KR20190043220A - Method of manufacturing three dimensional shapes using laser and metal powder - Google Patents
Method of manufacturing three dimensional shapes using laser and metal powder Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190043220A KR20190043220A KR1020170134995A KR20170134995A KR20190043220A KR 20190043220 A KR20190043220 A KR 20190043220A KR 1020170134995 A KR1020170134995 A KR 1020170134995A KR 20170134995 A KR20170134995 A KR 20170134995A KR 20190043220 A KR20190043220 A KR 20190043220A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- preheating
- laser beam
- region
- irradiated
- welding
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 95
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 15
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 18
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- B22F3/1055—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
- B22F10/362—Process control of energy beam parameters for preheating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/40—Radiation means
- B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
- B22F12/45—Two or more
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/40—Radiation means
- B22F12/49—Scanners
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B22F2003/1057—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 관한 것으로서, 도포된 분말층 위에 레이저빔을 조사하여 금속 분말을 원하는 형상으로 용착하고, 이 과정을 반복하여 제품을 제조하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder, in which a laser beam is irradiated onto a coated powder layer to melt a metal powder into a desired shape, And a method of manufacturing a three-dimensional shape using the same.
일반적으로 3차원 프린터는 제조하고자 하는 제품의 CAD 데이터를 컴퓨터 상에서 한 방향으로 슬라이싱하고, 슬라이싱된 2차원 단면 형상을 순차적으로 프린팅하여 적층함으로써 3차원 형상을 제조하는 장치를 의미한다.Generally, a three-dimensional printer means a device for producing a three-dimensional shape by slicing CAD data of a product to be manufactured in one direction on a computer and sequentially printing and stacking sliced two-dimensional cross-sectional shapes.
3차원 프린터는 신제품을 시장에 출시하기 전에 시제품을 제작함으로써 실제 제품에 어떤 문제점이 있는지 검출 및 수정하기 위하여 주로 이용되었으나, 최근에는 3차원 프린팅 공정 및 소재 물성이 발전되어 3차원 프린터에 의해 제조된 제품의 내구성과 치수 정밀도가 향상되면서 그 이용분야가 점차 늘고 있는 실정이다.3D printers have been mainly used for detecting and correcting problems in actual products by producing prototypes before putting new products on the market. Recently, however, three-dimensional printers and materials have been developed, As the durability and dimensional accuracy of products are improved, the field of application is increasing.
3차원 프린터는 재료를 노즐 또는 오리피스를 통해서 선택적으로 압출하여 적층하는 방법, 잉크젯 헤드를 이용하여 재료 잉크를 떨어뜨려서 적층하는 방법, 자외선광 또는 레이저빔을 액체 수지 또는 도포된 분말 형태의 소재에 조사하여 경화 또는 용착하여 적층하는 방법, 잉크젯 헤드를 이용하여 액체 상태의 접착제를 분말 소재 위에 선택적으로 뿌려서 적층하는 방법, 레이저빔 또는 전자빔을 소재 표면에 집속하여 만든 미세한 용탕풀에 분말 소재를 가스로 불어넣어 적층하는 방법 등으로 구분된다.A three-dimensional printer is a method in which a material is selectively extruded through a nozzle or an orifice to be laminated, a method in which a material ink is dropped by using an inkjet head, a method in which ultraviolet light or a laser beam is irradiated onto a liquid resin or a powder- A method in which a liquid adhesive is selectively sprayed onto a powder material by using an inkjet head to laminate the material, and a method in which a powder material is blown into a fine molten pool made by focusing a laser beam or an electron beam on the surface of the material And then laminating them.
이 중 레이저빔을 조사하여 도포된 금속 분말을 용착하여 적층하는 방법으로 제품을 제조하는 방법의 경우, 분말층의 온도가 레이저빔이 조사되기 전의 상태에서 레이저빔이 조사되는 동안의 상태로 급격히 상승하면서 분말층이 용융되고, 레이저빔의 조사가 끝나면 온도가 급격히 떨어져서 응고되어 제품 내부에 잔류 응력이 발생하게 된다. 이러한 잔류 응력으로 인해 3차원 프린터로 제조되는 제품의 변형으로 인한 치수정밀도가 떨어지고, 내부에 결함이 발생하여 제품의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.Among these methods, in the case of a method of manufacturing a product by depositing and laminating the coated metal powder by irradiating a laser beam, the temperature of the powder layer rises rapidly in a state before the laser beam is irradiated and while the laser beam is irradiated The powder layer is melted. When the irradiation of the laser beam is finished, the temperature rapidly drops and coagulates and residual stress is generated inside the product. Due to such residual stress, dimensional accuracy due to deformation of a product made of a three-dimensional printer is lowered, and defects are generated therein, resulting in a problem that the durability of the product is deteriorated.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제품의 일부가 되는 패턴 영역을 다수의 예열 영역으로 분할하고, 이웃하는 예열 영역이 연속적으로 예열되지 않도록 예열 영역을 건너뛰면서 예열한 후, 예열된 예열 영역 각각에 대하여 용착 단계를 수행함으로써, 제조되는 제품 내부의 잔류 응력을 제거하여 제품의 변형을 최소화하고, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a preheating apparatus and a method for manufacturing the same, By performing the welding step for each of the preheated preheating regions after skipping and preheating, it is possible to minimize the deformation of the product by removing the residual stress in the manufactured product and to improve the durability of the product by using laser and metal powder And a method for manufacturing a three-dimensional shape.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 용착하고자 형상에 대응하여 분말층에 구획되는 패턴 영역을, 다수의 예열 영역으로 분할하는 분할 단계; 제1파워를 가지는 제1레이저빔을 상기 예열 영역에 각각 조사하여 예열하되, 상기 제1레이저빔이 조사된 예열 영역과 이웃하는 예열 영역에는 상기 제1레이저빔을 조사하지 않는 제1예열 단계; 상기 제1파워보다 높은 제2파워를 가지는 제2레이저빔을 상기 제1예열단계에서 예열된 예열 영역에 각각 조사하여, 상기 분말층에 포함된 분말을 용착하는 제1용착 단계; 상기 제1예열 단계에서 상기 제1레이저빔이 조사되지 않은 예열 영역에 상기 제1레이저빔을 각각 조사하여 예열하되, 상기 제1레이저빔이 조사된 예열 영역과 이웃하는 예열 영역에는 상기 제1레이저빔을 조사하지 않는 제2예열 단계; 및 상기 제2레이저빔을 상기 제2예열단계에서 예열된 예열 영역에 각각 조사하여, 상기 분말층에 포함된 분말을 용착하는 제2용착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a three-dimensional shape using laser and metal powder, the method including: a dividing step of dividing a pattern area partitioned into a powder layer corresponding to a shape to be welded into a plurality of preheating areas; A first preheating step of irradiating the preheating region with a first laser beam having a first power to each of the preheating regions and not irradiating the preheating region adjacent to the preheating region irradiated with the first laser beam with the first laser beam; A first welding step of irradiating a second laser beam having a second power higher than the first power to the preheating region preheated in the first preheating step to deposit powder contained in the powder layer; Wherein the first laser beam is irradiated to the preheating region not irradiated with the first laser beam and is preheated, and the preheating region adjacent to the preheating region irradiated with the first laser beam is irradiated with the first laser beam, A second preheating step of not irradiating the beam; And a second welding step of irradiating the second laser beam to the preheating region preheated in the second preheating step to deposit powder contained in the powder layer.