KR102683386B1 - Method for manufacturing parts with differential strength - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 부품에서 국부적으로 서로 다른 강도를 가지는 부품을 제조할 수 있는 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법에 관한 것으로서, 금속 판재를 프레스 성형하여 소정의 형상을 가지는 성형품을 제조하는 성형 단계와, 상기 성형품의 적어도 일부분을 열처리를 통해 연화시켜, 상기 성형품에 국부적으로 연화 영역을 형성하는 연화 단계 및 상기 성형품의 상기 연화 영역을 제외한 영역의 적어도 일부분에 3차원 프린팅에 의한 보강 부재를 형성하여, 상기 성형품에 국부적으로 보강 영역을 형성하는 보강 단계를 포함할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing parts with differential strengths that can produce parts with locally different strengths from one part, which includes a forming step of press forming a metal sheet to produce a molded product having a predetermined shape; , a softening step of softening at least a portion of the molded product through heat treatment to form a locally softened area in the molded product, and forming a reinforcing member by three-dimensional printing in at least a portion of the area excluding the softened area of the molded product, A reinforcing step of forming a locally reinforced area in the molded product may be included.
Description
본 발명은 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법에 관한 것으로서, 하나의 부품에서 국부적으로 서로 다른 강도를 가지는 부품을 제조할 수 있는 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing parts with differential strengths, and relates to a method of manufacturing parts with differential strengths that can manufacture parts with locally different strengths from one part.
차량에는 다양한 강도를 갖는 부품들이 사용된다. 예컨대, 차량 충돌 또는 전복 시, 에너지를 흡수해야 하는 부분들은 비교적 약한 강도가 요구되며, 탑승자의 생존공간 확보를 위해 형상 유지가 필요한 부분은 상대적으로 강한 강도가 요구될 수 있다. 차량의 충돌 시, 에너지를 흡수해야 하는 부분의 강도가 지나치게 높으면 충격에너지를 적절하게 흡수하지 못하고 다른 부분으로 그대로 전달하게 되어, 오히려 탑승객과 차량의 다른 부품들에 과도한 충격을 전달하는 문제점을 야기할 수 있기 때문이다.Components with various strengths are used in vehicles. For example, when a vehicle crashes or rolls over, parts that need to absorb energy may require relatively low strength, while parts that need to maintain their shape to secure survival space for the occupants may require relatively strong strength. When a vehicle crashes, if the strength of the part that must absorb energy is too high, the impact energy cannot be absorbed properly and is transmitted to other parts, which can cause the problem of transmitting excessive shock to passengers and other parts of the vehicle. Because you can.
또한, 최근에는 차량의 연비 저감을 위한 경량화와 부품의 고강도화가 동시에 요구되고 있으며, 경량화 및 고강도화와 같은 요구사항을 모두 만족하기 위해 하나의 부품에 부분적으로 서로 다른 이종 강도를 갖는 것이 더욱 필요하게 되었다.In addition, in recent years, there has been a demand for both lightweighting and high strength of parts to reduce fuel efficiency of vehicles, and it has become increasingly necessary for one part to have partially different strengths in order to satisfy both requirements such as light weight and high strength. .
일반적으로, 차등 강도를 가지는 부품을 성형하는 방법으로, 두 개의 다른 소재를 갖는 부품을 개별적으로 프레스 성형한 후 용접 또는 체결하여 부품화하는 방법 및 강도가 다른 두 소재를 용접한 재단용접강판(Tailor Welded Blanks, TWB) 또는 소재의 위치별로 두께를 다르게 압연한 재단압연강판(Tailor Rolled Blanks, TRB)을 프레스 성형하여 부품화하는 방법이 사용되고 있다.In general, a method of forming parts with differential strengths is a method of individually press forming parts made of two different materials and then welding or fastening them to form parts, and a cut-welded steel sheet (Tailor) made by welding two materials with different strengths. A method of forming parts by pressing Welded Blanks (TWB) or Tailor Rolled Blanks (TRB), which are rolled to different thicknesses depending on the location of the material, is being used.
