KR100368328B1 - 주형제조방법 - Google Patents

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Abstract

열 경화성 주형재료(3)로부터 주형(6)을 제조하는 방법에 있어서, 주형(6) 및/또는 중자(20)가 모델 부품을 미리 제조함이 없이 전자파 조사 하의 주형재료 층의 선택적 고화에 의해 제조된다.

Description

주형 제조방법
본 발명은 마스터 성형도구(master molding tool)를 사용하지 않고 주조를 행하기 위한 주형(鑄型)(몰드) 및 중자(中子)(코어)를 신속하게 제조하는 방법에 관한 것이다.
3차원이고 기하학적으로 복잡하며 정밀한 물체를, 그것이 언더컷(undercut)을 가진 때라도, 신속하게 제조하는 방법들이 이미 알려져 있다. 이들 방법은 마스터 성형도구 없이, 즉, 포지티브 또는 네가티브 주형으로서 유형(有形)적인 물체의 외형 및 내형 없이 그리고 기계가공이나 절단작업 없이, 소망의 물체를 컴퓨터상의 3차원 표시의 기하학적 도형으로부터 직접 생성하도록 작동하고, 기재(基材)로서 고체 재료, 분말 재료 또는 액체 재료가 사용된다. 이들 방법은 생성적 제조법, 신속 원형(原型) 제조법(RP), 고체 자유형(freeform) 제조법(SFM), 또는 신속 자유형 성형가공법(FFFF)으로 알려져 있다(Technische Rundschau 83(1991) 20, pp. 36-43 및 44, pp 58-61; Materials World, December 1993, pp. 656-658; mordern casting October 1993, pp. 25-27). 이러한 종류의 가장 잘 알려져 있는 방법이 스테레오리소그래피(stereolithography)로 불리고 있다(Konstruieren + Gibβen 17 (1992)1 4, pp. 13-19; Technische Rundschau 82(1991) 11, pp. 40/41; Automobil-Produktion August 1992, pp. 102/104; Lascr-Praxis May 1992, pp.LS58/LS59).
이들 방법에서는, 왁스뿐만 아니라 여러 가지 수지나 도포지로 원형이나 샘플 등을 제조할 수 있다. 여러 가지 재료가, 그로부터 제조된 물체를 정밀 주조법에서의 소실형(消失型) 주형(lost mold)으로 사용하는데 적합하기 때문에, 주조품이 마스터 성형도구를 사용하지 않고 정밀 주조에 의해 제조될 수 있다 또한, 금속 또는 세라믹 물체가 선택적 레이저 소결법(SLS)에 의해 마스터 성형도구 없이 직접 제조될 수 있다는 것도 알려져 있다(Int. J. of Powder Metallurgy 28 (1992) 4, pp. 361-381; Metallurgical Transactions A 24/1993, pp. 757-759).
선택적 레이저 소결로 알려진 방법이 독일 특허 제43 00 478 C1호 공보에 개시되어 있다. 이 방법을 사용하면, 3차원 물체가, 물체에 대응하는 장소의 각각의 층에의 레이저 조사(照射) 하에 고화(固化)성 분말재료로 형성되도록 그 물체의 개개의 증을 순차적이고 계속적으로 고화시키는 것에 의해 제조될 수 있다. 금속 또는 세라믹 분말의 레이저 소결에 의해 3차원 물체를 제조하는 것이 알려져 있다.
선택적 레이저 소결법에서 사용되는 분말은 2 가지 성분으로 이루어진 세라믹 타입이고, 입자들 사이의 결합은 세라믹 결합, 즉, 분말 성분들 사이의 화학반응에 의해 이루어진다.
결합제(바인더)로서의 암모니아 디하이드로젠 포스페이트 또는 플루오로포스페이트 글라스 분말과 함께 알루미나를 사용하는 것이 알려져 있고, 상기 전자(前者)의 2가지 물질 중 사용된 하나는 레이저 조사에 의해 유리 상(相)으로 용융되고, 입상 알루미나가 가해지고, 응고에 의해 일정한 습태 강도(green strength)를 갖는 결합이 얻어진다. 그 후, 얻어진 물체는 선택적 레이저 소결 플랜트의 외부에서 800℃ 이상의 온도에 수 시간 노출되고, 그것에 의해, 최종적으로 양 성분이 반응하여 높은 밀도, 강도, 경도 및 융점을 가지는 세라믹 결합을 생성한다(소성(baking) 또는 연소(firing) 공정). 그 2 가지 성분이 혼합되거나 또는 한 성분이 다른 성분으로 피복될 수 있다. 어떠한 경우라도, 소성 공정 후에, 세라믹 결합된 물체가 얻어진다. 선택적 레이저 소결장치에서 초기에는 용융되지 않는 성분이 소성 공정에서 일어나는 화학반응에 도입되어 세라믹 물체를 형성하는 것이 이 공정의 지금까지 알려진 모든 예에서 나타나는 전형적인 특징이다. 또 다른 전형적인 특징은 고온과 긴 소성기간이 필요하다는 것과, 생성된 세라믹 물체를 정밀 주조공정을 위한 주형 쉘(shell) 또는 중자로서 사용하는 것이다. 다른 물질들을 사용할 때도 균일한 세라믹 부품이 제조된다(3rd Int. Conf. on Rapid Prototyping at the University of Dayton, Conf. Proceedings, Dayton, Ohio, 1992, pp. 73-77; Solid Freeform Fabrication Symposium Proceedings, University of Texas at Austin, Texas, 1991, pp. 195-205, 205-212 및 1992, pp. 44-53, 63-71, 124-130, 141-146; 미국 특허 제5,156,697호, 제5,147,587호 및 제4,944,817호, 유럽 특허출원 제0,416,852 A2호).
선택적 레이저 소결법의 가장 일반적인 적용, 즉, 입자의 표면 용융과 소결에 의한 수지 분말의 소결에 관해서는 상세히 설명하지 않을 것이다. 왜냐하면, 그것에 의해 제조된 물체는 직접, 즉, 소실형 주형 또는 중자로서 사형(砂型) 주조방법에 적용될 수 없기 때문이다. 또한, 공지의 왁스 분말 처리에 관해서도 설명하지 않는다. 왜냐하면, 그것에 의해 제조된 물체는 정밀 주조방법에서 소실형 주형(포지티브 주형)으로서의 사용에만 적합하기 때문이다(미국 특허 제5,155,324호,제5,053,090호, 제5,076,869호, 제5,132,143호, 제5,017,753호 및 제4,863,538호, 국제 특허출원 PCT/US87/02635호(국제 공개번호 WO 88/02677호)).
소결된 금속분말의 경우, 금속입자는 에폭시 수지와 같은 중합체 결합제(바인더)로 피복되거나(제 2 도) 또는 그 결합제와 혼합되어(제 1 도), 제품의 습태강도를 얻기 위한 임시 결합이 그 중합체 결합제에 의해 만들어진다. 선택적 레이저 소결장치에서의 물체에 대한 조사(照射) 중에, 고화는 중합체의 표면 용융, 금속/세라믹 입자의 침투, 및 이어지는 냉각 시의 입자들의 페이스트화(化)에 의해서만 일어난다(제 4 도). 따라서, 화학반응은 일어나지 않는다. 그후 그리고 선택적 레이저 소결장치의 외부에서, 중합체 결합제가 열처리에 의해 추방되어, 금속입자들이 상당히 높은 온도에서 서로 함께 소결된다(제 5 도). 그 후, 아직 다공성인 물체에 저융점 2차 금속(제 6 도의 D)을 침투시켜 최종적인 밀도 및 강도를 얻을 수 있다. 동일한 원리의 방법이 세라믹 분말에 대해서도 설명될 수 있다(상기한 바와 같은 Solid Freeform Fabrication Symposium Proceedings, University of Texas at Austin).
또한, 금속간 결합도 상기와 같이 설명되는데, 그것은 보다 강력한 레이저를 필요로 하여, 제조를 위해 더 높은 입력을 필요로 한다. 그렇게 하여 제조된 금속 부품 및 세라믹 부품을 사형 주조에서 소실형 주형 및 중자로 사용하는 것은 가능하지 않다.
정밀 주조법을 위한 세라믹 주형은 가동(可動) 노즐로부터 압출되는 실리케이트 결합제에 의해 세라믹 분말의 선택적 고화에 의한 소위 직접 쉘 제조 주조법에 따라 제조될 수도 있다는 것도 알려져 있다(Mordern Casting, 1993년 3월호, pp 55 및 1993년 8월호, pp. 30/31, Plastics World, 1993년 2월호, p 23). 이것은, 소망의 장소에서, 전체 표면에 적용되는 기본재료 성분에 결합제 성분을 부가하는 것에 의해 세라믹 결합이 선택적으로 되는 결과를 수반한 화학반응이다. 또한, 이러한 방식으로 사형 주조법에 사용되는 소실형 주형 및 중자를 제조하는 것은 가능하지 않다.
