듀로미터(Durometer) 완벽 가이드: 플라스틱 및 엘라스토머 경도 평가법

모든 프로젝트 초기 단계에서 엔지니어와 제품 팀은 각 후보 소재의 기계적 사양을 이해하는 데 시간을 들여야 합니다. 여기에는 데이터시트에서 찾을 수 있는 물리적, 화학적, 기계적 특성뿐만 아니라, 특정 환경 조건에서 소재가 얼마나 잘 수행되는지, 내구성이 어떤지 같은 다른 요소도 포함됩니다. 이러한 요소들을 고려하면 제품 팀은 시간과 비용 효율을 최적화하면서 우수한 제품을 만들 수 있습니다.

플라스틱 제조 시 고려해야 할 가장 중요한 요소 중 하나는 듀로미터(durometer) 또는 쇼어 듀로미터(shore durometer)인데, 이는 주어진 소재의 경도(hardness)를 나타냅니다. 엔지니어와 제품 팀이 이 중요한 측정에 대해 알아야 할 모든 것을 정리했습니다:

듀로미터란 무엇인가?

듀로미터는 고무나 플라스틱 같은 소재의 경도를 측정하는 표준화된 방법입니다. 경도는 기계적 압입이나 마모에 의한 변형에 플라스틱이 얼마나 저항하는지를 측정하는 것입니다.

엔지니어는 듀로미터 테스터로 소재의 경도를 테스트할 수 있습니다. 이 장치는 둥근 타이어 압력 게이지처럼 생겼으며, 보정된 스프링에 바늘이 한쪽에 달려 있습니다. 듀로미터 경도를 테스트하려면 엔지니어가 바늘을 엘라스토머나 플라스틱에 대고 압력을 가합니다. 바늘이 소재에 최대한 침투하면 측정 바늘이 적절한 스케일의 해당 듀로미터 경도를 가리킵니다.

듀로미터는 0~100 스케일로 측정할 수 있지만, 측정 단위는 아닙니다. 실제로 무차원 측정값으로, 같은 듀로미터 스케일로 측정된 다른 소재들에 비해 얼마나 단단하거나 부드러운지를 나타냅니다. 낮은 숫자는 더 부드러운 플라스틱을, 높은 숫자는 더 단단한 플라스틱을 의미합니다. 예를 들어 90A 폴리우레탄 튜빙은 70A 폴리우레탄 튜빙보다 더 단단합니다.

엔지니어와 제품 팀이 소재의 경도를 일관되고 보편적이며 재현 가능한 기준으로 논의할 수 있도록 다양한 쇼어 경도 스케일이 개발되었습니다. 가장 일반적인 세 가지 쇼어 경도 스케일은 쇼어 00, 쇼어 A, 쇼어 D입니다. 쇼어 00은 극도로 부드러운 고무와 겔의 경도만 측정하는 데 사용되고, 쇼어 A는 매우 부드러운 것부터 단단한 것까지 유연한 고무를 측정하며, 쇼어 D는 단단한 고무와 플라스틱만 측정하는 데 사용됩니다.

제품 팀은 듀로미터 경도가 최종 부품의 유연성과 직접 상관관계가 없다는 것을 알아야 합니다. 오히려 그것은 팀이 소재의 전반적인 느낌을 한눈에 파악하는 데 사용할 수 있는 강성(stiffness)의 간접적 척도입니다. 또한 제품 팀은 서로 다른 쇼어 경도 스케일에 있는 소재들을 비교할 수 없다는 것도 알아야 합니다. 듀로미터 숫자는 각 스케일상의 소재들에 상대적이므로, 한 듀로미터 스케일의 경도와 다른 스케일의 경도 사이에는 직접적인 관계가 없습니다.

예를 들어 쇼어 00 스케일에서 듀로미터 경도 80 정도인 소재는 연필 지우개 정도의 경도지만, 쇼어 D 듀로미터 스케일에서 80인 소재는 안전모 정도의 경도입니다. 분명히 이 측정값들은 동등하지 않지만 같은 숫자를 공유하므로, 제품 팀은 반드시 같은 스케일에 있는 소재들의 경도만 비교해야 합니다.

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듀로미터 경도가 소재 선택에 미치는 영향

엘라스토머나 플라스틱을 평가할 때 엔지니어와 제품 팀은 제품의 최종 용도 애플리케이션과 프로젝트 요구사항을 고려해야 합니다. 이 요소들은 잠재적 소재 풀을 좁히고, 어떤 쇼어 듀로미터 스케일에 집중해야 할지 단서를 줍니다. 예를 들어 부품이 오랜 기간 많은 무게를 지탱해야 한다면, 쇼어 00 스케일은 아예 배제하고 쇼어 A 경도 스케일의 70~100 범위와/또는 쇼어 D 경도 스케일 전체 범위의 소재만 고려해야 합니다.

