1,000개의 파트를 향한 경쟁: 3D 프린팅 vs. 사출 성형

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.

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 Resin를 선택했습니다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Resin를 선택했습니다. 또한 매끄러운 무광 블랙 컬러는 이 파트의 미적 선호도를 충족합니다.

래치 디자인은 지렛대 역할을 할 수 있을 만큼 충분히 뻣뻣해야 하고, 제자리에서 딸깍 소리를 내며 움직일 수 있을 만큼 유연해야 합니다. Black Resin의 기계적 물성은 이 파트에 대한 일반적인 사용의 물리적 요구 사항을 충족합니다. 이 소재의 추가 속성을 확인하려면 Black Resin 기술 데이터 시트 다운로드.

사이클 테스터는 파트를 수백 번 잠그고 풀 수 있도록 제작되었습니다. 테스트가 끝났을 때 3D 프린트 파트는 여전히 정상적으로 작동했습니다.