KR19990071641A

KR19990071641A - 입체금속 제품 제조 방법

Info

Publication number: KR19990071641A
Application number: KR1019980703917A
Authority: KR
Inventors: 더글러스 더블유. 프라이테그; 조셉 제이. 비어맨; 데이비드 엘 버넬
Original assignee: 파라비 레이; 보드 오브 리전츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1999-09-27
Also published as: US5640667A; WO1997019776A1; EP0863806A1; AU1140897A; DE69622581D1; EP0863806B1; ATE220964T1; DE69622581T2; JP2000517375A

Abstract

완전 조밀 입체금속 제품 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 제품의 내부 부분(52)은 분말(50)의 층의 횡단면에서 선택적인 레이저 소결의 방식으로 형성된다. 분말의 층 형성후, 레이저는 상기 층내의 제품의 내부 부분(52)주위에 가스-불침투성 스킨(54)을 형성하기위해 유도된다. 상기 공정은 제품이 완전해질때 까지 반복된다. 상기 스킨(54)에 의해 둘러싸인 제품(52)은 요구되는 바와 같이 제품(52)으로부터 제거되거나 또는 제거되지 않을수 있으며, 그다음 핫 아이소스태틱 프레싱을 위한 "캔" 으로서 작용하는 상기 스킨(54)에 제품의 밀도를 높이기위해 핫 아이소스태틱 프레싱이 수행된다. 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 캔(72)은 레이저 발생의 방식에 의해 제 1 로 형성되며, 종래 핫 아이소스태틱 프레싱으로 금속 분말(75)이 충진된다.

Description

입체금속 제품 제조 방법

자유-형태 제작(free-form fabrication)의 분야는 컴퓨터-지원 설계(CAD)데이타 베이스로부터 직접 제품의 제작에서 새로운 많은 주요 진보가 있었다. 상기 진보는 특히 엔지니어링 도면에 따라 기계가공되는 금속과 같은 물질의 블록으로 종래의 기계가공 공정과 대비하여, 시작 부품 및 몰드금형과 같은 신속 시작 제품(rapid prototyping of article)품 제작의 분야에서 많은 제품의 제작에 요구되는 시간과 비용을 크게 절감하였다. 엔지니어링 설계로부터 시작 부품을 생산하는데 요구되는 시간은 종래의 기계가공에 사용되는 몇주일에서 몇시간으로 감소하였다. 추가로, 상기 새로운 기술에 따라 제조되는 많은 현재의 제품의 복잡성 및 정밀도는 종래의 기계가공에서 가능한 것이상으로 더욱 개선되었다.

최신 신속 시작품제작 기술의 일예는 텍사스, 오스틴의 DTM 코포레이션부터 가능한 시스템에 의해 실행되는 선택적인 레이저 소결 공정이다. 상기 기술에 따르면, 제품은 한 번에 한 층이 분배되는 레이저-용융 가능 분말로부터 층양식 형태(layer wise fashion)로 생산한다. 상기 분말은 제품의 횡단면에 대응되는 분말 층의 부분을 위해 래스터 주사 형태로 유도되는 레이저 에너지의 적용에 의해 용융되거나 또는 소결된다. 각 층내의 분말의 용융 이후, 분말의 추가되는 층이 그다음으로 분배되며, 제품이 완전해질때까지 이전 층(제품을 위해 적합한 것 같이)의 용융된 부분을 위해 용융되는 나중의 층의 용융을 가지고 공정이 반복된다. 선택적인 레이저 소결기술의 상세한 설명은 미국 특허 제 4,863,538 호, 미국특허 제 5,017,753 호, 미국특허 제 5,076,869 호, 및 미국특허 제 4,944,817 호, 텍사스 대학 시스템, 평의원 이사회에 모두 양도되며 상기 참조에 의해 본원에 병합되며, 미국 특허 제 4,247,508 호 및 미국특허 제 5,352,405호 모두는 DTM 코포레이션에 양도되며 상기 참조에 의해 본원에 병합된다. 선택적인 레이저 소결 기술은 고 분해능의 입체 제품의 직접 제조 가능하며 왁스, 폴리카보네이트, 나일론, 다른 플라스틱, 및 세라믹과 폴리머로 코팅된 금속과 같은 복합 물질을 포함한 다양한 물질로부터 치수의 정밀도를 가능하게 한다. 왁스 부분은 공지된 "로스트 왁스" 공법의 방식에 의해 금형제작(tooling) 생산에 사용될수 있다. 복합 분말 물질의 예는 미국특허 제 4,944,817호, 미국특허 제 5,156,697 호 및 미국특허 제 5,284,695호 에 상세히 설명되며 텍사스 대학 시스템, 평의원 이사회에 모두 양도되며 상기 참조에 의해 본원에 병합된다.

최근의 부분품의 신속 시작품 제작의 분야는 금속 부분을 포함하는 많은 유효한 제품의 초도 생산 및 설계에 사용되는 부품에 고 강도, 고 밀도의 제공으로 큰 개선을 이룬다. 상기 진보는 일만회 몰딩 사이클을 초과하는 금형 기대수명을 가지는 사출 몰딩용 시작품 금형제작에 또한 사용되는 현재의 선택적인 레이저 소결 공정을 허용한다.

종래의 선택적인 레이저 소결에 의한 금속 부분품의 생산은 서로를 위해 입자를 바인딩하기 위한 폴리머 코팅으로 선택적인 레이저 소결에 의해 제작되는 "그린" 부분품("green" part)으로부터 폴리머를 가지고 코팅되는 금속 입자의 분말을 사용한다. 그린 부분품은 그다음 금속 제품을 형성하기위한 서로에 금속 기판 입자를 또한 바인딩하며 폴리머를 모두 떨어뜨리는, 폴리머의 분해 온도이상의 온도로 가열한다. 제품이 사출 몰딩을 위한 몰드금형인 경우, 금형은 다른 금속, 예를들면 강도, 내마모, 공구수명을 보강하기위한 구리가 또한 주입된다. 다른 종래 접근에 따르면, 복합 폴리머-금속 부분품 또는 금형제작은 그린 부분품에 후공정 풀림처리 없이 형성된다. 상기 기술에서, 폴리머 코팅된 금속 분말의 선택적인 소결에 의해 형성되는 그린 부분품은 액체 레진과 함께 주입된다. 레진은 거의-완전한 조밀 혼합 제품에 결과인 레진의 화학적 성질에 따라 상온 또는 상승된 온도에서 교차 결합된다.

선택적인 레이저 소결 기술은 바인더 없이 금속 분말로부터 몰드와 같이 제품의 직접 제작에 대해 또한 적용된다. 금속 분말의 예는 구리-주석, 구리-솔더(솔더는 납 70% 주석 30% 이다)및 청동-니켈 시스템의 2상 금속 분말을 포함하는 직접 제작에 사용된다.

