KR20190117833A - 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치 - Google Patents

정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

정밀주조 공정에 사용되고 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법은, 러버 재질로 구성되고 내부에 대상 물체의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버 몰드를 제작하는 러버 몰드 제작단계, 3차원 프린팅 장비를 이용하여 코어를 제작하는 코어 제작단계, 러버 몰드 제작단계에서 제작된 러버 몰드 내부의 지정된 위치에 상기 코어 제작단계에서 제작된 코어를 고정한 후 용융 왁스를 주입하는 왁스 주입단계 및 왁스가 응고되면 러버 몰드에서 코어가 삽입된 왁스 모델을 추출하는 왁스 모델 추출단계를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING WAX MODEL CONTAINING PRECISION CASTING CORES}
본 발명은 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 금형의 사용 없이 정밀주조 공정에서 모래(또는 금속재) 주형(거푸집) 제작에 사용되는 왁스 모델, 바람직하게는 코어를 갖춘 왁스 모델을 제작하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.
주형에 쇳물(용융 금속)을 부어 넣은 후 응고시켜 고체금속으로써 제품을 얻는 기술을 일반적으로 주조(Casting)라 한다. 주조에 사용되는 주형은 거푸집이라고도 하며, 제품의 형상과 치수에 맞게 설계된 공동 공간을 갖는다. 주형은 주로 모래와 진흙으로 만들며, 세라믹, 시멘트 등이 섞인 모래, 기타 다른 물질들도 주형 제작에 사용된다.
쇳물(용융 금속)이 주입되어 제품으로 만들어지는 주형의 공동 공간은 왁스 모델을 통해 성형된다. 좀 더 구체적으로는, 밀랍(Bees wax)으로 왁스 모델을 제작한 후 이를 주형을 구성하게 될 모래(또는 금속재) 속에 패킹하여 블록을 만들고, 블록에 열을 가하여 왁스 모델을 용융시킨 다음 블록에서 용융된 밀납을 외부로 배출하는 방식으로 성형된다.
한편, 다양한 형태의 왁스 모델 중에서도 터빈 블레이드와 같이 내부에 공간을 가진 중공 제품의 주형 제작에 사용되는 왁스 모델은, 해당 중공부의 형상에 대응되는 코어(Core)를 인서트(Insert)시킨 구조의 왁스 모델이 사용된다. 종래 중공 제품의 주형 제작에 사용되는 왁스 모델, 즉 코어를 포함하는 왁스 모델의 제작과정을 이하 도 1을 참조하여 간단히 살펴보기로 한다.
도 1은 종래 코어를 포함하는 왁스 모델의 제작과정을 개략 도시한 도면으로서, 종래 코어를 포함하는 왁스 모델은, 별도의 코어 금형(100)에서 성형된 코어(120)를 왁스 모델 금형(200) 내부의 지정된 위치에 고정한 후 용융 왁스를 주입하고, 왁스가 충분히 응고되면 왁스 모델 금형(200)을 이형시킨 다음 코어(120)를 포함하는 왁스 모델(300)을 금형으로 추출하는 방식으로 제작된다.
그러나 이처럼 금형 이용한 종래의 왁스 모델 제작 방식은, 코어 및 왁스 모델 제작을 위해 각각의 금형(코어 금형 및 왁스 모델 금형)을 설계하고(S10, S20), 그 설계에 맞춰 금형을 가공하는 공정(S12, S22)을 거쳐야 하기 때문에 왁스 모델(300) 제작까지 장시간이 소요되고 따라서 빠른 현물 구현을 통한 단시간 내 성능확인이 필요한 경우 기대치를 충족시키기 어렵다.
