KR100606476B1

KR100606476B1 - 레이저 클래딩 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100606476B1
Application number: KR1020007014994A
Authority: KR
Inventors: 마줌더죠티; 코흐자스틴
Original assignee: 마줌더 죠티
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2006-08-01
Also published as: CA2336583C; US6122564A; NO20006700D0; CN1315022A; AU4704999A; CN1205582C; KR20010078755A; WO2000000921A9; EP1099184B1; BRPI9912231B1; JP2011167768A; ES2459601T3; RU2228243C2; AU754346B2; JP2002519200A; BR9912231A; EP1099184A1; EP1099184A4; WO2000000921A1; CA2336583A1

Abstract

본 발명의 레이저 클래딩 시스템(102)은 기판 상의 국부 스폿을 가열하여 용융 풀을 생성하고, 이 용융 풀에 재료를 공급하여 물리적 치수를 갖는 침전물을 생성함으로써, 기판 상에 재료 조립체를 축적시키기 위해 사용된다. 개구를 갖는 마스크를 통해 광을 수신하는 광전기 센서에 결합된 광학 검출 수단을 사용하여 침전물의 물리적 치수를 모니터링하고, 피드백 제어 장치(104)를 이용하여 레이저를 상기 전기 신호에 따라 조정함으로써, 재료 침전율이 제어된다. 바람직한 실시예에 있어서, 물리적 치수는 침전물의 높이이며, 클래딩 시스템은 제조될 물품에 대한 기술(description)을 포함하는 CAD(computer-aided design) 시스템 인터페이스(106)를 추가로 포함함으로써 피드백 제어장치(104)가 침전물의 물리적 치수와 기술을 비교하여 레이저(110)의 에너지를 조정할 수 있다. 피드백 제어 장치(104)는 레이저(110)를 조정하는 회로를 포함한다.

레이저 클래딩 시스템, 국부 스폿, 재료 조립체, 물리적 치수, 침전물, 용융 풀, 광전기 센서, 광학 검출 수단, 피드백 제어장치, CAD 시스템 인터페이스

Description

레이저 클래딩 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHODS FOR LASER CLADDING}

본 발명은 레이저 빔, 및 통상적으로 주입 분말 금속 또는 금속 와이어인 침전 금속 소스를 이용하여 피가공편(workpiece)의 표면에 "용융 풀(melt pool)"로 지칭되는 용융 금속 침전물(deposits of molten metal)을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재, 제조업자가 직면한 문제 중의 한 가지는 신기술을 고안하여 개발한 시점부터 실제 제품을 시장에 출시하는 시점까지의 시간 지연이다. 많은 제품을 제조하는 경우에 시간적인 제약으로 작용하는 주요 단계는 몰드(mold) 및 다이(die)의 설계 및 조립 단계이다. 복잡한 다이를 완성하는데는 제품을 제조하기 전 수 주일에서 일 년 정도까지 걸릴 수 있다. 현재의 제조 공정에서는, 현재의 제조 방법의 단점을 극복하려면 추가 단계가 필요하다. 예를 들면, 몰드 및 다이의 경우, 냉각 채널을 설치하여 허용 가능한 표면 마무리를 제공하기 위해서는 물품을 기계 가공하여야 한다.

공지된 금속 침전 공정은 산화물을 포획(trapping)하여 재료의 결합이 불충분하게 되기 때문에 소결 제품(sintered product)이 제조될 수 있다. 재료가 허용 가능하게 침전된 경우에도, 상기 공정에서는 간혹 응력(stress)을 발생시키며, 이러한 응력을 완화시켜야만 한다. 이러한 공지된 공정 중의 한 공정인 레이저 클래딩은 레이저를 사용하여 기판 재료 상에 용융 풀을 생성시키는 한편, 통상적으로 분말 또는 와이어인 제2 재료를 주입 및 용융시켜 야금학(metallurgical)적으로 접합시킨다.

일반적으로, 클래딩 공정이 침전된 재료의 양에 비하여 비교적 소량의 베이스 기판 재료를 용융시키고, 분말 시스템이 제어된 양의 금속 입자를 용융된 양을 기준으로 하여 공급한다는 점에서, 이러한 클래딩 공정은 합금과는 구별된다. 금속 입자는 용융된 양의 전체가 분산되어 기판의 외부층 상에 원하는 조성의 침전물을 형성한다. 레이저 빔의 초점에 대하여 피가공편 기판을 전진시키는 등에 의해 용융체로부터 레이저 빔을 제거하게 되면, 용융체가 신속하게 냉각될 수 있다. 용융체가 간혹 용융 혼합물의 특성을 유지하도록 냉각이 신속하게 발생하기도 한다.

종래의 레이저 클래딩 기술은 금속 물품을 지그(jig), 부품 조정기(parts handlers) 등을 사용하여 레이저 빔의 초점에 대하여 이동시킨다. 따라서, 레이저 빔의 초점은 분말 공급 점(powdering point)과 마찬가지로 공간 내에 고정된 채로 유지된다. 금속 물품을 균일하게 이동시키는 것은 일반적으로 복잡한 지그가 필요하며, 이러한 지그는 제조가 곤란하고 고가이며, 특히 복잡한 기하학적 형상에는 그렇게 만족스럽지 않은 경우가 일반적이다. 이런 이유 때문에, 비교적 평탄한 기하학적 형상 이외의 형상을 갖는 금속 부품의 레이저 클래딩은 일관적인 균일성을 달성하는 것이 거의 불가능하여, 현재까지는 침전물의 치수 및 성질의 제어가 불가능하였다. 정밀한 공차, 허용 가능한 미세구조 및 특성을 갖고 또한 적당한 비용과 적당한 기간 내에 제조 가능한 부품의 제조에 기본적인 클래딩 기술을 적용하기 위해서는 정밀한 치수 제어가 필요하다.

