3D 프린팅과 사출 성형: 올바른 제조 공정 선택

결론

"너무 길어서 읽지 않음" 버전을 찾고 있다면 현실은 다음과 같습니다. 3D 프린팅은 아이디어를 시험하기 위한 것입니다. 사출 성형은 이를 약속하기 위한 것입니다. 선택은 일반적으로 하나의 질문으로 귀결됩니다. 얼마나 필요합니까? * 3D 프린팅을 고수하라 500개 미만의 부품을 만들고 있거나 여전히 디자인을 수정 중이거나 내일 아침까지 "만세" 프로토타입이 필요한 경우. 툴링에 대한 선불 비용은 없지만 생산하는 모든 단일 단위에 대해 "시간세"를 지불하게 됩니다.

• 사출 성형의 방아쇠를 당겨라 1,000개 이상으로 확장할 준비가 된 순간입니다. 금형에 대한 막대한 선불 청구서를 삼켜야 하지만(5,000~50,000달러 생각) 부품당 비용은 달러에서 페니로 급락합니다.

솔직히 말해서 가장 똑똑한 팀은 실제로 하나를 선택하지 않습니다. 3D 프린팅을 사용하여 빠르고 저렴하게 실패한 다음 성형으로 전환하여 소매점에서 큰 성공을 거두는 것입니다. 이 가이드에서는 "손익분기점"이 어디에 있는지, 그리고 일반적으로 프로젝트를 시작하기도 전에 프로젝트를 죽이는 값비싼 실수를 피하는 방법을 자세히 설명합니다.

곧바로 알아보겠습니다. 디지털 파일이 있고 실제 부품이 필요합니다. 이제 일반적으로 프로젝트의 성공 여부를 결정하는 순간이 왔습니다. 아니면 엄청난 골칫거리가 됩니다. 실제로 어떻게 만드나요?

대부분의 사람들은 "새로운 학교"(3D 프린팅)와 "오래된 학교"(사출 성형) 사이의 간단한 선택이라고 생각합니다. 하지만 솔직히? 더 이상 흑백이 되는 경우는 거의 없습니다.

실제 차이점

교과서는 잠시 잊어버리세요. 실제로 일어나는 일은 다음과 같습니다.

• 3D 프린팅 마치 첨단 글루건을 사용하여 물체를 층층이 존재하게 만드는 것과 같습니다. 도구도 없고 큰 설정도 필요 없습니다. 사용자와 기계, 디지털 파일만 있으면 됩니다. 금요일까지 수천 개가 필요하다는 것을 깨닫기 전까지는 궁극적인 자유입니다.
• 사출 성형 더 폭력적입니다. 엄청난 압력으로 용융된 플라스틱을 정밀하게 절단된 강철 "동굴"에 밀어넣고 있습니다. 시작하는 데 비용이 많이 들고 설정하는 데 오랜 시간이 걸리지만 일단 기계가 윙윙거리기 시작하면 멈출 수 없는 효율성의 짐승이 됩니다.

이것이 단순한 "기술 토크"가 아닌 이유

나는 많은 창업자들이 3D 프린팅에 대해 낭만적으로 생각했지만, 단위당 비용으로 인해 제품을 판매할 수 없다는 사실을 깨닫는 것을 보았습니다. 반면에, 나는 엔지니어들이 아직 시장 테스트도 하지 않은 제품을 위해 강철 주형에 30,000달러를 투자하는 것을 본 적이 있습니다. 그것은 고통스러운 실수입니다.

인쇄가 장난감을 위한 것이고 성형이 "실제" 제조를 위한 "오래된 규칙"은 사라졌습니다. 오늘은 선이 흐려졌습니다. 교량 생산 과정을 인쇄할 수 있나요? 대개. 프로토타입을 성형해야 합니까? 때때로.

