KR102109596B1

KR102109596B1 - 고강도금속표면에 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR102109596B1
Application number: KR1020180048660A
Authority: KR
Inventors: 홍석무; 전진오
Original assignee: 공주대학교 산학협력단
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2020-05-12
Also published as: KR20190124551A

Abstract

본 발명은 고강도금속표면에 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 금속분말과 바인더를 혼합하여 공급원료를 생성하는 생성단계와; 안쪽에 설정된 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 포함하는 사출성형기에 상기 공급원료를 공급하여 표면에 패턴이 형성된 성형제품을 성형하는 성형단계와; 소결로를 통해 상기 성형제품을 소결하여 완성제품을 생산하는 소결단계를 통해 소결 가공된 완성제품의 표면에 추가적인 가공 없이 미려한 디자인의 패턴을 구현할 수 있고, 이에 따라 가공비용을 절감할 수 있어 미려한 디자인의 패턴을 갖는 완성제품을 저렴하게 보급할 수 있는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

Description

고강도금속표면에 패턴 형성 방법{Method for forming pattern on high strength metal surface}

본 발명은 고강도금속표면에 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소결 가공된 완성제품의 표면에 추가적인 가공 없이 미려한 디자인의 패턴을 구현할 수 있고, 이에 따라 가공비용을 절감할 수 있어 미려한 디자인의 패턴을 갖는 완성제품을 저렴하게 보급할 수 있는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속분말 사출성형법(MIM: Metal Injection Molding Process)은 플라스틱 산업에서 오랫동안 배양된 사출성형(Injection Molding) 기술과 분말야금산업에서 발달한 금속분말의 소결 기술 양쪽의 이점을 융합시킨 공정이라고 할 수 있으며, 특히 3차원적인 형상을 가지며, 초경공구 등을 대량으로 제조할 수 있는 기술로서, 금속, 초경, 세라믹 등 분말 소재를 사용하여, 성형 및 소결시켜 제품을 생산하는 기술이다.

원리적으로는 금속분말과 바인더 혼합물의 사출성형품을 가열하여 탈지, 소결을 통하여 고기능 복잡형상의 작은 부품을 제조하는 방법이다.

이런 금속분말 사출성형기술과 플라스틱 사출성형기술의 가장 큰 차이점은 금속분말 사출성형에서는 사출성형 후, 결합 제를 제거하고, 분말을 고온소결을 통하여 최종 제품을 제조한다는 것이다.

여기에 사용되는 금속분말은 특히 융점이 높아 용융성형이 곤란하며, 또한 경도가 높아 절삭가공 등이 곤란한 금속제의 공구 등의 제조에 응용되고 있다.

그러나, 상기한 MIM을 이용하여 생산하는 제품은 금속분말의 사출, 탈지, 소결 공정을 순차적으로 수행하여 만들어진 것으로 표면의 강도는 1GPa 이상의 강도를 갖기 때문에 상기 제품의 후처리로 표면을 가공하며 무늬 또는 모양 등의 패턴을 표면에 처리하기에 매우 어려움이 많으며, 바렐 등 단순한 표면처리 할 수 있을 뿐 외관이 미려한 제품을 생산하니 못하는 문제점이 있으며, 생산 하더라 해도 디자인에 따른 제작 비용이 상승되는 문제점이 있다.

KR 10-1649584 B1

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다양한 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 통해 소결 가공된 완성제품의 표면에 추가적인 가공 없이 미려한 디자인의 패턴을 구현할 수 있고, 이에 따라 가공비용을 절감할 수 있어 미려한 디자인의 패턴을 갖는 완성제품을 저렴하게 보급할 수 있는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속분말과 바인더를 혼합하여 공급원료를 생성하는 생성단계와; 안쪽에 설정된 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 포함하는 사출성형기에 상기 공급원료를 공급하여 표면에 패턴이 형성된 성형제품을 성형하는 성형단계와; 소결로를 통해 상기 성형제품을 소결하여 완성제품을 생산하는 소결단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법을 제공한다.

