KR102049513B1 - electrode tool for Electrochemical machining using 3D printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구에 관한 것으로서, 비도전성 소재로 3D프린터에 의해 전해처리 전극용으로 형성된 베이스바디와, 베이스 바디에 도전성 소재로 코팅된 도전층을 구비한다. 이러한 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법에 의하면, 다양한 형상으로의 제작이 용이한 장점을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode tool for an electrochemical process using a 3D printer, comprising a base body formed for electrolytic treatment electrodes by a 3D printer as a non-conductive material, and a conductive layer coated with a conductive material on the base body. According to the electrode tool for electrochemical process using the 3D printer and its manufacturing method, it is easy to manufacture in various shapes.
Description
본 발명은 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode tool for an electrochemical process and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electrode tool for an electrochemical process using a 3D printer and a method of manufacturing the same.
일반적으로 전해가공은 전기화학가공(ECM;Electrochemical machining)의 하나로서 전해를 응용한 가공방법이다. 전해가공은 전도체인 가공대상물에 양의 전압을 인가하고, 전극에 음의 전압을 인가한 상태에서 가공대상물과 전극 사이에 전해액을 유입하여 가공물을 가공하는 방식이다.In general, electrolytic machining is one of electrochemical machining (ECM) processes that employ electrolysis. Electrolytic processing is a method of processing a workpiece by applying a positive voltage to the object to be processed as a conductor, the electrolyte flows between the object and the electrode while a negative voltage is applied to the electrode.
이러한 전해가공은 가공대상물과 전극 사이에 유입된 전해액의 전기화학적 작용을 통해 가공대상물이 전기 분해되며, 이때 가공대상물은 전극의 표면형상을 따라 제거된다.In the electrolytic processing, the processing object is electrolyzed through the electrochemical action of the electrolyte flowing between the processing object and the electrode, and the processing object is removed along the surface shape of the electrode.
이러한 전해가공 장치는 국내 공개특허 제1989-0000196호 등 다양하게 게시되어 있다.Such an electrolytic processing apparatus has been posted in various ways such as Korean Patent Publication No. 1989-0000196.
한편, 전해가공에 적용하는 전극은 가공하고자 하는 가공대상물의 형상에 대응되게 도전성 소재로 제작한 후 전해 가공에 적용하여야 하는데, 이러한 전극 제작작업이 매우 복잡하기 때문에 이를 개선할 수 있는 방안이 요구되고 있다.On the other hand, the electrode applied to the electrolytic machining should be applied to the electrolytic machining after manufacturing the conductive material corresponding to the shape of the object to be processed, because the electrode manufacturing work is very complicated, a method to improve this is required. have.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 3D프린터를 이용하여 제작할 수 있는 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above requirements, and an object thereof is to provide an electrode tool for electrochemical process and a method of manufacturing the same, which can be manufactured using a 3D printer.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법은 비도전성 소재로 3D프린터에 의해 전해처리 전극용으로 형성된 베이스바디와; 상기 베이스 바디에 도전성 소재로 코팅된 도전층;을 구비한다.In order to achieve the above object, the electrode tool for electrochemical process using the 3D printer and the manufacturing method thereof according to the present invention includes a base body formed for electrolytic treatment electrode by a 3D printer as a non-conductive material; And a conductive layer coated with a conductive material on the base body.
본 발명의 일 측면에 따르면 상기 베이스바디는 초음파진동자가 안착될 수 있게 형성된 머리부분과; 상기 머리부분으로부터 상기 머리부분보다 작은 외경을 갖게 연장된 혼부분과; 상기 혼부분으로부터 상기 혼부분보다 확장된 외경을 갖게 연장되며 저면에 가공대상물의 가공형상에 대응되게 가공패턴이 형성된 가공부분;을 구비한다.According to an aspect of the invention the base body and the head portion formed so that the ultrasonic vibrator; A horn portion extending from the head portion to have a smaller outer diameter than the head portion; And a processing portion extending from the horn portion to have an outer diameter extended from the horn portion and having a processing pattern formed on a bottom thereof corresponding to the processing shape of the processing object.
바람직하게는 상기 가공부분에는 저면의 가공패턴 중 가장 높은 위치에서 상방으로 연장되어 측면으로 관통되어 전해액을 분사할 수 있는 전해액 분사유로가 형성된다.Preferably, the processing portion is formed with an electrolyte injection passage that extends upward from the highest position among the processing patterns of the bottom surface and penetrates to the side to inject the electrolyte.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 베이스 바디는 초음파진동자가 안착될 수 있게 형성된 머리부분과; 상기 머리부분으로부터 상기 머리부분보다 작은 외경을 갖게 연장된 혼부분과; 상기 혼부분으로부터 하방으로 연장된 결합가이드부분과; 전해액을 수용할 수 있게 상부가 개방된 내부수용공간을 갖는 저수부분과; 상기 저수부분 상부에 상기 결합가이드부분이 위치되게 상기 저수부분과 상기 결합가이드부분을 상호 연결하는 지지살;을 구비한다.According to another aspect of the invention, the base body and the head portion formed so that the ultrasonic oscillator can be seated; A horn portion extending from the head portion to have a smaller outer diameter than the head portion; A coupling guide portion extending downward from the horn portion; A reservoir portion having an inner accommodating space, the upper portion of which is open to accommodate the electrolyte; And a support bar for interconnecting the reservoir portion and the coupling guide portion such that the coupling guide portion is positioned above the reservoir portion.
