KR20230042714A - 가압 제트에 의한 적층 가공 컴포넌트의 지지 구조물 제거 방법 - Google Patents

가압 제트에 의한 적층 가공 컴포넌트의 지지 구조물 제거 방법 Download PDF

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KR20230042714A
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KR1020237005837A
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티모 슈델라이트
에곤 제게르스
루카스 감프
펠릭스 케히
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터보 시스템즈 스위츠랜드 엘티디.
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Abstract

터보기계의 베인부착된 컴포넌트(100)를 제조하기 위한 방법(190)이 제공된다. 이 방법은 베이스 부분(115)을 제공하는 단계; 베이스 부분(115)의 상부에 복수의 베인(150) 및 복수의 지지 구조물을 적층 가공하는 단계로서, 복수의 지지 구조물은 미리 결정된 파단 지점(125)을 갖는 단계; 복수의 지지 구조물 및 베인(150)의 상부에 복수의 지지 구조물에 의해 지지되는 상부 부분(140)을 적층 가공하여 베인이 베이스 부분(115)과 상부 부분(140) 사이에 개재되게 하는 단계; 및 복수의 지지 구조물에 가압 제트(360)를 적용하여, 복수의 지지 구조물의 미리 결정된 파단 지점을 파단하고 복수의 지지 구조물을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

가압 제트에 의한 적층 가공 컴포넌트의 지지 구조물 제거 방법
본 발명은 적어도 부분적으로 적층 가공을 사용하여 베인부착된(vaned) 컴포넌트를 제조하는 생산 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 베인부착된 컴포넌트 제조 공정에서의 마무리에 관한 것이다.
3D 프린팅, 신속 프로토타이핑 또는 임의형상(freeform) 제작으로도 알려져 있는 적층 가공(Additive Manufacturing: AM)은 기계가공과 같은 절삭 가공(subtractive manufacturing) 방법과 대조적으로, 3D 모델 데이터에 따라 최종 컴포넌트를 생산하기 위해, 재료를 물체에 통상적으로 적층하여 연속적으로 결합하는 공정이다. 금속 분말과 함께 적층 가공(AM)을 사용하는 것은 비교적 새로우며 성장하는 산업 분야이다. 이것은 이전과 같이 시제품뿐만 아니라 복잡한 금속망 형상 컴포넌트를 생산하는데 적합한 공정이 되었다. 적층 가공은 항공우주, 에너지, 자동차, 의료, 공구 및 소비재와 같은 모든 종류의 업계에서 설계, 프로토타이핑 및 심지어 연속 생산을 위한 새로운 옵션을 가능하게 한다.
적층 가공을 위해 몇 가지 기술이, 예를 들어 분말 베드 기술이 사용될 수 있다. 통상적으로, 각각의 기계에서, 컴포넌트(최종 물품 또는 물체로도 지칭됨)는 미세 분말인 원료로부터 소결 재료 또는 용융 재료의 층을 연속적으로 생성함으로써 구축 또는 형성된다. 분말은 통상적으로 금속 분말 또는 세라믹 분말, 또는 금속 분말과 세라믹 분말의 조합을 포함한다. 고도로 집속된 레이저 또는 전자 빔으로 에너지를 가함으로써, 분말이 국소적으로 강하게 가열되고, 따라서 분말 내의 단일의 미세 입자가 국소적으로 용융되어 함께 달라붙거나, 국소 용융 풀(pool)을 형성한다. 분말 베드 용융 공정에 의해 컴포넌트를 금속으로 구축하는 동안, 소망 금속 컴포넌트의 각 요소는 통상적으로 이전 층의 요소에 의해 지지될 필요가 있으며, 진행 중인 전체 물체는 구축 중에 지지될 필요가 있다. 따라서 최종 컴포넌트에 속하지 않는 빌드 플레이트 상에 제1 층을 구축하는 것이 통상적이며, 이 플레이트는 이어서 컴포넌트를 완성한 후에 제거된다.
통상적으로, 컴포넌트는 빌드 플레이트 상에 직접 구축된다. 통상적으로, 지지 구조물은 컴포넌트의 오버행 영역을 안정시키기 위해 사용된다. AM 구축 공정의 종료 후에 빌드 플레이트로부터의 물품 제거를 더 쉽게 만들기 위해, 물품은 빌드 플레이트와 물품 또는 컴포넌트의 제1 층(따라서 최하 층) 사이에 배치된 지지 구조물 상에 완전히 또는 부분적으로 구축될 수 있다.
지지 구조물은 생산될 실제 컴포넌트의 부분이 아니므로, AM 공정이 완료된 후 제거되어야 한다. 제거 공정은 상당한 시간과 노동력을 소비할 수 있으며 따라서 비용 요인이 되는 한편으로 시간당 부품 생산량도 제한한다. 제거 절차에 필요한 노력은 통상적으로 개별 생산되는 컴포넌트의 크기, 복잡성 및 설계와, 지지체의 개수 및 크기뿐 아니라, 재료의 강도 및 연성에 따라 달라진다.
일 예로서, 문서 FR 3064519A1호는 블랭크의 셀룰러 희생 부분의 제트 절단을 기술한다.
추가 예로서, 문서 WO2019021389호는 유압에 의한 3D-프린팅된 물체의 공동 내부 지지체의 제거를 기술한다.
특히, 접근하기 어려운 복잡한 부분 또는 섹션을 구비하는 컴포넌트와 관련하여, 지지 구조물의 제거는 매우 어려울 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물은 나사 드라이버, 집게, 해머, 핸드 밀링 커터, 핸드 그라인더 등에 의해 수동으로 제거될 필요가 있다. 이는 시간 소모적이고, 비용이 많이 들며, 품질이 중요하다. 따라서 지지 구조물의 수동 제거는 컴포넌트 제조 공정에서 병목 현상을 일으킨다.
따라서, 적층 가공에 의한 제조의 개선이 요구된다.
일 양태에 따르면, 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 베이스 부분을 제공하는 단계, 베이스 부분의 상부에 복수의 베인 및 복수의 지지 구조물을 적층 가공하는 단계를 포함하며, 복수의 지지 구조물은 미리 결정된 파단 지점을 갖는다. 이 방법은 복수의 지지 구조물 및 베인의 상부에 복수의 지지 구조물에 의해 지지되는 상부 부분을 적층 가공하여, 베인이 베이스 부분과 상부 부분 사이에 개재되게 하는 단계, 및 복수의 지지 구조물에 가압 제트를 적용하여 복수의 지지 구조물의 미리 결정된 파단 지점을 파단하고 복수의 지지 구조물을 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 양태에 따르면, 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 제조하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 복수의 지지 구조물을 갖는 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 적층 가공하기 위한 적층 가공 장치를 포함하는 제1 챔버, 복수의 지지 구조물을 제거하기 위해 가압 제트를 제공하기 위한 적어도 하나의 가압 제트 장치를 포함하는 제2 챔버, 및 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 컨트롤러를 구비한다.
실시예는 또한 개시된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이며, 각각의 설명된 방법 양태를 수행하기 위한 장치 부분을 구비한다. 이들 방법 양태는 하드웨어 컴포넌트, 적절한 소프트웨어에 의해 프로그래밍된 컴퓨터에 의해, 두 개의 임의의 조합에 의해 또는 임의의 다른 방식으로 수행될 수 있다. 추가로, 본 개시내용에 따른 실시예는 또한 설명된 장치를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 이는 장치의 모든 기능을 수행하기 위한 방법 양태를 포함한다.
본 개시내용의 상기 특징이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명은 실시예를 참조하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면은 본 개시내용의 실시예에 관한 것이며 이하에서 설명된다.
도 1은 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트 제조 방법의 흐름도이다.
도 2a는 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트의 개략 단면도이다.
도 2b는 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트의 개략적인 3차원 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c 각각은 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트의 개략 측면도이다.
도 4a는 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트의 개략 평면도이다.
도 4b는 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 지지 구조물의 개략 측면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트의 개략적인 3차원 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 장치의 개략 측면도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 장치의 개략 측면도이다.
이제 본 개시내용의 다양한 실시예를 상세히 참조할 것이며, 그 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있다. 이하의 도면 설명에서, 동일한 참조 번호는 동일한 컴포넌트를 나타낸다. 전반적으로, 개별 실시예에 대한 차이점만 설명된다. 각각의 예는 본 개시내용의 설명으로서 제공되며, 본 개시내용을 제한하는 것을 의미하지 않는다. 또한, 하나의 실시예의 일부로서 도시되거나 설명된 특징은 다른 실시예에서 또는 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 만들어낼 수 있다. 설명은 이러한 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
이하의 도면 설명에서, 동일한 참조 번호는 동일한 컴포넌트를 지칭한다. 전반적으로, 개별 실시예에 대한 차이점만 설명된다. 하나의 도면에 여러 개의 동일한 항목이나 부분이 표시될 때는, 외형을 간략화하기 위해 이들 부분 전체에 참조 번호가 부여되지 않는다.
본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은 기재된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 오히려 시스템의 컴포넌트 및/또는 방법의 단계는 본 명세서에 기재된 다른 컴포넌트 및/또는 단계와 독립적으로 및 별개로 이용될 수 있다. 오히려, 예시적 실시예는 많은 다른 용도와 관련하여 실현되고 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예의 특정 특징부가 일부 도면에는 도시되고 다른 도면에는 도시되지 않을 수 있지만, 이는 편의를 위한 것일 뿐이다. 본 발명의 원리에 따르면, 도면의 임의의 특징부는 임의의 다른 도면의 임의의 특징부와 조합하여 참조 및/또는 청구될 수 있다.
<베인부착된 컴포넌트의 일반적인 아이디어 및 제조>
본 개시내용은 터보기계용 베인부착된 컴포넌트의 제조에 관한 것이다. 이러한 컴포넌트는 접근하기 어려운 복잡한 부분을 구비하는 구조물 또는 요소를 포함할 수 있으며 따라서 기존 방법으로는 제조하기 어렵다. 예를 들어, 컴포넌트의 주조, 몰딩, 밀링 등 및 후속 마무리 작업은 시간이 소요될 수 있으며 때때로 정확성 및 접근성과 관련하여 단점이 있을 수 있다. 따라서, 이러한 복잡한 터보기계 컴포넌트를 제조하기 위한 다른 기술이 요구된다.
특히, 터보기계 컴포넌트의 베인은 제조하기 어려운데 그 이유는 컴포넌트의 다른 요소에 비해 베인이 그 서로 간에 공동을 구비하여 이 베인을 접근하기 어려운 부분으로 만들 수 있기 때문이다. 따라서 컴포넌트의 정확하고 정밀한 형상을 제공하기 위해 적어도 베인부착된 터보기계 컴포넌트를 적층 가공(AM)에 의해 제조하는 것이 유익하다.
컴포넌트를 적층 가공할 때, 컴포넌트의 오버행(오버행 부분)은 소위 지지 구조물에 의해 지지될 필요가 있다. 지지 구조물은 오버행을 제 자리에 유지할 수 있으므로 중요하다. 적층 가공 공정 후에, 지지 구조물은 제거될 필요가 있다. 복잡한 형상의 경우에, 이것은 대개 도구를 사용하여 수동으로 이루어지며, 이는 높은 비용 및 낮은 반복성을 수반한다.
따라서, 지지 구조물의 제거를 개선하는 것이 유익하다. 이는 특히 터보기계의 베인부착된 컴포넌트와 관련이 있는데, 이들 컴포넌트는 제조하기 어렵거나 및/또는 도달하기 어려운 구조적 요소를 구비하고 이것이 다시 지지 구조물 및 그 제거와 관련하여 특정 문제를 초래하기 때문이다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법(190)이 제공된다. 이 방법은 베이스 부분을 제공하는 단계(도 1의 단계 191)를 포함한다. 베이스 부분은 베인부착된 컴포넌트의 일부일 수 있다. 베이스 부분의 상부에는, 베인부착된 컴포넌트의 추가 부분이 형성되거나 배치될 수 있다. 따라서, 베이스 부분은 적층 가공 공정의 출발점으로 기능할 수 있는 베인부착된 컴포넌트의 기초 부분으로 이해될 수 있다. 베이스 부분은 베인부착된 가스 유동 영역을 규정할 수 있다. 예를 들어, 베인부착된 가스 유동 영역은 터보차저의 작동 중에, 제조된 베인부착된 컴포넌트, 즉 최종 제조된 터보차저 컴포넌트에 공급되는 작동 가스 유동을 수용하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예에 따른 베이스 부분은 도 2a에 예시적으로 도시되어 있다. 베이스 부분(115)은 빌드 플레이트(110) 상에 제공될 수 있으며 베인부착된 컴포넌트의 제조 이후 그로부터 제거될 수 있다. 베이스 부분(115)은 빌드 플레이트(110) 상의 베이스 지지 구조물(123) 상에 제공될 수 있다. 베이스 지지 구조물(123)은 적층 가공에 의해 제조될 수 있다. 베이스 지지 구조물은 막대(bar)형 또는 격자(grid)형 구조물을 구비할 수 있다. 따라서, 베인부착된 컴포넌트의 제조 이후 베인부착된 컴포넌트는 빌드 플레이트로부터 쉽게 제거될 수 있다.
베이스 부분(115)은 위에서 기술되고 도 2a에 도시된 적층 가공에 의해 제조될 수 있다. 대체 실시예에서, 베이스 부분(115)은 사전-가공될 수 있다. 본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 베이스 부분(115)은 몰딩, 밀링 등을 포함하는 임의의 공지된 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 베이스 부분(115)은 사전-가공된 베이스 링, 예를 들어 선삭에 의해 가공된 링일 수 있다.
