고품질 플라스틱 프로토타입 제작 전문가 가이드

우리는 플라스틱 없는 현대 산업을 상상할 수 없습니다. 현대 산업용 폴리머는 제조와 가공이 쉽습니다. 상당한 강도, 뛰어난 내식성, 무엇보다 어떤 금속과 비교해도 매우 가벼운 무게를 가집니다. 그게 산업 디자이너들 사이에서 인기 있는 이유입니다. 그 인기 덕분에 플라스틱 프로토타이핑 기법들이 지난 20년간 급성장했습니다. 지금 무엇을 제공하는지 살펴보겠습니다.

오늘날의 플라스틱 프로토타이핑

오랜 시간 플라스틱 제조는 양산의 영역이었습니다. 사출 금형과 플라스틱을 금형에 주입하는 공작기계가 필요했습니다. 전체 시스템이 매우 비쌌고 그런 시스템의 설계 변경은 매우 비용이 많이 들었습니다. 그래서 금속이 오랫동안 1순위 프로토타이핑 소재였고, 특히 디지털 시스템과 CNC 공작기계의 급속한 발전 이후 더욱 그랬습니다. 하지만 신속 프로토타이핑 공정의 등장으로 상황이 바뀌었습니다.

신속 플라스틱 프로토타이핑의 발전

첫 번째는 진공 실리콘 주조 기법으로, 하드 툴링을 소프트 툴링으로 대체했습니다. 실리콘 금형은 훨씬 저렴하고 만들기 쉽습니다.

다음 변화는 혁신적인 적층 제조 공정들이 가져왔는데, 블랭크나 툴링이 전혀 필요 없었습니다. 게다가 비교할 수 없는 설계 자유도를 제공합니다.

마지막으로 CNC 가공 공정으로 신속 플라스틱 사출 성형이 가능해졌습니다. 기구강보다 제조성이 더 좋은 알루미늄 교체형 금형으로 툴링 리드타임을 최대 60% 단축할 수 있습니다. 게다가 알루미늄 금형의 캐비티 변경이 열처리 강철보다 훨씬 쉽습니다.

신속 플라스틱 프로토타이핑 구현의 이점

• 플라스틱 프로토타입 비용. 플라스틱 소재는 보통 낮은 용융 온도, 좋은 유지보수성, 전반적으로 가공이 쉽습니다. 이는 플라스틱 프로토타입 생산을 꽤 저렴하게 만듭니다. 예산이 크지 않다면 기본적으로 실리콘을 사서 마스터 모델(직접 만든다면 수작업로) 위에 붓고, 기다리고, 집에서 부품을 주조할 수 있습니다.
• 내구성 (Durability). 플라스틱 소재는 뛰어난 내구성을 가집니다. 좋은 안정성, 피로 강도, 마찰 특성이 있습니다. 하지만 자외선과 저온에서 멀리해야 합니다. 일부 폴리머는 그런 조건에서 취약해집니다.
• 신뢰성 (Reliability). 플라스틱 프로토타이핑 공정은 잘 개발되어 있습니다. 그런 기법을 매일 사용하는 전문 사출 성형 서비스가 많습니다. 최적 공법 선택과 실행 방식이 의심된다면 언제든 전문가와 상담할 수 있습니다.
• 재활용성 (Recyclability). 플라스틱 오염이 최대 생태 이슈이던 시대는 지났습니다. 현대 산업용 플라스틱은 재활용 가능하게 설계되었으며 주요 유해 폐기물 없이 생산됩니다.
• 리드타임 (Lead time). 현대 신속 프로토타이핑 공정은 저용량 플라스틱 부품 배치 제조에 완벽합니다. 경우에 따라 사출 성형 서비스 주문으로 일주일 내에 프로토타입을 받을 수 있습니다. 이 모든 게 플라스틱 프로토타이핑이 후처리를 거의 필요로 하지 않기 때문입니다.

