WO2022260354A1 - 금속테두리 기초제품의 제조를 위한 금속분말 사출성형품 시스템 및 이를 이용한 금속테두리 기초제품 제조 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a metal rim (frame) used as a part of electronic products such as a mobile phone, a smart key, a remote control, etc. And it relates to a manufacturing method thereof.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a metal rim using sintered metal, which has never been applied to conventional metal rim manufacturing, and more particularly, has a new shape and function designed to be applied to the production of a metal rim using sintered metal. It relates to a metal powder injection molded product system and a method for manufacturing a metal rim using the same.
  • Metal rims are widely used to improve the strength and aesthetics of electronic products such as mobile phones, smart keys, and remote controls.
  • the conventional metal frame was made through many processes (30 processes were required in Pantech in the past) such as cutting and shaving a lump of metal using various equipment such as a lathe.
  • the amount of metal cut out compared to the amount of metal actually used in the finished product is large, so the loss of raw materials is large, and most of the production cost is occupied by the processing cost rather than the metal price of the metal rim itself.
  • metal injection molding is a molding method made by grafting general plastic injection molding and metal powder sintering technology developed in the field of powder metallurgy.
  • Metal powder injection molding can manufacture three-dimensional precision parts using all powder materials such as metals, ceramics, carbides, and intermetallic compounds. Since it can be molded, it has the advantage of mass production.
  • the present invention relates to a new manufacturing method that solves the problems of the prior art in the manufacturing process of a metal frame inserted into a case of an electronic product such as a mobile phone or smart key.
  • One object of the present invention is to solve the fact that the process of making a metal rim through cutting of a metal lump is extremely labor-intensive and difficult to mass-produce as a method of making individual products.
  • Another object of the present invention is to solve the problem that the manufacturing of the conventional metal rim takes a lot of time and the unit cost is high because it goes through countless individual processes.
  • Another object of the present invention is to solve the problem that the amount of metal cut and discarded is too large compared to the amount of metal rims produced.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a metal rim for electronic products using sintered metal, which has never been applied before, and more particularly, to a method for producing a basic metal rim product by sintering an injection-molded product molded using a metal powder injection molding method. It relates to a metal powder injection-molded product having a new shape and function used in the method and a system thereof.
  • the metal powder injection-molded product system includes a metal powder injection-molded product having a closed shape arranged to cross each other and including side walls of a molded product for manufacturing a metal frame; and a support means disposed inside a corner portion where the sidewalls of the molded product intersect and fixing the sidewall of the molded product so as not to shrink in the longitudinal direction during sintering.
  • the supporting means fixes the sidewall of the molded product so as not to shrink in the longitudinal direction during sintering and may be formed to be separated from the sidewall of the molded product after sintering.
  • the metal frame base product requires a side wall that is long and thin compared to the overall size, and it is not easy to manufacture such a long and thin side wall by sintering a metal powder injection-molded product.
  • the metal powder injection-molded product system supports and sinters the inner corner of the sidewall of the molded product in a fixed state by a separate support means to prevent deformation and destruction of the sidewall of the molded product during sintering, so that the sidewall of the molded product is in the sintering step. Deformation and breakage can be prevented.
  • the support means according to the present invention may include an inner corner support material fixed to one side of the support means, and the inner corner support material is a part where the side wall of the molded product intersects for the purpose of preventing shrinkage of the sidewall of the molded product in the longitudinal direction. It can be variously changed according to the shape of. That is, if the corner portion of the side wall of the molded product has a rounded shape, a circular inner corner support member may be used, or an inner corner support member formed by rounding only a portion in contact with the corner portion of the side wall of the molded article may be used.
  • the inner corner support and support member may be configured to be easily separated from the metal powder injection-molded product after sintering. That is, the inner corner support and support member may include a ceramic material, and the inner corner support member and support member may be treated so as not to react with the sidewall of the metal powder injection-molded product.
  • the inner corner support material and the support means are processed so that they do not react with each other with the sidewall of the molded product (a) the entire inner corner support material and the support means are made of a non-reactive material that does not react with the sidewall of the molded product, or (b) the inner corner Arrange a non-reactive material that does not react with the sidewall of the molded article outside the support and the support means, or (c) a non-reactive substance or solution on at least one surface where the inner corner support and/or the support means and the sidewall of the molded article contact each other. It may be selected from one of those prepared by applying and drying or sintering.
  • the metal powder injection-molded product according to the present invention includes a metal powder binder mixture in which metal powder and a binder are mixed, and the metal powder is molybdenum, tungsten, or the like and an alloy thereof; alloy steel containing Fe as a main component; stainless alloy steels such as SUS630, SUS316, and SUS304; It may be composed of one selected from titanium and titanium alloys or a mixture of two or more selected from these, and may preferably include stainless alloy steel or titanium hydride.
  • the metal powder binder mixture is 47.5 to 65% by volume of the stainless alloy steel metal powder;
  • a binder composed of 40 to 60% by weight of wax and 60 to 40% by weight of polymeric material may be included in an amount of 52.5 to 35% by volume, preferably 55 to 60% by volume of stainless alloy steel metal powder;
  • a binder composed of 40 to 60% by weight of wax and 60 to 40% by weight of a polymer material may be included in an amount of 45 to 40% by volume.
  • the binder may include 45 to 55% by weight of paraffin wax, 1 to 10% by weight of carnauba wax, 10 to 20% by weight of polypropylene, 25 to 35% by weight of polyacetal, and 1 to 10% by weight of amorphous polyalphaolefin. More preferably, the binder contains 45 to 50% by weight of paraffin wax, 1 to 5% by weight of carnauba wax, 10 to 15% by weight of polypropylene, 25 to 30% by weight of polyacetal, and 1 to 5% by weight of amorphous polyalphaolefin. % may be included.
  • Another metal powder binder mixture according to the present invention contains 45 to 75% by volume of titanium hydride metal powder; 55 to 25% by volume of a binder composed of 40 to 60% by weight of wax and 60 to 40% by weight of polymer material; preferably, the binder is 40 to 60% by weight of paraffin wax and 15 to 30% by weight of polypropylene. , 10 to 30% by weight of polyethylene and 1 to 10% by weight of amorphous polyalphaolefin, more preferably, the binder contains 55 to 60% by weight of paraffin wax, 15 to 20% by weight of polypropylene, and 15 to 20% by weight of polyethylene %, 1 to 5% by weight of amorphous polyalphaolefin.
  • the metal powder injection-molded product is formed from the metal powder binder mixture containing the titanium hydride metal powder
  • a certain distance (restraint interval) between the inner part of the side wall corner of the molded product and the inner corner support material when the metal powder injection-molded product is fixed to the support means. need to keep This is because titanium hydride generates greater shrinkage than metal powder molded articles using stainless steel alloy metal powder because hydrogen escapes during sintering. Therefore, when the sidewall of the molded article and the inner corner support are placed in contact with each other (that is, when the restraining distance is 0%), the sidewall of the molded article is distorted or cracks occur during sintering.
  • the constraint interval may be set to 1.5 to 5.5%, more preferably 1.5 to 5%.
  • the metal powder injection-molded product according to the present invention may have a polygonal shape, and a portion of the inner corner support may have a shape matching the inner side of the corner portion of the polygonal shape.
  • the metal powder injection-molded product system provides a system capable of simultaneously sintering a plurality of metal powder injection-molded products.
  • a multi-connected inner corner configured so that a plurality of metal powder injection-molded articles are stacked on a support member, and an inner corner support member is disposed through the support member and caught on the inside of a corner portion of the plurality of metal powder injection-molded articles. It may consist of a support.
  • a plurality of metal powder injection-molded products are stacked in a state of being separated by a spacer member, and an inner corner support fixed on a support means is configured to be caught on the inside of the corner portion of the plurality of metal powder injection-molded products. It may consist of a corner support.
  • two support means are disposed facing each other in an upright form, a plurality of metal powder injection-molded products are separated and disposed between the support means by a spacer member, and an inner corner support object fixed through the two support means is disposed in the plurality. It may be composed of a multi-connected inner corner support configured to be caught on the inside of the corner of the two metal powder injection-molded products.
  • the metal powder injection-molded product system may further include a guide material supporting at least one of the inner surface, the outer surface, the inner and outer surfaces, the width direction, or the thickness direction of the sidewall of the molded product.
  • the guide material may be configured to support not only the thickness direction of the side wall of the molded product but also the inner surface, the outer surface, the inner and outer surface, or the width direction of the sidewall of the molded product. Therefore, it is possible to manufacture metal rims having various shapes because the shape of the basic metal rim product can be changed in various ways.
  • the guide material may be added to a part of the sidewall of the molded product to prevent the sidewall of the molded product from being deformed during sintering when the length of the sidewall of the molded product is long and it is difficult to support the sidewall of the molded product only with the inner corner support.
  • the guide material may be configured not to react with the sidewall of the molded article.
  • the metal powder injection-molded product system can provide a method for manufacturing a metal frame base product, which includes the steps of designing the shape of a metal powder injection-molded product; Manufacturing a mold according to the shape; Injecting a metal powder binder mixture into a mold manufactured according to the shape of a metal powder injection molded product - the metal powder injection molded product includes side walls of a molded product for manufacturing a metal rim, and the side walls of the molded product are arranged to cross each other to cross each other, so that the metal powder injection molded product has a closed shape; After supercritical degreasing and thermal degreasing of the metal powder injection-molded product, it is placed on the inside of the corner where the sidewall of the molded product intersects and fixed on a support means for fixing the sidewall of the molded product so that it does not shrink in the longitudinal direction during sintering, and then sintering step; Separating the metal frame base product from the support means; may include.
  • the metal powder binder mixture contains 55 to 60% by volume of stainless alloy steel metal powder; 45 to 55% by weight of paraffin wax, 1 to 10% by weight of carnauba wax, 10 to 20% by weight of polypropylene, and 25 to 35% by weight of polyacetal 45 to 40% by volume of a binder containing 1 to 10% by weight of amorphous polyalphaolefin; 10 to 15% by weight of propylene, 25 to 30% by weight of polyacetal, and 1 to 5% by weight of amorphous polyalphaolefin.
