KR102506916B1 - 제품을 금속 3d 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 방법 - Google Patents

제품을 금속 3d 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법은, 빌드플레이트의 상면에 특정 형상을 형성하는 단계; 상기 빌드플레이트에 형성된 상기 특정 형상에 부착할 CNC(Computer Numerical Control)가공품 모재를 제조하는 단계; 상기 빌드플레이트와 상기 CNC가공품 모재를 조립하여 금속 3D 프린터 장비에 세팅하는 단계; 금속분말소재로 금속 3D 프린팅하여 상기 CNC가공품 모재 위에 상기 제품의 형상을 성형하는 단계; 및 상기 빌드플레이트에서 상기 제품을 탈착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제품을 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PRODUCTS BY METAL 3D PRINTING HYBRID SCHEME}
본 발명은 3D 프린팅 공정에 관한 것으로서, 구체적으로는 제품을 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 공정에 관한 것이다.
3D 프린팅은 기존 제조공법으로 만들기 어려웠던 복잡한 형상의 제품을 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있어 최근 제조 분야의 혁신기술로 평가되고 있다. 특히, 금속 3D프린팅이란 금속분말소재를 적층하는 방식으로 3차원의 제품을 성형하는 제조기술을 말한다. 그 중 PBF(Powder Bed Fusion)로 분류되는 금속 3D 프린팅 공법은 최근 항공/우주, 방위산업, 모빌리티 및 금형산업 등에서 폭넓게 활용되고 있다.
그러나 3D 프린팅 공정 특성상 성형된 제품을 금속 판재 형태의 빌드플레이트에서 때어내는 작업이 반드시 필요하고 제품의 형상을 지지하기 위한 서포트를 제거하기 위한 후처리 공정이 반드시 필요하기 때문에 이로 인해 생산성이 크게 떨어지는 단점을 가지고 있다.
CNC(Computer Mumerical Control) 가공은 흔히 공작기계라고 하며 다양한 절삭 공구를 사용할 수 있고, 다양한 재료를 정밀하게 제작할 수 있다. 사전 프로그래밍된 컴퓨터 소프트웨어가 공장 도구 및 기계의 움직임을 지시하는 컴퓨터화된 제조 프로세스이다. 이 프로세스는 그라인더 및 선반에서 밀링 및 CNC 라우터에 이르기까지 다양한 복잡한 기계를 제어하는 데 사용할 수 있다.
금속 3D 프린팅 제품의 표면조도는 정밀주조 제품과 비슷한 수준으로 기계부품으로 사용하기 위해서는 별도의 표면처리 및 CNC(Computer Mumerical Control)가공을 통해 치수정밀도를 맞춰야 하나 복잡한 형상을 가지는 금속 3D 프린팅 제품 특성상 CNC 가공을 위해서는 별도의 치구를 마련해야 함으로 생산성이 크게 떨어지는 문제가 있다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하여 금속 3D 프린팅 제품의 생산성을 향상시키기 위한 제조공정 기술에 대해 제안하고자 한다.
한국 등록특허 제10-2380280호
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 제품을 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조된 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 제품을 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 방법은, 빌드플레이트의 상면에 특정 형상을 형성하는 단계; 상기 빌드플레이트에 형성된 상기 특정 형상에 부착할 CNC(Computer Numerical Control)가공품 모재를 제조하는 단계; 상기 빌드플레이트와 상기 CNC가공품 모재를 조립하여 금속 3D 프린터 장비에 세팅하는 단계; 금속분말소재로 금속 3D 프린팅하여 상기 CNC가공품 모재 위에 상기 제품의 형상을 성형하는 단계; 및 상기 빌드플레이트에서 상기 제품을 탈착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 특정 형상을 형성하는 단계는 상기 빌드플레이트에 CNC가공을 이용하여 상기 특정 형상을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 CNC가공품 모재는 상기 금속 3D 프린팅의 분말소재와 같은 소재인 것을 특징으로 한다.
상기 세팅하는 단계는 상기 빌드플레이트에 상기 CNC가공품 모재를 조립한 후 상기 CNC가공품 모재의 상면이 상기 빌드플레이트와 수평을 이루게 되도록 세팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 성형하는 단계는 상기 금속 3D 프린팅으로 상기 CNC가공품 모재의 상면에 적층하여 상기 제품을 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 빌드플레이트의 소재는 금속분말 및 CNC가공품 모재의 소재와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 상기 CNC가공품 모재는 상기 제품의 형상 중 일부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 특정 형상은 홀 또는 나사산 형상일 수 있다.
금속 3D 프린팅 공정이 완료된 후에 와이어컷팅 혹은 톱기계를 사용하여 빌드플레이트와 제품을 분리해야 하는 공정을 생략할 수 있어서 제품 생산성 및 효율이 상당히 향상되는 효과가 도출된다.
또한 분리된 제품에는 서포트가 붙어있게 되는데 서포트를 제거하기위한 별도의 후처리 공정도 생략할 수 있어서 제품 생산성 및 효율이 상당히 향상되는 효과가 도출된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 일반적인 금속 3 D프린팅 제조공정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 금속판재 형태의 빌드플레이트와 본 발명에 따른 하이브리드 제조공정을 위한 빌드플레이트를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정의 흐름도를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 제조공정을 위한 CNC가공품 금속 모재의 형상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 일반적인 금속 3D 프린팅 공정으로 만든 제품과 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정으로 만든 제품을 비교하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, "일면", "타면", “일측”, “타측” "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에서는 금속 3D 프린팅의 생산성을 향상시키기 위한 제조공정기술으로써, CNC 가공으로 만든 금속 부품을 모재로 사용하여 금속 3D 프린팅으로 추가적인 형상을 성형하는 생산기술을 제안하고자 한다. 구체적으로는, 금속 3D 프린팅으로 부품을 제조하는데 있어 CNC가공으로 된 부품을 금속 3D 프린팅의 모재로 사용하여 별도의 후처리 공정을 없앰으로써 생산성을 향상시키는 제조공정에 관한 기술을 제안하고자 한다. 이러한 제안하는 제조공정 기술을 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 일 예로서 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정기술이라 호칭하나, 그 외에 다른 명칭으로도 호칭될 수 있다.
본 발명의 구체적 구성을 설명하기에 앞서 3D 프린팅에서의 (금속) 적층제조 설계 기법에 대한 간략히 살펴본다.
적층제조(가공) 설계 (DfAM)
3차원 모델 데이터로부터 출력물을 만들기 위해 소재를 결합하는 공정으로, 일반적으로 겹겹이 층(layer)을 쌓아 제작하는 방식으로 절삭가공 (Subtractive Manufacturing) 및 조형 가공(Formative Manufacturing) 방식과는 반대 개념이다. 절삭가공 (Subtractive Manufacturing, SM)과 달리 3차원 (3-Dimension) 모델 데이터로 객체를 만들기 위해 재료를 얇은층 (Layer-by-layer)로 겹겹이 쌓아 입체형상화를 시키는 방식으로 3차원 CAD를 레이저와 파우더재료를 이용하여 신속 조형하는 기술을 의미하는 RP (Rapid prototyping)에서 유래하였으며 AM(Additive manufacturing)이 ASTM에서 사용되고 있다.
DfAM(Design for Additive Manufacturing)은 3D 프린팅의 장점을 극대화하기 위한 설계개념으로 적층가공을 위한 설계이다. 기존에 쇠를 깎아 만드는 절삭가공은 형상의 제약이 심하고 복잡한 도면은 제작이 불가능하다. 4축, 5축 등 다양한 절삭가공법이 있지만 고속회전 하면서 쇠를 깎는 절삭 공구 특성상 복잡하고 정밀한 부품제작에는 한계가 있다. 적층가공은 절삭가공과 대비되는 개념으로 소재를 쌓아 형상을 만들기 때문에 서포터만 있다면 형상의 제약이 없어 설계 시 가공 불가능한 부분을 고민할 필요가 없다는 장점이 있다.
