KR102599323B1 - 3d 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 금형 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법에 관한 것으로서, 3D 프린팅 공법을 통해 일반 모재층 및 기공도가 조절된 다공성 모재층을 포함하는 금형을 제조할 수 있고, 다공성 모재층을 금형의 내부에 배치하여 밴트 기능을 구비함에 따라 완제품 금형을 통해 수지를 성형하는 과정에서 발생되는 가스나 공기를 용이하게 배출할 수 있고, 수지 성형물이 냉각되는 과정에서 금형의 부식 및 오염을 방지할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법은, 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속 분말을 적층한 다음, 레이저를 조사하여 용융 시키는 용융 단계; 상기 용융된 부분을 응고시켜 모재층을 형성하는 모재층 형성단계; 및 상기 용융 단계 및 모재층 형성단계를 반복하여 모재층을 3차원 형상으로 적층하는 금형완성 단계를 포함하고, 상기 용융 단계는 모재층을 다단으로 형성하기 위해 상기 레이저를 순차적으로 조사할 시 상기 레이저의 파워가 조절되어 적어도 하나 이상의 다공성 모재층을 형성 한다.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법은, 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속 분말을 적층한 다음, 레이저를 조사하여 용융 시키는 용융 단계; 상기 용융된 부분을 응고시켜 모재층을 형성하는 모재층 형성단계; 및 상기 용융 단계 및 모재층 형성단계를 반복하여 모재층을 3차원 형상으로 적층하는 금형완성 단계를 포함하고, 상기 용융 단계는 모재층을 다단으로 형성하기 위해 상기 레이저를 순차적으로 조사할 시 상기 레이저의 파워가 조절되어 적어도 하나 이상의 다공성 모재층을 형성 한다.
Description
본 발명은 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 공법에 의해 기공도가 조절된 다공성 모재층을 완제품 금형의 내부에 일체로 포함시킬 수 있는 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 금형에 관한 것이다.
쾌속 금형이라고도 불리는 QDM(Quick Delivery Mold, 쾌속금형)은 개발하고자 하는 제품의 성능을 신속하게 평가하기 위해 양산 금형과 대응되는 신속 시작 금형을 의미하였으나, 현재 어떤 공구나 금형을 빠르게 만들 수 있는 모든 금형을 지칭하는 데 사용된다.
QDM의 통상적인 의미는 기존 방법과 비교하여 매우 빠르고 효율적으로 완제품과 동일한 재료와 형상을 가진 성형물을 제작하는 것으로 정의되며, 최근 다양한 신기술에 의한 쾌속조형(Rapid Prototyping) 기술의 출현에 힘 입어 쾌속조형 장비를 이용한 Tool 제작 기술의 의미로도 많이 사용된다.
이러한 QDM은 설계평가를 위한 시작품(Concept Molder), 기능검사를 위한 시제품 (Functional Prototype), 역 설계공학 (Reverse Engineering) 분야에서 많이 활용되고 있으며, 3차원 형상의 제품을 컴퓨터 프로그램상에서 여러 변수를 고려하여 설계 및 검토하였더라도 실물로 제작하지 않은 상태에서는 실질적으로 디자인, 기능, 성 능 등의 평가요소를 확인 및 검증하기 어렵다는 점에서 그 유용성이 매우 높아 제조업 분야에서 그 활용이 증가 하고 있다.
최근 QDM 기술분야는 단순조형을 넘어 제품의 성형 및 주형을 고려한 형틀의 제작에까지 그 응용 범위를 확대함으로써 유망한 차세대 생산 가공 기술로서 주목을 받고 있다. 미래의 제품생산은 소량 다품종이라는 다양성에 기반을 두고 이루어질 가능성이커 QDM은 창조적인 아이디어의 제품을 빠르게 검증할 수 있는 혁신적인 소량 다품종에 유리한 제품 생산 방식이 될 것으로 전망된다.
하지만, 기존의 QDM은 금속 재료를 기반으로 하기 때문에 제작 비용과 납기의 단축에 한계가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 3D 프린팅 기술의 접목이 시도되고 있다.
종래의 3D 프린팅 기술은 제작비용과 납기의 단축 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.
그러나, QDM, 3D 프린팅 기술에 의해 제조된 금형 등은 수지를 성형하는 과정에서 발생되는 가스나 공기를 자동으로 배출할 수 있는 밴트 기능은 포함하고 있지 않은 문제점이 있다.