금속 분말은 완전 조밀(종래의 임의 침입으로)의 70 내지 80% 이상의 밀도를 가지는 예를 위해 상당히 조밀한 상기 방식으로 선택적인 레이저 소결에 의해 형성된다. 그러나, 상기 금속 제품내에는 다공성이 아직 남으므로, 구조상의 강도 및 제품의 유용성이 제한된다. 에를 들면, 완전 조밀이하의 제품을 제조하기위해, 용융금속에 의해 침투되는 결과일 때 동일 길이의 수명을 갖지 않으며, 사출 몰드금형으로 사용될때는 고형체 금속 기판으로부터 금형을 기계가공된다. 상기 제품은 기계가공된 부분품과 비교하여 기계류의 실제 작용하는 부분품으로서는 유용하지 않다.

완전 조밀 제품을 생산하도록 금속으로 직접 선택적인 레이저 소결은 많은 현저한 기술적인 장벽에 직면하는 것이 관찰된다. 첫째로는, 용융 또는 소결시 금속의 온도가 통상 매우 높고, 완전 조밀 제품안으로 금속용융시키기위해 요구되는 레이저 출력 또한 매우 높기 때문이다. 둘째로는, 선택적인 레이저 소결 시스템내의 매우 큰 온도 변화가 필연적으로 존재하는 질량내부로 금속 분말 층의 큰 면적을 용융시키는 레이저는 말아올려짐(curling) 및 성장과 같은 온도 효과에 기인하는 부분품의 변형 가능성을 크게 개선해야 한다. 상기 변화는 금속 분말의 소결 온도 근처로 선택적인 레이저 소결 챔버의 주변 온도의 상승시키는 것에 의해 감소될수 있으며, 이는 챔버내부로 분배되는 것과 같이 분말의 덩어리화 원인이 되며, 또한 완전 조밀 금속 제품을 직접 생산하기위한 상기 기술의 능력을 제한한다.

추가의 배경기술의 방식에 의해, 다른 레이저 신속 시작품제조 방법은 클옥케, 등의 "신속 금속 시작품제작 및 공구세공"("Rapid Metal Prototyping and Tooling") EARP-Newsletter, Vol. 6 에서 설명되며 "레이저 발생"이 참조된다. 상기 기술에 따르면,분말은 선택적인 레이저 소결의 경우로서 층-형태 방식으로 분배되지 않으나, 분말은 대신에 초점맞춰진 레이저에서 위치에 의해 생산되는 용융 풀(metting pool) 내부로 공급된다. 공급 분말은 그다음 상기 점에서 제품에 대해 접착되며, 추가적인 분말 공급으로 또한 제품을 보강한다. 클옥케 등.의 제품은 레이저 발생 기술에서 사용하는 금속 분말(철 및 코발트를 기초로하는 금속)로부터 형성되는 얇은 벽 제품을 가리킨다.

추가되는 배경기술 방식으로, 금속 제품을 형성하기위한 핫 이소스태틱 프레싱(HIP)의 사용이 공지되었다. 상기 기술에 따르면, 다공성 금속 물질은 기계가공된 가스-불침투성 셀 에 의해 둘러싸이거나, 또는 "캔" 또한 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 캔은 이전의 형태로는 형성되지 않는 금속 분말로 충진될 수 있다. 상기 캔안의 제품은 노 내부 압력 용기안으로 위치된다. HIP 공정은 공작물의 온도를 불활성 가스를 가지고 공작물에 일정압력을 유지하는 반면, 금속이 유연화되는 상태에 도달하기에 충분한 온도로 상승시킨다. 상기 압력은 가스가 아이소스태틱(等靜的)에 의해 스며나오며, 가스-불침투성 셀에 대해 모든 방향으로 동등한 힘을 가한다. 공작물(또는 캔)의 유연화된 금속은 이렇게 등방성으로 압착되며, 제품내의 어떠한 공극률(porosity)도 제거한다. 완전-조밀 금속 제품은 예비 HIP 상태로부터 얼마의 최소량 감소를 가지므로 상기 HIP 공정으로부터의 결과가 된다. 상기 캔은 그다음 제품으로부터 예를 들면 기계가공 또는 에칭에 의해 통상적으로 제거된다. 그러나, HIP 분야에서 공지된 바와 같이, "캔"의 제조는 기계가공과 같은 종래 기술에 의해 수행될때는 통상 매우 어렵다. 상기와 같이, HIP 공정에 의해 생산되는 제품의 형태 복잡성과 치수적인 분해능이 전형적으로 제한한다.

본 발명의 목적은 선택적인 레이저 소결에 의해 분해능 및 대상물 복잡성을 가능하게하는 이용 방식으로 완전 조밀 금속 제품의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 HIP 제품에 비교하여 복잡성이 증가되며 정밀도가 향상되는 완전 조밀 제품으로서 HIP 공정으로 제품이 제조될수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제조가 완료된후 제품상에 남겨질수 있으며, 기초를 이루는 제품으로서 동일 물질로 형성되는 "캔"을 HIP 공정으로 제품을 형성될수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 금속 물질의 넓은 범위로부터 레이저-직접 공정의 복잡성 및 정밀도를 가지고 완전 조밀 금속 제품이 생산될수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 따르는 명세서와 함께 도면을 참조하여 이분야의 통상의 지식으로서 나타낸다.

본 발명은 고형체 입체 제품의 제조 분야에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 부품 및 몰드 금형과 같은 금속 제품의 직접 부가적인 제작에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 완전히 조밀한 제품의 제조에 공정단계를 도시하는 플로우 챠트.

도 2(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔 및 완전히 조밀한 제품을 제공에 유효한 선택적인 레이저 소결 시스템의 외부를 절취한 개략 사시도

도 2(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔 및 거이 완전히 조밀한 제품을 제공에 유효한 선택적인 레이저 소결 시스템의 개략 사시도.

도 3(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 2(a) 및 2(b)의 선택적인 소결 장치에서 형성되는 제품의 평면도.

도 3(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 2(a) 및 2(b)의 선택적인 소결 장치에서 형성되는 제품의 평면도.

도 3(c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 2(a) 및 2(b)의 선택적인 소결 장치에 형성되는 제품의 횡단면의 정면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 레이저를 이용한 예비가열 작용의 작용을 도시한 평면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제품의 공정에 유효한 HIP 시스템의 횡단면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2(a)의 선택적인 레이저 소결 장치에서 형성되는 제품의 횡단면의 정면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2(a)의 선택적인 레이저 소결 장치에서 형성되는 제품의 횡단면의 정면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 완전히 조밀한 제품 제조의 공정단계를 도시하는 플로우 챠트.

도 9는 도 8에 도시된 다른 실시예에 따른 제품의 제조를 위한 시스템의 개략 사시도.

