빠르고, 저렴하고, 품질도 좋을 것. 제조업의 오랜 숙제는 속도와 품질을 낮은 비용으로 달성하는 것이지만, 이 세 가지를 모두 달성하는 것은 불가능하다는 것이 일반적인 생각입니다. 대부분의 엔지니어들은 플라스틱 부품을 제조할 때 사출 성형이 빠른 사이클 타임, 견고한 소재, 파트당 저렴한 비용 등 세 가지를 모두 충족하는 최고의 솔루션이라고 말합니다. 하지만 최근 3D 프린팅의 혁신으로 인해 과연 여전히 그럴까요?
2024년 4월, 저희는 저렴한 비용으로 속도와 품질 면에서 사출 성형과 경쟁하거나 심지어 이길 수 있다는 것을 보여주기 위해 Form 4와 사출 성형을 비교했습니다. 댓글에는 질문이 쏟아졌습니다. 이제 Form 4 의 4.6배 빌드 볼륨을 가진 Form 4L 을 출시하면서 이 테스트를 다시 실행하여 Form 4 레진 믹서 래치를 생산하기로 결정했습니다. 두 대의 Form 4L 마스크형 광경화성 수지 조형(MSLA) 3D 프린터와 사출 성형으로 Form 4 시리즈 3D 프린터의 빠른 속도가 기존 사출 성형을 능가할 수 있음을 증명하기 위해 출발했습니다.
아래에서는 최종 사용 파트를 제작하는 데 드는 비용, 시간, 기계적 물성을 세분화하여 3D 프린팅 파트의 비용, 후처리 및 기계적 물성에 대한 시청자의 궁금증을 해결해 드립니다.
Form 4 레진 믹서 래치 제작하기
생산 공정: 사출 성형 vs. 3D 프린팅
Form 4 레진 믹서 래치는 Formlabs Form 4 시리즈 프린터의 레진 탱크에 부착하여 프린팅 공정 중 탱크 내 레진을 균일하게 유지하여 재료 성능을 향상시키는 액세서리인 Form 4 믹서의 컴포넌트로, Formlabs Form 4 시리즈 프린터에 장착할 수 있습니다. 이 테스트에서는 사출 성형을 사용하는 실제 계약 제조업체와 대형 수지 3D 프린터인 Form 4L 2대를 사용하여 최종 사용 부품 1,000개를 경쟁적으로 생산했습니다.
믹서 래치는 레진 믹서를 Form 4의 제자리에 고정합니다.
사출 성형의 경우 탱크, 카트리지, 믹서 등 여러 세대의 Formlabs 3D 프린터용 컴포넌트를 생산해온 대만의 위탁 제조업체와 협력했습니다. 이 테스트에 사용된 두 개의 캐비티 금형은 Form 4 레진 믹서 래치의 연속 생산에 사용되는 실제 금형입니다.

위탁 제조업체의 사출 성형기는 10평방미터의 바닥 면적을 차지합니다.
3D 프린팅 비교를 위해 빌드 면적이 넓고 프린트 속도가 빠르며 대량 생산용으로 설계된 대형 3D 프린터 Form 4L 두 대를 사용했습니다. 또한 후처리를 위해 Form Wash L과 Form Cure L을 설치했습니다. 소재는 무광택의 프레젠테이션용 파트를 제작할 수 있는 단단하고 튼튼한 일반 용도 소재인 Black Resin V5를 선택했습니다.

Form 4L 제조 설정
3D 프린팅 설비는 약 3제곱미터의 바닥 면적을 차지하며 다음 설비를 배설치했습니다.
- 2x Form 4L
- 2x Resin Pump
- Black Resin 5L 컨테이너 2개(2개입)
- 1x Form Wash L
- 1x Form Cure L
실제 사출 성형 환경에서는 한 사이클당 50초가 소요되며 두 개의 파트를 생산합니다. 캐비티가 더 많은 금형을 사용하여 사이클당 더 많은 파트를 생산하거나 공정 변경을 통해 사이클 시간을 줄임으로써 속도를 높일 수 있지만, 우리와 계약 제조업체는 이것이 생산 요구 사항에 가장 적합한 공정이라고 결정했습니다. 곧 설명하겠지만, 사출 성형은 생산 물량이 약 13,000개 이상일 때 이 파트를 저렴하게 생산하는 방법일 수 있습니다니다.
Form 4L을 사용하면 프린트 작업당 78개의 파트를 프린트할 수 있으므로 1,000개의 파트를 생산하려면 13번의 프린트 작업이 필요합니다. Form 4 시리즈 프린터에 사용되는 독점적인 Low Force Display™ 프린트 기술은 빠른 프린트 속도를 지원하며, PreForm의 프린트 설정 편집기에서 조정하여 속도를 더욱 높일 수 있습니다. 레이어 높이 150μm의 맞춤형 프린트 설정으로 프린트를 완료하는 데 필요한 레이어 수를 줄이고 조도와 노출을 높여 각 레이어에 필요한 시간을 줄였습니다. 프린트 설정 편집기 사용 방법 알아보기.
파트 생산 시간
사출 성형 | 3D 프린팅 | |
---|---|---|
사이클/프린트당 파트 수 | 2 | 78 |
사이클/프린트당 시간 | 50초 | 48 분 |
주기/프린트 횟수 | 500 | 13 |
총 파트 수 | 1,000 | 1,014 |
총소요시간 | 6시간 59분 | 5시간 56분 |
사출 성형 및 3D 프린트 파트 모두 약간의 후처리가 필요합니다. 사출 성형으로 제작된 파트는 스프루와 러너를 제거해야 합니다. 레진 3D 프린트 파트는 세척 및 경화 후 지지대를 제거해야 합니다. 두 경우 모두 생산 중에 작업자가 후처리를 수행할 수 있으므로 후처리를 하면 마지막 파트의 생산 시간만 늘어납니다.

리드 타임 비교: 6주 대 당일 처리
우리의 정면 대결은 생산 시간에만 초점을 맞추었지만, 생산까지의 일정은 사출 성형에 사용되는 금형 제작부터 시작됩니다. 이 정도 크기와 복잡한 금형을 제작하는 데는 일반적으로 몇 주가 소요되며, 2~3배의 웃돈을 지불해야만 신속하게 진행할 수 있습니다. 완성된 파트 설계에서 완성된 부품에 이르기까지 제조 가능성을 위한 설계, 공구 절삭, 생산 및 가공을 고려할 때 일반적인 리드 타임은 4~6주 정도입니다.
반면 3D 프린팅은 공구를 제작할 필요가 없으며 추가 비용 없이 당일에 파트를 프린트할 수 있습니다. 즉, 사출 성형 툴링 설계가 완성되기도 전에 3D 프린트로 단기간에 생산을 완료할 수 있습니다.
파트당 비용 분석: 85% 비용 절감
툴링 비용이 들지 않는 3D 프린팅은 소량의 파트를 저렴하게 제작할 수 있는 방법으로 자리 잡았습니다. 1,000개 파트의 경우 3D 프린팅은 사출 성형보다 85% 저렴하다는 명성이 이 경우에도 적용됩니다. 수치를 분석해 본 결과 두 방법의 손익분기점은 13,050파트로 나타났습니다.

외주 사출 성형으로 1,000개의 파트를 제조하는 데 3,920달러가 드는 반면, Form 4L을 사용한 인하우스 3D 프린팅은 600달러에 불과합니다.

단위 부피에 따른 파트당 비용. 3D 프린트는 최대 13,050개의 파트에 대해 더욱 비용 효율적인 솔루션입니다. 대량 레진 구매 시 할인된 가격으로 3D 프린트의 파트당 비용을 더욱 낮출 수 있으며, 레진 구매량에 따라 손익분기점을 40,000개 이상의 파트에서 달성할 수 있습니다.
사출 성형은 툴링에 상당한 초기 재정적 투자가 필요하기 때문에 파트당 사출 성형 비용은 생산량에 따라 크게 달라집니다. 믹서 래치를 성형하는 데 사용된 사출 성형 도구의 가격은 3,600달러였습니다. 또한 계약 제조업체는 재료, 인건비 및 간접비에 대해 파트당 32센트를 청구합니다.
반면 3D 프린팅은 툴링이 필요하지 않으므로 생산량에 따라 파트당 비용이 달라지지 않으며 하드웨어, 소모품, 인건비로 구성됩니다.
이 비교를 위해 프린터 구매에 대한 자본 투자와 공간, 전력, 유지 관리, 파트 세척을 위한 용제 등 운영 비용을 모두 포함하여 전체 설비 비용을 3년간 상각했습니다. 대량 생산 시 파트당 비용에 대한 하드웨어 비용의 기여도는 거의 무시할 수 있을 정도입니다.
재료비의 경우, Form 4 레진 믹서 래치는 6mL의 Formlabs Black Resin 을 사용하며, 5리터 용기로 구매할 경우 현재 리터당 65달러이므로 파트당 재료비는 40센트입니다. 수직 통합 제조업체인 Formlabs는 수지의 경우 리터당 35달러까지 상당한 대량 할인을 제공하므로 대량 생산의 경우 파트당 비용을 최대 50%까지 절감할 수 있습니다. 레진 대량 구매 가격을 자세히 알아보고 특정 응용 분야에 대한 맞춤형 파트별 비용 분석을 받으려면 영업팀에게 문의해 주세요.

영업팀에 문의
프로토타입 신속 제작이나 최종 사용 파트를 생산하려고 하시더라도, 도와드릴 수 있습니다. Formlabs 영업팀은 고객과 회사의 요구 사항을 정확히 알고 있는 전담 전문가로 구성되어 있습니다.
Form 4의 경우 가장 큰 비용 요소는 인건비입니다. Form 4의 제작 영역이 작아 프린트 작업당 Form 4L보다 절반의 파트를 끼워맞춤할 수 있으므로 목표 파트 수에 도달하려면 프린트 작업 횟수가 두 배 이상 필요합니다. 그 결과, 작업자는 Form 4L보다 Form 4로 프린트한 파트를 준비하고 후처리하는 데 두 배 이상의 시간을 소비하게 되며, 시간당 인건비도 그에 따라 높아집니다. 이 모델에서는 시간당 인건비를 $30로 가정했으며, 이는 파트당 비용 계산기 에서 조정할 수 있습니다.
표시된 # 파트의 총 비용
비용 범주 | 아웃소싱 IM | Form 4L | Form 4 |
---|---|---|---|
하드웨어(자본 + 운영) | $0 | 29% | $22 |
소모품(재료 + 탱크) | $0 | $408 | $409 |
인건비 | $0 | $163 | $370 |
공구 제작 | $3,600 | $0 | $0 |
아웃소싱 작업 비용(재료비 + 인건비 + 간접비) | $320 | $0 | $0 |
파트당 비용을 계산하는 방법은 여러 가지가 있지만 이 분석은 그중 하나에 불과합니다. 예를 들어, 배송비와 관세는 현장별로 다르므로 계산에서 제외했습니다. 사출 성형의 경우 500~1,000달러의 추가 비용이 발생하지만, 인하우스 3D 프린팅은 배송비가 발생하지 않습니다.

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이 사용 사례에 대한 파트당 비용 계산기를 게시했습니다. 숫자를 통해 직접 확인해 보세요.
재료 선택 및 기계적 물성: 최종 사용 용도에 끼워맞춤
2024년 4월 영상을 본 시청자들은 3D 프린트로 제작된 파트가 실제 사용에도 문제가 없을지 의문을 제기했습니다. 그동안 광경화성 수지 조형 방식은 부서지기 쉬워 최종 사용 파트에 적합하지 않았지만, Formlabs의 차세대 일반 용도 레진은 PET와 비슷한 강도와 강성을 갖췄습니다. 이 테스트에서는 강도와 강성이 파트 사용 요건을 충족하는 Black Resin V5를 선택했습니다. 또한 매끄러운 무광 블랙 컬러는 이 파트의 미적 선호도를 충족합니다.
Black Resin V5 | PET | |
---|---|---|
극한 인장 강도 | 54 MPa | 58 MPa |
인장 탄성계수 | 2500 MPa | 2400 MPa |
굽힘 강도 | 91 MPa | 84 MPa |
굽힘 탄성계수 | 2450 MPa | 2500 MPa |
래치 디자인은 지렛대 역할을 할 수 있을 만큼 충분히 뻣뻣해야 하고, 제자리에서 딸깍 소리를 내며 움직일 수 있을 만큼 유연해야 합니다. Black Resin V5의 기계적 물성은 이 파트에 대한 일반적인 사용의 물리적 요구 사항을 충족합니다. 이 소재의 추가 속성을 확인하려면 Black Resin V5 기술 데이터 시트 다운로드.
사이클 테스터는 파트를 수백 번 잠그고 풀 수 있도록 제작되었습니다. 테스트가 끝났을 때 3D 프린트 파트는 여전히 정상적으로 작동했습니다.

승자: Form 4L을 이용한 3D 프린트
리드 타임을 포함하든 포함하지 않든, 3D 프린팅은 사출 성형과 비교했을 때 1,000개의 파트에 대한 경쟁에서 1시간 또는 6주 차이로 승리합니다. 또한 3D 프린팅은 1,000개 부품의 경우 85% 저렴하며 최대 13,050개 부품의 경우 더욱 비용 효율적인 솔루션입니다. 마지막으로 Black Resin V5는 최종 사용 분야에 적합한 기계적 물성을 제공합니다.
3D 프린트가 항상 우월하다는 것은 아니며, 디자인, 응용 분야 및 기타 여러 요인에 따라 달라집니다. 그러나 한때 최종 사용 파트에 비해 너무 느리고 비용이 많이 들며 성능이 낮다고 여겨졌던 3D 프린팅은 이제 다양한 애플리케이션에서 실행 가능한 제조 옵션이 되었습니다.
회의적인 독자들이 여전히 의문을 가질 수 있다는 것을 알고 있습니다. 인터랙티브 비용 계산기를 사용하여 3D 프린팅과 사출 성형의 시간, 비용 및 수량 절충점을 직접 살펴보거나 3D 프린팅 전문가와 상담하여 3D 프린팅이 제조 요구 사항을 어떻게 충족할 수 있는지 알아보세요.