사출 기술과 금형 제작의 원리에 대해 알아보세요.
사출이 무엇인가요?
사출 뜻 : 플라스틱 가공 기법으로, 미리 가공된 틀에 액체 상태의 플라스틱 재료를 주입해 성형하는 공법입니다. 복잡하고 정교한 부품을 몇 초 만에 만들어내는 과정은 경이롭기까지 합니다.
금형사출 공법에 관한 보편적인 가이드입니다. 제조 프로젝트는 요구 사항에 따라 다양한 변수가 내포될 수 있습니다. 따라서 제조 시, 전문적인 제조 파트너와의 충분한 상담이 필수입니다.
사출 금형 협력 업체를 찾고 계신가요?
명확한 소통이 성공적인 프로젝트의 지름길입니다.
사출 금형 파트너에게 제조를 의뢰하기 전에 가공 방식과 재료, 기구설계와 사출설계 등에 대해 알아보세요. 그래야 제대로 된 금형 사출 결과물이 나오기 때문입니다.
현재 어느 단계에 계신가요?
사출 성형은 로켓을 쏘아 올리는 행위에 비견할 수 있습니다. 아이디어를 시장이라는 궤도에 진입시키는 일이니까요. 그만큼 복잡하고 어렵습니다. 때로는 비용도 억대 단위로 듭니다. 따라서 현재 프로젝트의 진척도가 어느 단계에 있든, 천천히 시간을 갖고 아래 가이드를 정독하는 것을 추천합니다.
금형 사출의 장점과 단점
장점
대량 생산에 최적화
- 플라스틱 가공 , 양산에 특화된 기술입니다.
- 사출 성형은 부품을 대량으로 생산하기 위한 공법입니다.
- 금형과 시스템 구비가 됐다면 매우 빠르고 저렴하게 생산할 수 있습니다.
- 사출성형은 형태와 크기에 따라 30~90초의 속도로 부품을 생산합니다.
- 작은 부품들은 하나의 금형을 공유할 수 있습니다.
- 알루미늄 금형은 5~10K의 사이클을 견딜 수 있습니다.
- 공구강 금형은 100K의 사이클을 견딜 수 있습니다.
다양한 재료를 제조할 수 있습니다.
- 거의 모든 열가소성 물질을 성형할 수 있습니다.
- 일부 열경화성 물질을 성형할 수 있습니다.
- 용도에 따라 첨가제, 경화제를 혼합하여 재료의 특성을 강화할 수 있습니다.
- 비교적 정확한 공차를 가진 부품을 생산할 수 있습니다.
- 일반적으로 0.5mm 수준의 공차를 가진 부품을 생산합니다.
- 더욱 엄격한 공차를 적용할 경우 0.125mm 수준의 공차를 가진 부품을 생산할 수 있습니다.
완성된 부품을 생산합니다.
- 부가적인 후가공이 필요치 않거나 적습니다.
단점
높은 초기 비용이 요구됩니다.
- 각각의 형상마다 금형을 제작해야 합니다.
- 양산형 금형의 제작 비용은 적게는 수백만 원에서 많게는 수억 원에 달합니다.
- 최소 생산량을 충족해야만 합니다.
- 잘못된 금형 설계는 치명적인 오류를 발생시킬 수 있기 때문에 전문가의 컨설팅이 필요합니다.
- 기구설계 전문가, 사출설계 전문가가 필요합니다.
수정 시 막대한 금액이 요구됩니다.
- 수많은 변수가 고려되어 설계되기 때문에 수정 시 높은 비용이 요구될 수 있습니다.
- 따라서 양산에 앞서 시제품을 제작해보고, 제조성 검증을 해보세요.
긴 리드 타임이 요구됩니다.
- 금형 제작은 일반적으로 4~6주가 소요됩니다.
- 생산에서 배송까지 일반적으로 2~4주가 소요됩니다.
- 따라서 사출 금형의 전체 사이클은 약 6~10주가 소요됩니다.
- 금형의 수정이 필요할 시 추가적인 시간이 소요될 수 있습니다.
사출 뜯어보기
사출 장치
사출 장치는 플라스틱 원료를 녹여 금형으로 주입하는 기능을 담당합니다. 이 장치는 3개의 요소로 구성됩니다. 호퍼, 배럴 그리고 왕복 스크루입니다.
아래는 간단히 요약된 금형 사출 프로세스 입니다.
- 건조된 중합체를 호퍼에 넣고 제품의 스펙에 따라 착색 안료 또는 강화 첨가제를 추가합니다.
- 원료는 배럴로 공급됨과 동시에 가열되어 혼합됩니다.
- 액체 상태의 재료가 스크루를 통해 적절한 온도와 압력을 가진 상태로 이송됩니다.