실시예에 따르면, 베이스 부분(115)은 링 구조일 수 있다. 그러나, 베이스 부분(115)은 직사각형, 평행사변형, 타원형 등과 같은 다른 형상을 가질 수도 있음이 이해되어야 한다. 또한, 베이스 부분은 한 번에 여러 개의 형상을 가질 수도 있는 바, 즉 베이스 부분은 기본 구조로서 링 또는 원을 구비할 수 있고 추가 노치, 돌출부 등을 구비할 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 상기 방법은 베이스 부분의 상부에 복수의 베인(150) 및 복수의 지지 구조물을 적층 가공하는 단계(도 1의 단계 192)를 추가로 포함한다. 복수의 베인은 제조될 컴포넌트에 따라 다양한 개수의 베인을 구비할 수 있다. 예를 들어, 노즐 링을 제조할 때는, 복수의 베인이 베이스 부분의 상부에 적층 가공될 수 있다. 실시예에서, 베인의 개수는 5개 이상, 바람직하게는 10개 이상, 보다 바람직하게는 15개 이상일 수 있다. 한편, 베인의 개수는 100개 이하, 바람직하게는 60개 이하, 보다 바람직하게는 30개 이하일 수 있다. 베인 사이에는, 복수의 유체 채널이 제공될 수 있다. 특히, 각각의 베인 사이에는, 최종 베인부착된 컴포넌트에 하나의 유체 채널이 제공될 수 있다. "최종 베인부착된 컴포넌트" 또는 "제조된 베인부착된 컴포넌트"는 지지 구조물이 제거된 후의 베인부착된 컴포넌트 및/또는 터보차저에서 사용할 준비가 된 베인부착된 컴포넌트로 이해될 수 있다. 유체 채널은 제조된 베인부착된 컴포넌트 내의 작동 가스 유동을 수용할 수 있다. 즉, 제조된 베인부착된 컴포넌트가 터보차저 및/또는 터보차저 컴포넌트에서 그 의도된 용도를 수행할 때 작동 가스 유동은 복수의 유체 채널을 통해서 흐를 수 있다. 복수의 지지 구조물은 복수의 유체 채널 내에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 복수의 지지 구조물은 복수의 유체 채널 또는 하나의 유체 채널을 횡단할 수 있다. 지지 구조물은 유체 채널을 상부 부분에서 베이스 부분으로 또는 그 반대로 횡단할 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 복수의 지지 구조물은 제1 지지 구조물(124) 및 제2 지지 구조물(122)을 구비할 수 있다. 복수의 지지 구조물은 다양한 개수의 제1 및/또는 제2 지지 구조물을 구비할 수 있다. 각각의 베인(150) 사이에는, 다양한 제1 지지 구조물(124)이 예를 들어 적층 가공에 의해 제공될 수 있다. 제1 지지 구조물(124)은 베인부착된 컴포넌트의 베이스 부분과 상부 부분(140) 사이에 제공될 수 있는 바, 즉 제1 지지 구조물(124)은 상부 부분(140)과 베이스 부분(115) 사이에 개재될 수 있다. 여기에서, 도 4a에서는, 베인(150) 사이에 단일의 제1 지지 구조물(124)이 도시되어 있지만, 보다 일반적으로는 지지 구조물(들)의 세트(여기에서 세트는 하나 이상의 지지 구조물일 수 있음)가 여기에 제공될 수 있다. 제1 지지 구조물(124)은 복수의 유체 채널 내에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 구조물은 복수의 유체 채널 또는 하나의 유체 채널을 횡단할 수 있다. 제1 지지 구조물은 유체 채널을 상부 부분에서 베이스 부분으로 또는 그 반대로 횡단할 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때, "지지 구조물" 또는 "지지체(들)"라는 용어는 컴포넌트의 오버행 영역을 안정화하기 위한 (적층) 가공된 컴포넌트의 섹션을 의미하는 것으로 의도된다. 지지 구조물은 컴포넌트와 함께 연속 층으로 제조된다. "오버행"은 통상적으로 아래쪽을 가리키는 법선 벡터를 갖는 (생산 중인) 컴포넌트의 표면을 설명하기 위해 사용되는 반면에, 표면의 평면과 빌드 플레이트(지표면에 평행) 사이의 각도는 통상적으로 약 45도보다 작다. 단수형의 "지지 구조물" 또는 "지지체"는 통상적으로 생산되는 컴포넌트의 특정 면 또는 부분을 지지하는 하나의 연속적이거나 일관된 영역을 의미하도록 의도된 반면에, 복수형의 "지지 구조물"은 통상적으로 컴포넌트를 생산하는 동안 사용되는 복수의 이러한 대개 공간적으로 분리된 영역을 의미한다. 지지체는 컴포넌트의 이미 생산된 부분(들) 또는 부품을 공정 중에 발생하는 내부 응력에 의해 초래되는 왜곡에 대해 보강한다. 지지체는 통상적으로 구축 과정 후에 거의 항상 제거된다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 상기 방법은 복수의 지지 구조물 및 베인의 상부에 복수의 지지 구조물에 의해 지지되는 상부 부분을 적층 가공하여, 베인이 베이스 부분과 상부 부분 사이에 개재되게 하는 단계(도 1의 단계 192)를 추가로 포함한다. 유리하게, 상기 지지 구조물은 상부 부분을 지지할 수 있다. 예를 들어, 상부 부분은 오버행, 예를 들어 지지 구조물에 의해 지지되는 돌출부를 구비할 수 있다. 따라서, 상부 부분의 제조, 특히 컴포넌트의 상부 부분의 적층 가공이 용이해질 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 상기 방법은 빌드 플레이트(110)의 상부에 제2 지지 구조물(122)을 적층 가공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제2 지지 구조물(122)은 빌드 플레이트(110)와 상부 부분(140) 사이에 제공될 수 있는 바, 즉 제2 지지 구조물(122)은 상부 부분(140)과 빌드 플레이트(110) 사이에 개재될 수 있다. 다시 말해서, 제1 지지 구조물(124)은 상부 부분을 베이스 부분에 대해 지지할 수 있다. 제2 지지 구조물은 상부 부분(140)을 빌드 플레이트(110)에 대해 지지할 수 있다. 도 2a의 베인부착된 컴포넌트(100)의 단면도에 예시적으로 도시되어 있듯이, 제1 지지 구조물(124) 및 제2 지지 구조물(122)은 베인(150)의 반경방향 측부에 제공될 수 있다. 반경방향 측부는 반경방향 내측(130)을 향하는 측부 및 반경방향 외측(120)을 향하는 측부를 구비할 수 있다. 제1 지지 구조물(124) 및/또는 제2 지지 구조물(122)은 반경방향 내측(130)을 향하는 측부 및/또는 반경방향 외측(120)을 향하는 측부에 제공될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 반경방향 내측(130)을 향하는 측부에는, 연속 지지 구조물이 제공될 수 있다.
유리하게, 지지 구조물은 제조 중에 컴포넌트의 오버행 또는 부분 사이를 유지할 수 있다. 지지 구조물은 컴포넌트의 상이한 부분 사이에, 특히 순차적으로 형성된 섹션 사이에, 즉 서로 이어서 및/또는 서로의 위에 제조되는 섹션 사이에 제공될 수 있다. 일 예로서, 빌드 플레이트(110) 상에 베이스 부분(115)을 형성한 후, 베인(150)은 적층 가공에 의해 형성될 수 있다. 베인의 상부에는, 상부 부분(140)이 적층 가공에 의해 형성될 수 있다. 이들 두 부분 사이에, 즉 베인과 상부 부분 사이에, 복수의 지지 구조물이 적층 가공에 의해 형성될 수 있다. 베인 및 복수의 지지 구조물은 동시에 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 제2 지지 구조물(122)은 베인 및 제1 지지 구조물(124)과 동시에 형성될 수 있음이 이해되어야 한다. 상부 부분은 마지막에 형성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 복수의 지지 구조물은 미리 결정된 파단 지점을 갖는다. 각각의 지지 구조물은 하나 이상의 미리 결정된 파단 지점을 가질 수 있으며, 특히 각각의 지지 구조물은 두 개의 미리 결정된 파단 지점을 가질 수 있다. 복수의 지지 구조물의 각각의 지지 구조물은 지지 구조물의 수직 대향 측부에 두 개 이상의 미리 결정된 파단 지점을 구비할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물은 도 4b에 예시적으로 도시되어 있듯이 그리고 이하에서 추가로 설명되듯이 상부에 미리 결정된 파단 지점(125)을 가질 수 있고 하부에 하나의 미리 결정된 파단 지점(125)을 가질 수 있다.
본 명세서의 전반에 걸쳐서 사용되는 "미리 결정된 파단 지점"이라는 용어는 지지 구조물의 융합된 재료가 상당히 생성될, 일반적으로 말해서 지지 구조물의 컴포넌트 자체 또는 다른 섹션의 재료보다 약한, 지지 구조물의 정해진 섹션 또는 기하학적 영역으로 이해될 수 있다. 다시 말해서, 미리 결정된 파단 지점은 지지 구조물의 컴포넌트 및/또는 다른 부분으로부터 분리되도록 설계된 지지 구조물의 정해진 섹션으로 이해될 수 있으며, 즉 상기 섹션은 지지 구조물에 압력이 가해질 때 파괴되기 쉽다. 이는 예를 들어, 지지 구조물의 재료가 지지 구조물 자체의 컴포넌트 또는 다른 섹션의 재료보다 더 낮은 밀도, 더 낮은 인성, 더 높은 다공성 등으로 융합될 수 있도록 레이저 파라미터에 영향을 미침으로써 달성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이는 지지 구조물의 테이퍼형(예를 들어, 원추형) 부분을 형성함으로써 달성될 수도 있으며, 따라서 테이퍼형 부분의 팁 부분이 미리 결정된 파단 지점을 형성한다. 미리 결정된 파단 지점은 지지 구조물의 주요 부분과 상부 부분(오버행) 사이에 및/또는 지지 구조물이 상부 부분과 만나는 부분에 형성될 수 있다.
