KR102568153B1 - Composite casting method using 3d insert manufactured by 3D printing process - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법은 3D프린팅 공정을 통해 고강성 재료를 활용하여 고강성 구조 골재를 제작하는 단계; 및 상기 고강성 구조 골재를 인서트물로 한 상태에서, 상기 인서트물을 덮는방식으로 저가 재료의 주물을 사용하여 복합 기능 구조체 제조 공정을 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process according to the present invention comprises the steps of manufacturing a high-stiffness structural aggregate by utilizing a high-stiffness material through a 3D printing process; and proceeding with a manufacturing process of the composite functional structure using a casting made of a low-cost material in a manner of covering the insert in a state where the high-stiffness structural aggregate is used as an insert.

Description

3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법{Composite casting method using 3d insert manufactured by 3D printing process}Composite casting method using 3d insert manufactured by 3D printing process}

본 발명은 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법에 관한 것이다. The present invention relates to a composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process.

3D 프린팅 공법은 소재를 얇은 층으로 적층해서 3차원적으로 최종 형상을 얻는 3D 프린팅 공법으로서, 통상적인 정밀주조법이나 가공법으로는 제조가 불가능한 아주 복잡한 구조 부품을 완벽하게 제조할 수 있다는 점에서 같은 용도의 부품이라도 부품의 구조를 전혀 다르게 설계할 수 있음에 따라서 무게를 줄이거나 냉각 성능을 높이거나 기능성을 향상시킬 수 있다.The 3D printing method is a 3D printing method that obtains a final shape in three dimensions by layering materials into thin layers. Even if the parts of the components can be designed completely differently, the weight can be reduced, the cooling performance can be increased, or the functionality can be improved.

특히, 기존의 가공법으로는 적용할 수 없는 특수 성분의 합금으로 최종 형상의 부품을 직접 제조할 수 있다. 지금까지는 3D 프린팅에 적용한 금속이 한정된 몇 가지로 국한되어 있지만 철강 소재는 가격이 저렴하고 강도 특성도 우수하므로 부품의 용도에 맞는 특수강 성분을 3D 프린팅 소재로 개발하면 3D 프린팅을 광범위하게 활용할 수 있다.Particularly, it is possible to directly manufacture final-shaped parts with special component alloys that cannot be applied by conventional processing methods. So far, the metals applied to 3D printing have been limited to a few, but since steel materials are inexpensive and have excellent strength characteristics, 3D printing can be widely used if special steel components suitable for the purpose of parts are developed as 3D printing materials.

3D 프린팅은 금속분말들이 순간적으로 용착되므로 합금원소들이 확산되지 않고 편석이 거의 없으며 결정립이 미세한 과포화 고용체 합금을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 균일한 조직을 얻기도 쉽다.3D printing makes it easy to obtain a supersaturated solid solution alloy with fine crystal grains as well as a uniform structure with little diffusion of alloying elements and little segregation because metal powders are deposited instantaneously.

한편, 특수한 형상은 가공이나 성형 공정으로 제작하기 어려운바 3D 프린팅 공정을 활용할 수 있는데, 3D 프린팅 제품의 낮은 신뢰도로 인해 적층부 크랙, 변형, 좋지 않은 표면 품질을 야기하는바 이를 주조 공정과의 결합으로 극복하는 것이 필요하게 된다.On the other hand, since special shapes are difficult to manufacture by machining or molding processes, the 3D printing process can be used. The low reliability of 3D printing products causes laminated cracks, deformation, and poor surface quality, which is combined with the casting process. will need to be overcome.

기존의 복합 주조의 경우에는 이종재료간 결합력을 높이기 위해 표면 돌기 형상을 부여하지만, 3D 프린팅의 경우에는 3D 프린팅 제품의 표면 품질 상에 돌기형상이 자연 구현될 수 있다.In the case of conventional composite casting, the surface protrusion shape is given to increase the bonding force between different materials, but in the case of 3D printing, the protrusion shape can be naturally implemented on the surface quality of the 3D printed product.

기존 복합주조의 경우에 이종 재료 간의 결합력을 높이기 위해 결합 면적 증대에 대한 연구들이 진행되는데, 3D 프린팅은 형상 자유로 인하여 결합면적 극대화를 가능하게 한다는 측면이 있다.In the case of existing composite casting, studies on increasing the bonding area are conducted to increase the bonding force between different materials, but 3D printing has the aspect that it enables the maximization of the bonding area due to the freedom of shape.

