플라스틱 사출 성형은 플라스틱 재료를 가열하여 원하는 모양으로 만든 후 미리 정해진 금형에 넣어 성형품을 생산하는 공정입니다. 우리가 일상생활에서 사용하는 대부분의 플라스틱 제품은 사출 성형 과정을 거쳐 만들어집니다. 플라스틱 사출 성형은 PIM으로 줄여서 부릅니다. 사출 성형은 복잡한 기술은 아니지만, 여러 단계를 거치는 복합적인 제조 공정입니다.
이는 속성을 파악하는 데 탁월한 인식이 필요하며, 고려해야 할 요소가 많습니다. PIM(플라스틱 사출 성형)은 플라스틱을 원료 형태에서 사출 성형에 사용되는 형태로 변형하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 이 공정은 전통적으로 열가소성 수지에 사용되며, 열처리, 변형 및 냉각 과정을 거칠 수 있습니다.
사출 성형의 정의
사출 성형 공정은 사출기를 이용하여 여러 가지 제품을 제작하는 오래된 기술입니다.
- 최상의 결과물을 얻기 위해 필요한 만큼의 에너지를 사용함으로써.
- 새로운 효과 계획을 발전시키고 필요한 분야에서 그 존재감을 확립함으로써.
- 사출 성형은 결과물을 신속하게 얻을 수 있게 해주고 비용도 저렴합니다.
배경/역사
플라스틱 사출 성형 공정은 최초의 성형기가 발명된 1872년에 시작되었습니다. 이사야 하이엇과 존 하이엇 형제는 단추, 빗, 기타 여러 가지 물건을 성형하기 위해 이 기계를 발명했습니다. 이는 플라스틱 생산 제조의 시작을 알리는 계기가 되었습니다. 1903년에는 독일 과학자 아서 아이헨그룬과 테오도르 베커가 셀룰로오스 아세테이트의 화학적 형태를 개발했는데, 이는 기존의 셀룰로오스보다 훨씬 연소성이 낮았습니다.
1930년대는 많은 사람들에게 암흑기였지만, 플라스틱 제조 산업에 있어서는 변혁의 시기였습니다. 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리염화비닐(PVC)과 같은 가장 인기 있는 열가소성 수지들이 이 시기에 도입되었습니다.
플라스틱 사출 성형이란
플라스틱 사출 성형은 원료 물질을 녹는점까지 가열하여 점성이 있는 물질을 원하는 모양으로 성형하고, 적합한 금형에 넣어 팽창시키는 공정입니다. 사출 성형 제품은 전자 제품부터 가전 제품, 식품 포장부터 자동차에 이르기까지 우리가 접하는 거의 모든 제품에 사용됩니다.
최고 수준에서는 아주 간단한 절차처럼 보입니다. 하지만 형태를 만드는 것부터 물질의 화학적, 물리적 효과를 이해하는 것까지, 실제로 작업을 수행하는 데에는 매우 복잡한 과학적 원리가 적용됩니다.
사출 성형기 부품
사출 성형기 는 호퍼, 스크류 구동부, 히터, 노즐, 추출 핀, 분할 금형, 클램핑 장치, 사출 장치, 구동 장치 및 유압 장치 등 10개의 부품으로 구성됩니다.
사출 성형 공정 주기는 무엇인가요?
오늘날의 공정은 놀라울 정도로 발전하고 진화하여 완전 폐쇄형 자동화 마이크로프로세서 제어 기계가 '중간'이 되었습니다. 기본적인 사출 성형조차도 여전히 비교적 간단한 공정입니다. 열가소성 사출 성형은 분말 또는 입자 형태의 고분자 재료를 공급 호퍼에서 가열된 드럼으로 이송하는 과정을 필요로 합니다.
드럼 내부에서 열가소성 수지가 가열되어 플런저 조정을 통해 성형체에 주입됩니다. 성형체는 플래튼 조정을 통해 단단히 고정되며 열가소성 수지의 용해 온도보다 훨씬 낮은 온도로 유지됩니다. 유동성이 있는 열가소성 수지는 성형체 내부에서 빠르게 경화되어 미리 정해진 냉각 시간 후 성형체가 배출될 수 있도록 합니다. 반응형 볼트 기계를 사용한 주요 사출 성형 단계는 다음과 같습니다.
모양 인접 및 나사 조임
주조물은 플래튼 조정부 내에서 닫히고, 플라스틱 사출 패턴을 통해 모델을 단단히 고정하기 위해 필요한 힘으로 클램핑되어 모델 표면 위로 플라스틱이 새어 나오는 것을 방지합니다. 오늘날의 성형기는 약 1톤에서 40톤에 이르는 다양한 볼트 체결력을 제공합니다. 주조 금형의 개폐 및 고정을 위한 다양한 시스템이 있지만, 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
직접 유압 잠금 장치는 유압 피스톤 조정을 통해 작동되는 구조로, 사출 성형 중 주조물을 닫힌 상태로 유지하는 데 필요한 힘을 생성합니다. 반면에, 플래튼의 주요 움직임을 보조하기 위해 더 작은 보조 피스톤이 사용될 수 있으며, 자동 잠금 조정 장치는 기계 후면의 힘 증폭기에서 잠금력을 전달하여 장치를 통해 단 몇 밀리미터만 이동하도록 합니다.
