서문: 현대 제조업에서 3D 프린팅과 전통적인 주조 기술을 결합하면 가능성의 세계가 열립니다. 3D 프린팅을 통해 복잡한 디자인과 형상을 가진 맞춤형 금형을 제작할 수 있게 되면서 주조 공정에 혁명이 일어났습니다. 개인과 산업계는 적층 가공을 사용하여 고품질 주조 물체를 생산함으로써 창의성, 효율성, 비용 효율성이라는 새로운 길을 모색할 수 있습니다.

이 글은 3D 프린팅 주조 몰드 아트 제작을 위한 완벽한 가이드입니다. 3D 프린팅을 사용하여 아이디어를 실현하고 주조 몰드를 제작하는 방법을 살펴봅니다.

3D 프린팅 기술이란 무엇인가요?

3D 프린팅은 일종의 신속한 프로토타이핑 기술입니다. 컴퓨터로 설계한 3차원 디지털 모델을 여러 층의 평면 조각으로 분해한 다음 3D 프린터를 사용하여 분말, 액체 또는 필라멘트 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 모래를 붙여 넣습니다. 슬라이스 패턴에 따라 복합 재료를 한 층씩 쌓아 올려 최종적으로 완전한 물체로 만드는 기술입니다.

이 기술은 디지털 모델링 기술, 정보 기술, 전자 기계 제어 기술, 재료 과학 및 화학 분야의 최첨단 기술 지식을 결합한 것으로, 기술 내용이 높은 종합 응용 기술입니다.

금속 주조란 무엇인가요?

금속 주조는 약 7,000년 동안 사용되어 왔습니다. 뜨거운 액체 금속을 주형에 붓고 식혀서 굳히는 과정입니다. 사람들은 도구, 무기, 조각상을 만드는 데 이 기술을 사용했습니다. 오늘날에도 사람들은 보석이나 자동차 같은 물건을 만드는 데 이 기술을 사용합니다.

기본 아이디어는 뜨거운 액체 금속을 금형에 붓거나 강제로 밀어 넣는 것입니다. 그런 다음 금속이 식고 굳어 금형의 모양이 될 때까지 기다립니다. 그런 다음 주형에서 고체 부품을 꺼냅니다. 하지만 주조에는 여러 가지 방법이 있습니다. 가장 중요한 것은 금형의 재질과 뜨거운 액체 금속을 금형에 넣는 방법입니다.

3D 프린팅을 사용하면 금속 주조용 금형을 더 빠르고 저렴하게 만들 수 있습니다. 특히 인베스트먼트 주조(로스트 왁스 주조라고도 함)와 모래 주조의 경우 더욱 그렇습니다. 금형을 만드는 데 사용하는 패턴을 3D 프린팅할 수 있습니다. 또는 금형 자체를 3D 프린팅할 수도 있습니다.

CAD 모델 설계

먼저 CAD(컴퓨터 지원 설계) 소프트웨어를 사용하여 금형의 3D 모델을 만들어야 합니다. 금형을 쉽게 제거할 수 있도록 모델에 올바른 구배 각도와 분할선이 있는지, 주조 재료에 적합한 벽 두께가 있는지 확인하세요. 또한 부품을 더 쉽게 주조할 수 있도록 게이트, 러너, 통풍구와 같은 몰드 기능도 포함해야 합니다. Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad® 등과 같은 CAD 소프트웨어를 사용하여 금형을 설계할 수 있습니다.

디자인할 때 3D 프린팅 금형 모델를 만들 때 염두에 두어야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 첫째, 디자인을 단순하게 유지하세요. 둘째, 빈 공간을 물건으로 채우지 마세요. 셋째, 벽 두께를 고려하세요. 넷째, 대칭적인 디자인을 선택하세요. 마지막으로, 최종 디테일을 염두에 두고 디자인하세요.

모델이 중공형인지 솔리드인지 결정하기

주조 공정은 모델이 속이 빈 것인지 단단한 것인지에 따라 달라집니다. 모델이 속이 빈 경우 캐스팅 프로세스가 더 복잡해집니다. 모델 내부를 지지하는 캐스트를 만든 다음 최종 부품에서 지지 구조를 제거해야 합니다. 최종 작품에는 경화된 레진이 늘어날 때 지지 구조물을 제거할 수 있을 만큼 큰 구멍이 생깁니다.

