KR20180039213A - Laser Deposition Apparatus Having Heating Unit - Google Patents

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KR20180039213A
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heating coil
laser irradiation
laser
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백경윤
심도식
이기용
신광용
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한국생산기술연구원
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Abstract

According to the present invention, provided is a laser deposition apparatus having a heating unit. The present invention comprises: a supply unit for supplying reinforcing powder to a strengthening region of a target base material; a laser radiation unit for forming a strengthening layer by allowing the strengthening region supplied with the reinforcing powder to be irradiated with a laser while moving along a movement route; and the heating unit having a pre-heating unit for pre-heating the route along which the laser irradiation unit is to be moved and a post-heating unit for heating the strengthening layer formed by the laser irradiation unit.

Description

가열유닛을 포함하는 레이저 적층장치{Laser Deposition Apparatus Having Heating Unit}(Laser Deposition Apparatus Having Heating Unit)

본 발명은 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 적층장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예열 및 후열을 수행하는 가열유닛을 포함하여 강화층이 박리되거나 균열이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 레이저 적층장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser laminating apparatus for forming a reinforcing layer on an object base material, and more particularly to a laser laminating apparatus for forming a reinforcing layer on an object base material, and more particularly to a laser laminating apparatus comprising a heating unit for performing preheating and post-heating to minimize peeling or cracking of the reinforcing layer ≪ / RTI >

최근에는 고출력 레이저빔을 금속표면에 직접적으로 조사하면서, 동시에 금속분말이나 와이어를 용융풀에 집속시켜 금속층을 형성시키는 금속 강화층 적층 기술이 사용되고 있다.In recent years, a metal-reinforced layer-stacking technique has been used in which a high-power laser beam is directly irradiated to a metal surface, and at the same time, a metal layer is formed by focusing metal powders or wires into a melt pool.

현재 이러한 기술을 이용하여 복잡한 형태의 제품을 생산하고, 금속의 표면을 국부적으로 강화하는데 이용되고 있으나, 금속분말의 화학적 성분 구성에 따라서 열적 특성이 다르기 때문에, 실제 이용되고 있는 금속분말은 매우 제한적일 수밖에 없다.Currently, these techniques are used to produce complex shaped products and to strengthen the surface of the metal locally. However, since the thermal properties are different depending on the chemical composition of the metal powder, the metal powder actually used is very limited none.

또한 고속도공구강과 같은 고경도재료를 적층하는 과정에서는 상기 고속도공구강과 대상모재와 열팽창계수의 차이로 인하여 도 1과 같이 강화층에 균열이 발생하거나 강화층이 대상모재로부터 박리되는 등 결함이 발생하여 실질적으로 본 분야에 적용이 어려운 실정이다.Also, in the process of laminating the high-hardness material such as the high-speed tool steel, cracks are generated in the hardening layer or the hardening layer is peeled off from the target base material due to the difference in thermal expansion coefficient between the high- It is practically difficult to apply to this field.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method for solving such problems is required.

한국등록특허 제10-1179151호Korean Patent No. 10-1179151

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 대상모재와 강화용 분말 간의 물성 차이를 최소화하고, 이에 따라 강화층의 결함을 제거하는 한편 기계적 특성을 개선하기 위한 목적을 가진다.The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art described above, and has as its object to minimize the difference in physical properties between the target base material and the reinforcing powder, thereby eliminating defects in the reinforcing layer and improving the mechanical properties .

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가열유닛을 포함하는 레이저 적층장치는, 대상모재의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 공급유닛, 이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사함에 따라 강화층을 형성하는 레이저 조사유닛 및 상기 레이저 조사유닛이 이동할 경로를 미리 가열하는 예열부와, 상기 레이저 조사유닛이 형성한 강화층을 가열하는 후열부를 포함하는 가열유닛을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser laminating apparatus including a heating unit including a supply unit for supplying a powder for reinforcement to a reinforcement region of a target base material, And a heating unit including a preheating unit for heating the reinforcing layer formed by the laser irradiation unit, and a heating unit for heating the reinforcing layer formed by the laser irradiation unit do.

그리고 상기 가열유닛은, 상기 레이저 조사유닛의 둘레를 감싸도록 형성되어, 상기 레이저 조사유닛의 이동 방향을 기준으로 전방이 상기 예열부를 형성하며, 후방이 상기 후열부를 형성하는 가열코일을 포함할 수 있다.The heating unit may include a heating coil which is formed so as to surround the laser irradiation unit and which forms the preheating unit in front of the moving direction of the laser irradiation unit and the rear part of which forms the rear heating unit .

