KR102031745B1 - 3d 사출 성형장치 및 사출 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 사출 성형장치 및 사출 성형방법에 관한 것으로, 용융수지에 포함된 가스를 철저히 제거한 후 사출성형과 함께 문양, 색상 및 질감 표현을 위한 표면층을 전사함으로써 고품질의 문양, 색상 및 질감을 갖는 사출 성형품을 제조하는 것이 가능하도록 한 것이다.

Description

3D 사출 성형장치 및 사출 성형방법{3D INJECTION MOLDING APPARATUS AND INJECTION MOLDING METHOD}

본 발명은 사출성형에 관한 것으로, 특히 용융수지에 포함된 가스를 철저히 제거한 후 사출성형과 함께 문양, 색상 및 질감 표현을 위한 표면층을 전사함으로써 고품질의 문양, 색상 및 질감을 갖는 사출 성형품을 제조하는 것이 가능하도록 한 사출 성형장치 및 사출 성형방법에 관한 것이다.

일상생활 속에서 사용되는 많은 제품들이 플라스틱을 성형함으로써 제조되고 있는데, 이 중에서도 현대인들의 생활필수품이 되어버린 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 전자제품들은 단순히 기능을 넘어서 아름다운 개성을 표현하기 위한 수단이 되고 있다.

이에 따라 제품 표면에 금속, 나무, 가죽 등 실제 재료와 같은 질감과 색상을 구현할 수 있는 사출성형에 대한 연구의 필요성이 커지고 있다.

이와 관련하여 플라스틱 성형의 한 방법인 전사 인몰드 성형방법은 휴대폰 커버, 제어 패널, 자동차 내외장재, 각종 전자제품의 컨트롤 패널과 부품뿐만 아니라 표면 장식을 필요로 하는 플라스틱 제품에 적용하기 위한 기술로서, 종래에 합성수지를 사출성형한 후에 표면을 장식하는 인쇄 단계와 후가공 단계 등과 같이 여러 단계에 걸쳐 진행되던 방법과 비교하여, 사출성형 공정 단 하나만으로 복잡한 인쇄 또는 그래픽과 패턴으로 표면이 장식된 플라스틱 제품을 제조할 수 있는 기술이다.

그러나 이같은 종래기술에 의한 전사 인몰드 성형방법은 사출성형되는 제품의 표면 품질이 좋지 않아 질감과 색상에서 실제 재료의 느낌을 그대로 구현하기에는 역부족이었다.

