KR20200063306A - Additive Manufacturing Apparatus of Unweldable Materials and The Method Thereof - Google Patents

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Abstract

An objective of the present invention is to provide an apparatus for depositing a hard-to-weld material and a method thereof, which can deposit and form a hard-to-weld material at a high speed by concurrently performing a preheating process of a previously stacked layer and a focus offset of an energy beam emitted to perform deposition in a process of depositing and forming the hard-to-weld material. According to an embodiment of the present invention to achieve the objective, the apparatus for depositing a hard-to-weld material comprises: a hard-to-weld material supply unit to supply a hard-to-weld material; an energy beam generation unit to generate an energy beam emitted to the hard-to-weld material; a focus offset control unit to adjust a focus offset of the energy beam emitted by the energy beam generation unit; a preheating unit to preheat a previously created hard-to-weld material layer; and a control unit to control the preheating of the previously created hard-to-weld material layer of the preheating unit, the supply of the hard-to-weld material of the hard-to-weld material supply unit, and the emission of the energy beam with the adjusted focus offset and power of the focus offset control unit and the energy beam generation unit to deposit a new hard-to-weld material layer on an upper portion of the previously created hard-to-weld material layer.

Description

난용접성 소재 적층 장치 및 그 방법{Additive Manufacturing Apparatus of Unweldable Materials and The Method Thereof}Additive Manufacturing Apparatus of Unweldable Materials and The Method Thereof}

본 발명은 난용접성 소재의 고속 적층 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 난용접성 소재를 적층 성형하는 과정에서, 적층 수행을 위해 조사되는 에너지 빔의 포커스 오프셋(focus offset)과 이전 적층된 레이어의 예열 공정을 병행 수행하는 것에 의해 난용접성 소재를 고속으로 적층 성형할 수 있도록 하는 난용접성 소재 적층 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-speed lamination technique of a hard-weld material, and more specifically, in the process of laminating and molding a hard-weld material, the focus offset of the energy beam irradiated for performing lamination and the previously laminated layer The present invention relates to an apparatus for laminating a hard-weld material and a method for laminating and molding a hard-weld material at a high speed by performing a preheating process in parallel.

도 1은 종래기술의 초내열성 난용접성 소재의 용융점 온도 분포 및 난용접성 정도를 나타내는 그래프이고, 도 2는 도 1의 난용접성 소재들의 용융 적층 시 볼링 현상에 의해 표면 품질이 저하된 적층 면을 나타내는 사진이다.1 is a graph showing the melting point temperature distribution and the degree of poor weldability of the prior art super heat-resistant hard-weld material, and FIG. 2 shows a laminated surface in which surface quality is reduced due to a bowling phenomenon during melt-lamination of the hard-welded materials of FIG. 1 It is a picture.

도 1의 종래의 IN100 , MarM76, Rene80, U700 pmA , U700pmB 등의 초내열성 난용접성 소재는 고용융점을 가지는 것에 의한 낮은 용접성 및 높은 표면 장력으로 인해 3D 프린터를 이용한 용융 적층 시 볼링(Balling) 현상이 발생하여 표면 품질이 저하는 되며, 적층 속도를 가속하는 경우 볼링 현상 또한 가속되어 표면 품질이 더욱 저하되어, 표면 품질의 확보를 위하여 저속으로 적층이 수행되는 경우 제품의 연속성이 감소하는 문제점을 가진다.In the conventional IN100, MarM76, Rene80, U700 pmA, U700pmB, etc., the super-heat-resistant hard-welding material has a bowling phenomenon during melt lamination using a 3D printer due to low weldability and high surface tension due to having a high melting point. The surface quality is reduced due to the occurrence, and when the lamination speed is accelerated, the bowling phenomenon is also accelerated to further degrade the surface quality, and when lamination is performed at a low speed to secure the surface quality, there is a problem that the continuity of the product decreases.

이에 따라, 고융점을 가지는 난용접성 소재의 3D 프린팅을 위하여, 대한민국 등록특허 제1780465호는 미세조직 제어가 가능한 3D 프린팅을 이용한 금속소재의 입체 조형 방법을 개시하며, 대한민국 공개특허 제2004-0103920호는 고융접 금속 부품의 제조 및 회생을 위한 레이저 형성 및 용융에 의한 고융점 금속 및 합금 정련 기술을 개시하고 있으나, 상술한 종래기술들의 경우 도 1의 초내열성 난용접성 소재에 대한 3D 프린팅 적층 성형 시 발생하는 볼링 현상 및 공정의 저속 수행으로 인한 제품 제작 연속성 감소의 문제를 해결하지는 못하고 있다.Accordingly, for 3D printing of a hard-weld material having a high melting point, Korean Registered Patent No. 1780465 discloses a three-dimensional molding method of a metal material using 3D printing capable of controlling microstructure, and Korean Patent Publication No. 2004-0103920 Discloses a high-melting point metal and alloy refining technology by laser formation and melting for the manufacture and regeneration of high-melting metal parts, but in the case of the above-mentioned prior art, 3D printing lamination molding for the super-heat-resistant hard-welding material of FIG. 1 It does not solve the problem of reduced product manufacturing continuity due to the bowling phenomenon and low-speed performance of the process.

대한민국 등록특허 제1780465호Republic of Korea Registered Patent No. 1780465 대한민국 공개특허 제2004-0103920호Republic of Korea Patent Publication No. 2004-0103920

따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 3D 프린팅 기술을 이용하여 난용접성 소재를 적층 성형하는 과정에서, 이전 적층된 레이어의 예열과 적층 성형을 위해 조사되는 에너지 빔의 포커스 오프셋(focus offset)의 조절을 병행 수행하는 것에 의해, 난용접성 소재의 적층 시 볼링 현상의 발생을 최소화하여 제품의 표면 품질을 향상시키면서도 난용접성 소재를 고속으로 적층 성형할 수 있도록 하는 난용접성 소재 적층 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an embodiment of the present invention for solving the above-described problems of the prior art, in the process of laminating and forming a poorly weldable material using 3D printing technology, the energy beam irradiated for preheating and lamination molding of the previously laminated layer By performing the adjustment of the focus offset in parallel, it minimizes the occurrence of bowling during lamination of poorly-weldable materials, improves the surface quality of the product, and improves the surface quality of the poorly-welded materials so that it can be laminated at high speed. It is an object to provide a material lamination apparatus and a method therefor.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 난용접성 소재를 공급하는 난용접성 소재 공급부; 상기 난용접성 소재로 조사되는 에너지 빔을 발생시키는 에너지 빔 발생부; 상기 에너지 빔 발생부에서 조사된 에너지빔의 포커스 오프셋을 조절하는 포커스 오프셋 제어부; 기 생성된 난용접성 소재 레이어를 예열하는 예열부; 및 상기 예열부의 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 예열, 상기 난용접성 소재 공급부의 난용접성 소재의 공급, 상기 에너지 빔 발생부와 상기 포커스 오프셋 제어부의 파워 및 포커스 오프셋 조절된 에너지 빔의 조사를 제어하여 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이이의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 제어부;를 포함하여 구성되는 난용접성 소재 적층 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above-described problems of the present invention, a difficult-weld material supply unit for supplying a hard-weld material; An energy beam generator for generating an energy beam irradiated with the poorly weldable material; A focus offset control unit for adjusting a focus offset of the energy beam irradiated from the energy beam generator; A preheating unit for preheating the previously generated poorly weldable material layer; And controlling the preheating of the previously generated hard-weld material layer of the preheater, supply of hard-weld material of the hard-weld material supply, and irradiation of the energy beam adjusted by the power and focus offset of the energy beam generator and the focus offset controller. Provides a lamination device comprising a; a control unit for stacking a new layer of poorly weldable material on the upper layer of the previously generated poorly weldable material.

