KR20200083312A - 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법 - Google Patents

적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법 Download PDF

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하이어우 장
구이란 왕
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화중과기대
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Abstract

본 발명은 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법을 개시하며 이 방법은 적층 제조 분야에 속한다. 부품의 적층 제조 과정에서, 적층 성형 공정과 동등 재료의 쉐이핑 또는 소성 성형 공정을 동일 스테이션에서 병행 실시함과 함께, 동등 재료의 정형 공정, 절삭 가공 공정과 마감 가공 공정 중 어느 하나 또는 다수를 동일 스테이션에서 병행 실시하여, 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현한다. 동일 스테이션에서 병행 실시한다고 함은, 가공되는 부품의 클램프 위치를 변경하지 않고 서로 다른 가공층, 또는 동일 가공층의 동일 패스 또는 서로 다른 패스에서 서로 다른 공정을 동시에 실시함을 가리킨다. 본 발명에 따른 방법은 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현하며, 그 가공 정밀도가 높고 부품을 바로 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 실제 이용 가치가 높다.

Description

적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법{Method for controlling deformation and precision of parts in parallel in additive manufacturing process}
본 발명은 적층 제조 기술 분야에 속하며, 더 상세하게는 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법에 관한 것이다.
고밀도 금속 부품 또는 금형의 다이리스 융합 성형 방법으로는 주로 고출력 레이저 융합 성형, 전자 빔 자유 성형, 플라즈마 아크와 전기 아크 융합 성형 등 방법이 있다.
고출력 레이저 융합 성형은 고출력 레이저를 이용하여, 기판 상에 이송된 금속 분말을 한 층씩 용융시킨 후 급속하게 응고시켜 융합 성형을 진행하여 결과적으로 준정형(Near Net Shape) 성형 부재를 얻는다. 이 방법은 성형 정밀도가 높고 피가공물의 밀도가 선택적 레이저 소결물보다 훨씬 높으나, 성형 효율과 에너지, 재료의 이용률이 높지 않고 전밀도에 도달하기 쉽지 않으며, 장비 투자와 운전 비용이 높다.
전자 빔 자유 성형 방법은 고출력 전자 빔을 이용하여 분말 재료를 용융시키고, 컴퓨터 모델에 따라 전자기장을 인가하여 전자 빔의 운동을 제어함으로써 전체 부품 성형을 완료할 때까지 한 층씩 스캔한다. 이 방법은 성형 정밀도가 높고 성형 품질이 양호하나, 그 공정 조건 요구가 까다로워 전체 성형 과정을 진공 속에서 진행해야 하므로 성형 사이즈에 한계가 있고, 장비 투자와 운전 비용이 매우 높다. 또한, 선택적 소결과 같이 층층이 분말 산포 방식을 이용하므로, 경사기능재료 부품의 성형에 이용하기 어렵다.
플라즈마 융합 성형 방법은 고도로 압축되고 집속성이 양호한 플라즈마 빔을 이용하여, 동기적으로 공급되는 금속 분말 또는 와이어를 용융시키면서 기판 상에 한 층씩 융합하여 금속 부품 또는 금형을 형성한다. 이 방법은 전술한 두 가지 방법에 비해 성형 효율과 재료 이용률이 높고 고밀도를 쉽게 구현하며 장비와 운전 비용이 낮다. 그러나, 아크 기둥의 직경이 전술한 두 가지 방법보다 크고, 성형 사이즈와 표면 정밀도가 전술한 두 가지 방법보다 떨어지므로, 마무리 가공은 고출력 레이저 융합 성형 방법과 유사하게 대부분 성형을 완료한 후 진행해야 한다.
따라서, 플라즈마 융합 성형과 밀링 가공을 복합하여 금형이 없는 상태에서 신속하게 제조하는 방법이 안출되었다. 즉, 플라즈마 빔을 성형 열원으로 하고, 분층 또는 분단하여 융합 성형하는 과정에서 융합 성형과 CNC 밀링 마무리 가공을 순차적으로 교차 진행하여, 프로세스가 짧고 비용이 낮은 직접적 정밀 제조를 구현한다.
상기 세 가지 방법에서, 고출력 레이저 융합 성형 방법과 플라즈마 전기 아크 성형 방법은 모두 균질 또는 복합 경사기능재료 부품을 지지부재와 금형을 이용하지 않고 융합 성형하는 방법이다. 분말 산포 방식의 전자 빔 성형, 선택적 레이저 소결/용융 성형, 및 저융점의 종이, 수지, 플라스틱 등을 이용한 LOM(Laminated Object Manufacturing, 개체 적층 성형), SLA(Stereolithography Apparatus, 광 경화 성형), FDM(Fused DepositionModeling, 퓨즈 증착 제조), SLS(Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결) 등, 지지 부재가 있는 다이리스 누적 성형 방법에 비해, 성형 시 지지가 필요하여 지지 재료를 첨가하고 제거함에 따른 재료, 공정, 장비 상의 많은 불리함을 피하고, 제조 시간을 단축하고 비용을 줄이며, 경사기능재료의 부품을 성형할 수 있다. 그러나 이와 동시에, 지지재가 없이 현가된 복잡한 형태의 부품을 성형하는 과정에서는 용융 재료가 중력 작용으로 낙하하거나 유동하는 등 현상이 발생할 수 있어 융합 성형이 어렵다.
플라즈마 융합과 밀링 복합 제조 방법은 비록 분층 성형과 밀링 마무리를 통해 가공의 복잡 정도를 낮추지만, 측면에 큰 경사각을 가진 부품 특히 측면에 횡방향 오버행 앵글 부분을 가진 복잡한 형태의 부품에 대해서는, 누적 성형 시 중력으로 인해 유동하거나 심지어 무너지는 현상은 여전히 피할 수 없으며, 횡방향 성장에 의한 성형이 어렵다.
가스 또는 진공으로 보호되고 와이어, 띠형 재료를 이용하는 플라즈마 아크/전기 아크, 진공으로 보호되는 전자 빔, 용융 슬래그로 보호되는 전기 슬래그 용접과 잠호용접 등의 열원 융합 성형 방법은, 분말형 재료를 이용하는 레이저 파우더 피드 성형 방법에 비해, 더 복잡한 형태를 성형할 수 있고 융합 효율이 더 높으며 비용이 더 저렴한 등의 장점을 가진다. 그러나, 복잡하고 정밀하며 벽이 얇은 부품에 대해서는 그 아크 기둥이 굵고 성형 정밀도가 낮으므로, 이러한 유형의 복잡하고 정밀하며 벽이 얇은 부품을 제조하는 경우에 적용하기에는 한계가 있다.
