재활용 PLA 필라멘트
33d.ch 작업실에서 처음으로 recycled PLA filament 를 실험했을 때, 기계 옆에는 반쯤 비어 있는 표준 PLA 롤이 있었고, '재활용된 재료가 정말 일상용으로 쓸 만한가, 아니면 단지 양심을 위한 것인가?'라는 의문이 있었습니다. 몇 개의 보정 큐브, 잘못된 클립, 그리고 상당히 변형된 하우징을 만든 후 명확해진 것은, 클래식 PLA와의 차이가 많은 사람들이 생각하는 것보다 작다는 것입니다. 하지만 그 차이가 장시간 사용 시 부품이 잘 견디는지 아니면 잘못된 순간에 부러지게 될지를 결정합니다. 연구에 따르면, 재활용 및 에너지 사용이 깨끗하게 조직된다면, 재활용 PLA는 유사한 프린팅 품질로 환경 부하와 온실가스 배출을 눈에 띄게 줄일 수 있습니다 ( sciencedirect.com) ( ncbi.nlm.nih.gov).
이 글에서는 33d.ch에서 재활용 PLA에 대해 중요하게 생각하는 점들, 즉 기본 원리부터 준비, 그리고 프린터 설정의 단계별 조정(처음에 우리가 겪었던 일반적인 함정 포함)까지 요약했습니다. 대상 독자는 합리적인 노력을 통해 프린팅 품질에서 큰 타협 없이 눈에 띄게 지속 가능한 3D 프린팅 설정을 구축하려는 취미 제작자, 학교 및 중소기업입니다.
Quelle: 자체 표현
재활용 PLA의 기본 원리 및 장점
사용할 때 recycled PLA filament 는 실질적으로 두 가지에 초점을 맞춥니다. 첫째, 프린팅 품질이 일관되어야 합니다. 즉, 깨끗한 프린팅 이미지, 합리적인 치수 정확도, 그리고 사용자 응용 분야에 충분한 내구성을 갖춰야 합니다. 둘째, 매번 프린팅할 때마다 노즐 막힘이나 부서지기 쉬운 부품에 대해 걱정할 필요 없이 환경 균형을 개선하고자 합니다 ( sciencedirect.com).
PLA 자체는 옥수수나 사탕수수 전분으로 만든 바이오 플라스틱으로, 특히 에너지 소비와 폐기까지 고려할 때 기존 석유 플라스틱보다 더 나은 CO₂ 균형을 가질 수 있습니다 ( ijert.org) ( sciencedirect.com). 재활용 PLA (rPLA)는 생산 폐기물, 불량 부품 또는 사용된 PLA 부품을 분쇄하고 처리하여 다시 필라멘트로 압출할 때 생성됩니다. 이는 종종 재활용 및 신재료의 혼합으로 이루어지며, 때로는 매우 높은 재활용 비율을 가집니다 ( mdpi.com) ( filamentive.com).
여러 연구에 따르면 recycled PLA 의 기계적 특성(인장 및 굽힘 강도 측면)은 신규 PLA에 비해 약간만 낮거나, 재료가 너무 자주 재용융되지 않고 공정이 깨끗하게 관리된다면 매우 유사할 수 있습니다 ( mdpi.com) ( sciencedirect.com) ( sciencedirect.com). Prusa 또는 Filamentive와 같은 제조업체들은 자사의 rPLA 필라멘트가 일상에서 표준 PLA만큼 쉽게 프린팅되며, 프로토타입, 가젯, 하우징 및 일상용 물체에 적합하다고 보고합니다 ( prusa3d.com) ( filamentive.com).
환경 균형에 관하여: PLA에 대한 수명주기 분석에 따르면, PLA 재활용은 재료와 에너지가 한 번 더 사용되기 때문에 소각이나 매립보다 훨씬 적은 온실가스 배출을 초래합니다 ( ncbi.nlm.nih.gov). 재활용 필라멘트 제조업체들은 생산 및 재료 출처를 고려할 때 비재활용 필라멘트 대비 약 35%에서 50% 이상의 CO₂ 감소를 언급합니다 ( filamentive.com).
