3D 프린팅 사출 성형 금형 제작에 대한 단계별 가이드

사출 성형은 일관된 품질로 대량으로 부품을 만드는 데 사용되는 인기 있는 제조 공정입니다. 이 공정에는 용융된 플라스틱을 일반적으로 금속으로 만들어진 최종 부품 모양의 금형 공동에 주입하는 과정이 포함됩니다. 공정에 익숙한 사람이라면 누구나 알겠지만 전통적인 금형 제작 방법은 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들 수 있으므로 소규모 작업이나 맞춤형 부품을 만들 때 실제로 노력할 가치가 없습니다. 3D 프린팅 금형을 사용해 보세요. 소량 생산 및 프로토타입 제작에 이상적인 더 저렴하고 빠른 대안입니다.

1. CAD 디자인 만들기

부품 형상, 재료 선택, 게이트 위치 및 냉각 채널을 고려하여 CAD 소프트웨어에서 금형 설계를 작성하는 것부터 시작하십시오. 사출압력을 견딜 수 있는 내열성, 견고한 소재를 선택하고, 보다 매끄러운 마감을 위해 지지 접촉을 최소화하도록 금형을 설계합니다. 통풍구를 추가하면 공기 갇힘과 같은 결함을 방지하고 냉각 채널을 통해 생산 속도를 높일 수 있습니다. 

2. CAD 디자인 파일 내보내기

디자인이 완성되면 3D 프린팅의 표준 형식인 STL 파일로 내보냅니다. 기타 지원되는 파일 형식으로는 FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G 및 AMF가 있습니다.

3. 사출 금형 3D 프린트

STL 파일을 3D 프린팅 소프트웨어로 가져오고 비용, 강도 및 표면 마감을 기준으로 프린팅 방법을 선택합니다. FDM(Fused Deposition Modeling)은 비용 효율적인 방법이지만 샌딩이나 화학적 평활화가 필요할 수 있습니다. 보다 매끄럽고 세부적인 금형의 경우 SLA/DLP(광 조형/디지털 광 처리)가 가장 적합하며, 재료 분사는 미세한 세부 묘사가 포함된 다중 재료/색상 금형을 만들 수 있습니다. 표면 품질이 우수한 강력한 금형의 경우 SLS(선택적 레이저 소결) 공정을 갖춘 나일론을 사용할 수 있습니다.

인쇄된 후에는 사출 성형 중 지지를 위해 금형을 금속 금형 베이스에 고정해야 합니다. 이는 더 정확하고 뒤틀림과 같은 결함을 줄이고 균일한 압력 분포를 보장하는 알루미늄 프레임의 금형 인서트를 사용하거나 프레임이 필요 없는 완전 3D 프린팅 금형을 사용하여 수행할 수 있습니다. 그러나 더 많은 재료가 필요하므로 비용과 뒤틀림 위험이 모두 증가합니다.

5. 사출 성형 공정 시작

금형이 금속 프레임에 장착되면 사출 성형 공정을 위한 준비가 완료됩니다. 사출 성형 공정 중에 금형이 닫히고 용융된 재료가 스프루 부싱을 통해 금형에 주입됩니다. 액체는 금형 구멍을 채우고 생산할 부품의 모양을 갖게 됩니다. 재료가 냉각되어 굳은 후 금형을 열고 부품을 꺼냅니다.

사출 성형용 3D 프린팅 금형이란 무엇입니까?

