유연성 잠금 해제: 3D 프린팅 실리콘 종합 가이드

Lisa Ernst · 20.03.2026 · 기술 · 15분

실리콘으로 복잡하고 유연한 물체를 제작하는 능력은 의료 기기부터 소비재에 이르기까지 수많은 산업에 혁명을 일으켰습니다. 수년 동안 엔지니어와 디자이너들은 이러한 부드럽고 유연한 부품을 생산하는 데 따르는 어려움과 씨름했으며, 종종 높은 비용과 긴 리드 타임을 마주했습니다. 이제 3D 프린팅의 혁신은 전례 없는 속도와 디자인 자유를 제공하며 이 환경을 극적으로 변화시키고 있습니다.

출처: 이 이미지는 3D 프린팅이 실리콘 부품 생산에 미치는 혁신적인 영향을 강조하며, 다양한 산업을 위해 이제 생성할 수 있는 복잡하고 유연한 물체를 보여줍니다.

간단 요약

실리콘 3D 프린팅에 대해 다룰 내용을 간단히 살펴보겠습니다:

• 직접 실리콘 3D 프린팅: Formlabs의 Silicone 40A Resin과 같은 재료의 최근 발전으로 우수한 유연성과 내구성을 갖춘 100% 순수 실리콘 부품을 직접 인쇄할 수 있습니다. 이 방식은 신속한 프로토타이핑 및 소량 생산에 이상적입니다.
• 실리콘 유사 재료: 다양한 3D 프린팅 기술(FDM, SLA, SLS)은 실리콘과 유사한 특성을 가진 재료를 제공하며, 각 재료는 정밀도, 비용, 재료 특성 측면에서 고유한 장단점을 가집니다.
• 실리콘 주조를 위한 3D 프린팅 금형: 매우 효과적인 간접적인 방법은 금형을 3D 프린팅한 다음 실제 실리콘을 부어 넣는 것입니다. 이 접근 방식은 다재다능하고 비용 효율적이며 다양한 종류의 실리콘을 사용할 수 있어 프로토타입부터 최종 사용 부품까지 광범위한 응용 분야에 적합합니다.
• 주요 고려 사항: 쇼어 경도, 경화 시간, 금형 설계(단면 vs. 양면, 환기구, 정렬 기능)와 같은 요소는 성공적인 실리콘 부품 생산에 중요합니다.

실리콘 부품과 생산 방식의 진화

소량으로 부드럽거나 유연한 부품을 생산하는 것은 종종 상당한 기술적 어려움을 안겨주며, 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸립니다. 다재다능한 합성 고무인 실리콘은 씰, 커넥터, 웨어러블, 의료 기기, 로봇 그리퍼, 주방 도구, 심지어 열 또는 전기 절연을 포함한 방대한 범위의 응용 분야에 맞게 구성될 수 있습니다. 전통적인 실리콘 생산은 주로 사출 성형, 압축 성형 또는 주조와 같은 확립된 방법을 사용합니다. 실리콘의 직접 3D 프린팅이 존재하지만, 높은 점도로 인해 정밀한 프린팅이 매우 어려웠습니다. 또한, 광경화성 수지와 달리 실리콘은 쉽게 열과 압출되지 않으며 일반적으로 UV 광으로 경화되지도 않습니다.

저렴한 실리콘 3D 프린팅 솔루션의 환경은 최근에야 등장하기 시작했습니다. 오랫동안 100% 순수 실리콘을 처리할 수 있는 실리콘 3D 프린터는 실험적이었고 막대한 비용이 발생했으며, 종종 100,000유로를 초과했습니다. 그러나 2023년은 Formlabs가 최초로 진정으로 접근 가능한 100% 순수 실리콘으로 만들어진 3D 프린팅 재료인 Silicone 40A Resin을 출시하면서 전환점이 되었습니다. Formlabs의 Pure Silicone Technology™를 기반으로 한 이 혁신적인 재료는 주조 실리콘의 바람직한 특성과 3D 프린팅의 부인할 수 없는 이점을 완벽하게 결합합니다. 이를 통해 몇 시간 내에 실내에서 순수 실리콘 부품을 생산할 수 있으며, 전통적인 금형 제작 및 주조 공정을 완전히 제거할 수 있습니다.

