실리콘 금형 제작법: 실용 안내서

역사를 통틀어 장인들은 청동기 시대의 무기부터 현대 소비자 제품에 이르기까지 모든 것을 만드는 데 금형을 사용해 왔습니다. 초기에는 금형을 흔히 석재로 성형했지만 현대 과학은 실리콘 같이 작업하기 훨씬 쉬운 재료를 개발했습니다.

오늘날에 와서는 다양한 산업 분야에서 실리콘 금형 제작에 의존하고 있습니다. 제품 개발자, 엔지니어, DIY 제작자, 심지어 요리사까지 모두 실리콘 금형을 만들어 일회성 파트를 제작하거나 파트를 소량 생산합니다.

실리콘 금형 제작에 관한 이 실용 안내서에서는 시작하기 전에 알아야 할 모든 것을 분석하고 필요 항목 목록을 제공하고 실리콘 금형 제작의 단계별 가이드를 제시해드려 어떤 유형의 프로젝트에서도 이용하실 수 있습니다.

다양한 장점이 있는 실리콘은 금형 제작에 사용하기에 아주 좋은 소재입니다. 실리콘 금형을 사용하면 맞춤형 디자인을 쉽게 제작할 수 있습니다. 금형 자체도 꽤 튼튼해서 파손 걱정 없이 반복해서 사용할 수 있습니다. 유기물인 고무와 비교할 때 실리콘의 무기물 구성은 열과 추위, 화학 물질 노출, 심지어 곰팡이에 대한 복원력이 매우 뛰어납니다. 다음은 실리콘 금형의 장점 중 일부입니다.

실리콘은 유연하여 작업하기가 쉽습니다. 실리콘 금형은 플라스틱 같이 더 단단한 물질보다 유연하고 가벼우며 부품 성형이 끝나면 제거하기도 더 쉽습니다. 실리콘의 우수한 유연성 덕분에 금형과 제작 부품 모두 깨지거나 부서질 가능성이 적습니다. 맞춤형 실리콘 금형으로 복잡한 엔지니어링 구성품부터 휴가를 테마로 한 각얼음이나 과자에 이르기까지 모든 것을 만들 수 있습니다.

실리콘은 섭씨 -65°에서 400° 사이의 온도를 견딥니다. 또한 연신율은 제형에 따라 700%에 달할 수 있습니다. 광범위한 조건에서 매우 안정적이며 실리콘 금형을 오븐에 넣었다가 식히면 떼어낼 때 잘 늘어납니다.

실리콘 금형은 대부분 여러 번 사용할 수 있습니다. 그러나 금형의 수명은 크게 달라질 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 더 자주 주조에 사용하고 디자인이 더 복잡하거나 세밀할수록 금형은 더 빨리 열화될 수 있습니다. 실리콘 금형의 수명을 최대화하려면 순한 비누와 물로 세척하고 완전히 건조시킨 다음 쌓아두지 말고 평평한 곳에 펼쳐서 보관하세요.

실리콘 작업에는 이점이 많지만 다음과 같은 몇 가지 제한 사항도 알고 있어야 합니다.

• 실리콘은 라텍스와 유기 고무보다 더 고가입니다. Amazon에서 빠르게 비교해보면 1갤런의 실리콘이 보통 $100을 넘는다는 것을 알 수 있습니다. 이는 라텍스의 거의 두 배입니다.

• 실리콘은 유연하지만 너무 늘리면 찢어질 수 있습니다.

• 모든 실리콘을 동일하게 제조하는 것은 아닙니다. 항상 평판이 좋은 공급업체로부터 실리콘과 제조 재료를 모두 구매하세요.

실리콘 금형은 다재다능하고 사용하기 쉬워 취미 애호가와 전문가 모두 이에 의존합니다. 다음은 제품 생산 과정에서 실리콘 금형을 제작하는 산업 및 응용 분야의 몇 가지 예입니다.

