KR102463114B1 - Method for generating an antenna using metal 3d printing additive technique and chemical polishing method - Google Patents

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Abstract

3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법은 안테나의 복수의 슬롯에 대해 각 슬롯의 형상이 적층 방향에서 하부에 해당하는 업스킨(up-skin) 부분을 원형 형상으로 생성하는 단계; 상기 업스킨 부분으로부터 적층되어 연속적으로 이어지는 상기 슬롯의 코어(core) 부분을 생성하는 단계; 상기 각 슬롯의 형상이 적층 방향에서 상부에 해당하는 다운스킨(down-skin) 부분을 삼각 형상으로 생성하되 상기 삼각 형상의 세 개의 꼭지점은 라운드(round), 곡선 또는 곡면 형태로 생성하는 단계; 상기 생성된 복수의 슬롯과 안테나 바디부를 포함하는 상기 안테나를 생성하는 단계; 및 상기 안테나를 인산 및 황산 포함하는 혼합액으로 교반하여 연마하는 단계를 포함할 수 있다. A method of generating an antenna using a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method is a method of generating an up-skin part corresponding to the lower part in the stacking direction in a circular shape in which the shape of each slot for a plurality of slots of the antenna is a circular shape. step; stacking from the upskin portion to create a continuous continuous core portion of the slot; generating a down-skin portion corresponding to the upper portion in the stacking direction in the shape of each slot in a triangular shape, wherein three vertices of the triangular shape are round, curved, or curved; generating the antenna including the plurality of slots and the antenna body; and grinding the antenna by stirring it with a mixed solution containing phosphoric acid and sulfuric acid.

Description

금속 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법{METHOD FOR GENERATING AN ANTENNA USING METAL 3D PRINTING ADDITIVE TECHNIQUE AND CHEMICAL POLISHING METHOD}METHOD FOR GENERATING AN ANTENNA USING METAL 3D PRINTING ADDITIVE TECHNIQUE AND CHEMICAL POLISHING METHOD

본 발명은 안테나 생성하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an antenna, and more particularly, to a method for producing an antenna using a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method.

미세 슬롯 패턴을 적용한 평판 안테나는 국방/무기 산업에 다양하게 사용되고 있다. 특히, 미사일을 탐지하고 추적하는 탐색기용으로 그 가치를 발휘하고 있다. 정확한 위치 및 속도를 추적하기 위해서는 매우 민감한 전파를 탐지해야 하기 때문에 각 슬롯의 크기가 전체 안테나의 민감도를 결정하게 된다. 따라서 수십 내지 수백개에 이르는 미세 형상 슬롯의 균일한 치수 정확도가 매우 필요하다. A flat antenna with a fine slot pattern is used in various ways in the defense/weapon industry. In particular, it is showing its value for searchers that detect and track missiles. The size of each slot determines the sensitivity of the entire antenna because very sensitive radio waves must be detected in order to track the exact position and speed. Therefore, uniform dimensional accuracy of tens to hundreds of micro-shaped slots is very necessary.

종래에는 슬롯 평판 안테나의 제작을 위해 엔드밀(endmill)을 사용한 미세 기계 절삭 가공법을 사용하였다. 평판 슬롯 안테나는 기능, 성능 구현을 위하여 매우 복잡한 전기적 경로가 필요하고 더불어 전파의 합-차 분배를 위한 복층 구조가 필요하다. 이로 인하여 일반적인 가공 방식으로는 제작이 불가하다. 따라서 각 층의 부품을 기계 가공 후 딥브레이징 방식으로 접합하여 제작하고 있으나, 필러 잔유물 및 작업자 숙련도에 따른 전기적 불량이 발생하게 되어 수율이 매우 좋지 않았다. 또한 기계 가공, 딥브레이징 접합 불량, 조립 불량 등 복잡한 제작 절차에 의하여 제작기간이 3개월이 넘어가게 되고 납기의 단축이 매우 어렵다는 문제가 있었다. Conventionally, a micro-machining method using an endmill is used to manufacture a slotted flat antenna. A planar slot antenna requires a very complex electrical path to realize functions and performance, and a multi-layer structure is required for the sum-difference distribution of radio waves. For this reason, it is impossible to manufacture it with a general processing method. Therefore, the parts of each layer are machined and then joined by the deep brazing method, but the yield was not very good because the filler residue and electrical defects according to the skill of the workers occurred. In addition, there was a problem that the production period exceeded 3 months due to complicated manufacturing procedures such as machining, deep brazing bonding defects, and assembly defects, and it was very difficult to shorten the delivery period.

이러한 문제점들로 인하여 기존 제작 방식의 복잡성, 소형화/경량화의 한계, 수율의 문제점, 높은 제작 비용, 긴 제작기간의 문제점을 해결하고자 금속 3D 프린팅 기술을 도입되었다. 그러나, 이러한 금속 3D 프린팅 기법에 따라 안테나를 제조하더라도 생성된 안테나에서의 미세 슬롯 패턴의 치수 불량이 큰 문제점으로 남게 되는 바, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안테나의 슬롯의 치수 보상 설계와 화학 공정 기술을 제안하고자 한다. Due to these problems, metal 3D printing technology was introduced to solve the problems of the complexity of the existing manufacturing method, the limitations of miniaturization/light weight, the problems of yield, the high production cost, and the long production period. However, even when the antenna is manufactured according to the metal 3D printing technique, the dimensional defect of the micro-slot pattern in the generated antenna remains a big problem. In order to solve these problems, the dimensional compensation design of the antenna slot and the chemical process technology I would like to suggest

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of generating an antenna using a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법으로 생성된 안테나를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved in the present invention is to provide an antenna produced by a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법은 안테나의 복수의 슬롯에 대해 각 슬롯의 형상이 적층 방향에서 하부에 해당하는 업스킨(up-skin) 부분을 원형 형상으로 생성하는 단계; 상기 업스킨 부분으로 연속적으로 적층하여 상기 슬롯의 코어(core) 부분을 생성하는 단계; 상기 각 슬롯의 형상이 적층 방향에서 상부에 해당하는 다운스킨(down-skin) 부분을 삼각 형상으로 생성하되 상기 삼각 형상의 세 개의 꼭지점은 라운드(round), 곡선 또는 곡면 형태로 생성하는 단계; 상기 생성된 복수의 슬롯과 안테나 바디부를 포함하는 상기 안테나를 생성하는 단계; 및 상기 안테나를 인산 및 황산 포함하는 혼합액으로 교반하여 연마하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a method of generating an antenna using a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method is an up-skin (up-skin) method in which the shape of each slot corresponds to the lower part in the stacking direction for a plurality of slots of the antenna. skin) generating a portion in a circular shape; continuously stacking with the upskin portion to create a core portion of the slot; generating a down-skin portion corresponding to the upper portion in the stacking direction in the shape of each slot in a triangular shape, wherein three vertices of the triangular shape are round, curved, or curved; generating the antenna including the plurality of slots and the antenna body; and grinding the antenna by stirring it with a mixed solution containing phosphoric acid and sulfuric acid.

상기 삼각 형상을 생성하는 경우 상기 적층 방향에서의 하부 꼭지점들과 상부 꼭지점 간의 각 직선은 45도가 되도록 생성될 수 있다.When generating the triangular shape, each straight line between the lower vertices and the upper vertex in the stacking direction may be generated to be 45 degrees.

