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KR20200013066A - 다면 및 갈보 거울 스캐너들을 이용한 적층 제조 - Google Patents

다면 및 갈보 거울 스캐너들을 이용한 적층 제조 Download PDF

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KR20200013066A
KR20200013066A KR1020207001996A KR20207001996A KR20200013066A KR 20200013066 A KR20200013066 A KR 20200013066A KR 1020207001996 A KR1020207001996 A KR 1020207001996A KR 20207001996 A KR20207001996 A KR 20207001996A KR 20200013066 A KR20200013066 A KR 20200013066A
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KR
South Korea
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feed material
light beam
layer
mirror scanner
region
Prior art date
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KR1020207001996A
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KR102495072B1 (ko
Inventor
데이비드 마사유키 이시카와
폴 제이. 스테파스
나그 비. 파티반들라
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

적층 제조 시스템은, 플랫폼, 플랫폼의 최상부 표면 상에 공급 물질의 복수의 층들을 분배하기 위한 분배기, 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 생성하기 위한 광원, 다면 거울 스캐너, 다면 거울 스캐너에 인접하게 위치되는 갈보 거울 스캐너, 및 제어기를 포함한다. 제어기는 광원, 다면 거울 스캐너, 및 갈보 거울 스캐너에 결합되고, 제어기는, 광원 및 다면 거울 스캐너로 하여금 공급 물질의 층의 구역에 제1 광 빔을 가하게 하도록 그리고 광원 및 갈보 거울 스캐너로 하여금 공급 물질의 층의 구역의 적어도 일부분에 제2 광 빔을 가하게 하도록 구성된다.

Description

다면 및 갈보 거울 스캐너들을 이용한 적층 제조
본 명세서는, 3D 프린팅으로 또한 알려져 있는 적층 제조(additive manufacturing)에 관한 것이다.
입체 임의형상 제작 또는 3D 프린팅으로 또한 알려져 있는 적층 제조(AM)는 원재료(예컨대, 분말들, 액체들, 현탁액들, 또는 용융된 고체들)를 2차원 층들로 연속적으로 분배하여 3차원 물체들이 구축되는 제조 프로세스를 지칭한다. 대조적으로, 종래의 기계가공 기법들은, 원자재(예컨대, 목재, 플라스틱, 또는 금속의 덩어리)로부터 물체들이 절단되는 절삭 프로세스들을 수반한다.
다양한 적층 프로세스들이 적층 제조에서 사용될 수 있다. 일부 방법들, 예컨대, 선택적 레이저 용융(SLM) 또는 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 선택적 레이저 소결(SLS), 융합 적층 모델링(FDM)은 층들을 생성하기 위해 물질을 용융 또는 연화시키는 한편, 다른 방법들, 예컨대 스테레오리소그래피(SLA)는 상이한 기술들을 사용하여 액체 물질들을 경화시킨다. 이러한 프로세스들은, 완성된 물체들을 생성하기 위해 층들이 형성되는 방식, 및 프로세스들에서의 사용에 호환가능한 물질들이 상이할 수 있다.
적층 제조의 일부 형태들에서, 분말이 플랫폼 상에 배치되고, 레이저 빔이 분말 상에 패턴을 트레이싱하여 분말을 함께 융합시킴으로써 형상을 형성한다. 일단 형상이 형성되면, 플랫폼은 하강되고, 새로운 분말 층이 부가된다. 프로세스는, 부분이 완전히 형성될 때까지 반복된다.
본 명세서는, 적층 제조에 관한 기술들을 설명한다.
일 양상에서, 적층 제조 시스템은, 플랫폼, 플랫폼의 최상부 표면 상에 공급 물질의 복수의 층들을 분배하기 위한 분배기, 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 생성하기 위한 광원, 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 충돌하도록 제1 광 빔을 지향시키게 구성되는 다면 거울 스캐너(polygon mirror scanner), 다면 거울 스캐너에 인접하게 위치되는 갈보(galvo) 거울 스캐너, 및 제어기를 포함한다. 다면 거울 스캐너는, 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 충돌하도록, 방출된 제2 광 빔을 지향시키게 구성된다. 제어기는 광원, 다면 거울 스캐너, 및 갈보 거울 스캐너에 결합되고, 제어기는, 광원 및 다면 거울 스캐너로 하여금 공급 물질의 층의 구역에 제1 광 빔을 가하게 하도록 그리고 광원 및 갈보 거울 스캐너로 하여금 공급 물질의 층의 구역의 적어도 일부분에 제2 광 빔을 가하게 하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어기는, 광원 및 다면 거울 스캐너로 하여금, 공급 물질의 온도를, 제1 온도로부터 공급 물질이 융합되는 제3 온도(TF) 미만의 제2 온도로 상승시키기 위해 제1 광 빔이 충분한 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 광원 및 갈보 거울 스캐너로 하여금, 공급 물질의 온도를 제3 온도를 초과하여 추가로 상승시키기 위해, 공급 물질의 온도가 제1 광 빔에 의해 상승된 동안 제2 광 빔이 공급 물질에 충분한 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 광원 및 갈보 거울 스캐너로 하여금, 공급 물질의 온도를 공급 물질이 융합되는 온도(TF)를 초과하여 추가로 상승시키기 위해, 제2 광 빔이 공급 물질에 충분한 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 광원 및 다면 거울 스캐너로 하여금, 공급 물질의 냉각률을 제어하기 위해, 공급 물질이 융합된 후에 제1 광 빔이 공급 물질에 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성될 수 있다.
광원은, 금속 분말을 용융시키기 위해, 충분한 열을 가하도록 구성될 수 있다. 공급 물질의 온도는, 제1 온도로부터 공급 물질이 융합되는 온도(TF) 미만의 제2 온도로 상승될 수 있다. 다면 거울 스캐너에 의해 지향되는 제1 광 빔은, 갈보 거울 스캐너에 의해 지향되는 제2 광 빔보다 더 낮은 전력 밀도를 가질 수 있다.
빔 분할기는, 광원으로부터 방출된 광 빔을 제1 광 빔 및 제2 광 빔으로 분할하도록 구성될 수 있다. 광원은, 제1 광 빔을 방출하기 위한 제1 광원 및 제2 광 빔을 방출하기 위한 제2 광원을 포함할 수 있다. 다면 거울 스캐너는 제1 다면 거울 스캐너일 수 있고, 적층 제조 시스템은 제2 다면 거울 스캐너를 포함할 수 있다. 제1 다면 거울은, 플랫폼 상의 공급 물질의 층의 적어도 제1 절반에 광 빔을 지향시키도록 구성될 수 있고, 제2 다면 거울은, 플랫폼 상의 공급 물질의 층의 적어도 제2 절반에 광 빔을 지향시키기 위한 것일 수 있다. 제어기는, 광원 및 제2 다면 거울 스캐너로 하여금, 공급 물질의 냉각률을 제어하기 위해, 공급 물질이 융합된 후에 제3 광 빔이 공급 물질에 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성될 수 있다.
