MuCell 미세 다공성 발포 기술: 경량화 및 지속 가능한 제조를 위한 최적의 솔루션

MuCell 기술은 자동차, 전자, 의료, 스포츠용품, 친환경 제조 등 다양한 산업 분야에 널리 적용되어 왔습니다. 경량화 및 탄소 감축 추세가 확대됨에 따라, MuCell은 지속 가능하고 효율적인 제조 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 특히 운송 및 자전거 산업에서 MuCell은 플라스틱 사용량을 줄이는 동시에 제품의 강도와 내구성을 향상시켜 탄소 발자국을 더욱 줄이는 경량화 솔루션을 제공합니다.

MuCell 기술 개요

MuCell(Microcellular Injection Molding) 기술은 1980년대 매사추세츠 공과대학(MIT)의 남평서 교수 연구팀에 의해 개발되어 1990년대에 상용화되었습니다. MuCell 기술의 핵심은 초임계 유체(SCF) 기술을 이용하여 용융 플라스틱에 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)를 주입하여 균일한 미세 다공성 구조를 형성하는 것입니다. 이 공정은 재료 소비를 줄이고, 제품 무게를 줄이며, 제품 성능과 가공 효율을 모두 향상시킵니다.

MuCell 기술의 개발 역사

1980년대 – 개념 형성 및 초기 연구

• • MIT 연구팀은 용융 폴리머에 물리적 발포제로 CO₂ 또는 N₂를 주입하여 균일한 미세 세포 구조를 형성하는 초임계 유체(SCF) 공정을 개발했습니다.
  • 초기 목표는 치수 안정성과 휨 제어와 같은 기계적 특성을 향상시키는 동시에 재료 사용량을 줄이는 것이었습니다.

1990년대 – 산업 응용 및 특허 개발

• • MIT의 연구 성과는 MuCell 기술의 상용화로 이어졌고, 이 기술을 홍보하고 전용 장비를 개발하는 데 주력하는 Trexel, Inc.가 설립되었습니다.
  • Trexel은 자동차, 전자, 의료 기기 등의 분야에 MuCell 기술을 적용하기 시작했으며, 가스 제어 시스템, 금형 설계, 사출 성형 공정 최적화를 포함한 수많은 특허를 취득했습니다.

2000년대 이후 – 글로벌 확장 및 기술 최적화

• • 기술이 발전함에 따라 MuCell은 유럽과 아시아 시장에서 큰 호응을 얻었습니다. 자동차 경량화(연료 소비 감소)와 지속 가능한 에너지(플라스틱 사용량 감소)에 대한 수요에 힘입어 많은 기업들이 이 솔루션을 채택했습니다.
  • 다양한 응용 프로그램 요구 사항을 충족하기 위해 MuCell 기술은 다음을 포함하도록 더욱 발전했습니다.
    • 고정밀 발포 제어(3C제품 및 정밀 제조용)
    • 하이브리드 발포 기술(강성과 기계적 강도 향상)

최근 몇 년 – 스마트 제조 및 지속 가능성

• • • MuCell 기술은 스마트 제조(예: Industry 4.0)에 통합되어 데이터 모니터링 및 자동화를 통해 프로세스 안정성을 향상시킵니다.
    • MuCell의 개발은 더 이상 플라스틱 사용량을 줄이고 부품의 강성을 유지하는 데 국한되지 않습니다. 초경량, 고반발 신발 중창, 소음 감소, 단열, 보냉 산업 제품, 생체모방 의료 분야 등 새로운 응용 분야가 등장하고 있습니다.
    • 많은 회사가 지속 가능성을 더욱 개선하기 위해 MuCell 기술을 재활용 가능한 플라스틱과 결합하고 있습니다. 예를 들어, 생물 기반 또는 재활용 재료를 사용하여 탄소 발자국을 줄이는 것입니다.

그림: 신발 밑창의 MuCell 적용

아시아 사출 성형 장비 제조 분야의 선구자인 FCS(Fu Chun Shin)는 2015년부터 MuCell 미세 다공성 발포 기술 개발 및 통합을 선도해 왔습니다. FCS는 자체 장비 개발 및 글로벌 서비스 네트워크를 통해 고객이 경량화 및 탄소 감축 측면에서 놀라운 성과를 달성할 수 있도록 지원했을 뿐만 아니라, 자동차, 포장, 가전제품, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야로 이 기술의 적용 범위를 점차 확대해 왔습니다.

MuCell 성형 공정

기존 사출 성형과 달리 MuCell은 초임계 유체를 주입하는 추가 단계를 포함합니다. 자세한 단계는 다음과 같습니다.

