KR20190055198A - 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법 - Google Patents

Abstract

삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제의 입체 구조물 W의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법이며, 입체 구조물을 준비하는 공정과, 입체 구조물의 표면을 향해 제1 분사재를 분사하여, 제1 분사재를 표면에 충돌시키는 공정을 포함하고, 제1 분사재가 코너부를 갖는 입자이며, 코너부에 의해 입체 구조물 표면의 층상의 단차를 제거하는 표면 처리 방법이 제공된다.

Description

금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법

본 발명은 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법에 관한 것이다.

금속제의 입체 구조물의 제조 방법으로서, 주조법이나 단조법이 종래부터 알려져 있었다. 이들 제조 방법은, 비교적 대형의 입체 구조물을 대량으로 생산하는 데 적합하다. 그 반면, 원하는 형상으로 조형하기 위해 주형 등의 형태가 필요하고, 형상 변경의 가능성이 있는 입체 구조물의 제조에는 부적합하다. 또한, 주조법이나 단조법에 의해 제조할 수 있는 구조물은 형상이나 사이즈에 제한이 있었다. 또한, 형상이 복잡한 구조물에서는, 주조법이나 단조법에 의한 조형 후에, 절삭 가공을 행할 필요가 있는 경우가 있었다.

이와 같은 문제에 대하여, 원료의 금속 분말을 층상으로 순차, 경화하면서 적층하여 조형하는 삼차원 입체 조형법이 주목되어 오고 있다.

그러나, 삼차원 입체 조형법으로 얻어진 입체 구조물에는 층간의 단차(적층 자국), 표면의 거칠기, 핀 홀, 광택 부족 등의 표면 결함을 갖는다는 문제가 있다.

삼차원 조형법에 의해 제조된 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 처리 방법으로서, 입체 구조물에 연마재를 분사함으로써, 입체 구조물의 층간의 단차를 제거하는 처리 방법이 알려져 있다(특허문헌 1). 그러나, 인용 문헌 1에 개시되어 있는 방법은 삼차원 광 조형법에 의해, 에폭시 수지로 제조된 입체 조형물에 대한 처리 방법이므로, 금속 조형물에는 그대로 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

일본 특허 공개 평11-179661호 공보

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 따르면,

삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제의 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법이며,

상기 입체 구조물을 준비하는 공정과,

상기 입체 구조물의 표면을 향해 제1 분사재를 분사하여, 상기 제1 분사재를 상기 표면에 충돌시키는 공정을 포함하고,

상기 제1 분사재가 코너부를 갖는 입자이며, 해당 코너부에 의해 입체 구조물 표면의 층상의 단차를 제거하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 제1 분사재는 금속을 제외한 입자이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 제1 분사재는 표면에 산화 피막이 형성되어 있지 않은 금속질의 입자이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 제1 분사재는 비커스 경도가 Hv2000 내지 2500이고, 또한 해당 제1 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 2.9×10^-8 내지 6.2×10^-6J이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 제1 분사재는 비커스 경도가 Hv500 내지 800이고, 또한 해당 제1 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 1.0×10^-6 내지 3.2×10^-5J이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 제1 분사재는 비커스 경도가 Hv50 내지 200이고, 또한 해당 제1 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 1.0×10^-4 내지 1.2×10^-3J이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 입체 구조물의 피처리면을 향해 제2 분사재를 분사하는 공정을 더 포함하고,

상기 제2 분사재는 코너부가 없는 입자이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 제2 분사재는 비커스 경도가 Hv500 내지 800이고, 또한 해당 제2 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 9.6×10^-8 내지 3.1×10^-6J이다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 의하면,

상기 입체 구조물의 하방을 향하는 기류를 발생시키는 공정과,

상기 입체 구조물의 상방으로부터 피처리면을 향해 분사한 상기 제1 분사재를 상기 기류에 의해 정류하는 공정을 포함한다.

본 발명에 따르면, 삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태의 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법에서 사용하는 표면 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 형태의 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 형태의 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법의 각 조건에 있어서의 충돌 에너지의 상관 관계를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 표면 처리한 워크(금속제 입체 구조물)의 외관을 도시하는 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서의 상하 좌우 방향은, 특별히 정하지 않는 한 도면 중의 방향을 가리킨다.