Formlabs를 이용한 직접 실리콘 3D 프린팅

Formlabs의 전문 3D 프린팅 솔루션을 사용하면 Form 3B+ 프린터(3499유로부터 시작)를 활용하여 기업은 이제 실내에서 100% 실리콘 부품을 제조할 수 있습니다. Silicone 40A Resin으로 인쇄된 부품은 40A의 쇼어 경도, 230%의 인장 신율, 12kN/m의 인장 강도를 나타냅니다. 이러한 견고한 특성은 반복적인 늘림, 구부림 및 압축을 통해 유연성과 내구성을 모두 요구하는 응용 분야에 이상적입니다. 이러한 3D 프린팅 부품은 또한 34%의 인상적인 복원 탄성을 자랑하며 -25°C에서 125°C까지 넓은 범위에서 화학 및 열 저항성을 유지합니다. 결정적으로 0.3mm까지 미세한 디테일을 재현할 수 있어 가장 복잡한 형상도 수용할 수 있습니다.

Silicone 40A Resin을 이용한 직접 실리콘 3D 프린팅은 신속한 프로토타이핑, 제조 보조 도구, 툴링, 소량 생산 및 맞춤형 단일 부품 제작에 매우 유용합니다. 응용 분야는 탄성 소비재 프로토타이핑부터 자동차 부품 및 커넥터, 그로밋, 액추에이터, 키패드, 시계줄과 같은 산업 액세서리까지 다양합니다. 이 기술은 또한 제한된 수량 또는 맞춤형 씰과 같은 엔드 유즈 부품의 비용 효율적인 생산을 가능하게 합니다. 예로는 유연한 주조 금형, 고정구, 지그, 마스킹 보조 장치와 같은 고품질의 내구성 있는 맞춤형 제조 보조 도구 및 공구가 있습니다. 의료 기기 부품, 환자 맞춤형 보조기, 청각 관련 응용 분야도 이 정밀한 접근 방식으로부터 큰 이점을 얻습니다.

기업들은 이미 이러한 발전을 적극적으로 활용하고 있습니다. 예를 들어 FINIS는 스마트 수영 고글의 기능 프로토타입에 3D 프린팅된 실리콘 개스킷과 버튼을 사용했습니다. 이를 통해 FINIS 팀은 개스킷을 8시간 만에 개당 10유로에 인쇄할 수 있었으며, 이는 외부 우레탄 주조의 1,000유로 비용과 3주 소요 시간에 비해 극명한 차이를 보입니다. 자동차 부품 제조업체인 Dorman Products는 신제품 압력 테스트를 위해 맞춤형 개스킷에 실리콘 3D 프린팅을 사용했습니다. HGM Automotive Electronics는 엄격한 내부 테스트 후 Silicone 40A Resin으로 만든 3D 프린팅 부품을 최종 자동차 응용 분야에 대해 인증했습니다.

실리콘 유사 재료 및 대안

직접 실리콘 3D 프린팅은 분명한 이점을 제공하지만, 다른 3D 프린팅 방식은 매력적인 실리콘 유사 특성을 가진 재료를 제공합니다.

FDM 3D 프린팅

융합 적층 모델링(FDM)은 45A에서 90A까지의 쇼어 경도를 가진 유연한 재료로 열가소성 폴리우레탄(TPU)과 열가소성 엘라스토머(TPE)를 제공합니다. FDM 대안의 주요 장점은 프린터와 재료 모두에 대한 더 저렴한 가격입니다. 그러나 FDM은 일반적으로 낮은 정밀도, 감소된 치수 정확도, 제한된 해상도 및 전반적으로 낮은 부품 품질, 강도 및 디자인 자유도를 보입니다. 실리콘 유사 FDM 재료는 일반적으로 표준 실리콘보다 견고성이 낮고, 식품 안전성이 없으며, 내열성이 낮고, 색상 및 투명도 옵션이 적습니다.

