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사출성형기의 정점에 선 ‘전동사출성형기’, LS Mtron에서 에너지 절감과 정밀도로 고객을 사로잡다!

출처  LS엠트론, 편집: 플라스틱핸들러  |  등록일  2019-08-17  |   조회수  249


사출성형기의 정점에 선 전동사출성형기’,

LS Mtron에서 에너지 절감과 정밀도로 고객을 사로잡다!



사출성형기 발달 과정의 마지막 정점에 위치해 있는 기종이라 할 수 있는 전동사출성형기는 최근 산업계에서 원가 절감과 제품 품질향상이라는 장점으로 구매가 꾸준히 증가하고 있다. 이에 LS Mtron injection & molding machine division에서는 보다 높은 청결도 및 낮은 에너지 소비, 뛰어난 재현성 및 정밀도, 빠른 속도 등으로 고객에게 전동사출성형기를 제시하며 화제를 모으고 있다. 앞으로도 전동사출성형기에 기술개발과 투자를 꾸준히 진행해 제품의 품질과 원가절감을 위해 최선의 노력을 하겠다는 LS Mtron injection & molding machine division의 제품을 소개해보고자 한다.





1. 전동사출성형기란?

전동사출성형기는 사출성형기 발달 과정의 마지막 정점에 위치해 있는 기종이라 할 수 있다. 사출성형기는 유압식 사출성형기에서 하이브리드 사출성형기로의 발전과정을 거쳐왔으며, 최근 전동사출성형기 구매가 계속 증가하고 있다. 이는 최근 산업계의 전기료 상승으로 인해 전기료가 절감되는 전동사출성형기의 구입이 원가절감으로 이어져 구매가 늘어나는 것으로 판단된다.

공회전 중에도 에너지를 소비하는 기존 유압사출성형기와는 달리, 전동사출성형기는 주어진 동작에 대하여 요구되는 경우에만 에너지를 소모하고, 모터 출력은 부하 요구조건에 일치한다.

전동 기기는 유압 시스템에 의하여 구동되는 대신 디지털 방식으로 제어되고, 고속 및 고효율 서보 모터를 사용하여 전체 동작을 구동한다. 각 축은 분사, 압출성형기, 클램핑 및 배출용 독립 모터에 의해 제어된다.

그 결과, 보다 빠르고, 깨끗하고, 반복 및 에너지 효율적인 사출 성형 공정이 이루어진다. 전동 기기의 에너지 소비량은 유압 기기보다 50~75%로 감소될 수 있다.


2. 전동사출성형기와 유압사출성형기의 차이

아래의 표와 같이 전동사출성형기는 유압사출성형기와 비교하여 모든 모터 부분과 유압 부분이 전기로 구동되는 특징을 가지고 있다. 기존의 유압사출성형기와 하이브리드 사출성형기는 장비가 작동을 하지 않을 때에도 지속적으로 전기가 소모된다는 단점이 있었으나, 전동사출성형기는 주요 부품 구조가 완전히 달라 장비가 작동을 하지 않을 때에는 주요 부품의 구성이 에너지 소모를 획기적으로 줄여준다. 또한, 전동사출성형기는 유압사출성형기에서 사용하는 유압작동유를 사용하지 않기 때문에 보다 깨끗한 환경을 유지할 수 있다는 특징이 있다.






3. 전동사출성형기의 생산품 적용분야

전동사출성형기를 이용하여 생산할 수 있는 제품은 여러 가지가 있다.

과거에는 전동사출성형기의 모터 파워가 부족하여 생산할 수 있는 적용 제품의 종류가 제한적이었으나, 최근에는 전동사출성형기 판매가 증대됨에 따라 기술개발과 더불어 모터의 파워도 증가하여 전반적인 산업 분야의 제품에 고르게 생산제품 적용이 확대되고 특정 제품에 특화된 정밀사출기 역시 개발 판매되고 있다. 여기에 최근 전동사출성형기의 판매가 늘어남에 따라 부품 구매가 대량으로 이루어져 가격 역시 점차 저렴해지는 추세에 있다.

