KR20240114577A - 3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리 - Google Patents

3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리 Download PDF

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Abstract

3차원 금속체 프린팅 제조시 생기는 잔여 금속 분말의 회수율을 향상시킬 수 있는 3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리가 개시된다.
개시된 3차원 금속체 프린팅 방법은 개구가 형성된 3차원 금속체를 프린팅하는 방법이다. 상기 방법은, 빌드 플레이트 상에 금속 분말을 도포하는 단계; 금속 분말에 레이저를 조사하여 개구 방향으로 석션홀이 형성된 석션 지그를 프린팅하는 단계; 석션홀과 대향하는 방향으로 개구가 위치하도록 석션 지그 상에 3차원 금속체를 프린팅하는 단계;를 포함한다.

Description

3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리 {Method for 3D metal product and 3D metal product assembly manufactured thereby}
본 발명은 3차원 금속체 프린팅 제조시 생기는 잔여 금속 분말의 회수율을 향상시킬 수 있는 3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리에 관한 것이다.
3차원 프린터는 특정 재료를 2차원 프린터와 같이 출력하여 적층함으로써 3차원의 입체물을 인쇄하는 장치이며, 목합 제작방식, CNC 밀링 등에 비하여 복잡한 형상의 입체물을 제작하기에 매우 용이한 장점이 있다.
3차원 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 제작하고자 하는 대상물을 간편하게 가공할 수 있기에 의학, 산업, 생활 등 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다.
3차원 프린터가 도입되면서 제조업에서는 시제품을 개발을 위한 금형 제작 등을 생략함으로써 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있게 되었고, 주문량에 제한을 두지 않고 다 품종 소량 생산이 가능해졌으며, 제품의 시장 출시 기간을 조절할 수 있게 되었고, 시장에 출시하여 실패하는 위험이 크게 줄어 들었으며, 특별한 기술 없이도 복잡한 형태의 제품을 제작하는 것이 가능하게 되었다.
이러한 3차원 프린터는 제품 성형방식에 따라 재료압출방식, 광중합방식, 분말적층용융방식, 고에너지 직접조사방식 등으로 나누어지며, 각 방식에 따라 적용되는 기술 및 장치, 재료가 달라진다.
최근에는 3차원 프린터 관련 기술이 급속도로 발전함에 따라 종래의 플라스틱 입체물이 아닌 금속 또는 세라믹 재질의 입체물을 인쇄하는 것이 가능해졌으며, 이와 관련된 기술로서 분말적층용융방식 중 선택적 레이저 용융(SLM ; Selective Laser Melting) 방식이 주목받고 있다.
선택적 레이저 용융 방식은 분말 형태의 재료를 도포한 후 레이저를 재료에 선택적으로 조사(照射)하여 금속 분말을 용융시키고, 다시 분말 재료를 한층 도포한 후 레이저를 조사하는 과정을 반복함으로써 인쇄하고자 하는 3차원 입체 조형물을 프린팅한다.
이러한 선택적 레이저 용융 방식은 금속 또는 세라믹과 같은 분말을 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 두께로 한층, 한층 도포하는 과정을 포함하게 되는데, 이때 블레이드를 일방향으로 이동시켜 소재를 작업대인 빌드 플레이트에 공급 도포한 후, 평탄하게 도포하는 과정을 실시하게 된다.
한편, 3차원 금속체 제조시 사용되는 금속 분말은 제품 제조 단가에 큰 영향을 미치는 요소로서, 금속 분말 회수율이 높을수록 제품 단가가 낮아지고 영업이익을 크게 향상시킬 수 있다.
금속 분말 회수율을 높이기 위해 Solukon 등과 같은 해외 업체에서는 De-powdering 장비를 제조 판매하고 있다. Solukon의 De-powdering 장비는 3차원 금속체를 회전 및 진동시켜서 잔여 금속 분말을 제거하는 방식이다.
그러나, 이 장비의 가격은 매우 고가이어서, 소재 별로 De-powdering 장비를 보유하는 것은 현실적으로 매우 어려운 상황이다.
도 1은 종래 3차원 금속체 프린팅 제조시 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 금속 3차원 프린터로 제조된 터빈 베인 스테이지(1)로, 터빈 베인 스테이지(1)는 환형의 베인 고정체(2)에 복수개의 터빈 베인(3)이 소정 간격으로 환형을 이루면서 제조된다.
