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KR102188930B1 - 터보기계의 회전체 및 그 제작방법 - Google Patents

터보기계의 회전체 및 그 제작방법 Download PDF

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KR102188930B1
KR102188930B1 KR1020190113920A KR20190113920A KR102188930B1 KR 102188930 B1 KR102188930 B1 KR 102188930B1 KR 1020190113920 A KR1020190113920 A KR 1020190113920A KR 20190113920 A KR20190113920 A KR 20190113920A KR 102188930 B1 KR102188930 B1 KR 102188930B1
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KR1020190113920A
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Inventor
허재성
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 3차원 프린터의 적층 출력 기술을 이용하여, 터보기계의 회전체에 폐쇄된 동공을 형성시켜 회전체의 중량을 줄일 수 있는 터보기계의 회전체 및 그 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 터보기계의 회전체는 3차원 프린터에 구비되는 작업 플레이트에 분말을 도포하고, 상기 분말을 가열 고정시키는 과정을 반복하여 적층 제작되는 회전체에 있어서, 축과 연결되는 허브 및 상기 허브와 일체로 형성된 블레이드를 포함하고, 상기 허브의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

터보기계의 회전체 및 그 제작방법{Rotor body of turbomachine and its manufacturing method}
본 발명은 터보기계의 회전체 및 그 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 프린터에 의해 제조되며, 내부에 형성되는 동공으로 경량화가 가능한 터보기계의 회전체 및 그 제작방법에 관한 것이다.
임펠러, 터빈 휠 등과 같은 터보기계의 회전체는 회전함으로써 유체에 유동 운동을 일으킨다. 터보기계의 하나의 예로, 임펠러는 다수개의 블레이드를 구비하고, 모터의 구성에 의해 회전함으로써 임펠러의 중앙부를 통해 물을 흡입하고, 흡입된 물은 임펠러와 함께 회전하는 블레이드의 펌핑 작용으로 펌프 본체에 형성된 토출구로 토출된다.
일반적으로 임펠러는 모터의 샤프트와 연결되기 위해 보어가 형성되는 허브, 블레이드로 구성되며, 디스크 등을 더 포함하여 이루어 질 수 있다. 허브, 블레이드 및 디스크는 일체형으로 형성되는 것이 일반적이며, 허브와 블레이드의 형상에 의하여 임펠러가 설치되는 압축기의 효율, 압력비, 압축기의 구동시 공력 소음 정도 등이 결정될 수 있으며, 일 실시예는 다음과 같다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004941호를 참조하면, 도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 압축기용 임펠러(1000)는 회전축과 결합하여 회전하는 허브(1100) 및 상기 허브(1100)의 외면으로부터 돌출되어 형성되는 블레이드(1200)를 포함하고, 외부로부터 유입되는 공기의 유동방향에 형성되는 상기 블레이드(1200)의 선단부 형상은 상기 허브(1100)에서 연장되는 부분으로부터 상기 선단부의 최외측인 팁 부분까지 곡면으로 형성되며, 상기 회전축이 결합하는 상기 허브(1100)로부터 연장되어 수직하게 형성되는 원형의 디스크(1300)를 포함하여 이루어졌다.
