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KIST, 창업 유도형 R&D 사업 수행을 통한 창업기업 3개 社 설립 및 초기투자유치

- 창업아카데미 런칭, 민간전문가 협력을 통한 한국형 창업생태계 구축 추진한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 과학기술정보통신부의 창업유도형 연구개발 과제인 ‘바이오스타’ 사업 수행의 결과로 기술출자 회사 3개사(㈜티씨노바이오사이언스(박찬선 대표), ㈜바이오소닉스(신경식 대표), ㈜메디케어텍(전한용 대표))를 설립하였으며, 창업 초기 약 33억 원 규모의 투자유치에 성공했다고 밝혔다. 창업 이전부터 민간투자기관과의 연계를 통해 꾸준히 창업기술과 아이템을 숙성시키고, 사업적인 역량을 키우는 등 출연연과 예비창업자, 민간전문가가 함께 협력하여 지원했던 3개의 예비창업팀을 모두 창업으로 이끌어 내고 초기투자를 성공시켰다는 데 의미를 둘 수 있다.< 바이오스타 사업 개요 >1. 배경 및 목적  ◯ 배경: ｢바이오경제 10대 활성화 프로젝트 추진방안(안)｣(’16.5월, 국과심)의 창업 유도 R&D 지원의 일환으로 과기부에서 사업 기획  ◯ 목적: 예비창업팀에 인프라 제공, 공동연구수행, 사업화 활동 지원을 통한 출연(연) 창업의 새로운 패러다임 제시2. 사업 개요  ◯ 사업명: 「바이오 기업 출신 연구자 창업지원 사업」(이하 ‘바이오스타’)  ◯ 주요 내용: 예비창업팀 3팀을 선정하여 후 KIST 연구자와 매칭, 공동 연구‧장비‧인력 활용을 통해 KIST 기술출자기업 설립지원3. 창업지원 활동KIST는 이러한 성과를 도출하기 위해 과기정통부 바이오스타 사업 수행을 통해 바이오 분야 창업에 정통한 외부전문가를 사업기간 동안 KIST 연구원으로 채용하고, 창업 활동에 몰두할 수 있도록 인프라를 구축하였다. 연구개발 측면에서는 연구자 매칭, 연구공간 및 사무공간 제공, 연구시설‧장비 제공 등을, 사업화와 관련해서는 특허 포트폴리오 구축, 창업팀 빌딩, 사업계획수립, 투자계획수립, 마케팅 전략, 상표 출원 및 등록 등을 투트랙으로 지원하였다.해당 사업으로 외부전문가로 선발된 ㈜티씨노바이오사이언스 박찬선 대표는 KIST 화학키노믹스연구센터 한서정 박사와 항암제를, ㈜바이오소닉스 신경식 대표는 KIST 뇌과학연구소 강지윤 박사와 알츠하이머 조기진단 키트를, ㈜메디케어텍 전한용 대표는 KIST 헬스케어로봇연구단 김천우 박사와 이비인후과용 의료기기를 각각 개발해왔다. 이와 동시에 창업에 필수적인 창업 기반 기술(특허)의 포트폴리오 구축, 사업계획 수립, 창업팀 빌딩, 투자유치계획의 수립 등 사업화 활동을 병행 지원한 결과 3개의 창업기업은 국내 대형 투자사인 H사의 투자를 비롯하여 홍릉 클러스터 창업기업 육성을 위해 결성된 ‘홍릉특구펀드’1) 등으로부터 33억 원 규모의 투자유치에 성공했다. 홍릉특구펀드: KIST, 홍릉지역 대학, 중견기업, 지자체가 결성한 국내 최초 출연연 주도의 과학기술창업 특화 펀드(운용사 케이그라운드벤처스)이 외에도 KIST는 제도의 개선, 민간전문가와의 협업을 통한 직접 사업화, 즉 창업을 기술사업화의 중점목표로 설정하여 추진해왔으며, 특히 장기적인 관점에서의 성과 창출을 목표로 ㈜이마고웍스2), ㈜엔엠디바이오, ㈜시프트바이오 등 바이오 분야 전문기업을 포함하여 2020년에만 7개3)의 기업을 설립하였다. 이러한 직접 사업화의 시도는 기존의 기술이전 방식(공급자 중심, 일회성)에서 탈피하여 출연연과 창업기업, 민간투자기관이 함께 기업 성장의 책임을 분담하는 새로운 패러다임으로의 전환이라고 볼 수 있다.이마고웍스는 ’19년 11월에 설립, TIPS 투자를 비롯하여 국내 탑티어 투자기관으로부터 35억 원 규모의 시리즈 A를 유치KIST는 2014년부터 2020년까지 24개의 기업을 설립(과거 15년간 15개 기업설립), 창업의 양적 성장을 창출㈜티씨노바이오사이언스 박찬선 대표는 “바이오스타 사업을 수행하며 창업을 준비하는 동안 초기기업으로서 많은 역경을 겪었지만, KIST의 적극적인 지원 덕분에 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 향후 한서정 박사 연구팀과의 지속적인 협력 연구를 통해 추가 기술이전 등 사업화를 추진할 계획”이라고 밝혔다.KIST 윤석진 원장은 “2021년에는 그동안 KIST에서 추진해오던 창업지원 프로그램과 역량을 집중해 한국형 창업생태계의 새로운 모델인 창업아카데미를 출범시키고, 나아가 인근 대학 및 병원, 연구소 등 지역 유관기관 및 민간 투자기관과의 협업을 통해 홍릉을 미래 바이오·의료산업을 견인하는 혁신 클러스터로 발전시킬 것”이라고 밝혔다.한편, KIST는 지난해 8월 홍릉강소특구 지정과 동시에 기술 핵심 기관(KIST, 경희대, 고려대) 중심의 클러스터형 창업 생태계4)를 구축 또한 추진하고 있다. 인턴형 창업 교육, 오디션형 창업경진대회5), 전방위 창업컨설팅, 확정적 투자연계를 골자로 하는 창업아카데미 런칭을 준비하고 있으며, 이를 통해 그동안 산발적으로 진행되었던 창업기업 투자유치, 마케팅 활동 지원, 창업 지원사업 등을 프로그램화하여 창업기업의 안정적 성장을 지원할 예정이다. 홍릉펀드 결성, 홍릉투자기관협의체(국내 다수 투자기관 참여 및 창업기업 사업화 지원 추진)  창업경진대회 심사역을 투자기관이 수행, 예비창업팀에 대한 멘토매칭을 통해 창업 시 초기투자 확정 연계< 바이오스타 기업 개요 >㈜티씨노바이오사이언스1. 개요 ◯ 기업명: ㈜티씨노바이오사이언스, TXINNO Bioscience Inc. ◯ 운영인력: 박찬선 외 7인 ◯ 총자본금: 166백만 원 ◯ 사업분야: 저분자 혁신 항암제(표적/면역항암제) 개발 ◯ 투자유치: 25.5억 원(엔젤 투자 및 Pre-A, 정부 과제연계투자 포함)2. 사진 및 기술설명 ◯ 저분자 물질로서 글로벌 경쟁력이 있는 항암 표적을 선정해 후보 약물을 개발하고 있으며 기본적인 신약 탐색 연구를 위한 내부 인프라 구축(광교)◯ 자체적으로 구축한 신약개발 플랫폼을 활용하여 빠른 연구를 통해 경쟁력을 확보 예정이며 KIST를 포함한 여러 기관과 파이프라인별 공동 연구를 진행 중㈜바이오소닉스1. 개요 ◯ 기업명: ㈜ 바이오소닉스, Bioxonics Co., Ltd. ◯ 운영인력: 신경식 외 3명  ◯ 총자본금: 143백만 원 ◯ 사업분야: 알츠하이머 치매 조기 진단 키트 개발 ◯ 투자유치: 4억 원 투자유치 (홍릉특화펀드 및 한국과학기술 지주 투자)2. 사진 및 기술설명                               [개발 아이템 구성] ◯ 알츠하이머 치매 진단을 위한 진단용 카트리지와 진단알고리즘이 탑재된 진단 리더기 개발 ◯ 진단 카트리지에서 혈액을 투입 → 카트리지 내 전기화학 센서 신호를 리더기에서 측정 → 진단알고리즘에서 알츠하이머 치매 여부 판단㈜메디케어텍1. 개요 ◯ 기업명: ㈜메디케어텍, Medicaretec Co., Ltd. ◯ 운영인력: 전한용(現 ㈜메디케어텍 대표이사) 외 1명  ◯ 총자본금: 112백만 원 ◯ 사업분야: 내시경 카메라가 결합된 이비인후과용 벤더블 블레이드 개발 ◯ 투자유치: 4억 원 투자유치 (홍릉특화펀드 및 한국과학기술 지주 투자)2. 사진 및 기술설명                                          [개발 아이템 구성 및 디자인] ◯ 벤더블 블레이드 및 일체형 내시경 카메라가 적용된 이비인후과용 수술 장치 개발 ◯ 기존 장치에 비해 수술 편의성이 높고 수술 시간 및 수술 비용의 감소 기대문의: 기술사업화실 김태민 실장(T.02-958-6132, 010-9012-7360, tmkim@kist.re.kr)
편집부 2021-01-20
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통증 없이 붙이는 주사 – 나노 마이크로 DNA 니들 패치 기계연 2020년 최우수연구성과 선정

- 전략조정본부 정준호 본부장 연구성과, 올해의 10대 기계기술 이어 최우수 연구상 선정 영예한국기계연구원 박상진 원장(오른쪽)과 정준호 전략조정본부장(왼쪽)이 2020년 12월 23일(수) 열린 제44회 창립기념식에서 최우수 연구상을 시상하고 기념사진을 찍고 있다.한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)의 2020년 최고 연구성과에 통증 없이 약물을 전달하는 나노 마이크로 DNA 니들 패치 기술이 선정됐다.   한국기계연구원 정준호 전략조정본부장기계연은 전략조정본부 정준호 본부장의 나노 마이크로 DNA 니들 패치 기술을 2020년 최우수 연구성과로 선정하고, 2020년 12월 23일(수) ‘한국기계연구원 제44주년 창립기념식’에서 시상했다.정준호 본부장은 나노 패터닝 기술을 이용하여 세계 최초로 DNA를 이용한 니들 패치를 개발하는 데 성공하고, 연구소기업을 설립하여 기술사업화에 힘쓴 공로를 인정받았다. 정 본부장은 2019년 10월 과학기술정보통신부와 한국과학기술 기획평가원이 선정한 ‘2019 국가연구개발 우수성과 100선’, 한국기계기술단체총연합회 선정 ‘2020년 올해의 10대 기계기술’에 꼽힌 데 이어 2020년 기계연 최우수연구성과에도 선정되는 영예를 안았다.< 나노 마이크로 DNA의 체내 전달 원리 >DNA 니들에 유효물질을 탑재해 피부에 부착하면 니들이 피부의 각질층을 뚫고 들어가 피부 안쪽에서 융해되고, 유효물질이 DNA와 함께 체내로 흡수된다.나노 마이크로 DNA 니들 패치는 3차원 나노 패터닝 기술로 만든 DNA 니들을 피부에 부착해 통증 없이도 백신 같은 원하는 유효성분을 피부 내로 흡수시킬 수 있는 기술이다. DNA 니들은 연어의 정소에서 추출한 대략 2㎚ 직경의 나노섬유인 천연 연어 DNA와 약물, 정제수만을 혼합하여 만든다. 연어 DNA는 치료 등 의약품 소재로 이미 활용되고 있으며, 체내 주입 시 안정성이 뛰어나 국내외 임상시험 통과 가능성이 높을 것으로 기대된다. < 2㎚ 직경 나노섬유인 연어 DNA로 제조한 200∼1,000㎛ 니들 패치 >200∼1,000㎛ 길이 DNA 니들을 확대한 광학현미경(optical microscope) 이미지또한, 연어 DNA에는 세포 재생을 촉진하는 특성이 있어 DNA 니들에 포함된 약물의 체내 활성화에도 도움이 된다. 아울러 냉장 또는 상온에서 제작하며, 어떠한 화학 공정도 포함되지 않아 약물이 변형되거나 손상될 가능성이 적다는 것도 장점이다.     독감백신과 유사한 분자량(70kDa)의 형광물질인 FITC(Fluorescein isothiocyanate)를 니들의 끝단에 주입한 650㎛ 길이 DNA 니들의      광학현미경 이미지(좌), 공초점 현미경(confocal microscope) 이미지(중), 5㎜ 직경 DNA 패치 상단 면의 공초점 현미경 이미지(우) 앞으로 다양한 약물에 맞춰 신속하게 나노 마이크로 DNA 니들을 제조할 수 있는 플랫폼 기술을 개발하고, 수십 마이크로미터(Micrometer/1백만 분의 1m) 직경의 DNA 니들 끝부분에 약물을 주입할 수 있는 수십 피코리터(Picoliter/1조 분의 1리터)급 정밀도를 갖는 약물주입 장비 개발도 마쳤다. DNA 니들 패치 제조 과정이 기술의 핵심 원천기술은 국내에 특허로 등록되었고 미국과 일본, EU를 포함한 해외 7개국에 특허를 출원했으며, 이를 바탕으로 연구소기업을 설립하고 기능성 미용 DNA 니들패치 상용화에도 성공했다.정준호 본부장은 “원천기술부터 대량제조기술, 상용화 기술까지 개발에 성공한 성과”라며, “향후 임상시험을 거쳐 독감이나 새로운 유행성 바이러스 백신이 탑재된 DNA 니들 패치를 실용화하기 위해 노력하겠다”고 말했다.한국기계연구원 최우수 연구상은 1993년부터 탁월한 연구성과를 거둬 과학기술계와 산업계에 기여하고 연구원의 명예를 높인 연구자를 선정해 수여해왔다.
