플라스틱은 포장, 자동차, 섬유, 도구, 장난감, 멀티미디어 등 생활의 모든 영역에서 찾아볼 수 있습니다.
플라스틱의 장점은 다양한 원료, 제조 공정 및 첨가제를 사용하여 탄성, 경도, 온도 및 내화학성과 같은 기술적 특성을 다양한 방식으로 변형할 수 있다는 점입니다.
가장 일반적으로 사용되는 폴리머 는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)입니다, 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리우레탄(PUR) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET).
폴리머용 3D 프린팅 프로세스
사출 성형은 흔히 사출 성형 또는 사출 성형 공정이라고도 하며, 1차 성형을 기반으로 합니다. 이 공정에서 사출 성형기는 알갱이 형태의 플라스틱을 액화하여 해당 금형에 압력을 가하여 주입합니다. 이 금형에서 재료는 냉각되어 고체 상태로 돌아갑니다. 그런 다음 완성된 물체를 금형에서 제거하고 필요한 경우 재작업할 수 있습니다. 이 공정의 장점은 원래 금형을 재사용할 수 있고 매우 많은 양을 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있다는 것입니다.
그러나 점점 더 많은 플라스틱 부품을 생산하는 데도 적층 제조가 사용되고 있습니다. 3D 프린터는 사출 성형기보다 훨씬 작고 마스터 몰드를 제작하거나 교체할 필요가 없으며 특별한 도구가 필요하지 않다는 장점이 있습니다. 적층 제조는 소량 또는 복잡한 형상의 부품을 생산할 때 특히 유용합니다. 따라서 프로토타입과 모델 또는 특수 도구를 제작하는 데 탁월한 인쇄 프로세스를 제공합니다.
그 동안 3D 프린터는 생산 성숙 단계에 도달했으며 개인용으로도 비교적 저렴하게 사용할 수 있습니다. 따라서 플라스틱 부품의 적층 제조는 산업, 연구, 건설, 예술, 산업 및 가정과 같은 매우 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.
용융 증착 모델링(FDM)/융착 필라멘트 제작(FFF)
가장 일반적으로 사용되는 폴리머 3D 프린팅 공정은 용융 증착 모델링(FDM) 또는 용융 필라멘트 제조(FFF)와 같은 재료 압출 방식입니다. 이 공정에서는 고체 열가소성 소재의 필라멘트를 가열된 압출기 다이를 통해 강제로 녹여냅니다. 그런 다음 재료가 모델에서 지정한 경로에 따라 프린트 베드에 놓이면 필라멘트가 냉각되어 레이어를 형성합니다. 이 과정은 부품이 완전히 제조될 때까지 레이어별로 반복됩니다. 열가소성 필라멘트는 일반적으로 PLA, ABS, PET 또는 PETG로 만들어집니다.
광중합
또 다른 일반적인 공정은 광원이 탱크에서 광중합 수지를 선택적으로 경화시키는 수조 기반 광중합(Vat 광중합)입니다. 이 방법에는 광조형(SLA)과 디지털 광처리(DLP)가 포함됩니다. 이 둘의 가장 큰 차이점은 광원이며, SLA는 레이저 도트를 사용하고 DLP는 광 프로젝터를 사용합니다.
선택적 레이저 소결(SLS)을 포함하는 분말 베드 기반 용융과 같은 플라스틱 적층 제조에 고려할 수 있는 다른 공정도 있습니다.
이 공정에서는 열 에너지원(레이저)이 시공 영역의 파우더 입자를 녹인 다음 새로운 파우더 층을 도포하고 이 과정을 반복합니다. 이 방법의 장점 중 하나는 부품 주변의 사용하지 않은 파우더가 구조를 지지하고 재사용할 수 있다는 것입니다. 여기에는 나일론과 같은 열가소성 분말이 사용됩니다.
프리젯 재료 분사에서는 포토폴리머 또는 왁스가 자주 사용됩니다. 프린터는 프린트 베드 또는 이전 레이어에 재료 방울을 선택적으로 증착한 다음 경화시킵니다. 이 과정에서 동일한 물체에 서로 다른 재료를 동시에 사용할 수도 있습니다. 이는 지지 구조가 필요한 복잡한 구성 요소에 특히 유리합니다.
인쇄할 부품의 요구 사항에 따라 광학, 기계적, 열적 특성과 인쇄 난이도가 다른 다양한 폴리머를 고려할 수 있습니다.
3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 재료는 옥수수 전분 유도체로 만든 생분해성 플라스틱으로 인쇄하기 쉬운 PLA(폴리락틱산)와 석유 기반 ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)입니다.
후자는 매우 견고하고 내구성이 뛰어나 차량 내장재나 장난감 등에 사용됩니다.
또한 PET, PETG(PET와 글리콜 결합), 나일론, 폴리프로필렌(PP), 심지어 PMMA(아크릴 유리, 플렉시글라스라고도 함)도 사용됩니다.
이러한 재료는 금속, 세라믹, 탄소 또는 목재와 같은 첨가제를 사용하여 외관과 특성을 변경할 수 있으므로 예를 들어 전기 전도성 또는 자기 필라멘트를 특수 용도의 3D 프린팅용으로 개발할 수 있습니다.
사용되는 또 다른 폴리머 그룹으로는 자외선에 의해 층별로 경화되는 포토포일머 또는 수지가 있습니다.
인쇄 문제에는 압출기 땀샘 막힘, 균열, 부품의 뒤틀림 또는 변형, 레이어 간 접착 문제 등이 있습니다.
이러한 문제를 방지하려면 사용할 소재의 특성을 파악하는 것이 중요합니다.
특히 유리 전이 온도와 용융 온도가 중요합니다.
프린트 베드의 온도는 인쇄 공정을 방해하지 않도록 유리 전이 온도보다 낮아야 합니다.
압출 온도는 폴리머가 액체이고 적절한 인쇄를 보장할 수 있도록 융점보다 훨씬 높아야 합니다.
열 특성을 연구하는 것은 오류와 문제를 피하기 위해 3D 프린팅 설정을 조정하는 데 있어 필수적인 단계입니다.
예를 들어, 유리 점과 용융 및 결정화 점의 측정은 시차 주사 열량계(DSC).
를 사용한 분석 팽창도계(DIL) 을 이용한 분석도 도움이 되는데, 유리점과 열팽창 계수(CTE) 를 측정하고 가열 및 냉각 중 변형을 연구할 수 있기 때문입니다.
또한 완성된 부품의 열적 및 기계적 특성은 원재료와 크게 다를 수 있으므로 이를 기록하는 것이 중요합니다.
특히 3D 프린팅 바디의 열 전도성은 추가적인 열 접촉 저항이 발생하는 적층 구조와 캐비티의 도입으로 인해 기존 제조 부품과 크게 달라질 수 있습니다.
따라서 레이저 플래시 방식(LFA)는 과도 핫 브리지(THB) 및 열 계면 재료(TIM) 테스터 가 이 분석에 적합합니다.