(표면 처리 장치)

먼저, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 금속제 입체 구조물의 표면 처리 방법에서 사용되는 표면 처리 장치(1)의 구성을 설명한다. 도 1은 표면 처리 장치(1)의 구성을 도시하는 도면이다.

표면 처리 장치(1)는 삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제 입체 구조물의 표면에 분사재를 분사하여 표면 처리를 행하는 처리 장치이다. 표면 처리 장치(1)는, 워크(W)를 처리하는 처리실(R)이 내부에 마련된 하우징(10)을 구비하고 있다. 하우징(10)은 도어(12)를 갖고, 작업자는 이 도어(12)를 개방하여 처리실(R)로의 워크(W)의 반입출을 행한다.

처리실(R)의 내부에는, 분사재를 저류하는 저류 호퍼(14)와, 표면 처리를 받는 워크(W)가 적재되는 처리 테이블(16)과, 처리 테이블(16) 상에 적재된 워크(W)를 향해 분사재를 분사하는 노즐(18)이 마련되어 있다.

처리 테이블(16)은 X-Y 스테이지 등의 공지의 기구에 의해 구성된 이동 기구(20)에 적재되고, 이동 기구(20)의 작동에 의해, 수평면 내에 있어서 X방향 및 Y방향으로 자유롭게 이동 가능하게 구성되어 있다. 이 결과, 이동 기구(20)에 의해, 처리 테이블(16) 상의 적재된 워크(W)를 수평면 내의 원하는 위치에 배치할 수 있다.

또한, 이동 기구(20)는 처리실(R)의 최하부에 배치된 가대(22) 상에 배치되어 있다. 이 가대(22)는 다수의 구멍이 형성된 판상 부재로 구성되고, 노즐(18)로부터 분사되어 워크(W)의 표면에 충돌한 분사재 및 분사재의 충돌로 워크(W)의 표면으로부터 깎인 워크(W)를 구성하는 금속의 분말 등의 분립체가 통과할 수 있도록 구성되어 있다.

노즐(18)은 고정 지그(24)를 통해, 처리 테이블(16)에 적재된 워크(W)와 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 고정 지그(24)는 노즐(18)과 워크(W)의 거리를 자유롭게 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

노즐(18)은 노즐 홀더(18a)와, 이 노즐 홀더(18a)에 삽입된 에어 노즐(18b)로 구성되어 있다. 에어 노즐(18b)은 에어 호스(H1)를 통해 컴프레서(도시하지 않음)와 유체 연통되고, 노즐 홀더(18a)는 분사재 호스(H2)를 통해 저류 호퍼(14)와 유체 연통되어 있다.

컴프레서를 작동시켜 에어 노즐(18b)로부터 압축 공기를 분사하면, 압축 공기의 흐름에 의해 에어 노즐(18b) 내에 발생한 부압에 의해, 분사재가 노즐 홀더(18a)를 통해 에어 노즐(18b) 내에 흡인되고, 에어 노즐(18b) 내에서 압축 공기와 혼합되어 고기2상류 S로 되고, 처리 테이블(16)에 적재된 워크(W)를 향해 분사된다.

또한, 본 실시 양태에서는, 노즐(18)로서 흡인식 노즐이 채용되어 있지만, 직압식 노즐을 채용해도 된다.

처리실(R)의 정상부에 배치된 저류 호퍼(14)의 상방에는 사이클론식 분급기로 구성된 분리 기구(26)가 마련되어 있다. 분리 기구(26)는 수송관(P)을 통해 처리실(R)의 저부 공간[가대(22)의 하부 공간]과 연통되고, 워크(W)에 분사된 분사재를, 재이용을 위해 도입하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 분리 기구(26)로서 사이클론식 분급기를 사용했지만, 그 밖의 풍력식 분급기나 스크린식 분급기를 사용해도 된다.

