사출 성형 공정 유형 개요

사출 성형은 현대 산업에서 가장 발전된 제조 기술 중 하나입니다. 생산 수요 증가에 따라 사출 성형의 종류도 다양해지고 있습니다. 이 글에서는 현재 사용되고 있는 사출 성형의 종류를 간략하면서도 정확하게 살펴보겠습니다.

사출 성형의 정의

사출 성형 사출 성형기를 사용하여 용융된 원료를 강철 또는 알루미늄 금형 캐비티에 가압하여 주입하는 과정입니다. 용융 원료가 응고되어 부품으로 굳은 후 금형에서 꺼내지고 이러한 과정이 반복됩니다. 사출 성형의 "유형"은 금형 구조, 재료 시스템, 가공 방법이라는 세 가지 요소가 함께 작용하여 정의됩니다. 어느 하나라도 변경하면 경제성과 성능이 달라집니다.

사출 성형 공정의 핵심 유형

표준 열가소성 사출 성형

사출 성형의 가장 널리 퍼진 버전 중 하나인 표준 열가소성 사출 성형은 ABS, 폴리카보네이트(PC)와 같은 일반적인 수지를 사용합니다., 폴리프로필렌 (PP), 나일론(PA), 그리고 PC/ABS와 같은 혼합 소재로 제작됩니다. 외함, 브래킷, 베젤, 가전제품 부품, 그리고 일반적인 기준선(대부분 수지의 경우 약 2~4mm)에 가까운 벽면과 중간 정도의 두께를 가진 모든 것에 적합합니다.

플라스틱 사출 성형은 대량 생산 시 부품당 비용이 가장 낮고, 재료 팔레트가 가장 넓으며, 숙련된 툴링 방식을 제공합니다. 다양한 금형과 핫 러너는 폐기물 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다. 최적화된 게이팅과 냉각 덕분에 사이클 시간이 단축되고 반복성이 뛰어납니다. 형상이나 성능 때문에 특수 공정을 선택하지 않는 한, 일반적으로 첫 번째로 고려하는 공정입니다.

박벽 사출 성형

박벽 성형은 기존의 경험 법칙보다 얇은 부품을 대상으로 하며, 수지와 유동 길이에 따라 종종 0.4~0.8mm까지, 때로는 그보다 더 얇은 두께를 구현합니다. 스마트폰 하우징, 배터리 팩, 고밀도 가전제품처럼 1/10mm라도 깎는 것이 중요한 경우를 생각해 보세요.

이 공정은 더 높은 사출 압력, 더 빠른 사출 속도, 그리고 길고 가느다란 유로를 통해 수지를 밀어내는 세심하게 균형 잡힌 러너 시스템을 특징으로 합니다. 금형은 견고한 강재 선택, 연마된 유로, 그리고 적극적인 배기가 필요합니다. 기계는 최대 캐비티 압력에 대응하기 위해 고속 반응과 충분한 클램프 용량을 필요로 합니다.

하지만 이 방법에도 단점이 있습니다. 툴링이 더 복잡해지고, 프로세스 창이 더 좁아집니다.

마이크로 사출 성형

마이크로 성형은 밀리그램에서 그램 단위로 측정되는 미세한 크기의 부품을 미세유체 칩, 초소형 기어, 카테터 팁, 현미경 스테이지 부품 등 미세한 크기로 성형합니다. 게이트 크기와 사출량이 매우 작기 때문에 재료 열화를 방지하기 위해 체류 시간 제어가 매우 중요합니다.

이 첨단 정밀 방식은 100µm 미만의 형상, 엄격한 공차, 그리고 매우 일관된 사출 간 주입량을 구현할 수 있습니다. 공정의 복잡성으로 인해 재료 선택은 안정적이고 클린룸 친화적인 수지(PEEK, PEI, PP 의료용 등급)에 치우칩니다. 툴링은 비용이 많이 들고 정교합니다. 하지만 부품이 작고 부피가 클 경우, 다른 어떤 방식도 반복성과 개당 비용 면에서 경쟁할 수 없습니다.

오버몰딩, 인서트 및 멀티샷

오버몰딩

오버몰딩은 한 소재를 다른 소재 위에 쌓아 올리는 방식으로, 일반적으로 단단한 기판 위에 부드러운 엘라스토머를 얹는 방식입니다. 전동 공구 손잡이의 그립감이 좋은 오버몰딩과 유사합니다. 조립 하드웨어 없이도 인체공학성, 밀봉성, 충격 흡수력, 그리고 미적인 측면을 개선합니다.

일반적인 접근 방식:

• 2단계 오버몰딩: 먼저 단단한 기판을 성형한 다음, 부드러운 오버몰딩을 위한 두 번째 금형에 넣습니다.
• 인몰드 오버몰딩: 캐비티 사이에서 부품을 회전시키거나 옮기는 단일 도구 내에서 이루어지는 성형입니다.