이때, 상기 소결단계 후 완성제품의 패턴을 표면 처리하는 표면처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소결단계 후 상기 성형제품에 비해 상기 완성제품의 수축되는 수축비율을 측정한 데이터를 기초로 보정된 패턴을 갖는 코어를 상기 사출성형기에 교체하여 초기 패턴을 수정함에 따라 완성제품의 패턴을 보정하는 패턴보정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 소결단계 후 다른 패턴을 갖는 완성제품을 생산할 수 있도록 다른 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 상기 사출성형기에 교체하는 패턴변경단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 소결 가공된 금속품의 표면에 추가적인 가공 없이 미려한 디자인의 패턴을 구현할 수 있고, 이에 따라 가공비용을 절감할 수 있어 미려한 디자인의 패턴을 갖는 완성제품을 저렴하게 보급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고강도금속표면에 패턴 형성 방법의 구성을 나타내는 블럭도.
도 2은 본 발명에 따른 고강도금속표면에 패턴 형성 방법을 나타내는 순서도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 고강도금속표면에 패턴 형성 방법은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 공급원료(30)의 생성단계(S100), 성형제품(40)의 성형단계(S200), 소결하여 완성제품(50)을 생산하는 소결단계(S300)를 포함하는 금속사출성형을 수행하는 방법이다.

상기 금속사출성형은(Metal Injection Molding,(약어. MIM)) 금속부품의 정밀성형법으로 미세한 금속분말에 수지, 왁스 등을 배합하여 사출 성형기를 이용하여 370~520℃로 몰드에 사출하여 성형시켜 바인더를 가열, 제거한 후, 소결(sintering, 燒結 - 가루나 또는 가루를 어떤 형상으로 압축한 것을 녹는점 이하의 온도로 가열하였을 때, 가루가 녹으면서 서로 밀착하여 고결(固結)함.)하여 금속의 정밀부품을 만드는 방법으로 금형의 성형에 비해 얇고 복잡한 형상의 부품 성형이 가능하다.

따라서, 분말야금 분야에서는 금속분말(10)의 입경이 약 100㎛이지만, 금속사출 성형에서는 입경이 약 10㎛의 금속분말(10)을 사용하기 때문에 가격이 높아 소형 정밀부품에 이용되고 있다. 도금가공은 분말 야금 제품보다도 용이하다.

상기 생성단계(S100)에는 금속분말(10)과 바인더(20)를 혼합하여 공급원료(30)를 생성할 수 있다.

상기 금속분말(Metal Powder)은 직경 1㎜ 이하의 금속입자가 만들어지고 있으며, 그 제조방법은 고체 금속염이나 화합물의 열분해, 승화와 응축, 금속의 공중ㆍ액중 방전, 기계적 분쇄, 용탕 분무, 전해에 의한 석출, 용액에서의 석출, 환원 등이 있다. 전해에 의해 만들어지는 것은 동분말, 철분말, 니켈분말, 은분말 등이 있으며, 용도는 동분말은 브러시 등, 철분말은 자기테이프 등, 니켈분말은 전지 등, 은분말은 도전도료 등에 사용되고 있다.

그리고, 상기 바인더(20)는 고분자바인더(Polymer binder)로 분말야금(powder　metallurgy,　粉末冶金)에서 금속분말(10) 또는 합금분말의 제조와 이들 분말을 이용하여 압축성형(compacting)한 후 용융온도 이하에서 소결(sintering)하여 금속제품 혹은 금속괴를 만드는 기술에서 상기 금속분말(10) 간의 접착 또는 결속력을 상승시키는 첨가제이다.

미리 지정된 배합비에 따라 상기 금속분말(10) 및 바인더(20)를 믹서기 또는 과립기와 같은 혼합장치(200)에 투입하여 혼합 및 배합하여 칩 또는 과립 상태의 공급원료를 생산하여 준비한다.

그리고, 성형단계(S200)에는 안쪽에 설정된 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어(core - 속에 빈 공간이 있는 주물을 만들기 위하여 주형 안에 설치하는 또 다른 틀.)를 포함하는 사출성형기(300)에 상기 공급원료(30)를 공급하여 표면에 패턴이 형성된 성형제품(40)을 성형한다.

