KR102611302B1 - 적층 제조를 위한 다층 파라미터-가변 융합 및 증착 전략들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 물품을 층별로 설계 또는 생산하기 위한 조성물들 및 방법들을 포함하며, 그것에 의해 트랙형 지오메트리들을 생성하는 융합, 재료의 증착, 또는 다른 경로-기반 공정 또는 비-경로 공정에 의해 단일 층의 영역을 구축하기 위한 특정 접근법은 상이한 트랙 또는 트랙형 지오메트리, 또는 트랙 또는 트랙형 지오메트리 인쇄 파라미터들을 요구한다. 이러한 방법을 이용하는 것은 물품 제작 시간의 감소 및/또는 인쇄된 물품의 물리적 속성들의 개선을 야기할 수 있으며, 여기서, 인쇄에 유리한 이들 결과들은 인쇄 동안 이용되는 인쇄 공정, 재료 속성들, 및 공급원료 속성들에 의존한다.
Description
본 발명은 3차원 물품들(articles)을 층별로 설계 또는 생산하기 위한 조성물들 및 방법들을 포함하며, 그것에 의해 단일 층의 영역 내에서 또는 다수의 층들의 인접 영역들 내에서, 상이한 트랙 또는 트랙형 지오메트리(geometry), 또는 트랙 또는 트랙형 지오메트리 인쇄 파라미터들을 요구하는 트랙형 지오메트리들을 생성하는 융합, 재료의 증착, 또는 다른 경로-기반 공정 또는 비-경로 공정에 의해 단일 층의 영역을 구축(build-up)하기 위한 특정 접근법이 개시된다. 이러한 방법을 이용하여, 부분적으로 커버링 문제 중첩 및/또는 밀집한 패킹 기준을 만족시키는 스캔 경로들의 분포를 목표화함으로써, 물품 제작 시간을 감소시키고/시키거나 물품의 물리적 속성들(properties)을 개선하는 단일 층 또는 다층 파라미터-가변 융합 및 증착 전략들이 생성될 수 있다. 추가적으로, 스테이지 또는 재료 및/또는 에너지-증착 인쇄 헤드의 슬라이스 두께 또는 순 변위(net displacement)에 대해 인쇄 동안 증착되는 재료 층의 두께를 변경함으로써 3차원 물품들을 설계 또는 생산하기 위한 방법들 및 조성물들이 개시된다. 이러한 방법을 이용하는 것은 물품 제작 시간의 감소 및/또는 인쇄된 물품의 물리적 속성들의 개선을 야기할 수 있으며, 여기서, 인쇄에 유리한 이들 결과들은 인쇄 동안 이용되는 인쇄 공정, 재료 속성들, 및 공급원료(feedstock) 속성들에 의존한다.
종종 3D 인쇄로 칭하여지는 적층 제조(Additive manufacturing, AM)는 융합, 접합, 또는 그렇지 않으면 물품의 연속 층들을 서로 부착시키는 것에 의해 하나 이상의 재료들로 구성되는 3차원 고형물 또는 다공성 물품을 구축하는 공정으로서 설명될 수 있다. AM의 층들은 종종 한 세트의 3차원 물품의 유한-두께 슬라이스들에 의해 개념적으로 또는 컴퓨터 또는 도면으로 표현되며, 여기서, 각각의 슬라이스는 가장 일반적으로 물품과 한 세트의 적층된 유한-두께 유클리드(Euclidean) 평면들 중 하나 사이의 교차점(intersection)이며, 여기서, 평면들은 물품의 구축의 선택된 방향으로 법선 벡터를 갖는 것들로서 정의된다. 슬라이스들은 평면들 외에 상이한 세트의 섹션들에 의해 정의될 수 있지만, 섹션들은 일반적으로 세트로부터 물품의 모든 섹션들이 지정된 순서로 결합될 때, 3차원 물품이 검색되는 속성을 유지한다. 예로서, 슬라이스들의 비-평면 세트는 물품과 각각의 연속 섹션 사이의 곡률 반경의 증가가 선행 섹션의 방사상 두께인 다수의 방사상으로 증가하는 반구형 표면들(섹션들) 사이의 교차점일 수도 있다. 이러한 경우, 슬라이스 상의 모든 지점에서의 구축 방향은 섹션의 구형-중심으로부터 지점으로(방사상 외측으로)의 방향일 수도 있다.
융합 증착 모델링, 스테레오리소그래피, 선택적 레이저 소결, 바인더 분사, 재료 분사, 다중-분사 융합, 분말 베드 융합, 지향성 에너지 증착, 적층 객체 제조, 및 많은 다른 것들을 포함하는 다수의 AM 물품 제작 방법들이 존재한다. 이들 방법들 각각에서, 특정 유형의 프린터가 이용되며, 여기서, 프린터는 층들을 구성하고 3차원 물품을 생성하기 위해 이들 층들을 서로 연속적으로 융합하거나, 접합하거나, 그렇지 않으면 부착시키는 기계 또는 기계들의 시스템이다. 일반적으로, 프린터 및 그 컴포넌트들은 컴퓨터에 의해 제어되며, 여기서, 이 컴퓨터는 3차원 물품의 각각의 슬라이스를 대략적으로 생산하고 각각의 슬라이스에 의해 표현되는 층을 이전 및 연속 층들에 융합하거나, 접합하거나, 그렇지 않으면 부착시키는 방법에 대해 프린터의 하드웨어 컴포넌트들에 대한 명령들을 표현하는 특정 데이터를 그 메모리에 저장하고 있다. 그 명령들은 또한 컴퓨터(동일 또는 상이함)에 의해 생성되며, 여기서, 후자의 컴퓨터는 연속 층들을 대략적으로 생산하고 이들을 서로 융합하거나, 접합하거나, 그렇지 않으면 부착시키기 위해, 3차원 물품의 데이터-기반 기하학적 표현, 이들 기하학적 표현들을 슬라이스들로 분할하는 (소프트웨어를 통한) 능력, 및 하나 이상의 프린터들에 의해 판독가능한 명령들을 표현하는 데이터를 발행하는 (소프트웨어를 통한) 능력을 포함한다.
프린터들은 집합적으로 예로써 폴리머들, 열가소성 수지들, 금속들, 세라믹들, 유리들, 및 이들 중 임의의 복합적 조합들을 포함하는, 매우 다양한 상이한 재료들로부터 객체들(objects)을 제작할 수 있다. 그러나, 프린터의 각각의 유형은 일반적으로 더 좁은 범위의 재료들로부터 3차원 객체들을 생산하는 방향으로 목표화된다. 예를 들어, 스테레오리소그래피 프린터들은 일반적으로 먼저 표면 상에 광중합체의 박층(thin layer)을 증착시키고, 그 다음, 그 영역을 단단하게 하거나 고화시키기 위해 그 층에서 물품의 슬라이스를 나타내는 그 표면의 영역을 UV 또는 다른 광에 노출시킴으로써 광중합체들로부터 객체들을 인쇄한다. 그 다음, 계층화(layering) 및 노광 공정은 적어도 한 번, 그러나 일반적으로 다수의 횟수로 반복되며, 여기서, 증착되는 각각의 층은 구축 방향의 모든 지점에서 물품의 높이를 구축하고, 여기서, 노출되는 각각의 연속 영역은 동일한 3차원 물품의 연속 슬라이스의 대략적인 형상이다. 일반적으로, 제작되는 물품을 포함하는 연속 층들은 정밀 스테이지 맨 위에 차례로 위치하는, 도 1에 도시된, 구축 플랫폼(build platform) 맨 위에 위치하고, 이러한 정밀 스테이지는 증착 단계 및 노광 단계 후에 특정 거리로 낮아지며, 여기서, 이 거리는 각각의 단계에서 증착되는 광중합체의 층의 두께와 대략 동일하다.
일반적으로 인쇄에서, 각각의 층의 대략적인 평균 두께는; a) 스테레오리소그래피 인쇄의 경우에서와 같은, 스테이지, 또는 b) 재료 또는 에너지-증착 노즐이, 하나의 슬라이스 또는 그 대표 층 n 상의 주어진 지점과 1) n 상의 지점에서 시작하고 구축 방향으로 배향되는 벡터, 및 2) 연속 층 n+1 사이의 교차점으로 정의되는 연속 슬라이스 또는 층 n+1 상의 지점 사이에서, 사용되는 일부 경우에 의해 횡단되는 거리의 절대값과 대략 등가이다. 각각의 슬라이스 또는 층의 전체에 대해, 또는 슬라이스 또는 층 상의 각각의 지점에서 이 대략적인 두께는 일반적으로 층 두께로 칭하여지며; 도 1에서, 스테이지를 이용하는 인쇄에 대한 예에서, 층 두께는 LT로서 도시된다.
재료 분사 공정들에서, 평면 층을 제작하기 위해, 디스펜서는 일반적으로 재료의 다수의 이들 트랙들에 의해 커버되는 면적(area)의 대략적인 형상이 물품의 슬라이스를 나타내도록, 조정된 인접 경로들, 종종 라인들에, 종종 현탁액, 슬러리, 액체, 겔, 분말, 또는 다른 형태로, 재료를 증착시킨다. 재료 분사 프린터들은 또한 재료에 더하여 에너지를 증착시킬 수도 있고, 그들은 예를 들어, 하나보다 많은 노즐을 사용함으로써 한 번 또는 여러 번으로 하나의 트랙을 증착시킬 수도 있으며, 여기서, 상이한 재료들은 상이한 노즐들에서 사용될 수도 있을 것이다.
일반적으로, 물품의 슬라이스에 의해 정의되는 거친 형상(rough shape)을 형성하도록 재료(및/또는 에너지)의 많은 인접한 트랙들을 증착시키기 위해 사용되는 특정 접근법은 그 슬라이스 또는 층에 대한 스캔 전략으로 칭하여질 수 있다. 층 내의 트랙 생산의 순서가 반드시 공정에 중요한 것은 아니지만, 더 빠른 공정은 보통 트랙들을 생산하기 위해 인쇄 헤드를 이동시키거나 그렇지 않으면 재료 또는 에너지를 재지향시킬 시 각각의 층에 대해 소비되는 시간을 최소화시키는 경향이 있는 이러한 접근법으로 인해 순차적으로 최단-이웃 트랙들을 제작하는 것에서 기인한다. 증착되는 재료는 일반적으로 그것의 슬라이스의 거친 형상으로 재료 또는 에너지의 증착 후 짧은 시간에 두껍게되거나 고화된다. 증착되는 트랙들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 층 두께의 그것과 매우 대략적으로 동일한 높이를 갖고 일반적으로 그들의 폭과 대략적으로 일치하는 방식으로 이격되며, 여기서, 인접한 트랙 경로들 사이의 간격은 종종 해치 간격(hatch spacing)으로 칭하여진다. 스테레오리소그래피 공정과 같이, 정밀 스테이지가 사용될 수 있지만, 스테레오리소그래피와 대조적으로, 노즐 또는 노즐들은, 연속 층을 위한 재료를 증착시키기 위해, 또한 그 지점에서 층 두께와 대략적으로 동일한 거리만큼 구축 방향으로 상승될 수도 있다.
바인더 분사 공정들은 각각의 층에 대해, 재료의 인접한 트랙들이, 다수의 스캔 전략들 중 임의의 것에 따라, 그 층을 나타내는 3차원 객체의 슬라이스의 거친 형상으로 증착된다는 점에서 재료 분사 공정과 일부 방식들에서 유사하다. 그러나, 바인더 분사 공정에서, 분말 재료의 박층이 먼저 구축 면적(build area)의 전체에 걸쳐 증착되고, 인접한 경로들에 증착되는 재료는 분말 입자들을 서로 강건한(rigid) 관계로 유지시키기 위해 경화되거나 그렇지 않으면 고화되는 결합제(binding agent), 또는 접착제이다. 연속 층들로 제작되는 그린 물품(green article)은 분말 입자들 및 경화된 결합제 둘 다로 구성된다.
분말 베드 융합 및 레이저 또는 다른 소결 공정들은 분말 증착의 관점에서 바인더 분사 공정들과 유사하지만, 이들 공정들에서, 에너지 소스는 고형물 층이 용융 후 재고화되는 재료로부터, 또는 서로 강건한 관계로 공간에 대략적으로 고정되는 부분 용융된(소결된) 입자들로부터 형성되도록 분말 입자들을 용융하거나 소결한다. 도 3a는 다른 인쇄 공정들뿐만 아니라, 분말 베드 융합 및 레이저 소결 공정들에서 통상적으로 사용되는 스캔 전략의 2개의 층들을 예시한다. 이 경우에서, 방금 설명된 다른 공정들에서 흔히 있는 경우지만, 스캔 경로가 트랙을 형성하기 위해 재료가 증착되거나 에너지 소스가 스캔되는 1차원 경로로서 정의되는 스캔 경로들의 방향은, 예로서 탄성 속성들의 증가된 등방성, 감소된 다공성, 또는 증가된 처리량(throughput)/감소된 인쇄 비용들을 포함하는, 제작된 물품들에서 원하는 물리적 특성들을 생산하기 위해 층에서 층으로 제어된 방식으로 회전될 수 있다. 도 3b는 도 3a에 예시된 스캔 경로들에 따라 인쇄되는 분말 베드 융합 공정의 단일 층에서 스캔 트랙들의 하향식(top-down) 이미지이다. 도 3c는 도 3a에 도시된 스캔 전략을 이용하여 제작되는 물품의 단면의 이미지이다. 추가적으로, 경로 기반이 아니지만, 그 대신 스테레오리소그래피와 유사한 방식의 패턴 기반인 일부 분말 베드 융합 공정들이 존재한다. 이들 공정들에서, 에너지의 패턴은 면적에 걸쳐 래스터링되거나(rastered) 스캔되는 작은 에너지 스폿과 대조적으로 구축 표면(build surface)의 넓은 면적 상으로 투영된다.
일부 과거의 특허들 및 연구는 물품의 물리적 특성들을 개선하거나 인쇄의 경제적 및/또는 제조 고려사항들을 개선하는 관점에서 인쇄에 유리한 것으로 주장되는 스캔 전략들을 논의하였다. 예를 들어, 1992년 10월 13일자 미국 특허 제5,155,324호는 연속 층들에 걸쳐, 하나의 층 내에서 평행 및 역평행(anti-parallel) 스캔 라인들이 각각의 연속 층에서 주어진 양으로 회전되는 선택적 레이저 소결 공정을 논의한다. 2009년 8월 4일자 미국 특허 제7,569,174호는 선택적 레이저 소결 공정을 논의하며 그것에 의해 물품의 각각의 층은 그 슬라이스에서 물품의 평면 단면의 전체를 커버하는, 더 높은 에너지로 한 번 레이저에 의해 스캔되고, 그 다음, 상대적으로 더 낮은 에너지에서 적어도 한 번 더 스캔된다. 이러한 공정의 의도는 물품의 각각의 층을 열처리하거나 추가적으로 용융시키는 것이고, 100%까지의 강도 개선들이 보고된다.
추가적으로, 특정 스캔 패턴들을 사용하여 제작되는 조성물들(compositions)을 논의하는 다수의 특허들이 존재한다. 조성물들은 종종 층별로, 및/또는 트랙별로 부분(part)을 구축하는 특성으로 인해 스캔 패턴들에 링크된다. 예를 들어, 물품들이 단지 하나의 방향(및/또는 그 방향에 역-평행)으로 스캐닝함으로써 생산되는 트랙들로 제작될 때, 물품의 강도, 연성(ductility), 전기 전도성, 열 전도성, 및 다른 특성들은 전형적으로 그 방향으로 증가되며, 그러나 다른 방향들에서, 특히 스캐닝 방향에 수직인 2개의 방향 근처의 방향에서 감소되지만, 이는 융통성 없는 규칙은 아니다. 물품의 탄성적, 기계적, 및 다른 물리적 속성들의 이 변화는 스캔 트랙들의 연장 특성(elongated nature) 및 층-방식(layer-wise) 제조의 라멜라 특성(lamellar nature)에 의해 부여되는 국부적 위상, 접합, 및 결정 구조로 인한 것이다. 입계들(Grain boundaries) 및 다른 유형의 화학적/미세구조적 경계들은 스캔 트랙들의 에지에 형성되는 경향이 있어서, 이들 경계들의 위치 및 농도의 함수로서 탄성 및 이송 현상에서 실질적인 변화들을 초래한다. 단일 방향으로 모든 트랙들을 스캐닝하는 이전의 예에서, 트랙 경계들은 스캔 방향(또는 그것에 역평행)으로 진행함으로써 교차되지 않아서, 물리적 속성들에서 실질적인 이방성(anisotropy)을 초래한다.
각도뿐만 아니라, 연속 평면 층들에서 스캔 라인의 상대 위치가 지정되는 특정 스캔 전략을 논의하는 소수의 특허들 및 연구 논문들이 또한 존재한다. 이러한 방법에서, 스캔 라인들은, 도 4에 도시된 바와 같이, 층 n+1의 스캔 라인들이 회전 없이, 층 n의 스캔 라인들 사이의 중간 지점에 배치되도록 층들 사이에 "인터리브드(interleaved)"된다. 미국 특허 제6,596,224호는 물품의 표면 마감이 물품의 물리적 상단 근처에서 약 ~10 층에 걸쳐 그러한 방법을 이용함으로써 개선될 수 있다는 것을 명시하는, 재료 분사 또는 융합 증착 모델링 공정을 위한 이 방법을 논의한다. 미국 특허 제6,677,554호는 총 스캔 라인들의 수 및 따라서 모든 스캔 라인들의 길이들의 합이 이러한 방식으로 감소될 수 있어서, 물품의 제작 처리량의 증가, 및 아마도 물품 강도의 증가를 초래한다는 것을 명시하는, 선택적 레이저 소결 공정을 위한 이 방법을 논의한다. 저널 기사: X. Su and Y. Yang, Research on track overlapping during Selective Laser Melting of powders, Journal of Materials Processing Technology 212, pp. 2074-2079 (2012)는 에너지 입력의 비균일 분포를 회피하는 명시된 목적을 위해, 선택적 레이저 용융(분말 베드 융합) 공정을 위한 이러한 방법을 연구한다.
정의들:
패킹 문제(packing problem): 패킹은 d-차원 유클리드 공간 또는 d-차원 곡선 공간들의 서브영역에서 비중첩 객체들의 구성(공간적 배열)이다. 유클리드 공간의 주기적인 패킹은 기본(basis)으로 칭하여지는 γ 객체들이 공간에서 주기적으로 복제되는 볼륨의 단위 셀 내에 포함되는 것이다. 단위 셀의 형상 및 대칭은 (기본 객체들과 혼동되지 않는) "d" 격자 기본 벡터들 b에 의해 정의된다. 객체들은 볼록(예를 들어, 원들, 타원들, 구들, 타원체들, 원통들) 및 오목(예를 들어, 다윗의 별, 십자가들, 별모양 다면체 및 쌍곡 포물면들) 형상들을 포함하는, 임의의 형상일 수 있다. 다분산(polydisperse) 패킹들은 객체들이 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 것들이다. 이진(binary) 패킹들은 2개의 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 것들이다. 삼진(ternary) 패킹들은 3개의 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 것들이다. 각각의 객체는 그 위치 및 방향 둘 다를 설명하는, 그 좌표 r에 의해 구성적으로 정의되며; 예로서, 3차원에서, 이 좌표 r은 객체의 질량 중심을 나타내는 3개의 공간 좌표들(x,y,z), 및 객체 중심에 대한 종방향 및 위도 변위들을 나타내는 2개의 각도 좌표들을 포함할 수도 있을 것이다. 패킹의 기본 속성은 패킹 분율(fraction)이며, 이는 객체들에 의해 점유되는 공간의 분율이다. 주기적 패킹의 패킹 분율은 vu에 의해 분할되는 단위 셀 내의 γ 기본 객체들의 총 볼륨이다. 효율적인 패킹은 높은 패킹 분율을 갖는다. 최상의 패킹은 모든 패킹들 중에서 최고 패킹 분율을 갖는다.
커버링 문제(covering problem): 커버링은 d-차원 유클리드 공간 또는 d-차원 곡선 공간들의 서브영역을 완전히 커버하는 중첩 객체들의 구성이다. 유클리드 공간의 주기적인 커버링은 기본으로 칭하여지는 γ 객체들이 공간에서 주기적으로 복제되는 볼륨 vu의 단위 셀 내에 포함되는 것이다. 단위 셀의 형상 및 대칭은(기본 객체들과 혼동되지 않는) d 격자 기본 벡터들 b에 의해 정의된다. 객체들은 볼록(예를 들어, 원들, 타원들, 구들, 타원체들, 원통들) 및 오목(예를 들어, 다윗의 별, 십자가들, 별모양 다면체 및 쌍곡 포물면들) 형상들을 포함하는, 임의의 형상일 수 있다. 다분산 커버링들은 객체들이 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 것들이다. 이진 커버링들은 2개의 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 것들이다. 삼진 커버링들은 3개의 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 것들이다. 각각의 객체는 그 위치 및 방향 둘 다를 설명하는, 그 좌표 r에 의해 구성적으로 정의되며; 예로서, 3차원에서, 이 좌표 r은 객체의 질량 중심을 나타내는 3개의 공간 좌표들(x,y,z), 및 객체 중심에 대한 종방향 및 위도 변위들을 나타내는 2개의 각도 좌표들을 포함할 수도 있다. 커버링의 기본 속성은 단위 볼륨 당 객체들의 총 볼륨인, 커버링 밀도(covering density)이다. 주기적인 커버링의 커버링 밀도는 vu에 의해 분할되는 단위 셀 내의 γ 기본 객체들의 총 볼륨이다. 효율적인 커버링은 낮은 커버링 밀도를 갖는다. 최상의 커버링은 모든 커버링들 중에서 최저 커버링 밀도를 갖는다.
트랙 단면(track cross section): 재료의 표면, 가장 단순하게 평면 및 단일 트랙의 교차점에 의해 정의되는 형상들의 평균으로서, 여기서, 교차점은 트랙의 스캔 경로를 따라 다양한 포인트들에서 취해지며, 우리는 트랙 단면으로서 정의한다. 가장 단순하게, 트랙 단면은 그 지점에서 트랙 또는 스캔 전파의 방향과 평행한 단위 법선을 갖는 트랙 및 평면의 교차점에 의해 형성되고, 여기서, 평균 형상은 트랙 또는 스캔 경로를 따라 상이한 지점들에서 복수의 이들 교차점에 걸친 공간 평균화(spatial averaging)에 의해 취해진다. 명확성을 위해, 우리는 이러한 방식으로 형성되는 트랙 단면들을 경로-접선(path-tangent) 트랙 단면들로서 언급할 것이며, 그러나, 트랙-교차 표면 및 그것의 방향의 선택이 트랙 단면을 형성하는 것에 반드시 필요한 것은 아니지만, 교차-표면 및 방향의 일관된 선택이 트랙들 사이의 차이들을 식별 시에 그리고 스캔 전략들을 설계 시에 유용하다는 것을 인식한다. 도 5는 레이저 분말 베드 융합 프린터로부터의 수개의 상이한 경로-접선 트랙 단면들의 이미지들을 포함하며, 여기서, 트랙 단면들의 형상 및 크기의 차이는 레이저 출력 및 스캔 속도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 인쇄 파라미터들에 의존한다.
고정 각도 방향을 갖거나 갖지 않는 하나 이상의 트랙 단면들은 커버링 문제 솔루션(solution)을 위한 기본 세트로서 사용될 수 있다. 3차원에서 하나 이상의 실제 트랙들의 기하학적 근사들(가장 단순한 것은 원통)에 대해서도 마찬가지이다. 추가적으로, 2차원 또는 3차원 단위 셀에서, 각각, 기본의 역할을 하는, 더 단순하게, 하나 이상의 동일한-크기의 또는 상이한-크기의 객체들로 구성되는 패킹, 가장 단순하게(그러나 이에 제한되지 않음) 2차원의 디스크들 및 3차원의 원통들은 2차원의 트랙 단면들 또는 3차원의 트랙들의 근사들을 나타내는 것으로 생각되고, 따라서 스캔 전략들을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 이 방식에서, 문제 솔루션들 및 스캔 전략들을 커버하는, 트랙 단면들, 패킹들 및 스캔 전략들, 및 트랙 단면들인 매핑이 존재한다.
슬라이스 두께, 층 두께, 재료 두께, 및 순 변위(net displacement): 일반적으로, 슬라이스 두께, 재료 층 두께(분말 베드들을 포함하는 인쇄 공정들에서 에너지 또는 재료 증착 전의 분말 층 두께), 및 각각의 지점에서, 또는 각각의 슬라이스 또는 그 대표 층에 대한 스테이지 또는 재료-(및 아마도 에너지-) 증착 인쇄 헤드의 순 변위의 절대 값은 층 두께로 칭하여지는 동일한 개념으로서 모두 생각된다. 기본적으로, 슬라이스 두께, 재료/분말 두께, 및 순 변위는 동일할 필요는 없지만; 특히, 인쇄에서 재료 두께 및 순 변위에 대해 상이한 값들을 이용하는 것은 우리가 본 문서에서 나중에 상세히 설명하는 바와 같은, 인쇄 부분(part) 품질 및 인쇄 공정에 긍정적인 이득들(benefits)을 산출할 수 있다.
용어 슬라이스 두께는 이전에 정의된 바와 같은 "슬라이스"와 함께, 그 슬라이스 상의 주어진 지점의 부근에서 3차원 물품의 슬라이스의 두께를 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 우리는 설계와 관련하여 용어 슬라이스를 이용하는 반면, 우리는 일반적으로 제작된 물품과 관련하여 용어 층을 이용한다. 이 사용에서, 재료 층의 두께 및 슬라이스의 두께는 평균적으로 또는 특정 지점에서, 반드시 동일할 필요는 없다.
단일 층의 평균 재료 층 두께 또는 층의 특정 지점에 국한되는 두께는 실질적으로 다를 수 있고, 그것은 트랙의 최대 높이로부터 상당히 다를 수 있다. 도 2에서, 트랙 높이는 국부적으로 변하며, 높이의 변형들이 트랙 폭과 유사하게 주기적으로 발생하고; 이것은 또한 도 3b, 도 3c, 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같은 분말 베드 융합 인쇄에 대해, 그리고 일반적으로 모든 스캔 및 트랙 기반, 또는 유사한 인쇄 공정들에 대해 유사한 방식의 경우이다. 결과적으로, 국부적 레벨에서, 증착되는 재료의 층 또는 트랙의 두께는 슬라이스의 두께와 동일하지 않으며: 많은 트랙들 및 많은 층들에 걸쳐 평균 증착된 재료 두께만이 대략적으로 슬라이스 두께이다. 이 후자의 진술은 설계에서 표현되는 길이 스케일(scale)이 물리적 물품을 제작 시 프린터에 의해 대략적으로 복제된다는 가정 하에서 이루어진다.
분말 베드 융합 인쇄 및 다른 분말-기반 인쇄 공정들에서, 슬라이스 및 층 두께의 개념들의 차이들은 또한 입자 크기 및 형상 분포에 따라 소수의 분말 입자 직경들과 유사하게 측면으로 변하는, 증착되는 분말의 층의 두께의 국부적 변화, 및 분말 베드 융합에서 트랙 깊이들이 거의 최대(near-full) 밀도 제작 물품들을 달성하기 위해 이전에 용융된 층들을 재용융하는 실시로 인해 슬라이스 두께들보다 훨씬 더 큰 경향이 있다는 사실 둘 다에 기인한다. 또한, 본 발명에서 설명되는 바와 같이, (접합, 융합, 용융, 소결, 또는 다른 인쇄 공정이 적용되기 전에) 포인트 부근의 증착된 재료의 평균 두께로서 단순히 정의되는 재료 두께 또는 분말 두께는 슬라이스 두께 또는 평균 층 두께와 동일할 필요가 없다. 이는 재료 두께를 변화시키는 것이 트랙 및 트랙 단면 형상을 변경시킬 수 있기 때문에 트랙 형상 및 따라서 트랙 단면 형상의 관점으로부터 중요한 고려사항이다.
