고객 소개

• 고객: TomTom Asia
• 국가: 대만
• 산업: 전자
• 솔루션: Moldex3D eDesign / Moldex3D MCM

톰톰(TomTom)은 세계 최고의 내비게이션 경험을 제공하는 데 초점을 두고, 차내 위치 및 내비 기능의 제품과 서비스를 제공하는 세계적 리딩 공급사이다. 휴대용 내비장치, 스마트폰 앱, GPS 스포츠 시계, 인-대시 인포테이인먼트 시스템, 차량관리 솔루션 및 지도 실시간 서비스, 또한 수상경력이 있는 톰톰 HD 교통 등에 대한 제품을 제공한다. 보다 상세한 정보는 톰톰 웹사이트( www.tomtom.com) 에서 확인할 수 있다.

수행요약

본 사례는 PND제품의 주 구성품인 카 마운트(car mount)이다. 파트의 정밀도와 강도는 카마운트 제품을 개발하는데 2가지 필수요소이다. 왜냐하면 이 2요소가 최종제품의 기능성과 신뢰성에 지대하고 직접적인 영향을 끼치기 때문이다. 그러므로, 정밀도와 웰드라인의 위치를 여하히 제어하는 가가 본 프로젝트의 성공의 열쇠이다. 그러나, 전통적 시행착오법과 과거의 성형경험에만 의존하여 웰드라인, 싱크마크, 변형 등 제조문제를 해결하겠다는 희망은 매우 도전적이고 부적절하다. 따라서, 톰톰은 Moldex3D eDesign과 MCM모듈를 사용하여 자기 제품과 금형설계를 검증하고 제조공정을 최적화하고자 Moldex3D 해석솔루션의 도움으로 이루고자 하였다. Moldex3D를 통해,톰톰은 실생산 전에 충진거동을 이해하고 변형과 웰드라인 정보를 예측할 수 있었고, 적절한 제조방법이나 금형과 게이팅 위치 설계를 쉽게 결정할 수 있었고, 성공적으로 성형결함을 해결하고 전반적인 제품품질을 개선할 수 있었다.

그림 1: 본 사례 대상은 PND제품의 주 구성품: 카-마운트

해결 과제

• ID 설계 문제
  소켓면에 코어-아웃 불허.
• 구조강도 문제
  상측 빔과 소켓면에 웰드라인 표시 불허.
• 제품 외관 문제
  두께 변동으로, 소켓면에 싱크마크 발생 가능, 그 결과 크랙킹 잠재.
• 치수 정확도 문제
  불균형 수축으로, 변형 발생 가능하고 제품 정도가 손상 가능.

그림 2: 파트 설계

해결 방안

제품품질을 확보하고 제품개발비를 낮추고자, 톰톰사는 Moldex3D eDesign과MCM 모듈을 활용하여 제품 및 금형 설계를 개발초기단계에 검증하였다. Moldex3D 해석을 통해, 톰톰사는 충진거동을 명확히 이해하여 실생산 전에 잠재적 제조난점을 예측할 수 있었다. Moldex3D 해석의 정확도는 나중에 실 금형시작 결과로 검즘되었다. 결국, 톰톰사는 제조문제를 성공적으로 해결하고, 제품 및 금형 설계를 최적화하여 가장 최적의 결과를 얻을 수 있었다.

사례 연구

다재 성형(Multi-component Molding, MCM) 은 플라스틱 성형품 제작의 개발을 다양하게 수행하도록 해 주는 가장 우수한 방법중의 하나이다. 플라스틱 제품 개발 시 이 방법을 적용하면, 더 큰 설계 자유도를 얻을 수 있고, 다중-파트 조립의 비용과 시간을 절약할 수 있다. 현대 제조 현실에서 가장 폭넓게 사용되는 기술 중 하나가 되고 있다. 또한, 제품강도와 외관표준을 만족시키는 요구사항으로, 특정 파트 설계의 경우, 벽두께를 항상 감소시킬 수 없게 된다. 그러나, 두터운 벽 설계를 해야 할 경우 제조난점과 잠재적 성형결함이 야기되므로 MCM기술을 생산에 적용하여 두꺼운 벽을 갖는 플라스틱 파트에 대해 실제적인 솔루션을 얻을 수 있다.

