KR-20260062100-A - Ultrasonic Multi-Horn Vibration-Compression Molding Apparatus and Method

Abstract

복수개의 초음파 혼을 그룹 단위로 반복동기화하여 진동판을 가진하고, C17200 진동판 또는 SUS 금형 구조, 지름20곱하기4 통기공, 비폭발성 기포제를 결합하여 섭씨 120도에서 대형 블록 500 곱하기 600 곱하기 500mm 를 균일 융착또는 압축성형하는 기술.

Inventors

• 이수광

Assignees

• 이수광

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251025

Priority Date

20241025

Claims (12)

1. 물질 또는 재료 조성물을 금형 내에서 성형하기 위한 장치에 있어서, (a) 상부 실린더 및 하부 고정 플레이트를 포함하고 중력 병용 압착을 수행하여 목표 압착력 50~200 kN을 제공하도록 구성된 압착계, (b) 압력센서(33)를 포함하고, 과압력 발생 시 초음파 구동을 차단하도록 구성되는 구성, (c) 하부금형 상단에 위치하는 진동판 및 상기 진동판 아래에서 상기 진동판에 진동 에너지를 전달하도록 배치되는 복수개의 초음파 혼, 및 (d) 금형 상부에 형성되어 성형 중 발생 가스를 배출하기 위한 통기구 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 물질 또는 재료 조성물을 금형 내에서 성형하는 방법에 있어서, (a) 상부금형 및 하부금형에 의해 형성되는 금형 내부 공간에 상기 물질 또는 재료 조성물을 투입하는 단계, (b) 하부금형 상단에 위치하는 진동판에 대하여, 상기 진동판 하부에 배치된 복수개의 초음파 혼을 구동하여 상기 진동판에 진동 에너지를 전달하고, 상기 진동판을 매개로 상기 조성물에 초음파 진동을 부여하는 단계, (c) 상기 조성물에 금형 상·하판을 누르는 가압력을 가하여 성형하는 단계, (d) 성형 중 발생 가스를 금형 상부에 형성된 통기구를 통해 배기 및/또는 냉각하는 단계, 및 (e) 탈형하는 단계 를 포함하고, (f) 상기 성형 중 압력센서에 의해 압력을 감지하여 과압력 발생 시 상기 초음파 혼의 구동을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형방법.
3. 복수개의 초음파 혼을 포함하는 성형장치에 적용되는 성형 제어시스템에 있어서, (a) 상기 복수개의 초음파 혼을 복수 그룹으로 구분하고, 시간교번 반복동기화(burst duty) 방식으로 상기 각 그룹을 순차 구동하도록 구성되는 반복동기화 제어부, (b) 진동판의 온도 및/또는 진폭, 가압력 및/또는 금형 내부압력, 및/또는 가스농도를 감지하는 센서부, (c) 상기 센서부의 감지 신호에 기초하여 피드백 제어를 수행하고, 사전에 설정된 한계 초과 시 초음파 구동 및/또는 가압을 제한 또는 정지시키도록 구성되는 안전 인터록부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 제어시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 초음파 혼은 상기 하부금형을 관통하여 상기 진동판에 진동을 전달하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 초음파 혼은 진동 주기가 동기화되어 상기 진동판을 동시에 가진하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 초음파 혼은 3×3 격자 배치의 9개인 것을 특징으로 하는 장치.
7. 청구항 3에 있어서, 상기 반복동기화는 상기 복수개의 초음파 혼을 3개 그룹(A/B/C)으로 구분하여 A→B→C→A+B+C 시퀀스로 구동하는 것을 특징으로 하는 제어시스템.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 진동판은 보스(100)를 포함하고, 상기 보스(100)의 총 접촉면적은 상기 초음파 혼의 접촉면적 대비 약 20%로 설계되며, 상기 진동판은 표면 라운드부의 곡률반경이 R4이고 돌출 시작부 라운드부의 곡률반경이 R2인 것을 특징으로 하는 장치.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 통기구는 상부 덮개에 형성된 지름20mm 통기공 4개를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 청구항 1 또는 3에 있어서(아래에서 분리 권장), 상기 제어부는 LEL 25% 미만 유지 및 온도 상한 120°C 조건을 포함하고, 과진폭 및/또는 과내부압력 발생 시 초음파 구동을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치 또는 제어시스템.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 압착계의 상기 상부 실린더는 공압실린더인 것을 특징으로 하는 장치.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 진동판은 (i) Cu-Ni-Be(C17200) 재질 또는 (ii) 코팅된 알루미늄 판 재질 중 어느 하나이고, 상기 (ii) 코팅된 알루미늄 판은 5mm 이상 30mm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.

