적층 가공에서 사출 성형으로 이동

산업 등급 3D 프린팅의 정밀도와 반복성은 기능성 프로토타이핑을 위한 효과적이고 정확한 프로세스로서 적층 제조를 확립했습니다. 동시에 플라스틱 사출 성형은 오랫동안 수만 대 이상의 대규모 생산을 위한 부품을 생산하는 신뢰할 수 있고 비용 및 시간 효율적인 방법이었습니다.

결과적으로 엔지니어, 설계자 및 제품 개발자는 3D 프린팅 프로토타이핑의 설계 위험 완화에서 시작하여 사출 성형의 제조 방법으로 이동하여 제품의 수명 주기에서 이 두 가지 프로세스가 잘 작동한다는 사실을 발견했습니다. 더 높은 볼륨을 위해 증가합니다. 수년에 걸쳐 수백만 개의 부품 설계에서 이 조합은 필수 조합이었습니다.

Protolabs에는 항공 우주, 방위, 의료 기술을 포함한 여러 산업 분야의 사례가 많이 있습니다.

완전한 기능을 갖춘 생산 부품을 구축할 수 있는 기능이 있는 여러 3D 프린팅 프로세스가 있다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어 직접 금속 레이저 소결은 다양한 금속을 사용하여 최종 사용 부품을 제조합니다. 나일론 기반 재료를 사용하는 선택적 레이저 소결은 내구성이 뛰어난 최종 부품을 만들 수 있습니다. Multi Jet Fusion은 최종 용도인 나일론 부품 제조에도 사용됩니다.

즉, 3D 프린팅 프로토타입에서 사출 성형 최종 부품으로 전환하는 것은 자주 사용되는 옵션입니다. 주로 언급한 바와 같이 성형이 더 많은 부품을 생산하는 데 더 비용 및 시간 효율적인 방법이기 때문입니다.

이 옵션을 선택할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 고유한 디자인 고려 사항이 있습니다. 이 게시물은 이러한 변화를 탐색하기 위한 조언을 제공합니다.

• 부품을 디자인하기 전에 부품 정의하기
• 여러 프로토타입 사용
• 성형을 통한 조작
• 재료 선택
• 비용 및 일정 완화

제품 개발 팀은 성형으로 전환하기 전에 프로토타입을 3D 프린팅하여 설계 위험을 줄이고 더 빠르게 반복할 수 있습니다.

설계 위험 완화:부품을 설계하기 전에 부품 정의

3D 프린팅 또는 적층 제조를 통한 프로토타이핑은 설계 위험 완화에 관한 것입니다. 부품의 설계를 개선하는 방법을 살펴봅니다. 부품의 형태, 적합성 및 기능에 대해 어떤 잠재적 위험이 있을 수 있는지 살펴봅니다. 다양한 디자인 컨셉을 시도하고 심사합니다. 부품의 제조 가능성을 고려하지 않음으로써 자신을 구석으로 설계하지 않도록 주의하십시오. 실제로 3D 프린팅을 사용하면 부품을 만들 때 문제를 일으킬 수 있는 규칙이나 제한이 거의 없습니다. 그러나 성형 가능한 부품을 설계하는 것은 다른 이야기입니다. 기능은 모든 유형의 부품에 대한 형태에 영향을 주지만 특히 플라스틱 부품의 경우 마감 및 이를 형성하는 금형의 디자인에도 영향을 미칩니다.

이것이 우리의 자동화된 디지털 견적 플랫폼이 필요한 이유입니다. 이 분석은 부품이 성형되거나 최소한 프로토타입 단계를 넘어 대량으로 생산될 것이라는 점을 염두에 두고 있는 경우에 특히 중요합니다. 3D 프린팅 부품의 경우 재료, 해상도 및 마감에 따라 대화형 가격으로 즉시 견적을 받을 수 있습니다. 또한 사내 적층 제조 엔지니어 중 한 명으로부터 항상 설계 피드백을 받을 수 있습니다. 성형 부품의 경우 몇 시간 내에 대화형 온라인 견적과 DFM 분석, 수량, 마감 및 리드 타임을 기반으로 한 실시간 가격 책정을 받을 수 있습니다.

