동시사출 성형: 공정, 장점 및 응용 분야

    이중사출 성형 

동시사출 성형은 플라스틱 사출 성형의 한 종류로, 두 개의 서로 다른 사출 장치가 용융된 재료를 하나의 금형에 동시에 또는 순차적으로 주입하는 방식입니다. 따라서 이중 재료 사출 성형 공정이라고 할 수 있습니다.

오버몰딩 서비스 두 가지 이상의 재료로 부품을 생산할 수도 있지만, 동시 사출은 단일 공정에서 이를 수행하여 속도를 향상시키고 비용을 절감합니다. 

동시사출 성형은 소비재, 포장재, 의료기기 생산에 활용될 수 있습니다. 또한, 이 기술은 재활용 플라스틱의 사용을 최적화하는 데에도 도움이 됩니다. 

다음 섹션에서는 동시사출 성형 공정, 장점, 단점, 응용 분야, 설계 팁 및 잠재적 과제에 대해 자세히 설명합니다.

 

이중사출 성형이란 무엇입니까?

동시주입이란 무엇인가

동시사출 성형은 특수한 유형의 성형 공정입니다. 사출 성형 내부적으로 "로 구성된 이중 재질 부품 및 제품을 생산하는 데 사용됩니다.core"그리고 외부층"피부이 공정은 두 개의 서로 다른 사출 장치를 사용하여 용융된 원료를 금형에 순차적으로 또는 동시에 주입하는 것을 포함합니다.

예를 들어, 재활용 PP 코어와 식품 등급 PP 외피로 구성된 음료수 병이 있습니다. 이러한 방식으로 무게, 재료비, 성형 복잡성 및 생산 속도를 향상시킬 수 있습니다. 

동시사출 성형을 사용하면 포장, 자동차, 의료, 소비재 및 기타 산업 분야에서 접착력이 강하고 견고하게 결합된 다층 부품을 생산할 수 있습니다.

 

동시사출 성형은 어떻게 작동하나요?

동시주입 방법

동시사출 성형은 두 가지 서로 다른 폴리머를 하나의 금형 캐비티에 순차적으로 또는 동시에 주입하는 방식으로 작동합니다. 이를 위해 두 개 이상의 사출 장치가 동일한 노즐에 연결되어, 각각 용융된 폴리머가 동시에 또는 순차적으로 주입됩니다. 

순차적 동시 주입

별도의 장치에서 용융된 두 가지 서로 다른 폴리머가 제어된 시간 간격을 두고 금형 캐비티에 순차적으로 주입됩니다. 스트로크 위치, 시간 제어 및 기타 매개변수를 성형기에서 설정하여 정밀한 순서를 구현할 수 있습니다. 따라서 주입 순서는 표면-심부 또는 표면-심부-표면 순서가 될 수 있습니다. 

동시 공동 주입 

이 공정은 동축 노즐을 사용하여 서로 다른 두 가지 폴리머(각기 다른 공정에서 용융)를 하나의 금형 캐비티에 동시에 주입하는 방식입니다. 점도가 높은 액체 폴리머는 핫 러너 시스템을 통해 캐비티를 따라 흐르면서 외층과 내층을 형성하고, 다른 재료는 코어를 형성하여 스킨-코어-스킨 구조를 재구성합니다. 이러한 이유로 "샌드위치" 성형이라고도 합니다.

 

동시사출 성형 공정

동시사출 성형 공정은 부품 및 금형 설계, 재료 선택, 펠릿 건조, 공급, 사출, 냉각 및 부품 배출을 포함한 여러 단계로 구성됩니다.

다음으로, 이러한 단계를 더 자세히 살펴보겠습니다. 

1. 부품 및 금형 설계

먼저, 동시사출 성형에 필요한 부품과 그에 맞는 금형을 설계합니다. 표면층과 중심부의 두께, 치수, 층 구조 등을 명확하게 정의해야 합니다. 또한, 표면층과 중심부 재료를 위한 두 개의 채널을 고려해야 합니다. 

2. 재료 선택

다음으로 외피와 코어 소재를 선택합니다. 이 두 소재는 서로 호환되어야 하며, 일반적으로 코어에는 단단한 플라스틱을, 외피에는 부드러운 플라스틱, 고무 또는 엘라스토머를 사용합니다.

다음은 "에 대한 가장 일반적인 동시사출 성형 사례입니다.스킨 + 코어”  조합:

• 폴리카보네이트(PC) + ABS
• 나일론(PA) + 유리섬유 강화 나일론
• 폴리프로필렌(PP) + 재활용 PP
• PET + 재활용 PET
• 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) + 재활용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)
• ABS + 재활용 ABS
• 폴리프로필렌(PP) + 발포 PP
• PET + 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)

3. 건조 및 용융

원료 펠릿을 건조하여 수분 함량을 조절한 후, 해당 주입 장치(일반적으로 스크류 배럴)에 투입합니다. 이때 배압, 스크류 속도 및 기타 매개변수를 각각 설정해야 합니다. 스크류는 펠릿을 가열하고 제어된 온도로 노즐로 밀어냅니다.

