다이캐스팅과 금속 사출 성형: 차이점은 무엇인가요?

다이캐스팅이란?

다이캐스팅은 용융 금속을 금형에 붓거나 주입하는 제조 공정으로, 죽다이 공정에 일반적으로 사용되는 금속으로는 아연, 알루미늄 및 그 합금이 있습니다. 대량 생산 시 효율성이 높아 널리 채택된 이 공정을 살펴보겠습니다.

다이캐스팅은 금속을 용광로에서 녹인 후 고압으로 금형에 주입하는 방식입니다. 이 방식은 정밀하고 섬세한 디테일, 그리고 뛰어난 표면 마감을 갖춘 부품을 생산할 수 있어 널리 사용되고 있으며, 자동차, 항공우주, 전자 등의 분야에서 이러한 품질이 요구됩니다.

다이캐스팅은 일관된 품질의 균일한 부품을 생산할 수 있다는 장점 때문에 제조업체들에게 큰 인기를 얻고 있습니다. 자동차의 정교한 기어박스 부품부터 매끈하고 내구성 있는 전자 제품 케이스 제작까지, 다이캐스팅은 현대 제조의 핵심 기술로 자리 잡았으며, 특히 정밀성과 대량 생산이 중요한 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

다이캐스팅 공정

 다이캐스팅 공정에는 중력 다이캐스팅, 콜드 챔버 다이캐스팅, 핫 챔버 다이캐스팅의 세 가지 주요 유형이 있습니다.

중력 다이캐스팅
중력 다이캐스팅에서는 용융 금속을 레이들에서 반영구적 또는 영구적 금형으로 직접 주입합니다. 캐비티는 중력 외에 다른 힘 없이 채워집니다. 중력 다이캐스팅의 장점은 열처리에 적합한 우수한 기계적 성질을 가진 치밀하고 고품질의 주물을 생산할 수 있다는 것입니다. 소량에서 중량 생산에 비용 효율적입니다.

콜드 챔버 다이캐스팅
콜드 챔버 다이캐스팅에서는 용해로가 다이캐스팅 기계와 분리되어 있습니다. 각 사이클마다 정확한 양의 용융 금속이 기계의 가열되지 않은 샷 챔버에 주입됩니다. 그런 다음 유압 플런저가 2,000~20,000psi의 고압으로 금속을 다이에 밀어 넣습니다. 콜드 챔버 다이캐스팅은 알루미늄과 같이 융점이 높은 합금에 사용됩니다. 강하고 내구성 있는 부품을 생산하지만, 핫 챔버보다 사이클 시간이 느립니다.

핫 챔버 다이캐스팅
핫 챔버 다이캐스팅에서는 사출 장치가 용융 금속 풀에 잠겨 구즈넥과 피스톤을 통해 다이로 주입됩니다. 각 사이클이 시작될 때 피스톤이 수축하여 구즈넥이 용융 금속으로 채워집니다. 그런 다음 피스톤은 1,000~5,000psi의 압력으로 금속을 구즈넥을 통해 다이로 밀어 넣습니다. 핫 챔버 다이캐스팅은 아연이나 마그네슘과 같이 융점이 낮은 합금에 사용됩니다. 사이클 시간이 단축되고 기공률이 낮은 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다.

다이캐스팅 응용 분야

자동차: 다이캐스팅은 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 엔진 블록, 변속기 부품, 구조 부품 등의 부품이 이 공정을 통해 제작됩니다. 견고하고 내구성 있는 부품을 빠르고 효율적으로 생산할 수 있기 때문에 다이캐스팅은 자동차 엔지니어에게 필수적인 선택입니다.

• 엔진 구성 요소
• 기어박스
• 자동차 프레임

항공우주: 항공우주 산업에서는 복잡한 부품을 만드는 데 다이캐스팅을 중요하게 생각합니다. 정도 혹독한 환경을 견딜 수 있습니다. 랜딩 기어, 조종석 계측기, 엔진 부품과 같은 부품은 일반적으로 다이캐스팅으로 제작됩니다.

• 계측 하우징
• 랜딩 기어 부품
• 엔진 구성 요소

전자제품: 전자 제품에서 다이캐스팅은 커넥터, 하우징, 방열판과 같은 부품을 제작하는 데 사용됩니다. 이러한 부품은 다이캐스팅을 통해 높은 열전도도를 가진 복잡한 디자인을 구현할 수 있어 이점을 얻습니다.

• 방열판
• 커넥터
• 인클로저

금속 사출 성형이란?

금속 사출 성형(MIM)은 중간 규모에서 대량으로 복잡한 부품을 생산할 수 있는 제조 공정을 제공합니다. 밈 플라스틱 사출 성형에서 발견되는 디자인의 자유로움과 모양의 복잡성을 금속의 뛰어난 강도와 무결성과 결합했습니다.

MIM에 대한 간략한 개요는 다음과 같습니다.

• 재료: MIM에서 선택하는 재료에는 일반적으로 스테인리스강과 같은 철금속이 포함되는데, 이는 최종 제품에 상당한 강도와 내구성을 제공합니다.
• 강도와 정밀도: MIM 부품은 뛰어난 강도와 정밀성으로 유명합니다. 엄격한 공차를 유지하므로 산업 그리고 의료 응용 프로그램.
• 복잡한 형상과 얇은 벽: MIM을 사용하면 기존 금속 가공 공정에서는 어렵거나 불가능했던 복잡한 기하학적 구조와 얇은 벽을 가진 부품을 제작할 수 있습니다.

금속 사출 성형 공정

MIM에 대한 이해는 기본 자료부터 시작됩니다. 원료 미세 금속 분말과 고분자 바인더 재료로 구성됩니다. 이 공정에 사용되는 일반적인 금속으로는 스테인리스강, 티타늄, 니켈 합금, 구리 합금 등이 있습니다. MIM은 초기 단계에서 플라스틱 사출 성형과 유사합니다. 공급 원료를 가열하여 점성이 생기고 금형 캐비티에 주입할 수 있게 됩니다.

성형된 부품이 경화되면 탈지 공정이 시작됩니다. 이 공정은 소결을 위한 부품의 준비 과정인 바인더의 대부분을 제거하는 것을 포함합니다. 소결 과정에서 부품은 고온에 노출되어 금속 입자를 결합하고 무결성을 보장합니다.

소결 후 부품이 상당히 수축된 것을 확인할 수 있습니다. 일반적으로 15~20% 정도입니다. 그러나 소결 공정을 통해 뛰어난 치수 정확도와 표면 조도를 얻을 수 있으며, 이는 후속 가공의 필요성을 최소화하는 경우가 많습니다. 금속 사출(MIM)은 재료 낭비가 적고 광범위한 마무리 작업 없이도 정밀한 공차를 유지할 수 있기 때문에 소형 부품을 대량 생산할 때 매우 비용 효율적입니다.

궁극적으로 금속 사출 성형은 제조 공정에서 품질, 효율성, 그리고 다재다능함의 독특한 조화를 제공합니다. 다양한 금속을 사용하고 경도, 인장 강도, 내열성과 같은 특정 재료 특성을 구현할 수 있다는 점은 여러 산업 분야에서 귀중한 공정으로 자리매김하고 있습니다.

금속 사출 성형(MIM) 응용 분야

금속 사출 성형(MIM)은 정밀하고 비용 효율적이며, 특히 중소형 부품의 대량 생산에 적합합니다. 복잡한 형상과 우수한 표면 마감을 구현할 수 있어 다양한 산업 분야에서 MIM이 활용되고 있습니다.

항공우주 및 자동차:

• MIM은 높은 강도와 내구성으로 인해 문 손잡이, 경첩, 엔진 구성품 등의 부품을 제조하는 데 이상적입니다.

의료 및 치과:

• 의료 산업은 생체적합성이 요구되는 수술 도구, 임플란트, 브래킷을 제작할 때 MIM의 정밀성으로부터 이익을 얻습니다.

가전제품:

• 휴대전화 부품이나 카메라 조립품과 같은 소형 구성 요소는 MIM의 소형화 및 세부적인 설계 역량을 활용합니다.

총기 산업:

• MIM은 엄격한 허용 오차와 강도를 요구하는 방아쇠, 망치, 조준기 부품 등 다양한 총기 부품을 제작하는 데 사용됩니다.

일반 산업 장비:

• MIM은 대량 생산 능력과 일관성 덕분에 펌프 구성 요소, 커넥터 및 밸브 생산에 사용됩니다.

이러한 응용 분야에서 MIM은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

• 뛰어난 기계적 성질을 지닌 고밀도 소재
• 2차 작업 없이 스레드, 기어, 내부 채널과 같은 기능을 통합하는 기능
• 최종 형태에 가까운 부품 생산으로 낭비 최소화

다이캐스팅 vs MIM: 장점과 단점

다이캐스팅에 비해 MIM의 장점

1. MIM은 다이캐스팅으로는 어렵거나 불가능한, 복잡한 형상과 얇은 벽을 가진 작고 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다.
2. MIM은 철 금속, 스테인리스강, 티타늄, 니켈 합금 등 다양한 소재를 제공합니다. 다이캐스팅은 일반적으로 알루미늄, 아연, 마그네슘과 같은 비철 금속으로 제한됩니다.
3. MIM 부품은 소결 공정으로 인해 우수한 기계적 성질, 높은 강도 및 내마모성을 갖습니다.
4. MIM은 허용 오차가 더 좁고 0.3mm 이내의 정확도를 가질 수 있습니다.
5. MIM은 모든 재료를 금형에 직접 주입하기 때문에 폐기물이 거의 없습니다.

다이캐스팅에 비해 MIM의 단점

1. MIM은 복잡한 도구와 여러 가지 가공 단계 때문에 일반적으로 다이캐스팅보다 비쌉니다.
2. MIM은 다이캐스팅(100만 샷 이상)에 비해 다이 수명이 짧습니다(15만~30만 샷).
3. MIM 부품은 소결 과정에서 상당히 수축될 수 있으므로(최대 30%) 신중한 금형 설계가 필요합니다. 다이캐스팅은 수축률이 훨씬 낮습니다.
4. MIM은 초기 자동화 및 설정 비용이 높습니다.

MIM에 비해 다이캐스팅의 장점

1. 다이캐스팅은 일반적으로 MIM보다 저렴하며, 어떤 경우에는 30%가 더 저렴합니다.
2. 다이캐스팅은 MIM(15만~30만 샷)에 비해 다이 수명이 더 깁니다(100만 샷 이상).
3. 다이캐스팅은 부품을 금형에서 꺼낸 후 2차 작업이 필요 없습니다.
4. 다이캐스팅은 주조물에 다른 재료로 만든 인서트와 부품을 내장할 수 있습니다.

MIM에 비해 다이캐스팅의 단점

1. 다이캐스팅은 섬세한 특징과 얇은 벽을 가진 작고 복잡한 부품을 생산하는 데 어려움이 있습니다.
2. 다이캐스팅은 대부분 비철 금속에 국한됩니다. 철 금속은 녹는점이 매우 높아 금형 수명이 단축됩니다.
3. 갇힌 가스로 인한 기공은 다이캐스팅에서 흔히 발생하는 문제로, 기계적 강도를 감소시킵니다.
4. 다이캐스팅은 높은 압력과 용융 금속 온도를 견뎌내기 위해 값비싼 다이가 필요합니다.

요약하자면, 금속 사출성형(MIM)은 다양한 소재에서 우수한 기계적 특성을 가진 작고 복잡한 부품을 생산하는 데 탁월합니다. 하지만 다이캐스팅보다 비용이 더 많이 들고 사이클 타임이 더 깁니다. 다이캐스팅은 더 경제적이며, 비철 금속 소재의 더 간단하고 큰 부품에 적합하고 생산 시간은 더 빠르지만, 복잡한 형상과 기공 발생에 어려움이 있습니다.

비교: 금속 사출 성형과 다이캐스팅

1. 정확도 및 허용 오차

금속 사출 성형(MIM): 금속 사출 성형(MIM)은 비교적 엄격한 공차로 매우 정밀한 부품을 생산하며, 일반적으로 0.3mm 이내의 정확도를 보입니다. 이러한 정밀성은 미세 금속 분말을 사용하여 세밀하고 복잡한 형상을 구현할 수 있기 때문입니다.

다이캐스팅: 다이캐스팅은 일반적으로 우수한 치수 정확도를 제공하지만 MIM만큼 높지는 않습니다. 다이캐스팅의 일반적인 공차는 약 ±0.0005인치로 MIM에 비해 정확도가 떨어집니다. 치수가 변동될 경우 사양을 충족하기 위해 추가 트리밍이 필요한 경우가 많습니다.

2. 필요한 재료

금속 사출 성형(MIM): MIM은 철 및 비철 금속, 스테인리스강, 티타늄, 니켈 합금 등 광범위한 소재를 활용할 수 있습니다. 이러한 다재다능함을 통해 다양한 용도에 맞는 특정 특성을 가진 부품을 생산할 수 있습니다.

다이캐스팅: 알루미늄, 아연, 마그네슘과 같은 비철 금속을 주로 사용합니다. 다이캐스팅은 철 금속을 사용할 수 있지만, 이러한 재료는 녹는점이 매우 높아 금형 수명이 크게 단축될 수 있습니다.

3. 속도 비교

금속 사출 성형(MIM): MIM 공정은 혼합, 사출 성형, 탈지, 소결 등 여러 단계로 구성되므로 일반적으로 다이캐스팅보다 시간이 오래 걸립니다. 하지만 일단 생산 준비가 완료되면 MIM은 대량의 부품을 효율적으로 생산할 수 있습니다.

다이캐스팅: 빠른 생산 능력으로 유명한 다이캐스팅은 속도가 빨라 특히 대량 생산에 적합합니다. 고압 사출 기술을 사용하여 대형 부품을 빠르게 제작할 수 있습니다.

4. 표면 마감

금속 사출 성형(MIM): 일반적으로 추가 후처리가 필요하지 않은 고품질 표면 마감을 제공합니다. 소결 공정은 매끄러운 마감을 얻는 데 도움이 됩니다.

다이캐스팅: 금형에서 나온 부품은 일반적으로 표면 마감이 양호하지만, 과도한 금속은 다듬어야 할 수도 있습니다. 표면 품질은 일반적으로 MIM에 비해 중간 정도로 간주됩니다.

5. 제조 비용

금속 사출 성형(MIM): 초기 설정 및 도구 비용이 높을 수 있지만 MIM은 낭비가 줄어들고 사후 처리가 최소화되어 복잡한 부품을 대량으로 생산하는 데 비용 효율적일 수 있습니다.

다이캐스팅: 일반적으로 초기 비용이 저렴하며, 대형 부품 및 대량 생산 시 비용 효율성이 더 높습니다. 그러나 매우 복잡하거나 작은 부품의 경우 비용 효율성이 떨어집니다.

6. 곰팡이의 차이점

금속 사출 성형(MIM): MIM에 사용되는 금형은 다이캐스팅에 비해 내구성이 떨어질 수 있으며, 일반적으로 약 15만~30만 회의 사출을 지원합니다. 그러나 MIM 금형은 부품 설계를 더욱 복잡하게 할 수 있습니다.

다이캐스팅: 금형은 높은 압력과 온도를 견디도록 설계되어 내구성이 뛰어나며, 100만 회 이상의 사출 수명을 자랑합니다. 하지만 MIM 금형에 비해 부품 복잡성 측면에서 유연성이 떨어집니다.