KITECH 생산기술 전문지

블로우 성형은 사출 성형된 프리폼을 고압 공기로 팽창시켜 최종 제품 형상으로 만드는 대표적인 열가소성 수지 성형 기술로, 식음료 용기, 화장품 용기, 의료기기 부품 등 다양한 산업 분야에 폭넓게 활용되고 있다. 특히, 공정 효율성과 생산성이 우수하여 대량 생산에 적합하며, 공정의 연속성에 따라 일반적으로 1단계(1-stage)와 2단계(2-stage) 공정으로 구분된다. 1단계 공정은 프리폼의 사출과 블로우 성형이 단일 장비 내에서 연속적으로 수행되며, 사출 직후 프리폼에 남아 있는 잔열을 활용할 수 있어 추가적인 에너지 절감 및 공정 시간 단축이 가능하다. 하지만 멀티 캐비티 금형 환경에서는 캐비티 간 냉각 속도와 온도 분포의 편차로 인해 제품 품질이 불균일해지는 문제가 발생하기 쉽다1,2). 반면, 2단계 공정은 사출 성형된 프리폼을 완전히 냉각하여 별도로 보관한 뒤, 재가열 장치를 통해 원하는 온도로 가열한 후 블로우 성형을 수행하는 방식이다. 2단계 공정은 사출과 블로우 공정을 각각 독립적으로 최적화할 수 있어 제품 품질 관리에 유리하나, 재가열 과정에서 추가적인 에너지 소모가 발생하고 장비 운영 비용이 증가한다는 단점을 가진다3,4). 이에 본 연구에서는 기존 1단계와 2단계 블로우 성형 공정의 장점을 결합하여, 멀티 캐비티 금형 환경에서 프리폼의 균일한 냉각 및 온도 제어를 통해 사출 공정과 블로우 성형 공정이 하나의 연속적인 공정으로 수행될 수 있도록 블로우 성형용 인라인 시스템을 새롭게 제안하고 설계하였다. 제안된 인라인 시스템의 설계 타당성과 냉각 성능을 정량적으로 평가하기 위해 CAE 기반의 열전달 해석을 수행하였으며, 과도 열전달 해석, 사출성형 해석, 열-유동 연성 해석을 통해 냉각 방식별 특성을 비교·분석하였다.

키워드 Adaptive temperature control, Blow molding, CAE, Inline system