KR101810843B1 - 파우더 송급 장치를 포함하는 레이저 클래딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제품의 내마모성 및 내부식성을 향상시키기 위한 레이저 클래딩에 관한 장치로 더 상세하게는, 모재에 레이저를 조사하는 레이저부, 및 상기 모재에 금속분말을 송급하는 파우더 송급 장치를 포함하고, 상기 파우더 송급 장치는, 금속분말을 배출하는 송급관, 및 상기 송급관과 연결되는 오실레이터를 포함하여 금속 파우더가 도포된 모재 표면에 레이저를 조사하여 용융 풀을 형성하는 레이저 클래딩 장치에 관한 것이다.

Description

파우더 송급 장치를 포함하는 레이저 클래딩 장치{Laser cladding equipment comprising a powder supply device}

본 발명은 제품의 내마모성 및 내부식성을 향상시키기 위하여 금속 파우더가 도포된 모재 표면에 레이저를 조사하여 용융 풀을 형성하는 레이저 클래딩 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 기계장치에 적용되는 구성요소들은 그 사용목적에 따라 기계적 특성을 달리할 수 있으며, 상기 기계적 특성을 달리 하는 기술중 마모, 부식, 등과 같이 금속의 외면에서 발생하는 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서 도금, 코팅 및 표면합금 등이 알려져 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 금속 외면 가공 기술은, 금속의 특정 부위에 한정하여 기계적인 특성의 변환이 요구될 경우에도 그 나머지의 전 외면을 동시에 가공해야하며, 이로 인한 다수의 공정 소요 시간과, 다량의 특성 변환 소재의 소모로 인한 비용이 증가함은 물론 가공중에 발생된 변형등을 고려하여 재가공을 해야한다는 문제점이 있다.

또한, 상기 종래 기술은 인체에 유해한 유독성의 물질을 배출함으로써, 작업환경의 비위생화와 환경오염을 유발하게 되는 문제점이 있다.

이러한 종래 기술의 문제점을 보완하고자 레이저 클래딩(laser cladding)기술을 사용 할 수 있다. 레이저 클래딩 기술은 모재인 금속의 외면에 내마모성, 내식성 및 내열성 등 필요한 성질을 부여하기 위하여, 특정 부분에 모재와 다른 성질의 금속인 이종 금속(hetero metal)을 첨가시킨 후 레이저를 조사하여 이종 금속 및 모재 금속의 표면을 용융시켜 접합시키는 기술로, 상기 기술에 의해 모재 금속의 자체 성질을 유지하면서 외부 환경으로부터의 영향을 차단할 수 있는 표면층을 형성할 수 있다.

레이저 클래딩 기술은 복합적인 특성을 지닌 금속 재료를 얻을 수 있고, 희소성으로 인해 구비하기 어려운 전략 금속의 공급 부족에 대처할 수 있다.

또한, 기존의 플라즈마 용사(plasma metallizing) 가공, 및 아크용접(arc welding) 가공에 비해 전체적인 입열량이 적고 국부적으로 가열처리가 가능하며, 가공물의 변형을 최소화 할 수 있다.

레이저 클래딩 기술을 이용하여 이종 금속을 모재 금속에 첨가시키는 방법으로, 모재 금속의 표면에 금속 페이스트(paste) 또는 판재 형태로 부착시킨 후 레이저 클래딩을 수행할 수 있다.

또한, 상기 이종 금속을 금속 분말(metal powder) 또는 금속 와이어(metal wire) 형태로 레이저를 조사면에 공급하여 레이저 클래딩 가공을 수행할 수도 있다. 상기 이종 금속 분말의 공급과 동시에 레이저 조사를 수행하는 경우 첨가되는 이종 금속의 공급량 조절이 용이하고 이종 금속의 열을 흡수하는 표면적이 증가함에 따라 열 흡수율이 높아짐으로 인해 레이저 클래딩 가공이 더 효과적일 수 있다.