임펠러와 같이 고속 회전하는 제품은 무게를 줄여 축하중을 낮추어 동특성을 향상 시킬 수 있다. 따라서, 임펠러의 재질 자체를 가벼운 재질을 사용하여 제작 할 수 있으나, 이러한 경우는 임펠러의 전체 강성이 필요 이상으로 낮아질 수 있으며, 마찰하는 유체에 따라 적용이 가능한 재질이 다르기 때문에 임펠러의 경량화를 중심으로 재질을 선정할 수 없는 어려움이 있었다. 또한, 임펠러를 이루는 구성 중 블레이드와 모터 샤프트와 연결되는 허브를 제외한 부분은 실제적 기능이 없으므로, 제거가 가능하나, 고속회전으로 인한 임펠러의 파손을 고려하여 질량을 효과적으로 제거할 필요가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004941호 (공개일자 2014.01.14.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3차원 프린터의 적층 출력 기술을 이용하여, 터보기계의 회전체에 폐쇄된 동공을 형성시켜 회전체의 중량을 줄일 수 있는 터보기계의 회전체 및 그 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 터보기계의 회전체는 3차원 프린터에 구비되는 작업 플레이트에 분말을 도포하고, 상기 분말을 가열 고정시키는 과정을 반복하여 적층 제작되는 회전체에 있어서, 중심부에 축과 연결되는 보어가 형성되는 허브 및 디스크, 상기 허브 및 상기 디스크와 일체로 형성된 블레이드를 포함하고, 상기 디스크의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공 및 상기 동공의 내부에 형성되어, 상기 동공의 일면과 타면을 연결하는 지지대를 포함하고, 상기 지지대는 상기 동공의 일면과 타면 사이의 길이방향으로 형성되는 몸체부 및 상기 몸체부의 일단 또는 타단 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 몸체부가 확장되는 형상을 이루는 머리부를 포함하며, 다수개로 이루어지고, 다수개의 상기 머리부 중 일부 또는 전부가 서로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
더 나아가, 상기 동공은 상기 디스크에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
삭제
삭제
또한, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체는 상기 보어의 길이방향을 따라 형성되며, 상기 동공과 외부를 연결하는 배출구를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
더 나아가, 상기 배출구는 상기 보어를 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 터보기계의 회전체 제작방법은 중심부에 축과 연결되는 보어가 형성되는 허브 및 디스크, 상기 허브 및 상기 디스크와 일체로 형성된 블레이드를 포함하고, 상기 디스크의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체를 3차원 프린터로 제조하는 방법에 있어서, 분말을 도포하는 도포단계, 상기 분말을 형상에 따라 가열 고정시키는 고정단계 및 상기 도포단계 및 상기 고정단계의 반복을 통해서 상기 허브를 중심으로 상기 터보기계의 회전체 내부에 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공이 적층 형성되는 동공 형성단계를 포함하고, 상기 동공 형성단계는, 상기 동공의 내부에 형성되어 상기 동공의 일면 및 타면을 연결하는 지지대를 형성하는 지지대 형성단계를 더 포함하며, 상기 지지대 형성단계는 상기 지지대가 상기 동공의 일면과 타면 사이의 길이방향으로 형성되는 몸체부 및 상기 몸체부의 일단 또는 타단 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 몸체부가 확장되는 형상을 이루는 머리부를 갖도록 상기 지지대를 형성하되, 상기 지지대를 다수개 형성하고, 상기 터보기계의 회전체의 적층이 시작되는 방향의 다수개의 상기 머리부 중 일부 또는 전부는 서로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체 제작방법은 상기 허브의 일단 또는 타단에 형성되고, 상기 허브 및 상기 블레이드와 일체형으로 형성되는 디스크를 형성하는 디스크 형성단계를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
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삭제
또한, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체 제작방법은 상기 동공에 잔존하는 상기 분말을 외부로 배출하기 위하여, 상기 허브의 길이방향을 따라 형성되어 상기 동공과 외부를 연결하는 배출구를 형성하는 배출구 형성단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
더 나아가, 상기 배출구 형성단계는 상기 배출구가 상기 허브를 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되도록 제작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 터보기계의 회전체는 내부에 폐쇄되어 형성되는 동공에 의해서 동일 사이즈 대비 회전체의 전체 중량이 감소되는 효과가 있으며, 외관의 변형 없이 중량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 터보기계의 회전체 제작방법은 터보기계의 회전체 내부에 폐쇄되어 형성되는 동공을 생성하여, 임펠러를 제작함으로써, 외관의 변형 없이, 동일 사이즈 대비 중량이 감소되는 터보기계의 회전체를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 압축기용 임펠러 평면도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터보기계의 회전체 사시도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터보기계의 회전체 단면도
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터보기계의 회전체 정면도
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터보기계의 회전체 단면도
도 6은 본 발명에 따른 터보기계의 회전체의 따른 확대 단면도
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터보기계의 회전체 사시도
도 8은 본 발명에 따른 터보기계의 회전체의 다른 실시예에 따른 단면도
도 9는 본 발명에 따른 터보기계의 회전체 제작방법 순서도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체(100)는 3차원 프린터에 구비되는 작업 플레이트에 분말을 도포하고, 상기 분말을 가열 고정시키는 과정을 반복하여 적층 제작되는 회전체에 있어서, 중심부에 축과 연결되는 보어(111)이 형성되는 허브(110) 및 디스크(130), 상기 허브(110) 및 상기 디스크(130)와 일체로 형성된 블레이드(120)를 포함하고, 상기 디스크(130)의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 허브(110)는 터보기계의 회전체(100)의 중심이 되는 구성으로, 도 2 및 3에 도시된 것과 같이 중심부가 관통되어 상기 보어(111)가 형성되며, 상기 보어(111)가 펌프 또는 모터 등의 축과 연결되어 상기 축의 회전을 따라 회전한다.
