KR102447807B1 - 사출 금형 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 3D 프린팅을 이용하여 제작이 용이하고 낮은 생산비용으로 제작 가능한 사출 금형을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형은, 상하방향으로 배열되어 상호 결합된 상태에서 내부에 성형공간인 캐비티가 형성되는 제1금형 및 제2금형과, 상기 제1금형 및 제2금형의 냉각을 위한 냉각유체가 흐를 수 있도록 상기 제1금형 및 제2금형에 형성되는 냉각유로와, 상기 냉각유로를 형성하는 내벽에서 연장형성된 제1냉각핀을 포함한다.

Description

사출 금형{injection mold}
본 발명은 사출 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 프린팅에 의해 제작되고 냉각 구조를 포함하는 사출 금형에 관한 것이다.
금형은 내부에 용융상태의 플라스틱 수지, 금속 등의 소재가 채워지는 캐비티(cavity)가 마련되어 그 캐비티의 형상대로 제품을 가공할 수 있는 성형수단이다. 이러한 금형은 내부에 채워지는 소재 및 소재의 공급방식에 따라 사출금형, 다이캐스팅 금형 및 주조 금형 등으로 분류될 수 있다.
이러한 금형을 통한 성형과정은 내부의 캐비티에 용융상태의 소재가 공급된 후 냉각과정을 통해 액체상태의 소재가 고체로 상변화되어 경화되는 과정이 필수적이다.
그러나, 금형의 냉각성능이 떨어지는 경우, 내부의 소재가 경화되기까지 많은 시간이 소요될 수 있고, 이에 따라 소재 주입과 경화되기까지의 제품생산주기가 길어져 생산성 저하의 요인이 될 수 있다. 따라서, 금형의 냉각성능은 제품의 생산성을 좌우하는 중요한 요소이다.
본 발명의 일 측면은 3D 프린팅을 이용하여 제작이 용이하고 낮은 생산비용으로 제작 가능한 사출금형을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은 냉각성능이 뛰어나 사출시 성형물의 냉각이 빠르게 이루어질 수 있는 사출금형을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형은, 상하방향으로 배열되어 상호 결합된 상태에서 내부에 성형공간인 캐비티가 형성되는 제1금형 및 제2금형과, 상기 제1금형 및 제2금형의 냉각을 위한 냉각유체가 흐를 수 있도록 상기 제1금형 및 제2금형에 형성되는 냉각유로와, 상기 냉각유로를 형성하는 내벽에서 연장형성된 제1냉각핀을 포함할 수 있다.
상기 냉각유로는 입구를 형성하며 제1방향으로 연장되는 제1유로부와, 상기 제1방향에 대하여 수직인 제2방향으로 연장되는 제2유로부와, 상기 제2유로부를 통과한 냉각유체가 배출되는 출구를 형성하며 상기 제1방향으로 연장되는 제3유로부를 포함할 수 있다.
상기 제1금형은 상기 제2금형의 상부에 배치되며 상기 캐비티의 일부분을 형성하기 위하여 함몰형성된 함몰부를 포함하고, 상기 입구와 상기 출구는 상기 제1금형의 일측면에 형성되고, 상기 제2유로부는 상기 제1유로부와 상기 제3유로부 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2금형은 상기 제1금형의 하부에 배치되며 상기 캐비티의 일부분을 형성하기 위하여 돌출형성된 코어부를 포함하고, 상기 입구 및 상기 출구는 상기 제2금형의 일측면과 이에 대향되는 타측면에 각각 형성되며, 상기 제2유로부는 상기 제1유로부와 상기 제3유로부와 각각 연결되는 한 쌍으로 구성되고, 상기 냉각유로는 상기 제1방향으로 배열되고 상기 한 쌍의 제2유로부사이를 연결하는 제4유로부를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각유로는 상기 제1금형 및 상기 제2금형내에 각각 한 쌍이 형성되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형은, 냉각속도 향상을 위하여 금속재질로 형성되어 상기 제1금형 및 상기 제2금형에 설치되는 제2냉각핀과, 상기 제2냉각핀이 수용될 수 있도록 상기 제1금형 및 상기 제2금형에 마련되는 냉각핀 삽입홈을 더 포함할 수 있다.