또한 상기 가열유닛은, 상기 레이저 조사유닛의 일측에 구비된 제1가열코일 및 상기 레이저 조사유닛을 기준으로 상기 제1가열코일의 반대 측에 구비된 제2가열코일을 포함하여, 상기 제1가열코일 또는 상기 제2가열코일 중 어느 하나는 상기 레이저 조사유닛의 이동 시 상기 예열부를 형성하며, 나머지 하나는 상기 후열부를 형성할 수 있다.The heating unit may further include a first heating coil provided on one side of the laser irradiation unit and a second heating coil provided on an opposite side of the first heating coil with respect to the laser irradiation unit, Either the coil or the second heating coil may form the preheating part when the laser irradiation unit moves and the other one may form the rear heating part.

그리고 상기 제1가열코일 및 상기 제2가열코일은 상기 레이저 조사유닛의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성될 수 있다.The first heating coil and the second heating coil may be rotatable around the laser irradiation unit.

또한 상기 가열유닛은, 상기 제1가열코일 및 상기 제2가열코일 사이에 구비된 제3가열코일, 상기 레이저 조사유닛을 기준으로 상기 제3가열코일의 반대 측에 구비된 제4가열코일을 더 포함할 수 있다.The heating unit may further include a third heating coil provided between the first heating coil and the second heating coil and a fourth heating coil provided on the opposite side of the third heating coil with respect to the laser irradiation unit .

그리고 상기 가열유닛의 적어도 일부를 덮도록 형성되어, 상기 가열유닛에 의해 발생한 열기가 상부로 전달되는 것을 차단하는 차단커버를 더 포함할 수 있다.And a blocking cover formed to cover at least a part of the heating unit and blocking the heat generated by the heating unit from being transmitted to the upper part.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가열유닛을 포함하는 레이저 적층장치는 다음과 같은 효과가 있다.The laser laminating apparatus including the heating unit of the present invention for solving the above-mentioned problems has the following effects.

첫째, 대상모재와 강화용 분말 간 물성 차이를 최소화하여 균열, 박리와 같은 결함을 제거하고, 기계적 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.First, the difference in physical properties between the target base material and the reinforcing powder is minimized, thereby eliminating defects such as cracking and peeling, and improving the mechanical properties.

둘째, 가열유닛은 레이저 조사유닛의 둘레를 감싸도록 형성되어 필요한 부분에만 효과적으로 가열을 수행하고, 최대 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.Secondly, the heating unit is formed so as to surround the periphery of the laser irradiation unit, thereby effectively heating only the necessary part, and obtaining the maximum efficiency.

셋째, 종래의 레이저 적층장치에도 가열유닛을 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.Third, there is an advantage that a heating unit can be easily applied to a conventional laser laminating apparatus.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 종래의 적층장치를 이용하여 형성한 강화층에 균일 및 박리가 발생한 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치를 이용하여 강화층을 형성하는 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치를 이용하여 강화층을 형성하는 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 레이저 적층장치를 이용하여 형성한 강화층의 모습을 나타낸 도면;
도 10은 마모시험결과를 나타낸 그래프; 및
도 11은 충격시험결과를 나타낸 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a state in which uniformity and peeling occur in a reinforcing layer formed using a conventional laminating apparatus;
2 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a first embodiment of the present invention;
3 is a view illustrating a process of forming a reinforcing layer using the laser laminating apparatus according to the first embodiment of the present invention;
4 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a second embodiment of the present invention;
5 is a view illustrating a process of forming a reinforcing layer using a laser laminating apparatus according to a second embodiment of the present invention;
6 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a third embodiment of the present invention;
7 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention;
8 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a fifth embodiment of the present invention;
9 is a view showing a state of a reinforcing layer formed by using the laser laminating apparatus of the present invention;
10 is a graph showing the results of the wear test; And
11 is a graph showing the results of the impact test.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same designations and the same reference numerals are used for the same components, and further description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.2 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 레이저 적층장치는 공급유닛(20a, 20b)과, 레이저 조사유닛(10)과, 가열유닛을 포함한다.As shown in Fig. 2, the laser laminating apparatus of this embodiment includes supply units 20a and 20b, a laser irradiation unit 10, and a heating unit.