지지 구조물을 제거하기 위해 압력을 가할 수 있다. 유리하게, 미리 결정된 파단 지점을 구비하는 지지 구조물은, 지지 구조물을 제거하기 위한 힘이 지지 구조물의 전체 영역에 걸쳐 가해질 수 있도록 제공될 수 있다. 다시 말해서, 예를 들어 지지 구조물의 제거를 위한 가압 제트 형태의 압력과 같은 힘은 미리 결정된 파단 지점에 직접 가해질 필요가 없다. 따라서, 실시예에 따른 지지 구조물은 생산된 컴포넌트로부터 일체로 제거될 수 있다. 이는 지지 구조물이, 컴포넌트에 인접하는 미리 결정된 파단 지점만 파단되거나 부분적으로 파괴되면서 구부러질 수 있다는 것을 제외하고, 그 외형을 실질적으로 또는 완전히 무손상 상태로 유지하면서 전체로서 또는 예정된 서브-섹션의 세트로서 제거됨을 의미한다. 따라서, 통상의 기술자는 미리 결정된 파단 지점을 갖는 지지 구조물을 사용함으로써 지지 구조물이 전체로서 제거될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 지지 구조물의 제거는 재료의 제트 절단에 의존하지 않을 수 있지만, 지지 구조물에 가해지는 힘에 의해 베인부착된 컴포넌트로부터 밀려날 수 있다. 일반적인 바람직한 양태로서, 지지 구조물의 제거는 변형 유래 파단에 의해 달성될 수 있다(제트 절단에 의한 재료 제거와 대조적으로, 따라서 일 양태에 따르면, 지지 구조물의 제거는 제트 절단에 의해 달성되지 않는다). 지지 구조물에 압력을 가할 때, 미리 결정된 파단 지점에서의 재료는 지지 구조물이 제거될 수 있도록 항복 및 파단될 수 있다.
상기 방법은 빌드 플레이트(110)로부터 베인부착된 컴포넌트를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 도 2b는 컴포넌트의 부품의 (적층) 가공이 완료될 때 및 베인부착된 컴포넌트가 빌드 플레이트로부터 제거되기 전의 베인부착된 컴포넌트(100)의 예시적인 도면이다. 빌드 플레이트로부터 베인부착된 컴포넌트를 제거하는 것은 가압 제트에 의한 제거, 수공구를 사용한 수동 제거 및/또는 기계가공에 의한 제거를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 제2 지지 구조물(122)은 베인부착된 컴포넌트를 둘러쌀 수도 있고 먼저 제거될 수도 있다. 제2 지지 구조물은 반경방향 내측(130)을 향하는 측부 및/또는 반경방향 외측(120)을 향하는 측부에 배치될 수 있다. 제2 지지 구조물은 예를 들어 나사 드라이버, 집게, 해머, 핸드 밀링 커터, 핸드 그라인더 등과 같은 수공구에 의해 베인부착된 컴포넌트로부터 수동으로 제거될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 지지 구조물은 기계가공에 의해 또는 이하에서 추가로 설명되는 가압 제트를 적용함으로써 제거될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 제2 지지 구조물(122)은 세그먼트화된, 각진 횡방향 지지 바일 수 있다. 이들 지지 바는 베인부착된 컴포넌트의 주위에 원주 방향으로 상호 이웃하여 배치될 수 있다. 각각의 제2 지지 구조물은 하부에 반경방향 돌출 세그먼트를, 즉 베인부착된 컴포넌트로부터 멀리 반경방향으로 연장되는 세그먼트를 구비할 수 있다. 반경방향 돌출 세그먼트는 반경방향 내측으로 돌출하는 세그먼트 또는 반경방향 외측으로 돌출하는 세그먼트일 수 있다. 또한, 반경방향 내측으로 돌출하는 세그먼트를 갖는 제2 지지 구조물 및 반경방향 외측으로 돌출하는 세그먼트를 갖는 제2 지지 구조물이 제공될 수 있다. 따라서, 제2 지지 구조물은 베인부착된 컴포넌트로부터 쉽게 접근 및 제거될 수 있다. 제2 지지 구조물은 반경방향 돌출 세그먼트에 견인력 및/또는 굽힘 모멘트를 작용시킴으로써 베인부착된 컴포넌트로부터 견인될 수 있으며 따라서 상부 부분(140) 및 베인부착된 컴포넌트(100)로부터 제거될 수 있다. 따라서, 제2 지지 구조물은 수공구에 의해, 이하에서 추가로 설명하는 가압 제트에 의해 및/또는 기계가공에 의해 수동으로 제거될 수 있다.
도 3a는 몇 개의 제2 지지 구조물(122)이 제거된 베인부착된 컴포넌트를 예시적으로 도시한다. 도 3a에서 볼 수 있듯이, 제2 지지 구조물이 제거되면, 베이스 부분(115), 베인(150) 및 제1 지지 구조물(124)이 아래로부터 드러날 수 있다. 제2 지지 구조물 대신에, 반경방향 내측을 향하는 측부에, 연속 지지 구조물(133)이 제공될 수 있으며 이는 제2 지지 구조물(124)과 같은 방식으로, 예를 들어 수공구에 의해 수동으로 제거될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 제1 지지 구조물(124)은 베인(150) 사이에 격자형으로 또는 막대형으로 배치될 수 있다. 제1 지지 구조물(124)은 베인부착된 컴포넌트의 둘레에 대해 베인(150)의 각도에 대응하는 각도로 배치될 수 있다.
도 3b는 빌드 플레이트로부터 제거된 베인부착된 컴포넌트를 도시한다. 예를 들어, 베인부착된 컴포넌트는 예를 들어 베인부착된 컴포넌트의 베이스 부분(115) 아래의 베이스 지지 구조물을 파괴함으로써 빌드 플레이트로부터 수동으로 제거될 수 있다. 복수의 지지 구조물, 즉 제1 지지 구조물 및 제2 지지 구조물은 베인부착된 컴포넌트가 빌드 플레이트로부터 제거되기 전에 또는 후에 베인부착된 컴포넌트로부터 제거될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 복수의 지지 구조물을 제거하기 위한 장치를 사용할 때는, 제거 공정을 위해 베인부착된 컴포넌트를 빌드 플레이트에 부착된 상태로 두는 것이 유익할 수 있는데, 이는 플레이트가 지지체를 인출하기 위해 사용되는 장치의 베이스에 편리하게 체결될 수 있기 때문이다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 상기 방법은 복수의 지지 구조물에 가압 제트를 적용하여 복수의 지지 구조물의 미리 결정된 파단 지점을 파괴하고 복수의 지지 구조물을 제거하는 단계(도 1의 단계 194)를 추가로 포함한다. 도 3b에서, 가압 제트는 화살표 360으로 표시된다. 다시 말해서, 베인부착된 컴포넌트로부터 복수의 지지 구조물을 제거하기 위해 가압 제트가 적용될 수 있다.
