KR20130081598A - 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치 - Google Patents

레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양각 금형 제작을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 판체 상의 금형에 양각을 형성하게 되는 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치는 박판 금형에도 적용이 가능하기 때문에 양각 금형의 제작이 용이하며, 정밀한 양각 패턴의 구현이 가능하고, 금형의 열처리 또한 레이저로 가능하기 때문에 금형의 열 변형을 최소화 할 수 있어 양질의 양각 금형 제품 생산이 가능한 효과가 있다.

Description

레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치{Manufacturing Method for Cutting Plate-Mold by using the Laser Process and Apparatus of the same}
본 발명은 양각 금형 제작을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 판체 상의 금형에 양각을 형성하게 되는 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.
양각 금형이란 기존의 목형 및 프레스금형으로 절단하는 정밀하고 복잡한 모양의 기능성 필름 및 양면테이프 등을 보다 정교하고 안정되게 절단할 수 있도록 양각으로 제작된 판체 상의 금형을 말한다.
도 1에는 양각 금형이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 양각 금형(1)은 판체 상의 금형(2)과 금형(2)의 상면으로 돌출되는 양각(3)으로 구성되며, 양각(3)의 끝단은 제품의 절단을 위해 날카로운 블레이드(4)로 이루어진다. 따라서 양각(12)의 패턴 형상에 따라 제품의 형상이 결정된다.
상기와 같은 구성의 양각 금형은 기존의 금형들에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다. 첫째, 장착이 쉽고 사용이 편리하다. 둘째, 모든 프레스에 적용이 가능하다. 셋째, 정밀도가 뛰어난 제품의 가공이 가능하다. 넷째, 가공품의 신뢰성과 치수정밀도 유지가 용이하다. 다섯째, 세팅 시간이 단축되고 가격이 저렴하다.
위와 같이 다양한 장점을 갖는 양각 금형은 제작이 용이하지 않은 단점이 있다. 즉 종래에는 기계 기공으로 양각 금형을 제작하는 경우가 대부분인데, 금형이 박판 일 경우 기계 기공이 용이하지 않으며, 열처리 공정에서 금형의 열 변형이 발생되어 정밀한 패턴 가공이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 레이저를 이용하여 금형에 양각을 형성하여 제작이 용이하고 정밀한 양각 패턴의 구현이 가능한 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 양각 금형 제작 방법은, 금형 일면에 광경화성 폴리머를 코팅하는 단계; 상기 금형 일면의 양각을 위한 패턴에 레이저를 조사하여 조사된 부위의 광경화성 폴리머를 경화시키는 단계; 상기 금형을 현상액으로 현상하여 경화된 폴리머를 제외한 부위의 광경화성 폴리머를 제거하는 단계; 부식액을 통해 경화된 폴리머를 제외한 금형 일면을 부식시켜, 양각을 형성하는 단계; 세척액을 통해 상기 양각 끝단의 경화된 폴리머를 제거 하는 단계; 및 상기 양각의 끝단에 블레이드를 형성하는 단계; 를 포함한다.
이때, 상기 제작 방법은, 상기 금형을 열처리 하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 열처리 단계는 레이저를 통해 상기 양각을 국부적으로 열처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양각 금형 제작 장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저발진기; 공작물이 고정되는 스테이지; 상기 레이저발진기에서 조사된 레이저 빔이 공작물에 반사되도록 구비된 반사부; 및 상기 반사부에서 반사된 레이저 빔을 상기 공작물에 집광하기 위해 구비된 렌즈부; 를 포함한다.
또한, 상기 공작물의 일면 일측과 타측을 잇는 직선을 x축, 상기 x축에 직교한 직선을 y축이라고 정의할 때, 상기 반사부는, 회전에 의해 상기 레이저 발진기에서 조사된 레이저 빔의 x축 변위를 제어하여 반사하기 위한 제1 반사경; 및 회전에 의해 상기 제1 반사경에서 반사된 레이저 빔의 y축 변위를 제어하여 반사하기 위한 제2 반사경; 을 포함하며, 상기 제작 장치는, 상기 스테이지를 x축 또는 y축 방향으로 회동시키기 위한 스테이지 구동부; 를 더 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 및 장치는 박판 금형에도 적용이 가능하기 때문에 양각 금형의 제작이 용이하며, 정밀한 양각 패턴의 구현이 가능하고, 금형의 열처리 또한 레이저로 가능하기 때문에 금형의 열 변형을 최소화 할 수 있어 양질의 양각 금형 제품 생산이 가능한 효과가 있다.
도 1은 양각 금형의 사시도
도 2는 도 1의 AA' 단면도
도 3은 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 순서도
도 4는 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법 개략도
도 5는 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 장치 개략도
이하, 상기와 같은 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 우선 판체 상의 금형(400)을 준비한다. 금형(400)은 통상의 금속 재질이 적용될 수 있다.
다음으로 도 4b에 도시된 바와 같이 금형(400)의 일면에 광경화성 폴리머(TP1)를 코팅하는 단계(S10)를 수행한다. 광경화성 폴리머(TP1)를 코팅하기 위한 방법으로는 통상의 인쇄공정을 이용하거나, 스핀코팅 방법을 적용할 수 있다. 광경화성 폴리머(TP1)로는 아크릴계 고분자 폴리머, 에폭시계 폴리머 또는 아크릴계 고분자 폴리머와 에폭시계 폴리머의 혼합물이 사용될 수 있다.
