3D 프린팅 금형 알아보기

안녕하세요 바로발주입니다~

오늘의 주제는 디지털 금형의 르네상스, 3D 프린팅 금형입니다!

금형 제작, 아직도 수주→가공→검수로만 진행하시나요?

 

빠르고 유연한 생산이 필요하다면 3D 프린팅 금형이 답일 수 있습니다!

 

 

 

디지털 적층 금형이란 무엇인가?

적층 제조(Additive Manufacturing, AM) 기술을 활용해 디지털 데이터 기반으로 금형을 제작하는 방식을 ‘3D 프린팅 금형’이라 부릅니다. 기존의 금속 가공 방식이 아닌, 설계 파일을 적층 출력하여 곧바로 금형으로 사용할 수 있도록 하는 흐름입니다.

 

이 방식은 특히 시제품 제작이나 소량 생산처럼 빠른 반복이 필요하며, 형상이 복잡하거나 냉각 채널 설계가 중요한 금형에서 강점을 보여줍니다. 실제로 출력 기술로는 FDM, SLA/DLP, SLS, PolyJet, DMLS/SLM 등이 활용되고 있으며, 각 기술은 재료·내열성·정밀도라는 측면에서 특징을 가집니다.

 

제조 기업은 이러한 기술을 적용 하면 설계 변경이 쉬워지게 되고, 초기 금형 제작 비용과 리드타임을 크게 줄일 수 있게 되었습니다. 예컨대 출력 후 바로 사출에 투입하거나, 브릿지 툴링(Bridge Tooling) 용도로 활용해 본격 양산으로 넘어가기 전의 개발 단계 효율을 높이는 전략이 가능합니다. 기존에는 불가능했던 내부 냉각 채널이나 언더컷 등 복잡 형상 구현도 보다 자유로워졌습니다.

 

결과적으로, 디지털 전환이 금형 제작 분야까지 확장되면서 제조 민첩성(agility)을 확보하고자 하는 기업들에게 적층 금형은 중요한 선택지로 떠오르고 있습니다.

 

 

 

 

왜 지금 ‘3D 프린팅 금형’이 뜨는가?

첫째, 소량·다품종 생산 환경에서 탁월한 유연성을 제공합니다. 대량 생산을 전제로 설계된 전통 금형 방식은 초기 비용과 리드타임이 크기 때문에 소량 생산에선 비효율적이었습니다. 하지만 3D 프린팅 금형은 수십~수천 개 단위의 생산에 적합하며, 디자인 반복과 빠른 피드백 루프를 통해 온‑디맨드(on‑demand) 형태의 생산이 가능해집니다.

 

둘째, 제품 개발 사이클이 단축됩니다. 설계 변경이 잦은 초기 개발 단계에서, CAD 파일 수정 → 출력 → 사출 테스트까지의 시간이 크게 줄어듭니다. 이는 시장 출시 시간(Time‑to‑Market)을 단축시키며 경쟁력을 높입니다.

 

셋째, 설계 자유도가 극대화됩니다. 전통 가공 방식으로 구현하기 어려운 곡면, 내부 채널, 언더컷 등이 적층 방식으로는 보다 손쉽게 설계되고 제작됩니다. 특히 냉각 채널을 제품 형상에 따라 정확히 맞춤 설계(conformal cooling)하면 냉각 시간이 단축되고, 성형 품질 및 사이클 타임을 개선할 수 있다는 보고가 있습니다. 

 

마지막으로, 제조업의 디지털화·지능화 흐름 속에서 금형 제작도 예외가 아니며, 비용절감과 민첩성 확보라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 대안으로 자리 잡고 있습니다.

 

 

 

산업 현장에서의 실제 적용 사례

산업별로 3D 프린팅 금형이 적용되는 방식은 다양합니다.

 

자동차 산업에서는 전장 부품이나 인테리어 관련 소형 부품의 시제품 제작에 적합하며, 냉각 채널을 적층 방식으로 최적화해 뒤틀림을 줄이고 높은 정밀도를 확보하는 사례가 증가하고 있습니다. 또한, 의료기기 및 소비재 분야에서는 맞춤형 생산이 필수적인 상황에서 커스터마이징에 최적화된 금형이 필요하게 됐고, 이러한 흐름 속에서 적층 금형이 빛을 발하고 있습니다.

 

예컨대, 한 제조사는 알루미늄 방식 금형 대비 3D 프린팅으로 만든 인서트 금형 제작비를 약 25% 줄였으며, 약 2,000회의 사출까지 적용한 바 있습니다.

 

이처럼 적층 금형은 단순히 시제품 단계에 머무르지 않고, 실제 생산 환경에 간헐적으로 투입되면서 유연한 생산 형태를 가능하게 만들고 있습니다.

 

 

 

적층 제조 금형에 사용되는 주요 소재와 조건

적층 금형에 쓰이는 소재는 내열성, 강도, 반복 사용 가능횟수 등에 따라 선택됩니다.

 

예컨대 고강도 수지, 고온 수지, 폴리머 분말, 금속 분말 등이 사용됩니다.

• 고강도 수지(Rigid 10K 등): 고강도·내열성을 갖춰 수백 회 수준의 사출이 가능하기도 합니다.
• 고온 수지: 약 230 ℃ 이상의 성형 조건에 대응 가능하며 엔지니어링 플라스틱 사출용으로 적합합니다.
• 폴리머(P‑L/PP) 분말 기반: SLS 방식으로 빠르게 출력 가능하고 내구성도 확보됩니다.
• 금속 분말(알루미늄, 스틸 등): 적층 방식(DMLS/SLM)을 통해 등각 냉각 채널을 구현하고 수천 회 이상 사용 가능한 금형을 만들 수 있습니다. 따라서 적층 금형을 설계·제작할 때는 “사출 조건”, “재료 물성”, “출력 방식”을 종합적으로 고려해야 합니다.

다만, 일반 수지로만 출력한 금형은 고온·고압 환경에서 변형될 수 있으므로 이형 코팅이나 알루미늄 프레임 보강 등의 후처리가 필요하다는 점이 실제로 권고되고 있습니다.

 

 

 

설계 시 반드시 고려해야 할 포인트

적층 제조 특성을 고려한 금형 설계는 단순히 기존 금형 설계 원칙을 그대로 따르는 것만으로는 부족합니다. 이른바 DFAM(Design for Additive Manufacturing) 관점이 함께 적용되어야 합니다.

 

우선 취출을 위한 드래프트 각도 확보가 필요하며, 벽 두께는 균일하게 설계해야 수축이나 균열을 최소화할 수 있습니다. 또한, 모서리나 코너에는 곡면(Radius)을 적용해 응력 집중을 완화하는 것이 좋습니다. 게이트나 환기(Vent) 설계도 재료 흐름과 성형 품질에 중요한 역할을 합니다.

 

더불어, 적층 방향을 설계 초기부터 고려해야 합니다. 출력 방향이 성형 시 발생하는 압력이나 마찰 방향과 잘 맞아야 내마모 성능이 높아집니다. 마지막으로 출력 후에는 표면 품질을 위해 연마·샌딩·코팅 등의 후처리가 필요할 수 있습니다.

 

이처럼 적층 금형 설계는 출력 방식과 사출 공정을 연결해 전체 생산 프로세스를 고려한 접근이 요구됩니다.

 

 

 

전통 금형 대비 적층 금형의 변화

3D 프린팅 금형은 전통 금형 보다 단순히 제작 방식만이 다른 것이 아니라, 생산 전략과 전체 비용구조까지 바꿉니다.

 

일반적으로 전통 금형은 제작 기간이 2~4주, 초기 비용이 수백~수천만 원에 이르며 수천~수십만 회의 반복 사용에 적합합니다. 반면 적층 금형은 제작 기간이 1~5일로 단축될 수 있고, 비용도 수십~수백만 원 수준으로 떨어지며, 반복 수명은 수십~수천 회 수준에 그칠 수 있습니다.

 

또한 설계 자유도가 매우 높아 복잡한 형상이나 내부 채널을 구현할 수 있고, 소량 생산이나 브릿지 툴링 등에 특히 적합합니다. 환경 측면에서도 칩 배출량이 적고 소재 낭비가 적다는 장점이 있습니다.

 

결과적으로, 대량 생산용 금형이 아닌 “유연하고 변화하는 생산환경”에는 적층 금형이 새로운 기준이 되고 있습니다.

 

 

 

앞으로 다가올 디지털 금형 기술의 미래

금형 제조 분야 역시 디지털 전환과 함께 진화하고 있습니다.

 

향후에는 AI를 활용한 냉각 채널 자동설계, 디지털 트윈을 통한 금형 수명 및 공정 예측, 세라믹·금속 적층금형의 상용화 확대, 출력 후 자동화 폴리싱 로봇 등의 후처리 자동화가 주목됩니다.

 

또한, 적층 제조와 사출 성형을 혼합한 하이브리드 금형 전략이 확대될 가능성도 커지고 있습니다. 예컨대 출력된 인서트를 기존 금속 프레임에 결합해 내구성과 설계 유연성을 모두 확보하는 방식이 그러합니다.

 

결국, 적층 금형은 단순한 기술 변화가 아니라 금형 산업 자체의 패러다임을 바꾸고 있으며, 앞으로는 더욱 ‘디지털화된 금형 설계·생산’이 표준이 될 것입니다.

 

 

 

3D 프린팅 금형은 이제 실험적 기술이 아니라 제조 현장에서 본격적으로 채택되고 있는 솔루션입니다.

 

제품 개발 초기단계부터 커스터마이징, 한정판 생산, 브릿지 툴링, 기능성 프로토타입 등에 이르기까지, 제조 민첩성을 높이면서도 시간·비용 절감, 설계 유연성 확보라는 두 가지 핵심 가치를 동시에 실현하고 있습니다.

 

제조 프로세스의 속도와 변화 대응력을 높이고자 한다면, 지금이 바로 ‘3D 프린팅 금형’ 도입을 진지하게 검토해야 할 시점입니다.

초기 설계부터 믿을 수 있는 전문가인 저희 바로발주와 함께 성공적인 금형 제작하시길 바랍니다!

 

 

 

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