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KR102454652B1 - 표면 균등화 장치 - Google Patents

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KR102454652B1
KR102454652B1 KR1020187037987A KR20187037987A KR102454652B1 KR 102454652 B1 KR102454652 B1 KR 102454652B1 KR 1020187037987 A KR1020187037987 A KR 1020187037987A KR 20187037987 A KR20187037987 A KR 20187037987A KR 102454652 B1 KR102454652 B1 KR 102454652B1
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다니엘 조슈아 허친슨
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포스트프로세스 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

표면 균등화 장치는 광범위한 부품 기술들, 복합재료들 및 부품의 기하학적 형상과 호환가능하게 설계되었다. 본 장치는 소프트웨어, 화학품, 연마재 및 중간매개체와 함께 작동하며, 중간매개체와 부품을 고정시키기 위한 직사각형의 기다란 인풋 탱크를 포함한다. 인풋 탱크는 편심모터에 연결된 모터 마운트에 연결된다. 모터가 작동되면, 인풋 탱크는 진동, 사인파의 방식으로 이동하기 시작한다. 스프링들에 부착된 탱크의 운동은 탱크 내 중간매개체의 회전류를 발생시킨다. 이는 탱크를 통해 부품의 저진폭/고주파수 운동을 생성한다. 표면 구조는 부품이 탱크의 측면과 접촉하는 것을 방지하도록 중간매개체를 방향을 전환시킨다. 스프레이 노즐들은 인풋 탱크 위에 배치된다. 음향 감쇠 발포체는 중앙의 구성요소들 주변에 배치된다. 냉각팬은 본 장치를 통하는 기류를 허용한다.

Description

표면 균등화 장치
(관련 출원의 상호참조)
본 출원은 2016년 6월 30일자로 출원된 가출원 제62/365,751호의 우선권을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 3D 프린팅에 의해 형성된 부품을 표면처리하고 이러한 부품의 기계적 특성을 향상시키기 위한 장치에 관한 것이다.
3D 프린팅은 종종 비평탄 표면을 갖는 부품을 인쇄하게 된다. 예를 들면, FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 모델링, 프로토타이핑 및 제작 어플리케이션에 통상적으로 사용되는 3D 프린팅 기술이다. FDM 방식은 재료를 층들 내에 내려놓음으로써 "부가하는(additive)" 원리로 작동하며, 플라스틱 필라멘트 또는 금속와이어가 코일 및 공급 재료로부터 풀리게 되어 부품을 제작한다. 이 프로세스는 각 측와 관련된 개별 단계들이 전반적은 방향으로 진행된, "층을 이룬(layered)" 표면을 초래할 수 있다. 이러한 표면은 보다 복잡한 처리가 요구되는 일부 응용분야에는 적합하지 않을 수 있다. 적층 가공 및 3D 프린팅 방법들은 본 명세서에 개시된 방법에 한정되지 않는다.
3D 프린팅에 의해 제작된 부품 중 바디의 적층된 외관 및/또는 다공성으로 인해, 보다 완성된 외관을 제공하고 기능을 향상시키도록 부품의 표면들을 균등화(equalize)하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 기술분야는 비교적 새로운 것이지만, 3D프린팅된 부품의 마감처리된 외관을 제작하는 방법들은 당업계에서 공지되어 있다. 이 방법들은 부품에 부착하고 개선된 표면의 외관을 제공하는 3D프린팅된 부품의 표면에 적용되는 접착필름의 사용방법을 포함한다. 다른 방법들은 매끄러운 마감처리를 제공하기 위해 부품의 표면을 침식시키는 솔벤트의 사용방법을 포함한다.
공지된 시스템들의 결점은 다양한 재료들 및 형상들과의 비호환성으로 야기되는 제한들을 포함하여 수 없이 많다. 종래의 시스템에 있어서, 각 부품을 위한 적절한 연마재, 접착제 및/또는 용액을 발견하기 위해 다수의 실험들이 요구될 수 있다.
광범위한 3D프린팅된 재료들과 부품의 형상 및 크기를 위한 효과적이고 효율적인 표면처리는 보편적으로 적용가능한 시스템을 요구한다. 따라서, 빠르게 성장하는 3D프린팅 분야 및 적층 가공 분야에서 부딪히는 광범위하고 다수의 부품 유형들을 수용할 수 있는 표면 균등화 장치에 대한 필요성이 존재한다.