그러나, 다층 융합에 따른 열량이 누적되어 변형이 발생하는 것은 피하기 어려우므로, 복잡한 형태를 가진 일부 대형 부품에 대해서는 상술한 방법은 모두 큰 변형이 발생하며, 변형이 심각한 경우에는 융합 성형을 계속 진행하기 어렵거나, 또는 설사 성형 부재를 얻었다고 해도 변형이 과대한 관계로 사이즈 오차 범위를 넘어 폐기될 수 있다. 따라서, 종래에는 필요한 가공 여분을 예측을 통해 추산하고, 성형이 완료된 후 상기 여분을 가공을 통해 제거하여 필요한 사이즈와 정밀도를 가진 부품을 얻을 수밖에 없다. 그러나 성형 과정에서는 끊임없는 시행착오와 수정을 통해 변형 범위를 사이즈 정밀도에 부합하는 범위에 해당하도록 하나, 형태가 복잡한 부품에 대해서는 변형을 예측하기 어려운 경우, 만일에 대비하여 흔히 가공 여분을 증가시킨다. 그러나 이는 후속되는 제거 가공량이 증가하고, 효율이 저하되며 비용이 증가하는 문제점을 초래한다.
한편, 종래의 적층 제조 방법은 일반적으로 모두 성형 스테이션에서 성형 부재로부터 클램프를 제거한 후 성형 부재를 가공 유닛으로 이동시켜 가공을 완료하며, 그후 다시 피가공물을 열처리 유닛으로 이송하여 열처리를 진행하여 부품의 잔류 스트레스와 변형을 제거함으로써, 균열을 방지하고 성능을 향상시킨다. 그러나 이 방법은 프로세스가 길고 효율이 낮으며 비용이 높다.
첨단기술, 항공우주, 조선, 고속철도, 무기 등 산업과 같이, 부품의 조직 성능과 안정성뿐만 아니라 그 사이즈와 정밀도에 대한 요구도 매우 높은 산업에서는 상술한 문제점이 더 두드러지며, 상술한 산업에서 융합에 의한 직접 적층 성형 기술의 추가 발전과, 공업화 응용에서 시급히 해결해야 하는 핵심 기술의 구현을 제약하는 난점과 병목 문제가 되었다.
종래기술의 상기 단점 또는 개선 요구에 대해, 본 발명은 가공되는 부품의 클램프 위치를 변경하지 않고, 서로 다른 가공층, 또는 동일 가공층의 동일 패스 또는 서로 다른 패스에서 서로 다른 공정을 동시에 실시하여, 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현하는 것을 목적으로 하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법을 제공한다.
상기 목적을 구현하기 위해, 본 발명은 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법을 제공한다. 상기 방법은, 부품의 적층 제조 과정에서, 적층 성형 공정과 동등 재료의 쉐이핑(塑形) 또는 소성 성형(塑性成形) 공정을 동일 스테이션에서 병행 실시함과 함께, 동등 재료의 정형 공정, 절삭 가공 공정과 마감 가공 공정 중 어느 하나 또는 다수를 동일 스테이션에서 병행 실시하여, 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현한다.
상기 동일 스테이션에서 병행 실시한다고 함은, 가공되는 부품의 클램프 위치를 변경하지 않으면서 서로 다른 가공층, 또는 동일 가공층의 동일 패스 또는 서로 다른 패스에서 서로 다른 공정을 수행함을 가리킨다. 적층 성형 공정, 동등 재료 쉐이핑 또는 소성 성형 공정을 수행한 후, 소정의 요구에 부합하지 않으면 동등 재료의 정형 공정을 수행해야 한다.
나아가, 본 발명은 변형을 제어하고 성능을 개선하기 위한 서보 압연 제어 및 냉각 제어 열처리 공정을 더 포함한다. 적층 성형 과정에서는 동등 재료의 열 쉐이핑 과정 중의 온도, 변형 정도, 변형 속도, 냉각 조건의 공정 파라미터를 제어하여 성형체의 역학적 성능을 개선하고, 잔류 스트레스와 변형을 저감시켜 성형 정밀도를 향상시킨다.
나아가, 상기 절삭 가공 공정 또는 마감 가공 공정은 구체적으로 레이저, 전기가공 또는 초음파 방식을 이용하여 동기적 및 서보 방식으로 밀링 가공을 진행하는 것이다.
나아가, 서로 다른 층의 적층 성형 공정 간격에서, 서보 클리닝 방식으로 적층 성형 과정의 융합 성형 존 표면의 하자에 대해 서보 클리닝을 진행하여, 표면 품질이 양호하고 다음 패스의 고품질 융합 성형에 유리한 베이스 표면 또는 부품 표면을 얻는다.
나아가, 본 발명은 적층 성형 공정, 동등 재료 소성 성형 공정 또는 동등 재료의 정형 공정 이후에 배치되어 분단 병행되거나 또는 전체 성형 가공이 종료된 후 성형 가공 유닛 내에서 성형 부재 또는 부품을 열처리하여 이들의 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시킴으로써 역학적 성능을 향상시키는 단계를 더 포함한다.
나아가, 본 발명은 부품의 적층 제조 과정에서 제조 장비 자체의 CNC 시스템과 탑재된 리버스 장치 및 하자 검출 장치를 이용하여 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱하며, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 내부와 외부의 하자 검출을 진행하며; 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형하며; 성형이 완료된 후에는 필요에 따라 동일한 방법으로 당해 장비 내의 동일 스테이션에서 부품의 하자 검출을 수행하는 단계를 더 포함한다.
나아가, 서로 다른 성형 가공층 또는 동일 성형 가공층의 동일 패스 또는 서로 다른 패스 중의 서로 다른 위치에서 서로 다른 공정을 실시한다.
나아가, 동등 재료의 기존 위치에서의 열 소성 성형 과정 중의 온도, 변형 정도, 변형 속도, 냉각 조건의 공정 파라미터를 제어하거나, 또는 전자기 또는 초음파 진동 방식을 보조적으로 이용하며;
비소모성 전극 가스 보호 용접의 플라즈마 융합 건을 적층 성형용 열원으로 이용하고, 미니 압연 롤러는 플라즈마 융합 건을 따라 동기화 동작을 진행하며, 동등 재료 소성 성형용 미니 압연 롤러는 기존 위치에서 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용하며; 가스 보호 플라즈마 융합 건의 융합 전류는 180A이며, 융합 제조되는 단조용 금형 캐비티의 사용 성능 요구에 따라, 당해 금형의 스틸 용접 와이어를 이용하여, 금형의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 기판 상에 마이크로 캐스팅 융합 적층 성형과 마이크로 단조 동등 재료 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행하며; 서보 압연 제어 및 냉각 제어 열처리 공정을 이용하여, 적층 성형 과정의 동등 재료 열 소성 성형 과정에서 공기 냉각을 기체 냉각 또는 액체 질소 냉각으로 변경하거나; 또는 성형 과정에서 용융 풀에 전자기 보조 성형을 실시하며; 만약 금형 캐비티 형태가 복잡하면, 가공하고자 하는 성형체 표면에 대해, 상기 동기화 성형 과정에서 비접촉형 레이저 밀링 가공을 진행하며, 만약 이 구간에서 시간이 짧고 사이즈와 표면 정밀도가 여전히 요구에 부합하지 않으면, 기계적 마무리 가공을 한 층씩 진행하거나 또는 다수 층을 분단하여 복합적으로 진행할 수 있으며; 마무리 가공 과정과 동기화 성형 가공 과정은 금형 캐비티 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행한다.