전반적으로 더 지속 가능하게 프린팅하려면, recycled PLA 를 재활용 PETG (rPETG), rPET 또는 재활용 폴리프로필렌과 결합할 수 있습니다. 이렇게 하면 다양한 온도 범위와 부하를 커버하면서도 자원 발자국이 줄어든 재료를 유지할 수 있습니다 ( materially.eu) ( 3dtrcek.com) ( packagingeurope.com).
rPLA 비교 – 대략적인 지침
| 사용 분야 | 표준 PLA | 재활용 PLA | rPETG / rPET |
|---|---|---|---|
| 프로토타입, 장식 | 매우 잘 프린팅 가능 | 매우 잘 프린팅 가능 | 좋음, 약간 더 까다로움 |
| 실내 기능성 부품 | 제한적인 내열성 | 유사함, 약간 더 부서지기 쉬울 수 있음 | 훨씬 더 견고하고 질김 |
| 환경 균형 | ABS보다 좋지만, 신제품 | 현저히 적은 1차 재료 | 적은 1차 재료, 더 복잡한 공정 |
33d.ch의 프로젝트에서 우리는 부품이 정기적으로 교체되거나 주로 시각적 및 가벼운 기계적 요구사항만 있는 곳, 예를 들어 고객을 위한 샘플 부품, 실험실 홀더 또는 간단한 센서 하우징에 rPLA를 사용합니다. 기계 공학 분야의 높은 부하를 받는 클립 및 부품에는 rPETG 또는 엔지니어링 플라스틱을 더 자주 사용하지만, rPLA는 일상적인 유용성과 지속 가능한 재료의 '스위트 스팟'을 충족해야 하는 모든 것에 의식적으로 고려합니다.
준비 및 설정
시작하기 전에 깨끗한 환경을 갖추는 것이 중요합니다. 잘 보정된 이동 및 압출 시스템을 갖춘 FDM 3D 프린터가 필요하며, 이상적으로는 가열 베드와 통풍이 없는 설치 장소가 있어야 합니다 ( lancashire.ac.uk). 의 경우 recycled PLA filament 표준 PLA와 동일한 프린터 유형이 적합하지만, 필라멘트 처리 및 냉각이 조금 더 중요합니다. 많은 rPLA 필라멘트는 노즐에서 190~220°C, 히팅 베드에서 40~60°C에서 작동합니다. 정확한 값은 데이터 시트에 나와 있습니다 ( filamentive.com) ( prusament.com).
테스트 물체로는 20mm 보정 큐브와 나중에 실제로 사용할 작은 기능성 부품(예: 경첩 또는 클립)이 효과적입니다 ( printables.com) ( printables.com). 이렇게 하면 치수 정확도, 표면, 레이어 접착력 등을 매우 빠르게 확인할 수 있습니다.
필라멘트를 건조하게 보관하는 것은 필수입니다. 건조제가 들어있는 밀폐된 상자, 이상적으로는 습도계가 있는 것이 좋습니다. rPLA도 수분을 흡수하며, 이는 기포, 거친 표면, 낮은 레이어 접착력으로 나타납니다 ( nice-cdn.com). 프린팅 시 필라멘트가 '따닥' 소리를 내거나 매우 무광택이고 다공성으로 압출되면 건조 주기를 시도해 볼 가치가 있습니다. 보통 약 50°C에서 몇 시간 동안 진행합니다 ( nice-cdn.com) ( filamentive.com).
첫 rPLA 프린팅 전 빠른 점검
새로운 rPLA 롤로 첫 프린팅을 시작하기 전에 저희 작업실에서는 이 빠른 점검이 효과적이었습니다. 프린터가 안정적이고 통풍이 없으며, 베드가 평탄화되고 깨끗하며, 슬라이서에 작동하는 PLA 프로파일이 저장되어 있고, 필라멘트가 건조하고 엉킴이 없으며, 테스트 모델과 버니어 캘리퍼스가 준비되어 있고, 프린팅 시간과 대략적인 재료 소모량을 염두에 두고 있어야 합니다 ( 3dbenchy.com) ( ncbi.nlm.nih.gov). 이러한 사항들이 확인되면, 첫 rPLA 실행이 실망스럽기보다는 흥미로울 가능성이 매우 높습니다.