상기 공급유닛(20a, 20b)은 대상모재(1)의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 구성요소이다. 이때 상기 강화영역은, 상기 대상모재(1)의 전체 표면 중 강화시키고자 하는 영역을 말하는 것이며, 상기 강화영역은 상기 대상모재(10)의 표면 전체일 수도 있고, 또는 목적에 따라 상기 대상모재(10)의 전체 표면 중 일부 면적이 될 수도 있다.The supplying units 20a and 20b are components for supplying the reinforcing powder to the reinforcing region of the target base material 1. [ Here, the reinforcing region refers to a region to be reinforced among the entire surface of the target preform 1, and the reinforcing region may be the entire surface of the target preform 10, 10). ≪ / RTI >

그리고 본 실시예에서 상기 공급유닛(20a, 20b)은 한 쌍이 레이저 조사유닛(10)을 중심으로 일측 및 타측에 구비되며, 각 공급유닛(20a, 20b)의 내측에는 상기 강화용 분말을 강화영역으로 유동시키는 공급유로(22)가 형성된다.In this embodiment, the pair of the supply units 20a and 20b are provided at one side and the other side with respect to the laser irradiation unit 10, and inside the supply units 20a and 20b, The supply flow path 22 is formed.

또한 상기 강화용 분말로는 다양한 재료가 사용될 수 있으며, 본 실시예의 경우 상기 강화용 분말로 고속도 공구강을 사용하는 것으로 하였다.Also, various materials can be used as the reinforcing powder, and in the case of this embodiment, the high-speed tool steel is used as the reinforcing powder.

다만, 이는 하나의 실시예일뿐 상기 공급유닛(20a, 20b)의 형태 및 개수는 다양하게 이루어질 수 있으며, 상기 강화용 분말로서 다른 재료가 사용될 수도 있음은 물론이다.However, this is only one embodiment, and the shape and the number of the supply units 20a and 20b may be various, and other materials may be used as the reinforcing powder.

상기 레이저 조사유닛(10)은 기 설정된 이동경로를 따라 이동하며 상기 공급유닛(20a, 20b)에 의해 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사함에 따라 상기 대상모재(1)의 표면에 강화층(5)을 형성한다.The laser irradiating unit 10 moves along a predetermined movement path and is irradiated with a laser on the reinforcing region to which the reinforcing powder is supplied by the supplying units 20a and 20b to the surface of the target preform 1 Thereby forming the reinforcing layer 5.

전술한 바와 같이 본 실시예에서 상기 레이저 조사유닛(10)은 상기 한 쌍의 공급유닛(20a, 20b)의 중심에 구비되어, 상기 대상모재(1)의 강화영역에 레이저를 조사할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the laser irradiation unit 10 is provided at the center of the pair of supply units 20a and 20b, and can irradiate laser to the strengthened region of the target base material 1. [

즉 본 실시예의 경우 강화용 분말을 상기 대상모재(1)의 강화영역에 실시간으로 공급하며 레이저 조사를 수행하게 된다.That is, in the case of this embodiment, the reinforcing powder is supplied to the strengthening region of the target base material 1 in real time and laser irradiation is performed.

이에 따라 상기 대상모재(1)의 강화영역 표면 및 상기 공급유닛(20a, 20b)에 의해 공급되는 강화용 분말이 레이저에 의해 함께 용융되며, 이후 용융된 멜트 풀(Melt Pool)이 경화됨에 따라 상기 대상모재(1)의 표면에 강화층(5)이 형성된다. 본 발명의 경우, 강화용 분말뿐 아니라 대상모재(10)의 표면이 함께 용융되므로 강화층(5)의 부착력을 크게 향상시킬 수 있게 된다.As a result, the reinforcing powder supplied by the supply unit (20a, 20b) and the surface of the reinforcing area of the target base material (1) are melted together by the laser, and then the molten melt pool is hardened An enhancement layer (5) is formed on the surface of the target base material (1). In the case of the present invention, since the surface of the target base material 10 as well as the reinforcing powder are melted together, the adhesion of the reinforcing layer 5 can be greatly improved.

또한 본 발명의 경우, 상기 강화용 분말과 대상모재(1) 사이의 물리적, 화학적 특성으로 인해 강화층(5)에 균열이 발생하거나 강화층이 대상모재로부터 박리되는 등 결함을 최소화하기 위한 가열유닛이 더 구비된다.Further, in the case of the present invention, the heating unit 5 for minimizing defects such as cracking in the reinforcing layer 5 due to physical and chemical characteristics between the reinforcing powder and the target base material 1, or peeling of the reinforcing layer from the target base material, .

상기 가열유닛은 상기 레이저 조사유닛(5)이 이동할 경로를 미리 가열하는 예열부와, 상기 레이저 조사유닛에 의해 형성된 강화층(5)을 가열하는 후열부를 포함한다.The heating unit includes a preheating unit for preheating the path along which the laser irradiating unit 5 moves, and a heating unit for heating the reinforcing layer 5 formed by the laser irradiating unit.