그러나, 이러한 종래의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법은, 복수의 부품을 별도로 준비하거나, 별도의 처리 공정을 거치는 등 복잡한 제조 공정을 거침으로써 공정 시간 및 공정 비용이 지나치게 소모되는 문제점이 있었다. 또한, 부품에서 선택적으로 정확한 부위에 연화 및 보강 처리를 하기 어렵다는 문제점이 있었다.However, the conventional method of manufacturing parts with differential strengths has the problem of excessively consuming process time and cost due to complicated manufacturing processes such as separately preparing a plurality of parts or undergoing separate processing processes. In addition, there was a problem that it was difficult to selectively apply softening and reinforcement treatment to precise areas of the part.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 두 개의 부품성형, 재단용접강판이나 재단압연강판을 이용한 부품성형 대비 부품 수와 공정 수의 절감이 가능하여, 부품의 제조 공정 시간 및 공정 비용을 절감할 수 있고, 선택적으로 정확한 부위에 연화 및 보강 처리를 할 수 있는 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is intended to solve various problems including the problems described above. Compared to conventional two-part forming and part forming using cut-welded steel sheets or cut-rolled steel sheets, it is possible to reduce the number of parts and the number of processes, thereby reducing the number of parts. The purpose is to provide a method for manufacturing parts with differential strengths that can reduce manufacturing process time and process costs, and can selectively apply softening and reinforcement treatment to precise areas. However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법이 제공된다. 상기 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법은, 금속 판재를 프레스 성형하여 소정의 형상을 가지는 성형품을 제조하는 성형 단계; 상기 성형품의 적어도 일부분을 열처리를 통해 연화시켜, 상기 성형품에 국부적으로 연화 영역을 형성하는 연화 단계; 및 상기 성형품의 상기 연화 영역을 제외한 영역의 적어도 일부분에 3차원 프린팅에 의한 보강 부재를 형성하여, 상기 성형품에 국부적으로 보강 영역을 형성하는 보강 단계;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing parts having differential strengths is provided. The method of manufacturing parts having the above-described differential strengths includes a molding step of press forming a metal plate to produce a molded product having a predetermined shape; A softening step of softening at least a portion of the molded product through heat treatment to form a localized softened area in the molded product; and a reinforcing step of forming a reinforcement area locally in the molded product by forming a reinforcement member through three-dimensional printing in at least a portion of the area excluding the softened area of the molded product.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연화 단계에서, 제 1 레이저빔에 의해 상기 성형품의 상기 연화 영역을 국부적으로 가열하여 열처리함으로써, 상기 연화 영역을 연화시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the softening step, the softened region of the molded product can be softened by locally heating and heat treating the softened region by using a first laser beam.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보강 단계에서, LMD(Laser Melting Deposition) 방식의 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 제 2 레이저빔에 의해 금속 분말 또는 금속 와이어를 용융시켜 상기 성형품의 상기 보강 영역에 상기 보강 부재를 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the reinforcement step, a three-dimensional printing device of the LMD (Laser Melting Deposition) method is used to melt metal powder or metal wire by a second laser beam to form the reinforcement area of the molded product. The reinforcing member may be formed in .
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연화 단계에서의 상기 제 1 레이저빔 및 상기 보강 단계에서의 상기 제 2 레이저빔은, 동일한 레이저원으로부터 발산되고, 서로 다른 출력 에너지를 가지는 레이저빔일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first laser beam in the softening step and the second laser beam in the reinforcement step may be laser beams that are emitted from the same laser source and have different output energies.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보강 단계에서, 상기 3차원 프린팅 장치는, 상기 제 1 레이저빔 또는 상기 제 2 레이저빔을 발산하는 레이저 헤드 조립체; 및 상기 레이저 헤드 조립체를 상기 성형품을 기준으로 상기 성형품의 폭 방향, 길이 방향 및 높이 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동시키는 헤드 이송체;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the reinforcement step, the three-dimensional printing device includes: a laser head assembly emitting the first laser beam or the second laser beam; and a head transporter that moves the laser head assembly in at least one of the width direction, length direction, and height direction of the molded product with respect to the molded product.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 레이저 헤드 조립체는, 상기 레이저 헤드 조립체의 중심부에 형성되어, 상기 제 1 레이저빔 또는 상기 제 2 레이저빔을 발산하는 레이저 노즐부; 및 상기 레이저 헤드 조립체에서 상기 레이저 노즐부를 둘러싸도록 형성되어, 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어를 토출하는 재료 노즐부;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the laser head assembly includes: a laser nozzle portion formed at the center of the laser head assembly and emitting the first laser beam or the second laser beam; and a material nozzle portion formed to surround the laser nozzle portion in the laser head assembly and discharging the metal powder or the metal wire.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보강 단계에서, 상기 레이저 헤드 조립체의 상기 재료 노즐부는, 상기 성형품의 상기 보강 영역으로 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어를 토출하고, 상기 레이저 헤드 조립체의 상기 레이저 노즐부는, 상기 성형품의 상기 보강 영역 상에 토출된 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어가 용융될 수 있도록, 상기 제 2 레이저빔을 발산하여 상기 보강 영역의 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어가 토출된 부분을 1,400도 내지 1,600도의 온도 범위로 가열할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the reinforcement step, the material nozzle part of the laser head assembly discharges the metal powder or the metal wire into the reinforcement area of the molded product, and the laser nozzle of the laser head assembly The unit emits the second laser beam so that the metal powder or the metal wire discharged on the reinforcement area of the molded product can be melted, and the portion of the reinforcement area where the metal powder or the metal wire is discharged is 1,400 degrees Celsius. It can be heated to a temperature range of 1,600 degrees to 1,600 degrees.