플라스틱 프로토타입이 도움되는 분야

플라스틱 프로토타입 부품은 주방용품과 가전제품 제작에만 쓰이지 않습니다. 훨씬 더 많은 용도가 있습니다. 예를 들어 많은 의료용 제품이 플라스틱으로 만들어지는데 일부 폴리머가 인체 조직과 잘 결합하고 매우 가볍기 때문입니다. 투명 플라스틱 부품은 자동차 조명에 널리 쓰입니다. 유리보다 덜 부서집니다. 많은 플라스틱이 좋은 절연체나 단열 부품을 제공하므로 제품에 가열되거나 고전압인 표면이 있다면 플라스틱 핸들과 인클로저가 사용자 안전을 보장합니다. 좋은 마찰 특성 덕분에 일부 폴리머는 저렴하고 효율적인 베어링 제조에 쓰입니다.

신속 플라스틱 프로토타이핑 상위 4가지 옵션

제조 산업의 급속한 발전으로 주조, 3D 프린팅, 사출 성형, CNC 가공이 널리 쓰입니다. 이 기술들은 퀵턴, 3D CAD 기반 프로토타이핑 도구를 기반으로 플라스틱 부품에 널리 활용되었습니다.

1. 플라스틱 프로토타입 제조용 주조 기법

실리콘 주조는 마스터 모델(샘플)로 금형을 만들어야 하므로 저배치 플라스틱 프로토타입 제작에 훌륭한 공정입니다. 보통 마스터 모델을 빈 탱크 위에 매달아 둡니다. 그런 다음 모델에 플라스틱 주입 채널, 환기구 같은 기술적 요소(보통 플라스틱)를 추가합니다. 그 후 액체 실리콘을 탱크에 붓고 굳을 때까지 기다렸다가 때로 오븐에서 경화시킵니다. 금형을 반으로 갈라 최대 25개 플라스틱 부품을 생산할 준비가 됩니다. 자본 투자가 필요 없습니다.

2. 3D 프린팅으로 플라스틱 프로토타이핑 활용법

적층 제조, 흔히 3D 프린팅이라 불리는 건 다양한 부품을 제조하는 비교적 혁신적인 공정입니다. 3D 프린팅을 정의하는 건 질량 변화입니다. 블랭크는 보통 최종 부품보다 큽니다. 하지만 AM은 완전히 다릅니다. 블랭크 파트는 분말이나 얇은 실입니다. 프린터 베이스 플레이트에 층층이 공급되고 현재 단면을 복사하도록 소결되거나 경화됩니다. 1980년대 발명 이래 AM은 큰 발전을 이뤘습니다. 적층 제조의 정밀도, 표면 마무리, 소재 선택, 리드타임이 모두 향상되었습니다.

선택적 레이저 소결 (SLS, Selective Laser Sintering)

선택적 레이저 소결은 신속 플라스틱 프로토타이핑에 쓰이는 많은 적층 제조 기법 중 첫 번째 공정입니다. 실질적으로 모든 소재 유형에 쓸 수 있는 가장 범용적인 적층 공정 유형입니다. 그중에는 물론 플라스틱도 있습니다. 소결에 많은 레이저 파워가 필요하지 않고 베이스 플레이트에 분말을 뿌리는 주된 장점은 돌출 요소를 어느 정도 지지 구조로 쓸 수 있다는 점입니다.

융착 적층 모델링 (FDM, Fused Deposition Modelling)

FDM은 플라스틱 프로토타입 제조에 사용 가능한 가장 저렴하고 쉬운 적층 공정입니다. 많은 취미가들이 집에서 FDM 3D 프린터를 만듭니다. FDM은 플라스틱 실 형태의 원료를 액화해 현재 단면 형태로 플레이트에 놓습니다. 돌출 구조는 다른 소재(더 부서지기 쉬운 플라스틱)로 지지하며 쉽게 제거 가능합니다. 전반적으로 FDM은 가장 저렴한 공정이지만 최악의 표면 마무리와 품질을 내고 심미성이 중요하면 더 많은 후처리가 필요합니다.

광경화성 수지 적층 조형 (SLA, Stereolithography)

SLA는 모든 3D 프린팅 공정의 아버지로 여겨집니다. 부품 품질이 가장 좋은 공정이기도 합니다. 표면 마무리가 거의 완벽하고 정밀도는 UV/레이저 빛 직경에 의해서만 제한됩니다. 향후 주조용 마스터 모델 제조와 심미성이 중요한 프로토타입에 널리 쓰입니다. 하지만 SLA는 액체 폴리머가 매우 비싸고 상당량을 탱크에 부어야 하므로 가장 비싼 공정입니다. 또 다른 이슈는 지지 구조입니다. 모델 소재만으로 만들 수 있고 기계적으로 제거해야 합니다. 표면에 흠집을 남겨 후처리가 필요합니다.