3D 프린팅의 주목적은 시제품 제작 및 맞춤형 다품종 생산에 최적화 되어있고 이는 곧 고부가가치 산업인 의료, 항공, 자동차, 금형, 소재분야 등 특수 분야 및 기존 생산 방식으로 제작 불가능한 제품을 만들어 내는데 필요하며 이때 DfAM 기술을 이용한다. 이와 같이, 적층제조 공법을 사용하면 다양한 소재를 동시에 첨삭할 수 있을 뿐 아니라 아무리 복잡한 형상이라도, 위치나 방향에 관계없이 만들어낼 수 있다(물론 사용 방식에 따라 채택되는 소재의 종류와 구현되는 형상의 제약이 존재함). 요컨대 DFAM은 3D 프린팅 기술의 장점을 제품이나 시스템 제조에 최대한 활용하는 방법이다.
3D 프린팅은 1) 최적 설계를 통한 초경량, 고강성 구조 구현, 2)복잡한 제품의 ‘조립 없는 원스톱(one-stop)’ 생산, 3) 복합 소재의 동시 적용 등이 가능해지는 등 3D프린팅 기술이 혁신적 설계법의 생산, 적용을 견인하고 있다.
DfAM 기술을 사용하면 기능이나 형상이 복잡한 진공 이젝터 모듈을 별도 조립 공정없이 일체형으로 만들 수 있다. 복잡한 부품을 일체화해 설계, 생산할 수 있을 뿐만 아니라 공정 부담도 크게 줄일 수 있다.
금속 3D 프린팅을 활용한 설계(DfAM) 기술의 가치/장점은 다음과 같다.
ⅰ) 부품수 8개에서 1개로 줄여서 제품의 경량화 가능
ⅱ) 오링 등 소모성 부품 없어짐
ⅲ) 금속 재질로 내구성 향상, 신뢰성 향상
ⅳ) 평균 년 1~2회 파손되던 부품으로서 A/S 비용 절감.
선택적 레이저 용융 (SLM)과 전자빔 용융(EBM) 공정은 분말적층 용융·소결방식(PBF, Powder Bed Fusion) 기술로 분류하고 있으며, 챔버내의 소결 및 용융시킬 분말을 평탄화 시킨 후 분말의 녹는점 보다 낮게 표면을 예열하고, 베드에 위치한 파우더에 레이저 또는 전자빔을 이용하여 파우더 부분을 선택적으로 용융 및 소결시켜 용융된 분말 입자들이 서류 융합, 유동하게 되어 고체상으로 신속히 응고가 되는 과정을 반복하게 되어 3차원 형상을 제조하는 것이다. 다음 표 1은 대표적인 PBF방식의 예로 세가지 기술로 구분되고 있다.
기술의 방식 공정명 특징
PBF(Powder Bed Fusion) SLS(Selective Laser Sintering) 베드에 도포된 파우더에 선택적으로 레이저를 조사하여 소결시켜 적층하는 방법
SLM(Selective Laser Melting) 베드에 도포된 파우더에 선택적으로 고출력의 Ytterbium-Fibre 레이저를 조사하여 용융시켜 적층하는 방법
EBM(Electron Beam Melting) 고진동 상태에서 전자빔을 조사하여 파우더를 용해하여 적층하는 방법
도 1은 일반적인 금속 3 D프린팅 제조공정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
분말소결방법, PBF(Power Bed Fusion) 타입의 금속 3D 프린팅 공정은 소정의두께로 도포된 금속분말상에 고 에너지의 레이저를 선택적으로 조사함으로써 금속 분말을 용융시켜 적층하여 제품의 형상을 제조하는 방법이다. 도 1을 참조하여 일반적인 금속 3D 프린팅 공정을 설명한다. 먼저, 일반적인 금속 3D 프린팅 제조공정을 위한 전단계로서, 금속 판재 형태의 빌드플레이트 부품(20)을 금속 3D 프린터의 빌드챔버(40)에 수평을 맞춰 조립한다. 파우더 서플라이 컨테이너(30)에 금속분말 소재를 채운 후 리코터블레이드(60)의 조작을 통해 빌드플레이트(20) 상면에 소정의두께로 금속분말을 고르게 분포시킴으로서 제조 공정의 준비를 마친다.
