KR20190138770A - 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 증착 용접 장치(7)에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물(2)의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 에지 섹션(11)에 의해 정의된 오프닝을 갖는 내부 윤곽(2)을 가진 작업물(1)을 제공하는 단계; 작업물(2)의 내부 윤곽의 에지 섹션(11)에서 시작하여 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 복수의 베이스 웹(41)을 형성하여 형성된 베이스 웹(41)이 사전결정된 각도로 에지 섹션(11)으로부터 돌출하도록 하는 단계; 베이스 웹(41)과 연결 웹(42)을 포함하는 지지 구조(4)가 형성되도록 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 연결 웹(42)을 형성함으로써 인접한 베이스 웹(41)을 결합시키는 단계; 내부 윤곽(2)의 오프닝이 감소되거나 완전히 폐쇄되도록 지지 구조(4)에 연결되는 용융 재료로부터 커버 층(5)을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하는 방법

본 발명은 제 1 항의 전제부에 따른 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하는 방법 및 제 2 항의 전제부에 따른 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 외부 윤곽을 돌출시키는 방법에 관한 것이다.

3D 구조의 생산에 이르기까지 개별 층의 부가적인 제조 영역에서, 특히 증착 용접(또는 클래딩이라고도 함)의 생산 공정에 속하는 레이저 분말 증착 용접이 사용된다. 작업물의 표면은 국부적인 열을 사용하여 용융되는 동시에 거의 모든 임의의 금속성 재료가 분말 형태로 도포된다. 최근에는 고성능 다이오드 레이저 또는 섬유 레이저가 열원으로서 주로 사용된다.

오버행(overhang) 또는 자체 지지 구조의 형성은, 특히 금속성 재료가 용접될 수 있고 이후에 제거될 수 있는 보조 구조물을 사용하는 것이 가능하지 않은 경우 증착 용접시에 특히 문제가 된다.

대부분의 경우, 목표는 증착 용접 프로세스 중에 여러 공간 방향으로 이동될 수 있는 방식으로 구성요소의 윤곽을 설계하여 재료가 도포될 때 초과 오버행을 방지하는 것이다. 그러나 이 과정은, 예를 들어 공정 중에 구성요소의 이동으로 인해 구성요소와 레이저 증착 용접 장치 사이에 충돌의 위험이 있는 경우 신속하게 제한된다.

그러나 만약 보다 광범위한 오버행을 형성하려는 시도가 이루어진다면, 알려진 공정에서 용융된 재료가 도포될 위치로부터 흘러내리거나 떨어지기 때문에 현재까지 알려진 레이저 증착 용접 공정은 제한된 범위에서만 적합하다. 이는 낮은 품질의 생산 결과 또는 이러한 방식으로 생산된 부품의 높은 불량률로 이어지므로, 이들 공정은 기술 및 경제적 관점에서 이러한 작업에 적합하지 않다.

따라서 본 발명의 목적은 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하는 방법을 제공함으로써 위의 문제점을 방지하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 외부 윤곽을 돌출시키는 방법을 제공함으로써 위의 문제점을 방지하는 것이다.

이러한 목적은 청구범위 제 1 항에 따른 방법 또는 청구범위 제 2 항에 따른 방법에 의해 달성된다. 종속 청구항은 각각의 경우에 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 언급한다.

레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 본 발명에 따른 방법은: 에지 섹션에 의해 정의된 오프닝을 갖는 내부 윤곽을 가진 작업물을 제공하는 단계, 작업물의 내부 윤곽의 에지 섹션에서 시작하여 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 복수의 베이스 웹을 형성하여 형성된 베이스 웹이 사전결정된 각도로 에지 섹션으로부터 돌출하도록 하는 단계, 베이스 웹과 연결 웹을 포함하는 지지 구조가 형성되도록 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 연결 웹을 형성함으로써 인접한 베이스 웹을 결합시키는 단계, 용융된 재료로 제조되고 내부 윤곽의 오프닝이 감소되거나 완전히 폐쇄되도록 지지 구조에 연결되는 커버 층을 형성하는 단계를 포함한다.

지지 구조물을 구성함으로써, 레이저 증착 용접 공정에 의해 큰 오프닝 영역을 폐쇄하는 것도 가능하다. 지지 구조물의 계단식 구조는 단계적으로 자체-지지/오버행 구조를 구축하는 것을 가능하게 하며, 이는 오프닝을 폐쇄할 수 있거나 또는 용융된 재료의 추가 층을 도포하여 오프닝을 폐쇄하도록 사용될 수 있다.

지지 구조는 이미 존재하는 구조(작업물 또는 이미 도포된 재료) 상에 도포된 후에 모두 냉각되는 개별 용융된 재료 도트를 도포함으로써 단계적으로 구성된다. 여전히 액체 금속의 이러한 급속 냉각은 방금 도포된 재료의 비교적 빠른 응고로 이어진다. 따라서, 방금 도포된 재료의 형태가 대략 유지될 수 있으므로, 비교적 정밀한 설계가 가능해진다.

