KR20230079486A - 도구 또는 도구 부품, 이러한 도구 또는 도구 부품을 포함하는 시스템, 이러한 도구 또는 도구 부품을 제조하는 방법 및 펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하는 방법 - Google Patents

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존 앤더슨
우도 보그트
데이비드 에이. 피어스
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셀위즈 에이비
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Abstract

본 명세서에는 펄프 슬러리(pulp slurry)로부터 제품을 몰딩하는(molding) 공정에서 사용하기 위한 도구 또는 도구 부품이 개시된다. 상기 도구 또는 도구 부품은 제품에 접촉하기 위한 제품면과 제품면에 대한 벽의 반대측의 배면을 가지는 자체지지 도구 벽 부분을 포함한다.

Description

도구 또는 도구 부품, 이러한 도구 또는 도구 부품을 포함하는 시스템, 이러한 도구 또는 도구 부품을 제조하는 방법 및 펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하는 방법{TOOL OR TOOL PART, SYSTEM INCLUDING SUCH A TOOL OR TOOL PART, METHOD OF PRODUCING SUCH A TOOL OR TOOL PART AND METHOD OF MOLDING A PRODUCT FROM A PULP SLURRY}
본 발명은 슬러리로부터 제품을 몰딩(성형)(molding)하는데 사용되는 도구들 또는 도구 부품들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 도구들을 제조하는 방법 및 도구들 또는 도구 부품들의 다양한 용도에 관한 것이다.
다공성 몰드(porous mold)를 펄프 슬러리(pulp slurry)에 담그고, 이어서 건조 시키고, 선택적으로 몰딩된 제품을 가압함으로써 펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩(mold)하는 것은 공지되어 있다.
이러한 제품들의 예로 계란 상자, 충격 흡수 포장 삽입물 및 종이 쟁반, 종이컵, 음료 쟁반, 버섯 및 베리 상자, 그리고 기타 형태의 산업, 농업 및 소비자 포장이 있다.
다공성 펄프 몰딩 다이(molding dies)는 직조된 와이어 천 재료(woven wire cloth material)로 만들어지며, 이는 다이 표면에 일치하도록 연장된다. 이러한 다이는 와이어 천이 다이 표면에 일치하게 할 수 있는 비틀림 또는 연장의 양의 관점에서 몇가지 단점을 가진다. 다른 단점은 와이어 천이 끊어지는 경향이 있다는 점이다. 와이어 천의 사용은 몰딩될 수 있는 제품의 복잡성에 대한 몇몇 제한들과도 관련이 있다. 특히, 몰드(mold)에 와이어 천을 형성하는 경우, 와이어 천(wire cloth)의 기공(pores)이 변형되어 개구(openings)의 분포를 제어하는 것이 불가능하다.
또 다른 단점은 이러한 몰드를 제조하는 비용이다: 와이어 천은 일반적으로 자체지지가 아니기 때문에, 몰딩되는 제품에 특정된 금속 백킹(metal backing)을 제공할 필요가 있다. 도구는 더군다나 막히기 쉽고 수리하기가 어렵다.
다공성 몸체(porous body)를 제공하기 위하여 함께 소결되는, 작은 구형체로부터 다공성 펄브 몰딩 다이를 제공하는 것 역시 US3067470으로부터 공지되어 있다. 이 몸체들은 US3067470에 개시된 바와 같이 중합체 재료(polymer material)로 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 다이는 강도 및 사용되는 제한된 온도 범위에서의 단점뿐만 아니라 표면 품질과 압력 강하(pressure drop) 사이의 트레이드 오프(trade-off)의 문제가 있다. 표면에서 사용되는 입자가 미세할수록 채널이 작아지고, 따라서 압력 강하가 커진다.
WO2011059391A1은 청동과 같은 금속 재료의 입자를 함께 소결시킴으로써 펄프 몰딩 다이를 만드는 방법을 개시하고 있다. 이러한 다이가 중합체 기반 다이에 비해 더 높은 온도에서 견디는 반면, 이러한 다이의 제작은 더 높은 온도가 요구됨에 따라 더 어려운 소결 공정과 관련되어 있다. 더군다나, 완성된 다이는 중합체 재료로 제작된 것과 동일한 이점을 가지는 문제가 있다.
따라서, 펄프 제품의 몰딩과 관련하여 몇 가지 과제가 남아 있다: 더 매끄러운(smoother) 표면 구조들을 제공하고, 에너지 소비를 줄이며, 몰드를 제조하는 비용을 비용이 덜 드는 공정을 제공하고, 내구성이 있고 고온에 노출될 수 있는 몰드를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 형성 공정(forming process)의 개선된 품질 관리를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 펄프 슬러리(pulp slurry)로부터 제품을 몰딩하기 위한 개선된 몰드를 제공하는 것이다.
본 발명은 첨부된 종속항들, 아래의 설명 및 도면에 포함된 실시예들과 함께 첨부된 독립항들에 의해 정의된다.