  • Another metal powder binder mixture provided by the present invention includes 45 to 75% by volume of titanium hydride metal powder; 40 to 65% by weight of paraffin wax, 15 to 30% by weight of polypropylene, 10 to 30% by weight of polyethylene, and amorphous polyalphaolefin 55 to 25% by weight of a binder containing 1 to 10% by weight; preferably, the binder is 55 to 60% by weight of paraffin wax, 15 to 20% by weight of polypropylene, 15 to 20% by weight of polyethylene , 1 to 5% by weight of an amorphous polyalphaolefin.
  • the restraining distance between the support means and the metal powder injection-molded product may be 1.5 to 5.5%, and preferably, the restraining distance may be 1.5 to 5%.
  • the present invention provides a new method for manufacturing a metal rim inserted into a case of an electronic product such as a mobile phone, a smart key, etc., thereby facilitating mass production of the metal rim and lowering the production cost.
  • FIG. 2 is a view showing a metal edging base product manufactured from a metal powder injection-molded product for a metal edging by way of example.
  • Figure 3 shows an example of a metal powder injection-molded product system including a metal powder injection-molded product for a metal rim and a supporting means.
  • FIG. 4 illustrates the shape of the inner corner support according to the shape of the sidewall of the molded product by way of example.
  • 5 to 7 show metal powder injection molded product systems capable of simultaneously stacking and sintering two or more metal powder injection molded products as another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a metal powder injection-molded product system for a metal rim of another type according to the present invention, which further includes guides for forming various shapes such as thickness and width of the sidewall of the molded product.
  • the metal rim base product has a square shape, but the shape of the metal rim base product may be variously changed according to the shape of an electronic product case or the like. If the corner of the electronic product has a rounded shape, the corner of the metal frame base product may also be formed to be rounded.
  • metal rim base product refers to the final product of the present invention before becoming a metal rim through processing.
  • the metal frame base product refers to the product after removing the metal powder injection-molded product fixed by the support means from the metal powder injection-molded product that has passed through the sintering process.
  • Figure 3 shows an example of a metal powder injection-molded product system including a metal powder injection-molded product for a metal rim and a supporting means.
  • the metal powder injection-molded product system includes a metal powder injection-molded product having a rectangular shape with four side walls 500 intersecting and four inner corners toward the inside of the corners 501 to 504 of the metal powder injection-molded product. It includes a support means 514 equipped with supports 540 to 543 .
  • FIG. 3 is an example of a metal powder injection-molded product system for making a metal frame base product as shown in FIG. 2 .
  • the inner corner supports 540 to 543 are fastened and fixed to one surface of the support member 514 . Therefore, during the sintering process of the metal powder injection-molded product, the sidewall of the molded product can withstand the force to shrink in the longitudinal direction. That is, since the inner corner of the sidewall of the molded product is fixed by the inner corner support, the shape of the sidewall of the molded product of the metal powder injection-molded product can be maintained even during sintering, so that a metal frame base product having the desired size and shape can be produced. have.
  • the inner corner support is shown as having a square shape according to the shape of the corner portion of the side wall of the molded product (Fig. 4a), but for the purpose of preventing the shrinkage of the side wall of the molded product in the longitudinal direction, It can be changed in various ways according to the shape of the part. That is, if the corner of the molded product has a rounded shape, a circular inner corner support can be used (Fig. 4b), or an inner corner support can be used in which only the part in contact with the inner corner of the sidewall of the molded product has a rounded shape (Fig. 4c). have.
  • the inner corner support and the supporting means may be configured to be easily separated from the metal powder injection-molded product after sintering. That is, the inner corner support and support member may include a ceramic material, and the inner corner support member and support member may be treated so as not to react with the sidewall of the metal powder injection-molded product.
  • the inner corner support and support means are processed so that they do not react with the sidewall of the metal powder injection-molded product. It may be composed of a non-reactive material that does not react with the sidewall of the molded product, or may be one of drying or sintering by applying a non-reactive material or solution to the contact surface of the inner corner support or support member in contact with the sidewall of the molded product.
  • the non-reactive material may be any one of ceramic powder or graphite powder, or a combination of two or more.
  • the metal powder injection-molded article according to the present invention may be manufactured by a metal powder injection molding method including a binder and metal powder.
  • the powder body is injection-molded into an appropriate shape, ceramic sintering, metal powder sintering, or mixture sintering thereof may be applied to the powder body.
  • a binder that imparts fluidity to the metal powder and maintains its shape is used in addition to the powder, and wax and various polymer materials may be used as the main components of the binder.
  • a binder is used as described above, of course, a binder removal process must be additionally performed.
  • the mixture for injection molding in which the metal powder and the binder are mixed can be injection molded with a precision injection machine for general plastics, various types of metal powder injection-molded products can be manufactured using an injection machine.
  • the metal powder injection-molded product according to the present invention may include a metal powder and a binder, and the metal powder may include molybdenum, tungsten, or the like and alloys thereof; alloy steel containing Fe as a main component; stainless alloy steels such as SUS630, SUS316, and SUS304; It may be composed of one selected from titanium and titanium alloys or a mixture of two or more selected from these, preferably stainless alloy steel or titanium hydride may be used.
  • Various waxes and various polymer materials may be used as binders for the manufacture of metal powder molded articles.
  • paraffin wax, carnauba wax, etc. may be used as the wax, and a mixture thereof may be used, and polyacetal (POM, polyacetal), polypropylene (PP, polypropylene), polyethylene (PE, plyethylene), amorphous polyalphaolefin (APAO, amorphous polyalphaolefin), etc., and a mixture of two or more selected from these may be used.
  • One exemplary step for manufacturing a metal powder injection molded article is as follows.
  • the above step is a process of mixing a binder with metal powder.
  • This is a step of preparing a metal powder binder mixture by preheating the kneader to 100 to 250 degrees and introducing pre-weighed metal powder and binder into the kneader. For example, metal powder and a binder are put into a kneader set at 100 to 250 degrees, preferably 140 to 170 degrees, and then mixed. This process may be performed for about 1 to 3 hours so that the binder is uniformly mixed between the metal powders to prepare a metal powder binder mixture.
  • the above step is a step of manufacturing a shape of a metal powder injection-molded product by introducing a metal powder binder mixture into an injection molding machine and moving it to a mold through a nozzle.
  • the injection machine injects the metal powder binder mixture into the material inlet and pushes the material through the screw.
  • the speed of the screw is preferably 20 to 50 m/s and the temperature of the nozzle is 120 to 150 degrees. It is preferable to apply a holding pressure of about 800 to 1000 kgf during injection and set the mold temperature to 30 to 50 degrees.
  • the above step is a step of removing wax from the metal powder injection-molded article by making carbon dioxide into a supercritical state having a high diffusion rate and a low surface tension. Carbon dioxide in a supercritical state quickly penetrates into micropores in metal powder injection-molded products, removes wax, and then comes out quickly, so effective degreasing is possible.
  • a preferable example of the supercritical degreasing step is performed at a pressure of 200 to 250 bar and a temperature of 70 to 80° C. for 5 to 10 hours.
  • the above step is a step of removing a polymer material, which is one of the binder components, by applying heat to the metal powder injection-molded product that has completed the degreasing step. After removing the wax in the supercritical degreasing step, the polymer material, which is the remaining binder component, is completely removed by heating at 300°C or higher.
  • a preferred example of the thermal degreasing step is holding at 300° C. for 30 minutes and then holding at 450° C. for 30 minutes under an argon atmosphere.
  • the above step is a step of manufacturing a basic metal frame product by sintering the degreased metal powder injection-molded product in a sintering furnace set at 900 to 1600 degrees. In this range, sintering of the metal powder proceeds easily, and the mechanical strength and surface properties of the sintered body are excellent. When the sintering temperature is less than 900 degrees, the surface properties and mechanical properties of the sintered body are deteriorated, and when the sintering temperature exceeds 1600 degrees, the mechanical properties of the sintered body may be deteriorated.
  • the sintering may be performed in a gas atmosphere containing at least one of hydrogen or argon or under vacuum conditions. When sintering under the gas atmosphere or vacuum, oxidation due to the inflow of oxygen may be prevented.
  • One of the specific examples for manufacturing the metal powder injection-molded article according to the present invention is as follows.
  • a metal powder binder mixture was prepared by using SUS316, one of stainless alloy steels, as a metal powder and kneading it with a binder in a volume ratio as shown in Table 1.
  • Table 1 the composition ratio of the wax constituting the binder and the polymer material is indicated in weight%, and the composition ratio of the binder and the metal powder constituting the metal powder binder mixture is indicated in volume%.
  • SUS metal powder A metal powder having a particle size of 2 to 20 ⁇ m may be used as a metal powder for manufacturing injection-molded products.
  • binder various waxes and various polymer materials may be used.
  • paraffin wax having a melting point of 55 to 75 degrees and a density of 0.85 to 0.92, carnauba wax, and mixtures thereof may be used as the wax.
  • polyacetal with a melting point of 140 to 170 degrees and a density of 1.05 to 1.20
  • polypropylene with a melting point of 130 to 165 degrees and a density of 0.85 to 0.97
  • PE polyethylene
  • the preferred binder may include 45 to 55% by weight of paraffin wax, 1 to 10% by weight of carnauba wax, 10 to 20% by weight of polypropylene, 25 to 35% by weight of polyacetal, and 1 to 10% by weight of amorphous polyalphaolefin.
  • the amorphous polyalpha olefin used as the polymer material improves the binding force of the metal powder binder mixture and improves the shape stability of the metal powder injection-molded product, so that excellent metal rim base products can be obtained during sintering.
  • a metal powder injection-molded product having a shape as shown in FIG. 3 was manufactured by injecting a metal powder binder mixture having a composition ratio according to Table 1 into a mold.
  • the metal powder injection-molded product has a size of 156 mm in width, 74 mm in length, and 9 mm in thickness, and has a sidewall width of 7 mm.
  • ' ⁇ ' described in 'Evaluation of injection performance' means that the metal powder binder mixture is stably molded in the form of a metal powder injection-molded product, ' ⁇ ' means that the shape is maintained but internal defects occur, and ' ⁇ ' means that the metal powder binder mixture does not have the shape of a metal powder injection-molded product in the mold.
  • the metal powder binder mixture containing 27.5 to 57.5 volume% of a binder composed of 40 to 60% by weight of wax and 60 to 40% by weight of polymer material and 72.5 to 42.5% by volume of metal powder showed good injection performance.
  • the metal powder exceeds a certain volume % or more, the liquidity of the metal powder binder mixture is insufficient, so that the injection machine is easily clogged and easily sticks to the mold.
