KR102501278B1 - Preform infiltration treatment system and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 프리폼 함침 처리장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a preform impregnation processing apparatus and method.
일반적으로, 세라믹분말을 원료로 바인더 제트방식의 3D프린팅 기술을 이용해 프리폼(preform)을 제조하고 이를 후속처리해 원하는 목적물을 제조한다. 산화물을 원료로 최종 목적물을 만드는 과정은 여러 단계의 단위공정을 거쳐 진행된다. In general, a preform is manufactured using 3D printing technology of a binder jet method using ceramic powder as a raw material, and a desired object is manufactured by post-processing the preform. The process of making the final target product using oxide as a raw material proceeds through several stages of unit processes.
액체 바인더와 원료 분말을 이용한 3D형상의 프리폼 제조→ 경화(curing)/건조(drying) → 디파우더링(de-powdering) → 사전 열처리(pre-thermal treatment, 바인더의 제거와 입자들간의 결합) → 함침(infiltration) → 소결(sintering) → 마감(finishing) 등의 과정을 거치게 된다. 그런데, 열처리(pre-thermal treatment~sintering)에 대한 과정은 3D프린터 제조사에서 구체적으로 언급되지 않고 있으며, 함침로(infiltration furnace)에 대한 내용도 거의 전무한 형편이다.Manufacture of 3D shape preform using liquid binder and raw material powder → curing/drying → de-powdering → pre-thermal treatment (removal of binder and bonding between particles) → It goes through processes such as infiltration → sintering → finishing. However, the process for heat treatment (pre-thermal treatment ~ sintering) is not specifically mentioned by the 3D printer manufacturer, and there is almost no information on the infiltration furnace.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,612,425는 "연속식 진공챔버를 지닌 열처리장치"을 개시한다.As related prior art, Korean Patent Registration No. 1,612,425 discloses "a heat treatment apparatus having a continuous vacuum chamber".
본 발명의 한 실시예는 구형 산화물 입자를 원료로 복잡한 구조를 갖는 프리폼의 후속 열처리과정을 하나의 장치에서 통합형으로 열처리할 수 있는 프리폼 함침 처리장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a preform impregnating treatment apparatus and method capable of integrating heat treatment of a preform having a complex structure using spherical oxide particles as a raw material in one apparatus.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, embodiments according to the present invention may be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
본 발명의 한 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치는 내부 중심에서 미리 설정된 제1 방향을 따라 길게 구비되어 해당되는 도가니의 이동을 안내하는 가이드부를 갖는 본체, 가이드부 주변에서 제1 방향을 따라 서로 다른 히팅온도를 갖고 복수로 구비되는 열처리부, 그리고 가이드부 내부로 공급되는 프리폼의 건조, 사전 열처리, 그리고 함침을 처리하는 함침 처리부를 포함한다.Preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention is a main body having a guide part that is provided long along a first direction set in advance from the inside center and guides the movement of a corresponding crucible, and different guide parts along the first direction around the guide part. It includes a plurality of heat treatment units having heating temperatures, and an impregnation treatment unit that processes drying, preliminary heat treatment, and impregnation of the preform supplied to the inside of the guide unit.
본 발명의 한 실시예에 따른 프리폼 함침 처리방법은 바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비하는 단계, 프리폼을 제1 도가니에 구비하여 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계, 그리고 용융물이 구비된 제2 도가니를 상승시켜 프리폼을 함침하는 함침 단계를 포함한다.A preform impregnation treatment method according to an embodiment of the present invention includes preparing a preform manufactured by a 3D printing process of a binder jet method, providing the preform in a first crucible and heating it to a preset first heating temperature in a first heating zone. and an impregnation step of impregnating the preform by raising the second crucible equipped with the melt.
본 발명의 한 실시예는 구형 산화물 입자를 원료로 복잡한 구조를 갖는 프리폼의 후속 열처리 과정을 1개의 통합 열처리 장치로 처리하여 원하는 품질과 형상을 갖는 부품을 형성할 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention has an effect of forming a part having a desired quality and shape by treating a preform having a complex structure using spherical oxide particles as a raw material and processing the subsequent heat treatment process with one integrated heat treatment device.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치의 본체 내부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치의 본체가 개폐되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치의 사용방식을 구분하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 이용한 상승형 사용방식을 단계별로 구분하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 이용한 가압형 사용방식을 단계별로 구분하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 이용한 중력형 사용방식을 단계별로 구분하여 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a view showing the inside of the body of the preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a state in which the main body of the preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention is opened and closed.
4 is a diagram showing a method of using a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention by dividing it.