터빈 베인 스테이지(1)는 베인 고정체(2) 하부에 형성된 개구(2a), 터빈 베인(3)과 터빈 베인(3) 사이의 개구(3a) 등 무수히 많은 개구들을 포함한다. 금속 3차원 프린터로 제조된 터빈 베인 스테이지(1)에서, 이 개구들 사이에는 회수 대상인 금속 분말이 개재된다.
그러나, 제품 형상의 복잡함, 회수 대상 지점이 다수인 점 등으로 인해 금속 분말 회수용 툴(tool)이 쉽게 접근할 수 없기에, 인력(人力)으로 3차원 금속체가 프린팅된 빌드 플레이트를 들고 흔들어서 금속 분말을 제거한다.
빌드 플레이트의 무게는 40Kg 이상의 고중량이어서, 인력으로 금속 분말 회수 작업을 수행할 때, 작업 위험성이 증가하고 회수 효율성이 감소되는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2020-0013131호
본 발명은 3차원 금속체 프린팅 제조시 생기는 잔여 금속 분말의 회수율을 향상시킬 수 있는 3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법은 개구(홈을 포함함)가 형성된 3차원 금속체를 프린팅하는 방법이다.
상기 방법은, 빌드 플레이트 상에 금속 분말을 도포하는 단계; 금속 분말에 레이저를 조사하여 개구 방향으로 석션홀이 형성된 석션 지그를 프린팅하는 단계; 석션홀과 대향하는 방향으로 개구가 위치하도록 석션 지그 상에 3차원 금속체를 프린팅하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션 지그와 3차원 금속체를 연결하는 서포트를 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션 지그는, 중공형 파이프 형상의 석션관과, 석션관의 외주면에서 개구 방향으로 형성된 석션홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 개구와 석션홀은 복수개로 형성되고 복수개의 석션홀 각각은 복수개의 개구 각각의 방향으로 형성되며, 복수개의 석션홀 중 적어도 2 이상은 하나의 석션관 외주면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션 지그는 복수개의 석션관을 구비하고, 복수개의 석션관의 적어도 어느 한 단부들은 하나의 연결관과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 연결관에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며, 석션기의 석션 작용에 의해 개구에 잔류하는 금속 분말이 석션홀을 통해 흡입되어 석션관과 연결관을 거쳐서 석션기에 의해 회수될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션관의 어느 일 단부에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며, 석션기의 석션 작용에 의해 개구에 잔류하는 금속 분말이 석션홀을 통해 흡입되어 석션관을 거쳐서 석션기에 의해 회수될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 복수개의 석션관의 일 단부는 어느 한 점에서 모이는 형태이며, 어느 한 점에 장착구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션홀은 장착구에서 멀어질수록 그 직경이 커지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션 지그와 서포트와 3차원 금속체로 이루어진 3차원 금속체 어셈블리를 석션 챔버로 이동시킨 후, 석션 챔버 내에서 석션기를 장착구에 장착하여 석션을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 장착구는 개구 형상 또는 일방향으로 돌출 형성된 중공형 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 있어서, 석션 지그는 3차원 금속체의 외형과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리는,
개구(홈을 포함함)가 형성된 3차원 금속체; 상기 개구 방향으로 석션홀이 형성된 석션 지그;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 석션 지그와 3차원 금속체를 연결하는 서포트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 석션 지그는, 중공형 파이프 형상의 석션관과, 석션관의 외주면에서 개구 방향으로 형성된 석션홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 개구와 석션홀은 복수개로 형성되고 복수개의 석션홀 각각은 복수개의 개구 각각의 방향으로 형성되며, 복수개의 석션홀 중 적어도 2 이상은 하나의 석션관 외주면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 석션 지그는 복수개의 석션관을 구비하고, 복수개의 석션관의 적어도 어느 한 단부들은 하나의 연결관과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 연결관에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며, 석션기의 석션 작용에 의해 개구에 잔류하는 금속 분말이 석션홀을 통해 흡입되어 석션관과 연결관을 거쳐서 석션기에 의해 회수될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 석션관의 어느 일 단부에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며, 석션기의 석션 작용에 의해 개구에 잔류하는 금속 분말이 석션홀을 통해 흡입되어 석션관을 거쳐서 석션기에 의해 회수될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 복수개의 석션관의 일 단부는 어느 한 점에서 모이는 형태이며, 어느 한 점에 장착구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 석션홀은 장착구에서 멀어질수록 그 직경이 커지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 장착구는 개구 형상 또는 일방향으로 돌출 형성된 중공형 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 어셈블리에 있어서, 석션 지그는 3차원 금속체의 외형과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 3차원 금속체 프린팅 제조시 생기는 잔여 금속 분말의 회수율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 제품 단가를 낮출 수 있게 되어, 영업이익을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 3차원 금속체 프린팅 제조시 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 3차원 금속체 프린팅시 사용되는 금속 3차원 프린터가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법이 도시된 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석션 지그가 도시된 평면도이다.
