KR102465825B1 - Apparatus for manufacturing metal power using thermal plasma and its manufacturing method - Google Patents

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KR102465825B1 KR1020220112885A KR20220112885A KR102465825B1 KR 102465825 B1 KR102465825 B1 KR 102465825B1 KR 1020220112885 A KR1020220112885 A KR 1020220112885A KR 20220112885 A KR20220112885 A KR 20220112885A KR 102465825 B1 KR102465825 B1 KR 102465825B1
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Abstract

The present invention relates to a metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma and a manufacturing method thereof. The metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma comprises: a process chamber performing plasma atomizing; a plasma torch emitting thermal plasma while inert gas is supplied into the process chamber; a metal supply means rotating and supplying a metal rod into the position of the emitted thermal plasma; a cyclone separator separating metal powder made by powdering the metal rod through the thermal plasma from the inert gas; and a storage container collecting the separated metal powder. The present invention is able to improve the yield and powder flow level of metal powder for three-dimensional printing, and manufacture spherical metal powder with less satellite particles.

Description

열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치 및 그 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING METAL POWER USING THERMAL PLASMA AND ITS MANUFACTURING METHOD}Metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma and manufacturing method thereof

본 발명은 공정챔버의 내부에 불활성가스가 제공되는 공정챔버의 내부로 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사하고, 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키며, 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 가스와 금속분말로 분리시킨 후에, 저장용기에 금속분말을 수집함으로써, 3D 프린팅용 금속분말의 수율 및 분말흐름도를 향상시킬 수 있는 위성입자가 적은 구형의 금속분말을 제조할 수 있는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention emits thermal plasma through a plasma torch to the inside of a process chamber in which an inert gas is provided inside the process chamber, rotates a metal round rod to the position of the emitted thermal plasma, and supplies it to powder, powdered metal After separating the powder into gas and metal powder through a cyclone separator, by collecting the metal powder in a storage container, it is possible to prepare a spherical metal powder with few satellite particles that can improve the yield and powder flow of metal powder for 3D printing. It relates to an apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma and a method for manufacturing the same.

잘 알려진 바와 같이, 3차원(3D, 3-Dimension) 프린터는 인쇄하고자 하는 대상에 대한 3차원 데이터를 이용하여, 그 대상과 동일 또는 유사한 형태를 갖도록 3차원으로 형상물을 성형하는 장비이다.As is well known, a three-dimensional (3D, 3-Dimension) printer is an equipment for forming a shape in three dimensions to have the same or similar shape as the object by using three-dimensional data on an object to be printed.

이러한 3D 프린터는 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산 가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성됨에 따라 다양한 제조업체에서 사용하고 있다.In the past, these 3D printers were used for purposes such as modeling and sample production before mass production, but recently, as the technological foundation that can be used for molding mass-produced products has been established, it is used by various manufacturers and have.

그리고, 3D 프린터를 이용한 프린팅 기술은 분말, 액체, 와이어, 펠렛 등 다양한 형태의 물질을 한 층씩 쌓아올려 3차원 입체구조를 갖는 제품을 제조하는 기술로서, 이는 기존의 제조가공 기술로서는 구현할 수 없는 복잡한 형상의 부품도 손쉽게 제조할 수 있어 최근 새로운 가공기술로 전세계적 각광을 받고 있다.And, the printing technology using a 3D printer is a technology for manufacturing a product having a three-dimensional structure by stacking various types of materials such as powder, liquid, wire, and pellet one by one, which is a complex technology that cannot be implemented with existing manufacturing and processing technology. Shaped parts can be easily manufactured, so it has recently been in the spotlight as a new processing technology around the world.

이러한 3D 프린터의 원료로 사용되는 금속 분말은 플라즈마 아토마이징(plasma atomizing), 가스 아토마이징(gas atomizing) 등의 방식으로 제조될 수 있다.The metal powder used as a raw material for such a 3D printer may be manufactured by plasma atomizing, gas atomizing, or the like.

예를 들면, 플라즈마 아토마이징의 경우 금속원료를 플라즈마열로 용융 및 증발시킨 후에 비활성 기체를 고속으로 공급하여 그 용융물을 분무시킨 후 냉각시켜 금속분말을 제조할 수 있고, 가스 아토마이징의 경우 금속원료를 저항열로 가열하여 용융시킨 후에 비활성 기체를 고속으로 공급하여 분무시킨 후 급속 응고시켜 금속분말을 제조할 수 있다.For example, in the case of plasma atomizing, after melting and evaporating a metal raw material with plasma heat, an inert gas is supplied at a high speed to spray the melt and then cooled to manufacture a metal powder. In the case of gas atomizing, a metal raw material After melting by heating with resistance heat, an inert gas is supplied at a high speed to be sprayed and then rapidly solidified to produce a metal powder.

하지만, 상술한 바와 같은 가스 아토마이징으로 금속분말을 제조할 경우 넓은 직경 분포를 가지면서 위성입자를 갖는 금속분말이 제조되기 때문에, 3D 프린팅용 분말의 수율 및 분말흐름도가 떨어지는 문제점이 있다.However, when the metal powder is manufactured by gas atomizing as described above, since the metal powder having satellite particles with a wide diameter distribution is manufactured, there is a problem in that the yield and powder flow rate of the powder for 3D printing are deteriorated.

이에 따라, 3D 프린팅용 분말의 수율 및 분말흐름도가 떨어지지 않도록 위성입자가 거의 없는 구형의 금속분말을 제조하기 위해 플라즈마 아토마이징을 이용한 장치 및 제조기법의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.Accordingly, there is a continuous demand for the development of a device and a manufacturing technique using plasma atomizing to produce a spherical metal powder having little satellite particles so that the yield and powder flow rate of the powder for 3D printing do not fall.

1. 한국등록특허 제10-0593265호(2006.06.19.등록)1. Korea Patent No. 10-0593265 (Registered on June 19, 2006)

본 발명은 공정챔버의 내부에 불활성가스가 제공되는 공정챔버의 내부로 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사하고, 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키며, 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 가스와 금속분말로 분리시킨 후에, 저장용기에 금속분말을 수집함으로써, 3D 프린팅용 금속분말의 수율 및 분말흐름도를 향상시킬 수 있는 위성입자가 적은 구형의 금속분말을 제조할 수 있는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention emits thermal plasma through a plasma torch to the inside of a process chamber in which an inert gas is provided inside the process chamber, rotates a metal round rod to the position of the emitted thermal plasma, and supplies it to powder, powdered metal After separating the powder into gas and metal powder through a cyclone separator, by collecting the metal powder in a storage container, it is possible to prepare a spherical metal powder with few satellite particles that can improve the yield and powder flow of metal powder for 3D printing. An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma and a method for manufacturing the same.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is not limited to the above-mentioned purpose, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. .

