실리콘 사출 성형 vs 3D 프린팅: 엘라스토머 부품 생산을 위한 최적의 방법 선택

산업용 가스켓부터 신발 밑창까지, 엘라스토머 부품은 어디에나 있으면서도 독특합니다. 고무 같은 폴리머 그룹인 엘라스토머로 만들어지며, 이 유연하고 신축성 있으며 충격 흡수하는 구성 요소는 만들기 쉽고 여러 방식으로 생산할 수 있습니다.

엘라스토머 부품을 생산하는 방법 중 하나는 사출 성형입니다. 열가소성 플라스틱의 사출 성형이 아니라, 액체 실리콘 고무 같은 열경화성 수지의 사출 성형입니다: 이 소재는 액체 상태로 주입된 다음 경화되어 고체가 됩니다. 하지만 오늘은 액체 실리콘 사출 성형의 훌륭한 대안이 있습니다. 바로 TPE와 TPU 같은 유연한 소재의 3D 프린팅입니다. 더 이상 특수 소재가 아닌 TPE와 TPU는 이제 저비용 FDM 프린터에서도 3D 프린트할 수 있습니다.

이 기사는 엘라스토머 부품의 기본 사항을 다룹니다: 특성, 응용 분야, 그리고 사출 성형과 3D 프린팅 중 어느 것을 선택해야 할지.

엘라스토머란 무엇인가?

엘라스토머는 낮은 영률(Young's Modulus), 높은 파괴 변형률(Failure Strain), 점탄성(Viscoelasticity) — 점성과 탄성의 결합 — 을 가진 폴리머로 정의됩니다. 때로는 단순히 고무(Rubbers)라고 불리기도 하지만, 엘라스토머는 실제로 비가황 소재를 포함하는 더 넓은 범주입니다.

일반인의 용어로, 엘라스토머(탄성 폴리머)는 다양한 정도로 실온에서 탄력 있고, 신축성 있고, 유연하거나 변형 가능한 소재입니다. 이는 약한 분자간 결합 때문입니다. 이 모든 것이 엘라스토머를 믿을 수 없을 만큼 유용하게 만듭니다. 구부리고 늘여도 부러지지 않기 때문에, 더 단단한 소재가 그 목적을 달성하는 데 실패할 많은 응용 분야에서 사용됩니다.

엘라스토머는 열경화성(Thermosets)(가열 시 녹지 않음) 또는 열가소성(Thermoplastics)(가열 시 녹음)일 수 있으며, 가장 일반적인 엘라스토머에는 다음이 포함됩니다:

• 천연 고무
• 부타디엔 고무
• 스티렌-부타디엔 고무
• 에틸렌-프로필렌 모노머

그러나 이 기사는 프로토타이핑과 특히 두 가지 제조 공정에 초점을 맞추고 있으므로, 실리콘, 열가소성 엘라스토머(TPE), 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 더 많은 주의를 기울일 것입니다. 실리콘은 열경화성 수지인 반면, TPE와 TPU는 모두 열가소성 폴리머이므로 3D 프린터로 압출할 수 있습니다.

엘라스토머 부품의 예

엘라스토머는 심플한 일상용품부터 복잡한 산업용 조립품까지 믿을 수 없을 만큼 흔하게 발견됩니다. 여기서는 산업별로 다양한 엘라스토머 부품을 살펴보고, 몇 가지 소재별 응용 분야도 다룹니다.

1. 자동차

타이어 외에도 엘라스토머는 많은 자동차 부품 생산에 필수적입니다.

• 타이어
• 진동 감쇠 장비
• 와이퍼
• 서스펜션 구성 요소
• 씰 및 가스켓

2. 산업

엘라스토머는 산업에서 널리 사용되며, 특히 수밀 및 기밀 조립을 위한 씰과 가스켓에 사용됩니다.

• 씰 및 가스켓
• 전기 절연
• 컨베이어 벨트
• 드라이브 벨트
• 호스 및 튜브

3. 석유 및 가스

엘라스토머, 특히 합성 엘라스토머는 석유 및 가스 산업에서 발견되며, 종종 오일 누출을 방지하는 역할을 합니다.

• 유압 씰
• 파이프 와이퍼
• 패커 컵
• 호스

4. 소비재

축구공부터 연필 지우개까지 엄청난 수의 소비자 제품이 엘라스토머로 만들어집니다.

• 아웃솔을 포함한 신발류
• 우비
• 스펀지
• 연필 지우개
• 공을 포함한 스포츠 용품
• 식품 용기

소재별 예시

이 기사는 사출 성형 가능한 액체 실리콘 고무와 3D 프린트 가능한 TPE 및 TPU 필라멘트에 초점을 맞추고 있으므로, 이 세 가지 소재의 일반적인 용도는 다음과 같습니다:

• 실리콘: 생체적합성 의료 장비, 보철물, 아이스 큐브 트레이 같은 식품 안전 장치, 씰 및 가스켓, 오버몰드 구성 요소
• TPE: 씰 및 가스켓, 병뚜껑 라이너, 스노모빌 트랙, 카테터를 포함한 의료 부품, 공구 손잡이, 서스펜션 부싱, 오버몰드 구성 요소
• TPU: 전자기기 케이스, 캐스터 휠, 의료 부품, 드라이브 벨트, 신발류, 팽창식 물품, 와이어 재킷 및 튜빙

엘라스토머 사출 성형

엘라스토머 부품을 만드는 방법은 많지만, 특히 대량 생산 시 가장 신뢰할 수 있는 방법 중 하나는 사출 성형입니다.

