KR20200011807A - 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치 - Google Patents

간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치는발포 비드가 배치되는 제품 금형부; 상기 제품 금형부의 표면에 관통되어 삽입되되, 내측면에 상기 발포 비드가 맞닿는 접촉부; 상기 접촉부의 외측면에 함몰되어 형성되는 홈부; 상기 접촉부의 외측면에 결합되는 커버부; 고온 열매체 또는 저온 열매체가 흐르되, 상기 커버부를 관통하는 제1 유로; 상기 고온 열매체 또는 상기 저온 열매체가 흐르되, 상기 커버부를 관통하는 제2 유로; 및 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 잇되, 상기 홈부에 삽입되도록 상기 홈부에 대응되는 형상으로 형성된 전달 유로;를 포함하고, 상기 고온 열매체 또는 상기 저온 열매체가 상기 제1 유로, 상기 전달 유로 및 상기 제2 유로를 순차적으로 거치는 경우, 상기 전달 유로가 상기 접촉부를 가열 또는 냉각하고, 상기 접촉부와 맞닿은 상기 발포 비드가 가열 또는 냉각되어 상기 발포 비드가 유리화되는 것을 특징으로 한다.

Description

간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치{Light-weight material forming device capable of localized surface vitrification by indirect heating method}
본 발명은 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치에 관한 발명으로, 제1 유로, U자 형상의 전달 유로 및 제2 유로를 거쳐 순환하는 고온 열매체 또는 저온 열매체로 인해, 전달 유로가 수용되는 접촉부가 가열 또는 냉각되어 접촉부의 내측면과 맞닿는 발포 비드가 유리화되는 것을 특징으로 한다.
연비 개선과 관련하여 경량화 요구는 거스를 수 없는 대세이며, 이를 위해 각 자동차 메이커들은 수많은 연구 성과들을 개시하고 있다.
이러한 경량화를 위한 소재들은 EPP(Expanded Poly-Propylene), EPS(Expanded Polystyrene), 엘라스토머 폼 등 다양한 형태가 존재한다.
그런데, 이러한 경량화 소재는 발포 비드에 가열 및 냉각을 가하여 발포 비드를 융착시켜 제작한다. 도 1은 종래의 경량화 소재의 성형 금형을 나타낸 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 종래의 경량화 소재의 성형 금형의 구성 및 성형 방식을 설명한다.
종래의 경량화 소재 성형 금형(1)은 고정 금형(2), 이동 금형(3)이 합형된다. 고정 금형(2)에는 스팀 밸브(4) 및 쿨링 밸브(5)가 연결되고, 각 스팀 밸브(4) 및 쿨링 밸브(5)를 통해 스팀과 냉각수가 고정 금형(2) 내로 유입된다. 이동 금형(3) 또한 스팀 밸브(6) 및 쿨링 밸브(7)가 연결되고, 각 스팀 밸브(6) 및 쿨링 밸브(7)를 통해 스팀과 냉각수가 이동 금형(3) 내로 유입된다.
고정 금형(2)과 이동 금형(3)이 합형되는 부분에는 제품 금형(10)이 형성되고, 제품 금형(10)의 형상에 따라 경량화 소재의 형상이 결정된다.
제품 금형(10) 내에 발포 비드를 배치하고, 각 스팀 밸브(4, 6) 및 쿨링 밸브(5, 7)를 통해 스팀과 냉각수를 공급하면, 발포 비드가 융착 되어 제품 금형 형상에 대응되는 형상을 지닌 경량화 소재가 완성되게 된다. 이는 발포 성형 과정으로, 금형 내 원료 충진, 스팀 공급, 냉각수 공급, 제품 취출 공정을 거치게 된다.
이때, 경량화 소재의 표면에 발포 비드의 형상이 그대로 노출된다. 이로 인해, 외관 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
한편, 경량화 소재는 자동차 부품으로 많이 활용되고 있는데, 그 중에서도 자동차 충돌 시 충돌을 흡수하는 범퍼시스템을 구성하는 에너지 업소버(Energy Absorber)를 비롯한 각종 내장재, 툴 박스(Tool Box) 등에 적용되고 있다. 대표적인 적용 소재로는 충격흡수력, 단열성 및 보온성이 우수한 EPP를 예시할 수 있다.
특히, EPP는 유연하고 깨짐성, 반복 완충성, 내약품성도 우수하며, 환경 친화적인 발포체이다.
그런데, 에너지 업소버나 툴 박스와 같은 자동차 부품을 EPP 폼재로 만들다 보니, EPP 폼과 범퍼빔이 접촉하는 터치면 혹은 툴 박스와 트렁크의 접촉면에서 마찰력이 커지면서 마찰음 발생시키는 현상이 유발되어 소비자 클레임이 늘고 있다.
따라서, 접촉하는 부분에 유리화를 통해 표면을 개선하는 기술이 개발 되었고, 이를 통해 마찰음을 줄일 수 있었다. 유리화(glazing)란, 경량화 소재에 순간적으로 가열 및 냉각을 가하여 해당면을 매끈하게 만드는 작업이다.
