웰드라인(weldline)이란 무엇이며 해결방안은?
목차
1. 웰드라인이란?
웰드라인은 플라스틱 사출 성형 과정에서 두 유동이 만나 완전히 결합하지 못해 생기는 선형 결함이다. 주유 원인은 사출 조건, 재료 특성, 금형 설계 문제이며, 해결 방안은 사출 조건 최적화, 금형 설계 개선, 재료 선택 및 첨가제 활용 등이 있다.
2. 웰드라인의 원인
웰드라인의 근본적인 원인은 다음과 같다.
- 캐비티 내에 장애물이 있어 수지가 분단되어 다시 합류할 때 발생
- 다점 게이트를 사용시 수지가 합류하는 부분에 발생하는 융합 불량 현상
- 살 두께 변동에 의한 웰드라인
웰드라인이 발생하면 다음과 같은 문제가 생기게 된다.
- 성형품에 선상의 모양을 남겨 외관상 결함을 야기
- 웰드라인이 생긴 부분의 수지의 불완전한 결합으로 강도가 하락한다.
2.1 사출 속도와 온도 문제
- 속도가 너무 낮으면 유동성이 부족해 결합 불량 발생.
- 속도가 너무 높으면 난류가 생겨 결함 유발.
- 온도가 낮으면 빠른 냉각으로 결합 불량, 너무 높으면 과도한 유동으로 강도 저하.
2.2 재료 특성
- 유동성이 낮은 재료는 금형 내에서 충분히 퍼지지 못해 웰드라인 발생.
- 결합력이 약한 재료는 흐름이 만나도 잘 붙지 않아 결함이 생김.
- 냉각 속도가 빠른 재료는 웰드라인 형성 가능성이 높음.
2.3 금형 설계 문제
- 게이트 위치가 부적절하면 흐름이 충동해 웰드라인 발생.
- 금형 내부 장애물(리브, 핀, 포스트 등)이 흐름을 방해.
- 금형 온도가 균일하지 않으면 특정 부위에서 빠른 냉각으로 결함 발생.
3.웰드라인 해결 방안
3.1 사출 조건 최적화
- 사출 속도와 온도를 적절히 조절해 유동성과 결합력을 확보
- 금형 온도를 높혀 고화츨 성장을 억제하고 흐름이 잘 합류하도록 한다.
3.2 금형 설계 개선
- 게이트 위치를 변경해 흐름 패턴을 제어
- 밸브 게이트를 활용해 개폐 타이밍을 조절, 접촉각을 크게 유지
- 금형 해석 소프트웨어를 활용해 웰드라인 발생 위치를 사전에 예측하고 설계 단계에서 개선.
3.3 재료 선택 및 첨가제 활용
- 유동성 높은 재료 사용.
- 결합력이 좋은 재료 선택 또는 첨가제를 사용해 결합력 강화.
4. 내가 마주한 웰드라인의 문제.
내가 현재 마주한 웰드라인의 문제는 아래 “그림1” 과 같다.
가운데 핀 포인트 게이트를 위치시키고 성형을 하는데 그림과 같이 흐름 방향에 있는 구멍을 지나서 만나는 수지들의 결합에 웰드라인이 발생하는 상황이다.
웰드라인이 발생한 상황에서 내구성 test를 실시했을 때 내구성에 문제가 있지는 않다.
하지만 외관 제품이기 때문에 웰드라인을 숨기든가 아니면 웰드라인이 나타나지 않도록 금형 수정이 필요하다.
일단 이러한 웰드라인이 발생 했을 때 할 수 있는 조치는 아래와 같다.
그리고 추가로 내가 취할 수 있는 해결방안이 무엇인지 찾아봤다.
5. 외관 품질 개선을 위한 수정 가능 사항 체크
5.1 외관 품질 개선을 위한 우선 조치
- 게이트·웰드라인 위치 재설계:
- 웰드라인을 시야에서 벗어난 면(하향면, 내부면, 마스킹되는 영역)으로 이동.
- 파트 외관 면에서 두 유동이 직접 마주보지 않게 게이트 방향을 조정하거나 게이트를 추가/변경.
- 금형·수지 온도 상승:
- 금형 온도와 용융 온도를 올려 유동 전면의 응고층을 줄이고 결합을 매끄럽게 함.
- 외관 면 주변에 국부 히터(카트리지/인덕션) 또는 금형 온도 제어 회로 추가.
