KR100942924B1

KR100942924B1 - 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100942924B1
Application number: KR1020070140584A
Authority: KR
Inventors: 김정인; 최명규; 임채호; 유승목; 조인성; 최정길
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2010-02-22
Also published as: KR20090072463A

Abstract

본 발명은 주형 제작 장치에 관한 것으로서, 특히 직접적 레이저 소결기법(Direct Laser Sintering)에 의한 사형 주조용 주형과 중자 제작에 관한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 사형 주조용 주형 제작방법에 있어서, 다수의 천공을 구비한 금속판을 제작판 위에 올리고, 상기 금속판 위에 일정 두께로 모래를 도포하는 단계와; 상기 모래에 레이저를 조사하여 소결공정을 수행하는 단계와; 상기 소결공정 후, 후처리 작업시 상기 금속판을 제거하여 사형 주조용 주형을 획득하는 단계를 포함하는 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치를 제공한다.

주조, 소결(Sintering), 사형, 주형, 중자, 쉘주형, 레이저 소결

Description

사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLD FOR SAND CASTING}

본 발명은 주형 제작 장치에 관한 것으로서, 특히 직접적 레이저 소결기법(Direct Laser Sintering)에 의한 사형 주조용 주형과 중자 제작에 관한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.

금속은 변형저항이 크므로 목적으로 하는 모양으로 만들기가 쉽지 않다. 주조(casting)라 함은 이렇게 변형저항이 큰 고체상태의 금속을 용해해서 변형저항이 적은 액체상태로 만들고 만들고자 하는 모양의 주형(mold)에 주입하여 응고시켜서 목적하는 바의 모양을 한번에 만들어내는 것을 말한다.

이러한 주조를 위해서는 우선적으로 주형이 필요하다. 주형은 재료에 따라 금형, 사형, 목형 등이 있다. 여기서 사형은 주물외형을 만들기 위한 외형과 주물의 중공부분을 만들기 위한 중자로 이루어질 수 있는 것으로, 모래를 이용하여 주형을 제작하는 것으로 레이저 소결에 의해 제작된다.

독일 EOS사에서는 원형(pattern)이 불필요하며, 쾌속으로 사형의 주형을 제작할 수 있도록 제품 모델명 "EOSINT S750"이라는 제품(이하, "쾌속 주형 제작장치"라 표기함)을 출시하였다.

쾌속 주형 제작장치는 직접적 레이저 소결기법에 의한 사형 주조용 주형과 중자를 제작하며, 쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 것으로, 이러한 쾌속 주형 제작장치에 대한 주형 제작 과정과 특성을 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 쾌속 주형 제작장치의 주형 제작 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 우선 쾌속 주형 제작장치의 제작판(Plate) 위에 일정 두께로 점결제(phenolic resin)를 입힌 모래(quartz, ceramics)(이하, "모래"라 표기함)을 도포한 후 소정시간동안 소정 온도로 예열한다. 이는 직접적 레이저 소결기법을 진행 후의 후처리시, 사형 주조용 주형을 쾌속 주형 제작장치로부터 쉽게 제거할 수 있도록 하기 위함이다.

이후, 도 1a와 같이 적정 적층(layer)의 두께를 0.2mm로 하며, 이중 레이저의 조사기를 통해서 제작판위의 모래에 레이저 빔을 조사하여 모래를 레이저 소결한다. 이때 쾌속 주형 제작장치는 2*100W, 이산화탄소(CO₂) 레이저의 이중 레이저로 이루어지며, 최대 소결속도는 2500mm3/h가 된다. 이때 사형 제작이 가능한 크기는 720*380*380mm³이 된다.

다음은 도 1b와 같이 레이저에 의해 소결된 모래층을 작업 테이블의 하단으로 일정길이 만큼 낮춘후 도 1c를 수행한다. 이는 레이저와 적층된 모래의 높이를 맞춰 레이저 조사에 따라 주형을 제작하기 위함이다.

도 1c와 같이 도포기가 작업이 완료된 모래층 위에 다시 적정 적층의 두께의 모래를 도포한 후, 도 1d에 도시된 바와 같이 도포기는 모래를 재충전한다.

전술한 동작의 반복에 따라 소결되어 제작되는 사형의 주형을 작업 테이블 위에서 분리시킨후, 소결된 제품을 제외한 나머지 모래를 털어내는 후처리를 수행하므로 사형의 주형을 완성한다.

그러나, 종래의 쾌속 주형 제작장치는 주형 제작 이전 공정으로서, 제작판위에 일정 두께의 모래를 도포하여 소정시간 동안 예열해야 하므로, 불필요한 공정이 수행되어야 했고, 사형을 제작하는데 소정시간만큼의 시간이 경과된 후에 제작해야만 하는 문제점이 있다. 이에, 쾌속으로 주형을 제작할 수 없는 문제점이 있다.

