사출 성형용 3D 프린팅 금형을 만드는 방법은?

소개:사출 성형 relies on a precision 사출 금형 to produce high-volume parts with consistent quality. But what if you need prototype tooling¹ fast, without the cost and lead time of steel molds?

However, conventional mold making can be both time-consuming and costly, particularly for small or custom production runs. 3D 프린팅² offers a cost-effective solution that slashes lead times from weeks to days. For teams comparing rapid-prototyping suppliers, our supplier sourcing guide explains how to qualify a molding partner before committing to printed tooling.

In this article, we will walk through the complete process of creating 3D printed molds for injection molding—from CAD design to printing, mounting, and running your first shots. We will also share practical lessons from our own tooling floor to help you decide when printed molds make sense and when they do not.

What Should You Know Before Choosing a 3D Printed Injection Mold?

A 3D printed injection mold is a fast prototype tool with strict process limits. Before choosing one, verify shot count, draft, part size, resin temperature, injection pressure, and whether the printed insert can survive the expected molding window.

인쇄 실행: 3D 프린팅 사출 금형은 소량 생산에 비용 효과적이고 효율적이지만 금속 금형에 비해 구조적 무결성이 낮다는 점에 유의해야 합니다. 일반적으로 이러한 금형은 30~100회까지 제작할 수 있으므로 신속한 프로토타입 제작에 이상적입니다. 대량 생산의 경우 기존 알루미늄 또는 강철 몰드가 더 적합할 수 있습니다.

구배 각도³: Add practical draft so the molded part releases without tearing the printed cavity or forcing the operator to pry the part out. A common starting point is 1 to 2 degrees per side, with deeper ribs, textured surfaces, or flexible materials often needing more draft after DFM review.

크기 및 모양: Understanding the dimensions of the desired injection molded part is crucial when selecting the appropriate size and shape of the mold. Notably, 3D printed molds differ from CNC machined molds in terms of size, typically being smaller in scale. This size difference impacts the range of injection molded parts that can be produced using 3D printed molds compared to CNC machined counterparts.

완벽하게 완성되었습니다: 3D 프린팅 금형의 표면 무결성은 높은 사출 성형 온도가 금형 성능에 미치는 악영향으로 인해 금속 사출 금형보다 열악한 경우가 있습니다. 따라서 이러한 금형은 정교한 마감이 필요한 프로젝트에는 최적의 선택이 아닙니다. 알루미늄 또는 강철 사출 금형을 선택하는 것이 더 나은 대안입니다.

또는 인쇄된 금형에 세라믹과 같은 재료로 구성된 차폐 코팅을 사용하면 열 저하를 완화하고 세련된 마감을 얻을 수 있습니다.

How Do You Create a CAD Design for a 3D Printed Mold?

사출 성형용 3D 프린팅 금형을 제작하는 초기 단계는 CAD(컴퓨터 지원 설계) 소프트웨어를 사용하여 금형을 설계하는 것입니다. 설계 과정에서 고려해야 할 요소에는 부품 형상, 성형 재료, 게이트 위치, 냉각 채널 등이 있습니다.

3D 프린팅 금형을 제작할 때 설계 문제를 완화하려면 몇 가지 팁을 활용하면 도움이 될 수 있습니다. 첫째, 적절한 금형 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 선택한 재료가 사출 공정 중에 발생하는 압력을 견딜 수 있을 만큼 견고하고 단단한지 확인하는 것이 중요합니다. 또한 금형의 융점은 사출 성형 재료의 융점을 초과해야 합니다.

둘째, 성공적인 금형 제작을 위해서는 세심한 금형 설계가 필수적입니다. 금형의 내부 표면은 프린트 캐리어와의 접촉을 방지하는 방식으로 배치해야 합니다. 금형 설계에 통풍구를 통합하면 사출 성형 공정 중에 갇힌 공기를 제거하여 다공성 부품과 같은 결함을 줄일 수 있습니다. 또한 냉각 채널을 금형 설계에 통합하면 냉각 시간을 단축할 수 있습니다.

