사출 성형 공정을 통한 계산기 하우징 제작

계산기 하우징, 케이스 또는 쉘은 미적, 기능적 역할을 모두 수행합니다. 쉘의 주요 역할은 내부 전자 장치를 보호하는 것이지만, 일부 계산기 케이스 제조업체는 FLIP 계산기에서 볼 수 있듯이 케이스에 연필과 같은 액세서리를 수납할 수 있는 디자인 요소를 통합하기도 합니다.  

계산기 하우징 제조는 주로 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 고충격 폴리스티렌(HIPS), 폴리카보네이트(PC) 등 내구성이 강한 플라스틱을 사용하여 이루어집니다. 다음은 계산기 하우징의 역할 중 일부입니다.

• 보호: 인쇄 회로 기판(PCB) 및 마이크로칩과 같은 섬세한 내부 전자 장치를 충격으로 인한 물리적 손상과 물, 자외선 같은 환경적 요소로부터 보호합니다. 일부 모델에는 슬라이딩 커버가 있어 화면을 추가로 보호할 수 있습니다.
• 조직: 하우징은 화면, 키패드, 배터리를 위한 수납공간이 있도록 설계되었습니다. 견고한 프레임이 이러한 구성 요소를 제자리에 고정하여 충격과 합선으로 인한 우발적인 손상을 방지합니다.
• 사용성: 유연한 스위치를 위한 안정적인 기반을 제공하여 편안하고 반응이 빠른 반복 입력이 가능합니다.
• 내구성: 계산기 하우징은 일상적인 마모를 견디고 깨지기 쉬운 내부 공간을 압력과 낙하로부터 보호하기 위해 제작됩니다.

고객 요구 사항

한 계산기 제조업체가 독특한 곡선 디자인의 신제품을 출시하면서 퍼스트몰드에 쉘 제작을 지원해 달라고 요청했습니다. 이 제품은 업무용 듀얼 스크린을 갖춘 독특한 계산기였습니다. 그들은 이 프로젝트를 위해 정밀 금형을 설계할 수 있는 평판이 좋은 회사를 원했고, 퍼스트몰드를 적극 추천했습니다.

퍼스트 몰드의 생산 관리자인 보웬 황은 고객에게 공장의 여러 구역을 실제로 둘러볼 수 있게 되어 매우 기뻤습니다. 제조업체는 공개적으로 반가움을 표하며 계산기 하우징 제조에 대한 세부 요구 사항을 설명했습니다.

디자인에 약간의 곡률이 있기 때문에 고객은 약 150g(0.33파운드)의 무게를 유지하면서 성능과 내구성의 균형을 맞추는 데 지나치게 신경을 썼습니다. 고객이 청사진에 명시한 주요 요구 사항은 다음과 같습니다:

• 전체 제품 무게: 125g~150g
• 벽 두께: 1.0mm ~ 1.5mm
• 표면 처리: 실크 스크린 인쇄
• 부품 공차: ±0.1mm
• 조립 공차: ±0.03mm
• 대량 생산 수율: ≥98%

과제 및 솔루션

곡면이 있는 제품의 금형 제작은 평평한 표면의 제품에 비해 더 어렵습니다. 숙련된 엔지니어의 고정밀 전문 가공과 노동 집약적인 개입이 필요합니다. 이 문제를 극복하기 위해 퍼스트 몰드는 계산기 하우징 제조를 위한 강철 금형을 제작하기 위해 고급 CAD 소프트웨어와 5축 CNC 가공에 의존해야 했습니다.

생산 후 최종 금형 표면을 상당히 높은 수준으로 연마해야 최종 제품이 실크 스크린 인쇄에 적합한 깨끗하고 매끄러운 마감을 얻을 수 있습니다.

이 프로젝트의 주요 재료는 ABS로, 일반적으로 등급과 가공 조건에 따라 0.4%에서 0.7%의 금형 수축률이 발생합니다. 먼저 금형 엔지니어는 뒤틀림과 같은 결함을 방지하기 위해 계산기 하우징 금형 생산 과정에서 이러한 수축을 고려해야 했습니다.

스냅핏 어셈블리를 위한 계산기 하우징 제조

고객은 상부 및 하부 쉘의 가장자리에 스냅-핏 조립 방식을 적용하기를 원했습니다. 스냅핏 조립 외에도 제조업체는 단단하고 내구성 있는 밀봉과 내부 부품 보호를 위한 2차 체결을 위해 셀프 테이핑 나사를 포함할 것을 요청했습니다.

스냅핏은 정밀한 성형 공차가 필요합니다. 공차가 너무 빡빡하면 부품을 조립하기 어렵습니다. 반대로 공차가 너무 느슨하면 연결이 약해져 습기가 통과할 수 있는 틈이 생겨 섬세한 내부 전자 부품이 손상될 수 있습니다.