제1 측면에 따르면, 펄프 슬러리(pulp slurry)로부터 제품을 몰딩(molding)하는 공정에서 사용되는 도구(tool) 또는 도구 부품(tool part)이 제공된다. 상기 도구 또는 도구 부품은 제품에 접촉하기 위한 제품면(product face) 및 상기 제품면에 대한 벽의 반대측의 배면(back face)을 가지는 자체 지지 도구 벽 부분(self-supporting tool wall portion)을 포함할 수 있다. 도구 벽 부분을 통해 상기 제품면으로부터 상기 배면(back face)까지 연장되는 복수의 채널들에 의해 제공되는 기공들(pores)을 제공하는 상기 도구 벽 부분을 포함할 수 있다. 상기 채널들은 직선 또는 변곡점(point of inflection)이 하나를 넘지 않는 곡선일 수 있다.
본 개시의 목적을 위해, 용어 "펄프(pulp)"는 셀룰로오스(cellulose), 미네랄(mineral), 전분(starch) 및 이들 물질의 조합과 같은 섬유를 포함하는 물질을 포함하도록 해석되어야 한다. 펄프는 바람직하게는 물을 포함할 수 있는 액체 캐리어(liquid carrier)를 가질 수 있다.
용어 "자체 지지(self-supporting)"는, 도구 벽 부분이 충분히 단단하고, 동작 중에 그 형상을 유지하기 위한 지지 구조를 포함하지 않는 도구 벽 부분을 위해 충분히 높은 녹는점을 가지는 것을 의미한다.
제품면은 슬러리 픽업 도구(pickup tool)의 몰딩면, 운반 도구(transfer tool)의 접촉면 또는 수 또는 암 가압 도구(male or female pressing tool)의 몰딩면일 수 있다.
곡선형 채널(curved channel)은 하나 이상의 평면에서 휘어질 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 도구 또는 도구 부품은 종래 기술과 비교하여 진공 발생(vacuum generation)을 위한 에너지를 덜 요구하면서 사용된 펄프의 효율적인 건조(evaporation), 운반(transfer) 또는 픽업(pickup)을 제공하거나 또는 제품의 효율적인 몰딩을 제공할 수 있다.
도구 또는 도구 부품은 평면 부분(planar surface portion) 및 볼록면 부분(convex surface portion)을 제공하는 제품면을 가질 수 있다.
볼록면 부분(convex surface portion)은 하나 또는 두 개의 상호 수직한 평면에서 볼록할 수 있다.
도구 벽은 평면 부분보다 볼록면 부분에서 더 작은 바람직하게는 30-70% 또는 40-60% 더 작은 두께를 제공할 수 있다.
볼록면 부분은 평면 부분보다 더 큰 공극률(porosity)을 제공할 수 있다.
따라서, 필요에 따라 진공이 제공될 수 있다.
제품면은 평면 부분 및 오목면 부분을 제공할 수 있다.
평면 부분(planar surface portion)은 오목면 부분보다 더 큰 공극률을 나타낼 수 있다.
오목면 부분(concave surface portion)은 하나 또는 두 개의 상호 수직한 평면에서 오목할 수 있다.
제품면은 실질적으로 편평하고 서로에 대하여 45°-135°의 각도를 나타내는 한 쌍의 표면 부분을 가지고, 도구 또는 도구 부품의 주요 동작 중에 수평면에 대하여 가장 큰 각도를 나타내는 표면 부분은 다른 표면 부분들보다 더 큰 공극률을 나타낼 수 있다.
"도구의 주요 동작(principal operation of the tool)"은 몰딩되는 제품과 관련하여 주요 기능을 수행하는 도구의 동작에 대한 일부로 이해될 수 있다. 따라서, 픽업 도구의 경우, 주요 기능은 진공에 의해 펄프가 픽업(pick up)될 때 수행될 수 있다. 운반 도구의 경우, 주요 동작은 펄프가 픽업 도구에서 운반 도구로 운반될 때 수행될 수 있다. 가압 도구의 경우, 주요기능은 프레싱 동작일 수 있다.
채널들 중 적어도 몇몇은, 상기 배면(back face)에서의 대응하는 채널 개구 영역(channel opening area)보다 작은 채널 개구 영역을 상기 제품면(product face)에 제공할 수 있다.
따라서, 막힘(clogging)의 위험이 줄어들 수 있다.
채널들 중 적어도 몇몇은 제품면을 향하여 가늘어지는(taper) 단면을 제공(present)할 수 있다.
채널들 중 적어도 몇몇은 제품면에 대하여 40-90도의 각도로 연장(extend)되는 중심축(central axis)을 제공할 수 있다.
채널들 중 적어도 몇몇은 곡선형 중심축(curved central axis)을 제공할 수 있다.
제품면은 제1 및 제2 병치된(juxtaposed) 표면 부분들(surface portions)을 제공하고, 제1 표면 부분들에서 개방(opening)되는 채널들의 중심축들은 표면 부분의 제품면에 대하여 제2 표면 부분에서 개방(opening)되는 채널들의 중심축과 다른 각도로 연장될 수 있다.
도구 또는 도구 부품 내부의 공극 부피(void volume)는 도구 또는 도구 부품에 대한/걸친(spanned) 전체 부피의 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 40%, 적어도 60% 또는 적어도 80%일 수 있다.