편집부 2021-01-17
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KIST, 제올라이트 기반 나노 촉매개발로 암모니아에 저장된 수소추출 효율 2.5배

- 대용량 수소운송 방안으로서 암모니아의 상용화 발판 마련  우리의 일상생활로 다가오고 있는 수소 경제에서는 현재의 석탄이나 석유처럼, 생산된 수소를 생산지에서 수소가 필요한 곳까지 먼 거리를 운반하고, 국가 간 수출입이 이루어져야 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 수소·연료전지연구단 손현태, 윤창원 박사 연구팀이 수소가 저장된 암모니아를 분해하여 수소를 추출하기 위해 사용되는 값 비싼 귀금속인 루테늄(Ru)*의 사용량을 60% 줄인 나노 금속 촉매를 개발했다고 밝혔다.* 루테늄 금속: 원자 번호 44번의 금속, 단단하며 은백색을 띠는 값비싼 백금족 원소.수소의 장거리 운송을 위해서는 액체 형태의 수소로 저장하여 운송하는 방식이 고려되고 있는데, 최근 암모니아가 새로운 수소 저장체로 떠오르고 있다. 액화 암모니아(NH3)는 액화 수소보다 50% 많은 용량의 수소를 저장할 수 있으며(108kg-H2/m3), 암모니아를 고온에서 분해하게 되면 오직 수소와 질소 기체만이 생산되기 때문에 이산화탄소 배출을 최소화할 수 있다. 또한, 암모니아는 현재 전 세계적으로 연간 2억 톤 이상이 생산되어 산업에 사용되고 있어 현존하는 대용량 저장 및 장거리 운송을 위한 인프라를 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다.하지만, 암모니아에서 수소를 추출하는 분해반응 자체가 높은 온도와 압력에서 진행되기 때문에 상당히 많은 열을 공급해야 한다는 문제가 있다. 일반적으로 고체 파우더 형태의 촉매를 반응 중에 함께 사용하면 반응 온도를 낮출 수 있지만, 기존 개발된 루테늄 금속기반 촉매는 가격이 매우 비싼 데다가 내구성이 좋지 않아 주기적으로 새로운 촉매로 교체해야 한다.KIST 연구진은 루테늄 금속 입자와 제올라이트*를 진공에서 열처리하여 강하게 결합해, 나노미터(10억 분의 1미터) 크기 혹은 그보다 작은 루테늄 금속 입자가 제올라이트 지지체의 각 구멍 안에 고르게 담긴 암모니아 분해용 촉매를 개발하였다. * 제올라이트: 실리콘과 알루미늄의 혼합산화물로써 나노미터 단위의 미세 구멍으로 연결된 결정형 광물의 일종. 촉매 지지체로 자주 사용되며, 그 종류에 따라 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 구멍이 연결된 구조로 존재한다. 개발된 촉매는 암모니아 분해 성능이 기존 상용 촉매보다 2.5배 이상 좋아 루테륨 금속을 기존의 40%만 사용하고도 동일한 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 나노미터 단위의 매우 작은 루테늄 금속 입자가 높은 반응 온도에서도 안정적으로 존재하기 때문에, 기존 촉매의 상용화에 큰 걸림돌이었던 낮은 내구성 문제를 해결할 수 있을 것으로 예상된다.KIST 손현태 박사는 “개발된 촉매는 결정형 광물인 제올라이트에 1나노미터 크기의 루테늄(Ru) 금속이 고르게 퍼져있는 형태로, 촉매 성능 및 내구성이 기존 보고된 촉매보다 높아 암모니아로부터 고순도의 수소를 생산하는 공정의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다”라고 말했다. 또 윤창원 박사는 “암모니아를 이용한 대용량 수소 운반의 중요성은 날로 커지고 있으며, 선진국 간의 관련 원천기술 확보가 치열하다. 본 촉매를 현재 연구 개발 중인 대용량 암모니아 분해 수소생산 공정에 적용하면 궁극적으로 국가 간 대용량 수소운송 상용화에 도움이 될 것”이라고 기대했다.본 연구는 산업통상자원부(장관 성윤모) 지원을 받아 한국에너지기술평가원 신재생에너지핵심기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 저명 국제 학술지인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’(IF: 16.683, JCR 분야 상위 0.943%) 최신 호에 게재되었다.* 논문명: Highly monodisperse sub-nanometer and nanometer Ru particles confined in alkali-exchanged zeolite Y for ammonia decomposition문의: 수소·연료전지연구단 손현태 선임연구원(02-958-5241, 010-3888-6762, sohn@kist.re.kr)
편집부 2021-01-10
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 30

기고 : LS엠트론 김영기 고문010-6603-8210 / ykkim2025@gmail.comINJECTION MOLDING MACHINES 최적 사출성형공정과 성형 불량의 종류1. 사출성형공정기계 변수는 요구하는 특성의 성형품을 얻기 위해서 사출성형기나 추가장치에 직접 입력하는 설정값이다. 기계 변수는 다른 기계로의 생산조건과 성형품 특성 사이의 절대적으로 동등한 상호 데이터의 전송이 가능하지 않다. 기계 변수와 성형품 공정데이터 사이의 관계는 경향적으로는 같지만, 기계에서 기계는 절대적으로 다르고, 더구나 스크류나 스크류 팁과 유압 부품의 마모 이유로 시간이 지남에 따라 변할 수 있다.공정변수는 용융재료의 압력과 온도 및 시간과 금형 벽 온도 같은 금형 캐비티 내에서 성형품 생산 관점으로 본 사출성형공정을 뜻한다. 공정변수는 기계의 독립적인 용어로 실제로 발견되고 전달될 수 있다. 공정변수가 재현성을 가질 때만 성형품이 동일한 특성을 갖는다. 내부특성은 원재료의 분자량, 배향, 내부응력, 결정화도, 첨가제의 분포와 배향 같은 성형품의 내부구조에 대한 정보이다. 성형품의 외부특성은 치수와 공차, 형상, 표면 정도 그리고 성형품의 기계적, 광학적, 전기적 특성 같은 기능적인 특성이다. 특정 기계의 사출성형공정에서 공정데이터는 설정값과 사출 금형 그리고 사용된 플라스틱 재료로부터 얻는 중요한 결과이다. 그들은 개별작업단계에서 측정하여 저장되어 추가 평가와 감시를 위해 활용될 수 있다. 사출성형공정에서 가장 잦은 방해요소, 즉 온도와 점도 변화, 계량에서의 양 변화, 스크류 팁의 부정확한 동작 등이 공정데이터에 의해 기록될 수 있고 품질확보를 위해 사용된다. 공정변수가 상응하게 평가되고 방해요소에 대한 결론을 알기 위해서 언제 어디서 어떻게 측정되는지 반드시 알아야 한다. 그래서 작업과 금형 및 사출성형기의 기능을 좀 더 세밀하게 조명하는 것이 필요하다.2. 사출 금형의 열 균형열가소성 플라스틱에서 폴리머 용융은 항상 사출에서 냉각된다. 하지만 실내온도와 비교해서 이것은 냉각뿐만 아니라 가열을 의미할 수 있다. 이것은 필요한 혹은 요구하는 금형 온도에 따라 다르다. 사출성형에서 사출 금형 내에 여러 열 변화가 나타난다.이 열 변화는 하기와 같이 구분된다.   - 금형과 주변환경과의 열교환 (복사, 전도, 대류)   - 용융재료에 의해 유입된 열의 양   - 냉각 매체에 의해 유입되거나 유출된 열의 양열가소성 플라스틱 재료를 성형하기 위한 금형에서 플라스틱 재료와 금형 간의 열교환은 열 균형에 있어 매우 중요한 역할을 한다. 용융재료는 성형온도에서부터 이형 온도까지 가능한 한 빨리 냉각되어야 하기 때문이다.성형업체에서 일반적으로 사용하고 있는 수동조작용 온도 컨트롤러를 발견할 수 있는데, 압력변화, 냉각수 인입 온도, 냉각 배관 내의 오래된 침전물 같은 방해물들이 제품특성에 영향을 미친다. 이러한 문제해결을 위해서 제어장치에서 크로즈드 루프로 제어하는 금형 냉각 시스템인 마이크로 템프를 추천하고 있다. 즉 열전대에 의해서 금형 온도가 직접 측정되고 냉각수 조절 밸브에 의해서 크로즈드 루프로 제어된다.2.1. 금형 벽 온도금형 벽 온도란 사이클 중 금형 캐비티의 표면 온도를 의미한다. 금형 벽 온도는 생산시간과 성형품의 품질을 명백하게 결정하는 영향을 주는 요소이다. 초기에는 가능한 낮은 추천 온도로 시작한다. 캐비티와 금형 벽 온도가 높아지게 되면 다음과 같은 현상이 나타난다.    - 결정화도가 증가하고 균일한 내부구조를 가지게 된다.   - 전후 수축은 감소하지만, 성형수축은 증가한다.   - 열 변형 온도가 증가한다.   - 내부응력이 감소한다.   - 분자배향이 감소한다.   - 제품의 변형(휨)이 감소한다.   - 캐비티 표면의 미세한 부분까지의 전사 성능이 향상된다.   - 유동 저항이 감소한다.   - 냉각시간이 증가한다. (대략 2% / ℃)금형 벽 온도의 크기뿐 아니라 금형 캐비티 벽면의 균일한 온도분포에 의해 야기되는 균일한 냉각 또한 매우 중요하다. 금형 벽의 국부적인 온도 편차가 상이한 내부응력과 그에 따른 변형 같은 상이한 변형을 일으킬 수 있다.2.2. 마이크로 템프지금도 금형 냉각을 위해서 여전히 수동으로 조작하는 냉각수 컨트롤러를 볼 수 있다. 결과적으로 데이터에 의한 개별냉각 회로에 대한 냉각수의 신속하고 재현성 있는 양을 제어할 수 없다. 더구나 압력변화, 냉각수 인입 온도의 변화, 냉각로에서의 장기침전 등의 방해요소가 나타나 제품의 특성 즉 치수나 수축 등에 영향을 준다. 