유리하게, 복수의 지지 구조물에 가압 제트를 적용하는 것은 제조되는 특정한 베인부착된 컴포넌트에 적응될 수 있는 바, 즉 베인부착된 컴포넌트의 적절한 제조에 필요한 접근하기 어려운 지지 구조물은 종래의 방법에 비해 저렴한 비용으로 단시간에 효율적으로 제거될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 제2 지지 구조물(122) 및/또는 제1 지지 구조물에 적용될 수 있다. 본 명세서에서의 가압 제트 적용에 관한 일체의 설명은 달리 명시되지 않는 한 제2 지지 구조물 및 제1 지지 구조물에 적용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 펄스형 가압 제트를 생성하기 위해 가압 제트의 압력을 주기적으로 변경함으로써 적용될 수 있다. 유리하게, 복수의 지지 구조물은 미리 결정된 파단 지점, 즉 미리 결정된 파단 지점에서의 재료가 가압 제트가 지지 구조물에 적용되는 시간의 경과에 따라 항복할 수 있도록 반복적으로 표적화될 수 있다. 이는 또한 지지 구조물과 베인부착된 컴포넌트 사이의 연결을 마멸시킴으로써 전체 적용 시간을 유익하게 단축할 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 가압 유체 제트일 수 있다. 예를 들어, 가압 액체 제트, 특히 가압 워터 제트일 수 있다. 압축될 수 있는 임의의 다른 유체가 사용될 수도 있음이 이해되어야 한다. 실시예에 따르면, 가압 제트는 연마 입자 및/또는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 첨가제는 점성에 영향을 주는 첨가제, 유체 제트의 내구성에 영향을 주는 첨가제 및 부식방지제 및/또는 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된다. 유리하게, 제트는 지지 구조물의 재료에 따라 적응될 수 있고 특히 강화될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트, 특히 가압 유체 제트는 1 l/min 내지 50 l/min의 체적 유량으로, 특히 15 l/min 내지 35 l/min의 체적 유량으로, 보다 구체적으로 25 l/min의 체적 유량으로 적용될 수 있다. 체적 유량은 제거될 재료에 따라 선택될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 ＞150 m/s 내지 ＜1000 m/s의 제트 속도로, 특히 ＞200 m/s 내지 ＜950 m/s의 제트 속도로 적용될 수 있다. 제트 속도는 복수의 지지 구조물의 재료에 따라 선택될 수 있다.
이하의 표는 복수의 지지 구조물의 재료에 따른 특정 제트 속도의 예를 제시한다.
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상기 표에서, 재료는 각각의 DIN/ISO/ASTM 표준에 따른 공지된 재료 넘버링 체계에 의해 정의되며, 압력 차이는 노즐내 유체의 과압(노즐을 통해서 빠져나오기 전의 유체 압력과 대기압 사이의 차이)이다. 따라서, 제트의 바람직한 압력 차이는 150 bar 이상, 바람직하게 200 bar 이상이고 5000 bar 이하, 바람직하게 4500 bar 이하인 것을 표로부터 알 수 있다. 또한, 바람직한 제트 속도는 100 m/s 이상, 바람직하게 200 m/s 이상, 약 1000 m/s 이하이다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 수동으로, 자동으로 및/또는 로봇에 의해 적응적으로 제어되는 식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 가압 제트는 손잡이식 노즐에 의해 적용될 수 있다. 또한, 가압 제트는 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 장치에 의해 적용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 제조된 베인부착된 컴포넌트는 원형 형상을 가질 수 있다. 도 3c는 베인부착된 컴포넌트의 부품, 즉 베이스 부분, 베인, 복수의 지지 구조물 및 상부 부분을 (적층) 가공한 후 모든 지지 구조물, 즉 제1 및 제2 지지 구조물이 제거된 상태의 베인부착된 컴포넌트를 예시적으로 도시하고 있다. 따라서, 도 3a 내지 도 3c는 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 제조 방법 도중의, 특히 지지 구조물 제거 공정 단계 도중의 베인부착된 컴포넌트의 전개를 도시한다.
베인부착된 컴포넌트는 본질적으로 수직하게 연장될 수 있는 축을 형성할 수 있다. 이 축은 원형 축일 수 있는 바, 즉 축은 베인부착된 컴포넌트의 원 중심을 통해서 본질적으로 수직 방향으로 연장될 수 있다. 베인부착된 컴포넌트는 원형 형상의 원형 축 주위에서 본질적으로 수직 방향으로 연장될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "본질적으로 수직한"이라는 용어는 수평 방향에 수직한 방향, 즉 수평 방향으로부터 90°각도로 연장되는 방향으로 이해될 수 있다. 그러나, "본질적으로 수직"하다는 것은 수직 방향으로부터 ±30°의 방향, 즉 수평 방향에 대해 60° 내지 120°의 각도를 포함할 수도 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 베인부착된 컴포넌트는 터빈 휠, 노즐 링, 압축기 휠 및 압축기 디퓨저일 수 있다.
실시예에 따르면, 베인부착된 컴포넌트는 베이스 부분(115) 및 상부 부분(140)을 구비할 수 있다. 베이스 부분(115) 및 상부 부분(140)은 링형 기하구조를 가질 수 있다. 링형 기하구조는 본질적으로 수직한 축 주위에 배치될 수 있다. 베인부착된 컴포넌트는 직경 및 반경을 구비할 수 있으며, 반경은 본질적으로 수직한 축으로부터 각각의 수평 방향으로 일정하다. 다시 말해서, 베이스 부분(115) 및 상부 부분(140)은 환형일 수 있고 축 주위에 동심적일 수 있으며 축방향으로 상호 이격될 수 있다. 예로서, 베이스 부분 및 상부 부분은 노즐 링의 하부 경계 및 상부 경계일 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 베이스 부분(115) 및/또는 상부 부분(140)은 노치 및/또는 돌출부를 구비할 수 있다. 돌출부는 베이스 부분 및/또는 상부 부분으로부터 반경방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 노치 및/또는 돌출부는 내측으로, 즉 본질적으로 수직한 축을 향해서 연장될 수 있거나 및/또는 노치 및/또는 돌출부는 외측으로, 즉 본질적으로 수직한 축으로부터 멀리 연장될 수 있다. 상부 부분은 베이스 부분에 비해 외측으로 및/또는 내측으로 더 멀리 연장될 수 있으며 그 반대도 가능하다. 따라서, 오버행이 형성될 수 있다. 돌출부는 베인부착된 컴포넌트의 오버행으로 간주될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 베인부착된 컴포넌트는 하나 이상의 베인(150)을 구비할 수 있다. 베인은 베인부착된 컴포넌트의 베이스 부분과 상부 부분 사이에 배치될 수 있는 바, 즉 베인은 베인부착된 컴포넌트의 베이스 부분(115)과 상부 부분(140) 사이에 개재될 수 있다. 베인(150)은 도 3c 및 도 4a에 예시적으로 도시되어 있듯이 베인부착된 컴포넌트의 원주 방향으로 경사질 수 있다. 다시 말해서, 베인은 원주 방향으로 배치될 수 있고 저부에서 상부 부분까지 연장될 수 있다. 베인(150)은 액체 유동이 적용될 수 있는 구조물일 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 베인부착된 컴포넌트 또는 베인부착된 컴포넌트의 부분은 스틸 분말, 티타늄 분말, 티타늄 합금 분말, 니켈-기반 합금 분말(예를 들면 Inconel®), 알루미늄 분말, 알루미늄 합금 분말 및 그 조합을 포함하는 목록 중 어느 하나로 적층 가공될 수 있다. 특히, 베인, 지지 구조물 및 상부 부분은 적층 가공될 수 있다.
