펜에서 나온 게 그대로 굳는 건 ‘접착제’가 아니다
3D펜을 처음 보면 순간접착제나 글루건 같은 걸 떠올리기 쉽습니다. 끈적한 액체가 나와서 공기 중 수분과 반응해 굳는다고 생각하는 것이죠. 하지만 3D펜의 원리는 화학 반응이 아니라 온도 변화입니다.
3D펜은 플라스틱 막대(필라멘트)를 펜 안에서 녹인 뒤, 밖으로 짜내고, 나오자마자 식혀서 굳힙니다 [1][2]. 즉 접착이 아니라 ‘녹였다 굳히기’의 반복입니다. 물을 얼렸다 녹였다 하는 것과 성격이 같습니다. 굳는 힘의 정체는 접착제가 아니라 재료 자체의 성질과 냉각 속도라는 점을 먼저 잡아야 나머지가 전부 풀립니다.
녹으면 흐르고, 식으면 굳는다 — 열가소성의 원리
3D펜에 쓰는 플라스틱은 PLA와 ABS 같은 ‘열가소성 플라스틱’입니다 [1][2]. 열가소성이란 가열하면 물러져 흐르고, 식으면 다시 딱딱해지는 성질을 말합니다. 이 과정을 여러 번 반복할 수 있다는 게 핵심입니다 [3][1].
비교하면 이해가 빠릅니다. 초콜릿은 녹였다 굳혀도 다시 초콜릿입니다(열가소성에 가까움). 반대로 계란은 한번 익으면 아무리 데워도 날계란으로 돌아가지 않습니다. 이렇게 한번 굳으면 되돌릴 수 없는 재료를 ‘열경화성’이라 부르고, 3D펜은 그 반대편에 있습니다.
펜 안에서 일어나는 일의 순서
- 가열: 펜 내부 히터가 필라멘트를 녹는 온도까지 데웁니다. PLA는 대략 180~220℃ [4][5], ABS는 그보다 높은 약 220~250℃ 범위입니다 [6][7].
- 압출: 녹은 플라스틱이 노즐 구멍으로 밀려 나옵니다. 치약을 짜는 것과 같은 구조입니다.
- 냉각: 노즐을 벗어난 순간부터 공기에 열을 빼앗기며 식습니다. 식으면서 다시 단단해집니다.
왜 허공에서도 형태가 유지될까
열쇠는 ‘얼마나 빨리 식느냐’입니다. 압출된 플라스틱이 다음 층을 얹기 전에 충분히 굳으면, 공중에 걸친 부분(오버행)이나 두 기둥 사이를 잇는 다리(브리지)도 형태를 유지합니다. 반대로 덜 굳었는데 계속 재료가 쌓이면 무게에 눌려 처집니다. 냉각 속도가 공중 조형의 성공과 표면 품질을 좌우한다는 것이 여기서 나옵니다 [10].
굳는 온도의 기준선도 재료마다 다릅니다. PLA는 유리전이온도가 약 60℃로, 이 부근에서 딱딱한 상태와 무른 상태가 갈립니다 [8]. ABS는 약 105℃ 근처에서 물러지기 시작합니다 [9]. 이 온도보다 충분히 낮게 식어야 형태가 안정적으로 잡힙니다.
PLA와 ABS 비교
| 항목 | PLA | ABS |
|---|---|---|
| 압출(용융) 온도 | 약 180~220℃ [4][5] | 약 220~250℃ [6][7] |
| 물러지는 기준 온도 | 유리전이온도 약 60℃ [8] | 약 105℃에서 연화 [9] |
정리하면, ABS는 더 높은 온도에서 녹고 더 높은 온도까지 견디지만, 식을 때 크게 수축해 뒤틀림이 생기기 쉽습니다 [11][9]. PLA는 상대적으로 낮은 온도에서 다루기 편합니다.
실전 가이드 — 형태를 잘 잡는 순서
- 재료에 맞는 온도로 예열한다. PLA는 약 180~220℃ [4][5], ABS는 약 220~250℃ [6][7] 범위에서 녹습니다. 온도가 낮으면 노즐이 막히고, 너무 높으면 흘러내려 형태가 무너집니다.
- 처음엔 평면부터 그린다. 판판한 바닥 위에 선을 긋는 연습을 먼저 하세요. 바닥이 열을 받아주면 냉각이 안정돼 선이 고르게 굳습니다.
- 공중 조형은 천천히, 짧게 끊어 쌓는다. 오버행이나 브리지는 아래층이 충분히 굳은 뒤 다음을 얹어야 합니다. 냉각 속도가 성공을 좌우하므로 [10], 한 번에 길게 짜내지 말고 짧게 끊어 식을 시간을 주세요.
- ABS를 쓸 땐 급격한 온도 변화를 피한다. ABS는 빨리·불균일하게 식으면 들뜸과 균열이 생깁니다 [11][9]. 찬 바람이 직접 닿는 곳은 피하는 편이 안전합니다.
주의사항
- 노즐과 갓 나온 플라스틱은 재료를 녹일 만큼 뜨겁습니다. PLA도 180℃ 이상, ABS는 220℃ 이상에서 압출되므로 [4][5][6][7] 나온 직후 부위를 맨손으로 만지지 마세요.
- 덜 식은 상태로 만지면 형태가 눌려 무너집니다. 손대기 전에 굳었는지 확인하세요.
- ABS는 수축이 큰 재료라 큰 조형물일수록 뒤틀리기 쉽습니다 [11][9]. 크기가 크거나 정밀도가 중요한 작업이라면 재료 특성을 먼저 확인하는 편이 좋습니다.
- 플라스틱을 가열하는 과정에서 냄새가 날 수 있습니다. 환기가 되는 공간에서 사용하세요.
출처
- [1] 3D printing with PLA versus ABS: What's the difference? | Protolabs Network
- [2] How does the pen work with PLA and ABS filament considering they melt at different temperatures? – 3Doodler 3D Pen FAQ
- [3] ABS vs PLA: Which Filament Should You Use?
- [4] How PLA Melting Point Influences 3D Printing
- [5] 3D Pen Filament: PLA Vs ABS – Teach Your Kids Code
- [6] ABS 3D Printing: Properties, Settings, Tips & Steps – Raise3D: Reliable, Industrial Grade 3D Printer
- [7] ABS print temperature considerations: Nozzle, bed, enclosure
- [8] PLA Bed Temperature & Print Temperature Settings
- [9] The Perfect ABS Filament Temperature: Mastering ABS Nozzle Temperature and Beyond
- [10] PLA Print Temperature: Best Settings for Nozzle, Bed, Melting Point, and More
- [11] Optimizing ABS Printing Temperature for Reliable 3D Prints