금형을 위한 3D 프린팅, 1부

Aug 08, 2023

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3D 프린팅의 채택이 산업 제조의 더 넓은 부문으로 확산됨에 따라 단순한 신속한 프로토타이핑 도구 이상의 기술 가치가 점점 더 분명해지고 있습니다. 적층 가공(AM)이 최종 부품 생산에 사용되지 않는 경우에도 기업은 전통적인 생산 공정을 위한 툴링 제작에 AM을 사용할 수 있다는 사실을 배우고 있습니다. 특히, 사출 성형 및 다이캐스팅용 3D 프린팅 몰드 및 다이는 맞춤형, 주문형 및 복잡한 부품 제작 측면에서 AM이 제공하는 다양한 이점으로 인해 많은 잠재력을 가지고 있습니다.

플라스틱 부품을 대량 생산하는 데 가장 일반적으로 사용되는 사출 성형은 액체 플라스틱을 고압에서 금형에 주입하는 것입니다. 금형의 모든 구멍을 채우면 플라스틱이 경화되고 완성된 부품이 제거됩니다. 가장 흔히 사용되는 폴리머는 열가소성 수지로, 고온에서 녹고 금형에 들어갈 때 냉각됩니다.

스크류 사출 성형의 4단계.

일반적으로 금형은 알루미늄이나 강철로 정밀 가공되며 비용은 수천 달러에서 수십만 달러에 이릅니다. 따라서 사출 성형은 수만 개에서 수백만 개의 부품을 대량 생산할 때 가장 비용 효율적입니다. 50~100개 부품의 소량 사출 성형의 경우 3D 프린팅이 보다 비용 효율적인 옵션이 될 수 있습니다.

금형 생산을 위해 3D 프린팅을 선택하는 또 다른 이유는 짧은 소요 시간을 포함합니다. CNC 기계로 제작한 금형의 리드 타임은 5~7주 정도 소요되는 데 비해 인쇄된 금형은 단 며칠 또는 몇 주 만에 제작할 수 있습니다.

부품의 정확한 요구사항에 따라 선택한 AM 기술이 금속일 필요는 없습니다. 대신 재료 분사 및 SLA를 사용하여 정확도가 높고 표면 마감이 우수한 금형을 만들 수 있습니다. 이는 크기가 150mm 미만인 작은 부품의 경우 특히 그렇습니다.

알루미늄 프레임을 사용한 3D 프린팅 금형입니다. 이미지 제공: Formlabs.

3D Hubs가 3D 프린팅 사출 금형에 특히 유용한 설계 가이드에서 설명했듯이, 알루미늄 프레임은 사출 공정의 압력과 열에 맞서 3D 프린팅 플라스틱 금형 인서트를 지원하는 데 종종 사용됩니다. 이러한 프레임이 없으면 계속 사용하면 금형이 휘어질 가능성이 높아지지만 형상 적응형 냉각 채널을 플라스틱 금형에 더 쉽게 통합할 수 있습니다. 그러나 우선 금속으로 금형을 3D 프린팅하는 경우에는 이에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

다이캐스팅은 녹은 플라스틱을 녹인 금속으로 교체한다는 점을 제외하면 사출 성형과 매우 유사한 공정입니다. 액체 금속은 금속 금형(이 경우 금형과 동일)에 고압으로 주입되어 금형의 빈 공간을 채우고 경화되어 금속 부품을 형성합니다. 다이캐스팅은 일반적으로 대량의 중소형 부품에 사용됩니다. 벨트 버클, 자동차 엔진 등의 부품에 사용되는 다이캐스팅을 만나보실 수 있습니다.

Exco Engineering에서 3D 프린팅한 통합 냉각 채널이 있는 다이 캐스팅 인서트입니다. 이미지 제공: 엑스코엔지니어링

3D 프린팅 다이에는 AM을 이용한 사출 성형용 금형을 생산하는 것과 동일한 많은 이점이 있습니다. 빠른 처리 시간과 복잡한 형상을 생산할 수 있는 능력입니다. 3D 프린팅은 다이를 소규모 배치 생산에 사용할 때 훨씬 더 비용 효율적일 수 있습니다.

일반적으로 다이는 다이캐스팅 공정의 높은 열과 압력을 견디기 위해 금속으로 만들어져야 하는데, 이는 일부 매몰 주조 기술에서는 반드시 그런 것은 아닙니다. 3D 프린팅 다이 및 인서트(다이 및 몰드 수정에 사용) 전문 기업은 적절한 재료를 선택하는 데 어려움을 겪고 있다고 보고합니다. 캐나다 회사 Exco Engineering은 높은 다공성과 균열로 인해 H13 공구강(전통적인 다이캐스팅에 더 일반적으로 사용됨) 대신 마레이징 강을 선택했으며 H13으로 만든 3D 프린팅 금형을 경험했습니다. 그러나 향후 게시물에서 논의하겠지만, 3D 프린팅 다이에 대해 특정 결과를 얻기 위해 여러 금속을 사용할 가능성을 열어주는 기술이 있습니다.