KR20130099865A - 가열 및 냉각 시스템을 구비한 성형 조립체 - Google Patents

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KR20130099865A
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lines
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찰스 앨런 로코
레이몬드 에드워드 칼리스
제프리 엔. 콘리
버니 제라드 마체티
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포드 모터 캄파니
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Abstract

성형 부품들을 제조하기 위한 성형 조립체는 성형 툴을 포함하며, 상기 성형 툴은 성형 툴의 성형면의 외관을 추종하는 컨포멀 유체 라인들을 갖는다. 상기 컨포멀 유체 라인들은 3차원 프린터에 의해 형성된 희생 변위 라인들로 주조되는 동안에 성형 툴 내에 규정된다. 상기 성형 툴에 온도 제어 스테이션이 커플링되며, 상기 온도 제어 스테이션은 가열 및 냉각 유체를 포함한다. 상기 성형 툴로의 유체 흐름을 밸브 스테이션이 조절한다.

Description

가열 및 냉각 시스템을 구비한 성형 조립체{MOLDING ASSEMBLY WITH HEATING AND COOLING SYSTEM}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본원은 "성형 툴(molding tool)을 형성하기 위한 몰드 코어"란 명칭으로 2012년 2월 29일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 호(대리인 관리번호 제83203377호); "교환가능한 몰드 인서트"이란 명칭으로 2012년 2월 29일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 호(대리인 관리번호 제83203382호); "분말 슬러시 성형 툴을 형성하기 위한 몰드 코어 패키지"란 명칭으로 2012년 2월 29일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 호(대리인 관리번호 제83225801호); "컨포멀 부분들을 구비한 성형 툴 및 그 제조 방법"이란 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 호(대리인 관리번호 제83225806호); 및 "다이 구성요소들을 위한 몰드를 생성하기 위한 첨가 제조 기술들"이란 명칭으로 2012년 2월 29일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 호(대리인 관리번호 제83225814호)와 관련되며, 이 출원의 전체 개시사항들이 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 가열 및 냉각 시스템을 구비한 성형 조립체에 관한 것이다.
성형가능한 물질로부터 부품들을 제조하기 위해 다양한 성형 시스템들이 흔히 사용된다. 성형 부품들의 가열과 냉각은 조절하기 어려울 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 성형 부품들을 제조하기 위한 성형 조립체는 성형 툴을 포함하며, 성형 툴은 성형 툴의 성형면의 외관을 추종하는 컨포멀(conformal) 유체 라인들을 갖는다. 상기 컨포멀 유체 라인들은 3차원 프린터에 의해 형성된 희생 변위 라인들로 주조될 때 상기 성형 툴 내에 규정된다. 상기 성형 툴에 온도 제어 스테이션이 커플링되며, 상기 온도 제어 스테이션은 가열 및 냉각 유체를 포함한다. 상기 성형 툴로의 유체 흐름을 밸브 스테이션이 조절한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 성형 부품들을 제조하기 위한 성형 조립체는 성형 툴을 포함하며, 성형 툴은 성형 툴의 성형면에 인접한 컨포멀 유체 라인과 컨포멀 저장소를 갖는다. 상기 컨포멀 유체 라인과 상기 컨포멀 저장소는 3차원 샌드프린팅 기기에 의해 형성된 희생 코어 부분들로 주조될 때 상기 성형 툴 내에 규정된다. 상기 성형 툴과 온도 제어 스테이션을 폐쇄형 유체 회로가 커플링한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 성형 부품을 제조하기 위한 방법은 다수의 미세 입자 층들에 결합제(binding agent)를 도포함으로써 발현되는 희생 변위 라인들로 희생 몰드 코어 패키지를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 희생 몰드 코어 패키지와 상기 희생 변위 라인들로부터 컨포멀 라인들을 구비한 성형 툴이 형성된다. 상기 성형 툴 내의 상기 컨포멀 라인들과 유체 온도 제어 스테이션이 커플링된다. 상기 성형 툴의 몰드 공동 속으로 성형가능한 물질이 가열되어 사출된다. 상기 성형가능한 물질은 상기 몰드 공동 내에서 냉각된다.
본 발명의 또 다른 양태는 몰드 코어를 형성하기 위해 다수의 모래 층들에 다수의 바인더 층들을 인쇄하도록 된 샌드프린팅 기기를 포함한다. 상기 몰드 코어는 인서트 몰드, 베이스 몰드 또는 성형 부품들을 제조하기 위해 사용되는 성형 툴 중 어느 하나를 만들기 위해 사용된다. 상기 인서트 몰드 또는 상기 성형 툴은 인서트 몰드 또는 성형 툴 내부에서 성형 부품들의 형성을 돕기 위해 가열 유체와 냉각 유체를 수용하도록 된 컨포멀 라인들을 포함한다. 컨포멀 라인들은 인서트 몰드 또는 성형 툴의 몰드 공동에 인접한 형성면을 밀접하게 추종한다.
당업자라면 하기된 상세한 설명, 특허청구범위 및 첨부 도면들을 학습함으로써, 본 발명의 여타 양태, 목적 및 특징을 이해하여 체득하게 될 것이다.
도 1은 샌드프린팅 기기로 몰드 코어 패키지를 형성하기 전의 경질의 밀폐 박스 또는 작업 박스의 상부 사시도이다.
도 2는 경질의 밀폐 박스 내에 제 1 미세 입자층을 확산시키는 동안 도 1의 경질의 밀폐 박스의 상부 사시도이다.
도 3은 샌드프린팅 기기가 다수회 통과한 후의 도 1의 경질의 밀폐 박스의 상부 사시도이다.
도 4는 경질의 밀폐 박스의 인쇄면 위에 새로운 미세 입자층이 확산되기 직전의 도 1의 경질의 밀폐 박스의 상부 사시도이다.
도 5는 경질의 밀폐 박스의 인쇄면 위에 새로운 미세 입자층이 확산되고 있을 때의 도 1의 경질의 밀폐 박스의 상부 사시도이다.
도 6은 경질의 밀폐 박스 내에 몰드 코어 전체가 인쇄된 후의 도 1의 경질의 밀폐 박스의 상부 사시도이다.
도 6a는 결합되지 않은 잉여 모래가 제거된 몰드 코어들을 포함한 도 1의 경질의 밀폐 박스의 측면 사시도이다.
도 7은 경질의 밀폐 박스로부터 분리된 후의 조립되지 않은 몰드 구성요소들의 상부 사시도이다.
도 7a는 도 7의 조립된 몰드 코어의 상부 사시도이다.
도 8은 도 7a의 몰드 코어 패키지의 평면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 선을 따라 취한 상부 사시 단면도이다.
도 10은 Ⅹ-Ⅹ을 따라 취한 도 8의 몰드 코어 패키지의 측단면도이다.
도 11은 몰드 코어 패키지에 의해 규정된 주조 영역 속으로 용융된 금속의 충전중에 몰드 코어 패키지의 상부 사시 단면도이다.
도 12는 몰드 코어 패키지에 용융된 금속이 도입된 후의 몰드 코어 패키지의 형성을 도시한 상부 사시 단면도이다.
도 12a는 도 12의 몰드 코어 패키지의 측단면도이다.
도 13은 몰드 코어 패키지로부터 형성된 최종 성형 툴의 상부 사시도이다.
도 14a는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인 구조의 일 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14b는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14c는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14d는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14e는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14f는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14g는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14h는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 14i는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 라인의 또 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 15a는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 저장소의 일 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 15b는 도 15a의 컨포멀 저장소와 성형 툴의 상부 사시도이다.
