3D프린터 필라멘트 종류 및 특성

딱 맞는 원료 선택하기!

산업 디자인의 가장 중요한 부분 중 하나가 제품의 적절한 원재료를 고르는 것입니다. 1987년 처음 3D프린터가 개발되었을 땐 사용 가능한 원재료들의 종류가 매우 제한적이었지만, 현재 산업용 3D프린터에 쓰이는 원료는 고체, 액체, 분말, 적층시트 형태로 나눠집니다.  재료의 물성에 따라 ABS, PLA수지, 종이, 나일론, 왁스, 금속, 세라믹등 다양합니다.

현 가정용 3D프린터에서 가장 많이 쓰이는 원료는 ABS, PLA 등의 열가소성 수지입니다.  ABS는 냄새가 나고 잘 휘어지지만 레고처럼 튼튼합니다. PLA는 와플 같은 냄새가 나는데, 자연분해가 되는 친환경 플라스틱이어서 가격이 조금 더 비쌉니다.

5년여 전만 하더라도 철제 부속품을 3D프린트하는 것은 기술적으로 어려운 일이었지만 레이저 물리학 및 전력 관련 기술 분야에서의 수 많은 발전과 개선을 통해 이제는 철을 녹여 특정 물건을 만들어낼 수 있게 되었습니다.  지금 당장은 아니지만 2~3년 내에 집안에서도 철을 다룰 수 있는 개인용 3D프린터가 개발될 것입니다.  어쩌면 휴렛팩커드가 프린터를 아주 싼값에 대여를 해주고 인쇄용지와 잉크로 돈을 벌었듯이, 여러 업체들이 3D프린터를 대여한 뒤 원료로 돈을 버는 시대가 오지 않을까 예측해 봅니다.

 

 

가장 기본이 되는 프린터와 재료는 무엇일까?

현재 가장 널리 보급되고 있는 FDM 방식의 3D프린터는 실처럼 길게 생긴 필라멘트를 녹여 한 층 한 층 쌓아서 출력물을 만들어 냅니다.  주로 PLA, ABS 두 종류의 플라스틱 필라멘트를 재료로 사용합니다.

PLA, ABS 소재 외에도 나무 느낌이 나는 필라멘트, 말랑말랑한 느낌의 소재 그리고 나일론 소재도 출시되어 사용되고 있습니다.  이 중 나일론 소재는 염색이 가능한 것이 특징입니다.  은점토를 활용하여 금속 3D프린팅도 가능합니다. 은점토는 출력 후에 오븐에 구우면 금속 결과물을 확인할 수 있습니다.

기본적으로 ABS 필라멘트와 PLA 필라멘트는 구분하기가 다소 어렵지만 출력 과정에서 냄새로 구분이 가능합니다.  외관으로는 컬러에 따라 구분하기도 합니다. 결과물의 질에서도 차이가 나는데 ABS는 좀 더 매끈한 느낌이지만 PLA는 약간 투박한 것이 특징입니다. 그렇다면 ABS는 언제 사용하고, PLA는 언제 사용하는지 알아보면 ABS는 소형 부품이나 작은 캐릭터에 적합하고, PLA는 대형 동상이나 대형 조형물에 적합합니다.  이유는 수축율 때문인데 ABS 필라멘트로 큰 것을 뽑으면 형태가 일그러지기 때문입니다. ABS는 PLA에 비해 표면이 매끈한 결과물을 얻을 수 있으나 녹는점이 240도이기 때문에 열을 계속 유지해주어야 해서 다루기가 어렵습니다. 또한 열에 매우 민감해서 휨이나 수축이 일어날 수 있어 대형 제품을 출력하는 데에는 불리합니다. 반면 PLA의 녹는점은 215도 정도로 큰 것을 출력할 때는 PLA가 유리합니다. ABS만큼 수축이 심하지 않기 때문입니다. 대개 출력물의 크기가 10cm이하일 경우 작은 것으로, 이상일 경우 큰 결과물로 여깁니다.

 

 

필라멘트의 종류와 특징

ABS 필라멘트

▶ ABS 필라멘트는 유독가스를 제거한 석유 추출물 재료로, 광택이 나는 것이 특징입니다.

▶ 레고와 같은 재질이며 단단하지만 빨리 식기 때문에 수축성이 있습니다. 큰 조형물을 출력핼 때 균열이 나거나 휨 현상이 발생할 수도 있으므로 FDM 방식에서는 출력물이 올라가는 출력판을 110도로 가열하여 수축을 일으키지 않게 합니다.

▶ 출력판에 열강화 테이프를 사용하면 좋은 결과물을 얻을 수 있습니다.

▶ ABS 필라멘트로 프린트할 때 특유의 냄새가 나기 때문에 밀폐된 공간이 아닌 환기가 되는 곳에서 사용할 것을 추천합니다.

 

 

PLA 필라멘트

▶ PLA 필라멘트는 옥수수 전분을 이용해 만든 무독성 친환경적 재료입니다.

▶ ABS 재질에 비해 경도가 강하며 일반적으로 쉽게 부숴지지 않습니다.

▶ 큰 형상을 프린트 할 때 ABS 재질에 비해 균열이나 휘는 현상이 적습니다.

▶ 프린트 할 때 ABS와는 달리 식물성의 달콤한 냄새가 나고 표면이 반짝인다는 특징이 있습니다.

 

 

플랙시블 필라멘트

▶ 플랙시블 필라멘트는 고무 성분이 들어간 필라멘트로 탄성과 유연성이 매우 뛰어납니다.

▶ 출력물이 잘 구부러지고 원형으로 되돌아오는 성질이 강합니다.

▶ 단점은 출력물을 지지하는 서포터를 제거하기가 어렵다는 것이며, 빠른 속도로 출력하면 실패할 가능성이 높습니다. 서포터란 구조적으로 불안정한 물체를 출력할 때 이를 보완해주는 임의의 구조물이라고 여기면 됩니다.

▶ 샌들이나 디자인 상품으로 개발하기 매우 좋습니다.

 

 

나무 필라멘트

▶ 나무 공예에 적합한 재료이며, 목분과 PLA가 혼합된 필라멘트입니다.

▶ 나무 질감을 표현하는 데 매우 유용하며 나무 향이 납니다.

▶ 열팽창 성질이 PLA 필라멘트와 동일합니다.

▶ 유연하여 프린트할 때 조형물의 휨 현상이 거의 없습니다.

▶ 유독가스 등의 유해 물질이 나오지 않는 인체에 안전한 재료입니다.

▶ 소재의 특성상 온도차에 따라 출력물 색상이 달라지며 낮은 온도에서는 살구색으로 출력되고 높은 온도에서는 짙은 갈색으로 출력됩니다.

 

 

나일론 필라멘트

▶ 나일론 필라멘트는 PLA 필라멘트보다 유연하고 부드러운 성질의 재료이지만 플레시블 필라멘트에 비해 유연성이 낮습니다.

▶ 탄력성과 광택이 뛰어난 재료이며 연료를 이용한 도색이 쉽습니다.

 

 

PVA 필라멘트

 

▶ 물에 녹는 특성을 가진 필라멘트 재료입니다.

▶ 노즐이 두 개인 프린터를 사용하되 노즐 중 하나에는 PVA 필라멘트를 써서 서포터로 출력합니다. 그런 다음 출력물을 물에 넣으면 PVA로 만든 서포터 부분이 물에 녹아 매우 깨끗한 결과물을 얻을 수 있습니다.

▶ 건조한 곳에 보관해야 합니다.

 

 

엔지니어 필라멘트

▶ 공업 재료와 구조 재료로 사용되고 있는 강도 높은 플라스틱입니다.

▶ 강철보다 강하고 알루미늄보다 전성이 풍부하며 금이나 은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지입니다. 따라서 강도와 탄성뿐만 아니라 내충격과 내마모성, 내열성, 내한성, 내약품성 그리고 전기 절연성 등이 뛰어나 가정용품 및 일반 잡화 등에 쓸 수 있습니다.

▶ 대표적으로 헬멧, 카메라, 시계부품, 항공기, 휴대전화 등 각 분야에 걸처 사용됩니다.

 

 

HIPS 필라멘트

▶ HIPS 필라멘트의 강도는 ABS와 PLA 필라멘트의 중간입니다.

▶ 유독가스를 제거한 석유 추출물 재료입니다.

▶ 광택이 나며 단단하지만 수축성이 있어 큰 조형물을 프린팅할 때 균열이 생깁니다.

▶ 노즐이 두 개인 프린터에서 주로 사용되며 본 조형물의 지지대 역할을 하는 서포터로 이용됩니다.

▶ HIPS로 출력된 부분을 리모넨 오일에 담가 녹일 수 있습니다. 녹일 때 특유의 향과 증기가 나므로 지속적인 환기가 필요합니다.

 

 

스톤 필라멘트

▶ 스톤 필라멘트는 표면이 거칠고 돌 같은 느낌을 주는 재료입니다.

▶ 재료의 특성상 165~175도 온도에서 출력을 권장합니다.

▶ 온도가 올라가면 노즐에서 굳는 현상이 발생되어 노즐뿐만 아니라 노즐 윗부분의 튜브까지 교체해야 하므로 주의가 필요합니다. 이는 ABS와 PLA 필라멘트를 제외한 모든 특수 재료를 사용하는 경우에 모두 해당되므로 각별히 유의해야 시간과 재료의 비용을 아낄 수 있습니다.

▶ 나무 필라멘트처럼 노즐 사이즈가 클 수록 유리하며 가정용 프린터의 경유 0.4mm 노즐이 사용되지만, 제조사에서는 이 재료를 사용할 때 0.6mm 이상의 노즐을 사용할 것을 추천합니다.  나무나 스톤 필라멘트는 특수한 재질이다 보니 막힘 현상을 방지하기 위해 정밀하게 0.1mm나 일반적인 0.4mm 노즐보다 약간 느슨하게 0.6mm로 출력하는 것을 권장하는 것으로 생각됩니다.

 

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필라멘트의 재료는 이처럼 다양합니다. 이외에도 음식재료도 있어 3D프린터로 출력된 음식을 먹을 수도 있습니다.

다양한 재료만큼 다양하고 창의적인 작품을 구현할 수 있다는 것이 3D프린터의 장점입니다.

필라멘트 재료에 대한 포스팅은 이렇게 마무리 하고 다음 포스팅에서는 출력 방식에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

하루하루 행복하세요.^^