3D프린터용 폴리프로필렌 필라멘트 테스트 사용기.

폴리프로필렌(Polypropylene, PP)은 폴리에틸렌, PVC, 폴리스타이렌과 함께 4대 범용수지 중 하나로서, 우리 실생활에서 굉장히 많이 쓰이는 합성수지 및 합성섬유입니다.

하지만, 수축이 큰 특성 때문에 이 폴리프로필렌을 3D프린터용 필라멘트로 만들기에는 어려움이 많았었는데요. 나노닥스(nanodaX)라는 일본 회사에서 글래스울(Glass wool)이라는 유리섬유를 폴리프로필렌과 함께 배합함으로써 폴리프로필렌의 수축율을 크게 낮추어, 휘는 상태를 방지하고 높은 치수안정성과 표면평활성을 가지는 3D프린터용 필라멘트 제품화에 성공했습니다. 

(출처 : http://www.nanodax.jp/3Dfilament.html)

이 폴리프로필렌 필라멘트(GWPP 필라멘트 : glass wool filled low CTE PP filament)의 특성은 다음과 같습니다. 

1. 플렉시블(flexible)한 조형물 출력이 가능

2. 대형, 소형 또는 박막에 관계 없이 출력 가능

3. 120℃까지 견디는 내열성능으로 다양한 후가공 가능

4. 물이나 습기에 강해 필라멘트와 출력물 보관이 편함

5. 조형물 표면이 ABS나 PLA 보다 평활성 뛰어남

6. 후가공이 쉽고 간단하여 비용과 시간 절감

7. 비중이 낮아 길고 무거운 조형도 가능

8. 힘을 가하면 깨지거나 부서지지 않고 조형 유지

(출처 : http://blog.naver.com/phiilho/220827574738)

여기까지가 이 3D프린터용 폴리프로필렌 필라멘트를 만든 나노닥스의 설명이었는데요. 어찌어찌하다보니 이 업체로부터 GWPP 필라멘트 샘플을 조금 얻을 수 있었습니다. 참고로 제가 받은 GWPP 필라멘트의 배합은 글래스울이 20% 함유된 제품이라고 하네요. 

이만큼이요ㅎ

이 GWPP 필라멘트를 실제로 출력해보면서 업체의 설명이 사실인지, 개인이 사용했을 때 얼마나 사용하기 편리한지 등에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 3D프린터용 폴리프로필렌 필라멘트 테스트! 지금부터 시작합니다. 아, 이 멘트 먼저 써야죠?

※본 포스팅은 업체에서 필라멘트 샘플을 제공받아 작성되었습니다. 그 외 제공받은 경제적인 대가 등은 없었으며, 업체의 영향력을 받지 않은 상태에서 제 의견만이 글에 반영되었음을 알려드립니다※

이 GWPP 필라멘트를 확대해본 모습입니다. ABS나 PLA 필라멘트들과는 다르게 광택이 적더군요. 이 GWPP 필라멘트와 ABS, PLA들의 특성을 비교하면 다음과 같습니다.

이 GWPP 필라멘트 테스트를 위해 사용한 3D 모델 파일은 다음과 같습니다. 

왼쪽 상단은 우리의 테스트용 마스코트 Marvin 캐릭터구요, 우측 상단은 25mm 크기의 정육면체 모델, 그리고 아래쪽은 60 X 20 X 3mm 막대기 모양의 3D 모델입니다. 하나하나씩 뽑아보겠습니다.

최초로 사용해보는 GWPP 필라멘트가 노즐에서 흘러나오고 있습니다ㅎ

참고로 업체에서 추천해준 3D프린터 세팅은 다음과 같습니다.

layer_height = 0.2mm wall_thickness = 0.5mm print_speed = 40mm/s print_temperature = 230도 print_bed_temperature = 0 filament_diameter = 1.75mm filament_flow = 110% nozzle_size = 0.5mm retraction_speed = 40.0mm/s retraction_amount = 4.5mm layer_width_factor = 85% overlap_dual = 0 travel_speed = 150.0 bottom_layer_speed = 20 fan_speed = 0 spiralize = True

하지만 저는 이와는 다르게 세팅했습니다. 그냥 일반적으로 사용하던 세팅에서 얼마나 잘 뽑히는지 알아보기 위해서요ㅎ 

먼저 막대기 모양의 3D 모델을 출력해보았습니다.사용한 3D프린터는 프린터봇 플러스(Printrbot Plus)구요, 출력 세팅은 다음과 같습니다.

layer height 0.1mm, shell thickness 1.2mm, bottom/top thickness 1.2mm, fill 15%, print speed 50mm/s, printing temperature 240도, bed temperature 50도, filament flow 100%, nozzle size 0.4mm, retraction speed 80mm/s, retraction distance 6mm, initial layer thickness 0.3mm, initial layer line width 100%, travel speed 70mm/s, bottom layer speed 30mm/s, 그리고 쿨링팬은 사용하지 않았습니다.

