KR20230036315A - 3d 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법 - Google Patents
3d 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 본 발명은 3D프린터를 이용하여 다수의 금형을 소량 생산할 수 있는 QDM(Quick Delivery Mold)를 제조하되, 표준 화된 부분은 기계가공 및 직접식 방법으로 제작하고 제품 성형을 위한 코어는 고성능 플라스틱을 재료로 하여 간 접식 방법으로 제작함으로 후처리 공정을 최소화하고 정밀도가 우수하며 납기와 비용을 크게 단축할 수 있는 3D 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 3D 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법에 관한 것이다.
쾌속 금형이라고도 불리는 QDM(Quick Delivery Mold, 쾌속금형)은 개발하고자 하는 제품의 성능을 신속하게 평 가하기 위해 양산 금형과 대응되는 신속 시작 금형을 의미하였으나, 현재 어떤 공구나 금형을 빠르게 만들 수 있는 모든 금형을 지칭하는 데 사용된다.
QDM의 통상적인 의미는 기존 방법과 비교하여 매우 빠르고 효율적으로 완제품과 동일한 재료와 형상을 가진 성 형물을 제작하는 것으로 정의되며, 최근 다양한 신기술에 의한 쾌속조형(Rapid Prototyping) 기술의 출현에 힘 입어 쾌속조형 장비를 이용한 Tool 제작 기술의 의미로도 많이 사용된다.
이러한 QDM은 설계평가를 위한 시작품(Concept Molder), 기능검사를 위한 시제품 (Functional Prototype), 역 설계공학 (Reverse Engineering) 분야에서 많이 활용되고 있으며, 3차원 형상의 제품을 컴퓨터 프로그램상에서 여러 변수를 고려하여 설계 및 검토하였더라도 실물로 제작하지 않은 상태에서는 실질적으로 디자인, 기능, 성 능 등의 평가요소를 확인 및 검증하기 어렵다는 점에서 그 유용성이 매우 높아 제조업 분야에서 그 활용이 증가 하고 있다.
최근 QDM 기술분야는 단순조형을 넘어 제품의 성형 및 주형을 고려한 형틀의 제작에까지 그 응용 범위를 확대함 으로써 유망한 차세대 생산 가공 기술로서 주목을 받고 있다. 미래의 제품생산은 소량 다품종이라는 다양성에 기반을 두고 이루어질 가능성이 커 QDM은 창조적인 아이디어의 제품을 빠르게 검증할 수 있는 혁신적인 소량 다 품종에 유리한 제품 생산 방식이 될 것으로 전망된다.
하지만, 기존의 QDM은 금속 재료를 기반으로 하기 때문에 제작 비용과 납기의 단축에 한계가 있었다. 이러한 문 제점을 해결하기 위해 3D 프린팅 기술의 접목이 시도되고 있지만, 여전히 금속재료를 기반으로 한다는 점에서 비용과 납기측면에서 충분한 경쟁력을 확보하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 금속재료 기반의 QDM 부품 제작 기술의 단점을 보완할 수 있도록 표준화된 부품은 기계가공 및 직접식 방법으로 제작하고 제품 성형 을 위한 코어는 고성능 플라스틱을 재료로 하여 간접식 방법으로 제작함으로 후처리 공정을 최소화하고 정밀도 가 우수하며 납기와 비용을 단축할 수 있는 3D 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 금형 코어 제작방법에 있어서, 코어의 소재가 될 합성수지 재료를 준비하는 단계; 금형 설계 정보를 입력하는 단계; 입력된 금형 설계 정보를 기반으로 3D 프린터를 통해 코어를 가공·생 산하는 단계; 생산된 코어를 후 가공하는 단계; 후 가공된 코어의 표면에 열전도가 우수한 금속재질의 제1코팅 층을 형성하는 단계; 상기 제1코팅층에 열 완충역할을 하는 제2코팅층을 형성하는 단계; 상기 제2코팅층에 내식 성 및 내마모성을 갖는 제3코팅층을 형성하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 사출성형장치의 금형제작 및 설치의 어려움을 해결하기 위해 3D 프린팅을 통해 금형 코어를 제작하되 합성수지재료를 사용함으로 다양한 형태를 갖는 금형 코어를 정밀하고 신속하게 제작할 수 있다.
또한, 고온의 사출공정에서도 코어에 무리가 가지 않도록 후처리와 함께 완충역할 및 내마모성과 이형성을 향상 시키는 코팅층을 형성함으로 금형 코어의 내구성과 함께 성형물의 품질을 높일 수 있다.
특히 3D 프린터를 이용함으로 최적의 냉각채널을 도출함으로, 금형의 제조 후에도 사출성형 중 냉각성능의 향상 으로 제품의 양산시간의 기존대비 현저한 감소가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명을 통해 제작된 금형 코어의 구조를 나타낸 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 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. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정을 나타낸 순서도로서, 본 발명은 기본적으로 일곱 단계를 통해 진행이 된다. 이와 같은 단계의 구분은 발명의 취지를 설명하는데 용이하도록 한 예시로서 취지를 벗어나지 않 는 범위 내에서 일곱이라는 단계수는 적절히 가감될 수 있다.
본 발명을 위한 첫 번째 단계(S 110)에서는 금형 코어의 소재가 될 합성수지 재료를 준비한다. 본 발명에 서는 종래의 금속 재료가 아닌 합성수지재료를 이용함으로 가공성을 극대화하여 매우 신속한 금형 코어의 가공 이 이루어지도록 한다. 이때 소재가 될 합성수지 재료는 코어의 용도 및 사용조건에 따라 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 단일의 소재를 사용하거나 필요시 2 이상의 재료를 혼합하여 사용할 수도 있다.
재료가 준비되면 다음 두 번째 단계(S 120)에서는 제조될 금형 설계 정보를 입력 3D 프린터로 입력하게 된다. 3D 프린터는 통상 CAD를 비롯한 다양한 설계 프로그램과 연동함에 따라 별도 내지는 자체적으로 구비된 컴퓨터 를 통해 설계 파일을 입력하는 형태로 진행된다.
또한, 이 단계에서는 고온의 사출공정 진행시 금형의 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 최적의 냉각채널을 위한 설계 정보를 입력하게 된다. 종래에는 3D 프린터를 이용하지 않거나 금속재료를 이용함으로 이러한 냉각채 널을 형성하는데 제조상의 한계가 있었으나, 본 발명에서는 3D 프린터를 이용함으로 다양하고 복잡한 냉각채널 도 어렵지 않게 형성할 수 있다.
다음 세 번째 단계(S 130)에서는 상기 두 번째 단계(S 120)에서 입력된 금형 설계 정보를 기반으로 3D 프린터를 통해 코어를 가공·생산하게 된다. 다양한 종류의 3D 프린터가 존재하며 본 발명에서는 앞서 첫 번째 단계(S 110)에서 준비된 재료를 노즐을 통해 분사하는 방식으로 코어가 만들어지게 된다.
네 번째 단계(S 140)에서는 생산된 코어를 후가공하게 된다. 최근 3D 프린터의 성능이 매우 개선되었다고 하나 분사 방식으로 입체구조를 형성하는 구조적인 특성상 3D 프린터를 통해 만들어진 코어는 표면적인 부분이 나 정밀도에서 다소간의 보완을 필요로하기 마련이다. 이에 연마나 폴리싱 등의 후처리를 통해 이러한 보완작업 을 수행할 수 있다.