그러나, 유리화를 위한 별도의 후가공을 겨쳐야 하므로 시간과 비용이 손실되는 단점이 있었다. 또한, 작업 공수가 증대되고, 작업 효율이 떨어져 생산성이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1149412호를 참조하면, 발포 성형 과정에서 동시에 유리화가 되도록 하는 기술이 일부 개발되었으나, 이는 발포 성형체 전체에 유리화를 할 수 밖에 없는 한계가 있었고, 원하는 국소적인 부분에만 유리화를 할 수 없었다.
따라서, 발포 성형 과정에서 동시에 유리화가 진행되며, 필요한 부분에만 국소적으로 유리화를 진행할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1149412호
본 발명은 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치에 관한 발명으로, 제1 유로, U자 형상의 전달 유로 및 제2 유로를 거쳐 순환하는 고온 열매체 또는 저온 열매체로 인해, 전달 유로가 수용되는 접촉부가 가열 또는 냉각되어 접촉부의 내측면과 맞닿는 발포 비드가 유리화되는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 성형 시간을 단축하고 유리화된 경량화 소재 제품의 품질을 증대시키고자 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치는발포 비드가 배치되는 제품 금형부; 상기 제품 금형부의 표면에 관통되어 삽입되되, 내측면에 상기 발포 비드가 맞닿는 접촉부; 상기 접촉부의 외측면에 함몰되어 형성되는 홈부; 상기 접촉부의 외측면에 결합되는 커버부; 고온 열매체 또는 저온 열매체가 흐르되, 상기 커버부를 관통하는 제1 유로; 상기 고온 열매체 또는 상기 저온 열매체가 흐르되, 상기 커버부를 관통하는 제2 유로; 및 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 잇되, 상기 홈부에 삽입되도록 상기 홈부에 대응되는 형상으로 형성된 전달 유로;를 포함하고, 상기 고온 열매체 또는 상기 저온 열매체가 상기 제1 유로, 상기 전달 유로 및 상기 제2 유로를 순차적으로 거치는 경우, 상기 전달 유로가 상기 접촉부를 가열 또는 냉각하고, 상기 접촉부와 맞닿은 상기 발포 비드가 가열 또는 냉각되어 상기 발포 비드가 유리화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 홈부는 U자 형상을 지닌 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 커버부 및 상기 접촉부를 관통하여 삽입되어 상기 접촉부의 온도를 감지하는 온도센서부;를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 커버부 및 상기 접촉부를 관통하여 삽입되는 흡입부;를 더 포함하고, 상기 흡입부는, 상기 접촉부의 내측면과 상기 발포 비드 사이에 배치된 스킨층을 상기 접촉부의 외측면 방향으로 흡입하여, 상기 스킨층이 상기 접촉부의 내측면에 밀착되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 흡입부는, 메인 배관부; 상기 메인 배관부에 연결되는 분기 소켓부; 및 상기 분기 소켓부의 양단에서 각각 연결되되, 상기 접촉부에 관통하여 삽입되는 한 쌍의 보조 배관부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 접촉부의 내측면에는 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되는 한 쌍의 흡입홀이 형성되고, 상기 한 쌍의 보조 배관부의 선단은 각각 상기 한 쌍의 흡입홀에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 고온 열매체는 고온의 오일이고, 상기 저온 열매체는 저온의 오일인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 커버부와 상기 접촉부는 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 커버부의 외측면에는 한 쌍의 니플부가 결합되고, 상기 한 쌍의 니플부는 각각 상기 제1 유로 및 상기 전달 유로를 잇고, 상기 제2 유로 및 상기 전달 유로를 잇는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 상기 전달 유로의 재질은 동 혹은 스테인리스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 국부적으로 배치된 접촉부와 맞닿은 발포 비드를 유리화시킬 수 있어 종래의 발포 비드 전체를 유리화하여야 했던 문제를 해결할 수 있다. 이로 인해, 공정 시간이 단축되고 생산성이 향상되는 장점이 있다. 또한, 다른 부품과 맞닿아 마찰음이 발생되는 부분만 유리화를 진행하여 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, U자 형상의 전달 유로 및 전달 유로가 삽입되는 접촉부의 홈부의 구성으로 인해, 접촉 시간을 증대시켜 가열 또는 냉각시간을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 동 또는 스테인레스 재질의 전달 유로로 인해, 가열 또는 냉각 효율이 증대된다. 이로 인해, 완성된 경량화 소재 제품의 유리화 품질이 극대화될 수 있는 장점이 있다.
또한, 유리화 진행과 동시에 발포 비드의 융착이 진행되므로 공정 시간이 단축되어 효율 및 생산성이 증대되는 장점이 있다.
또한, 고온 열매체 순환 밸브 및 저온 열매체 순환 밸브를 통해 잔여 고온 열매체 및 저온 열매체를 제거함으로 유리화 품질을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 흡입부가 스킨층을 흡입하여 고정하게 되므로, 스킨을 씌우는 공정에 있어서, 완성된 경량화 소재의 제품의 품질이 증대되는 장점이 있다.
도 1은 종래의 경량화 소재 성형 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 경량화 소재 성형 장치의 전체 회로도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 제품 금형부 부근을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 글레이징부 부근을 확대하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 글레이징부를 분해하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 경량화 소재 성형 장치의 제품 금형부 부근을 확대하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 경량화 소재 성형 장치의 글레이징부의 내측면에 스킨층이 결합되는 모습을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 통상의 실시자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 회로도이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 구성 및 이에 따른 효과를 살핀다.
