제조업의 세계에서 깊은 경력을 쌓은 사람으로서 저는 주변 사람들의 대화를 지켜보았습니다.3D 프린팅그리고플라스틱 사출 성형진화하다. 수년 동안 이 둘은 "새로운 것 vs. 오래된 것", "유연성 vs. 볼륨", "파괴자 vs. 왕" 등으로 서로 경쟁했습니다.
이는 시장을 보는 근본적으로 잘못된 방법입니다.
3D 프린팅(적층 가공)대체품이 아니다플라스틱 사출 성형. 그것은 내 생애에 등장한 가장 강력한 단일 보완 기술입니다. 그것은 왕을 대체하지 않습니다. 그것은 왕을 더 빠르고, 더 똑똑하고, 더 민첩하게 만듭니다.
내 고객과 내 프로젝트에서는 더 이상 "둘 중 하나"의 선택으로 보지 않습니다. 나는 이를 "언제, 어떻게" 파트너십으로 봅니다. 사출 성형은 대량 생산의 확실한 챔피언으로 놀라운 속도, 반복성 및 규모에 따른 부품당 최저 비용을 제공합니다. 높은 설치 비용과 긴 리드 타임은 잘 알려진 진입 장벽입니다. 대조적으로 적층 가공은 상각할 툴링 비용이 없는 첫 번째 부품의 속도, 복잡성, 소량 경제성의 챔피언입니다.
진짜 마법은 비교를 멈추고 통합을 시작할 때 일어납니다. 사용3D 프린팅 기술 이내에에이플라스틱 사출 성형 공정현대 제조업체가 승리하는 방법입니다. 이것이 바로 기업들이 개발 비용을 절감하고, 기록적인 시간 내에 시장에 출시하며, 보다 효율적이고 자동화된 생산 라인을 구축하는 것을 본 방법입니다.
이 게시물은 그 강력한 시너지 효과에 대한 심층 분석입니다. 저는 단순한 "프로토타입에 3D 프린팅 사용" 라인을 넘어서고 있습니다. 저는 이 두 가지 기술이 하나의 팀으로 작동하는 네 가지 고급적이고 영향력 있는 방식을 보여 드리겠습니다.
이는 3D 프린팅이 사출 성형을 지원하는 가장 직접적이고 혁신적인 방법입니다. 단지 테스트를 위해 복잡한 강철 또는 알루미늄 금형을 CNC 가공하는 데 몇 주와 수만 달러를 소비하는 대신, 몇 시간 만에 적은 비용으로 내부에서 금형 인서트를 3D 프린팅할 수 있습니다.
업계에서는 이렇게 부릅니다.신속한 툴링.
3D 프린팅된 금형은 일반적으로 범용 알루미늄 금형 베이스에 배치되는 금형 인서트 또는 완전한 금형(코어 및 캐비티)입니다. 이렇게 인쇄된 도구는 표준 사출 성형 기계에 직접 삽입됩니다.
그런 다음 ABS, PP 또는 나일론과 같은 생산 등급 플라스틱을 이 프린팅된 금형에 주입하여 진정한 기능성 부품을 만들 수 있습니다.
제가 직접 본 이점은 엄청납니다.
대폭적인 비용 절감:3D 프린팅된 금형의 가격은 100~1,000달러입니다. 간단한 가공 알루미늄 금형은 $2,000부터 시작하고, 복잡한 철강 생산 금형은 쉽게 $100,000 이상에 도달할 수 있습니다. 한 사례 연구에서 한 회사는 3D 프린팅 금형을 사용하여 6,000개의 부품을 실행하는 데 툴링 비용을 97% 절감했습니다.
믿을 수 없는 속도:아침에는 금형을 디자인하고, 오후에는 3D 프린팅하고, 저녁에는 부품을 주입할 수 있습니다. 이를 기존 금형의 리드 타임이 4~8주인 것과 비교해 보세요. 이로 인해 제품 개발 일정이 몇 달에서 며칠로 단축됩니다.