그리고 상기 가열유닛의 형태는 제한없이 다양하게 이루어질 수 있으며, 본 실시예의 경우 상기 가열유닛은 가열코일(100)을 포함하는 형태로 형성된다.The shape of the heating unit may be various without limitation. In this embodiment, the heating unit is formed in a shape including the heating coil 100.

본 실시예에서 상기 가열코일(100)은 상기 레이저 조사유닛(10)의 둘레를 원형으로 감싸도록 형성되며, 상기 레이저 조사유닛(10)의 이동 방향을 기준으로 전방이 상기 예열부를 형성하며, 후방이 상기 후열부를 형성하게 된다.In the present embodiment, the heating coil 100 is formed so as to surround the laser irradiation unit 10 in a circular manner, and the front part forms the preheating part with respect to the moving direction of the laser irradiation unit 10, Thereby forming the above-described heating portion.

즉 본 실시예의 경우 상기 가열코일(100)이 상기 레이저 조사유닛(10)의 외측을 감싸는 형태를 가지며, 이에 따라 상기 레이저 조사유닛(10)이 어느 방향으로 이동하더라도 상기 가열코일(100)의 일부는 예열부를 형성하며, 상기 예열부의 반대 측은 후열부를 형성하게 된다.That is, in the case of this embodiment, the heating coil 100 has a shape to surround the outside of the laser irradiation unit 10, so that even if the laser irradiation unit 10 moves in any direction, a part of the heating coil 100 And the opposite side of the preheating portion forms a heat-generating portion.

또한 본 실시예에서 상기 가열코일(100)은 유도가열 방식으로 상기 대상모재(1)의 강화영역을 가열하는 것으로 하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양한 가열 방식, 예컨대 적외선 램프에 의한 가열 방식, 열풍 가열 방식, 레이저 가열 방식 등이 적용될 수 있다.Also, in the present embodiment, the heating coil 100 is heated by the induction heating method in the strengthening region of the target base material 1, but the present invention is not limited to this, and various heating methods such as a heating method using an infrared lamp, A hot air heating method, a laser heating method, or the like can be applied.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 조사유닛(10)을 상기 대상모재(1)의 강화영역을 따라 기 설정된 경로로 이동시키는 과정에서, 상기 레이저 조사유닛(10)이 아직 도달하지 않은 미처리영역(S1)은 상기 가열코일(100)에 일측에 의해 예열되며, 또한 상기 레이저 조사유닛(10)에 의해 처리되어 형성된 강화층(5)을 포함하는 처리영역(S2)은 상기 가열코일(100)의 타측에 의해 후가열될 수 있다.3, in the course of moving the laser irradiating unit 10 to the predetermined path along the strengthening region of the target base material 1, the laser irradiating unit 10 is subjected to an untreated The region S 1 is preheated by the one side of the heating coil 100 and the processing region S 2 including the enhancement layer 5 formed by the laser irradiation unit 10 is formed by the heating coil Can be post-heated by the other side of the heat exchanger (100).

이와 같이 본 발명은 상기 대상모재(1)의 표면에 강화층(5)을 형성하는 과정에서 대상모재(1)와 강화용 분말 간 물성 차이를 최소화하여 균열, 박리와 같은 결함을 제거하고, 기계적 특성을 개선할 수 있다.As described above, in the process of forming the reinforcing layer 5 on the surface of the target base material 1, the difference in physical properties between the target base material 1 and the reinforcing powder is minimized to remove defects such as cracking and peeling, The characteristics can be improved.

특히 상기 가열유닛은 레이저 조사유닛(10)의 둘레를 감싸도록 형성되어 필요한 부분에만 효과적으로 가열을 수행하고, 최대 효율을 얻을 수 있게 된다.In particular, the heating unit is formed so as to surround the periphery of the laser irradiation unit 10 so that heating is effectively performed only in a necessary portion, and maximum efficiency can be obtained.

한편 본 실시예의 경우 상기 레이저 조사유닛(10)을 다양한 변위로 직접 이동시키는 것으로 하였으나, 상기 레이저 조사유닛(10)의 이동 변위 중 일부는 상기 대상모재(1) 자체를 상대적으로 이동시키는 것으로 대체할 수도 있다.In the present embodiment, the laser irradiation unit 10 is directly moved to various displacements. However, some of the moving displacements of the laser irradiation unit 10 may be replaced by relatively moving the target base material 1 itself It is possible.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.4 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 마찬가지로 레이저 조사유닛(10), 공급유닛(20a, 20b) 및 가열유닛을 포함하며, 상기 공급유닛(20a, 20b)은 레이저 조사유닛(10)의 일측 및 타측에 각각 한 쌍이 구비된다. 다만, 본 실시예의 경우 가열유닛의 형태가 다르게 형성된다.In the case of the second embodiment of the present invention shown in Fig. 4, similar to the first embodiment described above, it includes the laser irradiation unit 10, the supply units 20a and 20b and the heating unit, and the supply units 20a and 20b Are provided at one side and the other side of the laser irradiation unit 10, respectively. However, in this embodiment, the shape of the heating unit is different.