본 발명에 의한 경량화 소재의 성형 장치는 금형 유닛(100), 히팅 유닛(200) 및 쿨링 유닛(300)을 포함한다.
금형 유닛(100)은 금형부(110), 제품 금형부(120), 가열부(130), 냉각부(140), 배출부(150) 및 글레이징부(160)를 구비한다.
금형부(110)는 이동 금형 및 고정 금형이 합형되어 구성되며, 금형부(110) 내의 제품 금형부(120)는 제작하고자 하는 경량화 소재의 형상에 대응되는 형상을 지니는 것으로, 발포 비드가 배치된다. 가열부(130)는 스팀을 금형부(110)로 유입시키며, 밸브를 통해 유입이 조절된다. 또한, 냉각부(140)는 냉각수를 금형부(110)로 유입시키며, 밸브를 통해 유입이 조절된다.
제품 금형부(120)에 발포 비드가 배치되고, 가열부(130)를 통해 유입된 스팀이 제품 금형부(120)에 열을 가하고, 냉각부(140)를 통해 유입된 냉각수가 제품 금형부(120)에 냉각을 가하면, 발포 비드 간 융착이 발생되어 제품 금형부(120)의 형상을 지닌 발포 성형체가 완성된다.
금형부(110) 내의 제품 금형부(120)의 가열 및 냉각을 마친 스팀 및 냉각수는 배출부(150)를 통해 외부로 배출된다.
글레이징부(160)에 관한 설명은 후술하도록 한다.
본 발명에서는 금형 유닛(100)을 통해 경량화 소재가 융착됨과 동시에, 히팅 유닛(200) 및 쿨링 유닛(300)을 통해 경량화 소재의 유리화를 동시에 시키며, 국부적으로 원하는 위치에 유리화를 시킬 수 있다.
본 발명에 의한 히팅 유닛(200)은 히팅 본체(210), 제1 유로(220), 제2 유로(230), 제3 유로(240), 히팅 탱크(250), 제4 유로(260), 히팅 바이패스 유로(270)를 구비한다.
히팅 본체(210)는 고온의 열매체(20)를 발생시킨다. 또한, 후술하겠지만, 제품 금형부(120)를 가열한 고온의 열매체(20)가 순환되어 다시 유입된다.
제1 유로(220)는 일단이 히팅 본체(210)와 연결되고, 타단이 제품 금형부(120)와 연결된다. 또한, 제1 유로(220)는 제품 금형부(120)를 기점으로 제2 유로(230)와 연결된다. 이에 관한 설명은 도 3에서 후술하도록 한다.
제2 유로(230)는 일단이 제품 금형부(120)와 연결되고, 타단이 히팅 탱크(250)와 연결된다.
제1 유로(220)의 일 지점에는 고온 열매체 공급 밸브(221)가 형성되고, 제2 유로(230)의 일 지점에는 고온 열매체 배출 밸브(231)가 형성된다.
따라서, 제품 금형부(120)를 가열하고자 하는 경우에는, 고온 열매체 공급 밸브(221) 및 고온 열매체 배출 밸브(231)가 개방되어 고온 열매체(20)가 순환되도록 한다. 이와는 반대로, 제품 금형부(120)를 냉각하고자 하는 경우에는, 저온 열매체(30)가 순환될 수 있도록 고온 열매체 공급 밸브(221) 및 고온 열매체 배출 밸브(231)가 폐쇄된다. 이러한 구조로 인해, 선택적으로 고온 열매체(20)를 순환시킬 수 있는 구조가 형성된다.
제3 유로(240)는 제1 유로(220)에서 분기되고, 히팅 탱크(250)와 연결된다. 또한, 제3 유로(240)의 일 지점에는 고온 열매체 순환 밸브(241)가 형성된다.
제품 금형부(120)를 가열하고자 하는 경우에는 고온 열매체 순환 밸브(241)가 폐쇄되고, 제품 금형부(120)를 냉각하고자 하는 경우에는 고온 열매체 순환 밸브(241)가 개방되는 것이 바람직하다. 이때, 제3 유로(240)가 제1 유로(220)에서 분기되는 지점은 고온 열매체 공급 밸브(221) 이전인 것이 바람직하다.
제3 유로(240)는 히팅 본체(210)로부터 발생된 고온 열매체(20)가 히팅 탱크(250)로 유입될 수 있게 한다. 제품 금형부(120)를 가열할 때는 히팅 본체(210)로부터 발생된 고온 열매체(20)를 최대한 제품 금형부(120)에 많이 이송하여야 한다. 따라서, 고온 열매체 순환 밸브(241)의 폐쇄를 통해 유리화 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.
이와 반대로, 제품 금형부(120)를 냉각시킬 때는 후술할 쿨링 유닛(300)에서 발생된 저온 열매체(30)가 제품 금형부(120)에 유입되어야 하므로, 온도를 높이는 고온 열매체(20)가 제1 유로(220)에 유입될수록 유리화 성능이 낮아지게 된다. 이에, 고온 열매체 순환 밸브(241)를 개방하게 된다.
따라서, 고온 열매체 공급 밸브(221)를 폐쇄할 때, 고온 열매체 공급 밸브(221)와 히팅 본체(210) 사이에 잔여하는 고온 열매체(20)를 히팅 탱크(250)로 이송하게 된다. 즉, 제3 유로(240)에 형성된 고온 열매체 순환 밸브(241)의 개방 및 폐쇄로 유리화된 경량화 소재의 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
제4 유로(260)의 일단은 히팅 탱크(250)와 연결되고, 타단은 히팅 본체(210)와 연결된다. 이로 인해, 제품 금형부(120)를 거친 고온 열매체(20) 및 제3 유로(240)를 통해 유입된 잔여의 고온 열매체(20)가 히팅 탱크(250)에 유입되고, 히팅 탱크(250)에 저장된 고온 열매체(20)는 히팅 본체(210)에 유입되어 재사용이 가능하게 되어 유리화 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
제2 유로(230)에 형성된 고온 열매체 배출 밸브(231) 부근에는, 제2 유로(230)에서 분기된 히팅 바이패스 유로(270)가 형성되고, 히팅 바이패스 유로(270)의 일 지점에는 저온 열매체 차단 밸브(271)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제품 금형부(120)가 가열되는 경우에는 저온 열매체 차단 밸브(271)가 개방되고, 제품 금형부(120)가 냉각되는 경우에는 저온 열매체 차단 밸브(271)가 폐쇄된다.
위와 같은 바이패스(bypass) 구성으로 인해, 고온 열매체(20)가 이송될 때 저온 열매체(30)의 유입을 방지할 수 있어 유리화된 경량화 소재의 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
본 발명에 의한 쿨링 유닛(300)은 쿨링 본체(310), 제5 유로(320), 제6 유로(330), 제7 유로(340), 쿨링 탱크(350), 제8 유로(360) 및 쿨링 바이패스 유로(370)를 구비한다.
쿨링 본체(310)는 저온의 열매체(30)를 발생시킨다. 또한, 후술하겠지만, 제품 금형부(120)를 냉각한 저온의 열매체(30)가 순환되어 다시 유입된다.
제5 유로(320)는 일단이 쿨링 본체(310)와 연결되고, 타단이 제품 금형부(120)와 연결된다. 또한, 제5 유로(320)는 제1 유로(220)에서 분기된 형상이 바람직하며, 쿨링 본체(310)에서 발생된 저온 열매체(30)는 제5 유로(320)를 거쳐 제1 유로(220)에 유입되고, 제품 금형부(120)를 거친 저온 열매체(30)는 제2 유로(230) 및 제6 유로(330)를 거쳐 쿨링 본체(310)로 유입된다.
이때, 도면 부호 40으로 유체의 흐름을 별도로 구별한 것은, 제1 유로(220)에 고온 열매체(20) 또는 저온 열매체(30)가 모두 유동할 수 있다는 것을 표현하기 위함이다.
제6 유로(330)는 일단이 제2 유로(230)에서 분기되고, 타단이 쿨링 탱크(350)와 연결된다.
제5 유로(320)의 일 지점에는 저온 열매체 공급 밸브(321)가 형성되고, 제6 유로(330)의 일 지점에는 저온 열매체 배출 밸브(331)가 형성된다.
따라서, 제품 금형부(120)를 냉각하고자 하는 경우에는, 저온 열매체 공급 밸브(321) 및 저온 열매체 배출 밸브(331)가 개방되어 저온 열매체(30)가 순환되도록 한다. 이와는 반대로, 제품 금형부(120)를 가열하고자 하는 경우에는, 고온 열매체(20)가 순환될 수 있도록 저온 열매체 공급 밸브(321) 및 저온 열매체 배출 밸브(331)가 폐쇄된다. 이러한 구조로 인해, 선택적으로 저온 열매체(30)를 순환시킬 수 있는 구조가 형성된다.
제7 유로(340)는 제5 유로(320)에서 분기되고, 쿨링 탱크(350)와 연결된다. 또한, 제7 유로(340)의 일 지점에는 저온 열매체 순환 밸브(341)가 형성된다.
제품 금형부(120)를 냉각하고자 하는 경우에는 저온 열매체 순환 밸브(341)가 폐쇄되고, 제품 금형부(120)를 가열하고자 하는 경우에는 저온 열매체 순환 밸브(341)가 개방되는 것이 바람직하다. 이때, 제7 유로(340)가 제5 유로(320)에서 분기되는 지점은 저온 열매체 공급 밸브(321) 이전인 것이 바람직하다.
제7 유로(340)는 쿨링 본체(310)로부터 발생된 저온 열매체(30)가 쿨링 탱크(350)로 유입될 수 있게 한다. 제품 금형부(120)를 냉각할 때는 쿨링 본체(310)로부터 발생된 저온 열매체(30)를 최대한 제품 금형부(120)에 많이 이송하여야 한다. 따라서, 저온 열매체 순환 밸브(341)의 폐쇄를 통해 쿨링 탱크(350)로 유입되는 저온 열매체(30)를 차단하여 유리화 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.
이와 반대로, 제품 금형부(120)를 가열할 때는 히팅 유닛(200)에서 발생된 고온 열매체(20)가 제품 금형부(120)에 유입되어야 하므로, 온도를 낮추는 저온 열매체(30)가 제1 유로(220)에 유입될수록 유리화 성능이 낮아지게 된다. 이에, 저온 열매체 순환 밸브(341)를 개방하게 된다.
