KR20150116951A - 가스 금속 아크 용접 방식의 ３ｄ 프린터 - Google Patents

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최하령
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한국프린티드일렉트로닉스연구조합
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Abstract

본 발명은 금속 와이어 전극(metal wire electrode) 또는 금속 페이스트 전극(metal paste electrode) 소재를 이용한 GMAW 방식의 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 3D 프린터는, 금속 와이어 전극 또는 금속 페이스트 전극 소재를 이용할 수 있어 3D 프린팅 시에 활용 가능한 재료의 범위가 확장되어 금속 3D 프린팅 기술의 산업 분야 확장에 기여할 수 있다. 특히, 금속 페이스트 전극 소재를 이용하는 경우에는 다양한 크기의 노즐(nozzle) 사용이 가능하여 프린팅 공정의 정확도를 향상시킬 수 있음은 물론 불필요한 전극 소재의 낭비를 최소화하여 저가의 금속 3D 구조체의 프린팅이 가능할 수 있다.

Description

가스 금속 아크 용접 방식의 ３Ｄ 프린터 {Three-dimensional printer using gas metal arc welding}
본 발명은 금속 3D 프린터에 관한 것으로, 구체적으로 금속 와이어 전극 또는 금속 페이스트 전극 소재를 이용한 가스 금속 아크 용접(Gas Metal Arc Welding: GMAW) 방식의 3D 프린터에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 3D 프린팅에 대한 관심이 증가함에 따라 3D 프린팅 장비 및 재료, 공정에 관한 많은 연구 개발 및 사업화가 진행되고 있다. 대표적인 3D 프린팅 기술로는, 저점도 UV경화성 고분자 재료를 약 28um 높이로 분사하여 적층하는UV정밀 적층 방식과 지름 1.75mm의 열가소성 (thermoplastic) 필라멘트(filament)를 100-280℃ 온도에서 녹여 0.1-0.5mm 두께로 적층하는 Fused Deposition Modelling(FDM) 방식, Titanium 이나 Ti-alloy Powder와 같은 금속 파우더를 전자빔(electron beam)을 이용해 녹이고 적층함으로써 금속 3D 구조체를 형성하는 Electron Beam Melting(EBM) 방식이 있다.
이들 중 현재 가장 많이 상용화된 분야는 FDM 방식이나, 프린팅 재료로 폴리머(polymer) 재료를 이용하기 때문에 실제적으로 실생활 및 산업 분야에 적용 가능한 응용제품 개발에는 한계가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 금속 3D 프린팅을 위한 기술 개발이 진행되었으나, 종래 제안된 EBM방식의 금속 3D 프린팅 공정의 경우, 전자빔을 사용함에 따라 고가이며 부피가 큰 장비가 요구된다는 점, 최종 제품 구성에 소요되는 재료보다 공정 시 더욱 많은 양의 금속 파우더를 주입시켜야 한다는 점, 프린팅 작업 시간이 길다는 점 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 금속 와이어 전극(metal wire electrode) 또는 금속 페이스트 전극(metal paste electrode) 소재를 이용한 GMAW 방식의 3D 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 3D 프린팅 장비 내 효과적인 열 배출 및 냉각을 위한 패키징(packaging) 시스템 및 냉각 시스템이 구비된 GMAW 방식의 3D 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 3D 프린터는, 용접 기판; 제작 대상 금속 3D 구조체의 형상에 따라 소모성 금속 전극을 상기 용접 기판으로 분사하는 금속 전극 분사부 및 상기 소모성 금속 전극에 대한 아크 용접 공정이 수행되는 공간으로 차폐 가스를 분사하는 차폐 가스 분사부를 포함하는 용접총; 상기 용접 기판 및 상기 금속 전극 분사부로 서로 다른 소정의 전압을 인가하기 위한 전원 공급부; 상기 소모성 금속 전극을 상기 금속 전극 분사부로 공급하는 재료 공급부; 및 상기 차폐 가스를 상기 차폐 가스 분사부로 공급하는 가스 공급부;를 포함한다.
상기 소모성 금속 전극으로 금속 와이어 전극이 사용되는 경우, 상기 금속 와이어 전극은 내부가 비어있는 형상 또는 복수의 기공이 포함된 형상일 수 있다.
상기 소모성 금속 전극은 금속 페이스트(paste) 전극일 수 있다.
상기 금속 페이스트 전극은 금속 재료와 세라믹 재료가 소정 비율로 혼합될 수 있다.
상기 금속 전극 분사부는, 신축성 있는 소재의 노즐을 통해 상기 금속 페이스트 전극을 분사할 수 있다.
상기 금속 전극 분사부는, 상기 금속 페이스트 전극을 분사하기 위한 노즐이 탈부착 가능할 수 있다.
상기 금속 페이스트 전극에는 복수의 기공이 형성될 수 있다.
상기 기공에는 카본(carbon) 계열 고체 입자가 채워질 수 있다.
상기 기공에는 카본 계열 액체 환원제가 충진될 수 있다.
상기 액체 환원제에는 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)이 포함될 수 있다.
상기 재료 공급부는, 상기 금속 페이스트 전극을 저장하기 위한 카트리지; 상기 카트리지로부터 제공받은 상기 금속 페이스트 전극을 스크류 회전을 통해 상기 금속 전극 분사부로 공급하는 스크류 가압 방식 압출기; 및 상기 압출기의 스크류를 회전시키기 위한 스텝 모터;를 포함할 수 있다.
상기 차폐 가스는 아르곤(Ar) 또는 질소(N) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 용접총은, 상기 금속 전극 분사부 및 상기 차폐 가스 분사부를 수평 및 수직으로 이동시키기 위한 구동 장치를 포함할 수 있다.
상기 용접 기판의 하측으로 구비되는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판을 냉각시키기 위해 상기 베이스 기판의 내부 또는 인접한 하측으로 소정의 냉각수 경로를 포함하는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.
밀폐된 공간에서의 가스 금속 아크 용접 공정을 수행하기 위한 패키지를 더 포함할 수 있다.
상기 패키지의 하측면에는 가스 금속 아크 용접 공정에 의해 발생하는 열,스파크(spark) 또는 공기 중에 비산할 수 있는 용융 금속의 배출을 위해 외부와 연결되는 소정의 배출구가 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 배출구는 흄후드(fume hood)에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 3D 프린터는, 금속 와이어 전극 또는 금속 페이스트 전극 소재를 이용할 수 있어 3D 프린팅 시에 활용 가능한 재료의 범위가 확장됨으로써 금속 3D 프린팅 기술의 산업 분야 확장에 기여할 수 있다. 특히, 금속 페이스트 전극 소재를 이용하는 경우에는 다양한 크기/굵기를 갖는 재료 분사용 노즐(nozzle)의 사용이 가능하여 프린팅 공정을 보다 정교하게 수행할 수 있음은 물론 불필요한 전극 소재의 낭비를 최소화하여 경제적인 측면에서도 우수하고, 프린팅 공정에 소요되는 시간 또한 단축된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 3D 프린터는, 패키징 시스템 및 냉각 시스템을 구비하여 프린팅 작업 시에 발생하는 열을 효과적으로 냉각 및 배출시킬 수 있어 작업을 안정감 있게 지속적으로 수행할 수 있으며, 장소의 제한이 축소되어 그 활용도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GMAW 방식의 3D 프린터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접총의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기공이 형성된 금속 페이스트 전극을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트 전극을 사용하는 경우의 재료 공급부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 기판 측에 구비되는 냉각장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 냉각수 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 공정을 밀폐된 공간에서 수행하기 위한 패키지를 나타내는 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 가스 금속 아크 용접(Gas Metal Arc Welding: GMAW) 방식의 3D(three-dimension) 프린터에 관한 것으로, 여기서 가스 금속 아크 용접이란 소모성 금속 전극을 타켓 재료와 접촉시켜 직류전원에 의해 발생된 아크로 이를 녹이는 아크 용접 과정에서 차폐 가스를 분사하여 소모성 금속 전극의 산화를 방지하는 공정을 지칭하는 것으로, 상기 소모성 금속 전극으로는 구리 선 등 일반적인 금속 와이어 전극은 물론 고점성을 갖는 금속 페이스트(paste) 전극 소재가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GMAW 방식의 3D 프린터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 GMAW 방식의 3D 프린터(100)는 용접 기판(110), 용접총(120), 전원 공급부(130), 재료 공급부(140) 및 가스 공급부(150)를 포함한다.
