2D프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기계 3D프린터.
그중에서도 가장 대중화된 출력 방식이 바로 FDM이다.
다른 방식의 프린터에 비해 생산 단가가 저렴한 편이라 이러한 이유로 인해 가정용, 공업용 장비로 대중화되어 우리 주변에서 가장 쉽게 볼 수 있는 장비라고 할 수 있다.
오늘은 FFF방식의 소재인 필라멘트에 대해 알아보도록 하겠다!
이 방식은 실 형태의 고체 필라멘트를 녹여 한 층씩 쌓아 올려 형상을 만들어내는 것으로 제일 처음 장비 개발을 한 사람은 글루건을 보고 아이디어를 얻어서 만들게 되었다고 하는데 이 장비의 장점은 장비와 재료비가 저렴하다는 것이다.
그래서 앞서 설명한 대로 가정용, 교육용으로도 많이 사용하고 있으며 다른 장비보다도 쉽게 접할 수 있어 가장 대중화된 장비라고 할 수 있다.
다만 저렴하다는 것과 그 외에도 여러 장점이 있지만 그에 따른 단점들도 있는데 정밀도가 낮고, 장비 특성상 출력물의 표면이 곱지 않다는 것!
무엇보다 전시모형이나 목업을 제작할 때 이 방식의 출력물을 사용하게 된다면 후가공이 필요해서 완벽하게 하려고 하면 많은 시간과 노력이 필요하다.
또 기본적인 출력 속도도 느린 편이고 정밀한 형상이 필요하다면 적합하지 않은 방법이라고 할 수 있다.
그렇다면 FFF방식 3D프린터재료인 filament란!!? 무엇인가?
사전적 의미로는 가는 실처럼 된 것들을 지칭하는 영단어로 필름(Film)과 어원을 공유하는데 필라멘트라 불리는 것들 중 가장 쉽게 접할 수 있는 것은 바로 백열전구 내부에 용수철처럼 꼬아진 가느다란 금속선이다.
다만 적층가공기술에 적용되는 것은 플라스틱으로 만들어진 줄을 말하며 잉크젯 프린터의 잉크 카트리지, 레이저 프린터의 토너와 마찬가지로 3D형상을 만들어내는 프린터에는 이 필라멘트를 녹여서 인쇄물을 쌓아 형상을 만들어낸다.
같은 FDM3D프린터라고 해도 어떤 재료를 활용하는지에 따라 서로 다른 재질의 출력물이 완성되며 각 소재마다 다른 특징을 가지고 있기 때문에 사용 목적과 용도에 따라서 소재를 선택해야 한다.
filament 종류만 해도 10가지 이상으로 엄청 다양하지만 그 중에서도 가장 많이 사용하는 소재는 PLA와 ABS이다.
아마 이 두 가지 소재는 3D프린터를 접해본 사람이라면 누구라도 한 번쯤은 꼭 들어 봤을것이다.
PLA는 Poly-Lactic Acid의 약자로 친환경 소재로 유명하며 많이 알려져 있다.
옥수수, 사탕수수, 고구마 또는 당분을 함유한 농작물에서 추출하는 중합된 젖산으로 만들며, 가장 친환경적인 3D프린팅 재료로 흙에서 자연 분해되기 때문에 그냥 흙에 버려도 되는데 대표적인 친환경 수지로는 녹말 이쑤시게가 있습니다.
자연에서 추출했기 때문에 환경 오염을 일으키는 플라스틱 대체 소재로 각광받고 있으며 무엇보다 프린팅 시 옥수수 타는 달콤한 냄새가 나기도 하지만 인체에 해롭지 않다는 것이 PLA의 특징이다.
이 소재는 강도, 내구성이 높고 층 사이사이 접착력이 우수하며 열 수축에 강해 출력이 쉽고, 표면 조도 및 광택 표현이 뛰어나다.
또 따로 히팅베드를 사용하지 않아도 된다는 장점이 있지만, 무해성에도 불구하고, 50℃이상 온도의 환경에서는 모형 변형이 쉽게 생길 수 있기 때문에 습기가 과다한 곳은 소재 보관 장소로 적합하지 않다.
무엇보다 서포트 제거 후 후가공이 매우 어렵다는 단점이 있으며 적층 무늬결 방향으로의 충격에는 약하기 때문에 활용도 측면에서도 아쉬움이 있다.
PLA의 설정 온도는 익스트루더 180~220℃, 베드온도 20~55℃가 적당하다.
ABS는 Acrylonitrile Butadiene Styrene의 약자로 컵, 접시, 마우스 등 우리 일상 속에서 흔히 사용하고 있는 플라스틱이다.
가장 대중적이고 구하기도 쉽게 때문에 PLA와 같이 FDM방식에서 가장 많이 사용하는 소재라고 할 수 있는데 이 소재는 옥수수, 사탕수수로 만든 친환경 소재보다 더 단단하고, 내구성과 내열성이 높으며 PLA에 비해 표면 광택이 다소 적은 편이지만 표면 조도는 뛰어나다는 장점이 있다.
그리고 PLA에 비해 잘 갈리기 때문에 후가공에 용이한데 특히 아세톤에 녹는다는 특징을 가지고 있어서 후가공 시 아세톤 훈증기를 사용해 표면을 녹여 적층면의 표면을 정리한 다음 도색하기 때문에 상대적으로 후처리가 쉽다.
다만 아세톤 훈증의 단점은 출력물의 크기 변형, 균열, 휨 현상이 발생할 수 있으며 바닥면도 녹기 때문에 훈증이 끝나면 바닥에서 떼어 내는게 불편하다.
그리고 ABS는 출력하기가 굉장히 까다로운 재료이기도 한데 열 수축에 약해 뒤틀림 현상이 심하게 발생하기 때문에 히팅베드를 반드시 사용해야 하며 실제로 출력했을 때 수축으로 본래 정해진 사이즈보다 작게 프린팅되는 경우도 종종 있고, 재료가 녹을 때 플라스틱 특유의 타는 냄새가 나기 때문에 환기는 필수며 인체에 유해할 수 있다.
ABS의 설정 온도는 익스트루더 온도는 220~230도℃, 베드온도는 80~110℃가 적당하다.
지금까지 3D프린터 재료에 대해 알아보았는데 FDM방식에 사용되는 필라멘트는 소재들이 각각 다른 특징을 가지고 있기 때문에 내가 프린팅하고자 하는 출력물의 사용 용도나 목적에 따라 적합한 소재를 골라 사용하면 된다.