상기 제2냉각핀은 L자형으로 형성되어 상기 냉각핀 삽입홈에 삽입된 상태에서 수직방향으로 배열되는 수직부와, 상기 냉각핀 삽입홈에 삽입된 상태에서 수평방향으로 배열되는 수평부를 포함하고, 상기 냉각핀 삽입홈은 상기 제2냉각핀의 수직부가 삽입되도록 마련되는 수직홈부와, 상기 수평부가 배치되도록 마련되는 수평홈부를 포함할 수 있다.
상기 사출 금형은 냉각재가 수용될 수 있도록 수평방향으로 배열되어 상기 냉각핀 삽입홈 및 상기 사출 금형의 일측면과 연통되도록 마련되는 냉각재 수용홈을 더 포함할 수 있다.
상기 제1금형 및 상기 제2금형의 외측면으로부터 연장되어 수평방향으로 돌출형성되는 다수의 제3냉각핀을 더 포함할 수 있다.
상기 제1금형 및 상기 제2금형은 3D 프린터에 의한 3D 프린팅에 의해 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 사출 금형은, 3D 프린팅에 의해 제작되어 낮은 생산비용으로 제작가능하고, 신속한 제작이 가능하며, 형상 및 구조에 대한 제약이 없어 다양한 구조 및 형상을 갖도록 제작이 가능하다.
본 발명에 사출 금형은, 뛰어난 냉각 성능을 보유하여 제품의 생산주기를 단축시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 사출 금형 중 제1금형을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 제1금형의 내부 구조 및 설치되는 구성물을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 제1금형의 내부에 배치된 냉각유로를 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 도 2의 제1금형의 측면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 제1금형의 하부를 나타낸 저면도이다.
도 7은 도 1에 따른 사출 금형 중 제2금형을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 6에 따른 제2금형의 내부 구조 및 설치되는 구성물을 도시한 도면이다.
도 9는 도 6의 제2금형의 내부에 배치된 냉각유로를 나타낸 횡단면도이다.
도 10은 도 6의 제2금형의 내부에 배치된 냉각유로를 나타낸 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출 금형을 나타낸 사시도이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 사출 금형 중 제1금형을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 따른 제1금형의 내부 구조 및 설치되는 구성물을 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 제1금형의 내부에 배치된 냉각유로를 나타낸 횡단면도이며, 도 5는 도 2의 제1금형의 측면을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 2의 제1금형의 하부를 나타낸 저면도이며, 도 7은 도 1에 따른 사출 금형 중 제2금형을 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 6에 따른 제2금형의 내부 구조 및 설치되는 구성물을 도시한 도면이며, 도 9는 도 6의 제2금형의 내부에 배치된 냉각유로를 나타낸 횡단면도이고, 도 10은 도 6의 제2금형의 내부에 배치된 냉각유로를 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형(10)은, 제1금형(100)과 제2금형(200)을 포함하는 두 개의 금형으로 이루어질 수 있다.
제1금형(100)은 상부금형으로써 제2금형(200)의 상부에 배치될 수 있으며, 제2금형(200)의 제1금형(100)의 하부에 배치될 수 있다.
제1금형(100)과 제2금형(200)은 둘 중 적어도 하나가 상하방향으로 이동가능하게 설치될 수 있다. 일례로, 하부금형인 제2금형(200)은 고정된 상태가 유지되는 고정금형일 수 있고, 상부금형인 제1금형(100)이 구동장치(미도시)에 의해 상하방향으로 이동가능하게 마련되는 가동금형이 될 수 있다.
구동장치(미도시)는 공압 실린더, 유압 실린더, 리니어 모터와 같이 직선 왕복운동이 가능한 액츄에이터를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 제1금형(100) 및 제2금형(200)은 서로 마주보게 배치된 제1금형(100)의 하면과 제2금형(200)의 상면은 수평면으로 형성되고, 이들이 맞닿게 되는 금형 결합상태에서 두 금형(100,200)의 사이에 성형공간인 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다.
이 캐비티에는 용융상태인 사출재료가 주입되어 캐비티내에 완전히 채워지게 되고, 이후에 냉각과정을 거쳐 사출재료가 경화되면 상부 금형인 제1금형(100)을 상방으로 이동시켜 캐비티를 개방할 수 있고, 경화된 사출물을 금형에서 분리하게 되면 사출금형을 통한 사출성형과정의 한 싸이클이 완성될 수 있다.
캐비티는 성형된 사출물의 다양한 형상에 따라 이에 대응되게 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일례로, 형성된 사출물 및 이와 동일한 형상을 갖는 캐비티는 상하로 볼록한 형상을 갖도록 형성되거나, 도시된 본 발명의 일 실시예와 같이 상부에 볼록한 형상을 갖고 하부에는 오목한 형상을 갖는 구조로 형성될 수 있다.
도시된 본 발명의 일 실시예와 같이 사출물 및 캐비티가 상부에 볼록한 형상을 갖고 하부에는 오목한 형상을 갖는 구조로 형성될 경우, 상부 금형인 제1금형(100)에는 상방으로 오목하게 함몰된 음각성형부(110)가 형성될 수 있고, 하부 금형인 제2금형(200)에는 상방으로 돌출된 코어부(210, 도 7 참조)가 형성될 수 있다.
사출 금형(10)을 통한 사출과정에서 생산속도 향상을 위하여 제1,2금형(100,200)에 냉각수가 순환되도록 하여 경화과정에 소요되는 냉각시간을 단축시킬 수 있다.
이를 위하여 제1,2금형(100,200)에는 냉각수가 공급되어 순환될 수 있는 냉각유로(120,220)가 형성될 수 있다. 냉각유로(120,220)는 제1,2금형(100,200)의 내부에 형성될 수 있으며, 캐비티와는 분리된 공간으로 형성될 수 있다.
냉각유로(120,220)에는 캐비티에 사출소재가 채워진 후 냉각과정을 위한 냉각수가 공급될 수 있다. 냉각유로(120,220)는 캐비티의 형상에 따라 캐비티에 채워진 사출소재가 빠르게 냉각시키기에 유리하도록 다양한 형상과 배치구조를 갖을 수 있다.
일 례로, 본원발명의 일 실시예에 따르면, 제1금형(100)은 그 수평방향 단면이 직사각형면서 가로, 세로 길이보다 두께가 더 작은 납작한 형상으로 형성될 수 있으며, 제1금형(100)의 직사각형 단면의 장축을 형성하는 제1금형(100)의 양측면(101,102) 각각에는 냉각유로(120)의 입구(121)와 출구(122)가 형성될 수 있다.
냉각유로(120)는 입구(121)를 형성하며 이 입구(121)로부터 직사각형 단면의 단축방향인 제1방향으로 연장형성된 제1유로부(123)와, 직사각형 단면의 장축방향이면서 제1방향과 수직관계인 제2방향으로 연장형성되는 제2유로부(124)와, 제2유로부(122)를 통과한 냉각유체가 배출되는 출구(122)을 형성하며 제1방향으로 연장형성되는 제3유로부(125)를 포함할 수 있다.
제2유로부(124)는 제1유로부(123)와 제3유로부(125)사이에 배치되어 두 냉각유로부(123,125)사이를 연결하도록 마련될 수 있으며, 입구(121)와 출구(122)는 제2유로부(124)의 길이만큼 제2방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
이러한 구조의 냉각유로(120)는 음각성형부(110)를 중심으로 음각성형부(110)의 양측에 한 쌍이 대칭적인 구조로 배치될 수 있다.
또한, 냉각유로(120)를 형성하는 내벽에는 제1냉각핀(127)이 배치될 수 있다. 제1냉각핀(127)은 냉각유로(120)의 내벽으로부터 연장되어 제1금형(100)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제1냉각핀(127)은 제1금형(100)의 일부분일 수 있다.
제1냉각핀(127)은 냉각유로(120)를 형성하는 내벽 전체에 형성되거나 내벽 일부분에 형성될 수 있으며, 냉각유로(120)의 길이방향을 따라 복수의 열을 형성하도록 배열될 수 있다.
또한, 제1냉각핀(127)의 각 열은 그 단면이 직사각형으로 형성될 수 있고, 삼각형상의 단면을 갖도록 형성될 수도 있다. 이러한 제1냉각핀(127)은 방열면적을 증가시켜 제1금형(100)의 열이 냉각유로(120)내의 냉각수로 빠르게 전열되도록 유도한다.
제1냉각핀(127)은 상술한 바와 같이 냉각유로(120)의 내벽에 형성되며, 특히 방열의 효율성을 위하여 냉각유로(120)의 내벽에서 캐비티와 인접하는 부분에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1냉각핀(127)은 냉각유로(120)의 내벽 하면으로부터 상방으로 연장된 구조로 형성될 수 있다.
캐비티내로 사출재료의 주입이 끝난 이후, 냉각유로(120)에는 냉각수가 공급되어 순환될 수 있고, 이에 따라 캐비티 주변이 냉각되면서 캐비티 내의 사출재료도 빠르게 냉각되면서 경화될 수 있어 제품의 생산주기를 단축시킬 수 있다.
냉각유로(120)는 제1금형(100)의 장축에 속하는 길이방향의 양측에 배치될 수 있고, 제1금형(100)의 단축에 속하는 폭방향 양측부분의 냉각유도를 위하여 제2냉각핀(300)이 제1금형(100)의 단축에 속하는 폭방향 양측부분에 설치될 수 있다.
제2냉각핀(300)은 제1금형(100)에 마련되는 냉각핀 삽입홈(130)에 삽입되는 형태로 설치될 수 있다. 제2냉각핀(300)은 “L”자형으로 형성될 수 있고, 냉각핀 삽입홈(130)도 제2냉각핀(300)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
제2냉각핀(300)은 냉각핀 삽입홈(130)에 삽입된 상태에서 수직방향으로 배열되는 수직부(301)와, 냉각핀 삽입홈(130)에 삽입된 상태에서 수평방향으로 배열되는 수평부(302)를 포함하여 구성된다.
수직부(301)는 넓은 면적을 갖는 일면이 캐비티와 마주하는 방향으로 배치되어 캐비티의 열이 효과적으로 전달될 수 있도록 배치될 수 있으며, 수평부(302)는 수직부(301)의 하단에서 수평방향으로 연장되고 제2냉각핀(300)이 설치된 상태에서 제1금형(100)의 외부에 노출되도록 배치될 수 있다. 따라서, 제2냉각핀(300)에 의하면, 수직부(301)로 전달된 열은 수평부(302)를 통해 제1금형(100)의 외부로의 방출이 원활히 유도될 수 있다. 특히, 냉각유로(120)가 배치되어 있지 않은 부분에 대하여 위와 같은 형태의 제2냉각핀(300)을 제1금형(100)에 설치하여 냉각속도를 향상시킬 수 있다.
제2냉각핀(300)은 열전도도가 좋은 금속재질로 형성될 수 있으며, 예를 들면 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금소재로 구성될 수 있다.
냉각핀 삽입홈(130)은 상술한 바와 같이 제2냉각핀(300)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 제1금형(100)과 제2냉각핀(300)사이의 열전도가 원활히 일어날 수 있도록 제2냉각핀(300)이 냉각핀 삽입홈(130)에 설치된 상태에서 제2냉각핀(300)이 냉각핀 삽입홈(130)의 내벽과 밀착될 수 있는 크기와 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 나아가, 제2냉각핀(300) 또는 냉각핀 삽입홈(130)의 내벽에는 열전달을 유도하는 유체 물질인 서멀 그리스(thermal grease)가 도포되어 냉각핀 삽입홈(130)의 내벽과 제2냉각핀(300)사이의 열전도를 유도할 수 있다.
냉각핀 삽입홈(130)은 제2냉각핀(300)의 수직부(301)가 삽입되도록 마련되는 수직홈부(130a)와, 수평부(302)가 배치되도록 마련되는 수평홈부(130b)를 포함할 수 있다.
수평홈부(130b)는 하방으로 개방된 형상으로 형성되고, 제2냉각핀(300)의 수평부(302)의 두께와 동일한 정도의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 수평부(302)는 그 하면이 제1금형(100)의 하면과 단차없이 배치되어 동일한 수평면상에 배열될 수 있다.
냉각핀 삽입홈(130)의 상부에는 냉각재 수용홈(131)이 마련될 수 있다. 냉각재 수용홈(131)의 내부에는 열전도도가 높은 물질로 형성되는 냉각재(미도시)가 수용될 수 있으며, 냉각재 수용홈(131)은 제2냉각핀(300)의 수평부(301)의 폭방향을 따라 길게 연장형성되는 수용부(131a)와, 수용부(131a)와 연결되고 제1금형(100)의 외측과 연통되도록 마련되는 주입부(131b)를 포함하여 구성될 수 있다.
