오늘날에는 전 세계 플라스틱 제품을 대부분 사출 성형 방식으로 제조합니다. 하지만 금형을 제작하는 비용은 턱 없이 비싸고 시간도 필요해서 접근하기가 만만치 않습니다. 운 좋게 금형을 제작하려고 늘 금속을 기계 공작을 해야할 필요는 없습니다. 3D 프린팅할 수 있으니까요.
광경화 수지 조형 방식(SLA)으로 3D 프린팅하면 알루미늄 또는 강철 금형 가공을 비용 효율적으로 대체할 수 있습니다. SLA 3D 프린팅으로 제작한 파트는 견고하고 등방성이 있으며 재료는 최고 238°C @ 0.45 MPa의 열 변형 온도에서 사용할 수 있습니다. 이는 사출 성형 공정의 열과 압력을 견딜 수 있다는 사실을 의미합니다.
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24시간 안에 사출 성형 파트를? 소량 사출 성형의 모든 것
본 웨비나에서는 사출 성형 공정에서 광경화성 수지 조형 방식 (SLA) 3D 프린팅 금형을 사용하여 비용을 절감하고 리드 타임을 단축하며 더 나은 제품을 출시하는 방법을 살펴보겠습니다.
단기 사출금형 신속 제작
알루미늄 프레임에 담은 3D 프린팅 사출 금형 파트와 사출성형을 완료한 파트.
저렴한 데스크탑 3D 프린터와 내열성 3D 프린팅 재료로 자체 3D 프린팅 사출 금형을 제작하면 생산 플라스틱에서 작동하는 프로토타입과 소형의 기능적인 부품을 생산할 수 있습니다. 소량 생산(약 10~1000개의 파트) 시 3D 프린팅 사출 금형은 고가의 금속 금형에 비해 시간과 비용을 절약해줍니다. 이로써 엔지니어와 디자이너들이 사출 금형을 프로토타이핑하여 금형 구조를 시험하거나 금형을 쉽게 수정하여 짧은 리드타임과 저렴한 비용으로 디자인을 반복할 수 있어 애자일 제조에 한 걸음 더 접근할 수 있습니다.
금형을 제작할 때 SLA 3D 프린팅 기술은 훌륭한 선택지가 됩니다. SLA 3D 프린팅으로 제작한 금형은 특징적으로 표면이 매끄럽고 정밀도가 높으며 최종품을 분리하기도 쉽습니다. SLA 방식으로 생산한 3D 프린트는 완전히 조밀하고 등방성이 있어 용융 적층 모델링(FDM) 방식으로는 얻을 수 없는 품질의 금형을 얻을 수 있으며 작동하기까지 합니다. Formlabs에서 제공하는 데스크탑과 벤치탑 SLA 프린터는 쉽게 투입하고 작동하며 유지할 수 있어 워크플로가 단순해집니다.
Formlabs Rigid 10K Resin은 다양한 기하학적 구조와 사출성형 프로세스 조건에 이상적으로 사용할 수 있는 금형 소재이며 산업용 유리로 충전되어 있습니다. Rigid 10K Resin은 HDT가 0.45 MPa에서 218 °C이며 인장강도는 10,000 MPa여서 높은 압력과 온도에서 형태를 유지하므로 견고하고 매우 단단하고 열적으로 안정적인 금형 소재로 정확도가 높은 부품을 제작할 수 있습니다.
Rigid 10K Resin은 Formlabs에서 사출 성형에 사용할 정교한 금형을 프린팅하는 데 사용하는 재료로, 이 보고서에서는 세 가지 사례 연구를 통해 이를 선보이려고 합니다. 프랑스 산업 기술 센터 IPC는 조사와 연구를 진행하며 수천 개의 파트를 프린팅했으며 계약 제조업체인 멀티플러스는 이를 소량 생산에 사용했고 제품 개발 회사인 노버스 애플리케이션스는 단 하나의 Rigid 10K Resin 금형으로 수백 개의 복잡한 나사산 캡을 사출했습니다.
High Temp Resin은 클램핑 및 사출 압력이 너무 높지 않고 Rigid 10K Resin에 필요한 사출 온도를 충족할 수 없을 때 고려할 수 있는 대체재입니다. High Temp Resin은 열변형 온도 (HDT)가 0.45 MPa에서 238 °C로 Formlabs 레진 중 가장 높고, 시판 중인 열변형 온도가 높은 레진 중 하나여서 높은 성형 온도를 견디고 냉각 시간을 최소로 단축할 수 있습니다. 이 백서에서는 마스크 스트랩을 생산하기 위해 High Temp Resin으로 프린트된 금형 삽입물 1개로 1,500회의 사출 사이클을 진행한 브라스켐 사의 사례 연구를 다룹니다. 이 회사는 삽입물을 프린트한 후 사출 시스템에 통합된 일반적인 금속 금형 안에 넣었습니다. 이 방법은 매체를 연속으로 빨리 생산할 수 있는 탁월한 해결책입니다.
하지만 High Temp Resin는 부서지기 쉽습니다. 제작할 형태가 조금 더 복잡하면 쉽게 뒤틀리거나 갈라집니다. 일부 모델에서는 12회 이상의 생산 회차를 달성하기가 어려울 수 있습니다. 이 과제를 해결하기 위해 프랑스 스타트업 회사인 홀리메이커(Holimaker)는 Grey Pro Resin으로 소재를 바꿨습니다. High Temp Resin에 비해 열전도율이 낮아 쿨링 시간이 길지만, 부드러우며 수백 번의 생산 회차에도 견딜 수 있는 소재입니다.
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사례 연구: 3D 프린팅 사출 금형
3D 프린팅 금형을 이용한 사출 성형은 다양한 응용 분야에 적용할 수 있습니다. 저희가 마련한 백서를 다운로드하여 다섯 가지 사례 연구를 통해 금형을 주문형으로 제작하고 소량 열가소성 플라스틱 파트를 신속하게 생산해내는 하이브리드 제조 공정을 알아보세요.
- 3D 프린팅 금형으로 진행하는 사출 성형에 관해 기술 연구를 진행한 IPC
- Rigid 10K Resin을 3D 프린팅하여 제작한 금형을 소량 생산에 사용한 멀티플러스(Multiplus)
- Rigid 10K Resin으로 3파트 금형을 제작하여 수백 개의 나사산 캡을 사출 성형한 노버스 애플리케이션스(Novus Applications)
- High Temp Resin으로 3D 프린팅 금형을 제작하여 1주일간 수천 개의 마스크 스트랩을 생산한 브라스켐(Braskem)
- Grey Pro Resin과 Rigid 10K Resin 금형으로 100개의 기술적 파트를 생산한 홀리메이커(Holimaker)
Rigid 10K Resin으로 3D 프린팅한 사출 금형 및 성형된 최종 파트의 질감.
사출 금형을 3D 프린팅할 때 올바른 Resin을 선택하는 법
Formlabs High Temp Resin으로 3D 프린팅한 사출 금형.
당사는 내부 테스트 및 고객사와의 사례 연구를 바탕으로 아래 표의 기준에 따라 3D 프린팅 레진을 선택하시도록 권장합니다. 별 세 개는 레진이 해당 조건을 우수하게 견뎌낸다는 점을 의미하며, 별 한 개는 상대적으로 그렇지 못하다는 의미입니다.
| Criteria | High Temp Resin | Grey Pro Resin | Rigid 10K Resin | |
|---|---|---|---|---|
| 높은 성형 온도 | ★★★ | ★ | ★★ | |
| 짧은 냉각 시간 | ★★★ | ★ | ★★ | |
| 높은 압력 | ★ | ★★ | ★★★ | |
| 복잡한 형태를 제작하며 사이클 횟수 증가 | ★★ | ★★★ |
3D 프린팅 금형으로 파트를 사출 성형하는 법
사출성형 프로세스의 복잡성은 대부분 부품과 금형 구조의 복잡성에 따라 달라집니다. PP, PE, TPE, TPU, POM, ABS, PC, ASA, PA 등의 다양한 열가소성 플라스틱을 3D 프린팅 금형으로 사출할 수 있습니다. 점도가 낮은 소재는 금형의 수명과 압력을 줄이는데 도움이 됩니다. 폴리프로필렌과 TPE 플라스틱은 가공하기 쉽습니다. 그 외의 PA같은 테크니컬 플라스틱으로는 처리할 수 있는 생산 회차의 수가 적습니다. 이형제를 사용하면 특히 TPU 또는 TPE와 같이 유연한 소재로 제작된 부품을 금형에서 분리하는 데 도움이 됩니다.
사출 프레스의 유형은 프로세스에 큰 영향을 미치지 않습니다. 사출성형에 익숙하지 않고 투자 비용을 제한하여 테스트하려고 한다면, Holipress 또는 Galomb Model-B100과 같은 벤치탑 사출성형기를 사용하는 것도 좋은 옵션이 될 수 있습니다.데스크탑 시스템 Micromolder 또는 유압 시스템 Babyplast 10/12와 같은 자동화된 소형 사출성형기는 소형 부품을 대량 생산하기에 좋은 대안입니다.
3D 프린팅 금형을 사용한 소량 고속 사출 성형
백서를 다운로드하여 비용과 리드 타임을 줄이기 위해 사출 성형 공정에서 3D 프린팅한 금형을 사용하는 방법과 관련한 지침을 확인하고, 브라스켐, 홀리메이커 및 노버스 애플리케이션스의 실제 사례 연구를 살펴보세요.
3D 프린팅 금형 디자인 지침
적층 제조의 디자인 지침 뿐만 아니라 사출 금형 설계의 일반 지침, 2도 또는 3도의 구배 각도를 추가하거나 파트 전체에 걸쳐 벽 두께를 균일하게 유지하거나 모서리를 둥글게 만드는 등의 지침도 준수해주시기를 권장합니다. 다음은 폴리머 프린팅 금형에만 해당하는 사용자 및 전문가의 조언 몇 가지 입니다.
크기 정확도를 최적화하려면 다음과 같이 합니다.
- 금형의 가공 여유를 계획하여 후처리하고 크기를 조정합니다.
- 금형 한 세트를 프린팅하여 치수 편차를 알아보고 이를 참작하여 금형의 CAD 모델을 수정합니다
금형의 수명을 연장하려면 다음과 같이 해보세요.
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캐비티 내부의 압력을 줄이려면 게이트를 터놓습니다.
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가능하다면 스택의 한쪽은 평평하게 디자인하고 다른 쪽은 디자인 형태에 맞춰 디자인합니다. 이렇게 하면 블록 정렬이 흐트러지거나 플래싱이 발생할 위험을 줄일 수 있습니다.
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공기가 빠져나갈 수 있도록 캐비티 가장자리에서 금형 가장자리까지 게이트를 추가합니다. 이렇게 하면 금형으로 재료가 더 쉽게 유입되고 압력을 최소로 만들며 게이트 영역의 플래싱을 완화하여 사이클 시간을 줄일 수 있습니다.
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얇은 단면을 피하십시오. 표면 두께가 1~2 mm 미만이면 열에 의해 변형될 수 있습니다.
프린트를 최적화하려면 다음과 같이 하십시오.
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금형 뒷면을 조정하여 재료를 최소화합니다: 캐비티를 서포트하지 않는 부분의 단면적을 줄입니다. 레진 비용을 절감하고 프린트에 실패하거나 프린트가 뒤틀릴 위험을 줄일 수 있습니다.
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빌드 플랫폼에서 파트를 제거하는 데 도움이 되도록 챔퍼를 추가하십시오.
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모서리 부분에 센터링 핀을 추가하여 두 프린트를 정렬합니다.
워크플로와 관련해 추가로 궁금한 점이 있으시면 FAQ: 3D 프린팅 금형을 사용한 사출 성형 게시글을 확인해주세요. 백서를 다운로드하여 공정 전체 워크플로 및 기타 모범 사례를 확인해보세요.
3D 프린팅 사출 금형을 제작할 때 부수적인 작업을 해야할 수 있습니다
3D 프린팅 금형: 프로로타이핑 및 생산 테크닉
데스크탑 3D 프린팅을 금형 제작에 이용하면 엔지니어와 디자이너가 소재를 더 다양하게 사용할 수 있고 3D 프린터의 성능을 신속 프로토타이핑을 넘어서 생산의 영역까지 확장할 수 있습니다.
3D 프린팅으로 제작된 금형, 다이, 패턴을 사용하여 성형 및 캐스팅 공정을 보완하는 것이 CNC 밀링보다 빠르고 저렴하며 실리콘 금형으로 작업하는 것보다 쉬운 경향이 있습니다.
3D 프린팅 금형은 사출 성형을 넘어서서 다음과 같은 성형 및 주조 공정에 사용할 수 있습니다.
링크에서 각 프로세스별 지침이 포함된 백서를 다운로드하세요.
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백서를 다운로드하여 3D 프린터로 복잡한 형태의 금형을 신속하게 제작하는 방법을 확인하고, 금형 파트 제작을 준비할 때 유념해야 할 팁과 지침에 대해 알아보세요.
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