플렉시블 필라멘트
플렉시블(Flexible) 필라멘트는 이름 그대로 유연하게 굽어지는 성질을 가진 PLA 필라멘트를 말하는데요. 쉽게 고무 재질이라고 생각하시면 됩니다. 다만 식물성 전분에서 추출한 원료로 만들어지는 친환경 수지인 PLA와는 달리 플렉시블 필라멘트는 쉽게 휘어지는 특성을 지녀 신축성과 탄력성 있는 출력물을 만들어낼 수 있습니다. 또한 외부 충격 및 접촉에도 쉽게 파손되지 않고 마모되지 않기 때문에 패션, 의학 등 일상생활 외 다양한 전문 분야에서 널리 사용할 수 있다는 장점이 있죠.
▲플렉시블 필라멘트 소재로 출력한 부품
하지만 잘 휘어진다는 특성 때문에 다른 소재보다 출력에 세심한 주의가 필요합니다. 특히 플렉시블 필라멘트를 사용하기 위해서는 굉장히 정밀한 익스트루더가 필요하죠. 조금이라도 필라멘트가 휘어져나올 수 있는 틈이 있으면 출력이 어렵기 때문입니다.
따라서 지난번 익스트루더편에서 소개했던 보우덴식 익스트루더 사용 3D프린터에서는 플렉시블 필라멘트 사용이 어려울 수 있습니다.
플렉시블 필라멘트 특징
① 뛰어난 신축성과 탄력성
② 패션, 의학 등 다양한 분야에서 활용도 높음
③ 정밀한 익스트루더 필요
④ 후가공이 어려움
나일론
나일론(Nylon)은 많은 분들이 익숙한 소재일 텐데요. 여러 산업 분야에서 사용되고 있는 나일론은 섬유질, 필름 등 다양한 형태로 가공될 수 있는 합성 폴리머 소재입니다. 3D프린터에서도 유용하게 사용되고 있는 핵심 소재 중 하나로 FFF방식은 물론 SLS방식의 3D프린터에서도 활용하고 있는데요.
나일론은 열에 강하기 때문에 높은 내구성과 높은 강도를 자랑합니다. 또한 앞서 살펴본 플렉시블 필라멘트만큼은 아니지만 일반 PLA소재보다 훨씬 유연한 성질을 갖고 있고요. 염색을 통해 알록달록한 색상을 연출할 수 있다는 장점도 있습니다.
▲나일론 소재로 출력한 부품
반면 나일론은 습기에 다소 약합니다. 따라서 건조하고 습기가 없는 통풍이 잘 되는 곳에 보관해야 한다는 번거로움이 있죠. 또한 열에 강하기 때문에 필라멘트를 녹이고 출력하기 위해서는 높은 온도의 노즐과 베드가 필요합니다.
PLA와 ABS는 가장 일반적으로 사용되는 3D 프린팅 필라멘트입니다. 가격이 저렴하고 널리 사용할 수 있으며 초보자도 프린트가 가능하기 때문에 대부분의 3D 프린터 사용자는 한 번쯤 ABS 또는 PLA를 사용해 보게 됩니다. 하지만 3D 프린트된 부품에서 최상의 결과를 얻고자 한다면 어떤 이유로 재료를 선택해야 할까요?
둘 다 폴리머의 열가소성 부류에 속하는 ABS와 PLA는 각자 FFF(fused filament fabrication) 3D 프린팅에서 구가하는 인기를 설명할 만한 특성을 가지고 있습니다.
두 재료 모두 ‘믿음직한’ 필라멘트이지만 고유한 특성을 이해하면 3D 객체의 시각적 표현 또는 기계적 성능을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
각 재료를 자세히 살펴보기 전에 먼저 선택하는 데 도움이 되는 핵심적인 특성을 정의해 보겠습니다.