종종, 재료 두께는 증착된 재료의 층에 걸쳐 대략 일정하도록 의도된다. 그럼에도 불구하고, 증착된 층의 두께는 예를 들어, 분말 셔틀이 분말을 증착 또는 확산시키기 위해 사용되는 경우들에서 재료 특성들 및 프린터 파라미터들에 의존하며, 셔틀 상의 블레이드, 와이퍼, 롤러, 또는 다른 확산 도구와 구축된 물리적 물품 높이 사이의 거리는 분말 두께에 강한 영향을 미친다. 이 후자의 거리는 종종 층을 인쇄하는 공정 동안 물품의 구축 방향으로 또는 반대로 여러 번 이동할 수 있는, 스테이지에 의해 제어된다. 층을 인쇄하는 과정에 걸쳐, 이 스테이지의 순 이동(net movement)은 순 변위의 일 예이다. 분말 베드 및 스테이지를 수반하는 인쇄 공정의 경우, 주어진 지점의 순 변위는 그 지점의 슬라이스 두께와 가장 유사하다. 결정적으로, 분말이 스테이지의 임의의 변위에서 증착될 수 있기 때문에, 분말 두께 및 순 변위는 개별적으로 제어될 수 있으며, 순 변위(슬라이스 두께) 및 분말 두께가 동일할 필요가 없다는 것을 의미한다. 도 6은 슬라이스 두께 및 순 변위가 도시된 슬라이스에 걸쳐 일정하고, 35㎛ 분말 두께가 50㎛ 순 변위(및 50㎛ 슬라이스 두께)를 위해 이용되는 이 개념의 예이다.
재료(또는 분말) 두께 및 슬라이스 두께는 또한 인쇄 헤드를 갖고 스테이지가 없는, 또는 스테이지 및 인쇄 헤드 둘 다를 갖는 AM 공정에 대해 변할 수 있으며; 슬라이스 상의 지점 부근에 증착되는 재료의 평균 두께는 그 동일한 지점에서 인쇄 헤드의 순 변위와 동일할 필요가 없다. 예로서, 위치 x = 0에서 x = L까지의 슬라이스에 걸쳐 일정한 슬라이스 두께는 층 n에 대해 이용될 수도 있을 것이며, 평균 증착된 재료 두께는 그 거리에 걸쳐 선형적으로 변하며, x = 0에서 증착되는 최소 재료 두께 t 0 미크론의 재료를 갖고 x = L에서 증착되는 최대 재료 두께 t L 미크론의 재료를 갖는다.
충진 전략들, 윤곽 스캔들, 지지 구조체들, 인쇄 격자들, 및 기타들: 경로, 스캔, 및 트랙 기반 공정들을 이용하는 프린터들 및 인쇄는 물품의 스케일 상에 정의되는 바와 같이, 물품의 명백하게 구조적으로 상이한 영역들(regions)에 대해 상이한 인쇄 파라미터들을 이용할 능력을 갖는다. 결정적으로, 상이한 인쇄 파라미터들이 다음; 즉, 충진 전략들, 윤곽 스캔들, 지지 구조체들, 인쇄 격자들, 및 기타를 포함하는 스캔 전략들의 군들(families)을 구현하기 위해 단일 층 내에서 이용될 수 있지만; 상이한 인쇄 파라미터들이 동일한 전력 내에서 이용되지 않고, 상이한 전략들이 스캔 트랙들의 (더 작은) 스케일 상에 정의되는 주기적인, 교번적인, 또는 다른 방식 보다는 (더 큰) 목표화된 물품 지오메트리에 의해 정의되는 물품의 영역들에 걸쳐 이용된다.
윤곽 스캔은 종종 다른 이유들 중에서, 다음: 즉, 부품 표면 마감을 개선하거나, 제작된 물품과 제작되도록 의도되는 계획, 이미지, 또는 컴퓨터화된 데이터 사이의 기하학적 일치를 개선하거나, 물품 표면들 주위의 다공성을 감소시키기 위해 부품들의 표면 상에 이용된다. 다수의 윤곽 스캔 트랙은 나란히 배치될 수 있지만, 그러한 나란히 있는 트랙들의 수는 종종 1개, 2개, 또는 3개로 제한된다.
지지 구조체들은 다른 이유들 중에서, 제작된 물품이 뒤틀리는 것을 방지하고, 열을 인쇄의 열적으로 고립된 영역으로부터 멀리 전도시키고, 물품을 구축 플랫폼에 유지시키기 위해 이용된다. 지지 구조체들은 종종 일련의 상호링크된 얇은 벽들, 스파이크들 또는 기둥들(columns)을 생산하는, 스캔들 사이에 인쇄되지 않은 공간을 갖는, 균일하게 이격된 단일 스캔들을 사용하여 생산된다. 명백하게, 지지 구조체들은 완성된 물품의 일부인 것으로 의미되지 않고 인쇄 후에 거의 언제나 절단되거나, 용해되거나, 그렇지 않으면 제거된다.
이전에 정의된 격자의 수학적 개념과 혼동되지 않는 인쇄 격자들은 많은 복셀들(voxels)에 걸친 공간의 영역을 커버하기 위해 여러 번에 걸쳐 복제되는, 인쇄된 및 인쇄되지 않은 재료 둘 다를 포함하는 공간의 단일 3차원 단위들 또는 복셀들로 구성되는 스캐폴드형(scaffolding-like) 구조체들이다. 인쇄 격자들은 그들이 인쇄된 재료의 스트러트들(struts)이 다양한 방향들로 연장되는 노드들(nodes)로 구성되어, 다른 노드들(nodes)에서 다른 스트러트들과 연결된다는 점에서, 스트러트 및 노드 구조체들로서 설명될 수 있다. 그들은 지지 구조체들과 같은 단일 스캔들로 생성될 수 있거나, 각각의 스트러트는 다수의 인접한 중첩 또는 거의 중첩한 트랙들에 의해 생산될 수 있다.
충진 전략들은 공간을 충진하도록 설계되고, 그들이 매우 낮은 다공성, 또는 공극 크기들이 해치 간격(hatch spacing)과 대략적으로 비슷하거나 더 작은 확률론적 다공성(stochastic porosity)을 갖는 고체 영역을 생산하도록 의도된다는 점에서 이전의 전략들과 구분된다. 충진 전략들의 일부 예들은 도 3a 및 도 4에 도시된다. 충진 전략들은 또한 인쇄 격자들의 스트러트들 및 노드들을 충진하기 위해 이용될 수 있으며 여기서 이러한 스트러트들은 단일 트랙들에 의해 형성되지 않는다. 추가적으로, 충진 전략들과 윤곽 스캔들 사이의 묘사(delineation)는 더 큰 수의 윤곽 스캔들이 인쇄된 물품들의 표면들 근처에 이용될 때 다소 블러링된다. 또한, 일부 충진 전략들 및 다른 전략들은 그러한 충진 전략들의 측면 범위가 그들의 두께보다 상당히 더 크다는 것을 암시하는, 스킨들, 또는 다른 용어들로 칭하여진다.
본 발명은 스테이지 또는 재료 및/또는 에너지-증착 인쇄 헤드의 순 변위에 대해, 및/또는 물품 슬라이스 두께에 대해 인쇄 동안 증착되는 재료 층의 두께를 변경시키기 위한 적층 제조 스캔 전략들, 및 관련 방법들, 시스템들, 및 조성물들, 및 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 본 발명이 유용한 적용들은 다음: 즉, 1) 융합 증착 모델링, 2) 재료 분사, 3) 바인더 분사, 4) 분말 베드 융합, 5) 선택적 레이저 소결, 6) 다중-분사 융합, 7) 지향성 에너지 증착, 8) 직접 금속 증착, 9) 전자 빔 적층 제조, 10) 아크 플라즈마 소결 적층 제조, 및 일반적으로 정의된 스캔 경로들 및 트랙들이 이용되는 다른 적층 제조 방법들을 포함하지만 이에 제한되지 않고, 적층 제조 방법들에서 여기서 보다 넓은 면적(area)에 걸친 재료 또는 에너지 증착 패턴들은 일련의 트랙들에 의해 나타나는 것들과 유사한 주기적 표면 높이 변형들(variations)을 생성한다. 이하, 트랙들, 트랙 단면들, 스캔 전략들, 및 스캔 경로들의 논의는 스캔 경로들 및 트랙들이 이용되는 적층 제조 방법들, 시스템들, 및 조성물들, 및 더 넓은 면적에 걸친 재료 또는 에너지 증착 패턴들이 일련의 트랙들에 의해 나타나는 것들과 유사한 표면 변형들을 생성하는 경우들 모두를 포함한다.
일 구현예에서, 본 발명은 트랙 지오메트리 또는 트랙 단면 지오메트리가 인쇄된 층의 영역에서 스캔 트랙들의 전부 또는 거의 전부에 대해 실질적으로 유사하지만, 이전 또는 연속 층의 인접 영역에서 트랙들의 전부 또는 거의 전부에 대해 상이한 적층 제조된 조성물을 고려한다. 일 구현예에서, 본 발명은 트랙 또는 트랙 단면의 하나보다 많은 형상 또는 크기가 층, 층들, 그 일부들을 제조 시에 이용되고, 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들이 각각의 층, 층들, 또는 그 일부들 내에서 조정된 방식으로 다르도록 목표화되는 적층 제조된 조성물을 고려한다. 일 구현예에서, 본 발명은 물품의 영역에서 복수의 상이한 형상들 또는 크기들로 구성되는 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들이 결정학적(crystallographic) 지점 패턴들에 따른 위치로 특정되는 적층 제조된 조성물을 고려하며, 여기서, 그들 트랙들은 셀의 인쇄되지 않은 면적이 가장 큰 트랙(또는 그것의 단면)보다 더 큰 크기들로 존재하지 않는 방식으로 그러한 패턴의 단위 셀을 커버하고, 여기서, 적어도 2개의 인접한 셀들의 부분들은 영역 내에 포함되는 각각의 층의 부분에 존재한다.
일 구현예에서, 본 발명은 복수의 상이하게 크기화된 및/또는 형상화된 트랙들 또는 트랙 단면들이 2(트랙 단면의 경우) 또는 3(트랙들의 경우) 차원 커버링 문제들에 대한 솔루션으로 사용되는 적층 제작된 조성물을 고려하고, 여기서, 솔루션의 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들은 다층(multi-layer) 스캔 전략에서 하나 이상의 연속 층의 일부들 또는 전부를 포함하는 영역에 걸쳐 스캔 경로들의 상대 위치를 정의하기 위해 사용된다.
일 구현예에서, 2개 이상의 연속 층들의 일부들을 포함하는 영역에서 본 "발명의 요약" 섹션의 단락 2 및 3에서 논의되는 스캔 트랙들은 전부 또는 거의 전부 평행(parallel) 또는 역평행(anti-parallel)이다. 일 구현예에서, 본 섹션의 단락 2 및 3에서 논의되는 스캔 트랙들은 주어진 층의 영역에서 이전 층의 인접 영역의 스캔 트랙들에 대해 특정 각도만큼 전부 또는 거의 전부 회전된다. 일 구현예에서, 본 섹션의 단락들 2 및 3에 논의되는 스캔 트랙들은 주어진 층의 영역에서 이전 층의 인접 영역의 그들 트랙들에 대해 전부 또는 거의 전부 평행 또는 역평행이지만, 연속 층의 인접 영역의 트랙들은 특정 각도만큼 회전된다. 일 구현예에서, 본 섹션의 단락들 2 및 3에 논의되는 스캔 트랙들은 인접한 트랙들 또는 비-인접한 트랙들이 연속적으로 인쇄되도록, 물품의 영역 내에 부분적으로 또는 전체적으로 포함되는 각각의 층에 대해, 연대순으로 순서화된다.
일 구현예에서, 본 발명은 트랙 지오메트리 또는 트랙 단면 지오메트리가 인쇄된 층의 영역에서 스캔 트랙들의 전부 또는 거의 전부에 대해 실질적으로 유사하지만, 이전 또는 연속 층의 인접 영역에서 트랙들의 전부 또는 거의 전부에 대해 상이하도록 목표화되는 스캔 전략들을 설계하는 방법을 고려한다. 일 구현예에서, 본 발명은 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들이 인쇄된 층의 영역에서 스캔 트랙들에 대해 조정된 방식으로 다르도록 목표화되는 트랙 또는 트랙 단면의 하나보다 많은 형상 또는 크기를 사용하는 스캔 전략들을 설계하는 방법을 고려한다. 일 구현예에서, 본 발명은 물품의 영역에서 복수의 상이한 형상들 또는 크기들로 구성되는 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들이 결정학적 지점에서 패턴들에 따른 위치들로 특정되는 스캔 전략들을 설계하는 방법을 고려하며, 여기서, 그들 트랙들은 셀의 인쇄되지 않은 면적이 가장 큰 트랙(또는 그것의 단면)보다 더 큰 크기들로 존재하지 않는 방식으로 그러한 패턴의 단위 셀을 커버하고, 여기서, 적어도 2개의 인접한 셀들의 부분들은 영역 내에 포함되는 각각의 층의 부분에 존재한다.
일 구현예에서, 본 발명은 복수의 상이하게 크기화된 및/또는 형상화된 트랙들 또는 트랙 단면들이 2(트랙 단면의 경우) 또는 3(트랙들의 경우) 차원 커버링 문제에 대한 솔루션으로 사용되고, 솔루션의 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들이 다층 스캔 전략에서 하나 이상의 연속 층들의 일부들 또는 전부를 포함하는 영역에 걸쳐 스캔 경로들의 상대 위치를 정의하기 위해 사용되는 스캔 전략들을 설계하는 방법을 고려한다.
일 구현예에서, 2개 이상의 연속 층들의 일부들을 포함하는 영역에서 본 "발명의 요약" 섹션의 단락들 5 및 6에 논의되는 스캔 트랙들은 전부 또는 거의 전부 평행 또는 역평행이다. 일 구현예에서, 본 섹션의 단락 5 및 6에 논의되는 스캔 트랙들은 주어진 층의 영역에서 이전 층의 인접 영역의 것들에 대해 특정 각도만큼 전부 또는 거의 전부 회전된다. 일 구현예에서, 본 섹션의 단락 5 및 6에 논의되는 스캔 트랙들은 주어진 층의 영역에서 이전 층의 인접 영역의 그들 트랙들에 대해 전부 또는 거의 전부 평행 또는 역평행이지만, 연속 층의 인접 영역의 트랙들은 특정 각도만큼 회전된다. 일 구현예에서, 본 섹션의 단락 5 및 6에 논의되는 스캔 트랙들은, 인접한 트랙들 또는 비-인접한 트랙들이 연속적으로 인쇄되도록, 물품의 영역 내에 부분적으로 또는 전체적으로 포함되는 각각의 층에 대해, 순서화된다.
일 구현예에서, 본 발명은 물품의 영역 내의 각각의 층에 대한 슬라이스 두께들 또는 순 변위들이 영역 내에서 트랙들(및/또는 트랙 단면들)의 평균 기하학적 형상 및/또는 면적을 변경시키기 위해 변화되는 적층 제조의 방법을 고려한다. 일 구현예에서, 물품의 영역 내의 층 또는 층들의 재료 두께는 슬라이스 두께 또는 순 변위와 (더 크거나 더 작게) 상이하고, 여기서, 영역 내에 포함되는 각각의 층의 일부들에 대한 슬라이스 두께 또는 순 변위는 영역 내의 다른 층들의 그것과 동일하거나 상이할 수 있다. 일 구현예에서, 여기까지 본 단락에서 논의되는 구현예들에 대한 물품의 영역 내에서 층 또는 층들에 대해 증착되는 재료의 두께는 영역에 의해 포함되는 층 또는 층들의 일부들 내에서 스캔 트랙들의 평균 기하학적 형상 및/또는 크기를 변경시키는 그러한 방식으로 그 영역에서 층 또는 층들의 부분들에 대한 슬라이스 두께 또는 순 변위와 (더 크거나 더 작게) 상이하다.
도 1a는 표준 계층화 및 노광 공정을 설명하는, 종래의 스테레오리소그래피 장치의 개략도이다. 예로서, 구축 플랫폼(build platform)은 광경화성 폴리머의 욕조 내에 배치되는 정밀 스테이지 상에 장착된다. 구축 플랫폼은 구축될 층 두께(layer thickness, LT)에 필적하는 비경화된 폴리머의 박층이 표면 상에 증착되고 그 뒤에 재료를 선택적으로 단단하게 하거나 고화시키기 위해 물품의 슬라이스를 나타내는 면적들에서 에너지 소스에 노출되도록 위치된다.
도 lb는 비경화된 폴리머의 새로운 층을 생산하기 위해 유사한 거리(LT)로 낮아지는, 도 1a에 설명되는 바와 같은, 스테레오리소그래피 장치의 구축 플랫폼의 개략도이다. 여기서 그리고 도 1a 내에 도시된 이 노광 및 계층화 공정은 반복되며, 여기서, 노광되는 각각의 연속 영역 및 증착되는 층은 동일한 3차원 물품의 연속 슬라이스의 대략적인 형태로 구축 방향의 모든 지점에서 물품의 높이를 구축한다.
도 2는 재료 분사를 통한 물품의 평면 층 구축의 예시이다. 하나의, 또는 더 많은 노즐(들)은 해치 간격(h)으로 칭하여지는 주기적 거리만큼 이격되는 조정된 인접 경로들 따라 재료(들)을 증착시킨다. 증착된 재료는 트랙들의 면적의 거친 형상이 물품의 슬라이스를 나타내도록 해치 간격과 일치하는 폭들 및 슬라이스된 물품의 층 두께(LT)와 대략적으로 동일한 높이들의 트랙들을 생성한다. 동일한 3차원 물품의 연속 슬라이스들을 위한 재료는 정밀 스테이지 또는 분사 노즐들의 모션을 통해 달성되는, 그 지점에서 층 두께와 대략적으로 동일한 구측 방향으로 배향되는 거리 오프셋과 함께 이들 스캔 경로들의 조합을 통해 증착될 수 있다.
도 3a는 분말 베드 융합 및 레이저 소결 공정들에서 통상적으로 이용되는 에너지 증착 스캔 전략을 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 스캔 전략은 분말 고화(consolidation) 시 물품의 슬라이스의 근접 면적(또는 충진)을 달성하기 위해, 물품의 슬라이스의 횡단면(lateral cross section)을 나타내는 단일 윤곽 경로, 및 해치 간격(h)에 의해 분리되는 다수의 평행한, 인접 경로들로 구성된다. 에너지 소스는 고체 층을 형성하기 위해 그 후에 재고화되는 분말 입자들을 융용 또는 소결하기 위해 규정된 경로들을 스캔한다. 스캔 전략들은 층들 사이에서 동일하거나 유사할 필요는 없으며 - 스캔 경로들의 증분 회전 또는 변환(translation)이 이용된다. 예로서, 물품의 연속 슬라이스들을 표현하는 층 n과 층 n+1 사이에서, 충진 경로들은 각도 θ n에서 θ n+1까지, 특정의 각도 증분만큼 제어된 방식으로 회전된다.
도 3b는 도 3a에 설명되는 것과 유사한 스캔 전략을 이용하는, 분말 베드 융합에 의해 생산되는 스틸 스캔 트랙들의 단일 층의 상단의 광학 현미경 사진이다. I. Yadroitsev P. Krakhmalev, and I. Yadroitsava, Hierarchical design principles of selective laser meting for high quality metallic objects, Additive Manufacturing 7, pp. 45-56, 2015로부터 재현된다.
도 3c는 도 3a에서 설명되는 것과 유사한 스캔 전략을 이용하는, 분말 베드 융합에 의해 생산되는 다층 물품의 에칭된 수직 단면의 광학 현미경 사진이다. 스캔 트랙들을 따라 재고화된 분말의 단면들은 복잡한 계층화된 구조 및 층들 사이의 스캔 경로들의 제어된 회전을 통해 부여되는 등방성을 도시한다. I. Yadroitsev P. Krakhmalev, and I. Yadroitsava, Hierarchical design principles of selective laser meting for high quality metallic objects, Additive Manufacturing 7, pp. 45-56, 2015로부터 재현된다.
도 4는 도 3a에 설명되는 바와 같은 스캔 전략의 특정 구현을 예시하는 개략도이다. 이 방법에서, 스캔 경로들의 위치들은 예컨대 "인터리브드" 패턴을 달성하기 위해 주어진 층 내에서 그리고 연속 층들에 대해서 모두 정의된다. 예를 들어, 층 n에서, 다수의 평행한, 인접 스캔 라인들은 물품의 슬라이스의 면적 충진을 나타내는, 해치 간격(h)에 의해 분리된다. 연속 평면 층들인, 층 n+1의 충진 스캔 라인들은 마찬가지로 해치 간격(h)에 의해 분리되지만 해치 거리의 절반과 동일한 거리만큼 이전 층에 대해 측면으로 병진되어, 층 n의 스캔 라인들 사이의 중간 지점에 층 n+1의 스캔 라인들을 배치한다.
도 5a는 50W의 레이저 출력 및 60mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. I. Yadroitsev, A. Gusarov, I. Yadroitsava, and I. Smurov, Single track formation in selective laser melting of metal powders, J. Mater. Process. Technol. 210, pp. 1624-1631, 2010로부터 재현된다.
도 5b는 50W의 레이저 출력 및 120mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 그것은 스캐닝 속도의 증가로 인해, 도 5a에 대해, 단면의 형상 및 크기의 중요한 변화들이다. I. Yadroitsev, A. Gusarov, I. Yadroitsava, and I. Smurov, Single track formation in selective laser melting of metal powders, J. Mater. Process. Technol. 210, pp. 1624-1631, 2010으로부터 재현된다.
도 5c는 300W의 레이저 출력 및 800mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 단면의 형상은 도 5a 및 도 5b와 비교하여 연장된다. C. Kamath, B. El-dasher, G. F. Gallegos, and W. E. King, and A. Sisto, Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400W, Int. J. of Adv. Manuf. Technol. 74, pp. 65-78, 2014로부터 재현된다.
도 5d는 300W의 레이저 출력 및 1500mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 도 5a 내지 도 5c와 비교하여 도시된 바와 같이, 환상(circularity), 접촉 각도, 폭, 재료 구축의 양, 및 깊이를 포함하지만 이에 제한되지 않는 재고화된 재료의 단면의 형상 및 크기의 양태들은 레이저 출력 및 스캔 속도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 인쇄 파라미터들에 의존한다. C. Kamath, B. El-dasher, G. F. Gallegos, and W. E. King, and A. Sisto, Density of additivel -manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400W, Int. J. of Adv. Manuf. Technol. 74, pp. 65-78, 2014로부터 재현된다.
도 6a는 물품의 AM 생산에 사용되는 재료 두께(material thickness, MT)를 정의하기 위한 분말 기반 공정의 일 예의 개략도이다. 구축 플랫폼은 분말 베드에 갭을 형성하기 위해 35㎛만큼 정밀 스테이지에 의해 낮아지고 롤러는 별도의 공급장치(supply)로부터의 분말을 갭으로 충진한다. 이것은 재료 두께를 35㎛로서 정의한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 바와 같은, 분말 증착 직후의 분말 기반 AM 공정에서 구축 플랫폼의 모션의 개략도이다. 분말의 고화 이전의 구축 플랫폼의 추가 변위는 재료 두께(MT)보다 더 크거나, 동일하거나, 더 작은 순 변위(net displacement, ND)를 정의하기 위해 사용될 수 있다.
도 6c는 순 변위(ND) 및 재료(분말) 두께(MT)가 독립적으로 제어되고 그럴 필요는 없지만 상이할 수 있는 분말 기반 공정의 개략도이다. 전체적으로 분말의 고화 이전의 모든 단계들인, 도 6a와 도 6b 사이의 정밀 스테이지의 순 모션(net motion)은 이 경우 50㎛로서 총 순 변위를 정의하는 반면, 재료 두께는 도 6a에 도시된 계층화 공정에 의해 정의되는 바와 같은 35㎛이다.
도 7a는 이진 디스크들의 밀집한 패킹의 단위 셀이며, 이로부터 다중-파라미터 스캔 전략이 유도된다.
도 7b는 고정된 각도 방향을 갖고 2: 1: 1 비율로 단위 셀당 2개의 더 큰 객체들 및 더 작은 2개의 객체들(서로의 미러 이미지) 중 하나 각각을 갖는 3개의 상이하게 크기화되고 형상화된 객체들에 대한 커버링 문제 솔루션이다. 이 경우, 객체들의 지오메트리들은 레이저 소결, 분말 베드 융합, 또는 유사한 공정에서 2개의 별개의 세트들의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들 와 로부터 생성되는 트랙들에 대한 경로-접선 트랙 단면들을 표현하도록 의미되지만, 이 커버링 문제 솔루션은 임의의 적층 제조 스캔 또는 트랙 기반 공정, 또는 트랙 또는 스캔 기반 공정에서 생산되는 것들과 유사한 표면 패턴들을 생성하는 적층 제조 공정에 적용될 수도 있다. 라벨들(1, 2, 및 3)은 층 생산을 위한 연대순을 표현하도록 의도되며, 여기서, 그러한 순서는 솔루션에 본질적인 것이 아니라 오히려 부과된 것이다. 미러-이미지의 더 작은 객체들의 사용은 비대칭 높이 변형들을 갖는 표면에 걸친 위치에(이 경우, 이전에 인쇄된 스캔 트랙의, 중심에서 벗어난, 상단 상에) 트랙을 인쇄하는 것에서 기인할 수도 있는 지오메트리의 미묘한 차이를 반영하도록 의미된다.
도 7c는 예시의 평면에 수직인 방향으로 스캔하는 스캔 경로들을 표현하는 이미-인쇄된 층에 층진된-도트들을 갖는, 도 7b에 설명되는 바와 같은 이미-인쇄된 층인, 층 1의 상단 상에 증착되는 분말 또는 다른 재료의 횡-단면 층의 예시이다.
도 7d는 층 1의 것들과 평행 또는 역평행 스캔 경로들을 갖는, 도 7b에 도시된 바와 같은, 인쇄 층 2의 가능한 결과의 예시이다. 남은 비고화된(unconsolidated) 분말 또는 다른 재료의 예시는 소결된 재료의 가능한 존재를 나타낸다. 도시되는 경로-접선 트랙 단면들이 층 1의 경로들에 대해 평행 또는 역평행 스캔 방향을 나타내지만, 층 2의 경로들은 층 1의 경로들의 그것으로부터, 또는 스캔이 진행됨에 따라 층 1의 경로들에 대해 변하는 각도를 갖는 윤곽들을 따라 특정된(또는 임의의) 각도로 지향될 수도 있다.
도 8은 도 6b에 대해 설명되는 것들과 같은 기본 스캔 경로들을 이용하는, 재료 분사에 의해 인쇄되는 열가소성(폴리유산)의 반복 층들로 구성되는 단일 트랙 스캔 전략으로 인쇄되는 부분의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 각각의 트랙을 생성하기 위해, 노즐 스캔 속도가 1800mm/m 이었고 압출비가 0.35 이었던 것을 제외하고, 동일한 설정들이 도 12에 대해 설명된 바와 같이 사용되었다. 이러한 부분을 제작하기 위해 사용되는 설정들은 Prusa i3에 대한 디폴트 설정들이며, 여기서, 이들 설정들은 부분의 기계적 고장들, 표면 거칠기, 및 기하학적 변형들을 최소화하면서 동시에 다공성을 최소화하도록 최적화된다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 8% 이었다.
도 9는 도 8과 동일한 스캔 전략을 이용하지만, 도 10에 도시된 부분에 대해 이용되는 평균 압출 볼륨 비율 설정과 동일한, 0.52의 압출 볼륨 비율 설정을 갖는 열가소성 폴리머의 재료 분사에 의해 인쇄되는 부분의 단면의 이미지이다. 이 경우, 초과 재료가 압출되었고, 프린터는 전체적으로 부분을 구축하는 것을 실패하였다. 이는 너무 많은 재료가 압출된(초과 중첩) 결과였고, 이는 또한 매우 열악한 표면 마감 및 기하학적 정확도, 부분에 걸친 가변적 다공성 및 부분 에지들로부터 떨어진 더 높은 다공성을 초래하였다. 부분의 에지들로부터 떨어진 측정된 부분의 다공성은 평균 7% 이었다. 그것은 도 8에 도시된 부분의 0.35에 비해 이 부분을 위해 이용되는 0.52의 훨씬 더 큰 평균 볼륨 압출 비율에도 불구하고, 더 높은 평균 압출 볼륨 비율 설정들을 갖는 노즐의 증가된 압력으로 인해 인쇄되는 부분의 단위 볼륨 당 약 1% 더 많은 재료만이 압출되었다는 것이 주목할 만 하다.
도 10은 도 16에 설명되는 커버링 문제 솔루션에 기초하여 2개의 트랙 지오메트리 스캔 전략을 이용하는 열가소성 폴리머의 재료 분사에 의해 인쇄되는 부분의 단면의 이미지이다. 동일한 설정들은 큰 트랙들에 대해 0.69 및 작은 트랙들에 대해 0.34의 볼륨 압출 비율을 갖는 것을 제외하고, 도 8에 설명된 것들과 동일한 설정을 사용하여 트랙들을 생성하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 0.2% 이었다. 그것은 실질적인 다공성 감소가 도 8에 도시된 부분에 대해 이용되는 접근법에 비해 이 2개의 트랙 접근법으로 획득가능하는 것이 명백하다. 그것은 도 8에 도시된 부분의 0.35에 비해 이 부분에 대해 이용되는 0.52의 훨씬 더 큰 평균 볼륨 압출 비율에도 불구하고, 약 8.4% 더 많은 재료만이 더 높은 평균 압출 볼륨 비율 설정들을 갖는 노즐의 증가된 압력으로 인해 압출되었다는 것이 주목할 만 하다.