상기 방법은 초음파 세척기를 이용하여 상기 연마된 안테나를 지방 알코올 에톡실레이트(fatty alcohol ethoxylate)를 포함하는 세정제 혼합액으로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 세척된 안테나를 물에 세척한 후 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 인산은 85% 인산이고 상기 혼합액에서 95 % 내지 97.5%를 차지할 수 있다. 상기 연마를 수행하는 시간은 3분 내지 5분 사이에 해당할 수 있다.The method may further include washing the polished antenna using an ultrasonic cleaner with a cleaning agent mixture including fatty alcohol ethoxylate. The method may further include drying the washed antenna after washing in water. The phosphoric acid is 85% phosphoric acid and may account for 95% to 97.5% of the mixed solution. The time for performing the polishing may correspond to between 3 minutes and 5 minutes.

본 발명의 일 실시예에 따라, 안테나 내부에서의 슬롯의 상부 패턴 무너짐 현상 및 치수 불일치 현상을 방지하고, 화학 연마 이후의 슬롯 표면의 표면 조도를 상당히 개선하는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an effect of preventing the collapse of the upper pattern and the dimensional mismatch phenomenon of the slot inside the antenna, and significantly improving the surface roughness of the slot surface after chemical polishing.

슬롯의 상부 패턴 무너짐 및 치수 불일치 현상을 해소하고 화학 연마를 통해 슬롯 표면의 표면조도도 상당히 개선함으로써 안테나의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.The performance of the antenna can be remarkably improved by resolving the collapse of the upper pattern of the slot and the dimensional mismatch phenomenon and significantly improving the surface roughness of the slot surface through chemical polishing.

이러한 3D 프린팅 적층 기법과 화학 연마를 통해 안테나를 제조하는 경우 소량화/경량화가 가능해지고, 낮은 제작 비용, 짧은 제작 시간, 높은 수율을 보여주므로 다양한 장점을 가진다.In the case of manufacturing an antenna through such 3D printing stacking technique and chemical polishing, it is possible to reduce the quantity/light weight, and it has various advantages because it shows low manufacturing cost, short manufacturing time, and high yield.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 안테나에서 슬롯에서의 형상을 예시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 슬롯의 형상(100)으로 3D 프린팅 제조 시 나타나는 문제점을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(10)의 슬롯의 상부 원형 형상(120)을 재설계하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 설명한 슬롯의 상부 원형 형상을 재설계하는 경우와 그렇지 않은 경우의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 안테나의 슬롯의 미세 형상을 구현하기 위한 화학(적) 연마 방법에서 연마 프로세스를 설명하기 위해 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 화학 연마 방법에서 세척 프로세스를 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따라 3D 프린팅한 출력 직후의 슬롯 표면과 화학 연마 이후의 슬롯 표면을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 화학 연마에 따른 표면 조도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 흐름도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as a part of the detailed description to help the understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention, and together with the detailed description, explain the technical spirit of the present invention.
1 is a diagram illustrating a shape in a slot in an antenna.
FIG. 2 is an exemplary view for explaining a problem that appears during 3D printing manufacturing with the shape 100 of the slot shown in FIG. 1 .
3 is a view for explaining a method of redesigning the upper circular shape 120 of the slot of the antenna 10 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a difference between a case in which the upper circular shape of the slot described in FIG. 3 is redesigned and a case in which it is not.
5 is a view exemplified for explaining a polishing process in a chemical (red) polishing method for implementing the micro-shape of an antenna slot proposed in the present invention, and FIG. 6 is a cleaning process in the chemical polishing method according to the present invention. It is a drawing exemplified for explanation.
7 and 8 are views showing the slot surface immediately after 3D printing and the slot surface after chemical polishing, respectively, according to the present invention.
9 is a graph showing the surface roughness according to the chemical polishing according to the present invention.
10 is an exemplary flowchart for explaining a method of generating an antenna using a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION The detailed description set forth below in conjunction with the appended drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. The following detailed description includes specific details in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.In some cases, well-known structures and devices may be omitted or shown in block diagram form focusing on core functions of each structure and device in order to avoid obscuring the concept of the present invention. In addition, the same reference numerals are used to describe the same components throughout this specification.

본 발명에서는 금속 3D 프린팅 적층 기법으로 안테나(예를 들어, 평판 안테나 등) 제조 시 안테나 내의 슬롯의 미세 형상의 정확한 치수 확보를 위한 방법을 제안하고자 한다. 평판(형) 안테나는 RFID 리더용 안테나, 중계기용 안테나, 기지국용 배열 안테나 등으로 사용된다.The present invention intends to propose a method for securing the precise dimensions of the micro-shape of the slot in the antenna when manufacturing an antenna (eg, a flat antenna, etc.) using a metal 3D printing stacking technique. A flat-panel antenna is used as an antenna for an RFID reader, an antenna for a repeater, and an array antenna for a base station.

금속 3D 프린팅 시 슬롯의 미세 조형 형상 주변에 완전 용융되지 않은 소결 분말에 의한 치수 불량이 발생할 수 있다. 또한 슬롯의 미세 형상 상부 음각부의 무너짐으로 인하여 도면 치수 대비 목표 치수에서 벗어나게 된다. 따라서 본 발명에서는 이러한 소결 분말에 의한 불량, 음각부 무너짐에 의한 불량을 해결하고자 치수 보상을 위한 설계 방식과 화학 연마를 통한 마이크로미터 단위의 정확한 치수 확보를 위한 방법을 제안하고자 한다.During metal 3D printing, dimensional defects may occur due to sintered powder that is not completely melted around the microformed shape of the slot. In addition, due to the collapse of the micro-shaped upper intaglio of the slot, it deviates from the target dimension compared to the drawing dimension. Therefore, in the present invention, in order to solve the defect caused by the sintered powder and the defect caused by the collapse of the intaglio, a design method for dimensional compensation and a method for securing accurate dimensions in micrometers through chemical polishing are proposed.

본 발명에서 제안하고자 하는 안테나 슬롯의 미세 형상 제조는 3D 프린팅에서 DFM(Design for Manufacturing)에 적층(Additive)개념이 추가되어 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 기법을 이용한다. DFAM은 3D 프린팅의 장점을 극대화하기 위한 설계개념으로 적층 가공을 위한 설계라 할 수 있다. 기존에 쇠를 깎아 만드는 절삭가공은 형상의 제약이 심하고 복잡한 도면은 제작이 불가능하였다. 4축, 5축 등 다양한 절삭가공법이 있지만 고속회전 하면서 쇠를 깎는 절삭 공구 특성상 복잡하고 정밀한 부품제작에는 한계가 있다. 적층 가공은 절삭 가공과 대비되는 개념으로 소재를 쌓아 형상을 만들기 때문에 서포터만 있다면 형상의 제약이 없어 설계 시 가공 불가능한 부분을 고민할 필요가 없다는 장점이 있다.The fine shape manufacturing of the antenna slot proposed in the present invention uses the DfAM (Design for Additive Manufacturing) technique by adding the additive concept to DFM (Design for Manufacturing) in 3D printing. DFAM is a design concept for maximizing the advantages of 3D printing, and it can be called a design for additive manufacturing. In the past, the cutting process made by cutting iron had severe limitations in shape, and it was impossible to produce complex drawings. There are various cutting methods such as 4 axis and 5 axis, but there is a limit to manufacturing complex and precise parts due to the nature of the cutting tool that cuts iron while rotating at high speed. Additive manufacturing has the advantage that there is no need to worry about impossible parts when designing because there are no restrictions on the shape as long as there is a supporter because additive manufacturing creates a shape by stacking materials in contrast to cutting processing.

