KR20030077933A

KR20030077933A - 소결부품의 제조방법

Info

Publication number: KR20030077933A
Application number: KR1020020075286A
Authority: KR
Inventors: 아베사토시; 히가시요시카주; 토게야마히로히코; 요시다노리오; 후와이사오; 우에나가슈시; 마치다세이조; 타케나미마사타카
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2003-10-04
Also published as: KR100499677B1; US7172724B2; EP1348506A3; CN1446652A; EP1348506B1; TW200304398A; US20030185697A1; DE60237139D1; TW583042B; EP1348506A2; ATE475502T1; CN1238140C

Abstract

소결층의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분을 확실하게 제거하여, 소결부품의 표면을 매끄럽게 마무리하는 것이다.

복수의 소결층을 적층 일체화하는 분말소결공정 중에, 소결층의 소결가공후에 소정의 제거가공영역에서 소결층의 표면부의 표층 및 불필요부분을 제거하기 위한 제거마무리가공을 행하는 제거가공공정을 복수회 삽입함으로써 삼차원 형상의 소결부품을 제조한다. 소결층의 제거마무리가공 시에, 적어도 소결층의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분이 포함되도록, 제거가공영역을 설정하도록 하였다.

Description

소결부품의 제조방법{METHOD OF MAKING SINTERED OBJECT}

본 발명은, 무기질 또는 유기질의 분말에 광빔을 조사하여 형성한 복수의 소결층(경화층)을 여러겹으로 쌓아서 원하는 형상의 소결부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 소결부품의 제조방법으로서 일본 특개2000-73108호가 알려져 있다. 이 종래예에서는, 금속분말의 층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 소결층을 형성하고, 이 소결층 상에 금속분말의 층을 피복함과 아울러, 이 금속분말의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 하측의 소결층과 일체로 된 소결층을 형성하고, 이것을 반복해서 복수의 소결층이 적층 일체화된 삼차원 형상의 금속분말 소결부품을 제조하도록 하고 있다.

이 방법에 의하면, 도 20A에 나타내는 바와 같이, 제조하는 금속분말 소결부품의 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 소결층(M)을 형성함과 아울러, 도 20B에 나타내는 바와 같이, 소결층(M)의 형성후에 볼엔드밀 등의 공구(3)를 이용하여 지금까지 제작한 소결층(M)의 표면부의 표층 및 불필요부분을 제거하는 제거가공공정을 상기 소결공정 중에 삽입하도록 하고 있다. 이와 같이 분말소결공정 중에 제거가공공정을 삽입함으로써 삼차원 형상의 금속분말 소결부품을 제조하고 있다.

그런데, 제거가공공정이 완료한 소결층(M) 상에 새로운 소결층(M)을 형성할 때에, 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 광빔(L)을 조사하여 소결시키고 있기 때문에, 상측의 소결층(M)의 소결가공시에, 하측의 소결층(M)의 제거마무리가공이 완료한 벽면 주위에 여분의 금속분말이 과잉소결하여, 도 20C와 같이, 고드름형상으로 고화한 과잉소결부분(M1)이 생긴다.

그러나, 종래에는 제거가공영역(A)과 소결영역(B)이 동일 영역으로 설정되어 있기 때문에, 그 범위만의 가공과정에서는 공구(3)가 과잉소결부분(M1)까지 도달하지 않게 되고, 그 때문에 도 20D와 같이 과잉소결부분(M1)이 남겨져 버린다. 금속분말 소결부품의 표면을 매끄럽게 마무리할 수 없다라는 문제가 있었다.

또한, 도 21A 및 도 21B에 나타내는 바와 같이, N블록의 각 분말층의 소결완료 후에 N블록의 제거가공공정을 삽입하고, 그 후, N+1블록의 각 분말층의 소결완료후에 N+1블록의 제거가공공정을 삽입하고 있기 때문에, 도 21C에 나타내는 바와 같이, N+1블록의 최초의 소결층(M1)을 형성할 때에는, 소결층(M1)의 하, 즉, N블록의 제거마무리가 완료한 부분(B)의 소결층은 이미 제거되어 버려 있다. 따라서, N+1블록의 소결을 행할 때에, N블록의 제거마무리가 완료한 부분(B)에 분말소결을 행하기 위한 CAD데이터를 새로이 제작할 필요가 생긴다. 또한, N+1블록의 소결층 (M1)의 하에는, 소결층(M1)이 소결시의 광빔에 의해 부분적 또는 불완전하게 소결된 층이 남겨져 있고, 이 층은 N+1블록의 제거가공영역 외인 것때문에, N+1블록의 제거가공완료후에도 전과 다름없이 하여 소결부품 상에 남는 것으로 된다.

또한, 도 21A~C에 있어서, H는 소결두께, Hz는 제거값, A는 N블록의 제거가공영역, S는 조형되는 소결층의 윤곽형상, Sf는 최종공정완료시의 금속분말 소결부품의 최종마무리의 단면 윤곽형상을 나타내고 있다.

또한, 도 22는, 소결층의 윤곽형상(S)과, 소결부품(1)의 최종마무리의 단면 윤곽형상(Sf)의 치수관계를 개념적으로 나타내고 있다.

