KR101591438B1 - Method for treating surface of 3d printing metal products - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3D 프린팅 금속 제품의 표면 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파 및 전해연마 기술을 이용하여 3D 프린팅 제품의 표면 조도를 제어하는 3D 프린팅 금속 제품의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a surface treatment method of a 3D printing metal product, and more particularly, to a surface treatment method of a 3D printing metal product that controls the surface roughness of a 3D printing product by using ultrasonic and electrolytic polishing techniques.
3D 프린팅이란 3차원 물체를 기존의 절삭가공 방식이 아닌 적층하는 방식으로 실물 제품을 찍어내는 프린터 기술을 말한다. 3D 프린트는 기존 절삭가공 방식의 경우 복잡한 모형의 형상을 제조할 수 없는 한계점을 뛰어 넘어 제품 형상의 구현에 한계를 갖지 않는다는 장점을 가진다. 3D 프린팅을 적용하는 기술은 현재 양산되고 있는 제품의 80%에까지 근접하고 있으며, 재료의 종류로는 플라스틱, 파우더, 고무, 왁스, 금속, 나무, 종이 등 약 30가지 정도가 가능하다. 재료의 색상은 다양한 색상을 지원하는 재료가 출시되고 있으며, 후가공으로 도금 처리까지 가능한 특징을 가진다.3D printing refers to a printer technology that prints a three-dimensional object, not a conventional cutting method, but a real product in a stacking manner. 3D printing has an advantage in that it does not limit the implementation of the product shape beyond the limitation that the complicated model shape can not be manufactured in the case of the conventional cutting method. The technology to apply 3D printing is close to 80% of currently mass-produced products, and about 30 kinds of materials such as plastic, powder, rubber, wax, metal, wood and paper are available. The color of the material has been released to support various colors, and it has the feature that it can be processed by post processing.
이러한 3D 프린팅 기술은, 최근 제조 분야의 파괴적 혁신을 유발하고, 일각에서는 내연기관·컴퓨터를 이은 3차 산업혁명의 주역으로 평가되고 있으며, 이에 따라 각국 정부의 산업 및 R&D 주도권을 확보하기 위한 노력도 치열하게 전개되고 있다. 그러나 3D 프린터 기술이 매력적이긴 하나 조형 속도, 표면 해상도, 조형물의 강도, 가공 재료 한계, 컴퓨터 복잡성 등에서 많은 한계에 노출되어 있다. 예를 들어, 표면 해상도의 경우 수십 나노미터대의 정밀도 구현이 가능하면서 양산성을 확보한 반도체 나노공정 등과는 크게 뒤떨어진 상황이다. 특히, 금속을 이용한 3D 프린팅 제품은 구조적 특성상 기계적 가공 처리가 제한적이어서, 표면 조도의 조절이 어렵고, 낮은 표면 조도를 요구하는 제품의 경우에는 후처리가 반드시 필요한 실정이다.
This 3D printing technology has recently led to destructive innovation in the manufacturing field, and some of them are regarded as the leaders of the tertiary industrial revolution, including the internal combustion engine and computer. Thus, efforts to secure the industry and R & It is fiercely evolving. However, although 3D printer technology is attractive, it is exposed to many limitations such as molding speed, surface resolution, molding strength, material limitations, and computer complexity. For example, in the case of surface resolution, it is possible to achieve a precision of several tens of nanometers, which is far behind the semiconductor nano process, which has secured mass productivity. Especially, 3D printing products using metals are limited in mechanical processing due to their structural characteristics, so it is difficult to control the surface roughness, and in the case of products requiring low surface roughness, post-treatment is indispensable.
이에 본 발명자들은, 이러한 기술적 요구에 착안하여 금속을 이용한 3D 프린팅 제품의 표면 조도를 제어할 수 있도록, 초음파 및 전해연마 기술을 이용하여 표면처리를 할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention have confirmed that it is possible to perform surface treatment by using ultrasonic wave and electrolytic polishing technique so as to control the surface roughness of a 3D printing product using metal in consideration of the technical requirement.