금형 냉각에 대한 새로운 문제해결을 위해 컨트롤러에 의한 오픈 루프 혹은 크로즈드 루프 제어를 선택할 수 있는 금형 시스템인 마이크로 템프를 제공하고 있다.오래 사용한 금형에 추후 열전대를 설치하는 것은 어렵다. 수동조작 밸브의 대체로 사이클 당 필요한 솔레노이드 밸브의 개방시간이 제어장치에서 설정될 수 있다. 유량제어 밸브의 사용으로 냉각 회로에서 압력변화가 자동으로 보상된다.신규 금형 설계 시 냉각로와 금형 벽 사이에 금형 벽 온도 측정을 위해 열전대가 설치되어야 한다. 열전대 연결이 수동 혹은 자동의 퀵 커플링을 위해 표준화된 커넥터에 결합되어야 한다.정밀한 사출 성형품을 위해 금형 내 각 회로는 금형 벽에 열전대가 설치되어야 한다. 결과적으로 금형 내 온도조건이 완전하게 기록되고, 방해요소가 나타나더라도 일정하게 유지될 수 있다. 열전대 설치를 위한 추가비용은 대부분의 경우, 기능성 성형품의 금형은 전체 금형 비용의 2% 이내이다. 더구나 임의로 설치한 열전대로 주요한 성형품 구역이 고정도 치수 요구 혹은 변형문제와 함께 기록될 수 있다. 다 캐비티 금형에서 전체 금형의 온도조건이 금형 캐비티 내의 개별 측정을 토대로 가끔 이용될 수 있다.2.2.1 마이크로 템프 프로그램프로그램 마이크로 템프는 유량조절 밸브에 의한 냉각수 공급으로 금형 온도를 위해 온도 센서가 금형에 설치되어 있느냐 없느냐에 따라 크로즈드 루프 혹은 오픈 루프 제어로 구분된다. 하나의 금형 온도 센서를 제어하기 위해서 유량조절 밸브와 유량조절기구가 각각 지정 설치된다.입구의 열전대는 냉각수 온도를 감시하고 한계 값을 초과할 경우 에러 메시지가 표시된다. 만약 유량제어 장치가 설치되어 있으면 각각 냉각 회로의 최소유량을 감시하고 미치지 못하면 에러 메시지가 나타난다.상기 화면에서 각각의 존에 0에서 3의 숫자 입력에 따라 해당 냉각 회로가 하기와 같은 특정 운전상태로 전환된다. - “0” = 밸브 닫힘 - “1” = 금형에 열전대 없는 운전 모드(오픈 루프) - “2” = 금형에 열전대 있는 운전 모드(크로즈드 루프) - “3” = 밸브 열림■ 인입 온도감시인입 온도감시를 위해서 설정값과 실제값의 최대편차를 입력할 수 있다. 만약 실제값이 설정한 최대편차를 초과했다면 에러 메시지 “인입 온도 이상”이 표시된다. 감시는 밸브가 개방될 때 설정한 지연시간과 함께 시작한다. ■ 금형에 열전대 없는 운전 모드(오픈 루프)금형에 열전대가 장착되어있지 않은 경우에 화면의 해당 회로 상태에 “1”을 입력해야 하고 유량은 l/min 란에 설정해야 한다. 사출 시작과 함께 냉각수 밸브가 산출된 냉각시간 동안 설정한 유량을 개방한다. 자동과 수동모드를 위해서 별도의 유량을 입력할 수 있다. 온도의 실제값은 열전대가 없어 측정할 수 없으므로 “***”로 표시된다.■ 금형에 열전대 있는 운전 모드(크로즈드 루프)화면에서 금형 온도에 대한 필요한 설정값이 입력되고 화면의 해당 회로 상태에 “2”를 설정해야 한다. 수동모드에서 해당 냉각수 밸브가 설정값 온도를 초과하면 열리고 온도가 낮으면 닫힌다. 자동모드에서는 제어장치가 최초 조정단계 혹은 제어 편차를 초과했을 때 제어변수를 자동으로 결정한다, 냉각 혹은 온도제어시스템이 밸브의 동작 유무에 따라 자동모드에서 10회의 성공적인 사이클 동안 최소 20의 금형 온도변화가 열전대에 의해서 측정될 수 있다.만약 이런 경우가 아니라면 화면상에서 조정 에러 태그 “EF”가 설정되고, “냉각 너무 약함” 혹은 “온도제어장치 필요”가 표시된다. 새로운 사이클이 중단되고 경보 램프가 켜진다. 해당 값을 설정하고 사이클이 새롭게 시작된다. 이후 냉각수 밸브가 계산된 시간 동안 사출 시작 시에 항상 작동한다.■ 유량 감시밸브가 냉각 회로에서 개방되고 감시가 켜졌을 때 해당 최소유량이 감지된다. 감시에 대한 작용으로 화면상의 F 태그에 표시되고 에러 메시지 “마이크로 템프 밸브 ×”가 표시된다. 냉각수 밸브의 동작과 냉각 회로의 감시 스위치 신호가 화면상의 태그에 각각 표시된다.3. 형체력형체력은 금형 전진이 완료되고 사출이 시작되기 전의 장력(Tensile stress) 하에 타이바 혹은 타이바리스에서 프레임에 걸리는 힘의 합이다. 로킹력(Locking force)은 재료를 금형으로 밀어 넣는 사출 동작의 장력 하에서 타이바 혹은 타이바리스에서 프레임에 걸리는 최대 힘의 합이다. 형개력은 금형에서의 평균 내부압력과 사출 성형품의 투영면적으로부터 산출된다. 금형의 밴팅은 캐비티 양이 형폐방향으로 증가하는 곳에 금형 캐비티 압력이 동작할 때 금형파팅 면에서 형체력으로부터의 금형 보호이다. 밴팅 뿐만 아니라 다른 탄성의 변형도 형체 장치와 금형, 형체력과 로킹력, 그리고 형개방력의 견고함에 달려있다.형체력을 증가시키면, 다음과 같은 현상이 나타난다.   - 금형의 독립적인 치수가 감소된다.   - 제품의 치수 변화가 감소된다.   - 금형의 변형이 감소된다.   - 플래시 발생에 따른 금형의 손상이 감소된다.   - 금형 캐비티 충진 중 밴팅 가능성이 악화된다.   - 토글식에서는 링크 마모가 증가한다.   - 유압식에서는 로킹 에너지가 증가한다.형체력 계산공식은 다음과 같다.과충진을 피하기 위해서 금형파팅 면에서의 잔류 형체력이 생산 중 로킹력의 최소 10%는 있어야 한다. 금형 시험 초기에 안전을 이유로 잔류 형체력이 큰 것을 사용하는 것이 유용하다.토글식 기계에서 형체력은 타이바 연신과 크로즈드 루프의 금형 두께조정에 의해서 측정된다. 유압식 기계에서는 유압압력이 형체력을 결정한다.자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)
편집부 2021-01-04
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자율주행 자동차용 고분자 소재 개발 동향

Ⅰ. 서론 자율주행 자동차는 주변 환경을 실시간 파악하고 차량 스스로 결정을 내려 운행할 수 있게 하는 것으로, 자동차의 혁신을 넘어 관련 산업, 교통 체제와 법규, 도시 설계(스마트 시티) 등의 변화를 가져오게 될 것이다. 5G와 인공 지능의 급속한 진화를 바탕으로 자율주행 자동차의 상용화뿐만 아니라 스마트폰으로 무인 렌터카를 사용할 수 있는 단계까지 전망하고 있다. 자율주행 자동차 관련 기술은 도로 위에 사물의 유·무를 인식하는 것을 넘어, 장애물과 보행자를 인지할 수 있어야 한다. 주변 사물 등 상황을 정확히 인지한 후 가속 페달 각도, 브레이크 압력, 스티어링 휠의 각도 등을 차량 스스로 조정해야만 안전한 자율주행이 가능해질 수 있다. 뿐만 아니라 출발부터 도착지까지의 경로, 차량의 현재 위치, 차선과 교차로 등을 종합적으로 파악하는 정밀지도 기능 또한 자율주행에 있어 필수 기술이라 할 수 있다. 자율주행은 직관적인 경고와 최적의 운전 개입을 통해 차량 주변의 위험을 인식하고 사고 발생을 예방하며, 운전자와 주변 환경에 대한 이해를 바탕으로 맞춤형 정보 제공, 운전자 자율성 향상 및 편의성을 향상시키며 운전자의 시간과 돈을 고려한 효율적인 운전습관 증진이 운전자들에겐 최적의 운전 조건을 제공할 것이다.이러한 환경에 대응하고 더욱 안전하고 효율적인 운송 시스템을 만들고자 하는 요구와 함께 저가, 고성능의 센싱 및 이미징 시스템의 발전으로 자율주행 차량의 개발이 추진되고 있다. 자율주행시스템이 운전에 어떻게 관여하는지, 그때 운전자가 차를 어떻게 제어하는지에 따라 비 자동화에서 완전 자동화까지 점진적 단계로 구분되며, 2016년부터 국제자동차기술자협회(SAE International)에서 분류한 단계가 글로벌 기준으로 통용되고 있으며, ‘레벨 0’에서 ‘레벨 5’까지 6단계로 나누고 있다. 레벨 “0”은 주행 중 안전을 위해 시스템이 단순히 경고하고 일시 개입하는 전방충돌방지 보조(FCA), 후측방 충돌 경고(BCW) 등이 레벨 0에 해당한다. 레벨 “1”은 특정 주행모드에서 시스템이 조향 또는 감·가속 중 하나를 수행하는 차로 유지보조(LFA), 스마트 크루즈 컨트롤(SCC) 등은 레벨 1에 해당한다. 레벨 “2”는 특정 주행모드에서 시스템이 조향 및 감·가속을 모두 수행하는 고속도로 주행 보조(HDA)는 레벨 2에 해당한다. 다음은 단계를 구분하는 데 있어 가장 주목해야 할 부분이다. 레벨 2까지는 시스템이 주행을 돕지만, 레벨 3에서는 특정 모드에서 시스템이 주행을 수행한다. 자동차 스스로 차선을 변경하고 앞차를 추월하거나 장애물을 피할 수 있게 된다. 즉 레벨 3부터는 시스템이 전체 주행을 수행하는 단계이다. 레벨 “3”은 차량 제어와 주행 환경을 동시에 인식하지만, 자율주행 모드 해제가 예상될 경우 운전 제어권 이양을 운전자에게 요청해야 한다. 레벨 “4”는 시스템이 전체 주행을 수행하는 점이 레벨 3과 동일하나 위험 상황 발생 시에도 안전하게 대응해야 한다는 점이 큰 차이점이다. 또한, 레벨 4는 자율주행을 할 수 있는 지역에 제한이 있다.레벨 “5”는 제약이 없다. 즉 운전자의 개입 없이 완전 자율주행을 의미하는 것이다.