KR20100121882A - Apparatus of manufacturing molding products using vibrational load and molding products by employing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A device of manufacturing molding products using vibration load and a molding product manufactured by the same are provided to magnify the range of a material using a micro plasticity method. CONSTITUTION: A vibration load is applied by a load controller(50). The load controller comprises a frequency generator(52), a vibration actuator(58) and a punch(60). The frequency generator generates a frequency signal. The vibration actuator vibrates by receiving the frequency generator of the frequency generator. The punch receives the vibrating force of the vibration actuator and applies vibration load to materials.

Description

진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치 및 그에 의해 제조된 성형품{Apparatus of manufacturing molding products using vibrational load and molding products by employing the same} Apparatus of manufacturing molding products using vibrational load and molding products by employing the same}

본 발명은 성형품의 제조장치 및 그에 의해 제조된 성형품에 관한 것으로, 특히 진동하중을 이용하여 성형품을 대량으로 생산하기 위한 제조장치 및 상기 장치에 의해 제조된 성형품에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a molded article and a molded article produced by the same, and more particularly, to a manufacturing apparatus for mass production of a molded article using a vibration load, and a molded article manufactured by the apparatus.

전자통신, 자동차, 정밀의료, 정밀기계 등의 첨단산업의 고기능성 소형부품 및 제품들은 경량화 및 집적화가 가능한 성형품을 제조할 수 있는 기술을 필요로 한다. 상기 성형품의 제조기술은 대량생산이 가능해야 하고, 낮은 제조단가 및 재현성 등을 요구하고 있으며, 특히 3차원적인 구조에 대응하는 마이크로 성형성이 우수하고 소재의 제한을 받지 않는 것이 요구된다.High-performance small parts and products in high-tech industries such as telecommunications, automobiles, precision medical, precision machinery, etc., require the technology to manufacture molded articles that can be lightweight and integrated. The production technology of the molded article should be capable of mass production, low production cost and reproducibility, and the like, in particular, it is required that the micro formability corresponding to the three-dimensional structure is excellent and the material is not limited.

한편, 부품의 소형화로 인한 치수효과(size effect) 때문에 매크로(macro) 분야의 성형기술을 마이크로(micro) 성형기술에 직접 적용할 수 없어서, 이를 극복하기 위한 다양한 시도가 진행되고 있다. 마이크로 소성의 성질을 이용한 성형품의 제조기술은 대량생산에 의한 가격경쟁력과 더불어 3차원 형상으로의 제조가 가능하 고, 재료의 제한을 받지 않는다는 장점이 있어서, 상기 성형품의 제조에 많이 활용될 수 있다. 마이크로 소성가공이란 일반적으로, 예컨대 금속재료나 고분자 의 소성변형 능력을 이용하여 수 ㎛ 내지 수 ㎜ 크기로 성형하는 것으로 정의되고 있다. On the other hand, due to the size effect (size effect) due to the miniaturization of the component (macro) molding technology can not be applied directly to the micro (micro) molding technology, various attempts to overcome this have been progressed. The manufacturing technology of the molded article using the properties of micro plasticity has advantages in that it can be manufactured in a three-dimensional shape together with price competitiveness by mass production, and is not limited by materials, and thus can be widely used in the manufacture of the molded article. . Micro plastic processing is generally defined as molding to a size of several micrometers to several millimeters using, for example, plastic deformation capacity of a metal material or a polymer.

최근에, 결정립의 크기가 작은 초소성 합금이나 결정립이 존재하지 않는 비정질 합금이 마이크로 소성가공에 적합한 소재라고 알려져 있지만, 여전히 극복해야 할 많은 난제들이 존재하고 있다. 이러한 문제점 중에 특히 마이크로 성형성을 향상시키고 마이크로 성형된 제품의 표면 거칠기를 개선시킬 필요가 있다. 즉, 마이크로 소성기술은 일반적인 벌크 성형에 비해 부피당 표면적의 비가 크기 때문에 마찰 및 유착 등과 같은 표면 특성이 중요하다. 이에 따라 마이크로 성형 중에 금형과 소재간의 마찰 및 유착 등을 최소화하는 것이 필요하다. Recently, superplastic alloys having small grain sizes or amorphous alloys without grains are known as suitable materials for micro plastic processing, but there are still many challenges to overcome. Among these problems, there is a need to improve micro formability and to improve the surface roughness of micro molded products. In other words, the micro plasticity technology has a large surface area ratio by volume compared to the general bulk molding, and thus surface characteristics such as friction and coalescence are important. Accordingly, it is necessary to minimize friction and adhesion between the mold and the material during the micro molding.

또한, 마이크로 소성을 이용한 부품을 제조하는 데 있어서, 앞에서 설명한 초소성 합금과 비정질 합금에 머물지 않고 합금 전체, 나아가 고분자 와 같은 재료 등에 마이크로 소성기술을 확대하여 적용하는 것이 요구된다. Further, in the manufacturing of parts with micro-firing, it is required to constitute an extension to micro-firing technique without remaining in the superplastic alloy and amorphous alloy on the alloy or the like described earlier full, further materials, such as polymers and.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마이크로 성형 중에 금형과 소재간의 마찰 및 유착 등의 표면 특성을 개선하고, 마이크로 소성기술을 이용하여 제조되는 소재의 범위가 확대되도록 진동하중을 이용한 성형품의 제조장치를 제공하는 데 있다. 또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 장치를 이용하여 금형과 소재간의 마찰 및 유착 등의 표면 특성을 개선하여 제조된 성형품을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the surface characteristics such as friction and adhesion between the mold and the material during micro-molding, and to use the apparatus for manufacturing a molded article using vibration load to expand the range of the material to be manufactured by using the micro plasticity technology To provide. In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a molded article manufactured by improving the surface properties such as friction and adhesion between the mold and the material using the apparatus.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 성형품 제조장치는 성형을 위한 패턴이 형성된 금형, 및 상기 패턴에 대응하여 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 소성변형을 일으키는 소재에 의해 성형품을 제조하는 장치에 있어서, 진동하중을 상기 소재에 부과하여 상기 금형과 상기 소재 사이에 공기정압베어링 효과를 억제시킨다. The molded article manufacturing apparatus of the present invention for achieving the above technical problem is an apparatus for manufacturing a molded article by a mold having a pattern for molding, and a material causing plastic deformation under the influence of the surface area-related factor rather than the volume-related factor corresponding to the pattern. In the present invention, a vibration load is applied to the material to suppress an air static bearing effect between the mold and the material.

본 발명의 제조장치에 있어서, 상기 진동하중은, 주파수 신호를 발생하는 주파수 발생기와, 상기 주파수 발생기의 신호를 전달받아 진동하는 진동 엑츄에이터 및 상기 진동 엑츄에이터의 진동을 전달받아 상기 소재에 진동하중을 부과하는 펀치를 포함하는 하중제어부에 의해 가해질 수 있다. In the manufacturing apparatus of the present invention, the vibration load is a frequency generator for generating a frequency signal, a vibration actuator that receives the signal of the frequency generator and vibrating the vibration actuator and the vibration load of the vibration actuator to impose a vibration load on the material It can be applied by a load control unit including a punch to.

