KR102300954B1 - 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법 - Google Patents

주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102300954B1
KR102300954B1 KR1020200036999A KR20200036999A KR102300954B1 KR 102300954 B1 KR102300954 B1 KR 102300954B1 KR 1020200036999 A KR1020200036999 A KR 1020200036999A KR 20200036999 A KR20200036999 A KR 20200036999A KR 102300954 B1 KR102300954 B1 KR 102300954B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mold
cooling core
sand material
cooling
molding sand
Prior art date
Application number
KR1020200036999A
Other languages
English (en)
Inventor
최성환
Original Assignee
최성환
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최성환 filed Critical 최성환
Priority to KR1020200036999A priority Critical patent/KR102300954B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102300954B1 publication Critical patent/KR102300954B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/065—Cooling or heating equipment for moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B22D29/001—Removing cores
    • B22D29/006—Removing cores by abrasive, water or air blasting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 냉각코어를 제조하는 단계, (b) 금형의 내부에 냉각코어를 위치시키는 단계, (c) 주입관을 통하여 금형의 내부로 융해금속을 주조하는 단계, (d) 금형을 가열하여 냉각코어와 연결된 지지구조물을 융해시키는 단계 및 (e) 공압 또는 수압으로 냉각코어를 제거하여 주조 금형 내부에 냉각채널을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법을 제공한다.

Description

주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법{A forming method for internal metal mold}
본 발명은 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 프린터로 제조한 냉각코어를 이용하여 복잡한 형태의 냉각채널을 형성시키는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에 관한 것이다.
몰드에 수지를 부어 굳히는 일을 반복하여 대량의 물품을 생산하는 금형산업에 있어서, 싸이클 타임(cycle time)이 중요하다.
싸이클 타임은 물품 1개를 생산하는데 걸리는 시간인데, 빨리 굳혀야 다음 물품을 생산할 수 있으므로, 몰드의 빠른 냉각이 매우 중요하다. 이를 위해, 몰드에 냉각 채널을 형성하는 기술이 널리 사용된다.
물품의 외형을 정의하는 몰드의 표면과 냉각 채널이 가까울수록 냉각 효과가 뛰어나 물품의 외형에 따른 형상적응형 냉각 채널도 사용되고 있다.
그러나, 복잡한 형상의 경우 전통적인 가공 방법으로 몰드 내부에 형상적응형 냉각 채널을 형성하기 곤란하다.
3D 프린터는 복잡한 형상의 중공 구조를 갖는 물품을 출력할 수 있어서 형상적응형 냉각 채널이 형성된 몰드를 3D 프린터로 출력하는 것이 가능하다.
그러나, 3D 프린터로 출력한 몰드는 내부에 기공이 존재하여, 대량의 물품을 몰드로 성형할 경우 표면 박리 현상이 나타나는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2019-0055035호(2019.05.22.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1784371호(2017.09.27.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 3D 프린터로 제조한 냉각코어를 금형의 내부에 설치하고 금형의 내부로 융해금속을 주입한 후 공압 또는 수압으로 냉각코어를 제거하여 복잡한 형상의 냉각채널을 구현하는 구조물 내부의 냉각채널 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) 냉각코어를 제조하는 단계; (b) 금형의 내부에 상기 냉각코어를 위치시키는 단계; (c) 상기 금형의 내부로 융해금속을 주조하는 단계; (d) 상기 융해금속을 냉각시키는 단계; 및 (e) 공압 또는 수압으로 상기 냉각코어를 제거하여 주조 금형 내부에 상기 냉각채널을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는, 베드에 주물사 소재를 도포하는 단계; 상기 주물사 소재에 액체 접착제 또는 레이저를 제공하는 단계; 및 상기 