자동차의 자율성은 근본적으로 환경 신호에 자동으로 반응하는 차량(탐색, 제동, 가속, 조향)에 관한 것으로, 다른 차량, 도로 상황, 보행자 또는 기타 잠재력, 예측할 수 없는 장애물 또는 위험 여부 등을 감시, 판단 및 제어해야 하며 차량은 전체 도로 인프라와 주변 환경을 통해 안전하게 길을 관리하기 위해서 주변 상황과 환경을 정확하게 감지 및 측정해야 한다. 자율주행 자동차는 차량과 주변 환경의 동적 3D 맵을 만드는 데 기여할 수 있는 많은 센서 기술이 있지만 스티어링, 가속 및 제동 자동화(즉, 도로 주행)에 대한 지침을 제공하는 세 가지 주요 기술은 대부분 카메라, 레이더(Radar), 라이다(LiDAR) 센서를 함께 사용한다. 현재 상용화된 부분 자율주행 자동차는 센서 카메라와 레이더 센서를 묶어서 자율주행에 적용하고 있다.RADAR(중거리 및 장거리)는 모든 조명 및 환경 조건에서 최대 200m 거리에서 물체의 거리 및 상대 속도를 측정할 수 있지만, 전파의 파장이 길고 사용되는 광폭으로 인해 차별화 및 해석이 불가능하다. 광학 카메라는 장면의 정확한 이미지를 제공할 수 있지만, 범위가 제한적이며 거리 및 상대 속도 정보를 제공하지 않으며 가시성이 좋은 조명에서 작동하도록 제한적이다. 카메라가 제공하는 영상은 사람이 보는 것과 가장 유사하지만, 운전환경을 보는 것보다 더 좋은 자율적 솔루션이 필요하다.LiDAR(Light Detection and Ranging)는 자동차 감지 분야에서 가장 최신 적용기술이지만 새로운 기술은 아니다.2. 자율주행 자동차와 소재 적용 동향2.1. 자율주행 자동차와 센서의 기능  자율주행 자동차의 전방 인식을 가능케 하는 대표적인 센서가 카메라 외에 라이다와 레이더가 존재한다. 이 2개의 센서가 작동하면서 대상과의 거리를 측정할 수 있다. 라이다는 레이저를 쏴서 돌아오는 초점 이미지와 시간을 계산해 특정 지점의 위치를 파악하기 때문에 대상까지 거리, 방향, 속도, 온도 등을 감지할 수 있으며, 레이더는 전자파를 발사해서 돌아오는 전파 소요 시간을 측정해서 주변 사물과 거리 및 속도를 탐지하는 역할을 한다. 이때 전자파를 주고받는 동안 전자기파에 의한 오류가 발생할 수 있다.카메라처럼 바로 보고 인지하는 방식과 달리 인공 지능(딥러닝)을 만나면 자율주행 기술은 더욱 고도화된다. 기존에 설치되어 있는 사물이나 도로 환경에 대해 수집한 빅데이터를 분류함으로써 ‘예측’이 가능해진다. 딥러닝 기반 카메라 영상인식기술은 내비게이션 데이터에 도로의 경사도, 휘어짐, 도로표지판 등의 정보를 실시간으로 전송할 수 있다. 이를 처리하기 위한 프로세스의 속도는 기존보다 빠른 처리속도가 필요하다. 방열재료가 필요한 이유이다.근접거리에서 사물의 위치를 측정할 때는 초음파가 사용되고, 적외선의 경우는 앞의 사물이 위치와 형상을 파악할 때 필요하다. 주변보다 높은 열을 발산하는 차량 엔진이나 사람을 감지할 수 있기 때문에 주변 환경이나 기상 조건에 영향을 적게 받으며 정확한 위치와 열원의 크기도 파악할 수 있다.센서들은 외부 주행 환경을 직접 파악하는 역할을 한다. 카메라, 레이더, 라이더가 아무리 고도화된다 해도 주변 차량이 갑자기 차선을 변경하거나 시야 확보가 좋지 못한 상황에서 사고 현장을 발견했다면 피하기가 쉽지 않을 것이다. 그렇기 때문에 차량, 인프라, 사람과 통신을 통해 끊임없이 정보를 주고받는 V2X(Vehicle to Everything) 기술의 발전도 함께 이뤄져야 한다. V2X는 차량이 유·무선망을 통해 다른 차량, 인프라, 모바일 기기, 보행자 등의 사물과 정보를 교환하는 것과 그 관련 기술을 의미한다. 전문가들은 자율주행 자동차 핵심 기술로 V2X를 꼽는다. V2X는 안전하고 통신으로 연결된 미래의 자동차를 위한 기반기술로써 많은 양의 데이터 송수신이 필요하고, 대용량의 데이터 처리를 필요로 하고 있다.본격적인 자율주행 자동차라고 할 수 있는 레벨 3에 진입하기 위해서는 더 많은 정보를 더 빠르게 전달할 수 있는 차세대 통신망이 필요하다. 요즘 대표적으로 대두되고 있는 5G 통신으로, 자율주행 자동차가 필요로 하는 정보는 워낙 방대하기에 지금의 LTE로는 처리할 수 없기 때문이다.2.2. 자율주행 자동차 구성 부품과 소재 특성  자동차 소재 시장은 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 나일론, 기타 엔지니어링 폴리머 및 열가소성 폴리에스테르 등이 수지의 중요한 시장이다.경량 차량을 위한 용도는 각 수지 수요의 30% 이상을 차지하고 있으며, 그 외 ABS 및 폴리비닐부티랄 등이 있다. 안전유리에 사용되는 비닐부티랄 수지의 경우 자동차 시장은 총 수요의 85% 이상을 차지하고 있다.나일론, 폴리카보네이트(및 폴리카보네이트 블렌드) 등과 같은 엔지니어링 폴리머는 많은 응용 분야에서 금속을 대체할 수 있는 엔지니어랑 플라스틱 수지로 적용되고 있으며, 일반적인 플라스틱 및 복합 응용 분야에는 외부 패널, 트림 및 범퍼 페이시아 뿐 아니라 내부 트림 패널, 창 캡슐화, 헤드램프 하우징, 매니폴드 및 밸브커버, 전자/전기 부품 및 구성 요소, 배선 장치, 스티어링 휠, 단열재, 감쇠 및 데드너, 장식품, 기계 부품 및 구성품, 안전유리 및 기타 다양한 용도로 사용되고 있다.자율주행 자동차로 진행되더라도 경량화 및 특수 부품을 제외하고 소재의 변화는 크지 않으리라고 추정된다.자율주행 자동차의 특징 중 하나는 바로 ‘전기차’와 ‘경량화’로, 가볍고 강하지만 가벼운 스마트한 경량화 소재를 사용해 연료의 효율성을 높이려는 노력이 한창이다. 특히 자율주행은 경량소재로의 전환을 가능하게 할 수 있는 기회이다. 현재 자율주행 자동차는 고속으로 운전할 수 없기 때문이다.(예: 지오펜스 도시 지역 내에서 운행하는 25개의 자율주행 자동차는 시간당 25마일보다 빠르게 이동할 수 없다) 궁극적으로 규제 변경으로 인해 차량에 대한 엄격한 충돌 테스트 요구 사항이 완화될 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 이유로 폴리머, 첨단 복합소재, 알루미늄 및 경량 스틸 합금의 적용을 기대할 수 있을 것이다.최근 전기자동차, 자율주행 자동차의 특성 중 하나가 더 많은 전력과 성능을 요구하기 때문에 차량 특성상 엔진에서 발생하는 열량은 증가하고 있으며, 고성능 자동차 응용 분야에 필요한 강도, 저항 및 내구성을 요구하고 있다. 코팅은 자율주행 자동차의 센서 인식을 위한 재료로 사용될 가능성이 크다. 자율주행 자동차의 일반 기능 및 햅틱 재료의 “기능성” 코팅에 대한 요구가 있을 것으로 기대된다. 자율주행 자동차 기술은 차량이 “잘 보이고 잘 볼” 것을 요구하기 때문에 광범위한 파장에 걸쳐 반사되고, 어려운 기상 조건(예: 눈 등)에서도 반사되는 표면이 필요하기 때문이다.차량 내 엔터테인먼트 및 정보 시스템의 경우 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이의 특징인 가볍고 에너지 소비가 적으며 유연한 소재를 사용해야 한다(예: 포르쉐의 Mission E 전기자동차). 첨단 디스플레이 기술 자체는 재료 과학의 발전을 중심으로 거의 구축되었으며, 재료의 양이 일반적으로 제곱미터나 킬로그램 단위가 아닌 나노미터와 밀리그램으로 관리되어야 한다는 어려움이 있다. 이는 많은 화학 및 재료 회사에서 볼륨 대비 가치에 대한 강조가 높아지는 것을 의미한다.안전 및 인포테인먼트 ECU, 전원관리 모듈과 같은 중요한 전자 시스템은 일반적으로 금속 인클로저에 내장되어 있으며, 금속 하우징은 보드에 대한 보호 기능과 과열을 방지하기 위해 프로세서 및 전력 트랜지스터의 열을 전달한다. 동시에 민감한 집적 회로(IC)를 방해하여 오작동을 일으킬 수 있는 인접 무선 주파수 신호로 인한 전자파 간섭(EMI)을 효과적으로 차단한다. 그러나 경량화에 따른 고분자 복합소재 개발이 진행되고 있으며, 금속 대비 전자기파 차폐 및 열 관리가 점차 중요해지고 있다.고해상도의 인포테인먼트 디스플레이용 ECU 커버 또는 커버와 같은 중요한 애플리케이션에는 두 가지를 모두 사용해야 한다. 로크웰 오토메이션의 포트폴리오에는 다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족시키기 위해 서로 다른 열 및 전기 전도성 조합을 가진 재료가 포함되어 있다. 전기 및 열 전도성은 다른 첨가제를 사용하여 조정할 수 있지만, 기본 폴리머 매트릭스는 화합물의 기계적 강도를 좌우한다. 일부 기업(예: DSM)에서는 낙하 및 충격 테스트를 만족하며 최대 14W/mk의 열전도율과 20MHz~1.5GHz 주파수 범위에서 약 40~60dB의 차폐 수준을 갖는 복합재료 등을 출시하고 있다.DSM 사의 열 전도성 플라스틱은 전기 전도성 필러가 포함된 약 40dB/㎜ 플라스틱 두께의 효율과 열 전도성과 전자기 간섭을 결합한 엔지니어링 플라스틱으로 다이캐스트 알루미늄 하우징을 교체하면 무게가 50% 감소하는 소재를 개발했다고 발표하였다.2.3. 자율주행 자동차 부품별 특징현재 자동차 IC 시장은 산업 전자제품과 함께 2018~2023 CAGR ~9%로 업계를 이끌 것으로 예상되며, 인포테인먼트, 섀시 및 차체 전자 기기는 총 자동차 IC 시장 점유율의 약 15~20%를 차지할 것으로 발표되고 있다.ADAS 기반 패키지 변경은 이기종 통합(기능 통합), 패키지 기능 확장 및 작은 설치 공간의 세 가지 벡터로 분류할 수 있다. ① Higher functionality and integration at the package level, ② Smaller system-level footprints, ③ Delivering reliability and Defects per million(DPM) targets이다.