따라서, 본 발명은 초음파 및 전해연마 기술을 이용하는, 3D 프린팅 금속 제품의 표면 처리 방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
Accordingly, it is a technical object of the present invention to provide a surface treatment method of a 3D printing metal product using ultrasonic and electrolytic polishing techniques.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,
1) 금속분말을 이용하여 3D 프린팅 방법으로 금속 제품을 제조하는 단계;1) preparing a metal product by a 3D printing method using a metal powder;
2) 상기 제조된 금속 제품을 전해액에 침지하는 단계; 및2) immersing the produced metal product in an electrolytic solution; And
3) 상기 전해액에 전압 및 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가하여, 상기 금속제품의 표면을 개질하는 단계;를 포함하여, 3) applying a voltage and an electric current to the electrolytic solution and applying ultrasonic waves to modify the surface of the metal product,
상기 금속 제품의 표면 개질은, 상기 3D 프린팅 방법으로 제조된 금속 제품 표면에 남아있는 잔류 금속 분말을 제거하고 표면의 조도를 감소시켜 상기 금속제품의 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전해 연마를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법을 제공한다.
Wherein the surface modification of the metal product is performed by removing residual metal powder remaining on the surface of the metal product manufactured by the 3D printing method and reducing the surface roughness to planarize the surface of the metal product. To provide a method for surface treatment of metal products.
상기 본 발명에 따르면, 3D 프린팅 제품의 표면 처리에 있어서 초음파를 인가함과 동시에 전해연마를 실시함으로써 3D 프린팅 방법에 의하여 제품 표면에 남아있는 금속 분말을 제거하고 표면을 매끄럽게 하여 표면의 조도를 낮추게 되어, 표면을 개질할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, by applying ultrasonic waves and performing electrolytic polishing in the surface treatment of the 3D printing product, the metal powder remaining on the product surface is removed by the 3D printing method, and the surface is smoothed to lower the surface roughness , And the surface can be modified.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 전해연마의 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 초음파 전해 연마되기 전 3D 프린팅 제품표면의 SEM 사진을, 도 2b는 초음파 전해 연마 후의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 초음파 전해 연마시 전압조건 및 인가시간을 달리한 경우에 따른 3D 프린팅 제품 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 초음파 전해 연마시 전압조건 및 인가시간을 달리한 경우에 따른 3D 프린팅 제품 표면의 표면 조도와 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 초음파 전해 연마시 전압조건 및 인가시간을 달리한 경우에 따른 a: 두께변화, b: 무게변화, c: Ra, d: Rz를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 초음파 전해 연마 시간에 따른 금속 제품의 사진을 나타낸 것이다. Fig. 1 shows the mechanism of ultrasonic electrolytic polishing according to the present invention.
FIG. 2A is an SEM photograph of the surface of a 3D printing product before ultrasonic electrolytic polishing according to the present invention, and FIG. 2B is an SEM photograph after ultrasonic electrolytic polishing.
FIG. 3 is a SEM photograph of the surface of a 3D printing product according to the embodiment of the present invention, in which the voltage condition and the application time are different in the ultrasonic electrolytic polishing.
FIG. 4 is a graph showing the surface roughness and the SEM photograph of the surface of a 3D printing product according to an embodiment of the present invention, in which voltage conditions and application time are different at the time of ultrasonic electrolytic polishing.
FIG. 5 is a graph showing a change in thickness, b a change in weight, c: Ra, and d: Rz according to the voltage condition and the application time in ultrasonic electrolytic polishing according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph of a metal product according to an ultrasonic electrolytic polishing time in an embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 금속제품의 표면처리 방법을 자세히 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a surface treatment method of a metal product according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 전해연마의 메커니즘을 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 금속 제품의 표면 처리 방법은 초음파를 인가하면서 전해연마를 실시하여 금속 제품의 표면을 개질하는 것을 특징으로 한다. FIG. 1 illustrates a mechanism of ultrasonic electrolytic polishing according to the present invention. In the method of surface treatment of a metal product according to the present invention, electrolytic polishing is performed while applying ultrasonic waves to modify the surface of a metal product.
