CNC 가공은 대부분 금속 가공물을 다루는 작업으로 묘사됩니다. 하지만 CNC 가공은 플라스틱 가공에도 널리 적용될 뿐만 아니라, 여러 산업 분야에서 널리 사용되는 가공 공정 중 하나이기도 합니다.
플라스틱 가공이 제조 공정으로 받아들여지는 것은 다양한 플라스틱 CNC 소재가 사용 가능하기 때문입니다. 또한, 컴퓨터 수치 제어(CNC)의 도입으로 공정이 더욱 정확하고 빨라졌으며, 공차가 작은 부품 제작에도 적합해졌습니다. 플라스틱 CNC 가공에 대해 얼마나 알고 계신가요? 이 글에서는 이 공정에 적합한 소재, 사용 가능한 기술, 그리고 프로젝트에 도움이 될 수 있는 기타 사항들을 다룹니다.
CNC 가공용 플라스틱
많은 가공 가능 플라스틱은 여러 산업에서 생산하는 부품 및 제품 제조에 적합합니다. 플라스틱의 용도는 특성에 따라 달라지는데, 나일론과 같은 일부 가공 가능 플라스틱은 금속을 대체할 수 있는 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 다음은 맞춤형 플라스틱 가공에 가장 많이 사용되는 플라스틱입니다.
ABS:
아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)은 내충격성, 강도, 그리고 높은 가공성으로 유명한 경량 CNC 소재입니다. 우수한 기계적 물성을 자랑하지만, 그리스, 알코올 및 기타 화학 용매에 대한 취약성으로 인해 화학적 안정성이 낮습니다. 또한, 순수 ABS(즉, 첨가제가 없는 ABS)는 화염을 제거해도 플라스틱 폴리머가 타버리기 때문에 열 안정성이 낮습니다.
장점
기계적 강도를 잃지 않으면서도 가볍습니다.
플라스틱 폴리머는 가공성이 매우 뛰어나서 빠른 프로토타입 제작에 매우 인기 있는 소재입니다.
ABS는 낮은 녹는점을 가지고 있어 적합합니다(이는 3D 프린팅, 사출 성형과 같은 다른 신속한 프로토타입 제작 공정에 중요합니다).
인장강도가 높습니다.
ABS는 내구성이 뛰어나서 수명이 더 깁니다.
가격이 저렴합니다.
단점
열에 노출되면 뜨거운 플라스틱 연기가 방출됩니다.
이러한 가스가 쌓이는 것을 막으려면 적절한 환기가 필요합니다.
낮은 녹는점을 가지고 있어 CNC 기계에서 발생하는 열로 인해 변형이 발생할 수 있습니다.
응용 프로그램
ABS는 뛰어난 물성과 합리적인 가격으로 인해 많은 쾌속 조형 서비스 업체에서 제품 제작에 사용되는 매우 인기 있는 엔지니어링 열가소성 수지입니다. 전기 및 자동차 산업에서 키보드 캡, 전자 케이스, 자동차 대시보드 부품 등의 부품을 제작하는 데 적합합니다.
나일론
나일론 또는 폴리아미드는 내충격성, 내화학성, 내마모성이 우수한 저마찰 플라스틱 폴리머입니다. 강도(76mPa), 내구성, 경도(116R)와 같은 우수한 기계적 특성으로 CNC 가공에 매우 적합하며, 자동차 및 의료 부품 제조 산업에서의 활용도를 더욱 향상시킵니다.
장점
뛰어난 기계적 성질.
인장강도가 높습니다.
비용 효율적입니다.
가벼운 폴리머입니다.
내열성과 내화학성이 뛰어납니다.
단점
치수 안정성이 낮습니다.
나일론은 습기를 쉽게 흡수합니다.
강한 무기산에 취약합니다.
응용 프로그램
나일론은 의료 및 자동차 산업에서 프로토타입 제작 및 실제 부품 제조에 적합한 고성능 엔지니어링 열가소성 수지입니다. CNC 소재로 제조되는 부품에는 베어링, 와셔, 튜브 등이 있습니다.
