사출 성형(플라스틱 사출 성형이라고도 함)은 플라스틱 부품을 대량 생산하는 데 사용되는 공정입니다. 일반적으로 동일한 품목을 대량 생산하는 데 사용됩니다. 성형 과정은 용융된 재료를 금형에 주입하는 방식으로 진행됩니다.
금형 맞춤 제작은 부품에 다양한 모양을 부여하는 작업으로, 툴링 단계에서 이루어집니다. 맞춤 제작을 통해 동일한 치수와 모양의 부품을 원하는 만큼 생산할 수 있으며, 여기에는 치수 공차가 매우 낮은 복잡한 금형 및 설계도 포함됩니다.
플라스틱 사출 성형을 시작하려면 사출 금형 비용과 이를 줄이는 방법을 성형 공정 시작 전에 알아야 합니다. 다행히 이 글에서 필요한 정보를 제공합니다. 플라스틱 사출 성형 비용과 이에 영향을 미치는 다양한 요인들을 살펴보고 평균 생산 성형 비용을 평가하는 데 도움을 드립니다.
사출 성형은 어떻게 작동합니까?
성형 공정은 매우 간단합니다. 먼저 금형을 제작합니다. 금형은 강철이나 알루미늄과 같은 금속으로 만들 수 있습니다. 하지만 정밀도가 높은 플라스틱을 생산할 때는 알루미늄 금형만 사용해야 합니다.
또한, 이 소재는 마모가 빠르고 기계적 특성이 떨어지기 때문에 대량 생산에는 최적의 선택이 아닙니다. 강철 금형은 내구성이 뛰어나고 기계적 특성이 우수하여 대량 생산에 가장 적합합니다.
다음 단계는 사용할 재료들을 가열된 용기에 넣고 섞는 것입니다. 재료가 녹으면 밀폐된 금속 금형에 주입합니다. 녹은 플라스틱이 식으면서 금형의 모양을 따라 굳어집니다. 외부 온도 조절 장치를 사용하여 오일이나 물을 순환시키면 녹은 부품의 냉각 시간을 단축할 수 있습니다.
플라스틱 금형이 굳으면 금형 도구를 플레이트 금형에 장착하여 이젝터 핀으로 플라스틱 부품을 배출합니다. 다음 단계는 재료를 분리하고 2샷 금형(플라스틱 사출 성형의 일종)에서 결합하여 플라스틱 사출 성형 시의 촉감을 부드럽게 하고, 다양한 성능 특성을 부여하며, 색상을 추가하는 것입니다.
금형은 단일 캐비티 금형 또는 다중 캐비티 금형으로 제작할 수 있습니다. 다중 캐비티 금형을 사용할 경우, 모든 캐비티에 동일한 부품 또는 서로 다른 부품을 제작할 수 있습니다. 하지만 단일 캐비티 금형과 다중 캐비티 금형 모두 세심한 설계와 고품질 재료가 필요합니다.
하지만 사출 성형 프로젝트를 진행할 때 고려해야 할 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.
- 재정: 사출 성형 제조를 시작할 계획이라면 재정적인 측면에서 철저한 준비가 필요합니다. 사출 성형 공정의 초기 투자 비용은 금형과 기계를 구매해야 하기 때문에 상당히 높을 수 있습니다.
- 생산량: 금형 제작을 시작하기 전에 고려해야 할 또 다른 중요한 요소는 생산하려는 부품의 수량입니다. 이를 통해 사출 성형이 비용 효율적인지 여부를 판단할 수 있습니다.
- 설계 요소: 제조하려는 부품의 설계는 사출 성형 공정을 더 쉽게 또는 더 어렵게 만들 수 있습니다. 단순한 형상은 사출 성형 공정을 단순화합니다. 좋은 설계는 생산 중 손상 및 결함을 최소화합니다.
- 제작 시 고려 사항: 부품 생산에 소요되는 전체 시간도 고려해야 합니다. 시간을 최소화하면 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 기계 사이클을 줄이기 위해 잘 설계된 툴링과 고온 성형 금형을 사용하는 것을 고려해야 합니다.
사출 성형 비용에 영향을 미치는 요인
사출 성형 비용은 플라스틱 사출 성형 종류, 모양, 금형 크기에 따라 다릅니다. 성형 비용에 영향을 미치는 다양한 요인은 다음과 같습니다.
장비 비용
프로젝트에 필요한 장비는 사출 성형 비용에 큰 영향을 미칩니다. 소규모 사출 성형기는 창업 초기 단계에 적합하며, 가격이 저렴하여 초기 투자 비용에 무리가 없을 것입니다.
사출 성형의 대규모 생산에는 대형 장비가 더 적합합니다. 해외에서 장비를 수입하는 경우 운송비로 인해 사출 금형 비용이 증가합니다.
사출 금형 비용을 감당할 여력이 없다면, 고급 사출 성형 설비를 갖춘 외부 전문가에게 외주를 맡길 수 있습니다.
툴링 비용
또 다른 중요한 요소는 금형 제작 비용입니다. 장비와 달리 금형 제작은 일회성 투자가 아닙니다. 주기적으로 새로운 금형을 제작해야 하므로 금형 제작 비용이 증가합니다.
공구 비용은 공정마다 다릅니다. 이러한 공정의 예는 다음과 같습니다.
3D 프린팅 : 사출 성형용 부품을 제작하는 데 사용할 수 있는 가장 빠르고 비용 효율적인 방법 중 하나입니다.
3D 프린터만 있으면 금형을 제작할 수 있기 때문에 금형 제작 비용을 절감할 수 있는 방법으로 여겨집니다. 또한, 특별한 전문 인력을 고용할 필요가 없어 사출 성형의 총비용을 줄일 수 있습니다.
CNC 가공 : CNC 가공은 금속 금형 제작에 사용됩니다. 이 방법은 효과적이며 고품질 금형을 생산할 수 있습니다. 그러나 CNC 기계는 수명이 짧아 주기적으로 새 기계를 구매해야 하므로 사출 금형 비용이 증가합니다.
방전 가공: EDM(방전가공)은 복잡한 금형을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기술은 금속을 가열하여 원하는 모양으로 구부리는 방식입니다. EDM은 매우 정밀하지만 금속에만 사용할 수 있습니다.
복잡성
사출 성형 비용을 결정하는 또 다른 요인은 디자인의 미적 감각과 복잡성입니다. 디자인이 복잡할수록 플라스틱 사출 금형 비용이 높아집니다.
플라스틱 수지
사출 성형에 사용하는 플라스틱 수지의 종류 또한 사출 성형 비용 절감 여부를 결정하는 중요한 요소입니다. 수지 사용량이 많을수록 사출 성형 공정의 총비용이 높아지고, 수지 사용량이 적을수록 금형 비용이 절감됩니다.
인건비
대부분의 공정이 자동화되어 있지만, 설치 비용, 운영 비용 및 수리 비용이 발생하여 사출 금형의 총 비용이 증가합니다.
주입 재료 비용
다른 요인
사출 성형 공정의 총비용에 영향을 미치는 다른 요인들은 다음과 같습니다.
- 보조 서비스
- 제품 특징
- 생산량
사출 성형 비용을 줄이는 방법
사출 성형은 비용이 매우 많이 들 수 있습니다. 비용을 관리하려면 성형 비용을 줄이는 방법을 이해해야 합니다. 이러한 비용을 줄이는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.
- 금형 재사용
- 인서트 몰딩 기술을 사용하여
- 불필요한 기능을 피합니다
- 부품 설계를 단순화합니다
- 다중 캐비티 및 패밀리 금형 활용
플라스틱 사출 금형의 분류
최적의 플라스틱 사출 금형을 선택하는 것은 사출 성형의 전체 생산 비용, 속도 및 생산 품질에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 사출 금형은 다양한 속성에 따라 분류됩니다. 이러한 속성에는 다음이 포함됩니다.
금형판을 기준으로
금형 캐비티에는 플레이트가 사용되어 만족스러운 생산물을 보장합니다. 금형 플레이트의 개수에 따라 다양한 종류의 금형을 구분할 수 있습니다. 플레이트 개수로 구분 가능한 사출 금형은 다음과 같습니다.
스택 사출 금형
스택형 사출 금형은 2단 및 3단 사출 금형보다 초기 구매 비용이 높습니다. 하지만 여러 개의 평행판을 사용하여 공정 효율을 높이고 불량률을 낮추기 때문에 전체적인 운영 비용은 더 저렴합니다. 무엇보다 가장 큰 장점은 사이클당 필요한 클램핑 톤수가 적다는 것입니다.
3판 사출 금형
이 금형은 스트리퍼 플레이트라고 불리는 세 번째 플레이트를 가지고 있습니다. 2플레이트 사출 금형과 달리 코어 플레이트와 캐비티 플레이트 사이에 두 개의 분할선이 있습니다. 이 분할선은 성형품과 러닝 시스템을 분리합니다. 2플레이트 사출 금형만큼 흔하게 사용되지는 않지만, 러닝 시스템을 재활용하거나 수동으로 분리할 필요가 없어 더 빠르고 효율적입니다.
2판 사출 금형
이 유형은 금형 제작 비용이 저렴하기 때문에 해당 분류에서 가장 흔하게 사용되는 사출 금형입니다. 캐비티 플레이트와 코어 플레이트를 연결하는 파팅 라인이 하나 있습니다. 모든 러너 시스템에 사용할 수 있지만, 단일 캐비티 금형과 호환성이 더 높습니다.
금형 캐비티 수에 따라
플라스틱 사출 금형의 종류를 구분하는 또 다른 요소는 주기당 생산하는 부품 수입니다. 종류는 다음과 같습니다.
단일 캐비티 금형
이러한 캐비티 금형은 내부에 캐비티가 하나뿐이므로 단일 부품만 생산합니다. 다중 캐비티 금형이나 패밀리 금형에 비해 가격이 저렴하지만 생산 속도가 낮아 플라스틱 사출 성형 비용이 더 많이 듭니다.
