KR102017134B1 - Surface finishing method and system based on large pulsed electron beam - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 대한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법은, 아르곤 기체로 충진된 챔버 내에 마련된 음극과 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔(Large Pulsed Electron Beam; LPEB)을 생성하는 단계 및 상기 생성된 대면적 펄스화된 전자 빔을 스텔라이트(Stellite)로 이루어진 피성형물의 표면에 조사하는 단계를 포함한다.The present invention is directed to a method and system for surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation.
In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method of treating a surface, the method comprising: generating a large pulsed electron beam (LPEB) between a cathode and an anode provided in a chamber filled with argon gas and the generated table; Irradiating an area pulsed electron beam to the surface of the formed article made of stellite.

Description

대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템{SURFACE FINISHING METHOD AND SYSTEM BASED ON LARGE PULSED ELECTRON BEAM}Surface treatment method and system by large-area pulsed electron beam irradiation {SURFACE FINISHING METHOD AND SYSTEM BASED ON LARGE PULSED ELECTRON BEAM}

본 발명은 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 대한 것이다.The present invention is directed to a method and system for surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation.

대면적 펄스화된 전자 빔(large pulsed electron beam; LPEB) 조사(irradiation)가 주형 금속 및 고분자에 대한 연마 방법(finishing method)으로서 도입되었다. [비특허문헌 1] Large pulsed electron beam (LPEB) irradiation has been introduced as a polishing method for mold metals and polymers. [ Non-Patent Document 1 ]

LPEB를 이용한 표면 연마 공정(surface polishing process)은 환경-친화적 공정이고 공정 동안 임의의 해로운 화학 물질을 발생시키지 않기 때문에 널리 연구되어 왔다. 게다가, 이는 비용효과적이고 시간절약적 공정이다. LPEB 조사에 대한 선행 연구들은 금속 합금 상의 표면 연마, 경화 및 개질에 중점을 두었다. [비특허문헌 2]Surface polishing processes using LPEB have been widely studied because they are environment-friendly and do not generate any harmful chemicals during the process. In addition, this is a cost effective and time saving process. Previous studies on LPEB investigations have focused on surface polishing, hardening and modification on metal alloys. [ Non-Patent Document 2 ]

또한, 금속 합금의 표면 상의 급속 용융 및 재응고로부터 유도된 재응고층(resolidified layer)이 낮은 화학 반응성과 함께 부식 확대에 대한 강한 내성을 갖는 것으로 밝혀졌다. [비특허문헌 3]It has also been found that the resolidified layer derived from rapid melting and resolidification on the surface of the metal alloy has a strong resistance to corrosion expansion with low chemical reactivity. [ Non-Patent Document 3 ]

그러나, LBEP 조사를 통하여 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리하는 최적의 조건에 대해서는 아직까지 제시된 바가 없었다.However, no optimal conditions have yet been suggested for the treatment of surfaces consisting of polymers (PA 12) or Stellite 21 through LBEP irradiation.

[비특허문헌 1] Okada,A., Uno,Y., McGeough,J., Fujiwara,K., Doi,K., Uemura,K., Sano,S., 2008,"Surface finishing of stainless steels for orthopedic surgical tools by large-area electron beam irradiation," CIRP Annals-Manufacturing Technology, 57, pp.223-226 [Non-Patent Document 1] Okada, A., Uno, Y., McGough, J., Fujiwara, K., Doi, K., Uemura, K., Sano, S., 2008, "Surface finishing of stainless steels for orthopedic surgical tools by large-area electron beam irradiation, "CIRP Annals-Manufacturing Technology, 57, pp.223-226 [비특허문헌 2] Zhang, K.M., Zou, J.X.,Grosdidier,T., Gey,N., Weber,S., Yang,D.Z., Dong,C., 2007, "Mechanisms of structural evolutions associated with the high current pulsed electron beam treatment of a NiTi shape memory alloy," Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 25, pp. 28; Zou,J.X., Zhang,K.M., Hao,S.Z., Dong,C., Grosdidier,T., 2010, "Mechanisms of hardening, wear and corrosion improvement of 316L stainless steel by low energy high current pulsed electron beam surface treatment," Thin Solid Films, 519, pp. 1404-1415 [Non-Patent Document 2] Zhang, KM, Zou, JX, Grodidier, T., Gey, N., Weber, S., Yang, DZ, Dong, C., 2007, "Mechanisms of structural evolutions associated with the high current pulsed electron beam treatment of a NiTi shape memory alloy, "Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 25, pp. 28; Zou, JX, Zhang, KM, Hao, SZ, Dong, C., Grosdidier, T., 2010, "Mechanisms of hardening, wear and corrosion improvement of 316L stainless steel by low energy high current pulsed electron beam surface treatment," Thin Solid Films, 519, pp. 1404-1415 [비특허문헌 3] Kim, J.,Park,S.S., Park, H.W., 2014, "Corrosion inhibition and surface hardening of KP1 and KP4 mold steels using pulsed electron beam treatment," Corrosion Science, 89, pp.179-188 [Non-Patent Document 3] Kim, J., Park, S.S., Park, H. W., 2014, "Corrosion inhibition and surface hardening of KP1 and KP4 mold steels using pulsed electron beam treatment," Corrosion Science, 89, pp. 179-188.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method and system for surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation.

구체적으로, 본 발명은 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통하여 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리하는 최적의 조건을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to present the optimum conditions for treating the surface of a molded object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21) through large-area pulsed electron beam irradiation.

또한, 본 발명은 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통하여 피성형물을 표면 처리하여, 피성형물의 물성을 개선시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a method and system for surface treatment of a shaped object through large area pulsed electron beam irradiation to improve the physical properties of the shaped object.

본 발명의 목적들은 상술된 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-described objects, and other objects not mentioned will be clearly understood from the following description.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법은, 아르곤 기체로 충진된 챔버 내에 마련된 음극과 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔(Large Pulsed Electron Beam; LPEB)을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 대면적 펄스화된 전자 빔을 스텔라이트(Stellite)로 이루어진 피성형물의 표면에 조사하는 단계; 를 포함한다.Surface treatment method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, generates a large area pulsed electron beam (LPEB) between the cathode and the anode provided in the chamber filled with argon gas Making; And irradiating the generated large-area pulsed electron beam on the surface of the formed object made of stellite. It includes.

실시예에서, 상기 조사하는 단계에서, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도의 범위는 7 J/cm2 이상이다.In an embodiment, in the irradiating step, the energy density of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the shaped object is at least 7 J / cm 2 .

실시예에서, 상기 조사하는 단계에서, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도의 범위는 10 J/cm2 이상이다.In an embodiment, in the irradiating step, the energy density of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the shaped object is at least 10 J / cm 2 .

실시예에서, 상기 조사하는 단계에서, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 조사 사이클은 20 이상 200 이하의 사이클이다.In an embodiment, in the irradiating step, the irradiation cycle of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the formed object is 20 to 200 cycles.

실시예에서, 상기 생성하는 단계에서, 상기 음극과 상기 양극 사이의 전위차의 크기는 25 kV 이상이다.In an embodiment, in the producing step, the magnitude of the potential difference between the cathode and the anode is 25 kV or more.

실시예에서, 상기 생성하는 단계에서, 상기 음극과 상기 양극 사이의 전위차의 크기는 30 kV 이상이다.In an embodiment, in the producing step, the magnitude of the potential difference between the cathode and the anode is 30 kV or more.

본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 처리 시스템은, 아르곤 기체로 충진된 챔버; 상기 챔버 내의 일측에 마련된 음극; 상기 챔버 내의 타측에 마련되며, 표면에 스텔라이트(Stellite)로 이루어진 피성형물이 놓이는 스테이지; 상기 음극과 상기 스테이지 사이에 마련된 양극; 및 상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 음극과 상기 양극 간의 전위차가 일정 값을 갖도록 하는 제어부; 를 포함한다.Surface treatment system according to another embodiment of the present invention, the chamber filled with argon gas; A cathode provided on one side of the chamber; A stage provided on the other side of the chamber, on which a molded object made of stellite is placed; An anode provided between the cathode and the stage; And a control unit controlling the voltage applied to the cathode and the anode so that the potential difference between the cathode and the anode has a constant value. It includes.

