KR102182411B1 - Ti 분말 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 3D 프린트용 고순도 Ti 분말을 제조할 수 있게 하는 Ti 분말 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 형성되고, 공급된 상기 Ti 막대를 유도 가열하는 유도 가열 장치; 상기 공정 챔버에 형성되고, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분무 장치; 및 상기 공정 챔버의 상부에 형성되고, 외부에서 인입되는 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 공급할 수 있도록 내부가 진공상태로 형성되는 압력 조절 챔버;를 포함할 수 있다.

Description

Ti 분말 제조 장치 및 방법{Ti powder manufacturing apparatus and Ti powder manufacturing method}
본 발명은 Ti 분말 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 예를 들어, 금속 3D 프린트 등에 사용되는 고순도 Ti 분말을 제조할 수 있게 하는 Ti 분말 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 높은 비강도, 우수한 내식성 및 생체 적합성을 갖고 있는 고순도의 Ti 및 Ti 합금을 3D 프린팅 공정에 효율적으로 적용하기 위하여 불순물 함량 0.64 wt.% 이하의 고품위/저비용의 구형 분말 소재의 개발이 필요하다. 이외에도, Ti 성분이 포함된 Ti 분말은 다양한 산업군에 적용될 수 있는 것으로서, 해외 시장을 선점하여 고부가가치를 창출할 수 있는 소재이다. 이러한, 고순도 Ti 분말을 제조하기 위한 종래의 Ti 분말 제조 장치는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버에 Ti 막대를 공급하는 Ti 막대 공급 장치와, 상기 공정 챔버에 설치되고, 공급된 상기 Ti 막대를 유도 가열하는 유도 가열 장치 및 상기 공정 챔버에 설치되고, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분무 장치를 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 Ti 분말 제조 장치는 상기 공정 챔버 내부에 1개의 Ti 막대만 장착할 수 있어서, 상기 Ti 막대가 모두 소진되면 상기 공정 챔버를 개방한 다음, 새로운 Ti 막대를 수작업으로 인입시킨 후, 다시 상기 공정 챔버를 닫고 Ti 분말 제조 공정을 수행하는 일련의 과정을 반복해야 했었던 문제점들이 있었다. 따라서, 종래에는 Ti 막대를 장착하기 위해 공정 챔버를 개방하고, 수작업으로 장착하고, 다시 공정 챔버를 닫는 등에 걸리는 장착 시간과 비용으로 인해 생산성이 매우 떨어지고, 이러한 작업이 수동으로 이루어지기 때문에 숙달된 숙련자가 필요하거나 많은 인력이 소모되는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 공정 챔버에 복수개의 Ti 막대를 연속적으로 공급할 수 있는 압력 조절이 가능한 전실을 형성하여 Ti 막대를 연속적으로 공급이 가능하여 Ti 막대의 장착 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있고, 공정 챔버 전단에 압력 조절 챔버를 형성하여 Ti 막대를 연속적으로 공급 시에도 공정 챔버 내부의 진공 상태를 유지할 수 있어, Ti 분말 제조에 따른 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 장치 내부의 압력을 일정하게 유지하여 고순도, 고정밀도의 구형 분말을 생산할 수 있게 하는 Ti 분말 제조 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 Ti 분말 제조 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 형성되고, 공급된 상기 Ti 막대를 유도 가열하는 유도 가열 장치; 상기 공정 챔버에 형성되고, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분무 장치; 및 상기 공정 챔버의 상부에 형성되고, 외부에서 인입되는 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 공급할 수 있도록 내부가 진공상태로 형성되는 압력 조절 챔버;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 공정 챔버 및 상기 압력 조절 챔버 중 적어도 어느 하나 이상의 내부를 진공상태로 형성할 수 있도록 상기 공정 챔버 및 상기 압력 조절 챔버의 외부에서 조절관과 조절 밸브로 각각 연결되어 형성되는 진공 펌프;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 진공상태의 상기 압력 조절 챔버에 1bar 이상의 압력으로 Ar 가스를 주입하는 Ar 가스 공급부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 공정 챔버 내에서 상기 유도 가열 장치에 의해 용융되어 낙하되는 Ti 물방울이 상기 Ti 분말 형태로 분무할 수 있도록 상기 Ti 분무 장치에 고압의 분산 가스를 공급하는 Ar 가스 공급부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 조절 챔버는, 상기 Ti 막대가 인입되는 인입부; 및 상기 인입부에 형성되는 