Recently, according as consumers' demand is various and rapidly changed, the life time of product is more and more short. So, an attempt to reduce the development time of products is in full swing. For this reason, it is accepted that the importance of the rapid prototyping(RP) is increasing. This technology can reduce the time and cost that are needed to make a prototype which is the most important in the development of products.
The representative RP technologies are classified into SLA, SLS, LOM, FDM, and high-speed machining. Among the RP technologies, the high-speed machining has been in the spotlight in case the product has no cavity inside of itself because it has a superior competitiveness to others in aspect of the reduction of the production cost and time.
In advanced countries, the works and studies related with high-speed machining have being proceeded after the beginning of the 1980'. But, because these works and studies have only based on the existing materials, these have their limits in adaptation to the various demand, yet. In particular, these materials have problems in the aspect of cost and time when prototypes or prototypal molds are manufactured. To overcome limits like these, it is necessary to develop a new material suitable to the high-speed machining.
In this paper, the new composite material to make prototypal molds with higher speed machining condition than the existing materials and reduce the required time and cost was developed. The epoxy, materials which has a good processibility as well as enough strength for prototypal molds, was used for the matrix. And using aluminum powder with good thermal and electrical conduction as the filler, it was possible to make up for the weak point in brittleness of the epoxy and enhance the machinability.
This paper consists of three steps. The first step is to solve problems : the settling of aluminum powder, voids or bubbles in composites, the uniform dispersion of aluminum in epoxy, and thermal residual strength happened in the course of the development. To solve problems as these, the stirrer apparatus was made and the stirring time and the spindle speed of the impeller in the stirrer system and the portion of additives were decided. In the next step, to estimate whether the developed composites was compatible to prototypal injection molds or not, mechanical properties like the tensile and compressive strength were measured. And the cutting force and the surface finish were measured to estimate the compatibility to the high-speed machining condition. In the last step, using this developed material, prototypal molds for injection molding of the fan were made and it was presented to estimate the usability of material as the reductions the time and the cost in comparison with the existing materials and so on. As a result of this study, it is expected to develop products quickly as well as effectively.
최근, 제품에 대한 소비자의 요구가 다양해지고 급변함으로 인하여 제품의 수명은 점차 짧아지고 있다. 이에 따라 새롭고 다양한 수요에 대처할 수 있는 새로운 생산 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 신속한 설계를 통하여 제품의 개발 시간을 단축시키려는 노력이 한창이다. 특히, 제품 개발에 가장 큰 비중을 차지하는 시작품 모형 제작과 시작 금형 제작에 드는 비용과 시간을 단축시키지 않으면 안되게 되었으며, 이를 위해 쾌속조형(RP; Rapid Prototyping)의 중요성이 부각되고 있다. 대표적인 쾌속 조형 기술로는 SLA, SLS, LOM, FDM, 고속 가공 등이 있다. 이 기술들 중에 특히, 고속 가공은 제품의 내부에 공간(cavity)이 없는 경우, 다른 기술들에 비해 생산 시간과 비용의 절감 측면에서 월등한 경쟁력을 가지고 있어 주목을 받고 있다. 몇몇 선진국들은 이미 1980년대 초부터 고속 가공과 관련된 연구를 해오고 있다. 하지만, 철 혹은 알루미늄 합금과 같은 비철금속들을 이용한 가공기술 및 고속 가공기, 치공구에 대한 연구에 치중되어 왔기 때문에 다양한 요구를 만족시키는데 한계가 있다. 특히, 시작품 혹은 시작 금형을 만드는 경우, 빠른 시간을 요구하는 측면에서 그 한계가 크게 나타난다. 이 같은 한계를 극복하기 위해서는 고속 가공에 적합한 새로운 재료를 개발하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 기존의 재료에 비해 훨씬 빠른 고속 조건에서 시작 금형 가공함으로써 소요 시간과 비용을 줄일 수 있은 새로운 복합재료를 만들었다. 쾌삭성 뿐 아니라 시작 금형에 충분한 강도를 가지는 에폭시가 복합재료의 기지로 사용되었다. 그리고, 열 및 전기 전도도가 우수한 알루미늄 분말을 충전재로 사용하여, 에폭시의 취성을 방지함으로써 가공성을 향상시켰다. 이 논문의 연구 내용은 총 3 부분으로 나눌 수 있다. 첫 단계는 복합재료 개발 시에 발생하는 알루미늄 분말의 침강 및 고른 분산, 복합재료 내의 기포, 열잔류응력과 같은 문제를 해결하는 단계이다. 이 같은 문제를 해결하기 위하여 먼저 교반 장치를 구성하였으며, 적합한 교반 시간 및 교반 속도, 첨가제의 함유량을 결정하여 재료를 개발하였다. 다음 단계에서는 개발된 복합재료가 시작 금형과 고속 가공에 적합한지를 평가하기 위하여 각각 재료의 기계적 특성 시험과 피삭성을 시험하였다. 마지막 단계에서는 개발된 복합재료를 사용하여 실제 팬 사출을 위한 시작 금형을 고속가공을 하고, 기존의 소재에 비해 어느 정도 소요 시간과 비용을 감소시킬 수 있었는지 평가 하였다. 평가 결과, 본 연구에서 개발된 복합 재료를 사용하여 금형을 가공하는 경우, 기존의 소재에 비해 훨씬 빠르고 효과적인 가공이 가능하였음을 알 수 있었다.