냉각코어를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 냉각코어는 접착제 분사형(BJ: Binder Jetting) 방식 및 SLS(Selective Laser Sintering) 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주물사 소재는 산화알루미늄 및 열경화성수지로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열경화성수지는 상기 산화알루미늄을 둘러싸도록 코팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주물사 소재에서, 상기 산화알루미늄은 상기 주물사 소재의 95% 내지 99%로 구성되고, 상기 열경화수지는 상기 주물사 소재의 1% 내지 5%로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금형은 상형 및 하형을 포함하고, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 상형 및 하형을 분리하는 단계; (b2) 상기 하형의 내부로 상기 냉각코어를 위치시키는 단계; 및 (b3) 상기 상형과 상기 하형을 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 융해금속을 준비하는 단계; (c2) 상기 금형의 내부와 연통하도록 상기 주입관을 상기 하형에 연결하는 단계; 및 (c3) 상기 주입관으로 상기 융해금속을 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는, (e1) 상기 냉각코어의 끝단과 연통하도록 제거부를 연결하는 단계; (e2) 상기 제거부를 통하여 상기 공압 또는 수압을 제공하는 단계; (e3) 상기 공압 또는 상기 수압에 의해 상기 냉각코어가 상기 주조 금형의 외부로 배출되어 제거되는 단계; 및 (e4) 상기 주조 금형의 내부에 상기 냉각채널이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 3D 프린터로 제조한 냉각코어를 금형의 내부에 설치하고 금형의 내부로 융해금속을 주입한 후 공압 또는 수압으로 냉각코어를 제거하여 복잡한 형상의 냉각채널을 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법의 주물사 소재를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 냉각코어 및 지지구조물을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 냉각코어를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에서 사용되는 금형을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다
도 8은 도 7의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에서 주조 과정을 설명하기 위한 냉각코어, 금형 및 주조 금형을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에 의해 제조된 주조 금형을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법(접착제 분사형 방식)
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법의 주물사 소재를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 있어서, (a) 베드에 주물사 소재를 도포하는 단계(S100), (b) 주물사 소재에 액체 접착제를 분사하는 단계(S200) 및 (c) 냉각코어(100)를 제조하는 단계(S300)를 포함하고, 냉각코어(100)는 접착제 분사형(BJ: Binder Jetting) 방식에 의해 제조된다.
상기 (a) 단계는 3D 프린터의 베드에 주물사 소재를 도포하는 단계로서, 이때의 3D 프린터는 접착제 분사형(BJ: Binder Jetting) 방식으로 냉각코어(300)를 제조한다.
상기 (b) 단계에서, 액체 접착제는 적어도 하나의 노즐로부터 분사된다. 구체적으로 적어도 하나의 노즐은 액체 접착제를 분사할 수 있는 분사노즐로서, 복수 개가 형성될 수 있다. 이러한 구성은 종래의 3D 프린팅 방식보다 빠르게 완제품을 제조할 수 있는 장점이 있다.
이러한 적어도 하나의 노즐은 기설정된 형상으로 액체 접착제를 주물사 소재에 분사하고, 이에 따라 주물사 소재에 액체 접착제가 접합되면서 1차적으로 냉각코어(100)의 일부가 형성된다.
상기 (c) 단계는, (c1) 적어도 하나의 노즐의 동작이 정지하여 액체 접착제의 분사가 멈추는 단계 및 (c2) 냉각코어(100)가 완성되었는지 확인하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c2) 단계에서, 냉각코어(100)가 완성된 경우 종료한다.
한편, 상기 (c) 단계는, 상기 (c2) 단계에서 냉각코어(100)가 미완성인 경우, (c3) 상기 (a) 단계로 복귀하는 단계를 더 포함한다.
그에 따라 상기 (a) 단계로 복귀하면, 베드에는 기존의 주물사 소재에 액체 접착제가 접착된 위로 다시 주물사 소재가 도포된 후 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계가 수행된다.
앞서 언급한 주물사 소재는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 입자들로 형성될 수 있다. 특히, 주물사 소재는 산화알루미늄(Al2O3SiO2) 및 열경화성수지로 구성된다.