도 15c는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 저장소의 다른 실시예의 상부 사시 단면도이다.
도 15d는 도 15c의 컨포멀 저장소와 성형 툴의 상부 사시도이다.
도 15e는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 저장소의 다른 실시예의 상부 사시도이다.
도 15f는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 저장소의 또 다른 실시예의 상부 사시도이다.
도 15g는 성형 툴을 통해 연장하는 컨포멀 저장소의 또 다른 실시예의 상부 사시도이다.
도 16은 상보적인 제 2 몰드 반분과 연결되기 전의 제 1 몰드 반분을 나타내는 성형 툴의 상부 사시도이다.
도 16a는 연결 후의 도 16의 제 1 몰드 반분과 제 2 몰드 반분의 상부 사시도이다.
도 17은 제 1 몰드 반분과 제 2 몰드 반분으로부터 제거된 성형 부품의 상부 사시도이다.
도 18은 몰드 코어 패키지 내에서 인서트 몰드 툴의 형성을 도시하고 있는 상부 사시 단면도이다.
도 19는 도 18의 인서트 몰드 툴의 측단면도이다.
도 20은 몰드 코어 패키지로부터 제거된 후의 인서트 몰드 툴의 상부 사시 단면도이다.
도 21은 제 1 및 제 2 베이스 몰드 속에 설치되기 전의 제 1 및 제 2 인서트 몰드 툴들의 상부 사시도이다.
도 21a는 도 21의 성형 조립체의 상부 사시 단면도이다.
도 22는 부품의 성형중에 도 21의 성형 조립체의 상부 사시도이다.
도 23은 성형된 부품의 제거중에 도 21의 성형 조립체의 상부 사시도이다.
도 24는 성형 조립체와 연결되어 성형 조립체에 가열 유체를 도입하는 온도 제어 스테이션의 개략도이다.
도 25는 성형 조립체와 커플링되어 성형 조립체에 냉각 유체를 도입하는 온도 제어 스테이션의 개략도이다.
도 26은 성형 조립체와 함께 사용하기 위한 가열 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 27은 본 발명의 성형 툴과 함께 사용하기 위한 냉각 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 28은 코프(cope) 몰드, 드래그(drag) 몰드 및 코어를 포함한 샌드 몰드 패키지의 상부 사시 분해도이다.
도 29는 코어가 드래그 몰드 속에 삽입된 도 28의 샌드 몰드 패키지의 상부 사시도이다.
도 30은 코프 몰드와 드래그 몰드가 서로 인접하여 위치되어 용융된 물질의 주조를 위해 준비된 도 28의 샌드 몰드 패키지의 상부 사시도이다.
도 31은 도 28의 샌드 몰드 패키지가 분쇄되어 도 28의 샌드 몰드 패키지로부터 생산된 주조 부품의 사시도이다.
도 32는 도 28의 샌드 몰드 패키지에 의해 생산된 주조 성형 툴의 사시도이다.
본 명세서에서 설명하기 위하여, 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "후방 "전방", "수직", "수평" 및 그 파생어들은 도 1에서 본 발명이 지향하고 있는 것과 관련된다. 그러나, 본 발명은, 반대로 명확하게 명시된 경우를 제외하고, 다양한 대안적인 방위들을 가정할 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 첨부 도면들에 도시되고 이하의 상세한 설명에 개시된 구체적인 기기와 프로세스는 첨부된 특허청구범위에 규정된 발명의 개념들에 대한 예시적 실시예들에 불과함을 이해하여야 한다. 따라서, 특허청구범위에 다르게 명시되지 않으면, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련된 특정 치수와 다른 물리적 특징들을 한정하는 것으로 이해하지 않아야 한다.
도 1 내지 도 27을 참조하면, 몰드 코어 패키지(10)가 도시되어 있다. 몰드 코어 패키지(10)는 성형 툴(12)을 형성하기 위해 사용된다. 몰드 코어 패키지(10)는 결합제(16)를 가진 복수의 적층된 입자층(14)들을 포함한다. 복수의 적층된 입자층(14)들은 희생벽(18)들을 형성한다. 세장형(細長型) 희생 입자 라인(20)이 몰드 코어 패키지(10)를 통해 연장하며, 성형 툴(12) 내에 컨포멀(conformal) 라인(22)을 규정한다. 복수의 적층된 입자층(14)들에 의해 몰드 공동(26)이 규정된다.
상기 성형 툴(12)은 임의의 다양한 성형 작업들에서 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 그러한 성형 작업들에는 사출 성형, 발포 성형, 취입 성형, 열성형, 이송 성형, 반응 사출 성형, 압축 성형, 압출 등이 포함될 수 있다. 이하의 상세한 설명에 개시된 바와 같이, 성형 툴(12)은 사출 성형 작업들을 위해 사용된다. 그러나, 몰드 코어 패키지(10)를 이용하여 제조된 성형 툴(12)이 전술한 모든 성형 작업들에 사용될 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
이제, 도 1 내지 도 6을 참조하면, 목재, 금속 등을 포함하여 임의의 다수의 물질들로 형성된 패턴 박스 또는 작업 박스(40)가 인쇄 기기(42) 아래에 배치된다. 작업 박스(40)는 인쇄 영역(44)을 규정하며, 상기 인쇄 영역의 내부에서 복수의 적층된 입자층(14)들로부터 몰드 코어 패키지(10)(도 8)가 제조될 것이다. 인쇄 기기(42)는 호퍼(46)와 증착 홈통(deposition trough)(48)을 포함하며, 상기 증착 홈통은 인쇄 영역(44) 내부에 실리카, 모래, 세라믹-모래 혼합물 등과 같은 활성화된 미세 입자(50)들로 이루어진 얇은 층을 깐다. 입자(50)들은, 0.002㎜ 내지 2㎜의 직경을 포함하여, 임의의 크기일 수 있다. 인쇄 기기(42)는 바인더 증착 기기 또는 바인더 디스펜서(52)를 또한 포함한다. 이하에 상세하게 개시한 바와 같이, 바인더 디스펜서(52)는 원하는 몰드 코어 패키지(10)의 단일 층 형상으로 바인더 또는 결합제(16)로 이루어진 얇은 층을 분무한다. 모래 깔기와 미세 입자(50) 상에 바인더 디스펜서(52)에 의한 결합제(16)의 분무가 반복된 결과, 3차원(3D) 몰드 코어 패턴(10)들이 생성된다. 3D 몰드 코어 패턴(10)들은 미세 입자(50)들로 이루어진 각각의 얇은 층에 인쇄하기에 충분한 시간 동안 생성된다. 이와 같이 생성된 몰드 코어 패키지(10)는 궁극적으로 성형 부품들을 제조하기 위해 사용되는 성형 툴(12)을 제조하기 위해 사용될 것이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 인쇄 기기(42)와 커플링된 컴퓨터(60)에서 실행되며 최종 제품의 원하는 형상을 포함하는 캐드(CAD) 프로그램이 인쇄 기기(42)의 CAD 프로그램으로 공급된다. 3D 인쇄 기기(42)가 원하는 몰드 코어 패키지(10)(도 8)를 형성하기에 충분한 정보를 제공하기 위해 CAD 또는 임의의 다른 형태의 3D 모델링 소프트웨어가 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 3D 인쇄 기기(42)를 활성화하기에 앞서, 활성제 스파우트(activator spout)(72)에 의해 공급되는 활성화 코팅 또는 활성제(70)와 함께, 미리 정해진 양의 미세 입자(50)들이 입자 스파우트(62)에 의해 호퍼(46)로 부어진다. 도시된 실시예는, 전술한 바와 같이, 미세 입자(50)로서 미세 모래를 사용하고 있으나, 미세 입자(50)에는 임의의 다양한 물질들 또는 그 조합들이 포함될 수 있다. 미세 입자(50)들은 호퍼(46)에서 활성제(70)와 혼합된다. 미세 입자(50)들과 활성제(70)의 혼합물은, 교반기(74) 또는 미세 입자(50)들이 활성화되도록 하는 다른 그러한 교반 기기에 의해 혼합될 수 있다. 미세 입자(50)들과 활성제(70)가 완전히 혼합된 후, 미세 입자(50)들은 증착 홈통(48)으로 운반된다.
