프로파일 압출과 블로운 필름 성형

3D 프린터 노즐은 압출 다이이며, 그와 같이 부풀어 오릅니다. 이것은 작업대 위에서 가능한 가장 명확한 시연입니다. 노즐을 베드에서 떨어뜨린 상태로 핫엔드를 출력 온도까지 가열하고, 공기 중으로 천천히 압출하세요. 가닥을 받아 식힌 후 마이크로미터로 측정합니다. 가닥은 **노즐보다 큽니다**. 0.4 mm 노즐은 고분자와 온도에 따라 일반적으로 0.45~0.55 mm의 자유 가닥을 만듭니다. PLA, PETG, ABS에 대해 이를 수행하고 각각의 스웰 비율을 표로 정리하세요. 그런 다음 조건을 변경하며 비율이 어떻게 변하는지 관찰하세요: - **더 빠르게 압출하세요.** 다이 내부에서 사슬이 더 강하게 늘어나고 더 많이 되튀기 때문에 스웰이 증가합니다. - **더 뜨겁게 압출하세요.** 사슬이 굳기 전에 이완될 시간이 있기 때문에 스웰이 감소합니다. 이제 이 효과를 상쇄하세요. 공기 중으로 압출하면서 핀셋으로 가닥을 나오는 속도보다 빠르게 잡아당기세요. 다시 측정하면 가닥은 노즐보다 가늘어집니다. 이것이 **드로우다운**이며, 실제 생산 라인에서는 인취기(haul-off)가 제어된 속도로 정확히 이 작업을 수행합니다. 이 두 효과가 서로 대립하며 작용하는 것이 프로파일 압출 제어의 전부입니다. 4단계에서는 이 조합에 대한 수치를 제시합니다.

이제 둥근 단면 대신 모양이 있는 단면을 만들어 봅시다. 필요한 것은 작은 다이입니다. 즉, 슬롯이나 십자 모양의 절단부가 뚫린 판으로, 스트랜드가 빠져나오는 자리에 고정합니다. 가장 저렴하게 구현할 수 있는 방법은 **프린터 노즐용 다이 플레이트**입니다. 얇은 황동이나 알루미늄 판에 구멍을 뚫고 줄로 2 mm 슬롯을 다듬은 뒤, 노즐 바로 아래 1 mm 지점에 클램프로 고정하여 압출물이 그 사이를 통과하도록 합니다. 투박하고 뜨겁고 다루기 까다롭지만, 중요한 두 가지 원리를 보여 줍니다. **랜드.** 테이퍼 이후 다이의 평행한 단면 구간입니다. 랜드가 짧으면 부풀어 오름(스웰)이 커지고 표면이 거칠어집니다. 랜드가 길면 사슬이 다이 안에서 이완될 시간이 생겨 더 안정적이고 정확한 단면이 얻어집니다. 랜드가 1 mm인 판과 4 mm인 판 두 개를 만들어 압출물을 비교해 보세요. **불균일한 흐름.** 한쪽 끝이 더 넓은 슬롯으로 압출해 보세요. 다이가 더 많이 열린 곳에서 용융물이 더 빠르게 나오므로, 프로파일이 빠져나오면서 느린 쪽으로 휘어집니다. 비대칭 프로파일은 모두 이런 현상을 보이며, 실제 다이는 흐름을 맞추기 위해 랜드 길이를 의도적으로 다르게 가공합니다. 그래서 압출 다이는 CAD 단계에서 끝내지 않고 기계 위에서 직접 미세 조정합니다. 실제 생산 라인처럼 압출물을 냉각하세요. 다이에서 몇 센티미터 떨어진 얕은 물 트레이에 통과시킵니다. 너무 빠르게 냉각하면 바깥쪽은 굳는데 안쪽은 아직 수축 중이어서 단면이 휘어진다는 점에 유의하세요. 200–260 °C의 용융 고분자, 뜨거운 황동 판, 그리고 그 근처의 물이 함께 있습니다. 안면 보호대, 장갑, 안정적인 클램프를 사용하고, 떨어지는 뜨거운 스트랜드를 손으로 잡으려 하지 마세요.

