KR102091778B1 - Method of simultaneous precipitation additive manufacturing with external heating source for precipitation hardening metals - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 동시석출 적층가공 장치를 제공한다. 상기 동시석출 적층가공 장치는 빌드 탱크, 상기 빌드 탱크 내에 위치하는 파우더 베드, 상기 파우더 베드 상에 위치하고, 상부에 입체 조형물이 형성되는 제1서포트 및 상기 빌드 탱크 내의 측부에 위치하고, 상기 입체 조형물이 석출상 형성 온도에 도달하도록 상기 입체 조형물에 열을 공급하는 제2서포트를 포함할 수 있다.One embodiment of the present invention provides a co-precipitation lamination processing apparatus. The co-precipitation lamination processing apparatus is a build tank, a powder bed located in the build tank, a first support on which a three-dimensional structure is formed, and a side portion in the build tank, and the three-dimensional structure is deposited It may include a second support for supplying heat to the three-dimensional structure to reach the phase formation temperature.
Description
본 발명은 적층가공에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석출경화형 금속의 적층가공에 관한 것이다.The present invention relates to a lamination process, and more particularly, to a lamination process of a precipitation hardening type metal.
적층가공은 3D프린팅이라고 불리기도 하며, 디지털 디자인 데이터를 이용하여 소재를 연속적으로 적층함으로서 3차원의 입체적 물체를 제조하는 프로세스를 말한다.Additive manufacturing is also called 3D printing, and refers to the process of manufacturing a three-dimensional three-dimensional object by continuously stacking materials using digital design data.
3D프린팅은 시제품의 제작 비용 및 시간 절감, 다품종 소량생산, 손쉬운 맞춤형 제작, 복잡한 형상 제조 가능, 제조 공정 간소화, 인건비 및 조립비용 절감이라는 장점이 있어서 산업계에서 주목 받고 있다.3D printing has attracted attention in the industry because it has the advantages of reducing the production cost and time of prototypes, small batch production of multiple types, easy custom production, complex shape manufacturing, simplified manufacturing process, and reduced labor and assembly costs.
석출경화는 하나의 고체 속에 다른 고체가 별개의 상으로 되어 나올 때, 즉, 석출될 때, 그 모재가 단단해지는 현상을 말한다. 이를 이용하여 재료의 강도를 강화하여 공업재료에 사용하고 있는 경우가 많으며, 특히 금속의 석출경화를 통한 공업재료가 많이 사용되고 있다.Precipitation hardening refers to the phenomenon that when the other solid comes out as a separate phase in one solid, that is, when precipitated, the base material becomes hard. It is often used in industrial materials by strengthening the strength of materials, and in particular, industrial materials through precipitation hardening of metals are often used.
석출경화형 금속을 형성하기 위해서는 용질원소가 완전히 기지내 고용된 상태에서 고상선 이하의 온도에서 장시간 열처리를 수행해야 한다. 고상선 이하 온도에서의 열처리를 통해 미세한 석출상을 유도함으로써 금속 제품의 강도를 향상할 수 있다.In order to form a precipitation hardening type metal, it is necessary to perform heat treatment for a long time at a temperature below the solidus in a state where the solute element is completely dissolved in the base. The strength of the metal product can be improved by inducing a fine precipitation phase through heat treatment at a temperature below the solidus line.
종래의 3D프린팅 부품의 석출경화 방법은 금속 분말재료를 준비하고 이를 사용하여 적층가공을 수행한 후, 제조된 부품 또는 제품 내부의 합금원소 고용화를 위한 용체화 열처리 단계를 거친 뒤 별도의 석출상을 유도하는 시효 열처리 단계가 필요하여 2단계의 열처리 공정이 필요하다.In the conventional 3D printing component precipitation hardening method, a metal powder material is prepared and lamination processing is performed using the same, followed by a solution heat treatment step for solidification of the alloy element inside the manufactured component or product, followed by a separate precipitation phase. The aging heat treatment step inducing is required, so a two-step heat treatment process is required.
