복잡한 모양과 정밀한 디테일을 가진 실리콘 제품 생산에 관심이 있으신가요? 실리콘 공압 성형(SPF)이 해결책입니다.
실리콘 공압 성형의 장점과 응용 분야를 알아보고, 다른 성형 공정과 비교하여 귀하의 필요에 가장 적합한 방법이 무엇인지 이해하는 데 도움을 드리겠습니다.
실리콘 공압 성형이란 무엇입니까?
실리콘 공압 성형은 공기압을 이용하여 실리콘 소재를 성형하는 기술입니다. 이 공정에서는 액상 실리콘을 금형에 주입합니다. 그런 다음 공기압을 가하여 실리콘을 금형의 모든 세부 사항과 틈새에 밀어 넣어 원하는 형상을 형성합니다. 공기압의 강도와 방향을 제어함으로써 실리콘이 금형에 고르게 채워지도록 하여 기포나 결함을 방지합니다.
이 방법은 특히 복잡한 형상이나 작은 크기의 부품을 제작하는 데 유용합니다. 높은 정밀도와 효율성을 달성하는 데 도움이 됩니다. 실리콘 공압 성형은 정확성과 일관성이 중요한 의료 기기, 전자 씰, 자동차 부품 생산에 널리 사용됩니다.
실리콘 공압 성형에 대한 수요가 증가하는 고급 시장
여러 고급 시장에서 실리콘 공압 성형에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 의료 산업이 가장 두드러집니다. 의료 산업은 이 기술을 사용하여 유연한 임플란트와 정밀 수술 도구와 같은 첨단 부품을 제작합니다. 이러한 부품은 안전하고 부드러우며 정밀해야 하기 때문에 수요가 증가하고 있습니다.
다음으로, 항공우주 부문에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이들은 항공기 시스템용 경량, 내열성 실리콘 부품을 원하고 있습니다. 항공기가 더욱 발전함에 따라 이러한 수요는 더욱 커지고 있습니다.
소프트 로봇 분야도 큰 성장세를 보이고 있습니다. 기업들은 그리퍼나 액추에이터와 같은 유연한 로봇 부품을 제작하기 위해 실리콘 공압 성형 기술을 활용합니다. 이 시장은 로봇 기술 혁신의 가속화와 함께 빠르게 성장하고 있습니다.
마침내 고급 소비재 시장이 성장하고 있습니다. 스마트워치 스트랩과 같은 고급 웨어러블 기기는 스타일과 편안함을 위해 이 방식을 사용합니다. 실리콘 공압 성형은 다른 곳에서는 찾아볼 수 없는 품질과 정밀성을 제공하기 때문에 이러한 시장이 성장하고 있습니다.
실리콘 공압 성형 공정
- 재료 준비
첫 번째 단계는 적합한 재료, 일반적으로 액상 실리콘 고무(LSR)를 선택하는 것입니다. 이 실리콘은 뛰어난 유동성과 접착력을 가지고 있어 복잡한 금형 형상을 쉽게 충진할 수 있습니다. 액상 실리콘은 사용 전에 일반적으로 기포를 제거하고 균일성을 확보하기 위한 가공 과정을 거칩니다. 여기에는 재료 제조를 위한 혼합, 탈기, 가열 공정이 포함될 수 있습니다.
- 금형 설계 및 준비
금형 설계는 중요한 단계입니다. 제품 요구 사항에 따라 적합한 금형을 제작합니다. 금형은 일반적으로 알루미늄이나 강철과 같은 내열성 금속으로 제작됩니다. 금형 표면은 매끄럽고 결함이 없어야 경화 후 실리콘을 쉽게 제거할 수 있습니다.
- 실리콘 주입
금형이 준비되면 액상 실리콘을 주입합니다. 이 단계에서는 실리콘이 기포 없이 금형에 고르게 채워지도록 정밀한 제어가 필요합니다. 주입량과 속도는 금형의 크기와 모양에 맞게 세심하게 조절되어 원활하고 효율적인 공정을 보장합니다.
- 공압 성형
실리콘 주입 후, 공기압을 가하여 실리콘이 금형의 모든 부분을 채우도록 합니다. 공압 시스템은 압축 공기 또는 가스를 금형 안으로 주입합니다. 이 압력은 실리콘이 모든 미세한 부분과 틈새를 채우도록 하여 균일한 분포를 보장합니다. 공기압을 제어함으로써 제조업체는 기포와 결함을 방지하고 매끄럽고 고품질의 마감을 확보할 수 있습니다.
- 경화
그런 다음 실리콘을 열을 사용하여 경화시킵니다. 온도와 시간은 실리콘이 완전히 경화되어 내구성, 탄성, 내열성을 갖추도록 세심하게 조절됩니다. 일반적으로 경화 과정은 실리콘의 종류와 제품 두께에 따라 몇 분에서 몇 시간까지 소요됩니다.
- 탈형 및 후처리
경화 후 실리콘 제품을 금형에서 꺼냅니다. 제품 손상을 방지하기 위해 조심스럽게 제거해야 합니다. 금형에서 꺼낸 후, 제품은 후가공 과정을 거칩니다. 후가공에는 불필요한 재료 제거, 표면 결함 점검, 그리고 제품 품질 검사가 포함될 수 있습니다. 최종 검사를 통해 제품이 필요한 사양을 충족하는지 확인합니다.
액상 실리콘 사출 성형과의 비교
실리콘 공압 성형(SPF)과 액상 실리콘 사출 성형(LIM)은 고정밀 실리콘 제품 생산에 일반적으로 사용되는 두 가지 기술입니다. 두 기술 모두 의료 기기, 자동차 부품, 가전제품 등 다양한 산업에 사용되지만, 각각 고유한 특징을 가지고 있습니다.
SPF 공정은 초박형 벽과 복잡한 기하학적 형상을 만드는 능력으로 유명하며, LIM 공정은 재료 낭비를 줄이면서 고속 생산에 탁월합니다.
다음 표는 두 프로세스의 차이점을 강조하여 기업이 제품 요구 사항에 따라 가장 적합한 방법을 선택하는 데 도움이 됩니다.
| 비교 차원 | 실리콘 공압 성형(SPF) | 액상 실리콘 사출 성형(LIM) |
| 성형 원리 | 압축 공기는 실리콘 흐름을 구동합니다 | 스크류 주입 충진 + 열 가황 |
| 금형 온도 | 160-180°C (국부적 기울기 제어) | 180-200°C (균일한 온도 제어) |
| 압력 범위 | 0.2~2.0MPa(동적 압력 제어) | 15~30MPa(일정 고압) |
| 사이클 타임 | 90~150초(냉각 및 배출 포함) | 45~80초(고속 가황) |
| 벽 두께 제한 | 0.08mm (초박형 영역에서 유리) | 0.3mm(전단 열 제어에 의해 제한됨) |
| 흐름 길이 비율(L/T) | 250:1 (복잡한 채널에서의 강력한 침투력) | 150:1(높은 점도 한계) |
| 재료 낭비율 | 3-5%(콜드 러너 잔류물) | 1-2%(핫 러너 폐쇄 루프 제어) |
실리콘 공압 성형의 응용 분야
| 적용 분야 | 사용 사례 |
| 의료 및 건강 관리 | 최소 침습 장치: 실리콘 심장 폐쇄기 밀봉 |
| 생체장기모형: 수술용 실리콘 혈관망 | |
| 가전 | 방수 씰: TWS 이어버드용 씰링 링 |
| 플렉시블 터치 모듈: 삼성 갤럭시 Z 폴드 힌지 버퍼 패드 | |
| 자동차 산업 | 스마트 콕핏 씰: 지붕용 동적 씰링 스트립 |
| 전기 구동 시스템 씰: 고전압 절연 씰 | |
| 산업 장비 | 반도체 장비 씰: 플라즈마 저항 씰 |
| 식품기계 부품: 식품 등급 실리콘 부품 |
의료 및 헬스케어 애플리케이션
최소 침습 의료 기기
응용 프로그램 예제: 심장 폐쇄기용 실리콘 밀봉 멤브레인(두께: 0.1mm ± 5μm)
기술적 혁신: 다단계 압력 제어 기술(0.05~0.8 MPa의 압력 변화)을 통해 초박막 두께의 균일한 성형을 보장합니다. 금형 표면에 플라즈마 활성화 처리를 통해 이형제 잔류물을 제거하여 ISO 10993 생체 적합성 기준을 충족합니다.
시장 현황: Medtronic과 Boston Scientific과 같은 선두 기업이 고급 시장을 장악하고 있으며, 국내 교체율은 15% 미만입니다.
생체 장기 모델
응용 프로그램 예제: 수술 훈련을 위한 실리콘 혈관 네트워크(시뮬레이션된 혈전 구조 포함)
프로세스 혁신희생층 기술: 수용성 코어 몰드는 복잡한 캐비티 제작에 도움을 줍니다. 다중 경도 복합 성형(쇼어 경도 20A~50A)
소비자 전자 제품 애플리케이션
방수 밀봉 부품
일반적인 제품: TWS 이어버드용 실리콘 음향 밀봉 링(IPX8 방수 등급).
프로세스 매개변수: 0.3mm 초극세 주입 슬롯 충진(압력 변동 < ±0.05 MPa). 미세 발포 기술(밀도: 0.9g/cm³, 압축 영구 변형 < 5%).
유연한 터치 모듈
기술 벤치마크: 삼성 갤럭시 Z 폴드 힌지 버퍼 패드(10만번 접기 테스트 완료).
재료 혁신: 그래핀 개질 실리콘(열전도도 5W/m·K로 향상). 자가치유 실리콘(24시간 이내 미세균열 복구율 90% 이상).
자동차 산업 응용 분야
스마트 조종석 밀봉 시스템
대량 생산 사례: 테슬라 모델 Y 파노라마 스카이 루프 다이내믹 실링 스트립.
프로세스 과제: 연속 곡률 성형(곡률 반경 R50mm에서 R800mm까지 점진적으로 증가). 열팽창 계수 <200ppm/°C로 극한 온도(-40°C ~ 150°C)에서도 치수 안정성 유지.
전기 구동 시스템 씰
기술 사양: 800V 고전압 시스템 절연 씰(트래킹 저항 지수 ≥ 600V).
소재 솔루션: 질화붕소로 충진된 실리콘(체적 저항률 > 1×10¹⁵ Ω·cm). 샌드위치 구조 설계(전도층/절연층/차폐층 공동 성형).
산업 장비 응용 분야
반도체 장비 밀봉
엄격한 요구 사항:
플라스마 부식 저항성(10⁸ RF 충격 사이클 후 질량 손실 < 0.1mg).
초저가스 방출(TML < 0.1%, CVCM < 0.01%).
해결책:
개질을 위해 퍼플루오로폴리에테르 고무와 결합된 플루오로실리콘 고무입니다.
분자체 흡착 및 탈형(VOC 잔류물 < 1μg/g).
식품 가공 기계 부품
인증 장벽: FDA 21 CFR 177.2600 + EU 1935/2004.
프로세스 혁신:
비접촉 정전기 분무 탈형 기술.
온라인 색상 차이 감지(ΔE < 0.5).
이러한 혁신은 의료기기, 가전제품, 자동차 부품, 산업 장비 등 다양한 산업 분야에서 실리콘 공압 성형의 다재다능함을 보여줍니다. 성형 기술과 소재 특성의 지속적인 발전은 이러한 분야의 발전을 촉진하고 있으며, 실리콘 공압 성형은 고정밀, 내구성, 비용 효율적인 제조에 점점 더 필수적인 공정으로 자리 잡고 있습니다.
실리콘 공압 성형으로 생성된 항공우주 등급 부품의 성능 증명
항공우주 등급 실리콘 구성품에 대한 극한 환경 성능 검증 시스템에는 재료 선별, 극한 환경 시뮬레이션, 기능 검증, 수명 예측 및 국제 인증을 포함하는 포괄적인 다차원적 프레임워크를 구축하는 것이 필요합니다.
열 진공 사이클링(-150°C ~ +200°C), 원자 산소 침식(5×10¹⁵ atoms/cm²), 1500G 기계적 충격과 같은 엄격한 테스트를 통해, 아레니우스 가속 모델과 피로 손상 누적 이론을 결합하여 실리콘 부품이 심우주 방사선, 극심한 온도 변동 및 고진공 조건을 견뎌낼 수 있도록 보장합니다. NASA 저가스 방출 인증(TML <1.0%), ESA 우주 적합성 검토, 그리고 DO-160G 항공 표준 준수는 추적 가능한 폐쇄 루프 데이터 체인을 구축하는 필수 요건입니다.
| 테스트 카테고리 | 시뮬레이션된 조건 | 시험 표준 | 주요 성과 기준 |
| 열-진공 사이클링 | -150°C ~ +200°C, 10⁻⁶ Torr, 100 사이클 | ECSS-Q-ST-70-02C | 볼륨 변화율 <0.5% |
| 원자 산소 침식 | 5×10¹⁵ 원자/cm² (LEO 환산) | ASTM E2089 | 표면 침식 깊이 <10μm (SEM) |
| 동적 밀봉 성능 | 0→10⁵ Pa 순환 압력, 10⁶ 사이클 | ISO 3601-3 | 누설률 <1×10⁻⁶ cc/sec (He 테스트) |
| 극저온 전기 테스트 | -180°C +10kV 지속 방전 | DO-160G 섹션 25 | 체적 저항률 >1×10¹⁴ Ω·cm |
| 방사선 노화 | 500 크라드 감마선 조사 | ASTM D1879 | 인장강도 감쇠 <20% |
| 수명 검증 | 아레니우스 모델(Ea=100kJ/mol) | 밀-HDBK-217F | 동등 수명 >15년(임무) |
결론
실리콘 공압 성형은 탁월한 정밀성, 내구성, 그리고 유연성을 제공하여 다양한 분야에 적합합니다. 의료 기기, 플렉시블 전자 제품, 첨단 자동차 부품 등 어떤 분야에서든 이 기술은 정교한 디테일과 안정적인 성능을 갖춘 고품질 맞춤형 제품을 보장합니다.