선택적 레이저 소결방법과 유사하게, 층상으로 피복되고, 레이저를 사용하여 제조될 부품의 윤곽에 대응하는 각 층에서 융합되고, 소결에 의해 제조될 부품을 형성할 수 있는 용해 가능한 입자를 사용하는 것도 알려져 있다. 그 용해 가능한 입자는 수지, 수지가 피복된 모래 또는 용해 가능한 모래 입자로 이루어질 수 있다. 후자의 경우, 레이저는 모래를 용해시키는데 충분하게 강력하여야 한다. 그렇게 하여 제조된 물체가 사형 주조법에서 소실형 주형 및 중자로 사용될 수 있다는 것은 알려져 있지 않다(미국 특허 제4,247,508호).
세라믹 외의 다른 재료 중에서 주조방법에 적합한 소실형 주형 및 중자를 마스터 성형도구의 사용 없이 생산적 제조방법으로 제조하는 것도 알려져 있지 않다. 따라서, 마스터 성형도구의 사용 없이 제조되는 그러한 모든 주형 및 중자를 주조법에 적용하는 것은 정밀 주조법에 한정되고, 마스터 성형도구(주형 및 중자 박스)없이 실행되는 급속 주조법은 폭넓게 사용되는 사형 주조법에 이용할 수 없다.
온간(溫間) 또는 열간(熱間) 경화 주형재료들이 주조 산업에서의 주형 및 중자를 제조하는데 사용될 수 있고, 따라서, 제조되는 주형 및 중자는 거의 모든 공지의 주조 재료를 사용하여 주조될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이들 주형재료는 전자파(電磁波) 조사(照射) 하에서는 화학적으로 불활성인 제1 재료(주형 기본물질)와, 전자파 조사에 의해 개시되는 화학적 경화과정에 의해 경화될 수 있는 제2재료(결합제)로 이루어져 있다, 상기 제1 재료(주형 기본물질)의 예로서는, 순수한 형(形)이거나 또는 하나 또는 다수의 다른 입상(粒狀) 또는 분말상의 재료와 어떤 비율로 혼합된, 실리카 사(砂), 지르콘 사, 감람석 사, 크롬철광 사, 샤모트, 코런덤, 탄소 사, 실리카 재료, 또는 다른 광물재료와 같은 재료를 들 수 있고, 이 재료는 부분적으로 또는 완전히 이미 사용되었거나 또는 재생되거나 또는 재생되지 않은 재료일 수 있고, 이때 접착재료가 상기 제2 재료(결합제)와 화학적으로 반응할 수도 있다. 상기 제2 재료(결합제)의 예로서는, 페놀 수지, 퓨란 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 노볼락, 레졸, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 또는 열적(熱的)으로 경화될 수 있고 변성 및/또는 용해될 수 있으며 액체, 고체, 입자 또는 분말 형태의 다른 수지와 같은 재료를 들 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 제1 재료를 제2 재료와 혼합하거나 또는 제1 재료를 제2 재료로 피복하는 공정 중에, 촉진제, 산, 철 산화물, 이형제(離型劑), 암모니아 염, 헥사메틸렌테트라민, 헥사민, 요소, 자철광(마그네타이트), 적철광(헤마타이트), 스테아르산 칼슘, 글리세린, 물, 용매 중 어느 한가지 물질 또는 이들의 혼합물이 첨가된다. 그러나, 이제까지는, 이들 주형재료는, 전체적으로 금속으로 만들어진 모델 장치 및 중자 박스와 같은 마스터 성형도구를 사용해서만이 처리될 수 있었다(Flemming/Tilchi Formstoffe und Formverfahren, Dt. Verl. F. Grundstoffind. Leipzig/Stuttgart, 1st Edition 1993, pp 333-367).
적응의 하향 경향(중자 소성법, 상기 문헌의 pp. 333-338 참조)의 예외를 무시하여도, 이것은 화학적으로 경화하는 결합제를 사용하고, 외부의 열 공급에 의해 화학적 경화반응을 개시하고 진행시키는 방법이다. 이 경화반응에 관여하지 않고 화학적으로 불활성인 주형 기본물질(제 1 도 및 제 2 도의 성분 A)은 화학적으로 반응하는 결합제(제 1 도 및 제 2 도의 성분 B)와 혼합되거나(제 1 도) 또는 그 결합제로 피복된다(제 2 도).
주조에서 주형재료로 사용되는 모든 재료, 즉, 실리카 사(砂)(저 순도의 석영, 고 순도의 석영, 크리스토발라이트, 트리다이마이트, 또는 아모르퍼스 석영과 같은 광물 형태에서), 지르콘 사, 감람석 사, 크롬철광 사, 탄소 사, 샤모트, 또는 코런덤이 적합하다. 이 주형 기본물질은 분말 또는 입상일 수 있고, 원형 또는 불규칙한 형의 입자또는 파쇄된 입자로 이루어질 수 있다. 또한, 이 재료는 새로운 것이거나, 또는 이미 사용된 주형재료로부터 재생된 것이거나 단순히 재사용되는 것일 수 있다. 이 재료는 매우 좁거나 넓은 입도(粒度) 분포를 가질 수 있다. 즉, 그 입자의 특성은 인공적인 단일 입자 또는 자연 광상(鑛床)에 존재하는 각종 콘 사이즈(corn size)의 혼합물에 대응한다. 상기한 물질들 중 여러 가지를 주형 기본물질에 혼합하는 것이 가능하다.
각종 유기 결합제가 온간 또는 열간 경화법의 결합제로서 사용된다. 페놀 수지(노볼락 또는 레졸), 퓨란 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 또는 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지가 적합하다. 에폭시 수지 결합제 및 아크릴 수지 결합제를 포함하는 주형재료 시스템에 대해서는 가열에 의한 경화도 가능하다. 그러나, 생산성의 이유로, 이들 결합제는 현재 대부분 가스(이산화 황) 경화에 의해 처리되고 있다. 결합제의 선택은 품질, 공정, 가격 및 생산성 요구는 물론이고 주조재료 및 주조품의 특성에 따른다. 이러한 요구를 조건으로, 특정 적용에서 요구되는 경우에는, 촉진제, 산, 철 산화물, 이형제, 암모니아 염, 헥사메틸렌테트라민, 헥사민, 요소, 자철광, 적철광, 스테아르산 칼슘, 글리세린, 물, 용매 중 한가지 이상의 혼합물이 필요할 수 있다. 특정 적용은 물론이고 처리방법 및 이용할 수 있는 기구에 따라, 결합제는 피복 또는 혼합 공정전에 변성 및/또는 용해되는 액체, 고체, 입상 또는 분말일 수 있다.
경화 공정에 따른, 주형 기본물질과 결합제로 이루어진 주형재료의 고화는 그 결합제의 화학반응에 의해 행해진다. 주형 기본물질(전체 주형재료의 약 85 내지 99 중량%를 차지한다)은 이러한 화학반응에 관여하지 않는다. 근원적인 경화반응은 외부의 열 공급에 의한 수지들의 증축합(polycondensation)이다. 그 수지들은 상이한 정도로 예비축합되어 있어, 고도로 3차원적으로 상호결합된 매크로 분자들이 형성되고, 이들 분자가 주형 기본물질(제 1 도 및 제 2 도에서 A로 나타낸 성분)을 포함하는 고화된 주형재료의 응집력을 제공한다. 이러한 중축합 반응은 비가역적이고, 이렇게 하여 얻어진 결합제 성분(제 7 도에서 E로 나타낸 성분)은 원래의 결합제 성분(제 1 도 및 제 2 도에서 B로 나타낸 성분)의 것과 화학적으로 다른 특성을 가지는 반면, 주형 기본물질은 이러한 반응에 관여하지 않아서 변하지 않는다.
주조에 사용되는 가장 잘 알려진 열경화 주형제조법들 중 하나는 Meyers Lexikon Technik und exakte Naturwissenscharten, vol. 2, Bibliographisches Institut Ag, Mannbeim 1970, p 115 이후에 기재되어 있는 바와 같은, Croning에 따른 쉘 주형 주조법이고, 이 방법은 주형 및 중자를 제조하도록 작용하고, 여기서 는, 수지가 피복되고 건조하며 주입(鑄入) 가능한 주형재료가 가열된 마스터 성형 도구 상에 또는 안에서 경화된다.
