KR101745526B1 - 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부는 연성의 합성수지가 구비되고 그 표면에 폐합성수지를 포함하는 보강재가 구비되는 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 관한 것으로서, 합성수지를 절삭하여 패턴의 내부에 배치되는 베이스부를 만드는 베이스부 가공단계; 폐합성수지가 포함되는 보강재를 상기 베이스부의 표면에 부착한 후 경화시키고 그 표면을 패턴 표면의 형상대로 절삭하여 커버부를 만드는 커버부 형성단계; 및 상기 커버부의 표면을 사포나 그라인더로 마감하는 표면처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

폐합성수지를 이용한 패턴제조방법{Manufacturing Method of Pattern for Casting using Waste Synthetic Resin}

본 발명은 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 연성의 합성수지가 구비되고 그 표면에 폐합성수지를 포함하는 보강재가 구비되는 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 관한 것이다.

주조(casting)는 주물사에 패턴을 묻은 다음 빼내어 주물사에 형성된 공동부에 용융금속을 주입, 응고시켜 패턴 형상의 주물을 얻는 가공법으로서, 통상 패턴으로는 목형(wooden pattern)이 사용되고 있다.

다만, 목형의 경우 시간이 경과할수록 습기에 의해 변형되어 주물의 치수 정밀도가 저하되는 문제가 있고 이러한 문제를 방지하기 위해 변형이 적고 오랜 건조과정을 거친 고가의 목재를 사용하게 되며 그 제작 또한 복잡한 단점이 있다.

이러한, 목형의 대안으로서 합성수지패턴(plastic pattern) 제조방법이 국내 등록특허공보 제10-1340683호(등록일자: 2013.12.05.)에 소개되어 있으며, 도 1은 상기 종래기술의 제조방법에 따라 제작된 합성수지패턴의 구조를 예시한 개요도이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 상기 종래기술의 합성수지패턴은 모래에 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리우레탄(PU), 폴리에스테르(PET) 등의 라미네이팅재 또는 시멘트가 선택적으로 배합되어 만들어지는 가목형(110)과 가목형(110)의 표면에 매끄러운 주물 표면을 얻기 위한 코팅층(130)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

다만, 상기 합성수지패턴은 다양한 원재료들을 사용해야 하기 때문에 제조 원가가 상승하고, 가목형(110)을 건조하기 위해 12 ~ 24 시간의 긴 건조시간이 소요되는 문제가 있다.

또한, 중대형 제품 주조용 목형의 제작 과정에서는 코팅층(130)의 표면을 그물망(140)으로 감싸고 폴리우레탄을 도포하여 마감층(150)을 형성하는 공정이 추가되므로 패턴 제작이 번거로워지는 문제가 있다.

더불어 가목형(110)이 모래와 시멘트의 배합으로 만들어지는 경우 대형의 가목형(110) 제작시 총중량이 증가하게 되어 가목형(110)의 운반이 쉽지 않게 되는 문제도 있다.

KR 10-1340683 B1 2013.12.05.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 경제적이고 제작시간이 단축되며 대형 패턴의 제작 및 운반이 용이할 뿐 아니라 반복 사용에도 내구성이 유지되는 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법은, 합성수지를 절삭하여 패턴의 내부에 배치되는 베이스부를 만드는 베이스부 가공단계; 폐합성수지가 포함되는 보강재를 상기 베이스부의 표면에 부착한 후 경화시키고 그 표면을 패턴 표면의 형상대로 절삭하여 커버부를 만드는 커버부 형성단계; 및 상기 커버부의 표면을 사포나 그라인더로 마감하는 표면처리단계로 이루어지고, 상기 베이스부는 패턴 표면의 세부 형상이 생략된 형태로 제작되며, 상기 보강재는 펠릿 형태의 폐합성수지, 섬유강화플라스틱용 수지로 이루어진 접착제, 및 에폭시 수지로 이루어진 경화제의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

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아울러, 본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법은, 상기 보강재의 배합비가 보강재 총중량 대비 폐합성수지는 70~80%, 접착제는 10~15%, 경화제는 10~15%의 중량비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 의하면, 내부에 합성수지가 구비되고 그 표면에 폐합성수지를 이용한 보강재가 부착된 상태에서 보강재 표면을 패턴 표면의 형상대로 절삭하는 과정을 통해 경제적이면서 패턴의 제작 및 운반이 용이하며 제작시간이 단축되고 반복 사용에도 내구성이 유지됨으로써 본 발명의 실용성이 크게 향상된다.

