실리콘 전사 성형 - 완전 가이드

실리콘 전사 성형(STM)은 고정밀 실리콘 부품을 생산하는 신뢰성 있고 효율적인 방법입니다.

이 글에서는 STM 공정의 작동 원리, 주요 단계 및 응용 분야를 포함하여 STM 공정을 살펴봅니다. 또한 STM 공정의 장점, 한계, 그리고 다른 성형 기술과의 비교에 대해서도 논의합니다. 또한, 이 제조 방법을 더 잘 이해할 수 있도록 일반적인 질문에 대한 답변을 제공합니다.

실리콘 전사 성형이란?

실리콘 전사 성형(STM)은 의료 기기의 손잡이나 전자 부품의 캡슐화와 같은 고정밀 실리콘 부품을 만드는 데 사용되는 제조 공정입니다. 이 기술은 복잡한 형상과 엄격한 공차가 요구되는 제품에 특히 적합합니다. STM 공정은 경화되지 않은 실리콘을 가열된 금형에 가압 상태로 주입한 후 경화시켜 최종 제품을 형성합니다. 이 기술은 유연성과 내구성이 뛰어나 의료 분야와 같이 생체 적합성이 요구되는 분야에 특히 적합합니다.

실리콘 전사 성형은 어떻게 작동하나요?

실리콘 트랜스퍼 몰딩은 매우 효율적이고 정밀한 제조 공정입니다. 열과 압력을 결합하여 탁월한 소재 흐름과 정교한 금형 복제를 보장합니다. 금형 준비부터 최종 후가공까지 모든 단계는 탁월한 제품 성능을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 실리콘 트랜스퍼 몰딩의 주요 단계는 다음과 같습니다.

금형 준비: 품질의 기초

금형 준비는 첫 번째 단계입니다.

금형은 일반적으로 고강도 강철이나 알루미늄으로 제작되며, 금형은 제품의 형태와 품질을 결정합니다. 강철 금형은 내구성이 뛰어나고, 알루미늄 금형은 사이클 타임이 짧습니다. 금형은 정밀하게 제작되어야 부품이 완벽하게 제작됩니다.

생산 시작 전, 금형을 세척하고 실리콘 기반 스프레이나 PTFE 코팅과 같은 이형제로 코팅합니다. 이 코팅은 제품 점착을 방지하고 제품 제거를 용이하게 하며 금형 수명을 연장합니다.

재료 준비: 실리콘 준비

실리콘 트랜스퍼 몰딩은 베이스 실리콘과 경화제를 혼합하여 사용합니다. 최종 제품의 화학적 특성이 균일하도록 이러한 성분들을 정밀한 비율로 혼합해야 합니다. 일반적인 혼합 비율은 특정 제형과 원하는 특성에 따라 10:1에서 20:1(베이스 실리콘: 경화제)까지 다양합니다.

실리콘 소재는 분말, 과립, 시트 등 다양한 형태로 제공됩니다. 고밀도 고무(HCR)는 액상 실리콘 고무(LSR)보다 기계적 특성이 우수하여 트랜스퍼 몰딩에 널리 사용됩니다.

혼합 후, 미리 측정된 실리콘을 이송 성형 기계의 저장소(전송 포트)에 넣습니다. 이 저장소는 일반적으로 이송 전 유동성을 개선하기 위한 예열 기능이 내장되어 있습니다.

이송 단계: 실리콘 성형

금형이 준비되고 실리콘이 주입되면 금형을 닫습니다. 그런 다음 기계의 플런저가 이송 용기 안의 가열된 실리콘에 압력을 가합니다. 일반적인 이송 압력은 실리콘의 점도와 금형 설계의 복잡성에 따라 500~2,000psi(제곱인치당 파운드)입니다.

열은 실리콘의 점도를 감소시켜 액체처럼 흐르게 합니다. 압력 하에서 재료는 게이트와 러너 시스템을 통과하여 금형의 모든 캐비티를 채웁니다. 흐름을 최적화하고 공기 포집을 방지하기 위해, 갇힌 가스가 빠져나갈 수 있도록 금형에 환기 채널을 설계하는 경우가 많습니다.

열과 압력의 조합으로 인해 금형의 가장 미세한 세부 사항까지도 정확하게 복제할 수 있습니다.

경화: 부품에 강도 부여

금형에 재료를 채우고 나면 다음 단계는 경화, 즉 가황입니다.

전사 과정에서 발생하는 열은 경화제를 활성화시켜 실리콘 분자 간의 가교 반응을 유발합니다. 경화 온도는 일반적으로 150°C에서 200°C(302°F에서 392°F)이며, 경화 시간은 부품의 두께에 따라 30초에서 수 분까지 다양합니다.

이 화학 공정은 부드러운 실리콘을 단단하고 영구적인 형태로 변형시켜 성형된 부품에 강도, 탄성, 그리고 내구성을 부여합니다. 더 높은 기계적 강도가 필요한 부품의 경우, 200°C 오븐에서 몇 시간 동안 후경화하는 것이 필요할 수 있습니다.

탈형 및 배출: 최종 제품 출시

경화 후 금형이 열립니다.