구체적으로 주물사 소재에서, 산화알루미늄은 중량비가 주물사 소재의 95 중량% 내지 99 중량%로 구성되고, 열경화성수지는 중량비가 주물사 소재의 1 중량% 내지 5 중량%로 구성되며, 디페닐메틸렌디아민은 주물사 소재의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%로 구성된다.
또한, 주물사 소재의 녹는점은 1825°C인 것이 바람직하다.
상기한 열경화성수지는 상기 산화알루미늄을 둘러싸도록 코팅된다.
구체적으로 주물사 소재에서, 산화알루미늄은 중량비가 주물사 소재의 95 중량% 내지 99 중량%로 구성되고, 열경화성수지는 중량비가 주물사 소재의 1 중량% 내지 5 중량%로 구성된다. 필요에 따라 함량비를 줄이고 추가적으로 디페닐메틸렌디아민을 넣을 수 있으며, 디페닐메틸렌디아민(C13H14N2)은 중량비가 주물사 소재의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%로 구성될 수 있다.
또한, 주물사 소재의 밀도는 2.7g/cm3(25°C), 주물사 소재의 녹는점은 1825°C인 것이 바람직하다.
도 2의 (a)는 주물사 소재를 100um단위로 확대하여 본 이미지이고, 도 2의 (b)는 주물사 소재를 10um단위로 확대하여 본 이미지이다.
Unit Value standard
D10

μm		 62.7

TAU-18171
D50 85.9
D90 113.0
Mean sise 86.6
Apparent density g/cm3 1.64 ASTM B212
Angle of repose °
Flow time for 50g s ASTM B212
[표 1]은 주물사 소재에 대한 구체적인 정보를 명시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 냉각코어 및 지지구조물을 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 냉각코어를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 도 3과 같은 냉각코어 및 지지구조물이 제조된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 냉각코어(100)는 3D 프린터의 기설정된 형상에 따라 구현되며, 본 발명에서는 코어 형상으로 제조되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형상으로도 얼마든지 구현이 가능하다.
지지구조물(10)은 지지대(11) 및 지지판(12)을 포함한다.
지지대(11)는 금형의 내부에 결합되기 위한 구성요소로서, 본 발명의 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 냉각코어(100)와 함께 제조된다.
지지대(11)는 육면체 형상을 가질 수 있으나, 금형과 상응하여 결합될 수 있는 형상이면 어떠한 형상이든 무방하다.
지지판(12)은 환형의 회전체 형상을 가질 수 있고, 본 발명의 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 냉각코어(100)와 함께 제조된다.
지지판(12)은 지지대(11)와 냉각코어(100)를 연결하는 역할을 수행한다.
전술한 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법은 구현하고자 하는 복잡한 형상도 쉽게 제조할 수 있고 기존의 3D 프린팅 방법보다 신속하고 용이하게 제조할 수 있다.
상기한 지지구조물(10)은 냉각코어(100)에 포함된다.
도 4를 참조하면, 일체로 형성된 냉각코어(100) 및 지지구조물(10)은 금형의 내부로 삽입된 후 주조공정 후 가열에 의해 지지구조물(10)만 녹아 최종적으로 지지구조물(10)이 제거된 냉각코어(100)만이 남게 된다.
2. 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법(SLS방식)
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 있어서, (a) 베드에 주물사 소재를 도포하는 단계(S100), (b) 주물사 소재에 레이저를 조사하는 단계(S200) 및 (c) 냉각코어(100)를 제조하는 단계(S300)를 포함하고, 냉각코어(100)는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식에 의해 제조된다.
상기 (a) 단계는 3D 프린터의 베드에 주물사 소재를 도포하는 단계로서, 이때의 3D 프린터는 접착제 조사형(BJ: Binder Jetting) 방식으로 냉각코어(100)를 제조한다.
상기 (b) 단계에서, 레이저는 레이저조사부로부터 조사된다. 구체적으로 레이저조사부는 레이저를 조사할 수 있는 장치로서, 복수 개가 형성될 수 있다. 이러한 구성은 종래의 3D 프린팅 방식보다 빠르게 완제품을 제조할 수 있는 장점이 있다.
이러한 레이저조사부는 기설정된 형상으로 레이저를 주물사 소재에 조사하고, 이에 따라 주물사 소재에 레이저가 조사되면서 1차적으로 냉각코어(100)의 일부가 형성된다.
상기 (c) 단계는, (c1) 레이저조사부의 동작이 정지하여 레이저의 조사가 멈추는 단계 및 (c2) 냉각코어(100)가 완성되었는지 확인하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c2) 단계에서, 냉각코어(100)가 완성된 경우 종료한다.
한편, 상기 (c) 단계는, 상기 (c2) 단계에서 냉각코어(100)가 미완성인 경우, (c3) 베드가 하강하는 단계 및 (c4) 상기 (a) 단계로 복귀하는 단계를 더 포함한다.
상기 (c) 단계에서 베드는 몇분의 1mm만큼 아래로 내려가게 된다. 이후, 상기 (a) 단계로 복귀하면, 베드에는 기존의 주물사 소재에 레이저가 접착된 위로 다시 주물사 소재가 도포된 후 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계가 수행된다.
앞서 언급한 주물사 소재는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 입자들로 형성될 수 있다. 특히, 주물사 소재는 산화알루미늄(Al2O3SiO2) 및 열경화성수지로 구성된다.
상기한 열경화성수지는 상기 산화알루미늄을 둘러싸도록 코팅된다.
구체적으로 주물사 소재에서, 산화알루미늄은 중량비가 주물사 소재의 95 중량% 내지 99 중량%로 구성되고, 열경화성수지는 중량비가 주물사 소재의 1 중량% 내지 5 중량%로 구성된다. 필요에 따라 함량비를 줄이고 추가적으로 디페닐메틸렌디아민을 넣을 수 있으며, 디페닐메틸렌디아민(C13H14N2)은 중량비가 주물사 소재의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%로 구성될 수 있다.
또한, 주물사 소재의 밀도는 2.7g/cm3(25°C), 주물사 소재의 녹는점은 1825°C인 것이 바람직하다.
도 2의 (a)는 주물사 소재를 100um단위로 확대하여 본 이미지이고, 도 2의 (b)는 주물사 소재를 10um단위로 확대하여 본 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 냉각코어 및 지지구조물을 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 제조된 냉각코어를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 도 3과 같은 냉각코어 및 지지구조물이 제조된다.
냉각코어(100)는 3D 프린터의 기설정된 형상에 따라 구현되며, 본 발명에서는 코어 형상으로 제조되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형상으로도 얼마든지 구현이 가능하다.
지지구조물(10)은 지지대(11) 및 지지판(12)을 포함한다.
지지대(11)는 금형의 내부에 결합되기 위한 구성요소로서, 본 발명의 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 냉각코어(100)와 함께 제조된다.
지지대(11)는 육면체 형상을 가질 수 있으나, 금형과 상응하여 결합될 수 있는 형상이면 어떠한 형상이든 무방하다.
지지판(12)은 환형의 회전체 형상을 가질 수 있고, 본 발명의 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법에 의해 냉각코어(100)와 함께 제조된다.
지지판(12)은 지지대(11)와 냉각코어(100)를 연결하는 역할을 수행한다.
전술한 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법은 구현하고자 하는 복잡한 형상도 쉽게 제조할 수 있고 기존의 3D 프린팅 방법보다 신속하고 용이하게 제조할 수 있다.
상기한 지지구조물(10)은 냉각코어(100)에 포함된다.
도 4를 참조하면, 일체로 형성된 냉각코어(100) 및 지지구조물(10)은 금형의 내부로 삽입된 후 주조공정 후 가열에 의해 지지구조물(10)만 녹아 최종적으로 지지구조물(10)이 제거된 냉각코어(100)만이 남게 된다.
3. 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법은 (a) 냉각코어(100)를 제조하는 단계(S100), (b) 금형(200)의 내부에 냉각코어(100)를 위치시키는 단계(S200), (c) 금형(200)의 내부로 융해금속을 주조하는 단계(S300), (d) 융해금속(230)을 냉각시키는 단계(S400) 및 (e) 공압 또는 수압으로 냉각코어(100)를 제거하여 주조 금형(300) 내부에 냉각채널(320)을 형성시키는 단계(S500)를 포함한다.
상기 (a) 단계는, (a1) 베드에 주물사 소재를 도포하는 단계, (a2) 주물사 소재에 액체 접착제 또는 레이저를 제공하는 단계 및 (a3) 냉각코어(100)를 제조하는 단계를 포함한다.
여기서, 냉각코어(100)는 접착제 분사형(BJ: Binder Jetting) 방식 및 SLS(Selective Laser Sintering) 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 제조된다.
상기한 (a) 단계는 전술한 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3D 프린팅 방법(분사형(BJ: Binder Jetting) 방식, SLS방식)과 동일하므로 구체적인 설명은 전술한 바를 참고하도록 한다.
또한, 주물사 소재는 산화알루미늄, 열경화성수지 및 디페닐메틸렌디아민으로 구성된다.
구체적으로 주물사 소재에서, 산화알루미늄은 중량비가 주물사 소재의 95 중량% 내지 99 중량%로 구성되고, 열경화성수지는 중량비가 주물사 소재의 1 중량% 내지 5 중량%로 구성된다. 필요에 따라 함량비를 줄이고 추가적으로 디페닐메틸렌디아민을 넣을 수 있으며, 디페닐메틸렌디아민(C13H14N2)은 중량비가 주물사 소재의 0.1 중량% 내지 0.5 중량%로 구성된다.
이러한 열경화성수지는 산화알루미늄을 둘러싸도록 코팅된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에서 사용되는 금형을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다
도 7을 참조하면, 금형(200)은 상형(210), 하형(220) 및 융해금속(230)을 포함한다.
도 8은 도 7의 분해사시도이다.
다음, 도 8을 참조하면, 상기 (b) 단계는, (b1) 상형(210) 및 하형(220)을 분리하는 단계, (b2) 하형(220)의 내부로 냉각코어(100)를 위치시키는 단계 및 (b3) 상형(210)과 하형(220)을 결합하는 단계를 포함한다.
여기서, 하형(220)의 내측면에는 도 8에 도시된 바와 같이 하형(220)의 외측면을 향하여 함임되는 적어도 하나의 하형홈(221)이 형성되고, 이에 따라 냉각코어(100)에 연결된 지지대(11) 및 지지대(11)에 연결된 지지판(12)이 적어도 하나의 하형홈(221)에 삽입됨으로써 냉각코어(100)가 하형(220)의 내부에 위치된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에서 주조 과정을 설명하기 위한 냉각코어, 금형 및 주조 금형을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
다음, 도 9를 참조하면, 상기 (c) 단계는, (c1) 융해금속(230)을 준비하는 단계, (c2) 금형(200)의 내부와 연통하도록 주입관(20)을 하형(220)에 연결하는 단계, (c3) 주입관(20)으로 융해금속(230)을 주입하는 단계 및 (c4) 금형(200)의 내부로 주입된 융해금속(230)을 냉각시키는 단계를 포함한다.
상기 (c3) 단계에서, 융해금속(230)은 주입관(20)을 따라 상형(210), 하형(220) 및 냉각코어(100)가 이루는 공간을 채우게 된다.
이후, 상기 (c4) 단계가 진행되면, 상형(210), 하형(220) 및 냉각코어(100)가 이루는 공간을 채운 융해금속(230)은 냉각되어 주조 금형(300)이 되고, 주조 금형(300)의 내부에는 냉각채널(320)이 형성된다.
다음, 상기 (d) 단계에서는, 융해금속(230)을 냉각시켜 융해금속(230)이 하형(220)과 완전히 결합되어 고체화될 때까지 기다린다.