구체적으로 본 실시예에서 상기 가열유닛은, 상기 레이저 조사유닛(10)의 일측에 구비된 제1가열코일(100a)과, 상기 레이저 조사유닛(10)을 기준으로 상기 제1가열코일(100a)의 반대 측에 구비된 제2가열코일(100b)을 포함한다.Specifically, in this embodiment, the heating unit includes a first heating coil 100a provided on one side of the laser irradiation unit 10, and a second heating coil 100b provided on the first heating coil 100a with reference to the laser irradiation unit 10. [ And a second heating coil 100b provided on the opposite side of the heating coil 100b.

즉 본 실시예의 경우 복수 개의 가열코일(100a, 100b)이 상기 레이저 조사유닛(10)의 둘레를 따라 구비되는 것이며, 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b)은 서로 독립적으로 상기 대상모재(1)의 강화영역을 가열할 수 있다.That is, in this embodiment, a plurality of heating coils 100a and 100b are provided along the circumference of the laser irradiation unit 10, and the first heating coil 100a and the second heating coil 100b are independent of each other To heat the strengthening region of the target base material (1).

그리고 상기 제1가열코일(100a) 또는 상기 제2가열코일(100b) 중 어느 하나는 예열부를 형성하며, 나머지 하나는 상기 후열부를 형성하게 된다.One of the first heating coil 100a and the second heating coil 100b forms a preheating portion, and the other one of the first heating coil 100a and the second heating coil 100b forms the heating portion.

예컨대 도 5와 같이 상기 레이저 조사유닛(10)이 이동하는 과정에서, 상기 레이저 조사유닛(10)이 아직 도달하지 않은 미처리영역(S1)은 상기 제1가열코일(100a)에 의해 예열되며, 또한 상기 레이저 조사유닛(10)에 의해 처리되어 형성된 강화층(5)을 포함하는 처리영역(S2)은 상기 제2가열코일(100b)에 의해 후가열될 수 있다.5, the untreated region S 1 that has not yet reached the laser irradiation unit 10 is preheated by the first heating coil 100a in the process of moving the laser irradiation unit 10, Further, the processing region S 2 including the reinforcing layer 5 formed by processing with the laser irradiation unit 10 can be post-heated by the second heating coil 100b.

즉 본 실시예의 경우, 가열이 필요한 영역에만 집중적으로 가열을 수행할 수 있어 불필요한 영역이 승온되는 것을 최소화할 수 있게 된다.That is, in the case of this embodiment, it is possible to perform heating intensively only in an area where heating is required, so that it is possible to minimize the temperature rise in the unnecessary area.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.6 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 제3실시예의 경우, 전술한 제2실시예와 같이 가열유닛이 제1가열코일(100a) 및 제2가열코일(100b)을 포함한다.In the case of the third embodiment shown in Fig. 6, the heating unit includes the first heating coil 100a and the second heating coil 100b as in the second embodiment described above.

다만, 본 실시예의 경우 상기 레이저 조사유닛(10)의 둘레를 회전하는 회전부(50)가 더 구비되며, 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b)은 상기 회전부(50)에 연결되어 상기 레이저 조사유닛(10)의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성된다.The first heating coil 100a and the second heating coil 100b are connected to the rotation unit 50 so as to rotate about the laser irradiation unit 10 in the present embodiment. And is rotatable along the circumference of the laser irradiation unit 10.

이와 같이 하는 이유는 상기 레이저 조사유닛(10)의 이동 과정에서 이동하는 방향이 변화될 경우, 상기 레이저 조사유닛(10)의 변화된 이동 방향에 대응되도록 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b)의 위치를 변경시키기 위한 것이다.The reason for doing this is that when the moving direction of the laser irradiation unit 10 is changed, the first heating coil 100a and the second heating coil 100a are moved in a direction corresponding to the changed moving direction of the laser irradiation unit 10, So as to change the position of the heating coil 100b.

이에 따라 본 실시예의 경우 상기 레이저 조사유닛(10)이 자유롭게 경로를 수정할 경우에도 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b)에 의해 예열 및 후가열을 용이하게 수행할 수 있다.Accordingly, in the case of this embodiment, even when the laser irradiation unit 10 freely modifies the path, preheating and post-heating can be easily performed by the first heating coil 100a and the second heating coil 100b .