이제, 도 2 및 도 3을 참조하면, 미세 입자(50)들이 증착 홈통(48)으로 운반된 후, 미세 입자(50)들은 증착 홈통(48)에 의해 인쇄 영역(44)을 가로질러 미세 균일층으로 확산된다. 작업 박스(40) 내의 인쇄 영역(44)에서 얇은 층으로 확산된 후, 활성화된 미세 입자(50)에는 결합제(16)가 분무된다. 결합제(16)는 바인더 디스펜서(52)로부터 나오며, 상기 바인더 디스펜서는 원하는 몰드 코어 패키지(10, 도8)의 제 1 얇은 단면층을 나타내는 패턴(80)으로 결합제(16)로 이루어진 얇은 층을 분무한다. 결합제(16)가 분무된 후, 미세 입자(50)들과 활성제(70)의 다른 혼합물이 준비되어 증착 홈통(48)에 부어진다. 그 후, 증착 홈통(48)은 작업 박스(40) 내에 이미 확산되어 있는 미세 입자(50)들의 층 위에 활성화된 미세 입자(50)들의 다른 층을 토출한다. 바인더 디스펜서(52)는 인쇄 영역(44) 위를 지나면서, 상기 제 1 얇은 단면층에 인접하여 원하는 몰드 코어 패키지(10)의 제 2 얇은 단면층을 나타내는 패턴(80)으로 결합제(16)로 이루어진 얇은 층을 분무한다. 이 단계들은, 몰드 코어 패키지(10)의 모든 단면층이 인쇄될 때까지(도 6), 다수회 반복된다. 이러한 몰드 코어 제조 기술을 이용하면, 사실상 모든 형태의 몰드 코어 패키지(10)를 형성할 수 있다. 또한, 몰드 코어 패키지(10)는 다른 공지의 방법들로는 생성할 수 없는 내부 구조 특징들을 가질 수 있다. 구체적으로, 몰드 코어 패키지(10)는 당해 몰드 코어 패키지(10)의 내부와 주위로 연장하는 복수의 희생 입자 라인(20)(도 6a)들을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 희생 입자 라인(20)들은 몰드 코어 패키지(10)가 형성되는 것과 동일한 방식으로 결합제(16)와 미세 입자(50)들로부터 생성된다. 본 명세서에서 더 상세하게 설명하는 바와 같이, 복수의 희생 입자 라인(20)들은 컨포멀 채널들 또는 라인(22)(도 13)들을 규정하기 위해 사용되며, 이는 상기 컨포멀 라인들은 부품들의 사출 성형중에 성형 툴(12)(도 13)의 급속 가열 및 냉각을 가능하게 한다.
이제, 도 7 및 도 7a를 참조하면, 몰드 코어 패키지의 구성요소들을 연결하기 위한 임의의 상호 로킹 특징부들이 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 도시된 실시예에서, 몰드 코어 패키지의 다수의 구성요소(93A, 93B, 93C, 93D)들을 가진 복합 몰드 코어(92)가 작업 박스 속에 삽입되도록 되어 있다. 어떤 경우들에서는, 대형 성형 툴(12)(도 13)들을 형성할 때, 몰드 코어 패키지의 다수개의 구성요소들이 성형 툴(12)을 형성하도록 함께 맞춰질 필요가 있을 수 있다. 도시된 바와 같이, 몰드 코어 패키지의 구성요소(93A, 93B, 93C, 93D)들은, 몰드 코어 패키지의 각각의 구성요소(93A, 93B, 93C, 93D)들의 수용 슬롯(95)들에 결합하도록 된 희생 커넥터(94)들을 이용하여 조합된다. 그렇지 않으면, 몰드 코어 패키지의 구성요소(93A, 93B, 93C, 93D)들은 본 명세서에 기술된 몰드 코어 패키지(10)와 유사하게 기능한다.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 3D 몰드 코어 패키지(10)는 궁극적으로 성형될 부품의 형상을 대체로 나타내는 형성면(100)을 포함한다. 몰드 코어 패키지(10)는 성형 툴(12) 내에 컨포멀 라인(22)(도 13)들을 규정하는 복수의 희생 입자 라인(20)들을 또한 포함한다. 몰드 코어 패키지(10)는 컨포멀 라인(22)들의 크기와 위치결정(positioning)을 포함하는 형상을 또한 가지며, 상기 컨포멀 라인들은 성형 툴(12)에서 성형 부품들의 형성중에 가열 및 냉각 유체들이 관통하여 이동하는 세장형의 통로들이다. 이와 동시에, 컨포멀 라인(22)들은 궁극적으로 성형 부품이 될 것의 성형면(160)(도 13) 주위에 배치된다. 컨포멀 라인(22)들은 성형 프로세스 중에 성형 부품의 가열 및 냉각을 돕는다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 용융된 물질(110)의 도입을 위해, 몰드 코어 패키지(10)가 준비된다. 용융된 물질(110)은 주철 또는 합금을 포함하는 임의의 다양한 금속들일 수 있다. 몰드 코어 패키지(10) 내에 간헐적으로 이격된 코어 지지체(111)들이 배치될 수 있다. 코어 지지체(111)들은 형성면(100) 위의 제 위치에 희생 입자 라인(20)들을 유지한다. 몰드 코어 패키지(10)와 복수의 희생 입자 라인(20)들은 모두 1개의 성형 툴(12)을 만들기 위해 1회 사용된다. 즉, 몰드 코어 패키지(10)와 복수의 희생 입자 라인(20)들은, 용융된 물질(110)이 몰드 코어 패키지(10) 내에서 고형화된 후, 성형 툴(12)을 생성하는 동안에 일반적으로 파괴된다. "주물 피막(cast skin) 또는 슬러시 몰드의 생산 방법"이란 명칭의 미국 가특허 출원번호 제 61/268,369 호와, "조직화된 표면을 가진 낮은 CTE 슬러시 몰드와 그 제조 및 이용 방법"이란 명칭의 PCT 국제공개번호 제 WO 2010/144786 호에 도시되고 설명된 바와 같은 합금이 몰드 코어 패키지(10)에 부어질 수 있으며, 이 특허출원들은 그 전체가 본 명세서에 통합되어 있다.
