들어가며
사출성형(Injection Molding)은 플라스틱 제품 생산에서 가장 널리 쓰이는 공정입니다. 짧은 사이클 타임과 높은 재현성이 장점이지만, 수지·금형·온도·압력·냉각 등 수십 개 인자가 복합적으로 작용해 고장 유형도 다양합니다. 그래서 사출을 처음 접하는 엔지니어에게 "어디서 무슨 불량이 왜 나오는지"를 공정 순서대로 꿰는 것이 FMEA의 출발점입니다.
이 글은 일반 사출(기본형) 공정을 원자재 준비부터 검사·포장까지 9단계로 나누고, 각 단계에서 실제로 반복되는 대표 불량모드를 원인·영향·검출 관점으로 정리한 실무 참고용 PFMEA 예시입니다.
본문의 분석표는 qmintel의 AI FMEA 챗봇으로 초안을 생성한 뒤 편집팀이 AIAG-VDA 2019 양식에 맞춰 정리·검수한 것입니다. S·O·D 수치는 예시이므로, 실제 적용 시 각 사(社)의 심각도·발생도·검출도 기준으로 재평가하세요.
FMEA를 준비하다 보면 “일반·인서트·2차·가스 사출…” 하고 공정을 잘게 쪼개고 싶어집니다. 하지만 대부분의 사출 라인은 일반 사출의 고장 유형을 공유합니다. 그래서 이 시리즈는 일반 사출 하나를 기준(Baseline)으로 완성하고, 인서트 사출처럼 특화 공정에서 추가되는 위험만 다음 편에서 얹어갑니다.
사출 공정 흐름과 FMEA 관점
일반 사출의 물리적 흐름은 아래와 같습니다. FMEA도 이 순서대로 분석하면 누락이 적습니다.
① 원자재 준비 → ② 형체결 → ③ 가소화/계량 → ④ 사출/충전 → ⑤ 보압 → ⑥ 냉각 → ⑦ 형개/취출 → ⑧ 후공정 → ⑨ 검사/포장
분석은 AIAG-VDA 2019 기준을 따릅니다. 실무에서 체감되는 포인트는 세 가지입니다.
- 고장 영향 3단계 분리 — 해당 공정(로컬) / 다음 공정 / 최종 사용자 영향을 나눠 심각도(S) 근거를 명확히.
- 원인 → 메커니즘 → 고장 유형 인과 사슬 기록 — "왜 그렇게 되는가"를 남깁니다.
- AP(Action Priority) — RPN 단독이 아니라 S·O·D 조합표로 우선순위(High/Medium/Low)를 정합니다. RPN이 높아도 AP는 Medium일 수 있고, 그 반대도 가능합니다.
아래 각 공정 표의 S·O·D는 심각도·발생도·검출도(각 10점), AP는 조치 우선순위입니다.
공정별 불량모드 분석
① 원자재 준비 (건조·배합·식별)
수지의 수분·배합·이종(異種) 관리가 무너지면, 이후 어떤 공정을 잘해도 회복되지 않습니다. 사출의 출발선입니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 수분 미제거 (과소 건조) | 건조 온도 미달·시간 부족 | 은조(silver streak)·기포, 가수분해로 강도 저하 | 7·6·7 | HIGH |
| 수지 열화 (과다 건조) | 장시간 방치, 타이머 미설정 | 분자량 저하 → 변색·기계적 물성 저하 | 6·4·7 | MEDIUM |
| 배합비 오류 (MB 과다/과소) | 작업자 계량 실수 | 색상 불량·물성 편차 | 7·6·6 | MEDIUM |
| 이종 수지 혼입 | 원자재 라벨 오부착 | 물성 불량, 로트 추적 곤란 | 8·3·6 | MEDIUM |
실무 포인트 — PA·PC·PBT 등 흡습성 수지는 건조가 곧 품질입니다. 건조기 타이머 자동 차단 + 투입 전 수분율 측정으로 검출도(D)를 낮추는 것이 가장 효과적입니다.
② 형체결
형체력과 형보호(저압) 설정은 금형 안전과 직결됩니다. 여기서의 실수는 제품 불량을 넘어 금형 파손·생산 중단으로 번집니다(그래서 형체결에 HIGH가 3건으로 가장 많습니다).
