KR102388239B1 - 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말 또는 페이스트-형 재료로 생소지를 적층 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 생소지(green body)(10)의 3-차원 데이터에 기초하여, 한정된 방식으로 배열되는 절삭 요소들과 함께 분말 또는 페이스트-형 재료(41; 61; 81)로 생소지(10)를 적층 제조하기 위한 방법으로서, 생소지(10)는, 적층 방향(16)으로, 적층 방향(16)에 대해 수직인 2-차원 단면 표면 및 적층 방향(16)에 평행한 층 두께로 이루어지는, N(N ≥ 2)개의 연속적인 실린더형 단면 구역(11, 12, 13, 14, 15)으로 분리되는 것인, 생소지(10)를 적층 제조하기 위한 방법에 있어서: 생소지(10)의 단면 구역들(11, 12, 13, 14, 15)이 각각, 분말 또는 페이스트-형 재료로 생성되는 재료 구역들 및 절삭 요소들이 배치되는 시트 구역들로 분할되는 단계; 적층 방향(16)에 대해 수직으로 배치되는 것 상에, 시트 구역 또는 적층 방향(16)으로 연속적인 복수의 시트 구역에 의해 형성되는 적어도 하나의 캐비티가, 적층 방향(16)으로 절삭 요소를 배열하기 위해 요구되는 삽입 높이를 가질 때까지, 단면 구역의 재료 구역들 또는 적층 방향(16)으로 연속적인 복수의 단면 구역(12, 13, 14, 15)의 재료 구역들이, 도포되는 단계; 및 적어도 하나의 절삭 요소가, 절삭 요소들을 배열하기 위해 요구되는 삽입 높이를 갖는 상기 캐비티들 내에, 배치되는 단계를 구비하는 것인, 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 본원의 청구범위 제1항의 전제부에 따른, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말 또는 페이스트-형 재료로 생소지(green body)를 적층 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
드릴 비트, 톱날, 절삭 휠 또는 연삭 휠과 같은 연마 가공 도구는, 관형 또는 디스크형의 베이스 몸체에 고정되는 가공 세그먼트를 포함한다. 연마 가공 도구의 가공 방법에 따라, 가공 세그먼트들은, 드릴 세그먼트, 톱 세그먼트, 절삭 세그먼트, 또는 연삭 세그먼트로 지칭되며, "가공 세그먼트"라는 용어로 요약된다. 가공 세그먼트들은, 분말-형 재료 및 경질 재료 입자 형태의 절삭 요소들로 구성된다. 여기서 무작위적으로 분포되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트들과, 한정된 방식으로 배치되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트는 구분된다. 무작위적으로 분포되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트의 경우에, 분말-형 재료 및 경질 재료 입자들은 혼합되어 적절한 도구 몰드에 충전되고, 우선 냉간 압착에 의해 생소지로 형성된다. 한정된 방식으로 배치되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트들의 경우에는, 생소지는 경질 재료 입자들이 한정된 위치에 배치되는 분말-형 재료로 적층 방식으로 형성된다. 생소지는, 무작위적으로 분포되는 경질 재료 입자들 및 한정된 방식으로 배치되는 경질 재료 입자들의 경우에, 고온 압착 및/또는 소결에 의해, 사용 가능한 가공 세그먼트들로 압축된다.
무작위적으로 분포되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트들은, 몇 가지 단점을 갖는다: 경질 재료 입자들이 생소지의 표면에도 또한 존재하기 때문에, 생소지를 냉간 압착하기 위해 필요한 도구 몰드는, 높은 마모를 겪게 된다. 또한, 생소지에서의 경질 재료 입자들의 분포는 적용 기술적인 최적 분포와 일치하지 않는다. 무작위적으로 분포되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트의 이러한 단점은, 한정된 방식으로 배치되는 경질 재료 입자들을 갖는 가공 세그먼트들이 높은 비용에도 불구하고 고품질 가공 도구로 주로 사용되게 한다.
유럽 특허 제0 452 618 A1호에는 분말-형 재료의 한정된 위치에 배치되는 경질 재료 입자들과 함께 분말-형 재료로 생소지를 적층 제조하기 위한 공지된 방법이 설명되어 있다. 상기 공지된 방법은, 생소지의 3-차원 데이터에 기초하고, 다음과 같은 방법 단계들을 포함한다:
- 생소지가, 적층 방향으로, 적층 방향에 대해 수직인 2-차원 단면 표면 및 적층 방향에 대해 평행한 층 두께로 이루어지는, N(N ≥ 2)개의 연속적인 실린더형 단면 구역으로 분리되는 단계,
- 적층 방향에 대해 수직으로 배치되는 적층 평면 상에, 분말-형 재료의 N(N ≥ 2)개의 분말 층이 도포되는 단계, 및
- 경질 재료 입자가 분말-형 재료의 한정된 위치들에 배치되는 단계.
경질 재료 입자들은, 흡착 플레이트에 의해 파지되며 그리고 층 구조물 위에 배치된다. 흡착력을 감소시키거나 또는 짧은 압축 공기 분사에 의해, 경질 재료 입자들은, 흡착 플레이트로부터 해방되며, 그리고 층 구조물의 상부 분말 층에 배치된다. 압축 공기 분사는 단지, 분말-형 재료는 변위되지 않으며 그리고 경질 재료 입자들이 사전 설정된 한정된 위치의 분포로 배치될 정도의 크기일 수 있다. 또 다른 단점은, 경질 재료 입자들이 상부 분말 층 상에 또는 상부 분말 층 내에 단지 느슨하게 배치된다는 점이다. 롤러, 닥터 블레이드, 또는 브러시 형태의 도포 도구를 사용하여, 분말-형 재료의 다음 분말 층을 도포 및 분포시킬 때, 경질 재료 입자는 도포 도구에 의해 자체의 한정된 위치들로부터 변위될 수 있으므로, 따라서 정확도가 감소될 수 있다.
본 발명의 목적은, 특히 연마 가공 도구들을 위한 가공 세그먼트들로 압축되는 생소지의 적층 제조 시에, 생소지 내에 절삭 요소들의 의도된 분포가 형성되게 하는 정확도를 증가시키는 것이다. 이 경우, 생소지 내에서의 절삭 요소들의 의도된 분포는, 생소지의 추가의 적층 제조 시에도 유지되어야 한다. 또한, 후속하는 압축 공정에서, 예를 들어 고온 압착 또는 소결에 의해, 절삭 요소들과 분말 또는 페이스트-형 재료 사이의 화학적 결합을 방지하는 보호 조치가, 가능한 한 미리 생소지 제조 시에 취해져야 한다.
이러한 목적은, 서두에서 언급된 바와 같은 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말 또는 페이스트-형 재료로 생소지를 적층 제조하기 위한 방법에서, 본 발명에 따른 독립 청구항 제 1항의 특징에 의해 달성된다. 유리한 개선예들이, 종속 청구항에 명시된다.
한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말 또는 페이스트-형 재료로 생소지를 적층 제조하기 위한 방법은, 생소지의 3-차원 데이터에 기초하게 되며, 여기서 생소지는, 적층 방향으로, 적층 방향에 대해 수직인 2-차원 단면 표면 및 적층 방향에 대해 평행한 층 두께로 이루어지는, N(N ≥ 2)개의 연속적인 실린더형 단면 구역으로 분리되며, 본 발명에 따르면,
- 생소지의 단면 구역들은 각각, 분말-형 또는 페이스트-형 재료로 생성되는 재료 구역들과, 절삭 요소들이 배치되는 시트 구역들로 분할되는 단계;
- 적층 방향에 대해 수직으로 배치되는 적층 평면 상에, 시트 구역 또는 적층 방향으로 연속적인 복수의 시트 구역에 의해 형성되는 적어도 하나의 캐비티(cavity)가, 절삭 요소들를 배열하기 위해 요구되는 삽입 높이를 가질 때까지, 단면 구역의 재료 구역들 또는 적층 방향으로 연속적인 복수의 단면 구역의 재료 구역들이, 도포되는 단계; 및
- 적어도 하나의 절삭 요소가, 절삭 요소들을 배열하기 위해 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티 내에, 배치되는 단계
를 포함한다.