공극 부피(void volume)는 가열기, 지지체 등이 아닌 공극(void)으로 구성된 부피(volume)이다.
따라서, 제품면에 대하여 향상된 진공 분포(distribution of vacuum)가 이루어지고, 이것은 결국 진공 동력(vacuum power)의 필요성을 감소시킬 수 있다.
채널들 중 적어도 몇몇은 채널 근처의 벽 두께를 초과하는 길이를 제공(present)할 수 있다.
채널들의 적어도 몇몇의 제품면 개구들(openings)은 0.1-2mm의 가장 큰 폭을 가진 단면을 가질 수 있다.
채널들의 적어도 몇몇은 제품면과 배면(back face) 사이에 위치한 적어도 하나의 분기(branch)를 제공할 수 있다.
자체 지지 도구 벽 부분은 0.2-20mm, 바람직하게는 0.3-15mm 또는 0.5-10mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 자체 지지 도구 벽 부분은 채널들 사이의 공극(voids)이 95% 미만, 바람직하게는 99% 미만 또는 99.9% 미만인 균일한 재료의 조각(homogeneous piece of material)으로 형성될 수 있다.
도구 또는 도구 부품은 동작 중에 도구 또는 도구 부품이 자체 지지하기에 충분한 벽 두께 및 재료로 형성될 수 있다.
도구의 배면(back face)은 주변 압력 이외의 공기 압력을 제공하도록 구성된 챔버에 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70% 또는 적어도 90% 노출될 수 있다.
도구 또는 도구 부품은, 펄프 슬러리로부터 펄프를 픽업(pick up)하기 위한 픽업(pickup tool), 다른 도구로부터 많은 양의 펄프를 수용하는 운반 도구(transfer tool), 및 몰딩된 제품을 형성하기 위하여 펄프의 양(amount of pulp)를 가압하는 가압 도구(pressing tool)로 구성된 그룹으로부터 선택된 도구의 부분을 형성할 수 있다.
제2 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 적어도 하나의 도구 또는 도구 부품, 펄프를 제품면에 적용(apply)하기 위한 수단 및 진공을 만들고 및/또는 후면(rear face)에서 주변 공기 압력(ambient air pressure)보다 더 큰 압력을 적용(apply)하는 수단을 포함하는, 펄프 슬러리(pulp slurry)로부터 제품을 몰딩하기 위한 시스템이 제공될 수 있다.
펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하기 위한 시스템은 도구 벽 부분의 후측(rear side)에 배치되고, 도구 벽 부분에 열을 공급하는 가열 요소(heating element)를 더 포함할 수 있다.
가열 요소(heating element)는 도구 벽 부분으로부터 이격되고, 가열기(heater) 부분에 배치될 수 있다.
가열기(heater) 부분은 도구 벽 부분과 일체로 형성될 수 있다.
가열기(heater) 부분은 적어도 하나의 스페이서 요소(spacer element)를 통해 도구 벽 부분과 접촉하는 별도의 부분에 의해 형성될 수 있다.
대안으로, 가열 요소(heating element)는 도구 벽 부분과 통합될 수 있다.
예를 들어, 가열 요소(heating element)는 도구 벽 부분의 후면(rear face)에 리세스(recess)될 수 있다.
제3 측면에 따르면, 입자의 복수의 층을 타겟면(target surface)에 연속적으로 분배하는 단계 및 분말 입자(powder particle)들이 함께 녹을 수(fuse) 있게 제조될 도구 또는 도구 부품의 단면에 대응하는 타겟면(target surface)에서 입자들의 분배된 레이어(layer) 각각의 위치에 에너지 원을 향하게 하는 단계를 포함하는 펄프 슬러리(pulp slurry)로부터 제품을 몰딩하기 위한 도구 또는 도구 부품을 생산하는 방법이 제공될 수 있다.
펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하기 위한 도구 또는 도구 부품을 생산하는 방법은 도구 벽 부분을 통해 제품면에서 배면(back face)으로 연장되는 복수의 채널들에 의해 제공되는 기공들(pores)을 가지는 도구 벽 부분을 형성하는 단계를 더 포함하고, 채널들은 직선 또는 변곡점(point of inflection)이 하나를 넘지 않는 곡선일 수 있다.
제4 측면에 따르면, 몰드의 후면(rear face)에 진공을 적용(apply)하는 단계 및 몰드의 제품면에 펄프 슬러리를 적용(apply)하는 단계를 포함하는 펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하기 위한 방법이 제공될 수 있다.
펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하기 위한 방법은 슬러리 컨테이너(slurry container)로부터 펄프 슬러리를 픽업하기 위해 몰드를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하기 위한 방법은 제품을 형성하기 위하여 펄프 슬러리를 가압하기 위해 몰드를 사용하는 단계를 더 포함하고, 이로 인해 적어도 일부 용제(solvent)가 펄프 슬러리로부터 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하기 위한 개선된 몰드를 제공할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 펄프 슬러리로부터 제품을 형성하는 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2e는 상이한 채널 디자인들을 가지는 몰드 벽 부분들을 도시한다.
도 3은 몰드 벽의 부분을 도시한다.
도 4는 제1 실시예에 따른 프레스 몰드의 부분을 도시한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 프레스 몰드의 부분을 도시한다.
