KR20130099880A

KR20130099880A - 성형 공구를 형성하기 위한 주형 코어

Info

Publication number: KR20130099880A
Application number: KR1020130021344A
Authority: KR
Inventors: 찰스 앨런 로코; 제프리 엔. 콘리; 레이몬드 에드워드 칼리스; 버니 제라드 마체티; 라리 에드워드 엘리스; 해롤드 피. 시어스; 제임스 토드 클로브; 앨런 로렌스 제이콥슨; 로날드 하센부쉬
Original assignee: 포드 모터 캄파니
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-06
Also published as: DE102013203368A1; CN103286274A; CN103286274B; US8567477B2; US20130220569A1

Abstract

성형 공구를 형성하기 위한 주형 코어 패키지는 결합 제제를 갖는 복수의 적층된 입자 층을 포함한다. 복수의 적층된 입자 층은 희생 벽을 형성한다. 긴 희생 변위 라인이 주형 코어 패키지의 형상 표면에 인접하게 주형 코어 패키지를 통하여 연장된다. 주형 공동이 적층된 입자 층에 의해 형성된다.

Description

성형 공구를 형성하기 위한 주형 코어{MOLD CORE FOR FORMING A MOLDING TOOL}

본 출원은 다음의 출원, 즉 전체 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "가열 및 냉각 시스템을 갖는 성형 조립체"이고 2012년 2월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제____________호(대리인 문서 번호 제83203379호); 발명의 명칭이 "교환가능한 주형 삽입체"이고 2012년 2월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제____________호(대리인 문서 번호 제83203382호); 발명의 명칭이 "분말 슬러시 성형 공구를 형성하기 위한 주형 코어 패키지"이고 2012년 2월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제____________호(대리인 문서 번호 제83225801호); 발명의 명칭이 "컨포멀(conformal) 부분을 갖는 성형 공구 및 이의 제조 방법"인 미국 특허 출원 제____________호(대리인 문서 번호 제83225806호); 및 발명의 명칭이 "다이 구성요소를 위한 주형을 생성하기 위한 첨가 제조 기술"이고 2012년 2월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 제____________호(대리인 문서 번호 제83225814호)와 관련된다.

본 발명은 대체로 컨포멀 가열 및 냉각 라인을 갖는 공구 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

성형 작업에 사용하기 위한 성형 공구를 주조하기 위하여 주형 코어가 종종 제조된다. 성형 공구를 제조하기 위한 전통적인 방법은 응용 및 형성되는 제품의 요구에 따라서 변한다.

본 발명의 태양에 따르면, 성형 공구를 형성하기 위한 주형 코어 패키지는 결합 제제(binding agent)를 갖는 복수의 적층된 입자(particulate) 층을 포함한다. 복수의 적층된 입자 층은 희생 벽을 형성한다. 긴 희생 변위 라인이 주형 코어 패키지의 형성 표면에 인접한 주형 코어 패키지를 통하여 연장된다. 주형 공동이 적층된 입자 층에 의해 형성된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 희생 주형 코어 패키지를 이용하여 성형 공구를 제조하는 방법은 입자의 박층을 제공하는 것을 포함한다. 모래 인쇄 장치가 제공된다. 희생 주형 코어 패키지의 단면 층을 나타내는 모래 인쇄 장치로 입자의 박층 상에 결합제(binder)가 인쇄된다. 완성된 희생 주형 코어 패키지를 형성하도록 복수의 입자의 박층이 적층된다. 용융 재료가 희생 주형 코어 패키지에 적용된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 사출 성형 공구의 제조 방법은 입자의 박층을 침착시키는 (a) 단계와, 주형 코어 패키지의 단면부를 형성하도록 결합 제제를 입자의 박층에 선택적으로 적용하는 (b) 단계를 포함한다. (a) 및 (b) 단계를 반복하여 주형 코어 패키지를 생성한다. 용융 재료가 주형 코어 패키지에 적용된다. 사출 성형 공구를 형성하도록 주형 코어 패키지의 결합 제제 및 입자의 박층이 제거된다.

본 발명의 또 다른 태양은 주형 코어를 형성하도록 다수의 모래의 층 상에 다수의 결합제 층을 인쇄하도록 구성된 모래 인쇄 장치를 포함한다. 주형 코어는 성형 부품을 제조하는 데 이용되는 삽입 주형(insert mold), 베이스 주형, 또는 성형 공구를 구성하는 데 이용된다. 삽입 주형 또는 성형 공구는 삽입 주형 또는 성형 공구 내부에서 성형 부품의 형성을 돕는 가열 유체 및 냉각 유체를 수용하도록 구성된 컨포멀 라인 및 컨포멀 저장소를 포함한다. 컨포멀 라인은 성형 공구 또는 삽입 주형의 주형 공동에 인접한 형성 표면을 가깝게 따른다.

본 발명의 이들 및 다른 태양, 목적, 및 특징부는 하기의 발명의 상세한 설명, 특허청구범위 및 첨부 도면을 검토할 때 당업자에 의해 이해 및 인식될 것이다.

