12가지 핵심 플라스틱 가공 기술과 그 응용 분야

플라스틱 가공(Plastic Fabrication)은 대부분의 산업에 필수적입니다. 폴리스티렌 식품 포장에서 엔지니어링 등급 PEEK로 만든 산업용 구성 요소까지, 플라스틱 가공은 우리가 아는 삶에 크게 기여합니다. 플라스틱 부품을 만들 능력이 없다면 생산을 위한 근본적으로 새로운 시스템을 개발해야 할 것입니다.

하지만 플라스틱 가공은 많은 다른 방법으로 구성됩니다. 사출 성형, 플라스틱 압출, FDM 3D 프린팅은 모두 플라스틱 가공 방법이며, 그 외에도 더 많습니다. 이 다양한 플라스틱 가공 방법은 서로 다른 플라스틱 부품에 적합하며, 이들 사이에서 선택하는 것이 항상 간단하지는 않습니다. 예산, 부품 설계, 소재는 플라스틱 가공 방법 선택에 들어가는 요인 중 일부일 뿐입니다.

이 기사는 12가지 다른 플라스틱 가공 방법을 살펴보고, 기본 공정과 유용한 이유를 설명합니다. 각 플라스틱 가공 방법에 대해 최종 사용 부품을 만드는 데 어떻게 사용될 수 있는지 예시를 제공합니다.

1. 사출 성형 (Injection Molding)

사출 성형은 가장 일반적인 플라스틱 가공 공정입니다. 열가소성 및 열경화성 폴리머를 처리할 수 있습니다.

이 빠른 플라스틱 가공 방법은 플라스틱 펠릿을 녹을 때까지 가열한 다음, 왕복 스크류를 사용하여 용융 플라스틱을 금속 금형에 강제로 주입하여 작동합니다. 용융 소재는 냉각, 고체화되어 금형 캐비티의 모양을 취합니다. 고체 부품은 금형에서 배출됩니다.

사출 성형은 다양한 소재와 부품에 적합합니다. 부품은 얇고 일관된 벽을 가져야 하지만 그 외에는 다양한 모양과 크기를 가질 수 있습니다.

사출 성형 부품 예: 일회용 식품 트레이, 자동차 대시보드, 레고 브릭

2. 블로우 성형 (Blow Molding)

블로우 성형은 사출 성형만큼 널리 사용되지 않는 플라스틱 성형 공정입니다. 압출 블로우 성형, 사출 블로우 성형, 사출 스트레치 블로우 성형 세 가지 뚜렷한 변형이 있습니다.

이 플라스틱 가공 공정은 금형과 파리슨(Parison)이라고 불리는 용융 열가소성 튜브를 사용합니다(완전히 녹은 펠릿 대신). 가압 공기가 파리슨에 들어가 플라스틱을 팽창시키고 금형 내부 벽에 닿게 하여 결국 금형 캐비티의 모양을 취하게 합니다.

블로우 성형은 HDPE가 가장 일반적인 소재인 플라스틱 물병 같은 중공 플라스틱 부품에 적합합니다.

블로우 성형 부품 예: 병, 드럼, 연료 탱크

3. 회전 성형 (Rotational Molding)

회전 성형은 높은 온도와 낮은 압력을 사용하여 플라스틱 부품을 형성하는 또 다른 플라스틱 성형 공정입니다. 금형을 회전시켜 플라스틱 소재를 내부에서 이동시킵니다.

회전 성형 공정 동안 분말 플라스틱이 금형에 배치되고, 두 개(또는 그 이상) 축을 중심으로 가열되고 회전됩니다. 이 회전은 용융 플라스틱이 금형 내부의 전체를 덮고 캐비티의 모양을 취하도록 보장합니다.

회전 성형의 장점으로는 더 단순한 툴링, 일관된 벽 두께, 강한 외부 모서리가 있습니다. 하지만 부품 배출 전에 금형 전체가 냉각되어야 하므로 공정이 느릴 수 있습니다.

