탑라인 바이알이 들어 있는 트레이

탑라인 바이알이 들어 있는 트레이

Ansix Tech, 제약 포장 혁신에 나서다: TopLine의 정밀 제조 과정 살펴보기 약 병 트레이

산업 통찰 담당 기자 | 2025년 12월 1일

 

정밀성, 무균성, 비용 효율성이 필수적인 제약 포장 분야에서, 약병 트레이는 매우 중요하지만 종종 간과되는 역할을 수행합니다. 이 트레이는 단순한 용기가 아니라, 중요한 의약품의 안전한 운송, 체계적인 보관, 효율적인 분배를 보장하는 정밀하게 설계된 부품입니다. 공급망의 핵심 연결 고리인 트레이 혁신의 선두에 선 기업은 정밀 사출 성형 분야의 선도 기업인 안식스 테크(Ansix Tech)입니다. 안식스 테크는 탑라인 파마슈티컬스(TopLine Pharmaceuticals)와의 협력을 통해 포장 솔루션의 신뢰성과 가치에 대한 새로운 기준을 제시했습니다. 이 글에서는 안식스 테크가 탑라인의 약병 트레이를 위해 개발한 포괄적인 제조 공정을 자세히 살펴보고, 정교한 엔지니어링과 전략적인 공정 최적화를 통해 최고 수준의 품질 기준을 유지하면서 부품 비용을 어떻게 획기적으로 절감하는지 분석합니다.

 

프로젝트 창세기: 보호와 효율성을 위한 설계

Ansix Tech와 TopLine의 파트너십은 명확한 목표에서 시작되었습니다. 바로 TopLine의 대표적인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 약병 100개를 안전하게 보관할 수 있는 트레이를 설계하는 것이었습니다. 이 약병은 정제나 캡슐과 같은 고형 제형에 사용됩니다. 설계 기준은 매우 엄격했습니다. 트레이는 팔레트 운송 중 파손에 강해야 하고, 재고를 쉽게 육안으로 확인할 수 있어야 하며, 약사가 신속하게 수동 또는 자동 조제할 수 있도록 지원해야 하고, 보관 및 물류 공간을 최소화하기 위해 효율적으로 적층할 수 있어야 했습니다.

 

앤식스 테크의 디자인 팀은 첨단 3D CAD 소프트웨어를 활용하여 초기 콘셉트를 개발했습니다. 이 디자인은 병의 형태에 정확하게 맞춰진 여러 개의 홈으로 구성된 매트릭스 구조를 특징으로 하며, 각 홈은 병의 흔들림을 방지하기 위해 최소한의 간격만 두면서도 쉽게 꺼낼 수 있도록 설계되었습니다. 강화된 측면 벽, 구조적 안정성을 위한 전략적인 보강재, 운송 중 안정성을 위한 적층/인터락 디자인과 같은 세부적인 부분에도 심혈을 기울였습니다. 목표는 처음부터 견고하고 사용하기 편리하며 제조 용이성을 최적화한 디자인을 구현하는 것이었습니다.

 

가상에서 물리적 환경으로: 프로토타이핑 및 설계 검증

Ansix Tech는 고가의 생산 설비에 투자하기 전에 다음과 같은 신속 프로토타이핑 기술을 활용했습니다. 3D 프린팅 내구성이 뛰어난 수지를 사용하여 기능성 프로토타입을 제작했습니다. 이러한 물리적 모델은 엔지니어링 팀과 TopLine의 물류 팀 모두에 의해 다양한 테스트를 거쳤습니다. 테스트에는 적재 시뮬레이션, 낙하 테스트 및 인체공학적 취급 평가가 포함되었습니다. 이러한 반복적인 단계를 통해 캐비티 공차를 미세 조정하고, 부드러운 배출을 위한 드래프트 각도를 조정하고, 네스팅/스택 기능을 확인할 수 있었습니다. 응력 집중 지점이나 채우기 어려운 얇은 벽 부분과 같은 잠재적인 문제는 디지털 방식으로 식별 및 수정되어 금형 제작 후 수정에 비해 상당한 시간과 비용을 절감할 수 있었습니다.

 

성능의 기반: 전략적 소재 선택

플라스틱 소재 선택은 트레이의 성능, 비용 및 제조 가능성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소일 것입니다. 앤식스 테크의 엔지니어들은 심도 있는 재료 과학 전문 지식을 바탕으로 높은 강성과 충격 강도, 뛰어난 치수 안정성, 식품/의료 접촉 적합성, 그리고 경제성이라는 핵심 요구 사항을 충족하는 여러 후보 소재를 평가했습니다.

 

폴리프로필렌(PP)이 최적의 선택으로 떠올랐습니다. 재료 데이터베이스에 따르면 PP는 무독성, 무취이며 우수한 강도, 강성 및 내열성(100°C 이상의 온도에도 견딜 수 있음)을 갖춘 탁월한 특성 균형을 제공합니다. 또한 뛰어난 내화학성으로 인해 HDPE 병과 반응하지 않습니다. 뿐만 아니라 PP는 많은 엔지니어링 플라스틱보다 밀도가 낮아 원자재 1kg당 더 많은 부품을 생산할 수 있어 단위 비용 절감에 직접적인 영향을 미칩니다.

 

Ansix Tech는 PPH-XD-045 또는 MA-7000과 같은 시장에서 널리 사용되는 고유동성, 고강성 호모폴리머 PP 등급을 지정했습니다. 이 특정 등급은 빠른 결정화 속도로 인해 사이클 시간을 단축할 수 있고, 높은 탄성률로 인해 강성을 유지하면서도 더 얇은 벽 두께를 구현할 수 있기 때문에 선택되었습니다. 이는 "경량화" 원칙으로 알려져 있으며, 부품당 재료 소비량을 직접적으로 줄여줍니다. Ansix Tech는 더 비싼 엔지니어링 플라스틱을 사용하는 대신 비용 효율적인 폴리올레핀의 잠재력을 최대한 활용함으로써 TopLine에 자재 명세서의 기초부터 상당한 비용 절감을 제공했습니다.

 

성공 시뮬레이션: 고급 금형 유동 분석(DFM)

 

금형 설계 및 생산 공정의 위험을 줄이기 위해 Ansix Tech의 엔지니어들은 Moldex3D Flow와 같은 소프트웨어 솔루션을 사용하여 포괄적인 디지털 유동 해석(DFM)을 수행했습니다. 이 중요한 단계에는 금형 캐비티의 디지털 트윈을 생성하고 용융 PP의 사출을 시뮬레이션하는 작업이 포함되었습니다.

 

이 분석은 잠재적인 문제를 사실상 예측하고 해결했습니다.

 

충진 패턴: 엔지니어들은 100개의 모든 캐비티가 균형 있게 동시에 충진되도록 게이트 위치를 최적화하여, 수축률 차이로 인한 변형을 방지했습니다.

 

용접선: 이 소프트웨어는 용융 전선이 만나는 약한 지점인 용접선의 위치를 ​​예측하여 엔지니어가 게이트 설계 또는 공정 매개변수를 조정하여 용접선을 중요하지 않은 영역으로 이동시키거나 강화할 수 있도록 합니다.

 

냉각 및 수축: 예비 냉각 채널 레이아웃을 분석하여 온도 분포와 부피 수축을 예측하고 치수 정확도를 확보했습니다.

 

클램핑력 및 압력: 필요한 사출 압력과 기계 클램핑력을 정확하게 예측하여 효율적인 생산을 위해 적절한 크기의 프레스를 선정했습니다.

 

이러한 가상 검증을 통해 강철 블록을 절단하기 전에 금형 설계가 견고한지 확인할 수 있었고, 이는 비용이 많이 드는 금형 재작업을 방지하고 제품 출시 기간을 단축했습니다.

 

심장을 만드는 공학: 금형 설계의 핵심 요소

128개의 캐비티(향후 확장을 위한 28개의 예비 캐비티 포함)를 갖춘 이 금형은 정밀 엔지니어링의 걸작입니다. Ansix Tech의 설계에는 여러 첨단 시스템이 통합되었습니다.

 

냉각 시스템 – 사이클 타임 단축의 핵심 요소: 사출 사이클 전체 시간 중 최대 70%가 냉각 시간에 소요된다는 점을 고려하여, Ansix Tech는 맞춤형 냉각 솔루션을 도입했습니다. 금형 표면에서 직선으로 뻗어 나가는 기존의 직선형 냉각 채널과는 달리, 맞춤형 냉각 채널은 트레이 캐비티의 정확한 윤곽을 따라 3D 프린팅됩니다. 이를 통해 플라스틱에서 균일하고 훨씬 빠른 열 방출이 가능해집니다. 특히 깊게 성형된 트레이 캐비티의 경우, Ansix Tech는 난류 냉각 방식을 사용하여 채널 내부의 레이놀즈 수를 4000~8000으로 유지함으로써 최대 열 전달 효율을 달성했습니다. 이러한 혁신은 사이클 타임을 예상 45초에서 32초로 단축하는 데 결정적인 역할을 했으며, 이는 29%의 개선으로 생산량 증대와 부품당 비용 절감에 직접적인 영향을 미쳤습니다.

 

러너 및 게이트 시스템: 고형 스프루와 러너 생성을 없애고 가공된 재료의 100%가 판매 가능한 제품이 되도록 핫 러너 시스템을 적용했습니다. 이는 재료를 절약할 뿐만 아니라 2차 분리 공정을 없애줍니다. 각 캐비티에는 열 제어식 핀포인트 게이트가 장착되어 있어 최소한의 자국만 남기고 깨끗하고 자동적인 게이트 제거가 가능합니다.

 

배출 시스템: 트레이의 넓은 평면 표면으로 인해 여러 개의 핀을 사용하는 배출 방식은 변형이나 응력 자국을 유발할 위험이 있었습니다. 안식스 테크는 트레이 뒷면 전체에 동시에 접촉하는 완전 윤곽 배출판을 설계하여 변형 없이 균일하고 응력이 적은 배출을 보장합니다.

 

도전 과제 극복: 금형 제조 및 가공

복잡한 형상의 채널을 가진 128개 캐비티 금형을 제작하는 것은 상당한 어려움을 수반했습니다. 금형강으로는 인성, 열피로 저항성, 연마성이 뛰어난 것으로 알려진 H13강을 선택했는데, 이는 요구되는 광택 있는 캐비티 마감을 얻는 데 필수적이었습니다.

 

핵심 과제는 형상에 맞춘 냉각 채널을 제작하는 것이었습니다. Ansix Tech는 선택적 레이저 용융(SLM) 적층 제조 방식을 사용하는 전문 공급업체와 협력했습니다. 이 공정은 H13 강철 분말을 사용하여 금형 인서트를 층층이 쌓아 올리고, 인쇄 과정 자체에서 설계된 냉각 채널을 내장하는 방식으로 진행되었습니다. 이후 응력 제거 열처리, 주요 밀봉 및 장착 표면의 정밀 CNC 가공, 그리고 수작업 연마가 이어졌습니다. 3D 모델부터 슬라이싱된 인쇄 데이터, 최종 열처리까지 이어지는 세심한 작업 흐름은 긴밀한 협력과 전문적인 금속학적 지식을 필요로 했으며, 이를 통해 최종 인서트에 내부 응력이나 기공이 없도록 했습니다.

 

공정 마스터하기: 사출 성형 최적화

금형을 생산에 투입하는 과정에서 여러 가지 어려움이 발생했습니다. 초기 생산에서는 외부 캐비티의 약간의 변형과 간헐적인 불량품 발생과 같은 문제가 있었습니다. 안식스 테크의 공정 엔지니어들은 체계적으로 매개변수를 최적화했습니다.

 

온도: 용융 온도와 특히 금형 온도를 3D 프린팅에 최적화된 전용 금형 온도 컨트롤러를 사용하여 정밀하게 조정했습니다. 정확한 냉각수 온도 및 유량 제어를 통해 균일한 부품 수축에 필요한 균일한 캐비티 표면 온도를 확보했습니다.

 

압력 및 속도: 다단계 주입 프로파일이 개발되었습니다. 고속으로 95%까지 충전을 완료한 후, 저속 고압 패킹으로 전환하여 재료를 캐비티에 압축하고 수축을 보상하면서 과도한 내부 응력을 유발하지 않도록 했습니다.

 

사이클 시간: 매 순간을 면밀히 검토했습니다. 컨포멀 냉각 시스템 덕분에 냉각 시간을 획기적으로 단축할 수 있었습니다. 동시에 로봇 자동화 시스템을 통합하여 부품을 컨베이어 벨트에서 제거하고 배치함으로써 사이클 중 개폐 및 배출 단계를 최소화했습니다.

 

이러한 총체적인 공정 최적화를 통해 안정적이고 빠른 사이클 타임을 확보하여 자본 집약적인 성형 기계의 활용도를 극대화하고 트레이당 고정 비용 배분을 직접적으로 낮출 수 있었습니다.

 

품질 문화: 관리 및 보증

모든 단계에서 품질이 최우선으로 고려됩니다. 입고되는 PP 수지는 인증 및 로트 테스트를 거칩니다. 생산 과정에서는 통계적 공정 관리(SPC)를 통해 사이클 시간, 사출 압력, 캐비티 온도와 같은 주요 매개변수를 실시간으로 모니터링합니다. 초도품 검사 및 공정 중 검사를 통해 주요 치수, 벽 두께, 육안으로 확인 가능한 결함을 검사합니다. 모든 배치에 대해 적재 하중 테스트 및 TopLine의 실제 HDPE 용기를 사용한 병 적합성 검사를 포함한 기능 테스트를 실시합니다. 이러한 엄격한 관리 체계를 통해 공장을 떠나는 모든 트레이는 제약 물류에 필요한 정확한 사양과 신뢰성 기준을 충족합니다.

 

인쇄부터 약국까지: 포장 및 신속 배송

시장 출시 속도가 중요하다는 점을 인식한 Ansix Tech는 성형 후 공정을 간소화했습니다. 트레이는 자동으로 계수되고, 특정 수량(예: 상자당 트레이 50개)을 담을 수 있도록 설계된 골판지 상자에 적재된 후 팔레트에 적재됩니다. 바코드 및 고급 창고 관리 시스템(WMS) 통합을 통해 TopLine의 주문 접수 즉시 배송이 가능합니다. 전략적인 물류 허브에 생산 시설을 위치시킴으로써 Ansix Tech는 안정적이고 신속한 배송을 보장하며, 표준 주문의 경우 익일 배송을 달성하는 경우가 많습니다.

 

Ansix Tech: 탁월한 신뢰성과 최고의 가치를 제공합니다

탑라인 약병 트레이 프로젝트는 엔지니어링 우수성을 통해 탁월한 가치를 제공한다는 앤식스 테크의 핵심 철학을 잘 보여주는 사례입니다. 앤식스 테크는 풍부한 업계 경험을 바탕으로 설계, 재료, 공정상의 문제점을 사전에 예측하고 해결해 나갑니다.

 

고객을 위한 비용 절감에 대한 노력은 부차적인 고려 사항이 아니라 모든 의사 결정에 내재된 핵심 원칙입니다.

 

재료 선정: 최적의 성능을 발휘하면서 가장 경제적인 수지(PP)를 선택합니다.

 

설계 및 시뮬레이션: DFM을 활용하여 비용이 많이 드는 금형 재작업을 방지하고 효율적인 생산을 보장합니다.

 

공정 혁신: 공정 시간 단축 및 생산량 증대를 위한 등각 냉각 방식 도입.

 

자동화 및 효율성: 기계 활용도를 극대화하고 노동 투입량을 최소화합니다.

 

앤식스 테크는 이러한 다각적인 접근 방식을 통해 기존 공급업체 대비 탑라인(TopLine)의 부품 비용을 22% 이상 절감하는 동시에 트레이 품질과 일관성을 향상시켰습니다. 이 파트너십은 현대 제조의 중요한 진리를 보여줍니다. 즉, 최고의 가치는 단순히 부품을 만드는 데서만 창출되는 것이 아니라 설계, 재료 과학, 툴링 및 공정 엔지니어링의 전체적인 조화를 완벽하게 구현할 때 창출된다는 것입니다. 정밀성이 요구되는 제약 포장 분야에서 앤식스 테크는 이러한 조화를 이끌어내는 지휘자로서 파트너에게 신뢰성, 혁신 및 실질적인 재정적 이점을 제공해 왔습니다.

 

앤식스 테크 주식회사

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