프린트 가능성 – 원하는 부품을 처음에 최소한의 노력으로 얼마나 쉽게 또는 어렵게 프린트할 수 있는가
강직도 – 재료에 힘이 가해질 때 구부림 또는 변형에 얼마나 잘 견디는가
강도 – 영구적인 변형 또는 파손 없이 부하를 어느 정도까지 견딜 수 있는가 (PLA와 ABS의 인강 강도는 유사하므로 이 가이드에서는 굽힘 강도에 집중합니다.)
인성 – 충격을 얼마나 잘 견디는가
경도 – 마모 또는 절단에 얼마나 잘 견디는가
내온성 – 특성을 유지한 상태로 열을 얼마나 견딜 수 있는가
PLA를 사용해 두 가지 색상으로 3D 프린트한 시각적 프로토타입
ABS를 사용해 3D로 프린트한 기능성 벽 콘센트
PLA 필라멘트란?
Polylactic acid 필라멘트, 즉 PLA는 보통 옥수수로 만드는 식물 유래 열가소성 플라스틱이며 생분해성이기도 합니다. 환경에 미치는 영향이 비교적 덜하고 쉽고 빠르게 프린트할 수 있다는 사실로 인해 교사와 3D 프린팅에 입문한 사용자에게 매력적인 옵션입니다.
PLA 특성
PLA는 심미적 특성으로 인해 선택하는 경우가 많습니다. PLA는 용융점이 약 145 °C로 낮으며, 이로 인해 FFF 3D 프린팅 공정에 적합합니다. 다시 말해 PLA 프린트는 세밀한 디테일과 부드러운 표면을 일관되게 구현할 수 있기 때문에 건축 모델, 제품 프로토타입, 교육용 보조 장치에 적합합니다.
하지만 엔지니어링 특성은 어떨까요?
PLA는 경도와 강도가 우수하며 굴곡 강도는 103MPa입니다. PLA는 강직도 또한 뛰어난데, 일부 응용 분야에는 적합할 수 있지만 이로 인해 잘 부서지고 깨지기 쉬워지거나 충격으로 인한 다른 손상에 취약해집니다.
PLA 필라멘트의 이러한 강직도 및 강도에도 불구하고 열 또는 화학 물질에 노출될 경우에는 PLA 가 제대로 대응하지 못합니다. 이로 인해 PLA는 반복적으로 사용하는 부품 또는 조건이 변화하는 환경 (예: 야외)에 그다지 적합하지 않은 옵션이 됩니다.
PLA의 용융점이 높다고 언급했으나, 재료가 '녹기' 훨씬 이전에 부품이 쓸모 없어지게 됩니다. 실제로 프린트된 부품이 50°C 이상의 온도에 노출되는 응용 분야에는 PLA 가 적합하지 않습니다.
이처럼 낮은 내온성은 예컨대 금형 제작을 위해 3D 프린트된 재료를 연소시켜야 하는 경우에 장점이 될 수도 있습니다.
Ultimaker PLA 3D 프린터
Ultimaker는 자체 PLA 필라멘트를 제공하며 이러한 필라멘트는 모든 Ultimaker 3D 프린터에서 지원하고 최적의 결과를 제공하도록 만들어졌습니다.
Ultimaker 3D 프린터와 Ultimaker PLA를 사용하면 11가지 색상으로 고속 프린트할 수 있으며 두 가지 색상을 조합해 프린트하는 기능도 지원됩니다.
Ultimaker 3D 프린터는 타사 PLA 필라멘트와도 호환됩니다.
ABS 필라멘트란?
Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS)은 탁월한 기계적 특성을 자랑하며 인성과 내구성이 필요한 개체에 적합합니다 .
많이 경험하는 단점 중 하나는 ABS가 PLA에 비해 프린트하기가 더 까다롭다는 점인데, 프린팅 공정 중에 부품이 뒤틀리는 경우가 가끔 있습니다. 하지만 이러한 현상을 줄일 수 있는 방법이 있습니다.