금형은 용융된 플라스틱을 최종 제품으로 성형하고 금형 캐비티의 모양과 마감을 그대로 유지합니다. 3D 프린팅을 통해 이러한 금형을 만드는 것은 획기적인 변화였습니다. 3D 프린팅은 CNC 가공과 달리 특별한 전문 지식이 필요하지 않아 인건비가 절감됩니다. 사용되는 재료(일반적으로 플라스틱)는 알루미늄이나 강철보다 훨씬 저렴하며 전체 비용도 기존 금형보다 최대 90%까지 낮출 수 있습니다. 기존의 금형을 만드는 데 몇 주 또는 몇 달(예, 몇 달!)이 걸릴 수 있지만 가장 복잡한 3D 프린팅 금형도 며칠 만에 준비할 수 있습니다. 즉, 생산 규모를 확대하기 전에 필요한 변경 사항을 빠르고 쉽게 적용할 수 있습니다. 3D 프린팅 금형은 수명이 더 짧지만 재료에 따라 최대 10,000개의 부품을 만들 수 있습니다. 

3D 프린팅된 금형은 최대 164cm²의 부품에 가장 적합합니다(금속 금형은 훨씬 더 큰 부품을 수용할 수 있기 때문에 이번 라운드에서 승리했습니다). 금속 금형이 뛰어난 또 다른 영역은 내구성입니다. 3D 프린팅 금형은 사출 성형의 높은 온도와 압력에서 어려움을 겪는 경향이 있습니다. 또한 냉각 중에 수축 및 뒤틀림이 발생하기 쉬우며 이는 특히 공차가 엄격한 부품에 문제가 됩니다. 일반적으로 폴리머는 금속보다 열전도율이 낮기 때문에 3D 프린팅된 금형은 사출 성형 공정 속도를 늦춥니다(물론 금형 제작 속도는 훨씬 더 빠르지만). 기본적으로 고정밀, 대량 제조를 위해서는 금형을 고수하는 것이 좋습니다.

사출 성형용 3D 프린팅 금형의 장점은 무엇입니까?

3D 프린팅 금형은 기존 제조 방법으로 만든 금형에 비해 다음과 같은 여러 가지 장점을 제공합니다.

1. 비용 효율성: 3D 프린팅 사출 금형은 대부분의 응용 분야에서 기존 방법으로 제작한 금형보다 비용 효율적입니다. 인쇄된 금형을 만드는 데 사용되는 플라스틱 재료는 기존 금형 제작 기술에 사용되는 알루미늄 및 강철보다 저렴합니다. 또한 3D 프린팅은 전통적으로 금형 제조에 사용되는 CNC 가공에 비해 금형 생산에 대한 빠르고 저렴한 접근 방식입니다. 
2. 사용 편의성: 3D 프린팅 기술을 사용하여 사출 금형을 프린팅하는 데는 특별한 전문 지식이 필요하지 않습니다. 이를 통해 기존 금형 제조 공정과 관련된 인건비를 절감할 수 있습니다. CNC 기계. 
3. 소량 생산에 적합: 3D 프린팅 금형은 CNC 가공 금형보다 소량 생산에 더 적합합니다.  3D 프린팅을 사용하면 금형을 프린팅하는 데 사용되는 재료에 따라 최대 10,000개의 부품 생산이 가능합니다. 비용도 금형에 비해 최대 90% 저렴할 수 있습니다. 3D 프린터는 초기 투자 비용도 저렴하고, 금형 재료(예:플라스틱)도 저렴합니다. 
4. 유연한 금형 설계 프로세스: 3D 프린팅 기술의 다양한 특성은 금형 설계에 큰 유연성을 제공합니다. 금형 설계자와 제조업체는 3D 프린팅을 사용하여 금형을 쉽게 만들고 수정할 수 있습니다. 플라스틱 기반 3D 프린팅은 프로토타입 제작뿐만 아니라 저렴한 비용과 짧은 리드 타임이 필수적인 상황에 이상적입니다. 이를 통해 기업은 대규모 생산을 위해 기존 도구로 전환하기 전에 더 빠르게 반복하고 테스트할 수 있습니다.
5. 빠른 처리: 높은 비용 외에도 알루미늄 또는 강철 금형은 리드 타임도 깁니다. 예를 들어, 사출 성형을 위한 복잡한 강철 도구를 생산하는 데는 몇 달이 걸릴 수 있지만 알루미늄 금형은 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 이와 대조적으로 3D 프린팅된 금형은 심지어 복잡한 금형이라도 며칠 내에 프린팅하고 준비할 수 있어 처리 시간이 훨씬 단축됩니다. 