또한, 금형 제작 방식이기 때문에 시간은 물론 비용 소요가 커서 원가가 상승하는 문제가 있고 이 때문에 원가 절감이 어려워 궁극적으로는 제품의 가격 경쟁력을 확보하기 곤란하다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1254036호(등록일 2013. 07. 30)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 정밀주조 공정에서 필요로 하는 왁스(밀랍) 패턴, 바람직하게는 코어를 포함하는 왁스 모델을 금형 없이도 제작 가능한 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 왁스 모델의 제작 시 금형의 사용을 배제함으로써 제작 시간 단축과 비용 절감을 도모할 수 있는 저비용 고효율의 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
정밀주조 공정에 사용되고 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작하기 위한 방법으로서,
a) 러버 재질로 구성되고 내부에 대상 물체의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버 몰드를 제작하는 러버 몰드 제작단계;
b) 3차원 프린팅 장비를 이용하여 코어를 제작하는 코어 제작단계;
c) 상기 a) 단계에서 제작된 러버 몰드 내부의 지정된 위치에 b) 단계에서 제작된 코어를 고정한 후 용융 왁스를 주입하는 왁스 주입단계
d) 왁스가 응고되면 러버 몰드에서 코어가 삽입된 왁스 모델을 추출하는 왁스 모델 추출단계;를 포함하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에서 상기 a) 단계는,
a-1) 마스터 모형을 제작하는 마스터 모형 제작단계;
a-2) 마스터 모형을 몰드 제작틀 안의 정해진 자리에 위치시키고 액상의 러버(Rubber)를 주입하는 러버 주입단계; 및
a-3) 러버가 응고되면 고형화된 러버에서 상기 마스터 모형을 제거하여 상기 마스터 모형의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖는 러버 몰드를 제작하는 마스터 모형 제거단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 a-1) 단계에서의 마스터 모형은, 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 마스터 모델링 데이터를 기반으로 3차원 프린팅 장비를 이용하여 제작될 수 있다.
바람직하게 상기 마스터 모형은, 러버 몰드보다는 용융점이 높고 소프트(Soft)한 재질의 합성수지로 제작될 수 있다.
또한 상기 러버 몰드는, 일면에 상기 왁스 모델 성형공간의 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제1 몰드와, 상기 제1 몰드와 마주하는 면에 상기 왁스 모델 성형공간의 나머지 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제2 몰드로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 상기 b) 단계는,
b-1) 컴퓨터 설계 프로그램을 이용하여 3D 코어 모델을 생성하는 3D 코어 모델링 단계와;
b-2) 3D 코어 모델링 단계에서 생성된 3D 코어 모델링 데이터를 기반으로 3차원 프린팅 장비를 이용하여 코어를 제작하는 코어 제작단계;로 구성될 수 있다.
여기서 코어는 세라믹을 소재로 하여 제작되는 세라믹 코어일 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
정밀주조 공정에 사용되고 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작하는 장치로서,
러버로 제작되고 내부에 대상 물체의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버 몰드(Rubber mold);
상기 왁스 모델 성형공간을 구획하는 왁스 모델 성형면과 거리를 두고 러버 몰드 내 왁스 모델 성형공간의 지정된 위치에 고정되는 코어; 및
상기 코어 및 러버 몰드의 상기 왁스 모델 성형공간 성형을 위한 마스터 모형을 제작하는 제작 수단;을 포함하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치를 제공한다.
여기서, 상기 러버 몰드는 마스터 모형에 기초하여 제작된 상기 마스터 모형을 몰드 제작틀 안의 정해진 자리에 위치시킨 뒤 액상의 러버(Rubber)를 주입하고, 러버 응고 후 고형화된 러버에서 상기 마스터 모형을 제거함으로써 제작될 수 있다.
바람직하게는, 상기 러버 몰드는, 일면에 상기 왁스 모델 성형공간의 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제1 몰드와, 상기 제1 몰드와 마주하는 면에 상기 왁스 모델 성형공간의 나머지 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제2 몰드로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 적용된 상기 제작 수단은, 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 모델링 데이터에 기초하여 코어와 마스터 모형을 제작하는 3차원 프린팅 장비일 수 있으며, 상기 코어는 세라믹을 소재로 하며, 마스터 모형은 러버 몰드보다 용융점은 높고 소프트(Soft)한 재질의 합성수지로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 정밀주조 공정에서 필요로 하는 왁스(밀랍) 패턴, 바람직하게는 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작함에 있어, 코어를 3D 프린팅 기술로 제작하고 왁스 몰드를 러버로 제작함으로써, 정밀주조 공정에서 모래(또는 금속재) 주형 제작에 사용되는 왁스 모델을 금형 사용 없이 단시간 내 원하는 형태로 제작할 수 있다.