목표

나는 당신에게 강의를 하러 온 것이 아닙니다. 저는 귀하가 "최적의 지점", 즉 한 프로세스가 비용을 절약하기 시작하고 다른 프로세스가 비용을 절감하기 시작하는 정확한 순간을 찾도록 돕고 싶습니다. 우리는 리드 타임, 기계적 강도, 손익분기점에 대한 차갑고 어려운 수학 등의 투지를 살펴볼 것입니다.

실제로 프로젝트에 적합한 경로를 확인할 준비가 되셨나요? 움직여 보자.

다음에는 "3D 프린팅이란 무엇입니까?" 섹션으로 바로 넘어가볼까요? 날카롭게 유지하겠습니다.

3D 프린팅, 즉 업계에서 "적층 제조"라고 부르는 것을 살펴보겠습니다. 솔직히 이름이 모든 것을 말해 줍니다. 0부터 시작하여 필요한 곳에만 재료를 추가하는 것입니다.

벽돌이 미세하고 "메이슨"이 디지털 지도를 따르는 레이저 또는 노즐이라는 점을 제외하면 벽돌을 하나씩 집을 벽돌로 짓는 것과 같다고 생각하십시오.

현실 세계의 기술

당신은 아마 들어봤을 것입니다 FDM (로봇 글루건처럼 보이는 것) 하지만 이는 빙산의 일각에 불과합니다. 차고에서 만든 것 같지 않은 무언가가 필요하다면 다음을 살펴보세요. SLA 또는 DLP , 빛을 사용하여 액체 수지를 단단하고 유리처럼 매끄러운 부품으로 바꾸는 기술입니다. 그럼 거기에 SLS 또는 MJF —강력한 타자들. 이 제품은 레이저를 사용하여 나일론 분말을 부품으로 융합하므로 실제로 자동차 엔진이나 비행복에 사용할 수 있습니다.

좋은 사람, 나쁜 사람, 정직한 사람

사람들은 왜 그것을 좋아합니까? 속도와 자유. 오전 9시에 아이디어가 있으면 저녁 식사 때 신체적인 부분을 손에 넣을 수 있습니다. 금형도 없고, "공구"도 없고, 심술궂은 기계공의 "그런 모양을 만들 수 없습니다"라는 말도 없습니다. 부품이 한 개 또는 열 개 필요한 경우 3D 프린팅이 가장 좋은 친구입니다.

그러나 대부분의 사람들이 얼버무리는 문제는 다음과 같습니다. 느리다. 레이어별로 부품을 만드는 데는 시간이 걸립니다. 때로는 몇 시간, 때로는 며칠이 걸립니다. 그리고 "부품당" 비용에 대해 이야기해 보겠습니다. 첫 번째 부품은 가격이 저렴하지만, 1,000번째 부품의 가격은 첫 번째 부품과 정확히 동일합니다. 여기에는 물리 법칙에 대한 "대량 할인"이 없습니다.

게다가 '곡물' 문제도 있습니다. 나무와 마찬가지로 인쇄된 부품에도 레이어가 있습니다. 해당 레이어를 당기면 부품이 부러질 수 있습니다. 새로운 수지와 금속이 등장하면서 점점 나아지고 있지만 여전히 엔지니어들이 밤잠을 설치게 만드는 문제입니다.

당신을 위한 것인가요?

아직 디자인을 수정하는 중이거나 공상 과학 영화에 나오는 것처럼 보이는 몇 가지 맞춤형 부품만 필요한 경우에는 검색을 중단하세요. 당신은 당신의 승자를 찾았습니다. 하지만 창고를 채울 계획이라면? 글쎄, 그것은 완전히 다른 대화입니다.

사출 성형으로 넘어가고 싶으십니까? 시작하기에는 그렇게 골치 아픈 일이지만 일단 실행되면 너무 아름다운 이유에 대해 이야기할 수 있습니다.

이제 강력한 타자에 대해 이야기 해 봅시다. 사출 성형. 3D 프린팅이 조각가가 조각품을 세심하게 조각하는 것이라면 사출 성형은 고속 스탬프이다. 강철이나 알루미늄 블록을 가져다가 부품의 "음성" 공동을 조각한 다음 녹은 플라스틱을 그 빈 공간에 엄청나게 높은 압력으로 폭발시킵니다. 몇 초 만에 냉각되면 금형이 열리고 부품이 떨어지며 재설정됩니다. 하루에 수천 번 헹구고 반복하십시오.

