실리콘 3D 프린팅: 실제 실리콘을 인쇄할 수 있습니까?

열악한 환경에서 밀봉하고, 구부리고, 구부리고, 견뎌야 하는 부품을 설계할 때 실리콘이 선택되는 소재인 경우가 많습니다. 그러나 맞춤형 실리콘 부품을 제작한다는 것은 일반적으로 긴 리드 타임, 값비싼 툴링 및 개발 중 제한된 유연성을 의미합니다. 촉박한 마감 기한으로 운영할 때 이는 주요 병목 현상이 될 수 있습니다. 

실리콘 3D 프린팅은 금형 없이 기능적인 성능 등급 실리콘 부품을 생산할 수 있고 필요에 따라 자유롭게 테스트, 조정 및 생산할 수 있는 유용한 대안을 제공할 수 있습니다. 

이 블로그에서는 작동 방식, 어려운 이유, 자동차, 산업 및 기타 응용 분야에서 가장 큰 영향을 미치는 부분을 분석합니다.

실리콘을 3D 프린팅하는 이유는 무엇입니까?

실리콘은 다른 substances. 3D에서는 함께 찾을 수 없는 여러 특성을 지닌 독특한 소재입니다. 공정으로 인쇄는 기존 제조에 비해 여러 가지 이점을 제공합니다. 먼저 실리콘 소재의 이점을 살펴보겠습니다. 

실리콘 소재의 장점 

유연성과 탄력성 

실리콘의 분자 구조는 탁월한 유연성과 탄성 회복력을 제공합니다. 균열이나 형태 손실 없이 구부리고, 늘리고, 압축하고, 반동할 수 있어 역동적인 움직임이 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 반복적인 사이클 후에도 모양과 성능을 유지하는 능력은 열가소성 엘라스토머와 차별화됩니다. 

열 안정성 

실리콘은 뛰어난 기계적 및 화학적 안정성으로 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동합니다. 고온에서 지나치게 부드러워지지 않고 저온에서도 유연성을 유지하므로 씰에 매우 적합합니다. 이러한 열 탄력성은 부품이 종종 열 순환이나 지속적인 열 응력에 노출되는 자동차, 항공우주 및 산업 환경에서 특히 유용합니다. 

내화학성 및 내환경성 

실리콘은 다음에 대한 탁월한 저항성 덕분에 많은 고무 및 플라스틱보다 돋보입니다. 

• 화학 물질 및 용제 
• 오일 
• 자외선 
• 습도 및 습기 유입 

따라서 실외 응용 분야, 열악한 처리 환경 및 유체와의 접촉과 관련된 상황에 이상적입니다. 일반적인 용도로는 씰, 개스킷, O-링 및 보호 커버 등 화학 물질, 오일 또는 풍화에 대한 내구성이 필수적인 모든 곳에 사용됩니다. 

내구성과 기계적 강도 

부드러움에도 불구하고 실리콘은 정적 및 동적 하중 모두에서 높은 인열 저항성, 치수 안정성 및 피로 내성으로 잘 알려져 있습니다. 시간이 지나도 부서지기 쉽지 않으며 얇은 단면에서도 압축이나 반복적인 굴곡에도 잘 견딥니다. 따라서 다양한 응용 프로그램에서 강력한 선택이 가능합니다. 

생체 적합성 

실리콘은 세포독성과 같은 생체 적합성 표준을 충족하도록 제조될 수 있습니다. 이로 인해 실리콘은 소비자 웨어러블 및 의료 기기와 같이 피부 접촉과 관련된 응용 분야에서 신뢰할 수 있는 소재가 되었습니다.

3D 프린팅 실리콘 의 장점

실리콘 부품을 생산할 때 적층 제조는 다른 방법에 비해 여러 가지 이점을 제공합니다. 특히 속도, 효율성 및 설계 유연성으로 인해 AM은 툴링 및 소량 실리콘 생산에 유용합니다. 

툴링 필요 없음

실리콘 부품에는 일반적으로 사출 금형 인서트 또는 압축 툴링이 필요하며, 이는 특히 소량, 맞춤화 또는 테스트 실행의 경우 생산 데 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다. 3D 프린팅을 사용하면 CAD 모델에서 직접 부품을 생산할 수 있으므로 하드 툴링이 필요하지 않습니다. 이것이 당신에게 의미하는 것: 

• 리드 타임 단축 – 몇 주 가 아닌 며칠

• 초기 비용 절감 – 강철 공구 에 대한 투자 불필요

• 소량 생산을 위한 진입 장벽 낮추기, 맞춤형 솔루션 

설계의 자유 

실리콘 몰딩에는 내재된 한계가 있습니다: 언더컷, 얇은 벽 및 내부 채널에는 복잡한 금형 설계, 분할선 또는 다단계 fabrication. 3D 인쇄가 필요한 경우가 많으므로 엔지니어는 다음을 수행할 수 있습니다. 

• 자유형 형상 및 유기적 모양 만들기
• 내부 격자, 유체 채널 또는 살아있는 경첩 과 같은 기능적 특징 통합
• 부품을 하나의 인쇄 물로 결합하여 구성 요소 수 감소

이는 제조 가능성이 아닌 성능에 최적화된 엘라스토머 구성 요소를 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다. 

소량 생산 

수백 또는 수천 개의 부품을 생산하는 회사의 경우 기존 실리콘 제조는 비용, 속도 및 유연성 사이에서 적절한 균형을 맞추지 못하는 경우가 많습니다. 실리콘 3D 프린팅은 생산량이 너무 적어 사출 성형을 정당화할 수 없을 때 실용적인 대안을 제공합니다. 

• 소규모에서 비용 효율성 – 소규모 툴링 또는 금형 반복으로 인한 부품당 비용 급증을 방지합니다. 
• 단기 사용자 정의 – 단일 인쇄 실행 으로 여러 설계 변형 또는 고객별 형상을 생성합니다.

따라서 3D 프린팅은 교량 생산, 파일럿 프로그램 및 시장 테스트에 이상적이며, 팀은 전통적인 제조 병목 현상 없이 프로토타입에서 제품으로 자유롭게 이동할 수 있습니다. 

맞춤화 및 개인화 

3D 프린팅 실리콘의 가장 강력한 장점 중 하나는 개인의 요구에 맞는 맞춤형 부품을 만들 수 있다는 것입니다. 생산은 금형이나 단단한 툴링에 의존하지 않기 때문에 추가 비용이나 지연 없이 각 인쇄가 고유할 수 있습니다. 이 기능은 편안함, 적합성 또는 환자별 요구 사항이 중요한 영역에서 특히 유용합니다. 

• 웨어러블: 디자이너는 사용자의 손목이나 손의 윤곽에 맞는 스트랩, 그립 및 인클로저를 제작하여 편안함과 성능을 모두 향상시킬 수 있습니다. 

• 의료 기기: 환자별 씰, 소프트 터치 구성 요소 및 생체 적합성 인터페이스를 필요에 따라 생산할 수 있어 더 나은 결과를 지원하고 임상 요구 사항에 더 빠르게 적응할 수 있습니다. 

• 소비재: 브랜드는 개인화된 인체공학, 미학 또는 기능적 특징을 대규모로 제공하여 전통적인 제조 오버헤드 없이 차별화를 제공할 수 있습니다. 

툴링의 한계를 제거함으로써 실리콘 3D 프린팅은 진정한 대량 맞춤화를 가능하게 합니다. 단일 환자, 테스트 시장 또는 개인의 핏과 느낌에 따라 번창하는 제품 라인을 지원할 수 있습니다.  

재료 효율성 및 지속 가능성 

적층 제조는 본질적으로 기계 가공이나 성형과 같은 기존 방법보다 낭비가 적습니다. 실리콘은 필요한 곳에만 인쇄되며 과잉을 최소화합니다. 추가 혜택은 다음과 같습니다. 