이때, 상기 진동 엑츄에이터는 PZT 엑츄에이터일 수 있으며, 상기 주파수 발생기는 AC(교류) 신호, DC(직류) 신호 또는 AC 신호와 DC 신호를 혼합한 신호 중에 선택된 어느 하나의 신호를 발생할 수 있다. 또한 상기 금형과 상기 소재의 온도를 조절하는 온도제어부를 더 포함할 수 있다. In this case, the vibration actuator may be a PZT actuator, and the frequency generator may generate any one signal selected from an AC (AC) signal, a DC (DC) signal, or a signal mixed with an AC signal and a DC signal. In addition, a temperature control unit for adjusting the temperature of the mold and the material may further include.

본 발명의 바람직한 장치에 있어서, 상기 진동하중은 정하중을 더 부가하여 복합하중 형태로 부가할 수 있다.In a preferred apparatus of the present invention, the vibration load may be added in the form of a composite load by further adding a static load.

상기 장치에 있어서, 상기 소재는 초소성 금속 합금, 비정질 금속 합금 중에 선택된 어느 하나일 수 있고, 경우에 따라 고분자 또는 고분자를 포함하는 혼합물일 수도 있다. 또한, 상기 패턴의 폭은 수 ㎛ 내지 수 ㎜ 크기일 수 있다.In the device, the material may be any one selected from superplastic metal alloys and amorphous metal alloys, and may be a polymer or a mixture containing a polymer, as the case may be. In addition, the width of the pattern may be a size of several μm to several mm.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 성형품은 성형을 위한 패턴이 형성된 금형과 상기 금형 상에 놓인 소재 사이에 공기정압베어링 효과를 억제시키는 상기 소재 방향의 진동하중에 의해, 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 상기 소재가 소성변형을 일으킨다. The molded article of the present invention for achieving the above another technical problem is that the surface area than the volume-related factors due to the vibration load in the direction of the material to suppress the air static bearing effect between the mold and the material placed on the mold, the pattern for forming The material causes plastic deformation under the influence of relevant factors.

본 발명의 성형품에 있어서, 상기 성형품의 성형높이는 정하중에 가해지는 에너지의 50%로 비교하여 상기 정하중의 성형높이보다 크며, 상기 패턴에 의해 전사된 성형품은 피라미드, 기둥, 돔 및 그루브 중에 선택된 적어도 어느 하나 이상의 형상을 가질 수 있다. In the molded article of the present invention, the molding height of the molded article is greater than the molding height of the static load compared to 50% of the energy applied to the static load, and the molded article transferred by the pattern is at least one selected from pyramids, columns, domes, and grooves. It can have one or more shapes.

본 발명의 성형품에 있어서, 상기 소재의 평균 결정립의 크기는 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 상기 소재가 소성변형을 일으키도록 상기 금형의 패턴의 폭보다 작은 것이 바람직하고, 이때 상기 소재는 초소성 금속 합금, 비정질 금속 합금 중에 선택된 어느 하나일 수 있으며, 경우에 따라 고분자 또는 고분자를 포함하는 혼합물일 수 있다. 상기 패턴의 폭은 수 ㎛ 내지 수 ㎜ 크기일 수 있다.In the molded article of the present invention, it is preferable that the average grain size of the material is smaller than the width of the pattern of the mold so that the material causes plastic deformation under the influence of the surface area related factor rather than the volume related factor. It may be any one selected from a calcined metal alloy and an amorphous metal alloy, and in some cases, may be a polymer or a mixture including the polymer. The width of the pattern may be several micrometers to several millimeters in size.

본 발명의 성형품 제조장치 및 그에 의한 성형품에 의하면, 진동하중을 이용함으로써, 마이크로 성형 중에 금형과 소재간의 마찰 및 유착 등의 표면 특성을 개선하고, 미세패턴의 최첨단(最尖端) 부분의 성형이 용이하며, 마이크로 소성기술을 이용하여 제조되는 소재의 범위가 확대될 수 있다.According to the molded article manufacturing apparatus and the molded article according to the present invention, by vibrating load, it is possible to improve the surface characteristics such as friction and adhesion between the mold and the material during micro-molding, and to easily mold the most advanced part of the fine pattern. In addition, the range of materials manufactured using the micro plasticity technology may be expanded.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

이하의 실시예에서는 마이크로 소성기술에서 금형과 소재간의 마찰 및 유착 등을 최소화하기 위하여 진동하중을 이용하여 성형품을 제조하는 장치를 제시할 것이다. 이를 위해, 진동하중을 부여하는 방법과, 이에 따른 진동하중과 성형품과의 관계를 고찰하고자 한다. 그리고 상기 장치에 의해 제조된 성형품을 특징으로 구체적으로 설명할 것이다. In the following embodiments will be presented an apparatus for manufacturing a molded article using the vibration load in order to minimize the friction and adhesion between the mold and the material in the micro plastic technology. To this end, the method of applying a vibration load, and thus the relationship between the vibration load and the molded article will be considered. And it will be described in detail characterized by the molded article produced by the apparatus.

또한 본 발명의 실시예에서는 마이크로 소성기술을 사용하는 소재를 초소성 합금이나 비정질 합금을 중심으로 설명할 것이다. 하지만 본 발명의 범주 내에서 초소성 합금이나 비정질 합금 이외의 다른 합금 및 물질에도 적용될 수 있을 것이다. 예컨대, 고분자 의 경우에도 일정한 조건에서 소성변형의 특징을 나타내므로, 본 발명의 마이크로 소성기술을 고분자 에도 적용할 수 있을 것이다. In addition, in the embodiment of the present invention will be described with a superplastic alloy or an amorphous alloy material using the micro-calcination technology. However, it may be applied to other alloys and materials other than the superplastic alloy or the amorphous alloy within the scope of the present invention. For example, even in the case of a polymer, the plastic deformation characteristics are exhibited under certain conditions, and thus the micro plasticity technology of the present invention may be applied to a polymer.

본 발명의 실시예에 적용되는 초소성 합금은 특정한 온도에서 인장파괴가 일어날 때 까지 수백% 이상의 연신율을 가지며, 비정질 합금은 유사 초소성 현상이 발생하는 과냉각 액체영역(supercooled liquid state)의 구간에서 변형의 제한이 거의 없는 뉴토니안 점성유동(Newtonian viscous flow) 거동을 보인다. 따라서 초소성 합금과 비정질 합금은 작은 하중으로도 성형이 가능하고 우수한 성형성을 가 지기 때문에 마이크로 성형에 적합한 소재이다.Superplastic alloys applied to embodiments of the present invention have an elongation of several hundred percent or more until tensile fracture occurs at a specific temperature, and amorphous alloys deform in a section of a supercooled liquid state in which a pseudo-superplastic phenomenon occurs. It shows Newtonian viscous flow behavior with little restriction. Therefore, superplastic alloys and amorphous alloys are suitable for micro molding because they can be molded with a small load and have excellent moldability.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 진동하중을 이용한 성형품의 제조장치를 개략적으로 표현한 도면이다. 1 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a molded article using a vibration load according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 제조장치는 지지대(10) 상에 설치된 본체(20) 내에 배치된 마이크로 금형(80) 상에 놓인 성형품으로 성형될 소재(90)가 장착된 상태에서, 금형(80)과 소재(90)에 가해지는 진동하중을 조절하는 하중제어부(50)와 온도를 조절하는 온도제어부(70)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the manufacturing apparatus includes a mold 80 in a state in which a material 90 to be molded into a molded article placed on a micro mold 80 disposed in a main body 20 installed on a support 10 is mounted. It includes a load control unit 50 for adjusting the vibration load applied to the material 90 and the temperature control unit 70 for adjusting the temperature.