도면에서,
도 1은 모래 인쇄 장치에 의한 주형 코어 패키지의 형성 이전의 강성 격납 상자 또는 작업 상자의 상부 사시도이다.
도 2는 강성 격납 상자 내에 미세 입자의 제1 층을 살포하는 동안의 도 1의 강성 격납 상자의 상부 사시도이다.
도 3은 모래 인쇄 장치의 수회 통과 후 도 1의 강성 격납 상자의 상부 사시도이다.
도 4는 미세 입자의 새로운 층이 강성 격납 상자의 인쇄 표면에 걸쳐 살포되기 직전인 도 1의 강성 격납 상자의 상부 사시도이다.
도 5는 미세 입자의 새로운 층이 강성 격납 상자의 인쇄 표면에 걸쳐 살포되는 상태인 도 1의 강성 격납 상자의 상부 사시도이다.
도 6은 전체 주형 코어가 강성 격납 상자 내에 인쇄된 후인 도 1의 강성 격납 상자의 상부 사시도이다.
도 6a는 결속되지 않은 잉여 모래가 제거된 주형 코어를 포함하는 도 1의 강성 격납 상자의 측부 사시도이다.
도 7은 강성 격납 상자로부터 제거된 후인 조립되지 않은 주형 구성요소의 상부 사시도이다.
도 7a는 도 7의 조립된 주형 코어의 상부 사시도이다.
도 8은 도 7a의 주형 코어 패키지의 평면도이다.
도 9는 도 8의 선 IX-IX에서 취한 상부 단면 사시도이다.
도 10은 선 X-X에서 취한 도 8의 주형 코어 패키지의 측단면도이다.
도 11은 주형 코어 패키지에 의해 한정된 주조 영역 내로 용융 금속을 충전하는 동안의 주형 코어 패키지의 상부 단면 사시도이다.
도 12는 용융 금속을 주형 코어 패키지로 도입한 후의 주형 코어 패키지 형성물의 상부 단면 사시도이다.
도 12a는 도 12의 주형 코어 패키지의 측단면도이다.
도 13은 주형 코어 패키지로부터 형성된 최종 성형 공구의 상부 사시도이다.
도 14a는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인 구조의 일 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14b는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14c는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14d는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14e는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14f는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14g는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14h는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 14i는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 라인의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 15a는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 저장소의 일 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 15b는 도 15a의 컨포멀 저장소 및 성형 공구의 상부 사시도이다.
도 15c는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 저장소의 다른 실시예의 상부 단면 사시도이다.
도 15d는 도 15c의 컨포멀 저장소 및 성형 공구의 상부 사시도이다.
도 15e는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 저장소의 다른 실시예의 상부 사시도이다.
도 15f는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 저장소의 또 다른 실시예의 상부 사시도이다.
도 15g는 성형 공구를 통하여 연장된 컨포멀 저장소의 또 다른 실시예의 상부 사시도이다.
도 16은 상보적인 제2 주형 반부와의 연결 전의 제1 주형 반부를 나타낸 성형 공구의 상부 사시도이다.
도 16a는 도 16의 제1 주형 반부 및 제2 주형 반부의 연결 이후의 상부 사시도이다.
도 17은 제1 주형 반부 및 제2 주형 반부로부터 제거된 성형 부품의 상부 사시도이다.
도 18은 주형 코어 패키지 내의 삽입 성형 공구의 형성의 상부 단면 사시도이다.
도 19는 도 18의 삽입 성형 공구의 측단면도이다.
도 20은 삽입 성형 공구의 주형 코어 패키지로부터의 제거 후의 상부 단면 사시도이다.
도 21은 제1 및 제2 삽입 성형 공구의 제1 및 제2 베이스 주형 내로의 설치 이전의 상부 사시도이다.
도 21a는 도 21의 성형 조립체의 상부 단면 사시도이다.
도 22는 부품의 성형 동안 도 21의 성형 조립체의 상부 사시도이다.
도 23은 성형 부품의 제거 동안 도 21의 성형 조립체의 상부 사시도이다.
도 24는 성형 조립체와 연결되고 가열 유체를 성형 조립체에 도입시키는 온도 제어 스테이션의 개략도이다.
도 25는 성형 조립체와 연결되고 냉각 유체를 성형 조립체에 도입시키는 온도 제어 스테이션의 개략도이다.
도 26은 성형 조립체와 함께 사용하기 위한 가열 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 27은 본 발명의 성형 공구와 함께 사용하기 위한 냉각 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 28은 코프(cope) 주형, 드래그(drag) 주형, 및 코어를 포함하는 모래 주형 패키지의 분해 상부 사시도이다.
도 29는 코어가 드래그 주형 내로 삽입된 도 28의 모래 주형 패키지의 상부 사시도이다.
도 30은 용융 재료의 주조에 대비하여 코프 및 드래그 주형이 서로 인접하게 위치된 도 28의 모래 주형 패키지의 상부 사시도이다.
도 31은 도 28의 모래 주형 패키지가 파쇄되어 도 28의 모래 주형 패키지로부터 생성된 주조 부품의 사시도이다.
도 32는 도 28의 모래 주형 패키지에 의해 생성된 바와 같은 주조된 성형 공구의 사시도이다.

본 명세서의 설명을 위하여, 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "후방", "전방", "수직", "수평", 및 그의 파생어들은 도 1에 배향된 바와 같이 본 발명에 대해 언급하여야 한다. 그러나, 명확히 반대로 기술된 것을 제외하고는, 본 발명은 다양한 대안적인 배향을 상정할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 첨부 도면에 도시되고 후속하는 발명의 상세한 설명에서 기술된 특정 장치 및 공정은 후속하는 특허청구범위에서 정의된 발명의 개념의 단순히 예시적인 실시예라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예에 대한 특정 치수 및 다른 물리적 특징은 특허청구범위에서 명백하게 기술되어 있지 않다면 제한하는 것으로 고려되지 않는 것이다.

도 1 내지 도 27을 참조하여, 주형 코어 패키지(10)가 설명된다. 주형 코어 패키지(10)는 성형 공구(12)를 형성하기 위하여 사용된다. 주형 코어 패키지(10)는 결합 제제(16)를 갖는 복수의 적층된 입자 층(14)을 포함한다. 복수의 적층된 입자 층(14)은 희생 벽(18)을 형성한다. 긴 희생 입자 라인(20)은 주형 코어 패키지(10)를 통하여 연장되고 성형 공구(12) 내에 컨포멀 라인(22)을 형성한다. 주형 공동(26)은 복수의 적층된 입자 층(14)에 의해 형성된다.

성형 공구(12)는 다양한 성형 작업 중 임의의 작업에 이용될 수 있음이 고려된다. 그러한 성형 작업은 사출 성형, 발포 성형, 취입 성형, 열성형, 트랜스퍼 성형, 반응 사출 성형, 압축 성형, 압출 등을 포함할 수 있다. 성형 공구(12)는, 이하에서 설명되는 바와 같이, 사출 성형 응용에 사용된다. 그러나, 주형 코어 패키지(10)의 사용에 의해 제조되는 성형 공구(12)가 전술된 성형 응용의 임의의 것에 이용될 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다.

이제 도 1 내지 도 6을 참조하면, 목재, 금속 등을 포함하는 임의의 다수의 재료로 형성된 패턴 상자 또는 작업 상자(40)가 인쇄 장치(42) 아래에 위치된다. 작업 상자(40)는 인쇄 영역(44)을 형성하고, 인쇄 영역(44) 내에 주형 코어 패키지(10)(도 8)가 복수의 적층된 입자 층(14)으로부터 구성될 것이다. 인쇄 장치(42)는 호퍼(46) 및 침착 홈통(deposition trough)(48)을 포함하고, 이는 실리카, 모래, 세라믹-모래 혼합물 등과 같은 활성화된 미세 입자(50)의 박층을 인쇄 영역(44) 내측에 배치한다. 입자(50)는 0.002 mm 내지 2 mm의 직경을 포함하는 임의의 크기일 수 있다. 인쇄 장치(42)는 또한 결합제 침착 장치 또는 결합제 분배기(52)를 포함한다. 아래에서 상세히 개시되는 바와 같이, 결합제 분배기(52)는 결합제 또는 결합 제제(16)의 박층을 원하는 주형 코어 패키지(10)의 단일 층 형상으로 분사한다. 모래의 층화 및 미세 입자(50) 상의 결합제 분배기(52)에 의한 결합 제제(16)의 분사의 반복에 의해 3차원(3D) 주형 코어 패턴(10)이 생성된다. 3D 주형 코어 패턴(10)은 미세 입자(50)의 각각의 박층 상에 인쇄하기에 충분한 시간에 걸쳐 생성된다. 생성된 주형 코어 패키지(10)는 성형 부품을 제조하는 데 사용되는 성형 공구(12)를 제조하는 데 궁극적으로 사용될 것이다.

