KR20140003069A - 내부구조를 가지는 금속부재 사출 성형장치 및 이에 사용되는 내부구조 성형틀, 그리고 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법 및 이에 의해 제조된 금속부재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 내부구조를 가지는 금속부재 사출 성형장치는, 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부와, 상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부를 포함하며, 용융 가능한 재질로 형성된 내부구조 성형틀, 성형될 금속부재의 상판 형상에 대응되는 상판 성형부를 가지는 상부 코어 및 상기 상부 코어에 대응되며, 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되는 하판 성형부를 가지는 하부 코어를 포함하며, 상기 상부 코어 또는 상기 하부 코어 중 적어도 어느 일측에는, 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정부가 형성된다.
그리고 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법은, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정단계, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 형성된 성형공간에 금속 분말을 주입하여 사출하는 사출단계, 상기 사출단계에 의해 제조된 사출체를 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어로부터 탈형하는 탈형단계, 상기 사출체에 탈지 공정을 수행하여 상기 내부구조 성형틀을 제거하는 탈지단계 및 상기 탈지단계를 거친 사출체를 가열하여 금속 분말을 소결시키는 소결단계를 포함한다.

Description

내부구조를 가지는 금속부재 사출 성형장치 및 이에 사용되는 내부구조 성형틀, 그리고 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법 및 이에 의해 제조된 금속부재{Metal Member Having Inner Structure, Inner Structure Molding Frame, Injection Molding Method of Metal Member Using the Same and Metal Member Manufactured by the Same}

본 발명은 미세 금속부재를 성형하기 위한 금속부재 사출 성형장치 및 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소정 형상의 내부구조를 형성하기 위한 내부구조 성형틀을 포함하는 금속부재 사출 성형장치 및 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로, MIM(Metal Injection Molding), PIM(Powder Injection Molding)이라 불리는 금속 분말 사출 성형은, 종래의 사출 성형 공법에 금속 분말을 섞어 사출하는 방법으로서, 금속 제품을 제조하는 방법으로 널리 이용되고 있다.

다만, 이와 같은 금속 분말 사출 성형은 현재 기술 개발 단계 중으로, 대형 제품의 제조에는 적용되지 않고 있으며, 대체로 소형의 제품을 제조하기 위해 사용되는 경우가 많다.

특히, 상기 금속 분말 사출 성형에 의해 제조되는 제품 중 하나로서, 향상된 강도 확보를 위한 내부구조를 가지는 금속부재가 널리 사용되고 있다. 이는 일반적으로 미세한 크기의 메탈 플레이트(Metal Plate) 형태로 제조되며, 구체적으로 상판과 하판이 서로 결합된 형태를 가지며, 상기 상판 및 하판 사이에는 강도 확보를 위한 내부구조가 형성된다.

이때, 충분한 강도 및 안정성을 확보하기 위한 다양한 내부구조는 그 형상이 복잡한 경우가 많아, 금속부재 성형에 어려움이 따르는 문제가 있다.

한편, 도 1에는, 상기와 같은 금속부재를 제조하기 위한 과정이 도시된다. 도 1을 참조하면, 금속부재(1)는 상판(10)과 하판(30)을 포함하며, 상판(10)과 하판(30) 사이에는 허니콤 형태의 중공(22)이 복수 개 형성된 보강판(20)이 구비된다. 즉, 상기 금속부재(1)는 상판(10), 보강판(20), 하판(30)의 3층 구조로 형성된다.

따라서, 종래의 경우, 금속부재(1)를 제조하기 위해서는 상판(10)과 하판(30)을 각각 성형하고, 또한 보강판(20)을 별도의 몰드로 성형하여 이를 각각 부착시키는 과정을 차례대로 수행할 필요가 있다.

하지만, 이와 같은 방법으로 제조된 종래의 금속부재(1)는 상기와 같이 상판(10), 보강판(20), 하판(30)이 각각 별도 제작되어 서로 부착되므로, 전체적으로 횡 방향의 외력에 견디기 어려우며, 시간의 경과에 따라 부착력이 약화될 경우 파손될 위험이 있다. 결과적으로, 충분한 강도를 확보하기 위한 당초의 목적을 달성하기가 어렵다는 문제가 발생하게 되는 것이다.

