PP는 흔합니다. 밀폐 용기, 자동차 내장재, 의료 용기, 포장재까지 우리가 매일 만지는 플라스틱 상당수가 PP입니다. 사출 양산에서 가장 많이 쓰는 소재 중 하나입니다.
그런데 3D프린팅에서는 오래 빠져 있었습니다. 수축이 심해서 휘기 때문입니다.
지금은 사정이 달라졌습니다.
왜 PP가 어려웠나
PP는 굳으면서 결정 구조를 만듭니다. 이 과정에서 부피가 줄어듭니다.
3D프린팅은 층을 하나씩 쌓습니다. 아래층이 이미 식은 상태에서 위층이 굳으면서 줄어들면 부품이 위로 말립니다. 크기가 클수록 심해집니다.
FDM으로 PP를 뽑으면 바닥이 들뜨거나 층이 갈라지는 것이 이 때문입니다.
왜 휘는지는 3D프린팅 수축과 변형에 정리했습니다.
방법이 셋입니다
1. 분말 방식 (SAF·SLS)
가장 안정적입니다. 조형통 전체를 예열된 분말로 채우고 그 안에서 굳히므로, 부품 전체가 같은 온도에 있습니다. 한쪽만 식어서 말리는 일이 없습니다.
스트라타시스 H350에 쓰는 SAF PP가 여기 해당합니다. 실제 PP 분말이라 물성이 사출 PP에 가깝습니다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 방식 | SAF (분말 소결) |
| 표면 | 균일하고 매끈한 편 |
| 기밀·수밀 | 공기와 물이 새지 않는 수준 |
| 생산성 | 한 번에 수백 개, 36시간 이내 |
| 접합 | 다른 PP 부품과 용접 가능 |
한 번에 수백 개가 나온다는 점이 중요합니다. 서포트가 없어 조형통을 3차원으로 채우기 때문입니다. 소량 양산에 그대로 씁니다.
배치 설계는 분말 방식 설계 3가지에 정리했습니다.
2. FDM PP 필라멘트
PP 필라멘트가 있습니다. 다만 조건이 까다롭습니다.
- 챔버가 있는 장비가 사실상 필요합니다
- 바닥 접착이 어렵습니다. PP 전용 시트를 씁니다
- 큰 부품일수록 실패율이 올라갑니다
작은 부품 한두 개를 빠르게 확인하는 용도로는 됩니다. 수량이 늘거나 크기가 커지면 분말 방식으로 넘어가는 편이 낫습니다.
챔버가 왜 필요한지는 얼티메이커 FDM 장비, 어느 모델을 고를지 정하는 기준에 정리했습니다.
3. PP처럼 보이는 소재
진짜 PP는 아니지만 비슷하게 거동하는 소재가 있습니다.
| 소재 | 방식 | 어디까지 되나 |
|---|---|---|
| PP-Like 레진 | SLA | 외관과 감촉이 비슷합니다 |
| 우레탄 수지 | 진공주형 | 소량 복제에 씁니다 |
| PA12 | SLS | 물성이 더 단단합니다 |
형상과 조립만 확인할 단계라면 이 소재로 충분합니다. 싸고 빠릅니다.
다만 내화학성 시험이나 리빙 힌지 시험은 진짜 PP가 아니면 의미가 없습니다.
PP를 굳이 써야 하는 경우
다른 소재로 대체할 수 없는 상황이 4가지 있습니다.
리빙 힌지가 있을 때
뚜껑이 얇은 부분으로 연결되어 접혔다 펴지는 구조입니다. 샴푸 통 뚜껑이 대표적입니다.
이 구조는 PP가 거의 유일하게 잘 견딥니다. 수만 번 접어도 안 부러집니다. 다른 플라스틱으로 만들면 몇 번 만에 갈라집니다.
시제품에서 힌지 내구성을 시험하려면 진짜 PP여야 합니다.
스냅핏이나 래치 구조는 스냅핏·래치를 3D프린팅할 때 어떤 소재가 좋을까에서 따로 다뤘습니다.
약품에 닿을 때
PP는 산·염기·용제에 강합니다. 실험 기구나 화학 용기를 PP로 만드는 이유입니다.
내화학성을 시험해야 하면 PP-Like 소재로는 결과가 다릅니다. 실제 PP로 만들어 담가봐야 합니다.
물이나 공기가 새면 안 될 때
SAF PP는 기밀·수밀이 나옵니다. 유체가 지나는 부품이나 밀폐 용기에 씁니다.
일반 FDM 부품은 층 사이로 미세하게 샙니다. 분말 방식 PP는 이것이 해결됩니다.
방수 부품 소재 선택은 방수 하우징을 3D프린팅할 때 어떤 소재가 좋을까에 정리했습니다.
다른 PP 부품과 붙여야 할 때
PP는 접착제가 잘 안 붙는 소재입니다. 대신 열로 녹여 용접합니다.
출력한 PP 부품을 기존 PP 부품에 용접해 붙일 수 있습니다. 기존 제품에 부품을 덧붙이거나 수리하는 경우에 씁니다.
PP가 안 맞는 경우
| 조건 | 더 맞는 소재 |
|---|---|
| 정밀도가 ±0.1mm 이내여야 한다 | SLA 레진 |
| 표면이 매끈해야 한다 | SLA 레진 |
| 강성이 높아야 한다 | PA12·CF 복합 |
| 100°C 넘는 열을 받는다 | PEEK·ULTEM |
| 도색을 해야 한다 | ABS·레진 |
PP는 표면 에너지가 낮아 도색과 접착이 어렵습니다. 외관 도장이 필요한 부품이면 다른 소재를 보시는 편이 낫습니다.
고온 소재는 ULTEM·PEEK 사례에 있습니다.
양산 PP와 얼마나 같은가
시제품을 PP로 만드는 이유는 대개 양산이 PP이기 때문입니다. 그러면 얼마나 같은지가 중요합니다.
| 항목 | 3D프린팅 PP | 사출 PP |
|---|---|---|
| 소재 | 실제 PP | 실제 PP |
| 밀도 | 약간 낮습니다 | 기준값 |
| 표면 | 미세한 질감 | 매끈함 |
| 내화학성 | 비슷합니다 | 기준값 |
| 리빙 힌지 | 방향에 따라 다릅니다 | 안정적 |
리빙 힌지는 출력 방향을 신경 쓰셔야 합니다. 층 방향과 접히는 방향이 어긋나면 거기서 벌어집니다. 층 방향과 강도의 관계는 출력 방향이 강도를 바꾼다에 정리했습니다.
인증이 필요한 부품이면 소재 등급도 확인하셔야 합니다. 식품 접촉 기준은 식품·의료 접촉 부품 소재 비교에 있습니다.
어떻게 시작하나
- PP가 꼭 필요한지 먼저 정합니다. 형상 확인만이면 다른 소재가 쌉니다.
- 무엇을 시험할지 정합니다. 힌지·내화학·기밀 중 무엇인지에 따라 방법이 갈립니다.
- 수량을 셉니다. 수십 개가 넘으면 분말 방식이 유리합니다.
- 1개를 먼저 뽑아 확인합니다.
금형 없이 PP로 소량을 만드는 방법은 금형 없이 소량 생산하는 3가지 방법에서 다른 소재와 함께 비교했습니다.