따라서, 저온 열매체 공급 밸브(321)를 폐쇄할 때, 저온 열매체 공급 밸브(321)와 쿨링 본체(310) 사이에 잔여하는 저온 열매체(30)를 쿨링 탱크(350)로 이송하게 된다. 즉, 제7 유로(340)에 형성된 저온 열매체 순환 밸브(341)의 개방 및 폐쇄로 유리화된 경량화 소재 제품의 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
제8 유로(360)의 일단은 쿨링 탱크(350)와 연결되고, 타단은 쿨링 본체(310)와 연결된다. 이로 인해, 제품 금형부(120)를 거친 저온 열매체(30) 및 제7 유로(340)를 통해 유입된 잔여의 저온 열매체(30)가 쿨링 탱크(350)에 유입되고, 쿨링 탱크(350)에 저장된 저온 열매체(30)는 쿨링 본체(310)에 유입되어 재사용이 가능하게 되어 유리화 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
제6 유로(330)에 형성된 저온 열매체 배출 밸브(331) 부근에는, 제6 유로(330)에서 분기된 쿨링 바이패스 유로(370)가 형성되고, 쿨링 바이패스 유로(370)의 일 지점에는 고온 열매체 차단 밸브(371)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제품 금형부(120)가 냉각되는 경우에는 고온 열매체 차단 밸브(371)가 개방되고, 제품 금형부(120)가 가열되는 경우에는 고온 열매체 차단 밸브(371)가 폐쇄된다.
위와 같은 바이패스(bypass) 구성으로 인해, 저온 열매체(30)가 이송될 때 고온 열매체(20)의 유입을 방지할 수 있어 유리화된 경량화 소재 제품의 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
고온 열매체(20)는 히팅 오일(oil)인 것이 바람직하고, 저온 열매체(30)는 쿨링 오일(oil)인 것이 바람직하다. 오일 형태이므로, 스팀이나 냉각수에 비해 제품 금형부(120)에 가해지는 압력이 작아 금형 유닛의 수명이 증대되는 장점이 있다. 또한, 작업 안전성이 증대되는 장점이 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 금형 유닛(100) 중 글레이징부(160)의 구성 및 효과를 설명한다.
본 발명에 의한 글레이징부(160)는 접촉부(161), 온도센서부(162), 커버부(163) 및 니플부(164)를 구비한다.
접촉부(161)는 제품 금형부(120)를 관통하며 삽입된다. 접촉부(161)의 내측면은 발포 비드와 맞닿고, 접촉부(161)의 외측면은 커버부(163)와 결합된다.
따라서, 접촉부(161)에 가열 또는 냉각이 가해지면, 접촉부(161)와 맞닿는 발포 비드에 가열 및 냉각이 전해지게 된다.
온도센서부(162)는 접촉부(161) 및 커버부(163)를 관통하며, 접촉부(161)의 온도를 측정할 수 있다. 이로 인해, 현재 발포 비드에 가해지는 온도를 측정할 수 있게 된다. 온도센서부(162)에 의해 측정된 온도를 통해 히팅 유닛(200) 및 쿨링 유닛(300)의 밸브의 개방 및 폐쇄를 결정할 수 있고, 이에 관한 설명은 후술하도록 한다.
커버부(163)는 접촉부(161)와 결합된다. 또한, 제1 유로(220) 및 제2 유로(230)가 커버부(163)를 관통하게 된다. 따라서, 커버부(163)는 접촉부(161), 제1 유로(220) 및 제2 유로(230)를 보호하는 역할을 하게 된다. 이로 인해, 성형 장치의 수명이 증대되는 효과가 있다.
이때, 커버부(163)는 접촉부(161)와 탈착 가능하도록 결합되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 접촉부(161)의 수명이 다하면, 손쉽게 교체할 수 있어 작업 효율이 증대되는 장점이 있다.
니플부(164)는 한 쌍으로 구비되며, 커버부(163)에 결합된다. 어느 하나의 니플부(164)는 제1 유로(220)와 연결되고, 다른 하나의 니플부(164)는 제2 유로(230)와 연결된다.
니플부(164)의 구성으로 인해, 제1 유로(220) 및 제2 유로(230)가 해당 위치에서 고정되므로, 유리화 과정 중에서 유로가 뒤틀리는 현상을 미리 방지할 수 있다.
제1 유로(220) 및 제2 유로(230)의 선단은 커버부(163) 내에 결합된 전달 유로(700)와 각각 연결된다. 따라서, 제1 유로(220)로 유입된 고온 열매체(20) 또는 저온 열매체(30)는 전달 유로(700)를 거쳐 제2 유로(230)를 통해 커버부(163) 외부로 배출된다.
이러한 구조로 인해, 고온 열매체(20) 또는 저온 열매체(30)가 전달 유로(700)를 가열 또는 냉각하고, 가열 또는 냉각된 전달 유로(700)와 맞닿은 접촉부(161)는 가열 또는 냉각된다. 또한, 가열 또는 냉각된 접촉부(161)의 내측면과 맞닿은 발포 비드는 가열 또는 냉각되어 유리화되게 된다.
이때, 전달 유로(700)의 재질은 열 전도율이 높은 동 또는 스테인레스의 재질인 것이 바람직하다. 이로 인해, 가열 또는 냉각 효율이 증대되고, 완성된 경량화 소재 제품의 품질이 극대화 된다.