5 is a diagram showing a step-by-step method of ascending use using a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a step-by-step method of using a pressure type using a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing a gravity-type usage method using a preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention, divided into stages.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of widely known known technologies, detailed descriptions thereof will be omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 상세하게 설명한다. Hereinafter, a preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치의 본체 내부를 도시한 도면이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치의 본체가 개폐되는 상태를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치(10)는 본체(100), 열처리부, 그리고 함침 처리부를 포함하며, 구형 산화물 입자를 원료로 복잡한 구조를 갖는 프리폼(preform)의 후속 열처리과정을 하나의 장치에서 통합형으로 열처리할 수 있다. 즉, 기존의 열처리로가 열처리 단일 공정을 수행하기 위해 운전되는 것을 보완할 수 있으며, 프리폼 제작후 사전열처리(pre-thermal treatment), 함침(infiltration)을 포함한 후속 열처리 과정을 하나의 열처리장치에서 통합으로 열처리할 수 있다. 여기서, 프리폼은 바인더 제트(binder jet)방식의 3D 프린팅 과정으로 제조될 수 있다. 따라서, 바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조된 프리폼의 건조와 사전열처리와 함침공정을 한 개의 프리폼 함침 처리장치(10)를 이용해서 통합으로 열처리할 수 있다.1 is a view showing a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the inside of the main body of the preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. And Figure 3 is a view showing a state in which the main body of the preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention is opened and closed. 1 to 3, a preform
본체(100)는 내부 중심에서 미리 설정된 제1 방향을 따라 길게 구비되어 해당되는 도가니의 이동을 안내하는 가이드부를 갖는다.The
열처리부는 가이드부 주변에서 제1 방향을 따라 서로 다른 히팅온도를 갖고 복수로 구비될 수 있다. 열처리부는 가이드부의 상측에 대응하는 제1 히팅영역에서 가이드부의 외부에 구비되어 미리 설정된 제1 히팅온도로 제1 히팅영역을 가열하는 제1 히터(110), 그리고 가이드부의 하측에 대응하는 제2 히팅영역에서 가이드부의 외부에 구비되어 미리 설정된 제2 히팅온도로 제2 히팅영역을 가열하는 제2 히터(120)를 포함할 수 있다.The heat treatment unit may be provided in plurality with different heating temperatures around the guide unit along the first direction. The heat treatment unit includes a
함침 처리부는 가이드부 내부로 공급되는 프리폼의 건조, 사전열처리, 그리고 함침을 처리할 수 있다. 함침 처리부는 가이드부의 내부에서 제1 히팅영역에 대응하는 위치에 구비되어 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제1 도가니(112), 그리고 가이드부의 내부에서 제2 히팅영역에 대응하는 위치에 구비되어 외력에 따라 상하 이동되며 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제2 도가니(122)를 포함할 수 있다.The impregnation processing unit may process drying, preliminary heat treatment, and impregnation of the preform supplied into the guide unit. The impregnation processing unit is provided at a position corresponding to the first heating area inside the guide unit to support the impregnation process of the preform, and is provided at a position corresponding to the second heating area inside the guide unit to protect against external force. It may include a
제2 도가니(122)의 하측에 구비되어 제2 도가니(122)의 상하 이동을 구현하는 구동부를 더 포함할 수 있다. 구동부는 스텝모터를 포함할 수 있다.A driving unit provided on the lower side of the
일반적으로, 구형 산화물 입자를 원료로 복잡한 구조를 갖는 프리폼을 바인더 제트방식의 3D 프린팅 방법을 이용해서 제작하고, 이를 후속 열처리해서 원하는 품질과 형상을 갖는 부품을 형성할 수 있다. In general, a preform having a complex structure using spherical oxide particles as a raw material is manufactured using a binder jet 3D printing method, and a part having a desired quality and shape may be formed by subsequent heat treatment.
바인더 제트방식을 이용해서 산화물 입자를 원료로 세라믹 부품을 제작하기 위해서는, In order to manufacture ceramic parts using oxide particles as a raw material using the binder jet method,
1) 원료분말을 원하는 크기와 입자분포를 갖는 구형상태로 제조하는 단계,1) preparing raw material powder in a spherical state having a desired size and particle distribution;
2) 제조된 구형분말을 이용해서 원하는 형태의 구조체(바인더 제트 3D 프린팅 방법을 활용해서 프리폼)를 제조하는 단계,2) manufacturing a structure (preform using the binder jet 3D printing method) of a desired shape using the manufactured spherical powder;
3) 경화(curing)/건조(drying)하는 공정과 2)의 공정에서 사용된 분말(powder)을 디파우더링(de-powdering)하는 단계,3) curing/drying and de-powdering the powder used in step 2);
4) 사용된 바인더(binder)를 디바인딩(de-binding)하는 단계,4) de-binding the used binder;
5) 경화된 프리폼을 열처리하면서 원하는 매트릭스(matrix)물질을 함침(infiltration)하는 단계,5) infiltrating a desired matrix material while heat-treating the cured preform;
6) 열처리된 제품의 표면 클리닝(cleaning)과 처리(treatment)하는 단계6) Step of cleaning and treating the surface of the heat treated product
이러한 바인더 제트방식을 이용하면, 기존의 기계적인 제작방법에 비해 공정이 상대적으로 단순하고, 소량의 다품종 생산이 가능하고, 기계적인 방법으로는 복잡한 형상을 제작하기 불가능 물체를 3D 프린터(printer)를 이용해서 쉽게 제작 가능하다. 그리고 프리폼 제조에 사용되었던 원료분말을 전량 회수해서 재사용할 수 있다.If this binder jet method is used, the process is relatively simple compared to the existing mechanical manufacturing method, it is possible to produce a variety of products in small quantities, and a 3D printer can be used to produce objects that are impossible to produce complex shapes by mechanical methods. It can be easily produced using In addition, all of the raw material powder used in preform manufacturing can be recovered and reused.
