소개: 약 80%의 플라스틱 부품은 플라스틱 사출 성형을 사용하여 제조되며, 사출 성형은 오랫동안 유일한 대량 생산 공정으로 간주되어 왔습니다. 산업 기술의 혁신으로 인해 급속 사출 성형이 금형 개발을위한 유일한 방법은 아닙니다.

CAD/CAM/CAE 시스템은 설계 및 검증 시간을 줄여줍니다. 이 외에도 새로운 금형 종류가 탄생했습니다. 알루미늄 사출 금형과 3D 프린팅 금형이 제조 시장에서 경쟁하고 있습니다. 이 둘의 차이점은 무엇일까요? 어떤 금형이 제품을 더 효율적으로 만들까요?

물론 프로토타입을 더 빠르고 저렴하게, 그리고 최대한 보기 좋게 만들고 싶을 것입니다. 알루미늄과 3D 프린팅 사출 금형의 차이점을 비교해 보겠습니다.

3D 프린팅 금형

3D 프린팅 금형이란 무엇인가요?

3D 프린팅은 디지털 파일을 사용하여 3차원 물체를 만드는 과정입니다. 먼저 컴퓨터 3D 소프트웨어가 부품을 디지털 레이어로 분할합니다. 빌드 플랫폼에서 피드 메커니즘이 지정된 범위 내에서 디지털 레이어에 따라 재료를 증착하고 열원이 모양을 조정합니다. 데이터는 계속해서 재료를 추가하여 모델을 제작하기 위해 처리됩니다.

3D 프린팅 금형에는 어떤 재료가 사용되나요?

3D 프린팅 재료는 3D 프린팅 기술에서 매우 중요합니다. 3D 프린팅을 가능하게 하는 것은 바로 소재입니다. 현재 3D 프린팅에 사용되는 주요 소재는 엔지니어링 플라스틱, 감광성 수지, 고무 소재, 금속 소재, 세라믹 소재입니다. 3D 프린팅에 사용되는 컬러 석고 재료, 인공 골분, 세포 생물학적 원료, 설탕과 같은 식품 재료도 있습니다.

이러한 재료는 3D 프린팅 기계와 공정을 위해 특별히 제작되었습니다. 일반 플라스틱, 석고, 수지 등과는 다릅니다. 분말, 필라멘트, 시트, 액체 등 다양한 형태로 제공됩니다. 3D 프린팅에 사용되는 분말 재료의 입자 크기는 프린터의 종류와 프린팅 조건에 따라 다르지만 보통 1~100마이크로미터 사이입니다. 파우더는 잘 흐르도록 매우 둥글어야 합니다.

3D 프린팅 금형을 사용하면 어떤 이점이 있나요?

  설계 유연성

3D 프린팅을 사용하면 고정 장치나 도구 간섭에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 대류 채널, 통합 구조, 복잡한 피처 등 기능에 맞게 설계할 수 있습니다. 또한 형상을 최적화하여 무게를 줄이고, 제조를 간소화하고, 재료 활용도를 높이고, 가공하기 어려운 부품의 문제를 해결하고, 가공 후 변형 문제를 해결하고, 기존 방법으로는 만들 수 없는 형상을 만들 수 있습니다.

다품종 소량 생산의 경제성

3D 프린팅은 금형이 필요하지 않으며 클램핑이 필요하지 않습니다. 비싼 금형 비용을 지불하기 위해 많은 부품을 만들 필요가 없습니다. 부품을 몇 개 또는 한 개만 만들어도 됩니다. 소량 생산의 경제성으로 민간 항공기 개발 시 설계 변경 비용을 절감할 수 있습니다.

우수한 생산 예측 가능성

부품을 3D 프린팅하는 데 걸리는 시간과 디자인에 따라 부품이 얼마나 변형될지 예측할 수 있습니다. 디자인 모델을 변경하여 변형을 예측하고 조정할 수 있습니다. 3D 프린팅 기술과 지원 기술이 발전함에 따라 부품을 3D 프린팅하는 데 걸리는 시간, 부품의 품질, 부품의 정확도를 제어할 수 있습니다. 즉, 3D 프린팅으로 민간 항공기를 설계하고 제작할 때 부품의 모양을 측정하고 제어할 수 있습니다.

조립 감소.

