사출 성형 – 공정, 재료, 장점 등

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사출 성형은 다양한 용도의 플라스틱 부품을 제조하는 데 사용되는 공정입니다. 오늘날 대부분의 산업에서는 휠리 빈, 컨트롤러 부품, 심지어 국제우주정거장(ISS)에 이르기까지 사출 성형 부품을 어느 정도 활용하고 있습니다.

사출 성형은 점점 더 주류가 되고 있습니다. 사출 성형에 대한 수요는 복합적으로 증가하고 있습니다. 5%의 연평균 성장률(CAGR)로 3%의 성장률을 보이는 일반 제조업의 두 배에 가까운 수치입니다. 4차 산업혁명 시대를 맞이하여 더 많은 제조업체들이 사출성형을 도입하고 있습니다.

이 글에서는 이 기술의 기능과 한계를 살펴보고 기업이 맞춤형 부품을 제작하는 데 이 기술을 어떻게 활용할 수 있는지 알아봅니다.

사출 성형이란 무엇인가요?

사출 성형은 다음과 같은 제조 공정입니다. 고압을 사용하여 플라스틱과 같은 부드러운 재료를 금형에 밀어 넣는 제조 공정입니다. 모양을 만들기 위해 사용합니다. 이 프로세스에는 다음을 수용할 수 있습니다. 수천 가지의 다양한 폴리머와 플라스틱 소재를 수용할 수 있습니다.각각 다양한 특성을 가지고 있습니다. 따라서 고유한 특성을 가진 다양한 부품을 생산할 수 있습니다. 사출 성형은 주로 플라스틱 제품을 만드는 데 사용되지만, 특정 분말 금속으로 부품을 생산할 수도 있습니다. 공정은 기본적으로 다이캐스팅과 동일합니다.

일상 생활에서 우리는 사출 성형으로 만들어진 제품들로 둘러싸여 있습니다. 칫솔, 안경, 플라스틱 컵, 텔레비전, 스마트폰, 의자, 장난감, 가전제품 케이스, 일회용 수저, 자동차 부품 등이 그 예입니다. 많은 제품이 다양한 재료로 구성되거나 다양한 색상을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 칫솔은 부드러운 재질과 딱딱한 재질이 결합되어 있으며 손잡이에 다양한 색상의 줄무늬와 패치가 있을 수 있습니다. 또한 일부 제품에는 금속 인서트가 포함될 수도 있습니다.

사출 성형 공정의 구성 요소

공정 설정에는 재료를 가열하고 압력을 가하는 사출 장치, 재료를 성형하는 금형 및 특정 기능을 수행하는 보조 시스템이 포함됩니다.

사출 유닛

사출 유닛은 가열된 배럴과 왕복 스크류로 구성됩니다. 부드러운 재료는 수직 호퍼를 통해 배럴에 주입됩니다. 배럴 내부의 왕복 스크류는 재료를 혼합할 뿐만 아니라 재료를 금형에 밀어 넣는 데 필요한 래밍 동작을 제공합니다. 배럴에는 원료를 녹이고 유동성을 향상시키는 발열체가 장착되어 있습니다. 또한 스크류의 움직임은 전단 작용을 통해 열을 발생시킵니다. 재료가 원하는 점도에 도달하면 금형에 강제로 주입됩니다.

Mould

몰드는 강철과 같은 견고한 소재 또는 알루미늄과 같은 적당히 강한 소재로 제작할 수 있습니다. 각 재료에는 구체적인 사용 사례가 있습니다. 예를 들어 다음과 같은 경우 많은 양 (25,000개)가 필요합니다, 스틸 몰드 은 고압에서도 견딜 수 있는 내구성으로 인해 선호됩니다. 스틸 몰드는 더 비싸지만 대량으로 생산하기 때문에 부품당 전체 비용이 절감되어 비용 효율성이 높습니다. 또한 스테인리스 스틸은 강도가 우수하기 때문에 다른 금속보다 더 미세한 공차 한계를 허용합니다.

