투명 및 반투명 부품 설계: 소재, 기술, 마감 가이드

투명 부품과 프로토타입은 매우 다양한 용도로 사용됩니다. 다행히도 다양한 소재와 프로토타이핑 기술을 활용할 수 있어 비교적 쉽게 제작할 수 있습니다.

이 기사는 투명 및 반투명 부품의 기본 사항을 다룹니다: 왜 필요한지, 어떤 소재를 사용할 수 있는지, 어떤 제조 기술을 이용할 수 있는지, 그리고 연마 및 착색과 같은 기타 고려 사항까지 다룹니다.

투명 및 반투명 부품을 사용하는 이유

제품 설계자는 여러 가지 이유로 투명 부품을 원할 수 있습니다. 주변을 둘러보면 유리창, 투명 용기, 플라스틱 텀블러, 식품 포장 등 적어도 하나 이상의 투명 또는 반투명 인공 물체를 볼 수 있을 것입니다.

일반적으로 투명 부품을 만드는 데는 세 가지(때로는 겹치는) 이유가 있으며, 여기에서 설명하겠습니다.

투명도(Transparency)는 완전히 투명하여 소재 뒤의 것을 정확히 볼 수 있는 것을 의미하는 반면, 반투명도(Translucency)는 부분적으로 투명하여 소재를 통해 빛이 들어오거나 뒤의 것이 흐릿하게 보이는 것을 의미한다는 점을 기억하세요.

• 가시성(Visibility): 첫째, 기능적 이유로 사람이 투명하게 볼 수 있도록 설계된 부품들입니다. 창문, 안경, 식품 용기, 신분증 홀더, 사무용 문구용 플라스틱 상자 등이 포함됩니다. 이 범주의 부품은 일반적으로 완전히 투명하며, 사람이 투명 소재 뒤의 것을 정확히 볼 수 있도록 설계됩니다.
• 광투과(Light): 둘째, 사람의 시야와 관련되지 않은 기능적 이유로 투명해야 하는 부품들입니다. 투명 소재를 통해 빛이 통과해야 기계적 또는 실용적 목적을 달성하는 모든 물체가 포함됩니다. 예를 들어 태양광 패널 창문, 온실, 테라리움 등이 있습니다. 손전등 및 헤드램프 커버는 사람의 시야와 관련되어 있지만, 투명 플라스틱 부분의 목적이 내부를 드러내는 것이 아니라 빛을 밖으로 내보내는 것이므로 여기에 포함될 수 있습니다.
• 심미성(Aesthetics): 셋째, 투명도가 순전히 심미적 이유인 투명 또는 반투명 부품들입니다. 사람이 부품을 통해 보거나 뒤에서 오는 빛을 볼 수 있지만, 이는 실용적인 목적이 없습니다. 이러한 투명 부품에는 투명 비디오 게임 및 컴퓨터 하드웨어, 장난감, 플라스틱 손목시계, 아크릴 악기, 디자이너 가방, 일부 공구/기구 손잡이 등이 포함됩니다.

사용 가능한 소재는 무엇인가?

투명 또는 반투명 부품을 만드는 데 여러 소재를 사용할 수 있습니다. 이들은 제조 공정에 따라 다릅니다.

공정	소재	장점	단점
SLA	투명 레진	시간 및 비용 효율적 높은 해상도	매우 약하고 부서지기 쉬움 서포트 소재 필요
CNC 가공	PMMA (아크릴)	매우 높은 투명도 연마 용이	PC에 비해 부서지기 쉬움
	PC (폴리카보네이트)	높은 내충격성 높은 내열성	PMMA보다 투명도 낮음 PMMA보다 비쌈
	ABS	높은 내충격성 저비용 응력 균열에 강함	PC보다 착색 어려움
사출 성형	PMMA	매우 높은 투명도 연마 용이 착색제 혼합 용이	PC에 비해 부서지기 쉬움 성형 전 수지 건조 필요
	PC	높은 내충격성 높은 내열성	PMMA보다 투명도 낮음 PMMA보다 비쌈 성형 전 수지 건조 필요
	ABS	높은 내충격성 저비용 응력 균열에 강함	PC보다 착색 어려움
우레탄 주조	PX520 (PC 유사)	더 높은 내충격성	순수 PC보다 열등함
	PX521 (PMMA 유사)	더 높은 투명도	순수 PMMA보다 열등함

투명 및 반투명 부품 제작 방법

투명 및 반투명 플라스틱 부품을 만드는 데는 네 가지 주요 기술이 있으며, 모두 3ERP에서 제공합니다. 각 방법에는 고유한 장단점이 있지만, CNC 가공과 래피드 툴링/사출 성형이 일반적으로 최종 사용 부품에 더 적합합니다.

SLA (광경화성 수지 적층 조형)

입체조형술(SLA)은 UV 경화성 레진의 층을 고체화하기 위해 집중된 레이저를 사용하는 3D 프린팅 공정입니다. 이는 특히 언더컷이 있는 복잡한 부품의 경우 투명 부품을 만드는 가장 빠르고 비용 효율적인 방법 중 하나입니다.