- 재료가 노즐을 통해 금형으로 가득 주입되어 형상을 갖춥니다.
- 재료가 응고되면 금형이 열리고, 이젝터 핀이 전진하며 사출물을 이탈시킵니다.
- 1~5번 과정이 빠르게 반복됩니다.
1 - 6 번의 과정은 형상에 따라 다르지만 대게 30 - 90초 정도의 시간을 소모합니다. 잘 설계된 시스템을 통해 제작된 부품은 후가공 처리도 필요 없습니다.
금형
금형 설계와 제작
금형 사출의 꽃은 금형입니다. 금형 하나로 수많은 제품을 복제할 수 있고, 시장에 팔아 큰 이득을 볼 수 있습니다. 하지만 이 꽃은 험준하기로 유명한 '비용의 절벽' 끝자락에 피어있습니다. 금형 생산 비용은 적게는 수백만 원에서 많게는 수억 원에 달합니다. 이런 부담스러운 상황에도 금형 제작에서 만큼은 비용보다 품질이 우선시 되어야 합니다. 역설적이게도 이 방법이 비용을 아끼는 최선의 길이기 때문입니다. 이유는 다음과 같습니다.
- 금형을 제작하는 데에는 높은 비용과 긴 리드 타임이 요구됩니다.
- 대량 생산시, 부품의 품질과 금형의 수명이 금형 설계 단계에서 결정됩니다.
- 문제 발생시, 금형의 수정 비용은 금형을 새로 만드는 것과 마찬가지로 고가입니다.
충분히 고려되지 않은 금형을 기점으로 발생할 수 있는 이슈는 대량생산 단계에서 상당히 큰 리스크로 작용할 수 있습니다. 따라서 제조 지식을 가진 클라이언트와 신뢰할 수 있는 숙련된 전문가가 제대로 소통할 때 성공적인 금형이 설계되고, 문제없이 생산이 진행될 수 있습니다.
금형은 일반적으로 CNC 가공을 통해 제작됩니다. 알루미늄 혹은 공구강을 깎아 금형의 형태를 가공하고 적절한 표면처리 작업을 합니다. 지금 바로 금형을 제작하고자 한다면 CNC 가이드를 확인하고 지식을 습득해 보세요.
최근에는 3D 프린팅의 재료가 다양해짐에 따라 3D 프린팅을 이용한 저렴한 금형도 나오고 있습니다.
사출 금형 구조
일반적으로 캐비티와 코어로 구성된 2단 금형이 선호됩니다. 비교적 설계와 제작이 간단하고 비용이 적은 장점이 있기 때문입니다. 다만 설계에 제약 사항이 있는데, 이는 다음과 같습니다.
- 상판과 하판에 가공된 음각의 면이 모난 부분 없이 평평해야 합니다.
- 튀어나오거나 패인 부분이 없어야 합니다.
위의 권장 사항을 충족하지 못할 시, 추가적인 부품이 필요합니다. 한 방향으로 개폐되는 금형의 특성상 복잡한 형상의 사출물을 온전히 이탈시킬 수 없기 때문입니다. 따라서 추가적인 방향으로 힘을 가할 부품이 필요한데, 사이드 액션 코어(혹은 인서트)가 그 역할을 합니다. 사이드 액션 코어는 상단 또는 하단에서 금형 속으로 삽입되는 부품입니다. 이 부품의 움직임을 통해 돌출부 혹은 패인 형태를 가진 부품을 온전히 이탈시킬 수 있습니다. 다만 금형이 복잡해질 수록 비용이 급격히 상승하는 경우가 많고, 이탈 후에 후가공이 필요할 수 있습니다.
금형의 종류 : 2단 금형
금형은 부품 수에 따라 종류가 분류됩니다. 일반적으로 2단 금형, 3단 금형이 있습니다.
2단 금형의 구성
- 파팅라인에 의해 러너 시스템(스프루, 러너, 게이트)이 고정 측과 가동 측으로 나뉩니다.
- 고정 측에 고정 측코어, 가동 측에 가동 측코어가 설치되어 있습니다.
- 사이드 게이트 방식이 가장 일반적입니다.
2단 금형의 특징
- 구조가 간단하고 금형 설계비용이 저렴합니다.
- 내구성이 좋으며 사출 사이클이 빠릅니다.
- 게이트의 위치에 따라 추가적인 절단 가공이 필요할 수 있습니다.
금형의 종류 : 3단 금형
3단 금형의 구성
- 고정 측 형판과 가동 측 형판 사이에 러너 스트리퍼판이 있습니다.
- 러너 스트리퍼판과 고정 측 형판 안에 러너가 있습니다.
- 고정측 형판과 가동 측 형판 사이에 코어가 위치합니다.
3단 금형의 특징
- 게이트의 위치를 임의로 적용하기 유리합니다.
