DIY 사출 성형에는 무엇이 필요합니까?
고성능 데스크탑 SLA 3D 프린터
데스크톱 SLA 3D 프린터는 날카로운 피처와 매끄러운 표면 마감으로 금형을 제작할 수 있는 고성능 기계로 고품질 부품을 제작할 수 있습니다. SLA 3D 프린터는 플라스틱 몰드 제작 외에도 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 프로토타입 제작이나 제품 개발 시 필요한 다른 작업에도 유용하게 사용할 수 있습니다.
가격: SLA 프린터는 열가소성 재료 시제품 제작용 FDM(Fused Deposition Modeling) 및 HP 나일론 MJF(Multi-Jet Fusion) 프린터보다 비싸지만 세부 표현이 우수합니다.
출력 크기: 소비자용 3D 프린터는 소형 부품과 소량 생산용으로 만들어집니다. 대형 장비의 축소판과 같습니다. 평균 출력 크기는 중간 정도이며 보통 145 x 145 x 175 mm입니다.
재료: 프린터는 작지만 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 투명, 고형, 치과용 및 유연 부품용 수지가 있습니다. 데스크톱 3D 프린팅에 가장 흔히 쓰이는 재료는 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 탄성 폴리우레탄(EPU) 수지입니다. 시중에는 더 저렴한 재료도 많으며 가격은 500 ml에 약 15유로입니다.
해상도: 데스크톱 3D 프린터의 해상도는 가격대에 비해 대체로 우수하며 적층 두께는 약 25-200마이크론입니다. 다만 여러 번 사용한 뒤에는 성능이 저하될 수 있습니다.
무게: 데스크톱 수지 SLA 프린터는 무게가 10 kg 미만으로 휴대성이 매우 뛰어납니다.
3D 프린팅 재료
사출 성형 과정에서 금형의 온도와 압력을 견딜 수 있는 3D 프린팅 소재입니다. 주요 재료는 다음과 같습니다:
리지드 10K 레진은 유리 함량이 높은 초강력 소재로서 다양한 형상과 사출 성형 공정을 처리할 수 있습니다. 218°C @ 0.45MPa의 HDT와 10,000MPa의 인장 계수를 가지고 있어 강하고 매우 단단하며 열을 견딜 수 있습니다.
고온 수지는 열변형 온도가 238°C @ 0.45MPa이며 사출 성형에 적합합니다. 깨지기 쉽지만 성형 온도가 높고 냉각 시간이 짧은 소재에 권장됩니다.
그레이 프로 레진은 고온 레진이나 경질 레진보다 열전도율이 낮기 때문에 냉각하는 데 시간이 오래 걸리지만, 더 부드럽고 수백 번의 마모에도 견딜 수 있습니다.
데스크톱 사출 성형기.
데스크톱 사출 성형은 플라스틱을 포함한 다양한 재료를 영구적으로 성형하기 위해 다양한 생산 주기에서 일반적으로 사용되는 기계 공정입니다. 이 페이지에서는 사출 성형이 무엇인지, 사출 성형이 일반적으로 사용되는 분야, 플라스틱 부품 및 물체 생산, 금형 생산 및 플라스틱 재료의 정밀 성형에 대해 알아봅니다.
제조업체에서 사용하는 사출 성형기에는 여러 가지 유형이 있습니다. 주로 사용되는 기계 유형은 유압, 전기 및 하이브리드(전기와 유압의 조합) 동력이지만 데스크톱 사출 성형기는 일반적으로 전기 동력입니다.
데스크톱 사출 성형기는 용융된 재료(일반적으로 플라스틱 또는 금속)를 재료를 밀어 넣을 수 있는 캐비티와 부품을 최종 모양으로 성형하고 고정하는 고정구가 포함된 금형에 강제로 주입하도록 설계되었습니다. 하나의 기계에서 금형은 단일 캐비티 또는 다중 캐비티일 수 있으며, 이는 한 공정에서 하나 이상의 제품만 만들 수 있음을 의미합니다.
또한 다중 캐비티 몰드에는 동일하거나 고유한 캐비티가 포함될 수 있으므로 생성되는 제품은 동일하거나 개별적일 수 있습니다. 각 금형은 수명 기간 동안 백만 개 이상의 부품을 만들 수 있도록 설계되었으므로 견고하고 공차가 적어야 합니다.
탁상형 사출성형기가 유용한지는 용도와 사용자 요구사항에 따라 달라집니다. 가정용 DIY 사용자와 소규모 스튜디오에는 복잡한 부품과 모형을 저렴하고 빠르며 쉽게 만드는 방법이 될 수 있습니다.
단계별 DIY 사출 성형
CAD에서 금형 설계
먼저 몰드 인서트를 디자인할 CAD 소프트웨어 도구를 선택합니다. 기본 몰드 프레임워크의 캐비티 도면을 사용하여 나만의 몰드 인서트를 설계할 수 있습니다.
코어의 두 반쪽과 만들고자 하는 3D 디자인을 CAD 도구로 가져옵니다.
