KR20170007525A - 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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닐 홉킨슨
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Abstract

선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은: (i) 파트 베드(a part bed)로 미립자 물질의 층을 제공하는 단계; (ii) 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 방사선을 제공하는 단계; (iii) 기 소결된 물질 부분을 포함하는 기존 미립자 물질 층 위에 덮이는 추가 미립자 물질 층을 제공하는 단계; (iv) 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위해 방사선을 제공하는 단계; (v) 삼차원 물체의 생성을 위해 상기 (iii) 및 (iv) 단계를 연속적으로 반복하는 단계;를 포함하며, 미립자 물질의 층들의 적어도 일부는, 각 층의 물질 일부를 소결하기에 앞서 히터로 예열되고, 상기 히터는 미립자 물질에 상대적으로 및 인접하여 이동하도록 구성된다.

Description

선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 장치 및 방법{Methods and apparatus for selectively combining particulate material}
본 발명의 실시예들은 선택적으로 미립자 물질(particulate material)을 결합하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
RP(Rapid Prototyping)는 프로토타입 부품을 생성하는 데에 널리 사용되고 있으며, 현재 다수의 장치와 방법들이 RP에 이용되고 있다. 한 방법에서는, 컴퓨터 보조 드로잉(CAD) 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터 생성 3차원 부품 모델을 초기에 제작한다. 이후에 상기 3차원 모델을 다수의 가상층들(virtual layers)들로 분리한 다음, 3차원 물체를 생성하도록 미립자 물질로부터 층들을 형성하고 및 상기 층들을 소결하는데에, 하나의 장치가 사용된다.
3차원 물체의 형성시, 미립자 물질은 일반적으로 부드러운 흐름을 위해 상대적으로 냉각될 필요가 있고, 제조 표면(build surface)에 확실하고 고르게 증착될 필요가 있다. 증착시 만약 미립자 물질이 너무 뜨거운 경우, 흐름이 원활하지 않아 제조 오류 또는 부분 품질 불량을 야기할 수 있다. 그러나 일단 증착후 상기 미립자 물질이 너무 차가운 경우에는, 기존 층 내 하부 소결 물질을 위로 뒤틀리는 온도 이하로 냉각시킴으로써 결과적으로 제조의 진행을 저해할 수 있다.
따라서, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 대안적인 방법 및 기구를 제공하는 것이 바람직하다.
다양하지만, 전부 다는 아닌, 본 발명의 실시예에 따라, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
(i) 파트 베드(a part bed)로 미립자 물질의 층을 제공하는 단계;
(ii) 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 방사선을 제공하는 단계;
(iii) 기 소결된 물질 부분을 포함하는 기존 미립자 물질 층 위에 덮이는 추가 미립자 물질 층을 제공하는 단계;
(iv) 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위해 방사선을 제공하는 단계;
(v) 삼차원 물체의 생성을 위해 상기 (iii) 및 (iv) 단계를 연속적으로 반복하는 단계;를 포함하며,
미립자 물질의 층들의 적어도 일부는, 각 층의 물질 일부를 소결하기에 앞서 히터로 예열되고, 상기 히터는 미립자 물질에 상대적으로 및 인접하여 이동하도록 구성된다.
상기 히터는 미립자 물질의 100mm 이내의 거리에서 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 히터는 상기 미립자 물질의 층들의 적어도 일부를 가열하도록 배치되어, 적어도 하나의 하부 미립자 물질 층이 뒤틀리는 온도까지 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
방사선을 제공하기 위한 방사선 소스는 타원형 구성으로 된 반사 장치를 포함할 수 있다.
상기 방법은 추가로, 미립자 물질의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도를 이용하여 미립자 물질의 층들에 대한 예열을 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 히터는 소결에 착수하는 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스의 파장과는 상이한 피크 파장(peak wavelength) 범위의 파장을 방출할 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들은 기본적으로 상기 히터에 의해서만 예열 가능하다.
상기 방법은 추가로, 상기 미립자 물질의 소결된 부분의 온도를 측정하는 단계 및 상기 측정된 온도를 이용하여 상기 소결된 부분에 제공된 에너지를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정 온도가 임계 온도보다 낮은 경우에, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 증가될 수 있다.
상기 측정 온도가 임계 온도보다 크면, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 감소될 수 있다.
상기 소결된 부분의 온도를 측정하기 위해 센서가 사용될 수 있다.
상기 센서는 적외선 카메라, 단수의 고온계(pyrometer) 또는 다수의 고온계일 수 있다.
상기 방법은 추가로, 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스로부터 출력 에너지를 측정하는 단계 및 상기 측정된 출력 에너지에 대응하여 방사선 소스의 에너지 출력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스는 상기 히터와는 상이할 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들을 예열하는 히터는 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스를 포함할 수 있다.
방사선 제공을 위해 다수의 방사선 소스들이 배치될 수 있다.
상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 상이한 피크 파장(peak wavelengths)을 갖는 방사선을 제공할 수 있다.
상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부에 의해 제공되는 방사선을 필터링 하기 위해 하나 이상의 필터가 배치될 수 있다.
미립자 물질에 방사선을 제공하기 위해 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 개별적으로 제어 가능하다.
상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 히터를 형성할 수 있다.
미립자 물질을 수용하기 위해 서포트(a support)가 배치될 수 있으며, 상기 서포트는 서포트에 대해 상대적으로 이동 가능한 다수의 벽들(walls)을 포함한다.
상기 다수의 벽들 중 적어도 일부는 미립자 물질을 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다.
상기 방법은 추가로, 소결되는 미립자 물질의 특성을 변화시키기 위해, 소결되는 미립자 물질에 어떠한 물질(a material)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 추가로, 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 상기 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (ii)에 제공된 방사선의 흡수를 변화시키는 단계를 포함할 수 있고, 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위해, 추가 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (iv)에 제공된 방사선의 흡수를 변화시키는 단계를 포함한다.
방사선 흡수의 변화는, 상기 층 및 상기 추가 층 각각의 선택된 표면부 위에 많은 양의 방사선 흡수 물질을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들은, 미립자 물질의 층이 제공된 직후 및 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 기본적으로 예열될 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들은, 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 히터에 의해 적어도 두번 예열될 수 있다.
상기 방사선 흡수 물질은 프린트 헤드(print head)에 의해 제공될 수 있으며, 상기 프린트 헤드는 상기 방사선 흡수 물질의 온도 조절을 위한, 관련된 열 제어장치를 포함한다.
상기 방사선 흡수 물질에는 적외선 흡수 색소 또는 염료가 제공될 수 있다.
상기 방사선 흡수 물질은 검은색 이외의 색을 가질 수 있다.
상기 장치는 하우징(a housing), 제 1 방사선 흡수물질 제공용 제 1 프린트헤드, 롤러, 및 제 1 방사선 소스를 포함할 수 있다.
상기 제 1 프린트헤드는 상기 롤러 및 상기 제 1 방사선 소스 사이에 위치할 수 있다.
상기 장치는 추가로, 상기 롤러에 근접 위치한 제 2 방사선 소스를 포함할 수 있다.
상기 장치는 추가로, 제 2 방사선 흡수물질 제공용 제 2 프린트헤드를 포함할 수 있다.
상기 방법은 추가로, 소정 영역에 대한 방사선 흡수물질의 출력을 측정하는 단계 및 측정된 출력이 소정 영역 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
미립자 물질은 폴리머(polymer), 세라믹(ceramic), 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양하지만, 전부 다는 아닌, 본 발명의 실시예에 따라, 프로세서에 의해 수행시, 전술한 항 중 어느 하나에 설명된 방법의 수행을 일으키는 명령어로 인코딩된 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체가 제공된다.
다양하지만, 전부 다는 아닌, 본 발명의 실시예에 따라, 컴퓨터에서 실행시, 전술한 항 중 어느 하나의 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
다양하지만, 전부 다는 아닌, 본 발명의 실시예에 따라, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구가 제공되며, 본 기구는:
(i) 파트 베드(a part bed)로의 미립자 물질 층의 제공을 제어하고;
(ii) 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위한 방사선의 제공을 제어하고;
(iii) 기 소결된 물질 부분을 포함하는 기존의 미립자 물질 층 위에 덮이는 추가 미립자 물질 층의 제공을 제어하고;
(iv) 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고, 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위한 방사선의 제공을 제어하고;
(v) 삼차원 물체의 형성을 위해 상기 (iii) 및 (iv) 단계의 연속적인 반복을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며,
상기 미립자 물질의 층들의 적어도 일부는, 각 층의 물질 일부를 소결하기에 앞서 히터로 예열되고, 상기 히터는 미립자 물질에 상대적으로 및 미립자 물질에 인접하여 이동하도록 구성된다.
상기 히터는 미립자 물질의 100mm 이내의 거리에서 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 히터는 미립자 물질의 층들의 적어도 일부를 가열하도록 배치되어, 적어도 하나의 하부 미립자 물질 층이 뒤틀리는 온도까지 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 타원형 구성으로 된 반사 장치를 포함하는, 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스를 포함할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 미립자 물질의 온도를 측정하도록 구성된 센서; 및 상기 측정된 온도를 사용하여 상기 미립자 물질의 층들의 예열을 제어하도록 구성된 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 히터는, 방사선 제공용 방사선 소스의 파장과는 상이한 피크 파장 범위의 파장을 방출하도록 구성될 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들은 기본적으로 상기 히터에 의해서만 예열될 수 있다.
상기 기구는 추가로, 소결된 물질 부분의 온도를 측정하도록 구성된 센서; 및 상기 측정된 온도를 사용하여 상기 소결된 부분에 제공된 에너지를 제어하도록 구성된 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 측정 온도가 임계온도 이하인 경우, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 증가될 수 있다.
상기 측정 온도가 임계온도 이상인 경우, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 감소될 수 있다.
상기 센서는 적외선 카메라, 단수의 고온계(pyrometer) 또는 다수의 고온계일 수 있다.
상기 기구는 추가로, 방사선 제공용 방사선 소스로부터 출력 에너지를 측정하도록 구성된 센서; 및 상기 측정된 출력 에너지에 대응하여 방사선 소스의 에너지 출력을 제어하도록 구성된 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 방사선을 제공하도록 구성된 방사선 소스를 포함할 수 있으며, 상기 방사선 소스는 상기 히터와는 상이하다.
상기 미립자 물질의 층들을 예열하는 히터는 방사선 제공용 방사선 소스를 포함할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 방사선을 제공하도록 구성된 다수의 방사선 소스들을 포함할 수 있다.
상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 상이한 피크 파장들을 갖는 방사선을 제공할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부에 의해 제공되는 방사선을 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있다.
미립자 물질에 방사선을 제공하기 위해 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 개별적으로 제어 가능하다.
상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 히터를 형성할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 미립자 물질을 수용하기 위해 서포트(a support)를 포함할 수 있으며, 상기 서포트는 서포트에 대해 상대적으로 이동 가능한 다수의 벽들(walls)을 포함한다.
상기 다수의 벽들 중 적어도 일부는 미립자 물질을 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 소결되는 미립자 물질의 특성을 변화시키기 위해, 소결되는 미립자 물질에 어떠한 물질(a material)의 제공을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어기는: 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 상기 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (ii)에 제공된 방사선의 흡수의 변화; 및 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위해, 상기 추가 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (iv)에 제공된 방사선의 흡수의 변화를 제어하도록 구성된다.
방사선 흡수의 변화는, 상기 층 및 상기 추가 층 각각의 선택된 표면부 위에 많은 양의 방사선 흡수 물질을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들은, 미립자 물질의 층이 제공된 직후 및 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 기본적으로 예열될 수 있다.
상기 미립자 물질의 층들은, 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 히터에 의해 적어도 두번 예열될 수 있다.
상기 기구는 추가로, 상기 방사선 흡수 물질을 제공하도록 구성된 프린트 헤드(print head)를 포함할 수 있으며, 상기 프린트 헤드는 상기 방사선 흡수 물질의 온도 조절을 위한, 관련된 열 제어장치를 포함한다.
상기 방사선 흡수 물질에는 적외선 흡수 색소 또는 염료가 제공될 수 있다.
상기 방사선 흡수 물질은 검은색 이외의 색을 가질 수 있다.
상기 기구는 추가로, 하우징(a housing); 제 1 방사선 흡수물질 제공용 제 1 프린트헤드; 롤러; 및 제 1 방사선 소스;를 포함하는 장치를 포함할 수 있다.
상기 제 1 프린트헤드는 상기 롤러 및 상기 제 1 방사선 소스 사이에 위치할 수 있다.
상기 장치는 추가로, 상기 롤러에 근접 위치한 제 2 방사선 소스를 포함할 수 있다.
상기 장치는 추가로, 제 2 방사선 흡수물질 제공용 제 2 프린트헤드를 포함할 수 있다.