분리 기구(26)는 저류 호퍼(14)에 도입되는 분사재로부터, 분사에 적합하지 않은 분진 등을 제거하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 재이용을 위해, 처리실(R)의 저부 공간으로부터 수송관(P)을 통해 도입된 사용 완료 분사재로부터 분진 등을 분리하고, 재사용 가능한 분사재만을 저류 호퍼(14)에 공급하도록 구성되어 있다.

본 실시 양태의 표면 처리 장치(1)는, 또한 분리 기구(26)의 내부를 흡인하는 흡인 기구(28)를 구비하고 있다. 이 흡인 기구(28)가 분리 기구(26) 내를 흡인함으로써, 워크(W)에 분사된 분사재 및 워크(W)로의 분사재의 충돌에 의해 발생한 분진 등은, 하우징(10)의 저부 공간[가대(22)의 하부 공간]으로부터 수송관(P)을 통해 분리 기구(26)에 도입되게 된다.

본 실시 양태의 표면 처리 장치(1)는 분리 기구(26), 흡인 기구(28) 등의 각 기구 및 장치의 작동을 제어하는 제어 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 제어 기구로서는, 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 연산 장치, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 및 디지털 시그널 프로세서(DSP) 등의 모션 컨트롤러, 고기능 휴대 단말기 및 고기능 휴대 전화 등이 사용된다.

(제1 실시 형태)

이어서, 표면 처리 장치(1)를 사용한 본 발명의 제1 실시의 형태 표면 처리 방법에 대하여, 도 2의 흐름도를 따라 설명한다.

<S1: 워크를 준비>

본 실시 양태의 표면 처리 방법으로 표면 처리되는 워크(W)는, 알루미늄 분말을, 공지의 삼차원 조형법에 의해 층상으로 경화시키면서 적층하여 제조된 금속제의 입체 구조물이다. 이 워크(W)는 표면에 적층 자국인 줄무늬가 잔존하고 있고, 또한 표면 전체에 거칠기가 있다.

<S2: 표면 처리 장치를 준비>

흡인 기구(28)를 작동시켜, 처리실(R)을 흡인해 둔다. 이어서, 도어(12)를 개방하여, 소정량의 제1 분사재를 처리실(R)에 투입하고, 수송관(P) 및 분리 기구(26)를 통해 제1 분사재를 저류 호퍼(14)로 이송한다. 처리실(R)은 분리 기구(26)를 통해, 흡인 기구(28)에 의해 흡인되어 있으므로 부압이 되고, 외부와 연통하도록 마련된 흡인 구멍(도시하지 않음)으로부터 외기가 처리실(R)에 유입된다.

본 실시 양태에서는, 제1 분사재는 코너부를 갖고 있다. 분사재가 코너부를 갖고 있음으로써, 워크(W)의 적층 자국이 효율적으로 제거된다. 그러나, 코너부를 갖고 있지 않은 분사재를 사용해도 된다.

「코너부를 갖고 있다」란, 분사재가, 원호상의 소위 둥근 면은 아니고, 예각 혹은 둔각의 각을 구비하고 있는 것을 의미하고 있다. 또한, 분사재의 형상으로서는, 이방 형상, 원기둥 형상, 각기둥 형상, 등각부를 갖는 다양한 형상을 들 수 있다.

제1 분사재로서는, 워크의 물성에 영향을 미치는 일이 없는 재질의 분사재를 선정하는 것이 바람직하다.

「워크의 물성에 영향을 미친다」란, 분사재 표면의 재질이 워크에 전사되고, 그 전사물에 의해 워크의 표면이 코팅된 상태를 의미한다. 또한, 코팅된 상태는 워크 표면의 전체가 코팅된 상태에 더하여, 워크 표면의 일부가 코팅되어 있는 상태(즉, 전사물이 워크 표면에 점재되어 있는 상태)도 포함한다.

분사재의 재질이 워크에 전사된 경우, 그 전사물을 워크로부터 세정으로 제거하는 것은 곤란하다. 그리고, 분사재의 재질이 워크에 전사됨으로써, 워크의 의장성이 손상되고, 전사물은 워크에 있어서 불순물이 되므로, 워크의 종류에 따라서는 워크를 제품에 조립했을 때에 동작 불량의 원인이 되는 경우가 있는 등의 문제를 피하기 위해서이다.

제1 분사재는, 예를 들어 세라믹스계 입자(알루미나계, 탄화규소계, 지르콘계 등), 천연석의 입자(에머리, 규석, 다이아몬드 등), 식물계 입자(호두의 껍데기, 복숭아의 씨, 살구의 씨 등), 수지계 입자(나일론, 멜라민, 우레아 등) 등에서 적절히 선택된다. 금속 이외의 입자를 사용하면, 워크의 표면이 이종 금속으로 코팅된 상태로 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 금속 입자를 선택하는 경우는, 제1 분사재의 표면에 산화 피막이 형성되어 있으면, 워크(W)의 물성에 따라서는 산화 피막이 워크(W)에 부착될 우려가 있으므로, 산화 피막이 형성되어 있지 않은 금속 입자를 선택하는 것이 좋다.

「산화 피막이 형성되어 있지 않다」란, 산화 피막이 완전히 형성되어 있지 않은 경우뿐만 아니라, 표면 처리 시에 산화 피막이 워크(W)에 전사되지 않을 정도로 피막이 형성되어 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 실시 양태의 표면 처리 방법에서는, 제1 분사재를 구성하는 입자의 질량을 알고 있을 필요가 있기 때문에, 진비중이 기지의 입자로 이루어지는 제1 분사재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 미리 피크노미터법 등의 기지의 방법으로 입자의 진비중을 측정해 두어도 된다.

이어서, 표면 처리 장치(1)의, 압축 공기를 노즐(50)에 공급하는 경로에 마련된 전자기 밸브(도시하지 않음)를 개방하여, 압축 공기를 노즐(18)에 공급한다. 노즐(18)로의 압축 공기의 공급에 의해, 저류 호퍼(14)에 수용되어 있는 제1 분사재가 압축 공기류에 의해 노즐(18)에 흡인되고, 노즐(18)의 선단으로부터 워크(W)를 향해 분사된다.

여기서, 제1 분사재의 분사 속도는 원하는 속도가 되도록 조정된다. 예를 들어, 분사재의 물성(종류나 입자경 등)과 분사 압력과 분사 속도의 상관 관계를 미리 측정해 두고, 그 결과에 기초하여 원하는 분사 속도가 되도록 분사 압력이 조정된다. 본 실시 형태에서는, 입자 유속 측정법(Particle Image velocimetry: PIV)에 의해 워크가 세트되는 위치(분사재가 워크에 충돌하기 직전의 위치)에서의 분사재의 속도를, 분사재의 물성 및 분사 압력과 관련지어 측정했다.

「분사 압력」이란, 압축 공기 공급원과 노즐 사이에 배치된 압력계로 측정한 수치가 분사 압력이다. 본 실시 양태에서는, 미리 측정한 분사 압력과 분사 속도의 상관 관계에 기초하여, 분사 밸브를 조작하여, 원하는 분사 속도가 얻어지도록 분사압을 제어하고 있다.

원하는 분사 속도가 얻어지도록 분사압을 조정한 후, 압축 공기를 노즐(50)에 공급하는 경로에 마련된 전자기 밸브를 폐쇄하여, 제1 분사재의 분사를 정지한다.

이어서, 도어(12)를 개방하여, 워크(W)를 처리 테이블(16)에 적재하고 고정한다. 그 후, 고정 지그(22)를 작동시켜 노즐(18)과 워크(W)의 거리를 조정하여, 도어(12)를 폐쇄한다.

본 실시 양태에서는, 워크의 표면 전체에 분사재가 분사되어, 필요한 표면 처리가 행해지도록, 워크(W)가 노즐에 대하여 이동된다. 이와 같이 워크(W)가 이동하도록, 제어 기구에, 워크(W)의 이동 경로, 이동 속도, 주사 횟수 등의 표면 처리 조건이 입력된다.

<S3: 제1 분사재에 의한 표면 처리>

이어서, 압축 공기를 노즐(50)에 공급하는 경로에 마련된 전자기 밸브가 개방되어, 워크(W)를 향해 제1 분사재가 분사된다. 이어서, 이동 기구(14)가 작동되어, 워크(W)를 적재한 처리 테이블(16) 및 처리 테이블(16)에 적재되어 있는 워크(W)가, 노즐(18) 하방의 소정 위치를 향해 수평 이동된다.