도 6은 제3 실시예에 따른 프레스 몰드의 부분을 도시한다.
도 1a는 펄프 슬러리(2)를 수용하는 컨테이너(1)에 부분적으로 담기는(immerse) 픽업 도구(pickup tool)를 개략적으로 도시한다. 픽업 도구는 도구 홀더(11)에 부착되고, 도구 홀더(11)는 픽업 도구와 함께 압력 조절기(P1)에 연결되는 진공 챔버(12)를 정의할 수 있다. 압력 조절기는 적어도 부분 진공(즉, 주변 공기 압력보다 낮은 공기 압력) 및/또는 주변 공기 압력보다 큰 공기 압력을 선택적으로 발생시키는 능력을 가질 수 있다.
픽업 도구가 펄프 슬러리(2)에 담겨 있는 동안, 압력 조절기(P1)는 펄프 섬유(3)들을 픽업 도구(10)의 제품면에 부착시키는 진공을 발생시킬 수 있다.
도 1b는 펄스 섬유(3)들을 운반 도구(20)로 운반하는 픽업 도구(10)를 개략적으로 도시한다. 운송 도구는 진공 또는 공기 압력을 발생시키는 제2 압력 조절기(P2)에 연결될 수 있다. 운송 도구는 또한 제2 압력 조절기에 연결된 진공 챔버(22)를 정의하기 위하여 운송 도구 홀더(21)에 부착될 수 있다.
픽업 도구에서 운송 도구로의 펄프 섬유들(3)의 운송 동안, 픽업 도구로부터 펄프 섬유가 방출되게 하기 위하여 제1 압력 조절기(P1)에 의해 주변 압력보다 큰 공기 압력이 발생될 수 있다.
대안적으로 또는 보조적으로, 펄프 섬유가 운송 도구(20)에 의해 수용되게 하기 위하여 제2 압력 조절기(P2)에 의해 진공이 발생될 수 있다.
도 1c는 열 발생기(5) 및 에너지 공급기(E)를 포함하는 건조 장치를 개략적으로 도시한다. 건조 장치는 펄프(3)로부터 충분한 양의 물을 제거하여 추가 처리를 위해 컨디셔닝하고 및/또는 제품(3`)의 형성을 완료하기 위하여 사용될 수 있다.
도 1d는 수 가압 도구(male pressing tool)(30) 및 암 가압 도구(female pressing tool)(40)를 포함하는 프레스 장치를 개략적으로 도시한다. 가압 도구들 중 하나 또는 모두는 각각의 도구 홀더(31, 41)에 부착될 수 있고, 각각의 진공 챔버(32, 42)에 연결될 수 있다.
가압 도구들 중 하나 또는 모두는 에너지 공급기(E1, E2)에 의해 에너지가 공급되고, 선택적으로 컨트롤러(C)에 의해 제어되는 가열 요소(33, 43)가 제공될 수 있다.
가압 도구들 및 관련 도구 홀더들은 부분적으로 몰딩된 펄프 제품이 부분적으로 삽입될 수 있는 개방 위치와 각각의 가압 도구들이 서로를 향하고, 가압 도구(30, 40)의 제품면 사이에서 제품(3``)을 가압하는 가압 위치 사이에서 서로 상대적으로 이동할 수 있다.
가압 위치에서, 가열기들(33, 43) 중 하나 또는 모두에 의해 열이 제공될 수 있다.
가압 단계 동안, 압력 조절기들(P3, P4) 중 하나 또는 모두는 제품(3``)으로부터 수증기의 배출을 돕기 위하여 진공을 제공할 수 있다.
대안으로서, 압력 조절기들 중 하나는 다른 하나의 압력 조절기가 주변 공기 압력보다 큰 압력을 제공하는 동안 진공을 제공할 수 있다.
선택적으로, 뜨거운 공기 또는 증기(steam)는 가압 공정 동안 몰드들(molds)을 통해 도입될 수 있다(도 1d).
2개 이상의 연속적인 가압 단계들은 예를 들어, 제품(3``)의 전체 또는 부분을 점진적으로 형성하고/형성하거나 코팅, 장식 등과 같은 제품에 부가적인 특징을 적용하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 단계들은 도 1a, 1b 및 1c와 관련하여 기술된 것에 따라 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 픽업 도구(10)는 직접적으로 펄프 섬유들을 건조 장치로 운송할 수 있다. 이러한 운송은 주변 공기 압력보다 큰 공기 압력을 생성하는 압력 조절기(P1)에 의해 보조될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 단계들은 도 1a 및 도 1c에 대해서만 기술된 것에 따라 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 픽업 도구(10)는 가압 도구로서도 이용될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 단계들은 도 1a 및 도 1d에 대해서만 기술된 것에 따라 수행될 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 상이한 채널 디자인들을 가지는 몰드 벽 부분들을 도시한다. 몰드 벽들은 모두 제품면(Fp) 및 배면(back face)(Fb)을 가질수 있다. 제품면은 제품에 접촉하는 몰드의 면이고, 배면(back face)은 몰드 벽의 반대쪽 면일 수 있다. 배면(back face)은 일반적으로 진공 챔버의 일부를 정의할 수 있다.