한국공개특허공보 제10-2019-0022098호(2019.03.06)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 용융수지에 포함된 가스를 철저히 제거한 후 사출성형과 함께 문양, 색상 및 질감 표현을 위한 표면층을 전사함으로써 고품질의 문양, 색상 및 질감을 갖는 사출 성형품을 제조하는 것이 가능하도록 한 사출 성형장치 및 사출 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사출 성형장치는, 열가소성 수지를 공급하는 공급부와, 상기 공급부에서 공급되는 열가소성 수지를 가열하여 용융수지로 용융시켜주는 가열부와, 상기 가열부에 의해 용융된 용융수지를 사출하는 사출부와, 필름 표면에 표면층을 형성하는 인쇄부와, 상기 사출부에서 사출되는 용융수지로부터 사출 성형물을 성형하고, 상기 인쇄부로부터 표면층이 형성된 필름을 공급받아 상기 사출 성형물에 필름의 표면층을 전사하는 몰드부를 포함하며, 상기 사출부에는, 용융수지를 공급받아 상기 몰드부에 사출하되 사출 전 상기 용융수지로부터 가스를 증발시켜 배출하는 사출모듈이 설치되며, 상기 사출모듈은, 내부공간을 갖는 원관 형상으로 형성되고, 벽체에는 다수의 가스 배기구가 형성되어 내부공간을 통과하는 용융수지로부터 증발된 가스가 외부로 배출되도록 한 중공의 메인몸체; 상기 메인몸체의 선단부에 결합되며 상기 메인몸체의 내부공간을 통해 공급되는 용융수지를 분사할 수 있도록 분사구를 구비한 분사헤드; 상기 메인몸체의 내부공간 중심부를 따라 상기 메인몸체의 길이방향으로 설치되며, 외주면에는 길이방향을 따라 형성된 제1가이드홈과 제2가이드홈이 둘레방향을 따라 교번하여 나란히 배치되어 상기 메인몸체의 후단부로부터 공급되는 용융수지를 상기 메인몸체의 선단부로 흐르도록 안내하되, 상기 제1가이드홈은 선단부 쪽이 개방되고 후단부 쪽은 폐쇄되며, 상기 제2가이드홈은 선단부 쪽이 폐쇄되고 후단부 쪽이 개방되어 메인몸체의 후단부로부터 공급된 용융수지가 상기 제2가이드홈을 따라 흐르다가 상기 제2가이드홈의 선단부 쪽에서 차단된 후 상기 제1가이드홈으로 범람하여 유입되어 흐르도록 함으로써 제2가이드홈에서 제1가이드홈으로 범람하여 유입될 때 상기 용융수지에 포함되었던 가스의 증발을 유도하는 가이드부재; 및 상기 가이드부재 중 제1가이드홈 및 제2가이드홈이 형성된 구간의 외측을 감싸도록 중앙에 통공을 갖는 납작한 링 형상으로 형성되어 다수개가 상기 가이드부재에 끼워져 인접한 상태로 설치되며, 일면에는 외측과 내측에서 서로 이격을 두고 둘레방향을 따라 돌출 형성되어 그 사이의 이격공간에 가스 챔버를 형성하는 제1돌부와 제2돌부를 구비하며, 상기 제1돌부에는 다수의 배기공이 형성되고, 상기 제2돌부에는 방사방향으로 형성된 다수의 배기용 슬릿을 구비하고 용융수지에서 증발된 가스의 가스 챔버 유입이 허용되도록 상기 제2돌부는 제1돌부에 비해 낮은 높이로 돌출된 배기부재;를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 배기부재는 복수개의 조각으로 분할된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 메인몸체의 벽체를 길이방향으로 관통하여 상기 가스 배기구와 교차하도록 한 이젝트홀이 더 형성되고, 상기 메인몸체의 선단부를 따라 링 형상으로 형성되어 상기 메인몸체의 이젝트홀들과 연통하도록 한 허브박스와, 상기 허브박스에 다수개가 방사상으로 연결되어 진공펌프의 진공 흡입력에 의해 상기 이젝트홀의 공기를 고속으로 흡입할 수 있도록 한 흡입호스로 이루어진 흡기부재가 상기 사출모듈에 더 포함되어, 상기 흡기부재를 통한 진공펌프의 진공 흡입력에 의해 이젝트홀에서 고속의 공기흐름을 발생시켜 용융수지에 포함된 가스가 증발되어 고속으로 흐르는 공기와 함께 배출되도록 유도하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 이젝트홀에는 미세 와이어가 엮어져서 제조된 다공성 와이어 바가 삽입되어 상기 흡기부재를 통한 진공 흡입력이 상기 메인몸체의 내부공간에 균일하게 작용할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 사출 성형방법은, 인쇄부에서 성형용 필름을 제조하는 단계; 사출부에서 용융수지로부터 가스를 배출한 후 몰드부로 사출하는 단계; 성형용 필름과, 가스가 제거된 용융수지로부터 1차 성형된 사출 성형물을 몰드부에 투입하여 성형용 필름의 표면층을 상기 사출 성형물에 전사하는 단계; 필름의 표면층이 전사도니 사출 성형물로부터 필름의 불필요한 부분을 제거하여 사출 성형품을 얻는 단계;를 포함하며, 사출부에서 용융수지로부터 가스를 배출한 후 몰드부로 사출하는 단계에서, 제1항의 사출 성형장치의 사출모듈을 사용하여 용융수지부터 가스를 배출하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

본 발명에 의한 3D 사출 성형장치 및 사출 성형방법은 사출 성형물을 성형하기 위한 용융수지에 포함된 가스를 철저하게 제거한 후 몰드 내에서 사출성형과 함께 각종 문양 및 색상, 질감이 표현된 표면층을 전사함으로써 실제와 매우 흡사한 고품질의 문양, 색상 및 질감을 갖는 사출 성형품을 제조하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 용융수지로부터 가스를 제거할 때 공기의 고속흐름에 의한 이젝트 효과를 이용하여 용융수지로부터 가스의 증발 및 배출을 가속화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 구성을 설명하기 위한 분해사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 구성 및 동작을 설명하기 위한 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 가이드부재 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 배기부재 사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 배기부재에 형성된 슬릿을 에칭으로 형성하는 방법을 설명하기 위한 세부단계를 설명하기 위한 참조도
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 배기부재에 형성된 슬릿을 에칭으로 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 배기부재에 형성된 슬릿을 레이저 가공으로 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형방법에서 표면층 전사방법의 세부공정 흐름도
도 12 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형방법에서 표면층 전사방법의 세부공정을 설명하기 위한 일련의 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 사출 성형장치 및 사출 성형방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 구성 및 동작을 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 가이드부재 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치에서 사출모듈의 배기부재 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형장치(10)는 공급부(100), 가열부(200), 사출부(300), 인쇄부(500) 및 몰드부(400)를 포함하며, 상기 사출부(300)에 설치된 사출모듈에 의해 용융수지에 포함되어 있는 가스를 철저하게 제거한 후 몰드부(400)에서 사출 성형물을 성형하면서 필름의 표면층을 사출 성형물에 전사하는 방법에 의해 실제와 매우 흡사한 고품질의 문양, 색상 및 질감을 갖는 사출 성형품을 제조하게 된다.