바람직하게는 상기 저수부분의 내측면에는 상기 내부수용공간에 수용되는 가공대상물의 외측을 지지할 수 있게 돌출된 지지돌기를 더 구비한다.Preferably, the inner surface of the reservoir portion further includes a support protrusion protruding to support the outside of the object to be accommodated in the inner receiving space.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구의 제조방법은 가. 비도전성 소재로 3D프린터에 의해 전해처리 전극용으로 베이스바디를 형성하는 단계와; 나. 상기 베이스 바디에 도전성 소재로 도전층을 형성하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object is a method of manufacturing an electrode tool for an electrochemical process using a 3D printer according to the present invention. Forming a base body for an electrolytic treatment electrode by a 3D printer with a non-conductive material; I. And forming a conductive layer on the base body of a conductive material.
본 발명에 따른 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법에 의하면, 다양한 형상으로의 제작이 용이한 장점을 제공한다.According to the electrode tool for electrochemical process using the 3D printer and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is easy to manufacture in various shapes provides an advantage.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기화학 공정용 전극공구를 나타내보인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기화학 공정용 전극공구를 나타내보인 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기화학 공정용 전극공구를 나타내보인 사시도이고,
도 4는 도 3의 전기화학 공정용 전극공구의 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 전기화학 공정용 전극공구의 제조 및 이를 이용한 가공과정을 나타내 보인 공정도이다.1 is a cross-sectional view showing an electrode tool for an electrochemical process according to a first embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view showing an electrode tool for an electrochemical process according to a second embodiment of the present invention,
3 is a perspective view showing an electrode tool for an electrochemical process according to a third embodiment of the present invention,
4 is a cross-sectional view of the electrode tool for the electrochemical process of FIG.
Figure 5 is a process chart showing the manufacturing process of the electrode tool for the electrochemical process according to the present invention and using the same.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an electrode tool for an electrochemical process using a 3D printer and a method of manufacturing the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기화학 공정용 전극공구를 나타내보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an electrode tool for an electrochemical process according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기화학 공정용 전극공구(10)는 베이스바디(20)와 도전층(30)을 구비한다.Referring to FIG. 1, an
베이스바디(20)는 비도전성 소재로 3D프린터에 의해 전해처리 전극용으로 이용하도록 형성된 부분이다.The
베이스바디(20)는 일 예로서 플라스틱와이어에 열을 가하여 노즐로 압출시키면서 적층하는 방식의 FDM(Fuse Deposition modeling)의 3D프린터에 제조한 것을 적용한다.As an example, the
베이스바디(20)는 플라스틱 이외에도 ABS소재 등 비도전성 합성수지로 형성될 수 있다.
베이스바디(20)를 구분하면, 초음파진동자(50)가 안착될 수 있게 형성된 머리부분(20a)과, 머리부분(20a)으로부터 머리부분(20a)보다 작은 외경을 갖게 연장된 혼부분(20b)과, 혼부분(20b)으로부터 혼부분(20b)보다 확장된 외경을 갖게 연장되며 저면에 가공대상물의 가공형상에 대응되게 굴곡지게 가공패턴(23)이 형성된 가공부분(20c)으로 되어 있다.When the
