[논문]Thick-wall 플라스틱 렌즈의 쾌속 금형 제작

박형필; 차백순; 김종덕; 성병근; 이병옥

문제 정의

본 연구에서는 Thick-wall 렌즈 생산을 위한 금형설계를 진행하였다. Fig.
본 연구에서는 사출금형의 냉각성능 향상과 Conformal 냉각채널의 배치에 대한 실험을 진행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 효율적인 냉각 시스템이 적용된 렌즈 금형 제작을 위한 방법으로, 금속분말을 적층 소결하는 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)공정과 흑연을 이용하여 제작된 마스터 형상에 용융된 금속을 분사시켜 금형을 제작하는 SFT(Spray Formed Tooling)공정을 이용하여 Conformal 냉각채널이 배치된 렌즈 금형을 제작하였다. 제작된 금형은 전통적인 가공방식으로 제작된 사출금형과 냉각성능을 비교 평가하였으며, 사출성형실험을 통하여 Thick-wall 렌즈의 성형 싸이클 차이를 알아보도록 하였다.

제안 방법

게이트 형상은 렌즈의 최대 두께가 10mm 로 매우 두껍기 때문에 기포 및 플로우 마크 방지를 위해서 팬 게이트를 사용하였으며, 게이트 앞 단에 코어핀을 설치하여 젯팅을 방지하도록 하였다. 또한 렌즈 성형 시 발생되는 가스로 인한 성형압력 증가 및 제품 불량을 방지하기 위해서 러너 및 제품 둘레에 다수의 가스빼기를 설치하였다.
그러나 DMLS 공정의 특성상 분말입자를 소결하여 금형을 제작하기 때문에, 내부에 기공이 존재하여 냉각채널로 냉각수를 흘려 보낼 경우 금형 표면으로 누수가 발생되었다. 냉각채널의 누수문제는 채널 내부를 에폭시로 도포함으로써 해결하도록 하였다.
본 연구에서는 Conformal 냉각채널이 설계된 렌즈금형제작을 위하여 독일 EOS 사의 EOSINT M250X 를 이용하였으며, 분말재료를 20µm 씩 적층/소결하여 렌즈 금형을 제작하였다. 분말 재료는 레이저 소결 후 225Hv 의 표면경도를 가지며, 블라스팅 처리 후에는 400Hv 이상의 경도를 가지는 Steel 기반의 금속 분말(Directsteel20)을 사용하였다.
6 에는 사출성형기에 장착된 렌즈금형과 생산된 렌즈를 나타내고 있다. 성형조건 중 사출속도는 성형불량을 줄이기 위해서 느리게 설정하였으며, 보압의 경우는 성형중의 사출압력 보다 높게 설정하여 제품 외관의 수축을 없애도록 하였다. 이러한 조건을 만족하며 전통적인 사출금형에서 성형된 렌즈의 냉각시간은 200 초가 소요되었으며, Conformal 냉각채널이 배치된 DMLS 금형과 SFT 금형의 경우는 130 초, 140 초의 냉각시간이 소요됨을 확인할 수 있었다.
세 종류의 렌즈 금형에 대한 시험사출을 통하여 실제 생산에서 냉각채널의 효과가 성형싸이클 시간 단축에 효과가 있는지 판단하도록 하였다. 실험에는 Atoglas 사의 PMMA 수지와 동신유압의 80ton Pro-HI80 사출성형기를 사용하였다.
실험 방식은 금형온도 조절기의 냉각수 온도를 90 도로 가열한 뒤에 순간적으로 렌즈금형의 냉각채널로 유입시켜 동일 시간에서의 금형 온도 분포를 열화상 카메라(Model : IR SnapShot)로 매 15 초 간격으로 측정하였다. 일반적으로 열화상 카메라의 온도 분포는 각 재료의 방사율에 따라 다르게 나타나기 때문에 각각의 실험은 접촉식 온도계를 이용하여 표면온도를 확인한 뒤에 측정부위의 온도에 맞는 방사율을 적용하도록 하였다.
실험 방식은 금형온도 조절기의 냉각수 온도를 90 도로 가열한 뒤에 순간적으로 렌즈금형의 냉각채널로 유입시켜 동일 시간에서의 금형 온도 분포를 열화상 카메라(Model : IR SnapShot)로 매 15 초 간격으로 측정하였다. 일반적으로 열화상 카메라의 온도 분포는 각 재료의 방사율에 따라 다르게 나타나기 때문에 각각의 실험은 접촉식 온도계를 이용하여 표면온도를 확인한 뒤에 측정부위의 온도에 맞는 방사율을 적용하도록 하였다. 렌즈 금형 둘레로 냉각채널이 배치되어 코어 전체를 점진적으로 가열시키는 전통적인 사출금형의 경우, 300 초 이후에 금형의 성형부 온도가 평형상태로 유지됨을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 효율적인 냉각 시스템이 적용된 렌즈 금형 제작을 위한 방법으로, 금속분말을 적층 소결하는 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)공정과 흑연을 이용하여 제작된 마스터 형상에 용융된 금속을 분사시켜 금형을 제작하는 SFT(Spray Formed Tooling)공정을 이용하여 Conformal 냉각채널이 배치된 렌즈 금형을 제작하였다. 제작된 금형은 전통적인 가공방식으로 제작된 사출금형과 냉각성능을 비교 평가하였으며, 사출성형실험을 통하여 Thick-wall 렌즈의 성형 싸이클 차이를 알아보도록 하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 Conformal 냉각채널이 설계된 렌즈금형제작을 위하여 독일 EOS 사의 EOSINT M250X 를 이용하였으며, 분말재료를 20µm 씩 적층/소결하여 렌즈 금형을 제작하였다. 분말 재료는 레이저 소결 후 225Hv 의 표면경도를 가지며, 블라스팅 처리 후에는 400Hv 이상의 경도를 가지는 Steel 기반의 금속 분말(Directsteel20)을 사용하였다.
세 종류의 렌즈 금형에 대한 시험사출을 통하여 실제 생산에서 냉각채널의 효과가 성형싸이클 시간 단축에 효과가 있는지 판단하도록 하였다. 실험에는 Atoglas 사의 PMMA 수지와 동신유압의 80ton Pro-HI80 사출성형기를 사용하였다. Fig.

성능/효과

1. DMLS 공정 및 SFT 공정을 이용하여 렌즈 금형을 제작하였으며, 사출성형을 통하여 고품질의 렌즈 생산이 가능함을 확인 할 수 있었다.
2. 사출성형을 통하여 전통적인 사출금형에 비해서 DMLS 금형과 SFT 금형이 성형 싸이클을 30~35% 절감할 수 있었다.
3. 금형온도 조절기를 이용한 냉각성능 실험을 통하여 DMLS 금형이 가장 냉각 성능이 우수함을 확인할 수 있었으며, 이는 정확한 냉각채널의 배치 및 금형재료의 물성차이로 판단된다.
렌즈 금형 둘레로 냉각채널이 배치되어 코어 전체를 점진적으로 가열시키는 전통적인 사출금형의 경우, 300 초 이후에 금형의 성형부 온도가 평형상태로 유지됨을 확인 할 수 있었다. Conformal 냉각채널이 배치된 SFT 금형의 경우는 225 초 이후, DMLS 는 150 초 이후에 성형부 온도가 안정화 됨을 확인할 수 있었으며, 이를 통하여 Conformal 냉각채널이 배치된 DMLS 금형과 SFT 금형이 전통적인 사출금형에 비해서 빠르게 냉각될 수 있음을 확인 할 수 있었다.
일반적으로 열화상 카메라의 온도 분포는 각 재료의 방사율에 따라 다르게 나타나기 때문에 각각의 실험은 접촉식 온도계를 이용하여 표면온도를 확인한 뒤에 측정부위의 온도에 맞는 방사율을 적용하도록 하였다. 렌즈 금형 둘레로 냉각채널이 배치되어 코어 전체를 점진적으로 가열시키는 전통적인 사출금형의 경우, 300 초 이후에 금형의 성형부 온도가 평형상태로 유지됨을 확인 할 수 있었다. Conformal 냉각채널이 배치된 SFT 금형의 경우는 225 초 이후, DMLS 는 150 초 이후에 성형부 온도가 안정화 됨을 확인할 수 있었으며, 이를 통하여 Conformal 냉각채널이 배치된 DMLS 금형과 SFT 금형이 전통적인 사출금형에 비해서 빠르게 냉각될 수 있음을 확인 할 수 있었다.
이러한 조건을 만족하며 전통적인 사출금형에서 성형된 렌즈의 냉각시간은 200 초가 소요되었으며, Conformal 냉각채널이 배치된 DMLS 금형과 SFT 금형의 경우는 130 초, 140 초의 냉각시간이 소요됨을 확인할 수 있었다. 실험을 통하여 Conformal 냉각채널이 설치된 금형이 전통적인 사출금형에 비해서 30~35% 의 냉각시간 단축 효과가 있음을 확인하였으며, 모두 양품의 렌즈를 성형할 수 있었다.
성형조건 중 사출속도는 성형불량을 줄이기 위해서 느리게 설정하였으며, 보압의 경우는 성형중의 사출압력 보다 높게 설정하여 제품 외관의 수축을 없애도록 하였다. 이러한 조건을 만족하며 전통적인 사출금형에서 성형된 렌즈의 냉각시간은 200 초가 소요되었으며, Conformal 냉각채널이 배치된 DMLS 금형과 SFT 금형의 경우는 130 초, 140 초의 냉각시간이 소요됨을 확인할 수 있었다. 실험을 통하여 Conformal 냉각채널이 설치된 금형이 전통적인 사출금형에 비해서 30~35% 의 냉각시간 단축 효과가 있음을 확인하였으며, 모두 양품의 렌즈를 성형할 수 있었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Thick-wall 플라스틱 렌즈의 쾌속 금형 제작
Rapid Tooling Production of Thick-wall Plastic Lens 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Thick-wall 플라스틱 렌즈의 쾌속 금형 제작 Rapid Tooling Production of Thick-wall Plastic Lens 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Thick-wall 플라스틱 렌즈의 쾌속 금형 제작
Rapid Tooling Production of Thick-wall Plastic Lens 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper