3D 인쇄를 강하게 만드는 방법

3D 프린트는 기능 부품이든 디스플레이 모델이든 용도에 맞게 충분히 튼튼해야 합니다. 재료 선택부터 프린터 설정 방법까지 다양한 요소가 프린트 강도에 영향을 미칩니다. 이 가이드에서는 더 나은 재료 선택, 디자인 변경, 최적의 프린터 설정, 그리고 유용한 후처리 방법을 통해 더 튼튼한 프린트를 제작하는 실용적인 방법을 다룹니다.

1단계: 강도에 맞는 필라멘트 선택

그만큼 당신이 선택한 재료 3D 프린트의 강도에 큰 영향을 미칩니다. 각 필라멘트는 서로 다른 특성을 가지고 있어 특정 용도에 더 적합합니다.

일반적인 필라멘트와 그 강도 특성

• 인민해방군: 강성이 좋아 인쇄가 용이하지만, 60°C에서는 부드러워집니다. 외부 응력을 견뎌야 하거나 실외에서 사용해야 하는 부품에는 너무 약합니다.
• ABS: PLA보다 충격과 내열성이 더 뛰어납니다(최대 105°C). 기계 부품에 적합하지만, 더 높은 인쇄 온도가 필요하고 경사.
• PETG: PLA와 ABS의 중간 형태입니다. 층간 접착력과 충격 강도가 우수하며, 내열성(75°C)도 적당합니다. 파손 없이 유연성이 필요한 부품에 적합합니다.
• 나일론: 매우 견고하고 내마모성이 뛰어납니다. 기어, 힌지, 패스너에 적합합니다. 습기를 잘 흡수하므로 인쇄 전에 건조하게 유지하십시오.

최대 강도를 위한 특수 필라멘트

• 탄소 섬유 충전: 강성을 높이고 무게를 줄입니다. 단단한 부품에는 좋지만, 프린터 노즐이 더 빨리 마모될 수 있습니다.
• 유리 섬유 강화: 적절한 충격 저항성을 유지하면서 내열성과 강성을 향상시킵니다.
• 금속 충전: 무게를 늘리고 열 전도율을 높입니다. 주로 외관을 꾸미기 위한 것이지만, 열 발산에도 도움이 될 수 있습니다.

특정 응용 분야에 사용할 필라멘트

• 하중 지지 부품의 경우: 나일론이나 탄소 섬유 복합재를 사용하세요.
• 유연한 부품의 경우: 높은 유연성을 원하면 TPU를 선택하고, 적당한 유연성과 강도를 원하면 나일론을 선택하세요.
• 내열성에 관하여: PC를 선택하세요(최대 125°C까지 작동).
• 야외 사용 시: 자외선 차단 기능과 뒤틀림 감소를 위해 ASA를 선택하세요.

고품질 필라멘트 강도가 우선이라면 평판이 좋은 브랜드의 제품이 매우 중요합니다.

2단계: 최대 강도를 위한 모델 설계

3D 모델을 어떻게 설계하느냐에 따라 사용하는 재료와 관계없이 강도가 크게 달라집니다. 현명한 설계 선택은 쉽게 파손되는 부품과 하중을 잘 견디는 부품을 구분하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

날카로운 모서리를 필렛과 모따기로 교체

날카로운 모서리는 응력을 집중시켜 출력물에 파손 지점을 만듭니다. 둥근 모서리(필렛)나 각진 모서리(챔퍼)를 추가하면 부품 전체에 힘이 더 고르게 분산됩니다. 모서리에 1~2mm의 작은 반경만 추가해도 기능 변화 없이 강도가 크게 향상됩니다. 후크 베이스나 장착 구멍처럼 응력이 높은 부위의 경우, 두께를 추가하면 최소한의 추가 재료로 상당한 강도 향상 효과를 얻을 수 있습니다.

리브와 거셋으로 평평한 표면 강화

부품 전체를 두껍게 만드는 대신, 특정 부위에 맞춰 보강재를 추가하세요. 평평한 표면을 따라 얇은 리브를 배치하여 재료 사용량을 줄이면서도 뛰어난 강성을 제공합니다. 접합부와 모서리에는 삼각형 지지대(거셋)를 사용하여 연결 부위 간의 힘을 효과적으로 전달합니다. 이러한 전략적 보강재는 건축 및 제조에 사용되는 것과 동일한 엔지니어링 원리를 따르므로, 출력 시간이 단축되고 출력물의 강도가 향상됩니다.

힘 방향에 수직으로 레이어를 배치합니다.

3D 프린트는 층 사이에서 가장 약하기 때문에 프린트 방향이 강도에 큰 영향을 미칩니다. 층이 받는 주요 힘에 수직이 되도록 모델을 배치하세요. 예를 들어, 곡선을 따라가기보다는 곡선을 가로지르는 층이 있는 후크를 프린트하세요. 최적의 방향이 확실하지 않다면, 실제 크기 부품을 제작하기 전에 여러 위치에 작은 테스트 샘플을 프린트해 보세요. 이 간단한 단계만으로도 프린트의 내구성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

3단계: 강도를 위한 3D 프린터 설정 최적화

적절한 재료를 선택하고 모델을 제대로 설계한 후에는 3D 프린터 설정이 강력한 출력물을 만드는 데 중요한 요소가 됩니다. 최대 강도를 위해 슬라이서 설정을 조정하는 방법은 다음과 같습니다.