알루미늄 몰드반면에, 더 많은 소규모 생산 실행에 적합 (&t; 25,000). 이 금형은 비용 효율성이 높아 소규모 생산의 부품당 비용을 절감할 수 있습니다. 하지만 수명이 짧고 기계적 특성이 떨어지기 때문에 표면 마감이 좋지 않다는 단점이 있습니다.

클램프 플레이트

클램프 플레이트는 사출 공정 중에 금형 반쪽에 부착되어 금형을 고정합니다. 필요한 힘은 일반적으로 유압을 통해 공급됩니다.

냉각 시스템

수성 또는 유성 냉각 시스템이 통합되어 금형 내에서 용융된 플라스틱을 빠르게 냉각할 수 있습니다. 냉각 라인은 적절한 금형 온도를 유지하면서 사이클 시간을 단축하는 데 도움이 됩니다.

사출 성형 선택 전 고려해야 할 요소

모든 응용 분야에서 탁월한 제조 공정은 없으며, 사출 성형도 예외는 아닙니다. 이 공정의 장점을 최대한 활용하려면 특정 조건이 충족되어야 합니다. 이러한 조건과 사출 성형이 매력적인 옵션이 되는 특성을 살펴 보겠습니다.

대량 생산

사출 성형 공정에는 다음이 포함됩니다. 상당한 초기 비용사출 성형기, 금형 및 관련 시스템과 관련된 비용을 포함합니다. 그러나 이러한 비용이 회수되면 부품당 성형 비용은 업계 최저 수준입니다.. 이러한 낮은 부품당 성형 비용의 이점을 누리려면 생산량이 충분히 많아야 합니다. 따라서 사출 성형은 주로 대량 생산에 매력적인 옵션입니다. 구체적인 임계값은 사례별로 결정되지만 일반적으로 다음과 같은 범위입니다. 수천 개에서 수백만 개의 부품.

설계 복잡성

사출 성형은 복잡한 금형을 사용하여 복잡한 형상을 만들 수 있지만 한계가 있습니다. 부품 수를 줄이고 기존 설계를 단순화하면 공정의 실현 가능성을 높일 수 있습니다. 이 접근 방식은 실행을 용이하게 하고 낮은 불량률을 유지하는 데 도움이 됩니다. 더 단순한 디자인은 뚜렷한 이점이 있습니다. 사출 성형에서.

초기 리드 타임 단축

사출 성형의 초기 리드 타임은 최대 12주까지 소요될 수 있습니다. 이 시간의 상당 부분은 부품의 툴링을 설계하고 최적화하는 데 할애됩니다. 부품이 더 빨리 필요한 경우 3D 프린팅 및 CNC 가공 서비스를 사용하는 것이 대안이 될 수 있습니다.

대부분의 금속 부품에는 적합하지 않음

금속 사출 성형(MIM)으로 알려진 하위 공정은 특정 금속으로 부품을 생산할 수 있습니다. 그러나 적합한 금속의 범위는 매우 제한적입니다.. 다른 금속으로 만든 부품에는 주조, 가공 및 단조와 같은 대체 공법을 활용할 수 있습니다.

사출 성형 공정

이론적으로 사출 성형은 플라스틱을 녹여 금형에 주입하고 식히면 플라스틱 제품이 튀어나오는 간단한 공정입니다. 그러나 실제로 사출 성형은 1872년 웨슬리 하얏트가 최초의 기계 특허를 취득한 이후 지난 150년 동안 개선되어 온 복잡한 공정입니다.

공정은 금형 도구의 생산으로 시작됩니다. 고품질 금형은 고품질 부품을 제공합니다. 많은 경우, 사출 성형 공정과의 호환성을 보장하기 위해 부품 형상을 최적화해야 할 수 있습니다. 소형 설계를 조정하면 공정의 효율성과 비용 효율성을 크게 개선할 수 있습니다.. 이러한 설계 수정 중 일부는 이 글의 뒷부분에서 설명합니다. 테스트 실행은 일반적으로 최종 부품이 필요한 사양을 충족하는지 확인하기 위해 수행됩니다. 테스트 및 결과에 따라 필요한 수정이 완료되면 프로토타입 금형 도구에서 사출 성형을 시작할 수 있습니다.