실리콘 성형은 다양한 산업 분야의 프로토타입 제작과 제품 개발 생산에 사용됩니다. 실리콘 금형은 사출 성형과 같은 기존 제조 공정에 필요한 하드 툴링보다 상당히 저렴한 비용으로 이용할 수 있으므로 실리콘 금형을 이용한 주조는 제품 디자인의 프로토타이핑은 물론 신제품에 대한 시장과 소비자 반응을 테스트할 용도로 베타 장치를 만들기에 제격입니다. 3D 프린팅은 일회용 부품을 빠르게 만드는 데 더 적합하지만 실리콘 금형과 우레탄 주조는 소량 부품 생산에 이상적인 방법일 수 있습니다.

보석상은 왁스를 손수 조각하거나 3D 프린팅 패턴으로 만드는 데 맞춤형 실리콘 금형을 사용하며 이렇게하면 새로운 조각을 만들 때마다 밀랍으로 조각한 패턴을 만드는 시간 소모적인 노동을 단계적으로 없앨 수 있지만 여전히 왁스를 주조할 수 있습니다. 이것은 연속 생산에서 큰 도약이 되어 인베스트먼트 주조를 대규모로 진행할 수 있습니다. 실리콘 금형은 섬세한 디테일을 잡아낼 수 있어 이를 이용하는 보석 세공인은 화려한 디테일과 복잡한 기하학이 있는 제품을 생산할 수 있습니다.

창작자는 비누 및 양초와 같은 많은 맞춤형 공예품을 만드는 데 실리콘 금형을 사용합니다. 학용품 제조업체조차도 분필이나 지우개와 같은 물건을 만들기 위해 종종 실리콘 금형을 사용합니다.

예를 들어, 호주에 기반을 둔 소규모 회사인 틴타 크레용(Tinta Crayons)은 실리콘 금형으로 모양이 재미있고 표면에 섬세한 디테일이 있는 크레용을 제조합니다.

식품 등급의 실리콘 금형은 초콜릿, 아이스 바, 막대 사탕을 포함한 모든 종류의 기발한 제과류를 만드는 데 사용됩니다. 실리콘은 섭씨 400도까지의 열을 견딜 수 있어서 금형을 요리에도 사용할 수 있습니다. 머핀과 컵케이크 같은 작은 구움 과자류는 실리콘 금형에서 잘 부풉니다.

독립 예술가와 DIY 작업자는 종종 독특한 창작물을 만드는 데 실리콘 금형을 사용합니다. 실리콘 몰드로 배스 밤에서 강아지 간식에 이르기까지 모든 것을 만들거나 복제할 수 있습니다. 가능성은 무한대에 가깝습니다. 아이들과 실물 모형 손을 만드는 실리콘 금형 프로젝트를 재미있게 해볼 수 있습니다. 피부에 안전한 실리콘을 선택했는지는 확인하셔야 합니다.

마스터라고도 하는 패턴은 실리콘 금형에 정밀한 음형(안으로 오목한 형태)을 만드는 데 사용하는 파트입니다. 단순히 기존 개체를 복제하려 한다면 해당 개체를 패턴으로 사용하는 것이 좋습니다. 물체가 금형 제작 과정을 견딜 수 있는지 확인하기만 하면 됩니다.

새로운 디자인이나 프로토타입을 만들려면 먼저 패턴을 제작해야 하고 여기에는 몇 가지 옵션이 있습니다. 다음은 실리콘 성형용 패턴을 만드는 몇 가지 방법입니다.

• 소조 – 재능 있는 조각가이거나 비교적 단순한 디자인을 만드는 경우 점토를 붙여 패턴을 만들 수 있습니다. 패턴 빚기가 아이들에게는 재미있는 프로젝트이며 DIY 작업자에게는 비용 효율적인 옵션입니다.

• 조소 – 나무를 깎아 패턴을 만들 수 있습니다. 조각해서 만든 나무 마스터는 타일과 평면 디자인을 만드는 데 금형으로 사용할 수 있습니다.