본 개시에 있어서, 다양한 복합재료들과 부품의 형상에 따라, FDM 방식, 폴리젯(PlyJet) 방식, DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 방식, CBAM(Composite-Based Additive Manufacturing) 방식 등을 한정하지 않고 포함한 광범위한 기술들과 호환되도록 설계된 표면 균등화 장치를 통해 종래의 표면처리 방법들 및 장치들의 문제점들의 해결책이 제공된다. 본 개시는, 신규한 디자인을 가지며 표면 마감처리의 효율성과 효과를 향상시키는데 시너지효과를 내도록 소프트웨어, 연마재와 광택재료 및 계면활성제(detergent)와 함께 작동되는 표면 균등화 장치를 기술한다. 연마재, 고체의 광택재료 및 액체 계면활성제는 본 명세서에서 "중간매개체" 또는 "마감처리 중간매개체"라고 개별적 그리고 총괄적으로 지칭된다.
본 개시의 표면 균등화 장치는 마감처리 중간매개체와 3D프린팅된 부품을 고정시키기 위한 직사각형의 인풋 탱크를 포함한다. 인풋 탱크의 외부는 모터 마운트, 즉 편심모터(eccentric motor)에 연결된다. 모터가 작동되면, 인풋 탱크는 z 방향으로 진동 방식으로 운동하기 시작한다. 인풋 탱크는 탱크의 상부와 외부에 인접한 스프링들에 부착되며, 스프링들 상에서의 탱크의 움직임은 인풋 탱크 내 중간매개체의 회전류(rotational flow)를 생성한다. 중간매개체의 이러한 회전류는 탱크 내에 일정하고 조정된 저진폭/고주파수의 부품의 움직임을 생성한다.
중간매개체의 회전류는 다이버터들(diverters)과 가이드 리브들(guide ribs)을 포함하는 인풋 탱크의 내부 상의 구조체들과 함께 동작한다. 이러한 구조체들은 부품이 탱크의 측면에 접하는 것과 부품의 파손을 유발하는 것을 방지하게 도와준다. 스프레이 노즐들의 세트는 간격을 두고 탱크 상부에 배치될 수 있으며, 중간매개체의 액체부분을 공급하는데 사용될 수 있는 워셔탱크에 연결될 수 있다. 음향 감쇠 발포체(Acoustic damping foam)는 표면 균등화 장치의 중앙 구성요소들 주변에 배치될 수 있다. 냉각팬은 장치에 공기를 통과시키도록 캐비넷의 측면과 일체형일 수 있다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부도면들을 참조하여 예시적인 방법으로서만 기재될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 표면 균등화 장치의 상부 사시도이다.
도 2는 본 개시에 따른 표면 균등화 장치의 상부 사시도이다.
도 3은 본 개시에 따른 표면 균등화 장치의 상부 사시도이다.
도 4는 본 개시에 따른 표면 균등화 장치의 측단면도이다.
도 5는 본 개시에 따른 중간매개체의 방향의 시각화를 포함하는 표면 균등화 장치의 측단면도이다.
도 6은 본 개시에 따른 표면 균등화 장치의 평면도이다.
도 7은 본 개시에 따른 표면 균등화 장치의 측단면도이다.
이하의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예들이 보다 상세하게 기술될 것이다. 하지만, 이러한 상세한 설명들은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 그리고 본 발명을 실시하기 위한 예시적인 실시예들을 기술하기 위해 포함된다. 본 발명의 범위 내에서 다른 변형예들과 실시예들이 가능하므로, 이러한 상세한 설명들은 기술된 특정 실시예들로 본 발명을 한정하는데 사용되어서는 안 된다.