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 형체력 부족 | 형체력 설정값 미달 | 플래시(버), 파팅면 벌어짐 | 6·5·7 | MEDIUM |
| 형체력 과다 | 기준 변경 후 재설정 누락 | 파팅라인 압흔, 금형 수명 단축 | 7·4·7 | HIGH |
| 불완전 형체결 (이물·잔류물) | 취출 불량으로 제품 잔류 | 금형 손상, 안전사고 위험 | 9·3·8 | HIGH |
| 저압 형체결 구간 설정 오류 | 기준 변경 후 저압 위치 재설정 누락 | 슬라이드·코어 파손, 긴급 금형 수리 | 8·4·7 | HIGH |
실무 포인트 — 형체력·저압 파라미터는 기종별 레시피로 저장·자동 호출하고, 변경 시 승인·잠금(Lock). 형체결 전 이물 감지 인터락을 두면 S9짜리 금형 손상 리스크를 원천 차단할 수 있습니다.
③ 가소화/계량
용융 품질을 만드는 단계입니다. 실린더 온도 프로파일과 계량 안정성이 성형성과 물성을 좌우합니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 실린더 온도 과저온 | 히터 단선·온도 센서 불량 | 미용융·미성형, 유동 저하 | 7·5·6 | MEDIUM |
| 실린더 온도 과고온 | 히터 과열, 장시간 체류 | 열분해 → 실버·변색·가스 발생 | 7·4·6 | MEDIUM |
| 배압 과저 설정 | 작업자 임의 설정 변경 | 미용융·기포, 계량 불안정 | 6·5·7 | MEDIUM |
| 계량량 편차 (쇼트 간 불안정) | 스크류·체크링 마모(역류) | 미성형/과충전, 중량 편차 | 7·5·7 | HIGH |
실무 포인트 — 체크링 마모는 서서히 진행돼 놓치기 쉽습니다. 쇼트별 중량 트렌드를 모니터링하고 스크류·체크링 정기 점검 주기를 두면 조기 발견이 가능합니다.
④ 사출/충전
용융 수지를 캐비티에 채우는 핵심 단계. V/P 전환점과 속도 프로파일이 외관과 치수를 만듭니다. 이 공정은 4건 모두 MEDIUM이지만 발생 빈도가 높아 관리 가치가 큽니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| V/P 전환점 오설정 (조기 전환) | 위치+압력 복합 전환 미세조정 부족 | 미성형·싱크마크 | 7·5·5 | MEDIUM |
| V/P 전환점 오설정 (지연 전환) | 전환 압력 기준값 고압 설정 | 과충전(플래시)·잔류응력 | 8·4·6 | MEDIUM |
| 단일 속도 과속 충전 | 단일 속도 제어의 한계 | 제팅·버·디젤(탄화) 현상 | 6·6·6 | MEDIUM |
| 단일 속도 저속 충전 | 수지 선단 온도 저하 | 웰드라인·플로우마크, 접합 강도 저하 | 6·5·6 | MEDIUM |
실무 포인트 — 다단 속도 프로파일을 도입해 게이트 통과 구간과 박육부를 나눠 제어하면 과속·저속 불량을 동시에 줄일 수 있습니다.
⑤ 보압
수축을 보상하는 단계입니다. "게이트 씰(Gate Seal)"이라는 타이밍 개념을 놓치면 압력을 올려도 소용없습니다. 이 공정의 보압 시간 부족이 전체 36행 중 RPN 1위(384)입니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 보압 압력 과저 설정 | 작업자 보압 조건 설정 오류 | 싱크마크·수축, 치수 부족 | 7·5·6 | MEDIUM |
| 보압 압력 과다 설정 | 작업자 보압 조건 설정 오류 | 플래시·잔류응력, 이형 곤란 | 7·4·6 | MEDIUM |
| 보압 시간 부족 (게이트 씰 전 종료) | 게이트 씰 타이밍 미확인 | 역류·수축, 치수·외관 불량 | 8·6·8 | HIGH |
| 다단 보압 전환점 오설정 | 각 단계 설정값 입력 오류 | 부위별 수축 불균일·치수 편차 | 7·4·7 | HIGH |
실무 포인트 — 게이트 씰 스터디(보압 시간을 늘려가며 제품 중량이 포화되는 지점을 찾는 실험)로 최적 보압 시간을 정하고 절차로 고정하세요. (아래 한 행 깊이 보기 참고)
⑥ 냉각
사이클 타임의 대부분을 차지하고, 치수·변형을 결정합니다. 눈에 안 보이는 냉각 회로 관리가 핵심입니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 냉각시간 부족 | 사이클타임 단축 목적의 과소 설정 | 취출 변형·휨, 치수 불량 | 7·6·7 | HIGH |
| 금형 온도 불균일 (Core/Cavity 온도차) | 칠러 온도 설정 편차 | 휨(warpage)·수축 불균일 | 7·6·7 | HIGH |
| 냉각 회로 스케일 누적 | 세척 주기 미설정 | 냉각 효율 저하, 사이클 증가·치수 산포 | 6·7·8 | MEDIUM |
| 칠러 냉각수 온도 이탈 | 설정온도 점검 미실시 | 사이클 불안정, 치수 산포 | 6·4·7 | MEDIUM |
실무 포인트 — 냉각 회로 스케일은 RPN 336(발생·검출 모두 높음)이지만 심각도 S가 낮아 AP는 MEDIUM입니다. 핵심 문제는 "검출 수단이 없다"는 점이라, 세척 주기·수질 관리 표준화가 정답입니다.