3D 프린팅 및 주조 공정을 이용하여 금형 코어를 제작하는 방안을 제시하는 종래의 문헌으로는 공개특허 제10-2019-0061552호를 참조할 수 있다. As a conventional document suggesting a method of manufacturing a mold core using a 3D printing and casting process, reference may be made to Patent Publication No. 10-2019-0061552.

(특허문헌 1) KR10-2019-0061552 A(Patent Document 1) KR10-2019-0061552 A

종래에는 고가의 고강성 재료로 원하는 형상을 제조하는 경우에 주조 만으로 제작을 하는 경우에는 비용 상의 제약이 있는바,Conventionally, in the case of manufacturing a desired shape with expensive high-stiffness materials, there are cost restrictions when manufacturing only by casting,

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 가공이 어려운 고가의 고강성 재료를 3D 프린팅 공정으로 진행하여 고강성 구조 골재를 제작한 후에, 상기 고강성 구조 골재 상에 저경도 재료를 공급하는 공정을 통하여 전체적으로는 저가 재료로 제품을 형성하는 복합성형 공법을 제공하는 것이 목적이다.The present invention is to solve the above conventional problems, and after producing a high-stiffness structural aggregate by proceeding with a 3D printing process of expensive high-stiffness material that is difficult to process, supplying a low-hardness material on the high-stiffness structural aggregate The purpose is to provide a composite molding method that forms products with low-cost materials as a whole through the process.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법은 3D프린팅 공정을 통해 고강성 재료를 활용하여 고강성 구조 골재를 제작하는 단계; 및 상기 고강성 구조 골재를 인서트물로 한 상태에서, 상기 인서트물을 덮는 방식으로 저가 재료의 주물을 사용하여 복합 기능 구조체 제조 공정을 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the composite molding method using the 3d insert produced by the 3D printing process according to the present invention comprises the steps of producing a high-stiffness structural aggregate using a high-stiffness material through a 3D printing process; and proceeding with a manufacturing process of the composite functional structure using a casting made of a low-cost material in a state in which the high-stiffness structural aggregate is used as an insert, covering the insert.

상기 고강성 구조 골재는 격자(lattice) 형상을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.The high-strength structural aggregate may preferably include a lattice shape.

상기 고강성 구조 골재는 중실 구조를 갖는 베이스 고강성 골재 및 상기 베이스 고강성 골재 상에 연결 형성되는 중공 형상의 기능성 고강성 골재를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.The high tenacity structural aggregate may preferably include a base high tenacity aggregate having a solid structure and a hollow functional high tenacity aggregate connected to the base high tenacity aggregate.

상기 베이스 고강성 골재는 상기 고강성 구조 골재의 양측 상에 직육면체 형상으로 대칭적으로 배치되는 한편, 상기 기능성 고강성 골재는 상기 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재의 내면을 연결하도록 형성되며, 상기 기능성 고강성 골재는 속이 빈 형상을 갖는 단위 기능체를 연속적으로 연결한 구조로서, 상기 단위 기능체는 중앙부를 중심으로 하여 양측으로 갈수록 점점 좁아지는 마름모 형태를 갖는 것이 바람직할 수 있다.The base high tenacity aggregate is symmetrically arranged in a rectangular parallelepiped shape on both sides of the high tenacity structure aggregate, while the functional high tenacity aggregate is formed to connect the inner surfaces of the pair of facing base high tenacity aggregates, and the functional high tenacity aggregate The high-strength aggregate is a structure in which unit functional bodies having a hollow shape are continuously connected.

상기 베이스 고강성 골재는 복합 기능 구조체의 일측 전부 내지 일부를 구성하거나 또는 복합 기능 구조체의 양측을 감싸는 방식으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.It may be preferable that the base high-tenacity aggregate constitutes all or part of one side of the composite functional structure or is formed in a manner that surrounds both sides of the composite functional structure.