3D 프린팅을 사용하여 통합 부품을 만들면 여러 부품으로 조립해야 하는 제품을 대체할 수 있습니다. 따라서 여러 부품의 운송, 조립, 패스너 설치, 용접 및 기타 프로세스를 절약할 수 있습니다. 또한 중복 생산 라인을 제거하여 부품 제작 비용을 절감할 수 있습니다.

빠른 제작

비행기의 초기 설계 단계에서는 컴퓨터에서 3D 모델을 만든 후 실제 부품을 만드는 데까지 보통 수십 시간밖에 걸리지 않습니다. 금형이 만들어질 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 즉, 부품의 모양을 변경할 경우 새 금형이 제작될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 부품의 디자인을 더 빠르게 변경할 수 있고 새 부품을 더 빠르게 만들 수 있습니다.

3D 프린팅으로 금형을 제작할 때 어떤 문제가 있나요?

정확성

3D 프린팅된 금형의 정확도가 높지 않으면 표면에 층이 생겨 금형 사용에 영향을 미칩니다. 나중에 이러한 층을 제거하려면 기계 가공 또는 샌드블라스팅이 필요합니다.

재료 제한

기술적으로 부품을 재료로 층층이 쌓아 올리는 방식은 기존의 단조나 주조와는 다릅니다. 미세 구조, 결함 유형, 잔류 응력, 검사 가능성, 후처리 요구 사항, 생산된 재료의 구조적 성능과 내구성은 모두 기존 방식과 다릅니다.

복잡한 부품의 경우 재료 설계값이 구조의 실제 성능을 나타내지 않을 수 있으며, 시험편 수준 이상의 구조 시험을 통해 재료와 공정이 구조 성능에 공동으로 영향을 미치는지 검증해야 합니다.

제한된 결함 감지

3D 프린팅 제조 공정은 제어하기가 복잡합니다. 적층 제조와 레이어별 제조 공정을 사용합니다. 레이어 간 접합부의 품질은 정밀 단조 부품만큼 균일할 수 없습니다.

3D 프린팅 기술은 고유한 성형 원리에 의해 제한을 받습니다. 3D 프린팅 기술로 만든 부품, 특히 금속 부품에는 주로 보이드, 미세 균열, 용융 불량 및 기타 결함 등 내부 제조 결함이 있습니다.

이러한 결함의 크기는 일반적으로 일반적인 비파괴 검사 방법의 임계 값보다 작은 20μm 미만이며 이러한 결함은 균열 시작의 원인이되어 구조물의 피로 성능에 심각한 영향을 미치며 정밀 제어가 어렵습니다.3D 프린팅 공정에는 장비 자체의 소프트웨어 및 하드웨어에서 성형 재료 및 성형 공정에 이르기까지 공정 품질에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다.

엔지니어링 실무에 따르면 3D 프린팅 정확도에 영향을 미치는 주요 요소는 기계적 제어, 모델 데이터 처리, 재료 특성 및 성형 파라미터 제어입니다. 이러한 요소는 추가되는 재료의 양, 3D 프린팅 장치의 크기, 시스템 모션의 정확도를 제어하여 적층 방향의 부품 정확도와 부품의 최소 피처 제조 능력을 결정합니다.

3D 프린팅 정확도를 개선하려면 추가되는 재료의 양을 줄이고, 3D 프린팅 장치의 크기를 제어하고, 시스템 이동 정확도를 개선해야 합니다. 그러나 이러한 기능은 단기간의 연구로는 더 이상 개선하기 어렵습니다.

알루미늄 몰드

알루미늄 몰드의 특징은 무엇인가요?

알루미늄 금형의 주요 특징은 가벼운 무게, 높은 하중 지지력, 높은 회전율입니다. 시공 과정에서 높은 시공 품질, 정밀도, 안정성, 쉬운 설치, 짧은 시공 기간으로 비용을 절감할 수 있습니다.

단점은 현장 유지보수 및 조정이 불가능하고 전체 구성이 필요하다는 점입니다. 구조적 변화에 대한 적응력이 떨어지고 변경 사항이 많은 프로젝트의 비용이 높습니다. 표면 처리가 좋지 않으면 알루미늄 합금이 콘크리트와 화학적으로 반응하여 콘크리트 외관에 영향을 미칩니다. 알루미늄 몰드의 패스너는 파이프 라인 레이아웃과 충돌하기 쉽습니다.

알루미늄 몰드의 장점은 무엇인가요?

