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미래시장 선점을 위한 독일 혁신기술을 잡아라

- 생산자동화 기술, 자율주행 핵심기술 이전 위해 글로벌 기업의 독일기업 인수￭ 글로벌 기업, 독일중소기업 전략인수를 통해 혁신기술 및 미래 성장동력 확보 테슬라는 11월 초, 독일 자동화기술 업체인 Grohmann Engineering GmbH를 인수했다. Grohmann Engineering은 현재 직원 수 약 700명, 연매출 1억 2,300만 유로의 중소기업으로 독일 라인란트-팔츠 주 Prüm시에 위치하고 있으며, 1963년에 설립돼 반도체, 전자기기, 자동차산업의 생산 공정 자동화 설비를 개발·생산해왔다.   테슬라 미국 생산 공장과 독일 소도시 프륌에 위치한 그로만 엔지니어링 사정확한 금액은 고지되지 않았으나 앨런 머스크는 이 회사의 인수조건으로 향후 2년간 해당기업에서 1,000명 고급 엔지니어를 고용하고, 생산 공장에서 2018년까지 Model 3을 최소 5만 대에서 최대 50만 대까지 생산할 예정이며, 선 주문되는 Model 3의 100만 대 판매를 2020년까지 목표로 하고 있다고 전했다. 더불어 그는 미래의 자동차 생산은 한 지붕 아래서 배터리와 자동차가 함께 조립될 것으로 보고 있으며, 특히 ‘기계를 만드는 기계’인 로봇기술에 주목하고 있다고 덧붙였다.Grohmann Engineering 사 창업자이자 대표인 Klaus Grohmann은 전기자동차 생산기업들은 자동화된 생산 시스템을 더욱 필요로 하게 될 것이며, Grohmann Engineering은 테슬라와 함께 이를 위한 결정적인 요소들을 개발, 생산할 것이라 전했다. 그는 최신기술 전문 미디어 플랫폼인 TechCrunch를 통해 이번 인수가 테슬라 역사상 가장 의미 있는 인수라고 표현하며, 전문 자동화 생산설비를 만드는 데 있어 필요한 전문기업 1순위로 해당기업을 선택한 것이라 전했다. 또한 독일투자에 대해서는 테슬라가 독일회사의 일부가 되는 것이 중요하다고 생각했다고 말했다.테슬라 사 CTO JB Straubel은 지난 몇 달 간 그로만 엔지니어링과 협업을 진행해 왔으며 자동화에 있어 많은 부분을 개선, 보완할 수 있음을 확인, 인수를 결정했다고 전했다. 또한 두 기업의 대표는 서로의 경력과 기업설립 경험에 깊은 공감과 존경을 표했다. 엘런 머스크는 개인적으로 차량기술 개선에 있어 생산을 핵심 분야로 주목한 바 있으며, 매주 2,000대 생산목표를 달성할 수 있도록 생산율 개선을 위한 장치를 마련해 왔으며, 테슬라는 지난 4년 동안 생산을 400%가량 성장시켰으며 이번 인수를 통해 생산율을 더욱 끌어올릴 것으로 기대하고, 동시에 품질개선과 1대당 자본지출 절감도 목표로 하고 있다. 이번 인수 건은 독일 관계부처의 승인을 거쳐 2017년 초 마무리될 것으로 보인다. 인수를 통해 설립될 회사명은 Tesla Grohmann Automation이며, 신규 전기자동차 모델의 생산지원 뿐만 아니라 미국 네바다에 위치한 테슬라의 Gigafactory(현재 미완성)의 리튬이온 배터리팩, Solar City 프로젝트의 태양광 제품 생산 또한 일부 지원하게 될 예정이다. Model 3의 성공은 테슬라에 있어 매우 중요하다. 2015년 한 해 테슬라는 기대에 못 미치는 전 기종 5만 대 가량 생산·판매가 지체를 겪고 있다. 독일 그로만 엔지니어링 사 인수는 이런 생산성 문제를 해결하기 위한 전략적 선택인 것이다. 현지 산업 관계자는 글로벌 기업의 지역투자로 긍정적인 확산효과 있을 것으로 기대하고 있다. 라인란트 팔츠 주 Trier지역 기업 연합인 VTU 대표 Frank Natus는 지역 매체와의 인터뷰를 통해 미래 산업의 중요한 역할을 하고 있는 테슬라 같은 기업이 우리 지역으로 오는 것은 아주 좋은 신호라고 전했으며, 트리에 지역 상공회의소 대표 Jan Glockauer는 이번 인수에 대해 Grohmann과 같은 특화된 기업을 글로벌 기업인 테슬라가 알아차리고 인수하는 것이 놀라운 일은 아니라고 전하며, 투자진출 후 지역에 있으면서 강한 기술력과 고급 인력이 결집되는 것을 보여줄 수 있다면 확산효과가 있을 것으로 기대한다고 전했다.