사출 성형 ABS·폴리프로필렌 대체하기: Formlabs 3D 프린팅 소재 선정 가이드

전통 제조 세계에서 '빅3'인 ABS, 폴리프로필렌, 나일론은 오랫동안 금표준이었습니다. 이들은 사출 성형의 주역으로, 예측 가능한 기계적 물성과 신뢰성으로 평가받습니다.

하지만 제품 개발 주기가 단축되고 기능성 최종 사용 3D 프린팅 파트에 대한 수요가 늘면서, 엔지니어들은 이 플라스틱들을 단순히 '닮은' 수준을 넘어 '동일하게 동작하는' 3D 프린팅 소재를 찾고 있습니다.

Formlabs에서는 프로토타이핑과 생산 사이의 간극을 메우기 위해 특별히 설계된 기능성 레진 라이브러리를 개발해 왔습니다. 그렇다면 ABS 부품을 대체할 때, 혹은 향후 사출 성형이나 가공으로 나일론으로 만들 파트의 기능성 프로토타입을 만들 때 어떤 Formlabs 레진을 선택해야 할까요?

이 가이드에서는 가장 널리 쓰이는 열가소성 수지들과, 여러분의 용도에서 가장 중요한 기계적 물성을 기준으로 어떤 Formlabs 소재가 가장 적합한지 안내합니다.

인터랙티브

어떤 3D 프린팅 소재를 선택해야 할지 도움이 필요하신가요? 새로운 인터랙티브 소재 위자드가 여러분의 용도와 가장 중요하게 여기는 물성을 바탕으로 올바른 소재 결정을 돕습니다.

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레고® 블록처럼 내구성, 강성, 취성 없는 강직함을 가진 ABS를 모방할 Formlabs 레진을 찾는다면, Tough 2000 레진이 최선의 선택입니다.

ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)는 가장 흔히 쓰이는 열가소성 수지 중 하나로, 일반적으로 사출 성형으로 대량 생산됩니다. 대시보드, 콘솔 등 대형 자동차 내장 부품과 어린이 장난감(레고® 블록), 스피커 및 주방 가전 인클로저 등 일상 소비재에 널리 쓰입니다. ABS는 FDM 3D 프린터에서 가장 인기 있는 필라멘트 중 하나이기도 합니다.

SLA 3D 프린터 사용자는 취성 없이 강하고 강직한 내구성 소재를 찾습니다. 이런 용도에는 Tough 2000 레진이 가장 근접합니다. Tough 2000 레진 파트는 쉽게 휘지 않으며 우수한 충격 강도를 가지고 장기 사용에도 견딥니다. 사출 성형 ABS보다 노치 아이조드 충격 강도는 훨씬 낮지만, 3D 프린팅이 제공하는 설계 복잡성과 커스터마이징 이점 덕분에 이런 제약을 설계로 보완할 수 있습니다.

샘플 파트

Tough 2000 레진 V2는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 비교되는 강도와 강성을 가진 견고한 소재로, 인성과 고온 및 크리프 저항성을 겸비합니다.

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HDPE(고밀도 폴리에틸렌)는 샴푸 병, 우유통, 세제 용기 등 대량 생산 플라스틱으로 잘 알려져 있습니다(플라스틱 재활용 코드 2번 ♴). HDPE 제품은 주로 블로우 성형되며 마찰과 마모에 강합니다. 이 내마모성은 리빙 힌지나 자주 구부리거나 눌러도 갈라지지 않아야 하는 부품에 이상적입니다.

HDPE에 가장 적합한 Formlabs 소재는 Tough 1000 레진입니다. Tough 1000 레진은 이전에 인기 있던 Durable 레진을 대체하여, 우수한 파단 신율, 표면 평활도, 충격 강도가 필요한 부품에 최적의 소재가 되었습니다.

Tough 1000 레진은 고온 환경(HDT가 다소 낮아 열에 약간 변형될 수 있음)을 제외한 거의 모든 시나리오에서 HDPE의 기계적 물성을 대체할 수 있습니다.

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Tough 2000 레진 V2는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 비교되는 강도와 강성을 가진 견고한 소재로, 인성과 고온 및 크리프 저항성을 겸비합니다.