- 게이트가 자동으로 분리되어 절단 가공처리가 필요 없습니다.
- 성형 사이클이 비교적 깁니다.
- 2단 금형에 비해 비용이 많이 듭니다.
- 구조가 복잡해 내구성이 떨어집니다.
러너 시스템
러너 시스템의 구조
러너 시스템은 액체 상태의 재료를 캐비티로 주입하는 장치입니다. 이 통로를 통과하는 동안 재료는 일정한 유속과 압력을 유지하도록 설계되어 있습니다. 러너 시스템은 금형 안에 재료를 안정적으로 분배하는 기능을 담당하며 3가지 요소로 구성되어 있습니다.
스프루
- 노즐 입구 쪽에 위치해 있는 부품입니다. 사출기 노즐로부터 주입된 재료를 러너로 이송시키는 역할을 합니다.
러너
- 스프루와 게이트를 잇는, 수지가 흐르는 길을 지칭합니다. 여러 개의 러너가 설치될 수 있으며 각각 수지를 이송합니다. 충전이 완료되면 재료의 공급을 끊습니다.
게이트
- 러너의 마지막 부분이며 캐비티의 입구입니다. 제품의 정밀도와 외관의 질에 지대한 영향을 미치는, 러너시스템에서 가장 중요한 부분입니다.
게이트
게이트의 형상과 위치 그리고 개수를 적절히 조절하면 제품 외관의 질과 정밀도가 크게 향상됩니다.
게이트는 표준 게이트와 비표준 게이트, 핫러너 게이트로 분류됩니다. 표준 게이트는 재료를 급속히 경화시켜야할 때 쓰입니다. 이를 위해 캐비티 입구의 단면적을 제한하며, 제한 게이트라는 이름으로 부르기도 합니다. 비표준 게이트는 재료의 응고 속도가 중요하지 않을 때 씁니다.
게이트 위치 선정 기준은 다음과 같습니다.
- 부품의 가장 두꺼운 부분에 설치하는 것이 이상적입니다.
- 외관상 눈에 띄지 않는 곳이 좋습니다.
- 웰드라인이 생성되지 않는 곳에 설치하는 것이 좋습니다.
- 가스가 고이는 방향의 반대편에 설치해야 합니다.
- 캐비티의 끝 부분까지 동일하게 충전시킬 수 있는 위치여야 합니다.
- 절단 및 후가공 처리가 간단히 되는 면이 좋습니다.
- 한쪽으로 치우쳐 있지 않은 곳이 좋습니다.
- 기능을 손상시키지 않는 곳에 설치하는 것이 이상적입니다.
게이트의 대표적인 종류는 다음과 같습니다.
| 사이드 게이트 | • 2단 금형에 사용됩니다. • 게이트 치수 변경이 쉬워 범용적으로 사용됩니다. • 대부분의 재료를 사용할 수 있습니다. • 다이렉트 게이트 (비표준 게이트) |
| 다이렉트 게이트 | • 2단 금형에 사용됩니다. • 사출 시 압력 손실이 적습니다. • 모든 수지를 사용할 수 있습니다. • 성형 사이클이 긴 단점이 있습니다. |
| 서브마린 게이트 | • 주로 2단 금형에 사용됩니다. • 금형이 열리며 게이트가 자동으로 절단됩니다. • 마무리 공정이 필요하지 않습니다. • 게이트 위치에 흔적이 생기는 결점이 있습니다. • 위 결점을 보완하기 위해 추가적인 설계가 가능합니다. |
| G 게이트 | • 주로 2단 금형에 사용됩니다. • 금형이 열리며 게이트가 자동으로 절단됩니다. • 마무리 공정이 필요하지 않습니다. • 게이트의 위치 선정이 비교적 자유롭습니다. • 제품의 외관이 중요할 경우 사용됩니다. |
| 핀 포인트 게이트 | • 3단 금형에 사용됩니다. • 금형이 열리며 게이트가 자동으로 절단됩니다. • 마무리 공정이 필요하지 않습니다. • 사출물에 게이트 자국이 거의 보이지 않습니다. • 다점 게이트를 설계하기 쉬워 면적이 큰 사출물을 성형하기 좋습니다. |
사출 금형 설계 하는법
금형 사출은 시제품이 아닌 최종 제품을 생산하는 제조 공법입니다. 모든 제조 공법이 마찬가지지만 금형 사출을 고려한다면, 신뢰할 수 있는 전문가와 협업하는 것이 프로젝트를 성공적으로 마무리하는 지름길입니다.
하지만 '협업'이 아닌 '의존'하는 관계가 되어서는 안 됩니다. 프로의 세계에서 순진함은 용납되지 않으니까요. '금형사출 뜯어보기' 단락을 보셨다면 금형 사출에 무수한 변수가 존재한다는 것을 짐작하셨을 겁니다.