아크릴
아크릴 또는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)는 광학적 특성 덕분에 플라스틱 CNC 가공에 널리 사용됩니다. 이 플라스틱 폴리머는 반투명성과 내스크래치성을 갖추고 있어 이러한 특성이 요구되는 산업 분야에 널리 사용됩니다. 또한, 인성과 내충격성 등 매우 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 저렴한 가격 덕분에 아크릴 CNC 가공은 폴리카보네이트나 유리와 같은 플라스틱 폴리머의 대안으로 자리 잡았습니다.
장점
가볍습니다.
아크릴은 내화학성과 내자외선성이 매우 뛰어납니다.
가공성이 우수합니다.
아크릴은 내화학성이 높습니다.
단점
열, 충격, 마모에 대한 저항성이 그다지 뛰어나지 않습니다.
무거운 하중을 받으면 갈라질 수 있습니다.
염소계/방향족 유기물질에 대한 내성은 없습니다.
응용 프로그램
아크릴은 폴리카보네이트나 유리와 같은 소재를 대체하는 데 적합합니다. 따라서 자동차 산업에서는 광파이프, 자동차 방향 지시등 커버를 제작하는 데, 다른 산업에서는 태양광 패널, 온실 캐노피 등을 제작하는 데에도 아크릴을 사용할 수 있습니다.
폼
POM 또는 델린(상업용 명칭)은 높은 강도와 내열성, 내화학성, 내마모성으로 인해 많은 CNC 가공 서비스 업체에서 선택하는 가공성이 뛰어난 CNC 플라스틱 소재입니다. 델린에는 여러 등급이 있지만, 대부분의 산업에서는 치수 안정성이 뛰어난 델린 150과 570을 사용합니다.
장점
이들은 CNC 플라스틱 소재 중에서 기계 가공이 가장 용이합니다.
이 제품은 내화학성이 뛰어납니다.
차원적 안정성이 높습니다.
높은 인장 강도와 내구성을 갖추고 있어 수명이 더 깁니다.
단점
산에 대한 저항성이 약합니다.
응용 프로그램
POM은 다양한 산업 분야에 적용됩니다. 예를 들어 자동차 산업에서는 안전벨트 부품 제조에 사용되고, 의료기기 산업에서는 인슐린 펜 생산에 사용되며, 소비재 산업에서는 전자담배와 수도 계량기 제조에 사용됩니다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE)
고밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 응력 및 부식성 화학물질에 대한 내성이 뛰어난 열가소성 플라스틱입니다. 인장 강도(4000PSI) 및 경도(R65)와 같은 우수한 기계적 물성을 제공하며, 이러한 요건을 충족하는 응용 분야에서는 LDPE가 이를 대체합니다.
장점
유연하고 가공이 가능한 플라스틱입니다.
스트레스와 화학물질에 대한 저항성이 매우 강합니다.
우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다.
ABS는 내구성이 뛰어나서 수명이 더 깁니다.
단점
자외선 차단성이 약합니다.
응용 프로그램
HDPE는 프로토타입 제작, 기어, 베어링, 포장, 전기 절연, 의료 장비 제작 등 다양한 용도로 사용됩니다. 빠르고 쉽게 가공할 수 있고, 저렴한 가격으로 여러 번 반복 제작할 수 있어 프로토타입 제작에 이상적입니다. 또한, 마찰 계수가 낮고 내마모성이 뛰어나 기어에 적합하며, 자체 윤활성과 내화학성을 갖추고 있어 베어링에도 적합합니다.
저밀도 폴리에틸렌(LDPE)
LDPE는 견고하고 유연한 플라스틱 중합체로, 내화학성이 우수하고 저온에서도 잘 견딥니다. 의료 부품 제조 산업에서 보철 및 교정 기구 제작에 널리 사용됩니다.
장점
튼튼하고 유연합니다.
매우 내식성이 뛰어납니다.
용접 등의 열 기술을 사용하면 쉽게 밀봉할 수 있습니다.
단점
고온 내구성이 요구되는 부품에는 적합하지 않습니다.
강성이 낮고 구조적 강도가 낮습니다.
응용 프로그램
LDPE는 맞춤형 기어 및 기계 부품, 전자 기기의 절연체 및 하우징과 같은 전기 부품, 그리고 광택이 나는 외관을 가진 부품 생산에 자주 사용됩니다. 게다가, 낮은 마찰 계수, 높은 절연 저항, 그리고 내구성 덕분에 고성능 응용 분야에 이상적인 소재입니다.