완성된 실리콘 부품을 꺼내려면 금형 내부에 이젝터 핀을 삽입합니다. 부품의 변형을 방지하기 위해 이젝터 핀의 위치와 압력을 신중하게 조절해야 합니다.

이 핀은 성형된 부품을 손상 없이 부드럽게 밀어냅니다. 경우에 따라 제거 시 부품에 가해지는 응력을 줄이기 위해 진공 보조 탈형 시스템이 사용됩니다.

이 단계에서는 부품의 무결성을 유지하기 위해 주의 깊게 다루는 것이 필수적입니다.

후처리: 마지막 마무리

새로 성형된 실리콘 부품에는 금형의 파팅 라인을 따라 플래시라고 하는 과도한 재료가 있을 수 있습니다. 이는 후가공 과정에서 다듬어야 합니다. 플래시 두께는 일반적으로 0.05mm에서 0.2mm 사이이며, 이는 금형 정밀도와 성형 시 클램핑력에 따라 달라집니다.

또한, 추가적인 표면 처리나 품질 검사가 필요할 수 있습니다. 일반적인 후처리 방법으로는 접합 공정에서 표면 접착력을 강화하기 위한 플라즈마 처리와, 부품을 동결하고 회전시켜 과도한 물질을 제거하는 극저온 디플래싱(deflashing)이 있습니다.

이 마지막 단계에서는 실리콘 부품이 모든 필수 치수 및 미적 기준을 충족하는지 확인합니다.

장점과 한계: 장단점 비교

실리콘 트랜스퍼 몰딩은 유연성과 고품질 결과를 제공하여 다양한 산업 분야에 적합합니다. 하지만 다른 제조 공정과 마찬가지로 장점과 단점을 모두 고려해야 합니다.

실리콘 전사 성형의 장점

• 유연성과 내구성: 실리콘 전사 성형은 복잡한 형상의 부품 제작에 이상적입니다. 이 성형 공정을 통해 다른 방법으로는 구현하기 어려운 정교한 디자인과 세부적인 특징을 구현할 수 있습니다.
• 삽입 통합의 용이성: 성형 과정에서 실리콘 부품에 인서트나 금속 부품을 직접 쉽게 통합할 수 있습니다. 이를 통해 추가 조립 단계가 필요 없어 시간과 인건비가 절감됩니다.
• 간단한 설계와 통제 가능한 비용: 실리콘 트랜스퍼 몰딩 금형의 전반적인 설계는 비교적 간단하며, 특히 중소 규모 생산에 있어 비용 효율적입니다. 특정 용도에 맞춰 비용과 성능의 균형을 잘 맞춥니다.

실리콘 전사 성형의 한계

• 더 긴 경화 시간: 실리콘 전사 성형의 경화 시간은 1분에서 15분까지이며, 사출 성형보다 깁니다. 이로 인해 생산 속도가 느려질 수 있으며, 특히 대량 생산의 경우 더욱 그렇습니다.
• 재료 폐기물: 재료 준비 및 이송 단계에서 일부 낭비가 발생할 수 있습니다. 이는 효율성에 영향을 미치고 재료 비용을 증가시킬 수 있습니다.
• 공기 포획: 이송 과정에서 공기가 갇힐 수 있습니다. 이로 인해 최종 제품에 기포와 같은 결함이 발생하여 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제를 방지하려면 적절한 환기와 공정 관리가 필요합니다.

실리콘 전사 성형의 응용 분야

실리콘 전사 성형은 유연성과 금속 인서트 결합 능력 덕분에 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

STM은 세부적이고 고성능 부품을 제작할 수 있는 능력으로 이러한 산업에 적합하며, 내구성과 신뢰성이 뛰어난 구성 요소를 제공합니다.

자주 묻는 질문

독자들이 실리콘 전사 성형(STM)을 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 몇 가지 일반적인 질문은 다음과 같습니다.

STM 비용은 얼마인가요?

STM의 비용은 배치 크기와 부품의 복잡성에 따라 달라집니다. 일반적으로 장비 및 재료 비용 때문에 압축 성형보다 높습니다.

STM은 얼마나 걸리나요?

일반적으로 각 사이클은 약 30~45초가 걸리고, 경화 시간은 부품 크기에 따라 1~15분입니다.

STM은 의료기기에 적합한가?

네, STM은 생체적합성과 내열성 덕분에 의료 산업에서 널리 사용되고 있어 수술용 핸들, 임플란트 및 기타 의료용 구성품을 생산하는 데 이상적입니다.

STM은 사출성형과 어떻게 다른가요?

STM은 낮은 압력(1500~2000psi)을 사용하므로 중소 규모 생산 및 복잡한 형상에 더 적합합니다. 반면, 사출 성형은 높은 압력을 사용하므로 대량 생산에 더 효율적입니다.

결론

실리콘 트랜스퍼 몰딩(STM)은 정밀성, 내구성, 그리고 유연성을 제공하는 다재다능한 기술입니다. 경화 시간이 길고 재료 낭비가 발생할 수 있다는 단점이 있지만, 복잡한 형상을 제작하고 인서트를 통합할 수 있다는 점은 여러 산업 분야에서 가치 있는 솔루션입니다. STM 공정과 그 이점을 이해하면 제조업체가 필요에 맞는 최적의 성형 방법을 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.