KR102182755B1 - 적층 제조를 위한 분말형 빌드 재료의 분배 - Google Patents

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KR102182755B1
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브렌트 이왈드
케네쓰 알 윌리암스
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

일 예에서, 적층 제조를 위한 분말형 빌드 재료 공급 시스템은 공급 데크, 분말형 빌드 재료의 리본을 공급 데크 상에 분배하는 분배기, 및 상기 리본으로부터 상기 공급 데크에 인접한 작업 영역 위에 분말형 빌드 재료를 스프레딩하는 스프레더를 포함한다.

Description

적층 제조를 위한 분말형 빌드 재료의 분배
적층 제조 기계는 재료의 층을 축조함으로써 3D(3차원) 물체를 생성한다. 몇몇 적층 제조 기계는 일반적으로 "3D 프린터"로 지칭된다. 3D 프린터 및 다른 적층 제조 기계는 물체의 CAD(computer aided design) 모델 또는 다른 디지털 표현을 물리적 물체로 변환하는 것을 가능하게 한다. 모델 데이터는 물체로 형성될 빌드 재료(build material)의 층 또는 층들의 그러한 부분을 각각 한정하는 슬라이스(slice)로 처리될 수 있다.
도 1은 적층 제조를 위한 빌드 재료 공급 시스템의 일 예를 예시하는 사시도,
도 2 및 도 3은 작업 영역(work area)에 인접한 공급 데크(supply deck)를 따라 리본(ribbon) 형태로 분배된 빌드 재료를 예열하고, 이어서 예열된 빌드 재료를 작업 영역 위에 스프레딩(spreading)하기 위한 일 예를 예시하는 블록 다이어그램,
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 예시적인 공급 시스템에 사용되는 빌드 재료 리본 분배기를 예시하는 단면도,
도 6은 적층 제조를 위한 빌드 재료 공급 시스템의 다른 예를 예시하는 사시도,
도 7, 및 도 8 내지 도 11은 도 6에 도시된 예시적인 공급 시스템으로부터의 빌드 재료 리본 분배기를 예시하는 사시도와 단면도,
도 12 내지 도 18은 도 6에 도시된 예시적인 시스템과 같은 빌드 재료 공급 시스템을 사용하는 적층 제조 공정의 일 예를 예시하는 일련의 평면도 다이어그램을 제시함,
도 19는 적층 제조를 위한 빌드 재료 공급 시스템의 다른 예를 예시하는 사시도,
도 20은 도 19에 도시된 예시적인 공급 시스템으로부터의 빌드 재료 리본 분배기를 예시하는 사시도,
도 21은 적층 제조를 위한 빌드 재료 공급 공정의 일 예를 예시하는 흐름도.
동일한 부품 번호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 동종의 부품을 지시한다. 도면은 반드시 일정한 축척으로 도시된 것은 아니다.
몇몇 적층 제조 공정에서, 열이 사용되어 분말형 빌드 재료 내의 입자를 함께 융합시켜서 입체 물체를 형성한다. 빌드 재료를 융합시키는 열은, 예를 들어, 물체 슬라이스에 기초한 패턴으로 분말형 빌드 재료의 얇은 층에 액체 융합제를 적용하고, 이어서 패턴화된 영역을 광 또는 다른 융합 에너지에 노출시킴으로써 발생될 수 있다. 융합제 내의 에너지 흡수 성분이 에너지를 흡수하여 빌드 재료를 소결시키거나, 용융시키거나, 달리 융합시키는 것을 돕는다. 공정은 물체를 완성하기 위해 층별로, 슬라이스별로 반복된다. 때때로 패턴화 및 융합을 위해 분말이 작업 영역 상에 적층되기 전에 분말형 빌드 재료를 예열하는 것이 바람직하다. 그러나, 고온 분말을 운반하고 분배하는 것은, 특히 그것의 연화 온도 부근까지 예열된 분말의 경우, 어려울 수 있다.
