열-진공 성형(thermo-vacuum-forming)은 플라스틱 시트(plastic sheet)를 상응하는 금형의 표면 형상과 닮은 공동 형상(cavity geometry)으로 만드는 데 통상적으로 사용된다. 열성형된 플라스틱 시트는 소매 판매를 위해 고객의 제품을 포장하는 데 널리 사용된다.

포장재 사업과 관련된 많은 제조회사들은 아직도 비효율적인 수작업을 통해 열성형 금형을 만든다. 여기서 포장될 제품의 실제 샘플이 해당하는 열성형 금형을 제작하기 위한 기초로 사용된다.

석고(plaster)와 같이 모델을 만드는 재료가 원하지 않는 영역을 밀봉하고 추가적인 금형 특징형상을 성형하기 위해 이 샘플 위에 붙여진다. 이 석고 열성형 금형은 단기간의 제품 생산에 사용될 수 있다.

장기간에 걸쳐 열성형 금형을 사용하기 위해서는 이 석고 열성형 금형이 전기성형(elextroforming)과 캐스팅(casting)과 같은 다른 제조 기법을 이용하여 처리되어야 한다.

이러한 회사에서 열성형 금형의 제작공정을 자동화하기 위해 통상적인 CAD/CAM 방법을 적용하는 것은 고객들이 보안상 이유로 해당 제품의 CAD 데이터를 제공하지 않기 때문에 실행 불가능하다.

그러나 포장될 제품의 실제 샘플이 있기 때문에 표면 스캐닝 장치를 이용하여 관련된 제품의 표면 형상을 디지털화할 수 있는 역공학 방법(reverse engineering approach)을 채택할 수 있다. 이렇게 생성된 표면 데이터는 해당하는 열성형 금형의 설계와 제작을 지원하는 데 사용될 수 있다.

한편 대부분의 포장 회사들은 이익이 낮고 배달 소요 시간이 매우 짧은 가혹한 사업환경에서 운영되기 때문에, 이러한 스캐닝 장치는 저렴하고 디지털화 속도가 빨라야 한다.

정밀도면에서는 성형된 시트가 제품 설계가 아닌 제품 포장 목적으로만 사용되므로 낮아도 충분하다. 또한 디지털화된 표면은 원하지 않는 영역의 제거와 같은 기술적 미학적 이유로 수정되어야 한다.

물체의 표면 좌표를 동시에 포착하기 위해 균일 간격으로 분포된 144개의 탐침핀(probing pin) 배열을 채택한 새로운 표면 스캐닝 시스템의 설계와 개발을 제시한다.

이 시스템은 컴퓨터로 완전 자동화되어 구동되고, 포착된 표면 데이터는 점군 데이터 파일(point-cloud data file)로 저장되며, 이것은 스캔된 물체의 표면 모델을 구성하기 위해 CAD 시스템에 의해 후처리될 수 있다. 생성된 CAD 모델은 열성형 금형의 설계와 제작에 사용될 수 있다.

시제품이 제작되었으며, 시험 결과는 개발된 시스템이 포장 산업에서의 기술적 경제적 요구조건을 충족함을 입증했다. 전체 시제품 개발 비용은 미화 1,000달러보다 적게 들었다. 만약 이 제품이 판매를 위해 대량 생산된다면, 시스템 비용은 최소한 30% 정도 줄어들 것으로 추정된다.

앞으로는 스캐닝 해상도와 스캐닝 크기를 향상하는 데도 집중할 것이다. 또한 특별한 CAD 프로그램이 열성형 금형을 설계하고 제작하기 위해 핀배열 스캐닝 시스템으로부터 얻은 디지털화된 점군을 이용하기 위해 개발될 것이다.

(KORDIC)