KR20150078702A

KR20150078702A - 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법

Info

Publication number: KR20150078702A
Application number: KR1020130168325A
Authority: KR
Inventors: 김명용; 이욱형; 최병규; 홍창석; 이혁원
Original assignee: 한국조폐공사
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-07-08
Also published as: KR101650521B1

Abstract

본 발명은 금속 복합소재(500) 단면에 문양, 문자, 기호 등의 다양한 내부형상(110)의 형성이 가능한 금속 복합소재(500) 제조방법으로 금속 복합소재(500) 내부에 형성되는 다양한 내부형상(110)의 제조는 내부형상(110)과 동일한 타발 금형을 이용하여 판상의 소재를 타발하여 내부형상(110)을 형성하는 빌릿(400) 및 복합소재(500) 제조에 관한 것이다.
타발된 소재는 내부형상(110)과 색상, 합금 등을 고려하여 내부형상(110)을 결합 한다. 결합된 소재는 용기(300) 내부에 반복 적층하여 복합소재용 빌릿(400)으로 제조한다. 빌릿(400)은 적층소재의 종류에 따라 일정조건에서 압출과 인발 등의 소성가공을 통해 적층된 소재의 접합 및 내부에 형성된 내부형상(110)의 미세화를 통해 다양한 내부형상(110)이 형성된 복합소재(500)의 제조가 가능하고, 내부형상(110)이 형성된 복합소재(500)는 일정 두께로 절단하고 표면처리 후 주화 및 메달 그리고, 위변조 방지 목적과 형태에 따라 액세서리, 오프라인 제품의 위변조 방지요소 등의 복수의 효과를 동시에 만족할 수 있다.
또한 적용소재의 재질 및 내부형상(110)의 설계와 조합 특성에 따라 열적, 전자기적 유전효과를 부여하는 것이 가능하다.

Description

패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법{METHOD FOR PRODUCTION BILLET HAVING PATTERN TYPE}

본 발명은 패턴이 형성된 복합소재용 빌릿 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피복재에 문양, 문자, 기호 등의 다양한 형상을 형성하고, 상기 피복재를 적층하여 캐닝공정을 통해 빌릿을 제조하며, 상기 빌릿을 압출 및 인발하여, 절단 및 후처리 공정을 통해 패턴이 형성된 복합소재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 빌릿 제조방법은 피복재와 상기 피복재 내부에 삽입되는 심재로 구성된 결합소재를 형상압연 공정이나 압출, 인발, 신선을 실시하여 피복재와 심재의 단일 클래드 복합소재로 적용하거나 일정 길이로 절단 수집하여 캐닝 후 반복 압출하여 다심선으로 제조되는 것이 일반적인 제조방법이다. 도 1을 통해 더욱 상세하게 설명하면, 파이프 형태의 원통 소재인 피복재(10)와 상기 피복재와 유사한 크기의 봉(bar)형태의 심재(12)를 피복재 내부에 삽입 및 결합하여 빌릿(40)을 형성하고, 상기 빌릿(40)을 압출하거나 형상압연을 거쳐 예비성형을 실시한다. 또한, 예비성형된 빌릿(40)은 절단, 집합과 캐닝, 압출을 반복 실시하여 다심선 형태의 복합소재(50)를 제조한다.

이러한 복합소재는 복합소재 내부에 특정패턴의 형성이나 정밀 제어를 위한 제조가 아니며, 고압전선의 고전도/경량성이나 방열판과 같은 열전도/경량성 향상을 위한 Cu/Al 클래드를 제조하였고, 또한 도금용 부스바와 같은 도금액 접촉환경에서 고전도/고내부식 특성이 요구되는 분야의 Ti/Cu 등의 2종 소재 클래드를 하였다. 이는 각자의 소재가 가지는 기계, 물리, 화학적 효과 등을 상호보완하기 위함이다.

하지만, 상기와 같이 제조된 복합소재를 이용하여 패턴을 제조하는 것은 소재의 외각형상에 따라 적층에 한계가 있고, 적층과정에서 패턴의 균일성이나 표현에 한계가 있어 정밀한 패턴을 구현하는 것은 불가능한 상황이다. 또한, 복합소재 내부에 패턴을 형성하기 위한 방법이 아닌 단순히 소재를 집합하여 다심선 복합소재를 형성하기 위한 방법으로 적용되고 있다.

또한, 단일 복합소재 형태는 보안특성이 요구되는 분야 또는 위변조 방지 분야에 적용하는 것은 불가능하며, 더욱이 복합소재 내부의 패턴 정밀성과 균일성, 그리고 다양한 형태의 패턴 형성 방법은 시도되지 않아, 종래의 제조방법은 본 발명의 빌릿 제조에 한계가 있으며, 특정패턴이나 디자인적 활용분야와 무관하게 제조되었다.

또한 반복적인 압출과 집합에 의한 제조방법은 복잡한 제조공정 및 공정증가 뿐만 아니라 압출 후 클래드 복합소재 내부에 형성되는 패턴을 다양화하는데 한계가 있으며, 이에 더해 정밀한 패턴을 제공이 불가한 단점이 있다.