수용부(131a)는 수직홈부(130a)의 상부에 수직홈부(130a)와 연결되도록 형성될 수 있어, 수용부(131a)에 수용된 냉각재(미도시)는 수직홈부(130a)에 수용된 수직부(301)와 접촉되게 배치될 수 있다. 따라서, 냉각재에 전달된 열은 제2냉각핀(300)으로 전도의 형태로 전달될 수 있다.
주입부(131b)는 수용부(131a)의 일단에서 제1금형(100)의 외측을 향하는 방향으로 절곡되어 외부와 수용부(131a)사이를 연결하도록 마련될 수 있고, 냉각재 수용홈(131)에 냉각재 주입이 이루어진 후에 냉각재가 외부로 누설되지 않도록 주입부(131b)에는 마개(400)가 설치될 수 있다.
냉각재는 자유롭게 형상변형이 가능하게 열전도성이 높은 금속 분말이거나, 반고체형 서멀 그리스(thermal grease)로 구성될 수 있고, 냉각재 수용홈(131)에 대한 주입과정 후 마개(400)를 통해 냉각재 수용홈(131)내부에 밀폐될 수 있다.
냉각재는 외력에 의해 자유롭게 형상이 변형될 수 있는 가소성 재료로 구성되어 냉각재 수용홈(131)은 그 형상에 제한없이 다양한 구조와 형상으로 형성가능하다. 따라서, 냉각재 수용홈(131)은 본 실시예와 같이 L자형 구조이외에 캐비티의 형상에 맞게 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들면, 냉각재 수용홈(131)은 수용부(131a)의 양측에서 캐비티를 둘러싸는 형태의 확장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2냉각핀(300)과 냉각재 수용홈(131)은 캐비티를 중심으로 냉각유로(120)이 배치되지 않은 제1금형(100)의 두 측면부분에 한 쌍이 배치될 수 있고, 이를 통해 냉각유로(120)가 배치되지 않은 부분에 대한 냉각이나 냉각유로(120)의 냉각작용을 보강할 수 있다.
제2금형(200)은 상부에 제1금형(100)과 함께 캐비티를 형성하는 부분이 마련될 수 있으며, 본 실시예와 같이 상방을 향하여 돌출된 두 개의 코어부(210)가 마련될 수 있다. 이는 캐비티 형성의 하나의 예시로, 코어나 함몰부의 구조, 형상 및 배치는 성형물의 형상에 따라 변경될 수 있다.
캐비티의 하부에는 냉각유로(220)이 배치될 수 있다.
냉각유로(220)는 입구(221)를 형성하며 이 입구(221)로부터 직사각형 단면의 단축방향인 제1방향으로 연장형성된 제1유로부(223)와, 직사각형 단면의 장축방향이면서 제1방향과 수직관계인 제2방향으로 연장형성되는 제2유로부(224)와, 제2유로부(222)를 통과한 냉각유체가 배출되는 출구(222)을 형성하며 제1방향으로 연장형성되는 제3유로부(225)를 포함할 수 있다.
입구(221)는 제2금형부(200)의 장축방향 일측면에 배치되고, 출구(222)는 입구와 대향되게 상기 일측면의 반대방향 타측면에 배치될 수 있다.
제2유로부(224)는 한 쌍으로 구성되어 각각 제1유로부(223)와 제3유로부(225)에 연결되고, 한 쌍의 제2유로부(224)는 상기 제1방향을 따라 소정간격 이격되게 배치될 수 있다.
이와 같이 서로 이격된 한 쌍의 제2유로부(224)사이에는 제4유로부(226)가 연결될 수 있다. 제4유로부(226)는 복수개의 형성될 수 있으며, 도시된 실시예의 경우 3개로 구성되어 2개의 제4유로부(226)은 제2유로부(224)의 양단을 연결하도록 배치되고, 1개의 제4유로부(226)는 제2유로부(224)의 길이방향 중앙부를 연결하도록 배치될 수 있다.
냉각유로(220)을 형성하는 내벽에는 제1금형(100)과 마찬가지로 제1냉각핀(227)이 형성될 수 있다. 제1냉각핀(227)은 냉각유로(220)의 전체 내벽에 형성되거나, 도시된 실시예와 같이 캐비티와 인접하게 배치되는 제2유로부(224)와 제3유로부(225)에만 형성될 수 있다.
이와 같이 제1유로부(223),제2유로부(224),제3유로부(225), 제4유로부(226)을 포함하는 냉각유로(220)는 한 쌍으로 구성되어 제2금형(200)의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 제2금형(200)은 제1금형과 마찬가지로 제2금형(200)의 단축에 속하는 폭방향 양측부분의 냉각유도를 위하여 제2냉각핀(310)이 제1금형(120)의 단축에 속하는 폭방향 양측부분에 설치될 수 있다.
제2냉각핀(310)은 제2금형(200)에 마련되는 냉각핀 삽입홈(230)에 삽입되는 형태로 설치될 수 있다. 제2냉각핀(310)은 “L”자형으로 형성될 수 있고, 냉각핀 삽입홈(230)도 제2냉각핀(310)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
제2냉각핀(310)은 냉각핀 삽입홈(230)에 삽입된 상태에서 수직방향으로 배열되는 수직부(301)와, 냉각핀 삽입홈(130)에 삽입된 상태에서 수평방향으로 배열되는 수평부(302)를 포함하여 구성된다.
수직부(301)는 넓은 면적을 갖는 일면이 캐비티와 마주하는 방향으로 배치되어 캐비티의 열이 효과적으로 전달될 수 있도록 배치될 수 있으며, 수평부(302)는 수직부(301)의 상단에서 수평방향으로 연장되고 제2냉각핀(300)이 설치된 상태에서 제2금형(200)의 외부에 노출되도록 배치될 수 있다. 따라서, 제2냉각핀(310)에 의하면, 수직부(301)로 전달된 열은 수평부(302)를 통해 제2금형(200)의 외부로의 방출이 원활히 유도될 수 있다. 특히, 냉각유로(220)가 배치되어 있지 않은 부분에 대하여 위와 같은 형태의 제2냉각핀(310)을 제2금형(200)에 설치하여 냉각속도를 향상시킬 수 있다.
제2냉각핀(310)은 열전도도가 좋은 금속재질로 형성될 수 있으며, 예를 들면 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금소재로 구성될 수 있다.
냉각핀 삽입홈(230)은 제2냉각핀(310)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 제2금형(200)과 제2냉각핀(310)사이의 열전도가 원활히 일어날 수 있도록 제2냉각핀(300)이 냉각핀 삽입홈(230)에 설치된 상태에서 제2냉각핀(310)이 냉각핀 삽입홈(230)의 내벽과 밀착될 수 있는 크기와 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 제2냉각핀(310) 또는 냉각핀 삽입홈(230)의 내벽에는 열전달을 유도하는 유체 물질인 서멀 그리스(thermal grease)가 도포되어 냉각핀 삽입홈(230)의 내벽과 제2냉각핀(310)사이의 열전도를 유도할 수 있다.
냉각핀 삽입홈(230)은 제2냉각핀(310)의 수직부(301)가 삽입되도록 마련되는 수직홈부(230a)와, 수평부(302)가 배치되도록 마련되는 수평홈부(230b)를 포함할 수 있다.
수평홈부(230b)는 상방으로 개방된 형상으로 형성되고, 제2냉각핀(310)의 수평부(302)의 두께와 동일한 정도의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 수평부(302)는 그 상면이 제2금형(200)의 상면과 단차없이 배치되어 동일한 수평면상에 배열될 수 있다.
냉각핀 삽입홈(230)의 하부에는 냉각재 수용홈(231)이 마련될 수 있다. 냉각재 수용홈(231)의 내부에는 열전도도가 높은 물질로 형성되는 냉각재(미도시)가 수용될 수 있으며, 냉각재 수용홈(231)은 제2냉각핀(310)의 수평부(301)의 폭방향을 따라 길게 연장형성되는 수용부(231a)와, 수용부(231a)와 연결되고 제2금형(200)의 외측과 연통되도록 마련되는 주입부(231b)를 포함하여 구성될 수 있다.
수용부(231a)는 수직홈부(230a)의 상부에 수직홈부(230a)와 연결되도록 형성될 수 있어, 수용부(231a)에 수용된 냉각재(미도시)는 수직홈부(230a)에 수용된 수직부(301)와 접촉되게 배치될 수 있다. 따라서, 냉각재에 전달된 열은 제2냉각핀(300)으로 전도의 형태로 전달될 수 있다.
주입부(231b)는 수용부(231a)의 일단에서 제2금형(200)의 외측을 향하는 방향으로 절곡되어 외부와 수용부(231a)사이를 연결하도록 마련될 수 있고, 냉각재 수용홈(231)에 냉각재 주입이 이루어진 후에 냉각재가 외부로 누설되지 않도록 주입부(231b)에는 마개(410)가 설치될 수 있다.
냉각재는 자유롭게 형상변형이 가능하게 열전도성이 높은 금속 분말이거나, 반고체형 서멀 그리스(thermal grease)로 구성될 수 있고, 냉각재 수용홈(231)에 대한 주입과정 후 마개(410)를 통해 냉각재 수용홈(231)내부에 밀폐될 수 있다.
냉각재는 외력에 의해 자유롭게 형상이 변형될 수 있는 있는 가소성 재료로 구성되어 냉각재 수용홈(231)은 그 형상에 제한없이 다양한 구조와 형상으로 형성가능하다. 따라서, 냉각재 수용홈(231)은 본 실시예와 같이 L자형 구조이외에 캐비티의 형상에 맞게 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들면, 냉각재 수용홈(231)은 수용부(231a)의 양측에서 캐비티를 둘러싸는 형태의 확장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2냉각핀(300)과 냉각재 수용홈(231)은 캐비티를 중심으로 냉각유로(220)이 배치되지 않은 제2금형(200)의 두 측면부분에 한 쌍이 배치될 수 있고, 이를 통해 냉각유로(220)가 배치되지 않은 부분에 대한 냉각이나 냉각유로(220)의 냉각성능을 보완할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 제1금형(100) 및 제2금형(200)은 3D프린터에 의한 3D프린팅의 방법으로 제작될 수 있다.
따라서, 절삭과 같은 복잡한 가공과정없이 모델링 된 금형 형상에 대한 데이터를 3D 프린터로 전송하여 출력하는 과정을 통해 바로 제작가능하고 데이터 수정 후 재출력 과정에 의한 수정도 매우 용이하다. 또한, 3D프린터에 의한 출력물은 상하로 적층되어 형성되므로, 냉각유로(120,220)과 같은 제1,2금형(100,200)의 내부공간을 형성함에 있어 형상, 구조에 대한 제약이 없이 구성할 수 있다. 특히, 제1냉각핀(127,227)은 사출금형(10)의 3D 프린팅 과정에서 냉각유로(120,220)의 내벽으로부터 연장된 구조로 프린팅되어 구성될 수 있다.
사출금형(10)은 3D프린터에 의해 세라믹 소재, 수지 및 이들의 복합물로 프린팅되어 제작될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출 금형을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 사출금형(10)은 외측면에 배열되는 제3냉각핀(500)을 더 포함할 수 있다. 제3냉각핀(500)은 제1금형(100) 및 제2금형(200)의 외측면에 둘레방향을 따라 형성될 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 제3냉각핀(500)은 사출금형(10)이 외측면에서 수평방향으로 돌출되어 사출금형(10)의 둘레방향을 따라 길게 연장되어 사출금형(10)의 외측면을 둘러싸도록 형성될 수 있고 상하 방향으로 이격된 복수의 열로 구성될 수 있다.
