초록: 사출 성형은 높은 정밀도와 반복성으로 플라스틱 부품을 생산하는 다재다능하고 효율적인 제조 공정입니다. 이 가이드는 사출 성형 기본 사항, 고급 기술, 설계 원리, 재료 선택 및 다양한 응용 분야에 대한 철저한 검토를 제공하여 엔지니어, 설계자 및 제조업체의 참고 자료 역할을 합니다.
1. 사출 성형 소개
사출 성형은 주로 동일한 플라스틱 부품을 대량 생산하는 데 사용되는 제조 공정으로, 엄격한 공차를 갖습니다. 용융된 플라스틱 재료를 금형 캐비티에 주입하여 최종 제품으로 냉각 및 고화시키는 과정이 포함됩니다. 이 공정은 높은 생산 속도, 뛰어난 치수 정확성 및 복잡한 형상을 생산할 수 있는 능력으로 특징지어지며, 소비재 전자 제품에서 항공 우주에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 플라스틱 부품을 제조하는 데 가장 널리 사용되는 방법 중 하나입니다.
사출 성형 시스템의 필수 구성 요소에는 사출 장치(재료를 가소화하고 주입하는 역할), 클램핑 장치(금형을 잡고 여는 역할) 및 금형 자체(부품 모양을 정의하는 정밀 도구)가 포함됩니다. 사출 성형의 역사는 1872년 John과 Isaiah Hyatt가 최초의 플런저 기반 사출 기계를 특허받은 것으로 거슬러 올라가며, 1946년 James Watson Hendry의 스크류 사출 기계와 1970년대의 가스 보조 사출 성형을 포함하여 상당한 발전이 있었습니다.
2. 사출 성형 공정: 단계별
표준 사출 성형 사이클은 6가지 기본 단계로 구성됩니다.
- 클램핑: 금형의 두 반쪽이 클램핑 장치에 의해 안전하게 닫히고 함께 고정됩니다. 클램핑력은 높은 사출 압력에 저항할 수 있을 만큼 충분해야 합니다.
- 사출: 일반적으로 펠릿 형태의 플라스틱 재료가 호퍼에서 가열된 배럴로 공급됩니다. 왕복 스크류는 플라스틱을 운반, 용융 및 균질화합니다. 그런 다음 용융된 플라스틱을 고압 하에서 금형 캐비티에 주입합니다.
- 유지/패킹: 캐비티가 채워진 후, 부품이 냉각될 때 부피 수축을 보상하기 위해 추가 재료를 금형에 채우기 위해 압력을 유지합니다.
- 냉각: 부품은 금형에 남아 고화됩니다. 냉각 시간은 총 사이클 시간의 상당 부분을 차지하며 부품 두께와 재료 특성의 영향을 받습니다.
- 금형 열기: 부품이 충분히 굳으면 클램핑 장치가 금형을 엽니다.
- 이젝션: 완성된 부품은 핀, 슬리브 또는 스트리퍼 플레이트를 사용하여 금형에서 배출됩니다. 그런 다음 사이클이 반복됩니다.
주요 공정 매개변수:
- 온도: 배럴 온도(용융용), 노즐 온도 및 금형 온도(흐름 및 냉각에 중요)를 포함합니다.
- 압력: 사출 압력은 캐비티를 채우기 위해 흐름 저항을 극복하는 반면, 유지 압력은 수축을 보상합니다. 스크류의 배압은 용융 균질화를 개선합니다.
- 시간: 사출 시간, 유지 시간 및 냉각 시간을 포함합니다. 총 사이클 시간은 생산 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.
3. 고급 사출 성형 기술
제조 요구 사항이 발전함에 따라 여러 고급 기술이 개발되었습니다.
마이크로 사출 성형: 의료 기기 및 마이크로 전자 제품용으로 매우 작고 고정밀 부품을 생산하는 데 사용됩니다. 도징(밀리그램 수준) 및 온도(배럴의 경우 ±0.5°C)에 대한 매우 정밀한 제어가 필요합니다.
금형 내 장식(IMD): 성형 공정에 장식을 통합하는 기술군입니다. 주요 변형은 다음과 같습니다.
- IML(금형 내 라벨링): 사전 장식된 필름을 사출 전에 금형에 배치하여 내구성이 뛰어나고 통합된 표면 마감을 가진 부품을 얻습니다.
- IMR(금형 내 릴리스): 장식은 성형 중에 캐리어 필름에서 부품으로 전송되며, 캐리어 필름은 자동으로 제거되고 릴링됩니다.
반응 사출 성형(RIM): 혼합되어 경화되는 두 개 이상의 저점도 액체 반응물(폴리우레탄 등)을 사용하고 금형에 주입합니다. RIM은 대형 부품(예: 자동차 범퍼)에 적합하며 기존 사출 성형에 비해 낮은 압력과 클램프력이 필요합니다.
가스 보조 사출 성형: 부품의 중공 섹션으로 재료를 밀어 넣기 위해 불활성 가스를 금형 캐비티에 주입하는 방식입니다. 이를 통해 무게와 싱크 마크가 줄어든 중공, 강성 부품을 만들 수 있습니다.
