플렉스(Flex) 3D 프린팅 필라멘트 완전 정복: 소재, 특성 & 전문가 가이드

플렉스 3D 프린팅이란?

플렉스 3D 프린팅은 TPE(열가소성 엘라스토머)로 만든 유연한 필라멘트를 사용하여 층별로 부품을 만드는 3D 프린팅 공정을 지칭합니다. 3D 프린팅에 사용할 수 있는 여러 유형의 유연한 필라멘트가 있으며, 각 유형마다 고유한 장단점이 있습니다. 가장 흔한 유연한 3D 프린팅 필라멘트는 열가소성 폴리우레탄(TPU)입니다. 그러나 열가소성 코폴리에스터(TPC), 열가소성 폴리아미드(TPA), '소프트 폴리락트산(PLA)'도 흔합니다.

SVOA 재료 과학 기술 저널에 게재된 연구 논문에 따르면, TPE 가공에는 열경화성 가황 고무보다 25~40% 적은 에너지가 필요합니다. 또한 일부 유연한 3D 프린팅 필라멘트는 여러 번 가공 및 재활용할 수 있어 폐기물과 오염을 줄이고 석유 자원을 보존하는 데 도움이 됩니다. 고객이 더 전문화되고 맞춤형 제품을 요구함에 따라 플렉스 3D 프린팅은 엘라스토머 부품의 건전한 대체 생산 방식으로 부상했습니다. 자세한 내용은 3D 프린팅 가이드를 참조하세요.

플렉스 필라멘트의 구성은?

플렉스 3D 프린팅 필라멘트는 TPE로 만들어져 열가소성의 가공 특성을 유지하면서 가교 고무와 유사한 탄성 특성을 가집니다. 다양한 유연한 필라멘트는 원유 정제 과정에서 나오는 다양한 플라스틱 소재에 의해 가능해집니다. 정제 과정에서 나프타가 촉매 및 기타 화학물질과 중합 반응기에서 결합되어 원하는 플라스틱을 생성합니다. 이 과정은 중합 과정에서 사용된 화학물질에 따라 TPU, TPC, TPA, 소프트 PLA 같은 TPE로 구성된 플라스틱 펠릿을 생성합니다. 이 TPE 펠릿은 녹여 압출되어 FDM 3D 프린팅에 사용할 유연한 필라멘트를 형성합니다.

플렉스 필라멘트의 특성은?

플렉스 필라멘트의 특성은 특정 소재에 따라 다릅니다. TPU 같은 일부 필라멘트는 TPC 같은 다른 필라멘트보다 더 탄력적입니다. TPU, TPC, TPA, 소프트 PLA 같은 플렉스 필라멘트의 일반적인 특성은 아래 목록과 같습니다:

1. 열가소성 필라멘트에 비해 부드럽고 유연함
2. PLA나 ABS 같은 열가소성 필라멘트에 비해 뛰어난 탄성
3. 뛰어난 내마모성, 내충격성, 내화학성, 내전기성
4. 양호한 열적 및 환경적 안정성

플렉스 필라멘트 특성 비교

플렉스 필라멘트와 일반 ABS 필라멘트 간의 특성 정면 비교를 표 1에 나타냈습니다:

특성	TPU (플렉스 필라멘트)	TPA (플렉스 필라멘트)	ABS (일반 필라멘트)
강도	양호	양호	최고
내구성	높음	높음	높음
유연성	높음	높음	최소
생분해성	예	예	아니오
재활용 가능	예	아니오	예
흡습성	예	예	예

플렉스 3D 프린팅의 한계는?

많은 장점에도 불구하고, 플렉스 필라멘트로 3D 프린팅할 때 가장 큰 한계 중 하나는 출력이 어려울 수 있다는 점입니다. 유연한 필라멘트는 프린트 노즐을 막히게 하거나 걸리게 하는 경향이 있습니다. 또한 출력 중 리트랙션(retraction)이 불충분하면 스트링잉(stringing)이 발생하고 때로는 치수적으로 부정확한 부품이 나옵니다. 게다가 이 필라멘트의 탄성 특성으로 인해 보우덴 익스트루더 사용 시 필라멘트가 휘거나 미끄러질 수 있습니다. ABS나 PLA 같은 일반 필라멘트와 비교하면, 플렉스 3D 프린팅 필라멘트를 사용하는 출력은 설계 단계에서 더 많은 미세 조정과 최적화를 요구합니다.