강도 균형을 위해 레이어 높이 조정

층 높이는 강도와 인쇄 시간 모두에 영향을 미칩니다. 강도가 중요한 부품의 경우, 중간 두께(0.2~0.3mm)의 층이 얇은 층보다 인쇄 속도가 빠르고 층 접착력이 더 좋은 경우가 많습니다. 기능성 부품의 경우, 이러한 층 간의 접착력 향상은 얇은 층이 제공하는 정밀성 이점을 능가할 수 있습니다. 매우 얇은 층은 디테일을 향상시키지만 인쇄 시간이 더 오래 걸리고, 매우 두꺼운 층은 접착력이 약해 강도가 떨어질 수 있습니다.

올바른 충전 패턴과 밀도를 선택하세요

충전 패턴은 강도에 상당한 영향을 미칩니다. 삼각형 또는 자이로이드 패턴은 일반적으로 가장 우수한 강도 대 재료 비율을 제공합니다. 허니콤 패턴은 전방위적으로 뛰어난 강도를 제공하는 반면, 큐빅 충전 패턴은 상하 압축 강도가 뛰어납니다. 특정 하중 방향에 따라 충전 패턴을 적절히 조정하십시오.

대부분의 기능 부품은 20~40%의 충전 밀도로 제작하여 강도와 재료 사용량의 균형을 맞추는 것이 좋습니다. 50~60%로 높이면 강도는 약간 향상되지만, 인쇄 시간과 재료 사용량은 두 배로 늘어납니다. 부품 전체가 아닌 특정 고응력 영역에만 충전 밀도를 높이는 것이 좋습니다.

외부 강도를 위해 벽 두께 증가

벽 두께(둘레 수)는 충전재보다 전체 강도에 더 큰 영향을 미치는 경우가 많습니다. 3~4개의 둘레(0.4mm 노즐 사용 시 1.2~1.6mm)는 대부분의 적용 분야에서 우수한 외피 강도를 제공합니다. 외피는 많은 경우 하중의 대부분을 지지하기 때문에 이러한 조정은 매우 효과적입니다. 또한, 응력 전이 지점에서 더 나은 강성을 위해 상단 및 하단 레이어 수를 최소 4~5개로 늘리십시오.

4단계: 더 나은 레이어 접착력을 위한 인쇄 환경 제어

인쇄 환경은 레이어 접착력과 전반적인 인쇄 강도에 상당한 영향을 미칩니다. 흔히 간과되는 이러한 요소들이 부품의 내구성과 조기 고장을 가를 수 있습니다.

안정적인 온도와 습도 유지

인쇄 환경의 일관성은 필라멘트 성능과 레이어 접착력에 직접적인 영향을 미칩니다. 뒤틀림을 방지하고 레이어 접착력을 향상시키려면 인쇄 공간을 20~25°C(68~77°F)의 안정적인 온도로 유지하십시오. ABS와 같이 온도 변화에 민감한 소재의 경우, 밀폐형 케이스를 사용하면 일관된 환경을 유지하고 레이어 분리를 유발할 수 있는 외풍을 방지할 수 있습니다. 습도 조절 또한 매우 중요하며, 특히 나일론이나 PLA와 같은 흡습성 필라멘트의 경우 더욱 그렇습니다. 사용하지 않을 때는 필라멘트를 밀폐 용기에 담아 건조제와 함께 보관하고, 노출된 소재로 인쇄하기 전에는 필라멘트 건조기를 사용하는 것이 좋습니다.

인쇄물을 올바르게 다루고 보관하세요

3D 프린트의 무결성을 유지하려면 올바른 취급이 중요합니다. 프린트를 프린트 베드에서 분리하기 전에 완전히 식혀야 뒤틀림이나 응력 변형을 방지할 수 있습니다. 빌드 플레이트에서 프린트를 분리할 때는 내부 균열을 유발할 수 있는 날카로운 충격보다는 부드럽고 균일한 압력을 가하십시오. 기능적인 용도로 사용할 프린트의 경우 보관 조건을 고려하십시오.PLA는 자외선과 높은 습도에 노출되면 점차 분해되는 반면, ABS와 PETG는 장기 안정성이 더 우수합니다. 중요 부품의 경우, 강도를 유지하려면 직사광선을 피해 서늘하고 건조한 곳에 보관하십시오.

5단계: 인쇄 후 열, 화학 물질 및 보강재 적용

인쇄물이 완성된 후에도 여러 가지 후처리 기술을 통해 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 방법을 통해 일반 인쇄물을 놀라울 정도로 내구성이 뛰어난 부품으로 탈바꿈시킬 수 있습니다.

