KR20150087225A - 다중 금속 층들을 갖는 피가공재 제조 방법 - Google Patents

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치 훙 케빈 리우
치 훙 호
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졸트릭스 머터리얼 (광저우) 리미티드
(동구안) 그랜드 페임 인더스트리얼 리미티드
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Abstract

다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법이, (a) 적어도 탕도, 주입구, 및 공동을 갖는 몰드를 제공하는 단계, (b) 상기 몰드의 상기 공동 내에, 거칠고/거칠거나 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는 표면을 갖는, 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계, 및 (c) 상기 제 1 금속 층의 상기 거친 표면 또는 상기 제 1 금속 층의 상기 표면의 상기 맞물림 구조와 맞물림하는 제 2 금속 층을 상기 제 1 금속 층 상에 형성하도록 상기 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하며, 상기 용융된 제 2 금속은, 적어도 실질적으로 초당 70 미터(m/s)의 속도로 상기 몰드의 상기 공동에 진입하는 바와 같이 개시된다.

Description

다중 금속 층들을 갖는 피가공재 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING A WORKPIECE WITH MULTIPLE METAL LAYERS}
본 출원은 그 자체로 2011년 10월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/277,673호의 일부 계속 출원(CIP)인 2012년 10월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/651,980호의 일부 계속 출원이며, 이들 2 개의 선 출원들의 내용들은 본원에 완전하게 반복되는 것처럼 본원에 완전하게 포함된다.
본 발명은 다중 금속 층들을 갖는 피가공재, 이를 테면 플레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 위해서, 문맥에 따라, 용어 "금속" 및 "금속들"은 또한 "금속의 합금들" 및 금속들의 합금들"을 각각 포함해야 한다. 또한, 본 발명의 목적을 위해서, 금속 층들은 동일한 금속 또는 상이한 금속들로 만들어질 수 있음이 이해되어야 한다.
통신(communication), 가전(consumer electronic) 및 컴퓨터(computer) 산업들(이른바, "3C 산업들")에서의 급속한 발전에 의해서, 소비자들은 이러한 제품들(이른바, "3C 제품들")의 양호한 성능(이를 테면, 처리 속도 및 저장 용량)을 기대할 뿐만 아니라 이러한 제품들의 하이 클래스 및 내구성 장식 표면들을 기대한다. 이에 따라 양호한 강도를 가지며 경량인 금속 케이싱이 3C 제품들에서 더욱더 중요해지게 될 것이다. 이러한 특성들은, 또한 가정용품 산업 및 자동차 산업과 같은 다른 산업들에서 제품들의 소비자 요구사항들 또는 기대가 될 것이다. 대부분의 제품들에서, 하나의 금속 층 상에 하나 이상의 금속 층을 오버 몰딩하는 것, 예컨대 커버 또는 플레이트를 형성할 필요가 있다. 이에 따라, 2 개의 금속 층들 사이에서 결합 또는 접합 강도를 향상시킬 필요가 있으며, 이는 중요한 제조 요건이 되고 있다.
전자 제품의 기존의 화려한 플라스틱 케이싱은 외부 충격에 쉽게 부서지고 파손되는 한편, 단일 금속 층의 케이싱은 환경적 요인들로 인해서 부식될 수 있거나 후속 표면 처리가 재료 특성들의 제한으로 인해서 케이싱 상에서 실행될 수 없다. 이에 따라, 얇은 두께, 양호한 장식 성능, 외부 충격에 저항하는 양호한 강도 및 양호한 내부식성을 갖는 다중 금속 층들을 갖춘 케이싱들이 단일 금속 층의 케이싱들의 다양한 결점들을 해결하기 위해서 요구된다. 종래 기술에서, 이중 금속 층들 또는 재료들의 기계적 라미네이트로 형성된 가전 장치를 위한 케이싱은 진공 증착 또는 이온 스퍼터링에 의해서 통상적으로 준비되며, 이는 높은 제조 비용을 수반한다. 그러나, 이러한 종래 기술의 케이싱은 도금 및 아노다이징과 같은 습식 프로세스를 포함하는 표면 처리를 수용하기에 양호하지 않기 때문에, 내부식성이 덜하다.
종래의 기술들에서, 고상 용접(solid-state welding) 프로세스들(이를테면, 냉간 용접(cold welding), 마찰 용접 및 초음파 용접)은 베니어(veneer)를 주조 금속 부품에 접합하기 위해서 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 고상 용접 프로세스들은 처리 플로우의 복잡함 및 비용을 상당히 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 당업자는, 덜 비싸며 덜 복잡한 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 효과적인 방법들을 여전히 조사하고 있다.
게다가, 가능한 컴팩트하고 슬림해져야 하는 전자 제품들(이를테면, 태블릿 컴퓨터들 및 스마트폰들) 및 가전 제품들(domestic electrical appliances)에 대해 계속해서 증가하는 요건이 존재한다. 또한, 소비자들은 자동차 산업 및 가정용품 산업에서 제품들에 대해 동일한 요건들을 만든다. 구매자들은 동시에 이러한 제품들의 기능들 및 성능에 대해 훨씬 더 높은 요구사항들을 만든다. 이에 따라, 제조자들은 필수 구성요소들을 수용하기에 충분한 공간을 보유하면서 가능한한 컴팩트하게 제품들의 본체들을 만드는 방법들을 조사하는 중이다. 기존의 방법들은, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 형성하기 위해서 금속의 얇은 층을 금속의 층 상으로 분사하고 접합/맞물림되는 것을 허용하지 않는다. 게다가, 이러한 제품들이 더 컴팩트해지고 더 슬림해짐에 따라, 필수 특징들을 획득하는데 요구되는, 후처리, 이를 테면 트리밍 및 컴퓨터 수치 제어(CNC) 작업들에 관한 문제들이 발생한다.