상기 기재에 따른 종래 기술의 예시적인 실시예에서, 금속분말을 공급하여 레이저 클래딩을 수행하는 장치가 구성될 수 있다. 분말 공급식 레이저 클래딩 장치는 모재 위에 레이저를 주사하는 레이저 노즐, 분말을 모재 위에 공급하기 위한 분말공급장치, 분말을 이송하는 이송가스부, 및 상기 구성요소들을 포함하고 일체화시킨 형태인 하우징으로 구성될 수 있다.

상기 이종금속을 분말형태로 하는 분말 공급식 레이저 클래딩 기술은 모재 금속에 레이저를 조사하여 용융 풀(molten pool)을 형성시키고, 상기 용융 풀에 금속분말을 일정속도로 주입함과 동시에 모재 금속을 이동시켜 연속적인 클래드 층을 형성할 수 있다. 이때 분말 이송에 사용된 이송가스는 분말을 이송하는 역할을 수행함과 동시에 외부 대기에 의한 분말 또는 용융 풀의 산화 방지 역할 또한 수행할 수 있다.

그러나, 상기 레이저 클래딩 기술을 수행하는 일체화된 하우징은 모재 금속의 특정부위의 세밀한 공정을 수행할 경우 효과적일 수 있으나, 레이저 노즐이 생성하는 레이저 빔(laser beam)의 조사 면적이 한정되어 이종 금속 부착 면적이 좁아지게 되므로 생산성이 늦은 한계가 있다.

또한, 상기 이송가스부로 인하여 이종 금속 및 모재 금속의 산화 방지 및 이종 금속 분말을 쉽게 이송이 가능할 수 있으나, 상기 분말을 이송하기 위한 일정량 이상의 가스 흐름을 제공하기 위해 가스압이 주어질 수 있으며, 높은 가스압으로 인해 분말공급장치의 노즐(nozzle)을 통해 공급되는 금속분말이 분산되어 효율이 떨어질 수 있으며, 미세 가공 공정 수행시 분말공급장치를 통한 분말의 공급이 일정하게 유지되는 것이 어려운 문제점을 가지고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치는 대면적의 레이저 클래딩 가공을 수행하여 생산 효율을 증가시키는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치는 모재에 레이저를 조사하는 레이저부, 및 상기 모재에 금속분말을 송급하는 파우더 송급 장치를 포함하고, 상기 파우더 송급 장치는, 금속분말을 배출하는 송급관, 및 상기 송급관과 연결되는 오실레이터를 포함한다.

또한, 상기 파우더 송급 장치는, 상기 오실레이터와 연결되어 외부로 금속분말을 도포하는 노즐을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 오실레이터는, 전원을 공급받아 운동 에너지로 전환하는 전동기, 상기 전동기가 생성하는 운동 에너지를 전달하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 결합되는 주름관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전동기는 공급 받는 전원의 흐름에 따라 회전 방향이 가변할 수 있다.

또한, 상기 주름관은 탄성 소재로 구성되어 외면에 볼록부와 오목부가 교대로 배치될 수 있다.

또한, 상기 레이저부는 레이저를 생성하는 레이저 생성기, 및 레이저를 집광하는 집광 렌즈를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 오실레이터의 왕복속도는 1 내지 50 Hz일 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치는 넓은 범위의 레이저 클래딩 가공을 수행하여 단위시간에 따른 생산성을 높일 수 있다.

또한, 이종 금속 분말의 송급을 위해 이송가스를 사용하지 않아 이종 금속 분말의 송급시 분말의 분산을 억제할 수 있다.

본 발명에 다른 효과는 이상에서 예시된 내용에 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치의 개략적인 개념도를 도시한다.
도 2 은 본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치의 사시도를 도시한다.
도 3 는 본 발명에 따른 파우더 송급 장치의 측면 상세도를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 오실레이터의 측면 상세도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 주름관의 평면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6b 는 본 발명에 따른 노즐의 분사방법을 나타낸 개념도를 도시한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치의 개략적인 개념도를 도시한다.

도 1 을 참조하면, 본 발명은 레이저 조사를 모재 금속의 외면에 용융 풀(molten pool)을 형성하여 이종 금속을 첨가시키는데 있어서, 모재 금속의 외면에 이종 금속을 분말 형태로 제공할 수 있다. 금속분말(35)은 높은 경도를 가지는 금속 재료를 분말로 가공하여 다양한 특성의 금속 분말과 일정한 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

금속분말(35)은 종래 레이저 클래딩 가공을 위해 제공되었던 이종금속 와이어와 같은 가공된 금속재와는 달리 필요에 따라 금속분말(35)의 조성 비율을 달리하는 구성을 통해, 사용자가 원하는 조성 및 경도로 레이저 클래딩 가공을 수행할 수 있다.

상기 금속분말(35)은 분말 탱크내에 저장된 후 노즐(140)을 통해 모재 금속의 외면에 도포될 수 있다. 상기 도포 과정에서 노즐(40)은 오실레이터(Oscillator)와 결합되어 사용자가 지정한 범위 내에서 반복 운동을 통해 모재 금속(30)에 금속분말(35)을 고르게 도포할 수 있다.

금속분말(35)이 고르게 도포된 이후, 강한 열원인 레이저를 생성하여 모재 금속(30)과 금속분말이 혼합된 용융 풀을 형성하는 레이저는 모재 금속(30)의 외면에 레이저가 조사되어 조사 영역의 조절이 가능한 집광 렌즈(21)를 통과하여 기존의 레이저 면적보다 넓은 범위에 용융 풀을 형성할 수 있다.

종래의 기술의 경우, 레이저 클래딩 공정의 수행을 위해 모재 금속의 외면에 조사되는 레이저는 생성하는 레이저 파장에 따라 다를 수 있으나, 레이저가 조사되는 면적이 한정적이며, 미세한 특정 부위에 한해 레이저 클래딩을 실시할 수 밖에 없어, 일반적인 클래딩 공정에 대비해 레이저 클래딩 공정에 소요되는 시간이 많았다.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 레이저를 생성하는 레이저 발생 장치에 추가적으로 레이저를 집광하는 집광 렌즈가 구비될 수 있다. 상기 집광 렌즈는 광학 부품을 조합하여, 레이저 파장의 제한 없이 기존의 소규모 점 단위의 범위에 한정되었던 레이저 클래딩 공정의 수행을 대규모 면 단위의 범위로 확장하여 수행할 수 있다.

이때, 상기 면 단위로 조사되는 레이저에 적합한 형태로 상술한 금속 분말(35)을 제공하기 위해, 파우더 송급 장치(100)가 구비될 수 있다. 상기 파우더 송급 장치(100)는 모재 금속(30)의 외면에 균일하게 금속 분말(35)을 도포할 수 있도록 오실레이터(130)를 포함할 수 있다.

도 2 은 본 발명에 따른 레이저 클래딩 장치의 사시도를 도시한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 레이저 클래딩 장치는 프레임, 상기 프레임에 고정되는 레이저부, 상기 프레임에 고정되어 금속분말을 송급하는 파우더 송급 장치, 및 상기 프레임의 하부와 이격하여 움직이는 이동 테이블을 포함하되, 상기 레이저부는, 레이저를 생성하는 레이저 생성기, 및 레이저를 집광하는 집광 렌즈를 포함한다.

프레임(10)은 정확한 레이저 클래딩 공정 수행을 위해 하부 지지대(미도시)에 의해 상기 하부 지지대(미도시)가 배치된 공간상에 고정된 형태로 제공될 수 있다.

금속분말(35)을 공급하는 파우더 송급 장치(100)는 상단에 배치된 분말 공급관(50)을 통해 금속분말(35)을 공급받을 수 있고, 상기 분말 공급관(50)은 프레임(10)을 관통하여 고정될 수 있으며, 외부의 파우더 공급 수단(미도시)과 연결될 수 있다.

또한, 고열원인 레이저(22)를 생성하는 레이저부(20,21)도 레이저를 생성하는 레이저 생성기(20)의 상측면이 프레임(10)에 부착되는 형태로 고정될 수 있다.