아래는 트리에 상공회의소 무역투자진흥 총괄자 Matthias Schmitt씨와의 면담 내용이다. 그로만 엔지니어링 사가 소재한 프륌시 시장 Aloysius Söhngen은 이번 투자 건에 대해 매우 기뻐하며, 지역에 많은 영향과 자극을 줄 것으로 생각한다고 전했다. Prüm시는 아헨과 Trier 사이에 위치해 아헨공대와 같은 기술인력 및 기업이 다수 소재하고 있다. 또한 해당 지역의 자동화와 연관된 다수 기업에도 파급 효과가 있을 것으로 예상된다.   ￭ 독일소재 글로벌 부품기업도 모빌리티 기술변화에 따라 차세대 기술기업에 전략 투자 글로벌 부품업체 ZF는 함부르크 소재 Ibeo Automotive System 지분 40%를 인수했다. Ibeo Automotive System사는 자율주행의 핵심기술인 Lidar(Light Detection and Ranging, 사물인식 및 사고예방) 기술 보유기업으로 핵심역량은 센서 결합 기술이다.지난 8월, 독일 주요 자동차 부품제조 기업인 ZF사는 함부르크에 소재한 자율주행 핵심기술 보유기업인 Ibeo사의 지분 40%를 인수했다고 발표했다. ZF의 대표 생산 품목은 트랜스미션으로, 전통적인 화석연료 기반 구동장치 및 섀시를 생산하는 글로벌 기업이나 모빌리티 기술의 트렌드 변화를 인지하고 전장부품, 경량화, 자율주행 등 관련 핵심기술 보유기업을 전략 인수하거나 신규부서 설치를 통해 R&D 투자 중이다.   Ibeo 사 3D Lidar 기술적용 시범주행ZF사 대표 Stefan Sommer는 Ibeo사 인수배경에 대해 “지금까지 레이더, 카메라 기술에 Lidar 센서를 사용해 왔으나 Ibeo는 세 가지 기술을 통합해 사물·환경 인식에 있어 괄목할만한 결과를 내놨다. 이는 사고 없는 자율주행에 한발 더 가까이 다가갈 수 있도록 Lidar 기술을 진보시켰다.”고 발표했으며, Ibeo사 대표인 Ulrich Lages는 “3D Lidar 기술 등 우리의 포괄적인 기술을 통해 모든 주행보조기술과 고도로 자동화된 주행시스템을 실현시킬 수 있다”고 전했다. 이외 다양한 분야에서 독일 중소기업에 주목하고 있으며, 최근 중국이 높은 관심을 표명하고 있다. 크게 이슈화된 바 있는 중국 Midea사의 독일 대표 로봇기술 핵심기업 Kuka 인수건과 중국 국영기업 Chemchina의 프레스 및 자동화설비 개발/제조기업 KraussMaffei 인수 건 등 공격적인 투자로 독일 정부의 우려를 사기도 했다.산업핵심기술 유출 등의 정부 우려에도 불구 현재까지 중국 인수 건은 인수된 독일기업의 평가에 의하면 안정적인 공존을 이루고 있는 것으로 나타났다.   중국기업의 독일 기업 인수건수 및 기술주목 분야이외에도 독일 탄소섬유 및 기술소재 생산기업인 SGL그룹의 그라파이트 사업부문이 최근 일본 Showa Denko 사에 약 3억 유로 매각에 합의하는 등의 거래가 있었다.   ￭ 전망 및 시사점독일 중소기업은 독일 전체기업 수 99.3%의 비중을 차지하며 전체기업 매출의 35.5%, 전체 수출규모에서는 20% 가까이 기여하고 있다. 혁신성과 R&D투자에 있어서도 중소기업은 큰 부분을 차지하며 혁신기술 및 제품을 통해 독일 경제에 새로운 모멘텀을 제공하는 역할을 해왔다.   독일 지역별 중소기업 중 혁신중소기업 비중독일 R&D 투자 및 미 투자 중소기업 기업크기-산업별 수출 비중 비교이러한 부가가치 창출에 있어 글로벌 기업은 독일 중소기업을 주목하고 있으며 전략 제휴, 인수 등을 통해 기술이전 효과, 매출성장, 생산성 증대 등을 기대하고 있다.테슬라나 ZF와 같이 특히 자동차 산업에 있어 디젤게이트 이후 급변하는 모빌리티 트렌드를 선도하기 위한 전략 인수가 증가하고 있으며, 생산기술 관련, 제조설비 및 부품에 있어서도 인수합병이 증가하는 추세다. 중국의 경우 정부지원을 바탕으로 독일 현지 유관기관 및 M&A 협회와의 긴밀한 협업을 통해 인수 대상을 물색, 적극적인 인수전에 참여하고 있다. 