패턴화 및 융합 전에 고온 분말을 취급하는 어려움을 회피하는 것을 돕기 위해 적층 제조에 대해 새로운 분배 기술이 개발되었다. 일 예에서, 분말형 빌드 재료의 "리본"이 작업 영역 상에 바로 인접한 공급 데크 상에 분배된다. "리본"은 이 문맥에서 폭 대 높이(두께)의 비가 적어도 15:1인 분말의 층을 말한다. 리본의 비교적 큰 표면적은 공급 데크 상의 분말을 신속히 예열하는 것을 가능하게 하여 고온 분말을 운반하고 분배하는 어려움을 회피하는 것을 돕는다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 분말 공급 리본의 종횡비(aspect ratio)는 빌드 재료의 특성 및 다른 제조 파라미터에 따라 달라질 수 있지만, 시험은 적어도 15:1의 종횡비가 많은 적층 제조 응용에 일반적으로 사용되는 폴리아미드 및 다른 분말에 대해 충분할 것임을 보여준다.
빌드 재료 공급 리본은, 예를 들어, 분말이 분배기와 데크 사이의 간극(gap)에 대응하는 두께로 공급 데크 상에 적층되는 초크 유동 타입 분배기(choked flow type dispenser)를 사용하여 데크 상에 분배될 수 있는데, 여기서 간극은 분배기가 데크 위에 정지해 있을 때 분배기로부터의 분말의 유동을 초킹(choking)하기에 충분히 작다. 초크 유동 분배기에 의해, 분말 리본은 과잉의 분말을 분배함이 없이 그리고 균일한 폭 및 두께로, 원하는 경우, 분배기 단독으로 공급 데크 상에 적층될 수 있다. 일 예에서, 다중-블레이드형 분배기(multi-bladed dispenser)가 공급 리본을 분배하는 데 사용된다. 이 예에서, 분배기는 분배기의 일측부를 따른 높이 올린 계량 블레이드(metering blade), 및 분배기의 타측부를 따른 데크와 동일 평면상에 있는 와이퍼 블레이드(wiper blade)를 포함한다. 계량 블레이드는 분배기가 일 방향으로 이동하고 있을 때 분말을 공급 데크 상에 원하는 두께로 적층하고, 와이어 블레이드는 분배기가 반대 방향으로 이동하고 있을 때 데크 상의 임의의 분말을 닦아 낸다.
아래에 설명되고 도면에 도시된 이들 및 다른 예는 본 특허의 범위를 예시하지만 제한하지 않으며, 본 특허의 범위는 이 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용' 후의 '청구범위'에 한정된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"은 연결된 것 중 하나 이상을 의미하고; "융합제"는 분말형 비드 재료가 소결되거나, 용융되거나, 달리 융합되게 하거나 이를 돕는 물질을 의미하고; "디테일링제(detailing agent)"는, 예를 들어 융합제의 효과를 변경함으로써, 빌드 재료의 융합을 억제하거나 방지하거나 향상시키는 물질을 의미하고; "에너지"는 임의의 파장의 전자기 방사선을 의미하고; "리본"은 폭 대 높이(두께)의 비가 적어도 15:1인 분말의 층을 의미하고; "작업 영역"은 빌드 재료와 공정중 슬라이스의 밑에 있는 층 및 다른 물체 구조물을 포함한, 융합을 위해 빌드 재료를 지지하거나 수용하기 위한 임의의 적합한 구조물을 의미한다.
도 1은 적층 제조를 위한 빌드 재료 공급 시스템(10)의 일 예를 예시하는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 시스템(10)은 작업 영역(12), 작업 영역(12)에 인접한 공급 데크(14), 및 분말형 빌드 재료(20)의 리본(18)을 공급 데크(14) 상에 분배하는 분배기(16)를 포함한다. 예를 들어 분말 더미에 비해, 비교적 큰 분말 리본(18)의 표면적은 빌드 재료를 작업 영역(12) 위에 스프레딩하기 전에 공급 데크(14) 상의 빌드 재료(20)를 더 신속히 예열하는 것을 가능하게 한다. 리본(18)의 빌드 재료(20)는, 원하는 경우, 공급 데크(14) 상에서, 예를 들어 아래로부터의 전도(conduction)에 의해 그리고/또는 위로부터의 조사(irradiation)에 의해 가열될 수 있다.
