전통적으로 산업계에서 가장 널리 쓰이는 생산 공정은 두 주요 그룹으로 분류됩니다: 절삭 제조, 주로 CNC 가공으로 대표되고, 성형 제조, 사출 성형과 정밀 주조로 대표됩니다. 두 그룹은 지금까지 공존해 왔으며, 둘 중 하나를 선택하는 것은 주로 부품 복잡도, 선택된 소재, 생산량에 달려 있었습니다.
최근 산업계에 세 번째 그룹이 틈새를 파고들어 앞의 두 그룹과 공존하게 되었습니다: 적층 제조 또는 3D 프린팅. 매우 특수한 경우나 특정 응용 분야를 제외하면, 현재 절삭, 적층, 성형 제조 모두 많은 공통 소재를 지원하며 고도로 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다. 따라서 기술 선택 기준은 주로 생산 비용에 기반하는 경우가 많습니다.
낮은 또는 중간 생산량에서는 성형이 적층 제조와 CNC 가공과 경쟁할 수 없습니다. 주로 높은 설비 감가상각비와 고비용 금형이 필요하기 때문입니다. 그러나 대량 생산에서는 성형이 단연 선두입니다.
성형 제조는 사출 금형 제작이 필요하고, 로스트 왁스 주조의 경우 희생 왁스 네거티브가 필요하며, 이는 다시 금형이나 CNC 방식으로 제작됩니다. 그래서 CNC 가공이 성형 공정에서도 여전히 필요합니다. 전통적으로 재사용 금형 생산에 가장 흔한 방법이기 때문입니다.
그렇다면 3D 프린팅이 금형 제작에 무엇을 제공할 수 있을까요?
로스트 왁스 주조는 희생 왁스 모델에 세라믹 코팅을 입히고 소성해 금형을 얻는 공정입니다. 주철 기계 부품 제조에 널리 쓰이며, 높은 정밀도와 고도로 복잡한 형상 생산이 가능합니다.
이 공정의 주요 단점은 부품을 꺼낼 때 금형이 파괴되므로, 각 부품마다 왁스 모델과 금형을 새로 만들어야 한다는 점입니다.
왁스 모델을 제작하려면 영구 금형이 필요하며, 일반적으로 알루미늄을 CNC로 가공해 만듭니다. 이는 소량 생산 시 비용이 급증함을 의미합니다. 또 다른 대안은 프로토타입이나 소량 생산 시 CNC로 왁스 모델을 직접 깎는 것이지만, 비용은 줄어도 고가의 장비가 필요하고 복잡한 부품에는 한계가 있습니다.
이 부분에서 3D 프린팅이 패러다임 변화를 가져올 수 있습니다. 한편으로는 SLA와 FDM 프린팅용 신소재 주조 소재의 개발로 전통적인 왁스 모델을 3D 프린팅된 폴리머 모델로 대체할 수 있게 되었습니다. 이는 모델 제작 비용 절감뿐만 아니라 신제품 출시나 결함 수정 시 시간 절약과 민첩성 향상을 가져옵니다. 또한 3D 프린팅으로 제작된 모델은 왁스보다 훨씬 높은 강도를 가져 취급 중 파손이나 결함 가능성을 최소화합니다.
오늘날 거의 모든 레진 제조사가 고품질 주조용 소재를 보유하고 있습니다. Formlabs 주조용 레진이나 Uniz ZWax 등이 대표적입니다. 이로 인해 주얼리 분야 등에서 3D SLA 프린팅이 왁스 사용을 크게 대체하게 되었으며, Form 3 같은 프린터가 흔히 쓰입니다.
그럼에도 산업 분야 등에서는 여전히 왁스 모델이 흔히 쓰이는데, 대형 모델이 필요하기 때문일 수 있습니다. 오늘날 대형 3D SLA 프린터인 Form 3L이나 UniZ zSLTV의 등장과 PolyCast 같은 주조용 필라멘트 개발로 크기 제약이 점점 줄어들고 산업 분야도 3D 모델로 왁스 모델을 대체하는 이점을 누릴 수 있게 되었습니다.
그러나 왁스 모델 생산도 그림 1의 그래프를 따르므로, 왁스 모델을 금형으로 제작하는 비용이 3D 프린팅으로 모델을 제작하는 비용보다 더 저렴해지는 지점이 옵니다. 심지어 여기에서도 3D 프린팅은 많은 것을 제공합니다. 왁스의 낮은 녹는점 덕분에 전통적인 알루미늄이나 강철 금형을 3D 프린팅 금형으로 대체할 수 있으며, 이는 상당한 경제적, 시간적 비용 절감을 의미합니다.
사출 성형은 용융된 플라스틱을 탈착식 금형에 주입하고 냉각 고화시키는 성형 제조 공정입니다.