3-웨이 빔 분할기는, 광원으로부터 방출된 제1 광 빔을 제2 광 빔, 제3 광 빔, 및 제4 광 빔으로 분할하도록 구성될 수 있다. 제2 광 빔은 제1 다면 거울 스캐너로 지향될 수 있고, 제3 광 빔은 갈보 거울 스캐너로 지향될 수 있고, 제4 광 빔은 제2 다면 거울 스캐너로 지향될 수 있다. 광원은 제1 광 빔을 제1 다면 거울 스캐너로 지향시키는 제1 광원일 수 있고, 시스템은, 제2 광 빔을 갈보 거울 스캐너로 지향시키는 제2 광원, 및 제3 광 빔을 제2 다면 거울 스캐너로 지향시키는 제3 광원을 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 적층 제조 방법은, 다면 거울 스캐너를 이용하여 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 걸쳐 제1 광 빔을 스캐닝함으로써, 공급 물질의 층의 제1 영역을 공급 물질의 케이킹 온도 미만으로 사전 가열하는 단계, 및 제1 영역이 사전 가열된 후에 갈보 거울 스캐너를 이용하여 공급 물질의 층에 걸쳐 제2 광 빔을 스캐닝함으로써, 공급 물질의 층의 제1 영역의 적어도 일부분을 융합시키는 단계를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 영역은, 제1 영역의 일부분이 융합된 후에, 제3 광 빔을 다면 거울에서 공급 물질의 층의 제1 영역 상으로 반사시킴으로써 열처리될 수 있다. 다면 거울 스캐너는 제1 다면 거울일 수 있다. 제1 영역은, 제1 영역의 일부분이 융합된 후에, 제3 광 빔을 제2 다면 거울 스캐너에서 공급 물질의 층의 제1 영역 상으로 반사시킴으로써 열처리될 수 있다.
공급 물질의 층을 케이킹 온도 미만으로 사전 가열하는 것은, 공급 물질의 층의 제1 영역에 걸쳐 제1 스캐닝 패턴으로 제1 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 공급 물질의 층의 제1 영역을 융합시키는 것은, 공급 물질의 층의 제1 영역의 일부분에 걸쳐 제2 스캐닝 패턴으로 제2 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함한다. 제1 스캐닝 패턴은 제2 스캐닝 패턴과 상이할 수 있다. 부분에 대한 패턴의 외곽선은 제2 광 빔만에 의해 제1 영역에서 융합될 수 있다.
공급 물질의 층의 제1 영역을 사전 가열한 후에, 공급 물질의 층의 제2 영역이, 제1 광 빔을 공급 물질의 층의 제2 영역 상으로 반사시키는 다면 거울 스캐너를 이용하여 사전 가열될 수 있고, 제2 영역은 공급 물질의 층의 제1 영역과 상이하다. 공급 물질의 층의 제1 영역을 융합시킨 후에, 공급 물질의 층의 제2 영역이, 제1 영역이 사전 가열된 후에 제2 광 빔을 공급 물질의 층의 제2 영역 상으로 반사시키는 갈보 거울 스캐너를 이용하여 융합될 수 있고, 제2 영역은 공급 물질의 층의 제1 영역과 상이하다.
다른 양상에서, 광학 엔진은, 광 빔을 방출하도록 구성되는 광원, 광원으로부터 방출된 제1 광 빔을 제2 광 빔 및 제3 광 빔으로 분할하도록 구성되는 빔 분할기, 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 충돌하도록 제2 광 빔을 지향시키게 구성되는 다면 거울 스캐너, 및 다면 거울 스캐너에 인접하게 위치되는 갈보 거울 스캐너를 포함하며, 갈보 거울 스캐너는, 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 충돌하도록 제3 광 빔을 지향시키게 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
빔 분할기는, 제1 광 빔을 제4 광 빔으로 추가로 분할할 수 있다. 다면 거울 스캐너는 제1 다면 거울 스캐너일 수 있고, 광학 엔진은, 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 충돌하도록 제4 광 빔을 지향시키게 구성되는 제2 다면 거울 스캐너를 포함할 수 있다. 제1 다면 거울 스캐너는 플랫폼의 적어도 제1 절반을 스캐닝하는 것이 가능할 수 있고, 제2 다면 거울 스캐너는 플랫폼의 적어도 제2 절반을 스캐닝하는 것이 가능할 수 있다.
본 명세서에 설명된 주제의 특정 구현들은, 다음의 이점들 중 하나 이상을 실현하도록 구현될 수 있다. 사전 가열 및 사후 가열이 제어될 수 있다. 융합에 사용되는 빔이 필요로 하는 전력의 양이 감소될 수 있고/거나, 빔이 층에 걸쳐 더 신속하게 이동할 수 있으며, 그에 따라, 처리량이 증가될 수 있다. 게다가, 온도 요동들의 크기가 감소될 수 있고, 그에 따라, 열 응력이 감소될 수 있고, 제조되는 물체의 물질 특성들이 개선될 수 있다. 분말을 사전 가열하거나 열처리하기 위해 회전식 다면체를 사용하는 것은, 가열이 고속/저전력으로 작은 영역에 적용되는 것을 허용할 수 있고, 분말이 반복적인 스캔들을 이용하여 처리되어 램프들의 어레이에 의한 가열이 모의될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 주제의 하나 이상의 구현의 세부사항들은, 첨부된 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 본 주제의 다른 특징들, 양상들 및 이점들은, 설명, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 예시적인 적층 제조 시스템의 사시 단면도의 개략도이다.
도 2a는, 예시적인 광학 엔진의 정면도의 개략도이다.
도 2b는, 예시적인 광학 엔진의 측면도의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3d는, 예시적인 스캔 경로들의 개략도들이다.
도 4a는, 예시적인 광학 엔진의 평면도의 개략도이다.
도 4b는, 예시적인 광학 엔진의 평면도의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5b는, 예시적인 능동 광학 조립체의 개략도들이다.
도 6은 예시적인 적층 제조 방법의 흐름도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 번호들 및 지정들은 동일한 요소들을 표시한다.
적층 제조 프로세스는, 플래튼 또는 이전에 퇴적된 층 상에 공급 물질, 예컨대 분말의 층을 분배하는 것 이후에, 공급 물질의 층의 부분들을 융합시키기 위한 방법이 후속되는 것을 수반할 수 있다. 에너지원은 공급 물질을 가열하여 공급 물질이 고화되게 하는데, 예컨대, 분말이 융합되게 한다. 그러나, 분말화된 물질의 점-대-점 소결 또는 용융에 의해 야기되는 온도 요동들은 프린팅된 물체 내에 열 응력들을 발생시킬 수 있다. 이러한 열 응력들은 제조 프로세스 동안 부분들이 뒤틀리고 균열되는 것을 야기할 수 있다. 열 응력들은 또한 다공성 구역들이 형성되는 것을 야기할 수 있다.
적층 제조 프로세스에서, 공급 물질은 플래튼 위에 퇴적되기 전에 가열될 수 있다. 이는, 특정 복셀을 고화시키기 위해 스캐닝 빔이 필요로 하는 전력의 양을 감소시킬 수 있다. 이는 빔이 층에 걸쳐 더 신속하게 이동하는 것을 허용하며, 그에 따라, 처리량이 증가될 수 있다. 게다가, 이는, 온도 요동들의 크기를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 열 응력이 감소되고 물질 특성들이 개선된다.
분말을 지지하는 플랫폼을 사전 가열하는 것은 얕은 부분들에 대한 열 요동들을 감소시키고 처리량을 증가시킬 수 있지만, 사전 가열된 플랫폼이 충분히 가열하기에는 부분의 깊이가 너무 큰 더 깊은 부분들에 대한 균열 및 변형을 완화시키지는 못한다. 다른 사전 가열 방법들은, 플랫폼 상의 분말 대부분의 "케이킹"을 초래할 수 있고, 분말을 재사용하기에 부적합하게 만든다.
그러나, 제조 프로세스 동안 열 구배를 감소시키기 위해, 공급 분말이, 융합 전에, 스캐닝된 광 빔에 의해 사전 가열될 수 있으며, 이는 소결 품질 및 처리량을 개선할 수 있다. 감소된 열 구배는, 제조 프로세스 동안의 열 응력들을 적어도 부분적으로 감소시킬 수 있다. 냉각률을 제어하여 그에 의해 잔류 응력을 감소시키고, 예컨대, 부분의 뒤틀림 및 균열의 가능성을 감소시킴으로써 소결 품질을 추가적으로 개선하기 위해, 융합 이후에, 스캐닝된 광 빔에 의해, 융합된 구획들에 또한 열이 가해질 수 있다("열처리" 또는 "사후 가열"로 또한 지칭됨). 열은 또한, 복사, 대류, 및 전도 손실들로 인한 열 불균일성을 보상하는 데 사용될 수 있다.
본 개시내용은, 적층 제조를 위한 방법 및 장치를 설명한다. 장치는, 적어도 하나의 갈보 거울 스캐너 및 적어도 하나의 다면 거울 스캐너를 갖는 광학 엔진을 포함할 수 있다. 그러한 광학 엔진을 포함하는 광학 조립체는, 제조 프로세스 동안 공급 물질을 사전 가열, 융합, 및/또는 열처리하도록 하나 이상의 광 빔을 지향시킬 수 있다.
도 1은, 예시적인 적층 제조 시스템(100)을 도시한다. 적층 제조 시스템(100)은, 제조되는 물체를 유지하기 위한 구축 플랫폼(116), 지지부(102) 위에 공급 물질의 연속적인 층들을 전달하기 위한 공급 물질 전달 시스템, 및 공급 물질의 각각의 층의 융합, 사전 가열, 및/또는 열처리에 사용될 다수의 광 빔들을 생성하기 위한 광학 조립체(111)를 포함한다.
일부 구현들, 이를테면, 도 1에 예시된 구현에서, 공급 물질 전달 시스템(107)은, 공급 물질 저장소(108)로부터의 공급 물질을 구축 플랫폼(116)에 걸쳐 밀어내기 위한 평평한 블레이드 또는 패들을 포함할 수 있다. 그러한 구현에서, 공급 물질 저장소(108)는 또한, 구축 플랫폼(116)에 인접하게 위치된 공급 플랫폼(118)을 포함할 수 있다. 공급 플랫폼(118)이 상승되어 구축 플랫폼(116)의 표고(level) 위로 일부 공급 물질을 상승시킬 수 있고, 블레이드는 공급 플랫폼(118)으로부의 공급 물질(104)을 구축 플랫폼(116) 상으로 밀어낼 수 있다.
대안적으로 또는 그에 부가하여, 공급 물질 전달 시스템(107)은 분배기를 포함할 수 있으며, 분배기는, 플랫폼(116) 위에 매달리고 복수의 애퍼쳐들 또는 노즐들을 가지며, 그들을 통해, 분말이 유동한다. 예컨대, 분말은, 중력 하에서 유동할 수 있거나, 예컨대, 압전 액추에이터에 의해 토출될 수 있다. 개별적인 애퍼쳐들 또는 노즐들의 분배의 제어는, 공압식 밸브들, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 밸브들, 솔레노이드 밸브들, 및/또는 자기 밸브들에 의해 제공될 수 있다. 분말을 분배하는 데 사용될 수 있는 다른 시스템들은, 애퍼쳐들을 갖는 롤러, 및 복수의 애퍼쳐들을 갖는 튜브 내부의 어거(augur)를 포함한다.
임의적으로, 시스템(100)은, 구축 플랫폼(116) 위에 퇴적된 공급 물질들의 층을 압축 및/또는 평활화하기 위한 압축 및/또는 평탄화 메커니즘을 포함할 수 있다. 예컨대, 시스템은, 구동 시스템, 예컨대 선형 액추에이터에 의해 플랫폼(116)의 표면과 평행하게 이동가능한 롤러 또는 블레이드를 포함할 수 있다.
공급 물질(105)은 금속성 입자들을 포함할 수 있다. 금속성 입자들의 예들은, 금속들, 합금들, 및 금속간 합금들을 포함한다. 금속성 입자들에 대한 물질들의 예들은, 알루미늄, 티타늄, 스테인리스 강, 니켈, 코발트, 크로뮴, 바나듐, 및 이러한 금속들의 다양한 합금들 또는 금속간 합금들을 포함한다.
공급 물질(105)은 세라믹 입자들을 포함할 수 있다. 세라믹 물질들의 예들은, 금속 산화물, 이를테면, 세리아, 알루미나, 실리카, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 또는 이러한 물질들의 조합, 이를테면 알루미늄 합금 분말을 포함한다.
공급 물질은, 건조 분말들 또는 액체 현탁액의 분말들, 또는 물질의 슬러리 현탁액일 수 있다. 예컨대, 압전 프린트헤드를 사용하는 분배기의 경우, 공급 물질은 전형적으로 액체 현탁액의 입자들일 것이다. 예컨대, 분배기는, 분말 물질의 층들을 형성하기 위해, 캐리어 유체, 예컨대, 고증기압 캐리어, 예컨대, 이소프로필 알코올(IPA), 에탄올, 또는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)으로 분말을 전달할 수 있다. 캐리어 유체는 층에 대한 소결 단계 전에 증발될 수 있다. 대안적으로, 건식 분배 메커니즘, 예컨대, 초음파 교반 및 가압된 불활성 가스에 의해 보조되는 노즐들의 어레이가 제1 입자들을 분배하는 데 이용될 수 있다.
적층 제조 시스템(100)은, 물체(106)를 형성할 수 있는 미리 정의된 패턴을 표현하는 디지털 데이터를 저장할 수 있는 제어기(119)를 포함한다. 제어기(119)는, 공급 물질의 층의 융합, 사전 가열, 및/또는 열처리에 사용될 다수의 광 빔들을 생성하도록 광학 조립체(111)를 제어한다.
광학 조립체(111)는, 공급 물질(105)의 최외측 층(104)에 충돌하도록 광 빔(102)을 생성하기 위한 광원(101)을 포함한다. 광 빔(102)은, 제어기(119)에 저장된 미리 정의된 패턴으로 공급 물질(105)을 융합시키기 위한 충분한 열을 선택적으로 전달한다. 본 명세서의 맥락에서의 융합은, 용융 및 고화, 또는 여전히 고체 형태인 동안의 소결, 또는 분말을 융합시키는 다른 프로세스들을 포함할 수 있다. 예시된 구현이 단일 광 빔을 방출하는 단일 광원을 활용하지만, 다수의 광원들이 사용되어 다수의 광 빔들을 생성할 수 있다. 그러한 구현들의 예들은 본 개시내용 내에서 나중에 더 상세히 주어진다.
광 빔(102)은, 광학 엔진(103)에 의해, 적어도 제1 축(Y-축으로 또한 지칭됨)을 따라 스캐닝하게 된다. 광학 엔진(103)은 제어기(119)에 의해 제어되고, 본 개시내용 내에서 나중에 더 상세히 설명된다.
Y-축은, 플랫폼에 걸친 분배기(107)의 움직임, 예컨대, 블레이드 또는 노즐들의 움직임의 방향(예컨대, 도 1에서 좌측에서 우측으로의 방향)과 평행할 수 있다. 대안적으로, Y-축은 분배기(107)의 움직임의 방향에 수직일 수 있다.
X-축을 따른 이동은, 플랫폼(116)의 움직임에 의해, 광학 엔진(103)을 유지하는 지지부의 움직임에 의해, Y-축을 중심으로 광학 엔진의 일부분을 기울이는 것에 의해, 또는 X-축을 따라 광 빔을 편향시키기 위한, 광학 엔진(103) 이전 또는 이후에 그리고 광 빔의 경로 내에 위치되는 별개의 갈보 거울 스캐너에 의해 가능해질 수 있다. 상이한 광 빔들은 상이한 메커니즘들을 사용할 수 있는데, 예컨대, 회전식 다면 스캐너는 X-축을 따른 움직임을 제공하기 위해 액추에이터에 의해 측방향으로 이동될 수 있는 반면, 갈보 거울 스캐너는 X-축을 따른 광 빔의 이동을 제공하기 위해 제2 갈보 거울 스캐너를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, X-축을 따른 상이한 광 빔들의 움직임은 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 구현들에서, 예컨대, 스캐너들이 측방향으로 이동가능한 동일한 지지부에 부착되는 경우, 광 빔들은 X-축을 따른 고정된 상대적 위치를 갖는다.