이제, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 용융된 물질(110)을 몰드 코어 패키지(10)에 부음으로써, 성형 툴(12)이 만들어진다. 용융된 물질(110)은 몰드 코어 패키지(10), 희생벽(18)들 및 희생 입자 라인(20)들의 내부와 그 주변의 모든 빈 공간을 충전한다. 용융된 물질(110)은 얇은 입자 층(14)들 내부의 일부 또는 모든 결합제(16)를 소각(incinerate)할 수 있다. 용융된 물질(110)이 몰드 코어 패키지(10) 속으로 삽입된 후, 몰드 코어 패키지(10)는 노에 배치되며, 상기 노에서 열이 몰드 코어 패키지(10) 내의 결합제(16)를 휘발시킨다. 그 후, 희생벽(18)들을 파괴함으로써 주조 성형 툴(12)이 몰드 코어 패키지(10)로부터 분리되고, 남아 있는 모래가 성형 툴(12)로부터 세정되거나 세척될 수 있다. 마찬가지로, 희생 입자 라인(20)들 내의 결합제(16)가 또한 휘발하게 됨으로써, 컨포멀 라인(22)들로부터 미세 입자(50)들을 세척하는 브러쉬 또는 전동 분무기에 의해 컨포멀 라인(22)들이 세척될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 몰드 코어 패키지(10)와 같은 몰드 코어 패키지 주위에 얇은 밀폐벽들이 인쇄될 수 있을 것으로 생각된다. 상기 얇은 밀폐벽들은 도 11에 도시된 작업 박스(40)의 구성을 대부분 반영할 수 있을 것으로 생각된다. 몰드 코어 패키지(10)가 인쇄되는 것과 같이 전술한 샌드프린팅 프로세스를 이용하여 밀폐벽들을 인쇄하는 것이 가능하다. 전술한 용융된 물질(110)과 같은 용융된 물질이 몰드 코어 패키지(10) 주위에 인쇄된 얇은 밀폐벽들 내부에 주조될 수 있다. 얇은 밀폐벽들이 주조 프로세스를 견딜 수 있도록 하기 위하여, 몰드 코어 패키지 주위에 인쇄된 얇은 밀폐벽들을 가진 몰드 코어 패키지는 추가 지지를 위한 주물사(foundry sand) 속에 포설될 것이다. 이러한 방식으로, 주물사에 의해 지지되었을 때 주조 부품을 수용하여 형성하는 밀폐벽들을 제공하기 위해 첨가 제조 기술이 사용될 수 있다. 또한, 매우 섬세하고 복잡한 몰드 코어 패키지를 완전히 감싸기 위해 보호성의 얇은 밀폐벽들을 인쇄하는 유사한 기술이 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 주조 프로세스를 위해 필요할 때까지 섬세한 몰드 코어 패키지를 완전히 감싸서 몰드 코어 패키지를 보호하는 보호성의 얇은 밀폐벽 구조가 인쇄될 수 있을 것으로 생각된다. 그 후, 주조 작업자가 몰드 코어 패키지를 회수할 수 있도록, 상기 보호성의 얇은 벽 구조가 붕괴될 수 있다.
도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 그 후, 용융된 물질(110)의 경화가 허용된다. 용융된 물질(110)은 경화되어 성형 툴(12)을 형성한다. 경화 후, 몰드 코어 패키지(10)가 파괴되며, 내부 공극들이 제거된다. 성형 툴(12)이 스크러빙(scrubbed)되고 적절하게 처리된 후, 남겨진 완성된 성형 툴(12)은 사출 성형 또는 다른 성형 프로세스들에서 성형 부품들을 형성할 수 있다. 성형 툴(12)은 대면하고 있는 성형 툴(12)들 사이에 규정된 몰드 공동(26)(도 16a) 속으로 성형 물질(122)(도 15b)을 사출하기 위한 사출 포트(120)를 포함한다. 또한, 성형 툴(12) 내에 컨포멀 라인(22)들이 제공됨을 알 수 있다. 성형 툴(12)은 성형 조립체(130)(도 16a)의 절반만을 나타내며, 상기 성형 조립체는 성형 부품(140)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 제 1 및 제 2 몰드 반분(132, 134)(도 16a)들로서 작용하는 2개의 성형 툴(12)들을 포함한다.
이제, 도 14a 내지 도 14h를 참조하면, 용융된 물질이 몰드 코어 패키지(10)에 적용된 후 컨포멀 라인(22)들의 불규칙한 형상들을 규정하는 다양한 돌기들을 갖도록 희생 입자 라인(20)(도 12)들이 형성될 수 있다. 이에 따라, 컨포멀 라인(22)들은 난류 유도 부재들과 같은 다양한 구조들과 특징들을 포함할 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 컨포멀 라인(22)들은 성형 툴(12) 내에 리세스(143)들을 규정하는 다수의 휜(fin)(141)들을 포함한다. 상기 리세스(143)들은 성형 프로세스에 앞서 성형 물질(110)에 대해 열을 효과적으로 전달하거나, 이미 형성된 부품으로부터 열을 빼앗는 소정의 열역학적 특징들을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 14b에 도시된 바와 같이, 휜(141)들과 리세스(143)들은, 성형 툴(12)이 가열되거나 냉각될 때, 컨포멀 라인(22)에서 추가적인 난류를 생성할 수 있는 나선형 패턴으로 구성된다. 유사한 실시예들은, 도 14c 내지 도 14f에 도시된 실시예들과 같이, 다이아몬드 형상의 구조(도 14c), 나선형 구성으로 된 다이아몬드 형상의 구조(도 14d), 난형(卵形) 구조(도 14e), 및 나선형 구성으로 된 난형 구조(도 14f)를 포함한다. 아울러, 가열/냉각 유체가 컨포멀 라인(22)(도 14g)을 통과할 때 성형 툴(12)을 통과하는 흐름이 증가하거나 감소하도록, 컨포멀 라인(22)의 직경이 또한 변화될 수도 있다. 본 명세서에 상세하게 설명된 3D 인쇄 프로세스로 만들어진 몰드 코어 패키지를 이용하여 성형 툴(12)을 제조한 결과, 컨포멀 라인(22)들에서의 여타 변화들이 가능하다. 종래에는 성형 툴들의 냉각 라인들이 흔히 천공(drilled)되었기 때문에, 컨포멀 라인(22)들을 불규칙하게 형성할 수 있는 가능성이 없었다. 또한, 도 14h에 도시된 바와 같이, 컨포멀 라인(22)들의 길이방향 범위가 선형, 궁형(弓形) 또는 각형(角形) 등일 수 있을 것으로 생각된다. 더욱이, 컨포멀 라인(22)들은 파형을 이룰 수 있으며, 성형면(160)(도 15a)에 매우 근접한 부분들과 성형면(160)에 근접하지 않은 부분들을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 컨포멀 라인(22)들의 서로 다른 영역들은 성형 툴(12)과 궁극적으로 성형될 부품에 대해 서로 다른 열적 영향을 미치게 된다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 이러한 구성들은 본 명세서에 상세하게 설명된 3D 인쇄 프로세스로 만들어질 수 있다.