이러한 2단계의 열처리 공정을 수행하는 것으로 인해 공정시간의 소모, 2단계의 열처리 공정 중 부품 또는 제품의 산화가 발생할 수 있다는 문제점이 존재하여 이를 개선하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.Due to the performance of the two-step heat treatment process, there is a problem that process time is consumed and oxidation of parts or products may occur during the two-step heat treatment process.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 2단계의 열처리 공정이 필요없는 동시석출 적층가공 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a simultaneous deposition lamination processing method that does not require a two-step heat treatment process.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
본 발명의 일실시예는 동시석출 적층가공 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a co-precipitation lamination processing apparatus.
상기 동시석출 적층가공 장치는 빌드 탱크, 상기 빌드 탱크 내에 위치하는 파우더 베드, 상기 파우더 베드 상에 위치하고, 상부에 입체 조형물이 형성되는 제1서포트 및 상기 빌드 탱크 내의 측부에 위치하고, 상기 입체 조형물이 석출상 형성 온도에 도달하도록 상기 입체 조형물에 열을 공급하는 제2서포트를 포함할 수 있다.The co-precipitation lamination processing apparatus is a build tank, a powder bed located in the build tank, a first support on which a three-dimensional structure is formed, and a side portion in the build tank, and the three-dimensional structure is deposited It may include a second support for supplying heat to the three-dimensional structure to reach the phase formation temperature.
이때, 상기 제2서포트는 입체 조형물 주위로 10mm x 10mm 단위면적 당 80% 이상을 차지하도록 설계하는 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 장치이다.At this time, the second support is a simultaneous precipitation lamination processing apparatus characterized by designing to occupy 80% or more per 10 mm x 10 mm unit area around a three-dimensional object.
이때, 상기 제2서포트는 900 내지 1,000°C 의 온도의 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.At this time, the second support is characterized in that it supplies heat at a temperature of 900 to 1,000 ° C.
본 발명의 일실시예는 동시석출 적층가공 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a co-precipitation lamination processing method.
상기 동시석출 적층가공 방법은 (i) 상부에 제1서포트가 형성된 파우더 베드 상에 금속 분말을 공급하는 단계, (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계, (iii) 상기 레이어에 빌드 탱크 내의 측부에 위치하는 제 2서포트로 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 레이어에 석출상을 유도하는 단계 및 (iv) 상기 레이어의 적층을 통한 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 (i) 내지 (iii) 단계를 반복하여 적층하는 단계를 포함할 수 있다.The co-precipitation lamination process includes (i) supplying a metal powder on a powder bed having a first support formed thereon, (ii) selectively irradiating a shaping light source to melt the metal powder to form a layer, (iii) supplying heat to the layer to reach the precipitation phase formation temperature with a second support located on the side of the build tank to induce the precipitation phase to the layer, and (iv) a three-dimensional structure through lamination of the layers The step (i) to (iii) may be repeated until the completion is completed.
(iii) 상기 레이어에 빌드 탱크 내의 측부에 위치하는 제 2서포트로 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 레이어에 석출상을 유도하는 단계에서, 상기 제2서포트는 900 내지 1,000°C의 열을 가하는 것을 특징으로 한다.(iii) In the step of inducing the precipitation phase to the layer by supplying heat to reach the formation temperature of the precipitation phase with the second support located on the side of the build tank to the layer, the second support is 900 to 1,000 ° C. It is characterized by applying heat.
상기 (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계에서, 상기 조형광원은 전자빔 또는 레이저인 것을 특징으로 한다.In the step of forming a layer by melting the metal powder by selectively irradiating the (ii) the shaping light source, the shaping light source is an electron beam or a laser.
본 발명의 일실시예는 상기 동시석출 적층가공 방법으로 제조된 입체 조형물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a three-dimensional sculpture produced by the co-precipitation lamination processing method.