실링부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 조절 챔버에 형성되고, 외부에서 상기 압력 조절 챔버로 인입된 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 이송하는 Ti 막대 이송 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 조절 챔버에 상기 Ti 막대를 공급하는 Ti 막대 공급장치;를 더 포함하고, 상기 Ti 막대 공급 장치는, 상기 압력 조절 챔버의 상부에 형성되고, 복수개의 상기 Ti 막대를 수용할 수 있는 Ti 카트리지; 및 상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 압력 조절 챔버에서 상기 공정 챔버로 인입된 상기 Ti 막대를 상기 유도 가열 장치로 이송할 수 있는 제 1 이송 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 Ti 카트리지는, 복수개의 상기 Ti 막대들이 적어도 하나의 열을 이루어서 배치되도록 상기 Ti 막대를 수용할 수 있는 일렬식 수용 공간이 형성되고, 상기 압력 조절 챔버에 착탈 결합되는 직동형 카트리지일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 Ti 카트리지는, 몸체의 내부에 복수개의 상기 Ti 막대들이 회전축으로부터 일정한 거리의 원호 상에 배치되도록 상기 Ti 막대를 수용할 수 있는 회전식 수용체가 형성되고, 상기 압력 조절 챔버에 착탈 결합되는 회동형 카트리지일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 Ti 분말 제조 방법은, 공정 챔버에 공급된 Ti 막대를 유도 가열하여 용융시키고, 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분말 제조 방법에 있어서, 진공 펌프를 사용하여 상기 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 상부에 형성된 압력 조절 챔버 중 적어도 어느 하나 이상의 내부를 진공상태로 형성하는 단계; 진공상태의 상기 압력 조절 챔버에 Ar 가스 공급부를 통하여 1bar 이상의 압력으로 Ar 가스를 주입하는 단계; 상기 압력 조절 챔버에 형성된 제 1 이송 장치를 사용하여, 외부에서 상기 압력 조절 챔버로 인입된 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 이송하는 단계; 상기 공정 챔버에 형성된 유도 가열 장치를 사용하여 공급된 상기 Ti 막대를 유도 가열하는 단계; 및 상기 공정 챔버에 형성된 Ti 분무 장치를 사용하여, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 공정 챔버에 복수개의 Ti 막대를 연속적으로 공급할 수 있는 압력 조절이 가능한 전실을 형성하여 Ti 막대를 연속적으로 공급이 가능하여 Ti 막대의 장착 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있고, 공정 챔버 전단에 압력 조절 챔버를 형성하여 외부의 Ti 막대를 연속적으로 공급 시에도 공정 챔버 내부의 진공 상태를 유지할 수 있어, Ti 분말 제조에 따른 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 장치 내부의 압력을 일정하게 유지하여 고순도, 고정밀도의 구형 분말을 생산할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 분말 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치와 Ti 분무 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Ti 분말 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 Ti 막대 공급 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Ti 막대 공급 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Ti 막대 공급 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 챔버의 내부를 진공상태로 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 챔버에 Ar 가스를 주입하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 막대를 공정 챔버로 이송하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 막대를 유도 가열하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 단계를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 분말 제조 장치를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 Ti 분말 제조 장치(100)는, 크게, 공정 챔버(10), Ti 막대 이송 장치(21), 유도 가열 장치(30), Ti 분무 장치(40) 및 압력 조절 챔버(50)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 외부와 격리될 수 있고, 가공 환경을 조성할 수 있는 내부 공간이 형성되는 것으로서, 예컨대, 진공 환경이나, 각종 가스 환경이나, 고압 또는 저압 환경 등 고순도 및 고정밀도의 Ti 분말(P)을 생산하기 위해서 필요한 공간을 제공할 수 있다.
