KR20240067705A

KR20240067705A - 점진 성형 장치 및 점진 성형 방법

Info

Publication number: KR20240067705A
Application number: KR1020220149021A
Authority: KR
Inventors: 박남수; 윤형원
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2022-11-09
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2024-05-17

Abstract

본 발명은 금속 판재를 두께 방향으로 점진적으로 국부 성형하여 금속 판재를 소정의 형상으로 성형할 수 있는 점진 성형 장치 및 점진 성형 방법에 관한 것으로서, 본체와, 상하 방향으로 승하강 가능하도록 상기 본체에 설치되는 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트와 상하로 대향되도록, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트의 상측에 상기 상하 방향으로 승하강 가능하도록 설치되는 상부 플레이트와, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 설치되어, 금속 판재의 양단을 파지하는 파지부와, 상기 파지부에 파지된 상기 금속 판재의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록 상기 상부 플레이트에 설치되고, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 성형부와, 상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 성형부와 상하로 대향되도록 상기 하부 플레이트에 설치되고, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지하는 다이부 및 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 구동하는 구동부 및 상기 성형부와 전기적으로 연결되어, 상기 구동부 및 상기 성형부에 제어신호를 인가하는 성형 제어부를 포함하고, 상기 다이부는, 상기 상부 플레이트에 설치된 3차원 프린팅 모듈에 의해, 상기 하부 플레이트 상에 3차원 프린팅 공정으로 형성될 수 있다.

Description

점진 성형 장치 및 점진 성형 방법{Incremental forming apparatus and Incremental forming method}

본 발명은 점진 성형 장치 및 점진 성형 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 판재를 두께 방향으로 점진적으로 국부 성형하여 금속 판재를 소정의 형상으로 성형할 수 있는 점진 성형 장치 및 점진 성형 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 금속 판재의 성형은 암수 한 쌍으로 된 금형 사이에 금속 판재를 삽입한 후 금형으로 가압하여 성형하는 매칭 다이 성형법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 상기 매칭 다이 성형법은, 금형의 제조와 수정이 어려울 뿐 아니라 제품에 맞게 금형을 수시로 바꾸어야 하고, 반복 사용 시 금형의 마모로 인해 정밀도가 점차 떨어지며, 특히 대형 금형의 경우에는 금형 제작에 막대한 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있었다. 이에 따라, 종래의 금형을 이용한 금속 가공산업을 대체할 수 있는 경제적이고 유연한 제조기술이 지속적으로 개발되고 있다.

예컨대, 다양한 형상의 제품 성형에 민첩하게 대응할 수 있는 스케일러블(Scalable) 시스템을 들 수 있는 바, 이와 같은 스케일러블 시스템을 기반으로 한 성형기술에는 대표적으로 점진 성형 기술(Incremental forming)이 있다.

점진 성형 장치는, 일반적으로, 겐트리(Gantry) 구조를 바탕으로 상부에 위치한 하중 부가부(성형툴)와, 하중 부가부와 대향되게 하부에 위치한 하중 지지부(다이)의 수직 구조로 형성되며, 3차원 형상의 점진 성형을 위한 성형툴은 CNC(Computerized numerical control)를 통한 위치제어를 바탕으로 3차원 자유형상에 대한 점진 성형 경로를 추적하여 금속 판재를 국부적으로 성형함으로써, 원하는 형상의 최종 제품을 성형할 수 있다.

이러한, 점진 성형 장치는, 금속 판재의 국부 점진 성형을 바탕으로 종래의 프레스 공정에서의 소재 성형 한계를 확장 가능하며, 연신율이 낮은 난성형 소재의 경우에도 성공적인 성형이 가능할 수 있다.