상기 블레이드(120)은 상기 보어(111)를 중심으로 다수개가 방사상으로 형성되고, 그 형상은 다양하게 적용될 수 있다. 상기 블레이드(120)은 상기 허브(110)와 동일한 재질로 이루어지고, 상기 허브(110)와 상기 블레이드(120)은 일체형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 다수개로 형성되는 상기 블레이드(120)은 서로 동일한 형상 및 크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 동공(140)은 터보기계의 회전체(100) 내부에 폐쇄된 도넛 형상을 이루며 형성되고, 상기 동공(140)에 의해서 터보기계의 회전체(100)의 중량이 감소되는 효과가 있다. 상기 동공(140)이 외부에 노출되어 형성되면, 유체의 흐름에 방해가 되거나, 터보기계의 회전체(100)의 강성이 낮아질 수 있어, 상기 동공(140)은 노출을 최소화 하는 것이 바람직하다. 상기 동공(140)의 단면은 터보기계의 회전체(100)의 무게 중심을 맞추기 위하여, 터보기계의 회전체(100)의 어느 단면을 자르더라도 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하나, 단면마다 다른 형상을 가질 수도 있다.
이때, 상기 동공(140)은 상기 허브(110)에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 동공(140)은 상기 허브(110)의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루며 형성되어, 상기 허브(110)의 무게를 낮출 수 있다.
상기 디스크(130)는 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 상기 보어(111)와 상기 허브(110)의 사이에 형성되며, 상기 허브(110)에 일체형으로 형성될 수 있다.
또한, 도 4 및 5에 도시된 것과 같이, 상기 디스크(130)는 상기 허브(110)의 일측 또는 타측에 형성될 수도 있다. 이때, 상기 디스크(130)는 상기 블레이드(120) 및 상기 허브(110)와 일체형으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 블레이드(120) 둘레가 형성하는 원주와 같거나 더 큰 지름을 갖는 것이 바람직하다.
상기 디스크(130)는 터보기계의 회전체(100)의 강성을 높일 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 상기 동공(140)은 상기 디스크(130)에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 디스크(130) 일정 두께를 가지며 형성되는데, 이때, 상기 디스크(130)의 내부에 상기 동공(140)이 형성되어, 상기 디스크(130)의 무게를 줄일 수 있다.
또한, 상기 동공(140)은 상기 허브(110)와 상기 디스크(130)가 연결되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 상기 허브(110)의 일단 또는 타단에 형성되는 상기 디스크(130)가 위치하는 지점에 상기 동공(140)이 형성될 수 있다. 상기 동공(140)이 상기 허브(110)와 상기 디스크(130)가 연결되는 위치에 형성되면, 상기 허브(110) 또는 상기 디스크(130) 단독에 형성되는 것 보다, 각각 구성에 일으킬 수 있는 강성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 허브(110)와 상기 디스크(130)가 연결되는 지점은 주변 보다 넓은 면적을 가질 수 있으므로, 상기 동공(140)의 위치 선정이 용이하다.
