서문: 빠르게 성장하고 경쟁이 치열한 사출 성형 산업은 수천억 달러의 가치가 있으며, 제조업체는 경쟁에서 앞서 나가기 위해 보다 효율적이고 저렴한 방법을 모색하고 있습니다. 적층 제조라고도 하는 3D 프린팅은 제조업체가 기존 공정보다 더 빠르고 저렴하게 더 나은 사출 금형과 툴링을 제작할 수 있도록 도와줍니다. 이 문서에서는 주로 금형에 3D 프린팅을 선택해야 하는 이유에 대해 설명합니다.

3D 프린팅 금속 금형의 장단점

금속 금형을 3D 프린팅하는 방법?

3D 프린팅은 사용 가능한 재료의 범위를 확장하고, 레이저 소결을 활용하여 레이어를 만들고, CAD 도면을 궁극의 3차원 제품으로 변환합니다.

3D 정의 금속 금형의 장점은 무엇인가요?

금형 설계 개선으로 최종 제품에 더 많은 기능 추가

금속 3D 프린팅에 사용되는 특수 야금 방법은 금속 미세 구조를 개선하고 완전히 조밀하게 프린팅된 부품을 만들 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 복잡한 제품 기능을 통합할 수 있으므로 결함이 적은 고기능 최종 제품을 보다 효율적인 방식으로 생산할 수 있습니다.

예를 들어 사출 성형 부품의 품질은 사출된 재료와 툴링 픽스처를 통해 순환하는 냉각 유체 사이의 열 전달 조건에 크게 영향을 받습니다. 기존 제조 공정에서는 일반적으로 냉각 재료에 직선형 채널을 사용하므로 성형 부품의 냉각 효과가 느리고 고르지 않습니다.

반면 3D 프린팅을 사용하면 원하는 모양으로 냉각 채널을 만들 수 있어 더욱 최적화되고 균일한 컨포멀 냉각을 보장할 수 있습니다. 그 결과 부품의 품질이 향상되고 불량률이 낮아집니다. 또한 냉각이 전체 사이클 기간 중 최대 70%를 차지하기 때문에 신속한 열 방출로 사출 성형 사이클 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

도구를 최적화하여 인체공학적으로 개선하고 최소한의 성능 향상

3D 프린팅은 새로운 공구를 검증하는 장벽을 크게 낮춰 제조 과정에서 충족되지 않은 요구를 해결하고 더 많은 수의 이동식 및 고정식 픽스처를 제작할 수 있게 해줍니다. 과거에는 공구 및 관련 장치를 재설계하고 제조하는 데 상당한 비용과 노력이 들었기 때문에 수명을 최대화하도록 설계되었습니다.

3D 프린팅 기술을 활용함으로써 기업은 요구 사항을 충족하지 못해 폐기된 공구뿐만 아니라 모든 공구를 언제든지 유연하게 리퍼비시할 수 있습니다.

3D 프린팅은 최소한의 시간과 초기 투자로 뛰어난 마진 성능을 위해 공구를 개선하는 데 비용 효율적입니다. 따라서 기술자는 설계 시 인체공학적 측면을 우선적으로 고려하여 작업 편의성을 높이고, 처리 시간을 단축하며, 사용자 친화성과 보관 편의성을 개선할 수 있습니다. 이러한 개선으로 인해 조립 작업 시간이 약간만 단축될 수 있지만, 누적된 영향은 과소평가해서는 안 됩니다.

또한 툴 설계를 최적화하면 부품의 불량률도 줄일 수 있습니다. 가공 금형과 동일한 품질, 컨포멀 냉각 채널 제작 가능, 가공 금형보다 적은 원자재 사용과 빠른 속도, 한 번에 여러 금형 버전 인쇄 가능, 아웃소싱 제조업체에 적합한 높은 응용 옵션, 데이터 유출 방지, 지적 재산 보호를 위한 내부 솔루션 등 다양한 이점이 있습니다; 사출 성형 부품 품질이 동일합니다.

생산 주기가 짧아지고 복잡한 형상을 제조할 수 있으며 최종 제조 비용이 낮아지면 기업은 맞춤형 부품 제조를 지원하는 수많은 개인화된 도구를 만들 수 있습니다.