상기 기구는 추가로, 소정 영역에 대한 방사선 흡수물질의 출력을 측정하도록 구성된 센서를 포함할 수 있으며, 상기 제어기는 측정된 출력이 소정 영역 범위 내에 있는지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
미립자 물질은 폴리머(polymer), 세라믹(ceramic), 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법및 기구가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 보다 나은 이해를 위해, 다음과 같은 도면들이 동반되어 참조될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기구의 개략도를 도시한다;
도 2는 미립자 물질의 한 층의 표면부에 대한 평면도를 도시한다;
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 기구의 개략도를 도시한다;
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 추가의 기구의 개략도를 도시한다;
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 기구의 개략도를 도시한다;
도 6a는 미립자 물질의 한 층의 표면부에 대한 평면도를 도시한다;
도 6b는 도 6a의 미립자 물질 층의 측면도이다;
도 7은 삼차원 물체를 형성하는데 사용되는 미립자 물질을 결합하기 위한 기구의 개략도를 도시하며; 및
도 8은 상이한 종류의 미립자 물질을 결합하는데 사용되는 도 1의 기구를 나타낸다;
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질을 선택적으로 결합하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다;
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질의 온도를 제어하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다;
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질의 소결된 부분의 온도를 제어하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다;
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 소스로부터 출력 에너지를 제어하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다;
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 흡수물질의 출력을 측정하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다;
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질을 수용하기 위한 서포트(a support)에 대한 개략도를 도시한다;
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 흡수 물질을 제공하기 위한 장치들에 대한 개략적인 측면도를 도시한다;
도 16a, 16b, 16c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 흡수 물질을 제공하기 위한 장치들에 대한 개략적인 평면도를 도시하며;
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 소스들의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도면을 참조하면, 예컨대 소결에 의해 미립자 물질을 결합하기 위한 기구(11)가 개괄적으로 도시되어 있다. 상기 기구(11)는, 미립자 물질 층(10)의 표면부를 방사선, 예컨대 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 적외선 방사선에 노출시키는 것이 가능하도록 구성된 컨트롤러(13)를 포함한다. 상기 제어기(13)는 또한 상기 표면부에 걸쳐 방사선 흡수의 변화를 제어하도록 배치된다.
상기 제어기(13)는 하드웨어(예컨대, 회로, 프로세서 등) 만으로 구현 가능하고, 펌웨어만을 포함하는 특정한 소프트웨어적 측면을 가질 수 있으며, 또는 하드웨어와 소프트웨어(펌웨어 포함)의 조합으로도 구현 가능하다. 상기 제어기(13)는 하드웨어 기능을 가능케 하는 명령어들을 사용하여, 예컨대 범용 또는 특수 목적 프로세서(131)에서 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령어(133)들을 사용하여 구현 가능하며, 상기 명령어들은 컴퓨터 판독가능 저장매체(132)(디스크, 메모리 등)에 저장될 수 있고, 이러한 프로세서(131)에 의해 실행 가능하다.
상기 프로세서(131)는 상기 메모리(132)에 판독 및 기록(read from and write)을 시키도록 구성된다. 상기 프로세서(131)는 또한, 데이타 및/또는 명령이 상기 프로세서(131)에 의해 출력되는 출력 인터페이스(output interface) 및, 데이타 및/또는 명령이 상기 프로세서(131)로 입력되는 입력 인터페이스(input interface)를 포함할 수 있다.
상기 메모리(132)는 상기 프로세서(131)에 로딩시, 상기 기구(11)의 동작을 제어하는 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램(133)을 저장한다. 상기 컴퓨터 프로그램 명령어들(133)은 상기 기구(11)가 다음에 기술되는 단락들 및 또한 도 9, 10, 11, 12 및 13에 도시된 방법들에 설명된 방법들을 수행 가능토록 하는 로직 및 루틴(logic and routines)을 제공한다. 상기 메모리(132)의 판독에 의해 상기 프로세서(131)가 상기 컴퓨터 프로그램(133)을 로딩 및 수행할 수 있다.
상기 컴퓨터 프로그램(133)은 임의의 적절한 전달 메커니즘(15)을 통해 장치(11)에 도달할 수 있다. 상기 전달 메커니즘(15)은 예컨대, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체, 컴퓨터 프로그램 제품, 메모리 장치, CD-ROM 또는 DVD 등의 기록 매체, 상기 컴퓨터 프로그램(133)을 명백히 구현하는 제조물일 수 있다. 상기 전달 메커니즘은 상기 컴퓨터 프로그램(133)을 신뢰성 있게 전달하도록 구성된 신호일 수 있다. 상기 기구(11)는 상기 컴퓨터 프로그램(133)을 컴퓨터 데이터 신호로 전파 또는 전송할 수 있다.
상기 메모리(132)는 단일 구성 요소로서 도시되어 있으나, 하나 이상의 개별 컴포넌트로서 구현 가능하고, 메모리의 일부 또는 전부를 통합/제거 가능하며 및/또는 영구/반영구적/동적/캐시 스토리지의 제공이 가능하다.
'컴퓨터 판독 가능한 기억 매체', '컴퓨터 프로그램 제품', '명백하게 구현된 컴퓨터 프로그램' 등 또는 '제어기', '컴퓨터', '프로세서' 등에 대한 용어들은, 단일/멀티 프로세서 아키텍처와 연속(폰 노이만)/병렬 아키텍처와 같은 상이한 아키텍처들을 가진 컴퓨터들뿐만 아니라, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 반도체(ASIC), 신호 처리 장치 및 다른 프로세싱 회로와 같은 특수 회로들도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 컴퓨터 프로그램, 명령어, 코드 등에 대한 용어들은, 예컨대, 프로세서에 대한 명령어들, 또는 고정기능 장치(fixed-function device), 게이트 어레이(gate array) 또는 프로그래머블 로직 디바이스(programmable logic device) 등의 구성 설정과 관련된, 하드웨어 장치의 프로그래밍 콘텐츠(programmable content)와 같은, 프로그램 가능 프로세서(programmable processor)용 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware)용 소프트웨어를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용된 용어 '회로소자'(circuitry)는 다음의 모두를 의미한다:
(a) 하드웨어 만으로 구현된 회로들 (아날로그 전용 및/또는 디지털 회로소자만으로 구현된 회로 등) 및
(b) (i) 프로세서(들)의 조합; 또는 (ii) 프로세서(들)/소프트웨어(디지털 신호 프로세서(들) 포함)의 부분들, 휴대전화 또는 서버와 같은 장치가 다양한 기능들을 수행할 수 있도록, 동시에 작동하는 소프트웨어, 및 메모리(들)의 부분들과 같은; 회로 및 소프트웨어(및/또는 펌웨어)의 조합(해당되는 경우) 및
(c) 소프트웨어 또는 펌웨어가 물리적으로 존재하지 않는 경우에도, 동작을 위해 소프트웨어 또는 펌웨어가 필요한, 마이크로 프로세서(들) 또는 마이크로 프로세서(들)의 부분들과 같은 회로들.
이러한 '회로소자'의 정의는 특허청구범위를 포함하여 본 출원에서 사용된 모든 용어의 사용에 적용된다. 본 출원에서 추가의 실시예로서 사용된 용어 '회로소자'는 또한, 단순히 프로세서(또는 멀티 프로세서) 또는 프로세서의 부분 및 그의(그들의) 동반 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 구현을 커버한다. 용어 '회로소자'는 또한 예컨대 특수한 청구항에 적용되는 경우, 휴대전화용 베이스밴드 집적회로(baseband integrated circuit)나 애플리케이션 프로세서 집적회로(applications processor integrated circuit), 또는 서버용 유사 집적회로, 휴대용 네트웍 장치, 또는 다른 네트웍 장치를 커버한다.
도 1은 미립자 물질(particulate material)을 소결하기 위한 기구의 제 1실시예를 도시하고 있으며, 상기 기구에는 층(10)의 표면부 상에 소스(12)에 의해 제공되는 방사선을 선택적으로 가리기 위한 가리개(obscurer)(14)(즉, 마스크)가 제공되며, 이에 의해 층(10)의 표면부 상에 입사하는 방사선 세기를 변화시킨다. 상기 가리개(14)는, 알루미늄 산화물과 같은 다양한 양의 방사선 반사성 물질(radiation reflective material)(18)을 운반하는 예컨대 유리판(glass plate)과 같은 방사선 투과성 기판(radiation transmissive substrate)(16)을 포함한다. 기판 상에 증착된 물질(18)의 양 및 패턴은, 층(10)의 표면부 상에 입사하는 방사선의 세기를 선택적으로 변화시키도록 조절 가능하며, 이후에 설명된다.
도 2에서 또한, 층(10)의 표면부는, 가리개(14)에 의해 필연적으로, 미립자 물질을 결합하기 위해 방사선에 노출되는 결합부(20), 및 방사선으로부터 차폐되거나 또는 적어도 상당히 차폐됨으로써 소결에 의해 미립자 물질이 결합되는 것을 방지하는 비결합부(22)를 포함하는 여러 영역으로 분할된다. 비결합부(22)에 전송되는 방사선의 세기가 미립자 물질이 소결하는 온도까지 가열되는 못하는 경우에는, 비결합부(22)의 완전 차폐는 필수적이지 않다. 어떤 상황에서는, 물질의 가열을 위해, 비결합부(22) 상에 낮은 세기의 방사선을 전송하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우 완성 부품의 정밀도에 대한 개선이 가능하다. 이는 비결합부(22) 내의 가열된 물질이, 결합부(20) 내의 미립자 물질과 비결합부(22) 내의 물질 사이에서 열 구배(thermal gradient)를 감소시킬 수 있기 때문이다.
결합부(20)는 가리개(14)에 의해 필연적으로, 중앙부(24)와 에지부(26)로 분할되며, 반사물질(18)이 제공되지 않을 수 있는 에지부(26) 위 보다 중앙부(24) 위에 더 많은 양의 물질(18)이 제공되도록 반사물질(18)이 기판(16) 상에 증착된다. 따라서, 결합부(20)의 표면에 걸쳐 제공되는 방사선의 세기는, 중앙부(24)에서 최소값으로부터, 미립자 물질 층(10)의 표면이 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 방사선에 완전 노출되는 에지부(26)에서 최대값으로 증가한다.
도 1에 반사물질의 층이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에서, 층의 두께의 변화는, 실제로는 층의 두께의 변화를 도시하지 않고 미립자 물질의 양의 변화를 도시한다. 도면에서, 층이 두꺼운 곳에 실제로는 많은 양의 미립자 물질이 존재할 것이다.
결합부(20)는, 중앙부(24)가 결합부(20)의 중심에 위치하도록 단 하나의 에지부(24)만을 갖는 것으로 도시되었으나, 결합부(20)는, 중앙부(24)가 에지부들(24)에 의해 2개의 측에 접하도록 예컨대, 환상으로(annular) 구성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 중앙부(24)가 미립자 물질 층(10)의 표면부의 중앙에 위치하는 것이 필수적인 것은 아니다.
제어기(13)는 가리개(16)를, 도 1에 도시된 바와 같이 층(10) 위에 놓인 가림 위치에서, 층(10) 위에 놓이지 않는 비가림 위치로 이동시키기 위해, 모터(28)를 제어하도록 배치된다. 제어기(13)는 또한, 기판(16) 상에 반사물질(18)을 증착하기 위한, 프린팅 헤드(30)와 같은, 증착 장치를 제어하도록 배치된다. 제어기(13)는 상기 헤드(30)에 의해, 기판(16)의 일부분 위에 증착되는 물질(18)의 양을 제어한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 헤드(30)는 고정 유지되고, 모터(28)가 기판(16)을 상기 헤드(30)를 지나 이동시킴에 따라, 기판(16) 상에 반사물질(18)을 증착한다. 하나의 대안적인 실시예(도시되지 않음)에서는, 기판(16)이 층(10) 위에 고정 유지되고, 모터(28)가 프린팅 헤드(30)를 기판(16) 위로 이동시켜, 기판 상에 반사물질(18)을 증착하도록 한다.
도시된 실시 예에서, 반사물질(18)은 기구의 작동과 동시에 기판(16) 위에 인쇄된다. 헤드(30)에 의해, 기판(16) 위에 인쇄되는 물질(18)의 양은 층(10)의 표면 온도에 따라서, 제어기(13)에 의해 조절 가능하다. 기구(11)는 기구(11)에 대한 하나 이상의 특성을 측정하기 위한 하나 이상의 센서(31)를 포함한다. 층(10)의 표면온도는 온도측정장치(예컨대 고온계 또는 열화상 카메라)와 같은 센서(31)로 측정 가능하며, 표면온도 측정값은 제어기(13)로 실시간으로 전송된다. 반사물질의 재사용을 위해, 기판(16)에서 반사물질(18) 제거를 위한 와이핑 장치(wiping arrangement)(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 기판 표면에 요구되는 방사선 세기 특성에 따라, 상이한 양의 물질(18)이 기판(16) 위에 증착될 수 있다.