실시예에서, 상기 음극과 상기 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔이 생성되어 상기 피성형물의 표면에 조사된다.In an embodiment, a large area pulsed electron beam is generated between the cathode and the anode and irradiated onto the surface of the shaped object.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도가 7 J/cm2 이상의 값을 갖도록 한다.In an embodiment, the control unit controls the voltage applied to the cathode and the anode so that the energy density of the large-area pulsed electron beam irradiated on the surface of the shaped object has a value of 7 J / cm 2 or more. .

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도가 10 J/cm2 이상의 값을 갖도록 한다.In an embodiment, the control unit controls the voltage applied to the cathode and the anode so that the energy density of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the shaped object has a value of 10 J / cm 2 or more. .

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 조사 사이클이 20 이상 200 이하의 사이클이 되도록 한다.In an embodiment, the control unit controls the voltage applied to the cathode and the anode so that the irradiation cycle of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the molded object is 20 to 200 cycles.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 음극과 상기 양극 간의 전위차가 25 kV 이상이 되도록 한다.In an embodiment, the controller controls the voltage applied to the cathode and the anode so that the potential difference between the cathode and the anode is 25 kV or more.

실시예이서, 상기 제어부는, 상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 음극과 상기 양극 간의 전위차가 30 kV 이상이 되도록 한다.In an embodiment, the controller controls the voltage applied to the cathode and the anode so that the potential difference between the cathode and the anode is 30 kV or more.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면 처리 방법은, 아르곤 기체로 충진된 챔버 내에 마련된 음극과 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔(Large Pulsed Electron Beam; LPEB)을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 대면적 펄스화된 전자 빔을 폴리머(Polymer)로 이루어진 피성형물의 표면에 조사하는 단계; 를 포함한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of treating a surface, the method including: generating a large pulsed electron beam (LPEB) between a cathode and an anode provided in a chamber filled with argon gas; And irradiating the generated large-area pulsed electron beam on a surface of a molded object made of a polymer. It includes.

실시예에서, 상기 생성하는 단계에서, 상기 음극과 상기 양극 간의 전위차는 25 kV 이다.In an embodiment, in the producing step, the potential difference between the cathode and the anode is 25 kV.

실시예에서, 상기 조사하는 단계에서, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도는 7 J/cm2 이다. In an embodiment, in the irradiating step, the energy density of the large area pulsed electron beam irradiated to the surface of the shaped object is 7 J / cm 2 .

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면들과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details for achieving the above objects will be apparent with reference to the embodiments to be described below in detail with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention (hereinafter, "the ordinary engineer").

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과들을 가진다.The present invention has the following excellent effects.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 의하면, 최적의 조건으로 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리할 수 있는 효과가 있다.First, according to the method and system for surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention, the surface of the formed object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21) under optimal conditions There is an effect that can be processed.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 의하면, 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리하여, 피성형물의 표면 거칠기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the surface treatment method and system through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention, by treating the surface of the molded object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21), There is an effect that can reduce the surface roughness of the molding.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 의하면, 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리하여, 피성형물의 표면 경도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the surface treatment method and system through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention, by treating the surface of the molded object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21), There is an effect that can increase the surface hardness of the molding.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 의하면, 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리하여, 피성형물의 인장력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the surface treatment method and system through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention, by treating the surface of the molded object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21), There is an effect that can increase the tensile force of the molding.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 방법 및 시스템에 의하면, 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물의 표면을 처리하여, 피성형물의 젖음성을 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the surface treatment method and system through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention, by treating the surface of the molded object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21), There is an effect that can improve the wettability of the molding.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and the tentative effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.

도 1은 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 SEM 이미지이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 이미지이다.
도 4a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 형상이다.
도 6a 내지 도 6d는 조사 사이클 및 에너지 밀도를 변수로 한 피성형물의 거칠기의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 경도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 젖음성(wettability)를 나타낸 사진 및 그래프이다.1 is a block diagram of a surface treatment system through large area pulsed electron beam irradiation.
2A and 2B are surface SEM images of a molded object before and after surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation according to one embodiment of the present invention.
3A to 3G are surface images of a molded object before and after surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation in accordance with one embodiment of the present invention.
4A to 5D are surface shapes of a molded object before and after surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation according to one embodiment of the present invention.
6A to 6D are graphs showing changes in the roughness of the shaped object with the irradiation cycle and the energy density as variables.
7 is a graph showing the surface hardness of a molded object before and after surface treatment through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the tensile force of the molded object before and after the surface treatment through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention.
9A to 9E are photographs and graphs showing the wettability of a molded object before and after surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. The present invention may be modified in various ways and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능 상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood in view of the drawings and detailed description. The apparatus, methods, recipes, and various embodiments disclosed herein are provided for purposes of illustration. The disclosed structural and functional features are intended to enable those skilled in the art to specifically practice the various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The terms and phrases disclosed are intended to explain various features of the disclosed invention in an easy-to-understand manner, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a surface treatment method using a large area pulsed electron beam according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

일반적으로 전자 빔을 사용하는 가공법은, 전자 빔의 직경을 좁혀 에너지 밀도가 증가된 전자 빔을 사용하는 가공법이다. 그러나, 본 발명에서는 전자 빔의 직경을 좁히는 것과 달리, 대면적 펄스화된 전자 빔을 사용하여 피성형물의 표면을 처리한다. 따라서, 본 발명은 일반적인 전자 빔을 사용하는 가공법과 달리 피성형물의 표면을 단시간에 처리할 수 있는 효과를 갖는다.Generally, the processing method using an electron beam is the processing method using the electron beam which narrowed the diameter of an electron beam and increased energy density. However, in the present invention, in contrast to narrowing the diameter of the electron beam, a large area pulsed electron beam is used to treat the surface of the shaped object. Therefore, the present invention has the effect of treating the surface of the molded object in a short time, unlike a processing method using a general electron beam.

한편, 본 발명에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법에 의하여 표면 처리된 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된 피성형물로써, 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물이다. 본 발명에선 피성형물을 구성하는 물질이 폴리머 또는 스텔라이트인 경우에 대하여, 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 전후 피성형물의 특성을 분석함으로써, 피성형물을 구성하는 물질이 폴리머 또는 스텔라이트인 경우 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법의 최적 조건을 확정하였다.On the other hand, the molded object surface-treated by the surface treatment method using the large-area pulsed electron beam according to the present invention is a formed object formed by three-dimensional printing, the blood composed of a polymer (PA 12) or Stellite (Stellite 21) Moldings. In the present invention, when the material constituting the molding is a polymer or stellite, by analyzing the properties of the molding before and after the surface treatment using a large-area pulsed electron beam, the material constituting the molding is a polymer or stellite In the case of the optimum conditions of the surface treatment method using a large-area pulsed electron beam was confirmed.

도 1은 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a surface treatment system through large area pulsed electron beam irradiation.

도 1을 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)은, 챔버(10), 음극(20), 솔레노이드(30), 양극(40), 스테이지(50) 및 제어부(미도시)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the surface treatment system 1 through large-area pulsed electron beam irradiation includes a chamber 10, a cathode 20, a solenoid 30, an anode 40, a stage 50, and a controller. (Not shown).

음극(20)은 챔버(10)의 일측에 마련되고, 스테이지(50)는 챔버(10)의 타측에 마련되며, 양극(40)은 음극(20)과 스테이지(50) 사이에 마련된다. 후술할 바와 같이, 음극(20)과 양극(40) 사이에서 생성된 대면적 펄스화된 전자 빔은, 양극(40)을 투과하여 스테이지(50)의 표면 상에 놓인 피성형물의 표면에 조사된다.The cathode 20 is provided on one side of the chamber 10, the stage 50 is provided on the other side of the chamber 10, and the anode 40 is provided between the cathode 20 and the stage 50. As will be described later, the large-area pulsed electron beam generated between the cathode 20 and the anode 40 is irradiated to the surface of the object to be formed on the surface of the stage 50 through the anode 40. .

대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)은, 음극(20), 양극(40) 및 스테이지(50)가 수용된 챔버(10)와, 챔버(10) 외부면에 도입된 솔레노이드(30)를 포함한다. 스테이지(50)는 챔버(10) 내에서 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하도록 마련된다.The surface treatment system 1 through the large-area pulsed electron beam irradiation includes a chamber 10 in which the cathode 20, the anode 40, and the stage 50 are accommodated, and a solenoid introduced to the outer surface of the chamber 10. (30). The stage 50 is provided to be movable in the X-axis and Y-axis directions in the chamber 10.

제어부는, 음극(20), 솔레노이드(30) 및 양극(40)에 인가되는 전압을 제어한다. 또한, 제어부는 스테이지(50)의 이동을 제어하여, 스테이지(50)가 일정 방향으로, 일정 거리만큼 이동하도록 제어한다.The controller controls the voltages applied to the cathode 20, the solenoid 30, and the anode 40. In addition, the controller controls the movement of the stage 50 so that the stage 50 moves in a predetermined direction by a predetermined distance.

챔버(10) 내에는 일정 량의 아르곤(Ar) 기체가 수용된다. 챔버(10) 내의 아르곤 기체의 압력은 0.05Pa로 설정되었다. 후술할 바와 같이, 챔버(10) 내에 수용된 아르곤 기체는 음극(20)에서 방출된 전자와 충돌하여 플라즈마 상태가 된다.A certain amount of argon (Ar) gas is received in the chamber 10. The pressure of argon gas in the chamber 10 was set to 0.05 Pa. As will be described later, the argon gas contained in the chamber 10 collides with electrons emitted from the cathode 20 to be in a plasma state.

제어부는 솔레노이드(30)에 전압을 인가하여, 챔버(10) 내부에 솔레노이드(30)에 의한 자기장을 발생시킨다. The controller applies a voltage to the solenoid 30 to generate a magnetic field by the solenoid 30 in the chamber 10.

제어부는 음극(20)과 양극(40) 사이에 전위차(이하, 음극(20)과 양극(40) 사이의 전위차를 가속 전압이라 한다)가 발생하도록 전압을 인가시킨다. 음극(20)에서 방출된 전자는 전기장에 의하여 가속된다. 음극(20)에서 발생한 전자는 양극(40)을 향하여 이동하나, 동시에 솔레노이드(30)에 의하여 발생된 자기장에 의한 로렌츠 힘을 받기 때문에, 음극(20)에서 발생한 전자는 나선 운동을 하게 된다. 나선의 직경은 솔레노이드(30)에 인가된 전압의 크기에 영향을 받는다. 즉, 솔레노이드(30)에 인가된 전압의 크기가 작으면 나선의 직경이 커지고, 솔레노이드(30)에 인가된 전압의 크기가 크면 나선의 직경이 작아진다.The control unit applies a voltage to generate a potential difference (hereinafter, referred to as an acceleration voltage between the cathode 20 and the anode 40) between the cathode 20 and the anode 40. Electrons emitted from the cathode 20 are accelerated by the electric field. The electrons generated at the cathode 20 move toward the anode 40, but at the same time receive the Lorentz force due to the magnetic field generated by the solenoid 30, so that the electrons generated at the cathode 20 undergo a helical motion. The diameter of the helix is influenced by the magnitude of the voltage applied to the solenoid 30. In other words, the smaller the magnitude of the voltage applied to the solenoid 30, the larger the diameter of the spiral, and the larger the magnitude of the voltage applied to the solenoid 30, the smaller the diameter of the spiral.

음극(20)에서 방출된 전자는, 대면적 펄스화된 전자 빔의 형태로 양극(40)을 향하여 이동하며, 양극(40)을 지나, 피성형물에 조사된다. 이때, 음극(20)에서 방출된 전자와 챔버(10) 내에 수용된 아르곤 기체가 충돌하여, 아르곤 기체가 플라즈마 상태가 된다.Electrons emitted from the cathode 20 move toward the anode 40 in the form of a large-area pulsed electron beam, pass through the anode 40, and are irradiated to the object. At this time, the electrons emitted from the cathode 20 collide with the argon gas contained in the chamber 10, and the argon gas is in a plasma state.

플라즈마는 대면적 펄스화된 전자 빔의 수명을 길게하는 효과를 갖는다. 즉, 일반적으로 전자 빔은 전자 간의 쿨롱 반발력에 의하여 전자가 산란되는 경향이 있으나, 플라즈마는 전자 간의 쿨롱 반발력을 차폐한다. 따라서, 플라즈마를 통과하는 대면적 펄스화된 전자 빔은 수명이 길어지며, 대면적 펄스화된 전자 빔의 직진성을 향상시킨다.Plasma has the effect of lengthening the lifetime of a large area pulsed electron beam. That is, in general, the electron beam tends to be scattered by the Coulomb repulsive force between the electrons, but the plasma shields the Coulomb repulsive force between the electrons. Thus, the large area pulsed electron beam passing through the plasma has a long lifetime, improving the straightness of the large area pulsed electron beam.

또한, 플라즈마는 대면적 펄스화된 전자 빔을 끌어당기는 효과를 갖기 때문에, 음극(20)에서 양극(40)을 향할수록 대면적 펄스화된 전자 빔, 즉, 전자의 속도가 가속된다. 따라서, 전자의 속도는 양극(40)에서 최대값을 갖는다.In addition, since the plasma has an effect of attracting a large-area pulsed electron beam, the velocity of the large-area pulsed electron beam, that is, electrons is accelerated toward the anode 40 from the cathode 20. Thus, the velocity of electrons has a maximum value at the anode 40.

상기와 같은 과정으로부터 본 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)은 최대 60mm 의 직경을 갖는 대면적 펄스화된 전자 빔을 생성할 수 있다. From the above process, the surface treatment system 1 through the large-area pulsed electron beam irradiation according to the present embodiment can generate a large-area pulsed electron beam having a diameter of up to 60 mm.

스테이지(50)의 상면 상에는 피성형물이 놓이게 된다. 전술한 바와 같이, 스테이지(50)는 챔버(10) 내에서 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하도록 마련되며, 제어부는 스테이지(50)가 일정 방향으로, 일정 거리만큼 이동하도록 제어한다. 즉, 제어부는 스테이지(50)를 이동시켜 스테이지(50)의 상면 상에 놓인 피성형물의 표면 전체에 대면적 펄스화된 전자 빔이 조사되도록 하여, 피성형물 표면 전체가 표면 처리되도록 한다.The shaped object is placed on the upper surface of the stage 50. As described above, the stage 50 is provided to be movable in the X-axis and Y-axis directions in the chamber 10, and the controller controls the stage 50 to move in a predetermined direction by a predetermined distance. That is, the control unit moves the stage 50 so that a large area pulsed electron beam is irradiated to the entire surface of the object to be placed on the upper surface of the stage 50 so that the entire surface of the object is surface treated.

피성형물의 표면 처리는, 대면적 펄스화된 전자 빔에 의하여 피성형물의 표면으로부터 일정 두께의 피성형물이 녹게 되며, 녹은 피성형물이 다시 굳어지면서 이루어진다. 이때, 피성형물이 녹게 되는 일정 두께는, 음극(20)에 인가되는 전압의 크기에 비례한다. 즉, 음극(20)에 인가되는 전압의 크기가 작으면, 음극(20)에서 방출된 전자의 속도가 느리기 때문에, 피성형물에 전달되는 에너지가 작아져 피성형물이 녹게 되는 두께 또한 매우 얇다. 반면, 음극(20)에 인가되는 전압의 크기가 작으면, 음극(20)에서 방출된 전자의 속도가 빠르기 때문에, 피성형물에 전달되는 에너지가 커져 피성형물이 녹게 되는 두께 또한 매우 두꺼워진다. The surface treatment of the object is performed by melting a to-be-molded object from the surface of the to-be-molded object by a large area pulsed electron beam, and hardening the melted object again. In this case, the predetermined thickness at which the molded object is melted is proportional to the magnitude of the voltage applied to the cathode 20. That is, when the magnitude of the voltage applied to the cathode 20 is small, since the velocity of electrons emitted from the cathode 20 is slow, the energy transmitted to the object is small, and the thickness of the object to be melted is also very thin. On the other hand, when the magnitude of the voltage applied to the cathode 20 is small, since the speed of electrons emitted from the cathode 20 is high, the energy transmitted to the object is increased, and the thickness of the object to be melted is also very thick.