맞춤형 금형은 최종 제품을 맞춤 제작하는 데 도움이 되며, 3D 프린팅 금형은 의료 장비 및 의료 산업과 같은 맞춤형 생산에 매우 유용합니다. 외과의에게 수술 가이드 및 도구와 같은 3D 프린팅 개인 맞춤형 기구를 제공하여 수술 결과를 개선하고 수술 시간을 단축할 수 있습니다.

3D 프린팅 금속 금형의 단점은 무엇인가요?

가공보다 시간이 오래 걸리고 비용이 더 많이 들며, 사전 설계 시간이 더 많이 필요하고, 더 높은 기술이 요구될 수 있습니다. 정확도 요구 사항을 충족하기 위해 가공 후 가공이 필요할 수 있으며 금형 크기도 제한적입니다. 가장 일반적으로 사용되는 재료로는 스테인리스 스틸과 공구강이 있습니다.

3D 프린팅 금속 금형의 일반적인 예는 무엇인가요?

브릿지스톤

고품질 사계절용 타이어 제작. 전통적으로 타이어 몰드는 기본 몰드에 특정 패턴의 스트립과 금속 블록을 수작업으로 부착하여 제작했습니다. 단순한 형상의 금속 부품은 기존의 기계 가공 도구를 사용하여 제작되었습니다.

하지만 브리지스톤은 독일 제조업체인 SLM Solutions의 SLM 기계를 활용하여 3D 프린팅 금속 몰드를 제작함으로써 최첨단 기술을 도입했습니다. 이 혁신적인 접근 방식을 통해 엔지니어들은 이전에는 불가능했던 모양과 패턴의 금형을 제작할 수 있게 되었습니다.

금형을 재설계하면 타이어의 수명을 손상시키지 않으면서도 타이어 트랙션 성능을 향상시킬 수 있습니다. SLM 솔루션은 가장 얇은 지점의 두께가 0.3mm에 불과한 강철 타이어 몰드를 3D 프린팅하는 데 성공하여 놀라운 업적을 달성했습니다. 3D 프린팅 기술을 활용하는 업계 대기업은 브리지스톤뿐만이 아닙니다. 미쉐린은 2013년부터 이 첨단 기술을 사용하여 제조된 타이어를 제공하고 있습니다.

Eplus3D 부항

과거에는 제조업체가 전통적인 사출 성형을 사용하여 투명도가 낮고 사출 성형 효율이 낮은 부항 컵을 생산했습니다. 주된 이유는 전통적인 CNC 기술로 생산된 컵핑 금형은 수직 냉각 채널만 처리할 수 있어 금형을 효과적으로 냉각할 수 없었기 때문입니다. EP-M250 SLM 3D 프린터로 생산된 컵핑 사출 금형은 Eplus3D EP-M250 SLM 3D 프린터를 사용하여 생산된 복잡한 컨포멀 냉각 채널 금속 금형을 특징으로 합니다.

최종 컵핑이 분사 온도에 도달하는 데 16.63초밖에 걸리지 않습니다. 이는 22.97초가 걸리는 기존 금형에 비해 크게 개선된 것으로, 6초 이상 단축되고 사출 효율은 약 26% 증가합니다.

금속 금형 기술 및 재료란 무엇인가요?

금속 금형 기술에는 주로 다음이 포함됩니다.

선택적 레이저 용융(SLM)

금속 재료의 적층 제조에 대한 접근 방식입니다. 이 공정을 통해 복잡한 디테일을 구현할 수 있음에도 불구하고 추가 가공이 여전히 널리 사용되고 있습니다. 현재로서는 비용과 처리 속도를 고려할 때 금속 3D 프린팅이 사출 성형 도구의 가공을 완전히 대체하기는 어려울 것으로 보입니다. 대신 전체 생산의 효율성을 향상시키는 보완재 역할을 할 것입니다.