이때, 도 5를 참조하면, 접촉부(161)의 외측면에는 홈부(500)가 함몰되어 형성되며, 전달 유로(700)는 홈부(500)에 삽입되도록 홈부(500)에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이로 인해, 접촉부(161)와 커버부(163) 사이에 전달 유로(700)가 위치되고, 전달 유로(700)가 홈부(500)에 수용되어 고정되는 형상이 이루어진다. 이로 인해, 전달 유로(700)의 고정력이 증대되어 가열 또는 냉각 효율이 증대되고, 완성된 경량화 소재의 품질이 증대되는 효과가 있다.
이때, 홈부(500)는 U자 형상인 것이 바람직하다. 또한, 홈부(500)의 형상에 대응되도록 전달 유로(700) 또한 U자 형상인 것이 바람직하다.
전달 유로(700)가 U자 형상으로 선회하게 되면, 접촉부(161)와 맞닿는 전달 유로(700)의 면적을 극대화시킬 수 있게 된다. 이로 인해, 고온 열매체(20) 및 저온 열매체(30)가 접촉부(161)에 머무르는 시간이 증대되므로, 발포 비드에 가해지는 열 및 냉각 시간을 증대시킬 수 있어, 유리화된 경량화 소재의 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 경량화 소재의 성형 장치의 구성 및 효과를 설명한다.
다른 실시 예에 의한 성형 장치는 일 실시 예에 의한 성형 장치의 구성을 모두 포함하고, 흡입부(165)의 구성이 더 포함된다.
성형 장치를 이용하여 유리화를 하는 과정에서, 발포 비드와 성형 장치 사이에 스킨층(600)을 삽입하여 유리화 과정에서 발포 비드에 스킨을 덮어 씌우는 공정이 있다.
본 발명을 기준으로 하면, 제품 금형부(120)와 발포 비드 사이의 간극에 스킨층(600)을 삽입하고, 접촉부(161)를 통해 발포 비드와 스킨층(600)에 동시에 가열 및 냉각을 가하여 스킨을 덮어 씌우게 된다.
이때, 본 발명에서는 흡입부(165)의 구성으로 인해, 유리화 과정에서 스킨층(600)이 발포 비드에 견고하게 밀착되어 완성된 경량화 소재의 품질을 극대화시킬 수 있다.
흡입부(165)는 메인 배관부(1651), 분기 소켓부(1652), 보조 배관부(1653) 및 흡입 니플부(1654)를 구비한다.
메인 배관부(1651)는 분기 소켓부(1652)와 연결되며, 분기 소켓부(1652)의 양단에는 한 쌍의 보조 배관부(1653)가 분기되어 연결된다. 이때, 한 쌍으로 보조 배관부(1653)가 구비되기 때문에 스킨층(600)을 흡입하는 흡입력이 증대되는 장점이 있다.
보조 배관부(1653)의 일단은 분기 소켓부(1652)와 연결되고, 보조 배관부(1653)의 타단은 접촉부(161)에 관통하여 삽입된다.
이때, 보조 배관부(1653)가 관통하고, 접촉부(161)에 결합되는 흡입 니플부(1654)가 구비되며, 이는 보조 배관부(1653)의 고정력을 증대시키게 된다. 이는 니플부(164)와 유사한 역할을 한다.
메인 배관부(1651)와 연결된 미도시된 별도의 흡입 장치를 통해 흡입을 시작하면, 메인 배관부(1651)와 연결된 분기 소켓부(1652) 또한 흡입을 시작하게 된다. 이로 인해, 접촉부(161)와 맞닿은 스킨층(600)을 접촉부(161)의 내측면에서 외측면 방향으로 흡입하여 스킨층(600)이 접촉부(161)의 내측면에 밀착되도록 한다.
이로 인해, 스킨층(600)이 접촉부(161)와 발포 비드 사이에서 부유하지 않고, 고정된 상태에서 유리화가 진행되므로, 성형이 완료된 경량화 소재의 품질이 증대되는 장점이 있다.
이때, 접촉부(161)에는 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되는 한 쌍의 흡입홀(1611)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 흡입홀(1611)은 접촉부(161)의 내측면에서 개방되는 형상인 것이 바람직하다.
스킨층(600)이 흡입으로 인해 접촉부(161)와 맞닿는 과정에서, 보조 배관부(1653)의 단부가 스킨층(600)과 직접 맞닿게 되면, 보조 배관부(1653) 단부의 돌출된 부분으로 인해 스킨층(600)에 손상이 발생될 수 있다. 이로 인해, 완성된 경량화 소재의 품질이 저하될 수 있다.
이와 달리, 보조 배관부(1653)가 접촉부(161)의 일 지점까지만 삽입되고, 보조 배관부(1653)의 단부와 흡입홀(1611)이 연결되면, 간접적으로 스킨층(600)을 흡입시킬 수 있다. 이때, 흡입홀(1611)은 돌출되어 스킨층(600)을 가압하지 않게 되므로, 스킨층(600)에 손상이 덜 가해지게 된다. 이로 인해, 완성된 경량화 소재의 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
본 발명에는 분기부(400)의 구성이 더 포함될 수 있다. 또한, 글레이징부(160)는 도 2와 같이 복수 개가 형성될 수 있다.
분기부(400)는 제1 유로(220)의 일 지점에 형성되는 제1 분기부(410) 및 제2 유로(230)의 일 지점에 형성되는 제2 분기부(420)를 구비한다(도 2 참조).
제1 분기부(410)를 기점으로, 제1 유로(220)는 병렬로 분기되어 복수 개의 글레이징부(160)에 각각 연결되게 된다. 이로 인해, 히팅 본체(210)에서 발생되는 고온 열매체(20)가 복수 개의 글레이징부(160)에 각각 분배될 수 있어, 유리화를 동시에 수행할 수 있게 된다.
이와 마찬가지로, 복수 개로 분기된 제1 유로(220)는 각각 복수 개의 제2 유로(230)와 연결되고, 복수 개의 제2 유로(230)는 제2 분기부(420)에서 하나로 모일 수 있게 된다. 따라서, 고온 열매체(20)는 복수 개의 글레이징부(160)를 각각 순환하고 거쳐 한번에 모인 뒤 다시 히팅 본체(210)로 회수된다.
이때, 저온 열매체(30) 또한 동일한 원리로 분기되고 모일 수 있으며, 중복 설명을 방지하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
본 발명과 같이 발포 비드 중 유리화하고자 하는 부분에 글레이징부(160)를 형성하고, 접촉부(161)를 발포 비드와 맞닿게 한다. 이후, 고온 열매체(20)를 순환시켜 접촉부(161)를 가열하고, 가열된 접촉부(161)는 발포 비드의 표면을 가열하게 된다. 이후, 저온 열매체(30)를 순환시켜 접촉부(161)를 냉각하면, 냉각된 접촉부(161)는 발포 비드의 표면을 냉각하게 된다.
이때, 전술한 가열부(130)에서 발생되는 스팀을 통해 제품 금형부(120) 전체가 가열되고, 냉각부(140)에서 발생되는 냉각수를 통해 제품 금형부(120) 전체가 냉각되어 발포 비드가 융착되는 과정을 거친다.
따라서, 발포 비드를 융착시키는 과정과 유리화하고자 하는 발포 비드의 표면 부분의 유리화가 동시에 진행된다. 또한, 종래와는 달리, 국부적인 위치에 유리화를 진행시킬 수 있으므로, 작업 효율이 증대되고, 생산 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 성형 장치를 이용하여 표면이 유리화된 경량화 소재의 제조 단계를 살핀다.
먼저, 금형부(110)의 합형, 발포 비드 충진, 가압 및 가열부(130) 및 냉각부(140)를 통한 제품 금형부(120)의 가열 및 냉각은 종래와 같이 수행되며, 중복 설명을 방지하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
이와 동시에, 고온 열매체 공급 밸브(221) 및 고온 열매체 배출 밸브(231)를 개방시켜 접촉부(161)에 고온 열매체(20)를 순환시킨다. 이로 인해, 접촉부(161)가 가열되어 접촉부(161)가 맞닿는 발포 비드의 표면이 가열된다.
이때, 금형부(110)의 합형 시점부터 고온 열매체 공급 밸브(221) 및 고온 열매체 배출 밸브(231)를 개방시키는 것이 바람직하다. 즉, 동시 작동이 수행되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 가열시간을 단축하여 생산성 향상이 발생되는 효과를 발생시킨다.
이때, 히팅 유닛(200)의 고온 열매체 순환 밸브(241)는 폐쇄, 저온 열매체 차단 밸브(271)는 개방되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 전술한 바와 같이 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
이후, 온도센서부(162)가 접촉부(161)의 온도를 감지하여 기 설정된 상한 온도 이상임을 감지하면, 미도시된 중앙 제어부에 이에 관한 정보를 전달하게 된다. 기 설정된 상한 온도 이상 가열될 경우 유리화된 표면 품질이 떨어지기 때문이다.
이때, 미도시된 중앙 제어부의 제어를 통해 고온 열매체 공급 밸브(221), 고온 열매체 배출 밸브(231) 및 저온 열매체 차단 밸브(271)가 폐쇄된다. 또한, 고온 열매체 순환 밸브(241)는 개방된다.
이로 인해, 고온 열매체(20)는 더 이상 순환할 수 없게 된다. 또한, 잔여 고온 열매체(20)는 개방된 고온 열매체 순환 밸브(241)를 통해 히팅 탱크(250)를 거쳐 히팅 본체(210)로 회수되어 저온 열매체(30)가 섞이지 않도록 한다.
이와 동시에, 저온 열매체 공급 밸브(321) 및 저온 열매체 배출 밸브(331) 를 개방시켜 접촉부(161)에 저온 열매체(30)를 순환시킨다. 이로 인해, 접촉부(161)가 냉각되어 접촉부(161)가 맞닿는 발포 비드의 표면이 냉각된다.
이때, 냉각 유닛(300)의 저온 열매체 순환 밸브(341)는 폐쇄, 고온 열매체 차단 밸브(371)는 개방되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 전술한 바와 같이 표면 품질을 극대화시킬 수 있게 된다.
이후, 온도센서부(162)가 접촉부(161)의 온도를 감지하여 기 설정된 하한 온도 이하임을 감지하면, 미도시된 중앙 제어부에 이에 관한 정보를 전달하게 된다. 기 설정된 하한 온도 이하로 냉각될 경우 유리화된 표면 품질이 떨어지기 때문이다.