본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마 아토마이징이 수행되는 공정챔버; 상기 공정챔버의 내부로 불활성가스가 공급되면서 열플라즈마를 출사하는 플라즈마토치; 상기 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하는 금속공급수단; 상기 금속환봉이 상기 열플라즈마를 통해 분말화된 금속분말을 상기 불활성가스와 분리시키는 사이클론분리기; 및 분리된 상기 금속분말을 수집하는 저장용기;를 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a process chamber in which plasma atomizing is performed; a plasma torch emitting thermal plasma while supplying an inert gas into the process chamber; a metal supply means for supplying while rotating the metal round rod to the position of the emitted thermal plasma; a cyclone separator in which the metal ring rod separates the powdered metal powder from the inert gas through the thermal plasma; and a storage container for collecting the separated metal powder.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 금속공급수단은, 일측 및 타측 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 수직선을 기준으로 기 설정된 각도만큼 경사지게 상기 공정챔버의 내부로 일측금속환봉 및 타측금속환봉 중에서 선택된 적어도 하나를 공급하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, the metal supply means is selected from one side metal round bar and the other side metal round bar to the inside of the process chamber to be inclined by a preset angle based on a vertical line from at least one side selected from one side and the other side An apparatus for manufacturing a metal powder using a thermal plasma supplying at least one may be provided.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 금속공급수단은, 각각 상기 금속환봉을 공급하는 구동력을 제공하는 로터리모터; 상기 로터리모터의 구동력에 따라 회전하는 구동로드; 상기 로터리모터와 결합되어 상기 로터리모터를 선형이동시키는 리니어가이드; 및 상기 구동로드의 끝단에 구비되어 상기 금속환봉의 후단부를 고정시키는 고정척;를 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, the metal supply means, a rotary motor that provides a driving force for supplying the metal round rod, respectively; a driving rod rotating according to the driving force of the rotary motor; a linear guide coupled to the rotary motor to linearly move the rotary motor; And a fixing chuck provided at the end of the driving rod to fix the rear end of the metal round rod; a metal powder manufacturing apparatus using a thermal plasma comprising a can be provided.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 금속공급수단은, 상기 고정블록에서 상기 공정챔버의 외면 사이에 상기 기 설정된 각도로 구비되어 상기 공정챔버에 공급되는 상기 금속환봉을 가이드하는 안착가이드;를 더 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, the metal supply means is provided at the predetermined angle between the outer surfaces of the process chamber in the fixed block and a seating guide for guiding the metal round rod supplied to the process chamber; An apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma further comprising may be provided.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 금속환봉의 공급라인상에 구비되어 상기 금속환봉을 공급하는 중에 상기 금속환봉이 기 설정된 부착위치까지 이동한 경우 상기 금속환봉의 후단부에 후속금속환봉을 부착시키는 맞대기용접기;를 더 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, when the metal round bar is provided on the supply line of the metal round bar and moves to a preset attachment position while the metal round bar is supplied, a subsequent metal round bar is formed at the rear end of the metal round bar. A butt welding machine for attaching; may be provided with a metal powder manufacturing apparatus using a thermal plasma further comprising.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 금속환봉은, 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 텅스텐(W) 중 선택된 적어도 하나의 소재를 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, the metal ring rod, titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), Metal powder manufacturing using thermal plasma containing at least one material selected from aluminum (Al), manganese (Mn), silicon (Si), molybdenum (Mo), cobalt (Co), magnesium (Mg), and tungsten (W) A device may be provided.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 공정챔버의 내부로 불활성가스를 공급하는 단계; 상기 공정챔버에 구비되는 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사하는 단계; 금속공급수단을 통해 상기 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키는 단계; 상기 열플라즈마를 통해 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 상기 불활성가스와 분리시키는 단계; 및 분리된 상기 금속분말을 저장용기에 수집하는 단계;를 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of supplying an inert gas to the inside of the process chamber; emitting thermal plasma through a plasma torch provided in the process chamber; The step of supplying powder while rotating the metal round rod to the position of the thermal plasma emitted through the metal supply means; separating the powdered metal powder through the thermal plasma from the inert gas through a cyclone separator; and collecting the separated metal powder in a storage container.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키는 단계는, 일측 및 타측 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 수직선을 기준으로 기 설정된 각도만큼 경사지게 상기 공정챔버의 내부로 일측금속환봉 및 타측금속환봉 중에서 선택된 적어도 하나를 공급하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, the step of supplying and powdering while rotating the metal round rod, at least one side selected from one side and the other side is inclined by a preset angle with respect to a vertical line to the inside of the process chamber. A metal powder manufacturing method using a thermal plasma for supplying at least one selected from the round bar and the other metal round bar can be provided.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 금속환봉을 공급하는 중에 상기 금속환봉이 기 설정된 부착위치까지 이동한 경우 맞대기용접기를 통해 상기 금속환봉의 후단부에 후속금속환봉을 부착시키는 단계;를 더 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, when the metal round bar moves to a preset attachment position while supplying the metal round bar, attaching a subsequent metal round bar to the rear end of the metal round bar through a butt welding machine; more A method for manufacturing a metal powder using a thermal plasma comprising the may be provided.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 금속환봉은, 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 텅스텐(W) 중 선택된 적어도 하나의 소재를 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, the metal ring rod is titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), Metal powder manufacturing using thermal plasma containing at least one material selected from aluminum (Al), manganese (Mn), silicon (Si), molybdenum (Mo), cobalt (Co), magnesium (Mg), and tungsten (W) A method may be provided.

본 발명은 공정챔버의 내부에 불활성가스가 제공되는 공정챔버의 내부로 플라즈토치를 통해 열플라즈마를 출사하고, 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키며, 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 가스와 금속분말로 분리시킨 후에, 저장용기에 금속분말을 수집함으로써, 3D 프린팅용 금속분말의 수율 및 분말흐름도를 향상시킬 수 있는 위성입자가 적은 구형의 금속분말을 제조할 수 있다.The present invention emits thermal plasma through a plasma torch to the inside of a process chamber in which an inert gas is provided inside the process chamber, rotates a metal round rod to the position of the emitted thermal plasma, and supplies it to powder, powdered metal After separating the powder into gas and metal powder through a cyclone separator, by collecting the metal powder in a storage container, it is possible to prepare a spherical metal powder with few satellite particles that can improve the yield and powder flow of metal powder for 3D printing. can

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치를 예시한 도면이고,
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치의 세부구성을 설명하기 위한 도면이며,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 열플라즈마를 이용하여 금속분말을 제조하는 과정을 나타낸 플로우차트이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 Ti 금속분말의 광학현미경사진을 나타낸 도면이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 Ti 금속분말의 전자현미경사진을 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating an apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma according to an embodiment of the present invention;
2 to 10 are diagrams for explaining the detailed configuration of an apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma according to an embodiment of the present invention;
11 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a metal powder using thermal plasma according to another embodiment of the present invention;
12 is a view showing an optical micrograph of a Ti metal powder prepared by a manufacturing method according to another embodiment of the present invention,
13 is a view showing an electron micrograph of a Ti metal powder prepared by a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of embodiments of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치를 예시한 도면이고, 도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치의 세부구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view illustrating an apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 10 are detailed configuration of an apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma according to an embodiment of the present invention It is a drawing for explaining.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치는 공정챔버(110), 플라즈마토치(120), 금속공급수단(130), 사이클론분리기(140), 저장용기(150), 맞대기용접기(160) 등을 포함할 수 있다.1 to 10 , the apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma according to an embodiment of the present invention includes a process chamber 110 , a plasma torch 120 , a metal supply means 130 , and a cyclone separator 140 . , a storage container 150 , butt welding machine 160 , etc. may be included.

공정챔버(110)는 플라즈마 아토마이징이 수행되는 챔버로서, 불활성 분위기 상태로 유지될 수 있으며, 내외부가 밀폐된 상태로 유지될 수 있으며, 필요에 따라 진공상태로 유지될 수 있는데, 대략 10-3 Torr의 압력범위로 유지시킬 수 있도록 진공펌프(도시 생략됨)를 구비할 수 있으며, 이러한 진공펌프는 예를 들면, 부스터펌프, 로터리펌프 등을 포함할 수 있다.The process chamber 110 is a chamber in which plasma atomization is performed, and may be maintained in an inert atmosphere, may be maintained in a sealed state inside and outside, and may be maintained in a vacuum state if necessary, approximately 10 -3 A vacuum pump (not shown) may be provided to maintain the pressure range of Torr, and such a vacuum pump may include, for example, a booster pump, a rotary pump, and the like.

