| 제품 특장점 | PLA(폴리락트산) | PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜) |
|---|---|---|
| 주요 사용 사례 | 신속한 프로토 타입, 비주얼 모델, 취미 프린트 | 기능적 프로토타입, 기계 부품, 최종 사용 품목 |
| 강도 및 내구성 | 딱딱하고 딱딱하지만 부서지기 쉬운. 스트레스를 받으면 딱딱 끊어진다. | 덜 엄격하지만 훨씬 강하다. 부러지기 전에 구부러짐. |
| 내열성 | 매우 낮음. 60°C(140°F) 이상에서는 휘어집니다. | 좋아. 최대 80°C(175°F)까지 안정적입니다. |
| 인쇄의 용이성 | 좋아요. 매우 관대하고 뒤틀림이 최소화되었습니다. | 좋지만 까다롭습니다. 끈적거리고 흘러내리기 쉽다. |
| 식품 안전 | 일반적으로 안전한 것으로 간주되지만, 첨가물은 다양합니다. | 일반적으로 안전한 것으로 간주됨. 물병과 같은 기반을 가짐. |
| 평결 | 초보자와 시각적 모델에 가장 적합합니다. | 작동이 필요한 부품에 가장 적합한 선택입니다. |
PLA 부품이 고장난 이유는 다음과 같습니다.
매주 새로운 고객이 내 공장에 들어옵니다. 3D 인쇄 손에 든 부품과 똑같은 이야기. "클라이브," 그들이 말하겠죠. "이 프로토타입을 사내에서 직접 인쇄했어요. 완벽해 보이고 치수도 정확하지만, 테스트에 들어가자마자 실패했어요."
그들이 제게 부품을 건네주면, 저는 거의 항상 첫 번째 검사를 마치기도 전에 사망 원인을 알게 됩니다. 깨끗하고 날카로운 부러짐입니다. 늘어나거나 구부러진 흔적이 전혀 없는 치명적인 파손입니다. 열 건 중 아홉 건의 경우, 그 원인은 폴리 락트산및 PLA.
PLA가 3D 프린팅의 영원한 1인자라고 불리는 데에는 이유가 있습니다. 바로 사용하기 매우 쉽기 때문입니다. 저온에서 출력하고, 휘어짐이 거의 없으며, 화학 공장 냄새도 나지 않습니다. PLA는 완벽한 선택입니다. 자료 학습, 장식용 물건 제작, 디자인의 적합성과 형태를 확인하는 데 사용됩니다. 하지만 많은 사람들이 어렵게 깨닫는 백만 불짜리 교훈이 있습니다. PLA는 끔찍해요 기능적 부품을 위한 소재. 그것은의 재료입니다 비슷하게 생겼다 프로토타입이 아니라 작품과 같은 프로토타입.
이야기를 해보겠습니다.
몇 년 전, 한 자동차 스타트업에서 자동차 대시보드에 장착할 전자 센서용 맞춤형 장착 브래킷 디자인을 가지고 저희에게 왔습니다. 그들은 데스크톱 컴퓨터에서 세련된 검은색 PLA로 인쇄했는데, 정말 멋졌습니다. 테스트 차량에 장착해 보니 모든 것이 완벽하게 들어맞았습니다. 그들은 매우 만족했습니다. 햇살 좋은 캘리포니아 어느 날, 그들은 차를 몇 시간 동안 밖에 주차해 두었는데, 돌아왔을 때 아름답고 단단한 브래킷은 시든 꽃처럼 축 늘어져 있었습니다. 센서는 바닥에 떨어져 있었습니다.
검은색 PLA는 태양 에너지를 흡수했고 차량 내부 온도는 140°F(60°C)를 넘어 급등했으며 브래킷이 충돌했습니다. 유리 전이 온도(Tg). 웅덩이로 녹지는 않았지만, 구조적 무결성을 모두 잃을 만큼 부드럽고 고무처럼 되었습니다.
그들의 프로토타입은 단순히 실패한 것이 아니라, 가장 예측 가능한 방식으로 실패했습니다. 바로 이 지점에서 대화는 처음부터 사용했어야 했던 자료로 넘어갑니다. PETG.
PETG를 만나보세요: 당신이 이미 알고 있는 일꾼
여러분은 평생 PETG의 가장 가까운 친척을 매일 만져보셨을 겁니다. 일반 일회용 물병을 보세요. 투명하고 튼튼하며 약간 유연한 플라스틱으로 만들어졌는데, PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트). PET는 지구상에서 가장 흔한 폴리머 중 하나입니다.
