KR20190023646A - 적층성형물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계, 상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제1도포층을 형성하는 단계, 상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계 및 상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

적층성형물의 제조방법{Method of manufacturing deposited article}

본 발명은 적층성형물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 완전 용융 에너지보다 낮은 에너지로 원소재 분말을 가소결한 가소결층을 형성한 후, 상기 가소결층을 완전 용융온도보다 높은 에너지로 소결시켜 소결층을 형성함으로써 적층 성형물의 고밀도화 및 평탄화를 향상시킬 수 있는 적층성형물의 제조방법에 관한 것이다.

적층 가공을 위한 방법들은, 재료 그 자체로 형상을 형성하기보다는 오히려 형상이 만들어질 수 있게 되는 상태이어야 한다. 성형가능한(workable) 질량체들, 페이스트들, 분말들, 액체들 등과 같은 시작 재료들이 이 요건을 만족한다.

성형가능한 질량체들 및 페이스트들은 구조물로 성형될 수 있음이 직관적으로 이해되지만, 분말들 및 액체들을 사용하면, 이는 이 경우에는 직접 성형될 수는 없다.

정상적으로, 분말 입자들은 단독 혹은 보조 물질, 예컨대 바인더(binder)를 사용하여 함께 결합된다. 유체들, 이를 테면 유동가능한 입자 현탁액(suspension)들은 예컨대 액체를 고체로 건조하거나 상변이(phase transition)함으로써 구조물에 형성될 수 있다. 적층 가공을 위한 초기 방법들의 하나의 부류는, 분말을 기반으로 하는 방법들에 의해 이루어지는데, 여기서 분말 입자들은, 전형적으로 10 내지 200 ㎛ 두께의 층들로 빌드업(build up)되고, 바인더의 국부적 적용 또는 레이저 빔에 의한 국부적 용해에 의해 이 층들 각각에 함께 연결된다.

바인더를 기반으로 하는 분말 방법들은, 미국 캠브리지의 MIT(Massachusetts Institute of Technology)에서 개발되었으며, 레이저 기반 방법들은 1980년대 초반/1990년대 초반에 미국 오스틴의 UOT(University of Texas)에서 개발되었으며, 3D 프린팅 또는 선택적 레이저 소결로서 공지되어 있다.

분말형 시작 재료를 층상으로 빌드업하는 것을 기반으로 하는 적층 가공 방법은, 분말의 형상에 따라 적층품의 품질이 결정된다고 해도 과언이 아니다.

다시 말해, 시작재료인 분말이 구형인 경우, 구형 분말은 원활한 소결로 인해 고밀도의 평탄면을 갖는 적층품을 형성할 수 있다.

반면, 비구형 분말을 사용하여 적층품을 형성하는 경우, 적층품의 기공률을 증가시키고, 적층품의 밀도가 감소할 수 있고, 불균일한 표면 조도가 발생할 수 있고, 적층품의 정밀도가 저하될 수 있다.

즉, 비구형 분말로 적층성형 시, 적층품의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

그러나, 구형 분말의 경우, 분말을 구형으로 제조함으로써 구형분말의 제조비용이 증가할 수 밖에 없다. 게다가 상기한 고비용의 구형 분말을 적층 가공방법에 사용하는 경우, 원재료의 비용이 증가함에 따라 적층품의 제조비용이 동반 상승할 수 밖에 없는 상황이다.

이에, 적층품의 제조 단가를 저하시키기 위해서는 저렴한 비구형 분말을 사용하고도 구형 분말을 사용한 경우와 유사하거나 동일한 적층품을 제조할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원소재 분말을 완전 용융 에너지보다 낮은 에너지로 가소결한 가소결층을 형성한 후, 상기 가소결층을 완전 용융 에너지보다 높은 에너지를 제공하여 소결층을 형성함으로써 적층 성형물의 고밀도화 및 평탄화를 향상시킬 수 있는 적층성형물의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 상기 적층성형물의 제조방법을 적어도 1회 이상 반복 실시하여 목표 적층두께를 갖는 적층 성형물을 형성할 수 있는 적층성형물의 적층두께 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계, 상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제1도포층을 형성하는 단계, 상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계 및 상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계에 있어서, 상기 원소재 분말은 비구형 분말일 수 있다.

