KR102316508B1 - 임의 형상 제작을 위한 멀티-챔버 디포지션 장비 - Google Patents
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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- C23C14/50—Substrate holders
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Abstract
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템이 제공되며, 이 챔버 시스템은 디포지션 챔버, 서비스 챔버 및 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들을 갖는다. 이 챔버 시스템은 디포지션 챔버 내의 분위기를 조정해야 할 필요 없이 디포지션 장치를 서비스하고, 유지 기판들을 로딩하고, 그리고 워크피스들을 언로딩하기 위한 보다 효율적이고 비용 효과적인 프로세스를 허용한다.
Description
[0001] 본 발명은 임의 형상 제작에 의해 오브젝트들을 제조하기 위한, 특히 티타늄 및 티타늄 합금 오브젝트들을 제조하기 위한 방법 및 배열체에 관한 것이다.
[0002] 티타늄 또는 티타늄 합금들로 제조될 수 있는 정확한 치수적 공차들을 갖는 금속 부분들은 일반적으로 빌렛(billet)으로부터 주조, 단조 또는 기계 가공에 의해 제조된다. 이러한 기술들은 금속 부분의 제작 시, 큰 리드 타임들 또는 고가의 티타늄 금속의 높은 재료 사용, 또는 이들 모두를 필요로 할 수 있다.
[0003] 완전히 치밀한 물리적 오브젝트들은 래피드 프로토타이핑(rapid prototyping), 쾌속 제작, 적층 제작, 임의 형상 제작(SFFF), 적층 제조, 적층 가공 또는 3D 프린팅으로 알려진 제작 기술에 의해 제조될 수 있다. 이러한 기술은 CAD(computer aided design) 소프트웨어를 채용하여 먼저 제조될 오브젝트의 가상 모델을 구성하고, 그 다음 가상 모델을 일반적으로 수평으로 배향되는 얇은 평행한 슬라이스들 또는 층들로 변환한다. 이어서, 물리적 오브젝트는 액체, 페이스트, 분말의 형태 또는 예를 들어 용융된 용접 와이어로부터 용융 금속과 같은 다른 적층 가능한, 퍼짐 가능한 또는 유체 형태의, 또는 가상 층들의 형상과 닮은 시트 재료로서 예비 형성된 원재료의 연속적인 층들을 전체 오브젝트가 형성될 때까지 레잉 다운함으로써 제조될 수 있다. 이 층들은 함께 융합되어 고체의 치밀한 오브젝트를 형성할 수 있다.
[0004] 임의 형상 제작은 통상적으로 각 오브젝트에 대해 몇 분들에서 수 일들까지 변하는 비교적 빠른 생산 레이트들로 거의 임의의 형상의 오브젝트들을 생성하는 것을 허용하는 유연한 적층 제조 기술이다. 따라서 이 기술은 프로토타입들 및 소규모 생산 시리즈의 형성에 적합하며, 대량 생산을 위해 스케일-업될 수 있다.
[0005] 적층 제조 기술은 건축 재료의 피스들의 디포지션(deposition)을 포함하도록 확장될 수 있는데, 즉 오브젝트의 가상 모델의 각 구조적 층은 나란히 놓을 때 층을 형성하는 피스들의 세트로 나뉜다. 이는 오브젝트의 가상 적층 모델에 따라 각각의 층을 형성하는 연속적인 스트라이프들에서 기판 상에 와이어를 용접하고, 전체 물리적 오브젝트가 형성될 때까지 각 층에 대해 프로세스를 반복함으로써 금속 오브젝트들을 형성하는 것을 허용한다. 용접 기술의 정확도는 일반적으로 너무 거칠어 허용 가능한 치수들로 오브젝트를 직접 형성할 수 없다. 따라서, 형성된 오브젝트는 일반적으로 허용 가능한 치수 정밀도로 기계 가공될 필요가 있는 그린 오브젝트 또는 프리폼으로 간주될 것이다.
[0006] 타밍어(Taminger) 및 하플리(Hafley)("비용 효율적인 정형 가공을 위한 전자빔 자유 형상 제조", "네트 형상 프로세싱을 통한 비용 효율적인 제조에 관한 NATO/RTOAVT-139 전문가 회의"(2006년, 네덜란드, 암스테르담)(NATO))는 전자빔 자유 형상 제조(EBF)와 결합된 CAD(computer aided design) 데이터로부터 직접 구조적 금속 부분들을 제조하기 위한 방법 및 디바이스를 개시하고 있다. 구조적 부분은 전자 빔에 의해 제공되는 열에너지에 의해 용접되는 금속 용접 와이어의 연속적인 층들에 용접하여 형성된다. EBF 프로세스는 금속 와이어를 고진공 환경에서 집속된 전자 빔에 의해 제조되고 유지된 용융 풀로 용융시키는 것을 포함한다. 전자 빔 및 용접 와이어의 위치 결정은 전자 빔 건 및 기판을 지지하는 액추에이터를 하나 또는 그 초과의 축(X, Y, Z 및 회전)을 따라 이동 가능하게 힌지 결합시키고 전자 빔 건 및 지지 기판의 포지션을 4 축 모션 제어 시스템에 의해 조절함으로써 얻어진다. 이 프로세스는 재료 사용의 효율이 거의 100 %, 파워 사용량의 효율이 95 %인 것으로 보고된다. 이 방법은 벌크 금속 디포지션 및 보다 미세한 상세한 디포지션들 모두에 채용될 수 있으며, 이 방법은 금속 부분들을 기계 가공하는 종래의 접근법과 비교하여 리드 타임 감소 및 재료 및 기계 가공 비용들을 낮추는데 상당한 효과를 얻는다고 주장된다. 전자 빔 기술은 디포지션 챔버에서 10-1 Pa 또는 그 미만의 고진공에 의존한다는 단점을 가지고 있다.
[0007] TIG 용접 토치를 사용하여 SFFF에 의해 오브젝트들을 형성하는 것이 공지되어 있고(예를 들어, 아담스(Adams) 미국 특허 공개 제2010/0193480호 참조), 여기서 낮은 연성을 갖는 금속 피드스톡 재료의 연속적인 층들이 기판 상에 적용된다. 플라즈마 스트림은 아크 전극을 사용하여 흐르는 가스에 에너지를 공급함으로써 생성되며, 아크 전극은 그에 대해 공급되는 가변 크기 전류를 갖는다. 플라즈마 스트림은 디포지션 이전에 미리 결정된 타겟된 영역을 예열하기 위해 미리 결정된 타겟된 영역으로 안내된다. 전류가 조정되고 피드스톡 재료는 플라즈마 스트림 내로 도입되어 용융된 피드스톡을 미리 결정된 타겟된 영역에 디파짓시킨다. 전류가 조정되고 용융된 피드스톡은 일반적으로 피드스톡 재료의 취성-대-연성 전이 온도 이상인 상승된 온도에서 천천히 냉각되어, 냉각 단계에서 재료 응력들의 발생을 최소화시킨다.
[0008] 위더즈 등(Withers et al.)(미국 특허 공보 제2006/185473호)는 또한 티타늄 피드와 합금 구성 요소들을 상당히 원 재료들의 비용을 감소시키는 방식으로 조합함으로써 비교적 저비용의 티타늄 피드 재료를 사용하여 임의 형상 제작(SFFF) 공정에서 전통적으로 사용되는 고가의 레이저 대신에 TIG 토치를 사용하는 것을 기술하고 있다. 위더즈 등은 또한 와이어로 형성되는 합금 요소들과 혼합된 티타늄 스폰지 재료를 사용하는 것을 설명하고 있고, 여기서 그것은 플라즈마 용접 토치 또는 다른 고 파워 에너지 빔들과 함께 SFFF 공정에서 사용될 수 있어 니어 네트 형상의 티타늄 구성 요소들을 제조할 수 있다.
[0009] 아보트 등(Abbott et al.)(WO 2006/133034, 2006)은 기판을 제공하고 레이저 복사선 및 전기 아크를 사용하여 금속 피드스톡으로부터 기판 상에 제1 용융 금속 층을 디파짓(deposit)하는 단계들을 포함하는 복잡한 3 차원 형상들을 제조하기 위해 레이저/아크 하이브리드 공정을 이용하는 직접 금속 디포지션 공정을 개시한다. 가스 금속 아크 용접에서의 전기 아크는 금속 피드스톡을 전극으로 사용하는 것에 의해 제공될 수 있다. 아보트 등은 가스 금속 아크 용접과 함께 레이저 복사선의 사용은 아크를 안정화시키고 알려진 바에 따르면 더 높은 디포지션 레이트들을 제공한다고 교시한다. 아보트 등은 와이어 가이드에 의해 안내되고 와이어 가이드로부터 빠져나오는 소모성 전극을 사용한다. 소모성 전극의 금속은 단부에서 용융되고, 용융 금속은 디포지션 지점 위에 단부를 위치 결정시킴으로써 디파짓된다. 소모성 전극을 용융시키기 위해 필요한 열은 전극의 팁과 워크피스/디포지션 기판 사이에서 팽창하는 전기 아크 및 디포지션 영역을 조사하는 레이저에 의해 공급된다. 전기 아크에 의해 가열된 소모성 전극을 용융시킴에 의한 용접은 가스 금속 아크 용접(GMAW)으로 알려져 있으며, 아크를 제조하기 위해 비-반응성 가스들을 사용하는 경우에는 금속 불활성 가스 용접(MIG 용접)이라고도 한다.
[0010] 400 ℃ 이상으로 가열된 티타늄 금속 또는 티타늄 합금들은 산소와 접촉 시 산화될 수 있다. 따라서 적층 제조에 의해 형성되는 용접 및 가열된 오브젝트를 주변 분위기 중의 산소에 대해 보호할 필요가 있다. WO 2009/068843호는 보호 불활성 가스의 균일한 유출을 생성하는 용접을 위한 불활성 가스 실드를 개시한다. 실드를 보호될 필요가 있는 오브젝트 위에 배치함으로써, 불활성 가스의 균일한 유동은 주변 산소 함유 가스를 동반시킬 수 있는 와류들을 생성하지 않으면서 주변 분위기를 변위시킬 것이다. 실드는 불활성 가스가 내부로 들어가는 중공 상자로 형성될 수 있고, 상자의 일 벽에 제조된 좁은 개구들의 세트를 통해 상자의 내부를 빠져 나가도록 허용된다. 티타늄의 산화를 방지하기 위한 또 다른 해결책은 진공 하에서 디포지션 프로세스를 수행하는 것이다.
[0011] 위의 프로세스들을 위해, 사용되는 장치는 그것이 로딩되거나 또는 언로딩될 때마다 그리고 디포지션이 시작될 수 있기 전에 분위기가 교체되어야 하거나 또는 소기될 필요가 있는 단일 챔버를 종종 포함한다. 코팅 및 가열 프로세스들에서도 유사한 유형들의 단일 챔버 장치가 사용된다. 일부 예들은 플라즈마 코팅에 사용되는 단일 챔버 장치를 개시하는 미국 특허 제4,328,257호에 개시된 것들을 포함한다. 미국 특허 출원 공보 제2005/0173380호에서는 디포지션을 달성하기 위해 사용되는 전자 빔 건이 구비된 단일 진공 챔버를 개시하고 있다. 미국 특허 출원 공보 제2002/0139780호는 용접 디포지션에 사용되는 단일 챔버 장치를 개시한다.
[0012] 해결되어야 하는 문제점은 새로운 기판이 로딩되거나 또는 언로딩될 때마다 디포지션 프로세스의 속도 및 챔버의 소기로 인한 비용들이다. 또한, 플라즈마 아크 디포지션 동안, 과열을 방지하기 위해 챔버 및 장비의 온도를 제어할 수 있는 것이 중요하다. 400 ℃ 이상으로 가열되는 티타늄 금속 또는 티타늄 합금들이 산소와의 접촉을 방지함으로써 산화되는 것을 또한 방지하면서 온도 제어가 달성되어야 한다.
[0013] 따라서, 위의 문제점들 중 하나 또는 그 초과를 해결하는 보다 효율적이고 비용 효과적인 프로세스를 제공하는 챔버 디포지션 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 이는 또한 산화의 위험 없이 직접 금속 디포지션 형성된 제품들의 처리량 및 수율을 증가시킬 수 있다.
[0014] 본 발명의 목적은 디포지션 장치에 대한 서비스가 필요할 때마다 또는 유지 기판이 로딩될 때마다 또는 디포지션 챔버로부터 워크피스가 언로딩될 때마다 디포지션 챔버 내의 분위기를 대체하기 위해 시간과 비용을 들일 필요 없이 직접 금속 디포지션 또는 SFFF를 사용하여 형성된 제품들의 증가된 처리량 및 수율을 가능하게 하는 장치를 제공하는 것이다.
[0015] 본 발명의 다른 목적은 티타늄 또는 티타늄 합금들로 오브젝트들을 신속하게 적층 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
[0016] 본 발명은 직접 금속 디포지션을 수행하는 개선된, 경제적인 방법에 대한 요구를 해결한다. 본 발명은 직접 금속 디포지션 형성된 부분들의 처리량 및 수율을 증가시키는 방법에 대한 필요성을 추가로 해결한다.
[0017] 본 명세서에서는 하나 또는 그 초과의 독립적으로 제어되는 로딩/언로딩 챔버들을 갖는 임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템이 제공된다. 챔버 시스템은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 디포지션 챔버를 포함할 수 있으며, 디포지션 챔버는 디포지션 장치 및 베이스 재료의 포지션 및 이동을 제어하는 액추에이터를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 도어들은 디포지션 챔버를 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들의 각각과 연결시킨다. 선택적으로 독립적으로 제어되는 서비스 챔버가 디포지션 챔버에 연결될 수 있고, 서비스 챔버는 디포지션 장비를 수용하도록 크기가 설정된다.
[0018] 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들의 각각은 로딩/언로딩 챔버에 대한 액세스를 제공하는 하나 또는 그 초과의 도어들을 포함할 수 있다. 컨베이어 또는 유사 시스템은 각각의 로딩/언로딩 챔버 내부에 위치될 수 있다. 또한, 각각의 로딩/언로딩 챔버에는 하나 또는 그 초과의 벤트들이 구비될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 벤트들은 로딩/언로딩 챔버의 상부 부분에 위치될 수 있고, 하나 또는 그 초과의 벤트들은 로딩/언로딩 챔버의 바닥 부분에 위치될 수 있다. 상부 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 공기 공급 장치에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 바닥 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 소스에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 2 개의 로딩/언로딩 챔버들은 그들 사이에 공유된 벽을 가질 수 있다. 또한, 2 개의 로딩/언로딩 챔버들의 각각은 디포지션 챔버와 공통 벽을 포함할 수 있다.
[0019] 또한, 디포지션 챔버는 디포지션 챔버의 상부 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들 및 디포지션 챔버의 바닥 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들을 포함할 수 있다. 로딩/언로딩 챔버들과 마찬가지로, 상부 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 공기 공급 장치에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 바닥 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 소스에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 디포지션 챔버는 또한 하나 또는 그 초과의 뷰잉(viewing) 포털들을 포함할 수 있다. 디포지션 챔버는 팬 및 열 교환기를 갖는 재순환 시스템을 포함할 수 있다.
[0020] 서비스 챔버는 디포지션 챔버 및 디포지션 장치와 정렬될 수 있어, 디포지션 장치는 와이어 피딩 시스템으로부터 와이어를 제거하거나 또는 벤딩하지 않고 서비스 챔버의 내부 및 외부로 이동할 수 있다. 서비스 챔버는 또한 서비스 챔버의 상부 부분에 하나 또는 그 초과의 벤트들 및 서비스 챔버의 바닥 부분에 하나 또는 그 초과의 벤트들을 포함할 수 있다. 상부 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 공기 공급기에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 바닥 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 소스에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 서비스 챔버는 액세스 포털을 포함할 수 있다. 서비스 챔버는 또한 글러브들의 세트를 포함할 수 있다.
[0021] 본 명세서에서는 SFFF를 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법들이 또한 제공된다. 임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법들은 챔버 시스템의 디포지션 챔버 내의 분위기를 불활성 분위기로 독립적으로 대체하는 단계; 디포지션 챔버 내에서 불활성 분위기를 유지하면서 디포지션 챔버 내부에 위치되는 액추에이터 상에서 제1 유지 기판을 이송하는 단계; 제1 워크피스를 형성하기 위해 임의 형상 제작을 수행하는 단계; 및 디포지션 챔버 내의 불활성 분위기를 유지하면서 디포지션 챔버 외부로 제1 워크피스를 이송하는 단계를 포함할 수 있다. 챔버 시스템은 적어도 2 개의 로딩/언로딩 챔버들 및 서비스 챔버를 포함할 수 있으며, 2 개의 로딩/언로딩 챔버들 및 서비스 챔버의 각각은 하나 또는 그 초과의 독립된 개구들을 통해 디포지션 챔버와 연통한다. 디포지션 챔버, 적어도 2 개의 로딩/언로딩 챔버들 및 서비스 챔버 중 하나 또는 그 초과는 하나 또는 그 초과의 개구들을 밀봉하기 위해 하나 또는 그 초과의 도어들을 갖는다. 디포지션 챔버, 제1 및 제2 로딩/언로딩 챔버들 및 서비스 챔버의 각각은 독립적으로 제어될 수 있다. 디포지션 챔버, 제1 및 제2 로딩/언로딩 챔버들 및 서비스 챔버의 각각의 하나 또는 그 초과의 도어들은 하나 또는 그 초과의 센서들을 사용하여 제어될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들이 적어도 하나의 도어가 적절하게 밀봉 폐쇄되지 않은 것을 검출하면 임의 형상 제작은 정지될 수 있다.
[0022] 이 방법들은 또한 제1 로딩/언로딩 챔버들 내부에 위치되는 컨베이어 상에 제1 유지 기판을 로딩하는 단계; 제1 로딩/언로딩 챔버 내의 분위기를 이 디포지션 챔버에서와 동일한 불활성 분위기로 대체하는 단계; 및 유지 기판을 액추에이터로 이송하는 동안 그리고 임의 형상 제작 동안 제1 로딩/언로딩 챔버 내부의 분위기를 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법들은 또한 제1 로딩/언로딩 챔버 내에 불활성 분위기를 유지하면서 제2 로딩/언로딩 챔버의 컨베이어 상으로 제2 유지 기판을 로딩하는 단계; 제2 로딩/언로딩 챔버의 분위기를 이 디포지션 챔버에서와 동일한 불활성 분위기로 대체하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 워크피스는 제1 로딩/언로딩 챔버 내에 불활성 분위기를 유지하면서 이것을 디포지션 챔버 외부로 그리고 제1 로딩/언로딩 챔버 내로 이송하는 단계; 제1 로딩/언로딩 챔버를 디포지션 챔버로부터 밀봉하는 단계; 제1 로딩/언로딩 챔버 내의 불활성 분위기를 주변 공기로 대체하는 단계; 및 로딩/언로딩 챔버로부터 워크피스를 언로딩하는 단계에 의해 언로딩될 수 있다. 디포지션 챔버로부터 제1 로딩/언로딩 챔버를 밀봉한 후에, 제2 유지 기판은 디포지션 챔버 내의 불활성 분위기를 유지하면서 액추에이터 상의 제2 로딩/언로딩 챔버로부터 이송될 수 있다.
