플라스틱 가공의 사출성형과 압출성형: 차이점은 무엇인가?

플라스틱 성형은 처음 등장한 이후 오랜 시간 동안 발전해 왔으며, 다양한 가공 방식으로 분화되었습니다. 이 글에서는 두 가지 일반적인 플라스틱 성형 기술인 사출 성형과 압출 성형을 비교하는 데 중점을 둘 것입니다. 이어지는 장에서는 기본적인 정의부터 비용 및 경제적 요인에 이르기까지 다양한 관점에서 두 기술의 차이점과 특징을 비교 분석하여 명확히 설명하겠습니다.

사출 성형과 압출 성형의 차이점은 무엇입니까?

• 메커니즘 및 프로세스
• 장비 및 도구
• 재료 및 부품 유형
• 설계 규칙 및 부품 형상
• 생산 경제학 및 처리량
• 결함 및 문제 해결

메커니즘과 프로세스의 주요 차이점

플라스틱 압출 공정

플라스틱 압출은 용융된 재료를 성형된 다이를 통해 밀어 넣어 길고 연속적인 제품을 만듭니다. 파스타 프레스에서 나오는 스파게티를 생각해 보세요. 단면은 다이 구멍에 의해 결정되며, 원칙적으로 출력은 무한대로 가능합니다.

실제로 압출기의 회전 스크류는 플라스틱 펠릿을 가열, 혼합, 가압합니다. 용융된 펠릿은 프로파일을 형성하는 다이를 통과합니다. 그런 다음 생산 라인은 공기조, 수조 또는 냉각 롤을 사용하여 형상을 고화합니다. 풀러는 라인 장력과 속도를 제어하고, 커터, 와인더 또는 톱은 연속된 스트랜드를 사용 가능한 길이 또는 롤로 변환합니다.

사출 성형 공정

플라스틱 사출 성형 반복적인 사이클을 통해 개별적이고 완전한 3차원 부품을 만듭니다. 펠릿은 가열된 배럴에서 가소화된 후, 고압으로 폐쇄된 금형에 빠르게 주입됩니다. 금형에는 부품의 형상을 정의하는 하나 이상의 캐비티가 있습니다. 러너와 게이트는 각 캐비티에 용융물을 분배합니다. 수축을 제어하기 위해 충전 및 유지한 후, 냉각을 통해 부품이 고화됩니다. 그런 다음 금형이 열리고 이젝터 핀이 부품을 밀어내면서 사이클이 완료됩니다.

장비 및 도구의 주요 차이점

압출기, 다이 및 다운스트림 처리

압출 라인에는 호퍼와 스크류/배럴 조립체, 용융 여과를 위한 스크린 팩과 브레이커 플레이트, 그리고 원하는 모양을 설정하는 다이가 포함됩니다.

하류 장비는 제품을 안정화하고 변환합니다. 여기에는 중공 프로필의 치수 제어를 위한 교정기와 진공 탱크, 냉각을 위한 수조 또는 에어 나이프, 라인 속도를 제어하는 홀오프, 마무리 작업을 위한 커터, 슬리터 또는 와인더가 포함됩니다.

사출 프레스, 금형 및 러너 시스템

사출 성형 셀은 클램핑력에 따라 평가되는 프레스, 사출 장치, 그리고 금형 도구를 중심으로 구성됩니다. 금형은 제조 공정의 핵심입니다. 공동과 코어, 냉각 회로, 이젝터 시스템, 때로는 사이드 액션이나 리프터를 사용하여 언더컷을 생성합니다.

콜드 러너는 단순한 금형에서 흔히 사용되며, 핫 러너는 용융 플라스틱 재료를 공급 시스템에 유지하여 폐기물을 줄이고 사이클 시간을 단축합니다. 이 공정에는 자동화도 통합되어 있습니다. 예를 들어, 일부 사출 성형 공정에서는 부품 제거, 금형 내 라벨링 또는 비전 검사에 로봇을 사용합니다.

툴링에서 사출과 압출의 차이점

압출 금형과 사출 금형의 가장 큰 차이점은 가격입니다. 일반적으로 압출 금형은 제작 속도가 빠르고 저렴합니다. 간단한 프로파일 금형은 며칠에서 몇 주 안에 적당한 비용으로 제작할 수 있습니다.

상대적으로 사출 금형은 훨씬 더 복잡합니다. 단순한 단일 캐비티 알루미늄 금형조차도 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 다중 캐비티의 정밀 공차 강철 금형은 말할 것도 없고, 수개월의 시간과 상당한 투자가 필요할 수 있습니다. 하지만 그 투자는 높은 생산량과 반복 가능한 부품 품질을 통해 실현됩니다.

재료 및 부품 유형의 주요 차이점

열가소성 수지, 열경화성 수지 및 엘라스토머

두 프로세스 모두 실행됩니다 열가소성 플라스틱 PP, PE, PVC, ABS, PC, PET, 플라스틱 수지, 나일론 등이 주요 기본 소재로 사용됩니다. 그러나 일부 소재는 특정 공정에서 다른 소재보다 성능이 더 뛰어납니다.

압출 성형은 연속 가공 과정에서 용융 및 재응고가 깨끗하게 이루어지기 때문에 열가소성 수지와 자주 연관됩니다. 한편, 사출 성형은 열가소성 수지, 페놀 수지와 같은 열경화성 수지, B-스테이지 에폭시 수지, 그리고 액상 실리콘 고무를 포함한 엘라스토머에 더 나은 지지력을 제공합니다.

프로파일, 시트 및 필름 대 개별 3차원 모양

압출은 균일한 단면을 전문으로 합니다. 창틀, 케이블 피복, 의료용 튜브, 방풍재, 골판지, 다층 필름 등이 이에 해당합니다. 공압출은 재료를 적층하여 차단성, 강성 또는 색상을 조합할 수 있습니다.

사출 성형은 병 뚜껑, 인클로저, 기어, 커넥터, 장난감, 렌즈 하우징 및 구조용 브래킷과 같은 개별 부품을 생성합니다., 자동차 부품. 부품에 보스, 힌지, 스냅, 나사산 또는 섬세한 질감이 필요한 경우, 나중에 추가하는 것보다는 한 번에 모든 기능을 성형하는 것이 더 적합합니다.

설계 규칙과 부품 형상의 주요 차이점

벽 두께 및 언더컷

압출 시, 냉각 차등 및 휨을 방지하기 위해 벽 두께는 프로파일이 허용하는 한 균일하게 유지되어야 합니다. 급격한 전이는 권장되지 않습니다. 반경과 균형 잡힌 유동 경로는 다이 라인과 변형을 줄여주기 때문입니다.

금형 개구부에 의해 형상이 결정되기 때문에, 후성형 없이는 압출 방향의 진정한 언더컷을 구현할 수 없습니다. 굽힘 가공이나 2차 성형을 통해 냉각 후 경로를 조정할 수 있지만, 단면적은 일정하게 유지됩니다.

사출 성형은 3D 디테일을 활용하며, 사이드 액션, 접이식 코어 또는 리프터를 사용하여 언더컷을 형성할 수 있습니다. 그러나 균일한 공칭 벽 두께는 싱크와 휨을 최소화하는 데 도움이 되므로 여전히 바람직하며, 리브와 거셋은 질량을 증가시키지 않고 강성을 높이는 데 사용됩니다.

허용 오차, 표면 마감 및 통합 기능

압출은 라인 안정성, 냉각 및 다이 설계에 따라 적당한 허용 오차를 제공합니다. 압출 방식의 이송 동작은 거리에 따른 종방향 정확도를 높이지만, 작은 형상이나 좁은 구멍 크기에서는 추가적인 어려움을 초래합니다. 마감은 다이 품질, 냉각 및 필름이나 시트 패턴의 엠보싱 롤과 같은 후처리 공정을 반영합니다.

사출 성형은 금형 제작 단계에서부터 엄격한 공차와 고품질 마감을 구현하는 데 효과적입니다. 이러한 정밀성 덕분에 의료 기기와 같은 제품에 금형 텍스처링, 광택 표면, 미세 형상 등의 기능을 구현할 수 있습니다. 나사산, 스냅, 리빙 힌지, 인서트 등을 성형된 형상에 직접 통합할 수 있어 조립 시간을 최소화할 수 있습니다.

조립 및 보조 작업

압출된 제품은 최종 형태를 얻기 위해 절단, 드릴링, 펀칭, 용접, 열 굽힘 또는 접착과 같은 일련의 작업이 필요한 경우가 많습니다. 예를 들어, 압출된 알루미늄 외관 PVC 프레임은 절단 및 마이터링 후 기계적으로 접합될 수 있습니다.

반면, 사출 성형은 케이블 스트레인 릴리프, 씰, 패스너 보스를 함께 성형하는 것처럼 여러 기능을 하나의 부품으로 통합할 수 있습니다. 플라스틱 제품은 게이트 트리밍이나 디플래싱만 필요할 수 있습니다. 오버몰딩과 인서트 성형은 프레스에서 재료를 결합하거나 금속 인서트를 추가하여 후속 조립 공정을 더욱 단축합니다.

생산 경제학과 처리량의 주요 차이점

사이클 타임 및 라인 속도

압출은 연속적으로 작동하며, 라인 속도는 특정 값으로 조절 가능합니다. 한 번 조절하면 한 교대조당 수천 미터의 제품을 생산할 수 있습니다.

사출 성형의 측정 단위는 "사이클"입니다. 작은 캡이나 커넥터와 같은 간단한 플라스틱 제품의 경우 사이클 시간은 몇 초, 더 두껍고 큰 부품의 경우 수십 초에서 몇 분까지 걸릴 수 있습니다. 다중 캐비티 금형은 사이클당 생산량을 보유한 캐비티 수만큼 곱하여 생산량을 더욱 증가시킵니다.

스크랩, 수율 및 전환

압출은 일반적으로 가동 후 스크랩율이 낮으며, 폐기물은 퍼징, 시작/종료 절단, 그리고 교체 시 규격 미달로 제한됩니다. 공압출은 퍼징과 색상 변경을 복잡하게 만들 수 있지만, 정상 상태 수율은 여전히 높습니다.

사출 성형 스크랩은 콜드 러너 잔여물과 결함이 있는 플라스틱 부품으로 인해 발생할 수 있습니다. 핫 러너 시스템은 러너 폐기물을 줄이고 일관성을 향상시키지만, 툴링 비용과 유지 보수 비용이 증가합니다.

일반적으로 압출(금형 교체, 조건 조정)에서 전환은 사출 성형(금형 교체, 공정 재검증)보다 빠르며, 특히 복잡한 다중 캐비티 도구의 경우 더욱 그렇습니다.

비용 구조 및 손익분기점 볼륨

압출 성형의 비용 구조는 단순 단면의 장기 생산에 유리합니다. 즉, 적절한 툴링, 높은 재료 처리량, 그리고 최소한의 노동력이 필요합니다. 미터당 추가 비용이 낮아지는 대량 생산, 저복잡도 프로파일 및 필름 생산에 적합합니다.

사출 성형은 고정 비용(금형, 검증)이 높지만, 생산량에 따라 효율적으로 확장할 수 있습니다. 금형을 상환하면 다중 캐비티 금형의 소형 부품은 매우 경제적일 수 있습니다.

결함 및 문제 해결의 주요 차이점

일반적인 압출 결함 및 해결 방법

다이 라인스 & 샤크스킨

• 원인: 금형이 마모되었거나 더러워짐; 과도한 전단 응력.
• 해결책: 금형을 청소/유지관리하고, 공정 온도와 스크류 속도를 조정합니다.

뒤틀림/휘어짐 및 불균일한 벽 두께

• 원인: 냉각 불균형, 풀러 장력 불량, 재료 흐름 불균일.
• 해결책: 냉각 시스템의 균형을 맞추고, 홀오프 속도/풀러 장력을 보정하고, 다이 설계를 검토합니다.

이러한 해결책 외에도 결함 발생 가능성을 완전히 줄일 수 있는 예방 방법도 있습니다. 예를 들어, 현장 작업자는 스크린 팩을 정기적으로 검사하고 교체해야 하며, 창고 관리자는 특히 나일론과 같은 흡습성 수지의 경우 재료가 완전히 건조되었는지 확인해야 합니다.

일반적인 사출 성형 결함 및 솔루션

• 싱크 마크: 두꺼운 부분으로 인해 발생하는 이 문제는 균일한 벽을 설계하고, 코어아웃을 사용하고, 패킹 압력을 최적화함으로써 해결됩니다.
• 뒤틀림/수축: 불균일한 냉각이나 섬유 방향으로 인해 발생하는 문제이며, 금형 냉각 레이아웃을 개선하고 게이트 위치를 조정하여 교정할 수 있습니다.
• 플래시 및 짧은 샷: 플래시는 과도한 압력이나 클램프 힘을 나타내는 반면, 쇼트 샷은 충전, 배기가 부족하거나 용융 온도가 낮음을 나타냅니다. 둘 다 공정 설정의 균형을 맞추고 적절한 배기를 보장해야 합니다.
• 화상 자국 및 벌어짐: 갇힌 공기나 습기로 인해 발생하는 이러한 문제는 곰팡이 배출을 개선하고 재료를 철저히 사전 건조하여 제거합니다.