자율주행 자동차의 핵심감지기술인 AV의 광범위한 센서 범주는 카메라, RADAR 및 LiDAR 및 초음파가 있다.• 카메라카메라는 물체를 인식하고 기록하는 이미지 감지 장치로, 일반적으로 자동차 카메라는 이미지 센서로 물체를 보고 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 정보를 처리한다. 차선 표시, 교통 표지판, 신호등, 동물 및 보행자를 인식하기 위해 운전 중에 카메라가 사용되며, 이 카메라에서 얻은 정보는 차량의 속도 저하, 차선 변경 또는 정지 결정에 도움이 되는 추가 데이터 처리를 거친다. 카메라는 물체를 구별하고 분류하는데 탁월하지만, 비, 구름, 비 조명 또는 빛이 변하지 않는 조건과 같은 환경 조건으로 인해 성능이 제한되는 경우가 있다.• RADARRADAR(RAdio Detection And Ranging)는 밀리미터 범위의 전자기파를 송수신하는 시스템으로, 레이더에 의해 전송된 파동 신호는 물체에서 반사되고, 반사된 후 레이더 시스템은 이러한 신호를 캡처하여 물체의 범위, 속도 및 각도를 식별한다. 레이더는 큰 물체를 감지하고 차량과 장애물의 속도와 거리를 계산하는 데 특히 유용하다. 비, 안개 또는 눈과 같이 열악한 운전 조건에서도 카메라와 같은 비전 기반 시스템과 달리 레이더는 모든 날씨와 조명 조건에서 밤낮으로 작동할 수 있다. 그러나 레이더는 색상을 구별하거나 물체를 구별할 수 없다. (예: 동일한 크기의 모든 객체는 레이더와 동일하게 보인다) 레이더의 경우 단계적으로 24GHz 대역에서 77GHz 및 79GHz 대역으로 이동해야 한다. 주파수가 높을수록 레이더 신호의 해상도가 향상되기 때문이다. 오늘날 77GHz 주파수 영역에서 SiGe 반도체가 선택되는 기술이지만, RF에 의해 RF CMOS도 시장에 진입하기 시작했다. 이러한 높은 mm-Wave 주파수에서, 반도체 칩의 패키징은 매우 어려워진다. 예를 들어, 우수한 설계를 달성하려면 고주파 재료 매개 변수(예: 패키지 몰드 컴파운드 및 유전체)를 신중하게 결정해야 한다. 또한, 반사를 방지하기 위해 신중한 칩 패키지 설계가 필요하다. 일반적으로 mm-Wave 성능과 자동차 신뢰성 달성은 해결해야 할 두 가지 중요한 과제로서 모두 선택한 재료에 따라 특성이 다르기 때문이다.• LiDARLiDAR(Light Detection and Ranging)는 RADAR과 유사한 원리로 작동하지만, mm-Wave 대신 레이저 다이오드의 빛을 사용하는 감지 시스템으로, 광 펄스를 전송하고 물체의 역반사를 해석하는 방식이다. LiDAR는 광자 광이 복귀하는 데 걸리는 시간까지 거리를 측정하는 것으로 다중 채널이 있는 회전 거울과 같은 스캐닝 장치를 사용하여 더 넓은 범위의 거리를 감지하고 물체 인식의 정확도가 높다.• 초음파 센서초음파 센서는 음파를 사용하여 물체까지의 거리를 측정하는 장치로서 특정 주파수에서 음파를 전송하고 반사된 음파를 수신하여 거리를 측정하여 거리를 측정한다. 생성된 음파와 반송된 음파 사이의 경과 시간을 기록함으로써 소나 센서와 물체 사이의 거리를 계산하는 원리이다. 초음파 센서는 일반적으로 단거리(<2m) 감지 특성으로 인해 주차 보조 기능에 널리 사용되고 있다. • 전동 구동계 모든 전기 자동차의 파워 트레인은 향후 20년 동안 빠르게 성장할 것으로 예상된다. 신차에 대한 연비규제가 재료 변화의 가장 큰 원인으로, 많은 국가와 지역의 규제 기관은 점점 더 엄격한 연비와 온실가스 정책을 내놓을 것이고, 대부분의 자동차 제조업체는 세계 시장에서 판매할 차량을 설계하기 때문에 자동차 제조업체의 경량화 전략은 크게 바뀌지 않을 것이다.구동 재료 사용은 배터리 전기자동차(BEV) 기술의 보급 증가로 재료의 변화가 불가피해질 전망이다. 배터리는 유사한 성능 특성을 가진 내연기관(ICE)보다 훨씬 무겁다. 전반적으로 BEV는 ICE 차량보다 무거우므로 에너지 밀도, 주행거리 등을 해결하기 위한 기술이 필요하다. 따라서 BEV 차량을 경량화하는 기술이 자동차 제조업체의 중요 기술로 대두되고 있는 것이다.• 차량구조미래의 차량구조(vehicle structures)는 고장력 강철(HSS), 고강도 알루미늄, 일부 마그네슘, 플라스틱 및 폴리머 복합재료를 포함한 재료의 혼합일 것이다. 차량 내 철강의 전체 비율은 감소할 것으로 예상되지만, 철강 등급의 수는 증가할 것으로 예상된다. 가공 기술의 발전과 비용 절감으로 고분자복합재료(주로 탄소 및 유리섬유 복합재료)의 사용이 증가할 것이다.또한, 자동차 제조업체는 재활용성을 개선하기 위해 지속해서 재료를 개발하고 있다. ADAS용 파노라마 선루프 및 센서의 설치 증가로 인해 폴리카보네이트 사용이 증가할 수 있을 것이며, 배터리 트레이 및 기타 구조 부품에 적용되어 폴리아미드 및 엔지니어링 플라스틱의 사용이 증가할 것이다.자동차 내장재는 경량화 및 소비자 맞춤형 자동차 개발 증가에 따라 주로 플라스틱 및 폴리머 복합재료를 지속적으로 사용할 것으로 예측된다.내연기관차(ICEV)와 하이브리드 전기차(HEV)의 금속 사용량은 서서히 감소하고 있으며 알루미늄, 플라스틱 기반 재료 및 HSS로 대체되고 있다.BEV는 배터리 및 하네스 사용에 따라 더 많은 구리를 사용할 것으로 예상되며, 배터리 기술의 혁신이 이러한 재료에 대한 의존도를 줄이거나 제거할 때까지 리튬, 코발트 및 희토류 원소와 같은 기타 필수 재료를 더 많이 사용할 것이다. • 운전자 보조시스템운전자 보조시스템(ADAS)과 더 나은 편안함, 인포테인먼트 및 생산성 기능에 대한 소비자 요구 증대이다. 자율주행 자동차는 센서 및 지원 시스템의 사용을 증가함으로 차량에 상당한 무게를 추가할 것으로 예상된다. ADAS와 더 많은 콘텐츠에 대한 소비자의 요구는 자동차 제조업체의 경량화 목표에 대한 압력을 높일 것이다.• Emotive Driving감성 주행(Emotive Driving), Real-time Emotion Adaptive Driving(R.E.A.D. 시스템)은 자율주행 기술이 보편화된 이후 등장하게 될 ‘감성 주행(Emotive Driving) 시대’의 핵심 기술 컨셉으로 자동차와 운전자가 교감하는 혁신 기술을 기반으로 하는 시스템이다.R.E.A.D. 시스템의 기반이 되는 인공 지능 머신러닝은 진동과 소음 등 다양한 주행 환경과 실내·외 환경 조건 속에서 반응하는 운전자의 생체 정보와 감정 상태를 학습하게 되며, 학습정보를 실시간으로 추출해 해당 상황에 맞는 음악과 온도, 조명, 진동, 향기 등 최적화된 실내 환경을 능동적으로 제공하게 된다. 이는 최첨단 차량 제어기술과 인공지능기반 감정 지능이 융합된 결과물로, 실내 공간에서의 상호 작용이 화두가 될 미래 모빌리티의 핵심 기술이기도 하다.• 시트현대자동차는 시트의 기능으로 승·하차를 돕는 Easy Access 기능을 비롯해 자율주행 (Autonomous), 커뮤니케이션(Communication), 릴렉스(Relax), 카고(Cargo) 모드 등 상황에 따른 5개의 모드를 제공한다. 각 모드에 맞춰 시트가 앞뒤로 움직이고 180도 회전하는 스위블(Swivel) 기능은 물론, 한정된 실내 공간을 폭넓게 활용하기 위해 시트의 경량화와 슬림화에도 신경을 썼다.• Head Up Display헤드업 디스플레이는 윈드실드에서 관련 데이터 및 기타 차별화된 콘텐츠(예: 측면 및 후면 변경)를 구동하여 그래픽을 원근으로 표시한다. 운전자 관점에서 멀리 볼 필요가 없기 때문에 더 안전하게 운전할 수 있다.• Full Size TFT LCD Cluster최근 자동차 시장 전체가 주문형 서비스 및 미디어 데이터로 전환되면서 실리콘 밸리에 본사를 둔 Waymo, NVIDIA, Intel, Qualcomm 등의 기업과 Baidu 및 Tencent 등 중국의 주요 IT 기업은 새로운 시장에 적극적으로 참가하고 있다. 실제로 제조업체는 기본 차량의 컴퓨터 기술과 중요한 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)의 도입을 시작했다. 기존 차량에서는 전자 기기의 아키텍처는 ECU를 기반으로 하고 있다. 다른 시스템은 CAN 버스를 통해 상호 연결하고 있다. 많은 통합 전장 장치들을 포함한 하이엔드 차량은 보통 60~80개의 ECU를 탑재하고 있어서 고도로 연결된 자동차와 완전자동운전 자동차의 미래 요구에 쉽게 대응할 수 없는 복잡한 구조로 되어 있다. 완전자율주행 자동차는 테라바이트의 데이터를 생성하고 가능한 한 낮은 레이턴시(latency)로 차량 주변에서 대량의 데이터를 처리할 수 있는 고성능의 컴퓨터를 탑재해야 한다.이는 인공 지능에 의존하여 안전을 보장하는 데 필요한 방대한 양의 데이터를 처리하고 차량, 환경 및 사용자 간의 원활한 인터페이스를 제공한다. NVIDIA는 현재 자율주행에 앞장서고 있으며 Intel, Waymo, Cruise 및 Argo AI와 같은 다른 주요 플레이어가 그 뒤를 잇고 있다.NVIDIA의 Drive PX Pegasus 보드는 최고의 자동차 컴퓨터 중 하나로 자동차의 두뇌인 Volta 그래픽 처리장치(GPU)와 자동차 센서와 인터페이스 하는 보드의 중요한 커넥터 세트가 포함되어 있다.커넥터는 가장 강력한 컴퓨터조차도 이러한 상호 연결 중 하나라도 실패하면 효과적이지 않을 수 있으므로 필수적이다. 이 커넥터는 먼지, 습기, 온도 사이클, 화학 물질 노출 및 강한 진동을 포함하여 가장 가혹하고 공격적인 환경 조건에서도 차량 수명 동안 최고의 안정성과 안전성을 보장해야 한다. 다양한 등급의 공정을 통해 부품을 제조할 뿐만 아니라 자동차를 사용하는 동안 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하려면 커넥터는 할로겐, 적린 및 이온성 열 안정제가 없어야 한다.더불어,    - 150~180℃의 높은 연속 사용 온도   - 탁월한 내화학성    - 높은 연성    - 600V 이상의 높은 전기 강도 및 CTI 등이 요구된다고 한다.3. 결언  자율주행 자동차에 많은 센서가 적용되고 있다. 대표적인 센서로 카메라, 라이다, 레이더가 있다. 각종 센서는 특성에 따라 대상과의 거리, 이미지, 방향, 온도 등을 감지하는 기능 등을 수행한다. 센서들은 작동 특성에 따라 전자파를 주고받으며 작동하는 동안 전자기파에 의한 오류가 발생할 수 있다. V2X는 안전하고 통신으로 연결된 미래의 자동차를 위한 기반기술로써 많은 양의 데이터 송수신이 필요하고, 대용량의 데이터 처리가 필요하다.자율주행 자동차라고 할 수 있는 레벨 3에 진입하기 위해서는 더 많은 정보를 더 빠르게 전달할 수 있는 차세대 통신망이 필요하다. 요즘 대표적으로 대두되고 있는 5G 통신으로, 자율주행 자동차가 필요로 하는 정보는 워낙 방대하기 때문에 지금의 LTE로는 처리가 어렵다. 또한, 대량의 정보와 빠른 처리속도 향상을 위해 프로세스의 속도는 기존보다 빠른 처리속도가 필요하기 때문에 방열 문제에 대한 대안이 필요하다.자율주행 자동차의 특징 중 하나는 ‘전기차’와 ‘경량화’로, 가볍고 강하지만 가벼운 스마트한 경량화 소재를 사용해 연료의 효율성을 높이려는 노력이 한창이다. ADAS와 더 많은 콘텐츠에 대한 소비자의 요구는 자동차 제조업체의 경량화에 대한 압력을 높일 것이다. 경량화에 따른 고분자 복합소재 개발이 진행되고 있으며, 금속 대비 전자기파 차폐 및 열 관리가 점차 중요해지고 있다.자율주행 자동차의 센서들은 무선 주파수 신호로 인한 전자파 간섭(EMI)을 효과적으로 차단하고자 한다. 이에 경량화에 따른 고분자 복합소재 개발이 점차 증가하고 있는 가운데, 금속 대비 전자기파 차폐 및 열 관리가 점차 중요해지고 있다. 일반적으로 mm-Wave 성능과 자동차 신뢰성 확보를 위해 재료의 선택이 중요하며, 새로운 소재에 대한 요구가 지속될 것이다.
편집부 2021-01-04
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스마트공장(Smart Factory)을 위한 사출성형 모니터링 및 최적화 기술

최근 사출성형 산업계에서는 복잡한 제품 구조와 복합 성형 공정의 증가, 그리고 다양한 사용 환경에 대한 더욱 엄격해진 품질요구에 직면하고 있다. 이러한 변화에 이해하고 대응하기 위하여, 사출성형 모니터링에서 얻어지는 데이터를 기반으로 사출성형 공정을 최적화하고 활용하는 방법과 이에 필요한 기본적인 지식에 초점을 맞추어 기사를 연재하고자 한다.RJG사는 사출성형 교육, 기술 및 리소스 분야에서 세계적인 리더로 인정받고 있는 회사이며, 사출성형 공정 모니터링에 사용되는 센서와 장비를 생산/공급하고 있다. 본 기사에 게재된 자료들은 씨에이프로(주)와 RJG사에 모든 권한이 있다. 자료제공 :  이길호 (RJG공식 컨설턴트/트레이너)Ⅲ. 사출성형 모니터링 시스템의 활용5. 금형 이관(Mold Transfer)금형이 완료된 후에는 국내 또는 해외의 공장으로 이송하여, 다른 사출기에서 제품 생산을 준비하여야 하며, 이때의 과정을 금형 이관(Mold Transfer)라고 한다. 이 공정(Process)에는 프로젝트 관리자, 금형 엔지니어, 품질 엔지니어, 성형 엔지니어, 그리고 재무 관리자 등의 여러 분야의 전문가가 필요하며, 고객이 원하는 규격의 제품을 생산하기 위해서는 반복적인 사출 공정 설정에 많은 시간과 경비를 투여하여야 한다.제작된 금형의 성형성과 제품의 적합성을 입증하기 위하여, 시사출, 측정 같은 검증작업을 수차례 반복하여야 한다. 그 이후에 검증된 금형을 양산 공장으로 이송하여, 많은 시간과 경비가 소요되는 검증작업을 양산 사출기를 대상으로 다시 수행하여야 하는 경우가 대부분이다. 이러한 경비와 시간의 반복적인 낭비를 줄이기 위하여, 짧은 시간 내에 최소의 인원을 투입하여 동일한 품질의 제품을 얻을 수 있는 새로운 방법이 모색하게 되었으며, 이에 내압 센서를 이용한 방법이 개발되게 되었다.5.1 금형 이관(Mold Transfer) 방법전통적인 금형 이관(Traditional Mold Transfer)아직도 많은 금형 및 성형 업체에서는 전통적인 금형 이관방법을 사용하고 있으며, 이는 공정 및 제품에 관련한 문서에 크게 의존하는 방법이다. 공정(Process) 문서에는 온도, 속도, 시간 및 기계 압력에 대한 기계 설정 데이터들이 포함되어 있으며, 제품(Product) 문서에는 설정된 공정 조건에서 얻어진 광범위한 부품 측정 데이터가 포함되어 있다.이 방법의 문제점은 공정 문서에 기술된 데이터들이 사출기가 바뀌면 효용성이 떨어진다는 데에 있으며, 이는 동일한 제작업체의 사출기 간에도 성능이 서로 다르고, 이종의 사출기에서는 더더욱 차이가 나기 때문이다. 이를 해결하기 위하여 사출기 간의 규격 차이를 고려하여, 모든 데이터를 변환하여 사용하는 방법을 이용하지만, 이 또한 실제 사출기 성능을 고려하지 않으므로 많은 시행착오를 발생시킨다. 이로 인하여 많은 경비와 시간을 낭비하게 되고, 때에 따라서는 이관이 실패하기도 한다.1. 생산 제품 사양 또는 도면 (Production Part Print & Drawing)2. 게이지 / 고정용 보조기구 (Gage / Fixture)3. 자제명세서 & 표준공정도 (BOM and Routing Sheet)4. 마스터 샘플 (Master Sample)5. 금형 도면 및 금형 수리 이력 (Tool Drawings and Tool Maintenance Records)6. 재료 성형 가이드 (Material Processing Guide)7. 시사출 성형조건 (Processing Condition for Final Mold Trial)8. 사출기 사양서 (Injection Molding Machine Specification)9. 품질검사 결과 보고서 (Quality Inspection Report) ...금형 이관 시에 위의 서류나 문서들이 동봉되어 이송되며, 이러한 문서에 근거하여 양산공정의 사출기의 성형조건을 다시 최적화하게 된다. 이때 필요한 사출기의 사양 관련 데이터는 아래 [그림 167]과 같으며, 이외에 기본적인 형판(Platen) 크기, 타이바(Tie-bar) 간격, 형판 간의 최대거리 등이 필요하다.특히, 사출기의 스크류 직경이 달라지는 경우에는, 모든 데이터를 정규화(Normalization) 시킬 필요가 있다. 예를 들어 사출 속도는 ㎜/sec, in/sec, % 와 같은 단위가 아닌 ㎣/sec과 같은 유속 단위로 환산하여 비교되어야 하며, 스크류의 회전속도는 각속도(RPM)가 아닌 스크류 끝단의 선속도를 기준으로 변환하여 사용하여야 한다. 위의 [그림 167] 데이터는 실제 사출기의 성능이 아닌 제원상 수치이며, 보다 정확하게 금형을 이동해야 하는 상황에서는 사출기의 성능을 다시 입증하는 데 시간과 비용을 투자하여야 한다. 캐비티 압력 센서를 이용한 금형 이관 (Mold Transfer with Cavity Pressure Sensor)정밀기기나 의료기기 등과 같은 엄격한 품질관리를 요구하는 플라스틱 부품은 제조업체가 명확하고 체계적인 성형공정(Process)을 통하여 생산하고 품질관리를 하고 있음을 고객에게 입증해야 한다. 초기 설치부터 제조, 검수에 이르기까지, 이러한 과정에서 IQ / OQ / PQ 검증에 막대한 비용이 소요된다.이렇게 설정된 최적의 공정을 사출기의 변경이나 환경의 변화에 사용하지 못한다면, 다시 검증 과정을 거쳐야 하며, 이에 따라 비용과 시간을 많이 소비하게 된다. 캐비티 압력 센서를 이용하는 방법을 사용하면 최적화된 부품과 공정 조건을 손쉽게 복제할 수 있으며, 이는 신뢰도 증가와 함께 비용을 절감시키고, 제품 출시 시간을 단축하여 수익성을 높일 수 있다.사출기가 변경되면 변화하는 입력설정 값에 중점을 두고 금형을 이관하는 방식에서, 과학적인 사출성형 원리를 활용하여 설정과 무관한 물리적(Physical) 변수*를 기반으로 금형을 이관하는 효율적이고 과학적 방법으로 변환하여야 경쟁력을 갖출 수 있다. (* 물리적 변수 - 재료 점도, 압력, 온도, 냉각 속도 등)동일한 품질의 제품을 생산하는 공정 능력(Capability)은 금형 캐비티 내부에 플라스틱 온도, 유량, 압력 구배, 냉각 속도, 즉 4가지 주요 플라스틱 변수를 일관되게 제공하는 데 달려 있으며, 이 네 가지 플라스틱 변수가 일치하면 금형을 작동하는 사출기와 관계없이 동일한 제품을 생산할 수 있게 된다.5.2 캐비티 압력 센서를 이용한 금형 이관(Mold Transfer) 방법동일한 금형을 이용하여 한 시스템에서 다른 시스템으로 프로세스를 단기간에 성공적으로 이관하기 위해서는 캐비티 압력 곡선을 활용하여 템플릿(Template)을 일치시키는 방법을 사용한다. 