따라서 본 발명의 일 측면에 따르면, 1) 금속분말을 이용하여 3D 프린팅 방법으로 금속 제품을 제조하는 단계; 2) 상기 제조된 금속 제품을 전해액에 침지하는 단계; 및 3) 상기 전해액에 전압 및 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가하여, 상기 금속제품의 표면을 개질하는 단계;를 포함하여, 상기 금속 제품의 표면 개질은, 상기 3D 프린팅 방법으로 제조된 금속 제품 표면에 남아있는 잔류 금속 분말을 제거하고 표면의 조도를 향상시켜 상기 금속제품의 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전해 연마를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법이 제공된다. Therefore, according to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal product, comprising: 1) preparing a metal product by a 3D printing method using a metal powder; 2) immersing the produced metal product in an electrolytic solution; And 3) applying voltage and current to the electrolytic solution and applying ultrasonic waves to modify the surface of the metal product, wherein the surface modification of the metal product is performed by using the metal product There is provided a method for surface treatment of a metal product using ultrasonic waves and electrolytic polishing, characterized in that residual metallic powder remaining on the surface is removed and the surface roughness is improved to planarize the surface of the metallic product.
상기 본 발명의 방법에 따르면 먼저 1) 단계는, 금속분말을 이용하여 3D 프린팅 방법으로 금속 제품을 제조한다. 이 때, 상기 제조된 금속 제품의 표면은, 3D 프린팅 공정 중에서 떨어져 나간 금속 분말이 제품 표면에 형성된 구형의 분말 틈에 물리적으로 끼어 있거나 반데르 발스 결합 또는 아주 미량의 표면에서 금속 결합을 하는 등의 경우로 잔류하게 되고, 3D 프린팅시 완벽하게 표면처리가 이루어지기 어려우므로 구형의 분말 형상으로 형성되어 표면이 다소 울퉁불퉁하게 형성되게 된다. According to the method of the present invention, metal powder is used in step 1) to produce a metal product by a 3D printing method. At this time, the surface of the manufactured metal product may be formed by a method in which the metal powder that has fallen off during the 3D printing process is physically stuck in a spherical powder gap formed on the surface of the product, or is bonded by Van der Waals bonding or a very small amount of metal And it is difficult to complete the surface treatment in 3D printing, so that it is formed into a spherical powder shape so that the surface is somewhat ruggedly formed.
다음으로 2) 단계는, 상기 금속제품을 전해액에 침지하는 단계로, 초음파 및 전해연마를 준비하는 단계이다. 이 때, 상기 전해액은 유기용매, 증류수, 산 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 유기용매로는 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글라이콜, 2-부톡시 에탄올 등을 사용할 수 있고, 상기 산 화합물로는 CrO3-빙초산(chromium(VI) oxide glacial acetic acid), 황산, 염산, 불화수소산, 인산, 락트산, 시트르산, 옥살산 및 과염소산 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 전해액으로 무수 에탄올과 60% 과염소산을 9:1로 혼합한 혼합용액을 사용하였다. Next, step 2) is a step of immersing the metal product in an electrolytic solution and preparing ultrasonic waves and electrolytic polishing. At this time, the electrolytic solution may be selected from an organic solvent, distilled water, an acid compound and a mixture thereof. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol, ethylene glycol, and 2-butoxyethanol. Examples of the acid compound include CrO 3 - glacial acetic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, At least one selected from hydrofluoric acid, phosphoric acid, lactic acid, citric acid, oxalic acid and perchloric acid. In one embodiment of the present invention, a mixed solution of anhydrous ethanol and 60% perchloric acid in a ratio of 9: 1 was used as the electrolytic solution.
다음으로 3) 단계는 초음파 및 전해연마를 실시하는 단계로, 상기 금속 제품이 침지된 전해액에 전압 및 전류를 인가함과 동시에 초음파를 인가하여 금속제품의 표면을 개질하게 된다. Next, step 3) is a step of performing ultrasonic wave and electrolytic polishing, in which voltage and current are applied to the electrolytic solution immersed in the metal product, and ultrasonic waves are applied to modify the surface of the metal product.