Description

초음파 다중 혼을 이용한 진동압축식 복합성형장치 및 그 제조방법{Ultrasonic Multi-Horn Vibration-Compression Molding Apparatus and Method} 본 발명은 초음파 또는 기계적 진동 에너지를 이용하여 재활용 폴리에틸렌(PE) 및 복합소재(무기 충전제 포함)를 저온(≤120°C)에서 융착·압축성형하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 다중 초음파 혼과 고강도 진동판, 상·하 금형, 공압 압착계, 통기/냉각 구조, 비폭발성 기포제 조성, 반복동기화(burst duty) 진동 제어를 결합하여 열·진동·압력의 균일화를 달성한다. 기존 열가압식 또는 단일 혼 기반 초음파 성형은 (i) 상판 진동 전달의 불균일, (ii) 금형 내부 응력 집중, (iii) 냉각 수축의 비균질, (iv) 알루미늄계 기포제 사용 시 잠재적 폭발성 가스 발생 문제를 야기하였다. 이에 따라 저온·저에너지 공정에서 고밀도·고강도 블록을 안정적으로 제조하기 어렵다. 따라서 다중 혼의 시간교번 기반 진동, 스테인리스 금형·진동판 재질 체계, 확장 통기공, 비폭발성 기포제 치환, 공압+중력 병용 압착이 요구된다. 도 1: 폭파도(부품별 배치/조립 순서) 도 2: 전체 장치 조립도(상·하 금형, 진동판, 9혼, 공압, 통기공) 도 3: 진동판·보스 상세(Ø30 혼 좌표, R2/R4, 가스켓 클램프 구조) 도 4: 반복동기화 타이밍도(A→B→C→A+B+C) 도 5: 제어 블록도 도 6: 인터록 플로우(센서·피드백 + LEL/과열/과진폭 인터록) 기계 구조 진동판 및 혼 배치: 진동판 C17200, t=15mm, R4/R2. 혼은 총 9개(3×3 격자), 개별 Ø30mm, 중심 간격 150mm. 클램프 구조: 상부(36)와 하부(45) 사이에 35, 37-1과 같은 유리섬유 혼합 가스켓을 개재한 양측 클램프 고정(관통 볼트 없음). 보스 구조: 보스 Ø13.5mm×9, h=5mm. 보스 총 접촉면적은 혼 접촉면의 약 20%로 설계하여 국부 접촉압력 및 진동 효율을 개선. 금형/하우징: SUS 본체, 코어 가공 정밀도 ±0.05mm. 통기/냉각: 상부 덮개에 Ø20mm 통기공 4개(47). 필요시 금형 벽체(36)에 Ø6mm 수냉 채널 옵션. 압착계: 상부 공압실린더와 하부 고정 플레이트로 공압+중력 병용 압착. 목표 압착력 50~200kN 제어. 6.2 전기·제어 구조 반복동기화(burst duty) 시퀀스: 9개 혼을 그룹 A/B/C(각 3개)로 구분, 0-60s A → 60-120s B → 120-180s C → 180-600s A+B+C 합성 구동. 혼 주파수 20-25kHz(대표 22kHz), 진폭 0.02-0.05mm(대표 0.03mm). 위상 스윕은 옵션. 센서·피드백 및 인터록: 진동판 온도/진폭 센서, 압력센서(33), 열전대, 변위 센서 신호를 제어기로 로깅. LEL 25% 미만 유지, 온도 상한 120°C, 과진폭/과압력 시 구동 차단. 6.3 재료 조성 및 공정 혼합 조성(예시, 100부 기준): 재활용 PE 25, HDPE 25, 석고 25, 레시틴 6, 소르비탄 6, 기포제 13(탄산수소나트륨+구연산). 공정 조건: 예열 80-100°C → 반복동기화 진동(≤120°C) → 공압 압착(50-200kN) → 통기/냉각(Ø20×4) → 탈형. 블록 치수 500×600×500mm. 안전 설계: 알루미늄·카바이드·ADCA 미사용, 점화원 관리·접지·과전류 차단, 통기 유지(LEL 25% 미만) 및 온도 상한 인터록. 건축용 경량 구조재·단열재·방수재, 재활용 플라스틱 블록, 산업용 충격·흡음 블록, 친환경 조경재 등 다양한 분야에 적용 가능.