3D 프린팅에 적합하도록 제조업체는 PETG의 화학 사슬("G")에 글리콜을 첨가합니다. 이는 PETG가 가열 시 결정화되어 부서지는 것을 방지합니다. 이러한 변형은 일반적인 포장재를 탁월한 엔지니어링 필라멘트.
PETG는 PLA보다 논리적으로 다음 단계입니다. 부품을 만들고 싶은 모든 사람을 위해 do 뭔가요. PLA의 용이성과 ABS나 나일론 같은 산업용 소재의 고성능 강도 사이의 격차를 메워줍니다.
- 그것은 상당히 더 강하고 더 튼튼하다 PLA보다 훨씬 뛰어납니다. 파손 시, 먼저 휘어지고 늘어나는 경향이 있어 경고 신호를 보냅니다. 부서지는 대신 충격을 흡수합니다.
- 그것은 많은 것을 가지고 있습니다 더 높은 내열성. 대시보드 브라켓을 PETG로 인쇄했다면 완벽하게 괜찮았을 겁니다.
- 그것은 우수하다 화학적 내성PLA보다 염, 산, 염기에 훨씬 더 잘 견딥니다.
- 종종 고려됩니다 식품 안전 (하지만 인쇄 과정 자체에는 나중에 논의할 주의 사항이 있습니다).
하지만 공짜 점심은 아닙니다. PETG는 PLA보다 더 까다롭습니다. 더 높은 인쇄 온도가 필요하고, 노즐에서 "끈적거림"이나 "스며나옴"이 발생하기 쉬우며, 원하는 결과를 얻으려면 미세 조정이 더 필요합니다. 완벽한 마무리. 운영자에게 존중을 요구합니다.
PLA와 PETG 중 어떤 것을 선택할지는 단순히 다른 플라스틱 스풀을 고르는 문제가 아닙니다. 이는 근본적인 엔지니어링 결정입니다. 책상 위에 놓인 모델과 공장 현장에서 작동하는 도구의 차이이며, 프로토타입과 실제 제품의 차이입니다.
일대일 대결: PLA 대 PETG 대 ABS
우리가 지적인 선택을 하기 전에, 우리는 다음을 해야 합니다. 취미인처럼 생각하는 것을 멈추고 재료 엔지니어처럼 생각하기 시작하세요.. 질문은 "어떤 플라스틱이 가장 좋은가?"가 아니라 "어떤 플라스틱이 이 부품이 해야 할 작업에 적합한 특성을 가지고 있는가?"입니다. 이 질문에 답하려면 스트레스 상황에서의 성능을 예측하는 실제 수치, 즉 데이터를 살펴봐야 합니다.
저희 공장에서는 매일 이런 결정을 내려야 합니다. 잘못된 재료를 선택하면 필라멘트 몇 달러만 낭비하는 것이 아니라, 수천 달러의 기계 가동 시간을 낭비하고, 고객 프로젝트를 지연시키고, 최악의 경우 현장에서 기능 부품 고장으로 이어질 수 있습니다. 바로 이 부분에서 숙련된 엔지니어의 가치가 빛을 발합니다.
명확하게 말씀드리자면, 저희 내부에서 사용하는 데이터를 종합적인 비교표로 정리했습니다. 이는 단순한 사양서가 아니라, 이 세 가지 소재가 경쟁하는 전장입니다.
