KR20210068217A - 냉각유닛을 포함하는 레이저 적층장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 냉각유닛을 포함하는 레이저 적층장치는, 대상모재의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 분말 공급유닛, 기 설정된 이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사하고, 냉각채널이 형성된 노즐부를 포함하며, 상기 대상모재 및 상기 강화용 분말을 용융시킴에 따라 강화층을 형성하는 레이저 조사유닛, 상기 레이저 조사유닛에 구비되어, 상기 노즐부의 온도를 센싱하는 온도감지센서, 상기 온도감지센서의 센싱값을 전송받고, 상기 노즐부의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인지를 판단하는 제어부 및 상기 온도감지센서에 의해 측정된 상기 노즐부의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 냉각채널에 냉각유체를 공급하는 냉각유닛을 포함한다.
Description
본 발명은 대상모재에 강화층을 형성하기 위한 레이저 적층장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노즐부의 온도가 기준온도 이상일 경우 냉각유체를 공급하는 냉각유닛을 포함하여 노즐부에 발화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 레이저 적층장치에 관한 것이다.
최근에는 다양한 산업 분야에서 금속의 표면을 강화시키거나, 특수한 특성을 나타내기 위해 표면 처리하는 방법이 널리 사용되고 있다.
종래의 금속표면처리방법의 경우, 모재에 특정 가스를 주입하여 처리층을 증착하거나, 또는 소정의 표면처리 소재를 콜드 스프레이 방식을 이용하여 모재의 표면에 부착시키는 등의 다양한 방법이 이용되고 있다.
하지만, 이와 같은 종래의 금속표면처리방법의 경우, 처리층과 모재의 표면 간의 부착력이 크게 떨어지게 되며, 이에 따라 처리층이 분리 및 탈락되는 현상이 잦은 빈도로 발생하게 되는 문제점이 나타나고 있다.
뿐만 아니라, 종래의 금속표면처리방법은 모재의 형상이 평면 또는 극히 단순한 형태일 경우일 때 그 효과가 현저하게 나타나며, 모재의 형상이 불규칙적이거나 복잡한 경우에는 큰 효과를 볼 수 없다는 문제가 있었다. 또는 표면처리장치의 특성 상 불규칙하거나 복잡한 형상을 가지는 모재의 표면처리를 수행하는 것이 아예 불가능한 경우도 있어, 모재의 수명이 크게 떨어지는 문제도 있었다.
특히 상기 모재가 프레스, 단조 공정 등에 사용되는 금형과 같이 잦은 충격과 외력이 가해지는 제품인 경우, 비용 대비 수명이 매우 짧아져 유지, 보수에 소요되는 비용이 증가하게 되는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 분말을 모재 표면에 공급하는 동시에 레이저를 조사하여 모재와 분말을 함께 용융시키는 방법으로 강화층을 형성하는 방법이 제시되었으며, 이를 위해 고안된 레이저 적층장치를 통해 강화층을 형성하는 모습이 도 1의 (a)부분에 도시된다.
하지만, 이와 같은 강화층 형성 과정을 장시간 진행하게 될 경우, 레이저 적층장치의 노즐 부위의 온도가 크게 상승하게 되어, 도 1의 (b)부분에 도시된 바와 같이 노즐에 발화 현상이 발생할 수 있다.
현재까지는 레이저 적층장치에 발화를 대비하기 위한 비상 소화장치가 별도로 구비되어 있지 않아, 신속한 소화가 이루어지지 않을 경우 고가의 장치를 폐기하여야 하는 문제가 발생하였다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 레이저 적층장치를 통한 공정 중 노즐부의 온도가 기준온도 이상일 경우 이를 감지하여 냉각유체를 공급할 수 있도록 함으로써, 노즐부에 발화 현상이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각유닛을 포함하는 레이저 적층장치는, 대상모재의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 분말 공급유닛, 기 설정된 이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사하고, 냉각채널이 형성된 노즐부를 포함하며, 상기 대상모재 및 상기 강화용 분말을 용융시킴에 따라 강화층을 형성하는 레이저 조사유닛, 상기 레이저 조사유닛에 구비되어, 상기 노즐부의 온도를 센싱하는 온도감지센서, 상기 온도감지센서의 센싱값을 전송받고, 상기 노즐부의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인지를 판단하는 제어부 및 상기 온도감지센서에 의해 측정된 상기 노즐부의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 냉각채널에 냉각유체를 공급하는 냉각유닛을 포함한다.