본 발명은 기판 상의 재료의 축적을 자동적으로 제어하는데 유용하고, 그리고 소량의 제조, 프로토타입 운전(prototype run) 등에 요구될 수도 있는 반복 클래딩 작업을 통해 금속 부품을 제조하는데 특히 유용하다. 보편적으로 그리고 일반적인 의미와 같이, 레이저는 기판 상의 스폿(spot)을 국부적으로 가열함으로써 용융 풀을 형성하고, 여기에 분말을 공급하여 물리적 치수를 가진 침전물을 생성하기 위해 사용된다. 광전기 센서(optoelectric sensor)에 결합된 광학 검출 수단(optical detection means)을 사용하여 침전물의 물리적 치수를 모니터링하고, 피드백 제어장치가 레이저를 전기 신호에 따라 조정하도록 동작함으로써 재료의 침전율이 제어된다.

바람직한 실시예에 있어서, 물리적 치수는 침전물의 높이이며, 본 발명의 클래딩 시스템은 제조될 물품에 대한 기술(description)을 포함하는 캐드(computer-aided design: CAD) 시스템에 대한 인터페이스를 추가로 포함하고, 피드백 제어장치가 침전물의 물리적 치수를 상기의 기술과 비교하여, 그 비교의 결과에 따라 레이저의 에너지를 조정하도록 한다.

구체적인 장치의 구성에 있어서, 광학 검출 수단은 개구를 갖는 마스크(apertured mask)를 포함하고, 침전물로부터의 광이 이 마스크를 통과하여 광전기 센서에 도달하고, 피드백 제어장치는 침전물로부터의 광의 존재 여부에 따라 레이저를 조정하는 회로를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특유의 특징에 따라 물품을 자동적으로 제조하는 시스템은 제조될 물품에 대한 기술(description)을 포함하는 CAD 데이터베이스, 기판을 지지하는 작업대, 및 기판을 레이저 및 재료 공급 수단에 대하여 이동시키는 병진 이동 수단(translation means)을 포함할 수 있다. 일례의 구성에 있어서, 병진 이동 수단은 레이저 및 공급 수단을 고정 상태로 유지하면서 작업대를 이동시키는 한편, 다른 상이한 구성에서는, 병진 이동 수단은 작업대를 고정 상태로 유지하면서 레이저 및 공급 수단을 이동시킨다. 또 다른 구성의 형태에서는 레이저/재료 공급 수단 및 작업대/기판 모두를 피드백 제어 하에서 동시에 이동시킬 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 물품 제조 방법은

제조될 물품의 기술(descrpition)을 제공하는 단계;

물품이 그 위에 형성될 기판을 제공하는 단계;

상기 기판의 국소 영역을 가열하여 용융 풀을 형성하는 빔을 갖는 제어 가능한 레이저를 제공하는 단계;

높이를 갖는 재료 침전물을 생성하기 위해 상기 용융 풀 내에 재료를 공급하는 단계;

상기 재료 침전물의 높이를 광학적으로 모니터링하는 단계;

상기 제조될 물품의 기술(description)에 따라 높이를 자동적으로 제어하는 단계;

상기 기판의 다른 국부 영역으로 전진하는 단계; 및

상기 물품의 제조가 완료될 때까지 상기 레이저 제공 단계 내지 상기 전진 단계를 반복하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 신규의 피드백 제어장치 및 부품의 자동 생산을 위한 CAD/CAM 시스템을 포함하는 직접 금속 침전 시스템의 개략도.

도 2는 기판 물품 상에 용융 풀을 형성하는 레이저 분사 노즐의 개략도.

도 3은 본 발명의 피드백 장치의 일부가 예시된, 기판 물품 상에 용융 풀을 형성하는 레이저 분사 노즐의 개략도.

도 4는 본 발명의 피드백 제어장치의 중요한 특징부를 예시하는 광 모니터링 시스템의 개략도.

도 5는 용융 풀, 광축, 마스크, 및 치수를 감지하기 위한 본 발명의 포토 트랜지스터의 방향을 예시하는 개략도.

도 6은 도 5와 유사하지만, 왜곡 발생 여부를 나타내는 감지 조건이, 마스크 및 침전물에 대한 마스크의 배열에 대하여, 도 5의 조건과는 반대인 것을 나타내는 도면.

도 7은 포토 트랜지스터 바이어스 구성체의 전기 회로도.

도 8의 (A)는 피드백 시스템에 의하여 조절 및 제어되기 전의 레이저에 대한 아날로그 전압 신호를 나타내고, (B)는 트랜지스터 회로 양단에서 발생한 전압 강하를 침전물의 높이로서 나타내고, (C)는 레이저를 제어하기 위해 포토 트랜지스터로부터 송신된 디지털 신호를 나타내고, (D)는 레이저에 송신되어, 펄스 지속기간 및 레이저의 전력에 영향을 미치는 변형된 아날로그 신호를 나타내는 도면.

삭제

도 9는 레이저 클래딩에 의해 기판 상에 형성된 모노리딕 구조체(monolithic structure)의 특정예를 예시하는 도면.

도 10은 바람직한 스티칭 패턴(stitching pattern)의 그래프.

도 11은 국제 사용자 그룹에 의하여 제안된 번호 부여된 잔류 응력 관리 데이터 포인트를 포함하는 벤치마크 샘플의 사시도.

도 12는 본 발명의 방법에 따라 제조된 코어 및 캐비티부를 갖는 공구 다이를 예시하는 도면.

본 발명은 일반적으로 금속의 재료가 기판 상에 침전되는 것을 모니터링하고 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 국부적인 레이저 가열에 의한 용융 풀의 생성/유지와 일반적으로 금속인 분말의 동시 주입을 기초로 하는 공정에 적용 가능하다. 기판 및 주입 재료가 결합되어 침전물을 형성한다. 본 발명의 특유의 시스템에서는 정밀한 공차 내에서 원하는 외형 및 치수를 갖는 완성된 피가공편을 제공하기 위해 침전물의 적어도 한 가지 치수를 모니터링하여 제어한다. 특히, 침전물의 크기는 용융 풀 내에 주입된 제2 재료의 양에 비례한다. 본 발명의 모니터링 및 제어 어셈블리는 침전물의 치수를 감지하고 검출된 치수에 따라 레이저 빔의 펄스 지속기간을 변경시키는 피드백 제어장치를 포함한다. 침전물의 높이를 감지하고 이 침전물의 높이와 반대로 레이저 빔의 전력을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명은 정밀한 공차 내에서 허용 가능한 금속 성질을 갖는 최종 물품을 획득하기 위해 직접 금속 침전(direct metal deposition: DMD) 기술과 자동화된 직접 피드백 제어를 함께 조합한다. 본 발명은 직접 금속 침전 기술을 효과적으로 제어하여 부품, 프로토타입, 몰드 및 다이를 복잡한 외형 및 양호한 야금학적 특성과 함께 정밀한 공차로 구성한다. 또한, 본 발명은 CAD 데이터베이스를 직접 금속 침전과 연결시킬 수 있으므로, 원하는 성질을 갖는 완성 부품이 단시간 내에 그리고 사람이 거의 관여할 필요가 없는 자동 시스템에 의해 제조될 수 있다.

다음에, 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 신규의 피드백 제어장치(104) 및 부품 자동 생산용 CAD/CAM 시스템(106)을 포함하는 직접 금속 침전 시스템(102)의 개략도이다. 재료 침전의 치수에 영향을 미치는 요인으로는 레이저 전력, 빔 직경, 빔의 시간적 및 공간적 분포, 반응 시간, 및 분말 흐름율이 포함된다. 상기 요인 중에서 레이저 전력을 모니터링하여 적절하게 제어하는 것이 완성 부품을 제어 공차 내에서 제조하는데 중대한 영향을 미친다. 따라서, 본 발명의 피드백 제어장치(104)는 레이저 전력을 포함한 시스템의 모든 기능을 제어하는 수치 제어기(numerical controller: NC)(108)와 직접 협동하는 것이 바람직하다.

계속해서 도 1을 참조하면, 시스템은 적절한 빔 집속 수단(beam focusing means)(112)을 가진 레이저 소스(110)를 포함한다. 레이저 소스는 기판 또는 피가공편 위에 장착되어 빔을 그 위에 집속한다. 피가공편 기판은 작업대를 통해 운반되고 있지만, 피가공편 기판과 레이저 분사 노즐 사이의 상대적인 움직임을 발생시킬 수 있는 어떠한 구성도 가능하다. 시스템은 작업대(114), 전원(116) 및 레이저를 냉각시키는 냉각기(chiller)(118)를 또한 포함한다. 레이저 소스로는 침전될 재료를 용융시키기에 충분한 전력 밀도(power density)를 갖는 연속파(continuous-wave) 레이저, 연속 펄스 레이저, CO₂ 레이저, YAG 레이저 또는 기타 다른 파장의 레이저가 바람직하다. 일반적으로, 고주파 여기 레이저(RF-excited laser) 또는 고출력 CO₂ 레이저가 사용된다. 레이저 빔은 기판 피가공편의 표면에 대략 직각으로 지향되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템은 분말 금속을 빔 내에 주입함으로써 클래드층을 도포하도록 피가공편 상에서 동작하는 노즐 어셈블리(202)를 포함한다. 상기 유형의 레이저 및 노즐 어셈블리는 미합중국 특허 제5,241,419호(출원인: 프라트 외), 제5,453,329호(출원인: 에버레트 외), 및 제5,477,026호(출원인: 부옹기오모)에 개시되어 있다. 적합한 레이저 분사 노즐로는 조지아주 노르크로스에 소재하는 퀀텀 레이저 코포레이션(Quantum Laser Corporation)에서 제조된 제품이 있으며, 이것은 미합중국 특허 제4,724,299호에 개시되어 있다.

분사 노즐은 빔과 분말 모두가 피작업편 기판 상의 동일 지점에 일정하게 지향되도록 빔 및 분말용의 공동 배출구를 제공한다. 바람직한 구성에서, 레이저 분사 노즐 어셈블리는 미합중국 특허 제4,724,299호에 개시된 바와 같이 이격된 제1 및 제2 말단부를 갖는 노즐 몸체를 포함한다. 빔 통로가 말단부 사이에 연장되어 레이저 빔이 이 빔 통로를 통과할 수 있다. 제2 말단부를 둘러싸는 하우징이 제2 말단부로부터 이격되어 환형 통로를 형성한다. 하우징은 빔 통로와 동축으로 개구를 가지며, 레이저 빔이 이 개구를 통과할 수 있다. 클래딩 분말 공급 시스템은 클래딩 분말을 제공하기 위한 통로와 동작 가능하게 결합되어, 분말이 빔과 동축을 이루는 개구로부터 배출된다.

본 발명의 레이저 분사 노즐은 레이저 빔이 클래딩 분말과 실질적으로 동축을 이루며 노즐로부터 배출되기 때문에 균일한 클래드 조성이 달성되며, 레이저 빔과 분말이 동일한 초점 포인트를 갖는다. 노즐은 빔 및 분말용의 공동 배출구를 가지므로 레이저 빔과 분말 모두가 물품 상의 동일 지점에 일정하게 지향된다. 이와 같이 함으로써 공동의 초점 포인트가 달성되어 균일한 클래드 조성이 확보된다. 측면 주입 노즐에 의하여도 유사한 결과를 얻을 수 있지만, 측면 주입 노즐은 클래드의 이동 방향이 제한되는 반면, 동심 노즐은 어떠한 순간에도 침전 방향을 변경시킬 수 있다.

종래의 레이저 클래딩 기술은 금속 물품을 지그, 부품 조정기 등을 사용하여 레이저 빔의 초점에 대하여 이동시킨다. 따라서, 레이저 빔의 초점은 주입된 분말 금속 흐름과 마찬가지로 공간적으로 고정 상태를 유지한다. 금속 물품을 균일하게 이동시키는데는 일반적으로 복잡한 지그가 필요하며, 이러한 복잡한 지그는 제조가 곤란하고, 고가이며, 특히 매우 복잡한 기하학적 형상에는 만족스럽지 않은 것이 일반적이다. 이런 이유 때문에, 복잡한 기하학적 형상을 갖는 금속 부품의 레이저 클래딩은 일관된 균일성을 달성하는 것이 곤란하다. 로봇이 많은 금속가공 공장에서 장비를 조작하는 표준 부품으로서 자리 잡아가고 있다. 일반적인 로봇은 5등급의 자유도를 갖는 손목을 가지며, 이들 등급의 각각은 일정한 속도로 움직일 수 있다. 로봇은 전기, 유압 또는 공기역학적으로 동작하거나, 또는 이들 수단의 일부 조합을 통해 동작할 수 있다. 레이저 클래딩 시스템과 함께 로봇을 사용하면 균일한 클래드를 달성하기 위한 전방 이동에 도움이 된다. 물품은 공간적으로 고정되어 있으며, 그에 따라 노즐은 로봇 암의 움직임과 협동하여 물품에 대하여 이동할 수 있다. 또한, 노즐을 고정된 상태로 유지하고 물품을 로봇에 의하여 이동시킬 수도 있다.