본 발명은, 종래기술이 갖는 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 소결층의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분을 확실하게 제거할 수 있고, 표면을 매끄럽게 마무리할 수 있는 소결부품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 별도의 목적은, 제거가공이 완료한 부분에 추가로 분말소결을 행할 필요가 없고, 또한 다음번 이후의 분말소결을 행하기 위한 CAD데이터를 새로이 제작하는 수고를 없게 할 수 있는 효율적인 소결부품의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1A~D는, 본 발명의 실시형태1에 관한 소결부품의 제조방법을 나타내고 있고, 도 1A는 하측의 소결층의 소결가공시의 설명도, 도 1B는 하측의 소결층의 제거마무리가공시의 설명도, 도 1C는 상측의 소결층의 소결가공시의 설명도, 도 1D는 상측의 소결층의 제거마무리가공시의 설명도이다.

도 2는, 본 발명에 관한 조형장치의 사시도이다.

도 3A~C는, 본 발명의 실시형태1에 관한 소결부품의 제조방법에 있어서, 분말공급으로부터 레이저소결, 고속절삭에 이르는 공정의 설명도이다.

도 4는, 본 발명의 실시형태1에 관한 소결부품의 제조방법에 있어서, 데이터생성으로부터 소결, 제거가공에 이르는 공정의 설명도이다.

도 5A 및 도 5B는, 본 발명의 실시형태1의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 6은, 상기 변형예를 간결하게 나타낸 설명도이다.

도 7A~D는, 상기 변형예를 각 공정마다 나타낸 설명도이다.

도 8A 및 도 8B는, 본 발명의 실시형태1의 별도의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 9A 및 도 9B는, 본 발명의 실시형태1의 다른 별도의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 10A~C는, 본 발명의 실시형태1의 다른 별도의 변형예를 나타내는 설명도이다

도 11A 및 도 11B는, 본 발명의 실시형태1의 다른 별도의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 12는, 도 11A 및 도 11B에 나타내는 변형예를 상술하기 위한 설명도이다.

도 13은, 삼차원 모델형상의 형상데이터로부터 생성되는 제거가공 경로데이터, 소결레이저 경로데이터를 개념적으로 나타내는 도이다.

도 14는, 소결레이저 경로데이터와 제거가공 경로데이터의 관계를 나타내는 개념도이다.

도 15는, 본 발명의 실시형태2에 관한 소결부품의 제조방법의 설명도이다.

도 16은, 본 발명의 실시형태2에 관한 소결부품의 제조방법의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 17A 및 도 17B는, 본 발명의 실시형태2에 관한 소결부품의 제조방법의 별도의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 18A 및 도 18B는, 본 발명의 실시형태2에 관한 소결부품의 제조방법의 다른 별도의 변형예를 나타내는 설명도이다.

도 19A 및 도 19B는, 동상의 제거가공 가능범위와 제거가공 불가능범위를 나타내는 개념도이다.

도 20A~D는, 종래의 소결부품의 제조방법의 설명도이다.

도 21A~C는, 종래의 소결부품의 제조방법의 별도의 설명도이다.

도 22는, 소결층의 윤곽형상과 소결부품의 최종마무리의 단면 윤곽형상의 치수관계를 개념적으로 나타내는 설명도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 분말층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 소결층을 형성하고, 이 소결층 상에 새로운 분말층을 피복함과 아울러, 이 분말층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 하측의 소결층과 일체로 된 소결층을 형성하고, 이것을 반복해서 복수의 소결층이 적층 일체화된 삼차원 형상의 소결부품을 제작하는 분말소결공정을 구비하고, 소결부품의 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 소결층을 형성함과 아울러, 소결층의 형성후에 지금까지 제작한 소결층의 표면부의 표층 및 불필요부분의 제거가공을 행하는 제거가공공정을 상기 분말소결공정 중에 복수회 삽입함으로써 삼차원 형상의 소결부품을 제조하는 방법으로서, 소결층 형성 후의 제거가공시에, 소결완료한 소결영역과는 다른 영역에서 제거가공을 행하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 소결영역보다 하의 제거가공영역을 제거가공함으로써, 소결영역의 제거값은 그대로 남겨져 있기 때문에, 그 위에 다음번 이후의 분말소결이 가능하게 된다.

또한, 소결층의 제거가공시에, 이 소결층의 소결가공시에 새긴 과잉소결부분이 포함되도록, 제거가공영역을 설정하면, 소결층의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분이 소결영역 외부, 예컨대 하측의 소결층의 제거마무리가공이 완료한 벽면 주위에 고화한 경우이어도, 제거가공용 공구가 과잉소결부분까지 도달한다. 따라서, 과잉소결부분을 제거하는 것이 가능하므로, 소결부품의 표면을 매끄럽게 마무리할 수 있고, 제품의 고품질화를 실현할 수 있다.

또한, 소결층의 제거가공시에, 이 소결층의 소결영역의 상부를 소정의 양만큼 남겨서 제거마무리가공을 행하도록 하면, 다음층의 소결층을 소결가공할 때에 상기 층의 소결층의 상부가 남겨져 있으므로, 앞층의 소결층의 제거마무리가공이 완료한 벽면 주위에 고드름형상의 과잉소결부분이 발생하지 않게 된다. 따라서, 제거마무리가공시에 공구의 부담을 경감할 수 있다.

