KR101680334B1 - 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법은, 분말소재를 공급하여 용융 적층시키면서 금형 제작을 위한 금형성형틀과 상기 금형성형틀 내부에 상기 금형 형상의 금형성형공간을 형성하되, 상기 금형성형공간에는 상기 금형과 동일한 재질의 금형제작용 블럭체를 공급하는 제1단계, 상기 금형성형공간에 열을 가하거나 상기 금형과 동일한 재질의 용융액을 공급함으로써 상기 금형성형공간에 공급된 금형제작용 블럭체를 일체화하여 상기 금형을 성형하는 제2단계, 및 상기 성형된 금형을 분리해 내기 위하여 상기 금형성형틀을 제거하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법{A Manufacturing method of Mold using 3-dimensional Printing method}

본 발명은 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 3차원 프린팅 방식과 유사하게 분말소재를 용융 적층하여 내부에 금형 형상의 금형성형공간을 포함하는 금형 제작용 금형성형틀을 형성하되, 상기 금형성형공간에는 제작하고자 하는 금형과 동일한 재질로 된 금형제작용 블럭체를 공급한 후 상기 금형성형공간 내부에 열을 가하거나 금형 재질의 용융액을 공급하여 상기 금형제작용 블럭체로부터 신속하게 금형을 성형함으로써 금형 제작에 소용되는 시간과 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로, 금형(mold)이라 함은 주어진 형상의 물품을 성형하기 위한 성형틀로서, 상기 물품을 성형하기 위한 분말상, 액상, 또는 고상의 소재를 상기 금형 내부에 공급한 후 가열 또는 가압하여 상기 물품을 성형하게 된다.

종래에는 이러한 금형의 제작을 위하여 주로 기계 가공 또는 수작업에 의한 가공 등을 이용하였는데, 이와 같은 방식은 금형 사이즈보다 큰 벌크 소재를 가공 방향에 따라 위치를 바꾸어 가면서 가공이 이루어져야 하기 때문에 금형 형상이 대형이거나 복잡할 경우 금형 가공에 소요되는 시간과 비용이 과도할 뿐만 아니라 수작업이 필요할 경우 작업자의 숙련도에 따라 작업 시간과 작업 정밀도(즉, 금형 치수)가 크게 달라지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 3차원 프린터를 이용하여 금형을 제작하는 방법이 개발되었는데, 이러한 3차원 프린터를 이용한 금형 제작방법은 하기 [문헌 1] 등에 상세히 개시되어 있다.

하기 [문헌 1]에 따른 기술의 경우 금형의 형상을 단위 평면으로 나누고 각 평면마다 3차원 프린팅 방식을 이용하여 금형의 주된 소재인 금속 분말을 레이저로 용융시켜 적층하면서 자동으로 금형을 성형하는 방식이기 때문에 종래 기술과 대비할 때 금형 제작에 소요되는 시간과 비용을 저감하고 작업 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.

그러나, 하기 [문헌 1]에 따른 방식의 경우 3차원 프린팅 방식에 의하여 금형의 형상 전체를 성형하는 방식이기 때문에 금형 사이즈가 작을 경우에는 상술한 장점을 가지게 되나, 제작하고자 하는 금형 사이즈가 선박이나 자동차에 사용되는 실린더 블럭용 금형과 같이 대형일 경우에는 제작하고자 하는 금형의 체적만큼 금속 분말을 용융 및 적층시키는데 소요되는 시간 및 에너지 소모가 지나치게 과도하여 이들 대형 금형의 제작에 실제 적용하기에는 곤란한 문제점이 있다.