독일의 혁신기술 및 제품 생산기업을 인수함으로써 자연스럽게 유럽시장에 진출, 또한 기술이전효과도 누리고 있으며 이를 통해 제조업 경쟁력 강화를 위한 발판을 마련하고 있다.생산자동화나 자동차부품 관련 독일 혁신 중소기업 인수의 경우 국내기업도 현지시장진출이나 경쟁력 강화를 위해 고려해 볼만하며 최근 중국, 일본 등 아시아 기업의 인수시장 참여가 활발한 상태로 다소 경쟁이 예상된다.우리 기업 중에서도 한화의 경우 독일 태양광 핵심기술을 보유한 Q-Cell 사를 성공적으로 인수해 운영하고 있으며, 최근 안정적으로 매출신장을 이루어 내고 있음이 보도된 바 있다. 자료 : TechCrunch, Forbes, WirtschaftsWoche, AutomobilProdruktion.de, SWR, KfW, IHK Trier 인터뷰 자료, KOTRA 함부르크무역관
강민정 2017-01-09
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㈜신성티씨의 테이퍼 삼단고리

분진 발생률 감소, 사용시간 연장, 높은 경제성 등 장점 보유경기도 오산시에 위치한 ㈜신성티씨 (대표이사 배한엽)가 실용신안 등록한 테이터 삼단고리는 분진발생을 획기적으로 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 즉, 원재료에 윤활성분을 첨가하여 먼지 발생을 획기적으로 줄였으며, 분진발생이 적어 금형세척이나 이물에 의한 불량발생률을 감소시켜 준다.
이용우 2017-01-06
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깊은 볼륨 & 고속 트윈 스크류 압출기에 사용되는 Fractional Element(프렉셔널 엘리먼트)의 기능

Co-rotating 트윈 스크류 압출기는 계속해서 발전해왔다. 더 깊어진 스크류 볼륨은 트윈 스크류 압출기의 효율성을 높이고 전단속도(Shear Rate)를 낮추었다. 이는 또한 스크류 속도를 높여도 믹싱능력은 그대로 유지되어 압출기의 생산량을 비약적으로 증가 시키는 장점을 불러왔다. 재료의 단위 질량당 점성분산(viscousdissipation)의 감소를 통해 공정 효율성이 향상 되는 것을 확인 할 수 있다. 스크류 깊이와 토크의 향상을 통해 재료를 가공할 수 있는 능력에 도움이 되었다. 스크류의 볼륨이 깊어짐으로 흡입능력(특히 starve feed)과 전단응력 감소로 인한 수지온도의 저하 및 De-Volatilization(탈 휘발) 용량이 커졌다.나아가, 더 깊어진 스크류를 장착한 압출기에서는 특정 전단 및 온도에 민감한 재료를 처리하는 능력이 확장 되었다. 고속에서의 Kneading(니딩) 엘리먼트로 인한 수지에 대한 용융온도가 상승되는 문제는 다양한 TipAngle(팁앵글)을 갖는 Fractional lobed(프렉셔널로브)엘리먼트에 의해 해결되었다. 이러한 Fractional lobed(프렉셔널 로브)엘리먼트는 또한 기존에 사용중인 Standard Kneading Element(표준 니딩 엘리먼트)를 쉽게 대체할 수 있다.40년 전, Mr. Erdmenger는 Fractional Elements의 필요성을 언급했다. Erdmenger는 “기존의 트윈스크류 압출기가 이제까지 지녀온 문제점인 축의 횡 방향이 아닌 축 방향(axial direction)만 다양화 시킬 수 있다는 점이다. 예로서 재료 층의 두께는 종종 열 교환이나 Material(재료) 교환 또는 반응 과정에 중요한 영향을 미치며 이것이 실제로 가장 중요한 변화이다” 라고 말했다.일반적인 트윈 스크류 엘리먼트는 모든 Lobe(스크류 날개)에 대해 동일한tip 각도를 가진다.만약 이러한 형상이Erdmenger의 디자인에 전적으로 기인한다면 일반적인 스크류 엘리먼트가 트윈 스크류 압출기 내에서 사용이 되었다면 많은 제약이 따를 것이다.예를 들어, 삼각모양의 Kneading 엘리먼트에서는 tip의 작은 각도가 높은 마모율을 초래한다. Tip의 각도를 키우면 엘리먼트가 결국 원형의 모양이 되어서 압출기 내에서 자유 용적이 줄어들 것이다. 