모델이 솔리드인 경우 캐스팅 프로세스가 더 간단합니다. 솔리드 오브젝트는 이를 지지하기 위한 내부 구조가 필요하지 않습니다. 이 경우 캐스팅 프로세스의 4단계로 건너뛸 수 있습니다.

중공 모델의 내부 구조 생성하기

속이 빈 모형의 내부를 만들려면 몇 가지 작업을 수행해야 합니다. 먼저 속이 빈 모델보다 조금 작은 솔리드 블록을 만듭니다. 속이 빈 모델을 솔리드 블록 위에 놓고 중앙에 배치합니다. 속이 빈 모델을 '구멍' 모양이 되도록 변경합니다. 이렇게 하면 모델 내부가 단단해집니다. 솔리드 블록을 변경된 중공형 모델과 결합합니다.

이제 속이 빈 모델 내부의 정확한 사본이 생겼습니다. 몰드를 만들 때 모델 내부를 제자리에 고정하려면 모델 내부를 몰드 외부에 연결하는 지지대를 추가합니다. 나중에 이 지지대를 제거합니다.

모델 주위에 솔리드 블록 생성

먼저 원본 모델이 이미 솔리드인지 또는 솔리드로 변환해야 하는지 확인합니다. 모델이 이미 솔리드인 경우 다음 단계로 넘어갈 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 밀폐된 방수 볼륨이 되도록 수정해야 합니다. 모델보다 훨씬 큰 블록 또는 상자 구조를 디자인합니다. 이 블록은 몰드의 바깥쪽 경계가 되며 모델을 둘러싸는 벽을 형성합니다. 블록 안에 모델을 넣고 중앙에 올바르게 정렬되었는지 확인합니다.

모델은 블록으로 둘러싸여 있어야 하며, 모델과 블록의 안쪽 벽 사이에 공간이 있어야 합니다. 블록과 모델을 결합하거나 병합하여 하나의 통합된 개체를 만듭니다. 이렇게 하면 블록이 금형의 외벽을 형성하고 모델이 금형 내부에 있는 새로운 3D 모델이 생성됩니다.

모델의 솔리드 블록을 둘러싸면 금형에 필요한 구조를 만들 수 있습니다. 이 블록은 최종 주형의 모양과 크기를 정의하고 주조 과정에서 지지 및 봉쇄 기능을 제공합니다.

디자인에 따라 블록을 두 개 이상의 조각으로 나누기

몰드에서 주물을 쉽게 제거할 수 있도록 블록을 여러 섹션으로 분할해야 할 수도 있습니다. 이는 모델이 얼마나 복잡한지에 따라 달라집니다. 블록을 분할할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다: 먼저 모델의 모양을 보고 어떻게 접근할 수 있을지 생각해 보세요. 몰드를 쉽게 분리하는 주된 이유는 주형을 엉망으로 만들지 않고 주물을 꺼낼 수 있도록 하기 위해서입니다.

캐스팅을 꺼내기 어렵게 만드는 쐐기나 모양을 만들지 마세요. 모델의 모양을 볼 때 어디를 분할할 수 있을지 생각해 보세요. 예를 들어, 모형이 둥글다면 두 개의 반쪽을 분리할 수 있도록 가운데를 하나 이상 분할해야 합니다. 선택한 선이 모델 안쪽으로 들어갈 수 있는지 확인하세요. 이렇게 하면 모델 주변의 블록이 단단하기 때문에 모델이 눌리거나 구부러지지 않고 캐스팅을 꺼낼 수 있습니다.

솔리드 블록에 모델 임베드

대칭형 모델을 분할 블록의 중앙에 대칭형 모델을 옆으로 놓습니다. 이렇게 하면 블록을 조립할 때 모형의 양쪽이 균등하게 커버됩니다. 블록이 모델 주위에 꼭 맞는지 확인하면서 블록을 조심스럽게 조립합니다. 가이드 기능이나 등록 표시를 사용하여 블록을 올바르게 정렬하여 블록이 올바르게 정렬되었는지 확인합니다. 위치 지정 핀을 사용하여 몰드 반쪽이 올바르게 결합되고 일직선이 유지되는지 확인합니다.