바인더 제트방식에 의해 제조된 부품은 베드(bed)의 분말 패킹(packing)에 기초하기 때문에, 다공성으로 만들어진다. 부품 내 기공을 재료로 채우려면 부품을 소결하거나 다른 물질을 함침시켜야 한다. 소결은 입자 사이의 질량 이동의 후속 중심과 함께 벌크 입자 또는 입자 경계에서 기공으로의 물질 확산으로 인한 초기 부분이 기하학적으로 위축을 초래하는 반면, 함침은 기공에 추가적인 용융 물질로 채워지기 때문에, 수축이 감소하여 왜곡현상이 감소한다. 그러나 이 부분은 두 가지 재료로 이루어져 있어 복합 재료로 되어 있다. 금속으로 다공성 인쇄 부품을 함침시키면, 금속 매트릭스 합성물이 된다. 인쇄된 재료는 골격(skeleton) 또는 프리폼으로 형성되고 용융 금속은 매트릭스 또는 주변 재료이다. 바인더 제트 적층 제조와 후속 용융물 함침을 통해 만들어진 복합 재료는 용해된 물질이 다른 고체 물질에 낄 수 있는 모세관 힘에 의해 처리된다. 금속 매트릭스 복합 재료는 금속/금속 조합 또는 세라믹/금속 복합 재료(세라믹/금속 복합 재료)일 수 있다.Since the parts manufactured by the binder jetting method are based on the powder packing of the bed, they are made porous. To fill the pores in a component with a material, the component must be sintered or impregnated with another substance. Sintering results in a geometrical shrinkage of the initial part due to material diffusion from the bulk particles or grain boundaries into the pores, with subsequent centers of mass transfer between the grains, whereas impregnation results in shrinkage as the pores are filled with additional molten material. Decrease the distortion phenomenon. However, this part is made of two materials, making it a composite material. Impregnating the porous printed part with metal results in a metal matrix composite. The printed material is formed into a skeleton or preform and the molten metal is the matrix or surrounding material. Composite materials made through binder jet additive manufacturing and subsequent melt impregnation are processed by capillary forces that allow molten material to become entrapped in other solid materials. The metal matrix composite material may be a metal/metal combination or a ceramic/metal composite material (ceramic/metal composite material).
한편, 소형원자로(SMR)에 사용되는 핵연료는 기존의 경수로나 중수로에서 사용하는 형태의 핵연료를 기반으로 특수모양을 갖는 핵연료 구조체를 요구할 수 있다. 그리고 복잡한 핵연료 구조체를 만들기 위해서는 3D프린팅을 이용해서 소량, 다품종으로 제작하는 것이 경제성이나 안전성 측면에서 큰 이점이 있다. 소형원자로에 적용 가능한 핵연료를 3D 프린팅으로 제조할 경우, 레이저나 이온빔을 이용해서 구조체를 만드는 것은 핵종분리의 관점에서 적용 가능하지 않다. 다양한 3D 프린팅 기술방법 중에서 레이저나 이온빔 사용 이외에 기존에 많이 활용하고 있는 방법으로 바인더 제트방식을 이용하는 것이 핵연료 제조관점에서 바람직한 것으로 예상된다. 이때 사용되는 원료분말의 크기나 입도분포는 사용되는 바인더 제트 프린터의 종류에 따라 다양하며, 대략 20-60㎛ 크기의 분말들이 많이 사용되고 있다.Meanwhile, nuclear fuel used in a small nuclear reactor (SMR) may require a nuclear fuel structure having a special shape based on a type of nuclear fuel used in an existing light water reactor or heavy water reactor. In addition, in order to make a complex nuclear fuel structure, it is advantageous in terms of economics and safety to manufacture it in small quantities and in many varieties using 3D printing. In the case of manufacturing nuclear fuel applicable to small nuclear reactors by 3D printing, making a structure using a laser or ion beam is not applicable in terms of nuclide separation. Among various 3D printing technology methods, it is expected that it is desirable to use the binder jet method, which is a method that has been widely used in addition to the use of lasers or ion beams, from the viewpoint of manufacturing nuclear fuel. The size or particle size distribution of the raw material powder used at this time varies depending on the type of binder jet printer used, and powders having a size of about 20-60 μm are widely used.
수십 ㎛ 크기의 입자를 만드는 방법은 다양한 루트가 있다. 예를 들어, 구(sphere) 형태로 제조하는 방법으로 기존의 솔-겔(sol-gel) 방법으로 제조하는 방법이 있다. 이를 3D 프린팅으로 핵연료를 제조하는 과정에서 바인더(binder)가 포함된 핵연료 스크랩(scrap)이 발생하게 된다. 그리고 이를 재활용하는 공정의 개발이 필요하며 스프레이 건조(spray drying) 방법을 이용하려는 연구가 시작되고 있다.There are various routes for making particles with a size of several tens of micrometers. For example, as a method of manufacturing in the form of a sphere, there is a method of manufacturing by a conventional sol-gel method. In the process of manufacturing nuclear fuel by 3D printing, nuclear fuel scrap containing a binder is generated. And it is necessary to develop a recycling process, and research to use the spray drying method is beginning.
수십 ㎛ 크기의 입자를 이용해서 3D프린팅으로 핵연료를 만들 경우, 디파우더링(de-powdering) 과정과 건조(drying) 과정을 거쳐 온전한 형태의 핵연료 프리폼(preform)이 만들어진다. 이를 핵연료로 활용하기 위해서는 사용된 바인더(binder)를 제거하는 디바인딩(de-binding)과정과 경화(curing)과정을 거친다. 그리고 이를 1차 열처리한 다음, 소결과정을 거치게 된다. 그런데 핵연료의 제조형태에 따라 입자들 사이에 매트릭스 물질(지르코늄과 지르코늄 공용물과 같은 금속물질)을 인입하는 함침(infiltration)과정을 거쳐 핵연료를 제조하게 된다. 함침은 3D 프린팅 매트릭스에 비해 녹는 온도가 낮은 합금을 사용해 잔존 다공성(porosity)을 제거하고 치수의 변화가 거의 없는 상태에서 완전 밀도를 달성하는 밀도화 과정이다. 실제로 함침성 물질과 분말 입자 표면의 기공(pore)사이의 모세관 힘은 함침과정의 주요 원동력이다. 함침은 밀도를 높이기 위해 바인더 분사 부품의 기공을 제거할 수 있으므로 경도, 탄성 계수, 항복 강도 등을 포함한 최종 제품의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.When nuclear fuel is produced by 3D printing using particles of several tens of micrometers in size, a complete nuclear fuel preform is made through a de-powdering process and a drying process. In order to use it as nuclear fuel, a de-binding process to remove the used binder and a curing process are performed. And after the first heat treatment, it goes through a sintering process. However, nuclear fuel is manufactured through an infiltration process in which a matrix material (a metal material such as zirconium and a zirconium co-product) is inserted between particles according to a manufacturing type of the nuclear fuel. Impregnation is a densification process that uses an alloy with a lower melting temperature than the 3D printed matrix to remove residual porosity and achieve full density with little change in dimensions. Indeed, the capillary force between the impregnable material and the pores of the powder particle surface is the main driving force in the impregnation process. Impregnation can eliminate pores in the binder sprayed parts to increase density, thus improving the mechanical properties of the final product, including hardness, modulus of elasticity, and yield strength.
본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치(10)는 프리폼 제작 후 여러 단계를 거쳐서 수행이 예상되는 후속 열처리 과정을 1개의 통합 열처리 장치로 처리할 수 있다. 즉, 2개의 히팅영역(heating zone)을 갖는 수직(vertical)형태의 열처리로와 도가니 및 부속장치를 이용해서 디바인딩(de-binding), 입자들간의 결합, 함침(infiltration), 소결(sintering)을 순차적으로 수행할 수 있다. 여기서, 부속장치는 열전대, IR 온도계, 가압 시스템, 진공 시스템(400), 냉각 시스템, 가이드 튜브(guide tube), 내부 열전대(thermo couple)를 포함할 수 있다.The preform
본 발명의 실시예에서 제안하는 통합형 열처리장치인 프리폼 함침 처리장치(10)는 세라믹 산화물을 이용한 프리폼 제조 후, 디파우더링(de-powdering)한 프리폼이 약한 접착력으로 바인딩(binding)되어 있기 때문에 디바인딩(de-binding)이나 사전 열처리(pre-thermal treatment)과정에서도 강한 접착을 유지하기는 어렵다. 이러한 이유로 함침(infiltration)과정이 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서 제안하는 함침 과정에 대한 개념은 멜팅(melting)된 용융물을 상승시키는 방법으로 기계적인 방법과 가압하는 방법으로 구분해서 함침할 수 있다. 그리고 중력의 힘으로 함침할 수 있다.In the preform
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치의 사용방식을 구분하여 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치(10)의 사용방식은 본체(100)에 구비되는 열처리부와 함침 처리부의 위치변경 또는 설정조건을 변경함에 따라 상승형, 가압형, 중력형으로 구분하여 고온 용융물 함침 방식의 변경이 가능하다. 본체(100)에 구비되는 열처리부와 함침 처리부의 위치변경을 위해서는 본체(100)에 연결되어 본체(100)를 개폐하는 승강부(300)를 더 포함할 수 있다. 본체(100)를 승강시키는 과정에서 본체(100)에 연결되는 배관, 전선, 센서선 등은 플렉시블(flexible) 형태로 구비될 수 있다.4 is a diagram showing a method of using a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention by dividing it. Referring to FIG. 4, the method of using the preform
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치(10)가 상승형으로 사용되는 경우를 가정하여 설명한다. 상승형으로 사용되는 경우, 제1 히팅온도는 제2 히팅온도보다 낮게 설정될 수 있다. 제1 히팅온도는 600도, 제2 히팅온도는 1,600도로 설정될 수 있다. 그리고 제1 도가니(112)에 프리폼이 구비될 수 있다. 승강부(300)의 구동으로 본체(100)를 상승시켜 오픈(open)한 후 상부의 제1 도가니(112)에 프리폼(preform)을 장착한다. 그리고 하부의 제2 도가니(122)에 함침(infiltration)할 재질을 인입하고 본체(100)를 하강시켜 클로즈(close)한다. 이어서, 진공 시스템(400)을 이용해서 디게싱(de-gasing)하며, 본체(100) 내부의 진공도를 조절한다. 이어서, 디바인딩(de-binding) 과정을 수행한다. 제1 도가니(112) 외부에 장착된 제1 히터(110)를 작동해서 미세온도조절과 가열 속도로 프리폼(preform) 내부의 바인더(binder)를 제거한다. 이때 제거된 오프가스(off-gas)는 진공 시스템(400)을 통해서 외부로 배출될 수 있다. 배출 라인에 가스 트랩(gas trap)을 달아서 유해가스는 제거할 수 있다. 디바인딩(de-binding)이 완료되면 제1 히터(110)를 적절한 설정온도로 가열하여 물질 자체에 특성을 이용해서 접착력을 증진시키는 사전열처리(pre-thermal treatment)를 진행한다. 제1 히터(110)는 상황에 따라 온(on) 또는 오프(off)로 가열온도를 조절할 수 있다. 제2 히터(120)를 작동해서 함침시키고자 하는 금속물질을 멜팅(melting)시킨다. 제2 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 제2 도가니(122)에 구비되며, 용융물이 구비된 제2 도가니(122)를 상승시켜 프리폼을 함침할 수 있다. 여기서, 제2 도가니(122)의 하부에 장착된 구동부를 이용해서 금속물질이 멜팅(melting)된 용융물이 구비된 제2 도가니(122)를 기계적으로 상승시킨다. 제2 도가니(122)의 크기는 제1 도가니(112)의 크기보다 더 크게 구비될 수 있다. 제2 도가니(122)의 상승속도는 제어부(200)를 통해 제어 가능하도록 설정될 수 있다. 용융물이 사전열처리(pre-thermal treatment)된 프리폼의 빈공간(void)속으로 침투되도록 제2 도가니(122)의 상승속도를 조절할 수 있으며, 진공을 사용하여 침투가 용이하도록 조절할 수도 있다. 프리폼에 용융물의 침투가 완료되면 온도를 낮추고, 용융물이 들어있는 제2 도가니(122)를 하강시킨다.First, with reference to FIGS. 1 to 4 , a case in which the preform
한편, 가압형으로 사용되는 경우, 제2 도가니(122)의 상부에 구비되는 커버(162), 그리고 제1 도가니(112)와 커버(162)를 통해 제2 도가니(122)와 연결되는 가압관(160)을 더 포함할 수 있다. 제2 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 제2 도가니(122)에 구비되며, 제2 도가니(122)에 구비된 용융물을 가압하여 가압관(160)을 통해 제1 도가니(112) 내부로 용융물을 공급하고 용융물에 프리폼이 함침될 수 있다. 가압형의 경우 상기에서 설명한 상승형 진행방식으로 기본적인 운전을 진행할 수 있다. 다만, 기계적인 상승방식이 아니라, 가압력에 의해 제2 도가니(122)의 커버(162)에 구멍으로 압력을 가해서 용융물이 상부의 프리폼 하부로 상승시키도록 한다. 용융물의 침투가 완료되면, 온도를 낮추고 압력을 릴리즈(release)하여 용융물이 하부로 리턴(return)되도록 할 수 있다.On the other hand, when used as a pressure type, the
한편, 중력형으로 사용되는 경우, 제1 히팅온도는 제2 히팅온도보다 높게 설정될 수 있다. 제1 히팅온도는 1,600도, 제2 히팅온도는 600도로 설정될 수 있다. 그리고 제2 도가니(122)에 프리폼이 구비될 수 있다. 즉, 하부의 제2 도가니(122)에 프리폼을 장착하고, 제2 히터(120)를 구동하여 제2 히팅온도로 서서히 가열하면서 디바인딩(de-binding)을 완료한다. 디바인딩과 사전열처리가 완료된 후에도 히팅(heating)은 유지할 수 있다. On the other hand, when used as a gravity type, the first heating temperature may be set higher than the second heating temperature. The first heating temperature may be set to 1,600 degrees, and the second heating temperature may be set to 600 degrees. A preform may be provided in the
제1 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 제1 도가니(112)에 구비될 수 있다. 제1 히터(110)를 구동하여 상부의 제1 도가니(112) 안에 인입되어 있던 금속물질을 용융시킨다. 제1 도가니(112)와 제2 도가니(122)의 사이에 구비되어 제1 도가니(112)에 구비된 용융물이 제2 도가니(122)로 공급되도록 안내하는 연결관(172), 그리고 제1 도가니(112)에 구비되어 제1 도가니(112)에 연결되는 연결관(172)을 개폐하여 용융물의 흐름을 단속하는 개폐부(170)를 포함할 수 있다. 본체(100)의 상부에 구비되는 개폐 조절부의 나사를 돌려서 제1 도가니(112) 내부를 막고 있던 구멍을 오픈(open)시킨다. 개폐 조절부는 개폐부(170)에 연결되며, 스크류(screw)형태로 상/하 높이 조절이 가능하게 구비될 수 있다. 중력에 의해 용융물이 연결관(172)을 통해서 하부에 있는 프리폼으로 하강하면서 빈공간(void)을 함침시킬 수 있다. 연결관(172)의 말단은 프리폼과 일정거리가 이격되어 있어서 프리폼 위치까지만 용융물이 하강할 수 있다. 용융물의 하강이 완료되면 개폐부(170)를 이용하여 제1 도가니(112)의 구멍을 클로징(closing)한다.A melt formed by heating to a first heating temperature may be provided in the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 이용한 상승형 사용방식을 단계별로 구분하여 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비한다(S510). 이어서, 프리폼을 제1 도가니(112)에 구비하여 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계를 수행한다. 금속물질을 제2 도가니(122)에 구비하여 제2 히팅영역에서 미리 설정된 제2 히팅온도로 가열하는 용융물 형성단계를 수행한다(S520). 그리고 용융물이 구비된 제2 도가니(122)를 상승시켜 프리폼을 함침한다(S530).5 is a diagram showing a step-by-step method of ascending use using a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 to 5 , a preform manufactured by a binder jet 3D printing process is prepared (S510). Subsequently, a pre-heat treatment step of heating the preform to a first heating temperature set in advance in a first heating region by providing the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 이용한 가압형 사용방식을 단계별로 구분하여 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비한다(S610). 이어서, 프리폼을 제1 도가니(112)에 구비하여 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계를 수행한다. 금속물질을 제2 도가니(122)에 구비하여 제2 히팅영역에서 미리 설정된 제2 히팅온도로 가열하는 용융물 형성단계를 수행한다(S620). 제2 히팅영역에서 미리 설정된 제2 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 구비된 제2 도가니(122)와 제1 도가니(112)를 가압관(160)으로 연결한다. 그리고 제2 도가니(122)에 구비된 용융물을 가압하여 가압관(160)을 통해 제1 도가니(112) 내부로 용융물을 공급한다(S620). 프리폼을 함침한다(S630).6 is a diagram showing a step-by-step method of using a pressure type using a preform impregnation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a preform manufactured by a binder jet 3D printing process is prepared (S610). Subsequently, a pre-heat treatment step of heating the preform to a first heating temperature set in advance in a first heating region by providing the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 함침 처리장치를 이용한 중력형 사용방식을 단계별로 구분하여 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비한다. 금속물질을 제1 도가니(112)에 구비하여 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열하는 용융물 형성단계를 수행한다. 프리폼을 제2 도가니(122)에 구비하여 제2 히팅영역에서 미리 설정된 제2 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계를 수행한다(S710). 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 구비된 제1 도가니(112)와 제2 도가니(122)를 연결관(172)으로 연결한다. 그리고 제1 도가니(112)에 구비된 용융물을 중력을 이용하여 연결관(172)을 통해 제2 도가니(122) 내부로 용융물을 공급한다(S720). 프리폼을 함침한다(S730).7 is a diagram showing a gravity-type usage method using a preform impregnation processing apparatus according to an embodiment of the present invention, divided into stages. Referring to FIG. 7, a preform manufactured by a binder jet 3D printing process is prepared. A melt forming step is performed in which a metal material is provided in the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of
10 ; 프리폼 함침 처리장치 100 ; 본체
110 ; 제1 히터 112 ; 제1 도가니
120 ; 제2 히터 122 ; 제2 도가니
160 ; 가압관 162 ; 커버
170 ; 개폐부 172 ; 연결관
200 ; 제어부 300 ; 승강부
400 ; 진공 시스템10; Preform
110;
120;
160;
170; Opening
200;
400; vacuum system
Claims (16)
상기 가이드부 주변에서 상기 제1 방향을 따라 서로 다른 히팅온도를 갖고 복수로 구비되는 열처리부, 그리고
상기 가이드부 내부로 공급되는 프리폼의 건조, 사전열처리, 그리고 함침을 처리하는 함침 처리부
를 포함하는 프리폼 함침 처리장치.A main body having a guide part that is provided long from the inner center along a first direction set in advance and guides the movement of the corresponding crucible;
A plurality of heat treatment units having different heating temperatures along the first direction around the guide unit, and
Impregnation processing unit that processes drying, pre-heat treatment, and impregnation of the preform supplied to the inside of the guide unit
Preform impregnation processing device comprising a.
상기 열처리부는
상기 가이드부의 상측에 대응하는 제1 히팅영역에서 상기 가이드부의 외부에 구비되어 미리 설정된 제1 히팅온도로 상기 제1 히팅영역을 가열하는 제1 히터, 그리고
상기 가이드부의 하측에 대응하는 제2 히팅영역에서 상기 가이드부의 외부에 구비되어 미리 설정된 제2 히팅온도로 상기 제2 히팅영역을 가열하는 제2 히터
를 포함하는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 1,
The heat treatment part
A first heater provided outside the guide portion in a first heating area corresponding to an upper side of the guide portion to heat the first heating area to a preset first heating temperature; and
A second heater provided outside the guide part in the second heating area corresponding to the lower side of the guide part to heat the second heating area to a preset second heating temperature.
