FDM 3D 프린팅에 사용되는 나일론 유형

나일론(폴리아미드, PA)은 강도, 유연성 및 내마모성으로 FDM 3D 프린팅에서 높이 평가되는 열가소성 폴리머 계열입니다. 매력적인 기계적 특성에도 불구하고, 나일론 필라멘트는 높은 인쇄 온도, 휨(워핑) 경향, 그리고 강한 흡습성 때문에 인쇄가 가장 까다로운 재료 중 하나입니다. 여러 가지 나일론 유형이 FDM 인쇄용으로 조제되어 있으며, 각 유형은 출력 품질, 기계적 성능 및 사용 편의성에 영향을 미치는 고유한 특성을 지닙니다.

PA6 (나일론 6)

PA6는 FDM 인쇄에서 가장 흔히 사용되는 나일론 중 하나입니다. 인장 강도가 높고 충격 저항이 우수한 강인한 재료로, 기능성 부품 및 기계적 구성요소에 적합합니다. 그러나 PA6는 공기 중의 수분을 빠르게 흡수하여 건조하지 않으면 기포와 낮은 층간 접착을 초래할 수 있습니다. 또한 가열된 베드와 밀폐된 챔버 없이 인쇄하면 강한 워핑 경향을 보입니다. 일반적인 압출 온도는 250°C에서 270°C 범위입니다. 어닐링 후에는 결정화가 증가하여 치수 안정성과 내열성이 향상됩니다.

PA66 (나일론 66)

PA66는 조성이 PA6와 유사하지만 녹는점이 약간 더 높아 대략 260°C 정도입니다. 이로 인해 PA6보다 더 우수한 강성, 내마모성 및 내열성을 제공합니다. 하중 하에서 크리프가 적고 정밀 기계 부품에 적합합니다. PA6와 마찬가지로 PA66도 흡습성이 높고 인쇄 중 워핑이 발생하기 쉬우므로 필라멘트를 건조하게 보관하고(약 80°C–100°C의) 가열 베드와 챔버가 필요합니다. 재료는 어닐링 후 상당히 단단해집니다. 그러나 이후 습기에 노출되면 더 연성과 충격 저항성이 증가합니다.

PA12 (나일론 12)

PA12는 분자 사슬이 더 길고 수분 흡수가 적다는 점에서 PA6 및 PA66와 구별되는 흔한 엔지니어링 등급 필라멘트입니다. 이로 인해 치수 안정성이 더 좋고 워핑 문제가 적어 인쇄가 더 쉽습니다. 일반적인 압출 온도는 240°C에서 260°C 사이입니다. PA12는 높은 충격 저항성, 매우 우수한 내화학성 및 다른 나일론보다 더 큰 유연성을 제공합니다. 수분 흡수가 적기 때문에 습한 환경에서도 치수 정확도를 더 오래 유지합니다. PA12는 대략 180°C 정도의 내열성을 가지며, 추가 결정화와 강인성 향상을 위해 어닐링에 잘 반응합니다.

PA612 (나일론 612)

PA612는 PA6와 PA12의 특성을 결합한 재료입니다. PA6보다 낮은 수분 흡수성을 제공하면서 PA12보다 더 높은 강성을 유지합니다. 그 결과 기계적 강도와 안정성의 균형이 필요한 응용에 적합한 재료가 됩니다. PA6나 PA66보다 인쇄하기 쉽고 워핑이 덜 발생합니다. PA612 부품은 표면이 매끄럽고 취성이 적어 미적인 부품과 기능성 부품 모두에 다양하게 사용될 수 있습니다. 내열성은 중간 수준으로, 일반적으로 PA66보다는 낮지만 PA12보다는 높습니다.

기타 나일론 혼합물 및 복합체

일부 나일론 조성물은 여러 폴리아미드 유형을 혼합하거나 특정 목적을 위한 첨가제를 포함합니다. 특히 섬유 강화 나일론이 인기가 많은데, 탄소섬유 및 유리섬유 보강은 강성, 강도 및 치수 안정성을 향상시키고 수축 및 워핑을 줄입니다. 이러한 첨가제는 인쇄 중 열 변형을 제한하여 표면 마감도 개선합니다. 그러나 섬유 충전 필라멘트는 마모성이 높아 경화된 노즐이 필요합니다.

인쇄 시의 어려움

나일론을 성공적으로 인쇄하려면 높은 압출 온도(일반적으로 240°C–280°C), 가열 프린트 베드 및 제어된 주변 온도(Polymaker 나일론을 사용하지 않는 한)가 필요합니다. 나일론의 천연 흡습성은 수분 흡수를 일으켜 압출 중에 증기 포켓을 만들 수 있으며, 이는 표면 패임과 약한 층간 접착으로 이어집니다. 필라멘트는 항상 밀폐 용기나 필라멘트 건조기 등에서 건조하게 보관해야 합니다. 워핑도 또 다른 주요 문제로, 나일론은 냉각 중에 강하게 수축합니다.

워핑 문제를 해결하기 위해 Polymaker는 냉각 중 내부 응력을 완화하도록 재료 조성을 최적화한 Warp Free Technology를 개발했습니다. 이를 통해 큰 나일론 부품도 오픈 프레임 프린터에서 말림이나 층 분리 위험을 줄여 인쇄할 수 있습니다.

어닐링과 습기의 영향

나일론 부품을 어닐링하면 결정화가 촉진되어 구조적 강도, 강성 및 내열성이 증가합니다. 완전히 결정화된 부품은 하중 및 고온 상태에서 더 우수한 성능을 발휘합니다. 그러나 시간이 지나 부품이 수분을 흡수하면 폴리머 사슬의 이동성이 증가하여 연성 및 충격 저항성이 높아지지만 강직성은 감소합니다. 이러한 트레이드오프로 인해 나일론은 강인성과 약간의 유연성이 요구되는 부품에 적응성이 있습니다.

요약

각 나일론 유형은 인쇄 용이성, 기계적 성능 및 환경적 안정성 사이에서 서로 다른 균형을 제공합니다. PA6와 PA66은 더 까다로운 인쇄 특성의 대가로 높은 강성과 내열 성능을 제공하는 반면, PA12와 PA612는 더 관대하고 흡습성에 강합니다. 강화된 나일론은 워핑 및 기계적 한계를 추가로 보완합니다. 적절한 건조, 온도 관리 및 Warp Free Technology와 같은 고급 조성물의 사용으로 나일론은 FDM 3D 프린팅에서 내구성 있고 기능적인 부품을 제작하는 데 가장 유능한 재료 중 하나로 남아 있습니다.