  • the content of the metal powder is too low, the fluidity is high, and molding is not performed, and contamination of the mold is likely to occur.
  • the stably molded metal powder injection-molded product is subjected to supercritical degreasing and thermal degreasing, and then fixed to a supporting means as shown in FIG. 3 and then sintered to manufacture a basic metal rim product.
  • the sintering according to the present invention is heated up to about 1300 degrees in the sintering furnace, but is preferably controlled at a temperature raising rate of 0.5 degrees or less, which is slower than the commonly used temperature raising rate of 1 to 5 degrees per minute.
  • a temperature raising rate of 0.5 degrees or less which is slower than the commonly used temperature raising rate of 1 to 5 degrees per minute.
  • Metal powder injection-molded products manufactured from the metal powder binder mixture are prone to deformation due to shrinkage during sintering, and product defects due to distortion, cutting, etc. due to deformation are likely to occur.
  • the state of the metal frame base product manufactured by sintering the metal powder injection-molded product is as described in 'sintering state' in Table 1.
  • ' ⁇ ' described in 'sintering state' means that the metal powder injection-molded product is sintered very stably in the form of a metal frame base product, ' ⁇ ' means that it is stably sintered, and ' ⁇ ' means that it is slightly deformed.
  • 'x' indicates a case where the shape of the basic product with a metal rim is not formed due to severe deformation.
  • Example of metal powder injection molded product using SUS metal powder and binder mixture number Mixture for metal powder injection molding (% by volume) Injection performance evaluation sintered state SUS316 bookbinder Composition ratio (% by weight) wax polymer material
  • Example 1 40 60 30 70 ⁇ Example 2 42.5 57.5 40 60 ⁇ ⁇ Example 3 45 55 50 50 ⁇ ⁇ Example 4 47.5 52.5 60 40 ⁇ ⁇ Example 5 50 50 70 30 ⁇ Example 6 52.5 47.5 30 70 ⁇ Example 7 55 45 40 60 ⁇ ⁇ Example 8 57.5 42.5 50 50 ⁇ ⁇ Example 9 60 40 60 40 ⁇ ⁇ Example 10 62.5 37.5 70 30 ⁇ Example 11 65 35 30 70 ⁇ Example 12 67.5 32.5 40 60 ⁇ ⁇ Example 13 70 30 50 50 ⁇ ⁇ Example 14 72.5 27.5 60 40 ⁇ ⁇ Example 15 75 25 70 30 ⁇ Example 16 65 35 60 40 ⁇ ⁇ Example 17 65 35 40 60 ⁇ ⁇ ⁇
  • metal powder injection molding prepared from a metal powder binder mixture containing 35 to 52.5 vol% of a binder composed of 40 to 60 wt% of wax and 60 to 40 wt% of polymer material and 65 to 47.5 vol% of metal powder.
  • the molded article can be sintered into a good metal rim base product, in particular, a metal containing 60 to 55 vol% of metal powder using 40 to 45 vol% of a binder composed of 40 to 60 wt% of wax and 60 to 40 wt% of polymer material.
  • Metal powder injection moldings made from powder mixtures can be sintered into very good metal rim base products.
  • a preferred composition of the binder includes 45 to 55% by weight of paraffin wax and 1 to 10% by weight of carnauba wax as wax components, and 10 to 20% by weight of polypropylene, 25 to 35% by weight of polyacetal, and amorphous poly as polymer material components.
  • 1 to 10% by weight of alpha olefin good injection performance and sintering state are shown, more preferably 45 to 50% by weight of paraffin wax, 1 to 5% by weight of carnauba wax, 10 to 15% by weight of polypropylene, polypropylene 25 to 30% by weight of acetal and 1 to 5% by weight of amorphous polyalphaolefin.
  • the above embodiment exemplifies a method for manufacturing a metal rim base product having a shape as shown in FIG. 3, but is not limited thereto, and metal rim base products having various shapes and thicknesses as well as a metal rim base product according to the present invention. can be applied to the product.
  • a metal frame base product as shown in FIG. 2 can be obtained by separating the metal powder injection-molded product that has undergone the sintering process from the inner corner support of the supporting means.
  • One of the specific examples of another form for manufacturing a metal powder injection-molded article according to the present invention is as follows.
  • a metal powder binder mixture was prepared by using titanium hydride having a particle size of 5 to 30 ⁇ m as a metal powder and kneading it with a binder in a volume ratio as shown in Table 2.
  • Titanium as a non-magnetic material, has a low coefficient of thermal expansion, excellent oxidation resistance, and superior strength compared to other metal materials such as SUS alloy steel and carbon steel, while having a low specific gravity, so it has the advantage of being able to obtain a lightweight metal frame base product.
  • it is difficult to mass-produce metal rims using titanium because of its high melting point and difficult processability.
  • titanium hydride to which the metal powder injection molding method can be applied, inevitably causes greater shrinkage due to the dehydrogenation reaction during sintering, so it is more difficult to manufacture a metal rim using a metal powder injection molded product.
  • the manufacturing process of the metal rim base product using titanium hydride is the same as the case of using the above-mentioned SUS metal powder unless otherwise specified.
  • the preferred composition of the binder when titanium hydride metal powder is used is as follows.
  • It may contain 40 to 60% by weight of paraffin wax having a melting point of 55 to 75 degrees and a density of 0.85 to 0.92 as a binder, and polypropylene 15 to 30% by weight having a melting point of 130 to 165 degrees and a density of 0.85 to 0.97 as a polymer material component.
  • % by weight 10 to 30% by weight of polyethylene having a melting point of 95 to 135 degrees and a density of 0.91 to 0.97, and 1 to 10% by weight of an amorphous polyalphaolefin having a melting point of 90 to 100 degrees and a density of 0.85 to 0.92, , More preferably, it may include 55 to 60% by weight of paraffin wax, 15 to 20% by weight of polypropylene, 15 to 20% by weight of polyethylene, and 1 to 5% by weight of amorphous polyalphaolefin.
  • a metal powder mixture containing 25 to 55 volume% of a binder composed of 40 to 60% by weight of wax and 60 to 40% by weight of polymer material and 75 to 45% by volume of metal powder shows good injection performance. .
  • the degreasing process In the case of using titanium hydride, the degreasing process must be performed under a hydrogen atmosphere. Although not specifically described in Table 2, even if the metal powder injection-molded product is stably molded, if the degreasing process does not proceed in a hydrogen atmosphere and the degreasing process proceeds in a non-hydrogen atmosphere, the sintering state becomes poor in the next sintering process. . This is because hydrogen is released even during the degreasing process, and even a metal powder injection-molded product molded in a good state is deformed after sintering.
  • the metal powder injection-molded product after the degreasing process is fixed to the supporting means and then sintered to manufacture a metal frame base product.
  • the titanium hydride according to the present embodiment causes a greater shrinkage than a metal powder molded article using SUS metal powder because hydrogen is released during sintering. Therefore, when the sidewall of the molded article and the inner corner support are placed in contact with each other (that is, when the restraining distance is 0%), the sidewall of the molded article is distorted or cracks occur during sintering. Therefore, when fixing the degreased metal powder injection-molded product to the supporting means, it is necessary to maintain a certain distance between the inner corner of the side wall of the molded product and the inner corner support.
  • a certain distance between the inner part of the corner of the side wall of the molded product and the inner corner support is indicated as a restraining distance, and the restraining distance is divided by the distance between the side wall of the molded product and the inner corner support by the length of the molded product in the distance direction between the side wall of the molded product and the inner corner support. It is defined as half the value multiplied by 100.
  • a binder composed of 40 to 60% by weight of wax and 60 to 40% by weight of polymer material
  • 1.5 to 5.5% of metal powder injection-molded products containing 75 to 45% by volume of metal powder are used.
  • Example 18 30 70 30 70 ⁇ Example 19 35 65 40 60 ⁇ 0.5% ⁇
  • Example 20 40 60 50 50 ⁇ One% ⁇
  • Example 21 45 55 60 40 ⁇ 1.5% ⁇
  • Example 22 50
  • Example 23 50
  • Example 24 55 45 40 60 ⁇ 3% ⁇
  • Example 25 55 45 50 50 ⁇ 3.5% ⁇
  • Example 26 60 40 60 40 ⁇ 4% ⁇
  • Example 27 60 40 70 30 ⁇
  • Example 28 65 35 30 70 ⁇ 5% ⁇
  • Example 31 75 25 50 50 ⁇ 6% ⁇
  • Example 32 30 70 60 40 ⁇ 0% ⁇
  • Example 33 35 65 70 30 ⁇
  • 5 to 7 show metal powder injection molded product systems capable of simultaneously stacking and sintering two or more metal powder injection molded products as another embodiment of the present invention.
  • a plurality of metal powder injection-molded products 200 are disposed on a plurality of support means 614 and are disposed on each support means by multi-connected inner corner supports 242 penetrating the plurality of support means. It shows a metal powder injection molding system in which the inner part of the edge 201 of the metal powder injection molded product is fixed.
  • the support means can be combined so that a plurality of metal powder injection-molded products are stacked along the thickness direction, several metal frame base products can be produced simultaneously.
  • a multi-connected inner corner support member 742 is provided on one supporting member 714, and a plurality of metal powder injection-molded products are separated by a spacer 700a disposed on the multi-connected inner corner support member.
  • Reference numeral 700 denotes a metal powder injection molding system disposed along the height direction.
  • a pair of support means disposed perpendicularly to the ground but spaced apart from each other in parallel is provided, and a multi-connected inner corner support 742 is fixed perpendicularly to the two support means, and the It shows a metal powder injection molding system in which a plurality of metal powder injection molded articles 700 are fixed to the connection inner corner support 742 in a separated state by a spacer member 700a. That is, the plurality of metal powder injection-molded products may be disposed in a form of being stacked perpendicularly to the ground in a state in which the inner side of each corner part is suspended from the multi-connected inner corner support 742 .
  • the support means, the multi-connected inner corner support member, and the spacer of the metal powder injection-molded product system may be configured to be easily separated from the metal powder injection-molded product after sintering. That is, the multi-connected inner corner support, support member, and spacer member may include a ceramic material, and the multi-connected inner corner support member, support member, and spacer member may be treated so as not to react with the sidewall of the metal powder injection-molded product.
  • the multi-connected inner corner support, support means, and spacer member are processed so that they do not react with the sidewall of the metal powder injection-molded product.
