KR102430511B1 - 3D printer stack cooling system with arc welding method and cooling method using thereof - Google Patents

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Abstract

제안기술은 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크 열원을 이용하는 3D 프린터의 적층물 제작 시 적층물을 냉각시키기 위한 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 발명이다.The proposed technology relates to an apparatus for cooling a laminate of a 3D printer having an arc welding method and a cooling method using the same, and more particularly, an apparatus for cooling a laminate when manufacturing a laminate of a 3D printer using an arc heat source, and cooling using the same It is an invention about a method.

Description

아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치 및 이를 이용한 냉각 방법{3D printer stack cooling system with arc welding method and cooling method using thereof}3D printer stack cooling system with arc welding method and cooling method using the same

제안기술은 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크 열원을 이용하는 3D 프린터의 적층물 제작 시 적층물을 냉각시키기 위한 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 발명이다.The proposed technology relates to an apparatus for cooling a laminate of a 3D printer having an arc welding method and a cooling method using the same, and more particularly, an apparatus for cooling a laminate when manufacturing a laminate of a 3D printer using an arc heat source, and cooling using the same It is an invention about a method.

일반적으로, 중대물 선박부품의 제조는 사형주조 공정을 통해 제작되었으나 복잡한 주형 내부 형상 설계, 중자조립 및 높은 주조 결함 문제로 인해 적층제조기술(Additive Manufacturing 3D Printing) 기술을 활용한 제조 공법으로 대체하기 위한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.In general, the manufacture of heavy-duty ship parts was manufactured through the sand casting process, but due to the complex mold internal shape design, core assembly, and high casting defects, it was replaced by a manufacturing method using additive manufacturing technology (3D Printing). The development of technology for

3D Printing 기술은 설계 데이터 기반의 3차원 형상을 제작하기 위하여 CAD/CAM(Computer aided design/Computer aided manufacturing) System을 활용한 Digital data화 된 3차원 형상을 2차원 단면으로 한 층씩 적층시켜 최종 구조물을 제작하는 제조기법이다. 최근에 활발히 연구되고 있는 3D Printing 기술은 원재료의 소모가 적고 제품을 신속하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.The 3D printing technology uses a CAD/CAM (Computer aided design/Computer aided manufacturing) system to produce a 3D shape based on design data, and laminates the 3D shape converted into digital data layer by layer as a 2D cross section to produce the final structure. It is a manufacturing method. 3D printing technology, which is being actively researched recently, has the advantage that it consumes less raw materials and can produce products quickly.

3D 금속 프린팅 시스템을 활용한 중대형 선박부품의 제작은 다양한 금속 적층 방식 중 높은 용착량으로 대면적층 효과가 높고, 적층 챔버를 사용하지 않아 대형구조물의 자율형상제조에 유리한 아크 열원 와이어 금속 3D 적층 공정(Wire Arc Additive Manufacturing)이 적용되고 있다.The production of medium-to-large ship parts using the 3D metal printing system has a high effect of large-area lamination due to the high amount of deposition among various metal lamination methods, and the arc heat source wire metal 3D lamination process ( Wire Arc Additive Manufacturing) is being applied.

도 1에는 종래의 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 제작 시 공정 불량에 의한 결과물이 도시되어 있다.1 shows a result of a process defect when manufacturing a laminate of a 3D printer having a conventional arc welding method.

아크 열원을 이용한 적층물 제작 시 높은 아크 열에 의해 적층부에 충분한 냉각이 수반되지 않으면 적층물이 흘러내리는 현상에 의해 용접 토치와 용접부의 Contact to Work Distance가 변경되어 일정한 형태의 비드를 얻기 어려운 문제가 발생하게 된다.When manufacturing a laminate using an arc heat source, if the laminate is not sufficiently cooled due to high arc heat, the contact to work distance between the welding torch and the welding part is changed due to the phenomenon of the laminate flowing down, making it difficult to obtain a bead of a certain shape. will occur

한국등록특허 제10-1825319호Korean Patent Registration No. 10-1825319

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 아크 열원을 이용하는 3D 프린터의 적층물 제작 시 특정 온도까지 빠른 시간에 적층물을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention was invented to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a cooling apparatus and method capable of cooling the laminate to a specific temperature in a fast time when manufacturing the laminate of a 3D printer using an arc heat source.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치에 있어서,In the laminate cooling apparatus of the 3D printer having the arc welding method of the present invention for achieving the above object,