생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 적층 방향으로 N(N≥2)개의 실린더형 단면 구역으로 분리되는, 생소지의 3-차원 데이터를 기초로 하며, 여기서 각각의 단면 구역은, 적층 방향에 대해 수직인 임의의 2-차원 단면 표면 및 적층 방향에 대해 평행한 층 두께로 이루어지는, 직선형 실린더 섹션으로서 형성된다. 단면 구역들의 층 두께들은, 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 여기서 일반적으로, 동일한 층 두께가 사용된다. 층 두께가 작을수록, 생소지 내의 절삭 요소들의 요구되는 3-차원 분포가 보다 정확하게 생성될 수 있지만, 그러나 생소지의 제조에 필요한 형성 시간은 증가한다. 단면 구역들은, 분말 또는 페이스트-형 재료로 생성되는 재료 구역들, 및 절삭 요소들을 위한 시트 구역들로 이루어지며, 여기서 시트 구역들은, 절삭 요소들을 갖는 단면 구역에만 존재한다. 절삭 요소들은, 생소지의 층이 형성되는 동안, 시트 구역으로부터 형성되는 캐비티들 내에 배치된다. 캐비티들은, 시트 구역 또는 적층 방향으로 연속적인 복수의 시트 구역으로 구성될 수 있다.
생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 층 형성 시에 복수의 캐비티가 생소지 내에 생성되고, 상기 복수의 캐비티 내에 절삭 요소들이 배치된다. 층 형성을 위해서는, 분말 또는 페이스트-형 재료로 생소지를 생성하는 모든 적층 방법이 적합하다; 예를 들어 3D 인쇄 또는 결합제 분사가 여기에 포함된다. 적어도 하나의 절삭 요소가, 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들 내에 배치된다. 이 경우, 캐비티들 내에는 하나의 절삭 요소, 복수의 동일한 절삭 요소, 또는 상이한 절삭 요소들이 배치될 수 있다. 캐비티의 단면 형상 및 캐비티의 삽입 높이는, 절삭 요소들의 기하학적 구조에 맞춰질 수 있다. 캐비티와 절삭 요소 사이의 간극이 작을수록, 생소지 내에서의 절삭 요소들의 위치가 보다 정확하게 달성될 수 있다. 캐비티의 요구되는 삽입 높이는, 특히 절삭 요소의 유형 및 크기에 의존한다. 또한, 캐비티의 요구되는 삽입 높이는, 생소지 내의 동일한 절삭 요소들에 대해 상이할 수 있으며, 생소지 내에서의 절삭 요소들의 공간적 배치에 의존한다. 생소지 내에서의 캐비티들의 분포를 통해, 생소지 내에서의 절삭 요소의 3-차원 분포가 생성될 수 있다. 단면 구역의 층 두께가 더 작게 선택될수록, 생소지 내에서의 절삭 요소들의 분포가, 절삭 요소들의 적용 기술적 최적 분포에 보다 정확하게 적응될 수 있지만, 그러나 생소지의 제작에 필요한 형성 시간이 증가한다.
생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 재료 분말로도 지칭되는, 분말-형 재료 및 페이스트라고도 지칭되는, 페이스트-형 재료에 적합하다. "분말-형 재료"라는 용어는, 초기 상태에서 고체이며, 그리고 느슨한, 즉 결합되지 않은, 분말 입자들로 이루어지는 모든 재료를 포함한다. 분말-형 재료는, 재료 분말로 이루어지거나 또는 상이한 재료 분말들의 혼합물로 구성될 수도 있다. "페이스트-형 재료"라는 용어는, 초기 상태에서 내-마모성이 있는 액체 및 높은 함량의 미세 분포 고형물로 이루어지는, 모든 고체-액체-혼합물을 의미한다. 페이스트-형 재료는, 고형물 함량, 점도 및/또는 화학적 조성에 의해 특징지어질 수 수 있다.
"절삭 요소"라는 용어는, 연마 가공 세그먼트를 위한 모든 절삭 수단을 의미한다. 여기에는 특히 개별 경질 재료 입자(경질 재료의 입자), 복수의 경질 재료 입자로 이루어지는 복합 부품, 및 코팅되거나 또는 캡슐화된 경질 재료 입자가 포함된다. 경질 재료들은, 특별한 경도에 의해 특징지어진다. 여기서 경질 재료는, 한편으로는 천연 및 합성 경질 재료 그리고 다른 한편으로는 금속 및 비-금속 경질 재료로 세분될 수 있다. 천연 경질 재료에는 특히, 천연 다이아몬드, 강옥 및 다른 경질 미네랄이 포함되고, 합성 경질 재료에는 특히, 합성 다이아몬드, 고 융점 카바이드, 붕화물, 질화물 및 규화물이 포함된다. 금속 경질 재료에는 특히, 주기율표 제4 내지 제6 족 전이 금속의 고 융점 카바이드, 붕화물, 질화물 및 규화물이 포함되고, 비-금속 경질 재료에는 특히 다이아몬드, 강옥, 다른 경질 미네랄, 탄화규소 및 탄화붕소가 포함된다.
상기 방법의 제1 변형예에서, 절삭 요소들을 배열하기 위해 요구되는 캐비티들의 삽입 높이는, 절삭 요소들의 최소 직경보다 작다. 개별적인 경질 재료 입자의 형태로 형성되는 절삭 요소들의 경우, 최소 직경(Dmin) 및 최대 직경(Dmax)에 의해 특징지어지는 경질 재료 입자들의 혼합물이 일반적으로 사용된다. 경질 재료 입자들의 혼합물의 경우, 일반적으로, 경질 재료 입자들의 95%가 최소 직경(Dmin)보다 큰 것이 적용된다. 절삭 요소의 최소 직경보다 작은 캐비티의 삽입 높이에서, 절삭 요소들은, 배치 이후에 완전히 캐비티 내에 배치되지는 않는다.
제1 변형예는, 특히 가공 세그먼트들의 상측면 상에 놓이는, 연마 가공 도구를 위한 가공 세그먼트들의 경우에 적합하다. 상측면은, 가공될 기판 또는 공작물을 지향하는 가공 세그먼트들의 측면을 지칭하고, 하측면은, 연마 가공 도구의 관형 또는 디스크 형상의 베이스 몸체에 연결되는 가공 세그먼트들의 측면을 지칭한다. 연마 가공은, 가공 세그먼트들 상측면 상의 노출된 절삭 요소들을 통해 수행된다. 연마 가공 도구에 의해 가공하는 동안, 가공 세그먼트들의 매트릭스(고온 압착 및/또는 소결 후의 분말 또는 페이스트-형 재료)가 마모되고, 더 깊은 절삭 요소들이 가공 세그먼트들의 상측면에서 노출된다. 공지된 연마 가공 도구에서, 가공 세그먼트들은, 일반적으로 상측면 상에서, 절삭 요소들을 노출시키기 위해 날카롭게 정비되어야 한다. 제1 변형예를 사용할 때, 가공 세그먼트를 날카롭게 정비하는 것은, 생략될 수 있다. 층 형성 시에, 절삭 요소들을 캐비티들 내에 배치시킨 이후에, 추가의 재료 층이 도포된다. 재료 층의 층 두께를 통해, 절삭 요소들이 상측면에서 돌출되어야 하는지 그리고 얼마나 돌출되어야 하는지가, 결정될 수 있다.
