KR102154624B1 - Apparatus for additive manufacturing high strength materials for punch dies - Google Patents

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Abstract

본 발명의 펀치금형 고강도소재 적층장치는 베이스부와, 상기 베이스부의 일측에 상기 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성된 펀치금형을 제조하는 펀치금형 고강도소재 적층장치에 있어서, 상면에 펀치금형이 고정배치되는 고정프레임; 상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되고, 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하며, 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 금속분말소재를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시키는 3D프린터부; 및 상기 3D프린터부로부터 적층된 금속소재의 적층부를 열처리하는 열처리부를 포함하되, 상기 열처리부는, 상기 적층부의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 상기 적층부를 가열열처리하며, 상기 펀치금형의 외측둘레를 따라 원통형으로 배치되어 상기 펀치금형에 열을 인가하는 유도가열코일과, 상기 유도가열코일을 제어하는 코일제어부를 포함하는 가열열처리장치와, 상기 적층부를 냉각열처리하는 냉각열처리장치와, 상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 가열열처리장치 및 상기 냉각열처리장치를 제어하는 열처리제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치에 의하면, 펀치금형에 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성되어 핫스탬핑 공정으로 강도가 강화된 부품의 후처리공정이 가능하며, 가공부에 의하여 펀치금형의 파손 및 손상을 방지하여 사용효율이 향상될 수 있다. 또한 3D프린터부를 이용하여 가공부를 형성하기 위한 금속분말소재를 펀치금형에 부분적으로 적층시킴으로써 제작효율이 높고, 열처리부를 이용하여 적층부를열처리시킬 수 있어, 펀치금형의 기계적 강도를 높이고 안정화시킬 수 있다.In the punch mold high-strength material lamination apparatus of the present invention, in the punch mold high-strength material lamination apparatus for manufacturing a punch mold in which a base portion and a processing portion having a strength greater than that of the base portion are formed on one side of the base portion, the punch mold is A fixed frame fixedly disposed; A 3D printer unit provided to be movable on one side of the fixed frame, supplying a metal powder material to the punch mold, and laminating the metal material by directly melting the punch mold and the metal powder material by irradiating a laser beam; And a heat treatment unit for heat-treating the laminated portion of the metal material stacked from the 3D printer, wherein the heat treatment unit includes a temperature sensing sensor for sensing a temperature of the laminated portion, and heat-heating the laminated portion, and the outer circumference of the punch mold A heating and heat treatment device including an induction heating coil that is arranged in a cylindrical shape to apply heat to the punch mold, a coil control unit that controls the induction heating coil, a cooling heat treatment device that cools and heats the stacked part, and the temperature sensor And a heat treatment control unit for controlling the heating and heat treatment device and the cooling heat treatment device in response to the temperature of the stacked part detected at.
According to the punch mold high-strength material lamination apparatus according to the present invention, a processing portion having a strength greater than that of the base portion is formed in the punch mold, so that a post-treatment process of a component whose strength is reinforced by a hot stamping process is possible. Use efficiency can be improved by preventing damage and damage to the mold. In addition, by partially laminating the metal powder material for forming the processed part on the punch mold using the 3D printer part, manufacturing efficiency is high, and the laminate part can be heat-treated using the heat treatment part, thereby increasing and stabilizing the mechanical strength of the punch mold.

Description

펀치금형 고강도소재 적층장치{Apparatus for additive manufacturing high strength materials for punch dies}Apparatus for additive manufacturing high strength materials for punch dies

본 발명은 강도가 강화된 펀치금형을 제작하기 위한 것으로, 핫스탬핑 공정으로 제작된 고강도의 대상물에 피어싱가공 및 트림가공 등이 가능한 펀치금형을 제작하는 펀치금형 고강도소재 적층장치에 관한 것이다. The present invention relates to a punch mold high-strength material lamination apparatus for manufacturing a punch mold with enhanced strength and capable of piercing and trimming a high-strength object manufactured by a hot stamping process.

일반적으로, 핫스탬핑(Hot Stamping) 공정은, 대략 950℃정도의 온도로 가열된 철강소재를, 프레스를 이용하여 성형 한 뒤 급속냉각 시키는 공법을 말한다. 즉 상기한 핫스탬핑 공정은, 대상물을 성형성이 좋은 온도로 가열하여 가공성을 높인 상태에서 프레스 성형하며, 냉각채널을 이용하여 급속으로 냉각함으로써 고강도의 부품을 제작할 수 있다. 상기한 핫스템핑으로 가공된 부품은 기존소재 대비 강도는 2배가량, 경량효과는 25%정도 증가하는 것으로 나타나고 있다. 따라서 핫스탬핑 공정은 적은 양의 소재로 높은 안전도를 유지할 수 있어 제조원가 절감은 물론, 중량감소로 인한 연비개선, 연료절감 등으로 인한 환경효과와 같이 연쇄적인 효과를 누릴 수 있다는 장점이 있다. In general, the hot stamping process refers to a method of rapidly cooling a steel material heated to a temperature of about 950°C using a press and then rapidly cooling. That is, in the above-described hot stamping process, a high-strength component can be manufactured by heating an object to a temperature with good formability to increase workability and rapidly cooling it using a cooling channel. Parts processed by the above-described hot stamping have been shown to increase the strength by about twice as much as that of conventional materials and increase in weight effect by about 25%. Therefore, the hot stamping process can maintain high safety with a small amount of material, thereby reducing manufacturing costs, as well as improving fuel economy due to weight reduction, and has the advantage of enjoying a chain effect such as environmental effects due to fuel reduction.

하지만, 상기한 핫스탬핑 기술은, 핫스탬핑 공정으로 인하여 부품의 강도가 높아져, 부품의 피어싱가공 또는 트림가공과 같은 후처리 공정이 어려워진다는 단점이 있다. 따라서 대부분의 핫스템핑 이후 후처리 공정은 레이저 장비를 이용하여 해결하고 있으며, 레이저 장비의 이용은 생산능률과 생산비용 측면에서 불이익을 초래하고 있다. However, the above-described hot stamping technique has a disadvantage in that the strength of the component is increased due to the hot stamping process, and post-treatment processes such as piercing or trimming of the component become difficult. Therefore, most of the post-treatment processes after hot stamping are resolved using laser equipment, and the use of laser equipment causes disadvantages in terms of production efficiency and production cost.

상기 레이저 장비의 단점을 개선하기 위하여 핫스템핑 기술의 후처리 공정으로 프레스 공정을 도입할 수 있으나, 핫스탬핑 공정으로 인하여 강도가 높아진 부품을 피어싱가공 또는 트림가공을 하기 위해서는 고강도의 펀치금형이 요구된다. 부연하면 핫스탬핑 공정으로 강도가 높아진 부품은 소재에서 발생하는 강한 반력에 의해 펀치금형에 손상이 쉽게 나타나 제품의 표면품질과 치수 정밀도가 떨어지고 펀치금형의 수명이 단축되는 원인이 된다. 상기한 바와 같은 전단 펀치금형의 손상은 깨어짐(Chipping), 갈라짐(Cracking), 거친 파손(Gross fracture), 긁힘(Galling) 등이 있으며, 금형소재의 경도와 인성 그리고 내마모성 등이 조화를 이루지 못하여 나타난다. In order to improve the shortcomings of the laser equipment, a press process may be introduced as a post-treatment process of the hot stamping technology, but a high-strength punch mold is required to pierce or trim parts with increased strength due to the hot stamping process. do. In addition, parts that have increased strength through the hot stamping process are easily damaged by the strong reaction force generated from the material, resulting in poor surface quality and dimensional accuracy of the product, and shortening the life of the punch mold. Damage to shear punch molds as described above includes chipping, cracking, gross fracture, and galling, and appears because the hardness, toughness, and wear resistance of the mold material are not in harmony. .

따라서 펀치금형에 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 펀치금형에 열처리 및 질화처리를 한 뒤 다른 원소의 표면층을 생성하는 표면처리(coating)를 하거나 전체적으로 열처리를 실시하는 방법을 적용하고 있다. 하지만 표면처리의 경우 코팅을 깊게 하면 비용이 증가하고, 펀치금형을 전체적으로 열처리하게되면 깊고 강한 열처리가 되어 파손이 발생되어 사용효율이 저하된다는 단점이 있다. Therefore, in order to prevent damage to the punch mold, heat treatment and nitriding treatment are applied to the punch mold, followed by coating to create a surface layer of another element, or heat treatment as a whole. However, in the case of surface treatment, if the coating is deepened, the cost increases, and if the punch mold is heat treated as a whole, the punch mold is subjected to a deep and strong heat treatment, resulting in damage, thereby reducing the use efficiency.

종래의 핫스탬핑된 소재의 피어싱가공 또는 트림가공 등과 같은 후처리가공을 위한 기술로는, 대한민국 공개특허 제 10-2014-0077005호가 개시된 바 있다.As a technique for post-treatment processing such as piercing processing or trim processing of a conventional hot stamped material, Korean Patent Application Publication No. 10-2014-0077005 has been disclosed.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로, 핫스팸팅 공정으로 강도가 높아진 부품의 후처리 공정이 가능하며, 사용효율이 향상된 펀치금형을 제공할 수 있는 펀치금형 고강도소재 적층장치를 제공하는 것에 목적이 있다.The present invention was created to solve the above-described problems, and a post-treatment process of parts with increased strength by a hot spamping process is possible, and a punch mold high strength material lamination apparatus capable of providing a punch mold with improved use efficiency There is a purpose to provide.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1실시예에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치는 베이스부와, 상기 베이스부의 일측에 상기 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성된 펀치금형을 제조하는 펀치금형 고강도소재 적층장치에 있어서, 상면에 펀치금형이 고정배치되는 고정프레임; 상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되고, 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하며, 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 금속분말소재를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시키는 3D프린터부; 및 상기 3D프린터부로부터 적층된 금속소재의 적층부를 열처리하는 열처리부를 포함하되, 상기 열처리부는, 상기 적층부의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 상기 적층부를 가열열처리하며, 상기 펀치금형의 외측둘레를 따라 원통형으로 배치되어 상기 펀치금형에 열을 인가하는 유도가열코일과, 상기 유도가열코일을 제어하는 코일제어부를 포함하는 가열열처리장치와, 상기 적층부를 냉각열처리하는 냉각열처리장치와, 상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 가열열처리장치 및 상기 냉각열처리장치를 제어하는 열처리제어부를 포함한다.The punch mold high-strength material laminating apparatus according to the first embodiment of the present invention for achieving the above object manufactures a punch mold in which a base portion and a processing portion having a strength greater than that of the base portion are formed on one side of the base portion. In the punch mold high-strength material lamination apparatus, comprising: a fixed frame in which a punch mold is fixedly disposed on an upper surface; A 3D printer unit provided to be movable on one side of the fixed frame, supplying a metal powder material to the punch mold, and laminating the metal material by directly melting the punch mold and the metal powder material by irradiating a laser beam; And a heat treatment unit for heat-treating the stacked portion of the metal material stacked from the 3D printer unit, wherein the heat treatment unit includes a temperature sensing sensor for sensing a temperature of the stacked portion, and heat-heating the stacked portion, and A heating and heat treatment device including an induction heating coil that is arranged in a cylindrical shape to apply heat to the punch mold, a coil control unit that controls the induction heating coil, a cooling heat treatment device that cools and heats the stacked part, and the temperature sensor And a heat treatment control unit for controlling the heating and heat treatment device and the cooling heat treatment device in response to the temperature of the stacked part detected at.

여기서 상기 3D프린터부는, 상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되는 노즐프레임과, 상기 노즐프레임의 내부에 분말유로가 형성되어 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하는 분말공급부와, 상기 노즐프레임의 내부에 레이저유로가 형성되어 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 분말공급부에서 공급된 금속분말소재를 직접적으로 용융시키는 레이저부와, 상기 노즐프레임의 내부에 차폐가스유로가 형성되어, 상기 차폐가스유로로 차폐가스를 공급하여 상기 레이저부로부터 용융되는 부위를 외부로부터 차폐시키는 차폐가스부를 포함할 수 있다.Here, the 3D printer unit includes a nozzle frame provided to be movable on one side of the fixed frame, a powder supply unit for supplying a metal powder material to the punch mold by forming a powder flow path inside the nozzle frame, and A laser flow path is formed inside, a laser part that directly melts the metal powder material supplied from the punch mold and the powder supply part by irradiating a laser beam, and a shielding gas flow path is formed inside the nozzle frame. It may include a shielding gas unit for supplying a shielding gas through a flow path to shield a portion melted from the laser unit from the outside.

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또한 상기 가열열처리장치는, 상기 펀치금형의 일측에 배치되어 상기 펀치금형에 열을 인가하여 열처리하는 유도가열기와, 상기 유도가열기의 외측둘레를 따라 구비되는 가열기단열재와, 상기 펀치금형의 타측에 배치되어 상기 펀치금형에 보조적으로 열을 인가하는 보조유도가열기와, 상기 유도가열기 및 보조유도가열기를 제어하는 가열제어부를 포함할 수 있다.In addition, the heat heat treatment apparatus includes an induction heater disposed on one side of the punch mold to apply heat to the punch mold to heat treatment, a heater insulating material provided along the outer circumference of the induction heater, and the other side of the punch mold. It may include an auxiliary induction heater for applying heat to the punch mold auxiliary, and a heating control unit for controlling the induction heater and the auxiliary induction heater.