[문헌 1] 한국공개특허 제2012-0128171호(2012. 11. 27. 공개)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 3차원 프린팅 방식과 유사하게 분말소재를 용융 적층하여 내부에 금형 형상의 금형성형공간을 포함하는 금형 제작용 금형성형틀을 형성하되, 상기 금형성형공간에는 제작하고자 하는 금형과 동일한 재질로 된 금형제작용 블럭체를 공급한 후 상기 금형성형공간 내부에 열을 가하거나 금형 재질의 용융액을 공급하여 상기 금형제작용 블럭체로부터 신속하게 금형을 성형함으로써 금형 제작에 소용되는 시간과 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법은, 분말소재를 공급하여 용융 적층시키면서 금형 제작을 위한 금형성형틀과 상기 금형성형틀 내부에 상기 금형 형상의 금형성형공간을 형성하되, 상기 금형성형공간에는 상기 금형과 동일한 재질의 금형제작용 블럭체를 공급하는 제1단계, 상기 금형성형공간에 열을 가하거나 상기 금형과 동일한 재질의 용융액을 공급함으로써 상기 금형성형공간에 공급된 금형제작용 블럭체를 일체화하여 상기 금형을 성형하는 제2단계, 및 상기 성형된 금형을 분리해 내기 위하여 상기 금형성형틀을 제거하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분말소재는 열가소성 합성수지 분말과 수경화성 광물 분말의 혼합물로 구성되고, 상기 제1단계는 (a1) 상기 공급된 분말소재에 포함된 합성수지 분말을 용융 적층시키면서 내부에 상기 금형성형공간을 포함하는 제1금형성형틀을 형성하는 단계, (a2) 상기 제1금형성형틀에 물을 공급하여 상기 제1금형성형틀에 포함된 수경화성 광물 분말을 경화시켜 제2금형성형틀을 형성하는 단계, 및 (a3) 상기 제2금형성형틀에 열을 가하여 상기 합성수지 성분을 기화시켜 제거함으로써 상기 수경화성 광물 재질의 제3금형성형틀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분말소재는 열가소성 합성수지 분말과 수경화성 광물 분말의 혼합물로 구성되고, 상기 제1단계는 (b1) 상기 공급된 분말소재에 포함된 합성수지 분말을 용융하여 경화시킨 후 물을 공급하여 상기 공급된 분말소재에 포함된 수경화성 광물 분말을 경화시키는 공정을 각 적층 단계마다 수행하여 내부에 상기 금형성형공간을 포함하는 제4금형성형틀을 형성하는 단계와, (b2) 상기 제4금형성형틀에 열을 가하여 상기 합성수지 성분을 기화시켜 제거함으로써 상기 수경화성 광물 재질의 제5금형성형틀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열가소성 합성수지는 ABS, PLA, PP, PE, PS, PET 중 적어도 어느 하나이고, 상기 수경화성 광물은 석고, 석회, 시멘트, 점토, 고령토 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금형제작용 블럭체는 구형체 또는 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 이루어져 복수의 사이즈별로 구비되고, 상기 제1단계에서는 금형성형공간에 공급되는 금형제작용 블럭체의 형상 또는 사이즈 중 적어도 어느 하나를 위치에 따라 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법은 금속 분말과 대비할 때 상대적으로 적은 시간과 에너지로 용융 적층이 가능한 분말 소재를 이용하여 내부에 금형 형상의 금형성형공간을 포함하는 금형 제작용 금형성형틀을 형성하고, 상기 금형성형공간에는 제작하고자 하는 금형과 동일한 재질로 된 금형제작용 블럭체를 공급한 후 상기 금형성형공간 내부에 열을 가하거나 금형 재질의 용융액을 공급하여 상기 금형제작용 블럭체로부터 신속하게 금형을 성형하는 방식이기 때문에 금형 제작에 소용되는 시간과 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법에 의하여 제작하고자 하는 샘플 금형의 형상을 나타낸 도면,
도2는 본 발명의 일실시예에 따라 금형을 제작하기 위한 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면,
도3은 도2의 장치에 사용된 원료 공급부의 구성을 나타낸 도면,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법을 설명하기 위한 공정 순서도, 및
도5는 도4의 공정 순서에 따라 도1의 샘플 금형을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법에 의하여 제작하고자 하는 샘플 금형의 형상을 나타낸 도면이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따라 금형을 제작하기 위한 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이며, 도3은 도2의 장치에 사용된 원료 공급부의 구성을 나타낸 도면이다.

또한, 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도5는 도4의 공정 순서에 따라 도1의 샘플 금형을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법에 의하여 도1에 도시한 형태의 샘플 금형(100)을 제작하는 경우를 일예로서 설명한다.