이 방법에서, 실질적으로 균일한 두께를 가지는 쉘 형태의 주형, 소위 쉘이모델링 장치의 도움으로 제조되고, 2개의 그러한 쉘이 주조를 위한 주형에 결합된다. 소위 금속 모델 판 상에 장착된 금속제 모델 부품들이 그 판을 통하여 200∼400℃까지 예열되고, 건조한 주형재료(결합제가 피복된 주형 기본물질로 이루어진)가 모델 판 상에 부어진다. 모델 판으로부터 공급되고 열전도에 유용한 시간에 비례하는 일정 깊이까지 주형재료 안에 도입되는 열에 의해 실행되는 주형재료에서의 상기한 화학적 경화반응(일정한 정도의 상호결합까지의 중축합)이 시작되고 진행한 후에, 과잉의 주형재료가 유출되고, 주형재료의 나머지 층이 뒤쪽에 가해지는 추가열 공급(예를 들어, 가스 버너에 의한)에 의해 최종적으로 경화되며, 그 후, 쉘 절반부가 모델 장치로부터 제거된다. 동일한 원리에 따라, (중공의) 쉘 중자가 제조될 수 있고, 이 때, 중자 박스로부터 외부 윤곽을 통해 열이 입력되고,내부에 잔류하는 미(未)경화 주형재료가 유출된다. 이어서, 2개의 쉘 절반부들과 추가 중자(필요한 경우)가 주형에 결합되고, 클램프로 고정되고, 뒤메움이 행해지고, 주조를 위해 준비된다. 주조 공정 중에, 수지가 연소되고, 그 후, 모래가 주조품으로부터 용이하게 제거된다.
또 다른 공지의 사형(砂型) 주조방법은 상기한 문헌에 설명된 플라스크(flask) 몰드 방법이다.
통상, 복잡한 사형 주조품을 위한 주형은 2개의 쉘 주형 절반부와, 하나 또는 여러 개의 중자가 내부에 배치된 다(多)부분 주형 박스로 이루어져 있다. 주형의 이들 구성요소들 각각은, 제조 후에 중자 박스로부터 제거되거나 모델 판으로부터 들어올려질 수 있도록 단순한 형태를 가져야 한다. 이와 같이 단순화를 강요하는 것은 필요한 중자의 수를 증가시키게 된다. 예를 들어, 모터용 실린더 헤드와 같은 복잡한 주조품을 제조하기 위해서는, 5개 내지 20개의 단일 중자가 필요하고, 이들은 각각 2개의 주형 박스 내에 배치되거나 또는 미리 중자 팩(pack)에 결합된다.
공지의 방법들은 하기와 같은 단점들을 가지고 있다.
1. 각각의 중자를 위해 적어도 하나의 2부분 중자 박스가 제조되어야 하고, 이것은 특히 원형 성형단계에서 많은 시간과 노동을 소비한다, 가열 가능한 모델판이 쉘 주형에 필요하다.
2. 중자와 중자 사이 또는 쉘 주형과 중자 사이의 각 결합부가 여유를 가지고 있어, 구조의 전체 정밀도가 정밀 주조품의 제조를 위해서는 충분하지 않게 된다.
3. 각 중자의 위치를 규정하기 위한 결합부 또는 중자 지지부의 구조적 설계에 추가 비용이 발생한다.
쉘 주형 주조방법에서 일어나는 화학반응을 온간 또는 열간 경화 주형재료의 그룹의 예와 관련하여 더 상세히 설명한다. 아래에서 설명되는 일반적인 기본 원리가 다른 결합제에 대해서는 수정될 수 있다,
대부분 노볼락 타입인 페놀 수지가 쉘 주형재료를 위한 결합제로서 사용된다. 그 수지는 상호결합된 분자를 높은 분율로 이미 가지고 있다. 수지를 제조하고 주형 기본물질에 수지를 피복할 때 개시된 상호결합 공정이 초기 단계에서 정지되었다. 주형재료를 피복할 때, 헥사메틸렌테트라민이 혼합되었다. 이것은 포름알데히드의 캐리어이고, 열의 영향 하에 포름알데히드를 방출한다, 이 포름알데히드는 열의 영향 하에 수지의 추가적인 경화 및 상호결합을 야기한다. 그 수지는 원래의 A-레졸 상태(가융성)로부터 B-레지톨 상태(가소성)를 거쳐 C-레지트 상태(경화, 비가융성)로 비가역적으로 변형되고, 그 최종 상태가 완전하게는 얻어지지 않는다. 수지 결합제의 약 10∼15%는 A-레졸 및 B-레지톨 상태로 잔존하고, 주조품에 어느 정도의 잔류 가소성을 부여하여, 주조 시에 주형 부품을 문제 없이 처리할 수 있게 한다(예를 들어, 그 부품을 마스터 성형도구로부터 제거한 직후 드레싱(dressing)이 여전히 가능하다). 그러나, 반응은 비가역적 경화 상태 및 대응하는 높은 강도를 크게 얻는데 충분하게 진행하였다. 일반적으로, 열처리는 더 이상 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고, 예를 들어, 주형 부품으로부터 가스상(狀) 반응생성물 및수증기의 마지막 소량까지 제거하여, 섬세한 주조품의 가스 결함을 피하기 위해, 그러한 열처리가 행해지면(150∼250℃에서 수 분), 그러한 열의 영향에 의해 주형재료 입자들 사이의 가역적인 결합이 느슨하게 되지 않아 주형 부품을 파괴하지만, 비가역적 C-레지트 상태에서의 더욱 완전한 경화에 의해 강도를 향상시킨다.
그래서, 관련 주형재료 결합제의 경화에 필요한 열 에너지는 약 200∼400℃의 온도(이 온도는 결합제의 종류와 주형 부품의 형상에 의존한다)까지 가열된 마스터 성형도구(외측 주형을 제조할 때는 모델, 중자를 제조할 때는 중자 박스)를 통해 주형재료에 침입한다. 이러한 열 침입은 외부로부터 주형재료의 깊이 방향으로 열전도에 의해 일어난다, 대부분의 주형 기본물질은 열전도율이 비교적 낮기때문에, 이러한 열전도는 시간이 걸리는 과정이며, 이것은 한편으로는 공정의 생산성에 영향을 미치고, 다른 한편으로는 주형재료의 특성의 편리한 조정에 영향을 미친다. 따라서, 주형 부품의 체적 내로 열이 전도되게 하기 위해, 마스터 성형도구내에서의 일정한 채류시간이 필요하다. 이러한 시간동안, 열 방출 중자 박스에 직접 인접하여 가장 높은 열 영향에 노출되어 있는 주형 부품의 외측 쉘이 연소하지 않아야 한다. 주형재료의 반응성이 그에 상응하여 조절되어야 하고, 이것은 주형재료의 특성과 공정 파라미터 사이의 타협을 항상 의미한다. 마스터 성형도구의 상기한 온도와, 예를 들어, 직접적인 가스 화염에 의한 마스터 성형도구의 가열을 전제로 하여, 전체가 금속(대부분 고 장력 강(鋼))으로 만들어진 도구의 사용이 가능하다.
온간 또는 열간 경화 주형재료들을 사용하여, 높은 치수 정밀도, 균일한 품질 및 양호한 표면 품질과 같은 양호한 특성의 주조품이 얻어지기 때문에, 이들 재료는, 특히 자동차 산업, 수송수단의 제조, 수력산업 및 기계공업을 위한 주조품을 제조할 때와 같이, 고품질의 우수한 주조품을 위한 주형 및 중자를 제조하는 공정에서 널리 사용된다. 이것은 강(鋼) 주물은 물론이고 알루미늄 및 주철 합금에도 마찬가지이다. 그러나, 이들 주형재료를 취급하는 모든 주조공장은, 고객이 주문한 구성부품, 원형, 작은 계열물(series), 샘플 등을 높은 비용과 긴 시간을 들여서만이 제조할 수 있다는 문제에 직면하게 된다. 이것은, 이들 모든 경우, 전체가 금속으로 만들어진 마스터 성형도구(모델 및/또는 중자 박스)를 제조하여야 하기 때문이다. 모델(나무 또는 에필록스 모델)을 제조하는 저렴한 방법은 주형재료의 열처리 때문에 탈락되고, 저렴한 모델 성형장치에서의 다른 주형재료를 사용한 샘플 부품의 제조에 의하면, 제조되는 주조품의 품질 파라미터에 관한 한 이들 샘플부품과 열경화성 주형재료를 사용한 공업적 규모의 제조 사이의 비교는 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 완전히 금속으로 된 성형도구와 관련된 비용 및 준비시간 때문에, 온간 또는 열간 경화 주형재료를 사용하여 작업하는 주조공장이 경쟁자의 다른 주형 제조방법에 대하여 매우 불리한 위치에 처하게 된다. 더욱이, 주조 및 공급 시스템의 배치 또는 주조품의 치수를 변경하여 테스트 주조를 행하는 것이 필요한 때마다 공업적 규모 제조의 기술적 준비의 면에서 주조공장에는 높은 비용과 시간 낭비가 초래된다.