Blender에서 씬 탐색기의 눈 아이콘을 사용하여 몰드의 절반을 차단합니다. 작업 공간을 원하는 대로 설정했으면 오브젝트 메뉴에서 몰드의 양쪽 절반을 “와이어” 그리기 유형으로 설정합니다.
이제 금형을 배치할 수 있습니다. 사출 과정에서 물체가 용융된 플라스틱의 입구와 완전히 교차하는지 확인합니다. 직교 모드를 사용하면 원근과 직교 보기를 전환하여 이 작업을 더 쉽게 수행할 수 있습니다.
현재 몰드 코어를 숨긴 다음 다른 쪽을 숨기기를 해제합니다. 이 과정을 반복하여 오브젝트가 코어의 다른 절반의 입구와 완전히 교차하는지 확인합니다. 개체가 정렬되면 블렌더의 부울 차이 기능을 사용하여 교차하는 두 개체의 면적을 뺄 수 있습니다.
개체의 앞쪽 절반을 선택한 다음 수정자 메뉴에서 부울 옵션을 선택합니다. 자르려는 개체를 선택하고 ‘차이’ 연산자가 선택되어 있는지 확인합니다. 연산자를 적용하고 다른 쪽에도 동일하게 수행합니다.
이제 몰드를 인쇄할 준비가 되었습니다. 블렌더 내보내기에서 ‘선택 전용’ 상자를 선택하여 각 반쪽을 내보냅니다.
3D 프린팅 금형
금형을 3D 프린팅하려면 사출 성형 과정에서 금형의 온도와 압력을 견딜 수 있는 소재를 선택해야 합니다.
금형 제작 과정에서 알루미늄 금형 프레임과 강철 금형을 결합하고 드릴 프레스를 사용하여 금형 반쪽을 가공하여 액체 수지의 기포를 효과적으로 제거합니다.
자체 테스트와 고객 사례 연구를 바탕으로 가장 인기 있는 3D 프린팅 레진 목록을 정리했습니다.
광경화 수지: 광경화 수지는 3D 프린팅에서 가장 널리 쓰이는 수지 중 하나입니다. 자외선을 받으면 빠르게 경화하는 방식입니다. 경화 속도가 빠르고 세부 표현력이 뛰어나 정교한 모형, 예술품 및 고품질 기계 부품 제작에 적합합니다.
복합 수지: 복합 수지는 두 가지 이상의 수지 재료를 혼합해 만듭니다. 배합 비율에 따라 강도와 경도를 조절할 수 있어 부드러운 제품부터 단단한 제품까지 제작할 수 있습니다. 내화학성과 내열성도 우수합니다.
실리콘 수지: 실리콘 수지는 높은 강도와 경도, 고온 안정성 및 우수한 기계적 특성을 갖춘 고성능 수지 재료입니다. 내후성과 기밀성도 좋아 고급 자동차 부품과 항공우주 분야 부품 제작에 자주 사용됩니다.
열가소성 수지: 열가소성 수지는 고온에서 소성 변형이 가능한 수지 재료입니다. 내열성과 내식성이 좋고 재가공할 수 있습니다.
감광성 수지는 빛을 사용하여 수지를 굳히는 3D 프린터로 물건을 만드는 데 사용하는 재료입니다. 빛을 비추면 고체로 변하는 액체입니다. 여러 가지 화학 물질로 만들어지지만 주요 화학 물질은 폴리머, 광개시제, 희석제입니다.
3D 프린터에 사용할 수 있는 감광성 레진은 일반 레진, 경질 레진, 매몰 주조 레진, 연질 레진, 탄성 레진, 고온 레진, 생체 적합성 레진, 세라믹 레진, 일광 레진 등 9가지 종류가 있습니다.
Formlabs 3D 프린터용 프린트 준비 소프트웨어인 PreForm에서 프린트를 설정하는 데 몇 초 밖에 걸리지 않습니다. 금형 디자인에 프린팅을 위한 지지 구조가 필요한 경우, 캐비티가 위를 향하도록 PreForm에서 금형의 절반을 배치해야 합니다. 이렇게 하면 후처리가 더 쉬워지고 성형 부품에 고품질의 표면을 얻을 수 있습니다.
형상과 크기에 따라 빌드 플랫폼에서 여러 개의 금형을 한 번에 인쇄하여 보다 효율적으로 인쇄할 수 있습니다.
사출 성형 플라스틱 부품
이제 금형을 설계하고 3D 프린팅했으니 데스크톱 플라스틱 사출 성형기로 부품을 사출 성형할 수 있습니다.
사출 성형에 사용할 수 있는 다양한 재료가 있습니다. 다음은 가장 일반적인 사출 성형 재료 중 일부입니다.
아크릴; 폴리메틸메타크릴레이트라고도 하는 아크릴은 가볍고 기계적 강도가 좋으며 맑고 투명한 열가소성 재료입니다. 연성은 없지만 깨짐에 대한 저항성이 우수합니다.