워크(W)가 노즐(18) 하방의 소정 위치까지 이동하면, 제1 분사재가 워크에 충돌한다. 이때, 제1 분사재의 코너부에 의해 워크(W)의 표면의 적층 자국이 제거된다.

제1 분사재의 입자의 형상, 경도, 제1 분사재의 워크로의 충돌 에너지가 적절하게 설정되지 않으면, 적층 자국의 제거가 불충분하거나, 워크(W)의 표면이 필요 이상으로 절삭되거나 한다.

워크의 형상에 따라 상이하지만, 표 1의 어느 조건을 선택하면, 양호한 표면 처리를 행할 수 있다. 또한, 표 1에 있어서의 비커스 경도는 제1 분사재를 구성하는 입자의 비커스 경도이고, JIS Z2244:2009에 준거하여 측정되는 값이다.

또한, 충돌 에너지는 분사재의 입자 1개당의 에너지이고, 제1 분사재를 구성하는 개개의 입자의 중량, 및 이들 입자가 워크에 충돌하기 직전의 속도에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, 도 3에 각 조건에 있어서의, 비커스 경도와 충돌 에너지의 수치 범위를 나타낸다.

또한, 본 실시 형태의 충돌 에너지 E는,

분사재의 진비중을 ρ, 분사재의 평균 입자경을 L, 워크에 충돌하기 직전의 분사재의 속도를 v라고 한 하기의 식 1에 의해 산출된다.

여기서는, 분사재의 형상을, 입자경 L인 구상으로 환산하여, 산출이 행해지고 있다.

조건 1의 표면 처리는, 미소한 요철이 비교적 큰 표면(예를 들어, JIS B0601:2001에 규정되는 표면 조도 Ra가 5.0㎛ 이상)을 갖는 워크의 표면 처리에 적합하다.

조건 1에서 사용되는 제1 분사재는 절삭력이 강하고, 적층 자국인 줄무늬를 제거함과 함께, 워크 표면을 절삭하여 표면 조도를 작게 할 수 있다. 이 경도를 갖는 제1 분사재는, 예를 들어 용융 알루미나 입자, 탄화규소 입자를 들 수 있다. 그리고, 충돌 에너지가 조건 1의 범위가 되도록, 제1 분사재의 성상 및 분사 속도가 조정되고, 표면 처리가 행해진다. 여기서, 제1 분사재의 평균 입자경 d50을, 예를 들어 15 내지 75㎛에서 선택해도 된다.

조건 2의 표면 처리는, 거칠기가 비교적 작은 표면(예를 들어, JIS B0601:2001에 규정되는 표면 조도 Ra가 1.0 내지 5.0㎛)을 갖는 워크의 표면 처리에 적합하다.

조건 2의 경도를 갖는 제1 분사재는, 예를 들어 소다 석회 유리 입자나 지르콘 입자를 들 수 있다. 그리고, 충돌 에너지가 조건 2의 범위가 되도록, 제1 분사재의 성상 및 분사 속도가 조정되고, 표면 처리가 행해진다. 여기서, 제1 분사재의 평균 입자경 d50을, 예를 들어 60 내지 300㎛에서 선택해도 된다.

조건 3의 표면 처리는 복잡한 형상이고, 높은 치수 정밀도가 요구되는 워크의 표면 처리에 적합하다.

복잡한 형상의 워크로서는, 요철이나 우각부를 갖는 워크, 3차원적으로 복잡한 형상을 갖는 워크 등을 들 수 있다. 또한, 높은 치수 정밀도가 요구되는 워크로서는, 미끄럼 이동부를 구성하는 워크, 항공기 부품, 정밀 기기의 부품 등을 들 수 있다.