전동사출성형기는 현재 자동차 부품, 의료용품, 의료기기, 전자부품, 생활가전, 렌즈성형, 생활용품 등 다양한 산업군에 적용되고 있다.

 


4. 전동사출성형기의 시장 전망

향후 사출성형기는 에너지 절감과 정밀도가 구매를 좌우하는 핵심요소가 될 것으로 전망된다. 전동사출성형기는 이 두 가지 요소를 모두 충족하고 있기 때문에 일반 유압사출성형기나 하이브리드 사출성형기에 비해서도 그 성장 가능성이 매우 높다고 할 수 있다.

특히, 제조업에서는 제품 품질과 원가절감이라는 두 가지 과제를 실현해야 하는데 전동사출성형기는 이것을 모두 충족시킬 수 있으며, 최근 각국의 환경규제로 인해 지속적으로 전동사출성형기의 판매량이 증가할 것으로 예상된다.

아래 표는 전동사출기 판매 추이를 보여주는 자료이다.

 

Machine Type

2022

(Forecast Year)

2023

(Forecast Year)

2025

(Forecast Year)

CAGR (2018-2025)

Hydraulic

8.24

8.52

9.24

2.7%

All Electric

5.91

6.26

6.97

4.4%

Hybrid

4.43

4.60

5.06

3.5%

Total

18.59

19.38

21.26

3.4%

 







5. LS Mtron 전동사출성형기의 특징

전동사출성형기는 현재 수십 년째 시중에서 판매되고 있고, 전동사출성형기의 활용은 많은 이점이 있다. 표준 유압 및 하이브리드 사출성형기에 대한 적용 영역들은 아직 존재하지만, 많은 주요 사출성형기 제조업체들은 주로 전동성형기의 제조에 초점을 맞추고 있다. 이는 특히 기술이 계속 발전함으로써, 이전에는 너무 비싸서 더 큰 톤수를 제작할 수 없었던 전동성형기가 점점 더 흔해지고 있기 때문이다. 업계의 미래가 전동사출성형기에 있다는 것은 확실하다.

전동사출성형기로 성형하는 것이 왜 타당한지는 5가지의 큰 이유가 있다.


(1) 청결도(유압 오일 불필요, 바닥 상에 오일 누출 및 유출 없음)


- 오일이 필요 없다는 것은 더러워지지 않는다는 것을 의미한다.

사출성형기의 유형 비교 시에는 표준 유압사출성형기, 하이브리드 사출성형기 및 전동사출성형기로 나누어 진다. 표준 유압 및 하이브리드 사출성형기는 사출기의 클램핑 동작 및 사출부를 작동시키기 위한 유압 오일이 필요하다. 전동사출성형기는 서보 전기 모터를 사용하여 모든 기계적 동작을 작동하므로, 유압 오일을 필요로 하지 않는다.

전동사출성형기는 오일을 사용하지 않기 때문에, 오일이 누출될 수가 없다. 귀 사의 제조 현장 바닥은 금형 변경 중의 큰 안전 위험 요소인 더럽고 미끄러운 오일 누출에서 자유로워질 것이다. 2년에서 5년 이상의 오일 수명 주기 이후에, 더 이상 유압 오일을 교체할 필요가 없다는 것은 더 말할 것도 없다. 오일 수명 주기는 365일 작동 여부 및 열화를 가속시키는 오일 온도를 뜨겁게 작동하는지 여부에 따라서 달라진다. 유압 오일을 반드시 사용해야 하는지, 사용하지 않아도 되는지 하느냐는 큰 차이가 난다. 오일이 귀사의 생산 현장 바닥을 오염시키고 손상시키는 것을 결코 원하지 않겠지만, 귀사가 식품 포장, 의료 성형, 혹은 클린룸이 요구되는 업계에 속할 시, 이는 심각한 문제가 된다.


- 오일 교환이 필요 없다는 것은 더 적은 유지 보수를 의미한다.