용접 기판(110)은 제작 대상 3D 형상물을 적층하기 위한 것으로, 구체적으로 용접 기판(110)과 소모성 전극 재료는 서로 다른 전압이 인가된 상태에서 용접총(120) 또는 용접 기판(110)이 소정의 구동 장치에 의해 수평, 수직 이동하면서 상호 접촉하게 되면, 용접 기판(110)과 소모성 전극 재료간에는 전압차에 따른 전류가 흐르게 되는데 이때 발생되는 접촉 저항의 발열에 의해 소모성 전극 재료가 녹으면서 용접 기판(110) 상에 소정 형상의 3D 구조체가 적층될 수 있다.
용접총(120)은 소모성 금속 전극 및 차폐 가스를 분사하기 위한 것으로, 구체적으로 상기 용접총(120)은 제작 대상 금속 3D 구조체의 형상에 따라 소모성 금속 전극을 상기 용접 기판(110)으로 분사하는 금속 전극 분사부(122) 및 상기 소모성 금속 전극에 대한 아크 용접 공정이 수행되는 공간으로 차폐 가스를 분사하는 차폐 가스 분사부(124)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접총의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 용접총(120)의 금속 전극 분사부(122)는 용접 기판(110) 상에 소정 형상의 3D 구조체를 형성하기 위해 재료 공급부(140)로부터 소정의 연결 관을 통해 공급받은 소모성 금속 전극을 노즐을 통해 용접 기판(110)상에 분사하게 되는데, 이때 차폐 가스 분사부(124)는 공기 중의 오염물질로부터 용접 기판(110)을 격리시키기 위하여 가스 공급부(150)로부터 소정의 연결 관을 통해 공급받은 차폐 가스를 아크 용접이 수행되는 공간으로 분사할 수 있다.
이를 위해 상기 차폐 가스 분사부(124)는 도 2에 나타낸 바와 같이 금속 전극 분사부(122)의 양 측면으로 인접하여 위치할 수 있으나 이러한 배치에 국한되는 것은 물론 아니며 아크 용접이 수행되는 공간으로 차폐 가스를 분사할 수 있는 적절한 위치에 다양한 형태로 배치될 수 있다.
이때, 상기 금속 전극 분사부(122)를 통해 용접 기판(110) 상에 분사되는 소모성 금속 전극은 금속 와이어 전극 또는 고점성의 금속 페이스트 전극일 수 있으며, 상기 차폐 가스 분사부(124)를 통해 아크 용접이 수행되는 공간으로 분사되는 차폐 가스는 활성 가스, 비활성 가스 또는 이산화탄소를 포함하는 가스일 수 있다.
한편, 상기 용접총(120)은 도 2에 별도 표시하지는 않았으나 용접 기판(110) 상에 목적에 부합하는 다양한 형상의 금속 3D 구조체를 제작하기 위하여 상기 금속 전극 분사부(122) 및 상기 차폐 가스 분사부(124)를 수평 및 수직으로 이동시키기 위한 소정의 X, Y, Z 축 구동 장치나 회전 구동 장치를 포함할 수 있다.
전원 공급부(130)는 용접 기판(110)과 금속 전극 분사부(122)를 통해 분사되는 소모성 전극 재료에 소정 크기의 서로 다른 전압을 인가하기 위한 것으로, 상기 전원 공급부(130)를 통해 용접 기판(110)과 소모성 전극 재료에 서로 다른 전압이 인가된 상태에서 상호 접촉하게 되면, 전술한 바와 같이 소모성 전극 재료가 녹으면서 용접 기판(110) 상에 소정 형상으로 적층될 수 있는데, 이를 위해 상기 용접 기판(110)은 전원 공급부(130)로부터 전압이 인가될 수 있도록 소정의 전기 배선을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
재료 공급부(140)는 용접총(120)의 금속 전극 분사부(122)로 소모성 금속 전극을 공급하기 위한 것으로, 재료 공급부(140)를 통해 금속 전극 분사부(122) 로 공급되는 소모성 금속 전극은 금속 와이어 전극 또는 고점성의 금속 페이스트 전극일 수 있다.