따라서, 상기 코어의 내측에 형성된 패턴이 성형제품(40)에 각인하여 제작하고자 하는 무늬 및 모양을 구현할 수 있다.

또한, 상기 소결단계(S300)에는 상기 패턴이 형성된 성형제품(40)을 소결로(400)에 투입하고, 상기 성형제품(40)을 소결하여 완성제품(50)을 생산한다.

이때, 상기 소결로(400)를 통해 성형제품(40)을 소결하여 완성제품(50)을 생산할 때, 소결 과정에서 상기 완성제품(50)이 상기 성형제품(40)에 비해 상대적으로 1/3 가량으로 체적이 축소되는 것을 감안해 상기 성형제품(40)을 성형하는 사출성형기(300)의 코어 역시 완성제품(50)에 비해 3배 가량 크게 형성되어야 하며, 코어의 패턴 역시 그 크기에 맞게 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 소결단계(S300) 후 상기 성형제품(40)에 비해 상기 완성제품(50)의 수축되는 수축비율을 측정한 데이터를 기초로 보정된 패턴을 갖는 코어를 상기 사출성형기(300)에 교체하여 초기 패턴을 수정함에 따라 완성제품(50)의 패턴을 보정하는 패턴보정단계(S310)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 완성제품(50)이 수축되어 상/하/좌/우 수축 길이 및 이에 따른 체적 그리고, 패턴의 변형도를 성형제품(40)에 대비하여 면밀히 측정하여 상대적으로 측정된 완성제품(50)의 수축비율을 데이터화하여 코어의 패턴을 보정할 수 있다.

또한, 상기 소결단계(S300) 후 다른 패턴을 갖는 완성제품(50)을 생산할 수 있도록 다른 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 상기 사출성형기(300)에 교체하는 패턴변경단계(S320)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 소결단계(S300) 후 완성제품(50)의 패턴을 표면 처리하는 표면처리단계(S400)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 표면처리단계(S400)의 표면 처리는 도금, 연마, 도장, 라이닝, 바렐 중 어느 한 가지 방법을 선택 또는 복합적으로 수행할 수 있다.

그리고, 상기 금속분말(10)의 원재료는 티타늄(Titanium)로 활용하는 것이 바람직하다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 금속분말
20: 바인더
30: 공급원료
40: 성형제품
50: 완성제품
200: 혼합장치
300: 사출성형기
400: 소결로
S100: 생성단계
S200: 성형단계
S300: 소결단계
S310: 패턴보정단계
S320: 패턴변경단계
S400: 표면처리단계

Claims

금속분말(10)과 바인더(20)를 혼합하여 공급원료(30)를 생성하는 생성단계(S100)와;
안쪽에 설정된 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 포함하는 사출성형기(300)에 상기 공급원료(30)를 공급하여 표면에 패턴이 형성된 성형제품(40)을 성형하는 성형단계(S200)와;
소결로(400)를 통해 상기 성형제품(40)을 소결하여 완성제품(50)을 생산하는 소결단계(S300)와;
상기 완성제품(50)이 수축되어 상/하/좌/우 수축 길이 및 이에 따른 체적 그리고, 패턴의 변형도를 성형제품(40)에 대비하여 상대적으로 측정된 완성제품(50)의 수축비율을 데이터화하여 코어의 패턴을 보정하고, 패턴이 보정된 코어를 상기 사출성형기(300)에 교체하여 초기 패턴을 수정함에 따라 완성제품(50)의 패턴을 보정하는 패턴보정단계(S310)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 소결단계(S300) 후 완성제품(50)의 패턴을 표면 처리하는 표면처리단계(S400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 표면처리단계(S400)의 표면 처리는 도금, 연마, 도장, 라이닝, 바렐 중 어느 한 가지 방법을 선택 또는 복합적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 소결단계(S300) 후 다른 패턴을 갖는 완성제품(50)을 생산할 수 있도록 다른 무늬 및 모양의 패턴을 갖는 코어를 상기 사출성형기(300)에 교체하는 패턴변경단계(S320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금속분말(10)의 원재료는 티타늄인 것을 특징으로 하는 고강도금속표면에 패턴 형성 방법.