몰드는 0.25 내지 10mm의 두께, 바람직하게는 0.5 내지 5mm의 두께를 가질 수 있다. 벽 두께는 도구의 각기 다른 부분에 따라 다를 수 있다. 또한, 상이한 기능을 가지는 도구들은 상이한 두께를 가질 수 있다.
채널들은 제품면과 배면(Fb)을 연결할 수 있다. 채널의 제품면 개구 영역(opening area)은 채널의 배면(back face) 개구 영역(opening area)보다 더 작을 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없을 수 있다. 따라서, 채널은 배면(back face)에서 제품면을 향하여 감소하는 단면 영역(cross section area)을 가질 수 있다.
채널들은 제품면(Fp)과 평행한 각 채널 단면의 무게 중심을 통과하는 선 또는 곡선으로 정의될 수 있는 중심축을 나타낼 수 있다.
도 2a는 동일한 크기 및 구성의 한 쌍의 채널들을 가지는 펄프 몰드 벽 부분을 개략적으로 도시한다. 채널들은 일정한 채널 단면을 가지는 각각의 제1 채널 부분 및 가늘어지는 단면을 가지는 각각의 제2 채널 부분을 나타낼 수 있다.
도 2b는 배면(back face)에서 제품면(Fp)을 향하여 연속적으로 가늘어지는 한 쌍의 채널들을 가지는 펄프 몰드 벽 부분을 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b의 채널들 및 채널의 각각의 중심축들은 제품면(Fp)에 수직으로 연장될 수 있다.
*도 2c는 중심축이 제품면(Fp)에 대하여 직각 이외의 각도로 연장되는 채널을 가지는 펄프 몰드 벽 부분을 도시한다.
도 2c의 채널들은 일정한 단면 영역(cross section area) 또는 제품면(Fp)을 향하여 감소하는 단면 영역을 가질 수 있다.
몰드 벽 부분은 상기 간격 내에서 상이한 각도로 연장되는 채널을 나타낼 수 있다.
도 2d는 곡선형 채널을 가지는 펄프 몰드 벽 부분을 개략적으로 도시한다. 특히 이러한 곡선형 채널들은 도시된 바와 같이 하나의 평면 또는 2개의 직교하는 평면에서 휘어질 수 있다.
도 2d의 채널들은 일정한 단면 영역 또는 제품면(Fp)을 향하여 감소하는 단면 영역을 가질 수 있다.
도 2e는 하나의 변곡점이 있는 곡선형 채널들을 가지는 펄프 몰드 벽 부분을 개략적으로 도시한다. 이러한 곡선형 채널들은 도시된 바와 같이 하나의 평면 또는 2개의 직교하는 평면에서 휘어질 수 있다.
도 2e의 채널들은 일정한 단면 영역 또는 제품면(Fp)을 향하여 감소하는 단면 영역을 가질 수 있다.
하나의 몰드는 도 2a 내지 도 2e 중 하나 또는 그 이상에 따라 형성된 채널들을 나타낼 수 있다. 특히, 몰드는 적어도 도 2a 내지 2e 중 어느 하나에 따라 형성된 채널들을 포함하는 벽 부분 및 도 2a 내지 2e 중 다른 어느 하나에 따라 형성된 채널들을 포함하는 다른 벽 부분을 포함할 수 있다.
도 2d 및 도 2e를 참고하면, 채널의 굴곡 반경은 채널에서의 벽 두께의 1/2, 바람직하게는 벽 두께의 3/4 또는 채널의 벽 두께의 1/1보다 클 수 있다.
채널은 채널의 길이에 따라 변하는 단면을 나타낼 수 있다. 채널은 원형, 타원형 또는 사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형, 십각형, 십일각형, 십이각형 또는 60°에서 180°까지의 내각을 가지는 다각형의 단면을 가지는 적어도 부분을 나타낼 수 있다.
도 3은 상향/우향을 향하는 제품면 및 하향/좌향을 향하는 배면(back face)을 가지는 몰드 벽의 부분을 개략적으로 도시한다.
도 3의 몰드 벽 부분은 수평 몰드 벽 부분(Ph), 즉 몰드의 주요 동작 단계(main operation phase) 동안 수평 +/- 45°, 바람직하게는 +/- 30° 또는 +/- 15°인 몰드 벽 부분을 나타낼 수 있다. 이러한 수평 몰드 벽 부분들은 평면 또는 대체적으로 평면일 수 있다. 예를 들어, 이러한 대체적으로 편평한 몰드 벽 부분들은 평면에서 임의의 방향을 따라 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만으로 평면으로부터 벗어나도록 휘어질 수 있다.
몰드 벽 부분은 또한 볼록 몰드 벽 부분(Pcx), 즉 볼록한 제품면(Fp)을 가지는 몰드 벽 부분을 나타낼 수 있다.
볼록 몰드 벽 부분은 하나 또는 두 개의 서로 직교하는 방향으로 볼록할 수 있다.