나아가, 정밀도가 요구에 부합하지 않으면, 부품의 정밀도 요구에 부합할 때까지 계속하여 상기 방식을 취하거나 또는 기계적 밀링 또는 그라인딩 마무리를 이용한다.
나아가, 가스 보호 레이저 건을 적층 융합 성형용 열원으로 이용하며, 미니 압연 롤러는 가스 보호 레이저 융합 건과 동기적으로 동작하며, 동등 재료 소성 성형을 위한 충격 성형 레이저는 용융 풀 이후의 응고 존 표면에 작용한다. 가스 보호 레이저 융합 성형 건의 출력은 2000W이며, 적층 제조되는 비행기 엔진 케이스의 사용 성능 요구에 따라, 고온 합금 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 부품의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 마이크로 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행한다. 만약 케이스 사이즈가 큰 관계로 융합 성형 변형이 크면, 상기 동기화 성형 가공 이후에 동등 재료 정형 가공을 진행하되, 상기 정형 가공은 레이저 충격 성형 가공 직후에 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 진행하여 변형 정형을 최소화한다. 또는, 기존 성형 존에 대해 성형 과정에서 초음파 진동을 가하여 보조적 성형을 진행하여 조직 성능을 향상시키고 잔류 스트레스를 저감시킨다. 만약 부품의 형태가 복잡하면, 전체 성형 이후 가공하기 어려운 부분에 대해, 상기 동기화 성형 가공 과정에서 비접촉형 레이저 밀링 가공, 또는 간헐적 접촉형 초음파 기계 가공, 또는 이들 가공 방식을 다수 층에 대해 분단하여 복합 진행하거나 또는 기계적 마무리 가공을 진행한다. 상기 마무리 가공 과정과 동기화 성형 가공 과정은 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행한다.
나아가, 비소모형 전극 가스 보호 건의 전기 아크 또는 플라즈마 아크와 레이저가 혼합된 열원을 적층 성형용 열원으로 이용하며, 미니 압연 롤러는 복합 열원 발생 장치와 동기적으로 동작하며, 동등 재료 성형용 미니 압연 롤러는 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용한다. 가스 보호 전기 아크 또는 플라즈마 아크 융합 건의 융합 전류는 200A이고, 레이저 출력은 2000w이며, 적층 제조되는 비행기의 프레임 빔의 사용 성능 요구에 따라, 티타늄 합금 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 부품의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 마이크로 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행한다. 비행기의 프레임 빔의 사이즈가 큰 관계로 융합 성형 변형이 크면, 상기 동기화 성형 가공 이후에 동등 재료 정형 가공을 진행하되, 상기 정형 가공 과정은 마이크로 소성 가공 직후에 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 진행하여 변형 정형을 최소화한다. 다만, 항공 부품 성능 요구가 높아 각 층 표면의 산화물과 이물질이 하부 성형체에 유입되어서는 안되므로, 고효율적인 서보 클리닝 방식을 이용하여 적층 성형 과정 중 융합 성형 존 표면의 산화물, 이물질 및 하자에 대해 서보 클리닝을 진행하여, 표면 품질이 양호하고 다음 패스의 고품질 융합 성형에 유리한 베이스 표면 또는 부품 표면을 얻는다. 상기 표면 클리닝과 성형 가공 과정은 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행된다.
2000w 출력의 고체 레이저 장치를 이용하고, 성형 재료는 고온 합금의 금속 와이어를 이용하며, 레이저 헤드에 고정된 미니 압연 롤러는 레이저 헤드와 동기적으로 동작하며, 사이드 롤러는 용융 연화 존의 측면을 추종하며, 천공형 수평 롤러는 용융 풀 후방 근처의 반 응고 연화 존을 유연하게 추종하면서 기판 상에, 석유 파이프의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 레이저 융합 성형과 마이크로 강제 성형을 한 층씩 동기적으로 진행하여 고온 합금 부품을 가공한다. 전체 성형 가공이 종료된 후에는, 성형 가공 유닛 내에 설치된 열처리 장치를 이용하여 성형 부재 또는 부품을 열처리하여 이들의 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시켜 역학적 성능을 향상시킨다.
나아가, 부품의 적층 제조 과정에서, 장비 자체의 CNC 시스템 또는 로봇 시스템, 및 탑재된 리버스 장치와 하자 검출 장치는, 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱하며, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 내부와 외부의 하자 검출을 진행한다.
나아가, 경사기능재료의 파우더 피더, 이동 아크 전류가 170A인 플라즈마 융합 건을 이용하며, 미니 압연 롤러는 산업용 로봇 아암에 고정되며, 산업용 로봇 아암과 융합 성형 제조에서 사용되는 CNC 플라즈마 융합 건은 동기화를 유지하며, 사이드 롤러는 용융 연화 존의 측면을 추종하며, 천공형 수평 롤러는 용융 풀 후방 근처의 반 응고 연화 존을 유연하게 추종한다. 니켈-알루미늄 금속 간 화합물 분말과 니켈 베이스 고온 합금 분말에 대해, 경사기능재료의 성분 분포 정보가 들어 있는 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 융합 성형 경로에 따라 플라즈마 융합 성형과 마이크로 압출 성형을 한 층씩 동기적으로 진행하여 상기 경사기능재료 부품을 가공한다. 상기 재료에 쉽게 크랙이 발생하므로 부품의 적층 제조 과정에서는 탑재된 리버스 장치와 하자 검출 장치를 이용하여 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱한 후 검출하며, 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형한다. 또는, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 하자 검출을 진행한다. 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형하거나, 또는 성형을 완료한 후 당해 장비 내의 동일 스테이션에서 동일한 리버싱-검출 방법을 이용하여 부품의 하자 검출을 수행한다.
정리하면, 본 발명의 구상에 따른 상기 기술적 수단은 종래 기술에 비해 아래와 같은 유익한 효과를 얻을 수 있다. 즉 가공 과정에서, 가공되는 부품의 위치를 변경하지 않고, 서로 다른 가공층 또는 동일 가공층에 대해 서로 다른 공정을 동시에 실시하여, 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현하며, 그 가공 정밀도가 높고 부품을 바로 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 실제 이용 가치가 높다.