[0023] 본 발명의 추가 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이며, 일부는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 본 발명의 목적들 및 다른 장점들은 상세한 설명 및 청구항들뿐만 아니라 첨부된 도면들에서 특히 지적된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
[0024] 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같은 본 발명의 추가 설명을 제공하도록 의도된다는 것을 이해해야 한다.
[0025] 본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
[0026] 도면에서:
[0027] 도 1은 디포지션 장치가 디포지션 챔버 내부에 위치되는 예시적인 실시예에 따른 챔버 시스템의 예시적인 개략적인 평면도이다.
[0028] 도 2는 디포지션 장치가 서비스 챔버 내부에 위치되는 예시적인 실시예에 따른 챔버 시스템의 예시적인 개략적인 평면도이다.
[0029] 도 3은 챔버, 예를 들어 디포지션 챔버의 분위기를 냉각시키는데 사용될 수 있는 재순환 시스템의 개략도이다.
[0030] 도 4는 디포지션 챔버와 같은 예시적인 실시예에서 벤트들의 배열의 개략도이다.
[0031] 도 5a 및 도 5b는 로딩/언로딩 챔버와 디포지션 챔버 사이의 이송 메커니즘의 예시적인 실시예들이다.
[0026] 도면에서:
[0027] 도 1은 디포지션 장치가 디포지션 챔버 내부에 위치되는 예시적인 실시예에 따른 챔버 시스템의 예시적인 개략적인 평면도이다.
[0028] 도 2는 디포지션 장치가 서비스 챔버 내부에 위치되는 예시적인 실시예에 따른 챔버 시스템의 예시적인 개략적인 평면도이다.
[0029] 도 3은 챔버, 예를 들어 디포지션 챔버의 분위기를 냉각시키는데 사용될 수 있는 재순환 시스템의 개략도이다.
[0030] 도 4는 디포지션 챔버와 같은 예시적인 실시예에서 벤트들의 배열의 개략도이다.
[0031] 도 5a 및 도 5b는 로딩/언로딩 챔버와 디포지션 챔버 사이의 이송 메커니즘의 예시적인 실시예들이다.
[0032] A. 정의들
[0033] 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 발명들이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 달리 언급되지 없는 한, 본 개시 전반에 걸쳐 언급된 모든 특허들, 특허 출원들, 공개된 출원들 및 공보들, 웹 사이트들 및 다른 공개된 자료들은 그 전체가 참고 문헌으로 인용된다. 본 명세서에서 용어들에 대한 복수의 정의들이 존재하는 경우, 이 섹션의 정의들이 우선한다. URL 또는 다른 이러한 식별자 또는 주소를 언급할 때, 그러한 식별자들이 변경될 수 있고 인터넷 상의 특정 정보가 오고 갈 수 있지만, 인터넷 검색을 통해 동등한 정보를 찾을 수 있는 것으로 이해한다. 이에 대한 참고 자료는 그러한 정보의 이용 가능성 및 대중 전파를 입증한다.
[0034] 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은 문맥상 명확하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 참조들을 포함한다.
[0035] 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 제1, 제2, 제3 등의 용어들은 다양한 요소들, 구성 요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있으며, 이들 요소들, 구성 요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이들 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다. 이들 용어들은 하나의 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "제1", "제2" 및 다른 수치 용어들과 같은 용어들은 문맥에 의해 명확하게 표시되지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예들의 교시들을 벗어나지 않고 제2 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
[0036] 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 범위들 및 양들은 "약" 특정 값 또는 범위로 표현될 수 있다. "약"은 또한 정확한 양도 포함한다. 따라서 "약 5 %"는 "약 5 %" 및 또한 "5 %"를 의미한다. "약"은 의도된 적용 또는 목적에 대한 일반적인 실험 오류 내에 있다는 것을 의미한다.
[0037] 본 명세서에 사용된 바와 같이, "선택적인" 또는 "선택적으로"는 추후에 기술되는 이벤트 또는 상황이 발생하거나 또는 발생하지 않는다는 것을 의미하며, 상세한 설명은 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우들 및 이것이 발생하지 않는 경우들을 포함한다. 예를 들어, 시스템에서의 선택적인 구성 요소는 구성 요소가 시스템에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있다는 것을 의미한다.
[0038] 본 명세서에 사용된 바와 같이, "조합"은 2 개의 아이템들 사이 또는 2 개 초과의 아이템들 사이의 임의의 관련을 지칭한다. 관련은 공간적일 수 있거나 또는 일반적인 목적을 위해 2 개 또는 그 초과의 아이템들을 사용하는 것을 지칭할 수 있다.
[0039] 본 명세서에 사용된 바와 같이, "임의 형상 제작"은 최종 오브젝트를 형성하기 위해 연속적으로 재료의 층들을 추가함으로써 3 차원 오브젝트가 형성되는 추가적인 프로토타이핑 및 제조 프로세스를 지칭한다.
[0040] 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "워크피스"는 임의 형상 제작을 사용하여 생성되는 금속 본체를 지칭한다.
[0041] 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "SFFF"는 임의 형상 제작을 지칭한다.
[0042] 본 명세서에 사용된 바와 같이, "플라즈마 아크 용접 토치(Plasma Arc Welding torch)"또는 "PAW 토치"는 플라즈마 아크 용접에 사용될 수 있는 용접 토치를 지칭한다. 토치는 가스가 고온으로 가열되어 플라즈마를 형성할 수 있고 전기 전도성으로 되고, 플라즈마는 그 후 전기 아크를 베이스 재료에 전달하고, 아크의 강렬한 열은 금속을 용융시킬 수 있고 그리고/또는 금속의 두 피스들을 융합시킬 수 있도록 설계된다. PAW 토치는 아크를 압축하여 이로써 아크의 파워 밀도를 증가시키기 위한 노즐을 포함할 수 있다. 플라즈마 가스는 전형적으로 아르곤이다. 플라즈마 가스는 전극을 따라 피딩되고 캐소드 부근에서 이온화 및 가속될 수 있다. 아크는 베이스 재료쪽으로 향할 수 있으며, (TIG 토치에서와 같이) 자유 버닝 아크보다 더 안정적이다. PAW 토치는 또한 전형적으로 실딩 가스를 제공하기 위한 외부 노즐을 갖는다. 실딩 가스는 아르곤, 헬륨 또는 이들의 조합들일 수 있고, 실딩 가스는 용융 금속의 산화를 최소화하는 것을 보조한다. 전류는 일반적으로 최대 400 A일 수 있고, 전압은 일반적으로 약 25 내지 35 V의 범위이다(그러나 최대 대략 14 kW일 수 있음). PAW 토치들은 플라스마 이동 아크 토치들을 포함한다.
[0043] 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용되는 바와 같이 "플라즈마 이동 아크 토치" 또는 "PTA 토치"라는 용어는 전기 아크 방전에 의해 불활성 가스의 스트림을 플라즈마로 가열 및 여기시키고 그 후 전기 아크를 포함하는 플라즈마 가스의 유동을 (노즐과 같은) 오리피스를 통해 전달시켜 오리피스로부터 연장되어 아크의 강렬한 열을 타겟 영역으로 전달하는 압축된 기둥을 형성할 수 있는 임의의 디바이스를 지칭한다. 예시적인 실시예들에서 PTA 토치는 5 내지 6 kW 이상의 효과들로 작동될 수 있다.
[0044] 본 명세서에서 사용되는 용어 "와이어 피드"는 임의 형상 제작 중에 와이어 피드를 용융시키는 디포지션 장치에 피딩되는 와이어를 지칭한다. 본 명세서에 사용된 용어 "와이어 피드 재료"는 와이어 피드를 구성하는 재료를 지칭하며, 와이어로 형성될 수 있고 3 차원 오브젝트를 형성하기 위해 임의 형상 제작 프로세스에 채용될 수 있는 임의의 공지된 또는 고려될 수 있는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 적합한 재료들의 예들은 티타늄 및 티타늄 합금들, 예를 들어 즉 Ti-6Al-4V 합금들, 니켈 또는 니켈 합금들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
[0045] 본 명세서에 사용된 용어 "유지 기판"은 유지 기판의 것과 동일한 또는 상이한 추가의 재료가 워크피스를 형성하기 위해 임의 형상 제작의 SFFF의 기술을 사용하여 디파짓되는 챔버들 내로 우선 로딩되는 타겟 기판을 지칭한다. 예시적인 실시예들에서, 유지 기판은 편평한 시트이다. 대안적인 실시예들에서, 유지 기판은 포징된 부분일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 유지 기판은 추가의 재료가 디파짓되는 오브젝트일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 유지 기판은 워크피스의 일부가 될 수 있다. 유지 기판에 대한 재료는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 유지 기판은 와이어 피드 재료와 동일한 금속으로 제조된다.
[0046] 본 명세서에서 사용되는 "베이스 재료"라는 용어는 타겟 재료를 지칭한다. 이는 재료의 제1 층을 디파짓할 때 유지 기판이 될 것이다. 하나 또는 그 초과의 재료 층들이 유지 기판 상으로 수평으로 디파짓될 때, 베이스 재료는 금속 재료의 새로운 층을 디파짓시키는 디파짓된 금속 재료의 상부 층일 것이다. 베이스 재료 및 디파짓된 재료는 금속 또는 금속 합금들일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 베이스 재료는 와이어 피드 재료와 동일하다.
[0047] 본 명세서에 사용된 용어 "디포지션 장치"는 임의 형상 제작에 사용될 수 있는 임의의 시스템을 지칭한다. 임의 형상 제작 시스템들의 예시적인 실시예들은 용접을 위한 열 소스으로서 플라즈마 이동 아크(PTA), 레이저 소결, 전자 빔 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 플라즈마 아크(PAW)를 사용하는 것들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 디포지션 장치는 PAW 토치, 레이저 토치 또는 전자 빔 건 또는 토치와 같은 하나 또는 그 초과의 토치들을 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 장치는 하나 또는 그 초과의 이동 플라즈마 아크 토치들을 포함한다. PAW 토치는 특히 아크를 만들기 위해 불활성 또는 비활성 가스들을 사용하여, 가스 금속 아크 용접(GMAW) 토치 또는 텅스텐 불활성 가스(TIG) 토치와 같은 금속 와이어와 같은, 소모성 전극을 가열 및 용융시키기 위한 전기 아크를 생성할 수 있는 임의의 구성일 수 있다. 금속 와이어는 소모성 전극으로 사용되며 전기 아크를 사용하여 토치에 의해 생성된 플라즈마에서 용융되며, 용융 소모성 전극은 베이스 재료 상의 용융된 풀의 표면 상으로 또는 베이스 재료 상의 용융된 풀 내로 디파짓되어 니어 네트 형상 금속 본체들 또는 워크피스들에 추가하고 이들을 형성한다. 레이저 디바이스들은 충분한 열 에너지를 갖는 레이저 빔을 생성하여 금속 와이어를 베이스 재료 상으로 용융시킬 수 있다. 적합한 레이저 디바이스들의 예들은 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Nd:YAG) 레이저, CO2 레이저, CO 레이저, 이터븀 파이버 결합 다이오드 레이저, Nd:유리 레이저, 네오디뮴 도핑된 이트륨 오로소바나데이트(Nd:YVO) 레이저, Cr:ruby 레이저, 다이오드 레이저, 다이오드 펌핑된 레이저, 엑시머 레이저, 가스 레이저, 반도체 레이저, 고상 레이저, 색소 레이저, X-선 레이저, 자유 전자 레이저, 이온 레이저, 가스 혼합 레이저, 화학적 레이저, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. Nd:YAG 레이저들 및 CO2 레이저들이 바람직하다. 전자 빔 디바이스들은 금속 와이어를 베이스 재료 상으로 가열 및 용융시키는데 사용될 수 있다. 전자 빔 디바이스는 베이스 재료 위에 위치 결정되는 금속 와이어의 팁(원위 단부) 상에 전자 빔을 향하게 하도록 배열되고 배치될 수 있어, 전자 빔 디바이스의 전자 빔에 의해 생성된 열 에너지가 와이어의 단부를 용융시켜, 금속 와이어의 단부 아래의 베이스 재료 상에 드롭되는 용융 금속 와이어의 액적들을 형성한다. 전자 빔 디바이스는 실질적으로 일정한 파워 또는 에너지량을 금속 와이어의 실질적으로 일정한 용융 레이트를 제공하는 양으로 제공하도록 조정될 수 있는 가변 파워 출력을 가질 수 있다. 전자 빔 건들은 상업적으로 입수 가능하며 당해 기술 분야에 설명되어 있다. 전자 빔 건은 전자 빔을 변조하기 위한 그것이 전자기 코일들을 포함하도록 선택될 수 있다. 전자 빔 건은 금속 와이어쪽으로 가속된 전자들의 집중된 스트림의 형태로 에너지를 제공할 수 있다. 전자들은 단독으로 또는 자기장들과 조합하여 고전압 전위(예를 들어, 약 15 kV 초과, 예를 들어 약 15 kV 내지 약 150 kV의 범위)를 사용하여 가속될 수 있다. 전자들은 하나 또는 그 초과의 가열된 필라멘트들을 사용하여 전자 빔 건 내에서 생성될 수 있다. 일반적으로 전자 빔 건의 출력 파워는 워크피스에 대한 전자들의 유동을 조절함으로서 제어될 수 있다. 예를 들어, 약 30 kW까지의 빔 파워가 사용될 수 있지만, 그러나 일반적으로 약 2.5 kW 내지 약 10 kW, 또는 약 3 kW 내지 약 6 kW의 범위 내에 있다. 빔 전류는 일반적으로 약 100 밀리암페어보다 크며, 약 100 밀리암페어 내지 약 600 밀리암페어의 범위 내에 있을 수 있다. 빔 파워는 가변적이며, 약 100 V 내지 약 500 V의 범위의 입력 전압을 이용하여 생성된다. 예시적인 입력 전압은 약 110 V이다.
[0048] 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용되는 용어 "컴퓨터 보조 설계 모델" 또는 "CAD 모델"은 유지 기판의 포지션 및 이동을 조절하고 통합된 와이어 피더로 용접 토치를 작동시켜 금속 재료의 연속적인 디파짓들을 유지 기판 상에 오브젝트의 가상 3 차원 모델에 따라 물리적 오브젝트를 형성하게 하는 패턴으로 융합시킴으로써 물리적인 오브젝트가 형성되도록: 본 발명의 제2 양태에 따른 배열의 제어 시스템에서 채용될 수 있는 형성될 오브젝트의 임의의 알려지거나 또는 고려될 수 있는 가상 3 차원 표현을 지칭한다. 이것은 예를 들어 가상 3 차원 모델을 가상의 평행한 수평 층들의 세트로 우선 분할하고 그 다음 각각의 평행한 층들을 가상 준 1 차원 피스들의 세트로 분할함으로써 3 차원 모델의 가상 벡터화된 계층화된 모델을 형성함으로써 얻어질 수 있다. 이어서, 제어 시스템을 결합하여 금속 재료 피드의 일련의 준 1 차원 피스들(액적들)을 지지 기판 상에 오브젝트의 가상 벡터화된 계층화된 모델의 제1 층에 따른 패턴으로 디파짓하고 융합시킴으로써, 물리적 오브젝트를 형성할 수 있다. 금속 재료 피드는 또한 금속 재료의 스트링 또는 스트림을 형성할 수 있는 연속적인 액적들의 공급으로서 디파짓될 수도 있다. 이어서, 오브젝트의 가상 벡터화된 계층화된 모델의 제2 층에 따른 패턴으로 이전의 디파짓된 층 상에 용접 가능한 재료의 준 1 차원 피스들의 시리즈를 디파짓하고 그리고 융합시킴으로써 오브젝트의 제2 층에 대한 시퀀스를 반복한다. 전체 오브젝트가 형성될 때까지 오브젝트의 가상 벡터화된 계층화된 모델의 각각의 연속적인 층에 대한 층별 디포지션 및 융합 프로세스 동안 반복이 계속된다.
[0049] 그러나, 본 발명은 본 발명에 따른 배열의 제어 시스템을 작동시키기 위한 임의의 특정 CAD 모델 및/또는 컴퓨터 소프트웨어에 한정되지 않으며, 본 발명은 임의의 특정 유형의 제어 시스템에 한정되지 않는다. 임의 형상 제작에 의해 금속 3 차원 오브젝트들을 형성할 수 있는 임의의 공지된 또는 고려될 수 있는 제어 시스템(CAD 모델, 컴퓨터 보조 제조(CAM) 시스템 또는 소프트웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 컴퓨터 하드웨어 및 액추에이터 등)이 채용될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제어 시스템은 베이스 재료를 예열하기 위해 제1 토치를 개별적으로 작동시키고 금속 재료의 피드 와이어를 용융된 풀로 용융시키기 위해 제2 토치를 개별적으로 작동시키도록 조정될 수 있다. 제1 토치는 용융된 금속 재료가 디파짓되는 포지션에서 용융된 금속 와이어의 용융된 드롭들, 즉 용융된 금속성 재료를 수용할 수 있도록 베이스 재료를 예열하기에 충분한 에너지를 제공할 수 있다. 베이스 재료를 예열하면 용융된 금속 와이어의 금속 액적에 의해 제공되는 금속 재료에 의해 베이스 재료에 적절한 멜트-인(melt-in)을 보장할 수 있다. 제1 토치는 베이스 재료에서의 멜트-인을 심화시킴으로써 베이스 재료와 용융된 금속 재료 사이의 융합을 촉진시킨다. 일부 실시예들에서, 예열은 베이스 재료를 용융시키지 않는다. 대안적인 실시예들에서, 베이스 재료의 적어도 일부는 베이스 재료를 더욱 수용성으로 만들기 위해 제1에 의해 용융된다. 일부 실시예들에서, 제1 토치에 의해 충분한 열이 가해져 금속 재료가 디파짓될 포지션에서 베이스 재료에 용융 풀을 형성한다.
B. 멀티 챔버 어셈블리
[0050] 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들과 관련하여 아래에서 설명된다. 다음의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다.
[0051] 도 1은 4 개의 챔버들(110, 120, 130 및 140)을 갖는 예시적인 챔버 시스템(100)의 다이어그램을 도시한다. 4 개의 챔버들은 서로 연결될 수 있다. 본 설명들의 목적을 위해, 챔버들(110 및 120)은 로딩/언로딩 챔버들로 지칭될 것이며, 챔버(130)는 디포지션 챔버로 지칭될 것이고, 챔버(140)는 서비스 챔버로 지칭될 것이다.