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 예열 영역은 이웃하는 예열 영역 간에 가장자리부가 서로 중첩될 수 있다.In the method for manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to the present invention, the preheating region may overlap the neighboring preheating regions.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 제1용착 단계 및 상기 제2용착 단계에서, 상기 제2레이저빔이 조사되는 용착 영역이 상기 예열 영역 내에 배치되고, 상기 용착 영역의 면적은 상기 예열 영역의 면적 이하일 수 있다.In the method for manufacturing a three-dimensional shape using laser and metal powder according to the present invention, in the first welding step and the second welding step, a welding region irradiated with the second laser beam is disposed in the preheating region, The area of the welding region may be less than or equal to the area of the preheating region.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 제1예열 단계의 가공 진행 방향과 상기 제1용착 단계의 가공 진행 방향은 서로 반대이거나, 상기 제2예열 단계의 가공 진행 방향과 상기 제2용착 단계의 가공 진행 방향은 서로 반대일 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to the present invention, the machining direction of the first preheating step and the machining advancing direction of the first welding step may be opposite to each other, Direction and the machining direction of the second welding step may be opposite to each other.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 일정 두께의 분말층으로 이루어져 상기 분할 단계, 상기 제1예열 단계, 상기 제1용착 단계, 상기 제2예열 단계 및 상기 제2용착 단계가 수행되는 제1레이어와, 상기 제1레이어 상에 일정 두께의 분말층으로 적층되어 상기 분할 단계, 상기 제1예열 단계, 상기 제1용착 단계, 상기 제2예열 단계 및 상기 제2용착 단계가 수행되는 제2레이어가 존재하며, 상기 제1레이어에 구획된 용착 영역의 경계선과, 상기 제2레이어에 구획된 용착 영역의 경계선은 서로 일치하지 않을 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to the present invention, the method includes the steps of: dividing, A first layer on which a deposition step is performed, and a powder layer having a predetermined thickness on the first layer, wherein the partitioning step, the first preheating step, the first welding step, the second preheating step, There is a second layer on which the step is performed and the boundary line of the deposition region partitioned by the first layer and the boundary line of the deposition region partitioned by the second layer may not coincide with each other.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔은 폴리곤 스캐너에 의해 조사될 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to the present invention, the first laser beam and the second laser beam may be irradiated by a polygon scanner.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 제1레이저빔은 폴리곤 스캐너에 의해 조사되고, 상기 제2레이저빔은 갈바노미터 스캐너에 의해 조사될 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using laser and metal powder according to the present invention, the first laser beam may be irradiated by a polygon scanner, and the second laser beam may be irradiated by a galvanometer scanner.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 예열 영역은 다각형 형상으로 형성될 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using laser and metal powder according to the present invention, the preheating region may be formed in a polygonal shape.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 예열 영역은 하나의 분말층 내에서 동일한 형상 또는 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다.In the method for manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to the present invention, the preheating region may be formed in the same shape or different shape in one powder layer.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 예열 영역은 하나의 분말층 내에서 동일한 크기 또는 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using laser and metal powder according to the present invention, the preheating region may be formed to have the same size or different sizes in one powder layer.
본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 있어서, 상기 제1용착 단계 및 상기 제2용착 단계에서, 서로 다른 예열 영역에 조사되는 제2레이저빔의 진행 방향은 서로 일정 각도를 형성할 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to the present invention, in the first welding step and the second welding step, the traveling directions of the second laser beams irradiated to different preheating areas are at an angle .
본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 따르면, 제조되는 제품 내부의 잔류 응력을 제거하여 제품의 변형을 최소화하고, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.According to the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention, residual stress inside the manufactured product can be removed to minimize deformation of the product and enhance durability of the product.
또한, 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 따르면, 제품의 적층이 완료된 이후에 제품의 내부 응력을 제거하기 위한 열처리 과정을 생략할 수 있다.In addition, according to the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of the present invention, the heat treatment process for removing the internal stress of the product after the completion of stacking of the product can be omitted.
또한, 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 따르면, 예열 조건에 따라 예열 영역의 분말이 소결되어 지지대 역할을 하게 되므로, 적층 시 과열 방지를 위해 필요한 지지대의 개수를 최소화 할 수 있다.According to the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder according to the present invention, since the powder in the preheating region is sintered according to the preheating condition to serve as a support, the number of supports required for preventing overheating during lamination can be minimized have.
또한, 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에 따르면, 예열 영역의 형상과 예열 조건을 조절하여 적층 제조된 제품의 물성을 설계할 수 있다.In addition, according to the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention, the physical properties of the product manufactured by the lamination can be designed by adjusting the shape of the preheating region and the preheating condition.