두 번째 일반적인 클리핑 조정 방식은 토글 볼트 방식입니다. 이 방식에서는 작업판 후면에 연결된 기계식 토글 장치가 비교적 작은 유압 실린더에 의해 작동됩니다. 이를 통해 작업판의 이동이 가능해지고, 토글 볼트가 완전히 잠기면 버클 조정처럼 간단하게 클리핑 강도를 확보할 수 있습니다.
중간 용량 투여 또는 계량
냉각 기간 동안 다음 성형 공정을 위해 배럴에 재료가 다시 채워집니다. 사출 볼트가 회전하면서 나선형 구조로 인해 점성 또는 분말 형태의 재료가 호퍼 공급 장치를 통해 배럴의 후단으로 빨려 들어갑니다.
호퍼와 주입 드럼을 연결하는 통로는 일반적으로 수냉식으로 냉각되어 재료의 용융 및 이후 발생하는 브리징 현상을 방지하고 분말의 혼합을 원활하게 합니다. 볼트 회전 속도는 일반적으로 분당 회전수(rpm)로 표시되며, 볼트 후면에 있는 조절 키를 사용하여 조절합니다. 볼트 회전 속도는 계량 과정 전체에 걸쳐 일정한 속도로 유지되거나 여러 단계로 조절될 수 있습니다.
금형 개방 및 부분 배출
냉각이 완료되면 성형품이 펼쳐지고 배출됩니다. 일반적으로 장치에 있는 배출 핀을 사용하여 배출 플레이트를 통해 유압 액추에이터 또는 금형 전면에 있는 공압식 배출 밸브에 연결하여 배출합니다. 성형품은 조립 상자나 이동식 컨베이어에 자유낙하하거나 기계식 로봇에 의해 제거될 수 있습니다.
마지막 경우, 금형 회전은 완전히 기계식입니다. 반기계식 시스템에서는 기계공이 회전의 끝에서 개입하여 수동으로 금형을 꺼낼 수 있습니다. 패턴 장치에서 금형을 인식할 수 있게 되면 전체 금형 성형 과정을 반복할 수 있습니다.
금형 플로팅
금형 도면 작성은 그 자체로 매우 다양하고 복잡한 내용을 포함합니다. 그러나 기본적인 도면 특징을 구현하고 간단한 사출 성형 금형을 제작하는 데에는 적합합니다. 이 유형에서 형상은 일반적으로 작업 부분과 고정 부분, 두 부분으로 나뉩니다.
사출 부위에서 플레이트 뒷면으로 위치 고정 링이 형성됩니다. 이러한 형성과정을 통해 형상이 영구적인 용기에 고정됩니다. 위치 고정 링과 함께 스프루가 보입니다. 스프루는 사출 요소 노즐과 연결되는 범위를 가지며, 이를 통해 재료가 사출 요소에서 금형 틈새를 따라 직접 이동하게 됩니다.
단일 형상 금형의 경우, 스프루는 바로 성형품에 공급될 수 있습니다. 다중 형상 금형의 경우, 스프루는 금형면에 가공된 러너 시스템을 제공하여 유체 매체를 틈새로 전달하는 구조 역할을 합니다. 가열된 또는 뜨거운 러너 구조는 성형품의 영구적인 절반 부분에 흡수될 수 있으므로, 스프루와 러너 공급 구조는 지속적으로 액체 상태를 유지하며, 따라서 성형 과정의 끝에서 배출되지 않습니다.
PIM의 적용
프로토랩의 열가소성 사출 성형 공정은 알루미늄 금형을 사용하는 고품질 공정입니다. 알루미늄은 강철보다 열전도율이 훨씬 뛰어나기 때문에 냉각 채널이 필요하지 않습니다. 냉각 시간을 통해 성형 강도, 외관 품질을 관리하고 균일한 품질의 부품을 생산할 수 있습니다. 기본적으로 플라스틱 사출 성형기는 클립 장치와 사출 장치, 두 부분으로 구성됩니다.
1. 클리핑 장치는 주조물을 열고 닫으며 완성품을 배출합니다.
2. 사출 성형 장치는 플라스틱을 가열하여 유동적인 재료를 형상에 주입합니다. 사출 성형 공정은 볼트가 회전하여 호퍼에서 장치로 배출된 플라스틱을 가열하면서 시작됩니다.
유동성 플라스틱 물질이 볼트 앞쪽에 모입니다. 이 과정을 계량이라고 합니다. 액체 플라스틱이 형상에 주입되는 동안 사출 성형 장치는 볼트의 진행 속도를 조절하여 사출 속도를 제어합니다.
이 장치는 액체 플라스틱이 금형의 틈새를 채운 후의 하중인 체류력을 제어합니다. 볼트 속도가 변경될 때, 하중 제어 장치는 볼트 체결점 또는 사출 하중이 설정된 값에 도달하는 지점에 위치합니다.