상기 공급부(100)는 상기 가열부(200)의 실린더 내로 원료를 공급하는 장치로, 원료를 공급하는 호퍼와, 상기 호퍼로부터 공급되는 원료를 이송하는 이송스크루 및 이송스크루에 동력을 공급하는 모터로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 이송스크루로 원료가 정량 공급될 수 있도록 원료의 공급을 계측하고 제어할 수 있는 원료 감지센서가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 공급부(100)에 공급되는 원료는 가열성 수지재료로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스틸렌, 액정고분자 등의 모든 열가소성 수지가 가능하다. 상기 열가소성 수지들은 성형성이 좋고, 공학적 물성치가 우수하여 기구물을 제작하는데 널리 사용되고 있다. 또한, 사출 성형물의 기계 강도를 향상시키기 위해 상기 열가소성 수지 원료에 무기섬유와 같은 충전제가 더 포함될 수 있으며, 원료로 열가소성 수지와 화합물이 혼합된 혼합물로 구비될 수도 있다. 이처럼 상기 공급부(100)에 공급되는 원료는 가열부(200)로 이송된다.

상기 가열부(200)는 가열실린더를 구비하고 있으며, 원료 공급 파이프를 통하여 상기 공급부(100)로부터 공급되는 원료를 가열하게 된다. 상기 가열 실린더의 외주면에는 상기 원료 공급 파이프와 연결되는 원료 투입구가 형성되어 있으며, 가열 실린더의 내부에는 스크루가 설치되어 있다. 상기 가열 실린더에는 원료를 용융하여 용융수지로 만드는 가열수단이 내장되어 있으며, 상기 가열수단으로는 주울열에 의해 수지를 용융하는 코일로 구비될 수 있다. 상기 가열 실린더에서 수지가 용융되어 만들어진 용융수지는 가열 실린더 내 스크루가 회전함에 따라 상기 사출부에 공급된다.

상기 사출부(300)에서는 용융수지를 공급받아 몰드부(400)에 사출하되, 그에 앞서 용융수지에 포함된 가스를 배출한다. 이를 위해 상기 사출부(300)에는 앞서 언급된 독특한 구성의 사출모듈이 설치된다. 아래에서는 상기 사출모듈에 대해 도 2 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 사출모듈은 메인몸체(110), 분사헤드(120), 가이드부재(130), 배기부재(140) 및 흡기부재(150)를 포함하여 이루어지며, 특히 메인몸체(110), 가이드부재(130), 배기부재(140) 및 흡기부재(150)의 협력 작업에 의해 용융수지로부터 가스를 철저히 제거할 수 있게 되어 차후 용융수지로부터 사출 성형물로 성형하고 필름의 표면층을 사출 성형물에 전사하여 사출 성형품을 만들 때 고품질의 결과물을 얻을 수 있게 된다.

상기 메인몸체(110)는 내부가 관통된 내부공간을 갖는 원관 형상의 부재이다. 상기 메인몸체(110)는 후단부가 사출기 실린더에 연결되어 용융수지를 공급받으며, 그 선단부에는 분사헤드(120)가 결합된다. 상기 메인몸체(110)의 관통된 내부공간은 용융수지의 통로(111)가 된다. 따라서 상기 메인몸체(110)의 후단부를 통해 공급된 용융수지는 상기 통로(111)를 통해 메인몸체(110)의 선단부에 설치된 분사헤드(120)에 도달하여 분사된다.

상기 메인몸체(110)의 벽체에는 다수의 가스 배기구(112)가 형성되어 내부공간을 통과하는 용융수지로부터 증발된 가스가 외부로 배출되도록 한다. 뿐만 아니라 메인몸체(110)의 벽체를 길이방향으로 완전히 관통하여 가스 배기구(112)와 교차하도록 한 이젝트홀(113)이 더 형성된다. 이같은 이젝트홀(113)은 흡기부재를 통한 진공펌프의 진공 흡입력에 의해 고속의 공기흐름을 발생시켜 용융수지로부터 가스의 증발 및 배출을 가속화하기 위한 것이다. 이처럼 메인몸체(110)의 벽체 내부를 길이방향으로 완전히 관통하여 형성된 이젝트홀(113)에서 고속의 공기흐름이 발생하면 이젝트 효과에 의해 메인몸체(110) 내부공간에서 흐르는 용융수지로부터 가스를 흡입하는 강력한 힘으로 작용하여 용융수지로부터 가스의 증발 및 배출을 가속화하는 것이다. 이로써 용융수지로부터 가스를 보다 철저히 제거할 수 있게 된다. 이와 관련된 구체적인 구성을 도 4를 통해 살펴볼 수 있다.

한편 상기 이젝트홀(113)에는 미세 와이어가 엮어져서 제조된 다공성 와이어 바(114)가 삽입된다. 이같은 다공성 와이어 바(114)는 흡기부재(150)를 통한 진공 흡입력이 메인몸체(110)의 내부공간에 균일하게 작용하도록 유도하여 가이드부재(130)를 따라 흐르는 용융수지 전체에서 증발이 균일하게 일어나도록 해준다. 만일 상기 다공성 와이어 바(114)와 같이 진공 흡입력을 균일하게 분산시켜주는 부재가 없다면 이젝트홀(113) 내부에서 형성되는 고속의 공기흐름에 의하여 용융수지의 일지점에서만 편차적으로 가스의 증발이 일어나면서 자칫 기포가 발생할 수 있으며 이는 고품질의 사출 성형물을 성형하고 필름의 표면층을 전사하는데 지장을 준다.