상기 소모성 금속 전극으로 금속 와이어 전극을 사용하는 경우, 재료 공급부(140)의 내부에서 금속 와이어 전극이 산화되는 것을 방지를 위하여 상기 금속 와이어 전극은 가스 주입이 용이한 형태 예컨대, 속이 비어 있는 형상 또는 복수의 기공이 마련된 형상일 수 있고, 정교한 금속 3D 구조체를 제작하기 위해 바람직하게는 10um~10mm의 직경을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 와이어 전극은 복수의 기공이 마련된 속이 비어 있는 형상으로 제작됨을 통해 차폐 가스가 기공을 통하여 금속 와이어 전극의 외부 표면은 물론 내부까지 확산될 수 있고 이를 통해 금속 와이어 전극의 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 상기 금속 와이어 전극은 제작 대상 금속 3D 구조체의 사용 목적에 부합하도록 스테인레스 스틸, 금, 은, 구리, 티타늄, 철 등 다양한 종류의 금속을 포함한 소재일 수 있다.
상기 소모성 금속 전극으로 금속 페이스트 전극을 사용하는 경우, 상기 금속 페이스트 전극은 제작 대상 금속 3D 구조체의 사용 목적에 따라 다양한 재질로 제조될 수 있는 것으로 예컨대, 상기 금속 페이스트는 전기 전도성을 띄기 위한 소정의 금속 재료 및 내열성, 내산화성, 내마모성을 강화하기 위한 세라믹 재료를 소정 비율로 혼합한 재료일 수 있다.
또한, 상기 소모성 금속 전극으로 금속 페이스트 전극을 사용하는 경우, 금속 페이스트 전극이 갖는 점성으로 인하여 상기 금속 전극 분사부(122)는 금속 페이스트 전극을 분사하기 위한 탈부착이 가능한 다양한 크기/굵기의 노즐을 사용하거나 굵기가 자유롭게 변할 수 있는 신축성 있는 소재의 노즐을 사용할 수 있다.
즉, 금속 페이스트 전극이 갖는 점성으로 인하여 그 분사량을 원활하게 조절할 수 있어 정교한 금속 3D 구조체를 제작할 수 있게 되며 불필요한 금속 재료의 낭비를 최소화할 수 있게 된다. 나아가 프린팅 공정에 소요되는 시간 또한 단축시킬 수 있게 된다.
또한, 금속 페이스트 전극은 산화 방지를 위하여 금속 입자들 사이에 복수의 기공이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기공이 형성된 금속 페이스트 전극을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 3의 (a)는 금속 페이스트 전극의 표면을 100배로 확대한 도면이고, 도 3의 (b)는 금속 페이스트 전극의 표면을 300배로 확대한 도면이며, 도 3의 (c)는 금속 페이스 전극의 표면을 3000배로 확대한 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 소모성 금속 전극으로 금속 페이스트 전극을 사용하는 경우, 금속 페이스트 전극의 산화를 방지하기 위하여 금속 페이스트 전극에 포함된 금속 입자들 사이에는 기공이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속 페이스트 전극에 형성되는 기공에 흑연 등 카본(carbon) 계열 고체 입자를 채워 넣거나 또는 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol, HOCH2CH2OH)과 같은 카본 계열 액체 환원제를 충진하여 가스 금속 아크 용접 시에 금속이 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 페이스트 전극에 형성되는 기공에 흑연 등 카본(carbon) 계열 고체 입자를 채워 넣은 경우, 가스 금속 아크 용접 시에 발생되는 열에 의하여 상기 카본 계열 고체 입자가 연소하면서 주면의 산소를 흡착함을 통해 금속 페이스트 전극이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
상기 금속 페이스트 전극에 형성되는 기공에 카본(carbon) 계열 액체 환원제 충진된 경우, 가스 아크 용접 시에 상기 카본 계열 액체 환원제는 화학 반응을 통해 주변의 산소를 소모함으로써 금속 페이스트 전극이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트 전극을 사용하는 경우의 재료 공급부를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도4를 참조하면, 소모성 금속 전극으로 금속 페이스트 전극을 사용하는 경우, 재료 공급부(140)는 금속 페이스트 전극을 저장하기 위한 카트리지(142), 상기 카트리지(142)로부터 금속 페이스트 전극을 제공받고, 제공받은 금속 페이스트 전극을 스크류 회전을 통해 금속 전극 분사부(122)로 공급하는 스크류 가압 방식의 압출기(144) 및 상기 압출기(144)의 스크류를 회전시키기 위한 모터(146)을 포함할 수 있고, 상기 금속 전극 분사부(122)는 압출기(144)로부터 공급되는 금속 페이스트 전극을 소정 속도로 용접 기판(110) 상에 분사할 수 있다. 이때, 상기 모터(146)는 스텝 모터, 감속 기어 모터, 서보 모터 등 다양한 방식의 모터일 수 있다.