ABS; ABS는 가장 잘 알려진 사출 성형 재료 중 하나입니다. 강도와 인성이 좋고 충격에 강하며 산, 염기 및 오일에 대한 내화학성이 있습니다. 완전히 불투명하고 다양한 색상으로 사출 성형할 수 있습니다. 무엇보다 이 목록의 다른 플라스틱 사출 성형 재료보다 매우 저렴합니다.
나일론; 나일론은 질기고 내열성이 있으며 마찰 및 마모 특성이 우수한 재료입니다. 천연으로도 존재하지만 합성할 수도 있으며 합성 나일론은 사출 성형에 매우 적합합니다. 진동 흡수 성능도 좋아 소음을 줄이는 제품을 만드는 데 유용합니다.
PC; PC는 인성이 매우 높고 깨짐과 충격에 강하며 투명합니다. 넓은 온도 범위에서 기계적 특성과 외관을 유지하는 장점도 있어 고온 환경에 적합합니다.
POM; POM은 높은 정밀도가 필요한 제품에 적합합니다. 단단하고 강성이 높아 변형이 적습니다. 표면이 매끄럽고 마찰이 작아 반복적으로 맞닿는 부품에 좋으며 매우 낮은 온도도 견딜 수 있습니다.
PP; PP는 식품 용기 형태로 주방 수납장에서도 흔히 볼 수 있습니다. FDA가 플라스틱 사출 성형 용도로 승인한 가장 일반적인 플라스틱 중 하나입니다. 단단하고 열과 화학물질에 강하며 여러 번 재활용할 수 있어 가공하기 쉽습니다.
PS; PS는 취성이 있는 몇 안 되는 사출 성형 재료 중 하나입니다. 특히 가볍고 수분과 화학 반응에 강하며, 금형 안에서 냉각될 때 균일하게 수축하므로 가정용 플라스틱 사출 성형에 매우 적합합니다.
PE; PE는 밀도에 따라 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 세 가지 주요 범주로 나뉩니다. 일반적으로 PE 등급은 연성이 있고 충격 강도와 크리프 저항성이 우수하여 장기간 기계적 하중을 받아도 변형되지 않습니다. 또한 화학 반응에도 강합니다.
TPE; TPE는 플라스틱과 고무의 혼합물이라는 점에서 다른 사출 성형 재료와 다릅니다. 두 재료의 장점을 결합하여 유연하고 크게 늘어나며 강하고 재활용도 가능합니다. 또한 대부분의 고무 대체재보다 저렴합니다.
TPU; TPU는 폴리우레탄 성분의 유용한 특성을 지닌 또 다른 고무·플라스틱 혼합물입니다. 매우 단단하고 압축 강도, 내마모성 및 내화학성이 뛰어납니다. 이러한 특성은 극한 온도에서도 크게 변하지 않습니다.
선택하기 전에 무엇을 하고 싶은지, 기계가 무엇을 할 수 있는지 생각해 보세요. 그런 다음 기계의 지침에 따라 부품을 만드세요.
사출하는 소재에 따라 부품이 금형에 밀착되어 있으면 부품을 꺼낼 때 금형이 열화될 수 있으며, 특히 TPU나 TPE와 같은 유연한 소재의 경우 더욱 그렇습니다. 몰드 이형제를 사용하면 부품을 몰드에서 분리하는 데 도움이 됩니다. 실리콘 몰드 이형제는 Formlabs 그레이 프로 레진, 고온 레진 및 리지드 10K 레진과 함께 사용할 수 있습니다.
DIY 사출 성형을 시도하는 디자이너를 위한 팁
금형을 디자인할 때는 인쇄가 가능한지, 성형이 가능한지 고려하세요.
DIY 사출 성형의 구체적인 방법은 필요한 설계와 생산량에 따라 달라지지만, 다음 요령은 성공률을 높이는 데 도움이 됩니다. 완성 부품에 출력선이 덜 보이게 하려면 플라스틱 금형을 기본값인 층당 100마이크론보다 작은 적층 높이인 50 또는 25마이크론으로 출력하세요. 단, 출력 시간은 늘어납니다.
당기는 방향에 수직인 표면에 2~5도의 구배를 추가하면 부품을 쉽게 꺼낼 수 있고 금형이 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 분할된 면을 고운 사포로 사포질하여 플래시를 제거할 수 있습니다. 수조를 사용하면 부품을 더 빨리 식히고 뒤틀림을 방지할 수 있습니다. 엠보싱 및 각인된 디테일은 표면에서 최소 1mm 이상 떨어져 있어야 합니다.
알루미늄 프레임을 디자인하는 경우 양식 뒷면에 0.125mm의 추가 두께를 추가하여 압축을 만들고 완벽한 밀봉을 보장합니다.
결론
사람들은 종종 3D 프린팅과 사출 성형이 마치 천적 관계인 것처럼 이야기하지만, 항상 이분법적으로 선택할 수 있는 것은 아닙니다. 부품에 직접 3D 프린팅을 하거나 3D 프린팅 금형을 사용하여 사출 성형하는 프로토타이핑 및 소량 생산은 기업이 더 빠르고 비용 효율적이며 적은 위험으로 시장에 출시할 수 있도록 도와주는 훌륭한 방법이 될 수 있습니다.
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