산업용 시제품 PLA 출력 시 밀도가 강도에 미치는 영향

최근 3D 프린터를 이용한 시제품 제작은 다양한 산업에서 활용되고 있다. 시제품 제작 방법에는 대표적으로 FDM, SLA, SLS, SLM 등이 있으며, 본 연구에서는 열가소성 수지를 압출하여 적층하는 대표적인 조형법인 FDM 방식을 이용했다. 출력 시 사용된 소재는 PLA이며, 인장시험편 KS B 0801 5호 규격으로 두께 5mm의 상태로 출력했다. 출력 시 밀도는 30%, 50% 그리고 100%로 각각 적용하여 출력했으며, 만능재료 시험기를 이용하여 인장강도 측정을 수행했다. PLA 밀도 30% 출력에 대한 강도 측정 결과는 Fig. 1에 나타냈으며, 인장강도 평균은 13.23MPa을 나타냈다. PLA 밀도 50% 출력에 대한 강도 측정 결과는 Fig. 2에 나타냈으며, 인장강도 평균은 3.4% 감소된 12.78MPa을 나타냈다. PLA 밀도 100% 출력에 대한 강도 측정 결과는 Fig. 3에 나타냈으며, 인장강도 평균은 142.3% 증가된 32.06MPa을 나타냈다. 따라서 밀도 20% 증가 시 강도 증가에는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 이 결과는 생산속도 저하, PLA 소모 증가로 인한 생산원가는 증가된 반면에 밀도 증가에 따른 강도 증가는 없었다. 초기 밀도보다 70% 증가된 상태에서는 강도 증가에 명확한 차이를 나타냈다. 비록 생산속도 저하와 PLA 소모 증가로 생산원가는 증가하지만 비교적 크게 증가된 인장강도를 확인할 수 있었다. 따라서 본 실험을 통해서 강도가 필요한 시제품에 대해서는 밀도를 최대한으로 증가시켜 제작할 필요성을 확인할 수있었다.