사출 성형에서 발생하는 싱크 마크(Sink Mark) 결함을 효과적으로 개선하는 방법

고급 기술 사출성형 산업에서 제품 표면 품질을 제어하는 것은 금형 엔지니어와 생산 운영자에게 가장 큰 과제 중 하나입니다. 그중에서도 외관과 구조적 완성도에 심각한 영향을 미치는 대표적인 결함이 바로 표면 함몰(Sink Mark) 현상입니다. 본 글에서는 SDE Tech가 싱크 마크 결함에 대해 물리적 원인부터 실제 해결 방법, 그리고 시뮬레이션 기술을 활용한 최적화 전략까지 심층적으로 분석합니다.

1. Sink Mark란 무엇인가? 정의 및 식별 방법

어떠한 생산 결함이든 효과적으로 개선하기 위해서는 먼저 해당 문제의 본질을 정확히 정의하고 식별하는 것이 중요합니다.

1.1 표면 함몰(Sink Mark)의 개념

싱크 마크(Sink Mark)는 플라스틱 제품 표면 일부가 안쪽으로 꺼지며 형성되는 원치 않는 함몰 현상입니다. 물리적으로 이는 냉각 과정에서 발생하는 비균일 수축에 의해 발생합니다. 외부 표면이 먼저 고화된 반면 내부 코어는 여전히 고온 상태로 수축을 지속하면서, 외부 표면을 안쪽으로 끌어당겨 함몰을 형성하게 됩니다.

1.2 현장에서의 Sink Mark 식별 방법

실제 생산 현장에서 싱크 마크는 두께 변화가 큰 부위에서 주로 발생합니다. 예를 들어 리브(rib), 보강 구조, 또는 두꺼운 영역 반대편 표면에서 얕거나 깊은 함몰 형태로 나타납니다. 기계적 스크래치와 달리 표면은 매끄럽지만 빛 반사 왜곡을 유발하여 외관 품질을 크게 저하시킵니다.

2. Sink Mark 발생의 4가지 주요 원인

이 결함의 근본 원인을 파악하기 위해서는 제품 설계, 금형 구조, 그리고 사출 공정 조건을 종합적으로 분석해야 합니다.

2.1 제품 설계 문제 (두께 및 리브 구조)

가장 흔한 원인은 불균일한 두께 설계입니다. 특히 리브와 본체가 만나는 영역에서 두께 비율이 적절하지 않을 경우 열 축적이 발생하여 냉각 속도 차이로 인해 함몰이 발생합니다.

2.2 사출 공정 조건 (보압 및 냉각 시간)

보압이 부족하거나 유지 시간이 짧으면 수축을 보상할 추가 수지가 공급되지 않습니다. 또한 용융 온도가 높거나 냉각 시간이 부족하면 제품이 충분히 고화되지 않은 상태에서 추가 수축이 발생하여 싱크 마크가 형성됩니다.

2.3 금형 설계 (게이트 및 러너 시스템)

게이트 크기가 작거나 위치가 부적절하면 보압 전달이 제한됩니다. 게이트가 너무 빨리 고화되면 추가 수지 보충이 차단되어 국부적인 싱크 마크가 발생할 수 있습니다.

2.4 소재 특성 (수축률)

재료마다 수축률이 다릅니다. PP, PE, PA와 같은 결정성 수지는 ABS, PC보다 수축률이 높아 Sink Mark 발생 가능성이 큽니다. 첨가제나 수분 함량 또한 영향을 미칩니다.

3. Sink Mark와 함께 발생하는 사출 결함

사출 결함은 단독으로 발생하기보다 서로 연관되는 경우가 많습니다.

• 워페이지(Warpage): 비균일 수축으로 인한 변형
• 미충진(Short Shot): 압력 조정 시 충진 부족 발생 가능
• 웰드라인 및 번마크: 유동 조건 변화로 인한 추가 결함

4. Sink Mark 개선 방법 (현장 대응 전략)

현장에서 문제 발생 시, 공정 조건 → 금형 → 설계 순으로 개선을 진행하는 것이 효과적입니다.

4.1 사출 조건 최적화

보압 증가 및 유지 시간 연장을 통해 수축을 보상해야 합니다. 동시에 온도 조건을 최적화하여 과도한 수축을 방지합니다.

4.2 금형 개선

게이트 크기 확대 및 냉각 채널 최적화를 통해 열 분포를 균일하게 유지합니다.

4.3 제품 설계 개선

리브 두께는 본체 두께의 40~60% 범위로 설계하는 것이 바람직합니다.

5. Cadmould Flex를 활용한 사전 예방

금형 수정 비용을 줄이기 위해 CAE 기반 시뮬레이션 활용이 필수적입니다.

5.1 결함 예측 시뮬레이션

Cadmould Flex는 유동 및 열 해석을 통해 Sink Mark 발생 위치를 사전에 예측합니다.

5.2 수축 및 냉각 해석

정밀한 수축률 계산과 냉각 시스템 최적화를 지원합니다.

5.3 비용 절감 효과

시험 금형 횟수를 줄이고 개발 기간을 단축하여 비용을 절감할 수 있습니다.

6. 빠른 문제 해결 가이드

현장에서 활용 가능한 요약 가이드:

7. FAQ

왜 보압을 높여도 개선되지 않는가?

게이트가 조기에 고화되었을 가능성이 높습니다.

유리섬유 강화 수지는 유리한가?

수축률은 낮지만 다른 결함이 발생할 수 있습니다.

적정 보압 시간은?

제품 중량이 더 이상 증가하지 않는 시점을 기준으로 설정합니다.

싱크 마크는 공정, 설계, 소재가 복합적으로 작용하는 기술적 과제입니다. SDE Tech의 Cadmould Flex와 같은 CAE 솔루션을 활용하면 초기 설계 단계에서 문제를 예방하고 경쟁력을 확보할 수 있습니다.

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