직접 에너지 증착(DED)

레이저는 증착 영역에 용융 풀을 만들어 고속으로 이동시킵니다. 재료는 분말 또는 필라멘트 형태로 고온 용융 영역으로 직접 보내져 용융 후 한 층씩 증착됩니다. 이 방법을 사용하면 다양한 금속 재료에 대한 금속 주형을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 순수 구리 기판 위에 스테인리스 스틸의 최상층을 적용하여 높은 열전도율과 내마모성, 다음 분야에서 요구되는 특성을 결합할 수 있습니다. 사출 성형 도구.

금속 금형 재료에는 주로 다음이 포함됩니다.

3D 프린팅 금속 재료는 재료의 종류에 따라 철 기반 합금, 티타늄 및 티타늄 기반 합금, 니켈 기반 합금, 코발트-크롬 합금, 알루미늄 합금, 구리 합금 및 귀금속으로 나눌 수 있습니다.

철 기반 합금

철 기반 합금은 3D 프린팅 금속 재료에서 더 일찍 그리고 더 깊이 연구되어 온 합금의 한 유형입니다. 일반적으로 사용되는 철 기반 합금에는 공구강, 316L 스테인리스강, M2 고속강, H13 금형강 및 15-5PH 마레이징강 등이 있습니다. 철 기반 합금은 비용이 저렴하고 경도가 높으며 인성이 좋고 가공성이 우수하여 금형 제조에 특히 적합합니다.

3D 프린팅 컨포멀 수로 금형은 철 기반 합금의 주요 응용 분야입니다. 특수한 모양의 수로는 기존 공정으로는 가공하기 어렵습니다. 그러나 3D 프린팅은 기본적으로 캐비티의 형상과 일치하도록 냉각 채널의 레이아웃을 제어할 수 있어 온도장의 균일성을 개선하고 효과적으로 제품 결함을 줄이고 금형 수명을 늘릴 수 있습니다.

티타늄 및 티타늄 합금

티타늄과 티타늄 합금은 뛰어난 비강도, 우수한 내열성, 내식성, 생체 적합성으로 인해 의료 기기, 화학 장비, 항공 우주 및 스포츠 장비 분야에서 이상적인 소재로 자리 잡았습니다. 하지만 티타늄 합금은 일반적으로 가공하기 어려운 소재입니다.

티타늄 합금은 가공 시 높은 응력, 고온, 심한 공구 마모로 인해 광범위한 적용이 제한됩니다. 3D 프린팅 기술은 특히 티타늄 및 티타늄 합금 제조에 적합합니다. 첫째, 3D 프린팅은 보호 대기 환경에 있습니다. 티타늄은 산소 및 질소와 같은 원소와 쉽게 반응하지 않습니다. 또한 미세 영역의 빠른 가열 및 냉각은 합금 원소의 휘발을 제한합니다;

둘째, 절단 가공없이 복잡한 형상을 제조 할 수 있으며 분말 또는 와이어 재료를 기반으로 한 재료 사용률이 높아 원자재 낭비를 일으키지 않고 제조 비용을 크게 절감 할 수 있습니다. 현재 3D 프린팅 티타늄 및 티타늄 합금의 종류에는 순수 티타늄, Ti6A14V(TC4), Ti6A17Nb 등이 있으며, 항공우주 부품(그림 3)과 인공 임플란트(뼈, 치아 등)에 널리 사용되고 있습니다.

3D 프린팅 플라스틱 몰드의 장단점

플라스틱 몰드를 3D 프린팅하는 방법?

플라스틱(또는 폴리머) 3D 프린터와 함께 내구성과 내열성이 뛰어난 재료를 활용하면 기업에서 사출 금형을 내부적으로 제작하거나 서비스 제공업체로부터 신속하게 조달할 수 있습니다.

3D 프린팅 플라스틱 몰드의 장점은 무엇인가요?

도구를 최적화하여 인체공학적으로 개선하고 최소한의 성능 향상

3D 프린팅은 충족되지 않은 제조 요구 사항을 충족하는 새로운 공구의 검증 장벽을 낮춰 더 많은 이동식 및 고정식 고정 장치를 생산 공정에 통합할 수 있게 해줍니다. 기존에는 공구 및 관련 장비의 내구성을 극대화하여 재설계 및 생산과 관련된 상당한 비용과 노동력을 피할 수 있도록 설계되었습니다. 3D 프린팅 기술 덕분에 이제 기업들은 폐기되거나 부적합하다고 판단되는 공구에 국한되지 않고 언제든 모든 공구를 리퍼브할 수 있습니다.

