KR102616985B1 - 적층식으로 제조된 물체의 제작 시스템 및 방법 - Google Patents

적층식으로 제조된 물체의 제작 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방법 및 시스템은 적층 제조 프로세스에 의해 제조된 물체에 대한 제조 플랜을 수정하는데 사용될 수 있다. 소망의 물체와 제조 플랜의 디지털 표현은 이러한 물체의 평가를 통해 생성된 제조 정보와 비교될 수 있다. 이러한 비교를 기반으로, 상기 물체 또는 후속 물체가 소망의 물체와 매우 유사해지도록 제조 플랜을 수정할 수 있다.

Description

적층식으로 제조된 물체의 제작 시스템 및 방법
(관련 출원의 상호 참조)
본 출원은 2018년 3월 10일에 제출된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/641,317에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 적층 제조 프로세스를 이용하여 물체를 제조하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
적층 제조(3D 프린팅이라고 불리는 경우가 있음)는 이전에는 불가능했던 복잡한 형상을 가진 물체를 제작하는 기능을 산업계에 제공한다. 또한, 적층 제조는 제조 시간과 비용을 감소시켜 제품 개발에 대한 새로운 접근을 가능하게 한다. 그러나, 적층 제조에 의해 제작되는 물체의 복잡성 및 이러한 물체를 제작할 수 있는 속도는 소망의 사양 내의 완성된 물체를 생산하는 것과 관련하여 과제를 제시한다. 추가적으로, 초기의 프로토타입 부품의 생산에서부터 최근의 기능성 최종 사용 부품의 생산까지 적층 제조의 이용이 증가됨에 따라, 이러한 부품에 대한 요구사항이 보다 까다로워지고 있으며, 경우에 따라서는 이들 요구사항을 충족시키기 위해 단지 프린팅 단계 이상의 추가적인 프로세스가 요구된다. 동일한 3D 프린팅 기계에서 제작되거나 다른 기계에서 제작되는 경우라도, 이들은 부품의 기하학적 치수, 특정 레벨의 표면 평활도, 또는 기타 요인에 대한 특정 공차를 충족시키는 것뿐만 아니라, 하나의 물체로부터 다른 물체로 이들 요구사항을 충족시키는 일정한 수준의 일관성을 보장하는 것을 포함할 수 있다. 현재, 제조상의 문제는 사양을 벗어난 물체가 다수 생성될 때까지는 발견되지 않는다. 또한, 부품을 제작하는 기계의 수가 증가하고, 해당 기계에 의해 제작되는 부품의 수가 증가함에 따라, 부품을 패브리케이션하는 전체 프로세스를 관리하는 것이 점점 더 어려워지고, 복잡해진다. 프린팅 단계 동안, 이들 문제 중 일부에 초점을 맞추기 위해 다양한 접근 방식이 개발되었지만, 완전히 준비된 부품을 제작하기 위한 엔드 투 엔드 적층 제조 프로세스 및 보다 양호한 부품을 제작하기 위한 엔드 투 엔드 프로세스의 효율적 개선 방법에 대한 관심은 거의 없었다.
본 발명은 적층 제조 프로세스를 통해 물체를 제조하는 컴퓨터 실현 방법으로 해서 실시될 수 있다. 이러한 방법은 다음을 포함한다:
(a) 소망의 물체의 디지털 표현 및 제조 플랜을 제공하는 단계.
제조 플랜은 적층 제조 프로세스를 통해 소망의 물체(소망의 모든 특성을 포함함)를 생산해야 하는 물체를 빌드하는 단계 및 마무리하는 단계 양쪽을 위한 명령을 가질 수 있다.
(b) 제조 플랜에 따라 적층 제조 프로세스를 통해 물체를 빌드하고, 마무리하여 제조된 물체를 생산하는 단계.
이러한 방법은 다음을 포함한다:
(a) 제조된 물체가 소망의 특성을 갖고 있는지의 여부를 결정하기 위해 제조 된 물체를 디지털 표현과 비교하는 단계. 이러한 비교는 물체가 소망의 특성을 갖고 있는지의 여부를 결정하기 위해 물체를 빌드한 후이지만 물체를 마무리하기 전에 실시될 수 있다. 또한, 이러한 비교는 프린팅시, 마무리시, 또는 제조 프로세스의 일부 다른 시점에서 실시될 수 있으며, 제조 프로세스의 해당 부분이 생성되는 동안에 제조 플랜을 조정할 수 있다;
(b) 소망의 특성과 다른 제조된 물체의 파라미터를 식별하는 단계;
(c) 파라미터를 이용하여 제조 플랜의 적어도 일부를 수정하여 수정된 제조 플랜을 생성하는 단계.
상기 수정된 제조 플랜은 수정된 제조 플랜을 이용하여 물체의 제조를 완료하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 방법은 적층 제조 프로세스를 통해 물체를 제조하는 컴퓨터 실현 방법일 수 있다. 이러한 방법은 다음을 포함할 수 있다:
(a) 소망의 물체 및 제조 플랜의 디지털 표현을 제공하는 단계로서, 상기 제조 플랜은 적층 제조 프로세스를 통해 소망의 특성을 갖는 소망의 물체를 생성해야하는 명령을 갖는 단계;
(b) 제조 플랜에 따라 적층 제조 프로세스를 통해 물체를 제조하여 제조된 물체를 생산하는 단계;
(c) 제조된 물체가 소망의 특성을 갖는지의 여부를 결정하기 위해 제조된 물체를 디지털 표현과 비교하는 단계;
(d) 소망의 특성과 다른 제조된 물체의 파라미터를 식별하는 단계;
(e) 파라미터를 이용하여 제조 플랜을 수정하여 수정된 제조 플랜을 생성하는 단계.
상술된 각각의 방법은 수정된 제조 플랜에 따라 적층 제조 프로세스를 통해 제 2 제조된 물체를 제조하는데 사용될 수 있다.
상술된 각각의 방법은 제조 플랜이 소망의 특성을 갖는 물체를 생산할 가능성이 있는 확률을 결정하고, 상기 결정된 확률을 미리 지정된 최소 확률과 비교하는 것을 더 포함할 수 있다. 결정된 확률이 최소 확률보다 작으면 확률이 최소 확률과 같거나 초과할 때까지 제조 플랜을 수정한 후, 수정된 제조 플랜을 이용하여 물체를 빌드하고, 마무리하는데 사용할 수 있다.
적층 제조 프로세스에 사용되는 적층 제조 기술은 융합 증착 모델링, 재료 분사, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 고속 소결, 직접 금속 레이저 소결, 또는 적층식 물체 제조일 수 있다. 또한, 제조된 물체는 플라스틱, 금속 또는 세라믹 재료를 가질 수 있다.
제조 플랜 수정은 다음과 관련된 제조 플랜의 일부를 수정하는 단계를 포함할 수 있다:
(a) 지지재를 패브리케이션하는 단계;
(b) 소망하지 않는 지지재를 제거하고, 및/또는 빌드재의 표면을 평활화하는 단계;
(c) 물체의 층 또는 다른 부분이 형성되는 속도;
(d) 물체를 형성하는데 사용되는 재료의 온도;
(e) 제조되는 물체의 방향; 및/또는
(f) 물체를 빌드하는데 사용되는 하나 이상의 기계의 설정.
제조가 시작된 후이지만 제조가 완료되기 전에 중간 평가를 행하기 위해 상기 방법이 실시될 수 있다. 이러한 중간 평가는 소망의 물체의 중간 디지털 표현을 따르지 않는 부분적으로 제조된 물체의 형태를 식별할 수 있다. 이들 형태에 관한 제조 플랜의 부분은 이들 형태를 처리하기 위해 수정될 수 있다.
본 발명은 상술한 방법을 실시하기 위한 시스템으로서 실현될 수 있다. 이러한 시스템은 적층식으로 제조된 물체에 대한 제조 플랜을 수정하는데 사용될 수 있다.
이러한 시스템 중 하나에 있어서, 다음이 존재한다:
(a) 소망의 특성을 갖는 소망의 물체의 디지털 표현을 저장하고, 실시될 때 적층 제조 프로세스를 통해 소망의 물체를 생성해야 하는 소망의 단계를 갖는 제조 플랜을 저장하는 하나 이상의 데이터베이스;
(b) 적층식으로 제조된 물체("AMO") 및 상기 AMO를 생성하는데 이용되는 프로세스를 설명하는 제조 정보를 전송하도록 구성된 하나 이상의 통신 링크;
(c) 통신 링크에 접속된 코디네이팅 컴퓨터로서,
(i) 제조 정보를 수신하는 단계;
(ii) 제조 정보를 소망의 특성 및 소망의 단계와 비교하는 단계;
(iii) 제조 정보가 소망의 물체 또는 제조 플랜의 특성과 다른 파라미터를 식별하는 단계; 및
(iv) 파라미터를 설명하는 메시지를 전송하는 단계를 행하도록 프로그래밍 된 마이크로프로세서를 포함하는 코디네이팅 컴퓨터.
마이크로프로세서는 파라미터에 대응하는 제조 플랜을 수정하도록 추가로 프로그래밍된다.
본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 제조 정보의 적어도 일부는 제조 플랜의 일부를 실행하는 작업을 담당하는 기계에 의해 생성될 수 있다.
시스템은 통신 링크가 제조 플랜의 일부를 실시하는 작업을 담당하는 기계에 명령을 전송하도록 구성될 수 있다. 따라서, 기계가 따르는 명령은 수정될 수 있다. 이러한 기계는 빌드재 및/또는 지지재를 패브리케이션하는 작업을 담당하는 기계를 포함할 수 있다. 이러한 기계는 소망하지 않는 지지재를 제거하는 작업, 및/또한 빌드재의 표면을 평활화하는 작업을 담당하는 기계를 포함할 수 있다.
본 발명의 본질 및 목적에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면 및 후속 설명을 참조해야 한다. 요약하면, 도면은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3c는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 제조 플랜을 수정하기 위한 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템(10)을 도시한다. 도 1은 적층 제조 프로세스를 이용하여 물체(13)가 제조되는 방법을 설명하는 제조 플랜(제조 계획)의 전달, 실행 및 수정을 용이하게 하기 위한 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 이러한 플랜은, 예를 들면 3D 프린팅 프로세스를 통해 물체를 빌드하는 단계뿐만 아니라, 예를 들면 소망하지 않는 지지체 재료 및/또는 연마 재료를 용해시키는 화학 용액과 빌드된 물체를 접촉시켜 소망하지 않는 지지재를 부식시키거나 빌드재의 표면을 평활화하는 마무리 단계에 초점을 맞춘 형태를 포함할 수 있다. 명확성을 위해, 물체를 빌드하는 단계는 최종적으로 마무리된 물체의 일부가 되는 층에 재료를 증착시키는 단계뿐만 아니라, 이후의 마무리 작업 동안에 제거되며 마무리된 물체의 일부가 아닌 재료(예를 들면, 소망하지 않는 지지재)를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1에 있어서, 양방향 통신 링크일 수 있는 4개의 통신 링크(19) 및 하나 이상의 제조 플랜을 저장하기 위한 데이터베이스(16)가 존재한다. 각각의 통신 링크(19)는, 제조되는 특정 물체에 관한 제조 정보가 제조 위치(22)로부터 데이터베이스(16)로 전송되도록 허용할 수 있고, 또한 제조 플랜이 코디네이팅 컴퓨터(34)로부터 특정 제조 위치(22)로 전송되는 것을 허용할 수 있다.
적층 제조 부품 제조 프로세스를 실시하기 위한 기계(25)를 갖는 각 제조 위치(22)가 도시되어 있다. 이러한 기계(25)가 중간 물체(28)를 생성하고, 이어서 마무리 기계(31)를 이용하여 마무리 프로세스가 행해질 수 있다. 중간 물체(28)를 빌드 기계(25)로부터 마무리 기계(31)로 이송하는 단계는 수동으로 또는 로봇에 의해 행해질 수 있다. 마무리되면, 제조된 물체(13)는 마무리 기계(31)로부터 제거될 수 있고, 상기 제조된 물체(13)가 소망의 특성을 갖는지의 여부를 결정하기 위해 평가될 수 있다. 이러한 평가는 수동, 자동화, 또는 양쪽의 조합으로 행해질 수 있다. 이러한 평가에 의해 생성된 정보는 통신 링크(19)를 통해 데이터베이스(16)로 전송될 수 있으며, 상기 정보는 소망의 특성을 따르지 않는 파라미터를 식별하기 위해 코티네이팅 컴퓨터(34)에 의해 비교될 수 있다. 이들 파라미터는 향후 물체가 소망의 특성을 갖거나 적어도 소망의 특성에 더 가깝도록 제조 플랜을 수정하는 방법을 식별하는데 사용될 수 있다. 이러한 수정은 수동, 자동화, 또는 양쪽의 조합으로 식별될 수 있다. 도 1의 실시형태는 기계(25 및 31)가 개별 기계인 것을 도시하지만, 이들은 빌드 및 마무리 기능을 모두 제공하는 단일 기계로 결합될 수 있다. 또한, 도 1의 실시형태는 단일 위치에 있는 기계(25) 및 기계(31) 양쪽을 포함하는 위치(22)를 도시하지만, 기계(25 및 31)는 서로 다른 위치에 있을 수 있다. 추가적으로, 각각의 위치(22)는 물체(28)의 병렬식 제조를 위해 집합적으로 사용되는 다수의 기계(25) 및 기계(3l)를 포함할 수 있다.
데이터베이스(16)는 소망의 제조 물체의 기하학적 구조, 치수, 공차 및 표면 거칠기 등의 소망의 특성을 갖는 소망의 제조 물체의 디지털 표현을 저장하는데 사용될 수 있다. 데이터베이스(16)는 실시될 때 적층 제조 프로세스를 통해 소망의 물체를 생산해야 하는 소망의 단계를 갖는 제조 플랜을 저장하는데 사용될 수 있다.
제조 정보는 특정의 적층식으로 제조된 물체("AMO") 및/또는 상기 AMO를 생성하기 위해 실시될 예정이거나 실시된 제조 프로세스에 대한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제조 정보는 AMO 빌드 작업을 담당하는 기계(25)(예를 들면, 3D 프린터)의 작동 설정(예를 들면, 시간, 온도, 속도), AMO를 빌드하는데 사용된 원재료의 출처 및 유형에 대한 설명, 중간 물체(28)(궁극적으로는 AMO가 됨)를 빌드하는 기계(25)를 모니터링 및/또는 제어하는 사람의 식별 번호, 및 기계(25)가 존재하는 룸의 주변 온도 및 습도를 포함한다. 또한, 제조 정보는 특정 기계(25)와 관련된 임의의 다른 변수, 식별자, 설정, 명령 또는 환경 또는 기타 조건을 포함할 수 있다.
제조 정보는, 마무리되지 않은 AMO에서 소망하지 않는 지지재를 제거하는 단계("RUSM 단계"), 마무리되지 않은 AMO의 표면을 평활화하는 단계("평활화 단계") 등의 마무리 단계를 행하기 위해 사용될 예정이거나 사용된 기계(31) 또는 복수의 기계(31)의 설정(예를 들면, 온도, 속도, 지속시간, 사용되는 세정제 또는 기타 유체/화학 물질, 사용되는 연마재의 유형), 상기 RUSM 단계 및 평활화 단계를 모니터링 및/또는 제어하는 개인의 식별 번호, 및 상기 RUSM 및 평활화 단계를 실시하기 위한 기계(31)가 존재하는 주변 온도 및 습도 및 기타 관련 조건의 정보를 포함한다. 제조 정보는 치수, 공차, 표면 마무리(예를 들면, 평활함 또는 거칠기) 및 AMO 자체에 대응하는 기타 정보를 포함할 수 있다. 제조 정보는 임의의 다른 변수, 식별자, 설정, 명령 또는 특정 기계(31)와 관련된 기타 환경 또는 기타 조건을 포함할 수 있다. 제조 정보는 통신 링크(19)를 통해 코디네이팅 컴퓨터(34)로 전송될 수 있다.
상기 코디네이팅 컴퓨터(34)는, (a) AMO에 관한 제조 정보를 수신하고, (b) 상기 제조 정보를 소망의 물체의 소망의 특성 및/또는 제조 플랜과 비교하고, (c) 상기 제조 정보가 소망의 물체 또는 제조 플랜의 특성을 따르지 않음을 나타내는 파라미터, 및/또는 AMO의 제조를 계속해야 하는지 또는 중단해야 하는지의 여부를 식별하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 파라미터가 식별된 후, 상기 파라미터를 설명하는 메시지가, 예를 들면 소망의 물체의 설계 및/또는 제조를 담당하는 사람에게 전송되면, 그 사람은 제조 플랜을 수정하는 방법을 고려할 수 있다. 또는, 물체의 제조를 완료하기 위한 수정된 플랜을 하나 이상의 기계(25, 31)에 자동으로 제공하도록, 메시지가 코디네이팅 컴퓨터에 의해 자동으로 생성될 수 있다. 예를 들면, 중간 물체(28)에서 특정 파라미터가 식별되면, 코디네이팅 컴퓨터는 그 특정 파라미터를 인식하고, 상기 제조 플랜의 대응하는 수정을 선택함으로써 응답할 수 있다. 예를 들면, 빌드 기계(25)에 의해 생성된 중간 물체(28)가 정상보다 거친 표면 거칠기를 갖는 경우, 파라미터로서 과잉 거칠기를 식별하면, 상기 코디네이팅 컴퓨터(34)는 물체에 기계(31)의 마무리 프로세스가 행해지는 시간을 증가시킬 수 있고, 및/또한 물체를 평활화하기 위해 기계(31)에서 사용되는 화학 용액의 온도를 증가시킬 수 있다. 물체가 빌드 기계(25)에 의해 빌드되는 동안에 물체가 평가될 수 있다는 점에 유의해야 하고, 빌드 기계(25)에 의해 실행되는 제조 플랜을 변경하거나, 빌드 기계(25)에 의해 생산될 것으로 예상되는 특정 중간 물체(28)를 위해 마무리 기계(31)를 준비하거나, 또는 사람의 입력을 필요로 하는 문제를 사람에게 알려주도록, 얻어진 제조 정보를 코디네이팅 컴퓨터(34)에 의해 사용할 수 있다. 사람의 입력을 필요로 하는 문제는 물체를 효율적으로 소망의 특성과 일치시킬 수 없으며, 특정 물체의 제조를 중단시켜야 한다는 것을 인간이 결정하게 하여, 그 특정 물체의 제조를 완료하는데 드는 시간과 비용을 절약하게 할 수 있다.
이러한 파라미터를 이용하여, 소망의 물체를 생성하려는 향후의 시도가 소망의 물체와 더 가깝게 일치하는 AMO를 생성시킬 가능성을 높이고, 및/또는 제조 예정이거나 현재 제조 중인 AMO에 대한 제조 플랜이 AMO가 개시되거나 완료되기 전에 각각 수정되도록, 제조 플랜, 제조에 사용되는 기계(25, 31), 기계(25, 31)에서 사용되는 재료, 및/또는 주변 조건을 수정할 수 있다. 이와 같이, 코디네이팅 컴퓨터(34)는 제조 플랜(예를 들면, 물체가 빌드 기계(25)로부터 마무리 기계(31)로 이동할 준비가 된 것으로 예상되는 시간)의 효율적인 실행, 및 물체가 제조되는 동안에도 그 플랜의 수정을 용이하게 하는 물류적 형태를 제공한다. 코디네이팅 컴퓨터(34)는 파라미터에 대응하는 제조 플랜의 부분을 수정하도록 추가로 프로그래밍 될 수 있다. 제조 플랜이 수정되면, 명령은 수정된 플랜을 실시하기 위해 통신 링크(19)를 통해 적절한 기계(25, 31) 또는 개인에게 전송될 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 적층 제조 기술은, 특히 융합 증착 모델링, 재료 분사, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 고속 소결, 직접 금속 레이저 소결, 및 적층식 물체 제조를 포함한다. 명확성을 위해, 제조된 물체(13)는 플라스틱, 금속, 세라믹 및/또는 적층 제조에 사용되는 임의의 다른 재료 또는 재료의 조합(예를 들면, 복합재)일 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 RUSM 및 평활화 단계는, 특히 액체를 사용하는 단계를 포함하며, 이는 배스, 배트, 챔버 내에서, 또는 고압 스프레이 노즐로부터 AMO에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 소망하지 않는 지지재를 제거하기 위해, 및/또는 빌드재를 평활화하기 위해 연마성 고체 또는 액체와 연마성 고체의 조합에 의존하는 평활화 단계 및 RUSM을 이용할 수 있다.
따라서, 제조 정보의 적어도 일부가 제조 플랜의 일부를 실행하는 작업을 담당하는 기계(25, 31)에 의해 생성될 수 있거나, 또는 이러한 기계 상에 또는 근처에 위치된 센서에 의해 생성될 수 있는 것이 인식될 것이다. 일부 제조 정보는 기계(25, 31)의 제조사에 의해 기계의 사양, 작동 명령 또는 기타의 일부로서 제공 될 수 있고, 또한 이러한 기계의 저장된 메모리 내에서 이용 가능할 수 있으며, 양쪽의 경우에 링크(19)를 통해 통신될 수 있다. 일부 제조 정보, 예를 들면 직원의 식별 번호는 AMO를 빌드하거나 클리닝하기 위해 기계(25, 31)를 통해 통신 링크(19)에 제공되거나, 또는 근처에 위치된 컴퓨터를 통해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 코디네이팅 컴퓨터(34)의 기능 중 적어도 일부를 로컬에 위치된 컴퓨터 및 데이터베이스(또는 다른 저장 메모리)에 배포할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들면, 이러한 컴퓨터는 제조 정보의 수집을 용이하게하고, 그 위치(22)에서 실행되는 제조 플랜을 변경하기 위해 위치(22) 중 하나 이상에서 로컬에 위치될 수 있다. 이러한 로컬에 위치된 컴퓨터는 독립형 컴퓨터이거나 기계(25, 31) 중 하나 이상 또는 전부에 통합될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 예를 들면 특정 마무리 기계(31)에 대한 제조 플랜은 동일한 위치(22)에서 제조 기계(25)에 의해 생산되는 물체에 대응하는 제조 정보에 기초하여 수정될 수 있다. 수정된 플랜은 로컬 컴퓨터, 로컬 데이터베이스 또는 다른 저장 메모리에 저장되고, 다른 로컬 기계(25, 31)으로 전송될 수 있다. 이 방식으로, 이러한 로컬에 위치된 컴퓨터는 로컬 기계(25) 내, 하나의 로컬 기계(25)와 다른 로컬 기계(31) 사이, 하나의 로컬 기계(25)와 다른 로컬 기계(25) 사이, 또는 하나의 로컬 기계(31)와 다른 로컬 기계(31) 사이에서 실시되는 제조 프로세스를 용이하게 한다. 그리고, 이러한 로컬에 위치된 컴퓨터는 다른 위치(22)에 이익이 될 수 있는 수정 된 플랜을 통신하기 위해 중앙에 위치된 코디네이팅 컴퓨터, 또는 다른 로컬에 위치된 컴퓨터와 통신할 수 있다.
수정된 제조 플랜은 위치(22)(위치(22)에 있는 하나 이상의 기계(25, 31)를 포함함)로부터 수신된 제조 정보에 응답하여 생성되고, 또한 이러한 수정된 플랜이 제조 정보와 관련되지 않은 다른 이유에서 발생될 수 있다. 즉, 제조 정보로부터 확인된 문제를 수정하기 위해 수정된 플랜을 필요로 하지 않는다. 또한, 제조 프로세스가 실시되는 동안에 수정된 플랜이 전송 및 실현될 수 있다. 따라서, 특정 제조 작업에 대한 특정 플랜은 그 제조 작업이 실시되는 동안에 수정될 수 있다. 결과적으로, 예를 들면 프린팅 작업 또는 마무리 작업이 시작된 경우, 이러한 프린팅 작업 또는 마무리 작업이 진행되는 동안에 이러한 프린팅 작업 또는 마무리 작업에 대한 플랜이 수정될 수 있다. 일례로서, 프린팅 작업 동안에 제조되는 물체의 표면 거칠기가 이미 제조 플랜에 기초하여 예상했던 것보다 더 거친 것으로 결정될 수 있다. 제조 플랜을 수정하여 더 미세한 빌드재층 두께를 지정하여, 덜 거친 표면을 얻을 수 있으며, 프린팅되는 나머지 물체에 대해 수정된 플랜이 실행될 수 있다.
또한, "온 더 플라이" 방식의 제조 작업을 수정하는 이러한 기능은 다른 영역에 있어서의 과잉 용량 또는 용량 부족을 수용하여 보다 효율적인 제조 작업을 생성하는데에 이용될 수 있다. 도 2는 과잉 용량을 이용하거나 용량 부족을 완화시키기 위해 제조 플랜을 수정하는 방법을 도시한다. 예를 들면, 배달 트럭에 적재 할 준비가 되었지만 트럭을 채울 완제품이 충분하지 않은 경우, 메시지를 코디네이팅 컴퓨터(34)에 의해 송수신하고(53), 제조 플랜을 수정할 수 있고(56), 물체가 기계(25)에 의해 프린팅되는 속도 및/또는 기계(31)에 의해 마무리되는 속도를 증가시키는 등에 의해 제조 프로세스의 속도를 높이기 위해 수정된 제조 플랜을 하나 이상의 위치(22)로 전송하여 실현시킬 수 있다(59). 또는, 특정 마무리 기계(31)에 마무리 대기 중인 물체가 너무 많으면, 코디네이팅 컴퓨터(34)에 의해 메시지를 송수신할 수 있고(53), 제조 플랜을 수정할 수 있으며(56), 또한 적어도 그 마무리 기계(31)가 백로그를 완화할 때까지, 하나 이상의 프린팅 기계(25)의 속도를 늦추기 위해 수정된 제조 플랜을 하나 이상의 위치(22)에 전송하여 실현시킬 수 있다(59). 마찬가지로, 마무리 기계(31)가 예상보다 신속히 이용 가능해지면, 제조 기계(35)는 물체(28)의 현재 패브리케이션 속도를 높여(예를 들면, 프린트헤드의 속도를 증가시키거나 빌드재층 두께를 증가시킴으로써) 이용 가능한 마무리 기계를 활용하도록(31) 지시받을 수 있다. 본 발명은 적층 제조를 통해 물체를 제조하는 방법으로서 실현될 수 있다. 도 3a는 적층 제조 프로세스를 통해 소망의 특성을 갖는 물체를 제조하는 컴퓨터 실현 방법인 이러한 방법 중 하나를 도시한다. 소망의 물체의 디지털 표현 및 제조 플랜이 코디네이팅 컴퓨터에 제공된다(100). 제조 플랜이 실시되면, 부품에 대한 요구사항 및 사양을 충족시키는 소망의 물체를 생산해야 하지만, 항상 그런 것은 아니다. 따라서, 소망의 특성이 달성되지 않는지를 결정하고, 제조 플랜을 수정하는데 사용될 수 있는 방식으로 정보를 수집하여 통신하는 방법이 요구된다.
이러한 방법 중 하나에 있어서, AMO는 제조 플랜에 따라 적층 제조 프로세스를 통해 제조되고(103), AMO가 소망의 특성을 갖고 있는지의 여부를 결정하기 위해 디지털 표현과 비교되는(109) 정보를 얻기 위해 AMO가 평가된다(106). AMO가 소망의 특성을 갖지 않는 한, 소망의 특성을 따르지 않는 AMO의 파라미터가 식별되고(112), 제조 플랜을 수정(115)하는데 사용된다. 수정된 제조 플랜을 사용하여, 다음의 AMO가 소망의 특성을 갖거나, 이전의 AMO보다 소망의 특성에 더 가깝도록 제조될 수 있다(118).
제조 플랜을 수정(115)하는 것은 다음 중 하나 이상에 관한 제조 플랜의 일부를 수정하는 것을 포함할 수 있다: 빌드재의 유형, 지지재의 유형, 빌드재를 증착하거나 형성하기 위한 파라미터, 지지재를 증착하거나 형성하기 위한 파라미터, 물체의 레이어 또는 다른 부분이 형성되는 속도, 물체를 형성하는데 사용되는 재료의 온도, 물체가 제조되는 배향, 물체를 패브리케이션하는데 사용되는 하나 이상의 기계 설정, 소망하지 않는 지지재를 제거하는 방법 및 표면을 평활화하는 방법, 및 이러한 제거 및 평활화를 위한 설정 및 파라미터(예를 들면, 액체 및 연마재, 온도, 시간, 압력, 교반 레벨).
도 3b는 중간 물체가 평가되고(136), 그 중간 평가로부터 획득된 정보에 기초하여 제조 플랜을 수정하는(145) 방법의 단계를 나타낸다. 이 방법에서, 제조 플랜은 수정될 수 있고(145), 수정은 (a) 중간 물체의 제조(148)를 완료하기 위해 나머지 제조 단계 중 하나 이상에 적용될 수 있을뿐만 아니라, (b) 후속의 물체를 제조(151)하는데에도 적용될 수 있다. 이 방식으로, 특정 물체에서 발생하는 제조 플랜의 수정은 후속 물체의 제조 플랜에 신속하게 적용될 수 있으며, 이는 이미 제조가 시작된 후속 물체에 대해 행해질 수 있다.
도 3c는 빌드(203)(즉, 프린팅 작업)가 발생된 후 마무리(218)를 완료하기 전에 중간 물체가 평가되는(206) 도 3b에 도시된 방법의 변형예이다. 그 평가(206)에 의해 생성된 정보는 후속 물체에 대한 제조 플랜뿐만 아니라, 그 특정 중간 물체에 대한 마무리 작업에 대응하는 제조 플랜을 수정(215)하는데 사용될 수 있다. 이어서, 평가된 중간 물체는 마무리 기계로 이동되어 수정된 제조 플랜에 따라 마무리되고(218), 후속 물체는 수정된 제조 플랜에 따라 빌드된다(221). 그 후속 물체는 중간 물체가 평가될 때(206) 이미 빌드 작업(203) 중일 수 있다.
도 4는 도 3a 및 3b에 도시된 기능을 결합하고 보강하는 방법이다. 도 4의 방법에 있어서, 제조 플랜을 따르는 것이 소망의 특성을 갖는 물체를 생산할 가능성이 있는지의 여부를 평가하기 위해 물체의 실제 제조를 시작하기 전에 제조 플랜을 평가할 수 있다. 이 평가는 운영자에 의해 수동으로 행해지거나, 평가 알고리즘을 실시하는 컴퓨터 프로그래밍을 사용하는 등의 자동화에 의해 행해질 수 있다. 물체를 패브리케이션할 확률이 지정된 최소 확률보다 작은 것으로 결정되면, 요구되는 성공 확률을 더 잘 보장하기 위해 제조를 수정할 수 있다. 이러한 수정은, 특히 형상, 치수 또는 부품의 소망의 공차 또는 표면 평활성에 대한 수정뿐만 아니라 물체를 빌드하고, 마무리하기 위한 기계, 재료, 설정 및 기타 파라미터에 대한 변경을 포함할 수 있다. 지정된 최소 확률은 모든 물체에 대해 동일하거나 다른 물체에 대해 다를 수 있으며, 물체가 소망의 특성에 얼마나 가깝게 충족할 필요가 있는지의 중요성에 따라 달라질 수 있다. 상기 방법은 고객, 최종 사용자 또는 물체의 다른 수신자가 물체의 허용 가능성을 평가하게 하는 최종 단계를 더 포함한다. 이러한 사람이 물체가 허용 불가능한 것으로 판단하면, 그 이유를 파악하여 물체의 다음 유닛이 그 사람의 기대치나 요구사항을 충족시킬 가능성이 더 높을 수 있도록 제조 플랜을 업데이트할 수 있다.
AMO의 제조 단계(103, 133)는 융합 증착 모델링, 재료 분사, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 고속 소결, 직접 금속 레이저 소결, 또는 적층식 물체 제조 등의 적층 제조 프린팅 기술을 통해 행해질 수 있다. 이러한 제조(103)는 적층 제조에 사용되는 플라스틱, 금속, 세라믹 및/또는 임의의 다른 재료 또는 재료의 조합(예를 들면, 복합재)으로 제조된 물체를 형성하는데 사용될 수 있다.
AMO의 제조 단계(103, 133)는 액체, 연마성 고체 또는 이들의 조합을 사용하는 것과 같은 적층 제조 마무리 기술(RUSM 및 평활화 단계용)을 통해 추가로 달성될 수 있으며, 배스, 배트, 챔버 내 또는 고압 스프레이 노즐로부터 AMO에 적용될 수 있다.
방법은 제조 프로세스의 종료시에 AMO를 평가하는 것(106)으로 제한될 필요는 없다. 예를 들면, 단계 135에서 도 3b에 도시된 바와 같이, 완전히 제조되지 않은 중간 물체(28)는 최종 제조 단계가 완료되기 전에 평가될 수 있다. 이러한 중간 평가(133)를 행함으로써, 부분적으로 제조된 중간 물체(28)에 대응하는 정보를 획득하고, 그 정보를 제조 프로세스의 해당 단계에 대응하는 물체의 중간 디지털 표현과 관련된 대응하는 정보와 비교하고, 이어서 그 중간 디지털 표현을 따르지 않는 부분적으로 제조된 중간 물체(28)의 142개의 파라미터를 식별하는 것이 가능할 수 있다. 그렇게 함으로써, 차이를 식별한 후 AMO에 대한 적층 제조 프로세스의 다음 단계(148)를 위한 제조 프로세스(145)를 수정할 수 있으며, 또한 후속 제조된 물체가 중간 특성을 충족하거나 더 가까워지도록 수정하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들면, 프린팅 단계 후에, AMO의 표면이 제조 플랜을 기반으로 예상했던 것보다 더 거친 것으로 결정될 수 있다. 따라서, 평활화 단계에 대한 제조 플랜의 일부를 수정하여 이 추가 거칠기를 해결하여 이 특정 AMO에 대한 더 나은 결과를 보장할 수 있다. 이러한 변경은, 특히 기계(31)에서 사용되는 시간, 온도, 연마제의 농도 및 교반 레벨 중 하나 이상을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 특정 실시형태에 대해 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시형태가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 합리적인 해석에 의해서만 제한되는 것으로 간주된다.

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  33. 적층식으로 제조된 물체의 제조 계획을 수정하는 시스템에 있어서,
    소망의 특성을 갖는 소망의 물체의 디지털 표현을 저장하고, 실시될 때 적층 제조 프로세스를 통해 상기 소망의 물체를 생산해야 하는 소망의 단계를 갖는 제조 계획을 저장하는 하나 이상의 데이터베이스;
    적층식으로 제조된 물체("AMO") 및 상기 AMO를 생성하는데 이용되는 프로세스를 설명하는 제조 정보를 전송하도록 구성된 하나 이상의 통신 링크; 및
    상기 통신 링크에 접속된 코디네이팅 컴퓨터로서,
    제 1 세트의 빌딩 명령을 이용하여 적층 제조 기계를 작동시켜 중간 물체를 빌드하고,
    마무리 기계의 마무리 작업에서 상기 중간 물체를 마무리하여 완성된 물체를 생성하고,
    상기 마무리 작업에 기초하여 수정된 빌딩 명령을 생성하고, 또한
    상기 수정된 빌딩 명령과, 상기 마무리 작업에 기초한 마무리 명령을 조합하는 제조 계획을 형성하도록 프로그래밍된 마이크로프로세서를 포함하는 코디네이팅 컴퓨터를 포함하는, 시스템.
  34. 삭제
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 적층 제조 프로세스는 융합 증착 모델링, 재료 분사, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 고속 소결, 직접 금속 레이저 소결, 또는 적층식 물체 제조 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 제조 계획은 중간 물체로부터 소망하지 않는 지지재를 제거하기 위한 프로세스 및 중간 물체의 빌드재의 표면을 평활화하기 위한 프로세스 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하는, 시스템.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 적층식으로 제조된 물체는 플라스틱, 금속 또는 세라믹 재료를 포함하는, 시스템.
  38. 삭제
  39. 제 33 항에 있어서,
    상기 통신 링크는 제조 계획을 상기 적층 제조 기계 또는 다른 적층 제조 기계에 전송하여 그에 따르도록 구성되는, 시스템.
  40. 제 33 항에 있어서,
    상기 적층 제조 기계는 빌드재 및 지지재를 패브리케이션하는 작업을 담당하는, 시스템.
  41. 제 33 항에 있어서,
    상기 마무리 작업은 소망하지 않는 지지재를 제거하는 단계 및 빌드재의 표면을 평활화하는 단계 중 한쪽 또는 양쪽의 작업을 담당하는, 시스템.
  42. 적층 제조 프로세스를 이용하여 완성된 물체를 제조하는 컴퓨터 실현 방법으로서,
    제 1 세트의 빌딩 명령을 이용하여 적층 제조 기계를 작동시켜 중간 물체를 빌드하는 단계;
    마무리 기계의 마무리 작업에서 상기 중간 물체를 마무리하여 완성된 물체를 생성하는 단계;
    상기 마무리 작업에 기초하여 수정된 빌딩 명령을 생성하는 단계; 및
    상기 수정된 빌딩 명령과, 상기 마무리 작업에 기초한 마무리 명령을 조합하는 제조 계획을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 제조 계획을 이용하여 다른 완성된 물체를 제조하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 제조 계획은 상기 중간 물체를 구축하기 위해 사용된 것과 동일한 적층 제조 기계에서 이용되는, 방법.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 수정된 빌딩 명령은 빌드되는 중간 물체의 배향의 변경을 포함하는, 방법.
  46. 제 42 항에 있어서,
    상기 수정된 빌딩 명령은 빌드재 유형의 변경을 포함하는, 방법.
  47. 제 42 항에 있어서,
    상기 수정된 빌딩 명령은 지지재의 변경을 포함하는, 방법.
  48. 제 42 항에 있어서,
    상기 수정된 빌딩 명령은 빌드 속도의 변경을 포함하는, 방법.
  49. 제 42 항에 있어서,
    상기 수정된 빌딩 명령은 빌드 온도의 변화를 포함하는 방법.
  50. 제 42 항에 있어서,
    상기 제조 계획은 상기 중간 물체를 빌드하는데 사용된 적층 제조 기계 이외의 적층 제조 기계에서 이용되는, 방법.
  51. 제 42 항에 있어서,
    상기 제조 계획에 있어서의 마무리 명령은 상기 완성된 물체를 생성하는데 이용되는 마무리 작업과 다른 마무리 작업을 제공하는, 방법.
  52. 제 42 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 마무리 기계에서 사용되는 세제의 유형을 제공하는, 방법.
  53. 제 42 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 마무리 기계의 작업 지속시간을 제공하는, 방법.
  54. 제 42 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 마무리 기계에서 이용되는 온도를 제공하는, 방법.
  55. 제 42 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 마무리 기계에서 이용되는 연마 매체의 유형을 제공하는, 방법.
  56. 제 42 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 마무리 기계에서 사용되는 작업의 속도를 제공하는, 방법.
  57. 제 42 항에 있어서,
    상기 적층 제조 프로세스는 융합 증착 모델링, 재료 분사, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 고속 소결, 직접 금속 레이저 소결, 또는 적층식 물체 제조 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  58. 적층 제조 프로세스를 이용하여 완성된 물체를 제조하는 컴퓨터 실현 방법으로서,
    완성된 물체를 제조하기 위해 빌딩 명령 및 마무리 명령으로 구성된 제조 계획을 이용하는 단계를 포함하고,
    상기 제조 계획을 이용하는 단계는,
    적층 제조 기계를 작동시켜 중간 물체를 빌드하기 위해 상기 빌딩 명령을 이용하는 단계, 및
    마무리 기계를 작동시켜 중간 물체를 마무리하여 완성된 물체를 생성하기 위해 상기 마무리 명령을 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 제조 계획에 있어서의 상기 빌딩 명령은 다른 사전 빌드된 중간 물체에 대해 행해진 이전의 마무리 작업에 기초한, 방법.
  60. 제 58 항에 있어서,
    상기 적층 제조 프로세스는 융합 증착 모델링, 재료 분사, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결, 고속 소결, 직접 금속 레이저 소결, 또는 적층식 물체 제조 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  61. 제 58 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 마무리 기계에서 사용되는 세제의 유형을 제공하는, 방법.
  62. 제 58 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 상기 마무리 기계의 작동의 지속시간을 제공하는, 방법.
  63. 제 58 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 상기 마무리 기계에서 사용되는 온도를 제공하는, 방법.
  64. 제 58 항에 있어서,
    상기 마무리 명령은 상기 마무리 기계에서 사용되는 연마 매체의 유형을 제공하는, 방법.
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