이 공정에서는 용융 플라스틱을 공급 재료로 사용합니다. 플라스틱 피드는 직경이 최대 수 밀리미터인 펠릿 형태로 기계에 들어갑니다. 이 펠릿은 호퍼를 통해 배럴에 부어집니다. 배럴에는 가열 요소와 공급 재료의 가열 및 균질화를 위한 왕복 스크류가 장착되어 있습니다. 유압 또는 전기 모터가 스크류에 동력을 공급할 수 있습니다.

공급 원료가 원하는 점도와 온도에 도달하면 높은 사출 압력으로 금형에 펌핑됩니다. 높은 압력을 통해 플라스틱이 캐비티를 효과적으로 채울 수 있습니다. 사출 전에 캐비티는 공기로 채워집니다. 플라스틱이 금형에 들어가면 금형 캐비티 주변을 따라 위치한 여러 개의 작은 통풍구를 통해 공기가 배출됩니다. 이 통풍구는 사람의 머리카락보다 가늘습니다. 따라서 공기는 빠져나갈 수 있지만 플라스틱은 점도가 높기 때문에 이 통풍구로 들어갈 수 없습니다.

금형의 냉각 시스템은 플라스틱을 금형 캐비티의 모양으로 냉각하고 응고시킵니다. 외부 온도 컨트롤러가 냉각 매체의 온도를 조절합니다. 그런 다음 금형의 두 반쪽을 분리하여 플라스틱 제품을 배출합니다.

냉각되면 클램핑력이 풀리고 두 개의 다이 반쪽이 분리됩니다. 플라스틱이 수축하면서 다이의 코어 절반에 밀착됩니다. 이젝터 핀이 시스템에 통합되어 두 개의 반쪽이 분리되면 플라스틱 제품을 금형에서 분리합니다. 이젝터 핀은 제품에 다음과 같은 작은 원형 흔적을 남깁니다. 이젝터 핀 증인 자국. 이 마크는 자세히 살펴보면 모든 사출 성형 부품에서 관찰할 수 있습니다(위 이미지에서도 볼 수 있음).

부품은 게이트, 러너 및 스프 루에서 응고되는 과도한 플라스틱을 제거하기 위해 추가 마감 처리가 필요합니다. 스프 루는 배럴과 캐비티 사이의 채널 역할을 하며 플라스틱 제품과 함께 응고됩니다. 스프 루는 일반적으로 수동으로 비틀거나 절단하여 부품에서 제거합니다.

사출 성형 공정에 가장 적합한 재료

사출 성형과 호환되는 플라스틱은 90,000가지가 넘는 다양한 종류가 있습니다. 이 모든 소재는 45가지 폴리머 제품군으로 분류할 수 있습니다. 분류의 폭을 넓히기 위해 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다: 열경화성 및 열가소성 폴리머. 열경화성 폴리머는 한 번만 사용할 수 있으며 다시 녹이거나 모양을 바꿀 수 없습니다. 반면 열가소성 폴리머는 재가열 및 재형성을 통해 새로운 제품으로 재활용할 수 있습니다.

소재 선택은 원하는 투명도, 강도, 내열성, 강성, 내식성, 내화성, 표면 마감, 비용 등 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다.

사출 성형 공정에서 가장 일반적으로 사용되는 플라스틱에는 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리스티렌(PS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리에틸렌(PE) 등이 있습니다. 가장 많이 사용되는 3가지 사출 성형 재료와 그 용도에 대해 집중적으로 살펴 보겠습니다.:

폴리카보네이트(PC)

폴리카보네이트는 사출 성형에 적합한 널리 사용되는 열가소성 폴리머입니다. 다음과 같은 특징이 있습니다. 뛰어난 내열성, 내충격성 및 내화학성. 또한 광학 특성이 뛰어나며 효과적인 전기 절연체 역할을 합니다.