진정한 디자인 검증:이것이 가장 중요한 포인트입니다. 프로토타입은 한 가지이지만, 프로토타입에 대해 알려주지는 않습니다.제조 공정. 3D 프린팅된 금형을 사용하면 내 제품을 검증할 수 있습니다.몰딩 디자인. 다음을 테스트할 수 있습니다.
흐름:용융된 플라스틱은 어떻게 캐비티를 채우나요?
워핑:부품이 예상치 못한 방식으로 냉각되고 휘어지나요?
게이트 위치:게이트가 올바른 위치에 있습니까? 아니면 흠집이 남거나 흐름 문제가 발생합니까?
이젝터 핀 표시:는이젝터 핀부품을 깨끗하게 탈형하기 위한 올바른 위치는 무엇입니까?
3D 모델에서 결함을 찾는 것은 쉽습니다. 50,000달러짜리 강철 주형에서 결함을 찾는 것은 재앙입니다. 신속한 툴링을 통해 빠르고 저렴하게 실패할 수 있습니다.금형 설계 자체완벽해질 때까지 일주일에 2~3회. 그런 다음에야 나는 값비싼 강철을 절단하기로 결심합니다.
완벽한 실제 사례는 셰필드 대학교 AMRC(Advanced Manufacturing Research Center)에서 나왔습니다. 그들은 폴리머 몰드 도구를 3D 프린팅하는 프로젝트에 착수했습니다. 레진 기반 프린터를 사용한 첫 번째 시도에서는 경화 과정 후 심각한 뒤틀림이 발생하여 금형이 쓸모 없게 되었습니다.
포기하는 대신 그들은 반복했습니다. 그들은 다른 방향으로 전환했습니다.3D 프린팅 기술(선택적 레이저 소결 또는SLS) 및 다른 소재(나일론 11)를 사용했는데, 이 소재는 더 단단하고 덜 부서졌습니다. 이 새로운 금형이아직약간의 평탄도 문제가 있었지만 우수한 기계적 특성으로 인해 고정력을 견딜 수 있었습니다.사출 성형 공정. 결과는? 그들은 성공적으로 성형 부품을 생산했습니다.
간단히 말해서 이것이 신속한 툴링의 힘입니다. 그들은 여러 가지 복잡한 엔지니어링 문제(재료 선택, 뒤틀림, 부품 형상)를 훨씬 짧은 시간과 비용으로 발견하고 해결했습니다.전통적인 제조.
이 작업을 위해 모든 3D 프린터가 동일하게 제작되는 것은 아닙니다. 선택은 필요한 부품 세부 사항, 금형 수명, 사출된 플라스틱의 온도에 따라 달라집니다.
| 기술 | 금형의 핵심 소재 | 내가 그것을 사용하는 이유 |
| SLA(스테레오리소그래피) | 고온 수지(예: Formlabs 고온 수지, 경질 10K 수지) | 비교할 수 없는 디테일.면도날처럼 날카로운 모서리, 미세한 질감 또는 유리처럼 매끄러운 표면 마감이 필요할 때성형품, 나는 SLA를 선택합니다. 고온 수지는 사출 초기 열 충격을 견딜 수 있습니다. 작고 복잡한 부품에 적합합니다. |
| MJF(멀티제트퓨전) | 유리 충전 나일론(예: PA 12GB) | 견고함과 속도.수백 장의 샷을 견딜 수 있는 내구성이 더 뛰어난 금형이 필요할 때 MJF는 환상적인 선택입니다. 부품은 강하고 열적으로 안정적이며 등방성 특성이 우수합니다(모든 방향에서 강함). 표면은 SLA보다 약간 거칠지만 FDM보다 훨씬 우수합니다. |
| SLS(선택적 레이저 소결) | 나일론 11, 나일론 12(PA11, PA12) | 내구성 및 신장.AMRC 사례 연구에서 알 수 있듯이 SLS 인쇄 나일론은 견고하고 신율이 더 높습니다. 즉, 클램핑 압력에 따라 균열 없이 약간 변형될 수 있습니다. 내구성이 중요한 단순한 형상의 금형을 위한 견고한 작업대입니다. |
제가 이러한 기술을 함께 사용하는 두 번째 방법은"브릿지 툴링"또는"교량 제조."