프레임(10)은 모재 금속(30)이 배치되는 이동 테이블(40)과 일정 간격 이격하여 배치될 수 있으며, 상기 일정 간격은 이동 테이블(40)의 움직임에 제한을 주지 않는 범위 내의 간격을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 이격 간격을 10cm 이상으로 둘 수 있으나, 상기 실시예에 제한하지 않으며, 상기 이동 테이블 외면에 제공되는 모재 금속 층의 두께, 및 레이저의 강도에 따라 적절하게 조정할 수 있다.

XY축의 평면 범위 내에서 동작되는 이동 테이블(40)은 모재 금속(30)의외면상에 레이저(22)를 조사하여 용융 풀(35`)을 형성하는 레이저 클래딩 공정의 단계적인 수행을 위해 XY 평면상에서 이동할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 상기 이동 테이블(40)은 X축 또는 Y축 방향으로 클래딩 공정을 단계적으로 수행할 수 있도록 10mm/s의 속력으로 이동할 수 있으나, 레이저 클래딩 공정의 공정 설계에 따라 조정될 수도 있다.

상기 모재 금속(30)의 재질은 다양한 금속이 혼합된 초합금 금속으로 구성될 수 있다. 초합금 금속은 고온에서 탁월한 기계적 강도 및 내부식 내산화성이 높은 금속들을 말하며, 상기 초합금의 예로 저탄소강, 저합금강, 스테인리스, 알루미늄, 주철, 공구강 등을 사용될 수 있으나, 상기 실시 예에 제한하지 않는다.

상기 모재 금속(30)의 상측면에 파우더 송급 장치(100)로부터 송급되는 금속분말(35)이 도포될 수 있다. 상기 금속분말은 복수개 이상의 금속 원소가 혼합된 분말 형태로 제공될 수 있으며, 상기 이종 금속 분말의 예로 스텔라이트(stellite) 및 인코넬(inconel)과 같은 코발트기 및 니켈기 합금, 텅스텐 및 티타늄 탄화물, Fe-Cr-Ni-B 합금, Fe-Cr-C 합금, 구리 합금 및 세라믹 등의 다양한 재료가 사용될 수 있다.

도 1 에서 상술한 바와 같이, 레이저부(20,21)는 레이저(22)를 생성하는 레이저 생성기(20), 생성된 레이저(22)를 특정형상으로 집광하는 집광 렌즈(21)를 포함한다.

레이저 생성기(20)는 모재 금속(30)에 모재 금속(30)과 이격하여 위치하는 레이저 생성기(20)로부터 생성되는 레이저(22)를 집광 렌즈(21)에 통과시켜 용융 풀(35`)을 형성할 수 있다. 상기 레이저 생성기(20)가 생성하는 레이저(22)는 산업용으로 사용되는 CO₂레이저일 수 있으나, Nd-YAG, 고출력 다이오드 레이저등과 같이 레이저를 조사하여 금속 시편의 표면에 용융 풀을 만들 수 있는 어떠한 파장의 레이저 발생기도 사용할 수 있다.

집광 렌즈(21)는 레이저 생성기(20)의 하부에 위치하며, 레이저 생성기(20)로부터 생성된 레이저(22)를 집광하여 특정한 형상을 가지고 모재 금속(30)의 외면에 조사할 수 있으며, 클래딩을 하고자 하는 범위에 제한적으로 레이저(22)를 조사할 수 있다.

레이저(22)의 조사 후 모재 금속(30)의 외면에 생성된 용융 풀(35`)에는 상기 이동 테이블(40)이 이동함에 따라, 상기 파우더 송급 장치(100)로부터 금속분말(35)이 도포될 수 있으며, 별도의 냉각 장치가 구비되지 않고 상온에서 냉각시켜 레이저 클래딩 공정을 완료할 수 있다.

상술한 공정 단계를 거쳐 레이저 클래딩 공정을 수행할 경우, 레이저(22)가 조사된 용융 풀(35`)에 한정하여 금속분말(35)를 공급함으로써 공정의 정밀도가 향상될 수 있으며, 그로 인해 금속분말(35)의 적층량이 증가하여 레이저 클래딩 공정의 효율이 증가할 수 있다.