관련하여 도 1은 본 발명에 따른 상기 초음파 속 전해연마의 메커니즘을 나타낸 것으로 이를 참고하면, 전해액에 침지한 금속제품 표면에 형성된 금속 분말 등의 미소 돌출 부위가 선택적으로 용해되기 시작하하여 용해가 진행되면서 동시에 돌출 부위 뿐만 아니라 돌출 부위 하단에서도 선택적으로 용해가 진행된다. 이에 따라 표면의 잔류 금속 분말 등 미소 돌출 부위가 떨어져나가고 금속제품 표면의 조도가 감소되어 금속제품의 표면이 평탄화가 이루어지는 것이다. Referring to FIG. 1, the mechanism of ultrasonic wave electrolytic polishing according to the present invention is shown. Referring to FIG. 1, a minute protruding portion such as a metal powder formed on the surface of a metal product immersed in an electrolytic solution starts to selectively dissolve, At the same time, not only the protruding part but also the lower part of the protruding part selectively melts. As a result, minute protrusions such as residual metal powder on the surface are separated and the surface roughness of the metal product is reduced, so that the surface of the metal product is flattened.
이 때, 상기 초음파 속 전해연마를 실시하는 경우, 인가되는 전압은 10~40V가 바람직하다. 또한 인가되는 전류는 0.5~5A 범위가 바람직하다. 상기 범위 미만으로 전압 및 전류를 인가할 경우 전해연마가 균일하게 잘 이루어지지 않고 국부적으로 식각만 진행되며, 상기 범위를 초과하는 전압 및 전류를 인가하는 경우에는 전해연마의 속도는 빨라 질 수 있으나 피팅(pitting)과 함께 금속제품의 표면에 오히려 손상을 입게될 우려가 있어 바람직하지 않다.At this time, when the ultrasonic wave electrolytic polishing is performed, the applied voltage is preferably 10 to 40V. The applied current is preferably in the range of 0.5 to 5A. When the voltage and the current are less than the above range, the electrolytic polishing is not performed uniformly and only the local etching proceeds. When the voltage and current exceeding the above range are applied, the electrolytic polishing speed may be accelerated, the surface of the metal product may be damaged rather than pitting.
또한 상기 초음파는 20~100 kHz의 범위로 인가하는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만으로 인가 시 분말이 제거되기 힘든 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 수십 ㎛대의 mesh 형태가 손상가능한 문제가 있다. Further, the ultrasonic waves are 20 to 100 kHz. < / RTI > When the amount is less than the above range, there is a problem that the powder is difficult to be removed when applied, and when it exceeds the above range, there is a problem that the mesh form of several tens of micrometers can be damaged.
또한 상기 초음파 속 전해연마는 60초 이상 실시하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 60초 내지 300초간 실시하는 것이 형상정밀도를 유지하는 면에서 좋다. The ultrasonic wave electrolytic polishing is preferably performed for 60 seconds or more, more preferably 60 to 300 seconds from the viewpoint of maintaining the shape accuracy.
또한 상기 초음파 속 전해연마시 온도범위는 -30℃~4℃ 범위가 전해연마시 발생하는 발열반응을 안정적으로 유지하고, 폭발적인 반응을 방지하며 절절한 반응속도를 유지하기 위해 알맞다.
Also, the temperature range of the ultrasonic wave electrolytic polishing is preferably in the range of -30 ° C to 4 ° C in order to stably maintain the exothermic reaction occurring during electrolytic polishing, prevent an explosive reaction, and maintain a proper reaction rate.
이와 같이 초음파 속에서 전해연마를 실시하게 되면, 상기 3D 프린팅 방법으로 제조된 금속 제품의 표면에 남아있는 금속분말 중 제품과 결합력이 약하게 잔류한 금속분말은 초음파의 영향만으로도 제거가 되고, 이는 잔류한 금속분말까지 전해연마 됨으로써 잃은 효율을 제품의 전해연마 효과로 극대화할 수 있으므로, 표면조도를 낮추고자 하는 전해연마의 효과를 향상시킬 수 있다. When the electropolishing is performed in the ultrasonic wave, the metal powder remaining on the surface of the metal product manufactured by the 3D printing method and having a weak binding force with the product is removed only by the influence of the ultrasonic waves, The efficiency lost by electrolytic polishing to the metal powder can be maximized by the electrolytic polishing effect of the product, so that the effect of electrolytic polishing to lower the surface roughness can be improved.