본 발명의 다섯 번째 단계(S 150)에서는 후 가공된 코어의 표면에 열전도가 우수한 금속재질의 제1코팅층을 형 성한다. 사출성형에서는 고온으로 용융된 재료를 금형내로 사출하게 되므로 고온의 성형재료로부터 금형으로 직 접적인 온도가 가해 진다. 이때 금형의 열팽창계수에 따른 미세한 수축·팽창에 따른 표면 박리가 발생하는 경 우가 많으며, 특히 본 발명에서는 플라스틱과 같은 합성수지제를 통해 금형을 제작함에 있어 이러한 고온환경에 더 취약성을 갖는다.
이에 상기 제1코팅층(110)은 이러한 온도차이에 의한 완충 효과를 갖도록 열전도율이 우수한 금속, 예를 들어 구리나 알루미늄과 같은 금속을 사용하여 형성함으로 사출재료와 금형 사이에서 버퍼기능을 하게 된다.
이후 여섯 번째 단계(S 160)에서는 상기 제1코팅층(110)과 최종 코팅층에 해당하는 제3코팅층(130) 사이에서 온 도 차이에 따른 재완충역할을 하는 제2코팅층(120)을 형성하게 되고, 다음 일곱 번째 단계(S 170)에서는 상기 제2코팅층(120)에 내식성 및 내마모성을 갖는 제3코팅층(130)을 형성하게 된다.
먼저, 일곱 번째 단계(S 170)에서 형성되는 제3코팅층(130)의 경우 실질적으로 사출재료와 닿으면서 코어의 표 면을 이루게 되므로, 코어의 내구성에 가장 큰 영향을 미치는 코팅층이라 할 수 있다. 또한, 이형성 즉 사출성 형을 통해 형성된 제품이 쉽게 떨어질 수 있는 특성이 요구된다. 이에 따라 내식성, 내마모성이 뛰어나며 형성 된 표면이 매끄러운 재질의 금속으로 형성되며 대표적인 예로 크롬을 들 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 슬래브(slab)의 신축을 효과적으로 수용하고, 물의 침투를 저지함과 동시에, 침투가 이루어지면 용이하게 배수될 수 있을 뿐만 아니라, 차량이 주행할 때 소음이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100 : 금형
110 : 제1코팅층
120 : 제2코팅층
130 : 제3코팅층
110 : 제1코팅층
120 : 제2코팅층
130 : 제3코팅층
Claims (2)
- 금형 코어 제작방법에 있어서,
코어의 소재가 될 합성수지 재료를 준비하는 단계;
냉각채널을 포함한 금형 설계 정보를 입력하는 단계;
입력된 금형 설계 정보를 기반으로 3D 프린터를 통해 코어를 가공·생산하는 단계; 생산된 코어를 후 가공하는 단계;
포함하는 3D 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법.
- 청구항 1에 있어서,
후 가공된 코어의 표면에 구리 또는 알루미늄 중 선택되는 금속재질의 제1코팅층을 형성하는 단계;
상기 제1코팅층에 상기 제1코팅층과 비교하여 낮은 열전도율을 갖는 금속으로 이루어져 열 완충역할을 하는 제2 코팅층을 무전해 도금 방식을 통해 형성하는 단계;
상기 제2코팅층에 내식성 및 내마모성을 갖는 크롬으로 이루어진 제3코팅층을 형성하는 단계; 로 이루어 지는 것인 3D 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법.
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ID=85502431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210119025A KR20230036315A (ko) | 2021-09-07 | 2021-09-07 | 3d 프린터를 이용한 알루미늄 사출용 금형 코어 제작방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230036315A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101467978B1 (ko) | 2013-08-19 | 2014-12-03 | 포항공과대학교 산학협력단 | 3차원프린터에 의해 제조된 금형을 이용한 분말사출성형장치 및 그에 의한 분말사출성형방법 |
-
2021
- 2021-09-07 KR KR1020210119025A patent/KR20230036315A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101467978B1 (ko) | 2013-08-19 | 2014-12-03 | 포항공과대학교 산학협력단 | 3차원프린터에 의해 제조된 금형을 이용한 분말사출성형장치 및 그에 의한 분말사출성형방법 |
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