용융된 재료 도트를 냉각시키기 위해, 추가의 금속 분말이 바람직하게는 용융된 재료 상에 공급되며, 여기에서 용융물과 결합하여 상단 층을 형성한다. 이 상단 층은 바람직하게는 추가의 용융된 재료를 도포하도록 사용될 수 있으며, 액상 재료는 특히 상단 층과 특히 빠르고 효율적으로 결합한다. 또한, 재료 용융물은 금속 분말의 이송 가스에 의해 냉각되고, 이는 재료의 이송 매체로서 용융될 재료와 함께 처리될 위치에 강제로 이송된다.

이 방법의 첫 번째 테스트에서, 본 출원인은 일부 경우에 베이스 웹과 같은 상당한 길이의 자가-지지 요소가 생성될 수 있음을 발견하였다. (예를 들어, 중력 등으로 인해) 웹이 과도하게 변형되지 않고 보조 구조가 사용될 필요 없이 수 센티미터에 이르는 길이가 획득될 수 있다.

이에 기초하여, 일부 경우에서 큰 오프닝이 폐쇄될 수 있으며 사용된 재료는 관리 가능한 양으로 유지될 수 있다. 또한, 도포된 층의 상당히 적은 재작업만이 필요하였으며, 이는 이 방법이 이후에 일련적으로 사용될 때 기계 시간이 감소될 수 있음을 의미한다.

레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 외부 윤곽을 돌출시키기 위한 본 발명에 따른 방법은: 에지 섹션에 의해 정의된 외부 윤곽을 가진 작업물을 제공하는 단계, 작업물의 외부 윤곽의 에지 섹션에서 시작하여 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 복수의 베이스 웹을 형성하여 형성된 베이스 웹이 사전결정된 각도로 에지 섹션으로부터 돌출하도록 하는 단계, 베이스 웹과 연결 웹을 포함하는 지지 구조가 형성되도록 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 연결 웹을 형성함으로써 인접한 베이스 웹을 연결시키는 단계, 용융된 재료로 제조되고 작업물의 외부 윤곽이 돌출되도록 지지 구조에 연결되는 돌출 층을 형성하는 단계를 포함한다.

작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 방법과 마찬가지로, 돌출 층이 형성될 때 이미 언급된 이점이 또한 획득된다. 또한, 이 방법을 이용하여 외측 또는 내부 윤곽의 일부만이 추가로 형성될 수 있다는 것이 물론 유리하다.

뚜렷하게 더 큰 메인 바디를 가공하기 위해서 밀링과 같은 차감식 제조 공정을 사용하는 대신, 생성될 구성요소가 돌출 섹션을 갖도록 시간 및 비용의 측면에서 최적화된 방식으로 더 작은(부분적인) 돌출부가 현존하는 작업물에 도포될 때 특히 바람직하다.

또한, 이들 방법은 용접에 의해 이미 현존하는 구성요소에 잘 계산된 방식으로 자유롭게 형태화할 수 있는 섹션을 추가하도록 사용될 수 있으며, 이는 비교적 복잡한 설계를 가능하게 하는 동시에 재료 및 생산 시간의 적절한 사용을 보장할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 전개는 커버 층 또는 돌출 층이 지지 구조의 자유 공간을 용융된 재료로 채움으로써 형성되는 것을 포함한다.

이는 지지 구조 자체가 커버 층 또는 돌출 층으로서 더 발전될 수 있게 한다. 결과적으로, 주로 격자 형태인 지지 구조의 자유 공간은 추가로 용융된 재료로 채워질 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 전개는 커버 층 또는 돌출 층이 용융된 재료의 추가 층을 지지 구조에 도포함으로써 형성되는 것을 포함한다.

또한, 지지 구조는 용융된 재료의 추가 층이 도포되는 보조 구조로서 사용될 수 있다. 이것은 넓은 영역을 스패닝되거나 돌출되어야 할 때 특히 유리하며 지지 층은 일종의 하부구조로서 추가적인 안정성을 제공한다. 지지 구조의 격자형 구조는 상대적으로 낮은 사중(dead weight)과 높은 안정성의 조합을 허용하기 때문에 이 목적에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 발전은 재료 공급 장치에 의해서 용융될 재료를 작업물의 사전결정된 위치 또는 이미 도포된 재료의 사전결정된 위치에 공급하는 단계, 레이저 증착 용접 장치의 레이저 빔을 스위칭 온하고 사전결정된 위치로 안내함으로써 재료가 사전결정된 위치에서 레이저 빔에 의해 용융 및 증착되도록 하는 단계, 사전결정된 레이저 시간을 초과한 후 레이저 빔을 스위치 오프하는 단계, 사전결정된 냉각 시간 동안 사전결정된 위치에 용융될 재료를 추가로 공급하는 단계에 따른 용융된 재료의 도트식 도포에 의해서 지지 구조의 베이스 웹 및/또는 연결 웹이 형성되는 것이다.

