편집: 코어테크 기술지원부 엔지니어 예청졔(葉承杰)
고객소개
고객: 펑자 대학
지역: 타이완
산업: 교육
솔루션: Moldex3D Advanced솔루션, 유동 분석 모듈 Flow, 섬유 배향 모듈 Fiber, Designer BLM, 재료 측정
펑자 대학은 50년 이상의 역사를 지니고 있으며 현재 재학생 2만 명 이상 규모의 종합 대학입니다. 현재까지 19만 명 이상의 졸업생을 국내외로 진출 시키며 사회와 산업계에 꼭 필요한 인재 양성의 산실이자 산업 발전의 중추가 되고 있습니다. (출처)
개요
최근 친환경에 대한 의식이 높아지면서 특히 제조업 분야는 에너지 절약 및 재료 절감, 성형 주기 단축에 많은 관심을 기울이고 있습니다. 산업 설비의 플라스틱 구조 제품은 대부분이 CNC 복합 가공 방식을 통해 제조되기 때문에 가공 시간과 가공 비용이 더 많이 소요되며, 재료 낭비가 더 많이 발생합니다. 따라서 본 프로젝트에서는 기능성 및 강도를 동시에 갖춘 경량의 제품을 제공하기 위해, 나일론(PA66)을 성형 재료, 유리 섬유를 보강 재료로 사용하고, CNC 가공 대신 플라스틱 사출 성형 기술을 사용하였습니다.
도전
제품의 기계적 특성
제품 수축
제품의 진원도
솔루션
펑자 대학팀은 제품의 구조적 강도가 요구사항을 충족하는지 확인하기 위해 Moldex3D시뮬레이션 분석을 사용하여 섬유 보강 및 재료 수정이 제품의 체적 수축에 미치는 영향을 예측했으며, 시뮬레이션을 통해 재료 수정이 제품의 수축을 효과적으로 개선할 수 있음을 검증했습니다. 또 한편으로 Moldex3D를 이용해 제품의 직경 진원도를 예측하고 실험을 통해 검증하였으며, 그 결과 직경이 수축된 실험 결과가 시뮬레이션 결과와 매우 높게 일치함에 따라 제품 수축을 성공적으로 개선하였고, 경량화 및 강도 요구사항을 충족했습니다.
효과
수축 22% 개선
무게 12% 감소, 경량화 목표 달성
구조적 강도 충족
사례 연구
슬라이더 블록은 블로우 성형기에서 슬라이드 베어링과 이송 프리폼을 연결하는 주요 부품입니다(그림 1). 본 사례 프로젝트에서는 제품의 제조 비용 절감과 경량화 목표 달성을 위해 기존의 CNC 밀링 가공을 플라스틱 사출 성형으로 대체하고, Moldex3D를 통해 유동성, 섬유 배향, 제품 수축등 현상을 예측하였습니다. 수정된 제품 설계는 그림 2와 같습니다.
▲ 그림 1 본 사례의 슬라이더 블록
▲ 그림 2 수정된 혁신적 제품 설계 (a : 2D설계, b : 3D설계)
제품 성형 과정에서 발생할 수 있는 문제를 파악하기 위해, 펑자 대학팀은 테스트 모델의 Moldex3D분석과 실험 결과를 비교한 후 연구 결과를 실제 제품 개발 및 제조에 적용했습니다. 그림 3에 제품 테스트 모델 크기의 개략도에서, 둥근 구멍은 슬라이드 베어링을 연결하는데 사용되기 때문에 직경의 진원도가 매우 중요합니다. 게이트 설계에 구멍에서 가깝고 구멍에서 멀리 떨어진 게이트 위치를 포함시킨 후(그림 4 참조), 게이트 위치가 구멍 진원도 및 수축 특성에 미치는 영향을 관찰했습니다.
▲ 그림 3 둥근 구멍 설계의 테스트 몰드
▲ 그림 4 게이트 위치 설계
제품의 구조적 강도가 요구사항을 충족하는지 확인하기 위해, Moldex3D를 통해 섬유 보강 후의 제품 체적 수축과 진원도를 예측하였으며, 그 결과 시뮬레이션 결과가 실험과 일치하는 것으로 나타났습니다 (그림 5).
▲ 그림 5 Moldex3D시뮬레이션과 실험 제품의 체적 수축 비교
결과
Moldex3D의 지원을 통해 펑자 대학팀은 제품의 무게를 12% 이상 성공적으로 줄임으로써 경량화 목표를 달성하였고(그림 6), 섬유 보강을 통해 제품에 필요한 구조적 강도를 달성했음을 발견했습니다. 또한, 제품 수축 역시 22% 개선되어 직경 진원도를 확보하였습니다.
▲ 그림 6 제품 무게 비교
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