더욱이, 모래 주형 제작에 사용되는 왁스 모델 제작에 금형의 사용이 배제됨에 따라 금형 설계 및 제작 공정이 생략되므로, 금형 설계 및 제작에 소요되는 비용을 절감과 시간을 단축시킬 수 있어 저비용 고효율의 왁스 모델 제작 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있으며, 러버 몰드의 사용에 따라 별도의 왁스 사출기 없이도 왁스 모델 제작이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래 코어를 포함하는 왁스 모델의 제작과정을 개략 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법에 포함된 공정의 전체적인 흐름을 도시한 공정 흐름도.
도 3은 도 2의 단계별 공정을 좀 더 구체화한 공정 개념도.
도 4는 도 2 내지 도 3에서의 러버 몰드 제작단계를 구체화한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 러버 몰드의 바람직한 다른 실시 예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법의 공정 개념도.
도 7는 본 발명의 다른 측면에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치의 개략도.
본 발명의 바람직한 실시 예에 살펴보기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법에 포함된 공정의 전체적인 흐름을 도시한 공정 흐름도이며, 도 3은 도 2의 단계별 공정을 좀 더 구체화한 공정 개념도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 왁스 모델 제작 방법은 크게, 4개의 공정으로 구분될 수 있다. 구체적으로는, 왁스 모델 성형을 위한 러버 몰드 제작단계(S100), 왁스 모델에 삽입될 코어를 제작하는 코어 제작단계(S200), 러버 몰드에 왁스를 주입하는 왁스 주입단계(S300) 및 러버 몰드에서 제품을 추출하는 왁스 모델 추출단계(S400)를 포함할 수 있다.
러버 몰드 제작단계(S100)는 내부에 대상 물체의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버(Rubber) 재질의 몰드(12)를 제작하는 단계이다.
러버 몰드(12)는 바람직하게, 상기 왁스 모델 성형공간을 형성하게 될 마스터 모형(10)을 몰드 제작틀(14) 안의 정해진 자리에 고정시킨 뒤 액상의 러버(Rubber)를 주입하고, 이후 고형화된 러버로부터 마스터 모형(10)을 제거함으로써 제작될 수 있다.
마스터 모형(10) 제작에는 CAD와 같은 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 마스터 모델링 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법이 적용될 수 있다. 즉 마스터 모형(10)은 컴퓨터 설계 프로그램을 이용한 모델링 데이터를 기반으로 3차원 프린팅 장비를 이용하여 제작될 수 있다. 물론 사출 성형이나 다이캐스팅과 같은 공지의 기계 가공법을 통한 제작도 가능하다.
러버 몰드 제작단계(S100)에 관해서는 이후 도 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 하며, 러버 몰드 제작에 필요한 상기 마스터 모형(10)에 대해 본 발명의 첨부도면에서는 터빈에 장착되는 터빈 블레이드 형상을 예로 들어 도시하였으나, 이는 어디까지나 하나의 바람직한 실시 예일뿐, 마스터 모형(10)이 터빈 블레이드 형상에 국한되는 것은 아님을 밝혀 둔다.
코어 제작단계(S200)에서는 상기 러버 몰드를 통해 성형되는 왁스 모델에 삽입되어 본격적인 주조공정에서 제품 내부에 중공부를 형성하게 될 코어(20)가 제작된다. 여기서 코어(20)는 바람직하게, 비금속 무기질로서 높은 내화성과 내열성을 갖춘 재질, 예컨대 세라믹을 소재로 하는 세라믹 코어일 수 있으며, 3차원 프린팅 장비(22)를 이용한 3차원 프린팅 기법으로 제작될 수 있다.