본 발명의 실시예에 따르면, 2단계의 열처리 공정이 필요 없는 동시석출 적층가공 방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a simultaneous precipitation lamination processing method that does not require a two-step heat treatment process.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 석출상의 제어가 가능한 동시석출 적층가공 방법을 제공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a simultaneous precipitation lamination method capable of controlling a precipitation phase.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2서포트의 효과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a co-precipitation lamination processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a co-precipitation lamination processing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the effect of the first and second support according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" to another part, this is not only when it is "directly connected", but also "indirectly" with another member in between. "It also includes the case where it is. Also, when a part is said to “include” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding the other component unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 석출경화형 금속을 위한 동시석출 적층가공 장치를 설명한다.A simultaneous deposition lamination processing apparatus for a precipitation hardening type metal according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a co-precipitation lamination processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 동시석출 적층가공 장치는 빌드 탱크(800), 빌드 탱크(800) 내에 위치하는 파우더 베드(300), 상기 파우더 베드(300) 상에 위치하고, 상부에 입체 조형물이 형성되는 제1서포트(400) 및 상기 빌드 탱크(800) 내의 측부에 위치하고, 상기 입체 조형물에 열을 공급하는 제2서포트(600)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the co-precipitation lamination processing apparatus is a
예를 들어 상기 동시석출 적층가공 장치는 금속분말 도포장치(100), 열원발생장치(500) 및 열차단/냉각장치(700)를 더 포함할 수 있다.For example, the simultaneous precipitation lamination processing apparatus may further include a metal
이때, 상기 동시석출 적층가공 장치는 상기 입체 조형물이 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 입체 조형물에 석출상을 유도하는 제2서포트(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the simultaneous precipitation lamination processing apparatus is characterized in that it comprises a
예를 들어, 상기 빌드 탱크(800)는 적층성형되는 상기 입체 조형물를 형성하는 공간 및 후술하는 각종 구성요소들을 포함하는 공간을 형성할 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 빌드 탱크(800)는 상기 적층성형되는 입체 조형물의 상기 파우더 베드(300)를 포함할 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 파우더 베드(300)는 상기 입체 조형물의 재료인 금속 분말이 금속분말 도포장치(100)에 의해 공급 될 수 있다.For example, in the
금속의 석출상을 유도하기 위해서는 용질원소가 완전히 기지내 고용된 상태에서 고상선 이하의 온도에서 장시간 열처리를 수행해야 한다. 따라서, 일반적인 3D 제품의 석출경화는 적층공정을 통한 제품제조 후 1차 열처리인 용체화 열처리 와 2차 열처리인 시효열처리를 수행한다. 이는 두 번의 독립적인 열처리를 필요로 하여 제조 공정에서의 시간 소모가 크고, 제품의 산화가 발생할 가능성이 높다는 문제점이 있다.In order to induce the precipitation phase of the metal, it is necessary to perform heat treatment for a long time at a temperature below the solidus state with the solute element completely dissolved in the base. Therefore, the precipitation hardening of a general 3D product is performed through a lamination process, and then the first heat treatment is a solution heat treatment and a second heat treatment is an aging heat treatment. This requires two independent heat treatments, which results in high time consumption in the manufacturing process and high possibility of product oxidation.
상기 문제점을 해결하기 위해서는 상기 두 단계의 열처리 과정을 간소화하되, 시효 열처리 효과를 유지해야 한다.In order to solve the above problem, the heat treatment process of the two steps is simplified, but the aging heat treatment effect must be maintained.
이때, 시효 열처리 효과 유지를 위해서는 제품의 구성원소가 완전히 기지내 고용된 상태에서 지속적인 열 공급이 이루어져야 한다.At this time, in order to maintain the aging heat treatment effect, it is necessary to continuously supply heat while the components of the product are completely employed in the base.
금속 분말을 재료로 하여 적층가공을 수행할 경우, 조형광원이 조사된 부분의 금속 분말은 기지내 고용된 상태가 된다.When lamination processing is performed using a metal powder as a material, the metal powder in the portion irradiated with the shaping light source is in a solid solution in the matrix.
이때, 상기 기지내 고용된 금속 분말에 지속적으로 열을 공급하여 석출상 형성 온도에 도달하면 상기 기지내 고용된 금속 분말에 석출상이 발생할 수 있다.At this time, when the temperature of the precipitation phase is formed by continuously supplying heat to the metal powder dissolved in the base, a precipitation phase may occur in the metal powder dissolved in the base.
