플라스틱 성형은 처음 등장한 이후 비약적인 발전을 거듭하여 다양한 가공 방식으로 분화되었습니다. 이 글에서는 대표적인 플라스틱 성형 기술인 사출 성형과 압출 성형을 비교 분석하고자 합니다. 이어지는 장에서는 기본 정의부터 비용 및 경제적 요인에 이르기까지 다양한 관점에서 두 기술의 차이점과 특징을 자세히 비교 분석할 것입니다.
사출 성형과 일반 성형의 차이점은 무엇일까요? 밀어 냄
메커니즘 및 과정의 주요 차이점
플라스틱 압출 공정
플라스틱 압출은 용융된 재료를 성형된 다이를 통해 밀어 넣어 길고 연속적인 제품을 만드는 공정입니다. 파스타 프레스에서 나오는 스파게티를 생각해 보세요. 단면은 다이의 개구부에 의해 결정되며, 원칙적으로 생산량은 무한합니다.
실제로 압출기의 회전하는 스크류는 플라스틱 펠릿을 가열, 혼합 및 가압합니다. 용융된 플라스틱은 모양을 정의하는 다이를 통과하여 압출됩니다. 그런 다음 생산 라인은 공기, 수조 또는 냉각 롤을 사용하여 모양을 굳힙니다. 인발기는 라인의 장력과 속도를 제어하고, 절단기, 권취기 또는 톱은 연속된 플라스틱 가닥을 사용 가능한 길이 또는 롤로 변환합니다.
사출 성형 공정
플라스틱 사출 성형 이 기술은 반복적인 사이클을 통해 개별적이고 완전한 3차원 부품을 제작합니다. 펠릿은 가열된 배럴에서 가소화된 후 고압으로 밀폐된 금형에 빠르게 주입됩니다. 금형에는 부품의 형상을 정의하는 하나 이상의 캐비티가 있습니다. 러너와 게이트는 용융된 재료를 각 캐비티로 분배합니다. 패킹 및 수축 제어를 위한 유지 과정을 거친 후 냉각을 통해 부품이 고화됩니다. 그런 다음 금형이 열리고 이젝터 핀이 부품을 밀어내어 사이클이 완료됩니다.
장비 및 공구의 주요 차이점
압출기, 다이 및 후처리
압출 라인은 호퍼와 스크류/배럴 어셈블리, 용융물 여과를 위한 스크린 팩과 브레이커 플레이트, 그리고 원하는 모양을 만드는 다이로 구성됩니다.
하류 장비는 제품을 안정화하고 변환합니다. 여기에는 중공 프로파일의 치수 제어를 위한 교정기 및 진공 탱크, 냉각을 위한 수조 또는 공압 나이프, 라인 속도를 제어하는 인출 장치, 그리고 마무리를 위한 절단기, 슬리터 또는 권취기가 포함됩니다.
사출 프레스, 금형 및 러너 시스템
사출 성형 셀은 클램핑력으로 등급이 매겨진 프레스, 사출 장치 및 금형을 중심으로 구성됩니다. 금형은 제조 공정의 핵심이며 정밀 가공됩니다. 공동 및 코어냉각 회로, 이젝터 시스템, 그리고 때로는 언더컷을 생성하기 위한 측면 작동 장치 또는 리프터 등이 포함됩니다.
콜드 러너는 간단한 금형에 흔히 사용되며, 핫 러너는 용융된 플라스틱 재료를 공급 시스템에 유지함으로써 폐기물을 줄이고 사이클 시간을 단축합니다. 이 공정에는 자동화도 통합됩니다. 예를 들어, 일부 사출 성형 공정에서는 로봇을 사용하여 부품 제거, 금형 내 라벨링 또는 비전 검사를 수행합니다.
사출 성형과 압출 성형의 툴링 차이점
압출 성형 금형과 사출 성형 금형의 가장 확연한 차이점은 가격입니다. 일반적으로 압출 성형 금형은 제작 속도가 빠르고 비용도 저렴합니다. 간단한 형상의 금형은 며칠에서 몇 주 안에 적당한 비용으로 제작할 수 있습니다.
이에 비해 사출 금형은 훨씬 더 복잡합니다. 간단한 단일 캐비티 알루미늄 금형조차도 제작에 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 여러 개의 캐비티와 정밀한 공차를 요구하는 강철 금형은 말할 것도 없고, 제작에 몇 달이 걸리고 상당한 투자가 필요할 수 있습니다. 하지만 높은 생산량과 일관된 품질의 부품을 얻을 수 있다는 점에서 투자 가치가 충분합니다.
재료 및 부품 유형의 주요 차이점
열가소성 수지, 열경화성 수지 및 엘라스토머
두 프로세스 모두 실행됩니다 열가소성 수지 PP, PE, PVC, ABS, PC, PET, 플라스틱 수지 및 나일론 등이 주요 기본 재료로 사용됩니다. 그러나 일부 재료는 특정 공정에서 다른 공정보다 더 나은 성능을 발휘합니다.
압출 성형은 연속 공정 중에 깨끗하게 녹고 다시 굳어지는 열가소성 수지에 주로 사용됩니다. 반면 사출 성형은 열가소성 수지, 페놀 수지와 같은 열경화성 수지, B상 에폭시 수지, 액상 실리콘 고무를 포함한 엘라스토머에 더 적합한 지지력을 제공합니다.
프로파일, 시트 및 필름 vs. 개별 3차원 형상
압출 성형은 창틀, 케이블 피복, 의료용 튜브, 문틈막이, 골판지, 다층 필름과 같이 균일한 단면을 가진 제품을 생산하는 데 특화되어 있습니다. 공압출 성형은 차단성, 강성 또는 색상을 결합하기 위해 여러 겹의 재료를 적층할 수 있습니다.
사출 성형은 병뚜껑, 케이스, 기어, 커넥터, 장난감, 렌즈 하우징 및 구조용 브래킷과 같은 개별 부품을 생산합니다. 자동차 부품돌출부, 경첩, 스냅, 나사산 또는 정밀한 질감과 같이 모든 기능을 나중에 추가하는 것이 아니라 한 번의 성형 공정에서 구현해야 하는 부품에 더 적합합니다.
설계 규칙 및 부품 형상의 주요 차이점
벽 두께 및 언더컷
압출 공정에서 벽 두께는 프로파일이 허용하는 한 최대한 균일하게 유지되어야 하며, 이는 불균일한 냉각과 뒤틀림을 방지합니다. 급격한 전환은 지양해야 하며, 곡선 반경과 균형 잡힌 유동 경로는 다이 라인과 변형을 줄여줍니다.
금형 개구부에 의해 형상이 결정되기 때문에 후성형 없이는 압출 방향으로 진정한 언더컷을 구현할 수 없습니다. 냉각 후 굽힘이나 2차 성형을 통해 경로를 조정할 수는 있지만 단면적은 일정하게 유지됩니다.
사출 성형은 3D 디테일을 중요시하며, 측면 작동, 접이식 코어 또는 리프터를 사용하여 언더컷을 형성할 수 있습니다. 그러나 수축 및 뒤틀림을 최소화하는 데 도움이 되므로 균일한 공칭 벽 두께가 여전히 바람직하며, 리브와 거셋은 무게를 추가하지 않고 강성을 높이는 데 사용됩니다.
공차, 표면 마감 및 통합 기능
압출 방식은 생산 라인의 안정성, 냉각 상태, 금형 설계에 따라 적당한 공차를 제공합니다. 압출 방식의 이송 동작은 거리에 따른 종방향 정밀도를 향상시키지만, 미세한 형상이나 좁은 구멍 가공에는 어려움을 초래하기도 합니다. 최종 마감은 금형 품질, 냉각 상태, 그리고 필름이나 시트에 패턴을 새기는 엠보싱 롤과 같은 후처리 공정에 따라 달라집니다.
사출 성형은 금형에서 바로 정밀한 공차와 고품질 표면 마감을 구현할 수 있습니다. 이러한 정밀도를 통해 의료 기기와 같은 제품에 금형 표면 질감 처리, 광택 처리된 표면, 미세 형상 등을 적용할 수 있습니다. 나사산, 스냅, 힌지, 인서트 등을 성형된 형상에 직접 통합할 수 있어 조립 과정을 최소화할 수 있습니다.
조립 및 2차 작업
압출 성형 제품은 최종 형태를 갖추기 위해 절단, 드릴링, 펀칭, 용접, 열 벤딩 또는 접착과 같은 일련의 공정을 거쳐야 하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 알루미늄 느낌의 압출 PVC 프레임은 절단 및 모서리 가공 후 기계적으로 접합될 수 있습니다.