특히, 압출된 복합소재 단면에 문양, 문자, 기호, 로고, 등 다양한 패턴을 구현함에 있어 피복재 내부에 단순히 형상압연이나 압출된 복합소재를 절단하고, 적층하는 종래의 제조 방법에서는 패턴의 형성이 불가함은 물론, 복합소재를 원형의 용기에 적층하는 과정에서 소재간 공간발생으로 정확한 적층과 정밀한 패턴구현은 불가하다.

상기와 같이 적층 소재간 완벽한 접촉면을 이루지 못하면 피복재/적층소재, 적층소재/적층소재 등이 서로 교차하는 교점에서 빈공간(dead zone)이 발생되는데, 이런 빈공간의 형성으로 인해 압출과정에서 금속의 유동이 빈공간으로 이동되기 쉽고, 그에 따라 금속의 유동방향을 예측하기 어렵기 때문에 정밀한 형태의 패턴을 형성하는 것은 불가능하여 다양한 패턴을 구현하는데 한계가 있다.

또한 일본공개특허공보 제2013-158782호("이종 금속 부재 접합용 와이어 및 그 제조 방법", 2012.02.02, 이하 선행문헌 1)는 이종의 금속부재를 적층하여 압출하는 것으로 본 발명과 유사하지만, 상기 선행문헌 1은 금속부재에 내부형상이 형성되지 않고, 또한 적층 시 금소부재들이 일정하게 적층되지 않는 문제점이 있다.

일본공개특허공보 제2013-158782호("이종 금속 부재 접합용 와이어 및 그 제조 방법", 2012.02.02)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 판상의 피복재에 형상을 형성하고, 심재를 삽입하여 적층 후 캐닝 공정을 통해 빌릿을 제조하여, 이를 압출 및 인발하여 패턴이 형성된 복합소재의 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 패턴이 형성된 복합소재용 빌릿을 제조하는 방법에 관한 것으로, 판상의 피복재(100) 단면에 관통되게 내부형상(110)을 제조하는 단계(S1); 상기 내부형상(110)에 심재(120)를 삽입 결합하여 결합소재(200)를 제조하는 단계(S2); 상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3); 상기 용기(300)를 캐닝 공정을 통해 빌릿(400)으로 제조하는 단계(S4); 상기 빌릿(400)을 압출과 인발하여 복합소재(500)를 제조하는 단계(S5); 및 상기 복합소재(500)를 절단 및 후처리하는 단계(S6); 를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 내부형상(110)은 금형을 이용하여 타발, 레이저, 전자빔, 플라즈마, 주조, 토치절단, 워터젯, 와이어컷팅 중 선택되는 적어도 하나 이상의 방법을 이용하여 제조되는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 피복재(100) 단면에 형성되는 상기 내부형상(110)은 적어도 하나 이상의 형상을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 심재(120)는 적어도 하나 이상의 색상을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 심재(120)는 적어도 하나 이상의 소재가 함량에 따라 혼합되는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 결합소재(200)는 상기 결합소재(200)의 단면에 접합재(220)를 삽입 또는 도포하여 적층하는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 결합소재(200)는 상기 결합소재(200)의 단면에 접합되지 않게 이형재(230)를 도포하여 적층하는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 결합소재(200)는 상기 결합소재(200)의 단면에 돌출 또는 오목한 결합홈(210)이 형성되어 적층되는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 용기(300)는 상기 용기(300) 내부에 적어도 하나 이상의 내부용기(310)가 삽입되어, 다층으로 적층되는 용기(300)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 용기(300)는 상기 용기(300) 사이에 이형층을 도포하여 상기 용기(300)들의 접합을 방지하는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 용기(300)는 상기 용기(300) 사이에 접합층을 도포하여 상기 용기(300)들의 접합을 강화하는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 내부용기(310)는 상기 용기(300)와 동일한 소재 또는 다른 소재의 용기(300)를 삽입하여 다층으로 적층하는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 빌릿(400)은 열간, 온간, 냉간 중 선택되는 하나의 온도 구간에서 압출되는 것을 포함하여 이루어진다.

또한, 절단된 상기 복합소재(500)를 후처리하는 공정은 절단된 상기 복합소재(500)를 표면개질 또는 압사공정 사용을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 표면개질은 절단된 상기 복합소재(500)의 단면을 연마 또는 광택 공정을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 표면개질은 발색 및 컬러링 공정을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 발색 공정은 Ti, Zr, Nb, Ta, Al 중 선택되는 적어도 하나 이상의 소재를 사용하는 것을 포함하여 이루어진다.

본 발명은 빌릿의 내부에 다양한 패턴을 제공할 수 있으며, 내부에 형성할 수 있는 다양한 형상 적용이 가능하다.

또한 빌릿의 제조공정 중 내부에 삽입되는 패턴을 정밀한 타발 금형에 의해 제조함으로써 패턴의 미세화와 반복 압출횟수를 감소할 수 있어, 제조공정의 단순화 및 원가절감 효과가 있다.

