3D 프린터 출력 방향에 따른 강도 차이

# 3D프린터 출력방향에 따른 강도 차이에 대해서 알아보자 

평소 이론적으로 3D 프린터 출력시 출력 방향에 따라 강도에 차이가 발생한다는 것을 익히 알고 계셨을겁니다.

이를 실제 눈으로 확인해보기 위해 아래와 같이 실험을 해보았습니다.

이번 포스팅에서는 3D 프린터로 출력하는 방향에 따라 ABS 필라멘트의 강도가 어떻게 달라지는지 실험해보았습니다.

 

1. 출력 방향에 따라 성질이 다른 이유

• 3D 프린팅은 아시다시피 높이 방향 (Z축 방향) 방향으로 한 층씩 쌓아 올리는 방식으로 형상을 만들게 됩니다.
  
  
• 또한 FFF 방식의 3D 프린터는 소재를 녹여서 한 층을 도포한 다음 굳히는 방식으로 진행됩니다.
  
  
• 따라서 매 층 (Layer) 간 소재가 굳는 속도의 차이가 현저히 발생게됩니다.
  
  
• 이로 인해 층간의 결합력은 다른 방향에 비해 약할 수 밖에 없습니다.
  
  
• 아래 그림을 보면 이론적으로도, 직관적으로도 Z축방향으로 받는 힘을 더 견디지 못할것 같다는 것을 알 수있습니다.
  
  
• 여기서 더 나아가 실험을 통해 직접 눈으로 확인해 보았습니다.

X,Y 방향으로 작용하는 힘(좌) vs. Z방향으로 작용하는 힘 (우)

2. 강도 확인 실험을 위한 출력

• 3D프린터에 ABS 소재 필라멘트를 사용하여 출력을 진행했습니다.
  
  
• 아래 사진처럼 출력 설정은 기본값으로 맞추고
  
  
• 하나는 베드와 수평하게 눕혀서 출력하고 다른 하나는 수직으로 세워서 출력했습니다.

3. 실험 진행 과정

• 출력물에 A4 용지 500매 한 묶음씩을 하나씩 추가하면서 들어올려보았습니다.
  
  

  

  눕혀서 출력(좌) vs. 세워서 출력(우)

  
  
  

4. 강도 실험결과

• 눕혀서 출력한 것과 세워서 출력한 것으로 A4용지 3묶음 (1500매) 까지는 무리없이 들어 올렸습니다.
  
  
• 하지만 바로 A4용지 5묶음들이 1 박스(2500매)를 들어 올리자 차이가 명확하게 발생했습니다.
  
  
• 세워서 출력한 형상은 조금 들어 올리다가 끊어진 것을 확인 할 수 있었습니다.

• 파단된 출력물을 자세히 보면 정확히 Z축 방향으로 쌓아 올린 층 (layer)과 평행하게 잘려진 모습을 볼수 있습니다.
  
  
• 아무래도 적층된 레이어 간에 부착성과 연결성은 약할 수 밖에 없어서, ABS 재질의 장점을 충분히 살리기 어려웠습니다.

• 이는 층이 쌓아올려진 면과 수직한 힘을 가할 경우 출력물이 버티는 힘이 더 약하다는 것을 의미합니다.
  
  
• 앞으로 부품을 설계 할 때 이런 경향을 잘 참고하여 부품이 받는 하중 방향을 고려하여 설계하시기 바랍니다.