또한 예열에 의해 제작판위에 강화된 모래를 제거하는데 어려움이 있으며, 모래를 제거하는데 일정시간을 소요해야 하므로 문제점이 있다. 또한 사형 제작에 사용되는 고가인 모래를 매번 사형의 주형을 제작할때마다 일정 두께로 고가의 모래를 도포해야 하므로, 사형 주형의 제품 양산비용의 증가를 초래한다. 또한 제작판 위에서 일정온도로 예열됨으로써, 모래를 재이용을 할 수 없는 문제점이 있다. 이와 더불어, 후처리시 제작판을 고정대에 올려놓고 제작자가 직접 제작판 주위를 돌면서 후처리 작업을 진행해야 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 주형 제작 이전 공정으로서, 다수의 천공이 구비된 금속판을 제작판 위에 올려놓은 상태에서 모래를 도포하여 직접적 레이저 소결을 수행할 수 있도록 한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 다수의 천공이 구비된 금속판을 제작판 위에 위치시킨후 그 위에 레이저 소결을 수행하도록 모래를 도포시킴으로써, 후처리시 모래가 소결 제품으로부터 쉽게 분리 가능하도록 한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 제작판 위에 일정 두께로 도포된 모래를 예열하는 과정을 다수의 천공이 구비된 금속판으로 대체함으로써, 후처리시 소결 제품으로 분리된 모래를 재이용할 수 있도록 한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 제작판위에 다수의 천공이 구비된 금속판을 얹어 예열을 하지 않고, 바로 레이저를 조사하여 소결공정을 진행하여 쾌속으로 사형 주조용 주형을 제작할 수 있도록 한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 다수의 천공이 구비된 금속판을 이용하여 사형 주조용 주형을 제작하여 사형 주형의 제품 양산비용을 줄일 수 있도록 한 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 사형 주조용 주형 제작 방법은 쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 사형 주조용 주형 제작방법에 있어서, 다수의 천공을 구비한 금속판을 제작판 위에 올리고, 상기 금속판 위에 일정 두께로 모래를 도포하는 단계와; 상기 모래에 레이저를 조사하여 소결공정을 수행하는 단계와; 상기 소결공정 후, 후처리 작업시 상기 금속판을 제거하여 사형 주조용 주형을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속판은 원형 모양의 천공으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속판은 상기 소결 공정에 의해 제품에 변형이 생기지 않도록 하는 소정 모양의 천공을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속판은 상기 소결공정 후, 소결된 형상외의 모래를 다수의 천공을 통해서 상기 소결된 형상에서 분리될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 후처리 작업은 상기 소결공정 후에 회전대에 위치시켜 제작판의 원심력을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 사형 주조용 주형 제작 장치는 쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 사형 주조용 주형 제작 장치에 있어서, 다수의 천공을 갖는 금속판과; 상기 금속판을 제작판 위에 올려놓고, 일정 두께로 도포되는 모래에 레이저를 조사하여 소결기법에 의해 사형 주조용 주형을 제작하는 주형 제작장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속판은 상기 소결기법 후, 소결된 형상외의 모래를 상기 천공을 통해 분리될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 주형 제작 이전 공정으로서, 다수의 천공이 구비된 금속판을 제작판 위에 올려놓은 상태에서 모래를 도포하여 직접적 레이저 소결을 수행할 수 있도록 함으로써, 후처리시 모래가 소결 제품으로부터 쉽게 분리 가능하도록 하는 효과가 있다. 이에, 제작판 위에 일정 두께로 도포된 모래를 예열하는 과정을 다수의 천공이 구비된 금속판으로 대체함으로써, 후처리시 소결 제품으로 분리된 모래를 재이용할 수 있으므로, 주형의 제품 양산비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 제작판위에 다수의 천공이 구비된 금속판을 얹어 예열을 하지 않고, 바로 레이저를 조사하여 소결공정을 진행함으로써, 최종 제품의 사형 주조용 주형의 제작 공정 및 시간을 획기적으로 단축하는 효과가 있다.

본 발명의 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치는 제작판 위에 다수의 천공이 구비된 금속판을 놓고, 예열을 하지 않고 바로 레이저를 조사하여 소결공정을 진행하여도 제품의 변형이 생기지 않게 되고, 후처리시에도 천공된 구멍을 통해 모래가 소결제품으로부터 자동으로 쉽게 분리가능하도록 하는 기술적 요지를 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.

하기의 설명에서 본 발명의 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

하기의 설명에서 주형 제작장치는 종래의 쾌속 주형 제작장치가 될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 사형 주조용 주형 제작 장치를 보인 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사형 주조용 주형 제작 장치는 쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 것으로, 금속판(10)과, 주형 제작장치(20)로 구성된다.