좀 더 구체적으로 3차원 프린팅 기법을 통한 코어 제작에는, CAD와 같은 컴퓨터 설계 프로그램을 이용하여 대상 제품의 중공부 형상과 모양에 대응되는 3D 코어 모델을 생성하는 3D 코어 모델링 단계(S210)와, 3D 코어 모델링 단계(S210)에서 생성된 3D 코어 모델링 데이터를 기반으로 3차원 프린팅 장비(22)를 이용하여 코어를 제작하는 코어 제작단계(S220)를 포함할 수 있다.
왁스 주입단계(S300)에서는 마스터 모형(10)에 의해 형성된 상기 러버 몰드(12)의 왁스 모델 성형공간(14)에 액체 상태의 왁스를 주입하여 상기 왁스 모델 성형공간(14)을 채우는 작업이 진행된다.
구체적으로는, 상기 S100 단계에서 제작된 러버 몰드(12) 내 왁스 모델 성형공간(14)의 지정된 위치에 S200 단계에서 제작된 코어(200)를 고정한 후 러버 몰드(12)의 일측 개구(또는 주입구, 부호 생략)를 통해 용융 왁스를 채워 넣는다.
왁스 주입단계(S300)에서 사용되는 왁스는 가해진 열에 의해 고체 상태에서 액체로 쉽게 상이 변환되는 비결정성 물질로 이루어진 밀랍(Bees wax)일 수 있다.
러버 몰드에 주입된 왁스가 충분히 응고되면, 마지막으로 상기 왁스 모델 추출단계(S400)에서 러버 몰드로부터 코어(20)가 삽입(Insert)된 왁스 모델(30)을 추출하는 왁스 모델 추출하는 작업이 행해진다.
도 4는 도 2 내지 도 3에서의 러버 몰드 제작단계를 구체화한 도면으로서, 전술한 러버 몰드 제작단계에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 전술한 러버 몰드 제작단계(S100)는 마스터 모형 제작단계(S110)를 포함한다. 마스터 모형 제작단계(S110)는 구체적으로, 전술한 왁스 모델 성형공간(14)을 구획하게 될 왁스 모델 성형면을 러버 몰드(12)에 형성시키는 마스터 모형(10)을 제작하는 단계이다.
마스터 모형(10)은 바람직하게, 3차원 프린팅 기법을 통해 제작될 수 있다. 좀 더 구체적으로는, CAD와 같은 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 마스터 모델링 데이터에 기반한 3차원 프린팅 기법을 통해 제작될 수 있다.
즉 컴퓨터 설계 프로그램을 이용한 모델링 데이터를 기반으로 한 3차원 프린팅 기법에 의해 마스터 모형(10)이 제작될 수 있다. 물론 3차원 프린팅 기법을 통한 제작에 국한되는 것은 아니다. 사출 성형이나 다이캐스팅과 같은 공지의 기계 가공법을 통해서도 제작 가능하며, 따라서 이러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.
마스터 모형(10)의 주목적은 러버 몰드(12)에 왁스 모델 성형공간(14)을 구획하는 왁스 모델 성형면(13)을 형성시키는 것이다. 즉 액상의 러버를 이용하여 러버 몰드(12)를 제작한 후 러버 몰드(12)로부터 마스터 모형(10)을 제거하면, 마스터 모형(10)이 있던 자리에 상기 마스터 모형(10)의 형상과 모양에 정확히 대응되는 성형면을 갖는 상기 왁스 모델 성형면(13)이 형성될 수 있다.
마스터 모형(10)은 왁스 모델 성형면(13)을 형성시킨 뒤 러버 몰드(12)로부터 쉽게 분리될 수 있어야 한다. 또한 후술하는 러버 주입단계에서 몰드 제작틀(14)에 채워지는 액상 러버의 열에도 변형 없이 형상을 그대로 유지할 수 있는 물리적 특성이 요구된다. 이에 마스터 모형(10)은 러버 몰드(12)보다는 용융점이 높고 소프트한 재질의 합성수지로 제작될 수 있다.