또한, 본 방법의 경우 상판(10), 하판(30) 및 보강판(20)을 모두 별도 성형하여야 하므로, 제조 과정이 복잡하며 제조 단가 역시 크게 증가하게 되는 문제가 있다. 특히, 상판(10) 및 하판(30)은 동일 몰드로 제조가 가능하나, 보강판(20)의 경우에는 별도의 몰드가 요구되므로, 공간이 낭비되는 문제도 있다.

따라서, 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구되는 상황이다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 성형된 금속부재가 외력 또는 시간의 경과에 의해 파손될 가능성이 높은 문제를 해결하기 위한 금속부재 사출 성형장치 및 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법을 제공함에 있다.

또한, 금속부재의 각 구성을 따로 성형하는 데 발생하는 로스를 원천적으로 방지하기 위한 금속부재 사출 성형장치 및 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법을 제공함에 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 내부구조를 가지는 금속부재 사출 성형장치는, 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부와, 상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부를 포함하며, 용융 가능한 재질로 형성된 내부구조 성형틀, 성형될 금속부재의 상판 형상에 대응되는 상판 성형부를 가지는 상부 코어 및 상기 상부 코어에 대응되며, 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되는 하판 성형부를 가지는 하부 코어를 포함하며, 상기 상부 코어 또는 상기 하부 코어 중 적어도 어느 일측에는, 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정부가 형성된다.

그리고 상기 내부구조 성형틀의 너비는 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부의 너비보다 길게 형성되고, 상기 고정부는 상기 내부구조 성형틀의 너비에 대응되게 형성되어, 상기 상판 성형부 또는 상기 하판 성형부 중 적어도 어느 일측으로부터 단차지게 형성될 수 있다.

또한 상기 형상부는 육각형 형태로 형성되며, 상기 연결부는 상기 형상부의 각 면 중 적어도 어느 한 면 이상으로부터 연장 형성될 수 있다.

그리고 상기 연결부의 폭은 상기 형상부 각 면의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.

또한 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되도록 형성되어 상기 하판 성형부에 삽입되는 보조 성형틀을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 보조 성형틀은, 상기 내부구조 성형틀의 각 형상부 사이에 형성된 중공부에 소정 깊이 삽입되는 삽입부를 포함할 수 있다.

또한 상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 내부구조 성형틀은, 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부 및 상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부를 포함하며, 용융 가능한 재질로 형성된다.

그리고 상기 형상부는 육각형 형태로 형성되며, 상기 연결부는 상기 형상부의 각 면 중 적어도 어느 한 면 이상으로부터 연장 형성될 수 있다.

또한 상기 연결부의 폭은 상기 형상부 각 면의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.

또한 상기한 과정을 해결하기 위한 금속부재 사출 성형방법은, 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부 및 상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부를 포함하며, 용융 가능한 재질로 형성된 내부구조 성형틀과, 성형될 금속부재의 상판 형상에 대응되는 상판 성형부를 가지는 상부 코어와, 상기 상부 코어에 대응되며, 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되는 하판 성형부를 가지는 하부 코어를 포함하며, 상기 상부 코어 또는 상기 하부 코어 중 적어도 어느 일측에는, 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정부가 형성되는 금속부재 사출 성형장치를 이용한 금속부재 사출 성형방법에 있어서, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정단계, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 형성된 성형공간에 금속 분말을 주입하여 사출하는 사출단계, 상기 사출단계에 의해 제조된 사출체를 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어로부터 탈형하는 탈형단계, 상기 사출체에 탈지 공정을 수행하여 상기 내부구조 성형틀을 제거하는 탈지단계 및 상기 탈지단계를 거친 사출체를 가열하여 금속 분말을 소결시키는 소결단계를 포함한다.