  • the outside of the multi-connected inner corner support, support means, and spacer member is composed of a non-reactive material that does not react with the sidewall of the molded product, or a non-reactive material or It can be either drying or sintering by application of a solution.
  • the non-reactive material may be any one of ceramic powder or graphite powder, or a combination of two or more.
  • various means for further supporting the sidewall of the metal powder injection-molded product may be further provided, an example of which is shown in FIG. 8 .
  • the metal powder injection-molded product system for metal edging may further include guides for forming various shapes such as thickness and width of the sidewall of the molded product, and the guide material 150 shown in FIG. 8 is the sidewall of the molded product ( 100), it serves to help form a thin part during sintering, and the use of the guide material can change the shape of the metal rim base product in various ways, enabling the manufacture of metal rims with various shapes. do.
  • the guide material of FIG. 8 is illustrated as supporting the thickness direction of the sidewall of a metal powder injection-molded product, the guide material may be configured to support the inner surface, the outer surface, the inner and outer surface, or the width direction of the sidewall of the molded product.
  • the guide material may be added to a part of the sidewall of the molded product to prevent the sidewall of the molded product from being deformed during sintering.
  • the guide material should also be constructed so as not to react with the metal powder injection-molded product during sintering, and the above-described method may be used as such a method.
  • the present invention is a metal powder injection-molded product used for manufacturing a metal rim inserted into a case of an electronic product such as a mobile phone, a smart key, etc., and a metal powder injection-molded product system for manufacturing a basic metal rim product using the metal powder injection-molded product, and the above It relates to a method for manufacturing a metal frame base product using the system, which has industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 휴대폰, 스마트키, 리모컨 등과 같은 전자제품의 부품으로 이용되는 금속테두리를 생산하는데 이용되는 금속테두리 기초제품의 제조 방법에 관한 것으로, 금속분말과 바인더를 포함하는 금속분말 바인더 혼합체를 이용하여 제조된 금속분말 사출성형품과 상기 금속분말 사출성형품의 소결시 성형품 측벽이 길이방향으로 축소되지 않도록 고정시켜주는 지지수단을 포함하는 금속분말 사출성형품 시스템을 제공한다. 상기 시스템을 이용하여 제조된 금속테두리 기초제품을 이용함으로써 금속테두리의 대량 생산이 용이하고 생산단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 금속테두리의 제조에 소비되는 금속의 양을 줄일 수 있다.

Description

금속테두리 기초제품의 제조를 위한 금속분말 사출성형품 시스템 및 이를 이용한 금속테두리 기초제품 제조 방법
본 발명은 휴대폰, 스마트키, 리모컨 등과 같은 전자제품의 부품으로 이용되는 금속테두리(프레임)를 생산하는 방법에 관한 것으로, 금속분말을 소결하여 금속테두리를 제조할 수 있도록 새롭게 고안된 금속분말 사출성형품 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
다시 말하면, 본 발명은 종래 금속테두리 제조에는 적용된 적이 없는 소결금속을 이용한 금속테두리 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소결금속을 이용하여 금속테두리의 생산에 적용될 수 있도록 고안된 새로운 형상과 기능을 가진 금속분말 사출성형품 시스템과 이를 이용한 금속테두리 제조방법에 관한 것이다.
금속테두리는 휴대폰, 스마트키, 리모컨 등과 같은 전자제품의 강도를 향상시키고 심미성을 향상시키기 위하여 널리 사용되고 있다.
종래의 금속테두리는 도 1에 도시된 바와 같이 선반 등 각종 장비를 이용하여 금속 덩어리를 절단하고, 깎는 등의 많은 공정(과거 팬택에서는 30개 공정이 요구됨)을 통하여 만들어졌다.
따라서, 종래의 방식은 실제 완제품으로 사용되는 금속량에 비해 절삭되어 나가는 금속의 양이 많아 원재료의 손실이 클 뿐만 아니라 생산원가 대부분을 금속테두리 자체의 금속 가격보다는 가공비가 차지하게 된다.
그러므로 금속테두리가 가지는 많은 장점에도 불구하고 삼성전자 등과 같은 완제품 업체들은 높은 생산 가격과 수급상의 문제 등을 이유로 오랜 기간 동안 이를 채택하지 못하였다.
한편, 금속분말 사출성형(Metal Injection Molding; MIM)은 일반적인 플라스틱 사출성형과 분말야금 분야에서 개발된 금속분말 소결 기술이 접목되어 만들어진 성형법이다.
금속분말 사출성형은 금속, 세라믹, 초경, 금속간 화합물 등 모든 분말 재료에 의한 3차원 정밀 부품의 제조가 가능하며, 난가공재나 주조 불가재 등과 같이 정밀하고 복잡한 부품을 후가공이 거의 필요 없는 단계까지 성형할 수 있기 때문에 대량 생산이 가능한 장점을 가진다.
하지만 고비중의 금속분말을 사출을 통해 성형하고자 할 때, 금속분말 간의 결합성과 사출 유동성을 부여하기 위해 수지와 왁스 등이 혼합된 바인더를 금속분말과 혼합하여 사용하게 되므로 바인더의 특성에 따라 사출성형품의 성형 품질에 영향을 주며, 바인더를 제거하는 탈지공정이 요구되므로 사출성형품으로부터 제조되는 소결품의 품질과 생산성에 많은 영향을 주게 된다.
또한, 소결시 사출성형품의 수축이 발생하므로 금속테두리와 같이 전체 크기에 비하여 두께가 얇고 폭이 작은 부분을 갖는 부품의 경우 소결에 의한 변형 및 파괴가 발생하기 쉬우므로 금속분말 사출성형을 이용하여 금속테두리를 제조하는 것은 시도된 바 없다.
본 발명은 휴대폰, 스마트키 등과 같은 전자제품의 케이스 내에 삽입되는 금속테두리의 제조 공정에 있어서, 종래 기술의 문제점을 해결한 새로운 방식의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 과제는, 금속 덩어리의 절삭 가공을 통해 금속테두리를 만드는 공정은 지극히 노동집약적이고 개별제품을 각각 만드는 방식으로서 대량 생산이 어렵다는 점을 해결하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 종래의 금속테두리 제조는 무수한 개별공정들을 거치므로 시간이 대단히 많이 소요되고 단가가 높다는 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 생산되는 금속테두리의 양에 비해 절삭되어 버려지는 금속의 양이 너무 많은 문제를 해결하는 것이다.
본 발명은 종래에는 전혀 적용된 적이 없는 소결금속을 이용한 전자제품용 금속테두리 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속분말 사출성형법을 사용하여 성형된 사출성형품을 소결함으로써 금속테두리 기초제품을 생산하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 사용되는 새로운 형상과 기능을 가진 금속분말 사출성형품 및 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품 시스템은 금속테두리 제조를 위한 성형품 측벽을 포함하며 서로 교차되도록 배치되어 폐쇄된 형상을 가지는 금속분말 사출성형품; 및 상기 성형품 측벽이 교차되는 모서리 부분의 내측에 배치되어 소결시 성형품 측벽이 길이방향으로 축소되지 않도록 고정시켜주는 지지수단;을 포함한다.
상기 지지수단은 소결시 성형품 측벽이 길이방향으로 축소되지 않도록 고정시켜주고 소결후 성형품 측벽으로부터 분리가 가능하게 형성될 수 있다.
금속테두리 기초제품은 도 2에 도시된 바와 같이 전체 크기에 비하여 가늘고 긴 측벽이 요구되고, 이러한 가늘고 긴 측벽을 금속분말 사출성형품을 소결하여 제조하는 것은 용이하지 않다.
이는 금속분말 사출성형품의 소결시 발생하는 성형품 측벽의 수축에 따라 성형품 측벽에 비틀림 등의 변형과 절단 등의 파괴가 발생하기 때문이다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품 시스템은 소결시 발생하는 성형품 측벽의 변형, 파괴를 방지하고자 성형품 측벽의 모서리부 내측을 별도의 지지수단에 의해 지지, 고정된 상태에서 소결함으로써 성형품 측벽이 소결단계에서 변형, 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 지지수단은 지지수단의 일측면에 고정되는 내측코너지지물을 포함할 수 있으며, 상기 내측코너지지물은 성형품 측벽의 길이 방향의 축소를 방지하는 목적을 위해서라면 성형품 측벽이 교차되는 부분의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 즉 성형품 측벽 모서리 부분이 라운드진 형상이라면 원형의 내측코너지지물을 사용하거나, 성형품 측벽의 모서리부분과 접하는 부분만이 라운드지게 형성된 내측코너지지물이 사용될 수 있다.
상기 내측코너지지물과 지지수단은 소결후 금속분말 사출성형품과 분리가 쉽도록 구성될 수 있다. 즉 상기 내측코너지지물과 지지수단은 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 내측코너지지물과 지지수단은 금속분말 사출성형품 측벽과 반응하지 않도록 처리될 수도 있다.
상기 내측코너지지물과 지지수단이 성형품 측벽과 서로 반응하지 않도록 처리되는 것은 (a) 상기 내측코너지지물과 지지수단 전체가 상기 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질로 제조되거나, (b) 상기 내측코너지지물과 지지수단 외부에 상기 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질을 배치하거나, (c) 상기 내측코너지지물과 및/또는 지지수단과 상기 성형품 측벽이 서로 닿는 어느 한 면 이상에 비반응 물질이나 용액을 발라 건조 또는 소결하여 제조되는 것 중 하나로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품은 금속분말과 바인더가 혼합된 금속분말 바인더 혼합체를 포함하며, 상기 금속분말은 몰리브덴, 텅스텐 등과 그 합금체; Fe를 주성분으로 하는 합금강; SUS630, SUS316, SUS304와 같은 스테인리스 합금강; 티타늄 및 티타늄 합금체에서 선택된 하나 또는 이들로부터 선택된 둘 이상의 혼합물로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스 합금강 또는 수소화티타늄을 포함할 수 있다.
상기 금속분말 바인더 혼합체는 스테인리스 합금강 금속분말이 47.5~65 부피%; 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 52.5~35 부피%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스 합금강 금속분말이 55~60 부피%; 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 45~40 부피%로 포함될 수 있다.
