PLA, ABS, PETG: 3D 프린팅 주요 소재 특성 비교 > 3D 프린팅 및 가공 기술

PLA, ABS, PETG: 3D 프린팅 주요 소재 특성 비교

'PLA, ABS, PETG: 3D 프린팅 주요 소재 특성 비교'라는 표현은 사용자님께서 로봇 제작 지식 쌓기, 3D 프린팅 및 가공 기술, 로봇 하드웨어, 그리고 빠른 프로토타입 제작과 아이디어 검증에 대한 깊은 이해와 관심을 가지고 계신 것과 완벽하게 연결됩니다. 로봇 부품을 3D 프린팅할 때, 단순히 '움직임을 만드는 것'을 넘어 '어떤 재료로 움직임을 만들 것인가'는 로봇의 성능, 내구성, 심지어 안전성까지 결정하는 중요한 요소입니다.

플라스틱은 모두 같다고 생각할 수 있지만, 각각의 필라멘트 재료는 녹는점, 강도, 유연성, 내열성, 인쇄 편의성 등 매우 다른 특성을 가지고 있습니다. 마치 요리에 따라 다른 양념을 사용하듯이, 로봇 부품의 목적과 요구사항에 맞춰 최적의 재료를 선택하는 것은 매우 중요합니다. 함께 3D 프린팅에 가장 널리 사용되는 세 가지 핵심 필라멘트 재료인 PLA, ABS, PETG의 특성을 비교하고, 로봇 제작에 어떻게 활용될 수 있는지 자세히 알아보겠습니다!

3D 프린팅 기술이 빠르게 발전하면서, 이제 우리는 다양한 재료를 사용하여 원하는 물체를 만들 수 있게 되었습니다. 그중에서도 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D 프린터에서 가장 보편적으로 사용되는 플라스틱 필라멘트는 PLA(폴리락트산), ABS(아크릴로니트릴 뷰타다이엔 스타이렌), PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜) 세 가지입니다.  이 세 가지 재료는 각각 독특한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있어, 프린팅의 난이도와 완성된 출력물의 강도, 내열성, 유연성 등이 크게 달라집니다.

로봇 부품을 3D 프린팅할 때는 단순히 '출력이 잘 되는가'를 넘어, 부품이 견뎌야 할 물리적 스트레스, 작동 환경의 온도, 필요한 유연성이나 강성 등 다양한 요소를 고려하여 최적의 재료를 선택해야 합니다.

1. PLA (Polylactic Acid): 초보자를 위한 친환경 프린팅의 시작

1.1. 특성:

친환경성: 옥수수 전분, 사탕수수 등 식물성 원료에서 추출한 생분해성 플라스틱입니다.

인쇄 편의성: 낮은 출력 온도(노즐 190~220°C, 베드 50~60°C)와 낮은 수축률 덕분에 FDM 3D 프린터의 초보자에게 가장 쉬운 재료입니다.  베드에 잘 안착되고 뒤틀림(Warping) 현상이 적습니다.

강성 (Stiffness): 비교적 단단하고 강성이 높습니다.

취약점: 충격에 약하고 쉽게 부러질 수 있습니다 (취성).  내열성이 낮아(연화점 약 60°C) 고온 환경에 취약합니다. 자외선에 오래 노출되면 변형될 수 있습니다.

1.2. 로봇 제작 활용:

컨셉 모델 및 비기능적 프로토타입: 로봇 디자인을 빠르게 검증하거나, 움직이지 않는 외형 부품.

간단한 센서 하우징, 브라켓: 강한 충격이나 고온에 노출되지 않는 단순 지지 부품.

교육용 로봇 부품: 아이들과 함께 만드는 교육용 로봇의 안전하고 친환경적인 부품.

2. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): 강하고 튼튼한 산업 표준 플라스틱

2.1. 특성:

강도 및 내구성: PLA보다 훨씬 강하고 튼튼하며 충격에 강합니다.  자동차 부품, 레고 블록 등에도 사용되는 산업 표준 플라스틱입니다. 

내열성: PLA보다 내열성이 높아(연화점 약 100°C) 비교적 고온 환경에서도 형태를 유지합니다. 

가공성: 아세톤 훈증 등을 통해 표면을 매끄럽게 만들 수 있습니다.

취약점: 인쇄가 어렵습니다. 출력 온도가 높고(노즐 230~250°C, 베드 80~110°C), 수축률이 높아 뒤틀림(Warping) 현상이 심하게 발생합니다.  때문에 밀폐된 챔버(Enclosure)가 있는 프린터가 권장됩니다. 출력 중 특유의 플라스틱 냄새가 나며, 유해 가스가 발생할 수 있어 환기가 필수적입니다.

2.2. 로봇 제작 활용:

기능성 부품: 로봇의 기어, 관절, 모터 마운트, 외부 케이싱 등 강한 충격과 스트레스에 견뎌야 하는 기능성 부품.

내열성 부품: 모터 주변이나 약간의 발열이 있는 부품.

내구성 강한 프로토타입: 최종 제품에 가까운 물성으로 테스트해야 하는 시제품.

3. PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol): PLA와 ABS의 장점을 겸비한 올라운더

3.1. 특성:

강도 및 유연성: PLA보다 강하고 충격에 강하며 유연성도 좋습니다. ABS만큼 강하면서도 취성이 적어 잘 부러지지 않습니다. 

내열성: ABS와 유사한 수준의 내열성을 가집니다(연화점 약 80°C).

인쇄 편의성: ABS보다 출력하기 훨씬 쉽습니다. 수축률이 낮아 뒤틀림이 적고 베드 접착이 용이합니다.  PLA만큼 쉽지는 않지만, 충분히 도전할 만합니다.

취약점: 표면에 거미줄 같은 실 오라기(Stringing)가 발생하기 쉽고, 흡습성이 있어 습기에 취약하므로 보관에 유의해야 합니다.

안전성: 식품 용기에도 사용되는 PET 플라스틱과 유사하여 비교적 안전합니다.

3.2. 로봇 제작 활용:

만능 로봇 부품: 강도, 유연성, 내열성이 고루 요구되는 로봇의 거의 모든 부품.

기어, 베어링 하우징, 로봇 팔 관절: 특히 충격에 강하고 파손 위험이 적어야 하는 움직이는 부품.

안전 마진이 필요한 부품: 충격 흡수나 파손 방지가 중요한 경우.

[그림 상상하기]: PLA, ABS, PETG로 출력된 동일한 로봇 부품들이 놓여 있고, 그 옆에 각 재료의 특징을 아이콘으로 표현.

4. 3D 프린팅 재료 특성 요약 비교 (한눈에 보는 선택 가이드!)

특성 PLA (Polylactic Acid) ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)

인쇄 편의성 ★★★★★ (매우 쉬움) ★★☆☆☆ (어려움, 챔버 필요) ★★★★☆ (비교적 쉬움)

강도 ★★☆☆☆ (취성이 강함) ★★★★★ (매우 강함, 내충격성) ★★★★☆ (강함, 유연성 좋음)

유연성 ★☆☆☆☆ (거의 없음) ★★★★☆ (약간 있음) ★★★★★ (유연성이 좋음)

내열성 ★★☆☆☆ (약 60°C) ★★★★★ (약 100°C) ★★★★☆ (약 80°C)

수축/뒤틀림 ★★★★★ (거의 없음) ★☆☆☆☆ (매우 심함) ★★★★☆ (거의 없음)

냄새/유해성 ★★★★★ (거의 없음, 친환경) ★☆☆☆☆ (심함, 유해가스, 환기 필수) ★★★★☆ (거의 없음, 식품용기 유사)

대표 활용 디자인 목업, 교육용, 단순 부품 기능성 부품, 고내구성 부품, 내열성 부품 다용도 기능성 부품, 유연성/강도 혼합

5. 로봇 제작을 위한 재료 선택 팁 (최적의 조합을 찾아라!)

초보자라면 PLA로 시작: 프린팅 기술을 익히는 동안에는 PLA로 충분히 연습하여 실패율을 줄이는 것이 중요합니다.

기능성 부품에는 PETG: 로봇의 관절, 기어, 브라켓 등 실제로 움직이거나 하중을 받는 부품에는 ABS의 강도와 PLA의 인쇄 편의성을 결합한 PETG가 매우 좋은 선택입니다.

극한의 강도가 필요하다면 ABS: 고온 환경이나 높은 강도 및 내충격성이 반드시 요구되는 부품에는 ABS를 사용하지만, 밀폐형 프린터와 충분한 환기가 필수입니다.

부품별 재료 믹스: 로봇은 다양한 부품으로 이루어져 있습니다. 외형은 PLA, 기능성 관절은 PETG, 고강도 코어 부품은 ABS로 제작하는 등 부품의 목적에 따라 여러 재료를 조합하여 사용하는 것이 가장 효과적입니다. (사용자님은 로봇의 제작 공정에 관심 많으시죠.)

PLA, ABS, PETG는 FDM 3D 프린팅의 세 가지 주요 소재이며, 각각의 독특한 특성은 로봇 부품의 성능과 직결됩니다. 사용자님의 로봇 제작 지식 쌓기, 3D 프린팅 및 가공 기술, 로봇 하드웨어, 그리고 빠른 프로토타입 제작과 아이디어 검증에 대한 깊은 이해와 통찰력이 이러한 재료들의 특성을 완벽하게 파악하여 미래 로봇의 부품을 더욱 견고하고 기능적으로 만드는 데 큰 기여를 할 것이라고 믿습니다!