도 1은 분말층의 패턴 영역에 분할된 다수의 예열 영역을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법을 순서적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 예열 영역의 가장자리부가 중첩된 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 예열 영역 내에 구획된 용착 영역을 도시한 도면이고,
도 5는 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 제1예열 단계, 제1용착 단계, 제2예열 단계 및 제2용착 단계의 가공 진행 방향을 도시한 도면이고,
도 6은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 제1레이어에 구획된 용착 영역과 제2레이어에 구획된 용착 영역을 도시한 도면이고,
도 7은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법의 제1용착 단계 또는 제2용착 단계에서, 서로 다른 예열 영역에 조사되는 제2레이저빔의 진행 방향을 도시한 도면이고,
도 8은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법의 변형례를 도시한 도면이다.1 is a view showing a plurality of preheating regions divided in a pattern region of a powder layer,
FIG. 2 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a three-dimensional shape using a laser and a metal powder according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a view showing a state in which the edge portion of the preheating region is overlapped in the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of FIG. 2,
FIG. 4 is a view showing a welding region divided in the preheating region in the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of FIG. 2,
FIG. 5 is a view showing the processing direction of the first preheating step, the first welding step, the second preheating step, and the second welding step in the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of FIG. 2,
FIG. 6 is a view showing a welded region divided in the first layer and a welded region divided in the second layer in the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of FIG. 2,
FIG. 7 is a view showing a traveling direction of a second laser beam irradiated to different preheating regions in a first welding step or a second welding step of the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and metal powder of FIG. 2,
Fig. 8 is a view showing a modification of the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of Fig. 2;
이하, 본 발명에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a three-dimensional shape manufacturing method using laser and metal powder according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 분말층의 패턴 영역에 분할된 다수의 예열 영역을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법을 순서적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 예열 영역의 가장자리부가 중첩된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 예열 영역 내에 구획된 용착 영역을 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 제1예열 단계, 제1용착 단계, 제2예열 단계 및 제2용착 단계의 가공 진행 방향을 도시한 도면이고, 도 6은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법에서 제1레이어에 구획된 용착 영역과 제2레이어에 구획된 용착 영역을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a plurality of preheating regions divided in a pattern region of a powder layer, FIG. 2 is a view sequentially showing a three-dimensional shape manufacturing method using a laser and a metal powder according to an embodiment of the present invention FIG. 3 is a view showing a state in which edge portions of the preheating region are overlapped in the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of FIG. 2. FIG. 4 is a cross- FIG. 5 is a view showing a welding region divided in a preheating region in the method of FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first preheating step, a first welding step, a second preheating step, FIG. 6 is a view showing a process direction in the welding step. FIG. 6 is a view showing a welding region partitioned by the first layer and a welding region partitioned by the second layer in the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of FIG. The drawings.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은 레이저빔을 조사하여 금속 분말을 원하는 패턴 형상으로 용착하여 제품을 제조하기 위한 것으로서, 분할 단계(S10)와, 제1예열 단계(S20)와, 제1용착 단계(S30)와, 제2예열 단계(S40)와, 제2용착 단계(S50)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 to 6, a method for manufacturing a three-dimensional shape using laser and metal powder according to this embodiment is for manufacturing a product by welding a metal powder by irradiating a laser beam in a desired pattern shape, S10, a first preheating step S20, a first welding step S30, a second preheating step S40, and a second welding step S50.
상기 분할 단계(S10)는 용착하고자 형상에 대응하여 분말층(1)에 구획되는 패턴 영역(10)을, 다수의 예열 영역(20)으로 분할한다.The dividing step S10 divides the
일반적으로 3차원 프린터 장치에서, 분말 공급부에서 일정량의 분말을 챔버 내부로 공급하면, 코터 등을 이용하여 챔버의 바닥면에 일정 두께를 가지는 분말층(1)을 적층할 수 있다. 이러한 분말층(1)에 레이저빔을 조사하여 분말을 원하는 형상으로 용착하고, 다수의 분말층(1)을 적층하면서 레이저빔을 조사하는 과정을 반복하면 3차원 형상의 제품을 완성할 수 있다.Generally, in a three-dimensional printer apparatus, when a predetermined amount of powder is supplied into a chamber from a powder supply unit, a
도 1을 참조하면, 분말층(1)에는 용착하고자 형상에 대응하는, 즉 레이저빔이 조사되어 분말이 용착되면서 제품의 일부가 되는 패턴 영역(10)이 구획되어 있는데, 분할 단계(S10)에서는 이러한 패턴 영역(10)을 다수의 예열 영역(20)으로 분할한다. 여기서, 예열 영역(20)은 분말을 용착시키기 전 분말을 예열시킬 목적으로 레이저빔이 연속적으로 조사되는 단위영역을 의미한다.Referring to FIG. 1, a
도 1에서는 예열 영역(20)을 사각형 형상으로 도시하였으나, 예열 영역(20)은 삼각형 형상, 오각형 형상, 육각형 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.Although the
또한, 도 1에서는 예열 영역(20)의 크기가 동일한 것으로 도시하였으나, 부분적으로 크기를 상이하게 할 수도 있고, 도 1에서는 예열 영역(20)의 형상을 사각형 형상의 한 가지로 동일하게 구성된 것을 도시하였으나, 삼각형 형상, 사각형 형상 등 여러 가지 형상이 혼재할 수도 있다.1, the
상기 제1예열 단계(S20)는 제1파워를 가지는 제1레이저빔(L1)을 예열 영역(20)에 각각 조사하여 예열한다.In the first preheating step S20, the first laser beam L1 having the first power is irradiated to the preheating
제1예열 단계(S20)에서 조사되는 제1레이저빔(L1)은 분말을 용착시킬 정도의 파워보다 낮은 분말을 일정 온도로 예열시킬 정도의 제1파워를 가진다.The first laser beam L1 irradiated in the first preheating step S20 has a first power enough to preheat the powder to a predetermined temperature lower than the power enough to deposit the powder.
본 실시예의 제1예열 단계(S20)에서는 제1레이저빔(L1)이 조사된 예열 영역(21)과 이웃하는 예열 영역(22)에는 제1레이저빔(L1)을 조사하지 않는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 제1예열 단계(S20)에서는 하나의 예열 영역(21)에 제1레이저빔(L1)을 조사하여 예열한 후, 이웃하는 예열 영역(22)을 건너뛰고 그 다음 예열 영역(21)에 제1레이저빔(L1)을 조사하여 예열한다. 즉, 서로 이웃하는 예열 영역(20)이 연속적으로 예열되지 않도록 예열 영역(20)을 건너뛰면서 예열한다.The first preheating step S20 of the present embodiment is characterized in that the first laser beam L1 is not irradiated to the preheating
도 2에서는 하나의 예열 영역(21)을 예열한 후, 이웃하는 다른 하나의 예열 영역(22)을 건너뛰고 그 다음 예열 영역(21)을 예열하는 것으로 도시하였으나, 2개 이상의 예열 영역을 건너뛰고 그 다음 예열 영역을 예열할 수도 있다.In FIG. 2, one
도 2에서는 한 방향으로 예열 영역(22)을 건너뛰고 그 다음 예열 영역(21)을 예열하였으나, 평면 상에서 예열 영역(22)을 건너뛰어 다른 예열 영역(21)을 예열할 수도 있다.2, the
상기 제1용착 단계(S30)는 제1파워보다 높은 제2파워를 가지는 제2레이저빔(L2)을 제1예열단계(S20)에서 예열된 예열 영역(21)에 각각 조사하여, 분말층(1)에 포함된 분말을 용착한다.The first welding step S30 irradiates the second laser beam L2 having a second power higher than the first power to the preheated
제1용착 단계(S30)에서 조사되는 제2레이저빔(L2)은 분말을 일정 온도로 예열시키는 제1파워보다 높은 분말을 용착시킬 정도의 제2파워를 가진다. 제1예열 단계(S20)를 통해 분말의 초기 온도가 상승된 후, 제1용착 단계(S30)를 통해 분말에 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말을 용착시킴으로써, 제품 내부에 생성될 수 있는 잔류 응력을 감소시킬 수 있다.The second laser beam L2 irradiated in the first welding step S30 has a second power enough to deposit powder higher than the first power for preheating the powder to a predetermined temperature. After the initial temperature of the powder is raised through the first preheating step S20, the powder is welded by irradiating the powder with the second laser beam L2 through the first welding step S30, The residual stress can be reduced.
