 최대 25%가 이러한 필러 중 하나일 수 있습니다. 

나일론 필라멘트의 특성은 무엇입니까?

아래에는 나일론 3D 프린팅 필라멘트의 몇 가지 일반적인 특성이 나열되어 있습니다.

1. 나일론은 유연성과 인성이 뛰어나며 가혹한 하중 조건에 노출되는 용도에 사용할 수 있습니다. 
2. 나일론은 내마모성이 뛰어나 풀리 시브에 자주 사용됩니다.
3. 나일론은 오일, 연료 및 유기 용제에 대한 저항성이 뛰어납니다.
4. 나일론은 ABS와 같은 일반 엔지니어링 플라스틱에 비해 내충격성이 뛰어납니다.

나일론 필라멘트 특성 비교

하지만 나일론은 ABS, PETG, PP와 같은 다른 인기 있는 3D 프린팅 필라멘트와 어떻게 비교될까요? 아래 표에 모든 중요한 세부정보를 기재했습니다(쉽게 참조할 수 있도록 나일론 6도 여기에 포함되어 있습니다).

나일론을 이용한 3D 프린팅의 한계는 무엇인가요?

나일론 인쇄에는 아래와 같은 몇 가지 단점이 있습니다.

1. 나일론은 인쇄 중에 휘어지는 경향이 있으며 인쇄 베드에서 분리될 수 있습니다. 
2. 나일론은 인쇄 전후 모두 습기를 쉽게 흡수합니다. 필라멘트 소재의 수분 흡수로 인해 인쇄된 부품에 결함이 발생하는 경우가 많습니다.
3. 나일론은 PETG 및 ABS와 같은 다른 인쇄 가능한 소재만큼 강하지 않습니다.

나일론 3D 프린팅 필라멘트의 장점 중 일부는 다음과 같습니다.

1. 나일론은 내마모성이 뛰어나 풀리 시브 및 기어에 이상적입니다.
2. 나일론은 PETG나 ABS와 같은 다른 엔지니어링 열가소성 수지에 비해 내충격성이 뛰어납니다.
3. 나일론은 PLA나 ABS보다 자외선에 강하며 건조한 실외 환경에서 사용할 수 있습니다. 원료에 UV 안정제를 첨가하면 UV 저항성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

3D 프린팅에 나일론이 사용되는 이유는 무엇인가요?

나일론은 인성, 내화학성, 내마모성으로 인해 3D 프린팅에 사용됩니다. 작업하기 어려운 재료이지만 기능성 부품을 프린팅하는 데 사용할 수 있습니다. 나일론 탄소 섬유 필라멘트는 짧은 탄소 섬유 가닥을 나일론에 혼합한 후 필라멘트로 압출하여 만든 인기 소재입니다. 이러한 섬유는 재료를 안정화시켜 인쇄 중 뒤틀림을 방지하고 기계적 강도를 높이며 열적 특성을 향상시킵니다. 

3D 프린팅에 나일론을 사용하는 방법

나일론 3D 프린팅 필라멘트는 휘어지고 수분을 흡수하는 경향이 있어 프린팅하기 어렵습니다. 그러나 올바른 프린터 설정을 사용하면 우수한 결과를 얻지 못할 이유가 없습니다. 아래에는 나일론을 성공적으로 인쇄하기 위한 몇 가지 팁이 나와 있습니다.

1. 나일론은 수분을 쉽게 흡수합니다. 이 속성은 수분이 증발하면서 끓는 물의 기포가 팽창하여 발생하는 다공성으로 인해 인쇄된 부품에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 필라멘트 재료를 밀폐 용기에 보관하는 것이 중요합니다. 일부 용기는 인쇄 중에 필라멘트를 저장할 수도 있는데, 이는 특히 장시간 인쇄에 유용합니다.
2. 인쇄 환경이 약 45°C로 유지되지 않으면 인쇄 중에 나일론이 휘어집니다. 