즉, 모든 금형은 수지를 성형하는 과정에서 가스 연소로 인해 고온으로 가열되고, 사출압력이 상승하여 금형의 파팅라인에 플래시가 발생되며, 공기의 흐름을 방해하여 충진 비율이 늦어짐에 따라 성형불량 현상이 발생되며, 공기와 성형수지가 합쳐져 기포 실버 라인 등 외관 불량이 발생되는 문제점이 있으나, 현재까지 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 금형의 제조방법이 전혀 제안되지 않고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3D 프린팅 공법을 통해 일반 모재층 및 기공도가 조절된 다공성 모재층을 포함하는 금형을 제조할 수 있고, 다공성 모재층을 금형의 내부에 배치하여 밴트 기능을 구비함에 따라 완제품 금형을 통해 수지를 성형하는 과정에서 발생되는 가스나 공기를 용이하게 배출할 수 있고, 수지 성형물이 냉각되는 과정에서 금형의 부식 및 오염을 방지할 수 있는 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 금형에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법은, 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속 분말을 적층한 다음, 레이저를 조사하여 용융 시키는 용융 단계; 상기 용융된 부분을 응고시켜 모재층을 형성하는 모재층 형성단계; 및 상기 용융 단계 및 모재층 형성단계를 반복하여 모재층을 3차원 형상으로 적층하는 금형완성 단계를 포함하고, 상기 용융 단계는 모재층을 다단으로 형성하기 위해 상기 레이저를 순차적으로 조사할 시 상기 레이저의 파워가 조절되어 적어도 하나 이상의 다공성 모재층을 형성하게 된다.
그리고, 상기 용융 단계에서 상기 레이저는 다공성 모재층의 일정영역만 다공성으로 형성하거나 또는, 모재층 전체를 다공성으로 형성하도록 프로그래밍 된다.
또한, 상기 용융 단계는 상기 다공성 모재층의 일측으로 성형 재료가 투입되어 성형되는 적어도 하나 이상의 성형실을 형성한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3D 프린팅에 의해 제조된 금형은, 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속 분말을 적층한 다음, 레이저를 조사하여 용융 및 응고시키는 단계를 반복하여 복수개의 모재층을 3차원 형상으로 적층함으로써 완성되고, 상기 복수개의 모재층 중 적어도 하나 이상은 상기 레이저의 파워가 조절되어 밴트 기능을 수행하는 다공성 모재층으로 형성된다.
그리고, 상기 모재층에는 성형 재료가 투입되어 성형되는 적어도 하나 이상의 성형실이 형성되고, 상기 성형실은 상기 성형 재료의 일부분이 상기 다공성 모재층에 접촉되는 위치에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형제조 방법 및 3D 프린팅에 의해 제조된 금형은, 상기 성형실에서 성형이 완료된 성형물의 표면에 묻어 있는 이물질을 제거하는 이물질 제거부를 더 포함하고, 상기 이물질 제거부는, 상기 3D 프린팅의 챔버 또는 금형과 소정간격 이격되도록 배치되고, 일측이 개방되고, 내부공간에 상기 성형물이 인입되는 박스부; 상기 박스부의 내부공간 기립되도록 수용되며 서로 일정간격 이격되는 제1 스프링; 상기 제1 스프링에 의해 지지되며, 그 상면에 상기 성형물이 안착되고, 상기 성형물에서 분리되는 이물질을 낙하시키기 위한 복수개의 낙하홀이 일정간격으로 형성된 요동판; 상기 박스부의 개방된 부분을 개폐하며, 복수개의 배기홀이 형성된 도어부; 상기 도어부에 설치되고, 저면이 상기 요동판의 상면에 접촉되는 제2 스프링; 상기 박스부에 설치되며, 상기 성형물에서 분리되는 이물질을 상기 박스부의 외부로 배출하는 제1 배출부; 상기 박스부를 사이에 두고 서로 대향되는 한 쌍의 지지블록; 상기 지지블록의 상면에 각각 배치되는 승강가이드부; 상기 승강가이드부를 따라 각각 승강되는 승강바; 상기 도어부의 상부에서 상기 승강바와 함께 승강되며, 하강시 상기 도어부의 상면을 타격하는 타격부; 상기 타격부에 설치되며, 상기 성형물에서 분리되는 이물질을 상기 박스부의 외부로 배출하는 제2 배출부; 상기 승강바의 저면을 각각 지지하는 휠; 상기 지지블록의 일측에 각각 배치되며, 상기 휠을 각각 상승시켜 상기 타격부를 상기 도어부의 상측으로 일정 높이 이격시키는 승강구동부; 상기 승강구동부가 상기 타격부를 상기 도어부의 상측으로 이격시키면, 상기 타격부가 하강되어 상기 도어부의 상면을 타격하도록 상시 승강구동부를 수평방향으로 이동시켜 상기 휠을 상기 승강바에서 이탈시키는 이탈구동부; 상기 타격부의 상면에 배치되는 탱크부; 및 상기 타격부의 무게를 증가 또는 감소시키도록 상기 탱크부의 내부공간에 물을 공급 또는 배출하는 가감부를 포함한다.