적층물의 온도를 센싱하는 온도 센싱 부재; 및a temperature sensing member for sensing a temperature of the laminate; and

적층물을 냉각시키는 냉각 부재;를 포함하며,a cooling member for cooling the laminate;

온도 센싱 부재와 냉각 부재는 서로 연동되어 작동하는 것을 특징으로 한다.The temperature sensing member and the cooling member are characterized in that they operate in conjunction with each other.

냉각 부재는 공기(Air) 또는 불활성 가스를 통해 적층물의 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 것을 특징으로 한다.The cooling member is characterized in that the molten portion of the laminate is solidified to a predetermined temperature through air or an inert gas.

온도 센싱 부재는 적층물의 온도가 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하는 기 정해진 온도 이상이 되면 냉각 부재가 작동하도록 신호를 보내는 것을 특징으로 한다.The temperature sensing member is characterized in that when the temperature of the stack is higher than a predetermined temperature at which the deformation and collapse of the stack occurs, the cooling member sends a signal to operate.

온도 센싱 부재는 적외선 센서(infrared sensor)인 것을 특징으로 한다.The temperature sensing member is an infrared sensor.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치를 이용한 냉각 방법에 있어서,In the cooling method using the laminate cooling device of the 3D printer having the arc welding method of the present invention for achieving the above object,

적층물을 냉각시키기 위한 최적의 온도 및 냉각 시간을 설정하는 선행 테스트 단계;a preceding test step of setting an optimal temperature and cooling time for cooling the laminate;

적층물의 용접 경로 설정 단계;setting a welding path of the laminate;

적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계;Welding to form a laminate is in progress;

온도 센싱 부재를 이용하여 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계;를 포함하며,Sensing the temperature of the molten part of the laminate by using a temperature sensing member;

온도 센싱 부재를 이용하여 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계에서 용융부의 온도가 일정 온도 이상인 경우, In the step of sensing the temperature of the molten part of the laminate by using the temperature sensing member, when the temperature of the molten part is equal to or higher than a certain temperature,

냉각 부재를 이용하여 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the step of solidifying the molten portion to a predetermined temperature by using a cooling member proceeds.

적층물을 냉각시키기 위한 최적의 온도 및 냉각 시간을 설정하는 선행 테스트 단계에서,In the preceding test step to set the optimum temperature and cooling time for cooling the laminate,

최적의 온도는 적층물 용접 시 적층물에 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않는 온도인 것을 특징으로 한다.The optimum temperature is characterized by a temperature at which deformation and collapse of the laminate do not occur in the laminate when welding the laminate.

적층물의 용접 경로 설정 단계에서, 용접은 지그재그 방향으로 적층되는 것을 특징으로 한다.In the step of setting the welding path of the laminate, the welding is characterized in that it is laminated in a zigzag direction.

적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서, 동일 평면상에 용접되는 패스(pass)간 간격은 6.3mm 초과, 6.7mm 미만인 것을 특징으로 한다.In the stage of welding for forming the laminate, the spacing between passes welded on the same plane is more than 6.3 mm and less than 6.7 mm.

적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서, 용접을 위한 와이어는 알루미늄, 니켈, 철, 망간, 구리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In the step of welding to form a laminate, the wire for welding is characterized in that it is configured to include aluminum, nickel, iron, manganese, copper.

와이어에서 알루미늄은 8.5~9.5 중량%, 니켈은 4.0~5.5 중량%, 철은 3.0~5.0 중량%, 망간은 0.6~3.5 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.In the wire, aluminum is 8.5 to 9.5% by weight, nickel is 4.0 to 5.5% by weight, iron is 3.0 to 5.0% by weight, and manganese is 0.6 to 3.5% by weight.

냉각 부재를 이용하여 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계에서,In the step of solidifying the molten portion to a certain temperature using a cooling member,

냉각 부재는 공기(Air) 또는 불활성 가스를 통해 용융부를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.The cooling member is characterized in that the molten portion is cooled through air or an inert gas.