그러나, 종래의 한점 점진 성형(Single Point Incremental Forming, SPIF)은, 하부 다이의 형상을 바탕으로 상부 성형툴의 위치 제어를 통해 국부 성형을 유도하나, 적용하는 소재 및 성형 경로에 따라 재료의 국부적인 유동이 한쪽으로 치우치는 살몰림 현상이 발생할 수 있으며, 이에 따라, 성형품의 주름(Wrinkle) 및 파단(Fracture)을 초래할 수 있는 문제점이 있었다. 또한, 연신율이 극히 낮은 초고강도 소재의 경우에는 종래의 점진 성형 공정으로도 성공적인 성형품 확보에 한계가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 다이부 캐비티 공간의 성형 지지면에 복수의 진공 채널을 형성하여 금속 판재와 다이부 사이에 진공 상태를 유발하여, 성형 중 하부 다이부 방향으로 금속 판재가 밀착되도록 유도함으로써, 금속 판재의 점진 성형 시, 배개 효과(Pillow effect) 등 살몰림 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 하나의 장비 내에서 하부 다이(금형)를 3차원 프린팅 공정으로 형성함으로써, 하부 다이 내부의 복잡한 형상의 복수의 진공 채널을 용이하게 형성할 수 있고, 하부 다이의 이동 없이 곧바로 성형하여, 하부 다이의 이동 및 설치로 인한 오차를 방지하고, 하부 다이의 제작 시간을 포함한 전체 공정 시간을 감소시킬 수 있는 점진 성형 장치 및 점진 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 점진 성형 장치가 제공된다. 상기 점진 성형 장치는, 본체; 상하 방향으로 승하강 가능하도록 상기 본체에 설치되는 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트와 상하로 대향되도록, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트의 상측에 상기 상하 방향으로 승하강 가능하도록 설치되는 상부 플레이트; 상기 본체에서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 설치되어, 금속 판재의 양단을 파지하는 파지부; 상기 파지부에 파지된 상기 금속 판재의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록 상기 상부 플레이트에 설치되고, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 성형부; 상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 성형부와 상하로 대향되도록 상기 하부 플레이트에 설치되고, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지하는 다이부; 및 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 구동하는 구동부 및 상기 성형부와 전기적으로 연결되어, 상기 구동부 및 상기 성형부에 제어신호를 인가하는 성형 제어부;를 포함하고, 상기 다이부는, 상기 상부 플레이트에 설치된 3차원 프린팅 모듈에 의해, 상기 하부 플레이트 상에 3차원 프린팅 공정으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형부는, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 상기 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 전체적으로 봉 형상으로 형성되어, 상기 금속 판재의 일면과 마주보는 방향에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다이부는, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지할 수 있도록, 상기 금속 판재의 타면과 마주보는 방향에 상기 성형부와 대향되게 설치되고, 상기 소정의 형상과 대응되도록 오목한 캐비티 공간으로 형성되는 성형 지지면이 형성되어, 상기 금속 판재의 타면을 지지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다이부는, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지할 수 있도록, 상기 금속 판재의 타면과 마주보는 방향에 상기 성형부와 대향되게 설치되고, 상기 소정의 형상과 대응되도록 볼록하게 돌출 코어(Core)로 형성되는 성형 지지면이 형성되어, 상기 금속 판재의 타면을 지지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다이부의 상기 소정의 형상과 대응되도록 형성되는 상기 성형 지지면에 형성된 복수의 진공 채널을 통해 상기 금속 판재와 상기 다이부 사이에 진공 분위기를 형성하는 진공 형성부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 형성부는, 상기 다이부의 상기 성형 지지면에 형성되는 상기 복수의 진공 채널; 상기 복수의 진공 채널과 연통될 수 있도록, 상기 다이부의 내부 또는 상기 다이부가 안착되는 상기 하부 플레이트의 내부에 형성되는 진공 챔버; 및 상기 다이부의 외부에서, 상기 진공 챔버와 연통되도록 형성되어, 상기 진공 챔버 내부에 진공 분위기를 형성하는 진공 펌프;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 진공 채널은, 상기 다이부의 상기 성형 지지면으로부터, 상기 다이부를 상기 금속 판재의 상기 두께 방향으로 수직하게 관통하도록 형성되고, 상기 진공 챔버는, 상기 복수의 진공 채널 모두와 연통될 수 있도록, 상기 복수의 진공 채널 모두와 대응될 수 있는 단면적으로, 상기 다이부의 하측에 하방이 개방된 형상 또는 상기 하부 플레이트의 상측에 상방이 개방된 형상으로 오목하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 펌프는, 상기 하부 플레이트를 상하로 관통하도록 형성되어 상기 진공 챔버와 연통되도록 형성된 진공 통로와 연결될 수 있도록, 상기 하부 플레이트의 하측에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 펌프는, 상기 하부 플레이트의 승하강 구동 시에도 상기 진공 통로와 계속해서 연결될 수 있도록, 상기 진공 통로와 벨로우즈관에 의해 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 형성부와 전기적으로 연결되어, 상기 진공 형성부에 제어신호를 인가하는 진공 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 제어부는, 상기 진공 챔버 내부 공간의 진공도를 제어할 수 있도록, 상기 진공 펌프에 제어신호를 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 3차원 프린팅 모듈은, 상기 하부 플레이트 상에 상기 다이부를 3차원 프린팅할 수 있도록, 상기 상부 플레이트에 상기 하부 플레이트와 마주보도록 설치되어, 상기 상부 플레이트 상에서 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치되는 프린팅 헤드;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 프린팅 헤드는, 상기 하부 플레이트에 잉크젯 방식으로 액상의 소재를 분사하여 상기 다이부를 적층 성형하는 재료 분사 방식(Material Jetting, MJ 방식)이고, 상기 하부 플레이트에 분사된 상기 액상의 소재를 경화 시킬 수 있도록, 상기 액상의 소재에 자외선을 조사하는 자외선 광원;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 프린팅 헤드는, 상기 하부 플레이트에 금속 분말의 분사와 함께 레이저빔을 조사하여 상기 다이부를 적층 성형하는 직접 용착 방식(Directed Energy Deposition, DED 방식)이고, 상기 하부 플레이트에 분사된 상기 금속 분말을 용융 시킬 수 있도록, 상기 금속 분말에 레이저빔을 조사하는 레이저 광원;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 프린팅 헤드는, 상기 하부 플레이트에 필라멘트(Filament) 형태로 공급되는 소재를 용융 압출하여 상기 다이부를 적층 성형하는 재료 압출 방식(Fused Deposition Modeling, FDM 방식)이고, 롤 형태로 감긴 상기 필라멘트를 공급하는 스풀(Spool);을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 3차원 프린팅 모듈과 전기적으로 연결되어, 상기 다이부를 3차원 프린팅할 수 있도록 상기 프린팅 헤드에 제어신호를 인가하는 프린팅 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 프린팅 제어부는, 상기 프린팅 헤드가 상기 다이부를 3차원 프린팅 시, 상기 프린팅 헤드가 상기 다이부의 어느 한 레이어층을 적층한 후 다음 레이어층을 적층 전, 상기 하부 플레이트가 상기 다음 레이어층의 높이 만큼 하강할 수 있도록, 상기 하부 플레이트를 구동하는 상기 구동부에 제어신호를 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형부 및 상기 3차원 프린팅 모듈은, 상기 상부 플레이트에 착탈 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 본체의 일측에 설치되어, 외부로부터 상기 금속 판재를 상기 성형부와 상기 다이부 사이로 이송시키는 이송부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 점진 성형 방법이 제공된다. 상기 점진 성형 방법은, 본체와, 상하 방향으로 승하강 가능하도록 상기 본체에 설치되는 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트와 상하로 대향되도록, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트의 상측에 상기 상하 방향으로 승하강 가능하도록 설치되는 상부 플레이트와, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 설치되어, 금속 판재의 양단을 파지하는 파지부와, 상기 파지부에 파지된 상기 금속 판재의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록 상기 상부 플레이트에 설치되고, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 성형부와, 상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 성형부와 상하로 대향되도록 상기 하부 플레이트에 설치되고, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지하는 다이부와, 및 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 구동하는 구동부 및 상기 성형부와 전기적으로 연결되어, 상기 구동부 및 상기 성형부에 제어신호를 인가하는 성형 제어부를 포함하는 점진 성형 장치를 이용한 점진 성형 방법에 있어서, 상기 상부 플레이트에 설치된 3차원 프린팅 모듈에 의해, 상기 하부 플레이트 상에 상기 다이부를 3차원 프린팅 공정으로 형성하는 단계; 상기 본체의 일측에 설치된 이송부에 의해, 외부로부터 상기 금속 판재를 상기 성형부와 상기 다이부 사이로 이송시키는 단계; 금속 판재가 상기 성형부와 상기 다이부 사이에서 고정될 수 있도록, 상기 파지부에 의해 상기 금속 판재를 파지하는 단계; 및 상기 성형부가 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 상기 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다이부의 성형 지지면 전체 영역에 복수의 진공 채널을 형성하여, 금속 판재의 점진 성형 시, 금속 판재와 다이부 사이에 진공 상태를 유발할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재의 점진 성형 과정에서 진공에 의해 다이부의 성형 지지면으로 금속 판재가 밀착되도록 유도함으로써, 금속 판재의 점진 성형 시, 배개 효과(Pillow effect) 등 살몰림 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 다이부를 한 대의 장비 내에서 3차원 프린팅을 통해 출력함으로써, 다이부의 이동 없이 곧바로 성형부로 점진 성형을 수행함으로써, 다이부의 이동 및 설치로 인한 오차를 방지할 수 있으며, 다이부의 내부에 복잡한 형태로 형성되는 복수의 진공 채널이나, 소재 및 다이부의 고정을 위한 나사산 등 점진 성형에 필요한 모든 부분을 한번에 용이하게 형성할 수 있고, 다이부의 제작 시 종래의 절삭 공정으로는 가공하기 까다로운 곡면이나 역테이퍼 형상을 용이하게 구현할 수 있다.