또한, 수 많은 상세한 설명들이 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 제시되었지만, 본 발명을 실시하기 위해 이러한 특정 상세한 설명들이 요구되지 않는 점은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 실례로, 공지된 방법들, 데이터의 유형들, 프로토콜들, 절차들, 구성요소들, 네트워크 장비, 프로세스들, 인터페이스들, 전기 공작물들, 회로들 등에 대한 상세한 설명들은 본 발명을 모호하지 않게 하기 위해 상세하게 기술되지 않고, 블록도의 형태로 도시된다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 표면 균등화 장치(100)의 일 실시예가 도시된다. 표면 균등화 장치(100)는 비교적 큰 3D 부품들을 표면처리하는데 사용될 수 있다. 인풋탱크(16)에 있는 중간매개체(44)(도 5에 도시됨)에 3D 프린팅된 부품을 배치할 수 있도록 뚜껑(13)이 개방된다. 뚜껑(13)을 제자리에 고정시키기 위한 양과 음의 저항을 갖는 힌지(35)가 도 4에 도시된다. 인풋 탱크(16)는 우레탄으로 구성되는 것이 바람직하다. 컨트롤 패널(10)은 사용자가 시간 및 모터의 속도 등과 같은 예정된 초기 매개변수들을 입력할 수 있게 한다. 편심모터(14)는 인풋 탱크(16) 아래에 보여진다. 편심모터(14)는 인풋 탱크(16)에 장착되어, 편심모터(14)에 전원이 켜지면 표면 균등화 또는 표면 마감처리를 초래하는 방식으로 인풋 탱크(16)를 진동시킨다. 일부 실시예들에 있어서, 2개의 편심모터들(14)이 인풋탱크(16)의 측면 및/또는 반대측면에서 나란히 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 섀시(19)가 인풋 탱크(16)를 둘러싸며 표면 균등화 장치(100)를 위한 구조적 지지를 제공한다. 음향 감쇠 발포체(18)은 섀시(19)에 인접하게 보여진다. 전자패널(28)(도 3에 도시됨)은 표면 균등화 장치(100)에 대한 동작을 제어한다.
도 3을 참조하면, 폐수제거용 버킷(24)이 폐수가 폐수배출구(26)로 배출된 후, 고체상태의 폐기물로부터 액체 상태의 폐기물을 분리하기 위한 수단을 제공한다. 워셔 탱크(12)는 파이핑(23)을 통해 노즐들(22)에 연결된 스프레이 노즐들(22)을 통해 인풋 탱크(16) 내로 분배하기 위한 중간매개체(44)의 액체부분 포함한다.
중간매개체의 원하는 윤활성(lubricity)을 달성하기 위해 스프레이 노즐들(22)의 유동 범위 및 공간은 중요하며, 일 실시예에서 이러한 노즐들은 마감처리 중간매개체(44)의 액체부분과 고체부분의 균질한 혼합물을 생성하기 위해 챔버내로 중간매개체의 액체부분을 분무 또는 살포하도록 균일하게 이격되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 3개의 스프레이 노즐들(22)이 인풋 탱크(16)의 상부 에지 부근에 균일하게 배치된다. 노즐들의 위치는 인풋 탱크(16) 내 중간매개체(44)를 직접 항하도록 고정된다. 스프레이 노즐들(22)에서 배출되는 중간매개체(44) 중 액체부분의 유속은 내장형 컴퓨터에 의해 결정될 수 있다. 와셔탱크(12)는 스프레이 노즐들(22)에 중간매개체(44)의 액체부분을 공급하기 위해 인풋탱크(16)에 인접하여 보여진다.
도 4 및 도 5는 인풋 탱크(16)의 중심을 통과하는 수직축으로부터 오프셋된 편심모터(14)를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 편심모터(14)는 직사각형의 인풋 탱크(16)가 U자형의 진동 운동하도록 회전한다. 모터 마운트(30)는 편심 모터(14)에 의해 생성된 진동에너지가 인풋 탱크(16)와 중간매개체(44)로 전달되도록 한다. 편심모터(14)는 중간매개체(44)의 회전류와 반대방향으로 회전한다. 동작시, 편심모터(14)의 운동은, 탱크(16) 내 중간매개체(44)의 사이클 운동을 발생시키기 위해 (중력방향에 대해)일정 각도로 탱크(16)에 가해진다(도 5의 화살표 방향). 각도가 부품과 표면 균등화 장치(100)의 매개변수들에 기초하여 변경될 수 있지만, 바람직한 실시예에서 편심모터(14)의 각도는 수직축에 대해 30°로 오프셋될 수 있다. 본 장치(100)가 동작하는 경우, 도 5는 중간매개체(44)의 상면이 일정 각도로 기울어져 있는 것을 도시한다(표면 균등화 장치(100)의 다른 태양들과 중간매개체 간의 관계들에 대해서는 표 1 참조). 부품이 완전사이클에 도달하면, 방출 또는 배출에서의 최고 진폭부분에서부터 흡입 부분까지 아래로 이동하는 경사구간을 거치게 된다. 장치는 항상 중간매개체(44)의 상면 아래에, 그리고 중간매개체(44) 내에 부품을 유지하도록 설계되고 조정된다.
편심모터(14)의 사용함으로써 인풋 탱크(16)에 부착된 스프링들(20)이 z-방향 운동(또는, 바운스)으로 이동하게 된다. 바람직한 실시예에서 인풋 탱크(16)는, 편심모터(14)에 의해 가해진 힘을 제어하여 z-방향 또는 수직으로, 1mm 내지 3mm 정도 움직임을 야기하는 스프링들(20)에 부유하고 있다(suspend).