본 발명에 따르면, 적층물을 빠른 시간 안에 특정 온도로 냉각시킴으로써 생산속도 및 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of improving the production speed and quality by cooling the laminate to a specific temperature within a short time.

도 1은 종래의 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 제작 시 공정 불량에 의한 결과물.
도 2는 본 발명에 따른 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치를 이용한 냉각 방법의 공정 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 용접 시 한 방향 적층과 지그재그 적층 시 비교 도면.
도 5는 용접 프로세스 모드인 CMT 모드에 의한 비드 단면 형상.
도 6은 용접 프로세스 모드에 따른 비드 형상 및 적층성 비교 도면.
도 7은 본 발명에 따른 용접 시 패스 간 간격 조건 도출 비교 도면.
도 8은 본 발명에 따른 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치 및 이를 이용한 냉각 방법을 이용하여 제작된 결과물.1 is a result of a process defect when manufacturing a laminate of a 3D printer having a conventional arc welding method.
Figure 2 is a conceptual diagram of a laminate cooling apparatus of a 3D printer having an arc welding method according to the present invention.
3 is a process flow chart of a cooling method using a stack cooling device of a 3D printer having an arc welding method according to the present invention.
4 is a comparative view of unidirectional lamination and zigzag lamination during welding according to the present invention.
5 is a bead cross-sectional shape by the CMT mode, which is a welding process mode.
6 is a comparison view of bead shape and lamination according to the welding process mode.
7 is a comparative view of derivation of the interval condition between passes during welding according to the present invention.
8 is a product manufactured by using a cooling apparatus for a laminate of a 3D printer having an arc welding method according to the present invention and a cooling method using the same.

본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. The features and effects of the present invention will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terms used in the present application are only for describing specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크 열원을 이용하는 3D 프린터의 적층물 제작 시 적층물을 냉각시키기 위한 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to an apparatus for cooling a laminate of a 3D printer having an arc welding method and a cooling method using the same, and more particularly, to an apparatus for cooling a laminate when manufacturing a laminate of a 3D printer using an arc heat source, and cooling using the same It is an invention about a method.

도 2에는 본 발명에 따른 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치의 개념도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치를 이용한 냉각 방법의 공정 순서도가 도시되어 있다.2 is a conceptual diagram of a 3D printer stack cooling device having an arc welding method according to the present invention, and FIG. 3 is a cooling method using a 3D printer stack cooling device having an arc welding method according to the present invention. A process flow chart is shown.

본 발명의 냉각장치는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터(12)를 이용하여 적층되는 적층물의 온도를 센싱하는 온도 센싱 부재(4)와, 상기 적층물을 냉각시키는 냉각 부재(2)를 포함하여 구성된다.The cooling device of the present invention includes a temperature sensing member (4) for sensing the temperature of a laminate stacked using a 3D printer (12) having an arc welding method, and a cooling member (2) for cooling the stacked product do.

상기 온도 센싱 부재(4)와 상기 냉각 부재(2)는 서로 연동되어 작동하는 것으로, 서로 직접 신호를 주고 받거나, 제어부(6)를 통해 신호를 주고 받게 된다.The temperature sensing member 4 and the cooling member 2 operate in conjunction with each other, and directly transmit and receive signals or send and receive signals through the control unit 6 .

상기 온도 센싱 부재(4)는 상기 적층물 제작 시 상기 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않는 온도를 특정화하여 센싱하게 된다. The temperature sensing member 4 senses by specifying a temperature at which deformation and collapse of the laminate do not occur when the laminate is manufactured.

즉, 상기 온도 센싱 부재(4)는 상기 적층물 제작 시 상기 용융부의 온도를 센싱하여 상기 적층물의 온도가 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하는 기 정해진 온도 이상이 되면 상기 냉각 부재(2)가 작동하도록 제어부(6)에 신호를 보내거나 상기 냉각부재에 직접 신호를 보내게 된다.That is, the temperature sensing member 4 senses the temperature of the molten part when the laminate is manufactured, and when the temperature of the laminate is higher than a predetermined temperature at which deformation and collapse of the laminate occurs, the cooling member 2 operates to send a signal to the control unit 6 or to send a signal directly to the cooling member.