3D 프린팅에서의 미세형상 조형의 어려움 Difficulty in modeling microscopic features in 3D printing

3D 프린팅은 기계 절삭가공과는 달리 얇은 층을 다량으로 적층하여 실물 제품을 제작하는 프린팅 기술을 말한다. 기존 절삭가공은 기계 축이 허용 가능한 영역만 제작이 가능하였다면, 3D 프린팅은 형상의 제한이 없이 기계 가공에서 불가능했던 복잡한 형상도 만들어 낼 수 있다. 플라스틱, 금속, 세라믹 등 다양한 재료 사용이 가능하여 다양한 산업군에서 활발이 사용 중에 있다. 그러나 3D 프린팅 방식의 제조에는 몇 가지 한계점이 있는데 한계점은 크게 2가지로 나타낼 수 있다. 안테나를 3D 프린팅 적층 방식으로 제조하는 경우 안테나 내부에서의 슬롯의 상부 패턴 무너짐 현상이 일어나고 치수 불일치 현상이 일어나는 것이 한계점이다.3D printing refers to a printing technology that manufactures real products by laminating a large amount of thin layers, unlike mechanical cutting. Existing cutting processing was possible to produce only the allowable area of the machine axis, but 3D printing can create complex shapes that were not possible in machining without limiting the shape. Various materials such as plastics, metals, and ceramics can be used and are being actively used in various industries. However, there are several limitations in the manufacturing of 3D printing methods, and the limitations can be broadly expressed in two ways. When the antenna is manufactured by the 3D printing stacking method, the upper pattern collapse of the slot inside the antenna occurs and the dimensional mismatch phenomenon occurs.

도 1은 안테나에서 슬롯에서의 형상을 예시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a shape in a slot in an antenna.

안테나(예, 평판(형) 안테나)에는 복수의 슬롯이 존재하는데 3D 프린팅 적층 기법으로 안테나를 제조하는 경우 도 1에 도시된 바와 같이 슬롯 패턴(100)을 형성한다. 즉, 안테나의 성능 등을 이유로 안테나 내의 슬롯은 적층 방향 기준으로 상부와 하부가 원형 형상으로 이루어지는 것이 일반적이다. 하부 원형 형상부터 적층되어 안테나의 바디 파트에 해당하는 부분이 형성되고 이어 상부 원형 형상이 적층된다. 슬롯의 내부(130)는 홀(130)로 되어 있다. 이때 슬롯의 내부는 홀(130)이므로 슬롯의 상부 원형 형상 부분이 아래로 향하는 표면이 되어 상부 원형 형상 부분이 다운스킨(Down-skin) 표면/부분(110)가 된다. 슬롯의 내부는 홀(130)이므로 슬롯의 하부 원형 형상이 위로 향하는 표면이 되므로 업스킨(Up-skin) 표면/부분(120)이 된다.A plurality of slots exist in an antenna (eg, a flat (type) antenna), and a slot pattern 100 is formed as shown in FIG. 1 when the antenna is manufactured by a 3D printing stacking technique. That is, for reasons such as the performance of the antenna, the slot in the antenna is generally formed in a circular shape at the top and the bottom based on the stacking direction. The lower circular shape is stacked to form a portion corresponding to the body part of the antenna, and then the upper circular shape is stacked. The inside 130 of the slot is a hole 130 . At this time, since the inside of the slot is the hole 130 , the upper circular-shaped part of the slot becomes a downward-facing surface, and the upper circular-shaped part becomes the down-skin surface/part 110 . Since the inside of the slot is a hole 130 , the lower circular shape of the slot becomes an upward-facing surface, thus becoming an Up-skin surface/part 120 .

도 2는 도 1에 도시된 슬롯의 형상(100)으로 3D 프린팅 제조 시 나타나는 문제점을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.FIG. 2 is an exemplary view for explaining a problem that appears during 3D printing manufacturing with the shape 100 of the slot shown in FIG. 1 .

안테나를 금속 3D 프린팅 적층 방식으로 제조하는 경우 발생하는 한계점으로 첫 번째가 적층 방식에 의한 상부 패턴 무너짐 형상이 발생한다는 것이었다. 하부 용융 금속이 받쳐줄 경우 도면 형상과 같이 조형이 가능하나 하부가 용융 금속이 아닌 분말 상태로 유지되고 있을 경우 용융된 금속은 중력에 의하여 분말쪽으로 무너지게 된다. 이러한 이유로 슬롯의 상부 형상을 유지하기 위하여 일반적으로 지지 구조(서포트)를 적용한다. 그러나 미세 형상에 지지 구조를 적용할 경우 차후 지지 구조(서포트) 제거 시 형상을 보존하기가 어렵게 된다. 이러한 문제로 수십 내지 수백 개에 이르는 미세 형상을 조형/생성하기가 매우 어렵다.The first limitation was that the upper pattern collapsed by the stacking method occurred as a limitation in manufacturing the antenna by the metal 3D printing stacking method. If the lower molten metal supports it, it can be shaped as shown in the drawing, but if the lower part is maintained in a powder state rather than a molten metal, the molten metal collapses toward the powder by gravity. For this reason, a support structure (support) is generally applied to maintain the upper shape of the slot. However, when a support structure is applied to a micro-shape, it becomes difficult to preserve the shape when the support structure (support) is removed later. Due to this problem, it is very difficult to form/create several tens to hundreds of microscopic shapes.

도 2는 금속 3D 프린팅 적층 기법으로 안테나의 슬롯을 제조하는 경우 생기는 슬롯의 상부 패턴 무너짐 현상을 도시하고 있다. 도 2의 슬롯의 상부 형상에서 왼쪽에 원 모양으로 표시한 부분(115)을 보면 Burr가 발생한 것을 알 수 있다. 3D 프린팅을 완료하고 화학적 연마를 수행하더라도 여전히 Burr가 잔류하고 있음을 알 수 있다. Burr가 잔류하고 있는 부분(118)이 도시되어 있다.FIG. 2 shows the collapse of the upper pattern of the slot that occurs when the slot of the antenna is manufactured by the metal 3D printing lamination technique. In the upper shape of the slot of FIG. 2 , it can be seen that the burr is generated by looking at the portion 115 marked with a circle on the left. Even after 3D printing is completed and chemical polishing is performed, it can be seen that the burrs still remain. The portion 118 where the burr remains is shown.