추가적으로 상기 (d) 단계 이후, 냉각코어(100)와 연결된 지지구조물(10)의 적어도 일부를 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 융해금속(230)이 고체화되면, 도 3에 도시된 것과 같이 냉각코어(100)와 냉각코어(100)에 연결된 지지대(12)를 절단한다. 이때, 지지대(12)와 냉각코어(100)가 연결된 부분에 다수의 홀이 형성되는데, 이중 도 4에 도시된 주입관 입구(30)와 주입관 출구(40)를 제외한 모든 다수의 홀을 냉각코어(100)와 유사한 소재의 물질로 막는다.
이에 따라 냉각코어(100)에는 주입관 입구(30)와 주입관 출구(40)만이 있게 된다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법에 의해 제조된 주조 금형을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
마지막으로 상기 (e) 단계는, (e1) 냉각코어(100)의 끝단과 연통하도록 제거부(미도시)를 연결하는 단계, (e2) 제거부를 통하여 공압 또는 수압을 제공하는 단계, (e3) 공압 또는 수압에 의해 냉각코어(100)가 주조 금형(300)의 외부로 배출되어 제거되는 단계 및 (e4) 주조 금형(300)의 내부에 냉각채널(100)이 형성되는 단계를 포함한다.
상기 (e1) 단계에서, 냉각코어(100)의 끝단은 주입관 입구(30) 및 주입관 출구(40)를 의미한다.
상기 (e1) 단계, 상기 (e2) 단계, 상기 (e3) 단계 및 상기 (e4) 단계를 수행하면 최종적으로 도 10에 도시된 주조 금형(300)이 제조된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 지지구조물
11: 지지대
12: 지지판
20: 주입관
30: 주입관 입구
40: 주입관 출구
100: 냉각코어
200: 금형
210: 상형
220: 하형
221: 하형홈
230: 융해금속
300: 주조 금형
310: 주조 금형 본체
320: 냉각채널

Claims (8)

  1. (a) 냉각코어를 제조하는 단계;
    (b) 금형의 내부에 상기 냉각코어를 위치시키는 단계;
    (c) 상기 금형의 내부로 융해금속을 주조하는 단계;
    (d) 상기 융해금속을 냉각시키는 단계; 및
    (e) 공압으로 상기 냉각코어를 제거하여 주조 금형 내부에 상기 냉각채널을 형성시키는 단계;를 포함하고,
    상기 금형은 상형 및 금형을 포함하며,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상형 및 내부가 비어 있는 중공 형상인 하형을 분리하는 단계;
    (b2) 상기 하형의 내부로 상기 냉각코어를 위치시키는 단계; 및
    (b3) 상기 상형과 상기 하형을 결합하는 단계;를 포함하고,
    상기 하형의 내측면에는 상기 하형의 외측면을 향하여 함입되는 적어도 하나의 하형홈이 형성되고,
    상기 (e) 단계는,
    (e1) 상기 냉각코어의 끝단과 연통하도록 제거부를 연결하는 단계;
    (e2) 상기 제거부를 통하여 상기 공압을 제공하는 단계;
    (e3) 상기 공압에 의해 상기 냉각코어가 상기 주조 금형의 외부로 배출되어 제거되는 단계; 및
    (e4) 상기 주조 금형의 내부에 상기 냉각채널이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    베드에 주물사 소재를 도포하는 단계;
    상기 주물사 소재에 액체 접착제 또는 레이저를 제공하는 단계; 및
    상기 냉각코어를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 냉각코어는 접착제 분사형(BJ: Binder Jetting) 방식 및 SLS(Selective Laser Sintering) 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 주물사 소재는 산화알루미늄 및 열경화성수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 열경화성수지는 상기 산화알루미늄을 둘러싸도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 주물사 소재에서,
    상기 산화알루미늄은 중량비가 상기 주물사 소재의 95 중량% 내지 99 중량%로 구성되고,
    상기 열경화성수지는 중량비가 상기 주물사 소재의 1 중량% 내지 5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 융해금속을 준비하는 단계;
    (c2) 상기 금형의 내부와 연통하도록 상기 주입관을 상기 하형에 연결하는 단계; 및
    (c3) 상기 주입관으로 상기 융해금속을 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법.