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 금형은, 3D 프린팅 공법을 통해 일반 모재층 및 기공도가 조절된 다공성 모재층을 포함하는 금형을 제조할 수 있고, 다공성 모재층을 금형의 내부에 배치하여 밴트 기능을 구비함에 따라 완제품 금형을 통해 수지를 성형하는 과정에서 발생되는 가스나 공기를 용이하게 배출할 수 있고, 수지 성형물이 냉각되는 과정에서 금형의 부식 및 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 일반 모재층 및 다공성 모재층의 적층 상태를 도시한 단면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법에 의해 제조된 금형을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 이물질 제거부를 도시한 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 이물질 제거부를 도시한 확대도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법에 의해 제조된 금형을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 이물질 제거부를 도시한 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 이물질 제거부를 도시한 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 일반 모재층 및 다공성 모재층의 적층 상태를 도시한 단면도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법에 의해 제조된 금형을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 이물질 제거부를 도시한 도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 금형에 적용된 이물질 제거부를 도시한 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 금형(1)은, 3D 프린팅 공법에 의해 기공도가 조절된 다공성 모재층을 완제품 금형(1)의 내부에 일체로 포함시켜, 밴트 기능을 일체로 적용함에 따라, 금형(1)을 통해 성형물을 성형하는 과정에서 가스나 공기를 용이하게 배출할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법은, 용융 단계와, 모재층 형성단계 및 용융 단계 및 모재층 형성단계를 반복 수행함으로써, 복수개의 모재층(10)을 3차원 형상으로 적층하여 금형(1)을 제조하는 금형완성 단계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
먼저, 용융 단계는 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속 분말을 적층한 다음, 레이저를 조사하여 용융 시키는 단계이다.(S100)
구체적으로, 용융 단계는 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속분말을 적층시킨 다음, 일정수준으로 평탄화시킨 후, 평탄화 된 금속분말에 레이저를 조사하여 용융시키게 된다.
한편, 이와 같이 금속 분말을 용융 시킨 다음에는 응고단계를 수행하여 모재층(10)을 형성한다.(S200)
금속 분말의 응고는 자연 냉각 방식, 팬(Fan)을 통한 냉각 방식, 냉각기의 냉기를 통한 냉각 방식 중 선택되는 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
이와 같이, 용융 단계 이후에 응고 단계를 거치게 되면 하나의 모재층(10)이 완성된다.
한편, 이와 같이 모재층(10)을 완성한 다음에는 용융 단계 및 모재층(10) 형성단계를 순차적으로 반복하여 다수개의 모재층(10)을 3차원 형상으로 적층함으로써, 금형(1)을 완성하게 된다.(S300)
용융 단계는 모재층(10)을 다단으로 형성하기 위해 레이저를 순차적으로 조사할 시 레이저의 파워가 조절되어 적어도 하나 이상의 다공성 모재층(20)을 형성하며, 이로 인해 본 발명은 적어도 하나 이상의 일반 모재층(10)과 다공성 모재층(20)이 일체화 된 하나의 금형(1)을 제작할 수 있다.
이때, 다공성 모재층(20)을 형성하는 과정에서는 레이저 조사 점을 형성하도록 열(hatch) 간격, 점(point) 간격을 조절하면서 레이저를 조사하여 다공성 모재층(20)을 형성하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로, 레이저 조사점의 직경보다 점 간격이 작아지면서 레이저 조사 점의 일부가 겹치게 된다. 다공성 모재층(20)을 형성할 때 레이저가 조사되는 방식으로 레이저 조사점의 직경보다 점 간격이 커지면서 레이저 조사 점간에 겹치는 부분이 없게 된다. 따라서 레이저 조사 점에서만 금속입자의 용융이 일어나고 다공성 구조가 형성될 수 있다.
레이저 조사 점의 직경은 레이저의 소스 파워 및 노출 시간에 비례하고, 노출 시간은 레이저의 스캔 속도에 반비례 할 수 있다.
레이저의 소스 파워는 50W 내지 1KW이고 스캔 속도는 0.1m/s 내지 8 m/s인 것일 수 있다. 여기서 소스 파워와 스캔 속도의 조건은 상기 금속입자의 종류 및 형성하고자 하는 다공성 층의 구조에 따라 달라질 수 있다.
다공성 모재층(20)을 형성할 때는 금속 분말의 완전 용융 에너지 이하의 에너지가 조사될 수 있으므로 같은 스캔 속도에서 소스 파워를 낮출 수 있다. 또한 레이저 조사 점 간격을 크게 하기 위해 소스 파워를 유지하면서 스캔속도를 높이는 것도 가능하다.
레이저의 파워를 조절하여 일반 모재층(10)과 다공성 모재층(20)을 형성함에 있어, 레이저는 도 1에 도시된 바와 같이 다공성 모재층(20)의 일정영역만 다공성으로 형성하도록 프로그래밍 될 수 있다. 그리고, 도면에 도시되지는 않았으나, 레이저는 모재층(10)의 전체 영역을 다공성으로 형성하도록 프로그래밍될 수도 있다. 이는 사용자가 원하는 적어도 하나 이상의 모재층(10)을 지정하거나 또는 모재층(10)의 전체 영역 중 일정영역을 지정하여 레이저를 통해 희망하는 기공도를 갖는 다공성 모재층(20)을 형성하면 된다.
일 예로, 용융 단계 및 모재층(10) 형성단계를 반복하여 수행함에 있어, Z축 상의 기공이 형성되기를 원하는 적층 단계를 설정하고, 모재층(10)의 X-Y축 평면 상의 전체영역 또는 일정영역을 설정하여 레이저를 스캔하도록 조절함으로써, 기공이 형성되는 영역의 위치를 조절할 수 있다.
이러한 일반 모재층(10)과 다공성 모재층(20)은 3D 프린터에 의해 순차적으로 적층되는 형태로 형성되며, 이는 각각의 모재층(10) 마다 적층 조건을 변경 설정함으로써, 밀도가 약 99% 이상인 일반 모재층(10)들 및 밀도가 약 80%인 다공성 모재층(20)들을 일체로 형성하여 하나의 금형(1)으로 제작할 수 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 메탈 3D 프린터의 레이저를 통해 금속 분말을 용융시킴에 있어, 원하는 영역(모재층)에 따라 조사되는 레이저의 파워, 스캔 속도 등을 조절하여 요구하는 기공도를 갖는 다공성 모재층(20)을 형성하는 것이 가능하다.
아울러, 용융 단계는 도 2를 기준으로 다공성 모재층(20)의 상측에 위치된 일반 모재층(10) 상에 성형 재료가 투입되어 성형되는 적어도 하나 이상의 성형실(1a)을 형성한다.
성형실(1a)은 3D 프린터의 프로그램을 통해 금형(1)의 일정영역에 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
성형실(1a)은 금형(1)을 제작할 시 일체로 형성될 수 있으나, 금형(1)을 다각면체로 제작한 이후에 절삭공구나 드릴을 통해 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 금형(1)은, 일반 모재층(10) 및 일반 모재층(10)의 사이에 배치되는 밴트 기능을 수행하는 다공성 모재층(20)을 일체로 포함한다.
이때, 금형(1)은 다각면체 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 다공성 모재층(20)은 일반 모재층(10)에 비해 금형(1)의 내부에 배치된다.
또한, 다공성 모재층(20)은 일반 모재층(10)에 비해 밀도가 낮고, 다수개의 미세기공을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형(1)은, 성형 재료가 투입되어 성형되는 적어도 하나 이상의 성형실(1a)이 형성되며, 특히 성형실(1a)은 성형 재료의 일부분이 다공성 모재층(20)에 접촉될 수 있는 위치에 형성된다.
따라서, 성형실(1a)에 성형 재료를 공급한 후 성형 재료를 가열 또는 냉각하여 성형하는 과정에서 발생되는 기체(가스, 연기)를 다수의 미세기공을 가져 밀도가 낮은 다공성 모재층(20)의 기공들로 자엽스럽게 침투시켜 배출함으로써, 가스, 연기 등이 금형(1)의 내부에 갇히거나 정체는 것을 방지할 수 있다.
이로 인해, 금형(1)이나 완제품 성형물의 표면에 그을림 자국, 에어밴트 자국 등이 남지 아니하도록 할 수 있으며, 완제품 성형물의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법 및 3D 프린팅에 의해 제조된 금형(1)은 성형실(1a)에서 성형이 완료된 성형물의 표면에 묻어 있는 먼지나 기타 각종 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부(30)를 더 포함할 수 있다.
이를 위해 이물질 제거부(30)는 박스부(31)와, 제1 스프링(33)과, 요동판(34)과, 도어부(35)와, 제2 스프링(36)과, 제1 배출부(37)와, 지지블록(38)과, 승강가이드부(39)와, 승강바(40)와, 타격부(41)와, 제2 배출부(42)와, 승강구동부(44)와, 이탈구동부(45)와, 탱크부(46) 및 가감부(47)를 포함한다.
박스부(31)는 3D 프린팅의 챔버 또는 금형(1)과 소정간격 이격되도록 배치된다.
박스부(31)는 상면이 개방되고 내부에 성형물들이 인입되는 빈 공간이 형성된다.
박스부(31)는 이물질 제거부의 이동이 용이하도록 이송수단(50)에 탑재될 수 있다.
이송수단(50)은 박스부(31)가 탑재되는 베이스판(51)과, 베이스판(51)의 상면 가장자리에 일정높이로 경사지게 형성되는 경사대(52) 및 경사대(52)의 상측에 형성되는 손잡이(53)를 포함한다.
베이스판(51)의 저면 각 모서리에는 지면을 따라 이동하는 바퀴(54)가 각각 설치된다.
바퀴(54)는 이송대차(100)의 방향전환이 가능하도록 정방향 또는 역방향으로 회전가능하게 설치된다.
제1 스프링(33)은 박스부(31)의 내부공간에 배치된다.
제1 스프링(33)은 복수개로 적용되어 박스부(31)의 바닥면에 일정간격으로 배치된다.
요동판(34)은 제1 스프링(33)들의 상면에 단순 안착되거나 또는 고정된다.
요동판(34)의 상면에는 성형물들이 안착된다. 따라서 요동판(34)은 제1 스프링(33)들을 매개로 성형물들을 탄성적으로 지지한다.
이때, 성형물들은 요동판(34)의 상면에 서로 상,하 방향으로 적층되는 형태로 안착된다.
따라서, 성형물들은 후술되는 타격부(41)에 의해 상,하 방향으로 요동되면서 충돌되며, 충돌에 의해 성형물에 묻어 있는 먼지가 제거됨은 물론, 성형물에 굳어 있는 이물질이 충돌에 의해 파쇄되어 제거된다.
요동판(34)에는 성형물에서 분리되는 이물질을 하 방향 즉, 박스부(31)의 바닥면 측으로 통과시키기 위한 복수개의 낙하홀(34a)이 일정간격으로 형성된다.
도어부(35)는 박스부(31)의 상면 개방된 부분을 개방 또는 폐쇄한다.
그리고, 도어부(35)에는 수직방향으로 관통되는 배기홀(35a)이 형성된다.
일예로, 배기홀(35a)은 복수개로 적용되며, 후술되는 제2 배출부(42)와 대응되는 위치마다 형성될 수 있다.
다른 일 예로, 배기홀(35a)은 일정면적을 갖도록 형성된다. 아울러, 도어부(35)를 평면에서 바라보았을 때 배기홀(35a)은 사각형 형상으로 형성된다.
반드시 그러한 것은 아니지만 배기홀(35a)은 도어부(35)의 전체 면적 대비 약 50% ~ 70%의 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
이때, 요동판(34)의 상면과 도어부(35)의 저면에는 성형물이 충돌할 시 보호하도록 고무 또는 실리콘과 같이 완충소재로 형성되는 완충패드가 각각 부착될 수 있다.
제2 스프링(36)는 복수개로 적용되어 도어부(35)의 저면에 서로 일정간격 이격되도록 설치된다.
일 예로, 제2 스프링(36)는 하단이 요동판(34)의 상면에 안착되는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
다른 일 예로, 제2 스프링(36)는 하단이 요동판(34)의 상면과 소정거리 이격되는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
제2 스프링(36)는 스프링 또는 판스프링으로 형성될 수 있으며, 도면에는 스프링으로 형성된 예를 도시하였다.
제1 배출부(37)는 팬으로 형성될 수 있으며, 박스부(31)의 측벽에 형성된 홀에 매립된다.
이때, 홀은 복수개로 적용되어 서로 일정간격 이격되도록 배치될 수 있다.
그리고, 홀은 요동판(34)보다 하측에 배치된다.
따라서, 제1 배출부(37)는 성형물에서 분리되어 낙하홀(34a)을 통해 낙하되는 이물질을 흡입하여 박스부(31)의 외부로 배출한다.
지지블록(38)는 2개 한 쌍으로 구성되어 박스부(31)를 사이에 두고 베이스판(101)의 상면에 서로 대향되도록 배치된다.
승강가이드부(39)는 지지블록(38)의 상면에 각각 수직배치 된다.
승강가이드부(39)의 하단에는 지지블록(38)의 상면에 볼팅결합되는 플랜지가 형성될 수 있다.
승강가이드부(39)에는 승강바(40)를 승강시키기 위한 승강가이드홀(39a)이 수직방향을 따라 형성된다.
승강가이드홀(39a)은 평면에서 바라본 단면 형상이 대략 "ㅏ"자 또는 "ㅓ"자 형상으로 형성된다.
승강바(40)는 제1 수평부재(40a)와, 제1 수평부재(40a)의 끝단에서 하 방향으로 절곡되는 수직부재(40b) 및 수직부재(40b)의 하단에서 수평방향으로 절곡되는 제2 수평부재(40c)를 포함한다.
제1 수평부재(40a)의 일측은 승강가이드홀(39a)에 수용된 상태로 승강되도록 "ㅏ"자 또는 "ㅓ"자 형상으로 형성된다.
타격부(41)는 대략 사각블록 형상으로 형성될 수 있다.
타격부(41)는 도어부(35)의 상측에 배치되며, 일측과 타측이 제2 수평부재(40c)에 각각 고정된다.
이때, 제2 수평부재(40c)에는 타격부(41)의 일측면에 볼팅 결합되는 플랜지가 형성된다.
타격부(41)는 승강바(40)와 함께 승강되며, 도어부(35)의 하방향으로 가압하여 하강시킨다.
타격부(41)는 도어부(35)에 충분한 타격력을 가해 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)가 수축 및 팽창되도록 금속재질로 형성될 수 있다.
제2 배출부(42)는 팬으로 형성될 수 있으며, 타격부(41)에 수직방향으로 형성된 홀에 각각 매립된다.