금속판(10)은 다수의 천공을 갖는다. 여기서 금속판(10)은 소결 공정에 의해 제품에 변형이 생기지 않는 소정 모양의 천공을 갖을 수 있다. 이에 금속판(10)의 천공은 원형이 될 수도 있다. 또한 금속판(10)은 주형 제작장치(20)의 소결 동작후, 소결된 형상외의 모래가 금속판(10)의 천공을 통해서 자동으로 쉽게 분리된다.

주형 제작장치(20)는 금속판(10)을 제작판 위에 올려놓고, 일정 두께로 도포되는 모래에 레이저를 조사하여 소결기법에 의해 사형 주조용 주형을 제작한다.

이러한 주형 제작장치(20)는 도 3에 도시된 바와 같으며, 주형 제작장치(20)에 의해 제작되는 사형 주조용 주형은 제작판을 회전시킴으로써, 발생하는 원심력에 의해 금속판(10)의 천공을 통해 소결 제품을 제외한 모래를 주형 제작장치(20)의 바닥면으로 낙하시켜 제거하게 된다.

도 4는 본 발명의 사형 주조용 주형 제작방법을 보인 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 우선 다수의 천공을 구비한 금속판(10)을 주형 제작장치(20)의 제작판 위에 올린다(S401).

이후, 주형 제작장치(20)는 금속판(10) 위에 일정 두께로 모래를 도포한다(S403). 이때, 일정 두께는 기존과 동일한 적정 적층 두께로 0.2mm로 한다.

주형 제작장치(20)는 도포된 모래에 레이저를 조사하여 도 5에 도시된 바와 같은 소결공정을 수행한다(S405).

소결공정 후, 후처리 작업시 금속판(10)에 구비된 다수의 천공을 통해서 소결된 형상외의 모래를 제거한다(S407). 이때, 주형 제작장치(20)는 후처리 작업으로 소결공정 후, 회전대에 위치시켜 제작판의 원심력을 이용하여 수행하여 소결된 형상외의 모래를 소결된 형상에서 분리시킬 수 있게 된다.

이후, 사형 주조용 주형의 제작이 완료된다(S409).

본 발명의 주형 제작 장치를 통해 전술한 주형 제작공정을 완료함으로써, 도 6과 같은 복잡한 사형을 얻을 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 사형 주조용 주형 제작 방법 및 장치는 주형 제작장치의 제작판 위에 다수의 천공을 갖는 금속판을 올려놓고, 예열하지 않고 바로 레이저를 조사하여 소결작업을 진행할 수 있도록 한다. 그리고 후처리시, 천공된 구멍을 통해 모래가 소결제품으로 자동으로 쉽게 분리가 가능하도록 한다. 이에 사형 주조용 주형의 제조 공정과 시간을 단축할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 쾌속 주형 제작장치의 주형 제작 과정을 설명하기 위한 예시도.

도 2는 본 발명에 따른 사형 주조용 주형 제작 장치를 보인 예시도.

도 3은 본 발명의 주조 방안 해석 자동화 장치를 보인 구성도.

도 4는 본 발명의 사형 주조용 주형 제작방법을 보인 흐름도.

도 5는 본 발명의 사형 주조용 주형 제작방법에 의해 소결된 형상을 일예로 보인 예시도.

도 6은 본 발명의 사형 주조용 주형 제작방법에 의해 제작되는 주형을 보인 예시도.

Claims

쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 사형 주조용 주형 제작방법에 있어서,

다수의 천공을 구비한 금속판을 제작판 위에 올리고, 상기 금속판 위에 일정 두께로 모래를 도포하는 단계와;

상기 모래에 레이저를 조사하여 소결공정을 수행하는 단계와;

상기 소결공정 후, 후처리 작업시 상기 금속판을 제거하여 사형 주조용 주형을 획득하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 방법.
제1 항에 있어서, 상기 금속판은,

원형 모양의 천공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 방법.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 금속판은,

상기 소결공정 후, 소결된 형상외의 모래를 다수의 천공을 통해서 상기 소결된 형상에서 분리될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 방법.
제1 항에 있어서, 상기 후처리 작업은,

상기 소결공정 후에 회전대에 위치시켜 제작판의 원심력을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 방법.
제1 항에 있어서, 상기 금속판에 의해 예열을 하지 않고, 바로 레이저를 조사하여 소결공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 방법.
쉘주형(shell croning)과 동일한 조건하에서 시제품 제작이 가능한 사형 주조용 주형 제작 장치에 있어서,

다수의 천공을 갖는 금속판과;

상기 금속판을 제작판 위에 올려놓고, 일정 두께로 도포되는 모래에 레이저를 조사하여 소결기법에 의해 사형 주조용 주형을 제작하는 주형 제작장치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 장치.
제7 항에 있어서, 상기 금속판은,

상기 소결기법 후, 소결된 형상외의 모래를 상기 천공을 통해 분리될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 장치.
제7 항에 있어서, 상기 금속판은

원형의 다수의 천공을 갖는 것을 특징으로 하는 사형 주조용 주형 제작 장치.