4. 주사 (순차적 또는 동시적)

부품의 층 구조에 따라, 앞서 설명한 바와 같이 용융된 폴리머를 사출 금형에 순차적으로 또는 동시에 주입합니다. 이때 핫러너 시스템이 선호됩니다. 

5. 냉각

표면재와 코어재를 주입한 후 금형을 채우고 일정 시간 동안 경화시킵니다. 부품의 복잡성과 원자재 종류에 따라 적절한 냉각 시스템을 사용할 수도 있습니다. 

6. 부품 배출

금형이 냉각되고 내부 부품이 완전히 응고되면 이젝터 핀을 눌러 다층 부품을 금형에서 꺼냅니다. 그런 다음 표면 결함이 있는지 검사하고 치수 정확도를 확인합니다. 필요에 따라 트리밍, 연마 또는 기타 공정을 진행합니다.

 

동시사출 성형의 장점은 무엇인가요?

빠른 생산 속도, 고성능 부품, 비용 효율성, 미적 매력, 다양한 특성, 맞춤형 마감 처리는 동시 사출 성형 공정의 주요 장점입니다. 

• 더 빠른 생산: 동시사출 성형은 단일 공정으로 여러 재질/여러 층으로 구성된 부품을 생산하기 때문에 조립 필요성과 생산 시간을 줄여줍니다. 
• 고성능 부품: 동시사출 성형은 서로 다른 두 재료를 하나의 부품으로 접합하여 높은 구조적 안정성, 강성 및 강도를 유지합니다.
• 비용 이익: 표면과 중심부를 서로 다른 방식으로 접착시켜 제작하는 것은 동시사출 성형보다 비용이 더 많이 듭니다. 하지만 오버몰딩보다는 저렴합니다. 
• 심미적 매력: 단일 생산 공정에서 성형 부품에 미적으로 보기 좋은 다양한 재질의 층을 추가할 수 있습니다.  
• 다양한 속성 활용성: 두 가지 재료의 특성을 하나의 부품/제품에 결합할 수 있게 해줍니다. 
• 마침을 표면 : 동시사출 방식을 통해 맞춤형 마감, 질감, 색상 또는 평활도를 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 

 

동시사출 성형의 단점은 무엇인가요?

이러한 다중 재료 사출 성형 공정은 다수의 사출 장치가 필요하고, 표면과 중심부의 호환성, 재료의 정확한 위치 지정 등과 같은 몇 가지 단점도 가지고 있습니다. 

• 여러 개의 인젝터가 필요한 이유: 동시 주입에는 두 개 이상의 주입 장치가 필요하므로 초기 설치 및 툴링 비용이 증가합니다.
• 재료의 정밀한 위치 지정: 인서트 몰딩과는 달리 두 재료 영역의 위치를 ​​정확하게 조정할 수 없으며, 층 두께만 제어할 수 있습니다.
• 코어 및 스킨 호환성: 두 가지 재료는 반드시 함께 사출 성형할 수 없으며, 호환성이 있어야 합니다.
• 금형 설계 복잡성: 표면-내부 유동 제어를 엄격하게 유지하기 위해 금형 설계가 더욱 복잡해집니다.  

 

적용 분야는 무엇인가요? 동시사출 성형 예시

공사출 부품 

자동차, 소비재, 포장, 의료, 순환 재활용 및 기타 여러 산업에서 동시 사출 성형 부품 및 제품을 사용합니다. 

아래 표는 다양한 산업 분야에서 사용되는 동시사출 성형의 사례를 자세히 보여줍니다. 

업종	이유가 무엇일까요?	예
자동차	구조적 핵심과 미적 외피를 갖춘 부품의 경우	대시보드 패널, 내부 트림 패널, 엔진 커버 및 씰.
소비재	그립감, 미관 및 맞춤형 질감을 갖춘 부품	휴대폰 케이스, 가전제품 손잡이, 공구 손잡이.
포장	다층 용기 및 재활용 재료의 활용 극대화	화장품 병, 보관 용기, 다층 용기 및 음료 포장재.
의료	의료기기에서의 기능성 밀봉.	수술 기구 손잡이, 진단 기기 하우징 및 흡입기 부품.
순환 재활용	핵심 소재로 재활용 소재를 사용하면서도 외관에는 영향을 주지 않습니다.	포장 용기, 세제 뚜껑 등

 

동시사출 성형 설계의 산업 관행

동시주입 시뮬레이션

설계는 단순히 원하는 부품의 디지털 엔지니어링 모델을 만드는 것뿐만 아니라, 성형 용이성, 생산 속도, 치수 정확도 및 비용 효율성을 최적화한 성형 가능한 설계를 만드는 것이기도 합니다.