업체에서는 히팅베드를 사용하지 않아도 된다고 하였지만, 제 3D프린터가 놓인 공간이 좀 추운지라.. 그냥 50도 정도로만 맞췄습니다. 50도는 업체에서 허용한 온도입니다.

읭? 출력도중 베드에서 떨어졌습니다. 사실.. 업체에서는 다음과 같이 밝히고 있습니다.

Platform과의 밀착을 좋게 하기 위해 PE나 PP제품 포장 TAPE (OPP tape) 또는 PE TAPE을 platform 위에 확실하게 붙여주세요. (stage에 구멍이 있는 장비, 예를 들어 Zortrax를 사용하는 경우는 테이프는 필요없습니다) 또한, PP 이외의 TAPE, 예를 들면, Kapton tape 또는 Mending tape류, 혹은 헤어스프레이나 스틱풀은 효과가 없습니다. (후기의 “준비”를 참조 바랍니다)

저는 제가 사용하는 빌드텍의 위엄을 믿고 그냥 출력해보았지만.. 역시나 떨어져버리는군요. 

그래서 일단 집에 있는 테이프를 위와 같이 붙이고 출력해보았습니다. 저 테이프 뭐냐구요?

예전에 3D프린터로 만들었던 머리카락 제거기에 사용한 테이프입니다ㅎ 3M OPP 박스테이프였던 것으로 기억합니다.

다시 출력 시작!

하지만 중간에 중지했습니다. 위 사진에서 보시다시피 결과물의 수축이 발생하면서 위와 같이 테이프 자체가 베드에서 떨어져서 울더군요ㅠ

그래서 위와 같이 테이프를 촘촘히 붙였습니다.

막대기 모양의 3D 모델을 출력한 모습입니다. 출력완료까지 약 30분 정도 소요되었습니다.

이전보다는 덜하지만 여전히 테이프가 베드에서 약간 뜨면서 3D프린팅된 결과물이 약간 수축되었음을 알 수 있습니다.

약간 휘었네요. 

핫엔드 온도 설정값만 다르고(220도) 모든 세팅값이 동일한 상태에서 Colorfabb의 PLA/PHA 필라멘트를 사용하여 출력한 결과물입니다. GWPP 필라멘트에서 PLA/PHA 필라멘트보다 수축이 좀 더 일어났음을 알 수 있습니다.

참고로 이 현상을 방지하기 위한 업체의 매뉴얼 설명은 다음과 같습니다.

당제품의 CTE는 작게 컨트롤되어있지만 “0”는 아닙니다. (ABS>>PPGW>PLA) 따라서 형상/구조에 따라 차이가 나지만 넓고 얇은 평면을 조형하는 경우에는 변형이 발생합니다. 가능하면 INFILL을 넣든가 SHELL을 추가해서 발생을 억제해주세요.

이번에는 25mm 크기의 정육면체 3D 모델을 출력한 모습니다. 이전과 동일한 세팅값을 이용했구요, 출력완료까지 약 1시간 정도 소요되었습니다. 바닥이 역시나 좀 뜨긴 했지만, 베드에 접촉하는 면적이 작으면 작을수록 좀 덜 수축되는 것 같더군요. 

역시나 핫엔드 온도 설정값만 다르고(220도) 모든 세팅값이 동일한 상태에서 Colorfabb의 PLA/PHA 필라멘트를 사용하여 출력한 결과물과 비교한 사진입니다. PLA/PHA 필라멘트의 결과물은 매끈하고 광택이 나는 반면, GWPP 필라멘트는 똑같이 매끈하긴 하지만 무광택에 가깝습니다. 

다음 출력해볼 3D 모델은 우리의 친구 Marvin입니다. 출력세팅은 프린팅 속도를 40mm/s로 낮춘 것 이외에는 앞의 세팅과 동일합니다. 

하지만 실패.. 노즐이 막혀서 실패했습니다. 원인은 retraction 세팅때문이라고 생각되었습니다. 너무 리트랙션이 빠를 경우에 막힐 수 있다고 업체에서 그러셨거든요. 업체에서 권유한 리트랙션 세팅값은 retraction speed 40mm/s, retraction distance 4.5mm/s였지만.. 최적값을 찾기에는 샘플량이 충분치 않아 그냥.. 리트랙션 끄고 출력을 다시 시도했습니다.

