내열 3D 프린팅 재료: 종합 가이드

3D 프린팅은 놀라운 디자인의 자유를 제공하지만 PLA와 같은 표준 재료는 종종 까다로운 고온 환경에서 실패합니다. 자동차, 항공 우주 또는 산업 응용 분야의 기능적 부품의 경우 내열 저항은 중요한 특성입니다. 올바른 재료를 선택하려면 열 성능, 기계적 특성 및 특정 인쇄 기술과의 호환성을 이해해야합니다.

이 안내서는 내열성 3D 프린팅 재료에 대한 포괄적 인 개요를 제공합니다. 우리는 열 성능을 평가하기위한 주요 메트릭을 탐색하고, 플라스틱과 금속 모두에 대한 최상의 옵션을 세분화하며, 프로젝트에 이상적인 자료를 선택하기위한 명확한 프레임 워크를 제공합니다.

열 변형 온도 이해 (HDT)

재료의 열 성능을 평가하기위한 가장 중요한 메트릭은열 변형 온도 (HDT). HDT는 재료의 녹는 점이 아닙니다. 대신, 재료가 특정 하중 하에서 변형되기 시작하는 온도를 정의합니다.

이 실제적인 측정은 열과 기계적 응력에 노출되면서 구조적 무결성을 유지 해야하는 실제 응용 프로그램에서 부품이 어떻게 작동하는지 시뮬레이션하기 때문에 중요합니다. 높은 HDT는 구성 요소가 뜨거운 환경에서 모양을 유지하고 안정적으로 수행 할 것임을 나타냅니다. 자료를 선택할 때 HDT는 확인해야 할 첫 번째 사양입니다.

3D 프린팅을위한 내열 플라스틱

3D 프린팅 폴리머의 세계는 엔트리 레벨 필라멘트에서 고성능 열가소형에 이르기까지 광범위한 내열성을 제공합니다. 이러한 재료는 일반적으로 FDM, SLA 또는 SLS 기술을 사용하여 처리됩니다.

FDM 필라멘트 : 기본에서 고성능까지

융합 증착 모델링 (FDM)은 열성 내 필라멘트 옵션이 증가하는 인기있는 기술입니다.

• ABS (아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌) :ABS는 엔트리 레벨 내열 재료입니다. 약 98 ° C의 HDT를 사용하면 PLA 및 PETG보다 약간의 개선을 제공합니다. 중간 정도의 열을 경험하는 프로토 타입 또는 구성 요소에 대한 비용 효율적인 선택입니다.

• 나일론 (폴리 아미드 또는 PA) :나일론은 인성, 내구성 및 우수한 화학 저항으로 유명합니다. 내열 저항은 등급에 따라 다릅니다. 표준 나일론은 약 60-80 ° C 정도의 HDT를 가지지 만, 유리로 채워진 또는 탄소 섬유가 채워진 변형은이 값이 150 ° C 이상을 훨씬 높이 밀어 기계적 성능과 열 안정성의 균형을 제공 할 수 있습니다.

• 엿보기 (Polyether Ether Ketone) :Peek은 고성능 3D 프린팅 폴리머의 금 표준입니다. 이 재료는 높은 HDT (최대 260 ° C), 뛰어난 기계적 강도 및 우수한 화학적 저항과 같은 탁월한 특성 조합을 제공합니다. 그러나 그 혜택은 비용이 많이 듭니다. Peek은 비싸고 올바르게 처리하려면 전문화 된 고온 3D 프린터가 필요합니다.

• PEI (폴리 테리 미드) :PEI는 상표명 Ultem으로 일반적으로 알려진 또 다른 최상위 열가소성입니다. 약 200 ° C의 높은 HDT, 탁월한 강도 및 고유의 화염 지연 (FST 등급)을 자랑하여 항공 우주 및 자동차 애플리케이션을위한 최고의 선택입니다. 엿보기와 마찬가지로 PEI 인쇄는 어려운 일이며 산업 등급 장비가 필요합니다.

• PSU/PPSU (폴리 설폰/폴리 페닐 설포 폰) :이들 물질은 높은 HDT, 우수한 가수 분해 저항성을 제공하며 반복적 인 멸균 사이클 (예 : 증기자가 클레이브)을 견딜 수있어 의료 및 식품 접촉 응용에 적합합니다.

SLA 수지 : 고온에서의 정밀도

스테레오 리소그래피 (SLA)는 디테일이 높고 부드러운 표면을 가진 부품을 생산하는 것으로 유명합니다. 표준 수지는 내열성이 낮지 만 특수한 제형은 상당한 온도를 견딜 수 있습니다.

• 고온 수지 :이러한 조작 된 광 폴리머는 열 성능을 위해 특별히 설계되었습니다. 그들은 250 ° C를 초과하는 HDT를 달성 할 수 있으므로 사출 금형 인서트, 내열 지그 및 비품과 같은 응용 분야, 열기 또는 유체 흐름 테스트 모델에 적합합니다. 주요 트레이드 오프는 이러한 수지가 종종 다른 엔지니어링 플라스틱보다 부서지기 쉬우 며 프리미엄 가격으로 제공된다는 것입니다.