몰드 벽 부분은 수직 몰드 벽 부분(Pv), 즉 몰드의 주요 동작 단계 동안 수직 +/- 45°, 바람직 하게는 +/- 30° 또는 +/- 15°인 몰드 벽 부분을 나타낼 수도 있다. 이러한 수직 몰드 벽 부분들은 평면 또는 대체적으로 평면일 수 있다. 예를 들어, 대체적으로 편평한 몰드 벽 부분들은 평면에서 임의의 방향을 따라 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만으로 평면으로부터 벗어나도록 휘어질 수있다.
몰드 벽 부분은 또한 오목 몰드 벽 부분(Pcv), 즉 오목한 제품면(Fp)을 가지는 몰드 벽 부분을 나타낼 수 있다.
본 개시의 목적을 위해, 용어 "공극률(porosity)"은 미리 설정된 벽 부분의 전체 벽 영역(채널 개구(channel opening)를 포함함)에 대한 채널 개구 영역(channel opening area)의 비율로서 정의된다.
제품면의 기공 개구(pore openings)는 0.25mm 내지 2mm의 장경을 가질 수 있다. 배면(back face)의 기공 개구(pore openings)는 0.3mm 내지 4mm의 장경을 가질 수 있다.
제품면(Fp)의 기공 개구(pore openings)는 제품면 상에서 0.045mm2 내지 3.2mm2, 바람직하게는 0.045mm2 내지 2mm2 또는 0.050mm2 내지 1mm2의 개구 영역( opening area)을 가질 수 있다.
배면(back face)(Fp)의 기공 개구(pore openings)는 0.45mm2 내지 13mm2, 바람직하게는 0.1mm2 내지 5mm2 또는 0.3mm2 내지 2mm2의 개구 영역(opening area)을 가질 수 있다.
따라서, 제품면의 개구 영역(product face opening area)에 대한 배면의 개구 영역(back face opening area)의 비는 1.1 내지 6, 바람직하게는 1.2 내지 5 또는 1.4 내지 4일 수 있다.
볼록 몰드 벽 부분(Pcx)은 모든 몰드 벽 부분의 최대 공극률을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 볼록 몰드 벽 부분은 10% 내지 90%, 바람직하게는 20% 내지 60%의 공극률을 가질 수 있다.
수직 몰드 벽 부분(Pv)은 볼록 몰드 벽 부분(Pcx)보다 낮은 공극률을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 수직 몰드 벽 부분은 15% 내지 80%, 바람직하게는 25% 내지 60%의 공극률을 가질 수 있다.
수평 몰드 벽 부분(Ph)는 수직 몰드 벽 부분(Pv)보다 낮은 공극률을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 수평 몰드 벽 부분(Ph) 20% 내지 70%, 바람직하게는 30% 내지 55%의 공극률을 가질 수 있다.
오목 몰드 벽 부분(Pcv)는 수평 몰드 벽 부분(Ph)보다 낮은 공극률을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 오목 몰드 벽 부분(Pcv)은 1% 내지 70%, 바람직하게는, 35% 내지 50%의 공극률을 가질 수 있다.
전술한 몰드는 3D 인쇄(3D print) 공정과 같은 부가적인 제조 공정(additive manufacturing process)에서 제조될 수 있다.
이러한 부가적인 제조 공정은 평균 크기가 1 내지 50 마이크론, 바람직하게는 5 내지 30 마이크론의 입자를 가지는 분말 물질의 선택적 소결(selective sintering)을 포함할 수 있다. 소결 공정 동안, 분말 물질은 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 에너지의 추가를 통해 완전히 녹을 수 있다.
몰드가 제조되는 재료는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 이러한 재료의 예로는, 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 청동, 황동, 코발트, 크롬 합금 및 스테인리스 강을 포함하지만 이에 한정되지는 않을 수 있다.
대안으로, 재료는 플라스틱 재료와 같은 중합체 재료(polymeric material)일 수 있다.
이러한 형성 공정(forming process)을 통해, 제품면(Fp)와 배면(Fb)을 연결하는 잘 정의된 채널들을 나타내는 다공성 몰드(porous mold)를 얻을 수 있으며, 채널들 사이의 재료는 균일(homogenous)하고 적어도 95%, 바람직하게는 99% 또는 99.9% 공극이 없을 수 있다(at least 95 %, preferably 99 % or 99.9 % free from voids).
도 1a 내지 도 1d를 참고하면, 하나 이상의 도구(10, 20, 30, 40)가 본 개시에 따라 형성될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 예를 들어, 픽업 도구(10) 및 또는 운송 도구(20)는 가압 도구(30, 40)보다 더 얇은 벽 및/또는 낮은 녹는점을 가지는 재료로 형성될 수 있다.
도구는 완전한 도구 또는 납땜, 용접, 접착제 또는 융착(fusing)으로 연결된 적어도 두 개의 도구 부품으로 생산될 수 있다.
또한, 도구는 도구 부품을 연결하는 힌지 메커니즘(hinge mechanism)을 가지는 한 쌍의 도구 부품으로서 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 도구는 훨씬 복잡한 제품의 생산을 허용 할 수 있다.
