자철 3D 프린팅 필라멘트 이해:재료, 특성 및 응용

자석 3D 프린팅이란 무엇인가요?

자성 철 3D 프린팅은 철로 채워진 플라스틱 필라멘트를 사용하여 금속처럼 보이는 부품을 3D 프린팅하는 것입니다. 이 필라멘트를 사용한 인쇄는 대량 금속 분말을 녹이고 융합하여 금속 부품을 만드는 DMLS 및 SLM과 같은 분말 금속 인쇄에 사용되는 기술과는 완전히 다른 프로세스로 수행됩니다. 대조적으로, 자성 철 필라멘트를 사용하여 프린팅된 완성된 부품은 금속 필러가 포함된 플라스틱 매트릭스로 남아 있습니다. 자성 철 필라멘트로 인쇄된 부품은 금속성 외관을 가지지만 강도와 내구성은 모 PLA 폴리머와 거의 동일합니다. 이러한 특수 필라멘트로 프린팅된 부품은 표준 PLA보다 부서지기 쉽습니다. 이러한 필라멘트를 사용하여 부품을 인쇄하면 완성된 부품이 강자성을 갖게 됩니다. 즉, 자성 물질이 부품에 달라붙게 됩니다. 자세한 내용은 3D 프린팅 가이드를 참조하세요.

자철섬유의 구성성분은 무엇인가요?

자성 철 3D 프린팅 필라멘트의 구성은 필라멘트 제조업체에 따라 다릅니다. 그러나 일반적으로 필라멘트 내 자철의 비율은 필라멘트 전체 부피 또는 중량의 약 5~15%입니다. 나머지 부피 또는 중량 백분율은 기본 열가소성 재료를 구성합니다. 철의 비율이 높을수록 금속성 마감이 더 강해지고 강자성 특성이 강해지지만 인쇄 작업이 더 어려워지고 부품이 부서지기 쉽습니다. PLA, ABS, 나일론 외에도 철분말을 채워 자성 필라멘트를 만들 수도 있습니다.

자성 철 필라멘트의 특성은 무엇입니까?

금속성 외관에도 불구하고 자성 철 필라멘트로 프린팅된 부품은 실제 금속과 많은 특성을 공유하지 않습니다. 아래 목록은 자철 필라멘트의 일부 특성을 설명합니다.

1. 금속 광택이 나는 부품을 생산합니다.
2. 강자성 특성을 가지고 있습니다(철 및 기타 자성 물질은 자성 철 3D 프린팅 필라멘트로 프린팅된 부품에 끌립니다).
3. 이 소재는 추가된 금속보다 기본 열가소성 매트릭스 소재와 더 유사한 강도와 특성(기계적, 열적, 전기적, 화학적, 생분해성 정도 및 재활용성)을 갖습니다.
4. 이 소재는 기본 폴리머 필라멘트 소재보다 밀도가 약 1.5배 더 높습니다.
5. 금속 분말 입자는 마모성이 있어 플라스틱 전용 필라멘트에 비해 프린터 압출 노즐의 마모율이 증가합니다.
6. 철분말로 인해 필라멘트의 밀도가 증가하여 연결 및 지지력이 떨어집니다.

자철 필라멘트 특성 비교

아래 표 1은 다양한 3D 프린팅 필라멘트의 일부 속성을 비교한 것입니다.

표 1:자성 철 충전 PLA, PLA, ABS의 특성

속성 자철 충전 PLA 표준 PLA ABS

재산

강인함

자성 철 충전 PLA

낮음

표준 PLA

베이스

ABS

높음

재산

유연성

자성 철 충전 PLA

최소

표준 PLA

일부

ABS

더 보기

재산

밀도

자성 철 충전 PLA

기본 필라멘트 최대 1.5배

표준 PLA

베이스

ABS

낮음

재산

외모

자성 철 충전 PLA

메탈릭

표준 PLA

윤기나는

ABS

윤기나는

재산

인쇄 중 노즐 마모

자성 철 충전 PLA

더 높음

표준 PLA

표준

ABS

표준

재산

연결 및 지원 기능

자성 철 충전 PLA

나쁨

표준 PLA

좋아요

ABS

좋아요

재산

생분해성?

자성 철 충전 PLA

예

표준 PLA

예

ABS

아니요

자석기를 이용한 3D 프린팅의 한계는 무엇인가요?

금속 충전 필라멘트는 프린팅이 어려운 것으로 악명이 높으며 자성 철 필라멘트와 다르지 않습니다. 자철을 사용한 3D 프린팅의 한계는 프린팅 설정 및 최종 부품 품질에 미치는 영향과 관련이 있습니다. 한 가지 과제는 필라멘트 내의 미세한 자성 철 분말 입자가 노즐 팁을 마모시켜 마모를 가속화한다는 것입니다. 

