3D 프린터 재료

3D 프린팅에 사용되는 필라멘트는 다양한 소재와 용도로 쓰이고 있으며, 각 필라멘트는 특정한 장단점을 가지고 있습니다. 개인용 3D 프린터에서는 PLA 와 ABS를 많이 사용하고 최근에는 PETG 제품의 수요가 늘고 있으며 유연한 제품을 출력하기 위한 TPU 제품이 대표적으로 사용되고 있습니다.

여기서는 대표적인 3D 프린팅 필라멘트 이외에도 사용자가 사들일 수 있는 제품에 대해 자세히 설명하겠습니다.

 

 

 

1. PLA (Polylactic Acid)

• 화학적 구성 및 특성:
  PLA는 젖산(Lactic Acid)에서 유래한 폴리에스터로, 생분해성 플라스틱의 일종입니다. 주로 옥수수 전분이나 사탕수수 같은 재생 가능한 자원에서 추출됩니다. 열가소성 물질로서 가열 시 녹고, 냉각 시 굳어지는 성질을 가지고 있습니다. PLA는 비결정성(Amorphous)에서 반결정성(Semi-crystalline)으로 변할 수 있으며, 이로 인해 물리적 특성이 달라질 수 있습니다.
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 190~220°C
  • 히팅 베드: 필요하지 않지만, 사용 시 50~60°C로 설정하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
  • 속도: 중간 속도로 인쇄(40~60mm/s)하는 것이 권장됩니다.
  • 후처리: 아세톤이나 다른 화학물질로의 후처리는 불가능하지만, 연마 및 도색이 가능합니다.
• 장점:
  • 환경 친화적이며 생분해성
  • 수축률이 낮아 형태 유지가 용이
  • 광택 있는 표면 마감
  • 낮은 인쇄 온도로 전력 소비가 적음
• 단점:
  • 내열성이 낮아 60°C 이상에서 변형될 수 있음
  • 기계적 강도가 낮아 충격에 약함
  • 습기에 민감하며 장기간 노출 시 성능 저하
• 용도:
  프로토타입 제작, 예술 작품, 교육용 모델, 장식품 및 저강도 기계 부품.

 

2. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

• 화학적 구성 및 특성:
  ABS는 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌의 세 가지 성분으로 이루어진 공중합체입니다. 이 조합은 ABS에 강한 내구성과 내열성을 부여하며, 충격 저항성을 높이는 동시에 가공성을 향상시킵니다. ABS는 비결정성 열가소성 수지로, 부식 및 화학적 공격에 대한 저항성이 우수합니다.
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 220~250°C
  • 히팅 베드: 90~110°C로 설정하여 수축과 변형 방지
  • 속도: 중간에서 높은 속도로 인쇄(60~100mm/s) 가능
  • 후처리: 아세톤 증기로 표면을 매끄럽게 하거나 접착할 수 있음.
• 장점:
  • 우수한 기계적 강도와 내구성
  • 높은 내열성으로 고온에서도 형태 유지
  • 다양한 후처리 방법(아세톤 스무딩, 접착 등) 가능
• 단점:
  • 높은 수축률로 인해 인쇄 시 변형 가능
  • 인쇄 중 강한 냄새가 발생, 환기가 필요
  • 히팅 베드가 필수적이며, 프린팅 환경 관리가 필요
• 용도:
  전자기기 외장, 자동차 부품, 장난감(예: 레고), 기능성 기계 부품, 생활 용품.

 

3. PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol-Modified)

• 화학적 구성 및 특성:
  PETG는 PET에 글리콜(Glycol)을 첨가한 수정된 폴리에스터로, 유연성을 높이고 취성을 감소시킨 소재입니다. 이 재료는 반결정성으로 투명한 외관을 가지며, 우수한 내화학성과 강도를 제공합니다. 내수성 및 내약품성이 뛰어나며, 충격에도 강합니다.
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 220~250°C
  • 히팅 베드: 70~90°C로 설정
  • 속도: 중간 속도(40~60mm/s)로 인쇄
  • 후처리: 표면이 다소 끈적거릴 수 있어, 연마 및 도색이 가능하지만 화학적 후처리는 어려움.
• 장점:
  • 높은 투명성과 내구성
  • 수축이 적어 인쇄가 쉬움
  • 내화학성과 내수성이 뛰어남
• 단점:
  • 인쇄중 표면이 끈적거릴 수 있어 후처리가 까다로움
  • 특정 프린터에서 노즐 막힘 발생 가능성
• 용도:
  투명 부품, 전자 기기 케이스, 식품 용기, 보호 장비, 내화학성 요구 부품.

