We investigated the characteristics of specimens produced using screw extrusion 3D printing with carbon fiber-nylon composite pellets for potential application into rapid tooling and high strength application. From thermal analysis on nylon66 material with 20 wt% carbon fiber, the thermal decomposition temperature, melting temperature, and crystallization temperature are determined. Tensile test results for specimens obtained from the 3D printed single-layer wall parts revealed that tensile strength and elastic modulus were proportional to the interface temperature. Notably, the interface temperature below the crystallization temperature significantly decreased interfacial adhesion strength due to bead surface crystallization. According to this crystallization behavior, the warpage of the printed part was minimized under combined conditions of high extrusion temperature and low printing bed temperature. These findings contribute to defining a process window for the additive manufacturing of high-strength nylon composite.

본 연구에서는 고강도 부품과 신속 툴링 등에 적용하기 위해 탄소섬유-나일론 복합재 펠렛을 이용한 스크류 압출 기반 3D 프린팅에 있어서 공정 조건에 따른 시편의 특성에 대해 연구하였다. 탄소섬유가 20 wt% 첨가된 나일론66 소재의 열분해온도, 용융온도, 결정화온도를 파악하였다. 스크류 압출 방식의 3D 프린터로 제작된 단일 벽 파트로부터 분리한 시편에 대한 인장시험을 실시한 결과, 인장강도와 탄성계수는 계면온도에 비례하는 것을 알 수 있었다. 특히 결정화 온도 이하의 계면온도에서는 비드 표면의 결정화로 인해 폴리머 사슬의 확산이 저해되어 비드간 접합력이 크게 저하되었다. 열 수축과 결정화 거동의 영향으로 인하여 나일론 적층 부재의 휨 변형은 압출온도가 높고 베드온도가 낮은 조건에서 최소화되었다. 본 연구 결과를 통해 고강도 나일론 복합재의 3D 프린팅 공정의 프로세스 윈도우를 제공할 수 있다.

Keywords: polyamide66, additive manufacturing, tensile strength, warpage.