미세격자형 냉각구조체를 적용한 사출금형의 냉각특성 향상 연구

Q: 이 논문에서 정의한 형상적응형 냉각회로란 무엇인가?

형상적응형 냉각회로는 제품의 곡면 형상에 근접하게 설계되어 균일하고 빠른 냉각을 구현하는 냉각회로이다. 기존 직선형 냉각회로의 단점을 보완하기 위해 적층제조 기술을 활용하여 금형 표면과 일정한 간격을 유지하며 형성된다. 이를 통해 사출성형 공정에서 냉각시간을 단축하고 성형품의 품질을 향상시키는 데 기여한다.

Q: TPMS 기반 미세격자 냉각구조체가 사출금형의 냉각성능에 어떤 영향을 미치는가?

연구 결과, 20 mm 셀 크기의 TPMS 기반 미세격자 냉각구조체를 적용한 금형은 기계가공형 냉각회로 대비 냉각시간 5초 조건에서 성형품 변형량이 31.7% 감소하며, 온도 균일도 또한 향상된다. 이는 냉각구조체 내부의 넓은 유체 영역 덕분이며, 기존 금형 대비 냉각시간을 1/4 이하로 획기적으로 단축할 수 있음을 시사한다.

이준원; 오서현; 하종욱; 박근

doi:10.3795/KSME-AB.2021.45.12.1099

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자료유형: 학술저널

저자정보: 이준원 (서울과학기술대학교) 오서현 (서울과학기술대학교) 하종욱 (서울과학기술대학교) 박근 (서울과학기술대학교)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 논문집 A권 대한기계학회논문집 A권 제45권 제12호(통권 제435호)

발행연도: 2021.12

수록면: 1,099 - 1,107 (9page)

DOI: 10.3795/KSME-AB.2021.45.12.1099

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사출금형의 냉각회로는 통상적으로 직선형으로 가공되어 깊이가 깊은 곡면형 제품의 경우 냉각효율이 떨어진다. 최근 적층제조 기술을 적용하여 금형 표면의 곡면 형상에 근접하게 형성되는 형상적응형 냉각회로가 적용되고 있으나, 금형으로 사용하기 위해서는 추가적인 후가공이 필요하다. 본 연구에서는 금형 코어 내측에 형상적응형 냉각회로를 삽입하는 기계가공형 분할 코어를 제작하고, 수치해석 및 실험적인 고찰을 통해 냉각 성능을 분석하였다. 또한 적층제조 기술로 제작된 삼중 주기적 최소 곡면기반 냉각구조체를 삽입하여 금형을 제작하고, 기존의 기계가공형 냉각회로화의 열전달 특성을 실험적으로 비교하였다. 제작된 형상적응형 금형을 사용하여 사출성형 실험을 적용한 결과 기존 금형 대비 냉각시간을 1/4 이하로 절감할 수 있음을 확인하였다.

#Conformal Cooling Channel(형상적응형 냉각회로) #Injection Molding(사출성형) #Additive Manufacturing(적층 제조) #Triply Periodic Minimal Surfaces(삼중 주기적 최소 곡면)

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