수치 제어기(108)는 물품, 부품 또는 피가공편의 구축을 위한 CAD/CAM 컴퓨터(106)로부터의 지시를 수용하는 레이저의 동작 조건을 포함하여 도 1의 어셈블리의 모든 동작 요소를 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 수치 제어기는 피드백 제어장치로부터 피드백 제어 신호를 수신하여 레이저 출력을 조정하고, 또한 작업대와 레이저 분사 노즐 어셈블리의 상대 위치를 제어한다. 도 1에 사용된 바와 같은 수치 제어기는 FANUC, Allen Bradly, IGM 등을 포함하는 다수의 업체로부터 구입할 수 있다. CAD/CAM 시스템은 종래 유형의 것으로서, 선 마이크로시스템즈(Sun Microsystems), 실리콘 그래픽스(Silicon Graphics), 또는 휴렛 팩커드(Hewlett Packard)와 같은 업체가 공급하는 워크스테이션을 포함할 수 있다. CAD/CAM 소프트웨어에 요구되는 특징 중에는 재료 침전을 위해 기판 횡단 경로를 형성하는 기능이 있다. 이에 의하여, 신속한 프로토타입 형성을 실행할 수 있고, 레이저 분사 노즐을 이용하여 직접 금속 프로토타입을 생산하는 것 외에도 CAD 치수로부터 직접 견고한 3차원 물체를 형성할 수 있게 된다.

도 2 및 도 3에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 레이저 분사 노즐(202)은 기판 물품(206) 상에 용융 풀(204)을 형성한다. 분말은 레이저 빔(205) 주변의 노즐(208)을 통해 주입되는 것이 바람직하다. 기판 표면 상의 레이저 빔 투사는 가우스 프로파일(Gaussian profile)이 아닌 것이 바람직하며, 레이저 빔 투사는 외주부가 최대 세기(intensity)를 갖는 비교적 일반적인 도넛 형상(doughnut shape)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 가우스 프로파일과 반대로, 빔 프로파일의 중간점은 더 낮은 세기를 갖는다. 이로써 용융 풀에 온도가 비교적 균일하게 분포된다. 그러나, 공정에 따라서는 다른 공간적 분포의 레이저 빔을 채용할 수도 있다.

도 3은 피드백 제어 장치(302)를 포함하는 직접 금속 침전 시스템의 개략도이다. 레이저로부터 공급된 에너지가 큰 화살표로 도시되어 있고, 작은 화살표는 분말 공급 시스템 내로 공급되는 분말을 나타낸다. 도시된 바와 같이 냉각수(306)가 레이저 분사 노즐의 배출구에 공급된다. 피드백 장치(302)는 레이저 및 분말이 피가공편(310)의 표면 상에 입사되는 지점에 바로 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.

도 4는 피드백 제어 시스템의 기본 구조를 예시하는 광 모니터링 시스템의 개략도이다. 대체로, 레이저-클래드 용융 풀의 높이 등의 치수가 광학적으로 모니터링되어 전자적으로 제어된다. 용융 풀 내의 고온 용융 표면은 그 세기를 적외선 영역으로 방출한다. 도 4의 좌측 물체는 용융 풀을 개략적으로 나타낸 것이다. 적외선 필터가 바람직한 협대역 통과 필터(narrow band-pass filter)(410)가 카메라 렌즈(412) 전방에 위치된다. 예시된 카메라는 용융 풀을 적합하게 확대시킬 수 있는 135mm 초점 길이를 포함한다.

화상이 배럴 익스텐더(barrel extenders)(416)를 통과한 후, 화상의 일부(대략 10%)가 CCD TV 카메라(420)의 활성 초점면에 반사된다. 카메라는 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니고 사람이 모니터링할 수도 있다는 점을 유의해야 한다. 반사된 화상은 반사기와 CCD TV 카메라의 활성 초점면 사이에 위치된 뉴트럴 밀도 필터(neutral density filter)(422)를 통과하는 것이 바람직하다. 광학 화상의 투과된 일부분이 반사기를 통과하고, 확대 화상이 초점 평면에서 마스크되어 공간 해상도를 제공한다. 마스크(426)를 빠져나온 화상은 렌즈(428)를 통과한 다음 포토 트랜지스터(430) 등의 광 감지 장치를 통과한다.

광학 축(440)의 각도와 이 광학 장치의 배율은 클래드 높이의 조그마한 변화도 포토 트랜지스터(430)에 의하여 구별할 수 있도록 구성된다. 도 5 및 도 6에 도시된 시스템의 방위를 참조하면, 형성된 용융 풀 높이로부터의 광은 포토 트랜지스터로부터 마스크되거나, 아니면 이 포토 트랜지스터를 통과하도록 허용된다. 두 가지 상태 사이의 감도는 0.010인치(10/1000인치) 미만인 것이 바람직하다. 즉, 두 가지 상태 사이의 임계 감도가 ~0.010인치이고, "마스크되지 않는" 상태의 간격이 ~0.100인치이어서 이 간격 후에 "마스크된" 상태로 복귀되는 것이 바람직하다.

도 4는 물체로부터 수광된 광의 일부를 회절 격자(diffraction grating) 등의 분산 부재(dispersive element)(460)로 향하게 하는 빔 스플릿터(beamsplitter) 또는 부분 투과 미러(partially transmitting mirror)(450)를 사용함으로써 스펙트럼 분석(spectroscopic analysis)을 본 발명에 적용할 수 있는 방식을 예시하는 것으로서, 상기 광은 렌즈(462)에 의하여 평행하게 검출기(464)로 공급되어 라인(466)을 따라 스펙트럼 내용 정보를 출력한다. 이러한 스펙트럼 내용 정보는 용융 풀 또는 클래드 층이 형성되어 갈 때 용융 풀 또는 클래드 층의 재료 조성에 관한 데이터를 수동적으로 모니터링하거나 및/또는 기록하는데 사용되거나, 혹은 재료 조성에 따라 시스템의 동작을 변경시키기 위해 피드백 루프에 통합될 수도 있다. 예를 들면, 분말 공급의 성분을 설계 기준에 따라 변경시키고, 스펙트럼 분석 특성을 통해 체크하여, 적절한 합금 또는 재료 조성의 변화를 확보할 수 있다.

레이저 전력이 저장 프로그램에 따라 변경되는 변수인 것이 바람직하기는 하지만, 다른 변수가 레이저 전력과 무관하게 사용되거나 또는 레이저 전력에 연관되어 사용될 수도 있음에 유의하기 바란다. 예를 들면, 설계 기준을 충족시키기 위해, 레이저 스폿의 진행 또는 레이저 스폿의 크기를 변경할 수도 있고, 이와 달리 재료 공급을 조정할 수도 있다. 실제로, 필요한 세트의 매개 변수를 적절히 제어함으로써, 본 발명에 의하여 재료의 축적과 함께 재료의 제거를 행할 수 있으므로, 실수 또는 불완전함을 즉시 정정할 수 있고, 또한 기존의 부품을 새로운 설계 기준에 대하여 변경할 수 있다.

포토 트랜지스터 신호는 레이저 출력을 제어하는 회로에 의하여 처리된다. 대부분의 레이저는 하나의 아날로그 전압 신호에 의해 제어될 수 있으며, 예를 들면 0볼트와 12볼트는 각각 무전력(no-power)과 전전력(full-power)에 대응한다. 이들 사이의 임의의 전압은 대응하는 출력 전력을 발생한다. 대부분의 레이저는 1000분의 1초 내에 이러한 아날로그 전압에 대응할 수 있다. 포토 트랜지스터는 광의 존재 여부를 검출할 수 있고, 그 전도율이 변화한다. 광에 노출되면, 포토 트랜지스터의 전도율은 증가되고, 이로써 포토 트랜지스터 양단의 전압 강하가 감소된다. 도 7에 도시된 바와 같이, "R1" 값은 적절한 감도를 조정하여 V_PT + V_OUT = 5볼트가 되도록 선택될 수 있다. 이 예에서, 총전력이 10볼트 신호로 얻어진다면, 5볼트는 전체 출력의 50%를 제공할 것이다.

도 5를 참조하면, 침전물과 포토 트랜지스터(506) 사이에 마스크(504)가 배치되는 용융 침전물(502)의 개략도가 도시되어 있다. 시스템의 다른 요소는 도시를 간략화하기 위하여 생략되어 있다. 도면에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 마스크는 평면 형태이며, 광이 통과할 수 있는 구멍을 갖는 강체(solid)이다. 클래드의 높이가 소정 레벨에 도달할 때, 침전 재료로부터의 선택된 파장 형태의 광이 마스크를 통과하여, 도시된 바와 같이 포토 트랜지스터 상에 입사된다. 반대로, 침전물의 레벨이 마스크의 구멍보다 아래쪽에 있는 한, 광은 포토 트랜지스터 상에 입사되지 않는다. 이 상태, 즉 입사광이 존재하는 것과 입사광이 존재하지 않는 것의 차이가 레이저의 동작을 제어 및 조정하는데 이용될 수 있다.

도 6에는 이와 반대의 상태가 도시되어 있으며, 여기에서는 광이 마스크를 투과하는 한, 클래드 침전물의 상승이 수락될 수 있으며, 광이 마스크를 투과하지 못하게 되는 즉시, 포토 트랜지스터 상에 입사되는 광이 없기 때문에, 수락 가능하지 않은 상태가 감지된다. 클래드 침전물의 상승에 따라 용융 풀의 높이가 변하기 때문에, 광이 포토 트랜지스터에 충돌하기 시작할 때까지 화상이 하강한다. 일정한 높이에서, 전압(Vout)은 "빔 온(beam on)"에서 "빔 오프(beam off)"로 전환하는 크기에 도달한다.

도 8은 레이저 동작을 제어하는 신호와, 입사광이 존재하는 상태/입사광이 존재하지 않는 상태에서의 전압 강하 형태의 포토 트랜지스터 응답과, 포토 트랜지스터 신호가 레이저 전력을 어떻게 제어할 수 있는지와의 관계를 도시하는 일련의 곡선이다. 모든 경우에, 수평축은 시간을 나타내며, 수직축은 전압을 나타낸다. 도 8의 (A)는 본 발명의 피드백 시스템으로 임의의 조절 및 제어를 하기 전의 레이저에 대한 아날로그 전압 신호를 도시한다. 도 8의 (B)는 포토 트랜지스터 저항기 양단의 전압 강하를 도시한다. 첫 번째 그래프, 즉 도 8의 (A)에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저에 대한 아날로그 전압은, 피드백 시스템에 의해 제어되기 전에는 일정하며, 시간에 따라 조정되지 않는다. 도 8의 (B)는 클래딩 작업 동안의 도 7의 포토 트랜지스터 저항기 양단에서의 전압 강하를 나타낸다.

동작 사이클의 개시시, 포토 트랜지스터의 임피던스는 높으며, 이것은 용융 표면으로부터 방출되어 선택적인 협대역 통과 필터를 통해 전달되는 광을 감지하지 못한다는 것을 의미한다. 그 결과, 포토 트랜지스터 저항기 양단에서의 전압 강하가 비교적 낮은 상태가 된다. 광이 검출된 상태에서는, 포토 트랜지스터의 임피던스가 비교적 낮고, 또한 포토 트랜지스터 저항기 양단에서의 전압 강하가 비교적 높다는 것을 보여주는 피크가 나타내어져 있다. 도 8의 (C)에서는 포토 트랜지스터 양단의 피크 전압 강하에 의해 신호가 제공되고, 이 신호는 디지털화된다. 도 8의 (D)는 디지털화된 신호가 레이저에 송신될 실제 신호를 변경시키고 레이저의 펄스 지속기간 및 그에 따른 전력에 영향을 미치는 것을 나타내고 있다. 도 8의 (D)에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 레이저의 전압은 포토 트랜지스터의 전압 강하와 모니터링된 입사 광 파장의 송신에 대응하여 조정되고 있다.

본 발명의 피드백 특징에서, 포토 트랜지스터는 도 1의 수치 제어기에 신호를 송신하며, 수치 제어기는 그 후 레이저에의 전압 공급을 조정하여 레이저 전력을 제어하고, 최종적으로 피가공편 기판 상에 입사된 레이저의 지속기간을 조정한다. 아날로그 신호의 전압은 레이저 전력에 대응한다. 이로써, 클래딩 층을 적층할 때 직접 금속 침전 및 각각의 통과시의 높이의 제어가 가능하다. 따라서, 피드백 시스템은 피가공편의 누적 치수를 제어한다. 본 발명의 피드백 제어장치는, 피가공편이 치수를 벗어나는 경우, 각각의 펄스에 대한 "빔 온(beam on)" 지속기간이 감소되도록 레이저에 지시한다. 빔이 온 상태일 때 침전이 발생한다. 특정의 지점이 지나치게 높을 경우, 피드백 루프가 레이저 전력을 차단하여 침전이 크게 감소된다. 본 발명의 자동 제어 및 조정은 수동 조정이 효과적이지 못하기 때문에 중요하다.

사용시, 시스템은 재료를 화소 단위로 침전하는데 사용될 수도 있다. 피드백 제어가 없다면, 수 분의 시간이 경과되거나 또는 여러 층을 누적한 후에, 피가공편에 뒤틀림이 발생될 수도 있으며, 그 후 상태가 더욱 악화되는 경우에는 뒤틀림 또는 균열이 초래될 수도 있다. 본 발명의 피드백 제어 시스템의 장점은, 뒤틀림이 발생하기 전에, 포토 트랜지스터가 피가공편 재료의 고유 파장으로 방출된 광의 존재 여부를 감지하고, 피드백 제어장치가 펄스를 충분한 양으로 연장시킬 수 있는 허용 가능한 상태를 감지할 때까지 침전을 감소시키도록 컴퓨터가 사전 프로그램된다는 점이다.

실험예 1

이 연구를 위하여, 크롬-몰리브덴으로 이루어진 고온 작업 다이 스틸(die steel)(H13)을 기판 상에 직접 침전시켰다. 다이 캐스팅(die casting)에 공통적으로 사용되는 이 합금은 다이 캐스팅 공구를 신속하게 제조하는데 상당히 유용하기 때문에 분석된 것이다. 직접 침전 금속(DMD) 및 고온 작업 다이 스틸(H13) 양자 모두에 대한 열처리 비교를 다음의 영역, 즉 1) "클래드 상태의" 경도, 연성 및 미세구조, 2) 초기 템퍼링 반응(tempering response), 및 3) 오스테나이트화된(1010 ℃에서) 오일-켄칭 재료(austenitized oil-quenched material)에 대한 템퍼링 응답에서 실행하였다.

시판 중인 시스템을 반복 시험하기 위하여, 두 가지 클래딩 침전 모드를 분석하였다. 두 가지 클래딩 침전 모드 중의 하나인 저전력 상태에서의 낮은 금속 침전율을 갖는 침전 모드에서의 처리는 세부 요소 및 에지에 사용된 매개변수에 대응한다. 고전력 상태에서의 높은 금속 침전율의 동작 모드는 부피가 큰 재료를 추가하는데 사용된 방법에 대응한다. 이 두 가지 형태의 처리를 각각 미세 클래딩(fine cladding) 및 거친 클래딩(course cladding)으로 지칭한다. 피드백 시스템을 "미세" 클래딩에 사용하였다.

거친 클래딩에 사용된 동작 조건은 두꺼운 1-D 수직벽을 형성하기 위하여 1.1mm의 초점이 3.5mm로 래스터화되는 것이다. 레이저 전력은 4500 와트이고, 분말 공급율은 16g/min 이었다. 분말은 래스터 방향과 직각으로 공급하였다. 빔 및 분말 흐름은 통과가 완료될 때마다 턴오프되고, 후속의 층이 분당 750mm로 동일 방향으로 병진 이동하는 동안 축적되었다. 연속 층이 침전되어 저 탄소강 기판 상에 폭 3.5mm, 높이 70mm 및 길이 120mm의 조립체가 형성되었다. 이 처리 도중에, 클래드의 온도는 측정하지 않았으나, 최초의 5 내지 10개의 층이 침전된 후 가시적인 방사(visible radiation)가 관찰되었다. 클래드 방향과 직각인 신장성 바(tensile bar)를, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 "클래드 상태의" 시료로부터 기계 가공하였다. 인장 시험 도중에, 신장계(extensometer)를 이용하여 게이지부에서의 스트레인(strain)을 측정하였다.

미세 클래딩의 경우에는, 금속 분말 및 슈라우드 가스(shroud gas)가 동심으로 공급된다. 용융 풀이 0.6mm 직경의 스폿으로 형성되었다. 두 가지 유형의 클래딩 처리에 대한 시료 공급 속도는 750mm/min이었다. 미세 처리에서의 레이저 전력은 1000 와트이고 분말 공급율은 5g/min이었다. 피드백 시스템은 시료가 도 10에 도시된 바와 같이 스티칭 패턴(stitching pattern)으로 횡방향으로 이동할 때 용융 풀의 높이를 모니터링한다. 각각의 침전 층의 두께는 250 미크론이었다. 패턴을 반복하여 90mm 높이의 슬래브를 형성하였다. H13을 기판 및 클래드 양자 모두에 사용함으로써 열처리 실험에서 레이저 클래드와 가공 재료 간의 직접적인 비교가 가능하게 되었다.