가스 공급부(150)는 용접총(120)의 차폐 가스 분사부(124)와 연결된 소정의 관 또는 호스를 통해 차폐 가스를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 가스 공급부(150)는 소정의 차폐 가스를 저장하는 가스 탱크를 포함할 수 있다. 이때, 상기 차폐 가스는 아크 용접을 통해 제작되는 금속 3D 구조체와의 반응성이 작은 가스 예컨대, 아르곤(Ar) 또는 질소(N)를 포함한 가스일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 금속 3D 프린터(100)는 제작 대상 3D 구조체의 크기가 다양할 수 있다는 점 및 제작된 3D 구조체와 용접 기판(110)이 상호 접합될 수 있다는 점에 착안하여 용접 기판(110)을 소모용/일회용의 다양한 크기와 형태로 제작하되, 위 용접 기판(110)을 이와 별도로 마련되는 고정용 베이스 기판의 상부에 부착하여 금속 3D 프린팅 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 금속 3D 프린터(100)는 가스 금속 아크 용접 공정에서 발생하는 고온의 열, 스파크(spark)에 의해 베이스 기판이 손상되는 것을 방지하기 위하여 베이스 기판의 내부 또는 인접한 하측으로 소정의 냉각수 경로를 갖는 냉각장치를 더 포함하여 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 기판 측에 구비되는 냉각장치를 나타내는 도면이다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 제작 대상 3D 구조체의 형상에 따라 다양한 사이즈로 제작될 수 있는 용접 기판(110)의 하측에는 베이스 기판(160)이 구비될 수 있고, 가스 금속 아크 용접 공정에서 발생하는 열에 의해 베이스 기판(160)이 손상되는 것을 방지하기 위해 베이스 기판(160)의 내부 또는 인접한 하측으로 소정의 냉각수 경로를 갖는 냉각장치(170)가 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 냉각수 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 냉각장치(170)는 냉각수를 베이스 기판(160)의 내부 또는 인접한 하측에 마련된 소정의 경로로 흐르게 하여 가스 금속 아크 용접 공정에서 발생하는 열로 인해 가열된 베이스 기판(160)을 냉각시키게 되는데, 이때 제작 대상 3D 구조체의 크기에 따라 가스 금속 아크 용접 공정이 베이스 기판(160)의 일부는 물론 전체에서 수행될 수 있다는 점에 착안하여 상기 냉각수의 유동 경로는 베이스 기판(160) 전체를 냉각시킬 수 있도록 마련될 수 있는 것으로, 예컨대 도 5에서 나타낸 바와 같이 냉각수의 유동 경로는 베이스 기판(160)의 좌우 길이를 고려한 지그재그 형태일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 금속 3D 프린터(100)는 가스 금속 아크 용접 공정에서 발생하는 고온의 열, 스파크(spark), 가스, 공기 중에 비산할 수 있는 용융 금속의 배출로 인하여 금속 3D 프린팅 공정을 수행하기 위한 장소적 제한이 크게 따른다는 점 및 사용자에게 화상 등 피해가 발생할 수 있다는 점에 착안하여 가스 금속 아크 용접 공정의 수행을 밀폐된 공간에서 수행하기 위한 패키지(package)를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 공정을 밀폐된 공간에서 수행하기 위한 패키지를 나타내는 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 용접총(120)은 제작 대상 3D 구조체의 형상에 따라 X, Y, Z축 구동장치에 의해 수평/수직 이동하며 베이스 기판(160) 상에 배치되는 용접 기판(110)으로 소모성 금속 전극을 분사하여 가스 금속 아크 용접 공정을 수행하게 되는데, 이러한 가스 금속 아크 용접 과정에서 발생하는 고온의 열, 스파크, 가스 및 공기 중에 비산할 수 잇는 용융 금속의 배출로 인한 장소적 제한 및 사용자의 피해를 최소화하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 금속 아크 용접 방식의 금속 3 D 프린터는 가스 금속 아크 용접 공정의 수행을 밀폐된 공간에서 수행하기 위해 가스 금속 아크 용접이 수행되는 공간을 둘러싸는 형상의 패키지(180)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 패키지(180)의 하측으로는 가스 금속 아크 용접 공정에서 발생하는 고온의 열, 스파크, 가스 및 공기 중에 비산할 수 있는 용융 금속을 배출하기 위해 외부와 연결된 하나 이상의 배출구(182)가 형성될 수 있으며, 상기 배출구(182)에 의해 패키지(180) 내 공기 유동 흐름이 아래 방향으로 유도됨으로써 안정적/지속적인 가스 금속 아크 용접 공정이 가능할 수 있고 또한 열로 인한 프린팅 장비의 손상을 방지할 수 있다.
