소량 사출 성형 안내

사출 성형은 높은 툴링 비용으로 인해 전통적으로 대량 생산만을 위한 제조 프로세스로 간주되지만 3D 프린팅을 활용하여 사출 금형을 제작하면 이 프로세스를 사용하여 프로토타입 및 소량 생산을 위한 고품질의 반복 가능한 부품을 생산할 수 있습니다.

이 종합 가이드에서는 벤치탑 및 산업용 기계에서 3D 인쇄 사출 금형을 사용하여 수백 가지의 기능적 프로토타입과 부품을 효율적이고 저렴하게 생산하여 제품 개발을 가속화하고 비용과 리드 타임을 줄이며 더 나은 제품을 출시하는 방법을 알아보세요.

소량 사출 성형과 기존 사출 성형 비교

사출 성형은 플라스틱 제조의 주요 공정 중 하나입니다. 대량 생산을 위한 고품질 부품을 생산하는 비용 효율적이고 극도로 반복 가능한 기술입니다. 따라서 공차가 엄격한 동일 부품의 대량 생산에 널리 사용됩니다.

사출 성형은 용융된 재료를 금형 내부에 주입하기 위해 높은 열과 압력이 수반되는 빠르고 집중적인 공정입니다. 용융 물질은 제조 프로젝트의 범위에 따라 다릅니다. 가장 대중적인 재료는 ABS, PS, PE, PC, PP 또는 TPU와 같은 다양한 열가소성 물질이지만 금속 및 세라믹도 사출 성형이 가능합니다. 금형은 주입된 용융 재료를 수용하는 캐비티로 구성되며 부품의 최종 형상을 밀접하게 반영하도록 설계되었습니다.

금형은 전통적으로 CNC 가공 또는 방전 가공(EDM)에 의해 금속으로 만들어집니다. 이들은 전문 장비, 고급 소프트웨어 및 숙련된 노동력을 필요로 하는 고가의 산업 방식입니다. 결과적으로 금형 생산에는 일반적으로 4주에서 8주가 소요되며 부품의 모양과 복잡성에 따라 비용이 $2,000에서 $100,000 이상입니다. 더 작은 부품 수량의 경우, 일반적인 금형 금속 및 제조 방법으로 금형을 제작하는 데 필요한 비용, 시간, 특수 장비 및 숙련된 노동력으로 인해 이 규모의 사출 성형이 불가능한 경우가 많습니다. 그러나 금속으로 금형을 가공하는 대안이 있습니다. 사내 3D 프린팅을 활용하여 프로토타입 및 소량 생산을 위한 사출 금형을 제작하면 금형에 비해 비용과 시간이 크게 절감되는 동시에 고품질의 반복 가능한 부품을 생산할 수 있습니다.

이 동영상에서는 사출 성형 서비스 제공업체인 Multiplus와 협력하여 3D 인쇄된 금형을 사용한 사출 성형 공정의 단계를 안내합니다. .

데스크탑 3D 프린팅은 사출 금형을 빠르고 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 강력한 솔루션입니다. 매우 제한된 장비가 필요하므로 그 동안 다른 고부가가치 작업에 대한 CNC 시간과 숙련된 작업자를 절약할 수 있습니다. 제조업체는 자체 3D 프린팅의 속도와 유연성을 활용하여 금형을 생성하고 이를 사출 성형 생산력과 결합하여 며칠 만에 일반 열가소성 수지로 일련의 장치를 제공할 수 있습니다. 그들은 심지어 전통적으로 제조하기 어려웠던 복잡한 금형 모양을 달성할 수 있고 데스크탑 및 산업용 성형 기계 모두에서 사용할 수 있으므로 개발 팀이 보다 혁신적일 수 있습니다. 또한 제품 개발은 하드 툴링에 투자하기 전에 설계를 반복하고 최종 사용 재료를 테스트할 수 있다는 이점이 있습니다.

