# 사출성형 공정 완벽 이해: 수지 선택부터 금형 설계까지
플라스틱 제품 양산을 앞두고 사출성형 공정 이해 가이드를 찾고 계신가요? 사출성형은 단순히 금형에 플라스틱을 주입하는 것을 넘어, 수지 특성 파악부터 금형 설계, 성형 조건 설정까지 복합적인 기술이 필요한 공정입니다. 이 글에서는 사출성형 발주 전 반드시 알아야 할 핵심 공정 단계를 실무 관점에서 정리했습니다. 사출성형 공정 이해 가이드를 통해 견적 협의부터 양산까지 전 과정을 효율적으로 준비하실 수 있습니다.
사출성형 수지 선택: 물성표 읽는 법과 적용 기준
사출성형용 수지는 범용 플라스틱(PP, PE, PS, ABS)부터 엔지니어링 플라스틱(PC, PA, POM, PBT)까지 100여 종이 넘습니다. 제품 용도에 맞는 수지를 선택하려면 물성표(Material Data Sheet)의 핵심 지표를 이해해야 합니다.
주요 물성 지표:
- 인장강도(Tensile Strength): 50~80MPa(ABS), 60~70MPa(PC) — 구조적 강도가 필요한 케이스류
- 열변형온도(HDT): 80℃(PP), 135℃(PC) — 고온 환경 노출 제품
- 충격강도(Izod Impact): 10~30kJ/m²(ABS), 60~80kJ/m²(PC+ABS) — 낙하 충격 대응
- 흡수율: 0.1%(PP), 0.3%(PA6) — 치수 안정성 필요 시
자동차 내장재는 내열성(HDT 100℃ 이상) + 난연성(UL94 V-0 등급)을 충족하는 PC/ABS 블렌드를, 식품 용기는 FDA 승인된 PP 소재를 선택합니다. 수지 가격은 PP 기준 kg당 2,000~3,000원, PC는 5,000~7,000원 수준으로 2배 이상 차이가 납니다.
사출성형 금형 설계: 캐비티 구조와 런너 시스템
금형은 사출성형 품질과 원가를 결정하는 핵심 요소입니다. 단순 형상도 설계 오류 시 불량률 20% 이상 발생할 수 있어 초기 설계가 중요합니다.
금형 기본 구조:
- 캐비티(Cavity): 제품 형상을 새긴 음각 부분, 1캐비티~32캐비티까지 다양
- 코어(Core): 제품 내부 형상 구현, 언더컷 처리 시 슬라이드 코어 필수
- 런너(Runner): 용융수지 이동 통로, 직경 4~8mm, 길이는 짧을수록 유리
- 게이트(Gate): 제품 주입구, 직경 0.5~3mm, 위치에 따라 웰드라인 발생
금형 제작 비용 구조:
- 단일 캐비티 단순 형상(100×100mm): 300~500만 원
- 4캐비티 복잡 형상(언더컷 포함): 1,500~2,500만 원
- 16캐비티 정밀 금형(±0.02mm): 5,000만 원 이상
런너 시스템은 콜드런너(일반형)와 핫런너(수지 손실 최소화)로 나뉘며, 핫런너는 초기 비용이 30~40% 높지만 대량 생산 시 재료비 절감 효과가 큽니다.
사출성형 공정 조건: 온도·압력·시간 설정의 과학
사출성형기 설정값은 수지 특성과 제품 형상에 따라 정밀하게 조정해야 합니다. 동일 금형이라도 조건 설정에 따라 불량률이 5%에서 30%까지 변동됩니다.
핵심 공정 변수:
1. 온도 설정 (Barrel Temperature)
- 실린더 온도: 수지 용융점 + 20~40℃ (PP 200~230℃, PC 280~310℃)
- 노즐 온도: 실린더 온도보다 5~10℃ 낮게 설정
- 금형 온도: 40~60℃(PP), 80~100℃(PC) — 결정화도/수축률 영향
2. 압력 설정
- 사출압력: 80~150MPa (얇은 제품일수록 높은 압력)
- 보압(Pack Pressure): 사출압력의 40~70% 유지
- 배압(Back Pressure): 0.5~2MPa (수지 혼합 균일성 확보)
3. 시간 설정
- 사출시간: 0.5~3초 (빠를수록 버닝/웰드라인 발생)
- 보압시간: 게이트 실링 시점까지 (두께 1mm당 1초 기준)
- 냉각시간: 제품 두께 1mm당 10~15초
성형 사이클타임은 소형 제품(50g) 기준 20~30초, 대형 제품(500g)은 60~90초가 일반적입니다.
사출성형 불량 유형과 원인 분석
사출성형 불량은 크게 외관 불량과 치수 불량으로 구분되며, 각각의 원인과 대책을 이해하면 양산 초기 불량률을 크게 낮출 수 있습니다.