도 2의 가장 우측에 도시된 슬롯 형상을 보면, 적층 방향 기준으로 아래 파트에 해당하는 부분(업스킨(up-skin) 부분)(120)에서는 burr가 발생하지 않았고 그래서 최종적으로 burr 잔류하고 있지 않음을 알 수 있다. 그러나, 적층 방향 기준으로 위 파트에 해당하는 부분(다운스킨(down-skin) 부분)(110)에서는 burr(115)가 발생하였고 3D 프린팅 완료 후 화학적 연무를 수행하더라도 Burr(118)가 잔류하고 있다. 이러한 3D 프린팅 시 발생하는 Burr (115)와 화학적 연무 수행 이후에도 잔류하는 Burr(118)는 슬롯의 미세 형상에 영향을 주어 결국 안테나의 성능을 저하시키는 문제를 야기한다.Looking at the slot shape shown on the rightmost side of FIG. 2 , burr did not occur in the part (up-skin part) 120 corresponding to the lower part based on the stacking direction, so the burr does not remain in the end. can be known However, a burr 115 was generated in the part (down-skin part) 110 corresponding to the above part based on the stacking direction, and even if chemical fogging is performed after 3D printing is completed, the burr 118 remains. . The burr 115 generated during 3D printing and the burr 118 remaining even after chemical misting affect the micro-shape of the slot, resulting in a problem of degrading the performance of the antenna.

3D 프린팅에서의 설계 방안 제시(DfAM) Proposal of design method in 3D printing (DfAM)

슬롯의 상부 형상(예를 들어, 다운스킨 부분(120))의 조형성을 개선하기 위한 방법으로서, 첫 번째로 슬롯의 배치의 자유도를 고려한다. 수직 배치에 적용된 슬롯의 미세 형상은 중력의 영향력이 크고 분말 위에서 많은 면적이 한번에 용융되는 구조이기 때문에 분말 쪽으로 무너질 가능성이 더욱 크다. 따라서 이러한 경우 슬롯의 배치 각도에 변화를 주어 중력의 영향력을 감소시킬 수 있다. As a method for improving the formability of the upper shape of the slot (eg, the downskin portion 120 ), first consider the degree of freedom in the arrangement of the slot. The fine shape of the slot applied to the vertical arrangement is more likely to collapse toward the powder because the influence of gravity is large and a large area on the powder is melted at once. Therefore, in this case, the influence of gravity can be reduced by changing the arrangement angle of the slot.

슬롯 방향을 파트의 최상단에 위치시키고 파트를 기울여 각도를 적용시킴으로써 1차적으로 무너짐을 개선할 수 있다. 그러나 적층 방향으로 슬롯의 상부 원형 형상(110)의 미세 조형성을 완벽히 확보할 수 없다. 원형 면적이 무너짐 가능 최소 면적보다 크기 때문이다. 따라서 무너짐 가능 최소 면적을 확보할 재설계가 필요하다. 본 발명에서는 슬롯의 상부 형상에서 무너짐을 최소화하기 위하여 상부 원형 형상(110)에 해당하는 다운스킨 부분을 삼각형 형상으로 변경하고 각 꼭지점을 곡면, 곡선, 혹은 둥근(라운드) 형태를 적용하여 금속 3D프린팅 조형성 향상을 극대화하고자 설계안을 제안한다.Collapsing can be improved primarily by locating the slot direction at the top of the part and tilting the part to apply an angle. However, it is not possible to completely ensure the micro-formability of the upper circular shape 110 of the slot in the stacking direction. This is because the circular area is larger than the minimum collapsible area. Therefore, it is necessary to redesign to secure the minimum collapsible area. In the present invention, in order to minimize collapse in the upper shape of the slot, the downskin part corresponding to the upper circular shape 110 is changed to a triangular shape and each vertex is curved, curved, or rounded (round) by applying a metal 3D printing A design proposal is proposed to maximize the improvement of formativeness.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(10)의 슬롯의 상부 원형 형상(120)을 재설계하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a method of redesigning the upper circular shape 120 of the slot of the antenna 10 according to an embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이, 슬롯의 상부는 원형 형상(110)으로 이루어져 있기 때문에 중력에 의하여 가운데 부분의 무너짐이 발생하기 쉽다. 그 크기가 커질수록 더 무너짐이 심하게 나타난다. 이를 해결하고자 상부 원형 형상(110)을 삼각형 형상의 직선 형상으로 변경하는 제안한다. 이때, 삼각형 형상에서 꼭지점이 발생하게 되는데 꼭지점은 극소 단면적을 갖기 때문에 차후 제품으로 사용 시 파괴 시작점이 되기가 쉬워진다. 따라서, 삼각형 형상에서 3개의 꼭지점을 곡면, 곡선, 혹은 라운드 형상으로 설계하도록 한다. As described above, since the upper portion of the slot is formed in a circular shape 110, the center portion is liable to collapse due to gravity. The larger the size, the more severe the collapse. In order to solve this problem, it is proposed to change the upper circular shape 110 to a triangular straight shape. At this time, vertices are generated in the triangular shape, and since the vertices have a very small cross-sectional area, it is easy to become a fracture starting point when used as a product in the future. Therefore, in the triangular shape, three vertices are designed to be curved, curved, or round.

도 3의 하측에 도시한 바와 같이, 삼각형 형상에서 직선 형상의 각도는 0도 ~ 60도까지의 간격을 갖도록 설계할 수 있다. 바람직하게는 직선 형상의 각도가 45도 인 것이 바람직할 수 있다. 이러한 삼각형 형상으로 재설계함에 따라 3개의 꼭지점의 보상 설계 전 원형 형상의 반경과 대비해 0.1배 ~ 1배까지 반경이 변경될 수 있다. 이때, 슬롯의 하부 부위(업스킨 부분)(120)는 지지 구조가 용융된 금속체이기 때문에 무너짐이 발생하지 않고 강건성을 유지하고 있다. 따라서 슬롯의 하부 형상(120)은 재설계할 필요가 없고 원형 형상으로 제조해도 된다.As shown in the lower part of FIG. 3 , the angle of the straight line in the triangular shape may be designed to have an interval of 0 degrees to 60 degrees. Preferably, it may be preferable that the angle of the straight shape is 45 degrees. As the triangular shape is redesigned, the radius of the three vertices can be changed by 0.1 to 1 times compared to the radius of the circular shape before the compensation design. At this time, the lower part (upskin part) 120 of the slot does not collapse and maintains robustness because the supporting structure is a molten metal body. Therefore, the lower shape 120 of the slot does not need to be redesigned and may be manufactured in a circular shape.

도 4는 도 3에서 설명한 슬롯의 상부 원형 형상을 재설계하는 경우와 그렇지 않은 경우의 차이를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining a difference between a case in which the upper circular shape of the slot described in FIG. 3 is redesigned and a case in which it is not.

도 4에 도시된 (a) 부분은 삼각형 직선 형상 각도가 0도이어서 슬롯의 상부 형상이 원형 형상으로서 재설계전의 오리지널 형상에 해당한다. 즉, (a) 부분은 삼각형 형상으로 재설계하지 않은 경우이다. 이 경우 (a)에서와 슬롯의 상부 형상 확실한 무너짐을 보여주고 있다. 또한 점선 박스 모양으로 나타낸 것처럼 소결 분말로 인한 Burr가 다량 존재하고 있다. 이는 상부 원형의 바로 아래부분이 금속 분말 상태로 잔류하기 때문에 중력에 의한 용융된 금속을 지지하지 못하고 아래쪽으로 무너지면서 발생하는 현상에서 비롯된다. In part (a) shown in FIG. 4 , the angle of the triangular linear shape is 0 degrees, so that the upper shape of the slot is a circular shape, which corresponds to the original shape before the redesign. That is, part (a) is a case where the triangular shape is not redesigned. In this case (a) and the top shape of the slot shows a clear collapse. In addition, as shown in the dotted box shape, there is a large amount of burrs due to the sintered powder. This is caused by a phenomenon that occurs as the portion just below the upper circle remains in the state of metal powder, and collapses downward without supporting the molten metal due to gravity.