 

4. TPU (Thermoplastic Polyurethane)

• 화학적 구성 및 특성:
  TPU는 열가소성 폴리우레탄의 일종으로, 유연성과 탄성이 뛰어나며 고무와 유사한 특성을 가지고 있습니다. TPU는 높은 인장 강도, 내마모성, 내구성, 내화학성을 가지고 있으며, 충격 흡수 능력이 탁월합니다. 이로 인해 고무처럼 변형 후에도 원래 상태로 복원됩니다.
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 210~230°C
  • 히팅 베드: 30~60°C (필수는 아님)
  • 속도: 느린 속도(20~30mm/s)로 인쇄, 정확한 제어 필요
  • 후처리: 가공이 어렵고, 물리적 후처리(사포질 등)만 가능.
• 장점:
  • 매우 유연하고 탄성이 좋음
  • 높은 내구성과 마모 저항성
  • 충격 흡수 및 복원력이 우수
• 단점:
  • 인쇄 시 필라멘트의 유동성이 높아 제어가 까다로움
  • 특정 프린터에서만 원활한 인쇄 가능
  • 인쇄 속도가 느림
  • 써포터 제거가 어려움
• 용도:
  보호 케이스, 충격 흡수 장치, 유연한 연결 부품, 고무 대체품, 신발 밑창.

 

5. Nylon (Polyamide)

• 화학적 구성 및 특성:
  나일론은 폴리아미드 화합물로 이루어진 고성능 엔지니어링 플라스틱입니다. 높은 인장 강도와 내구성을 제공하며, 우수한 내마모성과 마찰 저항성을 자랑합니다. 나일론은 반결정성 물질로, 인쇄 전 건조가 필수적입니다. 습기를 흡수할 수 있어 건조 후 인쇄해야 최상의 품질을 얻을 수 있습니다.
  
  
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 240~270°C
  • 히팅 베드: 70~100°C로 설정, 워핑 방지를 위해 필요
  • 속도: 중간 속도(40~60mm/s)로 인쇄
  • 후처리: 기계적 후처리(사포질 등) 가능, 표면에 물리적 처리 필요.
• 장점:
  • 매우 강하고 내구성이 뛰어남
  • 마찰 및 마모 저항성이 높음
  • 고온 및 습기에서 강한 성능 유지
• 단점:
  • 습기 흡수성이 높아 인쇄 전 건조 필요
  • 높은 인쇄 온도 요구, 히팅 베드 필수
  • 다루기 어려움(특히 첫 층 접착 및 워핑)
• 용도:
  기계적 부품, 기어, 베어링, 내구성이 필요한 생활용품, 고강도 기능성 부품.
  
  

6. PC (Polycarbonate)

• 화학적 구성 및 특성:
  폴리카보네이트는 매우 높은 충격 저항성과 투명성을 자랑하는 열가소성 수지입니다. 이 재료는 투명하면서도 매우 단단하고 내열성이 우수해 전자기기 부품 및 보호 장치에 자주 사용됩니다. 내화학성이 강하며, 가공 후에도 우수한 강도를 유지합니다.
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 260~310°C
  • 히팅 베드: 80~120°C로 설정, 안정적인 인쇄를 위해 필요
  • 속도: 느린 속도(20~40mm/s)로 인쇄, 균일한 온도 관리 필수
  • 후처리: 고온에서의 물리적 후처리 가능, 표면 마감이 까다로움.
• 장점:
  • 높은 강도와 내열성
  • 투명하고 단단한 표면 마감
  • 충격 저항성이 뛰어남
• 단점:
  • 매우 높은 인쇄 온도 요구
  • 워핑 및 수축 현상이 발생할 수 있어 환경 관리가 필요
  • 인쇄가 까다롭고 속도가 느림
• 용도:
  렌즈, 보호 장치, 고강도 전자기기 부품, 내구성을 요하는 투명 부품.