이제, 도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 컨포멀 라인(22)들은 하나 이상의 컨포멀 저장소(145)들과 소통하거나 그 일부가 될 수 있을 것으로 생각된다. 각각의 컨포멀 저장소(145)는 몰드 코어 패키지(10)를 제조할 때 몰드 코어 패키지(10)가 형성되는 희생 변위체(sacrificial displacement body)로부터 형성된다. 희생 변위체는 용융된 물질이 몰드 코어 패키지(10)에 적용된 후 컨포멀 저장소(145)들의 불규칙한 형상들을 규정하는 다양한 리세스들을 포함할 수 있다. 컨포멀 저장소(145)들은 성형 툴(12) 내에 규정된 성형면(160)에 인접하여 성형 툴(12)을 통한 가열/냉각 유체의 균일한 흐름을 제공하도록 되어 있다. 성형 툴(12)은 성형 툴(12)을 가로질러 연장하는 다수의 컨포멀 저장소(145)들을 포함할 수 있다. 도 15c 및 도 15d에 도시된 바와 같이, 사출 성형 압력들과 연관된 성형 툴(12)에 대한 부하들을 견디도록 설계된 주기적인 칼럼(146)들이 제공된다. 주기적인 칼럼(146)들은 사출 성형 툴(12)이 임의의 컨포멀 저장소(145)들 부근에서 파괴되거나 균열되지 않도록 보장한다. 아울러, 성형 툴(12)은 몰드 공동(26)(도 16a) 속으로 사출된 성형 물질이 컨포멀 저장소(145) 또는 컨포멀 라인(22)들로 유입되는 것을 방지하는 분리벽(139)들을 포함한다.
성형 툴(12)과 궁극적으로 성형될 부품에 대해 미치게 되는 컨포멀 라인(22)의 열적 영향에 따라, 컨포멀 저장소(145)들은 다양한 구조들을 취할 수 있으며 성형면(160)으로부터 다양한 거리들 상에 위치될 수 있다. 또한, 컨포멀 저장소(145)들이 성형 툴(12) 전체에 걸쳐 파형을 이룰 수 있을 것으로 생각된다. 보다 구체적으로, 컨포멀 저장소(145)들의 일부분들이 컨포멀 저장소(145)들의 다른 부분들보다 성형 툴(12)의 성형면(160)에 근접할 수 있으며, 이에 따라, 성형면(160)으로부터 더 먼 컨포멀 저장소(145)들의 영역들보다 성형면(160)에 대해 더 큰 열적 영향을 미치는 영역들을 제공하게 된다.
이제, 도 15e 내지 도 15g를 참조하면, 사출 성형 프로세스 중에 부품을 통해 흐르는 가열/냉각 유체의 난류를 향상시키고 정체를 제한하기 위해 컨포멀 저장소(145)들 내부에 다양한 난류 유도 부재들이 배치될 수 있다. 도 15e에 도시된 바와 같이, 다수의 휜(147)들이 서로에 대해 소정 각도로 배치되며, 이는 휜(147)들 속과 그 주위로 흐름을 조장한다. 대안적으로, 도 15f에 도시된 바와 같이, 컨포멀 저장소(145) 내부의 간헐적인 위치들에 복수의 배플(148)들이 배치되며, 상기 배플들은 컨포멀 저장소(145)를 통해 흐르는 가열/냉각 유체의 흐름에 영향을 미치고, 또한, 배플(148)들의 위치들에서 가열/냉각 유체의 열적 영향을 최소화한다. 또 다른 실시예에서, 도 15g에 도시된 바와 같이, 복수의 간헐적인 돌기(149)들이 컨포멀 저장소(145) 속으로 연장함으로써, 컨포멀 저장소(145)에서 가열/냉각 유체의 흐름과 정체에 영향을 미친다. 도시된 돌기(149)들은 원통 형상의 구조를 포함하고 있으나, 상기 돌기(149)들이 많은 다른 형상들을 취할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에 개시된 3D 인쇄 프로세스로 제조되는 직접적인 결과로서 임의의 다양한 여러 가지 구조물들이 성형 툴(12) 내에 형성될 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 성형 프로세스 중에, 상기 난류 유도 부재들은 성형 툴(12)의 제조시 용융된 물질로 나중에 충전되는 몰드 코어 내의 리세스에 의해 규정된다.
이제, 도 16 및 도 16a를 참조하면, 제 1 몰드 반분(132)이, 미리 형성되어 있고 형태가 상보적인 제 2 몰드 반분(134)과 연결된다. 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)은 도 1 내지 도 14를 참조하여 상세하게 설명한 인쇄 기술을 사용하여 형성된 성형 툴(12)들을 나타낸다. 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134) 사이의 몰드 공동(26)은 형성하고자 하는 성형 부품(140)(도 17)의 형상을 나타낸다. 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)은 제 1 및 제 2 몰드 반분(132, 134)들 각각의 코너들 주위에 배치된 핀(pin)(144)들에 의해 연결되며, 이 핀들은 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)을 측방향(X 및 Y방향)으로 고정한다. 이와 동시에, 프레스(150)가 제 1 몰드 반분(132)을 제 2 몰드 반분(134)에 대해 수직 방향으로 고정한다. 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)이 함께 고정된 후, 사출 포트(120)를 통해 성형 물질(122)이 고압으로 사출된다. 그 결과, 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134) 사이에 규정된 몰드 공동(26)이 성형 물질(122)로 충전된다. 이와 동시에, 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)의 성형면(160)에 인접하여 배치된 컨포멀 라인(22)들을 통해 가열 유체(152)(도 24 및 도 25)가 입구(153)로 펌핑되어 출구(155)를 통해 빠져나간다. 가열 유체(152)는 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)의 성형면(160)을 가온하여, 몰드 공동(26) 속으로 성형 물질(122)이 적절하게 흐르도록 한다. 몰드 공동(26)이 성형 물질(122)로 완전히 충전된 후, 컨포멀 라인(22)들로부터 가열 유체(152)가 배출된다. 그 다음, 몰드 공동(26) 내에 배치된 성형 물질(122)을 급속 냉각하기 위해, 컨포멀 라인(22)들이 냉각 유체(154)로 충전된다. 냉각 유체(154)와 가열 유체(152)는 동일한 유체일 수 있을 것으로 생각된다. 대안적으로, 냉각 유체(154)는 저온 조건에서 잘 작용하는 제 1 유체일 수 있으며, 가열 유체(152)는 고온 조건에서 잘 작용하는 제 2 유체일 수 있다. 미리 정해진 시간이 경과한 후, 제 1 몰드 반분(132)이 제 2 몰드 반분(134)으로부터 분리되고, 성형 부품(140)(도 17)이 제거된다. 이제, 제 1 몰드 반분(132)과 제 2 몰드 반분(134)은, 성형 부품(140)들을 더 형성하기 위하여, 추가적인 성형 물질(122)의 도입과 재결합을 위해 준비된다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 각각 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들과 결합하도록 된 공동 툴(170)과 코어 툴(172)로도 알려진 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들을 가진 인서트 성형 조립체(168)(도 21)를 포함한다. 도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들은 도 1 내지 도 14와 관련하여 전술한 바와 유사한 프로세스로 형성된다. 3D 인쇄 프로세스가 사용되지만, 3D 인쇄 프로세스는 완성된 성형 툴(12)보다는 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들을 형성하기 위해 사용된다. 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들은 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들에 대한 신속한 연결을 제공하며, 이에 따라, 사용자가 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들로부터 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들을 신속하게 교환할 수 있도록 하며, 그 결과, 성형 시설에서 여러 가지 성형 부품(140)들이 제조될 수 있는 속도를 향상시킨다. 컨포멀 라인(22)들과 컨포멀 저장소(145)들은 인서트 몰드(170, 172)들 중 어느 일측 또는 양측에 형성될 수 있다. 또한, 컨포멀 라인(22)들이 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들의 컨포멀 라인(22)들과 유체 소통하거나, 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들의 릴레이 라인들과 유체 소통할 수 있을 것으로 생각된다. 컨포멀 라인(22), 컨포멀 저장소(145) 및 임의의 릴레이 라인은, 몰드 코어 패키지(10)에 용융된 물질을 도입하기 전에, 몰드 코어 패키지(10) 내에 희생 변위 라인들 및 희생 변위체들과 같은 희생 코어 부분들을 형성함으로써, 제조된다.