이와 같이, 다이부에 형성된 복수의 진공 채널을 이용하여, 초고강도 난성형 소재의 점진 성형 시, 살몰림 현상에 따른 성형 형상 치수 정밀도 저하를 억제하여 성형 불량률을 저감함으로써 점진 성형품의 품질을 증대시킬 수 있고, 한 대의 장비 내에서 다이부를 제작하고 곧바로 성형할 수 있기 때문에, 다이부의 제작 시간을 포함한 전체 공정 시간을 절감하여 생산성을 향상시키는 효과를 가질 수 있는 점진 성형 장치 및 점진 성형 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 4 내지 도 8은 도 3의 점진 성형 방법에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치가 금속 판재를 점진 성형하는 과정을 순서대로 나타내는 모식도들이다.
도 9 및 도 10은 도 3의 점진 성형 방법에 따라 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치가 금속 판재를 점진 성형하는 과정을 순서대로 나타내는 모식도들이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치를 이용한 진공 점진 성형의 실험 결과를 나타내는 이미지들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 모식도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(2000)를 개략적으로 나타내는 모식도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치(1000)는, 크게, 본체(100)와, 하부 플레이트(200)와, 상부 플레이트(300)와, 파지부(400)와, 성형부(500)와, 다이부(600)와, 3차원 프린팅 모듈(700) 및 진공 형성부(800)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본체(100)는, 일종의 지지 구조체로서, 후술될 하부 플레이트(200)와, 상부 플레이트(300)와, 파지부(400)와, 성형부(500)와, 다이부(600)와, 3차원 프린팅 모듈(700) 및 진공 형성부(800)를 지지할 수 있으며, 하부 플레이트(200) 및 상부 플레이트(300)가 상하 방향(Z축 방향)으로 승하강 운동할 수 있도록, 상하 방향(Z축 방향)으로 길게 연장되게 형성되는 복수의 승하강 실린더(110)가 설치될 수 있다.

이에 따라, 후술될 다이부(600)를 지지할 수 있도록, 전체적으로 사각의 플레이트 형상으로 형성되는 하부 플레이트(200)는, 복수의 승하강 실린더(110)를 따라서 상하 방향(Z축 방향)으로 승하강 가능하도록 본체(100)에 설치될 수 있다.

또한, 상부 플레이트(300)는, 후술될 성형부(500) 및 3차원 프린팅 모듈(700)을 지지할 수 있도록, 하부 플레이트(200)와 대응되는 전체적으로 사각의 플레이트 형상으로 형성되고, 하부 플레이트(200)와 상하로 대향되도록, 본체(100)에서 하부 플레이트(200)의 상측에 복수의 승하강 실린더(110)를 따라서 상하 방향(Z축 방향)으로 승하강 가능하도록 본체(100)에 설치될 수 있다.

또한, 파지부(400)는, 본체(100)에서 하부 플레이트(200)와 상부 플레이트(300) 사이에 설치되어, 금속 판재(1)의 길이 방향(X축 방향)의 양단을 파지할 수 있다.