지지 구조를 형성하기 위한 특히 바람직한 방법은 베이스 및 연결 웹의 도트식 구조이다. 개별 재료 도트는 여기에서 용융되고 현존하는 구조에 도포되어 이후에 금속 분말의 추가 금속 분말 및/또는 이송 가스에 의해서 용융된 재료를 냉각시켜 국부적으로 뿐만이 아니라 그 형태 그대로로 고형화시킨다.

이것은 구성 중에 상대적으로 정확한 위치에서의 지지 구조를 보장하고 사용을 위해 필요에 따라 형태화하는 것을 가능하게 한다. 재료 도트는 도포되는 동안 액체 상태에 있고 자연적으로 중력이 작용하는 방향으로 이동하기 쉽기 때문에 생성된 구조의 변형이 크게 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 전개는 복수의 베이스 웹 및 복수의 연결 웹은, 연결 웹 각각이 인접한 베이스 웹들을 서로 연결시키고 베이스 웹과 연결 웹이 함께 격자형 구조를 형성하는 방식으로 배치되는 것을 포함한다.

이 방법은 원통형 작업물 또는 일반적으로 밀폐된 구조로 제한되지 않는다. 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 트렌치형 또는 길이방향 오프닝에 대해 실질적으로 폭 방향으로 에지 섹션으로부터 연장하는 방식으로 작업물의 내부 윤곽의 트렌치형 또는 길이방향 오프닝을 감소시키거나 또는 완전히 폐쇄하도록 베이스 웹을 배치하고, 연결 웹은 트렌치형 또는 길이방향 오프닝의 에지 섹션에 실질적으로 평행하게 배치함으로써 바람직하게 발전될 수 있다.

후속하여 커버 층으로서 개발될 수 있는 지지 구조를 이용하여 완전히 또는 부분적으로 길이방향 오프닝(예로서, 냉각 덕트의 하나의 길이방향 측면)에 걸치는 것이 가능하거나 또는 별개의 커버 층이 길이방향 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하도록 도포될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 베이스 웹과 연결 웹은 함께 거미줄(spiderweb-like) 구조, 바둑판(checkered) 구조 또는 벌집(honeycombed) 구조를 형성할 때 바람직한 방식으로 추가로 발전될 수 있다.

대부분의 경우, 지지 구조는 개발을 계속할 수 있는 시작 위치를 형성한다. 사용 경우에 따라, 사용에 따라 지원 구조를 설계하기 위해 다른 격자 형태를 사용하는 것이 바람직하다. 거미줄, 바둑판 또는 벌집 구조의 형성은 단지 가능한 구조의 일 예시일 뿐이다. 이 방법은 묘사된 또는 명명된 형태로 제한되지 않고 완전히 자유롭게 설계된 형태와 교차 결합뿐 아니라 알려진 구조 패턴의 조합으로도 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 레이저 빔이 1mm 내지 5mm, 바람직하게는 2mm 내지 4mm, 그리고 보다 바람직하게는 2.5mm 내지 3.5mm의 지름을 가질 때 유리하게 개발될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 레이저 시간이 0.2 내지 2초, 바람직하게는 0.5 내지 1.5초, 그리고 보다 바람직하게는 1초일 때 유리하게 개발될 수 있다.

이는 일부 경우에서는 용융된 재료의 도포된 구조가 상대적으로 얇고 세밀하게 구축될 수 있지만, 다른 경우에서는 더욱 큰 재료 두께를 가질 수도 있게 한다. 대부분의 경우에, 이것은 한 번에 발생하여 생산 시간과 에너지가 다시 절약될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 개발은, 사전결정된 위치에서 용융된 재료를 도트 방식으로 도포한 후, 지지 구조의 각각의 베이스 웹 및/또는 연결 웹을 위한 추가 재료를 도트 방식으로 도포하기 위해 지지 구조의 베이스 웹 및/또는 연결 웹의 형성 중에 재료 공급 장치 및 레이저 빔이 각각의 경우에 0.5mm 내지 1.8mm, 바람직하게는 0.8mm 내지 1.5mm, 그리고 보다 바람직하게는 1mm 내지 1.2mm만큼 도포된 재료의 다른 사전결정된 위치로 변위되는 것을 포함한다.

적용된 재료의 양과 레이저 포인트 지름에 따라, 더 작고 큰 단계로 베이스 및 연결 웹을 형성하는 것이 따라서 가능하다. 이것은 임의의 다른 구조와 마찬가지로, 지지 구조가 더 정확하게 및/또는 훨씬 더 짧은 시간에 수행될 수 있음을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 냉각 시간은 1 내지 10초, 바람직하게는 3 내지 8초, 그리고 보다 바람직하게는 4 내지 6초인 사실에 의해 유리하게 개발될 수 있다.

여기서 또한 냉각 공정의 파라미터, 즉 냉각 시간의 상응하는 파라미터가 각각의 사용 케이스에 적응될 수 있다. 요구사항에 따라, 서로 다른 정확도 및 생산 속도가 획득될 수 있으며 따라서 도포된 재료의 표면 구조에 영향을 받을 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 개발은 재료 공급 장치가 용융될 재료를 노즐을 통해 포커싱 방식으로 사전결정된 위치에 안내하도록 배치되는 것을 포함한다.