또한, 소결완료한 소결층보다 하방에서, 또한 적어도 상기 소결층의 제거값보다 하방으로부터 제거가공을 개시하면, 제거가공후에 상의 소결층에는 적어도 제거값만큼이 그대로 남겨져 있기 때문에, 그 상에 다음외 이후의 분말소결이 가능하게 된다.

소결완료한 복수의 소결층을 복수 블럭으로 나누고, 소정의 블럭보다 적어도 하나 아래의 블럭의 제거가공을 행하도록 할 수 있다. 이와 같이 하면, 소정의 블럭보다 적어도 하나 아래의 블럭이 제거가공되어도 소정의 블럭에는 제거값의 일부가 그대로 남겨져 있기 때문에, 그 상에 다음번 이후의 분말소결이 가능하게 된다.

또한, 소결부품의 삼차원의 형상데이터로부터 소결레이저 조사경로와 제거가공 공구경로를 제작함에 있어서, 과잉소결부분을 포함하도록 제거가공 경로데이터를 소결레이저 경로데이터와는 다른 위치로 분할하면, 과잉소결부분을 확실하게 제거할 수 있다.

또한, 제거가공 경로데이터를 소결레이저 경로데이터보다 과잉소결부분을 포함하는 범위만큼 하방으로 크게 되도록 분할하면, 제거마무리가공시에 과잉소결부분을 확실하게 제거할 수 있도록 된다.

또한, 본 발명은, 분말층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 소결층을 형성하고, 이 소결층 상에 분말층을 피복함과 아울러, 이 분말의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 하측의 소결층과 일체로 된 소결층을 형성하고, 이것을 반복해서 복수의 소결층이 적층 일체화된 삼차원 형상의 소결부품을 제작하는 소결공정에 있어서, 소결부품의 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 소결층을 형성함과 아울러, 소결층의 형성 후에 지금까지 제작한 소결층의 표면부의 표층 및 불필요부분을 소정의 제거값으로 제거하여 표면마무리를 행하는 제거가공공정을 상기 소결공정 중에 삽입하도록 한 소결부품을 제조하는 방법으로서, 상기 소결층의 제거값을 복수의 제거가공영역으로 분할하고, 분할된 제거가공영역 중 소정의 제거가공영역보다 상측의 소결층의 소결예정형상의 표면부의 하층부를 제거가공 불가능범위로 하고, 이 제거가공 불가능범위를 제외한 제거가공 가능범위만을 제거하는 것을 특징으로 한다.

소정의 제거가공영역을 제거가공할 때에 상기 제거가공영역보다 상측의 소결층의 소결예정형상의 표면부의 하층부를 제거가공 불가능범위로 하여 남김으로써, 그 후, 상측의 소결층을 분말소결할 때에 상기 남겨져 있는 하층부(제거가공 불가능범위) 상에 겹쳐서 상측의 소결층을 분말소결하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 종래와 같이 제거마무리가 완료한 부분에 재분말소결을 행하는 것이 없게 되고, 다음번 이후의 분말소결을 행하기 위한 CAD데이터를 새로이 제작할 필요가 없게 된다. 또한, 소결가공이 남겨져 있는 영역에 대해서 제거가공을 실시해버리는 것이 없게 되고, 확실하게 표면마무리를 행할 수 있다.

또한, 소정의 제거가공영역에 있어서, 이보다 하나 위의 소결층의 광빔조사범위가 아닌 부분을 제거가공 가능범위로 판단하도록 하면, 광빔조사범위에 기초하여 제거가공 가능범위를 결정할 수 있다. 또한 제거가공과정를 생성할 때에 제거가공 가능범위 내에 공구가 진입하지 않도록 할 수 있다.

또한, 복수 분할된 제거가공영역에 있어서, 앞에 제거되는 제거가공영역에서 제거가공 불가능범위로 된 부분을, 다음에 제거되는 제거가공영역에 있어서 제거가공가능인지의 여부를 판단하고, 제거가공가능으로 판단되었을 때만 앞의 제거가공불가능범위를 다음의 제거가공 가능범위로 추가할 수 있다. 이와 같이 하면, 앞의 제거가공 불가능범위 상에 다음번 이후의 소결층을 적층 소결하여 가는 것이 가능하게 되고, 또한 그 후, 다음 제거가공 가능범위를 제거가공할 때에 불필요하게 판단된 앞의 제거가공 불가능범위를 제외함으로써, 불필요하게 된 제거가공 불가능범위가 남겨진 채로 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 소정의 제거가공영역에 있어서, 그보다 하나 위의 소결층의 윤곽형상과 이것과 동일 높이위치의 완성형상의 단면윤곽형상을 비교하고, 소결층의 윤곽형상으로 둘러싸여지는 영역의 외부에 존재하는 부분을 제거가공 가능범위로 판단하도록 하면, 소정의 제거가공영역의 제거가공 가능범위를 결정할 수 있다. 또한, 제거가공과정을 생성할 때에 제거가공 가능범위 내에 공구가 진입하지 않도록 할 수 있다.