최적의 선택지를 선택하기 위해서는 설계단에서부터 최적화가 이뤄져야합니다. 이는 제품에 대해 제일 잘 아는 클라이언트와 노련한 금형 전문가의 소통을 통해 실현될 수 있습니다.
아래의 금형 설계 지식을 습득하고 프로젝트를 성공적으로 완성하세요.
금형 설계의 룰
일정한 벽 두께
금형 설계 시 불안정한 환경 요소를 배제하지 않으면 생산 단계에서 여러 가지 결함이 발생할 수 있습니다. 사출물의 일정하지 않은 벽 두께는 액체 상태의 재료가 제대로 흐르지 못하도록 막는 대표적인 방해 요소입니다.
- 뒤틀림 방지를 위해 벽 두께를 균일하게 설계해 주세요.
- 두께가 다른 섹션이 필요한 경우 필렛은 필수적입니다.
- 필렛의 너비는 다음과 같습니다.
(두꺼운 벽의 높이 - 얇은 벽의 높이) x 3 - 재료에 따른 권장 벽 두께를 지켜 설계해주세요.
(일반적으로 1.2 ~ 3mm의 벽두께가 권장됩니다.)
| 재질 | 벽 두께 | 단위 |
| PP | 0.8 ~ 3.8 | mm |
| ABS | 1.2 ~ 3.5 | mm |
| PE | 0.6 ~ 3.0 | mm |
| PS | 1.0 ~ 4.0 | mm |
| PUR | - 2.0 ~ 20.0 | mm |
| PA 6 | - 0.8 ~ 3.0 | mm |
| PC | 1.0 ~ 4.0 | mm |
| PC- ABS | 1.2 ~ 3.5 | mm |
| POM | 0.8 ~ 3.0 | mm |
| PEEK | 1.0 ~ 3.0 | mm |
| 실리콘 | 1.0 ~ 10.0 | mm |
구조적 설계 : 리브
비정상적으로 두꺼운 벽은 사출물의 뒤틀림, 수축 등 여러 가지 심각한 결함의 원인입니다. 또 두꺼운 벽은 냉각 시간이 길어 생산성을 낮춥니다. 이러한 상황에서는 구조적인 해법을 강구할 수 있습니다. 위와 같이 서로 연결된 살을 붙여 설계하면, 보다 적은 부피로 동일한 성능을 가진 부품을 만들 수 있습니다. 이러한 살을 리브라고 합니다.
- 하나의 두꺼운 리브보다 여러 개의 얇은 리브를 설치하는 것이 효과적입니다.
- 리브의 방향은 금형 내 수지의 흐름 방향과 같은 방향으로 설치해야 합니다.
- 권장 두께 이상의 리브는 표면의 결함을 야기할 수 있습니다.
- 리브의 권장 두께는 다음과 같습니다.
맞닿은 벽 두께 x 0.5 - 리브의 권장 높이는 다음과 같습니다.
맞닿은 벽 두께 x 3
필렛
제품의 모든 벽 두께가 일정하게 설계하는 것이 이상적이기는 하나, 의도에 따라 변화가 필요할 수 있습니다. 이때 외형에 단층이 생기는 것을 방지해 주세요. 단층으로 인해 형성된 날카로운 모서리는 응력을 집중시키며 결함을 야기합니다. 또한, 상대적으로 약한 강도를 가지게 될 확률이 높습니다. 따라서 필렛을 줘 완만한 형상의 변화를 꾀하세요.
- 재료의 흐름을 고려하여 부드러운 형상이 필수적입니다.
- 필렛의 권장 길이는 다음과 같습니다
필렛의 길이 > 벽 두께의 단차 x 3 - 내부 모서리의 권장 필렛 값은 다음과 같습니다.
필렛 값 < 벽두께 x 0.5 - 외부 모서리의 권장 필렛 값은 다음과 같습니다.
필렛 값 = 내부 필렛 값 + 벽두께
구배 각 설계
사출된 재료가 굳어 성형이 완료되면 금형이 개방됩니다.
단단하게 굳은 사출물을 이젝터 핀이라 부르는 부품이 튀어나와 금형에서부터 밀어냅니다. 이러한 간단한 과정에서도 심각한 결함이 발생할 수 있기 때문에 주의가 필요합니다. 플라스틱 제품이 금속 금형에 긁혀 발생하는 결함은 사소해 보일 수 있습니다. 하지만 표면의 불량은 상품성을 크게 떨어뜨릴 수 있는 중대한 결함입니다. 이를 방지하기 위하여 제품이 쉽게 빠져나올 수 있도록 금형에 추가적인 각도를 설계하는데, 이것이 구배 각 입니다.