기기 내의 유압 오일 수명은 사용 시간 및 기기 자체 품질에 크게 좌우된다. 당사는 경쟁사의 신형 기기에서 사용 6 개월 만의 짧은 기간 내에, 유압 오일이 극심하게 오염된 일부 경우를 보아왔다. 500 갤런 이상의 유압 오일을 필요로 하는 대형 기계에서 상대적으로 비싸질 수 있는 오일 비용은 말할 것도 없고, 6 개월에서 12 개월마다 오일을 교체해야 한다고 상상해 보라. 당사의 하이브리드 사출성형기를 통하여, 주기적으로 유압 오일 품질을 시험하고, 유압 오일을 5년 이상을 사용하는 일단의 고객들을 보아왔다. , 제조업체는 작동 시간에 따라 3~4 년마다 유압 오일을 교환할 것을 권장한다는 점에 유의해야 한다.

전동사출성형기의 청결 및 정숙한 작업 환경은 식품 포장 및 의료 성형용으로 사용할 수 있는 이상적인 기기를 가능하게 한다. 플랜트 감사 전의 설비 청소 시의 오일 오염에 대해 걱정할 필요가 없고, 고객에게 오염된 부품을 보내는 것을 걱정할 필요가 없다.


(2) 에너지 저소비

이름과는 반대로, 전동사출성형기는 매우 에너지 효율적이다. 표준 유압사출성형기와 전동사출성형기에서 동일한 부품과 금형을 작동하고 있는 것을 비교하면, 대부분의 응용 분야에서 50%에서 70%까지 에너지 절감 효과를 볼 수 있다.

표준 유압사출성형기에서는 기계가 작동 중일 때 유압은 계속 켜진 상태인데, 오일을 순환시키기 위해 계속 작동하여야 하고, 기기가 작동하는 한 열을 발생하고 있다. 반면에, 전동사출성형기는 작동을 위하여 서보 모터가 동작을 동작시키기 위하여 회전할 때만 전기를 소비하고, 생산 사이클의 많은 부분이 공회전 상태로 보내기 때문에, 이는 귀 사의 생산 주기의 냉각 단계에서 특히 더 에너지를 절감할 수 있다.


- 전동 서보 모터

표준 유압사출성형기는 유압을 발생시키는 한 개 이상의 펌프 및 필요한 동작을 바탕으로 압력을 발생시키기 위한 유압 메커니즘으로 압력을 보내는 밸브를 가지고 있다. 전동사출성형기는 중앙 전기 모터가 없지만, 기기 전체에 필요한 각 기능, , 금형 개폐, 사출, 회수 및 배출에 맞도록 설계된 개별적인 전기 모터들을 사용한다. 이는 모터에 이러한 특정 기능이 요구될 때까지, 모터는 공회전 할 수 있다는 것을 의미한다. 아무 것도 일어나고 있지 않을 때에도 펌프가 계속 동작해야 하는 표준 유압사출성형기에 비하여, 이는 명확인 차이로서, 특히 냉각 단계 중에 명백하다.


- 유압 냉각 불필요

에너지 절감은 사출성형기에서 끝나지 않는다. 유압 펌프 회로의 제거로 유압기 상의 냉각 필요성도 사라진다. 전동사출성형기는 유압 장치를 가지지 않기 때문에, 기기 냉각을 필요로 하지 않는다. 필요로 하는 단 하나의 냉각은 귀사의 금형 및 피드 스로트 일 것이다. 이렇게 하면, 추가 용수관 및 이를 설치할 수 있는 허가가 필요하지 않기 때문에, 추가적인 절감 효과를 얻을 수 있다. 냉각기도 또한 다량의 전기를 소비하고, 냉각탑은 물 및 전기를 소비하며, 빈번한 유지 보수 및 월별 용수 처리 계획을 필요로 한다.


- 장치가 적다는 것은 유지 관리가 적다는 것을 의미한다.

전동사출성형기만을 사용하는 고객들은 그들의 공장 내에 냉동기만을 보유하고 있는 경우가 매우 흔하다. 이는 기기에 고온 냉각 회로 (85-95F)가 필요하지 않고, 금형 및 피드 스로트를 위한 냉각 저온 회로 (80F 미만, 보통 55F) 만 요구되기 때문이다. 장비의 수가 적다는 것은 더 적은 자본 투자, 더 적은 유지 및 유지보수 비용, 더 적은 에너지 소비, 더 낮은 간접비를 의미하는 것이다.