이 핀은 몰드를 닫을 때 몰드 반쪽을 정렬하는 데 도움이 됩니다. 가운데에는 주조 재료가 흐를 수 있도록 큰 채널이 있습니다. 특히 레진이 두꺼운 경우 채널이 레진이 흐를 수 있을 만큼 충분히 넓은지 확인하세요. 채널이 넓을수록 수지가 더 잘 흐르고 수지를 부을 때 걸리거나 기포가 생기는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 몰드 위에 여분의 레진을 담을 수 있는 챔버를 만듭니다.

챔버는 중력을 이용해 액체 수지가 금형 안으로 자연스럽게 흐르도록 합니다. 챔버의 크기에 따라 큰 채널로 밀어 넣을 수 있는 레진의 양이 결정되고 금형을 채울 수 있는 재료가 충분한지 확인합니다.

3D 프린팅 시작

이제 몰드 인쇄를 시작할 차례입니다. 금형의 3D 프린팅 프로세스를 시작하려면 3D 프린터가 정상적으로 작동하고 올바르게 보정되었는지 확인합니다. 프린터 베드가 깨끗하고 평평한지, 프린트 헤드나 압출기에 장애물이 없는지 확인합니다. 금형에 적합한 프린팅 재료를 선택합니다. 주조 재료, 원하는 금형 특성(예: 유연성 또는 내열성), 3D 프린터와의 호환성 등의 요소를 고려합니다.

몰드 프린팅의 일반적인 재료로는 다양한 종류의 수지와 열가소성 플라스틱이 있으며, 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 디지털 모델을 3D 프린팅할 수 있도록 준비할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 3D 모델 파일을 가져와 프린터가 따라야 할 일련의 지침을 생성하여 레이어 높이, 채우기 밀도, 인쇄 속도 및 기타 설정을 지정합니다. 특정 요구 사항에 따라 이러한 매개변수를 조정합니다. 선택한 인쇄 재료를 3D 프린터에 로드합니다.

사용 중인 프린터 유형에 따라 필라멘트 롤을 넣거나 레진을 적절한 용기에 붓는 작업이 필요할 수 있습니다. 슬라이스 파일을 프린터로 전송하여 3D 프린팅 프로세스를 시작합니다. 프린터는 슬라이싱 소프트웨어에서 제공하는 지침에 따라 모델을 레이어별로 만들기 시작합니다. 처음에는 모든 것이 잘 붙고 잘 보이는지 확인하고 발생하는 문제를 해결하기 위해 계속 주시하세요.

인쇄된 몰드를 사용하고 실리콘을 부어 주조 과정을 시작합니다.

주조 과정을 시작하려면 제조업체의 지침에 따라 실리콘을 혼합하고 베이스와 촉매 성분의 비율이 적절한지 확인합니다. 실리콘 혼합물이 준비되면 몰드에 천천히 균일하게 붓습니다. 한쪽 끝부터 붓기 시작하여 실리콘이 몰드 캐비티를 채우도록 합니다. 붓는 과정에서 기포가 발생하면 최종 주형을 망칠 수 있으므로 기포가 생기지 않도록 주의하세요.

틀을 가볍게 두드리거나 흔들어 남아 있는 기포를 제거합니다. 이렇게 하면 기포가 표면으로 올라와 매끄럽고 기포가 없는 주형을 만들 수 있습니다. 또는 실리콘 주조용으로 설계된 진공 챔버나 압력 탱크와 같은 특수 장비를 사용하여 기포를 보다 효과적으로 제거할 수 있습니다.

제조업체에서 권장하는 시간 동안 실리콘을 경화시키세요. 경화 시간은 사용 중인 실리콘의 종류에 따라 다르므로 지침을 따르세요. 실리콘이 완전히 굳고 경화될 때까지 충분한 시간을 준 후에 계속 진행해야 합니다.

실리콘이 완전히 경화되면 조심스럽게 몰드에서 꺼냅니다. 사용하는 몰드에 따라 몰드의 반쪽을 분리하거나 몰드를 구부려서 주물을 꺼내야 할 수도 있습니다.

초과 부품 다듬기

실리콘 몰드에서 주형을 성공적으로 탈형했다면 다음 단계는 여분을 잘라내는 것입니다. 이 초과분은 원하는 모양에서 흘러나오거나 가장자리를 따라 형성되었을 수 있는 실리콘 재료의 추가 캐스트를 말합니다.

