KR101671646B1 - 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치 - Google Patents

Abstract

주입구 단부가 새겨지지 않고 표면의 자국이 발생하지 않고, 복잡한 형상을 용이하게 제작할 수 있는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치를 제시한다. 그 장치는 캐비티를 내재하는 하부금형 및 상부금형으로 이루어진 금형과, 상부금형에 형성되며 압력을 가하여 액상수지를 공급하는 주입로와, 하부금형의 둘레를 따라 패인 형태로 형성되고 주입로부터 주입되는 액상수지가 흐르며 액상수지를 캐비티에 공급하는 우회주입로와, 캐비티로부터 넘쳐흐르는 액상수지를 배출하는 벤트라인 및 상부금형 및 하부금형이 접촉하는 부분을 커버하는 보강시트를 포함한다.

Description

캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치{Apparatus of vacuum casting using expansion of cavity}

본 발명은 진공주형 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐비티를 팽창하고 수축시켜 높은 품질의 성형품을 얻을 수 있는 진공주형 장치에 관한 것이다.

진공주형은 미리 제작된 마스터를 이용하여 실리콘 몰드를 제작한 후, 진공 상태에서 액상수지를 주입하고 건조로에서 경화시켜 성형하는 장치 내지 방법을 말한다. 구체적으로, 먼저 마스터인 목업(mock-up)을 제작한 후에, 3차원 형상에 맞게 실리콘 수지를 가공하여 실리콘 몰드를 만든다. 그후, 진공상태에서 실리콘 몰드 사이의 캐비티(cavity)에 액상수지를 주입하고, 건조로에서 경화시켜 원하는 제품을 얻는다. 진공주형은 다품종 소량 생산에 적합하며, 자동차 부품, 의료기기, 전자제품의 케이스 등의 제조에 많이 활용되고 있다. 이러한 진공주형은 제품을 보다 정밀하고 용이하게 성형할 수 있도록, 다양한 방식으로 발전되고 있다.

한편, 종래의 진공주형에서는 주입구의 끝부분이 성형품에 자국을 남겨서 품질불량이 일어난다. 이러한 자국을 제거하기 위해서 부가적인 공정이 필요하므로 경제적이지 못하다. 또한, 종래의 복잡한 형상의 성형품을 제조하기 위해서는 공기 및 기포와 같은 가스로 인하여, 성형품의 표면이 조악하게 되어, 이를 제거하기 공정이 추가되어야 한다. 국내등록특허 제10-0930737호는 캐비티 가스를 흡입하는 진공흡입수단을 제시하고 있다. 상기 흡입수단은 그 구조가 지나치게 복잡하여 실용성이 떨어지고, 성형품에서 주입구 단부 및 표면에 자국이 생기는 것을 확실하게 차단하기 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주입구 단부가 새겨지지 않고 표면의 자국이 발생하지 않고, 복잡한 형상을 용이하게 제작할 수 있는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치는 캐비티를 내재하는 하부금형 및 상부금형으로 이루어진 금형과, 상기 상부금형에 형성되며 압력을 가하여 액상수지를 공급하는 주입로를 포함한다. 또한, 상기 하부금형의 둘레를 따라 패인 형태로 형성되고 상기 주입로부터 주입되는 상기 액상수지가 흐르며 상기 액상수지를 상기 캐비티에 공급하는 우회주입로와, 상기 캐비티로부터 넘쳐흐르는 상기 액상수지를 배출하는 벤트라인을 포함한다. 상기 상부금형 및 상기 하부금형이 접촉하는 부분을 커버하는 보강시트를 포함한다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 캐비티는 상기 주입로로부터 이격되어 배치된다. 상기 캐비티는 상기 상부금형을 들리게 하고, 상기 하부금형 및 상기 상부금형이 서로 접촉하였을 때보다 확장된 공간에 상기 액상수지를 보관한다. 상기 우회주입로는 상기 주입로에 대하여 공간적으로 떨어진 마진을 형성할 수 있다. 상기 우회주입로는 상기 벤트라인에 대하여 공간적으로 떨어진 마진을 형성할 수 있다. 상기 우회주입로는 상기 상부금형의 단부로부터 일정한 간격만큼 떨어져서 형성된다. 상기 상부금형은 상기 압력에 의해 아치 형상으로 들린다.