한편, 이동 테이블(40)이 상술한 실시예에 따른 방향과는 달리 역방향으로 이동시켜 레이저 클래딩 공정을 실시할 수도 있으나, 상기 역방향으로 이루어지는 레이저 클래딩 공정의 경우 클래딩의 정밀도가 떨어질 수 있으며, 그로 인해 클래딩 부위의 금속분말(35)의 적층량이 감소할 수 있다.

도 3 는 본 발명에 따른 파우더 송급 장치의 측면 상세도를 도시한다.

도 3 에 도시된 바와 같이 파우더 송급 장치는 분말 공급관(50)으로부터 공급된 금속분말(35)이 저장되는 분말 탱크(110), 상기 분말 탱크(110)에 저장된 금속분말(35)을 배출하는 송급관(120), 상기 송급관과 연결되는 오실레이터(130), 상기 오실레이터(130)와 연결되어 외부에 금속분말을 도포하는 노즐(140)을 포함한다.

외부에서 혼합된 금속분말(35)은 분말 공급관(50)을 통해 파우더 송급 장치(100)내에 위치하는 분말 탱크(110)에 저장될 수 있으며, 상기 분말 탱크(110)는 케이스(105a,105b)에 감싸진 밀폐형으로 구성될 수 있다.

케이스는 상부 케이스(105a)와 하부 케이스(105b)로 구분될 수 있으며, 필요에 따라 상호 분리할 수 있다. 또한, 파우더 송급 장치(100)의 외면을 구성하여, 내부의 구성요소들을 외부로부터 보호할 수 있다.

분말 탱크(110)의 하부에는 송급관(120)이 배치될 수 있다. 상기 송급관(120)은 탄성 고분자 소재로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 송급관(120)은 고온에서 형상이 변형되지 않는 열경화성 수지로 구성될 수 있으나 상기 실시예에 제한하지 않으며, 분말 탱크(110) 내에 저장된 금속분말(35)이 송급되는 통로의 역할을 수행한다.

상기 송급관(120)의 길이 방향으로 일측에는 분말 탱크(110)가 연결될 수 있으며, 타측에는 오실레이터(130)가 결합될 수 있다. 오실레이터는 전기 신호를 내부의 기계적 구성요소에 전달하여 전기 신호와 동일한 운동을 수행하도록 하는 장치로 본 발명에서 오실레이터(130)는 후술할 노즐(140)과 연결되어 생성한 운동 에너지를 노즐(140)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

상기 오실레이터(130)와 결합되는 노즐(140)은 송급관(120)을 통해 송급되는 금속분말(35)을 외부로 도포할 수 있도록 파우더 송급장치의 외면에 돌출된 형태로 배치될 수 있으며, 지면과 경사각을 가질 수 있다.

상기 경사각은 후술할 오실레이터(130)가 전달하는 운동 에너지에 의해 분말 탱크(110)로부터 공급되는 금속분말(35)이 외부로 자동으로 배출될 수 있도록 지면과 30도 이상의 각도로 형성될 수 있으나, 상기 실시예에 제한하지 않는다.

또한, 상기 노즐(140)은 오실레이터(130)가 전달하는 운동 에너지를 통해 일정한 범위 내의 반복 운동을 수행함으로써 배출되는 금속분말(35)이 일정한 형상을 그리며 배출될 수 있도록 한다.

도 4 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 오실레이터의 측면 상세도를 도시한다.

도 4 를 참조하면, 오실레이터(130)는 컨버터에서 공급되는 전원을 운동 에너지로 전환하는 전동기(131), 상기 전동기가 생성하는 운동 에너지를 전달하는 샤프트(133), 및 상기 샤프트와 고정 결합되는 주름관(132)을 포함한다.

전동기(131)는 공급 받는 전원의 흐름에 따라 회전 방향이 가변될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전동기(131)는 컨버터(미도시)로부터 공급되는 직류 전원을 운동 에너지로 변환할 수 있다. 컨버터(미도시)는 가정 또는 사업장에 공급하는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 장치로 전하가 흐르는 방향이 주기적으로 변화하는 교류 전원을 시간이 경과하더라도 일정한 방향으로 흐르는 직류 전원으로 변환하는 장치다.

컨버터(미도시)를 통해 직류로 변환된 전원의 흐름인 전류가 전동기의 방향으로 흐를 경우 전동기(131)가 회전할 수 있으며, 이때 전동기(131)의 회전 방향을 제1 방향으로 둔다.

또한, 전류가 역방향으로 흐를 경우에도 전동기(131)가 회전할 수 있으나, 상기 제1 방향의 반대인 역방향으로 회전할 수 있다. 이때 전동기의 회전 방향을 제2 방향으로 둔다.

상기 실시예에 따른 전동기(131)의 회전 방향인 제1 방향 및 제2 방향의 구분은 최초 전원 공급 후에 동작한 전동기(131)의 회전방향에 따라 결정될 수 있다.

즉, 최초로 전원이 공급되어 전동기가 회전한 방향을 제1 방향, 상기 제1 방향의 역방향을 제2 방향으로 둘 수 있으며 제한적인 의미로 제1 방향과 제2 방향을 구분하지 않는다.

전동기(131)와 연결된 샤프트(133)는 전동기(131)가 생성한 회전력을 전달하는 구성요소로 금속재로 구성된 원형 막대 형상을 가질 수 있으며, 송급관(120)과 동일하게 탄성 고분자 소재로 구성되는 주름관(132)을 관통하는 형태로 고정되어 전동기(131)의 회전력을 주름관(132)에 전달할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 주름관의 평면도를 도시한다.

도 5a 를 참조하면, 주름관(132)은 외면에 볼록부와 오목부가 교대로 , 길이 방향으로 일측과 타측이 개방된 개방형 파이프 형상일 수 있다. 상기 주름관(132)의 일측은 분말 탱크(110)와 연결되는 송급관(120)과 결합할 수 있으며, 타측은 외부로 금속분말(35)을 도포하는 노즐(140)과 결합될 수 있다.

탄성 소재로 구성된 주름관(132)은 이완 또는 수축이 자유자재로 이루어 질 수 있다. 샤프트(133)는 수직으로 주름관(132)을 관통하여 배치될 수 있으며, 전동기(131)가 동작하여 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전함에 따라 전동기(131)와 연결된 샤프트가 회전하게되고, 샤프트와 고정결합된 주름관이 일정한 방향으로 전환이 이루어질 수 있다.

예를 들어, 도 5b 을 참조하면, 제1 방향으로 회전하는 전동기의 회전 운동을 전달하는 샤프트가 회전함에 따라 샤프트와 결합된 주름관이 동시에 회전할 수 있다.

또한, 도 5c에 도시된 바와 같이 제2 방향으로 회전하는 전동기가 샤프트의 회전에 따라 샤프트와 결합된 주름관이 동시에 회전할 수 있다.

한편, 컨버터(미도시)는 상기 전동기(131)에 전원을 공급 시 사용자가 설정한 시간 간격에 따라 전류의 방향을 수시로 전환할 수 있다.

예를 들어, 상술한 바와 같이 컨버터(미도시)가 공급하는 전류의 방향을 반복적으로 전환할 경우, 상기 컨버터(미도시)로부터 전류를 공급받는 전동기(131)도 이에 연동되어 회전 방향을 수시로 전환할 수 있다.

결과적으로, 전동기(131)의 회전 방향 전환은 샤프트(133)를 통해 결합된 주름관(132)의 움직임과도 연관될 수 있으며 주름관(132)의 움직임에 따라 금속분말(35)을 도포하는 노즐(140)의 방향도 수시로 전환될 수 있다.

이때 상기 시간 간격은 사용자가 임의로 설정할 수도 있으며, 상술한 전류 공급 전환 방법은 일 실시예이므로, 상기 실시예에 제한하지 않는다.