⑦ 형개/취출
제품을 꺼내는 단계. 자동화(로봇)와 수작업 모두 고유의 위험이 있습니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 이젝터 과속 (변형·백화) | 이젝터 속도 과다 설정 | 제품 변형, 이젝터 자국·백화 | 7·5·6 | MEDIUM |
| 로봇 취출 타이밍 오설정 | 파라미터 오입력·프로그램 오류 | 금형·로봇 충돌 → 파손·생산 중단 | 9·3·7 | HIGH |
| 자유 낙하 취출 (외관 손상) | 낙하 충격 | 흠집·변형 | 6·5·6 | MEDIUM |
| 수작업 적재 혼입 | 다품종 혼용, 작업자 실수 | 이종 제품 혼입, 외관 불량 유출 | 7·5·7 | HIGH |
실무 포인트 — 로봇-사출기 인터락 연동은 타협 불가입니다. 수작업 라인은 제품별 전용 용기 색상 구분·격리 보관으로 혼입을 물리적으로 차단하세요.
⑧ 후공정 (게이트 커팅·디버링)
마무리 단계. 앞 공정이 좋아도 여기서 외관·강도를 깎아먹을 수 있습니다. 4건 모두 MEDIUM이지만 외관 클레임의 단골 원인입니다.
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 게이트 잔존 (불완전 커팅) | 커팅 공구 마모 | 외관 불량, 조립 간섭 | 7·4·5 | MEDIUM |
| 게이트부 백화·크랙 | 커팅 속도·각도 부적절 | 외관 불량, 강도 저하 | 7·5·6 | MEDIUM |
| 버(Burr) 미제거 | 작업자 숙련도 부족 | 안전·조립 문제, 외관 불량 | 7·5·6 | MEDIUM |
| 과도한 디버링 (모재 손상) | 작업자 과도한 힘·부적합 공구 | 긁힘·변형, 치수 이탈 | 6·4·6 | MEDIUM |
실무 포인트 — 디버링은 “덜 해도, 더 해도” 불량입니다. 전용 공구 표준화와 한도 견본으로 작업 범위를 명확히 하세요.
⑨ 검사/포장
마지막 방어선입니다. 여기서 못 거르면 고객이 검출합니다 — 그래서 심각도 S가 높습니다(HIGH 2건).
| 불량 유형 | 주요 원인 | 고장 영향 | S·O·D | AP |
|---|---|---|---|---|
| 외관 불량 미검출 | 작업자 피로·숙련도 편차 | 불량 유출, 고객 클레임 | 8·6·7 | HIGH |
| 치수 불량 미검출 | 샘플링 간격 과다, 장비 미교정 | 조립 불량·기능 이상 유출 | 8·4·6 | MEDIUM |
| 이종 제품 혼입 | 유사 외관 제품 혼재 | 오납, 고객 클레임 | 9·3·7 | HIGH |
| 포장 수량 오류 | 수작업 계수 오류 | 납품 수량 차질, 신뢰도 저하 | 5·4·5 | MEDIUM |
실무 포인트 — 육안 검사는 검출도(D)가 쉽게 7 이상으로 올라갑니다. 중요 외관·치수는 비전 검사·자동 계수·중량 선별 등 자동화로 D를 구조적으로 낮추는 것이 근본 대책입니다.
리스크 우선순위 한눈에
위 9개 공정 × 각 4건 = 총 36개 고장 유형을 AIAG-VDA 기준으로 평가한 결과 요약입니다.
| 지표 | 값 |
|---|---|
| 총 분석 행 | 36행 (9개 공정) |
| AP HIGH | 13건 (36%) — 즉시 조치 |
| AP MEDIUM | 23건 (64%) — 조치 권고 |
| 평균 RPN | 214 |
| RPN ≥ 200 (긴급) / 100–199 (위험) | 19건 / 17건 |
HIGH가 몰린 공정 — 형체결(3) · 보압(2) · 냉각(2) · 형개/취출(2) · 검사/포장(2). 개선 자원을 이 순서로 투입하는 것이 합리적입니다. 반대로 사출/충전·후공정은 HIGH가 0건이지만 발생 빈도가 높아 모니터링 대상입니다.