위에 나열된 나일론을 사용한 3D 프린팅 팁은 일반적으로 모든 나일론 플라스틱에 적용됩니다. 그러나 탄소섬유 나일론 필라멘트와 유리 충전 나일론 필라멘트는 쉽게 휘지 않습니다.

나일론 3D 프린팅에 가장 적합한 구성 설정은 무엇입니까?

앞서 언급했듯이 올바른 프린터 설정과 올바른 유형의 나일론을 사용하면 우수한 결과를 얻지 못할 이유가 없습니다. 다음은 성공적인 3D 프린팅을 위해 모든 나일론 플라스틱 필라멘트에 일반적으로 적용할 수 있는 몇 가지 주요 팁입니다.

1. 먼저 프린터가 이 재료에 가장 적합한 설정으로 조정되어 있는지 확인해야 합니다. 필요한 특정 프린터 설정은 나일론의 구성에 따라 다르지만 일반적인 규칙은 다음과 같습니다.

• 압출기/노즐 온도 :230~260°C
• 침대 온도 :60~70°C
• 인쇄 속도 :30~70mm/s(특히 세밀한 부품의 경우 최상의 결과를 얻으려면 50mm/s가 이상적입니다.)
• 채우기 밀도 :삼각형 채우기 패턴의 20%(응용 분야에 따라 조정해야 하며 내하중 사용에는 50~80%가 필요할 수 있음)
• 최고의 벽 두께 :1.5mm(대부분의 응용 분야에서 부품의 최종 용도에 따라 다름)

2. 보시다시피, 나일론으로 작업할 때는 나일론이 휘어지거나 베드에서 떨어지는 것을 방지하기 위해 가열식 프린팅 베드가 필수이지만, 접착제로 준비해야 할 수도 있습니다.

3. 인쇄 환경을 45°C 정도 유지하세요.

4. 쉽게 휘지 않는 탄소섬유나 유리 충전 나일론 필라멘트를 사용하세요.

5. 나일론 필라멘트를 습기가 없고 밀폐된 용기에 보관하세요. 일부 용기에는 인쇄 과정 중에 필라멘트를 저장할 수도 있어 장시간 인쇄에 편리합니다.

6. 이는 모든 3D 프린팅 재료에 적용되지만, 완벽한 재료를 찾을 때까지 다양한 속도 설정을 사용해 보십시오. 모든 프린터와 재료 조합은 조금씩 다르게 작동합니다.

나일론 3D 프린팅 필라멘트에 관한 FAQ

나일론은 다른 플라스틱 3D 프린팅 필라멘트와 어떻게 다릅니까?

나일론은 PETG 및 ABS보다 충격에 강하고 PLA보다 훨씬 더 견고하고 유연합니다. PLA는 단단하고 부서지기 쉬우며 반복적인 하중 하에서 피로 저항이 낮습니다. 따라서 나일론이 이겼습니다. ABS도 나일론과 마찬가지로 프린팅이 어려운 소재이지만 나일론보다 사용이 간편하고 인장강도도 좋다. PETG 역시 인쇄하기가 훨씬 쉽고 나일론보다 저렴합니다.

나일론은 재활용이 가능한가요?

산업 재활용 시설에서 재활용되어야 합니다. 예를 들어 나일론 6은 단일 분자로 만들어지기 때문에 나일론 6,6보다 재활용성이 더 좋습니다. 이로 인해 중합이 쉬운 반면, 나일론 6,6은 분리하기 어려운 두 분자로 만들어졌습니다.

습기가 3D 프린트에 나쁜 이유는 무엇인가요?

습기가 재료에 들어가면 인쇄된 부분이 망가질 수 있습니다(그리고 앞서 본 것처럼 나일론은 습기를 흡수하는 것을 좋아합니다). 이는 끓는 물의 기포가 팽창하여 발생하는 다공성 때문입니다. 인쇄하는 동안 물이 증발하면서 재료가 약해질 수 있습니다.

가장 좋은 나일론 3D 프린트 속도는 얼마입니까?

