KR102487431B1 - Method for manufacturing aluminium die casting mold using wire-arc additive manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 와이어 아크 3D 적층법을 이용하여 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum die-casting mold using a wire arc 3D lamination method.
3D 프린팅(3 dimensional printing)은 적층 공정(additive manufacturing)을 기반으로 한 가공 방식으로서, CAD (computer aided design) 모델을 이용하여 기존의 제조 기술로는 구현할 수 없는 복잡한 형태의 제품을 손쉽게 제조할 수 있는 가공 기술이다. 3D printing (3 dimensional printing) is a processing method based on additive manufacturing, and it is possible to easily manufacture complex products that cannot be realized with conventional manufacturing technologies using CAD (computer aided design) models. It is a processing technology in
특히, 알루미늄 다이캐스팅 금형 제작의 경우 통상적인 주조법은 금형을 제조하는 과정에서 금속을 절삭하는 공정을 수차례 반복하고, 그 과정에서 다량의 스크랩이 버려져 경제적 측면에서 손실이 많았다. In particular, in the case of aluminum die-casting mold manufacturing, a typical casting method repeats the process of cutting metal several times in the process of manufacturing a mold, and in the process, a large amount of scrap is discarded, resulting in a lot of loss in terms of economy.
이를 개선하기 위해 분말적층용융(Powder Bed Fusion; PBF)등 다양한 3D 프린팅 기법들로 금형을 제조하는 방법이 연구되고 있다. In order to improve this, a method of manufacturing a mold with various 3D printing techniques such as Powder Bed Fusion (PBF) is being studied.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제 10-2235921호에서는 3D 프린터를 이용하여 금속 분말을 용융하고 이를 반복 적층하여 금형을 제조하는 방법을 개시하고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2019-0061552호 에서는 3D 프린팅을 활용하여 금형 코어를 생산하는 방법을 개시하고 있다. For example, Korean Patent Registration No. 10-2235921 discloses a method of manufacturing a mold by melting metal powder using a 3D printer and repeatedly stacking it, and Korean Patent Publication No. 10-2019-0061552 discloses a method for manufacturing a mold. A method for producing a mold core by using is disclosed.
하지만, 상술한 3D 프린팅 기법은 레이저 또는 전자빔을 열원으로 이용하여 분말 형태의 모재를 녹이는 특징이 있는데, 상기의 방법은 고비용의 레이저와 금속 분말이 요구되며, 장치 설비 비용 대비 생산성이 낮다는 단점이 있다. However, the above-described 3D printing technique is characterized by melting a base material in powder form by using a laser or electron beam as a heat source. there is.
이러한 이유로, 상대적으로 장치 비용이 저렴하고 생산성이 우수한 아크(Arc)를 열원으로 사용하는 새로운 3D 프린팅 기법이 요구되고 있다. For this reason, a new 3D printing technique using arc as a heat source, which is relatively inexpensive and has excellent productivity, is required.
본 발명은 고비용의 레이저와 금속 분말을 사용하지 않고 아크(Arc)를 열원으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있는 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method for manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method capable of manufacturing an aluminum die-casting mold using an arc as a heat source without using an expensive laser and metal powder.
더 바람직하게는 상기 레이어 사이의 간격(Interpass distance) 및 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)을 소정 범위로 제한하여, 금형 프리폼의 형상 변화를 최소화 하는 것을 특징으로 하는 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 제공한다. More preferably, it is manufactured by a wire arc 3D stacking method, characterized in that the shape change of the mold preform is minimized by limiting the interpass distance and the interlayer distance to a predetermined range. A method for manufacturing an aluminum die-casting mold is provided.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 금속 와이어를 준비하는 단계, 상기 금속 와이어에 아크를 조사하여, 상기 금속 와이어가 용융되어 레이어를 제조하는 단계, 상기 레이어가 일 평면에 소정 간격으로 밀집하여 레이어 층을 제조하는 단계, 상기 레이어 층을 소정 간격으로 적층하여 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계 및 상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 기계가공하여 알루미늄 금형을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법에 관한 것이다. In order to solve the above problems, the present invention prepares a metal wire, irradiates the metal wire with an arc, and melts the metal wire to prepare a layer, the layer is densely packed on one plane at predetermined intervals Manufacturing layer by layer, manufacturing an aluminum mold preform by laminating the layer at predetermined intervals, and manufacturing an aluminum mold by machining the aluminum mold preform. It relates to a method for manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method.
상기 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 와이어는 솔리드 와이어(Solid wire) 타입일 수 있다. According to the embodiment, the metal wire may be a solid wire type.
상기 일 실시 예에 따르면, 상기 레이어 층을 형성하는 단계에서, 상기 레이어 사이의 간격(Interpass distance)은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다. According to the embodiment, in the step of forming the layers, the interpass distance between the layers may satisfy the following relational expression 1.
[관계식 1][Relationship 1]
0.7w ≤ d ≤0.75w0.7w ≤ d ≤ 0.75w
(상기 관계식 1에서 w는 용접비드의 폭을 의미하며, d는 레이어 사이의 간격을 의미한다)(In the relational expression 1 above, w means the width of the welding bead, and d means the spacing between layers)
상기 일 실시 예에 따르면, 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계에서, 상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)은 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.According to the above embodiment, in the step of manufacturing an aluminum mold preform, the interlayer distance between the layers may satisfy the following
[관계식 2][Relationship 2]
0.8h ≤ l ≤h0.8 h ≤ l ≤ h
(상기 관계식 2에서 h는 용접비드의 높이를 의미하며, l는 레이어 층의 높이 간격을 의미한다)(In the
상기 일 실시 예에 따르면, 동일한 알루미늄 금형 프리폼에서 선택되는 어느 하나의 레이어 층을 제1 레이어 층, 상기 제1 레이어 층의 상층 또는 하층에 인접하여 적층된 레이어 층을 제2 레이어 층으로 정의할 때, 상기 알루미늄 금형 프리폼은 상기 제1 레이어 층의 시작 지점과 상기 제2 레이어 층의 종료 지점이 교차하여 지그재그(Zig-Zag)로 적층될 수 있다.According to the above embodiment, when defining any one layer selected from the same aluminum mold preform as a first layer layer, and a layer layer stacked adjacent to an upper layer or a lower layer of the first layer layer as a second layer layer , The aluminum mold preform may be stacked in a zigzag pattern with the start point of the first layer and the end point of the second layer intersecting.
본 발명에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법은 아크(Arc)를 열원으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조함으로써, 금형의 제작 비용을 절감하며 생산성을 확보할 수 있다. The manufacturing method of the aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the present invention can reduce the manufacturing cost of the mold and secure productivity by manufacturing the aluminum die-casting mold using an arc as a heat source.
특히, 상기 알루미늄 다이캐스팅 금형의 레이어 사이의 간격(Interpass distance)을 단일 용접비드의 폭 대비 70 내지 75%, 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)을 단일 용접비드의 높이 대비 85 내지 95%로 제한하여 금형 프리폼의 변형을 방지하고 생산성을 크게 향상할 수 있다. In particular, the interpass distance between the layers of the aluminum die-casting mold is limited to 70 to 75% of the width of a single weld bead, and the interlayer distance is limited to 85 to 95% of the height of a single weld bead It can prevent deformation of the mold preform and greatly improve productivity.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공정 변수를 평가하는 단계를 설명하기 위한 순서도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 위에 형성된 단일 용접비드의 단면부를 설명하기 위한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이어 층을 설명하기 위한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금형 프리폼을 설명하기 위한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이어 층의 적층방법을 설명하기 위한도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하기 위한 장치를 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어로 레이어를 형성한 후 그 단면을 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어로 레이어를 적층한 레이어 층의 단면을 촬영한 사진이다.
도 11, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어로 레이어를 형성한 후 그 단면을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소(CO2)가스를 보호가스로 사용하였을 때 레이어의 표면 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 보호가스를 아르곤(Ar) + 이산화탄소(CO2)의 혼합가스를 보호가스로 사용하였을 때 레이어의 표면 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 레이어 층을 촬영한 사진이다.
도 16은 본 발명의 비교예에 따른 레이어 층을 촬영한 사진이다.
도 17은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 레이어 층의 최대 높이(HT)에 대한 표준편차를 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조한 레이어 층의 최대 높이(HT)에 대한 표준편차를 나타낸 그래프이다.
도 19은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조한 레이어 층의 최대 높이(HT)에 대한 표준편차를 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 비교예 2에 따라 제조한 레이어 층의 최대 높이(HT)에 대한 표준편차를 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시예 11에 따라 적층된 금형 프리폼을 촬영한 사진이다.
도 22은 본 발명의 비교예 12에 따라 적층된 금형 프리폼을 촬영한 사진이다.
도 23는 본 발명의 비교예 14에 따라 적층된 금형 프리폼을 촬영한 사진이다.1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart for explaining a step of evaluating a process variable according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph for explaining a cross section of a single weld bead formed on a substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph for explaining a layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph for explaining a mold preform according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a method of stacking layers according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to a second embodiment of the present invention.
8 is a photograph of an apparatus for manufacturing an aluminum die-casting mold by a wire arc 3D lamination method according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph of a cross section after forming a layer with a flux cored wire type metal wire according to an embodiment of the present invention.
10 is a photograph of a cross section of a layer layer in which layers are stacked with a flux cored wire type metal wire according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are photographs of cross-sections after forming a layer with a solid wire type metal wire according to an embodiment of the present invention.
13 is a surface photograph of a layer when carbon dioxide (CO 2 ) gas is used as a protective gas according to an embodiment of the present invention.
14 is a surface photograph of a layer when a mixed gas of argon (Ar) + carbon dioxide (CO 2 ) is used as a protective gas according to an embodiment of the present invention.
15 is a photograph of a layer layer according to an embodiment of the present invention.
16 is a photograph of a layer layer according to a comparative example of the present invention.
17 is a graph showing the standard deviation of the maximum height (HT) of the layers manufactured according to Example 1 of the present invention.
18 is a graph showing the standard deviation of the maximum height (HT) of the layers manufactured according to Example 2 of the present invention.
19 is a graph showing the standard deviation of the maximum height (HT) of the layers prepared according to Comparative Example 1 of the present invention.
20 is a graph showing the standard deviation of the maximum height (HT) of the layers prepared according to Comparative Example 2 of the present invention.
21 is a photograph of a mold preform stacked according to Example 11 of the present invention.
22 is a photograph of a mold preform stacked according to Comparative Example 12 of the present invention.
23 is a photograph of a mold preform stacked according to Comparative Example 14 of the present invention.
이하 본 발명에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, an aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.
본 발명의 일 실시예는 와이어 아크 3D 적층법(Wire arc additive manufacturing; WAAM)으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하는 방법에 관한 것이다. One embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing an aluminum die casting mold by wire arc additive manufacturing (WAAM).