한편, 음극(20)에 인가되는 전압의 크기가 지나치게 크면, 피성형물에 전달되는 에너지가 지나치게 커져 피성형물 전체가 녹아버릴 수도 있기 때문에, 음극(20)에 인가되는 전압의 크기는 적절하게 조절되어야 한다. 제어부는, 피성형물의 조성, 부피, 두께 등에 따라, 음극(20)에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써, 피성형물이 녹게 되는 두께를 조절한다.On the other hand, if the magnitude of the voltage applied to the cathode 20 is too large, the energy delivered to the shaped object may be too large to melt the entire object, so the magnitude of the voltage applied to the cathode 20 should be properly adjusted. do. The controller controls the thickness of the molded object by adjusting the magnitude of the voltage applied to the cathode 20 according to the composition, volume, thickness, and the like of the molded object.

전술한 바와 같이 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된 피성형물로써, 폴리머(PA 12) 또는 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물이며, 본 발명에선 각 경우에 대하여 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법의 최적 조건을 확정하였다. 구체적으로 최적 조건은, 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도(Energy Density), 전자의 가속 전압(Acceleration Voltage) 및 조사 사이클(Number of times irradiated, Number of cycles, 펄스 수)의 조건이다. 가속 전압은 음극(20)에서 방출된 전자를 가속시키는 전기장을 발생시키는 전압으로서, 음극(20)에 인가되는 전압이다. As described above, the formed object is a formed object formed by three-dimensional printing, and is a formed object composed of polymer (PA 12) or stellite (Stellite 21), and in the present invention, a large-area pulsed electron beam is used for each case. Optimum conditions of the surface treatment method were determined. Specifically, the optimum conditions are conditions of energy density of the large-area pulsed electron beam, acceleration voltage of electrons, and number of times irradiated (number of cycles). The acceleration voltage is a voltage that generates an electric field for accelerating electrons emitted from the cathode 20 and is a voltage applied to the cathode 20.

한편, 제어부는 음극(20)과 양극(40)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 이러한 최적 조건이 만족되도록 한다. 구체적으로, 제어부는 음극(20)과 양극(40)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 가속 전압의 크기가 일정 값을 갖도록 한다. 또한, 제어부는 음극(20)과 양극(40)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도가 일정 값을 갖도록 한다. 또한, 제어부는 음극(20)과 양극(40)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 조사 사이클이 일정 값을 갖도록 한다.Meanwhile, the controller controls the voltages applied to the cathode 20 and the anode 40 so that these optimum conditions are satisfied. Specifically, the controller controls the voltages applied to the cathode 20 and the anode 40 so that the magnitude of the acceleration voltage has a predetermined value. In addition, the controller controls the voltages applied to the cathode 20 and the anode 40 so that the energy density of the large-area pulsed electron beam has a constant value. In addition, the control unit controls the voltages applied to the cathode 20 and the anode 40 so that the irradiation cycle of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the shaped object has a constant value.

대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법의 실험 조건 및 기타 실험 조건은 하기 표 1과 같으며, 최적 조건 및 그 구체적인 근거는 실험예들을 참조하여 후술한다.Experimental conditions and other experimental conditions of the surface treatment method using a large-area pulsed electron beam are shown in Table 1 below, and the optimum conditions and the specific basis thereof will be described later with reference to experimental examples.

POLYMER(PA 12)POLYMER (PA 12) METAL(Stellite 21)METAL (Stellite 21) LPEB ConditionLPEB Condition ValueValue LPEB ConditionLPEB Condition ValueValue Energy Density
(J/cm2)Energy density
(J / cm 2 ) 0~10
(7)0-10
(7) Energy Density
(J/cm2)Energy density
(J / cm 2 ) 7~13
(10~13)7-13
(10 ~ 13) Acceleration Voltage(kV)Acceleration Voltage (kV) 0~30
(25)0-30
(25) Acceleration Voltage(kV)Acceleration Voltage (kV) 25~3525-35 Number of times irradiatedNumber of times irradiated 0~10
(10)0-10
10 Number of times irradiatedNumber of times irradiated 20~20020-200 Beam Diameter(mm)Beam Diameter (mm) 6060 Beam Diameter(mm)Beam Diameter (mm) 6060 Pulse Duration(μs)Pulse Duration (μs) 22 Pulse Duration(μs)Pulse Duration (μs) 22

한편, 표 1을 참조하면, 피성형물이 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물인 경우와, 피성형물이 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물인 경우에, 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법의 최적 조건이 서로 상이하다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 피성형물이 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물인 경우의 에너지 밀도 조건, 가속 전압 조건 및 펄스 수 조건이 피성형물이 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물인 경우의 에너지 밀도 조건, 가속 전압 조건 및 조사 사이클 조건 보다 각각 그 값이 작다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Table 1, when the object is a molded object composed of polymer (PA 12), and when the object is a molded object composed of Stellite (Stellite 21), using a large-area pulsed electron beam It can be confirmed that the optimum conditions of the surface treatment method are different from each other. In addition, the energy density condition, acceleration voltage condition, and pulse number condition when the object to be formed of polymer (PA 12) are the energy density condition and acceleration when the object is formed of Stellite 21. It can be seen that the value is smaller than the voltage condition and the irradiation cycle condition, respectively.

이는 피성형물이 폴리머로 구성된 경우보다 피성형물이 메탈로 구성된 경우에, 피성형물의 표면을 녹이기 위하여 필요한 에너지의 크기가 크기 때문이다. 메탈로 구성된 피성형물의 표면을 녹이기 위하여 필요한 에너지가 폴리머로 구성된 피성형물의 표면을 녹이기 위하여 필요한 에너지보다 크기 때문에, 메탈로 구성된 피성형물의 경우, 에너지 밀도 조건, 가속 전압 조건 및 조사 사이클 조건 각각이 폴리머로 구성된 피성형물의 경우보다 큰 값을 가져야 한다.This is because the amount of energy required to melt the surface of the object is larger when the object is made of metal than when the object is made of polymer. Since the energy required to melt the surface of a metal component is greater than the energy required to melt the surface of a polymer component, the energy density, acceleration voltage, and irradiation cycle conditions, respectively, It should have a larger value than in the case of moldings composed of polymers.

반대로, 폴리머로 구성된 피성형물의 경우, 피성형물의 표면을 녹이기 위해 요구되는 에너지의 크기가 작기 때문에, 에너지 밀도 및 가속 전압의 크기가 0에 근접한 값으로 설정되어도 무방하다. 이와 달리, 메탈로 구성된 피성형물의 경우, 피성형물의 표면을 녹이기 위해 요구되는 에너지의 크기가 크기 때문에, 에너지 밀도는 7 J/cm2 이상, 가속 전압의 크기는 25kV 이상의 값을 가져야 한다.On the contrary, in the case of a molded article made of a polymer, the energy density and the acceleration voltage may be set to a value close to zero because the magnitude of the energy required to melt the surface of the molded article is small. On the other hand, in the case of a metal formed object, the energy density required to melt the surface of the object is large, so that the energy density should be 7 J / cm 2 or more and the acceleration voltage should be 25 kV or more.

이하, 본 발명의 다양한 실험예들 및 비교예들을 설명한다. Hereinafter, various experimental examples and comparative examples of the present invention will be described.

실험예 및 비교예 1 : 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 SEM 이미지Experimental Example and Comparative Example 1: Surface SEM image of the molded object before and after the surface treatment by large-area pulsed electron beam irradiation

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 SEM 이미지이다. 도 2a 및 도 2b에서 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물이다. 본 실험에서 에너지 밀도의 값은 7 J/cm2 이다.2A and 2B are surface SEM images of a molded object before and after surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation according to one embodiment of the present invention. 2A and 2B, the molded object is a molded object composed of polymer (PA 12), formed by three-dimensional printing. The energy density value in this experiment is 7 J / cm 2 .

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면이 상당한 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다. 2A and 2B, it can be seen that the surface of the molded object before and after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation shows a significant difference.

구체적으로, 도 2a를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물의 표면에는, 피성형물을 구성하는 폴리머 입자(particle)들 사이에 기공(pore)들이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. Specifically, referring to FIG. 2A, pores are formed between the polymer particles constituting the molding on the surface of the molding before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation. You can check it.

반면, 도 2b를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 피성형물의 표면에는, 용융된 형적이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 기공들이 대부분 제거된 것을 확인할 수 있다. 이로써, 피성형물의 표면 밀도(surface density)가 매우 크게 증가된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Figure 2b, after the surface treatment through a large-area pulsed electron beam irradiation it can be seen that the molten droplet is formed on the surface of the molding, it can be seen that the pores are mostly removed. As a result, it can be seen that the surface density of the molded object was greatly increased.

실험예 및 비교예 2 : 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 변화Experimental Example and Comparative Example 2: Surface change of the object before and after the surface treatment by the large-area pulsed electron beam irradiation

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 이미지이다.3A to 3G are surface images of a molded object before and after surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation in accordance with one embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 3a는 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물의 표면 이미지이고, 도 3b 내지 도 3g는 에너지 밀도 및 조사 사이클을 변수로 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 피성형물의 표면의 변화를 촬영한 이미지이다. 한편, 도 3a 내지 도 3g에서 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물이다. Specifically, FIG. 3A is a surface image of a molded object before surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation, and FIGS. 3B to 3G show through large area pulsed electron beam irradiation with variables of energy density and irradiation cycle. It is the image which photographed the change of the surface of the molding after the surface treatment. Meanwhile, the to-be-molded product in FIGS. 3A to 3G is a to-be-formed object formed of stellite 21 formed by three-dimensional printing.

도 3a를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물은 거친 표면을 가지고 있으며, 표면 거칠기 또한 높다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3A, it can be seen that the molding before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation has a rough surface and the surface roughness is also high.

반면, 도 3b 내지 도 3g를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 피성형물의 표면은, 표면 처리 전 피성형물의 표면 보다 현저하게 평활해진 것을 확인할 수 있다. 에너지 밀도가 7 J/cm2 에서부터 13 J/cm2 까지 증가됨에 따라, 그리고 조사 사이클이 20 사이클에서 100 사이클 까지 증가됨에 따라, 피성형물의 표면 또한 더욱 평활해지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Figures 3b to 3g, it can be seen that the surface of the molding after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation is significantly smoother than the surface of the molding before the surface treatment. As the energy density is increased from 7 J / cm 2 to 13 J / cm 2 , and as the irradiation cycle is increased from 20 cycles to 100 cycles, it can be seen that the surface of the molding is also smoother.

도 4a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 형상이다.4A to 5D are surface shapes of a molded object before and after surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation according to one embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4a 내지 도 4c에서, 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물이고, 도 5a 내지 도 5d에서, 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물이다. Specifically, in FIGS. 4A-4C, the molding is a molding made of polymer PA 12, formed by three-dimensional printing, and in FIGS. 5A-5D, the molding is a polymer PA 12, formed by three-dimensional printing. A molded object consisting of

도 4a 를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물에서 Ra 값은 9.17 μm 으로 측정되었으며, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물에서 Ra 값은 1.23 μm 로 측정되어, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전과 비교하여 표면 거칠기(surface roughness)가 86.6 % 감소되었다. 이때, 에너지 밀도는 7 J/cm2, 조사 사이클은 10 사이클로 설정되었다. 이로 인하여, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전과 비교하여 그 표면이 매우 평활해졌다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4A, the R a value was measured to be 9.17 μm in the pretreatment formed by the large area pulsed electron beam irradiation, and R a in the pretreatment formed by the large area pulsed electron beam irradiation. The value was measured at 1.23 μm, so that after surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation, surface roughness was reduced by 86.6% compared to before surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation. At this time, the energy density was set to 7 J / cm 2 , the irradiation cycle is 10 cycles. For this reason, referring to FIGS. 4B and 4C, after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, it was confirmed that the surface was very smooth compared with before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation. Can be.

한편, 도 4a를 다시 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후의 에러 바의 크기는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전의 에러 바의 크기와 비교할 때 매우 작다는 것을 확인할 수 있다. 이는 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리를 통하여, 피성형물의 표면 거칠기의 균일성(uniformity)이 증가하였기 때문이다.On the other hand, referring back to FIG. 4A, the size of the error bar after surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation is very small compared to the size of the error bar before surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation. You can see that. This is because the uniformity of the surface roughness of the object is increased through the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation.

도 5a를 참조하면, 전술한 바와 같이 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물은 거친 표면을 가지고 있으며, 표면 거칠기 또한 높다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that the molding before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation has a rough surface and the surface roughness is also high as described above.

반면, 도 5b 내지 도 5d를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 피성형물의 표면은, 표면 처리 전 피성형물의 표면 보다 현저하게 평활해진 것을 확인할 수 있다. 에너지 밀도가 7 J/cm2 에서부터 13 J/cm2 까지 증가됨에 따라, 피성형물의 표면 또한 더욱 평활해지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Figures 5b to 5d, it can be seen that the surface of the molding after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation is significantly smoother than the surface of the molding before the surface treatment. As the energy density increases from 7 J / cm 2 to 13 J / cm 2 , it can be seen that the surface of the molding is also smoother.

실험예 및 비교예 3 : 조사 사이클 및 에너지 밀도의 변화에 따른 표면 거칠기의 변화Experimental Example and Comparative Example 3: Change of surface roughness according to the irradiation cycle and the change of energy density

도 6a 내지 도 6d는 조사 사이클 및 에너지 밀도를 변수로 한 피성형물의 거칠기의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6a 내지 도 6d에서 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물이다. 6A to 6D are graphs showing changes in the roughness of the molded object using the irradiation cycle and the energy density as variables. In FIGS. 6A-6D, the shaped object is a shaped object composed of Stellite 21 formed by three-dimensional printing.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 조사 사이클이 증가할수록 Ra 값이 감소하는 것으로 나타났다. 이는, 조사 사이클이 증가할수록 피성형물의 표면 거칠기가 감소한다는 것을 나타낸다. 조사 사이클이 0~20 사이클 까지 변함에 따라 Ra 값은 급격하게 감소하며, 조사 사이클이 20~200 사이클 까지 변함에 따라 Ra 값은 완만하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 6A and 6B, it is shown that the value of R a decreases as the irradiation cycle increases. This indicates that as the irradiation cycle increases, the surface roughness of the molding decreases. As the irradiation cycle changes from 0 to 20 cycles, the R a value decreases drastically, and as the irradiation cycle changes from 20 to 200 cycles, the R a value decreases slowly.

대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전(Bare) Ra 값과, 200 사이클 에서의 Ra 값을 비교하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전과 비교할 때 표면 거칠기가 79.8% 감소한 것을 확인할 수 있다.When comparing the bare R a value with the large area pulsed electron beam irradiation and the R a value at 200 cycles, after the surface treatment with the large area pulsed electron beam irradiation, the large area pulse It can be seen that the surface roughness was reduced by 79.8% as compared with before the surface treatment through the normalized electron beam irradiation.

또한, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후의 에러 바의 크기는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전의 에러 바의 크기와 비교할 때 매우 작다는 것을 확인할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리를 통하여, 피성형물의 표면 거칠기의 균일성이 증가하였기 때문이다.It can also be seen that the size of the error bar after surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation is very small compared to the size of the error bar before surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation. This is because, as described above, the uniformity of the surface roughness of the object is increased through the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation.

한편, 조사 사이클이 200 사이클을 초과하면, Ra 값은 거의 변화하지 않게 된다. 즉, Ra 값은 일정 값으로 수렴하기 때문에, 200 사이클을 초과하여 피성형물을 표면 처리 하는 것은 큰 의미가 없게 된다. 따라서, 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물에 대한 최적의 조사 사이클은 20 ~ 200 사이클이다.On the other hand, when the irradiation cycle exceeds 200 cycles, R is a value hardly changes. That is, since the convergence value R a is a constant value, which is in excess of 200 cycles treating an object to be molded article surface is not significant. Thus, the optimal irradiation cycle for the article composed of Stellite 21, formed by three-dimensional printing, is 20 to 200 cycles.