도 5는 도 4의 석션 지그 상부에 3차원 금속체가 프린팅 제조된 상태가 도시된 평면도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7 및 도 8은 석션 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리의 일 예가 도시된 평면도이다.
도 10은 도 9에서 3차원 금속체가 분리 도시된 사시도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 3차원 금속체 어셈블리가 도시된 측면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법 및 이에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리에 대해 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하여 3차원 금속체 프린팅시 사용되는 금속 3차원 프린터에 대해 설명한다. 도 2는 3차원 금속체 프린팅시 사용되는 금속 3차원 프린터가 도시된 도면이다.
도 2를 참조하면, 금속 3차원 프린터는, 메인 챔버(11), 파우더 챔버(12), 빌드 챔버(13), 오버플로우 챔버(14), 리코터(15), 레이저 기기(16)를 포함한다.
메인 챔버(11)는 소정 형상, 예를 들어 직육면체 형상으로 형성되며, 내부에 각종 부품들(12 ~ 16)이 설치된다. 메인 챔버(11)의 적어도 일부에는 내부의 작업 진행 과정을 모니터링할 수 있는 투명 윈도우(미도시)가 형성될 수 있다.
파우더 챔버(12)는 빌드 챔버(13)로 금속 분말을 공급한다. 파우더 챔버(12) 내부에는 금속 분말 제공용 플레이트(12a)가 제1 승강 로드(12b)에 의해 승하강 가능하도록 설치된다. 금속 분말 제공용 플레이트(12a)의 상부에는 금속 분말이 적층되며, 제1 승강 로드(12b)가 금속 분말 제공용 플레이트(12a)를 상승시키면 리코터(15)의 수평 이동에 의해 금속 분말은 빌드 챔버(13)로 공급된다.
빌드 챔버(13)에서는 3차원 금속체의 1개층이 소결 또는 용융 방식으로 제조되고, 동일한 방식으로 복수개의 층을 적층 제조함으로써 3차원 금속체를 제조한다. 빌드 챔버(13) 내부에는 제2 승강 로드(13b)에 의해 승하강 가능한 빌드 플레이트(13a)가 설치된다. 리코터(15)에 의해 빌드 플레이트(13a) 상면으로 공급된 금속 분말의 적어도 일부는 레이저 기기(16)에 의해 소결 또는 용융되면서 3차원 금속체의 1개층을 형성한다. 본 발명에서 적층 제조 대상인 3차원 금속체는, 도 1에 예시된 바와 같이, 금속 분말이 개재될 수 있는 복수의 개구(2a, 3a) 또는 복수의 홈(groove)이 형성된 3차원 금속체이다.
오버플로우 챔버(14)에는 빌드 챔버(13)에서 소결 또는 용융되지 않은 나머지 금속 분말이 회수되어 수용된다.
리코터(15)는 빌드 플레이트(13a) 측으로 이동 가능하도록 구비되고, 빌드 플레이트(13a)에 금속 분말을 이송시켜 고르게 분배하는 역할을 수행한다. 리코터(15)의 하부에는 빌드 플레이트(13a)와 일정 간격 이격되도록 설치되어 금속 분말의 표면을 고르게 하는 블레이드(15a)를 구비할 수 있다. 블레이드(15a)는 빌드 플레이트(13a)로 이동하면서 빌드 플레이트(13a)의 상면과 이격된 공간을 통해 금속 분말을 공급함과 동시에 최하부의 날카로운 날부분으로 금속 분말의 표면을 고르게 한다.
레이저 기기(16)는 메인 챔버(11)의 상부 영역에 설치되며, 제어부(미도시)의 제어에 따라 빌드 플레이트(13a)의 상면에 놓인 금속 분말로 레이저를 조사하여, 금속 분말의 적어도 일부를 소결 또는 용융시켜서 3차원 금속체의 1개층을 형성한다.