사출 성형은 일반적으로 강철이나 알루미늄으로 만든 금속 금형(Mold)에 액체 소재를 압력 하에 주입(Injecting)하여 플라스틱 부품을 만드는 공정입니다. 이 공정 동안 사출 성형 기계는 원자재를 금형에 공급하며, 금형의 형상은 최종 부품의 네거티브 인상이며 보통 두 섹션으로 구성되고 그 사이에 캐비티가 있습니다.

사출 성형은 열경화성 엘라스토머인 액체 실리콘과 호환되며, 이는 유연하고 내충격성 및 내온성이 있는 부품을 대량으로 제조하는 훌륭한 방법입니다. 성형 전, 두 부분으로 된 실리콘 용액이 혼합되며, 그중 절반에는 실리콘이 고체로 경화되도록 하는 백금 촉매가 포함되어 있습니다.

액체 실리콘 사출 성형은 가스켓, 의료 장비, 주방 장비, 다중 소재 조립품의 오버몰드 섹션 같은 부품을 생산할 수 있습니다.

장점

실리콘 사출 성형에는 대량의 신속한 생산, 높은 디테일 수준, 좋은 소재 특성, 특정 중대량 수량에서 낮은 부품당 비용 등 여러 이점이 있습니다.

단점

액체 실리콘 사출 성형의 한계에는 높은 금속 툴링 비용과 얇은 벽과 라디우스 코너를 포함한 성형 공정 고유의 기하학적 제한이 있습니다.

엘라스토머 3D 프린팅

액체 실리콘 사출 성형의 대안은 TPE와 TPU 같은 유연한 필라멘트(Flexible Filaments)의 3D 프린팅입니다. 이 소재들도 사출 성형할 수 있지만, 3D 프린팅은 일회성 프로토타입을 포함한 다양한 종류의 프로젝트에 적합할 수 있는 더 급진적인 대안을 제공합니다.

TPE와 TPU 같은 엘라스토머의 3D 프린팅에서 가장 큰 장점 중 하나는 이 소재들이 열가소성 수지이므로 FDM 3D 프린팅 필라멘트로 만들어져 녹여서 압출할 수 있다는 것입니다. FDM은 기계 및 운영 비용 면에서 가장 저렴한 3D 프린팅 형태이며, 이는 누구나 고품질 엘라스토머 부품을 만들 수 있음을 의미합니다.

TPE와 TPU 필라멘트 모두 용도가 있습니다. TPU는 TPE보다 더 단단하고 밀도가 높으며 더 경직된 소재로, 더 나은 내마모성과 더 적은 수축 가능성을 가집니다. 그러나 TPE보다 덜 유연하며, TPE는 고무 밴드만큼 유연한 부품을 만드는 데 사용될 수 있습니다.

엘라스토머 3D 프린팅 시 주의가 필요합니다. 특히 TPE의 경우(프린트 속도는 느려야 하며, 다이렉트 드라이브 압출기가 보우덴보다 더 잘 작동함) 거의 모든 FDM 프린터가 이 소재들을 처리할 수 있습니다.

일반적인 3D 프린트 엘라스토머 부품으로는 TPU 신발 미드솔과 웨어러블 전자기기, TPE 손잡이, 호스, 스마트폰 스킨이 있습니다.

장점

유연한 필라멘트 3D 프린팅의 장점에는 소량에도 매우 낮은 비용, 툴링 비용 없음, 거의 무제한적인 형상(내부 및 외부)이 포함됩니다. 이는 이 공정이 엘라스토머 프로토타이핑에 매우 적합하게 만듭니다.

단점

TPE와 TPU로 엘라스토머 부품을 3D 프린팅하는 한계에는 정확도와 디테일 수준(사출 성형 대비), 생산 속도, 확장성이 포함됩니다. 비용이나 시간 절감 면에서 규모의 경제가 없기 때문입니다.

결론

액체 실리콘 사출 성형과 FDM 3D 프린팅은 모두 엘라스토머 부품을 생산하는 훌륭한 방법입니다. 사출 성형은 부품 품질과 확장성 면에서 선두 주자이지만, 3D 프린팅은 프로토타입, 특히 일회성 프로토타입에 편리하고 저렴한 옵션입니다.

엘라스토머 부품이나 프로토타입을 만들 때 예산, 단위 수, 필요한 소재 특성, 미래 생산 니즈 같은 요소를 고려하여 다음 조치를 결정해야 합니다 — 3ERP가 이 결정을 도울 수 있습니다.

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