부품을 설계할 때 구배 각도도 고려하세요. 성형된 부품의 벽 두께를 균일하게 유지하고 날카로운 모서리를 피하는 것은 염두에 두어야 할 중요한 요소입니다. 사출 성형 플래시는 사출 다이의 파팅 라인에서 여분의 재료가 돌출될 때 발생하는 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 버를 제거하려면 금형 설계에 러너 시스템을 포함하는 것이 좋습니다. 또한 클램핑력을 높이거나 사출 압력을 낮추는 등 설계 후 조정을 수행할 수 있습니다.

How to Design a 3D Printed Mold for Injection Molding?

A good 3D printed mold design is a supported insert built around draft, venting, gate strength, and controlled ejection. Start with material strength, parting-line support, wall thickness, and a rigid frame so the cheaper tool still produces useful trial data.

3D 프린팅 사출 금형 제작에는 PETG, ABS, 나일론, PP, 아세탈 등 다양한 소재를 사용할 수 있습니다. 3D 프린팅 플라스틱 몰드에 사용할 재료를 선택할 때는 다음 두 가지 측면을 고려하는 것이 중요합니다:

강도와 강성: 3D 프린팅 사출 금형에 적합한 플라스틱 폴리머는 프린팅 후 강도와 강성을 발휘해야 합니다. 이러한 특성은 사출 공정 중에 발생하는 응력을 견딜 수 있는 금형을 만드는 데 필수적입니다.

온도 저항: As injection molding operates at elevated temperatures to facilitate optimal flow of molten plastic, it is imperative that the plastic material chosen for mold creation possesses a melting point higher than that of the injection molding material.

몰드 디자인: 후속 후처리 및 크기 조정을 위해 금형에 가공 여유량을 고려하여 치수 정확도를 향상시키도록 노력합니다. 일련의 금형을 생성하여 치수 불일치를 평가하고 이러한 변형을 금형의 CAD 모델에 통합합니다.

게이트를 열어 몰드 캐비티 내의 압력을 완화하여 몰드 수명을 향상시킵니다. 스택 몰드의 한쪽 면을 평평하게 유지하면서 다른 한쪽 면을 디자인 구성 요소를 고정하는 데 활용합니다. 이 전략은 몰드 블록 정렬 불량과 오버플로 가능성을 완화하는 데 도움이 됩니다.

효율적인 배기를 위해 몰드 캐비티 가장자리에서 몰드 가장자리까지 상당한 크기의 벤트 홀을 통합합니다. 이렇게 하면 금형 내 재료 흐름을 돕고 압력을 낮추며 게이트 영역의 범람을 방지하여 사이클 시간을 단축할 수 있습니다. 두께가 1~2mm 미만인 표면은 열로 인해 변형되기 쉬우므로 지나치게 얇은 단면을 피하십시오.

몰드 백을 조정하여 재료 사용량을 줄임으로써 인쇄 공정을 개선합니다. 비몰드 캐비티 지지 영역의 단면 크기를 줄여 레진 비용을 절감하고 프린트 결함이나 기형의 가능성을 줄입니다. 모따기를 도입하면 빌드 플랫폼에서 공작물을 쉽게 제거할 수 있습니다. 모서리에 센터링 핀을 사용하여 두 개의 프린트를 효과적으로 정렬합니다.

안쪽 얼굴의 방향: 지지대와 접촉하지 않도록 내부 몰드 면을 배치하여 지지대 자국을 최소화하거나 제거하여 인쇄 표면 품질을 향상시킵니다. 또한 이 방향은 후처리의 필요성을 줄여줍니다.

얕은 통풍구: 통풍구를 금형 설계에 통합하면 사출 성형 공정 중에 갇힌 공기를 쉽게 제거할 수 있습니다. 약 0.05mm 크기의 얕은 통풍구를 권장하면 사출 플래시와 같은 결함 발생 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

채널 활용하기: 20회 이상 실행할 수 있는 금형의 경우 금형 설계에 채널을 통합합니다. 이를 통해 금속 봉과 튜브를 포함할 수 있어 뒤틀림과 같은 사출 성형 결함을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 또한 채널을 활용하면 냉각 시간을 단축할 수 있습니다.