정밀 주조공정으로 신속하게 주형 및 중자를 제조하는 상기한 공지의 방법을 사형 주조에 적용하는 것은 기술적 이유로 적절하지 않다. 사실, 사형 주조용으로 설계된 주조품(주조재료에 관계없이)은 크기, 질량, 형상, 복잡성(내부 윤곽 및 이에 따른 중자의 필요성), 요구되는 치수 정밀도, 표면 품질 및 가격의 점에서 완전히 다른 주조품이다. 정밀 주조법으로 제작된 샘플 부품/원형은 사형 주조법에 의한 후의 공업적 규모의 제조와는 관계가 없고, 따라서, 고객(샘플 모터 등의 테스트를 위한)이나 주조업자(후의 공업적 규모의 제조의 기술적 준비를 위한) 누구에도 무용하다. 스테레오리소그래피(stereolithography), 수지의 선택적 레이저 소결, 도포지로 제조된 층상 물체와 같은 다른 신속 원형 제조법으로 제조된 모델은 낮은 내열성 및 낮은 열전도성 때문에 온간 또는 열간 경화 주형 제조법에 적용될 수 없다. 종래의 패턴 제조 없이는 다른 대안이 없다. 이러한 이유로, 모든 주조공장에서, 모든 파일롯 테스트, 샘플 제조 등이 후의 공업적 규모의 제조에 대응하는 금속 패턴을 가지고 진행되고, 마스터 성형도구를 제조하는 필요한 비용(단순한 중자 박스의 경우 수 천 독일 마르크, 크랭크샤프트 제조용 기계의 경우 100,000 독일 마르크) 및 시간(단순한 중자 박스의 경우 약 3주, 예를 들어, 실린던 크랭크 케이스와 같은 복잡한 공구의 경우 약 12∼16주)에 관한 단점을 받아 들여야만 한다. 모델 사이클과 개발기간이 점점 단기화 하는 관점에서, 특히 주조 제조방법은 다른 경쟁 방법과 비교하여 그의 경쟁력이 악화되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 온간 또는 열간 경화 주형재료를 사용하여 사형 주조기술로 작업하는 주조공장에 적용될 수 있는 주형 제조법을 제공하는데 있고, 이 주형 제조법은 기술적으로는 공업적 규모의 제조에 대응하지만, 비싸고 시간이 걸리는 패턴 형성, 즉, 마스터 성형도구를 필요로 하지 않는다. 이 주형 제조법은 개개의 부품, 원형 및 샘플 부품을 주조하기 위한 사형 및 중자를 제조하는데 적용되고, 또한 주조공장 자체에서의 기술적 개발작업에 적용된다. 동시에, 그러한 주조공장의 분류 프로파일이, 현재로는 보통인 중간 사이즈, 큰 사이즈 및 매우 큰 사이즈의 계열물(series)의 제조로부터 배치(batch) 사이즈의 개개의 소편(小片)및 잡 사이즈(job-size)의 제조에까지 확대되고, 이들 고품질 주조품의 부가적 시장이 개발될 수 있다. 이러한 가능성은 제품 개발, 테스트, 구조 변경, 및 그러한 주조품을 사용하는 공업분야(예를 들어, 자동차 공업)에 있어서의 진보의 면에서의 개발 과정의 급가속에 역할을 한다.
본 발명의 목적은, (1) 새로이 개발되고 최근에 이르러서 이용 가능하게 된 신속 원형 성형방법과, (2) 실제적으로 증명된 종래의 주형재료 중에서 적절히 조합 가능한 진보를 발견하고, 어떠한 복잡한 주형이라도 빠르고 저렴하게 제조될 수 있도록 온간 경화 주형재료의 주조품을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주조품을 사형 주조하기 위한, 중자를 포함하는 3차원 소실형 주형을 제조하는 방법으로서, 제조될 주형의 횡단면에 대응하는 위치에 대한 전자파 조사에 의해 입상 주형재료의 층들을 연속적으로 고화시킴으로써 상기 주형을 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 주형재료가 전자파 조사 하에서는 화학적으로 불활성인 주형 기본물질과, 전자파 조사에 의해 개시되는 화학적 경화과정에 의해 경화될 수 있는 결합제로 이루어지고, (b) 상기 화학적 경화과정이 상기 결합제 내에서 일어나 상기 주형재료가 고화되도록 상기 전자파 조사가 제어되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 주조품을 사형 주조하기 위한 열경화성 주형재료의 주형을 제조하는 방법으로서, 주형재료로서 주형사(鑄型砂)가 사용되고, 전자파 조사에 의해 개시되는 화학적 경화과정의 결과로 열 경화가 일어나는 주형 제조방법에 있어서, 상기 주조품의 형상을 규정하는 디지털 정보로부터 사형(砂型)의 컴퓨터 모델을 생성하는 단계와, 상기 주형사의 첫번째 층을 제공하는 단계와, 상기 컴퓨터 모델을 사용하여 상기 사형에 대응하는 층의 위치에 전자파를 조사하는 것을 제어하면서 상기 첫번째 층에 상기 전자파 조사를 행하는 단계와, 상기 주형사의 계속되는 층들을 위해, 상기 주형사의 공급과 상기 전자파 조사를 반복하는 단계, 및 상기 사형의 모든 층의 고화 후에 미(未)고화 주형사를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법이 제공된다.
본 발명의 이점(利點)은 어떠한 복잡한 주형이라도 패턴 부품과 중자 주형을 미리 만들 필요 없이 제조될 수 있다는 것이다. 본 발명의 방법은, 예를 들어, 모터 개발에서 원형을 만들 때와 같이 적은 수의 복잡한 부품이 급히 필요하게 되는 용도에 특히 적합하다. 형(型) 구성을 가지는 중자 주형과 패턴 플레이트의 형성, 중자 조립, 및 전체 중자를 종래에 제조 가능한 부분 중자로 분할하기 위해 필요한 작업이 완전히 제거된다. 요약하여 말하면, 상당한 시간이 절약되고, 동시에 전체 주형의 정밀도가 향상된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 이하 기재된 실시예의 설명으로부터 명백할 것이다.
제 1 도는, 경화반응에 관여하지 않는 제1 재료로서, 예를 들어, 순수한 형(形)이거나 또는 하나 또는 다수의 다른 입상 또는 분말상의 재료와 어떤 비율로 혼합된, 실리카 사, 지르콘 사, 감람석 사, 크롬철광 사, 샤모트, 코런덤, 탄소사, 실리카 재료, 또는 다른 광물재료와 같은 재료로 된 주형 기본물질(성분 A)과, 제2 재료로서, 페놀 수지, 퓨란 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 노볼락 또는 레졸, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 또는 열적(熱的)으로 경화될 수 있고 변성 및/또는 용해될 수 있으며 액체, 고체, 입자 또는 분말 형태의 다른 수지와 같은 재료로 된 결합제(성분 B)를 혼합한 상태로 된 주형재료 시스템을 나타내는 도면이다.
제 2 도는, 경화반응에 관여하지 않는 제1 재료로서, 예를 들어, 순수한 형이거나 또는 하나 또는 다수의 다른 입상 또는 분말상의 재료와 어떤 비율로 혼합된, 실리카 사, 지르코니아 사, 칸란석 사, 크롬 철광 사, 샤모트, 코런덤, 카본사, 실리카 재료, 또는 다른 광물재료와 같은 재료로 된 주형 기본물질(성분 A)을, 제2 재료로서, 페놀 수지, 퓨란 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 노보락 또는 레졸, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 또는 열적으로 경화될 수 있고 변성 및/또는 용해될 수 있으며 액체, 고체, 입자 또는 분말 형태의 다른 수지와 같은 재료로 된 결합제(성분 B)로 피복한 상태로 된 주형재료 시스템을 나타내는 도면이다.
제 3 도는 제 1 도 또는 제 2 도에 따른 주형재료 시스템이 선택적 레이저소결 및 후속의 소성에 의해 처리되고, 전술한 특허문헌으로부터도 알려진 바와 같이, 성분 A가 화학반응(예를 들어, 정밀 주조를 위한 세라믹 쉘(shell) 및 중자의 제조)에 관여하고 있을 때 형성되는 복합체(C)를 나타내는 도면이다.
제 4 도는 소성 공정 전의 제 3 도의 복합체의 예비단계를 나타내는 도면으로서, 결합력은 화학반응 없이 성분 B(결합제)의 소결(융착, 침투, 냉각, 소성)에 의해서만 얻어지며, 이 복합체는 또한, 본 발명(성분 B가 A-레졸 상태 또는 B-레지톨 상태로 남아 있고, C-레지트로 비가역적으로 경화하지 않는다)의 중간 단계(최종적인 제품을 의미하지 않고, 본 발명에서 청구하고 있지 않다)로서 존재한다.
제 5 도는 노(爐) 내에서 성분 B를 연소시켜 배출한 후의 성분 A의 입자들로부터 생성된 소결 복합체를 나타내는 도면으로서, 소위 2차 금속 방법의 중간 단계가 문헌에 알려져 있다.
제 6 도는 저융점의 2차 금속(D)을 소결 복합체 속에 침투시킨 후의 상기 공지의 2차 금속 방법의 최종 단계를 나타내는 도면이다.