더욱 구체적으로, 파지부(400)는, 금속 판재(1)의 길이 방향(X축 방향)의 양단의 일면을 가압하는 한 쌍의 상부 블록체(410) 및 금속 판재(1)를 기준으로 한 쌍의 상부 블록체(410)와 상하로 대향되게 설치되어, 금속 판재(1)의 길이 방향(X축 방향)의 양단의 타면을 지지하는 한 쌍의 하부 블록체(420)를 포함할 수 있다. 또한, 도시되진 않았지만, 본체(100)에서 하부 플레이트(200)와 상부 플레이트(300) 사이에 설치되어, 금속 판재(1)의 폭 방향(Y축 방향)의 양단을 파지하는 또 다른 파지부가 더 설치될 수도 있다.

이러한, 파지부(400)는, 일종의 클램프(Clamp)로서, 금속 판재(1)를 파지하여 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 블록 구조체일 수 있다. 예컨대, 파지부(400)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘 및 아연 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 블록 구조체일 수 있다. 그러나, 파지부(400)는, 도 1에 반드시 국한되지 않고, 금속 판재(1)를 파지하여 지지할 수 있는 매우 다양한 재질의 부재들이 적용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 성형부(500)는, 파지부(400)에 파지된 금속 판재(1)의 길이 방향(X축 방향), 폭 방향(Y축 방향), 두께 방향(Z축 방향) 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록 상부 플레이트(300)에 설치되고, 금속 판재(1)의 적어도 일부분을 금속 판재(1)의 두께 방향(Z축 방향)으로 가압하여 금속 판재(1)를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있다.

더욱 구체적으로, 성형부(500)는, 금속 판재(1)의 적어도 일부분을 금속 판재(1)의 두께 방향(Z축 방향)으로 가압하여 금속 판재(1)를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 전체적으로 봉 형상으로 형성되어, 금속 판재(1)의 일면과 마주보는 방향에 설치될 수 있다.

이러한, 성형부(500)는, 스타일러스 펜과 같은 형태의 성형툴로서, 금속 판재(1)의 길이 방향(X축 방향), 폭 방향(Y축 방향) 및 두께 방향(Z축 방향)과 같이 3차원으로 이동되어, 금속 판재(1)를 3차원의 소정의 형상으로 점진적으로 가압 성형할 수 있도록, 상부 플레이트(300)에 설치될 수 있다. 그러나, 성형부(500)는, 반드시 도 1에 국한되지 않고, 금속 판재(1)를 3차원의 소정의 형상으로 점진적으로 가압 성형할 수 있도록, 다관절을 가지는 겐트리 구조의 로봇팔(미도시)에 장착될 수도 있다.

또한, 다이부(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상술한 성형부(500)에 의해 점진 성형되는 금속 판재(1)를 지지할 수 있도록, 금속 판재(1)를 사이에 두고 성형부(500)와 상하로 대향되도록 하부 플레이트(200)에 설치되고, 상기 소정의 형상과 대응되는 형상의 캐비티 공간(A)이 형성되어 금속 판재(1)의 타면을 지지할 수 있다. 이때, 성형부(500)가 설치된 상부 플레이트(300) 및 다이부(600)가 설치된 하부 플레이트(200)는, 상부 플레이트(300) 및 하부 플레이트(200)를 구동하는 구동부(10) 및 성형부(500)와 전기적으로 연결된 성형 제어부(510)로부터 제어신호를 인가받아, 금속 판재(1)의 점진 성형을 위한 구동이 제어될 수 있다.

예컨대, 다이부(600)는, 성형부(500)에 의해 점진 성형되는 금속 판재(1)를 지지할 수 있도록, 금속 판재(1)의 타면과 마주보는 방향에 성형부(500)와 대향되게 설치되고, 상기 소정의 형상과 대응되도록 오목한 캐비티 공간(A)으로 형성되는 음각 형태의 성형 지지면(610)이 형성되어, 금속 판재(1)의 타면을 지지할 수 있다.

이러한, 다이부(600)에는, 상술한 성형부(500)에 의한 금속 판재(1)의 점진 성형 시, 금속 판재(1)를 진공에 의해 캐비티 공간(A)의 성형 지지면(610)에 밀착시켜, 성형부(500)의 이동에 따라 금속 판재(1)의 유동이 한쪽으로 치우치는 살몰림 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있도록, 진공 형성부(800)가 설치될 수 있다.

진공 형성부(800)는, 다이부(600)의 캐비티 공간(A)의 성형 지지면(610)에 형성된 복수의 진공 채널(800)을 통해 금속 판재(1)와 다이부(600) 사이에 진공 분위기를 형성할 수 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 형성부(800)는, 다이부(600)의 성형 지지면(610)에 형성되는 복수의 진공 채널(810)과, 복수의 진공 채널(810)과 연통될 수 있도록, 다이부(600)가 안착되는 하부 플레이트(200)의 내부에 형성되는 진공 챔버(820) 및 다이부(600)의 외부에서, 진공 챔버(820)와 연통되도록 형성되어, 진공 챔버(820) 내부에 진공 분위기를 형성하는 진공 펌프(830)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 복수의 진공 채널(810)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다이부(600)의 성형 지지면(610)으로부터, 다이부(600)를 금속 판재(1)의 두께 방향(Z축 방향)으로 수직하게 관통하도록 형성되되, 금속 판재(1)의 전 성형 영역에 진공을 균일하게 형성할 수 있도록, 복수의 진공 채널(810)은, 단위면적당 배치 개수가 성형 지지면(610)의 전영역에서 균일할 수 있도록, 성형 지지면(610)에 균등 배치되도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(820)는, 복수의 진공 채널(810) 모두와 연통될 수 있도록, 복수의 진공 채널(810) 모두와 대응될 수 있는 단면적으로, 하부 플레이트(200)의 상측에 상방이 개방된 형상으로 오목하게 형성될 수 있다.