상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 적층시켜 제1도포층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 목표 적층두께는 상기 소결층의 형성두께와 동일한 두께일 수 있다.

상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 적층시켜 제1도포층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제1 도포층은 상기 제1 도포층의 표면에 형성되는 조도면 및 상기 원소재 분말 간의 틈으로 형성되는 간극이 형성될 수 있다.

상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 가소결층에는 상기 가소결층의 내부에 공극 및 열통로가 형성될 수 있다.

상기 열통로는 상기 원소재 분말의 금속성분이 가소결되어 연결되면서 형성될 수 있다.

상기 열통로는, 상기 제2 에너지의 열량을 균일하고 급속하게 상기 가소결층 내부의 상기 공극 주위까지 전달하여 상기 가소결층을 용융시키고, 상기 공극을 유동시켜 가소결층의 표면으로 배출시킴으로써 상기 소결층의 기공을 최소화시킬 수 있다.

상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제1 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 작은 에너지를 가지며, 상기 완전 용융 에너지의 60 내지 90%범위일 수 있다.

상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제2 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 큰 에너지일 수 있다.

상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 소결층은 상기 가소결층을 용융시켜 고밀도의 평탄면을 형성할 수 있다.

상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 소결층의 형성두께는 상기 제1 도포층의 목표 적층두께보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층성형물의 적층두께 제어방법은 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계, 상기 원소재 분말을 베드에 목표 적층두께로 적층시켜 제1도포층을 형성하는 단계, 상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계, 상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계, 상기 소결층의 감소두께를 측정하는 단계, 상기 감소두께만큼 상기 베드를 하강시키는 단계 및 상기 소결층 상에 상기 목표 적층두께만큼 상기 원소재 분말을 도포시켜 제2 도포층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 소결층 상에 상기 적층두께만큼 상기 원소재 분말을 도포시켜 제2 도포층을 형성하는 단계 이후에, 상기 제2 도포층을 가소결하고 소결하는 단계를 적어도 1회 이상을 반복 실시하여 상기 소결층의 적층두께를 제어할 수 있다.

상기 소결층의 감소두께를 측정하는 단계에 있어서, 상기 소결층의 감소두께를 측정하는 두께 측정기 및 평면 측정기를 포함할 수 있다.

상기 감소두께만큼 상기 베드를 하강시키는 단계에 있어서, 상기 베드는 평탄부 및 상기 평탄부를 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 평탄부는 상기 지지부를 따라 상기 감소두께만큼 하강될 수 있다.

상기 감소두께만큼 상기 베드를 하강시키는 단계는, 상기 목표 적층두께를 유지시킬 수 있다.

상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제2도포층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 목표 적층두께는 상기 소결층의 형성두께와 동일한 두께일 수 있다.

상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제2도포층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제2 도포층은 상기 제2 도포층의 표면에 형성되는 조도면 및 상기 원소재 분말 간의 틈으로 형성되는 간극이 형성될 수 있다.

상기 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계에 있어서, 상기 원소재 분말은 비구형 분말일 수 있다.

상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 가소결층에는 상기 가소결층의 내부에 공극 및 열통로가 형성될 수 있다.

상기 열통로는 상기 원소재 분말의 금속성분이 가소결되어 연결되면서 형성될 수 있다.

상기 열통로는, 상기 제2 에너지의 열량을 균일하고 급속하게 상기 가소결층 내부의 상기 공극 주위까지 전달하여 상기 가소결층을 용융시키고, 상기 공극을 유동시켜 가소결층의 표면으로 배출시킴으로써 상기 소결층의 기공을 최소화시킬 수 있다.

상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제1 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 작은 에너지를 가지며, 상기 완전 용융 에너지의 60% 내지 90%범위일 수 있다.

상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제2 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 큰 에너지일 수 있다.

상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 소결층은 상기 가소결층을 용융시켜 고밀도의 평탄면을 형성할 수 있다.

