1. 사출 금형이란 무엇인가요?

사출 금형이란 고온에서 용해된 플라스틱 수지를 금형 내부에 주입하여 냉각 과정을 거쳐 제품을 생산하는 공정을 말합니다. 금형에도 프레스, 다이캐스팅, 블로우 등 여러 가지 제작 방법이 있으며 사출 금형이란 폴리머 계열의 열가소성 수지를 사용하는 성형 방식을 나타냅니다. 주로 사용되는 소재로는 ABS, PC, PE, PP, PET, PVC 등이 있으며 그 외 연질(부드러운 성질) 소재도 자주 사용됩니다.

2. 특징 (장점과 단점)

 2-1) 장점

• 결과물의 품질이 우수하다
• 부품의 치수 정밀도가 높다
• 자동화 방식으로 생산 속도가 빠르고 대량생산에 유리하다
• 생산 단가가 저렴하다
• 성형품에 다른 재료(또는 부품)를 추가하여 제작할 수 있다 (ex 인서트 방식)

 2-2) 단점

• 초기 금형 제작시 비용 부담이 높다
• 최소주문수량(MOQ) 이하의 소량 생산시 효율성이 떨어진다
• 제품의 수정 및 변경이 다소 제한적이다

사출 금형 공정을 나열해보면 설계 도면을 토대로 견적 산출-> 금형 설계-> 가공-> 후가공 및 조립-> 시사출-> 품질 검사(QC)-> 수정 및 보완-> 시사출-> 검사 후 생산 총 9가지 단계로 구분됩니다. 수정 및 보완 작업을 제외하더라도 최소 6가지 단계를 거쳐야만 제품 생산이 가능하며 이를 위해서는 반드시 2D 또는 3D형태로 제작된 설계 도면이 필요합니다.
 
많은 분들이 제품 개발과 관련하여 견적을 문의하실 때 설계비용과 함께 양산시 발생하는 생산 비용과 사출 단가를 물어보시는 분들이 많습니다. 그러나 사출 금형 작업의 전체적인 견적을 산출하기 위해서는 위에서 소개드린 각 단계에 소요되는 인건비와 함께 작업 기간, 개발 난이도(ex 금형 설계 난이도), 사출 소재, 공장 스케줄 등 다양한 요소들을 살펴봐야 하며 이 역시도 설계 도면이 없으면 산출할 수 있는 방법이 없기 때문에 제품의 생산 비용을 대략적으로 확인하기 위해서는 반드시 설계 도면을 업체에 제공해주셔야 합니다.

3. 부담스러운 초기 금형 비용, 줄일 수 있는 방법은 없을까?

금형의 가격을 결정하는 요소로는 금형의 크기와 구조의 복잡성에 따른 설계 및 가공 난이도, 생산 수량, 후처리 작업의 여부, 금형강과 사출 소재의 종류가 있습니다.

 3-1) 제품의 크기=금형의 크기=>금형비↑

금형이란 제품을 본떠 만든 금속의 형틀을 일컫는 말로 부품 수량이 많거나, 제품의 사이즈가 큰 경우 금형의 부피 역시 커지게 됩니다. 그러다보니 금형 제작에 사용되는 소재 비용도 증가하게 될 뿐만 아니라 사출기기 역시 크기가 커져야 하며 경우에 따라서는 사출기계 2대 이상을 사용해야 되는 경우가 발생합니다. 이로 인해 발생하는 인력의 추가와 기타 여러 가지 사항들은 결국 생산 비용을 향상시키는 주요 원인이 됩니다.

 3-2) 설계 구조=금형의 구조=> 가공 난이도↑, 공정↑

제품의 디자인과 설계 작업은 설계 난이도 외에도 디자이너(또는 설계자)의 능력에 따라서 똑같은 결과물이라도 작업 시간과 제품 구조에 차이가 발생합니다. 사각형 형태의 단순한 제품을 설계하는 것과 기하학적인 형상의 제품을 디자인하는 것 2가지 중에서 더 많은 시간과 전문성을 요구하는 경우는 무엇일까요? 당연히 복잡한 형상을 설계하는 것이 전자보다 훨씬 더 많은 집중을 요구합니다.
 
금형의 설계 역시 마찬가지입니다. 플라스틱 사출금형을 통한 제품 생산을 위해서는 용해된 금형 내부에 사출 소재가 주입되었을 때 냉각시킬 있는 수로 설계와 좌/우측 금형이 벌어지면서 사출품의 취출이 용이하도록 금형의 구조를 설계해야 합니다. 이러한 금형의 구조에 따라서 제품의 생산시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 소재량, 수축 및 변형으로 인한 불량률이 개선될 수 있습니다. 그리고 이렇게 설계된 도면을 바탕으로 실제 사출기에 장착하기 위한 금형의 몰드베이스와 코어, 캐비티를 가공해야 하는데 이 과정에서 가공하는 형상이 복잡해지면 가공 방식의 한계로 인해 제작 시간의 증가와 함께 추가 공정이 발생하게 되며 결국 위에 설명드린 예시와 마찬가지로 추가되는 공정으로 인해 작업 조건이 늘어나면서 초기 금형 제작 비용을 향상시키는 요인이 됩니다.