• • 1단계: 플라스틱 용융 – 열가소성 플라스틱(PP, ABS, PC 등)이 사출기 내부에서 용융되어 뜨겁고 점성이 있는 용융물을 형성합니다.
  • 2단계: SCF 주입 – 고압 하에서 소량의 CO₂ 또는 N₂를 배럴에 주입하여 용융물을 가스로 균일하게 포화시킵니다.
  • 3단계: 사출 성형 – 가스로 포화된 용융물을 금형에 주입합니다. 압력 강하로 인해 가스가 팽창하여 미세 기포를 형성하여 더 가볍고 균일한 내부 구조를 형성합니다.
  • 4단계: 냉각 및 배출 – 냉각 및 응고 후 미세 세포 구조는 안정적으로 유지되어 가볍고 강도가 높은 발포 플라스틱 부품이 생산됩니다.

MuCell의 환경 및 에너지 절약 이점

MuCell(미세 세포 사출 성형)은 재료 절감, 에너지 사용량 감소, 생산성 향상, 경량 설계, 재활용 재료 사용을 통해 에너지 소비와 탄소 배출을 크게 줄여 기업의 지속 가능성과 탄소 중립 목표를 충족합니다.

재료 절감 → 플라스틱 제조로 인한 탄소 배출량 감소

• • 기존 사출 성형에는 대량의 순수 플라스틱이 필요하지만, MuCell은 미세 세포 발포를 통해 플라스틱 사용량을 10~20%까지 줄일 수 있습니다.
  • 플라스틱 제조로 인한 탄소 배출량:
    • 순수 PP, ABS, PC는 생산된 kg당 2.5~6kg의 CO₂를 배출합니다.
    • MuCell은 재료 사용량을 5~20% 절감하는데, 이는 플라스틱 1톤당 125~1,200kg의 CO₂를 줄이는 것과 같습니다.
  • 예를 들어, 매년 1,000톤의 플라스틱을 사용하는 공장은 MuCell을 사용함으로써 200톤을 절감할 수 있으며, 이는 250~1,200톤의 CO₂를 줄이는 것과 같으며, 이는 11,000~55,000그루의 나무를 심는 것과 같은 효과(나무 한 그루가 매년 약 22kg의 CO₂를 흡수)입니다.

사출 압력 및 기계 전력 사용량 감소 → 제조 중 탄소 배출 감소

• • 기존 사출 성형과 MuCell의 비교:
    • 기존 성형에는 고압 금형 충전이 필요했습니다. MuCell은 충전 압력을 30~50% 줄여 사출기의 에너지 사용량을 10~40% 절감합니다.
    • 사출기는 공장 전체 에너지 사용량의 약 60%를 차지합니다. 발전으로 인한 CO₂ 배출량은 평균 약 0.5kg/kWh입니다(에너지원에 따라 다름).
  • 예: 연간 1,000만 kWh의 전력을 사용하는 공장에서 MuCell을 통해 에너지를 20% 절감하면 약 1,000톤의 CO₂를 줄일 수 있는데, 이는 91,000그루의 나무가 흡수하는 CO₂와 같습니다.

더 짧은 사이클 시간 → 생산성 향상, 탄소 감축 추가

• • MuCell은 냉각 및 포장 시간을 15%~50% 단축하여 다음과 같은 효과를 제공합니다.
    • 단위 시간당 생산량이 더 높으므로 동일한 에너지 입력으로 더 많은 부품을 생산할 수 있어 부품당 배출량이 줄어듭니다.
    • 기계의 유휴 또는 대기 시간이 줄어들어 에너지 낭비가 최소화됩니다.
  • 기계 생산성이 20% 증가한다고 가정하면 동일한 생산량을 20% 적은 에너지로 얻을 수 있고, 그에 따라 CO₂ 배출량도 감소합니다.

제품 무게 감소 → 운송 탄소 발자국 감소

• • 자동차 산업 응용 분야
    • MuCell은 자동차 내부 부품(예: 대시보드, 시트 프레임, 도어 패널)의 무게를 10~30%까지 줄일 수 있습니다.
    • 차량 무게가 100kg 감소하면 연료 차량의 CO₂ 배출량이 킬로미터당 약 8~10g 감소합니다. 전기 자동차의 에너지 소비량도 줄어듭니다.
    • 차량 무게를 5~20% 줄이고 이를 10만 대의 차량에 적용하면 연간 250~1,000톤의 CO₂를 줄일 수 있는데, 이는 나무 22,500~90,000그루를 심는 효과와 같습니다.
  • 전자 및 포장재
    • 플라스틱 하우징과 포장재의 무게를 줄이면 운송 중 연료 소비를 줄이고 온실 가스 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다.