 

7. PVA (Polyvinyl Alcohol)

• 화학적 구성 및 특성:
  PVA는 물에 쉽게 용해되는 친수성 폴리머로, 주로 복잡한 3D 프린트 모델의 서포트 재료로 사용됩니다. 인쇄 후 물에 담가서 쉽게 제거할 수 있으며, 친환경적이고 생분해성이 있습니다. 하지만 습기를 잘 흡수하기 때문에 보관과 인쇄 전에 건조 상태를 유지해야 합니다.
  
  
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 180~200°C
  • 히팅 베드: 필수는 아니지만 45~60°C로 설정하면 접착력이 향상
  • 속도: 느린 속도(20~40mm/s)로 인쇄
  • 후처리: 인쇄 후 물에 담가 서포트 구조 제거 가능.
• 장점:
  • 복잡한 구조의 서포트 제거가 용이
  • 물에 쉽게 용해됨
  • 친환경적이며 생분해성
• 단점:
  • 높은 비용
  • 습기 흡수성이 높아 보관에 주의 필요
  • 인쇄 속도가 느리고 특정 조건에서만 사용 가능
• 용도:
  복잡한 형상의 모델 제작 시 서포트 재료, 듀얼 노즐 프린터에서의 사용.
  
  

8. Wood-filled Filament

• 화학적 구성 및 특성:
  Wood-filled 필라멘트는 PLA에 미세한 나무 섬유를 혼합하여 목재와 유사한 질감과 향을 제공합니다. 이 필라멘트는 기본적으로 PLA와 비슷한 인쇄 특성을 가지지만, 인쇄 중 노즐 막힘 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 나무 섬유의 비율에 따라 색상과 질감이 달라지며, 인쇄 후 목재처럼 사포질 및 도색이 가능합니다.
• 인쇄 방법:
  • 인쇄 온도: 190~220°C
  • 히팅 베드: 필요하지 않지만, 사용 시 50~60°C로 설정 가능
  • 속도: 느린 속도(20~50mm/s)로 인쇄, 노즐 막힘 방지를 위해 주의
  • 후처리: 목재처럼 사포질, 오일링, 도색 가능.
• 장점:
  • 목재와 같은 질감 및 향 제공
  • 다양한 후처리 가능(사포질, 도색 등)
  • 독특한 외관 제공
• 단점:
  • 인쇄 중 노즐 막힘 가능성
  • 표면이 다소 거칠어질 수 있음
  • 다른 필라멘트에 비해 기계적 강도가 낮음
• 용도:
  목재 느낌의 장식품, 모형, 예술 작품, 인테리어 소품.

 

기타 복합 필라멘트 및 특수 필라멘트

• Carbon Fiber-filled Filament:
  탄소 섬유가 포함된 필라멘트로, 매우 높은 강도와 경량성을 제공합니다. 높은 인쇄 온도와 강한 압출기가 필요하며, 노즐 마모가 빨라질 수 있습니다. 경량 구조물이나 드론 부품 등에 사용됩니다.
  
  
• Metal-filled Filament:
  금속 가루가 혼합된 필라멘트로, 인쇄 후 금속과 같은 외관과 무게감을 제공합니다. 무거우며, 표면 연마 후 금속 광택을 낼 수 있습니다. 인쇄 중 노즐 마모가 빠르게 진행될 수 있습니다.
  
  
• Glow-in-the-Dark Filament:
  야광 효과가 있는 필라멘트로, 빛을 흡수한 후 어두운 곳에서 발광합니다. PLA 기반의 야광 필라멘트가 일반적이며, 장식품이나 특별한 효과가 필요한 곳에 사용됩니다.

이처럼 3D 프린팅 필라멘트는 매우 다양한 특성과 용도를 가지고 있어, 원하는 출력물의 용도와 성능 요구에 맞게 적절한 필라멘트를 선택하는 것이 중요합니다. 각각의 필라멘트는 특정한 인쇄 조건과 후처리를 요구하므로, 작업 전에 충분히 이해하고 준비하는 것이 필요합니다.