프로젝트에 이상적인 플라스틱 제조 공정 선택하기

플라스틱은 매우 다재다능한 제조 소재군입니다. 부드럽고 유연한 것부터 단단하고 내충격성인 것까지 다양합니다. 이 넓은 물리적 특성 범위는 용도에 관계없이 플라스틱 부품 제조가 일반적으로 시간과 비용 효율적임을 보장합니다.

최종 용도가 무엇이든(혁신적인 안락의자 설계, 전동 공구 부품, 의족 등), 설계자와 엔지니어가 자신의 필요에 맞는 올바른 제조 공정을 선택하는 방법을 아는 것은 중요합니다.

플라스틱 제품 제조 공정 유형

플라스틱이 다양한 형태, 크기, 내구성, 색상으로 제공된다는 점을 고려하면, 플라스틱 부품 생산을 가능하게 하는 다양한 제조 공정이 존재하는 것은 당연합니다. 가장 일반적인 몇 가지를 간단히 살펴보겠습니다.

3D 프린팅

이 공정은 CAD 설계와 모델을 사용하여 생산 소재를 한 층씩 추가하여 3차원 부품을 생성합니다. 3D 프린팅의 주요 장점은 다른 제조 공정에 비해 설계 제한이 훨씬 적다는 점으로, 복잡한 형상의 부품을 제작하는 데 특히 경제적인 방법입니다.

예를 들어 CNC 가공에서는 엔지니어가 밀링 헤드가 좁은 곳에 어떻게 도달할지, 부품 지오메트리의 세부 사항을 만드는 데 필요한 공구 크기를 고려해야 하지만, 3D 프린팅에서는 툴링 없이 곡선형 내부 채널과 같은 복잡한 설계 기능을 만들 수 있습니다.

적층 제조는 다른 제조 공정으로는 효율적으로 만들기 어렵거나 불가능한 복잡한 설계를 구현할 수 있습니다. 또한 부품을 여러 구성 요소로 만들어 나중에 조립하는 대신 하나의 단단한 조각으로 만들 수 있습니다.

CNC 가공

이 공정은 밀링 머신, 선반, 드릴 등 컴퓨터 제어 절삭 공구를 회전과 함께 사용하여 플라스틱 부품을 만듭니다.

적층 제조 공정과 달리 CNC 가공은 감산 공정으로, 완성된 부품이 될 블록(워크피스라고 함)에서 재료를 점진적으로 제거하는 방식입니다. CNC 가공에는 밀링(회전하는 공구와 고정된 워크피스 사용)과 선삭(고정된 공구와 회전하는 부품 사용)의 두 가지 큰 범주가 있습니다.

CNC 가공은 성형하기 어려운 부품이나 엄격한 공차가 필요한 부품을 만드는 효과적인 대안이 될 수 있어, 프로토타이핑과 부싱, 기어 등 특정 최종 용도 제품 제작에 모두 이상적입니다. 그러나 부품 복잡성은 가공 공정 사용 시 부품당 비용을 빠르게 증가시킬 수 있으며, 곡선형 내부 채널과 같은 특정 기하학적 형상은 감산 제조로 만들기 어렵거나 불가능할 수 있습니다.

사출 성형

이름에서 알 수 있듯이 이 공정은 가압 용융 열가소성 소재를 경화된 강철 또는 알루미늄 금형에 주입하는 방식입니다. 이 금형은 기하학적으로 복잡할 수 있으며, 엄격한 공차, 반복 정확도, 고품질 표면 마감을 가진 부품을 생산합니다. 이 모든 것이 사출 성형을 대량 생산 런에 효과적인 공정으로 만듭니다.

사출 성형은 툴링을 갖추고 가동을 시작하는 데 비용이 많이 듭니다. 금형 제작에 비용이 많이 들고 몇 달이 걸릴 수 있기 때문입니다. 하지만 일단 가동이 시작되면, 다른 플라스틱 제품 제조 공정도 그 능력(신속한 대량 생산 런으로 부품당 비용을 크게 절감)을 따라올 수 없습니다.

압출 성형

압출 성형 공정은 부품을 만들기 위해 용융된 플라스틱이 필요하다는 점에서 사출 성형과 유사합니다. 그러나 용융 소재를 금형에 주입하는 대신, 압출 시스템은 플라스틱을 다이를 통해 강제로 통과시켜 고정된 형상을 부여합니다.

플라스틱 파이프, 빨대, 홈통, 문틀, 호스 및 기타 대칭 부품은 압출 시스템으로 효율적으로 제작할 수 있습니다. 단순한 형상 덕분에 압출 부품은 종종 낮은 생산 및 툴링 비용을 가집니다.

우레탄 주조

우레탄 주조 공정은 최종 부품 설계의 마스터 패턴으로부터 실리콘 금형을 만드는 것을 포함합니다. 금형이 굳고 마스터 패턴이 제거되면, 금형을 사용하여 높은 정확도와 정밀도, 양호한 표면 마감으로 부품의 개별 복사본을 생산할 수 있습니다.

주조 우레탄 실리콘 금형은 사출 성형에 사용되는 하드 툴 금형보다 내구성이 떨어지지만, 훨씬 더 빠르고 비용 효율적으로 제작할 수 있습니다. 이는 우레탄 주조를 타이트한 납기가 필요한 저~중량 생산에 좋은 선택으로 만듭니다.

진공 성형

진공 성형은 진공을 사용하여 가열된 연성 플라스틱 시트를 단일 면 금형 위로 밀어붙입니다. 고충격 폴리스티렌 시트 같은 열가소성 수지와 흔히 사용되며, 이 공정은 보호 커버, 도로 표지판, 맛이나 냄새에 민감한 제품 포장 등 다양한 형태의 내구성 있는 제품을 만드는 데 사용됩니다.

회전 성형

회전 성형 공정은 분말 수지로 채워진 중공 금형을 금형을 가열하고 냉각하면서 회전시켜 벽이 고르게 코팅되고 처짐이나 변형이 없도록 합니다. 플라스틱 탱크 및 용기처럼 일반적으로 추가 표면 마감이 필요하지 않은 균일한 벽 두께의 매우 안정적인 부품을 만드는 효과적인 방법입니다.

플라스틱 부품 제조 시 고려 요소

다양한 제조 공정을 이용할 수 있으므로, 부품에 가장 적합한 공정을 선택하는 것이 중요합니다. 염두에 두어야 할 몇 가지 고려사항을 소개합니다.

소재

부품 용도는 실행 가능한 소재를 선택할 때 주요 고려사항이며, 해당 부품에 가장 유익한 물리적 특성을 결정하면 소재 선택의 폭을 좁힐 수 있습니다.

그러나 일부 소재는 특정 제조 공정에 가장 적합하다는 점을 명심해야 합니다. 예를 들어 탄성 있고 낮은 듀로미터의 폴리우레탄 부품은 우레탄 주조로 쉽게 생산할 수 있지만, 3D 프린팅으로는 작업하기 극도로 어렵습니다. 어떤 경우엔 원하는 소재 특성을 전략적으로 제조 공정을 선택함으로써 개선할 수도 있습니다.

형상

엄격한 공차 요구사항, 고유한 내부 기능, 높은 기하학적 복잡성 같은 요소는 어떤 제조 공정이 가장 경제적이고 효율적인지 결정하는 데 도움이 됩니다. 부품이 특정 공정을 요구한다면, 생산의 비용 효율성을 최적화하기 위해 제조 가능 설계(DFM) 수정이 필요할 수 있습니다.

리드 타임

최종 제품 납기일은 최적의 제조 방식을 결정하는 데 도움이 됩니다. 공정에 따라 생산 시간이 크게 다를 수 있기 때문입니다. 부품과 기계에 따라 일부 3D 프린터는 몇 시간 만에 완성된 실행 가능한 부품을 생산할 수 있습니다. 반면 스펙트럼의 다른 끝에는 사출 성형이 있습니다. 실제 사출 성형 공정은 매우 빠르며(많은 경우 사이클 타임 1분 미만 달성 가능), 금형 툴링을 완료하는 데 몇 달이 걸릴 수 있어 생산 일정이 연장됩니다.

생산량과 비용

염두에 두어야 할 마지막 주요 요소는 필요한 생산량입니다. 사출 성형 시스템은 가파른 선행 비용을 요구하므로, 대량 생산에는 경제적이지만 프로토타이핑에는 비용 비효율적입니다. CNC 가공 같은 다른 공정은 초기 비용이 낮지만, 수작업 양에 따라 부품당 비용이 쉽게 더 높아질 수 있습니다. 생산량과 비용 효율성 사이의 적절한 균형을 찾는 것이 핵심입니다.

플라스틱 부품 주문 시작하기

이용 가능한 다양한 플라스틱 제조 공정은 플라스틱의 다재다능함을 대변합니다. 특정 부품에 적합한 공정은 부품의 용도, 설계, 생산량, 리드 타임 등 여러 요소에 따라 달라집니다.

Fast Radius에서는 고객과 긴밀히 협력하여 부품이 가장 효과적이고 효율적인 제조 공정으로 제작되도록 합니다. 우리가 어떻게 일하는지에 대한 질문이 있거나 생산을 시작할 준비가 되었다면 오늘 바로 문의하세요.

플라스틱 제조와 우리가 제공하는 기타 서비스에 대해 자세히 알아보려면 리소스 센터를 방문하세요. 거기서 단단하고 생체 적합한 다목적 폴리우레탄부터 고무 같고 유연한 엘라스토머 폴리우레탄 등 다양한 플라스틱 유형에 대해서도 읽어볼 수 있습니다.

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