멀티젯 프린팅 (MJP, Multijet Printing)

멀티젯 프린팅은 플라스틱 프로토타입에 인기 있는 선택지 중 하나로 FDM의 많은 장점을 가지면서 SLA의 일부 단점이 없습니다. MJP의 요점은 원료 플라스틱을 녹여 방울로 만들고 프린터 노즐에서 필요한 윤곽으로 분사하는 것입니다. MJP의 장점은 부품 품질이 SLA와 유사하지만 액체 폴리머 탱크 전체를 채우고 나머지를 어찌할지 고민할 필요가 없다는 점입니다. 언급된 것 중 유일한 다색 공정이기도 합니다.

3D 프린팅 프로토타입 후처리

적층 제조 분야의 성과에도 불구하고 많은 경우 플라스틱 부품에 어떤 형태의 후처리가 필요합니다. 가장 널리 쓰이는 방법에는 가공, 연마, 화학적 공정이 있습니다. 첫 번째 기법은 꽤 단순합니다. 제조된 부품을 공작기계에 장착하고 밀로 가공합니다. 연마도 친숙한 공정입니다. 특수 페이스트와 연마 기구로 완벽한 표면 마무리를 얻습니다. 화학적 공정에는 아세톤 처리와 코팅이 포함됩니다. 전자는 기체 아세톤으로 부품 표면을 녹여 더 매끄럽게 만듭니다. 매우 효율적이지만 제한된 폴리머에만 적합합니다. 코팅은 더 범용적입니다. 부품을 페인트나 다른 요소로 덮어 표면 품질을 높입니다.

3. 신속 사출 성형으로 플라스틱 프로토타입 만들기

신속 플라스틱 사출 성형은 재래식 사출 금형 제조 기술의 변형입니다. 주된 차이는 디테일에 있습니다. 예를 들어 신속 금형은 더 많은 조인트를 가집니다. 금형 캐비티가 베이스에 연결되어 있습니다. 그래서 설계 수정이 필요하면 다른 요소 변경 없이 캐비티만 빼서 바꿀 수 있습니다. 이는 정밀도를 낮추지만 유연성을 높입니다. 게다가 경화강(수백만 회 반복에 적합) 대신 알루미늄 합금을 사용합니다. 내구성은 낮지만 제조성이 최대 5배 더 좋습니다. 모든 수정이 프로토타입에도 플라스틱 사출 성형을 가능하게 합니다. 하지만 공정이 여전히 꽤 비싸므로 최고 품질 작업에 사용하는 게 바람직합니다.

4. CNC 가공으로 플라스틱 부품 만들기

가공 플라스틱과 금속 부품에 관해 많은 플라스틱 프로토타입 제조업체가 CNC 가공을 폼, 핏, 기능 테스트에 사용합니다. 프로토타이핑 영역에서의 장점 때문입니다. 가공이 제공하는 양산급 소재 선택 업그레이드로 WayKen에서는 CNC 프로토타이핑을 사용해 플라스틱 프로토타입과 금속 부품을 만듭니다. 이는 설계팀이 최종 제품 외관과 기능을 밀접하게 시뮬레이션하면서 조립 작업의 타당성을 반영하고, 설계를 수정하고 최적화할 유효한 시간과 공간을 제공합니다.

신속 플라스틱 프로토타이핑 기술의 미래

미래에는 대다수 전문가들이 적층 제조가 프로토타이핑 시장에서 더 큰 비중을 차지할 것으로 예측합니다. 결국 이 케이스에 완벽하기 때문입니다. 인쇄 속도와 부품 품질을 높이는 추가 개발이 이루어진다면. 다공성도 현재 이슈입니다. 3D 프린팅의 불완전성을 극복하기 위한 많은 연구가 수행 중이며, 또 다른 혁신적 공정이 발명되지 않는 한 AM이 다음 10년엔 플라스틱 프로토타이핑의 완벽한 선택이 될 확률이 높습니다. 더 많은 정보는 우리 플라스틱 가공 역량에서 확인하세요.