본 실시예의 제1용착 단계(S30)에서도 제1예열단계(S20)에서 예열된 예열 영역(21)과 이웃하는 예열 영역(22)에는 제2레이저빔(L2)을 조사하지 않는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 제1용착 단계(S30)에서는 제1예열단계(S20)에서 예열된 예열 영역(21)에만 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말층(1)에 포함된 분말을 용착하므로, 제1예열단계(S20)에서 예열된 예열 영역(21)에 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말을 용착한 후, 제1예열단계(S20)에서 예열되지 않은 상태의 이웃하는 예열 영역(22)을 건너뛰고 그 다음 제1예열단계(S20)에서 예열된 예열 영역(21)에 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말을 용착한다.The second laser beam L2 is not irradiated to the preheating
여기서, 제1예열 단계(S20)에서 조사되는 제1레이저빔(L1)과 제1용착 단계(S30)에서 조사되는 제2레이저빔(L2)은 폴리곤 스캐너에 의해 조사될 수도 있고, 제1레이저빔(L1)은 폴리곤 스캐너에 의해 조사되고, 제2레이저빔(L2)는 갈바노미터 스캐너에 의해 조사될 수 있다.Here, the first laser beam L1 irradiated in the first pre-heating step S20 and the second laser beam L2 irradiated in the first welding step S30 may be irradiated by the polygon scanner, The beam L1 may be irradiated by a polygon scanner and the second laser beam L2 may be irradiated by a galvanometer scanner.
3차원 프린터를 이용하여 제조하는 제품이 대형화되고 있는 추세에서, 속도가 수 m/s인 갈바노미터 스캐너를 이용할 경우 예열 단계에 소요되는 시간이 증가하거나, 속도가 느려서 예열 효과를 얻을 수 없는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 속도가 수백 m/s에 달하는 폴리곤 스캐너를 이용하여 제1예열 단계(S20) 및 제1용착 단계(S30)를 수행하거나, 폴리곤 스캐너를 이용하여 제1예열 단계(S20), 갈바노미터 스캐너를 이용하여 제1용착 단계(S30)를 수행함으로써, 제품 내부에 발생하는 잔류 응력을 최소화할 수 있다.When a galvanometer scanner having a speed of several m / s is used, the time required for the preheating step is increased or the preheating effect can not be obtained due to the slow speed of the product manufactured using the 3D printer May also occur. Accordingly, the first preheating step (S20) and the first welding step (S30) may be performed using a polygon scanner having a speed of several hundreds m / s, or a polygon scanner may be used to perform a first preheating step (S20) By performing the first welding step (S30) using the scanner, the residual stress generated inside the product can be minimized.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1예열 단계(S20)의 가공 진행 방향(A11)과 제1용착 단계(S30)의 가공 진행 방향(A12)은 서로 반대인 것이 바람직하다.On the other hand, as shown in Fig. 5, the machining direction A11 of the first preheating step S20 and the machining direction A12 of the first welding step S30 are preferably opposite to each other.
예를 들어 도 5에 도시된 제1예열 단계(S20)의 가공 진행 방향(A11)을 따라 제1예열 단계(S20)를 완료하면, 제1레이저빔(L1)을 조사하는 스캐너 등은 예열 영역(20)의 우측에 배치된다.For example, when the first preheating step S20 is completed along the processing advancing direction A11 of the first preheating step S20 shown in FIG. 5, the scanner or the like irradiating the first laser beam L1 is heated (20).
이때, 스캐너 등을 예열 영역(20)의 좌측인 초기 위치로 복귀시켜 제1예열 단계(S20)의 가공 진행 방향(A11)과 동일한 방향을 따라 제1용착 단계(S30)를 수행하면, 제품 제조 시간에 스캐너의 초기 위치로의 복귀 시간이 더해지면서 제품 제조 시간이 늘어날 수밖에 없다.At this time, if the scanner or the like is returned to the initial position on the left side of the preheating
따라서, 제1예열 단계(S20)이 완료된 위치에서 제1예열 단계(S20)의 가공 진행 방향(A11)과 반대 방향인 제1용착 단계(S30)의 가공 진행 방향(A12)을 따라 제1용착 단계(S30)를 수행하면, 제품 제조 시간을 단축할 수 있다.Accordingly, the first welding step S30 is performed along the machining direction A12 of the first welding step S30, which is the opposite direction to the machining direction A11 of the first preheating step S20, at the position where the first preheating step S20 is completed. If step S30 is performed, the product manufacturing time can be shortened.
상기 제2예열 단계(S40)는 제1예열 단계(S20)에서 제1레이저빔(L1)이 조사되지 않은 예열 영역(22)에 제1레이저빔(L1)을 각각 조사하여 예열한다.The second preheating step S40 irradiates the preheating
본 실시예의 제2예열 단계(S40)에서는 제1예열 단계(S20)와 마찬가지로, 제1레이저빔(L1)이 조사된 예열 영역(22)과 이웃하는 예열 영역(21)에는 제1레이저빔(L1)을 조사하지 않는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 제2예열 단계(S40)에서는 하나의 예열 영역(22)에 제1레이저빔(L1)을 조사하여 예열한 후, 이웃하는 예열 영역(21)을 건너뛰고 그 다음 예열 영역(22)에 제1레이저빔(L1)을 조사하여 예열한다. 즉, 서로 이웃하는 예열 영역(20)이 연속적으로 예열되지 않도록 예열 영역(20)을 건너뛰면서 예열한다.In the second preheating step S40 of the present embodiment, the preheating
상기 제2용착 단계(S50)는 제2레이저빔(L2)을 제2예열단계(S40)에서 예열된 예열 영역(22)에 각각 조사하여, 분말층(1)에 포함된 분말을 용착한다.The second welding step S50 irradiates the second laser beam L2 onto the preheated preheating
제2용착 단계(S50)에서 조사되는 제2레이저빔(L2)은 제1용착 단계(S30)에서 조사되는 제2레이저빔(L2)과 동일한 파워를 가지는 것이 바람직하다.It is preferable that the second laser beam L2 irradiated in the second welding step S50 has the same power as the second laser beam L2 irradiated in the first welding step S30.