이러한 제3냉각핀(500)은 사출금형(10)이 외부와 노출되는 표면적을 증가시켜 사출성형시 주입된 사출재료가 빠르게 냉각되어 생산공정 주기가 단축되도록 할 수 있다. 이와 같은 제3냉각핀(500)은 제1냉각핀(127,227)과 마찬가지로 사출금형(10)의 3D 프린팅 과정에서 프린팅되어 사출금형(10)과 동일한 소재로 구성될 수 있고, 상술한 바와 같은 제1냉각핀(127,227) 및 제2냉각핀(300)과 함께 구성되거나, 제1냉각핀(127,227), 제2냉각핀(300,310)에 대한 구성없이 또는 제1냉각핀(127,227), 제2냉각핀(300,310) 중 어느 하나와 조합되어 구성될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 사출 금형 100 : 제1금형
110 : 음각성형부 120 : 냉각유로
127 : 제1냉각핀, 130 : 냉각핀 삽입홈
131 : 냉각재 수용홈 131a : 수용부
200 : 제2금형 210 : 코어부
220 : 냉각유로 230 : 냉각핀 삽입홈
231 : 냉각재 수용홈 300,310 : 제2냉각핀
400,410 : 마개 500 : 제3냉각핀

Claims (10)

  1. 상하방향으로 배열되어 상호 결합된 상태에서 내부에 성형공간인 캐비티가 형성되는 제1금형 및 제2금형;
    상기 제1금형 및 제2금형의 냉각을 위한 냉각유체가 흐를 수 있도록 상기 제1금형 및 제2금형에 형성되는 냉각유로;
    상기 냉각유로를 형성하는 내벽에서 연장형성된 제1냉각핀;
    냉각속도 향상을 위하여 금속재질로 형성되어 상기 제1금형 및 상기 제2금형에 설치되는 제2냉각핀;
    상기 제2냉각핀이 수용될 수 있도록 상기 제1금형 및 상기 제2금형에 마련되는 냉각핀 삽입홈;을 포함하고,
    상기 냉각유로는, 입구를 형성하며 제1방향으로 연장되는 제1유로부와, 상기 제1방향에 대하여 수직인 제2방향으로 연장되는 제2유로부, 및 상기 제2유로부를 통과한 냉각유체가 배출되는 출구를 형성하며 상기 제1방향으로 연장되는 제3유로부를 포함하고,
    상기 제1금형은 상기 제2금형의 상부에 배치되며 상기 캐비티의 일부분을 형성하기 위하여 함몰형성된 함몰부를 포함하고,
    상기 입구와 상기 출구는 상기 제1금형의 일측면에 형성되고, 상기 제2유로부는 상기 제1유로부와 상기 제3유로부 사이에 배치되고,
    상기 제2금형은 상기 제1금형의 하부에 배치되며 상기 캐비티의 일부분을 형성하기 위하여 돌출형성된 코어부를 포함하고,
    상기 입구 및 상기 출구는 상기 제2금형의 일측면과 이에 대향되는 타측면에 각각 형성되고,
    상기 제2유로부는 상기 제1유로부와 상기 제3유로부와 각각 연결되는 한 쌍으로 구성되고,
    상기 냉각유로는 상기 제1방향으로 배열되고 상기 한 쌍의 제2유로부 사이를 연결하는 제4유로부를 더 포함하고,
    상기 냉각유로는 상기 제1금형 및 제2금형 내에 각각 한 쌍이 형성되어 배치되되, 상기 제1금형 및 제2금형의 장축에 속하는 길이방향의 양측에 배치되고,
    상기 제2냉각핀은 상기 제1금형 및 제2금형의 단축에 속하는 폭방향 양측부분에 배치되고,
    상기 제2냉각핀은 L자형으로 형성되어 상기 냉각핀 삽입홈에 삽입된 상태에서 수직방향으로 배열되는 수직부와, 상기 냉각핀 삽입홈에 삽입된 상태에서 수평방향으로 배열되는 수평부를 포함하고,
    상기 냉각핀 삽입홈은 상기 제2냉각핀의 수직부가 삽입되도록 마련되는 수직홈부와, 상기 수평부가 배치되도록 마련되는 수평홈부를 포함하며,
    상기 제2냉각핀 또는 상기 냉각핀 삽입홈의 내벽에는 열전달을 유도하는 유체 물질이 도포되어 상기 냉각핀 삽입홈의 내벽과 제2냉각핀 사이의 열전도를 유도하도록 이루어지고,
    상기 냉각핀 삽입홈의 상부에는 냉각재 수용홈이 형성되며,
    상기 냉각재 수용홈은 상기 제2냉각핀의 수평부의 폭방향을 따라 길게 연장형성되는 수용부, 및 상기 수용부와 연결되고 상기 제1금형의 외측과 연통되도록 마련되는 주입부를 포함하는 사출 금형.
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  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1금형 및 상기 제2금형의 외측면으로부터 연장되어 수평방향으로 돌출형성되는 다수의 제3냉각핀을 더 포함하는 사출 금형.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1금형 및 상기 제2금형은 3D 프린터에 의한 3D 프린팅에 의해 제작되는 사출 금형.
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