또한 본 실시예에서는 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b)이 상기 회전부(50)에 의해 회전되는 것으로 하였으나, 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b)의 회전 구조는 이에 제한되지 않고 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.Although the first heating coil 100a and the second heating coil 100b are rotated by the rotation unit 50 in the present embodiment, the first heating coil 100a and the second heating coil 100b 100b may be variously formed without being limited thereto.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.7 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 제4실시예의 경우, 전술한 제2실시예 및 제3실시예와 같이 가열유닛이 제1가열코일(100a) 및 제2가열코일(100b)을 포함하며, 이에 추가적으로 상기 제1가열코일(100a) 및 상기 제2가열코일(100b) 사이에 구비된 제3가열코일(100c)와, 상기 레이저 조사유닛(10)을 기준으로 상기 제3가열코일(100c)의 반대 측에 구비된 제4가열코일(100d)을 더 포함한다.6, the heating unit includes the first heating coil 100a and the second heating coil 100b as in the above-described second and third embodiments, and in addition, A third heating coil 100c provided between the first heating coil 100a and the second heating coil 100b and a second heating coil 100b provided on the opposite side of the third heating coil 100c with respect to the laser irradiation unit 10 And further includes a fourth heating coil 100d.

즉 본 실시예의 경우 상기 레이저 조사유닛(10)을 중심으로 사방에 가열코일(100a, 100b, 100c, 100d)이 배치되며, 이에 따라 각 가열코일(100a, 100b, 100c, 100d)들이 상기 레이저 조사유닛(10)의 둘레를 따라 회전되지 않더라도 상기 레이저 조사유닛(10)의 경로 변화에 유연하게 대응할 수 있다.That is, in this embodiment, the heating coils 100a, 100b, 100c, and 100d are disposed on all four sides of the laser irradiation unit 10 so that the heating coils 100a, 100b, 100c, It is possible to flexibly cope with the path change of the laser irradiation unit 10 even if it is not rotated along the periphery of the unit 10.

그리고 상기 각 가열코일(100a, 100b, 100c, 100d)은 별도로 온/오프 제어되도록 형성될 수도 있으며, 이에 따라 가열을 수행할 필요가 없는 가열코일(100a, 100b, 100c, 100d)은 오프 상태로 유지하여 대상모재(1)의 불필요한 표면 가열 및 전력 낭비를 방지할 수 있다.Each of the heating coils 100a, 100b, 100c and 100d may be separately controlled to be turned on / off. Accordingly, the heating coils 100a, 100b, 100c and 100d, which do not need to be heated, So that unnecessary surface heating and power dissipation of the target base material 1 can be prevented.

또한 본 실시예에 역시 마찬가지로, 제3실시예의 회전부(50, 도 6 참조)를 적용할 수 있음은 물론이다.It is needless to say that the rotating unit 50 (see Fig. 6) of the third embodiment can also be applied to this embodiment as well.

도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.8 is a view illustrating a laser laminating apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 상기 가열유닛의 적어도 일부를 덮도록 형성되어, 상기 가열유닛에 의해 발생한 열기가 상부로 전달되는 것을 차단하는 차단커버(110)를 더 포함한다.In the case of the fifth embodiment of the present invention shown in Fig. 8, it further includes a blocking cover 110 formed to cover at least a part of the heating unit, and blocking the heat generated by the heating unit from being transmitted to the upper portion .

즉 상기 차단커버(110)는 상기 가열유닛에 의해 고온 상태로 가열된 상기 대상모재(1)의 표면으로부터 발생되는 고열로 인해 상부 구조, 즉 상기 레이저 조사유닛(10) 또는 상기 공급유닛(20a, 20b) 등이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.That is, the shut-off cover 110 is provided on the upper structure, that is, the laser irradiation unit 10 or the supply units 20a, 20b, 20c or 20d due to the high heat generated from the surface of the target base material 1 heated to a high temperature by the heating unit. 20b and so on.

도 8에 나타난 본 실시예의 경우 제2가열코일(100b)을 대표적으로 도시하였으며, 상기 차단커버(110)는 내부가 빈 반구 형태로 형성되어 상기 제2가열코일(100b)의 상부를 덮는 형태로 형성된다.In the present embodiment shown in FIG. 8, the second heating coil 100b is exemplarily shown, and the blocking cover 110 is formed in a hollow semispherical shape so as to cover the upper portion of the second heating coil 100b .

이에 따라 상기 차단커버(110)는 상기 대상모재(1)의 표면으로부터 발생되는 열이 상부로 전달되지 않도록 차단하는 동시에, 열을 내부 공간에 모은 상태로 유지하여 표면처리 효과를 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, the blocking cover 110 blocks the heat generated from the surface of the target base material 1 from being transferred to the upper portion, and can keep the heat accumulated in the inner space, thereby further improving the surface treatment effect .

또한 상기 차단커버(110)의 형태는 본 실시예 외의 다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.Further, it is needless to say that the shape of the blocking cover 110 may be formed in various forms other than the embodiment.

이상과 같이 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하였으며, 본 발명은 이와 같은 다양한 실시예에 적용된 가열유닛을 통해 예열 및 후가열을 수행함으로써 대상모재(1)와 강화용 분말 간 물성 차이를 최소화하여 균열, 박리와 같은 결함을 제거하고, 기계적 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.As described above, various embodiments of the present invention have been described. The present invention minimizes the difference in physical properties between the target base material 1 and the reinforcing powder by performing pre-heating and post-heating through the heating unit applied to the various embodiments It is possible to eliminate defects such as cracks and peeling, and to improve the mechanical characteristics.

도 9의 경우 본 발명에 따른 레이저 적층장치를 통해 강화층을 형성한 대상모재의 사진이며, 도 9도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 적층장치를 통해 표면강화를 수행할 경우 대상모재와 강화층이 견고하게 부착되어 박리 및 균열이 전혀 나타나지 않은 것을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a photograph of a target base material in which a reinforcing layer is formed through the laser laminating apparatus according to the present invention, and FIG. 9 is a photograph of the target base material and the reinforcing layer in the case of performing surface strengthening through the laser laminating apparatus according to the present invention. It is confirmed that peeling and cracking are not observed at all.

그리고 도 10은 마모시험결과를 나타낸 그래프이며, 도 11은 충격시험결과를 나타낸 그래프이다. 도 10 및 도 11에 각각 도시된 그래프는 다양한 조건을 통해 강화층을 형성한 대상모재 간의 특성을 비교하여 나타내었다.10 is a graph showing the results of the wear test, and FIG. 11 is a graph showing the results of the impact test. The graphs shown in FIGS. 10 and 11 respectively show the characteristics of the target base materials in which the reinforcing layer is formed through various conditions.

먼저 도 10에는, 본 발명에 따른 레이저 적층장치를 통해 예열 및 후가열을 수행한 대상모재와, 예열만을 수행한 대상모재, 그리고 예열 및 후가열 중 어떠한 공정도 수행하지 않은 대상모재에 대한 마모시험결과가 도시된다.FIG. 10 is a graph showing the results of a wear test on an object base material subjected to preheating and post-heating through a laser laminating apparatus according to the present invention, an object base material subjected to only preheating, The results are shown.

본 시험에서는, 대상모재로서 AISI D2 금형강을 사용하였으며, 강화용 분말로서 AISI M4 고속도공구강 금속분말을 사용하였다,In this test, AISI D2 mold steel was used as the base material and AISI M4 high-speed tool steel powder was used as the strengthening powder.

도 10에 도시된 바와 같이, 예열 및 후가열 중 어떠한 공정도 수행하지 않은 대상모재의 경우 3.7mg의 중량손실이 나타났으며, 예열만을 수행한 대상모재의 경우 0.3mg의 중량손실이, 예열 및 후가열을 수행한 대상모재의 경우 0.15mg의 중량손실이 나타났다.As shown in FIG. 10, a weight loss of 3.7 mg was observed in the case of the base material which had not undergone any of the preheating and post-heating processes, and a weight loss of 0.3 mg in the case of the base material subjected to the preheating only, In the case of the base material subjected to post-heating, a weight loss of 0.15 mg was observed.

즉 본 시험결과에 따르면 예열 및 후가열을 수행한 대상모재의 내마모성이 가장 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.That is, according to the test results, it can be confirmed that the abrasion resistance of the base material subjected to preheating and post-heating is the best.

또한 도 11에는, 본 발명에 따른 레이저 적층장치를 통해 예열 및 후가열을 수행한 대상모재와, 예열만을 수행한 대상모재, 그리고 예열 및 후가열 중 어떠한 공정도 수행하지 않은 대상모재에 대한 충격시험결과가 도시된다.Fig. 11 is a graph showing the results of the impact test on the preformed preform and preformed preform, the preformed preform, and the preformed preform after preheating and post- The results are shown.