그리고 상기 바인더는 파라핀 왁스 45~55 중량%, 카나우바 왁스 1~10 중량%, 폴리프로필렌 10~20 중량%, 폴리아세탈 25~35 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 바인더가 파라핀 왁스 45~50 중량%, 카나우바 왁스 1~5 중량%, 폴리프로필렌 10~15 중량%, 폴리아세탈 25~30 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 하나의 금속분말 바인더 혼합체는 수소화티타늄 금속분말이 45~75 부피%; 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 55~25 부피%;로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 바인더가 파라핀 왁스 40~60 중량%, 폴리프로필렌 15~30 중량%, 폴리에틸렌 10~30 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 바인더가 파라핀 왁스 55~60 중량%, 폴리프로필렌 15~20 중량%, 폴리에틸렌 15~20중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 수소화티타늄 금속분말을 포함하는 금속분말 바인더 혼합체로부터 금속분말 사출성형품이 구성되는 경우, 금속분말 사출성형품을 지지수단에 고정시킬 때 성형품 측벽 모서리 내측부분과 내측코너지지물 사이에 일정한 거리(구속 간격)를 유지할 필요가 있다. 이는 수소화티타늄은 소결시 수소의 이탈이 발생하므로 스테인리스 합급강 금속분말을 사용한 금속분말 성형품에 비하여 더 큰 수축이 발생하기 때문이다. 따라서 성형품 측벽과 내측코너지지물이 서로 접촉되도록 배치되는 경우(즉 구속 간격이 0%인 경우) 소결시 성형품 측벽이 뒤틀리거나 균열이 발생하게 된다.
상기 구속 간격은 1.5~5.5%, 더욱 바람직하게는 1.5~5%로 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품은 다각형 형상을 가질 수 있으며 내측코너지지물의 일부분은 상기 다각형 형상의 모서리 부분 내측과 일치하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품 시스템은 복수의 금속분말 사출성형품을 동시에 소결할 수 있는 시스템을 제공한다.
그 하나의 예로, 금속분말 사출성형품이 지지수단 상에 다수개 적층되고, 내측코너지지물이 상기 지지수단을 관통하여 배치되어 상기 다수개의 금속분말 사출성형품의 모서리부 내측에 걸리도록 구성된 다연결내측코너지지물로 구성될 수 있다.
다른 하나의 예로 금속분말 사출성형품은 이격부재에 의하여 분리된 상태로 다수개 적층되고, 지지수단 상에 고정된 내측코너지지물이 상기 다수개의 금속분말 사출성형품의 모서리부 내측에 걸리도록 구성된 다연결내측코너지지물로 구성될 수 있다.
또 다른 예로는 지지수단 2개가 서로 마주보며 세워진 형태로 배치되고, 상기 지지수단 사이에 금속분말 사출성형품이 이격부재에 의하여 복수개 분리 배치되며 상기 두 개의 지지수단을 통하여 고정되는 내측코너지지물이 상기 복수개의 금속분말 사출성형품의 모서리부 내측에 걸리도록 구성된 다연결내측코너지지물로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품 시스템의 다른 예로서, 금속분말 사출성형품 시스템은 성형품 측벽의 내측면, 외측면, 내외측면, 폭 방향 또는 두께 방향 중 어느 하나 이상을 지지하는 가이드물을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드물은 성형품 측벽의 두께 방향 뿐만 아니라 성형품 측벽의 내측면, 외측면, 내외측면, 또는 폭 방향을 지지할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서 금속테두리 기초제품의 형상을 다양하게 변경할 수 있어 다양한 형상을 가지는 금속테두리의 제조가 가능하다. 또한 상기 가이드물은 성형품 측벽의 길이가 길어 내측코너지지물 만으로는 성형품 측벽의 지지가 어려운 경우 성형품 측벽의 일부분에 부가되어 소결시 성형품 측벽이 변형되는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
상기 가이드물은 성형품 측벽과 반응하지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품 시스템은 금속테두리 기초제품의 제조 방법을 제공할 수 있으며, 이는 금속분말 사출성형품의 형상을 설계하는 단계; 상기 형상에 따른 금형을 제작하는 단계; 금속분말 바인더 혼합체를 금속분말 사출성형품의 형상에 맞게 제조된 금형에 사출하는 단계-상기 금속분말 사출성형품은 금속테두리 제조를 위한 성형품 측벽을 포함하고 상기 성형품 측벽은 서로 교차되도록 배치되어 금속분말 사출성형품은 폐쇄된 형상을 가지며; 상기 금속분말 사출성형품을 초임계 탈지, 열탈지 한 후 상기 성형품 측벽이 교차되는 모서리 부분의 내측에 배치되어 소결시 성형품 측벽이 길이방향으로 축소되지 않도록 고정시켜주는 지지수단 상에 고정시킨 다음 소결하는 단계; 금속테두리 기초제품을 지지수단으로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 금속분말 바인더 혼합체는 스테인리스 합금강 금속분말이 55~60 부피%;와 파라핀 왁스 45~55 중량%, 카나우바 왁스 1~10 중량%, 폴리프로필렌 10~20 중량%, 폴리아세탈 25~35 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함하는 바인더가 45~40 부피%;로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 바인더가 파라핀 왁스 45~50 중량%, 카나우바 왁스 1~5 중량%, 폴리프로필렌 10~15 중량%, 폴리아세탈 25~30 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 또 다른 금속분말 바인더 혼합체는 수소화티타늄 금속분말 45~75 부피%;와 파라핀 왁스 40~65 중량%, 폴리프로필렌 15~30 중량%, 폴리에틸렌 10~30 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%을 포함하는 바인더가 55~25 부피%;로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 바인더가 파라핀 왁스 55~60 중량%, 폴리프로필렌 15~20 중량%, 폴리에틸렌 15~20중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
특히 금속분말 바인더 혼합체가 수소화티타늄 금속분말을 포함하는 경우 지지수단과 금속분말 사출성형품의 구속간격이 1.5~5.5%로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 구속간격이 1.5~5%일 수 있다.
본 발명은 휴대폰, 스마트키 등과 같은 전자제품의 케이스 내에 삽입되는 금속테두리를 제조하는 새로운 방법을 제공함으로써 금속테두리의 대량 생산이 용이하고 생산단가를 낮출 수 있게 한다. 또한 종래의 금속테두리 제조에 비하여 적은 양의 금속을 사용함으로써 자원을 절약할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 금속테두리 생산공정 사진이다.
도 2는 금속테두리용 금속분말 사출성형품으로부터 제조된 금속테두리 기초제품을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 금속테두리용 금속분말 사출성형품 및 지지수단을 포함하는 금속분말 사출성형품 시스템의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 성형품 측벽의 형상에 따른 내측코너지지물의 형상을 예시적으로 도시한 것이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시예로서 2개 이상의 금속분말 사출성형품을 동시에 적층하여 소결할 수 있는 금속분말 사출성형품 시스템들을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 형태의 금속테두리용 금속분말 사출성형품 시스템으로, 성형품 측벽의 두께, 폭 등의 형상을 다양하게 형성하기 위한 가이드물이 더 포함된 것이다.
각 도에 기재된 도면부호의 설명은 아래와 같다.
100, 200, 400, 500, 600, 700: 측벽
501, 502, 503, 504: 모서리
514, 614, 714: 지지수단
700a: 이격부재
242, 441, 541, 542, 543, 641, 742, : 내측코너지지물 또는 다연결내측코너지지물
150: 가이드물
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 2는 금속테두리용 금속분말 사출성형품이라는 개념과 소결 시간을 종래의 소결금속 제작시보다는 현저히 지연시켜 탈지(Debinding)와 소결(Sintering) 공정에서 손상 없이 길이 방향의 수축율을 최소화시키는 개념을 적용하여 도출된 서로 교차되는 4개의 측벽(100)을 포함하는 네모형의 금속테두리가 만들어지기 전 본 발명이 적용된 금속테두리 기초제품을 예시적으로 보여주는 도면이다.
상기 금속테두리 기초제품은 네모진 형상을 가지고 있으나, 금속테두리 기초제품의 형상은 전자제품 케이스 등의 형상에 따라 다양하게 변경하여 구성될 수 있다. 만약 전자제품의 모서리가 라운드진 형상을 갖는 경우 상기 금속테두리 기초제품의 모서리부분 역시 라운드지게 형성될 수 있다.
여기서, "금속테두리 기초제품"이라 함은 가공을 거쳐 금속테두리가 되기 전 본 발명의 최종제품을 말한다. 금속테두리 기초제품은 소결과정을 거치고 나온 금속분말 사출성형품에서 지지수단에 의해 고정되어 있던 금속분말 사출성형품을 떼어낸 뒤의 제품을 말한다.
도 3은 금속테두리용 금속분말 사출성형품 및 지지수단을 포함하는 금속분말 사출성형품 시스템의 일례를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 상기 금속분말 사출성형품 시스템은 4개의 성형품 측벽(500)이 교차하여 사각형 형태를 가지는 금속분말 사출성형품과 상기 금속분말 사출성형품의 모서리 부분(501~504) 내측으로 4개의 내측코너지지물(540~543)이 구비된 지지수단(514)을 포함한다.
즉 도 3은 도 2에 도시된 것과 같은 금속테두리 기초제품을 만들기 위한 금속분말 사출성형품 시스템의 예시이다.
상기 내측코너지지물(540~543)은 지지수단(514)의 일면에 체결 고정된다. 따라서 금속분말 사출성형품의 소결과정에서 성형품 측벽이 길이 방향으로 축소하려는 힘을 버텨낼 수 있도록 한다. 즉, 성형품 측벽의 모서리부분 내측이 내측코너지지물에 의하여 고정되므로 소결시에도 금속분말 사출성형품의 성형품 측벽의 형상이 유지될 수 있게 되어 목적하는 바와 같은 치수 및 형상을 가지는 금속테두리 기초제품을 생산할 수 있다.
상기 실시예에서는 내측코너지지물이 성형품 측벽의 모서리부분 형상에 따라 네모난 형상을 갖는 것으로 도시하였으나(도 4의 a), 성형품 측벽의 길이 방향의 축소를 방지하는 목적을 위해서라면 성형품 측벽이 교차되는 부분의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 즉 성형품 모서리부분이 라운드진 형상이라면 원형의 내측코너지지물이 사용되거나(도 4의 b), 성형품 측벽의 내측 모서리부분과 접하는 부분만이 라운드지게 형성된(도 4의 c) 내측코너지지물이 사용될 수 있다.
