개요
수십 개의 부품으로 구성된 프로토타입 제작이 필요한 디자인이 있습니다. 대량 생산용 금형은 비용이 너무 높고, 3D 프린팅은 속도가 너무 느리며, 재료 특성도 적합하지 않습니다. 실리콘 고속 프로토타이핑이 바로 이러한 문제를 해결해 줍니다.
실리콘 프로토타이핑은 특정한 요구 사항을 충족합니다. 외관과 성능 면에서 양산품과 매우 유사한 여러 부품을 제작할 수 있습니다. 이러한 부품은 테스트, 검증, 심지어 소량 생산에도 사용할 수 있습니다. 이 방법은 단일 부품 프로토타이핑과 대규모 생산 사이의 간극을 메워줍니다. 이것이 바로 실리콘 프로토타이핑의 목적이며, 제조업체들이 이를 채택하는 이유입니다.
신속 프로토타이핑에 실리콘이 사용되는 이유는 무엇일까요?
실리콘은 금형 재료 중 하나일 뿐이 아닙니다. 하지만 특정 작업에는 가장 적합한 재료입니다. 실리콘의 특성이 해당 공정에 잘 맞기 때문입니다.
뛰어난 디테일 재현
실리콘은 미세한 디테일까지 정확하게 포착하여 표면 특징을 충실하게 재현합니다. 복잡한 형상도 디테일 손실 없이 재현할 수 있습니다. 마스터 금형에 날카로운 모서리, 섬세한 글자 또는 복잡한 패턴이 있더라도, 제작된 부품은 원본과 완벽하게 일치합니다.
유연한 금형 특성
실리콘의 유연성은 핵심적인 장점입니다. 모서리가 깎인 부품도 쉽게 탈형할 수 있으며, 곡선형 부품도 손상 없이 제거할 수 있습니다. 딱딱한 금형에서는 잘 탈형되지 않던 복잡한 형상도 실리콘 금형에서는 깔끔하게 탈형할 수 있습니다.
이 몰드는 유연하여 힘을 주거나 찢어질 위험 없이 부품이 자연스럽게 분리됩니다. 따라서 실리콘 프로토타이핑은 단단한 재료로는 성형이 불가능한 디자인도 구현할 수 있게 해줍니다.
낮은 금형 비용 및 빠른 생산
금속 금형은 수만 달러의 비용이 들고 제작에 몇 달이 걸릴 수 있습니다. 반면 실리콘 금형은 그보다 훨씬 저렴하고 며칠 만에 제작할 수 있습니다. 금형은 마스터 금형에서 절단하거나 주조할 수 있으며, 제작 기간이 짧습니다. 시제품 제작이나 소량 생산에 있어 이러한 비용 구조는 상당한 이점을 제공합니다.
광범위한 재료 호환성
실리콘 몰드는 매우 다양한 재료와 호환됩니다. 폴리우레탄 수지는 단단한 부품과 유연한 부품 모두를 제조하는 데 일반적으로 사용됩니다. 고무 기반 재료는 탄성 특성을 제공하며, 엔지니어링 플라스틱은 구조적 성능을 제공합니다. 실리콘 몰드에 실리콘 엘라스토머를 부어 넣으면 피부 접촉에 적합한 부드러운 부품을 만들 수 있습니다. 이 공정은 특정 용도에 맞게 조정할 수 있습니다.
이 네 가지 장점 덕분에 실리콘은 실리콘 쾌속 프로토타이핑의 표준 소재로 자리 잡았습니다. 실리콘은 빠르고 비용 효율적이며, 정밀한 디테일을 재현할 수 있고 복잡한 형상에도 적합합니다. 이 네 가지 장점을 모두 갖춘 금형 소재는 실리콘 외에는 없습니다. 바로 이러한 이유로 실리콘이 이 분야를 지배하고 있는 것입니다.
실리콘 고속 프로토타이핑은 어떻게 작동하나요?
마스터 모델을 생성하세요
마스터 금형은 부품의 형태를 정의합니다. 마스터 금형을 만드는 방법에는 세 가지가 있습니다.
| CNC 가공 | 단단한 재료를 깎아내는 작업으로, 높은 정밀도와 매우 매끄러운 표면 마감을 얻을 수 있습니다. |
| SLA 3D 프린팅 | 액체 수지를 사용하면 매끄러운 표면과 섬세한 디테일을 표현할 수 있습니다. |
| SLS 인쇄 | 분말 소재를 사용하면 SLA 공정보다 강도가 높아집니다. |
다른 신속 프로토타이핑 기술도 존재하지만, 이 세 가지 기술은 대부분의 응용 시나리오를 포괄합니다.