마스터 모형 소재인 소프트한 재질의 합성수지는 예를 들어, 고중합도 곧은 사슬 모양의 디올가노폴리실록산에 미분 실리카 등을 보강제로 혼화하여 가교시킨 고무 탄성체인 실리콘 고무(Silicone rubber)일 수 있다. 그 외에도 규소를 주성분으로 하는 일반 실리콘(Silicone)이나 반고체 상태의 겔, 예컨대 황산과 규산나트륨의 화학 반응을 통해 만들어지는 실리카겔(silica gel)이 사용될 수 있다.
러버 몰드 제작단계(S100)는 또한, 러버 주입단계(S120)와 마스터 모형 제거단계(S130)를 포함한다. 러버 주입단계(S120)에서는 마스터 모형(10)을 몰드 제작틀(14) 안의 정해진 자리에 위치시킨 뒤 액상의 러버(Rubber)를 주입하는 과정을 포함하며, 몰드 제작틀(14)에 주입된 러버가 충분히 응고되면 마스터 모형 제거단계(S130)에서 고형화된 러버로부터 상기 마스터 모형(10)을 제거한다.
마스터 모형(10)을 앞서도 언급했듯이 러버 몰드(12)보다는 용융점이 높고 소프트한 재질로 구성하면, 러버 주입단계(S120)에서 몰드 제작틀(14)에 채워지는 액상 러버에 의한 열변형을 막을 수 있다. 또한 마스터 모형 제거 단계(S130)에서 고형화된 러버 몰드(12)로부터 마스터 모형(10)을 쉽게 분리시킬 수 있어 작업시간 또한 단축시키는 효과가 발휘될 수 있다.
러버 몰드(12)는 도 3의 예시와 같이, 용융 왁스 주입을 위해 상면 일부가 개방되고 내부에 상기 마스터 모형(10)에 의해 형성되는 왁스 모델 성형공간(14)을 갖춘 단일체로 형성될 수 있다.
바람직한 다른 예로서 상기 러버 몰드(12)는, 도 5의 (a)와 같이 세로 축선(L1) 상에 위치한 하단 일부(절첩 연결부)를 제외한 나머지 부분이 상기 세로 축선(L1)을 따라 절개되어 절접 연결부를 중심으로 좌우 양측으로 벌릴 수 있도록 구성할 수도 있다.
또한 도 5의 (b)와 같이, 일면에 상기 왁스 모델 성형공간의 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제1 몰드(12a)와, 상기 제1 몰드와 마주하는 면에 상기 왁스 모델 성형공간의 나머지 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제2 몰드(12b)로 분리시켜 구성할 수도 있으며, 이 경우 둘 중 적어도 하나는 맞은편 몰드를 향해 움직일 수 있도록 가동 실린더에 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 공정 개념도로서, 본 발명의 본 발명의 일 측면에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법은, 3차원 프린팅 기법을 통해 제작된 객체, 구체적으로 표현하면 전술한 S110 단계에서의 마스터 모형과 S200 단계에서의 제작된 코어의 결함 여부를 판별하는 비전검사 단계(S250)를 더 포함할 수 있다.
비전검사 단계(250)는 바람직하게, 카메라와 같은 촬영장비로 객체를 촬영하여 객체 화상정보를 획득하고(S252), 획득된 객체 화상정보에 포함된 정보 중 색상 정보와 외형 정보를 추출하며(S254), 추출된 정보를 미리 입력된 기준 정보와 비교 분석하고(S256), 그 분석 결과에 기초하여 상기 객체(마스터 모형, 코어)의 표면 상태 및 형상의 불량 또는 결함 등을 판별하는 과정(S258)을 포함할 수 있다.
이상 본 발명의 일 측면에서는, 마스터 모형(10)을 이용해 러버 몰드(12)를 제작하고, 3차원 프린팅 장비(22)를 이용하여 코어(20)를 제작한 뒤, 러버 몰드(12)에 코어(20)를 고정시키고 용융 왁스를 주입함으로써 왁스 모델을 제작하는 방법을 예시하고 설명하였으나, 러버 몰드 제작과 코어 제작은 독립적으로 수행되는 것이므로 그 제작 순서에 특별한 제한이 없음을 밝혀 둔다.
