뒤틀림

뒤틀림과 3D 프린팅 총정리

소재와 장비를 제대로 이해하지 못하면 뒤틀림은 거의 피하기 어렵습니다.

뒤틀림은 냉각 불균형이나 베드 접착 부족 때문에 출력물의 모서리나 전체가 위로 말려 올라가는 현상입니다.

이 페이지를 보기 전에 먼저 재료 과학을 읽는 것을 강하게 권장합니다.

왜 뒤틀림이 생기는지 이해하면 이 페이지를 다 읽지 않아도 원인을 잡을 수 있기 때문입니다.

먼저 출력물이 빌드 플레이트에 붙지 않음 이해하기

뒤틀림을 해결하려면 출력물이 빌드 플레이트에 붙지 않음을 충분히 이해해야 합니다.

출력물 일부든 전체든 베드에 제대로 붙지 않으면 뒤틀릴 확률이 급격히 올라갑니다.

노즐이 베드에서 멀수록 초기 접착이 약해지고, 나중에 출력물이 들릴 가능성도 커집니다.

ABS처럼 수축률과 내부 응력이 큰 소재는 브림이 사실상 필수입니다.

큰 비원형 ABS 부품이라면 실내 공기를 45°C 정도로 유지하지 못할 때 ABS 슬러리까지 필요할 수 있습니다.

사용 중인 소재를 이해하고, 필요하면 대체재 검토하기

PLA는 수축률과 내부 응력이 낮아 뒤틀림이 매우 드뭅니다.

아주 크고 밀도가 높은 PLA 부품은 가열 베드와 브림이 도움이 되지만, 평평한 베드에서 PLA가 심하게 뒤틀리는 경우는 흔치 않습니다.

반면 ABS는 압출 과정에서 내부 응력이 많이 생기는 비정질 열가소성 소재입니다.

유리전이온도도 더 높아 베드 온도가 올라가고, 그만큼 베드와 주변 공기 온도 차이도 커집니다.

그래서 어떤 형상은 장비 환경에 따라 ABS로는 사실상 뒤틀림 없이 출력하기 어려울 수 있습니다.

출력물에 정말 필요한 특성이 무엇인지 먼저 생각하고, 비슷한 성능의 다른 소재로 대체 가능한지도 검토하세요.

예전에는 PETG를 많이 추천했지만, 지금은 PolyMax PLA나 PLA Pro도 강도 면에서 좋은 대안이 될 수 있습니다.

내열성이 핵심이 아니라면 ABS 대체재가 될 수 있습니다.

일부 나일론은 유리전이온도가 아주 높지 않아도 뒤틀릴 수 있습니다.

이는 반결정성 구조 때문입니다.

정렬된 결정 구조는 무질서한 상태보다 공간을 덜 차지하므로, 냉각 중 수축 응력이 더 크게 생깁니다.

쉽게 말해 베드 위에서 결정화가 일어나며 뒤틀림을 만드는 것입니다.

다만 Polymaker 나일론에는 Warp-Free 기술이 적용돼 이 문제를 크게 줄였습니다.

자세한 설명은 재료 과학에서 볼 수 있습니다.

폴리카보네이트와 PC 블렌드는 적절한 베드 접착을 위해 Magigoo PC를 권장합니다.

더 느리게, 더 뜨겁게 출력하기

모든 소재에 통하는 방법은 아니지만, ABS와 ASA에는 매우 효과적입니다.

느리게 출력하면 소재가 내부 응력을 풀 시간이 늘어납니다.

재료 과학에서 설명하듯, 낮은 압출 속도는 뒤틀림을 줄이는 데 도움이 됩니다.

압출 온도도 마찬가지입니다.

온도를 올리면 분자 운동이 늘고, 응력을 방출할 시간과 자유도도 커집니다.

ABS를 가능한 한 천천히, 250~260°C 정도까지 높게 출력하면 뒤틀림이 줄어드는 경우가 많습니다.

인클로저 환경에서 출력하기

가열 베드 위에서 출력한다는 것은 이미 온도 차가 큰 환경에서 작업한다는 뜻입니다.

실내가 30°C, 베드가 110°C라면 베드 가까이와 멀리의 공기 온도 차이가 꽤 큽니다.

내부 응력이 핵심 원인이지만, 이런 온도 차이 자체도 뒤틀림을 키웁니다.

인클로저는 베드에서 나온 열을 가둬 주변 공기를 더 따뜻하게 유지합니다.

그 결과 ABS의 유리전이온도에 더 가까운 환경이 만들어지고, 소재가 응력을 더 천천히 방출할 수 있습니다.

ABS나 ASA는 최소 50°C 정도의 주변 온도를 권장합니다.