뛰어난 기능적 성능

어떤 프로토타입은 기계적 또는 기능적으로 아무런 영향을 미치지 않는 반면, 어떤 프로토타입은 사용해야 합니다. 사전 제작, 하이브리드 및 기능적 프로토타입 작업. 따라서 좋은 품질과 강도가 필요합니다. 알루미늄은 뛰어난 특성을 가지고 있기 때문에 선택되는 금속입니다.

더 높은 내열성

알루미늄 프로토타입은 플라스틱과 같은 저렴한 옵션보다 극한의 온도에 더 잘 견딜 수 있습니다. 따라서 제조 과정에서 품질이 저하될 가능성이 적습니다.

더 나은 미적 감각

3D 프린팅이든 CNC 가공 기술을 사용하든 금속 프로토타입은 더 보기 좋습니다. 또한 기능이 없는 프로토타입일지라도 플라스틱 부품보다 더 멋지게 보입니다.

비용 효율성

알루미늄 프로토타입과 금속 부품은 플라스틱 부품에 비해 훨씬 저렴합니다. 이는 금속의 물리적 특성으로 인해 부품 교체 빈도가 줄어들기 때문입니다. 따라서 장기적으로 제조 비용이 절감됩니다.

테스트 정확도

CNC 가공과 같은 공정으로 생산된 프로토타입은 정밀도가 높습니다. 또한 알루미늄 합금은 품질이 우수하고 시판용 부품을 생산할 수 있습니다.

대량 생산에 더 적합

엔지니어가 알루미늄 프로토타입을 만들면 고객은 이를 생산에 사용할 수 있습니다. 금속 프로토타입을 완제품으로 전환하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 프로토타입이 플라스틱으로 만들어진 경우 대량 생산을 위해 금속으로 변환할 수 없습니다.

알루미늄 몰드의 한계는 무엇인가요?

제한된 서비스 수명

알루미늄 몰드는 부드러운 특성으로 인해 특히 고압 성형 공정이나 마모성 소재를 사용할 경우 수명이 제한됩니다.

내열성

알루미늄은 내열성이 낮습니다. 일부 소재는 알루미늄이 견딜 수 있는 온도보다 더 높은 온도를 필요로 하기 때문에 이러한 제한으로 인해 성형 과정에서 사용할 수 있는 소재의 종류가 제한될 수 있습니다.

3D 프린팅과 알루미늄 금형의 차이점

3D 프린팅과 알루미늄 몰드의 차이점은 무엇인가요?

제조 및 성형 방법

이 두 가지의 제조 및 성형 방식은 다릅니다. 3D 프린팅 기술은 분말 금속이나 플라스틱과 같은 접착 재료를 사용하여 물체를 층층이 인쇄하고 구성하는 기술입니다. 디지털 기술의 재료 프린터를 사용하여 구현됩니다. 조금씩 쌓고 합쳐서 최종 작품이 인쇄됩니다. 알루미늄 금형 제조의 경우 3D 모델링 소프트웨어를 사용하여 금형 도면을 그리고 지속적인 조정을 통해 성형 효과를 얻습니다.

정밀도의 정확성

두 가지의 정밀도는 서로 다릅니다. 3D 프린팅의 정밀도에는 많은 요소가 관여합니다. 3D 프린터의 정확도, 선택한 재료의 품질, 3D 모델 도면의 정확도 등이 모두 제품의 정확도를 결정합니다. 알루미늄 금형의 정밀도는 주로 정밀도를 확인하려는 사용자의 실제 요구 사항에 따라 달라집니다.

처리 시간

소요 시간은 금형 개발 시작부터 부품을 생산할 준비가 되는 시점까지의 시간입니다. 두 금형의 설계 방법과 계산은 실제로 다르지만 제조 단계에서 중요한 변경 사항이 발생합니다.

알루미늄 몰드는 CNC 가공 및 마감 작업을 사용하여 알루미늄 블랭크로 만들어집니다. 경우에 따라 캐비티에 밀링으로 얻을 수 없는 날카로운 모서리가 있어야 하는 경우 추가적인 방전 가공(EDM)이 필요합니다. 일반적으로 가공은 주로 기계 가공으로 이루어지며 열처리가 필요하지 않으며 특수 도구가 거의 필요하지 않습니다. 평균적으로 알루미늄 몰드는 10~15일 내에 생산됩니다.

3D 프린팅 금형은 금속 소결 적층 제조 공정을 사용하여 만들어집니다. 많은 미세한 금속 분말을 한 층씩 소결하여 사출 금형의 캐비티를 형성합니다. 이 공정의 가장 큰 장점은 제조 준비가 거의 필요하지 않고 도구가 필요하지 않다는 것입니다. 이러한 금형을 만드는 데 걸리는 평균 시간은 2~3일에 불과합니다.