도 2a 내지 도 2b는, 예시적인 광학 엔진(103)의 정면도 및 측면도를 각각 도시한다. 광학 엔진(103)은, 이동가능한 거울(204) 및 집속 렌즈들(206)을 포함하는 갈보 거울 스캐너(202)를 포함할 수 있다. 갈보 거울 스캐너(202)는, 플랫폼(116) 상의 공급 물질(105)의 층에 충돌하도록 광 빔, 이를테면 광 빔(102)을 지향시킬 수 있다. 집속 렌즈들(206)은, 충돌로부터 최적의 성능을 획득하기 위해 광 빔(102)을 집속시킨다. 갈보 거울 스캐너(202)는, 공급 분말(105)을 사전 가열하거나, 공급 분말(105)을 융합시키거나, 또는 공급 분말(105)이 융합된 후에 그를 열처리하는 데 사용되거나, 또는 임의의 조합에 대해 사용될 수 있다. 본 개시내용의 맥락에서의 열처리는, 공급 물질이 융합된 후에 그의 냉각률을 제어하는 것을 포함한다.
광학 엔진(103)은 또한 다면 거울 스캐너(208a)를 포함할 수 있다. 다면 거울 스캐너는, 플랫폼(116) 상의 공급 물질(105)의 층에 충돌하도록, 광원(101)에 의해 방출된 광 빔, 이를테면 광 빔(102)을 지향시킬 수 있다. 다면 거울 스캐너(208a)는, 광학 엔진(103)의 일부이도록 갈보 레이저 스캐너(202) 옆에 위치될 수 있다. 다면 거울 스캐너(208a)는, 공급 분말(105)을 사전 가열하거나, 공급 분말(105)이 융합된 후에 공급 분말(105)을 열처리하거나, 또는 둘 모두에 대해 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 엔진(103)은 제2 다면 거울 스캐너(208b)를 포함할 수 있다. 제2 다면 거울 스캐너(208b)는, 공급 분말(105)을 사전 가열하거나, 공급 분말(105)이 융합된 후에 그를 열처리하거나, 또는 둘 모두에 대해 사용될 수 있다. 제1 다면 거울 스캐너(208a) 및 제2 다면 거울 스캐너(208b) 둘 모두가 사용되는 구현들에서, 제1 다면 거울 스캐너(208a)는 융합 전에 공급 분말(105)을 사전 가열하는 데 사용될 수 있고, 제2 다면 거울(208b)은 융합 후에 공급 분말(105)을 열처리하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 광 빔들은, 공급 물질의 층의 상이한 부분들이 동시에 사전 가열되고 열처리되도록, 다면 거울 스캐너들(208a, 208b) 둘 모두에 동시에 전송될 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 다면 거울 스캐너(208a) 및 제2 다면 거울 스캐너(208b) 둘 모두는, 공급 분말(105)을 사전 가열하는 데 사용될 뿐만 아니라 공급 분말(105)이 융합된 후에 그를 열처리하는 데 사용될 수 있다. 그러한 구현에서, 제1 다면 거울 스캐너(208a)는 플랫폼(116)의 적어도 1/2을 망라하는 스캐닝 범위를 가질 수 있는 한편, 제2 다면 거울 스캐너(208b)는, 제1 다면 거울 스캐너(208a)에 의해 망라되는 절반과 별개인 플랫폼(116)의 적어도 1/2을 망라하는 스캐닝 범위를 가질 수 있다.
각각의 광 빔에 대해, 층 상에서 경로를 따라 광 빔이 스위핑함에 따라, 광 빔은, 예컨대, 공급 물질(110)의 층들의 선택된 구역들에 에너지를 전달하기 위해, 개개의 광원으로 하여금 광 빔을 켜거나 끄게 함으로써 변조될 수 있다. 예시적인 스캔 구역들의 세트가 도 3a 내지 도 3d에 도시된다. 도 3a에서, 제1 광 경로는 갈보 레이저 스캐너(202)를 이용하여 트레이싱될 수 있다. 이러한 경로를 따르는 광 빔은 공급 물질의 온도를 TF를 초과하여 상승시킬 수 있다. 도 3b에서, 제1 다면 거울 스캐너(208a) 또는 제2 다면 거울 스캐너(208b)는, 공급 물질을 TF 미만으로 사전 가열하기 위해, 도 3a에 외곽선을 도시한 패턴의 내부를 스캐닝하도록 광 빔을 지향시킬 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 영역이 사전 가열된 후에, 영역은, 상이한 스캔 패턴을 따르는 갈보 거울 스캐너에 의해 지향되는 광 빔에 의해 융합될 수 있다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 물질이 융합된 후에, 영역은, 제1 다면 거울 스캐너(208a) 또는 제2 다면 거울 스캐너(208b)에 의해 지향되는, 상이한 스캔 패턴을 갖는 광 빔에 의해 다시 스캐닝될 수 있다. 예시된 구현이 동일한 영역을 따르는 스캔들을 도시하지만, 상이한 영역들은 상이한 광학 성분들에 의해 동시에 스캐닝될 수 있다. 이는 각각의 광 빔이 공급 물질의 층의 선택가능한 구역들을 독립적으로 사전 가열, 융합, 및/또는 열처리하는 것을 허용한다.
도 4a는, 본 개시내용의 양상들을 이용하여 구현될 수 있는 광원(101) 구성의 예를 도시한다. 예시된 구현에서, 광원(101)은, 빔 분할기(304)를 향해 제1 광 빔(302)을 방출한다. 빔 분할기(304)는, 광원(101)으로부터 방출된 제1 광 빔(302)을 제2 광 빔(302a), 제3 광 빔(302b), 및 제4 광 빔(302c)으로 분할할 수 있다. 제2 광 빔(302a)은 제1 다면 거울 스캐너(208a)를 향해 지향되고, 제3 광 빔(302b)은 갈보 거울 스캐너(202)를 향해 지향되고, 제4 광 빔(302c)은 제2 다면 거울 스캐너(208b)를 향해 지향된다. 예시된 구현이 광 빔을 3개의 상이한 광학 성분으로 지향시키는 빔 분할기(304)를 도시하지만, 빔 분할기(304)는 임의의 수의 광 빔들을 지향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 광학 엔진(103)이 제1 다면 레이저 스캐너(208a) 및 갈보 레이저 스캐너(202)만을 포함하는 경우, 빔 분할기(304)는 제2 광 빔(302a) 및 제3 광 빔(302b)만을 생성할 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 광 빔(302)의 전력 밀도는 광원(101)에 의해 변조될 수 있다. 일부 구현들에서, 빔 분할기는, 광 빔들 중 하나 이상에 대한 전력 밀도 변조 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 별개의 독립형 전력 밀도 변조 메커니즘이 사용될 수 있다.
도 4b는, 본 개시내용의 양상들을 이용하여 구현될 수 있는 예시적인 광학 엔진 구성을 도시한다. 예시된 구현은, 제1 광원(304a), 제2 광원(304b), 및 제3 광원(304c)을 포함한다. 제1 광원(304a)은, 제1 다면 레이저 스캐너(208a)를 향해 제1 광 빔(302a)을 방출한다. 제2 광원(304b)은, 갈보 거울 스캐너(204)를 향해 제2 광 빔(302b)을 방출한다. 제3 광원(304c)은, 제2 다면 거울 스캐너(208b)를 향해 제3 광 빔(302c)을 방출한다.