3D 프린팅 몰드를 적절하게 사용하면 이러한 이점을 제공할 수 있지만 여전히 인식해야 할 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 3D 프린팅 폴리머 몰드에서 기계가공된 금속 몰드와 동일한 성능을 기대해서는 안 됩니다. 임계 치수를 충족하기가 더 어렵고 플라스틱에서 열 전달이 더 느리기 때문에 냉각 시간이 더 길며 인쇄된 몰드는 열과 압력 하에서 더 쉽게 파손될 수 있습니다. 그러나 업계 전반의 회사는 수백에서 수천 개의 부품을 빠르게 생산할 수 있도록 단기 사출 성형 워크플로에 3D 인쇄 금형을 계속 구현하고 있습니다. 최종 사용 재료를 사용하여 기능적 프로토타입을 설계하거나, 파일럿 생산 중 부품을 제작하거나, 소량 또는 맞춤형 최종 사용 부품을 제조하는 것부터 3D 프린팅 사출 금형은 제한된 수량으로 부품을 생산하는 비용 효율적이고 빠른 방법입니다.

SLA(Stereolithography) 3D 프린팅 기술은 성형에 탁월한 선택입니다. 금형이 최종 부품으로 전달되고 탈형이 용이하도록 매끄러운 표면 마감과 높은 정밀도가 특징입니다. 광조형으로 제작된 3D 프린트는 완전히 조밀하고 등방성이도록 화학적으로 결합되어 FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 프린팅에서는 불가능한 품질의 기능성 주형을 생성합니다. Formlabs에서 제공하는 것과 같은 데스크탑 SLA 프린터는 구현, 작동 및 유지 관리가 쉽기 때문에 모든 사출 성형 워크플로에 원활하게 통합될 수 있습니다.

금형 쉘과 조립된 3D 인쇄 사출 금형 코어.

약 500 ~ 10,000개 부품의 중형 생산을 위한 대안으로 알루미늄으로 금형을 가공하면 금형 제조와 관련된 고정 비용도 절감할 수 있습니다. 알루미늄 가공은 강철보다 5~10배 빠르며 툴링의 마모가 적어 리드 타임이 단축되고 비용이 절감됩니다. 또한 알루미늄은 강철보다 더 빨리 열을 전도하므로 냉각 채널이 덜 필요하고 제조업체는 짧은 주기 시간을 유지하면서 금형 설계를 단순화할 수 있습니다.

요약하자면, 다음은 생산량에 따라 가장 효율적인 공정과 가장 낮은 부품당 비용을 초래하는 다양한 사출 성형 방법과 금형 유형에 대한 개요입니다.

	소량 사출 성형	중형 사출 성형	대량 사출 성형
메서드	사내 금형 생산 및 사내 성형	금형 생산 및 성형 외주	금형 생산 및 성형 외주
장비 필요	3D 프린터, 데스크탑 사출 성형기	-	-
금형	3D 인쇄된 폴리머	가공 알루미늄	가공된 강철
금형 비용	<$100	$2,000 - $5,000	$10,000 - $100,000
최종 부품까지 소요 시간	1-3일	3-4주	4-8주
이상적인 생산량	<500	500 - 10,000	5,000+
응용 프로그램	신속한 프로토타이핑 맞춤형 사출 성형 단기 사출 성형	단기 사출 성형	대량 생산

사출 프레스의 유형은 소량 사출 성형 공정에 큰 영향을 미치지 않습니다. 기존의 대형 산업용 사출 성형기는 3D 인쇄 사출 금형과 함께 사용할 수도 있습니다. 그러나 이러한 기계는 고가이고 시설 요구 사항이 엄격하며 숙련된 노동력을 필요로 하므로 대부분의 기업에서 서비스 제공업체 및 계약 제조업체에 중대량 생산을 아웃소싱합니다.

