FDM방식의 모든 것!

3D프린터 다양한 방식들 중 필라멘트압출방식이 무엇인지 FDM방식의 모든 것에 대해 샅샅히 파헤쳐보도록 하겠습니다!!!

 

1. FDM방식이란..?

FDM은 Fused Deposition Modeling 의 약자로 3D프린팅의 가장 기본적인 방식이라고 할 수 있습니다.

가는 실처럼 가공한 필라멘트라는 열가소성 소재를 고온의 노즐에 녹여 얇은 필름 형태로 출력하며 한층 한층 적층해나가며 형상을 만드는 방법을 말하는데요, 뜨거운 노즐을 통해 녹아 압출된 소재는 상온에서 경화되어 형상을 만들게 됩니다.

 

2. FFF방식은 무엇인가.

FDM과 FFF는 뜨거운 노즐에 필라멘트라는 소재를 녹여 압출하여 형상을 만드는 방식으로 스트라타시스 사에서 FDM방식의 상표권을 가짐으로써 FFF방식을 개발한 렙랩에서 법적인 분쟁을 방지하기 위해서 Fused Filament Fabrication 열가소성 수지 압출 적층 방식이라는 용어를 사용하게 되었습니다.

즉 FDM과 FFF는 같은 방식이라는 것!!!

 

FFF의 작동방식은 글루건과 매우 비슷한데요, 이 방식의 재료인 필라멘트는 열을 가해서 녹여낸 소재를 실 형태로 가공해서 만든 것입니다.

공급 장치에 노즐로 전달된 필라멘트가 뜨거운 열에 녹아 압축되는데 이때 노즐이 움직이며 사출해 그려낸 레이어를 베드 위에 그리면서 아래에서 위로 쌓아 올려 입체모형을 만들어냅니다.

 

3. 장점

① 다른 방식의 3D프린터들에 비해 장치의 구조와 프로그램이 간단해 장비 가격이 저렴하고, 유지보수 비용이 낮다.

② 오픈소스 형태로 개발되었으며 2012년 특허가 만료되면서 3D프린팅 기술의 대중화를 주도하고 있으며 개인용으로 많이 사용한다.

③ 다양한 소재 적용이 가능하다.

④ 단순한 구조로 인해 대형화에 용이하고, 다양한 산업분야 적용이 가능하다.

⑤ 기기가 정밀하게 움직일수록 정밀한 표면 퀄리티를 나타낼 수 있다.

⑥ 플라스틱 재료를 사용해서 출력물의 수명이 길다.

⑦ 재활용 플라스틱도 사용 가능하다.

⑧ 큰 노즐로 재료를 한 번에 넓고 두껍게 적층할 수 있기 때문에 세밀한 디테일이 필요업는 크기가 큰 모델은 저렴하고 빠른 시간에 제작할 수 있다.

 

4. 단점

① 장비의 특성상 층층이 쌓인 모습이 보이는 경우가 많아 형상 표면 조도의 퀄리티가 높지않다.

② 세부 형상을 구현하는데 있어서 제한점이 많다.

③ 경화 시 소재가 흘러내리는 것을 방지하기 위해 지지대가 필요하다. 출력이 된 후에는 서포트제거 작업이 필요하다.

④ 제작 속도가 느린 편이다.

⑤ 열 수축현상이 발생한다.

 

5. 소재의 종류

제조업에서 시제품 제작 시 PLA와 ABS를 많이 사용하는데요, 이 소재 외에도 나일론, PVA, HIPS, PC, WOOD 등 다양한 소재를 사용합니다.

 

① PLA(Poly-Lactic Acid)

- 옥수수, 사탕수수 등을 원료로 하여 무해하고, 수축도 적으며 제품의 품질 또한 상당히 균일한데요, 이 장점들 때문에 이 소재를 많이 사용하지만 문제는 60℃ 이상에서는 형상 변형을 일으키고 소재 자체가 습기에 약하고, ABS보다 무거우며 잘 깨진다는 단점이 있습니다.

무엇보다 소재가 잘 긁히지 않는 것이 장점이라 단점이라 할 수 있는데 긁히지 않는 것은 장점이지만 사포질이 어려워 후가공이 어렵다는 것이 단점입니다.

 

② ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)

- 가공성이 높아 후가공이 필요하다면 ABS로 출력하는 것이 좋습니다.

다른 부분들은 PLA만큼 우수하지만 수축이 심하다는 단점이 있는데요, 그래서 출력 시 히팅베드를 사용합니다.

그리고 제품을 만드는 과정에 유해가스와 미세먼지들이 많이 배출되기 때문에 출력 시에는 반드시 환기를 시키며 작업을 해야 합니다.

 

③ PC(polycarbonate)

- 내충격 소재로 온도변화, 산성에 강하지만 연속적인 충격에 약합니다.

 

④ 나일론

- 내구성이 우수하고, 내식성 또한 우수하지만 단점이라면 수용성이라는 것입니다.

⑤ PVA(PolyVinyl Alcohol)

- 수용성이고, PLA와 함께 사용하면 좋습니다.

3D프린팅 시 서포터로 자주 쓰이는 소재로 이것으로 지지대를 만들고 출력물을 물에 담그면 녹으면서 서포터들이 없어지기 때문에 별도의 제거 작업이 필요없으며 습기에 약하다는 단점이 있습니다.

 

⑥ WOOD

- 나무와 수지를 혼합해서 만든 소재로 출력물 자체가 나무와 거의 동일한 질감을 나타냅니다. 단, 출력 시 0.7mm이상의 큰 노즐을 사용하는 것이 좋습니다.

 

⑦ HIPS(High Impact Polystylene)

- 서포터용 소재로 ABS와 함께 사용합니다.

리모넨 용액에 녹는 물질이며 습도에 민감하다는 단점이 있습니다.

 

⑧ TPU(Thermoplastic Polyurthane)

- 플렉서블로 불리는 소재로 고무와 비슷한 소재인데요, 신발을 만들어도 될 정도로 고무 같은 탄성이 있습니다.

다만 그 특성으로 보우덴식 3D프린터로는 출력물이 잘 안나온다는 단점이 있습니다.

 

지금까지 FDM이란 무엇인지, 특성과 장단점 그리고 활용할 수 있는 소재까지 모든 것에 대해 알아보았는데요, 소재 관련해서는 다음번에 더 상세하게 포스팅 할 수 있도록 하겠습니다.