그러나, 진공 챔버(820)의 형상은 반드시 도 1에 국한되지 않고, 도 2의 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(2000)에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(820)는, 다이부(600)에 내부에 형성될 수도 있다.

더욱 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(820)는, 복수의 진공 채널(810) 모두와 연통될 수 있도록, 복수의 진공 채널(810) 모두와 대응될 수 있는 단면적으로, 다이부(600)의 하측에 하방이 개방된 형상으로 오목하게 형성될 수도 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(830)는, 하부 플레이트(200)를 상하로 관통하도록 형성되어 진공 챔버(820)와 연통되도록 형성된 진공 통로(210)와 연결될 수 있도록, 하부 플레이트(200)의 하측에 설치될 수 있다.

이러한, 진공 펌프(830)는, 하부 플레이트(200)의 승하강 구동에 따른 진공 통로(210)와의 이격 거리 변화에도 진공 통로(210)와 계속해서 연결될 수 있도록, 진공 통로(210)와 신축 가능한 벨로우즈관(831)에 의해 연결되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 진공 펌프(830)의 제어는, 진공 형성부(800)와 전기적으로 연결되어, 진공 형성부(800)에 제어신호를 인가하는 진공 제어부(840)에 의해 이루어질 수 있다. 더욱 구체적으로, 진공 제어부(840)는, 진공 챔버(820)의 내부 공간의 진공도를 제어할 수 있도록, 진공 펌프(830)에 제어신호를 인가할 수 있다.

상술한, 진공 형성부(800)의 복수의 진공 채널(810)이 형성되는 다이부(600)는, 상부 플레이트(300)에 설치된 3차원 프린팅 모듈(700)에 의해, 하부 플레이트(200) 상에 3차원 프린팅 공정으로 형성될 수 있다.

예컨대, 3차원 프린팅 모듈(700)은, 하부 플레이트(200) 상에 다이부(600)를 3차원 프린팅할 수 있도록, 상부 플레이트(300)에 하부 플레이트(200)와 마주보도록 설치되어, 상부 플레이트(300) 상에서 길이 방향(X축 방향), 폭 방향(Y축 방향) 및 두께 방향(Z축 방향) 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치되는 프린팅 헤드(710)를 포함할 수 있다.

이러한, 프린팅 헤드(710)는, 3차원 프린팅 모듈(700)과 전기적으로 연결되어, 다이부(600)를 3차원 프린팅할 수 있도록 제어신호를 인가하는 프린팅 제어부(720)에 의해 제어될 수 있다.

또한, 상술한 성형부(500) 및 3차원 프린팅 모듈(700)은, 필요시에만 사용할 수 있도록 상부 플레이트(300)에 착탈 가능하게 설치될 수 있으나, 반드시, 이에 국한되지 않고, 상부 플레이트(300)에 상시 설치될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치(1000)를 이용한 점진 성형 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 방법을 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 4 내지 도 8은 도 3의 점진 성형 방법에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치(1000)가 금속 판재(1)를 점진 성형하는 과정을 순서대로 나타내는 모식도들이고, 도 9 및 도 10은 도 3의 점진 성형 방법에 따라 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(2000)가 금속 판재(1)를 점진 성형하는 과정을 순서대로 나타내는 모식도들이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 방법은, 다이 출력 단계(S100)와, 금속 판재 이송 단계(S200)와, 파지 단계(S300) 및 점진 성형 단계(S400) 순으로 진행될 수 있다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 다이 출력 단계(S100)에서, 상부 플레이트(300)에 3차원 프린팅 모듈(700)을 장착할 수 있다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(300)에 설치된 3차원 프린팅 모듈(700)에 의해, 하부 플레이트(200) 상에 다이부(600)를 3차원 프린팅 공정으로 출력할 수 있다.

이때, 3차원 프린팅 모듈(700)에 의해 출력되는 다이부(600)의 최상단이, 본체(100)의 일측에 설치된 이송부(900)에 의해 외부로부터 성형부(500)와 다이부(600) 사이로 이송될 금속 판재(1) 보다 낮게 형성될 수 있도록, 프린팅 제어부(720)는, 프린팅 헤드(710)가 다이부(600)를 3차원 프린팅 시, 프린팅 헤드(710)가 다이부(600)의 어느 한 레이어층을 적층(출력)한 후 다음 레이어층을 적층 전, 하부 플레이트(200)가 상기 다음 레이어층의 높이 만큼 하강할 수 있도록, 하부 플레이트(200)를 구동하는 구동부(10)에 제어신호를 인가할 수 있다.

또한, 이러한, 다이 출력 단계(S100)에서 사용되는 프린팅 헤드(710)의 3차원 프린팅 방식은, 적층될 소재를 하부 플레이트(200) 상에 다이부(600)의 횡단면 형상대로 직접 분사하는 방식이 적용되는 것이 바람직할 수 있다.

예컨대, 파우더 형태의 소재를 하부 플레이트(200) 상에 도포하고 이를 레이저로 경화시키는 방식인 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering, SLS 방식)이나, 파우더 형태의 소재를 하부 플레이트(200) 상에 도포하고 이를 접착제로 경화시키는 방식인 바인더 젯(Binder Jet, BJ 방식)이 적용될 경우, 다이부(600)의 출력 완료 후, 경화되지 않고 하부 플레이트(200) 상에 남은 파우더를 제거하는 공정이 추가로 진행되어야 하고, 또한, 남은 파우더에 의해 점진 성형 장치(1000)가 오염되거나 동작 불량이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.

그러나, 적층될 소재를 하부 플레이트(200) 상에 다이부(600)의 횡단면 형상대로 직접 분사하는 방식이 적용될 경우, 이와 같은 문제점을 방지할 수 있다.