즉, 단순히 전해연마만을 실시하는 경우에는 전해연마를 위한 전기에너지가 제공됨에 따라, 표면부의 초음파로 제거 가능한 잔류금속분말에 대해 먼저 전해연마를 하게 되어 효율성이 감소되는 문제가 있고, 또한, 초음파 처리를 한 후 전해연마를 할 경우, 시간의 소요에 따른 생산성이 저하 될 수 있는 문제가 있다. 따라서 본 발명에 따르면 전해연마와 초음파 처리를 동시에 진행함으로써 초음파 진동에 의하여 잔류 금속 분말 등 미세 돌출 부위를 제거함과 동시에 전해연마에 따른 표면 처리를 하게 되어 매우 효율적으로 표면 개질을 수행할 수 있게 되어 생산성을 현저하게 개선하게 된다. 즉, 일반 금속소재와는 다르게 금속 3D 프린팅의 특성상 발생하는 치명적인 금속분말의 표면잔류 문제를 효율적으로 개선할 수 있다.
That is, when only electrolytic polishing is performed, electric energy for electrolytic polishing is provided, and electrolytic polishing is first performed on the residual metal powder that can be removed by ultrasonic waves on the surface portion, There is a problem that the productivity may be deteriorated depending on the time required when the electrolytic polishing is performed. Therefore, according to the present invention, both the electrolytic polishing and the ultrasonic treatment are performed at the same time, so that the micro protruding portions such as the residual metal powder are removed by the ultrasonic vibration and the surface treatment is performed according to the electrolytic polishing, . That is, unlike general metal materials, it is possible to efficiently improve the surface residual problem of the deadly metal powder generated due to the nature of metal 3D printing.
이와 같이, 본 발명의 표면 처리 방법에 따르면, 초음파를 인가함과 동시에 전해연마를 실시하게 되어 3D 프린팅 제품의 표면에 잔류하는 금속 분말을 제거하고 금속 제품 표면의 조도를 낮추게 되어, 표면을 개질할 수 있게 된다.
As described above, according to the surface treatment method of the present invention, the ultrasonic wave is applied and electrolytic polishing is performed, so that the metal powder remaining on the surface of the 3D printing product is removed and the surface roughness of the metal product is lowered, .
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
1-1 3D 프린팅 제품의 제조1-1 Manufacture of 3D Printing Products
Arcam사의 A2X 장비와 상용 pure Ti grade 2 (평균입도 73㎛)의 금속분말을 활용하여, 3차원 CAD를 통해 디자인한 20x20x5 mm 시편을 전자빔용해법(Electron beam melting, EBM) 방식으로 제조하였다. 제조 파라미터는 Arcam에서 제공한 파라미터를 사용하였다.
A 20x20x5 mm specimen, designed by 3D CAD, was fabricated by Electron beam melting (EBM) method using Arcam A2X machine and commercial pure Ti grade 2 (average grain size 73μm) metal powder. The manufacturing parameters were parameters provided by Arcam.
1-2 초음파 전해 연마1-2 Ultrasonic Electrolytic Polishing
초음파를 인가한 환경에서 전해연마를 하기 위해, 초음파의 파워를 가변할 수 있는 장치의 욕조 내에 Struers사의 LectroPol-5 간이 전해연마조를 설치하고 이를 이용하여, 상기 실시예 1-1에서 제조된 3D 프린팅 제품을 상기 장치에 투입하고, 초음파를 인가하면서 전압 및 전류를 인가하여 초음파 전해연마를 실시하였다. In order to perform electrolytic polishing in an environment in which ultrasonic waves were applied, LectroPol-5 simple electrolytic polishing bath of Struers was installed in a bath of a device capable of varying the power of ultrasonic waves, A printing product was placed in the apparatus, and ultrasonic electrolytic polishing was performed by applying voltage and current while applying ultrasonic waves.
제조된 시편에 대해서는 SEM 분석을 실시하였다.
The prepared specimens were subjected to SEM analysis.
도면을 참고하여 상기 실시예의 결과를 설명하면 다음과 같다. The results of the above embodiments will be described with reference to the drawings.