[0052] 그들의 각각의 이름들이 암시하는 바와 같이, 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)은 임의 형상 제작에 의해 오브젝트들을 형성하는데 사용되는 유지 기판들을 로딩하고 형성된 워크피스들을 언로딩하는데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 디포지션 챔버(130)는 임의 형상 제작 프로세스가 수행되는 챔버이다. 예시적인 실시예들에서, 임의 형상 제작은 플라즈마 이동 아크 토치들을 사용하여 수행된다. 예시적인 실시예에서, 디포지션 장치는 2 개의 플라즈마 이동 아크 토치들을 채용하는 와이어 피딩된 디포지션 장치이고, 하나는 와이어 피드로부터의 용융 금속이 드롭되는 베이스 재료 내에 용융 풀을 형성하고, 제2 토치는 와이어 피드 금속을 용융시킨다. 예시적인 실시예들에서, 와이어 피드 재료 및 베이스 재료는 동일하다. 예시적인 실시예들에서, 와이어 피드 재료 및 베이스 재료는 금속들 또는 금속 합금들이다. 예시적인 실시예들에서, 이들은 동일한 금속 또는 금속 합금이다. 와이어 피드 재료 및 베이스 재료에 대한 예시적인 금속들 또는 금속 합금들은 티타늄, 티타늄 합금들, 니켈 또는 니켈 합금들이다. 다른 금속들 또는 금속 합금들도 또한 사용될 수 있다. 서비스 챔버(140)는 디포지션 장치 상의 유지 보수 작업에 대한 전용 챔버일 수 있다.
[0053] 예시적인 실시예들이 4 개의 챔버들을 갖는 것으로 설명될지라도, 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)은 단일의 로딩/언로딩 챔버로 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로, 2 개 초과의 로딩/언로딩 챔버들이 채용될 수 있고 디포지션 챔버에 유사하게 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 서비스 챔버(140)를 배제할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
[0054] 챔버 시스템(100)의 각각의 챔버는 밀봉되고 독립적으로 제어될 수 있다. 각각의 챔버는 그에 연결된 다른 챔버들로부터 밀봉될 수 있다. 각각의 챔버는 또한 외부 분위기로부터 밀봉될 수도 있다. 각각의 챔버는 하나 또는 그 초과의 스윙 또는 슬라이딩 밀봉 도어들을 사용하여 다른 챔버들 또는 외부 분위기로부터 분리될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 도어는 챔버와 동일한 재료로 제조될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 각각의 도어는 밀봉 재료로 제조될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 도어가 구성되는 재료와는 독립적으로, 각각의 도어는 밀봉 부재가 구비될 수 있다. 밀봉 부재는 링, 멤브레인 또는 개스킷일 수 있다. 밀봉 부재 또는 챔버 도어에 사용되는 밀봉 재료는 가스 불투과성 밀봉을 제공할 수 있어야 한다. 예시적인 실시예들에서, 밀봉 재료는 임의의 고진공 밀봉 재료이다. 예시적인 실시예들에서, 밀봉 재료는 폴리우레탄일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 밀봉 재료는 니트릴 고무, 플루오로카본, 실리콘, 플루오로실리콘 또는 퍼플루오르화 엘라스토머 중 어느 하나일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 초과의 밀봉 재료가 각각의 밀봉 부재 또는 챔버 도어에 대해 사용될 수 있다. 또 대안적인 실시예들에서, 각각의 도어는 하나 초과의 밀봉 부재를 구비할 수 있다. 예를 들어 2 개 또는 3 개의 밀봉 부재들이 가스 불투과성을 개선하기 위해 도어 상에 배치될 수 있다.
[0055] 각 챔버 내의 분위기는 독립적으로 소기될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 챔버는 독립적으로 소기될 수 있고, 산소가 없는 분위기로 대체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 챔버는 독립적으로 소기될 수 있으며, 그 후 불활성 가스 또는 가스 혼합물로 채워질 수 있다. 각 챔버에는 질량 유량 제어기 또는 체적 유량 제어기와 같은 챔버 내로의 가스 유동을 측정하고 제어할 수 있는 개별 유량 제어기가 구비될 수 있다. 또한, 각 챔버 내의 온도를 독립적으로 모니터링하고 제어하고 유지할 수 있다. 각 챔버 내의 압력은 또한 독립적으로 모니터링되고, 제어되고 및 유지될 수 있다. 챔버가 아르곤과 같은 불활성 가스로 채워지는 실시예들에서, 그 챔버의 압력은 바람직하게는 대기압 이상으로 유지된다. 예시적인 실시예들에서, 불활성 가스로 채워진 챔버의 압력은 대기압보다 약 1 내지 6 밀리바 높게 유지된다. 대기압 이상의 챔버 압력을 유지하면 챔버 외부로부터의 산소 또는 다른 가스들이 챔버 내로 새어 들어가는 것을 방지하는데 도움을 줄 것이다. 임의의 불활성 가스를 사용하여 불활성 분위기를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에서 사용된 불활성 가스는 공기보다 무겁다. 예시적인 불활성 가스는 아르곤이다. 다른 불활성 가스들도 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일 가스 대신에 가스 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 아르곤과 헬륨, 네온, 크세논 또는 크립톤 중 임의의 것의 혼합물이 사용될 수 있다. 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있는 다른 가능한 가스들은 크세논 및 크립톤을 포함한다.
[0056] 본 명세서의 목적을 위해 가스, 가스 혼합물 또는 분위기를 지칭하는 용어 "무거운" 또는 "더 무거운" 및 또한 가스, 가스 혼합물 또는 분위기를 지칭하는 용어 "가벼운" 또는 "더 가벼운"은 본 명세서에 설명된 챔버들에서 사용할 수 있는 임의의 2 개의 유형들의 대기들 사이의 구별을 위해 사용된다. 위에서 예시된 바와 같이, 무거운 또는 더 무거운 가스는 공기와 같은 더 가벼운 분위기와 비교할 때 아르곤 또는 아르곤-헬륨 혼합물이다. 그러나, 이 페어링은 단지 예시적인 것으로서, 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 벤트들은 무거운 가스 벤트들 및 가벼운 가스 벤트들의 관점에서 설명되었지만, 무게가 같거나 또는 매우 가까운 2 개의 분위기들이 또한 사용될 수 있고, 이 경우 임의의 벤트가 어느 쪽의 분위기를 주입 또는 소기하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
[0057] 예시적인 실시예들에서, 불활성 가스로 채워지지 않을 때 또는 불활성 가스로 챔버를 채우는 프로세스 동안, 또는 챔버에서 불활성 가스를 소기하는 프로세스 동안, 챔버는 대기압에서 유지될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 불활성 가스로 채워지지 않을 때, 챔버는 진공 상태들로 유지될 수 있다. 또한, 불활성 가스로 챔버를 채울 때 또는 챔버에서 불활성 가스를 소기할 때, 그 챔버 내의 압력은 대기압보다 높거나 또는 낮을 수 있다.
[0058] 챔버 시스템(100)의 각 챔버는 챔버의 압력 및 온도 상태들을 견딜 수 있는 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 디포지션 챔버(130)를 형성하는데 사용되는 재료는 그 챔버에서 수행되는 임의 형상 제작 프로세스의 압력 및 온도 상태들을 견뎌야 한다. 예시적인 실시예들에서, 챔버들은 금속으로 제조된다. 예를 들어, 챔버들은 알루미늄 금속 또는 알루미늄 합금으로 제조될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 챔버들은 강철로 제조될 수 있다. 임의의 강철을 사용할 수 있다. 예시적인 강철들은 저 탄소강, 저 합금강, 고 탄소강, 스테인리스 강, 300 시리즈 스테인리스 강, 400 시리즈 스테인리스 강, 오스테나이트 스테인리스 강, 고 Cr 페라이트 강들 및 Cr-Mo 강들을 포함한다. 또 대안적인 실시예들에서, 챔버들은 금속들의 조합으로 제조될 수 있다. 정전기 방전들의 발생의 위험을 줄이거나 또는 임의의 장비 오작동 시의 충격의 위험을 최소화하기 위해 금속 벽들은 올바르게 접지될 수 있다.
[0059] 바람직한 실시예들에서, 챔버들은 대기압에 또는 대기압 바로 위에 유지되고, 따라서 적절한 재료는 적어도 대기압에서 또는 대기압보다 약 1 내지 20 밀리바 높은, 또는 대기압보다 약 1 내지 10 밀리바 높은, 또는 대기압보다 약 2 내지 8 밀리바 높은 압력에서 적어도 물리적 완전성을 유지할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 챔버들에 대해 사용되는 재료는 또한 대기압 이하, 예를 들어 진공 하에서 물리적 완전성을 유지할 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 사용된 재료는 대기압 이하의 압력, 특히 사용된 진공 상태들 하에서 물리적 완전성을 유지할 수 있어야 한다.
[0060] 챔버 시스템(100)의 임의의 챔버는 또한 작동자가 내부 작동을 볼 수 있도록 하나 또는 그 초과의 뷰잉 포털들을 구비할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 뷰잉 포털들은 윈도우들일 수 있다. 본 명세서의 설명은 뷰잉 포털들을 윈도우들로 언급할 것이지만, 그러나, 임의의 유형의 뷰잉 포털이 본 명세서에서 구현될 수 있는 것으로 이는 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 작동자가 진행 중인 제조 프로세스를 뷰잉할 수 있게 허용하기 위해 적어도 하나의 측면에 큰 윈도우를 가질 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서 서비스 챔버(140)는 또한 작동자가 서비스 챔버(140) 내부에 있을 때 디포지션 장치(150)를 뷰잉할 수 있도록 허용하는 적어도 하나의 큰 윈도우를 구비할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 윈도우들은 또한 챔버의 압력 및 온도 상태들을 또한 견딜 수 있는 임의의 적합한 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 디포지션 챔버(130)에서 윈도우를 형성하는데 사용되는 재료는 그 챔버에서 수행되는 임의 형상 제작 프로세스의 압력 및 온도 상태들을 견뎌야 한다. 예시적인 실시예들에서, 임의의 하나 또는 그 초과의 챔버들에서 윈도우들에 대해 사용되는 재료는 아크릴 재료이다. 예시적인 실시예들에서, 윈도우들은 폴리(메틸 메타크릴레이트)로 제조된다. 대안적으로, 윈도우 재료는 유리일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 윈도우들은 소다 석회 규산염 유리로 제조된다. 유리는 선택된 파장들의 전자기 복사선을 반사할 수 있는 하나 또는 그 초과의 투명 금속 산화물 층들로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리는 적외선 전자기 복사선을 반사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리는 자외선 전자기 복사선을 반사할 수 있다. 유리는 단일 층에 존재할 수 있거나, 또는 유리의 복수 층들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2 개의 유리 층들이 공간에 의해 분리되어 존재한다. 2 개의 유리 층들 사이의 공간은 불활성 가스로 채워질 수 있다. 일부 실시예들에서, 2 개의 유리 층들 사이의 공간은 아르곤으로 채워진다. 이 구성은 약 85 %까지의 자외선 복사선이 윈도우를 통해 투과되는 것을 차단할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2 개의 유리 층들이 존재하고, 2 개의 유리 층들 사이에 존재하는 중합체 필름의 중간층이 라미네이트된 유리를 형성한다. 중합체 필름은 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 같은 임의의 중합체 재료로 이루어질 수 있다. 라미네이트된 유리는 거의 100 % 자외선 복사선이 윈도우를 통해 투과되는 것을 차단할 수 있다.
[0061] 대안적으로, 윈도우 재료는 열가소성 중합체일 수 있다. 예를 들어, 이 재료는 폴리 카보네이트, 아크릴 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다. 열가소성 재료는 단일 층으로 존재할 수 있거나, 또는 2 개 또는 그 초과의 시트들이 선택적으로 아르곤으로 채워질 수 있는 시트들 사이의 공간을 포함하도록 제조될 수 있거나, 또는 라미네이트된 플라스틱 윈도우는 열가소성 중합체의 2 개의 시트들 사이에 중합체 필름의 중간층을 포함시킴으로써 준비될 수 있다. 하나의 챔버의 하나 또는 그 초과의 윈도우들에 사용되는 재료는 임의의 다른 챔버의 하나 또는 그 초과의 윈도우들에 사용되는 재료와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 또한, 하나의 챔버의 상이한 윈도우들은 동일하거나 또는 상이한 재료들로 제조될 수 있다.
[0062] 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 챔버들은 하나 또는 그 초과의 뷰잉 디바이스들을 구비할 수 있다. 예시적인 뷰잉 디바이스들은 비디오 카메라일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 카메라들로 캡처된 비디오는 기록될 수 있다. 비디오는 또한 실시간으로 스트리밍될 수도 있다. 비디오를 라이브 또는 기록 모드로 재생하는 비디오 스크린들이 비디오가 캡처된 각 챔버의 외부에 제공될 수 있다. 비디오는 비디오가 캡처된 챔버 근처의 모니터 상에서 뷰잉될 수 있다. 비디오는 비디오가 캡처된 챔버로부터의 원격 위치에 위치되는 모니터 상에서 뷰잉될 수 있다. 위에서 설명한 뷰잉 비디오들 배열체들의 임의의 조합이 또한 사용될 수도 있다.
[0063] 각각의 챔버는 또한 챔버를 조명하기 위해 가시 광선의 소스들로서 하나 또는 그 초과의 발광 요소들을 구비할 수 있다. 이들은 더 나은 가시성을 제공하기 위해 하나 또는 그 초과의 챔버들 내부에 조명을 제공할 수 있다. 챔버 내에서 균일한 휘도 레벨은 발광 요소들을 챔버 주위에 대칭적으로 위치 결정시킴으로써 얻어질 수 있다. 하나 또는 그 초과의 발광 요소들은 임의의 적합한 발광 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 발광 요소는 조명 설비를 포함할 수 있다. 추가적인 예들은 발광 다이오드 디바이스들, 네온 등들, 백열등 또는 형광등 전구들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 발광 요소들의 휘도는 조정될 수 있다. 발광 요소가 위치되는 챔버의 상태들로부터 발광 요소를 보호하기 위해, 광에 대해 투명한 적절한 재료들의 적절한 보호 커버들이 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100)의 각 챔버는 적어도 발광 요소를 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 하나 또는 그 초과의 발광 요소들을 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 서비스 챔버(140)는 하나 또는 그 초과의 발광 요소들을 포함한다. 예시적인 실시예들에서 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120) 중 하나 또는 그 초과는 각각 하나 또는 그 초과의 발광 요소들을 포함한다. 이들 조명 배열체들의 임의의 조합도 또한 챔버 시스템(100)에 대해 구현될 수 있다. 각 챔버의 발광 요소들은 독립적으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 모든 발광 요소들은 이들이 동시에 턴 온 및 턴 오프될 수 있도록 접속되어 제어될 수 있다. 대안적으로, 챔버 시스템(100)의 2 개 또는 그 초과의 챔버들의 발광 요소들은 동시에 제어될 수 있다. 조명 제어 장치들은 하나 또는 그 초과의 수동 또는 컴퓨터 제어 시스템들 또는 이 둘의 조합일 수 있다.
[0064] 각각의 챔버는 또한 산소 검출기 또는 산소 모니터링 디바이스를 구비할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 산소 검출기 또는 모니터링 디바이스는 불활성 분위기 하에서 작동될 때 챔버 내의 산소량을 체크하는데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 디포지션 동안, 금속들은 고온으로 가열되어 이들을 산화되기 쉽게 한다. 예를 들어, 400 ℃ 또는 그보다 높은 온도에서의 티타늄은 일반적으로 산소의 존재 하에서 산화될 것이다. 산화를 방지하기 위해, 산소가 없는 분위기 또는 대안적으로 매우 낮은 산소 함량을 갖는 분위기를 유지하는 것이 유리하다. 예시적인 실시예들에서, 불활성 분위기에서 작동될 때, 디포지션 챔버는 약 105 Pa의 압력으로 유지되고, 산소 함량은 100 ppm 미만, 일반적으로 약 0 내지 약 100 ppm의 범위, 또는 약 0 내지 약 50 ppm의 범위이다. 대안적인 실시예들에서, 유사한 상태들 하에서 디포지션 챔버의 산소 함량은 약 0 내지 약 25 ppm 또는 약 0 내지 약 20 ppm으로 유지될 수 있다.
[0065] 예시적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100) 내의 임의의 다른 챔버의 압력을 포함하는 산소 함량 및 다른 분위기 상태들은 불활성 분위기에서 디포지션 챔버를 유지하는 것이 바람직한 경우 적어도 이러한 챔버들이 디포지션 챔버와 대기 연통 상태로 배치될 때 디포지션 챔버의 산소 함량과 유사하거나 또는 이보다 낮다. 마찬가지로, 디포지션 챔버가 진공 하에 유지되는 예시적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100)의 다른 챔버들은 적어도 디포지션 챔버와 대기 연통할 때 유사한 진공 상태들 하에 또한 있다. 디포지션 챔버가 공기를 포함하는 예시적인 실시예들에서, 다른 챔버들은 또한 적어도 디포지션 챔버와 대기 연통할 때 공기를 포함할 수 있다. 서로 대기 통신할 때 챔버들 사이에서 동일하거나 또는 유사한 유형의 대기 상태들을 유지함으로써, 그 내부에서 원하는 상태들을 보다 잘 유지하고 제어하는 것이 가능하다. 이것은 디포지션 챔버에서 발생하는 제조 프로세스 중에 불순물들 또는 산화의 원치 않는 도입을 회피할 수 있도록 도울 수 있기 때문에 디포지션 챔버에 특히 중요할 수 있다.
[0066] 예시적인 실시예들에서, 챔버 내의 습도 레벨이 제어된다. 습도 레벨은 챔버 내의 수소 함량을 감소시키기 위해 감소된 레벨들로 유지된다. 예를 들어, 금속 와이어가 티타늄이거나 또는 티타늄을 포함하는 경우, 챔버 내의 너무 높은 수소 함량은 디파짓된 티타늄을 부서지기 쉽게 할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100) 내의 임의의 챔버들 내의 습도 레벨은 250 ppm 미만 또는 200 ppm 미만의 레벨로 감소될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버 내의 감소된 습도 레벨을 유지하기를 원한다면 적어도 그러한 챔버들이 디포지션 챔버와 대기 연통 상태에 배치될 때, 디포지션 챔버에 연결된 챔버들의 습도 레벨은 디포지션 챔버의 습도 레벨과 유사하거나 또는 낮다.
[0067] 각각의 챔버가 독립적으로 작동될 수 있지만, 예시적인 실시예들에서는 동일한 장비가 하나 또는 그 초과의 챔버에 영향을 줄 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 단일 진공 펌프가 2 개 또는 그 초과의 챔버들에서 진공을 생성하기 위해 채용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 단일 진공 펌프는 공통의 벤틸레이션 시스템에 의해 모든 4 개의 챔버들에 연결된다. 이러한 실시예들에서, 진공은 벤틸레이션 시스템을 각 챔버에 개별적으로 연결하는 밸브들의 시스템을 사용함으로써 각 챔버의 분위기를 독립적으로 소기시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 각각의 밸브를 독립적으로 개방 및 폐쇄함으로써, 진공은 동시에 또는 상이한 시간들에서 임의의 하나 또는 그 초과의 챔버들에 적용될 수 있다. 또한 챔버의 다른 벤트들은 일련의 밸브들을 제어하여 동시에 또는 다른 시간들에서 진공에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 예시적인 실시예들에서, 불활성 가스의 단일 공급 시스템은 독립적으로 제어되는 밸브들을 통해 2 개 또는 그 초과의 챔버들에 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 밸브를 독립적으로 작동시킴으로써, 불활성 가스가 다른 하나 또는 그 초과의 다른 챔버들과 동시에 또는 상이한 시간들에서 각각의 챔버에 제공될 수 있다.
