대부분의 사람들은 들어라. "필라멘트"라는 단어는 시각화 옛날식 유리 전구 안에 눈부시게 밝은 코일 모양의 전선이 있는 것을 떠올려 보세요. 정원사라면 백합 속의 연약한 줄기를 떠올릴지도 모릅니다.
그런데 "필라멘트"라는 말을 들으면 현대 제조업의 기초가 떠오른다. 공.
나는 실의 실타래에 대해 생각한다 플라스틱 3D 프린터에 공급되는 부품들은 우리가 부품 프로토타입을 제작하는 방식을 변화시키고 있습니다. 저는 은하계를 하나로 묶는 광활한 우주의 가닥들에 대해 생각합니다. 그리고 우리를 움직일 수 있게 해주는 근육의 미세한 실들에 대해 생각합니다.
공학 및 과학 분야에서 공필라멘트는 무엇으로 만들어졌는지가 아니라 모양으로 지정됩니다.
정의:
필라멘트는 자료 정말 길고 얇은 실로 만들어졌습니다.
엄밀히 말하면, 극단적인 "종횡비"를 가진 구조물입니다. 직경에 비해 길이가 엄청나게 큽니다.
실제로 수십 년 동안 압출 작업을 해 온 사람으로서 중합체 그리고 금속을 그려서, 나는 갈 것이다 데미지 다운 필라멘트의 모든 버전. 나는 할 것이다 금속에 대한 "접시"를 설명하세요 타지 않고도 빛나는 플라스틱, 모양을 만드는 플라스틱, 생명을 만들어내는 생물학적 전선.
물리학: 텅스텐 전구 필라멘트
이것이 전형적인 예입니다. 한 세기가 넘게 이 작은 전선이 공. 하지만 우리가 왜 그런지 아십니까? 활용 텅스텐?
빛의 문제
무언가를 빛나게 하려면(백열광) 뜨겁게 만들어야 합니다. 정말 뜨겁게요.
대부분의 금속은 백열로 빛나기 전에 녹습니다. 철은 1,538°C에서 녹습니다. 강철선에 충분한 전류를 흐르게 하여 흰색으로 빛나게 하면, 즉시 액체 웅덩이로 변합니다.
텅스텐 솔루션
텅스텐은 가장 높은 녹는 점 주기율표의 모든 금속: 3,422 ° C.
이를 통해 아주 가는 전선에 엄청난 양의 전류(암페어)를 흘릴 수 있습니다. 전기 마찰(저항)은 열을 발생시킵니다.
- 코일: 전구를 자세히 보면 필라멘트는 단순한 직선이 아닙니다. 코일입니다. 사실, 종종 코일드-코일 (이미 코일로 감겨진 와이어로 만든 코일).
- 이유가 무엇일까요? 긴 전선(대개 20~30인치 길이)을 아주 작은 공간에 집어넣으면 열을 집중시켜 효율성을 높일 수 있습니다.
실패 (그들이 소진되는 이유)
전구가 왜 수명을 다할까요? 텅스텐이 천천히 증발합니다. 금속 원자가 필라멘트에서 끓어올라 유리에 도달합니다. (오래된 전구가 어둡거나 은빛으로 보이는 이유입니다.) 결국 전선의 한 부분이 너무 가늘어져서 끊어집니다.
새로운 표준: 3D 프린팅 필라멘트(FDM)
현대 디자인 워크숍에 들어가면 "필라멘트"는 한 가지 의미를 갖습니다. 열가소성 물질.
융합 증착 모델링 (FDM) 프린터는 본질적으로 로봇에 의해 제어되는 핫 글루건입니다. 플라스틱을 녹이다 필라멘트를 층층이 쌓아 올립니다.
하지만 모든 플라스틱이 똑같은 것은 아닙니다. 여기에 우리가 사용하는 재료에 대한 "접시"가 있습니다. 활용.
1. PLA(폴리락틱산) - 초보자의 선택
- 출처: 옥수수 전분이나 사탕수수 전분은 (기술적으로) 생분해됩니다.
- 속성: 뻣뻣하고 딱딱하지만 깨지기 쉽습니다. 녹으면 시럽 냄새가 납니다.
- 우리가 그것을 활용하는 이유: 거의 휘지 않습니다. 차가운 베드에서도 출력할 수 있고, 필라멘트를 사용하기 가장 쉽습니다.
2. ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌) – 엔지니어링 선택
- 출처: 석유. 레고 블록을 만드는 데 쓰이는 플라스틱과 똑같아요.
- 속성: 고온 내구성이 뛰어나고, 약간의 유연성이 있으며, 매우 내구성이 뛰어납니다.
- 문제 : 식으면 수축합니다. 가열 챔버가 없으면 가장자리가 말려(뒤틀림) 인쇄물이 손상될 수 있습니다. 또한 인쇄 중에 유해 가스(스티렌)가 방출됩니다.
3. PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜) – 두 세계의 장점
- 출처: 변형된 물병 플라스틱.
- 속성: 간단하게 PLA로 인쇄ABS처럼 내구성과 내열성이 뛰어나 기능성 부품에 대한 새로운 요구 사항이 되고 있습니다.