다음은 DFM에 최적화된 동시사출 성형 설계에 대한 몇 가지 업계 관행/고려 사항입니다.

1. 부품 두께 

재질 종류에 따라 최소 1~3mm의 균일한 두께를 유지해야 하며, 두께는 5mm를 초과해서는 안 됩니다.

2. 재료 부피 

중심부 부피는 20~80%여야 하고, 표면층은 그 반대여야 합니다. 이는 주입액의 효율적인 흐름을 유지하는 데 필수적입니다. 

3. 게이트 종류 

균일한 밀링을 위해 적절한 사출 성형 게이트 유형을 선택하고 두꺼운 부분에 배치하십시오.

4. 허용 오차 

형상 전체에 걸쳐 치수 공차를 균일하게 설정하고 레이어의 냉각을 고려하십시오. 동시 사출 성형은 일반적으로 ±0.1mm의 공차를 제공합니다.

5. 흐름 경로

효율적인 유동 패턴을 촉진하는 단순한 금형 형상을 선택하십시오. 급격한 두께 변화, 날카로운 모서리 및 길고 얇은 부분을 피하십시오. 

 

동시사출 방식과 다른 성형 공정 비교

동시주입의 대안

인서트 몰딩과 오버몰딩은 다른 두 가지 다중 재료 사출 성형 공정입니다. 이들을 동시 사출 성형과 비교해 보겠습니다. 

동시사출 vs 오버몰딩

플라스틱 오버몰딩 동시사출 방식과 달리 사출 및 부품 구조화 방식이 다릅니다. 두 가지 다른 재료를 순차적으로 사출하는 방식으로, 일반적으로 단단한 제품에 밀봉재, 그립 또는 절연재를 오버몰딩하는 데 사용됩니다. 

동시사출 vs 인서트 몰딩

이름에서 알 수 있듯이, 인서트 성형은 미리 제작된 인서트(금속 또는 비금속)를 금형 캐비티에 위치시키고 용융된 폴리머를 주입하는 방식입니다. 그러면 폴리머가 인서트 주변으로 흐르면서 견고하게 성형된 단일 부품을 형성합니다. 

 

동시사출 성형 시 발생하는 문제점과 해결 방법은 무엇일까요?

동시사출 성형 결함

핵심 파손, 표면 결함, 다중 캐비티 유동 불균형 및 뒤틀림은 동시 사출 성형의 주요 과제입니다. 

이러한 과제들을 좀 더 자세히 살펴보고, 그에 상응하는 예방 전략을 세워 보겠습니다. 

핵심 돌파구

핵심 소재가 외부 피막층을 뚫고 표면에 도달하면 기능적 또는 미용적 문제를 야기할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 적절한 주입 압력을 선택하고, 피막 주입량을 늘리고, 용융 온도를 조절해야 합니다.

표면 결함

또 다른 과제는 표면에 자국이나 용접선과 같은 흠집이나 결함이 없는 부품을 성형하는 것입니다. 이는 주로 표면막 두께의 불균일성 때문에 발생합니다.

다중 공동 문제

사출 금형에 여러 개의 캐비티가 있는 경우, 캐비티 간의 유동 균형을 맞추기가 어렵습니다. 이로 인해 표면층 재료와 내부층 재료의 부피 불균형이 발생합니다.

이를 방지하려면 게이트 위치를 정확하게 조정하고 냉각 속도를 조절하며 유동성을 개선해야 합니다. 

뒤틀림

표면재와 심재의 수축률 차이로 인해 뒤틀림이 발생합니다. 뒤틀림을 방지하려면 두께를 균일하게 하고, 효율적인 냉각 시스템을 사용하며, 공정 매개변수를 최적화해야 합니다.

자세히보기 : PIM(분말 사출 성형)

 

동시사출 성형은 기존 사출 성형과 어떤 점이 다를까요?

동시 사출 성형은 기존 사출 성형과 달리 한 가지 용융 재료만 사출하는 것이 아니라 두 가지 재료를 함께 사출하여 하나의 접합된 부품을 형성한다는 점에서 차이가 있습니다. 즉, 기존 사출 성형으로는 한 번의 공정으로 여러 재료로 구성된 부품을 생산할 수 없습니다. 

일반적인 사출 성형은 단일 재질로 만들어진 균일한 부품 및 제품의 대량 생산에 적합합니다. 반면, 이중 사출 성형은 두 가지 서로 다른 재질이 적층된 구조의 부품이 필요할 때 이상적입니다.

