우레탄 몰딩을 사용한 래피드 프로토타이핑

산업의 포화로 인해 제조업체의 주요 목표는 제품을 제조하는 것뿐만 아니라 더 짧은 시간에 더 많은 제품을 생산하여 생산량을 늘리기 위해 혁신적인 방법을 사용하는 것입니다. 기술의 발전과 함께 더 짧은 시간에 더 높은 효율성으로 제품을 생산하기 위해 사용할 수 있는 다양한 래피드 프로토타이핑 기술을 제조업체에서 사용할 수 있습니다.

이러한 방법은 시간을 절약하는 것 외에도 비용 효율적입니다. 이러한 쾌속 조형 기술 중 하나가 요즘 사용되는 우레탄 성형으로 사출 성형과 약간의 차이점이 있습니다. 이 기술은 원하는 특성을 가진 최상의 기능 프로토타입을 생성합니다.

1. 우레탄 성형

우레탄 몰딩 CNC 기계 또는 기타 기계의 도움으로 가공할 수 없는 부드러운 고무 부품으로 제품을 생산하는 데 사용되는 신속한 프로토타이핑 기술입니다. 우레탄 몰딩은 3D 프린팅된 마스터 패턴과 실리콘 몰드를 사용하여 원하는 고품질 제품을 최대 30인치 크기까지 생산하는 데 사용됩니다.

이 공정은 부드러운 실리콘 도구 대신 단단한 도구를 사용하는 사출 성형과 매우 유사합니다. 우레탄 성형의 마스터 패턴을 설계할 때 원하는 특성을 갖도록 주의해야 합니다. 기능성 플라스틱 부품은 우레탄 몰딩의 결과물로, 모델로 제시하거나 완전한 기능을 갖춘 제품에 사용할 수 있습니다.

우레탄 성형으로 생산되는 완제품의 치수는 마스터 모델 및 주물 재료의 정확도에 따라 다릅니다. 일반적으로 이 제조 기술로 생산되는 제품의 수축률은 0.15%입니다.

2. 우레탄 성형의 단계

일반적으로 우레탄 성형은 아래와 같이 4단계로 진행됩니다.

1단계

먼저 쾌속 조형 또는 3D 프린팅 기술을 사용하여 마스터 패턴을 설계하고 인쇄합니다. 마스터 패턴은 기본적으로 원래 부분 또는 그 표현입니다. 이 마스터 패턴은 주조에 사용할 수 있는 금형을 만드는 데에도 사용됩니다. 이것은 제품의 치수가 이 마스터 패턴에 따라 달라지므로 정확하게 설계되었습니다. 또한 이 경우 사용할 수 있는 여러 가공 옵션이 있습니다.

2단계

두 번째 단계에서는 생성된 마스터 패턴을 액체 실리콘으로 감싸 정확한 몰드를 만듭니다.

3단계

금형이 경화된 후에는 두 개의 반으로 자릅니다. 생성된 캐비티는 최종 제품의 주조에 사용됩니다.

4단계

마지막 단계에서 제조업체는 공극을 채우기 위해 우레탄 또는 기타 수지를 주입합니다. 재료가 경화되면 도구에서 제거됩니다. 이 과정을 원하는 제품이 나올 때까지 반복합니다.

3. 캐스팅 시스템

주조 시스템은 주조 작업을 올바르게 수행하는 데 필요한 요소 시스템입니다. 우레탄 성형에서 주조 시스템은 깔때기, 주조 채널, 공기 채널, 우레탄 이형제 및 금형 반쪽을 함께 고정하는 고정물로 구성됩니다. 이러한 모든 요소는 캐스팅 프로세스를 올바르게 실행하기 위해 특정 방식으로 배열됩니다.

주조 채널과 깔때기는 금형의 구멍에 연결된 플라스틱으로 만들어진 튜브입니다. 재료가 이 구멍에 부어지고 채널과 깔때기를 통해 흐릅니다. 깔때기의 높이가 높을수록 폴리머가 패턴의 모든 기능을 채울 수 있도록 주조 압력이 커집니다.

제품 제작을 위한 패턴에 재료를 부을 때 공기가 빠져나갈 수 있도록 금형 반대쪽에 에어 벤트가 있습니다. 우레탄 이형제는 기본적으로 주조된 부품이 금형에 달라붙는 것을 방지하는 공기막입니다. 이형제는 주조 부품과 금형 사이에 존재하는 마찰의 결과로 생성된 돌출 요소를 제거하는 데 사용됩니다. 또한 주조 중에 생성된 미세한 구멍을 덮어 주조 제품을 더 매끄럽게 만듭니다.

4. 주조 부품의 일반 공차

부품의 인치당 ± 0.010인치 또는 ±0.003인치의 허용 오차는 일반적으로 주조된 부품에서 예상됩니다. 액체의 열팽창과 유연한 금형의 응답으로 인해 수축률이 +0.15%로 예상됩니다. 불규칙하거나 너무 두꺼운 형상은 수축으로 인해 편차 또는 편향이 발생할 수 있습니다.

표면 끝은 재료 또는 무광택 표면으로 바깥쪽으로 매끄럽게 됩니다. 내부 또는 숨겨진 기능에 성장 선이 있을 수 있습니다. 연마 또는 맞춤형 마감은 명확하게 정의되어야 합니다. 제품의 수축 또는 표면 마감은 마스터 패턴의 디자인에 따라 다릅니다. 따라서 마스터 패턴의 디자인에 주의를 기울여야 합니다.

5. 사용된 재료

우레탄 몰딩은 특정 물성을 가진 제품을 제조하는 데 사용됩니다. 따라서 주조 공정에 사용되는 재료는 물리적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 경질에서 연질에 이르기까지 다양한 유형의 폴리우레탄 플라스틱에 적합합니다. 이 과정에서 사용되는 가장 일반적인 재료는 다음과 같습니다.

• 고강성 고충격 우레탄
• 강성, 내열성 우레탄
• 유연하고 투명한 우레탄

6. 색칠 옵션

우레탄 성형에는 각각 장단점이 있는 두 가지 색상 옵션이 있습니다.

1) 캐스트인 색상

캐스트 인 컬러는 제품에 특정한 질감을 제공합니다. 또한, 주조 색상이 표면에서 벗겨지지 않고 치핑이 없습니다. 단, 캐스트 인 컬러는 수량이 한정되어 있어 사양의 컬러가 제공되거나 제공되지 않을 수 있습니다.

2) 페인트

주조 후 물체를 칠할 때 색상이 사양에 따라 될 수 있도록 다양한 색상을 사용할 수 있습니다. 또한, 주물 후 도색을 하면 금형에서 제품을 분리한 후 남은 선을 제거할 수 있어 제품의 균일한 표면 외관을 얻을 수 있습니다. 그러나 주조 후의 도료는 가공 후의 노동력이 필요하므로 생산원가가 상승한다. 또한 페인트는 자외선에 대한 보호 기능이 뛰어나지만 쉽게 벗겨질 수 있어 표면 페인팅의 또 다른 단점입니다.

7. 사출 성형과 우레탄 성형의 비교

사출 성형과 우레탄은 일반적으로 유사한 공정입니다. 차이점은 제조 관행과 관련된 세부 사항에 있습니다.

1) 도구 제조

사출 성형과 우레탄 성형의 첫 번째 차이점은 도구 제조에 있습니다. 사출 성형은 우레탄 성형에 사용되는 소프트 툴에 비해 하드 툴을 사용합니다. 따라서 우레탄 캐스트는 완성된 부품의 3D 인쇄 모델을 성형하여 만드는 반면 사출 성형 도구는 CNC 연삭, 밀링 및 기타 공정을 통해 가공됩니다.

2) 수량 및 생산량

우레탄 몰딩은 한 번에 몇 개의 부품만 생산하는 데 사용되므로 소량 생산의 경우 우레탄 몰딩이 선호됩니다. 대량 생산의 경우 일반적으로 공구강 금형의 품질과 수명이 더 나은 수익을 제공합니다. 따라서 대량 생산을 위해 사출 성형 설정에 투자하는 것이 더 경제적입니다. 초기 비용을 낮게 유지한다면 우레탄 몰딩을 선호합니다.

3) 재료비

사출 성형에 사용되는 고품질 플라스틱은 우레탄 성형에 사용되는 우레탄 또는 폴리우레탄 수지에 비해 고가입니다. 더 적은 수의 프로토타입을 생산해야 하는 경우 우레탄 수지를 사용하는 것이 좋습니다. 장기간 사용되어야 하는 제품이나 특정 물리적 특성이 거친 용도의 경우 적절한 플라스틱을 사용하고 사출 성형 공정을 사용해야 합니다.

4) 리드 타임

사출 성형 도구를 만들기 위해서는 더 복잡하고 광범위한 가공이 필요하며 일반적으로 몇 주 동안 준비되지 않습니다. 사출 성형 도구 제조에는 일반적으로 거의 2개월의 리드 타임이 필요할 수 있습니다. 반면 우레탄 캐스트는 일반적으로 3D 인쇄 모델과 주변에 부드러운 몰드만 있으면 생산 시간이 상대적으로 적게 소요됩니다.

5) 부품당 비용 대 전체 비용

일반적으로 우레탄 주조의 부품당 비용 주로 생성되는 부품의 양이 적기 때문에 사출 성형보다 높을 것입니다. 그러나 툴링 및 재료 비용이 낮기 때문에 우레탄 주조의 경우 일반적으로 전체 비용이 더 낮습니다.