도 5를 참조하면, 상기 동공(140)은 상기 보어(111)의 길이방향을 따라 다수개가 형성됨을 알 수 있다. 이때, 상기 허브(110)와 상기 디스크(130) 사이에 형성되는 제1 동공(140a)의 크기는 상기 허브(110)와 상기 블레이드(120) 사이에 형성되는 제2 동공(140b) 및 제3 동공(140c)의 크기보다 클 수 있다. 상기 동공(140)의 개수와 위치는 상기 허브(110), 상기 블레이드(120) 및 상기 디스크(130)의 회전 시 강성에 영향을 주지 않도록 설계되어 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 동공(140)의 단면은 상기 제1 동공(140a), 상기 제2 동공(140b) 및 상기 제3 동공(140c)과 같이, 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체(100)는 상기 동공(140)의 내부에 형성되어, 상기 동공(140)의 일면과 타면을 연결하는 지지대(200)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 지지대(200)는 상기 허브(110)의 길이 방향과 같은 방향으로 일정 길이를 가지는 것이 바람직하나, 터보기계의 회전체(100)의 적층 방향에 따라, 상기 허브(110)의 길이 방향과 수직되는 방향으로 일정 길이를 가질 수도 있다. 또한, 상기 지지대(200)는 원기둥 또는 다각 기둥 형성으로 이루어 질 수 있고, 상기 지지대(200)는 상기 동공(140) 내부에 다수개가 일정거리 이격되어 형성될 수 있으며, 이때, 상기 동공(140) 내부에 고르게 분포되어, 상기 동공(140)을 지지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지대(200)가 다수개 형성되는 경우, 그 길이는 상기 동공(140)의 형상에 따라 동일할 수 있으며, 서로 다른 길이를 가질 수도 있다. 상기 지지대(200)는 상기 제1 동공(140a), 상기 제2 동공(140b) 및 상기 제3 동공(140c)에 모두 형성될 수 있고, 선택적으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 지지대(200)는 상기 동공(140)의 일면과 타면 사이의 길이방향으로 형성되는 몸체부(210) 및 상기 몸체부(210)의 일단 또는 타단 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 몸체부(210)가 확장되는 형상을 이루는 머리부(220)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 몸체부(210)가 상기 머리부(220)와 동일한 형상을 가질 경우, 상기 동공(140)부에 의해 감소된 터보기계의 회전체(100) 중량이 다시 증가하게 되므로, 상기 동공(140)으로 인한 터보기계의 회전체(100)의 중량 감소 효과가 미비해지게 된다. 따라서, 상기 몸체부(210)와 상기 머리부(220)의 두께를 달리하여, 상기 동공(140)의 지지가 일어나되, 상기 동공(140)부의 일면 또는 타면 중 어느 한 곳 이상에 상기 머리부(220)를 형성하여, 지지력을 높이고, 터보기계의 회전체(100)의 중량 감소 효과를 최대로 유지할 수 있도록 한다. 이때, 상기 몸체부(210)와 상기 머리부(220)는 일체형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 몸체부(210)의 확장은 상기 몸체부(210)의 길이를 중심으로 상기 블레이드(120)의 외주면 방향과 상기 허브(110) 방향으로 이루어지는 것을 말하며, 상기 몸체부(210)는 상기 머리부(220)의 길이보다 길고, 상기 몸체부(210)의 두께는 상기 머리부(220)의 두께보다 짧다고 설명 할 수 있다.
또한, 상기 지지대(200)는 다수개로 이루어지고, 상기 머리부(220)가 서로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 다수개로 형성되는 상기 지지대(200)의 머리부(220)가 서로 연결되면, 상기 동공(140)부를 지지하는 지지력이 증가하여, 상기 동공(140)의 제작 과정 중 상기 동공(140)의 형상이 변형 되는 것을 방지 할 수 있고, 터보기계의 회전체(100)의 내구력도 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 이때, 다수개 형성된 상기 지지대(200)의 모든 상기 머리부(220)가 연결될 수 있고, 전체 중 일부의 상기 지지대(200)의 상기 머리부(220)가 연결될 수도 있다. 즉, 상기 머리부(220)의 연결은 상기 동공(140)부의 단면 형상에 따라 전체 연결과 부분 연결로 달라질 수 있다.
도 7 내지 8을 참조하면, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체(100)는 상기 보어(111)의 길이방향을 따라 형성되며, 상기 동공(140)과 외부를 연결하는 배출구(112)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 터보기계의 회전체(100)가 3차원 프린터에 의해 적층 제조될 경우, 상기 동공(140)에는 제조 분말이 수용된 상태로 폐쇄될 수 있으므로, 상기 배출구(112)를 통해서 상기 동공(140)에 수용된 제조 분말을 배출할 수 있다. 상기 배출구(112)는 터보기계의 회전체(100)가 3차원 프린터에 의해 적층 제조 되는 공정 가운데 형성될 수 있으며, 터보기계의 회전체(100)가 제조된 후에 탭 가공에 의해 형성 될 수도 있다.
