KR20230134050A - 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법 - Google Patents

위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법 Download PDF

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KR20230134050A
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장효재
박용석
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Abstract

위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법은, 성형물을 평면 구조물(thin structure) 또는 입체 구조물(bulk structure)로 분류하고 냉각 대상면을 결정하는 단계; 상기 냉각 대상면을 2차원 형상으로 분해하는 단계; 상기 냉각 대상면 각각에 대해 위상최적설계를 이용하여 서로 독립된 냉각 채널을 각각 형성하는 단계; 및 상기 냉각 채널을 서로 결합하여 형상 적응형 냉각 채널을 형성하는 단계;를 포함한다. 본 실시예에 의하면, 성형물의 형상을 입체 또는 평면으로 분류하여 냉각 대상면을 결정하고, 각 냉각 대상면에 대해 위상최적설계를 이용하여 독립된 냉각 채널을 형성한 뒤, 금형 내부의 형상 적응형 냉각 채널을 설계하는 방법이 제공된다.

Description

위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법{DESIGN METHOD FOR CONFORMAL COOLING CHANNEL USING TOPOLOGY OPTIMIZATION}
본 발명은 형상 적응형 냉각 채널 설계방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 위상최적설계를 이용하여 금형 내부의 형상 적응형 냉각 채널을 설계하는 방법에 관한 것이다.
사출성형은 금형 내에 용융수지를 주입하여 다양한 형상의 성형물을 대량 생산하는 기술로서, 널리 사용되고 있는 플라스틱 제품 생산방법 중 하나이다.
사출성형 공정은 금형 내에 용융수지를 충전하는 충전공정과, 용융수지 충전 후 금형 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 보압공정과, 충전된 용융수지를 일정시간 냉각시키는 냉각공정 및 냉각 후 성형된 제품을 꺼내는 이형 공정을 거쳐 제품을 생산하게 된다.
사출성형 공정 중 냉각공정이 성형 사이클의 약 70%를 차지하며, 성형품의 품질은 충전된 수지의 냉각 후 온도 균일도 영향이 크다.
성형품의 외형을 정의하는 금형의 표면과 냉각 채널이 가까울수록 냉각 효과가 뛰어나, 성형품의 외형을 따른 형상 적응형 냉각 채널(conformal cooling channel)이 사용되고 있다.
하지만, 전통적인 가공 방법으로 금형 내부에 복잡한 형상의 형상적응형 냉각 채널을 형성하는 것은 어려운 문제점이 있다. 그러나 3D 프린터는 복잡한 형상의 중공 구조를 갖는 물품을 출력할 수 있어, 형상 적응형 냉각 채널이 형성된 금형을 3D 프린터로 출력하는 것이 가능하다.
그러나 기존에는 금형 내부에 형상 적응형 냉각 채널을 형성하는 경우에도, 금형 내부에 충전된 수지가 균일하게 냉각되지 않는 문제점이 있다.
이에 따라 냉각 효율이 최적화되는 형상 적응형 냉각 채널의 설계 방법이 필요하다.
대한민국 등록특허 제10-2300954호 (2021.09.06) "주조 금형 내부의 냉각채널 형성방법" 대한민국 공개특허 제10-2020-0006337호 (2020.01.20) "3d 프린터를 이용한 형상 적응형 냉각 채널이 형성된 몰드 및 그 제조 방법"
본 발명의 일 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법은, 성형물을 입체 또는 평면 구조물로 분류하여 냉각 대상면을 결정하고, 각 냉각 대상면에 대해 위상최적설계를 이용하여 독립된 냉각 채널을 형성한 뒤, 금형 내부의 형상 적응형 냉각 채널을 설계하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 채널 설계방법은, 성형물을 평면 구조물(thin structure) 또는 입체 구조물(bulk structure)로 분류하고 냉각 대상 영역을 결정하는 단계; 상기 냉각 대상 영역을 2차원 형상인 냉각 대상면으로 분해하는 단계; 상기 냉각 대상면 각각에 대해 위상최적설계를 이용하여 서로 독립된 냉각 채널을 각각 형성하는 단계; 및 상기 냉각 채널을 서로 결합하여 형상 적응형 냉각 채널을 형성하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 냉각 대상면을 결정하는 단계는, 상기 성형물의 특성길이가 0.06 미만인 경우 평면 구조물로 분류할 수 있다.
여기서, 상기 2차원 형상은, 열 부하(thermal load)를 반영하여 냉각량이 정해지도록 상기 3차원 형상의 정보가 반영될 수 있다.
