수지 성형 불량 및 성형 재료의 관찰·해석·검사

수지(플라스틱) 성형품의 니즈와 성형 불량

경량화의 필요성을 배경으로 고기능화·고내구화된 수지(플라스틱)를 이용한 성형품이 다양한 분야에서 채택되고 있습니다. 예를 들어, 자동차 업계 등에서는 지금까지 금속 재료로 구성되었던 부품의 일부를 부가가치가 높은 수지 성형품으로 바꾸어 경량화에 의한 에너지 절약을 실현하는 사례도 보입니다.
한편, 수지 성형에서는 재료 및 첨가재의 배합·분산 상태, 용융 수지의 온도, 압력, 냉각 시간 등의 다양한 조건이 품질을 크게 좌우합니다. 특히 대표적 성형 방법인 사출 성형에서는 금형 및 용융 수지의 압력, 그리고 장비 정지 및 금형 손상의 원인이 되는 이형 불량 등에도 주의와 대책이 필요합니다.

대표적인 성형 불량

수지(플라스틱) 성형품의 품질을 저하시키는 대표적인 성형 불량·결함(형상 불량·표면 불량)과 그 원인의 사례를 아래에서 설명합니다.

버

현상: 수컷형·암컷형의 분리선에서 용융 수지가 빠져나온 상태로 고화된 형상 불량.
원인: 높은 사출 출력, 형체력 부족, 사출된 수지 양의 과다, 금형 왜곡 등.

• 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 「버의 3D 측정」

수축

현상: 성형품의 표면에 함몰부가 발생하는 형상 불량. 싱크 마크라고도 합니다.
원인: 용융 수지가 금형 내에서 고화될 때 수축하여 수지의 양이 부족해져 함몰이 일어납니다. 이 수축이 내부에 발생한 것은 「보이드(기포)」 또는 「내부 수축」이라고 합니다.

• 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 「복합 성형품의 경사 관찰·외관 검사」

휨

현상: 성형품이 한 방향으로 왜곡되는 형상 불량.
원인: 이형 시 받은 외부의 힘에 의한 변형(이형 불량), 또는 금형 내에서 용융 수지의 유동 방향에 따라 다른 수축률이 원인이 되어 발생합니다.

웰드 라인

현상: 금형 내에서 용융 수지가 합류하는 부분(웰드)이 홈 또는 무늬가 되어 표면에 나타나는 표면 불량.
원인: 사출 성형에서 용융 수지의 온도 또는 유동성이 낮거나 사출 압력·속도가 충분하지 않아 발생합니다.

• 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 「웰드 라인 관찰」

플로우 마크

현상: 게이트를 중심으로 나이테 같은 물결 무늬가 나타나는 표면 불량.
원인: 사출 성형에서 사출하는 용융 수지의 온도가 낮거나 사출 속도가 느려서 금형 내 수지의 유동성이 저하되며 이후에 사출된 수지와 겹치게 되어 발생합니다.

• 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 「복합 성형품의 경사 관찰·외관 검사」

크랙·크레이징

현상: 결함(크랙)이나 미세한 균열(크레이징)이 발생하는 표면 불량.
원인: 외부 응력 또는 내부 응력에 의해 성형품에 결함 및 균열이 발생합니다.

수지(플라스틱) 성형품·재료·첨가재에 대한 관찰·검사의 최신 사례

앞서 예시로 든 성형 불량이나 그 재료인 수지(플라스틱) 재료에 대한 기포 혼입, 필러 등 첨가재의 분산 상태는 품질에 큰 영향을 미치기 때문에 광학식 현미경을 이용한 관찰·평가가 자주 실시됩니다.
그러나 기존의 광학식 현미경은 색상의 저콘트라스트·입체적인 형상·복잡한 형상·표면 광택 및 투명성 등의 조건을 가진 성형품을 관찰하여 정확한 외관 검사를 실시하는 것이 어려웠습니다. 또한, 불량 부분의 측정 및 재료의 입자·첨가재의 분산 상태 계측에 의한 정량 평가에는 대응하지 못했습니다.

KEYENCE의 고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 오랜 세월 동안 현장의 의견을 반영하면서 기존 광학식 현미경의 과제를 해결했습니다. 또한, 최근 고도화되고 있는 수지 성형품이나 재료·첨가재의 연구 개발 및 현장의 새로운 요구에 대응할 수 있는 기기입니다.
「VHX 시리즈」는 고분해능 HR 렌즈와 4K CMOS, 독자적인 설계의 시스템으로 고해상도 4K 화상을 통한 정확한 관찰, 고정도의 2D·3D 측정·자동 면적 계측에 의한 정량 평가, 그리고 리포트 자동 작성까지 마이크로스코프 1대로 빠르고 간단하게 실현합니다.
여기에서는 수지 성형품·재료·첨가재의 평가에 관한 「VHX 시리즈」의 활용 사례를 소개합니다.