[0068] 밸브들이 챔버들 사이의 대기 연통을 허용하거나 또는 방지할 수 있도록 시스템이 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버는 제2 챔버로부터 격리되어 제1 챔버가 아르곤과 같은 불활성 또는 비활성 가스를 계속 포함할 수 있으며, 제2 챔버는 소기될 수 있다. 유사한 시스템을 사용하여 공기 또는 다른 가스를 공급할 수 있다. 불활성 가스 또는 가스 혼합물, 공기 또는 기타 분위기의 공급은 밸브들의 제어를 통해 각 챔버의 임의의 하나 또는 그 초과의 벤트들에 의해 수행될 수 있다. 대안적으로, 각 챔버에는 자체 독립적인 진공 펌프가 구비될 수 있다. 또한, 각 챔버는 공기, 불활성 가스 또는 가스 혼합물, 또는 원하는 다른 가스의 자체 독립적인 소스를 구비할 수 있다.
[0069] 챔버 시스템(100) 및 각 챔버의 작동에 대한 제어 장치들은 제어 시스템에 수용될 수 있다. 제어 시스템을 수동으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 수동으로 작동되는 제어 시스템에는 수동으로 작동되는 밸브들, 기어들, 스위치들 또는 유사한 디바이스가 포함될 수 있다. 대안으로, 제어 시스템을 자동화할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 컴퓨터 제어 시스템으로 구성될 수 있다. 또 대안적인 실시예들에서, 제어 시스템은 수동 및 컴퓨터 제어 장치들의 조합일 수 있다. 각 챔버에는 자체 개별 제어 시스템이 구비될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 단일 제어 시스템은 각 챔버를 독립적으로 제어할 수 있다. 예시적인 제어 시스템은 사용자 프로그램, 하나 또는 그 초과의 파워 공급 장치들 및 입력들 및/또는 출력들로서의 신호 모듈들을 실행하기 위한 중앙 처리 장치를 포함하도록 구성될 수 있는 산업용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 CPU 디스플레이 및 아날로그 신호들의 통합 실딩을 포함할 수 있다. 이러한 제어 시스템들은 당업자에 의해 설계될 수 있다. 예시적인 상업적으로 이용 가능한 시스템은 지멘스 아게(Siemens AG)(뮌헨, 독일)의 SIMATIC-S7-1500이다. 별도의 제어 시스템을 사용하여 챔버들 내부에 위치되는 장비를 조절할 수 있다. 예를 들어, 별도의 제어 시스템이 액추에이터(131)를 조절하는데 사용될 수 있다. 예시적인 상업적으로 이용 가능한 시스템은 보쉬 렉스로스 아게(Bosch Rexroth AG)(로어 암 마인, 독일)로부터 입수 가능한 IndraMotion MTX 시스템이다. 별도의 제어 시스템을 사용하여 용접 장비를 제어할 수 있다. 예시적인 상업적으로 이용 가능한 시스템은 시그마테크 게엠베하 운트 코. 카게(SIGMATEK GmbH & Co. KG)(람프레히츠하우젠, 오스트리아)로부터 입수 가능한 SIGMATEK C-IPC 컴팩트 산업 컴퓨터 시스템이다. 각 챔버는 내부에서 사용되는 장비에 대해 자체 별도의 제어 시스템을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 장비는 연관된 개별 제어 시스템을 가질 수 있다. 중앙 제어 시스템을 사용하여 챔버들 내부에 위치되는 장비를 제어할 수도 있다. 대안적으로, 중앙 제어 시스템은 각각의 개별 제어 시스템과 통신할 수 있다.
[0070] 챔버들의 로딩/언로딩
[0071] 예시적이고 설명적인 실시예에서, 챔버 시스템(100)은 2 개의 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100)은 단지 하나의 로딩/언로딩 챔버를 포함할 수 있다. 또 대안적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100)은 2 개 초과의 로딩/언로딩 챔버들을 포함할 수 있다. 로딩/언로딩 챔버의 작동은 변경되지 않으며, 이들 챔버들 중 몇 개가 챔버 시스템(100)에 포함되어 있는지에 독립적이다. 도 1에 도시된 예시적인 예에서, 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)은 이들이 공통으로 벽을 갖도록 배열될 수 있다.
[0072] 적어도 2 개의 로딩/언로딩 챔버들을 갖는 장점은 유지 기판들 및 워크피스들을 보다 신속하게 로딩 및 언로딩할 수 있는 능력의 결과인 생산 사이클 시간의 감소이다. 예를 들어, 불활성 분위기가 디포지션 챔버(130)에서 유지되는 실시예들에서, 로딩/언로딩 챔버는 또한 디포지션 챔버(130)와의 대기 연통시 불활성 분위기를 가져야만 한다. 그러나, 로딩/언로딩 챔버 내로 유지 기판을 로딩하는 것은 로딩/언로딩 챔버를 외부 분위기에 노출시킨다. 따라서, 불활성 가스 분위기에서 로딩/언로딩 챔버를 갖기 위해서는, 디포지션 챔버의 불활성 분위기에서 어떠한 공기도 도입되지 않도록 로딩/언로딩 챔버와 디포지션 챔버를 연결하는 도어가 개방될 수 있기 전에 로딩/언로딩 챔버 내의 공기는 플러싱 아웃(flush out)되어 불활성 가스로 대체되어야 한다. 이는 디포지션 챔버가 진공 상태들 또는 공기 이외의 임의의 분위기에서 작동되는 경우에도 마찬가지이다. 적어도 2 개의 로딩/언로딩 챔버들을 구비함으로써, 하나의 로딩/언로딩 챔버가 디포지션 챔버로부터 워크피스을 수용할 준비가 되게 하고, 한편 다른 로딩/언로딩 챔버는 다음의 유지 기판을 로딩할 준비가 되게 하는 것이 가능하다.
[0073] 각각의 로딩/언로딩 챔버에는 적어도 2 개의 도어들이 구비될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 로딩/언로딩 챔버(110)는 챔버 외부로부터 챔버(110)에 대한 액세스를 제공하는 도어(111)를 포함한다. 챔버(110)는 또한 챔버(110)를 디포지션 챔버(130)에 연결시키는 제2 도어(112)를 구비할 수 있다. 마찬가지로, 로딩/언로딩 챔버(120)는 유사한 도어들(121, 122)을 구비할 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 도어(111, 112, 121 및 122)는 밀봉 재료로 제조될 수 있거나 또는 각각의 도어가 가스 불투과성이 되도록 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들을 포함할 수 있다. 도어들(111, 112, 121, 122)은 슬라이딩 도어들 또는 스윙 도어들일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 도어들(111, 112, 121, 122)은 측면 간에 또는 상단에서 바닥 간에 슬라이딩하여 개방 및 폐쇄되는 슬라이딩 도어들이다. 도어들(111, 112, 121, 122)은 도어들이 개방될 때 그 밀봉을 향상시키고 압력을 해제하기 위해 폐쇄될 때 도어들에 압력을 제공하는 힌지들을 또한 구비할 수도 있다. 예시적인 실시예들에서, 도어들(111, 112, 121 및 122)은 수동으로 조작될 수 있다. 대안적으로, 도어들(111, 112, 121, 122)은 자동으로 또는 제어 시스템에 의해 작동될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 도어들(111, 112, 121 및 122)은 수동 및 자동으로 작동될 수 있다. 또한, 각 도어(111, 112, 121, 122)는 동시에 또는 독립적으로 작동될 수 있는 2 개 또는 그 초과의 도어들의 세트일 수 있다.
[0074] 서비스 챔버 및 각 로딩/언로딩 챔버는 자체의 독립적인 벤틸레이션 시스템을 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각의 챔버들(110, 120, 140)은 독립적으로 벤팅될 수 있다. 챔버들(110, 120 및 140) 각각은 아르곤과 같은 불활성 가스로 독립적으로 채워질 수 있다. 챔버들(110, 120 및 140) 각각은 독립적으로 공기로 채워질 수 있다. 임의의 챔버들(110, 120, 140) 로의 유입 유동은 약 100 내지 약 1500 리터/분의 범위일 수 있다. 챔버들로의 유동은 질량 유동 제어기에 의해 제어될 수 있다. 챔버 내부의 압력은 배기 밸브를 개방하고 폐쇄함에 의해 폐쇄 루프 제어된다. 예를 들어, 불활성 가스 공급 장치에 연결된 적어도 하나의 벤트를 개방하는 동안 진공에 연결된 모든 벤트들을 폐쇄하면 챔버 내부의 압력이 높아질 수 있다. 특정 산소 레벨을 얻기 위해 챔버 내의 공기 분위기를 불활성 가스로 대체하는데 필요한 시간의 길이는 그렇지 않으면 챔버 내의 가스에 의해 점유될 필요가 있는 특정 체적을 변위시키는 챔버 내의 장비의 양뿐만 아니라 챔버의 치수들에도 따라 다르다.
[0075] 챔버들(110, 120 및 140) 각각은 독립적으로 진공 상태들 하에 유지될 수 있다. 챔버들(110, 120, 140) 각각의 분위기는 독립적으로 소기될 수 있다. 챔버들(110, 120, 140)의 분위기를 소기시키는데 사용되는 벤트들은 임의의 적절한 유동 레이트로 작동될 수 있다. 유동 레이트는 사용된 팬의 용량에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 소기 벤트들은 3000 내지 6000 Sm3/hr에서 작동할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용되는 팬의 용량은 4500 Sm3/hr이다. 마찬가지로, 챔버들(110, 120 및 140) 내부의 불활성, 비활성 또는 다른 가스 또는 공기를 주입하는 유입 벤트들은 임의의 적절한 유동 레이트로 작동할 수 있다. 일부 적용예들에서, 챔버들(110, 120, 140) 중 임의의 하나에 대한 최대 유입 유동은 1500 L/분이다. 질량 유량 제어기는 챔버들 중 임의의 하나에 대한 불활성 가스 또는 다른 가스 또는 공기의 유입 유동을 조절하는데 사용될 수 있다. 유입 유동은 약 10 내지 약 1500 L/분, 또는 약 100 내지 1500 L/분의 범위일 수 있다. 챔버들 중 임의의 하나의 챔버 내의 압력은 배기 밸브를 개방하고 폐쇄함으로써 압력을 조절할 수 있는 폐쇄 루프 제어 시스템일 수 있다. 시스템은 시스템이 원하는 압력 및 산소 레벨에서 유지되는 유휴 모드를 포함할 수 있다. 유휴 모드 동안, 약 10 L/분 내지 약 100 L/분의 범위의 유동과 같은 챔버들 중 임의의 하나 내로의 불활성 가스 또는 다른 가스의 낮은 유동이 유지될 수 있고, 배기 밸브를 통한 유량을 증가 또는 감소시키도록 유출 밸브를 조정함으로써 변경될 수 있다. 유입 및 유출 벤트들은 상호 교환 가능한 작동 가능성을 가질 수도 있다. 유입 벤트들은 유출 벤트들로 작동할 수 있으며, 유출 벤트들은 또한 유입 벤트들로 작동할 수도 있다. 벤트들는 벤트들을 통한 가스의 유동 레이트를 제어하는 밸브들을 포함할 수 있으며, 이로써 챔버 내에서 발생하는 압력을 조절할 수 있다. 챔버는 압력 모니터들을 포함할 수 있으며, 압력 모니터로부터의 판독에 응답하여, 불활성 가스 소스에 연결된 벤트의 밸브는 개방 및 폐쇄되어 챔버 내의 압력을 조정할 수 있다.
[0076] 챔버들(110 및 120) 각각의 온도 및 압력은 독립적으로 제어되고 유지될 수 있다. 공기보다 무거운 불활성 가스가 챔버 시스템(100) 내부의 분위기로서 사용되는 예시적인 실시예들에서, 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)은 챔버들의 바닥 부분에 위치되는 불활성 가스 또는 가스 혼합물을 도입하는 하나 또는 그 초과의 벤트들과, 챔버들의 상부 부분에서 공기 또는 다른 가벼운 가스들을 소기하도록 진공에 연결된 하나 또는 그 초과의 벤트들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 보다 무거운 불활성 가스가 바닥으로부터 도입되고, 예를 들어 공기와 같은 더 가벼운 분위기가 챔버들의 상부 부분으로부터 벤팅 아웃된다. 각 벤트는 매니폴드에 대한 연결을 포함할 수 있고, 이 매니폴드는 벤트를 상이한 가스들을 갖는 복수의 상이한 소스들뿐만 아니라 진공 소스에도 연결하도록 허용하고, 매니폴드에는 주어진 순간에 벤트에 대해 사용 가능할 수 있는 소스를 조절하기 위한 밸브가 포함된다. 이로써 보다 효과적인 시스템이 분위기를 완전히 플러싱 아웃하고 불활성 가스로 대체하게 할 수 있다. 마찬가지로, 더 무거운 불활성 가스 또는 가스 혼합물이 공기와 같은 더 가벼운 분위기로 대체될 경우, 바닥 벤트들이 불활성 가스를 소기하는데 사용될 수 있고 상부 벤트들이 더 가벼운 분위기를 도입하는데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 바닥 벤트들이 플로어에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 바닥 벤트들이 플로어 바로 위의 챔버 벽들의 바닥에 위치될 수 있다. 또 대안적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 바닥 벤트들이 플로어 및 챔버 벽들의 바닥 부분에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 상부 벤트들이 챔버 천장에 위치된다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 상부 벤트들은 챔버 천장 바로 아래의 챔버 벽들의 상부 부분에 위치된다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 상부 벤트들은 챔버 천장 바로 아래의 챔버 벽들의 천장 및 상부 부분 모두에 위치된다. 각 바닥 및 상부 벤트는 독립적으로 팬을 구비할 수 있다.
[0077] 챔버들(110 및 120)로부터 가스 또는 분위기를 소기시키기 위해 하나 또는 그 초과의 벤트들을 작동시킬 때, 각각의 벤트는 개별 진공 펌프들에 연결될 수 있다. 대안적으로, 각각의 벤트는 독립적으로 제어되는 밸브들을 통해 챔버 시스템(100) 모두에 대해 사용되는 공통 진공 펌프에 연결될 수 있다. 각 벤트는 독립적으로 제어되는 자체 밸브에 연결될 수 있다. 대안적으로, 챔버(110)를 소기시키는데 사용되는 2 개 또는 그 초과의 벤트들은 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있다. 유사하게, 챔버(120)를 소기시키기 위해 사용되는 2 개 또는 그 초과의 벤트들은 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있다. 대안적으로, 챔버(110)의 모든 상부 벤트들은 제1 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있고, 챔버(110)의 모든 바닥 벤트들은 제2 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있다. 챔버(120) 내의 상단 및 바닥 벤트들은 유사하게 챔버(110)에서 행해진 바와 같이 진공에 연결될 수 있다.
[0078] 불활성 가스, 가스 혼합물, 공기 또는 다른 분위기를 챔버들(110 및 120) 내로 도입하는데 사용되는 벤트들은 챔버들(110 및 120)을 소기하기 위해 사용되는 벤트들과 유사하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 각 벤트는 독립적인 소스에 연결될 수 있다. 대안적으로, 2 개 또는 그 초과의 벤트들을 공통 소스에 연결할 수 있다. 이 후자의 실시예에서, 각각의 벤트는 독립적으로 제어되는 밸브에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 챔버(110)의 2 개 또는 그 초과의 벤트들이 공통의 독립적으로 제어되는 밸브에 연결될 수 있다. 유사하게, 챔버(120)의 2 개 또는 그 초과의 벤트들은 공통의 독립적으로 제어되는 밸브에 연결될 수 있다. 대안적으로, 챔버(110)의 모든 상부 벤트들은 제1 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 공통 소스에 연결될 수 있고, 챔버(110)의 모든 바닥 벤트들은 제2 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 공통 소스에 연결될 수 있다. 챔버(120)의 상단 및 바닥 벤트들은 유사하게 챔버(110)에서 행해진 바와 같이 하나 또는 그 초과의 소스들에 연결될 수 있다.
[0079] 각 로딩/언로딩 챔버(110, 120)는 온도 제어 디바이스를 구비할 수 있다. 각각의 챔버들(110, 120)의 온도 제어 디바이스는 독립적으로 제어될 수 있다. 온도 제어 디바이스는 전기 히터, 가스 히터, 열 교환기, 전기 냉각 시스템, 냉동 시스템, 냉각기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 각각의 챔버(110 및 120)는 또한 챔버의 온도를 결정하기 위해 하나 또는 그 초과의 온도계들, 열전쌍들 또는 다른 온도 감지 디바이스들, 또는 이들의 조합을 구비할 수 있다. 온도 감지 디바이스들 및 온도 제어 디바이스는 이들이 영향을 주는 챔버를 제어하는 각각의 제어 시스템에 연결될 수 있다.
[0080] 각각의 로딩/언로딩 챔버(110, 120)는 또한 하나 또는 그 초과의 압력 게이지들, 진공 게이지들 또는 이들의 조합을 구비할 수 있다. 게이지들은 이들이 측정하는 챔버를 제어하는 각각의 제어 시스템에 연결될 수 있다.
[0081] 각각의 로딩/언로딩 챔버(110 및 120)는 각각 유지 기판을 수용할 수 있고 유지 기판을 디포지션 챔버(130) 내로 이송할 수 있는 이송 메커니즘(113 및 123)을 각각 구비할 수 있다. 이송 메커니즘(113 및 123)은 또한 디포지션 챔버(130)로부터 워크피스를 회수하여 이를 다른 위치, 예를 들어 챔버 외부의 작동자 공간으로 이송할 수 있다.
[0082] 유지 기판 및 워크피스의 중량 및 챔버의 분위기, 온도 및 압력을 처리할 수 있는 임의의 이송 메커니즘이 이송 메커니즘(113 및 123)에 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 이송 메커니즘은 컨베이어일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 컨베이어는 컨베이어 벨트, 체인 컨베이어 또는 다른 기계 컨베이어 시스템을 포함할 수 있다. 컨베이어는 유지 기판 또는 워크피스를 지지하고 이송할 수 있는 기어들 및 휠들의 세트를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 이송 메커니즘(113, 123)은 또한 유지 기판 또는 워크피스의 이송, 리프팅 또는 위치 결정을 도울 수 있는 기계적 및/또는 유압식 아암들의 세트를 포함할 수도 있다. 예시적인 실시예들에서, 이송 메커니즘(113, 123)은 디포지션 챔버(130) 내부의 액추에이터(131)로 연장될 수 있는 휠들의 세트를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 휠들을 갖는 한 쌍의 연장 가능한 아암들은 액추에이터(131)로 연장되도록 설계된다. 연장 가능한 아암 내의 휠들은 유지 기판 또는 워크피스 아래에 위치 결정되도록 설계될 수 있고, 그 후 유지 기판 또는 워크피스를 리프팅하고, 이를 액추에이터(131) 상에 위치 결정시키거나 또는 이송 메커니즘(113 또는 123) 상으로 다시 위치 결정시킬 수 있다.
