[포커스] Moldex3D가 지속 가능성 목표 달성을 돕는 방법: 재활용 수지를 설계할 때 직면할 수 있는 4가지 문제 해결

기후 변화가 심해지면서 사람들은 환경에 미치는 영향에 대해 더 많이 의식하게 되었습니다. 기업은 ESG(Environment, Society, Governance) 문제를 해결하고 수익성과 사회적 영향 사이의 균형을 유지해야 한다는 압박을 점점 더 많이 받고 있습니다. EPEAT(Electronic Product Environmental Assessment Tool), 2035년까지 100% 무공해 차량(ZEV) 인수, 순환 경제 실행 계획과 같은 환경 정책도 기업이 더 친환경적이 되도록 자극하고 있습니다. 한 가지 중요한 비즈니스 목표는 재활용을 위한 디자인을 달성하고 재활용된 콘텐츠를 사용하여 제품을 만드는 것입니다. 예를 들어, 자동차 산업에서 Ford는 자동차 부품을 대체하기 위해 해양 플라스틱을 사용해 왔습니다. Dell은 재활용하기 쉬운 컴퓨터를 개발했으며 2030년까지 모든 제품에서 재활용품의 50% 이상을 통합하는 것을 목표로 합니다.

많은 사람들이 재활용을 위한 디자인 개념을 구현하고 일부는 이미 성공했지만 여전히 어려운 과제입니다. 디자이너는 제품 디자인 과정에서 다음과 같은 문제에 직면할 가능성이 매우 높습니다.

1. 버진 플라스틱과 유사한 특성을 가진 적합한 재활용 재료를 찾는 방법
2. 재활용 재료로 작업할 때 불확실성을 줄이는 방법
3. 올바른 제품 설계를 검증하고 제품 품질을 보장하는 방법
4. 제조 중 재작업 및 스크랩 비용을 줄이는 방법

이러한 문제는 처음에는 벅찬 것처럼 보일 수 있지만(실제로 그렇습니다!) 올바른 도구가 있으면 훨씬 쉬워질 것입니다.

 

Moldex3D 재료 특성화 및 연구 센터
정확한 재활용 재료 정보 제공

설계 단계에서 이상적인 재료를 선택하는 것은 생산 실패율을 줄이고 우수한 성형 거동을 보장하는 데 매우 중요합니다. 그러나 재활용 플라스틱은 분자 구조 분해 및 재생 횟수로 인해 원래 재료와 비교하여 물리적 특성이 매우 다릅니다. 정확한 재료 데이터를 얻으려면 고품질 측정 장비와 ISO 17025 인증을 갖춘 Moldex3D 재료 특성화 및 연구 센터에 재료 테스트 요청을 제출할 수 있습니다.

그림 1 Moldex3D 재료 측정 센터의 측정 장비

당사의 Moldex3D 전문가는 제공된 재활용 재료와 새로운 재료에 대해 통제된 측정 테스트를 실행할 것입니다. 재료 데이터는 맞춤형 앱을 통해 제공되며 여기에는 5가지 혼합 비율의 전단 점도와 재활용 횟수가 전단 점도에 미치는 영향이 포함되어 있어 버진 플라스틱과 유사한 가공 특성을 가진 혼합물을 찾는 데 도움이 됩니다.

그림 2 재활용 ABS-점도에 따른 블렌딩 의존성

그림 3 재활용 횟수에 따른 유변학적 특성

이 데이터는 CAE 분석에 적용하여 보다 정확한 시뮬레이션을 보장할 수 있으며 이에 대해서는 다음 세션에서 자세히 설명합니다.

Moldex3D 성형 시뮬레이션 소프트웨어
성형 결과를 시뮬레이션하여 잠재적인 결함을 해결하고 재활용을 위한 설계 검증

신제품 디자인을 개발할 때 다음과 같은 많은 사항을 고려해야 합니다.

1. DFM(제조 가능성 설계)은 어떻습니까?
2. 제품이 우리의 품질 기준을 충족합니까?
3. 잠재적인 설계 문제가 있습니까? (수축, 휨, 싱크, 내부응력 등)
4. 이것이 가장 최적화된 설계인가요?

재활용을 위한 설계는 재활용 재료의 특성이 처녀 플라스틱과 다르고 성형 결과에 크게 영향을 미칠 수 있기 때문에 공정을 더욱 복잡하게 만듭니다. 또한 인서트 몰딩, 접착제 접착과 같은 전통적인 디자인 및 제조 방법은 보다 친환경적인 다른 프로세스로 대체되어야 합니다. 즉, 제품이 수명 주기를 다했을 때 구성 요소를 쉽게 분리하고 재활용할 수 있습니다. 일반적으로 위에서 언급한 답을 얻으려면 많은 금형 테스트를 실행하고 금형 제작자의 경험에 의존해야 합니다. 

예를 들어, 아래 그림은 재활용 재료를 사용할 때 발생하는 일반적인 문제를 보여줍니다. PP_037(재활용재)의 점도는 재활용이 재료 특성을 변경했기 때문에 처녀 플라스틱 PP보다 높습니다.

그림 4 PP_virgin과 PP_R100의 점도 비교

Moldex3D 시뮬레이션을 통해 용융물은 PP보다 훨씬 느리게 이동하여 심각한 유동 정체를 초래합니다. 제품 끝 부분에 미성형이 발생할 수 있습니다.

그림 5 PP_virgin과 PP_R100의 Melt Front 비교

이 정보를 염두에 두고 공정 조건(용융 온도, 금형 온도, 유량 등)을 조정하여 점도 곡선을 미세 조정하고 처녀 재료인 PP의 결과와 유사하게 만들어 잠재적인 설계 문제를 방지할 수 있습니다.

그림 6 PP와 PP_037의 점도 비교 (2)

새로운 처리 조건과 점도를 사용하여 시뮬레이션을 다시 실행하면 유동 망설임이 개선된 것을 확인할 수 있습니다.

그림 7 PP_R100 조정 전과 후의 Melt front 비교

Moldex3D 시뮬레이션 소프트웨어는 또한 부품 변형을 예측하는 데 도움이 되므로 잠재적인 성형 결함을 더 잘 완화하기 위한 시뮬레이션 기반 결정을 내릴 수 있습니다.

그림 8 휨 – 총 변위(변형)

제품 설계를 시뮬레이션하고 검증한 후에는 적절한 방식으로 데이터를 저장하는 것이 중요합니다. 전체 성형 워크플로에는 재료 속성, 기계 사양, Moldex3D CAE 분석 프로젝트, 금형 정보, 금형 시험 조건 및 성형 결과 등을 포함하여 귀중한 데이터와 경험이 많이 포함되어 있습니다. Moldex3D iSLM 을 사용하면 금형 설계 및 플라스틱 공학, 데이터는 기업의 데이터베이스로 모두 관리되고 활용될 수 있습니다. 얼마나 많은 재활용품을 처리할 것 인지에 관계없이 iSLM은 향후 사용을 위해 중요한 데이터를 적절하게 저장하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

결론적으로 정확한 재료 데이터와 성형 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 재활용을 위해 설계를 테스트하고 가장 적은 성형 시도로 가장 최적화된 솔루션을 찾을 수 있습니다. 시험 중 스크랩과 재작업 비용을 줄여 생산을 단순화하고 완전히 새로운 수준의 지속 가능성을 달성할 수 있습니다.