너비가 0.5mm의 미세 패턴임에도 불구하고 상부 무너짐이 발생하는 것이 확인되고 이 때의 치수 또한 도면 대비 오차가 허용할 수 없을 만큼 발생이 되었다. 금속 3D 프린팅의 미세 조형 한계점을 보여주고 있다. It was confirmed that the upper collapsed occurred despite the fine pattern of 0.5mm in width, and the size error at this time was also unacceptably generated compared to the drawing. It shows the limitations of microfabrication of metal 3D printing.

따라서 본 발명에서 제안한 삼각형 형태의 슬롯 형상을 적용한 결과를 보면 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 설계 형상이 삼각형 형상임에도 불구하고 결과적으로 원형 형상이 잘 구현되어 있는 것으로 확인되고 burr도 존재하지 않음을 알 수 있다. 이는 금속 3D 프린팅 특성 상 아주 미세한 영역의 국소 부위가 구현이 되지 않고 다소 넓게 조형이 되는 결과를 역으로 이용한 결과라 할 수 있다. 이 때의 치수 정밀도는 도면 치수와 거의 일치하는 수준으로 확인되었다. Therefore, looking at the results of applying the triangular slot shape proposed in the present invention, as shown in FIG. it can be seen that This can be said to be the result of using the result of using the result of forming rather wide rather than realizing a local part of a very fine area due to the characteristics of metal 3D printing. The dimensional accuracy at this time was confirmed to be almost identical to the drawing dimensions.

도 4의 (c)에서와 같이 삼각형 직선 (형상)의 각도를 60도로 설계한 경우 0도인 경우 보다는 상부 무너짐 현상이 개선되어 있으나 burr는 일부 존재하게 된다.When the angle of the triangular straight line (shape) is designed to be 60 degrees as in FIG. 4(c), the upper collapse phenomenon is improved compared to the case where it is 0 degrees, but some burrs are present.

상술한 바와 같이, 슬롯의 상부 원형 형상을 삼각형 형상으로 재설계하고 삼각형 직선 형상 각도도 조절함으로써 금속 3D 프린팅 적층 제조 시 발생하는 상부 무너짐 현상을 제거할 수 있다. 그러나, 이러한 상부 무너짐 현상을 제거하더라도 상술한 두 번째 한계점에 해당하는 치수가 정확도가 떨어진다는 한계가 있다.As described above, by redesigning the upper circular shape of the slot into a triangular shape and adjusting the angle of the triangular straight shape, it is possible to eliminate the upper collapsing phenomenon that occurs during metal 3D printing additive manufacturing. However, even if the top collapse phenomenon is removed, there is a limitation in that the dimension corresponding to the above-described second limit point is not accurate.

기존 기계가공방식의 치수 정밀도는 1um 정도까지도 가능하다. 그러나 40um 정도의 크기를 갖는 분말을 녹여 제작하는 방식의 금속 3D 프린팅 기술은 수 um의 정밀도를 보장하기는 쉽지 않다. 미세 형상의 조형 시 완전 용융되지 않은 소결 분말에 의한 치수 불일치 현상이 발생하기 쉽다. 더욱이 그 소결 분말에 의하여 표면 조도 또한 확보가 어렵다.The dimensional accuracy of the existing machining method can be up to 1um. However, it is not easy to guarantee the precision of several um in the metal 3D printing technology that melts and manufactures powder having a size of about 40 μm. When forming a fine shape, it is easy to cause a dimensional mismatch phenomenon due to the sintered powder that is not completely melted. Moreover, it is difficult to secure the surface roughness due to the sintered powder.

이러한 두 번째 한계점 등을 극복하기 위하여, 본 발명에서 제안한 슬롯의 다운스킨 부분의 삼각형 형상으로 재설계(혹은 보상 설계)하는 기법에 따른 슬롯 형상으로 3D 프린팅 적층 방식으로 안테나를 제조한 후 화학적 연마를 수행하는 방법을 제안하고자 한다. In order to overcome this second limitation, chemical polishing is performed after manufacturing the antenna in a 3D printing stacking method with a slot shape according to the technique of redesigning (or compensating design) into a triangular shape of the downskin part of the slot proposed in the present invention. I would like to suggest how to do it.

As-built(출력 직후) 상태의 금속 3D 프린팅 결과물은 기술 특성상 필연적으로 Dross Powder 및 레이어(Layer) 결 흔적이 발견되어 상대적으로 표면조도가 좋지 않기 때문에 이를 개선하기 위한 후가공이 필요하다.As-built (immediately after printing) metal 3D printing results are inevitably found with traces of dross powder and layer grain due to the nature of the technology, so the surface roughness is relatively poor.

금속 3D 프린팅 결과물의 일반적인 표면조도 개선방법으로는 지금까지 Sand Blasting, Shot Peening, Barrel Finishing 등의 기계적인 가공 형태가 주로 이용되었다. 이는 표면에 미세한 전용 Media를 강한 압력으로 분사하거나, 회전체에 넣어 단위 면적당 큰 힘을 가하는 방식으로 제품 표면을 개선하는 방식이다. 그러나, 작업자의 작업방식 및 숙련도에 따라 연마 정도의 차이가 커 균일한 품질의 표면조도를 구현하기 쉽지 않으며, Media가 닿을 수 없는 부분들의 표면조도 개선이 어렵다는 점, 모서리/에지(edge) 부분이 상당부분 유실되는 등의 여러 문제점을 가지고 있다.As a general method of improving the surface roughness of metal 3D printing results, mechanical processing such as sand blasting, shot peening, and barrel finishing has been mainly used. This is a method to improve the surface of a product by spraying a fine dedicated media on the surface with strong pressure or by putting it in a rotating body and applying a large force per unit area. However, it is difficult to achieve a uniform quality of surface roughness due to the large difference in the degree of polishing depending on the work method and skill level of the operator. It has several problems, such as loss of a significant part.

기존 절삭가공 방식으로는 가공이 불가능했던 복잡한 내부 채널을 금속 3D 프린팅으로 제조하는 사례가 늘어남에 따라 AFM(Abrasive Flow Machining) 가공법도 이용되어 왔으나, 표면 단면적 변화량 및 채널의 급격한 방향변화가 있을 경우 효과를 보기가 어렵다는 단점을 가지고 있으며, 전체 구조의 강성이 부족할 경우 AFM의 압력을 견디지 못하는 문제점을 가지고 있다.Abrasive Flow Machining (AFM) processing has also been used as the number of cases of manufacturing complex internal channels, which were impossible to process with conventional cutting methods, by metal 3D printing increases, It has the disadvantage of being difficult to see, and it has a problem that it cannot withstand the pressure of the AFM if the rigidity of the entire structure is insufficient.