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Tough 1000 레진은 마찰 저항성과 부드러운 가소성이 주요 특성인 사출 성형 폴리프로필렌을 대체하는 데 적합합니다.

폴리프로필렌(PP)은 낮은 마찰, 절연성, 내화학성 및 충격 저항성으로 널리 쓰입니다. 다양한 제조 기법에 적응할 수 있고, 이를 통해 다양한 두께와 강성의 PP 파트를 만들 수 있어 인기가 높습니다. 주사기, 일회용 식기, 자동차 컵 홀더 등 다양한 용도로 쓰입니다. PP는 재활용 기호 5번(♷)으로 식별됩니다.

Tough 1500 레진과 Tough 1000 레진 모두 폴리프로필렌의 우수한 특성을 일부 공유합니다. PP 부품의 마찰 저항성과 부드러운 가소성을 원한다면 Tough 1000 레진을, 더 두꺼운 폴리프로필렌 부품의 강도와 내구성 있는 강직함을 원한다면 Tough 1500 레진을 선택하세요.

Tough 1500 레진은 컴플라이언트 메커니즘이나 셀프 태핑 나사와 스냅핏이 있는 견고한 인클로저 등 강성과 연성의 균형이 필요한 부품에 이상적입니다. Tough 1500 레진의 극한 인장 강도와 굴곡 강도는 전통적인 사출 성형 폴리프로필렌 소재를 실제로 능가하지만, 파단 신율은 현저히 낮습니다.

Formlabs Nylon 11 Powder로 SLS 3D 프린팅한 이 나일론 부품들은 사출 성형 폴리아미드와 화학적으로 동일합니다. SLA 3D 프린터용 직접적인 '나일론' 레진은 없지만, Tough 1000 레진이 나일론 6을, Tough 1500 레진이 나일론 12를, Rigid 10K 레진이 유리 섬유 충전 나일론을 대체할 수 있습니다.

폴리아미드, 흔히 나일론이라 불리는 소재는 취성 없이 강하고 강직하며, '튀어오르는' 탄성과 우수한 내열성 및 피로 저항성을 가집니다. 폴리아미드(나일론)는 여러 구조로 나뉘며, 시작 단위체(모노머)의 탄소 원자 수를 나타내는 숫자로 구분됩니다. 예: 나일론 6은 6탄소, 나일론 12는 12탄소 빌딩 블록으로 만들어집니다.

대량 생산 나일론을 대체할 최적의 Formlabs 소재는 역시 SLS 3D 프린팅 나일론입니다. Nylon 12 Powder 같은 범용 소재는 강하고 내구성 있는 파트에 탁월하며, Nylon 11 Powder 같은 특수 성능 소재도 있습니다. 또한 Nylon 11 CF Powder처럼 극도로 강직한 파트를 위한 나일론 복합 소재도 있습니다.

하지만 SLS 나일론을 쓸 수 없고 Formlabs SLA 레진이 필요하다면, 나일론 대체 소재는 여러분이 가장 중시하는 물성이 무엇인지에 달려 있습니다. 폴리아미드는 다양한 뛰어난 기계적 물성을 가질 수 있으므로, 나일론의 강직함, 내구성, 충격 강도 중 무엇을 원하는지 정하세요. 강직함이나 충전/복합 나일론 대체라면 Rigid 10K 레진이 극도로 강직하고 조밀해 최적입니다. 나일론 12의 유연성과 피로 저항성이 목적이라면 Tough 1500 레진이 가장 비교 가능한 레진입니다. 더 '미끄러운' 나일론 6 소재를 원한다면 Tough 1000 레진이 최선입니다.

이 제조 지그(생산 소모품)는 Eaton의 뉴욕 올린 공장에서 단일 흐름 제조 시스템으로 부품을 이송하는 데 쓰입니다. 원래 Delrin(왼쪽)에서 가공했으나, 이제 Fuse 시리즈 SLS 3D 프린터로 Nylon 12 Powder로 3D 프린팅합니다.