도 1은 종래기술에 따른 주조용 합성수지패턴의 구조를 예시한 개요도.
도 2는 본 발명에 따른 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법을 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 의해 제작되는 패턴 과정을 예시한 개요도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 의해 제작되되 베이스부에 홈과 홀이 형성되는 패턴을 예시한 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법을 도시한 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 의해 제작되는 패턴제조과정을 예시한 개요도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법은 베이스부 가공단계(S10), 커버부 형성단계(S20) 및 표면처리단계(S30)로 이루어지고, 이를 통해 제작된 패턴은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 내부에 베이스부(10)가 형성되고 베이스부(10)의 표면에 폐합성수지를 포함한 보강재(A)로 이루어진 커버부(20)가 형성되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 각 단계별로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 먼저 베이스부 가공단계(S10)는 패턴의 내부에 배치되는 베이스부(10)를 만드는 단계로서, 베이스부(10)의 형상 정보가 입력된 CNC(computer numerical control)를 이용하여 입방체 형상을 갖는 원소재를 절삭하는 과정으로 이루어진다.

상기 베이스부(10)를 가공하기 위한 원소재의 재질은 스티로폼과 같은 연성의 합성수지가 사용되고, 상기 베이스부(10)는 제작하고자 하는 패턴을 약 90% 축소한 크기에 패턴 표면의 세부 형상이 생략된 형태로 제작된다.

이는 패턴의 정확한 형상이 베이스부(10)에 부착되는 커버부(20)를 절삭 가공함으로써 이루어지는 관계로 커버부(20) 내부에 배치되는 베이스부(10)를 패턴의 정확한 형상대로 제작할 필요가 없기 때문이고, 이러한 과정을 통해 제작 시간 단축 및 제작 편의를 모두 달성할 수 있다.

커버부 형성단계(S20)는 패턴의 표면에 해당하는 커버부(20)를 베이스부(10)에 형성시키는 단계로서, 상기 커버부(20)는 폐합성수지가 포함되는 보강재(A)를 베이스부(10)의 표면에 부착한 후 경화시키고 그 표면을 제작하고자 하는 패턴 표면의 형상대로 절삭한 것이며, 그 세부과정은 보강재 제조과정(S21), 부착·경화과정(S22) 및 절삭과정(S23)으로 이루어진다.

상기 보강재 제조과정(S21)은 폐합성수지, 접착제 및 경화제를 혼합하여 보강재(A)를 만드는 과정으로서, 먼저 폐합성수지는 바람직하게는 폴리우레탄 소재의 제품을 가공하는 과정에서 발생한 부스러기 또는 폐기물로서 폴리우레탄 소재의 제품을 가공하는 업체에서는 이를 폐기하는 경우 추가 비용이 발생하나, 이를 수거하여 재사용하게 되면 폐합성수지를 재사용하는 업체나 폴리우레탄 소재의 제품을 가공하는 업체 모두에게 이익이 되는바, 본 발명은 보강재의 제조에 폴리우레탄 소재의 폐합성수지를 이용함으로써 버려지는 폐합성수지를 재활용할 수 있어 패턴의 제조 원가를 절감할 수 있다.

이러한 폴리우레탄 소재의 폐합성수지는 입방체 등 다양한 형태로 수거되어 제공되는데, 이를 입경 3 ~ 5mm의 크기로 분쇄하여 펠릿(pellet) 형태로 만든 다음, 여기에 접착제와 경화제를 혼합하여 교반하게 된다.

상기 접착제는 펠릿 형태의 폐합성수지와 경화제가 상호 결합되도록 하는 한편 보강재(A)가 베이스부(10) 표면에 고착되도록 하는 기능을 하며, 바람직하게는 섬유강화플라스틱(fiber-reinforced plastic: FRP)용 수지가 사용된다.

또한, 경화제는 보강재(A) 경화 시간을 단축하고 충분한 강도를 제공하기 위한 것으로서 바람직하게는 에폭시 수지가 사용되고, 본 발명의 실시예에서는 경화시간을 단축시키면서 CNC가공을 용이하게 하기 위해 상품명 "SW200-NOR"의 에폭시 수지가 사용된다.

한편, 보강재(A) 재료의 배합비는 보강재 총중량 대비 폐합성수지는 70~80%, 접착제는 10~15%, 경화제는 10~15%의 중량비율로 배합된다. 여기서, 접착제 및 경화제는 동일한 중량비율로 배합될 수 있으나, 폐합성수지가 70%보다 적거나 80%보다 많게 되면 보강재(A)로 이루어진 커버부(20)에 대한 충분한 강도를 얻기 어려운바 적어도 폐합성수지는 상기와 같은 배합비율이 요구된다.

부착·경화과정(S22)은 보강재 제조과정(S21)을 통해 완성된 보강재(A)를 베이스부(10)의 표면에 베이스부(10)의 형상을 따라 약 15 ~ 25mm 두께로 부착한 다음 경화시키는 과정으로서, 경화시간은 패턴의 크기에 따라 다소 상이하나 개략적으로 4 ~ 6시간이 소요된다.