본 사례의 경우, 톰톰사는 하여 전통적인 사출성형방법을 사용한 원본설계에 대한 성형시나리오를 해석하기 위하여Moldex3D eDesign를 활용 하였다. 해석결과를 통하여, 톰톰사는 전통적 방법을 사용한 경우 싱크마크와 고 부피수축이 파트의 주요부에 발생하곤 하여 제품변형의 잠재적 위험을 원인이 될 수 있었다. 이러한 성형결함은 제품의 기능과 물리적 외관에 직접적 부정적인 영향을 끼치곤 하였다. 그래서, 이 문제를 해결하고 매끈한 미적 특성을 갖는 고품질 제품을 생산코자 톰톰사는 대체 제조기술의 적용을 고려하였는데, 그것이 MCM이다.

그림 3: 전통적 사출성형방법을 사용한 원본설계

그림 4: 원본설계의 보압해석-압력분포. 후두부에 열 집적 및 고 부피수축 관찰됨

둘째로, 톰톰사는 Moldex3D MCM모듈을 활용하여 동일 재질을 사용하여 이중사출성형(Double-Shot Molding) 을 해석하여 제품/금형 설계를 위한 최고의 선택을 결정하였다. 1차 개정된 설계에 대하여 Moldex3D MCM해석을 수행, 충진거동에서 유동교란현상을 탐지할 수 있었고, 그것이 바람직하지 못한 웰드라인 형성으로 이어지고 있다는 것을 알게 되었다. 더구나, 웰드라인 위치가 파트의 주요부인, 소켓부에 위치하여, 사용 시 균열에 취약한 부위가 되었다.

그림 5: 설계변경I

그림 6: 설계 변경I. 충진해석-웰드라인. 웰드라인이 부적합 부에 위치, 사용 시 균열에 취약.

다음으로, 소켓부에 웰드라인 형성을 제거하고 사용 시 균열을 회비하기 위하여, 톰톰사는 동일재질을 사용하되, 첫 번째와 두 번째 사출순서를 바꿔 새로이 설계를 제안하였다. 또한, 게이트 위치도 변경되었다. Moldex3D MCM해석결과에 따라, 새 설계 즉 2차 설계변경은 효과적으로 웰드라인 문제를 해결하고 전반적인 변형변위를 상당히 개선하였다. 따라서, 설계변경과 최적화를 위해 가장 이상적인 선택을 할 수 있었다.

그림 7: 설계 변경II.

그림 8: 설계 변경II-금형 선단거동(front behavior). 소켓부 웰드라인 사라짐.

마지막으로, 톰톰사는 실 금형시작을 하였다. 시작품 결과와 Moldex3D 해석결과를 비교할 때, 해석결과가 실제의 성형시나리오를 근접하게 반영하였으며, 이로써 금형시작 결과로 검증되었다. 따라서, Moldex3D eDesign과MCM해석 솔루션을 통해, 톰톰사는 제품변형문제를 효과적으로 해결하고, 제품품질을 개선하며, 엄격한 제품요구사항을 만족하는 미적 매력을 최대화할 수 있었다.

그림 9: Moldex3D 해석으로 예측한 원본설계(좌)의 소켓부에 성형결함이 발생할 것을 정확하게 예측함.
또한, 실 시작품 결과(우)로 그 결과가 검증됨

그림 10: Moldex3D 해석으로 소켓부에 웰드라인이 위치하겠고(좌)
제품표면에 균열이 실 시작품에 나타날 것임(우)을 정확히 예측함.

장점

제품 품질 개선:

• 싱크마트 제거
• 웰드라인 제어하여 사용 시 균열 발생 회피
• 사양을 만족하는 치수제어
• 수축율 45~60%까지 개선
• 평평도 40~50%까지 개선

생산 최적화 :

• 생산증대 40 %
• 소재소모 감소 및 저 생산비