또 다른 한계는 자성 철 필라멘트의 브리징 및 돌출부 지원 기능이 좋지 않다는 것입니다. 이러한 제한은 금속 분말을 첨가함으로써 필라멘트의 밀도가 증가하기 때문입니다. 

마지막으로, 금속 분말 조각으로 인해 인쇄 중에 막힘과 용지 걸림이 발생할 수 있습니다. 이는 특정 인쇄에 가장 적합한 설정을 찾으려면 인쇄 속도 및 공급, 레이어 두께 및 후퇴 거리와 같은 인쇄 설정을 미세 조정하고 최적화해야 함을 의미합니다. PLA와 같은 표준 필라멘트에 비해 자성 철 필라멘트 인쇄 부품은 원하는 품질의 부품을 얻기 위해 공정 세부 사항에 더 세심한 주의가 필요합니다.

3D 프린팅에 자석 다리미를 사용하는 이유는 무엇인가요?

자철 3D 프린팅 필라멘트는 3D 프린팅에 사용되어 값비싼 금속 3D 프린터나 전통적인 금속 제조 공정 없이도 금속 외관을 갖는 부품을 생성합니다. 조각품, 보석류, 장식품, 소품, 복제품과 같은 사실적인 금속 광택이 있는 부품은 3D 프린팅에서 자철 필라멘트를 사용하는 가장 일반적인 응용 분야 중 일부입니다. 장식 및 장식 부품 외에도 이러한 필라멘트로 인쇄된 부품은 다양한 센서 및 액추에이터, 소형 모터 및 컴퓨터 저장 장치에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 자성 철 3D 프린팅 필라멘트를 사용하면 철처럼 보이는 부품을 만들 수 있지만 이러한 부품에는 철의 물리적 또는 화학적 특성이 없습니다. 부품이 하중을 지지하지 않거나 미적인 부분이 아닌 한, 자성 철 필라멘트로 인쇄된 부품을 금속 부품 대신 사용해서는 안 됩니다. 

3D 프린팅에 자석 다리미를 사용하는 방법

자성 철 필라멘트를 사용한 프린팅은 표준 필라멘트를 사용한 프린팅보다 어려울 수 있지만 불가능하지는 않습니다. 아래에는 3D 프린팅에 자석 다리미를 사용하는 방법에 대한 몇 가지 모범 사례가 나와 있습니다.

1. 필라멘트에 존재하는 작은 철분은 황동 노즐을 마모시켜 빠르게 마모시킬 수 있습니다. 금속 충전 필라멘트에는 경화 또는 스테인레스 스틸로 제작된 내마모성 노즐을 사용하십시오. 노즐의 마모 상태를 정기적으로 확인하세요.
2. 표준 노즐에는 직경 0.4mm의 오리피스가 있습니다. 금속 입자는 구멍 주위에 뭉치는 경향이 있어 필라멘트 공급을 방해합니다. 오리피스 주변에 뭉치는 것을 방지하려면 오리피스가 더 큰(0.5-0.6mm) 노즐을 사용하세요.
3. 금속 충전 필라멘트는 표준 폴리머 필라멘트보다 밀도가 높기 때문에 주어진 크기의 필라멘트에 비해 더 무겁습니다. 이렇게 증가된 무게로 인해 인쇄 지침에 따라 간격을 메우거나 돌출부를 인쇄해야 할 때 필라멘트가 처지거나 파손될 수 있습니다. 도움이 될 수 있다면 자철 3D 프린팅 필라멘트를 사용할 때 브리지나 돌출부가 있는 부품 프린팅을 피하세요.
4. 금속으로 채워진 필라멘트는 부서지기 쉬우므로 쉽게 부러지거나 깨질 수 있습니다. 이 문제는 필라멘트 인쇄 경로의 스풀과 압출기 사이에 날카로운 모서리가 너무 많은 경우 발생할 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 스풀과 압출기 사이의 거리를 최소화하십시오. 둘이 가까울수록 좋습니다. 
5. 필라멘트의 금속 분말로 인해 압출기가 인쇄하는 동안 용융된 재료를 노즐로 다시 끌어들이는 것이 어렵습니다. 이러한 철회로 인해 특정 인쇄 세그먼트의 시작과 끝 부분에 재료 덩어리가 생깁니다. 철회를 방지하려면 철회 설정을 최적화하세요.

자석 3D 프린팅에 가장 적합한 구성 설정은 무엇입니까?

Protoplant, Inc.는 Protopasta라는 브랜드 이름으로 인기 있는 자성 철 충전 필라멘트를 제조합니다. 금속 충전 필라멘트에 대한 프린터 설정은 제조업체에 따라 다르지만 Protopasta에서 자성 철 충전 PLA 필라멘트에 대해 권장하는 설정은 일반적인 것으로 간주될 수 있으며 아래 표 2에 나열되어 있습니다.

표 2. 자석 다리미 3D 프린터 설정

프린터 설정 값

프린터 설정

침대 온도

가치

주변온도 60℃

프린터 설정

노즐 온도

가치

185-215℃

프린터 설정

인쇄 속도

가치

10-20mm/s(첫번째 층); 20-80mm/s(나머지 부분)

프린터 설정

압출기 팬 속도

가치

최대 RPM의 10-20%

프린터 설정

철회 

가치

최소

프린터 설정

레이어 높이

가치

0.15-0.20mm

프린터 설정

인쇄용 침대

가치

사라지는 접착제, 페인터 테이프 또는 PEI를 바르세요

최고의 자석 다리미 3D 프린트 속도는 얼마입니까?

자성 철 충전 필라멘트의 최고 3D 프린트 속도는 첫 번째 레이어의 경우 10~20mm/s이고 모든 후속 레이어의 경우 20~80mm/s입니다. 인쇄 시작 시에는 인쇄 속도를 낮추어 인쇄 베드에 접착되도록 하십시오. 첫 번째 레이어가 완성된 후에는 노즐이 막히거나 막히는 것을 방지하기 위해 인쇄 속도를 높여야 합니다.

자철 필라멘트의 녹는점은 무엇인가요?

자철 3D 프린팅 필라멘트의 녹는점은 금속 분말이 아닌 플라스틱만 실제로 녹기 때문에 프로토파스타 필라멘트의 표준 PLA(180~190℃)와 거의 동일합니다. 그러나 금속으로 채워진 필라멘트는 채워지지 않은 필라멘트보다 부서지기 쉽기 때문에 부서지기 쉬운 정도를 줄이기 위해 약간 더 높은 온도를 사용해야 할 수도 있습니다. 

자석 다리미로 인쇄할 때 가열된 인쇄 침대가 필요한가요?

아니요. 자성 철 충전 필라멘트로 프린팅하는 경우 히팅 베드가 필요하지 않습니다. 그러나 그것들은 매우 유익할 수 있습니다. 베드 온도가 높을수록 베드 접착에 도움이 되고 인쇄된 부품의 잔류 응력을 줄이고 뒤틀림을 방지하는 데 도움이 됩니다. 침대의 온도는 주변 온도와 일치하거나 60℃까지 높을 수 있습니다. 

3D 프린팅 자석 다리미에 적합한 벽 두께는 얼마입니까?

자성 철 필라멘트로 프린팅된 부품의 적절한 벽 두께는 기본 플라스틱의 벽 두께와 유사합니다. 자성 철이 충전된 PLA의 경우 벽 두께는 1.5mm가 권장되며, 0.8mm가 최소값입니다.

3D 프린팅 자석 다리미에 적합한 벽 밀도는 얼마입니까?

자철을 사용한 3D 프린팅을 위한 "좋은" 충전재 밀도는 최종 인쇄 부품의 원하는 특성으로 귀결됩니다. 벽 또는 채우기 밀도와 결과적으로 3D 프린팅된 부품의 강도 사이에는 상관관계가 있습니다. 높은 인쇄 속도를 유지하는 것이 문제라면 낮은 채우기 밀도(15-50%)를 사용하는 것이 좋습니다. 충전 밀도를 낮추면 금속 충전 필라멘트의 취약성으로 인해 잠재적으로 쉽게 구부러지거나 부러질 수 있는 부품이 생성되지만 고속 프린팅을 사용하면 부품 형상과 미학을 신속하게 확인할 수 있습니다. 기능적이고 내구성이 뛰어난 부품에는 밀도가 더 높은 충전재(50-80%)를 사용하는 것이 좋습니다.

3D 프린팅에서 자철과 PLA의 차이점은 무엇인가요?

순수 PLA 인쇄 필라멘트와 자철 충전 PLA 필라멘트의 가장 큰 차이점은 자철 충전 PLA가 자성이라는 것입니다. 이러한 금속 분말은 표준 PLA 부품보다 더 많은 미세 조정과 주의가 필요한 더 부서지기 쉬운 부품 및 인쇄 작업으로 이어집니다. 자기 철 인쇄 부품은 금속 외관과 자기 특성을 나타낼 수 있지만 표준 PLA와 동일한 특성과 특성을 많이 유지합니다.

요약

이 기사에서는 자철 3D 프린팅 필라멘트를 소개하고 그것이 무엇인지 설명했으며 3D 프린팅에 사용할 때 고려해야 할 다양한 요소에 대해 논의했습니다. 자철 3D 프린팅 필라멘트에 대해 자세히 알아보려면 Xometry 담당자에게 문의하세요.

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딘 맥클레먼츠

Dean McClements는 기계공학 학사 우등 졸업생으로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 그의 전문적인 경력에는 Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace 및 Hyster-Yale과 같은 선두 기업에서 중요한 역할이 포함되며, 그곳에서 그는 엔지니어링 프로세스 및 혁신에 대한 깊은 이해를 발전시켰습니다.

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