PIM의 장점
플라스틱 사출 성형의 장점에 대해 이야기하자면, 그 수는 무수히 많습니다. 다음과 같은 장점들이 있습니다.
무한한 다양성 : 사실상 생각할 수 있는 거의 모든 형태를 플라스틱 분말로 제작할 수 있습니다.
개당 낮은 비용 : 금형 제작 비용이 고도로 자동화되어 있어, 자동화된 제조 공정을 통해 개당 가격이 매우 저렴합니다.
높은 생산성 : 제품을 매우 신속하게 생산할 수 있습니다.
비용 효율성 : 가공에 드는 초기 비용은 어떤 이유로든 적을 수 있지만, 장기적으로 볼 때 플라스틱 사출 성형이 훨씬 더 비용 효율적입니다.
공급량 관리의 이점 : 주입 절차는 각 부품에 필요한 만큼의 물질만 사용하며, 시스템 사용 후 남은 물질은 분쇄하여 재처리할 수 있습니다.
플라스틱 사출 성형의 결함
금형 설계 및 제작과 같은 툴링 비용과 긴 생산 시간은 플라스틱 사출 성형을 선택할 때 가장 큰 단점입니다. 따라서 사출 성형이 다른 성형 공정보다 유리한지 판단하기 위해 최소 생산 능력 검토가 필수적입니다.
이러한 단점을 해결하기 위한 방안은 CNC 가공이나 3D 프린팅과 같은 저렴한 기술을 이용하여 시제품을 제작하는 것입니다 . 3D 프린팅 장비 가격이 하락함에 따라 3D 프린팅은 더욱 선호되는 선택지가 되고 있습니다.
형상이 완벽해지면 복잡한 금형 제작 절차는 최소한의 비용으로 쉽게 반복할 수 있습니다. 하지만 설계상의 제약으로 인해 사출 성형이 부품 제조에 가장 적합한 방법이 아닐 수도 있습니다. 이럴 때는 금형 스케치를 수정하여 플라스틱 사출 성형 제조에 더 적합하도록 만들 수 있습니다.
PIM을 선택해야 하는 이유
플라스틱 사출 성형은 여러 기업에서 가장 인기 있고 생산성이 높은 사출 성형 방식으로 손꼽히는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 그중 하나는 다른 생산 공정에 비해 생산 속도가 가장 빠르다는 점입니다. 또한 비용 효율적이고 체계적인 생산 방식을 채택하고 있어 높은 생산성을 자랑합니다. 설계의 복잡성과 형상에 따라 다르지만, 일반적으로 생산 시간은 15초에서 200초 사이입니다.
플라스틱 부품 제조 공정 중 사출 성형만큼 섬세한 공정은 없습니다. 다른 플라스틱 성형 방식에 비해 시스템이 단순하면서도 더욱 견고하다는 장점이 있습니다. 복잡한 설계 도면에 필요한 유연성을 제공하며, 많은 기업이 안정적인 운영을 위해 추구하는 비용 효율성 또한 뛰어납니다. 다른 제조 공정보다 사출 성형을 선택해야 하는 몇 가지 이유를 살펴보겠습니다.
체계적이고 신속한 건설
플라스틱 사출 성형이 많은 기업에서 가장 인기 있고 생산성이 높은 사출 성형 방식으로 선택되는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 그중 하나는 다른 생산 공정에 비해 가장 빠른 속도를 자랑한다는 점입니다. 또한 비용 효율적이고 체계적인 생산 방식을 통해 높은 수준의 품질을 보장합니다. 물론, 생산 소요 시간은 도면의 복잡성과 형상에 따라 일반적으로 15초에서 200초 사이입니다.
복잡한 디자인을 조정할 수 있습니다.
사출 금형이 고압으로 복원되기 때문에 스케치 내부의 플라스틱이 압축되어 벽에 더 단단하게 달라붙습니다.
다른 성형 방식과 비교했을 때, 플라스틱 사출 성형 방식만이 모든 구성 요소를 금형에 완전히 흡수시킬 수 있습니다.
이는 스케치에 포함되어야 하는 구성 요소의 개수에 제한이 없다는 것을 의미합니다.
고강도 성형 방식의 또 다른 주목할 만한 이점은 과도한 비용을 들이지 않고도 복잡하고 정교한 디테일을 구현할 수 있다는 점입니다.
사출 성형을 사용하면 복잡한 도면을 구현하면서도 생산 비용을 저렴하게 유지할 수 있습니다.
증가된 힘
생산 도구에는 두 가지 필수 구성 요소가 필요합니다. 바로 8가지 색상과 매체입니다. 이 두 가지 모두 확보된다면 스케치 가능성에 제약이 없습니다. 현대에는 고분자 소재를 다루는 다양한 공정이 존재합니다. 이것이 바로 광범위한 수지 사용이 발전하게 된 주요 원인이기도 합니다.
귀하의 요구사항을 논의하기 위해 언제든지 저희 전문 기계공에게 연락하십시오.