어닐링을 통해 인쇄물을 열처리하세요

어닐링은 분자 구조를 개선하여 인쇄물의 강도를 강화합니다. PLA의 경우, 80~85°C(175~185°F)에서 30~45분간 가열한 후 천천히 식힙니다. 이 과정을 통해 PLA의 강도를 최대 40%까지 높이고 내열성을 향상시킬 수 있습니다. ABS의 경우, 95~100°C(200~212°F)를 사용하십시오. 어닐링 과정에서 치수 변화가 발생할 수 있으므로 작은 인쇄물로 먼저 테스트해 보세요. 필라멘트 브랜드에 따라 최적의 결과를 얻기 위해 필요한 온도가 약간씩 다를 수 있습니다.

더 강한 층 결합을 위해 화학 처리 적용

화학 처리는 층 접착력과 표면 강도를 향상시킵니다. ABS 출력물의 경우, 아세톤 증기 평활화는 층선을 부분적으로 용해하여 층 사이의 접착력을 강화합니다. 출력물을 아세톤 증기가 있는 밀폐 용기에 20~30분 동안 담가 두십시오. PLA 및 기타 소재의 경우, XTC-3D 에폭시 수지와 같은 코팅은 내충격성과 습기 차단 기능을 강화합니다. 이러한 실란트는 얇은 보호층을 형성하여 기능적 강도를 25~30%까지 높일 수 있습니다.

중요 부품에 물리적 강화 추가

최대 강도를 위해 기계적 보강재를 추가하세요. 금속 막대, 나사산 인서트 또는 탄소 섬유 조각을 삽입하기 위해 전략적 레이어에서 프린팅을 잠시 멈춘 후, 프린팅을 계속하여 영구적으로 매립하세요. 또는 프린팅 후 보강재를 추가할 수 있도록 모델에 채널을 설계할 수도 있습니다. 개별 부품을 접합할 때는 활성제가 첨가된 시아노아크릴레이트 또는 2액형 에폭시와 같은 특수 접착제를 사용하면 원래 재료보다 더 강한 접착력을 얻을 수 있습니다.

6단계: 인쇄물 테스트, 학습 및 개선

진정으로 견고한 3D 프린트를 제작하는 것은 반복적인 과정입니다. 부품을 테스트하고 데이터 기반 개선을 통해 시간이 지남에 따라 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

간단한 강도 테스트 수행

인쇄 강도를 테스트하는 데 고가의 장비는 필요하지 않습니다. 굽힘, 비틀림, 높이를 높이는 등의 제어된 응력 테스트를 통해 파손 지점을 찾아보세요. 더 정밀하게 제작하려면 파손될 때까지 점점 더 강한 힘을 가하는 간단한 테스트 고정 장치를 만드세요. 각 부품의 파손 지점과 방식(층 분리, 충전재 붕괴, 주변 균열 등)을 기록하세요. 기능 부품의 경우, 실제 사용 조건을 시뮬레이션하되 강도를 높여 잠재적인 파손 지점을 파악하세요.

목표 지향적인 개선을 이루세요

모든 것을 한꺼번에 변경하기보다는 테스트 결과를 활용하여 구체적인 조정을 하십시오. 층층선에서 부품이 파손되는 경우, 온도나 유량을 조정하여 층 접착력에 집중하십시오. 충전재 파손의 경우, 다른 패턴을 적용하거나 중요 영역의 밀도를 높이십시오. 경계에 균열이 발생하는 경우, 벽을 추가하거나 방향을 변경하면 문제가 해결될 수 있습니다. 각 변경 사항과 강도에 미치는 영향을 추적하는 테스트 기록을 작성하여 어떤 변경 사항이 가장 큰 개선 효과를 제공하는지 파악하십시오.

나만의 모범 사례 개발

테스트하고 반복하면서 프린터와 일반적인 응용 분야에 가장 적합한 설정, 디자인 및 기술 조합을 발견하게 될 것입니다. 다양한 강도 요구 사항에 맞는 검증된 구성의 참조 가이드를 구축하세요. 가장 성공적인 3D 프린트 설계자는 각 프린트를 지속적인 학습 과정의 일부로 여기며, 각 반복은 이전보다 약간 더 강력해집니다.이러한 지속적인 개선 접근 방식을 통해 결국 까다로운 응용 분야에서도 안정적으로 수행되는 인쇄물이 탄생하게 됩니다.

3D 프린트를 올바르게 강화하세요!

더 강력한 3D 프린트를 만드는 것은 생각보다 간단합니다. 선택하세요 올바른 재료 프로젝트에는 둥근 모서리와 보강재를 사용하여 강도를 고려하여 설계하고, 특히 벽 두께와 충전재를 고려하여 프린터 설정을 최적화하세요. 안정적인 환경에서 출력하고, 필요에 따라 후처리 작업을 적용하고, 각 출력물을 테스트하고 개선 사항을 적용하여 학습하세요. 다음 출력물에는 이 가이드의 기법 중 하나를 적용하여 강도 차이를 직접 확인해 보세요.