한편, 높은 레이저 클래딩 효율을 위해 금속분말(35)의 공급량의 조절, 및 도포 범위의 조절은 필수적이라 할 수 있으며, 상기 조건을 만족할 수 있도록 오실레이터(130)와 연결된 노즐(140)의 왕복속도를 조절하여 모재 금속에 도포되는 금속분말의 도포 밀도 및 공급량을 조절할 수 있다.

즉, 상기 왕복속도의 조절은 상술한 전류 공급 전환 방법을 적용하여 전동기(131)에 공급되는 전류의 흐름 전환 빈도 조절을 통해 이루어질 수 있다.

도 6a 내지 도 6b 는 본 발명에 따른 노즐의 분사방법을 나타낸 개념도를 도시한다.

도 6a 내지 도 6b 를 참조하면, 노즐(140)의 왕복속도에 의해 모재 금속에 도포되는 분말의 도포 면적이 조절됨을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 6a 에 도시된 바와 같이, 단위 시간당 컨버터(미도시)를 통해 공급되는 전류의 흐름 전환 빈도를 증가시킬 경우, 모재 금속에 도포되는 금속분말(35)의 도포 밀도가 증가할 수 있다.

또한, 도 6b 를 참조하면, 상술한 바와 같이 단위 시간당 컨버터(미도시)를 통해 공급되는 전류의 흐름 전환 빈도를 감소시킬 경우, 모재 금속에 도포되는 금속분말(35)의 도포 밀도가 감소할 수 있다.

이와 같이, 상술한 전동기에 공급되는 전류의 흐름 전환 빈도 조절을 통해 상기 노즐(140)의 왕복운동 횟수를 조절함으로써 레이저 클래딩을 통해 형성되는 용융 풀(35`)의 두께 및 범위를 조절할 수 있으나, 상기 실시예에 제한되지 않으며, 다양한 방법을 통해 생성된 용융 풀의 두께 및 범위의 조정이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 왕복속도는 상기 노즐(140)이 왕복운동을 1 회 수행함을 기준으로 할 수 있으며, 이를 진동수라 한다. 이때 상기 진동수의 단위는 Hz이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐(140)의 왕복속도는 상술한 진동수를 적용하여, 1 내지 50 Hz의 범위내에서 조정할 수 있다. 다만, 상기 실시예에 제한하지 않으며, 공정 설계에 따라 적절한 왕복속도를 조정할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 프레임 20: 레이저 생성기
30 : 모재 금속 35 : 금속분말
35` : 용융 풀 40 : 이동 테이블
50 : 분말 공급관 100 : 파우더 송급 장치
110 : 분말 탱크 120 : 배출관
130 : 오실레이터 140 : 노즐

Claims (7)

1. 모재에 레이저를 조사하는 레이저부; 및
   상기 모재에 금속분말을 송급하는 파우더 송급 장치를 포함하고,
   상기 파우더 송급 장치는, 금속분말을 배출하는 송급관;
   상기 송급관과 연결되는 오실레이터; 및
   상기 오실레이터와 연결되어 외부로 금속분말을 도포하는 노즐을 포함하고,
   상기 노즐은 상기 오실레이터가 전달하는 운동 에너지를 통해 일정한 범위 내의 반복 운동을 수행함으로써, 상기 노즐의 방향이 전환되어 배출되는 상기 금속분말이 일정한 형상을 그리며 배출되는 레이저 클래딩 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 오실레이터는,
   전원을 공급받아 운동 에너지로 전환하는 전동기;
   상기 전동기가 생성하는 운동 에너지를 전달하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 결합되는 주름관을 포함하는 레이저 클래딩 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 전동기는 공급 받는 전원의 흐름에 따라 회전 방향이 가변하는 레이저 클래딩 장치.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 주름관은 탄성 소재로 구성되어 외면에 볼록부와 오목부가 교대로 배치되는 레이저 클래딩 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 레이저부는 레이저를 생성하는 레이저 생성기; 및 레이저를 집광하는 집광 렌즈를 더 포함하는 레이저 클래딩 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 오실레이터의 왕복속도는 1 내지 50 Hz인 레이저 클래딩 장치.

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