제 7도는 본 발명에 따른 방법의 최종 단계를 나타내는 도면으로서, 비가역적 화학반응에 의해 성분 B(수지 결합제)가 경화되고(결합제 성분 E의 상태를 생성하기 위해), 성분 A(주형 기본물질)는 이에 관여하지 않으며, 성분 A와 B는 통상의 주형재료이고, 결합제 성분 E 또는 전체 복합체는 주조에 적합한 것으로 증명된 최종 제품을 형성한다.
제 8 도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 개략 단면도이다.
제 8 도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치는 상부에서 개방되어 있는 용기(1)를 포함한다. 이 용기(1) 내에는, 실질적으로 평면의 수평 지지판(5)을 가진 지주(支柱)(4)가 배치되어 있다. 그 지지판(5)은 용기(1)의 상부 가장자리(1a)에 평행하게 되도록 배치되어 있고, 높이 조정 장치(도시하지 않음)에 의해 수직 상하방향으로 이동되고 위치결정될 수 있다.
지지판(5)상에 경화성 주형재료(3)의 층을 제공하고, 그 제공된 주형재료 층의 표면(2)을 매끈하게 하기 위한 장치(도시하지 않음)가 용기(1)의 상방에 배치되어 있다.
형성될 주형(6)은 지지판(5)상에 배치되고, 경화성 주형재료의 다수의 층(6a, 6b, 6c, 6d)으로 구성되며, 각 층은 지지판(5)에 평행하게 연장한다.
적외선 레이저 형태의 방향이 부여된 광 비임(8)을 방출하는 조사(照射)장치(7)가 용기(1)의 상방에 배치되어 있다, 그 광 비임(8)은 회전 거울과 같은 편향장치(9)에 의해 용기(1)내의 주형재료(3)의 표면(2) 위로 향하여 편향되고, 제어장치(11)가 편향장치(9)를 제어하여, 그 편향된 광 비임(10)을 용기(1)내의 주형재료(3)의 표면(2)의 소망의 지점으로 보내도록 한다. 이 제어장치(11)는, 주형(6)의 층(6a, 6b, 6c, 6d)을 고화시키기 위한 대응하는 데이터를 제어장치(11)에 제공하는 컴퓨터에 접속되어 있다.
주형(6)을 제조하는 방법은 다음과 같다. 처음에, 원하는 물체(주형 또는 중자)의 형상을 3D-CAD 시스템에 의해 컴퓨터에서 처리한다. 고객에 의해 디지털 형태로 이미 제공된 제조될 주조품의 구조를 출발점으로 하는 것이 편리하다.
그 후, 제조될 주형(6)의 데이터가, 얻어진 CAD 패턴 데이터로부터 컴퓨터에서의 변환(반전)에 의해 생성된다. 변환에 의해 얻어진 이들 데이터는 원하는 주조품의 네가티브를 나타낸다, 후의 주조품의 캐비티(cavity), 즉, 중자도 그 네가티브를 형성할 때 고려되고, 그 후, 주형을 제조할 때 주형 쉘과 일체로 된 중자로서 제조될 수 있다.
제조될 주형의 CAD 모델에서, 고화되지 않은 재료를 후에 제거 또는 배출하는 것을 용이하게 하기 위해, 주조기술에서 요구되는 구멍들에 추가하여, 주조되는 물체 내에 추가 구멍이 제공된다. 이들 구멍은 재료를 제거하기에 가장 적합한 장소에 제공된다.
일례로서, 내연기관(승용차, 모터사이클)의 크랭크샤프트의 제조에 관하여 고려한다. 사용되는 주형재료에 따른 수축량이 CAD 시스템에서의 본래의 주조품의 구성에 부가된다. 그 후, 주조품과 주조 시스템을 포함한 전체 구성의 형상이 완전히 기재될 때까지, 주조기술에서 요구되는 형상의 수정, 예를 들어, 공급장치와 완전한 게이트 시스템의 추가가 행해진다. 만약, 제조되는 주형이, 미리 만들어지거나 구입된 다른 부품(예를 들어, 베이스 플레이트, 러너 게이트(runner gate), 발열 피드 캡(feed cap), 주형의 외측 부품 등과, 필요한 경우, 중자, 칠 폼(chill form))을 사용하여 후에 완성되는 것이면, 이들 부품은 이 시점에서는 미결(未決)의 상태로 놔두어야 한다. 그 다음, 제조되는 주형 또는 중자의 (제조되는 주조품 또는 외측 또는 내측 윤곽에 대응하는 부품의 네가티브의) 형상을 얻기 위해, 최종적으로 형성되는 형상이 CAD 시스템에서 변환된다. 모델 패턴이 그려질 필요가 없으므로, 리프팅 슬로프(lifting slope)는 불필요하게 되어, 제조되는 주조품은 최종 치수에 보다 가깝게 되고, 후의 주조품 가공이 생략될 수 있다. 또한, 주형재료 결합제의 분해에 의해 발생되는 기체상(狀) 반응생성물을 배출하기 위해 필요한 통기 채널이 주형 부품 내에 구조적으로 제공될 수 있다. 어떤 경우에는, 만약 고화되지 않은 유동성 주형재료가, 예를 들어, 미리 만들어진 베이스 플레이트 또는 구입된 러너 게이트에 의해 나중에 폐쇄되는 큰 개구부를 통해 최종 주형으로부터 배출될 수 있으면, 분할되지 않은 주형이 제조될 수도 있다. 따라서, 형(形) 절반부들의 여유 및 틈과 그 절반부들 사이의 여유 및 틈이 불필요하게 되고, 주조품이 보다 정밀한 형상 오차를 가지고 제조될 수 있다. 이러한 일체적이고 실질적으로 보다 정밀한 제품은, 매우 복잡할지라도, 성형도구로부터 제거할 필요성 때문에 통상 조립되는 많은 단일 부품으로 제조되어야 하는 중자에 통상 사용된다.
그 후, 제조되는 물체, 즉, 주형(6)의 형상이, 사용되는 주형재료의 입자 크기로 조정되는 두께(예를 들어, 평균 입자 크기의 2배)를 갖는 층으로 컴퓨터에서 분해되어 소결장치로 이송된다, 이 소결장치에 주형재료가 채워진다, 작업실은 레이저 비임에 의해 야기되는 전자파 조사에 의한 주형재료 결합제의 연화 온도보다 수 도 낮은 온도, 즉, 연화 구간의 시작 온도로 균일하게 가열될 수 있다. 그러나, 실온의 주형재료가 통상 사용될 수도 있다. 그 후, 조정된 층 두께에 대응하는 주형재료 층이 각각의 높이 좌표와 관련된 주형/중자의 횡단면 형상의 요구조건에 따라 가동(可動) 거울 시스템에 의해 레이저 비임으로 선택적으로 스캔되고, 이것에 의해, 조사된 주형재료의 입자에 충분한 온도가 얻어지고, 주형재료의 결합제 성분(제 1 도 및 제 2 도에서 B로 나타낸 성분)이 경화된다.
이 방법에서, 먼저, 지지판(5)의 상측과 용기(1)내의 주형재료(3)의 표면(2)사이에 의도하는 층 두께에 정확히 대응하는 거리가 존재하도록 지지판(5)이 용기(1)내에 배치된다, 그 후, 주형재료(3)의 층이 지지판(5)에 공급된다. 지지판(5)상의 주형재료(3)의 층은 주형(6)에 대응하는 소정의 위치에서, 조사장치(7)에 의해 발생되고 편향장치(9) 및 제어장치(11)를 통하여 제어되는 레이저 비임(편향된 광 비임(10))에 의해 조사(照射)되며, 이것에 의해, 주형재료(3)가 경화하고, 주형에 대응하는 고체 층(6a)을 형성한다. 추가 층(6b, 6c, 6d)들은, 지지판(5)을 각층의 두께에 대응하는 양만큼 하강시키고, 각각의 새로운 층을 위해 주형재료를 공급하한 다음, 주형에 대응하는 위치에서 새로운 층에 레이저 비임을 조사하는 것에 의해 연속적으로 형성된다. 상기 층들은 0.1∼0.2 mm의 두께를 갖는다. 레이저 비임이 조사되지 않은 주형사는 고화되지 않고, 그 위의 층을 지지하는 역할을 한다. 고화되지 않은 주형사는 후에 재사용될 수 있다.
조사시에는, 화학적 경화반응(중축합)을 개시시키기에 충분한 에너지량이 경화될 주형재료 속으로 들어가도록 주의하여야 하고, 그렇지 않으면, 주형재료의 입자들이 표면 소결에 의해 함께 가역적으로 페이스트화될 뿐이고, 이것은 후의 가열작용(예를 들어, 노(爐) 안에서의 외부 후경화 처리에서, 확실하게는 2차 경화에서) 하에 소결 복합체의 분해에 의한 주조품의 파괴를 야기한다. 적절한 화학적 경화기구 없이 제조되는 주조품은 주조에서 사용될 수 없다.
예를 들어, 페놀 수지를 기초로 한, 앞에서 설명된 쉘 주형재료가 여기에서 설명된 방법에서 레이저 비임으로 조사되고 반응한 경우, 비가역적 경화에 필요한입력 에너지는 주형재료의 색 변화를 관찰함으로써 결정될 수 있다.
조사 후의 주형재료의 색으로서 검은 노란색 내지 황토색/밝은 갈색이 요구된다. 주형재료가 밝은 노란색을 유지하면, B-레지톨 상태 및 C-레지트 상태가 도달되지 않고, 입자들은 함께 페이스트화될 뿐이고, 복합체는 열의 영향 하에, A-레졸 상태로 남아 있는 수지를 재용융시킴으로써 쉽게 분해될 수 있다. 흑색으로 변하는 진한 갈색은 결합력이 없는 연소된 수지 결합제의 특징을 나타낸다. 검은 황토색으로부터 중간 갈색까지는 최대 강도(완전 경화)를 나타내지만, 이들 부분은 2차 경화에 필요한 처리공정에는 너무 취약한 것으로 증명될 수 있다.
따라서, 입력되는 에너지를 정확히 선택함으로써, 결합제의 비가역적 화학반응이 개시되고, 주형재료의 조사된 입자와 이와 접촉하는 인접 입자 사이의 강고하고 안정된 결합이 생성된다. 하나의 층을 조사한 후에, 다음 번 주형재료 층을 제공하고 조사하며, 이러한 작동을 소망의 물체가 완성될 때까지 계속 행한다. 조사에 노출되지 않은 위치에서는, 고화되지 않은 주형재료가, 경화될 다음 번 주형재료 층의 지지체로서 남아 있어, 언더컷(undercut)이 만들어질 수 있게 한다.
마스터 성형도구에 의한 공지의 통상적인 방법과 반대로, 온간 또는 열간 경화 주형재료의 화학반응에 필요한 입력 에너지는 가열된 마스터 성형도구에 저장된 에너지가 그 성형도구내의 주형재료로 전달되고 열전도에 의해 그 주형재료 내에 분포되는 것에 의해 얻어지지 않고, 주형재료의 각각의 조사된 입자를 경화시키는데 필요한 에너지는 제어된 레이저 비임에 의해 그 입자에 직접 전달되고 흡수되어, 열전도 과정을 요함이 없이 결합제의 화학반응을 개시시키기 위해 사용된다.이러한 선택적 에너지 입력과 레이저 비임의 정확한 제어에 의해, 극히 복잡한 주조품의 생산이라도, 그의 형상의 이미지(포지티브 또는 네가티브로서의)를 미리 구체화한 모델, 패턴 등의 형태의 물체의 존재를 요함이 없이 가능하게 되고, 주조품의 제조에 미리 필요한 것은 단지, 컴퓨터 내에 설정되어 있는 데이터로서의 기하학적 형상의 표시와, 상술한 반응 메카니즘에 따른 열의 영향 하에 화학적으로 경화하는 무정형의 유동성 주형재료뿐이다.
완성된 주형은 성형 공정의 종료 후 주위의 헐거운 사상(砂床)으로부터 제거된다. 그 주형 내부의 고화되지 않은 주형사는, 러너 게이트 개구부 및/또는 고화되지 않은 모래를 제거하기 위해 특별히 마련된 주형(6)의 개구부를 통해 흡인되거나 유출되거나 또는 배출된다, 후의 주조 공정에서, 주조재료가 이들 개구부 속으로 유입되고, 냉각 후에 절단 또는 제거된다,
완성된 주형은 표면 품질의 개선을 위해, 예를 들어, 열적 후경화에 의해 후처리될 수 있다. 주형/중자의 표면 품질은 수작업의 후처리 및 피복층의 형성에의해 개선될 수 있고, 후열처리에 의해 강도가 증가될 수 있다. 이러한 후처리는 노(爐) 안에서 고온의 공기로 주조품을 후경화시키거나(주조품의 크기에 따라 약 150∼250℃에서 수 분 동안) 또는 마이크로파에 의해 주조품을 후경화시키는 것으로 이루어질 수 있다. 따라서, 주형재료를 경화시키는 비가역적 화학반응이 가능한 한 완전히 진행하고 주형재료가 가능한 최종 강도로 경화된다 이것은, 페놀 수지 쉘 주형재료에서는 결합제의 거의 대부분이 C-레지트 상태로 경화되고 가소성에 필요한 부분만이 B-레지톨 상태로 남아 있는 것을 의미한다.
특히 두꺼운 벽의 주형부품의 경우, 그 주형부품을 가능한 한 완전하게 경화시키기 위해 높은 에너지 입력이 필요하고(그의 사용이 특히 높은 강도를 필요로 하는 경우, 예를 들어, 철 주조 등), 그 에너지 입력은, 예를 들어, 각 층의 다중 조사에 의해 또는 특히 작은 거리의 주사(스캐닝)에 의해 달성된다는 점에서 문제가 일어날 수 있다. 그러한 경우, 입력 에너지는 예외적으로는, 경화를 필요로 하지 않는 부분에까지도 주형재료 내에서 열전도를 야기하는 크기 정도일 수 있다. 부품의 깊이방향으로 전도된 이러한 열은 원치 않는 위치에서 고화 반응을 야기하여, 주형품의 "성장"(growing)을 야기한다. 이러한 결과는, 문제의 부품에서 각층의 횡단면의 외측 윤곽선을 결합제가 그 외측 윤곽을 따라 선택적으로 연소하도록 특히 높은 정도로 조사하면, 피해질 수 있다. 이 윤곽을 넘어 충분한 열전도를 행하여도 소성이 일어나지 않는데, 그 이유는 주형부품의 외측면의 결합제가 그 결합력을 회복 불가능하게 상실하기 때문이다,
후경화, 드레싱(dressing) 등과 같은 후처리 공정 후, 주형/중자는 조립/완성 및 주조를 위해 준비된다. 예를 들어, 크랭크샤프트의 주형은 2개의 부분으로 제조된다. 크기에 따라서는, 양 부분은 동시에 제조될 수도 있어, 레이저 비임에 의해 조사되지 않은 수 밀리미터의 주형재료가 분리층으로서 제공되어야 한다. 또한, 주형 절반부들은, 요구되는 경우(예를 들어, 6-실린더 모터) 크랭크샤프트의 치우침부(offset)에 의해 연결될 수 있고, 주조 시스템의 부품으로서 인게이트(ingate), 크로스게이트(crossgate) 및 피드(feed)를 이미 포함할 수 있다. 완성후에, 주형 절반부들은 드레싱 처리되고, 피드 캡이 제공되고, 결합되고,클램프로 함께 조여지고, 그 위에 인게이트 펀넬(funnel)이 제공되고, 균등하게 배치되고, 주조 금속의 열의 영향 하에 파괴된 부분을 메우고, 클램프로 함께 조여지거나 주조 프레임 또는 주조 박스 속에 삽입되고, 주조를 위해 준비된다. 여기에 설명된 방법에 따라 제조된 주형 부품에 관해서는, 여기에서는 설명되지 않았지만 소실형 주형 및/또는 소실형 중자로 주조할 때는 통상적이고 공지된 모든 기술이 적용될 수 있고, 이들 기술은 온간 또는 열간 경화 주형재료로부터 종래의 방법으로 주형 및 중자를 제조하는 통상의 공정과 유사하게, 주형부품의 후처리, 주조에 필요한 부속품으로의 주형부품의 완성, 결합(예를 들어, 증자 패키지에), 주조 박스, 주형 수용 프레임 등에의 삽입, 및 주조를 포함한다.
이렇게 하여 제조된 주형부품은 특히 사형 주조와 저압, 중력 다이캐스팅에서 중자 또는 주형 또는 그의 부품으로서 사용될 수 있지만, 그것에 한정되는 것은 아니다. 이렇게 제조된 주형부품 속에 모든 공지의 주조재료가 주입될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 실리콘 합금과 같은 저융점 주조재료의 경우, 종래 쉘 주형재료의 주형부품의 제조에서 행해지는 것과 동일한 방식으로 주조한 후 주형재료의 분해를 개선하기 위해 페놀 수지 결합제의 적당한 변경이 선택된다. 유사한 방식으로, 연소를 피하기 위해 주형재료(예를 들어, 자철광)를 처리할 때, 강 주조 합금에, 촉진제, 산, 철 산화물, 이형제, 암모니아 염, 헥사메틸렌테트라민, 헥사민, 요소, 자철광, 적철광, 스테아르산 칼슘, 글리세린, 물, 용매 중 어느 한가지 물질 또는 이들의 혼합물이 첨가된다. 또한, 많은 경우, 제조되는 원형 주조품에 대하여 매우 적은 경험적 주조 데이터가 자연히 입수가능하기 때문에, 주조 및 공급 시스템의 설계를 위한 응결 모의 계산을 실행하는 것이 유리하다. 그러한 모의 계산에 필요한 컴퓨터화의 필요조건은 필수 3D-CAD 구조에 의해 이미 주어져 있다. 그것에 의해 얻어지는 최량의 주조 및 공급 기술에 관한 지식은 최초의 주조품의 제조에 이미 적용되어 있어, 개발시간이 절약될 수 있다.