복수의 지지 구조물의 제거로 돌아가서, 본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있고 도 4a의 개략 평면도에 예시적으로 도시되어 있는 실시예에 따르면, 베인(150) 및 제1 지지 구조물(124)의 각 세트는 화살표 4로 표시된 원주 방향을 따라서 교호적으로 제공될 수 있다. 따라서, 제1 지지 구조물(들)의 각 세트에 이웃하여 베인이 원주 방향으로 교호하는 순서로 제공될 수 있고 그 반대도 가능하다. 다시 말해서, 제1 지지 구조물(들)의 각 세트는 두 개의 베인 사이에 원주 방향으로 개재된다. 따라서, 특히 접근하기 어려운 베인 사이 공간에서의 오버행 상부 부분의 효과적인 지지가 보장될 수 있다. 도 4a에서, 제1 지지 구조물은 베인과 중첩되는 반경으로 제공되고 베인 사이에 원주 방향으로 제공된다. 다른 실시예에서는, 도 4a에 도시된 것과 달리, 제1 지지 구조물(의 일부)이 베인으로부터 반경방향으로(반경방향 내측으로 및/또는 외측으로) 변위되어 제공될 수 있다. 따라서, 상부 부분의 지지가 강화될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 제트가 복수의 지지 구조물에 적용될 수 있다. 제트는 가압될 수 있다. 제트는 입자 및/또는 액체의 제트, 예를 들어 워터 제트일 수 있다. 제트는 본질적으로 수평하게(주 수평 성분 및 무시할 수 있는 수직 성분을 갖고) 적용되는 것이 바람직하다.
제트는 반경방향(내측 및/또는 외측)으로 또는 반경방향에 대해 (제로가 아닌) 각도로 적용될 수 있다. 적용 각도는 제거될 각각의 지지 구조물에 따라 달라질 수 있다. 일 예로서 또한 도 4a에서 화살표 6으로 도시되어 있듯이, 적용 각도는 지지 구조물의 주 표면(예를 들면, 주요 부분의 수평 단면의 신장 방향)에 대해 본질적으로 (최대 30° 또는 심지어 최대 15°의 공차까지) 직교할 수 있다. 베인(150)의 배치에 따라서, 가압 제트의 적용 각도는 본질적으로 베인에 또는 베인 사이 갭의 주 배향에 평행하게 조절될 수 있으며, 따라서 제트의 적어도 일부는 베인에 의해 최소한으로 방해받는 갭을 횡단할 수 있고 지지 구조물을 갭으로부터 밀어낼 수 있다.
실시예에서, 가압 유체 제트는 반경방향에 대해 일정 각도로, 즉 원주 방향 성분을 갖고, 바람직하게는 제트의 방향이 베인에 의해 규정되는 유동 스트림 방향에 대응하도록 각도/원주 방향 성분을 갖고 제1 지지 구조물에 적용될 수 있다. 유동 스트림 방향은 제트가 적용되는 베인의 단부에서의 베인 각도에 의해 규정될 수 있다. 따라서, 원주 방향 성분은 화살표 6으로 표시된 원주 방향에 대해 동일한 사분면에 있을 수 있으며, 바람직하게는 30°의 공차까지 평행할 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 복수의 지지 구조물에서의 상이한 표적 지점에 충격을 주기 위해 제트의 방향을 복수의 지지 구조물과 주기적으로 재정렬함으로써 복수의 지지 구조물에 적용될 수 있다. 따라서, 가압 제트가 하나의 지지 구조물을 타격할 수 있는 위치는 각각의 지지 구조물이 보다 효율적으로 제거될 수 있도록 변경될 수 있다.
도 4b에 예시적으로 도시되어 있듯이, 지지 구조물은 미리 결정된 파단 지점(125)을 구비한다. 복수의 지지 구조물의 각각의 지지 구조물은 지지 구조물의 수직 대향 측부에 적어도 두 개의 미리 결정된 파단 지점을 구비할 수 있다. 복수의 지지 구조물은 각각 상부 부분, 하부 부분 및 주요 부분(126)을 가질 수 있다. 상부 부분은 베인부착된 컴포넌트의 상부 부분(140)에 인접하여 제공되거나 형성될 수 있는 반면에, 하부 부분은 베인부착된 컴포넌트의 베이스 부분(115)에 인접하여 제공되거나 형성될 수 있다. 주요 부분은 상부 부분과 하부 부분 사이에 수직 순서로 제공될 수 있다. 주요 부분은 미리 결정된 파단 지점 사이에 배치될 수 있다. 미리 결정된 파단 지점은 주요 부분의 파괴로서 제공될 수도 있음이 이해되어야 한다. 다시 말해서, 지지 구조물의 주요 부분은 예를 들어 지지 구조물의 주요 부분에 분산되는 다양한 미리 결정된 파단 지점을 구비할 수 있다.
베인부착된 컴포넌트는 (본질적으로 수직한) 축을 형성할 수 있다. 주요 부분은 수평 단면을 갖는 막대형 또는 격자형일 수 있으며, 수평 단면은 신장형이고 신장 축은 제트가 적용되는 방향에 본질적으로 수직하다. 다시 말해서, 신장형 단면은 주 평면/면에 대해 본질적으로 수직할 수 있는 반경방향 성분을 갖는 방향으로부터 제트를 수용하기 위해 (수직하고, 축에 평행한) 주 평면 및/또는 한 쌍의 내향 및 외향 면을 형성할 수 있다. 다시 말해서, 지지 구조물의 주요 부분은 배향될 수 있으며, 제트가 적용되는 방향에 본질적으로 수직인 방향으로 연장되고 가압 제트에 의해 표적화되는 평면을 규정할 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 반경방향 성분을 구비하여, 바람직하게는 반경방향 내측으로 향하는 것과 반경방향 외측으로 향하는 것 사이에서 주기적으로 교호하는 반경방향 성분을 구비하여 적용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는 지지 구조물의 주요 부분(126)에 충격을 가하기 위해 지지 구조물에 적용될 수 있으며, 주요 부분에 대한 충격은 지지 구조물의 주요 부분과 상부 부분 및/또는 하부 부분 사이에 배치되는 미리 결정된 파단 지점(125)의 파단을 초래한다. 따라서, 지지 구조물은 가압 제트에 의해 밀려날 수 있고 베인부착된 컴포넌트로부터 효율적으로 제거될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 지지 구조물은 외측 및 내측을 구비할 수 있다. 지지 구조물의 외측은 가압 제트와 마주하는 측인 것으로, 즉 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 외측을 향하는 측부 또는 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 내측을 향하는 측부와 정렬되는 지지 구조물의 측인 것으로 이해될 수 있다. 지지 구조물의 내측은 베인부착된 컴포넌트의 베인과 마주하는 지지 구조물의 측인 것으로 이해될 수 있다. 지지 구조물로서, 특히 제1 지지 구조물(124)은 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 외측을 향하는 측부에 그리고 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 내측을 향하는 측부에 배치될 수 있으며, 지지 구조물의 내측은 두 개의 대향 측부로부터 베인과 마주할 수 있다. 복수의 지지 구조물의 배치, 즉 제1 지지 구조물(526, 536) 및 제2 지지 구조물(528, 538)의 배치는 도 5a 및 도 5b에 추가로 도시되어 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 가압 제트는, 이 가압 제트를 복수의 지지 구조물의 외측 및 내측에 교호적으로 적용하여 복수의 지지 구조물을 그 외측 및 그 내측에서 교호적으로 표적화함으로써 복수의 지지 구조물에 적용될 수 있다. 유리하게, 지지 구조물을 다른 측에서 표적화함으로써, 미리 결정된 파단 지점의 파단 및 미리 결정된 파단 지점의 재료의 항복이 더 강화될 수 있다. 따라서, 전체 적용 시간이 단축될 수 있고 지지 구조물의 제거가 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 예시적으로 도시되어 있듯이, 본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 복수의 지지 구조물은 다양한 형상을 포함할 수 있다. 도 5a에서 예시적으로 볼 수 있듯이, 제1 지지 구조물(526)은 트리형 구조를 가질 수 있는 바, 즉 제1 지지 구조물의 주요 부분은 비교적 좁을 수 있으며 지지 구조물의 상부 부분에서 확대될 수 있다. 상부 부분은 분기형 구조를 가질 수 있으며, 각각의 분기부는 미리 결정된 파단 지점을 갖는다. 가압 제트는 주요 부분의 좁은 부분 및/또는 분기된 부분에 적용될 수 있다. 실시예에 따르면, 제2 지지 구조물(528) 또한 전술한 좁은 구조 및 분기형 구조를 가질 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 복수의 지지 구조물은 지지 각도를 구비할 수 있다. 예를 들어, 복수의 지지 구조물은 빌드 플레이트에 의해 규정되는 법선 방향(빌드 플레이트에 직교)에 대해 특정 각도로 베인부착된 컴포넌트에 형성될 수 있으며, 따라서 지지 구조물의 접근성이 보다 용이하게 제공될 수 있다. 지지 각도는 10° 내지 45°, 보다 구체적으로 20° 내지 35°의 범위에 있을 수 있다.