본 발명은 불침투성 스킨, 바람직하게는 동일 금속 물질에 의해 둘러싸이는 금속 제품을 생산하기위해 사용되는 레이저 조정(laser directed techniques) 기술으로 제품을 제조의 공정을 수행할수 있다. 상기 제품은 상기 시스템내의 열 변화를 최소화하여 형성되는 제품으로부터 스킨내의 레이저의 소결된 부분의 밀도를 상당히 증가시키기 위해 증가된 레이저 출력 또는 감소된 주사 속도를 가지고 금속 분말의 각각 층내의 제품의 스킨 부분을 주사하는 것으로, 예를 들면 선택적인 레이저 소결으로 제조된다. 상기 제품은 층-양식 종류(layer-wise fashion)로 형성되며, 둘러싸는 비용융된 금속 분말로 부터 제거된 이후, 상기 제품의 밀도를 높이도록 종래 핫 아이소스태틱 공정(HIP)이 이용된다. 선택적인 레이저 소결 제품내의 가스 불침투성 스킨은 HIP 공정에서 "캔"으로서 작용하며, 고밀도화 이후 기계가공으로 제거될수 있거나 상기 제품의 외부 층으로서 남는다.

도 1을 참조로, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 제품 제조의 방법이 상세히 설명된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 10 공정으로 시작되는 방법인 입체의 금속 제품은 수반하는 핫 아이소스태틱 프레싱 공정내에서 "캔"으로서 작용하는 스킨이 가스 불침투성 스킨으로 제품의 몸체를 둘러싸는 방식으로 금속 분말의 선택적인 레이저 소결에 의해 제조된다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배경으로 본원 전제부에 상세히 설명되는, 선택적인 레이저 소결 10 공정을 포함하는 일련의 단계는 일체로 형성되는 가스 불침투성 스킨으로 둘러싸여지는 제품의 몸체를 제조하기위해 반복적으로 수행된다. 10 공정은 단일 공정챔버로 달성되는 10 공정의 다양한 단계인 DTM Corporation 으로부터 가능한 SINTERSTATION 2000 으로서 선택적인 레이저 소결 시스템으로 수행되는 것이 바람직하다. 도 2(a) 및 2(b)로 참조되는 선택적인 레이저 소결 시스템(100)의 구성은 본 발명의 바람직한 상기 실시예의 설명을 목적으로 상세히 설명된다.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 선택적인 레이저 소결 시스템(100)은 선택적인 레이저 소결 10 공정이 그내부에서 발생하는 챔버(102)(명확성을 위해, 도 2a 에서 전방 도어 및 챔버(102)의 상부는 도시하지 않는다)를 포함한다. 목표 면(104)은 본원의 설명을 목적을 위해, 열 용융가능한 분말(존재한다면, 이전 소결된 부분을 포함)의 상부 면에 대해 설명되며 피스톤 부분(106, part piston)상에 배치되며; 피스톤 부분(6)상에 배치된 소결 및 비소결 분말은 베드 부분(107)으로서 본원이 참조된다. 피스톤 부분(106)의 수직 운동은 모터(108)에 의해 제어된다. 레이저(110)는 도 2b에 도시된 바와 같이 본원의 전제부에 참조된 미국 특허에 설명된 방식으로 유도되는 빔으로 주사 시스템(142)에 의해 제공된다.

도 2(b)는 레이저(110) 및 주사 시스템(142)을 도시한다. 레이저(110)는 예를 들면 안전 셔터, 전방 거울 조립체 및 발산 렌즈와 수렴렌즈 와 같은 초점 요소로서 상기에 참조된 미국 특허 제 4,863,538 호로 상세히 설명된 바와 같은 종래의 제어 요소인 레이저 그 자체를 추가로 포함한다. 사용되는 상기 타입의 레이저(110)는 소결시 많은 인자(factor)와 특히 분말의 타입에 좌우된다. 본 발명의 실시예에 따라 사용되는 것과 같은 금속 분말을 위한 바람직한 레이저는 바람직하게 제어가능한 동력 출력을 가지는 150 와트급 Nd/YAG 타입 레이저 이다. 레이저(110)는 도 2(b)에서 화살표로 나타난 통상의 경로를 따라 이동하는 레이저 빔(105)을 생성하는 레이저(110)가 온 동안, 바람직하게는 변조된 온 및 오프로 제어가능하게 된다.

컴퓨터(140) 및 주사 시스템(142)은 목표 면(104)에 레이저 빔이 부딪치는 레이저 빔의 방향을 제어하기위해 또한 포함된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 컴퓨터(140)는 레이저(110)를 제어하기위한 마이크로 프로세서를 포함하며 생산될 제품의 치수(dimensions)를 한정하는 데이터를 발생시키기 위한 CAD/CAM 시스템을 또한 포함한다. 부동 소수점 출력기능을 포함하며 팬티업급 마이크로프로세서를 채용한 PC(personal computer 이하 PC 라 함) 와 같은 종래의 워크스테이션 PC 가 본 발명의 바람직한 실시예에서 컴퓨터(140)로 사용에 적합하다.

주사 시스템(142)은 레이저 빔(105)의 이동 경로를 새 방향으로 돌리기위한 프리즘(144)을 포함하며; 다수의 프리즘(144)은 상기 장치의 물리적 배치(the physical layout of the apparatus)에 기초하는 적합한 위치에 대한 레이저 빔(105)을 향하게하는데 필요하다. 선택적으로, 종래기술로 공지된 바와 같이, 하나이상 고정 거울은 레이저 빔(105)을 향하게하기위한 프리즘(144)의 자리로 사용될수 있으며, 시스템(100)의 특별한 배치로 좌우된다. 주사 시스템(142)은 각각의 갈바노미터(galvanometer)에 의해 구동되는 한쌍의 거울(146, 147)을 또한 포함한다. 갈바노미터(148, 149)는 선택적으로 순응하는 거울(146, 147)과 레이저 빔(105)의 조준을 제어하기위해 상기의 각각 거울(146, 147)에 결합된다. 갈바노미터(148, 149)는 서로에 비례하는 근소하게 직각으로 거울(146, 147)이 고정되도록 서로에 수직으로 고정된다. 주사 시스템(142)내의 펑크션 발생기 구동기(function generator driver)는 컴퓨터(140)내부에 저장된 CAD/CAM 데이터에 따라 목표면(104)에 분말의 층이 형성되는 제품의 횡단면을 한정하는 목표면(104)내부에 레이저 빔(105)의 조준을 제어하기위해 컴퓨터(140)에서 제어되는 온 및 오프 변조에 관련되어 갈바노미터(148, 149)의 운동을 제어한다. 이는 선택적인 주사 시스템이 음향-광학적 스케너, 회전 다각형 거울, 및 공진 거울 스케너와 같은 장치를 포함하는 본원에 설명된 주사 시스템(142)의 배치에 사용될수 있음을 예상할수 있다.

도 2(a)의 참조로 돌아가서, 금속 열-용융성 분말의 방출(delivery)은 분말, 또는 급송(feed), 피스톤(114), 역회전 롤러(118)과 조합되는 모터에 의해 제어되는 방식에 의한 시스템(100)으로 성취된다. 상기본원에 통합되는 미국 특허 제 5,017, 753 호에서 설명된 바와 같이, 역회전 롤러(118)는 일정한 및 레벨 형식으로 목표면(104)을 위해 챔버(102)의 바닥위로 상승되는 분말을 옮긴다. 이는 DTM 코포레이션으로부터 가능한 SINTERSTATION 2000 시스템에서 사용되는 것과 같이, 가요성 분말 분출 및 효율성을 목적을 위해, 피스톤 부분(106)의 양측상에 두 개 분말 피스톤(114)을 제공에 바람직하다.

작동에서, 선택적인 레이저 소결 공정(10)은 목표면(104)위로 금속 분말의 층을 분배하기위한 공정(12)을 수행하는 시스템(100)에 의해 시작된다. 시스템(100)에서, 분말은 챔버(102)내부의 분말의 용적을 배치하기 위해 상부쪽으로 이동하는 급송 피스톤(114)에 의해 분출된다. 롤러(118)(명확성을 위해 도 2(a)에서 도시되지 않은 스크레이퍼와 같이 증강을 방지하도록 바람직한 스크레이퍼가 제공되는)는 상기-통합되는 미국 특허 제 5,017,753호에서 설명된 방식으로 피스톤 부분(106)위의 베드 부분(107)의 면에서 목표면(104)을 가로지르며 급송 피스톤(114)으로부터 이의 병진에 의해 목표면(104)위 및 챔버(102)내부로 분말이 펼쳐진다. 목표면(104)(종래 층이 배치되는 조짐이 있거나 혹은 없어도), 급송 피스톤(114)으로부터 분말이 제공될때 롤러(118)는 현재 진행되기위한 분말의 레이저의 두께를 한정하도록 예를 들면 5 밀스(5 mils), 작은 양에 의해 챔버(102)의 바닥 이하가 바람직하다. 이는 분말의 분배를 통해 매끄럽게하기위해, 목표면(104)을 가로지르는 롤러(118)의 운동으로부터 약간 초과하는 분말의 결과가 되도록 피스톤 부분(106)에 의해 수용될수 있는 것보다 큰 급송 피스톤(114)에 의해 분말의 양이 제공되며; 이는 피스톤 부분(106)이 보다 낮으며(즉., 10 밀스 대한 5 밀스) 챔버(102)의 바닥위로 급송 피스톤(114)의 상승에 의해 성취될수 있다. 이는 병진운동 속도를 위한 회전 속도의 비가 일정하도록, 챔버(102)내부에 롤러(118)의 병진운동에 대한 롤러(118)의 역회전을 종속한 것이 또한 바람직하다.

목표면(104)은 통상 이전에 분배된 분말의 층이며, 제품의 부분이 그안에 형성되거나 형성되지 않을수 있으며; 하기에 또한 상세하게 설명되는 바와 같이, 고형체 기판일수 있는 목표면(104)은 피스톤 부분(106)내에 위치하며 제품상에 형성된다. 본 발명에 상기 실시예에 따르면, 공정(12)내에 분배되는 분말은 제조되는 결과의 완전 조밀 제품으로부터 물질의 금속 분말이다. 이것으로 예상되는 것은 본 발명의 상기 실시예에 따르는 유용한 분말은 광범위 물질, 특별한 예로는 초합금(즉 InCoNel), 카본 강, 스테인레스 강, 구리-강, 니켈-청동 강, 티타늄 합금, 니켈 소재 합금 및 금속의 혼합(즉, 청동의 혼합 및 니켈 분말) 의 분말을 포함한다. 이는 본 발명의 상기 실시예가 완전하게 소결되는데 요구되는 분말의 용적의 최소화에 기인하는, 완전 조밀 금속 제품의 제조에 사용되는 금속 물질의 넓은 범위를 허용하는 것을 예상할수 있다.

분말의 층의 분배이후 공정(12), 공정(14)내에서는 상기 층내에 형성되는 제품의 내부 횡단면에 대응되는 분말의 부분을 선택적으로 용융하기위한 분말의 층위로 주사되는 레이저 빔(105)의 방식으로 수행된다. 도 3(a)에 도시된 평면도로서, 내부 제품 부분(52a, 52b)으로서 비용융 분말의 전형적인 층(50)은 공정14 의 방식으로 형성된다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 분말(50)의 특별한 층내에 형성되는바와 같은 내부 제품 부분(52a, 52b)의 형태는 CAD의 재현을 기초하는 제품의 횡단면을 정밀하게 한정하도록 레이저(110)의 능력에 기인하여 상대적으로 복잡해진다.

본 발명의 상기 실시예에 따르는, 공정 14는 서로의 횡단면내에 분말의 입자를 묶기위한 상기 방식으로 수행되는 것이 바람직하나, 거기에서 완전 조밀 금속 부분 형성에 따라 크지않다. 예를들면, 상기-참조되는 미국 특허 제 5,352,405호로 상세히 설명되며, 내부 부품 부분(52a, 52b)은 래스터 주사 종류로 거기를 가로지르는 레이저 빔(105)의 주사하여 끼워 넣는 중첩 또는 비중첩의 방식으로 형성되며, 레이저(110)가 내부 제품 부분(52a, 52b)상에서 용융되어질 때 켜지며 다른경우에는 꺼진다. 선택적으로, 레이저 빔(105)은 크로스-해치 패턴(cross hatch pattern)으로 내부 제품 부분(52a, 52b)을 가로질러 유도될수 있는 점에서 래스터 주사는 분말의 동일 층(50)의 제 2 패스내에 수직 방향으로 래스터 주사에 의해 따르는 제 1 패스내의 하나의 방향이다. 어떤 경우에는, 이는 핫 아이소스태틱 공정동안 최후의 제품의 최소 수축시키기위한 공정 14 에서 어떤 크기로 응고되며 한정되는 내부 제품 부분(52a, 52b)이 바람직하나; 그러나, 상술된 바와 같이, 내부 제품 부분(52a, 52b)은 심하게 변형될수있는 상기 제품의 제조하는데 필요한 열변화도로서, 공정 14에서 레이저 빔(105)에 의한 완전 조밀 상태로 한정되지 않는다. 본 발명은 선택적인 레이저 소결 공정 10 동안 조밀 종류로 형성되는 제품의 체적을 최소화하는 것에 의해 상기 열 변형을 최소화 한다.

이는 금속 분말의 산화에 대해 비도전성인 챔버(102)안의 조건하에서 바람직하게 수행되는 선택적인 레이저 소결 공정 10 시간을 유념해야 한다. 산화의 방지는 티타늄 합금과 같은 소정 금속으로 구성되는 분말이면 특히 중요하다. 이를 성취하기 위해, 바람직하게는 선택적인 레이저 소결 공정 10 동안 챔버(102)를 질소와 같은 불활성 또는 비산화 분위기로 충진한다.

공정 14에서 내부 제품 부분(52a, 52b)의 한정에 따라, 공정16은 내부 제품의 부분(52a,52b) 의 주변에서 적어도 분말을 포함하는 분말 층(50)의 부분을 예비가열하는 선택적인 레이저 소결(100)에 의해 수행된다. 내부 제품 부분(52a, 52b) 의 주변에서 분말의 상기 부분은 공정 18내의 선택적인 레이저 소결의 작용을 통해 형성될수 있는 가스-불침투성 "스킨"이 위치되며, 상당히 높은 레이저 단위 체적당(적용된 공정 14에 관계되는)에너지에서 위치되는 것과 같이 적용될수 있다. 공정 16의 예비가열을 수행하기위한 다양한 접근은 본원 하기에 상세히 설명되며, 이후 공정 18에서 설명되는 가스-불침투성 스킨이 형성된다.

도 3(b)를 참조에 따르거나 또는 예비가열되는 공정16 동안, 공정 18은 분말의 층내의 내부 제품 부분(52a, 52b)을 둘러싸며, 주변에서 가스-불침투성 스킨(54)을 형성하기위해 수행된다. 공정 18은 공정 14 경우와 같이, 선택적인 레이저 소결의 방식으로 수행되나, 내부 부분을 형성하기위해 공정 14에서 사용되는 것과는 다른 조건에 놓인다. 상기 주목된 바와 같이, 이는 내부 제품자신이 가스-불침투성이 되지 않도록 다공성을 가지며 공정 14에 의해 완전 조밀보다 작게 형성되는 내부 제품 부분(52a, 52b)이 예상된다. 본 발명에 따라 실제로 수행되는 상기 핫 아이소스태틱 프레싱 공정(HIP)은 스킨(54)을 통해 내부 제품(52)상에 조밀화 힘을 압력유지 가스가 발휘할수 있도록 HIP 공정하에서 제품의 외부가 가스 불침투성이 되는 것이 요구된다. 따라서, 스킨(54)은 내부 제품 부분(52)보다 높은 밀도를 갖도록 층(50)안의 내부 제품 부분(52a, 52b)의 주변둘레에 공정 18에서 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공정 18은 내부 제품 부분(52)형성하기위해 사용되는 것 보다 상대적으로 단위 체적당 높은 에너지를 상기 방식으로 공급해야 하기 때문에 내부 제품 부분(52)의 주변둘레에 벡터 그림 종류로 레이저 빔(105)유도에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 상기 증가된 에너지는 공정 14에서 사용되거나 또는 레이저 빔(105)의 드웰 시간(dwell time)이 내부 제품 부분(52)을 형성하는 것 보다 스킨(54)을 형성하는 것이 크도록 주사 속도를 감소하는 것에 관련되는 공정 18을 위한 레이저 에너지의 증가에 의해 단순히 적용될수 있다. 추가로, 스킨(54)은 내부 제품 부분(52a, 52b)(이 내부 제품 부분(52)은 비중첩 또는 크로스 헤칭 래스터 주사에 의해 형성된다)의 주변의 벡터 주사를 반복 중첩 수행에 의해 공정 18에서 형성된다. 상기 모든 접근방식은 스킨(54)을 형성하도록 개별적으로 또는 조합되어 사용될수 있다. 내부 제품 부분(52)에 관련되어 스킨(54)을 형성하도록 공급되는 단위체적당 에너지의 실제 차이는 특별한 분말(50)의 금속 물질에 따르게 된다. 공정 18의 결과로서, 스킨(54)은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 내부 제품 부분(52)를 둘러싸이도록 형성되며, 스킨(54)은 가스로 불침투되는 상기 밀도인 반면, 내부 제품 부분(52)을 형성하도록 동일 물질로서 사용된다.

이는 스킨 형성 공정 18에 관련하여, 레이저 에너지의 소정 실시간 제어는 특히 소정 지오메트리-의존 효과로 제어되는 스킨(54)의 균일 형성 유익할수 있다. 예를 들어, 도 3(b)로 참조하면, 스킨(54)의 코너(55)를 형성하도록 제공되는 에너지는 날카로움에 기인하여 과도해지므로 스킨(54)을 형성하기 위해 시간에 대한 레이저 빔(105)이 반드시 존재해야 한다. 이는 도 3(b)의 코너(55)와 같은 코너에서, 실제로 균일하게 남겨진 분말의 단위 체적당 공급된 레이저 에너지를 보장하도록 코너와 같은 벡터 도형 지오메트리일 때 레이저(110)에 의해 적용된다. 이는 열 변형 효과를 최소화 하는 내부 제품 부분(52)의 전체 주변을 따라 균일하게 두꺼운 스킨(54)에 결과를 위해 종래 컴퓨터 제어에 의해 유지될수 있는 상기 제어로 고려된다.

공정 16의 예비가열로 돌아가서 참조되는, 상기 공정은 종래에 또는 공정 12 내에서 분배될 때 이의 고형 온도(caking temperature) 이하의 온도에서 분말을 유지하는 반면 가스 불침투성 스킨의 제조 효과로 가능하면 낮은 레이저 출력을 유지하기위해 본 발명의 상기 실시예에 따라 바람직한 개별 층내의 스킨(54)의 형성 동안 수행될수 있다. 종래기술로 공지된 바와 같이, 본 발명을 위한 상기 금속 분말을 포함하는 많은 분말을 의도하며, 상기의 소결 온도이하인 온도에서 고착 입자의 상당량을 나타내는 것을 가리키며; 상기 효과의 임계 온도는 물질의 "고형화" 온도가 참조된다. 본 발명의 상기 실시예에 따른 제품의 제조에서 최대 분해능를 위해, 고형화 온도 이하이며, 공정 12에서 분배될 때 자유롭게 유동가능한 분말 인 것이 중요하다. 완전 조밀 소결을 발생할수 있는 온도로 고형화 온도로부터 모든 금속 분말로 상승시키는데 요구되는 에너지는 중요하며, 공정 16으로 수행되는 것과 같이 내부 제품 부분(52a, 52b)의 주변 위치의 예비가열은 본 발명의 상기 실시예에 따른 방법을 수행하기위해 종래 레이저(110)를 고려하는데 매우 유용하다.

공정 16을 수행하기위한 제 1 대안 기술에 따르면, 두 개 레이저 빔은 다른 것에 앞서는 하나가 내부 제품 부분(52a, 52b)의 주변에 대해 적용된다. 공정 18 과함께 동시에 수행되는 것이 도시된 예비 가열 공정(16)의 실예인 도 4 에 주목해야 한다. 도 4에 도시된 바와같이, 레이저 빔(61)은 바람직하게는 상기 층안의 비용융 분말(50)내부로 겹치도록, 내부 제품 부분(52)의 에지에 적용되며, 앞서는 레이저 빔(63)은 본원 하기에 설명된 방식으로 가스-불침투성 스킨(54)을 형성하도록 내부 제품(52)의 에지에서 분말 소결된다. 빔(61)은 자체 내부 제품 부분(52) 형성으로 레이저에 의해 적용되는 것보다 작게 분말의 상기 부분을 예비가열하기위해 빔(61)에 의해 유닛 용적당 에너지가 적용되기위해, 큰 지점(60)(지점 62에 비례하여)을 제공하도록 용융(또는 가능한 경우, 비용융)되는 것이 바람직하다. 빔(61)에 의해 적용되는 상기 에너지는 물질의 소결 온도 이하나 부근 온도로 내부 제품 부분(52)의 에지 및 분말(50)을 가열하도록 선택되는 것이 바람직하다. 상기 예비가열의 결과로서, 스킨(54)을 형성하기위해 빔(63)에 의해 적용되는 추가되는 출력 증가는 최소화되므로, 스킨(54)생산으로 분말 층(50)내의 온도 변화는 감소된다. 상기 예에서, 두대의 레이저(110)이거나 레이저-분할 시스템(laser-splitting system)이 두개의 레이저 빔(61,63)을 동시에 발생시키기 위해 사용된다.

선택적으로, 분말(50)의 열 전도에 의존하여, 공정 16의 예비가열은 공정 18의 형성 스킨에 앞서 수행되는 것이 고려된다. 상기 예에서, 동일 레이저(110)는 도 4에 도시된 바와같이, 초점이 흐려진 빔(61)을 가지므로, 내부 제품(52)의 주변 둘레를 통과하는 분리 벡터로 발생되는 예비가열 으로서, 스킨(54) 및 내부 제품 부분(52)을 형성하기위해 사용되므로서 공정 16의 예비 가열이 수행된다. 본 발명의 상기 예에 따라, 층내의 열 전도는 스킨(54)을 제조하기위해 초점이 맞춰진 형태로, 레이저(110)가 반사될때까지 머무르도록 공정 16으로 수행되는 국지한정된 예비가열을 허용에 따라서 충분히 낮아야 한다.

공정 16 예비가열을 수행하는 레이저 에너지를 사용하기위한 추가 선택적인 기술은 상기 참조로 본원에 통합되며 1995년 2월 28일자 등록된 미국 특허 제 5,393,482로 설명된다.

또다른 대안으로, 예비가열 공정 16은 분말(50)을 통해 가스의 가열된 하향통풍(downdraft)에 의해, 또는 도 2(a)에 도시된 바와 같이 온도 센서(134, 136)로 제어되는 복사 히터(130)의 사용을 통하는 예에 대해 매크로스코픽 방식(macroscopic manner)으로 수행될수 있다. 상기 매크로스코픽 예비가열은 그러나 고형화 온도 이하로 분배되는 다음 분말 층의 온도를 보장하기위해 중요하다.

따르는 스킨 형성 공정 18, 결정 19는 만약 수행되는데 남겨진 제품내의 추가 층을 결정하기위해 컴퓨터(140)에 의해 수행된다. 만약 그래서, 선택적인 레이저 소결 공정 10은 층양식 종류로 계속되며, 제품의 추가 층을 위한 반복되는 각 공정 12, 14, 16 및 18이 수행된다. 도 2(a) 참조로 돌아가서 예를 들면, 분말의 추가 층의 분배는 이전과 같이 역회전 롤러(118)를 통해 급송 피스톤(106)에서 분말의 분배를 따르는, 소정 거리에 의해 떨어지는 피스톤 부분에 의해 수행된다. 제품의 선택적인 레이저 소결은 요구된 모양의 제품 형성을 위해 이전 층으로부터 통상 다른 횡 단면을 가지며, 다음 층내에 수행된다.

반복의 층양식 공정을 통하는 선택적인 레이저 소결 공정 10은 도 3(c)의 수직 횡 단면으로 도시된 바와 같이, 스킨(54)에 의해 모든 측상을 감싸는 내부 제품(52)의 결과가 된다. 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 제품(52)의 형태는 부분(52a, 52b)(도 3b 의)을 연결하는 부분(52c)과 같은 위로 걸친 부분을 포함하여; 예를 들면 부분(52c)이 부분(52a, 52b)에 연결되기 때문에 이후 형성되어, 매우 복잡할수 있다. 선택적인 레이저 소결 공정 10은 제품을 둘러싸는 캔 또는 가스-불침투성 스킨을 가지는 매우 복잡한 제품의 형성한다.

도 3(c)에 도시된 바와 같이, 제품(52)은 하부 및 상부의 측상에 비용융된 분말(50)에 의해 완전하게 둘러싸이는 상기 방식으로 형성된다. 상기 배치로, 어떤 층이 형성되는 선택적인 레이저 소결 공정 10은 그안에 형성되는 실질적인 스킨 부분(54)을 가진다. 예를들어, 제 1 층인 층(L₁)은 그안에 형성되는 스킨 부분 (54₁)만을 가지는 고형화된 부분을 가진다. 층 L_K은 그안에는 큰 스킨 부분(54_K)이나 작은 내부 제품 부분(52_K)만을 가진다. 상부 층 L_T은 그안에 형성되는 큰 스킨 부분 (54_T)만을 가진다. 상대적으로 큰 스킨 표면(54)의 형성은 선택적인 레이저 소결 시스템(100)의 작용을 고려해야 한다. 접촉하는 스킨 표면(54)의 누적 효과는 수반하는 핫 아이소스태틱 프레싱으로 사용하기위해 제품(52)둘레의 가스-불침투성 "캔"이 제공된다.

만약 공정 19 결정으로 제품(52) 및 스킨(54)의 형성으로 진행되는 더 이상 층이 없는 것이 결정된다면, 공정 20은 비용융되는 분말(50)로부터 제거되는 스킨(54) 및 제품(52)의 방식으로 그다음에 수행된다. 상기 공정은 선택적인 레이저 소결의 종래 분야이며, "거친 꺼냄"("rough break-out" )으로 통상 참조된다. 공정 20은 시스템(100)에서 베드 부분(107)을 제거하는 것으로 통상 수행되며, 다른 워크스테이션으로 상기 제품 및 분말의 전체 질량을 이동하며, 그다음 제품(52) 및 스킨(54)둘레로 부터 비용융된 분말(50)을 기계적으로 제거한다. 비용융된 분말은 보유될수 있으며 그다음 작업 조립에 재사용된다.

공정 20 의 거친 꺼냄에 따르면, 제품(52) 및 스킨(54)은 핫 아이소스태틱 프레싱(HIP)공정 30이 제시된다. HIP 공정 30은 금속 제품을 완전 조밀화하는 노내부의 압력용기안으로 제품(52) 및 스킨(54)위치시키는 것으로, 종래 기술의 방식으로 수행된다. 도 5에 도시된 HIP 시스템 60 은 본 발명의 상기 실시예에 따른 공정 30 수행에 유용한 공정 챔버의 실예이다. HIP 시스템 60은 챔버(61)내부에 위치된( 선택적인 레이저 소결 공정 10 으로 형성된 형태를 갖는것은 물론이나 상기 도면에서는 실린더로서 도시됨)스킨(54)으로 둘러싸이는 제품(52)의 작업편의 상부 개구를 통하는 원통 몸체(62)를 포함한다. 하부 클로져(65, bottom closure)는 몸체(62)내부에 위치로 남겨지며; 상부 클로져(64)는 챔버(61)내에 허용 압력이 유지되는 밀봉(63)을 가지는, 몸체(62)내부에 작업편을 한정하기위해 대응되는 개구안에 위치된다. HIP 시스템(60)은 HIP 공정 동안 챔버(61)를 가열하는 열 장벽(66)과 함께 가열 엘레멘트(68)를 추가로 포함한다.

공정 30은 HIP 시스템 60의 챔버(61)안으로 주입되는 아르곤 또는 헬륨과 같이 불활성 가스를 가지고 가압이 수행되며 동시에, HIP 시스템 60 내부의 챔버(61)에 가열 및 가압에 의해 수행된다. HIP 공정의 통상 온도는 500℃ 내지 2000℃ 상태이며, 압력 범위는 진공에서 200 MPa 까지이며; 특별한 온도 및 압력이 HIP 공정하에서 제품(52)의 물질에 따라 종래 기술이 사용된다. 예를 들면, 청동/니켈 혼합물로 형성된 제품은 한시간에서 세시간동안 125MPa의 목표 압력 및 750℃ 내지 900℃ 목표 온도로 수행될수 있다. HIP 분야에서 공지된 바와 같이, 온도 편차는 종래 HIP 공정 챔버로서 제공되므로서 모든 물질에 대해 통상 매우 작다.

공정 30 의 결과로서, 챔버(61)내의 고압 가스는 스킨(54)둘레에 등방성 방식으로 아이소스태틱 힘을 나눈다. 스킨(54)은 가스에 불침투성이기 때문에, 스킨(54)의 외부 표면을 압착하는 가압 가스에 의해 분리된다. 챔버(61)내부에 온도는 스킨(54) 및 제품(52)의 물질의 유연화 온도로 상승되나, 가스의 상기 가압 힘은 제품(52)을 치밀하게한다. 제품(52) 및 스킨(54)의 종속이후 적절한 지속을 위한 상기 온도 및 압력 조건으로, 완전 조밀 금속 제품이 제공된다. 스킨(54)의 HIP "캔"은 이점에서 기계가공으로 제품(52)으로부터 제거된다. 선택적으로, 스킨(54)은 HIP공정 30을 통해 조밀해지는 제품(52)과 같은 동일 물질로 형성되는 반면, 스킨(54)은 거기의 부분품이 되는 제품(52)의 표면에서 남겨진다. 마무리 기술은 상기 경우 될 수 있는 것과 같은 제품(52) 또는 스킨(54)의 외부 표면에 대해 적용된다.

HIP 공정 30의 치밀화에서 얼마간 수축이 발생될수 있으며, 상기 수축은 비례적으로 작음을 예상해야 하며, 특히 선택적인 레이저 소결 공정 10은 완전 조밀 부근이 되는 내부 제품(52)을 형성한다. 수축은 선택적인 레이저 소결 공정 10의 사용으로 재현되는 CAD 데이터 베이스가 고려된다.

본 발명의 상기 실시예는 복잡한 형태 및 소형 사이즈 특징 및 분해능을 가지도록 금속으로 제조될수 있는 시제품 부분 또는 몰드금형와 같은 완전 조밀 입체 제품을 제공한다. 상기 제품의 제조에 사용되는 선택적인 레이저 소결은 CAD에서 직접 제품으로 전이로 짧은 제작 시간에 제공되기 때문에, HIP 조밀화 공정의 사용은 최소 출력 레벨에서 수행되는 선택적인 레이저 소결 공정을 허용하므로, 열 변형에 의한 공정의 취약성을 감소시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 진행되어 사용되는 금속 물질로부터 열 변화의 충격을 완화하는 문제는 금속 물질의 범위가 넓어지도록 작용한다.

도 3(c)의 참조로, 본원에서 형성되는 스킨(54)의 상대적으로 큰 면적에 기인하여, 열 변형으로 취약성이 있을수 있는 L₁,L_K,L_T와 같은 층이 관찰된다. 상기 큰 표면을 위한 주요한 열변형 메카니즘은 냉각시 심하게 소결되는 영역의 표면장력에 기인하는 변형으로서, "컬"로서 참조된다.

도 6 및 7을 참조로, 본 발명의 다른 실시예는 상대적으로 큰 평평한 스킨 표면의 열 변형을 완화하도록 사용되는 것이 도시된다. 도 6은 도 3(c)의 경우에서 수직 횡단면으로 도시되며, 스킨(54)을 가지는 제품(52)이 도 3(c)의 제품(52)과 같은 유사 형태 및 치수를 가지는 결과로 형성된다. 상기 실시예에서는, 기판(56)은 선택적인 레이저 소결 공정 10으로 형성되는 스킨 층(54_T) 및 제품(52) 어느곳에나 피스톤 부분(106)내부에 제공된다. 도 6 에서 명백한 바와 같이, 제품(52)은 도 3(C)에 비교하여 뒤집히게 방향지어진, 상기 방향과 같이 상기 가장 큰 표면이 가장 영향받기 쉬운 컬로서, 기판(56)상의 적소가 되는 가장 큰 평면 스킨 층(54_T)을 허용한다. 기판(56)에 스킨 층(54_T)의 부착은 상기 층의 상기 소결동안 발생하며; 상기 접착은 거기의 컬 변형을 감소하며, 냉각에서 표면 장력의 효과를 방해한다. 기판(56)은 상기 분말로서 동일 물질이 되는 예가 될 수 있으며 상기 분말의 금속과 호환성이 있는물질로 형성될수 있다. 제품은 종래 HIP 공정으로 기판(56)으로부터 제거된다.본 발명의 다른 실시예가 도 7에 도시되며, 상기 기판(56)은 본 발명의 상기 실시예에서 큰 스킨 표면(54_T)이 제거되며, 스킨(54)의 나머지는 함께 "캔"의 부분으로서 작용하나, 기판(56)은 HIP 공정 30에서 제품둘레 "캔"의 부분을 구성할수 있는 가스 불침투성 물질이어야 한다. 상기 다른 실시예의 각각은 결과로 나타나는 제품에서 열 변형을 감소시키도록 작용한다.

도 8 및 9를 참조로, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 제품 제조 공정이 설명된다. 본 발명의 상기 다른 실시예에 따르면, 레이저로 유도된 공정은 생산되는 제품을 위한 캔을 형성하도록 제공되며, 소결가능 분말이 그다음으로 분배되어 제품이 된다.

도 8 참조로, 본 발명의 상기 실시예에 따른 공정은 공정 70과 함께 시작되며, 캔(72)은 레이저 발생의 방식으로 형성된다. 도 9에 개략적으로 도시된 레이저 발생 시스템(71)은 분말 분배 시스템(76) 및 레이저(78)를 포함하며; 상기 서브시스템은 선택적인 레이저 소결 시스템(100)에 관련되어 상기 기술된 것과 유사하게, 분위기 및 온도 제어가 달성되도록 챔버(도시 안됨)내부에 수용된다. "Rapid Metal Prototyping and Tooling" EARP-Newsletter, Vol. 6,(1995년,7월)클록케 등.,에 의해 참조 문헌상에 기술된 바와같이, 레이저 빔 발생은 초점맞춰진 레이저에서 위치 안으로 분배되는 분말에 의해 제품 형성 공정이 참조되며; 상기 분말은 제품이 시간을 초과하여 증강되도록 상기 위치에서 이전에 형성된 제품의 일부분을 용융한다. 상기 작동은 도 9에 도시되며, 레이저로부터 빔의 작용에 의해 고형화된 분말(75)은 점 P 에서 분말 분배 시스템(76)으로 분배된다. 레이저(78)는 캔(72)의 에지를 따라 레이저의 초점맞춰진 점 P는 이동한다. 이전에 증강된 캔(72)의 일부분을 따라 주사되는 레이저(78) 방향은 특별한 상황 및 그의 형태에 의존하여 변한다.