자동차 에어덕트 패널

자동차 헤드램프 하우징

AI 로봇 쉘

재활용 플라스틱( PCR) 결합 → 탄소 발자국 추가 감소

• • 신품 플라스틱과 재활용 플라스틱 탄소 배출량 비교
    • 신규 플라스틱(PP, ABS, PC)은 생산된 1kg당 2.5~6kg의 CO₂를 배출합니다.
    • 재활용 플라스틱(PCR)은 1kg당 1~2kg의 CO₂를 배출하는데, 이는 순수 소재보다 50~80% 낮은 수치입니다.
  • MuCell이 플라스틱 사용량을 30% 줄이고 PCR을 50% 결합하면 다음과 같습니다.
    • 1,000톤의 플라스틱으로 인한 배출량은 CO₂ 5,000톤에서 1,500톤으로 70% 감소할 수 있습니다.
    • 이는 318,000그루의 나무가 1년에 22kg의 CO₂를 흡수하는 것과 같습니다.
    • MuCell은 또한 다음과 같은 방법으로 재활용 플라스틱의 사용을 향상시킵니다.
      • 재활용 소재의 강성 손실을 보상하기 위해 기계적 강도를 향상시킵니다.
      • 사출 온도와 압력을 낮춰 열적 저하를 줄이고 가공성을 개선합니다.

MuCell은 신규 플라스틱의 사용을 줄일 뿐만 아니라 재활용 소재의 적용성을 높여 지속 가능한 플라스틱의 잠재력을 확대합니다.

MuCell 기술의 전반적인 탄소 감소 이점

예를 들어, FCS는 2015년 MuCell 기술을 처음 도입한 이후 LM 2플레이튼, FA 유압식, SA 외향 토글식, CT-e 완전 전기식, FB 다품 2색 기계 등 여러 시리즈에 걸쳐 시스템 통합을 성공적으로 적용하고 검증해 왔습니다. 현재까지 30대 이상의 MuCell 시스템이 공급되었습니다. 이러한 기계는 반도체, 자동차 및 오토바이 부품, 소비재, 스포츠화 등의 분야에 사용되어 원자재 및 에너지 소비를 10~20% 절감하는 동시에 사이클 타임을 크게 단축하여 고객이 생산 능력, 비용 효율성, 그리고 ESG 기반 탄소 감축이라는 두 가지 이점을 동시에 누릴 수 있도록 합니다.

모빌리티 및 자전거 산업에서의 MuCell 기술 적용 사례

MuCell 기술은 자전거, 전기 스쿠터, 오토바이, 스포츠 용품 에 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 무게 감소, 강도 향상, 생산 에너지 소비 감소 에 중점을 두고 탄소 감축과 지속 가능성을 지원할 것입니다.

자전거 산업에서의 MuCell 적용. 목표: 탄소 섬유 및 알루미늄 부품에 사용되는 플라스틱 지지 구조의 무게를 줄여 전반적인 에너지 효율을 향상시킵니다.

자전거 부품의 MuCell 기술:

• • 자전거 프레임 내부 플라스틱 보강재 → 약 5~10% 무게 감소 예상
  • 자전거 조명 및 e-어시스트 시스템용 플라스틱 하우징 → 플라스틱 절감률 25% 예상
  • 안장 및 핸들바용 발포 플라스틱 부품 → 강성 강화로 약 15% 가벼워질 전망

에너지 및 탄소 감축 결과:

• • 자전거 한 대당 300~500g의 CO₂를 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다.
  • 연간 자전거 50만대 생산 = CO₂ 15,000~25,000톤 감소, 나무 136만 그루 심는 효과

MuCell + 재활용 플라스틱 = 최적의 친환경 제조 솔루션

MuCell 기술과 재활용 플라스틱(PCR)을 결합하면 경량화뿐만 아니라 탄소 배출량 감소, 원자재 폐기물 감소, 그리고 더욱 지속 가능한 생산 공정을 달성하여 환경적 이점을 더욱 강화할 수 있습니다. 이러한 결합은 모든 산업 분야에 걸쳐 최고의 친환경 솔루션을 제공합니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 처녀 플라스틱 사용 감소
• 탄소 배출량 감소
• 지속 가능한 제조 지원
• 비용 절감

MuCell + 재활용 플라스틱은 경량화, 원자재 절감, 탄소 배출량의 현저한 감소, 에너지 사용량 감소, 플라스틱 폐기물 감소를 가능하게 합니다.

• 플라스틱 1톤을 절약하면 1,250~2,000kg의 CO₂가 감소합니다. 이는 113,000~181,000그루의 나무를 심는 것과 같습니다.
• 이러한 친환경 제조 방식은 기업이 탄소 중립 목표를 달성하고 지속 가능한 개발로의 전환을 촉진하는 데 도움이 됩니다.

재활용 플라스틱과 결합된 MuCell 기술은 지속 가능성, 탄소 감소 및 경쟁력 있는 제조를 위한 최적의 전략입니다!

FCS는 앞으로도 "스마트 × 그린 × 데이터"라는 핵심 전략을 지속적으로 추진하여 MuCell 미세 다공성 발포 기술을 자사의 독점적인 iMF 4.0 스마트 팩토리 시스템과 통합하여 저탄소 제조 및 순환 경제 솔루션을 발전시켜 나갈 것입니다. 이는 고객 경쟁력을 강화할 뿐만 아니라 지속가능성에 대한 당사의 약속을 이행하는 데 중요한 발걸음이 될 것이라고 확신합니다.

📌 추가 자료

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