레이어 높이: 낮은 레이어 높이를 선택하면 인쇄된 금형의 부드러움이 향상되고 인쇄된 선의 가시성이 최소화됩니다.

부품 디자인: 사출 성형 공정의 품질은 사용되는 3D 프린팅 금형에 따라 크게 달라집니다. 따라서 부품 설계 단계에서 구배 각도의 통합을 포함하여 인쇄된 제품의 성공과 효율성을 보장하기 위해 다양한 요소를 고려해야 합니다. 구배 각도를 20으로 권장하면 프린트된 사출 금형에서 사출 성형된 부품을 쉽게 제거할 수 있습니다.

재료 선택: 3D 프린팅 금형의 재료 선택은 매우 중요합니다. 사출 성형 공정에서 발생하는 높은 온도와 압력을 뒤틀리거나 녹지 않고 견딜 수 있어야 합니다. 나일론, ABS, 폴리카보네이트와 같은 소재는 3D 프린팅 사출 금형에 자주 사용됩니다.

균일한 벽 두께: 사출 성형 부품은 사출 중 및 사출 후 뒤틀림과 같은 결함을 최소화하기 위해 일정한 벽 두께가 필요합니다. 얇은 벽이 필요한 경우 얇은 리브와 거셋을 통합하면 벽 강도를 높일 수 있습니다.

날카로운 모서리를 피하세요: 날카로운 모서리를 없애기 위해 금형 가장자리에 반경을 포함했습니다. 이 조정은 용융된 플라스틱의 원활한 흐름을 촉진하고 사출 성형 결함의 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다.

플래시 방지: 플래시는 사출 성형에서 흔히 발생하는 문제로, 사출 공정 중에 용융된 플라스틱이 금형에서 빠져나와 응고되는 현상입니다. 이 결함은 금형 반쪽 사이의 맞춤 불량, 과도한 사출 압력 또는 금형 과충진으로 인해 발생할 수 있습니다.

러너 시스템을 금형 설계에 통합하고 부품 라인의 공차를 확보하면 3D 프린팅 금형에서 발생하는 플래시를 제거할 수 있습니다. 그러나 이러한 방법으로 해결되지 않는 경우 클램핑 력을 높이거나 사출 압력을 낮추는 등 설계 후 조정을 시도할 수 있습니다.

릴리스 컴파운드를 사용하여 부품을 제거합니다: 이형제는 사출 성형된 부품의 원활한 제거를 돕기 위해 이형 공정 중에 도입됩니다. 이형제가 없으면 부품이 금형에 끼일 수 있습니다. 이 경우 부품을 제거하기 위해 과도한 힘이 필요하므로 부품 및/또는 금형이 손상될 수 있습니다.

테스트 및 검증: 사출 성형에 3D 프린팅 금형을 사용하기 전에 성능을 테스트하고 검증해야 합니다. 테스트를 통해 금형 설계 또는 재료 선택과 관련된 문제를 파악하고 부품 생산을 시작하기 전에 필요한 조정을 수행할 수 있습니다.

How Do You Export CAD Design Files for 3D Printing?

CAD export is the step that turns the final mold geometry into a printable STL or 3MF file. Check units, mesh quality, wall thickness, orientation, and tolerance before slicing so the printed insert is accurate enough for molding trials.

What 3D Printing Technologies Work Best for Injection Molds?

STL 파일이 준비되면 3D 프린터를 사용하여 사출 금형을 제작할 수 있습니다. FDM(용융 증착 모델링), SLA(광조형), SLS(선택적 레이저 소결), DLP(디지털 광 처리) 등 다양한 3D 프린팅 프로세스를 통해 금형을 제작할 수 있습니다. 3D 프린터와 프린팅 재료의 선택은 금형의 복잡성 및 금형의 수명과 같은 요인에 따라 달라집니다.