이후, 고출력의 레이저(70)를 빌드플레이트(20) 위에 도포된 금속분말에 거울/갈바노미터의 제어를 통해 제품(10)의 형상대로 조사하여 빌드플레이트(20)와 금속분말을 같이 용융시킴으로써 단단하게 고정시키게 된다. 한 층(일 예, 15~100㎛)의 조사가 끝나면 빌드챔버(40)가 설정된 높이(일 예, 15~100㎛)만큼 아래로 하강하고, 파우더 서플라이 컨테이너(30)가 설정된 높이(일 예, 15~100㎛)만큼 상승하고, 리코터블레이드(60)의 이송을 통해 파우더 서플라이 컨테이너(30)가 상승된 높이만큼의 금속분말 소재를 빌드챔버(40)에 공급한다. 잔여 금속분말소재는 파우더 컬렉션 컨테이너로 회수시킨다. 한 층에 15~100㎛씩 제품(10)의 형상을 만들어내고 적층하는 위 공정의 반복을 통해 제품을 제조하는 공정이다.
이때 빌드플레이트(20)의 상면에 제품(10) 혹은 서포트가 용융 접합되어 하나의 몸체(Body)를 형성하게 되므로, 빌드플레이트(20)와 제품(10)을 분리해야 하는 공정이 필요하게 되어, 와이어컷팅, 혹은 톱기계를 사용하여 빌드플레이트(20)와 제품(10)을 분리해야 하는 공정이 필수적이다. 또한 분리된 제품에는 서포트가 붙어있게 되므로 서포트를 제거하기위한 별도의 후처리 공정도 필수적이다.
빌드플레이트(20)와 제품(10)을 분리하는 공정과 분리된 제품에 붙어있는 서포트들을 제거하는 후처리 공정은 현재까지도 사람의 손으로 일일이 제거하기 때문에, 생산성이 떨어지게 되는 문제가 있다. 또한 제품(10)이 분리된 부분이나 제품(10)에 붙은 서포트를 제거한 부분에는 돌기 같은 금속자국이 남게 되므로 마찬가지로 사람의 손으로 일일이 수공구를 이용해 연마를 하고 있는 실정이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제조공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 일반적인 금속판재 형태의 빌드플레이트와 본 발명에 따른 하이브리드 제조공정을 위한 빌드플레이트를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여 일반적인 금속 3D 프린팅 제조공정과 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정의 비교를 통해 일반적인 금속 3D 프린팅 제조공정과의 차이점을 설명함과 함께 본 발명에 따른 하이브리드 제조공정의 효과를 설명한다.
본발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정에서 이용되는 빌드플레이트를 설명의 편의를 위해 이하에서 하이브리드 빌드플레이트(100)라고 칭하나, 이러한 호칭만으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정이 끝난 후 하이브리드용 빌드플레이트(100)와 제품(10)이 분리되므로, 별도의 후처리 공정을 생략, 생산성이 향상됨을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 제조 공정 방법에 따르면, 첫 번째 단계는 금속 3D 프린팅 장비의 정해진 사양의 빌드플레이트를 활용하거나 같은 형상의 빌드플레이트를 가공하여 제작한 후 CNC 가공품 모재(110)를 거치할 수 있는 특정 형상(예, 구멍, 나사산 등)을 추가로 가공하여 형성/제조한다.
두 번째 단계는, 특정 형상으로 가공 형성/제조된 빌드플레이트(100)에 조립 혹은 삽입되는 형태의 CNC가공품 모재(110)를 제작하는 단계이다. 최종 제품의 형상 중 일부를 포함하며 빌드플레이트와 결착 후 CNC가공품 모재(110)의 상면은 하이브리드 빌드플레이트(100)의 상면과 수평을 이루게 제작하는 것이 바람직하다.
세 번째 단계는, 상기 첫 번째 및 두 번째 단계를 통해 제작된 하이브리드용 빌드플레이트(100)의 특정 형상(101)에 CNC가공품 모재(110)를 조립하여 금속 3D 프린터 장비의 빌드챔버(40)에 세팅하는 단계이다. 빌드챔버(40)에 수평을 맞춰 조립하고 금속분말소재를 CNC가공품 모재(110)의 상면까지 오도록 미리 채워넣은 후 금속 3D 프린터 장비의 리코터블레이드(60)를 이송시켜 CNC가공품 모재(110)의 상면 기준으로 소정의 두께 (예를 들어, 15~100㎛)의 두께로 금속분말을 고르게 분포시킴으로서 제조 공정의 준비를 마친다.
네 번째 단계는, 고출력의 레이저를 도포된 금속분말에 제품(10)의 형상대로 조사하여 CNC가공품 모재(110)와 금속분말을 같이 용융시킴으로써 단단하게 고정시킨다. 한 층에 소정의 두께 씩(예를 들어, 15~100㎛씩) 제품(10)의 형상을 만들어내고 적층하는 공정의 반복을 통해 제품의 형상을 조형한다. 여기서, CNC가공품 모재(110)와 금속분말은 동일한 소재일 수 있다. 다만, 하이브리드 빌드플레이트(100)의 소재는 금속분말 및 CNC가공품 모재(110)와 동일한 소재이거나, 다른 금속소재일 수도 있다.
다섯 번째 단계는, 상기의 과정을 통해 금속 3D 프린팅 공정이 끝난 후 제품(10)을 탈착하는 단계로, 빌드챔버(40)를 상승시켜 잔여금속분말소재를 파우더 컬렉션 컨테이너로 회수시킨 후 하이브리드 빌드플레이트(100)의 특정 형상 부위(101)에 조립된 제품(10)만 탈착하여 회수한다. 일반적인 금속 3D 프린팅 제조공정과 달리 제품(10)이 하이브리드용 빌드플레이트(100)에서 분리 혹은 탈착되므로 하이브리드 빌드플레이트(100)에서 제품(10)을 떼어내기 위한 와어이컷팅 등의 분리 공정과 제품에 붙은 서포트 제거 등의 후처리 공정이 필요없게 되어 생산성이 크게 향상된다. CNC가공품 모재(110)는 금속분말과 동일한 소재가 사용되어, CNC 가공품 모재(110)는 최종 제품(10)의 형상 중 일부를 구성하게 된다. 즉, 최종 제품(10)은 CNC가공품 모재(110)을 포함한다.
또한, 동일한 제품을 계속 생산하는 양산제품일 경우 상술한 세번째 단계부터 공정을 진행할 수 있으므로 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 공정은 세팅시간을 줄일 수 있기에 생산성이 현저히 향상되는 효과가 도출된다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정의 흐름도를 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 제조공정을 위한 CNC가공품 금속 모재의 형상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 금속 판재 형태 등의 빌드플레이트에 CNC가공품 모재(110)을 부착 혹은 거치할 특정 형상(예, 구멍, 나사산 등)(101)을 형성한다(S410). 빌드플레이트의 특정 형상(예, 구멍, 나사산 등)에 조립되는 CNC가공품 모재(110) 제작한다(S420). 도 3에서와 같이, 빌드플레이트 상면에 다수의 특정 형상(예, 구멍, 나사산 등)(101)이 형성된 하이브리드용 빌드플레이트(100)에 상기 특정 형상(101)에 CNC가공품 모재(110)를 조립하여 금속 3D프 린터 장비에 세팅한다(S430).
이후, 금속 3D 프린팅으로 제품(10)의 형상대로 조사하여 CNC가공품 모재(110) 위에 제품형상을 성형한다(S440). 구체적으로, 제품(10)의 형상대로 조사하여 CNC가공품 모재(110)와 금속분말을 같이 용융시켜 한층에 소정의 두께 씩 적층하여 제품(10)의 형상을 성형/조형한다(S440). 금속 3D 프린팅 공정 후 하이브리드용 빌드플레이트(100)에서 제품(10)을 탈착 혹은 떼어내어 분리하는 단계를 수행한다(S450). 하이브리드 빌드플레이트(100)의 특정 형상이 일 예로서 나사산으로 성형되어 있는 경우 도 5에 도시된 바와 같이 CNC가공품 모재(110)의 하면 형상이 나사산(screw thread)(111)으로 제조된다. S450 단계에서, 하이브리드 빌드플레이트(100)에서 제품(10)을 나사를 푸는 방식으로 하이브리드 빌드플레이트(100)에서 제품(10)을 떼어내어 분리할 수 있게 된다.
도 6은 일반적인 금속 3D 프린팅 공정으로 만든 제품과 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정으로 만든 제품을 비교하여 도시한 도면이다.