상기 베이스 고강성 골재와 기능성 고강성 골재는 복합 기능 구조체 상에서 교번적으로 배치되는 것이 바람직할 수 있다.It may be preferable that the base high tenacity aggregate and the functional high tenacity aggregate are alternately disposed on the composite functional structure.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법은 가공이 어려운 고가의 고강성 재료를 3D 프린팅 공정으로 제작한 후에, 복합주조 공정을 통하여 상기 고강성 구조 골재를 감싸는 하이브리드 제조 방식을 적용하여 전체적으로는 저가 재료로 제품을 형성하게 한다.As described above, in the composite molding method using the 3d insert produced by the 3D printing process according to the present invention, after manufacturing an expensive high-stiffness material that is difficult to process by the 3D printing process, the high-stiffness structural aggregate through the composite casting process By applying a hybrid manufacturing method that covers

본 발명은 3D 프린팅을 활용하여 가공이나 성형공정으로 제작하기 어려운 특수 형상을 고강성 구조 골재로 제작하고, 3D 프린팅 제품의 낮은 신뢰도(적층부크랙, 변형, 좋지않은 표면품질)를 주조공정 결합으로 극복한다. The present invention utilizes 3D printing to produce special shapes that are difficult to produce by machining or molding processes with high-stiffness structural aggregates, and to combine the low reliability (lamination cracks, deformation, poor surface quality) of 3D printing products with casting processes. overcome

기존 복합주조의 경우에 이종재료간 결합력을 높이기 위해 표면돌기 형상을 부여하지만, 3D 프린팅의 경우에 표면 품질 상에 돌기 형상이 자연 구현되는 현상을 이용하여 형상 자유로 결합면적을 극대화 가능하게 한다.In the case of conventional composite casting, a surface protrusion shape is given to increase the bonding force between different materials, but in the case of 3D printing, it is possible to maximize the bonding area with freedom of shape by using the phenomenon that the protrusion shape is naturally realized on the surface quality.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 고강성 골재와 기능성 고강성 골재를 이용하여 제조된 복합 기능 구조체의 다양한 실시예들을 보인다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 고강성 골재와 기능성 고강성 골재를 이용하여 제조된 시편을 보인다.
도 8은 고강성 구조 골재를 격자 형상으로 조성한 다양한 셀 타입을 보인다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 베이스 고강성 골재와 기능성 고강성 골재를 이용하여 제조된 Angle lever 부품 및 위상 최적화된 상태를 보인다.1 to 5 show various embodiments of a composite functional structure manufactured using a base high tenacity aggregate and a functional high tenacity aggregate according to an embodiment of the present invention.
6 to 7 show specimens prepared using a base high-tenacity aggregate and a functional high-tenacity aggregate according to an embodiment of the present invention.
8 shows various cell types in which high-strength structural aggregates are formed in a lattice shape.
Figure 9 shows the Angle lever part and phase optimized state manufactured using the base high-stiffness aggregate and the functional high-stiffness aggregate according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for complete information. Like reference numerals refer to like elements in the drawings.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합하여 복합 기능 구조체를 제조하는 공법을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 5 , a method for manufacturing a complex functional structure by fusing metal 3D printing and a casting method according to the present invention will be described.

본 발명에 따라 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법은, 3D프린팅 공정을 통해 고강성 재료를 활용하여 고강성 구조 골재를 제작하는 단계; 및 상기 고강성 구조 골재를 인서트물로 한 상태에서, 상기 인서트물을 덮는 방식으로 저가 재료의 주물을 사용하여 복합 기능 구조체를 제조하는 공정을 진행하는 단계;를 포함한다.Composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process according to the present invention comprises the steps of manufacturing a high-stiffness structural aggregate by utilizing a high-stiffness material through a 3D printing process; and performing a process of manufacturing a composite functional structure using a casting made of a low-cost material in a state where the high-strength structural aggregate is used as an insert, covering the insert.

고강성 구조 골재를 제작하는 단계는 3D프린팅 공정을 통해 고내열, 고열전도, 전도체, 비전도체 고내마모, 고강도, 저강도, 및 고탄성 등과 같은 기능성 재료를 활용하여 특수 기능을 구현하기 위한 구조 골재를 제작하는 것이다.The step of manufacturing high-strength structural aggregate is to use functional materials such as high heat resistance, high thermal conductivity, conductor, non-conductor, high abrasion resistance, high strength, low strength, and high elasticity through the 3D printing process to create structural aggregate to realize special functions. is to manufacture

다음으로, 고강성 구조 골재를 인서트물로 한 상태에서, 인서트물을 덮는 방식으로 저가의 용융 재료를 주입하여 복합 기능 구조체 제조 공정을 진행한다. 상기와 같이, 저가의 용융 재료를 주입하는 과정은 사출, 다이캐스팅, 주조 방식 등을 포함한다.Next, with the high-stiffness structural aggregate as the insert, a manufacturing process for the composite functional structure is performed by injecting a low-cost molten material in such a manner as to cover the insert. As described above, the process of injecting a low-cost molten material includes injection, die casting, casting, and the like.