이때, 석출상 형성 온도는 금속 분말의 종류에 따라 달라질 수 있다.At this time, the formation temperature of the precipitation phase may vary depending on the type of metal powder.
이때, 상기 지속적 열처리를 위해 제작중인 제품의 주변부에 열 공급 장치를 구비하여 제품에 열을 공급할 수 있다.At this time, a heat supply device may be provided in the periphery of the product being manufactured for the continuous heat treatment to supply heat to the product.
예를 들어, 상기 제 2 서포트(600)는 상기 입체 조형물에 지속적으로 열을 공급할 수 있다.For example, the
이때, 상기 제2서포트(600)는 상기 입체 조형물에 지속적으로 열을 공급함으로써 상기 입체 조형물에 석출상을 유도하는 것을 특징으로 한다.At this time, the
예를 들어, 상기 제2서포트(600)는 상기 열원발생장치(500)에서 발생한 열을 빌드탱크 내로 공급할 수 있다.For example, the
이때, 상기 제 2서포트(600)는 900 내지 1,000°C의 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.At this time, the
이때, 적층가공 공정에서 적층성형제품에 열을 공급하는 서포트만 존재할 경우, 과도한 열의 공급으로 인해 석출상이 과다하게 발생하여 제품의 품질을 낮출 수 있다.At this time, if there is only a support for supplying heat to the laminated molded product in the additive manufacturing process, excessive precipitation of the heat may cause the product quality to be reduced.
따라서, 적층가공 공정에서 제품의 석출을 제어하기 위해서는 제품의 열을 배출하는 서포트도 함께 구비하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to control the precipitation of the product in the additive manufacturing process, it is preferable to also include a support for discharging the product heat.
예를 들어, 상기 제1서포트(400)는 상기 입체 조형물의 열을 배출시킬 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 제 1 서포트(400)는 상기 입체 조형물의 열을 배출시킴으로써, 상기 제 2 서포트(600)에 의해 발생하는 석출상이 과다하게 발생하지 않도록 억제할 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 열차단/냉각장치(700)는 빌드탱크 외부에 위치할 수 있다. For example, the thermal barrier /
예를 들어, 상기 열차단/냉각장치(700)는 제품 내부의 석출상의 조대화를 억제하기 위해 외부 열을 차단하는 목적으로 설치될 수 있다.For example, the thermal barrier /
본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 제조장치는 적층성형되는 상기 입체 조형물에 열을 공급하는 제2서포트(600)를 이용하여 적층공정 중에 상기 입체 조형물에 석출상을 유도함으로써, 적층가공과 동시에 석출상의 발생을 유도 또는 억제할 수 있는 것을 특징으로 한다.Simultaneous precipitation manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention by using a
본 발명의 다른 실시예에 따른 석출경화형 금속을 위한 동시석출 적층가공 방법을 설명한다.A method of co-precipitation lamination processing for a precipitation hardening type metal according to another embodiment of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 방법의 순서도이다.2 is a flow chart of a co-precipitation lamination processing method according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 동시석출 적층가공 방법은 (i) 상부에 제1서포트가 형성된 파우더 베드 상에 금속 분말을 공급하는 단계(S100), (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계(S200), (iii) 상기 레이어에 빌드 탱크 내의 측부에 위치하는 제 2서포트로 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 레이어에 석출상을 유도하는 단계(S300) 및 (iv) 상기 레이어의 적층을 통한 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 (i) 내지 (iii) 단계를 반복하여 적층하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the co-precipitation lamination processing method includes (i) supplying a metal powder on a powder bed having a first support formed thereon (S100), and (ii) selectively irradiating a molding light source to form the metal powder. Forming a layer by melting (S200), (iii) supplying heat to the layer to reach a precipitation phase formation temperature with a second support located on the side of the build tank to induce the precipitation phase to the layer ( S300) and (iv) may include repeatedly stacking the steps (i) to (iii) (S400) until the three-dimensional modeling through lamination of the layers is completed.