또한, 상기 제거가공영역의 상단이 소결영역의 상단보다 상방에 위치하고, 또한 제거가공영역의 하단이 소결영역의 하단보다 하방에 위치하도록, 제거가공영역을 소결영역보다 크게 설정할 수 있다. 이와 같이 하면, 소결영역의 상방으로부터 제거마무리가공을 행할 때에는 최초는 소결층이 존재하지 않기 때문에 공구는 공전하고, 노치개시시로부터 공구에 의한 노치가 서서히 진행하게 되기 때문에, 노치개시시에 공구에 급격한 절삭저항이 걸리지 않고, 공구의 손상 등을 방지할 수 있음과 아울러, 과잉소결부분도 확실하게 제거할 수 있도록 된다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

실시형태1

도 1A~D는 소결층(M)의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분(M1)을 공구(3)로 제거하는 경우의 일예를 설명하는 개념도이다. 도 2는 소결부품(1)의 조형장치의 설명도이다. 도 2에 있어서, 3은 볼엔드밀 등의 공구, 6은 제거가공기구, 7은 광빔조사장치, 8은 광빔편향장치, 9는 평판플레이트, 10은 가공영역이다.

도 3은 분말(4)의 공급공정으로부터 분말소결공정, 제거가공공정(고속절삭마무리)에 이르는 설명도이고, 도 4는 데이터 생성부(11)로부터 가공부(12)에 이르는 설명도이다.

우선 도 3A에 나타내는 바와 같이, 부품을 형성하고 싶은 승강테이블(2)의 베이스(5) 상에 제1층째의 무기질 또는 유기질의 분말(4)을 소정의 두께(△t)로 피복한다. 그 후, 도 3B에 나타내는 바와 같이, 경화시키고 싶은 개소에 광빔(L)을 조사하여 분말을 소결시키고, 베이스(5)(2층째 이후는 소결층(M))과 일체화시킨다. 그 후, 상기 도 3A와 도 3B의 공정을 반복함으로써, 복수의 소결층(M)이 적층 일체화된 원하는 형상의 소결부품이 완성하기까지 반복한다. 이 공정에 있어서, 소결부품의 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 소결층(M)을 형성함과 아울러, 도 3C에 나타내는 바와 같이, 소결층(M)의 형성 후에 지금까지 제작한 소결층(M)의 표면부의 표층 및 불필요부분을 제거하기 위한 제거마무리가공을 행하는 제거가공공정을 상기 분말소결공정 중에 삽입한다. 여기서, 분말(4)로서는, 예컨대 평균 입자지름 약 20㎛의 구형상의 철가루를 이용하고, 광빔(L)으로서는, 예컨대 탄산가스레이저를 이용하고, 적층경화시키고 싶은 두께로서, 예컨대 0.05mm로 한다. 분말을 피복하는 방법으로서는, 에컨대 철제 평판플레이트(9)을 조형영역의 광빔조사면과 평행하게 이동하게 한다. 또한, 도 3C에 나타내는 제거마무리가공에 있어서는, 소경(φ1mm)로, 예컨대 유효한 칼날길이가 5mm의 볼엔드밀을 사용하여, 깊이(3mm)까지 가공하면, 도 3C의 제거마무리가공은, (가공깊이)/(각 층의 두께) = 60층을 1회의 공정으로 행할 수 있다. 이 볼엔드밀은, 장치 내에 배치된 X-Y테이블에 설치된다. 평면방향(수평방향)에는 X-Y테이블을 구동함으로써 볼엔드밀을 이동하고, Z축방향(상하방향)에는, 승강테이블(2)을 승강시키는 것으로 승강테이블(2)(공정)을 이동시킨다.

또한, 제거마무리가공은, 볼엔드밀에 의한 절삭에 한정되지 않고, 플랫엔드밀을 이용하거나, 혹은 연마하거나, 블라스트처리하는 기계적 수단이어도 좋고, 또한 레이저빔 등을 조사하는 가열에 의한 열적수단이나, 화학연마 등의 화학적 방법 등, 임의의 수단을 채용할 수 있다.

또한, 상기 레이저조사경로, 제거가공 공구경로는, 도 4에 나타내는 데이터 생성부(11)에 있어서, 미리 삼차원 CAD데이터로부터 제작된다. 레이저조사경로는 종래의 조형방법과 마찬가지로, 삼차원 CAD모델로부터 생성된 STL데이터를 같은 피치(이 실시예에서는 0.05mm)로 베어낸 각 단면의 윤곽형상 데이터를 이용한다. 한편, 가공부(12)에서는, 등고선가공을 적용하고, 상기와 마찬가지로 삼차원 CAD모델로부터 소결레이저 경로데이터 및 제거가공 경로데이터를 생성한다. 또한 등고선가공경로의 Z축방향 피치는, 레이저소결시의 적층피치에 구속될 필요는 없고, 완만한 경사의 경우는 Z축방향 피치를 가늘게 하여 전체 표면이 가공가능하도록 보간(補間)한다.

다음에, 분말소결공정 및 제거가공공정에 관해서 설명한다.

우선, 도 1A에 나타내는 바와 같이, 승강테이블(2)의 베이스(5) 상에 공급된 분말(4)의 층의 소정개소에 광빔(L)을 조사시킴으로써 하측의 소결층(M)을 형성한다. 다음에 도 1B에 나타내는 바와 같이, 하측의 소결층(M)의 표면부의 표층 및 불필요부분을 제거하는 제거마무리가공을 행한 후에, 도 1C에 나타내는 바와 같이, 제거마무리가공이 완료한 하측의 소결층(M) 상에 상측의 소결층(M)을 형성한다. 지금까지는 종래와 마찬가지이다.