유리하게, 분기형 구조는 지지 구조물의 제거를 훨씬 더 용이하게 할 수 있는데, 그 이유는 미리 결정된 파단 지점이 더 넓은 영역에 걸쳐 분포될 수 있고 보다 적은 재료가 더 쉽게 항복 및 파괴될 수 있기 때문이다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 또한 도 6a 및 도 6b를 예시적으로 참조하면, 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 제조하기 위한 장치(600)가 제공된다. 이 장치(600)는 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 적층 가공하기 위한 적층 가공 장치(670)를 구비하는 제1 챔버(672)를 포함한다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 적층 가공 장치(670)는 예를 들어 3D 프린터와 같은, 분말 베드 용융 공정을 수행하도록 구성된 장치일 수 있다. 적층 가공 장치는, 다양한 파라미터가 제조될 컴포넌트에 따라 설정될 수 있도록 컨트롤러(672)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 다양한 컴포넌트에 대한 상이한 3차원 기하구조가, 컨트롤러(674)에 연결된 컴퓨터 시스템에 입력될 수 있다. 컨트롤러는 설계 계획에 따라, 즉 제조될 컴포넌트에 따라 제조 조건을 조정 및 변경할 수 있다. 또한, 융합될 단일 층의 층 두께, 레이저 파라미터, 온도 등과 같은 여러가지 파라미터는 소망 컴포넌트를 얻기 위해 제어될 수 있다. 실시예에 따르면, 컨트롤러(674)는 본 명세서에 기재된 임의의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 바, 즉 컨트롤러는 본 명세서에 기재된 임의의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위해 명령을 내리도록 구성될 수 있다.
블랭크가 제1 챔버(672)에 삽입될 수 있고 적층 가공 기술에 의해 추가 처리될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 베인부착된 컴포넌트의 추가 부품을 베인, 지지 구조물과 같은 베인부착된 컴포넌트의 베이스 부분 및/또는 상부 부분 상에 적층 가공하기 위해 베이스 부분이 제1 챔버에 삽입될 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시예에 따르면, 제1 챔버(672)는 제1 챔버에서 (추가) 처리될 베인부착된 컴포넌트에 대한 지지를 제공하기 위해 빌드 플레이트를 구비할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예에 따르면, 베인부착된 컴포넌트(100)는 제1 챔버로부터 제2 챔버(680)로 이송될 수 있다. 제2 챔버는 베인부착된 컴포넌트(100)로부터 복수의 지지 구조물을 제거하도록 구성될 수 있다. 베인부착된 컴포넌트는 제1 챔버에서 적층 가공 중에 사용되는 빌드 플레이트와 함께 또는 빌드 플레이트 없이 제2 챔버로 이송될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 그리고 도 6b에 예시적으로 도시되어 있듯이, 상기 장치는 복수의 지지 구조물을 제거하기 위해 가압 제트를 제공하는 적어도 하나의 가압 제트 장치(682)를 구비하는 제2 챔버(680)를 포함한다. 제2 챔버(680)는 가압 제트를 발생시키기 위한 고압 펌프(681)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 고압 펌프는 가압 액체 제트를 생성하기 위한 액체 고압 펌프일 수 있다.
실시예에 따르면, 고압 펌프는 고압 라인(683)에 의해 가압 제트 장치(682)에 연결되어 가압 제트 장치에 유체 또는 액체 제트를 제공할 수 있다. 가압 제트 장치는 지지 구조물을 제거하기 위해 제트를 생성된 베인부착된 컴포넌트를 향해서, 즉 복수의 지지 구조물을 향해서 적용하기 위한 하나 이상의 노즐을 구비할 수 있다. 제2 챔버는 복수의 지지 구조물의 제거 중에 베인부착된 컴포넌트(100)를 지지하기 위한 테이블(685)을 추가로 구비할 수 있다. 테이블(685)은, 가압 제트 장치를 이동시킴으로써 및/또는 테이블을 회전시킴으로써 가압 제트의 상이한 적용 각도가 베인부착된 컴포넌트를 향해서, 즉 복수의 지지 구조물을 향해서 제공될 수 있도록 회전 가능할 수 있다(도 6b에서 화살표로 표시됨).
본 명세서에 기재된 실시예에 따르면, 제2 챔버는 제거된 지지 구조물(재료) 및/또는 가압 제트의 유체/액체를 수집하기 위한 수집 용기(684)를 추가로 구비할 수 있다. 수집 용기는 장치의 용이한 세척을 위한 배수구를 추가로 구비할 수 있다.