사용된 금속 분말을 최적으로 사용하기 위해, 이 분말을 노즐을 통해 금속 분말이 용해되어 도포되어야 하는 위치로 안내하는 것이 좋다. 또한, 노즐을 통해 금속 분말을 포커싱함으로써, (베이스 및 연결 웹과 같은) 개별 섹션의 보다 정확한 형성이 보장될 수 있다. 또한, 그에 따라 자원이 보존될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 -45° 내지 +45°, 보다 바람직하게는 -25°내지 +25°의 가공될 작업물 표면의 표면 법선에 대해 임의의 각도로 설정되는 방식으로 노즐을 설계함으로써 유리하게 개발될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해 표면을 형성할 때, 주어진 공간 조건 및 이용 가능한 작업 공간에 따라 서로 다른 각도로 노즐을 설정하는 것이 때때로 필요할 수 있다. 대부분의 경우, 노즐은 도포될 표면의 형성 방향에 수직으로 위치될 것이다. 바람직하게는, 노즐과 작업물 사이의 충돌의 위험이 있는 경우, 가능한 충돌을 방지하기 위해서 각도는 수직으로부터 임의의 각도, 바람직하게 예를 들어 ±45° 또는 ±25°로 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 통해, 레이저 분말 증착 용접과 같은 추가의 제조 기술이 폐쇄 또는 돌출의 형성 중에 보조 구조에 의존하지 않고 비교적 넓은 영역이라 해도 오프닝의 폐쇄 및 돌출부를 형성하는데 사용될 수 있다. 추가 제조의 장점(예로서, 리소스의 보존, 경제적 효율성 등)은 하나의 결정적인 포인트에 의해서, 즉 자가-지지 형태라도 해도 작업물에 대해 매우 자유로운 형태를 설계 및 형성하는 능력에 의해서 사용 및 확장될 수 있다. 이것은 이전에 공지된 레이저 증착 용접 프로세스의 특히 유리한 개발을 나타내며 사용자에게 사용-특정 구성요소의 생산에 있어서 잘 알려진 기술의 상당히 넓은 사용 스펙트럼을 제공한다.

전술된 양태들 및 특징들을 구현하는 장점 및 보다 구체적인 가능성뿐 아니라 다른 양태들 및 이들의 장점들이 아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면의 설명에 기술되었으며, 이는 제한적으로 해석되지 않는다.

도 1은 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2a는 작업물의 오프닝을 폐쇄하는, 지지 구조 및 추가로 적용된 커버 층을 갖는 작업물의 단면을 다이어그램으로 도시한다.
도 2b는 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 본 발명의 방법에 따라 형성된 지지 구조의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.
도 2c는 작업물의 내부 윤곽의 트렌치 형태 또는 길이방향 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 본 발명의 방법에 따라 형성된 지지 구조의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.
도 3은 작업물의 외부 윤곽을 돌출시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4a는 형성된 지지 구조와 작업물의 외부 윤곽을 돌출시키는 추가로 도포된 돌출 층을 갖는 작업물의 단면을 다이어그램으로 도시한다.
도 4b는 작업물의 외부 윤곽을 돌출하기 위한 본 발명의 방법에 따라 형성된지지 구조의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.
도 5는 용융된 재료를 도트 방식으로 도포하여 지지 구조를 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 에지 섹션에 대한 지지 구조의 경사각과 재료 공급 장치 및 레이저 빔의 노즐의 설정각을 갖는 작업물 및 지지 구조의 단면을 다이어그램으로 도시한다.

아래에서, 본 발명의 예시 및 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술된다. 도면에서 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조부호로 표시될 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에 설명되는 실시예 및 그 특징에 한정되거나 제한되지 않으며, 실시예의 변형, 특히 기술된 예시의 특징의 변형에 의해 또는 독립 청구항의 보호 범위 내에서 기술된 예시들의 하나 이상의 특징들의 조합에 의해 커버됨을 인지해야 한다.

도 1은 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시하며, 이 방법은 도 2a 및 2b를 추가로 참조하여 아래에 설명된다.

도 2a는 형성된 지지 구조(4) 및 작업물(1)의 오프닝을 폐쇄하는 추가로 도포된 커버 층(5)을 가진 작업물(1)의 단면을 다이어그램으로 도시한다.

도 2b는 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하기 위한 본 발명의 방법에 따라 형성된 지지 구조(4)의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.

단계(S102)에서, 방법을 적용하기 위해 내부 윤곽(2)을 갖는 작업물(1)이 제공된다. 또한, 내부 윤곽(2)은 본 발명에 따른 방법에 의해 크기가 감소되거나 완전히 폐쇄될 오프닝을 갖는다. 또한 오프닝은 에지 섹션(11)에 의해 정의된다.