이때, 상기 동시석출 적층가공 제2서포트를 통해 상기 입체 조형물에 지속적으로 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 입체 조형물에 석출상을 유도하는 것을 특징으로 한다.At this time, it is characterized in that by inducing a precipitation phase to the three-dimensional structure by supplying heat to continuously reach the temperature of the formation of the precipitation phase to the three-dimensional structure through the co-precipitation lamination processing second support.
이때, 상기 제1서포트는 입체 조형물의 열을 배출하여 과다한 석출상의 발생을 억제하는 것을 특징으로 한다.At this time, the first support is characterized by suppressing the occurrence of excessive precipitation by discharging the heat of the three-dimensional structure.
먼저, (i) 상부에 제1서포트가 형성된 파우더 베드 상에 금속 분말을 공급한다(S100).First, (i) the metal powder is supplied onto the powder bed on which the first support is formed (S100).
예를 들어, 상기 금속 분말은 Al, Ti, Cu, Ni, Fe, Co, Cr 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.For example, the metal powder may be any one or more selected from the group consisting of Al, Ti, Cu, Ni, Fe, Co, Cr and Si.
다음, (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성한다(S200).Next, (ii) a metal source is selectively irradiated to melt the metal powder to form a layer (S200).
이때, 조형광원이 조사된 부분의 분말은 용융되어 서로 결합하며, 조형광원이 조사되지 않은 부분은 분말의 형태로 남아있게 된다.At this time, the powder of the part irradiated with the shaping light source is melted and bound to each other, and the part without the shaping light source irradiated remains in the form of powder.
예를 들어, 상기 레이어는 상기 제1서포트를 통해 열을 배출할 수 있다.For example, the layer may discharge heat through the first support.
예를 들어, 상기 조형광원은 전자빔 또는 레이저를 포함할 수 있다.For example, the formative light source may include an electron beam or a laser.
예를 들어, 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하는 단계(S200)는 레이저를 조형광원으로 하여 상기 금속 분말을 선택적으로 용융하는 단계일 수 있다.For example, the step of melting the metal powder by selectively irradiating a shaping light source (S200) may be a step of selectively melting the metal powder by using a laser as a shaping light source.
그 다음, (iii) 상기 레이어에 빌드 탱크 내의 측부에 위치하는 제 2서포트로 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 레이어에 석출상을 유도한다(S300).Then, (iii) the layer is supplied with heat to reach the precipitation phase formation temperature with the second support located on the side of the build tank to induce the precipitation phase to the layer (S300).
금속의 석출상을 유도하기 위해서는 용질원소가 완전히 기지내 고용된 상태에서 고상선 이하의 온도에서 장시간 열처리를 수행해야 한다. 따라서, 일반적인 3D 제품의 석출경화는 적층공정을 통한 제품제조 후 1차 열처리인 어닐링과 2차 열처리인 시효열처리를 수행한다. 이는 두 번의 독립적인 열처리를 필요로 하여 제조 공정에서의 시간 소모가 크고, 제품의 산화가 발생할 가능성이 높다는 문제점이 있다.In order to induce the precipitation phase of the metal, it is necessary to perform heat treatment for a long time at a temperature below the solidus state with the solute element completely dissolved in the base. Therefore, the precipitation hardening of a typical 3D product is performed through the lamination process, and then the first heat treatment annealing and the second heat treatment aging heat treatment are performed. This requires two independent heat treatments, which results in high time consumption in the manufacturing process and high possibility of product oxidation.
상기 문제점을 해결하기 위해서는 상기 두 단계의 열처리 과정을 간소화하되, 시효 열처리 효과를 유지해야 한다.In order to solve the above problem, the heat treatment process of the two steps is simplified, but the aging heat treatment effect must be maintained.
이때, 시효 열처리 효과 유지를 위해서는 제품의 구성원소가 완전히 기지내 고용된 상태에서 지속적인 열 공급이 이루어져야 한다.At this time, in order to maintain the aging heat treatment effect, it is necessary to continuously supply heat while the components of the product are completely employed in the base.
