3D 프린팅은 비용 절감, 편의성 증대, 환경 영향 최소화 등 기존 제조 방식에 비해 특정 이점을 제공할 수 있지만, 반드시 손쉬운 프로세스를 보장하는 것은 아닙니다. 집에서 편안하게 시제품을 제작하고 소량 생산을 혁신할 수 있는 잠재력에도 불구하고 이 기술은 여전히 극복해야 할 몇 가지 과제를 안고 있습니다.
부적절한 벨트 장력, 부적절한 노즐 조임부터 슬라이싱 소프트웨어 내 수많은 설정 오류에 이르기까지 여러 가지 요인으로 인해 3D 프린팅 프로젝트에 재앙적인 결과를 초래할 수 있습니다. 하지만 3D 프린트 실패의 주요 원인을 열거하고 이러한 문제를 방지하는 방법에 대한 실용적인 조언을 제공하므로 걱정할 필요가 없습니다.
스트링
완전히 무너지는 것은 아니지만, 화장품 3D 프린트의 열린 영역을 가로지르는 불필요한 플라스틱 가닥은 의도한 모양을 손상시킬 수 있습니다. 또한 이러한 과도한 끈은 움직일 수 있는 부품이 있는 기능성 모델에서 장애물을 유발하여 잠재적인 합병증을 악화시킬 수 있습니다.
스트링킹의 원인은 무엇인가요?
3D 프린터가 녹은 필라멘트가 3D 모델의 복잡한 부분을 가로질러 이동할 때 노즐을 통해 압출되는 것을 방지하지 못하면 보기 좋지 않은 결함이 발생할 수 있습니다. 이 문제의 발생은 액화된 필라멘트의 일관성, 노즐에 가해지는 힘 등 다양한 요소의 영향을 받습니다.
간단히 말해, 프린터가 고온에서 작동하면 필라멘트가 노즐을 통해 부적절하게 압출되어 스트링이 발생할 가능성이 높아집니다. 반대로 노즐 압력이 적절하게 해제되지 않으면 녹은 플라스틱이 너무 빨리 배출되어 접착력과 관련된 유사한 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 필라멘트 내에 수분이 존재하면 끈적거리거나 부서지기 쉬워져 베이스 레이어와 강력한 결합을 형성하는 능력이 더욱 저하되어 이러한 문제가 악화될 수 있습니다.
안타깝게도 PETG를 비롯한 일부 소재는 이러한 특정 3D 프린팅 결함에 내재된 취약성을 지니고 있습니다.
끈적임 현상 수정 방법: 더 낮은 온도 사용
노즐 온도를 높이면 특히 온도가 너무 높을 경우 압출기에서 필라멘트가 흘러나오는 바람직하지 않은 현상이 발생할 수 있습니다. 이 문제를 방지하고 최적의 프린팅 성능을 보장하려면 노즐 온도를 적절한 필라멘트 점도를 제공하는 수준으로 설정하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 3D 프린터의 압출 시스템이 용융된 필라멘트의 흐름을 더 잘 제어할 수 있습니다.다행히도 원하는 결과를 얻기 위해 노즐 온도를 조정하는 것은 비교적 간단합니다.
PrusaSlicer 및 SuperSlicer와 같은 프린터는 소프트웨어에 온도 타워 테스트 기능을 통합하고 있습니다. 이러한 기능을 보정 마법사를 통해 활용하여 선택한 필라멘트 유형에 따라 노즐 온도를 조정할 수 있습니다. 온도 타워를 사용하면 다양한 노즐 온도 설정으로 디자인의 여러 부분을 프린트할 수 있어 프로세스 중에 유연성을 제공합니다.
테스트 프린트에서 온도 설정을 조정하여 레이어 간 접착 강도를 최적화하고 스트링을 최소화할 수 있습니다. 다양한 온도 구성을 평가함으로써 과도한 스트링을 유발하지 않으면서도 충분한 접착력을 제공하는 이상적인 수준을 파악할 수 있습니다.