도 2a는 본 발명에 따른 초음파 전해 연마되기 전 3D 프린팅 제품표면의 SEM 사진을, 도 2b는 초음파 전해 연마 후의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 이 때 상기 초음파 전해 연마는 15V의 전압조건으로, 80kHz의 초음파를 인가하여 120초간 초음파 전해 연마를 실시하였다. FIG. 2A is an SEM photograph of the surface of a 3D printing product before ultrasonic electrolytic polishing according to the present invention, and FIG. 2B is an SEM photograph after ultrasonic electrolytic polishing. At this time, the ultrasonic electrolytic polishing was conducted by ultrasonic electrolytic polishing for 120 seconds by applying ultrasonic wave of 80 kHz under a voltage condition of 15V.
이를 참고하면 초음파 전해 연마 단계를 거침에 따라, 시편 표면의 구형 금속 분말 형상이 관찰되지 않을 뿐 아니라, 표면이 깎여져 연마가 잘 이루어졌음을 확인할 수 있고, 이러한 표면 개질에 의하여 두께도 감소함을 확인할 수 있다. As a result, it can be confirmed that the shape of the spherical metal powder on the surface of the specimen is not observed by the ultrasonic electrolytic polishing step and that the surface is sharpened and polished well, and that the thickness is also decreased by such surface modification Can be confirmed.
특히 도 2b를 참고하면, 금속분말에 의해 표면이 미세하게 거칠며, 전자빔의 스캔 라인을 따라 굴곡이 존재하는 것을 알 수 있으며, 이를 표면조도계 Dektak150(Veeco, 미국)으로 측정한 결과 Ra가 평균 44 ㎛, Rz가 평균 245 ㎛인 것으로 확인되었다.In particular, referring to FIG. 2B, it can be seen that the surface is finely roughened by the metal powder and curvature exists along the scan line of the electron beam. The surface roughness meter Dektak150 (Veeco, USA) , And the average Rz was 245 탆.
도 3은 초음파 전해 연마시 전압조건 및 인가시간을 달리한 경우에 따른 3D 프린팅 제품 표면의 SEM 사진을, 도 4는 인가전압 및 인가시간에 따른 SEM 사진을 그래프화하여 나타낸 것이다.FIG. 3 is a SEM photograph of the surface of a 3D printing product according to different voltage conditions and application time during ultrasonic electrolytic polishing, and FIG. 4 is a graph showing an SEM photograph according to an applied voltage and an application time.
이를 참고하면, 동일한 전압을 인가하였을 때, 인가시간이 증가할수록 표면의 금속분말이 제거되고 표면 개질이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 초음파 전해연마 시간이 동일한 경우에 전압이 증가할수록 표면에 잔류하는 금속분말이 감소하고 표면이 매끄러워지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 초음파 전해 연마시 인가하는 전압이 증가할수록, 초음파 전해 연마 시간이 증가할수록 표면의 금속분말이 거의 제거되고 표면이 개질됨을 확인할 수 있다. As a result, it can be seen that as the application time is increased when the same voltage is applied, the surface metal powder is removed and the surface is modified. Also, when the ultrasonic electrolytic polishing time is the same, it is confirmed that as the voltage increases, the metal powder remaining on the surface decreases and the surface smoothes. That is, as the voltage applied during ultrasonic electrolytic polishing increases, the metal powder on the surface is almost removed and the surface is modified as the ultrasonic electrolytic polishing time increases.
또한 도 5a는 초음파 전해 연마시 전압조건 및 처리시간을 달리한 경우에 따른 두께변화를 나타낸 것으로, 초음파 전해 연마시 인가하는 전압이 증가할수록, 초음파 전해 연마 시간이 증가할수록 두께가 감소되는 것으로 확인되었고, 초음파 전해 연마 시간이 60초 이상에서 보다 현저한 감소 양상을 나타냄을 확인할 수 있었다. FIG. 5A shows the change in thickness according to different voltage conditions and treatment time during ultrasonic electrolytic polishing. As the voltage applied during ultrasonic electrolytic polishing increases, the thickness decreases as the ultrasonic electrolytic polishing time increases , And the ultrasonic electrolytic polishing time was more remarkably reduced at 60 seconds or more.