마스터 금형은 최종 시제품의 정밀도와 표면 품질의 상한선을 결정합니다.
표면이 거친 마스터 금형은 표면이 거친 주조품을 만들어내고, 표면이 매끄러운 마스터 금형은 표면이 매끄러운 주조품을 만들어냅니다. 마스터 금형의 표면 마감은 부품에 그대로 전사됩니다. 모든 흠집, 층선, 공구 자국이 정확하게 복제됩니다.
금형을 제작하기 전에, 먼저 모금형을 요구되는 규격에 맞춰 가공해야 합니다.
실리콘 몰드 제작
엔지니어는 먼저 마스터 금형을 금형 상자에 넣은 다음 액체 실리콘 고무를 혼합하고 기포를 제거하기 위해 탈기합니다. 마지막으로 실리콘을 마스터 금형 주위에 부어 넣습니다. 실리콘이 경화되면 마스터 금형을 꺼내고 금형 제작이 완료됩니다.
장점은 명확합니다. 표면 디테일을 정확하게 재현할 수 있고, 금형 표면이 매끄러워 부품에 완벽하게 전사될 수 있으며, 언더컷 및 곡면을 포함한 복잡한 형상을 재현할 수 있습니다.
실리콘 프로토타입 금형은 일반적으로 20~50회 주조에 견딜 수 있습니다. 정확한 횟수는 주조 재료, 부품의 형상, 그리고 탈형 과정에서의 주의 정도에 따라 달라집니다. 이 정도면 소량 생산에는 충분합니다. 대량 생산의 경우, 동일한 마스터 금형을 사용하여 여러 개의 금형을 제작할 수 있습니다.
시제품 주조
작업자는 주형에 주조 재료(레진 또는 실리콘)를 붓습니다. 실리콘 진공 주조는 주입 전과 주입 중에 기포를 제거합니다. 진공 환경은 주형이 완전히 채워지도록 하여 기공이 없는 부품을 만들어냅니다. 부품이 경화되면 주형에서 꺼내 게이트 다듬기 및 표면 세척과 같은 후처리 과정을 거칩니다. 실리콘 시제품 부품은 검사 및 테스트를 받을 준비가 됩니다.
이 공정을 통해 생산된 부품은 형상 및 표면 마감 면에서 마스터 금형과 동일합니다. 재질 특성 또한 양산 부품과 유사합니다. 단가는 사출 성형보다 높지만, 금형 비용은 사출 성형 비용의 극히 일부에 불과합니다. 20~50개 정도의 소량 생산에는 이 방식이 가장 비용 효율적인 솔루션입니다. 이것이 바로 실리콘 쾌속 프로토타이핑의 핵심 가치입니다.
일반적인 실리콘 고속 프로토타이핑 공정
실리콘 진공 주조
먼저 마스터 모델을 제작한 후, 이를 기반으로 실리콘 몰드를 만듭니다. 몰드를 진공 챔버에 넣고 진공 상태에서 레진이나 실리콘을 부어 기포를 제거합니다. 부품이 경화되면 몰드를 열고 완성된 제품을 꺼냅니다.
장점
금형은 부품에 고품질 표면 마감을 직접적으로 부여하여 최종 제품의 외관과 일치하도록 보장합니다. 또한 금형이 강철이 아닌 실리콘으로 제작되기 때문에 소량 생산 비용이 절감됩니다.
실리콘 진공 주조는 양산 부품과 외관 및 질감이 유사한 실리콘 시제품을 제작합니다. 표면 마감이 뛰어나고 디테일이 선명하며, 재질 특성 또한 대량 생산용 플라스틱 및 엘라스토머와 유사합니다. 이러한 이유로 실리콘 쾌속 시제품 제작에 가장 널리 사용되는 공정입니다.
어플리케이션
이 공정은 가전제품용 하우징 및 버튼, 자동차 내장 부품 및 씰, 생체 적합성 소재와 매끄러운 표면이 요구되는 의료 기기 프로토타입 등 다양한 분야에 적용됩니다. 외관, 촉감, 기능성을 대량 생산 금형 제작 전에 검증해야 하는 모든 응용 분야에 적합합니다.