이하, 도 1을 참조하여 고강성 구조 골재인 고경도 부품을 선택적으로 적용함으로써 필요한 기능을 선택적으로 적용한 복합 기능 구조체를 제작한 것을 보인다. Hereinafter, with reference to FIG. 1, it will be shown that a composite functional structure to which necessary functions are selectively applied is fabricated by selectively applying a high-hardness component, which is a high-stiffness structural aggregate.

복합 기능 구조체를 이루는 고강성 구조 골재(100)는 중실 구조를 갖는 베이스 고강성 골재(110) 및 상기 베이스 고강성 골재(110) 상에 연결 형성되는 중공 형상의 기능성 고강성 골재(120)를 포함한다.The high-stiffness structural aggregate 100 constituting the composite functional structure includes a base high-stiffness aggregate 110 having a solid structure and a hollow functional high-stiffness aggregate 120 connected to and formed on the base high-stiffness aggregate 110. do.

상기 베이스 고강성 골재(110)는 복합 기능 구조체의 일측 전부를 구성하는 방식으로 형성된다. The base high-strength aggregate 110 is formed in such a way as to constitute all of one side of the composite functional structure.

즉, 도 1(a)를 참조하면 복합 기능 구조체의 상부 전체를 이루는 방식으로 구현된다. 구체적으로, 3D 프린팅 공정으로 제작된 베이스 고강성 골재(110)는 복합 기능 구조체의 상측 상에 소정의 두께를 갖는 판넬 형상을 이룬 상태에서 상기 베이스 고강성 골재의 내측으로부터 격자 형상으로 형성된 기능성 고강성 골재(120)를 갖는다. 기능성 고강성 골재를 덮는 방식으로 저가 재료의 주물을 사용하여 저경도 골재(200)를 형성한다.That is, referring to FIG. 1(a), it is implemented in such a way as to form the entire upper part of the complex functional structure. Specifically, the base high-stiffness aggregate 110 produced by the 3D printing process is formed in a grid shape from the inside of the base high-stiffness aggregate in a state in which a panel shape having a predetermined thickness is formed on the upper side of the composite functional structure. It has aggregate (120). The low-hardness aggregate 200 is formed by using castings of low-cost materials in a manner that covers the functional high-tenacity aggregate.

한편, 상기 베이스 고강성 골재(110)는 복합 기능 구조체의 일측 일부를 구성하는 방식으로 형성된다. On the other hand, the base high-stiffness aggregate 110 is formed in such a way as to constitute a part of one side of the composite functional structure.

즉, 도 1(b)를 참조하면 복합 기능 구조체의 상부 일부인 상부 우측부를 이루는 방식으로 구현된다. 구체적으로, 3D 프린팅 공정으로 제작된 베이스 고강성 골재(110)는 복합 기능 구조체의 상측 상에서 우측으로 편심된 상태에서 소정의 두께를 갖는 판넬 형상을 이룬 상태에서 상기 베이스 고강성 골재의 일측 및 하측으로부터 격자 형상으로 형성된 기능성 고강성 골재(120)를 갖는다. 구체적으로는, 복합 기능 구조체 상에서 베이스 고강성 골재(110)는 상부 우측에 노출 상태로 배치된 상태에서, 상기 베이스 고강성 골재(110)의 좌측 및 하단을 감싸는 방식으로 격자 형상으로 형성된 기능성 고강성 골재(120)를 배치하고, 상기 기능성 고강성 골재를 덮는 방식으로 저가 재료의 주물을 사용하여 저경도 골재(200)를 형성한다.That is, referring to FIG. 1(b), it is implemented in such a way as to form the upper right part, which is the upper part of the complex functional structure. Specifically, the base high-stiffness aggregate 110 manufactured by the 3D printing process is formed in a panel shape having a predetermined thickness in a state of being eccentric to the right on the upper side of the composite functional structure. It has a functional high-stiffness aggregate 120 formed in a lattice shape. Specifically, in a state in which the base high-stiffness aggregate 110 is exposed on the upper right side of the composite functional structure, the functional high-stiffness aggregate formed in a lattice shape in such a way as to surround the left and bottom sides of the base high-stiffness aggregate 110 The low-hardness aggregate 200 is formed by disposing the aggregate 120 and using a casting of a low-cost material in such a way as to cover the functional high-stiffness aggregate.