- 최소 구배 각은 0.5° 이상이 권장됩니다.
- 권장 구배 각은 2° 이상이 권장됩니다.
- 부품 높이가 50mm 이상일 때, 25mm마다 +1° 구배 각을 추가해 주세요.
- 표면 부식 후가공은 1°~2° 구배 각을 추가해 주세요.
- 리브에도 구배 각이 필요합니다. 단, 최소 권장 벽 두께를 준수하는지 확인이 필요합니다.
사출 금형의 언더컷
언더컷이란 금형의 개폐 운동만으로 사출물을 꺼낼 수 없는 형상을 말합니다. 돌출되거나 오목하게 패인 부분이 주된 요인입니다. 언더컷은 추가적인 부품과 설계가 필요합니다. 슬라이드 코어 등의 부품이 추가돼야 하는데 이는 금형의 내구성을 떨어뜨리거나 외관 불량을 일으키는 주된 요인입니다.
또한, 언더컷은 금형의 구조를 복잡하게 만들어 비용을 크게 높입니다. 마지막으로 생산 속도를 저하시키기 때문에 가능하면 언더컷을 피하는 방향으로 설계하는 것이 좋습니다. 설계 프로그램에는 언더컷을 미리 검사할 수 있는 기능이 있습니다. 이를 참고삼아 금형 설계 전문가와 심도 있는 소통을 통해 암초를 피해 가세요. (UG-NX의 Draft Analysis 기능을 사용하면 설계도면 상에서 언더컷을 체크할 수 있습니다.)
언더컷 가공 : 우회 설계
부득이하게도 언더컷을 유발하는 형상이 필요한 상황이 발생할 수 있습니다. 이럴 때는 우선 금형의 개폐 운동만으로 제품을 이탈시킬 수 있는 구조를 고려해 보세요.
- 언더컷을 우회하는 설계는 프로젝트의 비용을 획기적으로 낮출 수 있습니다.
- 숙련된 전문가와 협업하여 언더컷을 우회해 보세요.
언더컷 가공 : 파팅라인 이동
상판과 하판이 포개지는 부분을 파팅라인이라고 합니다. 파팅라인은 금형 설계 시 매우 신중하게 결정해야 합니다. 이를 잘 이용하면 언더컷이 생기는 상황을 방지할 수 있습니다.
- 파팅라인의 위치 선정을 통해 외부 표면의 언더컷을 상쇄할 수 있습니다.
- 파팅라인을 이동 할 때 러너시스템을 고려해야 합니다.
언더컷 가공 : 강제 밀어내기
언더컷이 작거나 탄성 있는 재료로 성형된 부품은 강제 밀어내기 기법을 사용할 수 있습니다. 이는 재료의 특성을 양껏 이용한 영리한 우회방법입니다. 하지만 제약 사항이 많다는 단점이 있습니다.
- 소재가 연질이며 탄성이 좋아야 합니다 (HDPE, PA 등)
- 탄성을 가질 수 있는 형태여야 합니다. (캡 모양 등)
- 리브, 모서리 등 탄성을 떨어뜨리는 구조가 없어야 합니다.
- 언더컷 리드의 각도는 30~40°로 형성되어 있어야 합니다.
언더컷 가공 : 슬라이드 코어와 경사 코어
언더컷을 다루는 정공법은 슬라이드 혹은 경사 코어를 이용하여 플라스틱 부품을 꺼내는 방법입니다. 일반적으로 바깥쪽에 형성된 언더컷은 슬라이드 코어로, 안쪽에 형성된 언더컷은 경사 코어로 이탈시킵니다.
- 경사 코어는 금형이 열린 후 밀판이 전진하여 코어를 분할시키고, 언더컷을 가진 플라스틱 부품을 밀어냅니다.
- 금형에 코어의 가동 영역이 필요합니다.
- 코어의 움직임을 고려해 부품에 구배 각도를 추가해야 할 수 있습니다.
기능부 디자인
보스
부품을 조립하는 가장 일반적인 방법은 나사 체결입니다. 하지만 나사를 결합하기 위한 나사산은 기본적으로 언더컷입니다. 따라서 사출 단계에서 성형하지 않습니다.
인서트는 일종의 너트로, 사출물의 조립부에 삽입되는 나사산입니다. 이 부품은 보스에 단단히 고정되어 플라스틱 부품과 한몸이 됩니다. 이런 조합으로 플라스틱 부품은 금속 재료의 단단한 내구성까지 가질 수 있죠.
- 보스의 외경 : 인서트 외경 x 2
- 보스의 내경 : 나사 코어의 외경과 동일하게 설계해 주세요.
- 일반적으로 보스는 리브와 함께 설계됩니다.
- 보스의 벽 두께는 균일해야 합니다.
- 나사의 머리가 튀어나오지 않도록 입구를 모따기를 해주세요.