다음 단계(S103)에서, 복수의 베이스 웹(41)이 형성된다. 이는 레이저 증착 용접 장치(7)에 의해, 특히 재료 공급 장치(8)에 의해 용융될 재료를 공급하고 레이저 빔(9)에 의해 후속 용융함으로써 용융될 재료를 용융시키고, 에지 섹션(11)에서 시작하여 재료를 도포함으로써 수행된다. 여기에서 베이스 웹(41)은 베이스 웹(41)이 에지 섹션(11)로부터 사전결정된 각도로 돌출하는 방식으로 형성된다.

베이스 웹(41)이 에지 섹션(11)으로부터 돌출하는 각도는 지지 구조(4)의 다양한 형태에 의존할 수 있다. 예를 들어, 오프닝을 폐쇄하기 위한 표면 대신 지붕 에지 형태를 선택하는 것이 유용할 수 있다. 그러나 가능한 추가의 재료 적용의 설계뿐만 아니라 힘의 도입 및 전달은 또한 지지 구조(4)의 설계에 중요할 수 있고 따라서 도면 2a에 도시된 바와 같이 베이스 웹(41)의 수정된 각도에서 고려될 수 있다.

이어지는 단계(S104)에서, 형성된 베이스 웹(41), 특히 인접한 베이스 웹(41)은 레이저 증착 용접 장치(7)에 의해서 또한 형성되는 소위 연결 웹(42)에 의해 연결된다. 결과적인 구조는 베이스 웹(41)과 연결 웹(42)의 조합으로 인해 그 자체로 매우 안정하며, 따라서 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝 폐쇄의 추가 형성 또는 오프닝을 좁히기 위한 격자 형태 지지 구조(4)로서 사용될 수 있다.

다음 단계(S105)에서, 작업물(1)의 내부 윤곽(2)의 오프닝이 감소되거나 완전히 폐쇄되는 방식으로 커버 층(5)이 추가 용융된 재료에 의해 지지 구조(4)와 관련하여 형성된다.

바람직하게는, 지지 구조(4) 또는 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝의 폐쇄는 레이저 증착 용접 공정을 사용하여 작업물 상에 추가의 구조물을 생성하도록 사용될 수 있다.

여기서 작업물(1)은 내부 윤곽(2)을 가지며, 이것의 오프닝은 본 발명에 따른 방법에 의해 완전히 폐쇄될 것이다. 이를 위해, 내부 윤곽(2)의 에지 섹션(11)에 일체형으로 결합되고 오프닝을 완전히 걸치는 본 발명에 따른 방법을 사용하여지지 구조(4)가 형성된다. 이 지지 구조(4)는 내부 윤곽(2)의 오프닝이 이제 완전히 폐쇄되도록 하는 추가 층인 커버 층(5)의 도포를 허용한다.

그러나 별도로 도포된 커버 층(5) 대신에 지지 구조(4)의 자유 공간을 추가로 용융된 재료로 채우는 것도 가능하다. 이를 위해, 상대적으로 미세 그물 격자 구조를 갖는 격자 형태 구조를 갖는 지지 구조(4)를 제공하는 것이 바람직하며 그에 따라 이미 현존하는 지지 구조(4)에서 도포 시간에 액체인 금속성 재료가 예로서 최대로 가능한 접착력에 노출되고 따라서 지지 구조(4)에 접착한다.

두 경우 모두에서, 오프닝은 폐쇄될 수 있거나 오프닝의 폐쇄가 본 발명에 따른 방법에 의해 지지 구조(4)를 형성함으로써 지지될 수 있다.

도시된 지지 구조(4)에서, 베이스 웹(41)은 (작업물(1)의 평면도에서) 그 길이방향이 실질적으로 작업물(1)의 중심에서의 가상 교차점에서 만나는 방식으로 배열된다. 다수의 연결 웹(42)이 나열되고(도시된 예에서는 다각형 연결 웹 행을 형성), 이들 연결 웹 행은 베이스 웹(41)의 가상 교차점 둘레에 동심으로 배열된다. 결과적인 예시적인 구조는 거미줄의 패턴과 닮았다.

도 2b는 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝을 닫기 위해 사용될 수 있는 지지 구조(4)가 단계적으로 형성되는 방법을 도시한다. 재료는 내부 윤곽(2)의 오프닝을 정의하는 작업물의 에지 부분(11)에 도포된다.

에지 섹션(11)으로부터 시작하여, 이제 사전결정된 수의 베이스 웹(41)이 "성장하는" 지지 구조(4)에 점점 더 많은 안정성을 부여하기 위해 연결 웹(42)을 형성하도록 연결된 사전결정된 수의 베이스 웹(41)이 예로서 형성된다. 이는 현재까지 일 단부를 통해서 이미 현존하는 지지 구조(4) 또는 에지 섹션(11)에 일체형으로 결합되만 했던 베이스 웹(41)에 대해 특히 중요하다.

도 2b의 우측 예시는 이미 명확하게 "성장된" 지지 구조(4)를 도시한다. 이는 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝의 감소/축소를 위해 이미 사용되었을 수 있다.

도 2a 및 2b에 도시된 지지 구조(4)는 도시되거나 설명된 구조에 제한되지 않는다. 반대로, 거미줄, 바둑판 또는 벌집 구조와 같은 서로 다른 형태의 구조가 형성될 수 있다. 그러나 의도된 목적을 달성할 수 있다면 구조들의 조합 역시 사용될 수 있다.

도 2c는 작업물의 내부 윤곽(2)의 트렌치 형태 또는 길이방향 오프닝을 감소시키거나(상부 표현) 또는 완전히 폐쇄하기 위한(하부 표현) 본 발명의 방법에 따라 형성된 지지 구조(4)의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.

베이스 웹(41)은 여기에서 예를 들어 트렌치 형태 또는 길이방향 오프닝의 폭 방향으로 에지 섹션(11)으로부터 형성되는 방식으로 배열된다. 연결 웹(42)은 따라서 트렌치 형태 또는 길이방향 오프닝의 경로에 대응하는 방식으로 설계된 지지 구조(4)를 형성하기 위해 에지 섹션(11)에 본질적으로 평행하도록 설계된다.

이 지지 구조(4)는 이제 커버 층(5)으로 전개될 수 있거나 별도의 커버 층(5)이 도포될 수 있다. 두 가지 모두 트렌치 형태 또는 길이방향 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하도록 유리하게 사용될 수 있다.

도 3은 작업물의 외부 윤곽(3)을 돌출하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시하며, 이 방법은 도 4a 및 4b를 추가로 참조하여 아래에 설명된다.

도 4a는 형성된 지지 구조(4) 및 작업물(1)의 외부 윤곽(3)을 돌출하는 추가로 도포된 돌출 층(6)을 갖는 작업물(1)의 단면을 다이어그램으로 도시한다.

도 4b는 작업물의 외부 윤곽(3)을 돌출하기 위해 본 발명의 방법에 따라 형성된 지지 구조(4)의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.

단계(S202)에서, 방법을 사용하기 위해 외부 윤곽(3)을 갖는 작업물(1)이 제공된다. 외부 윤곽(3)은 추가로 본 발명에 따른 방법을 사용하여 외부 윤곽(3)이 돌출될 수 있는 에지 섹션(11)를 갖는다.

다음 단계(S203)에서, 복수의 베이스 웹(41)이 형성된다. 이것은 레이저 증착 용접 장치(7)에 의해도 1에서 이미 설명된 바와 같이 용융될 재료를 용융시키고 에지 섹션(11)에서 시작하여 이를 도포함으로써 수행된다. 베이스 웹(41)은 여기에서 에지 섹션(11)로부터 사전결정된 각도로 돌출하는 방식으로 형성된다.

다음 단계(S204)에서, 형성된 인접한 베이스 웹(41)은 연결 웹(42)에 의해 다시 연결되고, 차례로 레이저 증착 용접 장치(7)에 의해 형성된다. 이들은 함께 지지 구조(4)를 형성하며, 도 1에 묘사된 바와 같이 지지 구조(4)와 대조적으로 내부 윤곽의 방향이 아니라 외부 윤곽(3)의 방향으로 에지 섹션(11)으로부터 형성되지 않는다. 여기서 결과적인 구조는 도 1에서 이미 설명된 것과 동일한 특성을 나타낸다.

다음 단계(S205)에서, 작업물(1)의 외부 윤곽(3)이 돌출되는 방식으로 추가의 용융된 재료를 사용하여 지지 구조(4)와 연결되어 돌출 층(6)이 형성된다.

바람직하게는, 지지 구조(4) 또는 작업물의 외부 윤곽(3)의 돌출부는 레이저 증착 용접 공정에 의해 작업물 상에 추가의 구조를 생성하는데 사용될 수 있다.

전술된 특성들의 불필요한 반복을 피하기 위해, 지지 구조(4)의 형성의 기본 특징을 설명하는 도 2a를 참조한다. 도 2a와의 차이는 이제 작업물의 외부 윤곽(3)의 돌출이며, 이러한 돌출은 오직 외부 윤곽(3)의 일부에만 영향을 미친다.

이는 구성요소를 각각의 의도된 목적에 적응시키기 위해 복잡하고 비대칭인 구성요소 형상이 생성되어야만 하는 경우에도 유리할 수 있다. 그러나 돌출은 또한 작업물(1)의 전체 외부 윤곽(3)에 대하여 대칭일 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의한 지지 구조(4)의 형성은 외부 윤곽(3)의 돌출을 허용하고, 여기서 자유 공간을 폐쇄된 층에 채움으로써 추가로 형성될 수 있거나 또는 추가 층(여기서는 돌출 층(6))의 도포를 지지하는 베이스가 생성된다.

도시된 돌출부에서, 베이스 웹(41)은 도 2b에 도시된 것과 유사한 방식으로 배열되어, 그 길이방향이 본질적으로 (작업물(1)의 평면도를 갖는) 작업물(1)의 중심에서의 가상 교차점에서 만난다. 그러나도 1에 도시된 지지 구조(4)는 내부 윤곽의 방향이 아니라 외부 윤곽(3)의 방향으로 에지 섹션(11)으로부터 형성된다. 몇몇 연결 웹(42)이 정렬되어 이들 베이스 웹(41) 행이 베이스 웹(41)의 가상 교차점 둘레에 동심으로 배열된다.

그러나 지지 구조(4)가 도시되거나 설명된 구조에 한정되지 않는다는 것이 다시 한번 명백하게 지적되어야 한다. 반대로, 거미줄, 또는 바둑판, 또는 벌집 구조와 같은 다양한 형태를 갖는 구조물이 또한 돌출부에 형성될 수 있다. 그러나 예를 들어, 사용 목적에 유용하다면, 구조들의 조합 또한 사용될 수 있다.

도 5는 지지 구조(4)를 형성하기 위한 용융된 재료의 도트 방식 도포를 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시하며, 이 방법은 도 6을 추가로 참조하여 아래에 설명된다.

도 6은 에지 섹션(11)에 대한 지지 구조의 경사각(α) 및 재료 공급 장치(8) 및 레이저 빔(9)의 노즐의 설정각(β)을 갖는 작업물(1) 및 지지 구조(4)의 단면을 다이어그램으로 도시한다.

본 발명의 방법 중 하나에 따른 지지 구조(4)의 형성을 위해, 단계(S302)에서 용융될 재료는 작업물(1)의 에지 섹션(11)에서 또는 재료 공급 장치(8)에 의해 이미 형성된 지지 구조(4)에서 사전결정된 위치로 공급된다.

이어지는 단계(S303)에서, 레이저 증착 용접 장치(7)의 레이저 빔(9)이 스위치 온 되고 사전결정된 위치로 안내된다. 결과적으로, 사전결정된 위치로 안내되는 재료(이 경우에는 금속 분말)가 용융되고 그에 따라 에지 섹션(11) 또는 이미 형성된 지지 구조(4)에 도트 방식으로 도포된다.

다음 단계(S304)에서, 사전결정된 레이저 시간 후에 레이저 빔(9)이 다시 스위치 오프되어 추가의 열이 이미 용융된 재료에 도입되지 않는다.

후속 단계(S305)에서, 용융될 재료(이 경우, 금속 분말)는 사전결정된 냉각 시간 동안 사전결정된 결정된 위치로 계속해서 안내되고, 그 결과 액체 금속은 비교적 빨리 냉각되고 고형화된다. 용융된 재료의 냉각은 용융될 재료를 사전결정된 위치로 이송하는데 사용되는 이송 가스에 의해 보조된다.

도포된 재료의 표면은 또한 금속 분말의 연속적인 공급에 의해 영향을 받을 수 있다.

기술된 방법을 사용하여, 베이스 웹(41) 및 연결 웹(42)은 자가-지지 지지 구조(4)로 형성될 수 있다. 따라서 형성된 지지 구조(4)는 형성될 지지 구조(4)를 지지하기 위한 보조 구조를 사용할 필요 없이, 작업물의 내부 윤곽(2)의 오프닝의 감소 또는 완전한 폐쇄를 위해 또는 작업물의 외부 윤곽(3)의 돌출을 위해 유리하게 사용될 수 있다.

각각의 사용 경우에서 사용되는 구조에 따라, 베이스 웹(41) 및 연결 웹(42)을 형성하기 위해 재료 공급 장치(8) 및 레이저 빔(9)이 공급된 재료를 사전결정된 각도 β로 용융시키는 것이 유용할 수 있다. 이들 각도는 ±0°내지 10° 범위인 더 작은 각도 β, 또는 ±25°내지 ±45° 범위인 더 큰 설정각 β일 수 있다.

또한, 작업물(1) 또는 제한된 작업 공간의 특별한 구조적 특징은 또한 재료 공급 장치(8) 및 레이저 증착 용접 장치(7)의 레이저 빔(9)의 위치가 형성될 구조(지지 구조(4))에 대해 변화해야 한다는 사실로 이어질 수 있다. 예를 들어, 이는 작업물(1) 자체 또는 작업 영역의 인근 경계와의 충돌을 방지할 수 있다.

경사가 수 도(예를 들어, 3° 내지 7°)의 매우 작은 각도 α 또는 상당히 더 큰 각도 α(예로서, 최대 60° 또는 75°)를 갖도록 에지 영역(11)에 대해 베이스 웹(41)의 경사를 제공하는 것이 또한 유리할 수 있다. 이는 작업물(1)의 구조적 특징에 관해서 필요할 수 있거나 지지 구조(4)의 개선된 안정성과 같은 이유로 바람직할 수 있다. 여기서, 에지 영역(11)에 대한 베이스 웹(41)의 설계는 (도 6에 도시된 바와 같이) 양의 각도로 제한되지 않고 음의 각도 α를 가질 수도 있으며, 그에 따라 베이스 웹(41)은 내부 윤곽(2)의 부분으로 설계된다.

본 발명의 예시 및 실시예와 그 이점은 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

1 작업물
2 작업물의 내부 윤곽
3 작업물의 외부 윤곽
4 지지 구조
5 커버 층
6 돌출 층
7 레이저 증착 용접 장치
8 재료 공급 장치
9 레이저 빔
11 에지 섹션
41 베이스 웹
42 연결 웹
α 경사각
ß 설정각

Claims (12)

1. 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 내부 윤곽의 오프닝을 감소시키거나 완전히 폐쇄하는 방법으로서,
   - 에지 섹션에 의해 정의된 오프닝을 갖는 내부 윤곽을 가진 작업물을 제공하는 단계,
   - 상기 작업물의 내부 윤곽의 에지 섹션에서 시작하여 레이저 증착 용접에 의해 상기 용융된 재료로부터 복수의 베이스 웹을 형성하여 상기 형성된 베이스 웹이 사전결정된 각도로 상기 에지 섹션으로부터 돌출하도록 하는 단계,
   - 베이스 웹과 연결 웹을 포함하는 지지 구조가 형성되도록 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 연결 웹을 형성함으로써 인접한 베이스 웹을 결합시키는 단계,
   - 용융된 재료로 제조되고 내부 윤곽의 오프닝이 감소되거나 완전히 폐쇄되도록 상기 지지 구조에 연결되는 커버 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 레이저 증착 용접 장치에 의해 용융된 재료를 사용하여 작업물의 외부 윤곽을 돌출시키는 방법으로서,
   - 에지 섹션에 의해 정의된 외부 윤곽을 가진 작업물을 제공하는 단계,
   - 상기 작업물의 외부 윤곽의 에지 섹션에서 시작하여 레이저 증착 용접에 의해 상기 용융된 재료로부터 복수의 베이스 웹을 형성하여 상기 형성된 베이스 웹이 사전결정된 각도로 상기 에지 섹션으로부터 돌출하도록 하는 단계,
   - 베이스 웹과 연결 웹을 포함하는 지지 구조가 형성되도록 레이저 증착 용접에 의해 용융된 재료로부터 연결 웹을 형성함으로써 인접한 베이스 웹을 연결시키는 단계,
   - 용융된 재료로 제조되고 작업물의 외부 윤곽이 돌출되도록 상기 지지 구조에 연결되는 돌출 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   커버 층 또는 돌출 층은 지지 구조의 자유 공간을 용융된 재료로 채움으로써 형성되는 것으로 특징지어지는, 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   커버 층 또는 돌출 층은 용융된 재료의 추가 층을 지지 구조에 도포함으로써 형성되는 것으로 특징지어지는, 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 재료 공급 장치에 의해서 용융될 재료를 작업물의 사전결정된 위치 또는 이미 도포된 재료의 사전결정된 위치에 공급하는 단계,
   - 레이저 증착 용접 장치의 레이저 빔을 스위칭 온하고 사전결정된 위치로 안내함으로써 용융될 재료가 상기 사전결정된 위치에서 레이저 빔에 의해 용융 및 증착되도록 하는 단계,
   - 사전결정된 레이저 시간을 초과한 후 레이저 빔을 스위치 오프하는 단계,
   - 사전결정된 냉각 시간 동안 상기 사전결정된 위치에 용융될 재료를 추가로 공급하는 단계
   에 따른 용융된 재료의 도트식 도포에 의해서 상기 지지 구조의 베이스 웹 및/또는 연결 웹이 형성되는 것으로 특징지어지는, 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   복수의 베이스 웹 및 복수의 연결 웹은, 연결 웹 각각이 인접한 베이스 웹들을 서로 연결시키고 베이스 웹과 연결 웹이 함께 격자형 구조를 형성하는 방식으로 배치되는 것으로 특징지어지는, 방법.
7. 제 5 항에 있어서,
   베이스 웹과 연결 웹은 함께 거미줄 구조, 바둑판 구조 또는 벌집 구조를 형성하는 것으로 특징지어지는, 방법.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 빔은 1mm 내지 5mm, 바람직하게는 2mm 내지 4mm, 그리고 보다 바람직하게는 2.5mm 내지 3.5mm의 지름을 갖는 것으로 특징지어지는, 방법.
9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 시간은 0.2 내지 2초, 바람직하게는 0.5 내지 1.5초, 그리고 보다 바람직하게는 1초인 것으로 특징지어지는, 방법.
10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 구조의 베이스 웹 및/또는 연결 웹의 형성에서, 지지 구조의 각각의 베이스 웹 및/또는 연결 웹을 위한 추가 재료를 도포하기 위해 사전결정된 위치에서 용융된 재료를 도트 방식으로 도포한 후, 상기 재료 공급 장치 및 상기 레이저 빔이 각각 0.5mm 내지 1.8mm, 바람직하게는 0.8mm 내지 1.5mm, 그리고 보다 바람직하게는 1mm 내지 1.2mm만큼 상기 도포된 재료의 다른 사전결정된 위치로 변위되는 것으로 특징지어지는, 방법.
11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 시간은 1 내지 10초, 바람직하게는 3 내지 8초, 그리고 보다 바람직하게는 4 내지 6초인 것으로 특징지어지는, 방법.
12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 공급 장치는 용융될 재료를 노즐을 통해 포커싱 방식으로 상기 사전결정된 위치에 안내하도록 적응되는 것으로 특징지어지는, 방법.

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