도 4는 제1 실시예에 따른 가압 몰드 벽 부분의 일부를 개략적으로 도시한다. 도 4는 수 몰드(male mold)를 나타내지만, 동일한 디자인이 암 몰드(female mold)에 대해 사용될 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
가압 몰드는 가열 요소(33)가 정렬되는 리세스(recess)(1015)들을 가지는 몰드 벽(101)을 나타낼 수 있다. 몰드 벽(101)은 도 2a 내지 도 3 중 어느 하나의 개시에 따라 형성된 채널(102)를 나타낼 수 있다.
따라서, 리세스들 및 가열 요소들은 저항성 가열을 위한 길다란 리드를(elongate leads) 또는 가열된 액체 또는 가스를 전도하기 위한 채널들에 의해 형성될 수 있다. 대안으로, 리세스들은 유도(induction)를 통해 가열될 수 있는 자성체(magnetic body)들을 수용할 수 있다. 이러한 자성체들은 분리된 아일랜드(discrete island)들 또는 하나 또는 그 이상의 긴 로드(elongate rod)들로서 형성될 수 있다.
리세스들 및 가열 요소들은 배면(back face)의 전부 또는 일부에 걸쳐 있을 수 있다. 따라서, 리세스들의 섹션들 및 가열 요소들은 필요할 경우 서로 이격될 수 있다.
리세스들(1015)는 몰드 벽의 후면(rear face)으로부터 연장될 수 있다. 몰드 벽 내부로 연장될 수 있는 거리의 비제한적 예시들은 관련된 벽 부분에서 몰드 벽 두께의 약 3/4, 1/2 또는 1/4일 수 있다.
리세스가 후면(rear face)을 향해 개방(open)되어 있는 경우, 가열 요소(33)는 몰드 벽 부분이 생성된 후에 삽입될 수 있다. 필요한 경우 발열 요소(33)를 교체하는 것도 가능할 수 있다.
이 실시예에서, 후면(rear face)(Fb)은 진공 챔버(32)를 향해 개방되고, 진공은 도 4에서 화살표로 표시된 것과 같이 발생할 수 있다.
도 5는 제2 실시에에 따른 가압 몰드의 일부를 개략적으로 도시한다. 도 5는 수 몰드(male mold)를 나타내지만, 동일한 디자인이 암 몰드(female mold)에 대해 사용될 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
가압 몰드는 외부 부분(1011) 및 가열기 부분(1013)을 포함하고, 그 사이에 갭(1021)이 제공될 수 있다.
스페이서(1012)는 가열기 부분과 외부 부분 사이에서 갭(1021)에 걸쳐 연장될 수 있다.
외부 부분(1011)의 채널들(102)는 제품면(Fp)을 배면(back face)(Fb)와 연결할 수 있다. 이 채널들은 도 2a 내지 도 3 중 어느 하나의 개시에 따라 형성될 수 있다.
가열기 부분(1013)의 배면(back face)(Fb2)은 리세스들(1015)을 나타낼 수 있으며, 가열 요소들(33)은 도 4의 관점에서 언급된 대안들 중 어느 하나에 따라 정렬될 수 있다.
가열기 부분(1013)의 배면(back face)은 진공 챔버(32)를 향해 개방될 수 있다.
또한, 매니폴드 채널들(manifold channels)(1022)은 갭(1021)을 가열기 부분(1013)의 배면(back face)(Fb2)과 연결할 수 있다. 이러한 매니폴드 채널들은 채널들(102)보다 큰 단면을 가지고, 더 적은 수일 수 있다. 예를 들어, 매니폴드 채널들(1022)의 주 폭은 채널들(102)의 주 폭의 10 내지 1000배일 수 있다.
또한, 매니폴드 채널들의 수는 채널들(102)의 1/10 내지 1/10000일 수 있다. 매니 폴드 채널들(1022)의 전체 유동 단면은 채널들(102)의 전체 유동 단면과 동일하거나 더 클 수 있다. 예를 들어, 매니폴드 채널들(1022)의 전체 유동 단면은 채널들(102)의 전체 유동 단면의 100% 내지 300% 정도 일 수 있다.
외부 부분(1011), 가열기 부분(1013) 및 스페이서들(1012)는 일체로 형성될 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따라 가압 몰드의 일부를 개략적으로 도시한다. 이 실시예는 몰드 벽이 스페이서들(1012)과 일체로 형성된 외부 부분(1011)을 나타낸다는 점에서 도 5의 실시예와 유사할 수 있다. 채널들(102)는 도 2a 내지 도 3 및 도 5와 관련하여 설명된 것과 같이 형성될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 가열기 부분(1013`), 그리고 선택적으로 스페이서들(1012)은 별도의 재료로 형성되고 외부 부분(1011)과는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 가열 요소들은 도 5의 가열기 부분(1013)에서 얻어지는 것과 동일한 방식으로 가열기 부분에 배치될 수 있다.
대안으로, 가열 요소들(33)은 가열기 부분(1013)에 둘러 쌓일 수(enclosed) 있다.
어떠한 경우에도, 매니폴드 채널들(1022)는 도 5와 관련하여 설명된 방식으로 가열기 부분(1013`)을 관통할 수 있다.
가열기 부분(1013`)은 금속 재료로 형성된 몸체를 포함할 수 있다.