또한 판재나 코일 형태의 소재를 연속적으로 타발하여 패턴을 제조함으로써 공정 효율성 증대 및 대량생산이 가능하다.

또한, 상기 빌릿 제조에 의한 보다 상세한 효과는 동일한 빌릿 내부에 다양한 패턴, 모양, 크기, 문자, 기호, 숫자, 대칭/비대칭, 균일/불균일 등 다양한 형상을 동시에 구현할 수 있다.

또한, 정밀 타발에 의한 소재의 상호 결합 및 적층으로 소재간 빈공간 발생이 없어, 빌릿내부에 형성된 내부형상의 외곡이나 변형 발생이 적다.

또한, 2종 이상의 복합소재 제조시 정밀 타발과 소재의 두께, 패턴의 형상 및 타발면적 등에 의한 정량적인 소재 함량 조정이 가능하다.

또한, 빌릿 내부에 적층된 제 1층에 2종 이상의 금속을 색상 또는 합금 첨가 가능하다.

또한, 빌릿의 제 1층과 제 2층의 소재를 색상 및 합금을 2종 이상 적층이 가능하다.

또한, 일회의 압출로 2종 이상의 패턴이 형성된 복합소재 제조가 가능하다.

또한, 종래의 클래드 복합소재 제조에서 형성할 수 없는 빌릿 내부에 초기에 형성되는 패턴의 미세화가 가능하다.

또한, 복합소재의 접합강도 향상을 위한 접합처리 및 적층소재 표면에 돌기 형성으로 접합강도 개선이 가능하다.

또한, 타발에 의해 정밀하고, 패턴의 미세화를 통한 복합소재의 위변조 방지 및 보안 효과 부여 가능하다.

또한, 복합소재의 접합이 필요 없는 부분의 이형처리에 따라 복합소재의 선택적 접합면 형성하는 효과가 있다.

또한, 상기 발명에 의해 제조된 복합소재 제조물은 다음과 같은 특징을 갖는다. 복합소재의 단면에 일면과 타면의 동일한 패턴 제공, 복합소재의 단면에 일면과 타면의 대칭인 패턴 제공, 복합소재의 단면에 일면과 타면의 반전이 없는 패턴 제공, 복합소재의 단면에 일면과 타면의 서로 다른 패턴 제공, 복합소재의 단면에 표면은 패턴을 제공하고 이면은 패턴이 없는 형태, 복합소재의 단면에 일면과 타면의 2종 이상의 복합소재로 표현된 패턴 제공, 복합소재의 단면에 색상별 패턴을 결합하여 그라데이션 형성으로 보안특성 효과 제공, 복합소재의 단면에 합금별 패턴을 결합하여 정량적이고 규칙적인 합금의 증가나 감소를 제공하는 패턴, 복합소재의 단면에 합금이 패턴의 구성에 따라 첨가되거나 첨가되지 않는 효과 제공, 복합소재의 단면에 2종 이상의 동일색상의 금속을 결합하여 육안식별이 불가하도록 하는 효과 제공하는 효과가 있다. 상기와 같이 다양한 요소의 패턴을 제공하는 것이 가능한 복합소재는 위변조 특성이 요구되는 주화나 메달, 진위여부를 확인할 수 있는 식별요소와 브랜드 보호를 목적으로 하는 분야에 적용 가능하고, 압사공정을 적용하여 보안강화 효과를 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한 합금의 종류와 적층 비율을 정량적으로 조정하여 합금비율의 조정이 가능함은 물론, 보기와 같은 제조방법을 통해 전기전도 특성, 고열전도 특성, 고전도/경량성, 고내식/고전도, 고강도/경량성 등의 복합적인 요소의 조합으로 두가지 이상 복수의 특성을 개선하는데 효과적이며, 전자기적 특성을 활용한 유전체 그리고, 기계적, 물리적 성질의 개선에 따른 종래의 소재의 대체 분야에 활용가능한 효과가 있다.

또한 복합소재에 포함되는 합금종류에 따라 산화색을 갖는 소재와 결합하여, 소재의 표면개질을 통해 발색이나 컬러링 처리를 수행함으로써 시각적 효과를 부여하는 효과가 있다.

도1은 종래의 빌릿 제조 방법의 순서도
도2는 본 발명의 빌릿 제조 방법의 순서도
도3은 본 발명의 결합홈이 형성된 결합소재의 단면도
도4는 본 발명의 내부용기가 삽입된 용기의 단면도
도5는 본 발명의 빌릿 제조 방법의 실시예1
도6은 본 발명의 빌릿 제조 방법의 실시예2