재료 특성 비교표
| 부동산 및 단위 | PLA(폴리락트산) | PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜) | ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌) |
|---|---|---|---|
| 인장 강도 (MPa) | ~ 50 – 60MPa | ~ 45 – 55MPa | ~ 40 – 50MPa |
| 굴곡 탄성율 (GPa) | ~ 3.5 GPa | ~ 2.1 GPa | ~ 2.3 GPa |
| 연신율 (%) | <10의 % (매우 부서지기 쉬움) | ~ 20-30% (견고하고 연성이 있음) | ~ 15-25% (힘든) |
| 열변형 온도 (° C) | ~ 55-60°C (매우 나쁨) | ~ 70-80°C (좋은) | ~ 90-100°C (훌륭한) |
| 충격 강도 (아이조드, J/m) | 높음 (~ 15-20 J/m) | 높음 (~ 70-90 J/m) | 매우 높음 (~ 200 J/m) |
| 인쇄성/사용 편의성 | 우수한: 낮은 온도, 밀폐 없음, 최소한의 뒤틀림. | 좋은 : 온도가 높고, 늘어지기 쉬우며, 접착력이 좋습니다. | 어려운: 고온, 밀폐 필요, 휘어짐 심함. |
| 연기 및 냄새 | 최소한의 달콤한 냄새(옥수수 전분에서 유래). | 사실상 무취. | 강하고 불쾌한 냄새 (스티렌 가스, 환기가 필요합니다). |
| 자외선 저항 | 품질이 좋지 않습니다. 햇빛에 약해지고 변색됩니다. | 좋습니다. 다양한 야외 용도에 적합합니다. | 나쁨. 햇빛에 닿으면 부서지기 쉽고 노랗게 변함(ASA는 자외선 차단 버전임). |
| 후처리 | 어려움. 샌딩에 강하고 용해되지 않음. | 보통. 사포질은 가능하지만 접착은 어려움. | 아주 좋습니다. 샌딩이 잘 되고, 아세톤으로 증기로 부드럽게 연마할 수 있습니다. |
| 주요 약점 | 취성 및 낮은 내열성 | 스트링잉 및 낮은 강성 | 뒤틀림 및 유독 가스 |
| 클라이브의 평결 | 겉보기에 비슷한 프로토타입이나 기능적이지 않은 부품에 가장 적합합니다. | 대부분의 기능적 부분에 사용되는 주력 제품입니다. | 후처리가 중요한 고온 부품의 경우. |
숫자를 넘어서: 데이터가 실제로 의미하는 것
표는 좋은 시작이지만, 한 페이지의 숫자만으로는 전체 상황을 알 수 없습니다. 이 데이터를 실제 상황에 적용해 봅시다.
강성 함정: "더 단단하다"는 것이 "더 강하다"는 것을 의미하지 않는 이유
굴곡 탄성률을 보세요. PLA가 확실한 승자입니다. 세 가지 재료 중 가장 단단하기 때문에 손에 쥐었을 때 매우 단단하고 견고한 느낌을 줍니다. 이것이 바로 제가 "강성 함정"이라고 부르는 것입니다. 경험이 부족한 설계자들은 PLA 부품을 만져보고 "와, 정말 튼튼하네!"라고 생각합니다. 이들은 강성과 인성을 혼동하는 것입니다. 기계 공학에서는 이 둘은 거의 정반대입니다.
유리창은 엄청나게 단단하지만, 작은 충격에도 깨집니다. 폴리카보네이트 시트 (렉산)은 훨씬 더 유연하지만, 망치로 하루 종일 내리쳐도 깨지지 않습니다. PLA는 유리판과 같습니다. PLA의 강성은 분자 구조의 직접적인 결과인데, 이 구조는 폴리머 사슬이 서로 쉽게 미끄러지지 않도록 합니다. 응력이 너무 높아지면 사슬이 늘어나지 않고 끊어집니다.
파단 시 신장률: 가장 중요한 숫자
하나만 기억한다면 그 차트의 숫자, 그것을 연신율이 백분율은 소재가 파손되기 전까지 얼마나 늘어날 수 있는지를 나타냅니다. PLA의 10% 미만은 취성을 보여주는 확실한 증거입니다. PETG의 20~30%는 기능성 부품에 적합한 가장 큰 이유입니다.
이것은 추상적인 개념이 아닙니다. 후크가 인쇄되었다는 것을 의미합니다 PETG 소재는 과부하 시 눈에 띄게 펴지기 시작하여 파손될 위험이 있음을 분명히 알려줍니다. PLA 소재로 인쇄된 후크는 부품이 폭발하여 산산조각이 날 때까지 하중을 완벽하게 지탱합니다. 충격, 진동 또는 반복 하중을 받는 모든 부품의 경우, 이러한 연성은 필수 요소가 아니라 안전과 신뢰성을 위한 필수 조건입니다.
대시보드 테스트 재검토: 열 변형 온도
열 변형 온도(HDT)는 재료가 있는 지점, 지정된 하중 하에서 변형되기 시작합니다. 이는 단순한 측정 기준보다 훨씬 더 나은 현실 세계 측정 기준입니다. 녹는 점. 이것은 설명하는 숫자입니다. 녹은 이야기 1부의 대시보드 브래킷. PLA의 열변형온도(HDT)는 약 60°C로 직사광선에 노출되거나 모터 근처 또는 전자 장치를 포함하는 모든 용도에 너무 낮습니다. PETG의 80°C와 ABS의 100°C 한계 온도는 PLA로는 전혀 불가능한 광범위한 새로운 용도를 열어줍니다.