저렴한 비용

전통적인 사출 금형 제작 방식은 정밀 기계와 금형 제작자의 전문 지식이 필요하기 때문에 일반적으로 비용과 시간이 많이 소요됩니다. 반면에 3D 프린팅은 금형 제작에 있어 보다 비용 효율적인 대안을 제공합니다.

3D 프린터로 금형을 직접 인쇄하는 것은 소량 부품(소재에 따라 최대 100개에서 최대 10,000개 이상)에 적합하며 금속 금형보다 최대 90%까지 저렴할 수 있습니다. 플라스틱 3D 프린팅은 짧은 리드 타임과 저렴한 비용이 주요 고려 사항일 때 선호되는 금형 제조 방법으로 부상하고 있습니다.

보고서에 따르면 3D 프린팅 금형은 기존 기술에 비해 최대 80%의 비용을 절감할 수 있다고 합니다. 기존 금속 금형 생산보다 훨씬 빠르고 저렴합니다. 여러 금형 버전을 동시에 인쇄할 수 있어 더 많은 애플리케이션 옵션을 제공하고 아웃소싱 제조업체에 적합합니다. 이 내부 솔루션은 데이터 유출을 방지하고 지적 재산권을 보호하여 다음을 보장합니다. 사출 성형 부품 동일한 품질을 유지합니다.

3D 프린팅은 기계 가공보다 작업 단계가 적어 금형과 부품을 완성하는 데 평균 6일밖에 걸리지 않습니다. 실제로 금형 제작은 단 몇 시간 만에 완료할 수 있어 프로세스가 빠르고 효율적입니다.

이제 용해성 수지, 플라스틱(또는 폴리머) 3D 프린터, 내구성과 내열성을 갖춘 재료를 사용하여 복잡한 사출 금형을 3D 프린팅할 수 있습니다. 이러한 발전 덕분에 기업은 자체적으로 금형을 제작하거나 서비스 제공업체로부터 쉽게 조달할 수 있습니다.

3D 프린팅 플라스틱 몰드의 단점은 무엇인가요?

플라스틱 금형은 일반적으로 금속 금형에 비해 열전도율이 낮기 때문에 사출 성형 부품의 냉각 시간이 길어집니다. 또한 금속 금형에 비해 열화 속도가 빨라 정밀한 정확도를 달성하기 위해 후가공 공정이 필요한 경우가 많습니다. 게다가 플라스틱 몰드는 제한된 크기 옵션으로 인해 제약을 받습니다.

3D 프린팅 플라스틱 몰드의 일반적인 예로는 어떤 것이 있나요?

제타 몰드

중국 상하이에 본사를 둔 사출 성형 업체인 Zetar Mold는 신속한 금형 제작과 소량 사출 성형 서비스를 제공하는 회사입니다. 소량 생산에 대한 수요 증가에 대응하기 위해 Zetar Mold는 3D 프린팅 기술을 도입하여 비용 효율적인 플라스틱 금형을 제작하여 소량 주문을 더 빠르게 생산하고 있습니다. 조사 과정에서 Formlabs의 SLA 3D 프린터와 유리 충진 레진 소재인 리지드 10K 레진이 자사의 베이비플라스트 산업용 사출 성형기에 가장 적합하다는 사실을 발견했습니다.

제타 몰드는 폼랩스를 활용하여 3D 프린팅 사출 금형을 신속하게 제작할 수 있습니다. 설계 단계 이후, Zetar Mold는 하루 안에 금형을 프린팅하고 후가공을 진행할 수 있습니다. 프린트된 부품을 금형의 기존 금속 프레임과 통합하면 단 30분 만에 조립을 완료할 수 있어 즉시 생산에 착수할 수 있습니다. 사출 성형 공정. 각 금형은 일반적으로 약 100회 사용으로 제한되지만, Zetar Mold는 여러 금형을 동시에 인쇄하여 대량 주문 수량을 수용할 수 있습니다.