가열기 부분(1013`)의 후면(rear side)에서, 절연체(insulator)(1014)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 절연체(1014)를 관통하는 입구 채널(1024)로부터 매니폴드 채널들(1022)까지 진공의 분배를 허용할 수 있도록 절연체는 가열기 부분(1013`)에 지지될 수 있거나 또는 가열기 부분(1013`)으로부터 약간 이격될 수 있다.
절연체(1014)는 세라믹 물질과 같은 단단한 절연 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 손상으로부터 절연체를 보호하기 위하여 케이싱(casing)에 의해 둘러 쌓일 수 있다.
두 가압 몰드들(예를 들어, 수 가압 몰드(male pressing mold) 및 암 가압 몰드(female pressing mold))에는 절연체 들이 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 몰드들이 형성 위치(forming position)에 함께 있을 때, 에너지 손실이 감소되도록 절연체는 실질적으로 몰드를 둘러 쌀 수 있다. 몰드들이 만나는 곳에 증기가 빠져 나갈 수 있도록 갭이 제공 될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 스팀이 빠져 나가도록 한쪽 또는 양쪽 절연체들에 관통 구멍이 제공될 수 있다.
가열기들(1013, 1013`)들이 제공되는 것과 같이 몰드의 배면(back face) 근처에 추가적인 몸체(additional body)가 배치되는 실시예들에서, 스페이서들은 제품면에 가해지는 압력들의 일부를 추가적인 몸체쪽으로 전달할 수 있다.
일반적으로, 제품면에 가해지는 압력의 95% 미만, 바람직하게는 90% 미만, 70% 미만, 50% 미만, 30% 미만 또는 10% 미만이 추가적인 몸체에 전달될 수 있다. 압력의 전달되지 않은 부분은 몰드의 강성(rigidity) 때문에 몰드에 흡수될 수 있다.
몰드 표면에 가해진 압력은 가압 단계 동안의 적용에 따라 적어도 100kPa, 적어도 450kPa, 적어도 800kPa 또는 1mPa 정도일 수 있다.
제품면 또는 및 배면(back face)은 연마 또는 광택, 양극 산화 또는 표면 코팅과 같은 표면 처리가 될 수 있다. 예를 들어 몰드가 제조되는 재료와 비교하여 부식의 위험을 줄이기 위하여 이러한 처리가 제공될 수 있다. 표면 처리 또는 코딩은 대안적으로 또는 선택적으로 안티-스틱(anti-stick) 특성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이러한 처리 또는 코딩은 몰드가 제조되는 물질보다 더 소수성(hydrophobic)일 수 있다. 또 다른 선택사항으로서, 표면 처리 또는 코팅은 몰드가 제조되는 재료와 비교하여 증가된 경도를 가지는 표면을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 펄프 슬러리로부터 제품을 몰딩하는 공정에서 사용되는 도구 또는 도구 부품에 있어서,
    제품에 접촉하기 위한 제품면 및 상기 제품면에 대한 벽의 반대측의 배면을 가지는 자체 지지 도구 벽 부분
    을 포함하고,
    상기 자체 지지 도구 벽 부분은,
    상기 자체 지지 도구 벽 부분을 통해 상기 제품면으로부터 상기 배면까지 연장되는 복수의 채널에 의해 제공되는 기공(pores)을 제공하고,
    상기 채널은,
    직선이거나 또는 변곡점이 하나를 초과하지 않는 곡선이고,
    상기 제품면은,
    제1 다공성 표면부 및 제2 다공성 표면부를 제공하고,
    상기 제1 다공성 표면부는,
    상기 제2 다공성 표면부보다 더 큰 공극률(porosity)을 제공하는
    도구 또는 도구 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다공성 표면부은 볼록면 부분이고,
    상기 제2 다공성 표면부는 평면 부분인
    도구 또는 도구 부품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자체 지지 도구 벽 부분의 두께는,
    상기 평면 부분보다 볼록면 부분에서 더 작은
    도구 또는 도구 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다공성 표면부는 평면 부분이고,
    상기 제2 다공성 표면부는 오목면 부분인
    도구 또는 도구 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 다공성 표면부 및 상기 제2 다공성 표면부는,
    실질적으로 편평하고, 서로에 대해 45°- 135°의 각도를 나타내는 한 쌍의 표면 부분을 가지고,
    상기 도구 또는 도구 부품의 주요 동작 중에 수평면에 대하여 가장 큰 각도를 나타내는 상기 제1 다공성 표면부가,
    상기 제2 다공성 표면부보다 더 큰 공극률을 제공하는
    도구 또는 도구 부품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 몇몇은,
    상기 제품면을 향하여 가늘어지는 단면을 제공하는
    도구 또는 도구 부품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 몇몇은,
    상기 제품면에 대하여 40 - 90도의 각도로 연장되는 중심축을 제공하는
    도구 또는 도구 부품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 벽들은 0.2-20mm의 두께를 가지는
    도구 또는 도구 부품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자체 지지 도구 벽 부분은,
    채널 사이에 적어도 95% 공극이 없는(at least 99% free from voids) 균일한 재료의 조각으로 형성되는
    도구 또는 도구 부품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자체 지지 도구 벽 부분은 3D 인쇄(3D-printed)되는
    도구 또는 도구 부품.
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