따라서, 제2 배출부(42)는 성형물들의 상측에 배치된 상태에서 성형물에서 분리되는 이물질을 흡입하여 박스부(31)의 외부로 배출한다.
휠(43)은 2개 한 쌍으로 구성되어 제1 수평부재(40a)의 저면을 각각 지지한다.
휠(43)은 후술되는 승강구동부(44)의 피스톤 상단에 제자리 회전 가능한 구조로 결합되어, 승강구동부(44)가 후술되는 이탈구동부(45)의 작동에 의해 승강바(40)에서 원활하게 이탈될 수 있도록 한다.
휠(43)의 작용에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
승강구동부(44)는 타격부(41)를 상승시키고, 이탈구동부(45)는 상승된 타격부(41)를 하강시키는 구성이다.
승강구동부(44)는 2개 한 쌍으로 구성되어 지지블록(38)의 일측에 각각 배치된다.
승강구동부(44)는 유압실린더로 형성된다. 따라서, 승강구동부(44)는 유압이 주입되면 피스톤이 상승된다. 그리고, 피스톤이 상승되면 휠(43)에 의해 승강바(40) 및 타격부(41)가 함께 일정 높이로 상승된다. 이로 인해, 타격부(41)는 완충부의 상측으로 일정 높이 이격된다.
한편, 이탈구동부(45)는 승강구동부(44)에 의해 상승된 타격부(41)를 낙하시켜 도어부(35)를 타격하도록 하는 구성이다.
이탈구동부(45)는 베이스판(101)에 탑재된 상태로 사용된다.
이탈구동부(45)는 로드레스 실린더 또는 리니어 실린더로 형성될 수 있다.
이탈구동부(45)의 피스톤에는 승강구동부(44)가 탑재된다.
이때, 승강구동부(44)의 하단에는 이탈구동부(45)의 피스톤에 탑재되는 탑재판(441)이 형성될 수 있다.
그리고, 이탈구동부(45)의 일측과 타측에는 레일(미도시)이 배치되고, 탑재판(441)의 저면에는 레일을 따라 각각 슬라이딩되는 한쌍의 승강바가 형성될 수 있다.
이러한 이탈구동부(45)는 승강구동부(44)가 타격부(41)를 도어부(35)의 상측으로 이격시키면, 승강구동부(44)를 수평방향으로 이동시켜 휠(43)를 승강바(40)에서 이탈시킨다. 따라서, 타격부(41)가 낙하되어 도어부(35)를 하강시키게 된다.
이때, 승강구동부(44) 및 이탈구동부(45)는 리모콘으로 제어될 수 있다.
리모콘에는 승강구동부(44)에 유압을 공급하여 피스톤 및 휠(43)를 상승시키기 위한 제1 버튼과, 승강구동부(44) 내의 유압을 배출하여 유압탱크(미도시)로 이송시킴으로써, 피스톤 및 휠(43)를 하강시키기 위한 제2 버튼과, 이탈구동부(45)의 피스톤을 전진시켜 휠(43) 및 승강구동부(44)를 제1 수평부재(40a)의 하측에 위치시키기 위한 제3 버튼 및 이탈구동부(45)의 피스톤을 후진시켜 휠(43) 및 승강구동부(44)를 제1 수평부재(40a)에서 이탈시키기 위한 제4 버튼이 형성된다.
따라서, 제3 버튼을 눌러서 승강구동부(44)를 제1 수평부재(40a)의 하측에 위치시킨 다음, 제1 버튼을 눌러서 피스톤 및 휠(43)를 상승시켜 승강바(40)부 및 타격부(41)를 함께 상승시킨 후, 제4 버튼을 눌러서 휠(43) 및 승강구동부(44)를 제1 수평부재(40a)에서 이탈시키면 승강바(40)부 및 타격부(41)가 낙하되며, 타격부(41)가 도어부(35)의 상면을 타격하게 된다.
이때, 타격부(41)가 낙하될 시 타격부(41)의 양측면에 형성된 안착바(41a)가 박스부(31)의 상면에 안착되어, 타격부(41)의 하강이 정지되고, 타격부(41)의 하측 일정영역만 도어부(35)를 타격하면서 박스부(31)의 내부공간으로 인입된 상태를 유지하게 된다.
그리고, 도어부(35)는 타격부(41)에 의해 하강될 시 제2 스프링(36)를 압축시키면서 요동판(34)을 하강시키며, 요동판(34)은 하강되면서 제1 스프링(33)을 압축시킨다.
따라서, 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)는 자체 탄성력에 의해 반복적으로 압축 및 팽창 작동하게 되어, 요동판(34)은 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)의 사이에서 반복적으로 상,하 방향 요동치게 된다.
이로 인해, 요동판(34)의 상면에 안착된 성형물들도 상,하 방향으로 요동치게 된다. 그리고, 성형물들 중 일부는 요동판(34)에 반복적으로 충돌되고, 상,하로 적층된 성형물들은 서로 충돌하게 된다.