이때, 미도시된 중앙 제어부의 제어를 통해 저온 열매체 공급 밸브(321), 저온 열매체 배출 밸브(331) 및 고온 열매체 차단 밸브(371)가 폐쇄된다. 또한, 저온 열매체 순환 밸브(341)는 개방된다.
이로 인해, 저온 열매체(30)는 더 이상 순환할 수 없게 된다. 또한, 잔여 저온 열매체(30)는 개방된 저온 열매체 순환 밸브(341)를 통해 쿨링 탱크(350)를 거쳐 쿨링 본체(310)로 회수되어 고온 열매체(20)가 섞이지 않도록 한다.
위와 같은 가열 및 냉각을 통해 접촉부(161)와 맞닿은 발포 비드를 유리화시킬 수 있으며, 종래의 마찰음으로 인해 발생되는 문제를 줄일 수 있게 된다.
또한, 종래와는 달리 국부적으로 유리화를 진행할 수 있으므로, 공정 시간이 단축되어 효율 및 생산성이 증대되며, 다른 부품과 맞닿아 마찰음이 발생되는 부분만 유리화를 진행하여 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 유리화 진행과 동시에 발포 비드의 융착이 진행되므로 공정 시간이 단축되어 효율 및 생산성이 증대되는 장점이 있다.
설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
20:고온 열매체, 30:저온 열매체,
100:금형 유닛, 110:금형부,
120:제품 금형부, 130:가열부,
140:냉각부, 150:배출부,
160:글레이징부, 161:접촉부,
1611:흠입홀, 162:온도센서부,
163:커버부, 164:니플부,
165:흡입부, 1651:메인 배관부,
1652:분기 소켓부, 1653:보조 배관부,
1654:흡입 니플부, 200:히팅 유닛,
210:히팅 본체, 220:제1 유로,
221:고온 열매체 공급 밸브, 230:제2 유로,
231:고온 열매체 배출 밸브, 240:제3 유로,
241:고온 열매체 순환 밸브, 250:히팅 탱크,
260:제4 유로, 270:히팅 바이패스 유로,
271:저온 열매체 차단 밸브, 300:쿨링 유닛,
310:쿨링 본체, 320:제5 유로,
321:저온 열매체 공급 밸브, 330:제6 유로,
331:저온 열매체 배출 밸브, 340:제7 유로,
341:저온 열매체 순환 밸브, 350:쿨링 탱크,
360:제8 유로, 370:쿨링 바이패스 유로,
371: 고온 열매체 차단 밸브, 400:분기부,
410:제1 분기부, 420:제2 분기부.
500:홈부, 600:스킨층,
700:전달 유로.

Claims (10)

  1. 발포 비드가 배치되는 제품 금형부;
    상기 제품 금형부의 표면에 관통되어 삽입되되, 내측면에 상기 발포 비드가 맞닿는 접촉부;
    상기 접촉부의 외측면에 함몰되어 형성되는 홈부;
    상기 접촉부의 외측면에 결합되는 커버부;
    고온 열매체 또는 저온 열매체가 흐르되, 상기 커버부를 관통하는 제1 유로;
    상기 고온 열매체 또는 상기 저온 열매체가 흐르되, 상기 커버부를 관통하는 제2 유로; 및
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 잇되, 상기 홈부에 삽입되도록 상기 홈부에 대응되는 형상으로 형성된 전달 유로;를 포함하고,
    상기 고온 열매체 또는 상기 저온 열매체가 상기 제1 유로, 상기 전달 유로 및 상기 제2 유로를 순차적으로 거치는 경우, 상기 전달 유로가 상기 접촉부를 가열 또는 냉각하고,
    상기 접촉부와 맞닿은 상기 발포 비드가 가열 또는 냉각되어 상기 발포 비드가 유리화되는 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 U자 형상을 지닌 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커버부 및 상기 접촉부를 관통하여 삽입되어 상기 접촉부의 온도를 감지하는 온도센서부;를 더 포함하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커버부 및 상기 접촉부를 관통하여 삽입되는 흡입부;를 더 포함하고,
    상기 흡입부는,
    상기 접촉부의 내측면과 상기 발포 비드 사이에 배치된 스킨층을 상기 접촉부의 외측면 방향으로 흡입하여, 상기 스킨층이 상기 접촉부의 내측면에 밀착되도록 하는 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡입부는,
    메인 배관부;
    상기 메인 배관부에 연결되는 분기 소켓부; 및
    상기 분기 소켓부의 양단에서 각각 연결되되, 상기 접촉부에 관통하여 삽입되는 한 쌍의 보조 배관부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접촉부의 내측면에는 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되는 한 쌍의 흡입홀이 형성되고,
    상기 한 쌍의 보조 배관부의 선단은 각각 상기 한 쌍의 흡입홀에 결합되는 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고온 열매체는 고온의 오일이고,
    상기 저온 열매체는 저온의 오일인 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커버부와 상기 접촉부는 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커버부의 외측면에는 한 쌍의 니플부가 결합되고,
    상기 한 쌍의 니플부는 각각 상기 제1 유로 및 상기 전달 유로를 잇고, 상기 제2 유로 및 상기 전달 유로를 잇는 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전달 유로의 재질은 동 혹은 스테인리스인 것을 특징으로 하는 간접 가열 방식의 국부적인 표면 유리화가 가능한 경량화 소재의 성형 장치.
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