사례 연구: 조립 라인 지그 고장
제 공장 현장에서 또 다른 예를 들어보겠습니다. 의료 기기 회사가 공황 상태에 빠져 저희에게 찾아왔습니다. 조립 라인이 고장 난 것이었습니다. 원인은 무엇일까요? 기술자가 작업할 수 있도록 작은 장치를 정확한 방향으로 고정하는 3D 프린팅 조립 지그가 고장난 것입니다.
그들은 새 데스크톱 컴퓨터를 사용하여 직접 설계하고 인쇄했습니다. 당연히 PLA를 사용했습니다. 지그는 보기에도 훌륭했고 한 달 동안은 아무 문제 없이 작동했습니다. 그러던 어느 날, 한 기술자가 실수로 작은 렌치를 떨어뜨려 지그 모서리에 떨어졌습니다. 그 충격으로 지그가 깨졌을 뿐만 아니라 위치 결정 암 전체가 산산조각이 나서 날아갔습니다. 그 지그가 없었다면 부품 정렬을 보장할 수 없었을 것이고, 결국 생산을 중단해야 했습니다. 그 가동 중단으로 인한 비용은 시간당 수만 달러를 훌쩍 넘었습니다.
그들은 나에게 부서진 조각들을 가져왔습니다. 우리에게는 더 강한 소재를 사용합니다."라고 수석 엔지니어가 말했습니다. "PEEK나 Ultem을 고려하고 있어요."
나는 손을 들었다. "백만 달러짜리 F-35 전투기는 필요 없어요." 내가 말했다. "발사 나무로 시제품을 만드는 건 그만둬야죠."
우리는 요구 사항을 검토했습니다. 부품은 치수 정확도가 높아야 했지만, 주요 기능적 요구 사항은 내충격성이었습니다. 온도 조절이 가능한 공장에서 생산되었기 때문에 극심한 열은 문제가 되지 않았습니다.
- PLA 분명히 나갔어요. 이미 "렌치 떨어뜨림" 테스트에 실패했거든요.
- ABS 가능성은 있었습니다. 충격 강도가 정말 뛰어납니다. 하지만 지그가 크고 평평한 부품이라 뒤틀림 없이 출력하는 것은 정말 어려웠습니다. 대형 가열 챔버를 사용해야 했습니다. 산업용 기계이로 인해 비용이 증가할 것입니다. 게다가 조립 라인의 기술자들은 이전 ABS 부품의 냄새에 대해 불평했습니다.
- PETG 완벽한 중간 지점이었습니다. PLA보다 4~5배 높은 충격 강도를 지녔는데, 이는 작업장에서의 혹사를 견뎌내기에 충분했습니다. ABS보다 뒤틀림 현상이 훨씬 적어 안정적이고 빠르게 출력할 수 있었습니다. 또한 냄새가 없고 치수 안정성도 뛰어났습니다.
저희는 똑같은 디자인 파일을 표준 회색 PETG 소재로 다시 인쇄했습니다. 그날 오후에 납품했죠. 3년 전의 일입니다. 똑같은 PETG 지그가 오늘날까지도 조립 라인에 있습니다. 움푹 패인 곳, 긁힌 곳, 닳은 곳들로 가득 차 있는데, 하나하나가 PLA 소재였다면 산산조각 났을 만한 충격의 증거입니다. 하지만 에너지를 흡수하는 강인함을 지녔기에 한 번도 고장 난 적이 없습니다.
이 교훈은 매우 중요합니다. 바로 소재 선택이 불안정한 부품을 견고한 산업용 공구로 탈바꿈시켰다는 것입니다. 하지만 이 이야기는 또 다른 중요한 질문을 제기합니다. 소재와 관계없이, 디자인 자체를 개선하여 더욱 견고하게 만들 수 있었을까요? 답은 단연 '예'입니다.
적절한 소재를 선택하는 것은 전체 과정의 절반에 불과합니다. 부품을 어떻게 설계하는지, 즉 층의 방향, 벽의 두께, 모서리의 모양은 그보다 더 중요할 수도 있고, 어쩌면 그보다 더 중요할 수도 있습니다. 마지막 섹션에서는 를위한 디자인 첨가제 제조 (민주당). 저는 이 모든 재료에 적용되는 상위 5가지 디자인 규칙과 가장 일반적이고 비용이 많이 드는 5가지 디자인 규칙을 공유하겠습니다. 발생할 실수 어떤 필라멘트를 선택하더라도 인쇄물이 실패할 가능성은 없습니다.