안정성

안정성은 기본적으로 금형이 너무 오래되기 전에 얼마나 많은 부품을 만들 수 있는지를 의미합니다. 제품 배치를 만들려는 경우 알아야 할 중요한 사항입니다.

알루미늄 공구는 부드러운 재질로 만들어지지만 일부 알루미늄 합금은 매우 강합니다. 즉, 금형은 최대 5,000개의 부품을 만들 수 있습니다. 평균은 100-2000개입니다.

3D 프린팅 금형은 안정성 측면에서 최악입니다. 소결 챔버에는 많은 문제가 있습니다. 다공성이며 단단한 블랭크만큼 강하지 않습니다. 이제 3D 프린팅 캐비티는 50~200개의 부품을 일괄 제작할 수 있습니다.

주기 시간

사이클 시간은 하나의 부품을 생산하는 데 걸리는 시간입니다. 사출 시간, 냉각 시간 및 배출 시간을 합한 값입니다. 사출 시간은 금형에 플라스틱을 채우는 데 걸리는 시간입니다. 냉각 시간은 플라스틱이 식고 굳는 데 걸리는 시간입니다. 배출 시간은 금형에서 부품을 제거하는 데 걸리는 시간입니다.

알루미늄 금형의 사이클 타임은 44-70초입니다. 3D 프린팅 금형은 150-250초의 사이클 타임을 갖습니다.

부품 정확도 및 표면 마감

부품 품질은 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 결국 이 부품은 더 큰 메커니즘의 필수적인 부분으로 작용하며 미래의 투자자에게 선보일 수 있습니다. 부품은 전문적으로 보여야 합니다.

알루미늄 사출 금형의 정확도는 가공 및 연마 능력에 따라 달라집니다. 그러나 3D 프린팅 금형의 정확도는 적층 제조 공정에 따라 달라집니다. 적층 가공은 재료의 용융과 냉각을 포함하며 열 변형으로 인해 정확도가 크게 떨어질 수 있습니다. 현대 기술은 최대 IT6의 공차를 가진 강철 및 알루미늄 몰드 캐비티와 최대 IT9의 공차를 가진 3D 프린팅 몰드를 생산할 수 있습니다.

유연성

최종 제품의 모양과 작동 방식만 테스트하는 사전 제작 프로토타입에서는 유연성이 매우 중요합니다. 특정 재료를 사용하여 초기 프로토타입 제작을 완료한 후에는 제품에 대해 처음에 선택한 재료를 테스트하고 제조 절차를 테스트해야 합니다.

대부분의 경우 디자인을 수정해야 하는 몇 가지 문제가 발생합니다. 예를 들어, 테스트를 실행하는 동안 일부 결함이 발견되거나 사출 공정에서 다공성 부품이 발생하는 경우가 있습니다. 이때는 금형뿐만 아니라 디자인을 변경해야 할 때입니다. 금형 재료마다 유연성이 다릅니다.

알루미늄 몰드는 부드러운 재질로 만들어지며, 캐비티는 일반적으로 몰드 베이스에 맞는 별도의 부품으로 제조됩니다. 따라서 캐비티를 제거하고 조정하는 것이 훨씬 쉽습니다.

3D 프린팅된 금형을 수정하려면 캐비티의 일부를 가공해야 하고, 가공을 하면 표면 마감이 고르지 않기 때문에 수정이 어렵습니다. 금형을 완전히 다시 만드는 것이 더 쉬우며 시간이 많이 걸리지 않지만 프로토타입 제작 및 사전 시리즈 테스트에 원치 않는 추가 비용이 발생합니다.

결론

원래 적층 제조라고도 하는 신속한 프로토타입 제작 방법으로 개발된 3D 프린팅은 진정한 제조 공정으로 발전했습니다. 3D 프린터를 사용하면 엔지니어와 기업이 프로토타입과 최종 제품을 동시에 생산할 수 있어 기존 제조 공정에 비해 상당한 이점을 제공합니다.

요약하면 3D 프린팅 금형과 알루미늄 금형의 주요 차이점은 다양한 제조 성형 방법, 다양한 강도 정확도, 다양한 처리 시간, 다양한 안정성, 다양한 제조 시간, 다양한 부품 정확도 및 표면 마감, 다양한 유연성 등입니다.