이러한 충돌에 의해 성형물들의 표면에 묻어 있는 먼지와 같이 가벼운 이물질이 분리된다. 분리된 이물질 중 일부는 낙하홀(34a)들을 통해 낙하되어 제1 배출부(37)을 통해 배출되고, 다른 일부는 비산되어 제2 배출부(42)을 통해 배출된다.
나아가, 성형물은 일정무게를 갖는 금속이나 합성수지 재질이므로, 성형물들이 서로 충돌될 시 표면에 굳은 형태로 존재하는 이물질이 확률적으로 파쇄되어 성형물로부터 분리된다.
그리고, 분리된 이물질의 일정량은 제1 배출부(37) 및 제2 배출부(42)에 의해 외부로 배출된다.
그리고, 일정시간이 경과함에 따라 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)의 팽창 및 수축 작동이 멈추거나 팽창 및 수축 범위가 약해지는 경우, 제2 버튼과 제3 버튼을 순차적으로 눌러 휠(43) 및 승강구동부(44)를 제1 수평부재(40a)의 하측에 위치시킨 다음, 제1 버튼과 제4 버튼을 순차적으로 눌러 타격부(41)가 다시 도어부(35)를 타격하도록 하면 된다.
한편, 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)의 두께가 두껍고 그 적용개수가 많을 경우나 요동판(34)에 안착하는 성형물의 개수가 많을 경우에는 타격부(41)만으로 도어부(35)를 타격하여도 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)를 최대치로 수축 또는 팽창시키지 못할 수도 있다.
이를 방지하기 위해 이물질 제거부(30)는 탱크부(46) 및 가감부(47)가 적용된다.
탱크부(46) 및 가감부(47)는 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)의 두께가 두껍고 그 적용개수가 많을 경우나 요동판(34)에 안착하는 성형물의 개수가 많을 경우 타격부(41)의 중량을 가변시켜 도어부(35)의 대한 타격력을 증대시키는 구성이다. 즉, 탱크부(46) 및 가감부(47)를 통해 타격부(41)의 중량을 증가시켜 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)를 최대치로 수축 또는 팽창시킬 수 있다.
탱크부(46)는 타격부(41)의 상면에 배치된다. 탱크부(46)는 볼트를 통해 타격부(41)의 상면에 결합될 수 있다.
이때, 탱크부(46)는 제2 배출부(42)을 통해 배출되는 이물질을 막지 아니하도록 타격부(41)의 매립홀을 막지 않는 위치에 설치된다.
일 예로, 타격부(41)의 매립홀을 타격부(41)의 중앙부분에 형성되고, 탱크부(46)는 타격부(41)의 상면 가장자리에 설치될 수 있다.
탱크부(46)의 일측면에는 가감부(47)로부터 물을 공급받기 위한 주입구(46a)가 형성된다.
가감부(47)는 펌프로 형성된다. 3D 프린터 또는 금형(1)이 배치되는 장소의 지면에 안착되거나 또는, 전술한 이송수단(100)에 탑재될 수 있다.
가감부(47)는 일측에 마련된 별도의 물저장탱크(미도시) 및 탱크부(46)에 연결호스(H)를 통해 각각 연결되어, 물저장탱크에 저장된 물을 탱크부(46)의 내부에 물을 공급하거나 또는 탱크부(46) 내의 물을 물저장탱크로 이송시킬 수 있다.
가감부(47)로 탱크부(46)의 내부에 물을 공급하면 도어부(35)에 대한 타격부(41)의 타격력이 강해지고, 탱크부(46) 내의 물을 배출하면 도어부(35)에 대한 타격부(41)의 타격력이 비교적 약해진다.
따라서, 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)의 두께가 두껍고 그 적용개수가 많을 경우나 요동판(34)에 안착하는 성형물의 개수가 많을 경우, 가감부(47)를 통해 탱크부(46)에 물을 추가로 공급하여 도어부(35)에 대한 타격부(41)의 타격력을 증가시키면 된다.