이때 상기 노즐의 중심부에는 상기 레이저가 조사되는 조사홀이 형성되며, 상기 냉각채널은 상기 조사홀의 둘레를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
여기서 상기 냉각채널은 상기 노즐부의 상부에 수평하게 배치된 링 형태의 경로를 가지도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 냉각채널은 상기 노즐부의 전체 높이에 대응되는 길이를 가지도록 형성될 수 있다.
또한 상기 냉각채널의 하단부는 하부 방향으로 개구된 형태로 형성될 수 있다.
한편 상기 냉각채널은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 점차 작아지도록 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 냉각유닛을 포함하는 레이저 적층장치는 온도센서에 의한 온도 감지를 통해 냉각유닛이 노즐부에 형성된 냉각채널에 냉각유체를 공급하도록 함에 따라, 노즐부의 온도 상승을 억제하여 발화 현상이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 이에 따라 고가의 레이저 적층장치를 안전하게 운용할 수 있으며, 보다 장시간에 걸친 공정을 수행할 수 있도록 함에 따라 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 레이저 적층장치를 통해 강화층을 형성하는 모습 및 노즐부에 발화 현상이 발생한 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 적층장치는 분말 공급유닛(미도시)과, 레이저 조사유닛(100)과, 발진유닛(20)과, 온도감지센서(130)와, 제어부(200)와, 냉각유닛(30)을 포함한다.
상기 분말 공급유닛은 스테이지(50) 상에 안착된 대상모재(M)의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 구성요소이며, 도시되지는 않았으나 본 발명에 따른 레이저 적층장치의 바디(10) 내에 구비될 수 있다.
그리고 상기 레이저 조사유닛(100)은 기 설정된 이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 대상모재(M) 및 상기 강화용 분말을 용융시킴에 따라 강화층을 형성하는 구성요소이다.
본 실시예에서 상기 레이저 조사유닛(100)은 바디(10)의 하부에 구비되는 노즐부(110)를 포함하며, 상기 노즐부(110)는 상기 바디(10) 내에 구비되는 발진유닛(20)에 의해 출력된 레이저가 조사되는 조사홀(102)과, 냉각유체가 유동되는 냉각채널(120)이 형성된다.
상기 온도감지센서(130)는 상기 레이저 조사유닛(100)에 구비되어 상기 노즐부(110)의 온도를 센싱하는 역할을 수행하며, 상기 제어부(200)는 상기 온도감지센서(130)에 의해 측정된 센싱값을 전송받고, 상기 노즐부(110)의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인지를 판단하게 된다.
그리고 본 발명은 상기 온도감지센서(130)에 의해 측정된 상기 노즐부(110)의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 제어부(200)의 제어에 따라 상기 냉각채널(120)에 냉각유체를 공급하는 냉각유닛(30)을 더 포함한다.
이때 상기 기준온도는 노즐부(110)에 발화가 발생할 위험이 있는 고온으로서 상기 노즐부(110)의 재질 및 공정 조건에 따라 가변될 수 있다.
또한 상기 냉각유체는 상기 노즐부(110)의 온도를 떨어뜨릴 수 있도록 저온을 가지는 기체 또는 액체 등일 수 있으며, 상기 냉각유닛(30)에 의해 상기 냉각채널(120)로 공급되도록 유동될 수 있다.
특히 본 실시예에서 상기 냉각채널(120)은 상기 레이저 조사유닛(100)의 중심부에 형성되는 상기 조사홀(102)의 둘레를 감싸는 형태로 형성되며, 상기 노즐부(110)의 상부에 수평하게 배치된 링 형태의 경로를 가지도록 형성될 수 있다.
이에 따라 상기 냉각채널(120)로 공급된 냉각유체는 링 형태의 경로를 따라 유동하며 상기 노즐부(110)의 냉각을 수행할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 적층장치 역시 분말 공급유닛(미도시)과, 레이저 조사유닛(100)과, 발진유닛(20)과, 온도감지센서(130)와, 제어부(200)와, 냉각유닛(30)을 포함한다.
상기 분말 공급유닛은 스테이지(50) 상에 안착된 대상모재(M)의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 구성요소이며, 도시되지는 않았으나 본 발명에 따른 레이저 적층장치의 바디(10) 내에 구비될 수 있다.
그리고 상기 레이저 조사유닛(100)은 기 설정된 이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사하여 상기 대상모재(M) 및 상기 강화용 분말을 용융시킴에 따라 강화층을 형성하는 구성요소이다.