상기 방법의 대안적인 제2 변형예에서, 절삭 요소들을 배열하기 위해 요구되는 캐비티의 높이는, 절삭 요소의 최대 직경보다 크다. 경질 재료 입자들의 혼합물의 경우, 일반적으로, 경질 재료 입자들의 95%가 최대 직경(Dmax)보다 작은 것이 적용된다. 절삭 요소들의 최대 직경보다 큰 캐비티들의 삽입 높이의 경우, 사실상 모든 절삭 요소가 완전히 캐비티들 내에 배치된다. 제2 변형예는, 절삭 요소들이 캐비티들 내에 확실하게 배치되어, 절삭 요소들이 추가의 재료 층을 도포할 때, 변위될 위험이 더 감소된다는 장점을 갖는다. 또한, 캐비티들은, 절삭 요소들을 배치한 이후에, 절삭 요소들을 거의 완전히 둘러싸는 특수 재료로 충전될 수 있다. 특수 재료의 사용은, 적층 방식으로 형성되는 생소지가 압축을 위해 고온 압착 및/또는 소결을 통해 후속하는 처리를 받는 경우에 적합하다.
상기 방법의 바람직한 추가 개선예에서, 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들은, 절삭 요소들에 부가하여 특수 재료로 충전된다. 특수한 재료의 사용은, 적층 방식으로 생성된 생소지가 압축을 위해 고온 압착 및/또는 소결에 의해 후속적인 처리를 받는 경우에 적합하다. 연마 가공 도구를 위한 가공 세그먼트들의 경우, 절삭 요소들은, 고온 압착 및/또는 소결 도중에, 사용돈 분말 또는 페이스트-형 재료에 의해 손상될 수 있다. 특수 재료는, 한편으로는 분말 또는 페이스트-형 재료와 화학적 결합을 형성하며, 그리고 다른 한편으로는 절삭 요소들을 기계적으로 결합해야 하며, 분말 또는 페이스트-형 재료와 절삭 요소의 화학적 결합은 바람직하지 않다. 특수 재료의 특성은, 분말 또는 페이스트-형 재료 및 절삭 요소들에 맞춰진다. 특수 재료는, 분말-형으로 또는 페이스트-형으로 형성될 수 있으며, 여기서 분말-형 재료의 경우, 유리하게는 분말-형 특수 재료가 사용되고, 페이스트-형 재료의 경우에는, 유리하게는 페이스트-형 특수 재료가 사용된다. 다이아몬드 입자의 형태의 경질 재료 입자들을 위한 특수 재료로서, 예를 들어 코발트 분말 또는 청동 분말이, 적합하다.
제1 변형예에서, 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들을 특수 재료로 충전하는 것은, 하나의 방법 단계에서 수행된다. 이 경우, 특수 재료는, 캐비티 내에 절삭 요소를 배치하기 이전에 또는 절삭 요소를 배치한 이후에 충전될 수 있다. 특수 재료에 의한 1-부분 충전 방법은, 특수 재료로 충전하는 것이 2개의 방법 단계에 의해 수행되는 2-부분 충전 방법에 비해, 필요한 형성 시간이 더 짧다는 장점을 갖는다.
특히 바람직하게는, 특수 재료로 캐비티들을 충전하는 것은, 절삭 요소를 배치하기 이전에 수행된다. 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들은, 절삭 요소들을 배치하기 이전에 특수 재료로 충전된다. 절삭 요소들은 특수 재료 내에 배치되어, 가능한 한 절삭 요소들이 완전히 특수 재료에 의해 둘러싸일 정도로 특수 재료 내로 가압된다.
대안적으로, 특수 재료로 캐비티들을 충전하는 것은, 절삭 요소들을 배치한 이후에 수행된다. 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들은, 절삭 요소들를 배치한 이후에 특수 재료로 충전된다. 절삭 요소들을 배치한 이후에 특수 재료를 충전하는 변형예는, 절삭 요소들이 생소지 내에 고정밀도로 배치되어야 하는 경우에, 사용될 수 있다. 절삭 요소들은, 접착제의 도움으로 캐비티들 내에 고정될 수 있다. 특수 재료로 캐비티들을 충전할 때, 절삭 요소들의 위치 및 배향이 변경될 위험은, 접착제에 의해 명확히 감소된다. 단점은, 절삭 요소들이 특수 재료에 의해 완전히 둘러싸이지는 않아서, 절삭 요소들과 분말-형 재료 사이의 화학적 결합의 위험이, 특수 재료로 캐비티들을 충전하는 것이 절삭 요소들을 배치하기 이전에 수행되는 변형예의 경우보다, 더 크다는 점이다.
대안적인 제2 변형예에서, 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들을 특별한 재료로 충전하는 것은, 2개의 방법 단계로 수행되며, 여기서 특수 재료의 제1 부분이 절삭 요소를 배치하기 이전에 캐비티들 내에 충전되고, 절삭 요소들은 특수 재료의 제1 부분 내에 배치되며, 특수 재료의 제2 부분은 절삭 요소들을 배치한 이후에 캐비티들 내에 충전된다. 특수 재료를 사용한 2-부분 충전 방법은, 절삭 요소들이 특수 재료에 의해 완전히 둘러싸이고, 절삭 요소들과 분말 또는 페이스트-형 재료 사이의 화학적 결합이 완전히 방지된다는 장점을 갖지만, 그러나 필요한 형성 시간은 1-부분 충전 방법의 대략 두 배이다.
상기 방법의 바람직한 추가 개선예에서, 절삭 요소들은 적어도 부분적으로 접착제에 의해 캐비티들 내에 고정된다. 이 경우, 사용되는 접착제의 특성은, 분말 또는 페이스트-형 재료 및 절삭 요소에 맞춰진다. 접착제의 사용은, 절삭 요소들이 캐비티 내에 확실하게 배치되며, 그리고 추가의 재료 층을 도포할 때 절삭 요소들이 변위될 위험이 더 감소된다는, 장점을 갖는다. 절삭 요소들은, 개별 경질 재료 입자와 같이, 배향을 가지며, 캐비티들 내에 올바른 배향으로 배치되어야 한다. 접착제에 의해 캐비티들 내에 고정되는 절삭 요소들은, 고정밀도로 형성되는 생소지에서 자체의 한정된 위치들 및 배향을 유지한다.
특히 바람직하게는, 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들은, 절삭 요소들을 배치하기 이전에 접착제로 충전된다. 접착제는 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들 내에 충전되고, 절삭 요소들은, 접착제가 아직 경화되지 않은 상태에서, 접착제 내에 배치된다. 접착제의 경화 후, 캐비티들은 특수 재료로 충전되거나 또는 생소지의 층 구조물 형성이 계속될 수 있다.
대안적으로, 절삭 요소들은, 상기 절삭 요소들을 캐비티들 내에 배치하기 이전에, 적어도 부분적으로 접착제로 적셔진다. 접착제로 적셔진 절삭 요소들은, 접착제가 아직 경화되지 않은 상태에서, 요구되는 삽입 높이를 갖는 캐비티들 내에 배치 장치에 의해 배치된다. 접착제의 경화 이후에, 절삭 요소들은, 생소지 내의 요구되는 위치에 고정되고, 생소지의 층 구조물 형성이 계속될 수 있다. 대안적으로, 생소지의 층 구조물 형성이 계속되기 이전에, 캐비티들은, 특수 재료로 충전될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이는 실시예를 반드시 일정한 축적으로 표현하는 것은 아니고, 설명을 위해 적절한 경우, 도면은 개략적인 및/또는 약간 왜곡된 형태로 구현된다. 여기서 본 발명의 일반적인 사상을 벗어나지 않고, 실시예의 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 발명의 일반적인 사상은, 아래에 도시되고 설명되는 바람직한 실시예의 정확한 형태 또는 세부 사항에 한정되지 않고, 청구범위에 청구된 대상과 비교하여 제한되는 대상으로 제한되지 않는다. 주어진 설계 범위의 경우, 지정된 한계치 내에 있는 값은 한계 값으로 공개되어야 하며, 임의로 사용 가능하고 청구 가능해야 한다. 단순화를 위해, 이하에서는 동일한 또는 유사한 기능을 갖는 동일 또는 유사한 부품 또는 부품들에 대해서는 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1은, 적층 방향으로 위아래로 놓이는 5개의 실린더형 단면 구역으로 적층 제조하기 위한, 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 제1 생소지를 도시하고;
도 2a 내지 도 2e는, 적층 방향에 대해 수직인 단면 표면 및 적층 방향에 평행한 층 두께로 이루어지는, 도 1의 제1 생소지의 5개의 단면 구역을 도시하며;
도 3a 및 도 3b는, 도 2a 내지 도 2e의 A-A 절단 평면을 따르는(도 3a) 그리고 도 2a 내지 도 2e의 B-B 절단 평면을 따르는(도 3b), 적층 방향에 평행한 도 1의 제1 생소지를 통한 제1 및 제2 단면을 도시하고;
도 4a 내지 도 4t는, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말-형의 재료로 제1 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 연속적인 방법 단계를 도시하며;
도 5a 내지 도 5o는, 한정된 방식으로 배치되는 제1 및 제2 절삭 요소들과 함께 분말-형의 재료로 제2 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제2 변형예를 도시하고;
도 6a 내지 도 6h는, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 페이스트-형 재료로 제3 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예를 도시하며; 그리고
도 7a 내지 도 7f는, 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예에서 페이스트-형 재료로 제3 생소지를 적층 제조하기 위해 사용되는 재료 및 삽입 형판(template)을 도시한다.