플라즈마토치(120)는 공정챔버(110)의 내부로 열플라즈마를 출사하는 것으로, 열플라즈마는 아크방전을 통해 발생시킨 전자, 이온 및 중성입자로 구성된 기체로서, 구성입자가 1000-20000 ℃의 온도범위와 100-2000 m/s의 속도범위를 갖도록 출사될 수 있다.The plasma torch 120 emits thermal plasma into the process chamber 110, and the thermal plasma is a gas composed of electrons, ions, and neutral particles generated through arc discharge, and the constituent particles have a temperature of 1000-20000 ℃. It can be emitted to have a range and a speed range of 100-2000 m/s.

여기에서, 플라즈마토치(120)는 불활성가스(예를 들면, 아르곤(Ar)가스, 질소(N2)가스 등)를 공급하는 공급가스탱크(121) 및 가스공급관(122)을 구비하여 플라즈마토치(120)의 내부를 통해 불활성가스를 공급함으로써, 플라즈마공정을 원활하게 수행할 수 있다.Here, the plasma torch 120 is provided with a supply gas tank 121 and a gas supply pipe 122 for supplying an inert gas (eg, argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas, etc.) to the plasma torch By supplying an inert gas through the inside of 120, the plasma process can be smoothly performed.

이러한 불활성가스는 플라즈마공정을 통해 용융된 금속에 고속으로 공급하여 용융된 금속을 분무시켜 냉각되도록 하여 분말화시키는 냉각가스로 작용할 수 있다.Such an inert gas may act as a cooling gas that is supplied to the molten metal at a high speed through a plasma process and is cooled by spraying the molten metal to be powdered.

그리고, 플라즈마토치(120)는 내부에서 발생된 열플라즈마를 기 설정된 각도에 따라 일측부 및 타측부 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 회전되면서 공급되는 금속환봉(10)을 향해 수직 하방으로 출사할 수 있다.In addition, the plasma torch 120 may emit the thermal plasma generated therein vertically downward toward the metal round rod 10 supplied while being rotated from at least one side selected from one side and the other side according to a preset angle. .

예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 금속공급수단(130)을 통해 기 설정된 각도(예를 들면, 30-60도 등)에 따라 경사지게 회전 공급되는 금속환봉(10)의 말단부(즉, 하부 끝단부 모서리부분)에 열플라즈마를 출사함으로써, 금속환봉(10)의 말단부를 용융 및 증발시킬 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the distal end (ie, the lower part) of the metal round bar 10 that is supplied obliquely according to a preset angle (eg, 30-60 degrees) through the metal supply means 130 . By emitting a thermal plasma to the end edge portion), it is possible to melt and evaporate the distal end of the metal round bar 10 .

이러한 플라즈마토치(120)의 내부구성과 열플라즈마의 발생 및 출사에 대해서는 종래에 다양하게 개시되어 있으므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the internal configuration of the plasma torch 120 and the generation and emission of thermal plasma have been variously disclosed in the prior art, a detailed description thereof will be omitted.

금속공급수단(130)은 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉(10)을 회전시키면서 공급하는 것으로, 금속환봉은 예를 들면, 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 텅스텐(W) 중 선택된 적어도 하나의 소재를 포함할 수 있다.The metal supply means 130 is to supply while rotating the metal round bar 10 to the position of the emitted thermal plasma, the metal round bar is, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), chromium ( Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), aluminum (Al), manganese (Mn), silicon (Si), molybdenum (Mo), cobalt (Co), magnesium (Mg) and tungsten ( It may include at least one material selected from W).

이러한 금속공급수단(130)은 도 1 내지 도 9에 도시한 바와 같이 일측 및 타측 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 수직선을 기준으로 기 설정된 각도(예를 들면, 30-60도 등)만큼 경사지게 공정챔버(110)의 내부로 일측금속환봉(10) 및 타측금속환봉(10) 중에서 선택된 적어도 하나를 일측부, 타측부 등에서 각각 공급할 수 있는데, 각각 로터리모터(131), 구동로드(132), 리니어가이드(133), 고정척(134), 안착가이드(135), 결합가이드블록(136) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 9, the metal supply means 130 is inclined by a preset angle (for example, 30-60 degrees, etc.) with respect to a vertical line on at least one side selected from one side and the other side. At least one selected from one side metal round bar 10 and the other side metal round bar 10 into the inside of 110 can be supplied to one side, the other side, etc., respectively, a rotary motor 131, a driving rod 132, a linear guide 133 , a fixing chuck 134 , a seating guide 135 , a coupling guide block 136 , and the like.

여기에서, 로터리모터(131)는 금속환봉(10)을 회전시키는 회전력을 제공할 수 있고, 구동로드(132)는 로터리모터(132)의 회전력에 따라 회전할 수 있으며, 리니어가이드(133)는 리니어모터, 리니어레일, 이동블록 등을 포함하여 로터리모터(131)와 결합되어 로터리모터(131)를 선형 이동시킬 수 있고, 이에 따라 로터리모터(131)와 리니어가이드(133)를 통해 금속환봉(10)을 회전시키면서 전단방향으로 이동 공급할 수 있다.Here, the rotary motor 131 may provide a rotational force for rotating the metal round rod 10, the driving rod 132 may rotate according to the rotational force of the rotary motor 132, and the linear guide 133 is It is coupled with the rotary motor 131, including a linear motor, a linear rail, a moving block, and the like to linearly move the rotary motor 131, and accordingly, through the rotary motor 131 and the linear guide 133, the metal round bar ( 10) can be moved and supplied in the shear direction while rotating.

즉, 로터리모터(132)의 회전력에 따라 금속환봉(10)은 회전되고, 리니어가이드(133)의 선형 이동력에 따라 금속환봉(10)이 전단방향 또는 후단방향으로 이동함으로써, 금속환봉(10)을 회전시키면서 전단방향으로 이동 공급하거나, 혹은 후속금속환봉(10A)의 공급 시 후단방향으로 이동시킬 수 있다.That is, the metal round bar 10 is rotated according to the rotational force of the rotary motor 132, and the metal round bar 10 is moved in the front end direction or the rear end direction according to the linear moving force of the linear guide 133, so that the metal round bar 10 ) may be moved in the front end direction while rotating, or may be moved in the rear end direction when the subsequent metal round bar 10A is supplied.

그리고, 고정척(134)은 예를 들면, 콜렛척(collet chuck) 등을 포함하며, 구동로드(132)의 끝단에 구비되어 공압방식 또는 유압방식으로 동작되는 액추에이터(134a)의 구동에 따라 금속환봉(10)의 후단부를 고정시킬 수 있고, 안착가이드(135)는 예를 들면, 볼트랜스퍼(ball transfer), 볼부싱(ball bushing) 등을 포함하며, 금속환봉(10)의 공급 라인상에서 기 설정된 각도(예를 들면, 120도 등)로 구비되어 공정챔버(110)에 공급되는 금속환봉(10)을 가이드할 수 있다.In addition, the fixed chuck 134 includes, for example, a collet chuck, etc., and is provided at the end of the driving rod 132 and is operated in a pneumatic or hydraulic manner according to the driving of the actuator 134a. It is possible to fix the rear end of the round bar 10, the seating guide 135 includes, for example, a bolt transfer (ball transfer), a ball bushing, etc., on the supply line of the metal round bar 10. It is provided at a set angle (eg, 120 degrees, etc.) can guide the metal round bar 10 supplied to the process chamber (110).

여기에서, 고정척(134)은 전단부가 절개되어 있으면서 후단부에 구비되는 고정링(134b)이 액추에이터(134a)의 구동에 따라 전단방향 또는 후단방향으로 이동하는 방식으로, 금속환봉(10)을 고정하거나, 혹은 고정해제시킬 수 있다.Here, the fixing chuck 134 is a method in which the fixing ring 134b provided at the rear end is moved in the front end direction or the rear end direction according to the driving of the actuator 134a while the front end is cut, the metal round bar 10 is It can be fixed or unfixed.