4. TPU(열가소성 폴리우레탄) – 고무
- 속성: 유연해서 압축할 수 있어요.
- 난이도: 축축한 국수를 빨대로 누르는 것을 상상해 보세요. TPU를 만드는 것과 비슷합니다. 압출기가 계속 막히게 됩니다.
적: 습기(흡습성)
다리 3D 프린팅 필라멘트 are 흡습성그들은 공기 중에서 물을 빨아들이는 것을 즐긴다.
습한 날에 나일론이나 PLA 실을 밖에 두면 물을 흡수합니다.
젖은 필라멘트를 200°C 노즐에 넣으면 물이 즉시 증기가 됩니다. 탁. 쉿. 딱딱.
플라스틱에서 증기가 폭발하면서 인쇄물에 미세한 구멍과 기포가 남습니다. 이로 인해 구조적 무결성이 손상됩니다. 필라멘트는 항상 건조제와 함께 완전히 건조한 상자에 보관하세요.
생물학적 필라멘트: 꽃과 근육
생물학은 필라멘트를 좋아합니다. 자연은 오래전에 얇은 가닥이 운반과 연결에 효율적이라는 것을 발견했습니다.
식물학(꽃)
꽃에서 수술대는 꽃밥을 지탱하는 줄기입니다.
- 수술: 이것은 식물의 남성 생식 기관입니다. 두 부분으로 구성되어 있습니다. 꽃밥(꽃가루 공장)과 필라멘트 (구조용 보).
- 작업: 꽃밥은 수압에 의해 물과 영양분을 꽃밥으로 끌어올립니다. 더 중요한 것은, 꽃밥을 높은 곳에 위치시켜 바람이나 윙윙거리는 곤충이 꽃가루에 닿을 가능성을 높이는 것입니다. 꽃밥이 너무 짧으면 꽃이 번식하지 않습니다.
해부학(근육)
근육은 본질적으로 서로 지나가는 필라멘트 묶음입니다.
- 근섬유: 모든 근육 세포 내부에는 굵은 필라멘트(미오신)와 가는 필라멘트(액틴)가 있습니다.
- 액션: 이두근을 수축하면 이 필라멘트들이 지퍼가 닫히듯 서로 맞물려 움직입니다. 길이가 더 짧아지는 것이 아니라, 오히려 더 겹쳐질 뿐입니다. 이것이 바로 "슬라이딩 필라멘트 이론"입니다.
은하 필라멘트: 우주의 구조
우리가 미세한 것에서 실질적인 것으로 확대해서 살펴보면, 다시 필라멘트를 볼 수 있습니다.
우주는 무작위로 퍼져 있지 않습니다. 은하들은 코스믹 웹.
- 은하 필라멘트: 이것은 은하단을 연결하는 암흑 물질과 가스로 만들어진 거대한 실입니다.
- 규모: 그것들은 수억 광년에 달하는 길이를 가지고 있으며, 관측 가능한 우주에서 가장 큰 것으로 알려진 구조물입니다. 공.
- 공허함: 이 실들 사이에는 공허함이라는 거대한 거품이 있습니다.
깊은 우주는 신경계처럼 자리 잡는 것 같습니다. 3D 인쇄 스펀지.
제조: 필라멘트는 어떻게 만들까요? (압출)
낚싯줄용 나일론이든 센서용 전도성 와이어이든 제조 프로세스는 놀라울 정도로 유사합니다. 우리는 그것을 밀어 냄 그림.
폴리머 접시(플라스틱 실 만들기)
- 펠릿: 먼저 플라스틱 펠릿(너들)을 원료로 사용합니다. 습기를 제거하기 위해 완전히 건조합니다.
- 나사: 펠릿은 큰 회전 나사가 있는 통에 떨어집니다. 마찰로 플라스틱이 녹습니다.
- 다이: 녹은 플라스틱은 작은 구멍(다이)으로 밀려 나옵니다.
- 인출: 이것이 중요한 단계입니다. 다이의 플라스틱은 두껍게 나타납니다. 풀러는 플라스틱이 나타나는 속도보다 더 빠르게 플라스틱을 당깁니다. 이렇게 하면 플라스틱이 늘어나 더 얇아지고 폴리머 사슬이 정렬됩니다.
- 목욕탕: 뜨거운 실을 물 욕조에 넣어 얼린 후, 실통에 감습니다.
정확성이 핵심입니다:
3D 프린팅의 경우 크기가 이상적이어야 합니다. 표준 크기는 1.75mm입니다.
0.05mm 이상 차이가 나면 프린터가 걸릴 수 있습니다. 활용 생산 중에 실시간으로 폭을 측정하기 위한 레이저 마이크로미터.
금속 접시(와이어 드로잉)
금속은 구멍에 쉽게 끼울 수 없습니다. 당겨야 합니다.
- 막대: 먼저 두꺼운 금속 막대부터 시작합니다.
- 다이 시리즈: 우리는 다이아몬드나 텅스텐 카바이드로 만든 깔때기 모양의 다이를 통해 막대를 당깁니다.