또한 도 5b는 초음파 전해 연마시 전압조건 및 처리시간을 달리한 경우에 따른 무게변화를 나타낸 것으로, 초음파 전해 연마시 인가하는 전압이 증가할수록, 초음파 전해 연마 시간이 증가할수록 표면이 연마됨에 따라 무게가 감소되는 것으로 확인되었고, 초음파 전해 연마 시간이 60초 일 때까지는 미미한 변화를 나타내다가 60초 이상 인가시 현저하게 무게가 감소되는 양상을 나타내었다. FIG. 5B is a graph showing changes in weight according to different voltage conditions and treatment time during ultrasonic electrolytic polishing. As the voltage applied during ultrasonic electrolytic polishing is increased, as the ultrasonic electrolytic polishing time is increased, , And it showed a slight change until the ultrasonic electrolytic polishing time was 60 seconds and showed a significant decrease in weight when applied for 60 seconds or more.
또한 도 5c는 초음파 전해 연마시 전압조건 및 처리시간을 달리한 경우에 따른 표면 조도 Ra의 변화를 나타낸 것으로, 초음파 전해 연마시 인가하는 전압이 증가할수록, 초음파 전해 연마 시간이 증가할수록 표면이 연마됨에 따라 표면 조도가 감소되는 양상을 보였다. 전압 조건이 10V, 20V인 경우에는 표면 조도의 감소가 상대적으로 작게 나타났으나, 30V를 인가한 경우 초음파 전해 연마 시간이 60초 일 때까지는 10V, 20V를 인가한 경우와 유사하게 감소하다가 60초 이상에서 현저하게 조도가 감소되는 양상을 나타내었다. FIG. 5C shows the change of the surface roughness Ra according to the voltage condition and the treatment time when ultrasonic electrolytic polishing is performed. As the voltage applied during ultrasonic electrolytic polishing increases, the surface is polished as the ultrasonic electrolytic polishing time increases The surface roughness was decreased. When the voltage condition is 10V and 20V, the decrease in surface roughness is relatively small. However, when 30V is applied, the ultrasonic electrolytic polishing time decreases to 60 seconds, which is similar to 10V and 20V, The results showed that the roughness decreased remarkably.
또한 도 5d는 초음파 전해 연마시 전압조건 및 처리시간을 달리한 경우에 따른 표면 조도 Rz의 변화를 나타낸 것으로, 초음파 전해 연마시 인가하는 전압이 증가할수록, 초음파 전해 연마 시간이 증가할수록 표면이 연마됨에 따라 표면 조도가 감소되는 양상을 보였다. 전압 조건이 10V, 20V인 경우에는 표면 조도의 감소가 상대적으로 작게 나타났고 거의 유사한 경향을 보였으나, 30V를 인가한 경우 시간 경과에 따라 조도가 현저하게 감소되었고, 특히 60초 이상에서 보다 더 현저하게 조도가 감소되는 양상을 나타내었다.FIG. 5D shows the change of surface roughness Rz according to the voltage condition and the treatment time in ultrasonic electrolytic polishing. As the voltage applied during ultrasonic electrolytic polishing increases, the surface is polished as the ultrasonic electrolytic polishing time increases The surface roughness was decreased. When the voltage was 10V and 20V, the decrease in surface roughness was relatively small and the tendency was almost similar. However, when 30V was applied, the roughness was remarkably decreased with time, And the illuminance was decreased.
전압과 시간이 증대되면 Ra와 Rz는 감소하여 효율적이지만, 금속제품의 유효두께까지 감소하게 되므로 이의 효율적 제어를 위해 두께 감소량이 250 ㎛인 영역까지만 연마를 실시하면 된다. 250 ㎛는 초음파 인가 전해연마 전 제품의 Rz로서 그 이상은 치수에 영향을 줄 수 있고, 복잡형사을 제조하는 3D 프린팅의 특성 상 균일한 연마는 제한이 있기 때문이다.If the voltage and time are increased, Ra and Rz are reduced and effective. However, since the effective thickness of the metal product is reduced, polishing can be performed only to a region where the thickness reduction amount is 250 μm. 250 ㎛ is Rz of the product before ultrasonic wave electrolytic polishing, which can affect the dimension, and uniform polishing is limited due to the characteristics of 3D printing for producing complex patterns.