회전 성형 부품 예: 빈, 저장 탱크, 장난감

4. 진공 주조 (Vacuum Casting)

진공 주조는 보통 다채로운 프로토타입의 소량 배치에 사용되는 플라스틱 가공 공정입니다. 실리콘 금형을 사용하여 우레탄 플라스틱 부품을 만듭니다.

이 플라스틱 가공 공정 동안 작업자는 우레탄 주조 레진을 실리콘 금형에 붓고, 진공이 기포와 기포를 제거하여 예외적으로 매끄러운 완제품을 만듭니다. 우레탄 부품은 오븐에서 경화됩니다.

진공 주조는 프로토타입 디스플레이 케이스 같은 부분적으로 투명한 부품에 인기 있는 플라스틱 가공 공정입니다.

진공 주조 부품 예: 전자 기기 케이스 및 커버, 다양한 디스플레이 프로토타입

5. 플라스틱 가공 (Plastic Machining)

플라스틱 가공은 매우 인기 있는 플라스틱 가공 공정입니다. CNC 밀링, CNC 선삭 및 기타 관련 공정을 포함합니다.

다른 기계가 다른 방식으로 작동하지만, 플라스틱 가공은 일반적으로 수동 또는 컴퓨터 제어 절삭 공구를 사용하여 플라스틱 워크피스에서 섹션을 깎아내는 것을 수반합니다. 가공은 고정밀이며, 다양한 플라스틱과 호환되며, 두꺼운 벽 부품 제작에 성형보다 더 좋습니다.

플라스틱 가공은 압출 같은 다른 기술로 제작된 부품에 디테일을 추가하는 데도 유용합니다.

가공 부품 예: 다양한 산업용 부품, 지그 및 픽스처, 자동차 조명

6. 융착 적층 모델링 (Fused Deposition Modeling)

융착 적층 모델링(FDM)은 플라스틱 가공을 위한 가장 일반적인 3D 프린팅 공정입니다. ABS, PLA 같은 일반 열가소성 수지와 PEEK 같은 첨단 소재로 작동합니다.

FDM은 압출 열가소성 필라멘트를 가열한 다음, 컴퓨터 명령에 따라 이동하는 노즐(프린트 헤드에 부착)에서 정밀한 형상으로 증착하여 작동합니다. 부품의 2D 슬라이스가 층별로 프린트되어 완전한 3D 객체가 구축됩니다.

소량에서는 FDM이 매우 빠르고 비용 효율적이며, 복잡한 내부 형상을 포함한 다양한 형상을 생산할 수 있습니다. 그러나 특별히 강한 부품을 생산하지는 않습니다.

FDM 부품 예: 다양한 프로토타입, 예비 부품 및 수리, 복합 산업용 부품

7. 광조형술 (Stereolithography)

광조형술(SLA)은 열가소성 폴리머 대신 광중합체 레진(Photopolymeric Resins)으로 작동하는 다른 형태의 플라스틱 3D 프린팅입니다.

레이저 같은 광원을 사용하여 광중합체 레진을 선택적으로 경화시킴으로써 작동합니다. (관련 기술인 디지털 광 처리(DLP)는 레이저 대신 프로젝터를 사용합니다.) 프린트 베드가 레진 욕조를 통과하며 부품은 층별로 프린트됩니다.

SLA는 부서지기 쉽지만 예외적으로 매끄러운 부품을 생산하며, 투명할 수도 있습니다. 프로토타이핑에 자주 사용되지만 치과 및 보석 분야에서도 응용됩니다.

SLA 부품 예: 디스플레이 프로토타입, 치과 교정기, 주조용 보석 패턴

8. 선택적 레이저 소결 (Selective Laser Sintering)

선택적 레이저 소결(SLS)은 플라스틱 가공 공정이자 또 다른 형태의 3D 프린팅입니다. 주로 나일론 부품을 만드는 데 사용됩니다.