실리콘 압축 성형
가열된 금형 내부에 실리콘 재료를 넣습니다. 금형이 닫히면 열과 압력으로 인해 재료가 금형 내부로 흘러 들어가 경화됩니다. 금형이 열리면 부품을 꺼냅니다.
압축 성형 공정을 이용한 실리콘 프로토타이핑은 고무 부품에 이상적입니다. 씰, 개스킷, 연성 부품 등이 일반적인 적용 분야입니다. 이 공정은 규모는 작지만 대량 생산과 동일하기 때문에 재료 특성 또한 대량 생산 기준을 충족합니다.
소량 생산의 경우 압축 성형은 진공 주조보다 속도가 느립니다. 하지만 유동성이 좋지 않은 재료도 처리할 수 있습니다. 고점도 실리콘, 불소실리콘, 그리고 충전재가 함유된 복합재료는 진공 주조보다 압축 성형으로 성형하기가 더 쉽습니다. 이렇게 제작된 실리콘 시제품은 양산품과 기능적으로 동일합니다.
절충점은 시간에 있습니다. 금형 제작에는 몇 주가 걸리고, 설정에도 몇 시간이 소요됩니다. 소량의 실리콘 쾌속 조형에는 진공 주조가 일반적으로 더 빠릅니다. 하지만 대량 생산과 동일한 재료와 공정을 사용해야 하는 부품의 경우 압축 성형이 최선의 선택입니다. 구체적인 선택은 용도에 따라 달라집니다.
액체 실리콘 고무(LSR) 사출 성형
두 가지 액체 구성 요소를 혼합합니다. 기계는 혼합물을 가열된 금형에 주입하고, 금형 내부에서 실리콘이 경화됩니다. 그런 다음 작업자는 완성된 부품을 금형에서 꺼냅니다.
장점
일관성과 속도. 사출 간 편차가 최소화되고 사이클 시간이 짧습니다. 이는 대량 생산 실리콘 부품에 사용되는 생산 공정입니다. 또한 부품 형상이 금형 투자에 타당한 경우 소량 생산 실리콘 부품에도 사용됩니다.
LSR 사출 성형을 이용한 실리콘 프로토타이핑은 흔하지 않습니다. 금형 비용이 높고 디버깅 과정이 복잡하기 때문입니다. 소량 생산의 경우 진공 주조가 일반적으로 더 경제적이며, 대량 생산의 경우 LSR 사출 성형이 유일하게 경제적인 선택입니다. 두 방식의 손익분기점은 부품의 크기, 형상 및 재질에 따라 달라집니다.
실리콘 오버몰딩
실리콘은 플라스틱 삽입물이나 금속 부품과 같은 다른 재료에 직접 성형할 수 있습니다. 경화 과정에서 실리콘은 화학적 결합을 형성하므로 접착제가 필요하지 않습니다.
어플리케이션
공구 및 전자 기기용 소프트 터치 그립, 피부에 닿는 표면을 가진 웨어러블 기기, 미끄럼 방지 표면이 필요하고 세척이 용이한 의료 기기 손잡이 등에 사용됩니다.
실리콘 쾌속 프로토타이핑에서 오버몰딩은 까다로운 공정입니다. 먼저 인서트를 제작해야 하고, 금형은 이 인서트를 수용할 수 있어야 합니다. 따라서 제작 과정이 단순 주조보다 복잡합니다. 하지만 조립된 부품의 기능 테스트를 위해서는 오버몰딩이 유일한 선택일 수 있습니다. 이렇게 제작된 프로토타입은 최종 제품과 동일한 성능을 보여주므로, 양산 금형을 제작하기 전에 제품의 촉감, 적합성, 성능을 검증할 수 있습니다.
NOBLE의 실리콘 고속 프로토타이핑 서비스
NOBLE은 선도적인 제조 기업입니다. 금속 가공, 플라스틱 제조, 쾌속 조형, 소량 생산 및 맞춤형 부품 제조를 핵심 사업 분야로 삼고 있습니다. 당사는 고객의 제품 개발 전 과정에 걸쳐 지원을 제공합니다.
NOBLE은 기업들이 아이디어를 기능적인 시제품과 양산 가능한 부품으로 구현할 수 있도록 지원합니다. 시제품 제작 서비스만 제공하는 업체들과 달리, NOBLE은 설계 지원부터 최종 조립까지 원스톱 제조 솔루션을 제공합니다.