• 스크랩 및 과잉 생산 감소
• 에너지 사용량 감소(특히 가열된 공구 또는 대형 프레스를 피하는 경우) 
• 낮은 재고 및 현지화된 생산 을 지원하는 보다 민첩하고 수요 중심적인 워크플로우

린 운영 또는 지속 가능성 목표에 중점을 둔 조직의 경우 3D 프린팅은 실리콘 부품을 생산하는 더 깨끗하고 반응성이 뛰어난 방법을 제공합니다. 

산업 전반에 걸친 응용 분야

자동차: 내열성, 난연성 실리콘 부품

자동차 부품은 엔진룸 및 차체 하부 어셈블리와 같은 가혹한 고온 환경에 직면하는 경우가 많습니다. 실리콘의 자연 온도 저항성은 열 안정성이 타협할 수 없는 이러한 요구 사항에 매우 적합합니다.

주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 장기간의 열 순환 및 가혹한 화학 물질에 노출된 후에도 유체 또는 공기 누출을 방지하는 개스킷 및 씰
• 소음, 진동 및 충격(NVH) 구성 요소(예: 절연기 또는 댐퍼)
• 난연성과 전기 절연성이 중요한 전선 및 케이블 보호

열 성능 외에도 적층 제조를 사용하면 예비 부품이나 크고 값비싼 금형을 보관할 필요 없이 필요한 것만 인쇄할 수 있습니다. 이는 애프터마켓 부품이나 생산량이 가변적인 반응형 제조에 특히 유용합니다.

이제 진정한 FR 기능을 제공하는 3D 프린팅 실리콘 부품을 통해 자동차 엔지니어는 설계 및 규제 성능 요구 사항을 모두 충족하는 재료에 대한 새로운 옵션을 얻을 수 있습니다.

항공우주 및 철도: 난연성, FST 준수 부품

항공우주, 철도 및 기타 운송 산업에서 재료는 까다로운 환경에서도 기계적 성능을 유지하면서 엄격한 화염, 연기 및 독성(FST) 요구 사항을 충족해야 합니다. 실리콘의 자연적인 내열성 및 화학적 안정성은 새로 출시된 난연제(FR) 제제와 결합되어 이러한 분야에 매우 적합합니다.

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 내부 패널, 접근 도어 및 서비스 구획용 씰 및 개스킷
• 배선, 커넥터 및 민감한 전자 장치를 위한 보호 커버
• 온도 변동, 진동 및 습도에 장기간 노출된 후에도 성능을 유지해야 하는 유연하고 내구성이 뛰어난 트림 또는 인터페이스 구성 요소

항공우주 및 철도 운영자는 적층 제조를 활용하여 주문형 인증 부품을 생산하고, 느리게 움직이는 예비 부품의 재고를 줄이고, 특정 차량 구성에 맞게 설계를 조정하는 동시에 FST 규제 표준을 충족할 수 있습니다.

산업용: 내구성 부품

석유 및 가스와 같은 제조, 에너지 및 중장비 부문에서 엘라스토머 부품은 화학적으로 공격적이거나 물리적으로 까다로운 환경에 배치되는 경우가 많습니다. 실리콘은 다음과 같은 이상적인 후보입니다.

• 인클로저 또는 정션 박스의 씰 및 개스킷
• 센서, 전자 장치 또는 공압 시스템을 위한 보호 하우징 및 인클로저
• 기계적 응력 또는 진동에 노출된 덮개 및 댐퍼

실리콘은 UV, 오존, 용제 및 열 변동에 대한 저항성으로 인해 많은 대체 재료보다 수명이 더 깁니다. 그리고 3D 프린팅을 통해 이제 다음을 수행할 수 있습니다.

• 비표준 장비에 맞는 형상별 부품을 신속하게 생산
• 툴링 지연 없이 마모되거나 성능이 저하된 구성품 교체
• 재고 부담을 줄이면서 주문형 예비 부품 또는 단기 생산 실행 지원

기존의 실리콘 주조 또는 성형과 비교할 때 적층 제조는 기능적이고 현장에서 사용할 수 있는 엘라스토머 부품에 대한 더 빠르고 비용 효율적인 경로를 제공합니다.