다음으로 도 4b에 도시된 바와 같이 금형(400)의 일면에 양각(500) 패턴을 형성하기 위해 패턴에 레이저 빔(110)을 조사하여 조사된 부위의 광경화성 폴리머(TP1)를 경화시키는 단계(S20)를 수행한다. 레이저 빔(110)은 라인 또는 사각 빔을 조사하는 고출력 다이오드 레이저(High Power Diode Laser, HPDL), 가우시안 빔 등의 레이저를 사용할 수 있다. 상술한바 이외에도 광경화성 폴리머(TP1)를 경화시킬 수 있는 레이저 빔이면 어떠한 빔도 적용될 수 있음은 자명하다.
다음으로 도 4c에 도시된 바와 같이 금형(400)을 현상액으로 현상하여 경화된 폴리머(TP2)를 제외한 나머지 부위의 코팅된 광경화성 폴리머(TP1)를 제거하는 단계(S30)를 수행한다. 현상액은 금형(400)에 변형을 주지 않으며, 코팅된 광경화성 폴리머(TP1)를 제거할 수 있는 물질이면 적용이 가능하다. 일예로 소듐카보네이트 (Na2CO3), 아민 계열, 또는 소듐카보네이트와 아민계열의 혼합물이 사용될 수 있다. 위 단계를 통해 패턴이 형성될 부위 즉 양각이 형성되는 부위의 경화된 폴리머(TP2)만 남기고, 금형(400)의 일면을 코팅하고 있는 광경화성 폴리머(TP1)가 현상액에 의해 제거된다.
다음으로 도 4d에 도시된 바와 같이 부식액을 통해 금형(400) 일면의 경화된 폴리머(TP2)를 제외한 부위를 부식시켜, 양각(500)을 형성하는 단계(S40)를 수행한다. 부식액은 경화된 폴리머(TP2)를 제외한 금형(400)의 일면을 부식시킬 수 있는 물질이면 적용이 가능하다. 일예로, 염화동(CuCl2) 또는 염화철(FeCl3)이 사용될 수 있다. 부식액을 금형(400)의 일면에 도포하게 되면, 패턴 형성부위인 경화된 폴리머(TP2)가 코팅된 부위의 제외한 나머지 부위에서 부식이 발생하며 부식 발생부위가 금형(400) 일면에서 내측으로 함몰됨에 따라 상대적으로 양각(500)이 돌출 형성된다.
다음으로 도 4e에 도시된 바와 같이 세척액을 통해 양각(500) 끝단에 코팅되어 있는 경화된 폴리머(TP2)를 제거하는 단계(S50)를 수행한다. 세척액은 경화된 폴리머(TP2)를 제거하고, 금형(400) 및 양각(500)에 손상을 주지 않는 물질이 적용될 수 있다. 세척액으로는 황산, 염산 또는 황산과 염산의 혼합물이 사용될 수 있다.
다음으로 도 4f에 도시된 바와 같이 양각(500)의 끝단에 블레이드(510)를 형성하는 단계(S60)를 수행한다. 블레이드(510)는 기계 가공을 통해 형성이 가능하다.
마지막으로 도 4g에 도시된 바와 같이 금형(400)에 열처리하여 금형(400)의 경도를 높이는 단계(S70)를 수행한다. 이때 본 발명은 열처리 시 금형(400)의 변형을 방지하기 위해 레이저 빔을 이용해 열처리 한다. 레이저 빔을 열처리 부위에 조사하여 열처리 하게 되는데 양각(500) 부위에 국부적으로 조사되도록 하여 양각(500)의 경도를 높이고 금형(400)의 변형은 최소화 하도록 한다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법을 실행하기 위한 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 레이저를 이용한 양각 금형 제작 장치는 크게 레이저발진기(100), 스테이지부(200) 및 빔 제어부(300)로 구성된다.
레이저발진기(100)는 레이저 빔(110)을 조사하기 위한 장치로 라인 또는 사각 레이저 빔을 조사하는 고출력 다이오드 레이저(HPDL), 가우시안 빔 등의 레이저를 조사할 수 있는 발진기면 어떠한 제품도 적용이 가능하다.
스테이지부(200)는 스테이지(210)와 구동부(220)로 구성될 수 있다. 스테이지(210)는 사각의 판상으로 도시되어 있으나, 상면에 금형(400)이 고정될 수 있는 구성이면 어떠한 형상으로도 적용이 가능하다. 스테이지(210)의 하측에는 구동부(220)가 설치된다. 구동부(210)는 스테이지(210)를 x축 또는 y축으로 회동시킬 수 있는 통상의 구성 일예로 레일과 모터에 의해 구동되는 레일구동장치 등이 적용될 수 있다. 여기서 x축은 금형(400)과 수평한 방향으로 금형(400)의 양측을 잇는 직선으로 정의하며, y축은 x축에 직교하는 직선으로 정의할 수 있다.
스테이지(210)부를 x축 또는 y축으로 회동 가능하도록 구성하는 이유는 레이저 빔(110)의 제어와 연동하여 스테이지(210)를 제어함으로써, 대면적의 금형(400) 적용이 가능하고 양각(500) 형성 작업을 신속하게 수행하기 위함이다.
본 발명은 레이저발진기(100)에서 조사되는 레이저 빔(110)을 패턴 형상에 따라 제어하여 금형(400)의 일면에 조사시키기 위해 빔 제어부(300)를 구비한다. 빔 제어부(300)는 반사부(310)와 렌즈부(320)를 포함하여 이루어진다.
반사부(310)는 제1 반사경(311), 제2 반사경(312), 제1 회전부(313), 제2 회전부(314)로 구성된다. 제1 반사경(311)은 회전에 의해 레이저 발진기(100)에서 조사된 레이저 빔(110)의 x축 변위를 제어하여 제2 반사경(312)에 조사하기 위해 구성된다. 제1 반사경(311)은 통상의 미러가 적용될 수 있으며, 제1 회전부(313)의 제어에 의해 x축 및 y축에 직교하는 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성된다. 제2 반사경(312)은 회전에 의해 제1 반사경(311)에서 조사된 레이저 빔(110)의 y축 변위를 제어하여 렌즈부(320)에 조사하기 위해 구성된다. 제2 반사경(312)은 통상의 미러가 적용될 수 있으며, 제2 회전부(314)의 제어에 의해 x축에 평행한 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 구성된다.
도면상에는 도시되지 않았지만, 반사부(310)에는 패턴의 형상에 따른 좌표 데이터를 입력받아 제1 회전부(313)와 제2 회전부(314)의 구동을 제어하는 제어부가 포함될 수 있다.
렌즈부(320)는 제2 반사경(312)을 통해 조사되는 레이저 빔(110)을 집광하여 금형(400)에 조사하기 위한 구성이다. 렌즈부(320)는 레이저 빔 집광을 위한 통상의 에프세타(f-θ)렌즈가 적용될 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 레이저발진기 110 : 레이저 빔
200 : 스테이지부 210 : 스테이지
220 : 구동부
300 : 빔 제어부 310 : 반사부
311 : 제1 반사경 312 : 제2 반사경
320 : 렌즈부
400 : 금형 500 : 양각

