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[기술특집] 3D프린터와 텍스처 시트를 이용한 간이 금형에 의한 장식 플라스틱 제품에 대한 적용

입력 : 2020.07.13 14:07

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[헬로티]


오사카 토모마사(大坂 智將),안자이 마사히로(安齋 正博) 芝浦공업대학 대학원

카지 아츠미(梶 溫美) 凸版인쇄(주)


1. 서론


현재 여러 가지 플라스틱 제품이 사출성형에 의해 제조되고 있다. 소비자 요구의 다양화에 의해 최근의 제품은 다품종 소량 생산이 요구되고 있다. 사출성형에 사용되는 금형을 제작하는 전단계로서, 시제작품 제작이나 간이 금형에 의한 시험 블랭킹이 일반적으로 이루어진다. 


최근 이 간이 금형의 인서트를 3D프린터에 의해 수지 재료로 제작하는 기술이 있다. 그것에 의해 가공 시간이 대폭으로 단축되고, 또한 사양이나 설계의 변경도 용이해지며 코스트 절감으로도 이어진다.


또한 플라스틱 제품을 생산하기 위해서는 금형을 제작한 후 그것을 이용해 성형하는 것이 일반적인데, 제품에 고부가가치를 부여하기 위해 표면 장식가공에 의해 이것을 실현하는 경우가 많다. 그러나 표면 장식을 함으로써 새로운 가공 공정이 필요해지고, 하나의 제품에 소요되는 코스트나 시간이 증대한다는 문제가 있다.


이번 연구에서는 3D프린터를 이용해 여러 가지 종류의 수지 재료로 간이 금형의 인서트를 제작, 실제로 사용할 수 있는 것을 확인하는 기초 연구를 해 텍스처 시트를 인서트 표면에 접착함으로써 고정도의 텍스처를 가진 간이 금형의 인서트를 제작하는 방법에 대해 검토했다.


2. 3D프린터를 이용한 인서트의 성형


인서트의 재료로는 ABS 수지, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 에폭시계 수지의 6종을 이용했다. 사출성형 재료는 범용성이 높고 폭넓은 제품에 사용되고 있는 것으로부터 폴리프로필렌을 사용한다. 


사용하는 사출성형기는 닛세이(日精)수지공업(주)의 NPX7-1F로, 인서트의 치수는 20×25×24mm이다. 인서트의 외관을 그림 1에 나타냈다. 인서트는 재료마다 두께가 다른 3종류(t=24, 12, 8mm)를 준비, 12mm, 8mm의 것에는 열전도율을 고려해 배면에 동판을 설치한다. 



100숏의 사출성형이 가능한지의 여부를 목표로 실험을 하고, 10숏마다 디지털 온도계로 성형 직후의 인서트 표면 중앙부의 온도를 측정한다. 성형품의 외관을 그림 2에 나타냈다. 모든 인서트에서 파손 없이 100숏의 성형을 할 수 있었다. 



이번 실험의 금형 치수에서 간이 금형으로서 수지 재료를 사용할 수 있다는 것을 판명했다. 또한 인서트의 표면 온도는 모든 재료에서 t=24mm가 가장 높고, t=8mm가 가장 낮았다. 이것은 인서트의 수지부가 얇아지는 것에 대해, 동의 두께가 증가하고 열전도가 향상됨으로써 빠르게 냉각됐기 때문이다.


3. 텍스처 시트를 이용한 인서트의 성형


이번 실험에서는 사출성형용 간이 금형의 제작에서 코스트와 시간을 단축하는 하나의 방법으로서 앞에서 말한 실험과는 별도로, 동 인서트의 표면에 텍스처 시트를 접착하는 방법으로 간이 금형의 인서트를 제작해 이것을 이용해 사출성형했다.


텍스처의 외관을 그림 3~그림 5에 나타냈다. 이 텍스처 시트는 ㈜타나자와핫코샤(棚澤八光社)의 리얼테크 가공을 실시한 두께 1mm 정도의 시트로, 현재는 디자인 검토 등 모델 제작에 사용되고 있다. 


실제로 가죽주름 모양 1종, 기하학 모양 2종의 텍스처 시트를 인서트에 접착해 사출성형했다. 그 성형품을 그림 3~그림 5에 나타냈다. 어느 텍스처 시트나 정상적으로 패턴을 전사할 수 있고, 100숏 이상의 성형이 가능했다. 그렇기 때문에 텍스처 시트는 간이 금형의 표면 장식 공정에서 사용할 수 있다.



4. 맺음말과 앞으로의 전망


이번 연구에서는 여러 가지 수지 재료를 간이 금형의 인서트로서 사용할 수 있는지의 여부를 확인하는 실험과, 텍스처 시트를 접착한 동제 인서트를 이용해 사출성형을 하는 실험을 수행했다. 


전자에서는 각 재료로 100숏 이상의 사출성형이 가능하다는 것이 판명되었으며, 후자에서는 텍스처 시트를 정확하게 전사할 수 있고 100숏의 성형에 견딜 수 있다는 것을 알 수 있었다. 


앞으로는 텍스처 시트를 수지 재료에 의한 인서트에 접착, 성형가공 실험을 한다. 이것에 의해 3D프린터를 사용한 3차원 형상의 인서트에 복잡한 표면가공을 실시하는 것이 가능해진다고 생각한다.

/서재창 기자(prmoed@hellot.net)

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