- 감소 : 다이를 하나씩 사용할 때마다 와이어가 조금씩 가늘어집니다. 한 번에 10mm에서 1mm로 줄일 수는 없습니다. 10 -> 9 -> 8 -> … -> 1 순서로 줄여야 합니다.
- 가열 냉각: 금속을 잡아당기면 취성이 생깁니다(가공 경화). 주기적으로 가열(어닐링)하여 결정 구조를 느슨하게 하고, 끊어지지 않고 계속 얇게 잡아당길 수 있도록 해야 합니다.
물리학과 전기: 저항 히터
필라멘트가 뜨거워지는 이유는 무엇입니까?
전기에서 공에서 활용 저항기로서의 필라멘트.
전류는 전자의 순환입니다(파이프 속의 물과 같습니다).
저항은 전자가 움직이는 데 얼마나 강한지를 나타냅니다(파이프 속의 모래와 같습니다).
저항이 높은 물질(텅스텐이나 니크롬 등)을 통해 전자를 밀어 넣으면 마찰로 인해 전력이 열 에너지로 변환됩니다.
- 히터 : 토스터에 있는 빛나는 주황색 코일은 니크롬 필라멘트입니다. 이 필라멘트는 뜨거워지도록 만들어졌지만 녹지 않습니다(보호 산화막을 형성합니다).
- 퓨즈 : 퓨즈는 "희생 필라멘트"입니다. 매우 특정한 녹는점을 갖도록 설계되었습니다. 전류가 너무 많이 흐르면 필라멘트가 즉시 녹아 회로를 손상시키고 값비싼 전자 제품을 보호합니다.
FAQ: 일반적인 오해와 빠른 해결책
다음은 이에 대한 해결책입니다. 문의 제가 가장 자주 듣는 곡은 매장에서입니다.
질문: "필라멘트"와 "파이버"는 같은 말인가요?
A: 두 단어는 매우 유사하지만 다양한 맥락에서 활용됩니다.
일반적으로 필라멘트 연속적입니다(무한한 길이). 실크는 천연 필라멘트입니다.
A 식이섬유 (또는 스테이플)은 짧습니다. 면과 양모는 섬유(짧은 털을 함께 엮어 만든 것)입니다.
합성섬유의 경우, 연속된 필라멘트를 만든 후, 이를 잘라서 면과 혼합하는 "스테이플 섬유"를 만듭니다.
질문: 전구가 검은색으로 변하는 이유는 무엇인가요?
A: 이것이 텅스텐입니다. 금속은 전구 내부에서 끓고 있습니다. 증기는 유리에 닿습니다. 충분한 양의 금속이 끓어 없어지면 필라멘트가 얇아지고 끊어집니다. 할로겐 전구는 텅스텐을 필라멘트에 다시 증착시키는 가스를 첨가하여 이 문제를 해결합니다.
질문: 금속 필라멘트로 3D 프린팅이 가능한가요?
A: 일종의.
금속 분말(최대 80%)이 함유된 플라스틱 필라멘트를 구할 수 있습니다. 일반 플라스틱처럼 인쇄한 후, 용광로(소결)에 넣어 소결합니다. 플라스틱은 타면서 없어지고, 금속 입자들은 서로 융합하여 견고한 금속 부품을 만듭니다.
질문: 가장 강력한 3D 프린팅 필라멘트는 무엇입니까?
A: 표준 프린터의 경우 폴리 카보네이트 (PC) or 나일론.
산업용 프린터의 경우, 몰래 엿보다 (폴리에테르에테르케톤). PEEK는 너무 강해서 사용 척추뼈를 바꾸는 수술입니다. 스풀 하나당 수백 달러가 듭니다.
질문: LED 조명은 필라멘트인가요?
A: 그렇지 않습니다.
LED는 Light Emitting Diode의 약자로, 반도체 칩입니다.
하지만 현대의 "에디슨 스타일" LED 전구는 필라멘트처럼 보입니다. 실제로는 유리나 사파이어 스트립 위에 작은 LED 칩들을 배열하고 노란색 형광체로 코팅하여 마치 오래된 텅스텐 코일처럼 보이도록 한 것입니다. 우리는 이것을 "에디슨 스타일"이라고 부릅니다. LED 필라멘트.
최종 평결
그렇다면 필라멘트란 무엇일까요?
그것은 실.
- 안에 구근: 열에 맞서 싸우는 텅스텐 실입니다.
- 안에 인쇄기: 녹여서 모양을 만들어 내기를 기다리는 플라스틱 실입니다.
- 안에 꽃: 생명을 지탱하는 식물 조직의 실입니다.
- . 우주: 은하계를 묶어두는 암흑 물질의 실입니다.
표면적을 극대화하고, 힘을 전달하고, 재료를 엮어 존재하게 하는 것은 바로 구조적 형태입니다. 장난감을 만들든, 방을 밝히든, 여러분은 길고 얇은 실의 물리적 원리에 의지하게 됩니다.
심층 분석 및 권한 링크
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- 매터해커스: 3D 프린팅 필라멘트 가이드
- PLA를 이해하기 위한 성경과 ABS 대 PETG.
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