금속 분말을 재료로 하여 적층가공을 수행할 경우, 상기 (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계(S200) 에서 조형광원이 조사된 부분의 금속 분말은 기지내 고용된 상태가 된다.In the case of performing lamination processing using a metal powder as a material, in step (S200), the metal powder of the portion irradiated with the molding light source is known in step (S200) by selectively irradiating the molding light source to melt the metal powder. Become my hired state.
이때, 상기 기지내 고용된 금속 분말에 지속적으로 열을 공급하여 석출상 형성 온도에 도달하면 상기 기지내 고용된 금속 분말에 석출상이 발생할 수 있다.At this time, when the temperature of the precipitation phase is formed by continuously supplying heat to the metal powder dissolved in the base, a precipitation phase may occur in the metal powder dissolved in the base.
이때, 석출상 형성 온도는 금속 분말의 종류에 따라 달라질 수 있다.At this time, the formation temperature of the precipitation phase may vary depending on the type of metal powder.
이때, 상기 지속적 열처리를 위해 제작중인 제품의 주변부에 열 공급 장치를 구비하여 제품에 열을 공급할 수 있다.At this time, a heat supply device may be provided in the periphery of the product being manufactured for the continuous heat treatment to supply heat to the product.
예를 들어, 상기 제 2 서포트는 상기 (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계(S200)에서 형성된 구성 원소가 기지내 고용된 레이어에 지속적으로 열을 공급할 수 있다.For example, the second support may continuously supply heat to the layer in which the constituent elements formed in the step (S200) of forming the layer by melting the metal powder by selectively irradiating the (ii) formative light source to form a layer (S200). Can.
이때, 상기 제2서포트는 상기 레이어에 지속적으로 열을 공급함으로써 상기 레이어에 석출상을 유도하는 것을 특징으로 한다.At this time, the second support is characterized in that by inducing a precipitation phase to the layer by continuously supplying heat to the layer.
예를 들어, 상기 제2서포트는 외부 열원 발생장치로부터 발생한 열을 상기 레이어에 공급할 수 있다.For example, the second support may supply heat generated from an external heat source generator to the layer.
이때, 상기 제 2서포트는 900 내지 1,000°C의 열을 공급하는 것을 특징으로 한다.At this time, the second support is characterized by supplying heat of 900 to 1,000 ° C.
이때, 적층가공 공정에서 적층성형제품에 열을 공급하는 서포트만 존재할 경우, 과도한 열의 공급으로 인해 석출상이 과다하게 발생하여 제품의 품질을 낮출 수 있다.At this time, if there is only a support for supplying heat to the laminated molded product in the additive manufacturing process, excessive precipitation of the heat may cause the product quality to be reduced.
따라서, 적층가공 공정에서 제품의 석출을 제어하기 위해서는 제품의 열을 배출하는 서포트도 함께 구비하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to control the precipitation of the product in the additive manufacturing process, it is preferable to also include a support for discharging the product heat.
예를 들어, 상기 (ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계(S200)에서 상기 제1서포트는 상기 레이어의 열을 배출시킬 수 있다.For example, in the step (S200) of selectively forming a layer by melting the metal powder by selectively irradiating the (ii) modeling light source, the first support may discharge heat of the layer.
예를 들어, 상기 제 1 서포트는 상기 레이어의 열을 배출시킴으로써, 상기 제 2 서포트에 의해 발생하는 석출상이 과다하게 발생하지 않도록 억제할 수 있다.For example, the first support can suppress the precipitation phase generated by the second support from being excessively generated by discharging the heat of the layer.
그 다음, (iv) 상기 레이어의 적층을 통한 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 (i) 내지 (iii) 단계를 반복하여 적층한다(S400).Then, (iv) the steps (i) to (iii) are repeated until the three-dimensional sculpture through the lamination of the layers is completed (S400).