이를 해소하기 위해 Dr. Babu Padmanabhan는Tip 각도가 다양한 엘리먼트를 발명했다. 이 엘리먼트는 두 개가 한 쌍을 이루며 트윈 스크류 압출기가 필요로 하는 연속적인 움직임을 지속해 나간다. 새로운 엘리먼트 형상은 각각의 엘리먼트 디자인에 유연성을 효과적으로 향상시킨다.그림1은 Fractional element의 마지막 Profile은 One-lobe에서 Four-lobe profile로 변환한 결과로 완성된 것임을 보여준다.이것은 하나에서 다른 하나로 변형되는 과정의 중간 단계의 profile을 뜻한다. 모든 변형 단계의 profile은 맞물리는 톱니바퀴처럼 한 쌍이 정확하게 들어맞아야 하며, 하나의 profile이 반대편의 profile에 완전히 스쳐 지나가야(Wiping) 한다. 그림2는 분류 기준을 명확하게 보여준다. 마지막 두 자리는 one lobe 에서 two-lobe profile로 변형될 때의 위치를 알려준다. Lobe가적은 쪽의 lobe 숫자를 “n”, 그리고 다른 한쪽의 lobe 숫자를 “N”이라고 가정하면, 변형이 완벽하게 이뤄지기 위해 ‘N/n’은 정수 이어야 한다. 그림3은 일반적인 Kneading 블록과 Fractional kneading 블록이 조합 되어 있는 예시이다. 스크류의 속도와 배열은 두 가지 주요한 변수이다. 존(Zone)별 온도는 배럴 부분에 표시되어 있고 두 배열의 Mixing zone에서의 Kneading 길이는 180mm로 고정되고, 두 배열에서 압력이 증가하는 것도 일치한다.이 그림에서 보여지는 Fractionallobe 엘리먼트는 회전하는 도중에 일어나는 횡단면의 변화에 대한 특정 관측을 기반으로 나타난다. 날개가 360도로 완전히 회전하는 동안 발생할 수 있는 고압 정점(Highpressure point)를 피하는 것이 그 목적이다.    그림 1.                                                                그림 2.     그림 3.Fractional-lobed 엘리먼트와 함께 다양한 재료를 가지고 공정에 적용하는 것은 이미 많이 시도 되었다. 카본 블랙, 유기 염료, 유리섬유 등 이런 원료들이 고용량 함유된 폴리머의 공정에 사용되었고, 또한 Fractional 엘리먼트는 PVC 컴파운딩에도 쓰였다. Fractional 엘리먼트를 활용하면 일반 엘리먼트로 작업할 때보다 컴파운딩 과정을 크게 향상시키는데 이는이의 과정을 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 해주기 때문이다.
강민정 2016-12-07
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3D 프린터링: 스마트폰 레진 프린터, 실제로 작동되다

Brian Benchoff2016.11.18 Hackaday.com의 기고가 Brian Benchoff는 “지난 봄, ONO에서 스마트폰을 3D 프린터로 재탄생시켜 환경을 보호하고, 세상을 변화시킬 놀라운 제품을 출시했다”고 말했다. 필라멘트를 이용하는 3D 프린터는 활용도가 높은 반면 슬라이싱 소프트웨어의 성능 향상이 비교적 느리다는 단점이 있다. 하지만, 레진을 이용하는 프린터는 기존 3D 프린터를 뛰어넘는 품질의 출력물을 생산해낼 수 있다. 고해상도의 섬세하고 정교한 출력물이 필요하다면 레진을 이용하는 프린터가 제격이다. 하지만 레진 프린터는 기존 필라멘트 프린터보다 가격이 조금 더 비싸다. 쓸 만한 i3 clone 프린터는 몇 백 달러면 구입이 가능하고, 천 달러 정도면 4도 출력이 가능한 Prusa 프린터를 장만할 수 있다. 그리고 최고급 데스크탑 레진 프린터인 Form 2 ~ Form Labs의 가격은 3,500 USD 이상이다.ONO printerONO의 레진 프린터는 이 모든 것을 바꿔 놓았다. 레이저나 검류계(galvanometer), DLP 프로젝터를 사용하는 대신 ONO의 99달러짜리 레진 프린터는 스마트폰 화면을 이용해 레진 용기에 빛을 비춘다. 한 기술 블로그는 이 제품을 보고 “3D 프린팅 기술의 민주화를 위한 혁신적인 제품”이라 평가했다. 