수축 설정 조정 방법
높은 노즐 온도 문제를 해결하기 위해 이제 노즐 압력 문제를 완화하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 노즐의 작은 구멍을 통해 녹은 필라멘트를 압출하려면 상당한 힘이 필요합니다. 이 압력을 즉시 낮추지 않으면 필라멘트가 지속적으로 배출되어 보기 흉한 스트링이 발생할 수 있습니다.
슬라이싱 소프트웨어의 후퇴 거리 기능은 인쇄 프로세스 중 과도한 노즐 압력을 완화하기 위해 특별히 설계되었습니다. 후퇴 거리 설정은 필라멘트를 반대 방향으로 후퇴시킴으로써 이러한 압력을 효과적으로 완화합니다. 밀리미터 단위로 측정되는 리트랙션 거리는 다이렉트 드라이브 압출기의 경우 0.4mm에서 1.2mm까지이며, 보덴 압출기의 경우 2mm에서 7mm 범위의 값이 필요할 수 있습니다. 압출기의 차이점에 대한 자세한 설명은 다이렉트 드라이브 및 보우덴 압출기에 대한 포괄적인 설명을 읽어보시기 바랍니다.
필라멘트 소재의 강성/탄성에 따라 값도 달라집니다. 리트랙션에 최적화된 보정 모델을 프린트하는 것이 3D 프린터에 적합한 설정을 결정하는 유일한 실행 가능한 방법입니다. 온도 타워와 마찬가지로 대부분의 괜찮은 슬라이서에는 리트랙션 타워가 내장되어 있습니다. 그렇지 않은 경우 인쇄물 에서 리트랙션 타워를 다운로드하여 자신에게 가장 적합한 리트랙션 거리 설정을 찾을 수 있습니다.
후퇴 속도는 3D 프린팅에서 스트링에 영향을 미치는 또 다른 요소로, 일반적으로 대부분의 소재에 대해 25mm/s에서 60mm/s 범위입니다. 그러나 이 속도는 직접 압출기 또는 보우덴 압출기를 사용하는지 여부와 소재 자체의 특성에 따라 달라질 수 있습니다. 수축 속도가 너무 느리면 스트링 문제가 악화될 수 있고, 너무 빠르면 압출기 기어에 의해 필라멘트가 손상되거나 파손될 수도 있습니다.후퇴 거리와 마찬가지로, 특정 설정에서 스트링을 최소화하기 위한 최적의 설정을 결정하기 위해 보정 프린트를 수행하는 것이 권장됩니다.
노즐 막힘
노즐 막힘은 3D 프린팅에서 필라멘트가 노즐을 통과하지 못해 불완전하거나 실패한 프린트로 이어지는 심각한 문제일 수 있습니다. 이 문제는 항상 완전한 프린트 실패를 초래한다는 점에서 스트링킹과 다릅니다. 막힘의 근본 원인을 파악하고 효과적인 해결책을 찾는 것은 수많은 변수가 관련되어 있기 때문에 복잡합니다.
노즐 막힘의 원인과 예방 방법
압출기, 노즐 또는 발열체와 관련된 기계적 문제와 필라멘트 재료의 선택 및 관리와 관련된 문제도 있습니다. 이제 이 문제의 원인이 되는 몇 가지 일반적인 요인을 살펴보겠습니다.