도 1을 참조하면, 초기에, 최종 제품의 원하는 형상을 포함하고 인쇄 장치(42)와 결합된 컴퓨터(60)에서 실행되는 컴퓨터 이용 설계(CAD) 프로그램이 인쇄 장치(42)의 CAD 프로그램 내에 입력된다. 3D 인쇄 장치(42)가 원하는 주형 코어 패키지(10)(도 8)를 형성하기에 충분한 정보를 제공하는 데 CAD, 또는 3D 모델링 소프트웨어의 임의의 다른 형태가 이용될 수 있다는 것이 고려된다. 3D 인쇄 장치(42)의 활성화 이전에, 활성제 분출구(72)에 의해 공급되는 활성화 코팅 또는 활성제(70)와 함께, 미리 정해진 양의 미세 입자(50)가 입자 분출구(62)에 의해 호퍼(46) 내로 내보내진다. 예시된 실시예가 전술된 바와 같이 미세 입자(50)로서 미세한 모래를 사용하고 있지만, 미세 입자(50)는 임의의 다양한 재료 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 미세 입자(50)는 호퍼(46) 내에서 활성제(70)와 함께 혼합된다. 미세 입자(50)와 활성제(70)의 혼합물은 교반기(74) 또는 미세 입자(50)가 활성화되도록 하는 다른 그러한 교반 장치에 의해 혼합될 수 있다. 미세 입자(50) 및 활성제(70)가 완전히 혼합된 후에, 미세 입자(50)는 침착 홈통(48)으로 이동된다.

이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 미세 입자(50)가 침착 홈통(48)으로 이동된 후, 미세 입자(50)는 침착 홈통(48)에 의해 미세한 균일층으로 인쇄 영역(44)을 가로질러 살포된다. 작업 상자(40) 내의 인쇄 영역(44) 상에 박층으로 살포된 후에, 활성화된 미세 입자(50)에는 결합 제제(16)가 분사된다. 결합 제제(16)는 결합제 분배기(52)로부터 나오고, 이 결합제 분배기는 원하는 주형 코어 패키지(10)(도 8)의 제1 얇은 단면 층을 나타내는 패턴(80)으로 박층의 결합 제제(16)를 분사한다. 결합 제제(16)가 분사된 후에, 미세 입자(50) 및 활성제(70)의 다른 혼합물이 제조되고 침착 홈통(48) 내로 내보내 진다. 이어서, 침착 홈통(48)은 작업 상자(40) 내의 미리 살포된 미세 입자(50)의 층 위에 활성화된 미세 입자(50)의 다른 층을 분배한다. 결합제 분배기(52)는 다시 인쇄 영역(44) 위를 지나가서, 제1 얇은 단면 층에 인접한 원하는 주형 코어 패키지(10)의 제2 얇은 단면 층을 나타내는 패턴(80)으로 박층의 결합 제제(16)를 분사한다. 이들 단계는 주형 코어 패키지(10)의 모든 단면 층이 인쇄될 때(도 6)까지 다수 회 반복된다. 주형 코어 구조 기술을 이용하여, 사실상 임의의 형상의 주형 코어 패키지(10)가 형성될 수 있다. 더욱이, 주형 코어 패키지(10)는 다른 공지된 방법에 의해 달리 생성될 수 없는 내부의 구조적 특징부를 가질 수 있다. 구체적으로, 주형 코어 패키지(10)는 주형 코어 패키지(10) 내에 그리고 그 둘레에 연장된 복수의 희생 입자 라인(20)(도 6a)을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 희생 입자 라인(20)은 주형 코어 패키지(10)가 형성되는 것과 동일한 방식으로 결합 제제(16) 및 미세 입자(50)로부터 생성된다. 본 명세서에서 더 상세히 개시되는 바와 같이, 복수의 희생 입자 라인(20)은 컨포멀 채널 또는 라인(22)(도 13)을 형성하는 데 이용되며, 이는 부품의 사출 성형 동안 성형 공구(12)(도 13)를 신속하게 가열 및 냉각하게 한다.

이제 도 7 및 도 7a를 참조하면, 주형 코어 패키지의 구성요소들을 연결하기 위한 임의의 상호 고정 특징부가 활용될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 예시된 실시예에서, 복합 주형 코어(92)는 작업 상자 내로의 삽입을 위해 구성된 주형 코어 패키지(93A, 93B, 93C, 93D)의 다수의 구성요소를 갖는다. 소정 예에서, 대형 성형 공구(12)(도 13)가 형성될 때, 주형 코어 패키지의 몇몇 구성요소는 성형 공구(12)를 형성하도록 서로 맞춰질 필요가 있다. 도시된 바와 같이, 주형 코어 패키지(93A, 93B, 93C, 93D)의 구성요소들은 주형 코어 패키지(93A, 93B, 93C, 93D)의 구성요소 각각의 수용 슬롯(95)에 결합하도록 구성된 희생 커넥터(94)를 이용하여 조합된다. 그렇지 않으면, 주형 코어 패키지(93A, 93B, 93C, 93D)의 구성요소는 본 발명에서 논의된 주형 코어 패키지(10)에 유사하게 작용한다.

도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 3D 주형 코어 패키지(10)는 궁극적으로 성형될 부품의 형상을 대체적으로 나타내는 형성 표면(100)을 포함한다. 주형 코어 패키지(10)는 또한 성형 공구(12)에 컨포멀 라인(22)(도 13)을 형성하는 복수의 희생 입자 라인(20)을 포함한다. 주형 코어 패키지(10)는 또한, 성형 공구(12) 내의 성형 부품의 형성 동안 가열 및 냉각 유체가 이동하는 긴 통로인 컨포멀 라인(22)의 크기 및 위치설정을 포함하는 형상을 갖는다. 동시에, 컨포멀 라인(22)은 궁극적으로 성형 부품이 될 것의 성형 표면(160)(도 13) 주위에 배치된다. 컨포멀 라인(22)은 성형 공정 동안 성형 부품의 가열 및 냉각을 돕는다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 주형 코어 패키지(10)는 용융 재료(110)의 도입을 위하여 준비된다. 용융 재료(110)는 주철 또는 합금을 포함하여 임의의 다양한 금속일 수 있다. 간헐적으로 이격된 코어 지지체(111)가 주형 코어 패키지(10)에 배치될 수 있다. 코어 지지체(111)는 형성 표면(100) 위의 제 위치에 희생 입자 라인(20)을 보유한다. 주형 코어 패키지(10) 및 복수의 희생 입자 라인(20) 둘 모두는 한번 사용되어 하나의 성형 공구(12)를 제조한다. 즉, 주형 코어 패키지(10) 및 복수의 희생 입자 라인(20)은 용융 재료(110)가 주형 코어 패키지(10)에서 고형화된 후에 성형 공구(12)의 생성 동안 대체로 파괴된다. 본 명세서에 전체로 포함된, 발명의 명칭이 "캐스트 스킨(cast skin) 또는 슬러시 주형의 생성 방법"인 미국 가특허 출원 제61/268,369호 및 발명의 명칭이 "텍스처 표면을 갖는 낮은 CTE 슬러시 주형 및 이의 제조 및 사용 방법"인 PCT 국제 출원 공개 WO 2010/144786호에 도시되고 설명된 것과 같은 합금이 주형 코어 패키지(10) 내로 부어질 수 있다.