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연화 단계에서, 상기 레이저 헤드 조립체의 상기 재료 노즐부는, 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어를 토출하지 않고, 상기 레이저 헤드 조립체의 상기 레이저 노즐부는, 상기 성형품의 상기 연화 영역이 열처리되어 연화될 수 있도록, 상기 제 2 레이저빔 보다 낮은 출력 에너지를 가지는 상기 제 1 레이저빔을 발산하여 상기 연화 영역을 600도 내지 800도의 온도 범위로 가열할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the softening step, the material nozzle part of the laser head assembly does not eject the metal powder or the metal wire, and the laser nozzle part of the laser head assembly does not eject the metal powder or the metal wire. In order for the softened area to be softened by heat treatment, the first laser beam having a lower output energy than the second laser beam may be emitted to heat the softened area to a temperature range of 600 to 800 degrees.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 레이저 헤드 조립체는, 상기 레이저 헤드 조립체에서 상기 재료 노즐부를 둘러싸도록 형성되어, 실드 가스(Shield gas)를 토출하는 가스 노즐부;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the laser head assembly may further include a gas nozzle portion formed to surround the material nozzle portion in the laser head assembly and discharging shield gas.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 금속 판재를 프레스 성형하여 소정의 형상을 가지는 성형품으로 제조한 후, 동일한 레이저원을 이용하여, 상기 성형품에 국부적으로 레이저를 이용한 열처리 또는 레이저 클래딩과 같은 방식의 3차원 프린팅을 이용한 보강 부재 형성을 함으로써, 국부적으로 차등 강도를 가지는 부품을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, a metal sheet is press-molded to manufacture a molded product having a predetermined shape, and then, using the same laser source, the molded product is locally heat treated using a laser or By forming reinforcing members using 3D printing, such as laser cladding, parts with locally differential strength can be manufactured.
이와 같이, 소정의 형상을 가지는 부품을 미리 성형 한 후, 하나의 장치에서 연화 및 보강을 선택적으로 단일 공정에서 구현함으로써, 종래의 두 개의 부품성형, 재단용접강판이나 재단압연강판을 이용한 부품성형 대비 부품 수와 공정 수의 절감이 가능하여, 부품의 제조 공정 시간 및 공정 비용을 절감할 수 있고, 선택적으로 정확한 부위에 연화 및 보강 처리를 할 수 있는 효과를 가질 수 있다.In this way, after pre-forming a part with a predetermined shape, softening and reinforcement are selectively implemented in a single process in one device, compared to conventional two-part forming and part forming using cut-welded steel sheets or cut-rolled steel sheets. It is possible to reduce the number of parts and processes, thereby reducing the manufacturing process time and cost of parts, and having the effect of selectively performing softening and reinforcement treatment on precise areas.
또한, 레이저를 이용한 연화 및 보강 방법으로서, 기존의 레이저 트리밍 또는 레이저 용접 공정에서의 시스템과 혼용되어 사용 가능함으로써, 전체적인 부품 제조 공정의 단순화 및 추가 공정 비용 저감이 가능한 효과를 가질 수 있는 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In addition, as a softening and reinforcing method using a laser, it can be used in combination with existing laser trimming or laser welding process systems, providing differential strength that can have the effect of simplifying the overall part manufacturing process and reducing additional process costs. Branches can implement manufacturing methods for parts. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법의 각 단계들을 개략적으로 나타내는 개략도들이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 이용하여 국부적으로 연화 영역 및 보강 영역이 형성된 성형품의 실시예들을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.1 is a flow chart sequentially showing a method of manufacturing parts with differential strength according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 to 6 are schematic diagrams schematically showing each step of the manufacturing method of the component having differential strength of Figure 1.
Figures 7 and 8 are cross-sectional views schematically showing embodiments of molded products in which softened areas and reinforced areas are formed locally using the method of manufacturing parts with differential strengths of Figure 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Additionally, the thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will now be described with reference to drawings that schematically show ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the depicted shape may be expected, for example, depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 2 내지 도 6은 도 1의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법의 각 단계들을 개략적으로 나타내는 개략도들이며, 도 7 및 도 8은 도 1의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 이용하여 국부적으로 연화 영역 및 보강 영역이 형성된 성형품의 실시예들을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.1 is a flowchart sequentially showing a method of manufacturing parts having differential strengths according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 6 schematically show each step of the manufacturing method of parts having differential strengths of FIG. 1. These are schematic diagrams, and FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views schematically showing embodiments of molded products in which softened regions and reinforced regions are formed locally using the method of manufacturing parts with differential strengths of FIG. 1.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법은, 크게, 성형 단계(S10)와, 연화 단계(S20) 및 보강 단계(S30)을 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 1, the method of manufacturing parts with differential strength according to an embodiment of the present invention largely includes a forming step (S10), a softening step (S20), and a reinforcing step (S30). can do.