상기 내측코너지지물과 지지수단은 소결후 금속분말 사출성형품과 분리가 용이하도록 구성될 수 있다. 즉 상기 내측코너지지물과 지지수단은 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 내측코너지지물과 지지수단은 금속분말 사출성형품 측벽과 반응하지 않도록 처리될 수도 있다.
상기 내측코너지지물과 지지수단이 금속분말 사출성형품 측벽과 반응하지 않도록 처리되는 것은 내측코너지지물과 지지수단 전체가 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질로 제작되거나, 내측코너지지물과 지지수단의 외부를 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질로 구성하거나, 성형품 측벽과 맞닿는 내측코너지지물 또는 지지수단의 접촉면에 비반응 물질이나 용액을 발라 건조 또는 소결하는 것 중 하나일 수 있다. 상기 비반응 물질은 세라믹 분말 또는 그래파이트 분말 중 어느 하나이거나 둘 이상의 결합물일 수 있다.
이하 금속분말 사출성형품을 제조하는데 요구되는 금속분말 바인더 혼합체에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품은 바인더와 금속분말을 포함하는 금속분말 사출성형공법으로 제조될 수 있다.
즉 분말체를 적당한 형상으로 사출 성형하되, 상기 분말체는 세라믹 소결, 금속분말 소결 또는 이들의 혼합체 소결 등이 적용될 수 있다.
금속분말 사출성형품의 제조를 위해서는 상기 분말체 이외에도 금속분말에 유동성을 부여하고 형상을 유지하는 바인더(결합제)가 사용되며 바인더의 주요 성분은 왁스와 다양한 고분자 재료가 사용될 수 있다. 이와 같이 바인더가 사용되는 경우에는 바인더 제거 공정이 추가적으로 수행되어야 함은 물론이다.
상기 금속분말과 바인더가 혼합된 사출성형용 혼합체는 일반 플라스틱용 정밀사출기 등으로 사출성형이 가능하므로 사출기를 이용하여 다양한 형태의 금속분말 사출성형품의 제조가 가능하다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품은 금속분말 및 바인더를 포함할 수 있으며, 상기 금속분말은 몰리브덴, 텅스텐 등과 그 합금체; Fe를 주성분으로 하는 합금강; SUS630, SUS316, SUS304과 같은 스테인리스 합금강; 티타늄 및 티타늄 합금체에서 선택된 하나 또는 이들로부터 선택된 둘 이상의 혼합물로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스 합금강 또는 수소화티타늄이 사용될 수 있다.
금속분말 성형품의 제조를 위한 바인더로는 다양한 왁스와 다양한 고분자 재료가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 왁스로 파라핀 왁스, 카나우바 왁스 등과 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 고분자 재료로는 폴리아세탈(POM, polyacetal), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌(PE, plyethylene), 무정형 폴리알파올레핀(APAO, amorphous polyalphaolefin) 등과 이들 중에서 선택되는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
금속분말 사출성형품을 제조하기 위한 하나의 예시적인 단계는 아래와 같다.
1) 혼련
상기 단계는 금속분말에 바인더를 혼합하는 공정이다. 혼련기를 100~250도로 예열하고 미리 칭량된 금속분말과 바인더를 혼련기에 투입하여 금속분말 바인더 혼합체를 제조하는 단계이다. 예를 들면 100~250도까지 바람직하게는 140~170도로 설정된 혼련기 내부에 금속분말과 바인더를 투입 후 혼합하여 주고, 이때 가열된 높은 온도로 인해 바인더는 녹아 분말 사이에 침투하여 반죽이 된다. 이 과정을 약 1~3시간 정도 진행하여 금속분말 사이에 바인더가 균일하게 혼합되도록 하여 금속분말 바인더 혼합체를 제조할 수 있다.
2) 사출
상기 단계는 사출기에 금속분말 바인더 혼합체를 투입하여 노즐을 통해 금형으로 이동시켜 금속분말 사출성형품의 형상을 제조하는 단계이다. 사출기는 재료투입구로 금속분말 바인더 혼합체을 투입시켜 스크류로 재료를 밀어낸다. 이때 스크류의 속도는 20~50m/s, 노즐의 온도는 120~150도가 바람직하며 노즐을 통해 나오는 재료는 금형으로 이동하게 되며 금형에서 제품의 형상을 갖추게 된다. 사출시 800~1000kgf 정도의 보압을 가하고 금형온도를 30~50도로 설정하는 것이 바람직하다.
3) 초임계 탈지
상기 단계는 이산화탄소를 확산속도가 높고 표면장력이 낮은 초임계 상태로 만들어 금속분말 사출성형품 내의 왁스를 제거하는 단계이다. 초임계상태의 이산화탄소는 금속분말 사출성형품 내의 미세기공 속으로 빠르게 침투하여 왁스를 제거한 후 빠르게 빠져나오므로 효과적인 탈지가 가능하다. 상기 초임계 탈지 단계의 바람직한 예는 200~250bar의 압력과 70~80℃의 온도에서 5~10 시간 동안 진행된다.
4) 열탈지
상기 단계는 탈지 단계를 마친 금속분말 사출성형품에 열을 가하여 바인더 성분의 하나인 고분자 재료를 제거하는 단계이다. 초임계 탈지 단계에서 왁스를 제거한 뒤에 남아있는 바인더 성분인 고분자 재료를 300℃ 이상에서 열을 가하여 완전제거 한다. 열탈지 단계의 바람직한 예로는 아르곤 분위기 하에서 300℃에서 30분 유지한 다음 450℃에서 30분 유지한다.
5)소결
상기 단계는 탈지된 금속분말 사출성형품을 900~1600도로 설정된 소결로에서 소결하여 금속테두리 기초제품를 제조하는 단계이다. 상기 범위에서는 금속분말의 소결이 용이하게 진행되며, 소결체의 기계적 강도 및 표면 특성이 우수하다. 소결온도가 900도 미만인 경우 소결체의 표면 특성 및 기계적 물성이 저하되며, 1600도를 초과하여 실시되는 경우 상기 소결체의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 상기 소결은 수소 또는 아르곤 중 하나 이상을 포함하는 가스 분위기 또는 진공 조건에서 이루어질 수 있다. 상기 가스 분위기 또는 진공 하에서 소결시 산소의 유입으로 인한 산화 현상이 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품을 제조하기 위한 구체적인 실시예의 하나는 아래와 같다.
금속분말로 스테인리스 합금강의 하나인 SUS316을 사용하고 표 1에 기재된 것과 같은 부피비율로 바인더와 혼련하여 금속분말 바인더 혼합체를 제조한다. 표 1에서 바인더를 구성하는 왁스와 고분자 재료의 조성비는 중량%로, 상기 금속분말 바인더 혼합체를 구성하는 바인더와 금속분말의 조성비는 부피%로 기재한다.
SUS 금속분말 사출성형품의 제조를 위한 금속분말로 그 입자크기가 2~20 ㎛인 금속분말이 사용될 수 있다. 바인더로는 다양한 왁스와 다양한 고분자 재료가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 왁스로 융점이 55~75도이고 밀도가 0.85~0.92인 파라핀 왁스, 카나우바 왁스 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 고분자 재료로는 융점이 140~170도이고 밀도가 1.05~1.20인 폴리아세탈(POM, polyacetal), 융점이 130~165도이고 밀도가 0.85~0.97인 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 융점이 95~135도이고 밀도가 0.91~0.97인 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 융점이 90~100도이고 밀도가 0.85~0.92인 무정형 폴리알파올레핀(APAO, amorphous polyalphaolefin) 및 이들 중에서 선택되는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 바람직한 바인더는 파라핀 왁스 45~55 중량%, 카나우바 왁스 1~10 중량%, 폴리프로필렌 10~20 중량%, 폴리아세탈 25~35 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 파라핀 왁스 45~50 중량%, 카나우바 왁스 1~5 중량%, 폴리프로필렌 10~15 중량%, 폴리아세탈 25~30 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 고분자 재료로 사용되는 무정형 폴리알파올레핀은 금속분말 바인더 혼합체의 결속력을 향상시켜 금속분말 사출성형품의 형태 안정성을 향상시킴으로써 소결시 우수한 금속테두리 기초제품을 얻을 수 있게 한다.
표 1에 따른 조성비를 갖는 금속분말 바인더 혼합체를 금형에 사출하여 도 3에 도시된 것과 같은 형태의 금속분말 사출성형품을 제조한다. 상기 금속분말 사출성형품은 가로 156mm, 세로 74mm, 두께 9mm의 크기를 가지며 성형품 측벽의 폭은 7mm를 갖는다.
바인더의 조성비 및 상기 바인더와 금속분말의 조성비에 따른 사출 가능 여부는 표 1의 ‘사출성능 평가’에 기재된 바와 같다.
‘사출성능 평가’에 기재된 ‘○’는 금속분말 바인더 혼합체가 금속분말 사출성형품의 형태로 안정적으로 성형되는 것을 의미하고, ‘△’는 형상을 유지하지만 내부결함이 발생한 것을 의미하며, ‘×’는 금속분말 바인더 혼합체가 금형 내에서 금속분말 사출성형품의 형태를 갖추지 못하는 것을 의미한다.
표 1에서 보는 바와 같이 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 27.5~57.5 부피% 사용되고 금속분말이 72.5~42.5 부피%를 함유하는 금속분말 바인더 혼합체가 양호한 사출 성능을 나타낸다.
금속분말이 일정 이상 부피%를 초과하는 경우 금속분말 바인더 혼합체의 유동성이 부족하여 사출기 막힘 현상이 발생하기 쉽고 금형에 쉽게 달라붙을 수 있다. 그리고 금속분말의 함량이 너무 낮은 경우 유동성이 높아 성형이 이루어지지 않고 금형에 오염이 발생하기 쉽다.
안정적으로 성형된 금속분말 사출성형품을 초임계 탈지, 열탈지 시킨 다음 도 3에 도시된 바와 같이 지지수단에 고정시킨후 소결하여 금속테두리 기초제품을 제조한다.
특히 본 발명에 따른 소결은 소결로 내에서 약 1300도까지 승온하되, 통상적으로 사용되는 분당 1~5도의 승온 속도 보다 느린 0.5도 이하의 승온 속도로 제어되는 것이 바람직하다. 이는 성형품 측벽의 모서리 내측부분이 내측코너지지물에 의하여 구속된 상태, 즉 성형품 측벽의 길이 방향 변형이 억제된 상태에서 소결이 진행되므로 측벽의 길이 방향을 제외한 방향으로의 변형이 발생되어 측벽의 파단이 일어나지 않는 적절한 분당 승온 속도가 요구되기 때문이다.