도 2a 내지 도 2e는, 적층 방향에 대해 수직인 단면 표면 및 적층 방향에 평행한 층 두께로 이루어지는, 도 1의 제1 생소지의 5개의 단면 구역을 도시하며;
도 3a 및 도 3b는, 도 2a 내지 도 2e의 A-A 절단 평면을 따르는(도 3a) 그리고 도 2a 내지 도 2e의 B-B 절단 평면을 따르는(도 3b), 적층 방향에 평행한 도 1의 제1 생소지를 통한 제1 및 제2 단면을 도시하고;
도 4a 내지 도 4t는, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말-형의 재료로 제1 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 연속적인 방법 단계를 도시하며;
도 5a 내지 도 5o는, 한정된 방식으로 배치되는 제1 및 제2 절삭 요소들과 함께 분말-형의 재료로 제2 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제2 변형예를 도시하고;
도 6a 내지 도 6h는, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 페이스트-형 재료로 제3 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예를 도시하며; 그리고
도 7a 내지 도 7f는, 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예에서 페이스트-형 재료로 제3 생소지를 적층 제조하기 위해 사용되는 재료 및 삽입 형판(template)을 도시한다.
도 1은, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들과 함께 분말 또는 페이스트-형 재료로 생소지를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 제작되며 그리고 이하에서 제1 생소지(10)로 지칭되는, 직육면체로 형성된 생소지(10)를 도시한다. 제1 생소지(10)는, 적층 방향(16)으로 서로 적층되는, 5개의 적층된 실린더형 단면 구역(11, 12, 13, 14, 15)의 층 구조물로 제조된다. 실린더형 단면 구역들(11-15)은, 적층 방향(16)에 대해 평행한 층 두께(di)(i = 1 내지 5)를 가지며, 적층 방향(16)에 대해 수직의 단면 표면을 갖는다. 층 두께들(di)(i = 1 내지 5)은 균일할 수 있거나, 또는 개별적인 단면 구역(11-15)은 상이한 층 두께를 가질 수 있다.
층 구조물로 제1 생소지(10)를 제조할 수 있도록 하기 위해, 직육면체(10)가, 도 2a 내지 도 2e에 도시된 5개의 실린더형 단면 구역(11 내지 15)으로 적층 방향(16)으로 분리된다. 이 경우, 도 2a는 제1 단면 구역(11)을 도시하고, 도 2b는 제2 단면 구역(12)을 도시하며, 도 2c는 제3 단면 구역(13)을 도시하고, 도 2d는 제4 단면 구역(14)을 도시하며, 그리고 도 2e는 제5 단면 구역(15)을 도시한다. 제1 생소지(10)의 각각의 단면 구역(11-15)은, 분말 또는 페이스트-형 재료로 생성되는 하나 이상의 재료 구역을 포함하며, 하나 이상의 시트 구역을 포함할 수 있다. 시트 구역들은, 직육면체(10)에 배치되는 절삭 요소들을 위한 캐비티들을 형성한다. 캐비티들은, 하나의 시트 구역 또는 적층 방향으로 연속적인 복수의 시트 구역으로 이루어질 수 있다.
재료 구역들과 시트 구역들을 구별하기 위해, i 번째의 단면 구역의 재료 구역은 i 번째 재료 구역으로 지칭되고, i 번째의 단면 구역의 시트 구역은 i 번째 시트 구역으로 지칭된다. 제1 단면 구역(11)은 하나의 제1 재료 구역(17)을 포함하고, 제2 단면 구역(12)은 하나의 제2 재료 구역(18) 및 5개의 제2 시트 구역(19)을 포함하며, 제3 단면 구역(13)은 하나의 제3 재료 구역(21) 및 9개의 제3 시트 구역(22)을 포함하고, 제4 단면 구역(14)은 하나의 제4 재료 구역(23) 및 4개의 제4 시트 구역(24)을 포함하며, 그리고 제5 단면 구역(15)은 하나의 제5 재료 구역(25)을 포함한다.
도 3a 및 도 3b는, 도 2a 내지 도 2e의 A-A 절단 평면을 따르는(도 3a) 그리고 도 2a 내지 도 2e의 B-B 절단 평면을 따르는(도 3b), 적층 방향(16)에 대해 평행한 도 1의 제1 생소지(10)를 통한 제1 및 제2 단면을 도시한다. 제1 생소지(10)의 5개의 실린더형 단면 구역(11-15)은, 적층 방향(16)으로 적층되어 배치된다.
제1 생소지(10)의 층 구조물을 형성할 때, 9개의 캐비티가 형성되고, 그 안으로 절삭 요소들이 배치된다. 9개의 캐비티는, 5개의 제1 캐비티(26)의 제1 그룹 및 4개의 제2 캐비티(27)의 제2 그룹으로 세분될 수 있다. 제1 캐비티(26)는, 제2 및 제3 단면 구역(12, 13)에 위치하며 그리고 적층되어 배치되는 제2 및 제3 시트 구역(19, 22)에 의해 형성되고, 제2 캐비티(27)는, 제3 및 제4 단면 구역(13, 14)에 위치하며 그리고 적층되어 배치된 제3 및 제4 시트 구역(22, 24)에 의해 형성된다. 도 3a는 2개의 제1 캐비티(26) 및 하나의 제2 캐비티(27)를 도시하며, 도 3b는 하나의 제1 캐비티(26) 및 2개의 제2 캐비티(27)를 도시한다.
제1 생소지(10)의 실시예에서, 제1 및 제2 캐비티(26, 27)는 동일한 단면 형상 및 동일한 삽입 높이를 갖는다. 대안적으로, 제1 캐비티(26)는, 제1 단면 형상 및 제1 삽입 높이를 가질 수 있고, 제2 캐비티(27)는, 서로 상이한 제2 단면 형상 및 제2 삽입 높이를 가질 수 있다. 제1 및 제2 캐비티에 대한 상이한 단면 형상 및/또는 상이한 삽입 높이는, 상이한 제1 및 제2 절삭 요소가 캐비티들 내에 배치될 때 유용하다.
도 4a 내지 도 4t는, 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들(42)과 함께 분말-형 재료(41)로 도 1의 제1 생소지(10)를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의, 연속적인 방법 단계를 도시한다. 제1 생소지(10)는, 분말-형 재료(41), 및 개별적인 경질 재료 입자들(42)로서 형성되는 절삭 요소들(42)로 제작된다. 경질 재료 입자들(42)은, 최소 직경(Dmin) 및 최대 직경(Dmax)에 의해 특징지어지는 경질 재료 입자들의 혼합물로부터 유래하고, 여기서 경질 재료 입자들의 95%가 최소 직경(Dmin)보다 크고 최대 직경(Dmax)보다 작다.