온도제어부(70)는 온도조절부(72)에 의해 바람직하게는 금형(80)과 소재(90)의 측면을 감싸는 코일 히터(74)에 발생하는 열량을 조절할 수 있다. 도면에는 설명하지는 않았지만, 열전대를 사용하여 실제온도를 측정 및 보정하여 온도를 제어할 수 있다. The temperature control unit 70 may adjust the amount of heat generated in the coil heater 74 surrounding the sides of the mold 80 and the material 90 by the temperature adjusting unit 72. Although not illustrated in the drawings, the temperature may be controlled by measuring and correcting the actual temperature using a thermocouple.

하중제어부(50)는 소재(90) 방향으로 하중을 인가하는 펀치(60)와 펀치(60)의 위치를 상하방향 진동에 의해 위치를 제어하는 진동 엑츄에이터(actuator; 58)를 포함한다. 이때, 엑츄에이터(58)의 구동은 이에 가해지는 전압의 크기와 주파수에 의해 제어된다. 구체적으로, 제어신호는 주파수 발생기(52)에서 DC(직류) 및 AC(교류) 신호를 발생하여 증폭기(56)를 거치면서 신호가 증폭되어 엑츄에이터(58)에 입력되며, 오실로스코프(oscilloscope; 54)를 통해 실시간으로 제어신호를 관찰할 수 있다. 진동 엑츄에이터(58)는 엑츄에이터 지지대(62)에 의해 지지된다. The load control unit 50 includes a punch 60 for applying a load in the direction of the workpiece 90 and a vibration actuator 58 for controlling the position of the punch 60 by vertical vibration. At this time, the driving of the actuator 58 is controlled by the magnitude and frequency of the voltage applied thereto. Specifically, the control signal generates a DC (direct current) and AC (AC) signal in the frequency generator 52, the signal is amplified while passing through the amplifier 56 is input to the actuator 58, an oscilloscope (oscilloscope 54) Through the control signal can be observed in real time. Vibration actuator 58 is supported by actuator support 62.

주파수 발생기(52)는 다양한 파형의 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, AC(교류) 신호의 진폭과 진동수를 달리하는 사인(sine)파, DC(직류)의 진폭을 시간 에 다르게 조절하여 스텝(step)파, AC(교류) 신호의 변환을 통한 구형파 등을 생성시킬 수 있다. 나아가, AC(교류) 신호와 DC(직류) 신호를 혼합하여 임의의 파형의 신호를 생성할 수도 있다.The frequency generator 52 may generate signals of various waveforms. For example, a sine wave that varies the amplitude and frequency of an AC (AC) signal and a square wave through conversion of a step wave or an AC (AC) signal by adjusting the amplitude of DC (DC) differently in time. And the like. Furthermore, the AC (AC) signal and the DC (DC) signal may be mixed to generate a signal of arbitrary waveform.

진동 엑츄에이터(58)는 금형(80)과 소재(90) 사이에 존재하는 공기의 흐름을 유도한다. 공기의 흐름을 유도함으로써, 소재(90)의 마이크로 성형성을 증가하여 성형 높이를 증가시키고 표면의 거칠기를 작게 할 수 있다. The vibrating actuator 58 induces the flow of air present between the mold 80 and the workpiece 90. By inducing the flow of air, the micro formability of the raw material 90 can be increased to increase the molding height and reduce the surface roughness.

<실험예>Experimental Example

본 발명의 실험예에 사용된 진동하중을 이용한 성형품의 제조장치는, 도 1을 참조하여 설명하면, 지지대(10) 상에 설치된 본체(20) 내에 배치된 마이크로 금형(80) 상에 놓인 상기 소재(90)가 장착된 상태에서, 열전대를 사용하여 온도제어부(70)에 의해 실제온도를 측정 및 보정하여 온도조건을 유지하였다. 이때, 엑츄에이터(58)는 PZT 진동 엑츄에이터를 사용하였고, 100V의 전압을 인가할 때 약 55㎛ 변위를 발생하며, 이때 최대 힘(force)은 약 825N 이었다.The apparatus for manufacturing a molded article using the vibration load used in the experimental example of the present invention is described with reference to FIG. 1, wherein the material placed on the micro mold 80 disposed in the main body 20 installed on the support 10. In the state where 90 is mounted, the temperature is maintained by measuring and correcting the actual temperature by the temperature controller 70 using a thermocouple. In this case, the actuator 58 uses a PZT vibration actuator, and generates a displacement of about 55 μm when a voltage of 100 V is applied, and the maximum force is about 825 N.

본 실험예는 마이크로 성형성을 평가하기 위해 마이크로 금형(80) 내부에 성형된 재료가 전사되는 특성을 확인하는 방법을 이용하였다. 즉, 마이크로 성형성을 평가하기 위해, 마이크로 금형(80) 내부로의 형상의 전사성을 평가하였고, 마이크로 성형된 부품의 표면을 관찰하기 위해 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였으며, 성형된 형상의 확인하기 위해서 고분해능 비접촉 3차원 미세형상 측정 장비를 이용하였다. In the present experimental example, a method of confirming the transfer property of the molded material in the micro mold 80 was used to evaluate the micro formability. That is, in order to evaluate the micro formability, the transferability of the shape into the micro mold 80 was evaluated, and photographed with a scanning electron microscope (SEM) to observe the surface of the micro molded part, In order to confirm, a high resolution non-contact three-dimensional microstructure measuring equipment was used.

이때, 금형(80)은 도 2에서와 같이 (100) 실리콘 단결정 기판을 이용하여 이 방성 에칭에 의해 한 변의 길이가 100㎛인 피라미드 형상의 패턴들을 제작하였다. 하나의 금형(80)의 크기는 가로*세로가 대략 5mm*5mm이며, 상기 피라미드 형상의 패턴들이 어레이(array) 형태로 배열되어 있다. 편의상, 금형(80)의 중심부에 위치한 피라미드 형상의 패턴을 중심 패턴(82)이라고 하였다. 여기서는 패턴의 형상을 피라미드 형태로 하였으나, 이에 제한되지 않고 육각형, 기둥, 돔(dome), 그루브(groove) 형태 등도 물론 가능하다. At this time, the mold 80, as shown in Fig. 2 using a (100) silicon single crystal substrate to produce pyramidal patterns having a side length of 100㎛ by this anisotropic etching. The size of one mold 80 is approximately 5mm * 5mm in width and length, and the pyramidal patterns are arranged in an array form. For convenience, the pyramidal pattern located at the center of the mold 80 is referred to as the center pattern 82. Here, the shape of the pattern is a pyramid shape, but is not limited thereto, and of course, a hexagonal shape, a pillar, a dome, and a groove shape may be possible.