사출 성형이 처음이고 제한된 투자로 테스트하려는 경우 Holipress 또는 Galomb Model-B100과 같은 벤치탑 수동 사출 성형기를 사용하는 것이 좋은 옵션이 될 수 있습니다. 데스크탑 머신 Micromolder 또는 유압 머신 Babyplast 10/12와 같은 자동화된 소규모 사출 성형 장비는 소형 부품의 중형 시리즈 생산을 위한 좋은 대안입니다.

총 사출 성형 비용을 구성하는 다양한 요소에 대해 알고 싶으십니까? 종합 가이드를 읽어보세요.

백지

3D 인쇄 금형을 사용한 소량의 신속한 사출 성형

비용과 리드 타임을 줄이기 위해 사출 성형 공정에서 3D 인쇄된 금형을 사용하기 위한 지침을 보려면 백서를 다운로드하고 Braskem, Holimaker 및 Novus Applications의 실제 사례 연구를 확인하십시오.

백서 읽기

소량 사출 성형을 위한 단계별 워크플로

소량 사출 성형 워크플로에는 다음 7단계가 포함됩니다.

1. 금형 설계

선택한 CAD 소프트웨어에서 부품의 금형을 설계합니다. 적층 제조 및 사출 금형 설계에 대한 일반적인 설계 규칙을 준수합니다. 폴리머 3D 프린팅 몰드에 대한 설계 권장 사항은 백서에서 찾을 수 있습니다.

디자인을 PreForm, Formlabs 인쇄 준비 소프트웨어에 업로드하십시오. 인쇄물을 준비하여 Formlabs 3D 프린터로 보내십시오.

2. 금형 3D 인쇄

3D 인쇄 재료를 선택하고 인쇄를 시작하십시오. 50미크론 층 높이의 Rigid 10K Resin은 고강도, 강성 및 내열성을 결합하므로 대부분의 금형 설계에 이상적인 선택입니다.

가능하면 뒤틀림을 줄이기 위해 지지대 없이 빌드 플랫폼에 직접 몰드 플랫을 인쇄하는 것이 좋습니다.

세척 및 사후 경화 후 3D 인쇄된 금형은 사출 성형 공정에 통합될 준비가 되었습니다.

3. 금형 조립

조립하기 전에 손으로 샌딩, 데스크탑 또는 CNC 가공으로 중요한 치수를 충족하도록 금형을 마감하도록 선택할 수 있습니다.

높은 압력을 견디고 인쇄된 금형의 수명을 연장하려면 인쇄된 주형을 표준 금속 프레임 또는 마스터 유닛 다이 내부에 두는 것이 좋습니다. 3D 프린팅된 몰드를 금속 프레임 내부에 조심스럽게 조립합니다. 필요에 따라 이젝터 핀, 인서트, 사이드 액션 부품 및 기타 구성 요소를 추가합니다.

조립된 금형을 사출 성형기에 설치합니다.

4. 금형 클램핑

플라스틱 펠릿을 삽입하고 필요한 설정을 입력하고 생산을 시작합니다. 특히 인쇄된 금형이 금속 프레임으로 보호되지 않는 경우 더 낮은 조임력이 제안됩니다.

TPE, PP, PE, ABS, POM, ASA, PA, PC 또는 TPU와 같은 3D 인쇄 금형으로 다양한 열가소성 수지를 사출할 수 있습니다.

5. 주입

부품 형상, 플라스틱 선택, 사출 온도 및 압력, 기타 매개변수를 비롯한 많은 요인이 작용하기 때문에 이상적인 공정 조건을 식별하는 데 몇 번의 촬영이 필요할 수 있습니다.

사출 압력과 온도를 최대한 낮추십시오.

하나의 인쇄된 몰드로 Formlabs 사용자는 일반적으로 최대 250°C의 온도에서 TPE, PP 및 PE와 같은 가공하기 쉬운 플라스틱에 100개의 부품을 주입합니다. PA 또는 PC와 같이 더 높은 사출 온도가 필요한 플라스틱의 경우 3D 인쇄 금형의 수명이 단축될 수 있습니다.

데스크탑 및 산업용 사출 성형기 모두에 대한 테스트 결과를 보려면 공정 조건 문서를 읽어보십시오.

6. 냉각

폴리머로 인쇄된 금형의 냉각 시간은 금속보다 플라스틱에서 열전달이 느리기 때문에 금형보다 깁니다. 따라서 인쇄된 금형에 냉각 채널을 추가하는 것은 일반적으로 권장되지 않습니다.

대신 압축 공기를 적용하여 금형을 냉각하거나 교체 가능한 스택을 사용하여 냉각을 가속화할 수 있습니다.

7. 탈형

이젝터 핀을 사용하여 수동 또는 자동으로 부품을 이형합니다. 고점도 열가소성 수지용 이형제를 도포합니다. 이형은 널리 사용 가능하며 Slide 또는 Sprayon 제품과 같은 실리콘 이형은 Formlabs Resins와 호환됩니다.

소량 사출 성형 애플리케이션

소량 사출 성형의 세 가지 주요 응용 분야는 신속한 프로토타이핑, 단기 사출 성형, 주문형 또는 맞춤형 사출 성형입니다.

사출 성형으로 신속한 프로토타이핑

Rapid prototyping은 기업이 아이디어를 현실적인 개념 증명으로 전환하는 데 도움이 되며 이러한 개념을 최종 제품처럼 보이고 작동하는 충실도가 높은 프로토타입으로 발전시키며 일련의 검증 단계를 거쳐 대량 생산으로 제품을 안내합니다.

일반적으로 3D 프린팅은 신속한 프로토타입을 생산하는 가장 일반적인 방법입니다. 그러나 개발 프로세스의 후반부에서는 최종 부품과 동일한 재료 및 생산 프로세스를 사용하여 동일한 프로토타입을 약간 더 많이 생산해야 하는 경우가 종종 있습니다. 그런 다음 이 프로토타입을 베타 및 필드 테스트와 같은 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 3D 인쇄된 금형을 사출 성형과 결합하면 제조업체가 기능 프로토타입을 빠르고 효율적으로 개발하고 제품 개발 프로세스를 가속화할 수 있습니다.

예를 들어, 프랑스 스타트업 Holimaker는 엔지니어와 제품 설계자가 프로토타입, 시험 생산 또는 제한된 일련의 최종 사용 부품을 위해 데스크탑에서 플라스틱 부품을 소량 처리할 수 있는 수동 사출 성형 기계를 개발합니다.

이 회사는 3D 인쇄된 금형을 사용하여 빠르고 저렴한 비용으로 고객에게 타당성 조사를 제공합니다. 이를 통해 고객은 신제품 도입의 파일럿 생산 단계에서 빠르고 저렴한 가격으로 설계 프로토타입을 만들고 최종 제조 조건을 검증할 수 있습니다.

이 축구용 크램폰의 사전 생산 프로토타입은 POM(180°C), PA 6.6(270°C), PP(210°C)의 3가지 다른 열가소성 수지를 사용하여 3D 인쇄된 금형에서 사출 성형되었습니다.

금형 설계 및 재료를 포함한 동일한 제조 방법을 사용하여 이러한 부품을 현장에서 테스트하고 설계를 대규모로 생산할 준비가 되었는지 확인할 수 있습니다. 그런 다음 3D 인쇄된 금형 설계를 대량 생산 중에 공구 등급 강철에 쉽게 적용할 수 있습니다.

Holimaker는 3D 인쇄 금형을 사용하여 사출 성형 공정용 금형 생산 리드 타임을 24시간으로 단축했으며 현재 프로젝트의 80~90%에서 3D 인쇄 사출 금형을 사용합니다.