본 발명의 일 실시예의 상기 제어부는, 상기 예열부의 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 예열, 상기 난용접성 소재 공급부의 난용접성 소재의 공급 및 상기 에너지 빔 발생부와 상기 포커스 오프셋 제어부의 파워 및 포커스 오프셋 조절된 상기 에너지 빔의 조사를 제어하여 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 것을, 상기 난용접성 소재 레이어가 기 설정된 층으로 적층 형성될 때까지 반복 수행하도록 구성될 수 있다.The control unit of one embodiment of the present invention, the preheating of the pre-generated poorly-welded material layer of the preheating unit, supply of the poorly-welded material of the poorly-welded material supply unit and power and focus of the energy beam generator and the focus offset control unit Controlling the irradiation of the energy beam adjusted with the offset to stack a new poorly weldable material layer on top of the previously generated poorly weldable material layer, so that the poorly weldable material layer is repeatedly formed until a predetermined layer is formed. Can be configured.

상기 에너지 빔 발생부는, 50 W 내지 1,000 W의 에너지 빔을 조사하도록 구성될 수 있다.The energy beam generator may be configured to irradiate an energy beam of 50 W to 1,000 W.

상기 에너지 빔 발생부는, 상기 에너지 빔을 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 스캔 조사하도록 구성될 수 있다.The energy beam generator may be configured to scan and irradiate the energy beam at a scan speed ranging from 4,500 mm/s to 8,000 mm/s.

상기 예열부는, 상기 난용접성 소재 레이어를 상기 난용접성 소재의 용융 온도의 70% 내지 90 %의 온도로 예열하도록 구성될 수 있다.The preheating unit may be configured to preheat the poorly weldable material layer to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material.

상기 포커스 오프셋 제어부는, 상기 난용접성 소재 레이어를 형성하기 위한 전자 빔의 포커스 오프셋을 1 ~ 10mA 범위로 조절되도록 구성될 수 있다.The focus offset control unit may be configured to adjust the focus offset of the electron beam for forming the poorly weldable material layer in a range of 1 to 10 mA.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 기 생성된 난용접성 소재 레이어를 기 설정된 온도로 예열하는 예열단계; 및 상기 예열된 기 생성된 난용접성 소재 레이어에 난용접성 소재를 공급한 후, 열에너지가 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어까지 전달되도록 파워 및 포커스 오프셋이 조절된 에너지 빔을 상기 공급된 난용접성 소재로 조사하여 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 적층 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the pre-heating step of pre-heating the pre-generated poorly-weld material layer to a predetermined temperature; And after supplying a hard-weld material to the pre-generated hard-weld material layer, the energy beam having the power and focus offset adjusted so that thermal energy is transferred to the previously-generated hard-weld material layer as the supplied hard-weld material. It provides a method for laminating a poorly weldable material characterized in that it comprises a; laminating step of laminating a new layer of a poorly weldable material by irradiation.

상기 난용접성 소재 적층 방법은, 상기 적층 단계를 수행한 후, 상기 예열 단계와 상기 적층 단계를 상기 난용접성 소재 레이어의 층이 기 설정된 개수로 형성될 때까지 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of laminating the hard-weld material may further include repeating the pre-heating step and the laminating step until the layer of the hard-weld material layer is formed to a predetermined number after performing the laminating step. .

상기 적층 단계는, 상기 에너지 빔의 파워를 50 W 내지 1,000 W의 범위로 조절하여 조사하는 단계일 수 있다.The laminating step may be a step of adjusting and controlling the power of the energy beam in a range of 50 W to 1,000 W.

상기 적층 단계는, 상기 에너지 빔의 스캔 속도를 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위로 조절하여 조사하는 단계일 수 있다.The laminating step may be a step of adjusting the scan speed of the energy beam in a range of 4,500 mm/s to 8,000 mm/s to irradiate.

상기 예열 단계는, 최상층 난용접성 소재 레이어를 포함하는 상층부의 난용접성 소재 레어어들을 상기 난용접성 소재의 용융 온도의 70 % 내지 90 %의 온도로 예열하는 단계일 수 있다.The preheating step may be a step of preheating the rarely weldable material rare layers of the upper layer including the uppermost layer poorly weldable material to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material.

상기 적층단계는, 상기 포커스 오프셋을 1 ~ 10 mA 범위로 조절하여 수행하는 단계일 수 있다.The stacking step may be performed by adjusting the focus offset in a range of 1 to 10 mA.

본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 프린팅 기술을 이용하여 난용접성 소재를 적층 성형하는 과정에서, 이전 적층된 레이어의 예열과 적층 성형을 위해 조사되는 에너지 빔에 의해 생성된 열이 기 생성된 난용접성 레이어까지 전달되도록 에너지 빔의 파워 및 포커스 오프셋(focus offset)의 조절을 병행 수행하는 것에 의해, 난용접성 소재의 적층 시 볼링 현상의 발생을 최소화하여 제품의 표면 품질을 향상시키면서도 난용접성 소재를 고속으로 적층 성형할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.According to embodiments of the present invention, in the process of laminating and forming a difficult-to-weld material using 3D printing technology, the heat generated by the energy beam irradiated for preheating and lamination of the previously laminated layers is generated. By performing the control of energy beam power and focus offset in parallel to transfer to the weldable layer, it minimizes the occurrence of bowling when laminating poorly weldable materials, improves the surface quality of the product, and improves the poorly weldable materials at high speed. It provides an effect to enable lamination molding.