반면 3D 프린터를 많이 접해본 사람들 중에 핸드폰으로 작동하는 레진 프린터의 상용화 가능성에 대해 의문을 품는 사람들도 있었다.   ONO는 반투명 용기에 담긴 감광 레진을 선보였다. 이 프린터의 Z축 스테이지는 헤드폰 포트를 통해 제어된다. 기종이 다른 스마트폰은 두께가 다 다른데, 이 점이 레진 용기에서 스크린까지의 거리에 어떤 영향을 주는지에 대한 정보는 아직 없다. 그리고 만약 핸드폰 위에서 프린팅 하는데 1시간이 걸린다면, 사용자는 핸드폰을 한 시간 동안 이용하지 못하게 된다는 단점이 있다.   “하지만, LCD를 이용해 레진 용기의 하단에 직접적으로 빛을 비춘다는 아이디어만큼은 신선하고, 실험할 만한 가치가 있는 것으로 보인다”고 Brian은 강조했다.   LCD printer그리고 마침내 이 방법을 이용해 프린팅에 성공한 일반인이 나타났다. 최근 YouTube에서 ONO가 시도하려고 한 것과 상당히 비슷한 홈메이드 3D 프린터가 소개되었다. 발명품은 Ionel Ciobanuc가 만든 5인치 LCD인데 nanoDLP 소프트웨어로 운영되는 Raspberry Pi(싱글 보드 컴퓨터)에 장착되어 있고, 간단한 엔진이 달린 Z축이 레진을 사용해 프린팅을 한다. Brian은 “이 발명품은 제대로 작동이 되는 것으로 확인됐다. Form Labs 프린트나 필라멘트를 사용하는 프린터와 비교했을 때, 성능이 뛰어난 것은 아니지만 프린터가 작동이 된다는 것에 의의가 있다”라고 말했다. 개발자는 이번 발명품이 실험용이자 컨셉 제품으로 만들어졌다고 밝혔다.   “이번에 YouTube에서 소개된 실험적인 3D 프린터는 간단한 재료를 사용해 3D 프린팅을 할 수 있다는 것을 보여준다. 이번 실험은 레진 프린터를 100달러 이하로 제작 가능할지도 모르고 추가 실험으로 원가가 더 내려갈 수도 있다는 것을 보여준다. ‘레진 용기 바닥에 디스플레이를 설치’하는 ONO 프린터의 아이디어는 구현이 가능한 것으로 보인다”라고 Brian은 언급했다.http://www.ihandler.co.kr/sub.php?contents=board&load=board_view&usemode=view&board=solutions&no=6&range=0&keyword=&keymode= 
강민정 2016-11-23
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아디다스, 해양 플라스틱으로 만든 업그레이드된 기능성 제품 출시

마크 J. 번스해양환경보호단체 팔리포디오션스(Parley for the Oceans)와 아디다스는 해양 플라스틱 오염에 대한 인식을 높이기 위해 새로운 기능성 제품을 11월에 선보였다.신제품에는 울트라부스트 언케이지드 팔리(UltraBOOST Uncaged Parley) 러닝화와 레알 마드리드와 바이에른 뮌헨 축구팀이 11월에 착용하는 유니폼이 포함되었다.두 제품 모두 몰디브 해안에서 발견된 팔리의 해양 플라스틱과 쓰레기로 만든 첫 번째 의류와 신발이다. 이번 여름 세계 해양의 날을 기념하여 팔리포디오션스와 아디다스는 해양 쓰레기로 만든 ‘아디다스 x 팔리’ 한정판 운동화를 제작했다. 아디다스의 글로벌 브랜드 책임자인 Eric Liedtke 상임이사는 “이번 신제품 출시는 아디다스와 팔리포디오션스가 가고 있는 여정의 한 단계라 할 수 있다. 우리는 해양 재생 플라스틱으로 신발을 생산해냈을 뿐만 아니라, 최초로 100% 해양에서 가져온 재료로 만든 운동복을 만들어냈다”고 밝혔다.아디다스는 95%이상 해양 플라스틱으로 만든 울트라부스트 언케이지드 팔리를 7,000 켤레 생산할 예정이다. 이번 러닝화는 아디다스가 2017년 연말까지 팔리의 해양 플라스틱으로 만들 백만 켤레의 울트라부스트 시리즈에 포함되는 제품이다.   팔리포디오션스의 Cyrill Gutsch는 “이번 신제품 출시는 사람들의 인식을 고취시키는 것에만 국한되는 것이 아니라, 플라스틱 쓰레기의 순환을 완전히 끊기 위한 전략을 실행에 옮기는 것이다”라며, “녹색혁신(Eco-innovation)의 특징은 개방적이라는 것이다. 해양 플라스틱 운동복과 울트라부스트 언케이지드 아이다스 x 팔리 운동화 출시로 우리는 모든 고객과 운동선수, 팀과 팬들이 Parley A.I.R.를 통해 영향력을 행사하고, 이 환경 운동에 동참할 수 있도록 한다”라고 밝혔다.http://www.si.com/tech-media/2016/11/07/adidas-parley-ocean-plastic-pollution#
