A material extrusion (ME)-type 3D printed article has limited strength and durability because a thermoplastic resin in the form of a filament is deposited through a nozzle and becomes a product. In this study, the tensile characteristics of ME-type 3D printed specimens were examined according to the tool path. The tensile strengths of thirteen specimens with various tool paths, including seven symmetrical tool paths and six asymmetric tool paths, were measured and discussed. In addition, the tensile strengths of bulk and weldline specimens molded by injection molding were compared with the 3D printed specimens. The specimens fabricated by 3D printing with tool paths of 15/-15 and 30/-30 had higher tensile strength than the bulk specimen, and the lowest tensile strength was found in the 3D printed specimen with a tool path of 90/-90. High tensile strengths were demonstrated in the 3D printed specimens when the specimens were fractured at the surface where the maximum shear stress occurred. This study verified that a higher tensile strength than that of the bulk specimen can be obtained by controlling the tool path in the 3D printed specimens.

재료 압출 방식 3D 프린팅은 필라멘트 형태의 열가소성 수지가 노즐을 통해 압출되면서 제품을 형성하기 때문에 적층물의 강도 및 내구성에 한계를 가진다. 본 연구에서는 재료 압출 방식 3D 프린팅에서 적층 경로에 따른 인장특성을 분석하였다. 대칭 적층 경로 7개, 비대칭 적층 경로 6개로 총 13가지의 적층 경로로 시편을 제작하여 인장강도를 비교하였다. 또한 사출 성형으로 벌크(bulk) 및 웰드라인 시편을 제작하여 3D 적층 시편과 인장강도를 비교하였다. 3D 프린팅 시편의 적층 경로 15/-15와 30/-30 시편에서 벌크 소재보다 높은 인장강도를 보였으며 적층 경로 90/-90 시편에서는 가장 낮은 인장강도를 보였다. 3D 적층 시편에서 최대 전단 응력이 발생하는 면에서 파단 되는 경우에 인장강도가 가장 크게 나타났다. 3D 프린팅에서 적층 경로 조절을 통해 소재 고유의 인장강도보다 더 큰 인장강도를 갖는 적층물을 얻을 수 있음을 확인하였다.

Keywords: 3D printing, material extrusion-type 3D printing, tool path, tensile strength, anisotropy