광중합체(포토폴리머) 완전 가이드: 기초 원리 및 응용 분야

광중합체(photopolymer)라는 용어는 자외선(UV)에 노출되면 고체화되는 광감성 수지의 한 종류를 지칭합니다. 액체 광중합체 수지가 UV 광원(일반적으로 램프, 레이저, 프로젝터)과 접촉하면 광개시제(photoinitiator)가 빛 에너지를 화학 에너지로 변환합니다. 그러면 올리고머(바인더)와 단량체가 결합하고 경화되어 폴리머 구조를 형성하는 결합을 만듭니다. 광중합체는 열가소성(고온에서 녹음) 또는 열경화성(열로 경화되면 녹이거나 재성형 불가능)일 수 있습니다.

광중합체는 적층 제조 소재 시장의 가장 큰 부분을 차지하며 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 오늘날 광중합체는 치과 산업에서 사용되는 부품의 일반적인 후보이며, 치아 본딩이나 보호 코팅에 자주 사용됩니다. 광중합체 수지로 만든 접착제는 카테터, 의료 필터, 수술용 마스크, 심지어 특수 전자제품을 만드는 데에도 널리 사용됩니다.

이 인기 소재와 그 용도, 엔지니어를 위한 핵심 고려사항에 대한 속성 과정을 소개합니다.

광중합체 3D 프린팅 공정

광중합체는 여러 적층 제조 공정과 호환됩니다. 이 모든 공정에서 수지는 빛으로 경화된 다음, 전체 부품이나 프로토타입이 완성될 때까지 층별로 쌓아 올립니다. 가장 인기 있는 광중합체 3D 프린팅 공정은 다음과 같습니다:

광조형(SLA)

광조형(SLA)은 최초의 광중합체 3D 프린팅 공정입니다. 프린팅 중에 레이저가 광중합체 수조 표면에 고농도 자외선 빔(레이저처럼)을 조사합니다.

레이저는 플랫폼에서 수지의 개별 층을 고체화하여 최종 부품이 완성될 때까지 진행합니다. 반전 SLA의 경우 프로젝터가 바닥에 배치되고 플랫폼이 프린팅이 완료될 때까지 위로 이동합니다. 이 공정으로 제작된 부품은 뛰어난 표면 마감을 자랑하지만, 융착 증착 모델링(FDM) 같은 다른 공정으로 만든 부품만큼 강하지는 않습니다.

디지털 라이트 신서시스(DLS)

Carbon® Digital Light Synthesis(DLS)™는 이전에는 CLIP(Continuous Liquid Interface Production)로 알려졌으며, 디지털 프로젝터를 사용하여 부품을 만듭니다. 이 광화학 공정은 수조 바닥의 UV 투과성 산소 투과성 창을 통해 UV 빛을 투사합니다. UV 이미지 시퀀스가 창을 통해 광중합체 수지로 투사되어 부품이 고체화되고 빌드 플랫폼이 상승합니다.

이러한 공정 개선 덕분에 DLS는 연속적이고 빠른 프린팅 공정입니다. 그러나 DLS를 통해 이용 가능한 대부분의 소재는 2단계 경화가 필요합니다. 프린팅 후 열처리(thermal bake)를 통해 최종 형태와 특성을 달성해야 합니다. 이 두 번째 베이킹 단계 덕분에 프린팅 공정이 더 빨라지고 뛰어난 강성과 강도를 가진 더 높은 등급의 소재 특성을 생성할 수 있습니다. 엔지니어는 작고 등방성이며 우수한 기계적 특성을 가진 부품을 만들고 싶을 때 DLS를 선택합니다.

폴리젯(PolyJet)

폴리젯(PolyJet)은 SLA 및 DLS와 달리 액체 광중합체 수조를 사용하여 부품을 만들지 않습니다. 대신 수지 층을 젤 매트릭스에 분사한 후 제조 공정이 완료되면 용해시킵니다.

이 공정으로 만든 부품은 강도로 유명하지 않으며 UV에 매우 민감합니다. 다행히 폴리젯 부품이 강도에서 부족한 점을 해상도로 만회합니다. 폴리젯은 타의 추종을 불허하는 표면 마감을 가진 미학적으로 만족스러운 부품을 제조하는 데 선택되는 3D 프린팅 공정입니다.

광중합체 수지의 장단점

광중합체는 다양한 산업에 응용되지만, 이러한 응용은 일반적으로 고도로 전문화되어 있습니다. 광중합체 수지는 사출 성형용 고강도 소재와 비교할 때 특별히 강하거나 내구성이 뛰어나지 않으며, 장기간 무거운 하중을 견딜 때 크리프(creep) 현상이 발생하기 쉽습니다. 그러나 엔지니어는 이 수지를 사용하여 평평한 표면과 복잡한 지오메트리를 가진 작고 고해상도 프로토타입을 만들 수 있습니다. 각 응용 분야에 대해 엔지니어는 자신의 애플리케이션의 특정 요구사항과 사용 가능한 소재가 적합한지 이해해야 합니다.

광중합체 수지로 시작하기

제약에도 불구하고 광중합체의 미래는 밝습니다. 다양한 종류의 광중합체는 이미 특정 용도에 이상적인 독특한 화학적, 기계적 특성을 보입니다. 기술이 발전함에 따라 광중합체는 진화할 것이며, 제조업체와 제품 팀이 내구성이나 표면 마감 품질을 희생하지 않고 소재의 이점을 활용할 수 있게 할 것입니다.

Fast Radius와 파트너가 되면 전담 제조 전문가 팀을 활용할 수 있습니다. 설계 및 개발 공정의 어느 단계에 있든, 우리의 노련한 엔지니어와 디자이너 팀은 생산 공정을 단순화할 수 있습니다. 이는 설계 최적화, 소재 및 마감 자문, 3D 프린팅 공정과 전통 공정의 결합을 의미할 수 있습니다. Fast Radius에서는 모든 고객이 더 빠르고 효과적으로 혁신할 수 있도록 돕는 데 전념합니다. 우리는 당신을 위해 여기 있습니다. 지금 문의하세요.

적층 제조의 기초에 대해 더 알고 싶으신가요? Fast Radius 리소스 센터를 확인해 보세요.

Fast Radius와 함께 부품 제작을 시작할 준비가 되셨나요?

지금 견적 요청하기