여기서, 상기 위상최적설계는, 설계영역을 설정하는 단계; 상기 설계영역의 작동조건에 해당하는 경계조건을 설정하는 단계; 냉각유체의 입구 및 출구 등에서의 압력강하 및 취출온도까지의 냉각 소요 시간의 최소화에 해당되는 목적함수를 설정하는 단계; 상기 목적함수가 수렴조건을 만족하도록 설계변수를 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 위상최적설계를 이용하여 압력강하와 냉각시간 및 냉각 균일도가 우수한 금형 내부의 형상 적응형 냉각 채널을 설계할 수 있다.
또한, 성형물을 입체 또는 평면 구조물로 분류한 뒤 냉각 대상면을 결정하고, 각각의 냉각 대상면에 대해 위상최적설계를 이용하여 냉각 채널을 설계한 뒤 형상 적응형 냉각 채널을 설계함으로써, 성능이 우수한 형상 적응형 냉각 채널을 상대적으로 신속하게 설계할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법의 순서도
도 2는 성형물의 형상을 분류하기 위한 특성길이의 설명도
도 3은 성형물의 형상에 따른 취출온도까지의 평균 냉각시간 및 최대 온도편차의 측정 그래프
도 4는 형상 분해단계의 설명도
도 5는 독립된 냉각 채널 형성 단계의 순서도
도 6은 형상 적응형 냉각 채널 형성단계의 설명도
도 7은 실험예 1의 형상 적응형 냉각 채널의 예시 도면 및 평균 압력강하 시뮬레이션 결과
도 8은 실험예 1의 형상 적응형 냉각 채널의 최대 온도편차의 측정 그래프
도 9는 실험예 2의 형상 적응형 냉각 채널의 예시 도면 및 평균 압력강하 시뮬레이션 결과
도 10은 실험예 2의 형상 적응형 냉각 채널의최대 온도편차의 측정 그래프
도 11은 실험예 3의 형상 적응형 냉각 채널의 도면
도 12는 실험예 3의 성형품의 표면 최대/최소온도 차이 측정 결과
도 13은 실험예 3의 취출온도까지의 냉각시간 측정 결과이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명은 위상최적설계를 이용하여 금형 내부의 형상 적응형 냉각 채널을 설계하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법(S1000)은, 형상 분류단계(S100)와, 형상 분해단계(S200)와, 독립된 냉각 채널 형성 단계(S300) 및 형상 적응형 냉각 채널 형성단계(S400)를 포함한다.
형상 분류단계(S100)는 냉각 대상면을 결정하기 위해 성형물을 입체 구조물(bulk structure) 또는 평면 구조물(thin structure)로 분류하는 단계이다. 즉, 성형물의 형상과 대응되는 캐비티의 형상을 평면 또는 입체 형상으로 분류한다.
본 실시예에서는, 물체를 냉각하는 과정에서 냉각 채널과 맞닿는 면적이 증가할수록 냉각량이 증가하는 형상학적 특성을 기반으로 하여, 냉각 공정상 온도 편차에 따른 형상을 분류한다. 즉, 동일한 형상의 성형물인 경우에도 평면 구조물인 경우와 입체 구조물인 경우에 따라 냉각 대상 영역이 달라진다. 따라서 형상 분류단계(S100)에서는 성형물이 평면 구조물인지 또는 평면 구조물인지를 결정한다.
본 실시예에서 성형물이 평면 구조물인지 또는 입체 구조물인지를 결정하는 기준은 성형물의 특성길이(characteristic length)를 이용한다. 보다 구체적으로 본 실시예에서는 특성길이가 0.06미만인 경우 평면 구조물로 분류하며, 특성길이가 0.06이상인 경우 입체 구조물로 분류한다.(도 2 참조)
육면체 형상을 예시로 하여 설명하면 아래와 같다.
육면체의 단면을 기준으로 단면적이 1이 되도록 장변의 길이를 n, 단변의 길이를 1/n 으로 정의한다.
이 경우 특성길이는 이다. 여기서, LC는 특성길이, A는 단면적, P는 단면의 둘레이다.
여기서 LC가 0.06 미만인 경우 평면 구조물로 분류한다.
아래의 [표 1]과 같이 육면체를 6개의 종류로 구분하면, A, B, C는 특성길이가 0.06 이상이므로 본 실시예에서 입체 구조물로 분류되며, D, E, F는 특성길이가 0.06 미만이므로 본 실시예에서 평면 구조물로 분류된다.
Case Volum/depth (LxH) [mm2] Ratio (n2:1)
A 14.03 x 14.03 1:1
B 24.6 x 8 3.705:1
C 39.366 x 5 7.873:1
D 50 x 3.9365 12.70:1
E 75 x 2.6244 28.58:1
F 100 x 1.9683 50.81:1
평면 구조물로 분류되면 냉각 대상면은 상면과 하면이 되며, 입체 구조물로 분류되면 냉각 대상면은 상면과 하면 및 양 측면이 된다.
이를 바탕으로 실험 결과, 평면 구조물에 가까울수록(E,F) 취출온도까지의 평균 냉각시간은 짧고, 최대 온도 편차도 적음을 확인할 수 있다.(도 3 참조)
도 4는 형상 분해단계의 설명도이다.
형상 분해단계(S200)는 형상 분류단계(S100)에서 정해진 성형물의 형상(입체/평면)에 따라 결정된 냉각 대상 영역을 2차원 형상으로 분해하는 단계이다. 여기서 2차원 형상은 냉각 대상 영역의 표면과 동일하다.
그리고 각각의 냉각 대상면에는 3차원 형상의 정보가 반영된다. 이는 2차원 형상에 열 부하(thermal load)가 반영되도록 하기 위함이다.
직육면체, 정육면체 등과 같이 냉각유체의 유동 방향을 따라 두께가 동일한 경우에는 2차원 형상의 각 영역에 대해 필요한 냉각량이 동일한 것으로 가정할 수 있다.(도 4의(a) 참조) 그러나 성형물의 형상이 냉각유체의 유동 방향을 따라 두께가 일정하지 않은 경우, 2차원 형상의 각 영역에서 필요한 냉각량이 다를 수 있다.
이에 따라, 냉각 대상면은 2차원 형상이지만, 각 영역의 상이한 두께로 인해 필요한 냉각량의 차이가 반영되도록 3차원 형상의 정보를 반영한다.(도 4의(b) 참조) 본 실시예에서는 냉각 대상면의 각 영역의 두께에 비례하여 열 부하가 가해지는 것으로 가정하여 3차원 형상의 정보를 반영한다. 다시 말해, 2차원 형상인 냉각 대상면에 성형물의 두께 정보를 반영하고, 2차원 형상의 두께 정보 따라 필요한 냉각량이 다른 것으로 가정한다.
도 5는 독립된 냉각 채널 형성 단계의 순서도이며, 도 6은 형상 적응형 냉각 채널 형성단계의 설명도이다.
독립된 냉각 채널 형성 단계(S300)는, 냉각 대상면 각각에 대해 위상최적설계(topology optimization)을 이용하여 서로 독립된 냉각 채널을 각각 형성한다.
상기 육면체 형상의 예시에서, 평면 구조물로 분류되면 냉각 대상면은 상면과 하면이며, 입체 구조물로 분류되면 냉각 대상면은 상면과 하면 및 양 측면이다. 이에 따라 평면 구조물의 경우 냉각 채널은 상면과 하면에 대해 각각 형성하고, 입체 구조물 경우 냉각 채널은 상면과 하면 및 양 측면에 대해 각각 형성한다.
각각의 냉각 대상면에 대해 냉각 채널을 형성하기 위해 위상최적설계를 수행한다.
냉각 채널을 형성하기 위한 위상최적설계는, 설계영역 설정단계(S310)와, 경계조건 설정단계(S320)와, 민감도 해석단계(S330)와, 위상최적설계 도출단계(S340)를 포함한다.
먼저, 설계영역을 설정한다. 본 실시예에서 설계영역은 냉각 대상면이다. 즉 3차원 형상의 정보가 반영된 2차원 형상의 냉각 대상면이다.
그리고 경계조건을 설정한다. 본 실시예에서 경계조건은 냉각 대상면의 경계(boundary)와, 입구(inlet)와 출구(outlet)의 직경, 위치 및 입구와 출구에서의 냉각유체의 유량이다.
이후 목적함수(Objective function)를 설정한다. 그리고 목적함수가 수렴조건을 만족하도록 설계변수를 변경하여 위상최적설계를 도출할 수 있다.
이 때, 목적함수에 대한 각 요소의 민감도 해석(sensitivity analysis)을 할 수 있다. 민감도에 따른 목적함수의 각 요소의 설계변수를 변경하면서 목적함수가 수렴조건을 만족할 때까지 반복하여 위상최적설계를 도출할 수 있다.