삭제delete

또한 상기 냉각열처리장치는, 상기 펀치금형의 상부에 구비되고 내부에 냉각가스공간이 형성되며, 하면에 복수개의 상부가스홀이 형성되는 상부냉각노즐과, 상기 상부냉각노즐의 하부에 구비되고, 상기 펀치금형의 외측둘레를 따라 배치되며, 상기 냉각가스공간과 연통되는 복수개의 측면가스유로가 형성되며, 상기 측면가스유로와 연통되도록 내주면에 복수개의 측부가스홀이 형성되는 측부냉각노즐과, 상기 상부냉각노즐과 연결되어, 상기 상부냉각노즐과 상기 측부냉각노즐에 냉각가스를 공급하는 냉각가스공급부를 포함할 수 있다.In addition, the cooling heat treatment device includes an upper cooling nozzle provided at an upper portion of the punch mold and having a cooling gas space formed therein, a plurality of upper gas holes formed at a lower surface thereof, and a lower portion of the upper cooling nozzle, and the A side cooling nozzle disposed along the outer circumference of the punch mold and having a plurality of side gas flow passages in communication with the cooling gas space, and a side cooling nozzle having a plurality of side addition holes formed on the inner circumferential surface to communicate with the side gas flow passage, and the upper portion It may include a cooling gas supply unit connected to the cooling nozzle to supply cooling gas to the upper cooling nozzle and the side cooling nozzle.

또한 상기 열처리제어부는, 상기 금속소재에 대응하여 상기 적층부의 열처리조건을 선정하는 열처리선정부와, 상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 가열열처리장치의 열처리온도 및 속도를 제어하는 가열열처리제어부와, 상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 냉각열처리장치의 열처리온도 및 속도를 제어하는 냉각열처리제어부를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 뜨임처리로 선정하면, 상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 뜨임가열온도에 도달할 시, 상기 냉각열처리제어부는, 상기 냉각열처리장치의 냉각속도를 제어하여 상기 적층부를 서냉시켜 뜨임처리하며, 상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 담금질처리로 선정하면, 상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 담금질가열온도에 도달할 시, 상기 냉각열처리제어부는, 상기 냉각열처리장치의 냉각속도를 제어하여 상기 적층부를 급냉시켜 담금질처리하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment control unit includes a heat treatment selection unit that selects a heat treatment condition of the laminated portion corresponding to the metallic material, and a heating unit that controls the heat treatment temperature and speed of the heat treatment apparatus in response to the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit. A heat treatment control unit, and a cooling heat treatment control unit for controlling a heat treatment temperature and speed of the cooling heat treatment apparatus in response to a heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit. Accordingly, when the heat treatment selection unit selects the heat treatment condition of the laminated portion as a tempering treatment, when the temperature of the laminated portion reaches the tempering heating temperature by the temperature sensor, the cooling heat treatment control unit includes a cooling rate of the cooling heat treatment device. When the heat treatment condition of the laminate is selected as a quenching treatment in the heat treatment selection unit, when the temperature of the laminate reaches a quenching and heating temperature by the temperature sensor, the cooling heat treatment It is preferable that the control unit controls the cooling rate of the cooling and heat treatment device to rapidly cool the laminate to perform a quenching treatment.

한편 본 발명의 제 2실시예에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치는 베이스부와, 상기 베이스부의 일측에 상기 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성된 펀치금형을 제조하는 펀치금형 고강도소재 적층장치에 있어서, 상면에 펀치금형이 고정배치되는 고정프레임; 상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되고, 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하며, 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 금속분말소재를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시키는 3D프린터부; 및 상기 3D프린터부의 레이저빔 및 차폐가스를 제어하여 상기 3D프린터부로부터 적층된 금속소재의 적층부를 열처리하는 강도보강제어부를 포함한다.On the other hand, the punch mold high-strength material laminating apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a punch mold high-strength material laminating apparatus for manufacturing a punch mold in which a base portion and a processing portion having a strength greater than that of the base portion are formed on one side of the base portion. In this case, a fixed frame in which the punch mold is fixedly disposed on the upper surface; A 3D printer unit provided to be movable on one side of the fixed frame, supplying a metal powder material to the punch mold, and laminating the metal material by directly melting the punch mold and the metal powder material by irradiating a laser beam; And an intensity reinforcement control unit controlling the laser beam and shielding gas of the 3D printer unit to heat-treat the stacked portion of the metal material stacked from the 3D printer unit.

여기서 상기 3D프린터부는, 상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되는 노즐프레임과, 상기 노즐프레임의 내부에 분말유로가 형성되어 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하는 분말공급부와, 상기 노즐프레임의 내부에 레이저유로가 형성되어 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 분말공급부에서 공급된 금속분말소재를 직접적으로 용융시키는 레이저부와, 상기 노즐프레임의 내부에 차폐가스유로가 형성되어, 상기 차폐가스유로로 차폐가스를 공급하여 상기 레이저부로부터 용융되는 부위를 외부로부터 차폐시키는 차폐가스부를 포함할 수 있다.Here, the 3D printer unit includes a nozzle frame provided to be movable on one side of the fixed frame, a powder supply unit for supplying a metal powder material to the punch mold by forming a powder flow path inside the nozzle frame, and A laser flow path is formed inside, a laser part that directly melts the metal powder material supplied from the punch mold and the powder supply part by irradiating a laser beam, and a shielding gas flow path is formed inside the nozzle frame. It may include a shielding gas unit for supplying a shielding gas through a flow path to shield a portion melted from the laser unit from the outside.

또한 상기 강도보강제어부는, 상기 금속소재에 대응하여 상기 적층부의 열처리조건을 선정하는 열처리선정부와, 상기 적층부의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건 및 상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 3D프린터부의 레이저빔의 파장을 제어하여 상기 적층부를 가열열처리하는 가열제어부와, 상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건 및 상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 3D프린터부의 차폐가스의 공급을 제어하여 상기 적층부를 냉각열처리하는 냉각제어부를 포함할 수 있다.In addition, the strength reinforcement control unit may include a heat treatment selection unit that selects a heat treatment condition of the laminated portion corresponding to the metallic material, a temperature sensor that senses the temperature of the laminated portion, and a heat treatment condition and the temperature selected by the heat treatment selection unit. A heating control unit that heats and heats the stack by controlling the wavelength of the laser beam of the 3D printer in response to the temperature of the stack detected by the detection sensor, and the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit and the stack detected by the temperature sensor. It may include a cooling control unit for controlling the supply of the shielding gas to the 3D printer unit in response to the negative temperature to cool and heat the stacked unit.

또한 상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 뜨임처리로 선정하면, 상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 뜨임가열온도에 도달할 시, 상기 냉각제어부는, 상기 차폐가스의 냉각속도 및 온도를 제어하여 상기 적층부를 서냉시켜 뜨임처리하며, 상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 담금질처리로 선정하면, 상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 담금질가열온도에 도달할 시, 상기 냉각제어부는, 상기 차폐가스의 냉각속도 및 온도를 제어하여 상기 적층부를 급냉시켜 담금질처리하는 것이 바람직하다.In addition, when the heat treatment selection unit selects the heat treatment condition of the laminated portion as tempering, when the temperature of the laminated portion reaches the tempering heating temperature by the temperature sensor, the cooling control unit adjusts the cooling rate and temperature of the shielding gas. When the heat treatment condition of the laminate is selected as a quenching treatment in the heat treatment selection unit, when the temperature of the laminate reaches a quenching heating temperature by the temperature sensor, the cooling control unit It is preferable to perform a quenching treatment by rapidly cooling the laminate by controlling the cooling rate and temperature of the shielding gas.

본 발명에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치에 의하면, 펀치금형에 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성되어 핫스탬핑 공정으로 강도가 강화된 부품의 후처리공정이 가능하며, 가공부에 의하여 펀치금형의 파손 및 손상을 방지하여 사용효율이 향상될 수 있다.According to the punch mold high-strength material lamination apparatus according to the present invention, a processing portion having a strength greater than that of the base portion is formed in the punch mold, so that a post-treatment process of a component whose strength is reinforced by a hot stamping process is possible. Use efficiency can be improved by preventing damage and damage to the mold.

또한 3D프린터부를 이용하여 가공부를 형성하기 위한 금속분말소재를 펀치금형에 부분적으로 적층시킴으로써 제작효율이 높고, 열처리부를 이용하여 적층부를열처리시킬 수 있어, 펀치금형의 기계적 강도를 높이 고 안정화시킬 수 있다.In addition, by partially laminating the metal powder material for forming the processed part on the punch mold using the 3D printer, manufacturing efficiency is high, and the laminated part can be heat treated using the heat treatment part, thereby increasing and stabilizing the mechanical strength of the punch mold. .

더불어 강도보강제어부에 의하여 3D프린터부의 레이저빔과 차폐가스부를 제어하여 적층부를 열처리함으로써 적층과 동시에 적층환경에서 열처리 수행이 가능하며, 하나의 부품으로 적층부의 생성과 열처리가 가능하여 장치가 간소화되어 효율성이 증대될 수 있다.In addition, by controlling the laser beam and shielding gas part of the 3D printer part by the intensity reinforcement control part and heat-treating the laminated part, it is possible to perform heat treatment in the laminated environment at the same time as the laminated part, and the generation and heat treatment of the laminated part with one component is possible, simplifying the device and making it more efficient. Can be augmented.

그리고 고강도가 요구되는 기능부만 부분적으로 적층(세미-적층)함으로써 고가의 고순도/고강도 분말을 저감시킬 수 있어 고강도 펀치금형을 제작하는 생산비용의 저감과 기존 보유 금형의 유지보수비를 줄일 수 있는 효과가 있다. In addition, by partially laminating (semi-laminated) only functional parts that require high strength, expensive high purity/high strength powder can be reduced, reducing the production cost of manufacturing high strength punch molds and reducing the maintenance cost of existing molds. There is.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 3D프린터부를 단면사시도로 도시한 사시도,
도 3은 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 3D프린터부를 단면도로 도시한 측면도,
도 4는 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 열처리부의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 5는 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치에 냉각열처리 장치가 구비된 모습을 도시한 사시도,
도 6은 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 냉각열처리 장치를 단면사시도록 도시한 사시도,
도 7은 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 냉각열처리 장치를 단면도로 도시한 측면도,
도 8은 도 1에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 냉각열처리 장치를 이용한 냉각열처리 실험에 대한 해석이미지,
도 9는 도 1에 펀치금형 고강도소재 적층장치의 열처리제어부의 구성도,
도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치의 3D프린터부가 가열열처리하는 모습을 단면사시도로 도시한 사시도,
도 11는 도 10에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 3D프린터부가 냉각열처리하는 모습을 단면사시도로 도시한 사시도,
도 12는 도 10에 도시한 펀치금형 고강도소재 적층장치의 냉각열처리 장치를 이용한 냉각열처리 실험에 대한 해석이미지이다.1 is a perspective view showing a punch mold high strength material laminating apparatus according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a perspective view showing a 3D printer part of the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 1 in a cross-sectional perspective view;
3 is a side view showing a 3D printer in a cross-sectional view of the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 1;
4 is a perspective view showing another embodiment of a heat treatment unit of the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 1;
5 is a perspective view showing a state in which a cooling heat treatment device is provided in the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 1;
6 is a perspective view showing a cross-sectional perspective view of the cooling and heat treatment apparatus of the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a side view showing a cooling heat treatment apparatus of the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 1 in a cross-sectional view;
8 is an analysis image for a cooling heat treatment experiment using a cooling heat treatment device of the punch mold high strength material lamination device shown in FIG. 1,
9 is a configuration diagram of a heat treatment control unit of the punch mold high strength material lamination apparatus in FIG. 1,
10 is a perspective view showing a state in which a 3D printer part of a high strength material laminating apparatus for a punch mold according to a second embodiment of the present invention undergoes heat treatment in a cross-sectional perspective view;
11 is a perspective cross-sectional perspective view showing a state in which a 3D printer part of the punch mold high strength material lamination apparatus shown in FIG. 10 performs cooling and heat treatment;
12 is an analysis image of a cooling heat treatment experiment using the cooling heat treatment device of the punch mold high strength material lamination device shown in FIG. 10.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so at the time of application, they are equivalent to It should be understood that there may be variations.

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

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치(10)는 핫스탬핑 공정으로 강도가 강화된 부품을 피어싱가공 또는 트림가공 등과 같은 전단가공하기 위한 펀치금형(1)을 제작하기 위한 것으로, 상기 펀치금형(1)은 베이스부(1a)와, 상기 베이스부(1a)의 일측에 상기 베이스부(1a)의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부(1b)가 형성된다. 즉, 상기 펀치금형 고강도소재 적층장치(10)는 펀치금형(1)의 베이스부(1a)에 상기 베이스부(1a)의 강도보다 큰 강도를 가지는 고강도소재로 구성된 가공부(1b)를 형성시켜 고강도 부품의 피어싱가공 또는 트림가공이 가능한 펀치금형(1)을 제작할 수 있다. 이를 위하여 상기 펀치금형 고강도소재 적층장치(10)는, 고정프레임(100), 3D프린터부(200), 열처리부(300)를 포함한다.1 to 7, the punch mold high-strength material lamination apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention is a punch for shearing a part whose strength has been reinforced by a hot stamping process, such as piercing or trimming. For manufacturing the mold 1, the punch mold 1 includes a base portion 1a, and a processing portion 1b having a strength greater than that of the base portion 1a on one side of the base portion 1a. ) Is formed. That is, the punch mold high-strength material laminating device 10 forms a processing portion 1b made of a high-strength material having a strength greater than that of the base portion 1a on the base portion 1a of the punch mold 1 A punch mold (1) capable of piercing or trimming high-strength parts can be manufactured. To this end, the punch mold high-strength material laminating device 10 includes a fixed frame 100, a 3D printer part 200, and a heat treatment part 300.

