KR20170031034A - 내부 피처들을 캐스팅하는 방법 - Google Patents

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레오나드 샤플레스
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

객체 내에 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법이 제공된다. 베이스 파우더 및 베이스 파우더로 혼합된 산성 파우더를 포함하는, 몰드 파우더로부터 내부 몰드가 형성된다. 용융된 재료가 내부 몰드 주변에 캐스팅된다. 용융된 재료는 응고된다. 내부 몰드는 물과 반응하고, 이 반응은 산성 파우더로 하여금 베이스 파우더를 중화시키게 한다.

Description

내부 피처들을 캐스팅하는 방법{METHOD OF CASTING INTERNAL FEATURES}
본 개시는 내부 피처들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 캐스팅을 사용하는 내부 피처들의 형성에 관한 것이다.
내부 피처들의 캐스팅 동안 용융된 물질이 몰드 주변에 캐스팅된다. 이어서 몰드는 제거된다.
본 배경 기술은 종래기술의 인정이 아니다.
전술한 바를 달성하기 위해 그리고 본 개시의 목적에 따라, 객체 내에 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법이 제공된다. 염기성 파우더 및 염기성 파우더에 혼합된 산성 파우더를 포함하는, 몰드 파우더로부터 내부 몰드가 형성된다. 용융된 재료가 내부 몰드 주변에 캐스팅된다. 용융된 재료가 응고된다. 내부 몰드는 물과 반응하고, 이 반응은 산성 파우더로 하여금 염기성 파우더를 중화하게 한다.
또 다른 현상에서, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법이 제공된다. 본질적으로 무기 염기성 파우더 및 상기 염기성 파우더에 혼합된 무기 산성 파우더로 구성되는, 몰드 파우더로부터 내부 몰드가 형성된다. 용융된 재료가 내부 몰드 주변에 캐스팅된다. 용융된 재료가 응고된다. 내부 몰드는 적어도 20 ℃의 온도에서 물과 반응하고, 이 반응은 산성 파우더로 하여금 염기성 파우더를 중화하게 한다.
이들 및 다른 특징들은 상세한 기술 및 다음의 도면들과 함께 이하에서 보다 상세히 기술될 것이다.
본 발명은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에 제한이 아닌 예로서, 예시된다.
도 1은 일 실시예에서 사용될 수도 있는 프로세스의 고레벨 플로우 차트이다.
도 2a는 내부 몰드의 형상 내로 압축된 (pressed) 몰드 파우더에 의해 형성된 내부 몰드의 평면도이다.
도 2b는 절단선 B-B를 따른 도 2a의 내부 몰드의 단면도이다.
도 3a는 내부 몰드 주변에 캐스팅된 객체의 평면도이다.
도 3b는 절단선 B-B를 따른 도 3a의 객체의 단면도이다.
도 4는 트렌치를 갖는 알루미늄 플레이트에 의해 형성된 알루미늄 백본의 사시도이다.
도 5는 내부 몰드를 형성하기 위해 몰드 파우더가 트렌치 내로 압축된 후 알루미늄 백본의 사시도이다.
본 개시는 이제 첨부된 도면들에 예시된 바와 같이, 몇몇 바람직한 실시예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 전체적인 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 상세들이 언급된다. 그러나, 본 개시는 이들 구체적인 상세들 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 1은 일 실시예의 고레벨 플로우 차트이다. 내부 몰드가 염기성 파우더 및 산성 파우더를 포함하는 몰드 파우더로부터 형성된다 (단계 104). 용융된 재료가 내부 몰드 주변에 캐스팅된다 (단계 108). 용융된 재료가 응고된다 (단계 112). 내부 몰드가 물과 반응하고, 이는 산성 파우더로 하여금 염기성 파우더를 중화하게 한다 (단계 116).
예
본 발명의 구현예에서, 내부 몰드가 염기성 파우더 및 산성 파우더를 포함하는 몰드 파우더로부터 (단계 104). 이 예에서, 몰드 파우더는 본질적으로 중탄산 나트륨 (sodium bicarbonate) (NaHCO3) 파우더 및 붕산 파우더 (H3BO3) 로 구성된다. 이 실시예에서, 몰드 파우더는, 등압 압축 (isostatic press) 을 사용하여 목표된 형상으로 압축된다. 등압 압축은 세라믹 파우더들을 형상 내로 압축하도록 사용된다. 도 2a는 내부 몰드의 형상 내로 압축된 (pressed) 몰드 파우더에 의해 형성된 내부 몰드 (204) 의 평면도이다. 도 2b는 절단선 B-B를 따른 도 2a의 내부 몰드 (204) 의 단면도이다. 내부 몰드는 2차원에서 매우 얇은 긴 사형 (serpentine) 구조를 형성하고, 이는 매우 높은 종횡비를 제공하고, 종횡비는 길이를 두께로 나눔으로써 규정된다는 것을 주의한다. 이 예에서, 고 종횡비는 적어도 20으로 규정된다.
용융된 재료가 내부 몰드 주변에 캐스팅된다 (단계 108). 이 예에서, 용융된 재료는 용융된 알루미늄이다. 용융된 알루미늄이 응고된다 (단계 112). 도 3a는 내부 몰드 (204) 주변에 캐스팅된 객체 (304) 의 도면이다. 이 예에서, 어퍼처들 (308) 및 객체 (304) 의 외부 표면을 형성하도록 통상적인 외부 몰드가 사용된다. 객체 (304) 내에 임베딩된 내부 몰드 (204) 는 점선으로 도시된다. 도 3b는 절단선 B-B를 따른 도 3a의 객체 (304) 의 단면도이다. 내부 몰드 (204) 의 일부가 도 3b에 도시된다.