이제 도 11 내지 도 13을 참조하면, 성형 공구(12)는 용융 재료(110)를 주형 코어 패키지(10) 내로 부어서 제조될 수 있다. 용융 재료(110)는 주형 코어 패키지(10), 희생 벽(18), 및 희생 입자 라인(20) 내의 그리고 그 둘레의 빈 공간 모두를 충전한다. 용융 재료(110)는 얇은 입자 층(14) 내의 결합 제제(16)의 일부 또는 모두를 회화(incinerate)할 수 있다. 용융 재료(110)의 주형 코어 패키지(10) 내로의 삽입 후에, 주형 코어 패키지(10)는 노 내에 위치되고, 노에서 열이 주형 코어 패키지(10) 내의 결합 제제(16)를 휘발시킨다. 이어서, 주조된 성형 공구(12)는 희생 벽(18)을 부숨으로써 주형 코어 패키지(10)로부터 분리되고 어떤 남아있는 모래도 성형 공구(12)로부터 세정 또는 세척될 수 있다. 유사하게, 희생 입자 라인(20) 내의 결합 제제(16)는 또한, 미세 입자(50)를 컨포멀 라인(22)에서부터 세척하는 브러시 또는 전동 분사기에 의해 컨포멀 라인(22)이 세척될 수 있도록 휘발된다.

더욱이, 얇은 격납 벽이 도 11에 도시된 주형 코어 패키지(10)와 같은 주형 코어 패키지 둘레에 인쇄될 수 있다는 것이 고려된다. 얇은 격납 벽은 도 11에 도시된 작업 상자(40)의 구성과 매우 흡사할 수 있다는 것이 고려된다. 주형 코어 패키지(10)가 또한 인쇄되는 바와 같이 위에서 언급된 모래 인쇄 공정을 이용하여 얇은 격납 벽을 인쇄할 수 있다. 위에서 언급된 용융 재료(110)와 같은 용융 재료는 주형 코어 패키지(10) 주위에 인쇄된 얇은 격납 벽 내에 주조될 수 있다. 얇은 격납 벽이 주조 공정을 견디기 위하여, 주형 코어 패키지 둘레에 얇은 격납 벽이 인쇄된 주형 코어 패키지는 추가 지지를 위하여 주물사(foundry sand) 내에 자리를 잡을 수 있다. 이러한 방식으로, 주물사에 의해 지지될 때 주조 부품을 포함 및 형성하기 위한 격납 벽을 제공하는 데 첨가 제조 기술이 이용될 수 있다. 더욱이, 얇은 보호 격납 벽을 인쇄하는 유사한 기술이 매우 섬세하고 복잡한 주형 코어 패키지를 완전히 둘러싸는 데 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 주조 공정에 필요할 때까지 주형 코어 패키지를 보호하도록 보호성의 주형 코어 패키지를 완전히 둘러싸는 얇은 보호 벽 격납 구조가 인쇄될 수 있다는 것이 고려된다. 이어서, 얇은 보호 벽 구조는 주조 작업자가 주형 코어 패키지를 회수할 수 있도록 파쇄될 수 있다.

도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 이어서, 용융 재료(110)는 경화되도록 한다. 용융 재료(110)는 경화되어 성형 공구(12)를 형성한다. 경화 후에, 주형 코어 패키지(10)는 파괴되어 및 내부 공극이 제거된다. 성형 공구(12)가 스크러빙되고(scrubbed) 적절히 처리된 후에, 남게 된 완성된 성형 공구(12)는 사출 성형 또는 다른 성형 공정 동안 성형 부품을 형성할 수 있다. 대향하는 성형 공구(12)들 사이에 형성된 주형 공동(26)(도 16a) 내로 성형 재료(122)(도 15b)를 주입하기 위한 주입 포트(120)를 성형 공구(12)가 포함한다. 더욱이, 컨포멀 라인(22)이 성형 공구(12) 내에 구비된다는 것이 언급될 것이다. 성형 공구(12)는 성형 조립체(130)(도 16a)의 절반만을 나타내며, 이 성형 조립체는 성형 부품(140)을 형성하기 위하여 사용되는 제1 및 제2 주형 반부(132, 134)(도 16a)로서 역할을 하는 2개의 성형 공구(12)를 포함한다.

이제 도 14a 내지 도 14h를 참조하면, 희생 입자 라인(20)(도 12)에는 용융 재료를 주형 코어 패키지(10)에 적용한 후에 컨포멀 라인(22)에 불규칙한 형상을 형성하는 다양한 돌기가 형성될 수 있다. 따라서, 컨포멀 라인(22)은 난류 유도 부재와 같은 다양한 구성 및 특징부를 포함할 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 컨포멀 라인(22)은 성형 공구(12)에 리세스(143)를 형성하는 다수의 휜(fin)(141)을 포함한다. 리세스(143)는 성형 공정 이전에 성형 재료(110)에 열을 효율적으로 전달하거나 또는 이미 형성된 부품으로부터 열을 빼내는 원하는 열역학 특징을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 14b에 도시된 바와 같이, 휜(141) 및 리세스(143)는 성형 공구(12)가 가열 또는 냉각될 때 컨포멀 라인(22) 내에 추가의 난류를 생성할 수 있는 나선 패턴으로 구성될 수 있다. 도 14c 내지 도 14f에 도시된 것들과 같은 유사한 실시예는 다이아몬드 형상의 구조(도 14c), 나선 구성인 다이아몬드 형상의 구조(도 14d), 타원형 구조(도 14e), 및 나선 구성인 타원형 구조(도 14f)를 포함한다. 추가로, 가온/냉각 유체가 컨포멀 라인(22)(도 14g)을 통과함에 따라 성형 공구(12)를 통한 유동이 증가 또는 감소하도록, 컨포멀 라인(22)의 직경이 또한 변할 수 있다. 컨포멀 라인(22)에 대한 이들 및 다른 변형예가, 본 명세서에서 상세히 설명되는 3D 인쇄 공정을 거쳐서 제조되는 주형 코어 패키지를 이용하여 성형 공구(12)의 제조의 결과로서 가능하다. 성형 공구를 위한 전통적인 냉각 라인이 종종 천공되어서, 불규칙하게 형상화된 컨포멀 라인(22)의 가능성을 제거한다. 추가로, 도 14h에 도시된 바와 같이, 컨포멀 라인(22)의 종방향 범위가 선형, 아치형, 각형 등일 수 있다는 것이 고려된다. 더욱이, 컨포멀 라인(22)은 파형일 수 있고 성형 표면(160)(도 15a)에 매우 가까운 부분 및 성형 표면(160)에 가깝지 않은 다른 부분을 포함하여, 컨포멀 라인(22)의 상이한 영역들이 성형 공구(12) 및 궁극적으로 성형될 부품에 대해 상이한 열적 영향을 준다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 이들 구성은 본 명세서에서 상세히 설명된 3D 인쇄 공정에 의해 가능하게 된다.

