사출성형 제조공정에서 핫러너 시스템을 사용하면 플라스틱 제품 제조의 효율을 제고시킬 수 있기 때문에 최근 널리 사용되고 있다. 만약 멀티 캐비티와 핫러너의 설계를 동시에 진행하면 제조 과정 중의 재료와 에너지 소모를 더욱 절감할 수 있다. 핫러너 시스템의 단위 원가가 전통적인 콜드러너보다 높긴 하지만, 대량 생산에 응용하면 전체적인 비용을 낮추고 더 높은 투자 수익률을 얻을 수 있다. 병뚜껑이나 화장품 용기처럼 반드시 대량 제조해야 하는 제품들은 현재 모두 보편적으로 핫러너 시스템을 도입했다. 생산을 가속화하여 시장 수요를 더욱 만족시키기 위해, 제조업체는 핫러너 시스템에 더 많은 노즐을 추가하기도 한다. 제조 업체가 전단 가열과 유동 균형 현상을 예측할 수도록 3D 사출성형 해석도 핫러너 시스템 설계 검증에 자주 사용된다. 그러나 멀티 캐비티 설계의 메쉬 모형은 싱글 캐비티보다 훨씬 크기 때문에 전통적인 시뮬레이션 기술을 사용하면 효과적인 해석결과를 얻을 수 없다. 따라서 사용자는 대칭 설정이나 수동으로 Hybrid 메쉬를 구축하는 방식으로 해석 시간을 단축한다. 그럼에도 불구하고 캐비티 수량이 지나치게 많을 경우(64캐비티 보다 클 경우)는, 이러한 방법도 해석 시간을 단축하는데 있어 여전히 제한적 이다.

현재 Moldex3D는 핫러너 설계 검증 시뮬레이션에 보편적으로 사용되고 있는데, 여기에는 러너 직경과 길이, 유동 균형, 압력강하 및 시간 지체 등이 포함된다. 또한 Moldex3D Advanced 핫러너 해석 모듈은 고급 핫러너 응용에 더 심도 있는 해석을 제공한다. 시뮬레이션 시간이 지나치게 긴 문제를 해결하기 위해, 최신 버전의 Moldex3D R14는 더욱 진보한 HRS해석 기능을 제공하여 시뮬레이션 시간을 20배 이상 대폭 단축하였다.

그림1. Moldex3D HRS 해석

Moldex3D HRS해석에서 Problem Solver는 핫러너 설정에 따라 해석을 진행하여 각 게이트의 유량 등 관련 결과를 얻을 수 있으며(그림2), 유동 패턴에 관한 적절한 데이터를 제공한다. HRS 해석을 통해 사용자는 잠재된 유동 밸런스 문제를 발견할 수 있고, 개선사항을 빠르게 적용할 수 있으며, 핫러너 설계를 전면적으로 최적화 할 수 있다.

그림2. HRS 해석 결과

그림3은 8개의 노즐이 있는 핫러너 시스템이다. HRS해석으로 시뮬레이션을 진행하면 단 8분이면 해석을 완성할 수 있다. 그러나 일반 유동해석으로 시뮬레이션을 진행하면 2.6시간이 소요되어, 속도는 약 20배 차이가 난다(표1). 이 밖에 표에서 알 수 있듯,  HRS해석의 시뮬레이션 시간은 단축되었지만 압력강하 결과(39.90MPa)는 여전히 전체 유동 해석 결과(39.72)와 매우 근접하며, 둘의 차이는 미미하다.

그림3. 8개 핫노즐의 핫러너 사례

해석기능	유동 해석	HRS 해석
해석이 필요한 총 메쉬 수량	4,989,856 (핫러너+8캐비티)	1,024,320 (핫러너만 해석)
해석 시간	157 분	8 분
핫러너 압력강하
	39.72 MPa	39.90 MPa

 표1. 유동해석과 HRS해석의 메쉬 수량과 계산시간 비교

요약하면, HRS해석은 높은 정확도의 시뮬레이션 결과를 가져올 뿐 아니라 해석 계산 시간을 대폭 줄여 설계 변경에 시뮬레이션을 적절히 활용할 수 있게 하고, 나아가 핫러너 시스템 개발 시간을 단축시키며 금형 수정 및 재료 비용 절감에 도움을 준다.