인서트 몰딩

인서트 성형은 미리 배치된 부품(주로 금속)을 성형된 플라스틱 내부에 밀봉하는 과정입니다. 일반적인 인서트에는 나사산 보스, 부싱, 스탬핑 접점, 자석 또는 센서 하우징이 포함됩니다. 인서트 성형은 2차 조립을 대체하고 접합 강도와 위치 정확도를 향상시킵니다.

제품 생산 공정을 시작하기 위해, 먼저 인서트를 수동 또는 자동화 방식으로 로딩하고, 형상 또는 진공 상태로 유지한 후, 수지로 과충전합니다. 이 공구는 플라스틱-금속 계면에서 균열이나 응력이 발생하지 않도록 열팽창 차이를 관리해야 합니다.

의료용 루어 피팅(금속 나사산 포함), 자동차용 클립(강철 마모 표면 포함), 내장 단자가 있는 커넥터 등 전체 금속을 사용하지 않고도 해당 부품에 국부적인 기계적 강도나 전도성이 필요한 경우에 이상적입니다.

2샷 및 3샷 성형

멀티샷 성형은 동일한 셀, 그리고 종종 동일한 금형 내에서 두 가지 이상의 재료(또는 색상)를 순차적으로 사출합니다. 회전식 플래튼, 코어백 메커니즘 또는 인덱싱 시스템은 부분적으로 성형된 부품을 다음 캐비티로 자동으로 이동시킵니다. 이러한 시스템은 수동 조작 없이도 완벽한 접합, 깔끔한 색상 분리, 통합 씰, 리빙 힌지 또는 경질-연질 조합을 제공합니다. 또한 불투명 본체로 성형된 투명 창과 같은 고유한 기능을 제공합니다.

가스/물 보조 및 공동 주입

가스 보조 사출 성형

가스 보조 성형은 수지가 캐비티에 부분적으로 채워진 후 불활성 가스(일반적으로 질소)를 주입합니다. 가스는 두꺼운 부분을 따라 중공 채널을 형성하여 용융 플라스틱 재료를 가장 먼 쪽 끝으로 밀어내어 싱크, 휨, 무게가 적은 플라스틱 부품을 형성합니다. 또한, 배기 및 가스 핀을 신중하게 설계해야 하기 때문에 고유한 금형 설계 요건이 있습니다.

대형 손잡이, TV 프레임, 가구 구성품, 자동차 후드 아래 등 광범위한 플라스틱 제품을 생산할 수 있습니다. 성형 부품 두꺼운 리브가 있습니다. 싱크 마크 없이 더 두꺼운 외관 단면을 만들 수 있으며, 냉각이 필요한 부분을 제거하여 사이클 시간을 단축할 수 있습니다.

물 지원 사출 성형

원리는 유사하지만, 매체는 다릅니다. 수압 성형은 물을 주입하여 속이 빈 부분을 만드는 방식으로, 자동차 문 손잡이, 워셔액 라인, 가전제품 튜브처럼 굽은 부분이 있는 복잡하고 긴 관 모양에 특히 적합합니다.

이 생산 공정은 가스 방식보다 열 제거 속도가 빠르고(물은 빠르게 냉각됨), 내벽이 매끄럽고, 특정 형상에서 중공 단면이 더욱 균일한 것으로 알려져 있습니다. 공구는 물 관리, 내식성, 그리고 정밀한 배수 기능을 갖춰야 합니다.

공동 사출(샌드위치) 성형

공동 주입은 스킨-코어 구조를 생성합니다. 고성능 또는 미용 스킨이 다른 코어 수지를 캡슐화합니다. 코어는 재활용 폴리머, 배리어 소재 또는 맞춤형 특성을 가진 수지(예: 강성 대 중량 증가를 위한 발포 코어)일 수 있습니다. 외관이나 규제 접촉층을 희생하지 않으면서 재료 비용 최적화에 가장 적합합니다. 식품 포장재는 배리어 스킨을 활용하는 경우가 많으며, 소비재는 미관 및 성능을 위해 기존 스킨 아래에 재활용 코어를 사용할 수 있습니다.

엘라스토머, LSR 및 열경화성/RIM

액상 실리콘 고무(LSR) 사출 성형

LSR 성형은 프레스에서 계량 및 혼합된 2액형 백금 경화 실리콘 시스템을 사용하여 콜드 러너 금형에 주입한 후 가열된 캐비티에서 경화됩니다. LSR은 열경화성 엘라스토머이기 때문에 재용융되지 않고, 열에 의해 가교되어 형태를 유지합니다.

LSR은 뛰어난 내화학성, 생체 적합성, 넓은 사용 온도 범위, 그리고 클린룸 사용 적합성을 제공합니다. 씰 및 개스킷, 유아용품, 웨어러블 기기, 의료용 부품, 렌즈용 광학 등급 실리콘 등의 제품에 적합합니다.