제1 생소지(10)는, 높이 조정 가능한 적층 평면(43), 분말 공급부 및 인쇄 헤드를 포함하는, 장치에 의해 적층 방식으로 제작된다. 분말 공급부에 의해, 제1 층 두께(d1)를 갖는, 분말-형 재료(41)의 제1 분말 층(44)이 도포된다(도 4a). 제1 재료 구역(17)에서, 인쇄 헤드는, 제1 재료 구역(17) 내의 제1 분말 층(44)의 느슨한 분말 입자들을 결합하는 제1 접착 층을 도포한다(도 4b). 적층 평면(43)은, 제2 층 두께(d2)만큼 적층 방향(16)에 대해 평행하게 조정 방향(45)으로 하강하게 되고(도 4c), 분말-형 재료(41)의 제2 분말 층(46)이 분말 공급부에 의해 도포된다(도 4d). 제2 재료 구역(18)에서, 인쇄 헤드는, 제2 재료 구역(18) 내의 제2 분말 층(46)의 느슨한 분말 입자들을 결합하는 제2 접착 층을 도포하고, 여기서 분말 입자는 제2 시트 구역들(19)에서 결합되지 않는다(도 4e). 적층 평면(43)은, 제3 층 두께(d3)만큼 조정 방향(45)으로 하강하게 되고(도 4f), 분말-형 재료(41)의 제3 분말 층(47)이 분말 공급부에 의해 도포된다(도 4g). 제3 재료 구역(21)에서, 인쇄 헤드는, 제3 재료 구역(21) 내의 제3 분말 층(47)의 느슨한 분말 입자들을 결합하는 제3 접착 층을 도포하고, 여기서 제3 시트 구역(22) 내의 분말 입자는 결합되지 않는다(도 4h).
제1 캐비티(26)의 삽입 높이는, 제3 분말 층 및 접착 층의 도포 이후에 획득되고, 경질 재료 입자들(42)은 제1 캐비티(26) 내에 배치될 수 있다. 제1 캐비티(26)의 삽입 높이는, 이하에서 제1 삽입 높이(h1)로 언급된다. 실시예에서, 제1 삽입 높이(h1)는, 경질 재료 입자들(42)의 최대 직경(Dmax)보다 크다. 경질 재료 입자들(42)의 최대 직경(Dmax)보다 큰 제1 삽입 높이(h1)는, 배치되는 경질 재료 입자(42)가 제1 캐비티(26) 내에 거의 완전하게 배치되며 그리고 경질 재료 입자들(42)이 다른 분말 층의 도포 시에 변위될 위험이 더욱 감소된다는 장점을 갖는다. 또한, 경질 재료 입자들(42)은, 분말-형 재료(41)와는 상이한 특수 재료에 의해 둘러싸일 수 있다. 특수 재료에 의해, 경질 재료 입자들(42)은, 예를 들어 고온 압착 및/또는 소결에 의한 후속 압착 공정에서, 분말-형 재료(41)와의 화학 반응에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다. 다이아몬드 입자의 형태의 경질 재료 입자들을 위한 특수 재료로서, 예를 들어 코발트 분말 또는 청동 분말이, 적합하다.
제1 생소지(10)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 도시된 제1 변형예에서, 경질 재료 입자들(42)은 특수 재료(48)에 의해 둘러싸인다. 우선, 분말-형 재료(41)의 느슨한 분말 입자는, 제1 캐비티(26)로부터 제거된다(도 4i). 이를 위해, 예를 들어 제1 캐비티(26)를 구속하지 않는 제1 형판이 층 구조물 상에 배치되고, 분말-형 재료(41)의 느슨한 분말 입자가 흡입 장치에 의해 제1 캐비티(26)로부터 흡입을 통해 제거된다. 분말-형 재료(41)를 흡입한 이후에, 제1 캐비티(26)는, 특수 재료(48)로 부분적으로 충전되고(도 4j), 경질 재료 입자들(42)이 특수 재료(48) 내에 배치되며(도 4k) 그리고 제1 캐비티(26)는 계속해서 특수 재료(48)로 완전히 충전된다(도 4l). 이러한 변형예는, 경질 재료 입자들(42)이 특수 재료(48)에 의해 완전히 둘러싸이며 그리고 경질 재료 입자들(42)이 고온 압착 및/또는 소결 도중에 분말-형 재료(41)에 의해 손상될 위험이 가능한 한 감소된다는 장점을 갖는다.
제1 캐비티(26)가 특수 재료(48)로 완전히 충전된 후에, 제1 생소지(10)의 층 구조물 형성이 계속된다. 적층 평면(43)은, 조정 방향(45)으로 제4 층 두께(d4)만큼 하강하게 되고, 분말-형 재료(41)의 제4 분말 층(49)이 분말 공급부에 의해 도포된다(도 4m). 제4 재료 구역(23)에서, 인쇄 헤드는, 제4 재료 구역(23)의 제4 분말 층(49)의 느슨한 분말 입자들을 결합하는 제4 접착 층을 도포하고, 여기서 분말 입자는 제4 시트 구역(24)에서 결합되지 않는다(도 4n).
제2 캐비티(27)의 삽입 높이는, 제4 분말 층 및 접착 층의 도포 이후에 획득되고, 경질 재료 입자들(42)은 제2 캐비티들(27) 내에 배치될 수 있다. 제2 캐비티들(27)의 삽입 높이는 이하에서 제2 삽입 높이(h2)로 지칭되고, 여기서 제2 삽입 높이(h2)는 경질 재료 입자들(42)의 최대 직경(Dmax)보다 크다. 제2 캐비티들(27) 내에 배치되는 경질 재료 입자들(42)을 분말-형 재료(41)와의 화학 반응에 의한 손상으로부터 보호하기 위해, 제2 캐비티(27)의 경질 재료 입자들(42)은, 제1 캐비티(26)의 경질 재료 입자들(42)과 같이 특수 재료(48) 내에 매립된다. 경질 재료 입자들(42) 및 특수 재료(48)로 제2 캐비티(27)를 충전하는 것은, 도 4j, 도 4k 및 도 4l에 도시된 바와 같은, 제1 캐비티(26)의 2-부분 충전 방법과 유사하게 이루어질 수 있는데, 상기 2-부분 충전 방법에서는, 특수 재료(48)의 제1 부분이 경질 재료 입자(42)를 배치하기 이전에 충전되고 그리고 특수 재료(48)의 제2 부분이 경질 재료 입자(42)를 배치한 이후에 충전된다.
제1 생소지(10)의 적층 제작 시의 노력을 감소시키기 위해, 특수 재료(48)에 의한 제1 캐비티(26)의 2-부분 충전 방법이 단순화될 수 있다. 또 다른 방법은, 경질 재료 입자들(42)이 느슨한 분말 입자의 흡입 이후에 캐비티들 내에 배치되며 그리고 경질 재료 입자들(42)의 배치 이후에 캐비티들이 특수 재료(48)로 충전되는 것을 제공한다. 제2 캐비티(27)의 예에서, 1-부분 충전 방법으로 지칭되는 대안예가 설명된다. 생소지의 제작 시에, 특수 재료(48)에 대한 1-부분 또는 2-부분 충전 방법이 일반적으로 사용된다. 1-부분 충전 방법은 제2 캐비티(27)의 예를 사용하여 설명되지만, 그러나 제1 캐비티(26)를 특수 재료(48)로 충전하는 경우에도 사용될 수 있다.
