편집 : 코어테크 제품 연구개발부 엔지니어 스자링

개요

페가트론은 더 가볍고 얇은 제품을 만들기 위해 태블릿 후면 커버의 총 두께를 1.5mm에서 1mm로 조정하고, 0.5mm의 금속 인서트를 추가했습니다(그림 1). 박육 성형은 난이도가 높고 충전 불균형 문제가 발생하기 쉬우며, 제품의 구조 강도도 반드시 고려해야 합니다. 페가트론은 Moldex3D시뮬레이션 소프트웨어를 이용해 몰드 설계를 최적화하고 수축 변형을 개선하였으며, FEA기능을 통해 구조 분석 소프트웨어를 통합하여 제품의 강도를 검증하였습니다.

그림 1　본 사례의 제품은 금속 인서트와 박판이 있는 제품.

도전

• 미성형
• 에어트랩
• 두께 차이로 인한 큰 변형

솔루션

Moldex3D의 도움을 통해, 페가트론 팀은 제품 변형의 원인을 분석하여 Z방향의 변형을 92% 줄이는 데 성공했고, ANSYS 구조 분석 소프트웨어와 통합하여 제품이 필요한 강도를 갖도록 하였습니다.

효과

• 두께를 23% 줄이는데 성공하여 제품 두께 1mm 달성
• 변형량 92% 감소
• 압력 손실 8.3% 감소
• 스크랩 13% 감소
• 인서트 성형을 통해 생산 비용 6% 이상 절감

사례 연구

냉각은 전자 부품의 성형 과정에서 최종 제품의 품질에 영향을 미치는 핵심적인 요소입니다. 일반적으로 팬은 방열 도구로 사용되지만, 팬을 사용할 수 없는 사례에서는 알루미늄 또는 구리로 만든 열전도판만 인서트로 사용할 수 있으며, 금속판이 두껍거나 넓을수록 냉각 효율은 우수해집니다. 본 사례에서는 규격 제한으로 인해, 제품의 Z방향 두께가 고정되기 때문에, 금속 인서트의 두께가 두꺼워지면, 제품의 두께는 반드시 줄이면서, 제품 구조는 충분한 강도를 유지해야 합니다.

페가트론 팀은 먼저 기존의 몰드로 금속 인서트가 포함된 제품의 열전도 테스트를 진행했으며, 인서트를 추가한 후 비교적 우수한 방열 효과를 얻을 수 있음을 알게 되어, 기존 몰드와 제품의 설계를 수정하기로 결정했습니다(그림 2). 그후 생산 공정, 제품 품질과 구조 강도 3단계로 나누어 다시 수정을 진행했습니다.

그림 2　기존 설계(좌측) 및 수정 후 설계(우측)

페가트론은 Moldex3D사출 모듈을 통해 박판으로 인해 러너 압력이 135MPa까지 높아지는 것을 발견했습니다. 따라서 러너의 길이를 줄이기로 결정하고, Moldex3D를 사용해 기존 설계와 수정 후 설계를 검증한 결과(그림 4), Case 3의 제품 설계에서 압력 손실이 8.3% 감소했고, 스크랩도 13% 줄었음을 발견했습니다. 따라서 페가트론은 Case 3을 최적화 설계로 채택했습니다.

그림 4　러너 길이가 서로 다른 제품 설계의 스프루 압력 결과 비교

그후 페가트론은 제품 변형 개선을 시도했습니다. Moldex3D 시뮬레이션 결과 제품의 Z방향 변형값이 8.12mm로, 규격에서 1.0mm를 초과하는 것으로 나타났으며, 변형 결과 역시 제품의 수축 영향이 열 효과보다 컸습니다 (그림 5). 이 문제를 개선하기 위해, 페가트론 팀은 재료에 서로 다른 비율을 갖는 유리섬유를 첨가하고, Moldex3D로 변형 결과를 검증했습니다. 그 결과, 유리섬유를 첨가한 후, 섬유 배향이 유동 방향(X축 방향)을 따라 제품 수축에 저항하여 변형이 효과적으로 감소되고, 제품이 필요한 규격에 맞게 되는 것을 발견했습니다(그림 6).

그림 5　기존 재료의 변형 결과

그림 6　유리섬유 비율이 다른 재료를 첨가한 변형 결과 비교

마지막 단계에서 페가트론은 제품 구조 강도를 검사하였습니다.Moldex3D FEA 인터페이스를 사용해 응력 분석을 진행하고, 성형 과정 중 발생하는 다양한 변수를 고려하였습니다. 그 결과 압력과 비틀림 분석을 진행할 때, 인서트 및 유리섬유 재료를 첨가하면 제품의 변위를 효과적으로 감소시킬 수 있음을 발견했습니다(그림 7).

그림 7　다른 제품 설계 및 비율이 서로 다른 유리섬유 재료를 첨가한 압력 테스트 및 비틀림 테스트를 진행한 결과

마지막으로 페가트론은 시뮬레이션 결과에 대한 실험 검증을 진행하였고, 둘 다 동일한 경향을 보이고 있음을 발견했습니다. 평탄도 검증에서 유리섬유 비율이 서로 다른 재료의 시뮬레이션 결과도 실험 결과와 일치합니다(그림 8).

그림 8　평탄도 분석 결과와 실제 사출 결과가 일치함.

결과

페가트론 팀은 Moldex3D 고급 모듈을 통해 제품과 몰드 설계를 효과적으로 개선하였습니다. 그 과정 중 제품 변형의 주요 원인을 찾았을 뿐 아니라, 재료를 바꾸는 방법을 통해 변형 문제를 해결하였고, 결과적으로 제품을 실제로 사출할 때 필요한 구조 강도 및 허용 가능한 변형 범위에 성공적으로 달성했습니다.