상기 온도 센싱 부재(4)로는 적외선 센서(infrared sensor)가 적용될 수 있으며, 상기 용융부의 온도를 센싱할 수 있는 센서라면 어떠한 센서라도 적용 가능하다.An infrared sensor may be applied as the temperature sensing member 4 , and any sensor capable of sensing the temperature of the molten portion may be applied.

상기 냉각부재는 공기(Air) 또는 불활성 가스 등의 냉각 가스를 상기 용융부에 분사하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키게 된다.The cooling member sprays a cooling gas such as air or an inert gas to the molten part to solidify the molten part to a predetermined temperature.

상기 냉각부재로는 팬(fan) 또는 노즐(nozzle) 등이 적용될 수 있으며, 상기 용융부에 상기 냉각 가스를 분사할 수 있다면 어떠한 장치라도 적용 가능하다.A fan or a nozzle may be applied as the cooling member, and any device may be applied as long as the cooling gas can be sprayed to the molten portion.

상기 3D 프린터(12)의 일측에는 아크를 대기로부터 보호하기 위한 실드가스(shielding gas)(10)를 공급하는 용접기계(8)가 배치된다.A welding machine 8 for supplying a shielding gas 10 for protecting the arc from the atmosphere is disposed on one side of the 3D printer 12 .

하기에서는 상기 냉각 장치를 이용한 적층물의 냉각 방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for cooling the laminate using the cooling device will be described.

본 발명의 냉각 방법은,The cooling method of the present invention comprises:

아크 용접방식을 갖는 3D 프린터(12)를 이용한 적층물 제작 시 상기 적층물을 냉각시키기 위한 최적의 온도 및 냉각 시간을 설정하는 선행 테스트 단계;A preceding test step of setting an optimal temperature and cooling time for cooling the laminate when the laminate is manufactured using the 3D printer 12 having an arc welding method;

상기 적층물의 용접 경로 설정 단계;setting a welding path of the laminate;

상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계; 및Welding to form the laminate is in progress; and

온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계;를 포함하여 진행된다.Sensing the temperature of the molten portion of the laminate by using the temperature sensing member 4; proceeds including.

상기 적층물을 냉각시키기 위한 최적의 온도 및 냉각 시간을 설정하는 선행 테스트 단계에서 상기 최적의 온도는 상기 적층물의 용접 시 상기 적층물에 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않는 온도가 된다. In the preceding test step of setting the optimum temperature and cooling time for cooling the laminate, the optimum temperature is a temperature at which deformation and collapse of the laminate do not occur in the laminate when welding the laminate.

상기 선행 테스트 단계를 반복 진행하면서 상기 용융부에 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하는 온도 범위를 얻게 된다. By repeating the preceding test step, a temperature range in which deformation and collapse of the laminate occurs in the molten portion is obtained.

상기 선행 테스트 단계가 완료되면, 상기 적층물의 용접 경로 설정 단계가 진행된다.When the preceding test step is completed, the welding path setting step of the laminate proceeds.

도 4에는 본 발명에 따른 용접 시 한 방향 적층과 지그재그 적층 시 비교 도면이 도시되어 있다.4 is a comparative view of unidirectional lamination and zigzag lamination during welding according to the present invention.

상기 적층물의 용접 경로 설정 단계에서 상기 용접은 지그재그 방향으로 적층된다.In the step of setting the welding path of the laminate, the welding is laminated in a zigzag direction.

도면에 도시된 바와 같이, 한 방향 적층의 경우 적층물의 일측이 하방으로 쏠리는 현상이 발생할 수 있다.As shown in the drawing, in the case of one-way stacking, a phenomenon in which one side of the stack is tilted downward may occur.

따라서, 본 발명에서는 서로 인접한 레이어(layer) 적층 시 어느 하나의 레이어가 왼쪽에서 오른쪽으로 향하여 적층 경로를 갖는다면, 상기 어느 하나의 레이어와 인접하여 적층되는 다른 하나의 레이어는 오른쪽에서 왼쪽으로 향하는 적층 경로를 갖게 된다.Accordingly, in the present invention, if one layer has a stacking path from left to right when stacking adjacent layers, the other layer stacked adjacent to one of the layers is stacked from right to left. have a path

상기 적층물의 용접 경로 설정 단계에서 상기 적층물의 용접 경로가 설정되면, 상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계가 진행된다.When the welding path of the laminate is set in the step of setting the welding path of the laminate, welding for forming the laminate proceeds.