자.. 출력이 되고 있습니다. 세팅값은 프린팅 속도 40mm/s을 포함한 모든 값이 이전과 동일합니다. 물론 리트랙션 세팅값은 OFF인 상태이지요.

출력완료까지 대략 1시간 40분 정도 소요되었습니다.

출력 후 전혀 후가공을 하지 않은 출력결과입니다. 아무래도 리트랙션을 사용하지 않았기 때문에 약간 출력이 완벽하지 않은 건 어쩔 수 없군요. 

열쇠고리 부분같은 얇은 부분은 리트랙션이 필수인데.. 어쩔수 없지요. 아, 참고로 업체의 권유대로 쿨링팬도 끈 상태인 것도 감안해야할 것 같습니다.

곡면 부분은 참 매끄럽게 잘 뽑혔습니다. 뭐랄까.. 잘 뭉쳐놓은 눈(雪)같아요.

3D프린터 세팅이 좀 더 완벽했다면 참 좋았을 테지만.. 그래도 이 GWPP 필라멘트의 곡면 표현력은 꽤나 만족스럽습니다.

테스트를 위해 하나 더 출력해보았습니다. Twisted Vase라고 한 때 유명했던(?!) 3D 모델이지요. 크기는 50 X 50 X 100mm로 조절했구요, 출력세팅은 다음과 같이 약간 변화를 주었습니다.

layer height 0.2mm, shell thickness 0.4mm, bottom/top thickness 0.6mm, fill 0%, solid infill top 체크해제, print speed 40mm/s, printing temperature 240도, bed temperature 50도, filament flow 100%, nozzle size 0.4mm, initial layer thickness 0.3mm, initial layer line width 100%, travel speed 70mm/s, bottom layer speed 30mm/s, cooling fan OFF, retraction OFF

출력완료까지 약 50분 정도 소요되었습니다. 

shell thickness를 0.4mm, 즉 노즐이 한번만 지나가는 얇은 두께가 출력이 과연 될까 걱정했습니다만, 성공적으로 출력되었습니다ㅎ 바닥도 thickness를 이전 출력값의 절반인 0.6mm로 주어서 그런지 수축도 덜하더군요. 

이 사진이 GWPP 필라멘트를 사용하여 출력한 결과물의 표면을 가장 잘 표현한 사진이라고 생각됩니다. 앞서 말씀드렸듯이 표면이 매끈한 무광택을 띕니다. 

이 Twisted Vase를 짜부시켜봤더니.. 굉장히 플렉시블합니다. 원상복귀도 잘 되구요. 이 출력물은 외벽이 얇아서 그럴 수도 있겠다란 생각이 들어 다른 출력물들을 가지고 테스트를 해보았습니다.

PLA/PHA 필라멘트로 출력한 막대기 모양 3D 모델을 손으로 휘어보려고 하는 모습입니다. 휘어지진 않고 부러질 것 같았습니다. PLA의 딱딱함은 익히 많이 알려진 사실이지요.

GWPP 필라멘트로 출력된 막대기 모양 3D 모델을 손으로 휘어보려고 하는 모습입니다. 어느 정도까지는 잘 휘어지구요, 원상복귀도 잘 됩니다.

이렇게까지도 휘어집니다. 물론 이렇게 휘어버리면 원래 모양을 잃긴 합니다만.. 그래도 탄성이 꽤 괜찮더군요. 폴리프로필렌의 물성이 이런데에서 발휘되네요.

폴리프로필렌의 특성을 한번 더 확인하기 위해 이번에는 내열성을 테스트해보았습니다. 전문적인건 전혀 아닙니다. 그냥 위와 같이 종이컵 안에 각각의 출력결과물들을 넣고..

끓인 물을 걍 부었습니다ㅎ 끓였으니까 물의 온도는 100도겠지요?

끓인 물에 넣은 후 3분 뒤의 모습입니다. 이 사진을 찍고 바로 빼서 확인해봤더니..

끓인 물에 3분 동안 담궈진 PLA/PHA 필라멘트로 출력된 결과물의 모습입니다. 와.. 완전히 휘어버렸네요.

반면 GWPP 필라멘트로 출력된 결과물은 그대로입니다. 하지만 아랫면이 약간 휘어있는게 수축때문인지 아니면 끓인 물에 담궈서인지 확실치 않아 한번 더 물을 끓여서..

이번에는 25mm 정육면체 결과물들을 넣었습니다. 증기 때문에 사진이 뿌옇게 찍혔군요ㅎ 뿌옇긴 하지만 위 사진에서도 폴리프로필렌으로 만들어진 GWPP 필라멘트의 특성을 확인할 수 있는데요. 바로.. 물에 뜬다는 성질입니다. 