크랭크샤프트의 절대적 크기에 따라, 약 3개까지의 소편(小片)이 하나의 주형에서 동시에 제조될 수 있다. 이 실시예에서는, 설계 완료 후의 최초의 주조품의 출하시간이 약 20주로부터 수 일 내지 약 2주까지 줄어든다. 만약 구조의 변경이 테스트 도중에 행해지면, 이들 변경은 CAD 시스템에서 수 시간 내에 실현될 수 있고, 수 일 내에 새로운 주조품으로 전환될 수 있어, 제품 개발 시간이 크게 감소될 수 있다. 구조가 완벽하다면, 종래의 마스터 성형도구가 파일롯 생산 및 공업적 규모의 생산을 위해 이전과 같이 만들어지지만, 그 도구를 변경하거나 또는 여러 번의 변경 후에 그 도구를 폐기하는 것이 더 이상 필요하지 않다.
예를 들어, 페놀 수지로 피복된 실리카 사로 이루어진 주형사와 같은 열 경화성 주형재료가 주형재료(3)로서는 사용된다. 이 방법에서 주형재료(3)를 경화시키는 방법은 레이저 비임에 의해 개시되는 실리카 입자의 수지 피복에 대한 화학적 경화방법에 기초한다. 이 방법은 결합제의 열적으로 유도되는 비가역적 화학반응으로 이루어진다는 점에서 공지의 소결방법과는 기본적으로 다르다. 주형재료를 선택적으로 경화시킬 때, 고화는 수지를 경화시키는 것에 의해서만 얻어진다. 주형재료의 약 90 내지 95%를 형성할 수 있는 모래는 경화공정에서 일어나는 화학적 반응에 결코 관여하지 않는다. 상당히 낮은 레이저 파워가 요구되고, 경화재료의 수축 및비틀림과 같은 문제가 실제적으로 일어나지 않거나 대폭적으로 줄어든다는 것이 미국 특허 제4,247,508호에 기재되어 있는 모래 용융법보다 유리한 점이다. 수지 재료 내에서 일어나는 반응은 단지 레이저에 의해 개시되고, 후열처리에 의해 끝나므로, 그 결과, 완전한 수지 경화가 일어난다. 후에 주조품을 주조할 때, 수지가 연소하고, 미처리 모래가 주조품으로부터 제거될 수 있다.
제 8 도에 도시한 바와 같이, 장래의 주조품의 캐비티(cavity)(20), 즉, 주형(6)의 소위 중자가 주형(6)과 동시에 이 방법으로 제조되고, 그 속에 통합될 수 있다. 따라서, 종래와 같이 쉘 주형 속에 중자를 배치하는 일이 없게 된다.
그의 이점(利點)은, 부착 정밀도 저하의 원인이 되는 하나 또는 다수의 중자 삽입 또는 배치 시에 주형사를 폐기하는 공지의 방법에 비하여 정밀도가 높다는 것이다.
복잡한 전체 중자를 위해 다수의 개개의 중자를 제조하는 깃이 생략되기 때문에, 원형을 제조할 때 상당한 시간이 절약된다. 예를 들어, 레이저 소결에 의해 자동차용 오일 펌프 하우징의 원형을 위한 사형을 제조하는 데는 대략 30시간을 필요로 하는데 반하여, 공지의 사형 주조법으로 모델 장치 및 중자 박스를 만들기 위해서는 약 4주가 걸려야 한다.
이 방법의 변경이 가능하다. 예를 들어, 2 부분으로 된 사형이 제조될 수 있고, 그 후, 이들이 종래의 방법과 동일한 방식으로 결합된다. 또한, 지금까지는 여러 개의 단일 중자로 분해하고 후에 중자 패키지로 조립하는 것이 요구되었던 기존의 소실형 중자 또는 영구 주형에 대하여 복잡한 중자를 단일 품으로 제조하는 것도 가능하다. 또한, 고화되지 않은 주형사는 사형에 후에 천공되는 구멍을 통해 제거될 수 있다.
이 방법에서 사용 가능한 주형재료로서는, 또한, 지르콘 사(砂), 감람석 사, 크롬철광 사, 샤모트, 코런덤 또는 탄소 사가 있으며, 이들은 순수 형이거나 또는 하나 또는 여러 다른 재료와 어떤 비율로 혼합된 형이고, 대응하는 적당한 결합제를 구비한다. 통상, 결합제는, 모래와 혼합된 별개의 입자 형태뿐만 아니라 모래상의 피복층으로서 사용될 수 있는 온간 또는 열간 경화 수지 결합제이다. 적당한 수지의 예로서는, 페놀 수지 외에도, 퓨란, 요소 수지, 아미노 수지, 노볼락 또는 레졸, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 또는 폴리아크릴 수지가 있으며, 이들 각각은 액체, 고체, 입상 또는 분말상일 수 있다. 에폭시 수지도 사용될 수 있다. 에폭시 수지는 현재 주조에서 사용되고 있지만, 아민 가스에 의해 경화된다. 본 발명에 따라 에폭시 수지를 열적으로 경화시킬 때, 최종 강도까지 순간적으로 경화시킬 수 있는 이점이 있다.
상기한 경화 수지들 중 하나로 피복되거나 그것과 혼합되는 금속 또는 세라믹 분말 또는 입자로 이루어진 주형재료도 주형 또는 모델의 제조에 또는 주조 다이의 제조에까지도 사용될 수 있다.
서로 다른 결합제들은 전자파 조사에 대하여 서로 다른 흡수 능력을 가지기때문에, 각각의 결합제의 흡수율에 적합한 서로 다른 파장을 사용하여 주형을 선택적으로 후경화시키는 것이 바람직한 후처리이다. 주형의 후경화는, 예를 들어, 마이크로파 노(爐) 내에서 마이크로파 조사에 의해 행해질 수 있으나, 예를 들어, UV 조사, 마이크로파 조사 또는 가열과 같은 여러 가지 후경화법을 차례로 또는 동시에 사용하는 것도 가능하다.
이 방법을 실시하기 위한 장치는 레이저 소결에 사용할 수 있는 것이면 어떠한 장치이어도 좋다. 특별히, 주형재료를 수용하는 용기를 사용할 필요는 없지만, 주형재료는 캐리어에 직접 층상(層狀)으로 적용될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 사형 주조로 작업하는 주조공장들에서 개발 기간을 대폭적으로 줄일 수 있게 한다. 동시에, 이들 주조공장의 분야는 낮은 주조량의 영역에서 단일 부품을 주조하는 것에까지 확대된다. 본 발명에 따르면, 이것은 주조에서 일반적으로 사용되는 온간 또는 열간 경화 주형재료가 선택된 지점에서 선택적으로 레이저에 의해 비가역적으로 화학 경화되게 하는 것에 의해 달성되어, 주형기본물질이 화학적으로 불활성인 채로 유지되고, 주조에 적당한 복잡한 중자와 주형이 마스터 성형도구의 사용 없이 제조될 수 있다. 본 발명의 특별한 이점은, 사용되는 주형재료 시스템의 모든 성분이 공지되어 있고 주조공장에서 장시간 입증되었다는 것이다. 주조 공정에서의 상기 성분들의 거동은 공지되어 있으므로, 시장 단계에 들어갈 때 이 점에 관해서는 부가적인 위험 또는 어려움이 전혀 예상되지 않는다.
본 발명의 몇 가지 또 다른 발전에 관하여 언급한다. 물론, 순수한 형이거나 또는 하나 또는 다수의 다른 입상 또는 분말상 재료와 혼합된, 실리카 사, 지르콘사, 감람석 사, 크롬철광 사, 샤모트, 코런덤, 카본 사, 실리카 재료, 또는 다른 광물재료와 같은 전술한 주형 기본물질 이외의 재료의 입자를, 페놀 수지, 퓨란 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 노볼락 또는 레졸, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 또는 열적으로 경화될 수 있고 변성 및/또는 용해될 수 있으며 액체, 고체, 입자 또는 분말형태의 다른 수지와 같은 결합제로 피복하거나 그 결합제와 혼합하고, 이들을 상술한 바와 같이 레이저에 의해 경화시키는 것도 가능하다. 이들은 또한, 금속 또는 세라믹 입자일 수도 있고, 그래서, 화학적으로 불활성인 입자(A)(제 1 도 또는 제 2 도의 성분 A에 대응함)가, 그 입자(A)와 관계 있는 소결 및/또는 화학반응에 의해서가 아니라, 결합제(B)의 비가역적 화학반응(중축합에 의한)에서 제 7 도에 대응하는 비가역적으로 경화된 결합제(E)와 상기 입자(A)의 복합체로 된다는 사실로부터, 종래 기술을 넘는 진보가 얻어진다. 이렇게 하여 제조된 물체는 주조용 주조 다이로서 적합하지만, 이것에 한정되지는 않는다.