상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 소결층의 형성두께는 상기 제1 도포층의 목표 적층두께보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층성형물은 적층성형물의 제조방법으로 형성된다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층성형물은 적층성형물의 적층두께 제어방법으로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은 원소재 분말을 완전 용융 에너지보다 낮은 에너지로 가소결한 가소결층을 형성한 후, 상기 가소결층을 완전 용융 에너지보다 높은 에너지를 제공하여 소결층을 형성함으로써 적층 성형물의 고밀도화 및 평탄화를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 적층성형물의 적층두께 제조방법을 적어도 1회 이상 반복 실시하여 목표 적층두께를 갖는 적층 성형물을 형성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법을 도시한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 적층두께 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 적층두께 제어방법을 도시한 도면들이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법을 도시한 도면들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은, 원소재 분말(100)의 완전 용융 에너지(E)를 도출하는 단계(S100), 원소재 분말(100)을 베드(200) 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제1도포층(1100)을 형성하는 단계(S200), 제1 도포층(1100)에 제1 에너지(E1)를 제공하여 가소결층(300)을 형성하는 단계(S300) 및 가소결층(300)에 제2 에너지(E2)를 제공하여 소결층(400)을 형성하는 단계(S400)를 포함한다.

여기서 상기 단계들을 적어도 1회 이상을 반복 실시하여 소결층(400)을 적층시킴으로써 고밀도 평탄면을 갖는 적층 성형물(10)을 소정의 두께로 형성할 수도 있다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은 원소재 분말(100)의 완전 용융 에너지(E)를 도출하는 단계(S100)를 실시한다.

본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법의 원소재 분말(100)은, 구형 분말 또는 비구형 분말을 사용할 수 있다. 또는 구형 분말과 비구형 분말을 혼합시킨 분말을 사용할 수도 있다.

예를 들면, 원소재 분말(100)이 구형일 경우, 원소재 분말(100)을 소결 시 초기 분말도포 패킹(packing) 밀도의 증대 효과로 용융 후에도 기공의 생성을 최소화시킬 수 있다. 즉, 구형 분말을 사용하게 되면 고밀도의 소결체를 형성할 수 있다는 장점이 있다.

반면, 원소재 분말(100)이 비구형일 경우, 원소재 분말(100)을 소결 시 분말이 비구형임에 따라 초기 분말도포 패킹(packing) 밀도가 낮고 급냉에 의해 분말 사이의 간극이 제거되지 않고 응고되어 기공이 형성될 수 있다. 이에 비구형 분말을 사용하게 되면 고밀도의 소결체를 형성하기 곤란하다는 단점이 존재한다.

다시 말해, 구형 분말의 경우, 고밀도의 소결체를 형성할 수 있으나 비용 면에서 고가인 반면, 상기 비구형 분말의 경우, 저렴하지만 고밀도의 소결체를 형성하기에 곤란하다는 단점이 존재할 수 있다.

그리고, 구형 분말과 비구형 분말은 동일 소재임에도 불구하고, 완전 용융 에너지(E)가 상이할 수 있다. 이에 비구형 분말 및/또는 구형 분말을 사용하는 원소재 분말(100)의 완전 용융 에너지(E)를 도출시키는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은 원소재 분말(100)을 구형 분말, 비구형 분말 및 이들의 혼합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으므로 구형 분말의 결정 성장의 용이함과 비구형 분말의 비용 저감을 동시에 충족시킬 수 있다.

도 1 및 도 2을 참조하면, 원소재 분말(100)을 베드(200) 상에 목표 적층두께(D)로 도포시켜 제1도포층(1100)을 형성하는 단계(S200)를 실시한다. 여기서 원소재 분말(100)은 비구형 분말을 사용한 것을 예를 들어 설명하기로 한다.

베드(200)는 원소재 분말(100)을 도포시킬 수 있는 평탄면을 가지는 것을 사용할 수 있다. 그리고, 베드(200)는 원소재 분말(100)이 완전 용융되는 온도를 견딜 수 있고 원소재 분말(100)과 이차반응을 하지 않는 재료를 사용할 수 있다. 즉, 베드(200)는 도포 재료인 원소재 분말(100)에 따라 완전 용융 에너지(E)가 상이함으로 다양한 재료를 사용할 수 있기 때문에 따로 한정하지 않는다.

한편, 비구형인 원소재 분말(100)을 베드(200)의 평탄면 상에 도포하게 되면, 비구형 분말의 형상에 의해 제1 도포층(1100)에는 간극(間隙, 150) 및 도포면에 조도가 형성될 수도 있다. 여기서 간극(150)은 비구형 분말 사이의 틈으로 정의한다.

제1 도포층(1100)에 형성되는 상기 간극(150)과 조도는 추후에 소결층(400)의 감소두께(참조 도 6의 D0)를 발생시킬 수 있다.

그리고 원소재 분말(100)이 도포되는 제1 도포층(1100)의 목표 적층두께(D)는 소결층(400)의 형성두께일 수 있다. 원소재 분말(100)이 비구형일 경우, 상기 감소두께(참조 도 6의 D0)가 형성될 수 있으나, 원소재 분말(100)이 구형일 경우, 상기 감소두께(참조 도 6의 D0)가 거의 발생되지 않을 수 있다. 즉, 구형일 경우는 감소두께(참조 도 6의 D0)가 일부 발생될 수 있으나, 거의 발생되지 않을 수도 있다.

다시 말해, 소결층(400)의 형성두께보다 두꺼운 두께로 제1 도포층(1100)을 도포할 경우, 소결층(400)의 형성두께보다 두꺼운 소결층(400)이 형성될 수 있고 완전용융이 되지 않을 수 있어 소결층(400)를 다시 제작해야 하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법은 원소재 분말(100)을 도포시켜 형성되는 제1 도포층(1100)의 목표 적층두께(D)를 상기 감소두께를 고려하여 소결층(400)의 형성두께와 동일한 두께로 도포시키는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 도포층(1100)에 제1 에너지(E1)를 제공하여 가소결층(300)을 형성하는 단계(S300)를 실시한다.

전술한 바와 같이, 제1 도포층(1100) 상에는 간극(150)과 조도면이 형성되어 있어, 제1 도포층(1100)에 제1 에너지(E1)를 제공할 경우, 상기 간극(150)은 가소결층(300)의 내부에 공극(320)을 형성할 수 있다. 그리고 상기 조도면 또한 가소결층(300)의 조도면을 형성시킬 수 있다. 그리고 가소결층(300)은 공극(320) 및 열통로(310)로 인해 목표 적층두께(D)까지 형성될 수 있다.

여기서 제1 에너지(E1)를 제1 도포층(1100)에 제공함으로써 제1 도포층(1100)에 배치된 상기 간극(150)을 통해 가소결층(300)의 내부에 배치되는 공극(320)의 형성을 제어할 수 있다.

다시 말해, 제1 에너지(E1)를 완전 용융 에너지(E)보다 낮은 에너지로 제1 도포층(1100)에 제공하게 되면 상기 간극(150)을 공극(320)으로 형성되도록 제어할 수 있다. 즉 비구형 분말에 제공되는 제1 에너지(E1)는 비구형 분말에 고루게 열 전달이 이루어지지 않아 간극(150)은 공극(320)으로 형성될 수 있다. 이러한 공극(320)을 제어하여 가소결층(300)의 열통로(310)를 형성할 수 있다.

상기 열통로(310)는, 열전도도가 높은 금속성분의 가소결부일 수 있다. 상기한 열통로(310)는 제공된 열의 열량을 균일하고 급속하게 가소결층(300)의 공극(320) 주위까지 전달하여 가소결층(300)을 용융시키면서, 공극(320)을 유동시켜 가소결층(300)의 표면으로 배출시킴으로써 소결층(400)의 기공을 최소화시킬 수 있다.

구체적으로, 열통로(310)는 추후에 가소결층(300)에 제공된 제2 에너지(E2)의 열전달을 균일하게 하고 급속하게 공극(320) 주위에 열을 전달하여 재용융하므로, 가소결층(300) 내부의 공극(320)을 표면부로 유동시켜 제거할 수 있다.