TPE/TPV 및 고무 사출 성형

열가소성 엘라스토머(TPE)와 열가소성 가황물(TPV)은 고무처럼 거동하지만 표준 열가소성 프레스에서 가공되므로 재활용이 가능하고 단단한 기판에 오버몰딩이 가능합니다. 그립, 씰, 벨로우즈, 진동 차단기 등에 널리 사용됩니다.

진짜 고무가 필요한 경우, 니트릴, EPDM, 불소고무, 고무 사출 성형 등을 통해 금형 내에서 재료를 경화시킵니다. 사이클 시간이 길어지고, 툴링은 경화 속도와 휘발성 물질의 배출을 관리해야 합니다. 선택은 종종 내화학성 및 내열성 목표에 따라 달라집니다.

열경화성 및 반응 사출 성형(RIM)

열경화성 사출 성형은 비가역적으로 경화되는 수지를 가공합니다. 페놀 수지, 에폭시 수지, 그리고 일부 폴리에스터 수지 등이 있습니다. 반응 사출 성형(RIM)은 저점도 반응성 부품(일반적으로 폴리우레탄 시스템)을 혼합하여 금형에 주입하면 중합됩니다. 대형 패널 및 하우징, 에너지 흡수 범퍼, 그리고 일체형 리브가 있는 구조 부품에 사용됩니다. 반응 사출 성형은 초기 점도가 낮아 내부 응력과 체결력이 낮은 두껍고 큰 부품에 적합합니다.

재료의 특성상 스크랩은 재용융이 불가능하며, 금형 온도와 경화 사이클은 처리량에 큰 영향을 미칩니다. 그러나 대형 부품의 단기 생산의 경우, RIM은 총 비용 측면에서 열가소성 금형보다 우수한 경우가 많습니다.

분말 사출 성형(MIM/CIM)

금속 사출 성형(MIM)

MIM은 미세 금속 분말을 폴리머 바인더와 혼합하여 복잡한 형상으로 사출 성형할 수 있는 원료를 만듭니다. 성형 후, 부품은 바인더를 제거하기 위한 탈지 공정과 금속의 치밀화를 위한 소결 공정을 거쳐 일반적으로 95~99%의 이론 밀도를 달성합니다.

이 작업의 강점은 작고 정교한 금속 부품, 기어, 래치, 힌지, 수술 도구, 총기 부품에 대한 탁월한 형상 해상도입니다. MIM은 대량 생산이 가능하고 형상 가공이 어려운 경우 CNC 가공과 경쟁합니다.

세라믹 사출 성형(CIM)

CIM은 MIM과 동일한 원리를 따르지만 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹 분말을 사용합니다. 내마모성, 전기 절연성, 고온 특성을 갖춘 정밀 부품, 노즐, 치과 부품, 센서 절연체 등의 제작이 가능합니다.

결론

사출 성형 공정의 광범위한 영역은 현대 제조의 기본 원칙을 강조합니다. 바로 특정 사례에 맞는 적절한 도구를 선택하는 것입니다. 이처럼 다양한 변형이 존재한다는 것은 어떤 단일 방법도 보편적으로 우수하지 않다는 것을 증명합니다. 오히려 각 방법은 맞춤형 솔루션을 제공합니다.

궁극적으로 특정 사출 성형 유형을 선택하는 것은 단순한 부품 형상을 넘어서는 전략적 결정입니다. 부품 제조 공정을 적절하게 선택하려면 결정을 내리기 전에 모든 영향을 미치는 요소를 고려해야 합니다. 또는 제조업체와 협력하고 산업 전문가의 도움을 받으십시오..

자주 묻는 질문

이러한 특수 공정에서 금형 자체를 넘어 주요 비용 요인은 무엇입니까?

툴링은 초기 비용이 크지만, 지속적인 비용은 공정에 큰 영향을 받습니다. 주요 요인으로는 재료 낭비(표준 성형의 러너에서 발생하는 스크랩과 핫 러너에서 발생하는 폐기물), 사이클 시간(두꺼운 부품이나 열경화성 수지의 경우 사이클이 길어짐), 2차 공정(PIM의 탈지/소결, 부품 마감), 그리고 필요한 자동화 수준 등이 있습니다.

이러한 다양한 성형 공정을 단일 부품으로 결합할 수 있을까요?

네, 가능합니다. 사실, 하이브리드 방식은 첨단 제조의 최전선에 있습니다. 예를 들어, 가스 보조 성형을 사용하여 두꺼운 부분의 속을 비운 후 미세 성형을 위한 두 번째 공정을 거칠 수 있습니다. 또 다른 예로는 인서트 성형을 사용하여 금속 부품을 배치한 후 부드러운 TPE로 오버몰딩하는 방식이 있습니다. 하지만 이러한 방식은 정교한 생산 계획과 여러 제조 셀을 필요로 하는 경우가 많습니다.