이제 도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 컨포멀 라인(22)이 하나 이상의 컨포멀 저장소(145)와 연통할 수 있거나 또는 그의 일부가 될 수 있다는 것이 고려된다. 각각의 컨포멀 저장소(145)는 주형 코어 패키지(10)의 구성 동안 주형 코어 패키지(10)가 형성되는 희생 변위 몸체로부터 형성된다. 희생 변위 몸체는 용융 재료를 주형 코어 패키지(10)에 적용한 후 컨포멀 저장소(145)에 불규칙 형상을 형성하는 다양한 리세스를 포함할 수 있다. 컨포멀 저장소(145)는 성형 공구(12)에 형성된 성형 표면(160)에 인접하게 성형 공구(12)를 통한 가열/냉각 유체의 균일한 유동을 제공하도록 구성된다. 성형 공구(12)는 성형 공구(12)를 가로질러 연장된 다수의 컨포멀 저장소(145)를 포함할 수 있다. 도 15c 및 도 15d에 도시된 바와 같이, 사출 성형 압력과 관련된 성형 공구(12) 상의 하중을 견디도록 설계된 주기 컬럼(146)이 구비된다. 주기 컬럼(146)은 사출 성형 공구(12)가 임의의 컨포멀 저장소(145) 근처에서 파손되거나 크랙이 형성되지 않도록 보장한다. 추가로, 성형 공구(12)는 주형 공동(26)(도 16a) 내로 주입된 성형 재료가 컨포멀 저장소(145) 또는 컨포멀 라인(22) 내로 들어가는 것을 방지하는 분리 벽(139)을 포함한다.

컨포멀 저장소(145)는, 컨포멀 라인(22)이 성형 공구(12) 및 궁극적으로는 성형될 부품에 대해 미치는 원하는 열적 영향에 따라서, 다양한 구조를 채용할 수 있고 성형 표면(160)으로부터 다양한 거리에 위치될 수 있다. 추가로, 컨포멀 저장소(145)가 성형 공구(12) 전체에 걸쳐 파형일 수 있음이 고려된다. 보다 구체적으로, 컨포멀 저장소(145)의 일부는 컨포멀 저장소(145)의 다른 일부보다 성형 공구(12)의 성형 표면(160)에 더 가까울 수 있어서, 성형 표면(160)으로부터 더 멀리 있는 컨포멀 저장소(145)의 영역보다 성형 표면(160)에 더 많은 열적 영향을 주는 영역을 제공한다.

이제 도 15e 내지 도 15g를 참조하면, 다양한 난류 유도 부재가 사출 성형 공정 동안 부품을 통하여 유동하는 가열/냉각 유체의 정체를 제한하고 그의 난류를 향상시키도록 컨포멀 저장소(145) 내부에 배치될 수 있다. 도 15e에 도시된 바와 같이, 다수의 휜(147)이 서로에 대해 경사져서 배치되어 휜(147) 내로 그리고 그 둘레로의 유동을 조장한다. 대안적으로, 도 15f에 도시된 바와 같이, 복수의 배플(148)이 컨포멀 저장소(145) 내부에 간헐적인 위치에 배치되어, 컨포멀 저장소(145)를 통하여 유동하는 가열/냉각 유체의 유동에 영향을 주는 작용을 하고, 또한 배플(148)의 위치에서 가열/냉각 유체의 열적 영향을 최소화 한다. 또 다른 실시예에서, 도 15g에 도시된 바와 같이, 복수의 간헐적 돌출부(149)가 컨포멀 저장소(145) 내로 연장되어, 컨포멀 저장소(145) 내의 가열/냉각 유체의 유동 및 정체에 영향을 준다. 도시된 돌출부(149)가 실린더 형상의 구조를 포함하지만, 돌출부(149)는 많은 상이한 형상으로 취해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 여러 상이한 구조가 본 명세서에 개시된 3D 인쇄 공정으로부터 구성되는 직접적인 결과로서 성형 공구(12) 내에 형성될 수 있다는 것은 당업자에 의해 또한 이해될 것이다. 성형 공정 동안, 난류 부재는 성형 공구(12)의 제조 동안 용융 재료에 의해 나중에 충전되는 주형 코어 내의 리세스에 의해 형성된다.

이제 도 16 및 도 16a를 참조하면, 제1 주형 반부(132)가 미리 형성되었고 형상에 있어서 상보적인 제2 주형 반부(134)와 연결된다. 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)는 도 1 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명된 인쇄 기술을 이용하여 형성된 성형 공구(12)를 나타낸다. 제1 주형 반부(132)와 제2 주형 반부(134) 사이의 주형 공동(26)은 형성되는 성형 부품(140)(도 17)의 형상을 나타낸다. 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)는 제1 및 제2 주형 반부(132, 134)의 각각의 코너 근처에 배치되어 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)를 측방향(X 및 Y 방향)으로 고정시키는 핀(144)에 의해 연결된다. 동시에, 프레스(150)가 제1 주형 반부(132)를 제2 주형 반부(134)에 수직 방향으로 고정시킨다. 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)가 서로 고정된 후에, 성형 재료(122)가 주입 포트(120)를 통하여 고압으로 주입된다. 그 결과, 제1 주형 반부(132)와 제2 주형 반부(134) 사이에 형성된 주형 공동(26)에는 성형 재료(122)가 충전된다. 동시에, 가열 유체(152)(도 24 및 도 25)가, 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)의 성형 표면(160) 근처에 배치된 컨포멀 라인(22)을 통하여 입구(153) 내로 펌핑되고 출구(155)를 통하여 나온다. 가열 유체(152)는 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)의 성형 표면(160)을 가온하여, 성형 재료(122)의 주형 공동(26) 내로의 유동을 적절하게 한다. 주형 공동(26)이 성형 재료(122)로 완전히 충전된 후에, 컨포멀 라인(22)에서는 가열 유체(152)가 유출된다. 이어서, 컨포멀 라인(22)은 냉각 유체(154)로 충전되어 주형 공동(26) 내에 배치된 성형 재료(122)를 급속히 냉각시킨다. 냉각 유체(154) 및 가열 유체(152)가 동일한 유체일 수 있다는 것이 고려된다. 대안적으로, 냉각 유체(154)는 냉각된 상태에서 잘 작동하는 제1 유체일 수 있고, 및 가열 유체(152)는 가열된 상태에서 잘 작동하는 제2 유체일 수 있다. 소정 시간 후에, 제1 주형 반부(132)는 제2 주형 반부(134)로부터 분리되고 성형 부품(140)(도 17)은 제거된다. 제1 주형 반부(132) 및 제2 주형 반부(134)는 이제 더 많은 성형 부품(140)을 형성하도록 추가의 성형 재료(122)의 도입 및 재연결을 위한 준비를 한다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 각각 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176)과 결합하도록 구성되고 공동 공구(170) 및 코어 공구(172)로서 또한 알려진 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)을 갖는 삽입 성형 조립체(168)(도 21)를 포함한다. 도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)은 도 1 내지 도 14에 대해 위에서 개략적으로 설명된 유사한 공정으로 형성된다. 동일한 3D 인쇄 공정이 이용되지만, 3D 인쇄 공정은 완성된 성형 공구(12)보다는 오히려 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)을 형성하는 데 이용된다. 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)은 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176)에 대해 빠르게 연결되도록 제공되어서, 사용자가 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176)으로부터 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)을 빠르게 교체할 수 있도록 하여, 상이한 성형 부품(140)이 성형 설비에서 제조되는 속도를 향상시킨다. 컨포멀 라인(22) 및 컨포멀 저장소(145)는 삽입 주형(170, 172) 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 형성될 수 있다. 컨포멀 라인(22)은 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176) 내의 컨포멀 라인(22)과 유체 연통하거나 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176) 내의 릴레이 라인과 유체 연통할 수 있다는 것이 또한 고려된다. 컨포멀 라인(22), 컨포멀 저장소(145) 및 임의의 릴레이 라인은 용융 재료가 주형 코어 패키지(10)로 도입하기 이전에 주형 코어 패키지(10) 내의 희생 변위 라인 및 희생 변위 몸체와 같은 희생 코어 부분을 형성함으로써 제조된다.