상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서는 와이어가 공급되어 아크 용접이 진행된다. In the step of welding for forming the laminate, a wire is supplied and arc welding is performed.

상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서 상기 용접은 1pass 또는 1layer 중 어느 하나일 수 있다.In the step of welding for forming the laminate, the welding may be either one pass or one layer.

도 5에는 용접 프로세스 모드인 CMT 모드에 의한 비드 단면 형상이 도시되어 있고, 도 6에는 용접 프로세스 모드에 따른 비드 형상 및 적층성 비교 도면이 도시되어 있다.5 shows a cross-sectional shape of a bead according to a CMT mode, which is a welding process mode, and FIG. 6 shows a comparison view of a bead shape and stackability according to a welding process mode.

본 발명에서는 용접 프로세스 모드 중 CMT(cold metal transfer) 모드를 적용하여 용접하게 된다. 도 5에 도시된 CMT 모드는 와이어의 움직임을 디지털 프로세스로 초당 90초 이상 제어하여 낮은 전류에서도 용적 이행하여 용접하는 저입열 용접기법으로, CMT 모드를 이용한 적층 시 도 6에 도시된 바와 같은 적층 형상을 얻을 수 있다.In the present invention, welding is performed by applying a cold metal transfer (CMT) mode among welding process modes. The CMT mode shown in FIG. 5 is a low heat input welding technique that performs volume transfer and welding even at low current by controlling the movement of the wire for 90 seconds or more per second with a digital process. can get

도 7에는 본 발명에 따른 용접 시 패스 간 간격 조건 도출 비교 도면이 도시되어 있다.7 is a comparative diagram showing the derivation of the interval condition between passes during welding according to the present invention.

상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서 동일 평면상에 용접되는 패스(pass)간 간격은 6.5mm가 된다. 즉, 상기 CMT 모드로 용접 시 어느 하나의 비드의 상하방향 중심선과 상기 어느 하나의 비드의 일측에 용접되는 다른 하나의 비드의 상하방향 중심선은 6.3mm 초과, 6.7mm 미만의 간격을 갖게 된다. 특히 6.5mm의 간격을 갖는 경우 목표로 하는 적층 프로파일을 얻을 수 있다.In the stage of welding for forming the laminate, the interval between passes welded on the same plane is 6.5 mm. That is, when welding in the CMT mode, the vertical center line of any one bead and the vertical center line of the other bead welded to one side of the one bead have an interval of more than 6.3 mm and less than 6.7 mm. In particular, in the case of having an interval of 6.5 mm, a target lamination profile can be obtained.

이때, 용접되는 상기 와이어의 직경은 1.2mm이며, 상기 와이어는 알루미늄, 니켈, 철, 망간, 구리를 포함하여 구성된다.At this time, the diameter of the wire to be welded is 1.2mm, and the wire is configured to include aluminum, nickel, iron, manganese, and copper.

상기 알루미늄은 8.5~9.5 중량%, 상기 니켈은 4.0~5.5 중량%, 상기 철은 3.0~5.0 중량%, 상기 망간은 0.6~3.5 중량% 및 나머지의 구리로 이루어질 수 있다.The aluminum may be composed of 8.5 to 9.5 wt%, the nickel at 4.0 to 5.5 wt%, the iron at 3.0 to 5.0 wt%, the manganese at 0.6 to 3.5 wt%, and the remainder of copper.

상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계 진행 시, 상기 와이어를 공급하는 와이어 공급 노즐과 상기 적층물이 형성되는 기판의 각도는 90도인 것으로, 상기 와이어의 공급 각도는 90도가 된다.When the welding for forming the laminate proceeds, the angle between the wire supply nozzle for supplying the wire and the substrate on which the laminate is formed is 90 degrees, and the wire supply angle is 90 degrees.

