Additive manufacturing (AM) affords unprecedented design flexibility and markedly shorter production cycles, spurring intense investigation in aerospace, transportation, and consumer-electronics applications. Current efforts center on printing multifunctional composites, where even slight changes in nanofiller loading can dramatically alter properties—necessitating the concurrent optimization of material formulation and processing parameters. In this study, we fabricated TPU/CNT composite filaments by incorporating CNTs with superior thermoelectric characteristics into a TPU matrix. We systematically characterized the melt rheology of the resulting filaments and correlated it with processing parameters to establish optimal conditions for FDM. Under these refined conditions, a 20 wt% CNT loading yielded an electrical conductivity of 600 S/m, demonstrating the feasibility of printing highly conductive, thermoelectric-capable architectures. It is expected that this will contribute to the development of next-generation flexible electronic and energy devices utilizing thermoelectric functional composite materials.

적층 제조(AM) 기반 3D 프린팅은 설계 자유도가 크고 공정 기간을 획기적으로 단축할 수 있어 우주·항공, 모빌리티, 전자기기 등 다양한 산업 분야에서 활발히 연구되고 있다. 특히 단일 재료를 넘어 다기능성을 부여한 복합소재 3D 프린팅이 주목받고 있는데, 나노 필러 함량 변화에 따른 물성 변동이 크기 때문에 소재-공정 동시 최적화가 중요한 과제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 매트릭스에 탁월한 열전 특성을 지닌 탄소나노튜브(CNT)를 첨가하여 TPU/CNT 복합 필라멘트를 제조하였다. 이어, 용융 적층 모델링(FDM) 공정에 맞추어 필라멘트의 용융 유동 특성을 분석하여, TPU/CNT 복합소재의 최적 프린팅 조건을 확립하였다. 그 결과, CNT 함량 20 wt%에서 전기전도도 600 S/m를 달성하였다. 이는 열전 기능성 복합소재를 활용한 차세대 유연 열전 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.

Keywords: 3D 프린팅(3D-Printing), 복합재료(Composite materials), 열전(Thermoelectric), 탄소나노튜브(Carbon nanotube), 용융 적층 모델링 방식(Fused Deposition Modeling)