필라멘트의 품질은 3D 프린터의 성능에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. 저가 필라멘트에는 종종 먼지나 이물질과 같은 불순물이 포함되어 있어 시간이 지남에 따라 노즐이 막힐 수 있습니다. 경우에 따라 이러한 필라멘트에는 부적절한 제조 관행으로 인해 금속 입자가 포함될 수도 있습니다. 일반적으로 0.4밀리미터로 측정되는 노즐 입구의 크기는 막히기 쉽습니다. 이 문제를 방지하려면 신뢰할 수 있는 브랜드의 고품질 필라멘트를 사용하는 것이 좋습니다. 그럼에도 불구하고 사전 예방적 노즐 유지보수를 위한 포괄적인 콜드 풀 가이드를 따르면 저렴한 필라멘트 사용으로 인한 잠재적 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
탄소 섬유와 유리 섬유가 모두 포함된 엔지니어링 기반 3D 프린팅 재료를 사용할 때는 이러한 복합 재료가 너무 커서 많은 표준 3D 프린터에서 일반적으로 사용되는 일반적인 0.4mm 노즐을 통과하지 못할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 재료가 스톡 노즐의 작은 구멍을 막아 막힐 가능성을 방지하려면 대신 더 큰 0.6mm 노즐을 사용하는 것이 좋습니다. 이 제안은 목재, 야광 특성 또는 금속 성분이 주입된 필라멘트와 같은 기타 특수 필라멘트의 경우에도 마찬가지로 일반 3D 프린팅 필라멘트보다 크기가 더 크므로 적용됩니다.
이미지 크레디트: Nachiket Mhatre
지나치게 두꺼운 레이어로 프린팅하면 노즐 내부에 재료가 쌓여 노즐이 막힐 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하려면 레이어 높이가 노즐 직경의 75%를 넘지 않도록 하는 것이 좋습니다. 즉, 0.4mm 노즐로 프린트할 때는 0.3mm 레이어 높이를 사용하는 것이 안전한 것으로 간주됩니다.
레이어 두께를 늘리려면 필라멘트 유량이 매우 증가해야 하며, 이는 노즐 온도를 높여야만 달성할 수 있습니다. 가열이 충분하지 않으면 압출기가 노즐을 통해 냉각된 필라멘트를 배출할 수 없게 됩니다.
3D 프린팅 중 온도가 지나치게 높으면 열 차단기의 가열된 쪽에서 차가운 쪽으로 열 에너지가 전달되는 “열 크리프” 현상이 발생하여 의도하지 않은 부위의 필라멘트가 녹아 노즐이 막힐 수 있습니다.
밀폐형 프린터에서 PLA로 3D 프린팅하는 동안 열 관련 문제를 방지하려면 프린트 프로세스를 시작하기 전에 핫엔드 팬의 기능을 확인하는 것이 좋습니다. 또한 티타늄 또는 더 얇은 강철 방열판을 활용하면 열 이동을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 조치로도 충분하지 않은 경우 프린터 도어를 열린 상태로 유지하면 다소 완화될 수 있습니다. 또는 다른 방법으로 문제를 해결하지 못하면 더 강력한 핫엔드 팬으로 업그레이드해야 할 수도 있습니다.
압출기 메커니즘 내 성능 저하는 노후 3D 프린터의 노즐 막힘을 유발하는 일반적인 요인입니다. 압출기 모터와 기어 어셈블리는 노즐을 통해 필라멘트를 추진하기 위해 상당한 수준의 토크와 장력을 발휘해야 하며, 특히 융점이 높은 열가소성 플라스틱을 사용하는 고속 프린팅 작업 시 노후화된 압출기 스테퍼 모터에서 발생하는 토크의 감소 또는 압출기 기어의 마모는 압출 공정에 부정적인 영향을 미칩니다. 시간이 지남에 따라 두 구성 요소의 점진적인 성능 저하로 인해 압출력이 충분하지 않아 결국 노즐이 막힐 수 있습니다.
다행히 3D 프린터 노즐에 막힘이 발생한 경우, 막힘 해소를 위한 종합 가이드를 통해 쉽게 도움을 받을 수 있습니다.