SLS 파우더 : 성능 및 비용 균형

선택적 레이저 소결 (SLS)은 중합체 분말의 층에서 강력한 기능적 부품을 만듭니다. 이 기술은 열 내성 응용 프로그램을위한 강력한 옵션을 제공합니다.

• 나일론 파우더 (PA11, PA12) :표준 나일론 파우더는 SLS의 작업자입니다. 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 나일론 분말에 조정하는 복합 재료를 생산함으로써 제조업체는 열 성능을 크게 향상시킵니다. 유리로 채워진 나일론은 HDT를 약 95 ° C에서 170 ° C에서 170 ° C로 향상시켜 강하고 열적으로 안정적 인 부품을 만듭니다.

• 엿보기 :가장 까다로운 SLS 애플리케이션의 경우 Peek도 분말 형태로 제공됩니다. 그것은 동일한 엘리트 열, 기계적 및 화학적 특성을 필라멘트 대응 물과 전달하여 가혹한 산업 환경의 최종 사용 부품에 적합합니다.

첨가제 제조를위한 내열 금속

응용 프로그램의 온도 요구 사항이 모든 중합체의 기능을 초과하면 금속 3D 프린팅이 해결책입니다. 선택적 레이저 용융 (SLM) 및 DMLS (Direct Metal Laser Sintering)와 같은 기술은 금속 분말을 융합시켜 완전히 밀도가 높고 강도가 높은 부분을 만듭니다.

스테인레스 스틸

스테인레스 스틸은 금속 3D 프린팅을위한 다목적이고 비용 효율적인 선택입니다. 최대 870 ° C의 온도에서 작동 할 수있는 강도, 부식 저항 및 고온 성능의 좋은 조합을 제공합니다. 산업 툴링, 매니 폴드 및 내구성있는 최종 사용 부품에 널리 사용됩니다.

알류미늄

알루미늄 합금은 저밀도와 우수한 열전도율로 유명합니다. 녹는 점은 강철보다 낮지 만, 가벼운 괄호, 하우징 및 열교환기를 생산하기위한 자동차 및 항공 우주 산업과 같이 중량이 중요한 요소 인 많은 고온 응용에 적합합니다.

티탄

티타늄은 탁월한 강도 대 무게 비율과 매우 높은 융점 (1,600 ° C 이상)을 제공합니다. 생체 적합성과 부식 저항성은 의료 임플란트에 이상적인 재료가되며, 성능 특성은 스트레스가 많은 항공 우주 구성 요소에 필수적입니다.

니켈 기반 슈퍼 합금

가장 극단적 인 온도 환경의 경우 니켈 기반 슈퍼 합금 (예 : Inconel)이 궁극적 인 선택입니다. 이 재료는 1,000 ° C에 접근하는 온도에서 기계적 강도를 유지하도록 설계되었습니다. 이로 인해 제트 엔진, 가스 터빈 및 재료가 절대 한계로 밀려 나가는 기타 응용 분야의 구성 요소에는 필수 불가결합니다.

올바른 내열 물질을 선택하는 방법

최고의 자료를 선택하려면 응용 프로그램의 특정 요구 사항에 대한 신중한 분석이 포함됩니다. 단일 "최상의"옵션은 없습니다. 이러한 주요 요소를 고려하십시오.

• 1. 작동 온도 :부품이 경험할 최대 연속 또는 간헐적 온도는 얼마입니까? 이것은 즉시 실행 가능한 재료 옵션을 좁 힙니다.

• 2. 기계적 부하 :부품은 온도에서 스트레스, 장력 또는 진동이 있습니까? 자료의 HDT는 부하에서 성능을 정의하기 때문에 여기서 중요합니다.

• 3. 화학 환경 :부품은 오일, 연료, 용매 또는 기타 부식제에 노출됩니까? Peek, PEI 및 스테인리스 스틸과 같은 재료는 우수한 화학 저항성을 제공합니다.

• 4. 비용 및 예산 :고성능 폴리머 및 금속은 표준 재료보다 훨씬 비싸다. 필요한 성능과 프로젝트 예산의 균형을 맞추십시오.

• 5. 사용 가능한 기술 :선택한 자료는 액세스 할 수있는 3D 프린팅 기술과 호환되어야합니다. 예를 들어, Peek 또는 PEI 인쇄는 표준 데스크탑 FDM 프린터에서는 불가능합니다.

결론 : 자료를 적용하는 것과 일치시킵니다

3D 프린팅 분야는 가장 까다로운 엔지니어링 문제를 해결하기위한 강력한 내열 재료의 강력한 툴킷을 제공합니다. 비용 효율적인 ABS 및 유리로 채워진 나일론에서 Peek 및 Nickel Superalloys와 같은 엘리트 공연자에 이르기까지 거의 모든 고온 응용 분야를위한 솔루션이 있습니다.

성공의 열쇠는 단일 완벽한 재료를 찾는 것이 아니라 열 성능, 기계적 강도, 화학 저항 및 비용 사이의 트레이드 오프를 체계적으로 평가하는 데 있습니다. 자료의 속성을 응용 프로그램의 요구에 신중하게 일치시킴으로써 엔지니어는 혁신적인 제조의 잠재력을 최대한 활용하여 혁신적이고 신뢰할 수 있으며 고성능 부품을 만들 수 있습니다.