주요 불량 유형별 원인:
1. 쇼트샷(Short Shot) — 미성형
- 원인: 사출압력 부족, 수지 온도 낮음, 게이트 직경 과소
- 대책: 사출압력 10~15% 상향, 실린더 온도 10℃ 증가
2. 플래시(Flash) — 버
- 원인: 금형 체결력 부족, 사출압력 과다, 금형 마모
- 대책: 형체력 확인(톤수 부족 시 기계 교체), 압력 10% 감소
3. 웰드라인(Weld Line) — 융착선
- 원인: 수지 유동 합류 지점 온도 저하
- 대책: 수지 온도 20℃ 상승, 게이트 위치 변경, 벤트 추가
4. 싱크마크(Sink Mark) — 함몰
- 원인: 냉각 불균일, 두께 편차 과다(3mm 이상 차이)
- 대책: 보압 증가, 냉각시간 연장, 리브 두께 조정(본체의 50~60%)
5. 변형(Warpage)
- 원인: 수축률 차이, 냉각 불균일, 이젝터핀 위치 불량
- 대책: 금형 온도 균일화, 냉각회로 재설계, 언더컷 해소
불량률 허용 기준은 일반 소비재 3~5%, 자동차 부품 1% 이하, 의료기기 0.5% 이하입니다.
사출성형 양산 준비: 시제품부터 양산 전환까지
시제품 제작과 양산은 금형 사양, 생산 방식, 비용 구조가 완전히 다릅니다. 단계별 준비 사항을 정리하면 다음과 같습니다.
시제품 단계 (T0~T1)
- 간이금형(알루미늄 금형) 활용: 제작비 100~200만 원, 내구성 500~1,000샷
- 3D프린팅 금형 인서트: 50~100만 원, 소량(50~100개) 검증용
- 목적: 형상 검증, 조립성 확인, 수지 물성 테스트
양산금형 제작 (T2~MP)
- 강재 금형(S50C, NAK80, SKD61): 10만~100만 샷 내구성
- 금형 수명 검증: 초기 1,000샷 후 치수 측정, 10,000샷마다 점검
- 표면처리: 질화처리(내마모성), 크롬도금(이형성), DLC코팅(고급형)
양산 전환 체크리스트:
- [ ] CPK(공정능력지수) 1.33 이상 확보 (±0.05mm 공차 기준)
- [ ] 연속 3일 생산 불량률 3% 이하 유지
- [ ] 사이클타임 목표값 달성 (±5% 이내)
- [ ] 금형 온도 분포 편차 5℃ 이내
- [ ] 원자재 수급 계획 확정 (MOQ 1톤 이상)
양산 전환 후 초기 1개월은 주 1회 전수검사, 안정화 후 샘플링 검사(AQL 2.5 기준)로 전환합니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q1. 사출성형 최소 주문 수량(MOQ)은 얼마인가요?
A. 금형 제작 후 생산하는 경우 일반적으로 3,000~5,000개가 최소 수량입니다. 금형비(300~500만 원)를 감안하면 개당 단가는 5,000개 기준 1,000원 추가, 10,000개 기준 500원 추가되는 구조입니다. 기존 금형이 있다면 500~1,000개 소량 생산도 가능하지만, 셋업 비용(10~20만 원)이 별도로 발생해 개당 단가가 오히려 높아질 수 있습니다.
Q2. 사출성형 금형 수명은 얼마나 되나요?
A. 금형 재질과 제품 형상에 따라 다릅니다. 알루미늄 금형은 500~5,000샷, 일반 강재(S50C)는 10만~30만 샷, 고급 강재(SKD61 질화처리)는 50만~100만 샷까지 사용 가능합니다. 유리섬유 강화 수지(GF 30%)를 사용하면 마모가 빨라져 수명이 30~50% 단축됩니다. 정기 점검(10,000샷마다) 시 게이트·런너 연마, 50,000샷마다 전면 연마하면 수명을 20~30% 연장할 수 있습니다.
Q3. 투명 제품 사출성형 시 주의할 점은 무엇인가요?
A. 투명 수지(PC, PMMA, PS)는 온도·압력에 민감해 특별한 관리가 필요합니다. ① 수지 건조: 사용 전 80~120℃에서 4~6시간 필수(수분 0.02% 이하), ② 실린더 온도: 일반 수지보다 10~20℃ 높게 설정, ③ 금형 표면: Ra 0.1μm 이하 경면 연마 필수, ④ 게이트 위치: 제품 뒷면 배치(게이트 컷 흔적 최소화). 투명도 기준은 헤이즈(Haze) 3% 이하, 투과율 85% 이상입니다.
Q4. 언더컷 형상은 사출성형으로 구현 가능한가요?
A. 가능하지만 금형 구조가 복잡해져 비용이 증가합니다. 언더컷 처리 방법은 ① 슬라이드 코어: 측면 언더컷, 금형비 30~50% 증가, ② 리프터 코어: 경사 언더컷, 금형비 20~30% 증가, ③ 무빙 코어: 복잡한 내부 언더컷, 금형비 50~80% 증가입니다. 언더컷 깊이 3mm 이하는 강제 이형도 가능하지만 제품 변형·파손 위험이 있어 시제품 단계에서 충분히 검증해야 합니다. 설계 단계에서 언더컷을 최소화하는 것이 가장 경제적입니다.