금속 3차원 프린터는 3차원 금속체 1개층을 제조하는 과정 중에, i) 제1 승강 로드(12b)로 금속 분말 제공용 플레이트(12a)를 상승시켜서 공급될 금속 분말을 상승시키고, ii) 리코터(15)의 수평 이동을 통해 금속 분말을 빌드 플레이트(13a)에 공급하고, iii) 레이저 기기(16)로 제조 중인 개별층의 출력 영역에 레이저를 조사하여 금속 분말을 소결 또는 용융시키는 방식으로 개별층을 제조한다. 이후, 개별층 위에 적층되는 다른 개별층의 제조를 위해 제2 승강 로드(13b)로 빌드 플레이트(13a)를 기 설정된 값만큼 하강시킨 후, 전술한 순서와 마찬가지로 적층되는 다른 개별층을 제조한다. 이러한 과정을 반복하여 3차원 금속체를 제조한다. 제조된 3차원 금속체는 금속 분말이 개재될 수 있는 복수의 개구(2a, 3a) 또는 복수의 홈(groove)이 형성된 3차원 금속체이다.
도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법이 도시된 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석션 지그가 도시된 평면도이며, 도 5는 도 4의 석션 지그 상부에 3차원 금속체가 프린팅 제조된 상태가 도시된 평면도이고, 도 6은 도 5의 측면도이며, 도 7 및 도 8은 석션 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법은, 금속 분말 도포 단계(S110), 석션 지그 프린팅 단계(S120), 서포트 프린팅 단계(S130), 3차원 금속체 프린팅 단계(S140), 1차 석션 단계(S150), 2차 석션 단계(S160)를 포함한다.
먼저, 리코터(15)를 이용하여 빌드 플레이트(13a) 상면으로 금속 분말을 공급하면서, 빌드 플레이트(13a) 상에 금속 분말을 도포한다. (S110)
다음, 레이저 기기(16)로 도포된 금속 분말에 레이저를 조사하여 석션 지그(100)를 프린팅한다. (S120)
석션 지그(100)는 3차원 금속체(200) 프린팅 후, 3차원 금속체에 형성된 복수개의 개구(210) 또는 복수개의 홈에 잔류하는 금속 분말을 흡입 제거하여 회수하기 위한 장치로, 금속 분말 회수 후에는 3차원 금속체(200)로부터 분리될 수 있다. 이하의 설명에서, "개구(210) 또는 홈(groove)"을 통칭하여 개구(210)로 설명하며, 개구(210)는 홈을 포함하는 의미로 사용한다.
도 4를 참조하면, 석션 지그(100)는 석션관(110)과 연결관(120)과 장착구(130)를 포함한다.
석션관(110)은 중공형 파이프 형태로 형성되며, 기설정된 개수의 석션홀(111)을 구비한다. 석션기(S)의 석션 작용에 의해 개구(210)에 잔류하는 금속 분말은 석션홀(111)을 통해 흡입되어 석션관(110)을 통해 유동할 수 있다. 이러한 석션홀(111)은 잔류 분말 흡입을 위해, 제조 예정인 3차원 금속체(200)에 구비될 개구(210)와 인접한 위치에 형성될 수 있다. 여기서, "인접한 위치"는 석션 지그(100)와 3차원 금속체(200)의 상대적인 위치 관계에 의해 정해질 수 있으며, 도 5와 같이 석션 지그(100) 상부에 3차원 금속체(200)가 배치되는 경우, 인접한 위치는 개구(210)의 하부를 의미하고, 도 11과 같이 석션 지그(100) 하부에 3차원 금속체(200)가 배치되는 경우, 인접한 위치는 개구(210)의 상부를 의미하며, 도 12와 같이, 석션 지그(100) 일측부에 3차원 금속체(200)가 배치되는 경우, 인접한 위치는 개구(210)의 일측부를 의미할 수 있다. 바람직하게, 석션홀(111)의 최소 개수는 제조 예정인 3차원 금속체에 구비된 개구(210)의 개수일 수 있다. 또한, 장착구(130)에 장착될 석션기(S)의 압력 강하를 고려하여, 석션홀(111)은 장착구(130)에서 멀어질수록 그 직경이 커지도록 형성될 수 있다.