금속분말 바인더 혼합체로부터 제조된 금속분말 사출성형품은 소결시 수축에 따른 변형이 발생하기 쉬우며 변형에 따른 뒤틀림, 절단 등에 의한 제품의 불량이 발생하기 쉽다. 금속분말 사출성형품을 소결하여 제조된 금속테두리 기초제품의 상태는 표 1의 ‘소결 상태’에 기재된 바와 같다.
‘소결상태’에 기재된 ‘◎’는 금속분말 사출성형품이 금속테두리 기초제품의 형태로 매우 안정적으로 소결 형성된 것을 의미하며, ‘○’는 안정적으로 소결 형성된 것을 의미하며, ‘△’는 다소 변형이 발생한 경우를, ‘×’는 심한 변형으로 인하여 금속테두리 기초제품의 형태를 갖추지 못한 경우를 나타낸다.
SUS 금속분말 및 바인더 혼합체를 이용한 금속분말 사출성형품의 실시예
번호 금속분말 사출성형용 혼합체(부피%) 사출성능 평가 소결 상태
SUS316 바인더
조성비(중량%)
왁스 고분자 재료
실시예 1 40 60 30 70 ×
실시예 2 42.5 57.5 40 60 ○ ×
실시예 3 45 55 50 50 ○ ×
실시예 4 47.5 52.5 60 40 ○ ○
실시예 5 50 50 70 30 ×
실시예 6 52.5 47.5 30 70 ×
실시예 7 55 45 40 60 ○ ◎
실시예 8 57.5 42.5 50 50 ○ ◎
실시예 9 60 40 60 40 ○ ◎
실시예 10 62.5 37.5 70 30 ×
실시예 11 65 35 30 70 ×
실시예 12 67.5 32.5 40 60 ○ △
실시예 13 70 30 50 50 ○ ×
실시예 14 72.5 27.5 60 40 ○ ×
실시예 15 75 25 70 30 ×
실시예 16 65 35 60 40 ○ ○
실시예 17 65 35 40 60 ○ ○
표 1에서와 같이 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 35~52.5 부피% 사용되고 금속분말이 65~47.5 부피%를 함유하는 금속분말 바인더 혼합체로부터 제조된 금속분말 사출성형품이 양호한 금속테두리 기초제품으로 소결될 수 있으며, 특히 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 40~45 부피% 사용되고 금속분말이 60~55 부피%를 함유하는 금속분말 혼합체로부터 제조된 금속분말 사출성형품이 매우 양호한 금속테두리 기초제품으로 소결될 수 있다.
바람직한 바인더의 조성은 왁스 성분으로 파라핀 왁스 45~55 중량%, 카나우바 왁스 1~10 중량%이 포함되고, 고분자 재료 성분으로 폴리프로필렌 10~20 중량%, 폴리아세탈 25~35 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%가 사용된 경우 양호한 사출 성능 및 소결 상태를 나타내며, 더욱 바람직하게는 파라핀 왁스 45~50 중량%, 카나우바 왁스 1~5 중량%, 폴리프로필렌 10~15 중량%, 폴리아세탈 25~30중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 실시예는 도 3에 도시된 것과 같은 형태를 가지는 금속테두리 기초제품을 제조하는 방법에 대하여 예시하였으나, 이에 제한되지 않고 본 발명에 따른 금속테두리 기초제품 뿐만 아니라 다양한 형상 및 두께를 가지는 금속테두리 기초제품에 적용될 수 있다.
소결 공정을 거친 금속분말 사출성형품을 지지 수단의 내측코너지지물로부터 분리하여 도 2와 같은 금속테두리 기초제품을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 금속분말 사출성형품을 제조하기 위한 또 다른 형태의 구체적인 실시예의 하나는 아래와 같다.
금속분말로 입자크기가 5~30㎛인 수소화티타늄을 사용하고 표 2에 기재된 것과 같은 부피비율로 바인더와 혼련하여 금속분말 바인더 혼합체를 제조한다.
티타늄은 비자성체로 낮은 열팽창계수, 우수한 내산화성을 가지고, SUS 합급강, 탄소강 등의 다른 금속재료에 비하여 강도가 우수한 반면에 비중이 낮아 경량의 금속테두리 기초제품을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 반면 고융점, 난가공성 때문에 티타늄을 이용하여 금속테두리를 대량으로 생산하는 것이 어렵다.
특히 금속분말 사출성형법의 적용이 가능한 수소화티타늄은 소결시 탈수소반응에 따른 수축이 더 크게 발생할 수 밖에 없어 금속분말 사출성형품을 이용하여 금속테두리를 제조하는 것은 더욱 어렵다.
수소화티타늄을 이용한 금속테두리 기초제품의 제조 과정은 특별히 언급하지 않는 한 전술한 SUS 금속분말을 이용한 경우와 동일하다.
수소화티타늄 금속분말이 사용된 경우의 바람직한 바인더의 조성은 다음과 같다.
바인더로 융점이 55~75도이고 밀도가 0.85~0.92인 파라핀 왁스 40~60 중량%를 포함할 수 있으며, 고분자 재료 성분으로 융점이 130~165도이고 밀도가 0.85~0.97인 폴리프로필렌 15~30 중량%, 융점이 95~135도이고 밀도가 0.91~0.97인 폴리에틸렌 10~30 중량%, 융점이 90~100도이고 밀도가 0.85~0.92인 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 파라핀 왁스 55~60 중량%, 폴리프로필렌 15~20 중량%, 폴리에틸렌 15~20 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~5 중량%를 포함할 수 있다.
바인더의 조성비 및 상기 바인더와 금속분말의 조성비에 따른 사출 가능 여부를 표 2의 ‘사출성능 평가’에 나타낸다.
표 2에서 보는 바와 같이 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 25~55 부피% 사용되고 금속분말이 75~45 부피%를 함유하는 금속분말 혼합체가 양호한 사출 성능을 나타낸다.
안정적으로 성형된 금속분말 사출성형품을 초임계 탈지, 열탈지 시킨다.
수소화티타늄을 사용한 경우 상기 탈지과정은 수소분위기 하에서 진행되어야 한다. 표 2에 구체적으로 기재하지 않았으나, 안정적으로 성형된 금속분말 사출성형품이라도 수소 분위기 하에서 탈지과정이 진행되지 않고 비수소 분위기에서 탈지과정이 진행되는 경우 그 다음 소결공정에서 소결상태가 불량해지기 때문이다. 이는 탈지과정에서도 수소의 이탈이 발생하여 양호한 상태로 성형된 금속분말 사출성형품도 소결후 그 형태의 변형이 발생하기 때문이다.
탈지과정을 마친 금속분말 사출성형품을 도 3에 도시된 바와 같이 지지수단에 고정시킨 다음 소결하여 금속테두리 기초제품을 제조한다.
특히 본 실시예에 따른 수소화티타늄은 소결시 수소의 이탈이 발생하므로 SUS 금속분말을 사용한 금속분말 성형품에 비하여 더 큰 수축이 발생하게 된다. 따라서 성형품 측벽과 내측코너지지물이 서로 접촉되도록 배치되는 경우(즉 구속 간격이 0%인 경우) 소결시 성형품 측벽이 뒤틀리거나 균열이 발생하게 된다. 따라서 탈지된 금속분말 사출성형품을 지지수단에 고정시킬 때 성형품 측벽 모서리 내측부분과 내측코너지지물 사이에 일정한 거리를 유지할 필요가 있다.
성형품 측벽 모서리 내측부분과 내측코너지지물 사이에 일정한 거리는 구속 간격으로 표시되며, 상기 구속 간격은 성형품 측벽 부분과 내측코너지지물 사이의 거리를 성형품 측벽 부분과 내측코너지지물 사이의 거리방향의 성형품 길이로 나누고 100을 곱한 값에 절반값으로 정의된다.
표 2에 나타낸 바와 같이 왁스 40~60 중량%와 고분자 재료 60~40 중량%로 구성된 바인더가 25~55 부피% 사용되고 금속분말이 75~45 부피%를 함유하는 금속분말 사출성형품이 1.5~5.5%의 구속 간격을 가지도록 지지수단에 고정된 경우 원하는 금속테두리 기초제품을 얻을 수 있으며, 특히 구속간격이 1.5~5%인 경우 양호한 형상의 금속테두리 기초제품을 얻을 수 있다.
수산화티타늄 금속분말 및 바인더 혼합체를 이용한 금속분말 사출성형품의 실시예
번호 금속분말 사출성형용 혼합체(부피%) 사출성능 평가 구속 간격 소결 상태
수소화티타늄 바인더
조성비(중량%)
왁스 고분자재료
실시예 18 30 70 30 70 ×
실시예 19 35 65 40 60 ○ 0.5% ×
실시예 20 40 60 50 50 ○ 1% ×
실시예 21 45 55 60 40 ○ 1.5% ○
실시예 22 50 50 70 30 ×
실시예 23 50 50 30 70 ×
실시예 24 55 45 40 60 ○ 3% ○
실시예 25 55 45 50 50 ○ 3.5% ○
실시예 26 60 40 60 40 ○ 4% ○
실시예 27 60 40 70 30 ×
실시예 28 65 35 30 70 △ 5% △
실시예 29 70 30 40 60 ○ 4% ○
실시예 30 70 30 40 60 ○ 5.5% △
실시예 31 75 25 50 50 ○ 6% △
실시예 32 30 70 60 40 ○ 0% ×
실시예 33 35 65 70 30 ×
실시예 34 40 60 30 70 ×
실시예 35 45 55 40 60 ○ 1.5% ○
실시예 36 50 50 50 50 ○ 2% ○
실시예 37 50 50 60 40 ○ 2.5% ○
실시예 38 55 45 70 30 ×
실시예 39 55 45 30 70 ×
실시예 40 60 40 40 60 ○ 4% ○
실시예 41 60 40 50 50 ○ 4.5% ○
실시예 42 65 35 60 40 ○ 5% △
실시예 43 70 30 70 30 △ 5.5% △
실시예 44 75 25 30 70 △ 6% △
도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시예로서 2개 이상의 금속분말 사출성형품을 동시에 적층하여 소결할 수 있는 금속분말 사출성형품 시스템들을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 복수의 금속분말 사출성형품(200)이 복수의 지지 수단(614) 상에 배치되고 복수의 지지수단을 관통하는 다연결내측코너지지물(242)에 의해 각각의 지지수단에 배치된 금속분말 사출성형품의 모서리(201) 내측부분이 고정된 금속분말 사출성형 시스템을 나타낸다. 다시 말해, 지지수단이 금속분말 사출성형품이 두께 방향을 따라 다수개 적층되도록 결합 될 수 있으므로 여러 개의 금속테두리 기초제품을 동시에 생산할 수 있다.
도 6을 참조하면, 하나의 지지 수단(714)에 다연결내측코너지지물(742)이 구비되고 상기 다연결내측코너지지물 상에 배치된 이격부재(700a)에 의하여 분리되는 복수개의 금속분말 사출성형품(700)이 높이 방향을 따라 배치된 금속분말 사출성형 시스템을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 지면에 대하여 수직하게 배치되되 상호 평행하게 이격되어 배치되는 한 쌍의 지지수단이 구비되고, 상기 두 지지수단과 수직하게 다연결내측코너지지물(742)이 고정되고, 상기 다연결내측코너지지물(742)에 복수개의 금속분말 사출성형품(700)이 이격부재(700a)에 의하여 분리된 상태로 고정된 금속분말 사출성형 시스템을 나타낸다. 즉, 복수의 금속분말 사출성형품 각각의 모서리부 내측이 다연결내측코너지지물(742)에 매달린 상태로 지면과 수직하게 적층되는 형태로 배치될 수 있다.
상기 금속분말 사출성형품 시스템의 지지수단, 다연결내측코너지지물 및 이격부재는 전술한 내측코너지지물과 지지수단과 마찬가지로, 소결후 금속분말 사출성형품과 분리가 용이하도록 구성될 수 있다. 즉 상기 다연결내측코너지지물과 지지수단 및 이격부재는 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 다연결내측코너지지물과 지지수단 및 이격부재는 금속분말 사출성형품 측벽과 반응하지 않도록 처리될 수 있다.
상기 다연결내측코너지지물과 지지수단 및 이격부재가 금속분말 사출성형품 측벽과 반응하지 않도록 처리되는 것은 다연결내측코너지지물과 지지수단 및 이격부재 전체가 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질로 제작되거나, 다연결내측코너지지물과 지지수단 및 이격부재의 외부를 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질로 구성하거나, 성형품 측벽과 맞닿는 다연결내측코너지지물과 지지수단 및 이격부재의 접촉면에 비반응 물질이나 용액을 발라 건조 또는 소결하는 것 중 하나일 수 있다. 상기 비반응 물질은 세라믹 분말 또는 그래파이트 분말 중 어느 하나이거나 둘 이상의 결합물일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 금속분말 사출성형품의 측벽을 더 지지하기 위한 다양한 수단이 더 구비될 수 있으며, 그 일례를 도 8에 도시하였다. 도시된 바와 같이 금속테두리용 금속분말 사출성형품 시스템은 성형품 측벽의 두께, 폭 등의 형상을 다양하게 형성하기 위한 가이드물을 더 포함할 수 있으며 도 8에 도시된 가이드물(150)은 성형품 측벽(100)의 두께 방향을 지지함으로써 소결시 두께가 얇은 부분이 형성되도록 돕는 역할을 하며, 상기 가이드물의 사용으로 인하여 금속테두리 기초제품의 형상을 다양하게 변경할 수 있어 다양한 형상을 가지는 금속테두리의 제조가 가능하다.
도 8의 가이드물은 금속분말 사출성형품 측벽의 두께 방향을 지지하는 것으로 예시하였으나, 가이드물은 성형품 측벽의 내측면, 외측면, 내외측면, 또는 폭 방향을 지지할 수 있도록 구성될 수도 있다. 또한, 성형품 측벽의 길이가 길어 내측코너지지물 만으로는 성형품 측벽의 지지가 어려운 경우 가이드물은 성형품 측벽의 일부에 부가되어 소결시 성형품 측벽이 변형되는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
상기 가이드물 역시 소결시 금속분말 사출성형품과 반응이 일어나지 않도록 구성되어야 하며 이러한 방법으로는 상술한 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 금속테두리 기초제품 제조방법은 금속분말 사출성형품의 모서리 내측 부분을 고정하는 지지수단이 구비된 상태에서 소결 공정이 진행되므로 소결 공정 중에 발생하는 성형품 측벽의 길이 변형을 최소화하여 치수 정밀도가 우수한 금속테두리 기초제품을 안정적으로 제조할 수 있다.
이로 인하여 후가공의 양을 획기적으로 줄여 목적하는 형상의 금속테두리 제품을 제조할 수 있으므로, 금속테두리 제품의 제조 공정 시간과 비용을 크게 절약할 수 있고, 대량 생산이 가능해진다.
이상과 같이 본 발명에 따른 금속테두리 기초제품 제조방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
본 발명은 휴대폰, 스마트키 등과 같은 전자제품의 케이스 내에 삽입되는 금속테두리의 제조에 사용되는 금속분말 사출성형품과 상기 금속분말 사출성형품을 이용하여 금속테두리 기초제품을 제조하는 금속분말 사출성형품 시스템 및 상기 시스템을 이용한 금속테두리 기초제품 제조방법에 관한 것으로, 산업상 이용 가능성이 있는 것이다.

Claims (18)

  1. 금속테두리 기초제품 제조를 위한 성형품 측벽을 포함하는 금속분말 사출성형품-상기 성형품 측벽은 서로 교차되도록 배치되어 금속분말 사출성형품은 폐쇄된 형상을 가지며; 및 상기 성형품 측벽이 교차되는 모서리 부분의 내측의 일부분에 배치되어 소결시 성형품 측벽이 길이방향으로 축소되지 않도록 고정시켜주는 지지수단;을 포함하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 지지수단은 지지수단의 일측면에 고정되는 내측코너지지물을 포함하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 지지수단은 성형품 측벽과 서로 반응하지 않도록 처리되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 지지수단이 성형품 측벽과 서로 반응하지 않도록 처리되는 것은 (a) 상기 지지수단 전체가 상기 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질로 제조되거나, (b) 상기 지지수단 외부에 상기 성형품 측벽과 반응하지 않는 비반응 물질을 배치하거나, (c) 상기 지지수단과 상기 성형품 측벽이 서로 닿는 어느 한 면 이상에 비반응 물질이나 용액을 발라 건조 또는 소결하여 제조되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 금속분말 사출성형품은 금속분말과 바인더가 혼합된 금속분말 바인더 혼합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 금속분말 바인더 혼합체는 금속분말 45~75 부피%와; 바인더가 55~25 부피%로 포함된 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 금속분말 바인더 혼합체는 스테인리스 합금강 금속분말 47.5~65 부피%와; 파라핀 왁스 45~55 중량%, 카나우바 왁스 1~10 중량%, 폴리프로필렌 10~20 중량%, 폴리아세탈 25~35 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함하는 바인더가 52.5~35 부피%로; 포함된 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 금속분말 바인더 혼합체는 수소화티타늄 금속분말 45~75 부피%와; 파라핀 왁스 40~60 중량%, 폴리프로필렌 15~30 중량%, 폴리에틸렌 10~30 중량%, 무정형 폴리알파올레핀 1~10 중량%를 포함하는 바인더가 55~25 부피%로; 포함된 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 지지수단과 금속분말 사출성형품의 구속간격이 1.5~5.5%로 설정된 금속분말 사출성형품 시스템.
  10. 청구항 2에 있어서, 금속분말 사출성형품은 다각형 또는 라운드진 형상의 모서리 부분을 포함하며, 상기 내측코너지지물은 상기 다각형 또는 라운드진 형상의 모서리 부분 내측과 일치하는 형상을 가지는 금속분말 사출성형품 시스템.
  11. 청구항 2에 있어서, 금속분말 사출성형품은 복수의 지지수단 상에 다수개 적층되고, 상기 내측코너지지물이 상기 지지수단을 관통하여 배치되어 상기 다수개의 금속분말 사출성형품의 모서리부 내측에 걸리도록 구성된 다연결내측코너지지물로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  12. 청구항 2에 있어서, 금속분말 사출성형품은 이격부재에 의하여 분리된 상태로 다수개 적층되고, 지지수단 상에 고정된 내측코너지지물이 상기 다수개의 금속분말 사출성형품의 모서리부 내측에 걸리도록 구성된 다연결내측코너지지물로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  13. 청구항 2에 있어서, 상기 지지수단은 2개가 서로 마주보며 세워진 형태로 배치되며, 상기 지지수단 사이에 금속분말 사출성형품이 이격부재에 의하여 복수개 분리 배치되고, 상기 두 개의 지지수단을 통하여 고정되는 내측코너지지물이 상기 복수개의 금속분말 사출성형품의 모서리부 내측에 걸리도록 구성된 다연결내측코너지지물로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  14. 청구항 11 내지 13에 있어서, 상기 지지수단 및 다연결내측코너지지물은 성형품 측벽과 반응하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  15. 청구항 1 또는 2에 있어서, 금속분말 사출성형품 시스템은 성형품 측벽의 내측면, 외측면, 내외측면, 폭 방향 또는 두께 방향 중 어느 하나 이상을 지지하는 가이드물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  16. 청구항 20에 있어서, 가이드물은 성형품 측벽과 반응하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출성형품 시스템.
  17. 금속분말 사출성형품의 형상을 설계하는 단계; 상기 형상에 따른 금형을 제작하는 단계; 금속분말 바인더 혼합체를 금속분말 사출성형품의 형상에 맞게 제조된 금형에 사출하는 단계-상기 금속분말 사출성형품은 금속테두리 제조를 위한 성형품 측벽을 포함하고 상기 성형품 측벽은 서로 교차되도록 배치되어 금속분말 사출성형품은 폐쇄된 형상을 가지며; 상기 금속분말 사출성형품을 초임계 탈지, 열탈지 한 후 상기 성형품 측벽이 교차되는 모서리 부분의 내측에 배치되어 소결시 성형품 측벽이 길이방향으로 축소되지 않도록 고정시켜주는 지지수단 상에 고정시킨 다음 소결하는 단계; 금속테두리 기초제품을 지지수단으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 금속테두리 기초제품 제조방법.
  18. 청구항 17에 따른 제조방법에 의하여 제조된 금속테두리 기초제품
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