조건 3에서 사용되는 제1 분사재는 비커스 경도가 낮으므로, 워크에 충돌한 때에 자신이 변형되어, 워크(W)에의 대미지가 경감된다. 그러나, 제1 분사재의 입자는 코너부를 갖고 있으므로, 서서히 적층 자국을 제거할 수 있다. 조건 3의 경도를 갖는 제1 분사재로서는, 예를 들어 살구의 씨를 분쇄한 입자, 멜라민 수지, 우레아 수지 등을 들 수 있고, 충돌 에너지가 조건 3의 범위가 되도록, 제1 분사재의 성상 및 분사 속도가 조정되고, 표면 처리가 행해진다. 여기서, 제1 분사재의 평균 입자경 d50을, 예를 들어 400 내지 600㎛에서 선택해도 된다.

처리실(R)의 내부는 흡인 기구(40)에 의해, 저부[즉, 워크(W)의 하방]를 향하는 기류가 발생하고 있다. 노즐(50)로부터 분사된 제1 분사재는, 처리실(R)의 전체에 퍼지려고 하지만, 이 기류에 의해 워크(W)의 하방을 향하는 방향으로 정류된다. 그 결과, 워크(W)에 접촉하는 제1 분사재의 양이 증가하므로, 효율적으로 표면 처리를 행할 수 있다. 또한, 저부[즉, 워크(W)의 하방)]를 향하는 기류에 의해, 제1 분사재가 가속되므로 워크(W)에 대한 제1 분사재의 충돌 에너지가 증대되어, 효율적으로 표면 처리를 행할 수 있다.

분사재 후의 제1 분사재 및 표면 처리에 의해 발생한 분진(워크의 절삭분 및 충돌에 의해 균열되거나 한 제1 분사재)은 흡인 기구(28)에 의한 분리 기구(26) 내의 흡인에 의해 분리 기구(26)로 이송된다. 이들 제1 분사재 및 분진은, 분리 기구(26)에 의해 재사용 가능한 제1 분사재와 분진으로 분리된다.

재사용 가능한 제1 분사재는 저류 호퍼(14)에 공급되고, 그 후, 노즐(18)로 이송되고 다시 분사된다. 한편, 중량이 가벼운 분진은 흡인 기구(28)에 흡인되고, 흡인 기구(28) 내에 마련된 포집 필터(도시하지 않음)에 포집된다.

<S4: 워크를 회수>

워크(W)의 소정의 처리가 완료되면, 이동 수단(14)의 작동이 정지되고, 압축 공기를 노즐(50)에 공급하는 경로에 마련된 전자기 밸브가 폐쇄되어, 표면 처리 장치의 작동이 정지된다. 그 후, 작업자가 도어(12)를 개방하여, 워크(W)를 회수한다. 또한, 필요에 따라, 워크(W)에 부착된 제1 분사재나 분진이 제거된다.

워크의 이면의 처리가 필요한 경우에는, 작업자가 워크를 반전시켜, 분사재가 워크의 이면에 분사된다. 또한, 다른 방법으로 워크의 이면에 분사재를 분사해도 된다.

이상의 S1 내지 S4의 스텝이, 본원 발명의 제1 실시 양태의 표면 처리 방법에 해당한다.

(제2 실시 형태)

본 발명의 제2 실시 형태는, 상기 제1 실시 형태의 표면 처리 방법으로 처리한 워크(W)에 대하여, 워크 표면의 광택성 향상이나 면 조도 조정 등에 의한 의장성 개선이 필요한 때에, 제2 분사재에 의한 제2 표면 처리가 부가적으로 행해지는 표면 처리 방법이다. 따라서, 제2 실시 형태는, 상기 제1 실시 형태의 S1 내지 S4의 스텝과 동일한 처리 후에, S5 내지 S7의 스텝이 부가된 것이다.

<S5: 표면 처리 장치를 준비>

상기 S2와 마찬가지로, 표면 처리 장치의 준비를 행한다.

<S6: 제2 분사재에 의한 표면 처리>

제2 표면 처리에서 사용되는 제2 분사재는 코너부가 없는 입자인 것이 바람직하다. 여기서, 「코너부가 없다」란, 코너부가 둥그스름해진 곡면이거나, 혹은 전부가 곡면인 것 모두를 포함한다. 그리고, 후자의 일 형태인 대략 구형 입자여도 된다.