- 전체 플랜트 에너지 절감

또한, 전동사출성형기는 유압 펌프에 의하여 발생되는 열이 없기 때문에 상당히 냉각되어 작동한다. 의료 및 크린룸 성형 설비는 흔히 실내 온도 조절을 하는데, 이는 만약 기기가 모두 전기적으로 작동된다면, 성형실에서 열을 제거하기 위해 에어컨 시스템이 그렇게 심하게 동작하지 않아도 된다는 것을 의미한다. 의료 및 크린룸 제조 업체가 전동사출성형기를 거의 전용으로 사용하는 것도 이러한 이유 때문이다.


- 장기적 비용 절감의 고려

상기의 모든 사항을 근거로, 390톤 표준 유압사출성형기 및 전동사출성형기의 비교 시, 전동 기기가 연간 약 17,000 달러의 절감 효과를 가진다.  이 수치는 최근 요인들에 근거한 절감을 나타내고 있지만, 미국 및 멕시코의 전체 에너지 비용이 지속적으로 증가함에 따라 증가할 것으로 예상된다. 적절한 유지 보수 및 관리 시, 품질이 보장되는 사출성형기는 20년 이상 지속되어야 한다. 이는 신규 사출성형기를 고려할 때, 10년에서 20년 정도의 장래를 생각할 필요가 있다는 것을 의미한다. 평삭기, 모터, 센서, 차단기, 컨택터, 케이블 등과 같은 자체 부품을 제조하는 명성있고 인정받는 회사에서 신규 기기를 구입해야 한다. 그래야 교체 부품에 항상 접근이 가능하다. 사내 보유 기기 내의 주요 부품들을 모두 생산하는, 10억 달러 규모의 회사인 LS Mtron이 그 한 예이다.


(3) 높은 반복성 및 정밀도(폐쇄 루프 제어 및 선형 운동)


- 정확도

3 가지 종류의 성형기 중에서, 전동사출성형기는 가장 좋은 정확도 및 반복성을 가지고 있다. 이는 해당 기기들이 +/- 0.1 mm의 회전을 하는 전기 서보 모터를 사용하여 동작을 작동하기 때문이다. 이러한 유형의 동작은 유압 및 불가피한 압력 곡선에 의하여 작동되는 동작의 변동 및 부정확성을 완전하게 무효화 할 수 있도록 해준다.


- 생산의 일관성

표준 유압사출성형기는 일년 내내, 심지어는 하루 종일, 공정의 변화를 계속적으로 경험한다. 이는 날씨가 항상 변하고 있어, 기기의 온도와 습도에 영향을 미치기 때문이다. 유압 오일이 냉각될수록 점도는 높아지고, 유압 오일이 데워질수록 점도는 낮아진다. 유압 오일이 작동하는 방식도 시간 경과에 따라 달라진다. 이는 기기 내의 오일이 움직이고, 윤활하는 방식이 결국은 첫날과는 항상 완전히 달라진다는 것을 의미한다. 또한, 이는 귀사의 성형기의 공정을 하루 종일 주기적으로 조정해야 할 필요가 있을 수도 있다는 것을 의미한다. 표준 유압 성형 기기 제어 장치는 압력을 조절하기 위하여 밸브로 신호를 보내지만, 실제로는 기기의 물리적 동작 전체를 직접 제어하지는 못하기 때문에, "개방 루프"로 간주되고, 따라서 전동 기기가 실시간으로 수행할 수 있는 모든 사소한 조정 작업을 할 수는 없다. 전동사출성형기는 서보 모터의 물리적 기어 회전으로 모든 동작을 제어하고, 주위 조건에 관계 없이 위치와 속도를 매우 엄격한 공차로 지속적으로 감시하고 제어하는 기능을 보유하고 있기 때문에, "폐쇄 루프" 조정 장치를 보유하고 있는 것으로 간주된다. 이것이 "폐쇄 루프" "개방 루프" 조정 장치의 차이점이다.