상술한 바와 같은 안착가이드(135)는 별도의 고정수단(예를 들면, 지지프레임, 클램프 등)을 통해 금속환봉(10)이 공급되는 기 설정된 각도에 따라 경사지게 구비될 수 있다.The seating guide 135 as described above may be inclined according to a preset angle at which the metal round rod 10 is supplied through a separate fixing means (eg, a support frame, a clamp, etc.).

한편, 결합가이드블록(136)은 공정챔버(110)의 내부에 금속환봉(10)을 이동시킬 수 있도록 공정챔버(110)에 구비되어 금속환봉(10)을 열플라즈마가 출사되는 위치로 안내하는 블록으로, 안착가이드(135)의 끝단부와 기 설정된 각도를 갖도록 공정챔버(110)의 측면에 구비될 수 있다.On the other hand, the coupling guide block 136 is provided in the process chamber 110 to move the metal round bar 10 inside the process chamber 110 to guide the metal round bar 10 to the position where the thermal plasma is emitted. As a block, it may be provided on the side of the process chamber 110 to have a preset angle with the end of the seating guide 135 .

이러한 결합가이드블록(136)의 내주면에는 내외부 밀폐상태를 유지시킬 수 있도록 회전용 씰(rotary seal)이 구비될 수 있다.A rotary seal may be provided on the inner circumferential surface of the coupling guide block 136 to maintain an inner and outer sealed state.

상술한 바와 같이 금속공급수단(130)을 통해 금속환봉(10)이 기 설정된 각도에 따라 일측부 및 타측부에서 각각 회전되면서 공급되기 때문에, 금속환봉(10)의 하단 외주면부터 열플라즈마를 이용하여 용융 및 분말화될 수 있다.Since the metal round bar 10 is supplied while being rotated from one side and the other side, respectively, according to a preset angle through the metal supply means 130 as described above, using thermal plasma from the lower outer peripheral surface of the metal round bar 10 It can be melted and powdered.

사이클론분리기(140)는 금속환봉(10)이 열플라즈마를 통해 분말화된 금속분말을 불활성가스와 분리시키는 것으로, 원통형의 몸체를 가지면서 직경이 하방으로 갈수록 점차 감소하도록 구비되며, 원심력에 따른 선회운동(turning movement)과 동시에 중력에 따라 낙하하면서 나선형(spiral) 형태를 나타내어 외부선회류 흐름을 유지할 수 있다.The cyclone separator 140 is a metal round rod 10 that separates the powdered metal powder from the inert gas through thermal plasma, has a cylindrical body and is provided so that the diameter gradually decreases downward, and turns according to centrifugal force It is possible to maintain the external swirling flow by showing a spiral shape while falling according to gravity at the same time as the turning movement.

이러한 사이클론분리기(140)의 하단부 역삼각형 지점에 도달하면 분말입자의 분리현상이 발생하고, 무게에 따라 하부에 위치하는 저장용기(150)로 이동할 수 있다.When the cyclone separator 140 reaches the inverted triangle point at the lower end, separation of the powder particles occurs, and may move to the storage container 150 located at the lower portion according to the weight.

이러한 금속분말의 입자크기는 PBF(powder bed fusion)방식의 3D 프린팅을 위한 원료분말로 사용하기 위해서 대략 15-45 ㎛의 크기범위를 가질 수 있으며, DED(direct energy deposition)방식의 경우에는 대략 45-150 ㎛의 크기범위를 가질 수 있다.The particle size of this metal powder can have a size range of about 15-45 μm for use as a raw material powder for 3D printing of the PBF (powder bed fusion) method, and about 45 in the case of the DED (direct energy deposition) method. It may have a size range of -150 μm.

이러한 사이클론분리기(140)는 상대적으로 작은 무게을 갖는 금속분말은 반전 유체 흐름에 따라 내부 원통관을 따라 내부선회류를 형성하여 금속분말을 분리시킨 가스(불활성가스를 포함함)와 함께 배출관(142)을 통해 배출될 수 있다.In this cyclone separator 140, the metal powder having a relatively small weight forms an internal swirl flow along the internal cylindrical pipe according to the reverse fluid flow to separate the metal powder together with the gas (including the inert gas) and the discharge pipe 142 can be released through

한편, 상술한 바와 같은 사이클론분리기(140)는 도 9에 도시한 바와 같이 금속분말과 가스를 분리하여 분리된 금속분말을 1차 수집한 후에, 추가적으로 상대적으로 더 작은 무게의 금속분말을 수집하기 위해 추가사이클론분리기(140A)를 더 구비할 수 있으며, 이러한 추가사이클론분리기(140A)를 통해 1차 수집된 금속분말의 크기보다 상대적으로 더 작은 크기(예를 들면, 1-10 ㎛ 등)의 금속분말을 2차 분리할 수 있다.On the other hand, the cyclone separator 140 as described above separates the metal powder and the gas as shown in FIG. 9 to first collect the separated metal powder, and additionally to collect the metal powder having a relatively smaller weight. An additional cyclone separator 140A may be further provided, and the metal powder having a relatively smaller size (eg, 1-10 μm, etc.) than the size of the metal powder first collected through the additional cyclone separator 140A can be secondarily separated.

또한, 상술한 바와 같은 사이클론분리기(140)의 후단에는 도 10에 도시한 바와 같이 가스 리사이클링(gas recycling)을 위한 장치들이 추가로 구비될 수 있는데, 사이클론분리기(140)를 통해 분리된 미세분말과 불활성가스는 백챔버(143)로 이동되고, 미세분말은 백챔버(143)의 하부에 위치하는 백챔버용기(144)에 수거될 수 있으며, 이중 극미세분말 및 분진은 백챔버(143) 내부에 구비되는 적어도 하나의 집진필터를 통해 제거될 수 있다.In addition, devices for gas recycling may be additionally provided at the rear end of the cyclone separator 140 as shown in FIG. 10 , and the fine powder separated through the cyclone separator 140 and The inert gas is moved to the bag chamber 143 , and the fine powder may be collected in the bag chamber container 144 located below the bag chamber 143 , and the ultrafine powder and dust are inside the bag chamber 143 . It may be removed through at least one dust collecting filter provided in the .

이 후, 미세분말과 분리된 불활성가스는 블로워(146)를 통해 리사이클링 라인으로 유동시켜 버퍼탱크(146)로 유입시킬 수 있으며, 버퍼탱크(146)에 유입되어 일시적으로 저장되는 불활성가스는 기 설정된 유량만큼 압축기(147)로 공급되고, 압축기(147)는 공급되는 불활성가스를 균일하게 압축한 후에, 다시 공급가스탱크(121)로 공급함으로써, 리사이클링된 불활성가스는 공급가스탱크(121)에 저장될 수 있다.Thereafter, the inert gas separated from the fine powder may flow into the recycling line through the blower 146 and may be introduced into the buffer tank 146 , and the inert gas that is introduced into the buffer tank 146 and temporarily stored is a preset The flow rate is supplied to the compressor 147 , and the compressor 147 uniformly compresses the supplied inert gas and then supplies it back to the supply gas tank 121 , so that the recycled inert gas is stored in the supply gas tank 121 . can be

저장용기(150)는 사이클론분리기(140)를 통해 분리된 금속분말을 수집하는 용기로, 사이클론분리기(140)의 하부에 구비되어 사이클론분리기(140)를 통해 분리되어 하향 이동하는 금속분말을 수집 및 저장할 수 있다.The storage container 150 is a container for collecting the metal powder separated through the cyclone separator 140, and is provided at the lower part of the cyclone separator 140 to collect and move downward metal powder separated through the cyclone separator 140. can be saved

물론, 추가사이클론분리기(140A)가 구비될 경우 도 10에 도시한 바와 같이 추가저장용기(150A)도 추가로 구비될 수 있으며, 이를 통해 1차 수집된 금속분말의 크기보다 상대적으로 더 작은 크기(예를 들면, 1-10 ㎛ 등)의 금속분말을 2차 수집할 수 있다.Of course, when the additional cyclone separator 140A is provided, an additional storage container 150A may also be additionally provided as shown in FIG. For example, metal powder of 1-10 μm, etc.) may be collected secondary.