NOBLE의 실리콘 고속 프로토타이핑 기능
NOBLE의 실리콘 쾌속 프로토타이핑은 다른 서비스와 통합되어 제공됩니다. 설계 지원은 제조 공정에 직접 통합됩니다. CNC 가공으로 마스터 금형을 제작하고, 사출 성형으로 대량 생산 요구를 충족합니다. 조립 및 표면 마감을 통해 최종 제품을 완성합니다. 전체 공정은 단일 공급업체에서 관리합니다.
품질 표준 및 인증
품질 시스템은 인증을 받았으며 관련 문서가 잘 갖춰져 있습니다.
ISO 9001:2015 는 일반적인 품질 경영을 다룹니다. 제조 공정 관리는 결과의 반복성을 보장하며, 검사 절차는 치수 및 표면 품질을 검증합니다.
ISO 13485:2016은 의료기기 제조에 필요한 엄격한 요구사항, 즉 더욱 철저한 추적성과 더욱 엄격한 공정 검증을 추가합니다.
실리콘 고속 프로토타이핑 관련 FAQ
실리콘은 시제품 제작 재료로 사용되나요, 아니면 금형 재료로 사용되나요?
둘 다 가능합니다. 실리콘은 두 가지 용도로 모두 사용될 수 있습니다. 대부분의 실리콘 쾌속 조형 공정에서는 실리콘을 유연한 금형 제작에 사용합니다. 이러한 금형에 수지, 폴리우레탄 또는 실리콘 재료를 부어 시제품 부품을 생산합니다.
실리콘 몰드로 몇 개의 부품을 만들 수 있나요?
일반적인 실리콘 금형으로는 약 20~50개의 부품을 생산할 수 있습니다. 실제 수명은 부품 형상, 주조 재료, 금형 설계 및 작동 조건에 따라 달라집니다. 형상이 단순하고 저점도 수지를 사용하면 더 많은 부품을 생산할 수 있으며, 반대로 형상이 복잡하고 충전재를 사용하면 생산할 수 있는 부품 수가 줄어듭니다. 금형은 마모되기 마련입니다.
실리콘 시제품 부품의 정확도는 어느 정도입니까?
실리콘 진공 주조는 뛰어난 디테일 재현력을 제공합니다. 정밀도는 마스터 금형의 품질, 실리콘 소재의 선택, 부품의 치수 및 형상, 그리고 주조 공정 제어에 따라 달라집니다. 정밀하게 제작된 마스터 금형과 안정적인 실리콘 금형을 조합하면 설계 요구 사항과 엄격한 공차를 충족하는 부품을 생산할 수 있습니다. 반대로, 조잡한 마스터 금형과 불량하게 제작된 금형을 사용하면 불량품이 생산될 수 있습니다.
실리콘 쾌속 조형은 사출 성형과 어떻게 다른가요?
실리콘 프로토타입 금형은 가격이 저렴하고 준비 시간이 짧아 소량 생산에 적합합니다. 사출 성형 금형은 가격이 더 비싸고 준비 시간이 더 오래 걸리지만, 대량 생산 시 단위당 비용이 낮아 대규모 생산 및 장기 제조에 더 적합합니다.
실리콘 쾌속 프로토타이핑은 언제 선택해야 할까요?
10개에서 100개 이상의 시제품, 유연하거나 고무 재질의 부품, 신속한 설계 검증 또는 저비용의 과도기적 생산이 필요할 때 실리콘 쾌속 프로토타이핑을 선택하십시오. 이 공정은 양산 금형 없이도 대량 생산 부품과 유사한 품질의 부품을 생산할 수 있습니다.
NOBLE은 설계부터 생산까지 실리콘 고속 프로토타이핑 서비스를 제공할 수 있습니까?
물론이죠! NOBLE은 전 과정에 걸친 지원을 제공합니다.
설계 검토를 통해 문제를 조기에 파악할 수 있습니다. 프로토타입 제작은 설계를 검증하는 데 사용됩니다. 실리콘 사출 성형을 통해 금형을 제작합니다. 플라스틱 및 금속 가공을 통해 다른 부품들을 제작합니다. 표면 마감 처리를 통해 부품을 최종적으로 완성합니다. 조립을 통해 모든 부품을 결합합니다. 생산량이 증가함에 따라 생산 지원을 유연하게 조정할 수 있습니다.