또한, 본 명세서의 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 합성수지 분말의 "용융 적층"이라 함은 합성수지 분말을 가열 용융시켜 일체화한 후 그 상부에 동일한 방식으로 적층해 가는 통상의 SLS(selective laser sintering) 공정을 의미한다.

한편, 본 발명은 3차원 프린팅 방식을 이용하여 금형을 제작하는 것을 특징으로 하는데, 이를 위하여 도2에 개략적인 구성을 도시한 바와 같은 3차원 프린팅 장치를 일예로서 사용할 수 있다.

상기 3차원 형상 제작장치는 작업대(10)가 형성된 본체(1)의 상부에 X,Y,Z의 3축 방향으로 원료 공급부(5)와 레이저 용융장치(4)를 이송시키기 위한 이송축(2)과, 상기 이송축(2)을 통하여 상기 원료 공급부(5)와 레이저 용융장치(4)를 이송시키는 이송모터(3)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 3축 방향 이송축(2), 이송모터(3) 및 레이저 용융장치(4)의 구성은 공지된 기술이기 때문에 여기에서는 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 상기 원료 공급부(5)는 내부에 금형성형틀 제작을 위한 분말소재(5c)와 금형제작을 위한 금형제작용 블럭체(40)를 수용한 상태에서 상기 이송축(2)을 통해 이동하면서 노즐과 같이 필요한 위치에서 상기 분말소재(5c)와 금형제작용 블럭체(40)를 선택적으로 공급하도록 구성된다.

즉, 상기 원료 공급부(5)는 미리 정해진 체적의 금형제작용 블럭체(40)를 공급하는 제1공급부(5a), 상기 분말소재(5c)를 공급하는 제2공급부(5b), 및 상기 제1,2공급부(5a,5b)를 하나의 어셈블리로 결합하는 바인딩 장치(5d)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 금형제작용 블럭체(40)가 동일한 체적(즉, 사이즈)으로 이루어진 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라 상기 금형제작용 블럭체(40)는 복수의 사이즈별로 구비될 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 금형제작용 블럭체(40)가 구형으로 이루어진 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 사면체, 오면체, 육면체 등과 같은 다면체 형상으로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 금형제작용 블럭체(40)는 상술한 바와 같이 복수의 사이즈별로 구비될 뿐만 아니라, 각 사이즈별로 필요에 따라서는 구형체와 여러 종류의 다면체 등 다양한 형상으로 구비될 수도 있다.

이와 같이 상기 원료 공급부(5)가 필요에 따라 다양한 사이즈 및/또는 형상의 금형제작용 블럭체(40)를 공급할 수 있도록 구성될 경우 샘플 금형(100)의 부분적인 형상 또는 두께 변화에 유연하게 대응할 수 있어서 후술하는 바와 같이 후처리 공정을 수행할 경우 물품이 성형되는 금형 치수면에 대한 가공 작업량을 크게 감소시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형의 제작방법은, 먼저 작업대(10) 위에 샘플 금형(100)의 성형 작업을 수행하기 위한 작업틀(20)을 셋팅하게 되는데(S10), 이 경우 상기 작업틀(20)은 후술하는 바와 같이 공급되는 분말소재(5c) 및 금형제작용 블럭체(40)를 내부에 가두어 수용하는 차단막 또는 테두리막으로서의 기능을 수행하게 된다.

또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 후술하는 분말소재(5c)의 용융 적층 단계에 따라 상기 작업틀(20)의 높이도 단계적으로 증가하도록 구성한 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 경우에 따라서는 상기 작업틀(20)이 미리 수조 형상으로 성형되어 있거나 상기 S10 단계의 작업틀(20)의 셋팅 공정을 생략할 수도(즉, 작업틀을 사용하지 않을 수도) 있다.

상기 S10 단계가 완료되면, 상기 작업틀(20) 내부에 적층방식으로 샘플 금형(100)의 제작을 위한 제1금형성형틀(30)과, 상기 제1금형성형틀(30)의 내부에 포함되는 샘플 금형(100) 형상의 금형성형공간(35)을 형성하게 된다(S20).