대안적으로, 반사물질(18)이 기구의 작동에 앞서 기판(16) 위에 사전인쇄될 수 있으며, 미립자 물질의 각 층(10)마다 하나씩, 상기 동일한 사전인쇄된 기판(16), 또는 많은 수의 사전인쇄된 기판들(16)이 사용될 수 있다. 이 경우, 고온계를 사용하여 표면온도를 측정하는 것은 필요치 않을 수도 있다. 같은 부품을 대량생산할 필요가 있을 때 다수의 사전인쇄된 기판(16)의 사용은 매우 유용할 수 있다, 왜냐하면, 미립자 물질의 각 층을 소결하고 프로토 부품을 생산하는데 드는 시간을 감소시키고, 신뢰성 증가 및 부품 제조비용 감소를 가져올 수 있기 때문이다.
다수의 사전인쇄된 기판(16)을 이용하는 것, 또는 상기 동일한 기판(16) 위에 상이한 양의 반사물질(18)을 동시에 인쇄하는 것, 및 다중 노출 단계에서 상이한 방사선 세기 특성에 따라, 상기 동일한 물질 층(10)을 노출시키는데 이들을 사용하는 것은 본 발명의 범주에 들어간다는 것을 또한 주목해야 한다.
도 3은 미립자 물질을 결합하기 위한 기구에 대한 제 2실시예를 도시하며, 각 요소들에 해당 참조번호가 주어져 있다. 도 3의 기구는, 반사물질(18)을 기판(16) 상에 증착하는 대신, 반사물질(18)을 프린팅헤드(30)를 사용하여 미립자 물질 층(10)의 표면부 상에 직접 증착하는 것을 제외하고는 도 1과 유사하다.
본 실시예의 기구에서, 프린팅 헤드(30)는 또한 제어기(13)로 제어되며, 층(10)의 표면에 걸쳐 헤드(30)의 움직임 및 층(10) 위의 반사물질 증착율을 제어한다. 또한, 온도측정장치(31), 예컨대 고온계(P) 또는 열화상 카메라를 사용하여, 층(10)의 표면온도에 대한 실시간 측정이 수행 가능하며, 제어기(13)를 사용하여, 헤드(30)에 의해 층(10)의 표면부 상에 인쇄되는 반사물질(18)의 양을 측정한다.
도 3에 반사물질의 층이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에서, 층의 두께의 변화는, 실제로는 층의 두께의 변화를 도시하지 않고 미립자 물질의 양의 변화를 도시한다. 도면에서, 층이 두꺼운 곳에 실제로는 많은 양의 미립자 물질이 존재할 것이다.
도 4는 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 유사한, 미립자 물질을 결합하기 위한 기구에 대한 제 3 실시예를 도시하며, 각 요소들에 해당 참조번호가 주어져 있다. 본 실시예에서, 소스(12)에 의해 제공되는 방사선을 선택적으로 전송하기 위해 제어기(13)가 배치되어, 층(10)의 표면부에 걸쳐 입사하는 방사선의 세기를 변화시킨다. 제어기(13)에 의해, 디지털 미러 장치(Digital Mirror Device, DMD)(36)를 형성하는 다수의 미러들(34)를 제어함으로써 방사선의 선택적 전송이 이루어진다. 각 미러(34)는 제어기에 의해, 방사선이 층(10)의 표면부 상에 완전히 전송되는 작동위치로, 또는 방사선이 표면부와 완전히 떨어져 전송되는 비작동 위치로 조정가능하다. 미러들(34)의 배열 제공에 의해, 층(10)의 표면부가, 이후에 설명되는 세그먼트의 장치로 효과적으로 분할 가능하고, 비트맵 이미지에 따라, 개별 미러들(34)이 작동 위치 및 비작동 위치 사이에서 이동하는 주파수를 선택적으로 변화시킴으로써 각 세그먼트 상에 입사되는 방사선의 세기를 조절 가능하다.
비록 옵션이지만, 고온계와 같은 온도측정장치의 사용은 본 실시예에 따른 기구에 특히 유리하며, 층(10)의 표면부에 걸친 순간 온도변화에 대응하여 각 미러(34)의 위치가 제어기(13)에 의해, 실시간으로, 순간적으로 제어될 수 있다.
도 5는 상기 언급된 실시예들과 유사한, 미립자 물질을 결합하기 위한 기구에 대한 제 4 실시예를 도시하며, 각 요소들에 해당 참조번호가 주어져 있다.
도 5의 기구는 도 3의 기구와 가장 유사하며, 물질이 미립자 물질 층(10)의 표면부 상에 직접 증착된다. 그러나, 제 4 실시예에 따르면, 상기 물질은 방사선 흡수물질(50), 예컨대 분말 형태의 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 물질이다. 사용시, 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 방사선은, 방사선 흡수물질이 표면에 존재하는 곳에서, 방사선 흡수물질(50)에 의해 흡수되어 방사선 흡수물질(50)을 가열시킨다. 방사선 흡수물질(50)로부터 나온 열은 하부 미립자 물질로 전도되어, 미립자 물질의 개별 입자들의 온도를 상승시킨다. 입자들이 용융온도에 접근할 정도로 가열됨에 따라, 입자들은 인접한 가열된 입자들과 결합한다. 온도가 점차 감소함에 따라, 입자들은 균질의 결합된 미립자 물질 덩이를 형성한다.
층(10)의 표면부 상에 방사선 흡수물질(50)을 직접 증착함으로써, 미립자 물질의 방사선 흡수 특성을 필요에 따라 변화시키고 및 신중히 제어하는 것이 가능하다. 다양한 실시예에서, 일정한 양의 방사선 흡수물질(50)이 미립자 물질(10)의 표면상에 제공되고, 이는 미립자 물질의 일부 또는 전체 층들(10)에 대해 반복되어, 삼차원 물체를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 표면에 대한 방사선 흡수물질(50)의 양을 조절함으로써, 미립자 물질의 하부층(10)의 표면부에 대한 방사선 흡수 특성의 변화가 가능하다. 더 많은 양의 방사선 흡수물질(50)이 있는 영역에, 더 많은 양의, 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 방사선이 흡수된다. 이는 하부 미립자 물질로 더 많은 양의 열전도를 일으키고, 이에 따라 하부 미립자 물질을 고온으로 가열하여 더 빠른 결합을 촉진한다. 방사선 흡수물질(50)이 적은 영역에서는 방사선 흡수가 적으며, 따라서 하부 미립자 물질로의 열전도가 원활하지 않아, 결합을 늦추게 된다.
방사선 흡수물질(50)이 제공되지 않고, 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 방사선에 순수 미립자 물질이 노출되는 영역에서는, 미립자 물질을 용융온도까지 가열할만한 방사선 흡수가 부족할 것이다. 따라서 방사선 흡수물질(50)이 제공되지 않는 영역에서는 미립자 물질의 결합이 일어나지 않을 것이다.
도 5에 방사선 흡수물질(50)이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에서, 층의 두께의 변화는, 실제로는 층의 두께의 변화를 도시하지 않고 미립자 물질의 양의 변화를 도시한다. 도면에서, 층이 두꺼운 곳에 실제로는 많은 양의 미립자 물질이 존재할 것이다.
도 1 및 도 3의 실시예에서와 같이, 중앙부(24)에서보다 결합부(20)의 에지부(26)에서 더 많은 양의 방사선 흡수가 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 방사선 흡수물질(50)의 양은 에지부(26)에서 최대값이 되고 중앙부(24)에서 최소값으로 감소한다.
도시된 바와 같이, 비결합부(22)에 있는 미립자 물질 층(10)의 표면부 상에는 방사선 흡수물질(50)이 제공되지 않는다. 상술된 이유로 인하여, 층(10)이 방사선에 노출시, 비결합부(22)에 있는 미립자 물질에서의 결합은 일어나지 않을 것이다. 그러나 비결합부(22)에 있는 미립자 물질에 일부 가열이 있을 수 있으며, 이는 이미 설명한 바와 같이, 결합부(20)에 있는 미립자 물질 및 비결합부(22) 사이의 열구배를 최소화하는 데에 유리할 수 있다.
도 3의 실시예에서와 같이, 프린팅 헤드(30)는 층(10)의 표면부 상에 원하는 양의 방사선 흡수물질(50)을 증착하기 위해 동작 가능하며, 프린팅 헤드(30)의 움직임 및 헤드(30)에 의해 증착되는 물질(50)의 양은 제어기(13)에 의해 제어된다. 또한, 층(10)의 표면온도 측정을 위해 고온계 또는 열화상 카메라가 사용될 수 있으며, 증착되는 방사선 흡수물질(50)의 양은 온도 측정값에 따라 제어기(13)로 조절된다.
출원인은, 미립자 물질이 느린 속도로 소결에 의해 결합될 때, 결합된 물질은 양호한 물성, 예컨대, 고강도를 갖지만, 에지부(26)에서는 고정도가 떨어진다고 인식하였다. 상기 에지부에서 고정도가 떨어지는 현상은, 미립자 물질이 결합함에 따라, 비결합부(22)에서 결합부(20) 방향으로, 비결합된 미립자 물질의 원치 않는 움직임을 유발하는 약간의 수축 현상 때문에 발생한다. 반면, 미립자 물질이 빠른 속도로 소결에 의해 결합될 때, 결합된 물체는 좋지 않은 물성을 가지나, 에지부(26)에서의 고정도는 좋아지는데, 에지부(26)에 있는 미립자 물질이 빠르게 결합되고 위치에 고정됨으로써, 주위에 있는 비결합된 미립자 물질의 원치 않는 움직임을 최소화할 수 있기 때문이다.
양호한 물성 및 양호한 에지부(26)의 고정도를 갖는 결합된 미립자 물질의 층(10)을 제공하기 위해서는, 양호한 물성을 위해서는 결합부(20)에 있는 미립자 물질을 느린 속도로 결합시키고, 양호한 에지부(26)의 고정도를 위해서는 에지부(26)의 미립자 물질을 빠른 속도로 결합시키는 것이 바람직하다.
이것을 달성할 수 있는 한가지 방법은, 상술된 발명의 다른 실시예에 따른 기구를 사용하여, 결합부(20)의 잔여부분보다 에지부(26)에서 방사선의 흡수를 더 많이 제공하는 것이다. 이는 제 1, 제 2 또는 제 3 실시예에 따른 기구를 이용하여, 층(10)의 선택된 표면부에 입사되는 방사선의 세기를 변화시킴으로써, 또는 표면부에 걸쳐 방사선 흡수물질(50)의 양을 조절 제공함으로써 선택된 표면부에 걸쳐 방사선의 흡수를 조절함으로써 달성될 수 있다. 상기 모든 경우에 있어서, 방사선은 단일 노광 단계에서 층(10) 위에 제공된다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 기구를 이용하여, 다중 노출 단계로 미립자 물질 층(10) 상에 방사선을 제공함으로써 유사한 결과가 달성될 수 있으며, 이제 논의될 것이다.
첫번째 방법에 따르면, 일정한 양의 제 1 방사선 흡수물질(50)이 결합부(20) 위에 제공된 다음, 방사선 소스(12)를 사용하여 층(10) 위에 방사선이 제공됨으로써, 결합부(20)에 있는 하부 미립자 물질을 결합시킨다. 상기 제 1 방사선 흡수물질(50)의 양은 하부 미립자 물질이 느린 속도로 결합하고 양호한 물성을 갖도록 비교적 낮은 양으로 선택된다.
미립자 물질이 결합된 후, 수축이 있게 될 에지부(26)의 층(10)에 추가의 미립자 물질이 첨가된다. 동일한 제 2 방사선 흡수물질(50)의 양은, 제 1 방사선 흡수물질의 양보다 많게, 에지부(26) 위에 제공되며, 방사선 소스(12)를 사용하여 층(10) 위에 방사선이 또한 제공된다. 상기 제 2 방사선 흡수물질의 양은, 하부 미립자 물질이 빠른 속도로 결합될 수 있도록 비교적 높은 양으로 선택된다. 에지부(26)에 존재하는 증가된 양의 방사선 흡수물질(50), 및 하부 미립자 물질의 빠른 결합에 의거, 물질의 움직임이 최소화됨으로써, 에지부(26)에서 양호한 고정도를 갖는 결합된 최종 물질 층(10)의 제공이 가능하다.
두번째 방법에 따르면, 제 1 자연 방사선 흡수성을 갖는 일정한 양의 제 1 방사선 흡수물질(50)이 결합부(20) 위에 제공되고, 방사선 소스(12)를 사용하여 층(10) 위에 방사선이 제공됨으로써, 결합부(20)에 있는 하부 미립자 물질을 결합시킨다. 상기 제 1 방사선 흡수물질(50)은 비교적 낮은 양의 방사선이 흡수되고 및 하부 미립자 물질이 느린 속도로 결합하고 양호한 물성을 갖도록 하기 위해, 낮은 방사선 흡수성을 갖도록 선택된다.