다음 시나리오를 상상해 보십시오. 제품 디자인이 완성되었습니다. 금형을 완벽하게 만들기 위해 신속한 툴링을 사용하셨습니다. 이제 $80,000의 경화강 생산 금형을 주문했지만 리드타임은 12주입니다. 당신은...
A) 제품이 없는 상태에서 3개월을 기다려 경쟁업체가 따라잡을 수 있도록 하시겠습니까?
B) 지금 제품을 출시하고 판매를 시작하시겠습니까?
대답은 B입니다. 제가 하는 방식은 브리지 툴링을 사용하는 것입니다.
"브리지" 도구는 최초의 제품을 생산하도록 설계된 보다 견고한 3D 프린팅 금형(또는 빠르게 가공되는 알루미늄 금형)입니다.진짜생산 부품. 이는 프로토타이핑과 대량 생산 사이의 격차를 "연결"합니다.
이것은 10-50개의 부품을 위한 것이 아닙니다. 이는 최종 최종 사용 재료로 500개, 1,000개 또는 심지어 5,000개 이상의 부품을 생산하기 위한 것입니다. 고품질 MJF 또는 SLA 금형은 이러한 수량을 완벽하게 처리할 수 있습니다.
이 전략은 단순한 속도 그 이상입니다. 이는 근본적인 비즈니스 이점입니다.
시장에 먼저 진출하세요:경쟁업체가 도구 제작을 기다리는 동안 내 제품을 매장 선반에 놓거나 고객에게 배송할 수 있습니다. 많은 산업에서는 선점자 이점이 전부입니다.
초기 수익 창출:내 제품에서 현금 흐름을 생성할 수 있습니다.오늘. 그 수익은 여전히 제조되고 있는 값비싼 대량 생산 툴링 비용을 지불하는 데 도움이 될 수 있습니다.
실제 시장 테스트:이는 제품을 테스트하는 훌륭하고 위험도가 낮은 방법입니다. 초기 판매량 예측인 500,000개가 틀렸다면 어떻게 되나요? 80,000달러짜리 금형과 100,000개의 재고를 사용하는 대신 브리지 도구를 사용하여 5,000개의 부품 배치를 실행할 수 있습니다. 이를 통해 대규모 자본 지출을 시작하기 전에 실제 시장 수요를 측정할 수 있습니다.
제품 버전 관리 활성화:브리지 도구를 사용하면 소프트웨어 회사처럼 일할 수 있습니다. 브리지 도구를 사용하여 "Widget v1.0"을 시작할 수 있습니다. 그것이 판매되는 동안 저는 고객 피드백을 수집하고, 디자인을 몇 가지 수정하고, 보고서를 인쇄할 수 있습니다.새로운불과 몇 주 후인 "Widget v1.1"용 브리지 도구입니다. 하드웨어에 대한 이러한 민첩하고 반복적인 접근 방식은 다음과 같은 경우에는 불가능합니다.전통적인 제조.
플라스틱 하우징 부품이 필요한 회사인 Interroll의 사례 연구는 이를 완벽하게 강조했습니다. 그들의 생산량은 매우 다양했습니다. 사용하여둘 다3D 프린팅과 사출 성형을 통해 언제든지 수요에 맞는 프로세스를 사용하여 공급을 안정적으로 유지하고 비용을 관리하며 유연성을 유지할 수 있었습니다.
이는 성형 공장에서 가장 실용적이고 ROI가 높은 3D 프린팅 애플리케이션 중 하나이지만 아직 주목을 덜 받고 있습니다.
그만큼사출 성형 공정부품이 배출될 때 멈추지 않습니다. 부품을 냉각하거나, 점검하거나, 조립하거나, 2차 작업을 수행해야 하는 경우가 많습니다. 이를 일관되고 빠르게 수행하기 위해 우리는 지그와 고정 장치를 사용합니다.
지그:도구를 안내합니다(예: 드릴 가이드, 트리밍 가이드).