도 11은 도 26에 대해 설명되는 2개의 트랙 지오메트리 스캔 전략에 대한 것들과 동일한 기본 스캔 경로들을 이용하고, 도 10에 대해 설명되는 것들과 같은 작고 큰 트랙들을 생성하기 위한 동일한 설정들을 이용하는 열가소성 폴리머의 재료 분사에 의해 인쇄되는 부분의 단면의 이미지이다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 2.3% 이었다. 그것은 실질적인 다공성 감소가 도 8에 도시된 부분에 대해 이용되는 접근법에 비해 이 2개의 트랙 접근법으로 획득가능하다는 것이 명백하다. 그것은 도 8에 도시된 부분의 0.35에 비해 이 부분에 대해 이용되는 0.47의 훨씬 더 큰 평균 볼륨 압출 비율에도 불구하고, 약 6.4% 더 많은 재료만이 더 높은 평균 압출 볼륨 비율 설정들을 갖는 노즐의 증가된 압력으로 인해 압출되었다는 것이 주목할 만 하다.
도 12는 도 16에서 상세화되는 커버링 문제 솔루션에 기초하여, 재료 분사에 의해 인쇄되는 열가소성(폴리유산)의 반복 층들로 구성되는 스캔 전략으로 인쇄되는 부분의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 이미지에서, 프린터 설정들은 부분 다공성 또는 다른 고려사항들의 최적화를 위한 것이 아니라 스캔 트랙 지오메트리의 차이를 설명하기 위해 선택되었다. 단일 층 내에서, 교번 트랙 폭들의 트랙 단면들은 상이한 스캔 전략들을 통해 달성된다. 이 경우의 Prusa i3 융합 증착 모델링 재료 분사 프린터는 400㎛의 노즐 직경을 이용하고, 인쇄 파라미터 설정들은 200㎛의 해치 간격 및 층 두께, 900mm/min의 노즐 스캔 속도, 및 190C 압출기 온도를 포함하며, 여기서, 작은 폭 트랙들은 0.195의 압출기 볼륨 비율로 인쇄되고 큰 폭 트랙들은 0.39의 압출기 볼륨 비율로 인쇄된다. 이 부분의 인쇄 동안, 더 작은 트랙들은 인쇄되는 동안 가장 최근에 인쇄된 인접한 더 큰 트랙들에 고착하는 경향이 있었으며, 그것에 의해, 이미지에서 관측되는, 1개의 더 작은 트랙과 1개의 더 큰 트랙인, 2개의 트랙들의 그룹들로 공간 분리를 초래한다.
도 13은 커버링 문제 솔루션으로 임의의 기하학적 공간을 커버하기 위해 층 내부 및 층에 걸쳐 둘 다에서 단위 셀들을 반복하는 예시이다. 도면에 도시된 바와 같이, 트랙들은 커버되도록 의도되는 전체 공간을 더 양호하게 맞추기 위해 개별 단위 셀들로부터 생략될 수 있다.
도 14a는 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 다수의 객체들을 이용하는 커버링 문제 유도 스캔 전략에 따르는 스캔 트랙들이 개별 단위 셀들 내에서 스캔 트랙들을 제거함으로써 객체 경계에 따르도록 적응될 수도 있는 방법의 예시이다. 도시된 이미지는 단면의 지점에서 커버링 문제 유도 전략의 스캔 경로들에 경로-접선인 법선 벡터를 갖는 단면을 표현하도록 의도되며; 그러나, 그러한 단면은 또한 임의의 층에서, 물품의 경계, 또는 그 경계 근처의 임의의 윤곽들에 접하는 경로가 아닐 수도 있다. 일반적으로, 커버링 문제에 대한 솔루션으로부터 유도되는 트랙들은 서로 또는 상이한 층들에 걸친 윤곽들에 대해 직선이거나 평행하도록 요구되지 않는다.
도 14b는 커버링 문제 유도 스캔 전략으로 설계되는 물품의 경계에서 수개의 층들에 걸쳐 (트랙 단면들에 의해 표현되는) 윤곽 트랙들의 추가의 예시이다. 이 이미지에서, 경계에서의 윤곽 트랙 단면들은 단지 하나의 층 두께이지만, 그들은 다수의 층들일 수도 있거나, 그들은 다수의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하는 추가적인 커버링-문제 유도 스캔 전략으로 구성될 수도 있다. 추가적으로, 윤곽 트랙 단면들은 단순화를 위해 경로-접선 단면들로서 도시되지만, 윤곽들은 커버링 문제 유도 스캔 전략의 트랙들에 비해 물품의 임의의 단면에서 상이한 방향들 또는 각도들로 이동할 수도 있다. 그것은 도 14a에 비해, 객체 경계 근처의 커버링 문제 유도 스캔 전략의 하나의 트랙이 윤곽들을 커버링 문제 유도 스캔 전략에 따르게 하는 단순한 공정을 예시하기 위해, 제거되었다는 것이 주목된다.
도 15는 도 7에 제시된 동일한 커버링 문제 유도 스캔 전략에 대한 스캔 윤곽들 및 계층화의 상대 위치에 대한 선택을 설명하는 예시이다. 이 도면에서, 도 7b에 설명되는 단위 셀은 층이 일정한 순 변위인 시스템에서 계층화에 대한 접근법을 단순화하기 위해 더 많은 객체들을 포함하도록 재정의되었다. 새로운 단위 셀 기본 벡터들(b1, b2)은, 우측으로 x-축 및 위로 z-축을 갖는 유클리드 좌표 시스템의 경우, 이 경우에서 일정한, 슬라이스 두께의 단위들에서 (3.18, 0.0) 및 (0.0, 4.0)으로서 기록될 수 있다. 동일한 단위들 및 좌표들에서, 더 큰 트랙들의 폭(x-축)은 1.84이고, 그것의 총 높이(z-축)는 1.79이다. 더 작은 트랙들의 폭은 1.28이고 그들의 높이는 1.31이다. 이러한 스캔 전략을 위해, 각각의 슬라이스는 (각각의 슬라이스에 대한 재료 두께가 본원에 특정되지 않지만) 추가적으로 동일한 일정한 순 변위이다. 더 큰 스캔 트랙들 사이의 x-축 간격은 1.59이고, 더 작은 스캔 트랙들 사이의 x-축 간격들은 1.08 및 2.05이다. 그것은 상이한 단위 셀들이 동일한 커버링 전략 솔루션에 대해 정의될 수 있으며; 그러나, 이러한 특정 솔루션의 경우, 4개보다 더 작은 기본(2개의 큰 트랙 단면들, 미러-이미지의 작은 트랙 단면들 중 1개 각각)을 갖는 단위 셀들이 정의될 수 없다는 것이 이러한 이미지로부터 명백하다.
도 16은 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 바인더 분사 공정을 이용하는 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로부터 생성되는 2개의 상이한 객체들을 포함하는 단위 셀을 갖는 커버링 문제 솔루션 유도 스캔 전략의 경로-접선 단면의 예시이다. 이 특정 커버링 솔루션의 경우, 2개의 트랙들의 단위 셀만이 가능한 최소 기본 단위 셀이다. 기본 벡터들(b1,b2)은, 동일한 단위들에서, 1.46의 더 큰 트랙 폭 및 1.73의 높이, 그리고 더 작은 트랙 폭 및 1.00의 높이를 갖는, (1.98, 0.00) 및(1.00, 1.00)로서, 이 경우에서 일정한, 슬라이스 두께의 단위들로 기록될 수 있다. 이 표현에서, x-축 방향은 우측이고, z-축 방향은 위쪽이다. 트랙들 사이의 스캔 간격은 0.96이며, 1.92의 더 큰 트랙들 사이의 간격 및 1.92의 더 작은 트랙들 사이의 간격에 이른다. 트랙들의 3개의 층들이 도시되며 여기서 이들 트랙들은 단면 평면에서 모두 평행하다. 그러나, 그것은 각각의 층에 인쇄되는 스캔 트랙들의 표면에서 높이의 작은 변형들로 인해, 층마다, 2층마다, 또는 n층마다 트랙들의 회전이 바람직할 수도 있다는 것이 주목된다.
도 17a는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀을 이용하는 스캔 전략의 하향식 예시이다. 층 n은 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 교번으로 이용하는 선형 스캔 경로들로 구성된다. 인접한 스캔 트랙들은 반드시 연대순으로 인쇄될 필요는 없다.
도 17b는 연속 층들 사이의 회전이 발생한, 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀을 이용하는 스캔 전략의 하향식 예시이다. 층 n+1은 층 n에 대해 z 축을 중심으로 면내(in-plane) 회전을 겪는, 도 17a에 설명되는 바와 같은, 그것의 이전 층 n과 유사한 스캔 경로들 및 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로 구성된다.
도 18a는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀의 원형 스캔 전략 구현의 층 n의 하향식 예시이다. 교번하는 AM 트랙 지오메트리 파라미터 설정들의 스캔 경로들은 표시된 지점을 중심으로 원형 대칭이다.
도 18b는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀의 원형 스캔 전략 구현의, 도 18a에 설명되는 층 n에 대한, 연속 층 n+1의 하향식 예시이다. 연속 층 n+1은 이전 층 n의 중첩된 스캔 경로들로 구성되지만 교번하는 AM 트랙 지오메트리 파라미터로 구성된다. 스캔 경로들은 표시된 지점을 중심으로 원형적으로 대칭이며, 이전 층 n의 대칭 지점으로 원통형 좌표 시스템의 종방향 축을 형성한다.
도 18c는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀의 원형 스캔 전략 구현의, 도 18b, 및 도 18a 각각에 설명되는 층 n+1 및 층 n에 대한, 연속 층 n+2의 하향식 예시이다. 스캔 경로들은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들이 층 n과 일정하고 층 n+1에 대해 교번적으로 할당되는 이전 층들 n 및 n+1에 원통형으로 대칭이다.
도 18d는 원통형 좌표 시스템의 종방향 축을 중심으로 단위 셀의 회전을 통해, 도 16에 도시된 커버링 문제 솔루션의 적용을 도시하는, 도 18c에 표시되는 단면 라인을 따른 3개의 연속 층들(도 18a 내지 도 18c에 설명되는 바와 같은 층 n, n+1, n+2)의 경로-접선 단면도이다. 그러나, 그것은 스캔 경로들이 종방향 축을 중심으로 원형 대칭일 필요는 없지만 대칭 지점이 층들 사이에서 병진될 수도 있고 각각의 층에 인쇄되는 스캔 트랙들의 표면에서 높이의 작은 변형들로 인해 바람직할 수도 있다는 것이 주목할 만 하다. 더욱이, 스캔 경로들은 경로들이 거의 평행하다면 임의의 윤곽을 따라 드로잉될 수도 있다.
도 19는 도 7b에 도시되는 커버링 문제 솔루션으로부터 유도되는 2층마다 약 90도의 회전을 갖는 스캔 전략에서 스캔 트랙들의 예시이다. 도시된 회전 각도는 90도이지만, 그것은 원하는 인쇄된 물품 속성들에 적합하거나, 주어진 다공성에서 처리량을 개선하거나, 다른 이유들을 위해 선택될 수도 있다. 추가적으로, 회전은 2층마다 발생할 필요는 없지만, 층마다, 또는 n층마다 발생할 수도 있다. 또한, 트랙들은 이 도면에서 표현의 간략화를 위해 도시된 바와 같이 각각의 층 내에서 직선일 필요는 없지만, 층의 표면을 따라 임의의 방향의 평행한 경로들로 구성될 수도 있다.
도 20a는 도 7에 도시된 커버링 문제 솔루션으로부터 단위 셀 상에 수행되는 스케일링(scaling)을 도시하는 예시이며, 그것에 의해 이 스케일링(및 다른 동작들)은 스캔 경로들에 걸쳐 제어도를 허용하고 따라서 예로서, 물품 다공성의 관점에서 측정되는, 인쇄된 물품의 인쇄 속도(프린터 처리량) 및 물리적 속성들 및 품질들을 허용한다. 단위 셀은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 고정된 상태로 유지하는 동안 해치 간격을 감소시킴으로써 달성되는, 해치 간격 방향으로 축소된다. 이는 x-방향(우측)으로 0.87 배만큼 단위 셀의 등각(각도 보존) 스케일링이며, 도 15에 제시되는 것들과 유사한 슬라이스 두께를 가정 시, 슬라이스 두께 대 해치 간격, 및 슬라이스 두께 대 트랙 폭 사이의 비율들뿐만 아니라, 객체들의 중심 사이의 각도가 변하는 것을 의미한다. 물론, 다른 스케일링 및 왜곡 동작들이 또한 가능하다. 일반적으로, 바인더 분사, 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 유사한 공정에서 도 7b에 도시되는 트랙들과 비교하여 트랙들의 증가하는 중첩도는 어느 정도, 인쇄된 물품의 다공성 및 인쇄의 속도를 감소시킬 것이고, 그 다음, 다공성은 다시 한번 증가하기 시작할 수 있다. 재료 분사, 융합 증착 모델링, 또는 유사한 공정에서, 도 7b에 도시되는 트랙들의 그것과 비교하여 트랙 중첩의 약간의 감소는 다공성을 감소시키기 위해 요구될 수도 있지만, 중첩이 추가로 그리고 결국 완전히 제거된 경우, 다공성은 증가할 것이다.
도 20b는 바인더 분사, 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 유사한 공정에 의해 인쇄되는 물품의 다공성을 감소시키는데 유용할 수도 있는 바와 같은, 중첩을 증가시키도록 설계되는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 변화를 도시하는 도 20a에 도시된 단위 셀에 대한 예시이다. 이 예에서, 인쇄 속도(AM 트랙 지오메트리 파라미터)는 더 작은 객체들에 대해 감소되어, 38%의 총 면적 증가를 위해 17.5% 더 깊고 더 넓은 그러한 객체들을 야기하고, 이들 더 작은 객체들은 더 느린 인쇄 속도가 주어지면 트랙 제작을 보다 정확하게 반영하기 위해 셀에서 약간 더 낮게 추가적으로 재배치된다. 다른 그러한 AM 트랙 지오메트리 파라미터 변화들(및 위치 변화들)은 일반적으로 유사한 방식으로 다공성, 인쇄 처리량, 및 다른 인쇄된 물품 및 인쇄 특성들을 증가 또는 감소시키기 위해 적용될 수 있다. 이 도면에 도시되는 단위 셀은 도 7d에서와 같이 층들의 평면에 수직으로 정의되는 슬라이스들 및 스캔 경로 그리고 도 19에서와 같이 2층마다의 회전을 포함한다.
도 21은 경로-접선 방향으로 단면 평면의 법선을 갖는 물품의 단면의 예시이며, 여기서, 물품은 재료 분사, 융합 증착 모델링, 아크 플라즈마 소결, 다중-분사 융합, 바인더 분사 또는 유사한 공정을 이용하여, 구형 지오메트리를 갖는 곡선 및 스케일링된 공간 상의 단위 셀들을 사용하여 유도되는 커버링 문제 솔루션에 따라 인쇄된다. 특히, 도 7b에 도시된 객체들의 단위 셀 및 위치들은 중심 지점으로부터 거리 r을 표현하는 방사상 좌표 r 및 반경 r에서 0도로부터의 회전을 나타내는 각도 θ에 대한 변환: z -> r, x -> θ에 의해 스케일링되고, 여기서, x-z 공간에서 셀의 폭(w)은 층 1에서 w2 = 2*(r1)2*(l-cos(θ))을 의미하는, 이미지의 층 1에서 셀의 폭과 동일하도록 취해진다. 이 변환에서, 각각의 단위 셀은 중심 지점으로부터 방사상 거리가 증가됨에 따라 면적(또는 볼륨)에서 증가하고, 각각의 트랙의 중심 위치는 또한 따라서 스케일링되며; 그러나, 트랙 단면들은 스케일링되지 않아서, AM 트랙 지오메트리 파라미터들에 대해 변화가 없음을 제안한다. 스케일링으로 인한 왜곡들을 설명하기 위해, 트랙 크기는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 변경함으로써 또한 방사상 거리에 따라 스케일링될 수도 있거나; 몇몇 층들마다, 단위 셀들은 층n에서, w2 = 2*(rn)2*(l-cos(θ))이도록 다운사이징될 수도 있다. 라벨들 "1.1"은 이들 트랙들이 먼저 인쇄되며, 트랙들 "1.2"가 이전 층에 인쇄되는 트랙들의 표면 구조에 기초하여 더 높은 최대 방사상 구축(build-up)을 달성하기 위해 후속으로 인쇄된다는 것을 나타내도록 의미된다. 트랙 높이는 반경 r의 구의 표면에 수직인, 구축 방향으로 구의 표면의 호(arc)를 따르지만, 스캔 경로들은 예로서, 도면에서 중심 지점을 통과하여 그것의 최고 지점까지의 축 주위, 또는 페이지로의 직선 라인으로 곡선 또는 직선 윤곽들에 따라 이동할 수도 있다. 재료 두께(Material thickness, MT) 및 순 변위(net displacement, ND)는 층들 사이에서 동일하거나 일정할 필요가 없다. 이 예에서, MT3>ND3>MT4>ND4이다.
도 22는 250W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트(gaussian beam waist) 및 1046mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 단일 층은 단일 트랙 지오메트리 스캔 전략에서 단일 층을 나타내며; 전형적인 그러한 전략들에서, 연속 층들의 스캔 경로 방향들은 이전 층들에 비해 회전될 것이지만, 이는 여기서 도시되지 않는다.
도 23은 250W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 1210 mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 2층의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이는 미국 특허 제6,596,224호 및 제6,677,554호에 설명되고 도 4에 도해되는 특정 "인터리브드" 스캔 전략의 구현이다. 각각의 스캔 트랙의 경로-접선 단면이 상단 층(제2 층)과 아래 층(제1 층) 사이에서 어떻게 유사한지 주목한다. 그것은 제2 층의 트랙 단면에 의해 커버되는 제1 층의 트랙 단면들의 면적이 더 이상 가시화되지 않는다는 점을 주목할 만하며; 이는 트랙 중첩이 발생하는 단면 이미지의 공통 특징이다.
도 24는 도 16에 상세화되는 커버링 문제 솔루션에 기초하여 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 단일 층의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 경우에서, 2개의 상이한 면적들/지오메트리들의 트랙 단면들은 상이한 스캔 전략들을 이용하여 달성된다. 작은 폭 트랙들은 250W의 레이저 출력, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 2038mm/s의 레이저 스캐닝 속도로 인쇄되는 반면, 큰 폭 트랙들은 250W의 레이저 출력, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 860mm/s의 레이저 스캐닝 속도로 인쇄되며, 여기서, 작은 및 큰 트랙들의 중심들 사이의 거리는 140㎛로 고정된다.
도 25는 2개의 트랙 지오메트리들을 이용하는 커버링 문제 솔루션에 기초하여 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 2개의 층들의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 예에서, 140㎛ 해치 간격에 의해 분리되는 큰 폭 스캔 트랙들의 초기 층은 250W의 레이저 출력, 및 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트로 50㎛ 분말 두께로부터 인쇄된다. 50㎛의 순 변위 및 분말 두께를 갖는 제2 층은 그 트랙 단면 중심 지점들이 제1 층의 큰 폭 스캔 트랙 단면 중심 지점들에 비해 대략 70㎛로 변위되는 작은 폭 스캔 트랙들을 생산하기 위해 이용되며; 동일한 파라미터들이 1.6배만큼 더 빠른 스캔을 제외하고는 사용된다.
도 26은 도 25에 대해 설명되는 2개의 트랙 지오메트리 접근법의 반복을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의, 스캔 트랙들의 절반에 접하고 다른 절반에 수직인 단위 법선을 갖는, 트랙 단면의 이미지이다. 이 경우, 도 25에 설명되는 바와 같이 2개의 층들을 생산한 후, 스캔 트랙들은 다시 도 25에 도시된 바와 같이 다시 동일한 방식으로, 다음 2개의 층들을 생산하기 위해 90도 회전된다. 플러스 90도 회전을 구축하는 이 2개의 층은 필요한 만큼 종종 반복된다.
도 27a는 375W의 레이저 출력 및 220㎛의 해치 간격을 갖는 이 경우를 제외하고, 도 26에 대해 설명되는 것과 유사한 2개의 트랙 지오메트리 스캔 전략으로 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의, 단위 법선으로부터 45도 벗어나 취해지는, 트랙 단면들의 이미지이며, 여기서, 더 작은 트랙들은 더 큰 트랙들에 비해 더 작은 빔 웨이스트 및 더 빠른 스캔 속도를 이용하여 인쇄된다.
도 27b는 375W의 레이저 출력, 46㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 220㎛의 해치 간격, 및 1311mm/s의 스캔 속도를 이용하는 단일 트랙 스캔 전략으로 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의, 단위 법선으로부터 45도 벗어나 취해지는, 트랙 단면들의 이미지이다. 이러한 전략에서, 스캔 경로들은 층마다 90도만큼 회전된다.
도 28a는 도 26에 대해 설명되는 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 니켈 초합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 269W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 이용되었고, 여기서, 더 큰 트랙들을 제작하기 위해 사용되는 스캐닝 속도는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 속도의 그것에 두 배 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 여기에 도시된 부분과 단위 질량 당 동일한 총 증착 에너지를 사용하여 인쇄된, 도 28b 및 도 28c에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 낮은, 0.12% 이었다.
도 28b는 도 23에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 "인터리브드" 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 니켈 초합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이러한 경우, 269W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착된 에너지는 도 28a 및 도 28c에 도시된 그들 부분들과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 28c에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 더 낮지만 도 28a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 0.50% 이었다.
도 28c는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 니켈 초합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 269W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착 에너지는 도 28a 및 도 28b에 도시된 그들 부분과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 28a 및 도 28b 둘 다에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 더 높은, 0.69% 이었다.
도 29a는 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 바인더 분사 인쇄 공정과 가장 일치하는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로부터 생성되는 3개의 상이한 객체 지오메트리들로 구성되는 단위 셀의 예시이다. 이 경우, 1개는 크고, 2개는 중간이고, 3개는 작은 객체들이 각각의 단위 셀에 존재하고, 이는 가능한 최소 기본(basis)이다. 수개의 슬라이스 두께들이 이러한 구성에 대해 가능하며; 결과적으로, 기본 벡터들(b1,b2)은 (1.0, 0.0),(0.44, 1.03)로서 x-축 평행 벡터의 길이의 관점에서 주어진다. x-축은 우측으로 지향되고, z-축은 위로 지향된다.
도 29b는 연속 층을 위한 재료가 증착되었던 단일 층의 예시이며, 여기서, 이 경우의 순 변위 ND2는 이 슬라이스를 위한 재료 두께 MT2보다 더 작다. 이용되는 스캔 전략은 도 29a에 도시된 바와 같은 다수의 트랙 객체 지오메트리들 및 크기들을 이용하는 커버링 문제 솔루션으로부터 설계되고, 슬라이스에 따라, 트랙 인쇄의 교번 순서(alternating order), 슬라이스들 사이의 상이한 순 변위들, 및 단일 슬라이스 내에서 순 변위보다 더 크거나 동일한 다수의 재료 두께들을 포함한다. 라벨들 "1.1"은 더 작은 트랙들이 먼저 인쇄되며, 더 큰 트랙들이 직후에 "1.2"로 라벨링되는 것을 나타내도록 의미된다. 이 전략은 일부 수정과 함께, 임의의 인쇄 공정에 적용될 수도 있지만, 트랙 단면 지오메트리는 이러한 경우 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 바인더 분사 공정을 위한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하여 생성되는 트랙들을 반영하기 위해 드로잉되며, 여기서, 후자의 경우, 이 도면에 도시되는 것을 넘어서는 단위 셀의 스케일링-업(scaling-up)은 바인더의 과증착을 방지하는 것에 유리할 수도 있다.
도 29c는 도 29b에 도시된 재료의 증착, 및 다음 층의 인쇄을 위한 재료의 증착 후 인쇄되는 층의 예시이다. 이 경우, 더 작은 트랙들("2.1"로 라벨링됨)이 먼저 인쇄되며, 그 다음, 더 큰 트랙들(2.2로 라벨링됨)이 인쇄된다. 다음 층의 경우, 재료 두께 MT3 및 순 변위 ND3은 동일하다.
도 29d는 도 29c에 도시된 재료의 증착 후 인쇄되는 층의 예시이다. 이 예의 이전 층들에서와 같이, 더 작은 트랙들("3.1"로서 라벨링됨)은 더 큰 트랙들("3.2"로서 라벨링됨) 전에 인쇄된다. 이 전력으로 제작되는 물품들의 경우, 전단 강도의 x-축 성분은 트랙들이 층 내에 그리고 층에 걸친 둘 다에서 트랙들의 큰 z-축 스팬(span)으로 인해 다른 것의 하나의 상단 상에 놓여 있는 스캔 전략과 비교하여 증가될 것이다. 이 전략은 각각의 층 내에 더 작은 객체 및 더 큰 객체를 인쇄하는 순서가 반전되는, 바인더 분사에 매우 적합하게 될 수도 있으며, 여기서, 더 높은 항복 강도가 (페이지로) 스캐닝의 방향을 따라 요구되었고 상대적으로 더 높은 전단 강도가 x-축으로 그리고 이를 중심으로 요구되었다. 다른 층마다 회전들을 통합하는 것은 x-축 방향으로 항복 강도 및 전단 강도를 증가시키는 반면 스캐닝의 방향으로 항복 강도를 감소시킬 것이다.
도 30a는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 260W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 91㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 1004 mm/s의 스캔 속도가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 도 30b에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 더 높은, 0.48% 이었다.
도 30b는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 260W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위, 60㎛의 분말 두께, 91㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 1004 mm/s의 스캔 속도가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 도 30a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 상당히 더 낮은, 0.21% 이었다. 다공성의 감소는 순 변위에 대한 분말 두께의 증가에 기인한다.
도 31a는 도 27에 대해 설명된 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 650W의 레이저 출력, 200㎛의 해치 간격, 및 50㎛의 순 변위와 분말 두께가 이용되었으며, 여기서, 더 큰 트랙들을 제작하기 위해 사용되는 스캐닝 속도는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 스피드의 그것보다 약 1.9배 이었고, 더 큰 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 가우시안 빔 웨이스트는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 것의 크기의 약 2배 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 여기에 도시된 부분과 단위 질량 당 동일한 총 증착 에너지를 사용하여 인쇄된, 도 31b에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 3.29% 이었다.
도 31b는 도 31a에 대해 설명된 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 전략들 사이의 차이는 이 부분에 대해, 50㎛ 보다는 60㎛의 분말 두께가 적용된 것 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 도 31a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 상당히 더 낮은, 1.79% 이었다. 다공성의 감소는 순 변위에 대한 분말 두께의 증가에 기인한다.
도 32a는 도 26에 대해 설명되는 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 252W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 이용되었으며, 여기서, 더 큰 트랙들을 제작하기 위해 사용되는 스캐닝 속도는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 속도의 그것의 약 1.6배 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 여기에 도시된 부분과 단위 질량 당 동일한 총 증착 에너지를 사용하여 인쇄된, 도 32b 및 도 32c에 도시된 부분들에 대해 측정되는 것보다 훨씬 더 낮은, 0.23% 이었다.
도 32b는 도 23에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 "인터리브드" 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 252W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착 에너지는 도 32a 및 도 32c에 도시된 그들 부분들과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 32c에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 더 낮지만 도 32a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 0.56% 이었다.
도 32c는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 252W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위와 분말 두께, 및 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착 에너지는 도 32a 및 도 32b에 도시된 그들 부분들과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 32a 및 도 32b 둘 다에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 1.13% 이었다.
도 lb는 비경화된 폴리머의 새로운 층을 생산하기 위해 유사한 거리(LT)로 낮아지는, 도 1a에 설명되는 바와 같은, 스테레오리소그래피 장치의 구축 플랫폼의 개략도이다. 여기서 그리고 도 1a 내에 도시된 이 노광 및 계층화 공정은 반복되며, 여기서, 노광되는 각각의 연속 영역 및 증착되는 층은 동일한 3차원 물품의 연속 슬라이스의 대략적인 형태로 구축 방향의 모든 지점에서 물품의 높이를 구축한다.