적층 제조를 위한 설계(DfAM): 백만 달러짜리 디테일
중요한 사실을 확인했습니다. 기능성 부품에 PLA 대신 PETG를 선택하면 성능이 크게 향상됩니다. 하지만 단순히 필라멘트 스풀만 교체하는 것은 일반 승용차에 고옥탄 레이싱 연료를 넣는 것과 같습니다. 약간의 이점은 있겠지만, 잠재적 성능의 90%는 놓치게 됩니다. 깨지기 쉬운 프로토타입을 견고한 도구로 탈바꿈시키는 진정한 힘은 바로 여기에 있습니다. 디자인.
이것은 추상적인 학문적 개념이 아닙니다. 제 공장에서는 다음을 위한 디자인이 필요합니다. 첨가제 제조 (DfAM)은 성공적이고 수익성 있는 프로젝트와 값비싼 반복적인 실패를 가르는 가장 큰 요소입니다. 용융 플라스틱을 한 겹씩 쌓아 올리는 물리적 원리에서 비롯된 일련의 규칙이 전문가와 아마추어를 구분합니다. 저는 매주 고객들이 보내주시는 파일에서 똑같은 다섯 가지 실수를 봅니다. 이러한 실수를 피하는 법을 배우는 것이 비용을 절감하고 실제로 작동하는 부품을 얻는 가장 빠른 방법입니다.
FDM 설계의 5가지 황금률
금속이나 기타 디자인에 대해 배운 것을 잊어버리세요. 사출 성형FDM에는 고유한 언어가 있으며, 이를 이해하지 못하면 부품이 망가질 것입니다. RM에서 제작하는 모든 성공적인 FDM 부품의 기반이 되는 다섯 가지 규칙을 소개합니다.
규칙 #1: 곡물을 존중하세요(이방성 이해)
이것이 가장 중요한 규칙입니다. 다른 것을 배우지 않더라도 이것을 배우십시오. FDM 인쇄 일부는 이방성. 그것은 단순하면서도 잔혹한 의미를 지닌 화려한 단어입니다. 즉, 어떤 부분이 다른 부분보다 한 방향으로 극적으로 약하다는 뜻입니다.
나무 조각이라고 생각해 보세요. 양쪽 끝을 받치고 있는 나무 판자 위에 엄청난 무게를 실어도 잘 버텨냅니다. 하지만 도끼로 나뭇결을 따라 쪼개려고 하면 쉽게 분리됩니다. FDM 부품도 마찬가지입니다. X축과 Y축(출력된 레이어 선을 따라)에서는 매우 강하지만, Z축(레이어 사이)에서는 근본적으로 약합니다.
채권 이내 단일 압출 플라스틱 라인은 화학적 공유 결합으로 강력하고 신뢰할 수 있습니다. 이 결합은 사이에 두 겹의 층은 열 접착 결합입니다. 새로 덧댄 뜨거운 층은 아래 층의 표면을 녹여 서로 융합합니다. 이러한 융합은 좋지만, 원래 플라스틱만큼 강하지는 않습니다. 최상의 조건에서도 층간 접착력은 재료의 전체 강도의 약 60~70% 정도에 불과합니다.
사례 연구: 스냅된 장착 브래킷
로봇 스타트업의 젊은 엔지니어가 간단한 장착 브래킷용 파일을 보내왔습니다. 작은 센서를 고정하도록 설계된 이 브래킷은 수직면에 두 개의 나사 구멍이 있고, 바깥쪽으로 뻗어 있는 캔틸레버 암이 있었습니다. 그는 "강도 향상"을 위해 PLA+를 사용했다고 명시했습니다.
우리는 그가 설계한 대로 부품을 인쇄했고, 최상의 결과를 위해 빌드 플레이트에 평평하게 배치했습니다. 표면 마무리그는 설치했고, 한 시간 만에 고장 났습니다. 약간의 진동 하중을 받고 있던 캔틸레버 암은 수직 백플레이트와 만나는 지점에서 깔끔하게 부러졌습니다.
그는 짜증이 난 듯 내게 전화를 걸었다. "소재가 너무 약해! 탄소 섬유 나일론으로 프린트해야 해."
그의 파일을 꺼내자마자 문제가 무엇인지 바로 알 수 있었습니다. 평평하게 인쇄하니까 레이어가 마치 카드 한 벌을 옆으로 눕힌 것처럼 수평으로 쌓였습니다. 캔틸레버 암에 가해지는 힘이 인쇄물의 가장 약한 부분인 레이어 라인에 직접 작용하고 있었습니다. 암은 레이어를 떼어내려고 애썼고, 결국 성공했습니다.