• 3D 프린팅 – 많은 전문가 및 상업 디자이너가 3D 프린팅 패턴을 선택합니다. 데스크톱 3D 프린터에는 CAD 소트프웨어 내 디자인 유연성, 고도의 정확도, 손쉬운 프로토타입 수정, 짧은 처리 시간을 비롯해 다양한 장점이 많습니다.

패턴만 완성되면 실리콘 금형 제작에 착수할 수 있습니다.

기본 실리콘 금형 키트를 제작하는 데 필요한 것을 모두 나열했습니다.

• 마스터 패턴

• Smooth-On OOMOO와 같은 액체 실리콘

• 금형 하우징용 상자 또는 무공성 용기

• Smooth-On 범용 이형제와 같은 이형제

• 왁스, 레진 또는 기타 최종 용도 재료

금형 제작을 시작하기 전에 만들고자 하는 금형 유형을 결정해야 합니다. 

일체형 실리콘 금형은 큐브형 얼음 트레이와 같습니다. 금형을 채운 다음 재료가 응고되도록 둡니다. 그러나 큐브형 얼음 트레이로는 상단이 평평한 큐브가 만들어지는 것처럼 일체형 금형은 평평한 면이 있는 디자인에만 사용할 수 있습니다. 마스터에 언더컷이 깊게 있는 경우 실리콘이 일단 굳어버리면 손상 없이 해당 마스터를 금형에서 꺼내기도, 완성된 부품을 금형에서 꺼내기도 더 어려워집니다.

이것이 디자인에 문제가 되지 않는 경우 일체형 실리콘 금형은 마스터의 다른 모든 표면을 매끄럽게 3D 복제본으로 만들기에 이상적인 방법입니다.

2피스 실리콘 금형은 평평한 면이 없거나 깊은 언더컷이 없는 3D 마스터를 재현하기에 더 좋습니다. 금형은 다시 함께 결합되는 두 조각으로 분할되어 채울 수 있는 3D 캐비티를 형성합니다(사출 성형 작동 방식과 유사).

2피스 금형은 평평한 표면이 남지 않으며 단일 블록 금형보다 작업하기가 더 쉽습니다. 단점은 만들기가 조금 더 복잡하고 두 조각이 완벽하게 플러시되지 않으면 이음새가 형성될 수 있다는 것입니다.

먼저 일체형 금형을 사용할지, 2피스 금형을 사용할지 결정해야 합니다. 이러한 주형을 만드는 과정은 비슷하지만 두 부분으로 된 주형을 만드는 데 시간이 조금 더 걸립니다. 다음 단계별 지침에 따라 자신만의 실리콘 금형을 만들 수 있습니다.

1. 제품 마스터 제작:  이것은 다른 재료로 복제할될 최종 부품의 설계입니다. 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터로 3D 프린팅하려면 어떤 표준 레진도 무방하며 층 높이는 50μm로 지정합니다. 표면이 섬세한 프린트물에 서포트 흔적이 남지 않도록 하십시오. IPA로 파트를 철저히 세척합니다. 세척 후에도 표면이 끈적이면 실리콘 성형 공정에 영향을 줄 수 있습니다.

2. 금형 하우징 구성:  코팅된 MDF는 실리콘 몰드용 밀폐 상자를 구성하는 데 널리 사용되지만 간단한 기성품 플라스틱 용기도 사용 가능합니다. 비다공성 재료를 준비해 평평한 바닥이 있는 곳을 찾습니다.

3. 마스터를 놓고 이형제를 도포합니다.  금형 하우징 안 쪽에 이형제를 미스트처럼 가볍게 뿌리는 것으로 시작합니다. 섬세한 부분이 있는 면이 위로 오도록 마스터를 상자 안에 겹치지 않게 배열합니다. 이형제를 가볍게 뿌립니다. 완전히 건조하려면 약 10분이 필요합니다.

4. 실리콘 준비:   포장에 쓰인 지침에 따라 실리콘 고무를 혼합합니다. 핸드헬드 전기 샌딩기 같은 진동 장치를 사용하면 기포를 제거할 수 있습니다.