웰드 라인 관찰

다색 성형 등의 방법을 제외한 일반적인 수지 성형품은 단색이기 때문에 콘트라스트가 낮아 표면의 결함·불량을 관찰하기 어려웠습니다. 특히 사출 금형 내의 용융 수지가 합류하는 부분(웰드)에서 융합 불량이 원인이 되어 발생하는 홈이나 무늬「웰드 라인」을 관찰할 때는 조명 조건 추출이 어려웠습니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「멀티 라이팅」 기능으로 버튼을 누르기만 하면 모든 방향에서 비추는 조명에 의한 여러 화상을 빠르게 취득합니다. 그 중 관찰에 적합한 화상을 선택하기만 하면 관찰할 수 있습니다.
지금까지 조명 조건 추출에 소요되던 시간을 절약하고 정확하며 신속한 관찰을 실현합니다.

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성형품 버의 3D 측정

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고해상도 화상에 의한 관찰뿐만 아니라 서브미크론 단위의 고정도 3D 형상과 불량 부분의 프로파일 측정이 가능합니다.

금형의 왜곡 및 형체 압력 부족 등에 의해 분리선의 아주 작은 틈새를 통해 용융 수지가 빠져나와 발생하는 미세한 버까지 정량적으로 측정·검사할 수 있습니다. 또한, 불량 부분의 상세한 3D 정보를 얻어 신속하게 원인을 파악하고 대책에 나설 수 있습니다.

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수지 중의 필러 분산 상태 관찰과 자동 계측

수지(플라스틱) 재료의 고기능화 및 고부가가치화를 목적으로 배합되는 필러 등 각종 첨가재는 수지 재료에 대해 얼마나 균일하게 분산시키는지가 관건입니다. 따라서 필러 분산 상태의 관찰 및 계측에 의한 정확한 평가가 중요합니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고배율에서도 필러의 분산 상태를 고해상도 4K 화상으로 관찰할 수 있습니다. 또한, 관찰 화상에서 그대로 고정도의 자동 면적 계측·카운트를 실행할 수 있기 때문에 관찰 뿐만 아니라 계측에 의한 정량 평가가 끊김 없이 실현됩니다.
그리고 Excel을 설치하여 템플릿을 사용하면 촬영 화상이나 계측값을 이용하여 자동으로 리포트를 작성할 수 있습니다. 마이크로스코프 1대로 필러 분산 상태의 평가와 관련된 일련의 작업이 완결되기 때문에 작업 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

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수지(플라스틱) 재료의 입자 관찰

기존의 현미경을 사용한 수지(플라스틱) 재료의 입자 관찰에서는 표면의 요철에 의해 일부에만 초점이 맞았습니다. 또한, 재료의 광택에 의한 링 형상의 반사광 때문에 기포를 관찰하기가 어려웠습니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「라이브 심도 합성」으로 요철이 있는 표면 전체에 초점이 맞는 화상을 취득할 수 있습니다. 또한, 「링 제거」 기능으로 링 형상의 반사광을 제거할 수 있기 때문에 수지 재료의 입자 및 기포를 선명하게 관찰할 수 있습니다.

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수지 성형품의 파단면 관찰

수지(플라스틱) 성형품의 파괴·파손은 파단면의 형태(취성·연성·전단·피로·크리프 등)를 빠르고 정확하게 해석하여, 원인을 특정하고 대책·개선에 신속하게 대응할 수 있습니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능 HR 렌즈와 전동 리볼버로 20~6000배까지 직감적인 조작을 통해 렌즈를 자동 전환하는 「심리스 줌」을 실현했습니다. 렌즈 교환의 공정 수와 시간이 절약되며, 고해상도 4K 화상을 신속하게 취득함으로써 정확하고 효율적인 파단면 관찰·해석이 실현됩니다.

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복합 성형품의 경사 관찰·외관 검사

차량 탑재 전장 부품의 커넥터 등 입체적이고 복잡한 형상의 복합 성형품 외관 검사는 다양한 앵글의 관찰이 필요합니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「프리 앵글 관찰 시스템」과 「고정도 X·Y·Z 전동 스테이지」를 활용하여 자유로운 각도로 경사 관찰을 실현합니다. 대상 물체 위치의 수동 조정에 필요한 공정 수와 시간을 절약하고 원활한 경사 관찰을 실현합니다.

「VHX 시리즈」의 고분해능 HR 렌즈와 4K CMOS가 실현한 고해상도의 4K 화상으로 대상 물체 전체를 포착하는 저배율 관찰에서도 수축이나 플로우 마크 등 성형품의 미세한 결함·불량을 선명하게 판독할 수 있습니다.

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현장의 의견을 반영하여 실현한 간단·다기능·고해상도를 겸비한 마이크로스코프

KEYENCE에서는 20년 이상에 걸쳐 현장의 의견을 반영하면서 디지털 마이크로스코프의 개선·개량을 거듭해 왔습니다. 그렇게 완성된 것이 고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」입니다.
「VHX 시리즈」는 여기에서 소개한 내용 외에도 현장의 과제를 해결하는 여러 기능이 탑재되어 있습니다. 이 기능들은 모두 독자적인 설계로 사용자의 숙련도와 관계없이 간단한 조작을 통해 고도의 관찰·검사를 실시할 수 있는 시스템을 실현했습니다.
또한, 렌즈의 타입 및 관찰 시스템의 라인업이 풍부하여 취급하는 대상 물체 및 재료에 최적인 셋 업이 실현됩니다.

「VHX 시리즈」에 관한 자세한 내용을 알아보시려면 아래의 버튼을 클릭하여 카탈로그를 다운로드하시거나 부담 없이 상담·문의해 주시기 바랍니다.

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