[캐파-제조 길잡이] 블로우(Blow) 사출이란?

핼러윈 데이가 코앞으로 다가왔습니다. 코로나19만 아니었어도 이태원 거리에는 온갖 분장을 한 사람들로 거리가 빈틈 없이 찼을 겁니다. 귀신과 유령들 사이사이로 호박 풍선, 유령 풍선들이 틈을 메웠을 장면을 생각하니 코로나19가 오지 않았던 때로 돌아가고 싶군요. 아쉽지만 귀여운 유령 풍선 사진을 보며 핼러윈 데이를 직접 즐길 마음은 눌러 삼킵시다.

오늘 <제조 길잡이> 주제는 블로우(Blow) 사출입니다. 사진 속 귀여운(?) 유령 풍선들은 누군가 입으로 공기를 불어넣어주기 전에는 흐물흐물한 고무였을 겁니다. '후~'하고 입김을 불어넣어야 비로소 사진과 같은 타원형 형체가 만들어지겠죠. 풍선을 부는 것처럼 공기를 주입해 제품의 형체를 만드는 방식, 블로우 사출의 '핵심'입니다.

'공기 주입'이 핵심··· 페트병부터 화장품 케이스까지 생산

'블로우 사출' 가공 방식은 말 그대로 공기를 주입(Blow)하고 찍어내는(사출) 방식입니다. 풍선을 불 때는 그저 입김만 불어넣었다면, 블로우 사출은 풍선을 특정한 모양의 형틀(이를테면 별 모양)에 넣고 입김을 불어넣어 형틀과 똑같은 모양의 풍선을 만드는 식입니다. 블로우 사출은 가운데가 비어있다고 해서 '중공(中空) 성형', 입김을 불어넣는다고 해서 '취입(吹入)성형'이라고도 부릅니다.

블로우 사출 방식으로 제조한 제품은 공기를 불어넣은 공간이 '텅' 비어있게 됩니다. 이 때문에 주로 뭔가를 담는 '용기' 제품을 만들 때 블로우 사출이 많이 사용됩니다. PET병, 말통, 부표 등 두께가 얇고 내부가 비어있는 형태의 제품을 대량 생산할 때 주로 사용됩니다.

블로우 사출을 통해 가공할 수 있는 대표적인 재료는 폴리에틸렌(열가소성 플라스틱)입니다. 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 플라스틱 제품 다수가 블로우 사출을 통해 만들어집니다. 폴리에틸렌 외에도 염화비닐수지나 나일론, 폴리카보네이트, 폴리아세탈 등의 수지가 재료로 활용될 수 있습니다.

이러한 재료의 특성에 따라 살이 얇고 가벼우며 투명하면서도 내구성 있는 제품들이 주로 블로우 사출을 통해 만들어집니다. 식품, 세제, 약품, 화장품 등 용기 생산이 가장 많고, 공업용 약품 용기나 일부 자동차 부품도 블로우 사출을 통해 제조합니다.

'프리폼' 제작 방식에 따라 구분

블로우 사출은 크게 세 단계를 거쳐 만들어집니다. 프리폼(Preform) 제작 단계, 금형 주입 단계, 블로우 단계입니다. 프리폼이란 말 그대로 제품이 완성되기 이전의 형태를 말합니다. 즉, 재료를 가공해 먼저 '프리폼' 형태로 만든 뒤 여기에 공기를 주입해 최종적으로 원하는 형태를 만들게 됩니다.

프리폼을 만드는 방식에 따라 압출(압력으로 뽑아내는 방식) 블로우와 사출(틀에 넣고 찍어내는 방식) 블로우로 구분됩니다. 블로우 사출의 자세한 작동원리를 살펴봅시다.

① 압출 블로우(Direct Blow)

압출 블로우(Direct blow)는 부피가 크고, 상대적으로 수요가 적은 플라스틱 제품 제작에 주로 활용됩니다. 드럼통처럼 부피가 큰 플라스틱 제품이 압출 블로우 방식으로 만들어지는 대표적인 제품입니다.

압출 블로우 방식에서는 프리폼을 압출 방식으로 만듭니다. 즉, 재료가 되는 플라스틱 고분자를 압출기를 통해 튜브 형태로 뽑아냅니다. 마치 가래떡(속이 비어있는)이 뽑아져 나오는 장면을 연상하면 됩니다.