석션 지그(100)는 복수개의 석션관(110)을 구비할 수 있으며, 연결관(120)은 복수개의 석션관(110)의 적어도 어느 한 단부들을 연결하는 중공형 파이프 형태로 형성된다. 3차원 금속체(200)의 형상에 따라 연결관(120)은 복수개의 석션관(110)의 일측 단부만을 연결하거나, 또는 양측 단부를 연결할 수 있다. 석션기(S)의 석션 작용에 의해 개구(210)에 잔류하는 금속 분말은 석션홀(111)을 통해 흡입된 후, 석션관(110)을 통해 유동한 후, 연결관(120)에서 합류되어 유동한다.
연결관(120)의 소정 영역에는 석션기(S)가 장착될 수 있는 구조를 갖는 장착구(130)가 형성된다. 장착구(130)는 3차원 금속체(200)의 형상에 따라 프린팅되어 형성되는 연결관(120) 형상에 따라 하나 또는 복수개로 형성될 수 있다.
한편, 장착구(130)가 반드시 연결관(120)에 형성될 필요는 없다. 장착구(130)는 석션관(110)의 어느 일 단부에 형성될 수도 있다. 이 경우, 복수개의 석션관(110)의 단부가 어느 한 점에서 모이는 형태이며, 이때 어느 한 점에 장착구(130)가 형성될 수 있다. (도 10 참조)
한편, 도 4 및 도 5에서는 장착구(130)가 연결관(120)에 형성된 개구 형상으로 도시되어 있으나, 장착구(130)는 개구 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 석션관(110)의 일단부 또는 연결관(120)에서 일방향(도면에서는 상방향으로 예시됨)으로 돌출 형성된 중공형 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
다음, 석션 지그(100)와 3차원 금속체(200) 사이에, 석션 지그(100)와 3차원 금속체(200)를 연결하는 서포트(220, 도 6 참조)를 프린팅한다. (S130) 서포트(S)는 석션 지그(100)와 3차원 금속체(200)를 연결하여, 이동이 용이하도록 하며, 금속 분말 회수 후에는 커팅(cutting) 등의 방법으로 석션 지그(100)와 함께 3차원 금속체(200)로부터 분리될 수 있다.
다음, 석션홀(111)과 인접한 위치에 3차원 금속체(200)의 개구(210)가 위치하도록, 석션 지그(100) 상에 3차원 금속체(200)를 프린팅한다. (S140) 3차원 금속체(200)는 금속 분말이 잔류될 수 있는 복수의 개구가 형성된 금속체이다.
상기 각 단계(S110 ~ S140)는 반드시 시간적 선후를 의미하는 것은 아니다. 석션 지그(100)와 3차원 금속체(200)의 위치 관계에 따라, 금속 분말 도포 단계(S110) 이후의 각 단계(S120 ~ S140)의 선후 관계는 변경될 수 있다.
예를 들어, 도 11과 같은 경우, 3차원 금속체 프린팅 단계(S140)가 먼저 수행되고, 석션 지그 프린팅 단계(S120)가 수행되거나, 도 12와 같은 경우, S120 ~ S140 단계가 동시에 수행될 수도 있다.
다음, 프린팅 단계가 완료된, 석션 지그(100)와 서포트(S)와 3차원 금속체(200)로 이루어진 3차원 금속체 어셈블리(1000)는, 도 7과 같이 이동 레일(MR)을 따라 빌드 챔버(13)에서 석션 챔버(17)로 이동되고, 석션 챔버(17) 내에서 3차원 금속체 어셈블리(1000)를 진동 및/또는 회전시켜서 1차 석션 공정을 수행한다. (S150) 1차 석션 공정에 의해, 3차원 금속체 어셈블리(1000)에 잔류된 금속 분말의 일부가 제거될 수 있다. 그러나, 개구(210)에 개재된 금속 분말은 대부분 제거되지 못하고 잔류하게 된다.
다음, 도 8과 같이, 석션 지그(100)의 장착구(130)에 석션기(S)를 장착한 후, 석션기(S)에 음압을 형성하여 2차 석션 공정을 수행한다. (S160) 음압에 의한 석션기(S)의 석션 작용에 의해 개구(210)에 잔류하는 대부분의 금속 분말은 석션홀(111)을 통해 흡입되어 석션관(110)과 연결관(120)을 거쳐서 회수될 수 있다. 그 결과, 금속 분말 회수율을 높여서 제품 단가를 낮출 수 있게 되어, 영업이익을 크게 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 금속체 프린팅 방법에 의해 제조된 3차원 금속체 어셈블리의 일 예가 도시된 평면도이다.