소비재: 빠른 맞춤화 및 인체공학적 디자인

개인 위생용품부터 웨어러블 기술까지 소비자 공간에서 제조업체는 부드러운 촉감, 피부 안전성 및 시각적 유연성 때문에 실리콘을 중요하게 생각합니다. 3D 프린팅하면 다음을 위한 강력한 도구가 됩니다.

• 스트랩, 그립, 부드러운 인클로저와 같은 인체공학적 웨어러블
• 비누, 화장품 또는 수지의 소량 주조를 위한 맞춤형 금형
• 소량 배치 제조를 위한 생산 등급 구성 요소 및 맞춤형 툴링

적층 제조 실리콘을 사용하면 툴링 투자 없이 폼 팩터, 크기 또는 미적 특징을 더 빠르게 조정할 수 있습니다. 그리고 실리콘이 생체 적합성을 위해 제조되면 피부 접촉 또는 편안함 중심 디자인의 문이 열립니다.

제조 엔지니어와 생산 팀에게 3D 프린팅 실리콘은 창의성, 편안함 및 성능의 보기 드문 조합을 제공합니다.

실리콘 3D 프린팅의 도전 과제 극복

실리콘은 인쇄하기 쉬운 재료가 아닙니다 – 이것이 P3 실리콘 25A가 매우 가치 있는 혁신적 이유 중 하나입니다. 부드러움, 유동 특성, 경화 요구사항 등은 역사적으로 진정한 실리콘, 심지어 많은 엘라스토머가 적층 제조와 호환되지 않게 만든 독특한 도전 과제를 제시합니다.

실리콘이 다루기 어려운 이유와 스트라타시스가 각 도전 과제를 어떻게 해결하는지 살펴보겠습니다:

인쇄 과정

연성 실리콘은 점도가 낮아 침착 후 예측 불가능하게 흐르거나 퍼질 수 있습니다. 이로 인해 특히 얇은 벽이나 세부 구조물에서 재료 배치 제어가 어렵습니다. 적절히 다루지 않으면 치수 정확도가 떨어지고 정의가 사라집니다.

스트라타시스의 해결책:

P3 DLP 인쇄 공정은 정밀한 빛 제어와 기계적 작동을 통해 흐름과 경화 타이밍을 관리하여 층층이 안정적으로 제작되도록 보장합니다.

실리콘 제형은 1926년에 설립된 실리콘 화학 분야의 세계적 선두주자 인 신에츠(Shin-Etsu)와 협력하여 개발되었습니다. 거의 100년의 경험을 바탕으로 신에츠는 유동성과 안정성 사이의 균형을 이루기 위해 P3 실리콘 25A를 설계했습니다. 이로 인해 조기 처짐이나 퍼짐 없이 깔끔한 인쇄가 가능합니다.

인쇄 정확도 및 표면 품질

부드러운 재료는 인쇄 중에 변형될 수 있어 공차와 마감 모두에 영향을 미칩니다. 표면 품질이 나쁜 것은 단순한 외관상이 아닙니다. 밀봉, 마찰, 그리고 전체 부품 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

스트라타시스의 해결책:

• P3 기술은 성형 부품 품질과 거의 일치하는 부드러운 표면 마감으로 고해상도 인쇄를 가능하게 합니다.
• 폐쇄 루프 공정 제어는 부품 간 변동성을 줄여 반복성을 보장하며, 이는 일관성이 중요한 연구개발(R&D) 및 소량 생산에서 특히 중요합니다.

비용 및 후처리

실리콘은 최종 기계적 특성을 얻기 위해 신중한 경화가 필요합니다. 불규칙하거나 불완전한 경화는 부드러운 부위나 내구성 저하로 이어질 수 있습니다. 동시에 실리콘은 '과경화'될 수 있습니다. 너무 오래 경화되면 쇼어(Shore) 가치가 올라가 고무가 원하는 부드러움 수준을 넘어 경화될 수 있습니다.