공정 80은 본 발명의 상기 실시예에서 수행되며, 캔(72)을 형성하도록 사용되는 바와 같이 동일 물질의 바람직하게는 금속 물질을 가지고 충진되는 캔(72)을 포함한다. 상기본원에 기술된 본 발명의 제 1 실시예에 대비하면, 캔(72)내부에 위치한 분말은 상기 조밀화는 캔(72)의 복잡한 일부분 충진 능력이 제한되는 것과같이, 종래에 캔(72)내부 분말의 배치가 조밀화 되지 않는다. 캔(72)은 사용된 레이저(78)로 분배된 분말의 상부 표면을 예를들면, 요구되는 바와같이, 캔위의 표면에 금속을 부착하는 것 또는 레이저 소결의 방식으로 밀봉한다. 본 발명의 상기 실시예에 따른 공정은 상기 본원에 기술된 방식으로 수행되며, 공정 90에서 핫 아이소스태틱 프레싱을 위한 금속 분말을 포함하는 목표가되는 캔(72)으로 완료된다. 캔(72)은 요구되는 바와 같이, 완료된 생산물의 일부분 위치로 남겨지거나 또는 제품으로부터 제거된다.

본 발명의 상기 선택적인 실시예에 따르면, 조정된 레이저 빔의 사용은 지오메트리를 한정으로 제품의 CAD 재현으로부터 직접 복잡한 부분 형성 및 고 분해능 구조를 고려하여 HIP 공정을 받는 것이 본원에 기술된 제 1 실시예와 유사하다. 내부 물질에 대한 캔의 물질 호환성 및 긴밀한 끼워맞춤은 HIP 공정을 통하는 제품의 수축이 최소화되므로 왼성된 생산품의 구조적인 정밀도를 추가로 개선하는 것을 보장한다.

추가 선택되는, 하나가 종래의 HIP 공정에 비용융 상태내에서 분말 찌거기, 가스-불침투성 스킨 만을 형성하기위한 상기본원에 기술된 선택적인 레이저 소결 공정이 사용된다. 선택적으로, 선택적인 레이저 소결에 의해 형성된 스킨은 이의 제조후 비워지며, 종래 HIP 공정 다른 물질의 비용융 분말로 재충진된다. 상기 선택적인 양쪽 접근으로, HIP 공정은 상기 본원에 기술된 방식의 조밀화 금속 제품을 형성하기위한 가스-불침투성 스킨 내부에 비용융 분말을 조밀화 한다.

Claims

금속 분말의 층을 목표 면에 분배하는 단계와;

선택된 금속 분말 층의 위치를 용융 시키는 단계와;

가스-불침투성 스킨의 부분을 형성하도록 선택된 금속 분말 층의 위치의 주변 위치에서 금속 분말을 용융하기위한 에너지 빔을 조정하는 단계와;

가스-불침투성 스킨 내부의 제품의 내부 부분을 형성하도록 바로 이전 층의 위치를 용해된 위치에 대해 용해된 연속적인 층을 용융 시킴과 동시에 다수의 층을 위한 분배, 용융 및 조정하는 단계를 반복하는 단계와;

상승된 온도 및 상승된 압력으로 상기 제품 및 상기 스킨의 내부 부분의 합체에 의해 제품의 내부 부분을 조밀화 하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융 단계는 상기 분말을 용융하기위해 선택된 금속 분말 층의 위치에서 에너지 빔을 조정하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 레이저 빔을 조정하는 단계는 금속 분말에서 에너지 빔을 조정하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 3 항에 있어서, 제품의 주변 위치에서 금속 분말을 용융하도록 레이저 빔을 조정하는 단계는 선택된 금속 분말 층의 위치에서 조정되는 단계보다 주변 위치에 더많은 에너지를 조정하는 입체의 금속 제품 제조 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제품의 주변 위치에서 금속 분말을 용융하기위해 레이저 빔을 조정하는 단계는;

주변 위치에서 금속 분말을 예비가열하는 단계와;

상기 분말을 용융하기위해 주변 위치에서 예비 가열된 금속 분말에 레이저 빔을 조정하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 예비 가열 단계는 금속 분말을 목표 면에 가열하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 예비 가열 단계는 제품의 주변 위치를 따라 제 1 레이저 빔을 조정하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔은 상기 제품의 내부 부분을 형성하기 위해 선택된 금속층의 위치에서 레이저 빔을 조정하는 단계 보다 제품에 대해 단위체적당 보다 적은 에너지를 공급하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 목표 면에서 금속 분말의 층을 분배하는 단계는 제 1 층을 위해 기판의 표면에 금속 분말의 층을 분배시키는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제품의 내부 부분 둘레에 가스-불침투성 스킨을 형성하도록 상기 제품의 주변 위치에서 금속 분말을 용융하기위해 에너지 빔을 조정하는 단계는 제 1 층을 위해 상기 가스-불침투성 스킨을 형성하도록 상기 기판의 상기 표면에서 선택된 제 1 분말 층의 면적을 초과하는 에너지 빔을 조정하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 금속 분말의 선택된 층의 위치를 질량체로 용융하는 단계는 기판의 표면에서 제 1 층의 부분을 질량체로 용융하는 단계를 포함하여 제품의 내부 부분이 기판의 표면과 접촉하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 분말은 금속 합금을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 분말은 강 분말을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 분말은 다수 금속 분말의 혼합물을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
금속 분말을 제품의 내부 부분으로 형성하는 단계와;

상기 제품의 내부 부분 둘레에 가스-불침투성 스킨을 형성하도록 상기 제품의 주변 위치에서 금속 분말을 용융하기위해 에너지 빔을 조정하는 단계와;

상승된 온도 및 상승된 압력으로 제품 및 스킨의 내부 부분의 합체에 의해 상기 제품의 내부 부분을 조밀화 하는 단계와;

상기 조밀화 단계이후 스킨을 상기 제품으로부터 제거하는 것을 구비하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 금속 분말은 금속 합금을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 금속 분말은 강 분말을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 금속 분말은 다수의 금속 분말의 혼합물을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
상기 가스-불침투성 스킨을 형성하도록 형성되는 제품의 주변 위치에서 금속 분말을 용융하기위해 에너지 빔을 조정하는 단계와;

상기 스킨 내부에 상기 제품의 내부 부분을 형성하도록 가스-불침투성 스킨을 금속 분말로 충진시키는 단계와;

상승된 온도 및 상승된 압력으로 제품 및 스킨의 내부 부분의 합치에 의해 내부 부분을 조밀화하는 단계를 구비하는 입체금속 제품 제조방법.
제 19 항에 있어서, 상기 금속 분말은 금속 합금을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 금속 분말은 강 분말을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 금속 분말은 다수 금속 분말의 혼합물을 포함하는 입체금속 제품 제조 방법.