또한, 이러한 공정 챔버(10)는 Ti 막대 이송 장치(21)와, 유도 가열 장치(30), Ti 분무 장치(40) 및 압력 조절 챔버(50)를 지지하고 이들을 운영할 수 있는 충분한 강도 및 내구성을 갖는 밀실 형태의 구조체일 수 있다.
이외에도, 이러한 공정 챔버(10)는 각종 진공 펌프(60), 가스 공급관, 모터, 게이트 밸브 등 부수적인 각종 시설들이 연결되거나 설치될 수 있고, 도면에 반드시 국한되지 않고 다양한 형상 및 종류의 각종 공정 챔버가 모두 적용될 수 있다.
Ti 막대 이송 장치(21)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)에 Ti 막대(1)를 이송하는 장치로서, 예컨대, 압력 조절 챔버(50)에 형성되고, 외부에서 압력 조절 챔버(50)로 인입된 Ti 막대(1)를 공정 챔버(10)로 이송하는 제 1 이송 장치(22)를 포함하여 형성될 수 있다.
예컨대, Ti 막대 이송 장치(21)는 복수 개의 안내 로울러로 형성되어 압력 조절 챔버(50)로 인입된 Ti 막대(1)가 양측으로 형성된 상기 안내 로울러 사이로 하강하여 이송될 수 있으며, 양측에 형성된 상기 안내 로울러를 통하여 Ti 막대(1)의 흔들림이나 떨림 없이 하부의 공정 챔버(10)로 이송될 수 있다.
또한, Ti 막대 이송 장치(21)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 이송 장치(22)를 더 포함할 수 있다. 제 2 이송 장치(22)는, 공정 챔버(10)에 형성되고, 압력 조절 챔버(50)에서 공정 챔버(10)로 인입된 Ti 막대(1)를 유도 가열 장치(30)로 이송할 수 있는 장치로서, 예컨대, 복수 개의 안내 로울러로 형성되어 공정 챔버(10)로 인입된 Ti 막대(1)가 양측으로 형성된 상기 안내 로울러 사이로 하강하여 이송될 수 있으며, 양측에 형성된 상기 안내 로울러를 통하여 Ti 막대(1)의 흔들림이나 떨림 없이 하부의 유도 가열 장치(30)로 이송될 수 있다.
유도 가열 장치(30)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)에 형성되고, 공급된 Ti 막대(1)를 유도 가열하는 장치일 수 있다.
유도 가열 장치(30)는 고주파 필드를 형성하는 고주파 발생기와 원추 형태로 감긴 인덕터 코일을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 이송 장치(22)에 의해 이송되는 Ti 막대(1)의 선단부를 고온으로 유도 가열하면서 마치 물방울 형태로 용융시켜서 낙하시킬 수 있다.
이외에도, 유도 가열 장치(30)는 유도 가열을 이용하는 매우 다양한 종류의 각종 유도 가열 장치들이 모두 적용될 수 있다.
Ti 분무 장치(40)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)에 형성되고, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 장치일 수 있다.
Ti 분무 장치(40)는 분산 가스를 공급할 수 있는 가스 공급관 및 상기 분산 가스를 유도 가열 장치(30)에 의해 용융되어 낙하되는 Ti 물방울에 분산 가스를 고압으로 분사시켜서 Ti 분말(P) 형태로 분무하는 분사 노즐 등이 포함될 수 있다. 이외에도, 각종의 다양한 분사 또는 분무 장치들이 적용될 수 있다.
따라서, 제 1 이송 장치(22)에 의해 이송되는 Ti 막대(1)의 선단부를 고온으로 유도 가열하여 물방울 형태로 용융시키면 이를 Ti 분무 장치(40)가 고압의 분산 가스로 분무시켜서 대량의 Ti 분말(P)을 연속적으로 생산할 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 모터를 이용하는 등 장비를 자동화할 수 있어서 Ti 분말 제조에 따른 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 장치의 정밀도와 작동성을 향상시켜서 고순도, 고정밀도의 구형 분말을 생산할 수 있다.
압력 조절 챔버(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)의 상부에 형성되고, 외부에서 인입되는 Ti 막대(1)를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있도록 내부가 진공상태로 형성되는 장치로서, Ti 막대가 인입되는 인입부(51) 및 인입부에 형성되는 실링부(52)를 포함할 수 있다.