도 1은 종래기술의 초내열성 난용접성 소재의 용융점 온도 분포 및 난용접성 정도를 나타내는 그래프.
도 2는 도 1의 난용접성 소재들의 3D 프린팅을 이용한 용융 적층 시 볼링 현상에 의해 표면 품질이 저하된 적층 면을 나타내는 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 에너지 빔 발생부가 레이저 발생부(130)로 구성되는 난용접성 소재 적층 장치(100)의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 에너지 빔 발생부가 전자 빔 발생부(230)로 구성되는 난용접성 소재 적층 장치(200)의 개략적인 구성도.
도 5는 난용접성 소재 적층 장치(200)의 전자 빔 발생부(230)에서 발생된 전자 빔의 포커스 오프셋 조절에 따른 난용접성 소재에 형성되는 용융부(melting pool)의 형상을 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 포커스 오프셋 조절에 따른 난용접성 소재에 형성되는 용융부의 형상에 따른 용융부의 열이 적층되는 난용접성 소재 레이어로 전달되는 영역을 나타내는 도면.
도 7은 에너지 빔의 포커스 오프셋 별 열에너지의 침투 범위를 나타내는 도면.
도 8은 기 생성된 난용접성 레이어를 예열하지 않은 경우(a)와 예열한 경우(b)의 에너지 빔에 의해 형성된 용융부에 의한 열전달 범위를 비교한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 난용접성 소재 적층 방법의 처리과정을 나타내는 도면.
도 10은 난용접성 소재의 적층 시 조사되는 에너지 빔의 포커스 오프셋 범위에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프.
도 11은 난용접성 소재의 적층 시 조사되는 에너지 빔의 스캔 속도에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프.
도 12는 난용접성 소재의 적층 시 조사되는 에너지 빔의 파워에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프.
도 13은 난용접성 소재의 적층 시 예열 온도에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프.1 is a graph showing the melting point temperature distribution and the degree of poor weldability of the prior art super heat-resistant hard-weld material.
FIG. 2 is a photograph showing a laminated surface in which surface quality is reduced due to a bowling phenomenon during melt lamination using 3D printing of the poorly weldable materials of FIG. 1.
3 is a schematic configuration diagram of a poorly-welded material stacking apparatus 100 in which the energy beam generator of one embodiment of the present invention is composed of a laser generator 130.
4 is a schematic configuration diagram of a poorly-welded material stacking apparatus 200 in which the energy beam generator of one embodiment of the present invention comprises an electron beam generator 230.
FIG. 5 is a view showing the shape of a melting pool formed in a poorly weldable material according to the focus offset adjustment of the electron beam generated by the electron beam generator 230 of the poorly weldable material stacking apparatus 200.
FIG. 6 is a view showing a region transferred to a layer of a poorly weldable material in which heat of the molten part is stacked according to a shape of a molten part formed in a poorly weldable material according to the focus offset adjustment of FIG.
7 is a view showing a penetration range of thermal energy for each focus offset of the energy beam.
8 is a view comparing the heat transfer range by the melt formed by the energy beam when the pre-generated poorly weldable layer is not preheated (a) and preheated (b).
9 is a view showing a process of the method of laminating a poorly weldable material according to another embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the surface quality of a poorly weldable structure in which a poorly weldable material is stacked according to a focus offset range of an energy beam irradiated when the poorly weldable material is laminated.
11 is a graph showing the surface quality of a poorly weldable structure in which a poorly weldable material is laminated according to the scan speed of an energy beam irradiated when the poorly weldable material is laminated.
12 is a graph showing the surface quality of a difficult-to-weld structure formed by laminating a poorly-welded material according to the power of an energy beam irradiated upon lamination of a poorly-welded material.
13 is a graph showing the surface quality of a poorly weldable molding formed by laminating a poorly weldable material according to a preheating temperature when laminating a poorly weldable material.

이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 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)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "It also includes the case where it is. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding other components, 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 herein 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.

본 발명의 일 실시예는, 난용접성 소재를 공급하는 난용접성 소재 공급부; 상기 난용접성 소재로 조사되는 에너지 빔을 발생시키는 에너지 빔 발생부; 상기 에너지 빔 발생부에서 조사된 에너지빔의 포커스 오프셋을 조절하는 포커스 오프셋 제어부; 기 생성된 난용접성 소재 레이어를 예열하는 예열부; 및 상기 예열부의 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 예열, 상기 난용접성 소재 공급부의 난용접성 소재의 공급, 상기 에너지 빔 발생부와 상기 포커스 오프셋 제어부의 파워 및 포커스 오프셋 조절된 에너지 빔의 조사를 제어하여 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 제어부;를 포함하여 구성되는 난용접성 소재 적층 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention, a poorly weldable material supply unit for supplying a poorly weldable material; An energy beam generator for generating an energy beam irradiated with the poorly weldable material; A focus offset control unit for adjusting a focus offset of the energy beam irradiated from the energy beam generator; A preheating unit for preheating the previously generated poorly weldable material layer; And controlling the preheating of the previously generated hard-weld material layer of the preheater, supply of hard-weld material of the hard-weld material supply, and irradiation of the energy beam adjusted by the power and focus offset of the energy beam generator and the focus offset controller. It provides a poorly-welded material stacking device comprising a; control unit for stacking a new layer of difficult-to-weld material on top of the previously generated poorly-weld material layer.

상기 제어부는, 상기 예열부의 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 예열, 상기 난용접성 소재 공급부의 난용접성 소재의 공급 및 상기 에너지 빔 발생부와 상기 포커스 오프셋 제어부의 파워 및 포커스 오프셋 조절된 상기 에너지 빔의 조사를 제어하여 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이이의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 것을, 상기 난용접성 소재 레이어가 기 설정된 층으로 적층 형성될 때까지 반복 수행하도록 구성될 수 있다.The control unit, the preheating of the pre-generated poorly-weld material layer of the preheating unit, the supply of poorly-welded material of the poorly-weldable material supply unit and the energy beam adjusted by the power and focus offset of the energy beam generator and the focus offset controller It may be configured to repeatedly control the irradiation of the new layer of poorly weldable material layer on the top of the previously generated layer of the poorly weldable material, until the layer of the poorly weldable material is layered and formed into a predetermined layer.

상기 에너지 빔 발생부는, 50 W 내지 1,000 W의 에너지 빔을 조사하도록 구성될 수 있다.The energy beam generator may be configured to irradiate an energy beam of 50 W to 1,000 W.

상기 에너지 빔 발생부는, 상기 에너지 빔을 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 스캔 조사하도록 구성될 수 있다.The energy beam generator may be configured to scan and irradiate the energy beam at a scan speed ranging from 4,500 mm/s to 8,000 mm/s.

상기 예열부는, 상기 난용접성 소재 레이어를 상기 난용접성 소재의 용융 온도의 70% 내지 90 %의 온도로 예열하도록 구성될 수 있다.The preheating unit may be configured to preheat the poorly weldable material layer to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material.

상기 포커스 오프셋 제어부는, 상기 난용접성 소재 레이어를 형성하기 위한 전자 빔의 포커스 오프셋을 1 ~ 10mA 범위로 조절되도록 구성될 수 있다.The focus offset control unit may be configured to adjust the focus offset of the electron beam for forming the poorly weldable material layer in a range of 1 to 10 mA.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 기 생성된 난용접성 소재 레이어를 기 설정된 온도로 예열하는 예열단계; 및 상기 예열된 기 생성된 난용접성 소재 레이어에 난용접성 소재를 공급하고, 난용접성 소재 레이어 형성을 위한 에너지 빔에 의해 생성된 열에너지가 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어까지 전달되도록, 상기 에너지 빔의 파워 및 포커스 오프셋을 조절한 후 상기 공급된 난용접성 소재로 조사하여 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 적층 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the pre-heating step of pre-heating the pre-generated poorly-weld material layer to a predetermined temperature; And supplying a hard-weld material to the pre-heated group-generated hard-weld material layer, so that the thermal energy generated by the energy beam for forming the hard-weld material layer is transferred to the previously-generated hard-weld material layer, It provides a method for laminating a hard-weld material characterized in that it comprises a; laminating step of laminating a new hard-weld material layer by irradiating with the supplied hard-weld material after adjusting the power and focus offset.

상기 난용접성 소재 적층 방법은, 상기 적층 단계를 수행한 후, 상기 예열 단계와 상기 적층 단계를 상기 난용접성 소재 레이어의 층이 기 설정된 개수로 형성될 때까지 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of laminating the hard-weld material may further include repeating the pre-heating step and the laminating step until the layer of the hard-weld material layer is formed to a predetermined number after performing the laminating step. .

상기 적층 단계는, 상기 에너지 빔의 파워를 50 W 내지 1,000 W의 범위로 조절하여 조사하는 단계일 수 있다.The laminating step may be a step of adjusting and controlling the power of the energy beam in a range of 50 W to 1,000 W.

상기 적층 단계에서, 상기 에너지 빔의 조사는 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 조사되는 것일 수 있다.In the laminating step, the energy beam may be irradiated at a scan speed ranging from 4,500 mm/s to 8,000 mm/s.