편심모터(14)는 모터 마운트(30)에서 인풋 탱크(16)의 접선 방향에 배치된다. 편심모터(14)가 회전하여, 운동의 주파수를 야기하고, 이는 인풋 탱크(16)에 부착된 스프링들(20)에서의 상하운동에 이용된다. 스프링들(20)의 장력은 리프팅 운동을 발생시킨다.
효율적인 시스템은 인풋 탱크(16) 아래에 스프링들(20)을 구비하는 것으로 설계될 수 있지만, 인풋 탱크(16)의 상부에 스프링들(20)을 배치하는 것은 인풋 탱크(16) 아래에 스프링을 구비하는 것보다 안정된 시스템을 형성한다. 인풋 탱크(16)에 대한 메타센터의 높이 및 무게중심에 맞춘 스프링들(20)의 정렬은 본 발명에서 중요한 태양이며, 안정된 동적 운동을 생성한다. 메타센터는, 선박(또는, 조합된 탱크(16), 중간매개체(44) 및 모터)의 경우와 유사함)과 같은 부체의 부력 중심을 통과하는 수직라인과 부체가 기울어진 경우의 부력의 새로운 중심을 통과하는 수직라인 사이의 교차점으로서 정의되며, 안정성을 보장받기 위해서는 무게중심 위에 존재해야 한다. 메타센터의 높이(GM)는 부체의 초기 정적 안정성(static stability)의 측정값이다. 이는 선박의 무게중심과 그것의 메타센터 사이의 거리로 계산된다. 더 큰 메타센터의 높이는 전복에 대한 더 큰 초기 안정성을 의미한다.
편심모터(14)는 인풋 탱크(16), 편심모터(14) 및 인풋 탱크(16) 내 포함된 중간매개체(44)의 결합된 질량으로 조정된다. 역비(force ratio)는 모든 질량(인풋 탱크(16), 중간매개체(14) 및 편심모터(14)의 결합된 질량)의 파운드당 대략 5.57 파운드의 힘이 편심모터(14)에 의해 가해진다. 예를 들면, 중량에 대한 힘의 범위는 대략 4:1 내지 7:1일 수 있다. 더 큰 3D 부품들을 위해 사용되는 일 실시예에 있어서, 표면 균등화 장치(100)는 예를 들어 298 파운드의 중량에 1659lbf(파운드힘)으로 가할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 중간매개체(44)의 회전류의 반대방향(여기서, 시계방향)으로 회전하는 편심모터(14)의 작동에 대응하여, 중간매개체(44)의 고체부분과 액체부분은 도면에서 도시된 반시계방향으로 회전하며 흐른다. 중간매개체(44)가 회전하면서, 인풋 탱크(16)를 내에서 사이클 내에 부품을 운반한다. 탱크(12) 내에서 사이클링 하면서, 중간매개체(44)는 경사져 있고, 일반적으로 평탄한 상면을 형성한다. 기존의 표면 마감처리 장치들과 비교했을 때, 부품의 저진폭/고주파수 운동으로 인하여 부품에 대한 표면 균등화 장치(100)의 동작에 의해 야기된 효과는 본질적으로 정밀하다. 부품은 대칭적이고, 물에 잠긴 채로, 선회하는 운동으로 이동한다. 스프링들(20)은 일반적으로 인풋 탱크(16)가 z-방향으로 이동하게 한다. 이러한 운동은 부품을 연마재와 계면활성제를 포함할 수 있는 중간매개체(44) 내에서 교반하게 함으로써, 부품의 모든 표면들이 효과적으로 표면 균등화를 야기하는 방식으로 일관되고 동시적으로 연마될 수 있어, 열에너지를 발생시키고 부품을 완전히 침지(immersion)시킬 수 있다.
또한, 중간매개체(44)의 액체부분 및 고체부분은 정밀한 부품의 파손을 방지하며, 이 부품이 중간매개체(44)의 표면 아래 그리고 인풋 탱크(16) 자체로부터 떨어져 유지되도록 제작된다. 표면 균등화 장치(100)는 저밀도 중간매개체/저밀도 부품 표면 균등화에 효과적일 수 있다. 인풋 탱크(16)는 표면 마감처리에 사용되기 위해 중간매개체(44)를 고정한다.
도 4 및 도 5는 배기 다이버터(36)와 흡기 다이버터(37)를 포함하며, 인풋 탱크(16)의 내부 형상을 각각 효과적으로 변형시키는 연마 다이버터들을 도시한다. 연마 다이버터들은 인풋 탱크(16)의 형상을 변형시키기 위해 인풋 탱크(16)의 벽에 부착되거나 벽 내에 포함될 수 있으며, 우레탄으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 배기 다이버터(36)와 흡기 다이버터(37)는 에너지 감세장치(energy dissipater)이기 때문에, 연마 다이버터들은 에너지의 방향적 전달을 생성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 배기 다이버터(36)와 흡기 다이버터(37)는 중간매개체(44)의 표면에서, 인풋 탱크(16)의 대향 벽들에 배치된다. 일부 실시예들에 있어서, 오직 하나의 연마 다이버터가 사용될 수 있다. 하지만, 특정 용도를 위해 연마 다이버터들이 필요하지 않을 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 연마 다이버터들은 인풋 탱크(16) 내 중간매개체(44)의 유동을 적절히 지향하기 위해 기울어져 있다. 연마 다이버터들의 형상은 삼각형일 수 있으며, 부품이 중간매개체(44)의 상면에 도달하는 것을 방지하기 위해 중간매개체(44)의 유동을 향하도록 내부로 돌출될 수 있다. 부품이 흡기측에 있는 경우에 부품 주변으로 유체의 이동이 있도록 연마 다이버터는 중간매개체(44)의 크레스트(crest)에서 부품을 회전시킨다. 연마 다이버터는, 부품이 중간매개체(44)의 상면 상에 떨어지는 것을 방지하고 부품을 중간매채체(44) 표면 아래의 바람직한 위치에 유지한다.
중간매개체(44)에 대한 최적의 입방피트(cubic foot)는 흡기 다이버터(37)가 있어야 할 위치를 결정한다. 바람직한 실시예에 있어서 각각의 연마 다이버터의 크레스트는 중간매개체(44)의 표면의 경사 위로 1인치이거나, 거의 중간매개체(44)의 표면에 있을 수 있다.
도 4는 일반적으로 인풋 탱크(16)의 일 측에서부터 타 측까지 연장되어 있는 가이드 리브들(39)을 도시한다. 가이드 리브들(39)은 반원통형일 수 있으며 인풋 탱크(16)를 가로질러 종 방향으로 균일하게 이격될 수 있고, 우레탄으로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 인풋 탱크(16)에는 5개의 가이드 리브들(39)이 존재하며, 정사각의 1입방피트당 7개의 가이드 리브들(39)을 달성할 수 있는 거리로 균일하게 이격될 수 있다. 가이드 리브들(39)은 1/4인치 내지 5인치의 폭과 1/4인치 내지 3인치의 깊이를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 가이드 리브들(39)은 편심모터(14)의 전원이 켜져 있는 경우에 중간매개체(44) 상의 인풋 탱크(16)의 중심을 향한 내력을 생성함으로써, 부품이 인풋 탱크(16)의 내면에 접촉하는 것을 방지할 수 있으며 부품의 파손도 방지할 수 있다.
중간매개체(44)는 인풋 탱크(16)의 벽과 접촉하는 것을 방지하도록 선택된다. 표면 균등화 장치(100)는 윤활을 제어하면서 원하는 흡기율 및 배기율을 허용하기 위한 개방공간과 중간매개체(44)의 1입방피트의 원하는 비율을 갖는다.
중간매개체(44)는 통상의 표면 마감처리 중간매개체에 비해 상당히 낮은 20lbs/ft3 내지 30lbs/ft3의 범위의 밀도를 가짐으로써, 부품이 유체 내에 있는 것과 같이 중간매개체(44) 내로 부품을 이동할 수 있게 하고; 중간매개체(44)를 부품 인풋 탱크(16)의 벽 사이에 유지한다. 대체로 고체들로 이루어졌음에도, 중간매개체(44)의 고체부분들이 유체와 같이 운동하도록, 본 장치(100)가 작동하면 중간매개체(44)는 유체화된 베드로서 작용할 수 있다.
표면 균등화 장치(100)의 동작 중에는, 중간매개체(44)의 고체부분들은 파괴되지만, 종개의 표면 마감처리 장치들과 비교했을 때보다 중간매개체(44)의 고체부분의 마모속도는 더 낮다. 표면 균등화 장치(100) 내 중간매개체(44)의 마모되는 속도의 둔화는 부분적으로 일정 시간 주기에 걸쳐 적용되는 중간매개체(44)의 액체부분에 기인할 수 있다.