이러한 제품들이 더욱더 컴팩트해지고 슬림해짐에 따라, 커버들, 하우징들, 케이싱들 및 샤시와 같은 이러한 피가공재들의 후처리(이를테면 트리밍)에 관한 문제들이 발생하는데, 이는 이러한 후처리가 피가공재들 상에 압력을 부과할 것이며, 이는 피가공재들을 변형시킬 것이기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전술된 문제점들이 완화된 다중 금속 층들을 갖는 몰드 및 피가공재 그리고 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법을 제공하거나 적어도 무역 및 공공(trade and public)에 대한 유용한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, (a) 적어도 탕도(runner), 주입구(gate), 및 공동(cavity)을 갖는 몰드를 제공하는 단계, (b) 상기 몰드의 상기 공동 내에 거칠고/거칠거나 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는 표면을 갖는, 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계, 및 (c) 상기 제 1 금속 층의 상기 거친 표면 또는 상기 제 1 금속 층의 상기 표면의 상기 맞물림 구조와 맞물림하는 제 2 금속 층을 상기 제 1 금속 층 상에 형성하도록 상기 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하며, 상기 용융된 제 2 금속은, 적어도 실질적으로 초당 70 미터(m/s)의 속도로 상기 몰드의 상기 공동에 진입한다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드가 제공되며, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스 사이에서 반제품 피가공재를 유지하는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며, 적어도 상기 제 1 몰드 피스는 벽 부재를 포함하며, 상기 몰드가 상기 폐쇄 구조에 있으며 반제품 피가공재를 보유하고 있을 때, 상기 벽 부재는, 상기 벽 부재와 상기 반제품 피가공재 사이에 밀봉부를 형성하여 상기 밀봉부를 통한 유체의 유동을 방지하도록 상기 반제품 피가공재의 적어도 일부로 펀치한다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재가 제공되며, 상기 피가공재는 제 1 금속 층 상에 적어도 제 2 금속 층을 분사시킴으로써 형성되며, 상기 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층의 각각은 하나 이상의 맞물림 구조를 포함한다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드가 제공되며, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스가 반제품 피가공재를 포함하는 공동을 형성하도록 서로 맞물림되는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며, 상기 제 1 몰드 피스는 상기 공동 내로의 주형 재료(molding material)의 공급을 허용하는 통로(passageway)를 포함하며, 상기 몰드에는 상기 공동 밖으로의 주형 재료의 유동을 허용하는 채널이 없다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, (a) 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계, (b) 상기 제 1 금속 층을 전처리하는 단계, (c) 상기 전처리된 제 1 금속 층을 몰드에 배치하는 단계, 및 (d) 상기 전처리된 제 1 금속 층 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재가 제공되며, 상기 피가공재는 제 1 금속 층 상에 적어도 제 2 금속 층을 분사시킴으로써 형성되며, 상기 제 2 금속 층은 실질적으로 0.5 mm 이하의 두께이다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 a) 적어도 탕도, 주입구, 및 공동을 갖는 몰드를 제공하는 단계, (b) 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는 표면을 갖는, 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계, (c) 상기 제 1 금속 층을 전처리하는 단계, (d) 상기 전처리된 제 1 금속 층을 몰드에 배치하는 단계, 및 (e) 상기 전처리된 제 1 금속 층 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하며, 상기 용융된 제 2 금속은, 적어도 실질적으로 초당 70 미터(m/s)의 속도로 상기 몰드의 상기 공동에 진입하고, 상기 제 2 금속 층은 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면의 상기 맞물림 구조와 맞물림하는 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하며, 상기 몰드는 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하고, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스가 상기 전처리된 제 1 금속 층을 포함하는 공동을 형성하도록 서로 맞물림되는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며, 상기 제 1 몰드 피스는 상기 용융된 제 2 금속의 공급을 허용하는 통로를 포함하고, 상기 몰드에는 상기 공동 밖으로의 상기 용융된 제 2 금속의 유동을 허용하는 채널이 없다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재가 제공되며, 상기 피가공재는 a) 적어도 탕도, 주입구, 및 공동을 갖는 몰드를 제공하는 단계, (b) 제 1 금속으로 만들어진, 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는 표면을 갖는, 제 1 금속 층을 제공하는 단계, (c) 상기 제 1 금속 층을 전처리하는 단계, (d) 상기 전처리된 제 1 금속 층을 몰드에 배치하는 단계, 및 (e) 상기 전처리된 제 1 금속 층 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하며, 상기 용융된 제 2 금속은, 적어도 실질적으로 초당 70 미터(m/s)의 속도로 상기 몰드의 상기 공동에 진입하고, 상기 제 2 금속 층은 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면의 상기 맞물림 구조와 맞물림하는 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하며, 상기 몰드는 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하고, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스가 상기 전처리된 제 1 금속 층을 포함하는 공동을 형성하도록 서로 맞물림되는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며, 상기 제 1 몰드 피스는 상기 용융된 제 2 금속의 공급을 허용하는 통로를 포함하고, 상기 몰드에는 상기 공동 밖으로의 상기 용융된 제 2 금속의 유동을 허용하는 채널이 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 피가공재(workpiece)를 제조하는 방법을 예시한다.
도 2a는 도 1에 도시된 방법을 실행하기 위한 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 장치를 예시하며, 여기서, 장치 내의 몰드는 개방 구성이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 장치를 예시하며, 여기서 몰드는 폐쇄 구성이다.
도 2c는 도 2b에 도시된 몰드의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 추가 실시예에 다른 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법을 예시한다.
도 4는 도 3에 도시된 방법을 실행하기 위한 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 몰드를 예시한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 추가 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법을 예시한다.
도 6은 도 5에 도시된 방법에 의해 제조된 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 예시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 추가 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법을 예시한다.
도 8은 도 7에 도시된 방법에 의해 제조된 다중 금속 층들을 갖는 제 1 피가공재를 예시한다.
도 9a는 도 7에 도시된 방법에 의해 제조된 다중 금속 층들을 갖는 제 2 피가공재를 예시한다.
도 9b는 도 7에 도시된 방법에 의해 제조된 다중 금속 층들을 갖는 제 3 피가공재를 예시한다.
도 10a 내지 도 10c는, 용융된 형태의 제 2 금속이 본 발명의 추가의 실시예에 따른 방법으로 제 1 금속 층과 접합 또는 맞물림하도록 몰드 내로 분사되는 프로세스를 예시한다.
도 11은 본 발명에 따른 방법에서 사용하기에 적합한 대안의 몰드의 횡단면도이다.
도 12는 제 2 금속 층과의 맞물림 후에 도 11의 제 1 금속 층의 부분 횡단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 추가의 실시예에 따른 용융된 제 2 금속의 전처리(pre-treatment) 이후, 분사 준비중인 제 1 금속 층의 측면도이다.
도 14a는 도 13의 제 1 금속 층을 포함하는 다중 금속 층들의 커버의 측면도이다.
도 14b는 도 14a의 부분 확대도이다.
도 15는 제 2 금속 층에 의해 부분적으로 커버되는 얇은 베이(thin bay)를 갖는 다중 금속 층들의 커버의 부분 평면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 피가공재(workpiece)를 제조하는 방법을 예시한다. 일반적으로 말하자면, 이 방법에서, 제 1 금속으로 형성된 반제품 플레이트(semi-finished plate) 형태의 제 1 금속 층이 몰드에 배치된다. 액체(용융) 형태의 제 2 금속(제 1 금속과 상이함)은 이후 몰드 내로 그리고 플레이트 상으로 분사되어, 제 1 금속 층 상에서 제 2 금속 층을 형성한다(S101). 몰드에서 제 2 금속 층은, 이후 제 1 금속 층으로의 그리고 제 1 금속 층과 함께 제 2 금속 층의 접합을 용이하게 하도록 몰드에서 압력에 의해 가압된다(S102). 물론, 액체 형태의 제 3 금속(제 1 및 제 2 금속들과 동일하거나 상이할 수 있음)이 상기 작업을 반복함으로써 3개의 금속 층들을 갖는 피가공재를 형성하도록 제 1 금속 층 또는 제 2 금속 층 상에 분사될 수 있음이 이해되어야 한다.
분사 작업은, 고압 및 고속 주입 몰딩(molding), 푸어링(pouring) 및/또는 플로잉(flowing)과 같은 상이한 양태들을 포함한다. 압력, 제 2 금속이 몰드 내로 분사되는 속도, 및 제 2 금속이 제 1 금속 층을 커버하는 짧은 지속 기간(short time duration) 전부는 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이의 접착성 및 접합 강도를 개선하는 것, 액체 상태에 있을 때 제 2 금속 내의 버블(bubble)들을 제거하는 것 및 제 2 금속 층의 치밀도(compactness)를 개선하는 것을 도와서, 단지 몇개의 기공(pore)들만이 제 2 금속 층의 냉각 및 경화 이후에 남겨지며, 이에 의해 복합재 금속의 강도를 성취한다. 또한, 이는, 분사 중 액체 형태의 제 2 금속의 플로잉으로 인한 액체 유동 마크의 형성을 방지할 수 있다. 제 2 금속 층을 가압하는 것은, 또한 액체 형태의 과잉의 제 2 금속이 오버플로우하는 것을 가능케 할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 방법을 실행하기 위한 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 디바이스(201)를 예시한다. 디바이스(201)는 전방 몰드(208) 및 후방 몰드(207)를 갖는 몰드(202)를 포함한다. 몰드(202)는 전방 몰드(208) 및 후방 몰드(207)가 서로 분리된 개방 구성으로 도 2a에 도시된다. 제 1 금속으로 형성되는 반제품 금속 커버(203)(제 1 금속 층을 구성함)는 몰드(202)의 후방 몰드(207) 상에 배치된다. 도 2b는 반제품 커버(203)가 전방 몰드(208)와 후방 몰드(207) 사이에서 유지되는 폐쇄된 구성의 몰드(202)를 도시한다. 몰드(202)가 폐쇄된 구성일 때, 액체 형태의 제 2 금속(2041)(제 1 금속 층(203)의 금속과 상이한 금속임)이 몰드(202)에서 반제품 커버(203) 상으로 분사되어, 커버(203) 상에 제 2 금속 층(204)을 형성한다.
도 2c는 도 2b의 부분 확대도이며, 몰드(202)의 제 2 금속 층(204) 상에 압력을 적용하기 위해서 몰드(202)가 가압 구성요소(205)를 포함하는 것을 도시한다.
추가의 실시예에서, 후방 몰드(207)와 가압 구성요소(205) 사이에 공간이 제공되어, 액체 형태의 제 2 금속(2041)이 공간 내로 분사될 수 있다. 게다가, 몰드(202)는, 추가로 오버플로우 포트(206)를 포함하여, 액체 형태의 과잉 제 2 금속(2041)은 가압 구성요소(205)가 제 2 금속 층(204)을 가압할 때, 오버플로우 포트(206)를 통해 오버플로우한다.
비록, 전술한 논의들에서, 제 1 금속은 제 2 금속과 상이한 것으로 언급되며, 물론 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층은 동일한 금속으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가의 실시예에서, 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법은, 후방 몰드 상에 제 1 금속 층을 형성하도록 서로 협동하여 후방 몰드와 제 1 전방 몰드 사이 공간 내로 액체 형태의 제 1 금속을 분사하는 단계(S301), 그리고 후방 몰드가 제 2 전방 몰드와 협동하여 작동할 때, 그리고 후방 몰드 상의 제 1 금속 층이 반고체 용융 상태(semi-solid molten state)에 있을 때, 제 1 금속 층 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 제 1 금속 층 상에 액체 형태의 제 2 금속을 분사하는 단계(S302)를 포함한다. 다시, 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층이 동일하거나 상이한 금속들로 만들어질 수 있다.
도 3에 도시된 방법과 도 1에 도시된 방법 사이의 차이는, 주로, 도 3에 도시된 방법에서, 액체 형태의 제 2 금속이 제 1 금속 층 상에 분사되고, 제 1 금속 층이 여전히 반고체 용융 상태일 때 제 2 금속 층이 형성된다는 것이다. 이는, 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이의 접합성을 개선할 뿐만 아니라 비용을 감소시키며 시간을 절약하여, 이에 의해 수율(yield)을 개선한다.
도 3에 도시된 방법을 구현하는 디바이스(401)가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 디바이스(401)는 후방 몰드(407)와 협동하여 작동할 수 있고, 후방 몰드(407) 상에 액체 형태의 제 1 금속(4031)을 분사하여 후방 몰드(407) 상에 제 1 금속 층(403)을 형성할 수 있는 제 1 전방 몰드(402)를 포함한다. 또한, 디바이스(401)는 제 1 금속 층(403)이 여전히 반고체 용융 상태에 있을 때 제 1 금속 층(403) 상에 액체 형태의 제 2 금속(4041)을 분사하도록 후방 몰드(407)와 협동가능하여 제 1 금속 층(403) 상에 제 2 금속 층(404)을 형성하는 제 2 전방 몰드(408)를 포함한다.
제 2 전방 몰드(408)가 후방 몰드(407)와 협동하여 작동할 때, 후방 몰드(407)와 가압 구성요소(405) 사이에 공간이 제공되어, 액체 형태의 제 2 금속(4041)이 공간 내로 분사될 수 있다.
게다가, 제 2 전방 몰드(408)에서의 가압 구성요소(405)는, 제 2 금속 층(404) 상에 압력을 가하기 위해서 사용될 수 있다. 게다가, 후방 몰드(407)는, 오버플로우 포트(406)를 더 포함하여, 액체 형태의 과잉 제 2 금속(4031)이 가압 구성요소(405)가 제 2 금속 층(404) 상에 압력을 적용할 때 오버플로우 포트(406)를 통해 오버플로우 할 수 있다.
디바이스(401)는 제 1 전방 몰드(402)와 제 2 전방 몰드(408) 사이에 후방 몰드(407)를 상대적으로 이동시키기 위해서 이동 구성요소를 더 포함한다. 예컨대, 후방 몰드(407)는, 액체 형태의 제 1 금속(4031)이 분사된 이후에 제 1 전방 몰드(402)로부터 제 2 전방 몰드(408)로 이동될 수 있거나; 제 1 전방 몰드(402)는 액체 형태의 제 1 금속(4031)이 분사된 이후에 멀리 이동되고, 제 2 전방 몰드(408)는 후방 몰드(407)와 협동하여 작동하는 위치로 이동되어, 제 1 금속 층(403) 상에 액체 형태의 제 2 금속(4041)을 분사한다. 이러한 배열을 통해서, 액체 형태의 제 1 금속(4031) 및 액체 형태의 제 2 금속(4041) 양자의 분사는, 동일한 디바이스(401)에서 실행되며, 이에 따라 제조 프로세스를 단순화한다.
3 개 또는 그 초과의 금속 층들을 갖는 피가공재는, 상기 단계들을 반복함으로써 형성될 수 있다.
제 1 금속 층 및 제 2 금속 층 각각은, 스테인리스 강, 철, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 구리, 베릴륨, 니켈 및 이들 금속들의 합금으로 형성될 수 있다. 더 작은 비중량(specific weight)을 갖는 제 1 금속 층이 먼저 형성될 수 있고, 이후 더 큰 비중량을 갖는 제 2 금속 층이 형성된다. 대안으로, 더 큰 비중량을 갖는 제 1 금속 층이 먼저 형성될 수 있고, 이후 더 작은 비중량을 갖는 제 2 금속 층이 형성된다. 예컨대, 제 1 금속 층이 아연 합금으로 형성되고, 제 2 금속 층이 알루미늄 합금으로 형성되면, 복합재 금속의 강도가 성취될 수 있으며, 후속하여 아노다이징 표면 처리가 제 2 금속(알루미늄 합금) 층 상에서 실행될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 금속 층은, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금으로 형성되며, 제 2 금속 층은 스테인리스 강으로 형성되어, 직류 전기도금(direct current electroplating) 또는 진공 증착이 제 2 금속 층의 표면 상에서 편리하게 실행될 수 있으며, 이에 의해 후속 금속 또는 비금속 층을 추가로 형성한다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 다중 금속 층들을 갖는 피가공재가 복합재 금속의 강도 및 탄성도를 가질 뿐만 아니라, 후속한 표면 처리(이를테면, 열처리, 아노다이징 표면 처리, 갈바닉 도금, 진공 코팅/필름 처리, 코팅 처리, 페인팅 처리 및 내부식성 처리)가 필요에 따라 금속 피가공재 상에서 실행될 수 있어, 금속 층들 사이의 접착도 및 피가공재의 강도와 내부식성을 추가로 개선하고, 이러한 피가공재들로 만들어진 커버들의 설계를 보다 유연하게 만든다.
본 발명의 또 다른 추가 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법이 도 5에 도시된다. 도 5에 도시된 방법은, 반제품 피가공재의 표면이 거친 몰드에 반제품 금속 피가공재(제 1 금속 층으로 형성된 플레이트와 같음)를 배치하는 단계(S501)를 포함한다. 후속하여, 액체 형태의 제 2 금속은, 반제품 피가공재의 거친 표면 상에 분사되어, 반제품 피가공재 상에 제 2 금속 층을 형성하며, 여기서 액체 형태의 제 2 금속은 커버들을 형성하고, 반제품 플레이트의 거친 표면을 채운다(S502). 반제품 플레이트의 거친 표면은, 장식 표면(cosmetic surface) 또는 반제품 플레이트의 내부 표면 상에 형성될 수 있다. 액체 형태의 제 3 금속은, 상기 작업을 반복함으로써 3 층 금속 플레이트를 형성하도록 제 2 금속 층 상으로 분사될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 방법에 의해 제조된 다중 금속 층들을 갖는 플레이트를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 금속으로 형성된 반제품 플레이트(612)는 몰드(610) 내에 배치된다. 반제품 플레이트(612)의 표면(613)은 거칠다. 액체 형태의 제 2 금속은, 반제품 플레이트(612)의 거친 표면(613) 상에 분사되어, 반제품 플레이트(612) 상에 제 2 금속 층(614)을 형성하며, 여기서 제 2 금속 층은 반제품 플레이트(612)의 거친 표면(613)을 충분히 커버하고 채운다. 이러한 배열은, 반제품 플레이트(612)와 제 2 금속 층(614) 사이의 접착제 강도를 증가시킨다. 반제품 플레이트(612) 및 제 2 금속 층(614)은 동일한 금속 또는 상이한 금속들로 만들어질 수 있다. 반제품 플레이트(612)의 거친 표면(613)은 복수 개의 리세스들, 구멍들, 그루브들, 볼들 또는 돌기들 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 반제품 플레이트(612)의 거친 표면(613)은 기계적 및/또는 화학적으로 형성될 수 있다. 이러한 배열을 통해, 반제품 플레이트(612) 및 제 2 금속 층(614)의 서로에 대한 탈착이 적어도 방지된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법을 예시한다. 이 방법은, 반제품 플레이트의 표면에 하나 이상의 맞물림 구조가 제공되는, 몰드 내의 제 1 금속으로 형성된 반제품 플레이트를 배치하는 단계(S701), 및 반제품 플레이트 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 반제품 플레이트의 표면 상에 액체 형태의 제 2 금속을 분사하여, 반제품 플레이트, 반제품 플레이트 상에 제 2 금속 층을 형성하며, 여기서 액체 형태의 제 2 금속 층은 반제품 플레이트의 표면 상을 덮고, 채우며 맞물림 구조와 맞물림하는 단계(S702)를 포함한다. 반제품 플레이트의 맞물림 구조는, 장식 표면(cosmetic surface) 또는 반제품 플레이트의 내부 표면 상에 형성될 수 있다. 액체 형태의 제 3 금속은, 상기 작업을 반복함으로써 3 층 금속 플레이트를 형성하도록 제 2 금속 층 상으로 분사될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 방법에 의해 따라 제조된 다중 금속 층들을 갖는 플레이트를 예시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 금속으로 형성된 반제품 금속 플레이트(812)는 몰드(810) 내에 배치된다. 반제품 플레이트(812)의 표면에는 하나 이상의 맞물림 구조(813)가 형성된다. 맞물림 구조(813)는, 후크, 버클, 트랜치, 돌기, 그루브 또는 이들 구조들의 조합일 수 있다. 액체 형태의 제 2 금속은, 반제품 플레이트(812)의 표면 상에 분사되어, 반제품 플레이트(812) 상에 제 2 금속 층(814)을 형성하며, 여기서 제 2 금속 층은 반제품 플레이트(812)의 표면을 충분히 덮고, 채우며 맞물림 구조(813)와 맞물림한다. 이러한 배열에 의해, 제 2 금속 층(814)의 적어도 일부는, 맞물림 구조(813)에 의해 규정된 공간으로 구속되어, 반제품 플레이트(812)를 제 2 금속 층(814)으로 고정한다. 이러한 배열은, 반제품 플레이트(812) 및 제 2 금속 층(814)의 서로에 대한 탈착을 적어도 방지한다.
몰딩 시, 용융된 주형 재료(이를 테면, 용융된 금속(molten metal))가 몰딩 장치의 인젝터 노즐로부터 탕구(sprue), 이후 탕도(runner), 이후 주입구(gate)를 통해 유동하도록 분사되며, 이를 통해 용융된 주형 재료가 몰드의 공동으로 진입한다. 보다 특히, 탕구는 인젝터 노즐로부터 몰드 공동을 향하여 용융된 주형 재료의 유동을 허용하는 채널이다. 탕도는, 탕구와 유체 연통하는 채널이며, 몰드 공동을 향해 탕구로부터 유동하도록 용융된 주형 재료를 안내한다. 탕도는, 주입구에 연결되며, 주입구는 탕도에 있는 용융된 주형 재료가 몰드 공동에 진입하는 입구로서 작용한다.
제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이의 접합/맞물림 강도를 더 향상시키기 위해서, 본 발명의 일 실시형태에서, 액체 형태의 제 2 금속이 탕구를 나와서 몰드의 주입구를 통해 몰드의 공동에 적어도 70 m/초(m/s)의 속도로 진입하는 그러한 속도로, 액체 형태의 제 2 금속이 인젝터 노즐로부터 분사된다. 이하, 이러한 속도는, "전-주입구(ex-gate) 속도"라 할 것이다. 일 실시예에서, 70 m/s의 전-주입구 속도를 획득하기 위해서, 액체 형태의 제 2 금속이 탕구를 나와서 적어도 3.5 m/s의 속도로 탕도에 진입하도록 배열된다. 이하, 이러한 나중 속도를 "전-탕구(ex-sprue) 속도"라 할 것이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 플레이트를 예시한다. 제 1 금속으로 형성된 반제품 플레이트(912)는 먼저 몰드(910)에 배치된다. 반제품 플레이트(912)의 표면(913b)은, 복수 개의 리세스들, 구멍들, 그루브들, 볼들 및/또는 돌기들을 형성하도록 거칠게 되며, 후크, 버클, 트랜치, 돌기 및/또는 그루브의 형태의 하나 이상의 맞물림 구조(913a)가 또한 표면(913b) 상에 형성된다. 액체 형태의 제 2 금속이, 반제품 플레이트(912)의 거친 표면(913b) 및 하나 이상의 맞물림 구조(913a)상에 적어도 70 m/s의 전-주입구 속도로 분사되어, 반제품 플레이트(912) 상에 제 2 금속 층(914)을 형성하고, 이 제 2 금속 층은 거친 표면(913b)을 충분히 덮어 채우며 반제품 플레이트(912)의 하나 이상의 맞물림 구조(913a)와 맞물림하여, 반제품 플레이트(912)와 제 2 금속 층(914) 사이의 결합 및 접합 또는 맞물림 강도를 증가시키고 맞물림 구조(913a)(들)에 의해 규정된 공간 내에서 제 2 금속 층(914)의 일부를 구속(confine)한다.
도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 금속 층들을 갖는 플레이트를 예시한다. 제 1 층에 형성된 반제품 플레이트(912')는 몰드(910') 내에 배치된다. 반제품 플레이트(912')의 표면에는, 후크, 버클, 트랜치, 돌기 및/또는 그루브의 형태로 하나 이상의 맞물림 구조(913a')가 형성된다. 액체 형태의 제 2 금속은, 반제품 플레이트(912')의 맞물림 구조(913a') 상에 70 m/s의 전-주입구 속도로 분사되어, 반제품 플레이트(912') 상에 제 2 금속 층(914')을 형성하며, 여기서 제 2 금속 층은 반제품 플레이트(912')의 맞물림 구조(913a')를 충분히 덮고, 채우며 맞물림한다. 이러한 배열은, 반제품 플레이트(912')와 제 2 금속 층(914') 사이의 결합 및 접합 또는 맞물림 강도를 증가시키고, 맞물림 구조(913a)(들)에 의해 규정된 공간 내에서 제 2 금속 층(914)의 일부를 구속한다. 보다 특히, 제 2 금속 층(914')과 맞물림 구조(913a') 사이의 상호 맞물림(inter-engagement) 및/또는 상호 잠금(interlocking)이 반제품 플레이트(912') 및 제 2 금속 층(914')의 서로에 대한 탈착을 방지하기 때문에, 반제품 플레이트(912')와 제 2 금속 층(914') 사이의 접합 또는 맞물림은 향상된다. 보다 특히, 반제품 플레이트(912') 및 제 2 금속 층(914')의 각각은 서로 맞물림하는 하나 이상의 맞물림 구조를 갖는다고 말할 수 있다.
반제품 플레이트(또는 제 1 금속 층) 및 제 2 금속 층은 동일한 금속 또는 상이한 금속들로 만들어질 수 있으며, 금속은 스테인리스 강, 철, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 구리, 베릴륨, 니켈 및 이들 금속들의 합금일 수 있다.
상기 실시예들에서 반제품 플레이트(즉, 제 1 금속 층)의 거친 표면은 화학적 및/또는 기계적으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제 1 금속 층이 알루미늄(Al)으로 형성된다면, 아노다이징 프로세스가 용융된 제 2 금속과의 결합을 위해서 제 1 금속 층의 표면 상에서 기공들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 용융 상태의 제 2 금속은, 기공들에서 포획(trapped)될 수 있어, 제 2 금속이 그의 냉각 및 경화 후에 제 1 금속 층 상에 체결될 것이다.
플레이트는, 전자 디바이스의 커버 또는 인서트로서 또는 다중 금속 구조 상에서 보다 양호한 결합, 접합 또는 맞물림 강도를 필요로 하는 다른 산업들에서 임의의 다른 종류의 제품들/장치들로서 사용될 수 있다.
제 1 금속 층 및 제 2 금속 층은 맞물림 구조에 의해서 규정된 공간에서 제 2 금속의 일 부분을 접합 또는 구속함으로써 함께 맞물림 될 수 있다.
상기 언급된 방법들에서, 제 2 금속(614, 814, 914 및 914')은 적어도 70 m/s의 전-주입구 속도 그리고 3 m/s, 3.5 m/s, 4.0 m/s, 4.5 m/s, 5.5 m/s, 6.0 m/s, 6.5 m/s 또는 그 초과의 전-탕구 속도로 반제품 플레이트(제 1 금속 층)의 표면 상에 분사될 수 있다. 이렇게 함으로써, 제 2 금속 층은 극도로 얇은 치수일 수 있어, 거친 표면의 리세스들, 구멍들, 그루브들, 볼들 또는 돌기들, 맞물림 구조의 후크(들), 버클(들), 트랜치(들), 돌기(들) 또는 그루브(들)이 제 2 금속에 의해서 양호하게 씌워지고(또는 덮여지고) 채워질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 2 금속 층의 두께는, 전-주입구 속도를 조절함으로써(예컨대, 용융된 제 2 금속이 분사 노즐로부터 방출되는 속도를 조절함으로써) 또는 나중에 중요해질 수 있는 제품의 3D- 설계에 따라서 0.5 mm 이하(이를테면, 0.5 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 0.1 mm)일 수 있다.
상기의 관점에서, 용융된 제 2 금속의 고속 유동은 분사 노즐로부터 몰드 공동으로의 용융된 제 2 금속의 유동 중 용융된 제 2 금속의 온도 하락을 최소화할 시에 중요한 파라미터이다. 함께 결합되거나 접합될 예정인 2 개의 금속들의 표면 상에서의 국부적인 용융은 단지 약한(weak) 접합을 유발할 수 있다. 이렇게 함으로써, 후처리들(예컨대, 레이저 용접, 저항 용접 및 시중에 공지된 몇몇 다른 용접 처리들)이 2 개의 금속 층들 사이에서 결합 또는 접합 강도를 향상시키는데 요구된다. 본 발명에서, 볼트식 잠금 기구(또는 볼트식 잠금 공간)가 도 9a 및 도 9b에 도시되어 상기에 논의된 맞물림 구조(913a, 913a')들과 같은 볼트식 잠금 기구에 의해 규정된 지정된 공간에 의해 포획되도록 용융 형태로 제 2 금속을 안내하기 위해 제 1 금속 층 상에 제공된다.
특히, 몰드 내로 액체 형태의 제 2 금속을 고속으로 분사하는 목적은, 매우 짧은 시간 내에 제 2 금속이 공동을 채우고, 그리고 이에 따라 제 2 금속 층을 형성하도록 제 2 금속이 몰드의 공동을 채울 때 제 2 금속이 여전히 용융 상태에 있음을 보장하기 위한 것이다. 도 10a 내지 도 10c에 예시된 예시에 도시된 바와 같이, 도 10a(용융된 제 2 금속이 탕구를 나와서 탕도에 진입하는 경우, 지점 A)에 도시된 것으로부터 시작하여, 도 10b(용융된 제 2 금속이 탕도를 통해 통과되었으며, 주입구에 진입할 예정일 경우, 지점 B)에 도시된 것을 통해, 도 10c(용융된 제 2 금속이 몰드의 공동을 채울 경우, 지점 C)에 도시된 것 까지의 전체 지속 시간은, 0.02초 이하이며, 전체 변위는 130 mm이다. 이러한 0.02초의 지속 기간 중, 용융된 제 2 금속이 공동을 채우기 위해서 소모하는 시간 주기는, 용융된 제 2 금속이 몰드의 공동에 진입한 후에 단지 0.005초 이하이다. 이 예에서, 용융된 제 2 금속이 탕구를 나와서 탕도에 진입하는 속도는 3.5 m/초이며, 용융된 제 2 금속이 주입구를 나와서 몰드의 공동에 진입하는 속도는 70 m/초이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 2 개의 금속 층들 사이의 맞물림 및 접합을 더 향상시키기 위해서, 본 발명에 따른 다중 금속 층들을 갖는 플레이트를 제조하기 위한 몰드(1100)는, 하부 몰드(1106)에 바로 마주하는 상부 몰드(1102)의 표면으로부터 멀리 연장하는 무단 벽(1104)의 형태인 배리어를 갖는 상부 몰드(1102)를 갖는다. 상부 몰드(1102)가 하부 몰드(1106)에 정렬되고, 용융 형태의 제 2 금속의 분사 준비중인 반제품 금속 플레이트(1108)(제 1 금속 층임)가 상부 몰드(1102)와 하부 몰드(1106) 사이에서 유지되는 도 11에 도시된 구성에, 상부 몰드(1102)가 있을 때, 벽(1104)이 접촉하며, 반제품 플레이트(1108) 내로 절단된 채 가압되어 시일을 통한 유체(가스 및 액체를 포함함)의 유동을 방지하는 밀봉부(seal)를 형성한다. 가스는 공기일 수 있으며, 액체는 액체 용융 재료일 수 있으며, 이를테면 용융 형태의 제 2 금속일 수 있다. 또한, 상부 몰드(1102)와 반제품 플레이트(1108) 사이에 공간(1110)이 형성된다. 이 공간(1110)은 탕구, 탕도 및 몰드의 주입구를 통해서 인젝터 노즐과 유체 연통가능한 관계에 있다. 공간(1110)은 몰드 내에서 용융된 제 2 금속의 유동 중 용융된 제 2 금속의 산화를 추가로 저지한다. 용융 형태의 제 2 금속이 주입구를 나와서 공동에 진입하는 고속 및 공간(1110)(이는 용융 형태의 제 2 금속의 추가 산화를 감소시킴)의 도움 때문에, 용융된 제 2 금속은, 매우 짧은 시간 주기에서, 즉 단지 0.005초에서 거친 표면 및/또는 반제품 플레이트(1108)의 맞물림 요소에 맞물리고/맞물리거나 관통할 수 있으며, 용융된 제 2 금속이 공간(1110)에 진입한 이후에, 이에 의해 2 개의 금속의 층들(반제품 플레이트(1108)와 냉각된 제 2 금속으로 형성된 금속 층을 의미함) 사이에서 맞물림 강도를 향상시킨다. 다른 한편으로, 벽(1104), 그리고 이에 따라, 벽(1104)과 반제품 플레이트(1108) 사이에서 유밀 밀봉(fluid-proof seal)의 부재시, 전통적인 공기 통기(air venting) 시스템을 통한 외부 대기와 공동의 연결로 인해서, 용융된 제 2 금속은, 분사 프로세스 중 추가로 냉각 및 산화될 것이다. 용융된 제 2 금속의 표면은, 산화될 것이며, 다가오는(coming) 용융된 제 2 금속으로 확대될 것이다. 산화된 용융된 제 2 금속 및/또는 반고체 제 2 금속의 표면 장력은 더욱 높아질 것이며, 용융된 제 2 금속의 더 높은 점도를 유발하여, 이는 용융된 제 2 금속의 유동을 느려지게 할 것이다. 이후, 특히, 이러한 맞물림이 0.5 mm 미만의 높이, 0.5 mm 미만의 폭 또는 적어도 0.5 mm의 깊이의 맞물림 요소이라면, 용융된 제 2 금속이 반제품 플레이트(1108)의 맞물림 요소들을 관통하거나 맞물림하기 어려워질 것이다.
맞물림 요소들이 적어도 0.5 mm의 높이일 수 있을지라도, 제 2 금속 층은 더 적은 두께일 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 반제품 플레이트(1108)는, 서로 공간적으로 이격되는 2 개의 맞물림 요소들(각각, 후크(1112)임)을 갖는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 후크(1112)들은 플레이트(1108)의 상부 표면(1114)으로부터 0.5 mm의 높이만큼 연장한다. 다량의 용융된 제 2 금속이 후크(1112)들 사이 공간 내로 분사되어 플레이트(1108)와 맞물리는 제 2 금속 층(1116)을 형성한다. 구조 및 설계 요건들에 따라, 제 2 금속 층(1116)의 두께는, 후크(1112)들의 높이를 초과하거나, 높이와 같거나 높이 미만일 수 있다. 특히, 도 12에서, 제 2 금속 층(1116)은 후크(1112)들의 높이 미만인 두께(예컨대, 0.4 mm, 0.3 mm 또는 미만)인 것으로 도시된다.
몰드(1100)는, 몰드(1100)가 폐쇄 구조일 때 몰드의 공동에 주형 재료들(이를 테면, 용융된 금속들)이 공급될 수 있는 통로를 포함한다. 그러나, 기존의 실례와 구별되는 바와 같이, 과잉의 주형 재료(즉, 용융된 금속)가 몰드(1100)의 공동을 나가서 몰딩 프로세스 이후에 없애야 하는 버(burr)들 및 플래시(flash)가 되는, 몰드(1100) 내의 채널이 존재하지 않는다. 다른 한편으로, 몰드(1100)가 사용될 때, 임의의 과잉 용융된 제 2 금속이 제 1 금속 층/플레이트(1108) 상을 유동할 것이며, 여전히 제품의 일부를 형성할 것이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방법 이후에 임의의 트리밍 단계를 실행할 필요가 없는데, 이는 왜냐하면 없애야 할 "오버플로우 재료"가 존재하지 않기 때문이다.
도 11이 상부 몰드(1102)에 의해 제공되는 바와 같은 벽(1104)을 도시하고 있지만, 제품들의 설계들에 따라, 벽(1104)은 하부 몰드(1106)에 의해, 예컨대, 상부 몰드(1102)에 바로 마주하는 표면 상에 제공될 수 있음이 예상된다.
본 발명에 따른 방법은, 적어도 다음의 이점들을 갖는다:
(a) 몰딩된 제품은, 분사 프로세스 이후에 꺼내어질 수 있으며, 이는 공동으로부터 꺼내어질 수 있게 되는 것 이전에 제품이 냉각되어야만 하는 종래의 주조 프로세스와 상이하다.
(b) 용융된 제 2 금속은, 용융된 제 2 금속이 여전히 액체 형태일 때 제 1 금속 층을 커버한다.
(c) 냉각되기 이전의 용융된 제 2 금속의 추가의 산화가 감소되어, 이에 따라 반제품 플레이트(제 1 금속 층임)의 거친 표면 및/또는 맞물림 요소들(이를테면, 그루브들, 기공들, 리세스들)의 상이한 부분들과 용융된 제 2 금속이 완전히 맞물림하거나 이 부분들 내로 관통하는 것을 허용한다. 이는 전체 형상(net shape)의 내부 특징들을 형성하고 많은 후처리 프로세스들 및 CNC 작업들을 감소시켜 이에 의해 추가 비용을 절약하는 기회를 제공한다.
(d) 이러한 금속의 오버플로우 없이 모든 용융된 금속이 포획됨에 따라, 제 1 및 제 2 금속 층들 둘레의 에지들은 치밀해지고 밀봉되게 된다. 이에 따라, 금속 층들 사이에, 특히 금속 층들의 경계부들 또는 결합 라인들 사이에 갭(최종 사용자들에 의해서 관찰될 수 있음)이 존재하지 않으며, 이에 따라 장식적 품질(cosmetic quality)을 보장한다. 제품을 위한 장식적 처리가 되는 것 이외에, 이는 또한 액체(이를 테면, 물, 탈이온수(DI water), 산성용액들, 알칼리 용액들 등)가 금속 층들 사이에서 스며나오는(seeping) 것을 방지한다. 이는, 적어도 제품의 갈바닉 부식(galvanic corrosion)의 잠재적 문제를 감소시킨다.
(e) 피가공재가 최종 제품의 외부 케이싱을 형성하는 경우에, 최종 제품의 외부 표면을 형성할 것인 표면은, 분사된 재료의 흔적(trace)을 갖지 않을 것이며, 이에 따라 매우 심미적으로 만족스러운 외관을 제시하며, 그리고
(f) 제 2 금속 층이 매우 얇을 수 있기 때문에(0.5 mm 이하임), 피가공재가 제품의 케이싱을 형성한다면, 제품의 내부 공간이 절약되어, 이에 따라 설계자들에게 자유를 더 허용한다.
본 발명의 추가의 실시예에서 그리고 도 13 내지 도 14b에 도시된 바와 같이, 제 1 금속 층(예컨대, 반제품 플레이트(1200))은 몰딩 이전에 전처리된다. 플레이트(1200)(제 1 금속으로 만들어짐)는 원래, 일반적으로 직사각형 단면을 갖는다. 반제품 플레이트(1200)는, 일반적으로, 형성하도록 의도된 구성요소의 형상 및 윤곽(특히 외부 윤곽)을 따른다. 제 1 금속의 일부가 플레이트(1200)로부터 제거되어 플레이트(1200)의 상부 표면(1204) 상에, 하나 또는 그 초과의 리세스들, 예컨대 얇은 베이(thin bay)(1202)들을 형성한다. 이러한 베이(1202)들은, 0.3 mm 또는 미만의 깊이(d)인 반면, 제 1 금속 층(1200)의 두께(D)는 약 0.8 mm 이다.
이후, 전처리된 반제품 플레이트(1200)가 몰드의 공동 내에 배치된다. 이후, 용융된 제 2 금속이 전처리된 플레이트(1200)의 상부 표면(1204) 상에 분사되어 제 2 금속 층(1206)을 형성하고, 전처리된 플레이트(1200)와 맞물림하여 2층(bi-layer) 금속 피가공재를 형성한다. 제 2 금속의 일부는 플레이트(1200)의 베이(1202)들 내에 수용되어, 전처리된 플레이트(1200)가 제 2 금속 층(1206)과 맞물림한다. 물론, 상기 단계들을 반복함으로써 더 많은 금속 층들을 갖는 피가공재를 형성하는 것이 가능하다. 제 2 금속 층(1206)이 베이(1202)들의 단주 일부를 커버할 수 있음에 주목해야 한다.
게다가, 도 14a에 도시된 바와 같이, 용융된 제 2 금속이 플레이트(1200)의 상부 표면(1204) 상에 고속으로 분사되기 때문에, 제 2 금속에 의해 이렇게 형성된 제 2 금속 층(1206)은, 플레이트(1200)의 제 2 금속 층(1206)의 주요 표면으로부터 멀리 연장하는 구조들을 형성할 수 있다. 이러한 구조들은 스크류 보스(1208) 및 다른 기계적, 구조적 구성요소(1210)들일 수 있다.
실제로는, 몰딩 이전에 반제품 플레이트(1200)의 전처리(특히, 플레이트(1200)의 상부 표면(1204) 상에 얇은 베이(1202)들의 형태의 2 개의 리세스들을 형성하도록 플레이트(1200)로부터 제 1 금속의 일부를 제거)를 위한 이러한 배열체는, 상기 논의된 무단 벽(1104)을 갖는 몰드(1100)의 사용과 유리하게 조합될 수 있음이 알려져 있다. 이러한 조합된 방법에 의해, 임의의 과잉 용융된 제 2 금속(즉, 제 1 금속 층 상에서 몰딩을 위해 필요한 최소량을 넘는 용융된 제 2 금속)이 몰드(1100) 내에 유지되어 제 2 금속 층(1206)의 적어도 일부를 형성할 것이며, 이는 최종 피가공재/제품의 유용한 부분들을 형성하기 때문에 "폐기물(waste material)"은 존재하지 않을 것이다.
이러한 조합된 방법을 채택하는 것과 관련된 이점은, 모든 초과 또는 과잉 용융된 제 2 금속(만약 있다면)이 계획된 방식으로 최종 피가공재/제품의 일부가 될 것이며, 이는 제 2 금속에 의해 형성된 피쳐들을 강화하는 것을 도울 수 있을 것이라는 점이다. 게다가, 임의의 오버플로우 재료를 후처리할 필요가 없기 때문에, 조합된 방법은 환경 친화적이며 비용 절감 모두를 한다.
전술된 바와 같이, 제 2 금속 층(1206)은 제 1 금속 층 상에 형성된 베이들의 단지 일부만을 커버할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 금속 층에 형성된 커버(1302)에는 주변부를 따라 얇은 베이(1304)가 형성된다. 이후, 용융된 제 2 금속은, 베이(1304)의 일부가 용융된 제 2 금속에 의해 커버되는 그러한 방식으로 제 2 금속 층을 형성하도록 제 1 금속 층 상에서 몰드된다. 도 15에서 도시된 해칭선으로 표시된 영역(1306)들은, 용융된 제 2 금속에 의해 커버되지 않는 얇은 베이(1304)의 영역들이다. 몰딩 프로세스 중, 베이(1304)는, 주형 재료(즉, 용융된 제 2 금속)를 수용하며, 몰딩 프로세스 중 생성된 공기를 누출시키는 공기 통기 기능을 실행한다.
본 발명은 실제 재료 소비에 따라 재료들을 준비함으로써, 적어도 종래 기술과 연관된 단점들을 적어도 완화시키고, 저비용 그리고 고수율로 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하여, 이에 의해 현재 허용가능한 기술보다 환경친화적이며 비용 효율적인 것을 추구한다. 한편, 이중 층들 또는 다중 층들의 상이한 금속들은, 기판을 완전히 또는 부분적으로 커버하도록 설계되어 외형 및 기계적 성능을 위한 요건들을 동시에 만족하도록 설계될 수 있으며, 이는 상이한 합금 재료들을 개발하는 작업을 대량 절약하고 글로벌 자원들을 절약할 것이다.
본 발명의 방법은, 다중 금속 층들 사이의 양호한 접착성을 성취하고, 금속 치밀도 및 표면 평활도를 개선하며, 후속한 금속 표면 처리를 용이하게 한다.
본 발명의 목적을 위해서, "다중 금속 층들을 갖는 피가공재"는 피가공재가 오로지 금속(들)으로 만 형성된다 것을 의미하지 않는 것으로 또한 이해되어야 한다. "다중 금속 층들을 갖는 피가공재"는, 추가로 다른 재료들, 예컨대, 플라스틱 재료로 형성될 수 있음이 예상된다. 예시로써, 이러한 피가공재는, 상기 논의된 바와 같이 서로 접합/맞물림되는 2 개의 금속 층들 및 2 개의 금속 층들 중 하나의 금속 층과 접합/맞물림되는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 피가공재가 상기 논의된 바와 같이 서로 접합/맞물림되는 2 개의 금속 층들을 포함하는 한, 포함되는 재료들의 층들의 개수 또는 포함되는 재료들의 개수에 대한 제한은 없다.
본 발명의 기술적 콘텐츠 및 피쳐들이 상기 설명되어 있을지라도, 다양한 변형예들 및 수정예들이 본 발명의 교시 및 개시물로부터 벋어나지 않고 당업자에 의해서 만들어질 수 있다. 이에 따라, 존 발명의 범주는 개시된 실시예들로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항들에 의해 규정되는 바와 같이 본 발명을 벋어나지 않는 다른 수정예들 및 변형예들을 포함한다.