깁스를 잘 살펴보고 다듬어야 할 부분을 확인합니다. 날카로운 취미용 칼이나 가위를 사용하여 원하는 모양의 윤곽선을 따라 여분의 실리콘을 다듬기 시작합니다. 시간을 들여 정확성을 확보하고 실수로 실제 캐스팅을 자르지 않도록 주의하세요.

캐스팅의 복잡성에 따라 원하는 결과를 얻기 위해 다른 도구나 기술을 사용해야 할 수도 있습니다. 과도한 부분을 다듬는 것은 캐스팅의 최종 모양과 품질을 개선하는 데 도움이 되므로 캐스팅 공정에서 중요한 단계입니다. 여분의 실리콘 재료를 조심스럽게 제거하면 디테일을 다듬고 원본 모델과 매우 유사한 깨끗하고 세련된 결과물을 얻을 수 있습니다.

3D 프린팅 주조 금형의 장점

3D 프린팅 금형을 사용하면 다음과 같은 많은 이점이 있습니다:

금형 생산 주기 단축

3D 프린팅 금형은 전체 제품 개발 주기를 단축하고 혁신을 주도하는 원천이 됩니다. 과거에는 새로운 금형을 제작하는 데 많은 투자가 필요해 제품 설계 업데이트를 미루거나 포기하는 기업이 많았습니다. 3D 프린팅은 금형 제작 리드 타임을 단축하고 기존 설계 툴을 빠르게 업데이트할 수 있게 함으로써 기업이 더 자주 금형을 변경하고 개선할 수 있는 여력을 확보할 수 있게 해줍니다. 또한 금형 설계 주기가 제품 설계 주기와 보조를 맞출 수 있습니다.

또한 일부 기업은 자체 3D 프린터를 구입하여 금형을 제작함으로써 제품 개발 속도를 높이고 유연성과 적응력을 높입니다. 전략적으로는 공급업체로부터 불량 금형을 공급받는 등 긴 리드 타임과 개발 정체로 인한 위험에 대한 공급망의 탄력성을 높일 수 있습니다.

제조 비용 절감

현재 금속 3D 프린팅 비용이 기존 금속 제조보다 높다면 플라스틱 부품으로 비용을 절감하는 것이 더 쉽습니다.

금속 3D 프린팅 금형은 최종 부품의 고정 비용을 상각하기 어렵거나 특정 형상(3D 프린팅에 특별히 최적화됨)을 간헐적으로 소규모로 제작할 때 경제적으로 유리합니다. 특히 재료가 매우 비싸고 전통적인 금형 제조로 인해 불량률이 높은 경우에 비용 효율적입니다.

또한 3D 프린팅은 몇 시간 만에 정밀한 금형을 제작하여 제조 공정과 수익에 도움을 줄 수 있습니다. 이는 생산을 중단하거나 많은 공구를 재고로 보유하는 데 비용이 많이 드는 경우에 특히 유용합니다.

마지막으로, 생산이 시작된 후 금형을 수정해야 하는 경우가 종종 발생합니다. 3D 프린팅의 유연성 덕분에 엔지니어는 수많은 반복을 동시에 시도할 수 있으며 금형 설계 수정으로 인한 초기 비용을 줄일 수 있습니다.

금형 설계 개선으로 최종 제품에 더 많은 기능 추가

금속 3D 프린팅의 특수 야금은 종종 금속 미세 구조를 개선하고 단조 또는 주조 재료보다 우수하거나 그 이상의 기계적 및 물리적 특성을 가진 완전 조밀 한 인쇄 부품을 생산합니다 (열처리 및 테스트 방향에 따라 다름).

적층 제조는 엔지니어에게 금형 설계를 개선할 수 있는 무한한 옵션을 제공합니다. 대상 부품이 여러 하위 구성 요소로 구성된 경우 3D 프린팅은 설계를 통합하고 부품 수를 줄일 수 있습니다. 이를 통해 제품 조립 프로세스가 간소화되고 공차가 줄어듭니다.