본 실시예에서 상기 레이저 조사유닛(100)은 바디(10)의 하부에 구비되는 노즐부(110)를 포함하며, 상기 노즐부(110)는 상기 바디(10) 내에 구비되는 발진유닛(20)에 의해 출력된 레이저가 조사되는 조사홀(102)과, 냉각유체가 유동되는 냉각채널(120)이 형성된다.
상기 온도감지센서(130)는 상기 레이저 조사유닛(100)에 구비되어 상기 노즐부(110)의 온도를 센싱하는 역할을 수행하며, 상기 제어부(200)는 상기 온도감지센서(130)에 의해 측정된 센싱값을 전송받고, 상기 노즐부(110)의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인지를 판단하게 된다.
그리고 본 발명은 상기 온도감지센서(130)에 의해 측정된 상기 노즐부(110)의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 제어부(200)의 제어에 따라 상기 냉각채널(120)에 냉각유체를 공급하는 냉각유닛(30)을 더 포함한다.
이때 상기 기준온도는 노즐부(110)에 발화가 발생할 위험이 있는 고온으로서 상기 노즐부(110)의 재질 및 공정 조건에 따라 가변될 수 있다.
또한 상기 냉각유체는 상기 노즐부(110)의 온도를 떨어뜨릴 수 있도록 저온을 가지는 기체 또는 액체 등일 수 있으며, 상기 냉각유닛(30)에 의해 상기 냉각채널(120)로 공급되도록 유동될 수 있다.
특히 본 실시예에서 상기 냉각채널(120)은 상기 레이저 조사유닛(100)의 중심부에 형성되는 상기 조사홀(102)의 둘레를 감싸는 형태로 형성되며, 상기 노즐부(110)의 전체 높이에 대응되는 길이를 가지도록 형성될 수 있다.
이에 따라 상기 냉각채널(120)로 공급된 냉각유체는 상기 노즐부(110)의 전체 높이에 걸쳐 냉각을 수행할 수 있다.
한편 상기 냉각채널(120)의 하단부는 하부 방향으로 개구된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 하는 이유는 상기 냉각채널(120)을 통해 유동된 냉각유체가 상기 노즐부(120)의 하부로 배출되도록 함으로써, 노즐부 끝단에서 발생한 불꽃 또는 대상모재(M) 측으로 옮겨간 불꽃을 소화할 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한 상기 냉각채널(120)은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 점차 작아지도록 형성될 수 있다. 이는 상기 냉각채널(120)을 통해 낙하하는 냉각유체의 유동 속도를 저감시키기 위한 것으로, 냉각유체가 상기 냉각채널(120) 내에 오래 정체되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 상기 노즐부(110)에 형성되는 냉각채널(120)이 상기 조사홀(102)을 감싸는 메인유로(122)와, 상기 메인유로(122)로부터 외부를 연통하도록 측 방향으로 연장된 보조유로(124a)를 포함하는 형태로 형성된다.
상기 보조유로(124a)는 상기 메인유로(122)를 통해 유동되는 냉각유체의 일부가 상기 보조유로(124a)를 통해 외측으로 유동되어 상기 노즐부(110)의 외주면을 따라 낙하할 수 있도록 함으로써, 상기 노즐부(110)의 외부에 발생한 불꽃을 직접적으로 소화할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 실시예에서 상기 보조유로(124a)는 상기 노즐부(110)의 상하 방향 중심축에 대해 수직한 방향으로 연장되는 형태를 가진다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 전술한 제3실시예와 마찬가지로 상기 노즐부(110)에 형성되는 냉각채널(120)이 상기 조사홀(102)을 감싸는 메인유로(122)와, 상기 메인유로(122)로부터 외부를 연통하도록 측 방향으로 연장된 보조유로(124b)를 포함하는 형태로 형성된다.
다만, 본 실시예의 경우 상기 보조유로(124b)는 상기 노즐부(110)의 상하 방향 중심축에 대해 수평한 방향으로 연장되어, 냉각유체가 상기 보조유로(124b) 측으로 보다 유입되기 용이하게 하며, 또한 상기 보조유로(124b)측으로 유입된 냉각유체가 직하부로 낙하할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이저 적층장치의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 전술한 제3실시예와 마찬가지로 상기 노즐부(110)에 형성되는 냉각채널(120)이 상기 조사홀(102)을 감싸는 메인유로(122)와, 상기 메인유로(122)로부터 외부를 연통하도록 측 방향으로 연장된 보조유로(124a)를 포함하는 형태로 형성된다.