이에 따라, 프린팅 헤드(710)는, 하부 플레이트(200)에 잉크젯 방식으로 액상의 소재를 분사하여 다이부(600)를 적층 성형하는 재료 분사 방식(Material Jetting, MJ 방식)이 적용되어, 하부 플레이트(200)에 분사된 상기 액상의 소재를 경화 시킬 수 있도록, 상기 액상의 소재에 자외선을 조사하는 자외선 광원(미도시)을 포함하거나, 프린팅 헤드(710)는, 상기 하부 플레이트(200)에 금속 분말의 분사와 함께 레이저빔을 조사하여 상기 다이부(600)를 적층 성형하는 직접 용착 방식(Directed Energy Deposition, DED 방식)이 적용되어, 하부 플레이트(200)에 분사된 상기 금속 분말을 용융 시킬 수 있도록, 상기 금속 분말에 레이저빔을 조사하는 레이저 광원(미도시)를 포함하거나, 프린팅 헤드(710)는, 하부 플레이트(200)에 필라멘트(Filament) 형태로 공급되는 소재를 용융 압출하여 다이부(600)를 적층 성형하는 재료 압출 방식(Fused Deposition Modeling, FDM 방식)적용되어, 롤(Roll) 형태로 감긴 상기 필라멘트를 공급하는 스풀(Spool)을 포함하도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다.

이외에도, 프린팅 헤드(710)는, 적층될 소재를 하부 플레이트(200) 상에 다이부(600)의 횡단면 형상대로 직접 분사하는 모든 3차원 프린팅 방식이 적용될 수 있다.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 3차원 프린팅 모듈(700)에 의한 다이부(600)의 출력완료 후, 상부 플레이트(300)로부터 3차원 프린팅 모듈(700)을 제거하고 성형부(500)를 장착한 뒤, 금속 판재 이송 단계(S200)에서, 본체(100)의 일측에 설치된 이송부(900)에 의해, 외부로부터 금속 판재(1)를 성형부(500)와 다이부(600) 사이로 이송시키고, 파지 단계(S300)에서, 금속 판재(1)가 성형부(500)와 다이부(600) 사이에서 고정될 수 있도록, 파지부(400)에 의해 금속 판재(1)를 파지할 수 있다.

이어서, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 점진 성형 단계(S400)에서, 성형부(500)가 금속 판재(1)의 적어도 일부분을 금속 판재(1)의 두께 방향(Z축 방향)으로 가압하여 금속 판재(1)를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있다. 이때, 다이부(600)의 성형 지지면(610)에 형성된 복수의 진공 채널(810)에 의해 금속 판재(1)와 다이부(600)의 성형 지지면(610) 사이에는 진공 분위기가 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서, 다이부(600)가 상기 소정의 형상과 대응되도록 오목한 캐비티 공간(A)으로 형성되는 음각 형태의 성형 지지면(610)이 형성되는 것으로 예를 들었지만, 반드시 도 4 내지 도 8에 국한되지 않고, 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진 성형 장치(3000)와 같이, 다이부(600)는, 성형부(500)에 의해 점진 성형되는 금속 판재(1)를 지지할 수 있도록, 금속 판재(1)의 타면과 마주보는 방향에 성형부(500)와 대향되게 설치되고, 소정의 형상과 대응되도록 볼록하게 돌출 코어(Core)(C)로 형성되는 양각 형태의 성형 지지면(610)이 형성되어, 금속 판재(1)의 타면을 지지할 수도 있다.

이와 같이, 다이부(600)가 양각 형태의 성형 지지면(610)으로 형성될 경우에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 성형부(500)가 금속 판재(1)를 점진 성형하는 과정에서, 하부 플레이트(200)의 상승에 의해 상승되어, 성형부(500)와 함께 금속 판재(1)를 점진 성형할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 여러 실시예에 따른 점진 성형 장치(1000, 2000, 3000) 및 점진 성형 방법에 따르면, 다이부(600)의 성형 지지면(610) 전체 영역에 복수의 진공 채널(810)을 형성하여, 금속 판재(1)의 점진 성형 시, 금속 판재(1)와 다이부(600) 사이에 진공 상태를 유발할 수 있다. 이에 따라, 금속 판재(1)의 점진 성형 과정에서 진공에 의해 다이부(600)의 성형 지지면(610)으로 금속 판재(1)가 밀착되도록 유도함으로써, 금속 판재(1)의 점진 성형 시, 배개 효과(Pillow effect) 등 살몰림 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 다이부(600)를 한 대의 장비 내에서 3차원 프린팅을 통해 출력함으로써, 다이부(600)의 이동 없이 곧바로 성형부(500)로 점진 성형을 수행함으로써, 다이부(600)의 이동 및 설치로 인한 오차를 방지할 수 있으며, 다이부(600)의 내부에 복잡한 형태로 형성되는 복수의 진공 채널(810)이나, 소재 및 다이부(600)의 고정을 위한 나사산 등 점진 성형에 필요한 모든 부분을 한번에 용이하게 형성할 수 있고, 다이부(600)의 제작 시 종래의 절삭 공정으로는 가공하기 까다로운 곡면이나 역테이퍼 형상을 용이하게 구현할 수 있다.

그러므로, 다이부(600)에 형성된 복수의 진공 채널(810)을 이용하여, 초고강도 난성형 소재의 점진 성형 시, 살몰림 현상에 따른 성형 형상 치수 정밀도 저하를 억제하여 성형 불량률을 저감함으로써 점진 성형품의 품질을 증대시킬 수 있고, 한 대의 장비 내에서 다이부(600)를 제작하고 곧바로 성형할 수 있기 때문에, 다이부(600)의 제작 시간을 포함한 전체 공정 시간을 절감하여 점진 성형의 생산성을 향상시키는 효과를 가질 수 있는 점진 성형 장치(1000, 2000, 3000) 및 점진 성형 방법을 구현할 수 있다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 점진 성형 장치(1000)를 이용한 점진 성형의 실험 예를 설명한다. 다만, 하기의 실험 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험 예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 점진 성형 장치를 이용한 진공 점진 성형의 실험 결과를 나타내는 이미지들이다.