그러나 몇 가지 위험 완화 사례로 돌아가 보겠습니다. 자동차 산업에서 SUV 엔진의 부품으로 적합한 부품 설계는 높은 열과 습도에 노출되어도 견딜 수 있어야 합니다. 이것은 사용할 재료 및 선택할 생산 방법과 같은 주요 선택을 유도합니다. 기능적인 생산 부품을 생산할 수 있는 3D 프린팅 프로세스인 선택적 레이저 소결(SLS)을 사용해야 하거나 성형 또는 가공 부품이 필요할 수 있습니다. 또는 의료 기술 회사가 새로운 휴대용 수술 도구의 프로토타입을 만들고 있다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 3D 프린팅 프로토타입은 판매 시연 및 유틸리티 테스트를 위해 병원이나 진료소에서 잘 작동하는 도구가 될 것입니다.

이 초기 프런트엔드 단계에서 가장 좋은 조언은 정의에 도움이 되는 훌륭하고 건전한 디자인 원칙을 사용하는 것입니다. 설계 전의 부품 따로. 다음 섹션인 반복 또는 다중 프로토타입의 역할로 이어집니다.

Indago Quadcopter를 개발한 엔지니어링 팀은 3D 프린팅으로 디자인의 프로토타입을 만든 다음 생산을 위한 몰딩으로 전환했습니다.

생산 방법을 결정하는 데 도움이 되는 멀티 프로토타이핑

앞서 언급한 바와 같이 적층 가공으로 부품을 생성하는 데는 몇 가지 규칙이나 제한 사항이 있습니다. 그것은 축복이자 저주입니다. 디자이너가 인쇄된 프로토타입 디자인을 성형 부품이나 다른 생산 방법으로 전환하려는 경우 특히 어렵습니다. 왜요? 음, 몰딩의 경우 두꺼운 단면, 오버행, 코어 및 편물 주위를 흐르는 흐름, 복잡한 기하학, 내부 채널 또는 챔버, 유기 기하학 등을 "좋아하지 않습니다". 즉, 무언가를 3D 프린팅할 수 있다고 해서 반드시 성형할 수 있다는 의미는 아닙니다.

결과적으로 반복적 프로토타이핑과 함께 교차 인용(여러 프로세스 전체 또는 반대 인용)은 부품 설계에 대한 유용한 심사 프로세스가 될 수 있습니다. 이 작업을 병렬로 수행하면 부품이 작동하는지 여부를 보여주고 몰딩, 주조, 가공, 판금 등 대량 생산을 가능하게 하는 방법으로 다음 단계로 성공적으로 전환할 수 있는 방법을 보여줍니다. 제조 또는 기타 프로세스. 이 다중 프로토타이핑은 가격 및 시간 고려 사항을 파악하는 데에도 도움이 될 것입니다.

사출 성형의 경우 금형을 생산할 수 없으면 부품을 생산할 수 없기 때문에 성형할 수 있는 것과 할 수 없는 것에 대한 더 많은 제한에 직면하게 됩니다. 사출 성형의 경우 많은 성형 기술과 요소를 사용하거나 추가해야 합니다(성형을 통한 조작에 대한 다음 섹션 참조).

이 다중 인용 프로세스의 항공우주 산업 예는 Lockheed Martin 쿼드콥터 드론에서 발생했습니다(사이드바 상자 참조). Lockheed Martin 엔지니어인 프로젝트 설계자 Miguel Perez는 Protolabs의 DFM 분석 자동 견적 시스템으로 작업하여 다양한 부품 반복을 안내했고 결국 3D 프린팅을 사용한 프로토타입 제작에서 프로토타입 제작 및 소량 생산으로 전환하도록 이끌었습니다. 사출 성형으로.

그는 수정되지 않은 모델을 견적 시스템에 제출한 다음 예를 들어 금형 반쪽이 작동하는 방식, 측면 당김 제안, 성형할 수 없는 기능의 하이라이트에 대한 피드백을 받습니다. 그런 다음 Perez는 이 정보를 사용하여 3D 프린팅된 부품을 설계 의도를 보존하는 여러 성형 가능한 인터페이스 부품으로 만듭니다. 그런 다음 그는 수정된 부품을 다시 제출하고 견적 시스템에서 금형 제작 방법에 대한 더 많은 피드백을 얻습니다.

의료 산업의 예는 3D 프린팅이 주사기 끝에 나사로 고정하는 Luer 잠금 장치와 같은 부품에 대해 제공하는 검증 테스트입니다. 비용을 절감하기 위해 잠금 장치를 성형하는 특정한 방법이 있지만 먼저 3D 프린팅으로 디자인을 검증할 수 있습니다. 예를 들어 잠금 장치가 몰딩으로 이동할 수 있을 만큼 충분히 기능한다고 간주하기 전에 봉인을 만들기에 충분히 조여지는지 확인합니다.

궁극적으로 설계 중인 부품에 따라 여러 프로토타입을 테스트하고 사용하면 무언가가 작동하는지 확인하고 몰딩으로 도약하기 전에 프로토타입에 대해 더 많은 확신을 얻는 데 도움이 될 수 있습니다.

주사기에 나사로 고정하는 Luer 잠금 장치와 같은 짝짓기 부품의 프로토타이핑은 투자하기 전에 적합성과 기능을 확인하는 좋은 방법입니다. 생산 툴링에서.

성형을 통한 조작

인쇄된 프로토타입에서 성형 부품으로 전환하려면 다양한 성형 설계 방법을 고려하고 적절한 경우 적용해야 합니다. 이러한 기술 중 상위 2가지 기술은 균일한 벽 두께와 드래프트이며 다른 기술도 몇 가지 있습니다. 간략한 설명은 다음과 같습니다.

균일한 벽 두께. 균일한 벽 두께를 유지하는 것은 아마도 우수한 성형 부품을 얻기 위한 가장 중요한 설계 요구 사항일 것입니다. 벽 두께가 균일하면 녹은 플라스틱이 금형을 고르게 채울 수 있으므로 뒤틀림, 가라앉음, 얇은 니트 라인 또는 기타 결함이 있는 부품이 생성되지 않습니다.

초안. 부품의 수직 벽에 드래프트 또는 경사를 추가하면 금형에서 부품을 더 쉽게 꺼내거나 제거할 수 있습니다. 기본 규칙은 금형 캐비티에 깊이 1인치당 1도의 드래프트를 적용하는 것입니다.

반경. 반경 또는 둥근 모서리를 사용하여 금형으로의 플라스틱 흐름을 개선하고 부품의 무결성을 개선합니다. 날카로운 모서리는 부품의 응력을 높이고 용융된 플라스틱(수지)의 흐름을 방해합니다.

리브, 보강판, 경사로. 리브와 지지 보강판을 포함하면 구조 부품의 강도를 높이고 뒤틀림, 싱크 및 보이드를 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다. 리브는 인접한 벽 두께의 40~60%여야 합니다. 날카로운 계단이 아닌 경사로를 사용하면 더 두꺼운 벽 부분과 더 얇은 벽 부분 사이의 이동에서 스트레스를 줄일 수 있습니다.

보스. 보스에 더 얇은 벽을 설계하거나 나사를 수용하는 마운팅 기능을 사용하면 싱크와 보이드가 제거됩니다.

부품 크기 및 재료 권장 사항을 포함한 사출 성형 설계 지침에 대한 자세한 내용은 최대 크기 치수, 일반적으로 사용되는 플라스틱 및 표면 마감 목록, 맞춤형 색상 일치 및 2차 마감 옵션이 포함된 플라스틱 사출 성형 설계 지침을 확인하십시오. 액체 실리콘 고무(LSR) 설계 지침; 오버몰딩 및 인서트 몰딩 가이드라인

사출 성형을 위한 재료 고려 사항

플라스틱 재료의 두 가지 광범위한 범주는 열가소성 수지와 열경화성 수지(예:LSR)입니다. 재료 선택은 다양한 고려 사항을 기반으로 합니다. 재료의 기계적, 물리적, 열적, 전기적 특성이 중요합니다. 냉각 중 변형에 대한 저항력과 금형의 작은 부분을 얼마나 잘 채우는지를 포함하여 수지(원시 형태의 플라스틱 재료)의 특성과 같은 제조 가능성은 필수적입니다. 부품의 기능에 따라 외관도 중요할 수 있습니다. 재료비는 또 다른 문제입니다. FDA 또는 UL 등급의 필요성과 같은 다른 특별한 고려 사항도 있을 수 있습니다.

비용 및 일정 완화

확실히 전체 비용과 예산은 일정 및 기한과 함께 주요 고려 사항입니다. 그리고 경우에 따라 특히 비용이 부품 또는 제품 개발에 가장 큰 영향을 미치는 요소라고 느낄 수 있습니다. 그러나 몰딩과 같은 보다 저렴한 생산 방법을 사용하면 비용을 줄일 수 있습니다.

이러한 맥락에서 어렴풋한 마감일은 최고의 영향력을 행사하는 것처럼 느껴질 수도 있습니다. 그러나 제품 개발을 가속화할 수 있는 디지털 제조 방법 덕분에 부품 및 제품의 프로토타이핑 및 생산을 크게 단축할 수 있습니다.

Gus Breiland는 미네소타 Protolabs의 선임 기술 엔지니어입니다.

Eric Utley는 노스캐롤라이나에 있는 Protolabs의 애플리케이션 엔지니어입니다.