생산 수량을 고려한 금형 소재 선정, 생산 효율을 위한 금형 구조, 불량률을 줄이기 위한 냉각수 길 설계로 사출 금형 제작 비용 절감
지난 게시글에서 플라스틱 성형법 중 사출 성형(injection molding), 압출 성형(extrusion molding), 중공성형(blow molding), 블리스터(진공성형: vaccum foaming), 압축 성형(compression molding)에 대한 언급을 했습니다. 그 중 금형 사출 방식은 플라스틱 제품 제작에 가장 빈번하게 사용되고 있어 제품 개발을 시작하려는 분들을 위해 더 구체적인 내용을 준비했습니다. 제작을 의뢰하며 보통 많이 궁금해하시는 사항은 사출 금형 제작 비용 부분입니다. 금형 제작 비용을 좌우하는 핵심 포인트 세 가지만 추려보았으니 끝까지 함께 해주시길 바랍니다.
먼저 이해를 돕기 위해 금형 제작 과정부터 보여드리겠습니다.
금형 제작 과정
- 금형 설계: 어떤 모양을 가진 제품을 만들 것인지 컴퓨터 속에 3D로 구현합니다. 3D 프린팅을 이용해 시제품을 먼저 제작해보기도 합니다.
- 금형 제작: 제작하고자 하는 모양에 맞는 틀을 제작합니다.
- 사출 성형: 2단계에서 만들어진 금형에 원료를 넣어 직접적인 제품 생산을 하는 단계입니다.
- 원료 주입: 금형을 닫고 그 속에 액체 상태 또는 유동성 있는 상태의 원료를 주입합니다.
- 냉각: 단단하게 모양을 굳힙니다.
- 배출: 금형을 열어 단단하게 굳은 제품을 배출합니다.
- 조립 및 포장: 여러 개의 부품으로 이루어져 조립이 필요한 경우 조립하고, 조립이 필요 없는 경우 사양에 맞추어 포장합니다.
[수량에 따라 다른 금형 소재 선택으로 사출 금형 제작 비용 아끼기]
금형은 틀이 기본이 되어 매번 같은 모양을 만들어내기 때문에 대량 생산에 사용됩니다. 하지만 금형의 소재에 따라 내구성이 달라 한 금형으로 생산할 수 있는 수량에 한계가 있습니다. 금형을 제작하는 것 자체에도 초기 투자가 필요하고 금형 코어 재질에 따라 가격이 천차만별이기 때문에, 생산 예상 수량을 미리 염두에 두어야 합니다. 금형의 소재는 알루미늄, 두랄미늄, 프리하든강 등이 있는데 단단한 소재일수록 가격이 비싸집니다.
예를 들어 약 5,000개의 제품을 생산하려 한다면 비교적 무른 알루미늄을 소재로 하는 QDM(Quick Delivery Mold)을 이용하고, 100,000개 이상의 양산을 원한다면 코어 소재가 단단한 양산 금형을 이용하는 것이 권장됩니다. 만일 초기 비용을 아끼기 위해 QDM으로 시작했는데 수십만 개로 생산량이 늘어난다면 양산 금형을 새로 만들어야 합니다. 비용도 비용이지만 시간까지 또 투자해야 하니 손실이 커지게 됩니다.
같은 이유로 적은 수량을 생산하고자 할 때는 양산 금형에 쓰는 고강도의 금형 소재를 선택할 필요가 없습니다.
[금형 구조가 단순할수록 저렴해지는 제작비]
금형 구조를 어떻게 설계하느냐에 따라 생산 속도가 달라집니다. 작은 부품을 한 금형 안에 각각 새겨 만드는 경우를 떠올려보겠습니다. 액상화된 재료가 각각의 부품 모양 틀 안에 담겨야 하기 때문에 금형 내부가 연결되어 있습니다. 플라스틱 원료를 주입하고 약간의 압력을 가해 틀 안에 원료가 가득 차게 만들기 때문에 연결되는 길에도 플라스틱이 주입되어 굳게 됩니다.
금형을 2~3단으로 나누어 자동으로 필요 없는 부분이 분리되게 하는 방식은 빠르고 편리하지만 금형 제작 자체에도 훨씬 더 많은 비용이 듭니다. 시간이 조금 드는 대신 조금 더 저렴한 것을 이용하고 싶다면 1단 구조에 직접 잉여 부품을 제거하는 수작업을 이용합니다. 비용을 조금 더 들여도 괜찮으니 효율을 높이고 싶다면 복잡한 구조의 금형에 투자해도 좋습니다. 일정 기간 내 생산 예상 수량에 따라 금형 구조의 복잡성도 달라집니다. 그래서 금형 설계와 생산 경험이 풍부한 업체를 이용해 비용은 줄이고 생산성은 높이는 최적화된 금형 구조를 찾는 것이 중요합니다.
[똑똑한 냉각수 길 설계로 불량률 줄이기]
사출 금형은 금형을 이용해 제작 가능한 모양이 다양하다는 점이 플라스틱 산업에서 사랑받는 이유입니다. 여기서 말하는 다양한 모양은 부위별 두께의 다양성도 포함합니다. 사출 금형 안에는 플라스틱 원료를 넣어 굳히기 위해 냉각수 길이 설계되어 있습니다. 두꺼운 부분은 더 굵거나 더 많은 냉각수 길이 있어야 얇은 부분과 동일한 시간 안에 고르게 냉각될 수 있습니다.
동일한 시간 안에 냉각되지 못하고 금형에서 배출되면 물러 외부 충격에 쉽게 모양이 변형됩니다. 모양이 변형된 것은 상품으로서의 가치가 없어져 다시 금형을 수정하고 재생산하는 추가적인 비용 지출이 발생합니다.
오늘은 사출 금형 제작 비용 문제로 고민하는 분들을 위해 비용에 영향을 끼치는 핵심 요소를 세 가지로 나누어 보았습니다.
생산 수량을 고려한 금형의 소재와 생산 효율을 위한 금형 구조, 불량률을 줄이기 위한 냉각수 길 설계가 바로 (주)본시스템즈에서 꼽은 세 가지 핵심요소 였습니다. 불량률이나 제품 생산 속도 등은 모두 비용과 직결되는 부분이기 때문에 이 모든 것을 고루 신경 써야 품질을 유지하면서 비용을 줄일 수 있습니다. 금형 설계 관련 상담을 앞두고 있어 막막할 때 오늘 소개해드린 내용이 도움이 되기를 바랍니다.
금형 제작을 통해 상품 대량 생산을 원하시는 분들은 (주)본시스템즈 홈페이지를 방문하거나 댓글을 남겨주십시오.