도 2에 도시된 바와 같이, 성형 단계(S10)에서, 금속 판재를 프레스 성형하여 소정의 형상을 가지는 성형품(1)을 제조할 수 있다. 여기서, 상기 프레스 성형은, 프레스 성형 장치에 암수의 성형 금형을 장착하고, 그 사이에 상기 금속 판재를 삽입하여 소정의 형상을 가지는 성형품(1)으로 제조할 수 있는 모든 종류의 프레스 성형 방법이 사용될 수 있다.As shown in FIG. 2, in the forming step (S10), a molded
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 연화 단계(S20)에서, 성형품(1)의 적어도 일부분을 열처리를 통해 연화시켜, 성형품(1)에 국부적으로 연화 영역(A1)을 형성할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 3, in the softening step (S20), at least a portion of the molded
더욱 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 연화 단계(S20)에서, 제 1 레이저빔(L1)에 의해 성형품(1)의 연화 영역(A1)을 국부적으로 가열하여 열처리함으로써, 연화 영역(A1)을 연화시킬 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 4, in the softening step (S20), the softened area (A1) of the molded product (1) is locally heated and heat treated by the first laser beam (L1), thereby softening the area (A1). ) can be softened.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 보강 단계(S30)에서, 성형품(1)의 연화 영역(A1)을 제외한 영역의 적어도 일부분에 3차원 프린팅에 의한 보강 부재(2)를 형성하여, 성형품(1)에 국부적으로 보강 영역(A2)을 형성할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 5, in the reinforcement step (S30), a
더욱 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 보강 단계(S30)에서, 레이저 클래딩(Laser Cladding)으로 보강 부재(2)를 형성할 수 있도록, LMD(Laser Melting Deposition) 방식의 3차원 프린팅 장치(100)를 이용하여, 제 2 레이저빔(L2)에 의해 금속 분말(M) 또는 금속 와이어를 용융시켜 성형품(1)의 보강 영역(A2)에 상기 보강 부재(2)를 형성할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 6, in the reinforcement step (S30), a three-dimensional printing device of the LMD (Laser Melting Deposition) method is used to form the
이때, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 연화 단계(S20)에서의 제 1 레이저빔(L1) 및 보강 단계(S30)에서의 제 2 레이저빔(L2)은, 3차원 프린팅 장치(100)의 동일한 레이저원으로부터 발산될 수 있다. 이때, 제 1 레이저빔(L1)과 제 2 레이저빔(L2)은, 성형품(1)에 서로 다른 처리, 예컨대, 연화 처리 또는 보강 처리를 할 수 있도록, 그 성격에 맞게 서로 다른 출력 에너지를 가지는 레이저빔일 수 있다.At this time, as shown in FIGS. 4 and 6, the first laser beam (L1) in the above-described softening step (S20) and the second laser beam (L2) in the strengthening step (S30) are used in a three-dimensional printing device. (100) can be emitted from the same laser source. At this time, the first laser beam (L1) and the second laser beam (L2) have different output energies according to their characteristics so that different treatments, such as softening treatment or reinforcement treatment, can be performed on the molded article (1). It could be a laser beam.
이러한, 연화 단계(S20) 및 보강 단계(S30)에서 공통적으로 사용되어, 서로 다른 출력 에너지를 가지는 제 1 레이저빔(L1) 또는 제 2 레이저빔(L2)을 발산할 수 있는 3차원 프린팅 장치(100)는, 제 1 레이저빔(L1) 또는 제 2 레이저빔(L2)을 발산하는 레이저 헤드 조립체(10) 및 레이저 헤드 조립체(10)를 성형품(1)을 기준으로 성형품(1)의 폭 방향, 길이 방향 및 높이 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동시키는 헤드 이송체(20)를 포함할 수 있다.A three-dimensional printing device ( 100) is a
여기서, 헤드 이송체(20)는, 레이저 헤드 조립체(10)를 성형품(1)을 기준으로 성형품(1)의 폭 방향, 길이 방향 및 높이 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동시킴으로써, 레이저 헤드 조립체(10)가 제 1 레이저빔(L1) 또는 제 2 레이저빔(L2)을 성형품(1)의 연화 영역(A1)으로 설정된 부분 및 보강 영역(A2)으로 설정된 부분에 선택적으로 발산시킬 수 있도록, 다축 관절 로봇이나, 머시닝 센터가 사용될 수 있다.Here, the
이외에도, 헤드 이송체(20)는, 레이저 헤드 조립체(10)를 성형품(1)을 기준으로 성형품(1)의 폭 방향, 길이 방향 및 높이 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동시킬 수 있는, 즉, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향과 같이, 레이저 헤드 조립체(10)를 3축으로 이동시킬 수 있는 모든 구동 장치가 사용될 수 있다.In addition, the