한편, 베이스 고강성 골재(110)와 기능성 고강성 골재(120) 간의 연결 관계를 보면, 3D 프린팅으로 생성된 공간 밀도 그라데이션 구조를 활용하여 구조적으로 결합시키는 방법이나, 또는 3D 프린팅 된 제품의 불균일한 표면 특성을 활용하여 소재간 접촉 면적 계수를 향상 시키고 이를 통한 결합 관계를 상정할 수 있다. On the other hand, looking at the connection relationship between the base high-stiffness aggregate 110 and the functional high-stiffness aggregate 120, a method of structurally combining using a spatial density gradation structure generated by 3D printing, or a non-uniform 3D printed product By utilizing the surface characteristics, the contact area coefficient between materials can be improved and a bonding relationship can be assumed through this.

한편으로는, 도 2를 참조하면 상기 베이스 고강성 골재(110)는 복합 기능 구조체의 양측을 감싸는 방식으로 형성된다. 구체적으로는, 3D 프린팅 공정으로 제작된 베이스 고강성 골재(110)는 복합 기능 구조체의 상측 및 하측 상에 소정의 두께를 갖는 판넬 형상을 이룬 상태에서 상기 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재의 내면으로부터 격자 형상으로 형성된 기능성 고강성 골재(120)가 형성된다. 상기 기능성 고강성 골재는 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재의 내면으로부터 각각 연장되어져 끊김 없는 상태를 갖는다. 상기 기능성 고강성 골재(120)는 한쌍의 베이스 고강성 골재 사이에서 탄성 스프링의 기능을 갖는 것일 수 있다. 즉, 고강성을 갖는 기능성 고강성 골재(120) 및 주물이 한쌍의 베이스 고강성 골재 사이에 배치된 상태에서, 외부에서 가해지는 압력을 받는 경우에 탄성 스프링 기능을 한다.On the other hand, referring to FIG. 2 , the base high-stiffness aggregate 110 is formed in such a way as to surround both sides of the composite functional structure. Specifically, the base high-stiffness aggregate 110 manufactured by the 3D printing process forms a panel shape having a predetermined thickness on the upper and lower sides of the composite functional structure, from the inner surface of the pair of facing base high-stiffness aggregates A functional high-stiffness aggregate 120 formed in a lattice shape is formed. The functional high-tenacity aggregate is extended from the inner surface of a pair of opposing base high-stiffness aggregates, respectively, to have a seamless state. The functional high-stiffness aggregate 120 may have a function of an elastic spring between a pair of base high-stiffness aggregates. That is, in a state in which the functional high-stiffness aggregate 120 and the cast having high stiffness are disposed between a pair of base high-stiffness aggregates, the elastic spring functions when an external pressure is applied.

한편, 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재를 갖는 복합 기능 구조체의 측방은 개방된 상태를 갖거나(도 2(a)), 중실 구조를 갖는 베이스 고강성 골재를 배치한 상태를 갖는다(도 2(b)).On the other hand, the side of the composite functional structure having a pair of base high-stiffness aggregates facing each other has an open state (FIG. 2 (a)) or has a solid structure base high-stiffness aggregate disposed (Fig. 2(a)). b)).

도 3을 참조하면, 기능성 고강성 골재(120)는 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재(110)의 내면으로부터 각각 연장되어져 끊긴 상태를 갖는다. 서로 이격된 상태를 갖는 한쌍의 베이스 고강성 골재(110) 각각의 내면으로부터 격자 형상을 갖는 기능성 고강성 골재(120)를 만나지 않게 연장한 상태에서, 저가 재료의 주물을 사용한 저경도 골재(200)를 이용하여 양측에 형성된 기능성 고강성 골재를 덮는 동시에 양측의 기능성 고강성 골재(120)를 연결하여 일체화하도록 한다. 즉, 이를 통해 전체적으로는 저가의 저경도 소재를 중심으로 하여 제작을 하는 한편 복합 기능 구조체의 양측방 상에는 베이스 고강성 골재(110)와 기능성 고강성 골재(120)를 이용하여 강도를 증가하게 하는 것을 가능하게 한다. 상기 기능성 고강성 골재(120)는 한쌍의 베이스 고강성 골재 사이에서 탄성 스프링의 기능을 갖는 것일 수 있다.Referring to Figure 3, the functional high-stiffness aggregate 120 is each extended from the inner surface of a pair of facing base high-stiffness aggregate 110 has a broken state. A pair of base high tenacity aggregates 110 spaced apart from each other, in a state in which the functional high tenacity aggregates 120 having a lattice shape are extended from each inner surface so as not to meet, low hardness aggregates 200 using castings of inexpensive materials Covering the functional high-stiffness aggregate formed on both sides by using and connecting the functional high-stiffness aggregate 120 on both sides to integrate them. That is, through this, while manufacturing is mainly made of low-cost, low-hardness materials, on both sides of the composite functional structure, the base high-stiffness aggregate 110 and the functional high-stiffness aggregate 120 are used to increase the strength make it possible The functional high-stiffness aggregate 120 may have a function of an elastic spring between a pair of base high-stiffness aggregates.