도 21 내지 도 23의 실시예에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)은 각각 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176) 내로의 삽입을 위하여 설계된다. 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)은 제1 및 제2 베이스 주형(174, 176)의 코너 근처에 배치된 핀(180)과 정렬된다. 도 21 내지 도 23에 도시된 실시예의 핀(180)은 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)을 결합시키도록 구성되지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 핀(180)은 삽입체, 베이스 주형, 삽입체 및 베이스 주형을 안내할 수 있는 가이드 특징부로서 기능을 하거나, 또는 핀(180)은 완전히 제거될 수 있다. 이어서, 제1 베이스 주형(174), 제1 삽입 주형(170), 제2 삽입 주형(172), 및 제2 베이스 주형(176)은 견고하게 연결되고, 성형 재료(122)는 입구 포트(179)를 통하여 제1 베이스 주형(174) 내로 그리고 제1 삽입 주형(170)을 통하여 삽입된다. 성형 재료(122)는 제1 삽입 주형(170)과 제2 삽입 주형(172) 사이에 형성된 주형 공동(26)을 차지한다. 이어서, 성형 재료(122)는 컨포멀 라인(22)을 거쳐서 가열되고, 이 컨포멀 라인은 입구(182) 내로, 컨포멀 라인(22)을 통하여, 그리고 제1 및 제2 삽입 주형(170, 172)의 성형 표면(188)의 출구(184) 외부로 펌핑되는 가열 유체(152)를 포함한다. 성형 재료(122)가 주형 공동(26)의 내부에 완전히 가압된 이후에, 냉각 유체(154)는 컨포멀 라인(22) 내로 삽입되어 성형 재료(122)를 신속하게 냉각 또는 냉동시킴으로써, 경화된 성형 부품(140)을 형성한다. 이어서, 성형 부품(140)은 주형 공동(26)(도 23)으로부터 제거된 다음 제1 베이스 주형(174), 제1 삽입 주형(170), 제2 삽입 주형(172), 및 제2 베이스 주형(176)이 다시 연결되고 성형 재료(122)로 한번 더 충전되어 추가의 성형 부품(140)을 형성한다.

이제 도 24 및 도 25를 참조하여, 성형 공구(12) 또는 삽입 성형 조립체(168)(총괄하여 "성형 조립체(200)"라 함) 중 어느 하나를 통하여 연장되는 가열 유체(152) 및 냉각 유체(154)가 온도 제어 시스템(202)으로부터 중계(relay)된다는 것이 대체로 고려된다. 온도 제어 시스템(202)은 성형 공구(12) 또는 삽입 성형 조립체(168)와 연통하는 가열 유체(152) 및 냉각 유체(154)를 포함한다. 성형 조립체(200)가 가열될 때, 전형적으로 성형 재료(122)의 성형 조립체(200) 내로의 초기 삽입 동안, 밸브 스테이션(204)은 가열된 유체 저장소(208)로부터 성형 조립체(200)로의 가열 유체(152)의 연통을 허용하는 가온측 밸브(206)를 개방한다. 동시에, 냉각된 유체 저장소(212)로부터 성형 조립체(200)로의 냉각 유체(154)의 연통을 제어하는 냉각측 밸브(210)가 폐쇄되어, 냉각 유체(154)는 성형 조립체(200)에 도달할 수 없게 된다. 성형 조립체(200)가 원하는 시간 동안 원하는 온도에 도달한 이후에, 이어서, 가열 유체(152)는 가열된 유체 저장소(208)로 복귀되고, 가열 유체(152)의 성형 조립체(200)로의 유체 연통을 허용하는 가온측 밸브(206)가 폐쇄된다. 동시에, 도 25에 도시된 바와 같이, 냉각된 유체 저장소(212)와 성형 조립체(200) 사이에서 폐쇄된 냉각측 밸브(210)는 개방되어, 냉각 유체(154)가 성형 조립체(200)로 유동할 수 있어서, 그 결과 성형 재료(122)를 냉각시키고 경화된 성형 부품(140)을 형성한다.

도 26은 전술된 바와 같이 성형 조립체(200)와 함께 사용하기 위한 가열 시스템(300)의 일 실시예를 도시한다. 가열 시스템(300)은 가열 유체(152) 내에 존재할 수 있는 임의의 오물 또는 부스러기를 제거하는 오물 트랩(dirt trap)(304)을 지나가는 가열 유체 라인(302)을 포함한다. 이어서, 가열 유체(152)는 가스 제거 탱크(306)를 지나간다. 가스 제거 탱크(306)는 펌프(308)에 의해 히터(310)로 이동되기 전에 가열 유체(152)로부터 원하지 않는 가스 및 다른 불순물을 제거한다. 가열 유체(152)는 가열 유체(152)가 열전달이 일어났던 성형 조립체(200)로부터 복귀됨에 따라서 원하는 것보다 대체로 저온이다. 따라서, 히터(310) 내의 가열 유체(152)를 재가열하는 것이 바람직하다. 히터(310)는 가열 유체(152)의 열을 조절하는 것을 돕는 열교환기(312)에 가열 유체(152)를 통과시키기 전에 가열 유체(152)의 온도를 원하는 온도로 상승시킨다. 열교환기(312)는 열교환기(312)가 너무 고온에 도달하는 것을 방지하는 냉각수 공급부(316) 및 냉각수 출구(314)와 결합된다. 이어서, 가열 유체(152)는, 성형 조립체(200)로 유동하는 가열 유체(152)의 체적 유량을 제공하는 유량계(320)를 가열 유체(152)가 지나가기 전에 가열 유체(152)의 온도를 확인하는 제1 및 제2 온도 센서(317, 318)를 지나간다.

이제 도 27을 참조하면, 성형 조립체(200)와의 연결을 위해 구성된 냉각 시스템(400)이 도시되어 있다. 냉각 유체(154)는 오물 트랩(402)을 통과하여, 냉각 유체(154)가 원하는 온도로 냉각되는 냉각 탱크(404) 내로 들어간다. 냉각 유체(154)는 성형 조립체(200) 및 성형 부품(140)으로부터의 열이 냉각 유체(154)로 전달된 성형 조립체(200)로부터 냉각 유체(154)가 복귀됨에 따라 원하는 것보다 대체로 더 온난하다. 따라서, 냉각 탱크(404) 내의 냉각 유체(154)를 재냉각하는 것이 바람직하다. 온도 센서(406)가 냉각 탱크(404) 내의 온도를 모니터링한다. 냉각 탱크(404)는 냉각 탱크(404) 내에 배치된 침지된 증발기(408)에 의해 냉각된다. 침지된 증발기(408)는 고압 차단기(412)와 저압 차단기(414) 사이에 배치된 압축기(410)를 지나서 유동하는 냉매와 연결된다. 압축기(410)를 지나서 이동한 후에, 냉매는 응축기(416) 내에서 냉각된다. 응축기(416)를 떠난 후에, 냉매는 색, 농도(consistency), 불순물 등에 대하여 냉매를 검토할 수 있는 검사 유리(424)를 지나기 전에, 수집기(418) 및 체크 밸브(420)와 필터 건조기(422)를 통과한다. 이어서, 냉매는 팽창 밸브(426)를 통과하고, 여기에서 냉매는 냉각 탱크(404) 내로 진입하기 전에 급속하게 냉각된다. 냉매가 냉각 탱크(404)를 통과함으로써, 냉매는 냉각 탱크(404) 및 냉각 탱크(404)의 내용물을 냉각시켜서, 냉각 탱크(404) 내의 냉각 유체(154)가 원하는 온도로 냉각되게 한다. 냉각 유체(154)의 온도는 온도 센서(406)에 의해 모니터링된다. 이어서, 냉각 유체(154)는 펌프를 거쳐 냉각 탱크(404)로부터 인출되고, 성형 조립체(200)로 그리고, 보다 구체적으로는, 성형 조립체(200) 내의 컨포멀 라인(22)으로 밀려 나가게 된다.

비록 도 26 및 도 27이 주형과 함께 사용될 수 있는 가열 및 냉각 시스템의 예시적인 실시예지만, 위에서 개시된 바와 같이, 다른 가열 및 냉각 시스템이 주형, 그리고 구체적으로는 성형 공구, 삽입 주형 및 베이스 주형과 함께 사용될 수 있다는 것이 고려된다.

이제 도 28을 참조하면, 모래 주형 패키지(530)가 상부 주형 또는 코프 주형(532), 하부 주형 또는 드래그 주형(534), 및 코어(522)를 포함하는 본 발명의 다른 실시예가 도시된다. 모래 주형 패키지(530)는 모래 인쇄기로부터 인쇄되고 그 후에 작업 상자로부터 제거되는 주형 및 코어 구성요소로 완전히 형성된다. 도시된 바와 같은 모래 주형 패키지(530)는, 전술된 바와 같이 유사한 방식으로 용융 재료의 주조를 위하여 제조되고 있다.

이제 도 29 및 도 30을 참조하면, 코어(522)는 드래그 주형(534)의 상부 표면 상에 배치된 공동(539) 내에 삽입되어 도시되는데, 공동(539)은 공동(537)을 갖는 코프 주형(532) 및 드래그 주형(534)의 결합에 의해 형성되는 주형 공동을 형성한다. 도 30에 도시된 바와 같이, 모래 주형 패키지(530)는 코프 주형(532) 및 드래그 주형(534)이 서로 적층되어 완전히 조립된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 주형 공동은 코프 주형(532) 및 드래그 주형(534) 둘 모두에 각각 배치된 공동(537, 539)의 결합에 의해 생성된다. 도 28 내지 도 30에 도시된 바와 같이, 개구(536, 538)가 코프 주형(532)의 상부 표면 상에 배치되어 도시되어 있다. 개구(536)는 도 30에서 조립된 바와 같이 용융 재료를 모래 주형 패키지(530) 내로 붓기 위한 접근 지점을 나타낸다. 접근 지점(536)은 용융 재료가 코프 주형(532)으로부터 접근 지점(536)을 통하여 드래그 주형(534)으로 가도록 하는, 도 28에 도시된 바와 같이, 일련의 러너(runner)(541)에 추가로 연결된다. 이러한 방식으로, 러너(541)는 코프 주형(532) 및 드래그 주형(534)의 각각의 공동(539, 537)의 결합에 의해 생성된 주형 공동을 바닥으로부터 위로 충전한다. 용융 재료가 주형 공동을 충전함에 따라, 초과된 용융 재료는 코프 주형(532)의 상부 표면 상에 배치된 라이저(riser)(538)를 충전하기 시작한다. 라이저(538)는 주조 작업자가 모래 주형 패키지(530)의 주형 공동이 충전된 때를 아는 것을 돕고, 용융 재료가 정착됨에 따라 주형 공동의 임의의 영역을 충전하는 데 용융 재료가 사용되는 것을 또한 허용한다.

일단 용융 재료가 모래 주형 패키지(530) 내에서 고형화되었으면, 모래 주형 패키지(530)는 도 31에 도시된 바와 같이 파쇄되어 주조 부품(540)을 내보인다. 도 32에 도시된 바와 같이, 주조 부품(540)은 도 28 내지 도 30에 도시된 모래 주형 패키지(530)의 접근 지점(536), 러너 시스템(541), 및 라이저(538)를 충전하는 데 사용되는 주조 재료가 성형 공구(542) 상에 경화 및 고형화된 상태로 도시되어 있다. 536a, 538a, 및 541a로 표시된 이들 주조된 구성은 성형 공구(542)로부터 기계 가공되거나 또는 달리 제거되어 성형 공정에 사용할 준비가 된 공구를 나타낸다.

본 명세서에 개시된 바와 같이 주형 코어 패키지 및 그에 포함된 구성요소와, 주형 코어 패키지로부터 공구를 제조하는 방법은 성형 공구의 모든 영역을 고르게 냉각하는 향상된 능력을 제공하여 뒤틀림, 크랙 등에 대한 가능성을 감소시킨다. 더욱이, 인쇄 공정으로부터 성형 공구의 제조와 관련된 정밀도는 더 나은 부품 품질, 정밀도 및 디자인 유연성을 제공한다. 컨포멀 라인은 향상된 열용량(thermal capability)을 허용한다. 공구 품질과 공구 및 부품 품질을 향상시키는 데 요구되는 원하는 열부하를 매칭시키도록 구성될 수 있는 통합된 가열 및 냉각 컨포멀 라인을 위하여 가열 및 냉각을 위한 다수의 라인이 제거된다. 더욱이, 주형 코어 패키지 구성요소 및 주형 코어 패키지 구성요소로부터 제조된 공구는 사이클 타임을 향상시키도록 디자인될 수 있어서 부품 제조 용량을 증가시킬 수 있다. 완성된 부품 상에 추가의 페인트 또는 광택제에 대한 필요성 없이 매끄러운 광택 마감(즉, 피아노 블랙)을 제공하는 등급 A 표면이 개발될 수 있다. 더욱이, 성형 공구의 주형 표면 상에 패턴을 식각함으로써 식각된 패턴을 갖는 등급 A 표면이 개발될 수 있어서, 이에 따라 패턴이 위에 엠보싱된 완성된 부품을 생성할 수 있다.

기술된 본 발명 및 다른 구성요소의 구성은 임의의 특정 재료에 한정되지 않는다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 명세서에 기술된 본 발명의 다른 예시적인 실시예는 본 명세서에서 달리 기술되지 않는다면 매우 다양한 재료로 형성될 수 있다.

본 발명을 위하여, 용어 (결합하다, 결합함, 결합됨 등의 모든 형태의) "결합된"은 대체로 2개의 구성요소를 서로에 대해 직접 또는 간접적으로 연결한 것을 의미한다. 그러한 연결은 사실상 고정적일 수 있거나 또는 사실상 이동 가능할 수 있다. 그러한 연결은 2개의 (전기적 또는 기계적) 구성요소와 단일화된 몸체로서 서로 일체로 또는 2개의 구성요소와 일체로 형성된 임의의 추가의 중간 부재에 의해 달성된다. 그러한 연결은 달리 기술되지 않는다면 영구적이거나, 또는 사실상 제거 또는 해제 가능할 수 있다.

예시적인 실시예에서 도시된 바와 같은 본 발명의 요소의 구조 및 배열은 단지 예시적인 것임에 유의하여야 하는 것이 또한 중요하다. 비록 본 발명의 몇몇 실시예만이 본 명세서에서 상세히 기술되었지만, 본 발명을 검토하는 당업자는 언급된 주제의 신규한 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 많은 변형예(예를 들어, 크기, 치수, 구조, 다양한 요소의 형상 및 비율, 매개변수의 값, 장착 배열, 사용 재료, 색, 배향 등의 변형)가 가능하다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 예를 들어, 일체로 형성된 것으로 도시된 요소가 다수의 부품으로 구성될 수 있거나 다수의 부품으로 도시된 요소가 일체로 형성될 수 있으며, 인터페이스의 작용이 반대이거나 또는 달리 변할 수 있으며, 시스템의 주조 및/또는 부재 또는 커넥터 또는 다른 요소의 길이 또는 폭이 변할 수 있으며, 요소들 사이에 구비된 조정 위치의 특성 및 개수가 변할 수 있다. 시스템의 요소 및/또는 조립체는 충분한 강성 또는 내구성을 제공하는 매우 다양한 임의의 재료로 매우 다양한 임의의 색, 텍스처 및 그 조합으로 구성될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, 모든 그러한 변형예는 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 다른 치환, 변형, 변경, 및 생략이 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고 원하는 실시예 및 다른 예시적인 실시예의 디자인, 작동 조건, 및 배열로 이루어질 수 있다.

기술된 공정 내의 임의의 설명된 공정 또는 단계가 본 발명의 범주 내의 구조를 형성하는 다른 개시된 공정 또는 단계와 조합될 수 있음은 이해될 것이다. 본 명세서에 기술된 예시적인 구조 및 공정은 예시의 목적을 위한 것으로 제한으로서 고려되어서는 안 된다.

본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고 전술된 구조 및 방법에 대한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 또한 이해될 것이고, 더욱이 그러한 개념이 언어로 이루어진 이들 특허청구범위가 달리 명확히 언급하지 않으면 후속하는 특허청구범위에 포함되는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.

Claims

성형 공구를 형성하기 위한 주형 코어 패키지이며,
결합 제제를 포함하고 희생 벽을 형성하는 복수의 적층된 입자 층;
주형 코어 패키지의 형성 표면에 인접한 주형 코어 패키지를 통하여 연장된 긴 희생 변위 라인; 및
적층된 입자 층에 의해 형성된 주형 공동을 포함하는
주형 코어 패키지.
제1항에 있어서, 적층된 입자 층은 미세 입자(grain) 모래를 포함하는
주형 코어 패키지.
제1항에 있어서, 긴 희생 변위 라인은 주형 코어 패키지에 적용되는 용융 재료를 변위시키도록 구성되어, 컨포멀 라인을 형성하는
주형 코어 패키지.
제1항에 있어서, 긴 희생 변위 라인은 주형 코어 패키지에 적용되는 용융 재료를 변위시키도록 구성된 복수의 돌기를 포함하여, 난류 유도 부재를 형성하는
주형 코어 패키지.
제1항에 있어서, 긴 희생 변위 라인과 희생 벽 사이에 배치된 복수의 코어 지지체를 추가로 포함하는
주형 코어 패키지.
제1항에 있어서, 희생 벽 내의 적층된 입자 층에 수직으로 연장된 시임(seam)에 배치된 상호 고정 특징부를 추가로 포함하는
주형 코어 패키지.
희생 주형 코어 패키지를 이용하여 성형 공구를 제조하는 방법이며,
입자의 박층을 제공하는 단계;
모래 인쇄 장치를 제공하는 단계;
희생 주형 코어 패키지의 단면 층을 나타내는 모래 인쇄 장치로 입자의 박층 상에 결합제를 인쇄하는 단계;
완성된 희생 주형 코어 패키지를 형성하도록 복수의 입자의 박층을 적층하는 단계; 및
용융 재료를 희생 주형 코어 패키지에 적용하는 단계를 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
제7항에 있어서, 용융 재료를 희생 주형 코어 패키지에 적용하는 단계는 니켈 철 합금을 희생 주형 코어 패키지에 적용하는 단계를 추가로 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
제7항에 있어서, 용융 재료를 희생 주형 코어 패키지에 적용하는 단계는 열 팽창 계수가 5.0 x 10^-6 in./in./℉ 미만인 니켈 철 합금을 적용하는 단계를 추가로 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
제7항에 있어서, 용융 재료를 희생 주형 코어 패키지에 적용한 이후에 형성된 사출 성형 공구의 거의 최종 형상(near net shape)을 나타내는 희생 주형 코어 패키지 내의 공동을 형성하는 형성 표면을 희생 주형 코어 패키지에 형성하는 단계를 추가로 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
제10항에 있어서, 희생 주형 코어 패키지의 형성 표면을 가깝게 따르는 희생 변위 라인을 희생 주형 코어 패키지에 형성하는 단계를 추가로 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
제7항에 있어서, 희생 주형 코어 패키지 둘레에 패턴 상자를 구성하는 단계를 추가로 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
제7항에 있어서, 입자의 박층을 제공하는 단계는 미세 입자 모래의 박층을 제공하는 단계를 포함하는
성형 공구를 제조하는 방법.
사출 성형 공구를 제조하는 방법이며,
(a) 입자의 박층을 침착시키는 단계;
(b) 주형 코어 패키지의 단면부를 형성하도록 결합 제제를 입자의 박층에 선택적으로 적용하는 단계;
주형 코어 패키지를 생성하도록 (a) 단계 및 (b) 단계를 반복하는 단계;
용융 재료를 주형 코어 패키지에 적용하는 단계; 및
사출 성형 공구를 형성하도록 주형 코어 패키지의 결합 제제 및 입자의 박층을 제거하는 단계를 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 결합 제제를 입자의 박층에 선택적으로 적용하는 단계는 모래 인쇄 장치를 이용하여 결합 제제를 입자의 박층 상에 인쇄하는 단계를 추가로 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 용융 재료를 주형 코어 패키지에 적용하는 단계는 열 팽창 계수가 극히 낮은 니켈 철 합금을 주형 코어 패키지 내로 적용하는 단계를 추가로 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 용융 재료를 주형 코어 패키지에 적용하는 단계는 열 팽창 계수가 5.0 x 10^-6 in./in./℉ 미만인 니켈 철 합금을 적용하는 단계를 추가로 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 주형 코어 패키지 둘레에 패턴 상자를 구성하는 단계를 추가로 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 용융 재료를 희생 주형 코어 패키지에 적용하는 단계 후에 사출 성형 공구에 컨포멀 라인을 대체로 형성하는 긴 희생 변위 라인을 주형 코어 패키지를 통하여 연장시키는 단계를 추가로 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.
제19항에 있어서, 용융 재료를 희생 주형 코어 패키지에 적용하는 단계 후에 사출 성형 공구에 컨포멀 저장소를 대체로 형성하는 긴 희생 변위 몸체를 주형 코어 패키지를 통하여 연장시키는 단계를 추가로 포함하는
사출 성형 공구를 제조하는 방법.