도 21 내지 도 23의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들은 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들 속에 각각 삽입되도록 설계되어 있다. 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들은 제 1 및 제 2 베이스 몰드(174, 176)들의 코너들 주위에 배치된 핀(180)들과 정렬된다. 도 21 내지 도 23에 도시된 실시예에서의 핀(180)들은 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들과 결합하도록 되어 있으나, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다. 핀(180)들은 인서트, 베이스 몰드, 인서트와 베이스 몰드를 안내할 수 있는 가이드 특징부로서 기능하거나, 상기 핀(180)들이 완전히 제거될 수도 있다. 제 1 베이스 몰드(174), 제 1 인서트 몰드(170), 제 2 인서트 몰드(172) 및 제 2 베이스 몰드(176)가 견고하게 연결되며, 성형 물질(122)이 입구 포트(179)를 통해 제 1 베이스 몰드(174) 속으로 그리고 제 1 인서트 몰드(170)를 통하여 삽입된다. 성형 물질(122)은 제 1 인서트 몰드(170)와 제 2 인서트 몰드(172) 사이에 규정된 몰드 공동(26)을 점유한다. 그 다음, 성형 물질(122)은 커포멀 라인(22)들에 의해 가열되며, 상기 컨포멀 라인들은 입구(182) 속으로 펌핑되어 커포멀 라인(22)들을 통과하여 제 1 및 제 2 인서트 몰드(170, 172)들의 성형면(188)의 출구(184) 외부로 펌핑되는 가열 유체(152)를 포함한다. 성형 물질(122)이 몰드 공동(26) 내부에서 완전히 가압된 후, 성형 물질(122)을 급속 냉각 또는 냉동하기 위해 컨포멀 라인(22)들이 속으로 냉각 유체(154)가 삽입되며, 이에 따라, 경화된 성형 부품(140)을 형성하게 된다. 그 다음, 몰드 공동(26)(도 23)으로부터 성형 부품(140)이 제거된 후, 추가적인 성형 부품(140)들을 형성하기 위하여, 제 1 베이스 몰드(174), 제 1 인서트 몰드(170), 제 2 인서트 몰드(172) 및 제 2 베이스 몰드(176)가 재연결되고 다시 한번 성형 물질(122)로 충전된다.
이제, 도 24 및 도 25를 참조하면, 일반적으로, 성형 툴(12) 또는 인서트 성형 조립체(168)("성형 조립체(200)"라 통칭함) 중 어느 하나를 통해 연장하는 가열 유체(152)와 냉각 유체(154)가 온도 제어 시스템(202)으로부터 릴레이(relay)될 것으로 생각된다. 온도 제어 시스템(202)은 성형 툴(12) 또는 인서트 성형 조립체(168)와 소통하는 가열 유체(152)와 냉각 유체(154)를 포함한다. 성형 조립체(200)를 가열하고자 하는 경우, 통상적으로, 성형 조립체(200) 속으로 성형 물질(122)을 초기에 삽입할 때, 밸브 스테이션(204)은 가열된 유체 저장소(208)로부터 성형 조립체(200)로 가열 유체(152)의 소통을 허용하는 고온측 밸브(206)들을 개방한다. 이와 동시에, 냉각된 유체 저장소(212)로부터 성형 조립체(200)로의 냉각 유체(154)의 소통을 제어하는 저온측 밸브(210)들이 폐쇄되며, 이에 따라, 냉각 유체(154)는 성형 조립체(200)에 도달할 수 없게 된다. 성형 조립체(200)가 원하는 시간 동안 원하는 온도에 도달한 후, 가열 유체(152)는 가열된 유체 저장소(208)로 복귀하게 되며, 성형 조립체(200)로의 가열 유체(152)의 유체 소통을 허용하는 고온측 밸브(206)들이 폐쇄된다. 이와 동시에, 도 25에 도시된 바와 같이, 냉각된 유체 저장소(212)와 성형 조립체(200) 사이에서 폐쇄되어 있던 저온측 밸브(210)들이 개방됨으로써, 이에 따라, 냉각 유체(154)가 성형 조립체(200)를 흐를 수 있으며, 그 결과, 성형 물질(122)을 냉각하여 경화된 성형 부품(140)을 형성하게 된다.
도 26은 전술한 바와 같은 성형 조립체(200)와 함께 사용하기 위한 가열 시스템(300)의 일 실시예를 도시하고 있다. 가열 시스템(300)은 가열 유체 라인(302)을 포함하며, 상기 가열 유체 라인은 가열 유체(152) 내에 있을 수 있는 임의의 먼지 또는 파편을 제거하는 먼지 제거기(dirt trap)(304)를 통과한다. 그 다음, 가열 유체(152)는 탈기 탱크(306)를 지난다. 탈기 탱크(306)는 가열 유체(152)가 펌프(308)에 의해 히터(310)로 이동하기 전에 가열 유체(152)로부터 바람직하지 않은 가스들과 다른 불순물들을 제거한다. 가열 유체(152)가 열전달이 이루어지는 성형 조립체(200)로부터 복귀되기 때문에, 가열 유체(152)는 원하는 것보다 대체로 더 저온이다. 따라서, 히터(310)에서 가열 유체(152)를 재가열하는 것이 바람직하다. 히터(310)는 가열 유체(152)가 열교환기(312)를 통과하기 전에 가열 유체(152)의 온도를 원하는 온도로 상승시키며, 상기 열교환기는 가열 유체(152)의 열을 조절하는데 도움이 된다. 열교환기(312)는 당해 열교환기(312)가 너무 높은 온도에 도달하는 것을 방지하는 냉각수 공급기(316) 및 냉각수 출구(314)와 커플링된다. 그 다음, 가열 유체(152)는 당해 가열 유체(152)가 성형 조립체(200)로 흐르는 가열 유체(152)의 체적 유량을 제공하는 유량계(320)를 통과하기 전에 당해 가열 유체(152)의 온도를 확인하는 제 1 및 제 2 온도 센서(317, 318)들을 지나간다.
이제, 도 27을 참조하면, 성형 조립체(200)와 연결되도록 된 냉각 시스템(400)이 도시되어 있다. 냉각 유체(154)는 먼지 제거기(402)를 지나 냉각 탱크(404)로 진행하며, 상기 냉각 탱크에서 냉각 유체(154)는 바람직한 온도로 냉각된다. 성형 조립체(200)와 성형 부품(140)으로부터의 열이 냉각 유체(154)로 전달되는 성형 조립체(200)로부터 냉각 유체(154)가 복귀되기 때문에, 냉각 유체(154)는 원하는 것보다 대체로 더 고온이다. 따라서, 냉각 탱크(404)에서 냉각 유체(154)를 재냉각하는 것이 바람직하다. 온도 센서(406)는 냉각 탱크(404) 내의 온도를 모니터링한다. 냉각 탱크(404)는 당해 냉각 탱크(404) 내에 배치된 침지형 증발기(408)에 의해 냉각된다. 침지형 증발기(408)는 고압 및 저압 차단기(412, 414)들 사이에 배치된 압축기(410)를 지나는 냉매와 연결된다. 압축기(410)를 지난 후, 냉매는 응축기(416)에서 냉각된다. 응축기(416)를 빠져나온 후, 냉매는, 냉매의 색깔, 농도, 불순물 등을 볼 수 있는 검사 유리(424)를 지나기 전에, 수집기(418)와 체크 밸브(420) 뿐만 아니라 필터 건조기(422)를 통과한다. 그 다음, 냉매는 팽창 밸브(426)를 통과하게 되며, 상기 팽창 밸브에서 냉매는 냉각 탱크(404)로 진입하기 전에 급속하게 냉각된다. 냉매가 냉각 탱크(404)를 통과할 때, 냉매는 냉각 탱크(404)와 냉각 탱크(404)의 내용물들을 냉각시키며, 이에 따라, 냉각 탱크(404) 내의 냉각 유체(154)가 원하는 온도로 냉각된다. 냉각 유체(154)의 온도는 온도 센서(406)에 의해 모니터링된다. 그 다음, 냉각 유체(154)는 펌프에 의해 냉각 탱크(404)로부터 배출되어 성형 조립체(200)로, 보다 구체적으로는, 성형 조립체(200)의 컨포멀 라인(22)들로 압출된다.
도 26 및 도 27은 몰드와 함께 사용될 수 있는 가열 및 냉각 시스템의 예시적 실시예들이지만, 다른 가열 및 냉각 시스템들이 몰드와 함께, 구체적으로는, 전술한 바와 같은 성형 툴, 인서트 몰드 및 베이스 몰드와 함께 사용될 수 있다.
이제, 도 28을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있으며, 이 실시예에서, 샌드 몰드 패키지(530)는 상부 몰드 또는 코프 몰드(532), 하부 몰드 또는 드래그 몰드(534) 및 코어(522)를 포함한다. 샌드 몰드 패키지(530)는, 전체적으로, 샌드프린터로부터 인쇄된 후 작업 박스로부터 제거된 몰드와 코어 구성요소들로 만들어진다. 도시된 바와 같은 샌드 몰드 패키지(530)는 전술한 바와 유사한 방식으로 용융된 물질을 주조하기 위해 준비되어 있다.
이제, 도 29 및 도 30을 참조하면, 코어(522)는 드래그 몰드(534)의 상면에 배치된 공동(539) 속에 삽입된 상태로 도시되어 있으며, 상기 공동(539)은 드래그 몰드(534)와 공동(537)을 가진 코프 몰드(532)의 합체에 의해 규정되는 몰드 공동을 형성한다. 도 30에 도시된 바와 같이, 샌드 몰드 패키지(530)는 코프 몰드(532)와 드래그 몰드(534)가 서로 적층되어 완전히 조립된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 코프 몰드(532)와 드래그 몰드(534) 모두에 각각 배치된 공동(537, 539)들의 합체에 의해 몰드 공동이 생성된다. 도 28 내지 도 30에 도시된 바와 같이, 코프 몰드(532)의 상면에 개구(536, 538)들이 배치되어 있다. 개구(536)는 도 30에서와 같이 조립된 샌드 몰드 패키지(530) 속으로 용융된 물질을 붓기 위한 접근점을 나타낸다. 상기 접근점(536)은 도 28에 도시된 바와 같은 일련의 러너(runners)(541)들에 더 연결되며, 상기 러너들은 용융된 물질이 코프 몰드(532)로부터 접근점(536)을 통해 드래그 몰드(534)로 지날 수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 러너(541)들은 드래그 몰드(534)와 코프 몰드(532)의 각각의 공동(537, 539)들의 합체에 의해 생성된 몰드 공동을 바닥에서부터 위로 충전한다. 용융된 물질이 몰드 공동을 충전할 때, 초과된 용융된 물질이 코프 몰드(532)의 상면에 배치된 라이저(riser)(538)들을 충전하기 시작한다. 라이저(538)는 샌드 몰드 패키지(530)의 몰드 공동이 완충된 시기를 주조 작업자가 알 수 있도록 돕고, 또한, 용융된 물질이 정착할 때, 용융된 물질이 몰드 공동의 임의의 영역들을 충전하는데 이용가능하게 될 수 있도록 한다.
샌드 몰드 패키지(530) 내부에서 용융된 물질이 고화되었으면, 샌드 몰드 패키지(530)는 도 31에 도시된 바와 같이 분쇄되어 주조 부품(540)을 드러낸다. 도 32에 도시된 바와 같이, 도 28 내지 도 30에 도시된 샌드 몰드 패키지(530)의 접근점(536), 러너 시스템(541) 및 라이저(538)들을 충전하기 위해 사용된 주조 물질이 성형 툴(542) 상에 경화되고 고화되어 있는 상태로, 주조 부품(540)이 도시되어 있다. 참조번호 536a, 538a 및 541a로 표시된 이 주조 구조물들은 성형 프로세스에서 사용할 준비가 된 툴이 드러나도록 성형 툴(542)로부터 기계로 또는 다른 방식으로 제거된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 몰드 코어 패키지와 그 내부에 포함된 구성요소들과 아울러, 몰드 코어 패키지로부터 툴들을 제조하기 위한 방법은 성형 툴의 모든 영역들을 균일하게 냉각하는 개선된 능력을 제공함으로써, 뒤틀림, 균열 등이 발생할 가능성을 저감한다. 또한, 인쇄 프로세스로부터 성형 툴들을 제조하는 것과 연관된 정확도는 우수한 부품 품질, 정밀도 및 설계 유연성을 제공한다. 컨포멀 라인들은 열용량(thermal capability)의 향상을 가능하게 한다. 툴 품질뿐만 아니라 툴과 부품의 품질을 향상시키기 위해 필요한 소정의 열적 부하와 일치하도록 구성될 수 있는 통합된 가열 및 냉각 컨포멀 라인들로 인해 다수의 가열 및 냉각용 라인들이 생략된다. 또한, 몰드 코어 패키지 구성요소들과 상기 몰드 코어 패키지 구성요소들로 만들어지는 툴들은 사이클 타임을 개선하도록 설계될 수 있으며, 이에 따라, 부품 제조 용량을 증대시킨다. 완성된 부품들에 대한 추가적인 페인트 또는 광택제를 필요로 하지 않고, 매끄럽게 광택이 나는 마감(즉, 피아노 블랙)을 제공하는 A급 표면들을 만들 수 있다. 또한, 성형 툴의 성형면에 패턴을 에칭함으로써 에칭된 패턴들을 가진 A급 표면이 만들어질 수 있으며, 이에 따라, 패턴이 위에 양각된 완성된 부품이 얻어진다.
개시된 발명과 다른 부품들의 구성이 임의의 특수한 물질로 한정되지 않음을 당업자는 이해할 것이다. 본 명세서에 다르게 개시하지 않았다면, 본 명세서에 개시된 발명의 다른 예시적 실시예들은 광범위한 물질들로부터 형성될 수 있다.
본 명세서에서 설명하기 위하여, 용어 "커플링된"(그 모든 형태, 커플, 커플링, 커플링된 등)은, 일반적으로, 다른 구성요소에 대한 2개의 (전기적 또는 기계적) 구성요소들의 직접적인 또는 간접적인 접합을 의미한다. 그러한 접합은 본질적으로 고정식이거나 본질적으로 이동식일 수 있다. 그러한 접합은 2개의 (전기적 또는 기계적) 구성요소들과, 다른 구성요소 또는 상기 2개의 구성요소들과 단일의 단체(單體)로서 일체로 형성된 임의의 추가적인 중간 부재들에 의해 구현될 수 있다. 그러한 접합은 본질적으로 영구적일 수 있거나, 다르게 언급하지 않는다면, 본질적으로 제거가능하거나 해제가능할 수 있다.
