3D 프린팅 사출 금형:재료 비교

소개

3D 프린팅 프로세스를 사용하여 최종 사용 도구를 만드는 것은 기술의 기능이 향상됨에 따라 점점 더 일반화되고 있습니다.

이 기사에서 우리는 특정 툴링 응용 분야, 즉 소량 사출 성형에 초점을 맞춥니다. 이 분야의 3D 프린팅 응용 프로그램에 대한 광범위한 검토는 여기에서 찾을 수 있습니다. 이 기사에서는 현재 업계에서 사출 금형 제조에 사용되는 두 가지 인기 있는 재료를 비교합니다.

사출 성형은 3D 인쇄 재료에 대한 매우 까다로운 응용 프로그램입니다. 금형은 고온에서 처리력을 견뎌야 하고 여러 번 실행해도 치수 정확도를 유지해야 하기 때문입니다. 3D 인쇄 사출 금형은 다음에 가장 적합합니다.

빠른 처리 시간(5-7주가 아닌 1-2주).
생산량이 적은 애플리케이션(50 - 100개 부품).
변경 또는 반복이 가능한 금형 설계.
상대적으로 작은 부품(150mm 미만).

금형 제작을 위한 재료 요구 사항

사출 금형 제조에 적합한 3D 프린팅 재료는 다음을 갖추어야 합니다.

높은 강성: 금형은 여러 번 실행해도 우수한 치수 정확도를 유지해야 하며 재료 사출 중 변형 없이 높은 압력을 견뎌야 합니다.
고온 저항: 높은 열 변형 온도(HDT)는 재료 사출 중에 금형이 고장나지 않도록 할 뿐만 아니라 공정을 보다 정밀하게 제어하는 데도 매우 중요합니다.
높은 수준의 세부정보: 사출 금형은 높은 치수 정확도와 매끄러운 표면을 가져야 합니다. 고정밀 금형은 고정밀 부품을 생산합니다.

매우 정확하고 매끄러운 부품을 생산할 수 있는 두 가지 3D 프린팅 프로세스(광범위한 후처리 없이)는 Material Jetting과 SLA(Stereolithography)입니다. Material Jetting은 독점적인 산업 공정이지만 데스크탑 및 산업용 SLA 시스템이 모두 존재합니다. 데스크탑 SLA 3D 프린터의 사용 가능한 재료와 생산 기능은 고급 생산에 적합하지 않으므로 여기에서 논의하지 않습니다.

이 기사에서는 산업 환경에서 소량 사출 성형을 제조하는 데 적합한 것으로 입증된 두 가지 재료, 즉 Stratasys의 Material Jetting용 Digital ABS plus와 DSM의 SLA용 Somos PreFORM에 중점을 둡니다.

면책 조항: 아래 나열된 재료 속성은 제조업체에서 제공한 것으로 최적의 열처리 후 경화 공정을 수행한 부품에 해당합니다.

재료 비교

기계적 특성 - 강성

Somos PerFORM은 Digital ABS 뿐만 아니라 다른 모든 산업용 3D 프린팅 재료(예:SLS 나일론)와 비교할 때 인장 및 굴곡 강도가 매우 높습니다. 그러나 더 부서지기 쉽고(낮은 파단 신율) 충격 강도가 더 낮습니다. 금형 제작의 경우 높은 강성과 강도가 주요 요구 사항이므로 Somos PerFORM의 기계적 특성이 바람직합니다.

<머리> <일>

디지털 ABS 플러스	Somos PerFORM
인장 강도	55 - 60MPa	80MPa
인장 계수	2600 - 3000MPa	9800MPa
파단 신율	25 - 40%	1.2%
굴곡 강도	65 - 75MPa	146MPa
굴곡 계수	1700 - 2200MPa	9030MPa
Izod 충격(노치)	90 - 115J/m	20J/m
경도(쇼어 D)	85 - 87	93

열 속성 - 온도 저항

열변형 온도(HDT)는 특정 하중 하에서 폴리머가 변형되는 온도를 나타냅니다. 유리 전이 온도(Tg)는 열경화성 물질이 단단한 "유리질" 상태에서 보다 유연한 "고무질" 상태로 전이되는 온도 영역입니다. 사출 성형 애플리케이션의 경우 HDT와 Tg 모두 높은 값이 선호되므로 Somos PerFORM은 다시 Digital ABS보다 성능이 뛰어납니다.

<머리> <일>

디지털 ABS 플러스	Somos PerFORM
HDT(@ 0.46MPa) *	92 - 95°C	268°C
유리 전이 온도(Tg)	47 - 53°C	81°C

^{*:열처리 후 처리} ### 3D 프린팅 공정 - 상세 수준 {#detail}디지털 ABS와 Somos PerFORM은 서로 다른 3D 프린팅 공정에서 사용됩니다. 일반적인 Material Jetting 및 일반적인 산업용 SLA 시스템의 기능이 아래 표에 요약되어 있습니다. 두 기술 모두 복잡한 세부 사항으로 매우 부드러운 부품을 생성할 수 있으며 후처리가 거의 필요하지 않습니다. 디지털 ABS는 Material Jetting이 모든 3D 프린팅 기술 중에서 가장 높은 치수 정확도를 가지고 있기 때문에 디테일 수준에서 Somos PerFORM에 비해 약간의 이점이 있습니다. 디지털 ABS 플러스 Somos PerFORM 프로세스 재료 분사 산업 SLA 일반적인 치수 정확도 ± 0.1%(하한 ± 0.05mm) ± 0.15%(하한 ± 0.05mm) 최소 기능 크기 0.05mm 0.10mm 최소 벽 두께 0.6mm 0.8mm 최소 레이어 높이 14 - 16미크론 25 - 50미크론

생산 능력

Digital ABS와 Somos PerFORM은 모두 산업 환경에서 사용이 적은 사출 금형을 생산하는 데 사용되었습니다. 아래 표는 성형하기 "쉽고" "어려운" 것으로 간주되는 재료를 사용하여 단일 금형에서 생산할 수 있는 부품 수를 요약합니다(각각 PP 및 유리 섬유로 채워진 PA).

두 재료의 기계적 및 열적 특성의 차이는 금형이 생산할 수 있는 총 부품 수에 영향을 미칩니다. 정상적인 작동 조건(처음 3-4회 실행 후)에서 3D 인쇄된 금형은 약 120^o 의 온도에 도달합니다. C, 녹은 재료에서 가열되기 때문입니다. 좋은 열 안정성은 금형의 열화를 최소화하는 데 중요합니다. 아래 이미지의 PA GF 테스트 샘플은 두 가지 재료로 3D 프린팅한 동일한 몰드 디자인을 사용하여 생성되었습니다(둘 모두 10번째 실행 후에 생성된 부품을 보여줌). Digtal ABS 금형으로 생산된 부품의 품질은 금형이 과열되고 열화되기 시작하여 Somos PerFORM 금형은 여전히 안정적인 반면에 훨씬 더 낮습니다.

<머리> <일>

디지털 ABS 플러스 †	Somos PerFORM ‡
"쉬운" 재료 *	50 - 100	100 - 200
"어려운" 재료 **	5 - 30	30 - 50

^{* 폴리프로필렌(PP)}
^{** 유리 섬유 충전 폴리아미드(PA GF)}
^{† 출처:홍보}
^{‡ 출처:Wehl &Partner}

요약 및 결론

사출 성형은 매우 까다로운 툴링 응용 분야입니다. 재료는 높은 강성과 높은 온도에서 작동할 수 있어야 합니다.

Material Jetting 및 SLA는 산업 응용 분야에 필요한 치수 정확도와 표면 마감으로 부품을 생산할 수 있는 유일한 3D 프린팅 프로세스입니다. 우리는 3D 인쇄된 로우런 사출 금형을 제조하는 데 사용되는 두 가지 재료(각 공정에 하나씩)를 비교했습니다.

Digital ABS plus는 대부분의 기능적 응용 분야에 탁월한 소재이지만 Somos PerFORM의 더 높은 강성과 우수한 열적 특성으로 인해 금형 제작에 더 적합합니다. 이는 두 가지 재료로 제조된 각 금형이 생산할 수 있는 부품의 수를 보면 알 수 있습니다.

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경험 규칙

매우 높은 정확도와 매끄러운 표면 마감이 필요한 경우 Material Jetting 및 SLA가 금형 제작에 가장 적합한 3D 프린팅 공정입니다.
여러 번 실행해도 정확도를 유지하려면 사출 금형 제조용 3D 프린팅 재료가 높은 강성을 가져야 합니다.
높은 HDT 덕분에 가공 중 더 높은 금형 온도를 사용할 수 있습니다.

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