인서트
인서트는 나사를 견고하게 고정하는 부품입니다. 정밀하게 가공된 부품이기 때문에 표준 규격의 나사를 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 또한, 내구성이 뛰어난 금속 재료를 사용하기 때문에 반복적인 분해조립이 가능합니다. 인서트는 열, 초음파를 이용하여 사출물에 삽입시키거나 금형 내 적절한 위치에 배치 후 재료를 사출해 고정합니다.
- 보스는 접시형 홀을 내는 것이 좋습니다.
- 스레드를 표준 나사탭으로 절삭해야 합니다.
리브
제품의 내충격성 요구사항이 너무 높아 최대 권장 두께의 벽으로 충분치 않을 경우, 리브를 활용해 강한 구조를 설계할 수 있습니다.
- 리브의 두께 : 부품의 벽두께 x 0.5
- 리브의 높이 : ≥ 리브의 두께 x 3
- 리브의 필렛 : ≥ 리브 두께의 1/4
- 구배각도 : 나일론 = 0.5°, ABS & PC = 0.5 ~ 1.5°, 강화 ABS & PC = 1 ~ 3°)
- 리브 간격 : ≥ 리브의 두께 x 4
스냅 핏
가장 간편한 부품 체결 방식으로 조립과 분해가 간편합니다. 또한, 생산품의 조립단가를 낮출 수 있는 장점이 있습니다. 다만 재료의 탄성을 이용하는 만큼 재료의 물성과 구조적 강성을 고려한 설계가 필수적입니다. 내구도 높은 스냅 핏을 설계하기 위해서는 적절한 굴절률과 탄성, 항복 강도를 정확히 계산해야 합니다. 따라서 수많은 시제품이 필요하며 전문가와의 협업이 필수적입니다.
- 언더컷을 방지할 수 있는 구조적 설계가 필요합니다.
- 스냅 핏의 두께 : 부품의 벽 두께 x 0.5
- 스냅 핏의 수직 벽에는 구배각도가 고려되어야 합니다.
경첩 (Living Hinge)
경첩은 부품의 두 부분을 연결하여 구부릴 수 있도록 만든 구조입니다. 재료의 탄성을 이용하여 설계되는 경첩은 일반적으로 플라스틱 병과 같은 용기에 사용됩니다. 탄성을 양껏 활용해야 하는 구조이므로 유연한 재료가 사용됩니다. 생활용품 용도로는 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)이, 그리고 엔지니어링 용도로는 나일론(PA)가 사용됩니다. 스냅 핏과 마찬가지로 탄성, 항복 강도를 정확하게 계산하기 위하여 수많은 시제품 테스트가 필요합니다.
- 경첩의 최소 권장 두께 : 0.2 ~ 0.35mm
- 필렛을 최대한 크게 설계하여 응력을 최소화 하는 게 좋습니다.
- 경첩의 어깨 부분은 부품의 주요 벽 두께와 동일하게 설계하는 게 좋습니다.
크러쉬 리브
크러쉬 리브는 사출물 끼리 맞닿아 발생하는 마찰력을 이용한 고정 장치입니다. 삽입되는 사출물을 돌출된 돌기가 강력하게 잡아주기 때문에 견고한 고정력을 얻을 수 있습니다. 크러쉬 리브는 최소한의 공차로 단단하게 조립되어야 하는 결합부를 경제적으로 설계할 수 있습니다. 베어링과 샤프트가 이 방법으로 고정되는 경우가 많습니다.
- 크러쉬 리브와 삽입될 플라스틱 부품이 최소 0.25mm 겹치도록 설계해야 합니다.
- 크러쉬 리브는 2mm의 반지름을 가지도록 설계합니다.
- 크러쉬 리브의 수직 벽에는 구배 각도를 추가하지 않습니다.
- 크러쉬 리브의 수직 벽은 45°로 깎아 설계합니다.
양각
제품에 로고나 텍스트, 기호를 추가하는 것은 효과적인 브랜딩 요소입니다. 이러한 세밀한 묘사는 금형에 추가적인 CNC 가공을 필요로 합니다. 따라서 이러한 양각 표현을 위해서는 CNC 가공 프로세스에 맞는 설계를 해야 합니다.
- 높이 0.5mm 이상의 양각(금형 기준으로는 음각)이 권장됩니다.
- 두께가 균일한 텍스트가 권장됩니다.
- 텍스트는 20 Pt 이상의 둥근 글꼴의 사용이 권장됩니다.
공차
사출 성형은 일반적으로 ±0.5mm의 공차를 가진 성형물을 생산합니다. 더 엄격한 공차를 요구할 수 있지만, 비용이 크게 상승합니다. 경우에 따라서는 CNC 가공이나 드릴링과 같은 추가적인 가공 단계를 거치는 것이 경제적으로 정밀도를 높이는 방법일 수 있습니다.
금형 사출의 결함
웰드 라인
사출 성형 시스템의 최적화에 실패하면 여러 문제가 발생할 수 있습니다. 융융된 액체 상태의 재료가 각자의 다른 속도로 흐르기 때문입니다. 이는 결과적으로 표면에 줄무늬를 띄는 결함을 유발합니다.
해결 방법
- 사출 속도와 압력이 최적 수준인지 확인해야 합니다.
- 재료의 흐름 방향과 유량이 안정될 수 있도록 필렛을 설정합니다.
- 얇은 벽에 게이트를 위치합니다.
싱크 마크
싱크 마크는 사출물의 내부에서 발생한 수축 현상이 해당 부품의 표면을 함몰시키는 결함입니다. 사출된 재료의 냉각 시간을 너무 짧게 설정했거나, 캐비티 내의 압력이 부적절한 경우 싱크 마크가 형성됩니다. 과도하게 가열된 게이트가 원인일 수도 있습니다.
해결 방법
- 금형 온도를 낮추고 캐비티 내 압력을 높입니다.
- 설계 시, 두꺼운 벽을 피해 냉각시간을 줄이는 것이 좋은 예방책입니다.
기포
사출물에 기포가 생성되는 결함입니다. 금형의 상판과 하판이 제대로 닫히지 않은 경우, 재료의 점성이 너무 질은 경우 등 여러 가지의 원인으로 발생합니다.
해결 방법
- 벽 두께가 가장 두꺼운 부분에 게이트를 위치합니다.
- 흐름성이 좋은 재료로 교체합니다.
- 압력을 높이고 유지시간을 길게 설정합니다.
- 금형이 완벽히 정렬합니다.
용접선
서로 다른 방향으로 흐르던 재료가 만나 예상 밖의 형상이 만들어지는 결함입니다. 부적절한 온도와 속도가 주된 원인입니다.
해결 방법
- 금형과 재료의 온도를 높입니다.
- 사출 속도를 높입니다.
- 흐름성이 좋은 재료로 교체합니다.
뒤틀림
서로 다른 부분의 수축률이 다를 때 발생하는 결함입니다. 일반적으로 불균일한 냉각으로 발생합니다.
해결 방법
- 부품에 잔류 응력이 가해지지 않도록 충분한 냉각 시간을 설정합니다.
- 균일한 벽두께로 설계하는 것이 좋습니다.
- 사출되는 재료가 한 방향으로 흐르는 것이 좋습니다.
- 수축이 적은 재료로 교체하는 것도 방법입니다.
긁힘
재료가 식으면 금형에 압력이 가해집니다. 심한 경우 사출물 이탈 시 표면을 훼손할 수 있습니다. 따라서 설계 시 충분한 구배 각도를 설정하면 긁힘을 방지할 수 있습다.
해결 방법
- 충분히 고려해 구배를 설정하세요.
미성형
사출된 재료가 금형을 가득 채우지 못한 결함입니다. 재료의 점성이 너무 질거나, 금형 내 탈기가 이루어지지 않아 기포가 발생한 경우 미성형 될 수 있습니다.
해결 방법
- 흐름성이 좋은 재료로 교체합니다.
- 금형의 온도를 충분히 높입니다.
- 가스의 배출이 원활하도록 금형을 설계합니다.
사출 금형 재료 지식
사출 성형기의 원리와 금형 설계 노하우를 습득 하셨나요? 이제 전문가와 소통할 준비가 됐습니다.
아래에 이어지는 재료 정보를 여태껏 쌓아온 제조 지식에 더해보세요. 준비는 완벽할수록 좋습니다.
재료
폴리 프로필렌 (PP)
뛰어난 내화학성을 지니고 있으며 식품 안전등급 취득이 가능합니다. 다만 엔지니어링 용도로는 다소 부적합한 재료입니다.
제조 시 재료 특징
- 투명도가 높고 약간 경질입니다.
- 병 용기 등을 만드는 데에 많이 사용됩니다.
ABS
높은 내충격성과 뛰어난 인성을 지닌, 저비용 저밀도의 열가소성 수지입니다. 사출 성형에 가장 보편적으로 사용되는 재료입니다.
제조 시 재료 특징
- 고온에서의 성형 시 향상된 광택과 내열성을 얻을 수 있습니다.
- 저온에서의 성형 시 향상된 내충격성과 강도를 얻을 수 있습니다.
폴리에틸렌 (PE)
충격강도와 내후성이 우수한 경량 열가소성 수지로, 실외 사용에 적합한 재료입니다. 잡화부터 엔지니어링 용도까지 넓게 쓰입니.