그리고, 가감부(47)를 통해 타격부(41)의 중량을 선택적으로 자유롭게 증가 또는 감소시킬 수 있음에 따라, 제1 스프링(33) 및 제2 스프링(36)의 두께나 적용개수, 성형물의 개수에 따라 탱크부(46)에 공급하는 물의 양을 적절히 조절하면 된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 금형 1a : 성형실
10 : 모재층 20 : 다공성 모재층
30 : 이물질 제거부 31 : 박스부
33 : 제1 스프링 34 : 요동판
35 : 도어부 36 : 제2 스프링
37 : 제1 배출부 38 : 지지블록
39 : 승강가이드부 39a : 승강가이드홀
40 : 승강바 40a : 제1 수평부재
40b : 수직부재 40c : 제2 수평부재
41 : 타격부 41a : 안착바
42 : 제2 배출부 43 : 휠
44 : 승강구동부 45 : 이탈구동부
46 : 탱크부 46a : 주입구
47 : 가감부
10 : 모재층 20 : 다공성 모재층
30 : 이물질 제거부 31 : 박스부
33 : 제1 스프링 34 : 요동판
35 : 도어부 36 : 제2 스프링
37 : 제1 배출부 38 : 지지블록
39 : 승강가이드부 39a : 승강가이드홀
40 : 승강바 40a : 제1 수평부재
40b : 수직부재 40c : 제2 수평부재
41 : 타격부 41a : 안착바
42 : 제2 배출부 43 : 휠
44 : 승강구동부 45 : 이탈구동부
46 : 탱크부 46a : 주입구
47 : 가감부
Claims (5)
- 3D 프린팅의 챔버 내부에 금속 분말을 적층한 다음, 레이저를 조사하여 용융 시키는 용융 단계;
상기 용융된 부분을 응고시켜 모재층을 형성하는 모재층 형성단계; 및
상기 용융 단계 및 모재층 형성단계를 반복하여 모재층을 3차원 형상으로 적층하는 금형완성 단계를 포함하고,
상기 용융 단계는 모재층을 다단으로 형성하기 위해 상기 레이저를 순차적으로 조사할 시 상기 레이저의 파워가 조절되어 적어도 하나 이상의 다공성 모재층을 형성하고,
상기 용융 단계에서 상기 레이저는 다공성 모재층의 일정영역만 다공성으로 형성하거나 또는, 모재층 전체를 다공성으로 형성하도록 프로그래밍 되며,
상기 용융 단계는 상기 다공성 모재층의 일측으로 성형 재료가 투입되어 성형되는 적어도 하나 이상의 성형실을 형성하고,
상기 성형실에서 성형이 완료된 성형물의 표면에 묻어 있는 이물질을 제거하는 이물질 제거부를 더 포함하며,
상기 이물질 제거부는,
상기 3D 프린팅의 챔버 또는 금형과 소정간격 이격되도록 배치되고, 일측이 개방되고, 내부공간에 상기 성형물이 인입되는 박스부;
상기 박스부의 내부공간 기립되도록 수용되며 서로 일정간격 이격되는 제1 스프링;
상기 제1 스프링에 의해 지지되며, 그 상면에 상기 성형물이 안착되고, 상기 성형물에서 분리되는 이물질을 낙하시키기 위한 복수개의 낙하홀이 일정간격으로 형성된 요동판;
상기 박스부의 개방된 부분을 개폐하며, 복수개의 배기홀이 형성된 도어부;
상기 도어부에 설치되고, 저면이 상기 요동판의 상면에 접촉되는 제2 스프링;
상기 박스부에 설치되며, 상기 성형물에서 분리되는 이물질을 상기 박스부의 외부로 배출하는 제1 배출부;
상기 박스부를 사이에 두고 서로 대향되는 한 쌍의 지지블록;
상기 지지블록의 상면에 각각 배치되는 승강가이드부;
상기 승강가이드부를 따라 각각 승강되는 승강바;
상기 도어부의 상부에서 상기 승강바와 함께 승강되며, 하강시 상기 도어부의 상면을 타격하는 타격부;
상기 타격부에 설치되며, 상기 성형물에서 분리되는 이물질을 상기 박스부의 외부로 배출하는 제2 배출부;
상기 승강바의 저면을 각각 지지하는 휠;
상기 지지블록의 일측에 각각 배치되며, 상기 휠을 각각 상승시켜 상기 타격부를 상기 도어부의 상측으로 일정 높이 이격시키는 승강구동부;
상기 승강구동부가 상기 타격부를 상기 도어부의 상측으로 이격시키면, 상기 타격부가 하강되어 상기 도어부의 상면을 타격하도록 상시 승강구동부를 수평방향으로 이동시켜 상기 휠을 상기 승강바에서 이탈시키는 이탈구동부;
상기 타격부의 상면에 배치되는 탱크부; 및
상기 타격부의 무게를 증가 또는 감소시키도록 상기 탱크부의 내부공간에 물을 공급 또는 배출하는 가감부를 포함하고,
상기 요동판의 상면과 도어부의 저면에는 성형물이 충돌할 시 보호하도록 고무 또는 실리콘 재질의 완충패드가 각각 부착되는 3D 프린팅을 이용한 금형 제조방법.
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KR101784371B1 (ko) | 2016-02-05 | 2017-10-11 | 주식회사 케이태우 | 3d 프린터를 이용한 금형 코어 제작방법 |
KR20210084756A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-08 | 한국재료연구원 | 다공성부를 포함하는 금형 및 이의 제조 방법 |
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2023
- 2023-05-09 KR KR1020230060055A patent/KR102599323B1/ko active IP Right Grant
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KR20210084756A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-08 | 한국재료연구원 | 다공성부를 포함하는 금형 및 이의 제조 방법 |
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