상기 흡기부재(150)는 메인몸체(110)의 선단부를 따라 링 형상으로 형성되어 상기 메인몸체(110)의 이젝트홀(113)들과 연통하도록 한 허브박스(151)와, 상기 허브박스(151)에 다수개가 방사상으로 연결되어 진공펌프의 진공 흡입력에 의해 상기 이젝트홀(113)의 공기를 고속으로 흡입할 수 있도록 한 흡입호스(152)로 이루어진다. 여기서 도면에는 도시되지 않았으나 상기 허브박스(151)의 내부는 상기 이젝트홀(113)들에 일대일 대응하도록 다수의 내부챔버들로 분할되고, 각각의 내부챔버는 각각의 흡입호스(152)들에 의해 진공펌프의 진공 흡입력을 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해 전체적으로 균일한 진공 흡입력이 메인몸체(110) 내부에 작용하도록 한다.

상기 분사헤드(120)는 후단부가 메인몸체(110)의 선단부와 결합되고 선단부에는 분사구(121)가 형성되어 상기 메인몸체(110)의 내부공간에서 가이드부재(130)를 따라 흐른 용융수지를 몰드부(400)를 향해 분사해준다. 여기서, 상기 메인몸체(110)와 분사헤드(120)의 결합은 도면에 도시된 것처럼 나사결합일 수도 있고 단순히 억지끼움 방식일 수도 있다.

상기 가이드부재(130)는 도 5에 도시된 것처럼 양 단부에 콘(135a,135b)이 형성되어 있으며, 상기 가이드부재(130)의 외주면에 길이방향을 따라 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132)이 나란히 형성되어 용융수지가 흐르도록 안내한다. 여기서 상기 제1가이드홈(131)은 선단부 쪽이 개방되어 용융수지가 상기 분사헤드(120)에 흐르도록 허용하지만 상기 제2가이드홈(132)은 선단부 쪽이 폐쇄되어 상기 제2가이드홈(132)을 따라 흐르던 용융수지가 상기 제1가이드홈(131)으로 범람하여 유입되도록 하여 용융수지에 포함되었던 가스가 증발하도록 유도한다. 상기 가이드부재(130)의 후단부에는 배기부재(140)가 메인몸체(110)에서 이탈하지 않도록 차단하면서 배기부재(140) 중 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132)이 형성된 부위를 메인몸체(110) 중앙부에 위치하도록 지지시켜주는 지지부(133)가 일체로 형성되어 있다. 상기 지지부(133) 중 상기 제2가이드홈(132)과 대응하는 각각의 위치에는 연결공(134)이 형성되어 있다. 상기 연결공(134)은 용융수지 통로(111)와 상기 제2가이드홈(132)을 연결하는 역할을 한다. 이같은 연결공(134)의 구성에 따르면 용융수지 통로(111)로 공급된 용융수지가 제2가이드홈(132)을 통하여 분사헤드(120) 방향으로 이동하는 것이 가능해진다. 그 후, 상기 용융수지는 막혀있는 제2가이드홈(132)의 선단부에서 이동을 제한 받게 되고, 인접하여 나란히 형성된 제1가이드홈(131)으로 범람하여 넘어가게 된다. 이 과정에서 용융수지는 얇고 고르게 펴지면서 용융수지에 포함되어 있는 가스 성분을 증발시키게 된다. 이 후, 용융수지는 제1가이드홈(131)을 따라 분사헤드(120)로 이동하게 되고, 상기 분사구(121)를 통해 몰드부(400)에 분사된다.

상기 배기부재(140)는 도 6에 도시된 것처럼 가이드부재(130) 중 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132)이 형성된 구간의 외측을 감싸도록 중앙에 통공을 갖는 납작한 링 형상으로 형성되며 다수개가 인접하도록 배열되어 상기 용융수지로부터 증발된 가스를 배출시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 배기부재(140)의 일면에는 외측과 내측에서 둘레방향을 따라 형성된 제1돌부(143)와 제2돌부(144)를 구비하며 상기 제1돌부(143)와 제2돌부(144) 사이에는 가스 챔버(145)가 형성된다.