도 6c 및 도 6d를 참조하면, 에너지 밀도가 증가할수록 Ra 값이 감소하는 것으로 나타났다. 이는, 에너지 밀도가 증가할수록 피성형물의 표면 거칠기가 감소한다는 것을 나타낸다. 한편, 에너지 밀도가 7 J/cm2 미만의 값을 갖는 경우, Ra 값이 거의 변화하지 않는다. 즉, 에너지 밀도가 7 J/cm2 미만의 값을 갖는 경우, 피성형물에 대한 효과적인 표면 처리가 불가능 하기 때문에, 에너지 밀도는 7 J/cm2 이상의 값을 가져야 한다. 에너지 밀도가 7 ~ 10 J/cm2 까지 변함에 따라 Ra 값은 급격하게 감소하며, 에너지 밀도가 10 ~ 13 J/cm2 까지 변함에 따라 Ra 값은 완만하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. When Fig. 6c and FIG. 6d, shown to increase the energy density decreases as the R a value. This indicates that as the energy density increases, the surface roughness of the workpiece decreases. On the other hand, when the energy density having a value of less than 7 J / cm 2, R a value hardly changes. In other words, if the energy density has a value of less than 7 J / cm 2 , the energy density should have a value of 7 J / cm 2 or more because effective surface treatment on the shaped object is impossible. As the energy density varies from 7 to 10 J / cm 2 , the value of R a is drastically decreased, and as the energy density changes from 10 to 13 J / cm 2 , the value of R a is gradually decreased.

한편, 에너지 밀도가 13 J/cm2 보다 큰 값을 가지려면, 가속 전압이 35 kV를 초과한 값을 가져야 하는데, 이 경우 두 전극(20, 40)에 지나치게 높은 전압이 공급되게 되어, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)의 동작이 불안정 해지며, 시스템 자체가 다운 되버리는 등의 문제가 있다. On the other hand, is the energy density in order to have a value greater than 13 J / cm 2, so the accelerating voltage is to have a value in excess of 35 kV, in this case an excessively high voltage is applied to the two electrodes 20 and 40, a large area The operation of the surface treatment system 1 through pulsed electron beam irradiation becomes unstable, and the system itself is down.

또한, 에너지 밀도가 13 J/cm2 보다 큰 지나치게 큰 값을 갖게 되면, 피성형물 자체가 녹아버리게 된다. 예를 들어, 피성형물의 두께가 2cm 인 경우, 에너지 밀도가 100 J/cm2 이상의 매우 큰 값을 갖게 되면, 피성형물 자체가 녹아버리게 된다. 결과적으로, 피성형물의 표면을 처리할 수 없게 되는 문제가 발생한다. In addition, when the energy density has an excessively large value larger than 13 J / cm 2 , the molded object itself melts. For example, when the thickness of the molding is 2 cm, when the energy density has a very large value of 100 J / cm 2 or more, the molding itself melts. As a result, a problem arises in that the surface of the molded object cannot be processed.

따라서, 표면 거칠기를 중요시 하여 피성형물의 표면을 처리하려는 경우, 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물에 대한 최적의 에너지 밀도는 7 J/cm2 이상이며, 보다 구체적으로는, 7 ~ 13 J/cm2 사이의 값이다.Therefore, if the surface roughness of the shaped article is to be treated with importance, the optimum energy density for the formed article made of Stellite 21 by three-dimensional printing is 7 J / cm 2 or more, and more specifically, Is a value between 7 and 13 J / cm 2 .

또한, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후의 에러 바의 크기는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전의 에러 바의 크기와 비교할 때 매우 작다는 것을 확인할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리를 통하여, 피성형물의 표면 거칠기의 균일성이 증가하였기 때문이다.It can also be seen that the size of the error bar after surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation is very small compared to the size of the error bar before surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation. This is because, as described above, the uniformity of the surface roughness of the object is increased through the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation.

구체적으로, 도 6d를 다시 참조하면, 에러 바의 크기의 변화 정도가 10 J/cm2 를 전후로 급격하게 변화된 것을 확인할 수 있다. 즉, 에너지 밀도가 0 ~ 7 J/cm2 사이의 값인 경우, 에러 바의 값이 급격하게 변하는 반면, 7 ~ 13 J/cm2 사이의 값인 경우, 에러 바의 값이 완만하게 변한다. 즉, 에너지 밀도의 크기가 10 J/cm2 이상이면, 피성형물의 표면 거칠기의 균일성이 상당히 확보되는 것을 확인할 수 있다.Specifically, referring back to FIG. 6D, it can be seen that the degree of change in the size of the error bar is rapidly changed around 10 J / cm 2 . That is, when the energy density is between 0 and 7 J / cm 2 , the value of the error bar changes rapidly, while when the value is between 7 and 13 J / cm 2 , the value of the error bar is changed gently. That is, when the magnitude of the energy density is 10 J / cm 2 or more, it can be confirmed that the uniformity of the surface roughness of the molding is secured considerably.

따라서, 표면 거칠기의 균일성을 중요시 하여 피성형물의 표면을 처리하려는 경우, 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물에 대한 최적의 에너지 밀도는 10 J/cm2 이상이며, 보다 구체적으로는, 10 ~ 13 J/cm2 사이의 값이다.Therefore, if the surface of the workpiece is to be treated with the importance of uniformity of surface roughness, the optimum energy density for the molded article composed of Stellite 21 formed by three-dimensional printing is 10 J / cm 2 or more, More specifically, it is a value between 10-13 J / cm <2> .

한편, 에너지 밀도의 크기는 하기 표 2와 같이 가속 전압의 크기에 비례한다. 즉, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)에서 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도의 크기는, 두 전극(20, 40) 사이의 전압의 크기에 비례한다. On the other hand, the magnitude of the energy density is proportional to the magnitude of the acceleration voltage as shown in Table 2 below. That is, the magnitude of the energy density of the large-area pulsed electron beam irradiated from the surface treatment system 1 through the large-area pulsed electron beam irradiation is proportional to the magnitude of the voltage between the two electrodes 20 and 40. .

1One 22 33 Energy Density(J/cm2)Energy Density (J / cm 2 ) 77 1010 1313 Acceleration Voltage(kV)Acceleration Voltage (kV) 2525 3030 3535

한편, 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)은 최대 60mm 의 직경을 갖는 대면적 펄스화된 전자 빔을 생성할 수 있다. 이를 위해서도 가속 전압의 크기가 일정한 값 이하로 제한되어야 한다. Meanwhile, as described above, the surface treatment system 1 through the large-area pulsed electron beam irradiation according to the present embodiment may generate a large-area pulsed electron beam having a diameter of up to 60 mm. To this end, the magnitude of the acceleration voltage should be limited to a certain value or less.

즉, 가속 전압이 35 kV를 초과하여 지나치게 큰 값을 가지게 되면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1) 내에 아크(Arc)가 발생할 확률이 커지게 된다. 결과적으로 아크 발생을 억제시키기 위해, 전자 빔의 직경을 감소시켜야 하여, 생성되는 전자 빔의 직경이 작아지게 되는 문제점이 있다. In other words, if the acceleration voltage has an excessively large value exceeding 35 kV, the probability of occurrence of an arc in the surface treatment system 1 through the large-area pulsed electron beam irradiation increases. As a result, in order to suppress arc generation, the diameter of the electron beam must be reduced, so that the diameter of the generated electron beam becomes small.

반면, 가속 전압이 35 kV 이하의 값을 가지면, 전술한 바와 같이 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템(1)의 동작이 불안정 해지며, 시스템 자체가 다운 되버리는 등의 문제를 해결할 수 있음과 더불어, 최대 60 mm 의 직경을 갖는 대면적 펄스화된 전자 빔을 이용한 표면 처리 방법이 구현될 수 있다.On the other hand, when the acceleration voltage has a value of 35 kV or less, as described above, the operation of the surface treatment system 1 through the large-area pulsed electron beam irradiation becomes unstable, and the system itself is down. In addition to the solution, a surface treatment method using a large-area pulsed electron beam having a diameter of up to 60 mm can be implemented.

따라서, 표면 거칠기를 중요시 하여 피성형물의 표면을 처리하려는 경우, 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물에 대한 최적의 가속 전압은 25 ~ 35 kV 이다. 또한, 표면 거칠기의 균일성을 중요시 하여 피성형물의 표면을 처리하려는 경우, 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 스텔라이트(Stellite 21)로 구성된 피성형물에 대한 최적의 가속 전압은 30 ~ 35 kV 이다. Therefore, if the surface roughness is to be treated with respect to the surface roughness, the optimum acceleration voltage for the formed article made of stellite (Stellite 21) formed by three-dimensional printing is 25 to 35 kV. In addition, in the case of treating the surface of the formed product with respect to the uniformity of the surface roughness, the optimum acceleration voltage for the formed article formed of stellite 21 by the three-dimensional printing is 30 to 35 kV.

대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전(Bare) Ra 값과, 13 J/cm2 에서의 Ra 값을 비교하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전과 비교할 때 표면 거칠기가 87.9% 감소한 것을 확인할 수 있다.Comparing the bare R a value with the large area pulsed electron beam irradiation and the R a value at 13 J / cm 2 , after the surface treatment with the large area pulsed electron beam irradiation, It can be seen that the surface roughness was reduced by 87.9% compared to before the surface treatment by the large-area pulsed electron beam irradiation.

또한, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후의 에러 바의 크기는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전의 에러 바의 크기와 비교할 때 매우 작다는 것을 확인할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리를 통하여, 피성형물의 표면 거칠기의 균일성이 증가하였기 때문이다.In addition, it can be seen that the size of the error bar after the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation is very small compared with the size of the error bar before the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation. This is because, as described above, the uniformity of the surface roughness of the object is increased through the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation.

실험예 및 비교예 4 : 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 경도 변화Experimental Example and Comparative Example 4 Surface Hardness Changes of the Preforms Before and After Surface Treatment by Large Area Pulsed Electron Beam Irradiation

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 표면 경도를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물이다. 이때, 에너지 밀도는 7 J/cm2, 조사 사이클은 10 사이클로 설정되었다. 7 is a graph showing the surface hardness of a molded object before and after surface treatment through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention. In FIG. 7, the molded object is a molded object composed of a polymer (PA 12), formed by three-dimensional printing. At this time, the energy density was set to 7 J / cm 2 , the irradiation cycle is 10 cycles.

도 7을 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전과 비교할 때 피성형물의 표면 경도(나도 경도, surface nano hardness)가 매우 증가한 것을 확인할 수 있다. 즉, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전, 피성형물의 표면 경도는 8MPa±10MPa 로 측정된 반면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후, 피성형물의 표면 경도는 104MPa±9MPa 로 측정되었다. 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전보다 피성형물의 표면 경도가 약 12 배 증가된 것을 확인할 수 있다. 이는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리에 의하여, 피성형물의 표면에 형성되어 있던 기공들이 제거되어, 피성형물의 표면 밀도가 증가하였기 때문이다.Referring to FIG. 7, after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, the surface hardness (surface nano hardness) of the molding is compared with before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation. You can see that it has increased very much. That is, the surface hardness of the shaped object was measured to be 8 MPa ± 10 MPa before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, whereas after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, the surface hardness of the shaped object was It was measured at 104 MPa ± 9 MPa. After surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation, it can be seen that the surface hardness of the molding is increased by about 12 times than before surface treatment via large area pulsed electron beam irradiation. This is because, by surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation, pores formed on the surface of the shaped object were removed, thereby increasing the surface density of the shaped object.

또한, 피성형물의 임의의 5개의 지점에서의 표면 경도를 측정하고 그에 대한 표준 편차를 계산하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전에는 125 %, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는 8.7 % 로써, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후의 표면 경도의 표준 편차는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전의 표면 경도의 표준 편차와 비교할 때 매우 작다는 것을 확인할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리를 통하여, 피성형물의 표면 경도의 균일성이 증가하였기 때문이다.In addition, by measuring the surface hardness at any of the five points of the workpiece and calculating the standard deviation therefrom, 125%, large-area pulsed electron beam irradiation can be obtained before surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation. After surface treatment through 8.7%, the standard deviation of surface hardness after surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation compared to the standard deviation of surface hardness before surface treatment through large-area pulsed electron beam irradiation. You can see that it is very small. This is because, as described above, the uniformity of the surface hardness of the object is increased through the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation.

실험예 및 비교예 4 : 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 인장력 변화Experimental Example and Comparative Example 4: Change of Tensile Force of the Pre- and Post-treated Parts by Large Area Pulsed Electron Beam Irradiation

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 인장력을 나타낸 그래프이다. 도 8에서 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물이다. 이때, 에너지 밀도는 7 J/cm2, 조사 사이클은 10 사이클로 설정되었다. 8 is a graph showing the tensile force of the molded object before and after the surface treatment through a large-area pulsed electron beam irradiation according to an embodiment of the present invention. In FIG. 8, the shaped object is a shaped object composed of polymer (PA 12), formed by three-dimensional printing. At this time, the energy density was set to 7 J / cm 2 , the irradiation cycle is 10 cycles.

도 8을 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전과 비교할 때 피성형물의 인장력이 매우 증가한 것을 확인할 수 있다. 즉, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전, 피성형물의 인장력은 약 10MPa 로 측정된 반면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후, 피성형물의 표면 경도는 약 14MPa 로 측정되었다. 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후에, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전보다 피성형물의 인장력이 약 34% 증가된 것을 확인할 수 있다. 이는, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리에 의하여, 피성형물의 표면에 형성되어 있던 기공들이 제거되어, 피성형물의 표면 밀도가 증가하여, 피성형물의 표면 경도가 증가하였기 때문이다.Referring to FIG. 8, it can be seen that after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, the tensile force of the molded article is greatly increased as compared with before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation. That is, before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, the tensile force of the molding was measured to be about 10 MPa, while after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, the surface hardness of the shaped object was about 14 MPa. Was measured. It can be seen that after the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation, the tensile force of the molded object is increased by about 34% than before the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation. This is because the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation removes pores formed on the surface of the object to increase the surface density of the object, thereby increasing the surface hardness of the object.

실험예 및 비교예 5 : 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 젖음성 변화Experimental Example and Comparative Example 5: Changes in the wettability of the molded object before and after surface treatment by large-area pulsed electron beam irradiation

도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전후 피성형물의 젖음성(wettability)를 나타낸 사진 및 그래프이다. 도 9에서 피성형물은 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물이다.9A to 9E are photographs and graphs showing the wettability of a molded object before and after surface treatment through large area pulsed electron beam irradiation according to one embodiment of the present invention. In FIG. 9, the molded object is a molded object composed of a polymer (PA 12), formed by three-dimensional printing.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 액체의 접촉각(contact angle)이, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 액체의 접촉각보다 크다는 것을 시각적으로 확인할 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리에 의하여, 피성형물의 표면에 형성되어 있던 기공들이 제거되었기 때문에, 피성형물이 액체를 흡수하는 정도가 작아지고, 또한, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리를 하면, 피성형물의 표면에 소수성 작용기가 형성되어 피성형물이 액체를 흡수하는 정도가 작아지기 때문이다.9A and 9B, it can be seen that the contact angle of the liquid after the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation is greater than the contact angle of the liquid before the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation. You can check it visually. This is because the pores formed on the surface of the molded object are removed by surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation as described above, so that the degree of absorption of the molded object becomes small, This is because when the surface treatment is performed through area pulsed electron beam irradiation, hydrophobic functional groups are formed on the surface of the shaped object, and the extent to which the shaped object absorbs the liquid is small.

도 9c를 참조하면, 에너지 밀도가 변화됨에 따른 피성형물의 접촉각의 변화가 도시되어 있다. 에너지 밀도가 0 ~ 7 J/cm2 까지 증가됨에 따라, 접촉각이 75.2° 에서 약 90°까지 증가되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 에너지 밀도가 7 ~ 10 J/cm2 까지 증가됨에 따라, 접촉각이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 에너지 밀도의 값이 7 J/cm2 를 초과하면 피성형물 표면에 형성되었던 소수성 작용기가 파괴되어 오히려 피성형물이 액체를 쉽게 흡수할 수 있게 되기 때문이다.Referring to FIG. 9C, a change in the contact angle of the shaped object as the energy density is changed is shown. As the energy density increases from 0 to 7 J / cm 2 , it can be seen that the contact angle increases from 75.2 ° to about 90 °. However, as the energy density is increased to 7 ~ 10 J / cm 2 , it can be seen that the contact angle is reduced. This is because if the value of the energy density exceeds 7 J / cm 2 , the hydrophobic functional groups formed on the surface of the object are destroyed and the object can easily absorb the liquid.