사출 성형용 3D 프린팅 금형의 단점은 무엇입니까?

사출 성형용 3D 프린팅 플라스틱 금형에는 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.

1. 수축 결함 및 뒤틀림: 냉각하는 동안 3D 프린팅된 금형은 수축과 뒤틀림을 경험할 수 있으며, 이는 공차가 엄격한 제품에 문제를 일으킬 수 있습니다. 이로 인해 금형에 결함이 발생하고 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
2. 실험으로 인해 낭비가 발생할 수 있음: 3D 프린팅을 사용하면 디자인을 쉽게 조정할 수 있지만, 프린팅 프로세스가 끝날 때에만 발견될 수 있는 금형 결함으로 인해 더 많은 낭비가 발생할 가능성이 있습니다. 폐기물을 재활용하는 것은 가능하지만 시간과 자원 측면에서 여전히 단점이 될 수 있습니다.
3. 크기 제한: 크기 제한이 있는 경우 3D 프린팅된 금형 인서트는 최대 164cm3의 부피를 갖는 소형 부품에 가장 적합합니다. 이와 대조적으로 가공된 금속 금형은 용량이 더 크고 사출 성형을 위해 최대 966cm3 크기의 부품을 쉽게 수용할 수 있습니다.
4. 저하: 3D 프린팅 인서트의 한 가지 단점은 특히 고온 폴리머를 사용할 때 사출 성형과 관련된 고온을 견딜 수 있는 능력이 제한적이라는 것입니다. 시간이 지남에 따라 성형 공정의 극한 조건으로 인해 3D 프린팅된 인서트의 성능 저하 및 변형이 발생하여 대량 생산에 부적합해질 수 있습니다. 
5. 냉각 시간 연장: 3D 프린팅 금형의 생산 시간은 일반적으로 기존 툴링 방법보다 빠르지만 사출 성형 공정 자체는 더 오래 걸릴 수 있습니다. 이는 금속 금형에 비해 3D 프린팅 금형의 압력 및 온도 저항이 낮기 때문입니다. 폴리머의 열전도도도 문제입니다. 결과적으로 사출 성형의 사이클 시간이 증가하여 생산 비용이 증가하고 제조 생산량이 감소합니다.

사출 성형에 있어 금형은 얼마나 중요한가요?

금형은 사출 성형 공정의 중요한 구성 요소입니다. 용융된 플라스틱 재료를 원하는 형태로 성형하는 역할을 담당하며, 사출성형 제품의 최종 품질을 결정하는 중요한 요소입니다. 금형은 제품의 형상, 표면 마감 및 치수 정확도를 정의하며 원하는 사양을 달성하는 데 필수적인 요소입니다.

금형의 설계와 구성도 사출 성형 공정의 효율성과 생산성에 중요한 역할을 합니다. 잘 설계되고 적절하게 구성된 금형은 생산 속도를 높이고 재료 낭비를 줄이며 완제품의 결함 위험을 최소화할 수 있습니다. 반면, 잘못 설계되거나 제작된 금형은 생산 지연, 재료 낭비 증가, 생산 비용 증가를 초래할 수 있습니다.

3D 프린팅 금형이 더 저렴한 이유는 무엇인가요?