미립자 물질이 결합된 후, 수축이 있게 될 에지부(26)의 층(10)에 추가의 미립자 물질이 첨가된다. 그런 다음, 제 2 자연 방사선 흡수성을 갖는 제 2의 상이한 방사선 흡수물질(50)이 에지부(26) 위에 제공되고, 방사선 소스(12)를 사용하여 방사선이 또한 층(10) 위에 제공된다. 상기 제 2 방사선 흡수물질(50)은 높은 양의 방사선이 흡수되고 및 에지부(26)에 있는 하부 미립자 물질이 빠른 속도로 결합하도록 하기 위해, 제 1 방사선 흡수물질(50)보다 더 높은 자연 방사선 흡수성을 갖도록 선택된다.
세번째 방법에 따르면, 제 1 파장 또는 스펙트럼 레인지(spectral range)의 방사선을 흡수할 수 있는 제 1 방사선 흡수물질(50)이 결합부(20) 위에 제공된 다음, 제 1 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선이, 방사선 소스(12)를 사용하여 층(10) 위에 제공됨으로써, 결합부(20)에 있는 하부 미립자 물질을 결합시킨다.
미립자 물질이 결합된 후, 수축이 있게 될 에지부(26)의 층(10)에 추가의 미립자 물질이 첨가된다. 그런 다음, 제 2의 상이한 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선을 흡수할 수 있는 제 2 방사선 흡수물질(50)이 에지부(26) 위에 제공되고, 방사선 소스(12)를 사용하여 제 2 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선이 층(10) 위에 제공된다.
결합부(20)에 요구되는 물성의 제공을 위해, 제 1 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선은, 제 1 방사선 흡수물질(50)을 느린 속도로 가열시키고 이로써 하부의 미립자 물질을 느린 속도로 결합시키도록 하기 위해, 비교적 낮은 강도를 갖도록 선택될 수 있다. 에지부(26)에 양호한 고정도의 제공을 위해, 제 2 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선은, 제 2 방사선 흡수물질(50)을 빠른 속도로 가열시키고 이로써 하부의 미립자 물질을 빠른 속도로 결합시키도록 하기 위해, 비교적 높은 강도를 갖도록 선택될 수 있다.
첫번째 방법을 참조하여 전술한 바와 같이, 대안적으로, 제 1 방사선 흡수물질(50)보다 더 많은 양의 제 2 방사선 흡수물질(50)이 제공될 수 있으며, 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 제 1 및 제 2 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선들은, 동일한 강도를 갖도록 선택될 수 있다.
두번째 방법을 참조하여 전술한 바와 같이, 추가의 대안으로, 제 2 방사선 흡수물질(50)은 제 1 방사선 흡수물질(50)보다 더 높은 자연 방사선 흡수성을 갖도록 선택될 수 있으며, 방사선 소스(12)에 의해 제공되는 제 1 및 제 2 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선들은, 동일한 강도를 갖도록 선택될 수 있다.
필요시, 제 1 및 제 2 방사선 흡수물질(50)이 미립자 물질 층의 표면에 동시에 적용될 수 있도록, 세번째 방법이 채택될 수 있으며, 제 1 및 제 2 파장 또는 스펙트럼 레인지의 방사선들은 개별 단계에서 제공될 수 있다.
상기 설명된 첫번째, 두번째 및 세번째 방법은, 에지부(26)의 고정을 위해서는 층(10)의 에지부(26)의 미립자 물질이 초기에 빠른 속도로 결합되도록 하고 및, 요구되는 물성의 제공을 위해서는 결합부(20)의 잔여부에 있는 미립자 물질을 순차적으로 느린 속도로 결합되도록 수정 가능하다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 기구는 미립자 물질 층(10)의 표면부를 세그먼트(32)의 배열로 적절히 분할시킨다. 제어기(13)는 각 세그먼트(32) 상에 흡수되는 방사선의 양을 독립적으로 제어 가능하고, 표면부에서 흡수되어야 하는 방사선의 양을 지정하기 위해 비트맵 이미지가 사용될 수 있다. 상기 비트맵의 각 세그먼트(32)의 회색톤(greyscale)은 개별적으로 조절 가능하고, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 기구의 경우, 기판(16)의 각 세그먼트 또는 층(10)의 표면부 상에 증착되는 반사물질(18)의 양은, 비트맵 이미지에 따라 개별적으로 조절 가능함으로써, 층(10)의 표면부에 대해 임의의 요구되는 방사선 세기 특성의 제공이 가능하다. 제 3 실시예의 기구를 사용시, 미러들(34)은 상기 배열의 각 세그먼트(32)에 입사되는 방사선의 세기를 변동시키도록 조정 가능하다. 제 4 실시예의 장치를 사용시, 층(10)의 표면부의 각 세그먼트 상에 증착되는 방사선 흡수물질(50)의 양은, 비트맵 이미지에 따라 개별적으로 조절 가능함으로써, 층(10)의 표면부에 대해 임의의 요구되는 방사선 흡수 특성의 제공이 가능하다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 장치에서, 결합부(20)의 중앙부(24)를 점하는 세그먼트들(32) 상에 제 1양의 반사물질(18)이 프린팅헤드(30)에 의해 증착되었다. 이에 따라 최대 강도보다 작은, 제 1 방사선 강도가 이러한 세그먼트들(32)의 아래에 위치한 층(10)의 표면부 상에 입사된다. 상기 제 1 방사선 강도는 미립자 물질의 온도를 상승시킬 수 있을 만큼 충분히 높아, 미립자 물질을 결합시킬 수 있다.
결합부(20)의 에지부(26)를 점하는 세그먼트들(32) 상에는 반사물질(18)이 제공되지 않으므로, 이러한 세그먼트들(32)의 아래에 위치한 층(10)의 표면부에 최대의 방사선 강도가 미치게 할 수 있다. 상기 최대의 방사선 강도는 에지부(26)를 점하는 세그먼트들(32)의 아래에 위치한 미립자 물질에 대해, 중앙부(24)에 있는 미립자 물질보다 더 빨리 결합시킨다.
비결합부(22)를 점하는 세그먼트들(32) 상에, 상기 제 1양의 반사물질보다 많은, 제 2양의 반사물질(18)이 프린팅헤드(30)에 의해 증착된다. 이러한 세그먼트들(32)의 아래에 위치한 층(10)의 표면부로 임의의 방사선이 전송되는 것을 막기 위해, 충분한 양의 반사물질(18)이 제공될 수 있다. 결과적으로, 이러한 세그먼트들(32)의 아래에 위치한 미립자 물질은 결합되지 않는다.
각 개별 세그먼트(32)에 대한 방사선 세기의 조절이 본 기구의 제 2 실시예에 대하여 설명되었지만, 반사물질(18)이 기판(16) 상에 인쇄되는 제 1 실시예에 따른 기구, 각 세그먼트들(32) 상에 입사되는 방사선 세기를 조절하는 데 미러들(34)이 사용되는 제 3 실시예에 따른 기구, 또는 방사선 흡수물질(50)이 미립자 물질 층(10)의 표면부 상에 인쇄되는 제 4 실시예에 따른 기구를 사용하여서도, 동일한 효과가 달성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 6b에 반사물질의 층이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에서, 층의 두께의 변화는, 실제로는 층의 두께의 변화를 도시하지 않고 미립자 물질의 양의 변화를 도시한다. 도면에서, 층이 두꺼운 곳에 실제로는 많은 양의 미립자 물질이 존재할 것이다.
도 7을 참조하면, 3차원 물체(38)를 형성하는데 사용되는 도 3의 기구에 대한 개략도가 도시되어 있으며, 또한 상기에 참조된 기구의 요소들에 해당 참조번호가 주어져 있다.
상기 기구는 10a부터 10e까지 다수의 미립자 물질 층들의 결합에 의해 3차원 물체(38)를 형성하는 데 사용된다. 예컨대, 나일론 파우더(Nylon powder)와 같은 미립자 물질의 공급이 공급탱크(40)에서 제공되고, 탱크(40)로부터 수직이동가능 플랫폼(44)을 포함하는 빌딩 장치(42) 내로 미립자 물질을 이동시킬 수 있는 모터(M)의 제어를 위해 제어기(13)가 배치된다. 플랫폼(44)의 이동은, 각 층(10)의 형성이 완료된 후, 플랫폼(44)이 개별 단계에서 수직 하방으로 이동되도록, 제어기(13)에 의해 제어된다.
초기에, 최상위치의 플랫폼(44)에서, 제어기(13)는 상기 플랫폼(44) 상에 제 1 미립자 물질 층(10a)을 제공하도록 모터(M)를 구동시킨다. 그런 다음 제어기(13)는 물질 층(10)의 표면부 상에 요구되는 패턴의 반사물질(18)을 증착하도록 프린팅 헤드(30)를 구동시킨다. 대안적으로, 전술한 바와 같이, 반사물질(18)은 기판 (16)상에 프린팅 헤드(30)에 의해 증착될 수 있거나, 또는 디지털 미러들을 사용하여 표면에 입사되는 강도를 제어할 수 있다.
그런 다음 제어기(13)는, 반사물질(18)에 의해 규정된, 층(10)의 선택된 표면부 위에 방사선 제공을 위해, 방사선 소스(12)를 구동시킨다. 도 7에 도시된 바와 같이, 결합부(20)에 걸쳐 방사선의 강도 변화가 제공되고 이 부분의 물질이 결합된다. 반사물질(18)은 적어도 기본적으로, 물질이 결합되지 않고 입자 형태로 남아있는 비결합부(22)의 물질 표면부로 방사선이 전송되는 것을 막는다. 반사물질(18)의 양을 조절함으로써 층(10)의 결합부(20)에 걸쳐 방사선의 강도 변화가 제공된다.
제 1층(10a)의 결합부(20)에 대한 물질의 결합이 수행된 후, 제어기(13)는 방사선 소스(12)를 정지시키고 요구되는 층 두께와 대략 동등한 길이만큼 플랫폼(44)을 낮춘다. 그런 다음 제어기(13)는 이미 결합된 물질 부분을 포함하는 제 1층(10a) 위에 놓이는 제 2 미립자 물질 층(10b)의 제공을 위해 모터(M)를 구동시킨다. 그런 다음 제어기(13)는 제 2층(10b)의 표면부 상에 반사물질(18)을 증착하기 위해 프린팅 헤드(30)를 구동시킨다. 제 2층(10b)의 표면부 상에 증착되는 반사물질(18)의 양 및 패턴은 제 1층(10a)의 것과 동일할 수 있거나, 또는 예컨대 디자인이나, 고온계를 사용하여 수행된 표면온도 측정치들에 대응하여 달라질 수 있다. 그런 다음 제어기(13)는 제 2층(10b)의 표면부에 걸쳐 방사선 제공을 위해 방사선 소스(12)를 구동하며, 반사물질(18)은 표면부에 걸쳐 변동가능한 세기의 방사선을 제공한다. 따라서 제 2층(10b)의 결합부(20)에 있는 물질이 결합되며, 또한 제 1층(10a)에 있는 기결합된 부분과도 결합한다. 상기 인접 층들(10a, 10b)은 따라서 균질의 물체(38)의 일부를 형성하도록 결합된다.
제어기(13)는 삼차원 물체(38)의 형성이 완료될 때까지, 이러한 방식으로 추가의 미립자 물질 층들(10c에서 10e)을 제공하고 결합하도록 계속 작동한다. 균질의 물체(38)가 형성 완료되면, 플랫폼(44)은 제어기에 의해 들어 올려져, 상기 결합된 물체(38)와 상기 물체(38)를 둘러싸는 임의의 결합되지 않은 잔여 미립자 물질을 장치(42)로부터 꺼낸다.
본 발명의 다른 실시예들 중 어느 하나에 따른 기구는, 3차원 물체(38)를 형성하는 데 이용될 수 있음이 인식되어야 한다.
도 8은, 하나의 층(10) 내에 서로 인접하여 위치하고 있는 상이한 미립자 물질(P1 및 P2)을 결합하기 위한 도 1의 기구의 사용에 대해 도시한다. 예시방법으로, 제 1물질(P1), 예컨대 구리는 제 2물질(P2), 예컨대 스틸보다 낮은 용융온도를 가질 수 있으며, 따라서 저온 소결로 결합 가능하다. 제 2물질(P2)의 농도는 전이 구배 영역(transition gradient region)(19)에서 우에서 좌로 감소한다. 제 1물질(P1)의 농도는 전이 구배영역(19)에서 좌에서 우로 감소한다.
최적의 물성을 확보하고 상기 물질들(P1 및 P2) 사이에 있는 구배영역(19) 위의 열 응력을 최소화하기 위해, 기판(16)은, 층(10)의 제1 물질(P1) 윗부분에 많은 양의 반사물질(18)이 제공되고, 제2 물질(P2)의 윗부분에는 적은 양의 반사물질이 제공될 수 있으며, 구배영역(19) 위의 반사물질의 양은 도에서 볼 때, 좌에서 우로 감소한다. 이러한 방식으로 방사선의 세기를 변화시킴으로써, 상기 물질들(P1 및 P2)은 고정된 세기의 방사선 소스(12)를 사용하여 다른 온도로 가열되고, 균질 층을 형성하도록 동시에 결합된다.