5. 금형 하우징에 실리콘을 붓습니다.  혼합된 실리콘 고무를 밀폐 상자에 가느다란 줄기로 부드럽게 부어넣습니다. 먼저 상자의 가장 낮은 부분(베이스)을 겨냥하여 붓고 점차적으로 3D 프린팅된 마스터의 윤곽선을 따라 올라가며 붓습니다. 실리콘이 최소 1cm 높이로 더 쌓이도록 덮습니다. 경화 공정은 실리콘 유형 및 브랜드에 따라 완료하는 데 1시간에서 1일이 소요됩니다.

6. 실리콘 이형:  경화가 끝나면 밀봉된 상자에서 실리콘을 벗겨내고 마스터를 꺼냅니다. 이 실리콘은 최종 사용품 주조에 사용되는 큐브형 얼음 트레이 스타일의 중형 역할을 합니다.

7. 파트 주조: 다시 말하지만, 실리콘 몰드에 이형제를 가볍게 뿌리고 10분간 건조하는 것이 좋습니다. 최종 사용 재료(예: 왁스 또는 콘크리트)를 빈 공간에 부어넣고 경화합니다.

8. 다음 주조용 금형 준비:  이 실리콘 금형은 여러 번 사용할 수 있습니다. 프로세스를 반복하려면 7단계로 돌아갑니다.

두 부분으로 된 금형을 만들려면 먼저 마스터를 만들고 금형 하우징을 구성하는 위의 처음 두 단계를 따릅니다. 그런 다음 다음 프로세스에 따라 두 부분으로 된 금형을 만듭니다.

1. 점토에 마스터 배치: 점토로 마스터 주변을 둘러싸 금형 절반의 형태를 만듭니다. 금형 하우징 안에서 마스터의 절반이 점토 밖으로 튀어나오는 높이까지 점토를 붙이면 됩니다.

2. 실리콘 준비와 투입: 실리콘에 포함된 패키지 지침에 따라 실리콘을 준비하고 점토와 마스터 위에 있는 몰드 하우징에 부드럽게 붓습니다. 이 실리콘 층은 2피스 금형의 절반이 됩니다.

3. 금형 하우징 내용물 모두 회수: 첫 번째 금형이 경화되면 금형 하우징에서 실리콘 금형, 마스터, 점토를 꺼내야 합니다. 꺼낼 때 층이 분리되어도 괜찮습니다.

4. 점토 제거: 첫 번째 실리콘 금형과 마스터가 드러나도록 점토를 모두 닦아냅니다. 마스터와 제작된 금형이 모두 깨끗한지 확인합니다.

5. 금형 하우징 안에 금형과 마스터 재배치: 제작된 실리콘 금형과 마스터(금형 안에 배치)를 모두 아래가 아닌 위를 향하도록 금형 하우징에 다시 넣습니다.

6. 이형제 도포: 마스터와 제작한 실리콘 금형 상단에 이형제를 얇게 도포하여 쉽게 이형(금형을 떼어냄)할 수 있게 준비합니다.

7. 반대쪽 금형용 실리콘 준비 및 투입: 이전과 동일한 지침에 따라 실리콘을 준비하고 금형 하우징에 부어 두 번째 금형을 만듭니다.

8. 두 번째 금형이 경화될 때까지 대기: 금형 하우징에서 꺼내기 전까지 시간을 충분히 두고 두 번째 금형을 경화합니다.

9. 파트 이형: 금형 하우징에서 두 개의 실리콘 금형을 꺼내서 부드럽게 떼어냅니다.

결론적으로 단 한 가지 방법을 사용해서 음식, 피규어, 상업용 구성품 등의 제품을 올바르게 제작하기란 불가능합니다. 최상의 결과를 얻기 위해 다양한 생산 방법을 조합해서 사용하는 경우가 많습니다. 각 방법 특유의 장단점을 속속들이 이해하면 프로젝트에 채택할 최선의 생산 방법을 결정하는 데 도움이 됩니다. 

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