3D 프린팅 금형으로 로우런 사출 성형 최적화

이 기사에서는 로우런 사출 성형용 금형을 인쇄하기 위해 3D 프린팅을 사용하는 방법에 대해 설명합니다. 설계 고려 사항, 재료, 금형 구성 및 비교 사례 연구가 모두 포함되어 있습니다.

3D 프린팅 사출 금형 설계 방법

자료

3D 프린팅 재료는 다음과 같은 경우 사출 성형 제작에 적합합니다.

• 고온 저항 - 재료 주입 중 금형에 가해지는 기계적, 열적 하중을 견디기 위해서는 높은 열변형 온도가 필요합니다. 응고 중에는 온도가 급격히 감소합니다.
• 높은 강성/인성 - 부품을 반복적으로 제거하면 금형이 마모될 수 있으므로 시간이 지나도 금형 정확도를 유지하려면 강성이 높은 재료가 필요합니다.
• 높은 수준의 세부정보 - 사출 금형의 주요 요구 사항 중 하나는 높은 치수 정확도와 매끄러운 표면입니다. 매우 정확한 금형은 매우 정확한 부품을 생산합니다.

이러한 요구 사항을 가장 잘 충족하는 3D 프린팅 기술은 SLA 및 Material Jetting입니다. 이러한 기술은 치수 정확도가 높은 부품을 생산할 수 있으며 복잡한 세부 사항과 매우 미세한 특징을 인쇄하는 데 이상적입니다. Formlabs 고온 수지 또는 Stratasys Digital ABS와 같이 이러한 기술에 사용할 수 있는 특수 소재는 성형 및 툴링 응용 분야에 이상적입니다. 이 두 재료의 사출 성형과 가장 관련이 있는 특성의 개요는 아래에 나와 있습니다.

산업용 애플리케이션의 경우 데스크톱 SLA는 적합하지 않습니다. 금형 제조에 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 산업용 3D 프린팅 재료(Digtal ABS 및 Somos PerFORM)를 비교한 심층 기사는 여기에서 확인할 수 있습니다.

속성 Formlabs 고온 수지* Stratasys Digital ABS** 열변형 온도 289℃ @ 0.45MPa 92 - 95℃ @ 0.45MPa 굴곡 탄성률 3.3GPa 1.7~2.2GPa 충격 강도(노치형 IZOD) 14 J/m 65 - 80 J/m 최저 레이어 높이(해상도) 25~50미크론 16~30미크론 최소 세부 크기 0.2 mm 0.2 mm *Formlabs에서 얻은 정보*Stratasys에서 얻은 정보 디지털 ABS로 만든 3D 프린팅 사출 금형

금형 디자인

금형 기능(예:게이트, 러너, 통풍구 등)의 특정 기술 설계를 설명하는 것은 이 기사의 범위를 벗어납니다. 인터넷 검색을 하면 해당 주제에 대한 많은 양의 정보가 드러납니다. Seattle Robotics의 이 게시물은 사출 성형 설계를 처음 접하는 사람들에게 좋은 출발점이 됩니다.

다음은 3D 프린팅된 금형을 설계할 때 따라야 할 몇 가지 모범 사례 목록입니다.

• SLA 인쇄용 금형을 설계할 때 금형의 내부 면 방향이 지지대가 접촉되지 않도록 해야 합니다. 표면에 지지 표시가 없어 필요한 후처리가 최소화되므로 표면 품질이 향상됩니다.
• 캐비티 가장자리에서 금형 가장자리까지 얕은 공기 통풍구(깊이 0.05mm)를 포함하면 성형 공정 중에 갇힌 공기를 배출하는 데 도움이 됩니다.
• 3D 프린팅된 금형을 20회 이상 실행하려면 금속 막대나 튜브를 삽입하기 위한 디자인에 채널을 포함하는 것을 고려하세요. 이는 금형을 강화하고 뒤틀림을 줄이며 냉각 시간을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 더 낮은 레이어 높이에서 금형을 3D 프린팅하면 금형의 인쇄 선이 덜 눈에 띄게 되므로 더 부드러운 성형 부품을 생산하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 양각 및 각인 디테일은 표면에서 최소 1mm 떨어져 있어야 합니다.

설계에 대한 구체적인 제한은 사용되는 사출 성형기에 따라 다릅니다. 그러나 Stratasys는 50~80톤 성형기 또는 수동 핸드 프레스에서 최대 165cm3의 부품을 생산하려면 Material Jetting 프린터를 통해 제작된 금형을 사용해야 한다고 제안합니다.

사출성형을 위한 부품 설계

기존 사출 금형과 마찬가지로 설계자는 다음을 고려해야 합니다.

• 금형에서 부품을 제거하는 데 도움이 되도록 최소 20도의 구배 각도를 추가합니다.
• 전체 부품에 걸쳐 균일한 벽 두께를 유지합니다.
• 모든 벽과 특징을 최대한 얇게 유지합니다.
• 모든 가장자리와 모서리의 반경을 포함합니다.
• 얇은 리브와 거싯을 포함하여 벽 두께를 늘리는 대신 부품에 강도를 더합니다.

사출 성형을 위한 구배 설계

이 기사에서 구배 각도의 중요성에 대해 자세히 알아보세요 →

플래시 줄이기

플래시는 사출 공정 중에 금형의 두 절반 사이에서 나오는 재료에 부여된 이름입니다. 이는 일반적으로 두 개의 금형 반쪽이 완벽하게 서로 짝을 이루지 않거나 완벽하게 평평하지 않거나 평평하지 않거나 금형이 너무 많이 채워졌을 때 발생합니다. 러너는 플래시 가능성을 줄이기 위해 금형 설계에 사용됩니다.

