저비용 소량생산방법 진공성형(Vacuum Molding) 알아보기

시제품, 목업 제작 시 대량보다는 소량의 제품이 필요한데요, 그래서 3D프린터나 QDM 등 소량생산방법을 찾습니다.

오늘은 저비용 소량생산 방법 중 하나인 진공성형에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 진공성형이란

 

다양한 플라스틱을 금형에 성형하는 기술로 1955년 일본에서부터 공업화가 시작되었고, 최근에는 대기압 대신 압공을 이용하는데요, 디자이너나 엔지니어, 산업 환경에서 많이 사용되고 있습니다.

 

열 성형으로 알려진 진공성형은 열성형법 가운데 가장 널리 행해지는 방법으로 PVC, PET, PP, PS, PE, ABS플라스틱 시트, 필름을 금형 위에 클램프 한 채 가열 연화시키고, 형과 틀 사이를 진공으로 해서 시트를 형에 밀착시켜 성형해 냉각 후 성형품을 꺼내는 방법으로 제품을 생산합니다.

진공성형은 인장강도 및 신장의 온도변화와 압력이 중요한 과제이며 간판류, 냉장고 내의 형물, 라면용기, 야쿠르트 용기, 컵, 계란난좌, 두부케이스 등의 성형에 적합합니다.

 

성형 방법에는 스트레이트 성형법과 드레이프 성형방법이 있습니다.

 

1) 스트레이트 성형법

- 오목형 금형에 가열한 필름과 시트를 진공방법으로 밀착시켜 성형하는 방법이며 성형품 바닥의 코너부가 가장 얇아져 두께의 분포가 좋지 않은 경향이 있다.

 

2) 드레이프 성형법

- 블록형 금형에 일단 시트나 필름에 열을 가해 미리 늘려 놓은 다음 밀어 올려서 성형하는 것을 말하며 깊은 형물을 만드는데 사용된다.

 

2. 장단점

1) 장점

① 설비비용이 저렴하다.

② 생산성이 양호하다.

③ 금형의 소재가 다양하고, 저렴하다.

④ 얇은 두께의 성형이 가능하다.

⑤ 마무리 가공과 장식 보호가 양호하다.

⑥ 포장 산업에 사용될 경우 제품의 완전 자동포장라인을 이룰 수 있다.

 

2) 단점

① 후가공 및 마무리 작업이 필요하고, 스크랩이 다량으로 발생한다.

② 시트를 먼저 제조해야 제작 가능하다.

③ 정밀한 두께 조정이 어렵다.

 

3. 공정방법

① 원재료 투입

- PVC, PET, PP, PS, PE, ABS 등의 플라스틱 시트를 진공 성형기에 공급한다.

② 열을 가해 플라스틱 시트 부드럽게 하기

- 열을 통해 플라스틱 시트를 부드럽게 해서 시트가 변형 가능한 상태가 되도록 한다.

③ 금형을 통해 성형

- 금형을 통해 플라스틱 시트를 원하는 형상으로 만든다.

④ 금형에서 이형 및 이동

- 플라스틱 시트를 금형에서 이형시키고 이동하여 제품 단위별로 자른다.

⑤ 제품별 커팅 및 포장

- 유압절단기를 이용해 제품별로 커팅하고 포장한다.

 

진공성형기에 금형을 부착한 후 일정한 두께의 합성수지 시트에 열을 가하면 시트가 변경 가능한 상태로 변하는데 이때 진공 흡입을 위한 펀칭 된 금형으로 시트를 이동한 후 금형의 형상표면에 밀착되게 합니다.

그리고 공기를 밀폐 후 진공 구멍을 통하여 금형 내부에 공기를 급속투입하면, 내부의 압력 저하에 의한 대기압의 압력으로 제품이 성형됩니다.

 

냉각공정을 거쳐 금형에서 내용물을 떼어내고, 이를 필요상태로 절단하여 제품화하면 공정은 끝이 납니다.
이때 필요로 하는 제품 모양의 금형은 알루미늄으로 제작되고, 금형의 크기를 성형기의 프레임에 어느 정도 맞춰주어야 하며 금형 개발 시에는 제품 모양에 따라 절단할 수 있는 절단 칼판도 함께 제작되어야 합니다.

 

4. 플라스틱 종류와 특징

① PC : 내열성이 우수하고, 투명하고, 견고하며 충격에 강하다. 가격 때문에 특수한 용도에 쓰인다.

② PE : 두가지 타입이 있는데 Ldpe(저밀도 polyethylene)와 HDPE (고밀도polyethylene). 두 가지 모두 필름이나 병에 쓰이며 HDPE가 좀더 견고하다.

③ PP : 가장 쓰임이 많다.

압출, 블로우성형, 사출성형, 압축성향, 진공성형이 가능하고 섬유, 필름 또는 다양한 색상이나 투명한 폼으로 만들수 있으며 주로 용도는 포장지와 같은 필름 형태로 사용되며 온도가 변수인 곳에서의 병에 사용된다. 그리고 PE보다는 유연해지는 온도가 높다.

④ ABS : 인장강도나 강성이 별로 저하하지 않고 우수한 내충격 강도 특히 저온에 있어서 충격강도를 갖고 또한 열변형온도가 높다.

전기적 성질, 내화학 약품성, 내유성이 우수하고 또한 사출성형, 압출성형, 진공성형, 흡입성형등 소위 모든 성형법이 적용 가능하고 또한 칫수안정성, 내크립성이 우수한 광택의 좋은 성형품이 얻어지는 등 많은 우수한 성질을 같이 갖고 있으며 ABS 수지는 모든 플라스틱 중에서도 가장 도금하기 쉬운 재료다.

 

지금까지 저비용 소량생산 방법 중 하나인 진공성형에 대해 알아보았는데요, 특징과 장단점, 그리고 어떻게 제작하는지, 사용되는 플라스틱 소재들은 어떤 특성이 있는지 알게 돼서 진공성형을 진행할 때 도움이 될 것 같네요!