전동사출성형기는 가장 복잡하고, 어려운, 박막의 부품을 제조하는 데 완벽한 장비이다. 주간, 야간 및 사계절에 걸쳐서, 정확한 반복성을 유지하면서 매우 정확한 사출이 가능하다.


(4) 고속


- 동시 동작

전동사출성형기는 복수 개의 전기 서보 모터를 보유하고 있다. 이러한 모터들은 기능의 동작을 작동시키는 볼 스크류 메커니즘, 즉 평판 개폐에 작용하는 도르래 및 벨트에 결합된다. 복합적인 동작을 해야하는 전동 기기의 능력 (다중 기능 동시 작동), 왜 전동 기기가 표준 및 하이브리드 사출성형기에 비해 종종 사이클 시간을 줄이는 것이 가능한지에 대한 이유 중 하나이다. 금형을 완전히 열기 전에, "즉각적인 사출" 혹은 부품 배출을 할 수 있고, 금형 개폐 동안에 스크류를 복구 시작할 수 있다. 유압사출성형기는 일반적으로 동작을 작동하기 위한 하나의 유압 회로 만을 가지고 있기 때문에, 한 번에 한가지 동작만 처리할 수 있다. 이것이 많은 금형업체들로 하여금 전동사출성형기로 진행하도록 결정하도록 하는 큰 계기가 되는 것이다.


- 순간 토크

우리 모두는 전기 자동차가 전기 모터의 순간 토크를 통해 엄청난 속도를 얻는다는 것을 알고 있으며, 전동사출성형기도 마찬가지라는 것을 알고 있다. 기기는 AC 전기 서보 모터에서 순간 선형 동작을 얻고, 초당 최대 800 mm의 사출 속도를 달성할 수 있으며, 고출력/고응답 AC 서보 모터로 다단계 분사 속도를 보유할 수 있다.

또한, 순간 토크는 매우 견고하고 강력한 토글 클램핑 메커니즘을 필요로 하게 된다. LS Mtron은 매우 견고한 5핀 토글 메커니즘을 사용하여, 신속하고 신뢰할 수 있는 기기를 계속적으로 보유 가능하도록 보장하고 있다. 당사의 평반 및 토글은 메커니즘 상의 모든 주요 응력점이 어디에 있는지를 결정하기 위한 광범위한 FEA (Finite Element Analysis, 유한요소해석)를 거쳤다. 또한, 당사는 사내 자체 강철 단조 부서를 통하여, 최고 품질의 강철과 주물 기술을 활용하고 있다. 이 모든 것은 당사의 전동사출성형기 수명을 극대화하기 위하여 수행되고 있다.

또한, 당사는 매우 견고하고 정밀한 볼 스크류 메커니즘을 사용하여, 클램핑 동작을 작동시키고 있다. 다른 기계 부품과 마찬가지로, 성능 및 품질 범위는 매우 다양할 수 있으므로, 성능의 신뢰성을 완전히 이해하기 위하여, 사용하고자 하는 사출성형기가 무슨 제조업체의 볼 스크류를 사용하여 제조되는지 요청하는 것은 중요하다.


(5) 기술 진보


- 매우 신뢰 가능

전동사출성형기는 다양한 종류의 사출성형기 중에서 가장 신뢰할 수 있다. 그 이유는 수십 년 전에 설계되어 종종 더 낮은 가격대에 맞도록 조정된 표준 유압사출성형기 및 하이브리드 사출성형기와는 달리, 일반적으로 전동사출성형기는 사용 가능한 최첨단 기술을 사용하고 있기 때문이다. 또한, 전동사출성형기는 가동 중에도 매우 조용하며, 대부분은 70db 이하로 작동한다. 이는 귀사 직원들이 기기를 작동하는 동안, 청력 보호 장치를 착용할 필요가 없다는 것을 의미한다.

오일 불필요, 적은 유지보수, 고 정확도, 고 반복성, 에너지 절감, 훨씬 더 조용한 작업 환경, 그리고 지속적인 생산 유지를 위하여 이보다 더 용이한 기기는 없을 것이다.