온도, 속도, 압력, 환기를 체계적으로 조절하고, 정기적인 곰팡이 유지 관리를 병행하면 일반적으로 이러한 문제가 해결됩니다.

공정 제어, 계측 및 검증

두 공정 모두 엄격한 제어를 통해 이점을 얻을 수 있지만, 사출 성형은 일반적으로 더 엄격한 창구와 허용 오차 범위 내에서 진행됩니다. 과학적 성형 관행, 실험 계획법(DOE), 캐비티 압력 감지, 분리된 충전/팩, 그리고 실시간 모니터링이 널리 사용됩니다.

압출은 안정적인 용융 온도, 압력, 라인 속도, 그리고 중요 치수를 위한 SPC 차트에 의존합니다. 계측은 작업 현장에서 사용하는 캘리퍼스와 광학 비교기부터 복잡한 성형 부품의 CMM과 CT 스캐닝까지 다양합니다. 추적성과 공정 역량을 입증해야 하는 규제 산업에서는 검증이 더욱 공식화됩니다.

압출 성형과 사출 성형 중 선택하는 방법

이 기사에서 배운 지식을 활용하면 네 가지 차원에 걸쳐 요구 사항을 매핑하여 실제적인 방식으로 상황을 분석할 수 있습니다.

기하학:

• 일정한 단면적 → 압출.
• 언더컷이 있는 복잡한 3D → 사출 성형.

허용 오차 및 마감:

• 적당한 허용 오차 및 기능적 마감 → 압출.
• 엄격한 허용 오차와 미용 표면 → 사출 성형.

볼륨과 속도:

• 매우 긴 길이 또는 연속 롤 → 압출.
• 개별 품목의 높은 부품 수(특히 다중 캐비티 도구의 경우) → 사출 성형.

툴링 및 출시 시간:

• 빠르고 저렴한 툴링이 필요합니다 → 압출.
• 정밀도와 기능에 투자할 의향이 있음 → 사출성형.

의심스러울 때는 일찍 프로토타입을 제작하고, DFM 검토에 제조 엔지니어를 참여시키고, 금형 비용과 라인 속도를 금형 비용, 캐비티, 사이클 시간과 비교하여 신속하게 손익분기점 분석을 실시합니다.

결론

궁극적으로 사출 성형과 압출 성형의 차이점은 장단점보다는 특성에 더 가깝고, 두 공정 중 어떤 공정이 해당 작업에 더 적합한지 판단하는 것이 중요합니다. 최종 제품의 형상을 고려하여 결정을 내려야 합니다. 이 외에도 예산, 일정, 수량 등에 더욱 주의를 기울여야 합니다. 그래야만 플라스틱 제조 산업에서 성형 서비스를 선택할 때 자신 있게 제조 공정을 선택할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

한 공정에 대한 재료 선택은 첨가제 측면에서 다른 공정과 어떻게 다릅니까?

두 공정 모두 동일한 기본 열가소성 플라스틱을 사용하지만, 착색제, 자외선 안정제, 윤활제 등의 첨가제 조성은 다를 수 있습니다. 압출 컴파운드는 배럴 내부의 지속적인 열 이력을 견딜 수 있도록 우수한 열 안정성을 갖도록 최적화될 수 있습니다. 사출 성형 등급은 얇은 벽과 복잡한 금형을 빠르게 충진하기 위해 더 빠른 유동 속도를 갖도록 조성될 수 있습니다.

두 프로세스 사이의 "회색 영역"에 속하는 부품 형상이 있습니까?

네, 어떤 부품은 제작이 까다로울 수 있습니다. 단면적이 일정하지만 작고 복잡한 언더컷이 있는 길고 곧은 부품은 압출 후 2차 성형 공정을 거치거나, 여러 부분으로 나누어 사출 성형하는 것이 비용 효율적일 수 있습니다. 마찬가지로, 매우 크고 평평한 부품은 압출(시트 형태) 또는 대규모 사출 성형으로 제작될 수 있으며, 이 경우 상세한 비용 편익 분석이 필요합니다.