SLA 3D 프린팅

광경화성 수지 조형(SLA) 3D 프린팅은 실리콘 유사 프로토타입 또는 최종 사용 부품을 위한 높은 정밀도와 다양한 재료를 제공합니다. SLA 부품은 FDM보다 부드러운 표면 마감과 더 나은 디자인 자유도를 나타냅니다. 실리콘 유사 SLA 수지는 일반적으로 실제 실리콘보다 견고성이 낮고, 식품 안전성이 없으며, 일반적으로 생체 적합성이 없습니다(일부는 피부에 안전할 수 있음). 또한 내열성이 낮습니다. SLA 재료는 반투명하고 착색될 수 있으며, 30A에서 90A까지의 쇼어 경도로 제공됩니다. 예를 들어 Formlabs는 Elastic 50A Resin, Flexible 80A Resin, Rebound Resin을 훌륭한 실리콘 유사 SLA 재료 대안으로 제공합니다.

SLS 3D 프린팅

선택적 레이저 소결(SLS)은 높은 정확도와 제한 없는 디자인 자유도를 특징으로 하는 산업 응용 분야에 일반적으로 사용되는 적층 제조 공정입니다. 실리콘과 유사한 특성을 가진 SLS 재료에는 45A에서 90A까지의 쇼어 경도를 가진 TPU, TPE, TPA가 포함됩니다. Formlabs의 TPU 90A 파우더는 높은 파단 신율과 증가된 인장 강도를 가진 내구성이 뛰어난 제품에 적합한 특히 탄성 있는 엘라스토머입니다. 이 파우더는 유연하고 피부에 안전한 프로토타입 및 웨어러블, 패딩, 댐퍼, 그리퍼, 씰, 밑창, 부목, 보철물과 같은 최종 사용 부품에 널리 사용됩니다. 실리콘 유사 SLS 재료로 생산된 부품은 치수 정확도가 높고, 내구성이 있으며, 내마모성 및 내마모성이 뛰어나며, 가장 높은 내열성을 제공합니다. 후처리를 통해 SLS 부품은 생체 적합성, 피부 안전성 및 식품 안전성을 갖출 수 있습니다. SLS의 단점은 제한된 색상 및 투명도 옵션과 냉각 중 얇은 벽 디자인의 잠재적인 뒤틀림입니다.

3D 프린팅 금형을 이용한 실리콘 부품 제작

3D 프린팅의 또 다른 중요한 응용 분야는 실리콘 부품의 금형 및 주조를 위한 신속한 툴링 제작입니다. 이를 통해 제조업체는 실리콘 부품의 프로토타이핑과 대량 생산 간의 격차를 효과적으로 해소할 수 있습니다.

금형 설계 공정은 CAD 소프트웨어에서 시작되며, 디자이너는 압축 성형, 사출 성형, 오버몰딩 또는 심지어 소모성 금형에 적합한 금형을 세심하게 만듭니다. 그런 다음 Formlabs와 같은 SLA 3D 프린터와 적합한 수지를 사용하여 금형을 정밀하게 인쇄합니다. 인쇄 후 금형을 채우기 위해 보호 코팅 및 이형제를 적용하는 등 세심한 준비가 필요합니다. 원하는 실리콘 재료를 준비한 다음 금형에 붓습니다. 탈형 후 실리콘 부품을 세심하게 다듬고 필요한 경우 후처리합니다. 이러한 실내 신속 툴링은 일련 생산 전에 설계 및 재료 선택의 중요한 검증을 가능하게 하고 맞춤형 최종 사용 부품의 효율적인 제작을 가능하게 합니다.

Google ATAP과 같은 회사는 3D 프린팅된 복제품을 사용하여 비용을 100,000달러 이상 절감하고 테스트 주기를 3주에서 단 3일로 단축했습니다. Dame Products는 3D 프린팅된 금형을 사용한 인서트 몰딩을 통해 베타 프로토타입의 내부 하드웨어를 실리콘으로 아름답게 캡슐화합니다. Psyonic은 보철 손가락에 실리콘 인서트 몰딩을 사용하며, 이는 단단한 3D 프린팅 코어에 실리콘이 오버몰딩된 것입니다. RightHand Robotics와 같은 로봇 제조업체는 동일한 공정을 사용하여 고급 로봇용 그리퍼를 생산합니다. 유명한 주방 도구 제조업체인 OXO는 2성분 실리콘 압축 성형을 위한 3D 프린팅 다이를 사용하여 씰과 같은 고무와 같은 부품의 프로토타이핑에 3D 프린팅을 사용합니다. 의료 기술 회사인 Cosm은 SLA 3D 프린터로 금형을 인쇄하고 생체 적합성 실리콘을 주입하여 환자 맞춤형 페사리를 제조합니다. 3D 프린팅을 통한 맞춤형 이형기 제작은 보청기, 청력 보호구, 이어버드에 대한 광범위한 응용 분야로 청각학에 혁명을 일으켰습니다. Dreamsmith Studios의 Jaco Snyman은 또한 하이퍼 리얼리스틱 실리콘 복제품 및 마스크를 위해 3D 프린팅된 금형을 능숙하게 사용했습니다.

