기술 데이터 시트
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FFF 3D 프린팅용 재료 SDS 및 TDS 해석 방법
FFF 3D 프린팅용 필라멘트를 선택할 때 제작자는 종종 두 가지 주요 문서를 접하게 됩니다: 안전보건자료(SDS) 및 기술자료서(TDS)입니다. SDS는 안전한 취급, 보관 및 유해성에 중점을 두는 반면, TDS는 재료의 기계적, 열적 및 가공 특성 을 제시합니다. 이러한 값을 읽을 줄 알면 재료를 비교하고 응용에 맞게 설정을 최적화할 수 있습니다.
아래는 TDS에서 일반적으로 발견되는 값과 차트를 이해하는 가이드이며, 예시로 Polymaker HT-PLA V1.1 을 참조합니다.
열적 특성
FFF 재료는 플라스틱이 열에 따라 어떻게 거동하는지를 설명하는 여러 온도 관련 측정값을 나열합니다.
유리전이온도 (Tg): Tg는 고분자가 단단하고 유리 같은 상태에서 더 부드럽고 고무 같은 상태로 변하는 온도입니다. HT-PLA의 Tg는 약 59.8°C로 표기됩니다.
녹는온도 (Tm): 재료의 결정 영역이 녹는 온도입니다. 여기서 HT-PLA의 녹는점은 약 177°C입니다. 이는 원활한 흐름을 위해 압출 온도를 이 값보다 충분히 높게 선택해야 함을 보장합니다. 비정질 고분자는 명확히 정의된 녹는온도를 갖지 않습니다.
결정화온도 (Tc): 고분자의 비정질 영역이 냉각되면서 더 정렬된 결정 구조로 재구성되는 온도입니다. HT-PLA의 Tc는 약 77°C입니다. 강한 결정화는 인쇄 후 강성 및 내열성을 증가시킵니다.
분해온도 (Td): 재료가 화학적으로 분해되기 시작하는 온도입니다. HT-PLA의 경우 분해는 약 336°C에서 발생합니다. 이 온도를 초과하면 연소되거나 연기가 발생할 위험이 있습니다.
비카트 연화온도 (Vicat): 정해진 하중 하에서 재료가 변형되기 시작하는 온도입니다. HT-PLA는 어닐링 시 100°C 이상 값을 보입니다. 이는 처짐이 시작되기 전의 사용 범위를 나타내는 데 도움이 됩니다.
열변형온도 (HDT): HDT는 일정 온도에서 하중을 받을 때 재료가 휨을 보이는 시점을 측정합니다. HT-PLA의 인쇄 상태 HDT는 약 58°C이지만 어닐링하면 150°C 이상으로 상승합니다. 이는 고온 환경에서 사용되는 부품의 열적 안정성을 판단하는 주요 지표입니다.
HDT 곡선 해석
하나의 HDT 곡선 은 온도가 상승함에 따라 하중 하에서 재료의 휨을 그래프로 나타냅니다. 평탄한 부분은 연화에 대한 저항이 좋음을 나타내고, 급격한 하강은 플라스틱 변형이 발생하는 전이점을 보여줍니다. HT-PLA의 경우 곡선은 어닐링이 고온 성능을 극적으로 개선하여 연화점을 최대 50°C까지 이동시킴을 설명합니다.
기계적 특성
인장, 굽힘 및 충격 시험을 이해하는 것은 필라멘트의 강도, 강성 및 인성(충격 저항성)을 보여주기 때문에 중요합니다.
인장강도: 인장 시 파단되기 전 재료가 견딜 수 있는 최대 응력입니다. HT-PLA는 XY 방향에서 약 43 MPa를 보이지만 Z 방향에서는 약 20 MPa에 불과하여 FFF 부품에서 흔한 층간 접착력 약점을 나타냅니다.
영률(Young’s Modulus): 인장하에서의 강성을 나타내는 척도입니다. 값은 메가파스칼 단위로 표시됩니다. HT-PLA는 약 3000 MPa로 TPU와 같은 유연한 재료에 비해 상대적으로 강성이 높음을 나타냅니다. 영률이 높을수록 하중에서 덜 늘어납니다.
파단 신율(Elongation at Break): 파단 전에 재료가 견딜 수 있는 변형률(퍼센트 신장)입니다. HT-PLA는 파단 전에 3% 미만으로 늘어나며, 이는 나일론이나 TPU에 비해 강하고 취성인 재료임을 의미합니다.
굽힘(플렉셔널) 강도: 굽힘 시 파단되기 전 재료가 견딜 수 있는 응력입니다. HT-PLA의 경우 면내에서는 약 66–74 MPa에 이르러 좋은 강성을 반영합니다.
굽힘계수(플렉셔널 모듈러스): 영률과 유사하지만 인장 대신 굽힘 하중에서 측정됩니다. 이는 보와 하중 지지 부품의 강성을 예측하는 데 도움이 됩니다.
노치 샤르피 충격강도: 시료가 급격한 충격에서 흡수할 수 있는 에너지를 측정합니다. HT-PLA는 약 4–5 kJ/m² 범위를 보이며, 이는 ABS나 PC 혼합물 같은 충격 개질 등급에 비해 보통 수준입니다. 이 시험은 취성이나 인성을 강조합니다.
인쇄 및 가공 데이터
TDS에는 일반적으로 권장 인쇄 조건이 포함됩니다:
노즐 온도: HT-PLA의 경우 210–230°C
베드 온도: 25–60°C
건조 요구 사항: 습기가 흡수된 경우 60°C에서 6시간
인쇄 속도: 최대 300 mm/s
어닐링: 80–90°C에서 30분간 처리하면 결정화도가 증가하고 HDT가 향상됩니다
이 지침은 기재된 특성을 얻기 위해 매우 중요합니다. 이러한 매개변수 밖에서 인쇄된 재료는 강도와 안정성이 크게 저하될 수 있습니다.
SDS 및 화학적 저항성
그 SDS는 화학적 안전, 보관, 폐기 및 취급 위험에 대해 더 자세히 다룹니다. 표에는 종종 재료의 산, 알칼리 또는 오일에 대한 저항성이 포함됩니다. 예를 들어 HT-PLA는 다음을 나열합니다:
오일 및 그리스에 대한 양호한 저항성
강산에 대한 낮은 저항성
알칼리에 대해 보통에서 낮은 저항성
이는 화학 노출이 문제인 환경에서 적합성을 판단하는 데 도움이 됩니다.
TDS와 SDS를 함께 사용하기
당신의 재료의 기계적 및 열적 특성이 부품의 요구 사항에 부합하는지 판단할 때는 TDS를 사용하세요.
당신의 재료의 기계적 및 열적 특성이 부품의 요구 사항에 부합하는지 판단할 때는 SDS는 필라멘트를 안전하게 사용, 취급 및 보관하는 방법을 결정할 때는
SDS를 사용하세요. 두 문서에 보고된 기술적 기준을 해석하는 방법을 배우면 필라멘트의 거동을 적용처에 맞게 매칭하고, 더 스마트하게 재료를 선택하며, 3D 프린팅된 부품이 사용 중 어떻게 성능할지 예측할 수 있습니다.
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