 

동시사출 성형은 제품 품질을 향상시키는가? 

네, 동시사출 성형은 다양한 소재 조합, 향상된 내구성, 맞춤형 디자인을 통해 생산되는 부품 및 제품의 품질을 향상시킵니다. 또한 조립 비용을 절감하고 시장 경쟁력 강화에도 도움이 됩니다. 

다음으로, 아래 목록을 통해 동시주입 기술이 제품 품질을 어떻게 향상시키는지 살펴보겠습니다.

• 동시사출 성형은 연질 소재와 경질 소재를 결합하여 강도와 마감을 모두 제공할 수 있게 해줍니다.

• 동시 사출 성형 부품은 코어와 스킨이 강력하게 결합되어 내구성이 뛰어납니다.

• 다중 소재 사출 성형은 시간과 조립 비용을 절감합니다. 

• 표면 질감, 색상 및 마감 품질을 사용자 정의할 수 있습니다.

 

동시사출 성형이 제 프로젝트에 적합할까요?

동시사출 성형의 적합성은 부품/제품 사양 및 적용 요구 사항에 따라 달라집니다. 

다음과 같은 경우 동시사출 성형 공정을 선택하십시오.

• 귀사의 부품/제품에는 여러 소재, 특히 단단한 플라스틱과 부드러운 고무 및 엘라스토머의 조합이 필요합니다.
• 해당 부위는 보호막, 그립감 또는 미적인 목적으로 더 부드러운 피부가 필요합니다.
• 당신은 재활용 재료를 사용하여 몰딩을 만들고 있습니다.
• 대량 생산, 일반적으로 10,000개 이상의 제품이 필요합니다.

 

동시사출 성형의 미래 트렌드는 무엇일까요? 

공동사출 성형의 미래 트렌드는 크게 세 가지 영역에 집중될 것입니다: 소재 혁신, 자동화 및 AI 기반 장비, 그리고 다양한 산업 분야에 걸친 적응성입니다.

이러한 미래 트렌드를 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

1. 재료의 발전 

재활용 소재를 활용하는 혁신은 부품이나 제품의 표면에 새로운 소재를 접목하는 방식으로 이루어지고 있습니다. 또한, 제조업체들은 바이오 기반 고분자에도 주목하고 있습니다.

2. 자동화 및 AI 통합

또 다른 추세는 사출 자동화, 실시간 모니터링, 데이터 기반 최적화와 같은 스마트 제조 시스템의 활용입니다. 그 결과, AI 기반 공정 제어 또한 빠르게 도입되고 있습니다.

3. 산업 전반에 걸친 적응력

포장 산업 외에도 의료, 자동차, 소비재 등 다양한 산업 분야에서 공동사출 기술을 활용하여 다양한 부품과 제품을 생산하고 있습니다. 이는 소재 선택의 폭, 정밀도, 마감 품질, 설계 복잡성 측면에서 향상된 성능을 제공하기 때문입니다.

 

맺음말 

전반적으로, 동시사출 성형은 코어-스킨 또는 스킨-코어-스킨 구조를 재조립하여 여러 소재로 부품을 생산할 수 있게 해줍니다. 이러한 단일 공정 방식은 포장재, 자동차 내장 패널, 경량 구조 부품 등 다양한 분야에서 생산 효율성과 비용 효율성을 향상시킵니다. 

Boda에서는 포괄적인 서비스를 제공합니다. 사출 성형 서비스 다양한 산업 분야에 걸쳐 DFM 분석 및 금형 제작부터 표면 처리까지 모든 것을 포괄합니다.

당사는 표준 플라스틱 성형 외에도 복잡한 부품 및 제품 생산을 위한 인서트 성형, 오버몰딩, 동시 사출 및 다중 사출 성형 설비를 갖추고 있습니다. 

 

자주 묻는 질문

동시주입이란 무엇인가요?

이는 사출 성형의 한 유형으로, 두 개의 서로 다른 사출 장치에서 두 가지 다른 폴리머를 하나의 금형에 주입하는 방식입니다.

동시사출 성형은 기존 사출 성형과 어떻게 다른가요?

전통적인 사출 성형 방식으로는 두 가지 다른 재료를 금형에 주입하여 하나의 부품으로 만들 수 없습니다. 다시 말해, 동시 사출 성형은 여러 재료를 사용하는 사출 성형 방식이며, 전통적인 방식은 그렇지 않습니다. 

동시주입에는 콜드 러너 시스템과 핫 러너 시스템 중 어느 것이 더 적합할까요? 

핫러너 시스템은 동시사출 성형 공정에 선호됩니다.