베이스바디(20)의 머리부분(20a)과 혼부분(20b) 사이 및 혼부분(20b)과 가공부분(20c) 사이는 경사지게 연장된 경사부분에 의해 상호 연결된 구조로 되어 있다. Between the
베이스바디(20)의 혼부분(20b)의 연장길이는 가공장치에 적용하는 초음파 진동자(50)의 공진 주파수를 고려하여 적절하게 적용한다. The extension length of the
가공부분(20c)에는 저면의 가공패턴(23) 중 가장 높은 위치에서 상방으로 연장되어 측면으로 관통되어 전해액을 분사할 수 있는 전해액 분사유로(25)가 형성되어 있다.The
도전층(30)은 베이스 바디(20)의 표면에 도전성 소재로 코팅된 부분이다.The
도전층(30)은 베이스바디(20)의 전기화학반응에 관여하는 부분만 부분적으로 코팅되게 형성해도 됨은 물론이다.The
도전층(30)은 은 또는 구리를 함유하는 도전 페이스트(paste) 또는 스프레이(spray)로 코팅하여 형성하면 된다.The
일 예로서, 0.01A/㎠ 내지 3A/㎠ 의 전류밀도 범위로 미세가공 또는 연마용 전극공구(10)를 형성하는 경우 도전층(30)은 구리(Cu) 스프레이로 형성한다.For example, when forming the
또한, 3A/㎠ 내지 9A/㎠ 의 전류밀도 범위로 표면형상 가공용 전극공구(10)를 형성하는 경우 도전층(30)은 전도성 에폭시로 형성한다.In addition, in the case of forming the
또한, 3A/㎠ 내지 15A/㎠ 의 전류밀도 범위로 홀(hole) 가공용 전극공구(10)를 형성하는 경우 도전층(30)은 은(slver) 페이스트(paste)로 형성한다.In addition, in the case of forming the
또한, 15A/㎠ 이상의 고전류밀도용 전극공구(10)를 형성하는 경우 도전층(30)은 전도성 에폭시에 흑연(graphite) 분말(powder)을 혼합한 것으로 형성한다.In addition, in the case of forming the high current
또 다르게는 15A/㎠ 이상의 고전류밀도용 전극공구(10)를 형성하는 경우 도전층(30)은 은(silver) 페이스트에 흑연(graphite) 분말(powder)을 혼합한 것으로 형성한다. Alternatively, in the case of forming the high current
도전층(30)의 코팅 두께는 0.5 내지 3㎛로 형성하는 것이 바람직하다.The coating thickness of the
또한, 도전층(30)은 다층구조로 형성할 수 있고, 일 예로서 구리성분의 스프레이로 1차 코팅하고, 그 위에 은 성분, 에폭시, 경화제 및 그라파이트 분말은 혼합하여 2차로 코팅하여 형성할 수 있다.In addition, the
한편, 도시된 예와 다르게, 도 2에 도시된 바와 같이 가공부분(20c)의 외측에는 원주방향을 따라 인입되게 나선상으로 다수회 형성되어 도전선(29)을 결합할 수 있는 나선홈(27)이 형성될 수 있다.On the other hand, unlike the illustrated example, as shown in Figure 2, the outer side of the processing portion (20c) is formed in a spiral plural times to be drawn along the circumferential direction
여기서, 도전선(29)은 구리 와이어가 적용될 수 있고, 전원공급단자와 결속된다.Here, the
이러한 전기화학 공정용 전극공구(10)는 가공장비에 장착한 후 가공대상물(70)에 양(+)의 바이어스를 인가하고, 전극공구(10)에는 음(-)의 바이어스를 인가한 상태에서 초음파진동자(50)를 통해 진동을 인가하면서 전해액을 전해액 분사유로(25)를 통해 가공패턴(23) 하부로 분사하면서 가공하면 된다.The
한편, 전해연마에 적용하는 경우 전기화학 공정용 전극공구는 전해액을 담수하는 영역과 전위를 인가하되 초음파를 함께 인가할 수 있는 부분을 일체로 형성한 구조를 적용할 수 있고 그 상세구조를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.On the other hand, when applied to electropolishing, the electrode tool for electrochemical process can be applied to the structure of integrally forming a portion that can apply the ultrasonic wave together with the area for applying the electrolytic solution fresh water and potential, Figure 3 It will be described with reference to FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전기화학 공정용 전극공구(110)는 베이스 바디(120)와 도전층(130)을 구비한다.3 and 4, the
베이스 바디(120)를 구분하면, 머리부분(120a), 혼부분(120b), 결합가이드부분(120c), 저수부분(120d), 지지살(120e)로 일체로 되어 있다.The
머리부분(120)은 앞서 예시된 초음파진동자(도 1참조; 50)가 안착될 수 있게 형성된 부분이다.
혼부분(120b)은 머리부분(120a)으로부터 머리부분(120a)보다 작은 외경을 갖게 하방으로 연장된 부분이다.
결합가이드부분(120c)은 혼부분(120b)으로부터 하방으로 연장된 부분이며, 도시된 예에서는 혼부분(120b) 보다 확장된 외경을 갖게 형성되어 있다.Coupling guide portion (120c) is a portion extending downward from the horn portion (120b), in the illustrated example is formed to have an outer diameter extended than the horn portion (120b).