한편, 제1 도포층(1100)에 제공되는 제1 에너지(E1)는 완전 용융 에너지(E) 보다 낮은 에너지일 수 있다. 여기서 제1 에너지(E1)는 온도를 예를 들어 설명하나 반드시 온도에 한정하는 것은 아니며, 제1 도포층(1100)을 가소결시킬 수 있는 에너지이면 어떤 형태의 에너지이든 가능하다.

구체적으로 제1 에너지(E1)는 완전 용융 에너지(E)보다 낮고, 완전 용융 에너지(E)에 대해 60% 내지90%의 에너지를 갖는 온도일 수 있다. 이를 수식화하면,

E > E1 > 0.6E~0.9E 로 정의될 수 있다.

여기서 E는 완전 용융 에너지(E)이고, E1 은 제1 에너지(E1)이다.

제1 도포층(1100)에 완전 용융 에너지(E) 이상의 에너지가 제공되면, 즉, 제1 도포층(1100)에 높은 에너지를 한번에 제공될 경우, 키홀(key hole) 현상 혹은 기화에 의한 기공의 추가형성과 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있어 적절하지 않다. 게다가 완전 용융 에너지(E) 이상의 높은 에너지가 제공되기 때문에 제1 도포층(1100)은 소결되어 전술한 이유로 가소결층(300)의 변형률이 증가할 수 있다. 이에 제1 에너지(E1)는 완전 용융 에너지(E) 낮은 에너지로 제공되는 것이 바람직하다.

제1 도포층(1100)을 가소결시키기 위해 너무 낮은 에너지를 제1 도포층(1100)에 제공하게 되면, 열통로(310)의 형성이 어려울 수 있다. 즉, 금속성분이 가소결되지 않고 제1 도포층(1100)의 분말이 그대로 남아 있을 수 있다.

다시 말해, 소결 시에 열통로(310)가 없는 경우, 열이 가소결층(300)의 표면부에서 내부의 공극(320)들이 있는 부분까지 충분히 전달되지 않아 가소결층(300)은 급냉되고 응고될 수 있다. 이에 열은 가소결층(300) 내부에 갇혀 잔류하면서 소결층(400)의 밀도를 저하시키고 기계적 특성을 열화시킬 수 있다.

이에 제1 에너지(E1)는 완전 용융 에너지(E)에 대해 60% 내지90% 범위의 에너지를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제1 에너지(E1)를 제공받은 가소결층(300)은 공극(320) 및 열통로(310)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1 에너지(E1)를 이용하여 가소결층(300)의 공극(320)을 제어하여 열통로(320)를 확보함으로써 추후에 실시되는 소결층(400)의 형성단계에서 소결층(400)의 기공을 최소화시킬 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 가소결층(300)에 제2 에너지(E2)를 제공하여 소결층(400)을 형성하는 단계를 실시한다.

가소결층(300)에 제2 에너지(E2)를 제공하여 소결층(400)을 고밀도화시키고 평탄화시킬 수 있다. 그리고 가소결층(300)에는 공극(320) 및 열통로(310)가 형성되어 있어 제2 에너지(E2)는 열통로(310)를 통해 열량을 균일하고 급속하게 가소결층(300)의 공극(320) 주위까지 전달될 수 있다. 그리고, 가소결층(300)을 용융시키면서, 공극(320)을 유동시켜 가소결층(300)의 표면으로 배출시킴으로써 소결층(400)의 기공을 최소화시킬 수 있다.

여기서 제2 에너지(E2)는 완전 용융 에너지(E)보다 높은 온도일 수 있다. 즉, 제 2에너지(E2) > 완전 용융 에너지(E)일 수 있다.

이에 가소결층(300)은 완전 용융 에너지(E)보다 높은 에너지인 제2 에너지(E2)를 제공받기 때문에 가소결층(300)은 완전 용융되어 결정성장이 용이해질 수 있다. 이에 제2 에너지(E2)는 가소결층(300)에 용융시키면서 공극(320)을 유동시켜 가소결층(300)의 표면으로 배출시킴으로써 소결층(400)의 기공을 최소화시킬 수 있다.

따라서 소결층(400)은 공극(320) 및 열통로(310)이 제거되어 고밀도화될 수 있다. 게다가, 제2 에너지(E2)로 인해 가소결층(300)은 완전 용융되어 가소결층(300)의 표면조도가 제거되어 소결층(400)은 평탄면으로 형성될 수 있다.

한편, 소결층(400)은 가소결층(300)에 형성되어 있던 공극(320) 및 열통로(310)가 제거됨에 따라 소결층(400)의 형성두께가 저감될 수 있다. 다시 말해 소결층(400)의 형성두께는 제1 도포층(1100)의 목표 적층두께(D)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물 제조방법은 원소재 분말(100)을 완전 용융 에너지(E)보다 낮은 에너지로 가소결한 가소결층(300)을 형성한 후, 가소결층(300)을 완전 용융 에너지(E)보다 높은 에너지를 제공하여 소결층(400)을 형성함으로써 소결층(400)의 고밀도화 및 평탄화를 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 적층두께 제어방법을 도시한 순서도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 적층두께 제어방법을 도시한 도면들이다.

여기서 도 5 내지 도 8은 중복 설명을 회피하고 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 4를 인용하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 제조방법에 의해 고밀도화 및 평탄화된 소결층(400)은 공극(320) 및 열통로(310)가 제거됨에 따라 형성두께의 감소가 발생할 수 있다.

이에 목표 적층두께(D)를 갖는 소결층(400)을 형성하기 위해서 소결층(400) 상에 반복적으로 원소재 분말(100)을 도포시키고, 가소결하고, 소결 단계를 거쳐 소정의 적층 두께를 갖는 고밀도 및 평탄화된 적층성형물을 형성할 수 있다.

다시 말해, 상기 소결층 상에 제2 도포층(120)을 도포하고, 가소결하고, 소결하는 단계를 적어도 1회 이상을 반복 실시하여 소결층(400)의 적층두께를 제어할 수 있다. 이에 소정의 두께를 갖는 적층성형물을 형성할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 소결층(400)의 감소두께(D0)를 측정하는 단계(S500)를 실시한다.

가소결층(300)에 형성된 공극(320) 및 열통로(310)는 소결층(400)을 형성하는 단계에서 제거될 수 있다. 따라서 소결층(400)은 가소결층(300)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 공극(320) 및 열통로(310)가 제거되면서 소결층(400)에는 감소두께(D0)가 발생할 수 있다.

이에 상기한 소결층(400)의 감소두께(D0)를 측정하고, 소결층(400)의 평탄면을 측정하여 소결층(400)의 형성두께를 측정하는 것이 바람직하다. 또한 상기한 두께를 측정하여 추후에도 발생할 수 있는 두께감소(D0) 정도를 예측할 수도 있다.

여기서 소결층(400)의 평탄면 측정 및 두께 측정은 하나의 두께측정기로 측정할 수도 있고, 각각의 두께측정기(620) 및 표면 측정기(610) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 두께측정기(620) 및 표면 측정기(610)는 AFM등을 사용할 수 있다.

그리고 용이한 설명과 구분을 위해 도 1내지 4에서 형성된 소결층(400)을 제1 소결층을 명칭하고 하기로 하고, 제1 소결층 상에 형성된 것을 제2 소결층을 명칭하기로 한다. 그러나 상기 1소결층 및 제2 소결층은 상기 제2 에너지(E2)에 의해 용융되어 소결층으로 형성될 수 있다.

도 5 및 도 7을 참조하면, 감소두께(D0)만큼 베드(200)를 하강시키는 단계(S600)를 실시할 수 있다.

베드(200)는 평탄부(250)와 지지부(220)를 구비할 수 있다. 여기서 상기 지지부(220)는 상기 평탄부(250)를 지지하는 지지대 역할을 할 수 있다. 여기서 상기 평탄부(250)는 상기 지지부(220)를 따라 상하로 이동할 수 있다. 여기서 상기 평탄부(250) 상에는 원소재 분말(100)을 도포시켜 형성되는 제1 도포층(1100) 또는 소결층(400)이 형성될 수 있다.

감소두께(D0)만큼 베드(200)의 상기 평탄부(250)를 하강시킴으로써 도포층의 목표 적층두께(D)를 유지시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 도포층(1100)은 목표 적층두께(D)로 도포될 수 있다. 그리고 제2 도포층(1200) 또한 목표 적층두께(D)로 도포될 수 있다.

도 5 및 도 8을 참조하면, 소결층(400) 상에 상기 목표 적층두께(D)만큼 원소재 분말(100)을 도포시켜 제2도포층(1200)을 형성하는 단계(S700)를 실시할 수 있다.

제2도포층(1200)은 목표 적층두께(D)만큼 원소재 분말(100)을 도포시킬 수 있다.

그리고, 상기 원소재 분말(100) 및 소결층(400)에 제1 에너지(E1)를 제공하여 가소결층(300)을 형성시킬 수 있다. 여기서 도 1내지 4의 가소결층(400)과 구분짓기 위해 가소결층(300)을 제2 가소결층으로 명칭하기로 한다.

상기 제2 가소결층은 제1 소결층(400) 상에 형성시킬 수 있다. 상기 제2 가소결층에 제공되는 제1 에너지(E1)는 제1 소결층(400)의 완전 용융 온도(E)보다 낮은 에너지가 제공됨에 따라 상기 제2 도포층을 가소결시킬 수 있으나, 제 1 소결층(400)에는 아무런 영향을 미치지 않을 수 있다.

상기 제2 가소결층에 제2 에너지(E2)를 제공하여 제1소결층(400) 상에 상기 제2 소결층을 형성할 수 있다.

여기서 제1 소결층(400) 및 상기 제2 가소결층 상에는 원자재 분말(100)의 완전 용융 에너지(E)보다 높은 제2 에너지(E2)가 제공됨에 따라 제1 소결체는 용융될 수 있고 상기 제2 가소결층 또한 용융될 수도 있다.

이에 따라 제1 소결층(400)과 상기 제2 소결층은 각각 다른 소결층으로 존재하는 것이 아니라 하나의 결정성장으로 이루어진 소결체로 형성될 수 있다.

상기한 단계를 반복적으로 실시하여 목표 적층두께(D로 형성된 적층성형물을 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적층성형물의 두께제어방법은 원소재 분말을 완전 용융 에너지보다 낮은 에너지로 가소결한 가소결층을 형성한 후, 상기 가소결층을 완전 용융 에너지보다 높은 에너지를 제공하여 소결층을 형성함으로써 적층 성형물의 고밀도화 및 평탄화를 향상시킬 수 있고, 상기 적층성형물의 제조방법을 적어도 2회 이상 반복 실시하여 목표 적층두께를 갖는 적층 성형물을 형성할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 원소재 분말
200: 베드
300: 가소결층
310: 열통로
320: 공극
400: 소결층
610: 두께측정기
620: 평탄면 측정기
1100: 제1 도포층
1200: 제2 도포층
D: 목표 적층두께
D0: 감소두께
E: 완전 용융 에너지
E1: 제1 에너지
E2: 제2 에너지

Claims (28)

