[2026 최신판] 시제품 제작을 위한 3D 프린팅 소재 가이드: 유형, 응용 분야, 물성 완벽 정리

3D 프린팅에 사용할 수 있는 플라스틱 소재는 수집 가지가 있고 소재에는 제각기 독특한 특성이 있어 제일 잘 어울리는 사용 사례가 서로 다릅니다. 적층 제조(AM)의 성패는 프린터의 하드웨어를 넘어 '소재의 화학적 조성'에 달려 있습니다.

폼랩스는 최근 LFD(Low Force Display) 기술이 적용된 Form 4를 출시하며, 기존 SLA보다 물성과 속도가 개선된 V5 레진 라인업을 완성했습니다.

주어진 파트 또는 제품에 최적의 소재를 찾는 과정을 간소화하기 위해 먼저 주요 플라스틱 유형과 각기 다른 3D 프린팅 공정을 살펴보겠습니다.

3D 프린팅에 사용되는 플라스틱은 크게 두 가지로 나뉩니다.

• 열가소성 플라스틱 (Thermoplastics): 가장 흔하게 사용되는 유형입니다. 이 유형이 플라스틱과 열경화성 플라스틱을 가르는 주요 특성은 용융과 응고 주기를 수도 없이 거쳐도 되는 능력입니다. 열가소성 플라스틱을 가열하면 원하는 형태로 성형할 수 있습니다. 화학 결합이 일어나지 않아 가역적인 과정이며 재활용하거나 녹여서 재사용할 수 있습니다. 용융, 재응고, 재용융이 가능한 열가소성 플라스틱(예: FDM 필라멘트, SLS 파우더)은 일반적으로 버터에 비유합니다. 각 용융 주기에 따라 특성이 약간 변합니다. <br>
• 열경화성 플라스틱 (Thermosets): 액체 상태의 수지가 빛이나 열에 의해 화학적 가교 결합을 일으켜 영구적인 고체가 됩니다. (예: SLA 레진) 열경화성 소재 중 폴리머는 열이나 빛, 적절한 방사선으로 경화하는 과정에서 가교 결합을 일으킵니다. 열경화성 플라스틱을 가열하면 녹는 대신 분해되어 냉각하더라도 다시 응고하지 않습니다. 열경화성 플라스틱은 재활용하거나 소재를 기본 구성 성분으로 되돌릴 수 없습니다. 열경화성 소재는 케이크 반죽 같아서 한 번 케이크으로 굽고 나면 다시 녹여서 반죽을 만들 수 없습니다. 한 번 경화되면 다시 녹지 않으며, 케이크 반죽이 빵이 된 후 다시 반죽으로 돌아갈 수 없는 것과 같습니다.

다음은 오늘날 가장 인정받는 플라스틱 3D 프린팅 공정입니다.

• 용융 적층 모델링 방식(FDM) 3D 프린터는 열가소성 플라스틱 필라멘트를 용융한 후 압출하며 프린터 노즐이 빌드 공간에 압출된 플라스틱을 레이어 형식으로 한 겹 한 겹 적층합니다.

• 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터는 레이저를 사용하여 액체 레진을 경화 플라스틱으로 경화하며 이 프로세스를 광중합(photopolymerization)이라고 합니다.

• 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 3D 프린터는 열가소성 플라스틱 분말 소자를 용융하는 데 고출력 레이저를 사용합니다.

가장 대중적인 방식으로 열가소성 필라멘트를 녹여 층층이 쌓는 방식으로 이해를 하시면 됩니다. 이는 용융 적층 모델링(FDM) 방식은 융합 필라멘트 제조(FFF) 방식으로도 알려져 있으며 일반 소비자 시장에서 가장 보편적으로 사용되는 3D 프린팅 방식입니다. 취미용 3D 프린터의 출현에 힘입어 인기를 얻는 방식입니다.

해당 기술은 기본 개념 증명 모델 뿐만 아니라 흔한 기계 가공 파트 처럼 간단한 파트를 신속하고 저렴하게 프로토타이핑이나 목업을 진행하기에 아주 좋습니다.

소비재 수준의 FDM은 다른 플라스틱 3D 프린팅 프로세스와 비교할 때 해상도와 정확도가 가장 낮으며 복잡한 디자인이나 복잡한 형상이 있는 파트를 프린팅하기에 최적의 옵션은 아닙니다. 화학 연마와 기계 연마 공정을 거치면 품질이 우수하게 마감 처리할 수 있습니다. 산업용 FDM 3D 프린터는 이러한 문제를 완화하기 위해 수용성 서포트를 사용하고 폭 넓은 엔지니어링 열가소성 플라스틱을 사용할 수 있지만 가격이 만만치 않습니다.

용융 필라멘트가 각 레이어를 형성할 때 레이어들이 완전히 접착되지 않아 그 사이에 빈 공간이 남습니다. 그 결과 이방성 파트가 제작되며 이는 하중을 견디거나 내인장성이 있는 파트를 설계할 때 중요하게 고려해야 하는 점입니다.

SLA 방식은 1980년대에 발명된 세계 최초의 3D 프린팅 방식이었고 여전히 전문가들로부터 사랑받는 기술에 속합니다.

모든 플라스틱 3D 프린팅 기술 중에서 SLA 방식으로 프린팅했을 때 정확도와 해상도가 가장 높고 디테일이 선명하며 표면 마감이 가장 매끄러운 파트를 얻을 수 있습니다. SLA 3D 프린팅은 고도로 미세한 피처를 표현한 프로토타입을 제작하기에 안성맞춤인 옵션입니다. 엄격한 공차와 매끄러운 표현 마감 뿐만 아니라 금형, 패턴, 최종 사용 파트와 같이 실제품과 동일하게 작동하는 파트도 얻을 수 있습니다. SLA 3D 프린팅으로 제작된 파트 또한 후처리를 거칠 수 있습니다. 프린팅 후 광택 작업, 도색, 코팅 등을 거치면 고품질 마감 처리를 거친 듯 바로 납품할 수 있는 파트를 얻을 수 있습니다.