FDM은 일반적으로 플라스틱 금형 및 툴링에 가장 비용 효율적인 3D 프린팅 솔루션을 제공합니다. 그럼에도 불구하고 최종 금형에는 제거를 위해 샌딩 또는 화학적 마감이 필요한 레이어 라인이 보일 수 있습니다.

SLA 및 DLP와 같은 레진 기반 3D 프린팅 기술은 표면 마감이 더 매끄러운 금형을 제작할 수 있어 광범위한 후처리의 필요성을 줄여주므로 인기가 높습니다. 또 다른 레진 기반 3D 프린팅 방법인 재료 분사 방식은 다양한 재료와 색상을 사용하여 표면 마감이 우수한 금형을 제작할 수 있습니다. SLS는 강화 나일론을 금형 제작에 사용하여 견고한 강도와 높은 표면 품질을 제공합니다.

What Are the Standard Configurations for 3D Printed Molds?

The standard configurations for 3d printed molds are the main categories or options explained in this section. 3D printing molds for injection molding mainly have the following two standard configurations.

가구가 포함된 3D 프린팅 금형
이 설정에서는 전체가 인쇄되므로 알루미늄 지지 프레임이 필요하지 않습니다. 결과적으로 금형에 더 많은 인쇄 재료가 필요하므로 인쇄 비용과 시간이 늘어납니다. 또한 프레임이 없으면 오래 사용하면 뒤틀림과 같은 결함이 발생하기 쉽습니다.

금형을 금속 프레임에 장착

3D 프린팅된 금형이 완성되면 사출 성형 과정에서 금형을 제자리에 고정하기 위해 금속 프레임(금형 베이스)에 장착해야 합니다. 몰드 베이스에는 용융된 재료가 몰드에 부어지는 스프 루 부싱이 포함됩니다.

The configuration of the mold determines how it is mounted to the frame. There are two standard configurations of injection molds for 3D printing. The first configuration inserts the printed mold into an aluminum frame, providing stability, accuracy, and support to the mold. This configuration is more suitable for producing precise injection molded parts, helps prevent molding defects such as warping, maintains the integrity of the mold, and ensures consistent pressure distribution during the injection molding process.

두 번째 구성은 알루미늄 프레임 없이 완전히 3D 프린팅된 금형을 사용합니다. 이 경우 프레임이 필요하지 않지만 더 많은 프린팅 재료가 필요하므로 프린팅 비용과 시간이 증가합니다. 또한 이 구성을 사용하여 제작한 금형은 지지대가 부족하기 때문에 뒤틀림과 같은 결함이 발생하기 쉽습니다.

How Do You Start the Injection Molding Process with a 3D Printed Mold?

The startup process is a controlled first-shot sequence for proving the printed insert safely. We mount the printed insert in a rigid frame, verify shutoff contact, confirm the sprue and gate path, and run conservative first shots before increasing pressure. In our factory trials, this staged startup helps separate mold-design problems from process-setting problems.

What Post-Processing Is Required for 3D Printed Molds?

Post-processing is required to make a printed mold smooth, clean, dimensionally usable, and easier to release. This can include sanding to remove layer lines, assembling multiple prints, cleaning supports, checking critical dimensions, and applying a release aid or surface treatment before injection molding trials.

샌딩: 샌딩은 3D 프린팅 모델 표면의 레이어 라인을 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다. 거친 사포로 시작하여 점차 고운 사포로 바꾸어 가며 샌딩합니다. 표면을 녹일 수 있는 과도한 마찰과 열을 방지하기 위해 같은 위치에서 너무 오래 샌딩하지 마세요. 특히 나중에 프린트를 접착해야 하는 경우 이음새 주변에서 너무 많은 재료를 사포질하지 않도록 주의하세요.

본딩: 접착할 때는 고무줄로 묶는 것처럼 두 표면이 더 밀착되도록 작은 점으로 접착제를 바르는 것이 좋습니다. 거칠거나 틈이 있는 이음새의 경우 본도 접착제 또는 필러를 사용하여 더 매끄럽게 마감할 수 있습니다.