이다. 보호가스는 100% 아르곤(Ar)이며, 20L/min의 유량으로 유지된다. 와이어 송급 속도(wire feeding speed)는 8.0m/min이고, 전류(I)=198A, 전압(V)=20.3V이며, 용접 속도는 0.3m/min이고, 기판과 토치 사이의 간격(contact to work distance)은 15mm가 된다.to be. The shielding gas is 100% argon (Ar) and is maintained at a flow rate of 20 L/min. The wire feeding speed is 8.0m/min, the current (I)=198A, the voltage (V)=20.3V, the welding speed is 0.3m/min, the distance between the substrate and the torch (contact to work) distance) is 15mm.

상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서 상기의 조건으로 상기 적층물을 제작하기 위한 상기 아크 용접이 진행되면, 온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계가 진행된다.When the arc welding for manufacturing the laminate is progressed under the above conditions in the step of welding for forming the laminate, sensing the temperature of the melting part of the laminate using the temperature sensing member 4 is going on

상기 온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계에서는 상기 적층물의 온도가 기 정해진 온도 이상이 되면 상기 냉각 부재(2)가 작동하도록 상기 제어부(6)에 신호를 보내거나 상기 냉각 부재(2)에 직접 신호를 보내게 된다.In the step of sensing the temperature of the melting part of the laminate by using the temperature sensing member 4, when the temperature of the laminate is higher than a predetermined temperature, a signal is sent to the control unit 6 to operate the cooling member 2 Or it sends a signal directly to the cooling member (2).

상기 기 정해진 온도는 상기 선행 테스트 단계에서 얻어진 상기 적층물에 용적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않는 온도가 된다. The predetermined temperature is a temperature at which deformation and collapse of the volumetric laminate does not occur in the laminate obtained in the preceding test step.

상기 온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계에서 센싱된 상기 용융부의 온도가 일정 온도 이상인 경우, 상기 냉각 부재(2)를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계가 진행된다.When the temperature of the molten part sensed in the step of sensing the temperature of the molten part of the laminate using the temperature sensing member 4 is equal to or higher than a predetermined temperature, the molten part is solidified to a predetermined temperature using the cooling member 2 Steps are in progress.

상기 냉각 부재(2)를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계에서 상기 냉각 부재(2)는 상기 용융부를 향해 상기 냉각 가스를 분사시키게 된다.In the step of using the cooling member 2 to solidify the molten portion to a predetermined temperature, the cooling member 2 sprays the cooling gas toward the molten portion.

상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계에서 상기 일정 온도는 200℃ 미만인 것이 바람직하다.In the step of solidifying the molten portion to a predetermined temperature, the predetermined temperature is preferably less than 200 °C.

상기 냉각 부재(2)를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계 이후 상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계 및 상기 온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계가 반복 진행된다.After solidifying the molten part to a predetermined temperature using the cooling member 2, welding to form the laminate is performed, and the temperature sensing member 4 is used to sense the temperature of the molten part of the laminate. step is repeated.

상기 온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계에서 센싱된 상기 용융부의 온도가 일정 온도 이하인 경우, 상기 냉각 부재(2)를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계는 진행되지 않고, 상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계와 온도 센싱 부재(4)를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계가 반복 진행된다.When the temperature of the molten part sensed in the step of sensing the temperature of the molten part of the laminate by using the temperature sensing member 4 is below a certain temperature, the molten part is solidified to a predetermined temperature using the cooling member 2 The step does not proceed, and the step of welding for forming the laminate and the step of sensing the temperature of the molten part of the laminate by using the temperature sensing member 4 are repeatedly performed.

도 8에는 본 발명에 따른 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치 및 이를 이용한 냉각 방법을 이용하여 제작된 결과물이 도시되어 있다.FIG. 8 shows an apparatus for cooling a stack of a 3D printer having an arc welding method according to the present invention and a result produced by using the cooling method using the same.

도 8을 참고하여 보면, 본 발명의 냉각 장치 및 냉각 방법을 적용하여 제조된 적층물의 경우, 도 1과 비교하여 적층 시 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않아 균일한 상태로 적층되는 것을 확인할 수 있다. 이때, 1레이어(layer) 적층 또는 1패스(pass) 후 냉각 온도가 200℃ 미만이어야 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않는다.Referring to FIG. 8, in the case of a laminate manufactured by applying the cooling device and cooling method of the present invention, it can be confirmed that the laminate is laminated in a uniform state because deformation and collapse of the laminate do not occur during lamination as compared with FIG. have. At this time, when the cooling temperature is less than 200° C. after lamination of one layer or one pass, deformation and collapse of the laminate do not occur.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above, although it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the technical field will be described later in the claims of the present invention And it will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the technical scope.