상기 배기부재(140)의 제2돌부(144)에는 방사방향으로 형성된 다수의 배기용 슬릿(142)이 형성된다. 이로써 용융수지에 포함되었던 가스가 슬릿(142)을 통해 가스 챔버(145) 내로 이동하여 수집된다. 여기서 배기부재(140)는 도 6에 도시된 것처럼 방사상으로 분할된 복수개의 조각들로 구성될 수 있는데 그렇게 되면 각각의 조각 사이사이에 미세한 틈이 존재하게 되어 용융수지에서 증발된 가스가 배출될 수 있다. 도면에 따르면 상기 배기부재(140)는 8개 조각으로 분할된 것으로 도시되었으나 분할개수는 조절 가능하다. 또한, 상기 배기부재(140)의 제1돌부(143)에는 가스를 배출할 수 있도록 다수의 배기공(147)이 형성된다. 나아가 상기 제2돌부(144)는 제1돌부(143)에 비해 낮은 높이로 돌출되어 배기부재(140)들이 연접했을 때 가스의 흐름을 허용하게 된다. 이로써 가이드부재(130)를 따라 이동하는 용융수지로부터 증발된 가스가 상기 배기부재(140)에 형성된 가스 챔버(145)로 보다 원활하게 유입될 수 있다.

상기 배기부재(140)에서 슬릿(142)의 깊이는 상기 용융수지로부터 가스 성분이 원활하게 분리되면서도 용융수지는 쉽게 유출되지 않는 정도의 깊이로 형성되며, 0.001~0.02mm의 깊이면 적당하다. 하지만, 이처럼 배기부재(140)에 슬릿(142)을 형성하는 것은 대단히 정밀한 가공을 필요로 하는 것으로 에칭(etching)에 의한 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 대해 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

이를 위해 먼저 도 7의 (a)와 같이 슬릿이 형성되지 않은 미완성 상태의 배기부재(140)를 준비한다.

이후, 도 7의 (b)와 같이 배기부재(140) 상에 레지스트층(161)을 형성하는데, 이 때 레지스트층(161)을 이루는 물질은 포토레지스트 또는 열경화성 레지스트 등 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 레지스트가 적용될 수 있으며, 필름 형식이나 스프레이 도포 등으로 형성할 수 있다.

이후, 도 7의 (c)와 같이 레지스트층(161)에 마이크로 패턴(162)을 형성한다. 마이크로 패턴 형성 방법은 광 리소그래피, 임프린트 리소그래피, 연성 식각, 사출 성형 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.

이후, 도 7의 (d)와 같이 에칭을 하여 배기부재(140)의 표면 일부를 부식시킨 후 상기 배기부재(140)의 표면에 존재하는 레지스트층(161)을 제거한다. 이때 에칭은 건식 에칭, 또는 습식 에칭 등이 적용될 수 있다. 즉, 상기 배기부재(140)를 부식액(solution)에 노출시켜 부식시키거나, 플라즈마(plasma)에 노출시키는 방법으로 슬릿(142)을 형성할 수 있다.

전술된 것처럼 배기부재(140)에 에칭으로 슬릿을 형성하는 방법은 도 8과 같이 배기부재(140) 상에 레지스트층을 형성하는 단계(S110), 상기 레지스트층에 마이크로 패턴을 형성하는 단계(S120), 상기 배기부재(140)의 표면 일부를 부식시키는 단계(S130) 및 상기 레지스트층을 제거하는 단계(S140)로 요약할 수 있다. 다만, 티타늄 코팅 단계(S150)를 추가할 수 있는데, 티타늄 코팅에 의하여 부식을 방지하고, 슬릿(142)이 확장되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 배기부재(140)의 슬릿(142)은 레이저(light amplification by stimulated emission of radiation) 가공을 통해 형성할 수도 있는데 이 경우 도 9와 같이 배기부재(140) 표면을 연마하는 단계(S210), 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220), 배기부재(140) 표면에 레이저 가공을 하여 슬릿(142)을 형성하는 단계(S231), 폴리싱(polishing) 단계(S233), 배기부재(140) 표면에 티타늄 코팅하는 단계(S235)들을 거칠 수 있다. 여기서, 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220)는 배기부재(140) 슬릿(142)의 정밀도를 높일 수 있도록 각각의 단계 중간에 실시할 수도 있고, 상기 폴리싱(polishing) 단계(S233) 또한 제작 공정 중간에 삽입 될 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 것처럼 레이저 가공 단계(S239) 전후에 티타늄 코팅 단계(S237)를 거칠 수 있으며, 이는 표면 정밀도를 높이며 가공 후 부식을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220)가 배기부재(140)에 형성되는 슬릿(142)의 정밀도를 높일 수 있도록 각각의 단계 중간에 실시할 수도 있다. 상기 폴리싱(polishing) 단계(S233) 또한 제작 공정 중간에 삽입 될 수도 있다.