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

하지만, 종래의 빌렛 제조방법은 패턴을 제조하여 소재의 외각형상에 따라 적층하는데 한계가 있고, 적층과정에서 패턴의 균일성이나 표현에 한계가 있어 정밀한 패턴을 구현하는 것은 불가능하다. 또한, 반복적인 압출과 집합에 의한 제조방법은 복잡한 제조공정 및 공정증가의 단점이 있으며, 압출 후 복합소재 내부에 형성되는 패턴의 다양화와 정밀한 패턴 제공이 불가능한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 도 2는 본 발명의 패턴이 형성된 복합소재용 빌릿의 제조방법의 순서도를 나타낸 것이다. 본 발명은 다양한 패턴이 형성된 복합소재의 제조방법을 제공하는 것으로, 판상의 피복재(100) 단면에 관통되게 내부형상(110)을 제조하는 단계(S1); 상기 피복재(100) 단면의 내부형상(110)에 심재(120)를 삽입하여 결합소재(200)를 제조하는 단계(S2); 상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3); 상기 용기(300)를 캐닝 공정을 통해 빌릿(400)으로 제조하는 단계(S4); 상기 빌릿(400)을 압출과 인발하여 복합소재(500)를 제조하는 단계(S5); 및 상기 복합소재(500)를 절단 및 후처리하는 단계(S6); 를 포함하여 이루어진다.

상기 빌릿제조방법의 각 단계를 상세히 설명한다. 먼저 상기 판상의 피복재(100) 단면에 관통되게 내부형상(110)을 형성하는 방법은 금형을 이용하는 타발공정, 레이저, 전자빔, 토치절단, 주조, 워터젯, 플라즈마, 와이어커팅 등의 다양한 방법을 이용하여 적용할 수 있다. 이 중에서 타발 공정은 정밀 형상의 패턴이나 대량생산과 경제성이 높기 때문에 본 발명에서 타발 공정을 이용하는 방법을 설명한다. 상가 타발 공정 외에도 상기와 같은 방법을 이용하여 피복재(100)에 내부형상(110)을 구현할 수 있다. 상기 타발 공정을 이용하는 방법은 금형을 상기 피복재(100)의 단면에 타발하여 상기 금형의 형상과 동일한 형상을 피복재(100)에 구현한다. 상기 금형은 다이와 펀치를 이용하여 상기 피복재(100)를 타발하고 상기 피복재(100)의 단면에 상기 내부형상(110)을 제조한다. 상기 내부형상(110)은 상기 피복재(100)의 단면에 적어도 하나 이상의 동일한 형상이 패턴을 이루어 구성되거나, 다른 형상이 패턴을 이루어 구성된다. 또한 상기 내부형상(110)은 구현하고자 하는 형상에 따라 문양, 문자, 기호, 로고 등 다양한 형태를 이룬다. 또한, 상기 피복재(100)는 판재나 코일(coil) 형태의 소재를 이용하고, 상기 금형을 연속적으로 타발하여 상기 내부형상(110)을 대량으로 제조할 수 있다. 또한, 상기 내부형상(110)은 적어도 하나 이상의 금형을 상기 피복재(100)에 타발하여 여러 종류의 형상을 갖는 형상을 제조한다.

상기 피복재(100) 단면의 내부형상(110)에 심재(120)를 삽입하여 결합소재(200)를 제조하는 단계는 상기 피복재(100)에 금형을 타발하여 내부형상(110)을 관통되게 형성하고, 상기 내부형상(110)에 심재(120)를 타발하여 삽입하여 결합소재(200)를 제조한다. 상기 심재(120)는 상기 내부형상(110)과 동일한 형상을 갖는 하나의 심재(120)를 삽입 결합하는 것이 일반적이지만, 경우에 따라 복수개의 심재(120)를 상기 내부형상(110)에 삽입 결합한다. 또한, 복수개의 심재(120)는 각 소재에 따라 여러 가지 색상을 가지고, 또한 소재의 함량에 따라 함금량을 달리하여 삽입 결합한다.

피복재(100)에 심재(120)를 삽입하여 결합소재(200)를 제조하고 나면, 다음은 상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계이다. 상기 결합소재(200)는 단면에 결합홈(210)이 형성되고, 도3에 본 발명의 결합홈이 형성된 결합소재의 단면도를 나타내었다. 또한 상기 결합홈(210)은 상기 결합소재(200) 일면에 돌출형태가 형성되고, 타면은 오목형태가 형성된다. 상기 결합홈(210)이 형성된 상기 결합소재(200)는 상기 결합홈(210)에 맞춰 일정하게 적층된다. 또한 결합소재(200)의 적층 방법에는 상기 심재(120)를 피복재(100)와 다른 두께로 형성하여 적층하거나, 상기 심재(120)에 관통되는 미세한 홀을 형성하여 적층한 후 상기 심재(120)와 동일한 소재의 핀을 삽입하여 고정하는 방법 등 상기 결합소재(200)를 적층하여 고정하는 방법에는 다양한 방법을 이용할 수 있다. 상기 결합소재(200)는 적층 될 때 결합소재(200)의 접합을 위해 단면에 접합재를 삽입 또는 도포한다. 또한 적층 시 상기 결합소재(200)들의 결합을 방지하기 위해 이형처리를 하기도 한다. 상기 용기(300)는 하나를 이용하여 내부에 상기 결합소재(200)를 삽입하여 적층하지만, 상기 용기(300) 내부에 다른 용기(300)를 삽입하여 이용하기도 한다. 이러한 방법을 도4에 나타내었다. 내부에 삽입되는 용기(300)는 적어도 하나 이상의 용기(300)를 삽입한다. 내부에 삽입된 용기(310)는 외부 용기(300)와 동일한 소재이거나 다른 소재를 사용하기도 한다. 상기 용기(300)는 용기들 간에 이형층을 도포하여 결합을 방지하거나, 접합층을 도포하여 용기(300)들의 접합을 강화한다. 또한 상기 용기(300)는 원통형의 구조로 일측은 막혀있고 타측은 개방되어 개구부가 형성된다. 상기 결합소재(200)는 상기 개구부로 삽입되어 적층된다.

다음은 상기 용기(300)를 캐닝 공정을 통해 빌릿(400)으로 제조하는 단계에 대해 설명한다. 상기 용기(300)는 내부에 결합소재(200)가 적층되어 삽입되어 있고, 이러한 상기 용기(300)를 캐닝 공정을 이용하여 빌릿(400)으로 제조한다. 상기 용기(300)의 구조는 원통형으로 구성되어 있으며, 일측은 막혀있고, 타측은 개방되어 개구부가 된다. 상기 결합소재(200)는 상기 개구부로 삽입하여 적층한다. 이때 용기(300)와 적층된 결합소재(200)는 삽입에 필요한 최소 유격을 유지하여, 정밀한 복합소재(500)의 제조가 가능하다. 또한, 캐닝 공정이란 상기 용기(300)의 개구부에 원판을 삽입하여 가압하고 삽입된 원판을 용접하거나 용기(300)의 개구부 끝단을 오그려 빌릿(400)을 제조하는 것이다. 또한, 상기 용기(300) 내부에 적층된 결합소재(200)에 압력을 가하는 목적은 상기 결합소재(200)의 유동 방지 및 밀도를 향상함으로써, 정밀한 패턴의 구현과 균일한 열전달을 통해 압출을 용이하기 위함이다. 또한 압출 다이스와 접촉되는 용기(300)의 면은 다이스의 각도와 동일한 형태로 가공되어, 압출 시 내부에 형성된 패턴의 유동성을 개선하여 원활한 압출을 유도한다.

상기 개구부에 원판을 삽입하여 용접하면, 빌릿(400)을 가열을 통해 열간이나 온간압출 시 상기 용기(300) 내에 적층된 결합소재(200)와 대기의 접촉을 차단함으로써 산화를 방지하여 결합소재(200) 조직에 형성될 수 있는 산화물, 질화물, 탄화물 등의 반응생성물의 형성을 억제할 수 있으며, 산화방지를 목적으로 용기(300)내부에 불활성 가스의 삽입이나 진공 용접하는 것도 적용 가능하다. 또한, 결합소재(200)에 반응생성물을 형성하기 위해 인위적으로 반응물질을 삽입하기도 한다.

캐닝 공정을 통해 상기 빌릿(400)을 제조하면, 상기 빌릿(400)을 압출과 인발하여 복합소재(500)를 제조한다. 상기 빌릿(400)은 내부의 결합소재(200)의 종류에 따라 적정온도를 설정하여 압출 다이스 장치를 이용하여 압출한다. 빌릿(400)이 압출되어 나온 것을 복합소재(500)라고 한다. 상기 복합소재(500)는 직진성 확보를 위해 스트레칭 수준의 인발을 실시할 수 있으며, 보다 미세한 패턴이 요구되는 경우 압출된 복합소재(500)를 반복 압출하여 패턴을 미세화 하는 것이 가능하다. 특히, 종래의 복합소재(500) 제조공정에서 반복압출 공정은 압출된 복합소재(500)의 적층과정에서 용기(300)와 결합소재(200), 결합소재(200)와 결합소재(200)간 빈공간의 발생되기 때문에 압출 후 복합소재(500)의 패턴이 외곡되거나 변형되는 현상이 발생된다. 이러한 현상을 방지하기 위해 본 발명의 빌릿(400)제조 방법은 피복재의 내부형상(110)과 동일한 형상을 타발 제조하여 빈공간의 형성을 방지함으로써 내부형상(110)의 외곡이나 변형이 없는 균일한 내부형상(110)을 구현할 수 있는 특징이 있다.

또한 상기와 같이 제조된 복합재를 수집하여 재압출하는 것이 가능하며, 재압출을 통해 내부에 형성된 형상을 미세화할 수 있는 것이 가능하다.

도 5 내지 도 6은 본 발명의 빌릿 제조 방법을 이용한 실시예로서, 본 발명은 종래의 제조공정에 비해 내부형상(110)의 미세한 가공과 다양한 형상의 가공이 가능하며, 정밀한 치수가공에 의한 내부형상(110)의 정밀성 유지 및 연속공정 적용에 따른 공정 효율성 증대, 정밀한 타발 금형제조에 의한 미세 형상의 제조가 가능하다. 빌릿(400) 내부에 형성되는 내부형상(110) 자체를 초기부터 미세화 함으로써 종래의 제조방법에서 표현할 수 없거나 반복압출에 의해서만 가능한 미세패턴을 구현함으로써 공정생략 또는 단순화가 가능하여 생산효율성 증대 및 제조원가 절감이 가능하다. 특히, 종래의 제조 방법으로 제공할 수 없는 타발 금형의 정밀한 치수제어로 내부형상(110)은 1회의 압출만으로 수 ㎛의 미세한 형상을 제공하는 것이 가능하며, 내부형상(110)의 다양한 크기, 모양, 규칙/불규칙 배열, 대칭/비대칭 형상, 합금의 종류에 따라 심재(120)를 삽입하여 캐닝 공정과 압출 공정을 통해 복합소재(500)로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 또 다른 특징은 결합소재(200)의 적층에 따라 일회 압출된 복합소재(500)에서 내부형상(110)이 다른 복합소재(500)를 동시에 제조하는 것이 가능하다. 이러한 제조방법의 보다 상세한 설명은 도 5를 통해 상세히 설명한다. 타발에 의해 제조된 2종 이상의 결합소재(200)를 동일 용기(300) 안에 필요두께 이상 적층하고, 캐닝 후 압출함으로써 1회 압출로 2종 이상의 복합소재(500)를 제조하는 방법이다. 이 때 내부형상(110)이 다른 결합소재(200)를 적층할 때 이형처리를 하여 압출 후 복합소재(500)를 쉽게 분리하는 것이 가능하다.

압출된 복합소재(500)는 적층된 두께비율 만큼 내부형상(110)이 형성된 복합소재(500)를 형성할 수 있다. 이는 소량 다품종 생산 시 종래의 방식은 압출장치에 적용 가능한 최소크기의 빌릿(400)을 제조해야만 압출이 가능하여 불필요한 소재의 손실이나 압출 횟수의 증가가 발생되었으나, 본 발명은 2종 이상의 결합소재(200)를 동일 용기(300)에 적층함으로써 소재 절감 및 원가절감과 공정 효율성을 제공할 수 있다.

또한 종래의 복합소재(500)의 제조방법에서 비대칭인 패턴이 형성된 복합소재(500)는 절단 시 절단면의 일면과 타면에 형성된 내부형상(110)이 반전되는 단점이 있다. 즉, 다음과 같은 예시로 상세히 설명하면, 종래의 제조공정에서 내부형상(110)을 '패턴'이라는 문자를 삽입한 경우, 일면은'패턴'라는 문구가 형성되지만, 타면은'

'으로 표현되는 구조적 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 제조방법은 한 층의 결합소재(200)의 일면에 '패턴'향하게 적층하고 타면은 접합재를 도포하여 다른 결합소재(200)의 일면과 결합한다. 상기 다른 결합소재(200)의 타면은 '패턴'이 향하게 적층하고, 이를 반복 적층하고 캐닝 후 압출함으로써 반전이 없는 '패턴'이 형성된 복합소재(500)의 제조가 가능하다.

또한 일면과 타면이 각각 다른 형상을 제공하는 복합소재(500)의 제조방법은 일면이'패턴'이면 타면은 '금속'형태를 제공하는 방법이다. 각각 다른 형상이 형성된 두 개의 결합소재(200)를 적층함으로써 일/타면이 서로 다른 형상을 형성할 수 있는 복합소재(500)를 제조하는 것이 가능하다.

또한 상기와 같은 일면과 타면의 패턴 제공에 있어 타발된 소재의 결합을 통한 제조 방법은 물론, 다양한 패턴이 형성된 빌렛의 일차 압출 소재를 재압출 후 필요한 두께에 맞게 절단하고, 절단된 소재를 형태에 따라 일면과 타면으로 반복하여 적층하여 패턴이 형성된 복합소재 제조가 가능하다.

또한 적층되는 두 개의 결합소재(200)는 소성변형이나 열처리를 통해 일정수준의 접합강도를 유지하게 되는데, 필요에 따라 접합강도의 향상이나 억제에 복합적으로 적용할 수 있다. 이러한 방법은 일정수준의 접합강도를 형성하지만, 이보다 우수한 접합강도 형성을 위해서 결합소재(200)의 단면에 접합에 용이한 소재를 삽입하거나 도포하여 결합력을 강화하거나, 또는 빌릿(400)의 예열이나 압출에 의해 접합이 강화되거나 결합소재(200) 일면에 미세한 돌기를 형성시켜 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 반대로 결합소재(200)의 분리가 요구되는 부분에는 이형처리를 실시하여 압출 시 열과 소성변형으로 금속 원자의 확산에 의한 접합을 방해하여 접합을 방지할 수 있다.

상기 결합소재(200)는 압출과정에서 용기(300)와 접합되지 않도록 용기(300)내부를 이형처리 후 적층하여 압출한다. 압출된 복합소재(500)의 용기(300)를 제거하면 내부에 삽입된 결합소재(200)는 이형처리 부분과 이형처리 되지 않은 부분으로 분리된다.

상기 타발공정은 내부형상(110)에 2종 이상의 소재를 결합하는 것이 가능하며, 내부형상(110)의 체적을 정량적으로 산출하여 소재를 결합하고, 이를 이용해 합금의 함량을 정량적으로 조절하여 결합하는 것이 가능하다. 특히, 합금의 조합은 복합소재(500)의 전자기적 특성을 부여하는 것이 가능하다. 이러한 합금의 함량을 조절하는 방법은 별도의 소재가 심재(120)에 첨가될 때 합금량에 따라 단계적으로 첨가되고, 상기 심재(120)를 결합하여 형성된 결합소재(200)는 센서를 이용하여 결합소재(200)의 합금량을 측정한다. 또는 심재(120)의 함량에 따라 색상이 달라지는데 이를 이용하여 그라데이션 효과를 부여하는 것이 가능하다.

상기 합금의 함량을 단계적으로 조절하는 방법을 실시예로 설명한다. 백동에 첨가되는 Ni(니켈)을 단계적으로 합금화 하고, 각 합금을 타발하여 내부형상(110)을 링형태로 제조하고, 중앙부는 Ni를 최소량에서부터 외곽으로 갈수록 Ni함량을 증가하여 링을 단계적으로 결합하여 내부에서 바깥쪽으로 진행할수록 Ni과 함량이 증가하도록 제조하는 방법 또는 Ni이 없는 구간과 있는 구간을 교차하도록 심재(120)를 결합한다.

또한 합금의 함량을 변화하여 그라데이션 효과를 형성하는 방법의 실시예에 대해 설명한다. 순동은 Zn(아연) 첨가량이 증가할수록 붉은색에서 점차 노란색으로 변화하는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 합금을 일정함량별로 제조하고, 이를 링형태의 내부형상(110)으로 타발 후 중앙에는 순동을 위치하고, 외곽으로 갈수록 아연의 함량이 증가된 심재(120)를 결합함으로써 붉은색에서 점차 노란색으로 변화한다.

결합소재(200)를 제조하는 또 다른 방법으로는 색상은 유사하나 전혀 다른 소재 금속을 결합하는 방법이 있다. 그 실시예로 합금의 고유색상이 백색을 나타내는 백동과 스테인레스를 상호 결합하여 육안으로 확인할 수 없으나, 장치를 이용하여 식별할 수 있다. 또한 이러한 제조방법은 결합소재(200)를 적층할 때 유사한 색상의 결합소재(200)를 적층할 때 사용하거나 피복재(100)와 유사한 색상의 심재(120)를 삽입할 때 사용한다.

또 다른 복합소재(500) 빌릿(400)제조 방법은 설계된 내부형상(110)을 주형으로 제조하여 용융 금속을 주형에 주입하여 피복재(100)와 심재(120)를 제조 후 결합하여 빌릿(400)을 제조하는 방법과 용기(300) 안에 다양한 굵기의 금속바(bar), 판재(sheet), 와이어(wire) 형태의 금속을 내부형상(110)과 동일하게 단계적으로 적층하여 빌릿(400)을 제조하는 방법이 있다. 상기 두 방법은 색상 및 합금의 종류에 따라 원하는 내부형상(110)을 적층하여 구성하는 빌릿(400) 제조 방법이다.

또한, 복합소재(500) 단면에 내부형상(110)을 형성하기 위해 명품의 로고의 형태를 금형으로 제조하고, 제조된 금형으로 피복재(100)를 타발한다. 복합소재(500) 내부에 형성될 심재(120)의 색상과 디자인 요소를 감안하고, 금속의 색상을 선택 후 결합소재(200)를 제조하고 적층하여 완성한다.

피복재(100)와 심재(120)들을 제조하고, 피복재(100)에 심재(120)들을 결합하여 제 1층을 형성한다. 이때 피복재(100)는 백색을 갖는 동합금인 백동(Cu75-Ni25)을 이용하고, 내부에 위치하는 심재(120)2와 3은 순동(Cu99)을 이용한다. 상기 심재(120)가 삽입됨으로써 상호 색상대비가 이루어진다. 이렇게 결합된 결합소재(200)는 용기(300)에 삽입하여 적층하고, 캐닝 공정을 통해 상기 용기(300)를 빌릿(400)으로 제조 후 950℃정도에서 예열한다. 압출 슬리브 온도는 400℃정도에서 압출을 실시하며, 빌릿(400)은 다이스의 형상에 따라 단면적이 감소하는 소성변형과 열에 의한 적층소재의 활발한 원자간 확산으로 적층소재가 결합된 복합소재(500)를 형성한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 전자기적 특성을 가진 복합소재(500) 제조 방법이다. 차폐효과가 큰 Mg합금과 Al합금을 반복 적층하여 두 금속의 위상차를 이용하여 전자파 차폐효과나, Cu/Al이나 Ti/Cu 등과 같이 각 소재가 갖는 복수의 장점을 만족할 수 있는 조합으로 그 특성을 향상할 수 있다. 전자기적 특성을 가진 복합소재(500) 제조 방법은 실시예 1과 동일하며, 내부에 삽입되는 심재(120)나 제조되는 내부형상(110)을 달리함으로써 원하는 내부형상(110)을 갖는 복합소재(500)를 제조할 수 있다.

