금속 충전 필라멘트의 기술 원리
금속 충전 필라멘트(Metal Filled Filament)는 금속 분말과 고분자 바인더를 혼합하여 만든 복합 필라멘트이다. 그 금속 분말 함량은 일반적으로 80-90%(체적분율)이며, 나머지는 왁스, 고분자 등의 접착 성분이다. FDM으로 출력한 후 탈지(바인더 제거)와 소결(금속 분말의 용융 치밀화)을 거쳐 최종적으로 거의 완전 치밀한 금속 부품을 얻는다.
이 기술 경로는 일반적으로 Metal FDM 또는 Bound Metal Deposition(BMD)라고 불리며, 전통적인 금속 3D 프린팅 기술(SLM, EBM 등)의 저비용 대안이다.
금속 충전 필라멘트의 종류와 특성
구리계 필라멘트
| 매개변수 | 대표값 |
|---|---|
| 금속 함량 | 85-90% 체적분율 |
| 출력 온도 | 200-230°C |
| 히트베드 온도 | 50-60°C |
| 소결 후 밀도 | 이론 밀도의 95-98% |
| 전도성 | 소결 후 순동의 70-85%에 도달 |
| 외관 | 적동색 또는 청동색 |
구리계 필라멘트는 전도성 부품, 열교환기, 장식품, 예술품 등의 용도에 적합하다. 출력은 비교적 쉽고, 소결 온도도 낮은 편이다(약 900-1000°C).
스테인리스강계 필라멘트
| 매개변수 | 대표값 |
|---|---|
| 금속 함량 | 85-90% 체적분율 |
| 출력 온도 | 200-240°C |
| 히트베드 온도 | 50-70°C |
| 소결 후 밀도 | 이론 밀도의 96-99% |
| 기계적 강도 | 소결 후 단조 스테인리스강에 근접 |
| 외관 | 은회색, 광택 처리 시 거울면까지 가능 |
스테인리스강계 필라멘트는 고강도 구조 부품, 기능 부품, 공구 지그 등에 적합하다. 소결 온도가 비교적 높으며(약 1300-1400°C), 전문 소결로가 필요하다.
기타 금속 시스템
- 티타늄 합금 필라멘트: 항공·의료 분야에 적용되며, 소결 온도는 1500°C 이상
- 공구강 필라멘트: 금형 제작용, 소결 후 열처리로 경화 가능
- 귀금속 필라멘트: 금·은 장신구, 소량 맞춤 생산
FDM 출력 공정의 핵심 포인트
장비 요구사항
금속 충전 필라멘트에 대한 프린터 요구사항:
- 압출 시스템: 경화강 또는 루비 노즐(금속 분말은 황동 노즐을 심하게 마모시킴)
- 압출 메커니즘: 필라멘트가 비교적 취약하여 잘 부러지므로 다이렉트 드라이브를 권장
- 핫엔드 온도: 일반적인 프린터로도 가능(200-240°C)
출력 파라미터
| 매개변수 | 권장값 | 설명 |
|---|---|---|
| 노즐 온도 | 200-230°C | 필라멘트 설명서에 따라 조정 |
| 히트베드 온도 | 50-60°C | 첫 레이어 접착에 도움 |
| 출력 속도 | 20-40mm/s | 안정적인 압출을 위해 저속 권장 |
| 레이어 높이 | 0.1-0.2mm | 얇은 레이어가 소결 균일화에 유리 |
| 채움률 | 100% | 실내용 출력, 중공 구조는 소결 시 무너질 수 있음 |
| 벽 두께 | ≥2mm | 너무 얇으면 소결 후 변형되기 쉬움 |
특별 주의사항
- 노즐 마모: 금속 분말은 황동 노즐을 마모시키므로, 경화강 노즐(HS로 표시) 또는 루비 노즐 사용을 권장
- 필라멘트 취성: 금속