RPN 우려 Top 10
| 공정 | 기능/요구사항 | 잠재 고장 유형 | 고장 영향 | S | 잠재 원인 | O | 현재 관리 방법 | D | RPN | AP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 보압 | 게이트 씰 전까지 보압 유지(수축 보상) | 보압 시간 부족 (게이트 씰 전 보압 종료) | 싱크마크·치수 불량, 조립 불가·고객 불만 | 8 | 게이트 씰 타이밍 미확인, 보압 시간 과소 설정 | 6 | 게이트 씰 타이밍 측정 미실시 | 8 | 384 | HIGH |
| 냉각 | 안정적 냉각 열전달 유지 | 냉각 회로 스케일 누적 → 냉각 효율 저하 | 사이클 증가, 치수 산포 확대 | 6 | 냉각 회로 세척 주기 미설정 | 7 | 정기 세척·수질 모니터링 없음 | 8 | 336 | MEDIUM |
| 검사/포장 | 외관 불량 100% 검출 | 외관 불량 미검출 | 불량 유출, 고객 클레임 | 8 | 작업자 피로·숙련도 편차 | 6 | 작업자 육안 검사 (한도 견본) | 7 | 336 | HIGH |
| 원자재 준비 | 수지 수분 규격 이하로 건조 | 수분 미제거 (과소 건조) | 은조(silver streak)·기포·강도 저하 | 7 | 건조 온도 미달 또는 건조 시간 부족 | 6 | 건조 온도·시간 작업표준 | 7 | 294 | HIGH |
| 냉각 | 취출 가능 강성까지 냉각 | 냉각시간 부족 | 취출 변형, 치수 불량 | 7 | 사이클타임 단축 목적의 과소 설정 | 6 | 작업자 육안 확인 | 7 | 294 | HIGH |
| 냉각 | Core/Cavity 균일 온도 유지 | 금형 온도 불균일 (Core/Cavity 온도차 과다) | 휨(warpage)·수축 불균일·치수 산포 | 7 | 칠러 온도 설정 편차 | 6 | 칠러 설정온도 확인 | 7 | 294 | HIGH |
| 원자재 준비 | 규정 배합비 유지 | 배합비 오류 (MB 과다/과소 투입) | 색상 불량·물성 저하 | 7 | 작업자 계량 실수 | 6 | 배합비 작업표준서 | 6 | 252 | MEDIUM |
| 가소화/계량 | 쇼트 간 계량 안정성 유지 | 계량량 편차 (쇼트 간 불안정) | 미성형·과충전·중량 편차 | 7 | 스크류·체크링 마모 | 5 | 쇼트별 중량 측정 | 7 | 245 | HIGH |
| 형개/취출 | 정품만 정위치 적재 | 작업자 부주의로 인한 제품 혼입·외관 불량 | 이종 제품 혼입, 고객 클레임 | 7 | 다품종 혼용 생산 시 작업자 실수 | 5 | 작업 표준서 게시 | 7 | 245 | HIGH |
| 형체결 | 저압 형보호 구간 정확 설정 | 저압 형체결 구간 설정 오류 | 금형 파손·손상, 생산 중단 | 8 | 기준 변경 후 저압 위치 재설정 누락 | 4 | 초기 셋업 시 작업자 확인 | 7 | 224 | HIGH |
판정 기준(예시): AP HIGH → 즉시 조치, MEDIUM → 계획 수립, LOW → 모니터링. RPN은 참고 지표로 보고, 최종 우선순위는 AP로 판정합니다.
한 행 깊이 보기 — 보압 시간 부족
Top 1 항목(RPN 384)을 AIAG-VDA 컬럼 순서대로 펼치면, "원인 → 메커니즘 → 조치"의 논리가 어떻게 이어지는지 보입니다.