앞쪽의 "벽"

직설적으로 말씀드리자면, 사출 성형을 시작하는 것은 힘든 일입니다. 단순히 "인쇄를 누르는" 것이 아닙니다. 금형을 설계해야 하는데, 이는 그 자체로 공학적 업적입니다. "구배 각도"(부품이 끼지 않도록)와 "게이트 위치"(플라스틱이 들어가는 위치)를 생각해야 합니다.

그리고 청구서가 있습니다. 괜찮은 강철 주형을 사용하면 사용 가능한 단일 부품을 생산하기 전에 쉽게 $5,000, $20,000, 심지어 $100,000까지 돌려받을 수 있습니다. 그리고 기다림? 공구가 가공되고 광택이 나는 동안 4~10주 동안 손을 잡고 기다리십시오.

왜 귀찮게?

그 모든 번거로움에도 불구하고 누군가는 왜 그런 일을 할까요? 일단 "툴링"이 완료되면 수학이 유리하게 바뀌기 때문입니다. 우리는 달러에서 페니로 떨어지는 부품당 비용에 대해 이야기하고 있습니다.

하지만 돈에 관한 것이 아닙니다. 사출 성형 부품은 강하다. 플라스틱은 층을 쌓아놓은 것이 아니라 하나의 연속적이고 가압된 덩어리이기 때문에 구조적 완전성은 세계 최고 수준입니다. 특정 질감을 원하시나요? "부드러운 터치" 마감? "페라리 레드"의 특정 색상은 무엇입니까? 사출 성형은 이를 쉽게 처리합니다. LEGO 브릭의 ABS부터 심장 판막의 의료용 PEEK까지 재료 라이브러리는 기본적으로 무한합니다.

절충안

비용 외에도 가장 큰 단점은 "갇혀 있다"는 것입니다. 금형을 절단한 후 디자인에서 실수를 발견하면 매우 값비싼 문진을 보게 되고 회계사에게 해야 할 많은 설명을 해야 합니다. 숙제를 마치고 크게 성장할 준비가 된 사람들에게 보상을 주는 과정입니다.

"주요 차이점" 섹션으로 이동해야 할까요? 여기서는 실제 "손익분기" 계산을 분석하여 어느 것이 예산을 절약하는지 확인합니다.

황동 압정에 대해 알아 보겠습니다. 의사결정 매트릭스. 여기서 이론적인 내용이 끝나고 예산이 시작됩니다. 대부분의 사람들은 여기서 마비되지만 실제로는 몇 가지 차갑고 어려운 변수로 귀결됩니다.

1. "손익분기점" 수학

이것이 큰 것입니다. 3D 프린팅을 사용하면 비용이 균일해집니다. 1개 부품을 만들든 100개 부품을 만들든 기계 시간과 재료에 대한 비용을 지불하게 됩니다. 직선입니다.

그러나 사출 성형은 막대한 수직 스파이크(공구 비용)로 시작됩니다. 그러나 더 많이 생산할수록 그 비용은 "희석"됩니다.

경험 법칙: * 1~500개 단위: 3D 프린팅은 거의 항상 승자입니다.

• 500~2,000개: 이곳은 '회색지대'이다. 부품이 얼마나 복잡한지에 따라 다릅니다.
• 2,000개 단위: 생각을 멈추고 사출 성형으로 가십시오. 부품당 절약한 비용은 결국 값비싼 금형 비용을 지불하고 일부 비용을 지불하게 됩니다.

2. 설계 유연성과 정밀도

3D 프린팅을 "무엇이든 위한 디자인"이라고 생각하십시오. 구 내부에 빈 격자 구조를 원하시나요? 괜찮아요. 3D 프린팅은 복잡성에 신경 쓰지 않습니다.