[0083] 예를 들어, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 이송 메커니즘(113)은 로딩/언로딩 챔버(110)로 완전히 리트랙트되고 트랙들(132 및 133)에 도달하도록 디포지션 챔버(130)의 내부 및 외부로 연장될 수 있는 아암들로서 작용할 수 있는 한 쌍의 평행한 체인 컨베이어들(171 및 172)을 포함할 수 있다. 서로 직교하여 이동하도록 구성될 수 있는 트랙들(132 및 133)은 도어(112)의 전방에 액추에이터(131)를 위치 결정시킬 수 있다. 액추에이터(131)가 제 포지션에 있을 때, 이송 메커니즘(113)을 구성하는 한 쌍의 체인 컨베이어들(171, 172)은 챔버(110)의 외부로 연장되고, 예를 들어 도 5a에 도시된 바와 같이 액추에이터(131)의 일 측면에 하나의 체인 컨베이어가 있고 액추에이터(131)의 다른 측면에 다른 체인 컨베이어가 있다. 이송 메커니즘(113)의 활성화는 챔버(110) 외부로 유지 기판을 이동시키고 유지 기판을 액추에이터(131) 위에 위치 결정시킬 수 있다. 액추에이터(131)는 유지 기판이 이송 메커니즘(113)과 더 이상 결합하지 않도록 예를 들어 이송 메커니즘(113)에 대해 유지 기판을 상승시킴으로써 유지 기판과 결합한다. 이제 결합 해제된 이송 메커니즘(113)은 예를 들어 도 5b에 도시된 바와 같이 챔버(110) 내로 리트랙트 가능하다. 이송 메커니즘(113)이 평상 시와 다르게 이동하면, 트랙들(132, 133)은 액추에이터(131)를 위치 결정시켜 부착된 유지 기판이 임의 형상 제작을 위해 디포지션 장치(150)에 대해 적절한 포지션에 있게 할 수 있다. 유지 기판 또는 베이스 재료는 디포지션 프로세스 동안 액추에이터(131)에 의해 계속해서 이동될 수 있다. 디포지션이 완료되면, 워크피스는 그것이 로딩하는 것과 비슷한 방법으로 로딩/언로딩 챔버들 내로 다시 이송될 수 있다. 예를 들어, 워크피스를 운반하는 액추에이터(131)는 그 자신을 로딩/언로딩 챔버에 대해 도어의 전방에 위치 결정시킬 수 있고, 이송 메커니즘(113)은 다시 아암들(171, 172)을 로딩/언로딩 챔버로부터 디포지션 챔버 내로 연장시킬 수 있고, 워크피스를 액추에이터(131)에서 리프트 오프시킬 수 있다. 이어서, 이송 메커니즘(113)은 워크피스를 운반하는 동안 로딩/언로딩 챔버 내로 리트랙트함으로써 워크피스를 로딩/언로딩 챔버 내로 운반할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 유지 기판 및 워크피스들의 로딩 및 언로딩을 돕기 위해 도어들(111, 121)의 근방의 챔버들(110, 120) 외부에 롤러들의 세트 또는 유사한 지지 및 이송 구조(도시되지 않음)가 또한 제공될 수도 있다.
[0084] 예시적인 실시예들에서, 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)은 디포지션 챔버(130)와 연통할 때 디포지션 챔버(130)와 동일한 대기 상태들 하에 있다. 따라서, 예를 들어, 디포지션 챔버(130)가 불활성 가스 분위기 하에서 작동되는 경우, 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)은 또한 디포지션 챔버(130)와의 대기 연통 시 불활성 가스 분위기 하에서 작동된다. 이러한 예시적인 실시예들에서, 불활성 가스 분위기는 아르곤 또는 아르곤-헬륨 혼합물을 포함할 수 있다.
[0085] 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)에 대한 액세스를 제공하는 임의의 하나 또는 그 초과의 도어들은 주어진 도어가 개방되거나 또는 폐쇄될 때를 검출할 수 있는 하나 또는 그 초과의 센서들을 구비할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들은 디포지션 장치(150)를 제어하는 제어 시스템에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 도어들이 폐쇄되어야 할 때 로딩/언로딩 챔버들(110, 120)의 임의의 하나 또는 그 초과의 도어들이 개방되거나, 또는 하나 또는 그 초과의 도어들이 밀봉되어야 할 때 이들이 적절히 밀봉되어 차단되지 않았다는 것을 하나 또는 그 초과의 센서들 중 임의의 하나가 검출하면, 하나 또는 그 초과의 센서는 챔버 시스템(100)의 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들에 그것을 전달할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들은 디포지션 장치(150)에 신호를 보내서 진행 중인 경우 제작 프로세스를 중지시키거나 또는 제작 프로세스가 시작하는 것을 방지할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들은 또한 사이렌, 경고 보이스 및/또는 삐 하는 노이즈와 같은 가청의 알람, 하나 또는 그 초과의 챔버들 내부의 발광 요소들의 블링킹, 플래싱 라이트, 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들 상의 스크린 경고들과 같은 시각적 알람, 또는 이들의 조합을 트리거할 수 있다.
[0086] 디포지션 챔버
[0087] 예시적인 실시예들에서, 챔버 시스템(100)은 적어도 하나의 디포지션 챔버(130)를 포함한다. 디포지션 챔버(130)는 SFFF를 사용하여 워크피스를 생성하기 위해 필요한 모든 설비를 수용하기에 충분히 클 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 챔버 시스템(100)을 구성하는 챔버들 중 가장 큰 것이다. 디포지션 챔버(130)는 임의 형상 제작이 수행되는 챔버이다. 디포지션 챔버(130)는 임의 형상 제작 중에 요구되는 상태들을 견디도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 임의 형상 제작은 플라즈마 이동 아크를 사용하여 수행된다. 특히, 예시적인 실시예들에서, 임의 형상 제작은 2 개의 플라즈마 이동 아크 토치들을 사용하여 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 임의 형상 제작은 전자 빔 디포지션을 사용할 수 있다. 대안적으로, 임의 형상 제작은 선택적 레이저 소결을 사용할 수 있다. 디포지션 챔버는 임의의 임의 형상 제작 방법 또는 다중 층 제작 방법들의 임의의 조합이 디포지션 챔버(130) 내부에서 수행될 수 있도록 설계 및 구성될 수 있다. 예시적인 목적들을 위해, 디포지션 챔버(130)는 본 명세서에서 플라즈마 이동 아크 유형 임의 형상 제작 방법과 관련하여 설명된다.
[0088] 예시적인 실시예들에서, 임의 형상 제작 방법은 이동 가능한 디포지션 장치(150)를 포함할 수 있다. 디포지션 장치(150)의 이동 가능성의 정도는 원하는 대로 설계될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 장치(150)는 제작 프로세스 동안 디포지션 장치를 임의의 방향으로 이동시킬 수 있는 로봇식, 기계식 및/또는 유압식 아암과 같은 디바이스 상에 제공된다. 예를 들어, 플라즈마 이동 아크 제작에서, 하나 또는 그 초과의 플라즈마 이동 아크 토치들은 워크피스를 형성하기 위해 필요에 따라 플라즈마 이동 아크 토치들을 이동시킬 수 있는 하나 또는 그 초과의 기계적 아암들에 연결될 수 있다. 대안적으로, 디포지션 장치(150)의 운동은 오직 하나의 축으로 제한될 수 있다. 다른 실시예들에서, 디포지션 장치(150)의 운동은 2 개의 축으로 제한될 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 디포지션 장치(150)의 이동은 와이어 피드(160)와 동일한 라인을 따른 전방 및 후방 이동들로 제한될 수 있다. 도시된 예에서, 디포지션 장치(150)는 트랙, 레일 또는 컨베이어 시스템과 결합될 수 있다. 트랙, 레일 또는 컨베이어 시스템은 예를 들어 디포지션 챔버(130)의 천장에 위치될 수 있다. 대안적으로, 트랙, 레일 또는 컨베이어 시스템은 디포지션 챔버(130)의 벽을 따라 위치될 수 있다. 대안적으로, 트랙, 레일 또는 컨베이어 시스템은 디포지션 챔버(130)의 플로어 상에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 장치(150)는 챔버(130)의 천장, 벽들 및/또는 플로어 중 하나 또는 그 초과에 위치되는 하나 또는 그 초과의 트랙, 레일 또는 컨베이어 시스템, 및 트랙들, 레일들 또는 컨베이어 시스템들에 연결될 수 있다. 또 대안적인 실시예들에서, 디포지션 장치(150)는 고정될 수 있고 움직일 수 없지만, 그러나 이동하는 워크피스이다. 또 대안적인 실시예들에서, 디포지션 장치(150)는 수직 방향 또는 Z-방향으로만 이동 가능하다. 또 대안적인 실시예들에서, 디포지션 장치(150)는 상술한 바와 같이 하나 또는 그 초과의 트랙들, 레일들 및/또는 컨베이어 시스템들을 통해 디포지션 챔버로부터 서비스 챔버로 이동할 뿐만 아니라 수직 방향, 즉 위아래로 이동할 수 있다.
[0089] 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들의 임의의 조합이 디포지션 장치(150)의 이동을 구현하는데 사용될 수 있다. 임의의 그러한 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들이 디포지션 장치(150) 상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 이들은 디포지션 챔버(130)의 내부 또는 외부에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들의 일부는 디포지션 장치(150) 상에 제공되고, 일부는 디포지션 챔버(130)의 내부 또는 외부에 제공된다. 디포지션 장치(150)의 운동은 디포지션 챔버(130)와 관련된 제어 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 대안적으로, 디포지션 장치(150)의 운동의 제어는 독립적인 제어 시스템을 통해 달성될 수 있다. 디포지션 장치(150)의 운동을 위한 제어 시스템은 수동, 자동 또는 이들의 조합일 수 있다.
[0090] 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 또한 액추에이터(131)를 포함한다. 액추에이터(131)는 오브젝트의 제작 중에 유지 기판 또는 베이스 재료를 유지하는데 사용될 수 있다. 액추에이터(131)는 유지 기판, 베이스 재료 또는 워크피스를 다중 방향들로 이동시키도록 설계될 수도 있다. 대안적으로, 액추에이터(131)의 운동은 고정된 위치에 유지되도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 액추에이터(131)는 디포지션 장치(150)가 제작 중에 고정된 위치에 유지되는 동안 복수의 방향으로 이동할 수 있다. 대안적으로, 디포지션 장치(150) 및 액추에이터(131)는 모두 제작 중에 이동한다. 또 대안적인 실시예에서, 디포지션 장치(150)는 제작 중에 이동하고, 한편 액추에이터(131)는 고정된 포지션에 유지된다. 디포지션 장치(150) 및/또는 액추에이터(131)를 이동시킴으로써, 금속 와이어를 용융시킴으로써 얻어진 연속적인 금속 재료의 층들을 디파짓시킴으로써 3-D 오브젝트 또는 워크피스를 완성시키도록 디포지션 패턴이 한정될 수 있다.
[0091] 액추에이터(131)는 임의의 원하는 방향으로 액추에이터의 이동을 허용하는 트랙 시스템 상에 제공될 수 있다. 액추에이터를 이동시키기 위해 사용되는 메커니즘은 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예들에서, 액추에이터(131)는 제1 축을 따라 액추에이터(131)를 움직일 수 있는 제1 트랙(132) 상에 제공될 수 있다. 트랙(132) 자체는 트랙(132) 및 따라서 액추에이터(131)를 제2 축을 따라 이동시킬 수 있는 제2 트랙(133) 상에 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서 트랙(132)의 운동 축은 트랙(133)의 운동 축에 수직이다. 도시된 배열에서, 360° 회전을 포함하는 임의의 운동이 액추에이터(131)에 대해 달성될 수 있다. 액추에이터(131)는 또한 상승 또는 하강 아암 또는 피스톤 또는 액추에이터(131)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있는 유사한 디바이스를 구비할 수 있다. 트랙(132, 133), 및 액추에이터(131)는 압력, 온도, 분위기에 적합하고, 임의 형상 제작 동안 유지 기판 또는 워크피스를 유지하기에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 트랙들(132 및 133) 및 액추에이터(131)는 동일한 재료로 제조된다. 대안적인 실시예들에서, 액추에이터(131)는 트랙들(132, 133)의 재료와는 다른 재료로 제조된다. 대안적으로, 트랙(132, 133) 및 액추에이터(131)는 각각 상이한 재료로 제조된다. 사용될 수 있는 예시적인 재료들은 알루미늄, 알루미늄 합금들 및 강철과 같은 금속들을 포함한다.
[0092] 또한, 하나 또는 그 초과의 액추에이터(131) 및 트랙들(132 및 133)은 가열 또는 냉각 시스템을 구비할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 액추에이터(131) 및 트랙들(132 및 133)은 열 교환기를 구비한다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 액추에이터(131) 및 트랙들(132, 133)은 히터를 구비한다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 액추에이터(131) 및 트랙들(132, 133)은 히트 싱크를 구비한다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 액추에이터(131) 및 트랙들(132, 133)은 냉각기 또는 냉각 유체를 포함하는 냉각 시스템을 구비한다. 냉각 유체는 공기, 불활성 가스 또는 물 또는 다른 적절한 유체들일 수 있다. 액체들인 냉각 유체들의 예들은 물, 알킬렌 글리콜(예를 들어, 에틸렌 또는 프로필렌 글리콜), 미네랄 오일, 실리콘 오일 또는 이들의 조합들을 포함한다. 일부 적용예들에서, 냉각 유체는 물 및 알킬렌 글리콜을 포함한다. 열 교환기의 저온 측 상의 냉각 유체는 약 5 ℃ 내지 약 25 ℃의 온도 범위에 있도록 선택될 수 있다.
[0093] 트랙들(132 및 133)은 모터들, 기어들, 풀리 시스템들 또는 유사한 메커니즘의 임의의 조합에 의해 작동될 수 있다. 액추에이터(131)의 이동은 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 제어 시스템은 수동 또는 자동화될 수 있다. 액추에이터(131)에 대한 제어 시스템은 디포지션 챔버(130)를 제어하는 동일한 시스템일 수 있다. 대안적으로, 액추에이터(131)는 자체의 독립적인 제어 시스템을 가질 수 있다.
[0094] 디포지션 챔버(130)의 분위기, 온도 및 압력은 챔버들(110, 120)의 로딩/언로딩에 대해 위에서 설명한 것과 동일한 방식으로 모니터링, 변경 및 제어될 수 있다. 예를 들어, 디포지션 챔버(130)는 챔버(130) 내의 압력을 모니터링하기 위해 하나 또는 그 초과의 압력 게이지들을 구비할 수 있다. 압력 게이지들은 챔버(130)를 제어하는 제어 시스템과 통신할 수 있다. 또한, 디포지션 챔버(130)는 온도 제어 디바이스들을 구비할 수 있다. 온도 제어 디바이스들은 전기 히터, 가스 히터, 열 교환기, 냉각기, 전기 냉각 시스템 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 디포지션 챔버(130)는 챔버의 온도를 결정하기 위해 하나 또는 그 초과의 온도계들, 열전쌍들 또는 다른 온도 감지 디바이스들, 또는 이들의 조합을 구비할 수 있다. 온도 감지 디바이스들 및 온도 제어 디바이스들은 디포지션 챔버(130)를 제어하는 제어 시스템에 연결될 수 있다.
[0095] 디포지션 챔버(130)는 자체의 독립적인 벤틸레이션 시스템을 구비할 수 있다. 디포지션 챔버(130)는 아르곤과 같은 불활성 가스로 독립적으로 채워질 수 있다. 디포지션 챔버(130)는 독립적으로 공기로 채워질 수 있다. 디포지션 챔버(130)는 독립적으로 진공 상태들 하에 유지될 수 있다. 디포지션 챔버(130) 내의 분위기는 독립적으로 소기될 수 있다. 디포지션 챔버(130)의 온도 및 압력은 독립적으로 제어되고 유지될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 공기보다 무거운 불활성 가스 또는 가스 혼합물이 임의 형상 제작 동안 분위기로서 사용되는 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 하나 또는 그 초과의 진공 또는 불활성 가스 벤트들(310)을 챔버의 바닥 부분에 포함하고, 챔버의 상부 부분에 하나 또는 그 초과의 진공 또는 공기 또는 가벼운 가스 벤트들(320)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 보다 무거운 불활성 가스는 바닥으로부터 유입되거나 또는 소기될 수 있고, 예를 들어 공기와 같은 더 가벼운 분위기는 챔버의 상부 부분으로부터 유입되거나 또는 소기될 수 있다. 이렇게 하면 보다 효과적인 시스템이 분위기를 완전히 플러싱 아웃시켜 대체할 수 있도록 허용다. 공기의 임의의 데드 포켓들을 생성하는 것을 회피하는 것을 더 촉진시키기 위해, 디포지션 챔버(130)의 플로어(330)는 만곡될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 플로어(330)는 각 챔버 벽까지 연장되는 다운 슬로핑 측면들을 가질 수 있다. 대안적으로, 플로어(330)는 단지 하나 또는 2 개의 다운 슬로핑 측면들만을 가질 수 있다.
[0096] 디포지션 챔버(130)의 분위기를 소기시키는데 사용되는 벤트들은 사용되는 팬의 용량에 따라 임의의 적절한 유동 레이트로 작동할 수 있다. 예를 들어, 소기 벤트들은 3000 내지 6000 Sm3/hr에서 작동할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용되는 팬의 용량은 4500 Sm3/hr이다. 마찬가지로, 벤트들은 임의의 적절한 유동 레이트로 디포지션 챔버(130) 내부로 불활성 가스 또는 다른 가스 또는 공기를 도입한다. 일부 적용예들에서, 디포지션 챔버(130)에 대한 최대 유입 유동은 1500 L/분이다. 질량 유량 제어기는 챔버 내로의 불활성 가스 또는 다른 가스 또는 공기의 유입 유동을 조절하는데 사용될 수 있다. 유입 유동은 약 10 내지 약 1500 L/분, 또는 약 100 내지 1500 L/분의 범위일 수 있다. 챔버 내의 압력은 배기 밸브를 개방하고 폐쇄함으로써 압력을 조절할 수 있는 폐쇄 루프 제어 시스템일 수 있다. 시스템은 시스템이 원하는 압력 및 산소 레벨에서 유지되는 유휴 모드를 포함할 수 있다. 유휴 모드 동안, 약 10 L/분 내지 약 100 L/분의 범위의 유동과 같은, 챔버 내로의 불활성 가스 또는 다른 가스의 낮은 유동이 유지될 수 있고, 소기 밸브를 통한 유량을 증가 또는 감소시키도록 출구 밸브를 조정함으로써 변경될 수 있다.
[0097] 예시적인 실시예들에서, 보다 무거운 가스 또는 가스 혼합물 분위기를 도입 또는 소기시키기 위해 사용되는 하나 또는 그 초과의 벤트들(310)이 플로어에 위치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 벤트들(310)은 플로어 바로 위의 챔버 벽들의 바닥에 위치될 수 있다. 예를 들어, 벤트들(310)은 디포지션 챔버(130)의 하나 또는 그 초과의 코너들에 위치될 수 있으며, 그 바로 위에서는 플로어(330)의 다운 슬로핑 측면이 챔버 벽들과 만난다. 또 대안적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 벤트들(310)이 챔버 벽들의 플로어 및 바닥 부분에 모두 위치될 수 있다. 벤트들(310)에는 팬들이 구비될 수 있다. 팬들은 (예를 들어 원하는 속도(rpm) 및 공기 유동(m3/hr)을 갖도록) 선택될 수 있고, 팬들의 작동으로 인해 챔버 내부의 임의의 대기 난류가 도입되는 것을 최소화시키도록 팬의 작동이 이루어지는 방식으로 위치 결정될 수 있다.
[0098] 예시적인 실시예들에서, 공기와 같은 가벼운 가스 분위기를 도입 또는 소기시키기 위해 사용되는 하나 또는 그 초과의 벤트들(320)이 챔버 천장에 위치된다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 벤트들(320)은 챔버 천장 바로 아래의 챔버 벽들의 상부 부분에 위치된다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 벤트들(320)은 챔버 천장 바로 아래의 챔버 벽들의 천장에 그리고 상부 부분 모두에 위치된다. 벤트들(320)에는 팬이 구비될 수 있다.
[0099] 디포지션 챔버(130)의 벤트들은 별도의 진공 펌프에 연결될 수 있다. 대안적으로, 디포지션 챔버(130)의 벤트들은 독립적으로 제어되는 밸브들을 통해 챔버 시스템(100) 모두에 사용되는 단일 진공 펌프에 연결될 수 있다. 각 벤트는 그 자체의 독립적으로 제어되는 밸브에 의해 진공에 연결될 수 있다. 대안적으로, 챔버(130)의 2 개 또는 그 초과의 벤트들은 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있다. 예를 들어, 디포지션 챔버(130)의 모든 상부 벤트들은 제1 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있으며, 디포지션 챔버(130)의 모든 바닥 벤트들은 제2 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 진공에 연결될 수 있다. 챔버 내부의 압력은 이들 밸브들을 개방하거나 또는 폐쇄함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어 벤트들을 폐쇄함으로써 진공에 연결되고 벤트들을 개방함으로써 불활성 가스에 연결되고 압력을 높일 수 있다. 반대로, 벤트들을 폐쇄함으로써 불활성 가스에 연결되고, 벤트들을 개방함으로써 진공에 연결되고 압력을 낮출 수 있다.
[00100] 디포지션 챔버(130)의 벤트들은 가스 소스들에 대해 유사하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 각 벤트는 독립적인 가스 소스에 연결될 수 있다. 대안적으로, 2 개 또는 그 초과의 벤트들은 공통의 가스 소스에 연결될 수 있다. 이 후자의 실시예에서, 각각의 벤트는 독립적으로 제어되는 밸브에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 디포지션 챔버(130)의 2 개 또는 그 초과의 벤트들은 공통의 독립적으로 제어되는 밸브를 통해 소스에 연결될 수 있다. 예를 들어, 모든 상부 벤트들은 제1 공통의 독립적으로 작동되는 밸브를 통해 제1 가스 소스에 연결될 수 있으며, 모든 바닥 벤트들은 제2 공통의 독립 작동 밸브를 통해 제2 가스 소스에 연결될 수 있다. 바닥 벤트들 및 상부 벤트들은 모두 하나 또는 그 초과의 독립적으로 제어되는 밸브들에 의해 작동되는 벤트들의 각 그룹과 함께 공통의 가스 소스에 모두 연결될 수 있다.
[00101] 디포지션 챔버(130) 내부의 온도를 제어하기 위한 추가 수단으로서, 챔버(130) 내부의 가스의 온도를 제어하기 위한 수단이 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 디포지션 챔버(130)는 팬(220) 및 선택적으로 열 교환기(230)를 포함하는 재순환 시스템(200)을 구비할 수 있다. 팬(220)은 디포지션 챔버(130) 내부의 가스를 흡입하여 이를 열 교환기(230)를 통과하도록 강제하기 위해 사용될 수 있다. 열 교환기(230)는 필요에 따라 이를 통과하는 가스를 냉각시키거나 또는 가열할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 열 교환기(230)는 이를 통과하는 가스를 냉각시킨다. 열 교환기(230)를 통과한 후에, 냉각된 가스는 파이프들 및 벤트 시스템(240)을 통해 디포지션 챔버(130) 내로 다시 지향된다. 유입 벤트들은 챔버(130)의 천정에 위치될 수 있다. 대안적으로, 벤트들은 챔버(130)의 임의의 하나 또는 그 초과의 챔버 벽들 상에 위치될 수 있다. 대안적으로, 유입 벤트들은 챔버(130)의 플로어에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 유입 벤트들은 디포지션 챔버(130)의 천장, 챔버 벽들 및 플로어의 하나 초과의 위치에 위치될 수 있다. 재순환 시스템(200)을 통한 유동 레이트는 팬(220)으로 제어될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 팬(220)은 3000 내지 6000 Sm3/hr 범위의 용량을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 팬(220)은 4500 Sm3/hr의 용량을 갖는다. 공기 유동은 챔버 내에서 원하는 상태들을 달성하도록 모니터링되고 제어될 수 있다. 팬들은 (예를 들어, 원하는 속도(rpm) 및 공기 유동(Sm3/hr)을 갖도록) 선택될 수 있고, 팬들의 작동으로 인해 챔버 내부의 임의의 대기 난류가 도입되는 것을 최소화하도록 팬의 작동이 이루어지는 방식으로 위치 결정될 수 있다. 일부 적용예에서는, 팬들은 디포지션 중에 턴 오프될 수 있다.
[00102] 재순환 시스템(200)은 챔버(130)의 임의의 다른 벤틸레이션 시스템과 독립적으로 작동될 수 있다. 재순환 장치(200)에 대한 제어 장치들은 수동, 자동 또는 이들의 조합일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 챔버(130)에 작용하는 제어 시스템은 또한 재순환 시스템(200)을 제어할 수 있다. 대안적으로, 재순환 시스템(200)은 자체의 독립적인 제어 시스템을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 재순환 시스템(200)은 작동 중에 디포지션 챔버(130)의 온도를 변조하거나 또는 보다 양호하게 제어하기 위해 임의 형상 제작 중에 작동될 수 있다. 예를 들어, 재순환 시스템(200)은 플라즈마 이동 아크 임의 형상 제작 동안 디포지션 챔버(130) 내부의 분위기를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 제작 중에 디포지션 챔버(130)를 냉각시키는 것은 디포지션 챔버(130)의 과열을 방지하는 장점이 있다. 이는 또한 디포지션 챔버(130)에서 발견되는 장비의 과열을 방지할 수도 있다. 또한, 챔버 시스템(100) 전체 또는 적어도 인접한 챔버들의 과열을 방지할 수 있다.
[00103] 도 1에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 적어도 하나의 윈도우(135)를 구비하는 것이 바람직하다. 하나 초과의 윈도우가 형성될 수 있다. 윈도우를 통해 작동자는 임의 형상 제작을 모니터링할 수 있다. 윈도우는 또한 작동자가 디포지션 챔버(130) 내부에서 발견되는 장비를 모니터할 수 있게 허용한다. 하나 또는 그 초과의 윈도우들(135)은 이들이 제공되는 챔버 벽의 임의의 부분을 형성할 수 있다. 예를 들어, 윈도우(135)는 챔버 벽 전체를 점유할 수 있다. 대안적으로, 윈도우(135)는 챔버 벽의 약 3/4을 취할 수 있다. 대안적으로, 윈도우(135)는 챔버 벽의 약 절반을 점유할 수 있다. 대안적으로, 윈도우(135)는 챔버 벽의 약 1/4을 점유할 수 있다.
[00104] 전술한 바와 같이, 윈도우들과 같은 뷰잉 포털들은 임의의 적합한 투명 재료로 제조될 수 있다. 투명한 재료들의 예들은 유리, 아크릴 재료 또는 열가소성 중합체들을 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 뷰잉 포털은 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 아크릴 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 뷰잉 포털은 유리일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 뷰잉 포털은 소다 석회 규산염 유리로 제조된다. 유리는 선택된 파장들의 전자기 복사선을 반사할 수 있는 하나 또는 그 초과의 투명 금속 산화물 층들로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리는 적외선 전자기 복사선을 반사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리는 자외선 전자기 복사선을 반사할 수 있다. 유리는 단일 층에 존재할 수 있거나, 또는 유리의 복수 층들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2 개의 유리 층들이 공간에 의해 분리되어 존재한다. 2 개의 유리 층들 사이의 공간은 불활성 가스로 채워질 수 있다. 일부 실시예들에서, 2 개의 유리 층들 사이의 공간은 아르곤으로 채워진다. 이러한 구성은 약 85 %의 자외선 복사선이 윈도우를 통해 투과되는 것을 차단할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2 개의 유리 층들이 존재하고, 2 개의 유리 층들 사이에 존재하는 중합체 필름의 중간층이 라미네이트된 유리를 형성한다. 중합체 필름은 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 같은 임의의 중합체 재료로 이루어질 수 있다. 라미네이트된 유리는 거의 100 % 자외선 복사선이 윈도우를 통해 투과되는 것을 차단할 수 있다.
[00105] 대안적으로, 뷰잉 포털은 열가소성 중합체로 제조될 수 있다. 예를 들어, 뷰잉 포털은 폴리 카보네이트, 아크릴 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조될 수 있다. 열가소성 재료는 단일 층으로 존재할 수 있거나, 또는 2 개 또는 그 초과의 시트들이 선택적으로 아르곤으로 채워질 수 있는 시트들 사이의 공간을 포함하도록 제조될 수 있거나, 또는 라미네이트된 플라스틱 뷰잉 포털은 열가소성 중합체의 2 개의 시트들 사이에 중합체 필름의 중간층을 포함시킴으로써 준비될 수 있다. 하나의 챔버의 하나 또는 그 초과의 뷰잉 포털들에 사용되는 재료는 임의의 다른 챔버의 하나 또는 그 초과의 뷰잉 포털에 대해 사용되는 재료와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 또한, 하나의 챔버의 상이한 뷰잉 포털들은 동일하거나 또는 상이한 재료들로 제조될 수 있다.
[00106] 또한, 디포지션 챔버(130)의 뷰잉 포털은 필요에 따라 하나 또는 그 초과의 뷰잉 스크린들을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 이동 아크가 임의 형상 제작에 사용되는 실시예들에서, 육안으로 아크를 모니터링하는 것은 불가능하거나 또는 어려울 수 있다. 실제로, 육안으로 프로세스를 보려고 하면 아크에 의해 방출되는 전자기 복사선으로 인해 눈에 부상을 입을 수 있다. 따라서, 적절한 레벨의 보호를 제공하는 쉐이드 넘버를 갖는 필터 렌즈들과 같은 뷰잉 스크린이 하나 또는 그 초과의 윈도우들(135) 상의 원하는 위치에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 적절한 쉐이드 넘버를 갖는 필터 렌즈들이 전체 윈도우(135) 위에 제공된다. 대안적인 예들에서, 적절한 쉐이드 넘버를 갖는 필터 렌즈는 원하는 대로 윈도우(135) 상의 하나 또는 그 초과의 개별 위치들에서만 제공될 수 있다. 또한, 단일의 필터 렌즈가 전체 윈도우(135) 위에 사용되는지 또는 복수의 필터 렌즈들이 상이한 불연속 위치들에 제공되는지에 관계없이, 윈도우(135)의 상이한 위치들에 상이한 쉐이드 넘버들이 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 쉐이드 넘버는 5와 15 사이에서 변할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 위치들에서의 쉐이드 넘버는 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15일 수 있다.
[00107] 필터 렌즈들은 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 재료들의 예들은 유리, 아크릴 중합체들 및 열가소성 중합체들을 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 필터 렌즈들은 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 아크릴 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 필터 렌즈들은 유리일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 필터 렌즈들은 소다 석회 규산염 유리로 제조된다. 대안적인 실시예들에서, 필터 렌즈들은 폴리 카보네이트로 제조될 수 있다. 필터 렌즈들은 하나 또는 그 초과의 윈도우(135) 상에 직접 부착될 수 있다. 대안적으로, 필터 렌즈들은 하나 또는 그 초과의 윈도우(135)를 형성하는데 사용될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 필터 렌즈들은 하나 또는 그 초과의 윈도우(135)에 통합될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 필터 렌즈들은 프리 스탠딩되어 윈도우(135)의 전방에 위치 결정될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 필터 렌즈들은 하나 또는 그 초과의 윈도우(135) 상에 제공되지 않는다.
[00108] 전술한 바와 같이, 디포지션 챔버(130)는 임의의 다른 챔버들과 마찬가지로 챔버(130)를 모니터링하기 위해 하나 또는 그 초과의 카메라를 또한 구비할 수 있다. 디포지션 챔버(130) 내부의 하나 또는 그 초과의 카메라들은 또한 제작 프로세스를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 비디오 카메라들에 의해 기록된 비디오가 기록될 수 있다. 비디오는 또한 모니터로 실시간 스트리밍될 수도 있다. 모니터는 챔버(130) 외부에 위치될 수 있다. 모니터는 챔버(130)에 근접하여 위치될 수 있다. 모니터는 챔버(130)에 대해 원격의 위치에 있을 수 있다. 디포지션 챔버(130)는 챔버(130) 내부에 광을 제공하기 위해 전술한 하나 또는 그 초과의 조명 설비들을 또한 구비할 수도 있다.
[00109] 디포지션 챔버(130)는 하나 또는 그 초과의 도어들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 디포지션 챔버(130)는 로딩/언로딩 챔버에 대한 적어도 하나의 도어를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 디포지션 챔버(130)는 2 개의 로딩/언로딩 디포지션 챔버들(110 및 120)에 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 벽은 디포지션 챔버(130)와 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들 사이에서 공유될 수 있다. 도시된 실시예에서, 디포지션 챔버(130)는 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120)과 도어(112 및 122)를 공유할 수 있다. 도어들(112, 122)은 로딩/언로딩 챔버들(110, 120)과 관련하여 이미 위에서 설명되었다. 대안적인 실시예에서, 디포지션 챔버와 로딩/언로딩 챔버들 사이의 통로는 하나 초과의 도어를 사용하여 밀봉될 수 있다. 예를 들어 2 개의 도어들은 서로 마주 보게 사용될 수 있다. 하나의 도어가 사용되느지 또는 복수의 도어들이 사용되든지, 도어는 동일한 구조를 가질 수 있고, 그들의 재료들 및 선택적으로 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들을 포함하여 이미 전술한 바와 같이 작동하도록 설계될 수 있다. 로딩/언로딩 챔버 및 디포지션 챔버가 각각 자체 도어를 갖는 실시예들에서, 각각의 도어는 독립적으로 작동될 수 있다. 로딩/언로딩 챔버의 도어의 작동은 로딩/언로딩 챔버의 제어 시스템을 통해 제어될 수 있다. 디포지션 챔버의 도어의 작동은 디포지션 챔버에 대한 제어 시스템을 통해 제어될 수 있다. 대안적으로, 각 도어마다 자체 제어 시스템을 가질 수 있다. 또 대안적인 실시예에서, 제어 시스템은 양 도어들을 작동시키는데 사용될 수 있다.
[00110] 디포지션 챔버(130)와 서비스 챔버(140) 사이에는, 디포지션 챔버(130)와 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들 사이에 위에서 설명한 유사한 도어 배열이 또한 제공될 수 있다. 서비스 챔버(140)에 대한 밀봉 도어의 대안적인 실시예들이 아래에서 설명될 것이다.
[00111] 비록 도시되지는 않았지만, 디포지션 챔버(130)는 또한 외부에 대한 도어를 가질 수 있다. 이러한 도어의 구조 및 요소들은 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들의 재료 및 선택적 사용을 포함하여 본 명세서에 설명된 다른 도어들과 동일하고 본 명세서에 설명된 다른 도어들과 같이 작동하도록 설계된다.
[00112] 디포지션 챔버(130)에 대한 액세스를 제공하는 임의의 하나 또는 그 초과의 도어들 또는 개구는 주어진 도어가 개방 또는 폐쇄될 때를 검출할 수 있는 하나 또는 그 초과의 센서들이 피팅될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들은 디포지션 장치(150)를 제어하는 제어 시스템에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 센서들 중 임의의 하나가 디포지션 챔버(130)에 액세스하는 임의의 하나 또는 그 초과의 도어들이 폐쇄되어야 할 때 개방되어 있거나, 또는 밀봉되어야 할 때 적절히 밀봉되지 않은 것을 검출하면, 이들은 신호를 챔버 시스템(100)의 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들에 송신함으로써 이를 통신할 수 있다. 제작 중에, 하나 또는 그 초과의 센서들로부터 수신된 신호들에 응답하여, 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들은 디포지션 장치(150)에 신호를 보내서 진행 중인 경우 제작 프로세스를 중지시키거나 또는 그것이 시작되는 것을 방지할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들은 또한 사이렌, 경고 보이스 및/또는 삐 하는 노이즈와 같은 가청의 알람, 하나 또는 그 초과의 챔버들 내부의 발광 요소들의 블링킹, 플래싱 라이트, 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들 상의 스크린 경고들과 같은 시각적 알람, 또는 이들의 조합을 트리거할 수 있다.
[00113] 서비스 챔버
[00114] 챔버 시스템(100)은 선택적으로 서비스 챔버(140)를 포함할 수 있다. 서비스 챔버(140)는 그 이름이 암시하는 바와 같이, 디포지션 챔버(130)에 액세스할 필요 없이 또는 챔버(130)를 외부 분위기에 노출시키지 않고 디포지션 장치(150)를 서비스하는데 사용될 수 있다. 그것이 진공, 불활성 가스, 공기이든지간에, 원하는 분위기를 유지할 수 있고, 또는 다른 내부 챔버(130)는 경제적 장점 및 더 적은 정지 시간을 초래할 수 있다. 이는 디포지션 장치(150)에 대한 유지 보수 서비스가 필요할 때마다 디포지션 챔버(130) 내의 분위기를 완전히 대체하기 위한 에너지, 재료들 또는 시간이 필요하지 않기 때문이다.
[00115] 서비스 챔버(140)는 임의의 바람직한 크기일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 서비스 챔버(140)는 적어도 디포지션 장치(150)를 수용하기에 충분히 크다. 예시적인 실시예들에서, 서비스 챔버(140)는 디포지션 장치(150)의 크기보다 적어도 약 20 % 더 크다. 대안적으로, 서비스 챔버(140)는 디포지션 장치(150)의 크기보다 적어도 약 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 100 %, 125 %, 150 %, 175 %, 200 %, 300 %, 400 %, 500 % 더 크다. 서비스 챔버(140)의 크기가 너무 크면, 비용이 많이 드는 서비스 챔버(140)를 소기시키고 채우기에는 너무 많은 에너지가 필요할 것이다. 서비스 챔버(140)는 디포지션 챔버(130)를 소키시키고 재충전하기 위한 비용 및 시간을 소비해야 하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있으므로, 따라서 서비스 챔버(140)의 크기는 디포지션 챔버(130)의 크기와 비교할 때 훨씬 작아야 한다. 예시적인 실시예들에서, 챔버(140)의 크기는 가능한 한 작아서 디포지션 장치(150)의 수용을 허용할 수 있고, 서비스 챔버(140)를 개방해야 할 필요 없이 적어도 약간의 유지 보수를 수행할 수 있는 충분한 공간을 허용한다.