본 발명의 캐비티의 팽창을 이용하는 진공주형 장치에 의하면, 캐비티를 팽창 및 수축시켜 진공주형을 실시함으로써, 주입구 단부가 새겨지지 않고 표면의 자국이 생겨나지 않고, 복잡한 형상을 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 캐비티를 팽창시켜 액상수지를 보관함으로써, 진공이 해제되어 가스가 방출된다고 하더라도, 성형품의 제조에 필요한 액상수지를 충분하게 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치를 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치에 액상수지가 주입되는 상태를 표현한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 캐비티 팽창을 이용한 진공주형 장치로 성형품을제조하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 캐비티를 팽창 및 수축하여 진공주형을 실시함으로써, 주입구 단부 및 표면의 자국이 생겨나지 않고, 복잡한 형상을 용이하게 제작할 수 있는 진공주형 장치를 제시한다. 이를 위해, 캐비티를 팽창 및 수축하는 구조를 가진 진공주형 장치를 구체적으로 살펴보고, 캐비티 공간의 변화를 통하여 얻어지는 효과를 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 진공주형은 다품종 소량생산에 적합하며, 자동차 부품, 의료기기, 전자제품의 외장케이스, 가전제품의 부품 등을 제조하는 데 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 캐비티 팽창을 이용한 진공주형 장치를 나타내는 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다. 한편, 본 발명의 범주 내에서 진공주형 장치의 동작을 원활하게 하기 위한 별도의 장치가 부가될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 진공주형 장치는 캐비티(a)를 내재하는 하부금형(11) 및 상부금형(12)로 이루어진 금형(10)을 포함한다. 금형(10)은 다양한 재료가 가능하나, 실리콘이 바람직하다. 하부금형(11)은 액상수지가 주입되는 우회주입로(14)가 형성되어 있고, 우회주입로(14)는 일정한 폭과 깊이로 패인 것이다. 우회주입로(14)는 하부금형(11) 측면으로부터 일정한 간격만큼 이격되어, 하부금형(11)의 둘레를 따라 형성된다. 우회주입로(14)의 위치, 폭, 깊이는 본 발명의 진공주형 장치의 크기, 성형품의 종류 등에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 우회주입로(14) 내측은 캐비티(a)를 형성하며, 캐비티(a)는 성형품(30)이 진공주형으로 성형되는 공간이다. 여기서, 캐비티(a)는 도 3의 액상수지(50)가 주입되기 전의 상태로써, 빈 공간이다.

상부금형(12)에는 캐비티(a)와 각각 연통되는 주입구(20) 및 벤트라인(24)이 설치되어 있다. 벤트라인(24)은 파이프와 같은 것으로 캐비티(a)로부터 넘쳐흐르는 액상수지(50)를 배출하기 위함이다. 도시되지 않았지만, 벤트라인(24) 대신에 액상수지(50)를 저장할 수 있는 용기를 사용할 수 있다. 주입구(20)로부터 액상수지(50)가 주입되는 주입로(22)는 우회주입로(14)와 연통되며, 주입로(22) 및 우회주입로(14)는 일정한 간격의 마진(M1)을 형성한다. 다시 말해, 우회주입로(14)의 폭은 주입로(22)의 직경보다 크다. 벤트라인(24)은 우회주입로(14)와 연통되면, 벤트라인(24) 및 우회주입로(14)는 일정한 간격의 마진(M2)을 형성한다. 다시 말해, 우회주입로(14)의 폭은 벤트라인(24)의 직경보다 크다. 주입로(22), 벤트라인(24)의 직경 및 마진(M1, M2)은 본 발명의 진공주형 장치의 크기, 성형품의 종류 등에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

