부품 사용용도에 따른 사출성형방법

생산하고자 하는 제품컨셉과 디자인이 결정되면 제품이 요구하는 특징과 기능, 사용 재료 및 가공안정성과 비용, 가공방법 등을 종합적으로 검토하여 최적의 성형방법을 선정하도록 한다.

인서트 사출성형

인서트 사출성형(insert injection molding)은 2개 이상의 서로 다른 재료를 사용하여 성형하는 방식이다. 대표적인 사례로 너트를 금형에 삽입한 후 용융수지를 주입하면 상대부품과 나사로 조립할 수 있는 구조의 나사결합 부품을 만들 수 있다. 자동차 내장재의 경우 질감이나 디자인이 인쇄되어 있는 얇은 시트 및 필름을 금형에 삽입한 후 사출성형기로 용융수지를 주입하기도 한다. 사출공법으로 두께와 구조물 형상을 갖추고 깔끔하고 화려한 외관은 필름이 담당하는 것이다.(필름 인서트 사출) 일부 모델의 스마트폰 몸체 제조에서는 알루미늄 소재를 금형에 삽입하고 사출성형으로 리브 및 보스 등의 기능성 구조를 강력하게 접착하는 기술을 응용하기도 했다. 인서트는 플라스틱이거나 섬유 시트일수도 있다. 레진(resin) 종류는 동일하지만 색상이 2개 이상으로 구성된 제품도 인서트 사출성형으로 구현할 수 있다. 첫번째 색상의 플라스틱 성형품을 금형에 삽입한 후 두번째 색상의 용융수지를 해당하는 캐비티에 채우면 두가지 색상을 가진 제품이 된다. 종류가 같은 레진은 접착력이 우수하다. 이 방법은 이중사출성형과 동일한 효과를 낸다. 인서트 사출은 의료, 자동차부품, 전자제품, 정밀부품 등 다양한 분야에서 사용하고 있다. 2개 이상의 부품 일체화로 제조비용을 줄이고 접착 불량을 감소시켜 품질을 안정화시킨다.

• 너트 등의 부속물을 금형에 삽입 후 몸체를 사출성형
• 알루미늄 등의 금속을 금형에 삽입 후 리브, 보스 등 부속물을 사출성형
• 1차 플라스틱 성형품을 금형에 삽입 후 2차 플라스틱(레진)을 사출성형

급속가열 급속냉각 사출성형

고광택 디자인이 요구되거나 강도보강 목적으로 웰드라인을 제거해야 하는 부품에서는 고온성형을 해야 하는데 금형을 급속하게 가열하고 냉각하는 스팀사출성형(steam injection molding)을 사용한다. 고광택으로 지정된 면적 부위에 냉각보다 촘촘한 간격으로 가공한 스팀 구멍은 제어장치 명령에 의해 금형표면의 급속가열과 급속냉각 기능을 수행한다. 용융수지가 만나는 경계인 웰드라인을 제거하기 위해서도 스팀을 적용한다. 스팀 사출성형 공법은 캐비티면의 경면래핑 기술이 동반되어야 한다. 스팀 방식 이외의 급속가열 수단으로 전기히터를 사용하기도 하고, 친환경적 방법으로 전력 비용을 절약하기 위해 증류수를 이용한 화학적 반응열을 이용하기도 한다. 급속가열 급속냉각 사출성형은 고품위 표면을 구현하므로 스프레이 도장 공정을 생략할 수 있어 환경부하를 감소시켜 준다. 냉각회로를 설정할 때 고광택 부위는 개별로 온도제어를 할 수 있도록 냉각채널을 구성한다.

이중사출성형

이중사출성형(2K injection molding)접착력이 좋은 서로 다른 종류의 레진(Resin) 또는 다른 색상의 레진으로 일체화된 부품을 사출성형하는 공법이다. 레진은 색상이 다르지만 동일한 종류일 수도 있고 서로 다른 레진일 수도 있다. 단 두 레진은 반드시 접착력이 뛰어나야 한다. 2종류의 사출을 위해 사출성형기는 기본적으로 2개 이상의 노즐을 갖추고 있어야 한다. 대표적인 이중사출성형에는 로타리 방식, 코아백 방식, 트랜스퍼 방식이 있다.

로타리 방식

로타리 방식(Rotary type)은 코아는 동일하고 캐비티 형상이 다른 2개의 금형 또는 2캐비티 형식의 금형을 1대의 전용사출성형기에 장착하여 180도 회전해 가면서 사출한다. 가동측이 회전하는데 중력의 영향을 받으므로 중량이 가벼운 소형 금형에 적합하다. TV와 같은 대형금형의 이중사출은 금형이 무겁기 때문에 바닥에서 회전하는 특수 사출기를 사용한다.

코아백 방식

코아백 방식(Core back type)은 자동차의 Cowl grill과 같은 대형 부품에 적용할 수 있다. 1차 용융수지가 주입되는 동안 코아측 부품이 작동하여 2차 용융수지 영역의 입구를 차단시켜서 1차 용융수지의 진입을 막는다. 1차 수지가 충진과 고화를 마치면 막고 있던 코아가 열리면서 2차 용융수지가 진입하여 최종적으로는 2가지 레진으로 접합한 부품을 만들어낸다. 이 방법은 금형을 회전시키지 않는다. 대표적인 사례로 1차 레진은 PP, 2차 레진은 탄성을 보유한 고무 재질(Elastomer)인 TPE를 주로 사용한다.