본 발명의 실험예는 진동하중을 이용하는 것이므로, 이에 대비되는 정하중의 경우를 비교함으로써, 진동하중에 의해 제조된 성형품의 특성에 대하여 설명하기로 한다. 이에 따라, 먼저 정하중에 의한 마이크로 성형성을 살펴보고 이어서 진동하중에 의한 성형성을 필요에 따라 정하중의 경우와 비교하면서 설명할 것이다. Since the experimental example of the present invention uses the vibration load, the characteristics of the molded article manufactured by the vibration load will be described by comparing the case of the static load in contrast thereto. Accordingly, first, the micro formability due to the static load will be described, and then the moldability due to the vibration load will be described while comparing with the case of the static load as necessary.

정하중에 의한 마이크로 성형성Micro Formability by Static Load

도 3은 정하중 상태에서의 성형 실험 후에 피라미드 형태의 마이크로 금형(80)의 중앙부에 위치하는 중심 패턴(82)에 전사된 형상을 나타낸 SEM 사진이고, 도 4는 도 3의 사진의 결과를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다. 이때, Al5083 초소성 합금과 Zr62Cu17Ni13Al8(이하 Zr-BMG) 비정질 합금을 사용하였고, 상기 Al5083 초소성 합금과 Zr-BMG의 마이크로 성형성을 조사하기 위하여, 도 2에서와 같이 한 변의 길이가 100㎛인 피라미드 형상의 패턴들이 배열된 마이크로 금형(80)을 이용하여 성형실험을 수행하였다. 성형온도는 Al5083 초소성 합금은 530℃, Zr-BMG의 경우는 420℃이었으며, 이는 기초실험을 통하여 확인된 성형성이 가장 좋은 온도조 건이다. 또한 성형하중은 477N, 성형시간은 30분으로 하였다. FIG. 3 is a SEM photograph showing a shape transferred to a central pattern 82 located at the center of the pyramid-shaped micro mold 80 after a molding experiment in a static load state, and FIG. 4 conceptually shows the result of the photograph of FIG. 3. It is a figure for demonstrating. At this time, Al5083 superplastic alloy and Zr 62 Cu 17 Ni 13 Al 8 (hereinafter referred to as Zr-BMG) amorphous alloy was used, and to investigate the micro formability of the Al5083 superplastic alloy and Zr-BMG, as shown in FIG. Molding experiments were performed using a micro mold 80 in which pyramidal patterns having a side length of 100 μm were arranged. The molding temperature was 530 ℃ for Al5083 superplastic alloy and 420 ℃ for Zr-BMG, which is the best moldability confirmed by basic experiment. The molding load was 477 N and the molding time was 30 minutes.

도 3에서와 같이, Al5083 초소성 합금의 경우 중심 패턴(82)에서 성형된 높이(이하, 성형높이라고 함)가 약 42.5㎛이었고, Zr-BMG의 경우 성형높이가 약 63.2㎛로서 약 20.7㎛만큼의 차이가 있었다. 이러한 결과는 Al5083 초소성합금과 Zr-BMG의 결정립 크기의 차이에 기인하며, 비정질합금의 경우 하중이 작용하는 한 중심 패턴(82) 내부로 성형이 계속해서 일어남을 알 수 있었다.As shown in FIG. 3, the Al5083 superplastic alloy had a height formed in the center pattern 82 (hereinafter referred to as a molding height) of about 42.5 μm, and in the case of Zr-BMG, a molding height of about 63.2 μm was about 20.7 μm. There was a difference. This result is due to the difference in grain size between the Al5083 superplastic alloy and Zr-BMG, and in the case of the amorphous alloy, the molding continued to occur inside the center pattern 82 as long as the load was applied.

이를 도 4를 참조하여 설명하면, 약 10㎛ 크기 이하의 결정립을 가지는 Al5083 초소성합금의 경우, 결정립계에서의 스핀(spin)과 슬립(slip) 변형기구에 의해 변형이 일어나므로, 중심 패턴(82) 내부의 좁은 공간에 결정립이 갇히게 되면 성형의 진전이 어려워지게 된다. 이에 따라 결정립 자체의 변형을 일으킬 수 있는 하중이 작용할 때 중심 패턴(82) 내부에서의 변형이 지속될 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, in the case of an Al5083 superplastic alloy having grains of about 10 μm or less, deformation occurs by spin and slip deformation mechanisms at grain boundaries. When the grains are trapped in the narrow space inside, it is difficult to progress the molding. Accordingly, it can be seen that deformation in the center pattern 82 can be continued when a load that can cause deformation of the grains itself is applied.

구체적으로, Al5083 초소성 합금과 같은 다결정 합금의 경우에, 평균 결정립 크기(Dg(평균))가 V 그루브의 형태인 중심 패턴(82)의 폭(Wd)과 거의 동일한 경우는 변형이 거의 진행되지 않아서 중심 패턴(82) 내부로 변형이 거의 일어나지 않는다. 또한, 평균 결정립 크기(Dg(평균))가 중심 패턴(82)의 폭(Wd)보다 상대적으로 아주 작은 경우는 패턴(82)의 내부로 소성 변형이 진행되나, 변형에 한계가 있다. 하지만, 비정질 합금인 Zr-BMG는 결정립이 존재하지 않아 유동성이 크므로 중심 패턴(82) 내부로 용이하게 채워질 수 있다. Specifically, in the case of a polycrystalline alloy such as an Al5083 superplastic alloy, the deformation is almost as long as the average grain size (D g (average)) is approximately equal to the width W d of the center pattern 82 in the form of a V groove. As it does not proceed, deformation hardly occurs inside the center pattern 82. In addition, when the average grain size D g (average) is relatively smaller than the width W d of the center pattern 82, plastic deformation proceeds to the inside of the pattern 82, but the deformation is limited. However, since Zr-BMG, which is an amorphous alloy, does not have crystal grains and thus has high fluidity, it may be easily filled into the center pattern 82.

또한, 성형 후의 표면 상태를 살펴보면, 미세한 결정립을 가지는 Al5083 초 소성합금의 경우, 소성된 초소성 합금의 표면에 미세한 공간(a)들이 관찰되나, 비정질합금의 경우 금형과의 경계가 되는 표면이 매우 매끈하다는 것을 알 수 있었다. 정하중에 의한 마이크로 성형의 부품의 품질에 있어서 소재의 결정립 크기가 중요한 인자임을 확인하였다. In addition, when looking at the surface state after molding, in the case of Al5083 superplastic alloy having fine grains, minute spaces (a) are observed on the surface of the fired superplastic alloy, but in the case of amorphous alloy, the surface that borders the mold is very It was found to be smooth. It was confirmed that the grain size of the material is an important factor in the quality of the parts of the micro-molded by the static load.

진동하중에 의한 마이크로 성형성Micro formability due to vibration load

진동하중에 의한 본 발명의 실험예에 있어서, 진동하중 부가에 따른 초소성합금과 비정질 합금의 마이크로 성형성을 관찰하기 위해, 도 2에서와 같이 한 변의 길이가 100㎛인 피라미드 형상의 패턴들이 배열된 마이크로 금형(80)을 사용하였다. 이때, 성형실험의 온도는 Al5083 초소성 합금은 530℃이며, Zr-BMG는 420℃이었다. In the experimental example of the present invention by the vibration load, in order to observe the micro formability of the superplastic alloy and the amorphous alloy according to the vibration load, pyramidal patterns having a length of 100 μm of one side as shown in FIG. 2 are arranged. Micro mold 80 was used. At this time, the molding experiment temperature was Al53083 superplastic alloy was 530 ℃, Zr-BMG was 420 ℃.