실링부(52)는 진공 오링으로 형성될 수 있으며, 이외에도, 진공을 유지할 수 있는 다양한 종류의 실링부재로 형성될 수 있다.
압력 조절 챔버(50)는, 공정 챔버(10)와 연통되는 일종의 로드락 공정 챔버일 수 있다. 이러한 압력 조절 챔버(50)와 공정 챔버(10) 사이에는 별도의 게이트 밸브가 메인 게이트 개방 시 공정 챔버(10)의 내부 환경이 외부로 노출되지 않도록 밀폐시킬 수 있다.
압력 조절 챔버(50)는, 인입되는 Ti 막대(1)를 연속적으로 공정 챔버(10)에 인입시킬 수 있도록 진공을 유지하는 장치로서, 내부가 진공으로 유지되도록 진공 펌프(60)에 연결될 수 있으며, 파티클이 내부로 유입되지 않도록 압력 조절 챔버(50)의 내압이 외압과 같거나 외압보다 높은 압력을 유지하도록 가스를 주입할 수 있다.
압력 조절 챔버(50)는 상부에 복수개의 Ti 막대(1)를 수용할 수 있는 Ti 카트리지(2)가 형성되어, 후술될 제 2 이송 장치(23)를 이용하여 Ti 카트리지(2)로부터 Ti 막대(1)를 개별적으로 인출하여 압력 조절 챔버(50)로 이송될 수 있다.
압력 조절 챔버(50)가 공정 챔버(10)의 전실로 형성되어, 진공 펌프(60) 및 가스 주입을 통하여 공정 챔버(10) 내부가 진공으로 유지된 상태에서 Ti 막대(1)를 공정 챔버(10)로 공급할 수 있으며, 장치 내부의 압력을 일정하게 유지하여 고순도, 고정밀도의 구형 분말을 생산할 수 있다.
압력 조절 챔버(50)는, 도면에 반드시 국한되지 않고, 내부에 Ti 막대(1)를 수용할 수 있는 내부 공간을 갖는 다양한 박스 형태의 구조체들이 적용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 Ti 분말 제조 장치(100)는, 진공 펌프(60) 및 Ar 가스 공급부(70)를 더 포함할 수 있다.
진공 펌프(60)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10) 및 압력 조절 챔버(50) 중 적어도 어느 하나 이상의 내부를 진공상태로 형성할 수 있도록 공정 챔버(10) 및 압력 조절 챔버(50)의 외부에서 조절관(61)과 조절 밸브(62)로 각각 연결되어 형성될 수 있다.
예컨대, 진공 펌프(60)는, 공정 챔버(10)의 내부를 진공상태로 형성될 수 있도록 공정 챔버 진공 조절관(61-2) 및 공정 챔버 진공 조절 밸브(62-2)로 공정 챔버(10)와 연결되어 공정 챔버(10) 내부의 진공 및 압력을 조절할 수 있으며, 압력 조절 챔버(50)의 내부를 진공상태로 형성될 수 있도록 압력 조절 챔버 조절관(61-1) 및 압력 조절 챔버 조절 밸브(62-1)로 압력 조절 챔버(50)와 연결되어 압력 조절 챔버(50) 내부의 진공 및 압력을 조절할 수 있다.
Ar 가스 공급부(70)는 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 상태의 압력 조절 챔버(50)에 1bar 이상의 압력으로 Ar 가스를 주입할 수 있다. 예컨대, Ar 가스 공급부(70)는 공정 챔버(10)의 전실로서 내부가 진공으로 형성된 압력 조절 챔버(50)에 내압이 외압과 같거나 외압보다 높은 압력을 유지하도록 Ar 가스를 주입할 수 있다.
또한, Ar 가스 공급부(70)는 공정 챔버(10) 내에서 유도 가열 장치(30)에 의해 용융되어 낙하되는 Ti 물방울이 상기 Ti 분말 형태로 분무할 수 있도록 Ti 분무 장치(40)에 고압의 분산 가스를 공급할 수 있다. 즉, Ar 가스 공급부(70)는, 압력 조절 챔버(50)에 Ar 가스를 주입하여 압력 조절 챔버(50) 내압을 제어할 수 있으며, 공정 챔버(10) 내부에 형성된 Ti 분무 장치(40)에서 Ti 물방울이 상기 Ti 분말 형태로 분무할 수 있도록 분산 가스를 공급할 수 있다.