왼쪽의 PLA/PHA 필라멘트 출력물은 물 속에 가라앉아 있지만, 오른쪽의 GWPP 필라멘트 출력물은 물에 떠있습니다. 확실히 비중이 낮아 가벼워서 물에 뜨는군요.

끓인 물에 3분 동안 담근 후 빼서 확인한 GWPP 필라멘트 출력물입니다.

육안상으로는 전혀 변화가 없군요.

마찬가지로 끓인 물에 3분 동안 담근 후 빼서 확인한 PLA/PHA 필라멘트 출력물입니다. 뭔가.. 이상하게 바뀌었군요.

뭔가 길어졌어요ㅎ

함께 사진을 찍어보았습니다. 

이렇게 보니 PLA/PHA 필라멘트 출력물이 GWPP 필라멘트에 비해 확연히 변형되었음을 알 수 있습니다.

업체에서 들은 바로는, 일본 모 업체에서 PP 필라멘트로 만든 제품을 autoclave에서 120도로 20분간 멸균을 했는데 제품에 변형이나 문제가 없었다고 하더군요. 

위 사진은 25mm 정육면체 출력물 꼭지점 부분을 줄로 슬슬 갈아본 모습입니다. 그다지 힘을 주지 않고 슥슥 갈아보았는데.. 꽤 잘 갈리더군요. PLA보다는 확실히 더 잘 갈립니다. 400방 사포로도 갈아보았는데 마찬가지로 잘 갈리더라구요. 확실히 PLA보다는 후가공에 용이할 것으로 생각됩니다.

추가로 저는 글래스울이 섞여있는 이 GWPP 필라멘트를 집에서 출력하는데 있어서 제 건강은 괜찮을 것인지 걱정이 좀 있었는데요. 업체 설명으로는 GWPP 필라멘트에 함유된 글래스울에 대해 미네랄 울 제품에서 유해물질이 나오는지에 대한 테스트하는 독립적인 기관인 GGM에서 RAL 인증까지 받아서 안전하다고 하는군요. 

참고로 Glass wool은 IARC에서 “GROUP 3＝사람발암성으로 분류되지 않는다”로 분류되어 있다고 하네요. 

이상 사용해본 GWPP 필라멘트에 대한 제 주관적인 느낌은 다음과 같습니다.

1. 필라멘트에 PP 테이프 등을 붙여줘야 하는데, 이 테이프가 베드에 단단히 붙어야 출력시 출력물의 수축이 생기지 않을 것으로 보입니다. 

2. PLA보다는 수축이 있어 맨 처음 세팅하는게 좀 까다로울 것 같습니다. 

3. 그냥 출력해보는 용도로는 손쉽게 출력이 가능합니다만, 어느 필라멘트나 다 그렇듯이 완벽한 세팅까지는 시간이 걸릴 것으로 보입니다.

4. 표면 느낌은 나쁘지 않구요, 후가공성도 양호합니다.

5. 내열성은 확실히 좋습니다. 

6. 확실히 PLA 출력물들보다는 가볍습니다. 

한가지 문제가 있다면 가격입니다. 현재 일본에서는 이 GWPP 필라멘트가 500g에 8800엔에 판매되고 있다고 하더군요. 우리나라 돈으로 약 96000원이지요. 

업체 설명으로는 비중이 낮기 때문에 같은 그램당 포함되는 길이가 15~30% 더 포함된다고 하던데.. 아무리 15~30% 길이가 더 포함되어있다고 해도 500g에 9만 6000원이면.. 필라멘트 치고는 꽤 비싼 축에 속합니다. 아무래도 개인이 사용하기에는 경제적으로 좀 부담이 될 것으로 보입니다.

그리고 폴리프로필렌 단독이 아닌 글래스울이 포함되어있어 식품 관련이나 의료 관련으로는 사용이 권장되지 않는다는게 한가지 아쉬운 점입니다. 이쪽으로 사용될 수만 있다면 정말 엄청난 시장이 열릴텐데 말이죠.

하지만 처음 출력해본 느낌 치고는 꽤 괜찮았습니다. 사실 세팅값도 잘 잡지 않은 상태에서 막 뽑았는데 나름 잘 출력되서 오호! 했거든요ㅎ 곧 우리나라에도 본격적으로 판매된다고 하는데.. 더 많은 후기가 궁금하네요. 

지금까지 메이드인네버랜드였습니다~!

※본 포스팅은 업체에서 필라멘트 샘플을 제공받아 작성되었습니다. 그 외 제공받은 경제적인 대가 등은 없었으며, 업체의 영향력을 받지 않은 상태에서 제 의견만이 글에 반영되었음을 알려드립니다※