오늘날 제조업계의 화두는 '속도'입니다. 제품 개발 주기에서 가장 병목 현상이 심한 구간은 단연 '사출 성형 금형 제작' 단계입니다. 전통적인 강철 또는 알루미늄 금형은 제작에 수주에서 수개월이 소요되며, 수천만 원의 비용이 발생합니다. 특히 고객의 요구에 맞춘 3D프린터주문제작 시장이 커지면서, 전통적인 금형 제작 방식의 한계를 극복하려는 시도가 늘고 있습니다.

이러한 급속한 성장에 힘입어 많은 소규모 워크샵이 국제 기업으로 성장했습니다. 심천에서 2005년에 설립된 멀티플러스(Multiplus)는 마이크로 사출 성형 작업장으로 시작해서 전체 생산 주기를 포괄하는 크고 작은 제품을 전부 다루며 단일 또는 다중 샷(2개 이상의 색상 또는 재료를 단일 금형에서 동시에 사출 성형하는 경우) 플라스틱 제품의 설계에서 제조까지 담당하는 솔루션 제공 업체로 빠르게 성장했습니다. 

폼랩스의 차세대 기술을 도입하여, 수주가 걸리던 금형 제작을 단 며칠 만에 끝내고 성공적인 3D 프린터 소량 생산 체계를 구축했습니다.

현재 멀티플러스는 포천(Fortune)지 선정 500대 기업을 포함하여 연간 250개 이상의 고객에게 서비스를 제공하고 있습니다. 

이제 차세대 Form 4(LFD) 기술의 등장으로, 래피드 툴링(Rapid Tooling)은 시제품 제작을 넘어 소량 양산의 영역까지 그 범위를 넓히고 있습니다.

본 가이드에서는 멀티플러스가 어떻게 3D 프린터 금형을 활용해 리드 타임을 90% 이상 단축하고, 비용 효율적인 주문 제작 서비스를 제공할 수 있었는지 그 비결을 공개합니다.

과거에 플라스틱 부품을 주문 제작하려면 비싼 강철 금형을 깎아야 했습니다. 하지만 시제품이나 수백 개 단위의 3D 프린터 소량 생산에서는 이러한 방식이 막대한 비용 부담이 됩니다.

• 즉각적인 설계 반영: 3D 모델링 데이터만 있으면 즉시 3D 프린터 금형을 출력할 수 있습니다.

• 비용 효율성: 수천만 원에 달하는 금속 가공비 대신, 소량의 레진 비용만으로 금형을 제작할 수 있어 시제품 단계의 리스크를 획기적으로 낮춥니다.

• 유연성: 설계 수정이 발생해도 즉시 새로운 금형을 출력하여 대응할 수 있습니다.

• 리스크 감소: 사출 전 최종 설계가 확정되지 않은 단계에서도 저렴한 비용으로 금형을 만들어 실제 소재로 테스트할 수 있습니다.

• 리드 타임 혁신: 외주 금형 제작 시 발생하는 4~8주의 대기 시간을 3D 프린팅 금형의 경우 단 24시간 이내로 줄여, 고객의 3D프린터주문제작 요청에 실시간으로 대응합니다.

영상에서 멀티플러스가 소량 생산을 위해 3D 프린팅 사출 금형을 사용한 방법을 확인해보세요.

대부분의 경우 사출 성형에 사용되는 금형은 강철이나 알루미늄과 같은 금속으로 제작합니다. 그러나 소량 생산은 금형 제작에 많은 비용과 시간이 소요되기 때문에 비용의 막대한 부분을 금형 제작에 쓸 수 밖에 없습니다. 

멀티플러스의 CEO 캐빈 리(Kavin Li)는 "지금 우리는 대부분 큰 규모의 작업을 진행하고 있지만 소량 생산 요청이 점점 보편화되고 있습니다. 일부는 디자인과 기능 검증용이지만 최종품 용도로 생산하는 사례가 더 많아지고 있습니다. 시장을 테스트하고자 하는 업체가 점점 더 많아 지는 것을 보면 타당하죠."라고 소회를 드러냈습니다.

몇 년 전 멀티플러스는 3D 프린팅을 채택한 이후 여러 대의 3D 프린터를 구입했는데, 대부분 서로 다른 재료로 설계를 검증하려고 커뮤니케이션용 모델과 파트를 프린팅하기 위한 것이었습니다. 소량 생산에 대한 수요가 증가하기 시작함에 따라 멀티플러스는 3D 프린팅으로 제조 방법을 바꾸고 적어진 주문량을 처리할 저렴한 플라스틱 금형을 생산할 비용 효율적인 방법을 찾기 위해 다양한 재료를 모색했습니다. Formlabs 3D 프린터로 소량 사출용 금형을 제작하니 기계 공정으로 제작하는 알루미늄 금형보다 비용, 노동력, 시간을 절약할 수 있었고 산업용 사출 성형 기계인 베이비플라스트(Babyplast)와도 막힘없이 연결해서 사용할 수 있었습니다.

사출 성형의 고온과 고압을 견디기 위해서는 소재의 성능이 필수적입니다. 멀티플러스는 폼랩스의 Rigid 10K Resin을 사용해 금속 금형을 완벽하게 대체했습니다.

3D 프린터 금형 제작에 Rigid 10K가 최적인 이유:

1. 극한의 내열성: 218°C의 열변형 온도(HDT)를 견뎌내어 뜨거운 용융 플라스틱이 주입되어도 형태가 유지됩니다.

2. 극한의 강성: 유리 충전(Glass-filled) 소재로 인장 탄성률이 10,000 MPa에 이르며, 사출 압력 하에서도 변형이 거의 없습니다.

3. 정밀한 표면: 주문 제작 파트의 정교한 표면 조도를 제공하여 후가공 시간을 대폭 줄이고 사출된 부품의 외관 품질이 뛰어납니다. 

멀티플러스의 사출 성형 부서 관리자인 린 웨이(Lin Wei)는 "사출 성형 과정에서 반복되는 압력과 열, 냉각 과정을 견딜 수 있는 3D 프린팅 재료가 그렇게 흔한 것은 아닙니다. 당사의 경험에 따르면 고온에 견딜 수 있다고 주장하는 재료를 사용하더라도 프린팅한 금형이 10~20번의 사출 주기를 견디기는 하지만 얼마 지나지 않아 부서지거나 품질이 저하되어 완성된 파트에 흠결이 생기게 됩니다. Rigid 10K Resin 금형으로 처음 생산한 분량은 100개의 파트였고 아무 문제가 없었습니다"라며 만족감을 드러냈습니다.

2026년 현재, 멀티플러스는 최근 폼랩스의 최신 장비인 Form 4를 도입하며 생산성을 한 단계 더 끌어올렸습니다. 새로운 초고속 LFD(Low Force Display) 기술은 3D 프린터 소량 생산의 경제성을 극대화합니다.

멀티플러스는 ABS, PP, PC+ABS, PC로 사출 성형 파트를 테스트했습니다. 금형을 디자인하고 나면 하루 안에 금형 프린팅과 후가공을 마치고 30분 내외에 조립장에서 조립한 후 바로 사출 성형 기계에서 사출을 시작합니다. 사출 성형이 시작되면 부품이 완성되는 데 약 3분이 걸립니다. 멀티플러스는 금형 하나하나를 대략 사출 100회까지만 사용하도록 제한을 두고 대량 주문이 생기면 금형을 여러 개 프린팅합니다.

작업장에 여러 대의 3D 프린터와 사출 성형기를 갖춘 멀티플러스는 3일 만에 수백 개의 파트를 납품할 수 있습니다. 이는 CNC 가공 금속 금형으로 부품을 사출 성형할 때 필요한 3-4주보다 훨씬 짧은 것입니다.

• 압도적 출력 속도: 기존 8~10시간 걸리던 금형 인서트 출력이 이제 2시간 이내에 완료됩니다. 이는 하루에도 여러 번의 금형 설계 수정과 사출 테스트가 가능함을 의미합니다.

• 높은 정밀도: 더 정교해진 광원 시스템은 금속 금형과의 공차 간격을 최소화하여, 사출 파트의 치수 정확도를 보장합니다.

• 다양한 소재 대응: ABS, PP, PA(나일론) 등 실제 양산용 플라스틱 소재를 그대로 사용하여 3D프린터주문제작 파트의 신뢰성을 높입니다.

멀티플러스는 3D 프린팅 사출 금형과 베이비플라스트 10/12 스탠다드 머신으로 다양한 압력과 온도에서 폭 넓은 재료를 사출해왔습니다. 테스트한 부품은 몇 가지 작은 기능을 포함하는 가전 제품용 컨트롤 박스 하우징이었습니다. 

이러한 테스트에서 우리는 180°C에서 주입된 PP가 처리하기가 상당히 쉽다는 것을 관찰했습니다. 멀티플러스는 품질이 훌륭하고 표면이 매끈한 사출 파트를 얻었습니다. 사출 금형은 100회의 사출을 진행한 이후에도 상태가 좋았습니다. 비슷하게 ABS는 220°C에서 60번 사출한 후에도 금형이 손상되지 않았습니다. 멀티플러스는 생산 일정이 급박해서 금형이 손상될 때까지 테스트하지는 않았지만 PP, ABS, PC-ABS 금형 당 100회 주기 이상의 수명을 예상할 수 있었습니다. 

PC를 260°C에서 테스트해봤을 때는 단 4회의 반복만으로 부서졌습니다. 특히 박벽 형태라면, 250°C를 넘고 점도가 높은 플라스틱을 Rigid 10K Resin으로 3D 프린팅한 금형으로 처리하기는 어렵다는 사실을 알게 되었습니다. High Temp Resin은 열변형 온도가 높아서 클램핑과 사출 압력이 너무 높지 않을 때 대체 소재로 고려할 수 있습니다.

멀티플러스는 대량 양산용 금속 금형이 제작되는 수개월 동안의 공백을 3D 프린터 금형으로 메우는 브릿지 매뉴팩처링(Bridge Manufacturing) 전략을 사용합니다. 이를 통해 고객은 금속 금형이 나오기도 전에 시장 반응을 확인하거나 실제 제품 판매를 시작할 수 있습니다.

1개에서 100개 사이의 부품이 필요할 때, 3D 프린팅 금형은 가장 경제적인 선택입니다. 특히 복잡한 형상을 가진 맞춤형 의료 기기나 자동차 내부 부품 테스트 시 그 진가를 발휘합니다

이러한 3D 프린터 소량 생산 프로젝트에서 멀티플러스의 방식은 전통 가공 방식보다 비용을 80% 이상 절감하는 효과를 거두었습니다.

성공적인 사출 결과를 얻기 위해서는 디자인 단계에서 몇 가지 주의가 필요합니다.

1. 구배 각도 최적화: 3D 프린팅 소재 특성을 고려해 금속 금형보다 약간 더 넉넉한 구배 각도(1.5도 이상)를 권장합니다.

2. 냉각 시간 확보: 플라스틱 소재인 3D 프린터 금형은 열전도율이 낮으므로, 사출 주기 사이의 냉각 시간을 충분히 설정해야 합니다.

3. 인서트 설계: 마모가 심한 부위나 미세한 핀 구조는 금속 부품을 혼용(하이브리드 금형)하면 금형 수명을 연장할 수 있습니다.

4. 적절한 사출 압력: 금형의 수명을 연장하기 위해 필요 이상의 과도한 사출 압력은 지양해야 합니다.

멀티플러스의 사례는 3D 프린팅이 더 이상 단순한 '모형 제작' 수준에 머물지 않음을 증명합니다. 3D 프린터 금형은 이제 시제품 단계를 넘어 실제 제조 현장의 필수 도구가 되었습니다. 3D프린터주문제작의 높은 단가와 3D 프린터 소량 생산의 리드 타임 고민을 한 번에 해결하고 싶다면, 폼랩스의 래피드 툴링 솔루션이 그 해답이 될 것입니다.

금형 제작 비용과 시간에 가로막혀 혁신을 주저하고 계신다면, 지금 바로 전 세계 제조 선두 기업들이 선택한 폼랩스 기술로 귀사의 생산 라인을 혁신하세요.

무료 백서를 다운로드하거나 웨비나를 시청하여 사출 성형 공정에서 3D 프린팅 금형을 사용하기 위한 자세한 공정 워크플로, 설계 지침 및 기타 모범 사례를 확인하고 노버스, 브라스켐, 홀리메이커의 실제 사례 연구를 더 알아보세요.