단기 사출 성형

단기 사출 성형은 제조업체에게 제한된 수량으로만 생산되는 제품용 최종 사용 부품의 더 작은 시리즈를 생산하거나 벤처에 너무 많은 자본을 투자하기 전에 시장을 테스트하기 위한 제품의 파일럿 시리즈를 제조할 수 있는 수단을 제공합니다.

소량 사출 성형을 사용하면 기존 사출 성형과 관련된 높은 고정 비용 없이 정확하고 반복 가능한 최종 사용 부품을 제조할 수 있습니다.

Multiplus는 심천에 기반을 둔 사출 성형 솔루션 제공업체로 플라스틱 제품의 설계에서 제조에 이르는 전체 생산 주기를 다루고 일부 Fortune 500대 기업을 포함하여 연간 250개 이상의 고객에게 서비스를 제공합니다. 이러한 고객 중 일부는 소규모 배치 생산을 필요로 하며, 이는 하드 툴링 제조의 복잡성으로 인해 사출 성형에 전통적으로 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

3D 인쇄 사출 금형을 사용하여 새로 사출 성형된 ABS 컨트롤 박스 하우징

소규모 배치 생산에 대한 수요가 증가하기 시작하면서 Multiplus는 3D 프린팅으로 눈을 돌려 다양한 재료를 탐색하여 소규모 주문 및 파일럿 생산을 위해 더 저렴한 플라스틱 몰드를 생산하는 비용 효율적인 방법을 찾았습니다. Formlabs 3D 프린터로 소량 사출 금형을 제작하면 알루미늄 금형을 가공하는 것에 비해 비용, 노동력 및 시간이 절감되었으며 Babyplast 산업용 사출 성형 기계와 함께 원활하게 사용할 수 있습니다.

주문형 또는 맞춤형 사출 성형

인적 요인, 응용 프로그램 또는 경우와 같은 특정 목적을 위해 종종 신속한 일정에 따라 맞춤형 최종 사용 부품을 제조하려면 맞춤형 또는 신속한 주문형 사출 성형이 필요할 수 있습니다. 제한된 부피 및/또는 짧은 리드 타임은 하드 툴링을 사용한 기존 사출 성형이 효율적이지도 실현 가능하지도 않음을 의미합니다. 이러한 경우 3D 인쇄된 몰드를 사용한 소량 사출 성형은 프로세스 속도를 높이고 맞춤형 부품을 제공하는 이상적인 솔루션입니다.

세계 최고의 석유화학 회사 중 하나인 Braskem의 사례는 3D 프린팅된 몰딩을 사용하여 온디맨드로 신속한 주문을 수행한 사례를 강조합니다. COVID-19 전염병의 첫 번째 물결 동안 회사는 전 세계 인력을 보호하기 위해 수천 개의 마스크 스트랩을 생산해야 했습니다. Braskem은 사출 성형이 부품을 생산하는 이상적인 방법이라고 확인했지만 3D 프린팅에 액세스할 수 없었다면 값비싼 금형을 아웃소싱해야 했으며 팀 비용과 귀중한 시간을 낭비하게 되었을 것입니다.

Braskem은 마스크 스트랩을 신속하게 사출 성형하기 위해 기존 산업용 사출 성형 기계와 함께 3D 인쇄 금형을 사용했습니다.

Braskem의 팀은 스트랩용 몰드를 인쇄하기 위해 Formlabs Form 3 3D 프린터를 사용하고 스트랩을 개발하기 위해 완전 전동식 Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot 사출 성형기를 사용하여 사출 성형으로 전환했습니다.

팀은 3D 프린팅을 활용하여 부사장의 이메일을 받은 후 일주일 만에 수천 개의 스트랩을 생산하고 전 세계 사무실로 배송할 준비를 했습니다.

소량 사출 성형 시작하기

3D 프린팅과 소량 사출 성형을 개발 프로세스에 통합하여 제품 개발을 가속화하고, 비용과 리드 타임을 줄이며, 더 나은 제품을 출시하십시오.