확산접합(diffusion bonding)은 두 종류의 동일소재 및 이종소재에 일정 온도와 압력을 가하여 경계면에 생기는 원자의 확산을 이용하는 접합기술이다. 접합 공정이 모재의 융점 이하에서 이루어지기 때문에 외부의 큰 에너지를 사용하는 기존의 용접처럼 변형이 발생하지 않는다. 확산층 형성에 따라 접합면 경계는 사라지고 우수한 접합강도를 가지게 된다.
확산접합과 사출금형
확산접합 기술을 사출금형 냉각구조에 적용하면 성형사이클 단축과 품질향상에 도움이 된다. 성형부 형상을 따라 가면서 복잡한 냉각을 배치할 수 있으므로 금형온도 제어에 유리하다. 건드릴 가공에 의한 직선 냉각에서 탈피해서 굴곡이 진 성형면에 일정한 거리(Offset)로 근접시킬 수 있어 냉각효율을 개선시키고 온도 편차를 최소화한다. 냉각채널을 한쪽 소재 경계면에 NC밀링으로 가공하므로 구멍을 뚫기 위해 수행하는 건드릴 가공이 사라지는 효과도 있다. 냉각효율 개선은 성형사이클을 크게 단축시킨다.
확산접합의 특징
금형의 온도 균일화는 수축에 의한 휨을 작게 한다. 핫러너 매니폴드 시스템의 유로 구성에도 유동성 개선을 위한 열효율 증대와 조립과정에서 사용하는 부품 수량 감소 등의 목적으로 확산접합 기술 연구가 진행되고 있다. 사출금형에 응용하기 위한 확산접합기술의 특징은 다음과 같다.
장점
- 냉각 설계가 자유롭다. 밀핀 등의 간섭에 구애받지 않는다.
- 급속가열냉각시스템과 접목하면 웰드라인 제거와 고광택 표면 구현이 더욱 우수해진다.
- 형상면에 가까운 위치로 냉각을 배치하고 온수를 사용하면 금형에 가공된 마이크로 패턴을 유리하게 전사시킬 수 있다.
- 접합면이 우수하여 접합 경계가 성형품에 전사되지 않는다.
- 모재(母材)와 다른 이종(異種) 소재와의 접합이 가능하다.
- 일반적인 금형강과 열전달 목적으로 사용하는 구리의 접합, 일반적인 금형강과 단열 목적으로 사용하는 세라믹의 접합도 가능하다.
단점
- 두 소재의 접합면 가공 상태와 표면거칠기가 매끄럽지 못하면 접합품질에 영향을 미쳐 접합 강도가 저하될 수 있다.
- 자유로운 냉각 구성을 위해 사용하는 3D 프린터는 크기 제약이 있고 강도가 부족하지만, 확산접합은 대형물 접합이 가능하고 강도가 우수하다.
- 접합 비용이 비싸다.
- 접합품질이 떨어지면 경계면에서 냉각수가 흘러나올 수 있다.