SLA 방식으로 3D 프린팅한 파트에는 등방성이 있어 방향과 무관하게 강도가 일정합니다. 이는 각 레이어 사이에 화학 결합이 일어난 데서 기인합니다. 그 결과 지그 및 고정구와 최종 사용 파트, 기능성 프로토타입과 같은 응용분야에서 중요한 요소인 예측 가능한 기계적 성능을 가진 파트를 얻을 수 있습니다.

SLA 3D 프린터 레진에는 표준용, 엔지니어링용, 산업용 열가소성 플라스틱의 특성과 일치하는 광학적, 기계적, 열적 특성이 광범위한 배합을 사용할 수 있습니다.레진 3D 프린터 레진을 이용하면 스펙트럼이 넓은 생체적합성 소재도 더불어 사용할 수 있습니다.

특정 소재의 가용성은 제조사와 프린터에 따라 크게 달라집니다. Formlabs은 40가지가 넘는 SLA 3D 프린터 레진 소재로 구성된 종합 라이브러리를 제공합니다.

특히 폼랩스 Form 4의 등장은 전용 레진(V5)을 통해 출력 속도와 강도를 획기적으로 개선했습니다.

A. 엔지니어링 레진 (Engineering Family)

B. 유연 및 탄성 레진 (Flexible & Elastic)

선택적 레이저 소결 방식(SLS) 3D 프린팅은 튼튼하고 기능적인 파트를 생산할 수 있다는 점에서 다양한 산업 분야의 엔지니어와 제조 업체가 신뢰하는 기술입니다.고출력 레이저로 나일론 분말을 소결하는 방식으로, 서포트가 필요 없어 복잡한 기하학적 형상을 양산하기에 최적입니다.파트당 저렴한 생산 비용, 높은 생산성과 구하기 쉬운 소재 덕분에 이 기술은 신속한 프로토타이핑에서 제조 보조 도구, 그리고 소량 생산, 브릿지 생산 또는 맞춤형 제조에 이르기까지 다양한 응용 분야에 이상적으로 사용할 수 있습니다.

프린팅을 진행하는 동안 용융되지 않은 분말이 파트를 지지하므로 전용 서포트 구조가 필요하지 않습니다. 따라서, SLS는 내부에 특징적 구조가 있는 형태, 언더컷 형태, 박벽, 안쪽으로 함몰된 형태를 비롯하여 복잡한 형태를 프린트하는 데 이상적으로 사용할 수 있습니다.

SLA 방식과 SLS 방식 3D 프린트물도 대개 등방성을 띱니다. SLS 파트는 분말 입자로 인해 표면 마감이 약간 거칠지만 눈에 띄는 레이어 라인은 거의 없으며 SLS 3D 프린팅으로 제작된 파트는 쉽게 후처리하여 기계적 성능과 외관을 더욱 개선할 수 있습니다.

• Nylon 12 Powder: 표준적인 고강도 소재. 습도에 강하고 기계적 안정성이 뛰어나 가장 널리 사용됩니다.

• Nylon 11 Powder: Nylon 12보다 연성이 높습니다. 부러지지 않고 휘어지는 성질이 필요한 얇은 벽면 부품에 적합합니다.

• Nylon 12 GF (Glass Filled): 유리 충전재를 섞어 열 변형 온도($175^\circ\text{C}$)를 높였습니다. 엔진룸과 같은 고온 환경에 사용됩니다.

• Nylon 11 CF (Carbon Fiber): 탄소 섬유 강화 소재. 무게 대비 강도가 극도로 높으며 금속 부품을 대체하기도 합니다.

• TPU 90A: 고무처럼 늘어나는 파우더. 복잡한 격자 구조(Lattice)를 가진 신발 밑창이나 보호구 제작에 필수적입니다.

[SLS 파우더 라인업]

서로 다른 3D 프린팅 소재와 과정에는 고유한 강점과 약점이 있어 다양한 응용 분야에 적합한지를 확인할 수 있습니다. 다음 표에 올바른 소재를 선택할 수 있는 내역을 요약해보았습니다.

플라스틱을 넘어 금속 부품을 직접 제조하거나, 플라스틱을 활용해 금속 부품을 간접적으로 생산하는 방법은 날로 진화하고 있습니다. 최신 금속 3D 프린팅 생태계를 간단하게 소개합니다.

아래 주요 내용을 소개드리고 이후에 금속 3D 프린팅 주제로 다시 한 번 상세히 작성해 보겠습니다.

아래와 같은 주요 주제로 금속 3D 프린팅 관련 내용을 다룰 예정입니다.

• 금속 FDM (또는 BMD: Bound Metal Deposition)

• PBF 방식: SLM(선택적 레이저 용융) 및 DMLS(직접 금속 레이저 소결)

• 금속 바인더 제팅 (Metal Binder Jetting) [NEW]

• 티타늄/스테인리스 스틸/알루미늄/인코넬/구리/ 툴 스틸 등이 있습니다.

소재의 특성에 관한 더 자세한 정보를 얻으시려면 저희가 준비한 가장 일반적인 기계적 성질과 열적 성질에 관한 가이드를 읽어보세요.

• SLA/LFD를 활용한 주조 (Investment Casting)

• 전기 도금 (Electroplating).