동작시 중간매개체(44)의 액체부분의 추가는 인풋 탱크(16) 내 중간매개체(44)의 고체부분들에 윤활성을 제공함에 따라 세척 및 냉각 특성을 갖는다. 중간매개체(44)의 추가는, 불필요한 마찰을 감소시키며, 그렇지 않으면 중간매개체(44)를 가속된 속도로 닳게할 수 있다. 복합재료들이 수분 흡수에 보다 민감할 수 있다(부품들은 흡습성이다). 워셔 탱크(12)는 부품의 시험에 기초한 속도로 중간매개체(44)를 자동으로 추가할 수 있다.
인풋 탱크(16)의 진폭, 또는 보다 구체적으로는 종래 시스템들에 비해 저진폭과 고주파수의 비율은 중간매개체(44)의 마모를 감소시킬 수 있다. 인풋 탱크(16)의 내부 형상은 기능에 있어 중요하다. 또한, 900rpm 내지 4500rpm로 편심모터(14)를 조정할 수 있는 능력은 편심모터(14) 및 인풋 탱크(16)의 최적화된 주파수에 의해 야기된 운동을 허용한다. 인풋 탱크(16) 내 동일한 진폭운동을 초래하는 스프링들(20)로부터 원하는 진폭(0.5mm 내지 4mm)을 위한 원하는 조정 가능 비율은 표 1의 예시들에 도시된다(k 요소로 제공됨). 중간매개체(44) 질량체의 z-방향으로의 운동은 드라이브의 낮은 동작 주파수를 갖는 것보다 진폭이 훨씬 낮다. 표면 균등화 장치(100)는 DC 또는 AC 전류, 또는 이들의 등가물을 기초로 동작할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 인풋탱크(16)의 U-형의, 만곡된 직사각형의 벽들은 표면 균등화를 위한 컨베이어벨트식 회전류를 형성하도록 중간매개체(44)의 적절한 운동을 발생시키는데 중요하다. 유체운동 아래의 질량체의 중심은 유입 및 배출 속도의 패턴을 결정하는데 핵심 요소이다.
본 개시의 중요한 특징은 주파수 스펙트럼에서 음향적으로 감쇠하는 인풋 탱크(16)를 둘러싼 음향용 캐비넷(11)이다(도 2에 도시됨). 캐비넷(11)은 음향 감쇠 발포체(18)의 적절한 두께를 위한 공간을 허용하는 방식으로 제작된다(도 4 및 도 5에 도시됨). 음향 감쇠 발포체(18)는 인풋 탱크(16)와 중간매개체(44)의 운동으로 야기된 소음의 음향 감쇠를 최적화하는데 필수적이다. 음향 감쇠 발포체(18)는 캐비넷(11) 전체에 걸쳐 배치된다. 인풋 탱크(16)는 뚜껑(13)으로 덮인, 인풋 탱크(16)의 개방부, 상부를 제외하고 음향 감쇠 발포체(18)에 의해 완전히 둘러싸인다.
감쇠된 소리의 주파수 범위는 일반적으로 73dBA 이하이다. 인풋 탱크(16), 중간매개체(44) 및 편심모터(14)는 소리의 주파수 스펙트럼을 야기하여, 본 발명의 개발중에 적합한 주파수들을 감쇠하는 적절한 방법을 발견하기 위해 공학기술 연구가 수행되었다. 바람직한 실시예에 있어서, 4초 내지 180초의 탱크(16) 내 원하는 순환 속도를 갖기 위해 편심모터(14)의 의도된 진폭은 1mm 내지 3mm이며 의도된 주파수는 1200rpm 내지 3600rpm이다.
본 장치의 작동에 의해 발생되는 소리는 흡수율에서 소산된 에너지를 생성하며, 편심모터(14)가 열을 발생시키기 때문에 표면 균등화 장치(100)는 냉각팬(34)을 구비한다. 종래의 진동 기반 마감처리 장치들은 모터에 의해 발생한 과도한 열로 인해 고장난 것으로 알려져 있다. 본 장치(100)는 본 장치(100)로부터 방열하기 위한 냉각팬(34)을 사용하며, 그렇지 않으면 본 장치(100) 내 음향으로부터 소산된 에너지에 의해 발생될 수 있는 온도의 상승을 방지함으로써 고온으로 인한 편심모터(14)의 고장을 방지하기 위해 음향 감쇠를 사용한다.
도 6은 인풋 탱크(16)에 대한 스프레이 노즐들(22)의 공간적 관계를 도시하는 표면 균등화 장치(100)의 평면도이다.