도 2 및 도 3은 공급 데크(14) 상의 리본(18)의 빌드 재료(20)를 예열하고, 이어서 빌드 재료(20)를 작업 영역(12) 위에 스프레딩하기 위한 일 예를 예시하는 블록 다이어그램이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 적층 제조 기계(22)는 작업 영역(12), 작업 영역(12)에 인접한 공급 데크(14), 및 리본(18)으로부터 작업 영역(12) 위에 빌드 재료를 스프레딩하는 스프레더(spreader)(24)를 포함한다. 적층 제조 기계(22)는 또한 도 1에 도시된 분배기(16)와 같은 빌드 재료 분배기(16)를 포함한다. 기계(22)의 다른 구성요소를 더 명확하게 예시하기 위해 도 2 및 도 3에는 분배기(16)가 도시되지 않는다. 이 예에서, 스프레더(24)는 롤러로서 구현된다. 스프레더 롤러(24)는 그것이 작업 영역(20) 위에서 이동될 때 자유롭게 회전하여, 이동 방향에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 자유롭게 움직일 수 있거나, 롤러(24)는 어느 하나의 방향으로 회전식으로 구동(코-로테이션(co-rotation) 또는 카운터-로테이션(counter-rotation))될 수 있다. 도 2 및 도 3의 회전 화살표 26은 카운터-로테이팅 스프레더 롤러(24)를 나타낸다.
상기에 언급된 바와 같이, 도면의 작업 영역(12)은 빌드 재료와 공정중 슬라이스의 밑에 있는 층 및 다른 물체 구조물을 포함한, 융합을 위해 빌드 재료를 지지하거나 수용하기 위한 임의의 적합한 구조물을 나타낸다. 예를 들어, 빌드 재료의 제 1 층에 대해, 작업 영역(12)은 각각의 층의 두께를 조정하기 위해 위아래로 움직이는 플랫폼의 표면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 빌드 재료의 후속 층에 대해, 작업 영역(12)은 융합된 빌드 재료 및 융합되지 않은 빌드 재료를 포함할 수 있는, 빌드 재료의 밑에 있는 층(또는 층들) 상에 형성될 수 있다.
여전히 도 2 및 도 3을 참조하면, 스프레더 롤러(24)는, 예를 들어 레일(30)을 따라, 롤러(24)를 작업 영역(12) 위에서 앞뒤로 운반하는 이동가능한 캐리지(carriage)(28)에 탑재된다. 롤러(24)는, 병진 화살표 32에 의해 표시된 바와 같이, 도 2 및 도 3에서 우측으로 이동하고 있는 것으로 도시된다. 이 예에서, 적층 제조 기계(22)는 또한 융합제 분배기(34) 및 광 또는 다른 융합 에너지의 소스(36)를 포함한다. 융합제 분배기(34)는 이동가능한 캐리지(38)에 장착되고, 에너지 소스(36)는 롤러 캐리지(28)에 장착된 에너지 바아(energy bar)(36)로서 구현된다. 분배기 캐리지(38)는, 예를 들어 레일(30)을 따라, 융합제 분배기(34)를 작업 영역(12) 위에서 앞뒤로 운반한다.
하나의 예시적인 작업에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전방 에너지 바아(leading energy bar)(36)가 에너지를 공급받아 조사하고 이에 따라 롤러 캐리지(28)가 공급 데크(14) 위에서 우측으로 이동함에 따라 분말 리본(18)을 가열한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 롤러 캐리지(28)가 계속하여 우측으로 이동함에 따라, 롤러(24)는 공급 데크(14) 상의 리본(18)으로부터 빌드 재료(20)를 작업 영역(12) 위에 층(40)으로 스프레딩한다. 원하는 경우, 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 후방 에너지 바아(trailing energy bar)(36)가 에너지를 공급받아 스프레딩 작업 동안 분말 층(40)을 조사할 수 있다. 그 후에, 도 12 내지 도 18을 참조하여 하기에 설명되는 바와 같이, 캐리지(38) 상의 융합제 분배기(34)가 작업 영역(12) 위에서 이동됨에 따라, 융합제가 적층된 빌드 재료에, 물체 슬라이스에 대응하는 패턴으로 선택적으로 적용된다. 에너지 바아(36)를 운반하는 롤러 캐리지(28)가 작업 영역(12) 위에서 이동될 때, 하나 또는 둘 모두의 에너지 바아(36)가 에너지를 공급받아 패턴화된 영역을 광 또는 다른 전자기 방사선에 노출시켜, 융합제가 적용된 곳의 빌드 재료를 융합시킨다. 융합제가 에너지를 흡수하여 패턴화된 빌드 재료를 소결시키거나, 용융시키거나, 달리 융합시키는 것을 돕는다. 제조는 물체가 완성될 때까지 층별로 그리고 슬라이스별로 진행된다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 시스템(10)에서 사용될 수 있는 것과 같은, 분배기(16)의 일 예를 예시하는 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 분배기(16)는 간극(42)을 가로질러 공급 데크(14)로부터 이격된다. 이 예에서, 분배기(16)는 빌드 재료(20)를 유지하는 용기(receptacle)(44) 및 용기(44)의 저부 부분(48)을 따라 수평으로 배향된 기다란 개구(46)를 포함하는 호퍼(hopper)로서 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 분배기(16)가 데크(14) 위에서 이동됨에 따라, 분말형 빌드 재료(20)의 리본(18)이 용기(44)로부터 개구(46)를 통해 데크(14) 상에 분배될 수 있다. 개구(46)는 분배기(16)의 움직임 방향에 수직인 방향으로 세로로 연장된다. 분배기(16)의 움직임 방향은 도 5에서 화살표 50에 의해 표시된다.
간극(42)은 호퍼(16)가 데크(14) 위에 정지해 있을 때 호퍼(16)로부터의 분말(20)의 유동을 초킹하기에 충분히 작고, 호퍼(16)가 데크(14) 위에서 이동하고 있을 때 분말 유동을 허용하기에 충분히 크다. 도 4에서, 호퍼(16)는 정지해 있어 간극(42)을 가로지른 개구(46)를 통한 분말(20)의 유동을 초킹(및 이에 따라 차단)한다. 호퍼(16)가 도 4에 도시된 바와 같이 정지해 있을 때, 분말(20)은 간극(42)에 축적되는 분말이 개구(46)와 만날 때 - 그 시점에 유동은 초킹됨 - 까지만 개구(46) 밖으로 유동할 것이다. 이러한 초킹 조건은 호퍼(16)와 데크(14) 사이의 상대 운동이 있을 때까지 분말(20)의 유동을 차단할 것이다. 호퍼(16)가 도 5에 도시된 바와 같이 이동하고 있을 때, 분말(20)은 개구(46)로부터 끌려나오고 호퍼(16)가 정지할 때까지 간극(42) 내로 그리고 데크(14) 상으로 유동한다. 호퍼(16)의 저부 부분(48)은 분말(20)을 데크(14) 상에 리본(18) 형태로 적층하기 위한 계량 블레이드(52)로서의 역할을 한다. (호퍼(16)의 움직임 방향에 따라 호퍼 저부(48)의 일측부가 계량 블레이드(52)로서의 역할을 할 것이다 - 우측으로의 움직임(50)에 대해 도 5에서 좌측) 호퍼(16)의 속도가 개구(46)의 유동 용량을 초과하지 않는 한, 리본(18)의 두께는 간극(42)의 크기에 의해 결정될 것이다. 따라서, 간극(42)은 리본(18)에 대한 원하는 두께로 설정될 수 있다.
정지형 공급 데크(14) 및 이동가능한 분배기(16)가 분말 리본(18)의 분배에 대해 도시되지만, 몇몇 구현에서는 정지형 분배기(16)로부터 이동가능한 공급 데크(14) 상에, 또는 데크(14)와 분배기(16) 둘 모두를 서로에 대해 이동시킴으로써, 리본(18)을 분배하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 간극(42)의 크기는 호퍼(16)와 공급 데크(14) 중 하나 또는 둘 모두를 서로에 대해 수직으로 이동시킴으로써 변경될 수 있지만, 조정가능한 계량 블레이드(52)가 또한 간극(42)의 크기를 변경하는 데 사용될 수 있다.
도 6은 빌드 재료 공급 시스템(10)에 사용되는 분배기(16)의 다른 예를 예시하는 사시도이다. 도 7 내지 도 11은 도 6으로부터의 분배기(16)를 더 상세히 도시한다. 도 6 내지 도 11을 참조하면, 분배기(16)는 용기(44), 및 분말이 그것을 통해 용기(44)로부터 분배될 수 있는 개구(46)를 포함한다. 개구(46)는 2개의 블레이드 - 계량 블레이드(52) 및 와이핑 블레이드(54)가 측면에 있다. 이 예에서, 직사각형 분배기(16)는 용기(44)를 한정하는 벽(56, 58, 60, 62)을 포함한다. 계량 블레이드(52)는 하나의 벽(56)의 저부를 따라 형성되고, 와이핑 블레이드(54)는 반대편 벽(60)의 저부를 따라 형성된다. 와이핑 블레이드(54)가 벽(60)의 저부에 있고, 인접한 벽(58, 62)의 저부는 공급 데크(14) 상에 안착되는 기부(base)(64)를 위한 것이다. 벽(56)은 계량 블레이드(52)와 공급 데크(14) 사이의 간극(42)을 형성하기 위해 벽(58, 62)보다 짧다. 와이핑 블레이드(54)는 공급 데크(14)와 접촉하는 노출된 평면형 에지를 한정하는 용기(44)의 일측부를 형성하고, 계량 블레이드(52)는 노출된 에지를 갖는 용기(44)의 타측부를 형성하고, 계량 블레이드의 노출된 에지는 와이핑 블레이드(54)에 의해 형성되는 평면형 에지로부터 오프셋되어 계량 블레이드의 에지와 공급 데크 사이에 간극(42)을 형성한다.
이제 특히 도 8 내지 도 11에 도시된 단면도를 참조하면, 간극(42)은 초크 유동 조건을 사용하여 원하는 두께로 리본(18)을 공급 데크(14) 상에 계량하도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 분배기(16)가 도 8에 도시된 바와 같이 정지해 있을 때, 분말(20)은 간극(42)에 축적되는 분말이 블레이드(52)와 만날 때 - 그 시점에 유동은 초킹됨 - 까지만 간극(42)을 통해 밖으로 유동할 것이다. 분배기(16)와 데크(14) 사이의 상대 운동이 있을 때까지 분말(20)의 유동을 차단할 이러한 초킹 조건은 빌드 재료(20)가 공급 데크(14) 상에 있는 상태로 용기(44)에 재공급하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 분배기(16)는 더 큰 공급 저장소(도시되지 않음)로부터 용기(44)를 재충전하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 충전 슈트(fill chute)(66) 아래에 파킹(parking)될 수 있다(또는 슈트(66)가 분배기(16) 위의 위치로 이동될 수 있다).
도 9에 화살표 50에 의해 표시된 바와 같이, 계량 블레이드(52)가 후방에 있는 상태로 분배기(16)가 이동하고 있을 때, 분말(20)이 간극(42)을 통해 그리고 데크(14) 상으로 유동하여 리본(18)을 형성한다. 도 11에 화살표 68에 의해 표시된 바와 같이, 와이핑 블레이드(54)가 후방에 있는 상태로 분배기(16)가 이동하고 있을 때, 데크(14) 상에 남아 있는 임의의 분말이 용기(44) 내에 수집된다. 분배기(16)는, 와이핑 작업 동안 분말(20)을 용기(44) 내로 보내는 것을 돕고, 분배 작업 동안 리본(18)의 측부를 형성하는 것을 돕는 가이드(guide)(70)를 포함할 수 있다. 도 6 내지 도 11에 도시된 예에서 고정 위치 계량 블레이드(52)가 사용되지만, 간극(42)의 크기를 더 용이하게 조정하기 위해 다른 예에서는 이동가능한 계량 블레이드(52)가 사용될 수 있다.
시험은 적층 제조에 일반적으로 사용되는 폴리아미드 빌드 재료 분말이 도 1 및 도 6에 도시된 분배기(16)와 같은 초크 유동 분배기를 사용하여 폭이 30 mm 내지 80 mm인 리본(18) 형태로 0.8 mm 내지 2.0 mm의 두께로 균일하게 적층되어, 15:1 내지 100:1의 범위의 종횡비를 생성할 수 있음을 보여준다. 몇몇 작업에서, 작업 영역의 일부만을 덮도록 공급 리본(18)에 소정 체적의 분말을 분배하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 작업에서, 융합 층의 두께로 작업 영역(12)을 완전히 덮도록 공급 리본(18)에 충분한 체적의 분말을 분배하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 도 13에 도시된 바와 같이, 리본(18)이 작업 영역(12)의 길이에 대응하는 임의의 길이로 분배될 수 있는 완전한 덮음에 대해, 리본(18)의 단위 길이당 체적(H x W)은 적어도 작업 영역의 것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 빌드 재료가 300 mm 폭의 작업 영역을 가로질러 0.1 mm의 두께로 적층되어야 하는 경우, 예를 들어, 공급 리본 1 mm 높이 및 30 mm 폭, 0.8 mm 높이 및 38 mm 폭, 또는 0.6 mm 높이 및 50 mm 폭이 원하는 두께로 작업 영역을 덮기에 딱 충분한 분말의 체적을 포함할 것이다. 물론, 예를 들어 분말의 밀도에 있어서의 임의의 가변성 및/또는 작업 영역의 표면에 있어서의 불규칙성을 고려하기 위해, 원하는 두께로 작업 영역을 덮기에 충분한 것보다 많은 분말의 체적을 리본(18) 형태로 분배하는 것이 바람직할 수 있다. 원하는 체적에 더하여, 다른 요인이 상기에 언급된 범위 내의 분말 공급 리본(18)의 종횡비에 영향을 미칠 수 있다. 하나의 예를 들어, 사용되는 가열 시스템의 타입이 공급 데크(14) 상에서 효과적으로 예열될 수 있는 공급 리본(18)의 두께(높이)를 제한할 수 있다. 다른 예를 들어, 스프레더 롤러 또는 다른 적층 시스템이 작업 영역 위에 효과적으로 스프레딩될 수 있는 공급 리본의 폭을 제한할 수 있다. 분말 자체의 특성이 또한 공급 리본(18)의 종횡비에 영향을 미칠 수 있다.
이제 도 12 내지 도 18의 일련의 도면을 참조하면, 적층 제조 기계(22)는 (작업 영역(12), 공급 데크(14), 및 리본 분배기(16)를 갖는) 공급 시스템(10), 스프레더(24), 에너지 바아(36), 및 융합제 분배기(34)를 포함한다. 스프레더(24)와 에너지 바아(36)는 도 12 내지 도 18에서 SEB로 표지된 블록에 의해 묘사되며, 도 2 및 도 3에 도시된 캐리지(28) 상에서 작업 영역(12) 위에서 앞뒤로 함께 운반될 수 있다. 융합제 분배기(34)는 도 12 내지 도 18에서 FAD로 표지된 블록에 의해 묘사되며, 도 2 및 도 3에 도시된 캐리지(38) 상에서 작업 영역(12) 위에서 앞뒤로 운반될 수 있다. 도 12에서, SEB(24, 36) 및 FAD(34)는 파킹되고, 분배기(16)는 빌드 재료(20)의 리본(18)을 분배하기 위해, 화살표 50에 의해 표시된 바와 같이, 공급 데크(14) 위에서 이동하고 있다. 도 13에서, 분배기(16)는 리본(18)을 완성하였고 공급 데크(14)의 측부에 파킹된다. 또한, 이 예에서, 분배기(16)는 리본(18)을 분배한 후에 빌드 재료(20)가 없다.
도 14에서, SEB(24, 36)는, 화살표 32에 의해 표시된 바와 같이, 빌드 재료(20)의 층(40)을 작업 영역(12) 위에 스프레딩하고 있다. 이러한 통과 동안, SEB(24, 36)는 또한, 스프레더(24)가 빌드 재료(20)를 작업 영역(12) 위에 스프레딩하는 것에 앞서, 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 바아(36)로 리본(18)의 빌드 재료(20)를 예열할 수 있다. 도 15 및 도 16에서, SEB(24, 36)는 파킹되고, 도 15에서 화살표 74에 의해 표시된 바와 같이, FAD(34)가 작업 영역(12) 위에서 스캐닝됨에 따라, FAD(34)는 물체 슬라이스에 대응하는 패턴(72)으로 융합제를 빌드 재료(20)에 층(40)으로 적용하고 있다. 또한 도 15 및 도 16에는, 작업 영역(12) 위로의 그것의 적층 통과 후에 SEB(24, 36)에 의해 퇴적된 분말 잔류물(73)의 라인이 도시된다.
도 17에서, FAD(74)는, 예를 들어 더 많은 융합제를 적용하기 위해 그리고/또는 층(40)으로 된 빌드 재료(20)에 디테일링제를 적용하기 위해, 또는 단지 그것의 파킹 위치로 복귀하기 위해, 작업 영역(12) 위에서 뒤로 스캐닝된다. 또한 도 17에서, SEB(24, 36)는, 화살표 32에 의해 표시된 바와 같이, 패턴화된 빌드 재료를 융합 에너지로 조사하기 위해 작업 영역(12) 위에서 스캐닝되고, 분배기(16)는, 도 17에서 화살표 68에 의해 표시된 바와 같이, 예를 들어 도 11에 도시된 와이핑 블레이드(54)로, 공급 데크(14)로부터 분말 잔류물(73)을 제거하고 있다. 도 18에서, 패턴화된 빌드 재료가 융합되어 물체 슬라이스(76)를 형성하였고, SEB(24, 36) 및 FAD(34)는 파킹되고, 재공급된 분배기(16)는, 화살표 50에 의해 표시된 바와 같이, 다음의 패턴화 및 융합 작업의 준비로 빌드 재료(20)의 리본(18)을 분배하기 위해 공급 데크(14) 위에서 다시 이동하고 있다.
도 2 및 도 3과 도 12 내지 도 18에 도시된 기계(22)와 같은, 액체 융합제를 사용하는 적층 제조는 분말 분배기(16)를 갖는 빌드 재료 공급 시스템(10)을 이용할 수 있는 적층 제조 기계의 바로 하나의 타입이다. 분말형 빌드 재료를 사용하는 레이저 소결 기계와 다른 적층 제조 기계 및 공정이 또한 새로운 빌드 재료 공급 시스템 및 분말 "리본" 분배기의 예를 이용할 수 있다.
분배기(16) 내의 계량 블레이드(52)는 반사율을 감소시키고 이에 따라 방사 가열 효율을 증가시키기 위해 분말 리본(18)의 표면을 조면화하도록 쉽게 개조될 수 있다. 도 19는 리본(18)의 표면을 조면화하기 위해 빌드 재료 공급 시스템(10)에서 사용되는 분배기(16)의 다른 예를 예시하는 사시도이다. 도 20은 도 19로부터의 분배기(16)를 더 상세히 도시하는 사시도이다. 도 19 및 도 20을 참조하면, 계량 블레이드(52)의 에지(78)는 분말 리본(18)의 표면(82)을 조면화하는 불규칙부(80)를 포함한다. 도시된 예에서, 불규칙부(80)는 리본 표면(82) 내에 고랑(furrow)(84)을 형성하는 치형부로서 구성된다.
리본(18)의 분말의 표면의 조면화는 더 효과적인 가열을 위해, 조사 에너지의 반사를 감소시키는 데 도움을 준다.
도 21은 적층 제조를 위한 빌드 재료 공급 공정(100)을 예시하는 흐름도이다. 도 21을 참조하면, 공정(100)은, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 분말형 빌드 재료의 리본을 표면 상에 분배하는 것(블록 102), 및 이어서, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 분말형 빌드 재료의 리본을 작업 영역 위에 스프레딩하는 것(블록 104)을 포함한다.
도면에 도시되고 상기에 설명된 예는 하기의 청구범위에 한정된 본 특허를 예시하지만 제한하지 않는다.
청구범위에 사용된 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 적어도 하나를 의미한다. 예를 들어, "분배기"는 적어도 하나의 분배기를 의미하고, "상기 분배기"에 대한 후속 언급은 상기 적어도 하나의 분배기를 의미한다.

