스캐너 부품의 생산전 설계 검토 및 최적화 사례

Customer Profile

• 고객：폭스링크 이미지 테크놀러지
• 국가 : 타이완
• 산업：Electronics 
• 솔루션：Moldex3D Advanced； 유동 해석 모듈 Flow, 보압 해석 모듈 Pack, 냉각 해석 모듈 Cool, 변형 해석 모듈 Warp, Designer BLM, 섬유 배향 모듈 Fiber

폭스링크의 자회사로 2006년 정식 상장된 폭스링크 이미지 테크놀러지는 전체 이미징 기술 솔루션 제공업체로서, 타이완에 개발 및 경영 센터를, 중국에서는 생산기지를 운영하고 있다. 회사는 장기간 최적화 통합 능력 및 정확한 시장 판단력을 통해 이미징 관련 기술의 응용 및 개발에 전념해 ODM 시장을 확대함으로써 시스템 통합 및 개발 능력을 갖춘 세계적인 전문 제조업체가 되었으며, 고객에게 가장 경쟁력 있는 우수한 품질의 디지털 이미징 제품을 제공하고 있다. (출처: http://www.foxlink.com)

개요

첫 번째 사례에서, 스캐너 커버에 있는 미세한 특징의 그리드 구조는(Fig.1) 사출 충진에 있어서 하나의 도전으로, 미성형이나 웰드 라인의 문제를 일으키기 쉽다. 설계 변경이나 몰드 테스트 비용을 관리하기 위해서는 반드시 설계 초기에 제품의 성형성을 이해해야 했다. 두 번째 사례에서, 스캐너의 기어는 안정적인 작동을 유지해야 하기 때문에, 치수 정밀도에 대한 요구사항이 기타 어셈블리보다 높으며, 정밀 조립을 위해 표면 역시(게이트 영역 포함) 평탄하게 유지되어야 했다. Moldex3D의 성형 해석을 활용해 설계 초기에 이러한 성형 문제의 심각성을 평가함으로써 완제품의 품질을 최적화할 수 있었다.

그림 1. 스캐너 커버에 포함된 미세한 특징의 그리드 구조는 사출 성형에 있어 하나의 큰 도전이었다.

목표

• 스캐너 커버의 미성형 문제
• 기어 이가 빠지는 것을 방지하기 위해 정확한 치수의 스캐너 기어 사용

솔루션

Moldex3D 충진 해석을 응용해 미성형 문제와 유동의 평형성을 평가하고, 보압 및 냉각 해석을 사용해 수축 변형 및 과잉 충전의 심각성을 평가했다.

효과

• 어떤 게이트 설계로 변경하더라도 미성형 리스크를 피할 수 없기 때문에, 분해 성형 방식으로 문제를 해결한다.
• 스캐너 기어 변형 문제를 개선하고, 치수 정확도를 충족시키는 솔루션을 제공한다.

사례

첫 번째 스캐너 커버 사례에서 폭스링크 이미지 테크놀러지는 게이트 위치 최적화를 통해 제품 사출 충진 시의 스캐너 커버 미성형 리스크를 방지할 수 있는지 여부를 평가해야 했다. 또한 스캐너 기어의 완제품 품질을 예측하고 제품이 치수 규격에 부합될 수 있도록 각종 설계 변경을 평가해서 대안을 찾아내야 했다.

먼저 Moldex3D를 사용해 그리드 구조 및 중심의 두꺼운 영역 게이트를 포함하는 스캐너 커버의 두 가지 게이트 위치를(그림 2) 시뮬레이션 했다. 충진 결과를 통해 어떤 설계이든 모두 미성형 리스크가 있다는 것이 발견되었기 때문에, 폭스링크 테크놀러지는 이 문제를 개선하기 위해 분해 방식으로 나누어 성형하기로 결정했다(그림 3).

그림 2. 충진 해석의 유동 선단 결과를 통해, 미성형 문제에 대한 서로 다른 게이트의 영향을 평가했다

그림 3 어떤 게이트 설계이든 모두 미성형 리스크가 발생할 수 있다는 것을 보여주기 때문에, 폭스링크 테크놀러지는 분해 방식으로 나누어 성형하는 것으로 결정했다.

두 번째 스캐너 기어 사례에서 Moldex3D성형 시뮬레이션 결과에 따르면, 스캐너 기어에 유동 불균형 및 과잉 충전 등의 현상이 제품 변형을 일으키고 치수 정확도에 영향을 미친다 (그림 4). 따라서 이 문제에 대해 제품, 게이트 및 모듈 설계 변경을 포함한 3가지 솔루션을 제시했다 (그림 5).

그림 4. 스캐너 기어는 상부와 하부(Ø X & Ø Y)의 차이가 규범 수치 내에 있어야 한다

그림 5. 스캐너 기어 변형 문제를 해결하기 위한 대안으로서 3가지의 설계 변경 제시

Moldex3D 충진/보압/냉각 해석을 통해 초기 설계와 3가지 다른 설계 변경을 검증한 후, 게이트 위치 변경, 이형면 미세 조정 및 제품 설계 변경을 매치시켜야만 성형 시의 유동 불균형 및 과잉 충전을 효율적으로 개선하고, 치수 변형 문제를 개선할 수 있음을 발견했다. 마지막으로 Type C가 충진 압력과 보압 전달 손실이 비교적 작은 문제를 개선하고 열 축적 및 체적 수축 불균형 문제를 개선할 수 있음을 발견했다. 실제적으로 툴링 후에 상부와 하부의 치수 공차 사양이(Ø X & Ø Y) 0.03mm 이내로서 시뮬레이션 예측과 일치했다(그림 6).

그림 6. 보압과 완제품 변형에 대해 초기 설계와 다른 설계 변경을 비교한 시뮬레이션 결과. 

결론

Moldex3D를 사용하면 매우 저렴한 비용으로 테스트 효과를 얻을 수 있었으며, 설계 초기에 잠재적인 미성형, 에어 트랩, 싱크 마크, 뒤틀림 문제를 조기 발견함으로써 툴링 및 설계 변경으로 인한 리스크 및 비용을 절감할 수 있었다.