플라스틱 시트든, 막대든 기본적으로 모든 기계를 사용하려면 몰드가 필요해요. 몰드를 가장 다양한 방법으로 사용할 수 있는 기계는 바로 사출기랍니다. 물론 제약은 있겠지만 미리 두려워할 필요는 없어요! 그냥 디자인을 하는 데에 약간의 제약이 있을 수 있다는 것을 유념하고 있는 게 중요하죠. 장단점을 살펴보며 시작해볼까요?
장점 | 단점 |
부피 조각이 150m3 이하인 것에 이상적 | 비싼 몰드 |
주기가 짧음 (2-5분 이하) | 변수에 따른 복잡한 공정 |
빠른 생산 가능 | 커다란 제품을 만들기에 충분하지 않음 |
믿을 수 있는 제품 생산 공정 | 얇은 막으로된 제품은 기존의 기계가 가진 압력보다 더 큰 압력을 필요로 함 |
아주 정교한 제작물을 얻을 수 있음 | 주로 HDPE와 PP에 적합 |
인레이과 슬라이더를 사용하여 고급 제품을 설계할 수 있음 |
소형 몰드를 만들 때에는 알루미늄을 가장 많이 사용해요. 철재보다 가공하기 쉽고 다른 재료에 비해 수명이 길기 때문이에요. 몰드를 제작하는 방식은 아주 다양한데, 각 방식마다 장점과 단점이 있어요. 아래 표를 볼까요?
재료 | 적용 | 정밀도 | 접근성 | 가격 | 수명 (횟수) |
나무/MDF | 권고되지않음 (플라스틱이 몰드에 고착됨) | 낮음-중간 | 높음 | 저렴 | - |
아크릴(CNC/레이저컷) | 데모, 프로토타입 | 낮음-중간 | 높음 | 저렴 | 5-10 |
실리콘 주형 | 프로토타입 | 낮음 | 높음 | 저렴 | 20까지 |
SLA 프린팅 (고온 레진) | 프로토타입, 소규모 시리즈 | 중간 | 중간 | 중간 | 100까지 |
알루미늄 (주형) | 유기 기하학적 몰드 | 낮음-중간 | 높음 | 저렴 | 2,000-10,000 |
알루미늄 (가공) | 중&소 시리즈 | 높음 | 낮음 | 중간 | 2,000-10,000 |
철강 (2D 레이저 컷) | 프로토타입 - 대 시리즈 | 중간 (레이저컷) | 중간 | 저렴 | 100,000 |
철강(용접) | 프로토타입 - 대 시리즈 | 낮음-중간 | 높음 | 저렴 | 100,000 |
철강(가공) | 대 시리즈 | 매우 높음 | 낮음 | 높음 | 100,000 |
제품의 사이즈는 상황에 따라 바뀔 수 있어요.
1. V3 사출기의 경우, 최대 용량은 제품의 용량과 연관이 있어요. 150g 보다 가벼울 거예요. 최대 용량(130g)보다 무거워지면 더 많은 압축이 필요하고 작동 주기를 단축해야 할 거에요. 쌀알형 플라스틱이 액체형 플라스틱보다 더 무거워요.
2. 몰드의 총 크기 : 사출기에 사용될 수 있을까요? (기존 V3 사출기 : 지름 380mm x 170mm) 만약 스크루 노즐과 직사각형의 몰드를 사용한다면 빗거리의 최대 폭과 길이를 고려해야해요.
3. 제품의 깊이 : 40mm 보다 작다면 아무 문제 없어요. 표준 엔드밀을 사용하면 되거든요. 대부분의 엔드밀은 최대 약 100mm의 길이에서 사용할 수 있어요. 취미형 CNC 기계를 작은 Z-Travel와 함께 사용해도 비슷해요. 두께 80mm 이하의 주형은 한번에 제작이 가능해요. 이는 생산 과정에 드는 비용을 절감해줘요.
4. 계산된 cavities, runners, gates는 몰드가 열리는 쪽으로 놓여야합니다. 이에 따라 필요한 클램핑의 힘이 결정되죠. 수동으로 작동되는 사출기를 사용한다면 제품 디자인을 할 때 이 부분은 신경쓰지 않아도 됩니다. 높은 압력을 가진 사출기로 이 제품을 만든다면 더 신경써야합니다.
수축률은 플라스틱의 종류, 그리고 몰드 제작과 매우 밀접한 연관이 있어요. 플라스틱은 주로 중심쪽으로 수축하기 때문에 고안된 디자인에 튀어나온 부분이 있다면 몰드에 걸려 빼기가 어려울 수 있어요. 허용 오차가 좁은 정밀한 제품을 만들 때는 수축률을 고려하는 것이 특히 중요합니다. 수축률은 플라스틱에 들어있는 첨가제에 따라 그 범위가 달라질 수 있어요.
재료 | 수축률 |
HDPE | 3.3% |
LDPE | 3.8% |
PP | 2.6% |
ABS, PC, PMMA | 0.6% |
PS | 0.5% |
몰드에서 제품을 쉽게 꺼내려면, 열리는 방향과 평행한 모든 표면은 드래프트 앵글이 필요해요. 이 값을 알면 제품을 꺼내는 것이 훨씬 수월해요.
시작되는 일반적인 값은 2°이며, 높아질수록 드래프트 앵글을 5°까지 드래프트 앵글을 사용할 수 있습니다. 모든 형상 높이 25mm마다 1°의 드래프트 앵글을 추가하는 것이 좋습니다. 드래프트 앵글이 높을수록 몰드에서 제품을 꺼내기 용이해집니다. 제품에 드래프트 앵글을 추가하는 것은 “자연적인” 고려사항이 아니며, 종종 기계 공학이나 산업 디자인의 목표와 대치되기 때문에 디자인과 공학(설계) 목표를 설정할 때 목표가 최대한 반영되어야 합니다. 0.5°의 드래프트 앵글이라 할지라도 생산에 큰 변화를 가져올 수 있습니다.
시장에 나와 있는 많은 소프트웨어 패키지는 유용한 드래프트 분석 기능을 제공하며 이것은 특히 여러분이 단일 제품의 드래프트 앵글을 위해 많은 제품을 확인해야할 경우 정말 편리합니다. 여러분은 또렷한 드래프트 앵글의 범위를 설정할 수 있습니다. 아래 이미지를 참조하세요.
적당한 벽두께는 제품 제조 중 성공적으로 주입하는 데 매우 중요합니다. 벽두께는 재료 선정, 더 정밀하게는 MFI(Melt Flow Index)와 상동합니다. 따라서 재료에 따라 가능한 벽두께의 범위가 있습니다. (하단 표 참조)
수동 주입기는 주로 쌓을 수 있는 압력에 의해 제한된다는 점에 주의하세요. 제품에 성공적으로 주입될 수 있도록 상단 범위의 값을 선택하세요. 증명된 벽두께는 2.5mm로, 대부분의 적용된 곳에서 호환되었습니다. 마지막 시작 키트에서 볼 수 있는 아이폰7 케이스 사진에서는 다양한 벽두께의 시뮬레이션과 왜 2.5mm의 두께가 되었는지 보여줍니다.
최댓값은 산업계에서 사용하는 값으로 권장되었습니다. 원하는 만큼 초과할 수 있는 유효 값이라는 것을 명심하세요. 이것은 칼 손잡이, 작은 접시나 다른 물건 같이 작은 고체 제품을 주입하는 선택이 될 수 있습니다. 단점은 더 큰 싱크마크나 수축이 크고, 더 긴 주기 시간을 갖는다는 것으로 이는 제품들이 몰드에서 탈착되기 전에 더 오래 냉각되어야하기 때문입니다.
유속거리(게이트에서 가장 먼 중공층까지)와 벽두께의 혼합은 제품 디자인 시 필수 주입 힘을 결정하는 가장 중요한 요소입니다.
산업계와 비교해서, 수동 주입기가 있는 대부분의 작업실은 인젝션 기계를 바꿔 주입 힘을 증가하는 선택지가 없습니다. 따라서 얇은 벽 제품(1.5mm 이하)의 디자인을 주의하시고, 가능하다면 몰드 공급자에게 필수 주입 힘이 여러분의 몰드를 채우기에 충분할지 피드백을 얻으세요.
벽두께는 여러 가지 이유로 제품 전체에 걸쳐 동일해야합니다.
벽 두께를 늘려야할 이유
벽 두께를 줄여야할 이유
재료 | 전체 범위 - 산업 (mm) | 수동기계 - 권장 (mm) |
PP | 0.8 - 3.8 | 2.5 - 5 |
HDPE, LDPE | 0.8 - 4 | 2.5 - 5 |
PS | 1 - 4 | 2.5 - 5 |
ABS, PC | 1.2 - 3.5 | 2.5 - 4.5 |
POM | 0.8 - 3 | 2.5 - 4 |
PMMA | 0.6 - 3.8 | 2.5 - 5 |
여러분 주위의 모든 플라스틱 제품은 모서리에 필렛이 있습니다. 유일한 예외는 각 몰드 절반의 교차점에서 형성된 모서리나, 다른 제품과의 결합으로 슬라이더와 삽입물에 의해 생성된 것입니다. 이것은 한편으로는 제품을 손쉽게 분리하도록 하고, 다른 한편으로는 몰드에 균일한 재료의 흐름을 가능하게 합니다. 또한, 이것은 제조 공정에서 몰드 제조 비용을 절감합니다.
벽 두께가 필렛에서도 유지되어야 한다는 점을 명심하세요.
제품 설계 시 재료 흐름이 용이하고 강한 파손이 발생하지 않도록 유의하세요.
각인을 사용해 제품에 매우 경제적인 방법으로 텍스트와 그래픽을 추가할 수 있습니다. 이는 도장이나 인쇄 같은 후처리를 방지하고, 추가 라벨을 사용할 필요가 없게 합니다. 이 과정 중에서 플라스틱 종류를 쉽고 세밀하게 추가할 수 있습니다.
텍스트와 그래픽은 두 가지 방법으로 통합될 수 있습니다. 양각(엠보싱), 음각(디보싱) :
가장 관련 있는 값은 최소 선 너비 대 깊이 비율입니다. 하단 사진에서 조각 비트가 어떻게 생겼는지 볼 수 있습니다. 기하학적 형태 때문에 절단면이 깊어질수록 선이 더 넓어집니다. 10°에서 90° 사이 범위의 조각 비트가 있으며, 장점은 이미 초기 드래프트 앵글을 얻는 것입니다. 작은 글꼴 높이에서는 드래프트 앵글이 거의 보이지 않습니다.
새긴 텍스트와 그래픽의 깊이는 0.2 - 0.5mm보다 커야합니다. 더 깊은 형상은 소형 엔드밀로 가공할 수 있습니다. 기본 기계는 더 큰 사이즈 0.5mm 이상의 엔드밀만 사용할 수 있으며, 라인 폭은 그에 따라 일치해야 합니다.
모든 조각 비트는 끝이 평평하거나 둥글며 작은 팁 크기는 0.1mm부터 시작합니다.
주입 제품의 통합 구멍 혹은 컷아웃을 통해 2자 작업으로 제품을 후처리하는 데 시간을 절약할 수 있습니다. 그러나 플라스틱 주위로 흐르거나 도중에 냉각될 때 용접/접합 라인을 만들 위험이 있습니다. 그 접합 라인은 그 위치에 구조적 결함을 더할 수 있습니다. 따라서 플라스틱이 합쳐지는 뒤쪽 부위에 하중이 가해지는지 여부를 아는 것이 중요합니다.
여러 개의 주입 입구로 작업할 때도 같은 효과가 발생합니다.
이 영역에 가해지는 힘이 중요한 경우 여러분은 드릴링, 레이저 커팅, CNC 밀링 또는 다이 커팅과 같은 후 처리 방법도 고려할 수 있습니다. 그러나 이것은 또 다른 공정 단계를 추가하고, 제조비용을 증가시킬 것입니다.
벽 두께를 유지하면서 구조 강도를 높이기 위해 뼈대를 넣어 제품의 강성을 높일 수 있습니다. 이것은 (벽 두께를 증가시키는 것과 반대되는) 시간 소모적인 공정이 될 수 있지만, 더 나은 방법으로 싱크 마크를 방지하고, 재료 사용량을 절감합니다.
뼈대의 두께는 제품의 벽 두께에서 0.4-0.6배 정도의 인자(factor)여야 합니다. 낮게 유지해야 싱크 마크를 방지할 수 있습니다. 표면 뼈대의 높이는 벽 두께에 3배를 곱한 인자보다 작아야합니다.
뼈대를 설계하는 경우, 가해지는 힘의 방향을 고려하세요. - 특히 긴 제품일 경우
미적인 것과 연관된 표면의 싱크 마크를 방지하기 위해, 리본 구조는 더 많은 재료가 있는 교차 지점에서 합의점이 될 수 있습니다. 제품이 쉽게 분리될 수 있게 함과 동시에 드래프트 앵글과 필렛이 리본 전체에 도입되어야 함을 유의해주세요. 뼈대의 하단 필렛은 어려운 선택입니다. 제품의 응력을 줄이면서 재료의 축적과 싱크 마크를 방지하도록 노력하세요.
제품에 표면 질감을 추가할 수 있습니다. 더 큰 세부사항은 CAD 모델에 구현될 수 있고, 제조 중에 조각될 수 있습니다. 보다 미세한 표면 구조의 경우 샌드 블라스틱과 같은 후처리 공법을 사용해 거친 표면 질감을 얻을 수 있습니다.
표면에 질감을 더하면 드래프트 앵글을 3-5°로 높일 수 있도록 유의하세요. 하단은 내부 샌드블라스트 마감이 된 알루미늄 몰드의 예시입니다.
제안 | 효과 |
캐비티 수 감소 | 가공 시간은 몰드 내 캐비티 수의 곱입니다. 설정 시간은 그대로 유지됩니다. |
언더컷(undercut) 방지 | 슬라이더나 주입의 필요를 줄입니다. |
1mm 이하의 작은 형태 방지 | EDM 이용을 하지 않고 몰드를 가공할 수 있습니다. |
밀링에 사용할 제품 및 주형 형상 최적화 | 커뮤니케이션을 줄이고 주형 제작 프로세스를 가속합니다. |
하급 마감 사용 | 몰드 후 처리시 노동을 절약합니다. |
주입 후 2차 작업 고려 | 값비싼 슬라이더나 몰드 제작의 어려움을 감소합니다. |
주형 제품 감소 | 주형 제작의 복잡성을 줄일 수 있습니다. |
마지막으로, 주입 몰드의 멋진 점은 주로 CAD 파일로 만들어지고, 웹에서 공유할 수 있다는 것입니다. 하나의 디지털 파일은 다른 사람이 몰드를 복제할 수 있도록 합니다. 여러분은 CAD 파일을 혹은 .step 파일로 전송해야 합니다.
단순한 기하학적 구조인 경우 .svg 또는 .dxg 파일이 몰드 제작자에게 전송할 때 쉽게 정송할 수 있습니다. .svg 파일을 사용하는 경우 몰드 제작자가 모든 형상의 깊이를 알 수 있도록 기술 도면을 추가하세요. 3D CAD 파일 생성을 위한 추가적인 노력도 고려하세요.
3D 파일이 솔리드 폐쇄 기하구조인지 확인하는 것은 공정의 속도를 높이는 데에 도움을 줄 것입니다. Rhino 같은 프로그램은 모델 생성에서 실수를 야기할 수 있습니다. 다양한 파일 뷰어와 Fusion 360, Solidworks eDrawings, A360 또는 onShape와 같이 쉽게 액세스할 수 있는 CAD 프로그램 및 뷰어에서 .step 파일을 열어 파일에 하나의 솔리드 부분만 있는지 확인할 수 있습니다.
3ds max, Cinema 4D, (Blender) 및 openSCAD와 같은 다각형 소프트웨어는 폐쇄 기하구조를 만들기에 충분하지 않습니다. 그것들은 복잡한 유기 모델 같은 드문 경우에 사용될 수 있지만 완전한 공정은 제고 중 더 복잡해집니다.
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