그리고 상기 금속부재 사출 성형장치는 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되도록 형성되어 상기 하판 성형부에 삽입되는 보조 성형틀을 더 포함하고, 상기 고정단계는, 상기 하판 성형부에 상기 보조 성형틀을 삽입시키는 제1삽입과정을 더 포함하는 것으로 하며, 상기 사출단계는, 상기 상부 코어와 상기 보조 성형틀 사이에 형성된 성형공간에 제1금속분말을 주입하여 사출하는 제1사출과정, 상기 제1사출과정에 의해 제조된 반제품 사출체를 상기 하판 성형부에 삽입시키는 제2삽입과정 및 상기 상부 코어와 상기 반제품 사출체 사이에 형성된 성형공간에 제2금속분말을 주입하여 사출하는 제2사출과정을 포함할 수 있다.

또한 상기 제1금속분말 및 상기 제2금속분말은 동일 범위의 조건에 의해 소결될 수 있도록 선택될 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내부구조를 가지는 금속부재 사출 성형장치 및 이를 이용한 금속부재 사출 성형방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 금속부재의 각 구성이 일체로 형성되므로, 전체적인 구조의 강도가 크게 증가한다는 장점이 있다.

둘째, 일 회의 성형 과정만으로 금속부재를 제조할 수 있어, 제조 단가 및 제조 소요시간을 크게 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

셋째, 내부구조를 형성하기 위한 별도의 몰드가 필요하지 않다는 장점이 있다.

넷째, 다양한 형상의 내부구조를 형성할 수 있다는 장점이 있다.

다섯째, 보조 성형틀을 사용할 경우에는 상판 및 하판을 서로 다른 금속으로 형성할 수 있어 다양한 제품을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 금속부재 성형방법에 따라 제조된 금속부재의 모습을 나타낸 사시도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 상부 코어 및 하부 코어 사이에 내부구조 성형틀이 구비된 모습을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 상부 코어 및 하부 코어 사이에 내부구조 성형틀이 고정된 모습을 나타낸 단면도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 내부구조 성형틀의 세부 구조를 자세히 나타낸 평면도;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치 및 금속부재 사출 성형방법에 의해 제조된 금속부재의 전체 모습을 나타낸 사시도;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 내부구조 성형틀의 모습을 나타낸 사시도;
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 상부 코어 및 하부 코어 사이에 보조 성형틀이 고정된 모습을 나타낸 단면도;
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 제1금속분말을 주입하여 반제품 사출체를 성형하는 모습을 나타낸 단면도; 및
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 상부 코어 및 하부 코어 사이에 반제품 사출체가 고정된 모습을 나타낸 단면도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

배경기술 부분에서 설명한 바와 같이, 종래에는 금속 분말 사출 성형에 이해 금속부재를 제조하기 위해서는 상판과 하판, 그리고 보강판을 별도로 성형하여 서로 부착하는 과정을 거치게 된다. 따라서, 충분한 강도를 확보하기 어려우며, 제조 과정이 복잡하고, 제조 단가가 크게 증가하게 되는 문제가 있다.

하지만, 본 발명의 경우 이와 달리 1회의 성형만으로 상판과 하판 사이에 강도 향상을 위한 복잡한 형태의 내부구조를 가지는 고강도의 금속부재를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 이하에서는 이를 자세히 설명하도록 한다.

먼저, 도 2를 참조하면 본 발명의 제1실시예에 따른 금속부재 성형을 위한 금속부재 사출 성형장치가 도시된다. 도시된 바와 같이, 금속부재 사출 성형장치는 전체적으로 상부 코어(110), 하부 코어(120)와, 상부 코어(110) 및 하부 코어(120) 사이에 위치되는 내부구조 성형틀(200)을 포함한다.

상부 코어(110) 및 하부 코어(120)는 각각 상판 성형부 및 하판 성형부를 가지며, 서로 맞물림에 따라 내부에 성형공간을 형성한다. 이때, 상기 상부 코어(110)와 하부 코어(120)는 별도의 몰드에 교체 설치 가능하도록 구비되는 형태일 수도 있으며, 또는 그 자체가 몰드를 형성할 수도 있는 바, 코어라는 명칭에 의해 한정되지는 않는다.

또한 상부 코어(110) 및 하부 코어(120)는 각 코어가 서로 상하 방향으로 위치되는 형태뿐 아니라 상하 방향 외의 다른 방향으로 위치되는 형태를 포함하는 것으로, 상부, 하부라는 명칭에 의해 한정되지 않는다.