3D 프린팅 금형은 여러 가지 이유로 기존 금속 금형보다 저렴합니다. 첫째, 열가소성 수지, 포토폴리머 등 3D 프린팅에 사용되는 재료는 강철이나 알루미늄과 같은 전통적인 금형 제작 재료보다 저렴합니다. 둘째, 3D 프린팅 공정은 일반적으로 CNC 가공이나 주조와 같은 전통적인 금형 제작 공정보다 빠르므로 전체 생산 시간과 비용이 절감됩니다. 셋째, 3D 프린팅을 사용하면 구매 및 유지 관리 비용이 많이 드는 특수 공구 및 장비가 필요하지 않습니다. 마지막으로, 3D 프린팅을 사용하면 기존의 금형 제작 방법으로는 달성하기 어렵거나 불가능할 수 있는 복잡한 형상을 생산할 수 있으므로 값비싼 2차 작업의 필요성이 줄어듭니다. 

사출 성형에 3D 프린팅 금형을 사용할 때 고려해야 할 요소는 무엇입니까?

사출 성형 공정의 성공 여부는 3D 프린팅된 금형의 품질에 크게 좌우되므로 제작 시 염두에 두어야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 첫째, 금형 소재는 고온과 압력을 견딜 수 있어야 뒤틀림이나 녹는 현상이 발생하지 않으므로 현명하게 선택해야 합니다. 금형의 디자인도 마찬가지로 중요합니다. 균일한 벽 두께는 뒤틀림과 결함을 방지하는 동시에 날카로운 모서리를 방지하여 스트레스 포인트를 줄이고 내구성을 향상시킵니다. 적절한 재료 흐름을 보장하기 위해 게이트 위치를 최적화해야 하며, 플래시 또는 과도한 재료가 금형에서 빠져나가는 것을 방지하기 위해 러너 시스템을 통합해야 합니다. 클램핑 력 및 사출 압력 조정과 같은 조정을 통해 결과를 더욱 향상시킬 수 있습니다. 

표면 품질도 중요한 고려 사항입니다. 3D 프린팅된 금형은 알루미늄이나 강철 금형보다 표면이 더 거친 경향이 있습니다. 이는 최종 제품의 질감에 영향을 미칠 수 있으며 보다 부드러운 마감을 얻기 위해 후처리가 필요할 수 있습니다. 고품질 표면이 필요한 부품의 경우 금형이 더 나은 선택입니다. 표면 마감을 개선하면 거칠기가 최소화되고 부품 품질이 향상됩니다. 마지막으로 1.5°~2°의 구배 각도로 인해 부품 배출이 더 쉬워지고 성형품의 손상이 방지되어 금형 수명과 제품 품질이 모두 향상됩니다. 전체 생산 전에 금형을 철저히 테스트하고 검증하여 설계 결함이나 약점을 찾아 생산을 진행하기 전에 조정할 수 있어야 합니다. 또한 만들고 싶은 부품의 규모에 맞는 금형을 선택해야 합니다.

다른 유형의 사출 성형 공정에는 무엇이 있나요?

사출 성형 기술에는 다양한 유형이 있습니다. 다음 섹션에서는 이러한 기술 중 일부를 나열하고 논의합니다. 

1. 가스 보조 사출 성형

플라스틱으로 두꺼운 사출 성형 부품을 생산할 때의 문제점은 냉각 시 휘어질 수 있다는 것입니다. 가스 보조 사출 성형은 플라스틱 재료로 채워진 사출 금형에 가스(일반적으로 질소)를 주입하여 이 문제에 대한 해결책을 제공합니다. 이렇게 하면 금형 외부의 플라스틱이 매끄럽고 마감된 상태로 유지되는 반면 내부는 다공성 또는 속이 비게 됩니다. 이는 냉각 과정에서 부품이 변형되는 것을 방지하고 사용되는 재료의 양을 줄여 부품 비용을 절감합니다. 두꺼운 벽과 복잡한 형상을 가진 부품을 생성하고, 재료 사용량과 사이클 시간을 줄이고, 부품 품질을 향상시키는 데 사용됩니다. 이 공정은 다른 사출 성형 기술에 비해 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 

2. 독특한 재료 배합

독특한 재료 배합을 사용하면 성형 능력이 향상됩니다. 사출 성형 회사는 다양한 첨가제, 충전재 및 특수 재료를 사용하여 전기 전도성, 생체 적합성 또는 난연성과 같은 고유한 특성을 가진 맞춤형 부품을 만들 수 있습니다. 