예시적 실시예들에 도시된 바와 같은 본 발명의 요소들의 구조와 배열은 단지 도식적임을 이해하는 것이 또한 중요하다. 본 발명의 단지 일부 실시예들만을 본 명세서에 상세하게 개시하였으나, 본 명세서를 검토한 당업자라면, 열거한 요지의 장점들과 신규한 교시들부터 실질적으로 벗어나지 않고 많은 변형들(예컨대, 다양한 요소들의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 변수들의 값, 장착 배열, 물질의 용도, 색깔, 방위 등에서의 변화)이 가능함을 쉽게 이해할 것이다. 예컨대, 일체로 형성된 것으로 도시된 요소들이 다수의 부품들로 구성되거나, 다수의 부품들로 도시된 요소들이 일체로 형성될 수 있으며, 계면들의 작용이 역전되거나 다르게 변경될 수 있으며, 시스템의 구조들 및/또는 부재들 또는 커넥터 또는 다른 요소들의 길이 또는 폭이 변경될 수 있으며, 요소들 사이에 제공된 조절 위치들의 성질 또는 갯수가 변경될 수 있다. 시스템의 요소들 및/또는 조립체들이 임의의 광범위한 색깔, 조직 및 조합으로 충분한 강도 또는 내구성을 제공하는 임의의 광범위한 물질들로부터 구성될 수 있다. 따라서, 그러한 모든 실시예들이 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 하고자 한다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않고, 바람직한 실시예와 다른 예시적 실시예들의 설계, 동작 조건들 및 배열에 있어서 다른 치환, 변형, 변화 및 생략이 이루어질 수 있다.
개시된 프로세스들에 포함된 임의의 개시된 프로세스들 또는 단계들이 본 발명의 범위 내에 속하는 구조들을 형성하기 위해 개시된 다른 프로세스들 또는 단계들과 조합될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에 개시된 예시적 구조들과 프로세스들은 도시를 목적으로 하고 있으며 제한으로 간주되지 않아야 한다.
본 발명의 개념을 벗어나지 않고 전술한 구조들과 방법들에 대한 변경들과 변형들이 이루어질 수 있음을 또한 이해하여야 하며, 다르게 명시하지 않는다면, 그러한 개념들을 하기된 특허청구범위에 포함시키고자 한다는 것을 또한 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 성형 부품들을 제조하기 위한 성형 조립체이며,
    컨포멀 유체 라인들을 갖는 성형 툴이며, 상기 컨포멀 유체 라인들은 당해 성형 툴의 성형면의 외관을 추종하며 3차원 프린터에 의해 형성된 희생 변위 라인들에 의해 주조되는 동안에 성형 툴 내에서 형성되는, 성형 툴;
    상기 성형 툴에 커플링되며 가열 및 냉각 유체를 가진 온도 제어 스테이션; 및
    상기 성형 툴로의 유체 흐름을 조절하는 밸브 스테이션을 포함하는,
    성형 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가열을 위해 사용되는 유체는 냉각을 위해 사용되는 유체와 동일한,
    성형 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨포멀 유체 라인은 유체 흐름에 영향을 미치는 휜을 가진 벽을 포함하는,
    성형 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 툴은 상기 컨포멀 유체 라인들의 단면 영역과는 다른 단면 영역을 가진 컨포멀 저장소를 포함하며, 상기 컨포멀 저장소는 상기 성형면의 외관을 밀접하게 추종하는,
    성형 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 제어 스테이션은 냉각 유체를 담고 있는 유체 수집 탱크 내에 침지된 증발기를 가진 냉각 조립체를 포함하는,
    성형 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 제어 스테이션은 가열 조립체와 냉각 조립체 모두와 연결된 폐쇄형 유체 회로를 포함하고, 상기 가열 조립체와 상기 냉각 조립체는 유체를 열적으로 조절하는,
    성형 조립체.
  7. 성형 부품들을 제조하기 위한 성형 조립체이며,
    컨포멀 유체 라인과 컨포멀 저장소를 가진 성형 툴이며, 상기 컨포멀 유체 라인과 상기 컨포멀 저장소는 성형 툴의 성형면에 인접하고, 3차원 샌드프린팅 기기에 의해 형성된 희생 코어 부분들로 주조되는 동안에 성형 툴 내에 형성되는, 성형 툴; 및
    상기 성형 툴을 온도 제어 스테이션과 커플링하는 폐쇄형 유체 회로를 포함하는
    성형 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨포멀 유체 라인들은 컨포멀 유체 라인을 통한 유체의 흐름에 영향을 미치는 돌기들을 가진 벽들을 포함하는,
    성형 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨포멀 저장소 내에 배치되어 유체의 흐름에 영향을 미치는 부재들을 더 포함하는,
    성형 조립체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 제어 스테이션은 열교환기와 커플링된 가열 요소를 가진 가열 조립체를 포함하는,
    성형 조립체.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 제어 스테이션은 냉각 유체를 담고 있는 유체 수집 탱크 내에 침지된 증발기를 가진 냉각 조립체를 포함하는,
    성형 조립체.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 제어 스테이션은 가열 조립체와 냉각 조립체 모두와 연결된 폐쇄형 유체 회로를 포함하고, 상기 가열 조립체와 상기 냉각 조립체는 열적으로 영향을 미치는 유체를 열적으로 조절하는,
    성형 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 성형 툴의 성형면과 상기 컨포멀 유체 라인 사이의 간격이 변하도록, 상기 컨포멀 유체 라인이 파형을 이루는,
    성형 조립체.
  14. 성형 부품을 제조하기 위한 방법이며,
    다수의 미세 입자 층들에 결합제를 도포함으로써 발현되는 희생 변위 라인들로 희생 몰드 코어 패키지를 제조하는 단계;
    상기 희생 몰드 코어 패키지와 상기 희생 변위 라인들로부터 컨포멀 라인들을 구비한 성형 툴을 형성하는 단계;
    상기 성형 툴 내의 상기 컨포멀 라인들과 유체 온도 제어 스테이션을 커플링하는 단계;
    상기 성형 툴의 몰드 공동 속으로 사출된 성형가능한 물질을 가열하는 단계; 및
    상기 몰드 공동 내의 상기 성형가능한 물질을 냉각하는 단계를 포함하는,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 성형 툴의 성형면의 외관을 실질적으로 균일하게 추종하도록 상기 컨포멀 라인들을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 미세 입자로서 미세 모래를 사용하는 단계를 더 포함하는,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 성형가능한 물질을 상기 몰드 공동으로 유도하는 사출 포트를 상기 성형 툴에 형성하는 단계를 더 포함하는,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 성형가능한 물질을 가열하는 단계는,
    상기 성형 툴의 컨포멀 라인들을 통해 단일의 유체를 흐르게 함으로써 상기 성형 툴을 급속 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 단일의 유체는 가열된 상태인,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 성형가능한 물질을 냉각하는 단계는,
    상기 성형 툴의 컨포멀 라인들을 통해 단일의 유체를 흐르게 함으로써 상기 성형 툴을 급속 냉각하는 단계를 더 포함하며, 상기 단일의 유체는 냉각된 상태인,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 컨포멀 라인들을 구비한 성형 툴을 형성하는 단계는,
    상기 희생 몰드 코어와 상기 희생 변위 라인들로부터 결합제가 제거되도록, 상기 결합제를 소각하는 단계를 더 포함하는,
    성형 부품을 제조하기 위한 방법.
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