느슨한 분말 입자는, 흡입 장치의 도움으로 제2 캐비티들(27)의 영역에서 흡입된다(도 4o). 제2 캐비티(27) 내의 경질 재료 입자들(42)의 배향을 보장하기 위해, 경질 재료 입자들(42)을 고정하는 접착제(51)가 사용될 수 있다. 접착제(51)의 사용은, 추가의 재료 층 또는 특수 재료를 도포할 때, 경질 재료 입자들(42)의 배향 및 위치가 변경되지 않는다는 장점을 갖는다. 사용되는 접착제의 특성은, 분말-형 재료(41), 경질 재료 입자들(42) 및/또는 특수 재료(48)에 맞춰진다. 제2 캐비티들(27)은 접착제(51)로 충전되고(도 4p), 접착제(51)가 경화되지 않은 상태에서, 경질 재료 입자들(42)이 접착제(51) 내로 배치되며, 그리고 제2 캐비티들(27)은 접착제(51)의 경화 이후에 특수 재료(48)로 충전된다(도 4r). 설명된 1-부분 충전 방법에서, 우선 경질 재료 입자들(42)이 제2 캐비티들(27) 내에 배치되고, 제2 캐비티(27)는 계속해서 특수 재료(48)로 충전된다. 대안적으로, 1-부분 충전 방법에서, 우선 특수 재료(48)가 제2 캐비티(27) 내로 충전될 수 있고, 계속해서 경질 재료 입자들(42)이 특수 재료(48) 내에 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 캐비티(26)의 제1 삽입 높이(h1) 및 제2 캐비티(27)의 제2 삽입 높이(h2)는 일치한다. 대안적으로, 제1 및 제2 삽입 높이(h1, h2)는, 상이할 수 있다. 동일한 유형의 절삭 요소들이 배치되는 상이한 삽입 높이를 갖는 캐비티들의 사용은 유리하게, 생소지가 연마 가공 도구를 위한 가공 세그먼트로 추가로 처리되는 경우에 적합하다. 연마 가공 도구의 경우, 가공 세그먼트의 상측면 상에 절삭 요소들이 노출되어야 하고, 이러한 절삭 요소들은, 기판 또는 공작물을 가공한다. 이를 위해, 가공 세그먼트들은 일반적으로, 상측면 절삭 요소들이 노출될 때까지, 날카롭게 정비된다. 가공 세그먼트들을 날카롭게 정비하는 것은, 절삭 요소들이, 절삭 요소들의 최소 직경보다 작은 삽입 높이를 갖는 캐비티들의 상측면의 영역에 배치되는 경우, 생략되거나 또는 적어도 감소될 수 있다. 층 구조물에서, 절삭 요소들을 캐비티들 내에 배치한 이후에, 추가의 재료 층이 도포된다. 재료 층의 층 두께를 통해, 절삭 요소들이 상측면에서 돌출되어야 하는지 그리고 얼마나 돌출되어야 하는지가, 결정될 수 있다.
제2 캐비티(27)가 특수 재료(48)로 충전된 이후에, 제1 생소지(10)의 층 구조물 형성이 계속된다. 적층 평면(43)은 조정 방향(45)으로 제5 층 두께(d5)만큼 하강하게 되고, 분말-형 재료(41)의 제5 분말 층(52)이 분말 공급부에 의해 도포된다(도 4s). 제5 재료 구역(25)에서, 인쇄 헤드는, 제5 재료 구역(25)의 제5 분말 층(52)의 느슨한 분말 입자를 결합하는 제5 접착 층을 도포한다(도 4t). 제5 재료 구역(25)에서의 느슨한 분말 입자를 결합시킨 후, 제1 생소지(10)의 층 구조물이 완성된다. 제1 생소지(10)는, 후속하는 압축 공정에서, 예를 들어 고온 압착 및/또는 소결에 의해, 연마 가공 도구를 위한 가공 세그먼트로 압축될 수 있다.
제1 생소지(10)는, 동일한 분말-형 재료(41)를 갖는 5개의 재료 구역(17, 18, 21, 23, 25)으로 적층 방식으로 생성된다. 대안적으로, 제1 생소지(10)의 재료 구역들은, 상이한 분말-형 재료(41)로 생성될 수 있다. 예를 들어, 연마 가공 도구를 위한 가공 세그먼트로 추가로 처리되는 생소지의 경우, 제1 재료 구역에 대해 제1 분말-형 재료가 사용될 수 있고, 다른 재료 구역에 대해서는 제2 분말-형 재료가 사용될 수 있으며, 여기서 제1 분말-형 재료의 특성은, 가공 세그먼트와 베이스 몸체의 결합의 관점에서 선택되고, 제2 분말-형 재료의 특성은 절삭 요소들의 기계적 결합에 대한 관점에서 선택된다. 가공 세그먼트 및 베이스 몸체가 용접될 때, 용접 가능한 제1 분말-형 재료가 선택된다.
제1 생소지(10)의 경우, 경질 재료 입자들(42)은, 특수 재료(48) 내로 매립되고, 여기서 제1 및 제2 캐비티(26, 27)의 충전은, 1-부분 또는 2-부분 충전 방법으로 이루어진다. 경질 재료 입자들(42)은, 특수 재료(48) 내에 매립될 필요는 없다. 대안적으로, 경질 재료 입자들(42)은, 제1 및 제2 캐비티(26, 27) 내에서 분말-형 재료(41) 내에 배치될 수 있고; 캐비티들(26, 27)로부터 분말-형 재료(41)를 제거하는 것 및 특수 재료(48)로 캐비티들(26, 27)을 충전하는 것은 이 경우 생략된다. 특수 재료(48)의 사용은, 제1 생소지(10)가 압축을 위해 고온 압착 및/또는 소결에 의한 후속하는 가공을 받고, 절삭 요소(42)가 고온 압착 및/또는 소결 중에 사용되는 분말-형 재료(41)에 의해 손상되는 경우에 적합하다. 특수 재료(48)는, 분말-형 재료(41)와 화학적 결합을 형성하며 그리고 절삭 요소(42)를 기계적으로 결합하도록 선택된다.
도 5a 내지 도 5o는, 한정된 방식으로 배치되는 제1 절삭 요소들(62) 및 제2 절삭 요소들(63)과 함께 분말-형 재료(61)로 생소지(60)를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제2 변형예를 도시하며, 여기서 생소지(60)는 이하에서 제2 생소지(60)로 지칭된다. 제2 생소지(60)의 기하학적 구조는, 적층 방향(16)으로 5개의 실린더형 단면 구역(11, 12, 13, 14, 15)으로 분리되는(도 2a 내지 도 2e), 도 1에 도시된 직육면체에 대응한다. 단면 구역들(11-15)은, 적층 방향(16)에 평행한 층 두께를 갖고, 적층 방향(16)에 대해 수직의 단면 표면을 갖는다. 제1 단면 구역(11)은 제1 재료 구역(17)을 포함하고, 제2 단면 구역(12)은 제2 재료 구역(18) 및 5개의 제2 시트 구역(19)을 포함하며, 제3 단면 구역(13)은 제3 재료 구역(21) 및 9개의 제3 시트 구역(22)을 포함하고, 제4 단면 구역(14)은 제4 재료 구역(23) 및 4개의 제4 시트 구역(24)을 포함하며, 그리고 제5 단면 구역(15)은 제5 재료 구역(25)을 포함한다.