본 발명은 효율을 향상시키고 비용을 낮추기 위해, 부품의 성능과 사이즈 및 표면 정밀도에 대한 요구가 다름에 따라, 만약 상기 성형 가공 공정 중의 두 가지를 동기적으로 실시하여 요구에 도달할 수 있으면 그것도 가능하다. 예를 들어 밸브체 캐스트 제조 시, 2500w 출력의 고체 레이저 장치를 이용하고, 성형 재료는 내마모성 합금 와이어를 이용하며, 레이저 퓨즈 적층 성형 과정에서 레이저 또는 전기 가공 또는 초음파 방식을 이용하여 동기적 및 서보 방식의 밀링 가공을 진행한다. 만약 밀링 양이 크거나 또는 상기 방식을 이용하여 정밀도 요구에 부합하지 않거나 또는 비용이 높고 효율이 낮으면, 부품의 정밀도 요구에 부합할 때까지 기계적 밀링 또는 그라인딩 마무리를 이용할 수 있다.
본 발명의 목적, 기술적 수단과 장점이 더 명료해지도록, 이하 실시예를 결합하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 여기서 설명되는 구체적인 실시예는 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하기 위한 것은 아님을 이해해야 한다. 또한, 이하 설명되는 본 발명의 각 실시형태에서 언급된 기술적 특징은 서로 저촉되지 않으면 서로 조합할 수 있다.
본 발명은 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법을 제공한다. 상기 방법은, 부품의 적층 제조 과정에서, 적층 성형 공정과 동등 재료의 쉐이핑 또는 소성 성형 공정을 동일 스테이션에서 병행 실시함과 함께, 동등 재료의 정형 공정, 절삭 가공 공정과 마감 가공 공정 중 어느 하나 또는 다수를 동일 스테이션에서 병행 실시하여, 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현한다. 상기 동일 스테이션에서 병행 실시한다고 함은, 가공되는 부품의 클램프 위치를 변경하지 않고 서로 다른 가공층 또는 동일 가공층에서 서로 다른 공정을 동시에 실시함을 가리킨다.
여기서, 적층 제조 과정은 적층 성형 공정, 동등 재료의 쉐이핑 공정은 동일 패스 내에서 병행하여 긴밀하게 이어지도록 발생하므로, 용융 풀의 방금 응고된 존에서 작은 압력만으로도 동적 재결정화가 발생하여 열 단조 상태에서의 등축 미세 결정을 형성할 수 있다. 또한, 동등 재료의 정형 공정은 일반적으로 성형 과정의 동일 패스 내에서 또는 동일 층 내 또는 서로 다른 층 내에서 병행 진행된다.
나아가, 본 발명은 변형을 제어하고 성능을 개선하기 위한 서보 압연 제어 및 냉각 제어 열처리 공정을 더 포함하며, 적층 성형 과정에서 동등 재료의 열 쉐이핑 과정의 온도, 변형 정도, 변형 속도, 냉각 조건의 공정 파라미터를 제어하여, 성형체의 역학적 성능을 개선하고, 잔류 스트레스와 변형을 저감시켜 성형 정밀도를 향상시킨다.
동일 스테이션에서 공정을 병행 실시하므로, 동일 부품 부위의 쉐이핑 공정은 적층 성형 공정 이후에 바로 이어지며 동일 층의 동일 패스 내에서 발생하며, 온도가 매우 높고, 금속이 날리는 등 현상이 발생한다. 일반적으로 쉐이핑 기구는 열적 내구성이 있고, 냉각이 가능하며, 금속 스퍼터링에 의한 오염 등을 방지해야 하므로, 장치 제조와 소성 변형을 제어하는 곤란도가 높은 것으로 인식되고 있다. 따라서 부품의 동일 부분에서는 적층 성형이 완료된 후 다시 동등 재료의 쉐이핑 공정을 진행하는 방식을 이용할 수 있다. 그러나, 사실상 시간적으로 동일 시점에, 적층 성형 공정, 동등 재료의 쉐이핑 또는 소성 성형 공정, 필요 시 수행되는 동등 재료의 정형 공정은 모두 동시에 진행되며, 부품의 서로 다른 위치에서 발생될 뿐이다.
나아가, 상기 절삭 가공 공정 또는 마감 가공 공정은 구체적으로, 레이저 또는 전기 가공 또는 초음파 방식을 이용하여 밀링 가공을 동기적 및 서보 방식으로 진행하는 것이다.
일반적으로 기계적 밀링은 효율적인 마무리 가공 방법으로 본다. 그러나 기계적 밀링은 접촉형이고 힘을 인가해야 하므로, 공작 기계형 소프트 및 하드웨어 시스템이 필요하다. 한편, 적층 제조 장비가 적층 성형 공정, 동등 재료의 쉐이핑 공정, 동등 재료의 정형 공정을 수행할 때, CNC 시스템은 밀링 머신에 의한 가공을 병행 진행할 수 없으며, 이들 공정이 완료된 후 다시 CNC 밀링을 진행하거나, 또는 1세트의 CNC 시스템을 추가해야 하므로 성형 효율이 떨어진다. 한편, 1세트의 CNC 및 전동 시스템을 추가하면 비용과 장비 복잡 정도가 증가한다. 또한, 밀링 가공은 열적, 건조형 밀링이므로 매우 곤란하고 커터 소모가 매우 크다. 그러나 레이저 등의 비접촉형 방법을 이용하면, 검류계 기구 및 제어가 간단하여 상기 성형 공정과 함께 동일 패스 또는 동일 층 또는 비동일 층에서 병행으로 진행될 수 있다.
나아가, 서로 다른 층의 적층 성형 공정 간격에서, 적층 성형 과정 중의 융합 성형 존의 표면 하자를 서보 클리닝 방식으로 서보 클리닝함으로써, 표면 품질이 양호하고 다음 패스의 고품질 융합 성형에 유리한 베이스 표면 또는 부품 표면을 얻는다.
일반적으로, 대기 속에서 덧붙임 용접을 진행하는 경우, 용접층 표면의 산화물이 다음 패스의 용접 시에 표면으로 부상하므로 일반적으로 클리닝하지 않는다고 본다. 그러나, 적층 성형은 다수 층의 성형이고, 표면층이 산화와 오염을 여러 번 받으므로 성형체의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 항공우주 등의 인성과 피로 성능에 대한 요구가 매우 높은 부품 제조에서는 상기 성형 공정과 병행 진행될 수 있고 효율이 떨어지지 않는 서보 클리닝 방법을 이용해야 한다.