Ar 가스 공급부(70)는 Ti 분무 장치(40) 및 압력 조절 챔버(50)에 각각 가스 공급 라인으로 연결되어 상기 가스 공급 라인에 형성된 각각의 가스 공급 밸브를 통하여 Ti 분무 장치(40) 및 압력 조절 챔버(50)에 공급되는 Ar 가스의 주입량을 제어할 수 있으며, 또한, 압력 조절 챔버(50) 및 Ti 분무 장치(40)에 동시에 Ar 가스를 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예 에 따른 Ti 분말 제조 장치를 나타내는 도면이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 Ti 막대 공급 장치를 나타내는 도면들이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, Ti 카트리지(2)를 가지는 Ti 막대 공급 장치(20)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 Ti 분말 제조 장치의 직동형 카트리지(2-1)를 나타내는 작동 상태 사시도이다.
Ti 카트리지(2)는, 압력 조절 챔버(50)의 상부에 형성되고 복수개의 Ti 막대(1)를 수용할 수 있는 장치로서, 압력 조절 챔버(50)에 연속적으로 Ti 막대(1)를 공급하는 장치이다.
예컨대, Ti 카트리지(2)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 상기 Ti 막대(1)들이 적어도 하나의 열을 이루어서 배치되도록 Ti 막대(1)를 수용할 수 있는 일렬식 수용 공간이 형성되고, 압력 조절 챔버(50)에 착탈 결합되는 직동형 카트리지(2-1)일 수 있다.
구체적으로, 직동형 카트리지(2-1)의 후단에 형성되는 푸쉬바를 전후진 구동할 수 있도록 이송 모터를 형성할 수 있으며, 상기 이송 모터를 사용하여 상기 푸쉬바를 전후진 구동하게 되면, 상기 푸쉬바는 상기 일렬식 수용 공간을 관통하여 Ti 막대(1)를 순차적으로 가압하여 직동형 카트리지(2-1)로부터 Ti 막대(1)를 개별적으로 인출할 수 있으며, 직동형 카트리지(2-1)로부터 인출된 Ti 막대(1)는 제 2 이송 장치(23)를 통하여 압력 조절 챔버(50)로 안내할 수 있다.
즉, 상기 푸쉬바가 상기 일렬식 수용 공간을 관통하여 상기 직동형 카트리지(2-1)로부터 Ti 막대(1)를 개별적으로 수평 가압하여 인출할 수 있고, 제 2 이송 장치(23)를 이용하여 이렇게 인출된 Ti 막대(1)를 압력 조절 챔버(50)로 수직 안내할 수 있다.
그러므로, 복수개의 Ti 막대(1)를 중단됨이 없이 연속적으로 압력 조절 챔버(50)를 지나 공정 챔버(10)에 공급하여 종래의 Ti 막대(1)를 장착하기 위한 장착 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있고, 상기 모터를 이용하여 장착 과정을 자동화할 수 있어서 Ti 분말 제조에 따른 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 자동화로 인한 장치의 정밀도와 작동성을 향상시켜서 고순도, 고정밀도의 구형 분말을 생산할 수 있다.
또한, Ti 카트리지(2)는, 몸체(2-21)의 내부에 복수개의 Ti 막대(1)들이 회전축(2-22)으로부터 일정한 거리의 원호 상에 배치되도록 Ti 막대(1)를 수용할 수 있는 회전식 수용체(2-23)가 형성되고, 압력 조절 챔버(50)에 착탈 결합되는 회동형 카트리지(2-2)일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 Ti 분말 제조 장치의 회동형 카트리지(2-2)를 나타내는 작동 상태 사시도이다.
Ti 카트리지(2)는 도 5에 도시된 바와 같이, 몸체(2-21)의 내부에 복수개의 Ti 막대(1)들이 회전축(2-22)으로부터 일정한 거리의 원호 상에 배치되도록 Ti 막대(1)를 수용할 수 있는 회전식 수용체(2-23)가 형성되고, 압력 조절 챔버(50)에 착탈 결합되는 회동형 카트리지(2-2)일 수 있다.