우리는 하지 않았다 재료를 바꾸다. 빌드 플레이트에서 부품의 방향을 간단히 조정했습니다. 측면으로 출력하여 레이어가 암과 백플레이트 전체 길이에 걸쳐 배치되도록 했습니다. 이제 암에 힘이 가해졌습니다. 따라 강하고 연속적인 압출 플라스틱 가닥.
그 결과는? 정확히 동일한 PETG로 만든 동일한 디자인(우리는 그를 PLA+에서 PLA로 바꾸도록 설득했습니다)이 이제 주요 하중 지지축에서 세 배 이상 강해졌습니다. 다시는 고장 나지 않았습니다.
규칙: 항상 부품의 주요 하중 방향을 파악하고 레이어 선이 해당 하중과 평행이 되도록 인쇄물의 방향을 조정하십시오. 가능하다면 레이어 선을 인장 또는 전단 상태로 두지 마십시오.
규칙 #2: 날카로운 내부 모서리 제거(필렛 및 모따기)
기계 공학 세계에서 날카로운 내부 모서리는 골칫거리입니다. 엄청난 응력이 집중되는 지점이기 때문입니다. 종이를 찢는다고 상상해 보세요. 깨끗한 가장자리에서 찢는 것은 어렵지만, 작은 홈을 먼저 파면 거의 힘들이지 않고 찢어집니다. 그 홈이 응력 집중점입니다. 디자인에서 날카로운 90도 내부 모서리가 바로 그 홈입니다.
부품에 하중이 가해지면 응력이 물처럼 "흐릅니다". 매끄럽고 둥근 모서리는 응력이 고르게 흐르도록 합니다. 날카로운 모서리는 모든 응력을 좁은 모서리를 돌리려고 하여 거대한 덩어리를 형성합니다. 바로 여기에서 균열이 발생합니다.
규칙: 모든 내부 모서리에 필렛(둥근 모서리)을 추가합니다. 반경 2~3mm의 작은 필렛만으로도 응력 집중을 50% 이상 줄일 수 있습니다. 인쇄 시간이나 재료는 거의 증가하지 않으면서 부품의 피로 수명과 내충격성을 크게 향상시킵니다. 외부 모서리의 경우, 챔퍼(경사 모서리)를 사용하면 유사한 용도로 사용할 수 있으며, 레이어 라인의 "계단" 효과를 숨기는 데 도움이 됩니다.
규칙 #3: 벽은 채우기보다 더 중요합니다
취미로 하는 사람들 사이에서는 튼튼한 부품을 만들려면 충전재를 100%까지 높여야 한다는 통념이 널리 퍼져 있습니다. 하지만 이는 거의 대부분의 경우 시간과 재료 낭비일 뿐입니다. 부품의 강도, 특히 강성과 굽힘 및 충격에 대한 저항성은 주로 외피, 즉 테두리 또는 벽에서 비롯됩니다.
I-빔을 생각해 보세요. 대부분 빈 공간이지만, 그 강도는 상단과 하단의 두꺼운 "플랜지"에서 비롯됩니다. 이 "플랜지"는 얇은 "웹"으로 분리되어 있습니다. 재료는 응력이 가장 큰 곳에 집중되어 있습니다. 3D 프린트도 마찬가지입니다.
저희 공장에서는 광범위한 파괴 시험을 수행했습니다. 4개의 벽과 25%의 충전재를 사용한 부품은 2개의 벽과 80%의 충전재를 사용한 부품보다 거의 항상 더 강하고 단단하지만, 출력 속도는 더 빠르고 재료 사용량도 더 적습니다. 충전재의 주요 역할은 윗면을 지지하고 벽이 안쪽으로 휘어지는 것을 방지하는 것입니다.
규칙: 기능적인 부분의 경우, 기본 벽체(둘레) 3~4개와 자이로이드(Gyroid) 또는 큐빅(Cubic)과 같은 견고한 패턴을 사용하여 20~40%의 적당한 충전재로 시작합니다. 무게나 압축 강도를 더 높여야 할 경우에만 충전재를 늘리세요. 강도가 더 필요하면 먼저 벽체를 더 추가하세요.