알루미늄 프레임용으로 설계하는 경우 압축력을 고려하고 완전한 밀봉을 보장하기 위해 몰드 플레이트 뒷면에 0.125mm의 추가 두께를 추가합니다. 바이스의 조임력을 높이면 플래시를 완화하는 데 도움이 될 수 있으며, 금형의 분할 평면을 연마하여 가능한 한 평평한 표면을 제공할 수도 있습니다.

좋은 금형 설계와 평평한 금형면은 플래시 발생 가능성을 줄입니다.

(이미지 제공:Formlabs)

방출 화합물

3D 프린팅 사출 금형에 사용되는 재료의 특성은 기존 금형에 비해 상대적으로 약하기 때문에 금형에서 부품을 제거하기 위해 과도한 힘을 가하면 금형 성능이 급속히 저하될 수 있습니다. 사출 단계 전에 금형 캐비티 표면에 이형 화합물을 포함시키면 부품 제거에 큰 도움이 될 수 있습니다.

사례 연구:플라스틱 모터 피팅

이 사례 연구에서는 모터 하우징용 맞춤형 플라스틱 피팅 제조를 비교합니다. 디자인 요구 사항은 다음과 같습니다.

• 총 갯수는 25개입니다.
• 딱 맞는 핏을 보장하려면 높은 수준의 치수 정확도가 필요합니다.
• 부품의 무게는 0.005kg(5g)입니다.
• 부품은 ABS로 제작되어야 합니다.
• 부분은 검정색이어야 합니다.
• 부품의 전체 직경은 40mm입니다.

사용 가능한 대체 제조 옵션은 다음과 같습니다.

산업용 FDM ABS 3D 프린팅: 산업용 FDM 3D 프린팅은 반복성이 높고 치수 정확도가 높은 부품을 생산할 수 있으며 중소 규모 배치로 부품을 프린팅할 수 있습니다. 산업용 FDM 시스템에 사용되는 ABS 필라멘트의 가격은 일반적으로 kg당 약 $90 - $110입니다. FDM 3D 프린팅을 통해 생산된 모든 부품의 주요 제한 사항은 이방성 기계적 성능입니다. 부품은 한 방향으로 상당히 약합니다. 이는 디자이너가 부품이 받게 될 하중과 프린트 플랫폼에서 모델의 방향을 잘 파악하고 있어야 함을 의미합니다.

SLA 3D 프린팅 금형을 사용한 사출 성형 ABS 부품: 고온 SLA 수지는 낮은 수준의 생산에 가장 적합한 높은 정확도의 기능성 사출 금형을 생산할 수 있습니다. SLA 수지는 리터당 약 $150 - $170에 판매됩니다. 이 예에서는 3D 프린팅된 금형을 알루미늄 지지 프레임에 삽입한 계산을 위해 벤치탑 사출 성형기를 사용했습니다. ABS 펠릿은 약 $2 - $3의 부품 성형에 사용됩니다.

기존 사출 성형 ABS 부품: 기존의 사출 성형 부품은 매우 높은 정확도, 우수한 표면 마감 및 매우 높은 수준의 반복성을 갖추고 있습니다. 기존 사출 성형의 주요 단점은 높은 초기 설정 비용과 성형 부품 설계 시 적용되는 설계 제한 사항(구배 각도, 일정한 벽 두께 등)입니다. ABS 펠렛의 가격은 위와 동일합니다.

위에서 설명한 기술을 사용하여 ABS 피팅을 제조하는 데 드는 비용(온라인 견적 기준)을 아래 표에 요약했습니다. 모든 가격에는 배송비가 포함되어 있지 않습니다.

<머리> <일> 산업용 FDM* 3DP 메신저* 기존 IM** 금형 비용 해당 없음 $70.85 $1660.72 부품당 비용 $3.69 $0.05 $1.89 총 비용 $92.25 $72.10 $1711.48 리드 타임 4일 2일 8일 * Protolabs Network.com에서 인용한 견적(ABS 포함, Fortus 250MC*에 인쇄된 20% 충전재) Form2***에 인쇄된 Formlabs 고온 수지를 사용하여 Protolabs Network.com에서 가져온 견적 Protolabs에서 인용한 인용문

다음 단계:사출 성형으로 부품을 생산하는 방법

3D 프린팅 금형을 사용한 로우런 사출 성형이 귀하의 응용 분야에 가장 적합한 솔루션입니까? 그런 다음 프로젝트를 진행하는 데는 두 가지 방법이 있습니다:

사출성형기를 사용할 수 있고 금형 설계 노하우가 있다면 금형을 3D 프린팅 내열성 소재는 옵션입니다. 로우런 사출 금형 제조에 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 3D 프린팅 재료의 장단점을 논의한 기사는 여기에서 찾을 수 있습니다.

그렇지 않은 경우에는 제작을 전문가에게 아웃소싱할 수 있습니다. 사출 성형 제조업체. Protolabs 네트워크는 부품에 맞는 금형을 설계하고 100~10,000개 이상의 단위를 생산할 수 있는 사출 성형 서비스 제공업체의 글로벌 네트워크에 대한 액세스를 제공합니다.

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