이 때, 제 2 이송 장치(23)는 도 5에 도시된 바와 같이, 몸체(2-21)의 하면에 형성되고, 배출 각도로 회전된 Ti 막대(1)가 중력에 의해 낙하될 수 있도록 Ti 막대(1)의 단면 직경 보다 넓은 직경을 갖는 낙하홀부(H)를 포함할 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배출 각도로 회전된 Ti 막대(1)는 낙하홀부(H) 방향으로 안내되다가 낙하홀부(H)에 도달되면 낙하홀부(H)를 통해서 중력에 의해 낙하될 수 있고, 이어서, 제 2 이송 장치(23)에 의해 압력 조절 챔버(50)로 안내되어, 복수개의 Ti 막대(1)가 중단됨이 없이 연속적으로 압력 조절 챔버(50)를 지나 공정 챔버(10)에 공급되어 종래의 Ti 막대(1)를 장착하기 위한 장착 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 Ti 분말 제조 장치의 회동형 카트리지(2-2)를 나타내는 작동 상태 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 회동형 카트리지(2-2)는 몸체(2-21)의 측방에 형성되고, 배출 각도로 회전된 Ti 막대(1)를 파지하여 외부로 인출하는 이송 로봇(R)을 포함할 수 있다.
따라서, 이송 로봇(R)을 이용하여 복수개의 Ti 막대(1)를 중단됨이 없이 연속적으로 압력 조절 챔버(50)에 공급하여 종래의 Ti 막대(1)를 장착하기 위한 장착 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술된 Ti 분말 제조 장치(100)를 이용하여 Ti 분말을 제조할 수 있는 Ti 분말 제조 방법을 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 분말 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공정 챔버(10)에 공급된 Ti 막대(1)를 유도 가열하여 용융시키고, 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분말 제조 방법은, 진공상태로 형성하는 단계(S-10), Ar 가스를 주입하는 단계(S-20), Ti 막대(1)를 이송하는 단계(S-30), Ti 막대(1)를 유도 가열하는 단계(S-40) 및 분무시키는 단계(S-50)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 챔버의 내부를 진공상태로 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.
진공상태로 형성하는 단계(S-10)는, 진공 펌프(60)를 사용하여 공정 챔버(10) 및 공정 챔버(10)의 상부에 형성된 압력 조절 챔버(50) 중 적어도 어느 하나 이상의 내부를 진공상태로 형성하는 단계이다.
예컨대, 압력 조절 챔버 조절관(61-1) 및 압력 조절 챔버 조절 밸브(62-1)로 연결된 진공 펌프(60)를 가동하여 압력 조절 챔버(50) 내부를 진공 상태로 형성하는 단계이다. 이때, 공정 챔버 진공 조절관(61-2) 및 공정 챔버 진공 조절 밸브(62-2)로 연결된 진공 펌프(60)를 가동하여 공정 챔버(10) 내부를 진공 상태로 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 챔버에 Ar 가스를 주입하는 단계를 나타내는 도면이다.
Ar 가스를 주입하는 단계(S-20)는 진공 상태의 압력 조절 챔버(50)에 Ar 가스 공급부(70)를 통하여 1bar 이상의 압력으로 Ar 가스를 주입하는 단계이다.
예컨대, 공정 챔버(10)의 전실로서 내부가 진공으로 형성된 압력 조절 챔버(50)에 파티클이 내부로 유입되지 않도록 압력 조절 챔버(50)의 내압이 외압과 같거나 외압보다 높은 압력을 유지할 수 있도록 Ar 가스를 주입할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 막대를 공정 챔버로 이송하는 단계를 나타내는 도면이다.
Ti 막대(1)를 이송하는 단계(S-30)는 압력 조절 챔버(50)에 형성된 Ti 막대 이송 장치(21)를 사용하여, 외부에서 압력 조절 챔버(50)로 인입된 Ti 막대(1)를 공정 챔버(10)로 이송하는 단계(S-30)이다.