- 자동화 기능

전동사출성형기에서는 밸브 고착 문제, 오일 품질 저하 문제, 주위 온도 공정 변동 및 펌프 잡음 문제가 발생하지 않는다. 전동사출성형기의 많은 부분은 금형 내의 부품 찌그러짐 및 이물질을 방지하기 위한 금형 안전성이나, 플라스틱이 아직 차갑고 기기 공회전으로 굳어질 때에, 우연히 사출 나사를 회전시키는 실수를 방지하기 위한 냉간 스크류 회전 방지 등의 안전 기능 표준을 보유하고 있다. 대부분의 기기는 고정 바, 토글 링크, 선형 가이드 및 그리스 도포가 필요한 기타 위치에 대하여, 자동으로 그리스를 주입하는 중앙 집중식 윤활 시스템, 혹은 자동 윤활 시스템을 보유하고 있다. 따라서, 그리스 저장 장치, 혹은 카트리지가 가득 차 있는 한, 사출성형기는 전체 사이클 수를 기준으로 윤활이 필요한 부위에 자동으로 그리스를 도포하게 된다. 그리스의 레벨이 낮을 때는, 일부 기기는 그리스 저장고, 혹은 카트리지 레벨이 낮다는 것을 유지 관리 팀에 상기시킴으로써, 그리스 주입, 혹은 카트리지 교환을 알려 주는 센서를 보유하고 있다.


- 결론

다수의 고객들이 다음 사항들을 근거로 하여 전동사출성형기를 선호하고 있다.

최고 수준의 청결도

• 매우 낮은 에너지 소비

• 매우 높은 반복성 및 정밀도

• 고속 성형

• 기술적 진보 및 기능

이러한 이유 때문에, 전동성형기는 장기 생산 가동 시, 매우 신뢰할 수 있다.

 

6. LS Mtron injection & molding machine division 전동사출성형기의 라인업


전동사출성형기의 라인업은 아래와 같이 구성되어 있다.                                                        

(참고:  http://lsinjection.com/en/product/list.html?cat1=3S)


(1) WIZ-E 시리즈 (표준)

WIZ-E 시리즈는 사출성형기의 개발 및 제조에 있어서, 수 년간의 연구와 경험의 결과물이다. 이러한 특출한 기기는 서보 전기 기술, 사출 속도/압력 제어 알고리즘, 안전 표준 준수, FEA 해석에 의하여 설계된 5점 토글 클램핑 시스템, 고속 사출 성형 메커니즘의 장점을 결합하고 있다.


(2) WIZ-EC 시리즈 (이종)

2가지 색상/이종은 2 개 이상의 다른 재료를 복수의 사출부 및 인덱스 부를 사용하여, 한 번에 하나의 플라스틱 부품으로 성형하는 과정이다. WIZ-EC 시리즈는 다양한 디자인, 색상 표현 및 사이클 시간 단축을 수행하는 장점을 보유하고 있으며, 다양한 산업에서 널리 사용된다. LS Mtron은 축적된 노하우 및 제어 시스템에서의 특화된 기술을 바탕으로 하여, 다중 부품 사출에 대한 토탈 솔루션을 제공하고 있다.


(3) WIZ-E IBM 시리즈(사출 중공 성형)

LS IBM 시리즈(사출 중공 성형기)는 화장품, 의료, 식품 용기 및 유아용품에 적용할 수 있다. IBM 시리즈는 에너지 절감 효과 및 빠른 사이클 시간의 장점을 가지고 있다.


(4) WIZ-E LSR 시리즈 (액상 실리콘 및 고무)

LSR (Liquid Silicone Rubber, 액상 실리콘 고무)은 무독성 (무색, 무취, 무미) 물질로서, 의료, 전자, 가전, 고온 안정성의 자동차, 유전체적 특성, 양호한 연소 특성 등과 같은 다양한 산업에 사용된다.






■ 문의: LS엠트론㈜ 시스템사출사업부 www.lsinjection.com

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