제2 생소지(60)는, 적층 평면(64), 분말 공급부, 및 인쇄 헤드에 의해, 적층 방식으로 형성된다. 분말 공급부에 의해, 제1 층 두께(d1)를 갖는 분말-형 재료(61)의 제1 분말 층(65)이 도포된다(도 5a). 제1 재료 구역(17)에서, 인쇄 헤드는, 제1 재료 구역(17) 내의 제1 분말 층(65)의 느슨한 분말 입자를 결합하는 제1 접착 층을 도포하고, 제1 재료 구역(17) 외부에는 느슨한 분말 입자가 존재한다(도 5b). 분말 공급부에 의해, 제2 층 두께(d2)를 갖는 분말-형 재료(61)의 제2 분말 층(66)이 도포된다(도 5c). 제2 재료 구역(18)에서, 인쇄 헤드는, 제2 재료 구역(18) 내의 제2 분말 층(66)의 느슨한 분말 입자를 결합하는 제2 접착 층을 도포하고, 여기서 제2 시트 구역(19) 내의 그리고 생소지(60) 외부의 분말 입자는 결합되지 않는다(도 5d). 분말 공급부에 의해, 제3 층 두께(d3)를 갖는 분말-형 재료(61)의 제3 분말 층(67)이 도포된다(도 5e). 제3 재료 구역(21)에서, 인쇄 헤드는, 제3 재료 구역(21) 내의 제3 분말 층(67)의 느슨한 분말 입자를 결합하는 제3 접착 층을 도포하고, 여기서 제3 시트 구역(22) 내의 그리고 제2 생소지(60) 외부의 분말 입자는 결합되지 않는다(도 5f).
제1 캐비티들(26)의 제1 삽입 높이(h1)는, 제3 분말 층 및 접착 층의 도포 이후에 달성되므로, 제1 절삭 요소들(62)을 제1 캐비티들(26) 내에 배치시키는 것이 수행될 수 있다. 분말-형 재료(61)의 느슨한 분말 입자는, 흡입 장치를 사용하여 제1 캐비티들(26)의 영역에서 흡입된다(도 5g). 여기서 2개의 변형예는 상이할 수 있다: 제1 변형예에서 분말-형 재료(61)의 느슨한 분말 입자는 제1 캐비티들(26)로부터 완전히 제거되고, 제2 변형예에서는 느슨한 분말 입자는 제1 캐비티들(26)로부터 부분적으로만 제거되고, 느슨한 분말 입자의 일부는 제1 캐비티(26) 내에 남아있게 된다. 제1 변형예 또는 제2 변형예에 대한 결정은, 특히 제1 캐비티들(26) 내에 배치되는 제1 절삭 요소들(62)의 형상에 의존한다. 연마 가공 도구를 위한 가공 세그먼트에서, 절삭 요소들은 매트릭스에 기계적으로 결합되어 있다. 따라서, 절삭 요소들은, 캐비티들 내에서 가능한 한 완전하게 분말-형 재료에 의해 둘러싸이는 것이 중요하다. 대안적으로, 제1 생소지(10)와 관련하여 설명된 바와 같은, 특수 재료가 절삭 요소들을 둘러싸고 확실한 기계적 결합을 보장할 수 있다.
도 5g는 제2 생소지(60)의 제1 캐비티들(26)을 도시하고, 여기서 분말-형 재료(61)의 느슨한 분말 입자는 완전히 제거된다. 제1 절삭 요소들(62)은 언더컷 없는 기하학적 구조를 가지므로, 제1 캐비티들(26)은, 제1 절삭 요소들(62)을 배치한 이후에, 어려움 없이 분말-형 재료(61) 또는 특수 재료로 충전될 수 있다. 분말-형 재료(61)의 느슨한 분말 입자가 제1 캐비티들(26)로부터 부분적으로만 제거되는 제2 변형예는, 예를 들어 제1 캐비티들(26)이 절삭 요소들의 배치 이후에, 어렵게 분말-형 재료(61) 또는 특수 재료로 충전될 수 있는 절삭 요소들의 경우에 적합할 수 있다.
제1 절삭 요소들(62)이 제1 캐비티들(26) 내에 배치된 이후(도 5h), 제2 생소지(60)의 층 구조물 형성이 계속된다. 분말 공급부에 의해, 제4 층 두께(d4)를 갖는 분말-형 재료(61)의 제4 분말 층(68)이 도포된다(도 5i). 제4 재료 구역(23)에서, 인쇄 헤드는, 제4 재료 구역(23) 내의 제4 분말 층(68)의 느슨한 분말 입자를 결합하는 제4 접착 층을 도포하고, 여기서 제4 시트 구역(24) 내의 그리고 제2 생소지(60) 외부의 분말 입자는 결합되지 않는다(도 5j). 제2 캐비티들(27)의 제2 삽입 높이(h2)는, 제4 분말 층 및 접착 층의 도포 이후에 달성되어, 제2 절삭 요소들(63)의 제2 캐비티들(27) 내로의 배치가 수행될 수 있다.
분말-형 재료(61)의 느슨한 분말 입자는, 흡입 장치에 의해 제2 캐비티들(27)의 영역에서 부분적으로 흡입되고, 느슨한 분말 입자의 일부는, 제2 캐비티들(27) 내에 남아있게 된다(도 5k). 이어서, 제2 절삭 요소들(63)이 제2 캐비티들(27) 내에 배치된다(도 5l). 제2 절삭 요소들(63)이 제2 캐비티들(27) 내에 배치된 이후에, 제2 생소지(60)의 층 구조물 형성이 계속된다. 분말 공급부에 의해, 제5 층 두께(d5)를 갖는 분말-형 재료(61)의 제5 분말 층(69)이 도포된다(도 5m). 제5 재료 구역(25)에서, 인쇄 헤드는, 제5 재료 구역(25)의 제5 분말 층(69)의 느슨한 분말 입자를 결합하는 제5 접착 층을 도포하고, 여기서 제2 생소지(60) 외부의 분말 입자가 결합되지 않는다(도 5n). 도 5o는, 한정된 방식으로 배치되는 제1 및 제2 절삭 요소들(62, 63)과 함께 분말-형 재료(61)로 적층 방식으로 형성되는, 제2 생소지(60)를 도시한다.
도 6a 내지 도 6h는 한정된 방식으로 배치되는 절삭 요소들(82)과 함께 페이스트-형 재료(81)로 생소지(80)를 적층 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예를 도시하며, 여기서 생소지(80)는 이하에서 제3 생소지(80)로 지칭된다. 제3 생소지(80)의 기하학적 구조는, 적층 방향(16)으로 5개의 실린더형 단면 구역(11, 12, 13, 14, 15)으로 분리되는, 도 1에 도시된 직육면체(10)에 대응한다. 제3 생소지(80)는, 적층 평면(83), 페이스트-형 재료(81)에 대한 공급부, 4개의 재료 형판, 및 2개의 삽입 형판을 포함하는, 장치에 의해 적층 방식으로 제조된다. 도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 방법의 제3 변형예에서 적층 방식으로 제조하기 위해 사용되는 재료 형판 및 삽입 형판을 도시한다. 이 경우, 각각의 상이한 재료 층 및 절삭 요소(82)의 각각의 상이한 배치를 위해, 적절한 재료 형판 또는 삽입 형판이 제공된다.
제1 재료 형판(84)(도 7a)은 적층 평면(83) 상에 배치되고, 제1 층 두께(d1)를 갖는 페이스트-형 재료(81)의 제1 재료 층(85)이 도포된다(도 6a). 제1 재료 형판(84)은, 제1 재료 구역(17)을 둘러싸는 프레임(86)을 포함한다. 제1 재료 형판(84)은 제거되고, 제2 재료 형판(87)(도 7b)이 적층 평면(83) 상에 배치되며, 제2 층 두께(d2)를 갖는 페이스트-형 재료(81)의 제2 재료 층(88)이, 제1 재료 층(85) 상에 도포된다(도 6b). 제2 재료 형판(87)은, 프레임(89) 및 5개의 제2 커버 요소(91)를 포함하며, 여기서 제2 커버 요소(91)는, 제2 단면 구역(12)의 제2 시트 구역들(19)에 대응하고, 프레임(89)에 연결된다. 제2 재료 형판(87)은 제거되고, 제3 재료 형판(92)(도 7c)이 적층 평면(83) 상에 배치되며, 제3 층 두께(d3)를 갖는 페이스트-형 재료(81)의 제3 재료 층(93)이, 제2 재료 층(88) 상에 도포된다(도 6c). 제3 재료 형판(92)은, 프레임(94) 및 9개의 제3 커버 요소(95)를 포함하고, 여기서 제3 커버 요소(95)는 제3 단면 구역(13)의 제3 시트 구역들(22)에 대응하고, 프레임(94)에 연결된다.