규칙 #4: 45도 규칙에 따라 설계(지지대 사용 금지)
모든 FDM 프린터는 물리적 한계가 있습니다. 바로 공중에서 출력할 수 없다는 것입니다. 아래에 아무것도 없이 가파른 각도로 튀어나온 형상을 오버행이라고 합니다. 이를 출력하기 위해 슬라이서는 "지지 구조물"을 생성해야 합니다. 지지 구조물은 출력 중 오버행을 지탱하는 약하게 부착된 임시 기둥으로, 나중에 분리됩니다.
지지대는 정말 최악입니다. 인쇄 시간이 상당히 길어지고 재료도 낭비되며, 거칠고 보기 흉한 결과물만 남습니다. 표면 마무리 부품에 부착되는 위치입니다. 제거하는 과정은 어려울 수 있으며 부품 자체가 손상될 수도 있습니다.
규칙: 가능하면 부품을 자립형으로 설계하세요. 일반적으로 대부분의 프린터는 수직에서 최대 45도 각도의 돌출부를 지지대 없이도 처리할 수 있습니다. 평평한 바닥의 90도 돌출부 대신 45도 모따기로 변경할 수 있을까요? 부품 측면에 수평 구멍을 뚫는 대신 눈물방울 모양이나 마름모 모양으로 형상을 변경하여 상단 표면이 완만하고 자립형 경사를 이루도록 할 수 있을까요? 스마트한 설계는 지지대 필요성을 90% 줄여 더 빠르고, 더 저렴하고, 더 강하고, 더 깨끗한 부품을 제작할 수 있습니다.
규칙 #5: 구멍의 크기는 절대 적절하지 않습니다(현실에 맞춰 설계)
제가 자주 듣는 불만 중 하나는 "직경 5mm인 M5 나사 구멍을 설계했는데 나사가 맞지 않아요!"라는 것입니다. 이는 프린터 결함이 아니라 FDM 공정에서 예측 가능한 결과입니다.
필라멘트가 "찌그러지는" 현상과 두꺼운 용융 플라스틱 선으로 원을 그리는 특성 때문에 FDM 프린팅에서 구멍은 항상 약간 작게 나옵니다. 또한, 수직으로 출력된 구멍(XY 평면에 있는 원)은 수평으로 출력된 구멍(XZ 또는 YZ 평면에 있는 원)보다 더 둥글며, 수평으로 출력된 구멍은 약간 찌그러져 타원처럼 보입니다.
규칙: 의도적인 공차를 고려하여 구멍을 설계하세요. M5 나사의 여유 구멍은 일반적으로 CAD 파일에서 5.2mm 또는 5.3mm로 모델링합니다. 압입 방식의 경우, 정확한 오프셋을 조정하기 위해 테스트 부품을 인쇄해야 합니다. 정밀도가 중요한 경우, 구멍을 약간 작게 설계한 다음 인쇄 후 최종 치수까지 드릴이나 리밍 가공하는 것이 가장 좋습니다. 이러한 후처리 단계를 통해 완벽한 크기와 진원도를 보장합니다.
문제의 결론: 그것은 물질이 아니라 시스템입니다
그렇다면 PLA와 PETG 중 어느 것이 더 좋을까요? 이제 답은 명확해졌을 겁니다. 잘못된 질문입니다.
- PLA 치수 정확도와 인쇄 용이성이 가장 중요한 빠르고 저렴한 시각적 프로토타입, 예술적 모델 및 비기능적 부품을 제작하는 데 이상적인 소재입니다.
- PETG 인성, 내열성, 연성이 필수인 대부분의 기능성 부품, 지그, 고정 장치, 브라켓에 적합한 우수하고 비용 효율적인 주력 제품입니다.
하지만 정답은, 올바른 방향과 세심한 기능을 갖춘 평범한 PETG 소재로 출력된 잘 설계된 부품은 고급 "엔지니어링 등급" 소재로 출력된 형편없는 설계 부품보다 10배나 더 뛰어난 성능을 발휘한다는 것입니다. 3D 프린팅의 성공은 필라멘트의 사양서에서 찾을 수 없습니다. 공정에 대한 이해에서 찾을 수 있습니다. 3D 프린팅은 재료 과학, 기계 매개변수, 그리고 설계 의도를 기반으로 하는 세 발 의자와 같은 시스템입니다. 그리고 가장 중요한 발, 가장 큰 무게를 지탱하는 발은 항상 디자인입니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
PETG 프린트에 왜 이렇게 많은 "끈적임"이 생기나요?