폴리옥시메틸렌(POM), 아세탈 또는 상표명 Delrin®으로도 알려진 이 소재는 높은 강성, 낮은 마찰, 탁월한 치수 안정성으로 가공용 플라스틱으로 제조 현장에서 인기가 높습니다. 휘거나 늘어나거나 수분을 흡수하지 않기 때문에 생산 소모품이나 제조 지그에 특히 적합합니다.

Delrin은 PP의 연성과 ABS의 강성을 모두 가지므로, 용도에 따라 Tough 1000 레진이나 Tough 2000 레진이 모두 후보가 될 수 있습니다. Eaton처럼 대량 제조 지그 생산에는 Delrin 소모품을 SLS 3D 프린팅 Nylon 12 Powder로 대체하면 재료비와 인건비를 줄이면서 원래 Delrin 파트와 같은 강성과 내구성을 달성할 수 있습니다.

사출 성형 TPU와 화학적으로 완전히 동일한 레진은 없지만, FDM 필라멘트와 SLS 파우더로는 가능합니다. 이 두 가스켓은 Fuse 시리즈의 Print Settings Editor로 다른 듀로미터로 프린트된 TPU 90A Powder입니다.

열가소성 폴리우레탄(TPU)은 우수한 내구성, 내화학성, 내마모성을 가진 유연한 엘라스토머입니다. 진동 감쇠, 신발, 구부러지고 되돌아오거나 충격을 흡수해야 하는 많은 부품에 쓰입니다. TPU는 다양한 쇼어 경도로 제조되어 최종 제품의 강도를 조절할 수 있으며, 부드러운 50A부터 단단한 90A+까지 범위가 넓습니다.

Formlabs에는 SLS Fuse 시리즈용 TPU 소재(TPU 90A Powder)가 있지만, 레진 제형의 TPU는 없습니다. 그러나 부드러운 듀로미터에는 Elastic 50A 레진으로, 약간 더 단단한 듀로미터에는 Flexible 80A 레진으로 사출 성형 TPU를 대체할 수 있습니다.

Rigid 10K 레진은 극도로 강직하고 강한 소재가 필요할 때 PEEK를 대체할 수 있습니다. 많은 Formlabs 사용자가 Rigid 10K 레진으로 산업용 사출 성형기에서 수천 샷을 견딜 수 있는 사출 성형 금형을 만듭니다.

폴리에테르에테르케톤(PEEK)은 항공우주, 자동차, 의료, 유틸리티 분야에서 금속을 대체할 수 있는 산업용 고성능 플라스틱입니다. 단일 3D 프린팅 소재로 PEEK를 대체하는 것은 불가능합니다. PEEK는 너무 다양한 물성에서 종합적으로 우수하기 때문입니다. 구조적으로 다르지만 관련된 소재인 PEKK는 가공이 더 쉽고 PEEK의 많은 극한 물성을 공유합니다.

하지만 PEEK의 강직함만 필요하고 충격 저항은 일부 희생할 수 있다면 Rigid 10K 레진이 적합합니다. PEEK의 고내열성이 필요하다면 High Temp 레진이 최선입니다. PEEK의 생체적합성이 필요하다면 BioMed Clear, BioMed White, BioMed Black 레진 등 Formlabs 생체적합 레진 라인업이 이상적입니다.

ABS, PEEK, 폴리프로필렌 같은 산업용 플라스틱이 사출 성형, 블로우 성형, 열성형 등 대량 생산 공정으로 만들기 너무 비용 효율적이고 효율적이기 때문에, 3D 프린팅 소재가 이들을 완전히 대체하기는 당분간 어렵습니다.

하지만 3D 프린터와 소재가 더 발전하고 기술적으로 진보함에 따라, 3D 프린팅 파트는 소비재부터 제조 지그, 기능성 프로토타입까지 많은 최종 사용 시나리오에서 전통 산업용 플라스틱을 대체할 수 있게 되었습니다.

Formlabs 레진은 많은 상황에서 이러한 일반 소재를 잘 대체합니다. 이들은 필요한 성능을 발휘하도록 특별히 제형화되고 엄격하게 테스트되었습니다.

직접 확인해 보시려면 무료 3D 프린팅 샘플을 요청하세요. 또는 우리 팀에 연락해 특정 용도를 논의하고 여러분 파일의 맞춤 샘플을 받아보세요.