본 발명에서는, 제거가공하는 높이방향의 범위를 조형하는 높이방향의 범위와 다르도록 설정하여 두고, 소결층(M)의 제거마무리가공시에, 적어도 소결층(M)의 소결가공시에 소결영역(B)보다 하측에 생긴 과잉소결부분(M1)이 포함되도록 제거가공영역(A)을 설정하고 있다. 여기서, 소결영역(B)과는 분말소결공정을 실시하는 범위이고, 제거가공영역(A)과는 제거가공공정을 행하는 범위이고, 도 1C에 나타내는 바와 같이, 제거마무리가공이 완료한 하측의 소결층(M)의 벽면 주위에 여분의 분말(4)이 과잉소결하여, 고드름와 같이 고화한 상태로 된 경우를 가정하여, 이 과잉소결부분(M1)을 제거할 수 있도록 제거가공 경로데이터(U)를 제작한다.

그러나, 상측의 소결층(M1)을 제거마무리할 때에 그 제거가공영역(A) 중에 적어도 과잉소결부분(M1)의 영역을 포함시킴으로써, 도 1D에 나타내는 바와 같이, 볼엔드밀 등의 공구(3)를 소결영역(B)보다 하측에 생긴 과잉소결부분(M1)까지 도달시킬 수 있다. 종래와 같이 과잉소결부분(M1)이 남지 않고 제거되는 결과, 소결부품 (1)의 표면을 매끄럽게 마무리할 수 있고, 제품의 고품질화를 실현할 수 있다.

또한 도 1A~D의 예에서는, 소결영역폭(높이)BH〈제거가공영역폭(높이)(AH)으로하고, 또한 제거가공영역(A)의 하단(A1)을 소결영역(B)의 하단(B1)보다 하방으로 설정하고, 오버랩한 영역(a) 중에 과잉소결부분(M1)이 포함되도록 하고 있으므로, 소결영역(B)의 하방에 생긴 과잉소결부분(M1)을 확실하게 제거할 수 있다.

여기서 도 1A~D의 변형예로서 도 5A, B에 나타내는 바와 같이, 소결영역폭 (BH)=제거가공영역폭(AH)로 하고, 또한 제거가공영역(A)의 하단(A1)보다 상방으로 적어도 과잉소결부분(M1)이 포함되도록 제거가공영역(A)을 소결영역(B)과 다르게 하도록(하방으로 비키어 놓도록) 하여도 좋다. 또한, 도 5A, B의 예에서는 제거마무리가공면은 테이퍼면(C)으로 되어 있지만, 도 1A~D와 같은 수직면(D)이어도 좋다.

도 5A,B의 예에서는, 제거마무리가공을 소결영역(B)의 도중의 높이로부터 개시하여, 소결영역(B)의 하단(B1)보다 하방으로 노치되도록 공구경로를 설정하고 있다. 이로써, 소결층(M)의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분(M1)을 확실하게 제거할 수 있음과 아울러, 도 5B에 나타내는 바와 같이, 상측의 소결층(M)의 소결영역(B)의 상부(B3)가 제거마무리가공되지 않기 때문에, 그 상에 다음층을 소결가공하였을 때에, 소결영역(B)의 상부(B3)의 존재에 의해서 과잉소결부분(M1)이 고드름형상으로 생기기 어렵게 되고, 이로써 과잉소결부분(M1)의 발생량을 감소시킬 수 있다. 또한, 제거가공되지 않는 소결영역(B)의 상부(B3)는 다음층 이후의 제거마무리가공시에 제거되면 좋다.

도 6을 참조하여 간결하게 설명하면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 소결부품은 복수의 조형블럭으로 형성되어 있고, 각 조형블럭은 복수의 소결층으로 구성되어 있다. 또한, 제거마무리가공에서는, 복수의 제거가공블럭이 설정되어 있고, 조형블럭과 제거가공블럭의 높이범위는 다르도록 설정되어 있다.

도 6의 예에서는, N-1블럭의 조형후(도 7A), N-1블럭보다 하방에 위치하는 NL-1블럭의 제거가공을 행하고(도 7B), 또한 N블럭의 조형을 행한 후(도 7C), N블럭보다 하방에 위치하는 NL블럭의 제거가공을 행한다(도 7D).

여기서, 조형블럭과 제거가공블럭의 레벨차(내림값)(△Z)는 제거값(Hz)보다 크게 설정하는 것이 바람직하고, 예컨대 Hz=0.02mm의 경우, △Z=0.25~0.30mm가 적당하다. 이와 같이 설정하는 것에서, 제거마무리면에 다시 광빔을 조사한다라는 문제가 회피된다.

또한, 상기 도 1A~D, 도 5A,B의 예에서는 가공데이터를 제작함에 있어서, 소결영역(B)과 제거가공영역(A)의 분할면(W)을 수평 또는 평행하게 설정하였지만, 반듯이 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 도 8A, B에 나타내는 바와 같이, 분할면(W)을 경사시켜도 좋은 것이다.

또한 도 5A, B의 변형예로서, 도 9A, B에 나타내는 바와 같이, 제거가공영역 (A)의 상단(A2)이 소결영역(B)의 상단(B2)보다 상방에 위치하고, 또한 제거가공영역(A)의 하단(A1)이 소결영역(B)의 하단(B1)보다 하방에 위치하여 적어도 과잉소결부분(M1)이 포함되도록, 소결영역폭(BH)〈제거가공영역폭(AH)으로 하여도 좋다.

이와 같이 제거가공영역(A)의 하단(A1) 근방에 적어도 과잉소결부분(M1)을 포함시키는 것이므로, 도 5A, B의 경우와 마찬가지로, 노치 종기에 있어서 과잉소결부분(M1)을 확실하게 제거할 수 있도록 된다. 또한, 도 9A, B의 예에서는 제거가공영역(A)의 상단(A2)을 소결영역(B)의 상단(B2)보다 상방에 설정하고 있는 것에서, 상방으로부터 제거마무리가공을 행할 때에, 최초는 소결층(M)이 존재하지 않기 때문에 공구(3)는 공회전하고, 곧 공구(3)에 의한 노치가 서서히 진행하는 것으로 된다. 따라서, 노치 개시시에 공구(3)에 급격한 적삭저항이 걸리지 않고, 공구(3)의 손상 등을 방지할 수 있다라는 이점이 있다.

도 10A~C는, 소결층(M)의 제거마무리가공시에, 이 소결층(M)의 소결영역(B)의 상부(B3)를 소정의 양만큼 남겨서 제거마무리가공을 행하는 경우의 일예를 나타내고 있다. 기본적으로는 도 5A, B의 경우와 마찬가지이지만, 본 예에서는 소결영역폭(BH)〈제거가공영역폭(AH)에는 한정되지 않는 것이다.

우선, 도 10A에 나타내는 바와 같이, 하측의 소결층(M1)을 그 상부(B3')만큼 남겨서 제거가공공정을 행하지 않고, 그 후, 다음층의 소결층(M2)을 소결가공한 후에, 도 10B에 나타내는 바와 같이, 다음층의 소결층(M2)의 상부(B3)를 소정량만큼 남겨서 제거가공공정을 행한다. 또한 도 10C에 나타내는 바와 같이, 다다음층의 소결층(M3)을 소결가공하여 간다. 이 때, 다음층의 소결층(M2)(M3)을 소결가공할 때 앞층의 소결층(M1)(M2)의 상부(B3')(B3)가 남겨져 있기 때문에, 앞층의 소결층 (M1)(M2)의 제거마무리가공이 완료한 벽면 주위에 과잉소결부분이 고드름형상으로 발생하는 일이 없게 된다. 따라서, 제거마무리가공시에 공구(3)의 부담을 경감할 수 있고, 극히 효율적으로 된다.

또한, 상기 각 실시예에서는, 소결영역(B)과 오버랩하도록 제거가공영역(A)을 설정하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 도 11A, 11B에 나타내는 바와 같이,분말소결공정을 종료한 소결층(M)의 소결영역(B)보다 적어도 하나이상 아래의 소결영역을 제거가공영역(A)으로 하여도 좋다. 도 11A, B의 예에서는, 소결층(M2)의 소결완료후에는 소결영역(B)의 제거마무리가공은 행하지 않고, 다음층의 소결층(M3)의 소결완료후에 하나 아래의 소결층(M2)(혹은 2개 하의 소결층(M1), 혹은 더욱 하의 소결층에서도 좋다)의 제거마무리가공을 행하도록 하고 있다.

즉, 소결층 형성후의 제거가공시에, 소결완료후에 소결영역과는 다른 영역에서 제거가공을 행함으로써 소결영역(B)과 제거가공영역(A)의 오버랩이 없게 되고, 중복하여 절삭가공을 하지 않고 끝내도록 되기 때문에, 극히 효율적으로 된다.

도 12를 참조하여 더욱 설명하면, 도 12의 예에서는, N+1블럭의 소결완료후에, 이보다 하나 아래의 N블럭의 제거가공영역(A)을 제거가공하고 있다. 이와 같이 N블럭을 제거가공하여도, N+1블럭의 제거가공영역(A1)은 남아 있기 때문에, A1의 상에 다음회 이후의 분말소결이 가능하게 되고, 가공데이터의 산출시간을 단축할 수 있다.

이 경우, 볼엔드밀 등의 공구(3)는, 2개의 블럭의 높이이상의 유효칼날길이가 필요하다.

도 13은, 소결부품(1)의 삼차원의 형상데이터로부터 소결레이저 조사경로와 제거가공 공구경로를 제작함에 있어서, 미리, 과잉소결부분(M1)을 포함하도록 제거가공 경로데이터(U)를 소결레이저 경로데이터(V)와는 다른 위치(높이, 폭)에서 분할하는 경우의 일예를 나타내고 있다.

구체적으로는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 제거가공 경로데이터(U)를 소결레이저 경로데이터(V)보다 적어도 과잉소결부분(도 1A~D, 도 5A, B, 도 8A, B, 도 9A, B)을 포함하는 영역(MU)만큼 하방으로 크게 되도록 분할하고 있다. 그러나, 제거가공 경로데이터(U)의 하단에 과잉소결부분을 포함하는 영역(MU)을 존재시키므로 과잉소결부분을 확실하게 제거할 수 있도록 된다. 또한, 경로데이터의 소결폭은 도 13, 14의 예와 같이 균등할 필요는 없고, 삼차원의 모델의 형상이나 사용하는 공구에 따라서 다른 폭으로 분할하여도 좋은 것이다.

본 실시형태에 있어서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 각 블럭의 제거가공영역(A)에 있어서, 제거가공 가능범위(E)와 제거가공 불가능범위(F)를 설정하고 있다. 또한, 20은 소결완료면을 나타내고 있다.

더욱 상술하면, 제거가공영역(A)에 있어서, 소정의 제거가공영역(A)보다 상측의 소결층(M)의 소결예정형상의 표면부의 하층부(13)를 제거가공 불가능범위(F)로 하고, 이 제거가공 불가능범위(F)를 제외한 제거가공 가능범위(E)만을 제거하는 점에 특징이 있다. 즉, 상측의 소결층(M)의 소결예정형상의 표면부의 하층부(13)와는, 광빔을 조사하였을 때에 소결예정형상의 표면부의 하방에 투영되는 부분이고, 이 하층부(13)를 제거하지 않고, 이 하층부(13)를 제외한 범위(제거가공 가능범위 (E))만 제거가공을 행함으로써, 제거가공 불가능범위(F) 상에 소결층(M)이 적층소결가능하게 되어 있다.

그러나, 소정의 제거가공영역(A)을 제거가공할 때에, 상기 제거가공영역(A)보다 상측의 소결층(M)의 소결예정형상의 표면부의 하층부(13)를 제거가공 불가능범위(F)로 하여 남김으로써, 그 후, 상측의 소결층(M)을 분말소결할 때에 상기 남아 있는 하층부(13)(제거가공 불가능범위(F)) 상에 겹쳐서 상측의 소결층(M)을 분말소결하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 종래와 같이 제거마무리가 완료한 부분에 다시 분말소결을 행하지 않게 되고, 제거마무리 남은영역이 없게 된다.

여기서, 상기 제거가공영역(A)을 결정하는 일예로서, 도 16에 나타내는 바와 같이, 소정의 제거가공영역(A)에 있어서, 그보다 하나 위의 소결층(M)의 광빔 조사범위(L1)가 아닌 부분을 제거가공 가능범위(E)로 판단하도록 하여도 좋다. 이 경우, 광빔 조사범위(L1)에 기초하여 제거가공 가능범위(E)를 결정할 수 있다. 또한, 제거가공과정을 생성할 때에, 제거가공 불가능범위(F)에 공구(3)가 진입하지 않도록 할 수 있다.

도 17A 및 도 17B는, 변형예를 나타내고 있고, 복수의 제거가공영역(A)에 있어서, 앞에 제거되는 제거가공영역(A)에서 제거가공 불가능범위(F)로 된 부분을, 다음에 제거되는 제거가공영역(A)에 있어서 제거가공가능인지의 여부를 판단하고, 제거가공가능으로 판단되었을 때만 앞의 제거가공 불가능범위(F)를 다음의 제거가공 가능범위(E)로 추가하는 경우의 일예를 나타내고 있다.

또한, 도 17B의 파선개소(30)는 제거가공을 끝낸 부분이다. 본 예에서는, 도 17A에 나타내는 바와 같이, 앞의 제거가공영역(A)에서 제거가공 불가능범위(F)로 된 부분을, 다음의 제거가공영역(A1)의 제거가공시에 제거가능인지의 여부를 판단한다. 이 때, 다음의 제거가공영역(A1)보다 하나 위의 소결층(M1)의 광빔조사범위 (L1)가 아닌 부분을 다음의 제거가공영역(A1)의 제거가공 가능범위(E1)로 판단하고, 그 이외를 제거가공 불가능범위(F1)로 판단한다. 또한, 제거가공 가능범위(E1)를 제거할 때에, 앞의 제거가공 불가능범위(F)가 제거가능인 것으로 판단하였을 때에는, 앞의 제거가공 불가능범위(F)를 제거가공 가능범위(E1)와 함께 제거한다.

그러나, 도 17A와 같이 앞의 제거가공 불가능범위(F) 상에 다음번 이후의 소결층(M, M1)을 적층 소결하여 가는 것이 가능하게 된다. 또한 그 후, 도 17B와 같이 다음의 제거가공 가능범위(E1)를 제거가공할 때에 불필요하다라고 판단된 앞의 제거가공 불가능범위(F)를 제거함으로써, 불필요하게 된 제거가공 불가능범위(F)가 남은 채로 된 것을 방지할 수 있다.

도 18A 및 도 18B는 별도의 변형예를 나타내고 있고, 소정의 제거가공영역 (A)에 있어서, 그보다 하나 위의 소결층(M)의 윤곽형상(S)과 그것과 동일 높이위치의 마무리형상의 단면 윤곽형상(Sf)을 비교하고, 소결층(M)의 윤곽형상(S)에서 둘러싸여지는 영역의 외부에 존재하는 부분을 제거가공 가능범위(E)로 판단하는 경우의 일예를 나타내고 있다. 도 중, N은 가공위치(예컨대 등고선패스)이다. 본 예에서는, 하나 위의 소결층(M)의 윤곽형상(S)을 광빔조사범위(L1)로부터 판단하고, 이 윤곽형상(S)과 등고선가공높이에 있어서의 마무리형상의 단면 윤곽형상(Sf)을 비교하고, 소결층(M)의 윤곽형상(S)에서 둘러싸여지는 영역의 외부에 존재하는 부분(E) (도 18B)을 제거가공 가능한 범위로 판단한다. 이와 같이 하여 소정의 제거가공영역(A)의 제거가공 가능범위(E)를 결정할 수 있다. 또한, 제거가공과정을 생성할 때에, 제거가공 불가능범위(F)에 공구(3)가 진입하지 않도록 할 수 있다.

또한, 도 19A에 나타내는 바와 같이, 소결부품이 복수의 요철을 갖고, 어느 수평단면(예컨대, X-X단면)에 있어서 소결부품의 륜형상 끝면의 내부에 대략 원형의 단면이 존재하는 경우에는, 도 19B의 사선으로 둘러싸는 부분을 제거가공이 불가능범위(F)로 하고, 그 이외를 제거가능한 범위(E)로 하면 좋다.

본 발명은, 소결층의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분을 확실하게 제거할 있고, 표면을 매끄럽게 마무리할 수 있는 소결부품의 제조방법을 제공하며, 또한, 제거가공이 완료한 부분에 추가로 분말소결을 행할 필요가 없고, 또한 다음번 이후의 분말소결을 행하기 위한 CAD데이터를 새로이 제작하는 수고를 없게 할 수 있는 효율적인 소결부품의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Claims

분말층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 소결층을 형성하고, 이 소결층 상에 새로운 분말층을 피복함과 아울러, 이 분말층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 하측의 소결층과 일체로 된 소결층을 형성하고, 이것을 반복해서 복수의 소결층이 적층 일체화된 삼차원 형상의 소결부품을 제작하는 분말소결공정을 구비하고, 소결부품의 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 소결층을 형성함과 아울러, 소결층의 형성후에 지금까지 제작한 소결층의 표면부의 표층 및 불필요부분의 제거가공을 행하는 제거가공공정을 상기 분말소결공정 중에 복수회 삽입함으로써 삼차원 형상의 소결부품을 제조하는 방법으로서,

소결층 형성 후의 제거가공시에, 소결완료한 소결영역과는 다른 영역에서 제거가공을 행하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소결층의 제거가공시에, 이 소결층의 소결가공시에 생긴 과잉소결부분이 포함되도록, 제거가공영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소결층의 제거가공시에, 이 소결층의 소결영역의 상부를 소정의 양만큼 남겨서 제거마무리가공을 행하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 소결완료한 소결층보다 하방에서, 또한 적어도 해당 소결층의 제거값보다 하방으로부터 제거가공을 개시하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 소결완료한 복수의 소결층을 복수블록으로 나누고, 소정의 블록보다 적어도 하나 아래의 블록의 제거가공을 행하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소결부품의 삼차원의 형상데이터로부터 소결레이저 조사경로와 제거가공 공구경로를 제작함에 있어서, 과잉소결부분을 포함하도록 제거가공 경로데이터를 소결레이저 경로데이터와는 다른 위치로 분할하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제5항에 있어서, 제거가공 경로데이터를 소결레이저 경로데이터보다 과잉소결부분을 포함하는 범위만큼 하방으로 크게 되도록 분할하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
분말층의 소정개소에 광빔을 조사하여 소결시킴으로써 소결층을 형성하고, 이 소결층 상에 분말층을 피복함과 아울러, 이 분말의 소정개소에 광빔을 조사하여소결시킴으로써 하측의 소결층과 일체로 된 소결층을 형성하고, 이것을 반복해서 복수의 소결층이 적층 일체화된 삼차원 형상의 소결부품을 제작하는 소결공정에 있어서, 소결부품의 원하는 형상보다 소정치수만큼 크게 되도록 소결층을 형성함과 아울러, 소결층의 형성후에 지금까지 제작한 소결층의 표면부의 표층 및 불필요부분을 소정의 제거값으로 제거하여 표면마무리를 행하는 제거가공공정을 상기 소결공정 중에 삽입하도록 한 소결부품을 제조하는 방법으로서,

상기 소결층의 제거값을 복수의 제거가공영역으로 분할하고, 분할된 제거가공영역 중 소정의 제거가공영역보다 상측의 소결층의 소결예정형상의 표면부의 하층부를 제거가공 불가능범위로 하고, 이 제거가공 불가능범위를 제외한 제거가공 가능범위만을 제거하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제8항에 있어서, 소정의 제거가공영역에 있어서, 그보다 하나 위의 소결층의 광빔조사범위가 아닌 부분을 제거가공 가능범위로 판단하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제8항에 있어서, 복수 분할된 제거가공영역에 있어서, 앞에 제거되는 제거가공영역에서 제거가공 불가능범위로 된 부분을, 다음에 제거되는 제거가공영역에 있어서 제거가공가능인지의 여부를 판단하고, 제거가공가능으로 판단되었을 때만 앞의 제거가공 불가능범위를 다음의 제거가공 가능범위로 추가하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제8항에 있어서, 소정의 제거가공영역에 있어서, 그보다 하나 위의 소결층의 윤곽형상과 이것과 동일 높이위치의 완성형상의 단면윤곽형상을 비교하고, 소결층의 윤곽형상으로 둘러싸여지는 영역의 외부에 존재하는 부분을 제거가공 가능범위로 판단하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 제거가공영역의 상단이 소결영역의 상단보다 상방에 위치하고, 또한 제거가공영역의 하단이 소결영역의 하단보다 하방에 위치하도록, 제거가공영역을 소결영역보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 소결부품의 제조방법.