일론 머스크는 “만약 물건을 만들지 않으면 아무것도 없다”고 말했습니다. 너무 간단하게 말했지만 사실입니다. 이번 글에서는 프로토타입 개발 단계에서 광 확산 특성을 모방하기 어려운 점 관련해서 살펴보도록 하겠습니다.
광 확산이란?
광 확산의 사전적 정의는 “반사 또는 투과에 의해 광이 산란되는 것”입니다.
확산 반사는 광이 불투명한 창이나 불투명하거나 코팅된 전구의 표면과 같은 불규칙한 표면에 닿을 때 발생합니다.
확산된 광은 물체를 감싸는 것처럼 보이지만 확산된 광은 더 부드러우며 직사광선의 불편한 눈부심을 나타내지는 않습니다.
광을 확산시키는 부품을 만들고 싶어 하는 많은 사람들이 있습니다.
부품 뒤나 아래에는 LED 광원이 있는 경우가 많습니다.
때로는 부품이 특정 경도 요구 사항을 충족하는 부드러운 소재인 경우도 있고 때로는 재질이 단단한 플라스틱인 경우도 있습니다.
확산광을 방출하는 부품을 만드는 방법
플라스틱 부품에 빛을 확산시키는 일반적인 방법 중 하나는 사출 성형 공정이나 진공 주조 공정 중에 플라스틱 부품 내부에 광 확산제를 첨가하는 것입니다.
아래 사진에서 알 수 있듯이 “미립자”는 우리가 “광 확산제”라고 부르는 것입니다.
이러한 광 확산제는 일반적으로 나노황산바륨, 탄산칼슘, 실리카 등으로 이루어져 있으며, 현미경으로 관찰해보면 매우 작은 구슬 형태입니다.
기본 수지는 투명 PC, 사출 성형에 사용되는 PMMA 또는 진공 주조에 사용되는 폴리우레탄일 수 있습니다.
플라스틱 부품의 빛을 확산시키는 또 다른 일반적인 방법은 플라스틱 표면에 확산제를 코팅하는 것입니다.
예를 들어 투명한 PC, PMMA 또는 폴리우레탄 부품을 만든 후입니다.
유리구슬의 얇은 층(원래 유리구슬은 투명함)이 부품 표면에 분사될 수 있는데, 이 경우 유리구슬이 확산제 역할을 합니다.
이 방법의 또 다른 확산제는 VDI36과 같은 투명 입자 페인트를 분무하는 것입니다.
다음 부품은 CNC 가공된 투명 PMMA 부품인데요. 투명하게 광택 처리한 후 VDI36 그레인 페인트를 적용했습니다.
A. 확산 부품 제작의 어려움
위에서 말씀드린 확산 프로토타입 제작 방법을 통해 알 수 있듯이, 부품을 확산시키는 것은 매우 간단하지만, 실제로 원하는 빛의 양만큼 부품을 확산시키는 것은 어렵습니다.
FWHM(Full-Width Maximum) 및 HA(Half Angle)는 빛 확산을 정량화하는 데 사용되는 값으로 광원 아래에서 플라스틱의 빛 확산 성능을 설명하는 데 일반적으로 사용됩니다.
FWHM 및 HA의 경우 값이 높을수록 빛 확산량이 많아집니다.
“WAYKEN” 업체에서 실시한 특정 프로젝트에서 확산 수준 FWHM을 70°보다 크게 지정해 많은 프로토타입을 만들었지만 부품의 확산 수준을 70° 이상으로 만드는 데 어려웠습니다.
우선, 다양한 색상 음영, 다양한 벽 두께, 다양한 구조, 다양한 확산제 비율, 심지어 다양한 기본 플라스틱으로 인해 부품의 빛이 다르게 확산됩니다.
예를 들어, 우레탄 주조(또는 진공 주조) 공정 중 부품을 만들 때 일정량의 확산제를 첨가하여 원하는 확산 수준의 요구 사항을 충족한 경우입니다.
그러면 이 부분이 벽두께만 다르다고 하더라도 이전과 동일한 비율의 확산제를 사용할 수는 있지만 이전과 같은 확산 결과를 얻을 수는 없습니다.
확산 수준을 제대로 얻기 위해 많은 시도가 필요했습니다.
대량 생산으로 넘어가면 대량 생산 부품에 사용되는 재료는 프로토타입에 사용되는 재료와 달라집니다.
프로토타입에 사용되는 PC는 블록 소재이고, 사출 성형에 사용되는 PC는 플라스틱 펠렛입니다.
둘 다 “PC”라고 부르지만 실제로는 서로 다른 두 가지 재료인데요. PC 플라스틱 펠렛은 내부에 불순물이 없으며 PC 블록 소재보다 내열성이 뛰어납니다.
더욱이 확산형 PC 프로토타입을 만드는 데 사용되는 방법은 대량 생산(일반적으로 사출 성형) 방법과 다르며, 확산제는 PC 프로토타입 표면에만 코팅할 수 있었습니다.
사출 성형에서는 성형 공정 중에 용융된 플라스틱에 확산제가 첨가되는데 부품이 금형에서 나온 후 부품 내부에 확산제가 들어 있게 되어 PC 프로토타입에서는 할 수 없는 일입니다.
마무리
결론적으로, 광을 확산시키는 프로토타입을 만드는 것은 어렵지 않지만 일정량의 프로토타입 광 확산 관련해서 만드는 것은 상당히 어려울 것입니다.
또한, 프로토타입에 사용되는 확산제의 공식을 적용하면, 프로토타입과 양산 부품에서 발산되는 확산광이 달라집니다.