오버몰딩은 현재 가장 인기 있고 진보된 신속 툴링 방법 중 하나로, 생산 비용, 사이클 타임, 제품 제조를 위한 새로운 설계 가능성에 큰 잠재력을 제공합니다. 2K 몰딩 제품의 다양한 설계 장점 덕분에 휴대폰, 펜, 자동차, 가전, 수공구, 생활용품 등에 널리 쓰입니다.
이 글은 오버몰딩 기술의 발전과 트렌드를 소개하고, 특히 제품 개발 단계에서 2K 오버몰딩 부품의 소량 프로토타입 제작 실현 방법을 중점 다룹니다.
오버몰딩은 두 가지 이상의 서로 다른 소재를 결합해 단일 부품을 만드는 사출 성형 공정입니다. 첫 번째 소재는 일반적으로 기재(서브스트레이트) 소재라 부르며, 그 부품이 후속 소재(오버몰드 소재)로 완전히 또는 부분적으로 덮입니다.
사출 오버몰딩은 처음에 소비재 외관 미화에 쓰였으나 이제 매우 대중적입니다. 이 기술은 다양한 응용 분야에 쓰이며 제품 기능 향상에도 활용됩니다: 내화학성 개선, 전기 절연 제공, 지속적인 그립감, 더 부드러운 촉감 등.
오버몰딩 제품 제조 공정에는 주로 2가지 유형이 있습니다.
a. 연질 소재가 경질 소재 오버몰딩: 다중 사출 성형에서 흔한 소재는 열가소성 엘라스토머(TPE)로, 기재 소재(ABS, PC, PC/ABS, PA, SAN 등)에 사용됩니다. 흔한 TPE는 SEBS, TPE-V, TPE-U, TPE-E, TPE-A입니다. 이런 '연질 피복' 제품은 절연, 내화학성, 향상된 인체공학, 더 나은 핸들, 그립감, 우수한 미학 등 기능이 향상됩니다.
b. 경질 소재가 경질 소재 오버몰딩: 또 다른 응용은 2차 오버몰딩 소재도 경질 플라스틱인 경우입니다. 예: 금속 인서트가 있는 경질 성형 플라스틱, 불투명 부품이 있는 투명 경질 성형 플라스틱. 보통 투명 2K 사출 성형 생산 불량률이 매우 높아 공정 제어에 큰 도전이 됩니다.
2K(투칼라) 사출 성형(두 구성요소로 형성)은 2단계 공정입니다. 2K 사출 성형기에서 한 소재를 사출해 제품을 만들고, 금형 플립과 점프로 대응하는 금형 캐비티의 다른 플라스틱 튜브 노트로 이동합니다. 그 부품을 인서트로 써서 다른 소재를 사출해 이중 소재 제품을 통합 형성합니다. 사출 성형기는 더블 실린더나 더블 금형 캐비티 중 하나며, 두 소재 제품을 동시에 생산합니다. 한편 만들어진 제품은 인서트로 쓰여 삽입됩니다.
다른 하나는 투샷 사출 성형으로, 한 사출 성형기에서 한 소재 부품을 만들고 그 부품을 인서트로 다른 금형에 넣어 두 번째 소재를 사출합니다. 인서트 몰딩(업계 용어로 래핑, 2차 사출 성형): 인서트 몰딩 시 먼저 경질 부품(보통 경질 플라스틱)을 만들고 금형 캐비티에 삽입합니다. 이어 TPE를 이 컴포넌트 위에 사출 성형해 최종 제품을 얻습니다. 일반 사출 성형 장비로 인서트 몰딩 가능. 경질 부품 배치는 수동이나 기계 팔로 수행. 보통 금속 컴포넌트 피복은 이 방식만 가능합니다.
물리적 방법: 걸쇠 설계, 표면 롤링, 표면 태핑 등으로 두 번째 소재로 직접 패키지 몰딩(피복) 달성. 이 방법으로 소재 결합 시 물리적 접합부에서 강한 접착이 생기지만, 물리적 접합부 외부엔 접착이 거의 없습니다.
화학적 방법: 두 소재 간 분자 친화력과 화학적 결합 강도로 두 소재를 결합해 단일 부품, 두 개 이상을 형성.
물리적 걸쇠와 결합 방법이 실제 응용에서 종종 함께 쓰이지만, 두 소재 간 화학적 결합을 실현하는 게 더 신뢰성 있고 유연한 방법임은 분명합니다. 이 강한 화학적 결합은 분자나 분자 사슬의 상호 용해, 침투, 관통, 얽힘으로 구성됩니다.
네 가지 흔한 오버몰딩 유형이 있습니다.
하지만 모든 소재가 오버몰딩 가능한 건 아닙니다. 예를 들어 프로토타입 몇 개만 만들고 싶다면, 자체 소재나 다른 타입 레진과 몰딩 가능한 투명 엘라스토머를 찾기 어렵습니다.
1. 소재 선택: TPE/경질 플라스틱 분자 수준 결합에 영향을 주는 3가지 핵심 요소
1) TPE 소재 극성이 경질 플라스틱과 유사해야 함(그렇지 않으면 용융 상태에서 상호 용해나 침투, 관통 불가).
2) TPE 소재 표면 장력이 경질 플라스틱보다 낮아야 함(그렇지 않으면 TPE 용융물이 경질 플라스틱 인서트 표면에 퍼지지 못함).
3) TPE 용융물이 금형 캐비티로 경질 플라스틱 표면을 따라 흐를 때 냉각 과정에서 열이 방출돼 경질 플라스틱 표면을 빠르고 효과적으로 녹여 얇은 상호 관통층 형성.
2. 오버몰딩 공정 참고 가이드 7가지
1) 2K 몰딩이 투샷 몰딩(멀티샷 몰딩)보다 효과 더 좋음.
2K 금형 장점: 첫 번째 경질 플라스틱 사출이 여전히 뜨거울 때 즉시 2K 사출 성형기의 두 번째 캐비티로 들어감. 이송 과정 중 수분 흡수 없음; 한편으론 고온 TPE 용융물에 표면이 쉽게 아블레이션돼 초박막층 형성, 다른 한편으론 표면 수증기 흡착 영향 없음.
2) 허용 범위 내 최대한 높은 피드 배럴(용융) 온도 선택. 그렇지 않으면 TPE가 경질 플라스틱 표면 아블레이션할 충분한 열 없음.
3) 오버몰딩 2단계 시 경질 플라스틱 금형 캐비티에 가급적 높은 금형 온도 채택해 열에너지 공급. 경질 플라스틱이 고온 도달하면 TPE 고온 용융물이 천천히 식어 경질 플라스틱 아블레이션해 불용성 초박막층 형성할 충분한 열과 시간 확보.
4) 오버몰딩 2단계에서 TPE 용융물은 TPE 플라잉 엣지 없는 전제 하에 가능한 한 빠른 고속 사출로 배출.
a. 빠른 사출 속도로 TPE 용융물이 경질 플라스틱 표면에서 퍼지는 시간 짧고 성형 사이클 중 경질 플라스틱 표면 아블레이션 시간 길어짐.
b. TPE와 경질 플라스틱 표면 마찰로 마찰열 발생. TPE 용융물 온도도 천천히 식어 경질 플라스틱 표면과 접촉·아블레이션 시간 길어짐.
c. 빠른 사출 속도로 대부분 TPE 용융물 점도가 전단되면서 얇아져 표면 장력 감소, 경질 플라스틱 표면 퍼짐에 유리.
5) 특히 투샷 몰딩에서 경질 플라스틱 표면 수분 흡수나 변색 방지. 이송 공정 중 이 발생 가능성 높음.
6) 나일론 66, 표면 수분 흡수로 물 분자 형성·흡착해 수소 결합 생성, TPE가 경질 플라스틱 표면 분자와 분자간 결합 효과적 형성 못 해 결합 강도 자연 저하. 피복 극성 경질 플라스틱 TPE도 극성 배합, 방습 소홀하면 응집 효과 동시 영향.
7) 시험기 초기 단계 세척 실린더 문제 주의.
a. 이전 PVC 피복.
b. 이전 경질 고무 생산 기계.
설계에 오버몰딩을 쓰는 3가지 주요 이유입니다.
더 나은 미학
한 플라스틱 부품에 여러 색상이나 여러 종류의 표면 마감을 원하면 오버몰딩이 이상적 공정. 서로 다른 색상이나 텍스처 컴포넌트를 오버몰딩해 매끄럽게 연결된 색상과 마감의 단일 부품 형성. 예: 투명 레진 부품을 검은 레진 부품으로 오버몰딩해 자동차 렌즈 형성; 금속 인서트를 플라스틱으로 오버몰딩하면 수동으로 플라스틱 안에 인서트 넣는 것보다 보기 좋음.
더 나은 조립
함께 몰딩된 두 개 이상 컴포넌트는 별도 제작 후 조립한 두 컴포넌트보다 더 잘 맞음. 오버몰딩 공정 중 기재 위에 추가되는 플라스틱이 녹았다가 기재 위에서 경화돼 더 견고한 조립 생성.
더 사용자 친화적
경질 플라스틱이나 금속 부품 위에 고무나 폴리우레탄 같은 엘라스토머를 쓰면 최종 사용자에게 더 쾌적함. 금속과 경질 플라스틱은 사람 손에 그다지 쾌적하지 않음. 경질 플라스틱이나 금속 부품에 부드러운 층을 더하면 부품 텍스처가 부드러져 더 사용자 친화적.
2K 사출 금형의 복잡한 구조 탓에 제품 개발 공정은 더 긴 주기와 높은 비용 필요. 제품 개발 단계에서 단 한 세트 또는 몇 세트 프로토타입만 만든다면 2K 사출 성형이나 투샷 사출 성형을 꼭 거쳐야 할까요? 우리 신속 프로토타이핑 서비스에서 널리 쓰는 가이드 접근법은 다음과 같습니다:
투칼라 FDM 3D 프린터는 오래전부터 존재. 일반적으로 3D 프린팅은 두 스프링클러 헤드로 다른 색상 소재 프린트해 투칼라 혼합 모델 구현. 하지만 소재 선택에 여전히 큰 제약. 일부 3D 프린터는 다색 투명 부품 프린트 가능하지만 조잡한 구조, 저해상도, 나쁜 텍스처, 심지어 '픽셀화'라 표현될 정도. 따라서 다색 특징과 외관 프로토타입을 위한 3D 프린팅은 아직 갈 길 멂.
우레탄 캐스팅은 소량 프로토타이핑에 흔한 방법. 오버몰딩 프로토타입 생산에 탁월한 장점 있음.
실리콘 툴 캐스팅 부품은 색상, 텍스처, 광택 마감, 인서트 몰딩, 오버몰딩, 심지어 광학 투명도 등 고객 사양을 정확히 맞출 수 있음. 복잡한 공정 구조 부품 시험 생산에 좋아 금형에서 직접 빠져나가 탈형 각도 설계 불필요, 표준 가공 공차 ±0.15mm/100mm 제공, 최고 정밀도 ±0.05mm 도달, 복잡한 구조 금형에서 직접 탈형 가능.
게다가 소재 선택도 풍부, 다중 소재로 우레탄 캐스팅 부품 제작 용이. ABS, PMMA, PC, PP, PA, 소프트 고무 등 양산급 플라스틱과 유사한 물성 소재, 내충격, 고온(120℃), 난연(UL94-V0) 소재 포함.
금형 제작: 실리콘 툴 오버몰딩 공정은 마스터 패턴 제작, 실리콘 금형 제작, 진공 캐스팅 포함. 실리콘 금형으로 고무 오버몰드 경질 플라스틱, 경질 플라스틱 오버몰드 경질 플라스틱, 투명 오버몰드 불투명 플라스틱 등 다양한 오버몰딩 제품 제작 가능.
공정 제어: 실리콘 금형의 게이트 위치와 벤트 홀 설계가 실리콘 오버몰딩 금형 제작의 큰 난제. 첫째, 게이트는 제품 외관 면에서 떨어져야 하고 소재가 금형 채울 충분한 유동성 필요. 둘째, 벤트 위치와 개수는 여러 번 조정 필요, 특히 투명 부품 제작 시 나쁜 공기가 뚜렷한 외관 결함 유발. 셋째, 두 소재 수축과 2차 경화 중 변형.
CNC 가공 2K 프로토타입은 보통 투칼라나 다중 소재 결합 구현 위해 많은 후공정 필요.
특징: 빠른 속도, 높은 치수 정밀도와 외관 품질. 오버몰딩 소재 선택 폭 넓음, 거의 모든 엔지니어링 플라스틱과 금속 소재 가공 가능. 연마 등 표면 처리 후 생산 효과가 사출 성형 제품과 동등하거나 더 높음.
현재 주류 오버몰딩 프로토타입 제조는 여전히 CNC 주도. 물론 실리콘 금형도 큰 진전. 보통 오버몰딩 프로토타입 가공은 CNC와 실리콘 툴 오버몰딩 방법 결합으로 실현.
최근 몇 년 중요 국제 전시회 관찰 결과, 유럽·미국 다색 사출 성형 제조사들이 몇 가지 기본 성형 기술의 '결합' 프레젠테이션으로 승격됨. 자동차 헤드라이트, 에어컨 패널, TV 프레임 같은 전통적 다색 제품 외에, 투칼라 몰드 내 라벨(IML), 투칼라 몰드 내 조립(IMA), 스택몰드(StackMold), 2K+IML+IMA+Stack Mold, 투칼라 몰딩, 층간 사출 등 새로운 AP가 단일 사출기로 모두 구현 가능.
결과적으로 다색 사출 성형 기술이 점점 더 주목받음. 우리가 다색 기술만 제시할 게 아니라 다른 기술과 결합해 더 높은 효율의 결실 만들게 해야 함. 이게 다음 단계 산업이 도전해야 할 목표.
WayKen은 오버몰딩 분야 깊은 전문성 보유. 최근 투명 자동차 램프 부품 소량 2K 실리콘 금형에서 큰 진전. 연락 주시면 즉시 견적으로 오버몰딩 프로젝트 생산 시간과 비용 절감 도와드립니다.
산업기술
플라스틱 부품 설계도 충분히 어려운데, 반복적으로 접히고 구부러지는 리빙 힌지를 설계하는 것은 더욱 어렵습니다. 힌지는 어셈블리 내 부품 수를 줄이거나 제조 비용을 절감하기 위해 플라스틱 부품 설계에서 자주 발견됩니다. 리빙 힌지는 더 두꺼운 플라스틱으로 둘러싸인 얇은 플라스틱 조각으로, 부품이 1도에서 180도까지 접히거나 구부러지도록 합니다. 하지만 부품이 구부러지면 인장 응력이라고 하는 변형이 발생합니다. 플라스틱이 너무 얇으면 필요한 강도가 없어 부품이 찢어질 수 있습니다. 너무 두꺼우면 너무 많은 응력이 생겨 부품이 파손
사출 성형 로봇은 다양한 유형의 재료를 금형에 주입해 부품을 생산합니다. 긴 리치(수평·수직)와 높은 유연성으로 많은 산업에서 점점 더 자주 사용되고 있습니다. 부품 로딩, 사출 성형 부품 마무리 및 조립 등 여러 공정을 위해 설계되었습니다. 인몰드 데코레이팅과 라벨링 같은 2차 공정도 수행 가능합니다. 사출 성형용 로봇은 비용 효율적이고 시간 효율적입니다. 사출 성형 워크셀의 확장된 기능 사출 성형 워크셀은 이제 초음파 및 레이저 용접 작업도 수행합니다. 사출 성형 셀로 용접하면 사이클 타임이 단축되는데, 이는 사출 성형 산업에