색칠하기: 이 단계에서는 통풍이 잘되고 먼지가 없는 곳에서 작업하여 모든 표면에 고르게 색이 칠해지도록 하세요. 스프레이를 뿌릴 때는 팔 길이의 거리를 유지하면서 대상을 걸어두세요. 소프트 글루 3D 프린팅 모델에 페인트를 칠한 후 1~2일 정도 건조시킨 후 광택을 내세요.

나사 슬롯 설치하기: 나사 슬롯을 설치하면 3D 프린팅 셸의 수명을 연장할 수 있습니다. 꼭 맞도록 하려면 모델의 구멍이 나사 슬롯보다 약간 작아야 합니다. 안정성을 위해 모델을 고정하고 구멍의 변형을 방지하기 위해 빠르거나 무리한 작업을 피하세요.

실리콘 몰드 뒤집기: 이 과정에는 3D 프린팅 몰드 박스, 실리콘, 레진, 계량컵 및 기타 재료가 필요합니다. 몰드 부피를 계산하려면 먼저 3D 프린팅 몰드 박스에 물을 채운 다음 계량컵에 물을 붓습니다.

자주 묻는 질문

3D 프린팅된 금형으로 몇 개의 부품을 생산할 수 있나요?

3D 프린팅 주형은 소규모 검증 생산 또는 제한된 생산 배치를 생산할 수 있지만, 실제 사출 횟수는 수지 온도, 캐비티 두께, 게이트 스트레스, 클램핑 압력 및 냉각 시간에 따라 달라집니다. 일부 프린팅 인서트는 수십 회의 사출만 견디는 반면, 잘 지원되는 SLA 또는 고온 수지 주형은 수백 회의 사이클을 실행할 수 있습니다. 이 숫자를 엔지니어링 추정치로 취급하고 보장으로 간주하지 말며, 시험 중에 캐비티, 게이트, 벤트 및 부품 치수를 검사하십시오. 각 사출 횟수와 실패 모드를 신중하게 기록하십시오.

사출 주형에 가장 적합한 3D 프린팅 기술은 무엇인가요?

SLA는 일반적으로 3D 프린팅 사출 주형에 가장 실용적인 시작점입니다. 많은 저비용 FDM 설정보다 더 매끄러운 캐비티 표면과 더 정밀한 디테일을 생산할 수 있습니다. DLP 및 재료 제팅은 치수 정확성과 표면 마감이 제어될 때도 작동할 수 있습니다. FDM은 맞춤 검사 또는 매우 거친 시험에 유용하지만, 레이어 라인, 다공성 및 낮은 열 저항은 실제 사출 성형 중에 플래시, 낮은 표면 품질 또는 초기 인서트 실패를 발생시키는 경우가 많습니다. 기술을 수지 및 압력에 맞추십시오.

생산 제조에 3D 프린팅된 금형을 사용할 수 있나요?

3D 프린팅 주형은 부피, 수지, 허용 오차 및 표면 요구 사항이 적절한 경우에만 생산을 지원할 수 있습니다. 속도가 긴 툴 수명보다 더 중요한 프로토타입 검증, 브리지 생산 및 소량 시험에 가장 잘 사용됩니다. 대량 프로그램, 마모성 재료, 엄격한 허용 오차 또는 외관 표면에 대해 알루미늄 또는 스틸 툴링은 많은 사이클 동안 치수, 냉각 성능 및 클램핑 압력을 더 일관적으로 유지하기 때문에 여전히 더 안전한 생산 경로입니다. 프린팅 툴링을 사용하여 확장 전에 학습하고, 그 후 생산 주형 사양을 확정하십시오.

3D 프린팅 주형을 사용하여 사출 성형할 수 있는 재료는 무엇인가요?