또한, 제1 분사재의 경우와 마찬가지로, 워크의 물성에 영향을 미칠 가능성을 고려하여 선정하면 된다.

비커스 경도가 Hv500 내지 800인 제2 분사재를 사용하여, 제2 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 9.6×10^-8 내지 3.1×10^-6J라고 하면, 워크의 의장성을 양호하게 개선할 수 있으므로 바람직하다. 여기서, 제2 분사재의 평균 입자경 d50을, 예를 들어 45 내지 100㎛에서 선택해도 된다.

그 밖의 점에 대해서는, 상기 S3과 동일한 조작을 행한다. 제2 분사재가 워크(W)에 충돌함으로써, 워크 표면의 요철이 제거된다. 제2 분사재는 코너부를 갖고 있지 않으므로, 워크 표면에 있어서의 피가공면은 완만해지므로, 의장성이 향상된다.

<S7: 워크의 회수>

상기 S4와 동일한 조작이 행해진다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예인 표면 처리 방법에 의해 워크의 표면 처리를 행한 결과를 설명한다.

알루미늄의 분말을 대략 원기둥상으로 조형한 입체 조형물(W)(도 4)을 워크라고 했다. 이 입체 조형물(W)은 φ20㎜×50㎜의 원통 형상이고 길이 방향으로 8개의 홈이 형성되어 있다. 입체 구조물의 표면에는 길이 방향으로 연신되는 적층 자국인 줄무늬가 형성되어 있고, 또한 표면 전체는 거칠기가 있다.

실시예 1 내지 6은 제1 분사재에 의한 표면 처리만을 행한 것이고, 실시예 7 및 8은 제1 분사재에 의한 표면 처리 후에 제2 분사재에 의한 표면 처리를 행한 것이다.

표면 처리를 행한 워크를 현미경에 의해 관찰을 행하여, 적층 자국이 제거되어 있는지 여부를 확인했다. 평가 기준은 이하와 같이 했다.

○: 적층 자국이 제거되어 있다.

△: 적층 자국의 단차는 확인되지 않지만, 의장으로서 줄무늬가 확인된다.

×: 적층 자국이 제거되어 있지 않다.

또한, 상방으로부터 조광하여 눈으로 보아 광택성을 평가했다. 평가 기준은 이하와 같이 했다.

○: 광택성이 높다.

△: 광의 반사가 확인되지만, 약간 거무스름하다.

×: 광의 반사가 없다.

또한, 작업자에 의한 손 감촉으로 평활성을 평가했다. 평가 기준은 이하와 같이 했다.

○: 반들반들하다.

△: 손으로 만졌을 때에 걸림은 없지만, 약간 거친 느낌이 있다.

×: 손으로 만졌을 때, 저항이 느껴진다.

표 2에 결과를 나타낸다.

(1) 적층 자국의 제거

실시예 1, 2, 4, 6은 ○평가이고, 실시예 3 및 5는 △평가였다. △평가는 실용 레벨에서는 문제가 되지 않을 정도의 평가 저하이므로, 표 1에 있어서의 조건 1 내지 3의 범위에 있어서는, 적층 자국을 양호하게 제거할 수 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 조건 1의 쪽이 적층 자국의 제거에는 유리한 것이 시사되었다.

(2) 광택성

실시예 3, 4, 5는 ○평가이고, 실시예 1, 2, 6은 △평가였다. △평가는 실용 레벨에서는 문제가 되지 않을 정도의 평가 저하이므로, 표 1에 있어서의 조건 1 내지 3의 범위에 있어서는, 워크에 광택성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 특히, 조건 2의 쪽이 광택성의 향상에는 유리한 것이 시사되었다.

(3) 평활성

실시예 4, 5, 6은 ○평가이고, 실시예 1, 3, 4는 △평가였다. △평가는 실용 레벨에서는 문제가 되지 않을 정도의 평가 저하이므로, 표 1에 있어서의 조건 1 내지 3의 범위에 있어서는, 워크에 광택성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 특히, 조건 3의 쪽이 평활성의 향상에는 유리한 것이 시사되었다. 또한, 제2 분사재에 의해 표면 처리를 행한 실시예 7, 8은 어느 것이나 모두 ○평가로 되었으므로, 제2 분사재에 의한 표면 처리는, 워크 표면의 평활성의 향상에 유효한 것이 시사되었다.