이때 프리폼은 위에서부터 수직으로 천천히 흘러내리게 되는데, 이를 금형(틀) 안에 가두고 윗부분을 절단한 뒤 다음 공정으로 이동시킵니다. 이어 금형이 닫힌 상태에서 금형 내부에 압축공기를 불어넣어 형태를 완성합니다.

이상의 과정에서 프리폼의 온도가 너무 높으면 프리폼의 형태가 처지게(Sagging)됩니다. 반대로 온도가 너무 낮아도 프리폼의 두께 편차가 커서 균일한 최종 제품으로 만들기가 어렵습니다. 처짐 현상을 방지하고 두께를 균일하게 만들기 위해서는 프리폼의 온도와 분사압력을 조절하는 것이 중요합니다. (Study on the Effect of Gas Pressure on Bottle Wall Thickness in the Blow Molding Process, 2020, The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.19 No.4 pp.36-44).

압출 블로우는 생산품의 정밀도가 다소 떨어질 수 있습니다. 이 때문에 사출품을 뽑아낸 후에 후처리 작업이 필요합니다. 또 재료에 열을 가한 상태에서 가공이 이뤄지기 때문에 제품을 냉각하는 데에 다소 시간이 걸립니다. 하지만 생산 공정 자체는 신속하게 이뤄지며 손잡이가 있는 제품을 만들기에 적합합니다.

② 사출 블로우(Injection Blow)

사출 블로우(Injection blow)는 PET 병과 같이 부피가 작고, 대량 생산이 필요한 용기를 제조하는 데에 주로 사용됩니다.

사출 블로우는 프리폼을 사출 성형 방식으로 만듭니다. 압출 블로우보다 프리폼의 형태가 어느정도 형성돼 있다는 점이 차이점입니다. 금형을 통해 프리폼을 만들고, 금형 코어에 끼워져 있는 프리폼을 뺴지 않은 상태로 그래도 옮깁니다. 프리폼이 끼워져 있는 금형 코어에서 바로 공기가 나와 제품의 외형이 형성됩니다.

압출 블로우 방식에서는 프리폼을 압출하는 압출기가 따로 있고, 프리폼을 옮겨서 공기를 주입하는 기계가 따로 있습니다. 사출 블로우는 이와 다르게, 프리폼을 만든 금형 코어 자체에서 공기가 나와 제품을 만들기 때문에 하나의 기계에서 사출과 블로잉이 한 번에 이뤄집니다. 이러한 특성 때문에 1단계 블로우 성형(one stage blow molding)이라고 부르기도 합니다.

사출 블로우의 장점은 사출 성형을 통해 어느 정도 모양이 갖춰진 프리폼을 쓴다는 점입니다. 이 때문에 상대적으로 제품의 정밀도가 높습니다. 다만 블로우의 중앙을 제어하기 어려워 부피가 큰 용기를 만들기에는 적합하지 않습니다.

③ 사출 연신 블로우(Injection Stretch Blow)

사출 연신 블로우는 사출 블로우에 연신(延伸, 길이를 늘이다) 단계가 추가된 방식입니다.

사출 블로우와 마찬가지로 먼저 사출 성형을 통해 프리폼을 만들어냅니다. 이렇게 생산한 프리폼을 다른 장소에 있는 블로우 기계로 이동해 블로우 성형을 하는데, 이때 프리폼 안에 스트레칭 로드를 넣어서 프리폼을 원하는 모양만큼 늘립니다. 이처럼 프리폼이 한차례 늘어나는 공정을 거친 뒤에 공기가 주입됩니다. 대부분의 PET병이 사출 연신 블로우로 만들어집니다.

사출 연신 블로우는 대량 생산에 유리하고, 디자인에 제한이 없다는 장점이 있습니다. 다만 다른 방식에 비해 비용이 비싸다는 점이 단점입니다.

온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)에서는 금형사출과 CNC를 비롯한 2300여(공정 합산 기준) 제조업체들이 파트너로 참여하고 있습니다. 아래 캐파 홈페이지에 접속해 도면과 함께 요청사항을 적어 주문을 의뢰(3분이면 작성 완료!)하면 24시간 내에 평균 7곳의 파트너 업체로부터 무료로 견적을 받아볼 수 있습니다.