상기 고정프레임(100)은 펀치금형(1)을 고정시키기 위한 것으로, 상면에 상기 펀치금형(1)이 고정배치된다. 상기 고정프레임(100)은 상면에 상기 펀치금형(1)이 안착되도록 판 형상일 수 있으며, 상기 고정프레임(100)에 복수개의 고정척이 구비되어 상기 펀치금형(1)의 외측둘레를 따라 상기 복수개의 고정척이 배치됨으로써 상기 펀치금형(1)을 상기 고정프레임(100)의 상면에 고정배치시킬 수 있다.The fixing frame 100 is for fixing the punch mold 1, and the punch mold 1 is fixedly disposed on the upper surface. The fixing frame 100 may have a plate shape so that the punch mold 1 is seated on the upper surface, and a plurality of fixing chucks are provided on the fixing frame 100 to the outside circumference of the punch mold 1. By arranging a plurality of fixed chucks, the punch mold 1 may be fixedly disposed on the upper surface of the fixed frame 100.

상기 3D프린터부(200)는 상기 베이스부(1a)의 일측에 금속분말소재(211)를 적층시켜 적층부(1c)를 형성시키기 위한 것으로, DED(Directed Energy Deposition)방식을 이용한 3D프린팅 기술을 이용한다. 상기 3D프린터부(200)는 상기 고정프레임(100)의 일측에 이동가능하도록 구비되며, 상기 베이스부(1a)의 일측에 금속분말소재(211)를 공급하고 레이저빔(221)을 조사하여 상기 펀치금형(1) 및 상기 금속분말소재(201)를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시킬 수 있다. 이때 상기 3D프린터부(200)를 이용하여 상기 베이스부(1a)에 적층시키는 적층부(1c)의 형상은 상기 펀치금형(1)의 형상, 용도, 크기 등에 따라 적절하게 변경되어 적용시킬 수 있다. 상기 3D프린터부(200)는, 노즐프레임(201), 분말공급부(210), 레이저부(220), 차폐가스부(230)를 포함한다.The 3D printer unit 200 is for forming a layered portion 1c by laminating a metal powder material 211 on one side of the base portion 1a, and uses a 3D printing technology using a Directed Energy Deposition (DED) method. Use. The 3D printer unit 200 is provided to be movable on one side of the fixed frame 100, supplies a metal powder material 211 to one side of the base unit 1a, and irradiates a laser beam 221 to the The metal material may be laminated by directly melting the punch mold 1 and the metal powder material 201. At this time, the shape of the stacking unit 1c stacked on the base unit 1a using the 3D printer unit 200 may be appropriately changed and applied according to the shape, purpose, and size of the punch mold 1. . The 3D printer unit 200 includes a nozzle frame 201, a powder supply unit 210, a laser unit 220, and a shielding gas unit 230.

상기 노즐프레임(201)은 역원뿔형상으로 상기 고정프레임(100)의 일측에 이동가능하도록 구비된다. 상기 노즐프레임(201)은 내부에 후술(後述) 할 분말유로(212), 레이저유로(222), 차폐가스유로(232)로 형성되어, 상기 노즐프레임(201)의 일측에서 타측으로 상기 금속분말소재(211), 상기 레이저빔(221) 및 차폐가스(231) 등이 이동할 수 있으며, 상기 금속분말소재(211), 상기 레이저빔(221) 및 상기 차폐가스(231) 등이 상기 노즐프레임(201)의 타측으로 분사되어 상기 베이스부(1a)의 일측에 공급될 수 있다. The nozzle frame 201 is provided to be movable on one side of the fixed frame 100 in an inverted conical shape. The nozzle frame 201 is formed of a powder flow passage 212, a laser flow passage 222, and a shielding gas flow passage 232 to be described later, and the metal powder from one side of the nozzle frame 201 to the other side. The material 211, the laser beam 221, the shielding gas 231, etc. can move, and the metal powder material 211, the laser beam 221, the shielding gas 231, etc. It may be sprayed to the other side of 201) and supplied to one side of the base portion 1a.

상기 분말공급부(210)는 상기 펀치금형(1)에 금속분말소재(211)를 공급하기 위한 것으로, 분말유로(212)와 분말프레임(213)을 포함할 수 있다.The powder supply unit 210 is for supplying the metal powder material 211 to the punch mold 1 and may include a powder passage 212 and a powder frame 213.

상기 분말유로(212)는 상기 노즐프레임(201)의 내부에 형성되며, 상기 금속분말소재(211)가 상기 노즐프레임(201)의 길이방향을 따라 일측에서 타측으로 이동하도록 형성된다. 부연하면 상기 분말유로(212)는 상기 노즐프레임(201)이 역원뿔형상으로 형성됨에 따라 원주둘레가 일측에서 타측으로 갈수록 작아지는 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 상기 분말유로(212)는 일측에서 상기 금속분말소재(211)를 공급받아 타측으로 배출시킴으로써, 상기 펀치금형(1)의 일측에 금속분말소재(211)를 공급할 수 있다. 이때 상기 분말유로(212)를 통하여 공급되는 상기 금속분말소재(211)는 상기 펀치금형(1)의 베이스부(1a)의 강도보다 큰 강도를 가지는 고강도의 금속분말소재(211)인 것으로, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V) 등과 같은 합금원소를 포함하는 고속도 공구강 분말소재 또는 고강도 냉간 공구강 분말인 것이 바람직하다. 부연하면 상기 분말유로(212)의 일측에 동축분말가스유로가 더 형성되어, 상기 분말유로(212)에 동축분말가스를 공급시킴으로써, 상기 금속분말소재(211)의 공급이 원활하도록 보조할 수 있다. 상기 금속분말소재(211)를 원활하게 공급하기 위하여 동축분말공급기, 분말공급제어기 등의 구성들을 더 포함할 수 있으나, 이는 공지된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. The powder flow path 212 is formed inside the nozzle frame 201, and the metal powder material 211 is formed to move from one side to the other side along the longitudinal direction of the nozzle frame 201. In other words, the powder flow path 212 is preferably formed in a cylindrical shape whose circumference decreases from one side to the other side as the nozzle frame 201 is formed in an inverted cone shape. That is, the powder passage 212 may supply the metal powder material 211 to one side of the punch mold 1 by receiving the metal powder material 211 from one side and discharging it to the other side. At this time, the metal powder material 211 supplied through the powder flow path 212 is a high strength metal powder material 211 having a strength greater than that of the base portion 1a of the punch mold 1, and molybdenum It is preferable that it is a high-speed tool steel powder material or a high-strength cold-worked tool steel powder containing alloying elements such as (Mo), tungsten (W), vanadium (V), and the like. In addition, a coaxial powder gas flow path is further formed on one side of the powder flow path 212, and by supplying the coaxial powder gas to the powder flow path 212, the supply of the metal powder material 211 can be assisted. . In order to smoothly supply the metal powder material 211, components such as a coaxial powder feeder and a powder feed controller may be further included, but this is a known technique and a detailed description thereof will be omitted herein.

상기 분말프레임(213)은 상기 금속분말소재(211)를 수용하기 위한 것으로, 상기 노즐프레임(201)의 일측에 구비된다. 즉 상기 분말프레임(213)은 내부에 상기 금속분말소재(211)가 수용되며, 상기 분말유로(212)와 연통되어 상기 금속분말소재(211)를 상기 분말유로(212)에 공급될 수 있다.The powder frame 213 is for accommodating the metal powder material 211 and is provided on one side of the nozzle frame 201. That is, the powder frame 213 may accommodate the metal powder material 211 therein, and communicate with the powder flow channel 212 to supply the metal powder material 211 to the powder flow channel 212.

상기 레이저부(220)는 상기 펀치금형(1)에 상기 레이저빔(221)을 조사하기 위한 것으로, 상기 레이저빔(221)을 조사하여 상기 펀치금형(1) 및 상기 분말공급부(210)에서 공급된 금속분말소재(211)를 직접적으로 용융시킨다. 이를 위하여 상기 노즐프레임(201)의 내부에 레이저유로(222)가 형성되며, 상기 레이저유로(222)를 따라 레이저빔(221)이 조사될 수 있다. 상기 레이저유로(222)는 상기 노즐프레임(201)의 중앙을 관통하도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 레이저유로(222)를 따라 상기 레이저빔(221)이 상기 노즐프레임(201)의 일측에서 타측으로 조사될 수있다. 상기 레이저빔(221)은 상기 펀치금형(1) 및 상기 분말공급부(210)에서 공급된 금속분말소재(211)를 직접적으로 용융시켜 상기 베이스부(1a)의 일측에 적층부(lc)를 형성시킨다. 즉, 상기 적층부(lc)를 형성시킬 상기 베이스부(1a)에 상기 분말공급부(210)를 통하여 상기 금속분말소재(211)를 공급함과 동시에 상기 레이저빔(221)을 조사하여, 상기 펀치금형(1) 및 상기 분말공급부(210)에서 공급된 금속분말소재(211)를 용융시켜 용융풀을 생성함으로써 상기 적층부(lc)를 형성시킬 수 있다. 한편 상기 레이저부(220)는 상기 레이저유로(222)를 따라 상기 레이저빔(221)과 함께 상기 레이저빔(221)이 조사되는 주위에 공정가스가 분사되도록 공정가스를 주입시킬 수 있다. 상기 공정가스에 의하여 상기 레이저빔(221)에 의하여 용융된 용융풀의 산화를 방지할 수 있다. 상기 레이저빔(221)을 원활하게 조사하기 위하여 상기 레이저빔(221)을 조사하는 광학수단, 공정가스를 분사하는 동축가스부 등을 더 포함할 수 있으나, 이는 공지된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. The laser unit 220 is for irradiating the laser beam 221 to the punch mold 1, and is supplied from the punch mold 1 and the powder supply unit 210 by irradiating the laser beam 221 The metal powder material 211 is melted directly. To this end, a laser flow path 222 is formed inside the nozzle frame 201, and a laser beam 221 may be irradiated along the laser flow path 222. The laser flow path 222 is preferably formed to pass through the center of the nozzle frame 201, and the laser beam 221 along the laser flow path 222 from one side of the nozzle frame 201 to the other Can be investigated The laser beam 221 directly melts the punch mold 1 and the metal powder material 211 supplied from the powder supply unit 210 to form a lamination unit lc on one side of the base unit 1a. Let it. That is, by supplying the metal powder material 211 through the powder supply unit 210 to the base portion 1a on which the stacking portion lc is to be formed, and simultaneously irradiating the laser beam 221, the punch mold (1) And by melting the metal powder material 211 supplied from the powder supply unit 210 to generate a molten pool, the laminated portion (lc) may be formed. Meanwhile, the laser unit 220 may inject a process gas along the laser flow path 222 so that a process gas is injected around the laser beam 221 to be irradiated together with the laser beam 221. It is possible to prevent oxidation of the molten pool melted by the laser beam 221 by the process gas. In order to smoothly irradiate the laser beam 221, an optical means for irradiating the laser beam 221, a coaxial gas portion for injecting a process gas, etc. may be further included, but this is a known technique and a detailed description thereof is omitted here. Do it.

상기 차폐가스부(230)는 상기 레이저빔(221)에 의하여 발생된 열로 인한 상기 펀치금형(1)과 상기 적층부(lc)의 금속분말소재(211)의 산화를 방지하기 위한 차폐가스(231)를 공급시키기 위한 것이다. 이를 위하여 상기 노즐프레임(201)의 내부에 차폐가스유로(232)가 형성되어, 상기 차폐가스유로(232)를 통하여 상기 차폐가스(231)를 공급할 수 있다. 즉, 상기 차폐가스유로(232)는 상기 노즐프레임(201)의 내부에 상기 분말유로(212)의 외측으로 상기 분말유로(212)와 이격되어 형성되는 것이 바람직하며, 상기 차폐가스(231)가 상기 차폐가스유로(232)를 따라 상기 노즐프레임(201)의 일측에서 타측으로 이동하여 상기 적층부(lc)의 외측으로 분사될 수 있다. 즉 상기 차폐가스(231)가 상기 노즐프레임(201)의 타측으로 배출됨으로써, 상기 레이저빔(221)에 의하여 용융된 상기 펀치금형(1)과 상기 적층부(lc)의 외측으로 상기 차폐가스(231)를 지속적으로 공급시킬 수 있어, 용융되는 부위를 외부로부터 차폐시켜 산화를 방지할 수 있다. 상기 차폐가스(231)는 불활성가스 또는 반투명가스로 아르곤가스(Ar), 헬륨(He) 혼합 가스등이 바람직하며, 상기 차폐가스(231)를 수용하기 위한 차폐가스 프레임 등이 더 구비될 수 있으나, 이는 공지된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. The shielding gas part 230 is a shielding gas 231 for preventing oxidation of the metal powder material 211 of the punch mold 1 and the lamination part lc due to heat generated by the laser beam 221. ) To supply. To this end, a shielding gas flow path 232 is formed inside the nozzle frame 201, and the shielding gas 231 may be supplied through the shielding gas flow path 232. That is, the shielding gas flow path 232 is preferably formed in the nozzle frame 201 outside of the powder flow path 212 and spaced apart from the powder flow path 212, and the shielding gas 231 is It may be sprayed to the outside of the stacking portion lc by moving from one side of the nozzle frame 201 to the other side along the shielding gas flow path 232. That is, the shielding gas 231 is discharged to the other side of the nozzle frame 201, so that the shielding gas (the shielding gas ()) to the outside of the punch mold 1 and the lamination part lc melted by the laser beam 221 Since 231) can be supplied continuously, oxidation can be prevented by shielding the melting part from the outside. The shielding gas 231 is an inert gas or a translucent gas, preferably argon gas (Ar), helium (He) mixed gas, etc., and a shielding gas frame for accommodating the shielding gas 231 may be further provided, This is a known technique and a detailed description thereof will be omitted here.