[00116] 서비스 챔버(140)는 디포지션 챔버(130)와 연통하는 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 서비스 챔버(140)는 디포지션 챔버(130)의 일 단부 벽의 중앙과 정렬되도록 위치된다. 예시적인 실시예에서, 서비스 챔버(140)는 디포지션 장치(150)에 대한 와이어 피드와 정렬된다. 서비스 챔버(140)를 디포지션 장치(150)에 대한 와이어 피드와 정렬시킴으로써, 벤딩 와이어 피드(160) 없이 또는 와이어 피드(160)의 제거를 필요로 하지 않고 디포지션 장치(150)를 서비스 챔버(140)의 내부 및 외부로 이동시킬 수 있다. 이는 와이어 피드(160)에 영향을 미치지 않고, 디포지션 장치(150)에서 유지 보수가 수행될 때마다 와이어 피드(160)를 제거하고 재설정하는 시간을 낭비하지 않는 장점을 제공한다.
[00117] 예시적인 실시예들에서, 서비스 챔버(140)는 디포지션 챔버(130)로부터 서비스 챔버(140)의 원위 단부에 위치되는 개구(142)를 통해 와이어 피드(160)의 통과를 허용한다. 개구(142)는 외부 대기 가스들이 서비스 챔버(140)로 진입하는 것을 방지하는 수단을 구비할 수 있다. 이러한 수단은 챔버 시스템(100)의 작동 상태들에 따라 설계될 수 있다. 디포지션 챔버(130)가 진공 하에 유지되는 예시적인 실시예들에서, 이 수단은 진공 상태들을 유지하면서 와이어 피드(160)가 통과할 수 있게 허용하는 하나 또는 그 초과의 밀봉 개스킷들 또는 멤브레인들과 같은 밀봉 수단을 포함할 수 있다. 디포지션 챔버(130)가 불활성 가스 분위기에서 작동되는 예시적인 실시예들에서, 개구(142)는 불활성 가스 블로어(blower)를 구비할 수 있다. 가스 블로어는 불활성 가스를 개구(142)의 외부로 연속적으로 블로잉할 수 있으므로, 따라서 외부 대기 가스들의 유입을 방지하는 것을 돕는다. 블로어는 임의의 적합한 블로어일 수 있으며, 블로잉된 불활성 가스의 양은 외부 대기 가스들의 유입을 방지하는데 도움이 될 수 있는 적절한 범위 내의 임의의 범위일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 블로어는 약 10 L/분의 유동 레이트로 블로잉할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 블로어는 10 L/분, 예를 들어 11 L/분, 13 L/분, 15 L/분, 20 L/분보다 높은 유동 레이트로 블로잉할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 블로어는 임의의 가스들이 챔버로 들어가는 것을 방지하도록 챔버 외부의 압력보다 높은 압력을 생성하는 임의의 유동 레이트로 블로잉할 수 있다.
[00118] 서비스 챔버(140)는 또한 디포지션 장치(150) 상에서 유지 보수를 수행하기 위한 적절한 수단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 서비스 챔버(140)는 작동자가 서비스 챔버(140)를 개방하지 않고 디포지션 장치(150) 상에서 작업할 수 있게 허용하는 글러브들(143)의 세트를 구비할 수 있다. 따라서, 서비스 챔버(140)가 외부 주변 환경에 대기적으로 연통하도록 서비스 챔버(140)를 종속시키지 않고 서비스가 제공될 수 있다. 글러브들(143)의 세트는 서비스 챔버(140)의 도어들을 개방하지 않고 서비스가 수행되도록 허용한다.
[00119] 서비스 챔버(140)는 또한 하나 또는 그 초과의 윈도우들(146)을 구비할 수도 있다. 윈도우(146)는 작동자가 서비스 챔버(140)를 개방해야 할 필요 없이 디포지션 장치(150)를 뷰잉하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 작동자는 글러브들(143)을 사용하는 동안 디포지션 장치(150)를 뷰잉하기 위해 하나 또는 그 초과의 윈도우(146)를 사용할 수 있다.
[00120] 서비스 챔버(140)는 또한 액세스 포털(147)을 구비할 수 있다. 포털은 하나 또는 그 초과의 윈도우들(146)에 통합될 수 있다. 대안적으로, 포털(147)은 하나 또는 그 초과의 윈도우들(146)과 별도로 제공될 수 있다. 포털(147)은 디포지션 장치(150)에 대한 유지 보수를 수행하기 위해 디포지션 장치(150)에 대한 직접 액세스를 허용할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 포털(147)은 디포지션 장치(150) 상의 부분들을 교체하기 위해 사용될 수 있다. 포털(147)은 디포지션 장치(150)의 제거 또는 설치를 허용하도록 설계될 수 있다. 이전에 논의된 도어들과 마찬가지로, 포털(147)은 스윙 개방 또는 슬라이딩되도록 설계될 수 있다. 포털(147)은 또한 스윙 개방되는 2 개의 패널들을 포함할 수 있다. 포털(147)은 폐쇄될 때 가스 불투과성 시일을 형성하도록 설계될 수 있다. 시일은 도어들과 함께 사용하기 위해 전술한 하나 또는 그 초과의 시일 부재들을 사용하여 달성될 수 있다. 힌지들 및/또는 스프링들과 같은 하나 또는 그 초과의 압력 메커니즘들이 시일을 개선하기 위해 폐쇄될 때 포털(147) 상에 압력을 가하기 위해 사용될 수도 있다. 압력은 포털(147)이 개방될 때 제거될 수 있다. 포털(147)은 또한 포털(147)이 개방되거나 또는 폐쇄될 때를 검출할 수 있는 센서를 포함할 수도 있다. 센서는 디포지션 장치(150)를 제어하는 제어 시스템에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 포털(147)의 센서가 제작 중에 포털(147)이 개방된 것을 검출하면, 제어 시스템은 제작 프로세스를 정지시키는 신호를 보낼 수 있다.
[00121] 디포지션 장치(150)는 디포지션 챔버(130) 내부에 있는 동안 디포지션 장치(150)에 대해 제공된 운동 장치와 관련하여 전술한 바와 같은 트랙 시스템을 통해 디포지션 챔버(130)로부터 서비스 챔버(140)로 이송될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 서비스 챔버(140)의 천장 상의 트랙 시스템이 제공된다. 대안적으로, 트랙은 챔버 벽 또는 서비스 챔버(140)의 바닥에 제공될 수 있다. 챔버(140) 내부의 트랙은 디포지션 챔버(130)에 있는 동안 디포지션 장치(150)가 연결되는 디포지션 챔버(130)에 제공된 트랙의 연장부일 수 있다. 대안적으로, 챔버(140) 내의 트랙은 그것이 서비스 챔버(140)에 진입할 때 디포지션 장치(150)와 결합할 수 있는 개별 트랙일 수 있다. 디포지션 장치(150)는 디포지션 챔버(130)의 내부 또는 외부에 제공된 동일한 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들에 의해 서비스 챔버(140) 내부의 트랙 상에서 푸싱되거나 또는 풀링될 수 있다. 대안적으로, 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들은 디포지션 장치(150) 상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 별도의 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들이 서비스 챔버(140)의 내부 또는 외부에 제공될 수 있다. 대안적으로, 모터들, 기어들, 휠들, 풀리 시스템들 및 컨베이어들의 일부는 서비스 챔버(140)의 내부 또는 외부에 제공될 수 있고 일부는 디포지션 장치(150) 상에 제공된다.
[00122] 서비스 챔버(140)는 개구(141)를 통해 디포지션 챔버(130)와 연통할 수 있다. 개구(141)는 적어도 디포지션 장치(150)가 통과할 수 있도록 허용하는 크기로 설정되는 것이 바람직하다. 개구(141)는 디포지션 챔버(130)와 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120) 사이에서 전술한 바와 같은 하나 또는 그 초과의 도어들을 사용하여 디포지션 챔버(130)로부터 밀봉될 수 있다. 동일한 유형의 도어 구조, 재료들, 설계 및 제어 장치들이 여기에서 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 개구(141)에 도어를 배치시키는 대신에, 선택적으로 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들(145)을 갖는 도어(144)가 서비스 장치(140)로부터의 그 원위 단부에서 디포지션 장치(150) 상에 부착될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 디포지션 장치(150)가 서비스 챔버(140)로 이송될 때, 도어(144) 및 선택적인 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들(145)이 개구(141)를 밀봉하도록 도어(144)가 배열될 수 있다. 따라서, 개구(141)는 디포지션 챔버(150)를 서비스 챔버(140) 내로 이송함으로써 도어(144) 및 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들(145)에 의해 자동적으로 밀봉된다. 도 1 및 도 2의 도시된 실시예의 장점은, 와이어 피드(160)를 벤딩하거나 또는 제거해야 하는 것을 걱정할 필요 없이 개구(141)를 밀봉할 수 있는 능력이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 배열은 또한 디포지션 장치(150)가 디포지션 챔버(130) 내부에 위치될 때마다 서비스 챔버(140)가 디포지션 챔버(130)와 연통되는 것을 제공한다.
[00123] 다른 챔버들과 마찬가지로, 서비스 챔버(140)는 또한 서비스 챔버(140)가 불활성 가스 또는 다른 가스 분위기 또는 공기 중에서 진공 하에 있도록 허용하는 자체의 독립적인 벤틸레이션 시스템을 구비할 수 있다. 예를 들어 아르곤 또는 아르곤-헬륨 혼합물과 같이 특히 사용된 불활성 가스가 공기보다 무겁다면, 동일한 벤트들 배열이 전술한 바와 같이 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 더 무거운 가스 또는 가스 혼합물을 도입 및/또는 소기하는데 사용되는 하나 또는 그 초과의 벤트들이 서비스 챔버(140)의 바닥 부분에 제공되는 한편, 보다 가벼운 가스 또는 가스 혼합물, 예를 들어 공기를 도입 및/또는 소기하는데 사용되는 벤트들은 서비스 챔버(140)의 상부 부분에 제공된다.
[00124] 서비스 챔버(140)는 또한 모든 다른 챔버들에 대해 기술된 것들과 유사한 자체의 독립적인 온도 및 압력 모니터링 및 제어 디바이스들을 구비할 수 있다. 서비스 챔버(140)의 모든 도어들, 포털들 및 개구들은 또한 도어 또는 개구가 적절하게 밀봉되어야 할 때 적절하게 밀봉되지 않았는지를 검출하기 위해 그리고 시각적 및/또는 가청 알람을 유발할 수 있고 임의 형상 제작의 개시를 정지 또는 방지할 수 있도록 챔버 시스템(100)의 하나 또는 그 초과의 제어 시스템들에게 이것을 통신하기 위해 로딩/언로딩 챔버들(110 및 120) 및 디포지션 챔버(130)의 도어들 및 개구들과 유사한 방식으로 하나 또는 그 초과의 센서들을 구비할 수 있다. 개구(142)와 관련하여, 하나 또는 그 초과의 센서들이 외부 대기 가스들이 서비스 챔버(140)로 들어가는 것을 방지하기 위한 가스 블로어 또는 다른 수단이 적절하게 기능하고 있는지를 모니터링하는데 사용될 수 있다.
[00125] 이하의 예시적인 설명들은 단지 예시적인 목적들만을 위해 포함되며, 본 명세서에 제공된 실시예들의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
[00126] 로딩/언로딩 챔버들의 사용
[00127] 예시적인 실시예에서, 디포지션 챔버(130)는 원하는 분위기를 설정함으로써 임의 형상 제작을 위해 준비된다. 예를 들어, 공기는 디포지션 챔버(130)로부터 소기되고 아르곤 또는 아르곤-헬륨 혼합물과 같은 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물로 대체된다. 공기는 디포지션 챔버(130)의 상부 부분에서 하나 또는 그 초과의 벤트들의 제1 세트에 연결된 진공 펌프를 사용하여 디포지션 챔버(130)로부터 소기된다. 진공 펌프가 활성화된 후에, 제어 시스템은 진공을 디포지션 시스템(130)의 벤트들의 제1 세트에 연결시키는 밸브들을 작동시키는데 사용된다. 제어 시스템은 수동이거나, 컴퓨터 계산되거나 또는 이들의 조합일 수 있다. 벤트들의 제1 세트는 예를 들어 챔버 벽들의 천장 및/또는 상부 부분에 위치될 수 있다. 진공을 가함으로써, 공기는 디포지션 챔버(130)의 상부 부분에 위치되는 벤트들의 제1 세트로부터 디포지션 챔버(130)의 외부로 드로잉된다. 디포지션 챔버(130)로부터의 공기의 소기과 동시에, 디포지션 챔버(130)의 벤틸레이션 시스템에 진공을 연결하는 밸브들을 작동시키는 제어 시스템과 동일하거나 또는 이와 상이할 수 있는 제어 시스템이 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물을 디포지션 챔버(130) 내로 도입시키는데 사용된다. 이 후자의 제어 시스템은 또한 수동이거나, 컴퓨터 계산되거나 또는 이 둘의 조합일 수도 있다. 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물은 디포지션 챔버(130)의 바닥 부분, 즉 챔버 벽들의 플로어 및/또는 바닥 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들의 제2 세트를 통해 디포지션 챔버(130) 내로 도입된다. 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물은 공기보다 무거운 적어도 하나의 가스를 포함한다. 이러한 방식으로, 공기가 디포지션 챔버(130)의 상단으로부터 소기될 때, 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물이 바닥으로부터 도입된다. 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 공급은 벤트들의 제1 세트와 별도인 디포지션 챔버(130)의 벤트들의 제2 세트에 연결된 밸브들을 개방함으로써 제공될 수 있다.
[00128] 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 공급 및 디포지션 챔버(130)에서의 공기의 소기는 공기의 데드 포켓들의 형성이 최소화되거나 또는 제거되도록 수행된다. 이 프로세스는 디포지션 챔버(130)에 존재하는 산소 검출기가 산소의 존재가 50 ppm 이하라는 것을 검출할 때까지 충분한 시간 동안 계속된다. 이 프로세스 동안, 디포지션 챔버의 압력은 게이징된 압력을 사용하여 모니터링되고, 이는 대기압보다 약 3 내지 약 6 밀리바 더 높은 범위가 되도록 조정된다.
[00129] 위의 프로세스 동안, 디포지션 챔버(130)는 임의의 로딩/언로딩 챔버 및 하나 또는 그 초과의 도어들에 의해 외부 분위기로부터 밀봉된다.
[00130] 유지 기판은 작동자에 대한 액세스를 제공하는 로딩/언로딩 챔버(100)의 도어(111)를 개방하고 로딩/언로딩 챔버(110) 내부에 위치되는 컨베이어(113) 위에 유지 기판을 위치 결정시킴으로써 로딩/언로딩 챔버(110) 내로 로딩된다. 일단 유지 기판이 로딩/언로딩 챔버(110) 내로 로딩되면, 하나 또는 그 초과의 액세스 도어들(111)은 가스 불투과성 밀봉을 제공하도록 폐쇄될 수 있다. 이 경우 로딩/언로딩 챔버의 분위기는 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물 중 하나로 대체된다. 프로세스는 디포지션 챔버(130)에 대해 기술된 것과 유사하다. 진공 펌프는 로딩/언로딩 챔버의 상부 부분에서 하나 또는 그 초과의 벤트들의 제1 세트에 연결되어 챔버로부터 공기를 소기시키며, 한편 공기보다 무거운 불활성 가스 또는 가스 혼합물은 로딩/언로딩 챔버의 바닥에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들의 제2 세트로부터 도입된다. 로딩/언로딩 챔버의 분위기는 로딩/언로딩 챔버의 독립적인 산소 검출기 및 압력 게이지를 사용하여 상태들을 측정하는 디포지션 챔버의 분위기와 실질적으로 동일하게 만들어진다.
[00131] 일단 로딩/언로딩 챔버(110)의 분위기가 디포지션 챔버(130)의 분위기와 실질적으로 유사하면, 디포지션 챔버(130)로부터 로딩/언로딩 챔버(110)를 밀봉하는 하나 또는 그 초과의 도어들(112)이 개방된다. 그 다음, 로딩/언로딩 챔버(110) 내부의 컨베이어(113)는 디포지션 챔버(130) 내부에 위치되는 액추에이터(131) 상으로 유지 기판을 이송하도록 작동되고, 제1 유지 기판을 수용할 준비가 된 하나 또는 그 초과의 도어들(112)의 근처에 위치 결정된다.
[00132] 이송이 완료되면, 액추에이터(131)는 임의 형상 제작을 위한 시작 포지션으로 이동하고, 하나 또는 그 초과의 도어들(112)은 폐쇄된다. 이어서, 임의 형상 제작 프로세스는 디포지션 챔버(130) 내부에서 시작된다. 제작 중에, 로딩/언로딩 챔버(110) 내부의 불활성 분위기가 유지된다. 제작 동안, 디포지션 챔버(130)의 재순환 시스템(200)은 또한 디포지션 챔버(130) 및/또는 디포지션 챔버(130) 내부에 위치된 장비의 과열을 방지하기 위해 임의 형상 제작 동안 불활성 가스 또는 가스 혼합물을 냉각시키기 위해 활성화될 수 있다.
[00133] 한편, 액세스 도어(121)를 개방하고 컨베이어(123) 상에 제2 유지 기판을 위치 결정시킴으로써 제2 유지 기판이 로딩/언로딩 챔버(120) 내로 로딩된다. 그 다음, 액세스 도어(121)는 가스 불투과성 밀봉을 제공하도록 폐쇄되고, 챔버(110)의 로딩/언로딩을 위해 전술한 바와 같이 내부의 분위기가 불활성 분위기로 대체된다.
[00134] 제1 워크피스를 생성하기 위해 제1 유지 기판을 사용하여 임의 형상 제작이 완료되면, 제작 프로세스는 정지되고, 이제 제1 워크피스를 유지하는 액추에이터(131)는 하나 또는 그 초과의 도어들(112)에 인접한 포지션으로 다시 이동한다. 하나 또는 그 초과의 도어들(112)은 다시 개방되고, 컨베이어(113)는 액추에이터(131)로부터 제1 워크피스를 회수한다. 제1 워크피스가 컨베이어(113) 상에 다시 배치된 후에, 하나 또는 그 초과의 도어들(112)은 다시 폐쇄 상태로 밀봉된다.
[00135] 제1 워크피스가 로딩/언로딩 챔버(110)로 이송되고 하나 또는 그 초과의 도어들(112)이 폐쇄된 후, 액추에이터(131)는 하나 또는 그 초과의 도어들(122) 인접한 포지션으로 이동된다. 그 후, 하나 또는 그 초과의 도어들(122)이 개방되고, 컨베이어(123)는 제2 유지 기판을 액추에이터(131) 상으로 이송한다. 일단 이송이 발생하면, 하나 또는 그 초과의 도어들(122)은 폐쇄 상태로 밀봉되고, 액추에이터(131)는 임의 형상 제작을 위한 시작 위치로 다시 이동되어, 임의 형상 제작이 제2 유지 기판 상에서 시작된다. 이 제작 프로세스 중에, 로딩/언로딩 챔버(120) 내의 불활성 분위기가 유지된다.