금속 판재(1)를 점진 성형하여 도 11에 도시된 바와 같은 목적 형상을 성형하고자, 도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 진공 채널(810)이 형성된 다이부(600)를 이용하는 본 발명의 점진 성형 장치(진공유무 O)와, 복수의 진공 채널이 형성되지 않은 종래의 점진 성형 장치(진공유무 X)를 이용하여 점진 성형을 실시하였다. 이때, 성형부(500) 성형툴의 직경은 10mm, 40mm를 사용하였고, 성형 깊이는 0.1mm, 1.0mm 2가지 조건으로 진행을 하였다.

위와 같은 조건으로 금속 판재의 점진 성형을 실시한 결과, 도 12에 도시된 바와 같이, 성형툴의 직경이나, 성형 깊이에 관계 없이, 복수의 진공 채널이 형성되지 않은 종래의 점진 성형 장치(진공유무 X)에서 모두 살몰림 현상에 의한 들뜸이 더 크게 발생하는 것으로 나타났다.

특히, 성형툴 직경 10mm, 성형 깊이 0.1mm 조건에서 그 차이가 더욱 크게 나타난 것으로 확인이 되었다.

해당 조건에서의 살몰림 현상을 구체적으로 측정해본 결과, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 진공 채널이 형성되지 않은 종래의 점진 성형 장치(진공유무 X)에서 점진 성형된 성형품의 경우 들뜸이 최대 6.63mm까지 발생한 반면, 본 발명의 점진 성형 장치(진공유무 O)에서 점진 성형된 성형품의 경우 들뜸이 최대 4.29mm까지 발생되어, 살몰림 현상에 의한 들뜸이 개선된 것으로 확인이 되었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 금속 판재
10: 구동부
100: 본체
200: 하부 플레이트
210: 진공 통로
300: 상부 플레이트
400: 파지부
410: 한 쌍의 상부 블록체
420: 한 쌍의 하부 블록체
500: 성형부
510: 성형 제어부
600: 다이부
610: 성형 지지면
700: 3차원 프린팅 모듈
710: 프린팅 헤드
720: 프린팅 제어부
800: 진공 형성부
810: 복수의 진공 채널
820: 진공 챔버
830: 진공 펌프
831: 벨로우즈관
840: 진공 제어부
900: 이송부
1000, 2000, 3000:
A: 캐비티 공간
C: 돌출 코어