폴리카보네이트
PC는 견고하면서도 가벼운 플라스틱 폴리머로, 내열성과 전기 절연성이 뛰어납니다. 아크릴과 마찬가지로, PC는 특유의 투명성 덕분에 유리를 대체할 수 있습니다.
장점
대부분의 엔지니어링 열가소성 플라스틱보다 효율적입니다.
본래 투명하며 빛을 투과시킬 수 있습니다.
색깔이 아주 잘 어울립니다.
높은 인장 강도와 내구성을 가지고 있습니다.
PC는 희석된 산, 오일, 그리스에 대한 내성이 있습니다.
단점
60°C 이상의 물에 장시간 노출되면 분해됩니다.
탄화수소 마모에 취약합니다.
장시간 자외선에 노출되면 시간이 지남에 따라 노랗게 변합니다.
응용 프로그램
폴리카보네이트는 가벼운 특성 덕분에 유리 소재를 대체할 수 있습니다. 따라서 보안경과 CD/DVD 제작에 사용됩니다. 그 외에도 수술 도구와 회로 차단기 제작에도 적합합니다.
플라스틱 CNC 가공 방법
CNC 플라스틱 부품 가공은 컴퓨터 제어 기계를 사용하여 플라스틱 폴리머의 일부를 제거하여 원하는 제품을 만드는 과정입니다. 절삭 가공 공정은 다음과 같은 방법을 사용하여 엄격한 공차, 균일성 및 정확도를 갖춘 수많은 부품을 제작할 수 있습니다.
CNC 터닝
CNC 터닝은 선반에 공작물을 고정하고 회전 또는 선삭을 통해 절삭 공구에 대해 회전시키는 가공 기술입니다. CNC 터닝에는 다음과 같은 여러 유형이 있습니다.
직선 또는 원통형 CNC 선삭은 대형 절단에 적합합니다.
테이퍼 CNC 선삭은 원뿔 모양의 부품을 만드는 데 적합합니다.
플라스틱 CNC 선삭에는 다음을 포함하여 활용할 수 있는 몇 가지 지침이 있습니다.
마찰을 최소화하기 위해 절단면이 음의 백레이크를 갖도록 하세요.
절삭날은 큰 여유각을 가져야 합니다.
작업물 표면을 닦아 표면 마감을 개선하고 재료 쌓임을 줄입니다.
최종 절단의 정확도를 높이려면 이송 속도를 낮춥니다(대략적인 절단에는 0.015 IPR의 이송 속도를 사용하고, 정밀한 절단에는 0.005 IPR의 이송 속도를 사용합니다).
여유 공간, 측면, 경사 각도를 플라스틱 소재에 맞게 조정합니다.
CNC 밀링
CNC 밀링은 밀링 커터를 사용하여 공작물에서 재료를 제거하여 필요한 부품을 얻는 과정입니다. CNC 밀링 머신은 3축 밀링 머신과 다축 밀링 머신으로 구분됩니다.
3축 CNC 밀링 머신은 세 개의 선형 축(좌우, 전후, 상하)으로 이동할 수 있습니다. 따라서 단순한 디자인의 부품을 제작하는 데 적합합니다. 반면, 다축 밀링 머신은 세 개 이상의 축으로 이동할 수 있습니다. 따라서 복잡한 형상의 플라스틱 부품을 CNC 가공하는 데 적합합니다.
플라스틱 CNC 밀링에는 다음을 포함하여 활용할 수 있는 몇 가지 지침이 있습니다.
탄소 공구를 사용하여 탄소나 유리로 강화된 열가소성 플라스틱을 가공합니다.
클램프를 사용하여 스핀들 속도를 높입니다.
둥근 내부 모서리를 만들어 응력 집중을 줄입니다.
열을 분산시키기 위해 라우터에서 직접 냉각합니다.
회전 속도를 선택하세요.
밀링 후 플라스틱 부품의 버를 제거하여 표면 마감을 개선합니다.
CNC 드릴링
플라스틱 CNC 드릴링은 드릴 비트가 장착된 드릴을 사용하여 플라스틱 가공물에 구멍을 뚫는 작업입니다. 드릴 비트의 크기와 모양에 따라 구멍의 크기가 결정됩니다. 또한, 칩 배출에도 중요한 역할을 합니다. 사용 가능한 드릴 프레스에는 벤치형, 업라이트형, 레이디얼형 등이 있습니다.