맞대기용접기(160)는 금속환봉(10)의 공급라인상에 구비되어 금속환봉(10)을 공급하는 중에 금속환봉(10)이 기 설정된 부착위치까지 이동한 경우 금속환봉(10)의 후단부에 저항용접방식(예를 들면, 업셋용접과 플래시용접이 혼합된 형태)으로 후속금속환봉(10A)을 부착시키는 것으로, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 일측전극지그(161), 타측전극지그(162), 전원공급기(163) 등을 포함할 수 있다.The butt welder 160 is provided on the supply line of the metal round bar 10 and is provided on the rear end of the metal round bar 10 when the metal round bar 10 is moved to a preset attachment position while the metal round bar 10 is supplied. By attaching a subsequent metal round bar 10A by a resistance welding method (for example, a mixed form of upset welding and flash welding), one electrode jig 161, the other electrode jig as shown in FIGS. 4 to 6 162 , and a power supply 163 may be included.

여기에서, 일측전극지그(161)는 금속환봉(10)의 후단부가 안착될 경우 고정시킬 수 있고, 타측전극지그(162)는 금속환봉(10)의 후단부에 맞대기용접(butt welding)으로 부착시키기 위한 후속금속환봉(10A)가 안착될 경우 고정시킬 수 있다.Here, one electrode jig 161 can be fixed when the rear end of the metal round bar 10 is seated, and the other electrode jig 162 is attached to the rear end of the metal round bar 10 by butt welding. When the subsequent metal round bar (10A) is seated, it can be fixed.

이러한 일측전극지그(161) 및 타측전극지그(162)에 각각 금속환봉(10) 및 후속금속환봉(10A)이 안착되어 접촉된 상태로 고정될 경우 기 설정된 압력을 가하면서 전원공급기(163)를 통해 공급되는 대전류를 이용하여 금속환봉(10) 및 후속금속환봉(10A)을 저항용접방식으로 맞대기용접할 수 있다.When the metal round bar 10 and the subsequent metal round bar 10A are seated and fixed in contact with these one electrode jig 161 and the other electrode jig 162, respectively, while applying a preset pressure, the power supply 163 is turned on. By using a large current supplied through the metal round bar 10 and the subsequent metal round bar (10A) can be butt welded in a resistance welding method.

여기에서, 금속환봉(10) 및 후속금속환봉(10A)은 각각 후단면 중앙부에 원형의 부착돌기(11)가 형성될 수 있는데, 이는 각 후단부에 미리 부착돌기(11)를 용접하여 부착할 경우 맞대기용접을 수행할 때 부착돌기(11)에 대전류가 집중되어 금속환봉(10)과 후속금속환봉(10A)의 부착력을 향상시키고 열 영향부 및 가열 범위를 좁게 하기 위함이다.Here, the metal round bar 10 and the subsequent metal round bar 10A may each have a circular attachment protrusion 11 formed in the center of the rear end surface, which is attached by welding the attachment protrusion 11 to each rear end in advance. In the case of butt welding, a large current is concentrated on the attachment protrusion 11 to improve the adhesion of the metal round bar 10 and the subsequent metal round bar 10A, and to narrow the heat-affected zone and heating range.

그리고, 최초 공급되는 금속환봉(10)은 하나의 금속환봉(10)이 금속공급수단(130)에 결합되어 회전 공급되는 것보다 두 개의 금속환봉(10)이 부착된 상태로 공급될 수 있으며, 이는 후속금속환봉(10A)을 공정챔버(110)의 외부에서 부착시킴으로써, 안정적으로 금속환봉(10)과 후속금속환봉(10A)을 부착시킬 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마공정을 통해 금속분말의 제조 후에 남은 금속환봉(10)을 끝까지 사용할 수 있도록 하는 장점이 있다.And, the metal round bar 10 supplied initially may be supplied in a state in which two metal round bars 10 are attached, rather than one metal round bar 10 is coupled to the metal supply means 130 and rotated. This is by attaching the subsequent metal round bar 10A from the outside of the process chamber 110, as well as being able to stably attach the metal round bar 10 and the subsequent metal round bar 10A through the plasma process remaining after the production of the metal powder There is an advantage in that the metal round bar 10 can be used to the end.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치에서는 최초 두 개의 금속환봉(10)이 금속공급수단(130)을 통해 공정챔버(110)의 내부로 회전 공급되어 열플라즈마를 통해 분말화되는 중에 리니어가이드(133)의 이동거리를 검출하고, 하나의 금속환봉(10)이 기 설정된 부착위치(즉, 기 설정된 용접위치)까지 이동한 것으로 판단될 경우 구동을 중지한 후에, 별도의 로봇암 또는 금속환봉공급기를 통해 후속금속환봉(10A)을 타측전극지그(162)에 금속환봉(10)의 후단부에 접촉하도록 안착 고정시키며, 맞대기용접기(160)를 통해 맞대기용접할 수 있으며, 맞대기용접이 완료된 후에 다시 리니어가이드(133)를 구동시켜 공정챔버(110)의 내부로 금속환봉(10)과 후속금속환봉(10A)이 부착된 상태로 회전 공급될 수 있다.On the other hand, in the apparatus for manufacturing metal powder using thermal plasma according to an embodiment of the present invention as described above, the first two metal round rods 10 are rotated and supplied into the process chamber 110 through the metal supply means 130 . When it is determined that the movement distance of the linear guide 133 is detected while being powdered through thermal plasma, and it is determined that one metal round bar 10 has moved to a preset attachment position (ie, a preset welding position), the drive is stopped. After stopping, the subsequent metal round bar 10A is seated and fixed in contact with the rear end of the metal round bar 10 on the other electrode jig 162 through a separate robot arm or a metal round bar feeder, and through a butt welder 160 It can be butt welded, and after the butt welding is completed, the linear guide 133 is driven again to rotate the metal round bar 10 and the subsequent metal round bar 10A into the process chamber 110 in a state in which it is attached. .

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정챔버의 내부에 불활성가스가 제공되는 공정챔버의 내부로 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사하고, 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키며, 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 가스와 금속분말로 분리시킨 후에, 저장용기에 금속분말을 수집함으로써, 3D 프린팅용 금속분말의 수율 및 분말흐름도를 향상시킬 수 있는 위성입자가 적은 구형의 금속분말을 제조할 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, the thermal plasma is emitted through the plasma torch into the process chamber in which the inert gas is provided inside the process chamber, and the metal round rod is rotated to the position of the emitted thermal plasma. After separating the powdered metal powder into gas and metal powder through a cyclone separator, collecting the metal powder in a storage container, satellite particles that can improve the yield and powder flow rate of metal powder for 3D printing are produced. A small spherical metal powder can be produced.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 열플라즈마를 이용하여 금속분말을 제조하는 과정을 나타낸 플로우차트이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 Ti 금속분말의 광학현미경사진을 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 Ti 금속분말의 전자현미경사진을 나타낸 도면이다.11 is a flowchart showing a process of manufacturing a metal powder using thermal plasma according to another embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an optical microscope of Ti metal powder manufactured by a manufacturing method according to another embodiment of the present invention. It is a view showing a photograph, and FIG. 13 is a view showing an electron microscope photograph of the Ti metal powder manufactured by the manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 공정챔버(110)의 내부에 불활성가스를 공급할 수 있다(단계1110).11 to 13 , an inert gas may be supplied to the inside of the process chamber 110 (step 1110).