Claims

본체;
상하 방향으로 승하강 가능하도록 상기 본체에 설치되는 하부 플레이트;
상기 하부 플레이트와 상하로 대향되도록, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트의 상측에 상기 상하 방향으로 승하강 가능하도록 설치되는 상부 플레이트;
상기 본체에서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 설치되어, 금속 판재의 양단을 파지하는 파지부;
상기 파지부에 파지된 상기 금속 판재의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록 상기 상부 플레이트에 설치되고, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 성형부;
상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 성형부와 상하로 대향되도록 상기 하부 플레이트에 설치되고, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지하는 다이부; 및
상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 구동하는 구동부 및 상기 성형부와 전기적으로 연결되어, 상기 구동부 및 상기 성형부에 제어신호를 인가하는 성형 제어부;를 포함하고,
상기 다이부는,
상기 상부 플레이트에 설치된 3차원 프린팅 모듈에 의해, 상기 하부 플레이트 상에 3차원 프린팅 공정으로 형성되는, 점진 성형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 성형부는,
상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 상기 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형할 수 있도록, 전체적으로 봉 형상으로 형성되어, 상기 금속 판재의 일면과 마주보는 방향에 설치되는, 점진 성형 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 다이부는,
상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지할 수 있도록, 상기 금속 판재의 타면과 마주보는 방향에 상기 성형부와 대향되게 설치되고, 상기 소정의 형상과 대응되도록 오목한 캐비티 공간으로 형성되는 성형 지지면이 형성되어, 상기 금속 판재의 타면을 지지하는, 점진 성형 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 다이부는,
상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지할 수 있도록, 상기 금속 판재의 타면과 마주보는 방향에 상기 성형부와 대향되게 설치되고, 상기 소정의 형상과 대응되도록 볼록하게 돌출 코어(Core)로 형성되는 성형 지지면이 형성되어, 상기 금속 판재의 타면을 지지하는, 점진 성형 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 다이부의 상기 소정의 형상과 대응되도록 형성되는 상기 성형 지지면에 형성된 복수의 진공 채널을 통해 상기 금속 판재와 상기 다이부 사이에 진공 분위기를 형성하는 진공 형성부;
를 더 포함하는, 점진 성형 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 진공 형성부는,
상기 다이부의 상기 성형 지지면에 형성되는 상기 복수의 진공 채널;
상기 복수의 진공 채널과 연통될 수 있도록, 상기 다이부의 내부 또는 상기 다이부가 안착되는 상기 하부 플레이트의 내부에 형성되는 진공 챔버; 및
상기 다이부의 외부에서, 상기 진공 챔버와 연통되도록 형성되어, 상기 진공 챔버 내부에 진공 분위기를 형성하는 진공 펌프;
를 포함하는, 점진 성형 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 복수의 진공 채널은,
상기 다이부의 상기 성형 지지면으로부터, 상기 다이부를 상기 금속 판재의 상기 두께 방향으로 수직하게 관통하도록 형성되고,
상기 진공 챔버는,
상기 복수의 진공 채널 모두와 연통될 수 있도록, 상기 복수의 진공 채널 모두와 대응될 수 있는 단면적으로, 상기 다이부의 하측에 하방이 개방된 형상 또는 상기 하부 플레이트의 상측에 상방이 개방된 형상으로 오목하게 형성되는, 점진 성형 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 진공 펌프는,
상기 하부 플레이트를 상하로 관통하도록 형성되어 상기 진공 챔버와 연통되도록 형성된 진공 통로와 연결될 수 있도록, 상기 하부 플레이트의 하측에 설치되는, 점진 성형 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 진공 펌프는,
상기 하부 플레이트의 승하강 구동 시에도 상기 진공 통로와 계속해서 연결될 수 있도록, 상기 진공 통로와 벨로우즈관에 의해 연결되는, 점진 성형 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 진공 형성부와 전기적으로 연결되어, 상기 진공 형성부에 제어신호를 인가하는 진공 제어부;
를 더 포함하는, 점진 성형 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 진공 제어부는,
상기 진공 챔버 내부 공간의 진공도를 제어할 수 있도록, 상기 진공 펌프에 제어신호를 인가하는, 점진 성형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 프린팅 모듈은,
상기 하부 플레이트 상에 상기 다이부를 3차원 프린팅할 수 있도록, 상기 상부 플레이트에 상기 하부 플레이트와 마주보도록 설치되어, 상기 상부 플레이트 상에서 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하게 설치되는 프린팅 헤드;
를 포함하는, 점진 성형 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 프린팅 헤드는,
상기 하부 플레이트에 잉크젯 방식으로 액상의 소재를 분사하여 상기 다이부를 적층 성형하는 재료 분사 방식(Material Jetting, MJ 방식)이고,
상기 하부 플레이트에 분사된 상기 액상의 소재를 경화 시킬 수 있도록, 상기 액상의 소재에 자외선을 조사하는 자외선 광원;
을 포함하는, 점진 성형 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 프린팅 헤드는,
상기 하부 플레이트에 금속 분말의 분사와 함께 레이저빔을 조사하여 상기 다이부를 적층 성형하는 직접 용착 방식(Directed Energy Deposition, DED 방식)이고,
상기 하부 플레이트에 분사된 상기 금속 분말을 용융 시킬 수 있도록, 상기 금속 분말에 레이저빔을 조사하는 레이저 광원;
을 포함하는, 점진 성형 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 프린팅 헤드는,
상기 하부 플레이트에 필라멘트(Filament) 형태로 공급되는 소재를 용융 압출하여 상기 다이부를 적층 성형하는 재료 압출 방식(Fused Deposition Modeling, FDM 방식)이고,
롤 형태로 감긴 상기 필라멘트를 공급하는 스풀(Spool);
을 포함하는, 점진 성형 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 3차원 프린팅 모듈과 전기적으로 연결되어, 상기 다이부를 3차원 프린팅할 수 있도록 상기 프린팅 헤드에 제어신호를 인가하는 프린팅 제어부;
를 더 포함하는, 점진 성형 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 프린팅 제어부는,
상기 프린팅 헤드가 상기 다이부를 3차원 프린팅 시, 상기 프린팅 헤드가 상기 다이부의 어느 한 레이어층을 적층한 후 다음 레이어층을 적층 전, 상기 하부 플레이트가 상기 다음 레이어층의 높이 만큼 하강할 수 있도록, 상기 하부 플레이트를 구동하는 상기 구동부에 제어신호를 인가하는, 점진 성형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 성형부 및 상기 3차원 프린팅 모듈은,
상기 상부 플레이트에 착탈 가능하게 설치되는, 점진 성형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 본체의 일측에 설치되어, 외부로부터 상기 금속 판재를 상기 성형부와 상기 다이부 사이로 이송시키는 이송부;
를 더 포함하는, 점진 성형 장치.
본체와, 상하 방향으로 승하강 가능하도록 상기 본체에 설치되는 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트와 상하로 대향되도록, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트의 상측에 상기 상하 방향으로 승하강 가능하도록 설치되는 상부 플레이트와, 상기 본체에서 상기 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이에 설치되어, 금속 판재의 양단을 파지하는 파지부와, 상기 파지부에 파지된 상기 금속 판재의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동 가능하도록 상기 상부 플레이트에 설치되고, 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 성형부와, 상기 금속 판재를 사이에 두고 상기 성형부와 상하로 대향되도록 상기 하부 플레이트에 설치되고, 상기 성형부에 의해 점진 성형되는 상기 금속 판재를 지지하는 다이부와, 및 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트를 구동하는 구동부 및 상기 성형부와 전기적으로 연결되어, 상기 구동부 및 상기 성형부에 제어신호를 인가하는 성형 제어부를 포함하는 점진 성형 장치를 이용한 점진 성형 방법에 있어서,
상기 상부 플레이트에 설치된 3차원 프린팅 모듈에 의해, 상기 하부 플레이트 상에 상기 다이부를 3차원 프린팅 공정으로 형성하는 단계;
상기 본체의 일측에 설치된 이송부에 의해, 외부로부터 상기 금속 판재를 상기 성형부와 상기 다이부 사이로 이송시키는 단계;
금속 판재가 상기 성형부와 상기 다이부 사이에서 고정될 수 있도록, 상기 파지부에 의해 상기 금속 판재를 파지하는 단계; 및
상기 성형부가 상기 금속 판재의 적어도 일부분을 상기 금속 판재의 상기 두께 방향으로 가압하여 상기 금속 판재를 소정의 형상으로 점진 성형하는 단계;
를 포함하는, 점진 성형 방법.