도 2는 재료 분사를 통한 물품의 평면 층 구축의 예시이다. 하나의, 또는 더 많은 노즐(들)은 해치 간격(h)으로 칭하여지는 주기적 거리만큼 이격되는 조정된 인접 경로들 따라 재료(들)을 증착시킨다. 증착된 재료는 트랙들의 면적의 거친 형상이 물품의 슬라이스를 나타내도록 해치 간격과 일치하는 폭들 및 슬라이스된 물품의 층 두께(LT)와 대략적으로 동일한 높이들의 트랙들을 생성한다. 동일한 3차원 물품의 연속 슬라이스들을 위한 재료는 정밀 스테이지 또는 분사 노즐들의 모션을 통해 달성되는, 그 지점에서 층 두께와 대략적으로 동일한 구측 방향으로 배향되는 거리 오프셋과 함께 이들 스캔 경로들의 조합을 통해 증착될 수 있다.
도 3a는 분말 베드 융합 및 레이저 소결 공정들에서 통상적으로 이용되는 에너지 증착 스캔 전략을 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 스캔 전략은 분말 고화(consolidation) 시 물품의 슬라이스의 근접 면적(또는 충진)을 달성하기 위해, 물품의 슬라이스의 횡단면(lateral cross section)을 나타내는 단일 윤곽 경로, 및 해치 간격(h)에 의해 분리되는 다수의 평행한, 인접 경로들로 구성된다. 에너지 소스는 고체 층을 형성하기 위해 그 후에 재고화되는 분말 입자들을 융용 또는 소결하기 위해 규정된 경로들을 스캔한다. 스캔 전략들은 층들 사이에서 동일하거나 유사할 필요는 없으며 - 스캔 경로들의 증분 회전 또는 변환(translation)이 이용된다. 예로서, 물품의 연속 슬라이스들을 표현하는 층 n과 층 n+1 사이에서, 충진 경로들은 각도 θ n에서 θ n+1까지, 특정의 각도 증분만큼 제어된 방식으로 회전된다.
도 3b는 도 3a에 설명되는 것과 유사한 스캔 전략을 이용하는, 분말 베드 융합에 의해 생산되는 스틸 스캔 트랙들의 단일 층의 상단의 광학 현미경 사진이다. I. Yadroitsev P. Krakhmalev, and I. Yadroitsava, Hierarchical design principles of selective laser meting for high quality metallic objects, Additive Manufacturing 7, pp. 45-56, 2015로부터 재현된다.
도 3c는 도 3a에서 설명되는 것과 유사한 스캔 전략을 이용하는, 분말 베드 융합에 의해 생산되는 다층 물품의 에칭된 수직 단면의 광학 현미경 사진이다. 스캔 트랙들을 따라 재고화된 분말의 단면들은 복잡한 계층화된 구조 및 층들 사이의 스캔 경로들의 제어된 회전을 통해 부여되는 등방성을 도시한다. I. Yadroitsev P. Krakhmalev, and I. Yadroitsava, Hierarchical design principles of selective laser meting for high quality metallic objects, Additive Manufacturing 7, pp. 45-56, 2015로부터 재현된다.
도 4는 도 3a에 설명되는 바와 같은 스캔 전략의 특정 구현을 예시하는 개략도이다. 이 방법에서, 스캔 경로들의 위치들은 예컨대 "인터리브드" 패턴을 달성하기 위해 주어진 층 내에서 그리고 연속 층들에 대해서 모두 정의된다. 예를 들어, 층 n에서, 다수의 평행한, 인접 스캔 라인들은 물품의 슬라이스의 면적 충진을 나타내는, 해치 간격(h)에 의해 분리된다. 연속 평면 층들인, 층 n+1의 충진 스캔 라인들은 마찬가지로 해치 간격(h)에 의해 분리되지만 해치 거리의 절반과 동일한 거리만큼 이전 층에 대해 측면으로 병진되어, 층 n의 스캔 라인들 사이의 중간 지점에 층 n+1의 스캔 라인들을 배치한다.
도 5a는 50W의 레이저 출력 및 60mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. I. Yadroitsev, A. Gusarov, I. Yadroitsava, and I. Smurov, Single track formation in selective laser melting of metal powders, J. Mater. Process. Technol. 210, pp. 1624-1631, 2010로부터 재현된다.
도 5b는 50W의 레이저 출력 및 120mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 그것은 스캐닝 속도의 증가로 인해, 도 5a에 대해, 단면의 형상 및 크기의 중요한 변화들이다. I. Yadroitsev, A. Gusarov, I. Yadroitsava, and I. Smurov, Single track formation in selective laser melting of metal powders, J. Mater. Process. Technol. 210, pp. 1624-1631, 2010으로부터 재현된다.
도 5c는 300W의 레이저 출력 및 800mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 단면의 형상은 도 5a 및 도 5b와 비교하여 연장된다. C. Kamath, B. El-dasher, G. F. Gallegos, and W. E. King, and A. Sisto, Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400W, Int. J. of Adv. Manuf. Technol. 74, pp. 65-78, 2014로부터 재현된다.
도 5d는 300W의 레이저 출력 및 1500mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 출력 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 스캔 라인의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 도 5a 내지 도 5c와 비교하여 도시된 바와 같이, 환상(circularity), 접촉 각도, 폭, 재료 구축의 양, 및 깊이를 포함하지만 이에 제한되지 않는 재고화된 재료의 단면의 형상 및 크기의 양태들은 레이저 출력 및 스캔 속도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 인쇄 파라미터들에 의존한다. C. Kamath, B. El-dasher, G. F. Gallegos, and W. E. King, and A. Sisto, Density of additivel -manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400W, Int. J. of Adv. Manuf. Technol. 74, pp. 65-78, 2014로부터 재현된다.
도 6a는 물품의 AM 생산에 사용되는 재료 두께(material thickness, MT)를 정의하기 위한 분말 기반 공정의 일 예의 개략도이다. 구축 플랫폼은 분말 베드에 갭을 형성하기 위해 35㎛만큼 정밀 스테이지에 의해 낮아지고 롤러는 별도의 공급장치(supply)로부터의 분말을 갭으로 충진한다. 이것은 재료 두께를 35㎛로서 정의한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 바와 같은, 분말 증착 직후의 분말 기반 AM 공정에서 구축 플랫폼의 모션의 개략도이다. 분말의 고화 이전의 구축 플랫폼의 추가 변위는 재료 두께(MT)보다 더 크거나, 동일하거나, 더 작은 순 변위(net displacement, ND)를 정의하기 위해 사용될 수 있다.
도 6c는 순 변위(ND) 및 재료(분말) 두께(MT)가 독립적으로 제어되고 그럴 필요는 없지만 상이할 수 있는 분말 기반 공정의 개략도이다. 전체적으로 분말의 고화 이전의 모든 단계들인, 도 6a와 도 6b 사이의 정밀 스테이지의 순 모션(net motion)은 이 경우 50㎛로서 총 순 변위를 정의하는 반면, 재료 두께는 도 6a에 도시된 계층화 공정에 의해 정의되는 바와 같은 35㎛이다.
도 7a는 이진 디스크들의 밀집한 패킹의 단위 셀이며, 이로부터 다중-파라미터 스캔 전략이 유도된다.
도 7b는 고정된 각도 방향을 갖고 2: 1: 1 비율로 단위 셀당 2개의 더 큰 객체들 및 더 작은 2개의 객체들(서로의 미러 이미지) 중 하나 각각을 갖는 3개의 상이하게 크기화되고 형상화된 객체들에 대한 커버링 문제 솔루션이다. 이 경우, 객체들의 지오메트리들은 레이저 소결, 분말 베드 융합, 또는 유사한 공정에서 2개의 별개의 세트들의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들 와 로부터 생성되는 트랙들에 대한 경로-접선 트랙 단면들을 표현하도록 의미되지만, 이 커버링 문제 솔루션은 임의의 적층 제조 스캔 또는 트랙 기반 공정, 또는 트랙 또는 스캔 기반 공정에서 생산되는 것들과 유사한 표면 패턴들을 생성하는 적층 제조 공정에 적용될 수도 있다. 라벨들(1, 2, 및 3)은 층 생산을 위한 연대순을 표현하도록 의도되며, 여기서, 그러한 순서는 솔루션에 본질적인 것이 아니라 오히려 부과된 것이다. 미러-이미지의 더 작은 객체들의 사용은 비대칭 높이 변형들을 갖는 표면에 걸친 위치에(이 경우, 이전에 인쇄된 스캔 트랙의, 중심에서 벗어난, 상단 상에) 트랙을 인쇄하는 것에서 기인할 수도 있는 지오메트리의 미묘한 차이를 반영하도록 의미된다.
도 7c는 예시의 평면에 수직인 방향으로 스캔하는 스캔 경로들을 표현하는 이미-인쇄된 층에 층진된-도트들을 갖는, 도 7b에 설명되는 바와 같은 이미-인쇄된 층인, 층 1의 상단 상에 증착되는 분말 또는 다른 재료의 횡-단면 층의 예시이다.
도 7d는 층 1의 것들과 평행 또는 역평행 스캔 경로들을 갖는, 도 7b에 도시된 바와 같은, 인쇄 층 2의 가능한 결과의 예시이다. 남은 비고화된(unconsolidated) 분말 또는 다른 재료의 예시는 소결된 재료의 가능한 존재를 나타낸다. 도시되는 경로-접선 트랙 단면들이 층 1의 경로들에 대해 평행 또는 역평행 스캔 방향을 나타내지만, 층 2의 경로들은 층 1의 경로들의 그것으로부터, 또는 스캔이 진행됨에 따라 층 1의 경로들에 대해 변하는 각도를 갖는 윤곽들을 따라 특정된(또는 임의의) 각도로 지향될 수도 있다.
도 8은 도 6b에 대해 설명되는 것들과 같은 기본 스캔 경로들을 이용하는, 재료 분사에 의해 인쇄되는 열가소성(폴리유산)의 반복 층들로 구성되는 단일 트랙 스캔 전략으로 인쇄되는 부분의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 각각의 트랙을 생성하기 위해, 노즐 스캔 속도가 1800mm/m 이었고 압출비가 0.35 이었던 것을 제외하고, 동일한 설정들이 도 12에 대해 설명된 바와 같이 사용되었다. 이러한 부분을 제작하기 위해 사용되는 설정들은 Prusa i3에 대한 디폴트 설정들이며, 여기서, 이들 설정들은 부분의 기계적 고장들, 표면 거칠기, 및 기하학적 변형들을 최소화하면서 동시에 다공성을 최소화하도록 최적화된다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 8% 이었다.
도 9는 도 8과 동일한 스캔 전략을 이용하지만, 도 10에 도시된 부분에 대해 이용되는 평균 압출 볼륨 비율 설정과 동일한, 0.52의 압출 볼륨 비율 설정을 갖는 열가소성 폴리머의 재료 분사에 의해 인쇄되는 부분의 단면의 이미지이다. 이 경우, 초과 재료가 압출되었고, 프린터는 전체적으로 부분을 구축하는 것을 실패하였다. 이는 너무 많은 재료가 압출된(초과 중첩) 결과였고, 이는 또한 매우 열악한 표면 마감 및 기하학적 정확도, 부분에 걸친 가변적 다공성 및 부분 에지들로부터 떨어진 더 높은 다공성을 초래하였다. 부분의 에지들로부터 떨어진 측정된 부분의 다공성은 평균 7% 이었다. 그것은 도 8에 도시된 부분의 0.35에 비해 이 부분을 위해 이용되는 0.52의 훨씬 더 큰 평균 볼륨 압출 비율에도 불구하고, 더 높은 평균 압출 볼륨 비율 설정들을 갖는 노즐의 증가된 압력으로 인해 인쇄되는 부분의 단위 볼륨 당 약 1% 더 많은 재료만이 압출되었다는 것이 주목할 만 하다.
도 10은 도 16에 설명되는 커버링 문제 솔루션에 기초하여 2개의 트랙 지오메트리 스캔 전략을 이용하는 열가소성 폴리머의 재료 분사에 의해 인쇄되는 부분의 단면의 이미지이다. 동일한 설정들은 큰 트랙들에 대해 0.69 및 작은 트랙들에 대해 0.34의 볼륨 압출 비율을 갖는 것을 제외하고, 도 8에 설명된 것들과 동일한 설정을 사용하여 트랙들을 생성하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 0.2% 이었다. 그것은 실질적인 다공성 감소가 도 8에 도시된 부분에 대해 이용되는 접근법에 비해 이 2개의 트랙 접근법으로 획득가능하는 것이 명백하다. 그것은 도 8에 도시된 부분의 0.35에 비해 이 부분에 대해 이용되는 0.52의 훨씬 더 큰 평균 볼륨 압출 비율에도 불구하고, 약 8.4% 더 많은 재료만이 더 높은 평균 압출 볼륨 비율 설정들을 갖는 노즐의 증가된 압력으로 인해 압출되었다는 것이 주목할 만 하다.
도 11은 도 26에 대해 설명되는 2개의 트랙 지오메트리 스캔 전략에 대한 것들과 동일한 기본 스캔 경로들을 이용하고, 도 10에 대해 설명되는 것들과 같은 작고 큰 트랙들을 생성하기 위한 동일한 설정들을 이용하는 열가소성 폴리머의 재료 분사에 의해 인쇄되는 부분의 단면의 이미지이다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 2.3% 이었다. 그것은 실질적인 다공성 감소가 도 8에 도시된 부분에 대해 이용되는 접근법에 비해 이 2개의 트랙 접근법으로 획득가능하다는 것이 명백하다. 그것은 도 8에 도시된 부분의 0.35에 비해 이 부분에 대해 이용되는 0.47의 훨씬 더 큰 평균 볼륨 압출 비율에도 불구하고, 약 6.4% 더 많은 재료만이 더 높은 평균 압출 볼륨 비율 설정들을 갖는 노즐의 증가된 압력으로 인해 압출되었다는 것이 주목할 만 하다.
도 12는 도 16에서 상세화되는 커버링 문제 솔루션에 기초하여, 재료 분사에 의해 인쇄되는 열가소성(폴리유산)의 반복 층들로 구성되는 스캔 전략으로 인쇄되는 부분의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 이미지에서, 프린터 설정들은 부분 다공성 또는 다른 고려사항들의 최적화를 위한 것이 아니라 스캔 트랙 지오메트리의 차이를 설명하기 위해 선택되었다. 단일 층 내에서, 교번 트랙 폭들의 트랙 단면들은 상이한 스캔 전략들을 통해 달성된다. 이 경우의 Prusa i3 융합 증착 모델링 재료 분사 프린터는 400㎛의 노즐 직경을 이용하고, 인쇄 파라미터 설정들은 200㎛의 해치 간격 및 층 두께, 900mm/min의 노즐 스캔 속도, 및 190C 압출기 온도를 포함하며, 여기서, 작은 폭 트랙들은 0.195의 압출기 볼륨 비율로 인쇄되고 큰 폭 트랙들은 0.39의 압출기 볼륨 비율로 인쇄된다. 이 부분의 인쇄 동안, 더 작은 트랙들은 인쇄되는 동안 가장 최근에 인쇄된 인접한 더 큰 트랙들에 고착하는 경향이 있었으며, 그것에 의해, 이미지에서 관측되는, 1개의 더 작은 트랙과 1개의 더 큰 트랙인, 2개의 트랙들의 그룹들로 공간 분리를 초래한다.
도 13은 커버링 문제 솔루션으로 임의의 기하학적 공간을 커버하기 위해 층 내부 및 층에 걸쳐 둘 다에서 단위 셀들을 반복하는 예시이다. 도면에 도시된 바와 같이, 트랙들은 커버되도록 의도되는 전체 공간을 더 양호하게 맞추기 위해 개별 단위 셀들로부터 생략될 수 있다.
도 14a는 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 다수의 객체들을 이용하는 커버링 문제 유도 스캔 전략에 따르는 스캔 트랙들이 개별 단위 셀들 내에서 스캔 트랙들을 제거함으로써 객체 경계에 따르도록 적응될 수도 있는 방법의 예시이다. 도시된 이미지는 단면의 지점에서 커버링 문제 유도 전략의 스캔 경로들에 경로-접선인 법선 벡터를 갖는 단면을 표현하도록 의도되며; 그러나, 그러한 단면은 또한 임의의 층에서, 물품의 경계, 또는 그 경계 근처의 임의의 윤곽들에 접하는 경로가 아닐 수도 있다. 일반적으로, 커버링 문제에 대한 솔루션으로부터 유도되는 트랙들은 서로 또는 상이한 층들에 걸친 윤곽들에 대해 직선이거나 평행하도록 요구되지 않는다.
도 14b는 커버링 문제 유도 스캔 전략으로 설계되는 물품의 경계에서 수개의 층들에 걸쳐 (트랙 단면들에 의해 표현되는) 윤곽 트랙들의 추가의 예시이다. 이 이미지에서, 경계에서의 윤곽 트랙 단면들은 단지 하나의 층 두께이지만, 그들은 다수의 층들일 수도 있거나, 그들은 다수의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하는 추가적인 커버링-문제 유도 스캔 전략으로 구성될 수도 있다. 추가적으로, 윤곽 트랙 단면들은 단순화를 위해 경로-접선 단면들로서 도시되지만, 윤곽들은 커버링 문제 유도 스캔 전략의 트랙들에 비해 물품의 임의의 단면에서 상이한 방향들 또는 각도들로 이동할 수도 있다. 그것은 도 14a에 비해, 객체 경계 근처의 커버링 문제 유도 스캔 전략의 하나의 트랙이 윤곽들을 커버링 문제 유도 스캔 전략에 따르게 하는 단순한 공정을 예시하기 위해, 제거되었다는 것이 주목된다.
도 15는 도 7에 제시된 동일한 커버링 문제 유도 스캔 전략에 대한 스캔 윤곽들 및 계층화의 상대 위치에 대한 선택을 설명하는 예시이다. 이 도면에서, 도 7b에 설명되는 단위 셀은 층이 일정한 순 변위인 시스템에서 계층화에 대한 접근법을 단순화하기 위해 더 많은 객체들을 포함하도록 재정의되었다. 새로운 단위 셀 기본 벡터들(b1, b2)은, 우측으로 x-축 및 위로 z-축을 갖는 유클리드 좌표 시스템의 경우, 이 경우에서 일정한, 슬라이스 두께의 단위들에서 (3.18, 0.0) 및 (0.0, 4.0)으로서 기록될 수 있다. 동일한 단위들 및 좌표들에서, 더 큰 트랙들의 폭(x-축)은 1.84이고, 그것의 총 높이(z-축)는 1.79이다. 더 작은 트랙들의 폭은 1.28이고 그들의 높이는 1.31이다. 이러한 스캔 전략을 위해, 각각의 슬라이스는 (각각의 슬라이스에 대한 재료 두께가 본원에 특정되지 않지만) 추가적으로 동일한 일정한 순 변위이다. 더 큰 스캔 트랙들 사이의 x-축 간격은 1.59이고, 더 작은 스캔 트랙들 사이의 x-축 간격들은 1.08 및 2.05이다. 그것은 상이한 단위 셀들이 동일한 커버링 전략 솔루션에 대해 정의될 수 있으며; 그러나, 이러한 특정 솔루션의 경우, 4개보다 더 작은 기본(2개의 큰 트랙 단면들, 미러-이미지의 작은 트랙 단면들 중 1개 각각)을 갖는 단위 셀들이 정의될 수 없다는 것이 이러한 이미지로부터 명백하다.
도 16은 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 바인더 분사 공정을 이용하는 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로부터 생성되는 2개의 상이한 객체들을 포함하는 단위 셀을 갖는 커버링 문제 솔루션 유도 스캔 전략의 경로-접선 단면의 예시이다. 이 특정 커버링 솔루션의 경우, 2개의 트랙들의 단위 셀만이 가능한 최소 기본 단위 셀이다. 기본 벡터들(b1,b2)은, 동일한 단위들에서, 1.46의 더 큰 트랙 폭 및 1.73의 높이, 그리고 더 작은 트랙 폭 및 1.00의 높이를 갖는, (1.98, 0.00) 및(1.00, 1.00)로서, 이 경우에서 일정한, 슬라이스 두께의 단위들로 기록될 수 있다. 이 표현에서, x-축 방향은 우측이고, z-축 방향은 위쪽이다. 트랙들 사이의 스캔 간격은 0.96이며, 1.92의 더 큰 트랙들 사이의 간격 및 1.92의 더 작은 트랙들 사이의 간격에 이른다. 트랙들의 3개의 층들이 도시되며 여기서 이들 트랙들은 단면 평면에서 모두 평행하다. 그러나, 그것은 각각의 층에 인쇄되는 스캔 트랙들의 표면에서 높이의 작은 변형들로 인해, 층마다, 2층마다, 또는 n층마다 트랙들의 회전이 바람직할 수도 있다는 것이 주목된다.
도 17a는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀을 이용하는 스캔 전략의 하향식 예시이다. 층 n은 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 교번으로 이용하는 선형 스캔 경로들로 구성된다. 인접한 스캔 트랙들은 반드시 연대순으로 인쇄될 필요는 없다.
도 17b는 연속 층들 사이의 회전이 발생한, 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀을 이용하는 스캔 전략의 하향식 예시이다. 층 n+1은 층 n에 대해 z 축을 중심으로 면내(in-plane) 회전을 겪는, 도 17a에 설명되는 바와 같은, 그것의 이전 층 n과 유사한 스캔 경로들 및 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로 구성된다.
도 18a는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀의 원형 스캔 전략 구현의 층 n의 하향식 예시이다. 교번하는 AM 트랙 지오메트리 파라미터 설정들의 스캔 경로들은 표시된 지점을 중심으로 원형 대칭이다.
도 18b는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀의 원형 스캔 전략 구현의, 도 18a에 설명되는 층 n에 대한, 연속 층 n+1의 하향식 예시이다. 연속 층 n+1은 이전 층 n의 중첩된 스캔 경로들로 구성되지만 교번하는 AM 트랙 지오메트리 파라미터로 구성된다. 스캔 경로들은 표시된 지점을 중심으로 원형적으로 대칭이며, 이전 층 n의 대칭 지점으로 원통형 좌표 시스템의 종방향 축을 형성한다.
도 18c는 도 16에 설명되는 바와 같은 커버링 문제 솔루션 단위 셀의 원형 스캔 전략 구현의, 도 18b, 및 도 18a 각각에 설명되는 층 n+1 및 층 n에 대한, 연속 층 n+2의 하향식 예시이다. 스캔 경로들은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들이 층 n과 일정하고 층 n+1에 대해 교번적으로 할당되는 이전 층들 n 및 n+1에 원통형으로 대칭이다.
도 18d는 원통형 좌표 시스템의 종방향 축을 중심으로 단위 셀의 회전을 통해, 도 16에 도시된 커버링 문제 솔루션의 적용을 도시하는, 도 18c에 표시되는 단면 라인을 따른 3개의 연속 층들(도 18a 내지 도 18c에 설명되는 바와 같은 층 n, n+1, n+2)의 경로-접선 단면도이다. 그러나, 그것은 스캔 경로들이 종방향 축을 중심으로 원형 대칭일 필요는 없지만 대칭 지점이 층들 사이에서 병진될 수도 있고 각각의 층에 인쇄되는 스캔 트랙들의 표면에서 높이의 작은 변형들로 인해 바람직할 수도 있다는 것이 주목할 만 하다. 더욱이, 스캔 경로들은 경로들이 거의 평행하다면 임의의 윤곽을 따라 드로잉될 수도 있다.
도 19는 도 7b에 도시되는 커버링 문제 솔루션으로부터 유도되는 2층마다 약 90도의 회전을 갖는 스캔 전략에서 스캔 트랙들의 예시이다. 도시된 회전 각도는 90도이지만, 그것은 원하는 인쇄된 물품 속성들에 적합하거나, 주어진 다공성에서 처리량을 개선하거나, 다른 이유들을 위해 선택될 수도 있다. 추가적으로, 회전은 2층마다 발생할 필요는 없지만, 층마다, 또는 n층마다 발생할 수도 있다. 또한, 트랙들은 이 도면에서 표현의 간략화를 위해 도시된 바와 같이 각각의 층 내에서 직선일 필요는 없지만, 층의 표면을 따라 임의의 방향의 평행한 경로들로 구성될 수도 있다.
도 20a는 도 7에 도시된 커버링 문제 솔루션으로부터 단위 셀 상에 수행되는 스케일링(scaling)을 도시하는 예시이며, 그것에 의해 이 스케일링(및 다른 동작들)은 스캔 경로들에 걸쳐 제어도를 허용하고 따라서 예로서, 물품 다공성의 관점에서 측정되는, 인쇄된 물품의 인쇄 속도(프린터 처리량) 및 물리적 속성들 및 품질들을 허용한다. 단위 셀은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 고정된 상태로 유지하는 동안 해치 간격을 감소시킴으로써 달성되는, 해치 간격 방향으로 축소된다. 이는 x-방향(우측)으로 0.87 배만큼 단위 셀의 등각(각도 보존) 스케일링이며, 도 15에 제시되는 것들과 유사한 슬라이스 두께를 가정 시, 슬라이스 두께 대 해치 간격, 및 슬라이스 두께 대 트랙 폭 사이의 비율들뿐만 아니라, 객체들의 중심 사이의 각도가 변하는 것을 의미한다. 물론, 다른 스케일링 및 왜곡 동작들이 또한 가능하다. 일반적으로, 바인더 분사, 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 유사한 공정에서 도 7b에 도시되는 트랙들과 비교하여 트랙들의 증가하는 중첩도는 어느 정도, 인쇄된 물품의 다공성 및 인쇄의 속도를 감소시킬 것이고, 그 다음, 다공성은 다시 한번 증가하기 시작할 수 있다. 재료 분사, 융합 증착 모델링, 또는 유사한 공정에서, 도 7b에 도시되는 트랙들의 그것과 비교하여 트랙 중첩의 약간의 감소는 다공성을 감소시키기 위해 요구될 수도 있지만, 중첩이 추가로 그리고 결국 완전히 제거된 경우, 다공성은 증가할 것이다.
도 20b는 바인더 분사, 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 유사한 공정에 의해 인쇄되는 물품의 다공성을 감소시키는데 유용할 수도 있는 바와 같은, 중첩을 증가시키도록 설계되는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 변화를 도시하는 도 20a에 도시된 단위 셀에 대한 예시이다. 이 예에서, 인쇄 속도(AM 트랙 지오메트리 파라미터)는 더 작은 객체들에 대해 감소되어, 38%의 총 면적 증가를 위해 17.5% 더 깊고 더 넓은 그러한 객체들을 야기하고, 이들 더 작은 객체들은 더 느린 인쇄 속도가 주어지면 트랙 제작을 보다 정확하게 반영하기 위해 셀에서 약간 더 낮게 추가적으로 재배치된다. 다른 그러한 AM 트랙 지오메트리 파라미터 변화들(및 위치 변화들)은 일반적으로 유사한 방식으로 다공성, 인쇄 처리량, 및 다른 인쇄된 물품 및 인쇄 특성들을 증가 또는 감소시키기 위해 적용될 수 있다. 이 도면에 도시되는 단위 셀은 도 7d에서와 같이 층들의 평면에 수직으로 정의되는 슬라이스들 및 스캔 경로 그리고 도 19에서와 같이 2층마다의 회전을 포함한다.
도 21은 경로-접선 방향으로 단면 평면의 법선을 갖는 물품의 단면의 예시이며, 여기서, 물품은 재료 분사, 융합 증착 모델링, 아크 플라즈마 소결, 다중-분사 융합, 바인더 분사 또는 유사한 공정을 이용하여, 구형 지오메트리를 갖는 곡선 및 스케일링된 공간 상의 단위 셀들을 사용하여 유도되는 커버링 문제 솔루션에 따라 인쇄된다. 특히, 도 7b에 도시된 객체들의 단위 셀 및 위치들은 중심 지점으로부터 거리 r을 표현하는 방사상 좌표 r 및 반경 r에서 0도로부터의 회전을 나타내는 각도 θ에 대한 변환: z -> r, x -> θ에 의해 스케일링되고, 여기서, x-z 공간에서 셀의 폭(w)은 층 1에서 w2 = 2*(r1)2*(l-cos(θ))을 의미하는, 이미지의 층 1에서 셀의 폭과 동일하도록 취해진다. 이 변환에서, 각각의 단위 셀은 중심 지점으로부터 방사상 거리가 증가됨에 따라 면적(또는 볼륨)에서 증가하고, 각각의 트랙의 중심 위치는 또한 따라서 스케일링되며; 그러나, 트랙 단면들은 스케일링되지 않아서, AM 트랙 지오메트리 파라미터들에 대해 변화가 없음을 제안한다. 스케일링으로 인한 왜곡들을 설명하기 위해, 트랙 크기는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 변경함으로써 또한 방사상 거리에 따라 스케일링될 수도 있거나; 몇몇 층들마다, 단위 셀들은 층n에서, w2 = 2*(rn)2*(l-cos(θ))이도록 다운사이징될 수도 있다. 라벨들 "1.1"은 이들 트랙들이 먼저 인쇄되며, 트랙들 "1.2"가 이전 층에 인쇄되는 트랙들의 표면 구조에 기초하여 더 높은 최대 방사상 구축(build-up)을 달성하기 위해 후속으로 인쇄된다는 것을 나타내도록 의미된다. 트랙 높이는 반경 r의 구의 표면에 수직인, 구축 방향으로 구의 표면의 호(arc)를 따르지만, 스캔 경로들은 예로서, 도면에서 중심 지점을 통과하여 그것의 최고 지점까지의 축 주위, 또는 페이지로의 직선 라인으로 곡선 또는 직선 윤곽들에 따라 이동할 수도 있다. 재료 두께(Material thickness, MT) 및 순 변위(net displacement, ND)는 층들 사이에서 동일하거나 일정할 필요가 없다. 이 예에서, MT3>ND3>MT4>ND4이다.