본 발명에서는, 산성의 액체와 금속이 만났을 때 빠른 반응을 일으키는 원리를 이용하여 PBF (Powder Bed Fusion) 방식의 금속 프린팅 제품의 RAW Surface (Ra. 7~12micron) 범위의 As Built 표면조도 및 형상 트렌드에 이상적인 레시피 (산성액체, 첨가제, 처리온도, 가공시간, 후세척법)를 이용하여 2~6micron(Ra.)의 표면조도 개선을 이끌어내며, 물리적인 힘을 가하지 않기 때문에 구조적인 스트레스를 피하도록 하는 것을 제안한다. 또한 금속 3D 프린팅 결과물은 기본적으로 구형분말의 Powder Bed에 레이저를 이용하여 조형하기 때문에 가해진 열의 전도특성으로 주변 Powder가 Melting된 표면 인접면에 가소결된 상태로 붙어(Dross Effect라고 함), 전체 표면에 걸쳐 발생된 현상을 정량적으로 균일하게 제거할 수 있다. In the present invention, by using the principle of causing a rapid reaction when acidic liquid and metal meet, PBF (Powder Bed Fusion) method as built surface roughness and shape trend in RAW Surface (Ra. 7~12micron) range of metal printing products The ideal recipe (acidic liquid, additive, processing temperature, processing time, post-cleaning method) is used to improve the surface roughness of 2 to 6 microns (Ra.), and to avoid structural stress because no physical force is applied. suggest to do In addition, since the metal 3D printing result is basically molded on the powder bed of spherical powder using a laser, the surrounding powder is pre-sintered on the adjacent surface of the melted surface due to the conductive properties of the applied heat (referred to as the Dross Effect), and the entire surface It is possible to quantitatively and uniformly remove the phenomenon occurring over the

화학 연마는 강산, 강알칼리, 산화제와 같은 용액에 금속 또는 합금을 담그는 것만으로 금속 면의 볼록 부분을 화학적으로 용해시켜 광택이 나도록 하고 피연마체를 평활하게 하는 방법이다. 화학 연마에서는 전압이나 전류대신 산의 농도나 산화제의 종류 등이 중요한 조건이 되고, 각 부분에서 연마되는 것이 균일하다(균일성 우수). 그리고, 조작이 간단하며 불균일성이 적다는 장점이 있다.Chemical polishing is a method of chemically dissolving the convex part of a metal surface to make it shiny and smooth the object to be polished by simply immersing the metal or alloy in a solution such as a strong acid, strong alkali, or oxidizing agent. In chemical polishing, the concentration of acid and the type of oxidizing agent are important conditions instead of voltage or current, and polishing is uniform in each part (excellent uniformity). In addition, there is an advantage in that the operation is simple and the non-uniformity is small.

이하에서는 본 발명에서 제안하는 안테나의 슬롯의 미세 형상을 구현하기 위한 화학(적) 연마 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 화학 연마에 사용할 화합물 조성, 연마속도, Duration, 형상/면적들에 대해 이하에서 설명한다. Hereinafter, a chemical (red) polishing method for implementing the micro-shape of the slot of the antenna proposed by the present invention will be described in detail. The composition of the compound to be used for chemical polishing according to the present invention, polishing rate, duration, and shape/area will be described below.

도 5는 본 발명에서 제안하는 안테나의 슬롯의 미세 형상을 구현하기 위한 화학(적) 연마 방법에서 연마 프로세스를 설명하기 위해 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 화학 연마 방법에서 세척 프로세스를 설명하기 위해 예시한 도면이다.5 is a view exemplified for explaining a polishing process in a chemical (red) polishing method for implementing the micro-shape of an antenna slot proposed in the present invention, and FIG. 6 is a cleaning process in the chemical polishing method according to the present invention. It is a drawing exemplified for explanation.

도 5를 참조하면, 화학 연마 방법의 전체 프로세스는 workpiece (본 발명에 따라 제조된 안테나)를 연마, 세척, 수세 순서로 수행한다. 연마액은 인산, 황산, 계면활성제 등의 혼합액일 수 있다. 혼합액은 인산(H3PO4), 황산구리(CuSO4), CH4N2O, C4H6O4, Ion exchange water 등이 혼합되어 있다. 교반(churn) 조건은 일 예로서 200~220 rpm 일 수 있다. 3D 프린팅에 사용되는 금속 분말의 알루미늄 합금 종류에 따라 연마액의 혼합율과 연마 조건은 변경될 수 있다. 또한, 금속 분말의 알루미늄 합금 종류에 따라 연마액의 농도와 산도를 관리하는 것이 필요하다. 도 5에 도시된 바와 같이 연마 프로세서를 통해 경화 층(hardened layer)이 제거되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , in the entire process of the chemical polishing method, a workpiece (an antenna manufactured according to the present invention) is polished, washed, and washed with water in the sequence. The polishing liquid may be a mixture of phosphoric acid, sulfuric acid, surfactant, and the like. The mixed solution is mixed with phosphoric acid (H3PO4), copper sulfate (CuSO4), CH4N2O, C4H6O4, ion exchange water, and the like. Agitation (churn) conditions may be, for example, 200 to 220 rpm. Depending on the type of aluminum alloy of the metal powder used for 3D printing, the mixing ratio of the polishing liquid and the polishing conditions may be changed. In addition, it is necessary to manage the concentration and acidity of the polishing liquid according to the type of aluminum alloy of the metal powder. As shown in FIG. 5 , it can be confirmed that the hardened layer is removed through the polishing process.

다음 표 1은 본 발명에 따른 화학 연마에 있어서 기본적인 반응 배경 범위를 예시한 표이고, 표 2는 본 발명에 따른 화학 연마에 있어서 이상적인 표준 레시피를 예시한 표이다.The following Table 1 is a table illustrating a basic reaction background range in chemical polishing according to the present invention, and Table 2 is a table illustrating an ideal standard recipe in chemical polishing according to the present invention.

Figure 112021042379686-pat00001
Figure 112021042379686-pat00001

Figure 112021042379686-pat00002
Figure 112021042379686-pat00002

표 2를 참조하면, 알로이(alloy)는 원래 합금이라는 뜻으로, 여러 금속을 합쳐 만든 금속이다. 혼합액에는 85% 인산, 이온교환수, 혼합물이 섞일 때 거부 반응이 없도록 하는 안정제가 포함되어 있다. 바람직하게는, 85% 인산이 혼합액에서 성분비가 95% 내지 97.5%, 이온교환수가 1.5%, 안정제가 1% 를 차지할 수 있다. 이러한 혼합액으로 본 발명에 따라 제조된 workpiece(안테나)에 대해 바람직하게는 3 내지 5분간 교반을 수행한다.Referring to Table 2, alloy originally means an alloy, and is a metal made by combining several metals. The mixture contains 85% phosphoric acid, ion-exchanged water, and a stabilizer that prevents rejection when the mixture is mixed. Preferably, in the mixed solution of 85% phosphoric acid, a component ratio of 95% to 97.5%, ion-exchanged water 1.5%, and a stabilizer may occupy 1%. The mixture is preferably stirred for 3 to 5 minutes on the workpiece (antenna) manufactured according to the present invention.

