깨끗하고 기능적인 사출 성형 설계를 위한 3가지 필수 요소

사출 성형은 양호한 공차로 동일한 플라스틱 부품을 대량 생산하는 인기 있는 제조 공정입니다. 이 공정에서 열가소성 플레이크나 펠릿을 녹여 금형에 주입합니다. 열가소성 소재가 냉각되고 경화되면 이젝터 핀이 완성된 부품을 금형에서 꺼냅니다. 사람들이 매일 사용하는 많은 소비자 대상 제품은 사출 성형됩니다. 휴대폰 충전기부터 자동차 부품, 레고® 브릭까지 다양합니다.

금형이 제조되면 엔지니어는 매우 낮은 단위당 비용으로 복잡한 부품을 일관되게 재생산할 수단을 갖게 됩니다. 따라서 금형 제작 공정을 완벽하게 하는 것이 중요합니다. 사출 성형 부품 설계 최적화에 대한 속성 과정과 제품 디자이너를 위한 팁과 트릭을 소개합니다.

사출 금형 설계 3가지 팁 및 모범 사례

사출 성형 부품은 복잡한 지오메트리를 가질 수 있으며 제품 디자이너에게 상당한 설계 유연성을 제공합니다. 유일한 주의점은 제품 팀이 사출 성형의 특정 요구사항을 중심으로 부품을 설계해야 한다는 것입니다.

부품이 이미 제조된 후 설계 조정을 하는 것은 매우 어렵습니다. 따라서 제품 디자이너는 툴 설계 문제의 위험을 줄이고, 최상의 결과를 얻으며, 비용을 절감하기 위해 플라스틱 부품을 사출 성형에 완벽하게 맞게 설계해야 합니다. 깨끗하고 기능적인 부품을 설계하려면 다음 세 가지 사출 성형 설계 모범 사례에서 시작하세요:

1. 일관된 벽 두께 유지

사출 성형 부품 설계의 제1원칙은 금형 벽 두께 관리입니다. 불균일한 벽은 열가소성 소재가 냉각될 때 부품이 뒤틀리거나 싱크 마크(sink mark)가 발생하게 할 수 있습니다. 권장 벽 두께는 사용된 플라스틱에 따라 다릅니다. 예를 들어 폴리우레탄(PUR)은 0.080~0.750인치, 폴리스티렌(PS)은 0.035~0.150인치의 훨씬 좁은 범위를 가집니다. 좋은 경험 법칙은 주어진 금형의 벽 두께를 1.2mm~3mm 사이로 유지하는 것입니다.

부품에 다른 두께가 포함되도록 설계된 경우, 제품 디자이너는 그 사이의 전환을 가능한 한 부드럽게 만들어야 합니다. 이렇게 하면 용융 플라스틱이 금형 캐비티 내부에서 고르게 흐릅니다. 두께 차이의 3배 길이의 챔퍼나 필렛이면 충분합니다.

사출 금형 설계의 두꺼운 섹션은 뒤틀림, 싱크 및 기타 결함을 유발할 수 있지만, 복잡한 지오메트리를 위해 때로는 필요합니다. 제품 디자이너는 이러한 섹션을 비워내어 벽 두께 제한을 준수하면서 두꺼운 섹션을 포함할 수 있습니다. 부품에 리브(rib)를 포함하면 비워낸 섹션을 강화하고 강성을 제공합니다.

리브 두께는 사용된 열가소성 수지에 따라 달라지지만, 리브는 항상 메인 벽 두께의 2/3 미만이어야 합니다. 리브가 너무 두꺼우면 외부 표면에 싱크 마크가 생깁니다.

2. 설계에 필수적이지 않은 언더컷 제거

언더컷(undercut)은 사출 성형 부품이 구조적 손상 없이 금형에서 깨끗하게 배출되는 것을 방지하는 기능입니다. 언더컷은 구멍, 캐비티, 금형의 파팅 라인에 수직이 아닌 정렬 영역 등 다양한 형태로 나타날 수 있습니다. 제품 디자이너의 최선의 선택은 언더컷을 완전히 피하는 것입니다. 언더컷은 항상 사출 금형 설계를 필요 이상으로 더 비싸고 복잡하며 노동 집약적으로 만듭니다.

여전히 언더컷을 처리하는 몇 가지 설계 트릭이 있습니다. 언더컷을 고치는 가장 간단한 방법은 금형의 파팅 라인을 이동시켜 언더컷과 교차하게 만드는 것입니다. 그러나 이 팁은 금형 외부에 언더컷이 있는 설계에만 적용 가능합니다.

범프오프(bumpoff) 또는 스트리핑 언더컷은 기능과 소재가 금형 위에서 배출될 때 팽창하고 변형될 만큼 충분히 유연한 경우 옵션입니다. 범프오프는 금형의 지지 구조에서 멀리 떨어져 있어야 하며 30~45도 사이의 리드 각도를 가져야 합니다.

최후의 수단으로, 금형을 재설계하여 언더컷을 피할 수 없을 때 사이드 액션(side-action)이나 리프터(lifter)가 언더컷을 해결할 수 있습니다. 사이드 액션 코어는 금형이 열리고 닫힐 때 안팎으로 슬라이드하는 수직 인서트입니다. 이 메커니즘은 비용과 복잡성을 크게 증가시킵니다. 이러한 솔루션이 있더라도 디자이너는 언더컷을 완전히 피하고 프로토타이핑 단계에서 언더컷을 제거하는 것이 현명합니다.

3. 드래프트, 드래프트, 드래프트

드래프트 각도(draft angle)는 사출 성형 부품을 금형에서 깨끗하게 배출하기 쉽게 만드는 설계 고려사항입니다. 이는 필수적이지 않은 설계 기능처럼 들릴 수 있지만, 드래프트는 기능적인 사출 성형 부품을 제조하는 데 중요합니다. 드래프트는 배출 시 부품 손상을 방지하고, 생산 비용을 낮추며, 생산 일정을 앞당기고, 균일한 표면 마감을 보장하며, 기타 수많은 이점을 제공합니다. 드래프트 각도가 없으면 제품 팀은 비싼 금형을 손상시키고 대량의 불량 부품을 생산할 위험이 있습니다.

드래프트는 설계 공정 초기에 고려해야 합니다. 드래프트 각도는 벽 두께, 벽 깊이, 소재, 적용 가능한 수축률, 텍스처, 배출 요구사항 등 부품과 관련된 여러 요소에 따라 달라집니다. 가능한 한 많은 드래프트 각도를 적용하는 것이 최선입니다. 제품 디자이너는 캐비티 깊이 인치당 1도의 드래프트로 시작하여 위에서 언급한 요소에 따라 필요에 따라 조정해야 합니다.

드래프트가 부품 성능에 부정적인 영향을 미칠 것처럼 보여도, 드래프트가 없는 것보다 있는 것이 항상 낫습니다. 부품은 일반적으로 최소 0.25도의 드래프트로 설계할 수 있지만, 가능한 가장 작은 드래프트 각도는 부품의 고유한 지오메트리와 소재에 따라 달라집니다.

설계 전문가의 도움 받기

이 짧은 목록은 사출 성형 부품의 핵심 설계 고려사항의 표면만 긁은 것입니다. 제품 팀은 파팅 라인, 게이트 설계, 게이트 위치 등도 고려해야 합니다. 부품 설계를 비용 효율성, 생산 시간, 효율성 측면에서 최적화하는 가장 좋은 방법은 설계 공정 전반에 걸쳐 중요한 조언을 제공할 수 있는 제조 전문가와 파트너가 되는 것입니다.

Fast Radius의 설계 및 엔지니어링 전문가들은 일반적인 금형 설계 고통 포인트를 해결하고, 현재 설계를 재최적화하거나, 완전히 새로운 것을 만드는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 우리는 개발 주기를 최대 90% 단축하고 모든 제품의 시장 출시 시간을 가속화할 수 있습니다. 함께 새로운 것을 가능하게 합시다. 지금 문의하세요.

사출 성형에 관한 모든 것에 대한 더 많은 정보는 Fast Radius 리소스 센터의 관련 블로그 기사를 확인하세요.

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