3. 금속 사출 성형

금속 사출 성형(MIM)은 분말 금속과 바인더 재료의 조합을 사출 공급원료로 사용합니다. 혼합물은 결합제의 녹는점 이상으로 가열되어 혼합물이 압력 하에서 금형 안으로 흐를 수 있습니다. 바인더가 냉각되면 "녹색" 부분이 배출됩니다. 바인더 재료는 연소되고 남은 금속은 최종 형태를 얻기 위해 적절한 온도에서 소결됩니다. 이 기술은 플라스틱 사출 성형보다 비용이 많이 들고 일반적으로 특수 용도에 사용됩니다. 예를 들어, 금속 사출 성형은 휴대폰 산업에서 무선 또는 마이크로파 간섭으로부터 전자 부품을 보호하기 위해 사용됩니다.

4. 3D 프린팅

3D 프린팅은 사출 성형 기술이 아닙니다. 특정 열가소성 수지나 금속을 이용해 부품을 프린트 베드에 층층이 쌓아서 직접 제작하는 방식입니다. 사출 성형 기술에서 3D 프린팅의 중요성은 3D 프린팅을 사용하여 동일한 부품을 여러 개 만드는 데 사용되는 사출 금형을 생산할 수 있다는 것입니다. 또한 3D 프린팅을 통해 플라스틱이나 금속을 사용해 사출 금형을 제작할 수도 있습니다. 그러나 현재는 플라스틱 3D 프린팅 금형이 금속 3D 프린팅 금형보다 더 일반적입니다. 

5. 열가소성 사출 성형

열경화성 플라스틱 사출 성형은 가장 일반적으로 사용되는 사출 성형 방법입니다. 액상 실리콘 고무와 적합한 촉매를 뜨거운 금형에 주입하여 금형 내 부품의 모양을 가황하거나 설정합니다. 이러한 물질은 공정을 통해 녹이거나 재활용될 수 없습니다. 그러나 의료 기기나 자동차 부품과 같이 고온이나 화학 약품을 견딜 수 있는 부품이 필요한 경우 액상 실리콘 사출 성형을 사용해야 할 수도 있습니다. 

6. 얇은 벽 몰딩

이러한 유형의 사출 성형에는 일반적으로 1mm보다 얇은 벽을 가진 플라스틱 부품을 만드는 작업이 포함됩니다. 얇은 벽 성형은 재료 사용을 최소화하면서 경량의 대용량 부품을 생산하는 데 사용됩니다. 테스트 장치, 전자 제품, 용기, 튜브 및 기타 인클로저와 같은 다양한 분야에서 응용 분야를 찾습니다. 얇은 벽 형상이 결함 없이 적용 조건을 견딜 수 있도록 하기 위해 얇은 벽 성형을 수행하는 플라스틱 사출 성형업체는 부품 설계, 금형 설계 및 처리의 모든 측면을 꼼꼼하게 고려해야 합니다.

사출 성형용 3D 프린팅 금형에 관해 자주 묻는 질문

모든 사출 성형 방법에 대해 3D 프린팅 금형을 사용할 수 있나요?

그렇지 않습니다. 3D 프린팅 금형은 프로토타입 제작 및 소규모 생산에 적합하지만 모든 사출 성형 방법, 특히 고정밀, 극도의 내구성 또는 대량 생산이 필요한 사출 성형 방법에는 적합하지 않습니다. 플라스틱 3D 프린팅 금형은 특정 사출 성형 공정에서 사용되는 높은 압력과 온도를 항상 견딜 수는 없습니다. 금속 3D 프린팅 금형은 더 강력하지만 기존의 기계 가공 강철 금형에 비해 여전히 한계가 있습니다.