나일론은 30~70mm/s의 속도로 인쇄할 수 있지만 특히 인쇄에 높은 수준의 세부 묘사가 필요한 경우 최적의 속도는 약 50mm/s인 경향이 있습니다. 모든 3D 프린팅 프로세스와 마찬가지로 최적의 작동 속도가 결정될 때까지 몇 가지 다른 속도 설정을 시도해야 할 수도 있습니다. 모든 프린터/재료 조합은 조금씩 다르게 작동합니다. 

나일론 필라멘트의 녹는점은 얼마입니까?

나일론 필라멘트의 녹는점은 188.4°C입니다. 탄소 또는 유리 충전 나일론 3D 프린팅 필라멘트의 용융 온도는 기본 폴리머 용융 온도와 동일합니다.

나일론으로 인쇄할 때 가열식 인쇄베드가 필요한가요?

예, 나일론으로 인쇄할 때는 가열된 인쇄 베드가 필요합니다. 나일론은 뒤틀리기 쉬우며 접착제로 충분히 준비하고 가열하지 않으면 침대에서 떨어질 수 있습니다.

3D 프린팅 나일론에 적합한 벽 두께는 얼마입니까?

나일론 3D 프린팅을 위한 최적의 벽 두께는 프린팅되는 부품의 최종 용도에 따라 다릅니다. 그러나 일반적으로 벽 두께는 1.5mm가 대부분의 응용 분야에 이상적입니다.

3D 프린팅 나일론에 적합한 벽 밀도는 얼마입니까?

기능이 없는 프로토타입 나일론 3D 프린팅 부품의 최적 충전 밀도는 20%입니다. 그러나 이 밀도는 의도된 용도에 따라 조정되어야 합니다. 하중을 견디는 용도에는 50~80%의 충전재 밀도가 필요할 수 있습니다. 표준 삼각형 유형 채우기는 대부분의 응용 프로그램에 충분합니다.

나일론은 생분해되나요?

아니요, 대부분의 다른 상품 및 엔지니어링 등급 열가소성 수지와 마찬가지로 나일론은 생분해되지 않습니다.

나일론은 흡습성이 있나요?

예, 나일론은 흡습성이 있어 습기를 쉽게 흡수합니다. 따라서 나일론 필라멘트 소재를 습기가 없는 곳에 보관하는 것이 좋습니다.

3D 프린팅에서 나일론과 PLA의 차이점은 무엇인가요?

PLA는 피로 저항이 좋지 않은 단단하고 부서지기 쉬운 재료입니다. 반면 나일론은 더 강하고 유연하며 반복 하중 하에서 더 나은 피로 저항성을 갖습니다.

3D 프린팅에서 나일론과 ABS의 차이점은 무엇인가요?

나일론과 마찬가지로 ABS도 인쇄하기 어려운 소재입니다. 그러나 나일론보다 사용하기가 더 쉽습니다. ABS는 또한 인장 강도가 더 좋습니다. 그러나 나일론은 ABS보다 충격에 훨씬 더 강합니다.

3D 프린팅에서 나일론과 PETG의 차이점은 무엇인가요?

PETG는 나일론만큼 충격에 강하지는 않습니다.> 그러나 인쇄하기가 훨씬 쉽고 나일론보다 저렴합니다.

캣 드 나오움

Kat de Naoum은 20년 이상의 글쓰기 경험을 보유한 영국 출신의 작가, 작가, 편집자 및 콘텐츠 전문가입니다. Kat은 다양한 제조 및 기술 조직에서 글을 쓴 경험이 있으며 엔지니어링 세계를 좋아합니다. 글쓰기 외에도 Kat은 거의 10년 동안 법률 보조원으로 일했으며 그 중 7년은 선박 금융 분야에 종사했습니다. 그녀는 인쇄본과 온라인을 통해 많은 출판물에 글을 썼습니다. Kat은 킹스턴 대학교에서 영문학과 철학 학사 학위를 취득했으며 문예 창작 석사 학위를 취득했습니다.

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