계속해서 아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형방법에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 사출 성형방법은, (1) 인쇄부에서 필름층, 패턴층, 이형층, 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층과 함께 인쇄층 및 접착층으로 이루어진 성형용 필름을 제조하는 단계; (2) 사출부에서 용융수지로부터 가스를 배출한 후 몰드부로 사출하는 단계; (3) 제조된 성형용 필름과 함께 가스가 제거된 용융수지로부터 1차 성형된 사출 성형물을 몰드부에 투입하여, 필름의 표면층을 사출 성형물에 전사하는 단계; (4) 사출 성형물로부터 필름의 불필요한 부분을 제거하여 사출 성형품을 얻는 단계를 포함한다. 그리고 사용자의 선택에 따라 (5) 사출 성형품에 자외선을 조사하여 표면층을 2차 경화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

이같은 사출 성형방법은 전술된 것처럼 (3) 단계에서 몰드부에서 사출성형이 1차 완료된 사출 성형물에 필름을 가압하여 표면층을 전사하는 공정을 진행하게 되는데, 이는 몰드부에서 필름의 일면에 가스가 제거된 용융수지를 투입하는 방법으로 사출성형과 표면층 전사를 동시에 진행하는 방법에 비해 신뢰도가 높아서 더 높은 품질의 사출 성형품을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이에 대한 세부공정에 대해서는 도 11 내지 도 18을 참조하여 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 의한 사출 성형방법에서 표면층 전사방법의 세부공정 흐름도이다.

본 발명의 실시예에서 표면층 전사방법은 도 11에 도시된 것처럼, 사출 성형물 및 필름 세팅 단계, 1차 진공처리 단계, 필름 가열 단계, 2차 진공처리 단계, 하부진공유지/압축공기 가압 단계 및 압축공기 방출/사출 성형품 취출 후 트리밍 단계로 크게 나눌 수 있다.

상기 사출 성형물 및 필름 세팅 단계에서는 도 12와 같이 상부몰드(410)와 하부 몰드(420)로 나뉘는 몰드부(400) 내부에서 사출 성형물(440)을 지지판(442) 위에 위치시키며, 필름(430)은 하부 몰드(420) 상단에 위치시킨다.

상기 1차 진공처리 단계에서는, 도 13에 도시된 것처럼 각각 사출 성형물(440)과 필름(430)이 위치한 몰드부(400)를 밀봉시킨 후 진공장치(422)를 이용하여 상기 몰드부(400)의 몰드 챔버(400a) 공기를 흡입하여 상기 몰드부 내부(500)를 진공상태로 만든다.

상기 필름 가열 단계에서는 도 14에 도시된 것처럼, 몰드부(400)의 몰드 챔버(400a)가 진공상태로 된 다음 가열장치(450)들을 이용하여 필름(430)을 가열하게 된다.

상기 2차 진공 처리 단계에서는 도 15에 도시된 것처럼, 필름(430)을 가열한 후 진공장치(422)를 이용하여 상기 몰드부(400) 내부의 몰드 챔버(400a)로부터 공기를 추가로 흡입하여 2차 진공상태로 만든다.

상기 하부진공유지/압축공기로 가압단계에서는 도 16에 도시된 것처럼, 상기 지지판(442)을 상승시켜 몰드부(400) 몰드 챔버(400a)의 상부 및 하부를 격리시키면서 상기 몰드부 내부(500)의 하부는 진공상태를 유지한다. 그리고 상기 지지판(442)이 상승하면서 상기 가열된 필름(430)이 상기 사출 성형물(440)에 접합되도록 하며, 상기 몰드부(400) 내부의 몰드 챔버(400a) 상부를 압축장치(412)에 의해 압축공기를 발생시켜 상기 필름(430)이 상기 사출 성형물(440)에 가압 밀착되도록 가압한다. 이로써 사출 성형물(440)에 필름이 접합된다.

상기 압축공기 방출 및 사출 성형품 취출 후 트리밍 단계에서는 도 17에 도시된 것처럼, 몰드부(400) 내부의 밀폐된 몰드 챔버(400a)를 개방하여 압축공기를 대기로 방출하며 상기 지지판(422) 및 사출 성형물(440)에 접합된 필름 부분 중 불필요한 부분을 제거함으로써 최종 결과물이라고 할 수 있는 사출 성형품을 얻게 된다.

계속해서 아래에서는 필름층에 문양 또는 패턴을 형성하여 성형용 필름으로 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

상기 필름층은 패턴을 형성하기 위한 기재로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET;polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리비닐알코올(PVA; polyvinyl alcohol), 나일론(nylon) 및 이들의 혼합물 소재의 필름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 필름층은 두께가 12 내지 188㎛인 것이 바람직하다.

패턴층은 최종 제품의 표면을 이루게 되는 표면층을 장식하기 위하여 패턴을 형성하기 위한 층으로, 상기 필름층의 배면에 형성된다. 상기 표면층을 장식하기 위한 패턴은 나뭇결 무늬(wood grain), 돌무늬, 헤어라인(hair line), 홀로그램, 매트(mat) 등의 각종 디자인일 수 있으며, 광택을 조절할 수도 있다. 상기 패턴층은 패턴층 형성용 조성물을 실크스크린 인쇄, (마이크로) 그라비아 인쇄 등의 인쇄방법; 마이크로그라비아, 롤코팅, 콤마코팅 등의 코팅방법; 또는 롤 브러쉬(roll brush)가공, 프레스 가공 등의 가공방법을 이용하여 원하는 디자인으로 패턴화함으로써 형성할 수 있다.