또한, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 헤드 조립체(10)는, 레이저 헤드 조립체(10)의 중심부에 형성되어, 제 1 레이저빔(L1) 또는 제 2 레이저빔(L2)을 선택적으로 발산하는 레이저 노즐부(11)와, 레이저 헤드 조립체(10)에서 레이저 노즐부(11)를 둘러싸도록 형성되어, 금속 분말(M) 또는 금속 와이어를 토출하는 재료 노즐부(12) 및 레이저 헤드 조립체(10)에서 재료 노즐부(12)를 둘러싸도록 형성되어, 실드 가스(Shield Gas)를 토출하는 가스 노즐부(13)를 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 4 and 6, the
따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연화 단계(S20)에서, 레이저 헤드 조립체(10)의 재료 노즐부(12)는, 금속 분말(M) 또는 금속 와이어를 토출하지 않고, 레이저 헤드 조립체(10)의 레이저 노즐부(11)는, 성형품(1)의 연화 영역(A1)이 열처리되어 연화될 수 있도록, 제 2 레이저빔(L2) 보다 낮은 출력 에너지를 가지는 제 1 레이저빔(L1)을 발산할 수 있다.Therefore, as shown in FIGS. 3 and 4, in the softening step (S20), the
더욱 구체적으로, 3차원 프린팅 장치(100)의 레이저 헤드 조립체(10)가 헤드 이송체(20)에 의해 성형품(1)의 연화 영역(A1)으로 설정된 부분을 지나는 도중에는, 재료 노즐부(12)를 통해서 금속 분말(M) 또는 금속 와이어를 토출하지 않는 상태에서, 레이저 노즐부(11)를 통해서 제 1 레이저빔(L1) 만을 발산할 수 있다.More specifically, while the
이때, 성형품(1)의 연화 영역(A1)이 용융될 정도로 가열되지 않고, 열처리가 이루어질 수 있을 정도로 가열될 수 있도록, 제 1 레이저빔(L1)은, 성형품(1)의 연화 영역(A1)을 600도 내지 800도의 온도 범위 내에서 가열할 수 있는 정도의 출력 에너지를 가지는 것이 바람직할 수 있다.At this time, the first laser beam L1 is directed to the softened area A1 of the molded
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 보강 단계(S30)에서, 레이저 헤드 조립체(10)의 재료 노즐부(12)는, 성형품(1)의 보강 영역(A2)으로 금속 분말(M) 또는 금속 와이어를 토출하고, 레이저 헤드 조립체(10)의 레이저 노즐부(11)는, 성형품(1)의 보강 영역(A2) 상에 토출된 금속 분말(M) 또는 금속 와이어가 용융될 수 있도록, 제 1 레이저빔(L1) 보다 높은 출력 에너지를 가지는 제 2 레이저빔(L2)을 발산할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 5 and 6, in the reinforcement step (S30), the
이때, 성형품(1)의 보강 영역(A2) 상에 토출된 금속 분말(M) 또는 금속 와이어가 용융될 수 있도록, 제 2 레이저빔(L2)을 발산하여 보강 영역(A2)의 금속 분말(M) 또는 금속 와이어가 토출된 부분을 1,400도 내지 1,600도의 온도 범위, 가장 바람직하게는 1,500도의 온도로 가열할 수 있는 정도의 출력 에너지를 가지는 것이 바람직할 수 있다.At this time, so that the metal powder (M) or metal wire discharged on the reinforcement area (A2) of the molded product (1) can be melted, the second laser beam (L2) is emitted to melt the metal powder (M) in the reinforcement area (A2). ) Alternatively, it may be desirable to have output energy sufficient to heat the portion where the metal wire is discharged to a temperature range of 1,400 to 1,600 degrees, most preferably 1,500 degrees.
더욱 구체적으로, 3차원 프린팅 장치(100)의 레이저 헤드 조립체(10)가 헤드 이송체(20)에 의해 성형품(1)의 보강 영역(A2)으로 설정된 부분을 지나는 도중에는, 재료 노즐부(12)를 통해서 보강 영역(A2) 상에 금속 분말(M) 또는 금속 와이어를 토출하고 있는 상태에서, 레이저 노즐부(11)를 통해서 제 2 레이저빔(L2)을 함께 발산할 수 있다.More specifically, while the
이에 따라, 성형품(1)의 보강 영역(A2) 상으로 토출된 금속 분말(M) 또는 금속 와이어가, 제 2 레이저빔(L2)에 의해 성형품(1)의 표면의 적어도 일부분과 함께 용융되면서 성형품(1) 상에서 멜트 풀(Melt Pool)(3)을 형성하고, 레이저 헤드 조립체(10)가 지나간 이후 멜트 풀(3)이 응고되면서 성형품(1) 상에서 보강 부재(2)로 형성될 수 있다.Accordingly, the metal powder (M) or metal wire discharged onto the reinforcement area (A2) of the molded product (1) is melted together with at least a portion of the surface of the molded product (1) by the second laser beam (L2), thereby forming the molded product (1). A melt pool (3) is formed on (1), and after the laser head assembly (10) passes by, the melt pool (3) solidifies to form a reinforcing member (2) on the molded product (1).
