[Success Story] 전자 부품 인서트 성형 공정 최적화

안녕하세요.

이티에스소프트입니다.

오늘 소개해드릴 성공 사례는

Moldex3D를 통한 전자 부품 인서트 성형 공정 최적화

입니다.

아래 내용 확인해보시죠!

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SKF는 1907년 설립 이후 세계적인 기술 선도 기업으로 자리매김해 왔습니다. 그들의 강점은 끊임없이 새로운 기술을 개발하고 이를 제품에 적용해 고객에게 경쟁 우위를 제공하는 데 있습니다. 40여 개 산업 분야에서의 풍부한 경험과 SKF의 핵심 기술 플랫폼(베어링 및 유닛, 씰, 메카트로닉스, 서비스, 윤활 시스템)을 결합해 고객에게 최적의 솔루션을 제공합니다. SKF의 성과는 기술력과 인재, 그리고 SKF Care 원칙에 대한 헌신에서 비롯됩니다.

개요

산업마다 직면하는 과제는 다르지만, 모든 산업이 공통적으로 추구하는 목표는 기계 가동 시간 증가, 유지보수 비용 절감, 안전성 향상, 에너지 절약, 그리고 총 소유 비용 절감입니다. SKF는 다양한 분야의 전문성과 수십 년간의 경험을 바탕으로 단순한 제품 공급을 넘어 고객의 목표 달성을 돕는 통합 솔루션을 제공합니다. 이번 사례에서 다루는 센서 유닛은 액체 유입 방지와 기계적 보호를 위해 적절한 씰링이 필요했으며, 이를 위해 Potting과 오버몰딩 기술이 활용되었습니다. 프로젝트의 핵심은 전자 부품, 커넥터, 케이블, PCB 소재를 인서트로 사용한 오버몰딩 공정을 분석하는 것이었습니다.

도전 과제

• 불필요한 설계 반복과 시제품 제작 시간 최소화

• 실제 제품 결함과 시뮬레이션 결과 연계를 통한 설계 최적화

• 제품 개발 사이클 타임 단축

솔루션

Moldex3D Designer와 Project로 BLM 메쉬를 생성해 시뮬레이션을 성공적으로 진행했습니다. 문제 발생 시에는 Moldex3D 기술 지원팀의 신속한 대응으로 문제를 해결할 수 있었습니다. 작은 전자 부품, 케이블, 커넥터 등 복잡한 인서트 구조로 인해 고품질 메쉬 생성이 쉽지 않았지만, BLM 메쉬 도구를 통해 이를 극복할 수 있었습니다.

효과

• 공정 조건 최적화

• 결함 식별 및 설계·공정 개선 방향 제시

• 제품 결함에 대한 원인 분석 기여

사례 연구

1단계에서는 단일 캐비티 저압 오버몰딩 시뮬레이션을 수행하여 기존 공정 조건에서 발생하는 설계 및 공정 결함을 파악하고, 실제 제조 부품과의 상관관계를 확인하는 것을 목표로 했습니다.

2단계에서는 동일 제품의 두 부품을 성형할 수 있는지 검토하기 위해 레올로지(rheology) 오버몰딩 연구를 진행했습니다. 이 과정에서 최적의 게이트 위치, 러너 및 냉각 회로 설계를 도출하는 동시에 1단계에서 확인된 결함을 개선하는 것을 목표로 했습니다.

SKF 기술센터는 Moldex3D Advanced 솔루션을 활용해 기존의 설계를 시뮬레이션 했습니다. 작은 전자 부품과 캐비티의 메쉬 문제는 BLM 메쉬를 통해 해결했습니다. 시뮬레이션 결과, 게이트 위치로 인한 충전 불균일과 얇은 벽 영역에서의 유동 지체 현상이 확인되었습니다. 또한 성형 과정에서 전자 부품에 발생하는 내부 잔류 응력도 파악할 수 있었습니다.

이를 바탕으로 공정 조건을 최적화해 사이클 타임을 단축하고 낮은 압력에서도 안정적으로 공정을 진행할 수 있었습니다. 2-캐비티 금형 설계에서는 게이트 종류와 위치를 변경하고 러너 시스템을 개선해 유동 지체 현상을 개선하고 충전 균일성을 확보했습니다(그림 1).

해당 공정은 최적의 사이클 타임을 확보하고 비용을 절감하며 낮은 압력에서 진행되도록 최적화되었습니다. 이를 위해 여러 차례의 해석을 진행하고 그래프를 비교하여 최적의 해결책을 도출하였으며, 동시에 전자 부품 주변의 온도·압력 및 열 잔류 응력도 제어하였습니다.

그림 1. 기존 설계(왼쪽)에서는 유동이 균일하지 않고 커넥터 영역과 같은 일부 구역에서 유동 지체 현상이 발생합니다. 반면 새로운 설계(오른쪽)에서는 게이트를 두 개 사용함으로써 유동이 균일해지고 지체 현상도 대부분 개선된 것을 확인할 수 있습니다.

Moldex3D를 활용해 기존 설계를 시뮬레이션하고, 그 과정에서 관찰된 사항을 정리해 공정 및 설계 변경에 대한 실행 계획을 마련했습니다. 시뮬레이션 결과는 실제 상황과 매우 유사했으며, 이는 생산 현장의 공정 데이터 시트를 통해 검증되었습니다. 기존 설계에서 확인된 결함은 그림 2에서 보이는 것처럼 실제 제품에서도 동일하게 나타났습니다. 이후 설계 변경사항을 반영해 기존 설계와 개선된 설계를 모두 Moldex3D로 시뮬레이션했으며, 기존 문제들을 고려한 최적화가 이루어졌습니다. 아울러 사이클 타임을 줄여 생산 시간과 비용을 절감할 수 있었습니다. 실제 금형 시험 결과와 비교했을 때, Moldex3D 시뮬레이션 분석은 실제 상황과 높은 상관성을 보였습니다.

그림 2. 시뮬레이션 모델(왼쪽)에서 싱크 마크가 확인되었으며, 동일한 결과가 시제품(오른쪽)에서도 관찰되었으며, 이를 통해 시뮬레이션 결과와 실제 제조된 부품 사이에 높은 상관성이 있음을 확인할 수 있습니다.

결론

Moldex3D를 통해 SKF는 유동 특성에 대해 명확히 이해하고, 시제품 제작 전에 공정 조건과 설계 편차로 인한 결함을 예측할 수 있었습니다. 이는 제품 개발 사이클 타임을 크게 단축시켰습니다. 또한 Moldex3D 시뮬레이션 결과는 실제 생산 데이터와 시제품 외관 검사에서 검증되었으며, 공정 최적화와 결함 개선, 제품 실패 원인 분석에 직접적으로 기여했습니다.