나아가, 본 발명은 적층 성형 공정과 동등 재료의 쉐이핑 공정, 동등 재료의 정형 공정 이후에 배치되어 분단 병행되거나 또는 전체 성형 가공이 종료된 후 성형 가공 유닛 내에서 성형 부재 또는 부품을 열처리하여 그 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시키며 역학적 성능을 향상시키는 단계를 더 포함한다. 이와 같은 열처리는 부품의 용융을 초래하지 않는 열처리로서, 그 온도가 낮고 주로 그 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시키기 위한 것이다.
일반적으로, 적층 성형 부재는 덧붙임 용접을 통해 성형되므로, 성형을 완료한 후 성형 부재를 제조 유닛으로부터 이출하여 스트레스 제거를 위한 어닐링 등 열처리를 진행하여 잔류 스트레스와 변형을 제거함으로써 성형이 어려운 부품의 균열을 방지해야 한다고 본다. 그러나 이는 성형 가공의 정밀도에 영향을 미치고 제조 효율에 영향을 미친다. 따라서, 스트레스 제거를 위한 어닐링 열처리 등의 온도가 높지 않음을 감안하여, 열처리 장치를 제조 유닛 내에 장착하는 것을 고려할 수 있다. 이로써 제조 효율을 저감시키지 않고, 열처리 완료 후 최종 마무리 가공을 진행하여 초단 프로세스로 고정밀도와 고성능의 적층 제조를 구현할 수 있다.
나아가, 본 발명은 부품의 적층 제조 과정에서 제조 장비 자체의 CNC 시스템과 탑재된 리버스 장치 및 하자 검출 장치를 이용하여 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱하며, 형태가 복잡하여 성형을 완료한 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해 하자 검출을 진행하며; 만약 하자가 있으면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형하는 단계를 더 포함한다.
일반적으로, 종래의 제조에서는 성형 가공이 완료된 부품에 대해 하자 검출을 진행하지만, 이러한 부품은 하자 검출을 진행하여 만약 하자가 표준을 초과한 것이 발견되면 일반적으로 폐기할 수밖에 없다고 본다. 그리고, 검출 과정에서 일부 부품의 형태가 복잡하고 어떤 부분은 검출이 불가할 수 있어 검출 사각지대를 형성한다. 따라서 성형 과정에서 검출하면 검출 사각지대의 한정을 받지 않는다.
본 발명에 따른 방법을 더 상세히 설명하기 위해, 이하 구체적인 실시예를 결합하여 더 상세히 설명한다.
실시예 1:
비소모성 전극 가스 보호 용접의 플라즈마 융합 건(레이저, 소모성 전극 가스 보호 전기 아크, 비소모성 전극 가스 보호 전기 아크, 전자 빔)을 적층 성형용 열원으로 이용하고, 미니 압연 롤러는 플라즈마 융합 건을 따라 동기화 동작을 진행하며, 동등 재료 쉐이핑용 미니 압연 롤러는 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용했다. 가스 보호 플라즈마 융합 건의 융합 전류는 180A이며, 융합 제조되는 단조용 금형 캐비티의 사용 성능 요구에 따라, 당해 금형의 스틸 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 금형의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 동등 재료 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행했다. 만약 금형 캐비티 형태가 복잡하면, 가공하고자 하는 성형체 표면에 대해, 상기 동기화 성형 가공 과정에서 비접촉형 레이저 밀링 가공을 진행해야 한다. 만약 이 구간에서 시간이 짧아 사이즈와 표면 정밀도가 여전히 요구에 부합하지 않으면, 다수 층에 대해 분단하여 기계적 마무리 가공을 복합적으로 진행할 수 있다. 상기 마무리 가공 과정과 동기화 성형 가공 과정은 금형 캐비티 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행했다(즉 동일 스테이션에서 병행 실시했다).
실시예 2:
비소모성 전극 가스 보호 용접의 플라즈마 융합 건을 적층 성형용 열원으로 이용하고, 미니 압연 롤러는 플라즈마 융합 건을 따라 동기화 동작을 진행하며, 동등 재료 쉐이핑용 미니 압연 롤러는 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용했다. 가스 보호 플라즈마 융합 건의 융합 전류는 180A이며, 융합 제조되는 박판 성형용 금형 캐비티의 사용 성능 요구에 따라, 상기 금형의 스틸 와이어를 이용하여 기판 상에, 금형의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 동등 재료 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행했다. 변형을 제어하고 성능을 개선하기 위해, 서보 압연 제어 및 냉각 제어 열처리 공정을 이용하고, 적층 성형 과정에서 동등 재료의 열 쉐이핑(열 소성 성형) 과정에서, 공기 냉각을 액체 질소 냉각으로 변경하여 냉각 속도를 향상시킴으로써 금형의 강도와 경도를 향상시켰다. 또는, 성형 과정에서 용융 풀에 대해 전자기 보조 성형을 실시하여 조직 성능을 향상시키고 잔류 스트레스를 저감시켰다. 상기 과정과 성형 가공 과정은 금형 캐비티의 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행했다(즉 동일 스테이션에서 병행 실시했다).
실시예 3:
가스 보호 레이저 건을 적층 성형용 열원으로 이용하고, 미니 압연 롤러는 가스 보호 레이저 융합 건과 동기적으로 동작하며, 동등 재료 소성 성형을 위한 충격 성형 레이저는 용융 풀 직후의 응고 존 표면에 작용했다. 가스 보호 레이저 융합 성형 건의 출력은 2000W이며, 적층 제조되는 비행기 엔진 케이스의 사용 성능 요구에 따라, 고온 합금 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 부품의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 마이크로 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행했다. 철차(轍叉)의 사이즈가 큰 관계로 융합 성형 변형이 크므로, 상기 동기화 성형 가공 이후에 동등 재료 정형 가공을 진행해야 하며, 상기 정형 가공은 레이저 충격 성형 가공 직후에 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 진행하여 변형 정형을 최소화했다. 또는 성형 과정에서, 기존의 성형 존에 대해 초음파 진동에 의한 보조 성형을 실시하여 조직 성능을 향상시키고 잔류 스트레스를 저감시켰다. 부품의 형태가 복잡하면, 성형 후 가공이 어려운 부분에 대해, 상기 동기화 성형 가공 과정에서 비접촉형 레이저 밀링 가공을 진행하거나, 또는 다수 층을 분단하여 기계적 마무리 가공을 복합적으로 진행했다. 상기 마무리 가공 과정과 동기화 성형 가공 과정은 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행했다(즉 동일 스테이션에서 병행 실시했다).