스트라타시스의 해결책:

• 오리진 프린터는 최적의 조건을 보장하기 위해 인쇄 매개변수를 측정하고 제어합니다
• 후처리는 이 특정 실리콘 화학에 최적화된 습도(85 °C, 85% RH)로 조절된 오븐에서의 가열을 포함합니다.

재료와 공정을 개선함으로써, 스트라타시스는 이전에 성형 부품 외에는 대안이 없던 엔지니어들에게도 신뢰할 수 있는 실리콘 3D 프린팅을 가능하게 합니다. 프로토타이핑이든 기능성 엘라스토머 부품을 생산하든, 재료의 무결성과 인쇄 정밀도의 조합은 측정 가능한 차이를 만듭니다.

스트라타시스 실리콘 3D 프린팅 기술

P3 DLP 기술 

스트라타시스의 실리콘 3D 프린팅 솔루션의 핵심에는 P3 DLP(digital light processing)가 있습니다 . 이는 엄격하게 제어된 광중합 공정으로, 높은 디테일, 우수한 표면 품질, 그리고 반복 가능한 부품 정확도를 제공합니다. 오픈 DLP 플랫폼과 달리, P3 기술은 폐쇄 루프 조명과 기계적 제어를 통합하여 엘라스토머와 같은 더 까다로운 재료 작업에서도 일관된 부품 품질을 제공합니다. 

이 공정은 사출 성형 부품과 매우 유사한 정확한 부품과 표면 마감을 생산합니다. 신뢰성과 정밀도 덕분에 전통적인 성형이 너무 비싸거나 느릴 수 있는 생산 보조 및 저중량 생산에 이상적입니다. 

재료 차이: 진정한 실리콘, 대체 품이 아님

하지만 인쇄 과정만으로는 고품질 실리콘을 보장하기에 충분하지 않습니다. 스트라타시스를 진정으로 차별화하는 것은 바로 그 소재입니다.

P3 실리콘 25A는 신에츠와 협력하여 개발된 진정한 실리콘으로, '실리콘과 유사한' 엘라스토머가 아닙니다. 실리콘-산소 백본은 엔지니어들이 기존 실리콘 고무에서 기대하는 열적, 기계적 특성, 화학적 특성을 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다: 

• 높은 찢어진 저항력과 반동 
• 우수한 열 안정성 (1,000시간 노화 테스트에서 입증됨) 
• 화학적 회복력과 낮은 경화 수축률 (<1%) 

3D 프린팅용 실리콘 재료를 선택할 때는 그 재료(및 부품)가 시간이 지나도 실리콘 특성을 유지하는지 확인하세요. 성능 데이터를 확인하며, 특히 노화 검사에 중점을 두세요. 열가소성 또는 열경화성 엘라스토머와 달리, 실리콘은 고온에 오랜 시간 노출된 후에도 장기적으로 특성을 유지하도록 설계되었습니다. Stratasys의 제품은 특히 자동차, 산업, 소비재 등 까다로운 응용 분야에서 기대되는 장기적 성능을 제공합니다. 

실리콘 성능 비교

150°C에서 1,000시간 노화 시험

기능적이고 소량 생산 을 위해 제작되었습니다

많은 실리콘 부품은 본질적으로 부피가 적습니다. 예를 들어, 맞춤형 씰, 공구 그립, 제품 전용 가스켓은 특히 초기 개발이나 단기 생산에서는 성형 비용이 너무 많이 듭니다. 

스트라타시스는 제조업체들이 다음을 가능하게 합니다: 

• 소량 배치 는 금형 제작을 완전히 건너뛰세요
• CAD 에서 직접 기능 부품을 출력하세요
• 설계를 빠르게 적응하고 시장에 더 빠르게 출시하세요

이로 인해 실리콘이 필요하고 부품 다양성이 많은 응용 분야에서 기능적 배포에 이상적입니다.