도 11에 도시된 바와 같이, 예열 및 후가열 중 어떠한 공정도 수행하지 않은 대상모재의 경우 1.8J의 충격흡수량을 나타내며, 예열만을 수행한 대상모재의 경우 1.7J의 충격흡수량을, 예열 및 후가열을 수행한 대상모재의 경우 2.8J의 충격흡수량을 나타낸다.As shown in Fig. 11, the impact absorption amount of the target base material which does not perform any process during preheating and post-heating is 1.8J, and the impact absorption amount of 1.7J for the preformed base material is preheated and post- The impact absorption amount of 2.8J is shown.

즉 본 시험결과에 따르면 예열 및 후가열을 수행한 대상모재의 충격흡수량이 가장 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.In other words, according to the test results, it can be seen that the shock absorption amount of the pre-heating and post-heating base material is the best.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

1: 대상모재 5: 강화층
10: 레이저 조사유닛 20a, 20b: 공급유닛
22: 공급유로 50: 회전부
100a, 100b, 100c, 100d: 가열코일 110: 차단커버1: target base material 5: reinforcing layer
10: Laser irradiation unit 20a, 20b: Supply unit
22: supply passage 50:
100a, 100b, 100c, 100d: heating coil 110: blocking cover

Claims (6)

대상모재의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 공급유닛;
이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사함에 따라 강화층을 형성하는 레이저 조사유닛; 및
상기 레이저 조사유닛이 이동할 경로를 미리 가열하는 예열부와, 상기 레이저 조사유닛이 형성한 강화층을 가열하는 후열부를 포함하는 가열유닛;
을 포함하는 레이저 적층장치.A supply unit for supplying the reinforcing powder to the reinforcing region of the target base material;
A laser irradiating unit moving along the moving path and forming a reinforcing layer by irradiating a laser to the reinforcing region to which the reinforcing powder is supplied; And
A heating unit including a preheating unit for preheating the path along which the laser irradiation unit moves, and a heating unit for heating the reinforcing layer formed by the laser irradiation unit;
And a laser beam. 제1항에 있어서,
상기 가열유닛은,
상기 레이저 조사유닛의 둘레를 감싸도록 형성되어, 상기 레이저 조사유닛의 이동 방향을 기준으로 전방이 상기 예열부를 형성하며, 후방이 상기 후열부를 형성하는 가열코일을 포함하는 레이저 적층장치.The method according to claim 1,
The heating unit includes:
And a heating coil which is formed so as to surround the periphery of the laser irradiation unit and which forms the preheating portion in front of the moving direction of the laser irradiation unit and the rear portion forms the rear heating portion. 제1항에 있어서,
상기 가열유닛은,
상기 레이저 조사유닛의 일측에 구비된 제1가열코일; 및
상기 레이저 조사유닛을 기준으로 상기 제1가열코일의 반대 측에 구비된 제2가열코일;
을 포함하여,
상기 제1가열코일 또는 상기 제2가열코일 중 어느 하나는 상기 레이저 조사유닛의 이동 시 상기 예열부를 형성하며, 나머지 하나는 상기 후열부를 형성하는 레이저 적층장치.The method according to claim 1,
The heating unit includes:
A first heating coil provided on one side of the laser irradiation unit; And
A second heating coil provided on an opposite side of the first heating coil with respect to the laser irradiation unit;
Including,
Wherein either one of the first heating coil and the second heating coil forms the preheating part when the laser irradiation unit moves, and the other one forms the rear heating part. 제3항에 있어서,
상기 제1가열코일 및 상기 제2가열코일은 상기 레이저 조사유닛의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성된 레이저 적층장치.The method of claim 3,
Wherein the first heating coil and the second heating coil are rotatable along the periphery of the laser irradiation unit. 제3항에 있어서,
상기 가열유닛은,
상기 제1가열코일 및 상기 제2가열코일 사이에 구비된 제3가열코일;
상기 레이저 조사유닛을 기준으로 상기 제3가열코일의 반대 측에 구비된 제4가열코일;
을 더 포함하는 레이저 적층장치.The method of claim 3,
The heating unit includes:
A third heating coil disposed between the first heating coil and the second heating coil;
A fourth heating coil provided on an opposite side of the third heating coil with respect to the laser irradiation unit;
Further comprising: 제1항에 있어서,
상기 가열유닛의 적어도 일부를 덮도록 형성되어, 상기 가열유닛에 의해 발생한 열기가 상부로 전달되는 것을 차단하는 차단커버를 더 포함하는 레이저 적층장치.The method according to claim 1,
And a blocking cover which is formed to cover at least a part of the heating unit and blocks the heat generated by the heating unit from being transmitted to the upper part.
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KR20220153370A (en) * 2021-05-11 2022-11-18 한양대학교 산학협력단 Annealing apparatus and method using induced heating coil

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