전력 소비 측면에서, 고객 프로젝트에 사용되는 일반적인 데스크톱 FDM 프린터는 장치와 온도에 따라 작동 중 약 100~150와트의 값을 보입니다. 몇 시간 동안 빠르게 0.8~1.2kWh가 누적됩니다 ( snapmaker.com) ( solartechonline.com). 각각의 홀더를 개별적으로 프린팅하는 대신 한 번에 여러 개의 작은 부품을 프린팅하면 시간뿐만 아니라 에너지도 절약됩니다.
단계별: 일상에서 rPLA 도입하기
Quelle: filamentive.com
1단계: 목표 정의 및 테스트 부품 선택. 어떤 용도로 recycled PLA filament 를 사용하고 싶은지 고려하십시오. 장식, 프로토타입, 하우징, 가볍게 부하를 받는 기능성 부품, 또는 반복되는 소규모 배치 생산 등입니다 ( printables.com) ( printables.com). 우리는 내부적으로 3D Benchy 또는 작은 하우징을 사용하여 오버행 및 브리지와 같은 일반적인 문제 영역을 동시에 확인하는 것을 좋아합니다 ( 3dbenchy.com).
2단계: 표준 PLA로 기준 프린팅 설정. 먼저 평소 사용하는 PLA 프로파일(예: 0.2mm 레이어 높이, 3 주변, 15~30% 인필)로 알려진 온도와 팬 설정으로 두 테스트 부품을 프린팅하십시오 ( filamentive.com). 노즐 설정 온도, 베드 온도, 속도, 팬 프로파일 및 리트랙션 값을 기록하십시오. 저희는 각 프린터마다 '기본 프로파일'을 벽에 눈에 띄게 걸어둡니다. 나중에 rPLA를 직접 비교할 수 있습니다 ( obico.io).
3단계: 데이터 시트에 따라 recycled PLA filament 설정. 그런 다음 rPLA로 전환하고 PLA 프로파일을 유지한 채 온도만 조정합니다. 예를 들어 Prusament PLA Recycled의 경우 노즐 200–215°C, 베드 50–60°C입니다 ( prusament.com) ( prusa3d.com). 많은 제조업체들은 rPLA가 혼합에 따라 약간 다르게 녹기 때문에 표준 PLA와 동일하거나 약간 더 높은 노즐 설정 온도를 권장합니다 ( mdpi.com) ( sciencedirect.com). 우리는 보통 권장 범위의 중간에서 시작하여 처음 두 레이어를 주의 깊게 살펴봅니다.
4단계: 프린팅 이미지 및 치수 정확도 확인. rPLA 큐브 프린팅 후 버니어 캘리퍼스로 모서리를 측정하고 20mm와 비교하십시오. 많은 데스크톱 프린터에서 ±0.1–0.2mm의 편차는 정상입니다 ( printables.com). 빛 아래에서 옆면을 확인하십시오. 깨끗한 레이어, 눈에 띄는 지퍼 없음, PLA 참조와 같은 날카로운 모서리 ( 3dbenchy.com). 미세한 간격이나 압출 부족이 보이면 보통 5°C 온도 상승 또는 약간의 플로우 보정이 도움이 됩니다.
5단계: 레이어 접착력 및 기능 테스트. 경첩이나 클립의 경우 실질적인 테스트가 시작됩니다. 열고, 구부리고, 클릭하십시오. 에 대한 연구는 recycled PLA 제어된 재활용의 경우 인장 강도가 약간만 감소하고 신규 PLA에 가까운 수준을 유지함을 보여줍니다 ( mdpi.com) ( sciencedirect.com). 실제로 우리에게 이는, 클립이 정상적인 사용 시 레이어를 따라 즉시 파손되지 않고 과부하 시에만 파손된다면 유사한 부품에 rPLA를 사용한다는 것을 의미합니다. 하지만 클립이 매일 강한 굽힘 부하를 견뎌야 한다면 PETG 또는 rPETG로 전환합니다 ( 3dtrcek.com).
6단계: 뒤틀림, 냄새, 표면 비교. 프린팅 시작 시 모서리가 들뜨거나 첫 레이어가 고르게 붙지 않는지 확인하십시오. 많은 rPLA 필라멘트는 좋은 PLA와 매우 유사하게 뒤틀림 현상이 발생합니다. 즉, 적절한 베드 온도와 깨끗한 Z-오프셋 설정으로 거의 뒤틀림 없이 작동합니다 ( filament2print.com) ( spectrumfilaments.com). 냄새 측면에서는 작업실에서 일반 PLA와 관련한 차이를 거의 느끼지 못합니다. 이는 ABS나 ASA와 비교할 때 명확한 편리성 이점입니다. 그럼에도 불구하고 좋은 환기는 필수입니다 ( 3d-fabrik.at) ( filamentive.com).
7단계: 에너지 소비 및 슬라이서 전략 최적화. FFF 프린팅의 지속 가능성 연구에 따르면, 재료 외에도 프린팅 시간, 채우기 전략 및 전력 소비가 결정적입니다. 더 짧은 프린팅 시간, 묶음 작업 및 최적화된 인필 패턴은 에너지와 재료를 절약합니다 ( mdpi.com) ( ncbi.nlm.nih.gov). 시간당 약 0.1–0.15 kWh의 8시간 프린팅은 대략 0.8–1.2 kWh가 됩니다 ( snapmaker.com). 부품을 필요한 것보다 더 단단하지 않게 모델링하고 슬라이싱하면 전기와 rPLA를 동시에 절약할 수 있습니다 ( solartechonline.com) ( sciencedirect.com).
일반적인 문제 및 해결책
불균일한 압출은 recycled PLA filament: 의 고전적인 문제 중 하나로, 눈에 띄는 선, 얇은 부분, 인필의 간격 등이 있습니다. 종종 이는 필라멘트 직경의 변동이나 재료의 수분 때문입니다 ( filamentive.com). 좋은 제조업체(문서화된 직경 허용 오차 포함), 건조한 보관, 약간 높은 노즐 온도의 조합은 많은 경우 프린팅 이미지의 안정성을 보장합니다 ( filamentive.com) ( mdpi.com).
처음에 우리를 괴롭혔던 두 번째 문제는 개별 rPLA 배치에서의 노즐 막힘이었습니다. 에 대한 연구에서 recyceltem PLA 프레시 PLA를 사용한 비교 샘플은 깨끗하게 진행되었지만, 일부 경우에 막힘이 발생하는 것이 설명되었습니다 ( sciencedirect.com) ( researchgate.net). 우리의 실제 해결책은 청소하기 쉬운 핫엔드, 정기적인 '콜드 풀'(Cold Pulls), 그리고 고질적인 문제의 경우 명확한 결정, 즉 다른 롤, 다른 배치, 다른 제조업체를 사용하는 것입니다.
세 번째 문제는 특히 기능성 부품에서 나타납니다. 장시간 사용 후 또는 낮은 온도에서 부서지기 쉬운 파손 방식입니다. PLA는 일반적으로 자주 가열되거나 심하게 노화되면 인성이 떨어집니다 ( ncbi.nlm.nih.gov) ( sciencedirect.com). 반복적으로 재활용된 PLA는 충격 강도의 감소를 보이지만, 공정 관리가 잘 이루어지면 인장 강도는 종종 허용 가능한 범위에 머뭅니다 ( mdpi.com) ( sciencedirect.com). 우리에게 이것은 rPLA가 적당히 부하를 받는 부품 및 프로토타입에 더 적합하며, 안전 관련 부품이나 영구 진동이 있는 스프링 메커니즘에는 적합하지 않다는 것을 의미합니다.
우리 작업실의 실제 예: 한 고객이 rPLA로 케이블 체인용 강력한 클립을 원했는데, 이 재료가 프로젝트에 환경적으로 적합했기 때문입니다. 첫 번째 프린팅은 훌륭해 보였지만, 클립을 끼울 때 일부 부품이 레이어를 따라 파손되었습니다. 우리는 노즐 온도를 높이고, 더 많은 주변을 선택하고, 기하학적 구조를 약간 둥글게 처리했습니다. 이렇게 해서 클립이 훨씬 더 견고해졌습니다 ( 3dbenchy.com) ( ncbi.nlm.nih.gov). 결국 최종적이고 영구적으로 부하를 받는 클립에는 rPETG 로 전환했습니다. rPLA는 프로토타입 및 시각적 부품용으로 프로젝트에 남아 있었습니다 ( 3dtrcek.com).
변형 및 조정
Quelle: filament.ch
rPLA 프로파일이 정착되면 지속 가능한 설정을 점진적으로 확장할 수 있습니다. 한 가지 명백한 방향은 재활용 PETG와 같은 다른 '녹색' 필라멘트입니다. 이는 정의된 재활용 흐름에서 얻어지며 더 높은 온도와 강한 부하에 적합하게 설계되었습니다 ( 3dtrcek.com) ( formfutura.com). 이러한 재료는 재활용 및 생산이 투명하게 문서화되는 경우 강력한 성능과 1차 원료 사용 감소를 결합합니다 ( materially.eu).
재활용 PP 또는 PE 기반 필라멘트도 흥미롭습니다. 연구 기관과 기업들이 폐기된 포장재를 프린팅 가능한 필라멘트로 전환하는 작업을 활발히 진행하고 있습니다 ( packagingeurope.com) ( materialdistrict.com). 프라운호퍼 IFAM과 대학들의 협력과 같은 프로젝트는 분류 및 처리가 깨끗하게 이루어지면 가정용 포장재에서 고품질의 3D 프린팅 제품이 나올 수 있음을 보여줍니다 ( fraunhofer.de). 하지만 실제로는 이러한 필라멘트가 아직 실험적인 경향이 있으며, 일상에서는 rPLA와 rPETG에 더 자주 의존합니다.
스풀에도 조정할 수 있는 부분이 있습니다. rPLA 제조업체들은 재활용, 때로는 FSC 인증 재료로 만든 판지 코어 또는 전체 판지 스풀을 사용합니다 ( spectrumfilaments.com) ( formfutura.com) ( filamentive.com). Prusament는 PLA Recycled에서 판지 코어와 재활용 폴리카보네이트로 만든 가벼운 측면 부분을 결합합니다 ( prusa3d.com) ( prusa3d.com). 33d.ch에서는 빈 스풀을 체계적으로 분류합니다. 판지는 폐지로 가거나 홀더 및 감는 프로젝트에 오용되며, 견고한 플라스틱 스풀은 기계적으로 괜찮은 한 내부적으로 계속 사용합니다.
더 나아가고 싶다면 불량 프린팅 및 잔여물을 직접 분쇄하고 다시 압출할 수 있습니다. Felfil Shredder+와 같은 데스크톱 분쇄기는 오래된 프린팅을 과립으로 변환합니다 ( felfil.com). 3devo, ProtoCycler 또는 Recyclebot과 같은 시스템은 분쇄 및 압출을 결합하여 새로운 필라멘트를 만듭니다 ( 3devo.com) ( redetec.com) ( wikipedia.org). 여기에 투자하기 전에 경험 보고서 및 가이드를 확인하는 것이 좋습니다. 재현 가능한 좋은 필라멘트는 언뜻 보이는 것보다 더 까다롭습니다 ( filamentive.com) ( arxiv.org).
Quelle: YouTube
추천 영상: 이 YouTube 영상은 특정 rPLA 필라멘트가 프린팅에서 어떻게 작동하는지, 표면의 자세한 모습과 유용한 시작 설정을 포함하여 실질적으로 보여줍니다.
FAQ 및 재활용 PLA 결론
Quelle: digitmakers.ca
질문 1: 재활용 PLA는 일반 PLA에 비해 얼마나 강한가요?
실험실 연구에 따르면
recyceltes PLA
제어된 재활용의 경우 인장 강도 및 강성 측면에서 프레시 PLA와 동일한 크기 범위에 있으며, 충격 강도는 약간 낮을 수 있습니다 (
mdpi.com) (
sciencedirect.com).