통상적인 3D 프린팅은 레이저 또는 전자빔을 열원으로 이용하여 분말 형태의 모재를 녹이는 분말적층용융(Powder Bed Fusion; PBF) 방식, 분말을 직접 공급하면서 레이저를 이용하여 용융 적층하는 PFS(Powder Feeding System) 방식 또는 와이어 모재를 공급하면서 레이저로 모재를 용융하는 WLAM(wire and laser additive manufacturing) 방식등이 사용된다. Conventional 3D printing is a Powder Bed Fusion (PBF) method that melts a base material in powder form using a laser or electron beam as a heat source, and a PFS (Powder Feeding System) method that melts and laminates using a laser while directly supplying powder. Alternatively, a wire and laser additive manufacturing (WLAM) method of melting the base material with a laser while supplying the wire base material is used.
하지만 본 발명은 금속 와이어에 아크(Arc)를 조사하여 레이어를 제조하고, 제조된 레이어를 적층하는 와이어 아크 3D 적층법(Wire arc additive manufacturing; WAAM)을 수행할 수 있다. However, in the present invention, a wire arc 3D additive manufacturing (WAAM) method of manufacturing a layer by irradiating an arc to a metal wire and stacking the manufactured layer may be performed.
본 발명에서 레이어는 와이어 아크를 열원으로 와이어를 용해하여 형성한 용접 비드 또는 동일한 평면에 둘 이상의 용접 비드가 겹쳐서 형성된 구조물을 의미한다. In the present invention, the layer means a weld bead formed by melting a wire using a wire arc as a heat source, or a structure formed by overlapping two or more weld beads on the same plane.
상기 와이어 아크 3D 적층법은 기존 레이저 또는 전자빔을 열원으로 하는 3D 프린팅과는 다르게 장비의 가격 및 유지비가 저렴하고, 생산 속도가 상대적으로 빠르다는 장점이 있다. 또한, 고가의 분말(powder) 재료를 사용할 필요가 없다. 이러한 장점으로 상기 와이어 아크 3D 적층법은 중소 중견기업에서 다품종 소량생산으로 제품을 제조하거나, 연구소 등에서 연구 개발 용도로 시제품을 생산하기 적합하다.Unlike conventional 3D printing using laser or electron beam as a heat source, the wire-arc 3D stacking method has advantages of low equipment cost and maintenance cost and relatively fast production speed. In addition, there is no need to use expensive powder materials. Due to these advantages, the wire-arc 3D lamination method is suitable for manufacturing products in small-scale production of various products in small and medium-sized enterprises or for producing prototypes for research and development purposes in research institutes and the like.
실제로 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도 및 550 내지 650 J/mm의 입열량으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있다. 또한, 이 때 와이어 송급속도(wire feeding rate)가 5 내지 20m/min으로 유지하여 안정적으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있어서, 기존의 주조 방법에 비해 약 2배 이상의 속도로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있다. 이는 중소/중견 기업에서 맞춤형 소량생산에 적합한 제조방법이다. In fact, the wire arc 3D lamination method according to an embodiment of the present invention can manufacture an aluminum die-casting mold with a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, and a heat input of 550 to 650 J/mm. there is. In addition, at this time, the aluminum die-casting mold can be stably manufactured by maintaining the wire feeding rate at 5 to 20 m/min, so that the aluminum die-casting mold can be manufactured at about twice the speed compared to the conventional casting method. can This is a manufacturing method suitable for customized small-volume production in small and medium-sized enterprises.
상기 알루미늄 다이캐스팅 금형은 제조되는 제품의 형상과 금형의 형상이 동일하기 때문에, 높은 정밀도가 요구되며, 금형을 제작하는데 비용과 시간이 상대적으로 많이 소모된다는 특징이 있다.Since the aluminum die-casting mold has the same shape as the shape of the product to be manufactured, high precision is required, and it is characterized by relatively high cost and time to manufacture the mold.
구체적으로 종래의 알루미늄 다이캐스팅 금형은 상기 금형을 설계하는 단계, 실제 금형 크기보다 큰 벌크(Bulk) 형태의 금속 모재를 준비하는 단계, 상기 금속 모재를 1차 가공하는 단계, 1차 가공된 금속 모재를 정밀 가공하여 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하는 단계, 정밀 가공된 알루미늄 다이캐스팅 금형을 열처리 하는 단계를 포함하며, 상기 금형의 형상에 따라 정밀 가공 및 열처리를 수차레 반복하여 제조될 수 있다. Specifically, the conventional aluminum die-casting mold includes the steps of designing the mold, preparing a bulk metal base material larger than the actual mold size, primary processing of the metal base material, and the first processing of the metal base material. It includes manufacturing an aluminum die-casting mold by precision machining and heat-treating the precision-machined aluminum die-casting mold, and may be manufactured by repeating precision machining and heat treatment several times according to the shape of the mold.
하지만 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 다이캐스팅 금형은 금속 와이어에 아크를 조사하여 레이어 층을 제조하고, 상기 레이어 층을 적층한 후 기계가공하여 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있다. 상술한 방법을 통해 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형은 형상이 자유로우며, 동시에 금형의 제작 과정에서 스크랩(scrap)이 발생하는 것을 최소화 하여 재료비를 크게 절감할 수 있다. However, in the aluminum die-casting mold according to an embodiment of the present invention, an aluminum die-casting mold may be manufactured by irradiating a metal wire with an arc to manufacture a layer layer, laminating the layer layer, and then machining it. The aluminum die-casting mold manufactured through the above-described method has a free shape, and at the same time, it is possible to significantly reduce material costs by minimizing the occurrence of scrap in the manufacturing process of the mold.
또한, 스크랩 등으로 폐기된 금속의 보관, 운송, 분류, 재용해, 제강 및 제련, 가공 등에 의한 에너지 소비와 환경오염 문제를 줄이는 효과가 있다.In addition, there is an effect of reducing energy consumption and environmental pollution problems caused by storage, transportation, classification, re-melting, steelmaking and smelting, and processing of discarded metals such as scrap.
실시 예에 따르면, 본 발명은 공정 변수를 평가하는 단계를 더 포함하여 제품의 생산성과 정밀성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 상기 공정 변수는 금속 와이어의 타입, 적층 조건, 보호가스, 와이어 공급 각도, 용접면과 공구 끝점 사이의 거리(Contact tip to work distance;CTWD) 및 입열량 등을 의미하며, 이 외 용접에 영향을 주는 인자를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the present invention may improve productivity and precision of a product by further including the step of evaluating process variables. At this time, the process variables mean the type of metal wire, stacking conditions, shielding gas, wire supply angle, contact tip to work distance (CTWD) and heat input, etc. It may further include factors that affect .
실시 예에 따르면, 본 발명은 제조하고자 하는 알루미늄 다이캐스팅 금형의 형상을 3D CAD/CAM 등의 소프트웨어로 구현할 수 있으며, 상기 구현된 데이터를 기반으로 상기 레이어 층을 적층 및 기계가공하여 알루미늄 금형을 제조할 수 있다. According to an embodiment, the present invention can implement the shape of an aluminum die-casting mold to be manufactured with software such as 3D CAD / CAM, and based on the implemented data, the aluminum mold can be manufactured by laminating and machining the layer by layer. can
실시 예에 따르면, 본 발명은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도 및 550 내지 650 J/mm의 입열량으로 용접 비드를 제조할 수 있으며, 이 때 와이어 송급속도(wire feeding rate)가 5 내지 20m/min으로 유지하여 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있다. According to an embodiment, the present invention can manufacture a welding bead with a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, and a heat input of 550 to 650 J/mm, at which time the wire feeding speed (wire feeding rate) can be maintained at 5 to 20 m / min to manufacture an aluminum die-casting mold.
또한, 본 발명은 동일한 알루미늄 금형 프리폼에서 선택되는 어느 하나의 레이어 층을 제1 레이어 층, 상기 제1 레이어 층의 상층 또는 하층에 인접하여 적층된 레이어 층을 제2 레이어 층으로 정의할 때, 상기 알루미늄 금형 프리폼은 상기 제1 레이어 층의 시작 지점과 상기 제2 레이어 층의 종료 지점이 교차하여 상기 레이어층이 지그재그(Zig-Zag)로 적층되도록 경로를 설정할 수 있다. 이를 통해 상기 알루미늄 다이캐스팅 금형의 생산성 및 구조적 안정성을 확보할 수 있다. In addition, when the present invention defines any one layer selected from the same aluminum mold preform as a first layer layer, and a layer layer stacked adjacent to an upper layer or a lower layer of the first layer layer as a second layer layer, The aluminum mold preform may set a path so that the layers are stacked in a zigzag pattern by crossing the start point of the first layer and the end point of the second layer. Through this, it is possible to secure productivity and structural stability of the aluminum die-casting mold.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법은 금형 프리폼을 제조하는 단계에서, 상기 레이어 층의 온도를 측정하는 단계 및 상기 레이어 층의 온도가 500℃를 초과하는 경우, 상기 용접 비드를 제조하는 단계를 일시적으로 정지시키고, 상기 레이어 층의 온도를 500℃ 이하로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, a method for manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to an embodiment of the present invention includes the steps of measuring the temperature of the layer in the step of manufacturing a mold preform, and When the temperature of the layer exceeds 500 °C, the step of temporarily stopping the manufacturing of the weld bead and cooling the temperature of the layer to 500 °C or less may be further included.
이를 통해, 상기 금형 프리폼의 붕괴를 방지하고, 변형을 최소화하여 형상의 정밀도를 향상할 수 있다. Through this, it is possible to prevent the mold preform from collapsing and minimize deformation to improve shape precision.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형을 설명하였다. 이하 도 1 내지 도6을 이용하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 설명한다. The aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to a first embodiment of the present invention will be described using FIGS. 1 to 6.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공정 변수를 평가하는 단계를 설명하기 위한 순서도 이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 위에 형성된 단일 용접 비드의 단면부를 설명하기 위한 사진이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이어 층을 설명하기 위한 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금형 프리폼을 설명하기 위한 사진이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이어 층의 적층방법을 설명하기 위한도면이다.1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a photograph for explaining a cross-section of a single weld bead formed on a substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a photograph for explaining a layer according to an embodiment of the present invention, 5 is a photograph for explaining a mold preform according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view for explaining a layer-by-layer stacking method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상기 와이어 아크 3D 적층법(WAAM)으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법(1000)은 금속 와이어를 준비하는 단계(S100), 상기 금속 와이어에 아크를 조사하여 상기 금속 와이어가 용융되어 용접 비드를 제조하는 단계(S300), 상기 용접 비드가 일 평면에 소정 간격으로 밀집하여 레이어 층을 제조하는 단계(S400), 상기 레이어 층을 소정 간격으로 적층하여 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계(S500) 및 상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 기계가공하여 알루미늄 금형을 제조하는 단계(S600)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the
또한, 실시 예에 따르면, 상기 속 와이어를 준비하는 단계와 상기 용접 비드를 제조하는 단계 이전에 공정 변수를 평가하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다.In addition, according to the embodiment, a step of evaluating process variables (S200) may be further included before the step of preparing the inner wire and the step of manufacturing the weld bead.
