기술과 솔루션
사출성형조건의 기본원칙과 체계적인 금형 시험 Injection Molding Basic & Systematic Mold Proving
작성자 : 편집부
2021-07-12 |
조회 : 1860
1. 서론
인류의 삶에 지대한 영향을 끼친 20세기의 기적의 소재, 플라스틱의 개발과 사출성형기의 개발로 다양한 제품 개발과 산업 발전에 기여한 공이 어마어마하게 큰 반면에 국내에서는 성형품을 양산하는 사출성형기술은 금형처럼 뿌리산업으로 지정된 것도 아니고 다른 산업과 달리 체계적인 교육 기관인 전문기관이나 교육과정 등이 아예 없거나 부족하고, 특히 전문가 자격증을 부여하는 기사나 기술사 시험도 없는 것 같아 야속하기만 했는데, 이번에 정부에서 뿌리산업법을 전면 개정해서 하기 도표와 같이 기존 6개에서 사출·프레스를 포함해 8개가 뿌리산업에 추가되어 변화를 기대해볼 만하다.
기존의 뿌리 기술은 금속 소재를 활용한 주조, 금형 등 6대 공정기술이었는데, 신소재 등장, 경량화 추세 등 4차 산업혁명에 대응한 뿌리산업 디지털화 확산, 글로벌 밸류체인(GVC) 진출 확대를 위한 수요 맞춤형 고부가가치화, 기업 경쟁력 제고 및 차세대 뿌리 기반조성을 확대해 나간다는 전략이다.
이에 따라 정부는 노동집약적, 低부가형 산업구조에서 탈피해 “미래형 구조로의 전환을 위한 뿌리산업 육성”이라는 비전하에 하기 표와 같은 4대 분야를 중심으로 “2021년도 뿌리산업 진흥 실행계획 추진 과제”를 마련하고, 정부 자금을 투입하여 적극적으로 육성해 나갈 예정이다.
하지만 이와 별도로 사출성형산업에서는 기술을 터득한 성형기술자들이 정당하게 인정도 못 받는 현실이 된 지 오래고, 언제부터인가 제조업 대부분이 어렵고(Difficult), 더럽고(Dirty), 위험한(Dangerous) 3D 업종으로 취급되어 유망한 젊은이들이 신규 진입하지 않고 단기 체류 외국인들로 대체되고 있어 이번에 뿌리산업으로 지정된 중소 사출성형회사들을 더욱 안쓰럽게 하고 있는 것이 사실이다.
Industry 4.0, 즉 스마트시대로 일컫는 4차산업 시대에도 제품을 개발하는 데 가장 중요한 역할을 하는 플라스틱 사출성형기술과 전문인력이 필요한데 현실이 뒷받침되지 않고, 더욱이 근래의 글로벌화에 편승하여 기업들이 해외로 빠져나가고 있지만 사출성형공장을 제대로 운영할 좋은 인재를 구하는 것이 하늘의 별 따기처럼 어려운 현실이 되고 있다.
너무 잘 아는 것처럼 양품의 성형품을 양산하기 위한 사출성형의 조건과 공정이 어느 하나 쉬운 것이 없다. 그리고 사출 업체의 성형기술자들은 그동안 선배로부터 배우고 시행착오를 통한 경험한 대로 각자 다르게 성형조건을 설정하여 성형품을 생산하고 있는 것이 현실이다. 즉 사출성형조건의 설정에는 원칙이 없다는 것이 정설로 되어있다.
사용 수지의 특성과 성형품의 디자인, 금형과 사출성형 기계 등에 의한 사출성형해석에 의해서 산출된 사출 조건을 사출성형기와 연동해서 자동으로 조건 설정이 가능하고, 여기에 상기 그림과 같이 Industry 4.0에 부합한 AI(인공지능), Deep & Machine Learning, Big Data에 의한 최적의 사출 조건이 더해져서 양품을 양산할 수 있는 시스템이 구축되고 사출성형기는 사출성형조건이 변화할 때 적응제어(Adaptive Control)가 가능하여 더이상 불량품을 생산하지 않는 그 날이 그리 멀지 않을 것 같다는 희망을 품어본다.
그날이 오기를 기다리면서 이러한 것들을 종합적으로 처방할 수 있는 이 연재 자료에서 서술하고 있는 “사출성형조건의 기본원칙과 체계적인 금형 시험”을 사출성형공정에 적극 활용하여 추후 불량품 생산을 최소화할 수 있는 기반을 구축할 수 있기를 기대한다.
2. 사출성형공정
기계 변수는 요구하는 특성의 성형품을 얻기 위해서 사출성형기나 추가 장치에 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 방해 요소로는,
• 온도와 점도 변화
• 계량에서의 양 변화
• 스크류 팁의 부정확한 동작
등인데, 이 요소들이 공정데이터에 의해 기록될 수 있고, 성형품의 품질확보를 위해 사용된다.
공정변수가 상응하게 평가되고 방해 요소에 대한 결론을 알기 위해서 언제 어디서 어떻게 측정되는지 반드시 알아야 한다.
그래서 작업과 금형 및 사출성형기의 기능을 좀 더 세밀하게 조명하는 것이 필요하다.