내부 몰드가 물과 반응하고, 이 반응은 산성 파우더로 하여금 염기성 파우더를 중화하게 한다 (단계 115). 먼저, 캐스팅의 외부로부터 내부 몰드로 액세스가 생성된다. 이는 객체 내의 홀을 내부 몰드로 드릴링함으로써 이루어질 수도 있다. 이어서 물이 홀을 통해 내부 몰드로 제공된다. 물은 산성 파우더를 산으로 염기성 파우더를 염기로 변하게 하고 (turn), 산 및 염기는 서로 완전히 또는 부분적으로 중화한다. 이 예에서, 산이 NaHCO3의 염으로부터 나오기 때문에, 이 반응은 이산화 탄소 (CO2) 가스를 생성한다. CO2 가스는 반응을 구동하는 것을 돕는다. 바람직하게, 물은 적어도 20 ℃의 온도로 제공된다. 보다 바람직하게, 물의 온도는 60 ℃ 내지 90 ℃이다.
이 실시예에서, 산성 파우더 및 염기성 파우더는 무기물이고, 산성 파우더 및 염기성 파우더는 어떠한 탄소 수소 결합들도 포함하지 않는다. 이는, 용융 캐스팅과 관련하여, 고온에서, 유기 분자들이 보다 붕괴되기 쉽기 때문에 바람직하다. 몰드 파우더는 본질적으로 산성 파우더 및 염기성 파우더로 구성되기 때문에, 산성 파우더 및 염기성 파우더는, 산성 파우더의 적어도 1/2이 염기성 파우더의 적어도 1/2에 의해 중화되도록 서로 중화한다. 붕산은 무기물이고 파우더로 형성될 수도 있는 산이다. 중탄산 나트륨은 무기물이고 파우더로 형성될 수도 있는 염기이다. 모든 남아 있는 산성 파우더 또는 염기성 파우더는 물에 용해될 것이다. 따라서, 몰드 자체가 물에 용해된다. 몰드들이 길고 얇은 (고 종횡비) 사형 통로들을 형성하기 때문에, 적은 양의 물 또는 저 플로우 레이트의 물에 용이하게 자체가 용해되는 몰드에 대한 요구가 있다. 따라서, 몰드는 단순히 물에 용해될 수 없을 뿐이지만, 적은 양의 물에 자체가 용해되도록 물과 반응성이어야 한다. 산성 파우더 및 염기성 파우더의 사용은 물과의 반응을 제공하고, 적은 양의 물에 몰드 재료 모두의 용해를 용이하게 하도록 물 및 에너지를 생성한다. 이는 몰드로 하여금 고 종횡비 사형 코어로부터 용이하게 플러싱 (flush) 되게 한다. 본 명세서 및 청구항들에서, 내부 몰드를 물에 용해시키는 것보다 물과 내부 몰드를 반응시키는 것이 보다 바람직하지만, 물을 형성하기 위해 산과 염기가 서로 반응하는 화학 반응을 필요로 한다. 바람직하게, 산 및 염기의 적어도 50 ％가 중화되도록 산성 파우더 대 염기성 파우더의 비는 2:1 내지 1:2이다. 보다 바람직하게, 산 및 염기의 적어도 75 ％가 중화되도록 산성 파우더 대 염기성 파우더의 비는 4:3 내지 3:4이다. 본 명세서 및 청구항들에서, 산성 파우더가 염기성 파우더를 중화한다는 구는 적어도 1/2의 산성 파우더가 적어도 1/2의 염기성 파우더를 중화한다는 것을 의미한다.
압축은 파우더를 안정화하고 치밀화하는 것을 도와서 몰드가 캐스팅을 견딜 것이다.
또 다른 실시예에서, 백본이 내부 몰드를 형성하도록 사용될 수도 있다. 도 4는 트렌치 (412) 를 갖는 알루미늄 플레이트 (408) 에 의해 형성된 알루미늄 백본 (404) 의 사시도이다. 백본 (404) 은 어퍼처들을 갖는 것과 같은 보다 복잡한 형상으로 형성될 수도 있다. 알루미늄 백본은 미리 머시닝되거나 형성된다. 내부 몰드가 몰드 파우더를 트렌치 (412) 내로 압축함으로써 형성된다 (단계 104). 도 5는 내부 몰드를 형성하기 위해 몰드 파우더 (416) 가 트렌치 내로 압축된 후 알루미늄 백본 (404) 의 사시도이다. 용융된 재료가 내부 몰드 및 알루미늄 백본 (404) 주변에 캐스팅된다 (단계 108). 용융된 재료가 응고된다 (단계 112). 알루미늄 백본은 외측 몰드에 매달릴 (suspended) 수도 있다. 용융 금속이 외측 몰드를 충진하고 알루미늄 백본 및 몰드 파우더를 캡슐화한다. 이 예에서, 용융 금속은 용융 알루미늄이다. 알루미늄 백본은 캐스팅 동안 몰드 파우더를 제자리에 홀딩한다. 내부 몰드가 물과 반응하고, 이는 산성 파우더로 하여금 염기성 파우더를 중화하게 한다 (단계 116).
다른 실시예에서, 몰드는 3D 프린팅에 의해 형성될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 알루미늄 백본은 알루미늄 튜브의 형태일 수도 있다. 보다 고온 금속이 충진된 알루미늄 튜브들 주변에 캐스팅될 수도 있다.
일 실시예에서, 몰드 파우더는 본질적으로 산성 파우더 및 염기성 파우더로 구성된다. 산성 파우더는 본질적으로 산성 염으로 구성되고, 이는 물에 있을 때 산을 형성하는 염이다. 염기성 파우더는 본질적으로 염기성 염으로 구성되고, 이는 물에 있을 때 염기를 형성하는 염이다. 또 다른 실시예에서, 몰드 파우더는 본질적으로 산성 파우더, 염기성 파우더, 및 바인더로 구성된다. 바람직하게, 바인더는 물에 용해되고 중량으로 몰드 파우더의 5 ％ 미만이다.
본 발명이 몇몇 바람직한 실시예들로 기술되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는, 이들의 대안들, 대체들, 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 본 발명의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 또한 주의해야 한다. 따라서, 이하의 첨부된 청구항들은 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 있는 모든 이러한 대안들, 대체들, 및 다양한 대체 등가물들을 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (17)