예컨대, 압력 조절 챔버(50)의 외부에서 인입부(51)를 통하여 Ti 막대(1)가 압력 조절 챔버(50)로 인입되어, 복수 개의 안내 로울러로 형성된 Ti 막대 이송 장치(21) 사이로 하강하여 하부의 공정 챔버(10)로 이송될 수 있다.
이때, 압력 조절 챔버(50)의 내부는 진공 펌프(60)가 지속적으로 가동되어 진공 상태로 유지할 수 있으며, Ar 가스 공급부(70)가 지속적으로 공급되어 압력 조절 챔버(50)의 압력을 유지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 막대를 유도 가열하는 단계를 나타내는 도면이다.
Ti 막대(1)를 유도 가열하는 단계(S-40)는, 공정 챔버(10)에 형성된 유도 가열 장치(30)를 사용하여 공급된 Ti 막대(1)를 유도 가열하는 단계(S-40)이다.
예컨대, 공정 챔버(10)로 인입된 Ti 막대(1)는 고주파 필드를 형성하는 고주파 발생기와 원추 형태로 감긴 인덕터 코일로 형성된 유도 가열 장치(30)의 중앙에 형성되도록 이송될 수 있다. 따라서. Ti 막대 이송 장치(21)에 의해 이송되는 Ti 막대(1)의 선단부를 고온으로 유도 가열하면서 마치 물방울 형태로 용융시켜서 낙하시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 단계를 나타내는 도면이다.
분무시키는 단계(S-50)는, 공정 챔버(10)에 형성된 Ti 분무 장치(40)를 사용하여, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 단계(S-50)이다.
예컨대, 유도 가열 장치(30)에 의해 용융되어 낙하되는 Ti 물방울에 Ti 분무 장치(40)를 사용하여 분산 가스를 고압으로 분사시켜서 분사 노즐에서 Ti 분말(P) 형태로 분무할 수 있다. 따라서, Ti 막대 이송 장치(21)에 의해 이송되는 Ti 막대(1)의 선단부를 고온으로 유도 가열하여 물방울 형태로 용융시키면 이를 Ti 분무 장치(40)가 고압의 분산 가스로 분무시켜서 대량의 Ti 분말(P)을 연속적으로 생산할 수 있다.
공정 챔버(10)에 공급된 Ti 막대(1)를 유도 가열하여 용융시키고, 용융된 Ti 용액을 Ti 분말(P) 상태로 분무시키는 Ti 분말 제조 방법으로서, 공정 챔버(10)의 전실로 설치되는 압력 조절 챔버(50)를 이용하여 공정 챔버(10)에 압력 및 진공을 제어하면서 외부의 Ti 막대(1)를 연속적으로 공정 챔버(10)에 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: Ti 막대
2: Ti 카트리지
2-1: 직동형 카트리지
2-2: 회동형 카트리지
2-21: 몸체
2-22: 회전축
2-23: 회전식 수용체
10: 공정 챔버
21: Ti 막대 이송 장치
22: 제 1 이송 장치
23: 제 2 이송 장치
30: 유도 가열 장치
40: Ti 분무 장치
50 : 압력 조절 챔버
51 : 인입부
52 : 실링부
60 : 진공 펌프
61 : 조절관
62 : 조절 밸브
70 : Ar 가스 공급부
H: 낙하홀부
R: 이송 로봇
100, 110: Ti 분말 제조 장치

Claims (10)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 형성되고, 공급된 Ti 막대를 유도 가열하는 유도 가열 장치;
    상기 공정 챔버에 형성되고, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분무 장치;
    상기 공정 챔버의 상부에 형성되고, 외부에서 인입되는 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 공급할 수 있도록 내부가 진공상태로 형성되는 압력 조절 챔버;
    상기 공정 챔버 및 상기 압력 조절 챔버 중 적어도 어느 하나 이상의 내부를 진공상태로 형성할 수 있도록 상기 공정 챔버 및 상기 압력 조절 챔버의 외부에서 조절관과 조절 밸브로 각각 연결되어 형성되는 진공 펌프; 및
    진공상태의 상기 압력 조절 챔버에 1bar 이상의 압력으로 Ar 가스를 주입하는 Ar 가스 공급부;
    를 포함하고,
    상기 압력 조절 챔버와 공정 챔버 사이에는 메인 게이트 개방 시 상기 공정 챔버의 내부 환경이 외부로 노출되지 않도록 밀폐시키는 게이트 밸브가 형성되고,
    상기 압력 조절 챔버는,
    상기 Ti 막대를 연속적으로 공정 챔버에 인입시킬 수 있도록 상기 진공 펌프에 의하여 진공이 유지된 다음, 파티클이 내부로 유입되지 않도록 상기 Ar 가스 공급부에 의하여 내압이 외압과 같거나 외압보다 높은 압력으로 유지되는, Ti 분말 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버 내에서 상기 유도 가열 장치에 의해 용융되어 낙하되는 Ti 물방울이 상기 Ti 분말 형태로 분무할 수 있도록 상기 Ti 분무 장치에 고압의 분산 가스를 공급하는 Ar 가스 공급부;
    를 더 포함하는, Ti 분말 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절 챔버는,
    상기 Ti 막대가 인입되는 인입부; 및
    상기 인입부에 형성되는 실링부;
    를 포함하는, Ti 분말 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절 챔버에 형성되고, 외부에서 상기 압력 조절 챔버로 인입된 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 이송하는 Ti 막대 이송 장치;
    를 더 포함하는, Ti 분말 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절 챔버에 상기 Ti 막대를 공급하는 Ti 막대 공급장치;
    를 더 포함하고,
    상기 Ti 막대 공급 장치는,
    상기 압력 조절 챔버의 상부에 형성되고, 복수개의 상기 Ti 막대를 수용할 수 있는 Ti 카트리지; 및
    상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 압력 조절 챔버에서 상기 공정 챔버로 인입된 상기 Ti 막대를 상기 유도 가열 장치로 이송할 수 있는 제 1 이송 장치;
    를 더 포함하는, Ti 분말 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 Ti 카트리지는,
    복수개의 상기 Ti 막대들이 적어도 하나의 열을 이루어서 배치되도록 상기 Ti 막대를 수용할 수 있는 일렬식 수용 공간이 형성되고, 상기 압력 조절 챔버에 착탈 결합되는 직동형 카트리지인, Ti 분말 제조 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 Ti 카트리지는,
    몸체의 내부에 복수개의 상기 Ti 막대들이 회전축으로부터 일정한 거리의 원호 상에 배치되도록 상기 Ti 막대를 수용할 수 있는 회전식 수용체가 형성되고, 상기 압력 조절 챔버에 착탈 결합되는 회동형 카트리지인, Ti 분말 제조 장치.
  10. 공정 챔버에 공급된 Ti 막대를 유도 가열하여 용융시키고, 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 Ti 분말 제조 방법에 있어서,
    진공 펌프를 사용하여 상기 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 상부에 형성된 압력 조절 챔버 중 적어도 어느 하나 이상의 내부를 진공상태로 형성하는 단계;
    진공상태의 상기 압력 조절 챔버에 Ar 가스 공급부를 통하여 1bar 이상의 압력으로 Ar 가스를 주입하는 단계;
    상기 압력 조절 챔버에 형성된 제 1 이송 장치를 사용하여, 외부에서 상기 압력 조절 챔버로 인입된 상기 Ti 막대를 상기 공정 챔버로 이송하는 단계;
    상기 공정 챔버에 형성된 유도 가열 장치를 사용하여 공급된 상기 Ti 막대를 유도 가열하는 단계; 및
    상기 공정 챔버에 형성된 Ti 분무 장치를 사용하여, 유도 가열되어 용융된 Ti 용액을 Ti 분말 상태로 분무시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 유도 가열하는 단계에서 상기 Ti 막대를 유도가열하는 동안, 상기 공정 챔버로 이송하는 단계에서 상기 압력 조절 챔버로 인입된 상기 Ti 막대는 연속적으로 상기 공정 챔버에 인입되고,
    상기 Ar 가스를 주입하는 단계는,
    파티클이 내부로 유입되지 않도록 상기 압력 조절 챔버의 내압이 외압과 같거나 외압보다 높은 압력을 유지하도록 Ar 가스를 주입하는, Ti 분말 제조 방법.
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