표 2 및 도 6을 참조하면, 연마 프로세스를 수행한 후, 초음파 세척기를 이용한 세척이 수행된다. 이러한 초음파 세척기를 이용한 세척은 도 6에 도시된 것 과 같이 3단계를 거친다. 이때, 초음파 세척기 온도는 섭씨 40도 정도가 바람직할 수 있다. 세척제는 약알카리 고농축 세척제(물에 희석하여 초음파 세척기에서 사용)를 사용한다. 세척 공정에서는 1)약알카리 고농축 세척제에 세척하고, 2)약알카리 고농축 세척제에 재세척한다. 세척제는 지방 알코올 에톡실레이트(fatty alcohol ethoxylate)외의 세정제 혼합액으로 구성될 수 있다. Workpiece 혹은 시료의 세척량에 따라 세척제의 농도를 변경할 수 있다. Referring to Table 2 and FIG. 6 , after the polishing process is performed, cleaning using an ultrasonic cleaner is performed. The cleaning using such an ultrasonic cleaner goes through three steps as shown in FIG. 6 . In this case, the temperature of the ultrasonic cleaner may be about 40 degrees Celsius. For the cleaning agent, use a weak alkaline highly concentrated cleaning agent (used in an ultrasonic cleaner after diluting in water). In the washing process, 1) wash with a weak alkali highly concentrated detergent, and 2) wash again with a weak alkali highly concentrated detergent. The cleaning agent may consist of a cleaning agent mixture other than fatty alcohol ethoxylate. The concentration of the cleaning agent can be changed according to the amount of cleaning of the workpiece or sample.

이후, 수세 프로세서를 수행한다. 세척된 workpiece (안테나)에 대해 중고압으로 흐르는 물에 세척한다. Workpiece 혹은 시료의 크기와 표면적에 따라 세척 시간은 변경될 수 있다. 수세 후에, workpiece를 건조하면 화학 연마 프로세스가 완료된다.Thereafter, a washing process is performed. Wash the cleaned workpiece (antenna) in running water at medium pressure. Depending on the size and surface area of the workpiece or sample, the cleaning time may vary. After washing, dry the workpiece to complete the chemical polishing process.

도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따라 3D 프린팅한 출력 직후의 슬롯 표면과 화학 연마 이후의 슬롯 표면을 도시한 도면이다.7 and 8 are views showing the slot surface immediately after 3D printing and the slot surface after chemical polishing, respectively, according to the present invention.

도 7을 참조하면, 시편 A는 알루미늄 합금 계열인 AlSi12Mg, 시편 B는 Ti64(티타늄), 시편 C는 알루미늄 합금 계열인 AlSi10Mg 이고, 본 발명에 따라 3D 프린팅하여 출력 직후의 슬롯 표면과 본 발명에 따른 화학 연마 이후의 슬롯 표면을 도시하고 있다. 7, Specimen A is AlSi12Mg, which is an aluminum alloy series, Specimen B is Ti64 (titanium), and Specimen C is AlSi10Mg, which is an aluminum alloy series, according to the present invention. The slot surface after chemical polishing is shown.

도 7에 도시된 바와 같이, 화학 연마 이후의 슬롯 표면의 표면 조도가 상당히 개선되어 있음을 알 수 있다. 이러한 표면 조도 개선은 궁금적으로 안테나의 성능을 향상시킨다. 이와 같이, 산과 알칼리 용액의 결합 레시피(Combination recipe)를 사용하여 다양한 합금의 표면 조도를 개선해준다. 알루미늄, 구리(Copper), 티타늄(Titanium), 플라스틱(Plastic), 강철(Steel), 고무(Rubber), 스테인리스(Stainless), 실리콘(Silicon) 등 다양한 소재로 3D 프린팅 출력된 파트에 대한 높은 수준의 표면 조도 구현이 가능하다. As shown in FIG. 7 , it can be seen that the surface roughness of the slot surface after chemical polishing is significantly improved. This surface roughness improvement curiously improves the performance of the antenna. In this way, the surface roughness of various alloys is improved by using a combination recipe of an acid and an alkali solution. High level of 3D printing for parts printed with various materials such as aluminum, copper, titanium, plastic, steel, rubber, stainless, and silicon Surface roughness can be realized.

도 8을 참조하면, 화학 연마 전에는 슬롯 테도리에 소결 분말 잔류하고 있고, 표면 조도를 나타내는 파라미터로 산술 평균 조도(Ra)가 9.0 마이크론(micron)으로 나타났다. 본 발명에 따른 화학 연마를 수행한 후에는 슬롯 테두리 소결 분말이 제거되어 있고 Ra도 6.1로 되어 30%의 표면 조도가 개선되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the sintered powder remains on the slot edge before chemical polishing, and the arithmetic mean roughness (Ra) as a parameter representing the surface roughness was 9.0 microns. After performing the chemical polishing according to the present invention, the slot edge sintered powder is removed, and it can be seen that the Ra is 6.1, and the surface roughness of 30% is improved.

도 9는 본 발명에 따른 화학 연마에 따른 표면 조도를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the surface roughness according to the chemical polishing according to the present invention.

도 9를 참조하면, 시편을 AlSi12Mg로 하여 안테나를 제조한 경우, 슬롯 표면의 조도가 3D 프린팅 출력 직후에는 Ra = 9.2 이지만, 본 발명에 따른 화학 연마 이후에는 3.2로 낮아져 화학 연마 이후에 슬롯 표면의 조도가 약 65% 개선되었다. 시편을 Ti64(티타늄)으로 한 경우 3D 프린팅 출력 직후에는 Ra =11.1 이었으나 화학 연마 이후에 Ra =5.8로 낮아져 슬롯 표면의 조도가 약 48% 개선되었다. 또한, 시편이 AlSi10Mg2 인 경우 3D 프린팅 출력 직후에는 Ra =12.1 이었으나 화학 연마 이후에 Ra =4.3으로 낮아져 슬롯 표면의 조도가 약 64.5% 개선되었다.Referring to FIG. 9 , when the antenna was manufactured using the specimen as AlSi12Mg, the roughness of the slot surface was Ra = 9.2 immediately after 3D printing output, but after chemical polishing according to the present invention, it was lowered to 3.2, and the surface of the slot after chemical polishing was lowered to 3.2. The illuminance was improved by about 65%. When the specimen was made of Ti64 (titanium), Ra = 11.1 immediately after 3D printing, but was lowered to Ra = 5.8 after chemical polishing, and the roughness of the slot surface was improved by about 48%. In addition, when the specimen was AlSi10Mg2, Ra = 12.1 immediately after 3D printing, but was lowered to Ra = 4.3 after chemical polishing, and the roughness of the slot surface was improved by about 64.5%.

본 발명에 따라 연마액과 금속의 화학적 반응을 이용한 연마 방식을 이용한다면 전체 표면에 걸쳐 발생되는 Dross 파우더 및 레이어 결 흔적을 물리적 연마방식과는 달리 균일하게 제거함으로써 표면조도의 효과적인 개선이 가능하다. According to the present invention, if the polishing method using a chemical reaction between the polishing liquid and the metal is used, it is possible to effectively improve the surface roughness by uniformly removing the traces of dross powder and layer texture generated over the entire surface, unlike the physical polishing method.

본 발명의 일 실시예에 따라 형상과 소재, 크기별로 특화된 각각의 세분화된 화학연마 레시피(산성 액체, 첨가제, 처리온도, 가공시간, 후세척법 등)를 적용한다면, PBF 금속 3D프린팅 출력 결과물의 출력 직후 표면 조도로 인지되는 일반적인 수준인 Ra. 7~12micron의 표면조도를 약 Ra. 2~6micron 수준까지 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, if each subdivided chemical polishing recipe (acidic liquid, additive, processing temperature, processing time, post-washing method, etc.) specialized for each shape, material, and size is applied, the result of PBF metal 3D printing is Immediately after printing, Ra. The surface roughness of 7 to 12 microns is approximately Ra. It can be improved to the level of 2-6 microns.

금속을 연마액에 넣는 화학적 반응을 이용한 연마 방식을 채택한다면, 기존 물리적 방법 채택 시 Media가 닿기 힘들었던 부분을 포함한 출력물 전 부위 표면조도를 비교적 균일하교 효율적으로 개선할 수 있다. 마지막으로 각종 연마장비, CNC장비 등 고가/고중량의 설비가 불필요하여 효율적이고 경제적인 장점도 있다.If the polishing method using the chemical reaction of putting the metal into the polishing liquid is adopted, the surface roughness of all areas of the printout, including the areas that the media cannot reach when the conventional physical method is adopted, can be relatively uniformly and effectively improved. Lastly, it has an efficient and economical advantage as it does not require expensive/heavy-weight facilities such as various grinding equipment and CNC equipment.

도 10은 본 발명에 따른 3D 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 흐름도이다.10 is an exemplary flowchart for explaining a method of generating an antenna using a 3D printing stacking technique and a chemical polishing method according to the present invention.

도 10을 참조하면, 안테나의 복수의 슬롯에 대해 각 슬롯의 형상이 적층 방향에서 하부에 해당하는 업스킨(up-skin) 부분을 원형 형상으로 생성한다(S1010). 그리고, 업스킨 부분으로 연속적으로 적층하여 상기 슬롯의 코어(core) 부분을 생성한다(S1020). 또한, 각 슬롯의 형상이 적층 방향에서 상부에 해당하는 다운스킨(down-skin) 부분을 삼각 형상으로 생성한다. 이때, 삼각 형상의 세 개의 꼭지점은 라운드(round), 곡선 또는 곡면 형태로 생성한다(S1030). 이러한 단계를 거치면 복수의 슬롯이 각각 생성된다. Referring to FIG. 10 , for a plurality of slots of the antenna, an up-skin portion corresponding to a lower portion in the stacking direction is generated in a circular shape in the shape of each slot ( S1010 ). Then, the upskin part is continuously stacked to create a core part of the slot (S1020). In addition, a down-skin portion corresponding to the upper portion in the stacking direction is generated in a triangular shape in the shape of each slot. At this time, the three vertices of the triangular shape are generated in the form of a round, curved or curved surface (S1030). Through these steps, a plurality of slots are respectively created.

이후, 생성된 복수의 슬롯 외에 안테나 바디부를 포함하여 최종적으로 안테나를 생성하게 된다(S1040). 각 슬롯에서의 코어 부분은 안테나에서 바디부에 해당된다. 슬롯과 슬롯 간은 안테나 바디부로 연결된다. Thereafter, an antenna is finally created including the antenna body in addition to the plurality of generated slots ( S1040 ). The core portion in each slot corresponds to the body portion in the antenna. The slot and the slot are connected to each other by the antenna body.

이후, 안테나를 인산 및 황산 포함하는 혼합액으로 교반하여 연마하는 등 본 발명에서 기술한 화학 연마 방법으로 연마한다(S1050).Thereafter, the antenna is polished by the chemical polishing method described in the present invention, such as polishing by stirring with a mixed solution containing phosphoric acid and sulfuric acid (S1050).

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.The embodiments described above are those in which elements and features of the present invention are combined in a predetermined form. Each component or feature should be considered optional unless explicitly stated otherwise. Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to configure embodiments of the present invention by combining some elements and/or features. The order of operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some features or features of one embodiment may be included in another embodiment, or may be replaced with corresponding features or features of another embodiment. It is obvious that claims that are not explicitly cited in the claims can be combined to form an embodiment or included as a new claim by amendment after filing.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (7)

금속 3D 프린팅 적층 기법에 따른 안테나 제조 시 안테나의 슬롯의 미세형상 치수를 보상하며 안테나를 제조하는 방법에 있어서,
상기 안테나의 각 슬롯에 대해 적층 방향에서 하부에 해당하는 업스킨(up-skin) 부분은 원형 형상으로 생성하는 단계;
상기 업스킨 부분에 연속적으로 적층하여 상기 각 슬롯의 코어(core) 부분을 생성하는 단계;
상기 각 슬롯에 대해 적층 방향에서 상부에 해당하는 다운스킨(down-skin) 부분은 삼각 형상으로 생성하되 상기 삼각 형상의 세 개의 꼭지점은 라운드(round), 곡선 또는 곡면 형태로 생성하는 단계;
상기 생성된 각 슬롯과 안테나 바디부를 포함하는 상기 안테나를 생성하는 단계; 및
상기 안테나를 인산 및 황산 포함하는 혼합액으로 교반하여 연마하는 단계를 포함하는, 안테나 제조 방법.
In the method of manufacturing an antenna while compensating for the microscopic dimension of the slot of the antenna when manufacturing the antenna according to the metal 3D printing lamination technique,
generating an up-skin portion corresponding to a lower portion in a stacking direction for each slot of the antenna in a circular shape;
continuously stacking on the upskin portion to create a core portion of each slot;
generating a down-skin portion corresponding to an upper portion in a stacking direction for each slot in a triangular shape, but generating three vertices of the triangular shape in a round, curved or curved shape;
generating the antenna including each of the generated slots and an antenna body; and
A method of manufacturing an antenna comprising the step of grinding the antenna by stirring with a mixed solution containing phosphoric acid and sulfuric acid.
제 1항에 있어서,
상기 다운스킨 부분을 상기 삼각 형상을 생성하는 경우 상기 적층 방향에서의 하부 꼭지점들과 상부 꼭지점 간의 각 직선은 45도가 되도록 생성하는, 안테나 제조 방법.
The method of claim 1,
In the case of generating the triangular shape of the downskin portion, a straight line between the lower vertices and the upper vertex in the stacking direction is generated to be 45 degrees.
제 1항에 있어서,
초음파 세척기를 이용하여 상기 연마된 안테나를 지방 알코올 에톡실레이트(fatty alcohol ethoxylate)를 포함하는 세정제 혼합액으로 세척하는 단계를 더 포함하는, 안테나 제조 방법.
The method of claim 1,
The method of claim 1, further comprising washing the polished antenna with a cleaning agent mixture containing fatty alcohol ethoxylate using an ultrasonic cleaner.
제 3항에 있어서,
상기 세척된 안테나를 물에 세척한 후 건조하는 단계를 더 포함하는, 안테나 제조 방법.
4. The method of claim 3,
Further comprising the step of washing the washed antenna in water and then drying the antenna manufacturing method.
제 1항에 있어서,
상기 인산은 85% 인산이고 상기 혼합액에서 95 % 내지 97.5%를 차지하는, 안테나 제조 방법.
The method of claim 1,
The method for manufacturing an antenna, wherein the phosphoric acid is 85% phosphoric acid and accounts for 95% to 97.5% in the mixed solution.
제 1항에 있어서,
상기 연마를 수행하는 시간은 3분 내지 5분 사이에 해당하는, 안테나 제조 방법.
The method of claim 1,
The time for performing the polishing corresponds to between 3 minutes and 5 minutes, the antenna manufacturing method.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 안테나.An antenna manufactured by the method according to any one of claims 1 to 6.
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