금형(10)의 측면은 구조적인 안정성을 위하여, 보강시트(40)를 부착할 수 있다. 보강시트(40)는 접착제가 도포된 접착시트가 바람직하며, 본 발명의 범주 내에서 다른 시트를 사용할 수 있다. 보강시트(40)에 의해, 금형(10)은 진공주형을 하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 변위를 방지할 수 있다. 보강시트(40)는 향후 캐비티(a)가 팽창할 때, 하부금형(11) 및 상부금형(12)의 단부가 고정되는 역할도 한다. 보강시트(40)는 금형(10) 측면 전체를 커버할 수 있고, 하부금형(11) 및 상부금형(12)이 접촉하는 부분을 커버할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캐비티 팽창을 이용한 진공주형 장치에 액상수지가 주입되는 상태를 표현한 단면도이다. 이때, 진공주형 장치는 팽창된 캐비티(b)를 제외하고 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같으므로, 중복된 표현에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3에 의하면, 액상수지(50)는 주입구(20)로부터 투입되어 우회주입로(14)에 채워진 제1 액상수지(51), 팽창된 캐비티(b)를 형성하는 제2 액상수지(52) 및 오버플로우되어 벤트라인(24)으로 흐르는 제3 액상수지(53)로 구분된다. 진공주형 방식으로 성형품을 제조하는 과정에서, 액상수지(50)는 제1 내지 제3 액상수지(51, 52, 53) 방향으로 유동한다. 액상수지(50)는 고분자 수지(resin)로써, 본 발명의 성형품의 종류, 형상 등에 따라 그 종류가 결정된다. 이러한, 제1 액상수지(51)는 압력을 가해져서 주입된다. 제1 액상수지(51)에 압력을 가하는 이유는, 팽창된 캐비티(b)를 형성하기 위함이다. 진공에 의해 제2 액상수지(52)가 끓어서 발생하는 기포는 제2 액상수지(52)가 골고루 퍼지는 것을 방해하고, 제3 액상수지(53)가 벤트라인(24)으로 토출되는 것을 막기 때문이다. 하지만, 본 발명의 실시예에서와 같이 압력을 가하면, 캐비티(b)가 팽창하여 제2 액상수지(52)에 상기 기포가 머물 수 있는 공간이 확장되어, 상기 기포에 의한 방해가 사라진다. 또한, 상기 기포는 상기 압력에 의해 강제로 벤트라인(24) 방향으로 토출된다. 상기 압력은 대기압이 바람직하다.

구체적으로, 주입로(22)를 거쳐 우회주입로(14)를 채운 제1 액상수지(51)는 주입구(20)에서 가해지는 압력에 의해 마진(M1)의 공간을 통하여 투입되어 팽창된 캐비티(b)를 형성하는 제2 액상수지(52)가 된다. 이를 위해, 상부금형(12)은 상부방향(↑)으로 이동한다. 상부금형(12)의 양측은 보강시트(40)에 의해 고정되었으므로, 상부금형(12)이 들린 모양은 아치(arch) 형태와 유사하다. 즉, 상부금형(12)의 중심부에서 주변으로 갈수록 팽창된 공간이 작아진다. 팽창된 캐비티(b)를 채운 제2 액상수지(52) 이외의 넘쳐흐르는 액상수지(50)는 벤트라인(24)을 통과하는 제3 액상수지(53)가 된다. 이때, 마진(M1)의 도움이 없이 제1 액상수지(51)에 가해지는 압력에 의해, 상부금형(12)의 들림으로 제1 액상수지(51)가 주입될 수도 있다. 이에 따라, 마진(M1)은 제1 액상수지(51)의 주입이 용이하게 하는 보조적인 역할을 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 캐비티 팽창을 이용한 진공주형 장치로 성형품을제조하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 이때, 진공주형 장치는 성형품(30)이 형성되는 것을 제외하고 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같으므로, 중복된 표현에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4에 의하면, 주입구(20)는 제1 액상수지(51)의 공급을 중단한다. 제1 액상수지(51)의 공급 중단으로, 주입로(22) 및 우회주입로(14)에는 잔존하는 제1 액상수지(51)가 존재한다. 물론, 적절한 수단으로 주입로(22) 및 우회주입로(14)에는 제1 액상수지(51)가 잔존하지 않게 할 수도 있다. 이런 상태에서, 진공을 해제하면, 팽창된 상부금형(12)은 원래의 위치를 회복하여, 하부금형(11)과 접촉하게 된다. 이렇게 되면, 도 3의 제2 액상수지(52)는 성형품(30)을 형성하는 공간만을 채운다. 그리고 오버플로우되는 제3 액상수지(53)는 벤트라인(24)을 거쳐 외부로 배출된다. 본 발명의 실시예에 의한 진공주형 장치에 의해 제조된 성형품(30)은 주입로(22) 및 벤트라인(24)과 닿지 않으므로, 성형품(30)에 주입로(22) 및 벤트라인(24)의 자국이 남지 않는다. 이렇게 되면, 상기 자국을 없애기 위한 부가공정이 필요하지 않다.

또한, 진공주형 과정에서, 캐비티(b)에 주입된 제2 액상수지(52)에는 침적된 공기 및 발생된 기포와 같은 가스로 인하여, 제2 액상수지(52)의 부피가 팽창한다. 상기 기포는 상기 진공에 의해 제2 액상수지(52)가 끓는 현상으로 발생되는 것이다. 이러한 기포는 제2 액상수지(52)를 팽창시키는 주요 원인이다. 상기 가스는 성형품의 표면에 자국(burr)을 남겨 품질을 저하시키므로, 상기 자국을 없애는 후가공처리가 필요하다. 그런데, 팽창된 캐비티(b)는 공간을 팽창시켜, 상기 기포가 벤트라인(24)으로 빠져나가는 것을 용이하게 한다. 캐비티(a, b)의 팽창 및 수축으로 강제로 가스를 배출하므로, 가스 방출이 잘 일어나 성형품(30) 표면의 품질을 높일 수 있다. 더불어, 팽창된 캐비티(b)는 팽창되는 제2 액상수지(52)를 최대한으로 보관하여, 벤트라인(24)으로 빠져나가는 제3 액상수지(53)를 최소화할 수 있다.

상기 진공을 해제하면, 상기 가스가 사라지면서 제2 액상수지(52)의 부피가 축소되어 캐비티(a)를 이룬다. 이렇게 되면, 캐비티(a) 내에서의 제2 액상수지(52)가 부족하게 되어, 원하는 형태의 성형품을 얻을 수 없다. 도 3의 캐비티(b)는 팽창된 공간에 제2 액상수지(52)를 보관하므로, 제2 액상수지(52)가 부족하게 되는 현상을 방지할 수 있다. 왜냐하면, 오버플로우되는 제3 액상수지(53)를 최대한 줄일 수 있기 때문이다.

더불어, 본 발명의 실시예에 의한 진공주형 장치에 적용되는 성형품(30)은 주입로(22) 및 벤트라인(24)으로부터 공간적으로 떨어져 있다. 이렇게 되면, 도 3에서의 팽창된 캐비티(b)는 도 2의 캐비티(a)에 비해 잉여의 제2 액상수지(52)를 포함한다. 진공의 해제로 제2 액상수지(52)의 부피가 줄어든다고 해도, 잉여의 제2 액상수지(52)는 캐비티(a)를 채워 성형품(30)을 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서와 같이, 캐비티(b)를 팽창시키면, 성형품(30)을 제조하는 데 필요한 액상수지(50)를 충분하게 확보할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 그 형상이 매우 복잡하여도, 캐비티의 팽창 및 수축을 이용하여 성형품(30)을 용이하게 제작할 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10; 금형 11; 하부금형
12; 상부금형 14; 우회주입로
20; 주입구 22; 주입로
24; 벤트라인 30; 성형품
40; 보강시트 50; 액상수지
51, 52, 53; 제1 내지 제3 액상수지
a, b; 캐비티

Claims (7)

1. 캐비티를 내재하는 하부금형 및 상부금형으로 이루어진 금형;
   상기 상부금형에 형성되며, 압력을 가하여 액상수지를 공급하는 주입로;
   상기 하부금형의 둘레를 따라 패인 형태로 형성되고, 상기 주입로부터 주입되는 상기 액상수지가 흐르며, 상기 액상수지를 상기 캐비티에 공급하는 우회주입로;
   상기 캐비티로부터 넘쳐흐르는 상기 액상수지를 배출하는 벤트라인; 및
   상기 상부금형 및 상기 하부금형이 접촉하는 부분을 커버하는 보강시트를 포함하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 주입로로부터 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 상부금형을 들리게 하고, 상기 하부금형 및 상기 상부금형이 서로 접촉하였을 때보다 확장된 공간에 상기 액상수지를 보관하는 것을 특징으로 하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 우회주입로는 상기 주입로에 대하여 공간적으로 떨어진 마진을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 우회주입로는 상기 벤트라인에 대하여 공간적으로 떨어진 마진을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 우회주입로는 상기 상부금형의 단부로부터 일정한 간격만큼 떨어져서 형성된 것을 특징으로 하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 상부금형은 상기 압력에 의해 아치 형상으로 들리는 것을 특징으로 하는 캐비티 팽창을 이용하는 진공주형 장치.

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