도 6은 -20℃의 분위기에서 30V, 1.7A의 전압 및 전류를 인가하면서, 25 kHz의 초음파를 인가하여 초음파 전해연마를 실시한 경우, 시간을 달리함에 따른 시편의 사진을 나타낸 것이다. 시간의 경과에 따라 표면이 보다 매끄러워짐을 확인할 수 있다. 구체적으로, 초음파 전해연마 전 Ra가 평균 44 ㎛, Rz가 평균 245 ㎛에서 초음파 전해연마 30초 후 Ra가 평균 38 ㎛, Rz가 평균 192 ㎛, 60초 후 Ra가 평균 33 ㎛, Rz가 평균 165 ㎛, 300초 후 Ra가 평균 21 ㎛, Rz가 평균 107 ㎛로 확인되어, Ra는 전해 연마 전 평균 Ra와 비교하여 70% 이상 감소되었고, Rz는 전해 연마 전 Rz와 비교하여 55% 이상 감소되었다.
FIG. 6 is a photograph of a specimen according to different times when ultrasonic electrolytic polishing is performed by applying ultrasonic waves of 25 kHz while applying a voltage and a current of 30 V and 1.7 A in an atmosphere of -20 캜. It can be seen that the surface becomes smoother with time. Specifically, after an ultrasonic wave electrolytic polishing 30 seconds after the ultrasonic electrolytic polishing, the average Ra was 38 탆, the average Rz was 192 탆, the average Ra was 33 탆, the average Rz was 165 Mu m, after 300 seconds, Ra was 21 mu m on average and Rz was 107 mu m on average. Ra was reduced by 70% or more as compared with the average Ra before electrolytic polishing, and Rz was reduced by 55% or more as compared with Rz before electrolytic polishing .
상기 실시예의 결과로부터 본 발명에 따르면 전해연마와 초음파 처리를 동시에 진행함으로써 초음파 진동에 의하여 잔류 금속 분말 등 미세 돌출 부위를 제거함과 동시에 전해연마에 따른 표면 처리를 하게 되어, 3D 프린팅 제품의 표면에 잔류하는 금속 분말을 제거하고 금속 제품 표면의 조도를 낮추게 되어, 표면을 개질할 수 있음을 확인할 수 있다.
According to the present invention, by conducting the electrolytic polishing and the ultrasonic treatment at the same time, it is possible to remove fine protrusions such as residual metal powder by the ultrasonic vibration and to perform the surface treatment according to electrolytic polishing, It is possible to confirm that the surface of the metal product can be modified by lowering the surface roughness of the metal product.
이상과 같이 본 발명의 초음파 및 전해 연마를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법에 관하여 한정된 도면 및 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 도면에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허 청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the method of surface treatment of metal products using ultrasonic waves and electrolytic polishing according to the present invention has been described with reference to the drawings and examples. However, the present invention is not limited to the above- Various modifications and variations are possible in light of the above teachings. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the illustrated drawings, and all the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention.
Claims (3)
2) 상기 제조된 금속 제품을 전해액에 침지하는 단계; 및
3) 상기 금속 제품이 침지된 전해액에 전압 30~40V 및 전류 0.5~5A를 인가함과 동시에 초음파 20~100kHz를 인가하여, -30~4℃의 온도에서 60~300초간 초음파 속 전해연마를 실시함으로써, 상기 금속 제품의 표면을 개질하는 단계;를 포함하고,
상기 금속 제품의 표면 개질은, 상기 3D 프린팅 방법으로 제조된 금속 제품 표면에 남아있는 잔류 금속 분말을 제거하고 표면의 조도를 감소시켜 상기 금속제품의 표면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는, 초음파 및 전해 연마를 이용한 3D 프린팅으로 제조된 금속 제품의 표면 처리 방법.1) preparing a metal product by a 3D printing method using a metal powder;
2) immersing the produced metal product in an electrolytic solution; And
3) Applying a voltage of 30 to 40 V and a current of 0.5 to 5 A to the electrolytic solution immersed in the metal product and applying an ultrasonic wave of 20 to 100 kHz and conducting electrolytic polishing in an ultrasonic wave at a temperature of -30 to 4 캜 for 60 to 300 seconds Thereby modifying the surface of the metal product,
Wherein the surface modification of the metal product is performed by removing residual metal powder remaining on the surface of the metal product manufactured by the 3D printing method and reducing the surface roughness to planarize the surface of the metal product. METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF METAL PRODUCTS.
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