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강성과 강도가 우수한 재료: 초보자 가이드

적용 분야

재료의 강도란 결함이 발생할 때까지 견딜 수 있는 최대 응력을 말합니다. 강성은 당기거나 구부렸을 때 발생하는 변형 정도를 말합니다. 강성이 높은 재료는 강도도 높은 경우가 많습니다. Ultimaker 포트폴리오에서는 PLA, Tough PLA, PC 같은 재료들이 여기에 해당합니다.

강성과 강도가 중요한 이유

강성은 매우 중요한 재료 속성입니다. 재료의 강성을 알고 있다면 TPU, PP 같이 매우 유연한 재료와 PLA, PC 같이 강성이 높은 재료 중에서 선택할 수 있습니다. 한편 강도는 응용 환경에 따라 어떤 재료가 하중을 충분히 견딜 수 있는지 알아야 할 때 중요한 역할을 합니다.

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강성과 강도가 우수한 3D 프린팅 재료를 사용해 조립 라인에서 필요한 도구, 지그, 고정구 등을 제작하는 Ford

강성과 강도가 우수한 재료의 일반 용도

강성과 강도가 우수한 재료 중에서도 특히 복합재들은 지그와 고정구를 제작하는 데 사용되며, 이렇게 제작된 지그와 고정구는 알루미늄이나 그 밖에 "약한" 금속 같은 재료를 가지고 CNC를 통해 만들어진 것을 대체할 수 있습니다.

그 밖에 알아야 할 것

강도의 측정 단위는 MPa입니다. MPa는 메가파스칼을 줄인 것으로 100만 파스칼(Pa)에 해당합니다. 파스칼은 내부 압력을 정량화할 때 사용되는 표준 단위로서 제곱미터당 1뉴턴의 힘이 작용하는 것을 말합니다.

강성의 측정 단위는 GPa입니다. GPa는 기가파스칼을 줄인 것으로 10억 파스칼(Pa)에 해당합니다.

방향이 중요합니다. 부품은 방향이 중요합니다. 복잡재의 섬유 강화는 XY 평면으로만 작용하기 때문입니다. 하지만 Z 방향으로는 섬유가 아닌 폴리머에서만 강도가 작용합니다. Ultimaker Cura에 추가되는 Teton Smart Slicer 플러그인은 부품 방향을 정확하게 결정하는 데 효과적인 방법입니다. 이 플러그인은 Ultimaker 엔터프라이즈 소프트웨어에서 사용할 수 있습니다.

Ultimaker에서 소프트웨어 부문 수석 부사장을 맡고 있는 Paul Heijmans는 "Tetron Smart Slice는 독점적으로 제공되는 마켓플레이스 플러그인으로 엔지니어링 수준에 버금가는 부품 시뮬레이션 기능을 Ultimaker Cura에 구현합니다. 이 플러그인은 개방적인 플러그인 플랫폼의 통합 옵션을 사용하기 때문에 부품이 변함없이 엔지니어링 기준을 충족할 뿐만 아니라 필요한 재료도 줄어들어 소중한 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 Teton의 협력과 혁신적인 솔루션 통합으로 어떻게 하면 전문 고객들을 위해 계속해서 가치를 창출할 수 있는지 잘 보여주는 본보기이기도 합니다."라고 설명했습니다.

강성과 강도가 우수한 재료를 공급하는 파트너

DSM

DSM Novamid 1030 CF 10은 비강화 플라스틱과 동일한 속도로 사출 성형 품질에 버금가는 특성을 사용해 부품을 프린트할 수 있습니다.

DSM Additive Manufacturing에서 스포츠 라이프스타일 부문 응용 분야 개발 스페셜리스트인 Danielle Glasbergen-Benning은 "Novamid ID1030-CF10은 탄소 섬유로 강화되었지만 마치 비충전 폴리아미드처럼 프린트가 가능합니다. 또한 탄소 섬유가 추가되어 응용할 수 있는 분야가 매우 넓습니다. 엔지니어가 강도를 고려하여 내충격성이 우수한 부품을 설계할 수도 있습니다. 그 밖에 응용 환경에서 구조적 부품을 사용하거나, 자동차 산업의 고온 환경에서, 전자 제품에서 교정기 및 보철에 이르기까지, 그리고 제조업 같은 분야에서 적층 제조를 생산 현장에 도입할 때도 적합한 재료입니다."라고 강조했습니다.