실시예 4:
비소모형 전극 가스 보호 건의 전기 아크 또는 플라즈마 아크와 레이저가 혼합된 열원을 적층 성형용 열원으로 이용하며, 미니 압연 롤러는 복합 열원 발생 장치와 동기적으로 동작하며, 동등 재료 쉐이핑용 미니 압연 롤러는 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용했다. 가스 보호 전기 아크 또는 플라즈마 아크 융합 건의 융합 전류는 200A이고, 레이저 출력은 2000w이며, 적층 제조되는 비행기의 프레임 빔의 사용 성능 요구에 따라, 티타늄 합금 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 부품의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 마이크로 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행했다. 비행기의 프레임 빔의 사이즈가 큰 관계로 융합 성형 변형이 크면, 상기 동기화 성형 가공 이후에 동등 재료 정형 가공을 진행해야 하며, 상기 정형 가공은 마이크로 소성 가공 직후에 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 진행하여 변형 정형을 최소화했다. 다만, 항공 부품의 성능 요구가 높아 각 층 표면의 산화물과 이물질이 하부 성형체에 유입되어서는 안되므로, 고효율적인 서보 클리닝 방식을 이용하여 적층 성형 과정 중 융합 성형 존 표면의 산화물, 이물질 및 하자에 대해 서보 클리닝을 진행하여, 표면 품질이 양호하고 다음 패스의 고품질 융합 성형에 유리한 베이스 표면 또는 부품 표면을 얻어야 한다. 상기 표면 클리닝과 성형 가공 과정은 부품의 성형 가공이 종료될 때가지 동기적으로 진행했다(즉 동일 스테이션에서 병행 실시했다).
실시예 5:
2000w 출력의 고체 레이저 장치를 이용하고, 성형 재료는 고온 합금의 금속 와이어를 이용하며, 레이저 헤드에 고정된 미니 압연 롤러는 레이저 헤드와 동기적으로 동작하며, 사이드 롤러는 용융 연화 존의 측면을 추종하며, 천공형 수평 롤러는 용융 풀 후방 근처의 반 응고 연화 존을 유연하게 추종하면서 기판 상에, 석유 파이프의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 레이저 융합 성형과 마이크로 강제 성형을 한 층씩 동기적으로 진행하여 고온 합금 부품을 가공했다(즉 동일 스테이션에서 병행 실시했다). 전체 성형 가공이 종료된 후에는, 성형 가공 유닛 내에 설치된 열처리 장치를 이용하여 성형 부재 또는 부품을 열처리하여 이들의 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시켜 역학적 성능을 향상시켰다.
실시예 6:
경사기능재료의 파우더 피더, 이동 아크 전류가 170A인 플라즈마 융합 건을 이용하며, 미니 압연 롤러는 산업용 로봇 아암에 고정되며, 산업용 로봇 아암과 융합 성형 제조에서 사용되는 CNC 플라즈마 융합 건은 동기화를 유지하며, 사이드 롤러는 용융 연화 존의 측면을 추종하며, 천공형 수평 롤러는 용융 풀 후방 근처의 반 응고 연화 존을 유연하게 추종했다. 니켈-알루미늄 금속 간 화합물 분말과 니켈 베이스의 고온 합금 분말에 대해, 경사기능재료의 성분 분포 정보가 들어 있는 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 융합 성형 경로에 따라 플라즈마 융합 성형과 마이크로 압출 성형을 한 층씩 동기적으로 진행하여 상기 경사기능재료 부품을 가공했다. 상기 재료에 쉽게 크랙이 발생하므로 부품의 적층 제조 과정에서는 탑재된 리버스 장치와 하자 검출 장치를 이용하여 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱한 후 검출하고, 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형해야 한다. 또는, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 하자 검출을 진행했다. 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형했다(즉 동일 스테이션에서 병행 실시했다). 또는 성형을 완료한 후 당해 장비 내의 동일 스테이션에서 동일한 리버싱-검출 방법을 이용하여 부품의 하자 검출을 수행했다.
본 발명의 기술적 효과를 더 상세히 설명하기 위해, 이하 구체적인 실험을 결합하여 더 상세히 설명한다.
실험 1: 마이크로 캐스팅-단조-밀링(적층, 동등 재료, 절삭) 복합 제조 중의 탄소강 엔진의 과도 구간
중탄소강은 용접성이 매우 낮으며, 국제적으로 아직 3D 프린팅 선례가 없다. 변형된 극소범위는 폭 방향과 깊이 방향에서 인장 스트레스로부터 압축 스트레스로 변했다. 파열 등의 하자가 감소되고, 잔류 스트레스가 70% 감소되었으며, 변형이 감소되었다. 기둥형 결정은 초미세 등축 결정으로 변하고, 성능이 재래식 단조재를 현저히 초과했다. 항공 엔진 표준에 따라 X 레이로 내부 하자를 검출했다. 단일 전기 아크를 이용하여 중탄소강 캐스트 컬럼/수지(?*/枝)상의 결정을 성형하고, 재래식 방법으로 7~8급 등축 조결정을 단조한 후, 마이크로 캐스팅-단조 방법으로 12급 초미세 등축 결정을 복합 성형하여 비교했다. 중탄소강 엔진의 과도 구간에 대해서는 X 레이를 이용하여 하자의 유무를 검출했다.
중탄소강 엔진의 과도 구간의 역학적 성능의 검출 결과(30% 압하 변형률)
성능방법 인장강도
σb /MPa		 연신율
δ/(%)		 수축율
ø/(%)		 충격 인성/(J.mm-²) 경도/(HBS)
캐스트 항공엔진 표준 540 12 20 29.4 152-170
단조재 국제표준
GB
5024-77		 835 10 40 36.9 229-285
당해 기술 종방향 963 18 60 47.5 301-308
접선 방향 982 12 43 43.5 307-324
실험 2: 실험에 따르면, 마이크로 캐스트 및 단조(적층, 동등 재료)에 의해 복합 성형된 TC4 티타늄 합금 조직 성능에 있어서, 캐스트 컬럼/수지상 결정은 단조 상태의 등축 결정으로 변했으며 성능이 단조재를 초과했다.
실험 3: 실험에 따르면, 마이크로 캐스트 및 단조에 의해 고온 합금 In718 결정립 조직이 복합 성형되었다(변형률: 30%).
실험 4: 실험에 따르면, 재래식 제조 방법과, 마이크로 캐스트 및 단조에 의해 복합 제조된 비행기 착륙장치의 에너지 소모와 재료 소모를 비교한 결과는 표 2와 같다.
재래식 제조 방법과, 마이크로 캐스트 및 단조에 의해 복합 제조된 비행기 착륙장치의 에너지 소모와 재료 소모의 비교
비교 항목 블랭크 질량 재료 이용률 제조 주기
재래식 제조 800kg 10% 3-6월
마이크로 캐스팅-단조-밀링 120kg 68% 3-6주
마이크로 캐스팅-단조-밀링 공정과 재래식 공정에 따른 에너지 소모 비교
재래식 제조 공정 캐스팅(kj) 단조(kj) 밀링(kj) 계(kj)
9.37×106 8.64×107 3.2×105 9.6×107
마이크로 캐스팅-단조-밀링 공정 마이크로 캐스팅 마이크로 단조 밀링 계
1.06×106 4.5×105 2.3×104 1.5×106
표 3에 따르면, 마이크로 캐스팅-단조-밀링 공정에서는 4.5×105로, 재래식 방법의 만 톤 단조 압력 대신 1톤 미만의 마이크로 단조 압력을 이용했으며, 에너지 소모는 재래식 단조 방식의 10%보다 낮다.