 3-3) 제작 수량과 생산성의 관계

기본적으로 금형을 이용한 플라스틱 사출 제조 공정은 다품종 소량생산보다는 대량생산을 목적으로 사용되는 방법입니다. 금형 가공시 소재를 선정하는 요소로는 사출 소재의 녹는점과 함께 생산 수량 역시 고려됩니다. 사출 과정을 살펴보면 좌/우측에 장착된 금형이 반복 이송과정에서 서로 부딪히게 되는데 이때 금형에 충격이 가해지면서 내구성이 저하됩니다. 이로 인해 금형의 결함 및 균열로 인한 파손이 발생하게 되며 이는 사출품의 품질에 영향을 주기 때문에 제품의 생산 수량이 많을수록 단단한 재료를 사용해서 금형을 제작해야 합니다.

4, 원가 절감을 위한 사출 금형의 과정의 핵심

정리하자면 초기 금형 제작시 비용 부담을 최소화 하기 위해서는 제품의 초기 디자인 및 설계 작업부터 금형 설계 및 가공 작업을 고려하여 구조를 개선하고, 부품 수량을 최소화하여 설계할 수 있는 방식을 적용할 필요가 있으며 생산 수량의 경우 양산 과정에서 발생하는 재고가 부담되는 경우 간이금형 방식을 활용한 소량 사출 작업을 진행할 수 있도록 제품 기획 과정에서 초도품의 생산 수량을 계획하고 제품 설계를 준비하는 것이 바람직합니다.

5. 알아두면 좋은 금형 용어들

 5-1) 코어 

성형품을 본떠 만든 금형 내부의 가공면을 나타냅니다. 코어는 볼록한 부분과 오목한 부분 2가지를 가리키며 고정측에 있는 면을 고정측코어, 가동축에 있는 것을 가동측코어로 부릅니다.

 5-2) 캐비티

많은 분들이 코어와 캐비티를 헷갈려 하시는 것 같습니다. 코어는 성형품의 가공판을 통틀어 일컫는 말이라면 캐비티는 코어에 가공된 부분을 나타낼 때 사용합니다. 이해가 어려우실 수 있으실 것 같아 사진을 첨부합니다. 사진에 표시된 금형은 패밀리 금형으로 빨간색으로 표시된 부분을 1캐비티 라고 부릅니다. 같은 종류의 부품이 2개 이상인 경우에는 2캐비티라고 할 수 있으며 이러한 금형을 멀티 캐비티 금형(멀티캐비티금형), 2개 이상의 다른 부품으로 구성된 경우 각각의 부품당 1캐비티+1캐비티로 계산하여 패밀리 금형(패밀리 금형) 이라고 부릅니다.
 

 5-3) 몰드베이스

금형 제작에서 가장 큰 비용을 차지하는 부분으로 코어를 보호하고 사출기계에 장착되며 사출품 냉각을 위한 수로가 적용되는 부분입니다. 일반적으로 코어+캐비티+몰드베이스를 합쳐 금형이라고 합니다.

 5-4) 리브

사출 과정에서 두께가 너무 얇은 경우 변형 및 내구도 저하 등의 문제를 발생할 수 있으며 이를 방지하기 위해 두께가 얇은 단면에 보강살을 덧붙이는 작업을 말합니다.

 5-5) 살빼기

냉각과정에서 제품의 두께 차이가 크게 나타나는 경우 냉각 시간의 차이로 인해서 생산시간 소재 사용량 증가로 인해 사출 단가가 높아지게 되고, 불량의 원인이 될 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 설계 과정에서 불필요한 부분을 줄이고 제품의 전체 두께를 일정하게 가져갈 수 있도록 설계를 보완하는 것을 말하며 사출 설계의 핵심 중 하나라고 할 수 있는 중요한 요소 중 하나입니다.

 5-6) 구배

사출품의 취출 과정에서 파손 및 스크래치를 방지하고 금형에서 굳은 제품을 빼기 용이하도록 제품의 형상에 임의의 각도를 주는 것을 말합니다.

 5-7) 언더컷

금형의 개폐 과정에서 사출물의 간섭으로 제품의 취출이 불가능한 형태를 나타내는 말로 이 경우 설계 수정 또는 슬라이드 금형을 통한 보완이 필요합니다.

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