SLS는 분말 베드 융합 공정입니다. 레이저를 사용하여 플라스틱 분말에서 2D 형상을 선택적으로 소결하여 층별로 완전한 플라스틱 부품을 구축합니다. 금속 적층 제조 공정인 선택적 레이저 용융(SLM)과 광범위하게 유사합니다. 다른 플라스틱 3D 프린팅 방법에 비해 장점은 서포트 구조가 필요하지 않다는 것입니다.

FDM이나 SLA보다 SLS는 산업용 적층 제조 공정으로 간주되며 자동차 산업에서 인기가 있습니다.

SLS 부품 예: 툴링, 자동차 하드웨어, 전기 커넥터

9. 플라스틱 압출 (Plastic Extrusion)

압출 3D 프린팅과 혼동하지 마세요. 플라스틱 압출은 일관된 프로파일을 가진 긴 플라스틱 부품을 만들기 위해 다이를 통해 플라스틱을 강제로 통과시키는 공정입니다.

이 대량 생산 플라스틱 가공 공정은 배럴에서 플라스틱을 가열한 다음, 왕복 스크류를 사용하여 다이로 강제 통과시켜 최종 모양인 연속 프로파일을 부여합니다. 결과적인 플라스틱 압출물은 냉각되면서 굳습니다.

일반적인 플라스틱 압출 소재에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아세탈, 나일론이 포함됩니다. 이 공정에는 블로운 필름 압출과 튜빙 압출 같은 변형도 있습니다.

압출 부품 예: 파이프, 튜빙, 창문 프레임

10. 플라스틱 풀트루전 (Plastic Pultrusion)

플라스틱 풀트루전은 소재가 밀리는 대신 다이를 통해 당겨지는 플라스틱 압출의 변형입니다.

풀트루전 플라스틱 가공 기술은 섬유 강화 플라스틱에 적합합니다. 공정 동안 강화 섬유 롤이 플라스틱 레진 탱크를 통과하여 섬유에 함침되고, 가열된 다이를 통과하여 섬유 강화 레진에 맞춤 프로파일을 부여합니다.

폴리에스터, 폴리우레탄, 에폭시 등 여러 플라스틱 레진이 풀트루전에 적합합니다. 유리 섬유가 가장 일반적인 강화 소재입니다.

풀트루전 부품 예: 보강 바, 스키 폴, 다양한 강화 구조 부품

11. 플라스틱 용접 (Plastic Welding)

용접은 주로 금속과 관련되어 있지만, 플라스틱 용접은 접착이나 다른 조립 방법에 적합하지 않은 열가소성 구성 요소를 결합하는 유용한 플라스틱 가공 공정입니다.

플라스틱 용접 공정에는 핫 가스 용접, 스피드 팁 용접, 접촉 용접 등 수많은 변형이 있습니다. 대부분의 변형은 플라스틱 표면 준비, 열과 압력 적용, 냉각을 수반합니다.

다양한 플라스틱 용접 방법은 열적, 기계적, 전자기적으로 분류될 수 있습니다.

용접 부품 예: 하우징, 휴대폰 부품, 의료 기기

12. 열성형 (Thermoforming)

열성형은 완전히 용융된 플라스틱 대신 부드럽게 가열된 플라스틱 시트를 사용한다는 점에서 성형과 유사한 플라스틱 가공 유형입니다.

이 플라스틱 가공 기술은 오븐과 금형이 필요합니다. 공정 동안 플라스틱 시트는 유연해질 때까지 가열된 다음, 일반적으로 진공을 사용하여 금형 위로 늘려진 후 트리밍되고 냉각됩니다.

열성형은 소규모 또는 대량 생산 모두에서 수행될 수 있어 꽤 다재다능합니다.

열성형 부품 예: 블리스터 팩, 플라스틱 컵, 뚜껑