뒤틀림
뒤틀림은 프린팅 과정에서 3D 프린팅된 물체의 모서리나 가장자리가 빌드 플랫폼에서 분리되는 현상을 말합니다. 이 문제는 처음에는 미적 결함으로 보일 수 있지만, 그 의미는 단순한 화장품을 넘어서는 것입니다. 실제로 심각한 뒤틀림은 기능 부품의 치수 무결성을 손상시켜 비효율적으로 만들 수 있습니다. 또한 뒤틀림이 심할 경우 프린트와 빌드 플레이트가 완전히 분리되어 공작물에 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있습니다.
이미지 출처: CNC Kitchen/ YouTube
뒤틀림의 원인은 무엇인가요?
3D 물체가 뒤틀리는 복잡한 과정을 이해하려면 ABS 플라스틱 프린터로 만든 미세한 크기의 구조물을 상상해 보십시오.처음에는 최적의 접착을 위해 주변 공기가 100°C로 유지되는 동안 260°C의 가열된 베드에 여러 레이어가 증착됩니다. 이후 인쇄 공정이 진행됨에 따라 아래쪽 레이어의 열이 초기 값의 1/3로 감소하고 그에 따라 윗부분이 냉각됩니다.
재료의 윗부분이 온도가 낮아지고 수축하면서 동시에 더 차가운 주변 공기와 접촉하게 되면 발열체에 가까운 아랫부분은 더 많은 열 에너지를 흡수하여 팽창하게 됩니다. 이로 인해 열팽창이 고르지 않게 분포되어 가장 위쪽 층이 중앙을 향해 위로 말려 올라가고 그 아래쪽의 더 뜨거운 바닥 부분이 모서리에서 밑면과 분리되는 현상이 발생합니다.
베드 접착을 통한 뒤틀림 감소는 3D 프린트 내의 가열된 레이어와 냉각된 레이어 사이에 존재하는 열 구배의 결과입니다. 이 현상은 특히 나일론 및 ABS와 같이 프린팅 온도가 높은 열가소성 플라스틱에서 두드러지게 나타나며, 열에 대한 민감도가 높아 치수 변화가 더 큽니다.
뒤틀림을 방지하는 방법
3D 프린팅에서 뒤틀림을 줄이는 효과적인 방법 중 하나는 빌드 플랫폼과 주변 공기 사이의 온도 차이를 줄이는 것입니다. 다행히도 밀폐된 프린트 챔버가 있기 때문에 ABS 프린트의 경우 이 목표를 달성하는 것이 비교적 간단합니다. 베드에서 발생하는 열을 가두어 보론 0 시리즈와 같은 소형 프린터의 경우 챔버 내 온도를 70°C까지 올릴 수 있습니다.
또한 이 기술은 나일론 및 폴리카보네이트와 같은 고급 소재에도 적용할 수 있습니다. 그러나 장기적인 성능을 보장하려면 프린터의 전자 부품을 빌드 챔버 밖으로 재배치하는 것이 좋습니다. 하지만 밀폐된 구조를 사용하더라도 대형 장치 내에서 3D 프린팅을 할 때 특정 크기 또는 높이의 3D 프린팅 물체는 왜곡이 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 이 문제를 완화하기 위해 발열체 등을 사용하여 프린트 영역의 온도를 약 60°C까지 높여야 합니다.
극도로 높은 챔버 온도는 이러한 조건에서 부드러워지는 경향이 있으므로 PLA 및 PETG와 같은 소재에 최적이 아닐 수 있다는 점을 인식하는 것이 중요합니다. 이러한 재료를 프린트할 때는 프린트 베드를 유리 전이 범위(45°C~60°C) 내의 온도로 가열하여 접착력을 높일 수 있는 오픈 프레임 3D 프린터를 사용하는 것이 좋습니다. 하지만 노즐 온도를 낮추면 최종 제품의 강도가 떨어질 수 있습니다.