도 22는 250W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트(gaussian beam waist) 및 1046mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 단일 층은 단일 트랙 지오메트리 스캔 전략에서 단일 층을 나타내며; 전형적인 그러한 전략들에서, 연속 층들의 스캔 경로 방향들은 이전 층들에 비해 회전될 것이지만, 이는 여기서 도시되지 않는다.
도 23은 250W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 1210 mm/s의 레이저 스캐닝 속도를 갖는 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 2층의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이는 미국 특허 제6,596,224호 및 제6,677,554호에 설명되고 도 4에 도해되는 특정 "인터리브드" 스캔 전략의 구현이다. 각각의 스캔 트랙의 경로-접선 단면이 상단 층(제2 층)과 아래 층(제1 층) 사이에서 어떻게 유사한지 주목한다. 그것은 제2 층의 트랙 단면에 의해 커버되는 제1 층의 트랙 단면들의 면적이 더 이상 가시화되지 않는다는 점을 주목할 만하며; 이는 트랙 중첩이 발생하는 단면 이미지의 공통 특징이다.
도 24는 도 16에 상세화되는 커버링 문제 솔루션에 기초하여 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 단일 층의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 경우에서, 2개의 상이한 면적들/지오메트리들의 트랙 단면들은 상이한 스캔 전략들을 이용하여 달성된다. 작은 폭 트랙들은 250W의 레이저 출력, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 2038mm/s의 레이저 스캐닝 속도로 인쇄되는 반면, 큰 폭 트랙들은 250W의 레이저 출력, 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 860mm/s의 레이저 스캐닝 속도로 인쇄되며, 여기서, 작은 및 큰 트랙들의 중심들 사이의 거리는 140㎛로 고정된다.
도 25는 2개의 트랙 지오메트리들을 이용하는 커버링 문제 솔루션에 기초하여 레이저 분말 베드 융합에 의해 인쇄되는 스테인리스 스틸 부분의 2개의 층들의 경로-접선 트랙 단면의 이미지이다. 이 예에서, 140㎛ 해치 간격에 의해 분리되는 큰 폭 스캔 트랙들의 초기 층은 250W의 레이저 출력, 및 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트로 50㎛ 분말 두께로부터 인쇄된다. 50㎛의 순 변위 및 분말 두께를 갖는 제2 층은 그 트랙 단면 중심 지점들이 제1 층의 큰 폭 스캔 트랙 단면 중심 지점들에 비해 대략 70㎛로 변위되는 작은 폭 스캔 트랙들을 생산하기 위해 이용되며; 동일한 파라미터들이 1.6배만큼 더 빠른 스캔을 제외하고는 사용된다.
도 26은 도 25에 대해 설명되는 2개의 트랙 지오메트리 접근법의 반복을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의, 스캔 트랙들의 절반에 접하고 다른 절반에 수직인 단위 법선을 갖는, 트랙 단면의 이미지이다. 이 경우, 도 25에 설명되는 바와 같이 2개의 층들을 생산한 후, 스캔 트랙들은 다시 도 25에 도시된 바와 같이 다시 동일한 방식으로, 다음 2개의 층들을 생산하기 위해 90도 회전된다. 플러스 90도 회전을 구축하는 이 2개의 층은 필요한 만큼 종종 반복된다.
도 27a는 375W의 레이저 출력 및 220㎛의 해치 간격을 갖는 이 경우를 제외하고, 도 26에 대해 설명되는 것과 유사한 2개의 트랙 지오메트리 스캔 전략으로 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의, 단위 법선으로부터 45도 벗어나 취해지는, 트랙 단면들의 이미지이며, 여기서, 더 작은 트랙들은 더 큰 트랙들에 비해 더 작은 빔 웨이스트 및 더 빠른 스캔 속도를 이용하여 인쇄된다.
도 27b는 375W의 레이저 출력, 46㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 220㎛의 해치 간격, 및 1311mm/s의 스캔 속도를 이용하는 단일 트랙 스캔 전략으로 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의, 단위 법선으로부터 45도 벗어나 취해지는, 트랙 단면들의 이미지이다. 이러한 전략에서, 스캔 경로들은 층마다 90도만큼 회전된다.
도 28a는 도 26에 대해 설명되는 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 니켈 초합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 269W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 이용되었고, 여기서, 더 큰 트랙들을 제작하기 위해 사용되는 스캐닝 속도는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 속도의 그것에 두 배 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 여기에 도시된 부분과 단위 질량 당 동일한 총 증착 에너지를 사용하여 인쇄된, 도 28b 및 도 28c에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 낮은, 0.12% 이었다.
도 28b는 도 23에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 "인터리브드" 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 니켈 초합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이러한 경우, 269W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착된 에너지는 도 28a 및 도 28c에 도시된 그들 부분들과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 28c에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 더 낮지만 도 28a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 0.50% 이었다.
도 28c는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 니켈 초합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 269W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착 에너지는 도 28a 및 도 28b에 도시된 그들 부분과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 28a 및 도 28b 둘 다에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 더 높은, 0.69% 이었다.
도 29a는 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 바인더 분사 인쇄 공정과 가장 일치하는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로부터 생성되는 3개의 상이한 객체 지오메트리들로 구성되는 단위 셀의 예시이다. 이 경우, 1개는 크고, 2개는 중간이고, 3개는 작은 객체들이 각각의 단위 셀에 존재하고, 이는 가능한 최소 기본(basis)이다. 수개의 슬라이스 두께들이 이러한 구성에 대해 가능하며; 결과적으로, 기본 벡터들(b1,b2)은 (1.0, 0.0),(0.44, 1.03)로서 x-축 평행 벡터의 길이의 관점에서 주어진다. x-축은 우측으로 지향되고, z-축은 위로 지향된다.
도 29b는 연속 층을 위한 재료가 증착되었던 단일 층의 예시이며, 여기서, 이 경우의 순 변위 ND2는 이 슬라이스를 위한 재료 두께 MT2보다 더 작다. 이용되는 스캔 전략은 도 29a에 도시된 바와 같은 다수의 트랙 객체 지오메트리들 및 크기들을 이용하는 커버링 문제 솔루션으로부터 설계되고, 슬라이스에 따라, 트랙 인쇄의 교번 순서(alternating order), 슬라이스들 사이의 상이한 순 변위들, 및 단일 슬라이스 내에서 순 변위보다 더 크거나 동일한 다수의 재료 두께들을 포함한다. 라벨들 "1.1"은 더 작은 트랙들이 먼저 인쇄되며, 더 큰 트랙들이 직후에 "1.2"로 라벨링되는 것을 나타내도록 의미된다. 이 전략은 일부 수정과 함께, 임의의 인쇄 공정에 적용될 수도 있지만, 트랙 단면 지오메트리는 이러한 경우 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 바인더 분사 공정을 위한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하여 생성되는 트랙들을 반영하기 위해 드로잉되며, 여기서, 후자의 경우, 이 도면에 도시되는 것을 넘어서는 단위 셀의 스케일링-업(scaling-up)은 바인더의 과증착을 방지하는 것에 유리할 수도 있다.
도 29c는 도 29b에 도시된 재료의 증착, 및 다음 층의 인쇄을 위한 재료의 증착 후 인쇄되는 층의 예시이다. 이 경우, 더 작은 트랙들("2.1"로 라벨링됨)이 먼저 인쇄되며, 그 다음, 더 큰 트랙들(2.2로 라벨링됨)이 인쇄된다. 다음 층의 경우, 재료 두께 MT3 및 순 변위 ND3은 동일하다.
도 29d는 도 29c에 도시된 재료의 증착 후 인쇄되는 층의 예시이다. 이 예의 이전 층들에서와 같이, 더 작은 트랙들("3.1"로서 라벨링됨)은 더 큰 트랙들("3.2"로서 라벨링됨) 전에 인쇄된다. 이 전력으로 제작되는 물품들의 경우, 전단 강도의 x-축 성분은 트랙들이 층 내에 그리고 층에 걸친 둘 다에서 트랙들의 큰 z-축 스팬(span)으로 인해 다른 것의 하나의 상단 상에 놓여 있는 스캔 전략과 비교하여 증가될 것이다. 이 전략은 각각의 층 내에 더 작은 객체 및 더 큰 객체를 인쇄하는 순서가 반전되는, 바인더 분사에 매우 적합하게 될 수도 있으며, 여기서, 더 높은 항복 강도가 (페이지로) 스캐닝의 방향을 따라 요구되었고 상대적으로 더 높은 전단 강도가 x-축으로 그리고 이를 중심으로 요구되었다. 다른 층마다 회전들을 통합하는 것은 x-축 방향으로 항복 강도 및 전단 강도를 증가시키는 반면 스캐닝의 방향으로 항복 강도를 감소시킬 것이다.
도 30a는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 260W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 91㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 1004 mm/s의 스캔 속도가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 도 30b에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 더 높은, 0.48% 이었다.
도 30b는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 260W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위, 60㎛의 분말 두께, 91㎛의 가우시안 빔 웨이스트, 및 1004 mm/s의 스캔 속도가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 도 30a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 상당히 더 낮은, 0.21% 이었다. 다공성의 감소는 순 변위에 대한 분말 두께의 증가에 기인한다.
도 31a는 도 27에 대해 설명된 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 650W의 레이저 출력, 200㎛의 해치 간격, 및 50㎛의 순 변위와 분말 두께가 이용되었으며, 여기서, 더 큰 트랙들을 제작하기 위해 사용되는 스캐닝 속도는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 스피드의 그것보다 약 1.9배 이었고, 더 큰 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 가우시안 빔 웨이스트는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 것의 크기의 약 2배 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 여기에 도시된 부분과 단위 질량 당 동일한 총 증착 에너지를 사용하여 인쇄된, 도 31b에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 3.29% 이었다.
도 31b는 도 31a에 대해 설명된 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 알루미늄 합금으로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 전략들 사이의 차이는 이 부분에 대해, 50㎛ 보다는 60㎛의 분말 두께가 적용된 것 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은 도 31a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 상당히 더 낮은, 1.79% 이었다. 다공성의 감소는 순 변위에 대한 분말 두께의 증가에 기인한다.
도 32a는 도 26에 대해 설명되는 것과 유사한 2개의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 252W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 이용되었으며, 여기서, 더 큰 트랙들을 제작하기 위해 사용되는 스캐닝 속도는 더 작은 트랙들을 생성하기 위해 사용되는 속도의 그것의 약 1.6배 이었다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 여기에 도시된 부분과 단위 질량 당 동일한 총 증착 에너지를 사용하여 인쇄된, 도 32b 및 도 32c에 도시된 부분들에 대해 측정되는 것보다 훨씬 더 낮은, 0.23% 이었다.
도 32b는 도 23에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 "인터리브드" 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 252W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위 및 분말 두께, 그리고 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착 에너지는 도 32a 및 도 32c에 도시된 그들 부분들과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 32c에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 더 낮지만 도 32a에 도시된 부분에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 0.56% 이었다.
도 32c는 도 8에 대해 설명되는 것과 유사한 하나의 트랙 스캔 전략을 이용하는 레이저 분말 베드 융합에 의해 스테인리스 스틸로 인쇄되는 부분의 단면 이미지이다. 이 경우, 252W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 50㎛의 순 변위와 분말 두께, 및 55㎛의 가우시안 빔 웨이스트가 트랙들을 생성하기 위해 사용되었으며, 여기서, 단위 질량 당 총 증착 에너지는 도 32a 및 도 32b에 도시된 그들 부분들과 동일하였다. 이 부분에 대해 측정된 다공성은, 도 32a 및 도 32b 둘 다에 도시된 부분들에 대해 측정된 것보다 훨씬 더 높은, 1.13% 이었다.
프린터 속도 및 처리량을 증가시키고(인쇄 비용을 감소시키고), 제작된 물품 다공성을 감소시키고, 제작된 물품 강도 및 다른 바람직한 물리적 특성들을 향상시키고, 인쇄 재현성을 개선하기 위해 단일 층 내에서 그리고 상이한 층들에 걸쳐 트랙 및 트랙 단면 형상, 크기, 및 위치를 가변시키는 원리를 이용하는 시스템들, 공정들, 및 물질의 조성물들이 설명된다. 추가적으로, 프린터 속도 및 처리량을 증가시키고(인쇄 비용을 감소시키고), 제작된 물품 다공성을 감소시키고, 제작된 물품 강도 및 다른 바람직한 물리적 특성들을 개선하고, 인쇄 재현성을 개선하기 위해, 트랙 및 트랙 단면 형상, 크기, 및 위치에 대한 변화들을 야기하는, 재료 두께 및 순 변위가 개별적으로 제어되고 단일 또는 다중 층들에 걸쳐 상이하게 이루어지는 시스템들 및 공정들이 설명된다. 본원에 고려되는 본 발명들은 융합 증착 모델링, 재료 분사, 바인더 분사, 분말 베드 융합, 선택적 레이저 소결, 다중-분사 융합, 지향성 에너지 증착, 직접 금속 증착, 전자 빔 적층 제조, 아크 플라즈마 소결 적층 제조를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 재료의 트랙 및/또는 스캔 경로가 생성 또는 이용되거나, 표면 높이 변형들이 일련의 트랙들에 의해 나타나는 것들과 유사한 층-방식의 방식으로 생산되는 임의의 AM 또는 3D 인쇄 공정에 대해 적용가능하고, 본원에서 고려되는 본 발명들의 적용가능성은 전술한 트랙 및 스캔 경로 기반 인쇄 공정들 및 프린터들에서 그리고 유사한 층-방식의 표면 변형들을 생산하는 그들 공정들 및 프린터들에 대해 이용되는 단일 또는 소수의 재료들에 제한되지 않으며; 오히려, 본 발명은 복합 재료들 및 다중-재료 인쇄의 사용에서 포함하는, 모든 또는 거의 모든 그러한 재료들의 사용에 유리한 것으로 기대된다.
본원에 설명되는 본 발명들의 이득은 다른 방법들보다 재료 증착, 경화(curing), 용융, 접합, 경화(경화), 소결, 또는 융합의 증착된 에너지 사용 및/또는 시간에서 보다 효율적이고, 증가된 연성, 강도, 등방성(또는 이방성), 피로 저항성, 열 전도성, 전기 전도성, 표면 거칠기, 및 다른 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 유리한 물리적 속성들을 갖는 그들 전략들에 링크되는 조성물들을 생성하는 목표화된 스캔 전략들 및 재료 증착 방법들을 구현하기 위해 AM 트랙 지오메트리 파라미터들{P} 및 공급원료 파라미터들{f}을 변경함으로써 획득된다. AM 트랙 지오메트리 파라미터들{P}은 하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는다; 트랙 경로를 따른 에너지 증착의 스캔 속도 또는 재료- 및/또는 에너지-증착 인쇄 헤드의 스캔 속도, 단위 시간 당 증착되는 에너지 총 양 또는 단위 시간 당 증착되는 재료의 총 질량, 스캔 트랙이 생산되는 표면의 평균 경사, 증착되는 재료의 분말 또는 재료 두께 및 볼륨을 제어하는 파라미터들, 순 변위, 재료의 압축을 제어하는 파라미터들, 에너지 또는 재료가 트랙을 생산할 때 증착되는 공간의 면적, 에너지 또는 재료가 증착될 때 공간의 형상 또는 노즐의 형상, 인쇄가 발생하고 있는 면적 또는 구축 플랫폼의 온도, 공급원료 재료가 증착 전에 가열되는 온도, 구축의 표면에 걸친 가스 흐름의 속도, 및 많은 다른 것들. 공급원료 파라미터들{f}은 하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는다; 재료들의 온도-의존성 점도들, 재료들의 용융 온도, 재료들의 흐름 특성들(예를 들어, 전단 농화의 전단 박화), 분말 형태에서 재료의 패킹 분율(탭 패킹 분율들 및 다른 것들), 현탁액의 입자들의 로딩, 입자 크기들, 분말들 및 입자 현탁액들에 대한 형상들 및 표면 거칠기들, 재료들의 비열, 재료들의 가소성, 및 많은 다른 것들.
결정적으로, (이전 및 연속 층들 및 전체적인 좌표 시스템 둘 다에 대한) 트랙들의 국부적 곡률 또는 각도, 트랙들이 인쇄되는 순서, 해치 간격, 및 관련 방향 변수들을 포함하는 에너지 증착 또는 재료 또는 에너지-증착 인쇄 헤드의 모션을 설명하는 스캔 경로들은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들{P} 또는 공급원료 파라미터들{f}의 세트에 포함되지 않는다. 이는 이들 컴포넌트들이 트랙(또는 트랙 단면) 지오메트리 파라미터들 많이 변경시키는 경향이 없지만, 오히려 트랙들이 제작되는 곳의 지표들(indicator)이기 때문이다. 그것은 분말 베드 융합 및 선택적 레이저 소결을 포함하지만 이에 제한되지 않는 일부 인쇄 공정들에서, 층 내에서 트랙 인쇄의 해치 간격 및 순서가 특히 노출 존들(denudation zones)의 생성 및 다른 현상으로 인해 트랙 지오메트리에 일부 영향을 미칠 수 있다는 점을 주목할 만하며; 그러나, 일반적으로, 충진 해치들의 위상 공간에 걸친 이들 파라미터들의 변화들은, 트랙 지오메트리에서 상대적으로 작은, 에러 내에서 측정가능한 경우의, 변화들을 유도하는 경향이 있다.
종래 기술로부터의 선택 차이점들의 요약. 다음 차이점들은 완전한 목록으로 의미되는 것이 아니라, 오히려 본 발명과 종래 기술을 구별하는 소수의 중요한 대조들의 요약이다.
트랙-기반 지오메트리들을 이용하는 적층 제조는 거의 항상 층별에 기초하여 수행되며, 여기서, 임의의 주어진 층 내의 스캔 전략들은, 물품 에지들 근처의 경로 방향 또는 경로들의 전체 회전이 고려되는 한 제외하고, 이전 또는 연속 층들에 대한 전략들을 설계하는 것과 협력하여 설계되기 보다는 그 층에 대한 바람직한 물리적 및 기하학적 속성들을 생산하기 위해 설계된다. 인쇄 격자들의 경우에서도, 스트러트들 및 노드들을 제작하기 위해 이용되는 스캔 전략들은 일반적으로 이전 또는 연속 층들의 스캔 전략들에 대한 정보로 보다는, 단지 문제의 층에 관한 데이터로부터의 입력으로 공식화된다. 이러한 접근법은, 다른 이익들 중에서, 스캔 전략들의 컴퓨터-생성에서 (각각의 층의 스캔 경로들이 동시에 계산되는) 병렬 계산을 위한 기회를 제공한다.
미국 특허 제6,596,224호 및 제6,677,554호에 논의되는 인터리브드 층 충진 전략은, 도 4에 예시된 바와 같이, 층 n에서 이 전략의 스캔 경로들의 방향이 이전(n-1) 또는 후속(n+1) 층의 경로들과 동일하고, 층 n에서 경로들의 포지셔닝이 이전 또는 후속 층에서 경로들의 그것 사이의 중간이라는 점에서, 예외이다. 그러나, 이 경우, 다른 경우들에서와 같이, 다수의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들은 동일한 충진 전략 내에서 이용되지 않으며; 오히려, 동일한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들은, 각각의 층에서 스캔 경로들의 위치가 위 또는 아래 층의 경로들에 의존하더라고, 복수의 층들에 걸쳐 이용된다.
결정학적 관점으로부터, AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 단일 세트를 이용하는 스캔 전략들은 내부에 포함되는 단지 하나의 객체를 갖는 단위 셀의 주기적인 반복으로 구성된다. 그러한 전략들은 하나의 기본을 갖는 격자에 의해 수학적으로 설명될 수 있다. 2차원에서, 그것은 그러한 격자들의 5개의 군들만이 존재하고, 3차원에서 14개의 군들만이 존재한다는 것이 결정학에 박식한 사람들에게 잘 알려져 있다. 본 특허 내에서 논의되는 커버링 및 스캔 전략들에 관한 본 발명들에서, 기본 1개를 갖는 격자에 의해, AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 기본의 관점에서, 설명될 수 있는 임의의 스캔 전략 또는 인쇄된 조성물은 배제되며; 오히려, 본 발명들은 동일한 전략 내에서 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 적용을 요구하며, 따라서 하나보다 더 큰 기본을 갖는 단위 셀을 요구한다.
구체적으로, 커버링 및 스캔 전략들에 관한 방법 및 조성물 발명들은 전략 내에서 하기를 요구한다: 1) 트랙들 또는 트랙 단면들은 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하여, 그것에 의해 단일 층 내에서 또는 복수의 연속 층들에 걸쳐, 상이한 트랙 형상들을 통상적으로 생성하고, 2) 트랙들 또는 트랙 단면들은 적어도 2개의 기본을 갖는, 유클리드 또는 다른 기하학적 공간에서 설명되는, 단위 셀에 의해, 그들의 연관된 AM 트랙 지오메트리 파라미터들 또는 트랙 형상들에 따라, 특징지어질 수 있고, 3) 단위 셀 내의 인쇄된 트랙들은 인쇄되지 않은 재료의 면적들(볼륨들)이 가장 큰 트랙 단면(트랙)보다 더 크게 존재하지 않는다는 의미에서 셀의 공간을 커버하는 경우, 및 4) 적어도 2개의 인접한 단위 셀들의 일부들 또는 전부가 전략이 적용되는 영역들의 각각의 층에 존재하는 경우.
적어도 2개의 인접한 단위 셀들의 엘리먼트들의 존재에 대한 요건은 상이한 단일-기본 격자 전략들이 층 내에 또는 층들에 걸쳐 상이한 영역들에 적용되는 인쇄를 배제하는 것으로 의미된다. 종래 기술은 상이한 스캔 전략들이 종종 예를 들어, 인쇄 격자 전략이 층의 중심에서 이용되는 경우, 윤곽 스캔 전략이 층의 외부 에지 상에서 이용되는 경우, 및 충진 전략이 사이에 사용되는 경우, 층 내부의 상이한 영역들에 적용된다는 것을 입증한다. 우리는 큰 기본을 갖는 단위 셀에 의해 그 층 또는 그것의 실질적인 부분 및 임의의 유사한 이전 또는 연속 층들을 설명할 수도 있으며; 그러나, 적어도 2개의 그러한 셀들의 엘리먼트들은 각각의 층 내에 존재하지 않을 것이다. 단위 셀 내의 트랙들이 가장 큰 트랙의 크기 이상의 인쇄되지 않은 재료없이, 셀의 영역 내에 응집성 고체의 형성을 요구하는 제한들은 많은 또는 대부분의 재료가 인쇄되지 않는 프린터 격자들 또는 유사한 주기적 구조체들에서 단위 셀들을 배제하도록 의도된다. 대략적으로 말해서, 발명들은 다수의 인접한 스캔 트랙들로 구성되는 윤곽들의 충진을 포함하는 충진 전략들, 단일 스캔 라인들로 구성되지 않은 스트러트들을 갖는 프린터 격자들, 스킨들, 및 다른 그러한 인쇄된 구조체들에 적용된다.
추가적으로, 커버링 및 스캔 전략들에 관한 발명들은 공간에서 트랙들의 인쇄 파라미터들 또는 배치의 형태로 적용되는, AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 비-주기적 또는 준결정상 적용이 인쇄된 공간의 충진된 영역 내에 이용되는 경우들을 포함한다.
층 두께와 관련하여, 종래 기술은 슬라이스 두께, 재료 두께, 및 순 변위를 구별하지 않고, 여기서, 관측은 (만약에 있는 경우) 그러한 구별을 향하여 이루어지며, 그들은 제작된 물품 품질, 프린터 속도, 또는 다른 인쇄 또는 물품 특성들에 부정적으로 또는 중립적으로 영향을 미치는 것으로 관측된다. 본원에 논의되는 발명들은 이들 개념들이 상이하게 고려되는 적층 제조의 관점 및 이들 3개 중 일부 또는 전부가 의도적으로 및 제어가능하게 서로 상이하게 이루어지는 층들을 제조하는 방법을 설명하며, 많은 경우들에서 인쇄에 유리한 결과들을 생산한다. 특히, 재료 두께 및 순 변위는 독립적인 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로서 도입되고, 본원에 논의되는 방법들을 통해 독립적으로 이들 파라미터들을 수정하는 것은 유리한 결과들을 생산한다.
복수의 트랙 단면 형상들 및/또는 크기들로부터 유도되는 스캔 경로들. 분말 입자들의 용융, 소결, 융합, 또는 그렇지 않으면 결합(이하, 달리 명시되지 않는 한, 용어들 "융합" 또는 "용융"에 모두 포함됨)을 서로 고려하는 경우 및 선행 슬라이스의 처리 동안 용융되는 입자들 또는 슬러리의 목표화된 에너지, 결합제, 또는 재료 증착, 재-용융, 재-소결, 재-융합, 또는 재-결합(이하, 달리 명시되지 않는 한, 용어들 "재-융합" 또는 "재-용융"에 포두 포함됨)으로 인해 현탁액, 슬러리, 액체, 겔, 경화성 폴리머 또는 다른 매체(이하, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "슬러리"에 모두 포함됨)의 고화(solidification) 또는 경화(hardening)(또한, 달리 명시되지 않는 한, 단순화를 위해, "융합" 또는 "용융"으로서 언급됨)를 고려하는 경우는 낮은 다공성의 물품을 제조하고, 비용융된, 비소결된, 비융합된, 비경화된, 비고화된, 또는 비결합된("이하, 달리 명시되지 않는 한, 용어들 "비용융된"에 모두 포함됨) 입자들 또는 슬러리의 포켓들이 인쇄 후 남아 있지 않다는 것을 보장하기 위해 필요하다. 이 요건에 대해 적어도 2개의 일반적인 이유들이 존재한다. 첫 번째는 스캔 또는 트랙 기반 인쇄 공정이 일반적으로 중첩하는 트랙들이 복수의 트랙들의 교차점의 영역들에서 재-융합을 야기하는, 충분히 중첩하는 트랙들을 이용하지 않았던 임의의 스캔 전략이, 트랙들 사이의 공간들에서, 비융합된 입자 또는 슬러리, 또는 입자들 또는 슬러리가 전혀 없거나 부분적으로 고갈된 포켓들을 야기할 것이라는 것을 의미하는, 공간을 타일링하지 않는 트랙들을 생성하는 것이다. 두 번째의 일반적인 이유는 스캔 및 트랙 기반 인쇄가, 확률론적 변형의 정도가 비제어된 변수들 뿐만 아니라, 이용되는 인쇄 공정, 인쇄 파라미터들, 공급원료 파라미터들, 및 다른 변수들과 같은 제어된 변수들에 의존하는, 트랙의 길이에 걸쳐 트랙 폭, 높이, 깊이, 및 표면 구조에서 실질적인 변형이 존재하는 트랙들을 생산하는 것이다. 결과적으로, 스캔 전략이 충분한 중첩으로 설계되지 않는 경우, 그 다음, 트랙 길이를 따라 측정 지점에서 트랙의 경계의 부근에서, 트랙 지오메트리의 국부적 변형이 입자 또는 슬러리 융합의 부족을 야기할 것이다.