트랜스퍼 방식

트랜스퍼 방식(Transfer type)은 로타리 방식과 코아백 방식으로 구현하기 어려울 때 사용한다. 고정측에 1차 사출과 2차 사출영역을 가공한 2개의 캐비티를, 가동측 코아는 1개를 제작한다. 코아는 유압실린더 작동에 의해 금형이 형개되었을 때 1차와 2차 사출 구역을 왕복운동한다. 트랜스퍼 방식은 로타리 방식의 회전테이블이 없는 일반사출성형기에서 금형의 특수구조를 이용해 이중사출 효과를 내기 위해 고안한 방법이다. 하지만 2차 수지 사출을 위해 형체기능이 없는 별도의 노즐 사출기구를 준비해야 한다.

가스사출성형/워터사출성형

중공(中空) 단면이 있는 제품을 성형하는 공법이다. 단면 체적이 두꺼운 부분은 수축이 발생하는데 이 부분의 중앙 부위를 가스나 물이 지나가도록 하면 속이 빈 공간을 형성하여 수축을 방지할 수 있다. 원형 단면을 갖는 플라스틱 파이프, 자동차 핸들 및 중량을 증가시키지 않으면서 강도가 요구되는 부품에 적용한다. 중공 모양은 가스 및 물의 흐름이 성형품 단면에 영향을 받아 원형, 사각형 등으로 다양하게 나타난다. 맥주상자, 물류상자 등의 얇은 손잡이 부분을 속이 빈 형상으로 두툼하게 만들면 그립감을 개선시켜서 사용성이 좋아진다. 물의 압력이 가스보다 더 크므로 설정한 채널 끝부분까지 일정한 중공 단면 모양을 유지하기에 유리하다. 가스사출(gas injection molding)과 워터사출(water injection molding)은 저압사출 후 가스 및 물이 주입되므로 잔류응력이 감소하여 성형 후 변형이 작다. 길이가 긴 제품의 경우 제품 살두께의 터짐 없이 고압의 가스와 물이 긴 거리를 이동해야 하므로 제품설계 단계에서 중공 단면 채널 배치에 주의를 기울이도록 한다. 가스와 물이 진입하는 입구에서 멀어질수록 압력이 떨어져 속이 빈 중공 단면 크기가 작아지는 경향이 있다. 이 방법을 손잡이 부분에 적용하면 부품 형상이 단순해지고 강도보강 리브를 삭제할 수 있어 식품등을 나르는 무거운 박스류를 운반할 때 손이 덜 아프다. 또한 모양이 단순해져서 청소와 위생상태를 좋게 하는 장점을 제공한다.

사출압축성형

사출압축성형(injection compression molding)투영면적이 넓고 두께가 얇은 박형부품 성형에 사용하는 공법이다. 사출성형과 압축성형을 결합시킨 것으로 사출성형의 보압공정을 압축공정으로 대체시킨 것이다. 금형을 완전히 닫기 전에 필요한 압축량만큼 벌린 상태에서 용융수지를 사출한 후 형폐시킨다. 금형이 약간 벌어진 상태이기 때문에 용융수지가 파팅면으로 새어나오지 않도록 차단하는 구조 설정이 핵심이다. 이 공법은 큰 투영면적의 제품을 최대한 얇고 평평하게 만들어 부드럽게 곡면 처리할 수 있는 장점이 있다. 금형내압이 작아지고 밀도를 균일하게 하며 잔류응력과 휨을 최소화한다. 또한 성형품질 향상 뿐 아니라 형체력을 감소시킨다. 복굴절을 중요시하는 도광판(Light Guide Panel) 제조 및 자동차 유리를 플라스틱으로 대체하는 성형기술(PC Glazing)로 활용되고 있다.

다이슬라이드 사출성형

물탱크처럼 2개 이상의 플라스틱 케이스를 융착하여 속이 빈 단일부품으로 만들어야 하는 경우 금형 안에서 사출과 접합 결합이 가능하도록 하는 성형방식이다. 1개의 금형에서 1회의 사출로 반쪽 형상을 캐비티측에, 나머지 반쪽을 코아측에 성형시킨다. 냉각에 의한 고화 후 성형품의 한쪽은 캐비티에, 다른 한쪽은 코아에 고정되어 있어야 한다. 금형이 열리면 2개의 성형품이 맞물리도록 가동측의 코아 부분이 유압실린더 동작에 의해 결합 위치로 이동하여 자리잡는다. 그 다음 융착 역할을 수행하는 2차 사출을 실시한다. 주의할 점은 1차 사출에서 나온 가동측과 고정측의 성형품이 모두 각각의 위치에 안전하게 고정되어 있어야 한다는 것이다. 다이슬라이드 사출성형(DSI) 공법은 결합 부위의 밀폐기능이 뛰어나고 초음파 융착 및 조립과 같은 후공정을 생략하여 원가절감 효과를 제공한다. 또한 기존의 후공정에서 발생하는 불량을 감소시킨다. 중공(中空) 내부에는 리브나 보스 등의 구조물을 설치할 수 있을뿐만 아니라 인서트도 삽입할 수 있다. 코아 슬라이딩 구조를 응용한 방법으로 코아 가동측에 있는 빈 공간을 이용하여 금형 안에서 직접 증착(자동차 램프의 반사판)이 가능한 단계까지 이르렀다. 다이슬라이드 사출성형 순서는 다음과 같다.

1. 형폐 개시
2. 기본 형상 사출, 냉각(1차 성형)
3. 형개, 러너 취출
4. 가동측 코아 슬라이딩 이동
5. 형폐 개시
6. 융착 형상 사출, 냉각(2차 성형)
7. 형개
8. 융착 완료 성형품 취출
9. 가동측 코아 원위치 슬라이딩