사출 성형은 다른 짐승입니다. DFM(제조를 위한 설계)이 필요합니다. 당신은 필요 구배 각도 (약간의 테이퍼) 부품이 실제로 금형 밖으로 미끄러질 수 있도록 합니다. 걱정하셔야 해요 벽 두께 — 디자인의 한 부분이 너무 두꺼우면 식으면서 "가라앉거나" 휘어질 수 있습니다. 나중에 마음이 바뀌면? 3D 파일을 변경하는 데는 5분이 걸립니다. 강철 금형을 교체하는 데는 5주와 수천 달러가 소요됩니다.

3. 강도 및 표면조도

현실적으로 말하자면, 소매점에서 구입한 것처럼 보이도록 부품이 필요한 경우 사출 성형이 최고의 표준입니다. 표면은 매끄러우며 색상은 구워져 있으며 부품은 "등방성"입니다. 즉, 모든 방향에서 동일하게 강하다는 의미입니다.

3D 프린팅은 많은 발전을 이루었지만 대부분의 부품(특히 FDM)은 여전히 ​​눈에 띄는 "겹쳐진" 모양을 유지하고 있습니다. 또한 "이방성"입니다. 이는 너무 많은 스트레스를 가하면 레이어 선을 따라 분할될 수 있다는 멋진 표현입니다.

4. 재료 선택

• 3D 프린팅: 필라멘트, 분말 또는 레진으로 변환할 수 있는 것은 제한되어 있습니다. 목록이 늘어나고 있지만 여전히 하위 집합입니다.
• 사출 성형: 플라스틱이라면 성형할 수 있습니다. 고열을 위한 유리 충전 나일론을 원하시나요? 아니면 고무처럼 느껴지는 유연한 TPE? 당신은 폴리머 왕국 전체에 대한 열쇠를 가지고 있습니다.

"언제 무엇을 사용해야 하는지" 요약과 실제 사례로 마무리할 준비가 되셨나요?

그렇다면 실제로 돈을 어디에 두나요? 이제 이론 이야기는 그만하고 일반적으로 내 책상 위에 놓인 실제 시나리오를 살펴보겠습니다.

3D 프린팅을 고수해야 할 때

솔직히 말해서, 아직 "만약" 단계에 있다면 3D 프린팅이 가장 좋은 친구입니다.

• 프로토타이핑 단계: 손으로 부품을 만져보고, 핏을 테스트하고, 월요일까지 투자자에게 "작동하는 것처럼 보이는" 모델을 보여줘야 한다면 금형을 보지도 마세요.
• 교량 제조: 이것은 똑똑한 팀이 항상 하는 움직임입니다. 디자인을 완료하고 사출 금형을 주문했지만 해당 금형은 두 달 동안 준비되지 않습니다. 이제 500개를 인쇄하여 시장에 판매하고 파종할 수 있습니다. 추진력을 살려줍니다.
• "불가능한" 기하학: 때때로 디자이너는 강철 도구로는 도달할 수 없는 내부 격자나 유기적 형태에 열중합니다. 부품이 산호 조각처럼 보인다면 프린팅이 유일한 선택일 수 있습니다.

사출 성형 시 방아쇠를 당겨야 할 때

'실험'이 끝나고 '사업'이 시작되는 시점이다.

• 높은 거래량 확실성: 5,000개를 판매할 것이라고 확신한다면 금형으로 인한 초기 고통은 몇 주 안에 보상됩니다. 취미와 생산 라인의 차이입니다.
• "소매 느낌": 귀하의 제품이 Best Buy나 IKEA의 선반에 진열되려면 “진짜”라는 느낌이 들어야 합니다. 층도 없고 거친 모서리도 없습니다. 단지 고압 성형만이 제공하는 부드럽고 무겁고 일관된 느낌입니다.
• 의료/자동차 표준: 생명이 위태로워질 때 “충분히 좋다”는 것은 선택 사항이 아닙니다. 사출 성형을 통해 수십 년 동안 테스트를 거쳐 인증된 의료 등급 수지를 사용할 수 있습니다.