3D 프린팅된 금형은 더 빨리 분해되므로 대량 제조에 적합하지 않습니다. 일부 사출 성형 기술에는 3D 프린팅이 항상 달성할 수 없는 매우 매끄럽거나 복잡한 금형 표면이 필요합니다. 3D 프린팅 금형은 특정 용도에 적합하지만 가스 보조 성형, 금속 사출 성형(MIM) 또는 고온 열가소성 수지와 같은 공정에는 기존 금형이 더 적합합니다.

3D 프린팅된 사출 성형 금형에서는 어떤 후처리를 할 수 있나요?

3D 프린팅된 금형의 표면 마감과 정확성을 향상시키기 위해 많은 제조업체에서는 표면을 매끄럽게 만드는 데 도움이 되는 샌딩 및 광택과 같은 일부 후처리 기술을 수행합니다. 인쇄된 금형에 보호용 세라믹 코팅을 사용하여 열 저하 문제를 줄이고 더욱 매끄러운 마감을 얻을 수도 있습니다.

사출 성형에 PLA를 사용할 수 있나요?

불행히도 그렇지 않습니다. PLA(폴리락트산)는 3D 프린팅에 널리 사용되는 열가소성 소재이지만 ABS, 폴리카보네이트, 나일론과 같은 소재에 비해 녹는점이 상대적으로 낮습니다. PLA는 부서지기 쉽고 사출 성형에 필요한 충격 강도가 부족하여 높은 응력 하에서 균열이 발생하기 쉽습니다. 또한 고온에서 분해되고 독성 연기를 방출할 수 있어 사출 성형의 고온, 고압 환경에 안전하지 않습니다.

사출 성형용 금형을 3D 프린팅할 수 있나요?

네, 사출 성형용 금형을 3D 프린팅하는 것이 가능합니다. 3D 프린팅 기술을 통해 사출 성형용 금형 제작이 더욱 쉽고 저렴해졌습니다. 그러나 3D 프린팅 금형은 모든 유형의 사출 성형 프로젝트, 특히 대량 생산이 포함되거나 고정밀 또는 고강도 금형이 필요한 프로젝트에 적합하지 않을 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그럼에도 불구하고 3D 프린팅 금형은 소량 생산 또는 프로토타입 생산을 위한 비용 효율적이고 효율적인 옵션이 될 수 있습니다.

사출 성형에 사용되는 3D 프린팅 금형은 기존 금형보다 더 비싼가요?

아니요. 일반적으로 사출 성형에 사용되는 3D 프린팅 금형은 기존 금형보다 가격이 저렴합니다. 기존 금형의 비용은 사용된 재료, 설계 복잡성 및 관련된 제조 공정으로 인해 일반적으로 높습니다. 반면, 3D 프린팅 기술은 기존 금형 제조에 수반되는 비용과 시간이 많이 소요되는 일부 공정을 제거하여 금형 제작 비용을 크게 절감했습니다.

3D 프린팅 금형 비용은 금형의 크기 및 복잡성, 사용된 프린팅 기술, 프린팅에 사용된 재료 등의 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 고급 3D 프린팅 기계와 재료를 사용하면 3D 프린팅 금형 비용이 증가할 수 있습니다.

캣 드 나오움

Kat de Naoum은 20년 이상의 글쓰기 경험을 보유한 영국 출신의 작가, 작가, 편집자 및 콘텐츠 전문가입니다. Kat은 다양한 제조 및 기술 조직에서 글을 쓴 경험이 있으며 엔지니어링 세계를 좋아합니다. 글쓰기 외에도 Kat은 거의 10년 동안 법률 보조원으로 일했으며 그 중 7년은 선박 금융 분야에 종사했습니다. 그녀는 인쇄본과 온라인을 통해 많은 출판물에 글을 썼습니다. Kat은 킹스턴 대학교에서 영문학과 철학 학사 학위를 취득했으며 문예 창작 석사 학위를 취득했습니다.

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