또한, 상술한 결합제와 혼합되거나 그 결합제로 피복된 상술한 주형 기본물질을, 레이저에 의한 선택적인 방식 또는 주사 패턴이 아니라, 마스크에 의해 2차원적으로 조사하는 것도 가능하고, 여기서도, 동일한 경화 메카니즘이 개시된다. 조사 전에, 마스크는, 실제의 높이 좌표에 대응하여 제조될 부품의 횡단면에 의해 준비되어야 한다. 에너지원은 방사 강도와 파장에 대하여 적합하도록 선택되어야 한다, 기계 내에 존재하는 여러 구축장소의 동일 주형재료 층이, 다음의 횡단면을위해 마스크가 준비되기 전에, 준비된 마스크를 통해 연속적으로 조사된다면, 본 발명의 이 실시예는 잡 사이즈(job-size)의 제조에 특히 적합하다.

Claims (43)

  1. 주조품을 사형(砂型) 주조하기 위한 3차원 소실형(消失型) 주형을 제조하는 방법으로서, 제조될 주형의 횡단면에 대응하는 위치에 저자파를 조사(照射)하는 것에 의해 입상 주형재료의 층들을 연속적으로 고화시킴으로써 상기 주형을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 주형재료가 전자파 조사 하에서는 화학적으로 불활성인 주형 기본물질과, 전자파 조사에 의해 개시되는 화학적 경화과정에 의해 경화될 수 있는 결합제로 이루어지고,
    (b) 상기 화학적 경화과정이 상기 결합제 내에서 일어나 상기 주형재료가 고화되도록 상기 전자파 조사가 제어되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주형 기본물질이 실리카 사(砂), 지르콘 사, 감람석 사, 크롬철광 사, 샤모트, 코런덤, 탄소 사, 실리카 재료, 및 다른 광물재료 중 어느 한 재료로 되어 있고, 이 재료는 순수한 형(形)이거나, 다른 입상이거나 분말상의 재료와 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주형 기본물질이 금속 분말과 세라믹 분말 중 어느 하나로 되어 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 페놀 수지, 퓨란 수지, 요소 수지, 아미노 수지, 노볼락, 레졸, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 및 열적(熱的)으로 경화될 수 있고 변성되거나 용해될 수 있는 다른 수지 중 어느 한가지 수지로 되어 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 및 폴리아크릴 수지 중 어느 한가지 수지로 되어 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 주형재료는 상기 결합제로 피복된 상기 주형 기본물질의 입자로 되어 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 주형재료는 상기 주형 기본물질의 입자와 상기 결합제의 입자의 혼합물로 되어 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 조사(照射)는, 제조될 주형의 횡단면에 대응하는 각 층의 지점으로 편향되는 레이저 비임에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 조사(照射)는, 상기 층의 고화될 위치로 전자파를 투과시키는 마스크를 통한 2차원적 조사에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파 조사의 파장은 자외선 영역에 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파 조사의 파장은 적외선 영역에 있는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파 조사의 조사 시간 및 강도는, 고화될 주형재료에의 상기 전자파 조사의 입력 에너지가 상기 결합제에서 상기 화학적 경화과정을 개시시키기에 충분하지만 상기 주형 기본물질은 반응하지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 화학적 경화과정이 상기 주형재료의 색 변화에 의거하여 제어되고, 상기 조사 시간 및 강도가 재조절되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기주형이 그 주형을 위한 중자와 함께 제조되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 주형 기본물질은 그의 일부나 전부가, 이미 사용된 재료나 재생되거나 재생되지 않은 상기 재료로 이루어져 있고, 상기 결합제와 화학적으로 반응하는 접착재료를 가지는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 고화가, 공기, 산소 및 불활성 가스로부터 선택된 어느 한가지 기체의 분위기에서 행해지는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 통상의 압력, 과압 및 저압으로부터 선택된 어느 한 압력이 상기 고화에 사용되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  18. 제 6 항에 있어서, 상기 결합제에 의한 상기 주형 기본물질의 상기 피복에, 냉간 피복, 온간 피복, 열간 피복 및 용융 피복 중 어느 한 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  19. 제 6 항에 있어서, 상기 주형 기본물질을 상기 결합제와 혼합하거나 상기 주형 기본물질을 상기 결합제로 피복하는 공정 중에, 촉진제, 산, 철 산화물, 이형제(離型劑), 암모니아 염, 헥사메틸렌테트라민, 헥사민, 요소, 자철광, 적철광, 스테아르산 칼슘, 글리세린, 물 및 용매 중 어느 한가지 물질이나 그 물질들의 혼합물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 세그먼트, 쉘, 마스크, 다른 주형 및 중자 부품 중 어느 하나가 제조되고, 같거나 다른 재료로 만들어진 소실 중자, 주조 다이, 중자, 및 이들의 부품 중 어느 하나와 결합되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 주형과 중자가 단일체로 제조되거나, 분할되어 제조된 다음 결합되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  22. 제 14 항에 있어서, 다수의 부분적으로 상이한 주형 및 중자가 동시에 제조되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  23. 제 14 항에 있어서, 제조된 주형 및 중자는 그들의 사용 전에, 주조기술에서 요구되는 부속품을 구비하여 완성되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  24. 제 14 항에 있어서, 제조된 주형 및 중자에는 그들의 사용 전에 피복이 제공되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  25. 제 14항에 있어서, 제조된 주형 및 중자는 주조를 위한 그들의 강도 및 적합성을 개선하기 위해 열적으로 후처리되고, 그것에 의해, 상기 결합제의 추가 경화가 달성되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  26. 주조품을 사형(砂型) 주조하기 위한 열 경화성 주형재료의 주형을 제조하는 방법으로서, 주형재료로서 주형사(鑄型砂)가 사용되고, 전자파 조사에 의해 개시되는 화학적 경화과정의 결과로 열 경화가 일어나는 주형 제조방법에 있어서,
    상기 주조품의 형상을 규정하는 디지털 정보로부터 사형(砂型)의 컴퓨터 모델을 생성하는 단계와,
    상기 주형사의 첫번째 층을 제공하는 단계와,
    상기 컴퓨터 모델을 사용하여 상기 사형에 대응하는 층의 위치에 전자파를 조사하는 것을 제어하면서 상기 첫번째 층에 상기 전자파 조사를 행하는 단계와, 상기 주형사의 계속되는 층들을 위해, 상기 주형사의 공급과 상기 전자파 조사를 반복하는 단계, 및
    상기 사형의 모든 층의 고화 후에 미(未)고화 주형사를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 주형사는 페놀 수지가 피복된 실리카 사인 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 주형이 중자와 일체로 제조되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 주형이 단일체로 만들어지는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 주형은 러너 게이트를 포함한 채 제조되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  31. 제 26 항에 있어서, 고화 후, 상기 미고화 주형사가 상기 주형에 제공되는 개구부를 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  32. 제 26 항에 있어서, 상기 주형과 별도로 중자가 제조되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 주형을 위한 일체의 중자가 제조되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  34. 제 26 항에 있어서, 상기 전자파 조사로서 레이저 조사가 사용되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 레이저 조사로서 적외선 레이저 조사가 사용되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  36. 제 26 항에 있어서, 상기 주형이 열적으로 후경화되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  37. 제 26 항에 있어서, 상기 주형이 마이크로파 조사에 의해 후경화되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  38. 제 31 항에 있어서, 상기 개구부는 상기 주형의 컴퓨터 모델을 생성할 때 생성되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  39. 제 26 항에 있어서, 상기 주형사가, 실리카 사, 지르콘 사, 감람석 사, 크롬철광 사, 샤모트, 코런덤, 탄소 사 및 석영 산출물 중 어느 한가지 재료와, 이 재료에 제공되는 열 경화성 수지 결합제로 이루어진 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 수지 결합제는, 퓨란, 요소 수지, 아미노 수지, 요소 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 요소 포름알데히드 수지, 페놀 변성 퓨란 수지, 페놀 포름알데히드 수지, 푸르푸르 알코올 페놀 포름알데히드 수지, 아크릴변성 페놀 수지, 아크릴 수지 및 폴리아크될 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 한가지 수지로 되어 있고, 이 수지는 액체, 고체, 입자 및 분말 중 어느 한가지 형태인 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 수지 결합제로서 에폭시 수지가 사용되는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  42. 제 39 항에 있어서, 상기 주형사의 고화 시에, 레이저 조사에 의해 개시되는 화학적 경화과정이 상기 수지 결합제 내에서 일어나고, 상기 재료는 이 경화과정에 화학적으로 관여하지 않는 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
  43. 제 1 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 주형재료는 건조하고 주입(鑄入) 가능한 것을 특징으로 하는 주형 제조방법.
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