다재다능한 특성으로 인해 PC는 제조, 건설, 기술 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 일상 생활에서 우리는 휴대폰 케이스, 안경 렌즈, 문구 제품, 식음료 용기, 주방용품 등 다양한 분야에서 PC를 접할 수 있습니다.

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)

ABS는 널리 사용되는 열가소성 사출 성형 재료입니다. 내열성 및 내화학성, 강도, 내구성 및 치수 안정성(하중을 받아도 휘어지지 않음)과 같은 특성을 가지고 있습니다. 폴리카보네이트와 달리 ABS는 불투명합니다.

ABS는 일반적으로 다음이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다. 폴리카보네이트보다 더 높은 강성 높은 스트레스를 받으면서도 힘을 흡수할 수 있습니다. 그 광택 마감 은 미용용으로도 적합합니다.

이 소재는 안전모, 진공 청소기, 레고 브릭, 장난감, 악기, 컴퓨터 키보드, 휴대폰 케이스, 수하물, 자동차 범퍼, 자동차 대시보드, 각종 파이프 및 부속품 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.

폴리프로필렌(PP)

폴리프로필렌은 오늘날 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나입니다. 다음과 같은 특성을 가진 열가소성 폴리머입니다. 전기 절연성, 인성 및 탄성 내열성, 내피로성, 내화학성은 물론이고요.

그 때문에 무독성 자연 친화적인 PP는 식품 포장과 음료수 컵에 사용됩니다. 내화학성이 뛰어나 화장품 산업에 이상적인 소재이기도 합니다. 범퍼와 배터리 케이스와 같은 자동차 부품에도 폴리프로필렌이 사용됩니다.

폴리프로필렌은 로프, 의료 장비(주사기, 바이알, 봉합사), 장난감, 실내 장식, 카펫 등을 만드는 데도 사용됩니다.

사출 성형의 장점

사출 성형의 특징은 다양한 유형과 크기의 제품을 생산하는 데 이상적인 공정입니다. 플라스틱의 사용 증가는 사출 성형 산업의 성장에도 기여하고 있습니다. 이 공정은 여러 가지 장점을 제공합니다:

높은 활용성

사출 성형은 생산할 수 있는 제품의 종류가 매우 다양합니다. 다음과 같은 품목을 만들 수 있습니다. 다양한 크기, 색상 및 강도. 제품은 유지보수가 필요 없이 오래 사용할 수 있습니다. 투샷 몰드 또는 멀티샷 몰드 는 두 개 이상의 서로 다른 재료를 하나의 완제품으로 결합하는 데 사용할 수 있습니다. 생산할 수 있는 부품 수에는 제한이 없지만, 짧은 생산 주기는 비용 효율적이지 않을 수 있습니다.

광범위한 재료 옵션

다양한 소재 옵션은 제품이 다양한 속성을 가질 수 있습니다.. 동일한 제품의 다양한 영역에서 각 재료의 특성을 활용하기 위해 재료를 결합할 수 있습니다.

사출 성형에는 플라스틱 외에도 고무와 특정 금속도 사용할 수 있습니다. 따라서 사출 성형으로 생산할 수 있는 부품의 종류가 더욱 다양해졌습니다.

대량 생산과 호환

사출 성형은 다음과 같은 장점 덕분에 대량 생산에 이상적입니다. 짧은 사이클 시간 뿐만 아니라 높은 일관성 각 부품의 신뢰성. 중대형 부품의 경우 일반적으로 한 사이클당 하나의 부품만 생산됩니다. 그러나 수저와 같은 소형 품목의 경우 여러 캐비티 몰드, 유통 채널, 러너 및 게이트를 사용하여 사이클당 여러 부품을 제조할 수 있습니다.

부품당 낮은 비용

사출 성형의 전체 제조 비용은 상대적으로 높습니다. 그러나 대량 생산 시 부품당 비용은 감소합니다. MOQ는 설정 비용, 재료 비용, 설계 복잡성 등의 요소에 따라 달라집니다. 이러한 요소를 적절히 조합하면 사출 성형의 부품당 비용을 3D 프린팅, CNC 가공 및 주조와 같은 경쟁 기술보다 낮출 수 있습니다.

폐기물 최소화

사출 성형 훨씬 적은 폐기물 발생 재료가 훨씬 적게 발생합니다. 하지만 스프 루, 러너, 게이트 등으로 인해 일부 폐플라스틱은 불가피하게 발생합니다. 이러한 낭비는 설계 최적화와 핫 러너 구현을 통해 더욱 최소화할 수 있습니다. 핫 러너는 용융된 플라스틱을 금형의 캐비티에 주입하는 가열 분배 네트워크를 형성합니다. 단점은 기존의 콜드러너 시스템보다 비용이 많이 든다는 점입니다.

사출 성형의 한계

사출 성형에는 고유한 한계가 있습니다. 다음과 같은 단점을 신중하게 고려하면 제조업체가 사출 성형으로 실행 가능한 제품을 생산할 수 있는지 여부에 대해 현명한 결정을 내리는 데 도움이 될 수 있습니다.

높은 초기 투자 비용

사출 성형에는 상당한 초기 비용이 소요됩니다. 주요 비용에는 사출 장치와 금형이 포함됩니다. 또한 금형 설계 및 제작에는 몇 주가 소요될 수 있습니다.공정에 필요한 노동력, 에너지, 시간으로 인해 비용이 더욱 증가합니다.

시간이 많이 소요되는 프로세스

사출 성형은 한 번 가동하면 시간당 수백 개의 제품을 생산할 수 있는 매우 효율적인 공정입니다. 그러나 공정 및 금형 설계에 필요한 초기 시간은 빠른 시장 출시가 필수적인 상황에서 단점이 될 수 있습니다. 이러한 경우 래피드 프로토타이핑 기술이 더 적합한 대안이 될 수 있습니다.

기술 중심 프로세스

최신 사출 성형 공정에는 디자이너의 상당한 기술과 경험이 필요합니다. 숙련된 노동력이 부족한 지역에서는 효율적인 공정을 달성하는 것이 어려울 수 있습니다.

금속에 적합하지 않음

동안 분말 형태의 특정 금속과 함께 사용하도록 조정할 수 있습니다.가공 가능한 금속 등급과 관련하여 주조 및 CNC 가공과 같은 기존 제조 공정과 경쟁할 수 없습니다. 이러한 제한으로 인해 금속 기반 제품에서의 적용이 크게 제한됩니다.

매우 큰 부품에는 적합하지 않음

사출 성형 공정은 매우 큰 부품을 설계할 때 비효율적일 수 있습니다. 성형기 및 성형 도구에는 초과할 수 없는 크기 제한이 있습니다. 특별한 경우에는 기계의 용량을 초과하는 부품을 여러 부품으로 성형하여 함께 조립할 수 있습니다.

사출 성형에 맞게 부품을 최적화하는 방법

고객은 처음에 사출 성형에 적합하지 않은 디자인을 가져오는 경우가 많습니다. 이러한 디자인을 조정하기 위해 할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 사출 성형은 비용이 많이 드는 공정입니다. 따라서 디자인 최적화 를 탐색하고 구현해야 합니다. 귀중한 리소스 절약. 제조를 위한 설계(DFM) 원칙을 사용하여 이러한 개선점을 찾고 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 현재 고객이 사출 성형 비용 절감을 위해 적용할 수 있는 몇 가지 변경 사항은 다음과 같습니다:

균일한 벽 두께

사출 성형에서 가장 중요한 것은 벽 두께입니다. 사출 성형의 경우 벽 두께는 가능한 한 균일해야 합니다. 벽 두께가 다르면 수축률이 달라져 부품 뒤틀림이나 에어 포켓과 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 또한 두께가 두꺼우면 재료 사용량이 증가하여 구조적 강도, 기능 또는 외관 측면에서 추가적인 이점이 없을 수 있습니다. 코어를 사용하면 전체 부품 두께를 줄이고 균일화할 수 있습니다. 사출 성형에 권장되는 벽 두께는 1mm에서 3mm 사이입니다.