블로운 필름은 신장을 극대화한 압출 공정이다. 용융 수지는 환형 다이에서 얇은 튜브 형태로 나오고, 공기가 이를 지름의 여러 배로 부풀리는 동시에, 닙 롤이 나올 때보다 몇 배 빠른 속도로 위쪽으로 끌어올린다. 필름은 공중에서 굳으며, 두 방향으로 동시에 늘어난 상태가 된다. 벤치 위에서 블로운 필름을 만들 수는 없지만, 그 필름이 가진 *특성*은 재현할 수 있고, 그것이 중요하다는 점도 확인할 수 있다. 바로 이 부분이 알아둘 가치가 있는 내용이다. 비닐봉투나 포장용 필름 한 조각을 준비하라. 두 개의 띠를 잘라내는데, 하나는 롤의 진행 방향을 따라, 다른 하나는 그것을 가로질러 자른다. 롤 방향은 보통 접힌 선이나 인쇄된 무늬로 쉽게 알 수 있다. 두 띠를 손으로 찢어 보라. 한쪽은 깔끔하고 쉽게 직선으로 찢어지지만, 다른 쪽은 저항하며 비뚤어진다. 그다음 두 조각을 스프링 저울로 끊어질 때까지 당기고, 힘의 크기를 기록하라. 이 차이가 바로 **배향**이다. 사슬들이 한 방향으로 더 많이 정렬되어 있어서, 필름은 그 방향으로는 강하고 사이 방향으로는 쉽게 갈라진다. 길이 방향으로는 아주 잘 찢어지고 가로 방향으로는 그렇지 않은 봉투는, 블로우업 비율과 드로우다운이 균형을 이루지 못한 봉투다. 이제 같은 시험을 **캐스트** 필름으로 해보라. 랩 필름이나, 진공 성형 단계에서 쓰는 재료에서 잘라낸 시트를 사용하면 된다. 캐스트 필름은 두 방향 모두에서 훨씬 고르게 반응하며, 또한 더 약하다. 이것이 바로 대가다. 배향은 배향한 방향의 강도를 높이지만, 다른 방향의 강도를 빼앗는다. 이 결과를 기억해 두라. 다음 단계에서는 이를 훨씬 더 발전시켜 병을 만들어 본다.

**출처에 대한 솔직한 서술.** 이 단계에 대해 단일 특허를 주장하지 않습니다. 플라스틱의 스크루 압출은 19세기에 걸쳐 고무 산업에서 발전했고 1930년대에는 충분히 정착되었으며, 카탈로그는 금속 가공의 선행 기술로 이미 납 파이프 압출 단계를 보유하고 있습니다. 특정 다이, 스크루, 다이 스웰 보정을 다루는 수십 건의 출원이 있으나, 그중 어느 것도 *그* 압출 특허가 아니며, 하나를 지목하는 것은 역사에 없는 깔끔함을 만들어내는 일이 될 것입니다. **경제성에 대한 의미.** 압출은 고분자를 유용한 형상으로 바꾸는 가장 저렴한 방법입니다. 공구가 연속적으로 작동하고 그 비용이 부품 개수가 아닌 길이에 걸쳐 분산되기 때문입니다. 그래서 세상에서 가장 저렴한 플라스틱 제품인 필름, 봉투, 파이프, 프로파일이 압출로 만들어지며, 작은 사출 성형 부품이 열 배 무거운 압출 단면 1미터보다 더 비쌀 수 있는 이유이기도 합니다. **다음 단계로 가져갈 핵심 개념은 배향입니다.** 필름이나 섬유 라인에서 다이 이후의 모든 공정은 고분자가 굳는 동안 늘리기 위해 존재합니다. 늘리면 사슬이 정렬되고, 정렬된 사슬은 훨씬 강하기 때문입니다. 다음 단계는 같은 원리를 두 방향으로 의도적으로 적용하여 5바를 견디는 병을 만드는 것입니다. **솔직한 한계.** 압출은 일정한 단면만 만들 수 있으며 다른 형태는 불가능합니다. 길이 방향의 변화는 나중에 추가로 가공해야 합니다. 공차는 사출 성형보다 훨씬 느슨하며, 라인 속도, 용융 온도, 냉각 조건에 따라 달라집니다. 실제 컴파운드의 다이 스웰은 유용한 정확도로 계산할 수 없으므로, 다이는 절삭, 시운전, 측정, 재절삭을 거쳐 만들어집니다. 2단계의 벤치 작업은 바로 이 과정의 작은 정직한 버전입니다. 또한 이 공정은 젖은 원료에 관대하지 않습니다. 흡습성 고분자는 반드시 건조해야 하며, 그렇지 않으면 수분이 다이 안에서 증기로 flash되어 압출물이 발포되고 줄무늬가 생깁니다.