절삭과정(S23)은 패턴 표면의 형상 정보가 입력된 CNC를 이용하여 상기 부착·경화과정(S22)을 거쳐 경화가 완료된 보강재의 표면을 절삭하여 커버부(20)를 완성하는 과정이다.

표면처리단계(S30)는 패턴을 완성하는 단계로서, 절삭과정(S23)을 거친 커버부(20)의 표면을 사포(sand paper)나 그라인더로 마감하는 과정이다.

상기 보강재(A)로 이루어진 커버부(20)의 압축강도는 645 ~ 718㎏/㎠를 가지며 이는 주조용 목형으로 주로 사용되는 소나무의 압축강도가 약 430㎏/㎠인 것을 놓고 볼 때, 본 발명으로 제작된 패턴이 일반 목형에 비해 강도 측면에서 우수한 것임을 입증하며, 베이스부(10)와 커버부(20) 모두 합성수지류로 이루어지는 특성상 종래와 같이 모래나 시멘트를 이용한 패턴보다 훨씬 가벼워 작업자가 손쉽게 운반할 수 있고, 목형과 같은 변형도 방지됨으로써 패턴의 내구성도 향상된다.

또한, 제작 소요시간 측면에서도 패턴의 크기에 따라 다소 상이하나 패턴제작 전 과정에서 가장 많은 시간이 소요되는 보강재의 경화시간이 4 ~ 6시간인바, 기존의 목형이나 타 합성수지패턴 제조방법에 비해 제작시간이 단축된다.

도 4는 다른 실시예로서 본 발명의 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법에 의해 제작되되 베이스부에 홈과 홀이 형성되는 패턴을 예시한 단면도이다. 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 대형 패턴을 제작할 경우에는 자중 및 형상에 의해 패턴이 파손되거나 또는 베이스부(10)와 커버부(20)가 상호 분리될 수 있는데, 본 발명에서는 이를 방지하기 위한 과정이 추가될 수 있다.

즉, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 베이스부 가공단계(S10)에서 베이스부(10)의 표면에 홈(11)을 적어도 하나 이상 형성하거나 내부를 관통하는 홀(13)을 적어도 하나 이상 형성한 다음, 부착·경화과정(S22)에서 보강재(A)를 상기 홈(11)에 채우거나 바(a)를 홀(13)에 삽입하는 과정을 통해 상기 홈(11)에 형성되는 보강재(A)나 홀(13)에 구비되는 바(a)가 패턴의 강도를 강화시키는 한편 베이스부(10)와 커버부(20)의 분리를 방지하는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 바(a)는 앞서 제조한 보강재(A)를 이용할 수 있고 홀(13)의 단면 형상과 동일한 단면을 갖도록 하되 길이는 홀(13)의 관통 길이보다 다소 긴 길이로 재단되도록 제조하며, 홀(13)에 삽입시 양단이 베이스부(10) 외부로 노출되도록 한 상태에서 보강재(A)에 매몰되도록 하여, 이후 보강재(A)의 경화로 커버부(20)에 고정되도록 한다.

이와 같이 바(a)를 제조함에 있어 본 발명에서 제조한 보강재(A)를 이용함으로써 별도의 소재를 사용할 필요가 없게 되어 경제적이고, 상기 바(a)와 보강재(A)는 동일한 재질로 제조되므로 홀(13)에서 돌출된 바(a)의 일부분과 보강재(A)의 결합 및 고정이 보다 확실해진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

10: 베이스부
11: 홈
13: 홀
20: 커버부

Claims (3)

1. 합성수지를 절삭하여 패턴의 내부에 배치되는 베이스부(10)를 만드는 베이스부 가공단계(S10);
   폐합성수지가 포함되는 보강재(A)를 상기 베이스부(10)의 표면에 부착한 후 경화시키고 그 표면을 패턴 표면의 형상대로 절삭하여 커버부(20)를 만드는 커버부 형성단계(S20); 및
   상기 커버부(20)의 표면을 사포나 그라인더로 마감하는 표면처리단계(S30);
   로 이루어지고,
   상기 베이스부(10)는 패턴 표면의 세부 형상이 생략된 형태로 제작되며,
   상기 보강재(A)는 펠릿 형태의 폐합성수지, 섬유강화플라스틱용 수지로 이루어진 접착제, 및 에폭시 수지로 이루어진 경화제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보강재(A)의 배합비는 보강재 총중량 대비 폐합성수지가 70~80%, 접착제가 10~15%, 경화제가 10~15%의 중량비율로 배합되는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 패턴제조방법.

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