전통적으로 3D 프린팅을 사출 금형 제작에 사용하는 것은 비현실적이라고 여겨졌습니다. 이는 두 가지 주요 이유 때문이었습니다: 3D 프린팅에 사용되는 폴리머의 낮은 내열성과 금속 SLS 3D 프린팅 고유의 표면 거칠기 때문입니다.
오늘날 3D 프린팅이 CNC 가공 금형을 사출용으로 완전히 대체할 수는 없습니다. 그러나 높은 내열성과 기계적 특성을 가진 SLA 3D 프린팅 소재의 개발이 3D 프린팅 금형 사용의 문을 열었습니다.
예를 들어 Formlabs High Temp 레진은 0.45MPa 압력 하에서 거의 300°C까지 견딜 수 있습니다. 높은 열기계적 특성과 SLA 기술의 높은 해상도 및 우수한 표면 마감이 결합되어 금형 제작에 이상적인 소재가 됩니다.
따라서 3D 프린팅은 사출 금형 생산에 훌륭한 보완재가 될 수 있습니다. 한편으로는 소량 생산용 경제적인 금형 제작을 가능하게 하고, 다른 한편으로는 금속 금형 가공 전 설계 검증에 도움을 줍니다. 후자는 매우 중요합니다. 가공 금형의 결함을 수정하려면 연마 공정이나 완전히 새로운 금형 가공이 필요해 비용이 크게 증가하고 생산이 지연되기 때문입니다.
실리콘 및 열성형 금형은 제빵, 요리, 주얼리, 화장품 등에서 널리 쓰이는 단일 금형입니다.
매우 저렴하고 제작이 간단합니다. 탈형을 쉽게 하기 위해 유연하거나 반유연하며, 초콜릿, 레진, 시멘트 등 녹지 않거나 저온에서 녹는 소재에 주로 사용됩니다.
아마도 가장 흔한 금형 유형으로, 얼음틀, 초콜릿, 머핀 등을 만들 때 누구나 한 번쯤 써봤을 것입니다.
하지만 용도가 가정용 제빵에 국한되지 않습니다. 주얼리에서 레진 주얼리 부품 제작에, 예술 및 장식에서 시멘트와 석고 소재 요소 생산에 널리 쓰입니다.
제작이 매우 간단하지만, 금형을 만들 수 있는 유일한 방법은 템플릿으로 쓸 원본 모델을 보유하는 것이며, 바로 여기서 3D 프린팅이 유용해집니다.
3D 프린팅은 실리콘 및 열성형 금형 제작에 템플릿으로 쓸 맞춤형 모델을 빠르고 저렴하게 얻을 수 있는 능력을 제공합니다. 이는 Mayku Formbox 같은 저렴한 열성형 장비와 결합되어 소규모 제과점, 주얼리, 공방이 자체 맞춤 금형을 간단하고 저렴하게 제작할 수 있게 하여 제품에 부가가치를 더합니다.
3D 프린팅은 저생산량에서 비용을 줄이는 유용한 자원일 뿐만 아니라, 금형이 필수적인 대량 생산에서도 금형 제작을 돕거나 경우에 따라 대체할 수 있는 매우 유용한 기술임이 입증되었습니다.
3D 프린팅
플라스틱 사출 성형과 3D 프린팅은 다양한 부품과 구성 요소를 만드는 데 사용되는 두 가지 다른 제조 공정입니다. 이 두 공정의 차이점을 이해하여 어느 것이 귀하의 요구에 가장 적합한지 결정하는 것이 필수적입니다. 플라스틱 사출 성형이란? 이름에서 알 수 있듯이 플라스틱 사출 성형은 플라스틱을 금형에 주입하는 것입니다. 플라스틱은 주입될 때 액체 형태이며 매우 뜨겁습니다. 금형은 이러한 고온을 견디고 녹지 않는 재료로 만들어져야 합니다. 금형을 만들기 위해 원하는 출력의 역이 일부 재료에서 조각됩니다. 고온을 견뎌야 하므로 일종
항공우주 산업에서 적층 제조의 진화 항공우주 산업은 매우 까다로운 환경입니다. 지속적인 마모, 고압, 고온 조건을 견딜 수 있는 완벽한 부품이 요구됩니다. 항공기 성능을 높이고, 유지보수 작업을 용이하게 하며, 작업자의 생산성을 향상시키기 위해 강하면서도 내구성이 뛰어나고 경량인 부품을 만들기 위한 끊임없는 혁신과 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 필수적인 품질과 신뢰성은 상업용 항공편의 일정 및 예약, 그리고 24/7 상시 대기 태세가 요구되는 군용 항공기의 긴급성과 균형을 맞춰야 합니다. 생산 및 물류 체인에 문제가 발생하면 상
