플라스틱 제품 설계 단계에서는 디자인 뿐 아니라 실제 생산 과정인 사출 금형 단계도 고려하는 것이 중요 포인트!
제품 개발은 제품 디자인 – 제품 설계 – 시제품 제작 – 생산 과정의 단계를 거칩니다. 물론 디자인 전에 시장 조사와 소비자 분석 등의 잠재 판매 가능성을 점치고 컨셉을 결정하는 단계도 필요합니다. 이렇게 제작되는 제품은 대부분 플라스틱 소재로 만들어집니다.
일반적으로 시중에서 판매되는 제품들은 대부분이 플라스틱으로 만들어집니다. 그리고 이 플라스틱 제품의 90%는 금형을 이용해 사출된다고 합니다. 그렇다면 플라스틱 제품 설계 단계에서 사출 금형을 고려해야만 생산에 유리할 것이라고 충분히 예상할 수 있는데요. 우선 몰드를 이용한 플라스틱 사출에 사용할 수 있는 소재의 종류를 먼저 확인해보고 사출 금형을 고려해야만 하는 이유를 세세하게 확인해보겠습니다.
플라스틱 제품 설계에 선택할 수 있는 소재 종류
플라스틱은 대표적인 석유 계열 합성수지로 쉽게 모양 변형이 가능한 대표적인 소재입니다. 가볍고 강도가 높다는 특징이 있고 색상 변경이나 가공이 쉽다는 장점이 있어 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 그리고 내부식성이나 내화학성이 높아 장기간 사용할 수 있어 천연소재를 대체하는 용도로 개발되었습니다.
PET(polyethylene terephthalate)
페트라고도 불리는 PET는 우리 생활에서 가장 익숙한 플라스틱 종류가 아닐까 싶습니다. 투명도가 높아서 생수나 음료 용기로 많이 쓰이는데요. 이렇게 용기 제작에 많이 쓰이는 소재이기 때문에 일반적인 플라스틱 사출 방법이 아니라 블로우 성형 방식을 이용해야 합니다. 플라스틱 제품 설계는 이처럼 제품 형태의 특성이나 용도를 충분히 고려해야 합니다.
PE(polyethylene)
폴리에틸렌 PE는 유연함이 있는 소재로 크게 LDPE와 HDPE로 구분할 수 있습니다. LDPE는 저밀도 폴리에틸렌으로 고무와 비슷하여 유연한 소재입니다. 반투명한 색상이 특징이며 화장품 펌프 부자재의 튜브로 사용됩니다. HDPE는 고밀도 폴리에틸렌으로 우수한 내열성이 특징입니다. 전자레인지 용기 같은 식품 관련 용기에 사용됩니다.
PP(polypropylen)
폴리프로필렌 PP는 단단하고 광택이 적은 것이 특징입니다. 저온에 강한 소재이며 약품 등에 노출 되어도 잘 견디는 특징이 있습니다. 그 덕에 약품 용기등으로 많이 사용됩니다.
PC(Polycarbonate)
폴리카보네이트인 PC 재질은 엔지니어링 분야에 자주 사용되는 내구성, 내충격성이 높은 소재입니다. 투명성이 높아서 유리를 대체하는 소재로도 사용됩니다. 건물의 외부 통로 지붕처럼 튼튼한 곡면이 필요할 때 PC 재질을 사용합니다. 특히나 여행용 캐리어에서 더 익숙하게 보셨을 소재이기도 합니다. 고급형 캐리어는 튼튼한 PC 재질로 만들어지는 경우가 많아서 캐리어 하나 제대로 골라보겠다 하시는 분들은 일부러 PC소재로 제작된 제품을 찾아다니기도 합니다.
PVC(polyvinyl chloride)
폴리염화 비닐 PVC는 강도를 다양하게 조절할 수 있다는 점이 대표적인 특징입니다. 필름 형태로 제작할 수도 있고 연질의 고무 같은 촉감을 낼 수도 있고 공업용 파이프에 쓸 수 있을 정도로 단단하게 만들 수도 있습니다. 선명한 색감을 넣을 수 있다는 특징이 있어 연질 PVC의 경우엔 마그넷, 피규어 등 굿즈로도 제작됩니다.
여기서 잠깐 지금까지 소개한 플라스틱 소재에서 공통점을 발견하셨나요? 바로 P로 시작한다는 점입니다. 모두 풀네임이 poly로 시작하는데 이 poly는 중합체라는 뜻의 polymer입니다. 여러 분자가 결합된 고분자라고 이해하면 됩니다. 플라스틱은 화학적 결합으로 만들어진 물질이기 때문입니다.
사출 금형 과정과 플라스틱 제품 설계에서 사출 성형을 고려해야 하는 이유
플라스틱 제품 설계에 사출 금형 단계를 고려해야 하는 이유를 설명하기 위해서는 먼저 사출 단계에 대한 이해가 필요합니다. 이번 시간은 설계에 집중하기 위해서 사출 단계는 간단하게 설명하겠습니다. 플라스틱 사출은 먼저 액체로 된 원료를 몰드에 밀어 넣는 것부터 시작합니다. 주사기처럼 쭉 밀어 넣고 금형틀에 배치된 냉각수로를 통해 냉각수가 돌면서 몰드 안의 액체 원료를 굳힙니다. 모양이 굳어지면 몰드를 열어 사출품을 꺼내면 됩니다. 자 여기서 고체가 액체로 변하기 때문에 수축으로 인한 이슈가 생길 수 있습니다. 그래서 몰드와 소재, 제작 숙련도가 중요합니다.
플라스틱 제품 설계 중 사출 금형 단계는 수축 뿐 아니라 빼기 구배, 살빼기 등도 고려해야 합니다. 대부분의 플라스틱 제품은 사출 방식으로 만들어지지만, 제품마다 모양이 각기 다릅니다. 개중에는 한 번에 완성이 불가능해 조립을 해야 하는 경우도 있는데요. 조립이 필요한 제품도 어쨌든 각 파트를 사출 성형으로 뽑아내야 합니다. 복잡한 형상도 쉽게 몰드에서 빼낼 수 있게 설계해야 휨이나 긁힘 등을 방지할 수 있습니다.
살빼기는 리브를 세울 때 확인할 수 있는 표현입니다. 제품을 튼튼하게 만들고 싶지만 무턱대고 두껍게 만들면 소재 낭비도 심하고 제조 원가도 높아질 수 있습니다. 그래서 기둥을 세우는 것처럼 리브(Rib)를 넣어 효율을 높이면서 튼튼하게 만드는 방법을 이용합니다. 이 리브도 무조건 많고 두껍다고 좋은 것이 아니기 때문에 제품 단계에서 금형 사출 과정에 충분한 정보가 있는 편이 훨씬 유리하답니다.