상기 배출구(112)의 내주면은 매끈하게 이루어진 수 있고, 암나사 형상으로 이루어져, 체결 볼트에 의해 상기 배출구(112)가 폐쇄될 수도 있다. 또한, 상기 배출구(112)는 상기 보어(111)의 길이보다 짧게 형성되는 것이 바람직하고, 상기 동공(140)에 연결되며, 도 6과 같이, 다수개의 상기 동공(140)이 형성되는 경우, 다수개의 상기 동공(140)을 서로 연결되는 상태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배출구(112)는 상기 보어(111)을 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 배출구(112)가 다수개 형성될 때에는, 터보기계의 회전체(100)의 무게중심을 맞출 수 있도록, 동일 간격과 동일 크기 및 길이로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 배출구(112)가 다수개 형성되면, 상기 동공(140)에 잔존하는 제조 분말을 더 빠르게 배출할 수 있는 효과가 있으며, 터보기계의 회전체(100)의 중량이 더욱 감소되는 효과가 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체(100) 제작방법은, 중심부에 축과 연결되는 보어(111)이 형성되는 허브(110) 및 디스크(130), 상기 허브(110) 및 상기 디스크(130)와 일체로 형성된 블레이드(120)를 포함하고, 상기 디스크(130)의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체(100)를 3차원 프린터로 제조하는 방법에 있어서, 상기 분말을 도포하는 도포단계(S100), 상기 분말을 형상에 따라 가열 고정시키는 고정단계(S200) 및 상기 도포단계(S100) 및 상기 고정단계(S200)의 반복을 통해서 상기 허브(110)를 중심으로 상기 터보기계의 회전체(100) 내부에 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공(140)이 적층 형성되는 동공 형성단계(S300)를 포함하는 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 터보기계의 회전체(100) 제작방법은 3차원 프린터로 상기 터보기계의 회전체(100)를 제작하기 위한 제작 방법이며, 제조를 위한 분말을 도포하고 레이저를 쏘아 통해 특정 부분의 금속 분말을 고정시킬 수 있는 3차원 프린터 장치면 그 어떠한 장치로도 상기의 방법을 사용할 수 있다.
상기 3차원 프린터는 출력 재료인 분말을 수용하는 구성, 상기 분말을 제조가 진행될 출력 플레이트에 분포시키는 구성, 상기 출력 플레이트에 분포되어 있는 상기 분말을 미리 설계된 제조 형상에 맞게 고정시키는 구성 등으로 이루어 질 수 있으며, 일반적으로 사용되는 사출금형용도의 3차원 프린터가 적용될 수 있다.
상기 도포단계(S100)는 상기 분말을 상기 출력 플레이트에 분포시키는 단계로, 상기 터보기계의 회전체(100)의 지름보다 넓은 반경을 가지며 분포되는 것이 바람직하고, 상기 분말이 일정 두께로 분포되는 것이 중요하다.
상기 고정단계(S200)는 상기 분말을 미리 설계된 제조 형상에 맞게 서로 고정시키는 단계로, 레이저와 같은 장치를 이용하여, 상기 분말을 가열하여 고정시킬 수 있다.
상기 도포단계(S100)와 상기 고정단계(S200)는 상기 동공 형성단계(S300)가 중간에 일어나지 않더라도, 반복될 수 있는 단계이며, 상기 동공 형성단계(S300) 이전에는 상기 터보기계의 회전체(100) 내부에 중공된 부분이 없도록 적층이 일어나는 것이 바람직하다.
상기 동공 형성단계(S300)는 상기 도포단계(S100) 및 상기 고정단계(S200)의 반복을 통해서 일어나며, 상기 고정단계(S200)가 상기 분말을 서로 고정하는 부분은 상기 터보기계의 회전체(100)에 해당하게 된다. 상기 동공 형성단계(S300)는 다수 차례 반복되어 상기 터보기계의 회전체(100) 내부에 다수개의 상기 동공(140)을 형성시킬 수 있다.
이때, 상기 동공 형성단계(S300)로 생성되는 상기 동공(140)은 터보기계의 회전체(100) 내부에 폐쇄된 도넛 형상을 이루며 형성되고, 상기 동공(140)에 의해서 터보기계의 회전체(100)의 중량이 감소되는 효과가 있다. 상기 동공(140)이 외부에 노출되어 형성되면, 유체의 흐름에 방해가 되거나, 터보기계의 회전체(100)의 강성이 낮아질 수 있어, 상기 동공(140)은 노출을 최소화 하는 것이 바람직하다. 상기 동공(140)의 단면은 터보기계의 회전체(100)의 무게 중심을 맞추기 위하여, 터보기계의 회전체(100)의 어느 단면을 자르더라도 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하나, 단면마다 다른 형상을 가질 수도 있다.
이때, 상기 동공 형성단계(S300)로 생성되는 상기 동공(140)은 상기 허브(110)에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 동공(140)은 상기 허브(110)의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루며 형성되어, 상기 허브(110)의 무게를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체(100) 제작방법은 상기 허브(110)의 일단 또는 타탄에 형성되고, 상기 허브(100) 및 상기 블레이드(120)와 일체형으로 형성되는 디스크를 형성하는 디스크 형성단계(S500)를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 디스크 형성단계(S500)로 생성되는 상기 디스크(130)는 상기 허브(110)의 일측 또는 타측에 형성되고, 상기 블레이드(120)의 일단 또는 타단에 연결되는 구성으로, 터보기계의 회전체(100)의 강성을 높일 수 있다. 상기 디스크(130)는 상기 블레이드(120) 및 상기 허브(110)와 일체형으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 블레이드(120) 둘레가 형성하는 원주와 같거나 더 큰 지름을 갖는 것이 바람직하다.
이때, 상기 동공 형성단계(S300)로 생성되는 상기 동공(140)은 상기 디스크(130)에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 디스크(130) 일정 두께를 가지며 형성되는데, 이때, 상기 디스크(130)의 내부에 상기 동공(140)이 형성되어, 상기 디스크(130)의 무게를 줄일 수 있다.
또한, 상기 동공 형성단계(S300)로 생성되는 상기 동공(140)은 상기 허브(110)와 상기 디스크(130)가 연결되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 상기 허브(110)의 일단 또는 타단에 형성되는 상기 디스크(130)가 위치하는 지점에 상기 동공(140)이 형성될 수 있다. 상기 동공(140)이 상기 허브(110)와 상기 디스크(130)가 연결되는 위치에 형성되면, 상기 허브(110) 또는 상기 디스크(130) 단독에 형성되는 것 보다, 각각 구성에 일으킬 수 있는 강성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 허브(110)와 상기 디스크(130)가 연결되는 지점은 주변 보다 넓은 면적을 가질 수 있으므로, 상기 동공(140)의 위치 선정이 용이하다.
또한, 상기 동공 형성단계(S300)는 상기 동공(140)의 내부에 형성되어 상기 동공(140)의 일면 및 타면을 연결하는 지지대(200)를 형성하는 지지대 형성단계(S310)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 지지대 형성단계(S310)로 생성되는 상기 지지대(200)는 상기 허브(110)의 길이 방향과 같은 방향으로 일정 길이를 가지는 것이 바람직하나, 상기 터보기계의 회전체(100)의 적층 방향에 따라, 상기 허브(110)의 길이 방향과 수직되는 방향으로 일정 길이를 가질 수도 있다. 또한, 상기 지지대(200)는 원기둥 또는 다각 기둥 형성으로 이루어 질 수 있고, 상기 지지대(200)는 상기 동공(140) 내부에 다수개가 일정거리 이격되어 형성될 수 있으며, 이때, 상기 동공(140) 내부에 고르게 분포되어, 상기 동공(140)을 지지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지대 형성단계(S310)로 상기 지지대(200)가 다수개 형성되는 경우, 그 길이는 상기 동공(140)의 형상에 따라 동일할 수 있으며, 서로 다른 길이를 가질 수도 있다. 상기 지지대(200)는 상기 제1 동공(140a), 상기 제2 동공(140b) 및 상기 제3 동공(140c)에 모두 형성될 수 있고, 선택적으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 지지대 형성단계(S310)는 상기 지지대(200)가 상기 동공(140)의 일면과 타면 사이의 길이방향으로 형성되는 몸체부(210) 및 상기 몸체부(210)의 일단 또는 타단 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 몸체부(210)가 확장되는 형상을 이루는 머리부(220)를 갖도록 상기 지지대(200)를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 지지대 형성단계(S310)로 생성된 상기 몸체부(210)가 상기 머리부(220)와 동일한 형상을 가질 경우, 상기 동공(140)부에 의해 감소된 터보기계의 회전체(100) 중량이 다시 증가하게 되므로, 상기 동공(140)으로 인한 터보기계의 회전체(100)의 중량 감소 효과가 미비해지게 된다. 따라서, 상기 몸체부(210)와 상기 머리부(220)의 두께를 달리하여, 상기 동공(140)의 지지가 일어나되, 상기 동공(140)부의 일면 또는 타면 중 어느 한 곳 이상에 상기 머리부(220)를 형성하여, 지지력을 높이고, 터보기계의 회전체(100)의 중량 감소 효과를 최대로 유지할 수 있도록 한다. 이때, 상기 몸체부(210)와 상기 머리부(220)는 일체형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 몸체부(210)의 확장은 상기 몸체부(210)의 길이를 중심으로 상기 블레이드(120)의 외주면 방향과 상기 허브(110) 방향으로 이루어지는 것을 말하며, 상기 몸체부(210)는 상기 머리부(220)의 길이보다 길고, 상기 몸체부(210)의 두께는 상기 머리부(220)의 두께보다 짧다고 설명 할 수 있다.
이때, 상기 지지대 형성단계(S310)는 상기 지지대(200)를 다수개 형성하고, 상기 터보기계의 회전체(100)의 적층이 시작하는 방향의 상기 지지대(200)를 서로 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다. 다수개로 형성되는 상기 지지대(200)의 머리부(220)가 서로 연결되면, 상기 동공(140)부를 지지하는 지지력이 증가하여, 상기 동공(140)의 제작 과정 중 분말의 무게로 상기 동공(140)의 형상이 변형 되는 것을 방지 할 수 있고, 터보기계의 회전체(100)의 내구력도 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 이때, 다수개 형성된 상기 지지대(200)의 모든 상기 머리부(220)가 연결될 수 있고, 전체 중 일부의 상기 지지대(200)의 상기 머리부(220)가 연결될 수도 있다. 즉, 상기 머리부(220)의 연결은 상기 동공(140)부의 단면 형상에 따라 전체 연결과 부분 연결로 달라질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 터보기계의 회전체(100) 제작방법은 상기 동공(140)에 잔존하는 상기 분말을 외부로 배출하기 위하여, 상기 보어(111)의 길이방향을 따라 형성되어 상기 동공(140)과 외부를 연결하는 배출구(112)를 형성하는 배출구 형성단계(S400)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 터보기계의 회전체(100)가 3차원 프린터에 의해 적층 제조될 경우, 상기 동공(140)에는 상기 분말이 수용된 상태로 폐쇄될 수 있으므로, 상기 배출구(112)를 통해서 상기 동공(140)에 수용된 상기 분말을 배출한다. 상기 배출구(112)는 터보기계의 회전체(100)가 3차원 프린터에 의해 적층 제조 되는 공정 가운데 형성될 수 있으며, 터보기계의 회전체(100)가 제조된 후에 탭 가공에 의해 형성 될 수도 있다.
상기 배출구(112)의 내주면은 매끈하게 이루어진 수 있고, 암나사 형상으로 이루어져, 체결 볼트에 의해 상기 배출구(112)가 폐쇄될 수도 있다. 또한, 상기 배출구(112)는 상기 보어(111)의 길이보다 짧게 형성되는 것이 바람직하고, 상기 동공(140)에 연결되며, 도 6과 같이, 다수개의 상기 동공(140)이 형성되는 경우, 다수개의 상기 동공(140)을 서로 연결되는 상태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 배출구 형성단계(S400)는 상기 배출구(112)가 상기 보어(111)를 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되도록 제작하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 배출구(112)가 다수개 형성될 때에는, 터보기계의 회전체(100)의 무게중심을 맞출 수 있도록, 동일 간격과 동일 크기 및 길이로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 배출구(112)가 다수개 형성되면, 상기 동공(140)에 잔존하는 제조 분말을 더 빠르게 배출할 수 있는 효과가 있으며, 터보기계의 회전체(100)의 중량이 더욱 감소되는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 터보기계의 회전체
110 : 허브 111 : 보어
112 : 배출구
120 : 블레이드
130 : 디스크
140 : 동공 140a : 제1 동공
140b : 제2 동공 140c : 제3 동공
200 : 지지대 210 : 몸체부
220 : 머리부
S100 : 도포단계 S200 : 고정단계
S300 : 동공 형성단계 S310 : 지지대 형성단계
S400 : 배출구 형성단계 S500 : 디스크 형성단계

Claims (14)

  1. 3차원 프린터에 구비되는 작업 플레이트에 분말을 도포하고, 상기 분말을 가열 고정시키는 과정을 반복하여 적층 제작되는 회전체에 있어서,
    중심부에 축과 연결되는 보어가 형성되는 허브 및 디스크, 상기 허브 및 상기 디스크와 일체로 형성된 블레이드를 포함하고, 상기 디스크의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공 및 상기 동공의 내부에 형성되어, 상기 동공의 일면과 타면을 연결하는 지지대;를 포함하고,
    상기 지지대는,
    상기 동공의 일면과 타면 사이의 길이방향으로 형성되는 몸체부; 및
    상기 몸체부의 일단 또는 타단 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 몸체부가 확장되는 형상을 이루는 머리부를 포함하며,
    다수개로 이루어지고, 다수개의 상기 머리부 중 일부 또는 전부가 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체.
  2. 제 1항에 있어서 상기 동공은,
    상기 디스크에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보어의 길이방향을 따라 형성되며, 상기 동공과 외부를 연결하는 배출구;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체.
  7. 제 6항에 있어서 상기 배출구는,
    상기 보어를 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체.
  8. 중심부에 축과 연결되는 보어가 형성되는 허브 및 디스크, 상기 허브 및 상기 디스크와 일체로 형성된 블레이드를 포함하고, 상기 디스크의 중심을 기준으로 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체를 3차원 프린터로 제조하는 방법에 있어서,
    분말을 도포하는 도포단계;
    상기 분말을 형상에 따라 가열 고정시키는 고정단계; 및
    상기 도포단계 및 상기 고정단계의 반복을 통해서 상기 허브를 중심으로 상기 터보기계의 회전체 내부에 폐쇄된 도넛 형상을 이루는 동공이 적층 형성되는 동공 형성단계;를 포함하고,
    상기 동공 형성단계는,
    상기 동공의 내부에 형성되어 상기 동공의 일면 및 타면을 연결하는 지지대를 형성하는 지지대 형성단계;
    를 더 포함하며,
    상기 지지대 형성단계는,
    상기 지지대가 상기 동공의 일면과 타면 사이의 길이방향으로 형성되는 몸체부 및 상기 몸체부의 일단 또는 타단 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 몸체부가 확장되는 형상을 이루는 머리부를 갖도록 상기 지지대를 형성하되, 상기 지지대를 다수개 형성하고, 상기 터보기계의 회전체의 적층이 시작되는 방향의 다수개의 상기 머리부 중 일부 또는 전부는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체 제작방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 허브의 일단 또는 타단에 형성되고, 상기 허브 및 상기 블레이드와 일체형으로 형성되는 디스크를 형성하는 디스크 형성단계;
    를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체 제작방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 동공에 잔존하는 상기 분말을 외부로 배출하기 위하여, 상기 보어의 길이방향을 따라 형성되어 상기 동공과 외부를 연결하는 배출구를 형성하는 배출구 형성단계;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체 제작방법.
  14. 제 13항에 있어서 상기 배출구 형성단계는,
    상기 배출구가 상기 보어를 중심으로 방사상으로 다수개가 형성되도록 제작하는 것을 특징으로 하는 터보기계의 회전체 제작방법.
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