제조 시 재료 특징
- 각종 용기, 포장용 필름, 섬유, 도료 등에 사용됩니다.
- 가볍고 유연한 특징을 가지고 있습니다.
폴리스티렌 (PS)
사출 성형 시 사용할 수 있는 가장 저렴한 플라스틱입니다. 식품 안전등급을 취득할 수 있는 장점이 있습니다. 다만 취성이 있어 단독으로 사용되기보다는 다른 중합체와 혼합하여 사용합니다.
제조 시 재료 특징
- 생활용품, 장난감, 전기절연체, 전자제품 케이싱 등에 사용됩니다.
- 가볍고 냄새가 없는 장점이 있습니다.
- 탄성 한계치에 도달 시 급작스럽게 깨지는 취성이 있습니다.
폴리우레탄 (PU)
높은 내충격성, 기계적 성질 및 경도가 우수한 열가소성 수지입니다. 두꺼운 부품을 성형하는 데에 적합한 재료입니다.
제조 시 재료 특징
- 탄성 있고 질기며 내화학성을 지닌 소재입니다.
- 신축성이 좋아 고무 대용으로 사용됩니다.
- 일반적인 페인트, 합성섬유 등에 사용됩니다.
- 첨가물을 혼합하여 단단한 톱니바퀴나 파이프 등에도 사용됩니다.
나일론 (PA 6)
나일론 6는 견고하며 높은 인장 강도와 탄성 및 광택을 지니고 있습니다. 자동차, 항공기, 전자 및 전기 제품, 의류, 의약품 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.
제조 시 재료 특징
- 엔지니어링 열가소성 플라스틱입니다.
- 강한 인성, 마모 저항, 내화학성, 피로 내구성, 윤활성, 내충격성, 강성을 지닌 재료입니다.
- 구조적인 사출 제품, 베어링을 제작하는 데에 많이 쓰입니다.
- 폴리에스테르에 비해 생분해성이 열악합니다.
폴리 카보네이트 (PC)
대표적인 엔지니어링 플라스틱입니다. 투명하며 상당한 강도가 필요한 경우 많이 쓰입니다.
제조 시 재료 특징
- 매우 뛰어난 충격 강도, 내열성, 투명성, 멸균성, 내연성, 내오염성을 지닌 재료입니다.
- 사무기기부터 방탄유리, 건축 자재까지 다양한 분야에 사용됩니다.
PC + ABS
PC와 ABS의 특성을 결합한 소재입니다. ABS의 높은 가공성과 PC의 뛰어난 기계 특성, 내충격성, 내열성이 결합됐습니다.
제조 시 재료 특징
- 두 소재의 뛰어난 특성을 결합한 산업용 소재입니다.
- 탁월한 내충격성과 내열성을 지니고 있습니다.
- 사무기기, 전기 전자, 가전기기 등의 하우징으로 많이 사용됩니다.
폴리옥시메틸렌 (POM)
결정성 열가소성 플라스틱으로 높은 강도와 강성, 낮은 수분 흡수율, 우수한 슬라이딩 및 내마모성을 지닌 재료입니다. 정확한 치수를 성형하기 좋으며 가공성이 우수합니다.
제조 시 재료 특징
- 고강도, 강성 및 인성과 우수한 충격강도, 내마모성, 가공성, 내가수분해성 및 탄력성 그리고 낮은 수분 흡수율을 지니고 있습니다.
- 물과 접촉하거나 전기 절연 부품에 사용됩니다.
- 식품, 제약 및 의료 분야에 사용됩니다.
- 슬라이딩 부품으로도 많이 사용됩니다 (베어링 부시, 롤러, 슬라이드 레일)
폴리에테르에테르케톤 (PEEK)
슈퍼 엔지니어링 플라스틱 수지로 고온 등의 열악한 환경에서 최고의 물성을 유지하는 재료입니다.
제조 시 재료 특징
- 260도의 고온 저항성, 우수한 자기 윤활성, 내식성, 난연성, 박리 저항성, 내마모성, 방사선 저항성을 지닌 재료입니다.
- 식품 가공부터 의료, 자동차 및 항공 우주 분야에 넓게 쓰이는 재료입니다.
- 엄격한 공차를 준수하도록 가공할 수 있으며, 다양한 장점을 가지고 있기 때문에 금속을 대체할 수 있습니다.
실리콘 고무
우수한 내열성 및 내화학성을 가지며 경도를 조절할 수 있는 열경화성 수지입니다.
제조 시 재료 특징
- 예술, 스포츠 분야부터 건축, 항공 우주 등 모든 산업 분야에서 사용되고 있습니다.
- 뛰어난 내열성, 내한성, 내후성, 내유성, 내약품성, 내열성, 연성을 지니고 있으며 혹독한 조건에서 절연체로도 사용될 수 있습니다.
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