정밀 사출 성형: 종종 0.01mm에서 0.001mm 이내의 매우 높은 치수 정확도를 달성하는 것을 목표로 합니다. 특수 프레스, 고품질 금형 및 PPS, PPA, LCP와 같은 엔지니어링 재료가 필요합니다.
| 기술 | 주요 원리 | 주요 장점 | 일반적인 응용 분야 |
| 마이크로 성형 | 마이크로 스케일 부품 성형 | 고정밀, 작은 부품에 적합 | 마이크로 펌프, 의료 기기, 광학 렌즈 |
| IMD/IML | 성형 중 장식 | 내구성이 뛰어난 표면, 후처리 불필요, 미적 감각 | 자동차 패널, 가전 제품 쉘, 전화 트림 |
| 반응(RIM) | 금형 내 화학적 경화 | 대형 부품, 낮은 클램프력, 유연한 출력 | 자동차 범퍼, 가구, 의료 장비 |
| 가스 보조 | 내부 가스 압력 | 무게 및 휨 감소, 중공 섹션 | 손잡이, 가구, 대형 하우징 |
4. 사출 성형을 위한 중요한 설계 고려 사항
성공적인 부품 설계는 제조 가능성, 비용 효율성 및 성능에 매우 중요합니다.
벽 두께: 균일한 벽 두께는 싱크 마크, 휨 및 내부 응력과 같은 결함을 방지하는 데 중요합니다. 두께의 갑작스러운 변화는 피해야 합니다.
- 드래프트 각도: 금형 개방 방향에 수직인 표면에는 부품 배출을 용이하게 하기 위해 테이퍼를 적용해야 합니다. 일반적으로 최소 1°가 권장됩니다.
- 리브 및 거싯: 상당한 벽 두께를 추가하지 않고 부품 강성과 강도를 높이는 데 사용됩니다. 싱크 마크를 방지하려면 적절한 리브 설계(일반적으로 주 벽 두께의 50-70%)가 필수적입니다.
- 필렛 및 반경: 둥근 모서리는 응력 집중을 줄이고 재료 흐름을 개선하며 금형 강도를 향상시킵니다.
- 보스: 나사 마운트와 같은 조립 기능에 사용됩니다. 싱킹 및 기타 문제를 방지하기 위해 적절한 리브 지지대와 코어 형상과의 적절한 상관 관계를 고려하여 설계해야 합니다.
- 게이트 설계: 게이트는 용융 플라스틱이 캐비티로 들어가는 채널입니다. 위치 및 유형(예: 엣지, 터널, 핀 포인트)은 부품 외관, 강도 및 휨에 상당한 영향을 미칩니다.
- 언더컷: 부품 배출을 방지하는 기능입니다. 사이드 액션, 리프터 또는 붕괴 가능한 코어와 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 금형 구성 요소가 필요합니다.
5. 사출 성형을 위한 재료 선택
다양한 재료를 사용할 수 있으며 각 재료는 고유한 특성을 가지고 있습니다.
열가소성 수지: 사출 성형에 가장 많이 사용됩니다. 가열하면 부드러워지고 냉각하면 경화되어 재활용 및 재성형이 가능합니다. 예로는 다음이 있습니다.
- 폴리프로필렌(PP): 다용도, 내화학성, 우수한 피로 저항성.
- 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS): 강인하고 충격 저항성이 있으며 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다.
- 폴리카보네이트(PC): 높은 충격 강도, 투명성 및 내열성.
- 나일론(PA): 높은 강도, 내마모성 및 우수한 기계적 특성.
- 폴리옥시메틸렌(POM): 높은 강성, 낮은 마찰 및 뛰어난 치수 안정성.
열경화성 폴리머: 경화 중에 비가역적인 화학 반응을 거칩니다(예: RIM에서). 재가열 시 용융되지 않습니다. 예로는 에폭시 및 페놀 수지가 있습니다.
엘라스토머: 유연한 고무와 같은 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
첨가제: 재료는 종종 보강을 위해 유리 또는 탄소 섬유, 난연제, 안정제 및 착색제와 같은 첨가제와 혼합됩니다.
6. 산업 전반의 응용 분야
사출 성형의 다재다능함은 다음과 같은 다양한 분야에서 적용 가능하게 합니다.
- 자동차: 내부 트림, 대시보드, 버튼에서 언더 후드 부품 및 조명 하우징에 이르기까지 다양한 구성 요소.
- 소비자 전자 제품: 전화 및 랩톱 하우징, 버튼, 커넥터 및 내부 구성 요소. 정밀 성형은 광학 렌즈 및 구조 부품과 같은 구성 요소에 중요합니다.
- 의료 및 헬스케어: 주사기, IV 구성 요소, 수술 도구, 이식형 장치 하우징 및 미세 유체 장치. 살균성 및 생체 적합성이 주요 요구 사항입니다.
- 포장: 병 뚜껑, 용기 및 마개는 종종 매우 높은 볼륨으로 생산됩니다.
- 항공 우주: 높은 강도 대 중량 비율이 필요하고 혹독한 환경 조건을 견딜 수 있는 내부 및 외부 구성 요소에 사용됩니다.