| 컬럼 | 내용 |
|---|---|
| 공정 / 작업요소 | 보압 / 보압 시간 설정 |
| 잠재 고장 유형 | 보압 시간 부족 (게이트 씰 전 보압 종료) |
| 고장 영향(로컬) | 게이트부 수축 보상 실패 |
| 고장 영향(다음 공정) | 싱크마크·미세 수축 제품이 후공정으로 유입 |
| 고장 영향(최종 사용자) | 치수·외관 불량 → 조립 불가·고객 불만 |
| 심각도 S | 8 |
| 잠재 원인 | 게이트 씰 타이밍 미확인, 보압 시간 과소 설정 |
| 고장 메커니즘 | 게이트 고화 전 보압 해제 → 용융 수지 역류 → 캐비티 압력 손실 |
| 검출 관리 | 게이트 씰 타이밍 측정 미실시 (→ 검출도 D8) |
| 발생도 O / 검출도 D | 6 / 8 |
| RPN / AP | 384 / HIGH |
| 권장 조치 | 게이트 씰 스터디 → 보압 시간 최적화 → 게이트 씰 확인 절차 표준화(Change Control) |
검출도 D=8이 큰 이유는 "측정 수단이 없다"는 데 있습니다. 게이트 씰 타이밍을 재지 않으면 불량이 그대로 흘러갑니다. 그래서 조치가 "보압을 더 세게"가 아니라 "게이트 씰을 측정·표준화"로 향합니다 — 이것이 AIAG-VDA가 원인·메커니즘을 분리해 기록하게 하는 이유입니다.
PFMEA → Control Plan 연동
AP HIGH 항목은 Control Plan(관리계획서)에서 관리 특성으로 이어져야 누락이 없습니다. 아래는 위 HIGH 항목을 받아 작성한 Control Plan 초안입니다.
| 공정 No. | 공정명 | 관리 특성 | 구분 | 규격/기준 | 측정/검사 방법 | 샘플 크기 | 빈도 | 관리 방법 | 이상 시 조치 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 보압 | 보압 시간 (게이트 씰) | 공정 | 게이트 씰 타임 이상 (스터디 기준) | 캐비티 압력 센서 / 게이트 씰 스터디 | 초물 + 조건 변경 시 | 로트 초물·조건 변경 | 게이트 씰 확인 절차 (Change Control) | 보압 시간 재설정 후 초물 재검 |
| 60 | 냉각 | 금형 온도 (Core/Cavity) | 공정 | 설정값 ± 5 °C, Core–Cavity 온도차 규격 이내 | 금형 온도계(적외선/접촉식) · 칠러 | 전수(센서) / 주기 점검 | 매 쇼트 + 정기 점검 | 알람 + 기록, 냉각 회로 세척 주기 | 칠러 조정·회로 세척, 이상 쇼트 선별 |
| 10 | 원자재 준비 | 수지 수분율 | 공정 | 수분율 규격 이하 (예: 0.02%) | 수분 측정기 (Karl Fischer 등) | 로트/투입 전 | 투입 전 | 건조 온도·시간 관리, 라벨 확인 | 재건조 후 재측정, 미달 시 사용 보류 |
| 90 | 검사/포장 | 외관 (한도 견본) | 제품 | 한도 견본 기준 이내 | 육안 + 조명 검사 (중요 특성 자동검사 권장) | 전수 | 전수 | 한도 견본 + 더블체크, 검사원 주기 재교육 | 불량 선별 후 라인 피드백·원인 조사 |
연동 원칙
- PFMEA HIGH 항목 → Control Plan에 특별특성(C/P) 표시 필수
- PFMEA 검출 관리 = CP 관리 방법 — 불일치 시 즉시 정합
- PFMEA 원인 변경 → CP 검사 빈도·방법 재검토
- 4M 변경 → PFMEA 재평가 후 CP 자동 개정 권장
qmintel은 PFMEA와 Control Plan을 FK로 연결해, PFMEA 행이 바뀌면 해당 CP 항목에 개정 권장 알림을 자동 발송합니다.
마치며 — 그리고 다음 편
일반 사출 PFMEA는 수지·금형·공정 파라미터 세 축의 리스크를 모두 커버해야 합니다. 이번 1편의 공정별 불량모드를 체크리스트 삼아, 각 사(社)의 S·O·D 기준으로 재평가해 활용하세요.
참고로 이 글의 36행 초안은 처음부터 손으로 쓰지 않았습니다. FMEA 챗봇으로 뼈대를 세우고 사람이 검토·보강했습니다. “빈 칸을 대신 채우는” 게 아니라, 전문가가 다듬을 수준의 초안을 몇 분 만에 세워주는 것이 챗봇의 역할입니다.
다음 편 예고 — 인서트 사출 편 일반 사출 기준 위에 인서트 특유의 추가 고장 유형을 얹습니다: 인서트 위치·각도 편차, 인서트-수지 접합 강도 부족, 인서트 미삽입·이물 혼입, 예열 부적절로 인한 크랙 등. "기준 하나 + 차이분(差異分) 연재"가 실제로 어떻게 굴러가는지 보여드리겠습니다.
PFMEA 작성, AI에게
맡겨보세요
qmintel에서 공정 특성을 입력하면 AI가 고장 유형·원인·S/O/D를 자동 분석하고, Control Plan까지 연동 생성합니다.