Polymaker 기술

Jam-Free™ Technology

이 기술을 이해하려면 먼저 막힘의 대표 원인을 봐야 합니다.

프린트 헤드는 크게 핫엔드와 콜드엔드로 나뉩니다.

핫엔드는 필라멘트를 녹입니다.

콜드엔드는 열이 위쪽으로 번지는 것을 막아 다른 부품을 보호합니다.

문제는 장시간 출력, 듀얼 익스트루전, 또는 방열 설계가 좋지 않은 경우입니다.

이때 열이 콜드엔드까지 올라가 필라멘트를 일찍 부드럽게 만들 수 있습니다.

그 결과 필라멘트가 팽창해 막히거나, 익스트루더 기어가 필라멘트를 갈아버릴 수 있습니다.

PLA는 특히 이런 문제에 취약합니다.

유리전이온도(Tg)가 낮기 때문입니다.

대략 60°C 수준이며, 50°C를 조금 넘는 환경에서도 위험이 생길 수 있습니다.

2.85mm 필라멘트는 1.75mm보다 더 단단해서 이 문제에 덜 민감합니다.

Polymaker는 이 문제를 줄이기 위해 1.75mm PLA 계열 제품의 출력 전 내열성을 140°C까지 높였습니다.

즉, Jam-Free™ 처리가 된 PLA는 일반 PLA보다 더 높은 온도에서 건조할 수 있습니다.

PLA는 반결정성 고분자이기 때문에 먼저 필라멘트를 어닐링해 결정화를 높일 수 있습니다.

재료 과학에서 설명하듯, 결정은 녹는점(Tm) 부근에서 깨지기 시작합니다.

Polymaker PLA의 Tm은 약 150°C입니다.

그래서 결정성이 높아지면 열에 더 잘 버팁니다.

Warp-Free™ Technology

이 기술은 Polymaker의 나일론 계열 소재에 적용됩니다.

뒤틀림의 원인과 메커니즘은 재료 과학에서 더 자세히 볼 수 있습니다.

Warp-Free™는 그중에서도 결정화 문제를 직접 다룹니다.

나일론은 출력이 까다로운 소재로 알려져 있습니다.

출력 중 각 레이어에서 결정이 너무 빨리 생기면 내부 응력이 커집니다.

그 결과 부품이 휘거나 변형됩니다.

Polymaker의 접근은 응력을 줄이는 데서 끝나지 않습니다.

부품의 기계적 성능도 함께 높입니다.

이 기술은 고분자의 결정화 속도를 늦춥니다.

그래서 각 레이어 안에 작은 결정이 급하게 생기는 대신, 여러 레이어에 걸쳐 큰 결정이 천천히 자라게 합니다.

이 큰 결정은 레이어 사이까지 연결되므로 층간 접착도 크게 좋아집니다.

그래서 Polymaker는 출력 후 어닐링도 권장합니다.

어닐링을 하면 결정화가 더 충분히 진행되어 열적 성능과 기계적 성능을 최대한 끌어올릴 수 있습니다.

Layer-Free™ Technology

이 기술은 고분자 과학보다는 소재와 용제의 조합에 더 가깝습니다.

Polymaker는 ABS를 아세톤에 노출했을 때 표면이 매끈해지는 결과에 주목했습니다.

하지만 ABS는 출력이 까다롭고, 아세톤은 다루기 위험한 용제입니다.

또한 당시에는 이를 안전하게 처리할 전용 장비도 마땅치 않았습니다.

첫 번째 과제는 출력이 쉬우면서도, 아세톤보다 구하기 쉽고 덜 위험한 용제와 반응하는 고분자를 찾는 일이었습니다.

그 결과 PVB가 가장 적합한 후보로 선정되었습니다.

이후 PVB 기반 배합을 개발했고, 그 결과물이 PolySmooth™입니다.

PolySmooth™는 PLA와 비슷한 세팅으로 출력할 수 있습니다.

출력 후에는 알코올로 표면을 스무딩할 수 있습니다.

두 번째 과제는 알코올을 이용해 PolySmooth™를 안전하고 안정적으로 폴리싱할 장비를 만드는 일이었습니다.

Polysher™는 그 결과물입니다.

핵심은 네뷸라이저와, 신중히 선택한 멤브레인, 그리고 적절한 구동 주파수를 찾는 제어 알고리즘입니다.

Ash-Free™ Technology

이 기술은 Polymaker의 PolyCast™에 적용됩니다.

정밀하게 선택한 여러 성분을 조합해 주조용 소재를 만듭니다.

핵심은 연소 시 잔재가 남지 않도록 설계했다는 점입니다.

Fiber Adhesion™ Technology

섬유 강화 소재는 열적 성능과 기계적 성능이 뛰어납니다.

하지만 압출 기반 3D 프린팅에서는 층간 접착을 해칠 수 있습니다.

Polymaker는 그 원인 중 하나를 섬유와 매트릭스 수지의 결합 부족으로 봤습니다.

수개월의 개발 끝에 섬유 표면 화학을 최적화했습니다.

그 결과 섬유 분산성과 수지와의 결합력이 개선되었습니다.

이 기술을 Fiberon™ PA6-CF와 Fiberon™ PA6-GF에 적용했을 때, 층간 접착은 나빠지지 않았습니다.

오히려 더 강해졌습니다.

CF는 약 27%, GF는 약 15% 향상되었습니다.

Nano-reinforcement Technology

이 기술은 Polymaker의 PolyMax™ 제품군에 적용됩니다.

고분자를 나노 입자로 보강해 훨씬 더 질기게 만듭니다.

동시에 출력 조건은 기존 소재와 비슷하게 유지합니다.

PolyMax™ PLA, PolyMax™ PETG, PolyMax™ PC가 대표 제품입니다.

이들은 각각 PolyLite™ PLA, PolyLite™ PETG, PolyLite™ PC와 비슷한 세팅으로 출력할 수 있습니다.

하지만 인성은 최대 5배까지 높아질 수 있습니다.

즉, 더 잘 깨지지 않고 더 오래 버팁니다.

재료 과학에서 보듯, 파괴 인성은 충격 강도로 어느 정도 잘 나타납니다.

Stabilized Foaming™ Technology

이 기술은 Polymaker의 초기 핵심 개발 중 하나입니다.

목분이 들어간 필라멘트로 출력하다가 노즐 막힘을 여러 번 겪은 뒤, 진짜 목분 없이도 나무 같은 외관을 낼 방법을 고민했습니다.

목분은 출력성을 해칠 수 있기 때문입니다.

Polymaker는 나무처럼 보이는 핵심 이유가 색상과 식물 세포 구조에 있다고 봤습니다.

색은 비교적 쉽게 재현할 수 있었습니다.

세포 구조는 발포제를 이용해 비슷한 셀 구조를 만들었습니다.

핵심 과제는 이 발포 구조가 프린터의 압출 과정에서 무너지지 않게 하는 일이었습니다.

그래서 이름에 Stabilized가 붙습니다.

즉, 출력 후에도 발포 구조가 안정적으로 유지되도록 만든 기술입니다.

LW-PLA가 바로 이 기술의 결과물입니다.