유제품 용기의 품질을 유지하면서 귀사가 사용하는 수지의 양을 줄이세요!

수지의 원가가 상승하는 만큼 용기를 좀 더 가볍게 제작하려는 업계의 상황을 감안해 저희 Uniloy는 귀사가 제조하는 병의 품질과 무결성을 유지 및 개선할 수 있도록 헤드 공구(다이 및 심봉) 설계를 꾸준히 발전시켜 왔습니다. 최적의 병 제품은 잘 성형된 파리손(parison)의 결과물입니다!

용융 플라스틱은 헤드를 통과하면서 유동하다가 다이 및 심봉으로 들어가는데 여기서 최종적인 파리손 성형(parison shaping)이 진행됩니다. 이 오리피스는 파리손의 직경과 벽 두께를 결정합니다. 이 부위의 압력은 크게 저하되기 때문에 이 2가지 부품의 기하학적 특성이 결정적으로 중요합니다. 다이 또는 심봉에 약간의 변화가 생기면 파리손에서 큰 변화가 발생할 수 있습니다.

다이 및 심봉 설계 시 고려해야 할 사항들을 열거하면 다음과 같습니다.

  • 용기 중량
  • 용기 폭 및 깊이
  • 넥 마무리 유형

유제품 용기용 헤드 공구 설계 이력

원래의 유제품용 헤드 공구 설계는 둥근 형태였으며 주 대상은 비교적 무거운 용기였습니다(즉, 갤런 용기의 경우에는 65 g 이상, 반 갤런 용기의 경우에는 43 g 이상). 당시의 세공 설계 작업에서 저희는 사용 중인 수지의 종류를 근거로 하여 다이와 심봉의 크기를 조정했습니다. 예를 들면, Union Carbide HDPE의 경우에는 동일한 용도에서 Solvay 또는 Phillips 사 원료보다 더 작은 크기의 헤드 공구가 필요하다는 사실을 확인했습니다.

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원형 다이

또한 심봉이 여전히 둥근 형태를 유지할 때 다이 내에서 타원화 설비를 사용할 경우, 동일한 다이 크기를 유지하면서도 다양한 유형의 수지를 가공할 수 있다는 사실을 확인했습니다. 헤드 공구 설계는 수지 원가를 절감하기 위해 비교적 가벼운 용기를 원하는 고객들을 중심으로 개발한 것이었습니다. 그러나 무엇보다도 중요한 것은, 다음과 같은 병의 주요 성능 기준들을 충족했다는 점입니다.

  • 상부 하중 강도
  • 낙하 충격 강도
  • 최소 벽 두께
  • 넥 치수
  • 등등

유제품용 반 갤런 용기

저희는 전략적으로 배치된 타원화 설비를 다이 구성품에 추가함으로써 코너 반경 및 파팅 라인으로부터 90도의 범위 내에서 용기 벽 두께를 최대한 늘릴 수 있었습니다. 유제품용 반 갤런 용기의 경우, 저희는 한 고객사의 기존 심봉 크기에서도 작동할 수 있는 “타원 형태”의 다이를 최초로 개발했습니다. 그리고 크기가 작은 다이일수록 최적의 상태로 가동된다는 사실을 발견할 때까지 유제품용 반 갤런 용기에 대한 타원화 설비 설계를 계속해서 수정했습니다. 이러한 “최적”의 설계에서는 크기가 더 작은 새로운 심봉도 필요합니다.

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타원화 다이

 

유제품용 갤런 용기

당사의 개발 활동에서 중요한 한 가지 사건은 바로 “3중 타원화(Tri-Ovalized)” 설계 방식을 도입한 것이었습니다. 이처럼 개선된 설계 방식의 중심에 위치한 타원화 설비는 다이 사분면 중 3개의 분면에 추가되었습니다. 저희는 이러한 변화와 함께 흐름 보상 “스캘럽(scallop)”을 다이의 내경 부위에 추가했습니다. 이러한 스캘럽들은 다이의 압력을 저감하며 결과적으로 파리손은 더욱 고른 분포로 낙하하게 됩니다. 이처럼 다이에 변화를 주었을 때 용기의 무결성을 유지 및 개선하면서도 용기의 평균 중량을 60 g 수준으로 줄일 수 있었습니다.

용기의 품질을 저하시키지 않고도 용기의 중량을 줄이기 위한 최근의 노력을 통해 당사는 “3중 최적화(Tri-Optimized)” 다이 설계 방식을 개발하게 되었습니다. 이러한 설계 방식은 다이의 출구 각도를 수정함으로써 “3중 타원화(Tri-Ovalized)” 설계로부터 습득한 결과들을 토대로 하여 개발한 것입니다. 이러한 변화를 통해 다이의 직경을 줄이면서 충분한 “다이 팽창(die swell)” 상태를 유지할 수 있었습니다. 이러한 변화는 언뜻 보기에 미묘한 것 같지만 당사는 이제 무게가 56 g에 불과할 정도로 가벼운 유제품용 갤런 용기를 성공적으로 생산하고 있습니다!

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스캘럽이 부착된 3중 타원화 다이

 

Uniloy의 안정적인 유제품 용기용 헤드 공구

기존의 “원형” 세공에서 다음과 같은 형태의 세공으로 업그레이드하면 용기의 총 중량을 크게 줄일 수 있습니다.

  • 1세대 타원화 세공(반 갤런 용기의 경우에는 “타원화” 세공이 적용되며 갤런 용기의 경우에는 “3중 타원화” 세공이 적용됨)

또는

  • 2세대 타원화 세공(반 갤런 용기의 경우에는 “최적화” 세공이 적용되며 갤런 용기의 경우에는 “3중 최적화” 세공이 적용됨)

 

유제품 용기 생산용

병의 목표 중량

선호되는 다이

다이 부품 번호

다이 공칭 크기

선호되는 심봉

반 갤런 용기

43 g 이상

원형

898382

1.812”

898383

반 갤런 용기

40~42 g

타원화

70219-633

1.812”

898383

반 갤런 용기

40~42 g

최적화

70800-32

1.750”

70800-33

갤런 용기

62 g 이상

원형

80005-50

2.733”

80005-51

갤런 용기

60~62 g

3중 타원화

80552-16

2.727”

80522-215

갤런 용기

56~60 g

3중 최적화

950543

2.625”

950594

 

참고: 어떤 경우에는 귀사의 기존 심봉이 새로운 다이 설계 방식에서도 작동하지만 그렇지 않을 경우에는 새로운 심봉 세트가 필요합니다.

경량화 설계에 관한 최종 고찰

여기서 자세히 소개한 헤드 공구 개발은 귀사의 경량화 목표를 달성하는 데 분명 큰 도움이 될 것입니다. 귀사가 제조하는 용기의 설계를 최적화하는 것은 추가적인 단계에 속합니다. 제품 및 금형 설계 엔지니어들로 구성된 당사의 담당팀은 귀사에 최고의 서비스를 제공할 수 있습니다. 저희는 초도 설계 기준을 개발하는 것부터 시작해 생산 가치가 있으면서도 보다 향상된 병 설계를 구현할 때까지 귀사와 협력할 것입니다. 저희는 이러한 협력과 병행하여 지금까지 축적한 개발 경험과 전문 지식, 3D 프린팅 역량, 유닛 공동/실험 진행 시설 및 광범위한 병 시험용 실험실/설비를 활용해 귀사가 원하는 목표를 효율적이면서도 효과적인 방법으로 달성할 수 있습니다.

납품, 판매 및 서비스

당사는 상기에 인용한 모든 헤드 공구를 대체로 보유하고 있으며 주문 시 즉각 출하할 수 있도록 재고를 유지하고 있습니다. 다만 일시적으로 재고가 부족한 경우에는 제품 출하 시 3~4주 정도의 시간적 여유를 두시기 바랍니다.

재고가 부족한 경우, 당사는 차선책으로 예비 경화 처리된 스테인리스강을 사용해 구성품들을 신속히 제조할 수도 있습니다. 이러한 차선책을 적용할 경우, 재료의 경도가 표준 경화 처리된 공구강만큼 높지 않기 때문에 조기에 마모될 수 있다는 단점이 있습니다. 이러한 대안은 임시방편으로 고려하시기 바랍니다.

이 제품 또는 그 외 기계 업그레이드에 관한 자세한 정보는 인근 지역의 Uniloy 부품 판매 대리점에 문의하시기 바랍니다. 귀사의 생산 시설에서 이러한 구성품들을 설치할 경우, 저희 Uniloy의 숙련된 서비스 담당자들은 귀사에 필요한 도움을 드릴 수 있습니다.