  1. 객체 내의 내부 피처를 캐스팅 (casting) 하기 위한 방법에 있어서,
    몰드 파우더로부터 내부 몰드를 형성하는 단계로서, 상기 몰드 파우더는,
    염기성 파우더; 및
    상기 염기성 파우더에 혼합된 산성 파우더를 포함하는, 상기 내부 몰드를 형성하는 단계;
    상기 내부 몰드 주변에 용융된 재료를 캐스팅하는 단계;
    상기 용융된 재료를 응고시키는 단계; 및
    상기 내부 몰드를 물과 반응시키는 단계로서, 상기 반응은 상기 산성 파우더로 하여금 상기 염기성 파우더를 중화하게 하는, 상기 물과 반응시키는 단계를 포함하는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산성 파우더 및 상기 염기성 파우더는 무기물이고, 상기 산성 파우더 및 상기 염기성 파우더는 어떠한 탄소 수소 결합들도 갖지 않는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 염기성 파우더는 중탄산 염 (bicarbonate salt) 인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산성 파우더는 붕산인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 염기성 파우더는 중탄산 나트륨인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 몰드를 형성하는 단계는 상기 몰드 파우더를 몰드 형상 내로 압축하는 (pressing) 단계를 포함하는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 몰드를 형성하는 단계는 상기 몰드 파우더를 몰드 형상 내로 3D 프린팅하는 단계를 포함하는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 몰드를 형성하는 단계는 상기 파우더를 백본 구조로 배치하는 단계를 포함하고, 그리고 상기 용융된 재료를 상기 내부 몰드 주변에 캐스팅하는 단계는 상기 용융된 재료를 상기 백본 구조 주변에 캐스팅하는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 백본 구조는 알루미늄을 포함하고, 그리고 상기 용융된 재료는 알루미늄을 포함하는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 백본 구조는 알루미늄을 포함하고, 그리고 상기 용융된 재료는 상기 알루미늄의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 재료인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드 파우더는 물에 완전히 용해성인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드 파우더는 본질적으로 산성 파우더 및 염기성 파우더로 구성되는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 염기성 파우더는 중탄산 염인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 산성 파우더는 붕산인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 산성 파우더 대 상기 염기성 파우더의 비는 2:1 내지 1:2인, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 몰드를 물과 반응시키는 단계는 적어도 20 ℃의 온도에서 상기 내부 몰드와 물을 반응시키는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
  17. 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법에 있어서,
    몰드 파우더로부터 내부 몰드를 형성하는 단계로서, 상기 몰드 파우더는 본질적으로,
    무기 염기성 파우더; 및
    상기 염기성 파우더에 혼합된 무기 산성 파우더로 구성되는, 상기 내부 몰드를 형성하는 단계;
    상기 내부 몰드 주변에 용융된 재료를 캐스팅하는 단계;
    상기 용융된 재료를 응고시키는 단계; 및
    적어도 20 ℃의 온도에서 상기 내부 몰드를 물과 반응시키는 단계로서, 상기 반응은 상기 산성 파우더로 하여금 상기 염기성 파우더를 중화하게 하는, 상기 물과 반응시키는 단계를 포함하는, 객체 내의 내부 피처를 캐스팅하기 위한 방법.
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