PETG는 흡습성(공기 중의 수분을 흡수)이 강하고 용융 시 PLA보다 점도가 낮습니다. 이러한 특성으로 인해 이동 중 노즐에서 흘러나와 거미줄처럼 가는 실이 생기기 쉽습니다. 수정 : 먼저, 전용 건조기나 식품 건조기로 필라멘트를 건조하세요. 젖은 PETG는 실이 엉키고 부품이 약해지는 가장 큰 원인입니다. 둘째, 슬라이서의 "수축" 설정을 조정하세요. 실이 엉키는 것을 최소화할 때까지 수축 거리와 속도를 조금씩 높이세요.
PETG 부품을 서로 붙일 수 있나요?
어렵습니다. PETG는 내화학성이 뛰어나 초강력 접착제(시아노아크릴레이트)나 모델 시멘트와 같은 일반적인 접착제는 잘 작동하지 않습니다. 가장 강력한 접착력을 위해서는 특수 2액형 에폭시나 폴리올레핀용 구조용 접착제를 사용해야 합니다. 가장 좋은 방법은 접착제에 의존하기보다는 나사나 스냅핏을 사용하여 기계적으로 맞물리는 부품을 설계하는 것입니다.
PETG 식품은 안전한가요?
복잡한 질문입니다. PETG 레진 자체는 일반적으로 식품 안전으로 간주되며 생수병 제작에 사용됩니다. 그러나 FDM 프린팅 공정은 두 가지 문제를 야기할 수 있습니다. 첫째, 필라멘트 색상을 입히는 데 사용되는 안료와 첨가제가 식품 안전에 적합하지 않을 수 있습니다. 둘째, 적층 라인은 박테리아가 번식할 수 있는 미세한 틈을 만들어 세척이 매우 어렵습니다. 종합 평가 : 많은 사람들이 쿠키 커터(세척 후 사용)와 같은 임시 사용 품목에 PETG를 사용하지만, 식품 안전 인증 에폭시로 코팅하지 않는 한 장기간 식품과 접촉하거나 도마, 식품 보관 용기와 같은 용도로는 권장하지 않습니다. 항상 "천연" 또는 "버진" 무색 PETG를 사용하고, 제조업체에 특정 식품 안전 인증을 확인하십시오.
PET와 PETG의 차이점은 무엇인가요?
PET는 음료수 병과 식품 포장재(폴리에틸렌 테레프탈레이트)에 널리 사용되는 플라스틱입니다. PET는 강하고 투명하지만, 가열과 냉각을 천천히 하면 흐릿하고 부서지기 쉬워 3D 프린팅이 매우 어렵습니다. PETG는 폴리머 사슬에 글리콜을 첨가합니다. 이 간단한 첨가는 결정화를 억제하여 가열과 냉각 시 부서지지 않고 사용할 수 있도록 합니다. PETG는 소재를 더 투명하고 덜 단단하게 만들어 프린팅을 훨씬 더 쉽게 만들어줍니다.
PETG가 PLA보다 환경에 더 좋은가요?
꼭 그렇지는 않습니다. PLA는 특정 산업 퇴비화 조건에서 생분해되고 옥수수 전분과 같은 재생 가능한 자원에서 추출된다는 점에서 "더 나은" 소재입니다. 하지만 매립지에서는 생분해되지 않습니다. PETG는 내구성이 훨씬 뛰어나 부품 수명이 길고 자주 교체할 필요가 없다는 점에서 "더 나은" 소재입니다. 다른 주요 플라스틱과 함께 완전히 재활용할 수 있지만, 대부분의 지자체 재활용 시스템에서는 표시가 없는 3D 프린팅 부품은 수용하지 않습니다. 가장 환경 친화적인 선택은 PLA로 약한 부품을 다섯 번 인쇄하는 것보다 PETG로 내구성 있는 부품을 한 번 인쇄하는 것입니다.
참고자료
- MatterHackers – PETG 대 ABS 대 PLA 필라멘트 비교: https://www.matterhackers.com/news/petg-vs-abs-vs-pla-a-3d-printing-filament-comparison (주요 자재 공급업체의 데이터 기반 비교 자료입니다.)
- Polymaker – 재료 데이터 시트: https://polymaker.com/tech-specs/ (PolyLite PLA와 PETG를 포함한 다양한 필라멘트에 대한 자세한 기술 데이터 시트를 제공합니다. 이는 재료 특성에 대한 좋은 벤치마크입니다.)
- All3DP – PETG 대 PLA: 차이점: https://all3dp.com/2/petg-vs-pla-3d-printing-filaments-compared/ (두 재료의 인쇄 및 적용에 있어서의 실질적인 차이점에 대한 포괄적인 개요)
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