이때, 상기 배출구(182)를 외부의 흄후드(fume hood)와 연결하여 공기 유동 흐름을 보다 원활하게 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 용접 기판;
    제작 대상 금속 3D 구조체의 형상에 따라 소모성 금속 전극을 상기 용접 기판으로 분사하는 금속 전극 분사부 및 상기 소모성 금속 전극에 대한 아크 용접 공정이 수행되는 공간으로 차폐 가스를 분사하는 차폐 가스 분사부를 포함하는 용접총;
    상기 용접 기판 및 상기 금속 전극 분사부로 서로 다른 소정의 전압을 인가하기 위한 전원 공급부;
    상기 소모성 금속 전극을 상기 금속 전극 분사부로 공급하는 재료 공급부; 및
    상기 차폐 가스를 상기 차폐 가스 분사부로 공급하는 가스 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소모성 금속 전극으로 금속 와이어 전극이 사용되는 경우,
    상기 금속 와이어 전극은 내부가 비어있는 형상 또는 복수의 기공이 포함된 형상인 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소모성 금속 전극은 금속 페이스트(paste) 전극인 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 금속 페이스트 전극은 금속 재료와 세라믹 재료가 소정 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 금속 전극 분사부는,
    신축성 있는 소재의 노즐을 통해 상기 금속 페이스트 전극을 분사하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 금속 전극 분사부는,
    상기 금속 페이스트 전극을 분사하기 위한 노즐이 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 금속 페이스트 전극에는 복수의 기공이 형성된 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 기공에는 카본(carbon) 계열 고체 입자가 채워진 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 기공에는 카본 계열 액체 환원제가 충진된 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 액체 환원제에는 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)이 포함된 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  11. 제 3항에 있어서,
    상기 재료 공급부는,
    상기 금속 페이스트 전극을 저장하기 위한 카트리지;
    상기 카트리지로부터 제공받은 상기 금속 페이스트 전극을 스크류 회전을 통해 상기 금속 전극 분사부로 공급하는 스크류 가압 방식 압출기; 및
    상기 압출기의 스크류를 회전시키기 위한 스텝 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 차폐 가스는 아르곤(Ar) 또는 질소(N) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 용접총은,
    상기 금속 전극 분사부 및 상기 차폐 가스 분사부를 수평 및 수직으로 이동시키기 위한 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 용접 기판의 하측으로 구비되는 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판을 냉각시키기 위해 상기 베이스 기판의 내부 또는 인접한 하측으로 소정의 냉각수 경로를 포함하는 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  15. 제 1항에 있어서,
    밀폐된 공간에서의 가스 금속 아크 용접 공정을 수행하기 위한 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 패키지의 하측면에는 가스 금속 아크 용접 공정에 의해 발생하는 열,스파크(spark) 또는 공기 중에 비산할 수 있는 용융 금속의 배출을 위해 외부와 연결되는 소정의 배출구가 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 배출구는 흄후드(fume hood)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 3D 프린터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105127415A (zh) * 2015-10-19 2015-12-09 北京化工大学 一种金属3d打印快速成型设备
KR101869140B1 (ko) * 2015-10-31 2018-06-19 한국생산기술연구원 3차원 메탈프린터를 이용하여 제조되는 전단금형
KR20190053472A (ko) 2017-11-10 2019-05-20 김선호 보호가스 냉각형 아크 수축노즐을 이용한 3d프린터의 냉각 시스템
KR20190134904A (ko) * 2018-05-10 2019-12-05 한국기계연구원 와이어를 이용한 전자소자 제조 장치

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