즉, 상기 S20 단계에서는 상기 작업틀(20) 내부에 분말소재(5c)를 공급하고 이를 가열에 의해 용융 적층시키면서 단계적으로 상기 제1금형성형틀(30)과 금형성형공간(35)을 형성하게 된다.

이때, 상기 분말소재(5c)는 열가소성 합성수지 분말과 수경화성 광물 분말의 혼합물로 구성되는데, 상기 가열 용융 과정에 의하여 분말소재(5c)에 포함된 상기 열가소성 합성수지 분말이 용융되면서 동일 평면에서는 좌우 방향으로, 그리고 적층시에는 상하 방향으로 서로 접합된 상태로 냉각 경화되면서 내부에 공간이 형성된 지지체를 형성하게 된다.

또한, 상기 분말소재(5c)에 포함된 수경화성 광물 분말은 일반적으로 합성수지 분말의 용융점에서 융용되지 않기 때문에 상기 용융된 합성수지 분말이 형성하는 지지체의 내부 공간에 분말인 상태로 수용되지만, 상기 용융된 합성수지 분말이 형성한 지지체에 의하여 자체의 유동성이 제한되기 때문에 상기 제1금형성형틀(30)은 분말소재(5c)의 용융 적층시 자체의 형상과 내부에 포함된 금형성형공간(35)의 형상을 임시적으로 유지할 수 있게 된다.

이때, 상기 열가소성 합성수지 분말은 가열 용융된 후 냉각과정에서 경화되는 재질로 구성될 수 있는데, 일예로서 상기 열가소성 합성수지 분말은 통상의 3차원 프린팅 시스템에 일반적으로 사용되는 ABS, PLA, PP, PE, PS, PET 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 열가소성 합성수지의 가열 용융은 전자빔이나 레이저 등을 가열원으로 이용하도록 구성될 수 있는데, 본 실시예에서는 일예로서 레이저를 이용한 가열 용융 방식을 적용하였다.

또한, 상기 수경화성 광물 분말은 후술하는 바와 같이 물이 공급될 경우 경화되는 성질을 가진 광물로 구성될 수 있는데, 일예로서 상기 수경화성 광물 분말은 석고, 석회, 시멘트, 점토, 고령토 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

한편, 상기 S20 단계가 완료되면 상기 금형성형공간(35)에는 미리 정해진 체적을 가지는 금형제작용 블럭체(40)가 공급되어 해당 공간을 채우게 되는데(S30), 상기 금형성형공간(35)은 상기 분말소재(5c)의 용융 적층 단계에 따라 형성되기 때문에 상기 금형제작용 블럭체(40)도 분말소재(5c)의 용융 적층 단계에 따라 적층되면서 상기 금형성형공간(35)을 채우게 된다.

즉, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 S20 단계에서 제1금형성형틀(30)과 금형성형공간(35)이 형성이 완료된 후에 S30 단계에서 상기 금형성형공간(35)에 금형제작용 블럭체(40)가 공급되는 것으로 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 실제적으로는 상술한 바와 같이 상기 S20 단계와 S30 단계가 분말소재(5c)의 각 용융 적층 단계마다 필요에 따라 반복적으로 수행되는 공정으로 이해되어야 더욱 바람직하다.

이때, 상기 금형제작용 블럭체(40)는 샘플 금형(100)과 동일한 재질(일예로서, 금속 재질)로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 금형제작용 블럭체(40)의 공급시 서로 이웃하는 상하부 금형제작용 블럭체(40)의 중심이 수직선상에 배열되도록 적층되는 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 금형제작용 블럭체(40)는 하부 금형제작용 블럭체(40)들의 공극부에 상부 금형제작용 블럭체(40)들이 위치하도록 상하 지그재그 패턴으로 적층될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상술한 S20 단계와 S30 단계는 통상의 CAD/CAM 시스템이나 3D 프린터에서 적용하고 있는 바와 같이 샘플 금형(100)의 형상 정보(또는 좌표 정보)를 포함하는 전산적 모델링 데이터를 이용하여 이루어지게 되는데, 상기 모델링 데이터는 3차원 형상을 모델링하기 위한 공지된 프로그램 중 어느 하나를 이용하여 얻을 수 있다.

또한, 상술한 S20 단계와 S30 단계는 제1금형성형틀(30) 내부에 형성되는 금형성형공간(35)이 제작하고자 하는 샘플 금형(100)의 형상이 되도록 하는데 필요한 횟수 만큼 반복 수행하게 되는데, 이 경우 상기 제1금형성형틀(30)은 필요에 따라서는 도5에 도시한 바와 같이 금형제작용 블럭체(40)가 채워지는 금형성형공간(35) 보다 조금 높게 형성될 수도 있다.

한편, 상기 S30 단계가 완료되면 상기 제1금형성형틀(30)에 물을 공급함으로써 상기 제1금형성형틀(30)에 포함된 수경화성 광물 분말을 경화시켜 제2금형성형틀(50)을 형성하게 되는데(S40), 상기 S40 단계에서 형성된 제2금형성형틀(S40)은 수경화된 광물 지지체 내부에 상술한 바와 같이 용융 적층된 합성수지 지지체가 서로 엉켜서 결합된 형태가 된다.

이때, 상기 작업틀(20)은 상기 S40 단계를 수행하기 이전에 제거되거나 S40 단계를 수행한 이후에 제거될 수 있으며, 필요에 따라서는 후술하는 S50 단계 내지 S70 단계 중 어느 하나의 단계에서 제거될 수도 있다.

상기 S40 단계가 완료되면, 가열로 등을 이용하여 상기 제2금형성형틀(50)에 열을 가하여 상기 용융된 합성수지 분말 성분을 기화시켜 제거함으로써 상기 수경화성 광물 재질의 제3금형성형틀(60)을 형성하게 되는데(S50), 상기 가열 온도는 분말소재(5c)에 포함된 합성수지가 기화될 수 있는 온도 이상으로 정해지는 것이 바람직하다.

상기 S50 단계에 의하여 얻어지는 제3금형성형틀(60)은 합성수지 성분이 제거된 기공을 가진 형태가 되는데, 이와 같이 상기 제2금형성형틀(50) 내부에 포함된 합성수지 성분을 제거하는 이유는 후술하는 바와 같이 고온 처리에 의하여 상기 금형성형공간(35)에 채워진 금형제작용 블럭체(40)를 일체화하여 샘플 금형(100)을 성형하는 과정에서 샘플 금형(100)의 내부에 합성수지 성분이 포함되어 샘플 금형(100)의 물성을 저하시키는 것을 방지하기 위한 것이다.

한편, 본 실시예에서는 일예로서 분말소재(5c)의 용융 적층에 의하여 제1금형성형틀(30)을 전체적으로 형성한 후에 물을 공급하여 제2금형성형틀(50)을 얻는 경우을 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 분말소재(5c)의 각 용융 적층 단계마다 냉각 경화된 제1금형성형틀(30)에 물을 공급하여 제2금형성형틀(50)을 형성하는 방식(즉, 제2금형성형틀을 분말소재의 용융 적층 단계에 따라 단계적으로 얻는 방식)으로 구성될 수도 있음은 물론이다.

상기 S50 단계가 완료되면 레이저나 가열로 등의 가열원을 이용하여 상기 금형성형공간(35)에 열을 가하거나 상기 샘플 금형(100)과 동일한 재질의 용융액(본 실시예의 경우 금속 용탕)을 공급함으로써 상기 금형성형공간(35)에 공급된(즉, 채워진) 금형제작용 블럭체(40)를 용융시켜 일체화함으로써 상기 샘플 금형(100)을 성형하게 된다(S60).

다만, 상기 S60 단계에서 상기 금형제작용 블럭체(40)는 각각이 완전히 용융될 수도 있으나, 필요에 따라서는 일체화에 필요한 만큼의 부분 용융이 이루어지거나 공급된 용융액에 의하여 금형제작용 블럭체(40)들 사이의 공극이 메워지는 방식으로 일체화가 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 S60 단계에 의하여 샘플 금형(100)이 성형되면 상기 제3금형성형틀(60)을 제거하여 상기 성형된 샘플 금형(100)을 분리하게 되고(S70), 이와 같이 분리된 샘플 금형은 후처리 공정에 의하여 물품이 성형되는 금형 치수면을 가공하게 된다(S80).