예시된 구현이 광 빔을 3개의 상이한 광학 성분으로 지향시키는 3개의 별개의 광원을 도시하지만, 임의의 수의 광원들이 사용될 수 있다. 예컨대, 광학 엔진(103)이 제1 다면 거울 스캐너(208a) 및 갈보 레이저 스캐너(202)만을 포함하는 경우, 제1 광원(304a) 및 제2 광원만이 포함된 광원들일 수 있다. 광원들 각각은 광 빔들의 전력 밀도를 개별적으로 변조할 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 별개의 독립형 전력 밀도 변조 메커니즘이 사용될 수 있다.
빔 분할기(304), 및 다수의 광원들(304a, 304b, 및 304c)의 사용이 별개의 구현들에서 설명되었지만, 2개의 개념은 조합되어 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 광 빔은, 제1 광원으로부터 빔 분할기를 향해 방출될 수 있다. 빔 분할기는, 제1 광 빔을 제2 및 제3 광 빔으로 분할할 수 있다. 제2 광 빔은 제1 다면 거울 스캐너(208a)로 지향될 수 있는 한편, 제3 광 빔은 제2 다면 거울 스캐너(208b)를 향해 지향될 수 있다. 제2 광원은, 갈보 거울 스캐너(202)를 향해 제4 광 빔을 방출할 수 있다.
동작의 일부 양상들에서, 제어기(119)는, 광원(101) 및 제1 다면 거울 스캐너(208a)로 하여금, 도 5a에 도시된 바와 같이, 공급 물질(105)의 층의 구역에 제1 광 빔을 가하게 할 수 있다. 제어기(119)는 또한, 광원(101) 및 갈보 거울 스캐너(202)로 하여금, 도 5b에 도시된 바와 같이, 공급 물질(105)의 층의 구역의 적어도 일부분에 제2 광 빔을 가하게 할 수 있다.
일부 구현들에서, 제어기(119)는, 제1 광 빔(302a)으로 하여금, 공급 물질(105)의 온도를 제1 온도로부터 융합 온도(공급 물질이 융합되는 제3 온도(TF)) 미만의 제2 온도로 상승시키기 위해 충분한 열을 가하게 하도록, 광원(101) 및 제2 다면 거울 스캐너(208a)를 제어할 수 있다. 제2 온도는, 공급 물질이 케이킹되는 온도 미만 또는 그 초과일 수 있다. 제어기는, 제2 광 빔(302b)으로 하여금, 공급 물질(105)의 온도를 융합 온도(TF)를 초과하여 추가로 상승시키기 위해, 공급 물질의 온도가 제1 광 빔(302a)에 의해 상승된 동안 공급 물질에 충분한 열을 가하게 하도록, 광원(101) 및 갈보 거울 스캐너(202)를 제어할 수 있다.
일부 구현들에서, 제어기(119)는, 제2 광 빔(302b)으로 하여금, 공급 물질(105)의 온도가 이전 스캐닝된 광 빔에 의해 상승됨이 없이 그 온도를 융합 온도(TF)를 초과하여 추가로 상승시키기 위해 충분한 열을 공급 물질에 가하게 하도록, 광원(101) 및 갈보 거울 스캐너(202)를 제어할 수 있다.
제1 다면 거울 스캐너(208a)가 공급 물질(105)을 사전 가열하는 데 사용되는지 여부와 관계없이, 광학 조립체(111)는 제1 광 빔(302a)으로 하여금 공급 물질을 열처리하게 하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 제어기(119)는, 제1 광 빔(302a)으로 하여금, 공급 물질(105)의 냉각률을 제어하기 위해, 공급 물질(105)이 융합된 후에 공급 물질(105)에 열을 가하게 하도록, 광원(101) 및 제1 다면 거울 스캐너(208a)를 제어할 수 있다. 다른 예로서, 제어기(119)는, 제3 광 빔(302c)으로 하여금, 공급 물질(105)의 냉각률을 제어하기 위해, 공급 물질(105)이 융합된 후에 공급 물질(105)에 열을 가하게 하도록, 광원(101) 및 제2 다면 거울 스캐너(208b)를 제어할 수 있다.
일부 구현들에서, 광원은, 공급 물질(105)의 온도를 제1 온도로부터 융합 온도(TF) 미만의 제2 온도로 상승시키기 위해, 금속 분말을 용융시키기에 충분한 열을 가하는 것이 가능하다. 일부 구현들에서, 제1 다면 거울 스캐너(208a)에 의해 지향되는 제1 광 빔(302a)은, 갈보 거울 스캐너(202)에 의해 지향되는 제2 광 빔(302b)보다 더 낮은 전력 밀도를 갖는다. 일부 구현들에서, 제2 다면 거울 스캐너(208b)에 의해 지향되는 제3 광 빔(302c)은, 갈보 거울 스캐너(202)에 의해 지향되는 제2 광 빔(302b)보다 더 낮은 전력 밀도를 갖는다.
도 6은, 본 개시내용의 양상들과 함께 사용될 수 있는 예시적인 방법(400)의 흐름도이다. 402에서, 다면 거울 스캐너, 이를테면 제1 다면 거울 스캐너(208a)를 이용하여 공급 물질의 층에 걸쳐 제1 광 빔을 스캐닝함으로써, 공급 물질의 층의 제1 영역이 공급 물질의 케이킹 온도 미만으로 플랫폼 상에서 사전 가열된다. 공급 물질의 층을 케이킹 온도 미만으로 사전 가열하는 것은, 공급 물질의 층의 제1 영역에 걸쳐 제1 스캐닝 패턴으로 제1 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다.
404에서, 공급 물질의 층의 제1 영역이 사전 가열된 후에 갈보 거울 스캐너(202)를 이용하여 공급 물질의 층에 걸쳐 제2 광 빔을 스캐닝함으로써, 제1 영역의 적어도 일부분이 융합된다. 공급 물질의 층의 제1 영역을 융합시키는 것은, 공급 물질의 층의 제1 영역의 일부분에 걸쳐 제2 스캐닝 패턴으로 제2 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 제1 스캐닝 패턴은 제2 스캐닝 패턴과 상이할 수 있다. 제1 광으로 공급 물질의 층의 제1 영역을 스캐닝하는 것과 제2 광으로 제1 영역을 스캐닝하는 것 사이의 시간 기간은, 후속 광 빔이 물질을 융합시키는 데 필요한 열을 영역이 유지할 만큼 충분히 짧다. 일부 구현들의 경우, 이러한 시간 기간은 밀리초 범위, 예컨대, 1 내지 10 밀리초 내에 있을 수 있다.
406에서, 공급 물질의 층의 제1 영역의 일부분이 융합된 후에, 제3 광 빔을 다면 거울 스캐너, 이를테면 다면 거울 스캐너(208a)에서 제1 영역 상으로 반사시킴으로써, 제1 영역이 열처리된다. 대안적으로, 408에서, 공급 물질의 층의 제1 영역의 일부분이 융합된 후에, 제3 광 빔을 제2 다면 거울 스캐너, 이를테면 다면 거울 스캐너(208b)에서 제1 영역 상으로 반사시킴으로써, 제1 영역이 열처리될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 영역의 부분에 대한 패턴의 외곽선은 제2 광 빔 단독으로 융합될 수 있다. 따라서, 일부 구현들에서, 다면 거울 스캐너에서 광 빔을 반사시킴으로써 제1 영역이 열처리되지만, 영역은 사전 가열되지 않는다(그러므로, 단계(402)가 발생하지 않음).