이하 각 구성요소에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 상부 코어(110)는 하부 코어(120)에 대향되고, 성형될 금속부재의 상판 형상에 대응되는 상판 성형부(112)를 가진다.

이와 마찬가지로, 하부 코어(120)는 상부 코어(110)에 대향되고, 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되는 하판 성형부(122)를 가진다.

그리고 상부 코어(110) 또는 하부 코어(120) 중 적어도 어느 일측에는, 상판 성형부(112)와 하판 성형부(122) 사이에 내부구조 성형틀(200)을 고정시키는 고정부가 형성된다. 즉 고정부는 상부 코어(110) 또는 하부 코어(120) 중 어느 일측에만 형성될 수도 있으며, 또는 양측 모두에 형성될 수도 있다.

또한 고정부의 고정 방식은 다양하게 형성될 수 있다. 어떤 형태로든, 내부구조 성형틀(200)을 상판 성형부(112)와 하판 성형부(122) 사이에 고정시킬 수 있다면 족하다.

도 2를 참조하면, 제1실시예의 경우 내부구조 성형틀(200)의 너비는 상판 성형부(112) 및 하판 성형부(122)의 너비보다 길게 형성되며, 고정부(114, 124)는 상판 성형부(112) 및 하판 성형부(122)로부터 단차지게 형성된다.

이에 따라 고정부는 내부구조 성형틀(200)의 너비에 대응되므로, 도 3과 같이 상부 코어(110) 및 하부 코어(120)를 서로 맞물릴 경우, 상판 성형부(112) 및 하판 성형부(122) 사이에 내부구조 성형틀(200)을 고정시킬 수 있다.

다만, 본 실시예에서는 고정부가 상부 코어(110) 및 하부 코어(120)에 모두 형성된 것으로 하였으나, 이와 달리 상부 코어(110) 및 하부 코어(120) 중 어느 일측에만 단차지게 형성될 수 있음은 물론이다.

한편 본 실시예에서 상부 코어(110)에는 성형 공간에 금속 분말을 주입할 수 있는 주입 경로가 형성되나, 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이상을 정리하면, 상부 코어(110)의 상판 성형부(112)에 의해 이후 제조될 금속부재의 상판 부분이 성형되며, 하부 코어(120)의 하판 성형부(122)에 의해서는 금속부재의 하판 부분이 성형된다. 그리고 고정부에 고정된 내부구조 성형틀(200)에 의해, 금속부재의 강도 향상을 위한 내부구조를 성형할 수 있다.

이때 상기 내부구조는 다양한 형태를 가질 수 있다. 그중 허니콤(Honeycomb) 형태의 경우 이상적인 강도를 가질 수 있음이 알려져 있다. 다만, 허니콤 형태 등과 같은 내부구조는 그 형상이 복잡하므로, 금속부재 성형에 어려움이 따르는 문제가 있었다.

도 4에는 본 발명의 제1실시예에 따른 내부구조 성형틀(200)의 세부 구조를 자세히 나타낸 모습이 도시된다. 도시된 바와 같이, 내부구조 성형틀(200)은 서로 소정 간격 이격된 상태로 나란히 배치되어 전체적으로 허니콤 형태를 이루는 복수 개의 형상부(210)와, 상기 복수 개의 형상부(210) 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부(230)를 포함한다.

보다 구체적으로, 형상부(210)는 육각형 형태로 형성되며, 내부구조 성형틀(200) 전체 면적에 걸쳐 균일하게 배열된다. 그리고 이와 같은 형상부(210)가 서로 고정 상태를 이룰 수 있도록 연결부(230)는 형상부(210)의 각 면 중 적어도 어느 한 면 이상으로부터 연장 형성된다. 결과적으로, 복수의 형상부(210)는 연결부(230)에 의해 전체적으로 일체로 고정된 상태를 이룰 수 있다.