3D 프린팅된 물체의 표면에 테두리 및 탭과 같은 추가 요소를 통합하면 프린트와 베이스 레이어 간의 접착력이 향상되는 경우가 많습니다. 이는 냉각 과정에서 소재의 수축으로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 왜곡을 방지하기 때문입니다. 이 효과를 더욱 향상시키려면 최적의 결과를 위해 적합한 3D 프린팅 표면과 적절한 사용 시나리오에 대한 통찰력 있는 정보를 제공하는 종합 가이드를 참조하는 것이 좋습니다.
층 분리 또는 약한 프린트
3차원(3D) 프린팅 프로세스 내에서 여러 층이 분리되면 인접한 층 간의 접착력이 충분하지 않아 프린트된 물체의 연속성이 중단되는 층 분리 또는 박리 현상이 발생할 수 있습니다. 기본적으로 3D 프린터는 가열된 열가소성 수지가 냉각되면 굳어지고 컴퓨터 제어하에 노즐을 통해 압출되어 연속적인 층을 형성하여 물체를 만드는 원리로 작동합니다. 이 방법의 효과는 플라스틱 재료가 처리되는 온도가 높아서 용융된 재료가 융합되는 동안 층 사이에 강한 결합을 형성할 수 있다는 것입니다.
마찬가지로, 프린팅 목적으로 노즐 온도를 낮추면 왜곡을 최소화하면서 심미적으로 만족스러운 결과물을 얻을 수 있습니다. 그러나 이 접근 방식은 불충분한 열 적용으로 인해 층간 접착 강도와 관련된 문제가 있습니다. 결과적으로 이러한 인쇄물은 구조적 무결성이 저하되고 레이어 경계를 따라 파손되기 쉽습니다.
이미지 출처: Callum coles/ YouTube
레이어 접착력을 개선하고 약한 프린트를 방지하는 방법
레이어 라인을 제외한 모든 방향에서 3D 프린팅된 물체의 기계적 특성은 사용된 필라멘트 유형에 따라 달라집니다. 최적의 결과를 얻으려면 다양한 재료가 프린트 결과에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하는 것이 중요합니다. 레이어 라인은 3D 프린팅의 잠재적인 약점으로 널리 알려져 있지만, 접착력을 높이고 실패를 최소화할 수 있는 방법이 있습니다.
허용 가능한 온도에서 프린트할 때는 온도 타워 테스트 프린트를 사용하여 노즐 온도를 보정하는 것이 중요합니다. 이러한 테스트 프린트는 레이어 접착 강도를 평가하기 위해 여러 온도 섹션에 걸쳐 3D 모델을 프린팅합니다. 이렇게 하면 충분한 층간 강도를 유지하면서 최적의 프린트 품질을 얻을 수 있습니다.
냉각 팬을 지나치게 높은 설정으로 작동하면 레이어 간 결합이 불충분해져 ABS, 나일론, 폴리카보네이트와 같은 열가소성 플라스틱의 인쇄 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 팬 속도가 높을수록 지지 구조가 개선되어 시각적으로 더 매력적인 인쇄물을 만들 수 있지만 냉각 프로세스가 빨라져 레이어 간 응집력에 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.
필라멘트에 수분이 유입되면 가열된 노즐 내에서 증기가 발생하여 압출된 재료 내에 미세 기포와 공극이 생깁니다. 이러한 유해한 현상은 인쇄된 물체의 표면 마감을 크게 손상시키는 동시에 깨지기 쉬운 상태로 만들 수 있습니다. PLA 및 PETG와 같은 소재는 일반적으로 습기에 더 강하지만 나일론과 같은 흡습성 소재는 인쇄 공정을 시작하기 전에 필라멘트 건조기를 사용하여 세심하게 건조해야 합니다.
3D 프린팅 종말의 네 기수
3D 프린팅에서 성공적인 결과를 얻으려면 초기 레이어와 빌드 플랫폼 간의 적절한 접착력을 보장하는 것뿐만 아니라 일반적인 실패 원인을 피하기 위해 프린터 및 슬라이서 설정을 조정하는 것이 중요합니다. 이러한 조치를 구현하면 인쇄에 실패할 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.