상기 예열 단계는, 최상층 난용접성 소재 레이어를 포함하는 상층부의 난용접성 소재 레어어들을 상기 난용접성 소재의 용융 온도의 70 % 내지 90 %의 온도로 예열하는 단계일 수 있다.The preheating step may be a step of preheating the rarely weldable material rare layers of the upper layer including the uppermost layer poorly weldable material to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material.

상기 적층단계는, 상기 포커스 오프셋을 1 ~ 10 mA 범위로 조절하여 수행하는 단계일 수 있다.The stacking step may be performed by adjusting the focus offset in a range of 1 to 10 mA.

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.

도 3은 본 발명의 일 실시예의 에너지 빔 발생부가 에너지 빔으로서 레이저(L)를 조사하는 레이저 발생부(130)로 구성되는 난용접성 소재 적층 장치(100)의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a poorly weldable material stacking apparatus 100 composed of a laser generator 130 that irradiates a laser L as an energy beam, in an energy beam generator of an embodiment of the present invention.

도 3과 같이, 상기 레이버 발생부(130)를 구비한 난용접성 소재 적층 장치(100)는, 난용접성 소재 공급부(110), 하우징(120), 레이저 발생부(130), 조사되는 레이저(L)의 포커스 오프셋을 조절하는 제 1 포커스 오프셋 제어부(140), 예열부(145), 난용접성 소재 조형물을 형성하는 조형 공간(150)이 중앙에 형성되고, 상부에 상기 하우징(120), 레이저 발생부(130) 및 제 1 포커스 오프셋 제어부(140)가 장착되는 테이블(T) 및 제어부(10)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the hard-weld material stacking apparatus 100 provided with the radar generator 130 includes a hard-weld material supply unit 110, a housing 120, a laser generator 130, and an irradiated laser L ), a first focus offset control unit 140 for adjusting the focus offset, a preheating unit 145, a molding space 150 forming a poorly-weldable material molding is formed in the center, and the housing 120 and the laser are generated at the top. It is configured to include a table T and a control unit 10 on which the unit 130 and the first focus offset control unit 140 are mounted.

상기 난용접성 소재 공급부(110)는 상기 하우징(120)의 외부에 난용접성 소재를 저장하는 저장부(111)가 형성되고, 하우징(120)의 내부로 노즐(113)이 연장 형성되어 기판(160)의 상부의 기 형성된 난용접성 소재 조형물(S) 형성을 위한 난용접성 레이어의 상부로 난용접성 소재를 공급하도록 구성된다. 이때, 상기 노즐(113)는 관형, 직사각형 등으로 난용접성 소재가 토출되는 단부에 난용접성 소재의 공급을 제어하도록 개폐되는 도어가 형성된다. 그리고 상기 기판(160)는 조형 공간(150) 내에서 승하강되도록 구성된다.The hard-weld material supply unit 110 is formed with a storage unit 111 for storing hard-weld material outside the housing 120, and a nozzle 113 is extended into the housing 120 to form a substrate 160 It is configured to supply the hard-weld material to the upper portion of the hard-weld layer for forming a previously formed hard-weld material molding (S) of the upper portion of the. At this time, the nozzle 113 is formed in a tubular, rectangular, etc. door is opened and closed to control the supply of the poorly-welded material at the end where the poorly-welded material is discharged. In addition, the substrate 160 is configured to move up and down in the molding space 150.

상기 하우징(120)은 레이저 발생부(130)와 제 1 포커스 오프셋 제어부(140) 및 테이블(T)을 외부와 격리시키는 함체로 구성된다. 이때, 상기 하우징(120)은 적층 성형되는 난용접성 소재 조형물의 관측을 위해 투명 소재로 형성될 수 있다.The housing 120 is composed of an enclosure that isolates the laser generator 130, the first focus offset control unit 140, and the table T from the outside. In this case, the housing 120 may be formed of a transparent material for observation of a poorly weldable material molding that is laminated and molded.

상기 레이저 발생부(130)는 상기 하우징(120)의 내측 상부면에 장착되어, 난용접성 소재 공급부(110)를 통해 공급되는 난용접성 소재를 용융시키기 위한 레이저를 조사하도록 구성된다. 상기 레이저 발생부(130)는 50 W 내지 1,000 W의 범위의 파워를 가지고, 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 레이저를 스캔 조사하도록 구성될 수 있다.The laser generating unit 130 is mounted on the inner upper surface of the housing 120, and is configured to irradiate a laser for melting the hard-weld material supplied through the hard-weld material supply unit 110. The laser generator 130 has a power in the range of 50 W to 1,000 W, and may be configured to scan and irradiate the laser at a scan speed in the range of 4,500 mm/s to 8,000 mm/s.

상기 제 1 포커스 오프셋 제어부(140)는, 위치 조절되는 다수의 렌즈(141) 배열을 포함하여 구성되어, 상기 레이저(L)의 초점 크기 및 초점 거리를 조절하는 것에 의해 포커스 오프셋을 조절하도록 구성된다. 상기 제 1 포커스 오프셋 제어부(140)는 상기 레이저(L)의 포커스 오프셋을 1 ~ 10 mA 범위로 조절하도록 구성될 수 있다.The first focus offset control unit 140 is configured to include an arrangement of a plurality of lenses 141 which are position-adjusted, and is configured to adjust a focus offset by adjusting a focus size and a focal length of the laser L. . The first focus offset control unit 140 may be configured to adjust the focus offset of the laser L to a range of 1 to 10 mA.

상기 예열부(145)는 기 생성된 난용접성 레이어(PL)를 일정 온도로 예열하도록 구성된다. 도 3 및 도 4의 경우 상기 예열부(145)가 테이블(T)에 내장되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 하우징(120)의 내부에서 적층 형성된 난용접성 소재 레이어(PL)의 상부에 위치되는 히터 또는 토치 등으로 구성되어 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)에 열을 가하도록 구성될 수도 있다. 상기 예열부(145)는 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)를 난용접성 소재의 용융 온도의 70% 내지 90 %의 온도로 예열하도록 구성될 수 있다.The preheating unit 145 is configured to preheat the previously generated poorly weldable layer PL to a predetermined temperature. 3 and 4, the preheating unit 145 is illustrated as being embedded in the table T, but is not limited thereto, and the upper portion of the poorly weldable material layer PL formed inside the housing 120 It may be configured to be configured with a heater or a torch to be placed to apply heat to the previously generated poorly-weld material layer (PL). The preheating unit 145 may be configured to preheat the pre-generated poorly weldable material layer PL to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material.

상기 제어부(10)에 대하여는 도 4의 에너지 빔 발생부로 전자 빔 발생부(230)를 구비한 난용접성 소재 적층 장치(200)의 구성의 설명 후에 설명한다.The control unit 10 will be described after description of the configuration of the poorly weldable material stacking apparatus 200 having the electron beam generator 230 as the energy beam generator in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 에너지 빔 발생부가 에너지 빔으로서 전자 빔을 조사하는 전자 빔 발생부(230)로 구성되는 난용접성 소재 적층 장치(200)의 개략적인 구성도이다.FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a poorly weldable material stacking apparatus 200 composed of an electron beam generator 230 that irradiates an electron beam as an energy beam in an embodiment of the present invention.

도 4와 같이, 상기 전자 빔 발생부(230)를 구비한 난용접성 소재 적층 장치(200)는, 난용접성 소재 공급부(110), 하우징(120), 전자 빔 발생부(230), 조사되는 전자 빔(E)의 포커스 오프셋을 조절하는 제 2 포커스 오프셋 제어부(240), 예열부(145), 난용접성 소재 조형물을 형성하는 조형 공간(150)이 중앙에 형성되고, 상부에 상기 하우징(120), 전자 빔 발생부(230), 제 2 포커스 오프셋 제어부(240), 예열부(145)가 장착되는 테이블(T) 및 제어부(145)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the hard-weld material stacking device 200 provided with the electron beam generator 230 includes a hard-weld material supply unit 110, a housing 120, an electron beam generator 230, and electrons to be irradiated A second focus offset control unit 240 for adjusting the focus offset of the beam E, a preheating unit 145, and a molding space 150 forming a poorly weldable material molding are formed in the center, and the housing 120 is located at the top. , An electron beam generating unit 230, a second focus offset control unit 240, a table T on which the preheating unit 145 is mounted, and a control unit 145.

도 4의 난용접성 소재 적층 장치(200)의 구성 중 난용접성 소재 공급부(110), 하우징(120), 기판(160), 예열부(145) 및 테이블(T)은 도 3의 난용접성 소재 공급 장치(100)에 구성된 난용접성 소재 공급부, 하우징, 기판 및 테이블과 구성 및 작용이 동일하므로, 도 3과 동일한 도면부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.Of the configuration of the poorly weldable material stacking apparatus 200 of FIG. 4, the poorly weldable material supply unit 110, the housing 120, the substrate 160, the preheating unit 145, and the table T supply the poorly weldable material of FIG. 3 Since the construction and operation are the same as those of the poorly-welded material supply unit, the housing, the substrate, and the table configured in the apparatus 100, the same reference numerals as in FIG. 3 are used and detailed descriptions thereof are omitted.

상기 전자 빔 발생부(230)는 상기 하우징(120)의 내측 상부면에 장착되어, 난용접성 소재 공급부(110)를 통해 공급되는 난용접성 소재를 용융시키기 위한 전자 빔(E)을 조사하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 전자 빔 발생부(230)는 하우징(120)의 외부에서 내부로 인입되는 고전압 케이블이 연결되는 전극(231)과 음전위를 발생시키는 음극(233) 및 음극(233)과 일정 거리 이격되어 양전위를 발생시키는 양극(235)을 포함하여 구성되어, 음극(233)과 양극(235)의 사이의 전위차에 의해 전자들을 가속시켜 기판(160) 상에 공급되는 난용접성 소재로 전자 빔을 스캔 조사하도록 구성된다. 상술한 구성을 가지는 상기 전자 빔 발생부(230)는 50 W 내지 1,000 W의 범위의 파워를 가지고, 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 전자 빔(E)을 스캔 조사하도록 구성될 수 있다.The electron beam generation unit 230 is mounted on the inner upper surface of the housing 120, and is configured to irradiate the electron beam E for melting the poorly weldable material supplied through the poorly weldable material supply unit 110. . Specifically, the electron beam generation unit 230 is spaced a certain distance from the cathode 233 and the cathode 233 that generate a negative potential with the electrode 231 to which a high voltage cable is inserted from the outside of the housing 120 to the inside. It comprises a positive electrode 235 to generate a positive potential, and accelerates electrons by a potential difference between the negative electrode 233 and the positive electrode 235 to accelerate the electrons to a poorly-welded material supplied on the substrate 160. It is configured to scan scans. The electron beam generator 230 having the above-described configuration has a power in the range of 50 W to 1,000 W, and is configured to scan and irradiate the electron beam E at a scan speed in the range of 4,500 mm/s to 8,000 mm/s. Can be.

상기 제 2 포커스 오프셋 제어부(240)는, 전자 빔(141)을 공급되는 난용접성 소재로 수렴시기키 위해 중앙부에 전자 빔(141)이 조사되도록 통형으로 형성되는 초점 포일(focus foil)(241)과 편향 코일(deflection coil)(243)을 포함하여 하우징(120)의 내부에서 상하로 승하강 가능하게 구성된다. 상술한 구성의 제 2 포커스 오프셋 제어부(240)는 편향 코일(243)에 공급되는 전류의 크기를 조절하여 자기장의 세기를 조절하며, 상하 승하강되는 것에 의해 전자 빔(E)의 포커스 오프셋을 조절하게 된다. 상기 제 2 포커스 오프셋 제어부(240)는 상기 전자 빔(E)의 포커스 오프셋을 1 ~ 10 mA 범위로 조절하도록 구성될 수 있다.The second focus offset control unit 240 includes a focus foil 241 formed in a cylindrical shape so that the electron beam 141 is irradiated to the center to converge the electron beam 141 into a poorly weldable material that is supplied. And a deflection coil (deflection coil) 243 is configured to be able to move up and down in the interior of the housing 120. The second focus offset control unit 240 of the above-described configuration controls the intensity of the magnetic field by adjusting the magnitude of the current supplied to the deflection coil 243, and adjusts the focus offset of the electron beam E by vertically rising and falling. Is done. The second focus offset control unit 240 may be configured to adjust the focus offset of the electron beam E to a range of 1 to 10 mA.

도 3 및 도 4에서, 상기 제어부(10)는 상기 난용접성 소재 레이어의 적층을 위해, 상기 예열부(145)를 제어하여 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)를 예열하고, 상기 난용접성 소재 공급부(110)를 제어하여 상기 예열된 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)의 상부에 난용접성 소재를 공급한다. 이하에서, 이때 공급된 난용접성 소재가 형성하는 층을 ‘난용접성 소재 층(NL)’이라 한다. 이 후, 에너지 빔 발생부(레이저 발생부(130) 또는 전자 빔 발생부(230))와 상기 제 1 또는 제 2 포커스 오프셋 제어부(140. 240)를 제어하여 에너지 빔 발생부에서 조사되는 에너지 빔(레이저 또는 전자 빔)의 파워 및 포커스 오프셋을 조절하여 상기 난용접성 소재 층(NL)으로 조사하도록 하는 것을 포함하는 난용접성 소재의 적층을 위한 상기 레이저 난용접성 소재 적층 장치(100, 200)의 구동을 제어하도록 구성된다.In FIGS. 3 and 4, the control unit 10 preheats the previously generated poorly-welded material layer PL by controlling the preheater 145 for lamination of the poorly-welded material layer, and the poorly-weldable material The supply 110 is controlled to supply a poorly-welded material to the upper portion of the pre-heated previously generated poorly-weldable material layer PL. Hereinafter, a layer formed by the poorly-welded material supplied at this time is referred to as a “hard-weldable material layer (NL)”. Thereafter, the energy beam generating unit (laser generating unit 130 or electron beam generating unit 230) and the first or second focus offset control unit 140. 240 are controlled to control the energy beam emitted from the energy beam generating unit. Control of the power and focus offset of (laser or electron beam) to drive the laser hard-weld material stacking apparatus 100, 200 for lamination of hard-weld material, including irradiating the hard-weld material layer NL It is configured to control.

도 5는 난용접성 소재 적층 장치(200)의 전자 빔 발생부(230)에서 발생된 전자 빔의 포커스 오프셋 조절에 따른 난용접성 소재에 형성되는 용융부(M)의 형상을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 포커스 오프셋 조절에 따른 난용접성 소재에 형성되는 용융부의 형상에 따른 용융부의 열이 적층되는 난용접성 소재 레이어로 전달되는 영역을 나타내는 도면이며, 도 7은 에너지 빔의 포커스 오프셋 별 열의 침투 범위를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing the shape of the molten portion M formed in the poorly weldable material according to the focus offset adjustment of the electron beam generated by the electron beam generator 230 of the poorly weldable material stacking apparatus 200, and FIG. 6 5 is a view showing an area where heat of the molten part is transferred to the layer of the poorly weldable material stacked according to the shape of the molten part formed in the poorly weldable material according to the focus offset adjustment of FIG. 5, and FIG. It is a diagram showing the range.

도 5에서 (a)는 제 2 포커스 오프셋 제어부(240)가 상방향으로 이동하고 전류가 조절되어 용융부(M)이 길이는 길고 폭은 좁게 형성되도록 전자 빔(E)의 포커스 오프셋이 조절된 것을 나타내고, (b)는 제 2 포커스 오프셋 제어부(240)가 하방향으로 이동하여 용융부(M)이 길이는 짧고 폭은 넓게 형성되도록 전자 빔(E)의 포커스 오프셋이 조절된 것을 나타낸다. 도면에는 도시되지 않았으나, 도 2의 난용접성 소재 적층 장치(100)의 경우에는 제 1 포커스 오프셋 제어부(140)를 구성하는 렌즈(141)들의 위치를 조절하는 것에 의해 도 5와 같이 용융부(M)의 길이(깊이)와 넓이(폭)를 조절하게 된다.In FIG. 5(a), the focus offset of the electron beam E is adjusted such that the second focus offset control unit 240 moves upward and the current is adjusted so that the molten portion M is formed to have a long length and a narrow width. (B) shows that the focus offset of the electron beam E is adjusted so that the second focus offset control unit 240 moves downward, so that the melted portion M is short and wide. Although not shown in the drawing, in the case of the difficult-weld material stacking apparatus 100 of FIG. 2, the melting part M as shown in FIG. 5 is adjusted by adjusting the positions of the lenses 141 constituting the first focus offset control part 140. ) To adjust the length (depth) and width (width).

즉, 도 6의 (a)과 같이 용융부(M)의 길이가 길고 수평 폭이 좁은 경우에는 열이 좁은 영역에서 하부에 적층된 난용접성 레이어까지 깊게 전달된다. 이와 달리, 도 6 (b)와 같이, 용융부(M)의 길이가 짧고 수평 폭이 넓은 경우에는 용융부(M)의 열의 전달이 수평 방향으로의 넓게 이루어지나, 깊이 방향으로는 전달되지 않게 된다. 즉, 도 7과 같이 포커스 오프셋을 서로 다르게 하는 것에 의해 필요에 따라 용융부(M)의 수직길이(깊이)와 수평 폭(넓이)을 조절하여 적층될 난용접성 소재와 적층된 레이어들에서의 용융부(M)의 열전달 범위를 다르게 조절하여 고 품질의 표면 품질을 유지하면서 난용접성 소재의 적층을 용이하게 수행할 수 있게 된다.That is, when the length of the molten portion M is long and the horizontal width is narrow as shown in FIG. 6(a), the heat is transferred deeply from the narrow area to the poorly weldable layer stacked at the bottom. On the other hand, as shown in FIG. 6(b), when the length of the molten portion M is short and the horizontal width is wide, the heat transfer of the molten portion M is wide in the horizontal direction, but is not transmitted in the depth direction. do. That is, as shown in FIG. 7, by adjusting the focus offsets differently, melting of the poorly weldable material to be stacked and the laminated layers is controlled by adjusting the vertical length (depth) and horizontal width (width) of the melting part M as necessary. By adjusting the heat transfer range of the part (M) differently, it is possible to easily perform the lamination of the poorly weldable material while maintaining a high quality surface quality.

도 8은 기 생성된 난용접성 레이어(PL)를 예열하지 않은 경우(a)와 예열한 경우(b)의 에너지 빔에 의한 열전달 범위를 비교한 도면이다.8 is a view comparing the heat transfer range by the energy beam when the pre-generated poorly weldable layer PL is not preheated (a) and preheated (b).

동일한 포커스 오프셋을 가지는 에너지 빔을 조사하여 난용접성 소재를 용융하여 적층하는 때에, 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)를 예열하지 않은 경우에는 도 8의 (a)와 같이, 용융부(M)의 열이 전달되는 범위가 좁아지게 되어 적층 형성된 조형물의 품질이 저하된다. 그리고 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)를 예열한 경우에는 도 8의 (b)와 같이, 용융부(M)의 열이 전달되는 범위가 깊고 넓어지게 되어 적층 형성된 조형물의 품질이 향상된다.When the pre-generated poorly weldable material layer (PL) is not preheated by irradiating an energy beam having the same focus offset to melt and stack the poorly weldable material, as shown in FIG. 8(a), the melting part M The range in which the heat is transferred becomes narrow, and the quality of the formed laminate is reduced. And when the pre-generated poorly-weld material layer (PL) is preheated, as shown in FIG. 8(b), the range in which the heat of the molten portion M is transferred is deepened and widened, thereby improving the quality of the laminate formed.

도 9는 본 발명의 다른 실시예의 난용접성 소재 적층 방법의 처리과정을 나타내는 도면이다.9 is a view showing a process of the method of laminating a poorly weldable material according to another embodiment of the present invention.

도 9와 같이 본 발명의 다른 실시예의 난용접성 소재 적층 방법은, 최초 난용접성 소재 레이어 형성 단계(S10), 예열단계(S20), 적층 단계(S30) 및 상기 예열단계(S20)와 적층 단계(S30)를 반복 수행하는 단계를 포함하여 구성된다.9, the method of laminating a hard-weld material in another embodiment of the present invention includes the first hard-weld material layer forming step (S10), a preheating step (S20), a laminating step (S30), and the preheating step (S20) and a laminating step ( It comprises a step of repeatedly performing S30).

상기 최초 난용접성 소재 레이어 형성 단계(S10)에서, 난용접성 소재를 기판(160)로 공급하여 난용접성 소재 층(NL)을 형성한 후, 에너지 빔의 파워, 포커스 오프셋 및 스캔 속도를 조절하면서 레이저 또는 전자 빔 등의 에너지 빔을 상기 난용접성 소재 층(NL)에 조사하는 것에 의해 최초의 난용접성 소재 레이어(PL1)를 형성한다.In the first difficult-to-weld material layer forming step (S10), after supplying the hard-weld material to the substrate 160 to form a hard-weld material layer NL, the laser is controlled while adjusting the power, focus offset and scan speed of the energy beam. Alternatively, the first poorly weldable material layer PL1 is formed by irradiating an energy beam such as an electron beam to the poorly weldable material layer NL.

다음으로, 상기 예열단계(S20)에서 기 생성된 상기 난용접성 소재 레이어(PL1)를 난용접성 소재의 용융 온도의 70 % 내지 90 %의 온도가 되도록 예열한다.Next, the pre-heated material layer (PL1) previously generated in the preheating step (S20) is preheated to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material.

이 후, 상기 적층 단계(S30)에서 상기 예열된 난용접성 소재 레이(PL1)에 다시 난용접성 소재를 공급하여 난용접성 소재 층(NL)을 형성한 후, 레이저 또는 전자 빔 등의 에너지 빔의 파워, 포커스 오프셋 및 스캔 속도를 조절하면서 에너지 빔을 상기 난용접성 소재 층(NL)에 조사하는 것에 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL: PL1)의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어(PL2)를 형성한다.Subsequently, in the laminating step (S30), after supplying the hard-weld material to the pre-heated hard-weld material ray (PL1) again to form the hard-weld material layer (NL), the power of energy beams such as laser or electron beam , A new poorly weldable material layer PL2 is formed on top of the previously generated poorly weldable material layer PL: PL1 by irradiating an energy beam to the poorly weldable material layer NL while adjusting a focus offset and scan speed. .