LEHVOSS Group

LUVOCOM® 3F PET CF 9780 BK는 업계에서 가장 손쉽게 프린트할 수 있는 탄소 섬유 충전 PET 재료로서 높은 Z-레이어 강도와 우수한 기계적 특성을 자랑합니다.

LUVOCOM 3F PAHT® CF 9891 BK는 고온에서도 잘 견디는 폴리아미드계 탄소 섬유 강화 재료입니다. 따라서 강도와 강성이 높을 뿐만 아니라 수분 흡수를 최소화합니다.

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LUVOCOM 3F PAHT®CF 9891 BK로 프린트된 맞춤형 다목적 지그입니다. 생산 현장이나 조립 라인에서 설치하거나 처리할 때 부품 위치를 고정하는 역할을 합니다.

LEHVOSS Group에서 맞춤형 폴리머 재료 사업부 3D 프린팅 재료 및 마케팅 이사를 맡고 있는 Thomas Collet는 "LUVOCOM® 3F PET CF 9780 BK와 LUVOCOM 3F PAHT® CF 9891 BK는 FFF 맞춤형 재료로서 기술적 폴리머에 기반을 두고 있습니다. 특별히 프린트가 손쉬울 뿐만 아니라 XYZ 방향으로 우수한 기계적 속성을 자랑합니다. 두 재료 모두 15%의 탄소 섬유로 강화되어 강도와 강성이 높으며, PHAT는 150°C까지, 그리고 PET는 125°C까지 고온에서도 잘 견뎌 내열성이 좋습니다. 따라서 까다로운 응용 환경에서도 최종 사용 부품의 요건을 충족할 수 있도록 설계되었습니다."라고 설명했습니다.

BASF

BASF Ultrafuse 316L은 혁신적인 금속 폴리머 합성 필라멘트로서 스테인리스강 316L 소재의 금속 부품을 생산하는 데 적합합니다.

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BASF Ultrafuse 316 L로 프린트된 부품

BASF에서 적층 압출 솔루션 영업 부문 책임자를 맡고 있는 Roger Sijlbing은 "FFF 기술을 사용해 부품을 프린트할 경우 기존 재료가 아닌 다른 재료는 사용할 수 없습니다. 하지만 광범위한 엔지니어링 플라스틱을 가공하면 상상도 못한 설계까지 작성이 가능합니다. 예를 들어 Ultrafuse 316L은 산업 현장에서 사용되는 후처리를 적용해 스테인레스 스틸 부품을 실현함으로써 부품의 강성과 강도를 한 차원 높일 수 있습니다.”라고 밝혔습니다.

Jabil

Jabil PA 4035 CF는 탄소 섬유가 충전된 PA12 코폴리머로서 현재 시장에 출시된 유사 제품과 비교하여 우수한 강성, 강도 및 인성을 자랑합니다. 탄소 섬유 함량이 높기 때문에 인장 강도와 탄성 계수가 탁월할 뿐만 아니라 PA12 계열로 비교적 높은 연성과 취급 용이성을 제공합니다.

Jabil Engineered Materials에서 제품 관리 이사를 맡고 있는 Matt Torosian은 "Jabil Engineered Materials는 속성을 크게 개선하여 혁신적인 재료를 공급함으로써 적층 제조 응용 분야를 확장하는 데 주력하고 있습니다. PA 4035는 탄소를 강화한 코폴리머 재료이기 때문에 강성, 강도, 인성이 매우 뛰어난 동시에 프린트 용이성도 변함이 없습니다."라고 밝혔습니다.

Ensinger

Ensinger TECAFIL PA 6 GF 30은 유리 섬유가 30% 강화된 폴리아미드 재료로서 비강화 폴리아미드 6와 비교했을 때 강도, 강성, 크리프 강도, 치수 안정성이 모두 우수합니다.

Ensinger GmbH에서 IIndustrial Profiles & Tubes 부문 영업 및 프로젝트 관리를 맡고 있는 Dilara Yüce는 "TECAFIL PA 6 GF 30 필라멘트는 유리 섬유가 30% 함유되어 높은 강도와 강성을 제공합니다. 또한 섬유 함유량이 높기 때문에 응용 환경에서 수축과 뒤틀림을 줄일 수 있습니다."라고 말했습니다.

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