도 6의 왼쪽 (a)는 일반적인 금속 3D 프린팅 공정으로 제조된 제품(10)을 도시하고 있고, 도 6의 오른쪽 (b)는 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정으로 제조된 제품(10)을 도시하고 있다. 도 6의 (a)에서는 빌드플레이트(20) 위에 제품(10)이 적층되어 형성됨으로써, 이후에 제품(10)을 하이브리드 빌드플레이트(20)에서 분리하는 공정과 제품(10)에 붙은 서포트 등을 제거하는 후처리 공정도 요구된다.
도 6의 (b)에서와 같이, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정으로 제조된 제품(10)은 하이브리드용 빌드플레이트(100)에서 CNC가공품 모재(110)를 특정 형상(101)으로부터 분리하기 되면 제품(10)이 하이브리드용 빌드플레이트(100)에 분리되게 된다. 이와 같이 본 발명에서 제안한 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조공정에 따르면, CNC가공품을 금속 3D 프린팅 모재로 사용하여 별도의 후처리 공정을 없앰수 있어서 금속 3D 프린팅 방식의 생산 시간 및 비용을 상당히 절감할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 제품 110: CNC가공품 모재
20: 빌드플레이트 100: 하이브리드용 빌드플레이트
30: 파우더 써플라이 컨테이너
40: 빌드 챔버
60: 리코터 블레이드
70: 레이져

Claims (10)

  1. 제품을 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조하는 방법에 있어서,
    금속 3D 프린터에 설치되어 상기 금속 3D 프린팅 하이브리드 방식으로 제조를 위한 하이브리드용 빌드플레이트의 상면에 CNC(Computer Numerical Control)가공품 모재를 거치할 형상을 형성하는 단계;
    상기 CNC(Computer Numerical Control) 가공품 모재를 제조하는 단계;
    상기 제조된 CNC 가공품 모재를 상기 하이브리드용 빌드플레이트 상면에 형성된 형상에 CNC(Computer Numerical Control)가공품 모재를 부착하는 단계;
    상기 하이브리드용 빌드플레이트와 상기 CNC가공품 모재를 조립하여 금속 3D 프린터 장비에 세팅하는 단계;
    금속분말소재로 금속 3D 프린팅하여 상기 CNC가공품 모재 위에 상기 제품의 형상을 성형하는 단계; 및
    상기 하이브리드용 빌드플레이트로부터 상기 CNC 모재를 포함하는 상기 제품을 탈착 방식으로 분리시키는 단계를 포함하되,
    상기 CNC 가공품 모재의 제조 시 상기 CNC 가공품 모재의 하면은 상기 하이브리드용 빌드플레이트의 상면에 형성된 형상에 상기 CNC 가공품 모재가 거치될 수 있되 상기 하이브리드용 빌드플레이트로부터 탈착 방식으로 분리될 수 있게 제조되는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 형상을 형성하는 단계는 상기 하이브리드용 빌드플레이트에 CNC가공을 이용하여 상기 형상을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 CNC가공품 모재는 상기 금속 3D 프린팅의 분말소재와 같은 소재인 것을 특징으로 하는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 세팅하는 단계는 상기 하이브리드용 빌드플레이트에 상기 CNC가공품 모재를 조립한 후 상기 CNC가공품 모재의 상면이 상기 하이브리드용 빌드플레이트와 수평을 이루게 되도록 세팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 성형하는 단계는 상기 금속 3D 프린팅으로 상기 CNC가공품 모재의 상면에 적층하여 상기 제품을 성형하는 것을 특징으로 하는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하이브리드용 빌드플레이트의 소재는 상기 금속분말 소재와 동일한 소재인, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 CNC가공품 모재의 상면에 적층하여 제품을 제작함으로써 금속 3D 프린팅 공정 후 제품을 하이브리드용 빌드플레이트에서 쉽게 탈착 가능한 것을 특징으로 하는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 형상은 홀 또는 나사산 형상인 것을 특징으로 하는, 금속 3D 프린팅 하이브리드 제조 방법.
  10. 제 1항 내지 제 6항, 제 8항 및 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 장치.
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