도 5는 본 발명의 실험예에 있어서 Al5083 초소성합금의 경우 주파수가 50Hz인 사인(sine) 파형의 진동하중(0~477N) 조건에서 성형시간을 각각 10분, 20분 및 30분 동안 성형한 후 중심 패턴(도 2의 82)에서의 성형높이를 측정한 결과를 보여주는 도표이다. FIG. 5 shows that in the experimental example of the present invention, in the case of Al5083 superplastic alloy, the molding time was formed for 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes under the vibration load (0 to 477 N) of a sine waveform having a frequency of 50 Hz. It is a chart showing the results of measuring the molding height in the center pattern (82 in FIG. 2).

도 5에 따르면, 성형시간이 10분, 20분 및 30분에서 성형높이는 각각 약 25.7㎛, 약 29.8㎛ 그리고 약 31.5㎛이었다. 즉, 성형높이는 진동하중을 가해주는 시간에 대해 선형적으로 증가하였다. 다시 말해, 성형시간이 증가함에 따라, 중심 패턴(82) 내부로의 마이크로 소성되는 양이 커지므로, 성형높이가 선형적으로 증가하였다. According to FIG. 5, the molding heights were about 25.7 μm, about 29.8 μm, and about 31.5 μm at 10, 20, and 30 minutes, respectively. In other words, the molding height increased linearly with time to apply the vibration load. In other words, as the molding time increases, the amount of micro firing into the center pattern 82 increases, so that the molding height increases linearly.

도 6은 정하중과 본 발명의 실험예인 진동하중에 의한 성형성을 비교하기 위 하여 Al5083 초소성 합금을 성형한 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 530℃에서 정하중은 477N으로 각각 10분, 20분 및 30분 동안 성형하였고, 진동하중은 0~477N으로 각각 10분, 20분 및 30분 동안 성형하였다. 여기서, ■는 정하중을 나타내고, ●는 진동하중을 나타낸다. 6 is a graph showing the results of molding the Al5083 superplastic alloy to compare the formability due to the static load and the vibration load which is an experimental example of the present invention. At this time, the static load at 530 ℃ was molded for 10 minutes, 20 minutes and 30 minutes to 477N, respectively, and the vibration load was molded for 10 minutes, 20 minutes and 30 minutes to 0 ~ 477N, respectively. Where? Represents a static load and? Represents a vibration load.

도 6을 참조하면, 정하중에 의한 성형높이가 진동하중의 결과보다 크게 나타났다. 구체적으로, 진동하중에 의한 중심 패턴의 성형높이는 정하중에 의한 성형높이에 대해 약 75% 정도의 크기를 갖는다. 구체적으로 30분 동안 성형한 경우, 정하중의 성형높이가 약 45㎛이었고, 진동하중의 성형높이는 약 35㎛이었다. 그러나 합금에 가해진 전체 에너지 관점에서 보면, 진동하중의 에너지(Ev)는 정하중에서 합금에 가해지는 에너지(Es)의 크기에 약 50% 정도이다. 따라서 합금에 가해진 에너지 측면에서는 정하중에 대해 약 50%의 에너지를 가지고 약 75%의 성형높이를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 6, the molding height due to the static load appeared larger than the results of the vibration load. Specifically, the molding height of the center pattern by the vibration load has a size of about 75% with respect to the molding height by the static load. Specifically, when molded for 30 minutes, the forming height of the static load was about 45㎛, the molding height of the vibration load was about 35㎛. In terms of the total energy applied to the alloy, however, the energy Ev of the vibration load is about 50% of the magnitude of the energy Es applied to the alloy at the static load. Therefore, in terms of energy applied to the alloy, it can be seen that a molding height of about 75% can be obtained with an energy of about 50% for static load.

도 7은 도 6과 동일한 하중 조건에서 Zr-BMG를 420℃에서 30분 동안 성형한 결과를 도 5의 Al5083 초소성 합금의 경우와 함께 도시한 도표이다.FIG. 7 is a diagram showing a result of forming Zr-BMG at 420 ° C. for 30 minutes under the same load condition as in FIG. 6 together with the case of Al5083 superplastic alloy of FIG. 5.

도 7에 의하면, Zr-BMG의 정하중(477N)으로 성형한 성형높이가 약 63.2㎛이었고, 진동하중(0~477N) 100Hz로 성형한 성형높이가 약 42.9㎛로 나타났다. 진동하중의 경우는 정하중 대비 약 68%의 성형높이를 가진다. 즉 Zr-BMG의 경우에는 정하중의 50%의 에너지로 성형높이 68%를 얻을 수 있다는 것을 보여준다. 따라서 실질적으로 동일한 에너지를 가하면 진동하중에 의한 성형높이는 정하중의 경우보다 크며, 이는 본 실험예의 초소성 합금이나 비정질 합금 이외에도 본 발명의 범주에 속 하는 모든 소재에 적용될 수 있다. According to FIG. 7, the molding height of the Zr-BMG formed by the static load (477N) was about 63.2 μm, and the molding height formed by the vibration load (0 to 477N) 100 Hz was about 42.9 μm. The vibration load has a molding height of about 68% of the static load. In other words, in the case of Zr-BMG, the molding height can be obtained by 68% of the static load with 50% of the energy. Therefore, if substantially equal energy is applied, the molding height due to the vibration load is larger than that of the static load, and this can be applied to all materials belonging to the scope of the present invention in addition to the superplastic alloy or amorphous alloy of the present experimental example.

도 8은 본 발명의 실험예에 의한 Al5083 초소성 합금에 정하중과 진동하중을 함께 부가하는 복합하중으로 성형한 후 금형의 위치에 따른 성형높이를 비접촉 3차원 형상측정기에 의해 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 여기서 복합하중은 정하중(238.5N)에 0~238.5N의 크기를 가지는 진동하중을 1Hz, 10Hz, 100Hz, 200Hz 및 250Hz의 주파수로 가하지는 것을 말하고, 평균하중은 357N이었다. 실험온도는 530℃이며, 성형시간은 20분으로 하였다. Figure 8 is a graph showing the results of measuring the molding height according to the position of the mold by a non-contact three-dimensional shape measuring machine after molding the Al5083 superplastic alloy according to the experimental example of the present invention to form a composite load to add a static load and a vibration load together to be. Herein, the composite load means that the vibration load having a magnitude of 0 to 238.5N is applied to the static load (238.5N) at frequencies of 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz, 200 Hz, and 250 Hz, and the average load was 357 N. Experiment temperature was 530 degreeC and molding time was 20 minutes.

이때, 금형(도 2의 80)의 위치에 따른 성형높이는 금형에 어레이된 패턴 전체를 고려한 것으로, 중심 패턴(도 2의 82)의 성형높이와 구분하기 위하여 위치에 따른 성형높이로 표현하였다. 금형의 중심부는 C/R이며, 중심부로 벗어남에 따라 2R에서 8R로 표시하였다. At this time, the molding height according to the position of the mold (80 in FIG. 2) is taken into consideration the entire pattern arrayed in the mold, expressed as the molding height according to the position to distinguish from the molding height of the center pattern (82 in FIG. 2). The center of the mold is C / R, and marked off from 2R to 8R as it exits to the center.