1. 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계;
   상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제1도포층을 형성하는 단계;
   상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계; 및
   상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계에 있어서,
   상기 원소재 분말은 비 구형 분말인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 적층시켜 제1도포층을 형성하는 단계에 있어서,
   상기 목표 적층두께는 상기 소결층의 형성두께와 동일한 두께인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 적층시켜 제1도포층을 형성하는 단계에 있어서,
   상기 제1 도포층은 상기 제1 도포층의 표면에 형성되는 조도면 및 상기 원소재 분말 간의 틈으로 형성되는 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서,
   상기 가소결층에는 상기 가소결층의 내부에 공극 및 열통로가 형성되는 것을 특징으로 적층성형물의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 열통로는 상기 원소재 분말의 금속성분이 가소결되어 연결되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 열통로는,
   상기 제2 에너지의 열량을 균일하고 급속하게 상기 가소결층 내부의 상기 공극 주위까지 전달하여 상기 가소결층을 용융시키고,
   상기 공극을 유동시켜 가소결층의 표면으로 배출시키는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서,
   상기 제1 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 작은 에너지를 가지며, 상기 완전 용융 에너지의 60% 내지 90%범위인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서,
   상기 제2 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 큰 에너지인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 소결층은 상기 가소결층을 용융시켜 고밀도의 평탄면을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 소결층의 형성두께는 상기 제1 도포층의 목표 적층두께보다 얇은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 제조방법.
12. 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계;
    상기 원소재 분말을 베드에 목표 적층두께로 적층시켜 제1도포층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계;
    상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계;
    상기 소결층의 감소두께를 측정하는 단계;
    상기 감소두께만큼 상기 베드를 하강시키는 단계; 및
    상기 소결층 상에 상기 목표 적층두께만큼 상기 원소재 분말을 도포시켜 제2 도포층을 형성하는 단계: 를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 소결층 상에 상기 적층두께만큼 상기 원소재 분말을 도포시켜 제2 도포층을 형성하는 단계 이후에
    상기 제2 도포층을 가소결하고 소결하는 단계를 적어도 1회 이상을 반복 실시하여 상기 소결층의 적층두께를 제어하는 하는 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 소결층의 감소두께를 측정하는 단계에 있어서,
    상기 소결층의 감소두께를 측정하는 두께 측정기 및 평면 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
15. 제 12항에 있어서,
    상기 감소두께만큼 상기 베드를 하강시키는 단계에 있어서,
    상기 베드는 평탄부 및 상기 평탄부를 지지하는 지지부를 포함하고,
    상기 평탄부는 상기 지지부를 따라 상기 감소두께만큼 하강되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
16. 제 12항에 있어서,
    상기 감소두께만큼 상기 베드를 하강시키는 단계는,
    상기 목표 적층두께를 유지시키는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
17. 제 12항에 있어서,
    상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제2도포층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 목표 적층두께는 상기 소결층의 형성두께와 동일한 두께인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
18. 제 12항에 있어서,
    상기 원소재 분말을 베드 상에 목표 적층두께로 도포시켜 제2도포층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제2 도포층은 상기 제2 도포층의 표면에 형성되는 조도면 및 상기 원소재 분말 간의 틈으로 형성되는 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
19. 제 12항에 있어서,
    상기 원소재 분말의 완전 용융 에너지를 도출하는 단계에 있어서,
    상기 원소재 분말은 비구형 분말인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
20. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 가소결층에는 상기 가소결층의 내부에 공극 및 열통로가 형성되는 것을 특징으로 적층성형물의 적층두께 제어방법.
21. 제 20항에 있어서,
    상기 열통로는 상기 원소재 분말의 금속성분이 가소결되어 연결되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
22. 제 20항에 있어서,
    상기 열통로는,
    상기 제2 에너지의 열량을 균일하고 급속하게 상기 가소결층 내부의 상기 공극 주위까지 전달하여 상기 가소결층을 용융시키고,
    상기 공극을 유동시켜 상기 가소결층의 표면으로 배출시키는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
23. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 도포층에 제1 에너지를 제공하여 가소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제1 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 작은 에너지를 가지며, 상기 완전 용융 에너지의 60% 내지 90%범위인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
24. 제 12항에 있어서,
    상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제2 에너지는 상기 완전 용융 에너지보다 큰 에너지인 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
25. 제 12항에 있어서,
    상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 소결층은 상기 가소결층을 용융시켜 고밀도의 평탄면을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
26. 제 12항에 있어서,
    상기 가소결층에 제2 에너지를 제공하여 소결층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 소결층의 형성두께는 상기 제1 도포층의 목표 적층두께보다 얇은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물의 적층두께 제어방법.
27. 제 1항의 적층성형물의 제조방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물.
28. 제 12항의 적층성형물의 적층두께 제어방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층성형물.

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