다중 캐비티 금형
다중 캐비티 사출 금형은 여러 개의 캐비티를 가지고 있어 여러 부품을 동시에 생산할 수 있습니다. 이러한 금형은 단일 캐비티 금형보다 생산 속도가 빠르므로 비용 효율성이 더 높습니다. 크기가 큰 플라스틱 부품을 생산하는 경우 다중 캐비티 사출 금형 구매를 고려해 보시기 바랍니다.
가족 곰팡이
다중 캐비티 사출 금형과 마찬가지로 패밀리 금형도 여러 개의 캐비티를 가지고 있습니다. 하지만 캐비티들이 모두 동일하지 않기 때문에 모양과 크기가 다양한 부품만 생산할 수 있습니다.
예를 들어, 이 방법을 사용하면 단일 성형 공정으로 플라스틱 용기와 뚜껑을 동시에 제조할 수 있습니다. 금형 비용 때문에 이 유형의 금형 활성화 공정은 더 비싸지만, 생산량을 늘리고 전체 운영 비용을 절감할 수 있습니다.
공급 시스템을 기반으로
이 범주에는 세 가지 유형의 사출 금형이 있습니다. 금형은 공급 시스템과 러너 시스템에 따라 구분됩니다. 공급 시스템은 스프루, 게이트, 러너와 같은 일련의 채널로 구성되어 용융된 플레이트를 캐비티로 유도합니다. 이 범주에 속하는 금형은 다음과 같습니다.
핫러너 사출 금형
이러한 금형은 내부 또는 외부에 설치된 막대나 코일을 이용하여 가열됩니다. 금형은 고정된 매니폴드 플레이트에 영구적으로 둘러싸여 있어 플라스틱 부품과 함께 배출되는 것을 방지합니다.
핫러너 사출 성형 공정은 효율성을 높이고 폐기물을 줄입니다. 또한, 러너를 제거하기 위한 재연삭이나 추가 공정이 필요하지 않습니다. 대량 생산을 신속하게 진행하려는 경우, 핫러너 금형과 멀티캐비티를 결합한 방식이 최적의 사출 금형 구성입니다.
하지만 핫러너 사출 금형에는 단점도 있습니다. 우선 금형 가격이 비교적 높습니다. 또한 유지 보수 비용이 많이 들고, 플라스틱 사출 성형 공정을 감독할 숙련된 전문가를 고용해야 합니다.
앞서 언급했듯이 금형은 매니폴드 플레이트 내부에 숨겨져 있습니다. 이 때문에 세척이 어렵고, 이전 공정에서 남은 플라스틱 잔여물이나 찌꺼기를 완전히 제거하기 어렵습니다. 유색 용기를 제조하려면 다른 공급 시스템을 사용하는 것을 고려해 볼 수 있습니다.
핫 러너 시스템의 또 다른 단점은 용기가 캐비티에 달라붙을 수 있다는 것입니다. 따라서 열에 민감하지 않은 재료를 다룰 때 이 시스템을 사용하는 것을 고려해 볼 수 있습니다.
콜드러너 사출 금형
이 시스템은 가열되지 않은 러너를 사용하여 용융된 부품을 캐비티로 유도합니다. 따라서 열에 민감한 재료를 사용할 때도 문제없이 사용할 수 있습니다. 또한, 이 시스템의 사출 성형은 노출형 구조로 되어 있어 세척이 필요한 시점을 쉽게 파악할 수 있습니다.
또한 유지보수가 쉽고 비용도 저렴합니다. 무엇보다 좋은 점은 생산 과정에서 색상과 재료를 쉽게 변경할 수 있다는 것입니다. 또한, 레일 위치 조정과 빠른 게이트 변경 덕분에 디자인 변경도 매우 간단합니다.
콜드 러너 사출 성형 시스템의 단점은 부품을 배출할 때 금형을 절단해야 하므로 새 사이클을 시작할 때마다 새로운 러너 시스템을 준비해야 한다는 것입니다. 또한 러너 시스템과 성형품을 분리해야 할 수도 있습니다.
또 다른 단점은 폐기물이 대량으로 발생한다는 점입니다. 즉, 재분쇄 및 잔류물 제거를 위한 추가 공정이 필요하며, 이는 최종 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
절연 러너 사출 금형
단열 러너 사출 성형은 콜드 러너 사출 성형과 동일한 원리를 사용합니다. 하지만 최종 결과물은 핫 러너 사출 성형과 유사합니다. 이 사출 금형은 콜드 러너 금형과 같은 원리를 사용하지만 카트리지 히터를 이용하여 여러 층으로 성형합니다. 이렇게 형성된 층들이 용융된 플라스틱을 둘러싸 단열층을 형성합니다.
핫러너를 대체할 수 있는 최적의 대안입니다. 비용이 저렴하고 온도 관리가 필요 없으며, 재질과 색상을 빠르게 변경할 수 있습니다. 다만, 엔지니어링 등급 플라스틱에만 사용할 수 있습니다.
맺음말
사출 성형 공정은 제조 산업에서 가장 널리 사용되는 공정 중 하나입니다. 대량 생산 시 비용 효율성이 뛰어나므로 플라스틱 제조 회사를 설립할 계획이라면 고려해 볼 만합니다.