반면, 사출 성형은 케이블 장력 완화 장치, 밀봉재, 체결 부품 돌출부 등 여러 기능을 하나의 부품으로 통합할 수 있습니다. 플라스틱 제품은 게이트 트리밍이나 플래싱 제거 작업만 필요할 수 있습니다. 오버몰딩과 인서트 몰딩은 프레스에서 재료를 결합하거나 금속 인서트를 추가하여 후속 조립 공정을 더욱 간소화합니다.
생산 경제성과 처리량의 주요 차이점
사이클 시간 및 라인 속도
압출 공정은 연속적으로 진행되며, 라인 속도를 특정 값으로 조절할 수 있습니다. 일단 속도가 설정되면 교대 근무 시간 동안 수천 미터의 제품을 생산할 수 있습니다.
사출 성형의 측정 단위는 "사이클"입니다. 사이클 시간은 작은 캡이나 커넥터와 같은 간단한 플라스틱 제품의 경우 몇 초에 불과하지만, 두껍고 큰 부품의 경우 수십 초에서 수분까지 걸릴 수 있습니다. 다중 캐비티 금형은 캐비티 수만큼 사이클당 생산량을 늘려 생산량을 더욱 증가시킵니다.
불량품, 수율 및 전환
압출 공정은 일반적으로 가동 초기 단계에서 불량률이 낮으며, 폐기물은 퍼징, 시작/끝 부분 절단, 그리고 전환 과정에서의 규격 미달 제품으로 제한됩니다. 동시 압출 공정은 퍼징 및 색상 변경을 복잡하게 만들 수 있지만, 안정적인 수율은 여전히 높습니다.
사출 성형 과정에서 발생하는 스크랩은 콜드 러너 잔류물과 불량 플라스틱 부품으로 인해 발생할 수 있습니다. 핫 러너 시스템은 러너 폐기물을 줄이고 일관성을 향상시키지만, 금형 비용과 유지 보수 비용을 증가시킵니다.
압출 성형(다이 교체, 조건 조정)은 사출 성형(금형 교체, 공정 재검증)보다 일반적으로 전환 속도가 빠르며, 특히 복잡한 다중 캐비티 금형의 경우 더욱 그렇습니다.
비용 구조 및 손익분기점 판매량
압출 공정의 비용 구조는 단순한 단면을 가진 제품을 대량 생산하는 데 유리합니다. 즉, 간단한 금형, 높은 재료 처리량, 최소한의 노동력으로 생산할 수 있습니다. 압출 공정은 단가가 1미터씩 증가할 때마다 단위 비용이 낮아지는 대량 생산 및 단순 형상의 제품이나 필름 생산에 특히 적합합니다.
사출 성형은 금형 제작 및 검증과 같은 고정 비용이 높지만 생산량이 증가함에 따라 효율적으로 확장됩니다. 금형 비용이 감가상각된 후에는 다중 캐비티 금형을 사용하여 소형 부품을 매우 경제적으로 생산할 수 있습니다.
결함 및 문제 해결의 주요 차이점
일반적인 압출 결함 및 해결 방법
다이 라인 & 샤크스킨
- 원인 : 금형이 마모되었거나 더러워짐; 과도한 전단 응력.
- 솔루션 : 금형을 청소/유지보수하고, 공정 온도와 스크류 속도를 조정합니다.
뒤틀림/휘어짐 및 벽 두께 불균일
- 원인 : 냉각 불균형; 잘못된 풀러 장력; 불균일한 재료 흐름.
- 솔루션 : 냉각 시스템 균형 조정; 인출 속도/풀러 장력 보정; 금형 설계 검토.
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 자재가 완전히 건조되었는지 확인해야 합니다.
일반적인 사출 성형 결함 및 해결 방법
- 싱크 마크: 두꺼운 단면으로 인해 발생하는 이러한 문제는 균일한 벽 설계, 코어 아웃 사용 및 패킹 압력 최적화를 통해 해결됩니다.
- 뒤틀림/수축: 이는 냉각 불균형 또는 섬유 배향으로 인해 발생하는 결과이며, 금형 냉각 레이아웃 개선 및 게이트 위치 조정을 통해 수정됩니다.
- 플래시 및 단거리 촬영: 플래시 현상은 과도한 압력이나 클램핑력을 나타내며, 쇼트샷은 불충분한 충전, 벤트 또는 낮은 용융 온도를 나타냅니다. 두 경우 모두 공정 설정을 균형 있게 조정하고 적절한 벤트를 확보해야 합니다.