이때 연결부(230)의 폭은 형상부(210) 각 면의 길이보다 짧게 형성됨을 확인할 수 있으며, 따라서 각 형상부(210) 사이에는 충분한 공간의 중공부(220)를 확보할 수 있다. 이와 같이 하는 이유는, 상기 중공부(220)는 이후 제조될 금속부재의 내부 구조를 형성하기 위한 것으로, 충분한 공간을 확보할 필요가 있기 때문이다.

이와 같이 연결부(230)의 크기 및 개수는 다양하게 변형될 수 있어, 상황에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.

그리고 내부구조 성형틀(200)은 고온에서 용융 가능한 재질로 형성되며, 이는 이후 탈형의 용이를 위한 것으로, 다양한 폴리머(Polymer) 복합재료 등 고온에서 용융 가능한 재질로 형성될 수 있다. 보다 자세한 사항은 뒷부분에서 설명하도록 한다.

이상으로 본 발명에 따른 금속부재 사출 성형장치에 대해 설명하였으며, 이하에서는 이를 이용하여 금속부재를 제조하는 일련의 과정에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 금속부재 사출 성형방법은, 먼저 상부 코어(110) 및 하부 코어(120) 사이에 내부구조 성형틀(200)을 고정시키는 고정단계가 수행된다. 본 단계에 의해, 상부 코어(110)와 하부 코어(120)가 서로 맞물려 내부에 성형공간이 형성되며, 내부구조 성형틀(200)은 고정부에 의해 고정된다.

다음으로, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 형성된 성형공간에 금속 분말을 주입하여 사출하는 사출단계가 이루어진다. 본 단계에서 상기한 주입 경로를 통해 성형공간에 금속 분말을 주입 후 사출하게 되며, 이에 따라 상판 성형부(112), 하판 성형부(122) 및 내부구조 성형틀(200)의 중공부(220)에는 금속 분말이 빈틈 없이 채워진다.

즉 내부구조 성형틀(200)의 중공부(220)에 의해 성형공간은 고립된 공간 없이 전체적으로 연통되므로, 금속 분말을 어느 일측으로만 주입하여도 성형공간 전체를 채우는 것이 가능하다.

본 단계를 거쳐 금속분말이 제품 형태를 갖추게 되며, 이때 내부에는 여전히 내부구조 성형틀(200)이 구비된 상태이다. 이와 같이 사출된 금속분말과 내부구조 성형틀(200)이 혼재된 것을 사출체 또는 그린파트(Green Part)라 하며, 이하에서는 이를 사출체라 칭한다.

다음으로, 상기 사출단계에 의해 제조된 사출체를 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어로부터 탈형하는 탈형단계가 수행된다. 본 단계에서 사출체를 각 코어로부터 분리하게 되며, 상기 사출체는 기본적인 형상을 갖춘 상태이나, 내부구조 성형틀(200)을 제거하여야 할 필요가 있다.

이후 상기 사출체에 탈지 공정을 수행하여 상기 내부구조 성형틀을 제거하는 탈지단계가 수행된다. 본 단계에서 상기 사출체를 탈지로에 투입하고, 탈지 공정을 수행하게 된다.

이때 탈지 공정으로는 화학적 용매에 의하여 내부구조 성형틀(200)을 녹이는 방법이 사용될 수도 있으며, 또는 내부구조 성형틀(200)을 이루고 있는 소재의 용융점 이상으로 가열하여 녹이는 방법이 사용될 수도 있다. 또한, 상기의 두 가지 방법을 병용하는 것도 가능함은 물론이다.

본 단계를 통해 내부구조 성형틀(200)은 완전히 녹아 사출체의 외부로 배출된다. 구체적으로 금속 분말은 내부구조 성형틀(200)의 중공부(220)에 채워진 상태이므로, 형상부(210) 및 연결부(230)는 용융 시 중공부(220)에 채워진 금속 분말 사이로 배출된다.

이는 내부구조 성형틀(200)에 연결부(230)가 형성되기 때문에 가능한 것으로, 내측에 위치된 형상부(210)가 용융될 경우에도 연결부(230)를 따라 외측으로 배출될 수 있다. 이때 연결부(230)의 면적이 넓을 경우, 또는 그 개수가 많을 경우에는 배출에 용이하나, 금속부재의 강도에 영향을 줄 수 있으므로 양자의 균형을 적절히 하는 것이 바람직하다.