저온 열가소성 수지는 3D 프린팅 주형에 가장 안전한 후보입니다. PP, PE, TPE 및 선택된 ABS 또는 나일론 등급은 용융 온도, 사출 압력 및 사이클 횟수가 프린팅 인서트 범위 내에 있을 때 테스트할 수 있습니다. 고온 엔지니어링 수지, 글래스 필드 복합재료 및 마모성 재료는 프린팅 캐비티를 빠르게 연화, 파손 또는 마모할 수 있기 때문에 훨씬 더 위험합니다. 프린팅 툴링을 결정하기 전에 항상 재료 데이터 시트, 주형 온도 및 예상 사출 횟수를 확인하십시오. 보수적인 처리 범위로 시작하십시오.

3D 프린팅 사출 주형 비용은 얼마인가요?

3D 프린팅된 사출 금형의 비용은 일반적으로 CNC 가공된 생산 금형보다 훨씬 낮지만, 정확한 범위는 인서트 크기, 수지 종류, 표면 마무리, 검증 작업, 그리고 서포트 금형 베이스가 필요한지 여부에 따라 달라집니다. 설계 검증을 위한 간단한 프린팅 인서트는 저렴할 수 있지만, 연마, 조립 및 시험 성형이 포함된 보다 내구성 있는 프로토타입 도구는 비용이 더 많이 듭니다. 적절한 비교는 총 학습 비용입니다: 생산 투자 전에 금형이 형상, 게이팅, 수축률 및 부품 기능을 얼마나 빠르게 입증하는지가 중요합니다.

3D 프린팅 주형은 사용 전에 후처리가 필요한가요?

예. 대부분의 3D 프린팅 주형은 사출 성형 시험 전에 후처리가 필요합니다. 일반적인 작업에는 지지대 제거, 경화되지 않은 수지 청소, 레이어 마크 샌딩, 캐비티 치수 확인, 필요한 경우 벤트 추가 및 때로는 탈형 개선 또는 다공성 감소를 위한 코팅 적용이 포함됩니다. 주형은 또한 클램핑 힘이 인서트를 파손하지 않도록 견고한 지지 프레임에 조립되어야 합니다. 적절한 후처리는 표면 마감을 개선하고 플래시 위험을 줄이며 시험 데이터를 더 신뢰할 수 있게 만듭니다. 첫 사출 후 인서트를 다시 검사하십시오.

When Should You Choose 3D Printed Molds Over Traditional Tooling?

3D 프린팅 주형은 속도, 학습 및 소량 검증이 긴 생산 수명보다 더 중요한 경우에 가장 적합합니다. 이들은 프로토타입 시험, 브리지 툴링 및 수지, 압력, 허용 오차 및 표면 요구 사항이 프린팅 인서트 범위 내에 있는 단순 또는 중간 복잡성 부품에 유용합니다.

본질적으로 사출 성형용 3D 프린팅 금형을 제작하는 과정은 구조화된 접근 방식을 따릅니다. CAD 소프트웨어를 사용하여 금형을 설계하는 것부터 시작하여 고품질 인쇄물을 얻기 위해 프린터 설정을 미세 조정하는 단계로 진행됩니다. 금형 표면을 개선하기 위해 연마 및 연마와 같은 후속 후처리 단계가 필요할 수 있습니다.

플러그인과 같은 필수 구성 요소를 통합하고 포괄적인 테스트를 수행하여 기능성과 정밀도를 보장합니다. 검증이 완료되면, 금형은 사출 성형 생산에 대비되어 복잡한 디자인의 플라스틱 부품의 신속한 프로토타이핑 및 제조를 용이하게 합니다.

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1. 프로토타입 툴링: 프로토타입 툴링은 생산 툴링 전에 부품 설계, 재료 동작 및 프로세스 위험을 테스트하기 위해 사용되는 초기 주형 또는 인서트입니다. ↩

2. 3D 프린팅: 3D 프린팅은 디지털 형상으로부터 프로토타입 주형 인서트를 제작하기 위한 레이어별 제조 방법입니다. ↩

3. draft angle: 드래프트 앵글은 성형 부품 벽에 추가되는 테이퍼로 부품이 주형에서 손상 없이 탈형될 수 있도록 합니다. ↩