Ultimaker ABS 재료는 특수한 제형으로 뒤틀림을 최소화하고 레이어 간 접착력을 일정하게 유지합니다. 또한 ABS 사용 시 훨씬 더 나은 결과를 제공하는 프린팅 환경에 맞춰 Ultimaker S5 Pro Bundle과 같이 완전 밀폐형 3D 프린터를 선택할 수도 있습니다.
ABS의 특성
내열성이 최대 85°C이므로 ABS는 PLA보다 온도가 더 높은 환경에서도 사용할 수 있습니다.
PLA와 비교했을 때 ABS 필라멘트의 강도 는 견딜 수 있는 부하 (70.5MPa) 측면에서 보면 다소 낮습니다. 하지만 이 부분은 다른 기계적 특성으로 보완됩니다.
충격 강도가 높은 (10.5kJ/m²까지 테스트됨) ABS 부품은 기능적 프로토타이핑 또는 최종 사용 부품에 사용될 경우 PLA보다 내구성이 높은 것으로 입증됩니다.
Ultimaker ABS 3D 프린터
Ultimaker는 모든 하드웨어 제품군에서 지원되는 자체 ABS 필라멘트를 제공합니다.
Ultimaker 3D 프린터와 Ultimaker ABS를 사용하면 10가지 색상으로 프린트할 수 있으며 두 가지 색상을 프린트하는 기능도 지원됩니다.
Ultimaker 3D 프린터는 타사 ABS 필라멘트와도 호환됩니다.
작은 공간에서 ABS로 작업할 경우 특히 재료의 양이 많으면 프린팅 공정 중에 입자가 방출된다는 단점이 잘 알려져 있습니다. 하지만 Ultimaker S5 또는 Ultimaker 2+ Connect에서 지원되는 Air Manager 액세서리를 사용하면 이러한 문제를 간단하게 해결할 수 있습니다.
사용자는 Air Manager의 밀폐형 빌드 챔버와 EPA 필터를 사용하면 UFP(초미세 입자)를 최대 95%까지 제거할 수 있습니다.
공기질과 3D 프린터 입자 방출이 걱정되십니까? 3D 프린팅 중 실내 공기질에 영향을 미치는 6가지 요인에 관해 읽어보십시오.
이 Ultimaker S5 Pro Bundle 프린터의 Air Manager에는 빌드 챔버가 내장되어 있으며 EPA 필터를 통해 공기를 추출하여 UFP를 95%까지 제거해 줍니다.
결론: PLA와 ABS 사이의 선택
엔지니어링 특성보다는 간편한 프린팅 경험을 중시한다면 일반적으로 PLA가 적절한 필라멘트 선택지입니다. 약간의 충격을 견디고 테스트 시간 동안 지속되는 부품을 찾고 있다면 ABS를 선택하십시오.
하지만 3D 프린팅의 잠재적인 용도는 매우 다양하므로 선택이 항상 그렇게 간단하지는 않습니다. 특별한 응용 분야를 염두에 두고 있다면 선택하기 전에 기술 데이터 시트를 자세히 검토해 보는 것이 좋습니다.
마음을 정했다면 로컬 리셀러를 찾아 지금 바로 필라멘트를 주문해 보십시오.
아니면 두 가지 모두의 장점만을 사용해 볼 수 있습니다. Ultimaker Tough PLA는 ABS와 유사한 강도를 자랑하는 동시에 일반적인 PLA처럼 안전하고 사용하기 쉽습니다.
Ultimaker 3D 프린터는 견고한 Nylon부터 유연한 TPU 95A까지 재료 옵션도 다양하게 지원합니다. Ultimaker Marketplace에서 판매하는 수백 가지 타사 복합 재료와 기타 전문 필라멘트는 말할 것도 없습니다.
더 많은 재료 알아보기
참고: 이 문서의 정보는 Ultimaker 재료에 적용됩니다. 다른 필라멘트와 함께 사용할 경우 비슷한 품질을 보장할 수 없습니다. 위 표에 기재된 재료 속성 평가는 1:3 비율로 다른 3D 프린팅 재료와 비교한 결과입니다.