보스 사용

보스는 나사 구멍이나 슬롯과 같이 약한 부분을 강화하기 위해 만들어집니다. 또한 보스는 다웰 핀과 유사하게 정렬을 유지하면서 서로 끼워 넣을 수 있어 빠른 조립 메커니즘을 제공할 수 있습니다. 보스의 직경과 두께는 신중하게 고려해야 합니다. 보스와 나사 구멍의 직경은 수축을 보정하기 위해 더 작아야 합니다. 보스의 두께는 전체 벽 두께의 60%를 초과하지 않아야 합니다.

둥근 모서리

부품의 날카로운 모서리는 고가의 EDM 가공을 사용해야 하기 때문에 금형 비용을 빠르게 증가시킬 수 있습니다. 또한 부품에 응력 상승을 유발하여 잠재적인 고장 지점을 만들 수 있습니다. 날카로운 모서리보다는 둥근 모서리와 부드러운 전환을 선호해야 합니다.

구배 각도

구배 각도는 금형 설계의 또 다른 매우 중요한 측면입니다. 벽이 완벽하게 수직인 부품은 부품의 내벽이 금형의 코어를 따라 끌리기 때문에 배출하기가 매우 어렵습니다. 또한 분리 시 부품과 코어 사이의 틈새로 공기가 들어갈 수 없기 때문에 진공이 형성됩니다. 하지만 를 사용하면 부품을 더 쉽게 제거할 수 있습니다. 이젝터 핀이 부품을 누르자마자 내벽 전체가 코어에서 분리되고 공기가 쉽게 들어갑니다. 드래프트 각도는 또한 드래그 자국을 방지합니다.

일반적으로 1~2도의 테이퍼 또는 드래프트 각도로 충분합니다. 질감을 더 살리려면 한 면당 3~5도, 무거운 질감을 원하면 한 면당 5도 정도면 충분합니다.

소재 선택

소재 선택은 안전, 품질, 성능, 비용 및 제조 효율성, 지속 가능성에 직접적인 영향을 미칩니다. 하지만 공정에 적합한 소재의 목록이 길어지면 그 과정이 상당히 어려울 수 있습니다.

고객은 종종 전문 지식이 부족하거나 무지로 인해 선택 과정을 서두르는 경우가 많습니다. 그러나 플라스틱 부품은 항공우주, 자동차 및 해양 분야의 안전 장비에 사용되기 때문에 올바른 소재를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 최대 단시간 사용 온도, 항복률 및 인장 강도, 내충격성, 용융 유속, 응력 균열에 대한 취약성 등의 특성을 선택 시 충분히 고려해야 합니다. 애플리케이션에 가장 적합한 소재를 찾는 데 충분한 시간을 투자하는 것이 중요합니다.

결론

사출 성형은 다양한 모양, 크기 및 재료의 플라스틱 부품을 생산할 수 있는 능력으로 산업에 혁신을 가져오고 있는 매우 다재다능한 제조 공정입니다. 이 제품은 폐기물을 최소화하면서 놀라운 일관성으로 높은 공차를 달성할 수 있습니다. 따라서 고출력 생산에 이상적입니다.

이러한 장점에도 불구하고 이 공정에는 한계도 있습니다. 높은 초기 성형 비용, 긴 설정 시간, 금속 부품이나 초대형 제품의 제약으로 인해 신중한 검토가 필요합니다. 대량 생산과 잘 최적화된 설계를 통해 효율성이 극대화됩니다.

산업 기술이 빠르게 발전하는 세계에서 사출 성형은 고품질의 확장 가능한 생산을 원하는 제조업체에게 신뢰할 수 있는 생산 솔루션을 제공함으로써 중요한 역할을 하고 있습니다.

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