한편, 본 실시예에서는 제3금형성형틀(60)을 형성한 후에 상기 S60 단계가 이루어지는 경우를 일예로서 설명하였으나, 경우에 따라서는(예를 들어, 금형 소재의 용융점이 낮은 경우 등) 상기 제1금형성형틀(30) 또는 제2금형성형틀(50)을 형성한 상태에서 상기 S60 단계가 이루어질 수도 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법은 금속 분말과 대비할 때 상대적으로 적은 시간과 에너지로 용융 적층이 가능한 분말 소재를 이용하여 내부에 금형 형상의 금형성형공간을 포함하는 금형 제작용 금형성형틀을 형성하고, 상기 금형성형공간에는 제작하고자 하는 금형과 동일한 재질로 된 금형제작용 블럭체를 공급한 후 상기 금형성형공간 내부에 열을 가하거나 금형 재질의 용융액을 공급하여 상기 금형제작용 블럭체로부터 신속하게 금형을 성형하는 방식이기 때문에 금형 제작에 소용되는 시간과 에너지를 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

10 : 작업대 20 : 작업틀
30 : 제1금형성형틀 40 : 금형제작용 블럭체
50 : 제2금형성형틀 60 : 제3금형성형틀
100 : 샘플 금형

Claims (5)

1. 분말소재를 공급하여 용융 적층시키면서 금형 제작을 위한 금형성형틀과 상기 금형성형틀 내부에 금형 형상의 금형성형공간을 형성하되, 상기 금형성형공간에는 상기 금형과 동일한 재질의 금형제작용 블럭체를 공급하는 제1단계;
   상기 금형성형공간에 열을 가하거나 상기 금형과 동일한 재질의 용융액을 공급함으로써 상기 금형성형공간에 공급된 금형제작용 블럭체를 일체화하여 상기 금형을 성형하는 제2단계; 및
   상기 성형된 금형을 분리해 내기 위하여 상기 금형성형틀을 제거하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 분말소재는 열가소성 합성수지 분말과 수경화성 광물 분말의 혼합물로 구성되고, 상기 제1단계는,
   (a1) 상기 공급된 분말소재에 포함된 합성수지 분말을 용융 적층시키면서 내부에 상기 금형성형공간을 포함하는 제1금형성형틀을 형성하는 단계;
   (a2) 상기 제1금형성형틀에 물을 공급하여 상기 제1금형성형틀에 포함된 수경화성 광물 분말을 경화시켜 제2금형성형틀을 형성하는 단계; 및
   (a3) 상기 제2금형성형틀에 열을 가하여 상기 합성수지 성분을 기화시켜 제거함으로써 상기 수경화성 광물 재질의 제3금형성형틀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 분말소재는 열가소성 합성수지 분말과 수경화성 광물 분말의 혼합물로 구성되고, 상기 제1단계는,
   (b1) 상기 공급된 분말소재에 포함된 합성수지 분말을 용융하여 경화시킨 후 물을 공급하여 상기 공급된 분말소재에 포함된 수경화성 광물 분말을 경화시키는 공정을 각 적층 단계마다 수행하여 내부에 상기 금형성형공간을 포함하는 제4금형성형틀을 형성하는 단계;와
   (b2) 상기 제4금형성형틀에 열을 가하여 상기 합성수지 성분을 기화시켜 제거함으로써 상기 수경화성 광물 재질의 제5금형성형틀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 열가소성 합성수지는 ABS, PLA, PP, PE, PS, PET 중 적어도 어느 하나이고,
   상기 수경화성 광물은 석고, 석회, 시멘트, 점토, 고령토 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 금형제작용 블럭체는 구형체 또는 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 이루어져, 복수의 사이즈별로 구비되고,
   상기 제1단계에서는 금형성형공간에 공급되는 금형제작용 블럭체의 형상 또는 사이즈 중 적어도 어느 하나를 위치에 따라 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 방식을 이용한 금형 제작방법.
   
   

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