일부 구현들에서, 적층 제조 시스템(100)은, 공급 물질의 최상측 층 상으로 열을 지향시키도록 배열되는 다른 열원, 예컨대, 하나 이상의 IR 램프를 포함한다. 다른 열원을 사용하여 공급 물질의 층의 제1 영역을 사전 가열한 후에, 공급 물질의 층의 제2 영역이, 제1 광 빔을 공급 물질의 층의 제2 영역 상으로 반사하는 다면 거울 스캐너, 이를테면, 다면 거울 스캐너(208a)를 이용하여 사전 가열될 수 있다. 제2 영역은 공급 물질의 층의 제1 영역과 상이할 수 있다. 공급 물질의 층의 제1 영역을 융합시킨 후에, 공급 물질의 층의 제2 영역이, 제1 영역이 사전 가열된 후에 제2 광 빔을 공급 물질의 층의 제2 영역 상으로 반사하는 갈보 거울 스캐너, 이를테면, 갈보 거울 스캐너(202)를 이용하여 융합될 수 있다. 제2 영역은 공급 물질의 층의 제1 영역과 상이할 수 있다.
제어기들 및 컴퓨팅 디바이스들이 이러한 동작들 및 본원에서 설명된 다른 프로세스들 및 동작들을 구현할 수 있다. 위에 설명된 바와 같이, 제어기(119)는, 시스템(100)의 다양한 구성요소들에 연결되는 하나 이상의 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 제어기(119)는 동작을 조정할 수 있고, 장치(100)로 하여금 위에서 설명된 다양한 기능적 동작들 또는 단계들의 시퀀스를 수행하게 할 수 있다.
본원에서 설명된 시스템들의 일부인 제어기(119) 및 다른 컴퓨팅 디바이스들은, 디지털 전자 회로로 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어기는 컴퓨터 프로그램 제품, 예컨대, 비-일시적인 기계 판독가능 저장 매체에 저장되는 바와 같은 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 또한 알려져 있음)은, 컴파일 또는 해석되는 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 이는 독립형 프로그램 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배포될 수 있다.
설명된 시스템들의 제어기(119) 및 다른 컴퓨팅 디바이스들 부분은, 공급 물질이 각각의 층에 대해 퇴적되어야 하는 패턴을 식별하는 데이터 객체, 예컨대, 컴퓨터 지원 설계(CAD) 호환가능 파일을 저장하기 위한 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 데이터 객체는 STL 포맷형 파일, 3D 제조 포맷(3MF) 파일 또는 적층 제조 파일 포맷(AMF) 파일일 수 있다. 예컨대, 제어기는 원격 컴퓨터로부터 데이터 객체를 수신할 수 있다. 예컨대, 펌웨어 또는 소프트웨어에 의해 제어되는 바와 같은 제어기(119)의 프로세서는, 각각의 층에 대해 특정된 패턴을 융합시키기 위해 시스템(100)의 구성요소들을 제어하는 데 필요한 신호들의 세트를 생성하기 위해, 컴퓨터로부터 수신된 데이터 객체를 해석할 수 있다.
금속들 및 세라믹들의 적층 제조를 위한 처리 조건들은 플라스틱들에 대한 것들과 상당히 상이하다. 예컨대, 일반적으로, 금속들 및 세라믹들은 상당히 더 높은 처리 온도들을 요구한다. 따라서, 플라스틱을 위한 3D 프린팅 기법들은 금속 또는 세라믹 처리에 적용가능하지 않을 수 있고, 장비가 동등하지 않을 수 있다. 그러나, 본원에 설명된 일부 기법들은 중합체 분말들, 예컨대, 나일론, ABS, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK) 및 폴리스티렌에 적용가능할 수 있다.
본 명세서가 많은 특정한 구현 세부사항들을 포함하지만, 이들은 임의의 발명들 또는 청구될 수도 있는 것의 범위에 대한 제한들로서 해석되어서는 안되며, 오히려, 특정 발명들의 특정 구현들에 특정한 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다. 별개의 구현들의 맥락에서 본 명세서에 설명되는 특정 특징들은 또한, 단일 구현으로 조합되어 구현될 수 있다. 역으로, 단일 구현의 맥락에서 설명되는 다양한 특징들은 또한, 다수의 구현들에서 별개로, 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정 조합들로 작용하는 것으로 위에서 설명되고 심지어 처음에 이와 같이 청구될 수 있지만, 일부 경우들에서, 청구되는 조합으로부터의 하나 이상의 특징이 그 조합으로부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형과 관련될 수 있다.
유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면들에 도시되지만, 이는, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 그러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적 순서로 수행되거나, 또는 예시된 모든 동작들이 수행되는 것을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안된다. 또한, 위에 설명된 구현들의 다양한 시스템 구성요소들의 분리는 모든 구현들에서 그러한 분리를 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 하며, 설명된 프로그램 구성요소들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품에 함께 통합되거나 또는 다수의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
따라서, 본 주제의 특정 구현들이 설명되었다. 다른 구현들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
● 임의적으로, 적층 제조 시스템(100)의 일부 부분들, 예컨대, 구축 플랫폼(116) 및 공급 물질 전달 시스템(107)은 하우징에 의해 에워싸일 수 있다. 하우징은, 예컨대, 하우징 내부의 챔버에서 진공 환경, 예컨대, 약 1 Torr 또는 그 미만의 압력들이 유지될 수 있게 할 수 있다. 대안적으로, 챔버의 내부는, 실질적으로 순수한 가스, 예컨대, 필터링되어 미립자들이 제거된 가스일 수 있거나, 챔버가 대기로 통기될 수 있다. 순수한 가스는, 불활성 가스들, 이를테면, 아르곤, 질소, 크세논, 및 혼합된 불활성 가스들을 구성할 수 있다.
일부 경우들에서, 청구항들에 언급된 동작들은 상이한 순서로 수행될 수 있고 여전히 바람직한 결과들을 달성할 수 있다. 부가적으로, 첨부한 도면들에 도시된 프로세스들은, 원하는 결과들을 달성하기 위해, 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 요구하지는 않는다.

