기술 데이터 시트
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FFF 3D 프린팅용 소재 SDS와 TDS 해석 방법
FFF 3D 프린팅용 필라멘트를 선택할 때 제작자들은 종종 두 가지 주요 문서를 접하게 됩니다: 안전보건자료(SDS) 및 기술자료표(TDS)입니다. SDS는 안전한 취급, 보관 및 유해성에 중점을 두는 반면, TDS는 소재의 기계적, 열적 및 가공 특성 을 제시합니다. 이러한 값을 읽는 방법을 알면 소재를 비교하고 응용에 맞게 설정을 최적화할 수 있습니다.
아래는 TDS에서 일반적으로 찾을 수 있는 값과 그래프를 이해하기 위한 안내이며, 예시로 Polymaker HT-PLA V1.1 을 참조합니다.
열적 특성
FFF 소재는 플라스틱이 열에 대해 어떻게 거동하는지를 설명하는 여러 온도 관련 측정값을 나열합니다.
유리 전이 온도(Tg): Tg는 폴리머가 단단한 유리 같은 상태에서 더 부드럽고 고무 같은 상태로 변하는 온도입니다. HT-PLA의 Tg는 약 59.8°C로 표기되어 있습니다.
녹는 온도(Tm): 소재의 결정 부분이 녹는 온도입니다. 여기서 HT-PLA의 녹는점은 약 177°C입니다. 이는 원활한 흐름을 위해 압출 온도를 이 값보다 충분히 높게 선택해야 함을 의미합니다. 비정질 폴리머는 명확히 정의된 녹는 온도가 없습니다.
결정화 온도(Tc): 냉각하면서 폴리머의 비정질 영역이 더 정렬된 결정 구조로 재조직되는 온도입니다. HT-PLA의 Tc는 약 77°C입니다. 강한 결정화는 인쇄 후 강성과 내열성을 증가시킵니다.
분해 온도(Td): 소재가 화학적으로 분해되기 시작하는 온도입니다. HT-PLA의 경우 분해는 약 336°C에서 발생합니다. 이 온도를 초과하면 연소되거나 유해 연기가 발생할 위험이 있습니다.
비카트 연화점(Vicat): 정해진 하중에서 소재가 변형되기 시작하는 온도입니다. HT-PLA는 어닐링하면 100°C 이상 값을 보입니다. 이는 처짐이 시작되기 전의 작동 범위를 나타내는 데 도움이 됩니다.
열변형온도(HDT): HDT는 주어진 온도에서 하중을 받을 때 소재가 휘는 시점을 측정합니다. 인쇄 상태의 HT-PLA HDT는 약 58°C이지만 어닐링하면 150°C 이상으로 상승합니다. 이는 고온 환경에서 사용되는 부품의 열적 안정성을 평가하는 핵심 지표입니다.
HDT 곡선 해석
하나의 HDT 곡선 은 온도가 증가함에 따라 하중 하에서 소재의 휨을 나타냅니다. 평평한 부분은 연화에 대한 저항이 좋음을 나타내고 급격한 하강은 플라스틱 변형이 발생하는 전이점을 보여줍니다. HT-PLA의 경우 곡선은 어닐링이 왜 고온 성능을 크게 향상시키는지, 연화점을 최대 50°C까지 이동시키는지를 설명합니다.
기계적 특성
인장, 굽힘 및 충격 시험을 이해하는 것은 필라멘트의 강도, 강성 및 인성(질긴 정도)을 보여주기 때문에 중요합니다.
인장 강도: 재료가 인장하에서 파단되기 전 견딜 수 있는 최대 응력입니다. HT-PLA는 XY 방향에서 약 43 MPa를 보이지만 Z 방향에서는 약 20 MPa에 불과하여 FFF 부품에서 흔한 층 접합 약점을 보여줍니다.
영률(Young’s Modulus): 인장 하에서의 강성을 측정한 값입니다. 값은 메가파스칼 단위로 표기됩니다. HT-PLA는 약 3000 MPa로 TPU 같은 유연한 재료에 비해 비교적 강성이 높음을 나타냅니다. 영률이 높을수록 하중 시 변형(신장)이 적습니다.
파단 신율(Elongation at Break): 파단 전 재료가 견딜 수 있는 변형(신장률)입니다. HT-PLA는 파단 시 약 3% 미만으로 늘어나며, 이는 나일론이나 TPU와 비교할 때 강하고 취성(부서지기 쉬움)이 있는 재료임을 뜻합니다.
굽힘(플렉셜) 강도: 재료가 굽힘 상태에서 파단되기 전에 견딜 수 있는 응력입니다. HT-PLA의 경우 평면 내에서 약 66–74 MPa에 달해 우수한 강성을 반영합니다.
굽힘 모듈러스(플렉셜 모듈러스): 영률과 유사하지만 인장 대신 굽힘 하중에서 측정됩니다. 이는 보 및 하중을 지탱하는 부품의 강성을 예측하는 데 도움이 됩니다.
노치드 샤르피 충격 강도: 시료가 급격한 충격으로부터 흡수할 수 있는 에너지를 측정합니다. HT-PLA는 약 4–5 kJ/m² 정도로 나타나며, 이는 ABS나 PC 블렌드와 같은 충격 개조 등급에 비해 중간 수준입니다. 이 시험은 취성 또는 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 요건: 습기를 흡수한 경우 60°C에서 6시간
인쇄 속도: 최대 300 mm/s
어닐링: 80–90°C에서 30분 어닐링하면 결정성이 증가하고 HDT가 향상됩니다
이러한 주의사항은 표기된 특성을 달성하는 데 중요합니다. 이 매개변수 밖에서 인쇄된 재료는 강도와 안정성이 크게 저하될 수 있습니다.
SDS 및 화학적 저항성
이 문서는 SDS 화학적 안전성, 보관, 폐기 및 취급 위험에 대해 더 자세히 설명합니다. 표에는 종종 산, 알칼리 또는 오일에 대한 재료의 저항성이 포함됩니다. 예를 들어 HT-PLA는 다음을 나열합니다:
오일 및 그리스에 대한 우수한 저항성
강산에 대한 낮은 저항성
알칼리에 대해 보통에서 낮은 저항성
이는 화학 노출이 우려되는 환경에 적합한지 여부를 판단하는 데 도움이 됩니다.
TDS와 SDS를 함께 사용하기
기계적 및 열적 특성이 부품 요구사항에 적합한지 결정할 때는 TDS 을 사용하고,
기계적 및 열적 특성이 부품 요구사항에 적합한지 결정할 때는 SDS 필라멘트를 안전하게 사용·취급·보관하는 방법을 결정할 때는
을 사용하십시오. 두 문서에 보고된 기술 표준을 해석하는 법을 배우면 필라멘트의 거동을 응용에 맞게 매칭하고, 더 현명하게 재료를 선택하며, 3D 프린팅된 부품이 실제 사용에서 어떻게 성능을 발휘할지 예측할 수 있습니다.
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