[00136] 한편, 로딩/언로딩 챔버(110) 내의 분위기는 로딩/언로딩 챔버(110)의 하나 또는 그 초과의 벤트들의 바닥 세트에 진공을 가하고 로딩/언로딩 챔버(110)의 하나 또는 그 초과의 벤트들의 상부 세트를 통해 공기를 도입함으로써 공기로 대체된다. 일단 로딩/언로딩 챔버(110) 내의 분위기가 대기압에서 주변 공기로 대체되면, 하나 또는 그 초과의 도어들(111)은 개방되고 제1 워크피스가 회수된다. 이러한 방식으로, 제1 워크피스를 회수하는 작동자는 작동자에게 해로울 수 있는 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물 분위기에 노출되지 않는다. 제1 워크피스를 언로딩한 후에, 작동자는 컨베이어(113) 상에 제3 유지 기판을 로딩할 수 있다. 이 경우 하나 또는 그 초과의 도어들(111)이 폐쇄되고, 이전에 행해진 바와 같이 로딩/언로딩 챔버(110) 내의 분위기가 다시 불활성 분위기로 대체된다.
[00137] 제2 워크피스를 형성하기 위해 제2 유지 기판 상에서 임의 형상 제작이 완료되면, 제2 워크피스를 유지하는 액추에이터(131)는 그 후 개방되는 하나 또는 그 초과의 도어들(122)에 인접한 포지션으로 다시 이동되고, 컨베이어(123)는 제2 워크피스를 회수하고, 컨베이어(113) 상으로 제1 워크피스를 이송하기 위해 행해진 것과 유사한 방식으로 이를 로딩/언로딩 챔버(120) 내로 다시 이송한다. 그 후, 하나 또는 그 초과의 도어들(122)은 폐쇄되고, 액추에이터(131)는 그것이 제1 유지 기판을 수용한 것과 동일한 방식으로 제3 유지 기판을 수용할 준비가 된 하나 또는 그 초과의 도어들(112)에 근접한 포지션에 있도록 이동된다.
[00138] 한편, 로딩/언로딩 챔버(110)에 대해 수행된 것과 유사한 방식으로 로딩/언로딩 챔버(120) 내의 분위기가 공기로 대체된다. 그 다음, 제2 워크피스는 하나 또는 그 초과의 도어들(121)을 통해 여기에 액세스함으로서 로딩/언로딩 챔버(120)로부터 회수된다. 이어서, 제4 유지 기판이 컨베이어(123) 상에 로딩된다.
[00139] 위의 프로세스는 생산될 많은 워크피스들에 대해 반복된다. 위의 방식으로, 유지 기판을 액추에이터(131) 상에 이송시키기 위해 교체될 로딩/언로딩 챔버 내의 분위기를 기다리는 시간을 소비할 필요 없이 제조 프로세스를 촉진시키는 것이 가능한데, 그 프로세스는 이미 액추에이터(131)가 새로운 유지 기판을 수용할 준비가 될 때까지 이미 완료되었을 것이며, 한편 또한 이전에 형성된 워크피스를 신속하게 언로딩할 수 있는 방법을 제공하기 때문이다.
[00140] 위의 프로세스 동안, 임의 형상 제작 중에 디포지션 챔버에 대한 액세스를 제공하는 도어들을 모니터링하기 위해 하나 또는 그 초과의 센서들이 사용될 수 있다. 도어가 적절하게 밀봉되어 차단되지 않았거나 또는 제작 중에 도어가 개방되면, 하나 또는 그 초과의 센서들은 디포지션 장치를 제어하는 제어 시스템에 이를 반영하는 신호를 보내고, 임의 형상 제작 프로세스는 시작되는 것이 방지되거나 또는 이미 시작된 경우 중지된다. 그렇게 할 때, 임의 형상 제작은 의도된 것과 다른 분위기에 노출되지 않는다.
[00141] 서비스 챔버의 사용
[00142] 예시적인 실시예에서, 챔버 시스템(100)은 디포지션 챔버(130)에 연결된 서비스 챔버(140)를 포함할 수 있다. 이것은 또한 디포지션 챔버(130)에 연결되는 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들을 갖는 것과 관련될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들의 작동은 서비스 챔버(140)가 또한 사용되는지의 여부에 관계없이 제1 예에서 설명된 바와 같다.
[00143] 일 실시예에서, 디포지션 장치(150)는 서비스 챔버(140) 내로 이동될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들(145)을 갖는 하나 또는 그 초과의 도어들(144)이 디포지션 장치(150)의 일 단부에 제공될 수 있어, 디포지션 장치가 서비스 챔버(140)로 들어감에 따라, 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들(145)을 갖는 하나 또는 그 초과의 도어들(144)은 개구(141)에 가깝게 된다. 이러한 구성에 의해, 디포지션 장치(150)가 완전히 서비스 챔버(140) 내에 있을 때, 서비스 챔버(140)와 디포지션 챔버(130) 사이에 가스 불투과성 시일을 생성하기 위해 하나 또는 그 초과의 도어들(144) 및 하나 또는 그 초과의 밀봉 부재들(145)은 개구(141)를 폐쇄한다.
[00144] 디포지션 장치(150)가 서비스 챔버(140) 내로 이동된 후에, 디포지션 챔버(130) 내의 분위기는 예 1에 기술된 것과 유사한 방식으로 원하는 대로 독립적으로 수정될 수 있다. 디포지션 챔버(130) 내의 분위기가 이미 원하는 바와 같다면, 이 경우 디포지션 챔버(130)는 간단히 유지될 수 있다.
[00145] 일단 디포지션 장치(150)가 그 안에 배치되고 개구(141)가 밀봉되면, 서비스 챔버(140) 내의 분위기는 또한 원한다면 독립적으로 수정될 수 있다. 서비스 챔버(140) 내의 분위기의 대체 또는 조정은 디포지션 챔버 및/또는 로딩/언로딩 챔버들에 대해 위에서 전술한 것과 유사한 방식으로 달성될 수 있다. 환언하면, 벤트들은 서비스 챔버(140)의 상부 및 바닥 부분들에 위치된다. 공기 또는 다른 가벼운 가스 분위기는 서비스 챔버(140)의 상부 부분에서 하나 또는 그 초과의 벤트들을 사용하여 챔버(140)로부터 도입되거나 또는 소기될 수 있다. 마찬가지로, 무거운 가스 분위기는 서비스 챔버(140)의 바닥 부분에서 하나 또는 그 초과의 벤트들을 사용하여 도입되거나 또는 제거될 수 있다. 서비스 챔버(140)가 진공 상태들 하에서 사용되는 경우, 진공은 또한 상부 및 바닥 벤트들 모두에 동시에 적용될 수 있다. 그러한 것은 임의의 다른 챔버에도 동일하게 수행될 수 있다. 또한, 진공 상태들이 요구되는 경우, 상부 및 바닥 벤트들의 임의의 서브 세트 또는 상부 및 바닥 벤트들의 조합은 대기가 소기되는지 여부와 무관하게 사용될 수 있다. 이는 또한 디포지션 챔버(130) 및 로딩/언로딩 챔버(110 및 120)를 포함하여, 본 명세서에 기술된 다른 챔버들에도 적용된다.
[00146] 서비스 챔버(140)가 이미 불활성 분위기로 채워진 실시예에서, 디포지션 장치(150)가 챔버(140) 내로 이송된 후에도 분위기를 간단하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 디포지션 장치(150)가 유지 보수를 필요로 한다면, 작동자는 글러브들(143)을 사용하여 이러한 유지 보수를 수행할 수 있다. 작동자는 윈도우(146)를 통해 보는 것에 의해 유지 보수를 수행하면서 디포지션 장치(150)를 뷰잉할 수 있다.
[00147] 필요한 유지 보수가 글러브들(143)을 사용하여 쉽게 달성되지 않는 경우 또는 작동자가 유지 보수를 수행하기 위해 글러브들(143)을 단순히 사용하지 않기로 결정한 경우, 디포지션 장치는 포털(147)을 통해 액세스될 수 있다. 잠재적으로 유해한 가스들에 작동자를 노출시키는 것을 회피하기 위해, 또는 디포지션 장치(150)가 그 안으로 이송될 때 서비스 챔버(140)가 진공 상태들 하에 있는 경우, 서비스 챔버(140) 내의 분위기는 포털(147)을 개방하기 전에 대기압에서 공기로 대체될 수 있다.
[00148] 일단 유지 보수가 완료되면, 포털(147)은 (그것이 개방되었다면) 폐쇄되고 서비스 챔버(140)의 대기 상태들은 필요하다면 디포지션 챔버(130)의 것들과 유사하도록 수정된다. 허용 가능한 대기 상태들이 서비스 챔버(140)에서 달성되면, 디포지션 장치(150)는 디포지션 챔버(130)로 복귀된다. 이러한 방식으로, 디포지션 챔버(130) 내의 분위기는 개구(141)를 밀봉 해제함으로써 실질적으로 영향을 받지 않는다.
[00149] 디포지션 장치(150)가 서비스 챔버(140)의 내부 및 외부로 이동함에 따라, 와이어 피드(160)는 직선으로 유지된다. 디포지션 장치(150)가 개구(141)를 향해 이동하고, 그것이 서비스 챔버(140)로 진입함에 따라, 와이어 피드(160)의 일부는 개구(142)를 통해 서비스 챔버(140)를 빠져 나간다. 디포지션 장치(150)가 디포지션 챔버(130)에 진입하고, 디포지션 챔버(130) 내로 더 깊이 이동함에 따라, 와이어 피드(160)는 개구(142)를 통해 서비스 챔버(140)로 진입한다. 임의 형상 제작을 위해 와이어 피드가 사용되기 때문에 임의 형상 제작 중에 개구(142)를 통해 추가의 와이어 피드(160)가 또한 서비스 챔버(140)로 진입한다.
[00150] 예 1에서 설명된 바와 같이, 임의의 포털 또는 서비스 도어(140)의 다른 도어 또는 개구는 하나 또는 그 초과의 센서들에 의해 모니터링될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들이 개구(141) 및 개구(142)를 제외하고, 포털(147) 또는 다른 도어 또는 포털이 원하는 대로 밀봉되지 않은 것을 검출하면, 또는 그것이 개구(142)로부터 외부 분위기의 유입을 감지하면, 임의 형상 제작의 시작을 방지하거나 또는 진행 중인 임의 형상 제작 프로세스를 정지시키기 위해 디포지션 챔버(130) 내의 디포지션 장치를 위해 제어 시스템으로 신호가 보내질 수 있다. 이렇게 하면 제조 동안 워크피스가 원하지 않는 분위기에 노출되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 센서들이 서비스 챔버(140)에서의 누설, 밀봉 또는 개방의 결핍을 시그널링할 때 가청 알람, 시각 알람 또는 이들의 조합이 울릴 수 있다.
[00151] 마찬가지로, 디포지션 장치(150)가 서비스 챔버(140)에 있을 때 개구(141)의 밀봉을 모니터링하기 위해 하나 또는 그 초과의 센서들이 사용될 수 있다. 서비스 챔버(140) 내의 분위기를 수정하는 것이 디포지션 챔버(130)의 분위기에 영향을 미칠 수 있다고 작동자에게 경고하도록, 하나 또는 그 초과의 센서들이 개구(141)가 적절하게 밀봉되지 않은 것을 검출하는 경우 가청 알람, 시각 알람 또는 이들의 조합이 울릴 수 있다.
[00152] 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 다양한 수정들 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 이들이 첨부된 청구항들 및 그 균등물들의 범위 내에 있다면 본 발명의 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
Claims (22)
- 임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템으로서,
독립적으로 제어되는 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들;
독립적으로 제어되는 디포지션 챔버 ― 상기 디포지션 챔버는 베이스 재료의 포지션 및 이동을 제어하기 위한 액추에이터 및 디포지션 장치를 포함함 ― ;
상기 디포지션 챔버를 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들의 각각과 연결하는 하나 또는 그 초과의 도어들; 및
상기 디포지션 챔버에 연결된 독립적으로 제어되는 서비스 챔버를 포함하며, 상기 서비스 챔버는 상기 디포지션 장치를 수용하도록 크기가 설정되고, 상기 디포지션 장치가 와이어 피드를 제거하거나 또는 벤딩하지 않고 상기 서비스 챔버의 내부 및 외부로 이동할 수 있도록 상기 디포지션 챔버, 상기 디포지션 장치 및 상기 디포지션 장치에 대한 와이어 피드와 정렬된,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 초과의 로딩/언로딩 챔버들의 각각은,
상기 로딩/언로딩 챔버에 대한 액세스를 제공하는 하나 또는 그 초과의 도어들;
상기 로딩/언로딩 챔버 내부에 위치되는 컨베이어; 및
하나 또는 그 초과의 벤트들을 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제2 항에 있어서,
각각의 로딩/언로딩 챔버는 상기 로딩/언로딩 챔버의 상부 부분에 위치되는 적어도 하나 또는 그 초과의 벤트들 및 상기 로딩/언로딩 챔버의 바닥 부분에 위치되는 적어도 하나 또는 그 초과의 벤트들을 포함하고;
상기 상부 부분에 위치되는 상기 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 공기 공급 장치에 작동 가능하게 연결되며; 그리고
상기 바닥 부분에 위치되는 상기 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 소스에 작동 가능하게 연결되는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제1 항에 있어서,
그들 사이에 공통으로 벽을 구비하는 2 개의 로딩/언로딩 챔버들을 더 포함하며, 각각의 로딩/언로딩 챔버는 상기 디포지션 챔버와 공통으로 벽을 또한 갖는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 디포지션 챔버는 상기 디포지션 챔버의 상부 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들 및 상기 디포지션 챔버의 바닥 부분에 위치되는 하나 또는 그 초과의 벤트들을 더 포함하며;
상기 상부 부분에 위치되는 상기 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 공기 공급 장치에 작동 가능하게 연결되며; 그리고
상기 바닥 부분에 위치되는 상기 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 소스에 작동 가능하게 연결되는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 디포지션 챔버는 하나 또는 그 초과의 뷰잉 포털들을 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 디포지션 챔버는 팬 및 열 교환기를 포함하는 재순환 시스템을 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서비스 챔버는 상기 서비스 챔버의 상부 부분에 하나 또는 그 초과의 벤트들 및 상기 서비스 챔버의 바닥 부분에 하나 또는 그 초과의 벤트들을 더 포함하고;
상기 상부 부분에 위치되는 상기 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 공기 공급 장치에 작동 가능하게 연결되며;
상기 바닥 부분에 위치되는 상기 하나 또는 그 초과의 벤트들은 진공 펌프 및 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 소스에 작동 가능하게 연결되는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제7 항에 있어서,
상기 서비스 챔버는 액세스 포털을 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 제7 항에 있어서,
상기 서비스 챔버는 글러브들의 세트를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템. - 임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법으로서,
상기 챔버 시스템의 디포지션 챔버 내의 분위기를 불활성 분위기로 독립적으로 대체하는 단계;
상기 디포지션 챔버 내에 상기 불활성 분위기를 유지하면서 상기 디포지션 챔버 내부에 위치되는 액추에이터 상에 제1 유지 기판을 이송하는 단계;
제1 워크피스를 형성하기 위해 상기 디포지션 챔버 내의 디포지션 장치를 사용하여 임의 형상 제작을 수행하는 단계; 및
상기 디포지션 챔버 내에 상기 불활성 분위기를 유지하면서 상기 디포지션 챔버의 외부로 상기 제1 워크피스를 이송하는 단계를 포함하고,
상기 챔버 시스템은 상기 디포지션 챔버, 적어도 2 개의 로딩/언로딩 챔버들, 및 서비스 챔버를 포함하고, 상기 2 개의 로딩/언로딩 챔버들 및 상기 서비스 챔버의 각각은 하나 또는 그 초과의 독립된 개구들을 통해 상기 디포지션 챔버와 연통하고,
상기 서비스 챔버는 상기 디포지션 장치를 수용하도록 크기가 설정되고, 상기 디포지션 장치가 와이어 피드를 제거하거나 또는 벤딩하지 않고 상기 서비스 챔버의 내부 및 외부로 이동할 수 있도록 상기 디포지션 챔버, 상기 디포지션 챔버 내의 디포지션 장치 및 상기 디포지션 장치에 대한 와이어 피드와 정렬된,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제11 항에 있어서,
상기 디포지션 챔버, 상기 적어도 2 개의 로딩/언로딩 챔버들 및 서비스 챔버 중 하나 또는 그 초과는 상기 하나 또는 그 초과의 개구들을 밀봉하기 위해 하나 또는 그 초과의 도어들을 갖는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 디포지션 챔버, 제1 및 제2 로딩/언로딩 챔버들 및 상기 서비스 챔버의 각각을 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제13 항에 있어서,
하나 또는 그 초과의 센서들을 사용하여 상기 디포지션 챔버, 제1 및 제2 로딩/언로딩 챔버들 및 상기 서비스 챔버의 각각에서 상기 하나 또는 그 초과의 도어들을 모니터링하는 단계를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제14 항에 있어서,
하나 또는 그 초과의 센서들이 도어가 적절하게 밀봉 폐쇄되지 않은 것을 검출하는 경우 상기 임의 형상 제작을 정지하는 단계를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제11 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 유지 기판을 제1 로딩/언로딩 챔버들 내부에 위치되는 컨베이어 상에 로딩하는 단계;
상기 제1 로딩/언로딩 챔버 내의 분위기를 상기 디포지션 챔버에서와 동일한 불활성 분위기로 대체하는 단계; 및
상기 유지 기판을 상기 액추에이터 상으로 이송하는 동안 그리고 임의 형상 제작 동안 상기 제1 로딩/언로딩 챔버 내부의 분위기를 유지하는 단계를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 로딩/언로딩 챔버 내의 상기 불활성 분위기를 유지하면서 제2 로딩/언로딩 챔버의 컨베이어 상으로 제2 유지 기판을 로딩하는 단계;
상기 제2 로딩/언로딩 챔버의 분위기를 상기 디포지션 챔버에서와 동일한 불활성 분위기로 대체하는 단계를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 워크피스를 상기 디포지션 챔버의 외부로 이송하는 단계는,
상기 제1 로딩/언로딩 챔버 내의 상기 불활성 분위기를 유지하면서 상기 워크피스를 상기 제1 로딩/언로딩 챔버 내로 이송하는 단계;
상기 제1 로딩/언로딩 챔버를 상기 디포지션 챔버로부터 밀봉하는 단계;
상기 제1 로딩/언로딩 챔버 내의 상기 불활성 분위기를 주변 공기로 대체하는 단계; 및
상기 워크피스를 상기 로딩/언로딩 챔버로부터 언로딩하는 단계를 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 제18 항에 있어서,
상기 제1 로딩/언로딩 챔버를 상기 디포지션 챔버로부터 밀봉하는 단계 이후에, 상기 디포지션 챔버 내의 상기 불활성 분위기를 유지하면서 제2 로딩/언로딩 챔버로부터 상기 액추에이터 상에 제2 유지 기판을 이송하는 단계를 더 포함하는,
임의 형상 제작을 위한 챔버 시스템을 작동시키는 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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