강민정 2016-11-17
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한국엔지니어링플라스틱(주) 신제품소개

폴리아세탈 호모폴리머 H100
이용우 2016-11-04
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컴파운딩의 기본적 개념

프라딥 박쉬 박사컴파운딩 기술에 서로 다른 성질이 공존하는 것은 이 기술의 본래 특성이라 할 수 있다. Mixing(혼합)의 가장 기본적인 예는 2가지 이상의 재료를 컴파운딩하는 과정이다. 주로 이 2가지 종류의 Mixing과정은 Dispersive(분산) Mixing과 Distributive(분배) Mixing이다.Dispersive(분산) Mixing은 염료와 같은 덩어리들의 사이즈를 이상적으로 일차입자 크기로 줄여 균일하게 분배하는 것이다.Distributive(분배) Mixing은 뭉쳐진 염료 입자를 균일하게 분배하는 것으로써, 분배함으로 인해 추가적인 성분의 크기가 줄어들진 않고, 폴리머 matrix(매트릭스)와 dispersed phase(분산상(分散相)) 사이의 interfacial area(계면적(界面積))을 늘리는 것이다. 분배는 분산을 일으키지 않고 일어날 수도 있으며, 분산은 보통 분배를 일으킨다. 컴파운딩의 완벽한 예는 매일 일상에서 사용되는 빵 반죽을 준비하는 것과 같다. 반죽을 만드는 것은 컴파운딩 과정의 필수요소들을 모두 갖추고 있다. 이 과정은 모든 컴파운딩 과정의 훌륭한 사례이다.그런 이유로 플라스틱 생산용 압출기와 매우 유사한 몇몇 컴파운딩 압출기들이 식품가공 산업에서도 쓰이고 있다.효과적인 채널 깊이는 스크류 날개를 채우는 재료의 실제 깊이다. 이 깊이는 Feed(투입), RPM과 같은 다른 매개 변수에 의존하는 변수이다. 공식 2에서 재료의 전단속도를 결정할 때 이 매개 변수가 가장 중요하다. 가장 중요한 것은 투입 속도와 스크류 RPM이 이상적인 레벨로 설정되어 있고, 그로 인해 토크 또한 그렇게 설정된다는 것이다. 이러한 케이스는 유리섬유와 같이 부서지기 쉬운 재료를 처리할 때 해당된다.위의 공식으로부터 도출되는 결론은 다음과 같다.
강민정 2016-11-04
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사출성형조건의 기본원칙

유도썬스(주) 김영기 전무이사1. 쿠션과 보압 절환점사출성형기의 사출성형에서는 사출장치의 스크류 직경(㎜)이 제일 중요하다.즉, 이 스크류 직경(D)과 스크류(계량) 스트로크(S)에 의해서 이론사출용적이 계산된다.         - 이론 사출용적(㎤) = 스크류 단면적(㎠) × 스크류 스트로크(㎝) - 스크류 단면적(㎠) = π(3.1416) × 스크류 반경(㎝) × 스크류 반경(㎝) - 사출중량(g) = 이론 사출용적(㎤) × 배출율(g/㎤) 그리고 사출성형에서 더욱 중요한 사출압력과 사출속도도 이 스크류 직경에 의해서 결정되고 변경된다. 이 사출압력은 일반적으로 설정하는 유압압력이 아니라 사출실린더와 스크류 직경과 유압압력에 따라서 변경되는 스크류 선단에 걸리는 이론 사출압력을 의미한다. 하지만 이 스크류 직경이 누구나 다 알고 있는 위에서 언급한 내용 만에 국한되지 않는다.쿠션은 사출 충진이 진행되고 보압이 완료되는 시점에서의 스크류의 최종위치를 뜻한다. 간단히 얘기하면 이 쿠션위치도 스크류 직경(D)에 의해서 결정된다. 즉 스크류 직경의 10~20% 사이에 위치하는 것이 좋다. 한 예로 스크류 직경이 50㎜이면 5~10㎜사이에서 쿠션이 잡히면 좋다는 것이다.그러나 더욱 중요한 것이 있다. 스크류 위치로 표시하는 보압 절환 점(위치)이다. 