Claims (20)

  1. 적층 제조(additive manufacturing) 시스템으로서,
    플랫폼;
    상기 플랫폼의 최상부 표면 상에 공급 물질의 복수의 층들을 분배하기 위한 분배기;
    제1 광 빔 및 제2 광 빔을 생성하기 위한 광원;
    상기 플랫폼 상의 상기 공급 물질의 층에 충돌하도록 상기 제1 광 빔을 지향시키게 구성되는 다면 거울 스캐너;
    상기 플랫폼 상의 상기 공급 물질의 층에 충돌하도록 상기 제2 광 빔을 지향시키게 구성되는 갈보(galvo) 거울 스캐너; 및
    상기 광원, 상기 다면 거울 스캐너, 및 상기 갈보 거울 스캐너에 결합되는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 다면 거울 스캐너로 하여금 상기 공급 물질의 층의 구역에 상기 제1 광 빔을 가하게 하도록 그리고 상기 광원 및 상기 갈보 거울 스캐너로 하여금 상기 공급 물질의 층의 상기 구역의 적어도 일부분에 상기 제2 광 빔을 가하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 다면 거울 스캐너로 하여금, 상기 공급 물질의 온도를 제1 온도로부터 상기 공급 물질이 융합되는 제3 온도(TF) 미만의 제2 온도로 상승시키기 위해 상기 제1 광 빔이 충분한 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 갈보 거울 스캐너로 하여금, 상기 공급 물질의 온도를 상기 제3 온도를 초과하여 추가로 상승시키기 위해, 상기 공급 물질의 온도가 상기 제1 광 빔에 의해 상승된 동안 상기 제2 광 빔이 상기 공급 물질에 충분한 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 갈보 거울 스캐너로 하여금, 상기 공급 물질의 온도를 상기 공급 물질이 융합되는 온도(TF)를 초과하여 상승시키기 위해, 상기 제2 광 빔이 상기 공급 물질에 충분한 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 다면 거울 스캐너로 하여금, 상기 공급 물질의 냉각률을 제어하기 위해, 상기 공급 물질이 융합된 후에 상기 제1 광 빔이 상기 공급 물질에 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다면 거울 스캐너에 의해 지향되는 상기 제1 광 빔은, 상기 갈보 거울 스캐너에 의해 지향되는 상기 제2 광 빔보다 더 낮은 전력 밀도를 갖는, 적층 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 방출되는 광 빔을 상기 제1 광 빔 및 상기 제2 광 빔으로 분할하도록 구성되는 빔 분할기를 더 포함하거나, 또는 상기 광원은 상기 제1 광 빔을 방출하기 위한 제1 광원 및 상기 제2 광 빔을 방출하기 위한 제2 광원을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다면 거울 스캐너 및 상기 갈보 거울 스캐너는, 상기 플랫폼에 대해 측방향으로 이동가능한 공통 지지부에 고정되는, 적층 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 갈보 거울 스캐너로 하여금, 상기 제1 광 빔에 의한 사전 가열 없이 상기 제2 광 빔이 상기 층의 부분의 외곽선을 융합시키는 것을 야기하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다면 거울 스캐너는 제1 다면 거울 스캐너이고, 상기 적층 제조 시스템은 제2 다면 거울 스캐너를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    제1 다면 거울은, 상기 플랫폼 상의 상기 공급 물질의 층의 적어도 제1 절반에 광 빔을 지향시키도록 구성되고, 제2 다면 거울은, 상기 플랫폼 상의 상기 공급 물질의 층의 적어도 제2 절반에 광 빔을 지향시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 광원 및 상기 제1 다면 거울 스캐너로 하여금, 상기 공급 물질이 융합되기 전에 상기 제1 광 빔이 상기 공급 물질을 사전 가열하는 것을 야기하도록, 그리고 상기 광원 및 상기 제2 다면 거울 스캐너로 하여금, 상기 공급 물질의 냉각률을 제어하기 위해 상기 공급 물질이 융합된 후에 제3 광 빔이 상기 공급 물질에 열을 가하는 것을 야기하게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  13. 적층 제조 방법으로서,
    다면 거울 스캐너를 이용하여 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 걸쳐 제1 광 빔을 스캐닝함으로써, 상기 공급 물질의 층의 제1 영역을 상기 공급 물질의 케이킹 온도 미만으로 사전 가열하는 단계; 및
    상기 제1 영역이 사전 가열된 후에 갈보 거울 스캐너를 이용하여 상기 공급 물질의 층에 걸쳐 제2 광 빔을 스캐닝함으로써, 상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역의 적어도 일부분을 융합시키는 단계를 포함하는, 적층 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공급 물질의 층을 케이킹 온도 미만으로 사전 가열하는 것은, 상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역에 걸쳐 제1 스캐닝 패턴으로 상기 제1 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함하고, 상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역을 융합시키는 것은, 상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역의 일부분에 걸쳐 제2 스캐닝 패턴으로 상기 제2 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함하며, 상기 제1 스캐닝 패턴은 상기 제2 스캐닝 패턴과 상이한, 적층 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광 빔에 의한 사전 가열 없이 상기 제2 광 빔에 의해 부분의 외곽선을 융합시키는 단계를 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역을 사전 가열한 후에, 상기 제1 광 빔을 상기 공급 물질의 층의 제2 영역 상으로 반사시키는 다면 거울 스캐너를 이용하여 상기 공급 물질의 층의 상기 제2 영역을 사전 가열하는 단계 ― 상기 제2 영역은 상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역과 상이함 ―; 및
    상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역을 융합시킨 후에, 상기 제1 영역이 사전 가열된 후에 상기 제2 광 빔을 상기 공급 물질의 층의 상기 제2 영역 상으로 반사시키는 갈보 거울 스캐너를 이용하여 상기 공급 물질의 층의 상기 제2 영역을 융합시키는 단계 ― 상기 제2 영역은 상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역과 상이함 ― 를 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 공급 물질의 층의 상기 제1 영역의 일부분이 융합된 후에, 상기 제1 영역 상으로, 상기 제1 광 빔을 제1 다면 거울에서 반사시키거나 또는 제3 광 빔을 제2 다면 거울에서 반사시킴으로써, 상기 제1 영역을 열처리하는 단계를 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공급 물질의 층을 사전 가열하는 것은, 제1 스캐닝 패턴으로 상기 공급 물질의 층 상에 상기 제1 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함하고, 상기 공급 물질을 융합시키는 것은, 제2 스캐닝 패턴으로 상기 공급 물질의 층 상에 상기 제2 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함하고, 상기 제1 스캐닝 패턴은 상기 제2 스캐닝 패턴과 상이하고, 상기 공급 물질의 층을 열처리하는 것은, 제3 스캐닝 패턴으로 상기 공급 물질의 층 상에 상기 제1 광 빔 또는 상기 제3 광 빔을 스캐닝하는 것을 포함하고, 상기 제3 스캐닝 패턴은 상기 제2 스캐닝 패턴과 상이한, 적층 제조 방법.
  19. 적층 제조 방법으로서,
    갈보 거울 스캐너를 이용하여 플랫폼 상의 공급 물질의 층에 걸쳐 제2 광 빔을 스캐닝함으로써, 상기 공급 물질의 층의 일부분을 융합시키는 단계; 및
    상기 공급 물질의 층의 일부분을 융합시킨 후에, 다면 거울 스캐너로 상기 공급 물질의 층에 걸쳐 제1 광 빔을 스캐닝함으로써 적어도 상기 일부분을 열처리하는 단계를 포함하는, 적층 제조 방법.