한편, 에너지 밀도의 값이 지나치게 커지면 피성형물 자체가 녹아버릴 수 있기 때문에 에너지 밀도의 값이 커진다고 해서 무조건적으로 표면 거칠기가 향상되는 것은 아니다. 특히, 폴리머의 경우, 금속에 비하여 더 쉽게 융해되기 때문에, 에너지 밀도의 상한값이 더욱 제한되어야 한다. 도 4a 내지 도 4c를 다시 참조하면, 에너지 밀도의 값은 7 J/cm2 인 경우, 피성형물의 표면 거칠기가 상당히 감소한 것을 확인할 수 있으며, 이때 접촉각도 가장 큰 값을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, if the value of the energy density is too large, the molded object itself may melt, so that the value of the energy density increases does not necessarily improve the surface roughness unconditionally. In particular, in the case of polymers, the upper limit of the energy density should be further limited because it melts more easily than the metal. Referring again to FIGS. 4A to 4C, when the value of the energy density is 7 J / cm 2 , it can be seen that the surface roughness of the molded article is considerably reduced, and the contact angle also has the largest value.

따라서, 삼차원 프린팅에 의하여 형성된, 폴리머(PA 12)로 구성된 피성형물에 대한 에너지 밀도의 최적값은 7 J/cm2 이며, 이때의 가속 전압의 크기는 25 kV 이다.Therefore, the optimum value of the energy density for the molded object composed of the polymer PA 12 formed by three-dimensional printing is 7 J / cm 2 , and the magnitude of the acceleration voltage at this time is 25 kV.

도 9d 및 도 9e는 피성형물을 45°기울기로 둔 후, 증류수 100ml 를 피성형물에 부은 뒤, 피성형물의 중량 변화를 측정하는 실험 및 그에 따른 결과를 도시한 도면이다. 본 실험에서 에너지 밀도의 값은 7 J/cm2 이다.9D and 9E show an experiment and a result of measuring a change in weight of a molded product after placing the molded product at a 45 ° tilt, pouring 100 ml of distilled water into the molded product. The energy density value in this experiment is 7 J / cm 2 .

도 9e를 참조하면, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물은 증류수를 흡수하여 400 mg 중량이 증가한 반면에, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 피성형물은 증류수를 흡수하여 100 mg 중량이 증가하였다. 즉, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 피성형물의 흡수율은, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 피성형물의 흡수율 보다 75% 감소하였다.Referring to FIG. 9E, the molding before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation absorbed distilled water to increase the weight of 400 mg, while the molding after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation was Distilled water was absorbed to increase the 100 mg weight. That is, the absorption rate of the molded part after the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation was reduced by 75% than the absorption rate of the molded part before the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation.

대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 후 액체의 접촉각(contact angle)이, 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 전 액체의 접촉각보다 크다는 것을 시각적으로 확인할 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리에 의하여, 피성형물의 표면에 형성되어 있던 기공들이 제거되었기 때문에, 기공 사이로 액체가 스며들 수가 없게 되어, 피성형물이 액체를 흡수하는 정도가 감소하기 때문이다.It can be visually confirmed that the contact angle of the liquid after the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation is greater than the contact angle of the liquid before the surface treatment through the large area pulsed electron beam irradiation. This is because, as described above, the pores formed on the surface of the object are removed by the surface treatment through the large-area pulsed electron beam irradiation, so that the liquid cannot penetrate between the pores, so that the object is able to remove the liquid. This is because the degree of absorption decreases.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art may make various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Therefore, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to describe, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood as being included in the scope of the present invention.

1 : 대면적 펄스화된 전자 빔 조사를 통한 표면 처리 시스템
10 : 챔버 20 : 음극
30 : 솔레노이드 40 : 양극
50 : 스테이지1: Surface treatment system through large area pulsed electron beam irradiation
10 chamber 20 cathode
30 Solenoid 40 Anode
50: stage

Claims (13)

아르곤 기체로 충진된 챔버 내에 마련된 음극과 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔(Large Pulsed Electron Beam; LPEB)을 생성하는 단계;
상기 생성된 대면적 펄스화된 전자 빔을 스텔라이트(Stellite)로 이루어진 피성형물의 표면에 조사하는 단계; 를 포함하며,
상기 생성하는 단계에서, 상기 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도는 10J/cm2 이상 13J/cm2 이하이며, 상기 에너지 밀도는 제어부를 통해 상기 음극과 양극 사이에 인가된 전압의 크기에 의해 조정되는,
표면 처리 방법.Generating a large area pulsed electron beam (LPEB) between a cathode and an anode provided in a chamber filled with argon gas;
Irradiating the generated large-area pulsed electron beam on the surface of the formed object made of stellite; Including;
In the generating step, the energy density of the large-area pulsed electron beam is 10J / cm 2 or more and 13J / cm 2 or less, the energy density by the magnitude of the voltage applied between the cathode and the anode through a control unit Adjusted,
Surface treatment method. 제1항에 있어서,
상기 생성하는 단계에서,
상기 대면적 펄스화된 전자 빔의 조사 사이클은 20 이상 200 이하인,
표면 처리 방법.The method of claim 1,
In the generating step,
The irradiation cycle of the large area pulsed electron beam is 20 or more and 200 or less,
Surface treatment method. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 생성하는 단계에서,
상기 음극과 상기 양극 사이의 전위차의 크기는 30 kV 이상 35kV 이하인,
표면 처리 방법.The method of claim 1,
In the generating step,
The magnitude of the potential difference between the cathode and the anode is 30 kV or more, 35 kV or less,
Surface treatment method. 삭제delete 아르곤 기체로 충진된 챔버;
상기 챔버 내의 일측에 마련된 음극;
상기 챔버 내의 타측에 마련되며, 표면에 스텔라이트(Stellite)로 이루어진 피성형물이 놓이는 스테이지;
상기 음극과 상기 스테이지 사이에 마련된 양극; 및
상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 음극과 상기 양극 간의 전위차가 일정 값을 갖도록 하는 제어부; 를 포함하며,
상기 음극과 상기 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔이 생성되어 상기 피성형물의 표면에 조사되고,
상기 제어부는,
상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압의 크기를 제어하여,
상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도는 10J/cm2 이상 13J/cm2 이하인,
표면 처리 시스템.A chamber filled with argon gas;
A cathode provided on one side of the chamber;
A stage provided on the other side of the chamber, on which a molded object made of stellite is placed;
An anode provided between the cathode and the stage; And
A controller for controlling a voltage applied to the cathode and the anode so that a potential difference between the cathode and the anode has a predetermined value; Including;
A large area pulsed electron beam is generated between the cathode and the anode and irradiated onto the surface of the shaped object,
The control unit,
By controlling the magnitude of the voltage applied to the cathode and the anode,
The energy density of the electron beam pulsed for the area to be irradiated on the surface of the to-be-formed product is 10J / cm 2 at least 13J / cm 2 or less,
Surface treatment system. 제7항에 있어서,
상기 피성형물의 표면에 조사되는 대면적 펄스화된 전자 빔의 조사 사이클이 20 이상 200 이하인,
표면 처리 시스템.The method of claim 7, wherein
The irradiation cycle of the large-area pulsed electron beam irradiated to the surface of the molding is 20 or more and 200 or less,
Surface treatment system. 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 음극과 상기 양극에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 음극과 상기 양극 간의 전위차가 30 kV 이상 35kV 이하가 되도록 하는,
표면 처리 시스템.The method of claim 7, wherein
The control unit,
By controlling the voltage applied to the cathode and the anode, so that the potential difference between the cathode and the anode is 30 kV or more, 35 kV or less,
Surface treatment system. 삭제delete 아르곤 기체로 충진된 챔버 내에 마련된 음극과 양극 사이에서 대면적 펄스화된 전자 빔(Large Pulsed Electron Beam; LPEB)을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 대면적 펄스화된 전자 빔을 폴리머(Polymer)로 이루어진 피성형물의 표면에 조사하는 단계;
를 포함하며,
상기 생성하는 단계에서,
상기 대면적 펄스화된 전자 빔의 에너지 밀도를 7 J/cm2, 제어부를 통해 상기 음극과 양극 사이에 인가된 전압은 25kV로 제어하는,
표면 처리 방법.Generating a large area pulsed electron beam (LPEB) between a cathode and an anode provided in a chamber filled with argon gas; And
Irradiating the generated large-area pulsed electron beam onto a surface of a molded object made of a polymer;
Including;
In the generating step,
To control the energy density of the large-area pulsed electron beam 7 J / cm 2 , the voltage applied between the cathode and the anode through a control unit is 25 kV,
Surface treatment method.
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