001. 사출성형

안녕하세요! 언두랩입니다.
오늘은 사출성형에 대해 정리하고, 사출성형 제품을 설계할 때 고려해야하는 부분이 무엇인지 알아보겠습니다.

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서론

플라스틱 제품을 대량 생산하기 위해 가장 흔하게, 그리고 필수적으로 사용하는 가공 방식이 바로 오늘 소개할 사출성형(Injection Molding)입니다. 우리가 일상에서 쓰는 스마트폰 케이스, 마우스, 가전제품 외관부터 자동차 내장재까지 플라스틱으로 된 거의 모든 것은 이 사출성형을 거쳐 태어난다고 해도 과언이 아닙니다. 그렇다면 사출성형은 어떤 방식으로 이루어질까요?

 

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1. 금형 (Mold)

먼저 금형이 무엇인지 알아보겠습니다.
흔히 붕어빵틀에 많이 비교하는데, 내부 빈 공간에서 똑같은 모양의 붕어빵(제품)을 대량 생산하는 틀을 금형이라고 합니다.
물론 사출성형에 사용되는 금형은 붕어빵틀보다는 훨씬 복잡하고 정교하게 제작됩니다.

그림을 통해 구성요소를 간단하게 정리해보겠습니다.

먼저 하나의 금형은 (1)상측 금형과 (4)하측 금형으로 나눌 수 있습니다.

(1)상측 금형은 고정되어있으며, Fixed Half라고도 합니다. 수지가 주입되는 (2)스프루가 위치하는 금형입니다. 이름은 상측금형이지만 보통의 사출기는 수직이 아닌 수평방향으로 수지가 주입되고 성형이 이루어지기 때문에 실제로 위에 있지는 않습니다.

(4)하측 금형은 이동하는 금형이며, Moving Half라고도 합니다. 성형이 끝난 (3)성형품을 쉽게 취출(=Eject, 제품을 금형에서 빼내는 행위)하기 위해 (5)밀핀이 존재합니다.

이외에도 몰드베이스, 코어, 러너(게이트) 시스템 등의 요소들도 존재하며, 좀 더 복잡한 형상을 가진 3단금형도 있습니다.
금형의 구성요소에 대한 자세한 설명은 다음에 시간이 된다면 정리해보도록 하겠습니다.

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2. 사출의 순서

다음으로는 사출성형의 Cycle, 즉 어떤 과정을 거쳐서 제품이 만들어지는지 간단하게 알아보겠습니다.
저의 동료 Chat씨 Ge씨를 통해 사출기와 금형을 간단하게 그려봤습니다.

- (1)호퍼라는 깔대기를 통해 (2)플라스틱 소재가 사출기 내부로 투입됩니다.
- 실린더 내부에 있는 (3)스크류가 작동하며 재료에 열과 압력을 가하여 고체였던 소재를 액체로 녹이게 됩니다.
- 녹은 플라스틱을 강한 압력으로 (5)금형 내부의 빈 공간에 밀어 넣습니다.
- 플라스틱이 금형 내부에서 충분히 냉각되고 안정화 되도록 기다립니다.
- 금형을 열고 성형물을 취출합니다. (Ejection)

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3. 사출 제품 설계 고려사항

1) 언더컷

언더컷이란? "한 번 들어가면 안 빠지는 구조"

쉽게 말해, 제품을 사출한 뒤 금형을 위아래로 열어서 제품을 꺼내야 하는데, 어딘가 걸려서 제품이 밖으로 빠지지 않는 구조를 말합니다.
이러한 언더컷을 피하기 위해 파팅라인을 조정하거나, 구조를 변경하기도 합니다. 불가피하게 언더컷이 생기게 된다면 금형에 슬라이드 코어나 변형코어를 추가하여 취출이 가능하도록 금형을 제작합니다. 하지만 이것은 금형비 상승의 원인이 되므로 제품 설계시에는 금형 구조를 고려하여 언더컷이 생기지 않도록 설계해야합니다.

2) 살두께

사출에서는 제품의 두께를 살두께라고 표현하기도 합니다. 사출제품의 두께는 급격하게 변하지 않도록 잘 설계해야하며, 재료별 최소 두께를 고려해야합니다.
먼저 두께는 제품 자체의 강도와도 관련이 있습니다. 그리고 사출성형은 고체의 재료가 녹은 뒤 다시 굳으며 제품이 성형되며, 이 과정에서 플라스틱의 부피는 팽창하고 수축하게 됩니다. 이 때 제품의 두께가 다르다면 식는 속도가 달라지면서 많은 사출 불량이 발생하게 됩니다. Ex) 싱크마크, 뒤틀림 등
제품 기능상 어쩔 수 없이 두꺼운 부분이 생긴다면, 살빼기 설계를 통해 두께를 맞춰줘야 합니다. 이부분도 나중에 기회가 된다면 다뤄보도록 하겠습니다.

3) 빼기구배(Draft)

제품 취출이 원활하도록 0.5~3도의 각도를 설계합니다.
Ex) 겹쳐있는 종이컵의 벽면이 완벽한 수직일때와 사선모양일때.. 어떤 종이컵이 더 잘 빠질까?
높이가 높은경우 조금의 각도만 줘도 형상이 많이 변하기 때문에 잘 생각해야합니다.

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마무리

오늘은 사출성형에 대해 간단하게 알아봤습니다. 저도 아직 모르는게 많고, 배워가는 입장이기 때문에 틀린 표현들이나 내용이 있을 수 있습니다. 어떤 피드백도 좋으니 댓글 달아주시면 감사하겠습니다!!