도 8에 반사물질의 층이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에서, 층의 두께의 변화는, 실제로는 층의 두께의 변화를 도시하지 않고 미립자 물질의 양의 변화를 도시한다. 도면에서, 층이 두꺼운 곳에 실제로는 많은 양의 미립자 물질이 존재할 것이다.
상이한 미립자 물질들(P1 및 P2)의 결합에 대해 제 1 실시예의 기구가 사용되어 설명되었지만, 반사물질(18)이 층(10)의 표면부 상에 직접 인쇄되는 제 2 실시예에 따른 기구, 선택적으로 방사선을 지정하기 위해 미러들(34)이 사용되는 제 3 실시예에 따른 기구, 또는 방사선 흡수물질(50)이 층(10)의 표면부 상에 직접 인쇄되는 제 4 실시예에 따른 기구가 대안적으로 사용 가능하다는 것이 쉽게 인식될 것이다.
전술한 실시 예중 어느 하나에서, 방사선 흡수의 증가를 위해 미립자 물질에 방사선 흡수물질을 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 카본 블랙 등의 물질이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.
생성된 부품의 물성 개선을 위해, 세라믹 필러 파우더(ceramic filler powder)와 같은 다른 미립자 물질이 미립자 물질에 첨가될 수 있다.
예컨대, 도 5를 참조하여 전술 한 바와 같이, 상이한 방사선 흡수물질들이 채택되는 경우, 생성된 부품에 요구되는 미적 특성의 제공을 위해 이들 방사선 흡수물질들은 상이한 칼라들일 수 있다. 예를 들어, 상기 방사선 흡수물질은 검은 색이 아닌 다른 색을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른, 선택적으로 미립자 물질을 결합하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다. 도 9에 도시된 방법은, 소결을 통해 선택적으로 미립자 물질을 결합하도록 구성된 임의의 기구에 의해 구현가능하다. 예컨대, 상기 방법은 방사선 흡수물질을 사용하는, 선택적 레이저 소결 기구(a selective laser sintering apparatus), 선택적 억제 기구(a selective inhibition apparatus), 선택적 마스킹 기구(a selective masking apparatus), 소결 기구(a sintering apparatus)에 의해 및 도 1 내지 8에 도시된 다양한 기구(11)에 의해 구현가능하다.
블럭 52에서, 상기 방법은 미립자 물질의 층을 서포트(support)(또한 파트베드(part bed)로도 지칭됨)에 제공하는 단계를 포함한다. 다음, 블럭 54에서, 상기 방법은 층의 물질 일부를 소결하도록 하기 위해 방사선 소스로부터 방사선을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방사선 소스는 임의의 적합한 파장(들)로 전자파를 방출하도록 구성된 임의의 적절한 소스일 수 있다. 예를 들어, 상기 방사선 소스는 레이저일 수 있다.
블럭 56에서, 상기 방법은 기소결된 물질 부분을 포함하는 기존 미립자 물질 층의 위에 놓이는 추가 미립자 물질 층을 제공하는 단계를 포함한다. 다음, 블럭 58에서, 상기 방법은 상기 위에 덮인 추가 층 내에 있는 추가 물질 부분을 소결하고 및 기존 층 내 기소결된 물질부분을 가진 추가 부분을 소결하도록 하기 위해 방사선을 제공하는 단계를 포함한다. 다음, 상기 방법은 블럭 60과 같이 3차원 물체를 형성하도록 블럭 56 및 블럭 58을 순차적으로 반복한다.
블럭 52 및 블럭 54에서, 상기 방법은 또한, 미립자 물질 층들이 제공된 후에, 방사선 흡수물질, 반사물질 또는 반사 마스크를 제공하는 단계가 또한 포함될 수 있음이 인식되어야 한다.
상기 미립자 물질 층들의 적어도 일부에서, 상기 기구가 각층의 일부 물질을 소결하기에 앞서, 히터(도 5에 도시된 히터(51)와 같은)가 미립자 물질을 예열한다. 예컨대, 블럭 52 및/또는 블럭 54에서, 상기 방법은 기 제공된 미립자 물질 층을 예열하기 위해 히터를 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 미립자 물질 층들은, 미립자 물질 층이 제공된 직후 및 층의 선택된 표면부 위에 미립자 물질의 소결을 개시하기 위한 방사선이 제공되기 전에 충분히 예열될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 일부 실시 예에서, 상기 미립자 물질 층들은, 층의 선택된 표면부 위에 미립자 물질의 소결을 개시하기 위한 방사선이 제공되기 전에, 히터에 의해 적어도 2번 예열될 수 있다.
히터는 임의의 방사선 소스가 될 수 있고, 미립자 물질에 상대적으로 및 미립자 물질에 근접하여 이동되도록 구성될 수 있다. 히터가 미립자 물질로부터 100mm 이하의 거리를 두고 있으면, 히터가 미립자 물질에 근접한 것으로 간주될 수 있다. 이는 파트 베드 표면 위 100mm 이하의 높이로, 미립자 물질 증착장치 건너 파트 베드 표면을 횡단하는 히팅 램프를 포함할 수 있다. 상기 히터는 방사선의 소스와 같은 장치일 수 있거나 다른 장치일 수도 있다. 상기 기구가 미립자 물질 및/또는 반사 물질 또는 방사선 흡수물질을 제공하기 위한 장치를 포함하는 경우, 상기 히터는 상기 장치의 하우징 내에 수용될 수 있고, 따라서 장치로 이동시킬 수 있다.
다양한 실시 예에서, 히터는 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스(예컨대, 도 1에 도시된 방사선 소스(12))의 파장과는 상이한 피크 파장 범위의 파장을 방출하도록 구성될 수 있으며, 미립자 물질 층들은 히터에 의해서만도 기본적으로 예열 가능하다.(즉, 미립자 물질 층들은 방사선 소스에 의해 예열되지 않을 수 있다.)
도 9에 도시된 방법은 여러 가지 이점을 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 근접 히터로부터의 열은, 하부 소결 물질이 위로 비틀리는 온도까지 냉각이 덜 되도록, 증착된 미립자 물질로 빠르게 전송될 수 있다. 또한, 상기 근접 히터로부터의 열은 최근에 증착된 분말로 효율적으로 전송될 수 있으며, 기계의 다른 부분들을 가열하지 않는다. 또한 상기 근접 히터는 상기 증착된 분말이, 소결할 준비가 되는 온도로 빠르게 도달할 수 있도록 하고, 이에 따라, 보다 빠른 전체 제조공정으로 이어지게 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질의 온도를 제어하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다. 도 10에 도시된 방법은 도 9에 도시된 방법으로 수행 가능하다. 블럭 62에서, 상기 방법은 미립자 물질의 온도를 측정하는 단계를 포함한다. 예컨대, 하나 이상의 센서들(31)은 미립자 물질의 온도를 측정하기 위한, 적외선 카메라, 단일 고온계 또는 다수의 고온계들을 포함할 수 있다. 블럭 64에서, 상기 방법은 상기 측정된 온도를 이용하여 미립자 물질 층들의 예열을 제어하는 단계를 포함한다. 예컨대, 제어기(13)는, 히터에 의해 제공된 열에너지를 증가 또는 감소시키도록 히터를 제어할 수 있다. 그런 다음, 상기 방법은 블럭 62로 되돌아가서 반복될 수 있다.
도 10에 도시된 방법은, 하부의 소결된 물체가 위로 뒤틀리는 온도까지 냉각되는 것을 막는데 유용하게 도움을 줄 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질의 소결된 부분의 온도를 제어하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 11에 도시된 방법은 소결을 통해 선택적으로 미립자 물질을 결합하도록 구성되는 임의의 기구에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 방법은 방사선 흡수물질을 사용하는, 선택적 레이저 소결 기구, 선택적 억제 기구, 선택적 마스킹 기구, 소결 기구에 의해 및 도 1 내지 8에 도시된 다양한 기구(11)에 의해 구현가능하다. 도 11에 도시된 방법은 도 9 및 도 10에 도시된 방법으로 수행될 수 있거나 또는 도 9 및 도 10에 도시된 방법과 독립적으로 수행될 수 있다.
블럭 66에서, 상기 방법은 미립자 물질의 소결된 부분의 온도를 측정하는 단계를 포함한다. 예컨대, 하나 이상의 센서들(31)(예를 들면, 적외선 카메라, 단일 고온계 도는 다수의 고온계들)로 미립자 물질의 소결된 부분의 온도 측정이 가능하다.
블럭 68에서, 상기 방법은 상기 측정된 온도를 사용하여 상기 소결된 부분에 공급된 에너지를 제어하는 단계를 포함한다. 예컨대, 상기 측정 온도가 임계 온도 미만인 경우, 제어기(13)는 소결된 부분에 제공되는 에너지를 증가시키기 위해 방사선의 소스를 제어한다. 또 다른 예로서, 상기 측정 온도가 임계 온도보다 큰 경우, 제어기(13)는 소결된 부분에 제공되는 에너지를 감소시키기 위해 방사선의 소스를 제어한다. 그런 다음, 상기 방법은 블럭 66으로 되돌아가서 반복될 수 있다.
열화상 카메라가, 소결이 발생하는 특정 위치에서 (즉, 레이저가 레이저 소결을 스캔한 곳에서 또는 방사선 흡수물질이 인쇄되고 램프 전원이 인가된 곳에서) 생성된 온도를 기록할 수 있다. 주어진 층의 2D 프로파일 정보를 이용하여, 파우더 베드(powder bed)의 소결된 영역만의 온도를 기록하는 것이 가능하다. 이러한 영역들에 기록된 피크 온도들이 너무 낮은 경우, 불충분한 가열로 인해 부품의 열화가 있을 수 있다는 경고(예를 들면, 경보음을 통해)가 제공될 수 있다. 또한, 상기 기구는 예컨대, 파트 베드(part bed) 설정 온도를 증가시키거나 인가된 소결 에너지를 증가시킴으로써 에너지를 더 추가할 수 있다. 이와 유사하게, 이러한 영역들에 기록된 피크 온도가 너무 높은 경우, 너무 높은 열에너지 하에 부품들이 열화되어 성능이 저하될 수 있다는 경고가 제공될 수 있다. 또한, 상기 기구는 예컨대, 파트 베드 설정 온도를 감소시키거나 인가된 소결 에너지를 감소시킴으로써 에너지를 감소시킬 수 있다.
소결된 영역의 열 모니터링에 의해 파트 특성들에 대한 결정이 가능하다(연구는 요구되는 파트 특성을 얻기 위해 소결된 영역 내에 요구되는 최소 온도를 결정한다). 이 작업은 현재 층의 2D 프로파일(예를 들면, 비트맵 이미지)과 동일영역에서의 적외선 카메라 출력의 비교를 통해 수행될 수 있다. 따라서 이 프로세스는 상기 파트가 최소 온도에 도달하였다는 것을 확인하고, 파트들은 요구되는 기계적 물성에 도달할 것이다. 인쇄된 이미지의 한 영역에 대한 온도가 너무 낮으면, 오버헤드 히터들이 그 영역에서의 온도를 증가시킬 수 있거나, 또는 소결 에너지 소스(들)(예를 들어, 램프 또는 레이저)가 더 많은 에너지를 출력하거나, 방사선 흡수물질을 포함하는 잉크를 더 많이 이 영역에 추가로 인쇄한다.
도 11에 도시된 방법은 파트 베드에 제공되는 에너지를 감소시킬 수 있는 이점을 제공가능하다. 파트 베드에 제공되는 에너지의 감소는 다양한 장점을 가져다줄 수 있다. 예컨대, 소결되지 않은 분말이 너무 강하게 응고되지 않으므로 제조가 완료된 후, 소결된 물질(즉, 파트 또는 파트들)로부터 용이하게 분리되도록 작용할 수 있다. 소결된 영역의 온도가 너무 높은 경우 (조사를 통해 다시 확인되는), 파우더 베드(powder bed)의 경도 및/또는 전력 사용량을 줄이기 위해, 에너지 입력(소결 에너지 소스, 오버헤드 히터들, 가열 램프, 방사선 흡수물질의 체적)이 감소될 수 있다. 소결 에너지(예를 들어, 레이저 소결시의 레이저에 의해 공급되는 에너지 또는 방사선 흡수물질의 체적 증가에 의해 공급되는 에너지)의 증가 또는 감소에 의해 상기 측정된 온도들에 대응함으로써, 단일층 내의 일정 위치들에 공급되는 에너지의 증가 및 단일층 내의 다른 위치들에 공급되는 에너지의 감소가 가능하다.
적외선 카메라 대신 단일 고온계 또는 다수의 고온계들이 사용될 경우, 상기 기구(11)의 비용은 바람직하게 감소될 수 있다. 고온계는 파트 베드 내의 상이한 물질들에 대해 교정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 방사선 소스로부터의 에너지 출력을 제어하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 12에 도시된 방법은 소결을 통해 선택적으로 미립자 물질을 결합하도록 구성되는 임의의 장치에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 방법은 방사선 흡수물질을 사용하는, 선택적 레이저 소결 기구, 선택적 억제 기구, 선택적 마스킹 기구, 소결 기구에 의해 및 도 1 내지 8에 도시된 다양한 기구(11)에 의해 구현가능하다. 도 12에 도시된 방법은 도 9 및 도 10 및/또는 도 11에 도시된 방법으로 수행될 수 있거나 또는 도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 방법과 독립적으로 수행될 수 있다.
블럭 70에서, 상기 방법은 방사선 소스의 출력 에너지를 측정하는 단계를 포함한다. 예컨대, 상기 하나 이상의 센서들(31)은, 제조시에 적외선 방출기(12)의 출력을 측정하도록 제조 챔버 내에 위치한 적외선 측정 센서를 포함할 수 있다. 센서(31)는 상기 적외선 방출기(12)의 출력 저하 또는 다른 변화들을 측정하도록 구성된다. 블럭 72에서, 상기 방법은 상기 측정된 출력 에너지에 대응하여 방사선 소스(12)의 출력을 에너지를 제어하는 단계를 포함한다. 결과적으로, 방사선 소스의 출력은 현재의 제조에 필요한 수준으로 조절 가능하다. 방사선 소스(12)의 길이를 따라 임의의 지점에서 공급되는 전력의 감소가 있는 경우, 다수의 센서들(31)이 사용될 수 있다. 그런 다음 상기 방법은 블럭 70으로 되돌아가서 반복될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 방사선 흡수물질의 출력을 측정하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 13에 도시된 방법은 방사선 흡수물질을 사용하여 미립자 물질을 소결하는 임의의 기구에서 사용 가능하다. 도 13에 도시된 방법은 도 9 및 도 10 및/또는 도 11 및/또는 도 12에 도시된 방법으로 수행될 수 있거나 또는 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 방법과 독립적으로 수행될 수 있다.
블럭 74에서, 상기 방법은 소정의 영역에 걸쳐 방사선 흡수 물질의 출력을 측정하는 단계를 포함한다. 예컨대, 제어기(13)는 저장된 방사선 흡수물질의 체적의 변화를 측정함으로써(센서들(31)중 하나에 의해 검출) 방사선 흡수 물질의 출력을 측정할 수 있다.
블럭 76에서, 상기 방법은 방사선 흡수물질의 측정된 출력이 소정의 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 예컨대 상기 기구(11)는 방사선 흡수물질에 (고정시) 공지된 픽셀 수 및 공지된 양의 잉크를 가진 이미지의 제공이 가능하다 (예컨대, 1 픽셀 = 80 피코리터(picolitres), 따라서 1.25.109 픽셀 = O.l 리터의 잉크). 제어기(13)는 상기 사용된 방사선 흡수물질의 양이 계산된 양의 소정범위 내에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 상기 사용된 방사선 흡수물질의 양이 소정범위를 벗어나면, 제어기(13)는 사용자에게 경고하는 알람을 제어할 수 있다. 또한, 상기 사용된 방사선 흡수물질의 양이 소정범위를 벗어나면, 제어기(13)는 나중에 제공된 방사선 흡수물질의 양이 소정범위 이내에 들어오도록, 나중에 적용된 방사선 흡수물질의 양을 변경할 수 있다.
도 13에 도시된 방법은, 기구(11)가 방사선 흡수물질 제공에 있어 부합하지 않는 경우에 사용자에게 알리게 되므로, 비교적 일관된 체적의 방사선 흡수물질의 적용이 가능하도록 하는 이점을 제공한다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미립자 물질을 수용하기 위한 서포트(support)(78)의 개략 평면도를 도시한다. 상기 서포트(78)는 파트 베드(part bed)로도 지칭되며, 소결될 미립자 물질을 수용하기 위한 용기로 정의된다 (예를 들어, 오버헤드 호퍼(overhead hopper)로부터 증착될 수 있거나 또는 미립자 물질의 측면 용기를 통해 서포트(78)에 압연될 수 있다). 서포트(78)는, 서포트(78)에 대해 상대적으로 이동가능하고, 서포트(78)내에서 이동 가능한 다수의 벽(80)을 포함한다. 상기 벽(80)의 일부 또는 전부는 서포트(78) 상의 미립자 물질을 가열하기 위한 하나 이상의 히터들(82)을 포함한다. 상기 히터들(82)은 서포트(78) 상의 미립자 물질의 온도를 측정하는 다수의 센서들에 대응하여, 제어기(13)로 제어가능하다.
도 14에서 상기 다수의 벽들(80)은 수직으로 배치되어 있으나, 다른 실시예에서는 다수의 벽들(80)은 상이한 배치를 가질 수 있음이 인식되어야 한다.
상기 서포트(78)는 큰 파트 베드를 일련의 열적으로 제어가능한 작은 파트 베드들로 분할 가능하다는 이점을 제공한다. 내부 파트 베드의 벽들(80)은 상이한 크기의 파트 베드들의 생성을 위해 다른 위치로 이동 가능하다. 이동되면, 상기 내부 파트 베드의 벽들(80)은 전원 소켓(도시되지 않음)에 끼워져, 상기 벽들 내의 히터들(82)이 사용 가능하도록 한다. 상기 서포트(78)는 또한, 상이한 미립자 물질들을 상기 서포트(78)의 상이한 구역들에서 일괄 처리할 수 있다는 이점을 제공한다. 또한 상기 서포트(78)의 사용으로, 상대적으로 큰 서포트를 제어할 때 발생하는 열적 자극을 초래하지 않고도, 기구(11)의 처리량을 증가시킬 수 있다.
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 흡수 물질을 제공하기 위한 장치들(84)의 개략적인 측면 다이어그램을 도시한다. 상기 장치들(84)은 미립자 물질의 소결을 위해 방사선 흡수물질을 사용하는 임의의 소결 기구에 사용가능하다.
도 15를 참조하면, 장치(841)는 제 1 롤러(86), 제 1 프린트 헤드(88), 제 1 방사선 소스(90) 및 하우징(92)을 포함하며, 상기 제 1 롤러(86), 제 1 프린트 헤드(88) 및 제 1 방사선 소스(90)는 적어도 부분적으로 수납되어 있거나 및/또는 연결되어 있다. 제 1 프린트 헤드(88)는 제 1 롤러(86)와 제 1 방사선 소스(90) 사이에 위치된다. 제어기(13)는 하나 이상의 모터를 통해 파트 베드 상에 증착되는 미립자 물질에 대해 상대적으로, 상기 장치(841)의 위치 및 움직임을 제어하도록 구성된다.
제 1 롤러(86)는, 미립자 물질이 대체로 고른 표면이 형성되도록, 파트 베드 상의 미립자 물질을 분포시키도록 구성된다. 제 1 프린트 헤드(88)는 제 1 방사선 흡수물질을 제공하도록 구성되고, 상기 방사선 흡수물질의 온도를 제어하기 위한 연관된 열 제어 장치를 포함할 수 있다. 제 1 방사선 소스(90)는 임의의 적절한 방사선 소스일 수 있고, 도 9 및 도 10과 관련하여 전술된 히터 및 또한 미립자 물질을 소결하기 위한 방사선을 제공하는 방사선 소스로서 작동하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예에서, 제 1 방사선 소스(90)는 타원형으로 구성되고, 요구되는 패턴으로 상기 제 1 방사선 소스(90)로부터 방사선을 반사하도록 구성된 반사장치(93)를 포함할 수 있다.
도 15b의 장치(842)는 도 15a에 도시된 장치(841)와 유사하며, 기능이 유사한 곳에, 동일한 참조부호가 사용된다. 상기 장치(842)는 제 1 프린트 헤드(88)의 반대측에 제 1 롤러(86)에 인접하여 위치한 제 2 방사선 소스(94)를 더 포함하는 점에서, 도 15a의 장치(841)와 구별된다.
일부 실시 예에서, 제 1 방사선 소스(90)는 소결을 위한 방사선을 제공하도록 구성되고, 제 2 방사선 소스(94)는 히터로서 기능하고 및 미립자 물질을 예열하도록 구성된다. 다른 실시 예에서, 제 2 방사선 소스(94)는 소결뿐만 아니라 예열용 방사선을 제공하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 제 1 및 제 2 방사선 소스(90, 94)는 모두 히터로서 기능하고 및 미립자 물질을 예열하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서의 기구(11)는 파트 베드의 미립자 물질의 온도 제어를 더 많이 할 수 있도록 되어 있다.
도 15c의 장치(843)는 도 15b에 도시된 장치(842)와 유사하며, 기능이 유사한 곳에, 동일한 참조부호가 사용된다. 상기 장치(843)는 제 2 방사선 소스(94)와 제 1 롤러(86)의 사이에 제 2 프린트 헤드(96)를 더 포함하는 점에서, 도 15b의 장치(842)와 구별된다. 제 2 프린트 헤드(96)는 제 1 방사선 흡수물질과는 다른 제 2 방사선 흡수물질을 제공하도록 구성될 수 있거나, 또는 제 1 방사선 흡수물질을 또한 제공하도록 구성될 수 있다.
도 15d의 장치(844)는 도 15b에 도시된 장치(842)와 유사하며, 기능이 유사한 곳에, 동일한 참조부호가 사용된다. 상기 장치(844)는 제 1 방사선 소스(90)와 제 1 프린트 헤드(88)의 사이에 제 2 롤러(98)를 더 포함하는 점에서, 도 15b의 장치(842)와 구별된다.
상기 장치들(843 및 844)은, 이들이 인바운드 및 아웃바운드 스트로크 상에서 이동시, 미립자 물질 층에 방사선 흡수물질의 제공이 가능하도록 하는 이점을 제공할 수 있다 (즉, 이들 장치들은, 왼쪽 및 오른쪽으로 이동시 방사선 흡수물질의 제공이 가능하다). 특히, 도 15d의 장치(844)는, 하나의 프린트 헤드만을 사용하는 동안 왼쪽에서 오른쪽으로 및 오른쪽에서 왼쪽으로, 바로 소결 후 바로 인쇄가 되도록 미립자 물질 증착이 가능하도록 하는 이점이 있을 수 있다. 프린트 헤드가 비교적 고가인데 반해, 상기 장치(844)는 하나의 프린트 헤드만 포함하므로 상대적으로 저렴할 수 있다.
상기 장치들(84)은 또한, 프로세스 단계들의 순서가 또한 변경 가능하도록 하기 위해, 사용자가 부품들 (예를 들어, 제 1 롤러(86), 제 1 프린트 헤드(88), 제 1 방사선 소스(90), 제 2 방사선 소스(94), 제 2 프린트 헤드(96) 및 제 2 롤러(98))을 상호 교환할 수 있도록 하우징(92)이 배치되어 있다는 점에서 장점을 제공할 수 있다. 이로 인해 사용자는 상이한 미립자 물질의 사용과 같은, 상이한 니즈에 따라 프로세스를 조정하는 융통성의 발휘가 가능하다. 부품들의 상호 교환은 고정도구 또는 하우징(92) 내의 다양하게 배치된 부품들을 고정하는 다른 수단들을 제공함으로써 달성 가능하다.
도 16a, 16b, 16c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 흡수물질을 제공하기 위한 장치들(84)의 개략적인 평면 다이어그램을 나타낸다.
도 16a를 참조하면, 상기 장치(845)는 도 15a에 도시된 장치(841)와 유사하며, 기능이 유사한 곳에, 동일한 참조부호가 사용된다. 상기 장치(845)는 제 1 프린트 헤드(88)가, 제 1 롤러(86)에 평행하게 확장되는 다수의 프린트 헤드들을 포함하는 점에서, 도 15a에 도시된 장치(841)와 구별된다. 상기 다수의 프린트 헤드들은 두개의 수직 열에 배치되고, 각 열에 있는 프린트 헤드들의 적어도 일부 사이에 공간이 제공된다. 제 1 방사선 소스(90)는 제 1 롤러(86)에 평행하게 배향된 단일의 세장형 램프를 포함한다.
도 16b를 참조하면, 상기 장치(846)는 도 16a에 도시된 장치(845)와 유사하며, 기능이 유사한 곳에, 동일한 참조부호가 사용된다. 상기 장치(846)는 제 1 방사선 소스(90)가 두개의 세장형 램프들을 포함하는 데, 이들 램프들은 두개의 수직 열에 배치되어 있고, 램프들의 길이를 따라 일부에서만 서로 겹치도록 서로에 대해 상대적으로 옵셋되어 있는 점에서, 도 16a에 도시된 장치(845)와 구별된다. 상기 램프들은 방출된 분말이 감소하는 각 램프의 끝단 영역에서 겹치도록 하여, 그 끝단에서 전력이 감소하는 단일 램프보다 두 램프의 조합부분에서 보다 균일한 전력을 방출하도록 배치될 수 있다.