- 사출 속도·보압 최적화:
- 초기 사출 속도를 높여 유동 두께를 확보하고, 보압을 충분히 유지해 표면 수축과 선을 완화.
- 다단 속도/다단 보압으로 외관 면 통과 구간을 매끄럽게 통과시키기.
- 통기·진공 보조:
- 웰드라인 예상 위치 주변에 벤트(0.02–0.05 mm) 추가/확장으로 공기 포획 방지.
- 외관이 중요한 경우 캐비티 진공(진공 어시스트)로 공기 제거.
5.2 금형 설계 개선 포인트
- 밸브 게이트 시퀀스:
- 순차 개폐로 유동 합류 각도를 줄이고 합류 시간을 겹치지 않게 조정.
- 외관 면에 닿는 유동은 “한 방향 흐름”이 되도록 타이밍 최적화.
- 플로우 리더/디플렉터 추가:
- 외관 면을 따라 유동을 유도하는 리브/구배를 설계해 합류를 뒤쪽이나 비가시 영역으로 이동.
- 오버플로 탭·웰:
- 외관 면을 지나 합류가 일어나는 지점에 소형 오버플로를 두고 사상으로 제거, 표면에 생길 선을 탭 내부로 유도.
- 냉각 균일화:
- 외관 면 반대편 두께·냉각 채널을 조정해 온도 편차를 줄임.
- 컨포멀 냉각 또는 국부 냉각 회로로 표면 온도 균일화.
5.3 재료·표면 마감 전략
- 수지 선택/조정:
- 외관 중시 시 비결정성 수지(ABS, PC, PMMA 등) 또는 고유동 등급으로 전환해 웰드라인 시인성을 낮춤.
- 유리섬유 함량을 낮추거나 미네랄 필러로 변경해 표면 선의 대비를 완화.
- 마스터배치·광택 제어:
- 무광/매트 마스터배치로 난반사를 증가시켜 선의 시야 노출을 감소.
- 짙은 단색보다는 약간의 텍스처 또는 톤 변화를 활용해 시각적 위장.
- 금형 표면 처리:
- VDI 24–33 수준의 미세 텍스처(샷피닝/에칭)로 선을 분산.
- 폴리싱은 투명부(PC/PMMA)에서만 고려하고, 불투명부는 균일 텍스처가 일반적으로 더 유리.
- 후공정 마감:
- 도장/코팅(매트 클리어, 소프트터치)으로 시야 감춤.
- 투명부는 화염/증기(솔벤트) 폴리싱 또는 하드코팅으로 표면 연속성 개선.
5.4 공정 파라미터 튜닝 체크리스트
- 사출: 초기 속도 상향 → 전이 시점에서 완만화 → 외관 면 통과 구간에 과도한 감속 금지
- 온도: 용융/금형 온도 소폭 상향, 과열로 탄화·은백 방지
- 보압/시간: 보압 단계 강화, 관로·게이트 동결 이전까지 유지
- 백프레셔: 가소화 단계 백프레셔로 용융 균일화
- 건조/수분: 수분 민감 수지(PC, PA, PMMA) 건조 철저, 기포·실버 스트릭 예방
5.5 품질 확인과 빠른 피드백 루프
- 샷숏·단면 관찰: 짧은 샷으로 유동 프런트 추적, 합류 위치 확인 후 설계/시퀀스 수정.
- DOE 소규모 실험: 속도·온도·보압 3요인 2수준으로 외관 점수화, 최적점 도출.
- 광학 평가: 일정 조도/각도의 라이트박스에서 육안/사진 비교로 시인성 정량화.
5.6 바로 적용하기 좋은 조합
- 밸브 게이트 시퀀스 + 금형 온도 상승 + 매트 텍스처
- 오버플로 탭 추가 + 초기 사출 속도 상향 + 보압 연장
- 수지 전환(ABS/PC 고유동) + 벤트 강화 + 색상/광택 튜닝
6. 조사한 해결 방안 중 시도해볼 만 한것
- 사출 속도 및 사출압 증가
- 플로우 리더, 디플렉터 추가 : 유동을 유도하여 먼처 수지가 차야하는 부분이 수지를 보내주기.
- 오버플로우 탭 추가 : 부품에 오버플로우를 만들 수 있는 면이 있는지 확인해봐야 될 것 같다.