도 8에 의하면, 각각의 마이크로 금형에서 위치에 따른 성형높이는 주파수가 높아질수록 그리고 중심부에 가까워질수록 증가하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 따라서 중심부의 중심 패턴에서 최대 성형높이를 보인다. 마이크로 금형의 중심부(C/R)에서의 최대 성형높이는 주파수 1Hz(■), 10Hz(●), 100Hz(▲), 200Hz(▼), 250Hz(◆)에 대해 각각 약 20.7㎛, 약 22.4㎛, 약 27.6㎛, 약 35.6㎛, 약 40.1㎛ 이었다. According to FIG. 8, the forming height of each micro mold according to the position tends to increase with increasing frequency and closer to the center. Therefore, the maximum molding height is shown in the center pattern of the center part. The maximum molding height at the center of micro mold (C / R) is about 20.7㎛, about 22.4㎛, for frequency 1Hz (■), 10Hz (●), 100Hz (▲), 200Hz (▼), 250Hz (◆), respectively. It was about 27.6 micrometers, about 35.6 micrometers, and about 40.1 micrometers.

도 9는 소재에 가해진 에너지의 양을 기준으로 정하중과 도 8의 복합하중이 가해진 초소성 합금의 주파수에 따른 성형높이를 비교한 그래프이다. FIG. 9 is a graph comparing forming heights according to frequencies of superplastic alloys subjected to the static load and the composite load of FIG. 8 based on the amount of energy applied to the material.

도 9에 의하면, 복합하중의 주파수가 약 125Hz(b) 이상일 때 성형높이가 정 하중보다 더 커진다는 것을 알 수 있다. 실험조건에서 복합하중의 평균하중인 357N과 같은 하중을 정하중 조건으로 인가하였을 때 얻어질 것으로 예상되는 성형높이(29㎛)는 정하중 301N(약 24.1㎛)의 결과와 477N(약 39.9㎛)의 결과로부터 예측하였다. 소재에 인가하는 하중을 복합하중 형태로 할 경우 진동 주파수가 125Hz 이상에서는 성형성에 있어서 정하중 보다 더 효과적임을 보여준다. 상기 주파수 약 125Hz(b)를 임계주파수라고 하면, 상기 임계주파수는 소재, 진동하중의 파형, 성형온도, 성형하고자 하는 패턴의 형상 등에 따라 달라질 수 있다. 9, it can be seen that the molding height is greater than the static load when the frequency of the compound load is about 125 Hz (b) or more. Molding height (29 µm) expected to be obtained when a load equal to the average load of 357 N of the composite loads was applied under the experimental conditions under the experimental conditions was the result of static load of 301 N (about 24.1 µm) and 477 N (about 39.9 µm). Predicted from When the load applied to the material is in the form of a compound load, it shows that the vibration frequency is more effective than the static load in formability when the vibration frequency is more than 125 Hz. When the frequency of about 125 Hz (b) is a critical frequency, the critical frequency may vary depending on the material, the waveform of the vibration load, the molding temperature, and the shape of the pattern to be molded.

복합하중에 마이크로 성형은 주파수의 증가에 따라서 성형높이가 증가하며, 이와 같은 결과는 다음과 같이 해석되어질 수 있다. 즉, 주파수의 변화에 따라서 펀치가 소재에 가하는 충격력에 차이가 발생하며 이는 주파수와 충격력의 관계를 통해서 설명되어질 수 있다. 즉, 진동하중의 주파수가 커짐에 따라 소재에 가해지는 하중이 충격력의 형태로 인가되며 주파수가 커질수록 펀치의 속도가 함께 빨라짐으로 충격력의 크기도 비례하여 커지게 된다. In the compound load, the molding height increases with increasing frequency, and this result can be interpreted as follows. That is, a difference in the impact force applied to the punch by the change of the frequency occurs, which can be explained through the relationship between the frequency and the impact force. That is, as the frequency of the vibration load increases, the load applied to the material is applied in the form of impact force. As the frequency increases, the punch speed increases together, and the magnitude of the impact force increases proportionally.

본 발명의 Al5083 초소성합금과 Zr-BMG에 대한 마이크로 성형실험에 있어서 진동하중의 영향을 관찰한 결과, 같은 하중의 크기와 같은 주파수의 하중을 인가했을 경우에는 하중을 가한 시간에 비례하여 성형높이가 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, 소재에 가해진 에너지양의 관점에서 Al5083 초소성합금의 경우에는 정하중 에너지의 50%를 인가하여 정하중 성형높이의 75%를 얻을 수 있고, Zr-BMG의 경우에는 정하중의 50%의 에너지를 인가하여 정하중 성형높이의 68%를 얻을 수 있었다. As a result of observing the influence of the vibration load in the micro molding experiments on the Al5083 superplastic alloy and Zr-BMG of the present invention, when the load of the same frequency and the same frequency is applied, the molding height is proportional to the time of loading. Was found to grow. In addition, from the viewpoint of the amount of energy applied to the material, 75% of the static load forming height can be obtained by applying 50% of the static load energy in the case of Al5083 superplastic alloy, and 50% of the static load is applied in the case of Zr-BMG. 68% of the static load forming height was obtained.

또한, 복합하중을 소재에 인가하였을 경우에는 정하중을 인가했을 때와 비교 하였을 때, 약 125Hz 이상의 주파수로 복합하중을 인가하면 정하중 때보다 더 큰 성형높이를 얻을 수 있었다. In addition, when the composite load is applied to the material, when the composite load is applied at a frequency of about 125 Hz or more, when compared with the static load, the molding height is greater than the static load.

이와 같이 Al5083 초소성합금과 Zr-BMG의 마이크로 영역에서의 성형에 있어서, 정하중에 비해 진동하중이 효과적일 수 있는 요소 중에서 치수효과에 기인한 영향을 들 수 있다. 도 10을 참조하여 그 이유를 살펴보면, 매크로(macro) 영역의 성형에서 성형하중 및 성형 품질에 영향을 주는 것은 체적과 관계된 인자들이 영향이 크다. 그러나 마이크로(micro) 영역의 성형에서는 체적과 관계된 인자의 영향보다는 표면적과 관계된 인자의 영향이 매우 커지게 된다. 이와 같은 상태를 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 소성변형을 일으키는 것으로 정의할 수 있다. As described above, in the molding of the Al5083 superplastic alloy and Zr-BMG in the micro region, the effect due to the dimensional effect can be mentioned among the factors in which the vibration load is more effective than the static load. Looking at the reason with reference to Figure 10, in the molding of the macro (macro) region, the factors related to the molding load and the molding quality has a large influence on the volume. However, in the formation of the micro area, the influence of the surface area factor becomes greater than that of the volume related factor. Such a state can be defined as causing plastic deformation under the influence of surface area related factors rather than volume related factors.