엔지니어는 원하는 경도와 비용 같은 다른 고려사항의 균형을 맞춰 어떤 트레이드오프를 감수할지 결정해야 합니다. 예를 들어 더 단단한 금속은 더 비싸거나 가공하기 어려울 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 엔지니어는 후공정 경화 처리를 사용해 가공 용이성을 유지하면서 더 높은 듀로미터를 달성할 수 있습니다.

그래도 소재 경도가 유일한 요소는 아니며, 경도가 강도나 내식성 같은 다른 특성을 반드시 나타내는 것은 아닙니다. 강성과 압축 계수 측정값이 특정 고무의 씰링 성능에 대한 더 정확한 판독값을 제공합니다.

자신들의 특정 요구사항에 가장 적합한 소재를 선택하기 위해 실사를 다하고, 제품 팀은 밀도, 압축력 변위, 작동 힘, 두께 등 다양한 기계적 특성과 듀로미터 경도를 함께 평가해야 합니다.

사출 금형용 듀로미터 고려사항

소재의 경도는 금형 작업 시 특히 중요하게 고려해야 합니다. 엔지니어는 원본 모델과 금형 경화 후 후속 주조품들을 금형에서 쉽게 추출할 수 있는 금형 고무를 선택해야 합니다. 쇼어 경도가 이에 직접적인 영향을 미칩니다.

예를 들어, 얇은 세그먼트가 다양한 각도로 튀어나온 부품의 금형을 만들기 위해 70A 듀로미터 엘라스토머를 사용하는 것은 현명하지 않습니다. 70A 듀로미터 고무는 자동차 타이어만큼 단단해서, 그렇게 섬세한 부품을 부러뜨리지 않고 추출하는 데 필요한 유연성을 제공하지 못합니다. 30A 쇼어 듀로미터 이하의 엘라스토머라면 이 용도에 충분히 유연할 것입니다.

적층 제조용 듀로미터 고려사항

적층 제조 기술을 사용할 때도 제품 팀이 소재의 경도를 고려하는 것이 중요합니다. 많은 제품 팀이 적층 제조 소재에 덜 익숙하지만, 적층 소재의 듀로미터를 알면 사출 성형에 사용되는 더 전통적인 플라스틱의 듀로미터와 비교할 수 있습니다. 이는 적층 소재가 어떻게 수행될지에 대한 일반적인 아이디어를 주고 참조 프레임을 제공합니다.

일부 적층 소재는 두 가지 듀로미터(즉시 듀로미터와 5초 듀로미터)를 가진다는 점에 유의하세요. 예를 들어 Carbon Digital Light Synthesis(DLS)™ 공정으로 생산된 부품은 경화되기 전에는 예상대로 성능을 내지 못할 수 있습니다. 가정용 프린터를 쓰거나 사내에서 제조하는 제품 팀은 차이를 느낄 수 있지만, 제조 파트너와 일한다면 최종 제품만 보게 되므로 소재의 즉시 듀로미터에 대해 걱정할 필요는 없습니다. 그래도 일부 소재는 최종 듀로미터에 도달하기 위해 추가 경화와 후공정이 필요하므로, 초기 측정값은 변경될 수 있음을 아는 것이 좋습니다.

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요약하자면, 듀로미터는 같은 스케일상의 다른 엘라스토머나 플라스틱에 상대적인 엘라스토머나 플라스틱의 경도를 나타내는 무차원이지만 표준화된 측정값입니다. 듀로미터가 높을수록 더 단단하지만, 팀은 서로 다른 스케일상의 소재들을 비교하지 않도록 주의해야 합니다. 한 스케일의 주어진 숫자와 다른 스케일의 같은 숫자 사이에는 직접적인 관계가 없기 때문입니다.

엔지니어와 제품 팀은 소재 선택 시 듀로미터를 고려해야 합니다. 특히 애플리케이션에 특정한 경도나 부드러움 요구사항이 있는 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 쇼어 경도만 평가하는 것은 불충분합니다. 팀은 최적의 소재를 선택하기 위해 모든 관련 설계 및 성능 요구사항을 신중히 고려해야 합니다. 노련한 제조 파트너는 소재 선택을 단순화하고 제품 개발 프로세스 전체를 간소화할 수 있습니다.

Fast Radius에서는 제품 팀이 최종 제품이 니즈를 충족하도록 돕는 것을 전문으로 합니다. 소재 선택이 얼마나 중요한지 잘 알고 있으며, 우리와 파트너십을 맺으면 제조, 엔지니어링, 공급망 전문성이 축적된 수년간의 집단 지식에 접근할 수 있습니다. Fast Radius 같은 경험 많은 제조 파트너와 협력하면 제품 팀은 소재 선택 과정을 단순하고 스트레스 없이 진행하면서 프로젝트 일정을 앞당기고 비용을 낮게 유지할 수 있습니다. 지금 문의하여 시작하세요.

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