스냅핏 설계의 가장 큰 문제점은 스냅 암(캔틸레버 빔)에 응력이 집중되어 조립 시 스냅이 파손될 수 있다는 점입니다. 이러한 결과를 방지하고 제품의 장기적인 내구성을 보장하기 위해 퍼스트몰드 엔지니어는 캔틸레버의 루트에 필렛(둥근 모서리)을 추가하여 응력 분산을 유도하고 강도를 높였습니다.

스냅 핏 강도를 개선하기 위한 퍼스트 몰드 엔지니어의 또 다른 접근 방식은 캔틸레버 빔을 테이퍼링하여 재료 사용량을 줄이고 피크 응력을 낮추는 것이었습니다. 이 팀은 여러 프로토타입에서 시행착오를 거치는 대신 고급 소프트웨어에 의존하여 계산기 하우징 제조에 완벽한 핏을 얻었습니다.

경량화를 위한 계산기 하우징 설계

계산기 하우징은 전체 무게와 부피의 70%에서 90%를 차지합니다. 상대적으로 가벼운 특성으로 인해 고객이 주로 선택하는 소재(ABS)는 일반적으로 가전제품에 주로 사용되지만, 경량화를 염두에 두고 설계를 재고해야 했습니다. 계산기 하우징을 제조할 때 재료 사용을 줄이면 전체 무게를 줄이는 데 기여할 수 있습니다.

먼저 몰드 엔지니어들은 벽 두께를 1.0mm로 유지하기로 결정했습니다. 얇은 벽이 구조적으로 기능적으로 유지되도록 하기 위해 리브로 보강했습니다. 최상의 결과를 위해 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 리브의 방향을 결정했습니다. 리브는 단순한 구조적 지지 이상의 역할을 했기 때문에 더 나은 계획이 필요했습니다. 리브의 다른 역할은 다음과 같습니다:

• 강성 증가: 리브 디자인은 계산기의 견고함을 유지하고 구부러짐을 방지합니다. 즉, 계산기가 구부러져도 깨지지 않아 내구성이 뛰어납니다.
• 구성 요소 장착: 리브는 버튼 패드, 회로 기판, 배터리 등 다양한 내부 부품을 장착할 수 있는 섹션으로 설계되어 제자리에 단단히 고정할 수 있습니다.
• 결함 방지: 얇은 벽은 뒤틀림, 싱크 마크 또는 표면에 눈에 띄는 함몰과 같은 결함이 발생하기 쉽습니다. 퍼스트 몰드는 리브를 사용하여 더 얇고 균일한 벽을 만들 수 있었습니다.

퍼스트 몰드 팀은 얇은 벽과 스마트 리브 설계의 조합을 통해 구조적 무결성을 유지하면서 매우 가벼운 계산기 하우징을 제공할 수 있었습니다. 가벼운 계산기 하우징 설계 덕분에 모든 부품을 조립한 후에도 제품의 전체 무게가 150g 미만으로 유지되었습니다.

대량 생산 수율 ≥98% 달성

갇힌 공기가 빠져나가고 불완전한 충진을 방지하며 화상 자국을 방지하기 위해 신중한 게이트 위치와 환기 전략, 특히 유로 끝부분의 환기 전략이 필요했습니다. 먼저 금형 엔지니어들은 컨포멀 냉각 채널을 사용하여 금형 온도를 균일하게 유지함으로써 뒤틀림, 수축 및 사이클 시간을 줄였습니다.

퍼스트 몰드 엔지니어 팀은 설계, 초기 설정, 생산, 유지보수 및 수리 가이드를 포함한 상세한 공정 문서를 설계했습니다. 이 문서는 계산기 하우징 제조업체가 생산 공정을 최적화하여 ≥98%의 대량 생산 수율을 달성하는 데 도움이 됩니다.

커브드 제품 제작이 어려운 이유는 무엇일까요?

곡선 형상을 가진 제품은 일반적으로 특히 벽 두께가 균일하지 않은 경우 냉각 중에 변형이 발생하기 쉽습니다. 따라서 퍼스트 몰드는 곡선을 따라 벽 두께를 일정하게 유지하는 것이 중요했습니다. 두께가 일정하지 않으면 차등 냉각이 발생하여 얇은 부분이 너무 빨리 냉각되면서 두꺼운 부분이 가라앉을 수 있습니다.

또한 곡선형 부품은 직선형 벽을 가진 부품에 비해 금형 캐비티에 더 단단히 ‘달라붙는’ 경향이 있습니다. 이로 인해 곡선형 부품의 손상이나 긁힘 위험이 높아져 배출이 어려워집니다.