도 16c를 참조하면, 상기 장치(847)는 도 16a 및 도 16b에 도시된 장치들(845 및 846)과 유사하며, 기능이 유사한 곳에, 동일한 참조부호가 사용된다. 상기 장치(847)는 제 1 방사선 소스(90)가 다수의 세장형 램프들을 포함하는데, 이들 램프들은 두개의 수직 열에 배치되어 있으며, 각 열에 있는 적어도 일부의 세장형 램프들의 사이에 공간이 제공된다는 점에서, 도 16a 및 도 16b에 도시된 장치들(845 및 846)과 구별된다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사선 소스들(12, 90, 94)의 개략적인 평면 다이어그램을 나타낸다. 상기 방사선 소스들은 임의의 소결 기구에 사용될 수 있으며, 또한 도 15a, 15b, 15c, 15d, 16a, 16b 및 16c에 도시된 장치들(84) 중 어느 하나에 사용될 수 있다.
도 17a를 참조하면, 방사선 소스는, 서로 평행하게 배향되어 있고 및 그들의 길이의 거의 전부를 따라 서로 겹치도록 배치된 다수의 세장형 전자기 방사선 방출기들(100)을 포함한다. 상기 세장형 전자기 방사선 방출기들(100)의 일부 또는 전부는 제어기(13)에 의해 개별 제어 가능하며, 미립자 물질의 예열 용도 및/또는 미립자 물질의 소결용 방사선 제공 용도로 사용 가능하다.
도 17b를 참조하면, 방사선 소스는, 7개 열 및 3개 행을 가진 매트릭스 내에 배치된 다수의 세장형 전자기 방사선 방출기들(102)을 포함한다 (상기 방사선선 소스는 다른 실시예들에서 다른 임의의 수의 열 및 행을 가질 수 있다는 것이 인식되어야 한다). 상기 세장형 전자기 방사선 방출기들(102)의 일부 또는 전부는 제어기(13)에 의해 개별 제어 가능하며, 미립자 물질의 예열 용도 및/또는 미립자 물질의 소결용 방사선 제공 용도로 사용 가능하다.
도 17a 및 도 17b에 도시된 방사선 소스들은, 센서(예를 들어, 열화상 카메라 또는 고온계, 써머커플(thermocouples)과 다수의 열측정 장치)로부터 온도 측정에 의해 제어되는 경우에, 파트 베드의 다른 영역에 공급된 소결 에너지의 개별 제어가 가능하다는 점에서 장점을 갖고 있다.
다양한 실시예들에서, 다양한 비-레이저 기반의 전자기 방사선(EMR) 방출 장치들이 방사선 소스로 사용 가능하다. 각 EMR 장치는 유사하거나 또는 상당히 다른 피크 방출 스펙트럼(peak spectral emission)을 갖고 있다 (즉, 그들은 유사하거나 또는 상당히 다른 피크 파장을 가질 수 있다). 방출 스펙트럼에 기초하여, 각 EMR 방출 장치는, 파트 베트 내의 상이한 미립자 물질들을 (직접 또는 간접적으로) 소결하거나 또는, 피드(들)(feed)(s) 및 파트 베드(들)을 가진 임의의 증착 물질(들)/미립자 물질을 가열하도록 선택될 수 있다. 한 기구 안에 다수의 EMR 방출 장치들이 사용 가능하다. 따라서 하나 이상의 장치의 선택으로, 한 형태 이상의 미립자 물질/방사선 흡수물질/증착된 물질의 소결 및/또는 가열이 가능하다.
다양한 실시 예에서, 방사선의 소스는, 원하는 스펙트럼 방사 / 에너지 밀도로 EMR 에너지를 저감 및 집속(focusing)하기 위한 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 일정 범위의 길이를 가진 EMR 방출기들이, 분말 베드 내의 특정 영역이나 물질을 소결 또는 가열하도록 개별 제어되는 배열(단일 또는 다중의 선)을 생성하는 데 사용될 수 있다.
소결 기구 내 프린팅 장치들의 사용에 의해, 파트 베드 상에 방사선 흡수물질에 대한 선택 및 정확한 증착이 가능하다. 상기 프로세스들에서 이러한 프린팅 장치들의 사용에 의해 또한, 다른 방사선 흡수물질의 증착 또는 대안적으로 인쇄 영역내에 다른 물질의 증착이 가능하다. 따라서 이러한 프린팅 장치들의 사용에 의해 제 2 물질의 선택 및 정확한 증착이 가능하다.
예컨대, 파트 베드 내의 상이한 영역들을 소결하기 위해, 제 2 프린트 헤드(도 15c에와 같이)가 2차 방사선 흡수물질을 증착하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 제 2 프린트 헤드는, 부분 층에 대한 소결을 그다지 강화시키지 않으나, 인쇄된 영역 내의 국소 특성들을 변화시키는 제 2 물질을 증착하도록 구성될 수 있다. 이러한 물질들은 소결된 부분들에, 난연성(fire retardancy), UV 보호, 파트들의 시각적 색깔 변화 또는 필러들(fillers)의 추가를 통한 기계적 특성의 개선과 같은 추가의 특성들의 제공이 가능하다. 난연성의 경우, 난연제(flame retardants)의 첨가는 염소(chlorine), 브롬(bromine) 및 인(bromine), 알루미나 삼수화물(Alumina trihydrate), 수산화 마그네슘(hydrated magnesium), 황산(sulphate) 및 보론(Boron)의 화합물을 포함한다. UV 보호의 경우, 상기 물질은 카본 블랙, 금속 산화물을 포함한다. 필러들의 경우, 상기 물질은 목분(wood flour), 실리카 가루(silica flour), 점토, 운모 가루(powdered mica), 셀룰로오스 단 섬유(short fibres of cellulose), 유리, 카본 블랙, 흑연, 활석(talc), 금속 산화물 및 석면을 포함한다. 착색제의 경우, 상기 물질은 유기(염료) 또는 무기(안료) 착색제를 포함한다. 이 방법의 장점은, 기계 내의 모든 물질에 이러한 첨가물(들)을 추가하는 것에 비해, 필요한 부분에만 첨가 물질을 추가하므로, 비용 절감이 가능하다. 이는 또한 표준 미립자 공급 물질이 전체 제조물에 대해, 또는 파트에 대해, 또는 파트의 하부섹션에서 국부적으로 유연하게 수정가능하다는 것을 의미한다.
프린트 헤드가 사용되는 실시예들에서, 이러한 추가의 물질은 프린트 헤드 오리피스에서 투사가 가능하도록 나노-스케일이 되어야만 할 수 있다. 이들 실시예들에서, 추가적인 유체 (용제, 수지, 안료, 염료, 석유 증류(탄화수소), 알코올, 오일, 가소제, 왁스, 광개시제) 물질이 제트 가능한 유체(jet-able fluid)의 제조를 위해 상기 첨가제들과 결합될 수 있다. 이러한 지원 유체/물질은 한 번 인쇄된 3D 부분 내에 남아있거나 또는 선택한 위치에서 필요한 첨가제만을 떠나 증발하도록 설계될 수 있다. 상기 증발은 국부적 열에 의해 자연적으로 발생되게 하거나, 또는 가열장치에 노출시켜 강제로 발생하게 할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 파트의 소정영역에서 물질을 증착하는 파트 베드를 가로질러 이동하도록, 제어기(13)로 제어될 수 있는 호퍼(hopper)와 같은 대체 증착 장치를 사용하여 추가적인 물질이 첨가 될 수 있다. 호퍼 장치의 사용으로 더 큰 크기(나노 스케일보다 더 큰)의 물질의 증착을 가능하게 하고 또한 추가적인 유체 담체에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
본 출원의 발명자들은 방사선 흡수물질의 시각적 색상은 상기 제조된 3차원 파트의 결과적인 기계적 특성에 심각한 영향을 미치지 않는다고 판정하였다. 따라서, 카본 블랙 이외의 방사선 흡수물질이 소결 공정에 사용될 수 있으며, 이에 따라 기구(11)에 백색 파트들의 제조가 가능하다. 색(예를 들면, 적색, 녹색, 청색) 안료나 염료와 적외선 흡수 색소의 조합을 통해, 칼라 파트들(적색, 녹색, 청색)의 제조가 가능하다. 상기 안료들은 별도의 방사선 흡수물질로 제공 될 수 있거나, 또는 같은 방사선 흡수 물질 내에서 결합 될 수 있거나 또는 모든 방사선 흡수 물질에 있지 않을 수 있다.
컬러화된 3차원 파트는 또한 일련의 칼라화된 미립자 물질을 이용하여 제조될 수 있다 (왜냐하면 미립자 물질의 시각적 색상은 미립자 물질에 의한 적외선 에너지의 흡수를 반드시 크게 증가시키지는 않기 때문이다).
도 9 내지 도 13에 도시된 블럭들은 컴퓨터 프로그램(133)의 방법 및/또는 코드 섹션의 단계를 나타낼 수 있다. 블럭에 대한 특정한 오더의 도시가, 필수적으로 거기에 블럭들에 요구되거나 바람직한 오더가 있다는 것을 의미하지는 않으며, 블럭의 오더와 배열은 변경 가능하다. 또한 일부 블럭들은 생략 가능하다.
본 발명의 실시예들이 다양한 예들을 참조하여 상기 단락에서 설명되었지만, 청구된 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 주어진 예들에 대한 수정이 이루어질 수 있음이 인식되어야 한다. 예컨대, 적외선 방사의 사용이 설명되었지만, 미립자 물질의 온도를 소결에 의한 결합 온도까지 상승시킬 수 있다면, 적외선 이외의 방사선도 사용 가능하다. 방사선의 소스는, 예컨대, LED, 주사 레이저(scanning laser) 또는 할로겐 소스 또는 임의의 적합한 형태가 될 수도 있다. 상술한 실시예들에 의해 결합되는 미립자 물질은 금속, 세라믹 등과 같은 임의의 적합한 재료일 수 있다. 공급탱크(40)로부터 결합장치(42)로 미립자 물질을 이동시키는데, 모터(M) 이외의 장치가 사용될 수 있다. 상기 결합장치(42)는 도시된 것과 다른 구성일 수 있다. 임의의 수의 다른 유형의 미립자 물질이 층(10)에 공급될 수 있다. 대안적으로, 다른 유형의 미립자 물질이 인접한 층들에 공급될 수 있다. 도시된 바와 같이, 반사 물질(18)은, 기판(16)의 상부 표면보다는 하부 표면 상에 증착 될 수 있다. 반사물질(18) 및 기판(16)에 대해 상이한 재료들이 사용 가능하다. 방사선 흡수물질(50)로 임의의 적합한 재료가 사용될 수 있다. 예컨대, 분말 재료 대신에 액체 현탁액(liquid suspension) 또는 이산화탄소와 같은 기체가 채택 가능하다. 도 4에 도시된 디지털 미러 장치는 각 층에 하나씩 일련의 회절성 광학기기들(diffractive optics)로 대체 가능하다.
용어 "소결"이 사용되는 경우에는, 미립자 물질의 완전 용융을 포함한다는 것을 주목해야 한다.
앞에 설명된 형태들은, 명시적으로 기재된 상기 결합 이외의 결합에서도 사용될 수 있다.
특정 형상을 참조하여 기능들이 설명되었지만, 이러한 기능들은, 설명되거나 설명되지 않은 다른 기능들에 의해 수행 가능하다.
특정 실시예들을 참조하여 형상들이 설명되었지만, 이러한 형상들은, 설명되거나 설명되지 않은 다른 실시예들에서 존재할 수 있다.
