Abstract
To produce plastic parts that have fine pattern through conventional injection molding, a lot of difficulties follow. Therefore, rapid heating and cooling methods are good candidates for manufacturing injection-molded parts with micro/nano patterns. In this study, we adopted the E-Mold patent technology. The mold for E-Mold technology has a separate heated core with micro heaters. It is very important to optimize the lay-out of the heaters in heated core because it influences both control and distribution of mold temperature. We developed a optimization method of heating line lay-out by using commercial softwares and compared the output with the experimental results. We used Pro-Engineer Wildfire 2.0 for the mold design, ICEMCFD for mesh generation, and FLUENT for heat transfer simulation. The simulation results showed the temperature profile from $60^{\circ}C$ to $120^{\circ}C$ or $180^{\circ}C$ during heating and cooling process which were compared with the injection molding experiments. We concluded that the simulation could well explain the experimental results. It was shown that the E-Mold optimization design for heater lay-out could be available through the simulation.
일반사출성형에서는 수지가 캐비티 내를 흐르면서 냉각으로 인한 점도의 상승으로 전사성이 급격히 나빠지기 때문에 미세패턴을 가진 성형품을 제작하는데 많은 어려움이 따른다. 이를 해결하는 방법으로 금형온도를 용융된 수지온도 수준까지 순간적으로 표면만을 가열하여 성형시킨 후 급속히 냉각하는 다양한 순간금형가열방식이 있고, 그 중 본 연구에서는 전열가열방식인 E-Mold을 채택하였다. 특히, 마이크/나노 부품 성형에 필수적인 E-Mold 금형설계에 있어 heating line의 배치는 금형의 온도 제어 및 균일한 온도 분포에 절대적인 영향을 미치므로 최적화된 heating line의 배치가 필수적이다. 본 연구에서는 사출공정의 사이클 타임을 최소화하면서 다양한 해석 프로그램을 사용하여 E-Mold의 최적화 설계를 전산모사 하였고, 이를 실험결과와 비교하였다. 먼저, 3D CAD 프로그램인 Pro-Engineer Wildfire 2.0 을 사용하여 E-Mold 금형을 설계하고, ANSYS사의 ICEMCFD 프로그램을 사용하여 MESH 생성하고, ANSYS사의 FLUENT 프로그램을 사용하여 금형의 초기온도 $60^{\circ}C$에서 $120^{\circ}C$와 $180^{\circ}C$까지 가열하는데 걸리는 시간과 냉각시키는데 걸리는 시간 등을 전산모사 하였다. 그리고 Polycarbonate를 이용하여 LGP 도광판을 실제 사출성형하여 얻은 데이터와 비교 분석을 하였다. 전산모사와 실제 사출결과에서 $3{\sim}4$초가량의 차이가 나타났지만 실제 사출시 고온의 용융된 플라스틱 수지에 따른 냉각시간의 오차를 생각한다면, 전산모사와 실힘결과는 거의 일치한다고 볼 수 있다. 따라서 본 체계적인 전산모사방법을 통해 E-Mold의 Heating Line 최적화 설계가 가능하다는 것을 확인하였다.
