KR20160077317A - 구성부재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이 구성부재는 제1소재를 프레스 성형하여 형성된 본체; 및 이 본체의 일측면에서 예정된 위치에 제2소재를 일체로 성형하여 형성된 기능형상부를 포함하고 있어서, 기존의 다이캐스팅 방식이 아닌 프레스 성형과 3D 프린팅 기술을 결합하여 복잡한 형상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 구성부재의 경량화 또는 박물화가 가능하게 되는 효과가 있게 된다.

Description

구성부재 및 그 제조방법 {STRUCTURAL MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 다이캐스팅 방식이 아닌 프레스 성형과 3D 프린팅 기술을 결합하여 복잡한 형상을 구현할 수 있게 된 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

정보기술(IT; Information Technology)의 발전과 더불어 다양한 기기들이 출시되고 있다. 예컨대, 스마트폰, 스마트패드, 노트북 등과 같은 휴대용 IT 기기는 각종 부속품을 장착하고 고정하기 위해 소위 프레임과 같은 구성부재를 포함하고 있다.

예를 들어 프레임과 같은 구성부재는 다양한 구조 및 기능을 가진 부속품들을 고정할 수 있도록 그 형상이 매우 복잡하게 설계된다. 이러한 복잡한 형상의 구성부재를 제조하기 위해서는 주로 다이캐스팅 방식이 이용된다.

도 1은 종래기술에 따른 다이캐스팅 방식으로 제조된 구성부재의 일례를 도시한 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 구성부재(10)는 부속품들을 보유지지하고 고정하기 위해 관통공(11)이나 오목홈(12) 외에, 표면상에서 돌출되고 상이한 기능 및 형상을 가진 복수의 기능형상부(14a, 14b, 14c, 14d)를 포함할 수 있다. 이들 기능형상부로 인해 구성부재는 복잡한 형상을 갖게 된다.

다이캐스팅 방식으로 제조하는 경우에, 저강도 및 낮은 수율, 그리고 높은 금형 비용이 단점이긴 하지만, 현재로서는 복잡한 형상을 가진 구성부재를 제조하는 데에 다이캐스팅 방식을 대체할 만한 적정한 기술이 없는 실정이다.

밀링과 같은 기계적 가공 방식을 사용하면, 구성부재의 제조는 가능하지만 시간과 비용이 많이 소요되며, 프레스 성형 방식의 경우에는 복잡한 형상을 구현하는 데에 한계가 있다.

이에 본 발명은 기존의 다이캐스팅 방식이 아닌 프레스 성형과 3D 프린팅 기술을 결합하여 복잡한 형상을 구현할 수 있는 구성부재 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1소재로 본체를 성형하는 공정; 상기 본체의 일측면에서 예정된 부분의 표면을 개질하는 공정; 및 상기 예정된 부분 상에 제2소재로 기능형상부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에서, 상기 제1소재로 본체를 성형하는 공정은 프레스 성형에 의해 상기 본체를 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에서, 상기 제2소재로 기능형상부를 성형하는 공정은 3D 프린터를 사용하여 상기 기능형상부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구성부재는, 제1소재를 프레스 성형하여 형성된 본체; 및 상기 본체의 일측면에서 예정된 위치에 제2소재를 일체로 성형하여 형성된 기능형상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 다이캐스팅 방식에서 프레스 성형 및 3D 프린팅 방식으로 변경함에 따라 복잡한 형상을 가진 구성부재를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 구성부재의 경량화 또는 박물화가 가능하게 되는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 다이캐스팅 방식보다 공정에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 종래기술에 따른 다이캐스팅 방식으로 제조된 구성부재의 일례를 도시한 사시도이다,.
도 2는 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에 의해, 프레스 성형된 본체를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법 중 본체의 일측에서 예정된 부분의 표면을 개질하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에 의해, 본체의 일측에서 예정된 부분에 매개층이 형성된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법 중 본체의 일측에서 예정된 부분에 3D 프린터를 사용하여 기능형상부를 형성하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에 의해, 프레스 성형된 본체를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법 중 본체의 일측에서 예정된 부분의 표면을 개질하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에 의해, 본체의 일측에서 예정된 부분에 매개층이 형성된 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법 중 본체의 일측에서 예정된 부분에 3D 프린터를 사용하여 기능형상부를 형성하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

여기서, 이들 도면에는 IT 기기용 프레임과 같은 구성부재가 일례로 도시되어 있지만, 본 발명의 구성부재는 반드시 이러한 예에 한정되는 것은 아니다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1소재로 본체(21)를 성형하는 공정; 이 본체의 일측면에서 예정된 부분(22)의 표면을 개질하는 공정; 및 예정된 부분 상에 제2소재로 기능형상부(24)를 형성하는 공정을 포함한다.

본체(21)는 예컨대 금속 등과 같은 제1소재로 된 판재를 프레스 성형함으로써 형성될 수 있다. 프레스 성형 후, 피어싱 또는 트리밍과 같은 공정을 통해 대략 기본적인 형상을 가진 본체를 완성하게 된다. 도 2에는 이렇게 성형되고 가공된 본체가 나타나 있다.

하지만, 제1소재로 본체를 성형하는 공정은 전술된 예에 한정되지 않으며, 금속 이외의 다른 소재를 사용해서 다른 임의의 성형 공정을 통해 만들어질 수 있다.

이렇게 형성된 본체(21)의 예정된 부분(22) 상에 3D 프린팅을 이용하여 제2소재로 기능형상부(24)를 형성하게 된다.

이를 위해서는 먼저, 제1소재로 된 본체(21)와 제2소재 간의 결합력을 높이기 위한 표면의 개질이 필요하다. 이러한 표면의 개질은, 결합력 저하의 요인으로 작용하는 표면 상의 산화막을 제거하여 탈락시킴과 더불어, 표면 조도를 증가시킴으로써 결합 면적의 증대를 통한 결합력의 향상에 목적을 두고 있다.

표면을 개질하는 공정은 예컨대 화학적 에칭 또는 플라즈마 에칭을 이용하거나, 레이저 가공을 통하여 이루어질 수 있다. 소량 생산인 경우에는 레이저를 사용하는 것이 더 적합하며, 대량인 경우에는 그 양산 조건을 고려하여 개질하는 방법이 적절히 선택될 수 있다.

표면 조도는 중심선 평균 거칠기(Ra)로 약 1 ㎛ 이상이 바람직하다. 표면 조도가 1 ㎛ 미만인 경우에는 개질된 표면이 너무 매끄럽게 되어 제2소재와의 결합력이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.

도 3에는 레이저(30)를 사용하여 본체(21)에서 기능형상부(24)가 위치될 예정된 부분(22)의 표면을 개질하는 공정이 개략적으로 나타나 있는데, 이러한 레이저 가공시에는 개질하는 표면의 산화막 생성을 최소화하기 위해 예컨대 질소와 같은 불활성 가스의 분위기 하에서 개질 작업이 수행될 수 있다.

표면의 개질이 완료된 후, 예를 들어 제1소재가 금속이고 제2소재가 수지인 경우에서와 같이 양측 소재가 직접적인 접촉에 의해 결합이 어려운 경우에는, 추가적으로 양측 소재 사이에 제3의 물질을 도입하여 결합력을 향상시킬 수 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법은, 표면의 개질 후 본체(21)의 예정된 부분(22) 상에 매개층(23)을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 매개층은 양측 소재 사이에 개재되어 결합력을 상승시키는 가교의 역할을 수행하게 된다. 도 4에는 본체의 일측에서 예정된 부분 상에 매개층이 형성된 상태가 나타나 있다.

매개층(23)은 아크릴 계열, 에폭시 계열, 우레탄 계열 등의 접착제들 중 하나를 선택하여 도포함으로써 형성될 수 있다.

또한, 매개층(23)은, 예를 들어 제1소재와 제2소재가 이종의 금속인 경우에, 제1소재의 금속 분말과 제2소재의 금속 분말을 혼합한 다음, 3D 프린터를 사용하여 혼합된 금속 분말을 본체(21)의 예정된 부분(22) 상에 소결함으로써, 형성되게 할 수도 있다.

물론, 양 소재 간 결합력이 우수하다면 매개층은 생략될 수도 있다.

표면의 개질, 또는 경우에 따라 매개층의 형성이 완료된 후, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이 3D 프린터(40)를 사용하여, 구성부재에 필요한 기능형상부(24)를 형성하게 된다. 3D 프린터로는 예컨대 수지나 금속을 사용하는 분사 방식 또는 소결 방식의 것이 채용될 수 있다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있는 한, 공지된 다른 임의의 방식으로 프린팅하는 3D 프린터가 선택되어도 무방하다.

3D 프린터(40)에 의한 프린팅에 사용될 수 있는 소재로는, 수지의 경우 열가소성 수지인 ABS, PLA(Polylactic acid), PC(Polycarbonate) 등이 있으며, 특히 소결 방식이 적용될 때에는 광 경화성 수지가 채택될 수 있다.

예컨대 스테인리스강, 알루미늄 및 알루미늄 합금, 니켈 합금, 티타늄, 마그네슘 등과 같은 금속도 프린팅에 사용될 수 있다. 이러한 금속의 분말을 사용한 소결 방식을 적용할 때에는, 본체(21)의 예정된 부분(22)과의 결합력 확보 및 갈바닉 부식 방지를 위해 매개층(23)의 형성이 필수적이다.

이와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 구성부재는, 제1소재를 프레스 성형 등에 의해 성형하여 형성된 본체(21); 및 이 본체의 일측면에서 예정된 부분에 제2소재를 일체로 성형하여 형성된 기능형상부(24)를 포함하게 된다.

제1소재가 금속이고 제2소재가 수지인 경우에는, 3D 프린터(40)를 사용하여 본체의 예정된 부분에 기능형상부(24)가 성형될 수 있다.

또한, 제1소재와 제2소재가 동종 또는 이종의 금속인 경우에는, 본체의 예정된 부분에 매개층이 형성된 후 이 매개층 위에 3D 프린터(40)를 사용하여 기능형상부(24)가 성형될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 구성부재 및 그 제조방법에 의하면, 본체(21)는 금속으로 된 판재에 프레스 성형을 적용하여 만들고, 이 본체 위에 형상 구현이 어려운 기능형상부(24)를 3D 프린터(40)에 의해 형성함으로써, 훨씬 더 얇은 두께로 구성부재가 제조될 수 있으며, 이에 따라 구성부재에 대한 경량화 또는 박물화 요구를 충족시킬 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

21: 본체 22: 예정된 부분
23: 매개층 24: 기능형상부
30: 레이저 40: 3D 프린터

Claims (11)

1. 제1소재로 본체를 성형하는 공정;
   상기 본체의 일측면에서 예정된 부분의 표면을 개질하는 공정; 및
   상기 예정된 부분 상에 제2소재로 기능형상부를 형성하는 공정
   을 포함하는 구성부재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1소재로 본체를 성형하는 공정은 프레스 성형에 의해 상기 본체를 성형하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2소재로 기능형상부를 성형하는 공정은 3D 프린터를 사용하여 상기 기능형상부를 형성하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 표면을 개질하는 공정은 에칭 또는 레이저 가공에 의해 이행되는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 레이저 가공에 의해 표면을 개질할 때, 불활성 가스의 분위기 하에서 표면을 개질하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 표면을 개질하는 공정에서, 개질된 표면 조도는 중심선 평균 거칠기(Ra)로 1 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 표면을 개질하는 공정 후, 상기 본체의 예정된 부분 상에 매개층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 매개층은 접착제를 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 매개층은 제1소재의 금속 분말과 제2소재의 금속 분말을 혼합한 후, 3D 프린터를 사용하여 혼합된 금속 분말을 상기 본체의 예정된 부분 상에 소결시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
10. 제1소재를 프레스 성형하여 형성된 본체; 및
    상기 본체의 일측면에서 예정된 부분에 제2소재를 일체로 성형하여 형성된 기능형상부
    를 포함하는 구성부재.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1소재와 상기 제2소재는 동종 또는 이종의 금속이고,
    상기 예정된 부분과 상기 기능형상부 사이에 매개층이 형성된 것을 특징으로 하는 구성부재.

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