이하에서는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작에 사용되는 본 발명의 다른 측면에 따른 왁스 모델 제작 장치에 대해 도면을 참조하여 간단히 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 측면에 따른 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 왁스 모델 제작 장치는 러버 몰드(12) 및 코어(20)를 포함한다. 러버 몰드(12)는 상온에서 탄성을 갖는 러버로 제작될 수 있으며 그 내부에 성형 대상 물체, 즉 제품의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간(14)을 구비한다. 그리고 코어(20)는 상기 왁스 모델 성형공간(14)을 구획하는 왁스 모델 성형면(13)과 거리를 두고 러버 몰드(12) 내 지정된 위치에 고정된다.
러버 몰드(12)는 구체적으로, 마스터 모형(10)에 기초하여 제작된 상기 마스터 모형(10)을 몰드 제작틀(14) 안의 정해진 자리에 위치시킨 뒤 액상의 러버(Rubber)를 주입하고, 러버 응고 후 고형화된 러버에서 상기 마스터 모형(10)을 제거함으로써 제작될 수 있으며, 코어(20)는 비금속 무기질로서 높은 내화성과 내열성을 갖춘 재질, 예컨대 세라믹을 소재로 하는 세라믹 코어일 수 있다.
본 실시 예에 따른 왁스 모델 제작 장치는 또한 코어 및 러버 몰드의 상기 왁스 모델 성형공간 성형을 위한 마스터 모형(10)을 제작하는 제작 수단(22)을 포함한다.
제작 수단(22)은 바람직하게, 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 모델링 데이터에 기초하여 코어(20)와 마스터 모형(10)을 제작하는 3차원 프린팅 장비일 수 있으며, 이때 마스터 모형(10)은 러버 몰드(12)보다 용융점은 높고 소프트(Soft)한 재질의 합성수지로 제작될 수 있다.
경우에 따라서는, 3차원 프린팅 기법으로 제작된 코어(20)와, 마스터 모형(10)을 상기 제작 수단(22)으로부터 인출하여 후속 공정의 지정된 위치에 이동시킬 수 있도록 그립퍼를 구비한 로딩/언로딩 로봇(30)을 더 포함할 수 있다. 이 경우 로딩/언로딩 로봇(30)을 통한 공정의 자동화 구현이 가능하여 생산 능률의 향상과 작업 인력과 비용 등을 경감시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, 정밀주조 공정에서 필요로 하는 왁스(밀랍) 패턴, 바람직하게는 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작함에 있어, 코어를 3D 프린팅 기술로 제작하고 왁스 몰드를 러버로 제작함으로써, 정밀주조 공정에서 모래 주형 제작에 사용되는 왁스 모델을 금형 사용 없이 단시간 내 원하는 형태로 제작할 수 있다.
더욱이, 모래 주형 제작에 사용되는 왁스 모델 제작에 금형의 사용이 배제됨에 따라 금형 설계 및 제작 공정이 생략되므로, 금형 설계 및 제작에 소요되는 비용을 절감과 시간을 단축시킬 수 있어 저비용 고효율의 왁스 모델 제작 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있으며, 러버 몰드의 사용에 따라 별도의 왁스 사출기 없이도 왁스 모델 제작이 가능한 장점이 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 마스터 모형
12 : 러버 몰드
13 : 왁스 모델 성형면
14 : 왁스 모델 성형공간
20 : 코어
22 : 3차원 프린팅 장비
30 : 왁스 모델

Claims (14)

  1. 정밀주조 공정에 사용되고 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작하기 위한 방법으로서,
    a) 러버 재질로 구성되고 내부에 대상 물체의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버 몰드를 제작하는 러버 몰드 제작단계;
    b) 3차원 프린팅 장비를 이용하여 코어를 제작하는 코어 제작단계;
    c) 상기 a) 단계에서 제작된 러버 몰드 내 상기 왁스 모델 성형공간의 지정된 위치에 b) 단계에서 제작된 코어를 고정한 후 용융 왁스를 주입하는 왁스 주입단계; 및
    d) 왁스가 응고되면 러버 몰드에서 코어가 삽입된 왁스 모델을 추출하는 왁스 모델 추출단계;를 포함하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    a-1) 마스터 모형을 제작하는 마스터 모형 제작단계;
    a-2) 마스터 모형을 몰드 제작틀 안의 정해진 자리에 위치시키고 액상의 러버(Rubber)를 주입하는 러버 주입단계; 및
    a-3) 러버가 응고되면 고형화된 러버에서 상기 마스터 모형을 제거하여 상기 마스터 모형에 대응되는 형상의 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버 몰드를 제작하는 마스터 모형 제거단계;로 구성됨을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 a-1) 단계에서의 마스터 모형은, 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 마스터 모델링 데이터를 기반으로 3차원 프린팅 장비를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 마스터 모형은 러버 몰드보다는 용융점이 높고 소프트(Soft)한 재질의 합성수지로 제작되는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 러버 몰드는,
    일면에 상기 왁스 모델 성형공간의 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제1 몰드와;
    상기 제1 몰드와 마주하는 면에 상기 왁스 모델 성형공간의 나머지 일부를 구획하는 왁스 모델 성형면이 음각 성형된 제2 몰드;로 구성됨을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    b-1) 컴퓨터 설계 프로그램을 이용하여 3D 코어 모델을 생성하는 3D 코어 모델링 단계와;
    b-2) 3D 코어 모델링 단계에서 생성된 3D 코어 모델링 데이터를 기반으로 3차원 프린팅 장비를 이용하여 코어를 제작하는 코어 제작단계;로 구성됨을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 코어는 세라믹을 소재로 하여 제작되는 세라믹 코어인 것을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    b') 상기 b) 단계와 c) 단계 사이에 위치하며, 상기 a) 단계에서 러버 몰드 제작에 사용되는 마스터 모형과 b) 단계에 제작된 코어의 불량 여부를 판별하는 비전검사 단계;를 더 포함하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 b') 단계는,
    b'-1) 촬영장비를 이용하여 상기 마스터 모형과 코어 각각에 대한 화상정보를 획득하는 과정,
    b'-2) 획득된 객체 화상정보에 포함된 정보 중 색상 정보와 외형 정보를 추출하는 과정,
    b'-3) 추출된 정보를 미리 입력된 기준 정보와 비교 분석하는 과정 및
    b'-4) 그 분석 결과에 기초하여 상기 마스터 모형 및 코어의 표면 상태와 형상의 불량 또는 결함을 판별하는 과정을 포함하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 방법.

  10. 정밀주조 공정에 사용되고 코어를 포함하는 왁스 모델을 제작하는 장치로서,
    러버로 제작되고 내부에 대상 물체의 형상에 대응되는 왁스 모델 성형공간을 갖춘 러버 몰드(Rubber mold);
    상기 왁스 모델 성형공간을 구획하는 왁스 모델 성형면과 거리를 두고 상기 왁스 모델 성형공간의 지정된 위치에 고정되는 코어; 및
    상기 코어 및 러버 몰드의 상기 왁스 모델 성형공간 성형을 위한 마스터 모형을 제작하는 제작 수단;을 포함하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 러버 몰드는 마스터 모형을 몰드 제작틀 안의 정해진 자리에 위치시킨 뒤 액상의 러버(Rubber)를 주입하고, 러버 응고 후 고형화된 러버에서 상기 마스터 모형을 제거하여 제작되는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제작 수단은 컴퓨터 설계 프로그램을 통해 생성된 3D 모델링 데이터에 기초하여 코어와 마스터 모형을 제작하는 3차원 프린팅 장비인 것을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 코어는 세라믹을 소재로 하며, 마스터 모형은 러버 몰드보다 용융점은 높고 소프트(Soft)한 재질의 합성수지를 소재로 하는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 코어와 마스터 모형을 상기 제작 수단으로부터 인출하여 후속 공정의 지정된 위치에 이동시킬 수 있도록 그립퍼를 구비한 로딩/언로딩 로봇;을 더 정밀주조용 코어를 포함하는 왁스 모델 제작 장치.
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