다른 도면에 도시되어 있지만, 장치는 공간적으로 바로 근접한 제1 및 제2 챔버를 구비할 수 있음이 이해되어야 한다. 베인부착된 컴포넌트를 챔버 사이에서 이송하는 것은 자동화된 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 챔버와 제2 챔버가 상호 이격될 수도 있다. 이러한 경우에, 베인부착된 컴포넌트는 수동으로 챔버 사이에서 이송될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 상기 장치는 복수의 지지 구조물이 자동화된 방식으로 제거될 수 있도록 제1 및/또는 제2 지지 구조물의 각각의 위치를 자동으로 검출하기 위한 검출 장치를 구비할 수 있다. 검출 장치는 제2 챔버에 배치될 수 있다. 검출 장치는 카메라, 레이저, 바코드 스캐너, 적외선 카메라 등일 수 있다. 검출 장치는 가압 유체 제트를 결정된 위치를 향해 선택적으로 인도하도록 구성될 수 있는 바, 즉 검출 장치는 컨트롤러에 연결될 수 있고 컨트롤러는 그에 따라 가압 제트 장치를 제어하기 위해 수신된 데이터를 사용할 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있는 실시예에 따르면, 컨트롤러에 의해 내려진 명령은 본 명세서에 기재된 임의의 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트 제조 장치의 컴포넌트를 활성화 및/또는 비활성화할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러에 의해 내려진 명령은 본 명세서에 기재된 임의의 실시예에 따른 베인부착된 컴포넌트 제조 장치의 임의의 컴포넌트를 조정할 수 있다. 예를 들어, 명령을 내림으로써, 컨트롤러는 테이블(685)의 회전, 가압 제트의 이동 및/또는 검출 장치의 이동을 조정할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 장치, 즉 베인부착된 컴포넌트 제조 장치의 컴포넌트의 작동을 조정하도록 및/또는 사용자에게 추가 단계를 수행하라고 지시하도록 명령을 내릴 수 있다. 본 명세서에 기재된 컴포넌트 및/또는 장치의 임의의 것은 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
실시예에 따르면 그리고 도 7a 및 도 7b를 예시적으로 참조하면, 제2 챔버(680, 680')의 상이한 실시예가 예시적으로 제공된다. 제2 챔버는 전술한 특징 전부를 구비할 수 있다. 도 7a에서 알 수 있듯이, 하나의 가압 제트 장치(682)가 제공될 수 있다. 가압 제트 장치는 가압 제트를 베인부착된 컴포넌트를 향해서, 즉 복수의 지지 구조물을 향해서 인도하기 위한 하나의 고압 노즐을 구비할 수 있다. 가압 제트 장치는 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 외측을 향하는 측부에 또는 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 내측을 향하는 측부에 제공될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 따라 설명된 바와 같이 가압 제트의 상이한 설정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물의 하나의 특정한 표적 지점이 표적화될 수 있다. 또한, 가압 제트 장치는 베인부착된 컴포넌트에 대한 그 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 가압 제트 장치는 지지 구조물을 제거하기 위해 가압 제트가 적용되어야 하는 방향에 따라 반경방향 외측을 향하는 측부에 및/또는 반경방향 내측을 향하는 측부에 제공될 수 있다. 가압 제트 장치의 위치는 또한 제거될 지지 구조물에 따라, 즉 제1 지지 구조물이 제거되어야 할 것인지 또는 제2 지지 구조물이 제거되어야 할 것인지에 따라 선택될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버(680')는 하나 초과의 가압 제트 장치를 구비할 수 있으며, 예를 들어 제2 챔버는 두 개의 가압 제트 장치, 즉 제1 가압 제트 장치(682) 및 제2 가압 제트 장치(682')를 구비할 수 있다. 각각의 장치는 베인부착된 컴포넌트(100)의 하나의 반경방향 측부에 배치될 수 있는 바, 즉 제1 가압 제트 장치는 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 외측을 향하는 측부에 제공될 수 있고 제2 가압 제트 장치는 베인부착된 컴포넌트의 반경방향 내측을 향하는 측부에 제공될 수 있다. 따라서, 가압 제트의 여러 적용이 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수의 지지 구조물은 본 명세서의 실시예에 따라 기재된 바와 같이 반경방향 양 측부로부터 동시에 또는 교호적으로 가압 제트에 의해 표적화될 수 있다.
이상을 감안할 때, 최신 종래 기술과 비교하여 본 개시내용의 실시예는 적층 가공의 적용 및 지지 구조물의 제거와 관련하여 개선된 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 장치를 유익하게 제공한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예는 종래의 방법 및 장치에 비해 적층 가공된 컴포넌트의 보다 효율적인 제거 및 시간 효율적인 제조를 유익하게 제공한다.
이상은 본 개시내용의 실시예에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 실시예 및 추가 실시예는 그 기본 범위를 벗어나지 않고서 창안될 수 있으며, 그 범위는 하기 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 터보기계의 베인부착된 컴포넌트(100)를 제조하기 위한 방법(190)이며,
    베이스 부분(115)을 제공하는 단계로서, 베이스 부분은 베인부착된 컴포넌트의 일부이며 베인부착된 컴포넌트를 제조하기 위한 출발점으로서 작용하는, 단계;
    베이스 부분(115)의 상부에 복수의 베인(150) 및 복수의 지지 구조물을 적층 가공하는 단계로서, 복수의 지지 구조물은 미리 결정된 파단 지점(125)을 갖는, 단계;
    복수의 지지 구조물 및 베인(150)의 상부에 복수의 지지 구조물에 의해 지지되는 상부 부분(140)을 적층 가공하여, 베인이 베이스 부분(115)과 상부 부분(140) 사이에 개재되게 하는 단계; 및
    복수의 지지 구조물에 가압 제트(360)를 적용하여, 복수의 지지 구조물의 미리 결정된 파단 지점을 파단하고 복수의 지지 구조물을 제거하는 단계를 포함하는 방법(190).
  2. 제1항에 있어서, 가압 제트(360)는 지지 구조물의 주요 부분(126)에 충격을 가하기 위해 지지 구조물에 적용되며, 주요 부분에 대한 충격은 지지 구조물의 주요 부분과 상부 사이에 배치되는 미리 결정된 파단 지점(125)의 파단을 초래하는 방법(190).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 지지 구조물은 제1 지지 구조물(124) 및 제2 지지 구조물(122)을 포함하며, 제1 지지 구조물(124)은 제1 지지 구조물(124)이 상부 부분(140)과 베이스 부분(115) 사이에 개재되도록 베이스 부분(115)의 상부에 적층 가공되는 방법(190).
  4. 제3항에 있어서, 제2 지지 구조물(122)은 빌드 플레이트(110) 상에 제공되며, 방법은
    빌드 플레이트(110)의 상부에 제2 지지 구조물(122)을 적층 가공하여, 제2 지지 구조물이 빌드 플레이트(110)와 상부 부분(140) 사이에 개재되게 하는 단계를 추가로 포함하는 방법(190).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제2 지지 구조물(122)은 베인부착된 컴포넌트로부터 수동으로 제거되는 방법(190).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 지지 구조물에 가압 제트(360)를 적용하는 단계는 가압 제트를 복수의 지지 구조물의 외측 및 내측에 교호적으로 적용하여, 복수의 지지 구조물을 그 외측과 그 내측에서 교호적으로 표적화하는 것을 포함하는 방법(190).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 제트(360)를 적용하는 단계는 펄스형 가압 제트를 생성하기 위해 가압 제트의 압력을 주기적으로 변경하는 것을 포함하는 방법(190).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 제트(360)를 적용하는 단계는 복수의 지지 구조물에서의 상이한 표적 지점에 충격을 주기 위해 제트의 방향을 복수의 지지 구조물과 주기적으로 재정렬하는 것을 포함하는 방법(190).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 베인부착된 컴포넌트는 본질적으로 수직한 축을 형성하며, 지지 구조물은 수평 단면을 갖는 주요 부분(126)을 가지며, 수평 단면은 신장형이고 신장 축은 제트가 적용되는 방향에 본질적으로 수직한 방법(190).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 제트(360)를 적용하는 단계는 가압 유체 제트를 1 l/min 내지 50 l/min의 체적 유량으로, 특히 15 l/min 내지 35 l/min의 체적 유량으로, 보다 특히 25 l/min의 체적 유량으로 적용하는 것을 포함하는 방법(190).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 제트(360)를 적용하는 단계는 가압 제트를 ＞150 m/s 내지 ＜1000 m/s의 제트 속도로, 특히 ＞200 m/s 내지 ＜950 m/s의 제트 속도로 적용하는 것을 포함하며, 특히 제트 속도는 복수의 지지 구조물의 재료에 따라 선택되는 방법(190).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 베인부착된 컴포넌트(100)는 케이싱, 터빈 휠, 노즐 링, 압축기 휠 및 압축기 디퓨저로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 방법(190).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 지지 구조물에 가압 제트(360)를 적용하는 단계는 가압 제트를 수동으로, 자동으로 및/또는 로봇에 의해 적응적으로 제어되는 식으로 적용하는 것을 포함하는 방법(190).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 제트(360)는 가압 유체 제트이며, 특히 가압 제트는 가압 워터 제트인 방법(190).
  15. 터보기계의 베인부착된 컴포넌트(100)를 제조하기 위한 장치(600)이며,
    복수의 지지 구조물을 갖는 터보기계의 베인부착된 컴포넌트를 적층 가공하기 위한 적층 가공 장치(670)를 포함하는 제1 챔버(672);
    복수의 지지 구조물을 제거하기 위해 가압 제트를 제공하기 위한 적어도 하나의 가압 제트 장치(682)를 포함하는 제2 챔버(680); 및
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하라는 명령을 내리도록 구성되는 컨트롤러(674)를 포함하는 장치(600).
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