2001년 세계 무역 기구(WTO)에 가입한 후 몇 년 동안, 중국은 생산량 면에서 빠르게 세계 최대 제조업자가 되었습니다. 이 제조 능력의 원천은 대부분 심천을 비롯한 남부 광둥성의 9개 도시 그룹인 주강 삼각주 지역입니다. 2020년에 이 지역은 중국 무역 가치의 약 3분의 1을 차지했습니다.
이러한 급속한 성장에 힘입어 많은 소규모 워크샵이 국제 기업으로 성장했습니다. 심천에서 2005년에 설립된 멀티플러스는 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. 현재 멀티플러스는 포천(Fortune)지 선정 500대 기업을 포함하여 연간 250개 이상의 고객에게 서비스를 제공하고 있습니다.
이러한 고객사 중 일부는 소량 생산이 간헐적으로 필요한데, 이런 작업은 하드 툴링 제작 공정이 까다로우므로 전통적인 사출 성형 기술을 사용할 경우, 비용과 시간이 많이 소요됩니다.
Multiplus가 약 100개의 성형 파트를 제작해야하는 소규모 배치 작업의 리드 타임을 4주에서 단 3일로 단축하는 데 3D 프린팅 사출 금형을 사용한 방법을 알아보세요.
3D 프린팅 금형을 사용한 소량 고속 사출성형
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소량 생산에 대한 수요 증가
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.
멀티플러스가 테스트했던 재료 중 한 가지는 Formlabs의 Rigid 10K Resin으로 유리가 충전된 레진이며 사출 금형이 갖춰야 할 특성인 강성과 강도, 내열성과 내화학성을 갖추고 있습니다. 또한 Form 3 SLA 3D 프린터 에서 Rigid 10K Resin으로 프린팅한 파트는 매끄러운 무광택 마감 처리되어 표면 마감이 깔끔한 파트를 얻을 수 있습니다.
금속 금형 쉘로 조립한 Rigid 10K Resin 금형의 코어.
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.
Rigid 10K Resin 형을 사용해 방금 사출 성형한 ABS 제어박스 하우징.
처리 시간을 4주에서 1주로 단축
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.
| 100개의 파트 사출성형 | SLA 방식으로 3D 프린팅된 금형 | CNC 가공 금형 |
|---|---|---|
| 리드 타임 | 3.5일 | 3~4주 |
공장 현장에 Form 3를 두고 사용함으로써 금형 제작 프로세스가 훨씬 더 민첩해졌으며 Rigid 10K Resin은 지금까지 사출 성형에 사용한 최고의 레진 중 하나입니다. 이제 우리는 고객 요청에 훨씬 빠르게 응답할 수 있습니다.”
Kevin Li
성형 조건 및 결과
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.
| 소재 | PP | ABS | PC-ABS | PC |
|---|---|---|---|---|
| 사출 온도(노즐) | 180 ℃ | 220 ℃ | 240 ℃ | 260 ℃ |
| 사출 부피 | 36 cc | 39 cc | 37 cc | 40 cc |
| 냉각 시간 | 80 초 | 60 초 | 50 초 | 90 초 |
| 사출 압력 | 60 bar | 95 bar | 95 bar | 110 bar |
| 보압 | 35 bar | 30 bar | 25 bar | 80 bar |
| 보압 시간 | 0 초 | 1.5 초 | 1 초 | 2.5 초 |
| 생산 회차 수 | 100+ | 60+ | 60+ | 4 |
Form 3에서 프린팅한 Rigid 10K 사출 금형을 이용하면 100개 이상의 파트를 생산할 수 있습니다.
3D 프린팅 금형을 사용한 소량 사출 성형
3D 프린팅을 사출 성형 워크플로와 원활하게 통합할 수 있었던 멀티플러스는 비용을 절감하고 처리 시간을 개선하며 고객이 더 나은 제품을 빠르게 시장에 출시할 수 있도록 지원하면서 자사의 비즈니스를 키우고 더 많은 작업을 수행하며 경쟁력을 높일 수 있었습니다.
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