상기 열처리부(300)는 상기 3D프린터부(200)로부터 상기 펀치금형(1)에 적층된 금속소재의 적층부(1c)를 열처리하기 위한 것으로, 상기 열처리부(300)를 통하여 상기 적층부(lc)의 적층과정이나 적층 후에 발생된 잔류응력을 제거시키고 상기 적층부(lc)를 풀림처리, 담금질처리 및 뜨임처리 함으로써 상기 적층부(lc)의 기계적 물성치가 향상되어 고강도의 가공부(lb)가 형성될 수 있다. 상기 열처리부(300)는, 온도감지센서(310), 가열열처리장치(320), 냉각열처리장치(330), 열처리제어부(340)를 포함할 수 있다. The heat treatment part 300 is for heat-treating the metal material laminated part 1c stacked on the punch mold 1 from the 3D printer part 200, and the laminated part ( The mechanical properties of the laminated part (lc) are improved by removing residual stress generated during or after the lamination of lc) and by annealing, quenching and tempering the laminated part (lc), thereby improving the high-strength processed part (lb). Can be formed. The heat treatment unit 300 may include a temperature sensor 310, a heat treatment device 320, a cooling heat treatment device 330, and a heat treatment control unit 340.

상기 온도감지센서(310)는 상기 적층부(1c)의 온도를 감지한다. 즉 상기 온도감지센서(310)는 상기 펀치금형(1)의 일측에 구비되어, 상기 적층부(lc)의 온도를 감지할 수 있으며, 상기 온도감지센서(310)가 상기 적층부(lc)의 온도를 감지함으로써, 후술(後述) 할 열처리제어부(340)가 상기 펀치금형(1)의 열처리제어 할 시, 상기 적층부(lc)의 온도에 대응하여 자동제어가 가능하여 효율성을 향상시킬 수 있다.The temperature sensor 310 senses the temperature of the stacked portion 1c. That is, the temperature sensing sensor 310 is provided on one side of the punch mold 1 to sense the temperature of the stacking part lc, and the temperature sensing sensor 310 is By sensing the temperature, when the heat treatment control unit 340 to be described later controls the heat treatment of the punch mold 1, it is possible to automatically control in response to the temperature of the lamination unit lc, thereby improving efficiency. .

상기 가열열처리장치(320)는 상기 적층부(1c)를 가열열처리하기 위한 것으로, 상기 적층부(1c)에 열을 인가하여 가열열처리할 수 있다. The heat treatment device 320 is for heat-heat treatment of the laminated portion 1c, and heat-heat treatment may be performed by applying heat to the laminated portion 1c.

상기 가열열처리장치(320)의 제 1실시예인 가열열처리장치(320a)는, 유도가열기(321), 가열기단열재(322), 보조유도가열기(323), 및 가열제어부(324)를 포함할 수있다. The heat treatment device 320a, which is the first embodiment of the heat treatment device 320, includes an induction heater 321, a heater insulation material 322, an auxiliary induction heater 323, and a heating control unit 324. Can

상기 유도가열기(321)는 고주파 유도전열기인 것으로, 전자유도현상에 의하여 코일에 열을 발생시켜 상기 펀치금형(1)의 상기 적층부(1c)를 국부적으로 가열열처리시킬 수 있다. 상기 유도가열기(321)는 상기 펀치금형(1)의 외측면의 일측에 이격 배치되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 펀치금형(1)의 일측에서 상기 유도가열기(321)는 코일에 열을 발생시켜 상기 펀치금형(1)에 열을 인가하여 상기 펀치금형(1)을 가열열처리한다. The induction heater 321 is a high-frequency induction heater, and may generate heat in the coil by electromagnetic induction to locally heat and heat the laminated portion 1c of the punch mold 1. The induction heater 321 is preferably disposed spaced apart on one side of the outer surface of the punch mold (1). Therefore, at one side of the punch mold 1, the induction heater 321 generates heat to the coil to apply heat to the punch mold 1 to heat and heat the punch mold 1.

상기 가열기단열재(322)는 상기 유도가열기(321)의 외측둘레를 따라 구비된다. The heater insulating material 322 is provided along the outer circumference of the induction heater 321.

상기 보조유도가열기(323)는 상기 펀치금형(1)에 보조적으로 열을 인가하기 위한 것으로, 상기 금형펀치(1)의 외측면의 타측에 이격배치되어 상기 펀치금형(1)에 보조적으로 열을 인가한다. 도 1 내지 도3에서 상기 보조유도가열기(323)를 코일에 의한 고주파유도가열기로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 레이저광을 이용하여 상기 펀치금형(1)에 보조열을 인가하도록 적용시킬 수도 있다. 상기 레이저광을 이용한 보조유도가열기는 액시콘 렌즈(axicon lens), 광 볼텍스 위상판(optical vortex phase plate), 또는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)와 같은 광학수단을 사용하여 레이저광을 형성시켜 상기 펀치금형(1)에 보조적으로 열을 인가하는 것이 바람직하다. The auxiliary induction heater 323 is for auxiliaryly applying heat to the punch mold 1, and is disposed at a distance on the other side of the outer surface of the mold punch 1 to auxiliary heat the punch mold 1 Is applied. 1 to 3, the auxiliary induction heater 323 is shown as a high-frequency induction heater using a coil, but is not limited thereto, and applied to apply auxiliary heat to the punch mold 1 using laser light. You can also make it. The auxiliary induction heater using the laser light forms a laser light by using an optical means such as an axicon lens, an optical vortex phase plate, or a galvano scanner. It is preferable to apply heat auxiliary to the punch mold (1).

상기 가열제어부(324)는 상기 펀치금형(1)의 가열열처리를 제어하기 위한 것으로, 상기 유도가열기(321) 및 보조유도가열기(323)를 제어한다. 상기 가열제어부(324)는 상기 유도가열기(321) 및 보조유도가열기(323)이 상기 펀치금형(1)을 가열하는 가열시간, 가열온도, 가열유지시간 등을 제어할 수 있으며, 상기 펀치금형(1) 및 상기 적층부(lc)의 크기, 형상 등에 대응하여 가열시간, 가열온도, 가열유지시간 등을 제어하여 상기 적층부(lc)를 적절하게 가열열처리할 수 있다.The heating control unit 324 is for controlling the heat treatment of the punch mold 1 and controls the induction heater 321 and the auxiliary induction heater 323. The heating control unit 324 may control a heating time, a heating temperature, a heating holding time, etc. for the induction heater 321 and the auxiliary induction heater 323 to heat the punch mold 1, and the punch In response to the mold 1 and the size and shape of the laminated part lc, heating time, heating temperature, heating holding time, etc. may be controlled to appropriately heat-heat the laminated part lc.

한편 도 4는 상기 가열열처리장치(320)의 다른 실시예인 가열열처리장치(320b)를 도시한 것으로, 상기 가열열처리장치(320b)는, 유도가열코일(325), 코일제어부(326)을 포함할 수 있다.Meanwhile, FIG. 4 shows a heat treatment device 320b, which is another embodiment of the heat treatment device 320, and the heat treatment device 320b includes an induction heating coil 325 and a coil control unit 326. I can.

상기 유도가열코일(325)은 상기 펀치금형(1)의 외측둘레를 따라 구비되어, 상기 펀치금형(1)에 열을 전달한다. 상기 유도가열코일(325)은 고주파 유도전열기인 것으로, 전자유도현상에 의하여 코일에 열을 발생시켜 상기 펀치금형(1)을 국부적으로 가열열처리시킬 수 있다. 상기 유도가열코일(325)는 상기 펀치금형(1)의 외측둘레를 따라 원통형으로 배치되어 상기 펀치금형(1)에 열을 인가할 수 있다. 상기 유도가열코일(325)이 원통형으로 형성됨으로서 주변의 공기와 상기 펀치금형(1)과의 접촉을 차단하여 산화방지 및 단열의 효과를 동시에 가질 수 있다. The induction heating coil 325 is provided along the outer circumference of the punch mold 1 to transfer heat to the punch mold 1. The induction heating coil 325 is a high-frequency induction heater, and generates heat in the coil by an electromagnetic induction phenomenon to locally heat and heat the punch mold 1. The induction heating coil 325 is disposed in a cylindrical shape along the outer circumference of the punch mold 1 to apply heat to the punch mold 1. Since the induction heating coil 325 is formed in a cylindrical shape, it is possible to prevent oxidation and heat insulation at the same time by blocking contact between the surrounding air and the punch mold 1.

상기 코일제어부(326)는 상기 펀치금형(1)의 가열열처리를 제어하기 위한 것으로, 상기 유도가열코일(325)을 제어한다. 상기 코일제어부(326)는 상기 유도가열코일(325)의 상기 펀치금형(1)을 가열하는 가열시간, 가열온도, 가열유지시간 등을 제어할 수 있으며, 상기 펀치금형(1) 및 상기 적층부(lc)의 크기, 형상 등에 대응하여 가열시간, 가열온도, 가열유지시간 등을 제어하여 상기 적층부(lc)를 적절하게 가열열처리할 수 있다.The coil control unit 326 is for controlling the heat treatment of the punch mold 1 and controls the induction heating coil 325. The coil control unit 326 may control a heating time, a heating temperature, a heating holding time, etc. for heating the punch mold 1 of the induction heating coil 325, and the punch mold 1 and the stacking part In response to the size and shape of (lc), heating time, heating temperature, heating holding time, etc. may be controlled to appropriately heat and heat the laminated portion lc.

상기 냉각열처리장치(330)는 상기 적층부(1c)를 냉각열처리하기 위한 것으로, 상기 적층부(1c)에 냉각가스를 조사하여 냉각열처리할 수 있다. 상기 냉각열처리장치(330)는 상부냉각노즐(331), 측부냉각노즐(332), 냉각가스공급부(333)를 포함할 수 있다. The cooling heat treatment device 330 is for cooling and heat treatment of the laminated portion 1c, and may perform cooling heat treatment by irradiating a cooling gas to the laminated portion 1c. The cooling heat treatment apparatus 330 may include an upper cooling nozzle 331, a side cooling nozzle 332, and a cooling gas supply unit 333.

상기 상부냉각노즐(331)는 상기 펀치금형(1)의 상부에 구비되고 내부에 냉각가스공간(3311)이 형성된다. 상기 상부냉각노즐(331)은 단면적이 상측에서 하측으로 갈수록 넓어지도록 형성되며, 하면에 복수개의 상부가스홀(331h)이 형성될 수 있다. 부연하면 상기 복수개의 상부가스홀(331h)은 상기 상부냉각노즐(331)의 하면 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 상부냉각노즐(331)의 상기 냉각가스공간(331)을 통하여 냉각가스가 이동할 수 있으며, 상기 복수개의 상부가스홀(331h)을 통하여 외부로 배출되어 상기 적층부(1c)에 냉각가스를 공급함으로써 냉각열처리시킬 수 있다.The upper cooling nozzle 331 is provided above the punch mold 1 and a cooling gas space 3311 is formed therein. The upper cooling nozzle 331 is formed such that a cross-sectional area increases from an upper side to a lower side, and a plurality of upper gas holes 331h may be formed on a lower surface thereof. In addition, it is preferable that the plurality of upper gas holes 331h are formed in the center of the lower surface of the upper cooling nozzle 331. Cooling gas can be moved through the cooling gas space 331 of the upper cooling nozzle 331, and is discharged to the outside through the plurality of upper gas holes 331h to supply the cooling gas to the stacking part 1c. By doing so, cooling heat treatment can be performed.

상기 측부냉각노즐(332)은 상기 상부냉각노즐(331)의 하부에 구비되고, 상기 펀치금형(1)의 외측둘레를 따라 배치된다. 즉 상기 측부냉각노즐(332)은 하면이 개방된 원통형상으로 상기 측부냉각노즐(332)의 하부의 외측둘레를 따라 구비되며, 원통형상의 내부공간에 펀치금형(1)이 배치된다. 상기 측부냉각노즐(332)에는 상기 냉각가스공간(3311)과 연통되는 복수개의 측면가스유로(3321)가 형성된다. 상기 복수개의 측면가스유로(3321)는 상기 측부냉각노즐(332)의 원주둘레를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 상기 냉각가스공간(331)을 이동하는 냉각가스가 상기 측면가스유로(3321)로 유입되어 이동가능하다. 상기 측부냉각노즐(332)의 내주면에는 복수개의 측부가스홀(332h)이 각각 형성되며, 상기 복수개의 측부가스홀(332h)은 상기 측면가스유로(3321)와 연통되어 냉각가스가 배출된다. 따라서 상기 복수개의 측부가스홀(332h)에 의하여 상기 측부냉각노즐(332)의 내부공간에 배치된 펀치금형(1)의 측부로 냉각가스가 공급되어 상기 적층부(1c)를 냉각열처리할 수 있다. The side cooling nozzle 332 is provided under the upper cooling nozzle 331 and is disposed along the outer circumference of the punch mold 1. That is, the side cooling nozzle 332 has a cylindrical shape with an open bottom surface and is provided along the outer circumference of the lower portion of the side cooling nozzle 332, and the punch mold 1 is disposed in the cylindrical inner space. The side cooling nozzle 332 is formed with a plurality of side gas passages 3321 communicating with the cooling gas space 3311. The plurality of side gas flow paths 3321 may be disposed to be spaced apart from each other along the circumference of the side cooling nozzle 332. Therefore, the cooling gas moving in the cooling gas space 331 flows into the side gas flow path 3321 and is movable. A plurality of side addition holes 332h are formed on the inner circumferential surface of the side cooling nozzle 332, and the plurality of side addition holes 332h communicate with the side gas flow path 3321 to discharge cooling gas. Accordingly, cooling gas is supplied to the side of the punch mold 1 disposed in the inner space of the side cooling nozzle 332 through the plurality of side addition holes 332h, so that the stacked portion 1c can be cooled and heat treated. .