Claims (5)

  1. 금형 일면에 광경화성 폴리머를 코팅하는 단계;
    상기 금형 일면의 양각을 위한 패턴에 레이저를 조사하여 조사된 부위의 광경화성 폴리머를 경화시키는 단계;
    상기 금형을 현상액으로 현상하여 경화된 폴리머를 제외한 부위의 광경화성 폴리머를 제거하는 단계;
    부식액을 통해 경화된 폴리머를 제외한 금형 일면을 부식시켜, 양각을 형성하는 단계;
    세척액을 통해 상기 양각 끝단의 경화된 폴리머를 제거 하는 단계; 및
    상기 양각의 끝단에 블레이드를 형성하는 단계;
    를 포함하는, 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제작 방법은,
    상기 금형을 열처리 하는 단계; 를 더 포함하며,
    상기 열처리 단계는 레이저를 통해 상기 양각을 국부적으로 열처리하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 양각 금형 제작 방법.
  3. 레이저 빔을 발생시키는 레이저발진기;
    공작물이 고정되는 스테이지;
    상기 레이저발진기에서 조사된 레이저 빔이 공작물에 반사되도록 구비된 반사부; 및
    상기 반사부에서 반사된 레이저 빔을 상기 공작물에 집광하기 위해 구비된 렌즈부;
    를 포함하는, 레이저를 이용한 양각 금형 제작 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 공작물의 일면 일측과 타측을 잇는 직선을 x축, 상기 x축에 직교한 직선을 y축이라고 정의할 때,
    상기 반사부는,
    회전에 의해 상기 레이저 발진기에서 조사된 레이저 빔의 x축 변위를 제어하여 반사하기 위한 제1 반사경; 및
    회전에 의해 상기 제1 반사경에서 반사된 레이저 빔의 y축 변위를 제어하여 반사하기 위한 제2 반사경;
    을 포함하는, 레이저를 이용한 양각 금형 제작 장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 공작물의 일면 일측과 타측을 잇는 직선을 x축, 상기 x축에 직교한 직선을 y축이라고 정의할 때,
    상기 제작 장치는,
    상기 스테이지를 x축 또는 y축 방향으로 회동시키기 위한 스테이지 구동부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 양각 금형 제작 장치.
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KR20150073652A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 코웨이 주식회사 물저장탱크

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