제1 캐비티들(26)의 제1 삽입 높이(h1)는, 제3 재료 층(93)의 도포 이후에 달성되어, 제1 캐비티들(26) 내로 절삭 요소들(82)을 배치하는 것이 수행될 수 있다. 제3 재료 형판(92)은 제거되고, 제1 삽입 형판(96)(도 7d)이 적층 평면(83) 상에 배치되며, 절삭 요소들(82)은 제1 삽입 형판(96)에 의해 제1 캐비티들(26) 내에 배치된다(도 6d). 제1 삽입 형판(96)은, 5개의 제1 캐비티(26)에 대응하는 5개의 제1 개구(98)를 갖는 플레이트(97)를 포함한다. 제1 삽입 형판(96)은 제거되고, 제4 재료 형판(101)(도 7e)이 적층 평면(83) 상에 배치되며, 제4 층 두께(d4)를 갖는 페이스트-형 재료(81)의 제4 재료 층(102)이, 제3 재료 층(93) 상에 도포된다(도 6e). 제4 재료 형판(101)은, 프레임(103) 및 4개의 제4 커버 요소(104)를 포함하고, 여기서 제4 커버 요소(104)는 제4 단면 구역(14)의 제4 시트 구역들(24)에 대응하고, 프레임(103)에 연결된다.
제2 캐비티들(27)의 제2 삽입 높이(h2)는, 제4 재료 층(102)의 도포 이후에 달성되어, 제2 캐비티들(27) 내로 절삭 요소들(82)을 배치하는 것이 수행될 수 있다. 제4 재료 형판(101)은 제거되고, 제2 삽입 형판(105)(도 7f)이 적층 평면(83) 상에 배치되며, 절삭 요소들(82)은 제2 삽입 형판(105)에 의해 제2 캐비티들(27) 내에 배치된다(도 6f). 제2 삽입 형판(105)은, 4개의 제2 캐비티(27)에 대응하는 4개의 제2 개구(107)를 갖는 플레이트(106)를 포함한다. 제2 삽입 형판(105)은 제거되고, 제5 재료 형판이 적층 평면(83) 상에 배치되며, 제5 층 두께(d5)를 갖는 페이스트-형 재료(81)의 제5 재료 층(108)이, 제4 재료 층(102) 상에 도포된다(도 6g). 제3 생소지(80)의 제1 및 제5 단면 구역(11, 15)이 일치하기 때문에, 제5 재료 형판의 기하학적 구조는, 제1 재료 형판(84)에 대응된다. 제1 및 제5 재료 층(85, 108)의 층 두께들(d1, d5)이 또한 일치하기 때문에, 제1 재료 형판(84) 및 제5 재료 형판은 동일하다. 도 6h는 페이스트-형 재료(81)로부터 적층 방식으로 형성되는 제3 생소지(80)를 도시한다. 제1 층 두께 및 제5 층 두께가 상이한 생소지의 경우, 제1 재료 형판 및 제5 재료 형판은 동일하지 않다. 재료 형판들의 기하학적 구조는, 단면 구역들 및 층 두께들에 의해 결정된다. 제3 생소지(80)의 절삭 요소들(82)은, 제1 생소지(10)의 절삭 요소들(42)과 마찬가지로 특수 재료 내에 매립되고, 여기서 제1 및 제2 캐비티(26, 27)의 충전은, 1-부분 또는 2-부분 충전 방법으로 수행될 수 있다. 특수 재료의 사용은, 제3 생소지(80)가 압축을 위해 고온 압착 및/또는 소결에 의해 후속하는 가공을 받으며 그리고 절삭 요소(82)가 고온 압착 및/또는 소결 도중에 사용되는 페이스트-형 재료(81)에 의해 손상되는 경우에 적합하다. 특수 재료는, 페이스트-형 재료(81)와 화학적 결합을 형성하도록 그리고 절삭 요소(82)를 기계적으로 결합하도록 선택된다.
Claims (11)
- 생소지(green body)(10; 60; 80)의 3-차원 데이터에 기초하고, 한정된 방식으로 배열되는 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 포함하여, 분말 또는 페이스트-형 재료(41; 61; 81)로 생소지(10; 60; 80)를 적층 제조하기 위한 방법으로서,
상기 생소지(10; 60; 80)는, 적층 방향(16)으로, 상기 적층 방향(16)에 대해 수직인 2-차원 단면 및 상기 적층 방향(16)에 대해 평행한 층 두께(d1, d2, d3, d4, d5)로 이루어지는, N(N ≥ 2)개의 연속적인 실린더형 단면 구역들(11, 12, 13, 14, 15)로 분리되고, 상기 방법은,
- 상기 생소지(10; 60; 80)의 단면 구역들(11, 12, 13, 14, 15)은 각각 상기 분말 또는 페이스트-형 재료(41; 61; 81)로 생성되는 재료 구역들(17, 18, 21, 23, 25) 및 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)이 배치되는 시트 구역들(19, 22, 24)로 분할되는 단계;
- 하나의 시트 구역 또는 적층 방향(16)으로 연속적인 복수의 시트 구역(19, 22; 22, 24)에 의해 형성되는 적어도 하나의 캐비티(cavity)(26, 27)가 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배열하기 위해 요구되는 삽입 높이(h1, h2)를 가질 때까지, 하나의 단면 구역의 재료 구역들 또는 적층 방향(16)으로 연속적인 복수의 단면 구역(12, 13, 14, 15)의 재료 구역들(18, 21; 21, 23)이 상기 적층 방향(16)에 대해 수직으로 배치되는 적층 평면(43; 64; 83)에 도포되는 단계; 및
- 적어도 하나의 절삭 요소(42; 62, 63; 82)가, 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배열하기 위해 요구되는 삽입 높이(h1, h2)를 갖는 캐비티(26, 27) 내에 배치되는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배열하기 위해 요구되는 캐비티(26, 27)의 삽입 높이(h1, h2)는 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)의 최소 직경(Dmin)보다 작은 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배열하기 위해 요구되는 캐비티(26, 27)의 삽입 높이(h1, h2)는 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)의 최대 직경(Dmax)보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 요구되는 삽입 높이(h1, h2)를 갖는 캐비티(26, 27)는 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)뿐만 아니라, 상기 분말 또는 페이스트-형 재료(41; 61; 81)와 화학적 결합을 형성하고 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 기계적으로 결합하는 특수 재료(48)로도 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 요구되는 삽입 높이(h1, h2)를 갖는 캐비티(26, 27)를 특수 재료(48)로 충전하는 것은 하나의 방법 단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 캐비티(26, 27)를 특수 재료(48)로 충전하는 것은 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배치하기 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 캐비티(26, 27)를 특수 재료(48)로 충전하는 것은 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배치한 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 요구되는 삽입 높이(h1, h2)를 갖는 캐비티(26, 27)를 특수 재료(48)로 충전하는 것은 2개의 방법 단계로 수행되고, 상기 특수 재료(48)의 제1 부분이 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배치하기 이전에 상기 캐비티(26, 27) 내로 충전되며, 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)은 상기 특수 재료(48)의 제1 부분 내에 배치되고, 상기 특수 재료(48)의 제2 부분이 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배치한 이후에 상기 캐비티(26, 27) 내로 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)은 적어도 부분적으로 접착제(51)에 의해 상기 캐비티(26, 27) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 요구되는 삽입 높이(h1, h2)를 갖는 캐비티(26, 27)는 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 배치하기 이전에 상기 접착제(51)로 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)은, 상기 절삭 요소들(42; 62, 63; 82)을 상기 캐비티(26, 27) 내로 배치하기 이전에, 적어도 부분적으로 상기 접착제(51)로 적셔지는 것을 특징으로 하는 방법.
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