한편 상기 도 8은 본 발명의 상기 냉각열처리장치(330)를 이용하여 상기 적층부(1c)의 냉각열처리 실험에 대한 해석이미지인 것으로, 냉각가스는 아르곤 가스가 적용되었으며, 냉각가스의 질량유랑은 ??0.01(kg/s), 냉각가스의 가스온도는 20(℃), 펀치금형(1)의 소재는 고탄소강으로 초기온도는 900(℃)인 것으로 적용되었다. 상기 도 8의 해석이미지를 참고하면 상기 냉각열처리장치(330)를 이용하여 냉각열처리 시, 펀치금형의 온도분포(도 8의 (a))가 냉각가스가 공급되는 상부에서 하부로 갈수록 낮아져 냉각열처리되는 모습을 확인할 수 있다. 또한 가스속도분포(도 8의 (b)) 및 가스속도 유동라인(도 8의 (c))에 도시된 바와 같이 상기 냉각가스공간(3311)을 이동하는 냉각가스가 상기 복수개의 상부가스홀(331h)로 분사되어 상기 펀치금형(1)을 냉각열처리하며, 상기 냉각가스공간(331)을 이동하는 냉각가스가 상기 측면가스유로(3321)로 유입되어 상기 복수개의 측부가스홀(332h)을 통해 분사됨으로써, 상기 펀치금형(1)의 측부를 냉각열처리하는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, FIG. 8 is an analysis image of a cooling heat treatment experiment of the laminate 1c using the cooling heat treatment device 330 of the present invention, and argon gas was applied as the cooling gas, and the mass flow of the cooling gas was ??0.01 (kg/s), the gas temperature of the cooling gas was 20 (℃), the material of the punch mold (1) was high carbon steel, and the initial temperature was 900 (℃). Referring to the analysis image of FIG. 8, when cooling heat treatment using the cooling heat treatment device 330, the temperature distribution of the punch mold (Fig. 8 (a)) decreases from the top to the bottom where the cooling gas is supplied, so that the cooling heat treatment is performed. You can see how it works. In addition, as shown in the gas velocity distribution (FIG. 8(b)) and the gas velocity flow line (FIG. 8(c)), the cooling gas moving in the cooling gas space 3311 is included in the plurality of upper gas holes ( 331h) to cool and heat-treat the punch mold (1), and the cooling gas that moves the cooling gas space 331 is introduced into the side gas flow path 3321 through the plurality of side gas holes 332h. By spraying, it can be confirmed that the side portion of the punch mold 1 is subjected to cooling heat treatment.

상기 열처리제어부(340)는 상기 열처리장치(320) 및 상기 냉각열처리장치(330)를 제어하기 위한 것으로, 상기 온도감지센서(310)에서 감지된 적층부(1c)의 온도에 대응하여 상기 가열열처리장치(320) 및 상기 냉각열처리장치(330)의 구동을 제어한다. 상기 열처리제어부(340)는, 열처리선정부(341), 가열열처리제어부(342), 냉각열처리제어부(343)를 포함할 수 있다. The heat treatment control unit 340 is for controlling the heat treatment device 320 and the cooling heat treatment device 330, and the heat treatment is performed in response to the temperature of the stacked part 1c sensed by the temperature sensor 310. It controls the drive of the device 320 and the cooling heat treatment device 330. The heat treatment control unit 340 may include a heat treatment selection unit 341, a heat treatment control unit 342, and a cooling heat treatment control unit 343.

상기 열처리선정부(341)는 상기 펀치금형(1) 및 상기 적층부(1c)를 형성하는 상기 금속소재에 대응하여 상기 적층부(1c)의 열처리조건을 선정한다. 즉 상기 열처리선정부(341)는 금속소재의 종류, 두께, 형상 등에 대응하여 풀림처리, 담금질처리, 뜨임처리와 같이 필요로 하는 열처리조건을 선정할 수 있다. 부연하면 상기 열처리선정부(341)는 고속공구강(HSS: M4, M2...)의 경우 뜨임처리로 선정하여, 뜨임온도로 가열 후 뜨임처리함으로써 경해진 기계적 물성에 인성을 부여하며, 냉간 고내마모강(HWS)의 경우 담금질처리로 선정하여 담금질온도로 가열 후 담금질처리하여 경도를 높일 수 있다. 상기 열처리선정부(341)를 통하여 풀림처리, 담금질처리, 뜨임처리와 같이 필요로 하는 열처리조건을 선정함으로써 상기 가열열처리장치(320)의 가열속도, 가열온도, 가열유지시간 및 상기 냉각열처리장치(330)의 냉각속도, 냉각온도, 냉각유지시간을 선정할 수 있다. The heat treatment selection unit 341 selects a heat treatment condition of the laminated portion 1c corresponding to the punch mold 1 and the metal material forming the laminated portion 1c. That is, the heat treatment selection unit 341 may select required heat treatment conditions such as annealing treatment, quenching treatment, and tempering treatment according to the type, thickness, and shape of the metal material. In addition, in the case of high-speed tool steel (HSS: M4, M2...), the heat treatment selection unit 341 selects tempering treatment, and heats it at a tempering temperature and then tempers to give toughness to the hardened mechanical properties. In the case of abrasion steel (HWS), it can be selected as a quenching treatment, heated to a quenching temperature, and then quenched to increase the hardness. By selecting the required heat treatment conditions such as annealing treatment, quenching treatment, and tempering treatment through the heat treatment selection unit 341, the heating rate, heating temperature, heating holding time of the heat treatment device 320, and the cooling heat treatment device ( 330) cooling rate, cooling temperature, and cooling maintenance time can be selected.

상기 가열열처리제어부(342)는 상기 열처리선정부(341)에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 가열열처리장치(320a,320b)의 열처리온도 및 속도를 제어한다. 즉 상기 가열열처리제어부(342)는 상기 가열열처리장치(320a,320b)와 연결되어, 상상기 열처리선정부(341)에서 선정된 상기 적층부(lc)를 가열열처리하기 위한 상기 가열열처리장치(320a,320b)의 가열속도, 가열온도, 가열유지시간을 제어할 수 있다. 이때 상기 가열열처리제어부(342)는 상기 온도감지센서(310)와 연결되어, 상기 온도감지센서(310)에서 지속적으로 상기 적층부(1c)의 온도를 감지함으로써 상기 가열열처리제어부(342)의 가열속도, 가열온도, 가열유지시간이 적정하게 제어가능하다. The heat treatment control unit 342 controls the heat treatment temperature and speed of the heat treatment devices 320a and 320b in response to the heat treatment conditions selected by the heat treatment selection unit 341. That is, the heating and heat treatment control unit 342 is connected to the heating and heat treatment devices 320a and 320b, and the heating and heat treatment device 320a for heating and heat treatment of the laminated part lc selected by the heat treatment selection unit 341 It is possible to control the heating rate, heating temperature, and heating maintenance time of 320b). At this time, the heating and heat treatment control unit 342 is connected to the temperature detection sensor 310, and the temperature detection sensor 310 continuously senses the temperature of the stacked part 1c to heat the heating and heat treatment control unit 342. Speed, heating temperature, and heating holding time can be properly controlled.

상기 냉각열처리제어부(343)는 상기 열처리선정부(341)에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 냉각열처리장치(330)의 열처리온도 및 속도를 제어한다. 즉 상기 냉각열처리제어부(343)는 상기 냉각열처리장치(330)와 연결되어, 상기 열처리선정부(341)에서 선정된 상기 적층부(lc)를 냉각열처리하기 위한 상기 냉각열처리장치(330)의 냉각속도, 냉각온도, 냉각유지시간을 제어할 수 있다. 이때 상기 냉각열처리제어부(343)는 상기 온도감지센서(310)와 연결되어, 상기 온도감지센서(310)에서 지속적으로 상기 적층부(1c)의 온도를 감지함으로써 상기 냉각열처리제어부(343)의 냉각속도, 냉각온도, 냉각유지시간이 적정하게 제어가능하다. The cooling heat treatment control unit 343 controls the heat treatment temperature and speed of the cooling heat treatment device 330 in response to the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit 341. That is, the cooling heat treatment control unit 343 is connected to the cooling heat treatment device 330 to cool the cooling heat treatment device 330 for cooling and heat treatment of the stacked part lc selected by the heat treatment selection part 341. Speed, cooling temperature, and cooling maintenance time can be controlled. At this time, the cooling heat treatment control unit 343 is connected to the temperature sensing sensor 310, and the temperature sensing sensor 310 continuously senses the temperature of the stacking unit 1c to cool the cooling heat treatment control unit 343. Speed, cooling temperature, and cooling maintenance time can be properly controlled.

부연하면 상기 열처리선정부(341)에서 상기 적층부(1c)의 열처리조건을 뜨임처리로 선정하면, 상기 온도감지센서(310)에서 상기 적층부(1c)의 온도가 뜨임가열온도에 도달할 시, 상기 냉각열처리제어부(343)는, 상기 냉각열처리장치(330)의 냉각속도를 제어하여 상기 적층부(1c)를 서냉시켜 뜨임처리 할 수 있다. 또한 상기 열처리선정부(341)에서 상기 적층부(1c)의 열처리조건을 담금질처리로 선정하면, 상기 온도감지센서(310)에서 상기 적층부(1c)의 온도가 담금질가열온도에 도달할 시, 상기 냉각열처리제어부(343)는, 상기 냉각열처리장치(330)의 냉각속도를 제어하여 상기 적층부(1c)를 급냉시켜 담금질처리할 수 있다. In other words, when the heat treatment condition of the laminated part 1c is selected as tempering in the heat treatment selection part 341, when the temperature of the laminated part 1c reaches the tempering heating temperature in the temperature sensor 310 , The cooling and heat treatment control unit 343 may control the cooling speed of the cooling and heat treatment device 330 to gradually cool the laminated part 1c to perform tempering treatment. In addition, when the heat treatment condition of the laminated portion 1c is selected as a quenching treatment in the heat treatment selection unit 341, when the temperature of the laminated portion 1c reaches a quenching and heating temperature in the temperature sensor 310, The cooling heat treatment control unit 343 may control the cooling rate of the cooling heat treatment device 330 to rapidly cool the stacked part 1c to perform a quenching treatment.

이하에서는, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제 2실시예에 따른 상기 펀치금형 고강도소재 적층장치(20)를 설명하도록 한다. 여기서 도 1 내지 도 11에 나타낸 동일한 참조번호는 동일한 구성 및 작용을 하는 동일부재이므로, 반복적인 설명은 생략하도록 한다. 상기 펀치금형 고강도소재 적층장치(20)는 고정프레임(100), 3D프린터부(200), 강도보강제어부(400)를 포함한다. Hereinafter, the punch mold high-strength material laminating apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12. Here, since the same reference numerals shown in FIGS. 1 to 11 are the same members having the same configuration and function, a repetitive description will be omitted. The punch mold high-strength material laminating apparatus 20 includes a fixed frame 100, a 3D printer unit 200, and a strength reinforcement control unit 400.

상기 고정프레임(100)은 펀치금형(1)을 고정시키기 위한 것으로, 상면에 상기 펀치금형(1)이 고정배치된다. 상기 고정프레임(100)은 상면에 상기 펀치금형(1)이 안착되도록 판 형상일 수 있으며, 상기 고정프레임(100)에 복수개의 고정척이 구비되어 상기 펀치금형(1)의 외측둘레를 따라 상기 복수개의 고정척이 배치됨으로써 상기 펀치금형(1)을 상기 고정프레임(100)의 상면에 고정배치시킬 수 있다.The fixing frame 100 is for fixing the punch mold 1, and the punch mold 1 is fixedly disposed on the upper surface. The fixing frame 100 may have a plate shape so that the punch mold 1 is seated on the upper surface, and a plurality of fixing chucks are provided on the fixing frame 100 to the outside circumference of the punch mold 1. By arranging a plurality of fixed chucks, the punch mold 1 may be fixedly disposed on the upper surface of the fixed frame 100.

상기 3D프린터부(200)는 상기 베이스부(1a)의 일측에 금속분말소재(211)를 적층시켜 적층부(1c)를 형성시키기 위한 것으로, DED(Directed Energy Deposition)방식을 이용한 3D프린팅 기술을 이용한다. 상기 3D프린터부(200)는 상기 고정프레임(100)의 일측에 이동가능하도록 구비되며, 상기 베이스부(1a)의 일측에 금속분말소재(211)를 공급하고 레이저빔(221)을 조사하여 상기 펀치금형(1) 및 상기 금속분말소재(201)를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시킬 수 있다. 이때 상기 3D프린터부(200)를 이용하여 상기 베이스부(1a)에 적층시키는 적층부(1c)의 형상은 상기 펀치금형(1)의 형상, 용도, 크기 등에 따라 적절하게 변경되어 적용시킬 수 있다. 상기 3D프린터부(200)는, 노즐프레임(201), 분말공급부(210), 레이저부(220), 차폐가스부(230)를 포함한다.The 3D printer unit 200 is for forming a layered portion 1c by laminating a metal powder material 211 on one side of the base portion 1a, and uses a 3D printing technology using a Directed Energy Deposition (DED) method. Use. The 3D printer unit 200 is provided to be movable on one side of the fixed frame 100, supplies a metal powder material 211 to one side of the base unit 1a, and irradiates a laser beam 221 to the The metal material may be laminated by directly melting the punch mold 1 and the metal powder material 201. At this time, the shape of the stacking unit 1c stacked on the base unit 1a using the 3D printer unit 200 may be appropriately changed and applied according to the shape, purpose, and size of the punch mold 1. . The 3D printer unit 200 includes a nozzle frame 201, a powder supply unit 210, a laser unit 220, and a shielding gas unit 230.

상기 노즐프레임(201)은 역원뿔형상으로 상기 고정프레임(100)의 일측에 이동가능하도록 구비된다. 상기 노즐프레임(201)은 내부에 후술(後述) 할 분말유로(212), 레이저유로(222), 차폐가스유로(232)로 형성되어, 상기 노즐프레임(201)의 일측에서 타측으로 상기 금속분말소재(211), 상기 레이저빔(221) 및 차폐가스(231) 등이 이동할 수 있으며, 상기 금속분말소재(211), 상기 레이저빔(221) 및 상기 차폐가스(231) 등이 상기 노즐프레임(201)의 타측으로 분사되어 상기 베이스부(1a)의 일측에 공급될 수 있다. The nozzle frame 201 is provided to be movable on one side of the fixed frame 100 in an inverted conical shape. The nozzle frame 201 is formed of a powder flow passage 212, a laser flow passage 222, and a shielding gas flow passage 232 to be described later, and the metal powder from one side of the nozzle frame 201 to the other side. The material 211, the laser beam 221, the shielding gas 231, etc. can move, and the metal powder material 211, the laser beam 221, the shielding gas 231, etc. It may be sprayed to the other side of 201) and supplied to one side of the base portion 1a.

상기 분말공급부(210)는 상기 펀치금형(1)에 금속분말소재(211)를 공급하기 위한 것으로, 분말유로(212)와 분말프레임(213)을 포함할 수 있다.The powder supply unit 210 is for supplying the metal powder material 211 to the punch mold 1 and may include a powder passage 212 and a powder frame 213.

상기 분말유로(212)는 상기 노즐프레임(201)의 내부에 형성되며, 상기 금속분말소재(211)가 상기 노즐프레임(201)의 길이방향을 따라 일측에서 타측으로 이동하도록 형성된다. 부연하면 상기 분말유로(212)는 상기 노즐프레임(201)이 역원뿔형상으로 형성됨에 따라 원주둘레가 일측에서 타측으로 갈수록 작아지는 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 상기 분말유로(212)는 일측에서 상기 금속분말소재(211)를 공급받아 타측으로 배출시킴으로써, 상기 펀치금형(1)의 일측에 금속분말소재(211)를 공급할 수 있다. 이때 상기 분말유로(212)를 통하여 공급되는 상기 금속분말소재(211)는 상기 펀치금형(1)의 베이스부(1a)의 강도보다 큰 강도를 가지는 고강도의 금속분말소재(211)이 것으로, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V) 등과 같은 합금원소를 포함하는 고속도 공구강 분말소재 또는 고강도 냉간 공구강 분말인 것이 바람직하다. 부연하면 상기 분말유로(212)의 일측에 동축분말가스유로가 더 형성되어, 상기 분말유로(212)에 동축분말가스를 공급시킴으로써, 상기 금속분말소재(211)의 공급이 원활하도록 보조할 수 있다. 상기 금속분말소재(211)를 원활하게 공급하기 위하여 동축분말공급기, 분말공급제어기 등의 구성들을 더 포함할 수 있으나, 이는 공지된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. The powder flow path 212 is formed inside the nozzle frame 201, and the metal powder material 211 is formed to move from one side to the other side along the longitudinal direction of the nozzle frame 201. In other words, the powder flow path 212 is preferably formed in a cylindrical shape whose circumference decreases from one side to the other side as the nozzle frame 201 is formed in an inverted cone shape. That is, the powder passage 212 may supply the metal powder material 211 to one side of the punch mold 1 by receiving the metal powder material 211 from one side and discharging it to the other side. At this time, the metal powder material 211 supplied through the powder flow path 212 is a high strength metal powder material 211 having a strength greater than that of the base portion 1a of the punch mold 1, and molybdenum It is preferable that it is a high-speed tool steel powder material or a high-strength cold-worked tool steel powder containing alloying elements such as (Mo), tungsten (W), vanadium (V), and the like. In addition, a coaxial powder gas flow path is further formed on one side of the powder flow path 212, and by supplying the coaxial powder gas to the powder flow path 212, the supply of the metal powder material 211 can be assisted. . In order to smoothly supply the metal powder material 211, components such as a coaxial powder feeder and a powder feed controller may be further included, but this is a known technique and a detailed description thereof will be omitted herein.

상기 분말프레임(213)은 상기 금속분말소재(211)를 수용하기 위한 것으로, 상기 노즐프레임(201)의 일측에 구비된다. 즉 상기 분말프레임(213)은 내부에 상기 금속분말소재(211)가 수용되며, 상기 분말유로(212)와 연통되어 상기 금속분말소재(211)를 상기 분말유로(212)에 공급될 수 있다.The powder frame 213 is for accommodating the metal powder material 211 and is provided on one side of the nozzle frame 201. That is, the powder frame 213 may accommodate the metal powder material 211 therein, and communicate with the powder flow channel 212 to supply the metal powder material 211 to the powder flow channel 212.

상기 레이저부(220)는 상기 펀치금형(1)에 상기 레이저빔(221)을 조사하기 위한 것으로, 상기 레이저빔(221)을 조사하여 상기 펀치금형(1) 및 상기 분말공급부(210)에서 공급된 금속분말소재(211)를 직접적으로 용융시킨다. 이를 위하여 상기 노즐프레임(201)의 내부에 레이저유로(222)가 형성되며, 상기 레이저유로(222)를 따라 레이저빔(221)이 조사될 수 있다. 상기 레이저유로(222)는 상기 노즐프레임(201)의 중앙을 관통하도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 레이저유로(222)를 따라 상기 레이저빔(221)이 상기 노즐프레임(201)의 일측에서 타측으로 조사될 수있다. 상기 레이저빔(221)은 상기 펀치금형(1) 및 상기 분말공급부(210)에서 공급된 금속분말소재(211)를 직접적으로 용융시켜 상기 베이스부(1a)의 일측에 적층부(lc)를 형성시킨다. 즉, 상기 적층부(lc)를 형성시킬 상기 베이스부(1a)에 상기 분말공급부(210)를 통하여 상기 금속분말소재(211)를 공급함과 동시에 상기 레이저빔(221)을 조사하여, 상기 펀치금형(1) 및 상기 분말공급부(210)에서 공급된 금속분말소재(211)를 용융시켜 용융풀을 생성함으로써 상기 적층부(lc)를 형성시킬 수 있다. 한편 상기 레이저부(220)는 상기 레이저유로(222)를 따라 상기 레이저빔(221)과 함께 상기 레이저빔(221)이 조사되는 주위에 공정가스가 분사되도록 공정가스를 주입시킬 수 있다. 상기 공정가스에 의하여 상기 레이저빔(221)에 의하여 용융된 용융풀의 산화를 방지할 수 있다. 상기 레이저빔(221)을 원활하게 조사하기 위하여 상기 레이저빔(221)을 조사하는 광학수단, 공정가스를 분사하는 동축가스부 등을 더 포함할 수 있으나, 이는 공지된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. The laser unit 220 is for irradiating the laser beam 221 to the punch mold 1, and is supplied from the punch mold 1 and the powder supply unit 210 by irradiating the laser beam 221 The metal powder material 211 is melted directly. To this end, a laser flow path 222 is formed inside the nozzle frame 201, and a laser beam 221 may be irradiated along the laser flow path 222. The laser flow path 222 is preferably formed to pass through the center of the nozzle frame 201, and the laser beam 221 along the laser flow path 222 from one side of the nozzle frame 201 to the other Can be investigated The laser beam 221 directly melts the punch mold 1 and the metal powder material 211 supplied from the powder supply unit 210 to form a lamination unit lc on one side of the base unit 1a. Let it. That is, by supplying the metal powder material 211 through the powder supply unit 210 to the base portion 1a on which the stacking portion lc is to be formed, and simultaneously irradiating the laser beam 221, the punch mold (1) And by melting the metal powder material 211 supplied from the powder supply unit 210 to generate a molten pool, the laminated portion (lc) may be formed. Meanwhile, the laser unit 220 may inject a process gas along the laser flow path 222 so that a process gas is injected around the laser beam 221 to be irradiated together with the laser beam 221. It is possible to prevent oxidation of the molten pool melted by the laser beam 221 by the process gas. In order to smoothly irradiate the laser beam 221, an optical means for irradiating the laser beam 221, a coaxial gas portion for injecting a process gas, etc. may be further included, but this is a known technique and a detailed description thereof is omitted here. Do it.

상기 차폐가스부(230)는 상기 레이저빔(221)에 의하여 발생된 열로 인한 상기 펀치금형(1)과 상기 적층부(lc)의 금속분말소재(211)의 산화를 방지하기 위한 차폐가스(231)를 공급시키기 위한 것이다. 이를 위하여 상기 노즐프레임(201)의 내부에 차폐가스유로(232)가 형성되어, 상기 차폐가스유로(232)를 통하여 상기 차폐가스(231)를 공급할 수 있다. 즉, 상기 차폐가스유로(232)는 상기 노즐프레임(201)의 내부에 상기 분말유로(212)의 외측으로 상기 분말유로(212)와 이격되어 형성되는 것이 바람직하며, 상기 차폐가스(231)가 상기 차폐가스유로(232)를 따라 상기 노즐프레임(201)의 일측에서 타측으로 이동하여 상기 적층부(lc)의 외측으로 분사될 수 있다. 즉 상기 차폐가스(2341)가 상기 노즐프레임(201)의 타측으로 배출됨으로써, 상기 레이저빔(221)에 의하여 용융된 상기 펀치금형(1)과 상기 적층부(lc)의 외측으로 상기 차폐가스(231)를 지속적으로 공급되어, 용융되는 부위를 외부로부터 차폐시켜 산화를 방지할 수 있다. 상기 차폐가스(231)는 불활성가스 또는 반투명가스로 아르곤가스(Ar), 헬륨(He) 혼합 가스등이 바람직하며, 상기 차폐가스(231)를 수용하기 위한 차폐가스 프레임 등이 더 구비될 수 있으나, 이는 공지된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. The shielding gas part 230 is a shielding gas 231 for preventing oxidation of the metal powder material 211 of the punch mold 1 and the lamination part lc due to heat generated by the laser beam 221. ) To supply. To this end, a shielding gas flow path 232 is formed inside the nozzle frame 201, and the shielding gas 231 may be supplied through the shielding gas flow path 232. That is, the shielding gas flow path 232 is preferably formed in the nozzle frame 201 outside of the powder flow path 212 and spaced apart from the powder flow path 212, and the shielding gas 231 is It may be sprayed to the outside of the stacking portion lc by moving from one side of the nozzle frame 201 to the other side along the shielding gas flow path 232. That is, the shielding gas 2341 is discharged to the other side of the nozzle frame 201, so that the shielding gas is melted by the laser beam 221 to the outside of the punch mold 1 and the lamination part lc. 231) is continuously supplied to prevent oxidation by shielding the melting part from the outside. The shielding gas 231 is an inert gas or a translucent gas, preferably argon gas (Ar), helium (He) mixed gas, etc., and a shielding gas frame for accommodating the shielding gas 231 may be further provided, This is a known technique and a detailed description thereof will be omitted here.

상기 강도보강제어부(400)는 상기 3D프린터부(200)를 이용하여 상기 적층부(1c)를 열처리하기 위한 것으로, 상기 3D프린터부(200)의 레이저빔(221) 및 차폐가스(231)를 제어하여 상기 적층부(1c)를 가열열처리 및 냉각열처리한다. 즉 상기 강도보강제어부(400)는 상기 레이저부(220)와 상기 차폐가스부(230)와 연결되어, 상기 레이저빔(221) 및 차폐가스(231)를 제어할 수 있다. 상기 강도보강제어부(400)는, 열처리선정부(410), 상기 온도감지센서(420), 상기 가열제어부(430), 상기 냉각제어부(440)를 포함할 수 있다. The intensity reinforcement control unit 400 is for heat-treating the stacked portion 1c using the 3D printer unit 200, and the laser beam 221 and the shielding gas 231 of the 3D printer unit 200 are Under control, the laminated portion 1c is subjected to heat treatment and cooling heat treatment. That is, the intensity reinforcement control unit 400 may be connected to the laser unit 220 and the shielding gas unit 230 to control the laser beam 221 and the shielding gas 231. The strength reinforcement control unit 400 may include a heat treatment selection unit 410, the temperature sensor 420, the heating control unit 430, and the cooling control unit 440.

상기 열처리선정부(410)는 상기 펀치금형(1) 및 상기 적층부(1c)를 형성하는 상기 금속소재에 대응하여 상기 적층부(1c)의 열처리조건을 선정한다. 즉 상기 열처리선정부(410)는 금속소재의 종류, 두께, 형상 등에 대응하여 풀림처리, 담금질처리, 뜨임처리와 같이 필요로 하는 열처리조건을 선정할 수 있다. 부연하면 상기 열처리선정부(410)는 고속공구강(HSS: M4, M2...)의 경우 뜨임처리로 선정하여, 뜨임온도로 가열 후 뜨임처리함으로써 경해진 기계적 물성에 인성을 부여하며, 냉간 고내마모강(HWS)의 경우 담금질처리로 선정하여 담금질온도로 가열 후 담금질처리하여 경도를 높일 수 있다. 상기 열처리선정부(410)를 통하여 풀림처리, 담금질처리, 뜨임처리와 같이 필요로 하는 열처리조건을 선정함으로써 후술(後述) 할 상기 가열제어부(430)의 가열속도, 가열온도, 가열유지시간 및 상기 냉각제어부(440)의 냉각속도, 냉각온도, 냉각유지시간을 선정할 수 있다. The heat treatment selection unit 410 selects a heat treatment condition of the laminated portion 1c corresponding to the punch mold 1 and the metal material forming the laminated portion 1c. That is, the heat treatment selection unit 410 may select required heat treatment conditions such as annealing treatment, quenching treatment, and tempering treatment according to the type, thickness, and shape of the metal material. In addition, in the case of high-speed tool steel (HSS: M4, M2...), the heat treatment selection unit 410 selects a tempering treatment, and heats it at a tempering temperature and then tempers to give toughness to the hardened mechanical properties. In the case of abrasion steel (HWS), it can be selected as a quenching treatment, heated to a quenching temperature, and then quenched to increase the hardness. The heating rate, heating temperature, heating maintenance time, and the heating rate of the heating control unit 430 to be described later by selecting required heat treatment conditions such as annealing treatment, quenching treatment, and tempering treatment through the heat treatment selection unit 410 The cooling rate, cooling temperature, and cooling maintenance time of the cooling control unit 440 may be selected.

상기 온도감지센서(420)는 상기 적층부(1c)의 온도를 감지한다. 즉 상기 온도감지센서(420)는 상기 펀치금형(1)의 일측에 구비되어, 상기 적층부(lc)의 온도를 감지할 수 있으며, 상기 온도감지센서(420)가 상기 적층부(lc)의 온도를 감지함으로써, 상기 열처리선정부(410)에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 펀치금형(1)의 열처리제어를 자동제어할 수 있어 효율성을 향상시킬 수 있다.The temperature sensor 420 senses the temperature of the stacked portion 1c. That is, the temperature sensor 420 is provided on one side of the punch mold 1 to sense the temperature of the stacking part lc, and the temperature sensing sensor 420 By sensing the temperature, it is possible to automatically control the heat treatment control of the punch mold 1 in response to the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit 410, thereby improving efficiency.

상기 가열제어부(430)는 상기 3D프린터부(200)의 레이저빔(221)의 파장을 제어하여 상기 적층부(1c)를 가열열처리한다. 즉, 상기 가열제어부(430)는 상기 열처리선정부(410)에서 선정된 열처리조건 및 상기 온도감지센서(420)에서 감지된 적층부(1c)의 온도에 대응하여 상기 3D프린터부(200)의 레이저빔(221)의 파장을 제어하여 상기 적층부(1c)를 가열열처리할 수 있으며, 상기 적층부(1c)를 가열열처리하는 열처리온도 및 속도를 제어할 수 있다. 즉 상기 열처리선정부(410)에서 선정된 상기 적층부(lc)를 가열열처리하기 위한 가열속도, 가열온도, 가열유지시간에 대응하도록 상기 레이저빔(221)의 파장을 제어할 수 있다. 또한 상기 가열제어부(430)는, 상기 온도감지센서(420)와 연결되어, 상기 온도감지센서(420)에서 지속적으로 상기 적층부(1c)의 온도를 감지함으로써 상기 가열제어부(430)의 상기 레이저빔(221)을 통한 가열속도, 가열온도, 가열유지시간이 적정하게 제어가능하다. The heating control unit 430 controls the wavelength of the laser beam 221 of the 3D printer unit 200 to heat and heat the stacked portion 1c. That is, the heating control unit 430 corresponds to the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit 410 and the temperature of the stacking unit 1c sensed by the temperature sensor 420. By controlling the wavelength of the laser beam 221, the laminated portion 1c may be heat-heat treated, and the heat treatment temperature and speed for heat-heating the laminated part 1c may be controlled. That is, the wavelength of the laser beam 221 may be controlled to correspond to a heating rate, a heating temperature, and a heating holding time for heat-heating the stacked portion lc selected by the heat treatment selection unit 410. In addition, the heating control unit 430 is connected to the temperature detection sensor 420, and the temperature detection sensor 420 continuously senses the temperature of the stacking unit 1c, so that the laser of the heating control unit 430 The heating rate, heating temperature, and heating holding time through the beam 221 can be properly controlled.

상기 냉각제어부(440)는 상기 3D프린터부(200)의 차폐가스(231)의 공급을 제어하여 상기 적층부(1c)를 냉각열처리한다. 즉, 상기 차폐가스(231)는 불활성 가스인 것으로, 상기 적층부(1c)에 차폐가스(231)를 분사시킴으로써 상기 적층부(1c)를 냉각열처리할 수 있다. 상기 냉각제어부(440)는 상기 열처리선정부(410)에서 선정된 열처리조건 및 상기 온도감지센서(420)에서 감지된 적층부(1c)의 온도에 대응하여 상기 3D프린터부(200)의 차폐가스(231)의 공급을 제어하여 상기 적층부(1c)를 냉각열처리할 수 있으며, 상기 적층부(1c) 냉각열처리온도 및 속도를 제어할 수 있다. 즉 상기 냉각제어부(440)는 상기 3D프린터부(200)의 차폐가스(231)의 공급을 제어하여 상기 열처리선정부(341)에서 선정된 상기 적층부(lc)를 냉각열처리하기 위한 냉각속도, 냉각온도, 냉각유지시간을 제어할 수 있다. 또한 상기 냉각제어부(440)는 상기 온도감지센서(420)와 연결되어, 상기 온도감지센서(420)에서 지속적으로 상기 적층부(1c)의 온도를 감지함으로써 상기 차페가스(231)의 공급을 통한 냉각열처리의 냉각속도, 냉각온도, 냉각유지시간이 적정하게 제어가능하다. 한편 상기 차폐가스(231)는 고압의 액화불활성 가스를 고압으로 분사시킴으로써 극저온으로 분사가능하며, 고압의 불활성 가스를 분사 시 교축과정을 통하여 온도가 하강될 수 있다. 즉, 줄톰슨(Joule-Thomson)효과를 이용하여 압력변화에 따라 온도가 극저온으로 변화할 수 있다. 상기 냉각제어부(440)가 저온의 불활성기체를 이용하여 상기 적층부(1c)를 급랭시킴으로써 높은 냉각속도를 얻을 수 있어 효율이 향상될 수 있다.The cooling control unit 440 controls the supply of the shielding gas 231 to the 3D printer unit 200 to cool and heat the stacked portion 1c. That is, the shielding gas 231 is an inert gas, and cooling and heat treatment of the laminated portion 1c may be performed by spraying the shielding gas 231 to the laminated portion 1c. The cooling control unit 440 is the shielding gas of the 3D printer unit 200 in response to the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit 410 and the temperature of the stacking unit 1c sensed by the temperature sensor 420. The supply of 231 may be controlled to perform cooling and heat treatment of the laminated part 1c, and a temperature and speed of cooling and heat treatment of the laminated part 1c may be controlled. That is, the cooling control unit 440 controls the supply of the shielding gas 231 to the 3D printer unit 200 to cool and heat the stacked portion lc selected by the heat treatment selection unit 341, Cooling temperature and cooling maintenance time can be controlled. In addition, the cooling control unit 440 is connected to the temperature sensor 420, and the temperature sensor 420 continuously senses the temperature of the stacking unit 1c, thereby supplying the shield gas 231 The cooling rate, cooling temperature, and cooling maintenance time of the cooling heat treatment can be properly controlled. Meanwhile, the shielding gas 231 can be injected at a cryogenic temperature by injecting a high-pressure liquefied inert gas at a high pressure, and the temperature may be lowered through a throttling process when injecting a high-pressure inert gas. That is, the temperature can be changed to cryogenic according to the pressure change by using the Joule-Thomson effect. The cooling control unit 440 can obtain a high cooling rate by rapidly cooling the stacked portion 1c using a low-temperature inert gas, and thus efficiency can be improved.

부연하면 상기 열처리선정부(410)에서 상기 적층부(1c)의 열처리조건을 뜨임처리로 선정하면, 상기 온도감지센서(420)에서 상기 적층부(1c)의 온도가 뜨임가열온도에 도달할 시, 상기 냉각제어부(440)는, 상기 차폐가스(231)의 냉각속도 및 냉각온도를 제어하여 상기 적층부(1c)를 서냉시켜 뜨임처리한다. 또한 상기 열처리선정부(410)에서 상기 적층부(1c)의 열처리조건을 담금질처리로 선정하면, 상기 온도감지센서(420)에서 상기 적층부(1c)의 온도가 담금질가열온도에 도달할 시, 상기 냉각제어부(440)는, 상기 차폐가스(231)의 냉각속도 및 냉각온도를 제어하여 상기 적층부(1c)를 급냉시켜 담금질처리한다. In other words, if the heat treatment condition of the laminated part 1c is selected as tempering in the heat treatment selection unit 410, when the temperature of the laminated part 1c reaches the tempering heating temperature in the temperature sensor 420 , The cooling control unit 440 controls the cooling rate and cooling temperature of the shielding gas 231 to gradually cool the laminated portion 1c to perform tempering. In addition, when the heat treatment condition of the laminated portion 1c is selected as a quenching treatment in the heat treatment selection unit 410, when the temperature of the laminated portion 1c reaches the quenching and heating temperature in the temperature sensor 420, The cooling control unit 440 controls the cooling rate and cooling temperature of the shielding gas 231 to rapidly cool the layered portion 1c to perform a quenching treatment.

한편 상기 도 12는 본 발명의 상기 냉각제어부(440)를 이용하여 상기 3D프린터부(200)의 차폐가스(231)의 공급을 제어하여 상기 적층부(1c)를 냉각열처리 실험에 대한 해석이미지인 것으로, 차폐가스(231)는 아르곤 가스가 적용되었으며, 차폐가스(231)의 질량유랑은 ??0.01(kg/s), 차폐가스(231)의 가스온도는 20(℃), 펀치금형(1)의 소재는 고탄소강으로 초기온도는 900(℃)인 것으로 적용되었다. 상기 도 12의 해석이미지를 참고하면 상기 냉각제어부(440)를 이용하여 냉각열처리 시, 펀치금형(1)의 온도분포(도 12의 (a))가 차폐가스(231)가 공급되는 상부에서 하부로 갈수록 낮아져 냉각열처리되는 모습을 확인할 수 있다. 또한 가스속도분포(도 12의 (b)) 및 가스속도 유동라인(도 12의 (c))에 도시된 바와 같이 상기 차폐가스(231)가 상기 적층부(1c)로 분사되어 상기 펀치금형(1)의 적층부(1c)를 냉각열처리한다는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, FIG. 12 is an analysis image of a cooling heat treatment experiment to control the supply of the shielding gas 231 of the 3D printer unit 200 by using the cooling control unit 440 of the present invention. As for the shielding gas 231, argon gas was applied, the mass flow of the shielding gas 231 was ??0.01 (kg/s), the gas temperature of the shielding gas 231 was 20 (℃), and the punch mold (1 The material of) is high carbon steel and the initial temperature is 900 (℃). Referring to the analysis image of FIG. 12, when cooling and heat treatment using the cooling control unit 440, the temperature distribution of the punch mold 1 (Fig. 12 (a)) is from the top to the bottom where the shielding gas 231 is supplied. It decreases as it goes to, and you can see the cooling heat treatment. In addition, as shown in the gas velocity distribution (FIG. 12(b)) and the gas velocity flow line (FIG. 12(c)), the shielding gas 231 is injected into the lamination unit 1c, and the punch mold ( It can be seen that the lamination portion 1c of 1) is subjected to cooling heat treatment.

본 발명에 따른 펀치금형 고강도소재 적층장치에 의하면, 펀치금형에 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성되어 핫스탬핑 공정으로 강도가 강화된 부품의 후처리공정이 가능하며, 가공부에 의하여 펀치금형의 파손 및 손상을 방지하여 사용효율이 향상될 수 있다.According to the punch mold high-strength material lamination apparatus according to the present invention, a processing portion having a strength greater than that of the base portion is formed in the punch mold, so that a post-treatment process of a component whose strength is reinforced by a hot stamping process is possible. Use efficiency can be improved by preventing damage and damage to the mold.

또한 3D프린터부를 이용하여 가공부를 형성하기 위한 금속분말소재를 펀치금형에 부분적으로 적층시킴으로써 제작효율이 높고, 열처리부를 이용하여 적층부를열처리시킬 수 있어, 펀치금형의 기계적 강도를 높이고 안정화시킬 수 있다.In addition, by partially laminating the metal powder material for forming the processed part on the punch mold using the 3D printer part, manufacturing efficiency is high, and the laminate part can be heat-treated using the heat treatment part, thereby increasing and stabilizing the mechanical strength of the punch mold.

더불어 강도보강제어부에 의하여 3D프린터부의 레이저빔과 차폐가스부를 제어하여 적층부를 열처리함으로써 적층과 동시에 적층환경에서 열처리 수행이 가능하며, 하나의 부품으로 적층부의 생성과 열처리가 가능하여 장치가 간소화되어 효율성이 증대될 수 있다.In addition, by controlling the laser beam and shielding gas part of the 3D printer part by the intensity reinforcement control part and heat-treating the laminated part, it is possible to perform heat treatment in the laminated environment at the same time as the laminated part, and the generation and heat treatment of the laminated part with one component is possible, simplifying the device and thus efficiency Can be augmented.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

1 : 펀치금형 1a : 베이스부
1b : 가공부 1c : 적층부
10,20 : 펀치금형 고강도소재 적층장치 100 : 고정프레임
200 : 3D프린터부 201 : 노즐프레임
210 : 분말공급부 211 : 금속분말소재
212 : 분말유로 213 : 분말프레임
220 : 레이저부 221 : 레이저빔
222 : 레이저유로 230 : 차폐가스부
231 : 차폐가스 232 : 차폐가스유로
300 : 열처리부 310,420 : 온도감지센서
320a,320b : 가열열처리장치 321 : 유도가열기
322 : 가열기단열재 323 : 보조유도가열기
324 : 가열제어부 325 : 유도가열코일
326 : 코일제어부 330 : 냉각열처리장치
331 : 상부냉각노즐 331h : 상부가스홀
3311 : 냉각가스공간 332 : 측부냉각노즐
3321 : 측면가스유로 332h : 측부가스홀
333 : 냉각가스공급부 340 : 열처리제어부
341,410 : 열처리선정부 342 : 가열열처리제어부
343 : 냉각열처리제어부 400 : 강도보강제어부
430 : 가열제어부 440 : 냉각제어부1: punch mold 1a: base
1b: processed part 1c: laminated part
10, 20: punch mold high strength material lamination device 100: fixed frame
200: 3D printer unit 201: nozzle frame
210: powder supply unit 211: metal powder material
212: powder flow path 213: powder frame
220: laser unit 221: laser beam
222: laser flow path 230: shielding gas part
231: shielding gas 232: shielding gas flow path
300: heat treatment unit 310,420: temperature sensor
320a,320b: heating heat treatment device 321: induction heater
322: heater insulation 323: auxiliary induction heater
324: heating control unit 325: induction heating coil
326: coil control unit 330: cooling heat treatment device
331: upper cooling nozzle 331h: upper gas hole
3311: cooling gas space 332: side cooling nozzle
3321: side gas flow path 332h: side gas hole
333: cooling gas supply unit 340: heat treatment control unit
341,410: heat treatment selection unit 342: heat treatment control unit
343: cooling heat treatment control unit 400: strength reinforcement control unit
430: heating control unit 440: cooling control unit

Claims (14)

베이스부와, 상기 베이스부의 일측에 상기 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성된 펀치금형을 제조하는 펀치금형 고강도소재 적층장치에 있어서,
상면에 펀치금형이 고정배치되는 고정프레임;
상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되고, 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하며, 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 금속분말소재를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시키는 3D프린터부; 및
상기 3D프린터부로부터 적층된 금속소재의 적층부를 열처리하는 열처리부를 포함하되,
상기 열처리부는,
상기 적층부의 온도를 감지하는 온도감지센서와,
상기 적층부를 가열열처리하며, 상기 펀치금형의 외측둘레를 따라 원통형으로 배치되어 상기 펀치금형에 열을 인가하는 유도가열코일과, 상기 유도가열코일을 제어하는 코일제어부를 포함하는 가열열처리장치와,
상기 적층부를 냉각열처리하는 냉각열처리장치와,
상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 가열열처리장치 및 상기 냉각열처리장치를 제어하는 열처리제어부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.In the punch mold high strength material lamination apparatus for manufacturing a punch mold having a base portion and a processing portion having a strength greater than the strength of the base portion formed on one side of the base portion,
A fixed frame in which the punch mold is fixedly disposed on the upper surface;
A 3D printer unit provided to be movable on one side of the fixed frame, supplying a metal powder material to the punch mold, and laminating the metal material by directly melting the punch mold and the metal powder material by irradiating a laser beam; And
Including a heat treatment unit for heat-treating the stacked portion of the metal material stacked from the 3D printer unit,
The heat treatment unit,
A temperature sensor for sensing the temperature of the stacked portion,
A heat treatment apparatus including an induction heating coil for heating and heat treatment of the laminated portion and applying heat to the punch mold by being disposed in a cylindrical shape along an outer circumference of the punch mold, and a coil controller for controlling the induction heating coil;
A cooling heat treatment device for cooling and heat treatment of the laminated portion,
A punch mold high strength material lamination apparatus comprising a heat treatment control unit configured to control the heating and heat treatment device and the cooling heat treatment device in response to the temperature of the lamination unit detected by the temperature sensor. 청구항 1에 있어서,
상기 3D프린터부는,
상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되는 노즐프레임과,
상기 노즐프레임의 내부에 분말유로가 형성되어 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하는 분말공급부와,
상기 노즐프레임의 내부에 레이저유로가 형성되어 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 분말공급부에서 공급된 금속분말소재를 직접적으로 용융시키는 레이저부와,
상기 노즐프레임의 내부에 차폐가스유로가 형성되어, 상기 차폐가스유로로 차폐가스를 공급하여 상기 레이저부로부터 용융되는 부위를 외부로부터 차폐시키는 차폐가스부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method according to claim 1,
The 3D printer unit,
A nozzle frame provided to be movable on one side of the fixed frame,
A powder supply unit that has a powder flow path formed inside the nozzle frame to supply a metal powder material to the punch mold,
A laser unit for directly melting the metal powder material supplied from the punch mold and the powder supply unit by irradiating a laser beam with a laser flow path formed inside the nozzle frame,
A punch mold high strength material lamination apparatus comprising a shielding gas section having a shielding gas flow path formed inside the nozzle frame to supply shielding gas to the shielding gas flow path to shield a part melted from the laser section from the outside. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 가열열처리장치는,
상기 펀치금형의 일측에 배치되어 상기 펀치금형에 열을 인가하여 열처리하는 유도가열기와,
상기 유도가열기의 외측둘레를 따라 구비되는 가열기단열재와,
상기 펀치금형의 타측에 배치되어 상기 펀치금형에 보조적으로 열을 인가하는 보조유도가열기와,
상기 유도가열기 및 보조유도가열기를 제어하는 가열제어부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치. The method according to claim 1,
The heating and heat treatment device,
An induction heater disposed on one side of the punch mold to apply heat to the punch mold to heat treatment,
A heater insulating material provided along the outer circumference of the induction heater,
An auxiliary induction heater disposed on the other side of the punch mold to auxiliaryly apply heat to the punch mold,
A punch mold high strength material lamination apparatus comprising a heating control unit for controlling the induction heater and the auxiliary induction heater. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 냉각열처리장치는,
상기 펀치금형의 상부에 구비되고 내부에 냉각가스공간이 형성되며, 하면에 복수개의 상부가스홀이 형성되는 상부냉각노즐과,
상기 상부냉각노즐의 하부에 구비되고, 상기 펀치금형의 외측둘레를 따라 배치되며, 상기 냉각가스공간과 연통되는 복수개의 측면가스유로가 형성되며, 상기 측면가스유로와 연통되도록 내주면에 복수개의 측부가스홀이 형성되는 측부냉각노즐과,
상기 상부냉각노즐과 연결되어, 상기 상부냉각노즐과 상기 측부냉각노즐에 냉각가스를 공급하는 냉각가스공급부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method according to claim 1,
The cooling heat treatment device,
An upper cooling nozzle provided on the upper part of the punch mold and having a cooling gas space formed therein, and having a plurality of upper gas holes formed on a lower surface thereof,
A plurality of side gas passages provided under the upper cooling nozzle, disposed along the outer circumference of the punch mold, and communicating with the cooling gas space, and a plurality of side gas passages on the inner circumferential surface to communicate with the side gas passage A side cooling nozzle in which a hole is formed,
A punch mold high strength material lamination apparatus comprising a cooling gas supply unit connected to the upper cooling nozzle and supplying cooling gas to the upper cooling nozzle and the side cooling nozzle. 청구항 1에 있어서,
상기 열처리제어부는,
상기 금속소재에 대응하여 상기 적층부의 열처리조건을 선정하는 열처리선정부와,
상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 가열열처리장치의 열처리온도 및 속도를 제어하는 가열열처리제어부와,
상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건에 대응하여 상기 냉각열처리장치의 열처리온도 및 속도를 제어하는 냉각열처리제어부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치. The method according to claim 1,
The heat treatment control unit,
A heat treatment selection unit for selecting a heat treatment condition of the laminated part in correspondence with the metallic material,
A heat treatment control unit for controlling a heat treatment temperature and speed of the heat treatment apparatus in response to a heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit;
A punch mold high strength material lamination apparatus comprising a cooling heat treatment control unit for controlling a heat treatment temperature and speed of the cooling heat treatment device in response to a heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit. 청구항 7에 있어서,
상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 뜨임처리로 선정하면,
상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 뜨임가열온도에 도달할 시, 상기 냉각열처리제어부는, 상기 냉각열처리장치의 냉각속도를 제어하여 상기 적층부를 서냉시켜 뜨임처리하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method of claim 7,
When the heat treatment condition of the laminated part is selected as tempering treatment in the heat treatment selection unit,
When the temperature of the lamination unit reaches the tempering heating temperature in the temperature sensing sensor, the cooling heat treatment control unit controls the cooling rate of the cooling heat treatment unit to gradually cool the lamination unit for tempering treatment. 청구항 7에 있어서,
상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 담금질처리로 선정하면,
상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 담금질가열온도에 도달할 시, 상기 냉각열처리제어부는, 상기 냉각열처리장치의 냉각속도를 제어하여 상기 적층부를 급냉시켜 담금질처리하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method of claim 7,
When the heat treatment condition of the laminate is selected as a quenching treatment in the heat treatment selection unit,
When the temperature of the lamination unit reaches a quenching heating temperature in the temperature sensing sensor, the cooling heat treatment control unit controls a cooling rate of the cooling heat treatment unit to rapidly cool the lamination unit to perform a quenching treatment. 베이스부와, 상기 베이스부의 일측에 상기 베이스부의 강도보다 큰 강도를 가지는 가공부가 형성된 펀치금형을 제조하는 펀치금형 고강도소재 적층장치에 있어서,
상면에 펀치금형이 고정배치되는 고정프레임;
상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되고, 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하며, 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 금속분말소재를 직접적으로 용융시켜 금속소재를 적층시키는 3D프린터부; 및
상기 3D프린터부의 레이저빔 및 차폐가스를 제어하여 상기 3D프린터부로부터 적층된 금속소재의 적층부를 열처리하는 강도보강제어부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.In the punch mold high strength material lamination apparatus for manufacturing a punch mold having a base portion and a processing portion having a strength greater than the strength of the base portion formed on one side of the base portion,
A fixed frame in which the punch mold is fixedly disposed on the upper surface;
A 3D printer unit provided to be movable on one side of the fixed frame, supplying a metal powder material to the punch mold, and laminating the metal material by directly melting the punch mold and the metal powder material by irradiating a laser beam; And
A punch mold high-strength material lamination device comprising a strength reinforcement control unit for controlling the laser beam and shielding gas of the 3D printer unit to heat-treat the stacked portion of the metal material stacked from the 3D printer unit. 청구항 10에 있어서,
상기 3D프린터부는,
상기 고정프레임의 일측에 이동가능하도록 구비되는 노즐프레임과,
상기 노즐프레임의 내부에 분말유로가 형성되어 상기 펀치금형에 금속분말소재를 공급하는 분말공급부와,
상기 노즐프레임의 내부에 레이저유로가 형성되어 레이저빔을 조사하여 상기 펀치금형 및 상기 분말공급부에서 공급된 금속분말소재를 직접적으로 용융시키는 레이저부와,
상기 노즐프레임의 내부에 차폐가스유로가 형성되어, 상기 차폐가스유로로 차폐가스를 공급하여 상기 레이저부로부터 용융되는 부위를 외부로부터 차폐시키는 차폐가스부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method of claim 10,
The 3D printer unit,
A nozzle frame provided to be movable on one side of the fixed frame,
A powder supply unit that has a powder flow path formed inside the nozzle frame to supply a metal powder material to the punch mold,
A laser unit for directly melting the metal powder material supplied from the punch mold and the powder supply unit by irradiating a laser beam with a laser flow path formed inside the nozzle frame,
A punch mold high strength material lamination apparatus comprising a shielding gas section having a shielding gas flow path formed inside the nozzle frame to supply shielding gas to the shielding gas flow path to shield a part melted from the laser section from the outside. 청구항 10에 있어서,
상기 강도보강제어부는,
상기 금속소재에 대응하여 상기 적층부의 열처리조건을 선정하는 열처리선정부와,
상기 적층부의 온도를 감지하는 온도감지센서와,
상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건 및 상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 3D프린터부의 레이저빔의 파장을 제어하여 상기 적층부를 가열열처리하는 가열제어부와,
상기 열처리선정부에서 선정된 열처리조건 및 상기 온도감지센서에서 감지된 적층부의 온도에 대응하여 상기 3D프린터부의 차폐가스의 공급을 제어하여 상기 적층부를 냉각열처리하는 냉각제어부를 포함하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method of claim 10,
The strength reinforcement control unit,
A heat treatment selection unit for selecting a heat treatment condition of the laminated part in correspondence with the metallic material,
A temperature sensor for sensing the temperature of the stacked portion,
A heating controller configured to heat and heat the stacked portion by controlling the wavelength of the laser beam of the 3D printer in response to a heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit and a temperature of the stacking unit detected by the temperature sensor;
Punch mold high strength material lamination including a cooling control unit for cooling and heat treatment of the stacked portion by controlling the supply of shielding gas from the 3D printer in response to the heat treatment condition selected by the heat treatment selection unit and the temperature of the stacking unit detected by the temperature sensor. Device. 청구항 12에 있어서,
상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 뜨임처리로 선정하면,
상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 뜨임가열온도에 도달할 시, 상기 냉각제어부는, 상기 차폐가스의 냉각속도 및 온도를 제어하여 상기 적층부를 서냉시켜 뜨임처리하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method of claim 12,
When the heat treatment condition of the laminated part is selected as tempering treatment in the heat treatment selection unit,
When the temperature of the laminated part reaches the tempering heating temperature in the temperature sensor, the cooling control part controls the cooling rate and temperature of the shielding gas to gradually cool the laminated part for tempering treatment. 청구항 12에 있어서,
상기 열처리선정부에서 상기 적층부의 열처리조건을 담금질처리로 선정하면,
상기 온도감지센서에서 상기 적층부의 온도가 담금질가열온도에 도달할 시, 상기 냉각제어부는, 상기 차폐가스의 냉각속도 및 온도를 제어하여 상기 적층부를 급냉시켜 담금질처리하는 펀치금형 고강도소재 적층장치.The method of claim 12,
When the heat treatment condition of the laminate is selected as a quenching treatment in the heat treatment selection unit,
When the temperature of the lamination unit reaches the quenching heating temperature in the temperature sensing sensor, the cooling control unit controls the cooling rate and temperature of the shielding gas to rapidly cool the lamination unit for quenching treatment.
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