치트 시트: 빠른 도구 및 재료

"어떻게"를 찾고 있다면 현재 업계에서 실제로 사용되고 있는 것이 무엇인지 빠르게 확인해 보세요.

마지막 말

하나가 다른 것보다 "더 나은"가요? 설마. 망치가 드라이버보다 나은지 묻는 것과 같습니다.

사실 제가 본 가장 성공적인 프로젝트는 어느 한 쪽을 선택하는 것이 아니라 두 가지를 모두 사용합니다. 이들은 3D 프린팅으로 프로토타입을 제작하고 이를 사용하여 "브리지" 스톡을 제작한 다음 시장에서 적합하다고 입증되면 사출 성형으로 전환합니다.

솔직히 말해서, 가장 큰 실수는 "잘못된" 기술을 선택하는 것이 아닙니다. 선택을 하기에는 너무 오랜 시간이 걸립니다. 거래량을 살펴보고 은행 계좌를 확인한 후 제작을 시작하세요. 나중에 언제든지 피벗할 수 있습니다.

맞춤화의 현실: 3D 프린팅 활용

나는 특정 문제, 즉 척추 수술을 위한 맞춤형 수술 가이드를 해결하려고 노력하는 소규모 의료 기술 회사를 기억합니다. 환자마다 척추가 다르기 때문에 "표준" 부품은 쓸모가 없었습니다.

만일 그들이 사출 성형 경로를 택했다면 그들은 물에 빠져 죽었을 것입니다. 한 번만 사용할 부품을 위해 10,000달러짜리 강철 주형을 가공하는 것을 상상할 수 있습니까? 말도 안 돼요. 사용하여 SLA(스테레오리소그래피) , 그들은 24시간 이내에 환자의 CT 스캔을 촬영하고 생체 적합성 가이드를 인쇄할 수 있었습니다. 부품당 비용은 높았지만(플라스틱 한 조각에 50달러 정도) "공구" 비용은 전혀 들지 않았습니다. 실제로 이 틈새 시장에서 3D 프린팅은 단순한 선택이 아닙니다. 그것이 사업이 존재하는 유일한 이유입니다.

피벗의 힘: 사출 성형을 통한 확장

이제 이를 "스마트한" 재사용 가능한 물병을 디자인한 스타트업과 비교해 보겠습니다. 그들은 Kickstarter에서 시작하여 3D 프린팅을 사용했습니다(특히 멀티제트퓨전 ) 처음 200개의 '베타' 단위에 대해. 피드백을 받기에는 좋았지만 주문이 5,000건에 도달하자마자 계산이 추악해졌습니다.

그들은 인쇄를 위해 주택당 거의 12달러를 지불하고 있었습니다. 과감히 고품질 알루미늄 금형에 25,000달러를 투자함으로써 그 비용을 단위당 0.85달러로 낮췄습니다. 솔직히 말해서 그 25,000달러는 당시에는 큰돈처럼 느껴졌지만 배송 첫 달 만에 그 돈을 돌려받았습니다. 이것이 바로 사출 성형의 "짐승"입니다. 오르기에는 거대한 벽이지만 반대편의 전망은 믿을 수 없을 정도로 수익성이 높습니다.

실제로 다음은 무엇입니까?

우리는 더 이상 "한 쪽을 선택"할 필요가 없는 세상을 향해 나아가고 있습니다. 혹시 들어보셨나요? 3D 프린팅 툴링 ? 매력적인 중간지대입니다. 이제 기업들은 3D 프린팅을 하고 있습니다. 스스로 곰팡이를 피우다 고온수지를 사용합니다. 프린터의 속도를 얻을 수 있지만 성형 부품의 재료 특성을 얻을 수 있습니다. 이는 기존 방법과 전혀 맞지 않는 50~100개 조각의 "중간" 작업에 적합합니다.

결론

결국, 어떤 기술이 "더 멋진지"를 선택해서는 안 됩니다. 그것은 당신의 특정한 결승선에 관한 것입니다.

• 아직도 반복하고 있나요? 인쇄하세요. * 귀하의 디자인이 "동결"되어 주문서가 꽉 차 있습니까? 성형하세요. 대부분의 경우 "분석 마비"에 갇히지 마십시오. 내가 아는 가장 성공적인 제조업체는 3D 프린터를 사용하여 빨리 실패하는 것을 두려워하지 않고 사출 성형기를 사용하여 큰 성공을 거둘 수 있는 제조업체입니다.

오늘은 어떤 것부터 시작할 준비가 되셨나요?

자주 묻는 질문

3D 프린팅은 실제로 사출 성형보다 "저렴"합니까?
솔직히? 처음에만. 부품 하나를 만드는 경우 10,000달러짜리 금형 비용을 지불하지 않기 때문에 3D 프린팅이 매우 저렴합니다. 그러나 특정 수량(보통 500~1,000개 정도)에 도달하면 프린팅의 "부품당" 비용이 악화되기 시작합니다. 택시와 자동차 구매를 생각해보세요. 한 번만 이동할 때는 택시가 더 저렴하지만 매일 100마일을 운전한다면 차량을 소유하는 것이 더 좋습니다.

두 프로세스에 동일한 디자인을 사용할 수 있나요?
아마도 그렇지 않을 것입니다. 이것은 많은 디자이너들이 빠지는 함정입니다. 3D 프린팅을 사용하면 "게으른" 디자인에서 벗어날 수 있습니다. 두꺼운 플라스틱 블록과 날카로운 내부 모서리를 가질 수 있습니다. 동일한 디자인을 사출 금형에 밀어 넣으려고 하면 휘어지거나 가라앉거나 끼일 수 있습니다. 최종적으로 부품을 성형할 계획이라면 그에 대한 설계를 시작하세요. 지금 (구배 각도와 균일한 벽 두께를 생각해보세요) 지금은 프로토타입을 프린팅하는 경우에도 마찬가지입니다.

어떤 공정이 더 강한 부품을 생산합니까?
사출 성형이 이겼습니다. 플라스틱은 압력 하에서 하나의 연속적인 용융 덩어리로 사출되기 때문에 전체적으로 구조적으로 일관됩니다. 3D 프린팅된 부품에는 "레이어"가 있으며, 이러한 레이어는 본질적으로 작은 단층선입니다. 인쇄된 부분에 잘못된 방향으로 압력을 가하면 나무 조각처럼 갈라질 수 있습니다.

부품을 얼마나 빨리 구할 수 있나요?
내일 필요하시면 인쇄하세요. 몇 시간 안에 CAD 파일에서 실제 부품으로 이동할 수 있습니다. 사출 성형은 기다리는 게임입니다. "빠른" 금형이라도 기계 가공에는 2~4주가 걸리며, 이는 실제 생산을 시작하기도 전입니다.

3D 프린팅은 플라스틱에만 적용되나요?
사실은 그렇지 않습니다. 금속 3D 프린팅(SLM/DMLS)은 항공우주 및 의료용 임플란트 분야에서 큰 비중을 차지합니다. 인베스트먼트 주조를 위해 세라믹이나 왁스로 인쇄할 수도 있습니다. 그러나 대부분의 소비자 제품에서는 일반적으로 다양한 유형의 수지와 열가소성 수지에 대해 이야기합니다.

잠깐, 금형을 3D 프린팅하면 어떨까요?
그것이 바로 지금의 "프로 움직임"입니다. 50개의 실제 성형 부품이 필요한 경우 고온 수지를 사용하여 금형 인서트를 3D 프린팅할 수 있습니다. 강철 도구에 큰 돈을 쓰지 않고도 실제 생산 재료를 테스트할 수 있는 좋은 방법입니다. 인쇄된 금형이 10,000번의 샷 동안 지속될 것이라고 기대하지 마십시오. 아마도 50번 후에는 포기할 것입니다.