또한, 발색 및 컬러링 효과가 우수한 Ti, Zr, Ta, Nb, Al 등을 심재(120)로이용하는 방법이다. 제조방법은 실시예1과 같이 피복재(100)를 타발하고, 이를 Cu나 그 합금 등과 결합하고 적층한다. 적층된 결합소재(200)를 빌릿(400)으로 제조하고, 압출하여 복합소재(500)를 제조한다. 제조된 복합소재(500)는 절단 후 표면광택과 후처리를 실시하고, 산화색이나 아노다이징 처리를 실시한다. 산화색이나 아노다이징에 반응하는 상기 금속은 특정조건에 따라 반응하여 금속 특유의 산화색을 나타내지만, 동과 그 합금은 특정 조건에서 반응하지 않아 고유의 색상을 유지하여 패턴의 디자인적 요소를 부각할 수 있다.

또한, 본 발명의 제조방법으로 제조된 복합소재는 위변조 방지요소, 주화 또는 메달, 액세서리, 가방, 지갑, 구두, 버클, 고리, 로고, 시계, 의류, 키홀더, 지퍼 손잡이, 단추 등의 패션잡화, 기계부품 및 스포츠용품 등의 사용분야에 사용될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 피복재
110 : 내부형상
120 : 심재
200 : 결합소재
210 : 결합홈
300 : 용기
310 : 내부용기
400 : 빌릿
500 : 복합소재

Claims

판상의 피복재(100) 단면에 관통되게 내부형상(110)을 제조하는 단계(S1);
상기 내부형상(110)에 심재(120)를 삽입 결합하여 결합소재(200)를 제조하는 단계(S2);
상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3);
상기 용기(300)를 캐닝 공정을 통해 빌릿(400)으로 제조하는 단계(S4);
상기 빌릿(400)을 압출과 인발하여 복합소재(500)를 제조하는 단계(S5);
상기 복합소재(500)를 절단 및 후처리하는 단계(S6);
를 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
판상의 피복재(100) 단면에 관통되게 내부형상(110)을 제조하는 단계(S1)의 상기 내부형상(110)은
금형을 이용하여 타발, 레이저, 전자빔, 플라즈마, 주조, 토치절단, 워터젯, 와이어컷팅 중 선택되는 적어도 하나 이상의 방법을 이용하여 제조되는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
판상의 피복재(100) 단면에 관통되게 내부형상(110)을 제조하는 단계(S1)의 상기 내부형상(110)은
적어도 하나 이상의 형상을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서
상기 내부형상(110)에 심재(120)를 삽입 결합하여 결합소재(200)를 제조하는 단계(S2)의 상기 심재(120)는
적어도 하나 이상의 색상을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 내부형상(110)에 심재(120)를 삽입 결합하여 결합소재(200)를 제조하는 단계(S2)의 상기 심재(120)는
적어도 하나 이상의 소재가 함량에 따라 혼합되는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3)의 상기 결합소재(200)는
상기 결합소재(200)의 단면에 접합재(220)를 도포하여 적층되는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3)의 상기 결합소재(200)는
상기 결합소재(200)의 단면에 접합되지 않게 이형제(230)를 도포하는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3)의 상기 결합소재(200)는
상기 결합소재(200)의 단면에 결합홈(210)이 형성되어 적층되는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 결합소재(200)를 용기(300) 내부에 삽입하여 적층하는 단계(S3)의 상기 용기(300)는
상기 용기(300) 내부에 적어도 하나 이상의 내부용기(310)가 삽입되어,
다층으로 적층되는 용기(300)를 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 9항에 있어서,
상기 용기(300)는
상기 용기(300) 사이에 이형제를 도포하여 상기 용기(300)들의 접합을 방지하는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 9항에 있어서,
상기 용기(300)는
상기 용기(300) 사이에 접합재를 도포하여 상기 용기(300)들의 접합을 강화하는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 9항에 있어서
상기 내부용기(310)는
상기 용기(300)와 동일한 소재 또는 다른 소재로 이루어지며, 다층으로 적층되는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서
상기 빌릿(400)을 압출과 인발하여 복합소재(500)를 제조하는 단계(S5)의 상기 빌릿(400)은
열간, 온간, 냉간 중 선택되는 하나의 온도 구간에서 압출되는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 복합소재(500)를 절단 및 후처리하는 단계(S6)는 의 후처리하는 단계는
절단된 상기 복합소재(500)에 표면개질 또는 압사공정을 더 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 14항에 있어서
상기 표면개질은
절단된 상기 복합소재(500)의 단면에 연마 또는 광택 공정을 더 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 14항에 있어서
상기 표면개질은
발색 및 컬러링 공정을 더 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.
제 16항에 있어서
상기 발색 및 컬러링 공정은
Ti, Zr, Nb, Ta, Al 중 선택되는 적어도 하나 이상의 소재를 사용하는 것을 포함하여 이루어지는 패턴형성이 가능한 복합소재용 빌릿 제조방법.