그리고, 공정챔버(110)의 내부에 구비되는 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사할 수 있다(단계1120).In addition, thermal plasma may be emitted through a plasma torch provided in the process chamber 110 (step 1120).

여기에서, 열플라즈마는 아크방전을 통해 발생시킨 전자, 이온 및 중성입자로 구성된 기체로서, 구성입자가 1000-20000 ℃의 온도범위와 100-2000 m/s의 속도범위를 갖도록 출사될 수 있는데, 플라즈마토치(120)는 내부에서 발생된 열플라즈마를 기 설정된 각도에 따라 일측부 및 타측부 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 회전되면서 공급되는 금속환봉(10)을 향해 수직 하방으로 출사할 수 있다.Here, the thermal plasma is a gas composed of electrons, ions, and neutral particles generated through arc discharge, and the constituent particles may be emitted to have a temperature range of 1000-20000 ℃ and a speed range of 100-2000 m/s, The plasma torch 120 may emit the thermal plasma generated therein in a vertical downward direction toward the metal round rod 10 which is supplied while being rotated from at least one side selected from one side and the other side according to a preset angle.

또한, 플라즈마토치(120)에는 불활성가스(예를 들면, 아르곤(Ar)가스, 질소(N2)가스 등)를 공급하는 공급가스탱크(121) 및 가스공급관(122)을 구비하여 플라즈마토치(120)의 내부를 통해 불활성가스를 공급함으로써, 플라즈마공정을 원활하게 수행할 수 있다.In addition, the plasma torch 120 is provided with a supply gas tank 121 and a gas supply pipe 122 for supplying an inert gas (eg, argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas, etc.) to the plasma torch ( 120), by supplying an inert gas through the inside, the plasma process can be smoothly performed.

또한, 금속공급수단(130)을 통해 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉(10)을 회전시키면서 공급하여 분말화시킬 수 있다(단계1130).In addition, while rotating the metal round rod 10 to the position of the thermal plasma emitted through the metal supply means 130 can be supplied and powdered (step 1130).

여기에서, 금속환봉은 예를 들면, 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 텅스텐(W) 중 선택된 어느 하나의 소재를 포함할 수 있다.Here, the metal ring rod is, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), aluminum (Al), It may include any one material selected from manganese (Mn), silicon (Si), molybdenum (Mo), cobalt (Co), magnesium (Mg), and tungsten (W).

상기 금속환봉(10)을 회전시키면서 공급하여 분말화시키는 단계(1130)에서는, 일측 및 타측 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 수직선을 기준으로 기 설정된 각도만큼 경사지게 공정챔버(110)의 내부로 일측금속환봉(10) 및 타측금속환봉(10) 중에서 선택된 적어도 하나를 일측부, 타측부 등에서 각각 공급할 수 있다.In the step 1130 of supplying and powdering the metal round bar 10 while rotating, at least one side selected from one side and the other side is inclined by a preset angle with respect to the vertical line to the inside of the process chamber 110. One side metal round bar ( 10) and at least one selected from the metal round bar 10 on the other side may be supplied on one side, the other side, etc., respectively.

예를 들면, 로터리모터(131)는 금속환봉(10)을 회전시키는 회전력을 제공할 수 있고, 구동로드(132)는 로터리모터(132)의 회전력에 따라 회전할 수 있으며, 리니어가이드(133)는 리니어모터, 리니어레일, 이동블록 등을 포함하여 로터리모터(131)와 결합되어 로터리모터(131)를 선형 이동시킬 수 있고, 이에 따라 로터리모터(131)와 리니어가이드(133)를 통해 금속환봉(10)을 회전시키면서 전단방향으로 이동 공급할 수 있다.For example, the rotary motor 131 may provide a rotational force for rotating the metal round rod 10, the driving rod 132 may rotate according to the rotational force of the rotary motor 132, the linear guide 133 can be coupled with the rotary motor 131, including a linear motor, a linear rail, a moving block, etc. to linearly move the rotary motor 131, and thus the metal round bar through the rotary motor 131 and the linear guide 133 (10) can be moved and supplied in the shear direction while rotating.

즉, 로터리모터(132)의 회전력에 따라 금속환봉(10)은 회전되고, 리니어가이드(133)의 선형 이동력에 따라 금속환봉(10)이 전단방향 또는 후단방향으로 이동함으로써, 금속환봉(10)을 회전시키면서 전단방향으로 이동 공급하거나, 혹은 후속금속환봉(10A)의 공급 시 후단방향으로 이동시킬 수 있다.That is, the metal round bar 10 is rotated according to the rotational force of the rotary motor 132, and the metal round bar 10 is moved in the front end direction or the rear end direction according to the linear moving force of the linear guide 133, so that the metal round bar 10 ) may be moved in the front end direction while rotating, or may be moved in the rear end direction when the subsequent metal round bar 10A is supplied.

그리고, 고정척(134)은 구동로드(132)의 끝단에 구비되어 공압방식 또는 유압방식으로 동작되는 액추에이터(134a)의 구동에 따라 금속환봉(10)의 후단부를 고정시킬 수 있고, 안착가이드(135)는 예를 들면, 볼트랜스퍼(ball transfer), 볼부싱(ball bushing) 등을 포함하며, 금속환봉(10)의 공급 라인상에서 기 설정된 각도(예를 들면, 120도 등)로 구비되어 공정챔버(110)에 공급되는 금속환봉(10)을 가이드할 수 있다.And, the fixing chuck 134 is provided at the end of the driving rod 132 and can fix the rear end of the metal round rod 10 according to the driving of the actuator 134a operated in a pneumatic or hydraulic manner, and a seating guide ( 135) includes, for example, a bolt transfer (ball transfer), a ball bushing, etc., and is provided at a preset angle (eg, 120 degrees, etc.) on the supply line of the metal round bar 10 to process The metal round rod 10 supplied to the chamber 110 may be guided.

여기에서, 고정척(134)은 전단부가 절개되어 있으면서 후단부에 구비되는 고정링(134b)이 액추에이터(134a)의 구동에 따라 전단방향 또는 후단방향으로 이동하는 방식으로, 금속환봉(10)을 고정하거나, 혹은 고정해제시킬 수 있다.Here, the fixing chuck 134 is a method in which the fixing ring 134b provided at the rear end is moved in the front end direction or the rear end direction according to the driving of the actuator 134a while the front end is cut, the metal round bar 10 is It can be fixed or unfixed.

상술한 바와 같은 안착가이드(135)는 별도의 고정수단(예를 들면, 지지프레임, 클램프 등)을 통해 금속환봉(10)이 공급되는 기 설정된 각도에 따라 경사지게 구비될 수 있다.The seating guide 135 as described above may be inclined according to a preset angle at which the metal round rod 10 is supplied through a separate fixing means (eg, a support frame, a clamp, etc.).

한편, 결합가이드블록(136)은 공정챔버(110)의 내부에 금속환봉(10)을 이동시킬 수 있도록 공정챔버(110)에 구비되어 금속환봉(10)을 열플라즈마가 출사되는 위치로 안내하는 블록으로, 안착가이드(135)의 끝단부와 기 설정된 각도를 갖도록 공정챔버(110)의 측면에 구비될 수 있다.On the other hand, the coupling guide block 136 is provided in the process chamber 110 to move the metal round bar 10 inside the process chamber 110 to guide the metal round bar 10 to the position where the thermal plasma is emitted. As a block, it may be provided on the side of the process chamber 110 to have a preset angle with the end of the seating guide 135 .