인클로저형 프린터를 구매할 수도 있고, 아크릴 패널과 출력 부품으로 직접 만들 수도 있습니다.

뒤틀리기 쉬운 부품을 인클로저 안에서 출력할 때는, 실제 출력 전 베드를 5~10분 정도 예열 유지해 내부 공기를 먼저 데우는 것이 좋습니다.

ABS는 50°C, 이상적으로는 65°C까지도 유리합니다.

반대로 PLA는 그 환경이 너무 뜨거울 수 있습니다.

주변 온도를 너무 높이면 다른 문제가 생깁니다.

스테퍼 모터와 전자부품이 과열돼 프린터가 오작동할 수 있습니다.

가능하면 전원부와 메인보드는 챔버 밖으로 빼고, 히트싱크와 냉각 팬도 충분히 확보하세요.

그래도 위험은 남으니 60°C 이상 챔버를 운영할 때는 열역학과 기계 구조를 어느 정도 이해하고 접근하는 것이 좋습니다.

출력 중 베드 온도 유지 여부 확인

보드 과열이나 베드 배선 접촉 불량이 있으면 출력 중 베드 온도가 떨어질 수 있습니다.

출력 시작만 보고 자리를 비우면 완성 후에야 뒤틀림만 보고 알게 될 수 있습니다.

층간 박리

이 현상을 뒤틀림으로 보지 않을 수도 있지만, 원인은 거의 같습니다.

그래서 레이어 접착 불량과는 별개로 다룹니다.

Delamination

예를 들어 ABS 슬러리로 베드 접착은 아주 강한데, 큰 부품을 개방형 환경에서 출력하면 뒤틀림 대신 층간 박리가 생길 수 있습니다.

층간 박리는 모든 레이어 접착 대책을 했어도 레이어끼리 벌어지는 현상입니다.

위에서 설명한 온도 구배와 내부 응력이 그대로 작용하지만, 바닥은 너무 잘 붙어 있으니 레이어 사이가 먼저 터지는 것입니다.

즉, 출력물 전체가 들리는 대신 레이어 접착이 응력을 못 버티는 것입니다.

이 문제가 보이면 슬라이서 설정을 조정하거나, 환경과 소재를 더 크게 바꿔야 합니다.

실제로 매우 큰 PLA를 차가운 환경에서 출력할 때도 생길 수 있고, 인클로저 없는 높은 ABS 출력물에서는 꽤 흔합니다.

완화하려면 내부 밀도를 줄이고 쉘 수를 늘려 보세요.

느리고 뜨겁게 출력하는 것도 도움이 됩니다.

노즐 직경을 키워 레이어 간 얽힘을 늘리는 것도 좋습니다.

가장 중요한 것은 높은 주변 온도를 유지하는 인클로저입니다.

Warp-Free™ 기술

이 기술은 PolyMide™ 계열 나일론에 적용됩니다.

이 페이지 앞부분에서 살펴본 뒤틀림 원인 중 하나는 결정화입니다.

나일론은 냉각 중 결정이 빠르게 형성되며 큰 내부 응력을 만들기 때문에 출력이 어렵습니다.

Polymaker 기술은 이 응력을 줄이는 동시에 기계적 성능도 끌어올립니다.

핵심은 결정화 속도를 늦추는 것입니다.

각 레이어에서 작은 결정이 즉시 많이 생기지 않게 하고, 여러 레이어가 쌓이는 동안 더 큰 결정이 천천히 형성되게 만듭니다.

이 큰 결정 구조는 레이어 간 접착도 높여 줍니다.

그래서 Polymaker는 나일론 출력 후 어닐링도 함께 권장합니다.

어닐링을 하면 결정화가 충분히 진행돼 열적·기계적 성능이 최대치에 가까워집니다.

뒤틀림 줄이기 요약

• 먼저 재료 과학을 읽고 원리를 이해합니다.
• 출력 시작 전 베드 레벨과 Z 높이를 정확히 맞춥니다.
• 자신에게 맞는 베드 접착 방식을 사용합니다.
• 느리고 뜨겁게 출력해 응력 방출 시간을 늘립니다.
• 브림을 사용합니다.
• 소재별 적정 출력 조건을 지킵니다.
• 가능하면 수축률과 내부 응력이 낮은 대체 소재도 고려합니다.
• 인클로저를 사용하거나 제작합니다.
• 출력 내내 베드 온도가 유지되는지 확인합니다.
• 층간 박리가 보이면 내부 밀도를 줄이고 환경이나 소재를 바꿉니다.
• 더 큰 노즐로 레이어 간 얽힘을 늘립니다.