왜 3D 프린팅에 플렉스를 사용하는가?

유연한 필라멘트가 흔한 이유는 3D 프린터가 다른 TPE 제조 방식보다 훨씬 빠르게 부품을 만들 수 있기 때문입니다. 전통적으로 TPE 기반 부품은 사출 성형과 압출로 만듭니다. 이 공정들은 대량의 부품을 빠르게 생산할 수 있지만, 툴링 비용이 비싸고 종종 수개월의 리드 타임이 필요합니다. 3D 프린터는 툴링 비용의 일부만으로 유연한 시제품을 신속하게 만들 수 있습니다. 이 능력은 완전한 맞춤형 부품을 전통적인 제조 방식보다 훨씬 빠르게 만들 수 있는 길을 열어줍니다.

3D 프린팅에서 플렉스 사용법

플렉스 3D 프린팅 필라멘트 사용은 탄성 부품을 빠르게 만드는 훌륭한 방법입니다. 그러나 이 필라멘트의 유연한 특성으로 인해 사용자는 프린터의 구성 설정에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 특정 플렉스 필라멘트 출력 작업에 대한 최적 설정은 TPE 소재와 부품 용도에 따라 달라집니다. 아래는 TPE 필라멘트 출력을 위한 일반적인 전제 조건들입니다:

1. 소재 제조사의 권장 사항에 따라 베드 온도 설정
2. 글루 스틱, 페인터 테이프, 헤어스프레이로 베드 접착력 확보
3. 보우덴 익스트루더 대신 다이렉트 드라이브 익스트루더 사용
4. 출력 중 쿨링 팬 사용

위 항목들은 플렉스 필라멘트 출력을 위한 일반적인 원칙 세트지만, 각 소재마다 약간씩 다릅니다. 일부 프로젝트는 표준 권장 사항에서 벗어날 것을 요구할 수 있습니다.

플렉스 3D 프린팅을 위한 최적 구성 설정은?

일반적으로 사용자는 출력 속도와 리트랙션 설정을 익스트루더 및 베드 온도와 균형 있게 조정하여 부품이 적절한 치수로 나오게 해야 합니다. 표 2에는 다양한 TPE 소재에 대한 권장 프린터 설정이 나와 있습니다:

프린터 설정	TPU	TPC	TPA	소프트 PLA
익스트루더 온도	210~230°C	220~260°C	220~230°C	220~235°C
베드 온도	상온~60°C	60~110°C	30~60°C	100°C
출력 속도	5~30mm/s	5~30mm/s	5~30mm/s	10~30mm/s

작업의 첫 레이어 출력은 종종 프린트에서 가장 중요한 시점입니다. 유연한 필라멘트로 출력할 때는 캡톤 테이프, 페인터 테이프, Magigoo, DimaFix 또는 기타 접착제를 사용하여 출력 시작부터 좋은 베드 접착력을 확보하세요. 첫 레이어가 완료되면 사용자는 리트랙션 설정을 미세 조정하여 익스트루더 핫엔드에서의 드룰링(drooling)을 방지할 수 있습니다. 최적 리트랙션 설정을 찾으려면 먼저 리트랙션을 비활성화하여 이상적인 속도를 찾은 다음, 리트랙션 거리를 점진적으로 증가시켜 이상적인 설정을 발견하세요. 다만 너무 빠르게 출력하지 마세요. 소재가 노즐을 쉽게 막을 수 있습니다.

최적의 플렉스 3D 출력 속도는?

유연한 필라멘트는 익스트루더로 공급되면서 휘거나 걸리거나 버클링(buckling)되기 쉬우므로, 더 느린 출력 속도가 도움이 될 수 있습니다. 이러한 문제는 출력 작업에 불필요한 지연을 초래하고 부품의 치수 정확도와 품질에 해로울 수 있습니다. 속도와 품질 사이의 최적 타협점은 보통 30~40mm/s 사이입니다. 그러나 최적 출력 속도는 사용된 필라멘트에 따라 달라집니다. 필라멘트 제조사의 가이드라인을 참조하여 초기 속도 설정에 대한 일반적인 아이디어를 얻으세요.

플렉스 필라멘트의 용융 온도는?