한편, 도 4를 참조하면 상기 베이스 고강성 골재(110)와 기능성 고강성 골재(120)는 복합 기능 구조체 상에서 교번적으로 배치되는 것일 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 4 , the base high tenacity aggregate 110 and the functional high tenacity aggregate 120 may be alternately disposed on the composite functional structure.

즉, 베이스 고강성 골재가 소정 간격을 유지한 채 복수개가 일방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 복수의 베이스 고강성 골재 사이에는 기능성 고강성 골재가 형성된다. 상기 상태에서, 베이스 고강성 골재 및 기능성 고강성 골재를 전부 덮는 방식으로 사출 작업을 실시한다. 즉, 본 실시예는 일방향을 따라 일정 간격으로 배치된 복수개의 베이스 고강성 골재들 사이에 격자 형상의 탄성 스프링 기능을 하는 기능성 고강성 골재를 배치하고, 상기 베이스 고강성 골재들 및 기능성 고강성 골재들을 저가 재료의 주물인 저경도 골재(200)를 이용하여 모두 전체적으로 감싸는 방식을 통해서 내부적으로는 강성을 갖지만 외부적으로는 내부보다는 다소 저감된 강성을 갖는 구조를 갖게 한다.That is, a plurality of base high-stiffness aggregates are continuously arranged along one direction while maintaining a predetermined interval, and functional high-stiffness aggregates are formed between the plurality of base high-stiffness aggregates. In the above state, the injection operation is performed in such a way as to completely cover the base high tenacity aggregate and the functional high tenacity aggregate. That is, in this embodiment, a functional high-stiffness aggregate functioning as an elastic spring in a lattice shape is disposed between a plurality of base high-stiffness aggregates arranged at regular intervals along one direction, and the base high-stiffness aggregates and the functional high-stiffness aggregate By using the low-hardness aggregate 200, which is a casting of low-cost material, to have a structure that has internal rigidity but externally has a somewhat reduced rigidity than the internal one through the method of wrapping them as a whole.

한편, 도 5를 참조하면 복합 기능 구조체 상에서 고중량 제품인 베이스 고강성 골재(110)를 하부 상에 배치한 상태에서, 상기 베이스 고강성 골재(110)를 덮는 방식으로 저가 재료의 주물을 사용하여 저경도 골재(200)를 배치하여 무게 중심을 전체적으로 하부 측에 두는 방안이 있을 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 5, in a state in which the base high-stiffness aggregate 110, which is a high-weight product, is placed on the lower part of the composite functional structure, low-hardness is achieved by using a low-cost casting material in a way to cover the base high-stiffness aggregate 110. There may be a plan to place the center of gravity on the lower side as a whole by arranging the aggregate 200.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 베이스 고강성 골재와 기능성 고강성 골재를 이용하여 제조된 시편을 보인다.6 to 7 show specimens prepared using a base high-tenacity aggregate and a functional high-tenacity aggregate according to an embodiment of the present invention.