비품:특정하고 반복 가능한 위치(예: 냉각 고정 장치, 어셈블리 네스트, QC 검사 고정 장치)에 부품을 고정합니다.
전통적으로 이러한 공구는 알루미늄이나 아세탈(Delrin)을 사용해 공들여 가공했습니다. 이 작업은 느리고 비용이 많이 들며 숙련된 기계 기술자가 필요하여 고부가가치 작업(예: 금형 제작)에서 벗어나게 되었습니다.
오늘은 3D 프린팅을 해보겠습니다. 그들 모두.
현대적인 작업 현장으로 걸어가면 그 영향이 확연히 드러납니다.
속도 및 비용:기계공은 복잡한 조립 고정 장치를 만드는 데 하루 종일 200달러의 재료비를 소비할 수 있습니다. 재료비로 약 30달러를 들여 밤새 동일한 설비를 프린트할 수 있습니다. ROI는 미쳤습니다. 제조 회사인 John Crane은 3D 프린팅된 작업 고정 장치를 사용하여 기계 설정 시간을 80% 절약했습니다.
인체공학 및 무게:가공된 알루미늄 고정 장치는 무겁습니다. 8시간 교대 근무 동안 해당 고정 장치를 수백 번 들어 올리는 작업자는 피로감을 느끼게 됩니다. 다음과 같은 재료를 사용하여 동일한 고정물을 3D 프린팅할 수 있습니다.CNC 가공-등급 ABS 또는 탄소 섬유 충전 나일론으로 70-90% 더 가볍습니다. 이는 작업자의 인체공학성을 향상시키고 피로를 줄여줍니다.
완벽한 적합성:에이성형품완벽한 블록은 거의 없습니다. 복잡한 곡선, 언더컷, 갈비뼈가 있습니다. 이 복잡한 형상을 완벽하게 받쳐주는 고정 장치를 가공하는 것은 어렵습니다. 3D 프린팅을 사용하면 이는 사소한 일입니다. 난 그냥 원본부분만 가져옴3D 모델, 내 CAD 소프트웨어의 블록에서 이를 빼면 완벽하고 맞춤화된 네스트가 만들어집니다.
즉각적인 반복:Audi 공장의 한 엔지니어는 3D 프린팅을 통해 도구를 빠르게 만들고 조립 라인에서 동료의 특정 요청에 응답할 수 있다고 언급했습니다. 작업자가 "이 손잡이의 각도가 다르면 이 고정 장치가 더 좋을 것입니다."라고 말하면 컴퓨터에서 변경을 수행하고 다음날 아침 새롭고 향상된 도구를 손에 넣을 수 있습니다. 이것이 당신이 구축하는 방법입니다진심으로효율적이고 행복한 생산 라인.
Polaris 및 Medtronic과 같은 회사는 이 전략을 구현함으로써 엄청난 비용 절감과 효율성 향상을 보고했습니다. 금형을 프린팅하는 것만큼 "섹시"하지는 않지만 비용, 속도 및 생산성에 대한 일상적인 영향은 엄청납니다.
네 번째 영역은 지그와 고정 장치의 확장이지만 로봇용입니다.
현대 자동화 환경에서는플라스틱 사출성형 셀에서 로봇 팔이 회전하여 금형에서 부품을 집어 다음 스테이션(예: 트리밍 스테이션, QC 카메라 또는 컨베이어 벨트)으로 옮깁니다. 그 로봇의 "손"은EOAT(End-of-Arm Tool).
이 EOAT는 맞춤형 엔지니어링 작품입니다. 여기에는 다음이 포함될 수 있습니다.
그리퍼(공압식 또는 기계식)
진공컵
부품을 감지하는 센서
주자를 자르는 니퍼 블레이드
지그와 마찬가지로 이들은 전통적으로 알루미늄으로 맞춤 가공되었습니다. 이로 인해 엄청난 병목 현상이 발생했습니다. 제품 설계가 변경되거나 새 프로젝트가 시작될 때마다 새롭고 값비싼 EOAT가 가공되기까지 몇 주를 기다려야 했습니다.