구체적으로, 체적 대비 표면적의 비(S/V ratio)를 대비하여 설명하면, 매크로 영역에서는 길이단위가 크기 때문에 S/V 비 값이 작아져서 표면적의 영향이 상대적으로 미약하여 무시할 정도이나, 마이크로 영역에서는 S/V 비 값이 더 이상 무시할 수 없을 뿐만 아니라 표면적의 영향이 상대적으로 커지게 된다. 따라서 마이크로 성형이 이루어지는 영역에서는 체적 관련 인자보다는 표면적 관련 인자의 영향이 커지게 된다. Specifically, in contrast to the S / V ratio of the volume to the surface area, in the macro area, the length unit is large, so the S / V ratio value is small, so that the influence of the surface area is relatively weak and negligible. In S, the S / V ratio value is no longer negligible and the surface area effect is relatively large. Therefore, the influence of the surface area factor rather than the volume factor is increased in the region where the micro molding is performed.

즉 본 발명에 적용되는 소재는 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 소성변형을 일으키는 물질이면 이를 적용할 수 있다. 예를 들어, 고분자는 일정한 온도와 압력의 조건에서 소성변형을 일으키므로, 이때 표면적 관련 인자의 영향으로 소성변형한다면 이를 적용할 수 있다. 나아가, 고분자를 포함하는 혼합물, 예컨대 고분자와 금속의 혼합물, 고분자와 세라믹의 혼합물도 동일하게 적용할 수 있을 것이다.That is, the material applied to the present invention may be applied to any material causing plastic deformation under the influence of the surface area-related factor rather than the volume-related factor. For example, since the polymer causes plastic deformation under conditions of constant temperature and pressure, it can be applied if plastic deformation under the influence of surface area related factors. Furthermore, mixtures containing polymers, such as mixtures of polymers and metals, and mixtures of polymers and ceramics may be equally applicable.

도 11a는 Al5083 초소성합금의 경우에 표면적과 관련된 인자들 중 마이크로 금형과 소재 사이의 마찰(friction)과 응착(sticking)을 개념적으로 설명하는 도면이고, 도 11b는 Zr-BMG의 경우를 설명하는 도면이다.FIG. 11A conceptually illustrates friction and sticking between a micro mold and a material among factors related to surface area in the case of Al5083 superplastic alloy, and FIG. 11B illustrates the case of Zr-BMG. Drawing.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 초소성합금과 Zr-BMG의 경우 모두, 소재와 금형 사이에서 마찰과 응착이 존재하게 된다. 특히, Zr-BMG의 경우가 소재와 금형 사이의 접촉 면적이 미세한 결정립을 갖는 초소성합금보다 더 넓기 때문에 이 사이에서 발생하는 마찰력과 응착이 더 크게 작용하게 된다. 진동하중은 이러한 금형과 소재 간의 마찰력과 응착을 완화해주는 효과로 인해 마이크로 금형 내부에서의 성형에 도움이 된다고 할 수 있다. 11A and 11B, in the case of the superplastic alloy and Zr-BMG, friction and adhesion exist between the material and the mold. In particular, in the case of Zr-BMG, since the contact area between the material and the mold is larger than that of the superplastic alloy having fine grains, friction and adhesion occurring therebetween act more. The vibratory load can be said to be helpful for molding inside the micro mold due to the effect of relieving friction and adhesion between the mold and the material.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 마이크로 성형에서 공기의 역할을 설명하기 위한 것으로 각각 정하중과 진동하중의 경우를 설명하는 도면이다. 12A and 12B are diagrams for explaining the role of air in the micro-molding of the present invention and illustrate the case of the static load and the vibration load, respectively.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 정하중의 경우 공기정압베어링(air static pressure bearing) 효과가 발생하여 좁은 영역 안에 갇히게 된 공기입자들이 하중이 가해질수록 내압(static pressure)이 발생하여 마이크로 성형을 방해하는 방향으로 영향을 준다. 그러나 진동하중은 이러한 금형과 소재사이에서 발생할 수 있는 공기정압베어링 효과의 발생을 억제해 주기 때문에 마이크로 성형성을 좋게 하는데 도움이 된다. 특히, 미세패턴의 뾰족한 부분인 최첨단 부분의 성형이 용이하다. 12A and 12B, in the case of a static load, an air static pressure bearing effect is generated, so that air particles trapped in a narrow area generate static pressure as the load is applied, thereby preventing microforming. Affects the direction. However, the vibration load helps to improve the micro formability because it suppresses the occurrence of the air static bearing effect that can occur between the mold and the material. In particular, the shaping of the most advanced portion, which is the sharp portion of the fine pattern, is easy.

여기서 공기정압베어링 효과를 억제한다는 의미는 상기 효과를 억제시켜 소 재를 성형하는 데 그 역할을 최소화하는 것을 포함하는 것이다. 이에 따라, 본 발명의 실험예로 사용된 초소성 합금과 비정질 합금의 마이크로 성형성이 개선되었음을 알 수 있었다.The meaning of suppressing the air static bearing effect is to include minimizing its role in forming the material by suppressing the effect. Accordingly, it was found that the micro formability of the superplastic alloy and the amorphous alloy used as the experimental example of the present invention was improved.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.

도 1은 본 발명에 의한 진동하중을 이용한 성형품의 제조장치를 개략적으로 표현한 도면이다. 1 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a molded article using a vibration load according to the present invention.

도 2는 본 발명에 사용된 마이크로 금형을 나타내는 사진이다.Figure 2 is a photograph showing a micro mold used in the present invention.

도 3은 정하중 상태에서의 성형 실험 후에 피라미드 형태의 마이크로 금형의 중앙부에 위치하는 중심 패턴에 전사된 형상을 나타낸 SEM 사진이고, 도 4는 도 3의 사진의 결과를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a SEM photograph showing a shape transferred to a central pattern located at the center of a pyramid-shaped micro mold after a molding experiment in a static load state, and FIG. 4 is a diagram for conceptually explaining the results of the photograph of FIG. 3.

도 5는 본 발명에 있어서 Al5083 초소성합금의 경우 주파수가 50Hz인 사인 파형의 진동하중 조건에서 성형시간을 각각 10분, 20분 및 30분 동안 성형한 후 중심 패턴에서의 성형높이를 측정한 결과를 보여주는 도표이다. FIG. 5 shows the result of measuring the molding height in the center pattern after molding the molding time for 10 minutes, 20 minutes and 30 minutes respectively under the vibration load condition of the sine wave having a frequency of 50 Hz for the Al5083 superplastic alloy. Is a chart showing.

도 6은 정하중과 본 발명의 진동하중에 의한 성형성을 비교하기 위하여 Al5083 초소성 합금을 성형한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the result of molding the Al5083 superplastic alloy in order to compare the formability by the static load and the vibration load of the present invention.

도 7은 도 6과 동일한 하중 조건에서 Zr-BMG를 420℃에서 30분 동안 성형한 결과를 도 5의 Al5083 초소성 합금의 경우와 함께 도시한 도표이다.FIG. 7 is a diagram showing a result of forming Zr-BMG at 420 ° C. for 30 minutes under the same load condition as in FIG. 6 together with the case of Al5083 superplastic alloy of FIG. 5.