열경화성 금형 제작을 위한 마크포지드 3D 프린터. 이 회사는 값비싼 외주 실리콘 공정을 대체하기 위해 최대 150°C의 온도에 노출되었을 때 상당한 클램핑력을 견딜 수 있는 내구성 있는 열경화성 금형이 필요했습니다.

마크포지드는 X7 3D 프린터와 오닉스 소재를 사용하여 약 60시간 내에 금형 당 약 $240의 비용으로 금형을 성공적으로 제작했습니다. 이에 비해 기계 가공 실리콘 몰드는 제작에 144시간이 소요되고 몰드당 약 $1,000의 비용이 발생했습니다.

Addifab

최종 제품과 동일한 디자인과 재료를 사용하여 프로토타입을 제작하면 프로토타입 테스트 프로세스를 크게 향상하고 가속화할 수 있습니다. 벨기에에 본사를 둔 스타트업인 Addifab은 사출 성형용 3D 프린팅 금형을 전문으로 제공합니다.

Addifab은 최대 2,500bar의 사출 압력과 450°C의 용융 온도를 견딜 수 있는 3D 프린팅 금형용 독점 레진 소재를 제공합니다. 그 후 금형은 12~48시간 이내에 수용성 알칼리 용액에 완전히 용해됩니다. 애디팹은 이 용해성 수지를 사용하여 사출 금형을 3D 프린팅합니다.

윌슨 스포츠용품은 최근 새로운 야구 배트 손잡이를 위한 여러 버전의 사출 금형을 효율적으로 생산하기 위해 대형 Nexa3D NXE 400 프린터에 Addifab 레진을 사용했습니다.

플라스틱 몰드 소재는 무엇인가요?

나일론

소재 특성: 나일론은 내열성이 높고 인성이 좋으며 강도가 높습니다. 나일론은 다른 소재에 비해 높은 유동성, 낮은 정전기, 낮은 수분 흡수, 적당한 융점 및 제품의 높은 치수 정확도 등의 우수한 특성을 가지고 있습니다.

내피로성과 인성은 더 높은 기계적 특성이 필요한 공작물의 요구 사항도 충족할 수 있습니다. 엔지니어링 플라스틱입니다. 3D 프린팅에 이상적인 소재입니다.
일반적인 애플리케이션: 케이스 및 인클로저, 소비자 스포츠용품, 복잡한 프로토타입 플라스틱 부품, 모양, 조립 또는 기능적 프로토타입.

고성능 나일론

주요 속성: 높은 내구성, 성능 및 내충격성을 갖춘 유연하고 유연한 소재
일반적인 애플리케이션: 내충격성 프로토타입, 지그, 고정 장치, 얇은 벽 파이프 및 인클로저, 스냅, 클립 및 경첩.

수입 감광성 수지

소재 특성: 감광성 수지 소재는 높은 부드러움과 내구성으로 인해 널리 사용됩니다. 이 소재로 인쇄된 부품은 연마, 연마, 도장, 스프레이, 전기 도금 및 스크린 인쇄와 같은 후처리 공정을 거칠 수 있습니다. 그 성능은 엔지니어링 플라스틱 ABS와 유사합니다. 높은 정밀도와 섬세한 표면으로 외관 부품뿐만 아니라 구조, 조립 및 기능 검증에도 사용할 수 있습니다.

일반적인 응용 분야: 가전제품, 신속한 제조, 프로토타입 모델, 전자 제품, 교육 및 과학 연구, 건축 모델, 예술품 모델, 자동차 제조 및 기타 분야.

결론

수천억 달러 규모의 사출 성형 산업이 빠르게 성장하고 경쟁이 치열해지면서 제조업체들은 보다 효율적이고 비용 효율적인 방법을 모색하고 있습니다.

적층 제조라고도 하는 3D 프린팅을 통해 이러한 기업들은 기존 공정보다 더 빠르고 저렴하게 우수한 사출 성형 금형과 툴링을 생산할 수 있습니다. 3D 프린팅 금형은 금형 제조 산업에 혁명을 일으키고 있다고 주장할 수 있습니다.