이러한 결합가이드블록(136)의 내주면에는 내외부 밀폐상태를 유지시킬 수 있도록 회전용 씰(rotary seal)이 구비될 수 있다.A rotary seal may be provided on the inner circumferential surface of the coupling guide block 136 to maintain an inner and outer sealed state.

상술한 바와 같이 금속공급수단(130)을 통해 금속환봉(10)이 기 설정된 각도에 따라 일측부 및 타측부에서 각각 회전되면서 공급되기 때문에, 금속환봉(10)의 하단 외주면부터 열플라즈마를 이용하여 용융 및 분말화될 수 있다.Since the metal round bar 10 is supplied while being rotated from one side and the other side, respectively, according to a preset angle through the metal supply means 130 as described above, using thermal plasma from the lower outer peripheral surface of the metal round bar 10 It can be melted and powdered.

다음에, 금속환봉(10)을 공급하는 중에 금속환봉(10)이 기 설정된 부착위치(즉, 기 설정된 용접위치)까지 이동한 경우 열플라즈마토치(120)를 이용한 열플라즈마의 출사를 정지시킨 후에(단계1140A), 맞대기용접기(160)를 통해 금속환봉(10)의 후단부에 후속금속환봉을 부착시킬 수 있다(단계1140B).Next, while the metal round bar 10 is supplied, when the metal round bar 10 moves to a preset attachment position (ie, a preset welding position), after stopping the emission of thermal plasma using the thermal plasma torch 120 (Step 1140A), it is possible to attach a subsequent metal round bar to the rear end of the metal round bar 10 through the butt welder 160 (step 1140B).

예를 들면, 최초 두 개의 금속환봉(10)이 금속공급수단(130)을 통해 공정챔버(110)의 내부로 회전 공급되어 열플라즈마를 통해 분말화되는 중에 리니어가이드(133)의 이동거리를 검출하고, 하나의 금속환봉(10)이 기 설정된 부착위치(즉, 기 설정된 용접위치)까지 이동한 것으로 판단될 경우 구동을 중지(단계1140A)한 후에, 별도의 로봇암 또는 금속환봉공급기를 통해 후속금속환봉(10A)을 타측전극지그(162)에 금속환봉(10)의 후단부에 접촉하도록 안착 고정시키며, 기 설정된 압력을 가하면서 맞대기용접기(160)를 통해 맞대기용접할 수 있으며(단계1140B), 맞대기용접이 완료된 후에 열플라즈마토치(120)를 이용한 열플라즈마의 출사를 다시 수행하고(단계1120), 다시 리니어가이드(133)를 구동시켜 공정챔버(110)의 내부로 금속환봉(10)과 후속금속환봉(10A)이 부착된 상태로 회전 공급하여 분말화시키는 과정(단계1130)을 반복 수행할 수 있다.For example, the first two metal round rods 10 are rotationally supplied to the inside of the process chamber 110 through the metal supply means 130 and the movement distance of the linear guide 133 is detected while being powdered through thermal plasma. And, when it is determined that one metal round bar 10 has moved to a preset attachment position (that is, a preset welding position), after stopping the drive (step 1140A), follow up through a separate robot arm or a metal round bar feeder The metal round bar 10A is seated and fixed in contact with the rear end of the metal round bar 10 on the other electrode jig 162, and can be butt welded through the butt welder 160 while applying a preset pressure (step 1140B) After the butt welding is completed, the thermal plasma is emitted again using the thermal plasma torch 120 (step 1120), and the linear guide 133 is driven again to the inside of the process chamber 110 with the metal round rod 10 and The process (step 1130) of powdering by rotating and supplying the subsequent metal round bar (10A) in an attached state may be repeated.

다음에, 열플라즈마를 통해 분말화된 금속분말을 사이클론분리기(140)를 통해 입자크기에 따라 분리시킬 수 있다(단계1150).Next, the metal powder powdered through the thermal plasma may be separated according to the particle size through the cyclone separator 140 (step 1150).

예를 들면, 사이클론분리기(140)는 원통형의 몸체를 가지면서 직경이 하방으로 갈수록 점차 감소하도록 구비되며, 원심력에 따른 선회운동(turning movement)과 동시에 중력에 따라 낙하하면서 나선형(spiral) 형태를 나타내어 외부선회류 흐름을 유지할 수 있다.For example, the cyclone separator 140 has a cylindrical body and is provided to gradually decrease in diameter as it goes downward. External swirl flow can be maintained.

이러한 사이클론분리기(140)의 하단부 역삼각형 지점에 도달하면 분말입자의 분리현상이 발생하고, 무게에 따라 하부에 위치하는 저장용기(150)로 이동할 수 있다.When the cyclone separator 140 reaches the inverted triangle point at the lower end, separation of the powder particles occurs, and may move to the storage container 150 located at the lower portion according to the weight.

이러한 금속분말의 입자크기는 PBF(powder bed fusion)방식의 3D 프린팅을 위한 원료분말로 사용하기 위해서 대략 15-45 ㎛의 크기범위를 가질 수 있으며, DED(direct energy deposition)방식의 경우에는 대략 45-150 ㎛의 크기범위를 가질 수 있다.The particle size of this metal powder can have a size range of about 15-45 μm for use as a raw material powder for 3D printing of the PBF (powder bed fusion) method, and about 45 in the case of the DED (direct energy deposition) method. It may have a size range of -150 μm.

이러한 사이클론분리기(140)는 상대적으로 작은 무게을 갖는 금속분말은 반전 유체 흐름에 따라 내부 원통관을 따라 내부선회류를 형성하여 금속분말을 분리시킨 가스(불활성가스를 포함함)와 함께 배출관(142)을 통해 배출될 수 있다.In this cyclone separator 140, the metal powder having a relatively small weight forms an internal swirl flow along the internal cylindrical pipe according to the reverse fluid flow to separate the metal powder together with the gas (including the inert gas) and the discharge pipe 142 can be released through

한편, 상술한 바와 같은 사이클론분리기(140)는 도 10에 도시한 바와 같이 금속분말과 가스를 분리하여 분리된 금속분말을 1차 수집한 후에, 추가적으로 상대적으로 더 작은 무게의 금속분말을 수집하기 위해 추가사이클론분리기(140A)를 더 구비할 수 있으며, 이러한 추가사이클론분리기(140A)를 통해 1차 수집된 금속분말의 크기보다 상대적으로 더 작은 크기(예를 들면, 1-10 ㎛ 등)의 금속분말을 2차 분리할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 10 , the cyclone separator 140 first collects the separated metal powder by separating the metal powder and gas, as shown in FIG. An additional cyclone separator 140A may be further provided, and the metal powder having a relatively smaller size (eg, 1-10 μm, etc.) than the size of the metal powder first collected through the additional cyclone separator 140A can be secondarily separated.

이어서, 분리된 금속분말을 저장용기(150)에 수집할 수 있다(단계1160).Then, the separated metal powder may be collected in the storage container 150 (step 1160).

여기에서, 저장용기(150)는 사이클론분리기(140)의 하부에 구비되어 사이클론분리기(140)를 통해 분리되어 하향 이동하는 금속분말을 수집 및 저장할 수 있다. 이러한 금속분말은 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이 구형의 금속분말로 수집될 수 있다.Here, the storage container 150 is provided under the cyclone separator 140 to collect and store the metal powder that is separated through the cyclone separator 140 and moves downward. This metal powder may be collected as a spherical metal powder as shown in FIGS. 12 and 13 .

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공정챔버의 내부에 불활성가스가 제공되는 공정챔버의 내부로 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사하고, 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키며, 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 가스와 금속분말로 분리시킨 후에, 저장용기에 금속분말을 수집함으로써, 3D 프린팅용 금속분말의 수율 및 분말흐름도를 향상시킬 수 있는 위성입자가 적은 구형의 금속분말을 제조할 수 있다.Therefore, according to another embodiment of the present invention, the thermal plasma is emitted through a plasma torch into the process chamber in which the inert gas is provided inside the process chamber, and the metal round rod is supplied while rotating to the position of the emitted thermal plasma. After separating the powdered metal powder into gas and metal powder through a cyclone separator, collecting the metal powder in a storage container, satellite particles that can improve the yield and powder flow rate of metal powder for 3D printing are produced. A small spherical metal powder can be produced.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description, various embodiments of the present invention have been presented and described, but the present invention is not necessarily limited thereto. It will be readily appreciated that branch substitutions, transformations and alterations are possible.

110 : 공정챔버 120 : 플라즈마토치
130 : 금속공급수단 140 : 사이클론분리기
150 : 저장용기 160 : 맞대기용접기110: process chamber 120: plasma torch
130: metal supply means 140: cyclone separator
150: storage container 160: butt welder

Claims (10)

플라즈마 아토마이징이 수행되는 공정챔버;
상기 공정챔버의 내부로 불활성가스가 공급되면서 열플라즈마를 출사하는 플라즈마토치;
상기 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하는 금속공급수단;
상기 금속환봉이 상기 열플라즈마를 통해 분말화된 금속분말을 상기 불활성가스와 분리시키는 사이클론분리기; 및
분리된 상기 금속분말을 수집하는 저장용기;를 포함하며,
상기 금속공급수단은,
일측 및 타측 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 수직선을 기준으로 기 설정된 각도만큼 경사지게 상기 공정챔버의 내부로 일측금속환봉 및 타측금속환봉 중에서 선택된 적어도 하나를 공급하고,
상기 금속공급수단은, 각각
상기 금속환봉을 회전시키는 회전력을 제공하는 로터리모터;
상기 로터리모터의 회전력에 따라 회전하는 구동로드;
상기 로터리모터와 결합되어 상기 로터리모터를 선형 이동시키는 리니어가이드; 및
상기 구동로드의 끝단에 구비되어 상기 금속환봉의 후단부를 고정시키는 고정척;
를 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치.
a process chamber in which plasma atomization is performed;
a plasma torch emitting thermal plasma while supplying an inert gas into the process chamber;
a metal supply means for supplying while rotating the metal round rod to the position of the emitted thermal plasma;
a cyclone separator in which the metal ring rod separates the powdered metal powder from the inert gas through the thermal plasma; and
Including; a storage container for collecting the separated metal powder;
The metal supply means,
Supplying at least one selected from one side metal round bar and the other side metal round bar to the inside of the process chamber to be inclined by a preset angle based on a vertical line from at least one side selected from one side and the other side,
The metal supply means, each
a rotary motor providing a rotational force for rotating the metal round rod;
a driving rod rotating according to the rotational force of the rotary motor;
a linear guide coupled to the rotary motor to linearly move the rotary motor; and
a fixed chuck provided at the end of the driving rod to fix the rear end of the metal round bar;
Metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma comprising a.
 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 금속공급수단은,
상기 고정척에서 상기 공정챔버의 외면 사이에 상기 기 설정된 각도로 구비되어 상기 공정챔버에 공급되는 상기 금속환봉을 가이드하는 안착가이드;
를 더 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치.
The method according to claim 1,
The metal supply means,
a seating guide provided at the preset angle between the outer surfaces of the process chamber in the fixed chuck to guide the metal round bar supplied to the process chamber;
Metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma further comprising a.
 청구항 4에 있어서,
상기 금속환봉의 공급라인상에 구비되어 상기 금속환봉을 공급하는 중에 상기 금속환봉이 기 설정된 부착위치까지 이동한 경우 상기 금속환봉의 후단부에 후속금속환봉을 부착시키는 맞대기용접기;
를 더 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치.
5. The method according to claim 4,
A butt welding machine provided on the supply line of the metal round bar to attach a subsequent metal round bar to the rear end of the metal round bar when the metal round bar moves to a preset attachment position while supplying the metal round bar;
Metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma further comprising a.
 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속환봉은,
타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 텅스텐(W) 중 선택된 적어도 하나의 소재를 포함하는
열플라즈마를 이용한 금속분말 제조장치.
6. The method according to any one of claims 1, 4 and 5,
The metal round bar is,
Titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), aluminum (Al), manganese (Mn), silicon (Si), Containing at least one material selected from molybdenum (Mo), cobalt (Co), magnesium (Mg), and tungsten (W)
Metal powder manufacturing apparatus using thermal plasma.
 공정챔버의 내부로 불활성가스를 공급하는 단계;
상기 공정챔버에 구비되는 플라즈마토치를 통해 열플라즈마를 출사하는 단계;
금속공급수단을 통해 상기 출사되는 열플라즈마의 위치로 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키는 단계;
상기 열플라즈마를 통해 분말화된 금속분말을 사이클론분리기를 통해 상기 불활성가스와 분리시키는 단계; 및
분리된 상기 금속분말을 저장용기에 수집하는 단계;를 포함하며,
상기 금속환봉을 회전시키면서 공급하여 분말화시키는 단계는,
일측 및 타측 중에서 선택된 적어도 하나의 측면에서 수직선을 기준으로 기 설정된 각도만큼 경사지게 상기 공정챔버의 내부로 일측금속환봉 및 타측금속환봉 중에서 선택된 적어도 하나를 공급하고,
상기 금속공급수단은, 각각
상기 금속환봉을 회전시키는 회전력을 제공하는 로터리모터와, 상기 로터리모터의 회전력에 따라 회전하는 구동로드와, 상기 로터리모터와 결합되어 상기 로터리모터를 선형 이동시키는 리니어가이드와, 상기 구동로드의 끝단에 구비되어 상기 금속환봉의 후단부를 고정시키는 고정척을 포함하는
열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법.
supplying an inert gas into the process chamber;
emitting thermal plasma through a plasma torch provided in the process chamber;
The step of supplying powder while rotating the metal round rod to the position of the thermal plasma emitted through the metal supply means;
separating the powdered metal powder through the thermal plasma from the inert gas through a cyclone separator; and
Including; collecting the separated metal powder in a storage container;
The step of supplying and powdering the metal ring rod while rotating,
Supplying at least one selected from one side metal round bar and the other side metal round bar to the inside of the process chamber to be inclined by a preset angle based on a vertical line from at least one side selected from one side and the other side,
The metal supply means, each
A rotary motor providing a rotational force for rotating the metal round rod, a driving rod rotating according to the rotational force of the rotary motor, and a linear guide coupled to the rotary motor to linearly move the rotary motor, and at the end of the driving rod It is provided and includes a fixing chuck for fixing the rear end of the metal round bar
A method for manufacturing metal powder using thermal plasma.
 삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 금속환봉을 공급하는 중에 상기 금속환봉이 기 설정된 부착위치까지 이동한 경우 맞대기용접기를 통해 상기 금속환봉의 후단부에 후속금속환봉을 부착시키는 단계;
를 더 포함하는 열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법.
8. The method of claim 7,
attaching a subsequent metal round bar to the rear end of the metal round bar through a butt welding machine when the metal round bar moves to a preset attachment position while supplying the metal round bar;
Metal powder manufacturing method using thermal plasma further comprising a.
 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
상기 금속환봉은,
타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 텅스텐(W) 중 선택된 적어도 하나의 소재를 포함하는
열플라즈마를 이용한 금속분말 제조방법.10. The method according to claim 7 or 9,
The metal round bar is,
Titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), aluminum (Al), manganese (Mn), silicon (Si), Containing at least one material selected from molybdenum (Mo), cobalt (Co), magnesium (Mg), and tungsten (W)
A method for manufacturing metal powder using thermal plasma.
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