KR102647672B1

KR102647672B1 - 주입기에 의해서 실시되는 분말 분배 단계를 포함하는 적층 제조 프로세스

Info

Publication number: KR102647672B1
Application number: KR1020187017511A
Authority: KR
Inventors: 장 피에르 니케즈; 장 프랑수아 살토리
Original assignee: 애드업
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2024-03-15
Also published as: KR20180097568A; EP3393697A1; JP2019501293A; EP3393697B1; US20200269510A1; US11292059B2; JP6896739B2; WO2017108867A1; CN108367352A; CN108367352B; FR3046094A1

Abstract

본 발명은 기계(1) 내에서 공작물(P)을 적층 제조하기 위한 프로세스에 관한 것으로서, 기계는: - 작업 표면(2); - 적어도 하나의 길이방향 수평 방향으로 분말 층을 확전시키기 위한 장치(5); - 분말을 작업 표면(2) 상에 주입하기 위한 적어도 하나의 분말 주입기(6)로서, 적어도 하나의 횡방향 수평 방향을 따라 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한, 주입기(6); - 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함하고; 프로세스는: - 횡방향 수평 방향에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 성분을 가지는 경로를 따라 주입기(6)를 이동시키는 단계; - 주입기(6)의 경로를 따른 모든 지점에서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조정하는 단계를 포함한다.

Description

주입기에 의해서 실시되는 분말 분배 단계를 포함하는 적층 제조 프로세스

본 발명은, 3D 프린터로도 공지된, 적층 제조 기계 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 그러한 기계에서의 분말의 주입 및 분배에 관한 것이다.

공지된 기술에 따라, 분말로부터 시작하여 "3D" 프린팅에 의해서 부품이 생산된다. 부품은 CAO 공구를 이용하여 미리 슬라이스로 잘려진다. 이어서, 분말이 작업 표면 위의 연속적인 층으로서 확전되고(spread), 각각의 층은, 후속 층으로 덮이기 전에, 용융 및 응고 단계를 거친다. 이를 위해서, 예를 들어 레이저 빔에 의한 에너지 제공은, 분말 층 내에서, 제조하고자 하는 부품의 슬라이스에 상응하는 고체를 형성할 수 있게 한다. 후속 분말 층이 형성될 수 있게 하기 위해서, 제조하고자 하는 부품은, 부품의 슬라이스가 용융되고 응고됨에 따라 제조 챔버 내에서 이동되는 판에 의해서 일반적으로 지지된다. 따라서, 판은 표적 표면을 형성하고, 다시 말해서, 레이저 빔 또는 임의의 다른 에너지 제공이 모든 지점에 도달할 수 있는 표면을 형성한다.

분말은 일반적으로 라인에 따라 작업 표면 상에서 이용될 수 있고, 전형적으로 롤 또는 스크레이퍼(scraper)인 확전 장치가 분말 라인에 횡방향으로 이동되고 그에 따라 분말의 확전을 제공한다.

문헌 US 5 597 589는 전술한 기술의 구현예를 설명한다. 더 구체적으로, 이러한 예에 따라, 제조 기계는 분말의 일부를 분배할 수 있게 하는, 이 경우에는 금속으로 제조된, 분말 분배기를 포함한다. 롤은 분말을 선택적으로 확전시킬 수 있게 한다. 레이저 빔은 제조하고자 하는 부품의 제1 슬라이스에 상응하는 제1 층을 선택적으로 소결시킬 것이다. 프로세스가 후속하여 층마다 반복된다.

분말은 확전 장치의 전방에서 작업 표면 위에 분배되어야 한다. 예를 들어, 분말은 탱크 내에 위치되고, 확전 장치는 이동하면서 탱크의 전방에서 분말을 회수하며, 탱크의 레벨(level)은, 예를 들어 문헌 WO 93/08928에서 제시된 바와 같이, 탱크가 비어 있을 때 피스톤 시스템에 의해서 상승된다. 전술한 문헌 US 5 597 589에서와 같이, 예를 들어 붓기 아암(pouring arm)에 의해서, 확전 장치의 전방에 분말 라인을 침착(deposit)시키는 것이 또한 공지되어 있고, 그 아암의 길이는 확전 장치의 길이에 실질적으로 상응한다.

제기되는 하나의 문제는 분말의 관리이다.

이는, 제조하고자 하는 부품에서, 부품을 구성하기 위해서 최종적으로 용융 및 응고될 양보다 많은 양의 분말을 이용하는 것이 일반적이기 때문이다. 특히, 이러한 과다 분말은, 분말 층이 표적 표면을 적절히 덮도록 보장할 수 있다. 더 구체적으로, 분말 층은 일반적으로 고정된 작업 표면의 영역으로부터 시작하여, 예를 들어 분말 탱크로부터 시작하여 또는 붓기 아암이 위에 위치되는 영역으로부터 시작하여 확전된다. 또한, 이러한 영역의 치수는 조정될 수 없고, 확전 장치 또는 붓기 아암의 길이에 의해서 결정된다. 결국, 제조하고자 하는 부품의 치수 및 기하형태가 어떻든 간에, 제조 챔버의 전체가 부품 주위의 용융되지 않은 분말로 충진된다. 또한, 특히 표적 표면 전체가 분말 층으로 사실상 덮이도록 보장하기 위해서, 각각의 층에 대해서 표적 표면을 넘어서 범람하는 과다 분말을 제공하는 것이 일반적인 실무이다.

결과적으로, 부품 제조를 위해서 부동화되는(immobilized) 분말의 양은 종종 최종적으로 용융될 분말의 양 보다 상당히 많다. 이러한 부동화는 부품 제조 비용을 높인다.

문헌 WO 2005/097476는 2개의 레일을 따라 이동되는 홈통(trough)의 충진, 및 제조하고자 하는 부품의 치수에 적합한 2개의 레일들 사이의 길이에 걸친 홈통의 충진을 제공한다.

그러나, 이러한 해결책은 제한적인데, 이는 부품의 기하형태에 맞춰 조정될 수 없고 단지 그 치수에만 맞춰 조정되기 때문이다. 또한, 이러한 문헌에서, 제조 챔버의 벽은, 부품 자체의 제조에 필요하지 않은 분말을 이용하여, 피제조 부품과 함께 구축된다.

또한, 이러한 해결책의 분말 회로는 많은 수의 하위조립체를 포함하고, 그러한 하위조립체는, 특히 이용되는 분말의 배치(batch)를 모니터링하는 것이 중요한 매개변수인 항공 산업용 부품의 제조 분야에서, 문제를 제기할 수 있다. 이는, 각각의 제조되는 부품에 대해서, 이용되는 분말 배치를 식별할 수 있어야 하기 때문이다. 결과적으로, 기계 내에서 이용되는 분말 배치가 변경될 때, 기계의 공급 회로 및 분말에 노출된 기계 내측의 표면 모두에서, 기계 내에 남아 있는 선행 배치의 모든 분말이 새로운 배치의 사용 전에 제거될 것을 보장할 필요가 있다.

사실상, 문헌 WO 2005/097476에서, 분말이 탱크로부터 주입기로, 주입기로부터 홈통으로, 그리고 최종적으로 홈통으로부터 작업 표면으로 전달된다. 결과적으로, 분말 배치가 변경되어야 하는 경우에, 신선한 분말 배치의 이용 전에 모든 이러한 요소가 분말을 가지지 않도록 보장할 필요가 있고, 이는 지루한 것일 수 있다.

따라서, 특히 전술한 단점을 극복한, 작업 표면 위에 분배되는 분말의 양을 제어할 필요성이 존재한다.

이를 위해서, 본 발명의 제1 청구 대상은, 작업 표면 위에 분배되는 과다 분말의 양을 제한할 수 있게 하는 적층 제조 프로세스의 제공이다.

본 발명의 제2 청구 대상은, 제조 시간을 단축시킬 수 있게 하는 적층 제조 프로세스의 제공이다.

본 발명의 제3 청구 대상은, 이용되는 분말 배치의 변경을 돕는 적층 제조 프로세스의 제공이다.

본 발명의 제4 청구 대상은, 분배되는 분말의 양을 증가된 정확도로 계량할 수 있게 하는 적층 제조 프로세스의 제공이다.

본 발명의 제5 청구 대상은, 기계 세정을 위한 시간을 단축시키는 적층 제조 프로세스의 제공이다.

본 발명의 제6 청구 대상은, 드로스(dross)에 의해서 오염되는 분말의 양을 감소시키고 그에 따라 분말의 재활용 비용을 감소시키는 적층 제조 프로세스의 제공이다.

제1 양태에 따라, 본 발명은 기계 내의 분말의 부분적인 또는 완전한 선택적 용융에 의해서 부품을 적층 제조하기 위한 프로세스를 제공한다. 기계는 특히:

- 분말 층을 수용하기 위한 작업 표면,

- 작업 표면 위에서 적어도 하나의 길이방향 수평 방향을 따라 분말 층을 확전시키기 위한 장치,

- 분말을 작업 표면 위에 직접 주입하기 위한 적어도 하나의 주입기로서, 적어도 하나의 횡방향 수평 방향을 따라 작업 표면에 대해서 이동 가능한, 주입기,

- 주입기에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함한다.

이어서, 프로세스는 특히:

- 횡방향 수평 방향에 평행한 적어도 하나의 성분을 포함하는 궤적을 따라 주입기를 이동시키는 단계;

- 주입기의 궤적의 임의 지점에서 주입기에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 단계를 포함한다.

따라서, 프로세스는, 요건에 따라 분말의 양을 조정하기 위한, 작업 표면 위에 분배되는 분말 양의 제어를 보장한다.

일 실시예에 따라, 주입기는 길이방향을 따라 작업 표면에 대해서 이동 가능하고, 그에 따라 길이방향을 따른 주입기의 이동 중에 작업 표면 위에 분배되는 분말의 양을 또한 조절할 수 있게 한다. 따라서, 분배되는 분말의 양은 요건에 맞춰 보다 더 조정될 수 있다. 이를 위해서, 예를 들어, 주입기는 길이방향을 따라 확전 장치에 일체로 부착되고, 그에 따라 확전 장치의 이동을 관리하는 것 외에, 길이방향을 따라 주입기를 이동시키기 위한 부가적인 메커니즘을 설치할 필요가 없다.

일 실시예에 따라, 주입기는 제거 가능한 방식으로 기계 내에 장착되고, 그에 따라 예를 들어 2개의 분말 배치들 사이에서, 세정을 위해서 주입기를 기계로부터 회수할 수 있고, 따라서 분말 배치의 최적의 모니터링을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따라, 주입기는 수직 방향을 따라 작업 표면에 대해서 이동 가능하고, 조절 시스템은 작업 표면에 대한 주입기의 수직 위치를 조절한다. 따라서, 분배되는 분말의 양은, 작업 표면에 대한 주입기의 높이를 조절하는 것에 의해서 조절될 수 있다.

주입기의 궤적의 임의 지점에서 주입기에 의해서 분배되는 분말의 양을 조정하는 것으로 이루어진 단계는, 다음의 매개변수에 따라, 단독적으로 또는 조합되어:

- 제조하고자 하는 부품의 기하형태에 따라,

- 제조하고자 하는 부품의 치수에 따라,

- 제조하고자 하는 부품의 작업 표면 상의 위치에 따라,

- 작업 표면 상의 제조하고자 하는 부품의 영역의 재료에 따라,

실행될 수 있다.

제2 양태에 따라, 본 발명은 분말의 부분적인 또는 완전한 선택적 용융에 의해서 부품을 적층 제조하기 위한 기계를 제공하고, 그러한 기계는:

- 분말 층을 수용하기 위한 작업 표면,

- 주입기에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함하고,

그러한 기계는 전술한 바와 같은 프로세스를 실행하기에 특히 적합하다.

본 발명의 다른 특성 및 장점은, 도면에 포함된, 본 발명의 예시적인 실시예에 관한 설명을 고려할 때 명확해질 것이다.

도 1은, 적층 제조 프로세스가 제1 예시적 실시예에 따라 실행되는, 점 주입기(point injector)를 포함하는 적층 제조 기계 내의 작업 표면의 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 분말 침착 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 3은 적층 제조 프로세스의 제2 예시적 실시예에 대한, 도 1과 유사한 개략도이다.
도 4는 적층 제조 프로세스의 제3 예시적 실시예에 대한, 도 1과 유사한 개략도이다.
도 5는 도 4의 분말 침착 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 6 및 도 7은 적층 제조 프로세스의 제4 예시적 실시예에 대한, 도 1과 유사한 개략도이다.
도 8은 적층 제조 프로세스의 제5 예시적 실시예에 대한, 도 1과 유사한 개략도이다.
도 9는 적층 제조 기계의 대안적인 실시예에 따른 작업 표면의 일부의 개략도이다.

분말형 재료의 완전한 또는 부분적인 용융에 의한 부품의 적층 제조를 위한 기계가 도 1 내지 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 이용되는 재료는, 예를 들어, 금속 또는 플라스틱일 수 있다.

기계(1)는, 이용되는 재료와 관련하여 바람직하게 불활성인 대기를 가지는, 챔버를 전형적으로 포함하고, 챔버의 하단은 여기에서 수평으로 간주되는 작업 표면(2)에 상응한다.

명료함 및 단순함을 위해서, 작업 표면(2) 상에서 길이방향 축(X) 및 횡방향 축(Y)이 규정되고, 그러한 축은 작업 표면(2)에 평행하고 서로 직각이다. 이어서, "길이방향" 및 그 대안적인 형태의 형용사는 따라서 연장되는 길이방향 축(X)에 평행한 임의 방향을 나타내고; 유사하게 "횡방향" 및 그 대안적인 형태의 형용사는 횡방향 축(Y)에 평행한 임의 방향을 나타낸다.

기계(1)는, 수직 축을 따라 작업 표면(2) 아래로 연장되고 챔버 내로 개방된 케이싱(3)을 포함한다. 케이싱(3)은 일반적으로 제조 과정 중에 부품(P)이 위에 놓이는, 도시되지 않은, 부품 지지 판을 안내하기 위해서 이용된다. 상응하는 층의 분말의 용융 및 응고에 의해서 부품의 슬라이스가 형성됨에 따라, 판은 수직으로 케이싱(3) 내로 하강된다. 따라서, 케이싱(3)은, 수평 평면 내의 챔버의 내측으로부터 보이는 판의 표면에 상응하는 표적 표면(4)을 둘러싸고, 표적 표면의 각각의 지점에는, 예를 들어, 분말 용융을 위한 레이저 빔이 도달될 수 있다. 따라서, 제1 분말 층의 경우에, 표적 표면은 부품 지지 판의 상부 표면에 상응한다. 후속 층의 경우에, 표적 표면(4)은, 부품 지지 판의 연부에 의해서 경계지어지는, 선행 층의 용융되고 응고된 그리고 용융되지 않고 응고된 분말에 상응한다.

기계(1)는, 분말이 용융될 수 있게 하고 이어서 응고될 수 있게 하는, 도시되지 않은, 용융 시스템을 더 포함한다. 이는, 예를 들어, 분말을 적어도 부분적으로 용융시키기 위해서 빔을 표적 표면(4)에 전송하는 레이저이다.

기계(1)는 부가적으로, 길이방향 축(X)을 따라서 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한 방식으로 챔버 내에 장착되는, 분말 층 확전용 장치(5)를 포함한다. 여기에서 제시된 예에서, 확전 장치(5)는 횡방향 축(Y)에 평행한 회전 축을 가지는 롤이다. 그러나, 확전 장치(5)는 임의 유형, 예를 들어 스크레이퍼일 수 있다.

기계(1)는 분말 탱크에 연결된 주입기(6)를 더 포함한다. 여기에서, 주입기는, 말하자면 치수가 표적 표면(4)의 치수보다 상당히 더 작은 점 주입기를 나타내고, 주어진 순간에 점 주입기(6)에 의해서 전달되는 분말의 양은, 표적 표면(4)과 관련하여, 점과 유사하다. 주입기(6)는 작업 표면(2)에 직접적으로 대면되고, 다시 말해서 주입기(6)를 빠져 나오는 분말이 작업 표면(2) 위에 직접적으로 분배된다.

점 주입기(6)는, 적어도 횡방향 축(Y)을 따라서, 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한 방식으로 챔버 내에 장착되고, 다시 말해서 점 주입기의 궤적은 적어도 하나의 횡방향 성분을 포함한다. 주입기(6)의 이동은 연속적 또는 불연속적일 수 있다.

마지막으로, 기계는 주입기(6)에 의해서 주입되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함한다. 분말 양의 조절은 여기에서, 제어가 주입기(6)에 가해진다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 조절 시스템은, 선택적으로 그 이동 속도(rate of movement)에 따라, 주입기(6)의 분말 처리량을 임의 순간에 제어 및 조정할 수 있게 한다. 분말 주입 방법은 연속적 또는 불연속적일 수 있다.

하나의 예에 따라, 주입기(6)는 수직 축(Z)을 따라서 병진 운동으로 이동될 수 있다. 이어서, 조절 시스템은, 작업 표면(2) 위에 분배되는 분말의 양을 조절하기 위해서, 주입기(6)의 높이, 즉 주입기(6)의 분말 배출구와 작업 표면(2) 사이의 거리를 조절할 수 있게 한다. 본 발명의 이러한 예시적인 실시예에서, 분말은 실질적으로 중력에 의해서 주입기로부터 낙하된다. 작업 표면 위에 분배되는 분말은 경사면 형태를 취한다. 분말 경사면이 주입기에 도달하고 분말이 관통하여 유동되는 주입기의 배출구 오리피스를 막을 때, 분말이 더 이상 유동되지 않는다. 또한, 분말이 관통 유동되는 주입기의 배출구 오리피스가 작업 표면(2)과 접촉될 때, 분말이 유동되지 않는다. 따라서, 주입기(6)의 높이 변경은 주입기의 배출구에서의 처리량을 변경할 수 있게 한다.

이어서, 분말이 따라서 분배되어야 하는 횡방향을 따른 주입기(6)의 궤적을 결정할 수 있고, 그리고 요건에 따라, 작업 표면이 배치될 필요가 있는 장소에서 작업 표면 위에 필요량의 분말을 분배하기 위해서 이러한 궤적의 임의 지점에서 분배되는 분말의 양을 제어할 수 있다. 주입기(6)의 궤적의 각각의 지점은, 예를 들어, 주입기(6)의 배출구의 중심과 실질적으로 일치되나, 반드시 그러한 것은 아니다. 예를 들어, 제조하고자 하는 부품 슬라이스가 표적 표면(4)의 횡방향 치수보다 작은 횡방향 치수를 나타낼 때, 분말이 따라서 분배되는 주입기(6)의 궤적을, 제조하고자 하는 부품(P)의 슬라이스의 횡방향 치수에 맞춰 조정할 수 있다.

또한, 분말 층이 피제조 슬라이스를 적절히 덮게 보장하도록, 주입기(6)의 궤적을 따라서 분배되는 분말의 양을 조정할 수 있다. 이는, 분말이 확전 장치(5)에 의해서 양 측면에서 횡방향으로 밀려날 수 있고 그에 따라 층의 길이방향 연부가 직선형이 아닐 수 있기 때문이다. 이어서, 설단 효과(tongue effect)를 참조한다. 이를 극복하기 위해서, 주입기(6)는, 다른 곳에서 분배되는 분말의 양보다 많은 분말의 양을 주입기(6)의 궤적의 횡방향 단부에서 분배할 수 있다.

마지막으로, 주입기(6)의 궤적을 따라서 분배되는 분말의 양을 조정하여, 용융되고 응고된 분말의 부피 감소를 보상할 수 있다. 이는, 부품 슬라이스가 분말의 용융 및 응고에 의해서 형성될 때, 용융되고 응고된 슬라이스의 밀도가 미용융 분말의 밀도보다 높기 때문이고, 용융되고 응고된 슬라이스는 분말 층 내의 침하부를 형성한다. 결과적으로, 편평한 층을 획득하기 위해서, 해당 슬라이스를 덮는 후속 층이 확전되어야 할 때, 이러한 침하부를 고려하여야 한다. 이어서, 주입기(6)는, 그 궤적의 전체 위의 분말량을 증가시킬 필요가 없이, 침하부를 보상하기 위해서 침하부에서 정확하게 더 많은 분말량을, 그 횡방향 궤적을 따라 분배할 수 있다.

제조 프로세스의 제1의 예시적인 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 제1의 예시적인 실시예에 따라, 표적 표면(4)의 전체를 덮도록 분말 층이 형성되어야 한다. 주입기(6)는, 표적 표면(4)의 횡방향 치수에 상응하는 횡방향 거리에 걸쳐, 적어도 하나의 횡방향 라인(L)을 따라 분말을 분배하기 위해서, 휴식 위치로부터 시작하여, 작업 표면(2)에 대해서 횡방향으로 이동된다. 분말의 라인(L)은, 조정될 수 있는 길이방향 치수를 나타낸다. 이러한 길이방향 치수는 주입기(6)의 배출구의 치수에 특히 의존한다.

도 1의 예에서, 분말이 분배되는 주입기(6)의 정방향 이동은 좌측으로부터 우측으로 실행되고, 설단 효과를 보상하기 위해서, 라인(L)의 단부(La 및 Lb)에 근접하여 더 많은 양이 되도록, 횡방향을 따라 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말량이 조절된다. 더 구체적으로, 분배되는 분말의 라인(L)의 분말 높이는 분말의 라인(L) 상의 횡방향 위치에 따라 달라질 수 있다. 이어서, 하나의 그리고 동일한 횡방향을 따라 분배되는 분말의 높이의 프로파일은, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 포물선의 형태이다. 다시 말해서, 분말의 라인(L)의 단부(L_a 및 L_b)에 각각 근접된 지점(A 및 B)에서 각각 분배되는 분말의 양은, 분말의 라인(L)의 실질적으로 중간에 위치된 지점(C)에서 분배되는 분말의 양보다 많고, 3개의 지점(A, B 및 C)은 실질적으로 횡방향으로 정렬된다.

그 후에, 주입기(6)는, 도 1의 예에 따라 작업 표면(2)의 좌측으로, 역방향 이동으로 그 휴식 위치로 다시 이동될 수 있고, 그에 따라, 새로운 정방향 이동에서 후속 층을 위한 새로운 분말의 라인을 분배하거나, 선행 라인의 형성 중에 도달된 최종 위치로부터 시작하여, 도 1의 예에 따라 작업 표면(2)의 우측으로, 역방향 이동 중에 새로운 분말의 라인을 분배할 수 있다.

제2의 예시적인 실시예가 도 3에 도시되어 있고, 여기에서 주입기(6)는, 횡방향 이동 가능성에 더하여, 길이방향 축(X)을 따라 이동될 수 있다. 이러한 제2의 예시적인 실시예에 따라, 피제조 부품(P)의 형상에 의해서, 형성하고자 하는 분말 층이 표적 표면(4)을 반드시 완전히 덮을 필요가 없다. 결과적으로, 점 주입기(6)는 분말을 분배하지 않고 미리 길이방향으로 이동되었고, 이어서 라인(L)을 따라 분말을 분배하도록 횡방향으로 이동되었으며, 그 횡방향 치수는 피제조 부품(P)의 슬라이스의 횡방향 치수에 맞춰 조정된다. 따라서, 모든 표적 표면(4)이 분말로 덮이지 않고, 과다 분배되는 분말의 양이 감소될 수 있다. 분말의 라인(L)의 횡방향을 따라 분배된 분말의 높이 프로파일은, 설단 효과를 제한하기 위해서, 제1의 예시적인 실시예에서와 같이, 포물선 형상일 수 있다.

따라서, 길이방향 축(X)을 따라 그리고 횡방향 축(Y)을 따라 이동하는 점 주입기(6)는, 과다 분말의 이용을 제한하기 위해서, 피제조 부품의 치수와 관련하여, 연속적인 분말 층의 치수를 최적화하면서, 그리고 표적 표면(4)을 충진할 필요가 없이, 또한 표적 표면(4) 상의 피제조 부품(P)의 위치에 따라, 분말을 분배할 수 있게 한다. 더 구체적으로, 횡방향에 따라 작업 표면(2) 위에 분배되는 분말의 양은, 피제조 부품(P)의 각각의 슬라이스의 치수 및 표적 표면(4) 상의 위치에 따라 생성된다. 특히, 피제조 부품(P)의 고려 대상 슬라이스가 표적 표면(4)의 치수 즉, 부품 지지 판의 치수보다 작은 치수를 가질 때, 표적 표면(4)을 덮지 않고 표적 표면(4) 상에서 국소화된 방식으로 분말 층을 형성하는 것이 유리할 수 있다.

프로세스의 제3의 예시적인 실시예가 도 4 및 도 5에 도시되어 있고, 여기에서 주입기(6)는 횡방향 및 길이방향 모두로 이동될 수 있다. 이러한 제3의 예시적인 실시예에 따라, 피제조 부품(P)의 슬라이스의 기하형태는, 횡방향 및 길이방향에 대해서 경사진 연부를 나타낸다. 슬라이스의 횡방향 치수는 표적 표면(4)의 횡방향 치수보다 더 작다. 이어서, 결과적으로 주입기(6)의 궤적은 횡방향 성분 및 길이방향 성분을 나타내는 분말의 라인(L)을 분배하도록 조정되고, 경사진 연부에 접근할 때, 그 횡방향 치수는 피제조 부품(P)의 슬라이스의 횡방향 치수에 실질적으로 상응한다. 또한, 도 4 및 도 5의 예에 따라, 해당 슬라이스에 필요한 분말의 양은, 예를 들어 좌측으로부터 우측을 향해서, 횡방향으로 감소된다. 이어서, 결과적으로, 라인(L)을 따라서 이동되는 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양은, 횡방향을 따라 분배되는 분말의 높이의 프로파일이 좌측으로부터 우측을 향해서 감소되도록, 조절된다.

따라서, 분배되는 분말의 양은 피제조 부품(P)의 기하형태에 따라 그리고 더 구체적으로 피제조 부품(P)의 고려되는 슬라이스의 기하형태에 따라 조정된다. 즉, 작업 표면(2) 위에 분배되는 분말의 부피는 고려되는 슬라이스에서 요구되는 분말의 부피에 맞춰 조정된다.

제조 프로세스의 제4의 예시적인 실시예가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 이러한 제4의 예에서, 점 주입기(6)는 길이방향 축(X)을 따른 이동에서 확전 장치(5)에 일체로 부착되고, 횡방향 축(Y)을 따라 확전 장치(5)에 대해서 이동될 수 있다. 예를 들어, 점 주입기(6)는, 확전 장치(5)에 이동 되지 않게 고정된(rigidly fixed), 횡방향 축(Y)을 따른 활주 레일에 장착될 수 있다. 이러한 제4의 예시적인 실시예에 따라 제조된 피제조 부품(P)의 형상은, 제2의 예시적인 실시예의 형상과 유사하고, 그에 따라 형성하고자 하는 층이 표적 표면(4)을 완전히 덮지 않는다. 일체로 부착된 분무 장치(5) 및 주입기(6)에 의해서, 길이방향 축(X)을 따른 하나의 이동 제어에서, 확전 장치(5) 및 점 주입기(6)는, 도 6에서 파선으로 표시된, 초기 위치로부터, 도 6에서 실선으로 표시된, 형성하고자 하는 층에 가능한 한 근접하는 위치까지 동시에 이동된다. 그 이후에, 점 주입기(6)는, 제2의 예시적인 실시예에서와 같이, 분말의 라인(L)을 분배하기 위해서, 확전 장치(5)를 따라서, 횡방향 축(Y)을 따라 이동되고, 그 횡방향 치수는 피제조 부품(P)의 슬라이스의 횡방향 치수에 따라 조정된다. 확전 중에 설단 효과를 보상하기 위해서, 예를 들어 제2의 예시적인 실시예에서와 같이, 분말의 라인(L)을 따른 분말의 양이 또한 조정된다.

주입기(6)가 길이방향 이동에서 확전 장치(5)에 일체로 부착되는 경우에, 제3의 예시적인 실시예에서와 같이, 예를 들어 특정 기하형태에 맞추기 위해서, 확전 장치(5)가 길이방향으로 이동될 때, 분말 주입기(6)의 횡방향 이동 및 분말의 주입이 동시에 발생될 수 있다.

도 8에서, 제조 프로세스의 제5의 예시적인 실시예가 도시되어 있고, 여기에서 피제조 부품(P)의 슬라이스는 3개의 분리된 부분(P₁, P₂ 및 P₃)을 포함한다. 이러한 경우에, 조절 시스템은, 작업 표면(2) 상에 불연속적인 라인(L)을 형성하기 위해서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하고, 다시 말해서 분말의 라인(L)은, 각각 분리되고, 횡방향 치수 및 위치가, 슬라이스의 위치(P₁, P₂ 및 P₃)에 각각 상응하는 3개의 섹션(L₁, L₂ 및 L₃)을 포함한다. 다시 말해서, 분배되는 분말의 양이 영이 되는 주입기(6)의 궤적의 지점이 존재한다.

이러한 예는 제한적인 것이 아니다. 적어도 횡방향 축(Y)을 따른 주입기의 이동 및 이러한 이동 중의 분말의 양의 제어에 의해서, 주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서, 요건에 맞춰 조정된 분말량을 가질 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 주입기(6)의 궤적의 지점에서, 분말이 전혀 분배되지 않을 수 있거나, 특히 피제조 부품(P)의 고려되는 슬라이스의 기하형태 및/또는 형상 및/또는 피제조 부품(P)의 고려되는 슬라이스의 위치 및/또는 설단 효과 및/또는 침하 효과에 따르는 양이 분배될 수 있다. 주입기(6)의 궤적은 직선형 또는 곡선형일 수 있다.

임의 지점에서 분배되는 분말의 양이, 예를 들어 중량에 의해서 또는 부피에 의해서 결정될 수 있다. 여기에서 설명된 예시적인 실시예에서와 같이, 주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서 분배되는 분말의 양은 분말의 높이에 의해서 결정된다. 이어서, 주입기(6)는 또한, 예를 들어 수직 축(Z)를 따라 이동되어 분배된 분말의 높이를 따를 수 있도록, 수직 축(Z)을 따라 작업 표면(2)에 대해서 이동될 수 있다.

주입기(6)는 또한 몇 가지 재료를 분배하기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 주입기(6)는 제1 재료의 분말의 제1 라인 및 제2 재료의 분말의 제2 라인을 제조할 수 있고, 그러한 2개의 라인은 길이방향 및/또는 횡방향으로 서로 분리된다.

비록, 이하에서 제공되는 예시적인 실시예에서, 기계(1)가 단지 하나의 점 주입기(6)를 포함하지만, 이는 그와 다를 수 있다. 예를 들어, 기계(1)는, 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한 2개의 점 주입기(6)를 포함할 수 있고, 그러한 점 주입기(6)의 각각은 표적 표면(4) 위의 분말 분배를 제공하고, 예를 들어, 동일한 분말 또는 상이한 분말의 이용을 가능하게 한다. 이어서, 제2 확전 장치(5)가 제2 점 주입기(6)와 함께 유리하게 이용될 수 있다. 각각의 재료 유형의 전용으로 주입기(6)를 이용하는 것은, 분말 배치의 세정 및 모니터링의 촉진이라는 장점을 나타낸다. 따라서, 일반적으로, 기계(1)는, 부품(P)을 제조하기 위해서 이용될 수 있는 것으로 생각되는 재료의 유형만큼 많은 주입기(6)를 포함할 수 있다.

유리하게, 기계(1)는 작업 표면(2) 세정용 메커니즘을 부가적으로 포함할 수 있고, 그에 따라, 남아 있는 선행 층으로부터의 분말이 없는 상태에서, 주입기(6)가 작업 표면(2) 위에 분말의 라인을 분배할 수 있게 보장하고, 그에 따라 주입기(6)에 의해서 작업 표면(2) 위에 분배된 분말의 높이를 정밀하게 알 수 있게 한다. 세정 메커니즘은, 예를 들어, 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능하여 분말을 작업 표면(2) 외부로 밀어낼 수 있게 하는 스크레이퍼 형태로 제공될 수 있다. 스크레이퍼는 유리하게 주입기(6)에 고정될 수 있고, 그에 따라, 주입기(6)가 정방향 이동에서 작업 표면(2) 위에 분말의 라인을 분배하면, 분말을 분배하지 않는 주입기(6)의 역방향 이동은 그 통로 상의 과다 분말이 방출될 수 있게 한다. 스크레이퍼는 일방향적일 수 있고, 즉 스크레이퍼는 하나의 그리고 동일한 이동 방향으로만 분말을 밀어낸다. 기계의 생산성을 높이기 위해서, 유리하게, 분말의 각각의 라인을 시작하기 위해 주입기를 하나의 그리고 동일한 초기 위치로 다시 가져가지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 후퇴 가능 스크레이퍼는 그 이동 방향을 따라 주입기(6)의 각각의 측면 상에 배치된다. 스크레이퍼의 이동 방향을 따라 주입기의 전방에 배치된 스크레이퍼는, 주입기(6)가 분말을 분배하기 전에, 작업 표면(2) 상의 잔류 분말을 방출하는 한편, 다른 측부 상에 배치된 스크레이퍼는 주입기가 방금 분배한 분말에 닿지 않도록 상승된다. 스크레이퍼는 또한, 드로스, 즉 피제조 부품(P)의 일부를 형성하지 않는 분말의 덩어리 조각을 긁어 낼 수 있게 한다. 이어서, 스크레이퍼에 의해서 방출되는 분말은 작업 표면(2)의 미리 결정된 지점까지 멀리 치워질 수 있고, 그 지점에서 분말은 전용 오리피스를 통해서 방출된다.

표면 세정용 메커니즘과 조합되어 또는 그 대체물로서, 기계(1)는, 후속 층을 위한 새로운 분말의 라인(L)을 분배하기 전에, 작업 표면(2) 상의 잔류 분말의 양을 확인하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 확인 시스템은, 예를 들어, 작업 표면(2)의 임의 지점에서의 잔류 분말의 높이에 관한 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 조절 장치는, 미리 결정된 양에 도달하도록 잔류량의 함수로서 작업 표면(2) 위의 주입기(6)에 의한 분말 분배를 조정할 수 있고, 이는 주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서의 경우이다. 대안적인 형태에서, 기계는, 폐쇄 루프에서, 주입기에 의해서 전달되는 분말의 처리량을 제어할 수 있게 하는, 수용 표면(11) 상에 침착된 분말의 양을 확인하기 위한 시스템을 포함할 수 있다.

주입기(6)가 길이방향을 따라 고정되는 대안적인 실시예(도 9)에 따라, 각각의 층을 위한, 분말의 라인(L)이, 미리 결정된 "수용" 표면(7) 상에서, 작업 표면(2)에 대해서, 국소화된다. 수용 표면(7)은 수직 방향을 따라 작업 표면(2)에 대해서 이동될 수 있고, 그에 따라 증가된 정확도로 분말의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 가동형 수용 표면(7)은, 작업 표면(2)에 대해서 횡방향 홈(9) 내에서 수직으로 이동되는 활주부(8)의 상부 표면에 의해서 형성된다. 활주부(8)의 치수는, 단지 충분한 여유를 가지고, 홈(9) 내에서 수직 활주될 수 있도록 조정되고, 주입기(6)의 배출구가 작업 표면(2)과 접촉되어, 홈(9) 내에서만 분말을 수용 표면(7) 상에 침착시킨다. 더 구체적으로, 활주부(8)가, 홈(9)의 하단에 근접한, 하단 위치에 있는 위치로부터 시작하여, 주입기(6)가 작업 표면(2)에 대해서 횡방향으로 변위되어 분말을 수용 표면(7) 위에 분배한다. 홈(9)의 길이방향 치수를 알기 때문에, 주입기(6)의 횡방향 이동 중에 수용 표면(7)에 대한 주입기(6)의 높이를 조정함으로써, 홈 내로 분배되는 분말의 부피를 정확하게 알 수 있다. 주입기(6)의 이동이 완료되면, 확전 장치(5)에 의해서 확전되도록, 수용 표면(7)은 제어되고 알고 있는 높이만큼 수직으로 이동된다. 따라서, 횡방향을 따라, 홈(9)의 외부로 벗어난 분말의 높이가 제어되고 공지된다. 수용 표면(7) 위에 분배된 분말이 홈(9)의 외부로, 그 전체 높이에 걸쳐, 완전히 벗어날 수 있고, 수용 표면(7)은 작업 표면(2)과 같은 높이이다. 그러나, 수용 표면(7) 위에 분배된 분말의 일부만이 홈(7)의 외부로 벗어날 수 있다.

유리한 예시적인 실시예에 따라, 주입기(6)의 기부는, 홈(9)의 폭을 덮을 수 있게 하는 형상을 가지고, 분말은 실질적으로 중력에 의해서 주입기(6)로부터 낙하된다. 주입기(6)는 활주부(8) 내로의 분말의 주입 중에 작업 표면(2)에 바로 근접하여 유지되고, 그에 따라 분말은 작업 표면과 주입기 사이에서 활주될 수 없다. 따라서, 분말이 주입기 아래에 배치된 활주부의 부피를 충진할 때, 이는, 분말이 통과하여 유동하는 주입기(6)의 전체 개구부를 막고, 분말은 더 이상 유동되지 않는다. 횡방향을 따른 주입기(6)의 이동 중에 활주부(8)의 수직 위치를 제어함으로써, 분배되는 분말의 양과 관련하여 큰 정확도가 그에 따라 얻어질 수 있다.

선택적으로, 홈(9)은 과다 분말을 회수할 수 있게 한다.

예를 들어, 확전 장치(5)가 정방향 이동으로 표적 표면(4) 위에서 적어도 부분적으로 분말의 층을 확전시키고 부품 슬라이스가 용융 및 응고되면, 역방향으로 과다 분말을 수집하도록 확전 장치(5)가 구비될 수 있다. 활주부(8)가 홈(9)의 하단을 향해서 하강되면, 분말은 수용 표면(7) 상으로 또는 홈(9)의 하단 상으로 낙하될 수 있다. 이어서, 기계(1)는 홈(9)의 외부로 분말을 방출할 수 있게 하는 회수 시스템을 포함할 수 있다.

또한 2개의 홈을 표적 표면(4)의, 길이 방향으로, 양 측부 상에 배치할 수 있고, 각각의 홈 내에서 활주부(8)가 수직 이동될 수 있다. 따라서, 확전 장치(5)는, 하나의 그리고 동일한 이동으로, 표적 표면(4) 위의 분말의 층을 확전시킬 수 있고 과다 분말이 홈 내로 낙하되게 할 수 있다. 이어서, 반대 이동으로, 새로운 분말 층을 분배하고 이러한 새로운 층으로부터의 과다 층이 다른 홈 내로 낙하되게 한다.

다른 대안적인 형태에서, 기계(1)는, 활주부와 연관되지 않은, 과다 분말을 회수할 수 있게 하는, 하나의 또는 2개의 홈을 포함할 수 있다.

따라서, 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한 점 주입기(6)를 이용함으로써, 설단 효과, 부품의 기하형태, 그 치수 및 표적 표면(4) 상의 그 위치와 같은, 상이한 매개변수를 고려하여, 필요 분말의 양이 최적으로 조정될 수 있다. 그에 따라, 피제조 부품(P)과 관련한 과다 분말이 감소된다.

적어도 횡방향으로, 작업 표면(2) 위에 분배되는 분말을 국소화함으로써, 기계(1)의 세정 동작이 제한된다. 이는, 특히 피제조 부품(P)의 치수가 부품 지지 판, 즉 표적 표면(4)의 치수보다 작은 경우에, 확전 중에 설단 효과의 보상을 고려하더라도, 분말이 표적 표면(4) 위에만 분배될 수 있기 때문이다. 따라서, 모든 분말은, 케이싱(3) 내에서, 지지 판 상에서 국소화되고, 그에 따라 특히 분말 배치의 변경의 경우에, 분말로부터 세정이 케이싱으로 감소된다.

일 실시예에 따라, 주입기(6)는 분말 탱크에 직접적으로 연결될 수 있다. 이어서, 분말을 공급하기 위한 회로는, 예를 들어, 탱크, 주입기, 및 탱크를 주입기(6)에 연결하는 가요성 파이프를 포함한다. 선택적으로, 분말을 계량할 수 있게 하는 호퍼가 탱크와 주입기(6) 사이에서 회로 내에 개재될 수 있다. 분말과 작업 표면(2) 사이에 다른 요소가 개재되지 않고, 주입기(6)는 분말을 작업 표면(2) 상으로 직접적으로 주입한다. 결과적으로, 분말 배치가 변경되어야 할 때, 분말이 분말 공급 회로 내에 더 이상 잔류하지 않도록 보장하기 위해서, 분말 공급 회로가 기계로부터 제거될 수 있고, 완전히 세정될 수 있으며, 이어서 기계 내로 다시 배치될 수 있다. 예를 들어, 주입기(6)는 지지부 상에서 제거 가능한 방식으로 기계(1) 내에 장착되고, 지지부는 주입기(6)의 횡방향 이동, 그리고 선택적으로 길이방향 이동 및 높이 이동의 안내를 제공한다. 이어서, 주입기(6)를 기계(1)로부터 용이하게 제거할 수 있게 하기 위해서, 주입기를 그 지지부 상에 잠금 및 잠금 해제하기 위한 시스템이 제공된다.

제조 시간이 또한 단축되는데, 이는 분배되는 분말의 양이 감소되기 때문이다.

각각의 층에서 사용되는 분말의 양이, 용융되는 분말의 양에 가능한 한 근접되게 감소됨에 따라, 용융 중에 드로스에 의해서 오염되는 분말이 또한 감소된다. 오염된 분말의 재활용을 위한 시간 및 그에 따른 비용이 그에 의해서 감소된다는 것을 발견하였다.

Claims

기계(1) 내의 분말의 부분적인 또는 완전한 선택적 용융에 의해서 부품(P)을 적층 제조하기 위한 방법이며, 상기 기계는:
- 분말 층을 수용하도록 의도된 작업 표면(2),
- 작업 표면(2) 위에서 적어도 하나의 길이방향 수평 방향을 따라 분말 층을 확전시키기 위한 장치(5),
- 분말을 작업 표면(2) 위에 직접 주입하기 위한 적어도 하나의 주입기(6)로서, 적어도 하나의 횡방향 수평 방향을 따라 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한, 주입기(6),
- 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함하고,
방법은:
- 작업 표면(2) 위로 일 라인(L)을 따라 분말을 분배하기 위해 횡방향 수평 방향에 평행한 적어도 하나의 컴포넌트를 포함하는 궤적을 따라 주입기(6)를 이동시키는 단계;
- 주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 단계로서, 분배되는 분말의 라인(L)의 분말 높이는 분말의 라인(L) 상의 횡방향 위치에 따라 달라지고, 주입기(6)는 설단 효과(tongue effect)를 극복하기 위해 다른 곳에서 분배되는 분말의 양보다 많은 분말의 양을 주입기(6)의 궤적의 횡방향 단부에서 분배하는, 분말의 양을 조절하는 단계
를 포함하는, 적층 제조 방법.
제1항에 있어서,
주입기(6)는 길이방향을 따라 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능한, 적층 제조 방법.
제2항에 있어서,
주입기(6)가 길이방향을 따라 확전 장치(5)에 일체로 부착되는, 적층 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주입기(6)는 기계(1)에 이동 가능한 방식으로 장착되는, 적층 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주입기(6)는 수직 방향을 따라 작업 표면(2)에 대해서 이동 가능하고, 조절 시스템은 작업 표면(2)에 대한 주입기(6)의 수직 위치를 조절하는, 적층 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 것으로 이루어진 단계가 피제조 부품(P)의 기하형태에 따라 실행되는, 적층 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 것으로 이루어진 단계가 피제조 부품(P)의 치수에 따라 실행되는, 적층 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 것으로 이루어진 단계가 작업 표면(2) 상의 피제조 부품(P)의 위치에 따라 실행되는, 적층 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주입기(6)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(6)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 것으로 이루어진 단계가 작업 표면(2) 상의 피제조 부품(P)의 영역의 재료에 따라 실행되는, 적층 제조 방법.
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