  20. 광학 엔진으로서,
    광 빔을 방출하도록 구성되는 광원;
    상기 광원으로부터 방출되는 제1 광 빔을 제2 광 빔 및 제3 광 빔으로 분할하도록 구성되는 빔 분할기;
    플랫폼 상의 공급 물질의 층에 충돌하도록 상기 제2 광 빔을 지향시키게 구성되는 다면 거울 스캐너; 및
    상기 다면 거울 스캐너에 인접하게 위치되는 갈보 거울 스캐너를 포함하며, 상기 갈보 거울 스캐너는 상기 플랫폼 상의 상기 공급 물질의 층에 충돌하도록 상기 제3 광 빔을 지향시키게 구성되는, 광학 엔진.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102362216B1 (ko) * 2020-12-10 2022-02-15 주식회사 신영 파우더 베드 융합 시스템

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10792757B2 (en) * 2016-10-25 2020-10-06 Arcam Ab Method and apparatus for additive manufacturing
US10730240B2 (en) 2017-03-09 2020-08-04 Applied Materials, Inc. Additive manufacturing with energy delivery system having rotating polygon
US10940641B2 (en) 2017-05-26 2021-03-09 Applied Materials, Inc. Multi-light beam energy delivery with rotating polygon for additive manufacturing
US10981323B2 (en) 2017-05-26 2021-04-20 Applied Materials, Inc. Energy delivery with rotating polygon and multiple light beams on same path for additive manufacturing
US20180369914A1 (en) 2017-06-23 2018-12-27 Applied Materials, Inc. Additive manufacturing with multiple polygon mirror scanners
JP2021523293A (ja) * 2018-05-09 2021-09-02 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ポリゴンスキャナを用いた付加製造
CN110560688A (zh) * 2019-09-23 2019-12-13 华中科技大学 一种增材制造方法
US11237386B2 (en) 2020-03-11 2022-02-01 Rohr, Inc. Substrate perforation system and method using polygon mirror(s)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002069507A (ja) * 2000-09-01 2002-03-08 Hitachi Ltd 金属物品の製造方法及びその装置並びにレーザ光集光装置
US20160052014A1 (en) * 2013-04-11 2016-02-25 Eos Gmbh Electro Optical Systems Rotary Coater and Device for the Generative Production of an Object Using the Rotary Coater
US20170021454A1 (en) * 2015-06-10 2017-01-26 Ipg Photonics Corporation Multiple beam additive manufacturing
US20170072463A1 (en) * 2015-09-16 2017-03-16 Hou T. NG Printhead module for additive manufacturing system
US20170165751A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 Velo3D, Inc. Skillful Three-Dimensional Printing

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4616132A (en) 1984-05-29 1986-10-07 Eastman Kodak Company Synchronization apparatus for scanner
US4643569A (en) 1985-06-18 1987-02-17 Lincoln Laser Company Dual beam laser inspection apparatus
JPH01316415A (ja) * 1988-06-17 1989-12-21 Nippon Steel Corp ポリゴンミラーを用いたレーザ熱処理装置及び方法
JPH0332481A (ja) * 1989-06-29 1991-02-13 Komatsu Ltd レーザ肉盛溶接装置
JPH10242617A (ja) 1997-02-28 1998-09-11 Murata Mfg Co Ltd セラミックグリーンシートの加工方法及びレーザ加工装置
JP3271055B2 (ja) 1997-07-14 2002-04-02 住友重機械工業株式会社 レーザによる光学材料のマーキング方法及びマーキング装置
JP2003080604A (ja) 2001-09-10 2003-03-19 Fuji Photo Film Co Ltd 積層造形装置
KR100460987B1 (ko) 2002-05-21 2004-12-09 삼성전자주식회사 레이저 프린터의 레이저 스캐닝장치
KR100556586B1 (ko) 2004-08-03 2006-03-06 주식회사 이오테크닉스 오차 보정이 가능한 폴리곤 미러를 이용한 레이저 가공장치
US7339712B2 (en) 2005-03-22 2008-03-04 3D Systems, Inc. Laser scanning and power control in a rapid prototyping system
DE102006023484A1 (de) 2006-05-18 2007-11-22 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts aus einem pulverförmigen Aufbaumaterial
JP4916392B2 (ja) 2007-06-26 2012-04-11 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置
KR100969946B1 (ko) 2007-07-24 2010-07-14 주식회사 이오테크닉스 레이저 빔 분할을 이용한 레이저 가공 장치 및 방법
WO2009026520A1 (en) 2007-08-23 2009-02-26 3D Systems, Inc. Automatic geometric calibration using laser scanning reflectometry
DE112009003752B4 (de) 2008-12-17 2018-02-15 Mitsubishi Electric Corporation Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikvorrichtung
DE102010008960A1 (de) 2010-02-23 2011-08-25 EOS GmbH Electro Optical Systems, 82152 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, das sich insbesondere für den Einsatz in der Mikrotechnik eignet
DE102010048335A1 (de) 2010-10-13 2012-04-19 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur generativen Herstellung
DE202011003443U1 (de) * 2011-03-02 2011-12-23 Bego Medical Gmbh Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Bauteile
US9079355B2 (en) 2011-06-28 2015-07-14 Global Filtration Systems Apparatus and method for forming three-dimensional objects using linear solidification
US20130112672A1 (en) 2011-11-08 2013-05-09 John J. Keremes Laser configuration for additive manufacturing
US8778252B2 (en) 2012-01-20 2014-07-15 Wisconsin Alumni Research Foundation Three-dimensional printing system using dual rotation axes
CN103358555A (zh) 2012-03-30 2013-10-23 通用电气公司 用于激光快速成型加工设备的多束激光扫描系统及方法
US20140265049A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Matterfab Corp. Cartridge for an additive manufacturing apparatus and method
US9415443B2 (en) 2013-05-23 2016-08-16 Arcam Ab Method and apparatus for additive manufacturing
ES2725889T3 (es) 2013-06-10 2019-09-30 Renishaw Plc Aparato y método de solidificación selectiva por láser
US9751260B2 (en) * 2013-07-24 2017-09-05 The Boeing Company Additive-manufacturing systems, apparatuses and methods
US20150102531A1 (en) 2013-10-11 2015-04-16 Global Filtration Systems, A Dba Of Gulf Filtration Systems Inc. Apparatus and method for forming three-dimensional objects using a curved build platform
JP5795657B1 (ja) 2014-04-04 2015-10-14 株式会社松浦機械製作所 積層造形装置及び積層造形方法
KR20150115596A (ko) * 2014-04-04 2015-10-14 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼 3차원 조형 장치 및 3차원 형상 조형물의 제조 방법
US9254535B2 (en) 2014-06-20 2016-02-09 Velo3D, Inc. Apparatuses, systems and methods for three-dimensional printing
US9359897B2 (en) 2014-08-15 2016-06-07 Siemens Energy, Inc. Method for building a gas turbine engine component
EP3183108B1 (en) 2014-08-20 2020-12-09 Etxe-Tar, S.A. Method and system for additive manufacturing using a light beam
CN107000321A (zh) 2014-10-01 2017-08-01 瑞尼斯豪公司 增材制造设备和方法
KR101612254B1 (ko) 2014-10-30 2016-04-15 한국생산기술연구원 단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 입체조형장비의 멀티채널헤드어셈블리 및 이를 이용하는 입체조형장비.
KR101645562B1 (ko) 2014-11-13 2016-08-05 최병찬 레이저 조사 장치 및 방법
KR101704553B1 (ko) * 2015-01-12 2017-02-23 한국생산기술연구원 조형광원어레이 및 폴리곤미러를 구비하는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면 스캐닝 방법
KR20160109866A (ko) 2015-03-13 2016-09-21 김일환 3d 프린팅 장치 및 방법
TWI667125B (zh) * 2015-05-20 2019-08-01 蔡枘頤 光固化3d成型機光學系統校正方法及其裝置
WO2017014964A1 (en) 2015-07-20 2017-01-26 Applied Materials, Inc. Additive manufacturing with multiple heat sources
US10814387B2 (en) 2015-08-03 2020-10-27 General Electric Company Powder recirculating additive manufacturing apparatus and method
KR101682087B1 (ko) 2015-11-27 2016-12-02 한국기계연구원 레이저와 분말을 이용한 3차원 형상 제조장치 및 제조방법
US11278988B2 (en) 2015-12-17 2022-03-22 Eos Of North America, Inc. Additive manufacturing method using large and small beam sizes
US10730240B2 (en) 2017-03-09 2020-08-04 Applied Materials, Inc. Additive manufacturing with energy delivery system having rotating polygon
US10981323B2 (en) 2017-05-26 2021-04-20 Applied Materials, Inc. Energy delivery with rotating polygon and multiple light beams on same path for additive manufacturing
US10940641B2 (en) 2017-05-26 2021-03-09 Applied Materials, Inc. Multi-light beam energy delivery with rotating polygon for additive manufacturing
US20180369914A1 (en) 2017-06-23 2018-12-27 Applied Materials, Inc. Additive manufacturing with multiple polygon mirror scanners

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002069507A (ja) * 2000-09-01 2002-03-08 Hitachi Ltd 金属物品の製造方法及びその装置並びにレーザ光集光装置
US20160052014A1 (en) * 2013-04-11 2016-02-25 Eos Gmbh Electro Optical Systems Rotary Coater and Device for the Generative Production of an Object Using the Rotary Coater
US20170021454A1 (en) * 2015-06-10 2017-01-26 Ipg Photonics Corporation Multiple beam additive manufacturing
US20170072463A1 (en) * 2015-09-16 2017-03-16 Hou T. NG Printhead module for additive manufacturing system
US20170165751A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 Velo3D, Inc. Skillful Three-Dimensional Printing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102362216B1 (ko) * 2020-12-10 2022-02-15 주식회사 신영 파우더 베드 융합 시스템

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Publication number Publication date
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