도 8은 본 발명에 의한 Al5083 초소성 합금에 정하중과 진동하중을 함께 부가하는 복합하중으로 성형한 후 금형의 위치에 따른 성형높이를 비접촉 3차원 형상측정기에 의해 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the results of measuring the molding height according to the position of the mold by a non-contact three-dimensional shape measuring machine after molding the Al5083 superplastic alloy according to the present invention to form a composite load to add a static load and a vibration load together.

도 9는 소재에 가해진 에너지의 양을 기준으로 정하중과 도 8의 복합하중이 가해진 초소성 합금의 주파수에 따른 성형높이를 비교한 그래프이다. FIG. 9 is a graph comparing forming heights according to frequencies of superplastic alloys subjected to the static load and the composite load of FIG. 8 based on the amount of energy applied to the material.

도 10은 정하중과 진동하중의 치수효과를 설명하기 위한 개념도이다. 10 is a conceptual diagram for explaining the dimensional effect of the static load and the vibration load.

도 11a는 Al5083 초소성합금의 경우에 표면적과 관련된 인자들 중 마이크로 금형과 소재 사이의 마찰(friction)과 응착(sticking)을 개념적으로 설명하는 도면이고, 도 11b는 Zr-BMG의 경우를 설명하는 도면이다.FIG. 11A conceptually illustrates friction and sticking between a micro mold and a material among factors related to surface area in the case of Al5083 superplastic alloy, and FIG. 11B illustrates the case of Zr-BMG. Drawing.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 마이크로 성형에서 공기의 역할을 설명하기 위한 것으로 각각 정하중과 진동하중의 경우를 설명하는 도면이다. 12A and 12B are diagrams for explaining the role of air in the micro-molding of the present invention and illustrate the case of the static load and the vibration load, respectively.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10; 지지대 20; 본체10; Support 20; main body

50; 하중제어부 52; 주파수 발생기50; Load control unit 52; Frequency generator

54; 오실로스코프 56; 증폭기54; Oscilloscope 56; amplifier

58; 진동 엑츄에이터 60; 펀치58; Vibration actuator 60; punch

70; 온도제어부 72; 온도조절부70; Temperature control unit 72; Temperature controller

74; 코일 히터 80; 금형 74; Coil heater 80; mold

82; 중심 패턴 90; 소재82; Center pattern 90; Material

Claims (16)

성형을 위한 패턴이 형성된 금형; 및A mold having a pattern for molding; And 상기 패턴에 대응하여, 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 소성변형을 일으키는 소재에 의해 성형품을 제조하는 장치에 있어서,In the apparatus for producing a molded article from a material causing plastic deformation under the influence of the surface area related factor rather than the volume related factor, corresponding to the pattern, 진동하중을 상기 소재에 부과하여 상기 금형과 상기 소재 사이에 공기정압베어링 효과를 억제시키는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치. Apparatus for producing a molded article using a vibration load by applying a vibration load to the material to suppress the air static bearing effect between the mold and the material. 제1항에 있어서, 상기 진동하중은 The vibration load of claim 1, wherein 주파수 신호를 발생하는 주파수 발생기;A frequency generator for generating a frequency signal; 상기 주파수 발생기의 신호를 전달받아 진동하는 진동 엑츄에이터; 및A vibration actuator that vibrates upon receiving the signal of the frequency generator; And 상기 진동 엑츄에이터의 진동을 전달받아 상기 소재에 진동하중을 부과하는 펀치를 포함하는 하중제어부에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.Apparatus for producing a molded article using a vibration load, characterized in that applied to the vibration control of the vibration actuator is applied by a load control unit including a punch for imposing a vibration load on the material. 제2항에 있어서, 상기 진동 엑츄에이터는 PZT 엑츄에이터인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 2, wherein the vibration actuator is a PZT actuator. 제2항에 있어서, 상기 주파수 발생기는 AC(교류) 신호, DC(직류) 신호 또는 AC 신호와 DC 신호를 혼합한 신호 중에 선택된 어느 하나의 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The molded part of claim 2, wherein the frequency generator generates one signal selected from an AC (AC) signal, a DC (DC) signal, or a signal mixed with an AC signal and a DC signal. Manufacturing equipment. 제1항에 있어서, 상기 금형과 상기 소재의 온도를 조절하는 온도제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 1, further comprising a temperature controller configured to adjust temperatures of the mold and the material. 제1항에 있어서, 상기 진동하중은 정하중을 더 부가하여 복합하중 형태로 부가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 1, wherein the vibration load may be added in the form of a compound load by further adding a static load. 제1항에 있어서, 상기 소재는 초소성 금속 합금, 비정질 금속 합금 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 1, wherein the material is any one selected from superplastic metal alloys and amorphous metal alloys. 제1항에 있어서, 상기 소재는 고분자 또는 고분자를 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 1, wherein the material is a polymer or a mixture containing a polymer. 제1항에 있어서, 상기 패턴의 폭은 수 ㎛ 내지 수 ㎜ 크기인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 1, wherein the pattern has a width of several μm to several mm. 성형을 위한 패턴이 형성된 금형과 상기 금형 상에 놓인 소재 사이에 공기정압베어링 효과를 억제시키는 상기 소재 방향의 진동하중에 의해, 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 상기 소재가 소성변형을 일으키는 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 장치에 의해 제조된 성형품. The vibration load in the direction of the material, which suppresses the air static bearing effect between the mold and the material on which the pattern is formed, causes the plastic deformation due to the influence of the surface area related factor rather than the volume related factor. A molded article manufactured by an apparatus using a vibration load characterized by the above-mentioned. 제10항에 있어서, 상기 성형품의 성형높이는 정하중에 가해지는 에너지의 50%로 비교하여 상기 정하중의 성형높이보다 큰 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 장치에 의해 제조된 성형품.11. The molded article of claim 10, wherein the molding height of the molded article is greater than the molding height of the static load compared to 50% of the energy applied to the static load. 제10항에 있어서, 상기 패턴에 의해 전사된 성형품은 피라미드, 기둥, 돔 및 그루브 중에 선택된 적어도 어느 하나 이상의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 장치에 의해 제조된 성형품. The molded article manufactured by the apparatus using the vibration load according to claim 10, wherein the molded article transferred by the pattern has at least one shape selected from pyramids, columns, domes, and grooves. 제10항에 있어서, 상기 소재의 평균 결정립의 크기는 체적 관련 인자보다 표면적 관련 인자의 영향으로 상기 소재가 소성변형을 일으키도록 상기 금형의 패턴의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 장치에 의해 제조된 성형품.The apparatus of claim 10, wherein the average grain size of the material is smaller than the width of the pattern of the mold so that the material causes plastic deformation under the influence of the surface area related factor rather than the volume related factor. Molded article manufactured by. 제10항에 있어서, 상기 소재는 초소성 금속 합금, 비정질 금속 합금 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 장치에 의해 제조된 성형품.The molded article of claim 10, wherein the material is any one selected from a superplastic metal alloy and an amorphous metal alloy. 제10항에 있어서, 상기 소재는 고분자 또는 상기 고분자를 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 10, wherein the material is a polymer or a mixture containing the polymer. 제10항에 있어서, 상기 패턴의 폭은 수 ㎛ 내지 수 ㎜ 크기인 것을 특징으로 하는 진동하중을 이용하는 성형품의 제조장치.The apparatus of claim 10, wherein the pattern has a width of several μm to several mm.
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