이 고객의 계산기 하우징 디자인은 화면과 키패드 주변의 벽이 약간 얇았습니다. 차동 냉각으로 인한 잠재적 결함을 방지하기 위해 퍼스트 몰드 엔지니어는 금형 흐름 분석 소프트웨어를 사용하여 금형의 냉각 시스템을 최적화하여 내부 응력을 줄였습니다.

퍼스트몰드의 솔루션을 통해 고객이 얻은 이점

고객이 First Mold와의 파트너십을 통해 얻은 첫 번째이자 가장 중요한 이점은 리드 타임 단축이었습니다. 고객은 공정 최적화를 안내하는 자세한 문서와 함께 21일 이내에 완성된 생산 금형 세트를 받았습니다.

스틸 몰드를 제작하는 데는 많은 비용이 듭니다. 설계가 복잡해지면 비용도 증가합니다. 곡면이 있는 스틸 몰드는 특수한 툴링과 노동력이 필요하기 때문에 자연스럽게 툴링 비용이 증가합니다. 하지만 퍼스트 몰드는 제조 가능성 원칙을 위한 설계를 구현하고 5축 CNC 가공 및 CAD 소프트웨어와 같은 고급 기술을 활용하여 고객의 예산 범위 내에서 고객의 설계를 구현했습니다.

퍼스트 몰드 엔지니어는 고객의 청사진에 있는 계산기 하우징 디자인을 동일하게 복제하기 위해 완성된 금형을 제공하는 것 외에도 최상의 구조적 결과를 위해 리브 방향 및 배치에 대한 기술 지침을 제공했습니다.

퍼스트몰드 엔지니어들은 고객사 팀에게 효과적인 기계 사용법에 대한 멘토링을 제공했습니다. 납품 후에도 최적의 계산기 하우징 제조를 위해 금형이 원활하게 작동할 수 있도록 애프터 서비스를 통해 고객사를 지속적으로 지원했습니다.

최적화된 생산 공정, 제조 가능성을 위한 설계 구현, 유지보수 및 수리 지원의 조합은 고객이 가동 중단 시간을 최소화하면서 계산기 하우징을 최적으로 생산할 수 있도록 보장합니다. 이를 통해 시간이 지남에 따라 강철 툴링에 대한 초기 투자 비용을 회수할 수 있습니다.

크리에이티브 계산기 셸 디자인

저희 회사를 팔로우하는 분들 중 일부는 제품 디자이너라고 생각합니다. 여러분과 공유할 수 있도록 계산기 하우징의 디자인 사례를 모았습니다.

01. MINUS

MINUS는 계산기의 형태를 직관적으로 재해석한 간단한 개념의 계산기입니다.

깔끔한 외관과 둥근 숫자 버튼은 계산기에 완전히 새로운 형태를 부여합니다.

디자이너: 텔레케스 - 디자인

02. FLIP

플립은 사용하지 않을 때 먼지나 기타 손상으로부터 기기를 보호하는 동시에 독특한 형태로 책상을 깔끔하게 유지할 수 있는 계산기 디자인 콘셉트입니다.

디스크형 디자인으로 청소가 간편합니다.

디자이너: 박재완

03. 뉴모레이터

디자이너: 이진욱

미니멀하고 스타일리시한 이 계산기는 미끄럼 방지 처리된 검정색 뒷면 커버가 있어 편안하게 사용할 수 있습니다. 반투명 쉘을 통해 아래 버튼의 색상이 드러납니다. 이 제품에는 실리콘 커버 아래의 컬러풀한 버튼과 두 가지 유형의 버튼이라는 두 가지 비밀스러운 디테일이 있습니다.

04. 스페이스바

키보드의 큰 스페이스 바가 디자이너의 시선을 사로잡아 이 계산기에 적용되었고, 그 결과 대형 스페이스 바가 있는 계산기가 탄생했습니다.

이 계산기는 검정, 흰색, 회색의 세 가지 심플한 색상을 사용하여 세련된 느낌을 줍니다.

디자이너: 엘로디 - DELASSUS

05. 로지텍

시각 장애인을 위해 특별히 고안된 점자 계산기의 컨셉 디자인입니다.

각 버튼 세트에는 고유한 표면 처리가 되어 있어 시각 장애가 있는 분들에게 편리함을 제공합니다.

디자이너: 메르베 누르 쇡멘

06. 미드톤

미드톤 계산기는 동그란 버튼과 단일 색상의 단순한 블록 모양이 특징입니다. 전체 인터페이스가 깔끔하고 세련되었습니다.

LCD 화면의 배경색이 계산기의 색상과 일치하여 제품이 소박하고 통일된 느낌을 줍니다.

디자이너: 에르뎀 셀렉 & 헤일 셀렉

자주 묻는 질문