도 7은 폐수제거용 버킷(24) 및 배수우물(40)과 함께 전원버튼(60)을 도시한다. 추가로, 소음저감을 위해 우레탄으로 코팅될 수 있는 캐스터 휠들(70, caster wheels)을 도시한다.
일부 실시예들에 있어서, 동시에 구동될 수 있는 2개의 인풋 탱크의 영역들이 있을 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 있어서, 인풋 탱크(16) 아래에 2개의 폐수 제거용 버킷들(24)("복원용 탱크들"이라고도 함)이 있을 수 있다. 복원용 탱크들(24)은 인풋 탱크(16)로부터의 배수를 집수하며, 액체들로부터 고체들을 분리하기 위한 둑 시스템(weir system)을 사용할 수 있다. 이러한 복원용 탱크들(24)은 재순환 또는 개방루프 프로세스 상에 구동되는 능력을 갖는다.
본 개시의 일부 실시예들에 있어서, Beckhoff PLC/HMI는 자동 사이클을 실행할 수 있는 기능을 제공한다. Beckhoff PLC/HMI는 자동실행 시간, 액체 중간매개체의 투여 및 유량 제어를 제공한다. 또한, Beckhoff PLC/HMI는 편심모터(14)의 주파수, 인풋 탱크(16)의 주파수 및 진폭, 그리고 외함온도(enclosure temperature)의 데이터 모니터링을 제공한다.
일부 실시예들에 있어서, 개별 스프레이 벨브들은 2개의 영역이 동시에 작동하므로써, 다른 마감처리 중간매개체(44)와 다른 스프레이의 체적 및 간격의 사용을 허용한다.
본 발명이 특정 바람직한 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 변경예들 및 변형예들이 본 개시의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 제작될 수 있음은 당업자에게 이해될 것이다. 본 출원인은 첨부 도면에 도시되고 상술한 특정 발명의 상세한 설명에 본 발명을 한정할 의도가 없음을 이해해야 한다.
Figure 112019015465612-pct00001
"UPM"은 Urethane Polishing Media의 약자이며,
"UAM"은 Urethane Abrasive Media의 약자이다.

Claims (28)

  1. 표면 균등화 방법에 있어서,
    내면과 외면을 갖는 탱크를 제공하는 단계;
    상기 탱크를 고체 연마제들을 포함하는 중간매개체로 채우는 단계;
    상기 탱크의 운동을 z-방향으로 발생시키는 단계;
    상기 탱크에서 상기 중간매개체를 회전시키는 단계;
    상기 중간매개체에 부품을 배치하고, 회전하는 상기 중간매개체에서 상기 부품이 부유될 수 있게 하는 단계;
    상기 부품이 상기 중간매개체에서 회전하는 동안, 상기 부품이 상기 탱크의 내면들과 접촉하는 것을 방지하는 단계; 및
    상기 부품의 표면을 균등하게 하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크는 상기 탱크가 상기 중간매개체를 유지하고 있는 경우에 모터와 상기 탱크의 상부에 연결된, 수직하게 배향된 하나 이상의 스프링들에 동작가능하게 연결되며, 상기 하나 이상의 스프링들은 조합된 탱크와 모터의 메타센터 위의 높이에 배치되는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품이 상기 중간매개체에서 회전하는 동안에 상기 부품은 상기 중간매개체 내에 잠기는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크에서 회전하는 상기 중간매개체의 유동을 상기 탱크의 내면 중 일부와 멀어지는 방향으로 향하게 하는 구조적 특징들을 더 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품이 상기 중간매개체에서 회전하는 동안, 상기 부품이 상기 탱크의 내면들과 접촉하는 것을 방지하는 상기 단계는,
    상기 탱크의 내면 중 적어도 일부를 따라 구동되는 2개 이상의 가이드 리브들을 제공하고, 상기 탱크의 내면의 길이를 따라 세로방향으로 상기 가이드 리브들을 이격시킴으로써 달성되는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간매개체는 액체 중간매개체를 더 포함하며,
    상기 중간매개체가 상기 탱크에서 회전하는 동안, 상기 액체 중간매개체를 상기 탱크 내에 주기적으로 분사하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중간매개체의 표면 에지와 근접한 적어도 하나의 다이버터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간매개체의 표면 에지와 근접한 적어도 하나의 다이버터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간매개체의 배기면 에지와 근접한 제 1 다이버터를 배치하는 단계; 및
    상기 중간매개체의 흡입면 에지와 근접한 제 2 다이버터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 다이버터를 상기 제 2 다이버터보다 높은 위치에 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크의 진폭을 측정하는 단계; 및
    상기 탱크의 상기 진폭을 조정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 조정하는 단계는 주파수를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 부품들의 표면들을 마감처리하기 위한 장치에 있어서,
    프레임;
    고체 연마재들과 액체를 포함하는 중간매개체를 유지시키기 위한 제 1 측, 제 2 측 및 반원형의 바닥부를 갖는 탱크;
    상기 탱크의 상기 바닥부 또는 그 근처에, 상기 탱크의 수직 중심선으로부터 오프셋된 위치에서 상기 탱크의 외면에 직접적 또는 간접적으로 장착된 편심모터;
    상기 탱크 내의 2개 이상의 리브들; 및
    상기 탱크가 상기 중간매개체를 유지할 때, 조합된 상기 탱크와 상기 편심모터의 메타센터 위의 높이에서 상기 프레임에 장착된 하나 이상의 스프링들을 포함하며,
    상기 리브들 각각은 상기 탱크의 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측까지 그리고 상기 탱크의 상기 바닥부를 따라 연장되며, 상기 리브들 각각은 상기 탱크의 내면으로부터 상기 탱크의 내부를 향해 연장되는 높이를 가지며,
    상기 탱크는 그 상부에서 상기 하나 이상의 스프링들에 동작가능하게 연결되며,
    상기 편심모터 동작시, 상기 탱크 내 상기 중간매개체는 상기 탱크 내부 둘레를 원형 경로로 운동하며, 상기 경로는 제 1 벽을 따라 하향하고 상기 바닥부를 따르고, 제 2 벽을 따라 상향하고, 상기 제 2 벽에서부터 상기 제 1 벽으로의 방향을 따르는, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    동작시, 상기 편심모터의 힘이 상기 탱크를 일정 주파수로 수직적 상하 운동하게 하는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탱크에 유지된 상기 중간매개체의 중량(파운드) 대 상기 편심모터의 힘(파운드 힘)의 비율은 4:1 내지 7:1인, 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 탱크는 0.5mm 내지 4mm의 범위의 거리로 수직적 상하 운동하는, 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 탱크는 1mm 내지 3mm의 범위의 거리로 수직적 상하 운동하는, 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 편심모터의 동작시, 상기 부품들이 상기 중간매개체에 배치되면 상기 부품은 상기 탱크의 내부 둘레로 원형인 경로로 이동하는, 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 부품들이 상기 탱크의 내부 둘레로 원형의 경로를 따라 이동하는 경우, 상기 리브들은 상기 부품들이 상기 탱크의 상기 제 1 측, 상기 제 2 측 및 바닥부의 표면들과 접촉하는 것을 방지하는, 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 편심모터의 동작시, 상기 탱크 내로 액체 중간매개체를 분사하기 위해 상기 탱크 내 개구를 향하고 있는 스프레이어들을 더 포함하는, 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 탱크의 상기 제 1 측 또는 상기 제 2 측 중 어느 하나의 상부에 배치된 다이버터를 더 포함하는, 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 탱크의 상기 제 1 측 또는 상기 제 2 측 중 어느 하나의 상부에 배치된 다이버터를 더 포함하는, 장치.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 측의 상부에 배치된 제 1 다이버터 및 상기 제 2 측의 상부에 배치된 제 2 다이버터를 더 포함하며,
    상기 제 1 다이버터 및 상기 제 2 다이버터 각각은 바닥부를 가지고,
    상기 제 2 다이버터의 상기 바닥부는 상기 제 1 다이버터의 상기 바닥부의 위치보다 높은 위치에 배치되는, 장치.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 고체 연마재들은 20 내지 90lbs/ft3의 범위 내의 저밀도 재료로 구성될 수 있는, 장치.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 편심모터는 900RPM 이상에서 동작가능한, 장치.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 편심모터는 900RPM 내지 4,500RPM의 범위에서 조절가능하게 동작가능한, 장치.
  25. 제 11 항에 있어서,
    상기 편심모터의 속도는 상기 중간매개체 내로 배치된 상기 부품들이 상기 원형인 경로로 이동하는 속도로 변경되도록 조절될 수 있는, 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 속도는 상기 부품들이 4초 내지 180초로 상기 원형인 경로의 1바퀴를 이동하게 하도록 선택가능한, 장치.
  27. 제 11 항에 있어서,
    상기 부품들은 상기 중간매개체 내에 잠기는, 장치.
  28. 제 11 항에 있어서,
    상기 중간매개체는 유체화된 베드인, 장치.
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