이러한, 보강 부재(2)는, 금속 분말(M) 또는 금속 와이어가 성형품(1)의 표면의 적어도 일부분과 함께 용융된 후 다시 응고된 것으로서, 실질적으로 성형품(1)과 한몸으로 형성되는 것일 수 있다.The reinforcing
또한, 레이저 헤드 조립체(10)는, 제 2 레이저빔(L2)에 의해 금속 분말(M) 또는 금속 와이어가 성형품(1)의 표면의 적어도 일부분과 함께 용융되어 형성된 멜트 풀(3)이 대기중에 산소나 이물질과 접촉하여 보강 부재(2)에 불량 부분이 발생하지 않도록, 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 노즐부(13)를 통해서 멜트 풀(3)의 주변으로 실드 가스(G)를 토출할 수 있다.In addition, the
상술한 바와 같이, 레이저 헤드 조립체(10) 및 헤드 이송체(20)를 포함하는 3차원 프린팅 장치(100)에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법은, 하나의 레이저 소스(레이저 헤드 조립체)로 성형품(1)에 연화 영역(A1)과 보강 영역(A2)을 국부적으로 형성할 수 있는 방법으로서, 헤드 이송체(20)에 의해 레이저 헤드 조립체(10)가 연화 영역(A1)으로 설정된 영역 상을 지날 때에는 제 1 레이저빔(L1) 만을 발산하고, 헤드 이송체(20)에 의해 레이저 헤드 조립체(10)가 보강 영역(A2)으로 설정된 영역 상을 지날 때에는 금속 분말(M) 또는 금속 와이어의 토출과 함께 제 2 레이저빔(L2)을 발산할 수 있다.As described above, the method of manufacturing parts with differential strength according to an embodiment of the present invention by the three-
이러한, 성형품(1)에 연화 영역(A1) 및 보강 영역(A2)을 형성하는 과정은, 헤드 이송체(20)에 의해 레이저 헤드 조립체(10)가 지나는 영역에 따라, 연화 단계(S20) 및 보강 단계(S30)가 규칙적 또는 불규칙적으로 번갈아가며 진행되면서 이루어질 수 있는 것으로서, 연화 단계(S20) 및 보강 단계(S30)는, 실질적으로 하나의 공정(헤드 이송체(20)가 레이저 헤드 조립체(10)에 의해 성형품(1) 상에서 성형품(1)의 전영역을 소정의 경로로 이동하는 공정) 안에서 이루어지는 것으로 보는 것이 상당할 수 있다.This process of forming the softened area (A1) and the reinforced area (A2) in the molded
이에 따라, 본 발명의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 이용하여, 소정의 형상으로 프레스 성형된 성형품(1)에, 연화 영역(A1) 및 보강 영역(A2)을 필요에 따라 다양한 패턴으로 국부적으로 형성할 수 있다.Accordingly, using the manufacturing method of parts having differential strength of the present invention, the softened area A1 and the reinforced area A2 are locally formed in various patterns as needed in the molded
예컨대, 성형품(1)은 차량용 부품이며, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 차량용 부품이 차량에 적용되는 부위에 따라, 차량의 충돌 시, 효과적인 충격 흡수 및 탑승자 보호를 위해 다양한 형태의 좌굴 형태가 요구될 수 있다. 따라서, 요구 되는 성형품(1)의 좌굴 형태에 따라 본 발명의 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법을 이용하여, 차량용 부품인 성형품(1)에 선택적으로 국부적인 영역으로 연화 영역(A1) 및 보강 영역(A2)이 형성되도록 함으로써, 차량의 충돌 시 발생할 수 있는 성형품(1)의 좌굴 형태를 자유롭게 조절할 수 있다.For example, the molded
상술한 예는, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 성형품(1)이 차량용 부품으로 적용될 경우를 예로 들어 설명한 것으로서, 본 발명의 상술한 실시예에 의해서 한정되지 않는 것은 물론이다.The above-mentioned example is an example in which the molded
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법에 따르면, 하나의 금속 판재를 프레스 성형하여 소정의 형상을 가지는 성형품(1)으로 제조한 후, 동일한 레이저원을 이용하여, 성형품(1)에 국부적으로 레이저를 이용한 열처리 또는 레이저 클래딩과 같은 방식의 3차원 프린팅을 이용한 보강 부재(2) 형성을 함으로써, 국부적으로 차등 강도를 가지는 부품을 제조할 수 있다.Therefore, according to the method of manufacturing parts with differential strength according to an embodiment of the present invention, one metal plate is press-molded to produce a molded
그러므로, 소정의 형상을 가지는 부품을 미리 성형 한 후, 하나의 장치에서 연화 및 보강을 선택적으로 단일 공정에서 구현함으로써, 종래의 두 개의 부품성형, 재단용접강판이나 재단압연강판을 이용한 부품성형 대비 부품 수와 공정 수의 절감이 가능하여, 부품의 제조 공정 시간 및 공정 비용을 절감할 수 있고, 선택적으로 정확한 부위에 연화 및 보강 처리를 할 수 있는 효과를 가질 수 있다.Therefore, by pre-forming parts with a predetermined shape and then selectively implementing softening and reinforcement in a single process in one device, compared to conventional two-part forming, part forming using cut-welded steel sheets or cut-rolled steel sheets. It is possible to reduce the number and number of processes, thereby reducing the manufacturing process time and cost of parts, and having the effect of selectively performing softening and reinforcement treatment on precise areas.