용융 온도는 소재에 따라 달라집니다. 그러나 일반적으로 플렉스 필라멘트의 용융 온도는 210~260°C 사이입니다. 플렉스 필라멘트를 너무 많이 가열하면 출력 중 노즐에서 스트링잉이 발생하고 흘러나올 수 있습니다. 이 스트링잉은 규격 외 및 저품질 부품을 초래합니다.

플렉스 출력 시 가열 베드가 필수인가?

예, 보통 가열 베드가 필요하지만 온도는 소재와 특정 부품에 따라 다릅니다. TPC, TPA, 소프트 PLA 같은 일부 플렉스 3D 프린팅 필라멘트는 가열 베드가 필요한 반면, TPU는 가열 베드 유무에 관계없이 출력할 수 있습니다.

3D 프린팅 플렉스에 적합한 벽 두께는?

유연한 필라멘트는 일반 플라스틱보다 더 두꺼운 부품 벽을 필요로 합니다. 예를 들어 TPU로 만든 부품 벽은 보통 최소 2.0mm 두께여야 합니다. 유연한 3D 프린팅 필라멘트를 사용할 계획이라면 부품에 두꺼운 벽을 설계하세요.

3D 프린팅 플렉스에 적합한 벽 밀도는?

3D 프린팅 부품의 벽은 쉘(shell)과 인필(infill)이라는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 쉘은 부품의 단단한 외부 벽이고, 인필은 외부 표면 사이에 있는 것입니다. 인필은 구조적 강도와 무게, 재료 사용량의 균형을 위해 격자 구조로 구성되는 경우가 많습니다. 인필 밀도는 0%(중공)에서 100%(솔리드)까지 가능합니다. 플렉스 필라멘트는 이러한 밀도에서 모두 작동할 수 있지만, 인필 밀도가 높을수록 부품의 전반적 유연성이 감소합니다.

플렉스 3D 프린팅 자주 묻는 질문

플렉스 필라멘트는 생분해성이 있는가?

예도 아니오도 아닙니다. TPU와 소프트 PLA 같은 일부 플렉스 필라멘트는 생분해성이며 몇 년 내에 분해됩니다. TPC와 TPA 같은 다른 필라멘트는 생분해되지 않으며 분해되는 데 수세기가 걸릴 수 있습니다.

플렉스 필라멘트는 재활용 가능한가?

예도 아니오도 아닙니다. TPU와 소프트 PLA 같은 일부 유연한 필라멘트는 재활용 가능하며 여러 번 재사용할 수 있습니다. TPC와 TPA 같은 다른 필라멘트는 3D 프린터에서 한 번만 가공할 수 있습니다.

플렉스 필라멘트는 흡습성이 있는가?

예, 플렉스 필라멘트는 흡습성입니다. 모든 TPE는 높은 흡습성을 가지며, 수분을 너무 많이 흡수하면 가열 시 터지거나 지글거립니다. 따라서 유연한 필라멘트는 올바르게 보관하거나 사용 전 건조해야 합니다.

3D 프린팅에서 플렉스와 PLA의 차이는?

유연한 필라멘트는 높은 탄성과 우수한 기계적, 열적, 전기적, 환경적 특성을 가진 TPE로 구성됩니다. PLA는 사탕수수와 옥수수 같은 천연 원료에서 유래한 경질 고강도 플라스틱입니다. PLA는 PLA 폴리머에 TPE 성분을 결합하여 유연한 '소프트 PLA'로 만들 수 있습니다.

3D 프린팅에서 플렉스와 ABS의 차이는?

플렉스 3D 프린팅 필라멘트는 뛰어난 유연성과 놀라운 기계적, 열적, 전기적, 환경적 특성을 가진 TPE로 만들어집니다. ABS는 우수한 기계적 특성을 가진 석유 기반 플라스틱으로, PLA보다 약간 더 유연하고 연성이 있으며, 시장에서 가장 저렴한 필라멘트 중 하나입니다.

딘 맥클레먼츠(Dean McClements)

딘 맥클레먼츠는 기계공학 학사(우등) 졸업자로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 캐터필라(Caterpillar), 오토데스크(Autodesk), 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace), 하이스터-예일(Hyster-Yale) 등 유수 기업에서 주요 역할을 맡으며 엔지니어링 공정과 혁신에 대한 깊은 이해를 쌓았습니다.

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