베이스 고강성 골재는 고강성 구조 골재의 양측 상에 직육면체 형상으로 대칭적으로 배치되고, 상기 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재의 내면을 연결하도록 기능성 고강성 골재가 형성된다. 상기 기능성 고강성 골재는 일예로서 속이 빈 형상을 갖는 단위 기능체를 연속적으로 연결한 구조일 수 있다. 구체적으로는, 단위 기능체는 외측 프레임을 통해 중앙부를 중심으로 하여 양측으로 갈수록 점점 좁아지는 마름모 형태를 갖는 것일 수 있는데, 단위 기능체의 양측 상에서 상기 외측 프레임 내에 복수의 내측 프레임을 배치하는 방식으로 하여 구조적인 강성을 증대하게 하는 것일 수 있다.The base high tenacity aggregate is symmetrically arranged in a rectangular parallelepiped shape on both sides of the high tenacity structural aggregate, and functional high tenacity aggregate is formed to connect the inner surfaces of the pair of opposing base high tenacity aggregates. As an example, the functional high-strength aggregate may have a structure in which unit functional bodies having a hollow shape are continuously connected. Specifically, the unit functional body may have a rhombic shape that gradually narrows toward both sides from the central portion through the outer frame. This may increase the structural rigidity.

상기 고강성 구조 골재는 격자(lattice) 형상을 포함한다. 한편, 고강성 구조 골재는 lattice 형상에 국한되는 것이 아니고 제품 사용환경에 따른 응력을 고려하여 다양하게 설계할 수 있다.The high-strength structural aggregate includes a lattice shape. On the other hand, high-strength structural aggregate is not limited to the lattice shape and can be designed in various ways considering the stress according to the product use environment.

도 8은 고강성 구조 골재를 격자 형상으로 조성한 다양한 셀 타입을 보인다.8 shows various cell types in which high-strength structural aggregates are formed in a lattice shape.

구체적으로는, BCC(Body-centered cubic)에서 BCC 및 BCCZ 타입이 있고, FCC(Face- centered cubic)에서 FCC, FCCZ 및 FBCCZ 타입이 있다.Specifically, there are BCC and BCCZ types in body-centered cubic (BCC), and FCC, FCCZ, and FBCCZ types in face-centered cubic (FCC).

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 고강성 구조 골재(100) 및 저경도 골재(200)를 이용하여 제조된 Angle lever 부품 및 위상 최적화된 상태를 보인다.Figure 9 shows the Angle lever part and phase optimized state manufactured using the high-stiffness structural aggregate 100 and the low-hardness aggregate 200 according to another embodiment of the present invention.

Analysis Type(s)은 정상상태 분석(Steady ?? State Analysis) 및 위상최적설계 기법(Topology Optimization)을 적용한다.Analysis Type(s) applies steady state analysis (Steady ?? State Analysis) and topology optimization technique (Topology Optimization).

Unit은 Metric (Kg, mm, s, N, mV)을 사용하고, Tool 은 ANSYS Mechanical을 사용한다. Unit uses Metric (Kg, mm, s, N, mV), and Tool uses ANSYS Mechanical.

Problem Description 상에서 경계조건 정의는 Load Case 1 로 하고,Define the boundary condition on the Problem Description as Load Case 1,

상단 내부 상에서 Cylindrical Faces는 Y 축 방향 1000N을 설정하고, 하단 내부 상에서 Remote Displacement 자유도(DOF)를 고정한다.On the inside of the top, Cylindrical Faces set 1000N in the Y-axis direction, and on the inside of the bottom, the Remote Displacement Degree of Freedom (DOF) is fixed.

Angle lever 부품 위상 최적화는 Original model, Topology Optimization 및 Compound Casting 을 실시한다. 즉, Topology Optimization은 3D프린팅 공정을 통해 고강성 재료를 활용하여 고강성 구조 골재를 제작하는 과정을 보이고, Compound Casting은 상기 고강성 구조 골재를 인서트물로 한 상태에서, 저가 재료의 주물을 사용하여 복합 기능 구조체 제조 공정을 진행한 것을 보인다.Angle lever component topology optimization is performed by Original model, Topology Optimization and Compound Casting. That is, Topology Optimization shows the process of manufacturing a high-stiffness structural aggregate by using high-stiffness material through a 3D printing process, and Compound Casting uses a low-cost casting material with the high-stiffness structural aggregate as an insert. It shows that the manufacturing process of the complex functional structure was performed.