상기 금속 와이어를 준비하는 단계(S100)는 후술할 레이어의 모재가 될 금속 와이어를 준비하는 단계이다. The step of preparing the metal wire (S100) is a step of preparing a metal wire to be a base material of a layer to be described later.
실시 예에 따르면, 상기 금속 와이어는 5Cr-6Mo로 이루어진 공구강 와이어로 제공될 수 있으며, 구체적으로 하기 표 1과 같은 조성의 와이어로 제공될 수 있다. According to an embodiment, the metal wire may be provided as a tool steel wire made of 5Cr-6Mo, and may be specifically provided as a wire having a composition shown in Table 1 below.
상기 공정 변수를 평가하는 단계(S200)는 목표로 하는 알루미늄 다이캐스팅 금형과 동일한 소재 및 크기를 가진 기판(substrate)위에 공정 변수를 다르게 하여 레이어 층 또는 금형 프리폼을 제조하고, 상기 레이어 층 또는 금형 프리폼의 형상 및 상태를 분석하여 공정 변수를 평가하는 단계이다. In the step of evaluating the process variables (S200), a layer layer or a mold preform is manufactured by varying the process variables on a substrate having the same material and size as the target aluminum die-casting mold, and the layer layer or mold preform is This step is to evaluate the process variables by analyzing the shape and condition.
이 때, 상기 공정 변수는 금속 와이어의 타입, 적층 조건, 보호가스, 와이어 공급 각도, 용접면과 공구 끝점 사이의 거리(Contact tip to work distance;CTWD) 및 입열량 등을 의미하며, 이 외 용접에 영향을 주는 인자를 더 포함할 수 있다. At this time, the process variables mean the type of metal wire, stacking conditions, shielding gas, wire supply angle, contact tip to work distance (CTWD) and heat input, etc. It may further include factors that affect .
도 2를 참조하면, 상기 공정 변수를 선택하는 단계(S200)는 금속 와이어의 타입을 결정하는 단계(S210), 레이어 제조 방법을 결정하는 단계(S220), 보호가스를 결정하는 단계(S230), 레이어 사이의 간격(Interpass distance)을 결정하는 단계(S240) 및 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)을 결정하는 단계(S150)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the step of selecting the process variable (S200) includes determining the type of metal wire (S210), determining a layer manufacturing method (S220), determining a protective gas (S230), The method may further include determining an interpass distance (S240) and determining an interlayer distance (S150).
도면에는 개시하지 않았으나, 상기 공정 변수를 선택하는 단계(S200)는 레이어 층의 변형 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. Although not disclosed in the drawing, the step of selecting the process variable (S200) may further include measuring the deformation temperature of the layer.
상기 금속 와이어의 타입을 결정하는 단계(S210)에서는 상기 기판위에 타입이 다른 금속 와이어를 사용하여 용접 비드를 생성하고, 상기 용접 비드의 내외부 형상을 관찰하여 본 발명에 최적화된 금속 와이어를 결정할 수 있다. In the step of determining the type of the metal wire (S210), a metal wire optimized for the present invention can be determined by generating a welding bead using a metal wire of a different type on the substrate and observing the internal and external shapes of the welding bead. .
실시 예에 따르면, 상기 S210 단계를 통해 본 발명은 금속 와이어를 솔리드 와이어(Solid wire) 타입으로 결정할 수 있다. According to an embodiment, through the step S210, the present invention may determine the metal wire as a solid wire type.
구체적으로, 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어를 기판위에 용접 비드를 형성한 결과, 일부 용접 비드 내부에 기공이 형성되었음을 확인하였다. 이는 금속 와이어에 플럭스(Flux)가 와이어 내부에 잔류한 결과로 결과로 해석된다. Specifically, as a result of forming a welding bead on a substrate with a flux cored wire type metal wire, it was confirmed that pores were formed inside some of the welding bead. This is interpreted as a result of the flux remaining inside the wire in the metal wire.
또한, 상기 와이어의 송급속도(wire feeding rate)가 빨라짐에 따라 과도한 스패터가 발생하는 경우도 확인하였다. 상기 기공과 스패터 등은 상기 레이어 층을 다층으로 적층하는 경우 응력 집중 및 크랙(Crack)을 유발하여 파단과 변형의 원인이 된다. In addition, it was also confirmed that excessive spatter occurred as the wire feeding rate increased. The pores and spatters cause stress concentration and cracks when the layers are stacked in multiple layers, causing breakage and deformation.
반면에, 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어는 내부에 기공이 형성되지 않으며, 적절한 입열량과 송급 속도를 소정 범위로 가변하여도 스패터가 과량으로 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 솔리드 와이어(Solid wire) 타입으로 제조한 용접 비드는 다층으로 적층하여도 내구성과 형태의 안정성을 유지할 수 있음을 확인하였다.On the other hand, it can be confirmed that no pores are formed inside the solid wire type metal wire, and excessive spatter is not generated even when the appropriate amount of heat input and supply speed are varied within a predetermined range. That is, it was confirmed that the welding bead manufactured as a solid wire type can maintain durability and shape stability even when multi-layered.
상술한 결과를 근거로 본 발명은 금속 와이어를 솔리드 와이어(Solid wire) 타입으로 한정할 수 있다.Based on the above results, the present invention can limit the metal wire to a solid wire type.
상기 레이어 제조 방법을 결정하는 단계(S220)에서는 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어로 용접 비드를 형성하는 조건을 결정할 수 있다. In the step of determining the layer manufacturing method (S220), conditions for forming a welding bead with a solid wire type metal wire may be determined.
예를 들어, S220 단계에서는 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(Cold Metal Transfer Welding; CMT), 펄스 아크 용접법(Pulse arc process) 및 상기 두가지 용접법을 특정 주기로 교차하는 CMT-P 용접법으로 레이어를 형성할 수 있다. 이 후, 상기 레이어의 내외부 형상을 분석하여 최적화된 용접법을 선택할 수 있다. For example, in step S220, a layer can be formed by a cold metal transfer welding (CMT) method, a pulse arc process method, and a CMT-P welding method in which the two welding methods are crossed at a specific cycle. Thereafter, an optimized welding method may be selected by analyzing the internal and external shapes of the layer.
이 중, 펄스 아크 용접법(Pulse arc process)과 CMT-P 용접법은 용접 과정에서 스패터가 더 많이 발생하여 용착되는 금속의 양이 감소하는 것을 확인하였다. 이는 동일한 크기의 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하기 위해서는 상대적으로 더 많은 패스가 요구되며, 상기 스패터로 인하여 불량의 원인이 될 수 있다. Among them, it was confirmed that the pulse arc welding method and the CMT-P welding method generated more spatter during the welding process, reducing the amount of deposited metal. This requires relatively more passes to manufacture aluminum die-casting molds of the same size, and may cause defects due to the spatter.
반면에 상기 레이어를 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 레이어를 형성하는 경우, 동일한 입열량을 기준으로 스패터 발생량이 현저히 감소하여 용접비드의 폭과 높이가 증가되는 것을 확인하였다. On the other hand, when the layer is formed by the cold metal transfer welding method (CMT), it was confirmed that the width and height of the weld bead increased as the amount of spatter generation significantly decreased based on the same heat input.
구체적으로 상기 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)은 와이어 송급 모터를 포함하여, 상기 레이어를 동일한 속도로 공급할 수 있는 레이어 형성방법이다. Specifically, the cold metal transfer welding method (CMT) is a layer forming method capable of supplying the layer at the same speed, including a wire feeding motor.
상술한 결과를 근거로 본 발명은 적층 조건을 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 한정할 수 있다.Based on the above results, the present invention can limit the lamination condition to the cold metal transfer welding method (CMT).
상기 보호가스를 결정하는 단계(S230)에서는 상기 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 형성된 레이어를 적층하는 과정에서 주변 대기 또는 주변 환경에 의한 불순물에 상기 레이어가 노출되는 것을 방지하는 보호가스를 결정할 수 있다. In the step of determining the protective gas (S230), a protective gas that prevents the layer from being exposed to impurities due to the surrounding atmosphere or the surrounding environment in the process of laminating the layer formed by the cold metal transfer welding (CMT) method can be determined. .
예를 들어, 상기 S130단계에서는 이산화탄소(CO2)를 보호가스로 선택한 레이어와, 아르곤(Ar)과 이산화탄소(CO2)가 혼합된 혼합가스를 보호가스로 선택한 레이어를 비교할 수 있다. For example, in the step S130, a layer in which carbon dioxide (CO 2 ) is selected as a protective gas and a layer in which a mixed gas of argon (Ar) and carbon dioxide (CO 2 ) is selected as a protective gas may be compared.
이 중, 상기 아르곤(Ar)과 이산화탄소(CO2)가 혼합된 혼합가스를 보호가스로 선택한 와이어는 표면에 슬래그가 부착되어 표면오염이 발생할 수 있다. 이 경우 상기 레이어를 적층하게 되면, 상기 슬래그로 인하여 부식과 형상 변형에 원인이 된다. Among them, slag may be attached to the surface of the wire in which the mixed gas of argon (Ar) and carbon dioxide (CO 2 ) is selected as the protective gas, resulting in surface contamination. In this case, when the layers are stacked, the slag causes corrosion and shape deformation.
반면에 이산화탄소(CO2)를 보호가스로 선택한 레이어는 표면의 상태가 고르고 슬래그가 잘 제거되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 와이어 표면의 불순물을 제거하기 위해, 상기 보호가스는 이산화탄소(CO2) 가스, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상의 순도를 갖는 이산화탄소(CO2) 가스로 제공되는 것이 바람직한 것을 확인하였다. On the other hand, it can be confirmed that the layer with carbon dioxide (CO 2 ) selected as the protective gas has an even surface condition and slag is well removed. That is, in order to remove impurities on the surface of the wire, it was confirmed that the protective gas is preferably provided as carbon dioxide (CO 2 ) gas, more preferably carbon dioxide (CO 2 ) gas having a purity of 99.9% or more.
상술한 결과를 근거로 본 발명은 보호가스를 순도 99.9% 이상의 이산화탄소(CO2) 가스로 한정할 수 있다.Based on the above results, the present invention can limit the protective gas to carbon dioxide (CO 2 ) gas having a purity of 99.9% or more.
상기 레이어 사이의 간격을 결정하는 단계(S240)에서는 동일한 일 평면에 형성된 레이어 사이의 간격(Interpass distance)을 결정할 수 있다. In the step of determining the distance between the layers (S240), an interpass distance between layers formed on the same plane may be determined.
도 3을 참조하면, 상기 기판(substrate)위에 레이어(Layer)를 형성한 후, 상기 레이어의 중심부를 기판과 수직한 방향으로 절단할 수 있다. 또한, 상기 절단면을 기준으로 상기 용접비드의 폭(w)과 높이(h)를 정의할 수 있다. Referring to FIG. 3 , after forming a layer on the substrate, a central portion of the layer may be cut in a direction perpendicular to the substrate. In addition, the width (w) and height (h) of the welding bead may be defined based on the cut surface.
도 4를 참조하면, 동일한 평면에 둘 이상의 레이어가 평행하게 밀집하여 레이어 층을 형성할 수 있다. 통상적으로 상기 레이어 층은 10개의 레이어가 동일한 평면상에 평행하게 배치된 것을 의미하지만 이에 한정되지 않으며, 10개 이상 또는 이하의 레이어가 밀집하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4 , two or more layers may be densely packed in parallel on the same plane to form a layer. Typically, the layer means that 10 layers are arranged in parallel on the same plane, but is not limited thereto, and 10 or more or less layers may be densely formed.
실시 예에 따르면 상기 레이어 층에서 선택되는 어느 하나의 레이어는 가장 인접한 레이어와 소정 부분 오버랩(Overlap, ?후? 상태)되는 것이 바람직하다. 상기 레이어가 서로 오버랩 되지 않으면, 상기 레이어 사이 공간으로 응력이 집중되어 취성이 증가될 수 있으며, 적층 시 상기 레이어 사이 공간으로 상층의 레이어가 침몰되어 형상에 변화가 발생할 수 있다. 반면에 상기 와이어들이 지나치게 오버랩되면 와이어 사이에 간섭이 발생하여 스패터가 증가될 수 있다. 또한, 용접열이 좁은 공간에 지나치게 집중되어 기판, 와이어 또는 상기 레이어가 적층되어 형성된 금형 프리폼에 열변형이 발생될 수 있다.According to the embodiment, it is preferable that any one layer selected from the layers overlaps the most adjacent layer in a predetermined portion (Overlap, after? state). If the layers do not overlap each other, stress may be concentrated in the space between the layers and brittleness may increase, and during stacking, an upper layer may sink into the space between the layers, resulting in a change in shape. On the other hand, if the wires overlap excessively, interference may occur between the wires, resulting in increased spatter. In addition, since welding heat is excessively concentrated in a narrow space, thermal deformation may occur in a mold preform formed by stacking a substrate, a wire, or the layers.
실시 예에 따르면, 상기 레이어 사이의 간격(Interpass distance, d)은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다. According to an embodiment, the interpass distance (d) between the layers may satisfy the following relational expression 1.
[관계식 1][Relationship 1]
0.7w ≤ d ≤0.75w0.7w ≤ d ≤ 0.75w
(상기 관계식 1에서 w는 용접비드의 폭을 의미하며, d는 레이어 사이의 간격을 의미한다)(In the relational expression 1 above, w means the width of the welding bead, and d means the spacing between layers)
즉, 상기 레이어 사이의 간격(d)은 상기 레이어 폭(w)에 의해 결정될 수 있는데, 바람직하게는 상기 레이어 폭(w)의 70 내지 75%인 것이 바람직하다. That is, the distance (d) between the layers may be determined by the layer width (w), and is preferably 70 to 75% of the layer width (w).
상기 레이어 사이의 간격(d)이 0.7w 미만이면, 상기 레이어 사이의 간격이 지나치게 좁아 상기 레이어가 온전한 형태의 비드를 형성하지 못하고 일부 레이어가 스패터될 수 있다. 또한 상기 레이어 사이의 간격(d)이 좁아지면 좁아질수록 스패터 되는 양이 증가한다. 아울러 상기 레이어 사이의 간격(d)이 0.7w 미만이면, 상술한 열변형이 발생할 수 있다. If the distance (d) between the layers is less than 0.7w, the distance between the layers is too narrow, so that the layers may not form a complete bead, and some of the layers may be spattered. In addition, as the distance d between the layers becomes narrower, the amount of spattering increases. In addition, when the distance (d) between the layers is less than 0.7w, the aforementioned thermal strain may occur.
반면에 상기 레이어 사이의 간격(d)이 0.75w를 초과하면 와이어 사이 용접부가 균일하게 용접되지 못하고, 일부 구간에 기공이 발생하거나 응력이 감소될 수 있다. 이 경우 기공 또는 응력이 약한 곳으로 응력집중이 일어나서 변형, 파괴의 원인이 된다. On the other hand, if the distance (d) between the layers exceeds 0.75w, the welded portion between the wires may not be uniformly welded, and pores may occur in some sections or stress may be reduced. In this case, stress concentration occurs in pores or places where stress is weak, causing deformation and destruction.
이러한 이유로, 상기 레이어 사이의 간격(d)은 상기 레이어 폭(w)을 기준으로 70 내지 75%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 71 내지 73%로 형성될 수 있다. For this reason, the distance d between the layers is preferably 70 to 75% of the layer width w, and more preferably 71 to 73%.
상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)을 결정하는 단계(S250)에서는 기판 위에 적층되는 레이어 사이의 간격을 결정하는 단계이다. The step of determining the interlayer distance (S250) is a step of determining the distance between the layers stacked on the substrate.
도 5를 참조하면, 상기 기판(substrate)위에 레이어 층을 형성한 후, 상기 레이어 층 위에 또 다른 레이어 층을 형성하는 것을 반복하여 금형 프리폼을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 5 , after forming a layer on the substrate, a mold preform may be manufactured by repeatedly forming another layer on the layer.
실시 예에 따르면, 상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance, l)은 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. According to an embodiment, the interlayer distance (l) of the layer may satisfy the following
[관계식 2][Relationship 2]
0.8h ≤ l ≤ h0.8 h ≤ l ≤ h
(상기 관계식 2에서 h는 용접비드의 높이를 의미하며, l는 레이어 층의 높이 간격을 의미한다)(In the
즉, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)은 상기 레이어 높이(h)에 의해 결정될 수 있는데, 바람직하게는 상기 레이어 높이(h)의 80% 이상인 것이 바람직하다. That is, the height interval (l) of the layer may be determined by the layer height (h), and is preferably 80% or more of the layer height (h).
상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 레이어 높이(h)의 80% 미만이면, 상기 레이어 층을 일 방향으로 적층할 때, 아크열로 인해 아랫층의 레이어에 변형이 발생할 수 있다. 또한, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 레이어 높이(h)의 80% 미만이면 동일한 높이의 금형 프리폼을 형성하기 위해 요구되는 레이어층이 증가하여 생산성이 감소할 수 있다. If the height interval (l) of the layers is less than 80% of the layer height (h), when the layers are stacked in one direction, deformation may occur in the lower layer due to arc heat. In addition, if the height interval (l) of the layers is less than 80% of the layer height (h), the number of layers required to form a mold preform of the same height increases, and thus productivity may decrease.
반면에, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 레이어 높이(h)의 100%를 초과하면 적층된 레이어 층의 결합력이 감소하여 상기 금형 프리폼이 쉽게 변형 또는 파괴될 수 있다. On the other hand, if the height interval (l) of the layers exceeds 100% of the layer height (h), the mold preform may be easily deformed or destroyed because the bonding strength of the stacked layers is reduced.
이러한 이유로, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)은 상기 레이어 높이(h)를 기준으로 80%이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90% 이상으로 형성될 수 있다. For this reason, it is preferable that the height interval (l) of the layer is 80% or more based on the layer height (h), and more preferably may be formed to be 90% or more.
실시 예에 따르면, 상기 공정 변수를 평가하는 단계(S200)는 상술한 금속 와이어의 종류, 적층 조건, 보호가스, 레이어 사이의 간격 및 레이어 높이 이외에 와이어 공급 각도, 입열량(Heat input), 가압전류, 용접면과 공구 끝점 사이의 거리(Contact tip to work distance; CTWD), 용접부 온도 등을 추가적으로 더 고려하여 공정 변수를 평가할 수 있다. According to an embodiment, the step of evaluating the process variables (S200) includes the wire supply angle, heat input, applied current in addition to the above-described type of metal wire, stacking conditions, shielding gas, spacing between layers, and layer height. , the distance between the welding surface and the tip of the tool (Contact tip to work distance; CTWD), and the temperature of the welding part can be additionally considered to evaluate process parameters.
상기 레이어를 제조하는 단계(S300)는 상기 금속 와이어에 아크를 조사하여 레이어를 제조할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제조하고자 하는 알루미늄 다이캐스팅 금형의 형상을 3D CAD/CAM 등의 소프트웨어로 구현할 수 있으며, 상기 구현된 데이터를 기반으로 상기 레이어를 적층할 수 있다. In the manufacturing of the layer (S300), the layer may be manufactured by irradiating an arc to the metal wire. More preferably, the shape of the aluminum die-casting mold to be manufactured can be implemented with software such as 3D CAD/CAM, and the layers can be stacked based on the implemented data.
즉, 상기 S300 단계는 아크를 열원으로 상기 금속 와이어를 용융하고, 용융된 와이어로 레이어를 제조할 수 있다. 이 때, 상기 레이어는 상기 레이어 사이의 간격을 결정하는 단계(S240)에서 결정된 간격으로 제조될 수 있다. That is, in the step S300, the metal wire may be melted using an arc as a heat source, and a layer may be formed from the melted wire. In this case, the layers may be manufactured at intervals determined in step S240 of determining intervals between the layers.
실시 예에 따르면, 상기 레이어를 제조하는 단계(S300)는 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도 및 550 내지 650 J/mm의 입열량으로 레이어를 제조할 수 있다. 또한, 이 때 와이어 송급속도(wire feeding rate)가 5 내지 20m/min으로 유지하여 안정적으로 레이어를 제조할 수 있다. According to an embodiment, in the step of manufacturing the layer (S300), the layer can be manufactured with a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, and a heat input of 550 to 650 J/mm. . In addition, at this time, the layer can be stably manufactured by maintaining the wire feeding rate at 5 to 20 m/min.
이를 통해, 기존에 금속 분말을 전자빔 또는 레이저로 용융하여 적층하는 방법에 비해 적층속도가 높으며, 재료 효율이 우수한 3D 프린팅 방법을 제공할 수 있다. 또한, 고가의 금속 분말(powder)을 금속 와이어로 대체하여 생산 비용을 절감할 수 있다. Through this, it is possible to provide a 3D printing method with a high stacking speed and excellent material efficiency compared to the existing method of melting and stacking metal powder with an electron beam or laser. In addition, it is possible to reduce production costs by replacing expensive metal powder with metal wire.
상기 레이어 층을 제조하는 단계(S400)는 상기 S300 단계를 통해 제조된 레이어를 일 평면에 소정 간격으로 밀집하여 하나의 레이어 층을 제조하는 단계이다. 이 때, 이 때, 상기 레이어 층은 상기 레이어 높이 간격을 결정하는 단계(S250)에서 결정된 간격으로 제조될 수 있다. The step of manufacturing the layer (S400) is a step of manufacturing one layer by densely concentrating the layers manufactured through the step S300 at predetermined intervals on one plane. At this time, the layer may be manufactured at the interval determined in the step of determining the layer height interval (S250).
본 발명에서 레이어 층은 동일한 평면에 서로 평행한 레이어가 10개 밀집한 것을 의미하나, 이에 한정되지 않으며, 구조 및 형태에 따라 10개 이상 또는 이하의 레이어가 밀집하여 하나의 레이어 층을 형성할 수 있음은 자명하다. In the present invention, the layer means that 10 layers parallel to each other are concentrated on the same plane, but it is not limited thereto, and depending on the structure and shape, 10 or more or less layers may be densely packed to form one layer. is self-explanatory.
상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계(S500)는, 상기 S400 단계를 통해 제조된 레이어를 적층하여 알루미늄 다이캐스팅 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계이다. The step of manufacturing the aluminum mold preform (S500) is a step of manufacturing an aluminum die-casting mold preform by laminating the layers manufactured through the step S400.
이 때, 상기 레이어 층은 지그재그(Zig-Zag) 적층법에 따라 적층될 수 있다. 구체적으로, 동일한 알루미늄 금형 프리폼에서 선택되는 어느 하나의 레이어 층을 제1 레이어 층, 상기 제1 레이어 층의 상층 또는 하층에 인접하여 적층된 레이어 층을 제2 레이어 층으로 정의할 때, 상기 알루미늄 금형 프리폼은 상기 제1 레이어 층의 시작 지점과 상기 제2 레이어 층의 종료 지점이 교차하여 상기 레이어층이 지그재그(Zig-Zag)로 적층되도록 경로를 설정할 수 있다. 이를 통해 상기 알루미늄 다이캐스팅 금형의 생산성 및 구조적 안정성을 확보할 수 있다. In this case, the layer layers may be stacked according to a zig-zag stacking method. Specifically, when defining any one layer selected from the same aluminum mold preform as a first layer layer and a layer layer stacked adjacent to an upper layer or a lower layer of the first layer layer as a second layer layer, the aluminum mold The preform may set a path so that the layers are stacked in a zigzag pattern by crossing the start point of the first layer and the end point of the second layer. Through this, it is possible to secure productivity and structural stability of the aluminum die-casting mold.
도 6을 참조하면, 상기 레이어는 도 6의 (a)와 같이 상기 제1 레이어 층과 상기 제2 레이어 층의 시작 지점과 종료 지점이 일치한 상태로 적층될 수 있다. Referring to FIG. 6 , the layers may be stacked in a state in which a start point and an end point of the first layer and the second layer coincide with each other, as shown in FIG. 6 (a).
또는 도 6의 (b)와 같이 상기 제1 레이어 층과 상기 제2 레리어 층의 시작 지점과 종료 지점이 교차하여 적층될 수 있다. 이하, 상기 도 6의 (a)와 같이 레이어의 시작 지점이 동일한 적층 방법을 한 방향 적층법, 상기 도 6의 (b)와 같이 레이어의 시작 지점과 종료 지점이 교차하는 적층법을 지그재그(Zig-Zag) 적층법으로 정의한다. Alternatively, as shown in (b) of FIG. 6, the first layer and the second layer may be stacked so that the start point and end point of the layer intersect. Hereinafter, as shown in FIG. -Zag) It is defined by the layering method.
실시 예에 따르면, 상기 한 방향 적층법으로 레이어를 적층하는 경우, 상대적으로 용착량이 높은 레이어의 시작 지점(a, b)이 일 방향에 집중되고, 상대적으로 용착량이 낮은 레이어의 종료(a`, b`) 지점이 일 방향에 집중되어 상기 구조물이 기울어지는 현상이 발생하게 된다. According to the embodiment, when layers are laminated by the one-way lamination method, the starting points (a, b) of layers with a relatively high deposition amount are concentrated in one direction, and the ends (a`, b`) Points are concentrated in one direction, causing the structure to tilt.
반면에 상기 지그재그(Zig-Zag) 적층법 적층법으로 레이어를 적층하는 경우, 상대적으로 용착량이 높은 레이어의 시작 지점(a, b)과 상대적으로 용착량이 낮은 레이어의 종료 지점(a`, b`) 서로 교차하여 용착량이 고르게 분포할 수 있다. 이를 통해 상기 구조물이 기울어지는 현상을 방지할 수 있다. On the other hand, when layers are stacked by the Zig-Zag lamination method, the start points (a, b) of layers with a relatively high deposition amount and the end points (a`, b` of layers with a relatively low deposition amount) ) can be evenly distributed across each other. Through this, it is possible to prevent the structure from tilting.
마지막으로 상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 기계가공하는 단계(S600) 에서, 상기 금형 프리폼을 기계가공하여 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있다. Finally, in the step of machining the aluminum mold preform (S600), an aluminum die-casting mold may be manufactured by machining the mold preform.
구체적으로 상기 S600단계에서는 드릴을 사용하여 맞춰 상기 금형 프리폼을 황삭 및 연삭 가공하여 금형의 외형을 다듬을 수 있으며, 이 후 방전가공을 통해 알루미늄 다이캐스팅용 금형을 제조할 수 있다. Specifically, in the step S600, the mold preform may be roughed and ground to fit using a drill to refine the outer shape of the mold, and then an aluminum die casting mold may be manufactured through electrical discharge machining.
이상 본 발명의 제1 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법에 대해 설명하였다. 이하 도 7을 통해 본 발명의 제2 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법에 대해 설명한다. The manufacturing method of the aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the first embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 .
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. 7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method according to a second embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법에서, 상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계(S500)는 상기 레이어 층의 온도를 측정하는 단계(S510) 및 상기 레이어 층의 온도가 500℃를 초과하는 경우, 상기 레이어를 제조하는 단계를 일시적으로 정지시키고, 상기 레이어 층의 온도를 500℃ 이하로 냉각하는 단계(S530)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, in the manufacturing method of the aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the second embodiment of the present invention, the step of manufacturing the aluminum mold preform (S500) is the layer Step of measuring the temperature (S510) and, when the temperature of the layer exceeds 500 ° C, temporarily stopping the step of manufacturing the layer and cooling the temperature of the layer to 500 ° C or less (S530) may further include.
상기 레이어 층의 온도를 측정하는 단계(S510)는 적외선 센서(infrared sensor) 등 공지된 측정장치 및 측정방법을 응용하여 상기 레이어 층의 온도를 측정하는 단계이다. The step of measuring the temperature of the layer (S510) is a step of measuring the temperature of the layer by applying a known measuring device and measuring method such as an infrared sensor.
만약 상기 레이어 층의 온도가 500℃를 초과하면 상기 레이어 층이 고온으로 인하여 열변형될 수 있으며, 상기 레이어 층에 붕괴현상이 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 상기 S510 단계를 통해 레이어 층의 온도를 측정하여 모니터링 할 수 있다. If the temperature of the layer layer exceeds 500 ° C., the layer layer may be thermally deformed due to the high temperature, and a collapse phenomenon may occur in the layer layer. For this reason, the layer temperature may be measured and monitored through the step S510.
이를 방지하기 위해 상기 S510 단계를 통해 측정한 온도가 500℃를 초과하면, 상기 레이어를 제조하는 단계(S300)를 일시적으로 정지하고, 상기 적층된 레이어가 기준온도(Ts) 이하가 되도록 냉각시킬 수 있다. To prevent this, when the temperature measured through the step S510 exceeds 500 ° C, the step of manufacturing the layer (S300) is temporarily stopped, and the stacked layer is cooled to a reference temperature (T s ) or less can
이 때 상기 냉각 방법으로는 저온의 공기, 또는 불활성 가스 등의 냉각가스를 팬 또는 노즐 등을 통해 상기 레이어 층의 온도를 기준 온도 이하로 냉각할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 공지된 냉각 방법이라면 어떠한 방법도 적용할 수 있다. At this time, as the cooling method, the temperature of the layer may be cooled to a reference temperature or less using a cooling gas such as low-temperature air or an inert gas through a fan or a nozzle, but is not limited thereto, and any known cooling method method can also be applied.
이를 통해, 본 발명은 고온으로 인한 레이어 층의 열변형을 방지하고, 형상의 정밀도를 향상할 수 있다. Through this, the present invention can prevent thermal deformation of the layer due to high temperature and improve the precision of the shape.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 공정 변수에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the process parameters of the aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the embodiment of the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only one reference for explaining the present invention in detail, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be % by weight.
가. 금속 와이어 타입, 적층 조건, 보호가스에 따른 레이어 층 또는 금형 프리폼의 형상 비교.go. Comparison of the shape of layer by layer or mold preform according to metal wire type, stacking conditions, and shielding gas.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하기 위한 장치를 촬영한 사진이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어로 레이어를 형성한 후 그 단면을 촬영한 사진이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어로 형성한 레이어 층의 단면을 촬영한 사진이고, 도 11, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어로 레이어를 형성한 후 그 단면을 촬영한 사진이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소(CO2)가스를 보호가스로 사용하였을 때 레이어의 표면 사진이며, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 보호가스를 아르곤(Ar) + 이산화탄소(CO2)의 혼합가스를 보호가스로 사용하였을 때 레이어의 표면 사진이다. 8 is a photograph of an apparatus for manufacturing an aluminum die-casting mold by wire arc 3D lamination method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a flux cored wire type according to an embodiment of the present invention. A photograph of a cross section after forming a layer of a metal wire, and FIG. 10 is a photograph of a cross section of a layer formed of a flux cored wire type metal wire according to an embodiment of the present invention. 11 and 12 are photographs of a cross section after forming a layer with a solid wire type metal wire according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a photograph according to an embodiment of the
본 발명은 아크 열원을 발생하기 위하여 도 8과 같이 통상의 Gas Metal Arc Welding(GMAW)용접 시스템과 6축 로봇을 조합하여 3D 프린팅 장치를 구축하였다. 구체적으로, Fronius 社의 Gas Metal Arc Welding(GMAW)용접 시스템에 KUKA 社에서 개발한 6축 로봇을 결합하였다. In the present invention, a 3D printing device was built by combining a conventional Gas Metal Arc Welding (GMAW) welding system and a 6-axis robot as shown in FIG. 8 to generate an arc heat source. Specifically, Fronius' Gas Metal Arc Welding (GMAW) welding system was combined with a 6-axis robot developed by KUKA.
이 후, 20㎜ 두께의 SCM440 합금강을 기판(Substrate)으로 준비하였으며, 상기 기판 위에 직경 1.2㎜의 금속 와이어(Filler wire)를 준비하였다. 상기 금속 와이어는 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어와 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입으로 준비된다. 이하 표 2를 통해 상기 기판과 상기 금속 와이어의 구체적인 조성을 개시한다.Thereafter, SCM440 alloy steel having a thickness of 20 mm was prepared as a substrate, and a metal wire having a diameter of 1.2 mm was prepared on the substrate. The metal wire is prepared as a solid wire type metal wire and a flux cored wire type. Table 2 below discloses specific compositions of the substrate and the metal wire.
(SCM440)Substrate
(SCM440)
이후, 상기 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어와 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어 중 본 발명의 적합하다고 선택되는 금속 와이어를 대상으로 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(Cold Metal Transfer Welding; CMT), 펄스 아크 용접법(Pulse arc process) 및 CMT-P 용접법으로 상기 금속 와이어를 용융하여 레이어를 적층하기 위한 최적의 방법을 찾아보았다. Thereafter, the cold metal transfer welding method (Cold Metal Transfer Welding; CMT), pulse arc welding (Pulse arc process), and CMT-P welding method to find the optimal method for melting the metal wire and stacking the layers.
마지막으로, 상술한 조건으로 레이어를 제조하였을 때 가장 적합한 보호가스를 확인하기 위해 이산화탄소(CO2)와 아르곤(Ar) + 이산화탄소(CO2)의 혼합가스를 준비하여 그 결과를 비교하였다. Finally, in order to confirm the most suitable protective gas when the layer was manufactured under the above conditions, a mixture of carbon dioxide (CO 2 ) and argon (Ar) + carbon dioxide (CO 2 ) was prepared and the results were compared.
우선, 상기 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어와 상기 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어를 사용하여 기판 위에 레이어를 제조하고, 상기 레이어의 단면을 관찰하여 본 발명에 최적화된 금속 와이어를 선택할 수 있다. First, a layer is prepared on a substrate using the solid wire type metal wire and the flux cored wire type metal wire, and a cross section of the layer is observed to optimize the present invention. Metal wire can be selected.
도 9를 참조하면, 상기 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입의 금속 와이어를 사용하여 레이어를 제조하면, 일부 레이어에서 용착금속 하단부에 기공이 발생하였음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9 , when a layer is manufactured using the flux cored wire type metal wire, it can be confirmed that pores are generated at the lower portion of the deposited metal in some layers.
구체적으로, 비교 제조예 3(도 9의 (a)), 비교 제조예 5(도 9의 (c)) 및 비교 제조예 6(도 9의 (d))로 제조한 레이어는 용착금속 하단부에 기공이 발생하였음을 선명하게 확인할 수 있다. 이는 상기 금속 와이어를 플럭스 코어드 와이어(Flux cored wire) 타입으로 제공하게되면, 상기 금속 와이어 내부의 Flux가 배출되지 못하고, 용접부 하단에 갇혀 기공이 형성되었을 것으로 보여진다. 비록 비교 제조예 4(도 9의 (b))에서는 기공이 발생되지 않았으나, 상기 레이어 또한 동일하게 플럭스 코어드 와이어 타입을 사용하였음으로, 레이어를 반복 형성 시 기공이 발생할 가능성이 충분히 있음을 예상할 수 있다. Specifically, the layers prepared in Comparative Preparation Example 3 (Fig. 9 (a)), Comparative Preparation Example 5 (Fig. 9 (c)) and Comparative Preparation Example 6 (Fig. 9 (d)) are placed on the lower part of the deposited metal. It can be clearly confirmed that pores have occurred. This suggests that when the metal wire is provided in a flux cored wire type, the flux inside the metal wire cannot be discharged and pores are formed at the bottom of the welded part. Although no pores were generated in Comparative Manufacturing Example 4 (FIG. 9(b)), since the same flux-cored wire type was used for the layer, it can be expected that there is a sufficient possibility of pores occurring when the layers are repeatedly formed. can
특히 도 10과 같이 상기 레이어를 적층하는 경우, 용접부 내부로 상기 기공이 다수로 형성되어 있음을 확인하였다. 상기의 기공으로 인하여 플럭스 코어드 와이어 타입의 금속 와이어는 레이어를 적층 하였을 때 결함 및 파괴가 발생할 가능성이 높음을 예상 가능하다. In particular, when the layers are laminated as shown in FIG. 10, it was confirmed that a plurality of pores are formed inside the welded portion. Due to the above pores, it can be expected that the flux-cored wire type metal wire is highly likely to cause defects and destruction when layers are stacked.
반면에 도 11을 참조하면, 상기 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어를 사용하여 제조된 상기 제조예 1(도 11의 (a)), 비교 제조예 1(도 11의 (b)) 및 비교 제조예 2(도 11의 (c)) 모두 기공이 형성되지 않았음을 알 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 11, Preparation Example 1 (Fig. 11 (a)), Comparative Preparation Example 1 (Fig. 11 (b)) manufactured using the solid wire type metal wire, and It can be seen that no pores were formed in Comparative Preparation Example 2 (FIG. 11(c)).
더욱 구체적으로, 도 12를 참조하면, 상기 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 레이어를 제조한 제조예 1(도 12의 (a))는 레이어를 제조하는 과정에서 스패터가 적게 발생하였으며, 그 결과 레이어의 체적이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.More specifically, referring to FIG. 12, in Manufacturing Example 1 (FIG. 12(a)) in which the layer was manufactured by the cold metal transfer welding method (CMT), less spatter occurred in the process of manufacturing the layer, and as a result It can be seen that the volume of the layer is the largest.
반면에, 상기 펄스 아크 용접법(Pulse arc process)으로 레이어를 제조한 비교 제조예 1(도 12의 (b))과 CMT-P 용접법으로 레이어를 제조한 비교 제조예 2(도 12의 (c))는 비록 기공이 형성되지는 않았으나, 용접 과정에서 스패터가 더 많이 발생하여 용접 면에 불순물이 다량 발생함을 확인하였다. On the other hand, Comparative Preparation Example 1 (Fig. 12 (b)) in which the layer was manufactured by the pulse arc process and Comparative Preparation Example 2 (Fig. 12 (c)) in which the layer was manufactured by the CMT-P welding method ) confirmed that although pores were not formed, more spatter occurred during the welding process, resulting in a large amount of impurities on the welded surface.
또한, 상기 스패터로 인하여 용착되는 레이어의 체적 또한 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 동일한 크기의 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조하기 위해서는 상대적으로 더 많은 레이어가 요구되어, 생산성이 감소된다는 것을 의미한다. In addition, it can be seen that the volume of the deposited layer also decreases due to the spatter. This means that relatively more layers are required to manufacture an aluminum die-casting mold of the same size, reducing productivity.
마지막으로, 상기 보호가스에 의한 와이어 표면의 상태를 비교하기 위해 보호가스를 순도 99.9% 이상의 이산화탄소(CO2)와 이산화탄소가 18 부피% 포함된 아르곤(Ar) + 이산화탄소(CO2) 혼합가스(이하, Ar + 18% CO2)를 비교하였다. Finally, in order to compare the state of the wire surface by the shielding gas, the shielding gas was used as a mixture of carbon dioxide (CO 2 ) with a purity of 99.9% or more and argon (Ar) + carbon dioxide (CO 2 ) containing 18% by volume of carbon dioxide (hereinafter , Ar + 18% CO 2 ).
도 13을 참조하면, 상기 보호가스를 순도 99.9% 이상의 이산화탄소(CO2) 단일 가스로 제공한 제조예 1은 표면이 고르고, 표면 오염이 거의 관찰되지 않은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, it can be seen that Preparation Example 1, in which the protective gas was provided as a single gas of carbon dioxide (CO 2 ) having a purity of 99.9% or more, had an even surface and almost no surface contamination was observed.
반면에 도 14를 참조하면, 상기 보호가스를 Ar + 18% CO2로 제공한 비교 제조예 6은 표면에 심각한 오염이 발생하였음을 관찰할 수 있다. 상술한 차이가 발생하는 이유는 상기 비교 제조예 6은 슬래그가 표면에 부착되어 표면을 오염시켰기 때문이다.On the other hand, referring to FIG. 14, in Comparative Preparation Example 6 in which Ar + 18% CO 2 was provided as the protective gas, it can be observed that serious contamination occurred on the surface. The reason for the above-described difference is that in Comparative Preparation Example 6, slag adhered to the surface and contaminated the surface.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법은 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어를 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 레이어를 제조하고, 이 때의 보호가스는 순도 99.9% 이상의 이산화탄소(CO2)가스를 사용하는 것이 가장 최적의 상태로 레이어를 제조할 수 있음을 알 수 있다. That is, the manufacturing method of the aluminum die-casting mold manufactured by the wire arc 3D lamination method according to the embodiment of the present invention manufactures a layer of a solid wire type metal wire by a cold metal transfer welding method (CMT), and at this time It can be seen that the use of carbon dioxide (CO 2 ) gas having a purity of 99.9% or higher as the protective gas of can produce the layer in the most optimal state.
또한, 상술한 방법을 통해, 본 발명은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도 및 550 내지 650 J/mm의 입열량으로 레이어를 제조할 수 있다. 또한, 이 때 와이어 송급속도(wire feeding rate)가 5 내지 20m/min으로 유지하여 안정적으로 금형 프리폼을 제조할 수 있다. In addition, through the above-described method, the present invention can produce a layer with a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, and a heat input of 550 to 650 J/mm. In addition, at this time, the mold preform can be stably manufactured by maintaining the wire feeding rate at 5 to 20 m/min.
이는 본 발명이, 통상의 분말적층용융(PBF)방식에 비해 높은 적층속도로 알루미늄 다이캐스팅 금형을 제조할 수 있음을 말해주는 근거이다. This is the basis for saying that the present invention can manufacture an aluminum die-casting mold at a higher laminating speed than the conventional powder layer melting (PBF) method.
나. 레이어 사이의 간격(Interpass distance)에 따른 레이어 층의 형상 비교.me. Comparison of layer shapes according to the interpass distance between layers.
앞서 살펴본바와 같이, 본 발명은 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어를 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 레이어를 제조하고, 순도 99.9% 이상의 이산화탄소(CO2)가스를 사용하는 것이 가장 최적의 상태로 레이어를 제조할 수 있음을 확인하였다. As described above, in the present invention, it is the most optimal state to manufacture a layer of solid wire type metal wire by cold metal transfer welding (CMT) and to use carbon dioxide (CO 2 ) gas with a purity of 99.9% or more. It was confirmed that the layer could be prepared with
아울러 상술한 방법을 통해 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 5 내지 20m/min의 와이어 송급속도(wire feeding rate)로 레이어를 제조할 수 있다. In addition, through the above-described method, a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, a heat input of 550 to 650 J / mm, and a wire feeding speed of 5 to 20m / min. layers can be made.
이번 단계는 레이어 사이의 간격(Interpass distance)에 따른 와이어 또는 금형 프리폼의 형상을 비교할 수 있다. In this step, the shape of the wire or mold preform according to the interpass distance can be compared.
구체적으로 상기 제조예 1에 따라 레이어를 제조하였으며, 소정의 간격으로 상기 기판 위에 제조하여 레이어를 형성하였다. 상기 제조예 1에 따라 제조된 레이어에 대한 정보를 표 4, 레이어 사이의 간격을 표 5에서 정리하였다. 하기 표 5에서 레이어 폭(w)과 레이어 사이의 간격(d)의 단위는 ㎜이며, 레이어 폭에 따른 레이어 사이의 간격(d/w)의 단위는 %이다. Specifically, the layer was prepared according to Preparation Example 1, and was formed on the substrate at predetermined intervals to form a layer. Information on the layers prepared according to Preparation Example 1 is summarized in Table 4 and the intervals between the layers in Table 5. In Table 5 below, the unit of the layer width (w) and the distance (d) between layers is mm, and the unit of the distance (d/w) between layers according to the layer width is %.
상기 표 4 및 표 5에 해당하는 조건으로 동일한 기판 위에 레이어를 10회 제조하여 하나의 레이어 층을 구성하였다. One layer was formed by manufacturing 10 layers on the same substrate under the conditions corresponding to Tables 4 and 5 above.
그 결과, 상기 레이어 사이의 간격(Interpass distance, d)이 상기 레이어 폭(w)의 길이에 70 내지 75%에서 형성되는 것이 레이어 생성 과정에서 스패터가 발생하지 않았으며, 구조적으로도 안정된 레이어를 형성할 수 있음을 확인하였다. As a result, when the interpass distance (d) between the layers is formed at 70 to 75% of the length of the layer width (w), spatter does not occur during the layer creation process, and the layer is structurally stable. It was confirmed that it can be formed.
구체적으로 도 15를 참조하면, 상기 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 레이어들은 적절한 범위로 오버랩(overlab)되어 레이어 층의 높이가 일정하게 형성되고 있음을 확인하였다. Specifically, referring to FIG. 15 , it was confirmed that the layers manufactured according to Examples 1 and 2 were overlapped to an appropriate extent to form a constant layer height.
반면에 도 16을 참조하면, 상기 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 레이어들은 제조 과정에서 다량의 스패터가 발생하여 동일한 레이어 내에서도 높이 및 용입 깊이가 불균일하며, 그 결과 와이어 표면 또한 고르지 못한 것을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 16, it can be seen that the layers manufactured according to Comparative Examples 1 to 3 generate a large amount of spatter during the manufacturing process, resulting in uneven height and penetration depth even within the same layer, and as a result, the wire surface is also uneven. can
구체적인 비교를 위해 실시예 1과 비교예 1의 레이어 적층 횟수에 따른 따라 형성된 레이어 와이어 형성 횟수에 따른 따라 형성된 레이어의 최대 높이(HT)를 측정하였으며, 측정된 높이의 표준편차를 하기 표 6 및 도 17 내지 20에 개시하였다. For specific comparison, the maximum height (H T ) of the layer formed according to the number of layer wire formations formed according to the number of layers stacked in Example 1 and Comparative Example 1 was measured, and the standard deviation of the measured height is shown in Table 6 and 17 to 20 are disclosed.
표 6을 참조하면, 레이어 사이 간격(d)이 레이어 폭(w)의 70% 내지 75%로 제공되는 제공되는 실시예 1(도 17) 및 실시예 2(도 18)는 동일한 기판에 레이어를 1 내지 10회 형성하여 레이어 층을 구성하였을 때 레이어의 최대 높이(HT)의 표준 편차가 0.76 내지 0.89 및 0.76 내지 0.94를 유지할 수 있다. 또한, 레이어가 1 부터 10까지 생성되었을 때, 최대 높이(HT)에 대한 표준편차의 변화값이 최대 0.1 및 0.18인 것을 알 수 있다. 이는 앞서 설명하였듯이 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 레이어들은 제조 과정에서 스패터가 발생하지 않거나 아주 극소량의 스패터만 발생하여 상기 레이어들의 높이가 적정 수치 내에서 유지될 수 있었기 때문이다.Referring to Table 6, Example 1 (FIG. 17) and Example 2 (FIG. 18) provided that the distance d between the layers is 70% to 75% of the width w of the layer, and the layers are formed on the same substrate. When the layers are formed by forming 1 to 10 times, standard deviations of the maximum height (H T ) of the layer may be maintained at 0.76 to 0.89 and 0.76 to 0.94. In addition, when layers 1 to 10 are created, it can be seen that the maximum change values of the standard deviation for the maximum height (H T ) are 0.1 and 0.18. This is because, as described above, the layers manufactured according to Examples 1 and 2 did not generate spatter or generated only a very small amount of spatter during the manufacturing process, so that the heights of the layers could be maintained within an appropriate value.
반면에, 레이어 사이 간격(d)이 레이어 폭(w)의 70% 미만으로 제공되는 비교예 1(도 19) 및 비교예 2(도 20)는 레이어의 최대 높이(HT)의 표준 편차가 0.56 내지 0.89 및 0.54 내지 0.96을 유지한다. 레이어 높이(HT)에 대한 표준편차의 변화값이 최대 0.33 및 0.42인 것을 알 수 있다. 즉 상기 비교예 1 및 비교예 2는 실시예 1 및 실시예 2에 비해 레이어 높이간 편차가 상대적으로 크다는 것을 의미한다. 이를 통해, 레이어 사이 간격(d)이 레이어 폭(w)에 비해 지나치게 좁게 형성되는 경우, 레이어 사이 공간으로 침몰되거나 열변형이 발생하고, 과도한 스패터가 발생되어 높이의 편차가 커짐을 알 수 있다. On the other hand, in Comparative Example 1 (FIG. 19) and Comparative Example 2 (FIG. 20), in which the distance (d) between layers is provided as less than 70% of the layer width (w), the standard deviation of the maximum layer height (H T ) is 0.56 to 0.89 and 0.54 to 0.96. It can be seen that the change values of the standard deviation for the layer height (H T ) are at most 0.33 and 0.42. That is, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 mean that the variation between layer heights is relatively large compared to Examples 1 and 2. Through this, it can be seen that when the distance d between the layers is formed too narrow compared to the width w of the layers, it sinks into the space between the layers or thermal deformation occurs, and excessive spatter occurs, resulting in a large deviation in height. .
즉, 본 실험을 통해 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 5 내지 20m/min의 와이어 송급속도(wire feeding rate)에서 레이어 사이 간격(d)은 레이어 폭(w)의 70% 이상으로 형성되는 것이 바람직함을 알 수 있다. That is, through this experiment, at a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, a heat input of 550 to 650 J/mm, and a wire feeding speed of 5 to 20m/min It can be seen that the spacing d between the layers is preferably formed to be 70% or more of the layer width w.
또한 상술한 조건으로 동일한 레이어 층에서 각 레이어의 최대 높이(HT)의 표준 편차가 0.7 내지 0.9을 유지하며, 레이어 최대 높이(HT)에 대한 표준편차가 0.89 이하로 형성됨을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the standard deviation of the maximum height (H T ) of each layer is maintained at 0.7 to 0.9 in the same layer under the above conditions, and the standard deviation for the maximum layer height (H T ) is formed to be 0.89 or less.
한편, 상기 레이어 사이 간격(d)이 레이어 폭(w)의 70%을 초과하는 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 와이어들은 상기 비교예 1 내지 3과는 다르게 스패터는 발생하지 않았으나, 상기 레이어 사이의 간격이 지나치게 넓어져 와이어 사이에 와이어 안쪽 방향으로 함몰되는 굴곡면이 형성될 수 있다. 그 결과로 상기 레이어 층의 표면 조도가 현격하게 감소하게 되며, 상기 레이어 층의 굴곡면에 응력이 집중되어 변형, 파괴가 발생할 수 있다. 또한, 일부 레이어에서는 레이어가 온전히 형성되지 못해 내부에 기공이 발생될 수 있다. On the other hand, the wires manufactured according to Comparative Example 4 and Comparative Example 5 in which the distance (d) between the layers exceeds 70% of the layer width (w) did not generate spatter unlike Comparative Examples 1 to 3, but the A gap between the layers may be excessively widened, and a curved surface that is depressed toward the inside of the wire may be formed between the wires. As a result, the surface roughness of the layer layer is significantly reduced, and stress is concentrated on the curved surface of the layer layer, and deformation or destruction may occur. In addition, in some layers, pores may be generated inside the layer because the layer is not completely formed.
이러한 이유로, 상기 레이어 사이의 간격(d)은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 5 내지 20m/min의 와이어 송급속도(wire feeding rate)에서 하기 관계식 1을 만족하는 범위에서 선택될 수 있다. For this reason, the distance (d) between the layers is a current of 200 to 300 A, a voltage of 15 to 25 V, a welding speed of 20 to 80 cpm, a heat input of 550 to 650 J/mm, and a wire feeding speed of 5 to 20 m/min. (wire feeding rate) may be selected from a range that satisfies the following relational expression 1.
[관계식 1][Relationship 1]
0.7w ≤ d ≤0.75w0.7w ≤ d ≤ 0.75w
(상기 관계식 1에서 w는 용접비드의 폭을 의미하며, d는 레이어 사이의 간격을 의미한다))(In the relational expression 1 above, w means the width of the welding bead, and d means the spacing between layers))
다. 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)에 따른 금형 프리폼의 형상 비교.all. Comparison of mold preform shapes according to interlayer distance.
상기 관계식 1을 만족하는 레이어 사이의 간격(d)으로 레이어 층을 제조하고, 하기 표 4와 같은 간격으로 적층하여 금형 프리폼(Preform)를 형성하였다. 이 때, 상기 레이어 높이(h) 및 레이어 층의 높이 간격(l)의 단위는 ㎜이며, 상기 레이어 높이에 따른레이어 층의 높이 간격(l/h)의 단위는 %이다. A mold preform was formed by manufacturing layer layers at intervals (d) between layers satisfying the relational expression 1, and stacking at intervals shown in Table 4 below. At this time, the unit of the layer height (h) and the layer height interval (l) is mm, and the unit of the layer height interval (l/h) according to the layer height is %.
상기 표 7에 해당하는 조건으로 레이어 층을 적층하여 금형 프리폼을 구성하였다. A mold preform was formed by stacking layer by layer under the conditions corresponding to Table 7 above.
그 결과, 상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance, l)이 상기 단일 용접비드의 높이(h)에 85 내지 100%에서 형성되는 것이 와이어 생성 과정에서 스패터가 발생하지 않았으며, 구조적으로도 안정된 금형 프리폼을 형성할 수 있음을 확인하였다. As a result, when the interlayer distance (l) of the layer is formed at 85 to 100% of the height (h) of the single weld bead, no spatter occurs during the wire generation process, and structurally stable It was confirmed that the mold preform could be formed.
구체적으로 도 21을 참조하면, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 단일 용접비드의 높이(h)의 80% 이상, 100%이하로 제공되는 상기 실시예 11은, 상기 레이어 층을 적층하는 과정에서 스패터가 발생하지 않았으며, 상기 레이어 층들이 적절한 범위로 적층되었음을 확인하였다. 즉, 상기 실시예 11에 따라 제조된 금형 프리폼은 적층 과정에서 변형이 최소화되고 형상이 안정적으로 유지되어 수치 정밀도가 향상될 수 있음을 알 수 있다. Specifically, referring to FIG. 21, in Example 11, in which the height interval l of the layers is provided at 80% or more and 100% or less of the height h of a single weld bead, the process of laminating the layers It was confirmed that no spatter occurred, and that the layer layers were stacked in an appropriate range. That is, it can be seen that the mold preform manufactured according to Example 11 minimizes deformation during the lamination process and maintains a stable shape, thereby improving numerical accuracy.
도 22를 참조하면, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 단일 용접비드의 높이(h)의 80% 미만으로 제공되는 상기 비교예 11은, 상기 레이어 층을 적층하는 과정에서 열변형이 발생하여 형상이 고르지 못한 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 비교예 11은 상기 레이어 층을 적층하는 과정에서 상기 기판 상에 다량에 스패터가 다량으로 발생되었음을 확인할 수 있다. 즉, 상기 상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 단일 용접비드의 높이(h)의 80% 미만인 경우, 상기 금형 프리폼의 수치 정밀도가 감소하여 금형 제조 시 품질 감소 및 불량을 유발할 수 있다. Referring to FIG. 22, in Comparative Example 11, in which the height interval (l) of the layers is provided as less than 80% of the height (h) of a single weld bead, thermal deformation occurs in the process of stacking the layers, It can be seen that the shape is uneven. In addition, in Comparative Example 11, it can be confirmed that a large amount of spatter was generated on the substrate in the process of stacking the layers. That is, when the height interval (l) of the layer is less than 80% of the height (h) of a single weld bead, the numerical accuracy of the mold preform is reduced, which may cause quality reduction and defects during mold manufacturing.
반면에 도 23을 참조하면, 상기 레이어 층의 높이 간격(l)이 단일 용접비드의 높이(h)의 100%를 초과하는 상기 비교예 12은, 상기 비교예 11과는 다르게 변형이 발생하지 않았으나, 상기 레이어 층 사이의 결합력이 상기 실시예 11에 비해 약하기 때문에 상기 금형 프리폼이 쉽게 변형 또는 파괴될 가능성이 높다. 이는 금형의 수명을 약화시키는 원인이 된다. On the other hand, referring to FIG. 23, in Comparative Example 12, in which the height interval (l) of the layers exceeds 100% of the height (h) of a single weld bead, unlike Comparative Example 11, deformation did not occur. , Since the bonding force between the layers is weaker than that of Example 11, there is a high possibility that the mold preform is easily deformed or destroyed. This becomes a cause of weakening the life of the mold.
이러한 이유로 상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance, l)은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 5 내지 20m/min의 와이어 송급속도(wire feeding rate)에서 하기 관계식 2를 만족하는 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다. For this reason, the interlayer distance (l) of the layer is a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, a heat input of 550 to 650 J/mm, and a voltage of 5 to 20m/min. It is preferable to select within a range that satisfies the following
[관계식 2][Relationship 2]
0.8h ≤ l ≤ h0.8 h ≤ l ≤ h
(상기 관계식 2에서 h는 용접비드의 높이를 의미하며, l는 레이어 층의 높이 간격을 의미한다)(In the
다시 말해, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 20 내지 80cpm의 용접속도로 레이어를 제조하였을 때, 레이어 층의 높이 간격(l)은 단일 용접비드의 높이(w)의 80% 이상, 100% 이하로 제공되는 것이 바람직하다.In other words, when the layers are manufactured with a heat input of 550 to 650 J/mm and a welding speed of 20 to 80 cpm, the height interval l of the layers is 80% or more, 100% of the height w of a single weld bead. It is preferable to provide below.
이상, 본 발명의 실시예 및 비교에를 통해 본 발명의 공정 변수에 대해 설명하였다. 즉, 본 발명은 솔리드 와이어(Solid wire) 타입의 금속 와이어를 콜드 메탈 트랜스퍼 용접법(CMT)으로 레이어를 제조하고, 이 때의 보호가스는 순도 99.9% 이상의 이산화탄소(CO2)가스를 사용하는 것이 가장 최적의 상태로 레이어를 제조하는 것임을 확인하였다. In the above, the process variables of the present invention have been described through Examples and Comparison of the present invention. That is, the present invention manufactures a layer of a solid wire type metal wire by cold metal transfer welding (CMT), and the protective gas at this time is to use carbon dioxide (CO 2 ) gas with a purity of 99.9% or more. It was confirmed that the layer was manufactured in an optimal state.
또한, 본 발명은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 5 내지 20m/min의 와이어 송급속도(wire feeding rate)에서, 상기 레이어 사이의 간격(Interpass distance)을 하기 관계식 1을 만족하는 범위에서 선택할 수 있다. 이를 통해, 기판 위에 상기 레이어 층을 형성하는 과정에서 스패터가 발생하는 것을 최소화 하고 상기 레이어의 정밀성을 향상할 수 있다. In addition, the present invention is a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, a heat input of 550 to 650 J / mm and a wire feeding speed of 5 to 20m / min. At a wire feeding rate, The interpass distance may be selected within a range that satisfies the following relational expression 1. Through this, it is possible to minimize the occurrence of spatter in the process of forming the layer on the substrate and improve the precision of the layer.
[관계식 1][Relationship 1]
0.7w ≤ d ≤0.75w0.7w ≤ d ≤ 0.75w
(상기 관계식 1에서 w는 용접비드의 폭을 의미하며, d는 레이어 사이의 간격을 의미한다)(In the relational expression 1 above, w means the width of the welding bead, and d means the spacing between layers)
또한, 본 발명은 200 내지 300A 의 전류와 15 내지 25V의 전압, 20 내지 80cpm의 용접속도, 550 내지 650 J/mm의 입열량 및 5 내지 20m/min의 와이어 송급속도(wire feeding rate)에서, 상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)을 하기 관계식 2를 만족하는 범위에서 선택할 수 있다. 이를 통해, 상기 금형 프리폼의 정밀성 및 구조적 안정성을 향상할 수 있다. In addition, the present invention is a current of 200 to 300A, a voltage of 15 to 25V, a welding speed of 20 to 80cpm, a heat input of 550 to 650 J / mm and a wire feeding speed of 5 to 20m / min. At a wire feeding rate, The height interval (interlayer distance) of the layers may be selected within a range that satisfies the following
[관계식 2][Relationship 2]
0.8h ≤ l ≤ h0.8 h ≤ l ≤ h
(상기 관계식 2에서 h는 용접비드의 높이를 의미하며, l는 레이어 층의 높이 간격을 의미한다)(In the
즉, 본 발명은 50 내지 650 J/mm의 입열량 및 20 내지 80cpm의 용접속도로 레이어를 제조하였을 때, 레이어 사이의 간격(d)은 단일 용접비드의 폭(w)의 70 내지 75%로, 레이어 층의 높이 간격(l)은 단일 용접비드의 높이(w)의 80 내지 100%로 제공될 수 있다. That is, in the present invention, when the layers are manufactured with a heat input of 50 to 650 J/mm and a welding speed of 20 to 80 cpm, the distance (d) between the layers is 70 to 75% of the width (w) of a single weld bead. , the height interval (l) of the layer may be provided as 80 to 100% of the height (w) of a single weld bead.
또한, 본 발명은 상기 제1 레이어 층의 시작 지점과 상기 제2 레이어 층의 종료 지점이 교차하여 지그재그(Zig-Zag)로 적층되도록 금형 프리폼을 제공할 수 있다. 이를 통해, 상기 구조물이 기울어지는 현상을 방지할 수 있다. In addition, the present invention may provide a mold preform such that the start point of the first layer and the end point of the second layer intersect and are stacked in a zig-zag pattern. Through this, it is possible to prevent the structure from tilting.
마지막으로 본 발명은 상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계에서, 상기 레이어 층의 온도를 측정하는 단계를 더 추가하여, 상기 레이어 층의 온도가 500℃를 초과하는 경우, 상기 레이어를 제조하는 단계를 일시적으로 정지시키고, 상기 레이어 층의 온도를 500℃ 이하로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 금형 프리폼의 붕괴를 방지하고, 변형을 최소화하여 형상의 정밀도를 향상할 수 있다. Finally, the present invention further adds the step of measuring the temperature of the layer in the step of manufacturing the aluminum mold preform, so that when the temperature of the layer exceeds 500 ° C, the layer is manufactured A step of temporarily stopping the step and cooling the temperature of the layer to 500° C. or less may be further included. Through this, the present invention can prevent the mold preform from collapsing and minimize deformation to improve shape precision.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific details and limited examples as described above, this is only provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above examples, and the present invention belongs Various modifications and variations from these descriptions are possible to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and it will be said that not only the claims to be described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the present invention. .
Claims (5)
상기 금속 와이어에 아크를 조사하여, 상기 금속 와이어가 용융되어 레이어를 제조하는 단계;
상기 레이어가 일 평면에 소정 간격으로 밀집하여 레이어 층을 제조하는 단계;
상기 레이어 층을 소정 간격으로 적층하여 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계; 및
상기 알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 기계가공하여 알루미늄 금형을 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 레이어 층을 형성하는 단계에서,
상기 레이어 사이의 간격(Interpass distance)은 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법.
[관계식 1]
0.7w ≤ d ≤0.75w
(상기 관계식 1에서 w는 용접비드의 폭을 의미하며, d는 레이어 사이의 간격을 의미한다)Preparing a metal wire;
irradiating an arc to the metal wire to melt the metal wire to form a layer;
manufacturing a layer by densely clustering the layers at predetermined intervals on one plane;
manufacturing an aluminum mold preform by stacking the layers at predetermined intervals; and
Manufacturing an aluminum mold by machining the aluminum mold preform;
In the step of forming the layer layer,
The interval between the layers (Interpass distance) is a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method, characterized in that it satisfies the following relational expression 1.
[Relationship 1]
0.7w ≤ d ≤ 0.75w
(In the relational expression 1 above, w means the width of the welding bead, and d means the spacing between layers)
상기 금속 와이어는 솔리드 와이어(Solid wire) 타입인 것을 특징으로 하는, 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법.According to claim 1,
Characterized in that the metal wire is a solid wire type, a method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method.
알루미늄 금형 프리폼(Preform)을 제조하는 단계에서,
상기 레이어 층의 높이 간격(Interlayer distance)은 하기 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법.
[관계식 2]
0.8h ≤ l ≤ h
(상기 관계식 2에서 h는 용접비드의 높이를 의미하며, l는 레이어 층의 높이 간격을 의미한다)According to claim 1,
In the step of manufacturing an aluminum mold preform,
The method of manufacturing an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method, characterized in that the interlayer distance of the layer satisfies the following relational expression 2.
[Relationship 2]
0.8 h ≤ l ≤ h
(In the relational expression 2, h means the height of the welding bead, and l means the height interval of the layers)
동일한 알루미늄 금형 프리폼에서 선택되는 어느 하나의 레이어 층을 제1 레이어 층;
상기 제1 레이어 층의 상층 또는 하층에 인접하여 적층된 레이어 층을 제2 레이어 층;으로 정의할 때,
상기 알루미늄 금형 프리폼은 상기 제1 레이어 층의 시작 지점과 상기 제2 레이어 층의 종료 지점이 교차하여 지그재그(Zig-Zag)로 적층되는 것을 특징으로 하는, 와이어 아크 3D 적층법으로 제조한 알루미늄 다이캐스팅 금형의 제조방법.
According to any one selected from claim 1, claim 2 or claim 4,
Any one layer selected from the same aluminum mold preform as a first layer layer;
When defining a layer layer stacked adjacent to an upper layer or a lower layer of the first layer layer as a second layer layer,
The aluminum mold preform is an aluminum die-casting mold manufactured by a wire arc 3D lamination method, characterized in that the start point of the first layer and the end point of the second layer are stacked in a zig-zag pattern. Manufacturing method of.
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