표 1에 있어서의 조건 1 내지 3을 일탈하고 있는 비교예 1 내지 6은 어느 것의 평가가 ×평가로 되었다. 또한, 제1 분사재를 구형으로 한 경우(비교예 7), 적층 자국을 제거하는 능력이 부족한 것이 시사되었다.

또한, 제2 분사재에 의한 표면 처리의 효과에 대하여 설명한다. 광택성 및 평활성의 평가가 어느 것이나 모두 △평가였던 조건 1에서 표면 처리를 행한 후에 제2 분사재에 의해 표면 처리를 행한 실시예 7, 8은 어느 평가나 ○평가로 되었다. 제2 분사재에 의한 표면 처리는 워크 표면의 광택성 및 평활성의 향상에 유리하고, 의장성의 향상에 유효한 것이 시사되었다.

제2 분사재에 의한 표면 처리에 있어서, 전술한 범위(Hv500 내지 800)이고, 또한 해당 제2 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 9.6×10^-8 내지 3.1×10^-6J)를 일탈한 경우, 이 범위를 하회하는 비교예 7에서는 광택성 및 평활성의 평가가 △평가로 되고, 이 범위를 상회하는 비교예 8은 평활성의 평가가 △평가로 되어 있었다. 이것은, 제2 분사재에 의한 표면 처리의 효과를 충분히 얻을 수 없는 것을 시사하고 있다. 또한, 제2 분사재를 이방 형상으로 한 비교예 10에서는, 광택성과 평활성의 평가가 모두 ×로 되어 있고, 이 표면 처리에 의해 의장성이 악화된 것이 시사되었다.

1 : 표면 처리 장치
10 : 하우징
12 : 도어
14 : 저류 호퍼
16 : 처리 테이블
18 : 노즐
18a : 노즐 홀더
18b : 에어 노즐
20 : 이동 기구
22 : 가대
24 : 고정 지그
26 : 분리 기구
W : 워크
R : 처리실
P : 수송관
H1 : 에어 호스
H2 : 분사재 호스

Claims (9)

1. 삼차원 조형법에 의해 제조된 금속제의 입체 구조물의 표면 결함을 제거하는 표면 처리 방법이며,
   상기 입체 구조물을 준비하는 공정과,
   상기 입체 구조물의 표면을 향해 제1 분사재를 분사하여, 상기 제1 분사재를 상기 표면에 충돌시키는 공정을 포함하고,
   상기 제1 분사재가 코너부를 갖는 입자이며, 해당 코너부에 의해 입체 구조물 표면의 층상의 단차를 제거하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 분사재는 금속을 제외한 입자인, 표면 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 분사재는 표면에 산화 피막이 형성되어 있지 않은 금속질의 입자인, 표면 처리 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분사재는 비커스 경도가 Hv2000 내지 2500이고, 또한 해당 제1 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 2.9×10^-8 내지 6.2×10^-6J인, 표면 처리 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분사재는 비커스 경도가 Hv500 내지 800이고, 또한 해당 제1 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 1.0×10^-6 내지 3.2×10^-5J인, 표면 처리 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분사재는 비커스 경도가 Hv50 내지 200이고, 또한 해당 제1 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 1.0×10^-4 내지 1.2×10^-3J인, 표면 처리 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입체 구조물의 피처리면을 향해 제2 분사재를 분사하는 공정을 더 포함하고,
   상기 제2 분사재는 코너부가 없는 입자인, 표면 처리 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2 분사재는 비커스 경도가 Hv500 내지 800이고, 또한 해당 제2 분사재가 피처리면에 충돌한 때의 충돌 에너지가 9.6×10^-8 내지 3.1×10^-6J인, 표면 처리 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입체 구조물의 하방을 향하는 기류를 발생시키는 공정과,
   상기 입체 구조물의 상방으로부터 피처리면을 향해 분사한 상기 제1 분사재를 상기 기류에 의해 정류하는 공정을 포함하는, 표면 처리 방법.

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