다만, 본 실시예의 경우 상기 노즐부(110)의 상부에는 회전팬(140)이 구비되는 수용공간(112)이 구비되며, 상기 수용공간(112) 내에 구비된 상기 회전팬(140)은 바람을 일으켜 상기 수용공간(112)의 하부에 외부와 연통되도록 형성된 연통공(114) 측으로 배출되도록 하는 특징을 가진다.
이와 같이 하는 이유는, 상기 회전팬(140)에 의해 발생한 바람이 상기 노즐부(110)의 외측에 공기커튼을 형성하도록 하여, 상기 보조유로(124a)로 유동되는 냉각유체가 상기 노즐부(110)의 외측으로 방사되지 않고 상기 노즐부(110)의 외주면을 따라 안정적으로 흘러내리도록 하기 위한 것이다.
특히 본 실시예에서 상기 연통공(114)은 상기 노즐부(110)의 외주면 방향으로 경사지게 형성되며, 또한 상기 노즐부(110) 외주면의 경사도보다 큰 경사도를 가지도록 형성되어 상기 보조유로(124a)로 유동되는 냉각유체를 보다 안정적으로 유도할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 바디
20: 발진유닛
30: 냉각유닛
50: 스테이지
100: 레이저 조사유닛
102: 조사홀
110: 노즐부
120: 냉각채널
130: 온도감지센서
200: 제어부
20: 발진유닛
30: 냉각유닛
50: 스테이지
100: 레이저 조사유닛
102: 조사홀
110: 노즐부
120: 냉각채널
130: 온도감지센서
200: 제어부
Claims (6)
- 대상모재의 강화영역에 강화용 분말을 공급하는 분말 공급유닛;
기 설정된 이동경로를 따라 이동하며 상기 강화용 분말이 공급된 강화영역에 레이저를 조사하고, 냉각채널이 형성된 노즐부를 포함하며, 상기 대상모재 및 상기 강화용 분말을 용융시킴에 따라 강화층을 형성하는 레이저 조사유닛;
상기 레이저 조사유닛에 구비되어, 상기 노즐부의 온도를 센싱하는 온도감지센서;
상기 온도감지센서의 센싱값을 전송받고, 상기 노즐부의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인지를 판단하는 제어부; 및
상기 온도감지센서에 의해 측정된 상기 노즐부의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 냉각채널에 냉각유체를 공급하는 냉각유닛;
을 포함하는 레이저 적층장치. - 제1항에 있어서,
상기 노즐의 중심부에는 상기 레이저가 조사되는 조사홀이 형성되며, 상기 냉각채널은 상기 조사홀의 둘레를 감싸는 형태로 형성된 레이저 적층장치. - 제2항에 있어서,
상기 냉각채널은 상기 노즐부의 상부에 수평하게 배치된 링 형태의 경로를 가지도록 형성되는 레이저 적층장치. - 제2항에 있어서,
상기 냉각채널은 상기 노즐부의 전체 높이에 대응되는 길이를 가지도록 형성된 레이저 적층장치. - 제4항에 있어서,
상기 냉각채널의 하단부는 하부 방향으로 개구된 형태로 형성된 레이저 적층장치. - 제4항에 있어서,
상기 냉각채널은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 점차 작아지도록 형성된 레이저 적층장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190157137A KR102264963B1 (ko) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 냉각유닛을 포함하는 레이저 적층장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020190157137A KR102264963B1 (ko) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 냉각유닛을 포함하는 레이저 적층장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20210068217A true KR20210068217A (ko) | 2021-06-09 |
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ID=76415159
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR102264963B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH11179571A (ja) * | 1997-12-19 | 1999-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | レーザクラッド用粉末供給装置 |
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| JP2015033705A (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-19 | 株式会社アマダ | レーザノズル及びレーザ加工ヘッド |
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| KR20160024197A (ko) * | 2014-08-25 | 2016-03-04 | 한국원자력연구원 | 3d 레이저 프린팅용 파우더 공급노즐 |
| US9623512B2 (en) | 2014-04-04 | 2017-04-18 | Matsuura Machinery Corporation | Metal powder processing equipment |
-
2019
- 2019-11-29 KR KR1020190157137A patent/KR102264963B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102264963B1 (ko) | 2021-06-17 |
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