도 2를 참조하면, 본 제안발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 방법을 수행할 경우, 적층가공 중 입체 조형물에 석출상 형성 온도에 도달하기 위한 열을 공급하는 제 2 서포트에 의해 적층가공과 동시에 석출상의 발생을 유도하는 것이 가능함을 알 수 있다.Referring to Figure 2, when performing the co-precipitation lamination processing method according to an embodiment of the present invention, the lamination process by the second support for supplying heat for reaching the formation temperature of the precipitation phase to the three-dimensional structure during the lamination process At the same time, it can be seen that it is possible to induce the occurrence of a precipitation phase.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2서포트의 효과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the effect of the first and second support according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 검은 선은 종래의 금속 적층가공 수행시의 입체 조형물 온도 변화를 나타내고 있다. 상기 종래의 금속 적층가공은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2서포트를 구비하지 않고 있다.Referring to FIG. 3, the black line represents the temperature change of the three-dimensional object during the conventional metal lamination process. The conventional metal stacking process does not have a second support according to an embodiment of the present invention.
이때, 붉은 선은 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 수행시의 입체 조형물 온도 변화를 나타내고 있다. 상기 동시석출 적층가공은 본 발명의 일실시예에 따라 제1서포트 및 제2서포트를 포함하는 적층가공 방법으로 수행되었다.At this time, the red line represents the temperature change of the three-dimensional object when performing simultaneous precipitation lamination processing according to an embodiment of the present invention. The simultaneous precipitation lamination processing was performed by a lamination processing method including a first support and a second support according to an embodiment of the present invention.
이때, 상기 제2서포트는 상기 조형광원에 의해 금속 분말이 기지내 고용된 레이어 및 상기 레이어의 적층으로 형성되는 입체 조형물에 지속적으로 열을 공급함으로써 시효열처리를 수행하여, 석출상을 유도하는 것을 특징으로 한다.At this time, the second support is characterized by inducing a precipitation image by performing an aging heat treatment by continuously supplying heat to a three-dimensional molded object formed of a layer of the metal powder dissolved in the base and a stack of the layers by the modeling light source. Is done.
이때, 상기 제1서포트는 입체 조형물의 열을 배출하여 제2서포트에 의해 석출상이 과다하게 발생하는 것을 억제하는 것을 특징으로 한다.At this time, the first support is characterized in that it suppresses the occurrence of excessive precipitation by the second support by discharging the heat of the three-dimensional structure.
도 3을 참조하면, 검은 선으로 나타내어진 종래의 금속 적층가공 방법을 수행할 경우, 초기 조형광원에 의한 용융 이후 광원으로부터 멀어짐에 의해 입체 조형물의 온도가 급격히 감소하고, 이후 냉각된 온도가 유지되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, when performing the conventional metal lamination processing method indicated by a black line, the temperature of the three-dimensional molded object rapidly decreases by melting away from the light source after melting by the initial shaping light source, and then the cooled temperature is maintained. You can see that
반면, 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 방법을 수행할 경우, 입체 조형물의 온도가 석출상의 형성온도 (y' Aging Temperature) 이상의 온도를 유지하는 것을 알 수 있다.On the other hand, when performing the co-precipitation lamination processing method according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the temperature of the three-dimensional molded object maintains a temperature above the formation temperature (y 'Aging Temperature) of the precipitation phase.
도 3에 나타난 바와 같이 상기 입체 조형물의 온도가 석출상의 형성온도를 유지할 경우 지속적으로 상기 입체 조형물에서 석출상이 발생 및 성장하게 된다.As shown in FIG. 3, when the temperature of the three-dimensional structure maintains the formation temperature of the precipitation phase, a precipitation phase is continuously generated and grown in the three-dimensional structure.
이는 종래의 금속 적층가공 방법과 달리, 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 방법을 수행할 경우, 적층공정과 동시에 입체 조형물에서 석출상의 발생이 가능함을 의미한다.This means that, unlike the conventional metal lamination processing method, when performing the co-precipitation lamination processing method according to an embodiment of the present invention, it is possible to generate a precipitation phase in a three-dimensional structure at the same time as the lamination process.