중첩은 융합이 부족한 물품에서 공간의 볼륨을 감소시키기 위해 필요하고, 그것은 낮은 다공성 및 거의 다공성이 없는 부분들을 생산하기 위해 필요하다. 그러나, 중첩은 에너지 및 시간이 이전에 융합된 입자들 또는 슬러리를 재-융합하기 위해 전념된다는 점에서 비효율적이다. 따라서, 그들 영역들이 입자들 또는 슬러리의 융합(초과 중첩으로 지칭됨)을 보장할 필요가 없는 중첩의 면적을 감소시키거나 제거하는 스캔 전략들이 에너지 및 시간의 사용의 관점에서 보다 효율적이다. 일반적으로 말해서, 상이한 지오메트리(크기, 형상, 표면 속성들)의 트랙들 또는 트랙 단면들을 수반하는 스캔 전략들을 이용하는 것은 단지 하나의 지오메트리의 트랙들 또는 트랙 단면들로 가능한 것과 비교하여 초과 중첩의 감소를 허용한다.
그것은 생산되는 용융된 트랙의 평균 지오메트리 또는 평균 볼륨이, AM 트랙 지오메트리 파라미터들 및 공급원료 재료(분말 또는 슬러리)의 공간을 고려하여, 일반적으로 트랙을 생산 시 소비되는 에너지 또는 시간의 양에 정확하게 선형적으로 의존하지 않는다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 따라서, 그것은 단위 시간 당 인쇄되는 트랙 볼륨, 단위 에너지 당 인쇄되는 트랙 볼륨, 단위 시간 당 인쇄되는 트랙 단면적, 또는 단위 볼륨 당 인쇄되는 트랙 단면적의 단위들로, 한 세트의 스칼라 트랙 효율 함수들{Tj(Pj)}을 각각의 프린터에 대해 정의하는 것이 유용할 수 있으며, 여기서, 한 세트의 상이한 함수들은 "j"로 인덱싱된, 공급원료 재료(분말 또는 슬러리)의 관점에서, 그리고 그 프린터 능력들 및 공급원료에 특정한 i = 1...Ij인, AM 트랙 지오메트리 파라미터들{Pj i}의 공급원료-특정 번호 "Ij"에 의존하여, 각각의 프린터에 대해 존재한다. 보다 일반적으로, 트랙 또는 트랙 단면의 기하학적 형상을 표현하는 크기 특성들은 프린터 하드웨어 및 공급원료 재료의 주어진 세트에 대해 정의될 수 있으며, 여기서, 이들 특성들은 또한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들에 의존한다. 크기 특성 함수 정의의 예는 저널 기사: 즉, C. Kamath, B. El-dasher, G. F. Gallegos, and W. E. King, and A. Sisto, Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400W, Int. J. of Adv. Manuf. Technol. 74, pp. 65-78, 2014에서 발견될 수 있으며, 여기서, 316 스테인리스 스틸 트랙들은 30 미크론의 층 두께 및 약 63 미크론의 레이저 스폿 크기와 같은 고정된 다른 파라미터들로, AM 트랙 지오메트리 파라미터들, 레이저 속도 및 레이저 출력을 가변시키는 것에 따라 생산되고, 여기서, 트랙 높이, 트랙 폭, 및 트랙 깊이는 2개의 가변 파라미터들의 관점에서 측정된다.
전술된 AM 트랙 지오메트리 파라미터 의존 효율 함수를 이용하면, 중첩하는 트랙들의 관점에서 3차원으로 또는 트랙 단면들의 관점에서 2차원으로 도시되는 단일 또는 다층 스캔 전략들이 에너지 또는 시간 효율에 기초하여 직접 비교될 수 있다. 추가적으로, 초과 중첩은 하나 이상의 트랙 지오메트리들을 생산하는 프린터 하드웨어, 공급원료 재료, 및 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 특정 세트를 고려할, 효율 관점들에서 바람직하지 않기 때문에, 그들 트랙 지오메트리들에 대한 더 양호한 커버링 문제 솔루션들은 더 많은 시간 및 에너지 효율 스캔 전략들을 나타내는 경향이 있을 것이다. 또한, 그러한 트랙들에 동일하거나 유사한 지오메트리의 객체들의 더 밀집한 패킹들의 군(family)들이 커버링 문제 솔루션들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 한, 그러한 패킹들의 밀도는 그들로부터 생성되는 스캔 전략들의 시간 및 에너지와 긍정적으로(positively) 상관되는 경향이 있을 것이다. 도 7은 디스크들의 밀집한 이진 패킹으로부터 유도되는 커버링 문제 솔루션에 기초한 효율적인 스캔 전략의 예를 예시한다. 이 예에서, 객체들의 트랙 단면들은 레이저 분말 베드 융합을 사용하여 생산되는 트랙 단면들의 근사들이다.
주어진 프린터의 경우, "J" 공급원료들(여기서, 다수의-공급원료 또는 다수의-재료 인쇄의 경우 정수 J > 1) 및 각각의 경우에서 파라미터 세트들 {Pj i}k, k = 1...Kj의 숫자 "Kj"에 대해 고려하면, 함수 값들 Tj({Pj i}k)는 격자 기본 벡터들 b 및 볼륨 을 갖는 가변 단쉬 셀에 제기되는 커버링 문제의 가중치들(weights), 및 객체 넘버링트랙들 또는 트랙 단면들(여기서, sum∑는 j = 1.. J를 실행시킴)의 기본으로서 사용될 수 있고, 여기서, 각각의 트랙 또는 트랙 단면 객체는 그것의 파라미터들 {Pj i}k에 대응하는 지오메트리를 나타낸다. 각각의 객체 Oj,k를 그것의 공급원료 인덱스 "j" 및 파라미터 설정 인덱스 "k"에 의해 라벨링하면, 그러한 객체에 대한 구성 좌표 rj,k 및 면적 또는 볼륨 vj,k가 정의될 수 있으며, 여기서, 가장 단순하게 구성 rj,k의 위치 성분들은 재료- 및/또는 에너지-증착 인쇄 헤드 또는 다른 AM 프린터 재료 또는 에너지 소스의 스캔 경로와 일치할 것이다. 가중된 커버링 문제는 하기 목적 함수(objective)을 갖는 제한된 최적화 문제로서 기록될 수 있으며:
여기서, 객체 구성들 rj,k 및 기본 벡터들 b에 대한 목적 함수의 최소화는 기본 벡터들 b에 의해 정의되는 단위 셀의 전체 볼륨이 객체들 Oj,k에 의해 커버되는 제약을 받는다. 커버링은 또한 단위 셀이 객체들에 의해 정수 배들로 커버되는 이중, 삼중, 또는 더 큰 다수의 커버링일 수도 있고, 다른 제약들이 또한 배치될 수도 있다. 예로서, 그것은 객체들의 정확한 지오메트리(및 면적 또는 볼륨 vj,k)가 단위 셀에서 다른 객체의 다른 파라미터들 {Pj}k, 또는 심지어 그들의 상대 위치에 다소 의존적일 수도 있으며; 임의의 그러한 구성 의존성이 알려진 경우, 그것은 객체 구성들을 그것이 알려진 위상 공간으로 제한하는 것이 유리할 수도 있다. 그러나, 그것은 임의의 상대 구성 의존성들(또는 다른 의존성들)의 지식이 그러한 지식이 스캔 전략 개선들을 야기할 수도 있는 일부 경우들에서도, 실행가능한 스캔 전략들의 개발을 위해 필요하지 않다는 점을 주목하는 것이 중요하다.
그것은 때때로 실제 인쇄 조건들과 유사한 환경에서 주어진 공급원료에 대해 평균 트랙 형상을 측정하는 것이 유리하다. 이러한 접근법은 하기를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다: a) 재료가 평활 표면 상에 증착되는 트랙들보다는, 다른 트랙들의 상단 상에 인쇄되는 그들 트랙들을 평균 트랙 지오메트리 측정에서 포함하는 것, b) 다수의 공급원료들이 인쇄에 이용되는 경우, 인쇄된 부분에 목표화된 것들과 유사한 범위들에서 상대적인 조성물들로 구성되는 층들 상에 인쇄되는 각각의 개별 공급원료의 트랙들을 생성하여, 그것에 의해 인쇄된 물품들에서 그들과 유사한 탄성 응력, 열 전도성, 및 적용가능한 경우, 전기 전도성 및 다른 물리적 속성들의 조건에서 인쇄하는 것, c) 트랙들의 인쇄의 순서가 인접한 트랙들에 따라 연대순이 아닐 수도 있는 경우, 사용될 순서에 따라 평균 트랙 형상을 측정하는 것, 및 d) 합리적으로 가능한 투영된 인쇄된 물품 조건들과 유사한 방식으로 (상이한 "j" 또는 "k" 인덱스를 갖는) 다른 트랙들의 그것들에 근접하여 트랙 지오메트리 파라미터들 {Pj}k의 주어진 세트로 생산되는 트랙들의 각각의 세트의 지오메트리를 측정하는 것.
예로서, 도 7에 도시된 단위 셀에 도시되는 경로-접선 트랙 단면들에 대응하는 2개의 트랙 지오메트리들을 고려할 때, 그것은 더 작은 트랙들의 층(하나보다 많은 층)의 상단 상에 그 트랙들을 인쇄함으로써 더 큰 트랙들의 평균 지오메트리를 측정하는 것이 유리할 수도 있고, 그 역도 또한 마찬가지이다. 이것은 특히 분말 베드 융합 또는 선택적 레이저 소결 공정에 관련될 수도 있으며; 층 n의 인쇄 동안 재료가, 분말이 도시되는 경로-접선 단면들 사이에 남아 있는 예를 들어 도 7d에 도시된 바와 같이, 완전히 용융되지 않으면, 그 남아 있는 재료는 그럼에도 불구하고 소결되거나 부분적으로 소결되었을 수 있으며, 그것에 의해 재료의 물리적 속성들 및 결과적으로 층 n+1에서 아마도 트랙들의 트랙 지오메트리를 변화시킨다. 이것은 또한 가장 가까운-이웃 트랙들이 순차적인 순서로 인쇄되지 않은 경우, 그러나 그 대신 짝수-홀수 패리티("다른 트랙들 마다"), 또는 다른 순서로 인쇄되는 경우일 수도 있다. 일반적인 인쇄 공정들에 대한 예로서, 트랙의 형상은 재료가 증착되는 표면에 의존할 수 있고, 도 7의 예에서, 더 작고 더 큰 트랙들의 표면들은 상이하며, 그것에 의해 그들 표면들 상에 인쇄되는 트랙들의 지오메트리를 잠재적으로 변경하고 연속 층들에서 트랙들을 추가로 변경한다.
그것은 재료 분사, 융합 증착 모델링, 다중-분사 융합, 아크 플라즈마 소결, 일부 바인더 분사 공정들 및 유사한 공정들과 같이 재료가 트랙들에 증착되는 공정들에서, 인쇄된 물품에서 트랙의 형상이 일부 경우들에서 트랙이 인쇄되는 표면에 크게 의존할 수 있으며, 여기서, 표면이 종종 이전 층들에서 트랙들의 인쇄로부터 완전히 또는 거의 고화된, 단단한 또는 경화된 재료를 포함한다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 슬러리, 액체, 용매, 폴리머, 현탁액, 또는 유동성 상태의 다른 재료가, 모세관 및 증착 힘들을 통해, 분사된 재료 및 미립자들 둘 다로 구성되는 트랙을 형성하기 위해 미립자들의 층을 침투하는 바인더 분사 또는 유사한 공정들의 경우에서, 이전에 인쇄된 트랙들로부터 이전에 고화된, 단단한 또는 경화된 재료의 상단 상에 인쇄되는 트랙의 하단 형상은 이전에 인쇄된 트랙들의 상단과 일치할 수 있다. 그러한 트랙 형상은 동일한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로, 그러나 미립자의 트랙 높이에 비해) 깊은 층 상에, 또는 평탄 평면의 상단 상의 미립자의 더 얇은 층 상에 인쇄되는 트랙과 실질적으로 상이하다. 재료 분사, 다중-분사 융합, 아크 플라즈마 소결, 융합 증착 모델링, 또는 유사한 공정에서, 트랙이 인쇄되는 지오메트리는 또한 트랙 형상에 영향을 미칠 수 있으며; 이들 경우들에서, 영향의 정도는 높은 점도를 갖는 빠른-경화 재료가 보다 독립적인 지오메트리를 유지하는 반면, 낮은 점도를 갖는 느린-경화 재료가 그것 아래의 표면의 형상을 따르는 경향이 있을 것이라는 점에서, 그것의 경화, 건조, 또는 경화 시간(hardening time)과 비교하여 인쇄되는 재료의 점도에 의존한다.
그럼에도 불구하고, 미립자 층들(바인더 분사) 또는 상대적으로 평활한 표면들(재료 분사, 다중-분사 융합, 아크 플라즈마 소결, 융합 증착 모델링) 상의 인쇄로부터 유도되는 트랙 지오메트리를 갖는, 예를 들어 도 7에서 설명되는 중첩 커버링 문제 솔루션들은 유리한 효과를 위해 이들 재료 증착 방법들에 이용될 수 있다. 이유는 인쇄된 트랙의 볼륨이, 트랙 형상이 변하는 경우에도, 트랙이 인쇄되는 표면의 형상에 관계없이, AM 트랙 지오메트리 파라미터들에 거의 전적으로 의존하여, 대략 일정하게 남아 있을 것이기 때문이다. 따라서, 커버링 문제 솔루션 단위 셀에서 중첩 볼륨(면적) 대 총 볼륨(면적)의 트랙들(트랙 단면들)에 대한 비율은, 이들 인쇄 공정들에 대해, 바인더 및/또는 재료를 포함하는 얼마나 많은 초과 솔루션이 공극들 없이 셀의 공간을 충진하기 위해 증착할 필요가 있는지의 척도(measure)로서 취해질 수 있다.
트랙 증착 동안 모세관 및 증착 힘들은 이전에 인쇄된 트랙들 사이의 공간 중 일부의 충진을 허용할 것이지만, 이전에 언급된 바와 같이, 인쇄된 트랙들의 하단들은 그들이 인쇄되는 표면들에 완전히 일치하지 않는다. 결과적으로, 트랙들 사이에, 너무 많은(초과) 중첩이 아닌, 중첩을 이용하는 양호한 커버링 문제 솔루션들을 사용하는 스캔 트랙들의 설계는 여전히 바인더 분사 및 유사한 공정들에서 매우 낮은 다공성을 갖는 그린 물품들(green articles)에서 입자들(예를 들어, 분말) 대 용액의 더 큰 비율, 및 재료 분사, 융합 증착 모델링, 아크 플라즈마 소결, 다중-분사 융합, 및 유사한 공정들에서 공극 공간의 감소를 야기하는 경향이 있을 것이다.
정교화하기 위해, 바인더 분사에서, 결합제(binding agent)를 포함하는 충분한 솔루션은 입자들 사이의 공간의, 반드시 모두는 아니지만, 일부를 충진하기 위해 증착되어야만 하며, 여기서, 주어진 지오메트리의 트랙에 대해 증착되는 솔루션의 양은 커버링 문제 솔루션에서 트랙(트랙 단면)의 볼륨(표면적)에 직접 비례하게 이루어질 수도 있다. 그러나, 초과 솔루션은, 소결 공정의 일부인 임의의 바인더 제거 단계 동안 문제들을 잠재적으로 야기시키는 것에 더하여, 그린 물품에서 미립자들의 밀도를 낮추고 따라서 소결 동안 수축을 증가시키거나 소결된 부분의 다공성을 증가시킬 것이다. 결과적으로, 중첩을 이용하는 스캔 전략들은 입자들 사이의 공간이 (이전에 논의된 이유를 위해) 충분히 충진되는 것을 보장할 필요가 있지만, 양호한 커버링 문제 솔루션들로부터 설계되는 스캔 전략들은 최소 필요한 중첩을 감소시킬 수 있으며, 그것에 의해 소결 동안 부분(part) 수축 및/또는 소결된 부분 다공성을 감소시킨다. 재료 분사, 융합 증착 모델링, 다중-분사 융합, 아크 플라즈마 소결, 및 유사한 공정들에서, 중첩은 (그린 및, 공정의 일부인 경우, 소결된) 인쇄된 물품에서 공극들의 감소를 보장하는 것을 돕기 위해 이러한 경우에서 다시 요구되지만, 초과 중첩은 재료의 과-증착 및/또는 바인더 분사에 대해 설명되는 것들과 유사한 다른 문제들을 초래할 수 있다.
초과 중첩이 스캔 전략의 생성 또는 사용에서 이용될 때 출현할 수 있는 문제들의 유형들의 양호한 예가 도 8 및 도 9에서 보여질 수 있다. 도 8은 열가소성 폴리머를 이용하는 재료 분사 공정(융합 증착 모델링)을 사용하여 인쇄되는 큐브(cube) 단면 이미지이며 그것에 의해 층 n에서 단일 지오메트리의 트랙들은 400㎛ 간격으로 나란히 아래로 놓여지고, 층 n+1에서, 동일한 접근법 및 트랙 지오메트리가 이용되지만 트랙들은 층 n에 대해 90도 회전된다. 도 8은 다른 요인들 중에서, 프린터에서 기계적 문제들을 생성하는 것 없이 부분들을 인쇄하고, 기하학적으로 상대적으로 보다 정확한 부분을 생성하고, 표면 거칠기를 최소화하도록 최적화되는, 다른 파라미터들 중에서, 머신 노즐 속도, 온도, 및 재료 압출 비율로 인쇄되는 부분의 이미지이다. 이들 설정들의 경우, 결과 인쇄된 큐브는 대략 8%의 다공성을 나타낸다. 도 9는 동일한 디지털 큐브의 단면 이미지(이미지는 도 8에 비해 90도 회전됨)이지만 하기의 하나의 설정 변경으로 인쇄된다: 더 큰, 때때로 비-원통형 트랙들을 초래하는, 압출되는 재료의 볼륨에서의 증가. 인쇄는 노즐이, 초과, 또는 "너무 많은" 중첩으로서 커버링 문제 관점으로부터 관측될 수 있는, 압출되는 재료의 과잉으로 인해 부분에 대해 스크래핑(scraping)을 시작했다는 점에서 실패했다. 부분의 에지들 및 표면은 또한, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 기하학적 관점으로부터 그리고 표면 거칠기의 관점으로부터 사양에서 멀리 벗어났고, 부분은 그것의 에지들로부터 평균 7% 떨어진 다공성을 나타냈다.
그러한 문제들은 실시예 1 및 실시예 2에서 설명되는 바와 같이, 다수의 지오메트리들의 스캔 트랙들이 이용될 때 완화된다. 2개의 트랙 지오메트리들을 이용하는 스캔 전략들을 이용하는 것을 제외하고 도 9와 동일한 인쇄 파라미터들을 사용하면, 실질적으로 감소된 다공성은 실패된 인쇄, 기하학적 공차의 손실, 또는 표면 거칠기의 증가 없이 달성될 수 있다. 실시예들 1 및 2에서 논의되는 도 10 및 도 11은 2개의 트랙 지오메트리들을 각각 이용하는 2개의 상이한 스캔 전략들로 인쇄되는 것을 제외하고, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 동일한 디지털 큐브의 단면 이미지이다. 도 12에 도시된 트랙들은 (도 12에서, 트랙의 각각의 유형에 대한 재료의 볼륨 압출 비율이 트랙 형상들이 명확하게 식별가능한 이미지를 생성하기 위해 비례적으로 하향 스케일링되었지만) 도 10 및 도 11에 전개되는 트랙 형상들을 나타낸다. 도 10 및 도 11에 도시된 큐브들에 대해 측정되는 다공성들은 각각 0.2% 및 2.3%이고, 표면 거칠기뿐만 아니라, 디지털 이미지에 대한 큐브의 기하학적 정확도는 도 8에 도시된 8%의 다공성 큐브과 비교하여 향상되어, 다수의 트랙 형상 방법들이 이용되는 이점들을 명확하게 입증한다.
지금까지 논의되는 커버링 최적화 문제는 확장될 수 있으며, 예로서 AM 트랙 지오메트리 파라미터에 의존하는 객체 형상 및 크기가 고정된 것 보다는 가변적인 그러한 것, 및/또는, 기본 세트에서 객체들의 수 및 공급원료가 가변적인 그러한 것을 포함한다. 그러한 확장된 문제는 유리한 또는 최적의 스캔 경로들뿐만 아니라, 유리한 또는 최적의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들, 그리고 둘 사이의 관계들에 대한 통찰력을 제공할 것이다. 확장된 문제는 또한 추가적인 제약들, 예를 들어, 프린터의 능력들 및 융합 입자들 또는 슬러리의 물리적 현상에 따라 파라미터들{Pj}을 제한하는 제약들, 또는 다중-재료 문제에서 상이한 재료들의 비율을 고정시키는 제약들을 포함할 수도 있다. 그러한 문제들에서, 그것은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들의 다양한 값들에서 각각의 공급원료에 대한 트랙 지오메트리의 지식을 갖는 것은 유리할 것이다.
문제에 대한 임의의 솔루션이 주어지면, 스캔 전략은 객체들(트랙들 또는 트랙 단면들)의 지오메트리 및 그들의 위치들에 기초하여 그 솔루션으로부터 추출될 수 있다. 스캔 전략을 추출하기 위해, 프린터는 그러한 파라미터 세트를 갖는 솔루션에서 객체 Oj,k에 대응하는 파라미터 세트 {Pj i}k로, 트랙을 제작 시, 인쇄하도록 요구된다. 스캔 경로는 인쇄 헤드가 위치되어야만 하고/하거나 에너지 및/또는 재료의 증착이 솔루션의 그것의 위치에서 객체 Oj,k의 근사(또는, 트랙 단면의 경우에서, 그것의 압출)를 제작하기 의해 발생해야만 하는 장소에 의해 정의된다. 가장 단순하게 에너지 증착에 대해, 이는 객체의 중심 지점으로서 정의될 수 있지만, 에너지 및 재료 증착 둘 다에 대해, 특히, 구축 방향에서 특정 위치는 아래에 더 논의되는 바와 같이 변할 수 있다. 예로서, 재료를 증착시키는 인쇄 헤드는 도 2에서 예로서 도시되는 바와 같이, 트랙을 제작하기 위해 제작되는 물품의 표면 위에 몇 개의 트랙 높이들과 유사하게 위치될 필요가 있을 수도 있다.
솔루션은 원하는 공간을 커버하기 위해 단위 셀을 반복함으로써 임의의 양의 공간에 걸쳐 확장될 수 있다. 이러한 개념은 도 7 및 도 13에 제시되는 커버링 솔루션에 대해 입증된다. 제작된 물품 외부 표면들에 대해, 임의의 윤곽 스캔들은 확장된 솔루션에 의해 커버되는 공간과 경계를 이루도록 정의될 수 있으며, 솔루션들은 주어진 층에서 물품 또는 슬라이스 측면 범위가 단위 셀 내부에서 적어도 객체들 중 하나만큼 큰 한 물품-지오메트리 또는 슬라이스-지오메트리에 의존적이지 않다는 것을 의미한다. 이 개념은 도 14에서 입증된다.
단위 셀의 모든 객체들이 단일 층으로 제조되지 않을 수도 않다는 점에서, 솔루션으로부터 층들을 정의할 시 유연성이 존재한다. 보다 구체적으로, 그것은, 구축 방향에서 동일한 변위에 속하는 객체 공간 위치들로 구성들 rj,k를 갖는 모든 객체들에 대해 새로운 층을 할당함으로써, 아마도 위 또는 아래 층들과 다른 순 변위를 갖는, 층들을 정의하도록 요구되지 않는다. 일정한 슬라이스 두께(및 일정한 순 변위를 나타내는 AM 트랙 지오메트리 파라미터들)의 스캔 전략을 허용하는 도 7 및 도 13에 제시되는 커버링 솔루션에 대한 층 정의의 예가 도 15에 제시된다. 이 예에서, 단위 셀은 스캔 전략의 구현을 단순화하기 위해 재정의되었으며; 그럼에도 불구하고, 커버링 솔루션은 변화되지 않았다.
추가적으로, 연속 층들 내의 스캔 트랙들은 커버링 문제 솔루션에서 트랙 단면 객체들의 의해 제한되는 방향성 배향을 따를 필요가 없다. 예를 들어, 분말 베드 융합 또는 레이저 소결 공정을 이용하는 상이한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로부터 생성되는 2개의 상이한 객체들을 포함하는 단위 셀을 갖는 커버링 문제 솔루션 유도 스캔 전략의 경로-접선 단면의 도면인 도 16에서, 트랙들의 3개의 층들이 도시되며 여기서 이들 트랙들은 단면 평면에서 모두 평행하다. 그러나, 이 경우, 각각의 층에 인쇄되는 스캔 트랙들의 표면에서 높이의 작은 변형들 또는 다른 이유들로 인해, 층마다, 2층마다, 또는 n층마다의 회전이 바람직할 수도 있다. 도 17은 회전이 층 n에 대해 층 n+1에서 발생한 2개의 연속 층들의 하향식 예시를 도시한다. 도 16에서 입증되는 커버링 문제 솔루션을 위해, 그것은 추가적으로 인접한 스캔 트랙들을 연대순으로 인쇄할 필요가 없으며; 많은 공정들에 대해, 그것은 먼저 층에서 더 작은 트랙들을 인쇄한 다음에, 더 큰 트랙들을 인쇄하는 것이 바람직하다. 그것은 추가적으로 도 17에 도시된 바와 같이, 트랙들이 직선일 필요가 없으며; 임의의 윤곽들 또는 경로들이 이용될 수 있다. 예로서, 도 18a 내지 도 18c는 3개의 스캔 층들이 중심 지점을 중심으로 원형 대칭으로 인쇄되는 전략을 예시하고, 도 18c에 도시된 도트-대시 라인을 따른 3개의 층들의 경로-접선 단면 이미지인 도 18d는 실제로 동일한 커버링 문제 솔루션이 도 29에 도시된 것과 같이 도 18a 내지 도 18c 전략을 유도하기 위해 이용되는 것을 도시한다.
그것은 때때로 층들을 정의하기 위해 단위 셀들에 대한 각도 방향을 선택하는 것이 필요하며; 그러나, 객체들의 각도 방향은 인쇄 헤드의 상대 위치 및/또는 에너지 및/또는 재료 증착의 방향성에 따라 고정될 수 있으며, 따라서 단위 셀의 각도 방향을 고정시킬 수 있다. 셀의 각도 방향은 또한 비-유클리드 형상에 따라 해결되는 커버링 문제의 경우, 또는 다른 경우들에서도 고정될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 방향 상의 제약들이 문제의 해결 동안 부과되는 경우들에서도, 어느 층에 특정 객체들이 인쇄될 것인지를 선택할 옵션이 존재할 수 있고, 이 선택은 상이한 셀들에서 출현하는 동일한 기본 객체에 대해 상이할 수도 있다. 중요하게는, 상이한 지오메트리의 객체들 Oj,k는 동일한 층들 내에 출현할 수도 있거나, 특정 층들은 하나의 지오메트리 유형의 객체들로만 구성될 수도 있다. 도 13에 제시되는 예에서, 객체들의 각도 방향은 레이저의 위치에 따라 고정되고, 단위 셀은 가장 단순하게 셀의 중심에 3개의 상이한 기본 객체들의 수직 적층으로 인해 3개의 상이한 층들로부터의 객체들을 포함하고(그러나, 5개의 층들이 스캔 전략을 보다 간단하게 정의하기 위해 도 15에 정의됨), 교번 층들은 트랙 단면의, 단지 하나의 객체들, 또는 2개의 상이한 유형들의 객체들을 포함하며, 여기서, 더 작은 객체들은, 이러한 예에서 그들이 인쇄되는 상이한 표면 지오메트리로 인해, 미러 이미지들인, 2개의 유형들의 트랙 단면을 나타내는 것들이다.
하나보다 많은 세트의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들로 인쇄되는 객체들을 포함하는 스캔 전략들은 또한 층들 사이에서, 또는 2, 3... 또는 n층들마다 트랙 방향으로 회전들을 포함할 수 있다. 예로서, 도 19는 도 7b에 도시되는 커버링 문제 솔루션으로부터 유도되는 2층들마다 약 90도의 회전을 갖는 스캔 전략에서 스캔 트랙들의 개략적인 예시를 도시한다. 회전 각도는 원하는 인쇄 물품 속성들에 적합하거나, 주어진 다공성에서 처리량을 개선하거나, 또는 다른 이유들에 대해 선택될 수 있다. 또한, 트랙들은 도 19에 도시된 바와 같이 직선일 필요는 없지만, 예로서 도 18에 도시된 원형 패턴을 포함하는, 층의 표면 내에서 임의의 방향의 평행 경로들로 구성될 수도 있다.