우리 작업실에서는 주로 매우 얇거나 강한 부하를 받는 클립에서 차이를 느낍니다. 하우징, 홀더 및 샘플 부품에는 rPLA가 대부분의 경우 문제 없이 적합합니다.
질문 2: rPLA는 어떤 용도에 적합하며, 어떤 용도에는 적합하지 않습니까?
rPLA는 프로토타입, 장식 부품, 실내 하우징 및 가볍게 부하를 받는 기능성 부품에 매우 효과적입니다 (
filamentive.com) (
spectrumfilaments.com).
표준 PLA와 마찬가지로 약 50–60°C 이상의 주변 온도 부품이나 높은 충격 및 영구 굽힘 부하 부품(예: 스프링 메커니즘 또는 직사광선이 닿는 외부 부품)에는 덜 적합합니다 (
prusament.com) (
filament2print.com).
이러한 경우에는 rPETG 또는 엔지니어링 플라스틱을 선호합니다 (
3dtrcek.com).
질문 3: 재활용 PLA를 올바르게 보관하는 방법은 무엇입니까?
rPLA는 일반 PLA와 마찬가지로 서늘하고 건조하며 빛을 차단하여 보관해야 합니다. 제조업체들은 특히 판지 스풀의 경우 건조제가 들어있는 밀폐된 상자를 권장합니다 (
nice-cdn.com) (
filamentive.com) (
formfutura.com).
필라멘트가 들릴 만큼 '따닥' 소리를 내거나 매우 거칠게 프린팅되면 보통 약 50°C에서 건조 과정을 거치는 것이 도움이 됩니다. 33d.ch에서는 이미 여러 번 '나쁜' 롤이라고 여겨졌던 것을 살려냈습니다.
질문 4: 메이커, 학교 또는 중소기업을 위해 자체 필라멘트 재활용기가 가치가 있습니까?
3devo, ProtoCycler 또는 Recyclebot과 같은 시스템은 불량 프린팅을 다시 필라멘트로 처리하는 것이 기술적으로 가능함을 보여줍니다 (
3devo.com) (
redetec.com) (
wikipedia.org).
하지만 실제로 우리는 일관된 품질, 깨끗한 직경 및 재현 가능한 특성이 상당한 노하우와 유지 관리를 필요로 한다는 것을 알고 있습니다 (
arxiv.org) (
filamentive.com).
질문 5: 환경적 이점은 실제로 얼마나 큽니까?
수명주기 분석은 PLA 재활용이 소각이나 매립보다 훨씬 적은 온실가스 배출을 초래함을 보여줍니다 (
ncbi.nlm.nih.gov) (
sciencedirect.com).
제조업체들은 재활용 필라멘트로 전환할 경우 약 3분의 1 이상의 CO₂ 절감을 언급합니다 (
filamentive.com).
짧은 프린팅 시간, 합리적인 인필 전략, 그리고 가능한 경우 재생 에너지와의 결합은 일상에서 그 효과를 훨씬 더 눈에 띄게 만듭니다 (
ncbi.nlm.nih.gov) (
mdpi.com).
미니 결론: rPLA에서 얻을 수 있는 것
- rPLA를 프로토타입, 하우징 및 가볍게 부하를 받는 기능성 부품에 사용하십시오. 여기서 품질과 지속 가능성의 비율이 특히 좋습니다.
- 깨끗한 PLA 참조 프로파일을 준비하고 테스트 큐브 및 기능성 부품으로 rPLA를 체계적으로 도입하십시오.
- 건조, 보관 및 온도 조정에 약간의 시간을 투자하십시오. 이는 일반적인 문제의 80%를 예방합니다.
- 더 높은 온도나 더 많은 인성이 필요하면 rPLA를 rPETG 또는 다른 재활용 필라멘트와 결합하십시오.
- 재료 선택, 프린팅 전략 및 전력 소비가 일치할 때 가장 큰 지속 가능성 효과를 얻을 수 있습니다.
Quelle: YouTube
추천 영상: 이 영상은 불량 프린팅을 새 필라멘트로 재활용하는 방법을 시각적으로 보여줍니다. 자체 재활용 설정을 고려할 때 주의해야 할 함정들도 포함합니다.
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