개요

헤드 업 디스플레이는 자동차 시장의 인기 제품입니다. 디스플레이의 반사경은 다른 광학 렌즈보다 부피가 크고 무거우며 성형 난도가 높아, 마지막 증착 프로세스에서 지그가 상대적으로 중요합니다. 지그의 제품 보호 기능을 최대한 보장하고, 증착 시의 불량률을 줄이는 방법이 바로 이번 사례의 목표입니다. ZUSSIN 팀은 몰드 설계 초기 단계에서 Moldex3D를 통해 문제를 검토 및 개선하여 지그의 평탄도 확보, 변형량 최소화, 성형 효율 향상, 몰드 비용 및 향후 양산 시 잠재적 위험 감소를 이뤘습니다.

도전

• 제품 평탄도
• 개발 비용 절감 

솔루션

Moldex3D의 시뮬레이션 지원을 통해 ZUSSIN 팀은 몰드 설계가 제품 평탄도에 미치는 영향을 신속하게 파악하고 평가하였습니다. ZUSSIN 팀은 Moldex3D로 여러 세트의 메인 및 서브 러너 설계, 게이트 위치 및 냉각 채널 설계 방안을 분석하여 최상의 설계 조합을 얻었으며, 이 밖에도 ZUSSIN 팀 엔지니어 역시 Moldex3D측정 노드 마법사를 사용해 제품의 변형량을 평가하고, 제품의 평탄도를 확보하였습니다. 동시에 Moldex3D시뮬레이션은 제품 성형이 최적화될 수 있도록 재료가 변형량에 미치는 영향도 고려할 수 있었습니다.

효과

• 제품 평탄도 85%까지 개선
• 비용이 많이 드는 몰드 수정 및 설계 변경 비용 절감
• 제품 개발 설계 시간 단축

사례 연구

본 사례의 지그 제품은 본체 및 상부 커버(그림 1)의 두 부분으로 나뉘는데, 두 부분은 부피 차이가 매우 크고 반드시 공동 성형해야 합니다.

그림 1　본체(좌측) 및 상부 커버(우측) 두 부분을 포함하는 본 사례의 지그 제품

지그 설계가 결정된 후, ZUSSIN 팀은 먼저 2플레이트 및 3플레이트의 모델을 포함하는 실행 가능한 몰드 구조를 예측하였습니다. 분석에는 다양한 러너 및 게이트 설계가 포함되고(그림 2), 측정 노드로 평탄도 및 수축 거리를 측정하였습니다(그림 3). 이 분석의 목적은 고효율의 충전, 사이클의 단축, 제품 변형을 축소시킬 수 있는 유동 경로 체계를 얻기 위한 것입니다.

그림 2　다양한 러너 및 게이트 설계

그림 3　측정 노드로 측정한 평탄도(좌측) 및 수축 거리(우측)

평탄도 및 수축 거리 결과에 근거하고, 상부 커버와 하부 커버가 공동 성형되어야 하는 점을 고려해, 게이트 설계에는 반드시 상부 커버를 위한 충분한 공간이 남겨져야 합니다. 최종적으로 선택된 러너 설계는 그림 4와 같습니다.

그림 4　최종 결정된 러너 설계

이어서 ZUSSIN 팀은 적절한 냉각 채널 설계를 결정해야 했습니다. 다양한 냉각 채널 설계에 대한 여러 시뮬레이션이 진행된 후(그림 5), ZUSSIN 팀은 제품의 평탄도 및 수축 거리에 큰 영향을 미치지 않는 냉각 채널을 발견했고, 몰드 구조를 고려하여 Run 16을 최종 냉각 채널 설계로 선택했습니다.

그림 5　다양한 냉각 채널 설계

마지막 단계는 제품의 상하 커버를 공동 성형할 수 있도록 가장 적합한 서브 러너 설계를 찾아내는 것입니다. 두 개의 부피 차이가 크고 서로 매칭되어야 하기 때문에, 반드시 적절한 게이트 크기를 결정해야 합니다.

지그의 장착은 각각 상부 및 하부에 위치한 3개의 축과 구멍을 사용해야 하며, 본래의 기능성을 달성하려면 상대적인 구멍 거리가 너무 많이 다르지 않아야 하기 때문에, 두 부품에 모두 각각 측정 노드를 배치했습니다(그림 6).

그림 6　측정 노드 위치

ZUSSIN 팀은 Run 29를 상부 커버의 러너 설계로 선택했습니다. 이 설계는 상대적으로 얇고 몰드 캐비티를 위한 공간이 더 많으며, 시험 후에도 실제 상황에 따라 러너를 조정할 수 있습니다.

그림 7　상부 커버의 러너 설계

마지막으로 실제 몰드 테스트를 진행했습니다. 테스트와 Moldex3D 분석 결과 비교를 통해 두 결과가 매우 일치하는 것으로 나타남으로써 시뮬레이션의 높은 정확성이 검증되었습니다(그림 8).

그림 8　실제 미성형 결과와 Moldex3D시뮬레이션 결과 비교

결과

Moldex3D의 분석 기능을 통해 ZUSSIN 팀은 필요한 정보 및 데이터를 신속하고 집중적으로 획득하고, 교차 비교를 통해 제품 기능 요구사항에 더 부합되는 설계를 얻을 수 있었습니다. 또한 몰드 설계 실수 및 생산 라인의 부담을 줄임에 따라 비용 절감, 생산 능력 향상 효과도 얻었습니다. 더욱 중요한 점은 이런 경험을 통해 금형 설계의 타당성을 검증 할 수 있었다는 것입니다.