출처: property24.com

여기에 사진이 찍힌 Jaco Snyman은 Dreamsmith Studios를 위해 Dreamsmith Studios를 위해 하이퍼 리얼리스틱 실리콘 복제품과 마스크를 만들기 위해 3D 프린팅된 금형을 효과적으로 활용했습니다.

실리콘은 실리콘 사슬을 포함하는 폴리머로 구성되어 화학 촉매 반응을 통해 액체에서 고무 상태로 변환됩니다. 상온 경화(RTV) 실리콘 고무는 복잡한 표면 디테일을 포착하며, 경화 후 3D 프린팅된 금형에 화학적으로 접착되지 않습니다. 그러나 실리콘이 다공성 표면에 부어지면 기계적 결합이 가능합니다. 액체 실리콘은 2성분 또는 촉매가 있는 1성분입니다. 백금 촉매 실리콘은 더 비싸지만 더 나은 장기 치수 안정성과 낮은 수축률을 제공하는 반면, 주석 촉매 실리콘은 더 비용 효율적이지만 내구성이 떨어지고 더 큰 수축률을 보입니다. 액체 실리콘의 경화 시간은 일반적으로 10분에서 몇 시간입니다. 편리한 2성분 혼합물인 실리콘 퍼티는 손으로 혼합하며, 40A의 쇼어 경도(지우개와 유사)를 가지며, 20분 이내에 경화되고 거의 수축이 없습니다. 안전 및 적합성을 위해 재료 안전 데이터 시트는 항상 피부 및 점막 적합성 및 식품 안전성을 확인하기 위해 참조해야 합니다.

고무와 같은 재료의 쇼어 경도는 쇼어 경도 척도 A(더 부드러운 재료용) 또는 D(더 단단한 재료용)에서 정확하게 측정됩니다.

출처: super-silicon.com

이 상세한 차트는 실리콘과 같은 다양한 재료의 유연성과 강성을 이해하는 데 중요한 쇼어 경도 척도를 보여줍니다.

실리콘은 열과 추위(-25°C ~ 125°C), 다양한 화학적 영향 및 곰팡이에 강합니다. 실리콘 금형은 본질적으로 유연하고 가벼우며 파손이나 파편이 덜 발생하여 최대 700%의 인상적인 신장률을 제공합니다. 수명은 주조 빈도 및 디자인의 고유한 복잡성에 따라 달라지지만 여러 번의 주기로 재사용할 수 있습니다. 그러나 실리콘은 일반적으로 라텍스 및 유기 고무보다 비싸며 과도한 힘으로 늘리면 찢어질 수 있습니다.

단면 실리콘 금형은 평평한 면과 깊은 언더컷이 없는 디자인에 완벽하게 적합합니다. 양면 실리콘 금형은 평평한 면이 없거나 깊은 언더컷이 있는 복잡한 3D 마스터 모델을 재현하는 데 더 나은 선택입니다. 양면 금형은 명확하고 채울 수 있는 3D 공동을 형성하는 두 개의 반으로 지능적으로 나뉩니다. 원통형 돌출과 같은 정렬 기능은 금형 부품의 정확하고 일관된 정렬을 보장합니다. 또한 금형 반을 쉽게 분리할 수 있도록 경사진 떼어내기 포인트가 포함되어 있습니다. 금형의 분할선은 설계 단계에서 신중하게 고려해야 합니다. 금형에 실리콘을 부을 때는 기포를 최소화하기 위해 충분한 높이(최소 10cm)에서 공동의 모서리로 직접 흘려넣어야 합니다. 서로 달라붙지 않아야 하는 모든 표면에는 이형제를 도포해야 합니다. 실리콘의 기포는 진동 장치를 사용하거나 주의 깊고 제어된 저음을 통해 추가로 최소화할 수 있습니다.

2액형 RTV 몰딩 시스템(부가 경화)은 유연한 부품 제작에 특히 적합합니다. A30의 쇼어 경도를 가진 부어지는 2액형 실리콘 몰딩 컴파운드는 부드러운 고무에 해당합니다. 도움이 되는 맥락을 위해 A10의 쇼어 경도는 젤리 곰과 같고, A50-A70은 자동차 타이어와 같으며, A100은 단단한 플라스틱과 비교됩니다. 실리콘은 거의 수축이 없으며 종종 식품 안전하며 -50°C ~ 180°C(단기 최대 250°C)의 온도 저항성을 갖습니다. 다면 금형은 실리콘이 드래프트 각도와 약간의 언더컷을 꽤 잘 처리하기 때문에 깔끔한 탈형을 허용합니다. 릴리스 왁스 또는 PVA 래커와 같은 특수 이형제의 사용은 실리콘에서는 종종 불필요한 것으로 간주됩니다.

몰딩 컴파운드의 구성 요소는 전자 주방 저울이 매우 유용한 무게로 정밀하게 혼합됩니다. 좋은 경험 법칙은 혼합된 실리콘 약 1.3그램이 1ml 또는 1cm³의 부피를 생성한다는 것입니다. 준비된 혼합물을 금형에 조심스럽게 붓고 특정 제품에 따라 일반적으로 몇 분에서 48시간 사이의 시간 프레임 내에서 경화됩니다. 약 30분의 팟 라이프와 24시간의 경화 시간을 가진 제품은 일반적으로 많은 응용 분야에 적합합니다. 음의 금형은 누출을 방지하기 위해 페인터 테이프 또는 파워 테이프로 효과적으로 밀봉할 수 있습니다. 더 복잡하고 밀폐된 금형의 경우 환기 채널(약 1mm 두께의 구멍)을 전략적으로 제공해야 합니다. 실리콘은 중앙 주입구를 통해 모든 환기구에서 넘칠 때까지 도입됩니다. 더 작은 단면의 경우, 추가 공기를 도입하지 않고 가벼운 압력(예: 주사기 사용)을 가하는 것이 유익할 수 있습니다. 경화 후 초과 재료는 날카로운 칼로 조심스럽게 제거합니다. 탈형은 얇고 평평한 스크루 드라이버 또는 칼의 뒷면으로 조심스럽게 수행됩니다. 스프루와 환기 채널은 날카로운 면도날 또는 절단기로 깔끔하게 제거합니다. 남아있는 불완전함은 습윤된 고운 사포로 부드럽게 제거할 수 있습니다. 그런 다음 성형된 부품을 비누와 물로 철저히 씻어 잔여물을 제거할 수 있습니다. 금형은 여러 번 재사용할 수 있습니다. 환기구는 가끔 청소가 필요하며, 필요한 경우 새로운 이형제를 도포해야 합니다. 최적의 결과를 위해 연결 지점, 정렬 핀 또는 환기구를 조정하기 위해 금형 설계를 반복하고 개선하는 것이 일반적인 관행입니다.

실리콘 3D 프린팅 방법 비교 개요

프로젝트에 가장 적합한 접근 방식을 선택하는 데 도움이 될 수 있도록 다양한 실리콘 3D 프린팅 방법의 비교표를 제시합니다:

결론

3D 프린팅의 실리콘 부품 생산 통합은 중요하고 흥미로운 발전입니다. 직접 실리콘 3D 프린팅이나 3D 프린팅 금형의 전략적 사용을 통해 제조업체는 이제 필수적인 유연한 부품을 제작할 수 있는 보다 다재다능하고 비용 효율적이며 빠른 방법을 갖추게 되었습니다. 이러한 최첨단 기술은 반복적인 설계 프로세스를 지원하고, 맞춤형 제조를 촉진하며, 고도로 전문화된 응용 분야를 가능하게 하여 궁극적으로 혁신적인 제품 디자인부터 고정밀 의료 기기에 이르기까지 다양한 산업에서 혁신을 가속화합니다. 재료 과학과 프린팅 기능이 끊임없이 발전함에 따라 맞춤형 실리콘 솔루션의 가능성은 계속해서 확장되고 인상 깊을 것입니다.