[헬로티 = 자료 제공 LS엠트론 기술교육 아카데미]
우리가 일상에서 가장 많이 사용하는 재질은 아마 플라스틱과 철일 것이다. 특히 플라스틱은 현대 문명을 가능하게 한 새로운 공업재료이며, 우리 생활에서 없어서는 안 될 소재 중 하나다. 이 플라스틱을 가공해 생활과 산업에 알맞게 재작할 수 있도록 돕는 기술이 금형 그리고 사출성형이다.
▲사진 : 게티이미지뱅크
일상과 가까운 기술, 사출성형
제조업은 플라스틱 소재를 활용해 일상생활에 필요한 제품을 만든다. 이를 위해서는 제품의 형상을 뜬 사출금형이 필요하다.
거기에 적합한 플라스틱 소재를 외부에서 열을 가해 녹여 금형 내부로 녹은 플라스틱 수지를 주입시키는 작업이 필요하다. 이와 같이 녹은 플라스틱 수지를 제품으로 만들기 위해 제품 모양을 금형 틀 안으로 밀어 넣는 작업을 ‘사출’이라 한다.
플라스틱 공업화 연대는 1909년으로 추정되며, 열경화성 수지인 ‘베크라이트’의 실용화 계기가 그 시초라 할 수 있다. 이어 1934년 고분자화학의 발달에 힘입어 ‘메타크릴’이라는 최초의 열가소성 수지가 개발됐고, 1938년에는 미국의 듀폰사에 의해 ‘나일론 수지’가 발명됨으로써 세계적인 플라스틱 성형 개발이 일어난다.
플라스틱을 가전제품, 자동차, 스마트폰 등 일상생활이 필요한 제품으로 만들기 위해서는 특별한 장치가 필요하다. 우선 플라스틱 재료(수지)가 있어야 하고, 만들고자 하는 제품의 형상을 가진 금형이 있어야 한다.
끝으로, 플라스틱을 녹여 장착된 금형 내부에 주입시키는 기계가 필요하다. 즉, 플라스틱 제품을 성형하기 위해 제작된 사출성형 전용기계를 ‘사출성형기(Injection Molding Machine)’라고 한다.
▲사출성형 기술은 가전, 스마트폰, 자동차 등 일상생활과 친숙한 기술이다.
사출성형기는 지난 1869년 미국에서 최초의 플라스틱의 형태인 셀룰로이드가 발명된 이래 수많은 형태로 발전을 거듭해왔다. 수압형 사출기부터 인력을 이용한 기계식 사출기, 구동원에 유압을 사용하는 유압식 사출기, 최근에는 토글메커니즘과 전동모터를 이용한 전동사출기까지 성형품의 품질 향상과 생산성을 위해 꾸준히 변화하고 있다.
사출성형기에는 사출금형을 부착시킬 수 있도록 돼 있으며, 사출성형하기 위한 성형 조건을 입력하도록 패널이 구성돼 있다. 성형 조건이란 플라스틱 제품을 성형하는 데 갖춰야 할 기본적인 조건을 말한다.
한편, 성형하기 위해서는 고체화된 플라스틱 재료를 용융시켜 금형 내부를 흐르도록 하는 작업이 첫 번째다. 성형재료는 사출성형기의 가열 실린더 속에서 스크류의 회전으로 균일한 용융체가 돼 스크류의 앞쪽 끝부분에 축적된다.
다음으로 용융된 플라스틱 재료를 금형 내로 주입시키기 위해서는 일정한 힘 다시 말해 사출 압력과 사출 속도가 요구된다. 스크류는 그 양만큼 후퇴하고 사출할 때는 스크류가 전진해 한꺼번에 성형재료를 높은 압력으로 금형 속에 충전시킨다.
▲LS엠트론 전동식 사출성형기 WIZ 220E
열가소성수지는 이때 냉각에 의해 고화가 진행되고, 열경화성수지는 가열에 의해 경화가 진행된다. 냉각된 성형품은 금형이 열리면서 나온다. 사출성형기는 이와 같은 조작을 자동적으로 반복하면서 지속해서 성형품을 만든다.
최근에는 안경렌즈, 기어 등 정밀도가 높은 성형품을 만들 때 사출압력·사출속도·가소조건 등을 포함해 프로그램 제어를 할 수 있고, 무인운전이 가능한 사출성형기도 등장했다.
사출성형의 종류
플라스틱 사출성형이란 가열 용융한 플라스틱 재료를 고압으로 금형에 주입해 냉각 고화 또는 경화 시켜, 금형을 열어 성형된 플라스틱 부품을 얻는 성형 방법이다.
3차원의 다양한 형상의 플라스틱 제품을 생산하는데 가장 널리 사용된다. 따라서 사출성형은 플라스틱 제품을 효율적이고 정밀하게 성형하기 위해서는 적절한 사출성형기와 금형을 사용해야만 한다. 플라스틱 사출성형기를 분류하는 방식은 여러 가지가 있는데, 아래의 표로 정리해봤다.
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형체장치 구조에 따른 분류 |
구동 동력 방식에 따른 분류 |
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- 직압식 - Toggle 식 - 복합식 |
- 유압식 - 전동식 - 하이브리드 방식 |
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사출장치 구조에 따른 분류 |
기계배열 방식에 따른 분류 |
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- In-Line Screw 방식 - Screw Pre-Plastication 방식 - Plunger Pre-Plastication 방식 - Plunger 방식 |
- 수평식 - 수직식 |