Preform impregnation processing device comprising a.
상기 함침 처리부는
상기 가이드부의 내부에서 상기 제1 히팅영역에 대응하는 위치에 구비되어 상기 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제1 도가니, 그리고
상기 가이드부의 내부에서 상기 제2 히팅영역에 대응하는 위치에 구비되어 외력에 따라 상하 이동되며 상기 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제2 도가니
를 포함하는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 2,
The impregnation treatment part
A first crucible provided at a position corresponding to the first heating area inside the guide unit to support the impregnation process of the preform, and
A second crucible provided at a position corresponding to the second heating area inside the guide unit, moved up and down according to external force, and supporting the impregnation process of the preform.
Preform impregnation processing device comprising a.
상기 제1 히팅온도는 상기 제2 히팅온도보다 낮은 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 3,
The first heating temperature is lower than the second heating temperature.
상기 제1 도가니에 상기 프리폼이 구비되는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 4,
A preform impregnation processing apparatus in which the preform is provided in the first crucible.
상기 제2 도가니의 하측에 구비되어 상기 제2 도가니의 상하 이동을 구현하는 구동부를 더 포함하는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 5,
Preform impregnation processing apparatus further comprising a driving unit provided on the lower side of the second crucible to implement vertical movement of the second crucible.
상기 제2 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 상기 제2 도가니에 구비되며, 상기 용융물이 구비된 상기 제2 도가니를 상승시켜 상기 프리폼을 함침하는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 6,
A preform impregnation processing apparatus in which a melt formed by heating to the second heating temperature is provided in the second crucible, and the second crucible having the melt is raised to impregnate the preform.
상기 제2 도가니의 상부에 구비되는 커버, 그리고
상기 제1 도가니와 상기 커버를 통해 상기 제2 도가니와 연결되는 가압관
을 더 포함하며,
상기 제2 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 상기 제2 도가니에 구비되며, 상기 제2 도가니에 구비된 상기 용융물을 가압하여 상기 가압관을 통해 상기 제1 도가니 내부로 상기 용융물을 공급하고 상기 용융물에 상기 프리폼이 함침되는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 5,
A cover provided on the upper part of the second crucible, and
A pressure tube connected to the second crucible through the first crucible and the cover
Including more,
A melt formed by being heated to the second heating temperature is provided in the second crucible, pressurizes the melt provided in the second crucible, supplies the melt to the inside of the first crucible through the pressure pipe, and A preform impregnation processing device in which the preform is impregnated.
상기 제1 히팅온도는 상기 제2 히팅온도보다 높은 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 3,
The first heating temperature is higher than the second heating temperature.
상기 제2 도가니에 상기 프리폼이 구비되는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 9,
A preform impregnation processing apparatus in which the preform is provided in the second crucible.
상기 제1 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 상기 제1 도가니에 구비되는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 10,
A preform impregnation processing apparatus in which a melt formed by heating to the first heating temperature is provided in the first crucible.
상기 제1 도가니와 상기 제2 도가니의 사이에 구비되어 상기 제1 도가니에 구비된 상기 용융물이 상기 제2 도가니로 공급되도록 안내하는 연결관, 그리고
상기 제1 도가니에 구비되어 상기 제1 도가니에 연결되는 상기 연결관을 개폐하는 개폐부를 포함하는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 11,
A connection pipe provided between the first crucible and the second crucible to guide the molten material provided in the first crucible to be supplied to the second crucible, and
A preform impregnation processing apparatus including an opening and closing part provided in the first crucible and opening and closing the connection pipe connected to the first crucible.
상기 프리폼은 바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 형성되는 프리폼 함침 처리장치.In paragraph 1,
The preform is a preform impregnation processing device formed by a 3D printing process of a binder jet method.
상기 가이드부의 내부에서 상기 가이드부의 하측에 구비되어 외력에 따라 상하 이동되며 상기 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제2 도가니를 포함하는 프리폼 함침 처리장치를 이용해서 상기 가이드부 내부로 공급되는 프리폼의 건조와 사전열처리와 함침공정을 처리하는 프리폼 함침 처리방법에서,
바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비하는 단계,
상기 프리폼을 상기 제1 도가니에 구비하여 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계, 그리고
용융물이 구비된 상기 제2 도가니를 상승시켜 상기 프리폼을 함침하는 함침 단계
를 포함하는 프리폼 함침 처리방법.A first crucible that is provided elongated along a first direction set in advance from the inner center and is provided on the upper side of the guide part inside the guide part that guides the movement of the corresponding crucible to support the impregnation process of the preform, and
Drying of the preform supplied to the inside of the guide part by using a preform impregnation treatment apparatus including a second crucible provided on the lower side of the guide part inside the guide part and moving up and down according to an external force to support the impregnation process of the preform; In the preform impregnation treatment method of pre-heat treatment and impregnation process,
Preparing a preform manufactured by the 3D printing process of the binder jet method;
A pre-heat treatment step of heating the preform in the first crucible to a first heating temperature set in advance in a first heating region; and
Impregnation step of impregnating the preform by raising the second crucible equipped with a melted material
Preform impregnation treatment method comprising a.
상기 가이드부의 내부에서 상기 가이드부의 하측에 구비되어 외력에 따라 상하 이동되며 상기 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제2 도가니를 포함하는 프리폼 함침 처리장치를 이용해서 상기 가이드부 내부로 공급되는 프리폼의 건조와 사전열처리와 함침공정을 처리하는 프리폼 함침 처리방법에서,
바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비하는 단계,
상기 프리폼을 상기 제1 도가니에 구비하여 제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계,
제2 히팅영역에서 미리 설정된 제2 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 구비된 상기 제2 도가니와 상기 제1 도가니를 가압관으로 연결하는 단계, 그리고
상기 제2 도가니에 구비된 상기 용융물을 가압하여 상기 가압관을 통해 상기 제1 도가니 내부로 상기 용융물을 공급하고 상기 프리폼을 함침하는 함침 단계
를 포함하는 프리폼 함침 처리방법.A first crucible that is provided elongated along a first direction set in advance from the inner center and is provided on the upper side of the guide part inside the guide part that guides the movement of the corresponding crucible to support the impregnation process of the preform, and
Drying of the preform supplied to the inside of the guide part by using a preform impregnation treatment apparatus including a second crucible provided on the lower side of the guide part inside the guide part and moving up and down according to an external force to support the impregnation process of the preform; In the preform impregnation treatment method of pre-heat treatment and impregnation process,
Preparing a preform manufactured by the 3D printing process of the binder jet method;
A pre-heat treatment step of heating the preform in the first crucible to a first heating temperature set in advance in a first heating region;
Connecting the second crucible and the first crucible equipped with a melt formed by heating to a second heating temperature set in advance in a second heating region with a pressure pipe, and
An impregnation step of pressurizing the melt provided in the second crucible to supply the melt to the inside of the first crucible through the pressure tube and impregnating the preform.
Preform impregnation treatment method comprising a.
상기 가이드부의 내부에서 상기 가이드부의 하측에 구비되어 외력에 따라 상하 이동되며 상기 프리폼의 함침 처리를 지지하는 제2 도가니를 포함하는 프리폼 함침 처리장치를 이용해서 상기 가이드부 내부로 공급되는 프리폼의 건조와 사전열처리와 함침공정을 처리하는 프리폼 함침 처리방법에서,
바인더 제트방식의 3D 프린팅 과정으로 제조되는 프리폼을 준비하는 단계,
상기 프리폼을 상기 제2 도가니에 구비하여 제2 히팅영역에서 미리 설정된 제2 히팅온도로 가열하는 사전열처리 단계,
제1 히팅영역에서 미리 설정된 제1 히팅온도로 가열되어 형성된 용융물이 구비된 상기 제1 도가니와 상기 제2 도가니를 연결관으로 연결하는 단계, 그리고
상기 제1 도가니에 구비된 상기 용융물을 중력을 이용하여 상기 연결관을 통해 상기 제2 도가니 내부로 상기 용융물을 공급하고 상기 프리폼을 함침하는 함침 단계
를 포함하는 프리폼 함침 처리방법.A first crucible that is provided elongated along a first direction set in advance from the inner center and is provided on the upper side of the guide part inside the guide part that guides the movement of the corresponding crucible to support the impregnation process of the preform, and
Drying of the preform supplied to the inside of the guide part by using a preform impregnation treatment apparatus including a second crucible provided on the lower side of the guide part inside the guide part and moving up and down according to an external force to support the impregnation process of the preform; In the preform impregnation treatment method of pre-heat treatment and impregnation process,
Preparing a preform manufactured by the 3D printing process of the binder jet method;
A pre-heat treatment step of providing the preform in the second crucible and heating it to a preset second heating temperature in a second heating region;
Connecting the first crucible and the second crucible equipped with a melt formed by heating to a first heating temperature set in advance in a first heating region with a connection pipe, and
An impregnation step of supplying the molten material provided in the first crucible to the inside of the second crucible through the connection pipe using gravity and impregnating the preform.
Preform impregnation treatment method comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210125121A KR102501278B1 (en) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | Preform infiltration treatment system and method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210125121A KR102501278B1 (en) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | Preform infiltration treatment system and method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102501278B1 true KR102501278B1 (en) | 2023-02-20 |
Family
ID=85329180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210125121A KR102501278B1 (en) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | Preform infiltration treatment system and method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102501278B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004257613A (en) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Chuo Motor Wheel Co Ltd | Preheater of preform for composite material |
KR101612425B1 (en) | 2015-11-19 | 2016-04-14 | 장인금속(주) | Heat treatment apparatus having continuous vacuum chamber |
JP6169858B2 (en) * | 2012-02-22 | 2017-07-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Casting preform and method of using the same |
-
2021
- 2021-09-17 KR KR1020210125121A patent/KR102501278B1/en active IP Right Grant
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