왜 작은 실리콘 부품에는 단순한 성형 이상의 공정이 필요한가

실리콘 부품은 겉보기에는 단순해 보입니다. 하지만 실제로 조달을 시작하면 문제가 금세 드러납니다.

한때 한 구매자가 식품 파우치에 사용되는 작은 실리콘 밸브를 들고 저희를 찾아왔습니다. 그 부품은 1그램도 안 되는 가벼운 것이었습니다. 디자인은 깔끔해 보였습니다. 하지만 생산 과정에서는 계속 문제가 발생했습니다.

문제는 가격이 아니었습니다. 일관성이 문제였습니다.

이 용도의 경우, 밸브는 특정 압력에서 열려야 했습니다. 실리콘이 너무 부드러우면 밸브에서 누수가 발생했고, 너무 단단하면 유체가 막혔습니다. 허용 오차 범위가 매우 좁았습니다.

고객사는 이미 두 곳의 공급업체를 시도해 본 적이 있었습니다. 두 업체 모두 초기 테스트를 통과한 샘플을 납품했습니다. 하지만 양산 규모로 확대한 후 결함이 나타났습니다. 플래시, 치수 편차, 불안정한 개방 압력 등의 문제로 인해 해당 부품은 양산에 적합하지 않았습니다.

해당 부품을 검토했을 때, 생산상의 위험 요소가 분명했습니다.

• 벽 두께가 고르지 않았다
• 유로(흐름 경로)는 길고 좁았다
• 밀봉 가장자리가 분할선에 위치해 있었다
• 배기 구역이 제한되어 있었다

이러한 문제들은 각각 따로 관리할 수는 있습니다. 하지만 이 문제들이 합쳐지면 생산이 불안정해질 위험이 훨씬 더 커집니다.

밀봉 가장자리를 따라 플래시가 발생했습니다. 수축으로 인해 개방 압력이 변했습니다. 공기 포집으로 인해 작은 그을림 자국이 생겼습니다. 이는 무작위적인 결함이 아니었습니다. 이는 금형 설계가 액상 실리콘 고무의 거동과 맞지 않았음을 나타내는 징후였습니다.

우리는 기계가 아니라 금형부터 시작했습니다.

• 게이트 위치가 조정되었습니다. 이로 인해 유동 경로가 짧아지고 캐비티 충진이 더욱 균일해져, 충진 불량 및 경화 불균형의 위험이 줄어들었습니다.
• 이음선이 재설계되었습니다. 플래시 발생 위험을 줄이기 위해 해당 부품을 밀봉 영역에서 멀리 옮기고 표면 정렬을 개선했습니다.
• 마지막 충전 구역에 미세 통풍구가 추가되었습니다. 벤트 깊이는 0.004 mm 전후로 매우 좁은 범위 내에서 유지되었습니다.
• 사출 과정에서 진공이 가해졌습니다. 이를 통해 갇혀 있던 공기가 화상 자국을 남기거나 충전 불량을 일으키기 전에 제거할 수 있었습니다.
• 수축 보정은 방향과 벽 두께에 따라 적용되었습니다. 이를 통해 최종 밸브 형상이 요구되는 성능 범위에 더 가깝게 유지될 수 있었다.

강재를 절단하기 전에 몰드플로우 분석을 통해 충진 특성을 검증했습니다. 시운전 과정에서 온도 안정성에 중점을 두었으며, 균일한 경화를 위해 온도 편차를 좁은 범위 내로 유지했습니다.

이러한 금형 및 공정 변경 이후, 밸브 성능이 안정화되었습니다.

• 시작 압력이 허용 범위 내에 유지되었습니다
• 밀봉 가장자리에서 플래시가 더 이상 보이지 않았다
• 그을린 자국이 사라졌다
• 배치 간 일관성이 개선되었습니다

고객사는 실제 충전 라인에서 부품을 테스트했습니다. 밸브는 배치 간에 일관된 성능을 보였으며, 덕분에 이 프로젝트는 양산 단계로 넘어갈 수 있었습니다.

겉으로 보기에는 이 부품이 사소해 보였습니다. 하지만 안정적인 생산은 제조상의 위험 요소를 얼마나 빨리 파악하느냐에 달려 있었습니다.

공급업체가 성형에만 집중한다면, 결함이 발생한 후에야 대응하게 됩니다. 반면 금형 설계를 이해하고 있다면, 생산이 시작되기 전에 그러한 결함의 상당 부분을 예방할 수 있습니다.

프로젝트 초기 단계에서 그 차이를 종종 확인할 수 있습니다. 유능한 실리콘 성형 공급업체는 단순히 부품 견적만 제시하는 데 그치지 않습니다. 설계를 검토하고 생산 과정에서 발생할 수 있는 위험 요소에 대해 설명해 줄 것입니다.

금형 제작을 시작하기 전에 몇 가지 실질적인 질문을 해보는 것이 좋습니다:

• 금형 제작 전에 귀사의 부품 설계를 검토해 주나요?
• 그들은 유로, 환기, 수축에 대해 논의하나요?
• 플래시가 어디에 나타날 수 있는지 설명해 주나요?
• 그들은 분할선 위치가 기능에 어떤 영향을 미치는지 이해하고 있을까?
• 단순히 시제품 승인뿐만 아니라, 반복 가능한 생산을 위한 공정을 검증하고 있습니까?

이것들은 진정한 제조 경험을 보여주는 증거입니다.