한편 내부구조 성형틀(200)을 제거한 사출체는 브라운 파트(Brown Part)라 부르기도 한다.

다음으로, 상기 탈지단계를 거친 사출체를 가열하여 금속 분말을 소결시키는 소결단계가 수행된다. 본 단계에서 내부구조 성형틀(200)이 제거된 사출체를 소결로에 투입하고, 약 1000℃ 정도의 온도로 가열하게 된다. 이때 가열 온도는 사용되는 금속 분말의 용융점에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 상기와 같이 사출체를 가열할 경우, 금속 분말이 용융되어 주변의 타 금속 분말과 결합하며 금속부재가 만들어진다.

한편 상기 소결단계 이후에는 제조된 금속부재의 냉각 과정이 추가로 수행될 수 있다.

도 5에는 상기 각 과정에 의해 제조된 금속부재(300)의 모습이 도시된다. 도시된 바와 같이, 상판(310), 하판(330) 사이에는 격벽(320)에 의해 허니콤 형태의 중공(322)이 형성된다.

특히 본 발명의 경우, 소결단계에서 내부구조 성형틀(200)은 용융되어 제거되므로, 상판과 하판, 격벽(320)은 일체로 성형될 수 있다. 즉 각 구성을 별도 제작하여 서로 부착시키던 종래의 경우와 비교하여, 대폭 향상된 강도를 얻을 수 있으며, 일 회의 작업만으로 금속부재(300)를 제조할 수 있으므로 안정적인 수율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명의 제1실시예의 경우에는 제조된 금속부재의 내부 구조로 인해 허니콤 형태의 중공이 형성된다. 하지만, 금속부재의 내부 구조는 내부구조 성형틀의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.

도 6에는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 내부구조 성형틀(500)의 모습이 도시된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 구비되는 내부구조 성형틀(500)은 제1실시예와 다른 형상의 형상부(510)와 연결부(530)를 가진다. 또한 이에 따라 중공부(520)의 형상 역시 달라진다.

본 실시예에서는 형상부(510)와 연결부(530)의 형상에 따라 중공부(520)가 계단형으로 형성됨을 확인할 수 있다. 이와 같은 내부구조 성형틀(500)을 사용할 경우 이후 제조되는 금속부재는 내부구조 성형틀(500)의 중공부(520)와 같은 계단형의 기둥 구조를 가질 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 의해 제조되는 금속부재는 제1실시예와 같은 허니콤 형상의 중공을 형성하는 구조 외에도 내부구조 성형틀의 형상에 따라 다양한 구조를 형성할 수 있다.

도 7에는 본 발명의 제3실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치에 있어서, 상부 코어(110) 및 하부 코어(120) 사이에 보조 성형틀(400)이 고정된 모습이 도시된다.

도 7에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 금속부재 사출 성형장치는 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하나, 보조 성형틀(400)이 더 구비된다는 점이 다르다. 또한 이에 따라 이후 제조될 금속부재는 상판 및 하판이 서로 다른 금속으로 이루어질 수 있다.

구체적으로 보조 성형틀(400)은 이후 성형될 금속부재의 하판 형사에 대응되도록 형성되며, 하부 코어(120)의 하판 성형부(122)에 삽입된다. 즉 보조 성형틀(400)을 하판 성형부(122)에 삽입시킨 상태로 금속 분말을 투입할 경우, 보조 성형틀(400)이 점유하는 공간을 제외한 나머지 공간에만 금속 분말이 채워진다. 이를 이용하여 제조될 금속부재가 상판 및 하판이 서로 다른 금속으로 이루어지도록 할 수 있다.

또한 보조 성형틀(400)은 내부구조 성형틀(200)의 각 형상부 사이에 형성된 중공부에 소정 깊이 삽입되는 삽입부(410)를 포함할 수 있다. 이에 따라 보조 성형틀(400)을 하판 성형부(122)에 삽입시킬 경우 금속 분말이 내부구조 성형틀(200)의 소정 깊이까지만 채워지도록 할 수 있다.

즉 삽입부(410)의 형성 여부 및 삽입 깊이에 따라 금속 분말은 내부구조 성형틀(200)의 중공부 전체에 채워질 수도 있으며, 일부에만 채워지도록 하거나 또는 채워지지 않도록 할 수도 있다.

이하에서는 이와 같은 보조 성형틀(400)을 이용하여 상판 및 하판이 서로 다른 금속으로 이루어진 금속부재를 제조하는 과정에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 금속부재 사출 성형방법의 고정단계에서는, 도 7에 도시된 바와 같이 하판 성형부(122)에 보조 성형틀(400)을 삽입시키는 제1삽입과정이 더 포함될 수 있다. 이때 본 실시예에서 보조 성형틀(400)의 삽입부(410)의 길이는 내부구조 성형틀(200) 전체 두께의 절반 정도로 형성되어 삽입부(410)는 내부구조 성형틀(200)의 중공에 삽입된다.

이와 같은 고정단계 이후 사출단계가 수행되며, 사출단계는 제1사출과정, 제2삽입과정 및 제2사출과정을 포함할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1사출과정에 의해 반제품 사출체(610)가 성형된다. 구체적으로 상부 코어(110)와 보조 성형틀(400) 사이에 형성된 성형공간에 제1금속분말을 주입하고 이를 사출하여 반제품 사출체(610)를 제조할 수 있다.

이때 반제품 사출체(610)는 보조 성형틀(400)이 점유한 공간을 제외한 형태로 형성되므로, 이후 제조될 금속부재의 상판 또는 하판 중 어느 일측과, 내부구조의 일부를 형성할 수 있다.

다음으로 제1사출과정에 의해 제조된 반제품 사출체(610)를 도 9에 도시된 바와 같이 하판 성형부(122)에 삽입시키는 제2삽입과정이 수행된다. 본 과정에서는 보조 성형틀을 제거하고, 제1사출과정에 의해 제조된 반제품 사출체(610)를 하판 성형부(122)에 삽입시키게 된다.

본 실시예에서 반제품 사출체(610)에는 내부구조의 일부(620a)가 형성되므로, 이는 내부구조 성형틀(200)의 중공에 삽입될 것이다.

다음으로 상부 코어(110)와 반제품 사출체(610) 사이에 형성된 성형공간에 제2금속분말을 주입하여 사출하는 제2사출과정이 수행된다. 즉 본 과정에서 상부 코어(110)와 보조 성형틀(400) 사이에 형성된 성형공간에 제1금속분말과 다른 제2금속분말을 주입하고 이를 사출하여 상판 및 하판이 서로 다른 금속 재질을 가지는 사출체를 제조할 수 있다.

또한 본 실시예에서 제1금속분말 및 제2금속분말은 각각 제조될 금속부재 내부구조의 일부를 형성하는 것으로 하였으나, 보조 성형틀(400)의 삽입부(410)의 형성 여부에 따라 제1금속분말 및 제2금속분말 중 어느 하나만이 금속부재의 내부구조를 형성하도록 할 수도 있음은 물론이다.

이후 제조된 사출체에 탈형단계, 탈지단계 및 소결단계를 수행하는 것은 전술한 바와 같다. 다만, 상기 소결단계에서 제1금속분말 및 제2금속분말은 동일 범위의 조건에 의해 소결될 필요가 있으므로, 상기 제1금속분말 및 제2금속분말은 일정 범위의 압력 및 열에 의해 소결될 수 있는 특성을 가지는 금속으로 선택될 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

110: 상부 코어 112: 상판 성형부
120: 하부 코어 122: 하판 성형부
114, 124: 고정부 200: 내부구조 성형틀
210: 형상부 220: 연결부
230: 중공부 300: 금속부재
400: 보조 성형틀

Claims (13)

1. 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부와, 상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부를 포함하며, 용융 가능한 재질로 형성된 내부구조 성형틀;
   성형될 금속부재의 상판 형상에 대응되는 상판 성형부를 가지는 상부 코어; 및
   상기 상부 코어에 대응되며, 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되는 하판 성형부를 가지는 하부 코어;
   를 포함하며,
   상기 상부 코어 또는 상기 하부 코어 중 적어도 어느 일측에는, 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정부가 형성되는 금속부재 사출 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내부구조 성형틀의 너비는 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부의 너비보다 길게 형성되고,
   상기 고정부는 상기 내부구조 성형틀의 너비에 대응되게 형성되어, 상기 상판 성형부 또는 상기 하판 성형부 중 적어도 어느 일측으로부터 단차지게 형성된 금속부재 사출 성형장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 형상부는 육각형 형태로 형성되며, 상기 연결부는 상기 형상부의 각 면 중 적어도 어느 한 면 이상으로부터 연장 형성된 금속부재 사출 성형장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 연결부의 폭은 상기 형상부 각 면의 길이보다 짧게 형성된 금속부재 사출 성형장치.
5. 제1항에 있어서,
   성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되도록 형성되어 상기 하판 성형부에 삽입되는 보조 성형틀을 더 포함하는 금속부재 사출 성형장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 보조 성형틀은,
   상기 내부구조 성형틀의 각 형상부 사이에 형성된 중공부에 소정 깊이 삽입되는 삽입부를 포함하는 금속부재 사출 성형장치.
7. 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부; 및
   상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부;
   를 포함하며,
   용융 가능한 재질로 형성된 내부구조 성형틀.
8. 제7항에 있어서,
   상기 형상부는 육각형 형태로 형성되며, 상기 연결부는 상기 형상부의 각 면 중 적어도 어느 한 면 이상으로부터 연장 형성된 내부구조 성형틀.
9. 제7항에 있어서,
   상기 연결부의 폭은 상기 형상부 각 면의 길이보다 짧게 형성된 내부구조 성형틀.
10. 서로 소정 간격 이격된 상태로 소정 형상을 이루는 복수 개의 형상부 및 상기 복수 개의 형상부 중 인접한 형상부 간을 서로 연결시키는 연결부를 포함하며, 용융 가능한 재질로 형성된 내부구조 성형틀과, 성형될 금속부재의 상판 형상에 대응되는 상판 성형부를 가지는 상부 코어와, 상기 상부 코어에 대응되며, 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되는 하판 성형부를 가지는 하부 코어를 포함하며, 상기 상부 코어 또는 상기 하부 코어 중 적어도 어느 일측에는, 상기 상판 성형부 및 상기 하판 성형부 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정부가 형성되는 금속부재 사출 성형장치를 이용한 금속부재 사출 성형방법에 있어서,
    상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 상기 내부구조 성형틀을 고정시키는 고정단계;
    상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 형성된 성형공간에 금속 분말을 주입하여 사출하는 사출단계;
    상기 사출단계에 의해 제조된 사출체를 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어로부터 탈형하는 탈형단계;
    상기 사출체에 탈지 공정을 수행하여 상기 내부구조 성형틀을 제거하는 탈지단계; 및
    상기 탈지단계를 거친 사출체를 가열하여 금속 분말을 소결시키는 소결단계;
    를 포함하는 금속부재 사출 성형방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 금속부재 사출 성형장치는 성형될 금속부재의 하판 형상에 대응되도록 형성되어 상기 하판 성형부에 삽입되는 보조 성형틀을 더 포함하고,
    상기 고정단계는,
    상기 하판 성형부에 상기 보조 성형틀을 삽입시키는 제1삽입과정을 더 포함하는 것으로 하며,
    상기 사출단계는,
    상기 상부 코어와 상기 보조 성형틀 사이에 형성된 성형공간에 제1금속분말을 주입하여 사출하는 제1사출과정;
    상기 제1사출과정에 의해 제조된 반제품 사출체를 상기 하판 성형부에 삽입시키는 제2삽입과정; 및
    상기 상부 코어와 상기 반제품 사출체 사이에 형성된 성형공간에 제2금속분말을 주입하여 사출하는 제2사출과정;
    을 포함하는 것으로 하는 금속부재 사출 성형방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1금속분말 및 상기 제2금속분말은 동일 범위의 조건에 의해 소결될 수 있도록 선택되는 것으로 하는 금속부재 사출 성형방법.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 의해 제조된 금속부재.

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