커버링 문제에 대한 전역적인 솔루션은 유리한 스캔 전략들을 생산하기 위해 필요하지 않으며; 국부적으로 최적이거나, 국부적으로 최적인 솔루션들로부터 유도되었던 커버링들은 제작된 물품의 목표화된 기계적 속성들 또는 다른 요건들에 따라 심지어 보다 더 유리할 수도 있다. 예를 들어, 국부적으로 최적인 커버링 문제 솔루션들은 종종 단지 하나의 객체에 의해 커버되는 객체들의 경계들 근처의 공간의 영역들 또는 지점들을 포함한다. 스캔 및 트랙 기반 인쇄 방법들이 그들의 국부적 지오메트리에서 확률론적으로 변하는 트랙들을 생산하는 경향이 있다는 사실로 인해, 단지 한번 커버되는 객체들의 경계들 근처 또는 그 상의 공간의 영역들 또는 지점들은 분말 또는 슬러리의 융합의 부족이 인쇄 동안 발생할 수 있는 영역들 또는 지점들이 될 가능성이 더 높을 수 있다. 결과적으로, 더 적은 그러한 융합 부족(lack-of-fusion) 영역들, 또는 유사하게는, 더 낮은 다공성 제작 물품이 요구되는 경우, 이들 영역들에서 중첩을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
이는 단위 셀의 단순한 스케일링에 의해, 또는 객체 위치들의 스케일링 및 최소 재조정의 조합에 의해, 또는 객체 면적 또는 볼륨을 증가시키기 위해 공지된 방식으로 특정 객체들의 트랙 지오메트리 파라미터들 {Pj i}k를 변경시키는 것에 의해, 또는 이들 방법들 또는 다른 방법들 모두의 조합에 의해서도 쉽게 달성될 수 있다. 도 20은 도 7에 도시된 예에 대한 그러한 접근법을 입증한다. 도 20a에서, 단위 셀은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 고정된 상태로 유지하면서 해치 간격을 감소시킴으로써 달성되는, 해치 간격 방향으로 축소된다. 도 20b에서, 인쇄 속도(AM 트랙 지오메트리 파라미터)는 더 작은 객체들에 대해 감소되어, 더 깊고 더 넓은 객체들을 야기하고, 이들 더 작은 객체들은 추가적으로 AM 트랙 지오메트리 파라미터들 및 객체 상대 위치들을 고려해 볼 때 트랙 제작을 보다 정확하게 반영하기 위해 약간 더 낮게 재배치된다.
셀들은 특히 격자가 정의되는 공간의 지오메트리가 만곡되거나 스케일링되는 경우, 객체들과 마찬가지로 스케일링될 수 있다. 도 21은 재료 분사, 융합 증착 모델링, 아크 플라즈마 소결, 다중-분사 융합, 바인더 분사 또는 유사한 공정을 이용하는, 구면 지오메트리를 갖는 곡선 및 스케일링된 공간 상의 단위 셀들을 사용하여 유도되는 커버링 문제 솔루션에 따라 인쇄되는 트랙들의 예시적 단면 이미지이다. 도면에 제시되는 경우에서, 각각의 단위 셀은 중심 지점으로부터 방사상 거리 r에 따라 만곡되고, 구 중심으로부터 더 먼 단위 셀들은 중심 지점에 더 가까운 것들로부터 면적(또는 볼륨)에서 더 크다. 이것은 슬라이스들 및 층들에 대한 유사한 구면 지오메트리를 암시한다. 이 경우의 트랙들은 셀들과 같이 방사상 거리에 따라 크기(또는 잠재적으로 형상)에서 스케일링될 수 있거나(이것은 AM 트랙 지오메트리 파라미터들에서 변화들을 요구할 것임), 그들은 크기 및 형상에서 일정하게 유지될 수도 있다. 추가적으로, 트랙들은 예를 들어, 중심 지점들을 통과하는 축 주위에서 그것의 가장 높은 지점까지, 또는 페이지 안으로의 직선 라인으로, 곡선 또는 직선 윤곽들을 따라 이동할 수도 있지만, 구축 방향으로 구의 표면의 호(arc)를 따를 수도 있다.
프린터, AM 트랙 지오메트리, 공급원료, 및 다른 파라미터들을 변경함으로써 생성되는 것과 같은, 상이한 목표 평균 지오메트리의 트랙들을 통합하는 스캔 전략은 단일 목표 평균 지오메트리를 사용하여 생산되는 것들과 근본적으로 상이한 조성인 제작된 물품들을 생산한다. 재료 관점으로부터, 스캔 트랙들은 상이한 냉각 속도들, 분자 확산 속도들, 폴리머들의 접합 속성들, 가스 흡수 속도들 등으로 인해, 트랙의 표면에 대한 근접에 기초하여 상이한 결정학적(또는 무질서, 링크된) 구조들 및 화학적 조성을 나타내는 경향이 있는 다양한 객체들이다. 또한, 그들의 표면들이 프린터의 대기(또는 진공 부근)에 노출되기 때문에, 트랙의 표면들은 예를 들어, 99.99%의 질소, 아르곤, 또는 다른 불활성 가스들과 같은 상대적으로 불활성 대기에서도, 그리고 진공 부근에서, 트랙들의 중심들과 비교하여 더 많은 산소 화합물, 질소 화합물, 탄소 화합물, 및 불순물들을 형성하는 경향이 있다. 이들 및 다른 차이들 둘 다의 결과로서, 상이한 트랙 단면들의 트랙들은 조작된 물품의 기계적, 열적, 전기적, 및 다른 물리적 속성들에서 차이들을 야기한다.
상이한 스캔 전략들 및 트랙 지오메트리들에 의해 생성되는 마이크로- 및 매크로- 구조의 차이들은 도 12 및 도 22 내지 도 27에서 수개의 공정들을 통해 인쇄되는 다양한 재료들에 대해 시각적으로 입증된다. 도 22는 250W의 레이저 출력, 140㎛의 해치 간격, 1046mm/s의 레이저 스캔 속도, 및 약 55㎛의 빔 웨이스크를 갖는 F-세타 렌즈에 의해 형상화되는 대략 가우시안 빔 강도 프로파일을 이용하는 레이저 분말 베드 융합 공정에서 인쇄되는 스틸의 단일 층의, 그레인(grain) 및 트랙 경계 구조들을 드러내지 위해 산을 사용하여 에칭되는, 경로 접선 단면 이미지이다. 이는 동일한 분말 및 공정을 사용하지만 상이한 스캔 전략들을 사용하여 인쇄되는 도 23 내지 도 25와 비교될 수 있으며; 도 23은 미국 특허 제6,596,224호 및 제677,554호에 논의되는 "인터리브드" 전략의 2개 층들의 이미지이고; 도 24는 도 16에 설명되는 커버링 문제 솔루션에 기초한 전략의 단일 층의 이미지이고; 도 25는 각각의 연속 층의 트랙들이 이전 층의 그것들 사이에 대략적으로 인쇄되는 더 큰 트랙 더 작은 트랙의 층들을 교번시키는 전략의 2개 층들의 이미지이다.
트랙 방향 및 트랙 크기는 거시적으로 제작된 물품 속성들에 상당한 영향을 미친다. 예를 들어, 항상 X 또는 음의 X 방향으로 스캔 경로들을 갖는 트랙들로부터 제작되는 물품을 X, Y, 음의 X, 및 음의 Y 방향들 사이에서 회전하는 스캔 경로들을 갖는 트랙들로부터 제작되는 물품에 비교하면, 제1 물품은 Y 방향과 비교하여 X로 연성 및 인장 강도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 상이한 기계적 속성들을 나타낼 것이며, 여기서, 제 2 물품은 그렇지 않을 것이다. 이는 열적 및 전기적 속성들에 대한 경우와 유사할 수 있다.
상이한 목표 평균 지오메트리의 트랙들을 통합하는 스캔 전략들은 제작된 물품의 기계적, 전기적, 열적, 및 다른 물리적 속성들에 영향을 미치기 위한 목적으로 설계될 수 있다. 보다 일반적으로, 그러한 설계된 스캔 전략을 이용하는 것은 야금학적 및 미세 구조적 관점들로부터, 근본적으로 상이한 조성의 제작된 물품을 야기할 것이고, 물품의 물리적 속성들에 영향을 미칠 것이다. 그러한 조성의 변화는 유리할 수 있다. 예로서, 도 7, 도 16, 및 도 29에서, 층에서 층으로의 높이가 다른 트랙 단면들을 갖는 트랙들의 사용은 동일한 지오메트리의 트랙들로 제작되는 물품에 비해 Y 방향으로 증가된 전단 강도를 갖는 제작된 물품을 야기한다. 이는 후자의 경우, Z 방향으로 층들 사이의 뚜렷한 콘트라스트(contrast)가 각각의 층 사이에 전단 평면들을 야기하는 반면, 전자의 경우 감소된 콘트라스트가 그렇지 않기 때문이다.
예로서, 도 26은 도 25에 도시된 트랙들을 제작한 것들과 유사한 트랙 설정들을 갖는 스틸 분말로부터 인쇄되는 부분의, 트랙들의 절반에 접하고 다른 절반에 수직으로 취해지는 단면을 갖는, 단면 이미지이다. 이 경우, 2개의 층들이 평행(또는 역평행) 트랙들로 인쇄되며, 첫 번째는 더 느린 스캔 속도들에 의해 생성되는 더 큰 트랙들을 갖고 두 번째는 더 빠른 스캔 속도들에 의해 생성되는 더 작은 트랙들을 가지며; 그 다음, 2개 이상의 층들은 유사한 방식으로 인쇄되지만, 트랙들은 첫 번째 2개의 층들에 대해 90도 회전된다. 이러한 공정은 반복된다. 실시예 3a는 동일한 레이저 출력, 해치 간격, 빔 웨이스트 및 단위 질량 당 총 증착 에너지에서 인쇄하지만 3개의 상이한 스캔 트랙 전략들을 이용함으로써 달성되는 다공성의 차이들을 설명하며, 그 미세구조가 도 26에 도시되는 다중-트랙 지오메트리 전략의 사용에 의한 다공성의 실질적 감소를 입증한다. 도 32는 3개의 상이한 전략들을 사용하여 인쇄되는 부분들의 이미지들로 구성되고 다공성의 차이들을 시각적으로 입증한다. 실시예 3b는 미국 특허 제6,596,224호 및 제6,677,554호에 설명되는 단일-트랙 전략에 따라 인쇄되는 쿠폰들, 및 도 25 및 도 26에 도시된 다중-트랙 전략에 따라 인쇄되는 것들 사이의 기계적 속성들의 차이를 설명한다. 상이한 전략들로 인쇄되는 쿠폰들 사이의 유사한 다공성에도 불구하고, 트랙-지오메트리 가변 전략을 사용하여 항복 강도, 극한 인장 강도의 증가, 및 파단 신장율(elongation to failure)의 실질적인 증가가 존재한다. 도 25 및 도 26은 단일-트랙 지오메트리를 갖는 전략에 의해 제작되는 부분과 비교하여 재료 매크로- 및 마이크로-구조의 차이들의 이미지들을 통해 트랙 가변 지오메트리를 갖는 전략에 의해 제작되는 물질의 조성을 명확하게 입증하고, 실시예 3b는 트랙 가변 및 단일 트랙 전략 사이의 기계적 속성 차이들을 명백하게 입증한다.
실시예 4는 단일 트랙 전략을 사용하는 인쇄와 비교하여, 도 16에 도시된 커버링 문제 솔루션으로부터 유도되는 다중-트랙 전략을 사용하는 분말 베드 융합에서 인쇄할 때 발견되는 다공성의 감소를 설명한다. 도 26에 이용되는 2-트랙 지오메트리 전략과 유사한 전략을 사용하여 알루미늄 합금으로 제작되는 조성물의 이미지인 도 27a는, 도 27a에 도시된 조성물에서와 동일한 레이저 출력, 해치 간격, 및 단위 질량 당 총 증착 에너지를 사용하지만 상이한 빔 웨이스트 및 스캔 트랙들을 사용하여 제작되는 부분의 이미지인 도 27b와 비교하여 관측 시, 단일-트랙 전략 대 다중-트랙 전략에서 매크로-구조 및 마이크로-구조의 차이를 더 시각적으로 입증한다. 실시예 6은 도 27b에 도시된 단일 트랙 전략에 비해 도 27a에 도시된 다중-트랙 전략을 이용하는 알루미늄 합금에서 기계적 속성들 및 다공성에 대한 이점들을 설명한다. 도 28은 다시 동일한 레이저 출력, 해치 간격, 빔 웨이스트, 및 단위 질량 당 총 증착 에너지를 이용하지만, 상이한 스캔 트랙들을 이용하는, 2개의 단일 트랙과 1개의 다중-트랙 전략 사이의 다공성, 매크로-, 및 마이크로- 구조에서의 차이를 니켈 초합금의 인쇄에 대해 시각적으로 입증한다. 실시예 5는, 도 28에 보여지는 바와 같이, 달성되는 다공성의 차이들을 설명한다.
다수의 인쇄 공정들, 재료 군들, 단일 및 다중-트랙 스캔 전략들을 고려하여, 다중-트랙 조성물이 제작되고 단일 트랙 전략들을 사용하여 이루어지는 부분에 비해 다양한 이점들을 입증한다. 따라서, 개선된 물리적 속성들 및 개선된 제조 속성들, 예컨대 비교가능한 다공성들에서 더 높은 제작 속도로 인한 증가된 머신 처리량을 갖는 다중-트랙 조성물들을 제작하기 위해 인쇄 파라미터들을 변경하는 것은 다양한 층 및 트랙-기반 제조 공정들에서 명백히 바람직한 접근법이다.
순 변위와 상이한 재료 두께 이용. 이전에 논의되었던 바와 같이, 재료 두께 및 순 변위는 일반적으로 동일한 개념으로 생각되고, 슬라이스 두께와 함께 층 두께로 칭하여진다. 그러나, 다양한 유형의 프린터들은 적절하게 제어될 때, 재료(분말) 두께 및 순 변위를 개별적으로 제어할 수 있는 하드웨어를 갖는 경향이 있다. 순 변위에 비해 상이한 재료 두께를 사용하는 경우의 실시예들은 제작된 물품 속성들이 다양한 인쇄 방법들에 걸쳐 많을 때 유리할 수 있다. 유리한 사용들의 일부 그러한 실시예들이 곧 이어지며; 그러나, 이어지는 것들은 포괄적인 목록을 구성하지 않는다.
바인더 분사 또는 유사한 공정에서, 층에 증착될 때 완전히 고화되지 않은 분말을 고려한다. 증착된 분말 두께가 바인더를 포함하는 용액의 증착 시 고화를 설명하는 인자들에 의해 순 변위보다 더 크게 이루어지는 경우, 이때, 용액에 비해 분말의 더 큰 분율을 갖는 그린 부분(green part)이 생길 것이다. 증착 후의 그러한 고화는 예를 들어, 용액이 트랙을 형성하기 위해 분말 입자들 상으로 증착됨에 따라, 용액 표면 장력이 트랙 중심을 향하여 분말 입자들을 드로잉하는 경향이 있을 때 발생할 수 있다. 입자들의 고화는 또한 트랙에서 용액의 부분 증발 동안 트랙 중심을 향하여 입자들을 드로잉하는 표면 장력으로 인해, 또는 트랙들의 열 또는 다른 에너지 처리로 인해, 또는 다른 이유들로 인해 발생할 수 있다. 트랙에 증착되는 용액의 양이 고정되고, 분말 두께가 순 변위에 비해 증가되는 경우, 그 다음, 결과는, 일단 현탁되면 추가로 고화될 입자들을 포함하는 분말 층의 경우, 용액에 비해 더 높은 농도의 분말 입자들일 것이다.
분말 베드 융합 또는 유사한 공정에서, 트랙(및 트랙 단면)의 지오메트리는 분말 두께에 의존한다. 이는 또한 재료 트랙들이 경화되거나, 단단하게 되거나, 고화되기 위해 단단하게 되거나, 고화되거나, 에너지 소스 또는 다른 재료 작용제에 노출되는 재료 분사 공정의 경우일 수 있다. 결과적으로, 분말 두께를 변경하는 것은 인쇄의 속도를 특별히 변경하는 것없이 트랙 지오메트리를 변경하는 능력을 허용한다. 또한, 부족(dearth)이 인접 트랙, 불균일한 계층화, 또는 다른 이유들에 의해 야기되는 노출(denudation)로 인한 것일 수도 있는, 층의 특정 영역에서 입자들의 부족에 의해 야기된 임의의 다공성은 순 변위보다 더 두께운 분말 층을 위한 분말의 단순한 추가적인 존재에 의해 완화될 수도 있다. 즉, 순 변위보다 더 두꺼운 분말 층을 이용하는 것은 트랙 형성에서 비제어된(또는 확률론적) 변수들에 의해 야기되는 공극들을 감소시킬 수 있다.
도 29는 층에 따라, 다수의 트랙 객체 지오메트리들 및 크기들, 다수의 순 변위들, 트랙 인쇄의 교번 순서, 및 단일 층 내의 순 변위보다 더 크거나 동일한 다수의 재료 두께들을 이용하는 커버링 문제 솔루션으로부터 설계되는 스캔 전략의 예시이다. 이 전략은 다수의 수정과 함께, 임의의 인쇄 공정에 적용될 수도 있지만, 트랙 단면 지오메트리는 이 경우에서 분말 베드 융합, 레이저 소결, 또는 가능하게는 바인더 분사 공정을 위한 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하여 생성되는 트랙들을 반영하기 위해 드로잉된다.
분말 베드 융합 또는 유사한 공정에서 순 변위에 비해 더 얇은 분말 층이 또한 유리할 수도 있다. 트랙(및 트랙 단면)의 지오메트리의 세부 사항들이 AM 트랙 지오메트리 및 공급원료 파라미터들에 의존하지만, 파라미터들은 종종 더 얇은 분말 층을 이용하는 것이 순 변위의 그것과 동일한 두께의 분말 층과 비교하여 더 깊고 더 적은 폭을 갖는 트랙을 야기하도록 사용된다. 트랙 폭을 감소시키면서 트랙 깊이를 증가시키는 것은 해치 간격이 충분히 작지만 연속 층들이 완전히 융합되는 것을 보장하기 위해 불충분한 층간 융합 및 재융합이 존재하는 경우들에서 다공성을 감소시키는 것에 유리하다.
도 30은 동일한 단일 트랙 스캔 전략을 사용하여 스틸로 인쇄되는 부분들의 단면 이미지들의 비교이며; 그러나, 도 30a에 도시된 부분의 경우, 재료 두께 및 순 변위는 둘 다 50㎛이고, 도 30b에 도시된 부분의 경우, 순 변위는 50㎛이지만 분말 두께는 60㎛이다. 부분 다공성, 매크로- 및 마이크로-구조의 개선들은 명확하게 가시적이며: 실시예 7은 정량적으로 다공성에 대한 이득을 설명한다. 도 31은 동일한 다중-트랙 스캔 전략을 사용하여 알루미늄으로 인쇄되는 부분들의 단면 이미지들의 비교이며; 그러나, 도 31a에 도시된 부분의 경우, 재료 두께 및 순 변위는 둘 다 50㎛이고, 도 31b에 도시된 부분의 경우, 순 변위는 50㎛ 이지만 분말 두께는 60㎛ 이다. 부분 다공성, 매크로- 및 마이크로- 구조의 개선들은 가시적이며: 실시예 8은 정량적으로 다공성에 대한 이득을 설명한다.
실시예들:
아래의 모든 실시예들에서, 제공되는 표준 편차들은 달리 명시되지 않는 한, 단일 구축 동안 구축 플랫폼 상의 다른 위치에 구축되는 다수의 부분들 및 쿠폰들에 대해 계산되는 것들이다.
실시예 1. 이 실시예에서, 단일의 400㎛ 노즐 및 주로 폴리유산으로 구성되는 열가소성 폴리머 공급 와이어를 갖는 융합 증착 모델링 프린터를 통한 재료 분사는 3개의 20mm 큐브들을 인쇄하기 위해 전개되며, 각각은 상이한 인쇄 파라미터들을 갖는다. 2개의 큐브들은 각각의 큐브가 상이한 압출 볼륨 비율 설정으로 인쇄되는 것을 제외하고 동일한 프린터 설정들을 갖는 단일 트랙 스캔 전략들을 이용하고, 1개의 큐브는 2개의 압출 볼륨 비율 설정들 사이의 교번(alternation)이 도 26에 설명되는 전략의 라인들을 따라, 2개의 별개의 스캔 트랙 지오메트리를 야기하는 연속 트랙들을 인쇄하기 위해 이용되는 경우를 제외하고 단일 트랙 전략과 동일한 파라미터 설정들을 갖는 다중-트랙 스캔 전략을 이용한다. 이 경우, 각각의 유형의 하나의 큐브만이 인쇄되었으며; 따라서, 다공성들에 대해 주어지는 표준 편차들은 큐브 내의 상이한 위치들에서 취해지는 다수의 이미지들에 걸쳐 측정되는 것들이다. 질량에 대해 주어지는 표준 편차들은 정밀 밸런스 반복성의 척도(measure)이다.
단일 트랙 큐브들:
도 8 및 도 9는 Prusa i3 머신 상에서 다음 프린터 설정들(및 여기에 나열되지 않은 것들)을 이용하여 인쇄되는, 단일 트랙 지오메트리 큐브들의 단면 이미지들이다:
베드 온도: 40℃
압출기 온도: 190℃
팬 출력: 100%
공급 비율(즉. 헤드 이동 속도): 1800mm/s
해치 간격: 400㎛
노즐 직경: 400㎛
층 두께 200㎛
큐브 1 압출 볼륨 비율: 0.35
큐브 2 압출 볼륨 비율: 0.52
큐브 1에 대해 측정된 다공성은 8.704g +/- 0.005g의 총 질량을 갖는, 8% +/- 0.6%이며; 큐브 2에 대해 측정된 다공성은 주로 인쇄가 인쇄되는 "큐브'의 약 36%만을 야기하는 구축 실패로 인하여 완료되지 않았기 때문에, 3.071g +/- 0.005g의 총 질량을 갖는, 에지들로부터 떨어져 7% +/- 1.3%이다.
다중-트랙 큐브:
도 11은 Prusa i3 머신 상에서 다음 프린터 설정들(및 여기에 나열되지 않은 것들)을 이용하여 인쇄되는, 다중-트랙 지오메트리 큐브들의 단면 이미지들이다:
베드 온도: 40℃
압출기 온도: 190℃
팬 출력: 100%
공급 속도(즉, 헤드 이동 속도): 1800mm/s
해치 간격: 400㎛
노즐 직경: 400㎛
층 두께 200㎛
더 작은 트랙 압출 볼륨 비율: 0.31
더 큰 트랙 압출 볼륨 비율: 0.63
다중-트랙 큐브에 대해 측정된 다공성은 9.260g +/- 0.005g의 총 질량을 갖는, 2.3% +/- 0.2%이다. 그것은 트랙을 위해 압출되는 재료의 양이 압출 볼륨 비율 설정에 선형적으로 비례하지 않는 것이 데이터로부터 명백하며; 그러나, 다중-트랙 전략을 구현하는 결과들은 다음과 같이 명백하다: 즉, 기하학적 부분 정확도의 희생 또는 표면 거칠기의 증가 없이 실질적으로 감소된 다공성.
실시예 2. 단일의 400㎛ 노즐 및 주로 폴리유산으로 구성되는 열가소성 폴리머 공급 와이어를 갖는 융합 증착 모델링 프린터를 통한 재료 분사는 3개의 20mm 큐브들을 인쇄하기 위해 전개되며, 각각은 상이한 인쇄 파라미터들을 갖는다. 2개의 큐브들은 각각의 큐브가 상이한 압출 볼륨 비율 설정으로 인쇄되는 것을 제외하고 동일한 프린터 설정들을 갖는 단일 트랙 스캔 전략들을 이용하고, 1개의 큐브는 2개의 압출 볼륨 비율 설정들 사이의 교번(alternation)이 도 16에 설명되는 전략의 라인들을 따라서 그리고 그 예시적인 이미지가 도 D에 도시되는, 2개의 별개의 스캔 트랙 형상들을 야기하는 연속 트랙들을 인쇄하기 위해 이용되는 경우를 제외하고 단일 트랙 전략과 동일한 파라미터 설정들을 갖는 다중-트랙 스캔 전략을 이용한다. 이 경우, 각각의 유형의 하나의 큐브만이 인쇄되었으며; 따라서, 다공성들에 대해 주어지는 표준 편차들은 큐브 내의 상이한 위치들에서 취해지는 다수의 이미지들에 걸쳐 측정되는 것들이다. 질량에 대해 주어지는 표준 편차들은 정밀 밸런스 반복성의 척도이다.
단일 트랙 큐브들:
도 8 및 도 9는 Prusa i3 머신 상에서 다음 프린터 설정들(및 여기에 나열되지 않은 것들)을 이용하여 인쇄되는, 단일 트랙 지오메트리 큐브들의 단면 이미지들이다:
베드 온도: 40℃
압출기 온도: 190℃
팬 출력: 100%
공급 비율(즉, 헤드가 이동하는 속도): 1800mm/s
해치 간격: 400㎛
노즐 직경: 400㎛
층 두께 200㎛
큐브 1 압출 볼륨 비율: 0.35
큐브 2 압출 볼륨 비율: 0.52
큐브 1에 대해 측정된 다공성은 8.704g +/- 0.005g의 총 질량을 갖는, 8% +/- 0.6%이며; 큐브 2에 대해 측정된 다공성은 주로 인쇄가 인쇄되는 "큐브'의 약 36%만을 야기하는 구축 실패로 인하여 완료되지 않았기 때문에, 3.071g +/- 0.005g의 총 질량을 갖는, 에지들로부터 떨어져 7% +/- 1.3%이다.
다중-트랙 큐브:
도 10은 Prusa i3 머신 상에서 다음 프린터 설정들(및 여기에 나열되지 않은 것들)을 이용하여 인쇄되는, 다중-트랙 지오메트리 큐브들의 단면 이미지들이다:
베드 온도: 40℃
압출기 온도: 190℃
팬 출력: 100%
공급 비율(즉, 헤드가 이동하는 속도): 1800mm/s
해치 간격: 400㎛
노즐 직경: 400㎛
층 두께 200㎛
더 작은 트랙 압출 볼륨 비율: 0.34
더 큰 트랙 압출 볼륨 비율: 0.69
다중-트랙 큐브에 대해 측정된 다공성은 9.440g +/- 0.005g의 총 질량을 갖는, 0.2% +/- 0.06%이다. 그것은 트랙을 위해 압출되는 재료의 양이 압출 볼륨 비율 설정에 선형적으로 비례하지 않다는 것이 데이터로부터 명백하며; 그러나, 다중-트랙 전략을 구현하는 결과들은 다음과 같이 명백하다: 기하학적 부분 정확도의 희생 또는 표면 거칠기의 증가 없이 다공성의 거의 제거.
실시예3. 이 예에서, 다공성 및 기계적 속성 결과들은 실시예 3a에 대해 18㎛의 d50 및 실시예 3b에 대해 45㎛의 d50을 나타내는 2개의 316L 스테인리스 스틸 분말들로부터 부분들의 분말 베드 융합 인쇄에 대해 설명된다. 4개의 1cm 다공성 큐브들이 실시예 3a에 설명되는 일부 인쇄 설정들로 3개의 전략들(2개의 단일 트랙, 하나의 다중 트랙) 각각에 대해 인쇄되고, 3개의 7.5cm 길이(2.5cm 게이지를 가짐) 도그본 인장 쿠폰들이 실시예 3b에 설명되는 일부 인쇄 설정들로 2개의 전략들(하나의 단일 트랙, 하나의 다중-트랙) 각각에 대해 인쇄된다. 실시예 3의 단일 트랙 접근법들은 도 32c 및 도 32b에 대해 설명되는 스캔 전략들을 전개하고, 다중-트랙 전략은 도 32a에 대해 설명되는 스캔 전략을 전개한다. 실시예 3b의 단일 및 다중-트랙 전략들에 대한 스캔 경로들은 도 32c 및 도 32a 각각에 대해 설명되는 것들과 유사하다.
실시예 3a. 다공성
단일 트랙 큐브들
레이저 출력: 252W
해치 간격: 140㎛
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1190mm/s
도 32b에 대해 설명되는 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 0.560% +/- 0.073%이고, 도 32c에 대해 설명되는 전략에 따라 인쇄되는 큐브들의 경우, 그것은 1.127% +/- 0.147%이다.