열처리된 상태에서의 클래드된 피가공편과 가공 H13의 경도 및 미세구조 분석은 매우 유사하다. 양자 모두에는 템퍼링된 마르텐자이트(tempered martensite)가 함유되고, 일부는 오스테나이트가 함유된다. 1010℃로 1시간 동안 오스테나이트화한 후, 클래드에서의 나뭇가지 모양의 응고 구조(dendritic solidification structure)가 확산에 의하여 제거되었다. 그러나, 합금 분리로 인한 밴딩(banding)이 가공 기판에서 명백하게 발생된다. 이 분석 결과로, 클래딩에 의해 다수의 층을 축적하여 종래의 가공 대응부품과 동등한 특성을 가진 피가공편을 형성할 수 있다는 것이 입증되었다.

실험예 2

잔여 응력 및 이로 인한 뒤틀림을 조정하는 것은 3-차원 구성품의 생산 가능성을 입증하는 이 공정의 성공을 위해 중요한 요소가 된다. 잔여 응력의 축적은 공구 스틸 구성품을 제조하는 동안에 균열을 발생시키는 가장 큰 원인이며, 이러한 응력 발생을 이해하기 위하여, 매 층마다 응력 축적을 측정하기 위하여 샘플을 설계하였다. 이것은 축적된 잔여 응력이 균열을 초래하기 전에 다층을 제조하기 위한 전략이 된다. 소정 개수의 층을 침전시킨 후, 응력을 경감시킨 다음 추가의 층을 침전시킨다. 이 전략에 의해 도 11에 도시된 바와 같은 전체 치수의 IMS-T1 구성품을 성공적으로 제조할 수 있게 된다. 이것은 직접 금속 침전에 의해 H13 공구 스틸로 이 IMS-T1 테스트 디자인을 최초로 제조하는 것으로 생각된다.

실험예 2의 공정의 매개변수는 다음과 같다:

NSF T1 샘플

재료: H13 분말

레이저 파워: ∼100와트

침전율: ∼5g/min

슬라이스 두께: 0.01인치

실제 레이저 처리시간: 50시간

총처리시간: ∼100시간

응력 완화 시간: ∼24시간 (6 × 4시간)

총시간: ∼124시간

제조된 샘플을 독립 실험실에 보내 잔여 응력을 측정하였다. 도 11은 응력이 측정된 지점을 도시한다. 위치 2, 6 및 5는 최종 운전(run) 도중에 침전되며, 이에 따라 이들 위치는 응력이 완화되지 않았기 때문에 잔여의 압축성 응력을 나타낸다. 그 이전의 운전 중에 침전되고 그 후 응력이 완화된 다른 위치는 무시 가능한 잔여 응력을 나타내는 반면, 응력이 완화되지 않은 위치의 최대 응력은 +49.4 KSI이다.

구리의 냉각 블록 및 수냉식 채널을 매설한 주입 몰딩 다이를 준비하고, 트리밍 다이(trimming die)를 또한 제조하였다. 이들 구성품의 치수 모두를 수천분의 1인치의 정밀한 치수 공차를 갖도록 하였다. 이들 예는 H13 합금으로 3-차원 구성품을 성공적으로 제조할 수 있는 DMD 공정의 가능성을 보여준다. 이 공정은 공정 매개변수를 세밀하게 제어함으로써 미세구조 및 그에 따른 특성을 제어할 수 있다. 레이저 침전된 구성품 및 가공된 H13 스틸 구성품의 열처리 응답은 동일하다. 실제로, 열처리된 레이저 클래드 H13은 가공된 H13 보다 구조적으로 더욱 균질하다.

본 발명의 방법 및 장치에 의하면, 컴퓨터 데이터베이스로부터 작성될 수 있는 거의 모든 형상의 구성품을 형성 및 정밀 가공할 수 있다. 다수의 중요한 애플리케이션이 존재하며, 그 중 하나는 신속한 프로토타입 형성/제조이며, 이것은 프로토타입 또는 제조 공구의 총처리시간(turnaround time)을 훨씬 빠르게 할 수 있다. 또 다른 한 가지는 사용자 특유의 소량 부품 생산이며, 이 경우에는 효율적인 비용으로 소량 생산이 가능하다. 이것은 개인용 인공 보철 부품과 같은 의료 기구의 제조에 특히 바람직하다. 다른 가능한 애플리케이션에는 폴리머 주입/제조를 위한 몰드, 총처리시간을 극히 단축시킨 A1 다이 캐스팅 몰드용의 인서트(insert), 및 레이어 광택(layer glazing)이 포함된다.

본 발명은 조성, 미세구조, 잔여 응력, 및 기계적 특성을 제어할 수 있는 기능을 제공한다. 본 발명의 시스템은 공정 제어를 위해 피드백 루프를 사용하고 자동화된 조작을 위해 피드백 제어 루프 센서에 하드웨어 및 소프트웨어를 통합하여 제조를 용이하게 할 수 있다. 공정에 사용된 상이한 재료에 대하여 수학적 모델이 용이하게 개발된다. 잔여 응력의 축적, 스트레인 및 응력-유기 뒤틀림을 측정하고, 그리고 크랙의 발생을 모니터링하기 위한 압전 및 전기 센서를 포함하는 다른 특징을 시스템에 용이하게 일체화할 수 있다.

Claims

기판상의 재료의 적층 침전을 자동 제어하는 시스템에 있어서,

기판의 국소 영역에 빔을 지향시켜 그 위에 용융 풀을 형성하는 제어 가능한 레이저;

상기 용융 풀에 재료를 공급하여 레이저에 의해 용융시킴으로써 높이를 갖는 재료 침전물을 형성하기 위한 재료 공급 수단;

상기 재료 침전물의 높이를 함수로 하여 전기 신호를 출력하도록 동작하는 광전기 센서에 접속된 광학 검출 수단; 및

상기 전기 신호를 함수로 하여 재료 침전율을 자동적으로 조정하도록 동작하는 피드백 제어장치

를 포함하는 재료 침전 자동 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 재료 침전물의 높이는 기판의 평면에 수직인 것을 특징으로 하는 재료 침전 자동 제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 광전기 센서는 상기 침전물의 재료 조성을 함수로 하여 전기 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 재료 침전 자동 제어 시스템.
제1항에 있어서,

제조될 물품에 대한 기술(description)을 포함하는 CAD(computer-aided design) 시스템에 대한 인터페이스를 더 포함하며,

상기 피드백 제어장치는 또한 상기 재료 침전물의 높이를 상기 기술(description)과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 재료 침전율을 조정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 재료 침전 자동 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 광학 검출 수단은 개구를 갖는 마스크(apertured mask)를 포함하고, 상기 침전물로부터의 광이 상기 개구를 갖는 마스크를 통과하여 상기 광전기 센서에 도달하며,

상기 피드백 제어장치는 상기 침전물로부터의 광의 존재 여부를 검출하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 침전 자동 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 광학 검출 수단은 상기 침전물의 재료 조성을 판정하기 위한 검출기에 광학적으로 접속된 분산 소자(dispersive element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 침전 자동 제어 시스템.
기판상에 침전되는 재료의 양을 변경시키는데 사용하는 자동 레이저 클래딩 시스템에 있어서,

빔을 출력하고, 상기 빔을 기판의 국소 영역 상에 집속하는 수단을 포함하며, 적어도 상기 국소 영역 내에서 기판을 용융시켜 그 위에 용융 풀을 형성하기에 충분한 파워의 에너지를 갖는 레이저;

상기 빔과 상기 기판을 서로에 대하여 이동시키는 수단;

상기 국소 영역에 축적하기 위해 용융될 재료를 상기 용융 풀 내에 재료 침전물로서 공급하는 수단; 및

상기 재료 침전물의 높이를 감지하고, 그 높이에 따라 재료 침전율을 자동적으로 조정하도록 동작하는 피드백 제어 수단

을 포함하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

상기 피드백 제어 수단은 상기 빔의 파워를 조정하여 상기 재료 침전율을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

상기 피드백 제어 수단은 상기 빔의 스폿 크기를 조정하여 상기 재료 침전율을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

상기 피드백 제어 수단은 재료 공급율을 조정하여 상기 재료 침전율을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

상기 피드백 제어 수단은 상기 빔과 상기 기판 간의 이동 속도를 조정하여 상기 재료 침전율을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

상기 피드백 제어 수단은 또한 상기 기판 위의 재료 침전물의 화학적 조성을 감지하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

상기 피드백 제어 수단은 또한 상기 용융 풀의 화학적 조성을 감지하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
제7항에 있어서,

제조될 부품에 대한 기술(description)을 포함하는 CAD 시스템에 대한 인터페이스를 더 포함하며,

상기 피드백 제어 수단은 상기 재료 침전물의 높이를 상기 기술(description)과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 재료 침전율을 자동적으로 조정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 클래딩 시스템.
물품을 자동적으로 제조하는 시스템에 있어서,

제조될 물품에 대한 기술(description)을 포함하는 CAD 데이터베이스;

기판을 지지하는 작업대;

상기 기판의 국소 영역을 향하여 빔을 지향시켜 상기 기판의 국소 영역 위에 용융 풀을 형성하는 제어 가능한 레이저;

상기 레이저에 접속되고, 용융될 재료를 상기 용융 풀에 공급하여 높이를 갖는 재료 침전물을 형성하기 위한 재료 공급 수단;

상기 기판을 상기 레이저 및 상기 재료 공급 수단에 대하여 이동시키는 병진 이동(translation) 수단;

재료 침전물이 생성되고 있을 때에 상기 재료 침전물의 높이를 나타내는 전기 신호를 출력하도록 동작하는 광학 검출 수단; 및

상기 병진 이동 수단 및 레이저에 작동식으로 인터페이스되고, 상기 CAD 데이터베이스 내의 상기 제조될 물품에 대한 기술(description)에 따라 상기 침전물의 높이를 자동적으로 조정하는 피드백 제어장치

를 포함하는 물품 자동 제조 시스템.
제15항에 있어서,

상기 병진 이동 수단은 상기 레이저 및 상기 재료 공급 수단을 고정 상태로 유지하면서 상기 작업대를 이동시키는 것을 특징으로 하는 물품 자동 제조 시스템.
제15항에 있어서,

상기 병진 이동 수단은 상기 작업대를 고정 상태로 유지하면서 상기 레이저 및 상기 재료 공급 수단을 이동시키는 것을 특징으로 하는 물품 자동 제조 시스템.
제15항에 있어서,

상기 기판은 금속이며, 상기 용융 풀 내에 공급된 재료는 금속 분말인 것을 특징으로 하는 물품 자동 제조 시스템.
제15항에 있어서,

상기 광학 검출 수단은 개구를 갖는 마스크를 포함하고, 상기 재료 침전물로부터의 광이 상기 개구를 갖는 마스크를 통과하여 상기 광전기 센서에 도달하는 것을 특징으로 하는 물품 자동 제조 시스템.
물품을 제조하는 방법에 있어서,

a) 제조될 물품에 대한 기술(description)을 제공하는 단계;

b) 물품이 그 위에 형성될 기판을 제공하는 단계;

c) 상기 기판의 국소 영역을 가열하여 용융 풀을 형성하는 빔을 갖는 제어 가능한 레이저를 제공하는 단계;

d) 높이를 갖는 재료 침전물을 생성하기 위해 상기 용융 풀 내에 재료를 공급하는 단계;

e) 상기 재료 침전물의 높이를 광학적으로 모니터링하는 단계;

f) 상기 제조될 물품의 기술(description)에 따라 상기 재료 침전물의 높이를 자동적으로 제어하는 단계;

g) 상기 기판의 다른 국부 영역으로 전진하는 단계;

h) 상기 물품의 제조가 완료될 때까지 상기 레이저 제공 단계 c) 내지 상기 전진 단계 g)를 반복하는 단계

를 포함하는 물품 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 전진 단계 g)는 상기 레이저와 재료를 공급하는 수단을 고정 상태로 유지하면서 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 전진 단계 g)는 상기 기판을 고정 상태로 유지하면서 상기 레이저와 재료를 공급하는 수단을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 기판은 금속이며, 상기 용융 풀 내에 공급되는 재료는 금속 분말인 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 전진 단계 g)는 상기 레이저와 재료를 공급하는 수단을 고정 상태로 유지하면서 상기 기판을 경사지게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 재료 침전물의 높이는 상기 기판에 수직인 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.