3D프린팅 활용 분야가 넓어지면서 각 프린팅 방식별로 다양한 소재가 활용되고 있습니다.
그 중에서도 필라멘트를 이용해 출력하는 ‘FDM’의 소재 스펙트럼이 더욱 넓어지고 있는데요,
익히 알려진 PLA 외에도 다양한 소재들이 FDM프린팅에서 사용되고 있습니다.

FDM으로 사용할 수 있는 소재에는 어떤 것이 있고, 그 소재의 특징은 무엇일까요?
이번 뉴스레터에서는 FDM 프린팅에서 특징이 뚜렷한 소재들 몇 가지를 소개해드리겠습니다.
FDM 프린팅 문의를 앞두신 분이라면 이번 뉴스레터를 통해 문의하려는 소재를 통해 궁금증을 해소하실 수 있겠습니다.

가장 대중적인 소재, 'PLA와 ABS'
 

FDM프린터 사용자들이 가장 많이 사용하는 필라멘트는 무엇일까요?
많은 개인 사용자들이 ABS, PLA 소재를 주로 사용하고 있습니다.
이 소재들은 가격이 저렴하고 쉽게 구매할 수 있어 3D프린터를 쓰는 비전문가들에게도 익숙한 소재입니다.

PLA는 옥수수 전분을 이용한 재생 자원 필라멘트입니다.
대중화된 소재인지라 내구성이 떨어진다는 이미지가 있었지만,
ABS에 비교했을 때는 높은 인장 강도를 가지고 있어 지속적으로 작용하는 하중에 강한 소재입니다.
다만 내열성이 낮아 약 60°C 정도의 열에 지속적으로 노출되면 변형이 올 수 있기 때문에 활용할 수 있는 제품군이 한정적이라는 단점이 있습니다.

반면 ABS는 지속적인 하중에는 약하지만, 충격 강도가 높아 갑작스러운 충격에 강한 소재입니다.
또한 약 100°C 까지는 열 변형이 없어 내열성이 필요한 경우에는 PLA를 대체할 수 있습니다.
 

ABS는 아세톤을 이용한 표면 훈증이 가능합니다.
FDM 방식의 특징 중 하나인 선명한 레이어를 보다 용이하게 가공할 수 있기 때문에,
FDM 출력을 하면서 매끈한 표면 후가공을 위해서는 ABS 소재 사용을 추천드립니다.

이렇듯 PLA와 ABS 소재의 특징 차이가 있다보니 필요한 성질에 맞추어 소재를 선택해야 합니다.
그런데 내열성도, 내구성도 중요한 제품이라면 어떤 소재를 사용해야 할까요?

내구성과 내열성을 챙긴 'PC'
 

ABS, PLA보다 좋은 내구성, 내열성이 필요하다면 ‘PC(폴리카보네이트)’ 소재를 사용할 수 있습니다.
PC소재는 ABS와 비교했을 때 높은 내구성과 높은 강도를 가지고 있고,
100°C 이상의 내열성을 가지고 있어 열 변형 위험이 낮습니다.
높은 충격 강도 덕분에 실제 제품의 기능 테스트를 위한 시제품 제작이 가능합니다.

탄성을 가진 'TPU'
 

TPU 샘플 탄성

이처럼 FDM 방식 안에서도 사용할  수 있는 소재가 다양하기 때문에,
제품 제작 시 필요한 성질에 맞추어 소재를 선택할 수 있습니다.
필요에 따라 일반적인 열가소성 플라스틱과는 아예 다른 성질을 가진 소재도 활용이 가능한데요, TPU 소재가 그 중 하나입니다.

3D프린팅 소재는 적층했을 때 딱딱하게 굳는 소재에만 한정되지 않습니다.
TPU(폴리우레탄)는 다른 소재들과 비교했을 때, ‘탄성’이라는 두드러지는 특징이 있습니다.
고무와 비슷한 성질의 TPU는 내마모성과 복원력을 갖추고 있어 시제품 제작에도 적합합니다.
 

이러한 특징을 바탕으로 호스나 튜브처럼 유연성이 필요한 제품이나
보호 케이스와 같이 내충격성이 중요한 제품에 활용되고 있습니다.

가장 높은 강도의 'PA12-CF'
 

3D프린팅 소재는 지금도 지속적인 개발을 이어가고 있습니다.
이때 두 가지 소재를 결합하여 기존 소재의 단점을 보완한 신소재를 개발하기도 하는데요,
대표적으로 ‘카본 파이버(탄소 섬유)’ 소재를 결합한 사례가 있습니다.

카본 소재는 나일론이나 PLA와 같이 기존 FDM 소재에 결합이 가능합니다.
PA12-CF는 PA12 나일론을 기반으로 15%의 탄소 섬유를 첨가하여 월등하게 높은 내구성과 무게 대비 높은 강도를 가지는 것이 특징인데요,
특정 상황에서는 금속을 대체할 수 있기 때문에, 금속 가공에 들어가는 비용과 시간을 크게 절감할 수 있습니다.
본 소재는 이러한 특징을 바탕으로 자동차, 항공우주 산업과 같이 내구성이 중요하면서도 무게를 줄이는 것이 중요한 산업에서 유용하게 활용되고 있습니다.

마치며

FDM방식의 경우 대중화된 PLA, ABS 소재가 대표적으로 알려져있다보니 비전문가가 주로 사용하는 방식이라는 편견이 있었는데요,
이번 뉴스레터에서는 실제 기능 테스트를 위해 활용되는 소재부터 자동차·항공우주 산업 등 넓은 범위에서 활용되는 소재까지 다뤄보았습니다.
3D프린팅 의뢰 시 적합한 소재가 있다면 FDM 방식 또한 고려해 보실 수 있겠습니다.

한양3D팩토리는 다수의 FDM프린터를 기반으로 FDM 출력 시스템을 갖추고 있어, 소형부터 대형까지 다양한 제품 제작이 가능합니다.
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