Claims (15)

  1. 적층 제조(additive manufacturing)를 위한 분말형 빌드 재료 공급 시스템(powdered build material supply system)에 있어서,
    공급 데크(supply deck);
    분말형 빌드 재료의 리본(ribbon)을 상기 공급 데크 상에 분배하기 위해 상기 공급 데크 위에서 이동 가능하도록 구성된 분배기; 및
    상기 리본으로부터 상기 공급 데크에 인접한 작업 영역(work area) 위에 분말형 빌드 재료를 스프레딩(spreading)하기 위해 상기 작업 영역 위에서 이동 가능하도록 구성된 스프레더(spreader)를 포함하며,
    상기 분배기는,
    분말형 빌드 재료를 유지하고 상기 공급 데크 위에서 이동 가능한 용기(receptacle);
    상기 용기의 저부 부분을 따르는 개구로서, 상기 개구를 통해 분말형 빌드 재료가 상기 분배기로부터 분배될 수 있는, 상기 개구;
    상기 용기가 상기 공급 데크 위에서 이동하고 있을 때 상기 용기로부터 분배되는 분말형 빌드 재료를 상기 공급 데크 상에 리본 형태로 적층하는, 상기 저부 부분에 있는 계량 블레이드(metering blade); 및
    상기 용기가 상기 공급 데크 위에서 이동하고 있을 때 상기 용기 아래의 상기 공급 데크의 표면을 와이핑하는, 상기 저부 부분에 있는 와이핑 블레이드(wiping blade)를 포함하며,
    상기 분배기의 이동 방향은 상기 스프레더의 이동 방향과 수직인
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분배기는 상기 작업 영역을 분말형 빌드 재료로 완전히 덮기에 충분한 체적으로 분말형 빌드 재료의 리본을 분배하기 위해 상기 공급 데크 위에서 이동가능한
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분배기는 상기 분배기 상의 블레이드(blade)와 상기 공급 데크 사이의 간극(gap)에 대응하는 두께로 상기 분말형 빌드 재료의 리본을 분배하기 위해 상기 공급 데크 위에서 이동가능하고, 상기 간극은 상기 분배기가 상기 공급 데크 위에 정지해 있을 때 상기 분배기로부터 상기 공급 데크로의 분말형 빌드 재료의 유동을 초킹(choking)하기에 충분히 작은
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 데크는, 상기 개구를 덮고, 상기 분배기가 상기 공급 데크 위에 정지해 있을 때 상기 공급 데크 상으로의 분말형 빌드 재료의 유동을 차단하고, 상기 분배기가 상기 공급 데크 위에서 이동하고 있을 때 상기 공급 데크 상으로의 분말형 빌드 재료의 유동을 차단하지 않는
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이핑 블레이드는 상기 공급 데크와 접촉하는 노출된 평면형 에지를 한정하는 상기 용기의 일측부를 형성하고,
    상기 계량 블레이드는 노출된 에지를 갖는 상기 용기의 타측부를 형성하고, 상기 계량 블레이드의 노출된 에지는 상기 와이핑 블레이드에 의해 형성되는 상기 평면형 에지로부터 오프셋되어 상기 계량 블레이드의 에지와 상기 공급 데크 사이에 간극을 형성하는
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 간극은 상기 용기가 상기 공급 데크 위에 정지해 있을 때 상기 개구를 통해 상기 공급 데크 상으로의 분말형 빌드 재료의 유동을 초킹하기에 충분히 작은
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 계량 블레이드와 상기 와이핑 블레이드는 서로 평행하게 배향되는
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 계량 블레이드는 상기 용기가 제 1 방향으로 이동하고 있을 때 후방 에지(trailing edge)를 형성하고,
    상기 와이핑 블레이드는 상기 용기가 상기 제 1 방향으로 이동하고 있을 때 전방 에지(leading edge)를 형성하고,
    상기 와이핑 블레이드는 상기 용기가 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 이동하고 있을 때 후방 에지를 형성하고,
    상기 계량 블레이드는 상기 용기가 상기 제 2 방향으로 이동하고 있을 때 전방 에지를 형성하는
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 계량 블레이드는 상기 리본의 표면을 조면화하는 불규칙 에지를 포함하는
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 리본의 표면을 조면화하는 상기 불규칙 에지는 상기 리본의 표면에 고랑(furrow)을 형성하는 치형부를 포함하는
    분말형 빌드 재료 공급 시스템.
  14. 제 1 항에 기재된 분말형 빌드 재료 공급 시스템을 사용하는 적층 제조 방법에 있어서,
    분말형 빌드 재료의 리본을 공급 데크 상에 제 1 방향으로 분배하는 것; 및
    상기 분말형 빌드 재료의 리본을 상기 공급 데크에 인접한 작업 영역 위에 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 스프레딩하는 것을 포함하는
    적층 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분말형 빌드 재료의 리본을 상기 작업 영역 위에 스프레딩하기 전에 상기 분말형 빌드 재료의 리본을 가열하는 것을 포함하는
    적층 제조 방법.
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