상기 패턴층 형성용 조성물은 아크릴 폴리올(acrylic polyol) 수지, 이소시아네이트(isocyanate) 경화제와 톨루엔(toluene), 메틸에틸케톤(MEK ;methylethylketone) 및 에틸셀루솔브(ethylcellusolve)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 포함하며, 실리카, 니트로셀룰로오스 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이때, 각 성분들은 패턴층을 형성하기 위한 방법과 패턴층의 두께에 따라 그 함량을 조절하여 사용할 수 있다.

이형층은 사출성형이 완료된 후, 상기 필름층과 패턴층을 최종 제품의 표면을 이루게 되는 표면층과 분리하기 위한 층으로, 상기 패턴층의 배면에 형성된다. 상기 이형층은, 실리콘 경화된 제품을 사용하여 형성할 수 있으나 내약품성이 강하여 재도장성이 부여되지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 피막자체가 패턴층 또는 필름층 자체에서 분리되는 것을 사용할 수도 있다. 구체적으로, 각종 실리콘(silicone), 왁스(wax), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 등의 이형성 물질, 또는 아크릴 변성 실리콘 수지, 멜라민 수지 및 알키드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 이형층 형성용 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.

이러한 이형층 형성용 조성물을 패턴층의 배면에 마이크로 그라비아코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 130 내지 220℃, 바람직하게는 150 내지 200℃의 온도에서 적정 시간 동안 건조하여 이형층을 형성할 수 있다.

표면층은 최종 결과물인 사출 성형품의 표면을 이루게 되는 층으로, 상기 이형층의 배면에 형성된다. 상기 표면층은 두께가 2 내지 30㎛인 것이 바람직하다.

인쇄층은 색상과 그림을 구현하기 위한 층으로, 상기 표면층의 배면에 형성된다. 상기 인쇄층은 통상의 자연 건조형, 자외선 경화형, 열경화형 잉크 또는 코팅제 등을 모두 사용하여 형성할 수 있으며, 색상을 구현하기 위하여 착색제를 함께 사용할 수 있다. 상기 인쇄층이 단색인 경우에는 전면 인쇄방법 또는 코팅방법을 이용하여 동일하고 균일한 색상을 구현할 수 있으며, 그림을 인쇄하는 경우에는 도안을 각종 인쇄방법을 이용하여 해상도가 우수한 디자인을 구현할 수 있다.

이때, 인쇄방법 또는 코팅방법은 패턴층의 형성에서와 동일한 방법을 사용할 수 있으며, 그밖에도 오프셋 인쇄방법, 잉크젯 승화전사방법 등을 사용할 수 있다. 상기 인쇄층은 알루미늄 페이스트, 구리 페이스트, 펄 등의 입자를 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성할 수도 있다. 이때, 잉크 단독 또는 별도의 코팅(인쇄)을 행하여 증착 프라이머를 형성하여, 인쇄와 증착을 동시에 적용할 수도 있다. 또한, 상기 인쇄층은 하기 접착층을 형성하기 위한 수지를 이용하여 접착층에 직접 형성할 수도 있다. 상기 인쇄층은 두께가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 30㎛인 것이 바람직하다.

상기 접착층은 성형용 필름이 사출 성형물과 접합되는 접착성을 향상시키기 위한 층으로, 상기 인쇄층의 배면에 형성된다. 상기 접착층은, 각종 사출 성형물 소재 또는 금속판과 열접착 및 접착성이 우수한 핫멜트 및 열반응형 접착제로 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 또는 각종 고무계 접착제 등과 같이 열융착이 가능한 고분자수지와, 열고착형 아크릴계 수지 점착제 등을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 물질들은 용매나 열에 의해 잘 용융된다. 상기 접착층을 형성하기 위한 물질은 사출물 소재의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있는데, 예를 들어 폴리카보네이트 사출물 소재인 경우에는 아크릴계 수지와 폴리카보네이트 수지를 혼합하여 사용할 수 있다. 접착층 형성 물질을 상기 인쇄층의 배면에 마이크로그라비아 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 건조하여 접착층을 형성할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 다른 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예들을 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

100 : 공급부 200 : 가열부
300 : 사출부 400 : 몰드부
500 ; 인쇄부 110: 메인몸체
120 : 분사헤드 130: 가이드부재
140: 배기부재 150 : 흡기부재

Claims (6)

