PA12(나일론 12) 탐구: 특성, 응용 분야, 산업 인사이트

나일론은 1930년대부터 존재해온 일반적인 플라스틱 클래스입니다. 폴리아미드 폴리머로 전통적으로 플라스틱 필름, 금속 코팅, 석유 및 가스용 튜빙 등 다양한 일반 플라스틱 제조 공정에 사용되어 왔습니다. 일반적으로 나일론은 2017년 3D 프린팅 현황 연례 보고서에서 언급된 바와 같이 가공성 때문에 적층 응용 분야에서 엄청나게 인기가 있습니다.

나일론 12 특성

PA 12(나일론 12라고도 함)는 광범위한 적층 응용 분야를 가진 우수한 범용 플라스틱으로, 인성, 인장 강도, 충격 강도, 파단 없이 굽힐 수 있는 능력으로 알려져 있습니다. PA 12는 이러한 기계적 특성 때문에 오랫동안 사출 성형 업체들이 사용해 왔습니다. 최근에는 기능성 부품과 프로토타입을 만드는 일반적인 3D 프린팅 소재로 채택되었습니다. 금속 부품을 플라스틱으로 전환하는 것을 고려 중이라면, 먼저 작동 조건, 하중 케이스, 허용 가능한 크리프/피로 수준, 내화학성 및 내자외선 사양을 평가해야 합니다.

융착 적층 모델링(FDM)에서는 필라멘트로, HP® 멀티 제트 퓨전(MJF) 같은 바인더 제팅 공정에서는 분말 형태로 사용됩니다. 두 적층 기술 모두를 위한 PA 12의 독점 형태가 개발되었습니다. 예를 들어 HP®는 자사 MJF 공정용으로 HP® 3D 고재사용성 PA 12를 개발했습니다. 스트라타시스는 FDM 나일론 12™라는 자체 FDM 필라멘트를 출시했습니다. 다른 업체들도 자사의 독점 PA 12 변형(매터해커스의 나일론 G 등)을 출시하며 합류하고 있습니다.

여기서는 사출 성형에 사용되는 범용 PA 12/나일론 12와 스트라타시스 및 HP®의 독점 PA 12 소재의 차이점을 설명한 뒤, PA 12가 FDM과 MJF에서 어떻게 사용되는지 자세히 다루겠습니다.

FDM과 나일론 12™

FDM 나일론 12™는 필라멘트 스풀 형태로 제공되며, 출력 과정에서 가열되어 프린터 노즐을 통해 압출되며, 스트라타시스 FDM 프린터 전용으로 사용됩니다.

다른 FDM 공정과 마찬가지로 오버행 피처를 위한 서포트는 부품 설계에 내장되어야 합니다. 다행히 많은 FDM 프린터는 두 개의 서로 다른 압출 헤드를 수용할 수 있습니다: 하나는 나일론 12용, 다른 하나는 서포트 소재용. 서포트 소재(수용성 PVA 등)는 출력이 완료된 후 쉽게 제거되도록 설계되었습니다.

HP PA 12 기계적 사양

인장 강도, XYZ: 48 MPa/6960 psi
인장 탄성률, XY: 1700 MPa/247 ksi
인장 탄성률, Z: 1800 MPa/261 ksi
파단 신율, XY: 20%
이조드 충격 강도: 3.5 k J/m²
열변형 온도(@0.45 MPa, 66 psi), XY: 175°C/347°F

HP® PA 12 기술 데이터 시트에서 자세한 내용을 확인하세요.

MJF와 HP® 3D 고재사용성 폴리아미드 12

HP® 3D 고재사용성 폴리아미드 12(HP® PA 12)는 HP® MJF용으로 설계된 PA 12의 특정 형태입니다. 고해상도와 미세한 피처로 부품을 출력할 수 있는 미세 입상 분말 형태입니다.

고객들은 자체 지지 특성 덕분에 설계 엔지니어가 경계를 허물고 복잡하고 정교한 형상을 출력할 수 있게 해주는 MJF 공정을 자주 선택합니다. 이는 또한 조립품을 단일 연속 피스로 출력하는 능력을 가능하게 합니다.

HP® MJF의 큰 빌드 볼륨은 더 큰 부품(HP® MJF는 최대 16인치 x 12인치 x 16인치 치수의 부품 제작 가능) 제조를 허용합니다. 출력 후 부품은 미융착 분말 베드에서 제거해야 하며, 이는 일부 후처리를 필요로 하고 엔지니어가 비용을 고려할 때 염두에 두어야 합니다. FDM과 달리 MJF는 출력 방향에서 최소한의 강성 차이로 거의 등방성 소재를 생성합니다.

HP® PA 12를 사용하는 이유

HP® PA 12는 인성과 치수 정확성을 복잡한 디테일과 균형 있게 갖춰야 하는 부품에 훌륭한 소재입니다. 패스트 레디우스는 HP® PA 12를 사용해 미세 조정된 표면 해상도, 더 높은 밀도, 더 낮은 기공률로 거의 등방성인 부품을 출력합니다. 텍스처링, 착색, 엠보싱, 각인도 가능합니다.

소재의 거의 100%에 가까운 밀도는 사출 성형 응용 분야에 흔히 사용되는 범용 PA 12의 기계적 성능을 모방합니다. 소재 요구사항의 엄격함에 따라 HP® PA 12는 사출 성형 등급의 ABS를 대체할 수도 있습니다.

HP PA 12의 지속 가능성과 비용 고려사항

HP® PA 12는 폐기물을 최소화하도록 설계되어 한 빌드의 남은 분말을 후속 빌드에 사용할 수 있습니다. 이를 통해 각 출력 실행에서 20% 신규 분말과 80% 재활용 분말을 사용할 수 있습니다. HP® PA 12 재활용은 소재 폐기물을 줄일 뿐만 아니라 규모의 경제를 합리적으로 유지하여 최적의 소재 가격을 제공합니다.

설계 및 운영 고려사항

HP® PA 12는 오버행과 테이퍼 크기 우려가 적용되지 않아 너무 많은 설계 규칙에 제약받지 않습니다. 중요한 고려사항 하나는 내부 공동에 분말이 갇히는 것을 방지하기 위해 통기구를 설계하는 것입니다.

후처리는 여분 분말 제거로 시작합니다. 작업자는 표면 마감 공정을 거치기 전에 최종 부품을 공기나 미디어로 블라스팅합니다. HP® PA 12는 표준 회색으로 제공되지만, 원하는 경우 고객은 염색 공정을 거쳐 색상을 검정으로 변경할 수 있습니다. HP® PA 12 부품은 필요한 어떤 색상으로도 도색할 수 있습니다.

부품 수령 예상 시기

HP® PA 12는 표준 리드 타임인 5~7영업일 내에 작업 가능합니다. 패스트 레디우스는 긴급 주문이나 소형 빌드의 경우 3영업일 만에 출력을 완료할 수도 있습니다. 일반적으로 MJF는 시간당 251입방인치의 부품을 출력할 수 있습니다. 관점에서 보자면, HP® 출력 볼륨이 완전히 채워지면 빌드 시간이 17시간에 가까울 수 있습니다.

출력 후 냉각을 고려해야 하며, 이는 3~50시간이 걸릴 수 있습니다. 일반적으로 소형 빌드와 적은 분말은 더 빠른 냉각 기간을 의미합니다. 다행히 HP®는 이를 고려해 필요 시 10시간 이내에 모든 부품을 급속 냉각할 수 있는 보조 후처리 스테이션을 제공합니다.

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