장점:

• 매우 빠름
• 비용 효율적
• 복잡한 형상 지원
• 높은 해상도

단점:

• 약하고 부서지기 쉬운 부품 생산
• 출력 후 서포트 구조 제거 필요
• 브랜드별 레진 조성으로 소재 제한
• 다중 단위 주문에는 실용적이거나 저렴하지 않음

우레탄 주조

우레탄 주조는 임시 실리콘 금형을 사용하여 우레탄 부품을 만드는 공정으로, 복잡도 수준에 관계없이 투명 부품의 10~20개 사본을 만드는 가장 좋은 방법입니다. SLA와 마찬가지로 강한 부품을 생산하지는 않지만 우수한 표면 마감을 생성합니다.

장점:

• 비용 효율적
• 착색 매우 용이
• 2K 성형 시뮬레이션 가능
• 우수한 외관

단점:

• 투명도 100% 아님
• 약하고 부서지기 쉬운 부품 생산
• 금형 수명 약 20샷

CNC 가공

CNC 가공은 블랭크에서 소재를 선택적으로 제거하는 감산 제조 공정으로, 완벽한 투명도를 가진 프로토타입을 달성할 수 있는 유일한 방법이며, DF23과 같은 소재로 반투명 부품도 제작할 수 있습니다. 작은 커터(R0.1mm, R0.05mm 등)를 사용하면 초미세 디테일도 생산할 수 있습니다.

아크릴 가공에 대해 자세히 알아보기.

장점:

• 고품질
• 높은 투명도
• 다양한 소재 옵션

단점:

• 대량 생산 시 비용 많이 듬
• SLA보다 기하학적 자유도 낮음

사출 성형

사출 성형은 용융 수지를 금속 금형에 주입하는 공정으로, 특정 투명 부품에 적합합니다. 래피드 툴링(저비용 알루미늄 금형 제작)은 100개 이상의 부품에 적합하며, 양산 툴링은 10,000개 이상의 투명 부품이 필요할 때 최적입니다.

장점:

• 고품질
• 대량 생산 시 비용 효율적
• 광범위한 소재 선택

단점:

• 소량(1~100개) 주문에는 부적합
• 일부 기하학적 제한

기타 방법

레이저 커팅 또는 워터젯 커팅을 사용하면 단순한 기하학의 부품을 만들 수 있습니다. 이 두 방법 중 하나를 사용하면 CNC 가공이나 우레탄 주조에는 너무 비싸거나 사출 성형에는 기계적으로 적합하지 않은 투명 소재 시트에서 부품을 만들 수 있습니다.

아크릴 및 PC 시트 커팅 방법에 대해 자세히 알아보기.

투명 부품 연마 및 착색 방법

연마

투명 부품을 만들 때 후처리는 필요한 투명도 수준을 달성하는 데 필수적입니다. 일반적으로 제조 후 연마하는 것이 SLA와 CNC 부품을 완전히 투명하게 만드는 가장 좋은 방법입니다.

CNC 가공 소재, 특히 PMMA의 경우 연마가 투명도를 크게 높일 수 있습니다. 이는 아크릴이 연마 장비로 인해 발생할 수 있는 미세한 스크래치에 높은 저항성을 가지기 때문입니다. 연마 방식에는 버핑, 화염 연마(표준/비중요 부품용), 광학 가공이 포함됩니다. PC는 스크래치에 더 취약하므로 증기 연마를 사용하여 투명도를 높입니다.

연마는 SLA 부품의 투명도도 향상시킵니다. 이 3D 프린팅 투명 부품의 경우, 습식 샌딩, 코르크 보드 세척, 극세사 천으로 연마하는 3단계 공정으로 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.

착색

연마 외에도 투명 부품에 색상을 추가할 수 있으며, 보통 심미적 이유 때문입니다. 사출 성형 또는 우레탄 주조 부품의 경우, 착색제 및 기타 첨가제를 성형 단계에서 추가하여 자체 텍스처와 자체 색상을 구현할 수 있습니다. 또는 추가적으로 성형 공정 후에 틴트나 도료 코팅을 추가할 수 있어 최종 부품에 두 가지 색상을 구현할 수 있습니다.

CNC 가공 투명 부품의 경우, 샌드블라스팅, 틴팅, 텍스처 페인팅 등의 기술을 사용하여 외관을 조정할 수 있습니다. 틴팅 공정을 사용하여 많은 투명 부품에서 우수한 외관을 달성할 수 있습니다. 가능한 색상에는 빨강, 노랑, 파랑, 주황이 포함됩니다(회색과 같은 일부 색상은 제어하기 더 어렵습니다). 페인팅은 또 다른 간단한 옵션이지만 오렌지 필(원치 않는 울퉁불퉁한 표면 텍스처)과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.

PMMA 및 PC 부품 틴팅 방법에 대해 자세히 알아보기.