사출 충진이 시작된 후 보압 절환을 스크류의 어느 시점(위치)에서 시작하여 보압이 진행되고 종료된 후 쿠션이 완료되는지가 관건이다. 계량량(사출량)을 중량으로 따졌을 때 98%는 사출 충진으로, 나머지 2%는 보압으로 제품의 치수와 중량, 그리고 수축 등을 잡으면서 원하는 품질을 만들고 재현성을 유지하는 것이다.즉 사출중량의 98%는 사출로 충진시키고 난 후 보압 절환점(위치)에 의해서 보압 절환이 이루어진 후 나머지 2%의 양으로 보압을 진행해야 한다는 것이다.사출량의 98%에 상당하는 보압 절환 점을 알아내는 방법으로는 사출물의 중량을 측정하여 스크류의 거리로 환산하는 방식과 시험초기에 보압동작 없이 보압 절환점(위치)을 점진적으로 줄이면서 사출하는 방식인 부분사출을 병행으로 실시하여 98%에 상당하는 보압 절환 점(위치)을 결정한다.예로 스크류 직경이 50㎜인 경우 사출중량의 쇼트 사이즈가 100㎜이고 쿠션을 스크류 위치 8㎜에서 유지하려고 한다면 계량완료 위치는 8 + 100 = 108㎜가 되어야 100㎜의 양을 사출하고 계량할 수 있다. 여기서 사출중량과 스크류 거리의 백분율은 일치한다.즉 토털 쇼트 사이즈 100㎜의 98%는 98㎜이고 2%는 2㎜가 되므로 원하는 쿠션량 8㎜에 2%의 중량 2㎜를 더하면 최적의 보압 절환위치는 10㎜가 된다.즉 보압 절환위치를 10㎜에 설정하게 되면 108㎜에서 사출을 시작하여 보압 절환위치 10㎜까지 98%인 98㎜가 충진된 후에 보압으로 절환되어 나머지 2%인 2㎜정도 설정한 보압시간과 압력으로 사출중량을 보충하면서 제품의 중량과 치수, 그리고 수축 등으로 외관품질을 최종 보완하는 사출보압 공정이 종료되는 것이다.쿠션이 방석을 뜻하는 것처럼 변화가 있다는 것을 의미한다. 이 쿠션의 변화는 재료, 금형과 가열실린더 등의 온도 변화에 대해서 사출성형기의 사출압력의 변화로서 일정한 중량과 치수 등의 재현성 있는 성형품을 만들어 주기 위한 것이다. 따라서 성형품 중량의 크기에 따라서 쿠션의 변화량도 커지는 것은 당연한 것이다.(성형품 중량을 기준으로 허용편차가 만약 사출중량 대비 1.0%의 허용치를 갖고 있다면 스크류 직경 50㎜와 계량 스트로크(쇼트 사이즈) 100㎜인 성형품의 사용재료 PC(배출율 1.04(g/㎤))기준으로 성형품의 중량을 산출하면 204g(= π(3.1416) × 2.5(㎝) × 2.5(㎝) × 10(㎝) × 1.04(g/㎤))이므로 허용치 1.0%는 대략 2g이내의 편차가 발생되어야 한다.2. 석백량과 배압의 중요성여기에 마지막으로 가장 중요한 계량 후 석백량을 스크류 직경의 10%만큼 설정해 주어야만 매 쇼트마다 NRV(Screw Head Assembly) CHECK RING의 동작과 위치를 동일하도록 하여 일정한 계량량과 사출량을 유지하여 쿠션량의 편차를 줄여 줄 수 있다.     한 예로 스크류 직경이 50㎜이면 계량완료 후 석백량을 최소 5㎜로 설정해 주어야 한다. 계량과 석백 후 스크류의 최종위치는 계량량 108㎜에 석백량 5㎜를 더하면 113㎜이고 여기서부터 사출이 시작되는데 석백량은 제품의 중량에는 영향을 미치지 않는다.특수한 플라스틱재료(특히 재생품 혹은 GF같은 첨가제 사용)나 핫런너와 밸브게이트를 사용하는 금형과 이에 관련된 온도 등 여러 요인으로 쿠션량의 변화가 심할 때 위에서 언급한 계량 후 석백량을 스크류 직경의 10% 만큼 설정해 주면 탁월한 효과를 볼 수 있다. 하지만 밸브게이트를 사용하는 경우 일반적으로 석백을 사용하지 않는 것으로 알고 있으나 성형품의 중량과 쿠션의 변화를 적게 하기 위해서는 석백량을 반드시 설정해야 한다.마지막으로 계량 중 동시에 동작하는 배압은 전혀 사용하지 않는 것 보다는 배압이 필요 없는 경우에라도 어느 정도, 즉 3~5kg/㎠(bar)을 사용하는 것이 계량 양을 일정하게 해주고 가스를 방출시켜주는 등 주요한 역할을 해준다. 물론 가장 중요한 재료의 용융과 믹싱 효과를 상승시켜주기 위해서는 당연히 배압을 최적으로 설정해 주어야 한다.