도시된 예와 다르게 결합가이드부분(120c)은 생략되고 혼부분(120b)의 하단이 후술되는 지지살(120e)과 접합된 구조로 형성할 수 있음은 물론이다.Unlike the illustrated example, the
저수부분(120d)은 내부에 전해액을 수용할 수 있게 상부가 개방된 내부수용공간(125)을 갖게 형성되어 있다.The
지지살(120e)은 저수부분(120d)의 상부에 결합가이드부분(120c)이 위치되게 저수부분(120d)과 결합가이드부분(120c)을 상호 연결한다.The
지지살(120e)은 가공대상물을 저수부분(120d)의 내부수용공간(125)내에 진입시킬 수 있는 틈을 적절하게 제공할 수 있게 형성되면 된다.The
지지돌기(120f)는 저수부분(120d)의 내부수용공간(125)을 형성하는 내측면에 내부수용공간(125)에 수용되는 가공대상물(미도시)의 외측을 지지할 수 있게 돌출되게 형성되어 있다.The
지지돌기(120f)의 적용 개수는 적절하게 적용하면 된다.What is necessary is just to apply the application number of
도전층(130)은 베이스바디(120)의 저수부분(120d)의 내측면을 포함하여 음(-)의 전위를 인가하고자 하는 영역에 도포되게 형성되면 된다.The
이하에서는 이러한 전기화학 공정용 전극공구(10)(110)의 제조 및 이를 이용한 전해 가공 과정을 도 5를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the preparation of the
먼저, 비도전성 소재로 3D프린터에 의해 전해처리 전극용으로 베이스바디(20)(120)를 형성한다(단계 210).First,
다음은 베이스 바디(20)(120)에 도전성 소재로 코팅하여 도전층(30)(130)을 형성한다(단계 220).Next, a conductive material is coated on the
도전층(30)(130)은 앞서 설명된 바와 같이 요구되는 전류밀도에 따라 구리(Cu) 스프레이, 전도성 에폭시, 은 페이스트(silver paste), 전도성 에폭시+흑연분말, 은 페이스트(silver paste)+흑연분말 중 어느 하나로 선택하여 형성하면 된다.The
다음은 도전층(30)(130)의 표면 거칠기를 완화시키기 위해 전극공구(10)를 관통상태로 수용할 수 있는 마운트(미도시)에 마운팅하고(단계 230), 이후 폴리싱 패드(미도시)에 도전층(30)(130)을 접촉시켜 폴리싱 처리한다(단계240). 폴리싱은 원하는 거칠기를 갖도록 처리하면 된다.Next, in order to alleviate the surface roughness of the
이후, 초음파 진동자(50)가 적용된 전기화학 가공기(미도시)에 제조된 전기화학 공정용 전극공구(10)(110)를 장착하고(단계 250), 전해액을 공급한 상태에서 가공대상물에 양의 바이어스를 인가함과 아울러 전극공구(10)(110)에 음(-)의 바이어스를 인가하여 가공을 수행한다(단계 260).Subsequently, the electrochemical
이상에서 설명된 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구 및 그 제조방법에 의하면, 다양한 형상으로의 제작이 용이한 장점을 제공한다.According to the electrode tool for the electrochemical process using the 3D printer described above and a method for manufacturing the same, it is easy to manufacture in various shapes.
20, 120: 베이스바디 30, 130: 도전층20, 120:
Claims (7)
상기 베이스 바디에 도전성 소재로 코팅된 도전층;을 구비하고,
상기 베이스 바디는
초음파진동자가 안착될 수 있게 형성된 머리부분과;
상기 머리부분으로부터 상기 머리부분보다 작은 외경을 갖게 연장된 혼부분과;
상기 혼부분으로부터 하방으로 연장된 결합가이드부분과;
전해액을 수용할 수 있게 상부가 개방된 내부수용공간을 갖는 저수부분과;
상기 저수부분 상부에 상기 결합가이드부분이 위치되게 상기 저수부분과 상기 결합가이드부분을 상호 연결하는 지지살;을 구비하는 것을 특징으로 하는 3D프린터를 이용한 전기화학 공정용 전극공구.A base body formed of a non-conductive material for an electrolytic treatment electrode by a 3D printer;
And a conductive layer coated on the base body with a conductive material.
The base body is
A head portion formed to allow the ultrasonic vibrator to be seated;
A horn portion extending from the head portion to have a smaller outer diameter than the head portion;
A coupling guide portion extending downward from the horn portion;
A reservoir portion having an inner accommodating space, the upper portion of which is open to accommodate the electrolyte;
Electrode tool for electrochemical process using a 3D printer, characterized in that it comprises; a support bar for interconnecting the reservoir portion and the coupling guide portion so that the coupling guide portion is located on the reservoir portion.
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Title |
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Dahai. M. 외 1인. "Design of ECM tool electrode with controlled conductive area ratio for holes with complex internal features" Precision Engineering 47(2017), pp.54-61. 1부.* |
Victor V. L. 외 4인. "Investigation of plastic electrode tools for electrochemical machining of silicon" Precision Engineering 47(2017), pp.546-556. 1부.* |
일본 공개실용신안공보 소63-136827호(1988.09.08.) 1부.* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20190093760A (en) | 2019-08-12 |
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