본 실시예에서 목적함수는 냉각유체의 입구 및 출구 등에서의 압력강하 및 취출온도까지의 냉각 소요 시간의 최소화이다. 즉, 유동손실 및 냉각시간의 최소화이다.
본 실시예에서 목적함수는 다중 목적함수(Multi Objective function)로서 아래와 같이 정의될 수 있다.
여기서, c는 다중 목적함수이며, 는 압력강하 최소화에 관한 목적함수이며, 는 냉각 소요 시간 최소화에 관한 목적함수이다.
그리고 와 는 각각 아래와 같이 정의될 수 있다.
여기서, μ는 유체점성계수(fluid dynamic viscosity),
Figure pat00008
는 속도장(velocity field), ρ는 가밀도(pseudo-density), α는 달시마찰계수/역 투과계수(darcy friction coefficient/inverse permeability),
Figure pat00009
는 체적력(fluid body force), Ω는 설계영역(형상도메인)이다.
여기서, ｋ는 등가열전도율(equivalent thermal conductivity), Τ는 온도장(temperature field), ρm은 등가밀도(equivalent density), cp는 등가열용량(equivalent heat capacity), fT는 열원(heat source)이다.
민감도 해석은 위상최적설계를 돌출하기 위해 설계변수의 변화에 따른 목적함수의 영향을 해석하는 것을 의미한다.
형상 적응형 냉각 채널 형성단계(S400)는 각각의 독립된 냉각 채널을 성형물의 형상에 대응되도록 재배치 및 결합하여 최종적으로 형상 적응형 냉각 채널을 형성한다. 상기와 같이 위상최적설계를 이용하여 형상 적응형 냉각 채널을 설계함으로써 압력강하 및 냉각시간과 냉각 균일도가 우수하다.
<실험예 1>
평면 구조물로서 직육면체 형상인 성형물에 대해 형상 적응형 냉각 채널을 설계하고, 채널 유동의 압력강하와, 최대 온도 차이 및 취출온도까지의 냉각시간을 측정하였다.
직렬 형상(serial-shaped)의 형상 적응형 냉각 채널(case 1), 병렬 형상(parallel-shaped)의 형상 적응형 냉각 채널(case 2), 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)을 설계하여 비교하였다.(도 7의(a) 참조)
case 채널 유동의 평균 압력 강하
1 301.6 Pa
2 85.5 Pa
3 31.3 Pa
case 최대 온도 차이
1 205.1 K
2 179.5 K
3 174.9 K
case 취출온도(70℃) 까지의 냉각시간
1 3.5 s
2 1.1 s
3 0.8 s
위 [표 2]는 채널 유동의 압력강하를 비교한 것이며, [표 3]은 형상 적응형 냉각 채널의 최대 온도 차이를 비교한 것이고, [표 4]는 취출온도까지의 냉각시간을 비교한 것이다.
[표 2] 및 도 7의 (b)를 참조하면, case 1 및 case 2에 비하여 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)의 압력 강하가 월등히 적은 것을 확인할 수 있다.
또한, [표 3] 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)의 경우 최대 온도차이가 case 1에 비해 30.2K, case 2에 비해 4.6 K 낮은 것을 확인할 수 있다.
또한, [표 4]를 참조하면, 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)의 경우 취출온도(70℃)까지의 냉각시간이 0.8s로서, case 1에 비해 2.7s, case 2에 비해 0.3s 빠른 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
평면 구조물로서 두께가 점점 감소하는 형상인 성형물에 대해 형상 적응형 냉각 채널을 설계하고, 채널 유동의 압력강하와, 최대 온도 차이를 측정하였다.
직렬 형상(serial-shaped)의 형상 적응형 냉각 채널(case 1), 병렬 형상(parallel-shaped)의 형상 적응형 냉각 채널(case 2), 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)을 설계하여 비교하였다.(도 9의(a) 참조)
case 채널 유동의 평균 압력 강하
1 208.0 Pa
2 69.0 Pa
3 44.2 Pa
case 최대 온도 차이
1 212.3 K
2 211.2 K
3 205.3 K
위 [표 5]는 채널 유동의 압력강하를 비교한 것이며, [표 6]은 최대 온도 차이를 비교한 것이다.
[표 5] 및 도 9의 (b)를 참조하면, case 1 및 case 2에 비하여 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)의 압력 강하가 월등히 적은 것을 확인할 수 있다.
또한, [표 6] 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)의 경우 최대 온도차이가 case 1에 비해 7K, case 2에 비해 5.9 K 낮은 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
화장품 용기 형상의 성형물에 대해 냉각 채널을 설계하고, 채널 유동의 압력강하와, 성형품 표면의 최대 온도 차이 및 취출온도까지의 냉각시간을 측정하였다.
종래의 냉각 채널을 형성하는 기계공법으로 제작할 수 있는 직선 냉각 채널(case 1), 나선(Helical) 형상의 냉각 채널(case 2), 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)을 설계하여 비교하였다.(도 11 참조)
case 1 case 2 case 3
압력 강하
(Pa)		 884.4 161,288.5 2050.7
위 [표 7]은 채널 유동의 압력강하를 비교한 것이다.
[표 7]을 참조하면, 냉각 채널 내부의 압력 강하는 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)이, 나선 형상의 냉각 채널(case 2)보다 약 80배 낮음을 확인할 수 있다.
또한, 성형물의 생산 시간 및 잔류 응력에 의한 변형을 비교하기 위하여 표면온도 차이를 분석하였다.
나선 형상의 냉각채널과 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널의 취출 시간인 8초에서의 성형품의 표면의 최대 온도차이는, 나선 형상의 냉각채널의 경우 31.425℃로 본 실시예보다 약 1.57배 높은 것으로 확인된다. 따라서, 본 실시예의 경우 기존 공법인 case 1보다 10초 가량 빠르게 생산 시간을 단축 할 수 있었으며, 잔류 응력에 의한 변형을 최소화 할 수 있다.(도 12 참조)
또한, 표면의 최대 취출 온도(70℃)에 도달 시 성형품의 취출을 가정하여 취출온도까지의 냉각시간을 측정한 결과, case 1의 취출 온도까지의 냉각 소요시간은 약 18초이며, 나선 형상의 냉각채널(case 2)과 본 실시예에 따른 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널(case 3)은 약 8초임을 확인할 수 있다.(도 13 참조)
상기와 같은 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법(S1000)을 통해, 형상 적응형 냉각 채널이 형성된 금형을 제조할 수 있다. 구체적으로 위상최적설계를 통해 최적의 결과를 도출하여 형상 적응형 냉각 채널을 설계하고, 이를 적층가공하기 위해 STL 포맷으로 변환할 수 있다. 여기서 적층가공은 선택적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering), 바인더 젯(Binder-Jet) 등의 3D 프린터를 이용하여 수행될 수 있다. 3D 프린터를 통해 형상 적응형 냉각 채널이 복잡한 중공 구조를 갖더라도 정밀하게 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 성형물의 형상을 입체 또는 평면으로 분류하여 냉각 대상면을 결정하고, 각 냉각 대상면에 대해 위상최적설계를 이용하여 독립된 냉각 채널을 형성한 뒤, 금형 내부의 형상 적응형 냉각 채널을 설계하는 방법이 제공된다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라, 이 청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
S1000 : 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법
S100 : 형상 분류단계
S200 : 형상 분해단계
S300 : 독립된 냉각채널 형성 단계
S400 : 형상 적응형 냉각 채널 형성단계

Claims (4)

  1. 성형물을 평면 구조물(thin structure) 또는 입체 구조물(bulk structure)로 분류하고 냉각 대상 영역을 결정하는 단계;
    상기 냉각 대상 영역을 2차원 형상인 냉각 대상면으로 분해하는 단계;
    상기 냉각 대상면 각각에 대해 위상최적설계를 이용하여 서로 독립된 냉각 채널을 각각 형성하는 단계; 및
    상기 냉각 채널을 서로 결합하여 형상 적응형 냉각 채널을 형성하는 단계;
    를 포함하는 위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 대상면을 결정하는 단계는,
    상기 성형물의 특성길이가 0.06 미만인 경우 평면 구조물로 분류하는
    위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2차원 형상은, 열 부하(thermal load)를 반영하여 냉각량이 정해지도록 상기 3차원 형상의 정보가 반영되는
    위상최적설계를 이용한 형상 적응형 냉각 채널 설계방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위상최적설계는,
    설계영역을 설정하는 단계;
    상기 설계영역의 작동조건에 해당하는 경계조건을 설정하는 단계;
    냉각유체의 입구 및 출구 등에서의 압력강하 및 취출온도까지의 냉각 소요 시간의 최소화에 해당되는 목적함수를 설정하는 단계;
    상기 목적함수가 수렴조건을 만족하도록 설계변수를 변경하는 단계;
    를 포함하는 형상 적응형 냉각 채널 설계방법.
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