2 : 냉각 부재
4 : 온도 센싱 부재
6 : 제어부
8 : 용접기계(welding machine)
10 : 실드가스(shielding gas)
12 : 3D 프린터2: cooling member
4: No temperature sensing
6: control unit
8: welding machine
10: shielding gas (shielding gas)
12: 3D Printer

Claims (11)

아크 용접방식을 갖는 3D 프린터를 이용한 적층물 제작 시 상기 적층물을 냉각시키기 위한 냉각 장치에 있어서,
상기 적층물의 온도를 센싱하는 온도 센싱 부재;
상기 3D 프린터의 일측에 배치되어 아크를 대기로부터 보호하기 위한 보호가스를 공급하는 용접기계와 별도로 구비되어, 상기 적층물을 냉각시키는 냉각 부재;를 포함하며,
용접을 위한 와이어가 알루미늄 8.5~9.5 중량%, 니켈 4.0~5.5 중량%, 철 3.0~5.0 중량%, 망간 0.6~3.5 중량% 및 나머지 구리로 이루어지고,
상기 온도 센싱 부재는 상기 적층물의 용융부 온도가 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하는 기 정해진 온도 이상이 되면 상기 냉각 부재가 작동하도록 신호를 보내되,
센싱된 상기 용융부의 온도가 기 정해진 온도 이상인 경우, 상기 냉각 부재를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계가 진행되고,
센싱된 상기 용융부의 온도가 200℃ 미만인 경우, 상기 냉각 부재를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계는 진행되지 않고, 상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계와 상기 온도 센싱 부재를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계가 반복 진행되며,
1레이어(layer) 적층 또는 1패스(pass) 후 냉각 온도가 200℃ 미만인 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치. In the cooling device for cooling the laminate when manufacturing the laminate using a 3D printer having an arc welding method,
a temperature sensing member for sensing a temperature of the stack;
A cooling member disposed on one side of the 3D printer and provided separately from a welding machine that supplies a protective gas for protecting the arc from the atmosphere, and cooling the laminate, includes;
The wire for welding consists of aluminum 8.5-9.5 wt%, nickel 4.0-5.5 wt%, iron 3.0-5.0 wt%, manganese 0.6-3.5 wt%, and the remainder copper,
The temperature sensing member sends a signal to operate the cooling member when the temperature of the melting part of the stack is above a predetermined temperature at which deformation and collapse of the stack occur,
When the sensed temperature of the molten portion is equal to or greater than a predetermined temperature, the step of solidifying the molten portion to a predetermined temperature by using the cooling member proceeds,
When the sensed temperature of the molten portion is less than 200 ℃, the step of solidifying the molten portion to a predetermined temperature by using the cooling member does not proceed, the step of welding to form the laminate proceeds and the temperature sensing member The step of sensing the temperature of the melting part of the laminate is repeated using
1 layer (layer) lamination or 1 pass (pass) after the cooling temperature is less than 200 ℃ 3D printer stack cooling device, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 냉각 부재는 공기(Air) 또는 불활성 가스를 통해 상기 적층물의 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치.According to claim 1,
The cooling member is an apparatus for cooling a stack of a 3D printer having an arc welding method, characterized in that the molten portion of the stack is solidified to a predetermined temperature through air or an inert gas. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 온도 센싱 부재는 적외선 센서(infrared sensor)인 것을 특징으로 하는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치.According to claim 1,
The temperature sensing member is an infrared sensor (infrared sensor), the stack cooling apparatus of the 3D printer having an arc welding method. 제1항 , 제2항 및 제4항 중 어느 한 항의 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 장치를 이용한 상기 적층물의 냉각 방법에 있어서,
상기 적층물을 냉각시키기 위한 최적의 온도 및 냉각 시간을 설정하는 선행 테스트 단계;
상기 적층물의 용접 경로 설정 단계;
상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계;
온도 센싱 부재를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계;를 포함하며,
상기 최적의 온도는 상기 적층물의 용접 시 상기 적층물에 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하지 않는 온도를 의미하며, 상기 선행 테스트 단계를 반복 진행하면서 상기 용융부에 적층물의 변형 및 붕괴현상이 발생하는 온도 범위를 얻게 되며,
상기 온도 센싱 부재를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계에서 상기 용융부의 온도가 일정 온도 이상인 경우, 상기 3D 프린터의 일측에 배치되어 아크를 대기로부터 보호하기 위한 보호가스를 공급하는 용접기계와 별도로 구비되는 냉각 부재를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계가 진행되며,
상기 온도 센싱 부재를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계에서 상기 용융부의 온도가 일정 온도 이하인 경우, 상기 냉각 부재를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계는 진행되지 않고, 상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계와 상기 온도 센싱 부재를 이용하여 상기 적층물의 용융부 온도를 센싱하는 단계가 반복 진행되며,
용접을 위한 와이어가 알루미늄 8.5~9.5 중량%, 니켈 4.0~5.5 중량%, 철 3.0~5.0 중량%, 망간 0.6~3.5 중량% 및 나머지 구리로 이루어지고, 1레이어(layer) 적층 또는 1패스(pass) 후 냉각 온도가 200℃ 미만이 되는 것을 특징으로 하는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 방법..[Claim 5] In the method of cooling the laminate using the cooling apparatus of the 3D printer having the arc welding method of any one of claims 1, 2 and 4,
a preceding test step of setting an optimal temperature and cooling time for cooling the laminate;
setting a welding path of the laminate;
Welding to form the laminate is in progress;
Sensing the temperature of the melting part of the laminate by using a temperature sensing member;
The optimum temperature means a temperature at which deformation and collapse of the laminate does not occur in the laminate when welding the laminate, and the deformation and collapse of the laminate occurs in the molten portion while repeating the preceding test step You get the temperature range,
In the step of sensing the temperature of the molten part of the laminate by using the temperature sensing member, when the temperature of the molten part is above a certain temperature, a welding machine disposed on one side of the 3D printer to supply a protective gas for protecting the arc from the atmosphere The step of solidifying the molten portion to a predetermined temperature by using a cooling member provided separately from the proceeds,
If the temperature of the molten part is below a certain temperature in the step of sensing the temperature of the molten part of the laminate by using the temperature sensing member, the step of solidifying the molten part to a predetermined temperature by using the cooling member does not proceed, the stacking The step of welding to form water and the step of sensing the temperature of the melting part of the laminate by using the temperature sensing member are repeatedly performed,
The wire for welding consists of aluminum 8.5 to 9.5% by weight, nickel 4.0 to 5.5% by weight, iron 3.0 to 5.0% by weight, manganese 0.6 to 3.5% by weight, and the remainder copper, and is laminated in one layer or in one pass. ) After cooling the stack cooling method of the 3D printer having an arc welding method, characterized in that the cooling temperature is less than 200 ℃.. 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 적층물의 용접 경로 설정 단계에서,
상기 용접은 지그재그 방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 방법.6. The method of claim 5,
In the step of setting the welding path of the laminate,
The welding is a stack cooling method of a 3D printer having an arc welding method, characterized in that the stacked in a zigzag direction. 제7항에 있어서,
상기 적층물을 형성하기 위한 용접이 진행되는 단계에서.
동일 평면상에 용접되는 패스(pass)간 간격은 6.3mm 초과, 6.7mm 미만인 것을 특징으로 하는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 방법.8. The method of claim 7,
In the step of welding to form the laminate is in progress.
A method for cooling a stack of a 3D printer having an arc welding method, characterized in that the interval between passes welded on the same plane is greater than 6.3 mm and less than 6.7 mm. 삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 냉각 부재를 이용하여 상기 용융부를 일정 온도까지 응고시키는 단계에서,
상기 냉각 부재는 공기(Air) 또는 불활성 가스를 통해 상기 용융부를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접방식을 갖는 3D 프린터의 적층물 냉각 방법.6. The method of claim 5,
In the step of solidifying the molten portion to a predetermined temperature using the cooling member,
The cooling member cools the molten part through air or an inert gas.
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