안녕하세요. '나도부자다'입니다.
오늘 제가 포스팅할 주제는 바로 FDM 용 3DP 소재인 Filament(이하 필라멘트)입니다.
3D 프린팅 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 바로 FDM(Fused modeling deposition_이하 FDM) 프린팅 기술일 것입니다.
이유는 프린터도 저렴하고 소재인 필라멘트도 다른 기술의 3D 프린터에 비해 비교하지 못할 정도로 저렴하기 때문입니다. 그럼 FDM이라는 것은 용융해서 한층씩 적층 하는 것을 의미합니다. 따라서 용융 적층 기술인 것이죠. 그림 1은 그러한 FDM 기술을 보여주는 모식도입니다.
FDM 3D 프린터에 사용되는 소재는 좀 전에 말씀드린 바와 같이 필라멘트라고 불리는데, 와이어 형태이며, 직경은 1.75mm, 2.85mm 두 가지 타입이 가장 많이 사용되고 있으며, 국제규격이라고 해도 과언이 아닙니다. 그렇다면 필라멘트 소재는 어떤것이 있을 까요? 가장 많이 접할 수 있는 두가지 소재는 바로 PLA와 ABS라는 고분자 수지입니다. PLA라는 소재는 최근 친환경 컨셉으로 가장 핫한 소재인데 바로 옥수수 전분을 이용해서 제조하기 때문에 바이오메스 측면과 특정조건에서 완전 분해가 되는 특징을 가지고 있기 때문에 친환경 혹은 생분해성 소재로 불리우고 있습니다. 하지만 ABS 라는 소재는 석유화학 산업에서 만들어지는 단량체를 활용하여 삼원 공중합체로 만들어지는데 여기에 사용되는 아크릴로니트릴이라는 소재와 스티렌이라는 소재가 건강을 해칠 수 있는 소재이기 때문에 주로 산업용으로 많이 사용되고 있습니다.
PLA 소재와 ABS 소재에 대해 알아보겠습니다.
1. PLA(Poly Lactic Acid_폴리유산)
그림 2와 같이 젖산을 활용하여 PLA로 중합을 하는 형식이며, 특징은 상당히 브리틀(딱딱하고, 잘 부러짐)한 성질을 가지고 있습니다. 그래서 3DP용 PLA는 부러지는 것을 방지하기 위해 내충격제 혹은 전분을 활용하여 필라멘트 제조 시에 활용하고 있습니다. 또한 PLA는 크게 고분자로 분류할 때 에스터(Ester)로 분류되기 때문에 수분(H2O)에 상당히 취약합니다. 특히 고온다습한 환경일 때 수분에 의한 분해 즉, 가수분해가 일어날 수 있는 가능성을 많이 내포하고 있습니다.
2. ABS(Acrylonitrile - butadiene - Styrene_아크릴로니트릴 - 부타디엔 -스티렌)
그림 3과 같은 구조식을 가진 ABS는 삼원 공중합체로 아이들의 장난감의 원료로 많이 사용되고 있습니다. 단, ABS가 고온에 노출이 되었을 경우 아크릴로니트릴이라는 성분과 스티렌이라는 성분이 용출 혹은 추출될 수 있어 상당히 위험하다고 할 수 있습니다. ABS는 구조상 성형 수축률이 낮기 때문에 3D 프린팅용 소재로 사용이 적합하며, 프린팅 조건도 쉽게 잡을 수 있는 것이 특징입니다. 또한 PLA 보다 ABS의 강도가 더 높기 때문에 용도에 따라 강도가 더 필요한 부품 혹은 용도에서는 PLA 보다 ABS를 선호하는 것이 특징입니다.
3. 그 밖의 소재
그밖의 소재로 유연한 소재의 대표주자인 폴리우레탄 탄성체와 폴리에스터 탄성체가 있으며, 투명 소재로서는 폴리카보네이트(PC)와 PETG라는 소재가 있습니다. 또한 최근 3D 프린팅 기술이 집에서 장난감으로 사용하거나, 단순 시제품이 아닌 실제 사용 부품으로 활용하기 위해 공개되고 있는 소재는 슈퍼 엔프라(사용 온도가 300℃ 언저리인 고내열 소재)인 울템 9085와 PEEK와 같은 소재가 사용되고 있습니다. 또한 다양한 기능성 소재가 출시 및 판매되고 있는데, 갈아놓은 유리섬유 혹은 갈아놓은 탄소섬유를 플라스틱 소재에 함유시켜 강도를 높인 제품들이 나오고 있는 실정입니다.
마지막으로 요약하자면, 3D 프린터에 활용하는 소재는 가장 많은 것이 PLA 소재이며, 다음으로 ABS 소재입니다. 나머지는 순위를 매길 의미조차 없는 수치입니다. 또한 3D 프린팅을 위해서는 필라멘트를 구성하고 있는 소재가 응고되는 시간이 특정 수준만큼 길어야 하며, 조형물의 층간 접착력을 올려줄 수 있는 소재가 많이 사용되고 있습니다.
오늘은 이 정도 수준으로 포스팅을 마무리하겠으며, 다음 포스팅에서는 3D 프린팅 기술을 이용하여 만들어내는 제품(용도)은 어떤 것인지, 어떤 특징을 가져야하는지에 대한 내용을 포스팅하도록 하겠습니다.
이상으로 오늘의 포스팅을 마치도록 하겠습니다.
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