  8. 삭제
KR1020200036999A 2020-03-26 2020-03-26 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법 KR102300954B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200036999A KR102300954B1 (ko) 2020-03-26 2020-03-26 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200036999A KR102300954B1 (ko) 2020-03-26 2020-03-26 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102300954B1 true KR102300954B1 (ko) 2021-09-09

Family

ID=77777435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200036999A KR102300954B1 (ko) 2020-03-26 2020-03-26 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102300954B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114210944A (zh) * 2021-11-29 2022-03-22 四川维珍高新材料有限公司 带冷铁的铸造砂型的复合3d打印制备方法及铸造砂型
KR20230134050A (ko) 2022-03-11 2023-09-20 주식회사 에스에프에스 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법
KR20230134051A (ko) 2022-03-11 2023-09-20 주식회사 에스에프에스 딥러닝 및 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170128817A (ko) * 2016-05-16 2017-11-24 최영숙 코어를 이용한 중공제품 제조방법
KR20190095619A (ko) * 2018-01-26 2019-08-16 한국세라믹기술원 분산안정성 및 기계적 특성이 우수한 세라믹-고분자 복합수지 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170128817A (ko) * 2016-05-16 2017-11-24 최영숙 코어를 이용한 중공제품 제조방법
KR20190095619A (ko) * 2018-01-26 2019-08-16 한국세라믹기술원 분산안정성 및 기계적 특성이 우수한 세라믹-고분자 복합수지 제조 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114210944A (zh) * 2021-11-29 2022-03-22 四川维珍高新材料有限公司 带冷铁的铸造砂型的复合3d打印制备方法及铸造砂型
CN114210944B (zh) * 2021-11-29 2023-11-17 四川维珍高新材料有限公司 带冷铁的铸造砂型的复合3d打印制备方法及铸造砂型
KR20230134050A (ko) 2022-03-11 2023-09-20 주식회사 에스에프에스 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법
KR20230134051A (ko) 2022-03-11 2023-09-20 주식회사 에스에프에스 딥러닝 및 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102300954B1 (ko) 주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법
KR102300955B1 (ko) 형상적응형 냉각채널이 적용된 주조 금형
US10661333B2 (en) Casting method using combined 3D printed shell mold and the combined shell mold used in the method
JP6000342B2 (ja) 成形体の製造方法、および装置
US10583606B2 (en) Method and supports with powder removal ports for additive manufacturing
US8678802B2 (en) Hot-runner system having manifold assembly manufactured in accordance with free-form-fabrication
JP6858555B2 (ja) ３ｄ印刷プロセスを使用することによって混成セラミック／金属、セラミック／セラミック体を製造するための方法
US20170232511A1 (en) Methods and leading edge supports for additive manufacturing
US20130011562A1 (en) Method for fabricating three dimensional models
KR102164989B1 (ko) 주조용 사형의 경량화 설계 방법
KR20180021186A (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법
KR102099574B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법 및 3차원 형상 조형물
US20220098119A1 (en) Resin for production of porous ceramic stereolithography and methods of its use
JP6474006B2 (ja) 射出成形用金型
KR102410683B1 (ko) 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3d 프린팅 방법
KR102383639B1 (ko) 주물사 소재를 이용한 냉각코어의 3d 프린팅 방법
WO2017154342A1 (ja) スプルブッシュ
WO2014101325A1 (zh) 一种型砂喷射固化增材制造设备
US11801647B2 (en) Modeling method for a workpiece and the workpiece
CN115740487A (zh) 一种多喷射3d打印具有复杂内腔结构部件的方法
WO2006073486A1 (en) Method and tool for molding
JP6037104B2 (ja) 砂鋳型及びこれを用いた鋳造方法
KR101690149B1 (ko) 서포트 분리가 용이한 3차원 프린터
KR102285505B1 (ko) 중자 제조용 금형
KR102086322B1 (ko) 솔트코어 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant