CNC 플라스틱 가공 소재 선택 종합 가이드

부품을 만들 때 설계 엔지니어가 직면해야 할 가장 중요한 결정 중 하나는 어떤 소재를 사용할지입니다. 소재 선택은 주어진 부품의 기능과 외관, 그리고 시간이 지남에 따라 어떻게 유지될지 결정합니다.

플라스틱은 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 가볍고, 가공하기 쉽고, 일반적으로 유사한 금속 제품보다 저렴합니다. 가공용 플라스틱에는 많은 종류가 있으며, 각각 장단점이 있습니다.

고정밀 플라스틱 부품을 생산하는 방법은 많습니다. 현대 산업용 플라스틱은 주조, 사출 성형, 프린팅 또는 가공됩니다. 처음 세 가지 옵션은 양호한 표면 마감으로 복잡한 기하학적 부품을 제조하는 데 매우 적합합니다. 하지만 엄격한 공차를 달성하거나 거의 모든 유형의 부품에 거울 같은 표면 마감을 생성해야 할 때는 가공만큼 좋은 것이 없습니다.

플라스틱 가공 서비스 개요

모든 가공 공정과 마찬가지로 플라스틱 가공은 최종 부품이나 제품을 형상화하고 형성하기 위해 소재 층을 제거하는 절삭 방식입니다. 플라스틱 소재에 사용되는 가장 일반적인 가공 작업은 다음과 같습니다:

절단

일반적으로 절단 작업은 일부 열을 발생시키는데, 이는 플라스틱을 손상시킬 수 있습니다. 플라스틱 절단 시 작업자는 열 변형을 피하기 위해 주의해야 합니다.

터닝

플라스틱 터닝 작업은 선반에서 수행되며, 공작물을 회전시키고 조작하여 고정된 절삭 공구가 의도된 설계에 따라 절단하고 여분의 소재를 제거할 수 있도록 합니다.

밀링

터닝 작업은 플라스틱 공작물의 회전을 포함하는 반면, 밀링 작업은 고정된 공작물에서 플라스틱 칩을 제거하기 위해 절삭 공구의 회전을 필요로 합니다.

드릴링

적절한 드릴 비트가 선택되지 않으면 위험할 수 있으며 과열이나 전단 힘을 초래할 수 있습니다. 그러나 준비가 올바르고 공구가 적절히 준비되고 사용된다면 숙련된 기술자는 플라스틱 제품에 작은 직경부터 큰 직경까지 구멍을 형성할 수 있으며 구조를 파괴하지 않습니다.

연마

연마는 공정이 공작물에서 플라스틱 칩을 제거하여 형상을 변경한다는 점에서 밀링과 유사합니다. 주요 차이점은 밀링은 간헐적 절단을 사용하는 반면, 연마는 제품에서 플라스틱을 지속적으로 절단하여 더 매끄러운 형상과 표면 마감을 달성한다는 것입니다.

CNC 플라스틱 가공에 사용되는 소재

ABS 플라스틱

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 흔히 ABS로 약칭되며, 가장 일반적인 열가소성 소재 중 하나입니다. 우수한 기계적 특성, 탁월한 충격 강도, 높은 내열성, 좋은 가공성을 가집니다. ABS는 가공하기 쉽고 내열성이 있으며 마감(접착, 도장, 연마 등)에 사용할 수 있습니다. 보통 양산 전 프로토타입 부품 기능 검증에 사용됩니다.

ABS는 내마모성이나 내화학성이 좋지 않고 아세톤에 녹습니다. 또한 특별히 강한 플라스틱은 아닙니다.

ABS의 가장 일반적인 응용은 사출 성형으로, 전자 제품 하우징, 가전제품, 심지어 상징적인 레고 블록을 만드는 데 사용됩니다.

나일론

ABS와 유사하게 나일론은 높은 강도와 강성을 가진 내구성 있는 플라스틱으로, 넓은 온도 범위에서 우수한 전기 절연성을 유지할 수 있으며, 우수한 내화학성과 내마모성을 가집니다. 나일론 6과 나일론 66이 CNC 가공에서 가장 일반적으로 사용되는 등급입니다.

하지만 나일론 6/6은 쉽게 수분을 흡수하여 팽창하고 일부 치수 정밀도를 잃습니다. 가공 중 소재 고유의 내부 응력으로 인해 많은 양의 비대칭 소재가 제거되면 휠 수도 있습니다.

나일론은 의료 기기, 회로 기판 장착 하드웨어, 자동차 엔진룸 부품, 케이블 타이에서 가장 흔히 발견됩니다. 이러한 많은 응용 분야에서 금속의 경제적 대체재로 사용됩니다.

아크릴

아크릴(페르스펙스 또는 룩타이트라고도 함)은 PMMA 플라스틱의 상품명입니다. 강하고 우수한 충격 강도와 내스크래치성을 가지며 쉽게 접착할 수 있습니다.

가공된 아크릴은 투명하여 광학적 투명성 또는 반투명성이 필요한 모든 용도에 매우 적합합니다.

그러나 아크릴은 깨지기 쉬운 플라스틱으로 너무 많은 압력 아래에서 갈라지거나 부서질 수 있습니다. 아크릴 판의 가공된 표면은 투명성을 잃고 서리 낀 반투명 외관을 띠게 됩니다. 따라서 아크릴 부품을 원래 두께로 남겨 투명성을 유지할지 주의 깊게 살펴보는 것이 보통 가장 좋습니다. 가공된 표면이 투명해야 한다면 연마를 추가 후처리 단계로 사용할 수 있습니다.

델린(Delrin)

POM은 델린(Delrin)이라는 상품명으로 잘 알려져 있습니다. 플라스틱 중 가장 높은 가공성을 가진 엔지니어링 열가소성 수지로 가장 경제적인 플라스틱으로 간주됩니다. 매끄럽고 마찰이 적은 표면, 우수한 치수 안정성, 높은 강성을 가집니다. 이러한 응용 분야나 마찰이 많이 발생하는 다른 응용 분야, 엄격한 공차가 필요하거나 높은 강성이 필요한 소재에 델린은 훌륭한 플라스틱입니다. 하지만 단점은 접착이 어렵다는 것입니다.

델린은 보통 기어, 베어링, 부싱, 패스너 제작이나 조립용 지그와 고정장치 제작에 사용됩니다.

HDPE

HDPE는 고밀도 폴리에틸렌을 의미하며, 높은 강도-중량 비율을 가진 열가소성 수지입니다. HDPE는 높은 내화학성, 전기 절연성, 열악한 기상 조건에서의 내구성을 가집니다. 델린과 유사하게 HDPE는 마찰을 제한하고 높은 충격을 잘 견디는 매끄러운 표면을 가지며, 높은 강도-중량 비율과 우수한 내후성을 가집니다.

HDPE의 주요 단점은 낮은 강도, 특히 인장과 굽힘 측면에서입니다.

HDPE는 저비용과 경량으로 야외 응용과 프로토타이핑에 사용되는 경량 열가소성 수지입니다. ABS처럼 사출 성형 전 프로토타입 제작에 자주 사용됩니다. 내화학성과 미끄러운 특성으로 플러그와 씰 제조에 매우 적합하며, 중량 민감하거나 전기 민감한 응용 분야에도 이상적입니다.

PEEK

PEEK는 우수한 충격 강도와 치수 안정성을 가진 고성능 엔지니어링 열가소성 수지입니다. PEEK 플라스틱은 가공하기 매우 쉽고 CNC 가공에 사용되는 최고 소재입니다. 놀라운 성능 덕분에 자동차, 항공우주, 의료, 전기 산업에서 자주 사용됩니다.

유일한 단점은 높은 가격입니다. 그럼에도 불구하고 고성능과 높은 내성이 필요하다면 이 소재 사용을 반드시 고려해야 합니다. 이 플라스틱의 성능은 화학 및 가공 산업에서 사용되는 금속보다 우수합니다. 일부 산업에서는 현재 스테인리스강과 알루미늄 같은 금속을 대체하고 있습니다.

폴리카보네이트

폴리카보네이트는 시장에서 더 내구성 있는 플라스틱 중 하나입니다. 극도로 높은 충격 저항성과 강성을 가지며 넓은 온도 범위에서 기능을 유지합니다. 또한 광학적으로 투명하며 불투명이 필요하면 검게 염색할 수 있습니다. 폴리카보네이트는 매우 강하거나 매우 단단한 플라스틱이 필요하거나 광학적 투명성이 필요한 응용 분야에 가장 적합합니다. 따라서 폴리카보네이트는 가장 높은 재활용률을 가진 가장 일반적으로 사용되는 플라스틱 중 하나입니다.

순수 폴리카보네이트는 내마모성이 좋지 않고 쉽게 긁힙니다. 필요한 경우 후처리 단계에서 스크래치 방지 코팅과 증기 연마를 추가하여 내마모성이나 광학적 선명도를 개선할 수 있습니다.

폴리카보네이트의 내구성과 투명성 덕분에 광학 디스크, 안전 유리, 라이트 파이프, 심지어 방탄 유리 제작에 사용될 수 있습니다.

CNC 플라스틱 가공 팁

기계

플라스틱 전용 CNC 기계는 없습니다. 사실 플라스틱을 절단하는 데 사용되는 모든 공작기계는 금속 가공 공구입니다. 정밀한 강성과 출력으로 경화된 플라스틱도 쉽게 가공할 수 있습니다. 목공 기계의 강성은 낮아 효과가 좋지 않습니다.

절삭 공구

플라스틱 부품에 가장 적합한 절삭 공구 선택은 복잡한 작업입니다. 그 이유는 플라스틱과 복합 소재의 구성이 크게 다르기 때문입니다. 일부 플라스틱은 경질 탄화물 입자로 강화되거나 유연성, 내열성 또는 기타 파라미터를 향상시키는 첨가제를 가집니다. 이 모든 것이 플라스틱이 기계에 반응하는 방식을 변경합니다.

절삭 공구는 주로 고속도강, 초경, 다이아몬드 등으로 만들어집니다. 일반 플라스틱 절단에는 앞의 두 가지 절삭 소재를 선택할 수 있습니다. 반면 고속도강은 연마 능력이 더 좋습니다. 고속도강 공구를 선택하고 신중하게 연마하세요. 공구의 절삭날이 더 날카로워지지만 내구성은 초경 공구보다 낮습니다.

절삭 힘과 온도를 최대한 줄이고, 적절한 경사각, 여유각, 리드각, 보조 절삭날 각도, 공구 코너 반경 등을 선택해 생산성과 공구 내구성을 향상시키고 가공 비용을 절감하세요. 공구는 날카롭게 유지하고 강성이 충분하지 않을 때 소재를 동결시킵니다.

부품 셋업

플라스틱 블록을 올바르게 클램핑하여 과도한 압력으로 파열되지 않도록 하세요. 지그와 부품 사이에 부드러운 소재로 된 패드를 사용하는 것이 좋습니다. 표면에 자국이 남는 것을 방지하기 위해서입니다.

또 다른 문제는 부품의 강성입니다. 드릴링 위치와 지그 사이의 거리를 면밀히 주시해야 합니다. 이 과정에서 드릴 비트는 홈선을 따라 부품을 위로 당기려 합니다. 지그가 너무 멀리 있으면 드릴 비트가 성공하지만 부품을 구부리거나 실제로 부품을 지그에서 찢어낼 수 있습니다.

칩 효과 최소화

절삭 공구가 항상 움직이도록 유지(한 곳에 너무 오래 머무르지 않음)하여 칩이 가공된 부품에 녹아붙는 것을 방지하세요. 냉각수나 절삭유를 사용해 온도를 낮추고 칩을 제거하세요.

가공 이송

더 큰 이송 속도와 빠른 스핀들 속도 사용, 알루미늄 이송의 약 3배와 상응하는 절삭 속도입니다.

CNC 플라스틱 가공 서비스

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