Claims (36)

  1. 다중 금속 층들을 갖는 피가공재(workpiece)를 제조하는 방법으로서,
    (a) 적어도 탕도(runner), 주입구(gate), 및 공동(cavity)을 갖는 몰드(mold)를 제공하는 단계,
    (b) 상기 몰드의 상기 공동 내에, 거칠고/거칠거나 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는 표면을 갖는, 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계, 및
    (c) 상기 제 1 금속 층의 상기 거친 표면 또는 상기 제 1 금속 층의 상기 표면의 상기 맞물림 구조와 맞물림하는 제 2 금속 층을 상기 제 1 금속 층 상에 형성하도록 상기 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하며,
    상기 용융된 제 2 금속은, 적어도 실질적으로 초당 70 미터(m/s)의 속도로 상기 몰드의 상기 공동에 진입하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융된 제 2 금속은 적어도 실질적으로 3.5 m/s의 속도로 상기 몰드의 상기 탕도에 진입하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 및 상기 제 2 금속은, 스테인리스 강, 철, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 구리, 베릴륨, 니켈 및 이들의 합금들을 포함하는 군으로부터 독립적으로 선택되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    (d) 상기 제 1 금속 층의 상기 거친 표면 또는 상기 제 1 금속 층의 상기 표면 상의 상기 맞물림 구조를 화학적으로 그리고/또는 기계적으로 형성하는 단계를 더 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.

  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 층의 상기 거친 표면은, 적어도 리세스, 구멍, 그루브, 볼, 돌기 또는 이들의 조합을 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 맞물림 구조는, 적어도 후크, 버클, 트랜치, 돌기, 그루브 또는 이들의 조합을 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.

  7. 제 1 항에 있어서,
    (e) 상기 제 2 금속 층 상에 압력을 가하는 단계를 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 피가공재는 전자 디바이스의 커버 또는 인서트인,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  9. 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드로서,
    상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스 사이에서 반제품 피가공재를 유지하는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며,
    적어도 상기 제 1 몰드 피스는 벽 부재를 포함하며, 상기 벽 부재는, 상기 몰드가 상기 폐쇄 구조에 있으며 반제품 피가공재를 보유하고 있을 때, 상기 벽 부재와 상기 반제품 피가공재 사이에 밀봉부를 형성하여 상기 밀봉부를 통한 유체의 유동을 방지하도록 상기 반제품 피가공재의 적어도 일부로 가압되는,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 몰드 부분은 상부 몰드 부분인,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 벽 부재는 무한(endless)인,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 몰드가 상기 폐쇄 구조에 있으며 상기 반제품 피가공재와 상기 제 1 몰드 피스 사이에 공간이 형성될 때 상기 공간 내로 주형 재료의 공급을 허용하는 통로를 더 포함하는,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  13. 제 9 항에 있어서,
    가압 구성요소를 더 포함하는,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 유체는 가스 및/또는 액체인,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스는 공기인,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 액체는 용융된 주형 재료(molten molding material)인,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  17. 다중 금속 층들을 갖는 피가공재로서,
    상기 피가공재는 제 1 금속 층 상에 적어도 제 2 금속 층을 분사시킴으로써 형성되며, 상기 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층의 각각은 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 층의 상기 하나 이상의 맞물림 구조는, 상기 제 2 금속 층의 상기 하나 이상의 맞물림 구조와 맞물림하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 층의 상기 맞물림 구조 및 상기 제 2 금속 층의 상기 맞물림 구조는, 리세스, 구멍, 그루브, 후크, 버클, 트랜치, 볼 및 돌기를 포함하는 군으로부터 독립적으로 선택되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 층 및 상기 제 2 금속 층 각각은, 스테인리스 강, 철, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 구리, 베릴륨, 니켈 및 이들의 합금들을 포함하는 군으로부터 독립적으로 선택되는 금속으로 만들어지는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 피가공재는 플레이트인,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 플레이트는 전자 디바이스의 커버 또는 인서트인,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 층은 실질적으로 0.5 mm 이하의 두께를 갖는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 층은 상기 제 2 금속 층의 주요 표면으로부터 멀리 연장하는 하나 이상의 부분을 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  25. 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드로서,
    상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스가 반제품 피가공재를 포함하는 공동을 형성하도록 서로 맞물림되는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며,
    상기 제 1 몰드 피스는 상기 공동 내로의 주형 재료의 공급을 허용하는 통로(passageway)를 포함하며,
    상기 몰드에는 상기 공동 밖으로의 주형 재료의 유동을 허용하는 채널이 없는,
    제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하는 몰드.
  26. 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법으로서,
    (a) 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계,
    (b) 상기 제 1 금속 층을 전처리하는 단계,
    (c) 상기 전처리된 제 1 금속 층을 몰드에 배치하는 단계, 및
    (d) 상기 전처리된 제 1 금속 층 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 (a) 내지 (d) 단계들이 상기 순서로 실행되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 제 1 금속 층으로부터 상기 제 1 금속의 일부를 제거하는 것을 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에, 상기 제 1 금속 층 상에 적어도 리세스가 형성되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 용융된 제 2 금속의 적어도 일부가, 상기 전처리된 제 1 금속 층과 상기 제 2 금속 층을 맞물림하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층 상에서 상기 리세스의 적어도 일부 내에 수용되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  31. 제 27 항에 있어서,
    과잉 용융된 제 2 금속이 상기 제 2 금속 층의 적어도 일부를 형성하도록 상기 몰드 내에서 유지되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  32. 다중 금속 층들을 갖는 피가공재로서,
    상기 피가공재는 제 1 금속 층 상에 적어도 제 2 금속 층을 분사시킴으로써 형성되며, 상기 제 2 금속 층은 실질적으로 0.5 mm 이하의 두께를 갖는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
  33. 다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법으로서,
    (a) 적어도 탕도, 주입구, 및 공동을 갖는 몰드를 제공하는 단계,
    (b) 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하는 표면을 갖는, 제 1 금속으로 만들어진 제 1 금속 층을 제공하는 단계,
    (c) 상기 제 1 금속 층을 전처리하는 단계,
    (d) 상기 전처리된 제 1 금속 층을 몰드에 배치하는 단계, 및
    (e) 상기 전처리된 제 1 금속 층 상에 제 2 금속 층을 형성하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에 용융된 제 2 금속을 분사하는 단계를 포함하며,
    상기 용융된 제 2 금속은, 적어도 실질적으로 초당 70 미터(m/s)의 속도로 상기 몰드의 상기 공동에 진입하고,
    상기 제 2 금속 층은 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면의 상기 맞물림 구조와 맞물림하는 하나 이상의 맞물림 구조를 포함하며,
    상기 몰드는 제 1 몰드 피스 및 제 2 몰드 피스를 포함하고,
    상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스는, 상기 제 1 몰드 피스 및 상기 제 2 몰드 피스가 서로 분리되는 개방 구조와 상기 제 1 몰드 피스와 상기 제 2 몰드 피스가 상기 전처리된 제 1 금속 층을 포함하는 공동을 형성하도록 서로 맞물림되는 폐쇄 구조 사이에서 서로에 대해 이동 가능하며,
    상기 제 1 몰드 피스는 상기 용융된 제 2 금속의 공급을 허용하는 통로를 포함하고,
    상기 몰드에는 상기 공동 밖으로의 상기 용융된 제 2 금속의 유동을 허용하는 채널이 없는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에서 적어도 리세스를 형성하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면으로부터 상기 제 1 금속의 일부를 제거하는 것을 포함하는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 용융된 제 2 금속의 적어도 일부가, 상기 전처리된 제 1 금속 층과 상기 제 2 금속 층을 맞물림하도록 상기 전처리된 제 1 금속 층의 상기 표면 상에서 상기 리세스 내에 수용되는,
    다중 금속 층들을 갖는 피가공재를 제조하는 방법.
  36. 제 33 항에 따른 방법으로 형성된 다중 금속 층들을 갖는 피가공재.
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