또한, 레이저를 이용한 연화 및 보강 방법으로서, 기존의 레이저 트리밍 또는 레이저 용접 공정에서의 시스템과 혼용되어 사용 가능함으로써, 전체적인 부품 제조 공정의 단순화 및 추가 공정 비용 저감이 가능한 효과를 가질 수 있다.In addition, as a softening and reinforcement method using a laser, it can be used in combination with systems in existing laser trimming or laser welding processes, which can have the effect of simplifying the overall part manufacturing process and reducing additional process costs.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
1: 성형품
2: 보강 부재
3: 멜트 풀
10: 레이저 헤드 조립체
11: 레이저 노즐부
12: 재료 노즐부
13: 가스 노즐부
20: 헤드 이송체
100: 3차원 프린팅 장치
A1: 연화 영역
A2: 보강 영역
L1: 제 1 레이저빔
L2: 제 2 레이저빔
M: 금속 분말
S: 실드 가스1: Molded product
2: Reinforcement member
3: Melt Pool
10: Laser head assembly
11: Laser nozzle part
12: Material nozzle part
13: Gas nozzle part
20: Head transport body
100: 3D printing device
A1: softening zone
A2: Reinforcement area
L1: 1st laser beam
L2: Second laser beam
M: metal powder
S: shield gas
Claims (9)
상기 성형품의 적어도 일부분을 열처리를 통해 연화시켜, 상기 성형품에 국부적으로 연화 영역을 형성하는 연화 단계; 및
상기 성형품의 상기 연화 영역을 제외한 영역의 적어도 일부분에 3차원 프린팅에 의한 보강 부재를 형성하여, 상기 성형품에 국부적으로 보강 영역을 형성하는 보강 단계;를 포함하고,
상기 연화 단계에서,
제 1 레이저빔에 의해 상기 성형품의 상기 연화 영역을 국부적으로 가열하여 열처리함으로써, 상기 연화 영역을 연화시키고,
상기 보강 단계에서,
LMD(Laser Melting Deposition) 방식의 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 제 2 레이저빔에 의해 금속 분말 또는 금속 와이어를 용융시켜 상기 성형품의 상기 보강 영역에 상기 보강 부재를 형성하고,
상기 3차원 프린팅 장치는,
상기 제 1 레이저빔 또는 상기 제 2 레이저빔을 발산하는 레이저 헤드 조립체; 및
상기 레이저 헤드 조립체를 상기 성형품을 기준으로 상기 성형품의 폭 방향, 길이 방향 및 높이 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 이동시키는 헤드 이송체;를 포함하여,
상기 연화 단계에서의 상기 제 1 레이저빔 및 상기 보강 단계에서의 상기 제 2 레이저빔은, 동일한 레이저원인 상기 레이저 헤드 조립체로부터 서로 다른 출력 에너지로 발산되어,
상기 연화 단계 및 상기 보강 단계는,
상기 헤드 이송체가 상기 레이저 헤드 조립체를 상기 성형품 상에서 상기 연화 영역 및 상기 보강 영역을 지나도록 소정의 경로로 이동시키는 공정 중, 상기 레이저 헤드 조립체가 상기 제 1 레이저빔 또는 상기 제 2 레이저빔을 상기 연화 영역으로 설정된 부분 및 상기 보강 영역으로 설정된 부분에 선택적으로 발산시킬 수 있도록, 지나는 영역에 따라 선택적으로 진행되어, 하나의 공정 안에서 번갈아가며 진행되는, 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법.A forming step of press forming a metal plate to produce a molded product having a predetermined shape;
A softening step of softening at least a portion of the molded product through heat treatment to form a localized softened area in the molded product; and
A reinforcement step of forming a reinforcement area locally in the molded product by forming a reinforcement member by three-dimensional printing in at least a portion of the area excluding the softened area of the molded product,
In the softening step,
Softening the softened region by locally heating and heat-treating the softened region of the molded product with a first laser beam,
In the reinforcement step,
Using a three-dimensional printing device of the LMD (Laser Melting Deposition) method, the reinforcing member is formed in the reinforcing area of the molded product by melting metal powder or metal wire with a second laser beam,
The 3D printing device,
a laser head assembly emitting the first laser beam or the second laser beam; and
Including a head transporter that moves the laser head assembly in at least one of the width direction, length direction, and height direction of the molded product with respect to the molded product,
The first laser beam in the softening step and the second laser beam in the strengthening step are emitted with different output energies from the laser head assembly, which is the same laser source,
The softening step and the reinforcing step are,
During the process of the head transporter moving the laser head assembly along a predetermined path to pass through the softening area and the reinforcement area on the molded product, the laser head assembly sends the first laser beam or the second laser beam to the softening area. A method of manufacturing parts with differential strength, which is carried out selectively according to the passing area, and is carried out alternately in one process, so as to selectively radiate it to the part set as the area and the part set to the reinforcement area.
상기 레이저 헤드 조립체는,
상기 레이저 헤드 조립체의 중심부에 형성되어, 상기 제 1 레이저빔 또는 상기 제 2 레이저빔을 발산하는 레이저 노즐부; 및
상기 레이저 헤드 조립체에서 상기 레이저 노즐부를 둘러싸도록 형성되어, 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어를 토출하는 재료 노즐부;
를 포함하는, 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법.According to claim 1,
The laser head assembly,
a laser nozzle unit formed at the center of the laser head assembly to emit the first laser beam or the second laser beam; and
a material nozzle portion formed to surround the laser nozzle portion in the laser head assembly and discharging the metal powder or the metal wire;
A method of manufacturing a part having differential strength, comprising:
상기 보강 단계에서,
상기 레이저 헤드 조립체의 상기 재료 노즐부는,
상기 성형품의 상기 보강 영역으로 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어를 토출하고,
상기 레이저 헤드 조립체의 상기 레이저 노즐부는,
상기 성형품의 상기 보강 영역 상에 토출된 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어가 용융될 수 있도록, 상기 제 2 레이저빔을 발산하여 상기 보강 영역의 상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어가 토출된 부분을 1,400도 내지 1,600도의 온도 범위로 가열하는, 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법.According to claim 6,
In the reinforcement step,
The material nozzle portion of the laser head assembly,
Discharging the metal powder or the metal wire into the reinforcement area of the molded product,
The laser nozzle portion of the laser head assembly,
The second laser beam is emitted so that the metal powder or the metal wire discharged on the reinforcement area of the molded product is melted, and the portion of the reinforcement area where the metal powder or the metal wire is discharged is heated at 1,400 degrees to 1,400 degrees. A method of manufacturing parts with differential strengths that involves heating to a temperature range of 1,600 degrees.
상기 연화 단계에서,
상기 레이저 헤드 조립체의 상기 재료 노즐부는,
상기 금속 분말 또는 상기 금속 와이어를 토출하지 않고,
상기 레이저 헤드 조립체의 상기 레이저 노즐부는,
상기 성형품의 상기 연화 영역이 열처리되어 연화될 수 있도록, 상기 제 2 레이저빔 보다 낮은 출력 에너지를 가지는 상기 제 1 레이저빔을 발산하여 상기 연화 영역을 600도 내지 800도의 온도 범위로 가열하는, 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법.According to claim 6,
In the softening step,
The material nozzle portion of the laser head assembly,
Without discharging the metal powder or the metal wire,
The laser nozzle portion of the laser head assembly,
Differential intensity of heating the softened area to a temperature range of 600 to 800 degrees by emitting the first laser beam having a lower output energy than the second laser beam so that the softened area of the molded product can be softened by heat treatment. A method of manufacturing a part having a.
상기 레이저 헤드 조립체는,
상기 레이저 헤드 조립체에서 상기 재료 노즐부를 둘러싸도록 형성되어, 실드 가스(Shield gas)를 토출하는 가스 노즐부;
를 더 포함하는, 차등 강도를 가지는 부품의 제조 방법.According to claim 6,
The laser head assembly,
a gas nozzle portion formed to surround the material nozzle portion in the laser head assembly and discharging shield gas;
A method of manufacturing a part having differential strength, further comprising:
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20230331 Patent event code: PE09021S01D |
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PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20231023 Patent event code: PE09021S02D |
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PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20240618 |
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PG1601 | Publication of registration |