- 화상 자국 및 벌어짐: 이러한 문제는 공기나 습기가 갇혀서 발생하는 것으로, 곰팡이 통풍을 개선하고 자재를 철저히 사전 건조함으로써 해결할 수 있습니다.
온도, 속도, 압력 및 환기를 체계적으로 조절하고 정기적인 곰팡이 제거 작업을 병행하면 일반적으로 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.
공정 관리, 계측 및 검증
두 공정 모두 엄격한 제어를 통해 이점을 얻지만, 사출 성형은 일반적으로 더 정밀한 공정 범위와 허용 오차를 준수해야 합니다. 과학적 성형 방법, 실험 설계(DOE), 캐비티 압력 감지, 분리형 충전/포장, 실시간 모니터링 등이 일반적으로 사용됩니다.
압출 공정은 안정적인 용융 온도, 압력, 생산 속도와 주요 치수 관리를 위한 SPC 차트에 의존합니다. 계측은 현장에서 사용하는 캘리퍼와 광학 비교기부터 복잡한 성형 부품의 경우 CMM 및 CT 스캐닝에 이르기까지 다양합니다. 추적성과 공정 능력을 입증해야 하는 규제 산업에서는 검증 절차가 더욱 공식화됩니다.
압출 성형과 사출 성형 중 어떤 방식을 선택할지 결정하는 방법
이 글에서 배운 지식을 활용하여 이 네 가지 차원에 걸쳐 요구 사항을 파악함으로써 상황을 실질적으로 분석할 수 있습니다.
기하학:
- 일정한 단면적 → 압출.
- 언더컷이 있는 복잡한 3D 형상 → 사출 성형.
공차 및 마감:
- 적당한 공차와 기능적 마감 → 압출 성형.
- 정밀한 공차와 미려한 표면 마감은 사출 성형에 달려 있습니다.
볼륨과 속도:
- 매우 긴 길이 또는 연속 롤 → 압출.
- 개별 품목의 부품 수가 많을 경우(특히 다중 캐비티 금형을 사용하는 경우) → 사출 성형.
툴링 및 시장 출시 기간:
- 빠르고 저렴한 툴링이 필요하면 압출 방식을 선택하세요.
- 정밀도와 기능성을 위해 투자할 의향이 있습니다 → 사출 성형.
확신이 서지 않을 때는 초기에 프로토타입을 제작하고, 제조 엔지니어를 DFM 검토에 참여시키며, 금형 비용, 캐비티 수, 사이클 타임과 다이 비용 및 라인 속도를 비교하는 손익분기점 분석을 신속하게 수행하십시오.
맺음말
궁극적으로 사출 성형과 압출 성형의 차이는 장단점이라기보다는 특성에 가깝고, 둘 중 하나를 선택하는 것은 주어진 작업에 어떤 공정이 더 적합한지에 달려 있습니다. 최종 제품의 형상이 결정의 핵심 기준이 되어야 합니다. 그 외에도 예산, 일정, 생산량 등을 고려해야 합니다. 이러한 요소들을 모두 고려해야만 플라스틱 제조 업계에서 성형 서비스를 이용할 때 최적의 제조 공정을 자신 있게 선택할 수 있습니다.
자주 묻는 질문들 (FAQ)
첨가제 측면에서 각 공정에 맞는 재료 선택은 어떻게 다른가요?
두 공정 모두 동일한 기본 열가소성 수지를 사용하지만, 배합(착색제, 자외선 안정제, 윤활제 등의 첨가제)은 다를 수 있습니다. 압출 성형용 수지는 배럴 내부의 지속적인 열처리 과정을 견딜 수 있도록 열 안정성을 최적화할 수 있습니다. 사출 성형용 수지는 얇은 벽과 복잡한 금형을 빠르게 채울 수 있도록 유동성이 빠른 배합으로 제조될 수 있습니다.
두 공정 사이의 "회색 영역"에 속하는 부품 형상이 있습니까?
네, 특정 부품은 제작이 어려울 수 있습니다. 단면이 일정하지만 작고 복잡한 언더컷이 있는 길고 직선형 부품은 압출 후 2차 성형 공정을 거칠 수도 있고, 여러 부분으로 나누어 사출 성형하는 것이 비용 효율적일 수도 있습니다. 마찬가지로, 매우 크고 평평한 부품은 압출(시트 형태) 또는 대규모 사출 성형으로 제작할 수 있으며, 후자의 경우 상세한 비용 편익 분석이 필요합니다.