다중 -트랙 큐브들:
레이저 출력: 252W
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
해치 간격: 140㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.6
도 32a에 대해 설명되는 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 단일 트랙 전략들에 대한 다공성보다 훨씬 더 낮은, 0.231% +/- 0.030%이다. 이 경우, 3개의 전략들 모두에 의해 인쇄되는 큐브들에 대한 단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 동일하였으며, 다중-트랙 전략이 동일한 에너지 입력 및 인쇄 시간에 대해 실질적으로 더 낮은 다공성을 산출한다는 명확한 결론을 초래하였다. 다른 각도, 에너지 입력, 및 결과적으로 인쇄 시간을 취하면, 설명되는 다중-트랙 전략을 사용하는 것은 생산되는 큐브들의 다공성이 단일 트랙 전략들 중 하나의 그것과 동일한 때까지 감소될 수도 있었다. 이 경우, 동일한 다공성은 상당히 더 빠른 인쇄 속도로 산출되었을 것이며, 그것에 의해 전략들에 걸쳐 비교가능한 부분들을 야기하지만 다중 트랙 전략에 대해 처리량의 실질적 증가를 야기한다.
실시예 3b. 기계적 속성들
단일 트랙 인장 바들:
레이저 출력: 252W
해치 간격: 140㎛
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1066mm/s
다중-트랙 인장 바들:
레이저 출력: 252W
해치 간격: 140㎛
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.6
단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 인쇄된 단일 트랙 및 다중-트랙 바들 둘 다에 대해 동일하였다. 모든 바들은 구축 챔버에서 동일하게 배향되었고, 스캔 경로 방향들은 회전 전에 동일하였다. 그러나, 단위 질량 당 증착되는 총 에너지는 실시예 3a에 대해 인쇄되는 큐브들과 비교하여 실시예 3b에서 인쇄되는 바들에 대해 더 컸다. 이는 단일 및 다중-트랙 스캔 전략들 사이에서 다공성의 차이를 제거하는 것을 도울 수 있어서, 바들의 인장 속성들은 대략 등가의 다공성에 기초하여 비교될 수 있었다. 추가적으로, 이를 위해, 실시예 3a에 대해 큐브들을 인쇄는 것과 비교하여 실시예 3b에 대해 바들을 인쇄하기 위해 이루어지는 분말의 변화는 추가로 감소된 다공성을 초래하였다. 미국 특허 제6,596,224호 및 제6,677,554호에 설명되는 "인터리브드" 전략에 대응하여 인쇄되는 단일 트랙 전략 바들은 777 MPa +/- 10.5 MPa의 평균 극한 인장 강도, 621 MPa +/- 12.9 MPa의 항복 강도, 및 22% +/- 1.7%의 파단 신장율(elongation to failure)을 나타냈다. 다중-트랙 전략 바들은 802 MPa +/- 4.0 MPa의 극한 인장 강도, 645 MPa +/- 16.5 MPa의 항복 강도, 및 36% +/- 1.7%의 파단 신장율을 나타냈다.
그것은 다중-트랙 전략이, 비교가능한 다공성에서도, 단일 트랙 전략에 의해 인쇄되는 부분들의 그것들을 초과하는 다수의 기계적 속성들을 갖는 물질의 조성물을 산출한다는 것이 측정되는 기계적 속성 결과들로부터 명백하다. 신뢰도 값들을 계산하기 위해 웰치(Welch)의 t-테스트들을 수행하여, 우리는 96.94%의 신뢰도로, 극한 인장 강도가 다중-트랙 전략 인쇄 바들에 대해 더 크고, 92.93% 신뢰도로, 항복 강도가 다중-트랙 전략 인쇄 바들에 대해 더 크고, 99.97%의 신뢰도로, 파단 신장율이 다중-트랙 전략 인쇄 바들에 대해 더 크다는 것을 발견한다. 따라서, 그것은 다중-트랙 전략에 의해 생성되는 매크로- 및 마이크로-구조들이 단일 트랙 전략에 의해 생성되는 것과 다른, 기계적 속성들에 의해 측정되는, 상이한 조성물을 생산한다는 것이 명백하다.
실시예4. 다공성 결과들은 실시예 3b에서 바들의 인쇄를 위해 사용되는 것과 유사한 316L 스테인리스 스틸 분말로부터 부분들의 분말 베드 융합 인쇄에 대해 측정된다. 4개의 1cm 다공성 큐브들은 아래에 설정되는 일부 인쇄 설정들과 함께, 2개의 전략들(1개의 단일 트랙 전략, 1개의 다중-트랙) 각각에 대해 인쇄된다. 단일 트랙 전략에 대한 스캔 경로들은 도 32c에 대해 설명되는 것들과 유사하고, 다중-트랙 전략은 도 12에서 재료 분사에 대해 설명되는 것과 유사한, 도 16에 설명되는 커버링 문제 솔루션에 기초한다.
단일 트랙 큐브들:
레이저 출력: 252W
해치 간격: 120㎛
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1161mm/s
다중-트랙 큐브들:
레이저 출력: 252W
해치 간격: 120㎛
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.5
단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 인쇄되는 단일 트랙 규브 및 다중-트랙 큐브 둘 다에 대해 동일하였다. 단일 트랙 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 0.844% +/- 0.110% 이었고, 다중-트랙 전략에 따라 인쇄되는 큐브들의 경우, 그것은 0.580% +/- 0.076% 이었다. 웰치의 t-테스트를 적용하면, 그것은 다중-트랙 전략으로부터 인쇄되는 큐브들이 단일 트랙 전략으로부터 인쇄되는 큐브들에 비해 감소된 다공성을 달성한다는 것을 99.46%의 신뢰도로 진술될 수 있으며; 이 결과는 이들 2개의 전략들로 비교 인쇄를 위해 측정되는 다른 결과들과 일치한다.
실시예 5. 이 실시예에서, 다공성 결과들은 21㎛의 d50을 갖는 니켈 초합금 분말로부터 부분들의 분말 베드 융합 인쇄에 대해 설명된다. 1×1×0.5cm인 4개의 다공성 쿠폰들이 아래에 설명되는 일부 인쇄 설정들과 함께 3개의 전략들(2개의 단일 트랙, 1개의 다중-트랙) 각각에 대해 인쇄된다. 단일 트랙 접근법들은 도 28b 및 도 28c에 대해 설명되는 스캔 전략들을 전개하고, 다중-트랙 전략은 도 28a에 대해 설명되는 스캔 전략을 전개한다. 모든 큐브들에 대해, 단위 질량 및 총 인쇄 시간 당 증착되는 에너지는 동일하였다.
단일 트랙 큐브들
레이저 출력: 269W
해치 간격: 140㎛
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1071mm/s
도 28b에 대해 설명되는 전략인, "인터리브드" 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 0.497% +/- 0.065% 이고, 도 28c에 대해 설명되는 전략에 따라 인쇄되는 큐브들의 경우, 그것은 0.691% +/- 0.092% 이다.
다중-트랙 큐브들:
레이저 출력: 252W
가우시안 빔 웨이스트: 55㎛
해치 간격: 140㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.6
도 28a에 대해 설명되는 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 단일 트랙 전략들에 대한 것보다 훨씬 더 낮은, 0.117% +/- 0.015% 이다. 전개되는 총 인쇄 시간 및 에너지가 동일하다는 것을 고려해 볼 때, 결론은 다중-트랙 전략이 구조 및 효율에서의 향상을 산출한다는 것이 명백하다. 다른 각도, 에너지 입력, 및 결과적으로 인쇄 시간을 취하면, 설명되는 다중-트랙 전략을 사용하는 것은 생산되는 큐브들의 다공성이 단일 트랙 전략들 중 하나의 그것과 동일한 때까지 감소될 수도 있었다. 이 경우, 동일한 다공성은 상당히 더 빠른 인쇄 속도로 산출되었을 것이며, 그것에 의해 전략들에 걸쳐 비교가능한 부분들을 야기하지만 다중 트랙 전략에 대해 처리량의 실질적 증가를 갖는다.
실시예 6. 다공성 및 기계적 속성 결과들은 실시예 6a에 대해 32㎛의 d50 및 실시예 3b에 대해 41㎛의 d50를 나타내는 2개의 알루미늄 합금(AlSilOMg) 분말들로부터 부분들의 분말 베드 융합 인쇄에 대해 설명된다. 4개의 1cm 다공성 큐브들은, 실시예 6a에 설명되는 일부 인쇄 설정들을 사용하여, 각각의 전략인, 1개의 단일 트랙 전략 및 1개의 다중-트랙에 대해 인쇄되고, 3개의 7.5cm 길이(2.5cm 게이지를 가짐) 도그본 인장 쿠폰들은 실시예 6b에 설명되는 일부 인쇄 설정들을 사용하여 2개의 유사한 전략들(1개의 단일 트랙 및 1개의 다중-트랙)에 대해 인쇄된다. 실시예들 6a 및 6b의 단일 트랙 접근법들은 도 27b에 대해 설명되는 스캔 경로들을 전개하며, 여기서, 도 27b는 실시예 6a에 대해 인쇄되는 큐브들 중 하나의 단면 이미지이고, 실시예들 6a 및 6b의 다중-트랙 접근법들은 도 27a에 대해 설명되는 스캔 경로들을 전개하며, 여기서, 도 27a는 실시예 6a에 대해 인쇄되는 큐브들 중 하나의 단면 이미지이다.
실시예 6a. 다공성
단일 트랙 큐브들
레이저 출력: 375W
해치 간격: 220㎛
가우시안 빔 웨이스트: 46㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1311mm/s
다중-트랙 큐브들:
레이저 출력: 375W
가우시안 빔 웨이스트 비율: 1.3
해치 간격: 220㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.4
도 27b에 대해 설명되는 단일 트랙 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 1.211% +/- 0.158% 이고, 도 27a에 대해 설명되는 다중-트랙 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 단일 트랙 전략에 대한 다공성보다 훨씬 더 낮은, 0.663% +/- 0.086% 이다. 두 전략들에 의해 인쇄되는 큐브들에 대한 단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 동일하였으며, 다중-트랙 전략이 동일한 에너지 입력 및 인쇄 시간에 대해 실질적으로 더 낮은 다공성을 산출한다는 명백한 결론을 초래하였다. 다른 각도, 에너지 입력, 및 결과적으로 인쇄 시간을 취하면, 설명되는 다중-트랙 전략을 사용하는 것은 생산되는 큐브들의 다공성이 단일 트랙 전략들 중 하나의 그것과 동일한 때까지 감소될 수도 있었다. 이 경우, 동일한 다공성은 상당히 더 빠른 인쇄 속도로 산출되었을 것이며, 그것에 의해 전략들에 걸쳐 비교가능한 부분들을 야기하지만 다중 트랙 전략에 대해 처리량의 실질적 증가를 갖는다.
실시예 6b. 기계적 속성들
단일 트랙 인장 바들:
레이저 출력: 375W
해치 간격: 180㎛
가우시안 빔 웨이스트: 88㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1389mm/s
다중-트랙 인장 바들:
레이저 출력: 375W
해치 간격: 180㎛
가우시안 빔 웨이스트 비율: 1.3
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.4
이 경우, 단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 인쇄된 단일 트랙 전략에 비해 다중-트랙 인쇄 전략에 대해 각각 3.3% 더 낮았다. 모든 바들은 구축 챔버에서 동일하게 배향되었고, 스캔 경로 방향들은 동일하였다. 단일 트랙 전략 바들은 386.6 MPa +/- 7.2 MPa의 평균 극한 인장 강도, 238.8 MPa +/- 2.9 MPa의 항복 강도, 및 3.63% +/- 0.05%의 파단 신장율을 나타냈다. 다중-트랙 전략 바들은 373.9 MPa +/- 15.3 MPa의 극한 인장 강도, 234.4 MPa +/- 11.5 MPa의 항복 강도, 및 8.33% +/- 3.37%의 파단 신장율을 나타냈다.
파단 신장율 결과들은 다중-트랙 전략이, 증착되는 감소된 에너지 및 총 인쇄 시간을 고려해 볼 때, 단일 트랙 전략에 의해 인쇄되는 부분들의 그것의 성능을 초과하는 파단 신장율을 갖는 물질의 조성물을 산출한다는 것을 측정하였다. 신뢰도 값들을 계산하기 위해 웰치의 t-테스트를 사용하면, 우리는 상이한 전략들로 인쇄되는 바들의 극한 인장 강도 및 항복 강도가 그들이 별개가 아니라는 것을 제안하는, 서로의 하나의 표준 편차 내에 속한다는 것을 발견하며; 그러나, 우리는 93.1%의 신뢰도로 파단 신장율이 다중-트랙 전략 인쇄 바들에 대해 더 크다는 것을 발견한다. 따라서, 그것은 다중-트랙 전략에 의해 생성되는 매크로- 및 마이크로- 구조들이 단일 트랙 전략에 의해 생성되는 것과 다른, 기계적 속성들에 의해 측정되는, 상이하고 바람직한 조성물을 생산한다는 것이 명백하다. 다중-트랙 전략 부분들에 기여되는 우호적인 결과들을 갖는 (단위 질량 및 인쇄 시간 당 증착되는 에너지를 대략 비교가능하게 유지하는) 단일 트랙 전략들에 의해 생성되는 조성물과 부분들 사이의 기계적 속성들을 구별하는 이러한 결과는 다른 비교 테스트 사이에서도 공통이다. 이는 다수의 트랙 지오메트리들을 갖는 전략들에 이용가능한 최적화 위상 공간이 하나의 트랙 지오메트리만을 통합하는 전략들에 이용가능한 것보다 훨씬 더 크다는 사실로 인한 것이다.
실시예 7. 다공성 결과들은 실시예 3b에서 큐브들의 인쇄에 대해 사용되는 것과 유사한 316L 스테인리스 스틸 분말로부터 부분들의 분말 베드 융합 인쇄에 대해 측정된다. 4개의 1cm 다공성 큐브들은 아래에서 설명되는 일부 인쇄 설정들을 사용하여, 2개의 전략들(동일한 순 변위 및 분말 두께를 갖는 1개의 단일 트랙 전략, 상이한 순 변위 및 분말 두께를 갖는 1개의 단일 트랙 전략) 각각에 대해 인쇄된다. 스캔 전략들은 도 30에 대해 설명되는 것들이며, 여기서, 단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 두 전략들에 대해 동일하였다.
동일한 순 변위 및 분말 두께:
레이저 출력: 252W
해치 간격: 140㎛
가우시안 빔 웨이스트: 91㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도: 1004mm/s
동일하지 않은 순 변위 및 분말 두께:
레이저 출력: 252W
해치 간격: 140㎛
가우시안 빔 웨이스트: 91㎛
순 변위: 50㎛
분말 두께: 60㎛
스캐닝 속도: 1004mm/s
동일한 순 변위 및 분말 두께 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 0.478% +/- 0.062% 이었고, 동일하지 않은 순 변위 및 분말 두께 전략에 따라 인쇄되는 큐브들의 경우, 그것은 0.206% +/- 0.027% 이었다. 웰치의 t-테스트를 적용하면, 그것은 동일하지 않은 순 변위 및 분말 두께 전략으로부터 인쇄되는 큐브들이 동일한 순 변위 및 분말 두께로 인쇄되는 큐브들에 비해 다공성을 감소시킨 것을 99.94%의 신뢰도로 진술될 수 있다.
실시예 8. 다공성 결과들은 27㎛의 d50을 갖는 알루미늄 합금 분말로부터 부분들의 분말 베드 융합 인쇄에 대해 측정된다. 4개의 1cm 다공성 큐브들은 아래에서 설명되는 일부 인쇄 설정들을 사용하여, 2개의 전략들(동일한 순 변위 및 분말 두께를 갖는 1개의 다중-트랙 전략, 상이한 순 변위 및 분말 두께를 갖는 1개의 다중-트랙 전략) 각각에 대해 인쇄된다. 스캔 전략들은 도 31에 대해 설명되는 것들이며, 여기서, 단위 질량(및 총 인쇄 시간) 당 증착되는 에너지는 두 전략들에 대해 동일하였다.
동일한 순 변위 및 분말 두께:
레이저 출력: 650W
해치 간격: 200㎛
가우시안 빔 웨이스트 비율: 1.4
순 변위: 50㎛
분말 두께: 50㎛
스캐닝 속도 비율: 1.9
동일하지 않은 순 변위 및 분말 두께:
레이저 출력: 650W
해치 간격: 200㎛
가우시안 빔 웨이스트 비율: 1.9
순 변위: 50㎛
분말 두께: 60㎛
스캐닝 속도 비율: 1.9
동일한 순 변위 및 분말 두께 전략에 따라 인쇄되는 큐브들에 대한 평균 측정 다공성은 3.29% +/- 0.43% 이었고, 동일하지 않은 순 변위 및 분말 두께 전략에 따라 인쇄되는 큐브들의 경우, 그것은 1.79% +/- 0.23% 이었다. 웰치의 t-테스트를 적용하면, 그것은 동일하지 않은 순 변위 및 분말 두께 전략으로부터 인쇄되는 큐브들이 동일한 순 변위 및 분말 두께로 인쇄되는 큐브들에 비해 다공성을 감소시킨 것을 99.82%의 신뢰도로 진술될 수 있다. 이는 알루미늄 합금 분말을 갖는 다중-트랙 스캔 전략을 이용하는 경우이고, 그것은 또한 실시예 7의 스틸 분말을 갖는 단일 트랙 전략이 존재하는 경우이었다.
Claims (24)
- 스캔 또는 트랙 기반 공정을 사용하여 제조되는 연속적으로 융합, 결합 또는 증착된 층을 포함하는 조성물로서, 상기 조성물의 영역 내에서:
a. 트랙들 또는 트랙 단면들은 상기 영역 내에 포함되는 단일 층 내에 또는 복수의 연속 층들에 걸쳐, 복수의 지오메트리들(형상들 또는 크기들, 또는 형상들 및 크기들)을 나타내고,
b. 상기 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들은 최소 2개의 기본 객체를 갖는, 유클리드 공간 또는 기하학적 공간에서 트랙들 또는 트랙 단면들에 걸쳐 평균으로 정의되는, 단위 셀들에 의해 구성되고,
c. 상기 단위 셀 내에 인쇄되는 상기 트랙들은 상기 조성물의 셀 전체에 걸쳐 평균적으로 셀 내에서 연결되어, 2차원 단위 셀의 경우 가장 큰 트랙 단면의 면적보다 큰 셀 내의 인쇄되지 않은 재료 또는 공간의 연결된 면적이 없고, 3차원 단위 셀의 경우 가장 큰 트랙의 부피보다 더 큰 셀 내의 인쇄되지 않은 재료 또는 공간의 연결된 부피가 없으며,
d. 적어도 2개의 인접한 단위 셀들의 일부들 또는 전부는 상기 영역 내에 부분적으로 또는 전체적으로 포함되는 각각의 층에 존재하는, 조성물. - 제1항에 있어서,
조성물의 영역 내에, 상기 트랙들 또는 트랙 단면들의 평균 지오메트리들은 상기 영역 내에 포함되는 각각의 층의 상기 부분 내에 복수의 단위 셀들을 포함하는 커버링 문제 솔루션에 따라 공간적으로 배치되는, 조성물. - 제1항에 있어서,
트랙 지오메트리 또는 트랙 단면들은 층 n의 영역 내에서 동일하고, 상기 연속 층 n+1의 인접 영역에서, 트랙 지오메트리 또는 트랙 단면들은 동일하지만, 층 n의 것들과 상이한, 조성물. - 제1항에 있어서,
복수의 트랙 지오메트리들 또는 트랙 단면들은 적어도 하나의 층의 영역 또는 전체 내에서 이용되고, 이들 트랙 지오메트리들 또는 트랙 단면들은 기하학적으로는 다르지만, 그들이 이용되는 상기 층 또는 층들의 상기 영역들 내에서 랜덤 방식이 아닌 조정된 방식으로 공간적으로 배치되는, 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 트랙들은 전부 평행 또는 역평행인, 조성물. - 제1항에 있어서,
주어진 층의 영역의 상기 트랙들은 이전 층들의 트랙들에 비해 일부 비-제로 각도만큼 회전되는, 조성물. - 제1항에 있어서,
주어진 층 또는 층들의 영역의 상기 트랙들은 하나 이상의 비-직선 윤곽들을 따르는, 조성물. - 제1항에 있어서,
조성물의 영역의 트랙들이 인쇄되는 상기 층들은 비-평면인, 조성물. - 제1항에 있어서,
층 또는 층들의 영역 내에서 트랙들의 인쇄 순서는 인접한 트랙들 또는 비-인접한 트랙들이 연속적으로 인쇄되는, 조성물. - 제9항에 있어서,
상기 인쇄 순서는 하나의 지오메트리의 모든 트랙들이 인쇄되며, 그 다음, 상이한 지오메트리의 트랙들이 인쇄되는, 조성물. - 제2항에 있어서,
인쇄되는 상기 트랙들의 상기 지오메트리(크기 또는 형상, 또는 크기 및 형상), 또는 상기 구성은 비-주기적 또는 준결정상(quasicrystalline)인, 조성물. - 스캔 또는 트랙 기반 공정에 의해 생산되는 표면 형상을 갖는 층들을 생성하거나 생성하도록 설계되는 적층 제조 공정을 이용하는, 적층 제조 또는 적층 제조들을 위한 스캔 전략들을 설계하는 방법에 있어서, 인쇄된 물품의 영역 내에서:
a. 트랙들 또는 트랙 단면들은 상기 영역 내에 포함되는 단일 층 내에 또는 복수의 연속 층들에 걸쳐, 복수의 AM 트랙 지오메트리 파라미터들을 이용하여 생산되도록 목표화되고,
b. 상기 트랙들 또는 트랙 단면들의 구성들은, 그들의 연관된 적층 제작 트랙 지오메트리 파라미터들에 따라, 그들이 최소 2개의 기본 객체를 갖는, 유클리드 공간 또는 기하학적 공간에서 트랙들 또는 트랙 단면들에 걸쳐 평균으로 정의되는, 단위 셀에 의해 구성될 수 있도록 설계되고,
c. 상기 단위 셀 내의 상기 트랙들 또는 트랙 지오메트리들은 상기 셀 내에서 연결되어, 2차원 단위 셀의 경우 가장 큰 트랙 단면의 면적보다 큰 셀 내의 인쇄되지 않은 재료 또는 공간의 연결된 면적이 없고, 3차원 단위 셀의 경우 가장 큰 트랙의 부피보다 더 큰 셀 내의 인쇄되지 않은 재료 또는 공간의 연결된 부피가 없으며,
d. 적어도 2개의 인접한 단위 셀들의 일부들 또는 전부는 상기 영역 내에 부분적으로 또는 전체적으로 포함되는 각각의 층에 존재하는, 방법. - 제12항에 있어서,
설계된 트랙들 또는 트랙 단면들은 트랙 단면들이 고려될 경우 2차원 커버링 문제에 대한 솔루션을, 또는 트랙들이 고려될 경우 3차원 커버링 문제에 대한 솔루션을 표현하는 구성들을 나타내는, 방법. - 제12항에 있어서,
트랙들 또는 트랙 단면들은 층 n의 영역 내에서 동일하게 디자인되거나 제조되고, 상기 연속 층 n+1의 인접 영역에서 트랙들 또는 트랙 단면들은 서로 동일하게 디자인 또는 제조되지만, 층 n의 그것들과는 상이하게 디자인 또는 제조되는, 방법. - 제12항에 있어서,
복수의 트랙들 또는 트랙 단면들은 적어도 하나의 층의 영역 또는 전체 내에서 이용되고, 이들 트랙들 또는 트랙 단면들은 기하학적으로는 다르지만, 그들이 이용되는 상기 층 또는 층들의 상기 영역들 내에서 랜덤 방식이 아닌 조정된 방식으로 공간적으로 배치되는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 트랙들은 전부 평행 또는 역평행한, 방법. - 제12항에 있어서,
주어진 층의 영역의 상기 트랙들은 이전 층들의 그것들에 비해 일부 비-제로 각도만큼 회전되는, 방법. - 제12항에 있어서,
주어진 층 또는 층들의 영역의 상기 트랙들은 하나 이상의 비-직선 윤곽들을 따르는, 방법. - 제12항에 있어서,
물품의 영역의 트랙들이 인쇄되는 상기 층들은 비-평면인, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 층 또는 층들의 영역 내의 트랙들의 인쇄 순서는 인접한 트랙들 또는 비-인접한 트랙들이 연속적으로 인쇄되도록 설계되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 인쇄 순서는 하나의 지오메트리의 모든 트랙들이 인쇄되며, 그 다음, 상이한 지오메트리 트랙들이 인쇄되도록 설계되는, 방법. - 제13항에 있어서,
인쇄되도록 설계되는 상기 트랙들의 상기 지오메트리(크기 또는 형상, 또는 크기 및 형상), 또는 상기 구성은 비-주기적 또는 준결정상(quasicrystalline)인, 방법. - 제12항에 있어서,
물품의 하나 이상의 층들 각각의 전부 또는 일부를 포함하는 물품의 영역 내에서, 주어진 층 또는 층들에 대한 재료 두께는 그 동일한 층 또는 층들의 슬라이스 두께 또는 순 변위와 상이하게(더 크거나 더 작게) 이루어지는, 방법. - 제23항에 있어서,
그 물품의 층 또는 층들 각각의 전부 또는 일부를 포함하는 영역에 대해 증착되는 재료의 상기 두께는 상기 영역에 의해 포함되는 층 또는 층들의 부분들 내에서 스캔 트랙들의 평균 기하학적 형상 또는 크기를 변경하는 방식으로 그 동일한 층 또는 층들의 순 변위 또는 슬라이스 두께와 상이하도록 이루어지는, 방법.
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Families Citing this family (19)
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| CN114749680A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-15 | 武汉轻工大学 | 增材制造方法、设备、装置、存储介质及冶金结合件 |
| WO2023250483A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Scan strategy and post-processing for power bed fusion of uhmwpe |
| CN115352215B (zh) * | 2022-09-26 | 2023-10-27 | 南阳理工学院 | 一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法 |
| CN115430844B (zh) * | 2022-11-09 | 2023-04-07 | 四川工程职业技术学院 | 一种变层厚金属零件激光选区熔化成形方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016170030A1 (de) * | 2015-04-21 | 2016-10-27 | Covestro Deutschland Ag | Verfahren zur herstellung von 3d objekten |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5155324A (en) | 1986-10-17 | 1992-10-13 | Deckard Carl R | Method for selective laser sintering with layerwise cross-scanning |
| US6596224B1 (en) | 1996-05-24 | 2003-07-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Jetting layers of powder and the formation of fine powder beds thereby |
| GB2378150A (en) | 2001-07-31 | 2003-02-05 | Dtm Corp | Fabricating a three-dimensional article from powder |
| WO2003039844A1 (de) * | 2001-10-30 | 2003-05-15 | Concept Laser Gmbh | Verfahren zur herstellung von dreidimensionalen sinter-werkstücken |
| US7569174B2 (en) | 2004-12-07 | 2009-08-04 | 3D Systems, Inc. | Controlled densification of fusible powders in laser sintering |
| JP5272519B2 (ja) | 2007-07-17 | 2013-08-28 | セイコーエプソン株式会社 | 三次元造形装置、および三次元造形方法 |
| GB201113506D0 (en) * | 2011-08-05 | 2011-09-21 | Materialise Nv | Impregnated lattice structure |
| US9688028B2 (en) * | 2013-03-22 | 2017-06-27 | Markforged, Inc. | Multilayer fiber reinforcement design for 3D printing |
| US9802360B2 (en) | 2013-06-04 | 2017-10-31 | Stratsys, Inc. | Platen planarizing process for additive manufacturing system |
| KR102215240B1 (ko) * | 2013-08-20 | 2021-02-15 | 더 트러스티즈 오브 프린스턴 유니버시티 | 밀도 향상 방법 및 조성물 |
| CN105705319B (zh) * | 2013-09-19 | 2018-06-12 | 马克弗巨德有限公司 | 纤维增强增材制造的方法 |
| US9676033B2 (en) * | 2013-09-20 | 2017-06-13 | Arcam Ab | Method for additive manufacturing |
| WO2015177497A1 (en) | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Bae Systems Plc | Additive manufacture of composite materials |
| JP5888826B1 (ja) * | 2015-04-27 | 2016-03-22 | 株式会社ソディック | 積層造形装置 |
| CN107635749A (zh) | 2015-06-10 | 2018-01-26 | Ipg光子公司 | 多光束增材制造 |
| JP2018535121A (ja) * | 2015-11-06 | 2018-11-29 | ヴェロ・スリー・ディー・インコーポレイテッド | 熟達した３次元印刷 |
| DE102015224324A1 (de) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | MTU Aero Engines AG | Verfahren und Vorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils |
| WO2018191728A1 (en) | 2017-04-14 | 2018-10-18 | Desktop Metal, Inc. | High density 3d printing |
-
2018
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2023
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016170030A1 (de) * | 2015-04-21 | 2016-10-27 | Covestro Deutschland Ag | Verfahren zur herstellung von 3d objekten |
| US20180104922A1 (en) * | 2015-04-21 | 2018-04-19 | Covestro Deutschland Ag | Method for producing 3d objects |
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