플라스틱 CNC 드릴링에는 다음을 포함하여 활용할 수 있는 몇 가지 지침이 있습니다.
플라스틱 작업물에 스트레스를 주지 않으려면 날카로운 CNC 드릴 비트를 사용하세요.
적절한 드릴 비트를 사용하세요. 예를 들어, 대부분의 열가소성 플라스틱에는 90~118°의 드릴 비트와 9~15°의 립 각도가 적합합니다(아크릴의 경우 0° 레이크를 사용하세요).
올바른 드릴 비트를 선택하여 칩을 쉽게 배출하세요.
가공 과정에서 발생하는 더 많은 열을 완화하기 위해 냉각 시스템을 사용합니다.
CNC 드릴을 손상 없이 제거하려면 드릴링 깊이가 드릴 직경의 3~4배 미만이어야 합니다. 또한, 드릴이 소재에서 거의 빠져나왔을 때 이송 속도를 줄이십시오.
플라스틱 가공의 대안
CNC 플라스틱 부품 가공 외에도 다른 쾌속 프로토타입 제작 공정을 대안으로 활용할 수 있습니다. 일반적인 공정은 다음과 같습니다.
사출 성형
플라스틱 가공물을 다루는 대량 생산 공정으로 널리 사용됩니다. 사출 성형은 내구성 등의 요인에 따라 알루미늄이나 강철로 금형을 제작하는 과정입니다. 그 후, 용융 플라스틱을 금형 캐비티에 주입하고 냉각하여 원하는 형상을 만듭니다.
플라스틱 사출 성형은 시제품 제작과 실제 부품 제작 모두에 적합합니다. 또한, 복잡하고 단순한 디자인의 부품 제작에 적합한 비용 효율적인 방법입니다. 또한, 사출 성형된 부품은 추가 작업이나 표면 처리가 거의 필요하지 않습니다.
3D 프린팅
3D 프린팅은 소규모 기업에서 가장 일반적으로 사용되는 프로토타입 제작 방식입니다. 적층 제조 공정은 광조형(SLA), 용융 적층 모델링(FDM), 선택적 레이저 소결(SLS)과 같은 기술로 구성된 고속 프로토타입 제작 도구로, 나일론, PLA, ABS, ULTEM과 같은 열가소성 플라스틱 소재에 사용됩니다.
각 기술은 3D 디지털 모델을 생성하고 원하는 부품을 층층이 쌓아 올리는 방식을 사용합니다. 이는 플라스틱 CNC 가공과 유사하지만, CNC 가공보다 재료 낭비가 적습니다. 또한, 별도의 툴링이 필요 없어 복잡한 디자인의 부품 제작에 더 적합합니다.
진공 주조
진공 주조 또는 폴리우레탄/우레탄 주조는 실리콘 몰드와 수지를 사용하여 마스터 패턴의 복제품을 제작합니다. 신속 조형 공정은 고품질 플라스틱 제작에 적합합니다. 또한, 복제품은 아이디어를 시각화하거나 설계 결함을 해결하는 데에도 활용될 수 있습니다.
플라스틱 CNC 가공의 산업적 응용
플라스틱 CNC 가공은 정확성, 정밀성, 그리고 엄격한 공차 등의 장점으로 인해 널리 활용되고 있습니다. 이 공정의 일반적인 산업 적용 분야는 다음과 같습니다.
의료 산업
CNC 플라스틱 가공은 현재 의족이나 인공심장과 같은 의료용 가공 부품 제조에 적용되고 있습니다. 높은 정확도와 반복성을 통해 업계에서 요구하는 엄격한 안전 기준을 충족합니다. 또한, 다양한 소재 옵션을 제공하며 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다.
자동차 부품
자동차 설계자와 엔지니어 모두 플라스틱 CNC 가공을 사용하여 실시간으로 자동차 부품과 프로토타입을 제작합니다. 플라스틱은 가벼워서 연료 소비를 줄여 대시보드와 같은 맞춤형 CNC 플라스틱 부품을 제작하는 데 산업에서 널리 사용됩니다. 또한, 플라스틱은 대부분의 자동차 부품이 겪는 부식과 마모에 강합니다. 또한, 플라스틱은 복잡한 형상으로 쉽게 성형할 수 있습니다.
항공우주 부품
항공우주 부품 제조에는 높은 정밀도와 엄격한 공차를 갖는 제조 방식이 필요합니다. 따라서 항공우주 산업에서는 다양한 항공우주 부품의 설계, 시험 및 제작에 CNC 가공을 채택하고 있습니다. 플라스틱 소재는 복잡한 형상, 강도, 경량성, 내화학성, 내열성 등의 장점을 가지고 있어 널리 활용되고 있습니다.
전자 산업
전자 산업은 높은 정밀도와 반복성으로 인해 CNC 플라스틱 가공을 선호합니다. 현재 이 공정은 전선 인클로저, 기기 키패드, LCD 화면과 같은 CNC 가공 플라스틱 전자 부품 제작에 사용됩니다.
플라스틱 CNC 가공을 선택해야 하는 경우
위에서 설명한 다양한 플라스틱 제조 공정 중에서 선택하는 것은 어려울 수 있습니다. 따라서 플라스틱 CNC 가공이 프로젝트에 더 적합한 공정인지 판단하는 데 도움이 될 수 있는 몇 가지 고려 사항을 아래에 소개합니다.
엄격한 허용 오차를 갖는 플라스틱 프로토타입 설계
CNC 플라스틱 가공은 정밀한 공차가 요구되는 설계의 부품을 제작하는 데 더 나은 방법입니다. 기존 CNC 밀링 머신은 약 4μm의 정밀한 공차를 달성할 수 있습니다.
플라스틱 프로토타입에 고품질 표면 마감이 필요한 경우
CNC 기계는 고품질 표면 마감을 제공하므로 프로젝트에 추가적인 표면 마감 공정이 필요하지 않은 경우에 적합합니다. 이는 인쇄 중에 레이어 자국을 남기는 3D 프린팅과는 다릅니다.
플라스틱 프로토타입에 특수 소재가 필요한 경우
플라스틱 CNC 가공은 고온 내성, 고강도, 고내화학성 등 특수 특성을 가진 플라스틱 소재를 포함하여 다양한 플라스틱 소재로 부품을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 특수한 요구 사항을 충족하는 프로토타입 제작에 이상적입니다.
제품이 테스트 단계에 있는 경우
CNC 가공은 변경이 쉬운 3D 모델을 사용합니다. 테스트 단계에서는 지속적인 수정이 필요하기 때문에, CNC 가공을 통해 설계자와 제조업체는 기능성 플라스틱 프로토타입을 제작하여 설계 결함을 테스트하고 해결할 수 있습니다.
· 경제적인 옵션이 필요한 경우
다른 제조 방식과 마찬가지로 플라스틱 CNC 가공은 비용 효율적인 부품 제작에 적합합니다. 플라스틱은 금속이나 복합재와 같은 다른 소재보다 비용이 저렴합니다. 또한, 컴퓨터 수치 제어(CNC) 방식이 더 정확하고 복잡한 설계에도 적합합니다.
결론
CNC 플라스틱 가공은 정확성, 속도, 그리고 정밀한 공차의 부품 제작에 대한 적합성으로 인해 산업계에서 널리 사용되는 공정입니다. 이 글에서는 이 공정과 호환되는 다양한 CNC 가공 소재, 사용 가능한 기술, 그리고 프로젝트에 도움이 될 수 있는 기타 사항들에 대해 설명합니다.
적절한 가공 기술을 선택하는 것은 매우 어려울 수 있으며, 플라스틱 CNC 서비스 제공업체에 아웃소싱해야 할 수도 있습니다. GuanSheng에서는 맞춤형 플라스틱 CNC 가공 서비스를 제공하며, 고객의 요구 사항에 따라 프로토타입 또는 실시간 사용 가능한 다양한 부품 제작을 도와드립니다.
저희는 엄격하고 간소화된 선정 절차를 통해 CNC 가공에 적합한 다양한 플라스틱 소재를 보유하고 있습니다. 또한, 저희 엔지니어링 팀은 전문적인 소재 선정 조언과 설계 제안을 제공합니다. 지금 바로 설계를 업로드하시면 경쟁력 있는 가격으로 즉시 견적과 무료 DfM 분석을 받으실 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 11월 13일