한편, 앞서 설명된 격자구조는 기능성 고강성 골재(120)는 경량 고강성 구조의 한 예로서, 하기 도면에서는 격자 구조를 미사용한다. 고강성 구조 골재 상에서 중간 중간에 형성된 빈 공간을 갖는 홀들은 위상 최적화를 통해 도출된 제품 사용시 발생하는 응력 집중부들이며 이는 응력이 적용되지 않는 영역을 제거하는 과정에서 중간중간에 형성된 홀을 정의하는 것이다.On the other hand, the previously described lattice structure is an example of a lightweight high-stiffness structure in which the functional high-stiffness aggregate 120 is lightweight, and the lattice structure is not used in the following drawings. The holes with empty spaces formed in the middle on the high-stiffness structural aggregate are stress concentrations that occur when using the product derived through topology optimization, which defines the hole formed in the middle in the process of removing the area where stress is not applied. .

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법은 가공이 어려운 고가의 고강성 재료를 3D 프린팅 공정으로 내부 골재를 제작한 후에, 복합주조 공정을 통하여 전체적으로는 저가 재료로 제품을 형성하게 한다.As described above, the composite molding method using the 3d insert produced by the 3D printing process according to the present invention produces an internal aggregate through the 3D printing process of expensive, high-stiffness materials that are difficult to process, and then through the composite casting process as a whole. To form a product with low-cost materials.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (7)

3D프린팅 공정을 통해 고강성 재료를 활용하여 고강성 구조 골재를 제작하는 단계; 및
상기 고강성 구조 골재를 인서트물로 한 상태에서, 상기 인서트물을 덮는 방식으로 저가 재료의 소재를 사용하여 복합 기능성 구조체를 제조 공정을 진행하는 단계;를 포함하고,
상기 고강성 구조 골재는 중실 구조를 갖는 베이스 고강성 골재 및 상기 베이스 고강성 골재 상에 연결 형성되는 중공 형상의 기능성 고강성 골재를 포함하며,
상기 베이스 고강성 골재는 상기 고강성 구조 골재의 양측 상에 직육면체 형상으로 대칭적으로 배치되는 한편, 상기 기능성 고강성 골재는 상기 마주보는 한쌍의 베이스 고강성 골재의 내면을 연결하도록 형성되며, 상기 기능성 고강성 골재는 속이 빈 형상을 갖는 단위 기능체를 연속적으로 연결한 구조로서, 상기 단위 기능체는 중앙부를 중심으로 하여 양측으로 갈수록 점점 좁아지는 마름모 형태를 갖는,
3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법.
Manufacturing high-stiffness structural aggregates using high-stiffness materials through a 3D printing process; and
Using the high-stiffness structural aggregate as an insert, proceeding with a manufacturing process of a composite functional structure using a low-cost material in a manner that covers the insert,
The high-stiffness structural aggregate includes a base high-stiffness aggregate having a solid structure and a hollow functional high-stiffness aggregate connected to the base high-stiffness aggregate,
The base high tenacity aggregate is symmetrically arranged in a rectangular parallelepiped shape on both sides of the high tenacity structure aggregate, while the functional high tenacity aggregate is formed to connect the inner surfaces of the pair of facing base high tenacity aggregates, and the functional high tenacity aggregate The high-strength aggregate is a structure in which unit functional bodies having a hollow shape are continuously connected.
Composite molding method using 3d inserts manufactured by 3D printing process.
 제 1 항에 있어서,
상기 고강성 구조 골재는 격자(lattice) 형상을 포함하는, 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법.
According to claim 1,
The high-stiffness structural aggregate is a composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process, including a lattice shape.
 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서
상기 베이스 고강성 골재는 복합 기능성 구조체의 일측 전부 내지 일측 일부를 구성하거나 또는 복합 기능성 구조체의 양측을 감싸는 방식으로 형성되는, 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법.
According to claim 1
The base high-stiffness aggregate is a composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process, which constitutes all or part of one side of the composite functional structure, or is formed in a way to wrap both sides of the composite functional structure.
 제 5 항에 있어서,
상기 기능성 고강성 골재는 이격 배치된 베이스 고강성 골재 사이에서 연속적 또는 비연속적으로 배치되는, 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법.
According to claim 5,
The functional high-stiffness aggregate is a composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process, which is continuously or discontinuously disposed between the spaced-apart high-stiffness aggregates.
 제 1 항에 있어서
상기 베이스 고강성 골재와 기능성 고강성 골재는 복합 기능성 구조체 상에서 교번적으로 배치되는, 3D 프린팅 공정으로 제작된 3d 인서트물을 이용한 복합성형 공법.According to claim 1
The base high-stiffness aggregate and the functional high-stiffness aggregate are alternately placed on the composite functional structure, a composite molding method using a 3d insert produced by a 3D printing process.
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