6) 내성

우레탄 공차는 첫 번째 인치에 대해 +/-.010"이고 이후에는 모든 인치에 대해 +/-.005"인 반면 사출 성형 공차는 첫 번째 인치에 대해 +/-.005"이고 +/-.002"입니다. 모든 인치 이후.

7) 애플리케이션

프로토타입은 상대적으로 내구성이 떨어지고 20-25개 부품 이상 지속되지 않는 우레탄 몰딩의 실리콘 몰드로 만들어집니다. 따라서 이 공정은 생산량이 적고 고품질, 정밀성 및 성능 특성의 적은 부품이 필요한 상황에 적합합니다. 우레탄 몰딩의 일부 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 프로덕션 연결
• 구매 시점 표시 부품
• 전시 부품
• 사용자 평가
• 소비자 테스트
• 크라우드 펀딩 캠페인
• 개념 모델
• 판매 샘플
• 엔지니어링 모델
• 마케팅 테스트 샘플
• 사전 프로덕션 실행
• 시제품 테스트
• 신속한 프로토타입
• 유통 센터
• 인쇄
• 스케이트보드, 로봇 및 기타 회전 애플리케이션용 바퀴
• 컨베이어 시스템

8. 우레탄 성형의 이점

이 프로세스는 도구 비용과 생산 시간을 줄이는 데 가장 효과적입니다. 생산되는 부품은 대부분 우레탄 또는 그 수지로 구성되어 물리적 특성을 높입니다. 우레탄 몰딩으로 이루어진 부품은 다음과 같은 장점이 있습니다.

내마모성: 우레탄 성형으로 생산된 제품은 심한 마모 및 마모 응용 분야에서 고무, 플라스틱 또는 금속보다 성능이 뛰어납니다.

내화학성: 우레탄 성형으로 생산되는 제품은 대부분의 용제, 화학 약품, 지방족계 오일 및 그리스에 대한 내성이 우수합니다.

착색: 우레탄 성형에는 장단점이 있는 두 가지 색상 옵션이 있습니다. 일반적으로 박리 저항성이 있는 주조 색상이 사용됩니다.

치수 안정성 :우레탄 수지는 광범위한 압력과 온도에서 우수한 치수안정성을 가지고 있습니다. 이 방법으로 생산된 제품은 고탄성이며 변형 없이 상당한 신장까지 늘어날 수 있습니다.

환경 저항: 우레탄은 오존과 산소가 있는 상태에서 실질적으로 불활성입니다. 천연고무나 합성고무보다 햇빛과 일반적인 기상 조건에 더 강합니다.

경도 :우레탄 폴리머는 20 Shore A 듀로미터(고무 밴드의 경도)에서 75 Shore D 듀로미터(뼈의 경도)까지 광범위한 경도를 커버하도록 제형화될 수 있으므로 제작된 프로토타입은 이러한 특성을 갖게 됩니다.

충격 저항: 기존 플라스틱 재료는 단단해지면 부서지기 쉬운 반면 우레탄은 전체 경도 범위에서 탄성과 강도를 유지합니다.

가공성: 우레탄 제품은 금속 제품처럼 드릴링, 탭핑 및 가공이 가능합니다.

탄력성: 우레탄 폴리머는 경질 폴리우레탄과 유사한 탄력성을 훨씬 더 부드러운 소재로 제공하도록 맞춤 제작할 수 있어 우레탄을 충격/진동 흡수에 탁월한 소재로 만듭니다.

9. 우레탄 성형의 한계

우레탄 성형에는 몇 가지 단점이 있습니다. 복잡한 부품을 생산하는 경우 디자인된 마스터 패턴이 모든 기능을 포함하지 않을 수 있습니다. 또한 캐스트 및 초과 재료를 제거하는 데 많은 노력이 필요하므로 오류가 발생합니다. 주물에 기포가 갇힌 경우 재료로 인해 주물이 부서지거나 얇은 벽이 완전히 채워지지 않습니다. 우레탄 성형의 또 다른 한계는 금형이 온도에 상당히 민감하고 화씨 270도 이상에서 장기간 견딜 수 없다는 것입니다.

결론

그래서 우레탄 몰딩 생산량이 적을 때 사용되는 핵심 쾌속 조형 기술 중 하나입니다. 프로토타입을 제작하여 양산하기 전에 사람들에게 선보일 수 있어 비용과 많은 툴링 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 상술한 바와 같은 우레탄 제품의 물성은 기존의 소재보다 강도와 경도가 낮은 장점이 있다. 따라서 생산량이 적은 경우에는 우레탄 성형이 적용되는 최고의 제조 기술 중 하나로, 생산량이 많은 경우에 사용되는 사출 성형과 매우 유사하며 연성 공구 대신 단단한 공구를 사용합니다.