이 방법을 사용하기 이전에 사출기의 변수를 개략적으로 일치(Matching)시킬 필요가 있으며, 이는 문서관리나 변환작업에 대한 방법과 기준이 확립되어 있는 경우에는 사출기의 출력 데이터를 사용하고, eDart 모니터링 시스템을 사용하는 경우에는 캐비티 압력 센서 사용과 동일하게 템플릿(Template) 내의 스크류 위치(Stroke), 사출압(Injection Pressure) 데이터를 사용한다.모니터링 시스템을 이용하여 금형 이관을 성공적으로 수행하기 위해서는 다음과 같은 작업을 순서에 따라 수행하는 것이 효과적이고 간단하며, 이는 플라스틱의 재료가 사출기에 투입되어 용융되고 금형으로 주입되어 냉각된 후에 금형에서 취출되는 일련의 과정과 동일하다고 보면 된다.템플릿 일치(Template Matching)에서 유의할 점은 다음과 같으며, 100% 일치를 기대하지 말고, 짧은 시간 내에 최대한 유사하게 일치시키는 목표로 하여야 한다.- 최적화나 시사출에 사용된 성형기에서 금형 이관에 사용될 템플릿(Template)을 준비한다. [그림 169]- 사용되는 거리(Stroke), 유압(Hydraulic Pressure) 센서의 영점조정(Calibration)이 선행되어야 한다.- 성형기(Machine)가 아니라, 센서를 이용하여 Cavity 내의 조건을 맞추는 것이 가장 중요하다.- 성형기에서의 조건을 이용하여 근사로 맞춘 후, 이후에는 오로지 압력 그래프만 주의하여 일치시킨다.- 성형기의 신호를 사용할 수 없는 경우, Cursor를 이용하여 수동으로 Fill Volume을 정의하여야 한다.- 정확하게 100% Matching이 불가능함으로, 최대한 근사하게 일치시켜야 한다. (약 97~98% 이상)사출기의 작동 변수(Variables) 외에 템플릿 일치(Template Matching)에 크게 영향을 주는 중요 인자들은 (1) 사이클 타임 (2) 형체력 (3) 용융온도 (4) 금형 온도이며, 금형 이관 작업을 수행하기 전에 동일한 지를 검토하고, 일치되지 않을 때는 원인을 파악하여 수정하여야 한다. 이러한 점검이 완료된 후에 다음과 같은 단계(Step)에 따라 금형 이관(Mold Transfer)을 진행하며, 이에 필요한 최소한의 데이터는 캐비티 압력(PST)과 사출 체적(Shot Volume) 그래프이다. (* 속도 구간의 미세한 변화를 판별할 필요가 있는 경우에 유속 그래프가 필요할 수도 있음.)STEP-1: 배압(Back Pressure) 일치 배압은 용융재료의 점도와 계량시간을 변화시키는 사출기 변수로써, 설정값과 실제값에서 차이가 발생할 수 있으므로, 이를 템플릿 상의 압력 값과 일치시켜, 금형에 주입되는 재료의 물성, 특히 점도를 동일하게 유지시킬 필요가 있다. 이는 동일한 재료가 충진을 위하여 배럴 내에 준비되어야 한다는 개념이다.STEP-2: 스크류 속도(Screw RPM) 일치스크류 속도는 재료를 전단에 의한 마찰력으로 용융시키고, 점도(Viscosity)를 변화시키는 사출기의 변수로써, 금형에 주입되는 재료의 물성에 바로 영향을 준다. 이때 사용되는 곡선은 사출기의 위치(Stroke)에 스크류 단면적을 곱하여 체적(Volume)으로 변환하여 사용한다. 이는 사출기의 스크류 직경이 다른 경우에 동일한 스크류 위치(Position)더라도 동일한 계량량이 아니기 때문이다.여기에서는 곡선의 기울기(Slope)를 일치시키는 데에 중점을 두어야 하며, 이는 추후 충진과 보압 시간에 따라 시점(Time)이 달라지기 때문이다. (* 계량량과 속도를 맞추어야 한다.)STEP-3: 감압(Decompression) 일치감압은 사출기의 배럴 내의 용융된 재료의 불균일한 압력분포를 완화하기 위하여 사용하며, 감압 정도에 따라 주입되는 재료의 초기 상태가 달라짐으로 일치시켜야 한다. 이때에도 사출기의 위치(Stroke)에 스크류 단면적을 곱하여 체적(Volume)으로 변환한 곡선을 사용한다.STEP-4: 충진 속도(Fill Rate/Speed) 일치충진 속도는 곡선의 기울기(Slope)를 의미하며, 세밀한 위치보다는 기울기를 일치시키기는 데에 중점을 두어야 한다. 이때에도 사출기의 위치(Stroke)에 스크류 단면적을 곱하여 체적(Volume)으로 변환한 곡선을 사용한다.STEP-5: V/P절환(Transfer or Switch-Over) 위치 일치V/P절환 위치는 95~99% 사이에서 설정되며, 이 설정값으로 캐비티에 충진 완료가 이루어지는 시점에서 캐비티 내압의 최대값이 변화된다. 이때에도 사출기의 위치(Stroke)에 스크류 단면적을 곱하여 체적(Volume)으로 변환한 곡선을 사용하며, 이 단계(Step)에서는 대략적인 위치를 설정하고 추후에 캐비티 내압 곡선을 이용하여 미세한 조정을 수행한다.STEP-6: 충전속도(Pack Rate/Speed) 일치충전(Pack)속도는 캐비티의 충진 완료 시점에서 캐비티 내압의 최대값을 결정하는 주요한 설정값이며, 이때에도 사출기의 위치(Stroke)에 스크류 단면적을 곱하여 체적(Volume)으로 변환한 곡선을 사용한다. 이 단계(Step)에서는 대략적인 일치(Macthing)를 수행하고, 추후에 캐비티 내압 곡선을 이용하여 미세한 조정을 수행한다.STEP-7: 보압(Hold Pressure) 일치사출압(Injection Pressure) 또는 유압(Hydraulic Pressure) 곡선을 사용하여, 보압(Hold Pressure)의 크기와 시간을 일치시킨다. 이 단계에서 설정된 보압의 크기나 시간은 캐비티 압력 곡선을 이용한 추후의 미세조정 단계에서 변화될 수 있다. (* 캐비티의 압력 변화가 제품 품질에 정량적/직접적인 관계가 있으며, 사출기의 압력 곡선은 정성적/간접적인 관계를 맺고 있다.)STEP-8: 모든 사출기 변수들의 개략적 일치(Matching) 점검사출기의 설정값들을 변경하여 위의 7가지 사항에 대하여 사출압과 체적 곡선을 일치(Matching)시킨 후에, 아래의 그림과 같이 캐비티 내압 곡선을 활성화하여, 일치되는 정도를 검토한다. 만족하는 수준을 달성하지 못할 때에는 미세조정 단계로 이동한다. STEP-9: 미세조정(Fine Tuning)사출기 설정값들의 조정을 통하여 캐비티 내압 곡선을 일치시키지 못한 경우에는, 다음과 같은 항목들을 미세하게 조절하여 내압 곡선을 일치(Matching)시킨다. (1) 평균 충진(Fill) 속도 (2) 85~95% 충진(Fill) 구간에서의 속도 (3) V/P절환 위치(4) 충전(Pack)속도아래의 [그림 179]는 위의 (1), (2) 항, 즉 충진(Fill) 속도를 미세 조정하면, 내압 곡선의 초기 시점이 변화하는 것을 보여준다. 속도를 증가시키면 곡선의 출현이 빨라지고, 감소하면 느려진다.다음의 [그림 180]은 위의 (3) 항목인 V/P절환 위치를 미세 조정하면, 내압 곡선의 변곡점이 변화하는 것을 보여준다. 물론 사용하고 있는 V/P절환 방법이 위치(Position)일 경우이며, 압력이나 시간에 의한 절환(Transfer)인 경우에는 이들 값을 변화시켜 조정하여야 한다.아래의 [그림 181]은 위의 (4) 항목인 충전(Pack)속도를 미세 조정하면, 변곡점 이후에 내압 곡선이 다시 상승하는 기울기, 즉 속도가 변화한다. 충전속도가 조절되지 않는 사출기로 금형 이관을 하는 경우에는, 이 부분을 미세하게 조정할 수 없으므로 주의하여야 한다. (* 금형 이관 작업을 수행하기 전에 필수로 사출기 성능점검을 수행하여야 하는 이유 중의 하나이다.)손쉽고 정확하게 금형 이관을 성공시키는 방법은 최적화된 성형조건의 템플릿을 이관 대상의 성형기에서 일치(Matching)시키는 것이나, 때로는 템플릿을 일치시키기가 매우 어려운 경우도 종종 발생하며, 이런 경우에는 플라스틱의 재료가 동일하지 않아 발생하는 경우가 상당 부분을 차지한다.재료의 첨가물(Additives)이 변경되거나, 또는 재생(Regrind) 수지를 혼합하여 사용하는 경우에는 물성의 변화가 발생하는지를 검토하여야 하며, 이를 간과하는 경우에 품질의 변화가 발생하여, 기존의 최적화된 프로세스나 품질관리 기준이 무용지물이 될 가능성이 높아진다. 위의 [그림 182]은 유리섬유(Glass Fiber)를 함유하는 폴리에스테르(Polyester)를 사용하는 제품을 ±0.010″의 사양 내에서 평탄도(Flatness)를 얻도록 공정을 최적화하였으나, 평탄도 불량으로 인하여 고객으로부터 제품이 반환된 사례이다. 사용된 재료는 동일한 등급(Grade)이었지만, 공급 업체가 난연제를 변경하였고, 이로 인해 핵 형성 또는 결정화 속도가 변화하여 부품이 휘는 경향과 정도가 변화된 경우이다.