위에서 언급한 내용은 사출기의 성능과 품질이 최적인 상태에서의 가장 기본적인 사출성형조건설정의 원칙에 대해서 얘기한 것이다.하지만 쿠션량의 변화가 심한 것은 사출성형중인 복잡한 특정 성형품의 금형에 장착된 많은 핫런너와 밸브 게이트의 Unbalance와 Control 등에 문제일 가능성도 배제할 수 없다. 3. 계량 스트로크의 중요성사출 성형품의 가장 기본적인 품질은 성형품의 중량과 치수를 일정하게 유지하는 것이 최우선이다. 즉 일차적으로는 계량(중)량이 일정해야 한다. 이는 플라스틱 재료가 가열실린더로 일정하게 공급되어야 한다는 것인데, 공급되는 플라스틱 재료 상태, 수지 공급부 온도와 실린더 및 금형의 온도. 그리고 그 프로파일이 제대로 설정되어 일정하게 유지되어야 하는 것은 가장 기본이 되는 사안이다.그리고 사출성형 프로세스의 기본 원칙은 온도와 압력간의 상관관계인데, 위에서 언급한 재료와 온도의 일정한 조건하에서 계량과 사출에 필요한 적정 배압과 사출압력의 설정 또한 중요하다. 사출과 계량 프로세스에서의 속도와 압력 등의 급격한 변화로 인한 전단열을 줄여주는 것도 반드시 필요하다.결론은 계량량과 사출량을 매 쇼트마다 일정하게 해주어야 하는데, 여기서 가장 중요한 역할을 하는 부품이 NRV(Screw Head Assembly) CHECK RING의 동작과 위치의 재현성이다. 이 NRV CHECK RING의 위치가 매 쇼트마다 사출과 계량 시에 항상 동일한 위치에 있어야만 일정한 양이 계량되고 사출될 수 있는 기본 조건이 되는 것이다.더구나 사출성형품의 중량과 치수 재현성을 확보하기 위해서는 최소 계량(사출)량이 스크류 직경의 1D이상, 그리고 최대 계량(사출)량이 스크류 직경의 3D이하가 되어야 한다는 것이 성형품의 재현성을 위한 중요한 프로세스 원칙 중에 하나임을 알고 있어야 한다.계량 양은 한 사이클 내의 스크류의 전 스트로크이다. 이 선택한 계량 스트로크가 스크류 직경대비 상대적으로 너무 적거나 너무 큰 경우 열적 문제나 표면 불량이 발생할 수 있다.- 계량 스트로크가 스크류 직경보다 작은 경우의 단점(1D)* 열적으로 민감한 플라스틱에 긴 체류시간을 제공* 상대적으로 긴 반응시간이 소요되며, 역류방지밸브(CHECK RING)의 반응시간 편차발생- 계량 스트로크가 스크류 직경보다 3배 이상인 경우의 단점(3D)* 완전히 용융되지 않은 재료에 의한 줄 발생* 기포 발생* 열적으로 불균일한 용융상태4. 가열실린더 온도설정 방법이 계량 스트로크와 관련하여 중요한 것이 가열실린더의 온도인데, 이는 가열실린더의 길이방향 구멍(런너 근처의 노즐에서) 근처에서 측정한 온도이다. 운전에 따라 재료용융에 필요한 에너지의 60에서 85%까지가 구동에너지에 의해서 발생하지만 이 용융온도는 실린더 벽 온도, 특히 후열 2개 존에 의해서 강한 영향을 줄 수 있다.하지만 가열실린더의 온도는 초기에 평균 추천 값으로 시작되어야 하나 아래와 같이 세 가지의 다른 설정방법이 있다. 열적으로 민감한 플라스틱 재료에 있어 용융재료에 열을 적게 가하기 위해 노즐방향으로 증가하는 온도 프로파일을 사용한다. 이 프로파일은 용융재료의 잔류시간이 긴 경우 유리하다.노즐방향으로 증가하다 감소하는 온도 프로파일을 사용하는 경우는 오픈 노즐을 사용하는 경우 다음과 같은 현상을 방지하기 위해 사용한다.용융재료에 좀 더 많은 열을 전달하기 위해 호퍼부에서 노즐방향으로 약간 감소하는 온도 프로파일을 사용하는 경우는 다음과 같다.또한 수지공급부의 온도제어는 공급성능과 성형재료 이송의 안정성을 위해 결정적이다. 재료입자와 실린더벽사이의 마찰율이 온도에 의존하므로 이곳의 온도제어가 해당 운전조건과 마찰에 관한 환경에 적합해야 한다. 하지만 마찰 동작을 알지 못할 때 수지공급부의 최적온도는 기계를 설정할 때 결정되어야 한다. 여기서 스크류 스트로크에 의한 공급성능의 가이드로서 일정한 계량용량이 고려될 수 있다.이 수지 공급부 온도도 평균 추천 값으로 시작하고 가소화 시간이 매 쇼트 별로 일정한지 점검할 것을 추천한다. 그렇지 않을 경우엔 가능한 수지 공급부 온도의 점진적 변화가 보다 좋은 기계설정을 유도한다.
이용우 2016-11-04