상기 실험에 따르면, 본 발명의 방법은 초고강 재료 이용률이 재래식 제조보다 6.8배 향상되고, 에너지 소모는 90% 저감되어 에너지원의 소모 구조를 현저하게 개선하게 된다. 본 발명은 성능 병목을 돌파하여, 강도가 높고, 인성이 높으며, 성능 신뢰성이 높으며, 단조 상태가 균일하고 미세한 등축 결정 조직을 얻을 수 있어, 대형 비행기 등 첨단 분야의 중량 감소 수요에 완전히 부합한다. 본 발명은 초단 프로세스를 구현하며, 캐스팅-단조-용접-밀링을 포함한 다수의 유닛이 하나의 제조 유닛으로 통합되어, 하나의 장비를 이용하여 첨단 부품을 바로 제조하는 새로운 모드를 형성하여, 부품의 형태와 성능의 병행 제어를 구현했으며, 제조 주기와 프로세스가 60% 이상 단축되었다. 본 발명은 효율이 높고 비용이 낮으며, 종래의 에너지 및 재료 소모가 높으며 오염이 심각한 제조 모드를 혁신하여 에너지 소모를 90% 이상 줄여 혁신적 친환경 제조를 구현했다. 본 발명은 '설계-모니터링-제어-보정'의 통합적 제조이다. 본 발명은 복잡한 대형 단조재의 용융-단조-밀링을 복합한 초단 프로세스 제조 계열의 대형 장비를 개발했다.
본 분야의 통상의 기술자라면 상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐 본 발명을 한정하지 않으며, 본 발명의 사상과 원칙 내에서 진행한 모든 수정, 균등 교체와 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 속함을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법에 있어서,
    부품의 적층 제조 과정에서, 적층 성형 공정과 동등 재료의 쉐이핑 또는 소성 성형 공정을 동일 스테이션에서 병행 실시함과 함께, 동등 재료의 정형 공정, 절삭 가공 공정과 마감 가공 공정 중 어느 하나 또는 다수를 동일 스테이션에서 병행 실시하여, 원 스톱형 초단 프로세스의 고정밀도 및 고성능 적층 제조를 구현하며, 상기 동일 스테이션에서 병행 실시한다고 함은, 가공되는 부품의 클램프 위치를 변경하지 않으면서 서로 다른 가공층, 또는 동일 가공층의 동일 패스(pass) 또는 서로 다른 패스에서 서로 다른 공정을 수행함을 가리키는,
    적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    변형을 제어하고 성능을 개선하기 위한 서보 압연 제어 및 냉각 제어 열처리 공정을 더 포함하며,
    상기 적층 성형 과정에서는 동등 재료의 열 쉐이핑 과정 중의 온도, 변형 정도, 변형 속도, 냉각 조건의 공정 파라미터를 제어하거나, 또는 전자기 또는 초음파 진동을 보조적으로 이용하여 성형체의 결정 형태와 조직의 역학적 성능을 개선하고, 잔류 스트레스와 변형을 저감시켜 성형 정밀도를 향상시키는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절삭 가공 공정 또는 마감 가공 공정은 구체적으로 레이저, 전기가공 또는 초음파 방식을 이용하여 동기적 및 서보 방식으로 밀링 가공을 진행하는 것이며, 정밀도가 요구에 부합하지 않으면 부품의 정밀도 요구에 부합할 때까지 기계적 밀링 또는 그라인딩 마무리를 이용하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    성형 과정의 각 패스에서 또는 서로 다른 층 또는 동일 층의 서로 다른 패스의 적층 성형 공정 간격에서, 서보 클리닝 방식으로 적층 성형 과정의 융합 성형 존 표면의 산화물, 이물질과 하자에 대해 서보 클리닝을 진행하여, 표면 품질이 양호하고 다음 패스의 고품질 융합 성형에 유리한 베이스 표면 또는 부품 표면을 얻는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적층 성형 공정, 동등 재료의 쉐이핑 공정 또는 동등 재료의 정형 공정 이후에 배치되어 분단 병행되는 열처리를 더 포함하거나, 또는 전체 성형 가공이 종료된 후 성형 가공 유닛 내에서 성형 부재 또는 부품을 열처리하여 그 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시킴으로써 역학적 성능을 향상시키는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    하자 검출 공정을 더 포함하며,
    구체적으로 부품의 적층 제조 과정에서 제조 장비 자체의 CNC 시스템과 탑재된 리버스 장치 및 하자 검출 장치를 이용하여 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱하며, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 내부와 외부의 하자 검출을 진행하며; 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형하거나, 또는 성형이 완료된 후 당해 장비 내의 동일 스테이션에서 부품의 하자 검출을 수행하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    서로 다른 성형 가공층 또는 동일 성형 가공층의 동일 패스 또는 서로 다른 패스 중의 서로 다른 위치에서 서로 다른 공정을 실시하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    동등 재료의 기존 위치 열 소성 성형 과정 중의 온도, 변형 정도, 변형 속도, 냉각 조건의 공정 파라미터를 제어하거나, 또는 전자기 또는 초음파 진동 방식을 보조적으로 이용하며;
    비소모성 전극 가스 보호 용접의 플라즈마 융합 건을 적층 성형용 열원으로 이용하고, 미니 압연 롤러는 플라즈마 융합 건을 따라 동기화 동작을 진행하며, 동등 재료 소성 성형용 미니 압연 롤러는 기존 위치에서 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용하며; 가스 보호 플라즈마 융합 건의 융합 전류는 180A이며, 융합 제조되는 단조용 금형 캐비티의 사용 성능 요구에 따라, 당해 금형의 스틸 용접 와이어를 이용하여, 금형의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 기판 상에 마이크로 캐스팅 융합 적층 성형과 마이크로 단조 동등 재료 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행하며; 서보 압연 제어 및 냉각 제어 열처리 공정을 이용하여, 적층 성형 과정의 동등 재료 열 소성 성형 과정에서 공기 냉각을 기체 냉각 또는 액체질소 냉각으로 변경하거나; 또는 성형 과정에서 용융 풀에 전자기 보조 성형을 실시하며; 만약 금형 캐비티 형태가 복잡하면, 가공하고자 하는 성형체 표면에 대해, 동기화 성형 과정에서 비접촉형 레이저 밀링 가공을 진행하며, 만약 이 구간에서 시간이 짧고 사이즈와 표면 정밀도가 여전히 요구에 부합하지 않으면, 기계적 마무리 가공을 한 층씩 진행하거나 또는 다수 층을 분단하여 복합적으로 진행할 수 있으며; 마무리 가공 과정과 동기화 성형 가공 과정은 금형 캐비티 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    정밀도가 요구에 부합하지 않으면, 부품의 정밀도 요구에 부합할 때까지 계속하여 상기 방식을 취하거나 또는 기계적 밀링 또는 그라인딩 마무리를 이용하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    가스 보호 레이저 건을 적층 융합 성형용 열원으로 이용하며, 미니 압연 롤러는 가스 보호 레이저 융합 건과 동기적으로 동작하며, 동등 재료 소성 성형을 위한 충격 성형 레이저는 용융 풀 이후의 응고 존 표면에 작용하며; 가스 보호 레이저 융합 성형 건의 출력은 2000W이며, 적층 제조되는 비행기 엔진 케이스의 사용 성능 요구에 따라, 고온 합금 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 부품의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 마이크로 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행하며; 케이스 사이즈가 큰 관계로 융합 성형 변형이 크면, 동기화 성형 가공 이후에 동등 재료 정형 가공을 진행하되, 상기 정형 가공은 레이저 충격 성형 가공 직후에 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 진행하여 변형 정형을 최소화하거나; 또는, 기존 성형 존에 대해 성형 과정에서 초음파 진동을 가하여 보조적 성형을 진행하여 조직 성능을 향상시키고 잔류 스트레스를 저감시키며; 부품의 형태가 복잡하면, 전체 성형 이후 가공하기 어려운 부분에 대해, 상기 동기화 성형 가공 과정에서 비접촉형 레이저 밀링 가공, 또는 간헐적 접촉형 초음파 기계 가공, 또는 이들 가공 방식을 복합하여 다수 층에 대해 분단하여 복합 진행하거나 또는 기계적 마무리 가공을 진행하며; 상기 마무리 가공 과정과 동기화 성형 가공 과정은 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행되는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    비소모형 전극 가스 보호 건의 전기 아크 또는 플라즈마 아크와 레이저가 혼합된 열원을 적층 성형용 열원으로 이용하며, 미니 압연 롤러는 복합 열원 발생 장치와 동기적으로 동작하며, 동등 재료 성형용 미니 압연 롤러는 용융 풀 직후의 방금 응고된 존의 표면에 작용하며; 가스 보호 전기 아크 또는 플라즈마 아크 융합 건의 융합 전류는 200A이고, 레이저 출력은 2000w이며, 적층 제조되는 비행기의 프레임 빔의 사용 성능 요구에 따라, 티타늄 합금 용접 와이어를 이용하여 기판 상에, 부품의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 융합 성형과 마이크로 소성 성형 가공을 한 층씩 동기적으로 진행하며; 비행기의 프레임 빔의 사이즈가 큰 관계로 융합 성형 변형이 크면, 동기화 성형 가공 이후에 동등 재료 정형 가공을 진행하되, 상기 정형 가공은 마이크로 소성 가공 직후에 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 진행하여 변형 정형을 최소화하며; 다만, 항공 부품 성능 요구가 높아 각 층 표면의 산화물과 이물질이 하부 성형체에 유입되어서는 안되므로, 고효율적인 서보 클리닝 방식을 이용하여 적층 성형 과정 중 융합 성형 존 표면의 산화물, 이물질 및 하자에 대해 서보 클리닝을 진행하여, 표면 품질이 양호하고 다음 패스의 고품질 융합 성형에 유리한 베이스 표면 또는 부품 표면을 얻으며; 상기 표면 클리닝과 성형 가공 과정은 부품의 성형 가공이 종료될 때까지 동기적으로 진행되며;
    2000w 출력의 고체 레이저 장치를 이용하고, 성형 재료는 고온 합금의 금속 와이어를 이용하며, 레이저 헤드에 고정된 미니 압연 롤러는 레이저 헤드와 동기적으로 동작하며, 사이드 롤러는 용융 연화 존의 측면을 추종하며, 천공형의 수평 롤러는 용융 풀 후방 근처의 방금 응고된 연화 존을 유연하게 추종하면서 기판 상에, 석유 파이프의 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 성형 가공 경로에 따라 레이저 융합 성형과 마이크로 강제 성형을 한 층씩 동기적으로 진행하여 고온 합금 부품을 가공하며; 전체 성형 가공이 종료된 후, 성형 가공 유닛 내에 설치된 열처리 장치를 이용하여 성형 부재 또는 부품을 열처리하여 이들의 잔류 스트레스를 제거하여 변형과 균열을 저감시켜 역학적 성능을 향상시키는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    부품의 적층 제조 과정에서, 장비 자체의 CNC 시스템 또는 로봇 시스템, 및 탑재된 리버스 장치와 하자 검출 장치는, 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱하며, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 내부와 외부의 하자 검출을 진행하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    경사기능재료의 파우더 피더, 이동 아크 전류가 170A인 플라즈마 융합 건을 이용하며, 미니 압연 롤러는 산업용 로봇 아암에 고정되며, 산업용 로봇 아암과 융합 성형 제조에서 사용되는 CNC 플라즈마 융합 건은 동기화를 유지하며, 사이드 롤러는 용융 연화 존의 측면을 추종하며, 천공형 수평 롤러는 용융 풀 후방 근처의 반 응고 연화 존을 유연하게 추종하며; 니켈-알루미늄 금속 간 화합물 분말과 니켈 베이스 고온 합금 분말 또는 와이어에 대해, 경사기능재료의 성분 분포 정보가 들어 있는 3차원 CAD 모델로부터 얻은 디지털 융합 성형 경로에 따라 플라즈마 융합 성형과 마이크로 압출 성형을 한 층씩 동기적으로 진행하여 상기 경사기능재료 부품을 가공하며; 상기 재료에 쉽게 크랙이 발생하므로, 부품의 적층 제조 과정에서는 탑재된 리버스 장치와 하자 검출 장치를 이용하여 성형체의 형태와 사이즈를 병행 리버싱한 후 검출하며, 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형하며; 또는, 형태가 복잡하여 성형 후 하자 검사가 어려운 사각지대에 대해서는 하자 검출을 진행하며; 만약 하자가 있다면 절삭 시스템을 이용하여 하자를 제거한 후 계속 성형하거나, 또는 성형을 완료한 후 당해 장비 내의 동일 스테이션에서 동일한 리버싱-검출 방법을 이용하여 부품의 하자 검출을 수행하는, 적층 제조 중 부품의 변형과 정밀도의 병행 제어 방법.
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