또한 복잡한 제품 기능을 수행할 수 있으므로 고기능의 최종 제품을 더 빠르고 더 적은 제품 결함으로 만들 수 있습니다. 예를 들어 사출 성형 부품 는 사출된 재료와 툴링 픽스처를 통해 흐르는 냉각 유체 사이의 열 전달 조건에 영향을 받습니다. 기존 방식으로 만들면 냉각 재료를 운반하는 채널이 일반적으로 직선이기 때문에 성형된 부품이 더 느리고 고르지 않게 냉각됩니다.

3D 프린팅은 모든 모양의 냉각 채널을 만들 수 있으므로 보다 최적화되고 균일한 등각 냉각이 가능하므로 고품질의 부품을 만들고 스크랩을 줄일 수 있습니다. 또한 열을 더 빨리 제거할 수 있어 더 빠르게 부품을 만들 수 있습니다. 사출 성형 냉각 시간이 일반적으로 전체의 약 70%이므로 사이클 시간이 더 짧습니다. 사출 성형 주기.

도구를 더욱 인체공학적으로 최적화하고 최소한의 성능을 개선하세요.

3D 프린팅을 사용하면 제조 과정에서 충족되지 않은 요구 사항을 해결하는 새로운 도구를 더 쉽게 검증할 수 있으므로 더 많은 이동식 및 고정식 고정 장치를 제조에 투입할 수 있습니다. 전통적으로 공구와 해당 장치는 재설계 및 제조에 상당한 비용과 노력이 필요하기 때문에 가능한 한 오래 사용할 수 있도록 설계되어 왔습니다. 3D 프린팅을 사용하면 폐기되어 요구 사항을 충족하지 못하는 공구뿐만 아니라 모든 공구를 언제든지 리퍼브할 수 있습니다.

3D 프린팅은 시간과 초기 비용이 거의 들지 않으므로 공구를 최적화하여 더 나은 마진 성능을 구현하는 데 더 경제적입니다. 따라서 기술자는 작업 편의성을 개선하고 처리 시간을 단축하며 사용과 보관이 더 편리하도록 설계할 때 인체공학적 요소를 더 많이 고려할 수 있습니다. 이렇게 하면 조립 작업 시간을 몇 초만 절약할 수 있지만 그다지 큰 도움이 되지는 않습니다. 또한 공구 설계를 최적화하면 부품의 불량률도 줄일 수 있습니다.

맞춤형 몰드로 최종 제품을 맞춤 제작할 수 있습니다.

생산 주기가 짧고, 더 복잡한 모양을 만들 수 있으며, 최종 제조 비용을 절감할 수 있기 때문에 기업들은 맞춤형 부품을 만드는 데 도움이 되는 다양한 맞춤형 도구를 만들 수 있습니다. 3D 프린팅 금형은 의료 장비 및 의료 용품과 같은 맞춤형 제조에 매우 유용합니다. 외과의사에게 수술용 가이드나 도구와 같은 3D 프린팅 맞춤형 도구를 제공함으로써 더 나은 수술을 더 빨리 할 수 있도록 도와줄 수 있습니다.

결론

요약하자면, 3D 프린팅을 사용하여 금속 주조 금형을 제작하는 것은 제조업의 판도를 바꾸고 있습니다. 복잡한 맞춤형 금형을 그 어느 때보다 빠르고 쉽게 만들 수 있습니다. 전통적인 금형 제작과 비교할 때 이 방법은 큰 장점이 있습니다. 더 빠르고, 더 저렴하고, 더 나은 몰드를 만들 수 있습니다. 도구를 더 편안하게 사용하고 더 잘 작동하도록 만드는 등 더 많은 작업을 수행하는 금형을 만들 수 있습니다. 맞춤형 금형은 맞춤형 부품을 만드는 데 도움이 됩니다.

또한 디자인을 더 빨리 시도하고 개선할 수 있으므로 더 나은 주물을 만들 수 있지만, 주형이 무엇으로 만들어지고 어떻게 인쇄해야 제대로 작동하는지 생각해야 합니다. 제대로 계획하고 실행한다면 3D 프린팅을 사용하여 금속 주조를 더 빠르고 더 잘 만들 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 3D 프린팅과 금속 주조는 제조업을 변화시킬 것입니다. 새로운 방식으로 물건을 만들고 더 많은 물건을 만들 수 있게 될 것입니다.