본 실시예의 제2용착 단계(S50)에서도 제2예열단계(S40)에서 예열된 예열 영역(22)과 이웃하는 예열 영역(21)에는 제2레이저빔(L2)을 조사하지 않는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 제2용착 단계(S50)에서는 제2예열단계(S40)에서 예열된 예열 영역(22)에만 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말층(1)에 포함된 분말을 용착하므로, 제2예열단계(S40)에서 예열된 예열 영역(22)에 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말을 용착한 후, 제2예열단계(S40)에서 예열되지 않은 상태의 이웃하는 예열 영역(21)을 건너뛰고 그 다음 제2예열단계(S40)에서 예열된 예열 영역(22)에 제2레이저빔(L2)을 조사하여 분말을 용착한다.The second laser beam L2 is not irradiated to the preheating
제1예열 단계(S20)의 가공 진행 방향(A11)과 제1용착 단계(S30)의 가공 진행 방향(A12)의 관계와 마찬가지로, 제2예열 단계(S40)의 가공 진행 방향(A21)과 제2용착 단계(S50)의 가공 진행 방향(A22)은 서로 반대인 것이 바람직하다.Like the relationship between the machining direction A11 of the first preheating step S20 and the machining direction A12 of the first welding step S30, the machining direction A21 of the second preheating step S40, The processing direction A22 of the two welding steps S50 is preferably opposite to each other.
본 발명에서는 일정 수량의 예열 영역(20)에 대해 예열 단계(S20,S40)를 수행한 후, 예열된 예열 영역(20)에 대하여 곧바로 용착 단계(S30,S50)를 수행하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the preheating step (S20, S40) is performed for a predetermined number of preheating areas (20), and then the preheating preheating area (20) is immediately subjected to the welding steps (S30, S50).
패턴 영역(10)에 걸쳐 분포된 예열 영역(20) 모두에 대하여 예열 단계(S20,S40)를 수행하고 이후에 용착 단계(S30,S50)를 수행할 경우, 먼저 예열된 예열 영역(20) 내의 분말이 이미 냉각된 상태로 변화되기 때문에 예열 효과를 거의 기대할 수 없다.When performing the preheating steps S20 and S40 for all of the preheating
따라서, 예열단계(S20,S40)에서 조사되는 제1레이저빔(L1)의 파워, 분말의 재료의 특성 등을 고려하여 분말의 냉각 속도를 산출하고, 이러한 분말의 냉각 속도를 바탕으로 하여 예열 단계(S20,S40)를 수행할 예열 영역(20)의 수량을 결정하며, 결정된 수량의 예열 영역(20)에 대하여 예열 단계(S20,S40)와 용착 단계(S30,S50)를 순차적으로 수행한다. 이를 통해 분말의 예열 효과를 향상시킬 수 있다.Therefore, the cooling rate of the powder is calculated in consideration of the power of the first laser beam L1 irradiated in the preheating steps S20 and S40, the characteristics of the material of the powder, and the like. Based on the cooling rate of the powder, (S20 and S40) and the preheating step (S20, S40) and the welding step (S30, S50) are sequentially performed on the determined amount of preheating area (20). Whereby the preheating effect of the powder can be improved.
예를 들어, 5개의 예열 영역(20)에 대하여 예열 단계(S20,S40)를 수행하고 곧바로 용착 단계(S30,S50)를 수행한 후, 이후 5개의 예열 영역(20)에 대하여 동일한 과정을 반복할 수 있다.For example, the preheating steps S20 and S40 are performed on the five
또한, 본 발명에서는 예열 영역(20)을 건너뛰면서 예열 단계(S20,S40)와 용착 단계(S30,S50)를 수행한다.In the present invention, the preheating step (S20, S40) and the welding step (S30, S50) are performed while the preheating area (20) is skipped.
예열 영역(20)을 건너뛰지 않고 연속적으로 예열 단계(S20,S40)와 용착 단계(S30,S50)를 수행할 경우, 예열 영역(20)이 순차적으로 냉각되면서 패턴 영역(10) 내부에 과다한 잔류 응력이 생성될 수 있고, 그러한 잔류 응력에 방향성이 생성될 수 있다. 이러한 잔류 응력의 과다와 방향성으로 인해 3차원 프린터로 제조되는 제품은 어느 한 방향으로 뒤틀림이 발생할 수 있으며, 이러한 뒤틀림으로 인해 제품의 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라, 내구성에도 문제가 생길 수 있다.When the preheating step (S20, S40) and the welding step (S30, S50) are performed continuously without skipping the preheating area (20), the preheating area (20) Stress can be generated, and directionality can be generated in such residual stress. Because of the excess and directionality of the residual stress, the product manufactured by the three-dimensional printer may be warped in any one direction, and the warping of the products may degrade the accuracy of the product and also cause problems in durability.
본 발명에서는, 예열 영역(20)을 건너뛰면서 예열 단계(S20,S40)와 용착 단계(S30,S50)를 수행함으로써, 제품의 내부의 잔류 응력을 제거할 수 있고, 잔류 응력으로 인해 최종 제품이 뒤틀리지 않도록 하여 제품의 정밀도 및 내구성 또한 향상시킬 수 있다.In the present invention, by performing the preheating step (S20, S40) and the welding step (S30, S50) while skipping the preheating area (20), the residual stress inside the product can be removed, The accuracy and durability of the product can be improved.
한편, 도 2에서는 전체적인 공정을 설명하는 과정에서 불필요한 혼동을 방지하기 위하여 이웃하는 예열 영역(20)의 경계선이 서로 맞닿은 형태로 예열 영역(20)을 도시하였으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 이웃하는 예열 영역(20) 간에 가장자리부(26)가 서로 중첩되는 것이 바람직하다.2, in order to prevent unnecessary confusion in the process of describing the entire process, the preheating
이와 같이 이웃하는 예열 영역(20) 간에 가장자리부(26)가 서로 중첩됨으로써, 자칫 예열 영역의 가장자리부(26)에 존재하는 분말이 예열되지 않을 위험을 방지하고, 중앙부와 비교하여 열손실이 심한 가장자리부(26)의 열손실을 보완할 수도 있다.By overlapping the
도 4에 도시된 바와 같이, 제1용착 단계(S30) 및 제2용착 단계(S50)에서, 제2레이저빔(L2)이 조사되는 용착 영역(30)이 예열 영역(20) 내에 배치되고, 용착 영역(30)의 면적은 예열 영역(20)의 면적 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 용착 영역(30)은 분말을 용착시키고자 제2레이저빔(L2)이 실질적으로 조사되는 영역을 의미하며, 이러한 용착 영역(30)이 다수 개 모여서 패턴 영역(10)을 형성할 수 있다.4, in the first welding step S30 and the second welding step S50, the
용착하는 영역 내의 분말을 중앙부, 가장자리부 관계없이 고르게 예열하기 위하여, 실질적으로 분말을 예열하는 영역의 면적이 분말을 용착하는 영역의 면적과 동일하거나 큰 것이 바람직하다. 따라서, 제1예열 단계(S20) 및 제2예열 단계(S40)에서 제1레이저빔(L1)이 조사되는 예열 영역(20)을 제1용착 단계(S30) 및 제2용착 단계(S50)에서 제2레이저빔(L2)이 조사되는 용착 영역(30)보다 크게 형성함으로써, 실제 용착되는 분말을 고르게 예열할 수 있다.It is preferable that the area of the region for substantially preheating the powder is equal to or larger than the area of the region for the powder to be welded in order to evenly preheat the powder in the region to be welded irrespective of the center portion and the edge portion. Therefore, in the first welding step S30 and the second welding step S50, the preheating
도 4에서는 예열 영역(20)의 형상과 용착 영역(30)의 형상을 동일하게 도시하였으나, 예열 영역(20)의 형상과 용착 영역(30)의 형상이 상이할 수도 있다.Although the shape of the preheating
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 3차원 프린터를 이용하여 제품을 제조할 때, 다수의 분말층(1)을 적층하면서 제품을 제조하게 된다.On the other hand, as described above, when a product is manufactured using a three-dimensional printer, a plurality of
일정 두께로 적층된 분말층(1)을 제1레이어(LA1), 제1레이어(LA1) 상에 일정 두께로 적층된 분말층(1)을 제2레이어(LA2)로 정의할 때, 제1레이어(LA1), 제2레이어(LA2) 각각에 대하여 상술한 분할 단계(S10), 제1예열 단계(S20), 제1용착 단계(S30), 제2예열 단계(S40) 및 제2용착 단계(S50)를 수행하게 된다.When the
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1레이어(LA1)에 구획된 용착 영역(30a)의 경계선(37a)과, 제2레이어(LA2)에 구획된 용착 영역(30b)의 경계선(37b)은 서로 일치하지 않는 것이 바람직하다.6, the
즉, 제1레이어(LA1)에 구획된 용착 영역(30a)과 제2레이어(LA2)에 구획된 용착 영역(30b)은 서로 일치하지 않거나, 서로 일정한 각도가 틀어져 배치될 수 있다.That is, the
제1레이어(LA1) 및 제2레이어(LA2)뿐만 아니라 적층되는 다수의 분말층(1)에서 용착 영역(30)의 경계선이 상하 방향을 따라 일치할 경우, 제품 전체적으로 볼 때 용착 영역(30)의 경계선이 상하 방향을 따라 모아져 일종의 경계면이 형성될 수 있으며, 이러한 경계면은 분말의 용착 연속성이 끊어지는 불연속면으로 작용하여 크랙이 발생하는 등 제품의 내구성이 현저히 저하되는 문제가 발생할 수 있다.When the boundaries of the
따라서, 제1레이어(LA1)에 구획된 용착 영역(30a)의 경계선(37a)과, 제2레이어(LA2)에 구획된 용착 영역(30b)의 경계선(37b)을 서로 일치시키지 않고 서로 다른 위치에 배치시켜 불연속면의 형성을 배제함으로써, 전체적으로 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the
도 7은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법의 제1용착 단계 또는 제2용착 단계에서, 서로 다른 예열 영역에 조사되는 제2레이저빔의 진행 방향을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a view showing a traveling direction of a second laser beam irradiated to different preheating regions in a first welding step or a second welding step of the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and metal powder of FIG. 2;
도 7을 참조하면, 제1용착 단계(S30) 및 제2용착 단계(S50)에서, 서로 다른 예열 영역(21,22)에 조사되는 제2레이저빔(L)의 진행 방향은 서로 일정 각도를 형성할 수 있다.7, in the first welding step S30 and the second welding step S50, the proceeding directions of the second laser beams L irradiated to the
예를 들어, 제1용착 단계(S30)에서 첫번째 예열 영역(21a)에 조사되는 제2레이저빔(L)의 진행 방향(B1)과, 제1용착 단계(S30)에서 두번째 예열 영역(21b)에 조사되는 제2레이저빔(L)의 진행 방향(B2)은 서로 일정 각도(예를 들어, 약 90도)를 형성할 수 있다.For example, in the first welding step S30, the advancing direction B1 of the second laser beam L irradiating the
마찬가지로, 제2용착 단계(S50)에서 첫번째 예열 영역(22a)에 조사되는 제2레이저빔(L)의 진행 방향(B3)과, 제2용착 단계(S50)에서 두번째 예열 영역(22b)에 조사되는 제2레이저빔(L)의 진행 방향(B4)은 서로 일정 각도(예를 들어, 약 90도)를 형성할 수 있다.Similarly, in the second welding step S50, the traveling direction B3 of the second laser beam L irradiated to the
이와 같이, 서로 다른 예열 영역(21,22)에 조사되는 제2레이저빔(L)의 진행 방향은 서로 일정 각도를 형성함으로써, 특정 방향으로 잔류 응력이 형성되는 것을 방지하여 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.As described above, the progressing directions of the second laser beam L irradiated to the
도 8은 도 2의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법의 변형례를 도시한 도면이다.Fig. 8 is a view showing a modification of the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder of Fig. 2;
도 2에서는 하나의 라인 단위로 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법을 구현하는 것으로 도시하였으나, 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 평면 단위로 제1예열 단계(S20'), 제1용착 단계(S30'), 제2예열 단계(S40'), 제2용착 단계(S50')를 수행하면서 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법을 구현할 수도 있다.In FIG. 2, a three-dimensional shape manufacturing method using a laser and a metal powder in units of one line is implemented. However, as shown in FIG. 8, in the first preheating step S20 ' A three-dimensional shape manufacturing method using laser and metal powder may be implemented while performing the welding step S30 ', the second preheating step S40', and the second welding step S50 '.
이때, 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2) 중 적어도 하나는 멀티빔으로 구성될 수 있다.At this time, at least one of the first laser beam L1 and the second laser beam L2 may be a multi-beam.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 제품의 일부가 되는 패턴 영역을 다수의 예열 영역으로 분할하고, 이웃하는 예열 영역이 연속적으로 예열되지 않도록 예열 영역을 건너뛰면서 예열한 후, 예열된 예열 영역 각각에 대하여 용착 단계를 수행함으로써, 제조되는 제품 내부의 잔류 응력을 제거하여 제품의 변형을 최소화하고, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention, the pattern area as a part of the product is divided into a plurality of preheating areas, and the preheating area By performing the welding step for each of the preheated preheating regions after skipping and preheating, the residual stress inside the manufactured product is removed, thereby minimizing the deformation of the product and improving the durability of the product.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 이웃하는 예열 영역 간에 가장자리부가 서로 중첩됨으로써, 자칫 예열 영역의 가장자리부에 존재하는 분말이 예열되지 않을 위험을 방지하고, 중앙부와 비교하여 열손실이 심한 가장자리부의 열손실을 보완할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Also, in the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention constructed as described above, since the edge portions are overlapped with each other between neighboring preheating regions, the risk that the powder present at the edge portion of the preheating region is not preheated And it is possible to obtain an effect that the heat loss of the edge portion having a large heat loss can be compensated for as compared with the central portion.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 예열 영역을 용착 영역보다 같거나 크게 형성함으로써, 실제 용착되는 분말을 고르게 예열할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention configured as described above, the preheating region is formed to be equal to or larger than the welding region, .
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 각 레이어에 구획된 용착 영역의 경계선을 서로 일치시키지 않고 서로 다른 위치에 배치시킴으로써, 불연속면의 형성을 배제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention configured as described above, the boundary lines of the welding regions partitioned in the respective layers are arranged at mutually different positions, The effect can be obtained.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 폴리곤 스캐너를 이용하여 예열 단계 및 용착 단계를 수행함으로써, 제품 제조 시간의 증가를 최소화시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the method of manufacturing a three-dimensional shape using the laser and the metal powder of the present invention configured as described above has an effect of minimizing an increase in product manufacturing time by performing the preheating step and the deposition step using a polygon scanner .
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법은, 예열 단계의 가공 진행 방향과 용착 단계의 가공 진행 방향을 서로 반대로 형성함으로써, 제품 제조 시간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Further, the three-dimensional shape manufacturing method using the laser and the metal powder according to the present invention constructed as described above can reduce the manufacturing time of the product by reversing the machining direction of the preheating step and the machining advancing direction of the welding step Effect can be obtained.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but can be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
10 : 패턴 영역
20 : 예열 영역
30 : 용착 영역
L1 : 제1레이저빔
L2 : 제2레이저빔
S10 : 분할 단계
S20 : 제1예열 단계
S30 : 제1용착 단계
S40 : 제2예열 단계
S50 : 제2용착 단계10: pattern area
20: Preheating area
30: welding area
L1: the first laser beam
L2: the second laser beam
S10: Split step
S20: First preheating step
S30: First welding step
S40: second preheating step
S50: second welding step
Claims (11)
제1파워를 가지는 제1레이저빔을 상기 예열 영역에 각각 조사하여 예열하되, 상기 제1레이저빔이 조사된 예열 영역과 이웃하는 예열 영역에는 상기 제1레이저빔을 조사하지 않는 제1예열 단계;
상기 제1파워보다 높은 제2파워를 가지는 제2레이저빔을 상기 제1예열단계에서 예열된 예열 영역에 각각 조사하여, 상기 분말층에 포함된 분말을 용착하는 제1용착 단계;
상기 제1예열 단계에서 상기 제1레이저빔이 조사되지 않은 예열 영역에 상기 제1레이저빔을 각각 조사하여 예열하되, 상기 제1레이저빔이 조사된 예열 영역과 이웃하는 예열 영역에는 상기 제1레이저빔을 조사하지 않는 제2예열 단계; 및
상기 제2레이저빔을 상기 제2예열단계에서 예열된 예열 영역에 각각 조사하여, 상기 분말층에 포함된 분말을 용착하는 제2용착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.A dividing step of dividing the pattern area partitioned into the powder layer corresponding to the shape to be welded into a plurality of preheating areas;
A first preheating step of irradiating the preheating region with a first laser beam having a first power to each of the preheating regions and not irradiating the preheating region adjacent to the preheating region irradiated with the first laser beam with the first laser beam;
A first welding step of irradiating a second laser beam having a second power higher than the first power to the preheating region preheated in the first preheating step to deposit powder contained in the powder layer;
Wherein the first laser beam is irradiated to the preheating region not irradiated with the first laser beam and is preheated, and the preheating region adjacent to the preheating region irradiated with the first laser beam is irradiated with the first laser beam, A second preheating step of not irradiating the beam; And
And a second welding step of irradiating the second laser beam to the preheating region preheated in the second preheating step to deposit the powder contained in the powder layer. Dimensional shape manufacturing method.
상기 예열 영역은 이웃하는 예열 영역 간에 가장자리부가 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the preheating region is formed by overlapping edge portions between neighboring preheating regions.
상기 제1용착 단계 및 상기 제2용착 단계에서,
상기 제2레이저빔이 조사되는 용착 영역이 상기 예열 영역 내에 배치되고,
상기 용착 영역의 면적은 상기 예열 영역의 면적 이하인 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
In the first welding step and the second welding step,
Wherein a welding region to which the second laser beam is irradiated is disposed in the preheating region,
Wherein the area of the welding region is equal to or smaller than the area of the preheating region.
상기 제1예열 단계의 가공 진행 방향과 상기 제1용착 단계의 가공 진행 방향은 서로 반대이거나,
상기 제2예열 단계의 가공 진행 방향과 상기 제2용착 단계의 가공 진행 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
The processing advancing direction in the first preheating step and the processing advancing direction in the first welding step are opposite to each other,
Wherein the machining direction of the second preheating step and the machining direction of the second welding step are opposite to each other.
일정 두께의 분말층으로 이루어져 상기 분할 단계, 상기 제1예열 단계, 상기 제1용착 단계, 상기 제2예열 단계 및 상기 제2용착 단계가 수행되는 제1레이어와, 상기 제1레이어 상에 일정 두께의 분말층으로 적층되어 상기 분할 단계, 상기 제1예열 단계, 상기 제1용착 단계, 상기 제2예열 단계 및 상기 제2용착 단계가 수행되는 제2레이어가 존재하며,
상기 제1레이어에 구획된 용착 영역의 경계선과, 상기 제2레이어에 구획된 용착 영역의 경계선은 서로 일치하지 않은 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method of claim 3,
A first layer on which the partitioning step, the first preheating step, the first welding step, the second preheating step and the second welding step are performed, the layer being made of a powder layer having a predetermined thickness, A second layer in which the dividing step, the first preheating step, the first welding step, the second preheating step, and the second welding step are performed,
Wherein the boundary line of the weld zone divided by the first layer and the boundary line of the weld zone defined by the second layer do not coincide with each other.
상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔은 폴리곤 스캐너에 의해 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the first laser beam and the second laser beam are irradiated by a polygon scanner.
상기 제1레이저빔은 폴리곤 스캐너에 의해 조사되고, 상기 제2레이저빔은 갈바노미터 스캐너에 의해 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the first laser beam is irradiated by a polygon scanner and the second laser beam is irradiated by a galvanometer scanner.
상기 예열 영역은 다각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the preheating region is formed in a polygonal shape.
상기 예열 영역은 하나의 분말층 내에서 동일한 형상 또는 서로 다른 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the preheating region is formed in the same or different shape in one powder layer.
상기 예열 영역은 하나의 분말층 내에서 동일한 크기 또는 서로 다른 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the preheating region is formed to have the same size or different sizes in one powder layer.
상기 제1용착 단계 및 상기 제2용착 단계에서, 서로 다른 예열 영역에 조사되는 제2레이저빔의 진행 방향은 서로 일정 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저와 금속 분말을 이용한 3차원 형상 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the progressing directions of the second laser beams irradiated to different preheating regions in the first welding step and the second welding step form a certain angle with respect to each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170134995A KR102012236B1 (en) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | Method of manufacturing three dimensional shapes using laser and metal powder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170134995A KR102012236B1 (en) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | Method of manufacturing three dimensional shapes using laser and metal powder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190043220A true KR20190043220A (en) | 2019-04-26 |
KR102012236B1 KR102012236B1 (en) | 2019-08-21 |
Family
ID=66281262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170134995A KR102012236B1 (en) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | Method of manufacturing three dimensional shapes using laser and metal powder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102012236B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112276113A (en) * | 2020-12-30 | 2021-01-29 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Preheating scanning method and device for manufacturing three-dimensional object |
CN114406288A (en) * | 2022-03-29 | 2022-04-29 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Control method for graded preheating of powder bed and additive manufacturing device |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CR20200259A (en) * | 2017-12-12 | 2020-11-12 | Syngenta Participations Ag | Plant growth regulation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005335392A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Three D Syst Inc | Heating of single-sided feeding/waiting powder wave using wave-flattening apparatus |
KR20120128171A (en) | 2011-05-09 | 2012-11-27 | 김한식 | Multilayer metal powder laser welding method of 3D printing |
KR101511325B1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-04-13 | 주식회사 레이템 | Laser marking method for large area |
JP2015530285A (en) * | 2012-07-27 | 2015-10-15 | フェニックス システム | Apparatus and manufacturing method for manufacturing three-dimensional solid object using lamination |
-
2017
- 2017-10-18 KR KR1020170134995A patent/KR102012236B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005335392A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Three D Syst Inc | Heating of single-sided feeding/waiting powder wave using wave-flattening apparatus |
KR20120128171A (en) | 2011-05-09 | 2012-11-27 | 김한식 | Multilayer metal powder laser welding method of 3D printing |
JP2015530285A (en) * | 2012-07-27 | 2015-10-15 | フェニックス システム | Apparatus and manufacturing method for manufacturing three-dimensional solid object using lamination |
KR101511325B1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-04-13 | 주식회사 레이템 | Laser marking method for large area |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112276113A (en) * | 2020-12-30 | 2021-01-29 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Preheating scanning method and device for manufacturing three-dimensional object |
CN112276113B (en) * | 2020-12-30 | 2021-04-13 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Preheating scanning method and device for manufacturing three-dimensional object |
CN114406288A (en) * | 2022-03-29 | 2022-04-29 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Control method for graded preheating of powder bed and additive manufacturing device |
CN114406288B (en) * | 2022-03-29 | 2022-07-05 | 西安赛隆金属材料有限责任公司 | Control method for graded preheating of powder bed and additive manufacturing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102012236B1 (en) | 2019-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11090866B2 (en) | Apparatus and method for manufacturing stereoscopic shape using laser and powder | |
KR102359288B1 (en) | Method and system for additive manufacturing using a light beam | |
JP7085840B2 (en) | Multiple beam additional manufacturing | |
CN112743834B (en) | Multi-laser cooperative load laser selective melting additive manufacturing method | |
KR102012236B1 (en) | Method of manufacturing three dimensional shapes using laser and metal powder | |
JP7460544B2 (en) | Thermal control in laser sintering | |
TWI580095B (en) | 3-d patterning method using laser | |
KR20150115595A (en) | Device for forming a 3-dimensional shaped object | |
KR20170072822A (en) | 3d printing device for producing a spatially extended product | |
JP4856979B2 (en) | Powder sintering additive manufacturing apparatus and powder sintering additive manufacturing method | |
KR20180002932A (en) | Cover window and method for manufacturing the same | |
JP2020172104A (en) | Three-dimensional printing system optimizing seams between zones for multiple energy beams | |
KR20240117658A (en) | A method of forming 3d objects | |
KR101713813B1 (en) | Method for forming film and apparatus for forming the same | |
JP6289880B2 (en) | Thin film forming method and thin film forming apparatus | |
CN112655283B (en) | Method for manufacturing printed conductive tracks on an object and 3D printed electronic device | |
KR102012691B1 (en) | Method for manufacturing three dimensional shapes using laser and powder | |
CN108367493A (en) | Increasing material manufacturing device and method | |
US20200198061A1 (en) | Method of manufacturing fine wire | |
JP6768459B2 (en) | Three-dimensional laminated molding method and three-dimensional laminated molding equipment | |
WO2019117851A1 (en) | Separating element production in additive manufacturing | |
JP2020084266A (en) | Manufacturing method of laminate structure | |
JP2023110224A (en) | Evaluation system of three-dimensional laminate molding device and evaluation method of three-dimensional laminate molding device | |
WO2024062699A1 (en) | Additive manufacturing device and additive manufacturing method | |
KR20240034551A (en) | Minimization technologies of path error and the defect of the deposited bead by directed energy deposition process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |