사출 성형 vs 3D 프린팅: 올바른 생산 방식 선택 가이드

오늘날 기업들은 거의 모든 소재로 부품을 제조할 수 있는 그 어느 때보다 많은 옵션을 가지고 있습니다. 플라스틱 부품 생산에 관해서는 대부분 사출 성형과 3D 프린팅 중 하나를 선택합니다.

3D 프린팅 옵션은 소비자 수준 사용자도 접근 가능해 일반적으로 더 잘 알려져 있지만, 현재 사출 성형 시장이 훨씬 큽니다. 약 2,600억 달러 규모로, 2020년 기준 1,600만 달러에 불과한 3D 프린팅 시장 규모를 압도합니다.

하지만 현실에서 이 두 공정은 반드시 경쟁 관계는 아닙니다. 둘 다 각자의 가치 있는 틈새를 채우며 특정 상황에서 독보적 이점을 가집니다. 둘 다 때로 비슷한 결과를 낼 수 있지만, 제조에 사용하는 공정은 꽤 다릅니다.

두 공정의 작동 원리, 가장 일반적인 용도, 장단점을 더 잘 이해하실 수 있도록 사출 성형과 3D 프린팅에 대해 알아야 할 모든 것을 깊이 파고들어 보겠습니다.

기본 원리

사출 성형과 3D 프린팅의 차이를 분석하기 전에, 각 공정의 기본 원리를 먼저 이해해야 합니다.

놀랍지 않게도, 둘 다 주로 플라스틱을 다루기 때문에 꽤 많은 유사점도 있습니다.

예를 들어 둘 다 매우 정밀해 복잡한 설계도 완벽한 부품으로 생산할 수 있습니다. 따라서 미세한 오차도 허용 안 되는 항공우주와 의료 같은 산업에서도 쓸 수 있습니다.

또한 둘 다 다양한 시제품을 저비용으로 제작·테스트하는 데 탁월해, 제품 개선이나 성능 테스트 시 필수적입니다.

결국 둘 다 비슷한 결과를 낼 수 있고 기능도 겹칩니다. 하지만 그곳에 도달하는 방식에서 가장 큰 차이를 발견할 수 있습니다.

자, 둘의 기본 원리를 탐구해 보겠습니다.

사출 성형

이름에서 짐작할 수 있듯 사출 성형은 금형을 사용해 플라스틱 소재로 복잡한 형상을 만듭니다.

필요한 플라스틱 소재를 배럴에서 혼합해 액체 상태로 녹입니다. 그런 다음 압력으로 금형에 주입해 금형의 정확한 형상을 마지막 디테일까지 취하게 만듭니다.

그 후 온도를 낮춰 소재를 고체화시키고, 다음 부품 생산을 시작합니다. 공정이 매우 짧아 많은 부품을 빠르게 생산할 수 있습니다.

하지만 공정 시작 전, 사출 금형 자체를 설계하고 제작해야 하는데, 이게 사실 전체 공정에서 가장 어려운 부분입니다.

만들고자 하는 부품의 복잡도에 따라 요건을 충족하는 사출 금형 설계에 수주에서 수개월이 걸릴 수 있습니다. 따라서 정교한 사출 성형 공정을 갖추고 시간을 단축할 수 있는 경험 많은 업체와 협력해야 합니다.

사출 성형에서 하드 툴링(hard tooling)과 소프트 툴링(soft tooling) 선택 고려사항도 있습니다. 소프트 툴링은 소량 생산에, 하드 툴링은 대량 생산에 더 적합합니다.

3D 프린팅

사출 성형이 플라스틱을 형상화해 부품의 치수와 요건을 맞추는 과정이라면, 3D 프린팅은 완전히 다른 접근법으로 물체를 층층이 쌓아 올려 필요한 형상을 만듭니다.

플라스틱 소재가 이전 층에 더해지고 즉시 결합돼 구조적 무결성과 다양한 외부 압력 견딜 능력을 확보합니다.

3D 프린팅의 작동 방식 덕분에, 조각의 무결성을 해치지 않는 한 내부 구멍, 틈새, 특이 형상 등 가장 복잡한 형상도 생산할 수 있습니다.

3D 프린팅을 활용하는 산업에는 스포츠, 항공우주, 자동차, 심지어 오래된 유물 복원까지 포함됩니다.

사출 성형 공정과 마찬가지로 공정 시작 전 거쳐야 할 단계들이 있습니다. 즉, CAD 소프트웨어로 부품을 설계하고 특정 프린트 작업에 맞게 기계를 준비해야 합니다. 하지만 3D 프린팅은 공정이 일반적으로 더 짧고 다양한 옵션을 상대적으로 빠르게 테스트할 수 있습니다.

장단점

이제 두 공정이 꽤 유사하면서도 작동 방식에서 근본적 차이가 있음을 확인했습니다. 그럼 어느 게 더 나을까요?

자, 양쪽의 주요 장단점을 살펴보며 판단해 보겠습니다.

사출 성형 장단점

장점

• 효율성: 사출 성형으로 이미 작업 가능한 금형 설계가 있다면 비교적 짧은 시간에 대량 부품 생산이 가능합니다.
• 대규모 생산: 사출 성형 공정이 매우 빨라, 서비스 제공업체가 충분한 장비를 갖췄다면 수백만 개 부품을 빠르고 저렴하게 현실적으로 생산할 수 있습니다.
• 내구성: 사출 성형으로 만든 부품은 강한 구조적 무결성을 가지며, 다른 플라스틱을 결합하거나 액체 레진에 필러를 첨가해 추가 보강할 수 있습니다.
• 비용 효율성: 금형 설계가 완성되면 개당 단가가 매우 낮아 많은 기업이 양산에 활용합니다.
• 우수한 디테일: 저렴한 공정임에도 사출 성형은 가장 정밀한 생산 방식 중 하나로, 복잡한 부품 제작과 엄격한 공차 준수가 가능합니다.
• 최소 폐기물: 독특한 사출 성형 공정 덕분에 사용되지 않은 플라스틱이 거의 없어 소재 낭비가 거의 없습니다.

단점

• 제한사항: 사출 성형 공정이 꽤 다재다능하지만 한계도 있습니다. 특정 각도는 정확한 실행이 어렵고, 프로젝트 복잡도는 협력 업체의 경험, 역량, 지식에 크게 좌우됩니다.
• 복잡한 금형 제작: 생산 시작 전 금형을 설계·제작해야 하는데, 이는 기본적으로 부품의 역형상입니다. 이 과정은 쉽지 않아 여러 난관에 부딪힐 수 있으니 수주에서 수개월 소요를 감안해야 합니다. 금형이 잘못 나오면 교체해야 해 더 많은 시간과 자원이 소모됩니다.
• 높은 초기 비용: 공정 시작 후엔 사출 성형보다 저렴한 생산 방식을 찾기 힘들지만, 금형 설계 초기 비용이 빠르게 누적됩니다. 따라서 소규모 생산엔 항상 적합하진 않지만, 시제품 제작에도 성공적으로 쓰여 왔습니다.

3D 프린팅 장단점

장점

• 간단한 수정: 3D 프린팅은 부품 생산에 금형이 필요 없어 조각의 디지털 설계를 수정하는 게 간단합니다. 마음에 안 들면 다른 접근법을 시도해 거의 즉시 결과를 볼 수 있습니다.
• 낮은 초기 비용: 사출 성형과 달리 3D 프린팅은 생산 전까지 모든 게 특수 소프트웨어 플랫폼에서 디지털로 이뤄지므로 상당한 선행 투자가 필요 없습니다.
• 복잡한 설계: 층층이 쌓는 3D 프린팅 방식 덕분에 틈새와 구멍을 포함한 복잡한 형상 생산이 가능해 특정 경우에 이점이 됩니다.

단점

• 작은 부품 크기: 3D 프린팅 소프트웨어 사용의 최대 단점 중 하나는 제작 가능 부품 크기가 상대적으로 작다는 점. 적층 공정의 스케일링 한계가 있어 극복하기 어렵습니다. 세계 최대 3D 프린터가 최근 보트를 출력했지만, 보통은 더 작은 치수를 다룹니다.
• 불완전성: 적층 방식이 일부 측면에서 효과적이지만, 제조 공정 중 불완전성을 낳기 쉽습니다. 특히 표면이 종종 울퉁불퉁하고 고르지 않게 나옵니다.
• 느린 생산: 어떻게 봐도 3D 프린팅은 사출 성형 공정만큼 효율적이지 않습니다. 플라스틱 소재를 층층이 쌓아 단일 부품 만드는 데도 시간이 걸리는데, 수백, 수천, 수백만 개를 만들려면 말할 것도 없습니다.

올바른 옵션 선택 방법

두 접근법 모두 단점이 있지만, 각각 고유한 강점이 있어 특정 상황에 이상적으로 적합합니다.

저렴한 가격에 대량 생산이 필요하다면 사출 성형이 정답입니다. 반면 3D 프린팅은 더 많은 유연성과 빠른 설계 수정 능력을 제공합니다.

시간이 없고 지금 당장 부품이 필요하다면 3D 프린팅이 낫습니다. 하지만 결국 스케일업이 필요하다면 사출 성형이 훨씬 더 합리적입니다. 초기 시간 투자가 후속 생산 단계에서 보상받기 때문입니다.

결정에 영향을 미치는 요인이 워낙 많으니, 두 서비스를 모두 제공하며 귀사 니즈에 최적의 접근법을 찾아줄 경험 많은 업체와 상담하는 게 합리적입니다.

3ERP에는 귀사의 모든 질문에 답하고 요구사항을 충족하는 가장 비용 효율적인 방안을 제시할 전문가 팀이 있습니다.

어차피 큰 결정이니, 시간을 들여 옵션을 신중히 탐색하세요.