도 9에서 3차원 금속체(200)는 터빈 베인 스테이지이고, 터빈 베인 스테이지 하부에 석션 지그(100)가 형성되어 있다. 물론, 장착구(130)가 중공형 기둥 형상으로 형성될 경우, 장착구(130) 부분은 터빈 베인 스테이지 상부로 노출될 수 있다. 석션 지그(100)는 3차원 금속체(200)의 형상을 따라 형성된다. 즉, 도 9에서 석션 지그(100)는 원형의 터빈 베인 스테이지와 동일하게 원형으로 형성된다.
도 10은 도 9에서 3차원 금속체(200)가 분리 도시된 사시도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 석션 지그(100)는, 개구(210)의 분포 형태에 대응하여, 중심을 기준으로 복수개의 석션관(110)이 방사형으로 형성되는 제1 지그(101)와, 복수개의 석션관(110)이 격자 형태로 원형을 이루는 제2 지그(102)를 포함할 수 있다. 제1 지그(101)와 제2 지그(102)는 각각 서포트에 의해 3차원 금속체(200)인 터빈 베인 스테이지에 연결될 수 있다.
장착구(130)는 석션관(110)이 모이는 중심점에 장착되거나, 또는 연결관(120)에 형성될 수 있다. 장착구(130)는 도 4 및 도 5와 같이 개구 형상으로 형성되거나, 또는 도 8 내지 도 10과 같이 일방향으로 돌출 형성된 중공형 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 석션기(S)는 개구 형상의 장착구 또는 기둥 형상의 장착구에 장착될 수 있다.
다음, 도 11 내지 도 13를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명한다. 전술한 도 4 내지 도 6은 석션 지그(100) 상에 3차원 금속체(200)가 형성되는 경우이나, 도 11은 3차원 금속체(200) 상에 석션 지그(100)가 형성되는 경우이고, 도 12은 3차원 금속체(200)의 일측에 석션 지그(100)가 형성되는 경우이며, 도 13는 3차원 금속체(200)를 높이 방향으로 둘러 싸면서 석션 지그(100)가 형성되는 경우이다.
도 11을 참조하면, 3차원 금속체(200) 상에 석션 지그(100)가 형성될 수 있다. 이 경우, 금속 분말 도포 단계(S110), 3차원 금속체 프린팅 단계(S140), 서포트 프린팅 단계(S130), 석션 지그 프린팅 단계(S120) 순으로 진행될 수 있다.
도 11은 상면에 복수개의 개구(210)가 형성되는 3차원 금속체(200)에 적합한 형태로서, 석션 지그(100)는 3차원 금속체(200)의 상면과 대응하는 형상으로 형성되고, 석션관(110)에 형성된 석션홀(111)은 석션관(110) 하면에 형성될 수 있다.
도 12은 측면에 복수개의 개구(210)가 형성되는 3차원 금속체(200)에 적합한 형태로서, 석션 지그(100)는 3차원 금속체(200)의 측면과 대응하는 형상으로 형성되고, 석션관(110)에 형성된 석션홀(111)은 석션관(110)의 3차원 금속체(200)측 측면에 형성될 수 있다.
도 13은 높이 방향 외측면을 따라 복수개의 개구(210)가 형성되는 3차원 금속체(200)에 적합한 형태로서, 석션관(110)은 3차원 금속체(200)의 외형을 둘러싸는 형태로 제조되고, 석션관(110)에 형성된 석션홀(111)은 석션관(110) 측면 중 3차원 금속체(200) 측 측면에 형성될 수 있다.
물론, 석션 지그(100)와 3차원 금속체(200)의 위치 관계에 따라, 도면에 도시되지 않은 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 석션 지그
110 : 석션관
111 : 석션홀
120 : 연결관
130 : 장착구
200 : 3차원 금속체
210 : 개구 또는 홈
220 : 서포트

Claims (23)

  1. 개구(홈을 포함함)가 형성된 3차원 금속체를 프린팅하는 방법으로,
    빌드 플레이트 상에 금속 분말을 도포하는 단계;
    상기 금속 분말에 레이저를 조사하여 상기 개구 방향으로 석션홀이 형성된 석션 지그를 프린팅하는 단계;
    상기 석션홀과 대향하는 방향으로 상기 개구가 위치하도록 상기 석션 지그 상에 3차원 금속체를 프린팅하는 단계;
    를 포함하는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 석션 지그와 상기 3차원 금속체를 연결하는 서포트를 프린팅하는 단계를 포함하는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 석션 지그는,
    중공형 파이프 형상의 석션관과,
    상기 석션관의 외주면에서 상기 개구 방향으로 형성된 석션홀을 포함하는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 개구와 상기 석션홀은 복수개로 형성되고 복수개의 석션홀 각각은 복수개의 개구 각각의 방향으로 형성되며, 상기 복수개의 석션홀 중 적어도 2 이상은 하나의 석션관 외주면에 형성되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 석션 지그는 복수개의 석션관을 구비하고, 상기 복수개의 석션관의 적어도 어느 한 단부들은 하나의 연결관과 연결되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연결관에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며,
    상기 석션기의 석션 작용에 의해 상기 개구에 잔류하는 금속 분말이 상기 석션홀을 통해 흡입되어 상기 석션관과 상기 연결관을 거쳐서 상기 석션기에 의해 회수되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 석션관의 어느 일 단부에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며,
    상기 석션기의 석션 작용에 의해 상기 개구에 잔류하는 금속 분말이 상기 석션홀을 통해 흡입되어 상기 석션관을 거쳐서 상기 석션기에 의해 회수되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수개의 석션관의 일 단부는 어느 한 점에서 모이는 형태이며, 상기 어느 한 점에 상기 장착구가 형성되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  9. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 석션홀은 상기 장착구에서 멀어질수록 그 직경이 커지도록 형성되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  10. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 석션 지그와 상기 서포트와 상기 3차원 금속체로 이루어진 3차원 금속체 어셈블리를 석션 챔버로 이동시킨 후, 상기 석션 챔버 내에서 상기 석션기를 상기 장착구에 장착하여 석션을 수행하는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  11. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 장착구는,
    개구 형상 또는 일방향으로 돌출 형성된 중공형 기둥 형상으로 형성되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석션 지그는,
    상기 3차원 금속체의 외형과 대응하는 형상으로 형성되는, 3차원 금속체 프린팅 방법.
  13. 개구(홈을 포함함)가 형성된 3차원 금속체;
    상기 개구 방향으로 석션홀이 형성된 석션 지그;
    를 포함하는, 3차원 금속체 어셈블리.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 석션 지그와 상기 3차원 금속체 사이에 연결된 서포트를 포함하는, 3차원 금속체 어셈블리.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 석션 지그는,
    중공형 파이프 형상의 석션관과,
    상기 석션관의 외주면에서 상기 개구 방향으로 형성된 석션홀을 포함하는,
    3차원 금속체 어셈블리.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 개구와 상기 석션홀은 복수개로 형성되고 복수개의 석션홀 각각은 복수개의 개구 각각의 방향으로 형성되며, 상기 복수개의 석션홀 중 적어도 2 이상은 하나의 석션관 외주면에 형성되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 석션 지그는 복수개의 석션관을 구비하고, 상기 복수개의 석션관의 적어도 어느 한 단부들은 하나의 연결관과 연결되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 연결관에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며,
    상기 석션기의 석션 작용에 의해 상기 개구에 잔류하는 금속 분말이 상기 석션홀을 통해 흡입되어 상기 석션관과 상기 연결관을 거쳐서 상기 석션기에 의해 회수되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 석션관의 어느 일 단부에는 석션기가 장착될 수 있는 장착구가 형성되며,
    상기 석션기의 석션 작용에 의해 상기 개구에 잔류하는 금속 분말이 상기 석션홀을 통해 흡입되어 상기 석션관을 거쳐서 상기 석션기에 의해 회수되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 복수개의 석션관의 일 단부는 어느 한 점에서 모이는 형태이며, 상기 어느 한 점에 상기 장착구가 형성되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  21. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 석션홀은 상기 장착구에서 멀어질수록 그 직경이 커지도록 형성되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  22. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서, 상기 장착구는,
    개구 형상 또는 일방향으로 돌출 형성된 중공형 기둥 형상으로 형성되는, 3차원 금속체 어셈블리.
  23. 청구항 13 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석션 지그는,
    상기 3차원 금속체의 외형과 대응하는 형상으로 형성되는, 3차원 금속체 어셈블리.
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