3D 프린팅은 이러한 병목 현상을 없애고 새로운 디자인 가능성을 열어줍니다.
경량화가 핵심입니다.로봇 팔에는 최대 페이로드가 있습니다. EOAT가 무거울수록 남은 "페이로드"는 줄어듭니다.부분관성을 관리하려면 로봇이 더 느리게 움직여야 합니다. 경량 폴리머로 EOAT를 3D 프린팅하면 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 이를 통해 로봇은 더 빠르게 움직일 수 있으며, 이는 직접적으로사이클 시간전체의제조 공정. 15초 주기 시간을 0.5초만 단축해도 백만 부품 가동에 비해 수천 달러의 이익이 추가됩니다.
통합 및 복잡한 형상:이것이 정말로 우아해지는 곳입니다. 전통적인 EOAT에는 본체와 모든 진공 컵 및 공압 그리퍼를 위한 별도의 브래킷, 튜브 및 호스가 있습니다. 3D 프린팅(특히 SLS 또는 MJF)을 사용하면 모든 공기 채널을 디자인할 수 있습니다.몸에 직접적으로EOAT의. 한때 20개의 개별 부품이었던 것이 3D 프린팅된 단일 부품 1개가 됩니다. 이것은 더 가볍고 고장 지점이 적으며 조립 속도가 엄청나게 빠릅니다.
맞춤형, 컨포멀 그리퍼:고정 장치와 마찬가지로 부품의 복잡한 모양에 완벽하게 맞는 그리퍼를 디자인할 수 있습니다. 이는 투명한 광학 부품이나 긁힐 수 없는 고급 표면에 매우 중요한 보다 안전하고 섬세한 그립을 제공합니다.
자동화를 위한 신속한 프로토타이핑:새로운 자동화 셀을 설계할 때 하루에 세 가지 다른 EOAT 디자인을 3D 프린팅하고 로봇에서 테스트할 수 있습니다. 어떤 것이 가장 안정적인 그립력과 가장 빠른 사이클 타임을 제공하는지 빠르게 알아낼 수 있습니다. 이는 자동화 프로세스의 위험을 제거하며 다음과 같은 경우에는 불가능합니다.전통적인 제조.
의 논쟁플라스틱 사출 성형과 3D 프린팅끝났습니다. 전문 커뮤니티는 답을 알고 있습니다. 둘 다 필요합니다.
그들을 경쟁자로 생각하는 것은 렌치를 가져야 할지 드라이버를 가져야 할지 논쟁하는 것과 같습니다. 그것들은 다양한 작업을 위한 다양한 도구이며 진지한 건축업자라면 도구 상자에 두 가지 모두가 필요합니다.
내 작업 흐름은 이 새로운 통합 현실의 완벽한 예입니다.
나는 사용한다3D 프린팅(FDM/SLA)형태 및 적합성 검사를 위한 초기 컨셉 프로토타입을 제작합니다.
나는 사용한다3D 프린팅(SLA/MJF)창조하다신속한 툴링(인쇄된 금형) 금형 설계를 검증하고제조 공정100~500개의 부품으로결정적인생산 플라스틱.
저는 이 금형을 다음과 같이 사용합니다.브리지 툴링처음 5,000개 제품을 실행하고 제품을 시장에 출시하고 예정보다 10주 앞서 수익을 창출했습니다.
이런 일이 일어나는 동안 나는3D 프린팅(SLS/FDM)모든 사용자 정의를 만들려면지그, 고정 장치 및 EOAT자동화된 조립 및 QC 라인이 필요합니다.
내 경화강 생산 금형이 도착하면,이미검증된 디자인. 내 자동화 라인은이미구축되고 위험이 제거되었습니다. 가동 중지 시간 없이 "연결"하여 수백만 개의 부품으로 확장할 수 있습니다.
이것이 새로운 워크플로입니다.3D 프린팅와 경쟁하지 않는다플라스틱 사출 성형; 이전보다 더 빠르고 저렴하며 위험도가 낮고 효율적입니다.