종합적으로, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 동시석출 적층가공 방법을 수행하여 금속 입체 적층 제품을 제조할 경우, 독립된 두 단계의 열처리 과정 없이 입체 조형물에 석출상 형성온도에 도달하기 위한 열을 공급하는 제 2 서포트에 의해 적층가공과 동시에 석출상의 발생을 유도하는 것이 가능함을 알 수 있다.Overall, referring to FIGS. 1 to 3, when a metal three-dimensional laminate product is manufactured by performing a co-precipitation lamination processing method according to an embodiment of the present invention, a precipitated phase is formed in a three-dimensional structure without two independent heat treatment processes. It can be seen that it is possible to induce the occurrence of the precipitation phase simultaneously with the lamination processing by the second support that supplies heat for reaching the temperature.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.
100 : 금속분말 도포장치
200 : 조형광원
300 : 파우더베드
400 : 제1서포트
500 : 열원발생장치
600 : 제2서포트
700 : 열차단/냉각장치
800 : 빌드탱크100: metal powder coating device
200: formative light source
300: powder bed
400: first support
500: heat source generator
600: second support
700: Thermal insulation / cooling system
800: build tank
Claims (7)
상기 빌드 탱크 내에 위치하는 파우더 베드;
상기 파우더 베드 상에 위치하고, 상부에 입체 조형물이 형성되는 제1서포트;
상기 빌드 탱크 내의 측부에 위치하고, 상기 입체 조형물이 석출상 형성 온도에 도달하도록 상기 입체 조형물에 열을 공급하는 제2서포트; 및
상기 빌드 탱크 외부에 위치하고, 상기 제2서포트에 열원을 공급하는 열원발생장치를 포함하고,
상기 제2서포트는 상기 열원발생장치로부터 열을 공급 받아 상기 입체 조형물에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 장치.Build tank;
A powder bed located in the build tank;
A first support positioned on the powder bed and having a three-dimensional structure on the top;
A second support located on a side of the build tank and supplying heat to the three-dimensional structure so that the three-dimensional structure reaches a precipitation temperature; And
Located outside the build tank, and includes a heat source generator for supplying a heat source to the second support,
The second support receives heat from the heat source generating device and supplies simultaneous heat to the three-dimensional molded object.
상기 제2서포트는 입체 조형물 주위로 10mm x 10mm 단위면적 당 80% 이상을 차지하도록 설계하는 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 장치.According to claim 1,
The second support is designed to occupy 80% or more per 10 mm x 10 mm unit area around a three-dimensional object.
상기 제2서포트는 900 내지 1,000°C 의 온도의 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 장치.According to claim 1,
The second support is a simultaneous precipitation lamination processing apparatus characterized by supplying heat at a temperature of 900 to 1,000 ° C.
(ii) 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 금속 분말을 용융하여 레이어를 형성하는 단계;
(iii) 상기 레이어에 빌드 탱크 내의 측부에 위치하는 제 2서포트가 석출상 형성 온도에 도달하도록 열을 공급하여 상기 레이어에 석출상을 유도하는 단계; 및
(iv) 상기 레이어의 적층을 통한 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 (i) 내지 (iii) 단계를 반복하여 적층하는 단계를 포함하고,
상기 제2서포트는 상기 빌드 탱크 외부에 위치하는 열원발생장치로부터 열을 공급 받아 상기 레이어에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 방법.(i) supplying a metal powder on the powder bed with the first support formed thereon;
(ii) selectively irradiating a modeling light source to melt the metal powder to form a layer;
(iii) inducing a precipitation phase to the layer by supplying heat to the layer so that the second support located on the side in the build tank reaches the precipitation phase formation temperature; And
(iv) repeatedly stacking the steps (i) to (iii) until the three-dimensional modeling through lamination of the layer is completed,
The second support receives heat from a heat source generator located outside the build tank and supplies heat to the layer.
상기 제2서포트는 900 내지 1,000°C의 열을 가하는 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 방법.According to claim 4,
The second support is a simultaneous precipitation lamination processing method characterized in that heat is applied to 900 to 1,000 ° C.
상기 조형광원은 전자빔 또는 레이저인 것을 특징으로 하는 동시석출 적층가공 방법.According to claim 4,
The formative light source is an electron beam or laser simultaneous deposition lamination processing method.
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| KR20190052823A (en) | 2019-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |