KR100350425B1 - 주철분말을 이용한 쾌속금형 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쾌속금형 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 쾌속금형 제조방법은, 광경화성수지와 광조형장치를 이용하여 마스터모델을 형성하는 단계; 완성된 모델을 이용하여 탄성이 높은 재질의 간이형을 만드는 단계; 상기 간이형에 주철분말 혼합수지를 주입하여 쾌속금형을 제작하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 주철분말 혼합수지를 이용하는 것에 의하여, 내구성이 향상됨은 물론이고, 상대적으로 높은 치수정밀도를 가지는 쾌속금형을 제작하는 것이 가능하게 되는 잇점이 있다.

Description

주철분말을 이용한 쾌속금형 제조방법{Method for rapid tooling using cast iron power filled resin}
본 발명은 쾌속금형 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보다 저가로 구현할 수 있음과 동시에 기계적 특성이 우수한 쾌속금형을 제작할 수 있도록 구성되는 제조방법에 관한 것이다.
최근 소비자의 욕구의 다양화로 인하여 제품의 형상이 점차 복잡하게 되고, 제품의 라이프 사이클이 짧아지고 있기 때문에, 상품 개발 기간의 단축화가 가속화되고 있다. 이러한 상품 개발 기간을 단축하기 위하여 수개월 정도 소요되는 금형 설계 및 제작 기간을 단축할 필요성이 대두된다.
이를 위하여, 제품의 개발 착상 단계에서 부터 구체적인 제품의 설계 및 상품의 설계 등과 같이, 금형 제작 및 상품의 생산 준비 등의 업무를 동시에 진행할 수 있도록 하는 동시 공학과 기존 제품의 3차원측정기 등을 이용한 3차원 캐드 데이터화를 통하여 금형을 제작하는 역추적 공학의 중요성이 부각되고 있다. 이러한동시공학과 역추적 공학을 통한 상품 개발 단기화의 열쇠가 되는 것으로 제품설계의 3차원 캐드화와 쾌속 금형 제조 기술이다. 쾌속 금형을 제작하는 것은, 제작된 모형을 이용하여 단시일 내에 금형을 제작하는 것을 의미하는데, 이러한 쾌속금형을 위하여 널리 사용되고 있는 것은 알미늄 파우더가 내재된 수지이다. 그러나 이러한 알미늄 파우더를 이용하는 수지는, 현장에서 실제 적용되는 경우, 강도, 내마모성 등에 많은 한계를 가지고 있다.
통상 에폭시 수지에 알미늄 분말의 넣은 재료를 이용하여, 쾌속금형을 제조하고 있는 바, 알미늄 분말의 고가에 기인하는 생산코스트의 상승은 물론, 기계적으로 요구되는 강도, 내마모성 및 수축률 등에서 단점을 가지게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생산 코스트를 저감함은 물론이고, 기계적 특성이 우수한 쾌속금형 제조방법을 제공하는 것을 주목적을 한다.
도 1은 본 발명에 의한 제조방법을 순서적으로 보인 설명도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 쾌속금형 제조방법은, 광경화성수지와 광조형장치를 이용하여 마스터모델을 형성하는 단계; 완성된 모델을 이용하여 탄성이 높은 재질의 간이형을 만드는 단계; 상기 간이형에 주철분말 혼합수지를 주입하여 쾌속금형을 제작하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 주철분말 혼합수지를 이용하는 것에 의하여, 내구성이 향상됨은 물론이고, 상대적으로 높은 치수정밀도를 가지는 쾌속금형을 제작하는 것이 가능하게 되는 잇점이 있다.
다음에는 도면에 도시한 실시예를 기초로 하면서, 본 발명에 대한 제조방법에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에서 (a)과정에서는, 광경화성수지 및 광조형장치를 이용하여 제작하고자 하는 형상의 마스터모델을 제조하는 과정이다. 광의 조사에 의하여 경화되는 광경화성수지에 일정한 광을 조사하는 것에 의하여 마스터모델을 만들게 되는데, 이 때, 마스터모델에 대한 3차원정보는 미리 저장되어 있는 3차원 캐드데이터를 활용하게 된다.
그리고 (b)에서는 일단 성형된 마스터모델에 대하여 후경화과정(Post-curing)과정이 수행된다. 이러한 (b)과정은, 상기 (a)과정에서 일단 완성된 마스터모델을 완전히 경화시키는 것을 의미하고, 이러한 후경화는 일정한 온도를 제공할 수 있는 분위기하에서 수행되는 것이 일반적이다.
그리고 (c)과정에서는, 예를 들면 진공챔버의 내부와 같은 진공분위기 하에서, 상기 마스터모델을 기초로 하여 1차간이형을 제작한다. 이는 광경화성수지를 이용하여 제작된 마스터모델은 탄성이 없기 때문에, 복잡한 형상의 제품일 경우 간이형의 제작이 어렵게 된다. 따라서 탄성이 좋은 실리콘 고무와 같은 재질을 이용하여 1차 간이형을 제작하게 된다. 그리고 이러한 (c)과정은, 실리콘 고무의 주재료와 경화제를 혼합하는 과정에서 기포가 많이 발생하기 때문에, 진공분위기에서 탈포작업을 수행해야 한다.
그리고 (d)과정에서, 실리콘 고무를 이용한 간이형을 분리하게 되고, (e)과정에서는 이러한 간이형에 쾌속금형의 원재료가 되는 주철분말혼합수지를 주입(filling)하게 된다. 여기서 본 발명에 의하면, 쾌속금형을 제작하기 위한 원재료로서, 주철분말혼합수지(case iron power filled resin:CIFR)를 이용하고 있음을 알 수 있다.
일반적으로 구형의 입자형상을 가지는 알미늄 분말은 제조공정이 매우 복잡하고 고도의 기술력을 요하는 것으로 현재 외국에서 고가로 수입되는 재료에 의존하고 있는 실정이다. 이에 비하여, 주철분말은 일반 주철강을 분쇄하는 것에 의하여 쉽게 얻을 수 있기 때문에, 저가의 가격으로 국내에서도 쉽게 생산할 수 있는 장점이 있다.
이러한 주철분말 혼합수지는, 에폭시 수지에 주철분말을 일정한 비율로 혼합한 것을 의미하는 것이다. 에폭시 수지만으로 간이형을 제작할 경우 기계적 물성에 한계가 있기 때문에, 주철분말을 첨가하는 것에 의하여 기계적 특성을 향상시키고자 하는 것이다. 그리고 이러한 주철분말은, 원형의 입자형상을 가지는 알미늄 분말(Aluminium filled resin:AFR)에 비하여, 상대적으로 불규칙적인 형상을 가지고 있다. 이러한 불규칙성을 가지는 주철분말을 이용하여 완성된 제품과, 종래의 알미늄분말, 그리고 에폭시 수지만을 단독으로 이용한 제품과의 기계적 특성이 다음의 표 1에 도시되어 있다.
구 분 에 폭 시 AFR CIFR
수 축 율(%) 1.40 0.40 0.26
인 장 강 도 (Mpa) 41.00 46.00 72.00
내 마 모 율 (10-3cm2) 66.76 43.27 1.58
여기서 인장강도의 평기를 위해서는 KS 4호 시험편(평행부 지름 14cm, 표점 길이 50cm)을 사용하고 UTM L120A 장비를 이용하여, 0.02mm/sec의 속도로 하중을 가하여 평가하였고, 결과는 동일한 5개의 시편의 평균값을 나타내고 있다. 그리고 내마모성의 측정은 Plint Partner 사에서 제공하는 장치를 이용하여, 50N의 하중과 60RPM의 회전속도, 그리고 120s의 작동시간의 조건하에서 측정된 것이다. 그리고 수축률의 평가에 있어서는 단면이 I형인 시편을, 에폭시, AFR, CIFR 세가지의 소재를 사용하여 제작한 다음 마스터모델의 치수와 비교, 평가하였으며 표 1에 나타난 값은 일정한 횟수에 대한 평균값이다.
상기의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 알미늄 파우더를 이용하는 것에 비하여 주철분말 혼합수지를 이용하는 것이 기계적으로 더욱 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 즉, 주철분말 혼합수지는, 수축률, 인장강도, 내마모성의 측면에서 모두 현저하게 우수하게 나타남을 알 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 실제로 주철분말은, 알미늄 파우더에 비하여 훨씬 저렴한 재질이기 때문에 생산코스트도 저렴하게 될 것이다.
그리고 (e)과정을 거친 다음, (f)과정에서는, 주철분말과 경화로로 이루어지는 에폭시 수지가 혼합되어 있는 상태이기 때문에, 혼합과정에서 많은 기포를 함유하고 있다. 따라서 실리콘 고무형의 제작과정인 (c)과정과 마찬가지로 진공분위기 하에서 탈포작업을 거쳐야함 제품의 내부에 기포가 없는 양호한 상태의 제품을 얻을 수 있다.
그리고 (f)과정에서 탈포과정을 거친 후에는, (g)단계에서는 경화과정을 거치게 된다. 주철분말 혼합수지는, 상온에서 보다 50 내지 60℃의 온도범위에서 경화반응이 보다 활발하게 일어나기 때문에, 이러한 온도를 제공할 수 있는 "로" 등에서, 충분한 경화가 일어나도록 한다. 이렇게 하여 주철분말 혼합수지의 완전한 경화가 수행된 다음에는 (h)단계에서 실리콘 고무형으로 부터, 주철분말 혼합수지를 이용하여 완성된 제품을 분리한다. 분리한 다음에는, 예를 들면 다듬질공정과 같은 마무리공정을 거쳐 최종적인 제품이 완성되는 것이다.
이와 같은 과정 및 상기 표 1에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 주철분말 혼합수지를 이용하는 경우에는, 종래의 제품에 비하여 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
주철분말 혼합수지의 수축률이 낮기 때문에, 보다 높은 치수 정밀도를 가지는 간이형의 제작이 가능하게 되고, 인장강도가 높기 때문에 간이형으로 제작되었을 경우의 취급이 용이하게 된다. 또한 내마모율이 적기 때문에 간이형으로 제작되었을 경우 제품의 내구성이 향상된다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 기계적 특성이 우수한 제품을 제공할 수 있게 되는 잇점이 있다. 즉, 높은 치수 정밀도와 내마모성이 우수한 쾌속금형을 제공하는 것이 가능하게 된다. 이러한 잇점은, 상술한 바와 같이, 라이프싸이클이 점차적으로 단축되어 가는 현재의 시장실정이 충분히 대응할 수 있는 장점으로 나타나게 될 것이다.

Claims (1)

  1. 광경화성수지에 광을 조사하여 경화시켜는 것에 의하여 마스터모델을 형성하는 단계; 상기 마스터모델을 이용하여, 실리콘고무재의 간이형을 만드는 단계; 그리고 상기 간이형에 주철분말 혼합수지를 주입하여 쾌속금형을 제작하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 쾌속금형 제조방법.
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