본 발명의 이러한 형상들에 대한 관심을 끌기 위한 상기 명세서의 노력이 특히 중요할 것으로 믿어지지만, 특별히 강조되지는 않았을지라도, 출원인들은 도면과 관련한 및/또는 도시된 임의의 특허 가능한 형상 또는 형상의 조합에 대한 보호를 주장하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (76)

  1. 선택적으로 미립자 물질(particulate material)을 결합하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    (i) 파트 베드(a part bed)로 미립자 물질의 층을 제공하는 단계;
    (ii) 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 방사선을 제공하는 단계;
    (iii) 기 소결된 물질 부분을 포함하는 기존의 미립자 물질 층 위에 덮이는 추가 미립자 물질 층을 제공하는 단계;
    (iv) 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고, 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 상기 추가 부분을 소결하기 위해 방사선을 제공하는 단계;
    (v) 삼차원 물체의 생성을 위해 상기 (iii) 및 (iv) 단계를 연속적으로 반복하는 단계;를 포함하며,
    상기 미립자 물질의 층들의 적어도 일부는, 각 층의 물질 일부를 소결하기에 앞서 히터로 예열되고, 상기 히터는 미립자 물질에 상대적으로 및 미립자 물질에 인접하여 이동하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히터는 미립자 물질의 100mm 이내의 거리에서 이동하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 히터는 상기 미립자 물질의 층들의 적어도 일부를 가열하도록 배치되어, 적어도 하나의 하부 미립자 물질 층이 뒤틀리는 온도까지 냉각되는 것을 방지할 수 있도록 하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  4. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스는 타원형 구성으로 된 반사 장치를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  5. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 추가로, 미립자 물질의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도를 이용하여 미립자 물질의 층들에 대한 예열을 제어하는 단계;를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  6. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터는 소결에 착수하는 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스의 파장과는 상이한 피크 파장(peak wavelength)범위의 파장을 방출하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  7. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들은 기본적으로 상기 히터에 의해서만 예열되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  8. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 추가로, 상기 미립자 물질의 소결된 부분의 온도를 측정하는 단계 및 상기 측정된 온도를 이용하여 상기 소결된 부분에 제공된 에너지를 제어하는 단계를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 측정 온도가 임계 온도보다 낮은 경우에, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 증가하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 측정 온도가 임계 온도보다 크면, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 감소하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  11. 제 8항 내지 제 10항에 있어서, 상기 소결된 부분의 온도를 측정하기 위해 센서가 사용되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 센서는 적외선 카메라, 단수의 고온계(pyrometer) 또는 다수의 고온계인, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  13. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 추가로, 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스로부터 출력 에너지를 측정하는 단계 및 상기 측정된 출력 에너지에 대응하여 방사선 소스의 에너지 출력을 제어하는 단계를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  14. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스는 상기 히터와는 상이한, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  15. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들을 예열하는 히터는 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  16. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 방사선 제공을 위해 다수의 방사선 소스들이 배치되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 상이한 피크 파장(peak wavelengths)을 갖는 방사선을 제공하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부에 의해 제공되는 방사선을 필터링 하기 위해 하나 이상의 필터가 배치되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  19. 제 16항 내지 제 18항에 있어서, 미립자 물질에 방사선을 제공하기 위해 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 개별적으로 제어 가능한, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  20. 제 16항 내지 제 19항에 있어서, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 히터를 형성하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  21. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 미립자 물질을 수용하기 위해 서포트(a support)가 배치되며, 상기 서포트는 서포트에 대해 상대적으로 이동 가능한 다수의 벽들(walls)을 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 다수의 벽들 중 적어도 일부는 미립자 물질을 가열하기 위한 히터를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  23. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 추가로, 소결되는 미립자 물질의 특성을 변화시키기 위해, 소결되는 미립자 물질에 어떠한 물질(a material)을 제공하는 단계를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  24. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 추가로, 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 상기 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (ii)에 제공된 방사선의 흡수를 변화시키는 단계; 및
    상기 위에 덮인 추가 층 내 물질 일부를 추가로 소결하고 및 상기 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위해, 추가 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (iv)에 제공된 방사선의 흡수를 변화시키는 단계를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 방사선 흡수의 변화는, 상기 층 및 상기 추가 층 각각의 선택된 표면부 위에 많은 양의 방사선 흡수 물질을 제공함으로써 달성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들은, 미립자 물질의 층이 제공된 직후 및 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 기본적으로 예열되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  27. 제 25항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들은, 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 히터에 의해 적어도 두번 예열되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  28. 제 25항 내지 제 28항에 있어서, 상기 방사선 흡수 물질은 프린트 헤드(print head)에 의해 제공되며, 상기 프린트 헤드는 상기 방사선 흡수 물질의 온도 조절을 위한, 관련된 열 제어장치를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  29. 제 25항 내지 제 28항에 있어서, 상기 방사선 흡수 물질에는 적외선 흡수 색소 또는 염료가 제공되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  30. 제 25항 내지 제 29항에 있어서, 상기 방사선 흡수 물질은 검은색 이외의 색을 가지는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  31. 제 25항 내지 제 30항에 있어서, 하우징(a housing), 제 1 방사선 흡수물질 제공용 제 1 프린트헤드, 롤러, 및 제 1 방사선 소스를 포함하는 장치가 제공되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 제 1 프린트헤드는 상기 롤러 및 상기 제 1 방사선 소스 사이에 위치하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  33. 제 31항 또는 제 32항에 있어서, 상기 장치는 추가로, 상기 롤러에 근접 위치한 제 2 방사선 소스를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  34. 제 31항 내지 제 33항에 있어서, 상기 장치는 추가로, 제 2 방사선 흡수물질 제공용 제 2 프린트헤드를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  35. 제 25항 내지 제 34항에 있어서, 상기 방법은 추가로, 소정 영역에 대한 방사선 흡수물질의 출력을 측정하는 단계 및 측정된 출력이 소정 영역 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  36. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 미립자 물질은 폴리머(polymer), 세라믹(ceramic), 및 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 방법.
  37. 프로세서에 의해 수행시, 제 1항 내지 제 36항중 어느 하나에 설명된 방법의 수행을 일으키는 명령어로 인코딩된 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체.
  38. 컴퓨터에서 실행시, 제 1항 내지 제 36항중 어느 하나의 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램.
  39. (i) 파트 베드(a part bed)로의 미립자 물질 층의 제공을 제어하고;
    (ii) 상기 층의 물질 일부를 소결하기 위한 방사선의 제공을 제어하고;
    (iii) 기 소결된 물질 부분을 포함하는 기존의 미립자 물질 층 위에 덮이는 추가 미립자 물질 층의 제공을 제어하고;
    (iv) 위에 덮인 추가 층 내의 추가 물질 부분을 소결하고, 및 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위한 방사선의 제공을 제어하고;
    (v) 삼차원 물체의 형성을 위해 상기 (iii) 및 (iv) 단계의 연속적인 반복을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 미립자 물질의 층들의 적어도 일부는, 각 층의 물질 일부를 소결하기에 앞서 히터로 예열되고, 상기 히터는 미립자 물질에 상대적으로 및 미립자 물질에 인접하여 이동하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 히터는 미립자 물질의 100mm 이내의 거리에서 이동하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  41. 제 39항 또는 제 40항에 있어서, 상기 히터는 상기 미립자 물질의 층들의 적어도 일부를 가열하도록 배치되어, 적어도 하나의 하부 미립자 물질 층이 뒤틀리는 온도까지 냉각되는 것을 방지할 수 있도록 하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  42. 제 39항 내지 제 41항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 타원형 구성으로 된 반사 장치를 포함하는, 방사선을 제공하기 위한 방사선 소스를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  43. 제 39항 내지 제 42항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 미립자 물질의 온도를 측정하도록 구성된 센서; 및 상기 측정된 온도를 사용하여 상기 미립자 물질의 층들의 예열을 제어하도록 구성된 제어기;를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  44. 제 39항 내지 제 43항에 있어서, 상기 히터는, 방사선 제공용 방사선 소스의 파장과는 상이한 피크 파장 범위의 파장을 방출하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  45. 제 39항 내지 제 44항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들은 기본적으로 히터에 의해서만 예열되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  46. 제 39항 내지 제 45항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 소결된 물질 부분의 온도를 측정하도록 구성된 센서; 및 상기 측정된 온도를 사용하여 상기 소결된 부분에 제공된 에너지를 제어하도록 구성된 제어기;를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  47. 제 46항에 있어서, 상기 측정 온도가 임계온도 이하인 경우, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 증가되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  48. 제 46항 또는 제 47항에 있어서, 상기 측정 온도가 임계온도 이상인 경우, 상기 소결된 부분에 제공된 에너지는 감소되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  49. 제 46항 내지 제 48항에 있어서, 상기 센서는 적외선 카메라, 단수의 고온계(pyrometer) 또는 다수의 고온계인, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  50. 제 39항 내지 제 49항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 방사선 제공용 방사선 소스로부터 출력 에너지를 측정하도록 구성된 센서; 및 상기 측정된 출력 에너지에 대응하여 방사선 소스의 에너지 출력을 제어하도록 구성된 제어기;를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  51. 제 39항 내지 제 50항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 방사선을 제공하도록 구성된 방사선 소스를 포함하며, 상기 방사선 소스는 상기 히터와는 상이한, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  52. 제 39항 내지 제 51항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들을 예열하는 히터는 방사선 제공용 방사선 소스를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  53. 제 39항 내지 제 52항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 방사선을 제공하도록 구성된 다수의 방사선 소스들을 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  54. 제 53항에 있어서, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 상이한 피크 파장들을 갖는 방사선을 제공하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  55. 제 53항 또는 제 52항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부에 의해 제공되는 방사선을 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터들을 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  56. 제 53항 내지 제 55항에 있어서, 미립자 물질에 방사선을 제공하기 위해 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 개별적으로 제어 가능한, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  57. 제 53항 내지 제 56항에 있어서, 상기 다수의 방사선 소스들 중 적어도 일부는 히터를 형성하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  58. 제 39항 내지 제 57항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 미립자 물질을 수용하기 위해 서포트(a support)를 포함할 수 있으며, 상기 서포트는 서포트에 대해 상대적으로 이동 가능한 다수의 벽들(walls)을 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  59. 제 58항에 있어서, 상기 다수의 벽들 중 적어도 일부는 미립자 물질을 가열하기 위한 히터를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  60. 제 39항 내지 제 59항에 있어서, 상기 제어기는, 소결되는 미립자 물질의 특성을 변화시키기 위해, 소결되는 미립자 물질에 어떠한 물질(a material)의 제공을 제어하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  61. 제 39항 내지 제 60항에 있어서, 상기 제어기는:
    상기 층의 물질 일부를 소결하기 위해 상기 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (ii)에 제공된 방사선의 흡수의 변화; 및
    상기 위에 덮인 추가 층 내 물질 일부를 추가로 소결하고 및 상기 기존 층 내 기 소결된 물질 부분을 가진 추가 부분을 소결하기 위해, 추가 층의 선택된 표면부에 걸쳐 단계 (iv)에 제공된 방사선의 흡수의 변화;를 제어하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  62. 제 61항에 있어서, 상기 방사선 흡수의 변화는, 상기 층 및 상기 추가 층 각각의 선택된 표면부 위에 많은 양의 방사선 흡수 물질을 제공함으로써 달성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  63. 제 62항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들은, 미립자 물질의 층이 제공된 직후 및 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 기본적으로 예열되는 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  64. 제 62항에 있어서, 상기 미립자 물질의 층들은, 상기 방사선 흡수 물질이 상기 층의 선택된 표면부 위에 제공되기 전에 히터에 의해 적어도 두번 예열되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  65. 제 62항 내지 제 64항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 상기 방사선 흡수 물질을 제공하도록 구성된 프린트 헤드(print head)를 포함할 수 있으며, 상기 프린트 헤드는 상기 방사선 흡수 물질의 온도 조절을 위한, 관련된 열 제어장치를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  66. 제 62항 내지 제 65항에 있어서, 상기 방사선 흡수 물질에는 적외선 흡수 색소 또는 염료가 제공되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  67. 제 62항 내지 제 66항에 있어서, 상기 방사선 흡수 물질은 검은색 이외의 색을 가지는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  68. 제 62항 내지 제 67항에 있어서, 하우징(a housing); 제 1 방사선 흡수물질 제공용 제 1 프린트헤드; 롤러; 및 제 1 방사선 소스;를 추가로 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  69. 제 68항에 있어서, 상기 제 1 프린트헤드는 상기 롤러 및 상기 제 1 방사선 소스 사이에 위치하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  70. 제 68항 또는 제 69항에 있어서, 상기 장치는 추가로, 상기 롤러에 근접 위치한 제 2 방사선 소스를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  71. 제 68항 내지 제 70항에 있어서, 제 2 방사선 흡수물질 제공용 제 2 프린트헤드를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  72. 제 62항 내지 제 71항에 있어서, 상기 기구는 추가로, 소정 영역에 대한 방사선 흡수물질의 출력을 측정하도록 구성된 센서를 포함하며, 상기 제어기는 측정된 출력이 소정 영역 범위 내에 있는지 여부를 판단하도록 구성되는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  73. 제 39항 내지 제 72항에 있어서, 미립자 물질은 폴리머(polymer), 세라믹(ceramic), 및 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 기구.
  74. 기본적으로, 관련하여 기 설명된, 및/또는 첨부된 도면들에 도시된 바와 같은 방법.
  75. 기본적으로, 관련하여 기 설명된, 및/또는 첨부된 도면들에 도시된 바와 같은 기구.
  76. 본원에 개시된, 전술한 항중 어느 하나와 동일한 발명에 관한 것인지 여부의 범위 내에서의, 참신한 발상 또는 참신한 발상을 포함하는 조합.
KR1020177000334A 2011-08-05 2012-08-01 선택적으로 미립자 물질을 결합하기 위한 장치 및 방법 KR101861531B1 (ko)

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