러너유동균형은 성공적인 금형설계에 도달하는 데 가장 필수적인 요수 중의 하나이다. 그러나, 금형설계자에게 균형된 유동패턴을 성취하는 것은 그리 쉬운 작업은 아니다. 폴리머용액이 러너를 통과하여 유동할 때, 응고층이 러너의 벽 위에 유동경로를 따라 생성되어, 단면은 더 작아지고 유동이 더 어려워지게 된다. 응고층 두께에 영향을 끼치는 요소들에는 사출속도, 금형온도, 재질특성 등 여러 요소가 있다. 또한, 러너의 직경과 배치에 따라 여러 다른 배열 설계를 하게 되므로, 유동균형을 성취하는데 더욱 난점이 된다.
이러한 민감한 요소들의 영향으로, 젊은 금형설계자가 숙련된 금형제조자의 도움 없이 유동문제를 해결할 해법을 밝혀낸다는 것은 어려운 일이다. 더구나, 이러한 문제를 해결하도록 CAE도구를 적용하여, 전체 개발시간이 단축될 수 있겠지만, 가장 이상적인 성형시나리오를 찾아 내려면, 즉 가장 최적의 러너시스템 설계를 얻기 위해 CAE시뮬레이션 도구로 일련의 가능한 시도를 여러 번 필히 수행해야 한다.
일반적으로 말하면, 시행착오법에 의존할 경우, 핫러너 시스템의 균형유동은 다음의 두 가지 방법으로 그 목표를 성취할 수 있다:
1.핫러너 시스템의 형상을 크게 하여 개비티 내 압력 낮추기.
2.핫러너 시스템의 기하학적 대칭설계를 확보하여 게이트와 러너의크기 조정하기
최근 수년간, 금형시작에 대한 불필요한 시간소모와 자원소모를 인지하여, 많은 금형 설계자가 CAE가상 성형기술의 도움으로 받아, 비용절감과 에너지절약을 성취코자 하고 있다. 가상성형해석은 CAE도구를 사용하여 얻을 수 있는데, 이러한 가상성형해석을 통해 부품형상, 러너시스템 배치 및 금형설계를 포함하는 중요한 생산데이터를 분석할 수 있다. 금형설계자는 CAE해석 결과로부터 온도분포와 같은 가치 있는 성형정보를 얻어 잠재적인 문제영역을 규정하여 핫러너 설계를 최적화할 수 있다.
그러나, 제품설계가 현대적 제품개발프로세스의 진보에 발맞추어, 핫러너시스템의 설계도 진보하면서, 핫러너 설계가 복잡해질수록 상세한 고급 핫러너 해석을 얻기 위해 더 많은 시간이 요구되었다. 특히 다중 캐비티 금형설계 일 경우, 각 캐비티의 형상과 크기가 동일하더라도, 가장 최적의 충진결과를 얻는 것은 쉽지 않게 되었다. 경량설계 개념을 충족하면서도 바람직한 압력강하 범위를 얻을 수 있는 효과적인 핫러너 시스템을 설계하기 위하여, 그러한 가장 최적의 설계를 얻기 위해서 고급 핫러너 해석을 다수 시도를 해야만 한다. 만족스러운 해석결과를 얻기까지 평균적으로, 다섯 번 이상의 설계변경이 요구되곤 한다. 따라서, 해석에 소요되는 시간이 전체 제품개발프로세스에서 너무 많은 시간을 차지하게 된다.
위 문제를 직접적으로 해결하기 위하여, Moldex3D는 차기 R14버전에 Hot Runner Steady Analysis (HRS Analysis) 라는 새 기능을 출시 한다. CAE해석과 설계최적화 시간의 단축을 주 목표로 한다(참조 그림 1). Moldex3D의 솔버는 핫러너의 배치를 근간으로 HRS Analysis를 수행하며, 각 게이트의 유량을 획득하여 사용자는 유동거동을 이해하는 데 중요한 참조로 활용할 수 있다.
HRS Analysis를 통해, 사용자는 설계초기에 잠재적인 유동균형 문제를 탐지할 수 있어, 적절한 설계 교정을 할 수 있다. 이어서 Advanced Hot Runner Analysis 로 상세히 해석하여 자신의 핫러너 설계의 모든 거동을 온전히 검토하고 최적화하는 강력한 도구를 갖추게 되어, 궁극에는 성공적인 핫러너 설계에 이를 수 있다.
그림 1. Moldex3D Hot Runner Steady Analysis
일예로, 16-드롭 핫러너 시스템에서(참조 그림 2), Advanced Hot Runner 충진해석을 사용할 때, 연산시간이 한 시간까지 소요될 것이지만. HRS Analysis를 사용하면 4분정도 소요된다. 즉, HRS Analysis로, 해석시간 기준으로 전체적인 개선은 15배 정도 빠르게 되는 셈이다. 또한, 압력강하 예측에 대한 HRS해석 (17.346 MPa) 결과도, Advanced Hot Runner 충진해석(16.925 MPa) 에 단지 1 MPa 차이로 근접하고 있다.
요약하면, HRS Analysis로, 사용자는 진정한 3D 시뮬레이션으로 정확도면에서 뿐만 아니라 월등히 빠른 연산시간(CPU 시간)에서 그 수혜를 받게 된다. 이는 제한된 CAE 시뮬레이션 시간 내에 더 많은 설계변경을 할 수 있다는 가능성을 제시하는 것이기도 하다. 사용자에게 핫러너 시스템 개발시간을 가속화하고 궁극적으로 금형 재작업과 재료사용에 이르는 주요 원가절감에 지대한 공헌이 되는 것이다.