이는 재료관리의 중요성을 보여주는 사례로써 금형 이관 과정 중 초기에 점검하여야 할 가장 중요한 항목 중의 하나임을 명심하여야 하며, 특히 반 결정(Semi-crystalline) 재료인 경우에 더욱 주의하여야 한다.5.3 주요 설정 외의 조건 변화에 따른 내압(Cavity Pressure) 곡선의 변화 (예제)금형 이관 작업 중에 템플릿(Template)을 일치하기 위해서는 주요 공정변수(사출 속도, 보압 크기, 시간, V/P절환 시점, 냉각시간 등)에 따른 내압의 변화 외에 부가적인 공정변수의 변화에 따른 결과를 이해할 필요가 있으며, 다음과 같은 예제를 통하여 그 이해의 폭을 넓히고자 한다.배압(Back Pressure)의 변화배압을 증가하면, 동일한 스크류 계량속도 하에서 계량시간이 길어지고, 보압 완료 후에 쿠션량(Cushion)이 늘어나며, 사출압 또는 유압은 변화하지 않으나 금형에서의 내압(Cavity Pressure)은 증가한다. 계량속도(Screw RPM)의 변화계량속도를 낮추면, 계량시간이 길어지고, 금형에서의 내압(Cavity Pressure)은 감소하지만, 사출압 또는 유압은 변화하지 않는다. 배럴 히터 온도(Heat Temperature)의 변화배럴의 밴드 히터 온도를 높이면, 쿠션과 계량시간의 변화는 미미하고, 금형에서의 내압(Cavity Pressure)은 증가한다. 점도가 낮아짐에 따라 사출압 또는 유압은 충진(Fill) 구간에서 감소하고, 보압(Hold) 구간에서는 변화하지 않는다. (* 충진 구간에서는 속도에 따라 사출압이 변화하고, 보압 구간에서는 압력에 따라 스크류의 움직임이 변화함.)형체력(Clamp Force)의 변화형체력을 높이면, 금형의 변형에 의하여 캐비티 체적이 줄어들어 쿠션량이 증가하고 금형에서의 내압(Cavity Pressure)도 증가하며, 이에 따라 충전(Pack)속도가 빨라진다. 최대 사출압 또는 유압은 충진(Fill) 구간에서 약간 증가하지만 미세하고, 보압(Hold) 구간에서는 변화하지 않으며, 계량속도에는 영향을 미치지 않는다.일반적으로 현장에서 형체력을 최대로 설정하여 사용하는 경우가 많다. 이는 금형 이관 시에 더욱 높은 형체력을 가지는 사출기를 최대 형체력으로 사용하는 경우에, 금형의 수명에 영향을 줄 뿐만 아니라, 제품의 품질에도 영향을 줄 수 있음을 명심하여야 한다. 따라서 항상 계획된 또는 계산된 형체력을 설정하여 사용하여야 하며, 이를 위하여 금형 변형 센서를 적극적으로 사용하는 것도 현명한 선택 중의 하나이다.동일한 재료가 동일한 변화과정을 거쳐서 제품화되면, 품질이 동일할 수밖에 없으므로, 재료의 관점(Plastic’s Point of View)에서 금형 이관(Mold Transfer)을 수행하여야 한다. (* 사출기 설정 조건에 따른 제품의 변화로 이해하지 말고, 4대 변수(4-Variables)의 변화와 제품의 품질을 연계하면, 보다 깊은 이해가 가능할 것으로 예상된다.)… 핸들러 2월호에서는 ‘Ⅳ. 사출 공정 모니터링 시스템의 활용 예제’가 이어집니다
편집부 2021-01-03
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㈜우진플라임 사출성형기 사출 성형품에 나타날 수 있는 트러블의 종류와 해결 방법 4

자료제공: 우진플라임기술교육원(http://woojinplaimm.or.kr)< 성형품에 나타날 수 있는 불량의 종류 >12. Scratch, Deformation, Crack (긁힘, 변형, 균열)손상의 정도에 따라서 긁힘, 변형, 균열로 구분한다. 성형품의 긁힘/변형/균열은 이형 시 Ejector Pin에 의하여 일어나는 변형과 내부 압력의 완화또는 수축으로 일어나는 변형을 말한다. 변형도 면에 평행방향 변형을 휨(Warp), 대각선 방향의 변형을 뒤틀림(Twist)이라 하며 변형이 심하게 진행된 경우에는 균열도 발생함.< 원인 및 대책 >변형은 금형 자체의 불량이나 잔류 응력, 이형 시 이형력에 의하여 대부분 발생하며, 금형 내에서 냉각이 불충분한 상태에서 이형 시에도 많이 발생한다.13. Surface desquamation (표층 박리)수지의 층이 균일하게 결합되지 못하여 박리가 발생한다. 이는 Sprue Runner & Gate 부위 또는 성형품 상에서 발생할 수 있고, 조건에 따라 면적이 크고 두꺼울 수도 있고, 면적이 작고 얇을 수도 있다.< 원인 및 대책 >표면층 박리는 박리현상이 발생하는 부위의 표피층 결합이 충분하지 못하기 때문이다. 사출 성형품은 다른 유동 효과와 냉각 조건에 따라 여러 층이 형성되며, 전단응력과 수지의 불 균형성 때문에 이들 층의 결합이 약화하여 표피층의 박리가 시작된다. 사출 속도가 빠르거나, 수지의 온도가 높을 때 발생한다. 상호 혼합이 안 되는 착색제 또는 마스터 배치 사용, 예비 건조가 불충분해도 발생한다. 또한, 사출성형기의 가소화 장치에서 용융이 불충분하여 발생하는 때도 있다. 14. Cold Slag (식은 수지 저장공간)냉각된 수지가 Nozzle(Hot Runner도 동일)을 통하여 사출되면서 제품 표면에 혜성 꼬리와 같은 자국을 만든다. 이들은 Gate 주변 또는 성형품의 넓은 범위에 걸쳐서 나타날 수 있다. 또 Cold Slag가 Runner를 통하여 성형품으로 들어갈 때 Weld Line을 발생시키며 정체된 Cold Slag가 Cold Flow Line을 발생시키는 때도 있다.< 원인 >Cold Slag은 사출성형 공정 중 사출 공정 후 보압 공정에서 이루어지기 시작하여 차기 사출 과정이 시작되기 전까지 형성이 된다. 형성된 Cold Slag은 수지 통로인 Runner를 막아서 수지를 분리시킨다. Cold Slag가 다시 용융되지 않으면 해성의 꼬리와 같은 자국을 만들고, 이것이 성형품에 퍼질 수 있으며, 그 결과 Weld Line과 같은 Cold Slag Line이라는 성형 결함으로 나타난다. Cold Slag는 Nozzle 온도제어 불량 또는 가소화 Unit 후퇴 지연에 의해 발생하기도 하며 작은 Nozzle 직경도 불리한 영향을 미친다.
편집부 2021-01-03
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기계연, DNA 니들 패치·스마트 로봇 의족 올해의 10대 기계기술선정

- 한국기계단체총연합회 선정 2020년 올해의 10대 기계기술에 나란히 올라통증 없이 약물을 피부에 전달하는 ‘붙이는 주사’, 나라를 지키다 상처 입은 국가유공자에게 새로운 다리가 되어줄 스마트 로봇의족. 한국기계연구원의 우수 연구 성과 2건이 올해의 10대 기계기술에 선정됐다.한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)은 지난 12월 9일(수) 한국기계기술단체총연합회 선정 올해의 10대 기계기술에 정준호 전략조정본부장의 ‘통증 없이 붙이는 주사-나노마이크로 DNA 니들 패치’ 기술과 우현수 의료지원로봇연구실장의 ‘하지 절단 장애인의 정상보행을 위한 발목형 로봇 의족’ 기술이 나란히 오르는 영예를 안았다.올해의 10대 기계기술은 한국기계기술단체총연합회가 국내에서 개발된 기계기술을 대상으로 심사하여 올해 가장 우수한 기계기술에 수여하는 명예로운 상이다.   나노 마이크로 DNA의 체내 전달 원리  DNA 니들에 유효물질을 탑재해 피부에 부착하면 니들이 피부의 각질층을 뚫고 들어가 피부 안쪽에서 융해되고, 유효물질이 DNA와   함께 체내로 흡수된다.  0.3㎚ 연어 DNA로 제조한 200∼1,000㎛ 니들 패치  200∼1,000㎛ 수준의 DNA 니들을 확대한 이미지.  한국기계연구원 정준호   전략조정본부장정준호 본부장의 나노 마이크로 DNA 니들 패치는 3차원 나노 패터닝 기술로 만든 DNA 니들을 피부에 부착해 통증 없이도 백신 같은 원하는 유효성분을 피부 내로 흡수시킬 수 있는 세계 최초 기술이다. 이 기술은 국내 등록 특허 및 미국과 중국, 인도를 포함한 해외 7개국 출원 특허를 바탕으로 연구소기업을 설립하여 상용화에도 성공했다.정준호 본부장은 “독감 및 신규 유행성 바이러스 백신이 탑재된 나노 마이크로 DNA 니들 패치 실용화를 위한 연구개발에 전력을 다하겠다”고 말했다.하지 절단 장애인의 정상보행을 위한 발목형 로봇 의족(왼쪽) 세계 최고 수준의 경량 고출력 구동 메커니즘이 적용된 전자제어식 의족.(오른쪽) 전자제어식 의족을 착용하고 계단을 오르는 모습.   한국기계연구원 우현수    의료지원로봇연구실장우현수 의료지원로봇연구실장이 개발한 하지 절단 장애인 정상보행을 위한 발목형 로봇 의족은 세계 최고 수준의 경량 고출력 구동 메커니즘을 적용하여 구현한 전자제어식 의족으로, 무릎 아래 부위가 절단된 장애인이 착용하고 평지와 경사로, 계단 등을 자연스럽게 걸을 수 있도록 돕는 기술이다.로봇 의족은 현재 과학기술정보통신부와 국가보훈처가 협력하여 사용성 개선 테스트를 진행하고 있으며 연내에 다수의 국가유공자를 대상으로 시범 공급하는 사업도 진행할 예정이어서 큰 관심을 모으고 있다.우현수 의료지원로봇연구실장은 “국산 기술로 가격은 기존 외산제품 대비 1/4 수준이면서 성능은 동등한 로봇 의족을 개발하고 사업화함으로써 국내 하지 절단 장애인분들의 편안하고 자연스러운 보행에 도움이 되기를 기대한다”며, “향후 발목형뿐 아니라 무릎형 로봇 의족까지 제품군을 다양화하고 경쟁력을 보강하여 해외시장에도 진출할 수 있도록 노력하겠다”라고 말했다.
편집부 2020-12-20