1. 열가소성 수지를 공급하는 공급부와, 상기 공급부에서 공급되는 열가소성 수지를 가열하여 용융수지로 용융시켜주는 가열부와, 상기 가열부에 의해 용융된 용융수지를 사출하는 사출부와, 필름 표면에 표면층을 형성하는 인쇄부와, 상기 사출부에서 사출되는 용융수지로부터 사출 성형물을 성형하고, 상기 인쇄부로부터 표면층이 형성된 필름을 공급받아 상기 사출 성형물에 필름의 표면층을 전사하는 몰드부를 포함하며,
   상기 사출부에는, 용융수지를 공급받아 상기 몰드부에 사출하되 사출 전 상기 용융수지로부터 가스를 증발시켜 배출하는 사출모듈이 설치되며,
   상기 사출모듈은, 내부공간을 갖는 원관 형상으로 형성되고, 벽체에는 다수의 가스 배기구가 형성되어 내부공간을 통과하는 용융수지로부터 증발된 가스가 외부로 배출되도록 한 중공의 메인몸체; 상기 메인몸체의 선단부에 결합되며 상기 메인몸체의 내부공간을 통해 공급되는 용융수지를 분사할 수 있도록 분사구를 구비한 분사헤드; 상기 메인몸체의 내부공간 중심부를 따라 상기 메인몸체의 길이방향으로 설치되며, 외주면에는 길이방향을 따라 형성된 제1가이드홈과 제2가이드홈이 둘레방향을 따라 교번하여 나란히 배치되어 상기 메인몸체의 후단부로부터 공급되는 용융수지를 상기 메인몸체의 선단부로 흐르도록 안내하되, 상기 제1가이드홈은 선단부 쪽이 개방되고 후단부 쪽은 폐쇄되며, 상기 제2가이드홈은 선단부 쪽이 폐쇄되고 후단부 쪽이 개방되어 메인몸체의 후단부로부터 공급된 용융수지가 상기 제2가이드홈을 따라 흐르다가 상기 제2가이드홈의 선단부 쪽에서 차단된 후 상기 제1가이드홈으로 범람하여 유입되어 흐르도록 함으로써 제2가이드홈에서 제1가이드홈으로 범람하여 유입될 때 상기 용융수지에 포함되었던 가스의 증발을 유도하는 가이드부재; 및 상기 가이드부재 중 제1가이드홈 및 제2가이드홈이 형성된 구간의 외측을 감싸도록 중앙에 통공을 갖는 납작한 링 형상으로 형성되어 다수개가 상기 가이드부재에 끼워져 인접한 상태로 설치되며, 일면에는 외측과 내측에서 서로 이격을 두고 둘레방향을 따라 돌출 형성되어 그 사이의 이격공간에 가스 챔버를 형성하는 제1돌부와 제2돌부를 구비하며, 상기 제1돌부에는 다수의 배기공이 형성되고, 상기 제2돌부에는 방사방향으로 형성된 다수의 배기용 슬릿을 구비하고 용융수지에서 증발된 가스의 가스 챔버 유입이 허용되도록 상기 제2돌부는 제1돌부에 비해 낮은 높이로 돌출된 배기부재;를 포함하며,
   상기 배기부재는 복수개의 조각으로 분할되며,
   상기 메인몸체의 벽체를 길이방향으로 완전히 관통하며 상기 메인몸체의 벽체에 두께 방향으로 형성된 상기 가스 배기구와 상기 메인몸체의 벽체 내부에서 교차하도록 한 다수의 이젝트홀이 더 형성되고,
   상기 메인몸체의 선단부를 따라 링 형상으로 형성되어 상기 메인몸체의 이젝트홀들과 연통하도록 하되, 내부에는 상기 이젝트홀들과 일대일 대응하도록 분할된 다수의 내부챔버들을 구비한 허브박스와, 상기 허브박스에 다수개가 방사상으로 연결되되 상기 내부챔버들 각각에 연결되어 진공펌프의 진공 흡입력에 의해 상기 이젝트홀의 공기를 고속으로 흡입할 수 있도록 한 흡입호스로 이루어진 흡기부재가 상기 사출모듈에 더 포함되어, 상기 흡기부재를 통한 진공펌프의 진공 흡입력에 의해 이젝트홀에서 고속의 공기흐름을 발생시켜 용융수지에 포함된 가스가 증발되어 고속으로 흐르는 공기와 함께 배출되도록 유도하며,
   상기 이젝트홀에는 미세 와이어가 엮어져서 납작한 바 형상으로 제조된 다공성 와이어 바가 삽입되어 상기 흡기부재를 통한 진공 흡입력이 상기 메인몸체의 내부공간에 균일하게 작용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 사출 성형장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 인쇄부에서 성형용 필름을 제조하는 단계;
   사출부에서 용융수지로부터 가스를 배출한 후 몰드부로 사출하는 단계;
   성형용 필름과, 가스가 제거된 용융수지로부터 1차 성형된 사출 성형물을 몰드부에 투입하여 성형용 필름의 표면층을 상기 사출 성형물에 전사하는 단계;
   필름의 표면층이 전사도니 사출 성형물로부터 필름의 불필요한 부분을 제거하여 사출 성형품을 얻는 단계;
   를 포함하며,
   사출부에서 용융수지로부터 가스를 배출한 후 몰드부로 사출하는 단계에서, 제1항의 사출 성형장치의 사출모듈을 사용하여 용융수지부터 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 사출 성형방법.
6. 제5항의 사출 성형방법에 의해 성형된 것을 특징으로 하는 사출성형품.