다음으로, 상기 예열 단계(S20)와 적층 단계(S30)를 반복 수행하는 단계에서는, 상기 예열 단계(S30)로 복귀하여 상기 예열 단계(S20)와 상기 적층 단계(S30)를 상기 난용접성 소재 레이어의 층이 기 설정된 개수로 형성될 때까지 반복 수행한다.Next, in the step of repeatedly performing the preheating step (S20) and the lamination step (S30), returning to the preheating step (S30), the preheating step (S20) and the lamination step (S30) the poorly weldable material layer Repeat until the number of layers is formed in a predetermined number.

상기 예열 단계(S20)와 적층 단계(S30)를 반복 수행하는 단계는 수행 시마다, 상기 난용접성 소재 레이어의 층이 기 설정된 개수로 형성되어 적층이 종료되었는지를 판단하여(S40), 적층이 종료된 경우 적층을 종료하여 난용접성 소재의 적층에 의해 형성되는 조형물을 제작하게 된다. In the step of repeatedly performing the preheating step (S20) and the laminating step (S30), each time the execution is performed, it is determined whether the lamination is completed by forming a predetermined number of layers of the poorly weldable material layer (S40), and the lamination is completed. In this case, the lamination is completed to produce a molding formed by lamination of a poorly weldable material.

<실험예><Experimental Example>

포커스 오프셋, 스캔속도 및 예열온도를 가변시키며, 난용접성 소재 Rene 80을 본 발명의 실시예의 난용접성 소재 적층 장치(100, 200)를 이용하여 적층 성형물을 제작하고, 각각의 표면 품질을 측정하였다.The focus offset, the scan speed, and the preheating temperature were varied, and the poorly weldable material Rene 80 was fabricated using the poorly weldable material stacking apparatus 100 and 200 of the embodiment of the present invention to prepare a laminate molding and measure the surface quality of each.

도 10은 난용접성 소재의 적층 시 조사되는 에너지 빔의 포커스 오프셋 범위에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the surface quality of a difficult-to-weld structure in which a hard-weld material is laminated according to a focus offset range of an energy beam irradiated upon lamination of a hard-weld material.

구체적으로, 도 10은 에너지 빔 조사 스캔 속도 4,500mm/s, 에너지 빔 파워 300 W인 에너지 빔의 포커스 오프셋을 조절하면서 난용접성 소재 Rene 80을 적층 성형한 후 표면 거칠기를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 도 10과 같이, 에너지 빔의 포커스 오프셋이 1 ~ 10mA 범위를 가지는 경우에서 표면 거칠기가 요구되는 품질 조건을 만족하였다.Specifically, FIG. 10 is a graph showing the surface roughness measured after laminating and forming the poorly weldable material Rene 80 while adjusting the focus offset of the energy beam having an energy beam irradiation scan speed of 4,500 mm/s and an energy beam power of 300 W. As shown in FIG. 10, in the case where the focus offset of the energy beam has a range of 1 to 10 mA, a quality condition required for surface roughness is satisfied.

도 11은 난용접성 소재의 적층 시 조사되는 에너지 빔의 스캔 속도에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the surface quality of a poorly weldable structure formed by stacking a poorly weldable material according to a scan speed of an energy beam irradiated upon lamination of a poorly weldable material.

구체적으로, 도 11은 300 W, 포커스 오프셋 8 mA을 가지는 에너지 빔을 스캔 속도를 달리하여 난용접성 소재 Rene 80을 적층 성형한 후 표면 거칠기를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 도 11과 같이, 에너지 빔 조사 스캔 속도가 8,500 mm/s 이하의 범위에서 표면 거칠기가 요구되는 품질 조건을 만족하였다. 다만, 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 스캔 조사하여 난용접성 소재를 적층 성형하는 경우, 제품 제작 연속성이 저하되지 않으면서 고품질의 표면 품질을 얻을 수 있었다.Specifically, FIG. 11 is a graph showing the surface roughness measured after laminating and molding the poorly-weld material Rene 80 by varying the scan speed of an energy beam having a 300 W and a focus offset of 8 mA. As shown in FIG. 11, the quality condition required for surface roughness was satisfied in the energy beam irradiation scan speed of 8,500 mm/s or less. However, in the case of laminating and molding a poorly weldable material by scanning irradiation at a scan speed ranging from 4,500 mm/s to 8,000 mm/s, it was possible to obtain high-quality surface quality without deteriorating product production continuity.

도 12는 난용접성 소재의 적층 시 조사되는 에너지 빔의 파워에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프이다.12 is a graph showing the surface quality of a difficult-to-weld structure formed by layering a poorly-welded material according to the power of an energy beam irradiated upon lamination of a poorly-welded material.

구체적으로, 도 12는, 에너지 빔 조사 스캔 속도 4,500mm/s, 포커스 오프셋 8 mA을 가지는 에너지 빔의 파워를 가변시키며 난용접성 소재 Rene 80을 적층 성형한 후 표면 거칠기를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 도 12와 같이, 에너지 빔의 파워가 50 W 내지 1,000 W의 범위를 가지는 경우에서 제품 제작 연속성을 보장하는 적층 속도로 적층 성형을 수행할 수 있었으며, 적층 성형된 조형물의 표면 거칠기가 요구 품질 조건을 만족하는 것을 알 수 있었다.Specifically, FIG. 12 shows graphs by measuring the surface roughness after laminating and forming the poorly weldable material Rene 80 while varying the power of an energy beam having an energy beam irradiation scan speed of 4,500 mm/s and a focus offset of 8 mA. As shown in FIG. 12, in the case where the power of the energy beam has a range of 50 W to 1,000 W, it was possible to perform lamination molding at a lamination speed that ensures product production continuity. I was satisfied.

도 13은 난용접성 소재의 적층 시 예열 온도에 따른 난용접성 소재가 적층 형성된 난용접성 조형물의 표면 품질을 나타내는 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the surface quality of a poorly weldable molding formed by laminating a poorly weldable material according to a preheating temperature when laminating a poorly weldable material.

구체적으로, 300 W, 포커스 오프셋 8 mA을 가지는 에너지 빔을 이용하여 예열 온도를 달리하여 난용접성 소재 Rene 80을 적층 성형한 후 표면 거칠기를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 도 13과 같이, 기 생성된 난용접성 소재 레이어(PL)를 난용접성 소재의 용융 온도의 70 % 내지 90 %로 예열하여 적층 성형을 수행하는 경우, 제품 제작 연속성이 저하되지 않으면서 고품질의 표면 품질을 얻을 수 있었다.Specifically, the surface roughness was measured and graphed by measuring the roughness of the poorly weldable material Rene 80 by varying the preheating temperature using an energy beam having a 300 W and a focus offset of 8 mA. As shown in FIG. 13, when the pre-generated poorly-weld material layer (PL) is preheated to 70% to 90% of the melting temperature of the poorly-weld material to perform lamination molding, high-quality surface quality without deteriorating product production continuity Was able to get

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 to 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 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 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 modifications or variations 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: 제 1 난용접성 소재 적층 장치
200: 제 2 난용접성 소재 적층 장치
110: 난용접성 소재 공급부
120: 하우징
130: 레이저 빔 발생부
140: 제 1 포커스 오프셋 제어부
141: 렌즈
145: 예열부
150: 조형 공간
160: 기판
230: 전자 빔 발생부
240: 제 2 포커스 오프셋 제어부
231: 전극
233: 캐소드
235: 애노드
L: 레이저 빔
E: 전자 빔
T: 테이블
S: 난용접성 소재 조형물100: first difficult-to-weld material lamination device
200: second poorly weldable material lamination device
110: poorly weldable material supply
120: housing
130: laser beam generating unit
140: first focus offset control unit
141: lens
145: preheater
150: molding space
160: substrate
230: electron beam generator
240: second focus offset control unit
231: electrode
233: cathode
235: anode
L: laser beam
E: electron beam
T: Table
S: poorly weldable material sculpture

Claims (12)

난용접성 소재를 공급하는 난용접성 소재 공급부;
상기 난용접성 소재로 조사되는 에너지 빔을 발생시키는 에너지 빔 발생부;
상기 에너지 빔 발생부에서 조사된 에너지빔의 포커스 오프셋을 조절하는 포커스 오프셋 제어부;
기 생성된 난용접성 소재 레이어를 예열하는 예열부; 및
상기 예열부의 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 예열, 상기 난용접성 소재 공급부의 난용접성 소재의 공급, 상기 에너지 빔 발생부와 상기 포커스 오프셋 제어부의 파워 및 포커스 오프셋 조절된 에너지 빔의 조사를 제어하여 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이이의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 제어부;를 포함하여 구성되는 난용접성 소재 적층 장치.A difficult-weld material supply unit that supplies a hard-weld material;
An energy beam generator for generating an energy beam irradiated with the poorly weldable material;
A focus offset control unit for adjusting a focus offset of the energy beam irradiated from the energy beam generator;
A preheating unit for preheating the previously generated poorly weldable material layer; And
By controlling the preheating of the pre-generated poorly weldable material layer of the preheating unit, supply of poorly weldable material of the poorly weldable material supplying unit, irradiation of the energy beam generated by the energy beam generating unit and the focus offset control unit and the focus offset control energy beam. And a control unit stacking a new layer of poorly weldable material on top of the previously generated layer of poorly weldable material. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 예열부의 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어의 예열, 상기 난용접성 소재 공급부의 난용접성 소재의 공급 및 상기 에너지 빔 발생부와 상기 포커스 오프셋 제어부의 파워 및 포커스 오프셋 조절된 상기 에너지 빔의 조사를 제어하여 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이이의 상부에 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 것을, 상기 난용접성 소재 레이어가 기 설정된 층으로 적층 형성될 때까지 반복 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 장치.The method of claim 1, wherein the control unit,
Control the preheating of the pre-generated poorly weldable material layer of the preheating unit, supply of the poorly weldable material supplying portion of the poorly weldable material supply, and irradiation of the energy beam adjusted by the power and focus offset of the energy beam generator and the focus offset control unit Laminating a layer of a poorly weldable material, characterized in that it is configured to repeatedly stack a new layer of poorly weldable material on the top of the previously generated layer of the poorly weldable material, until the layer of the poorly weldable material is formed into a predetermined layer. Device. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 빔 발생부는,
50 W 내지 1,000 W의 에너지 빔을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 장치.According to claim 1, The energy beam generating unit,
It is configured to irradiate an energy beam of 50 W to 1,000 W. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 빔 발생부는,
상기 에너지 빔을 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위의 스캔 속도로 스캔 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 장치.According to claim 1, The energy beam generating unit,
A device for laminating a hard-weld material, characterized in that it is configured to scan and irradiate the energy beam at a scan speed ranging from 4,500 mm/s to 8,000 mm/s. 제 1 항에 있어서, 상기 예열부는,
상기 난용접성 소재 레이어를 상기 난용접성 소재의 용융 온도의 70% 내지 90 %의 온도로 예열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 장치.According to claim 1, wherein the preheating unit,
The poorly weldable material lamination device, characterized in that the poorly weldable material layer is configured to preheat to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the poorly weldable material. 제 1 항에 있어서, 상기 포커스 오프셋 제어부는,
상기 난용접성 소재 레이어를 형성하기 위한 전자 빔의 포커스 오프셋을 1 ~ 10mA 범위로 조절되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 장치.The method of claim 1, wherein the focus offset control unit,
The apparatus for stacking poorly weldable materials, characterized in that the focus offset of the electron beam for forming the layer of difficultly weldable materials is adjusted to a range of 1 to 10 mA. 기 생성된 난용접성 소재 레이어를 기 설정된 온도로 예열하는 예열단계; 및
상기 예열된 기 생성된 난용접성 소재 레이어에 난용접성 소재를 공급한 후, 열에너지가 상기 기 생성된 난용접성 소재 레이어까지 전달되도록 파워 및 포커스 오프셋이 조절된 에너지 빔을 상기 공급된 난용접성 소재로 조사하여 새로운 난용접성 소재 레이어를 적층시키는 적층 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법.A preheating step of preheating the previously generated poorly weldable material layer to a preset temperature; And
After supplying the hard-weld material to the pre-generated hard-weld material layer, irradiating the energy beam with the power and focus offset adjusted so that thermal energy is transferred to the previously-generated hard-weld material layer with the supplied hard-weld material Lamination step of laminating a new layer of poorly weldable material; The method of laminating a poorly weldable material comprising a. 제 7 항에 있어서, 상기 난용접성 소재 적층 방법은,
상기 적층 단계를 수행한 후, 상기 예열 단계와 상기 적층 단계를 상기 난용접성 소재 레이어의 층이 기 설정된 개수로 형성될 때까지 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법.The method of claim 7, wherein the poorly weldable material is laminated,
After performing the laminating step, the method of laminating the hard-weld material further comprising repeating the pre-heating step and the laminating step until the number of layers of the hard-weld material layer is formed in a preset number. 제 7 항에 있어서, 상기 적층 단계는,
상기 에너지 빔의 파워를 50 W 내지 1,000 W의 범위로 조절하여 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법.The method of claim 7, wherein the laminating step,
The method of laminating a hard-weld material, characterized in that the step of irradiating by adjusting the power of the energy beam in the range of 50 W to 1,000 W. 제 7 항에 있어서, 상기 적층 단계는,
상기 에너지 빔의 스캔 속도를 4,500 mm/s 내지 8,000 mm/s 범위로 조절하여 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법.The method of claim 7, wherein the laminating step,
The method of laminating a poorly weldable material, characterized in that the step of irradiating by adjusting the scan speed of the energy beam in a range of 4,500 mm/s to 8,000 mm/s. 제 7 항에 있어서, 상기 예열 단계는,
최상층 난용접성 소재 레이어를 포함하는 상층부의 난용접성 소재 레어어들을 상기 난용접성 소재의 용융 온도의 70 % 내지 90 %의 온도로 예열하는 단계인 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법.The method of claim 7, wherein the preheating step,
A method of laminating a hard-weld material, characterized in that the step of preheating the rare-weld material rare layer of the upper layer including the uppermost layer of the hard-weld material to a temperature of 70% to 90% of the melting temperature of the hard-weld material. 제 7 항에 있어서, 상기 적층단계는,
상기 포커스 오프셋을 1 ~ 10 mA 범위로 조절하여 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 난용접성 소재 적층 방법.
The method of claim 7, wherein the laminating step,
The method of laminating a poorly weldable material, characterized in that the step is performed by adjusting the focus offset in the range of 1 to 10 mA.
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