KR20170021839A - 3차원 프린팅 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

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에렐 밀쉬테인
셔먼 시링거
타이 청 추아
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Abstract

본 발명은 3차원(3D) 물체, 3D 프린팅 공정 뿐만 아니라 3D 물체를 생산하기 위한 방법, 장치와 시스템을 제공한다. 본 발명의 방법, 장치와 시스템은 보조 지지부에 대한 필요성을 감소시키거나 없앨 수도 있다. 본 발명은 본원에 기재된 프린팅 공정, 방법, 장치와 시스템을 활용하여 인쇄된 3차원(3D) 물체를 제공한다.

Description

3차원 프린팅 장치, 시스템 및 방법{APPARATUSES, SYSTEMS AND METHODS FOR THREE-DIMENSIONAL PRINTING}
상호 참조
본 출원은 2014년 6월 20일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제62/015,230호, 2014년 7월 24일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제62/028,760호, 2014년 10월 14일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제62/063,867호, 2015년 3월 20일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제62/136,378호, 및 2015년 5월 29일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제62/168,699호의 우선권을 주장하며, 이들은 각각 그 전문이 본원에 참고로 인용된다.
3차원(3D) 프린팅(예를 들어, 적층 가공)은 설계로부터 임의의 형상의 3차원 물체를 제조하기 위한 공정이다. 설계는 전자 데이터 소스 같은 데이터 소스 형태일 수도 있고, 또는 하드 카피 형태일 수도 있다. 하드 카피는 3차원 물체의 2차원 표현일 수도 있다. 데이터 소스는 전자 3D 모델일 수도 있다. 3D 프린팅은 연속적인 재료 층들이 서로의 상단에 쌓이는 첨가식 공정(additive pr℃ess)을 통해 달성될 수도 있다. 이 공정은 제어될 수도 있다(예를 들어, 컴퓨터 제어, 수동 제어, 또는 둘 다). 3D 프린터는 산업용 로봇일 수 있다.
3D 프린팅은 신속하고 효율적으로 맞춤형 부품을 생성할 수 있다. 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 고분자 재료를 포함하는 다양한 재료가 3D 프린팅 공정에 사용될 수 있다. 첨가식 3D 프린팅 공정에서, 재료의 제1 층이 형성되고, 그 후 연속적인 재료 층들이 한 층씩 추가되며, 여기서 전체적인 설계된 3차원 구조(3D 물체)가 구체화될 때까지, 각각의 새로운 재료 층이 미리 형성된 재료 층 위에 추가된다.
3D 모델은 컴퓨터 지원 설계 패키지 또는 3D 스캐너를 통해 생성될 수도 있다. 3D 컴퓨터 그래픽용 기하학적 데이터를 준비하는 수동 모델링 공정은 조각이나 애니메이팅(animating) 같은 조형 미술에 유사할 수도 있다. 3D 스캐닝은 실물의 형상과 외관 상에 디지털 데이터를 분석하고 수집하는 방법이다. 이 데이터에 기초하여, 스캔한 물체의 3D 모델이 제조될 수 있다.
다수의 첨가식 공정이 현재 이용가능하다. 그것들은 층들이 증착되어서 구체화된 구조를 만들어 내는 방식에 있어서 상이할 수도 있다. 그것들은 설계된 구조를 구체화하는 데 사용되는 재료나 재료들에 따라 다를 수도 있다. 일부 방법은 재료를 용융시키거나 연화시켜서 층들을 생성시킨다. 3D 프린팅 방법에 대한 예시들로는 선택적 레이저 용융(SLM), 선택적 레이저 소결(SLS), 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 또는 융착 증착 모델링(FDM)을 포함한다. 다른 방법들은 스테레오 리소그래피 (stereo lithography; SLA) 같은 다른 기술들을 사용하여 액체 재료를 경화시킨다. 적층된 물체 제조 (LOM) 방법에서는, (특히 종이, 고분자, 금속으로 제조된) 박막을 절단해서 형상화하고 접합된다.
때때로, 인쇄된 3D 물체는 3D 프린팅 공정 도중에 굽힘, 비틀림, 롤, 컬이 일어나거나 그렇지 않으면 변형할 수도 있다. 보조 지지부들이 삽입되어서 이러한 굽힘, 비틀림, 롤, 컬 또는 기타 변형을 면하게 될 수도 있다. 이러한 보조 지지부들은 인쇄된 3D 물체로부터 제거되어서 원하는 3D 제품(예를 들어, 3D 물체)을 생성하게 될 수도 있다.
일 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 제공하고, 여기서 재료의 제2 층은 분말 재료의 제1 층에 인접하여 제공되는, 단계; (b) 제2 층 내의 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 여기서 상기 변환은 단위 면적 당 제1 에너지(S1)를 갖는 에너지 빔의 도움에 의한 것인, 단계; 그리고 (c) t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 에너지를 제거하고, 여기서 열 에너지는 분말 재료의 제1 층 아래와 다른 방향을 따라 제거되고, 여기서 t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 상기 에너지는 S1의 적어도 약 0.3배인 단위 면적 당 제2 에너지(S2)에서 제거되고, 여기서 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는, 단계를 포함한다.
상기 방법은 (a) 내지 (d) 동작을 반복하는 것을 더 포함할 수 있다. 에너지 빔은 전자기 빔, 하전된 입자 빔, 또는 비-하전된 빔일 수 있다. 에너지 빔은 전자기 빔, 전자 빔, 또는 플라즈마 빔일 수 있다. 제거되는 에너지는 열 에너지일 수 있다. S2는 S1의 적어도 약 0.5배일 수 있다. S2는 S1의 적어도 약 0.8배일 수 있다. (b) 동작에서, 상기 제1 층의 나머지는 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 변환되지 않은 분말 재료의 일부일 수 있다. 상기 나머지는 재료의 변환 온도 아래의 최대 온도로 가열될 수 있다.
상기 제1 층의 나머지는 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 변환되지 않은 분말 재료의 일부일 수 있다. 상기 나머지에는 S1의 약 0.1배 이하인 단위 면적 당 제3 에너지 S3에서 에너지가 공급될 수 있다. 상기 방법은 변환된 재료의 냉각 속도와 실질적으로 동일한 속도로 상기 나머지를 냉각하는 단계를 더 포함할 수도 있다. (b) 및 (c) 동작은 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. (b) 동작은 전자기 방사 빔을 사용하여 수행될 수 있다. 전자기 방사 빔은 레이저 광일 수 있다. (c) 동작은 전자기 방사 빔을 사용하여 수행될 수 있다. 전자기 방사 빔은 적외선을 포함할 수 있다. (b) 동작에서 재료 층의 일부분은 나머지를 변환하지 않고 제1 온도(T1)에서 변환될 수 있다. 나머지는 약 T1 미만인 제2 온도(T2)로 가열될 수 있다. 나머지에는 약 1mm 이상에 걸쳐 연장하는 연속 층이 결여될 수 있다. 나머지에는 3차원 물체의 적어도 일부를 둘러싸는 스캐폴드가 결여될 수 있다. 나머지에는 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드가 결여될 수 있다. 스캐폴드는 변환된 재료를 포함할 수 있다.
인접한다는 것은 위에 있다는 것일 수 있다. 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수 있다. 재료는 분말 재료를 포함할 수 있다. 변환은 (예를 들어, 분말 재료의 개별 입자들)을 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 (예를 들어, 분말 재료의 개별 입자들)을 용융, 소결 또는 결합하는 것을 포함할 수 있다. 결합은 화학 결합을 포함할 수 있다. 화학 결합은 공유 결합을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료를 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료의 공급은 (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 공급하는 것을 포함하고, 여기서 재료의 제2 층은 분말 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고; (b) 에너지원으로부터 에너지 빔을 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 에너지 빔은 단위 면적 당 제1 에너지(S1)를 가지고; 그리고 (c) 냉각 부재를 유도해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 열 에너지는 분말 재료의 제1 층 아래와 다른 방향을 따라 제거되고, 여기서 t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 상기 에너지는 S1의 적어도 약 0.3배인 단위 면적 당 제2 에너지(S2)에서 제거되고, 여기서 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 재료의 제2 층을 제공하고, 여기서 재료의 제2 층은 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고, 여기서 분말 재료의 제1 층과 분말 재료의 제2 층은 분말 베드를 형성하는, 단계; 그리고 제2 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하는, 단계; 그리고 (b) 제1 층 또는 제2 층에 인접하는 냉각 부재를 이용해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 열 에너지는 분말 베드 위 방향을 따라 제거되고, 여기서 열 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는, 단계를 포함한다.
t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 제2 층 내의 한 지점에서 평균 온도는 약 250℃ 이하에서 유지될 수 있다. t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 평균 온도는 약 100℃ 이하에서 유지될 수 있다.
변환은 단위 면적 당 제1 에너지(S1)를 갖는 에너지 빔의 도움에 의한 것일 수 있다. (c) 동작에서, t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 열 에너지는 S1의 적어도 약 0.3배인 단위 면적 당 제2 에너지(S2)에서 제거될 수 있다. 단위 면적 당 제2 에너지(S2)는 S1의 적어도 약 0.5배일 수 있다. 열 에너지는 분말 재료의 제1 층 또는 분말 재료의 제2 층의 측면으로부터 제거될 수 있다. 열 에너지는 분말 베드의 상단 표면으로부터 제거될 수 있다. 변환 동작은 (예를 들어, 분말 재료의 개별 입자들)을 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 (예를 들어, 개별 입자들)을 용융 또는 소결하는 것을 포함할 수 있다. t3 시점에서, 분말 재료의 제3 층은 분말 재료의 제2 층에 인접하여 제공될 수 있다. 변환은 에너지 빔을 상기 제2 층의 적어도 일부분에 유도하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 제1 시간(t1)에서 분말 재료의 제1 층 및 t1 다음의 제2 시간(t2)에서 분말 재료의 제2 층을 받아들여서 분말 베드를 형성하고, 여기서 분말 재료의 제2 층은 분말 재료의 제1 층에 인접하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 인클로저; 제1 층 또는 제2 층에 인접하고, 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하는, 냉각 부재; 및 상기 냉각 부재에 작동적으로 연결되고 (i) 제2 층 내의 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, (ii) 냉각 부재를 이용해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 열 에너지는 분말 베드 위 방향을 따라 제거되고, 여기서 열 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
냉각 부재는 분말 재료의 외부에 (예를 들어, 분말 재료의 내부가 아님) 배치될 수 있다. 시스템은 에너지 빔을 제2 층의 적어도 일부분에 제공하는 에너지원을 더 포함할 수도 있다. 제어부는 에너지원에 작동적으로 연결되고 에너지 빔을 상기 제2 층의 적어도 일부분에 유도하도록, 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 (1) 단위 면적 당 제1 에너지(S1)를 가지는 에너지 빔을 이용해서 제2 층 내의 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, (2) 냉각 부재를 이용해서 t2에서 t3까지의 시간 간격 동안 S1의 적어도 약 0.3배인 단위 면적 당 제2 에너지(S2)에서 열 에너지를 제거하도록 프로그래밍될 수 있다. 단위 면적 당 제2 에너지(S2)는 S1의 적어도 약 0.5배일 수 있다. 제어부는 냉각 부재를 이용해서 재료의 제1 층 또는 재료의 제2 층의 측면으로부터 열 에너지를 제거하도록 프로그래밍될 수 있고, 여기서 상기 측면은 제2 층의 노출된 표면과 상이할 수 있으며, 또는 제2 층의 노출된 표면에 대향할 수 있다. 제어부는 냉각 부재를 이용해서 분말 베드의 상단 표면으로부터 열 에너지를 제거하도록 프로그래밍될 수 있다.
제어부는 분말 재료의 제2 층의 평균 온도를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 제어부는 제2 층 내의 한 지점에서 평균 온도를 약 250℃ 이하에서 유지하도록 프로그래밍될 수 있다. t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 제어부는 평균 온도를 약 100℃ 이하에서 유지하도록 프로그래밍될 수 있다. 냉각 부재는 이동형일 수 있다. 제어부는 냉각 부재를 이동시키도록 프로그래밍될 수 있다. 냉각 부재는 간극에 의해 분말 베드에서 분리될 수 있다. 간극은 약 50mm 이하의 간격으로 될 수 있다. 간극은 냉각 부재와 분말 베드 사이의 조정가능한 간격으로 될 수 있다. 제어부는 조정 가능한 간격을 조절하도록 프로그래밍될 수 있다. 냉각 부재는 적어도 약 20W/mK(Watt per meter per degree Kelvin)의 열 전도율을 가진 재료를 포함할 수 있다. 냉각 부재는 냉각 부재의 표면으로부터 분말 재료 또는 잔해를 제거하는 세정 부재를 더 포함할 수도 있다. 시스템은 상기 냉각 부재 또는 분말 베드로부터 분말 재료 또는 잔해의 나머지 부분을 수집하는 수집 부재를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료를 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료의 공급은 (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 공급하는 것을 포함하고, 여기서 재료의 제2 층은 분말 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고; (b) 에너지원으로부터 에너지 빔을 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고 (c) 제1 층 또는 제2 층에 인접하는 냉각 부재를 유도해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 열 에너지는 분말 베드 위 방향을 따라 제거되고, 여기서 열 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 재료의 제2 층을 제공하고, 여기서 재료의 제2 층은 재료의 제1 층에 인접하여 제공되는, 단계; (b) 제2 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하는, 단계; 그리고 (c) t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 제2 층 내의 임의의 지점에서 평균 온도는 최대 약 250℃ 내에서 유지되고, 여기서 에너지 제거 결과 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 것을 초래하는, 단계를 포함한다.
재료의 제3 층은 t3 시점에 제공될 수 있다. 제2 층 내의 임의의 지점에서 평균 온도는 최대 약 100℃ 내에서 유지될 수 있다. 제2 층 내의 임의의 지점에서 평균 온도는 최대 약 10℃ 범위 내에서 유지될 수 있다. 상기 방법은 제2 층을 제공하기 전에 제1 층의 일부분을 융착하는 것을 더 포함할 수도 있다. 융착은 용융 또는 소결을 포함할 수도 있다. 상기 방법은 (b) 동작 전에 상기 부분을 냉각시키는 것을 더 포함할 수도 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료를 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료의 공급은 (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 재료의 제2 층을 공급하는 것을 포함하고, 여기서 재료의 제2 층은 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고; (b) 에너지원으로부터 에너지 빔을 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고 (c) 제1 층 또는 제2 층에 인접하는 냉각 부재를 유도해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 t1에서 t2까지의 시간 간격 동안, 제2 층 내의 임의의 지점에서 평균 온도는 최대 약 250℃ 내에서 유지되고, 여기서 에너지 제거 결과 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 제1 시간(t1)에서 재료의 제1 층 및 t1 다음의 제2 시간(t2)에서 재료의 제2 층을 받아들이고, 여기서 재료의 제2 층은 분말 재료의 제1 층에 인접하는, 인클로저; 제1 층 또는 제2 층에 인접하고, 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하는, 냉각 부재; 및 상기 냉각 부재에 작동적으로 연결되고 (i) 제2 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 그리고 (ii) 냉각 부재를 이용해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 t1에서 t2까지의 시간 간격 동안, 제2 층 내의 임의의 지점에서 평균 온도는 최대 약 250℃ 내에서 유지되고, 여기서 열 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 재료의 제2 층을 제공하고, 여기서 재료의 제2 층은 재료의 제1 층에 인접하여 제공되는, 단계; (b) 제2 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하는, 단계; 그리고 (c) t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 변환된 재료의 최대 온도는 적어도 약 400℃ 이상이고, 여기서 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 후속 형성하도록 변환하지 않은 분말 재료의 나머지는 약 300℃의 온도를 초과하지 않고, 여기서 상기 에너지 제거 결과 상기 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는, 단계를 포함한다.
경화된 재료에는 보조 지지부가 결여될 수 있다. 나머지는 약 200℃의 온도를 초과하지 않을 수도 있다. 나머지는 약 150℃의 온도를 초과하지 않을 수도 있다. 상기 방법은 (a) 내지 (c) 동작을 반복하는 것을 더 포함할 수 있다. (a)-(c) 동작은 약 10-6 토르 이상일 수 있는 압력에서 수행될 수 있다. 상기 방법은 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하지 않은 분말 재료의 나머지로부터 경화된 재료를 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 부분 및 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하지 않은 분말 재료의 나머지를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 부분 및 나머지는 실질적으로 동일한 속도로 냉각될 수 있다. 상기 두 번째 온도는 최대 약 350℃ 이하일 수 있다. 상기 방법은 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하지 않은 분말 재료의 나머지를, 3차원 물체의 적어도 일부분과 분리시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.
재료는 분말 재료를 포함할 수 있다. 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수 있다. 변환은 융착을 포함할 수 있다. 융착은 용융 또는 소결을 포함할 수 있다. 경화된 재료는 고형화된 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료를 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료의 공급은 (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 재료의 제2 층을 공급하는 것을 포함하고, 여기서 재료의 제2 층은 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고 (c) 제1 층 또는 제2 층에 인접하는 냉각 부재를 유도해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 변환된 재료의 최대 온도는 적어도 약 400℃ 이상이고, 여기서 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 후속 형성하도록 변환하지 않은 분말 재료의 나머지는 약 300℃의 온도를 초과하지 않고, 여기서 상기 에너지 제거 결과 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 제1 시간(t1)에서 재료의 제1 층 및 t1 다음의 제2 시간(t2)에서 재료의 제2 층을 받아들이고, 여기서 재료의 제2 층은 분말 재료의 제1 층에 인접하는, 인클로저; 제1 층 또는 제2 층에 인접하고, 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하는, 냉각 부재; 및 상기 냉각 부재에 작동적으로 연결되고 (i) 제2 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 그리고 (ii) 냉각 부재를 이용해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 변환된 재료의 최대 온도는 적어도 약 400℃ 이상이고, 여기서 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 후속 형성하도록 변환하지 않은 분말 재료의 나머지는 약 300℃의 온도를 초과하지 않고, 여기서 열 에너지 제거 시, 변환된 재료가 고형화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 평균 온도 (T0)를 가지는 인클로저 내에 재료 층을 제공하는 단계; (b) 제2 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 여기서 상기 부분은 T0 보다 큰 최대 온도(T2)에 도달하는, 단계; 그리고 (c) 상기 층으로부터 열 에너지를 제거해서 최대 약 240초인 시간 만에 평균 온도 T1 에 도달하고, 변환된 재료로부터 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 형성하고, 여기서 T1은 T0 이상이고 T2 보다 낮고, 여기서 T1은 (T2 - T0)의 약 0.8배 보다 많은 만큼 T0 보다 크지 않은, 단계를 포함한다.
상기 방법은 (a) 내지 (c) 동작을 반복하는 것을 더 포함할 수도 있고, 여기서 분말 재료의 후속 층은 분말 재료의 미리 제공된 층에 제공된다. 분말 재료의 처음 제공된 층은 베이스 상에 제공될 수 있다. 상기 시간은 최대 약 120초일 수 있다. 상기 시간은 최대 약 60초일 수 있다. 상기 시간은 최대 약 30초일 수 있다. T1은 (T2 - T0)의 약 0.5배 보다 많은 만큼 T0 보다 크지 않을 수 있다. T1은 (T2 - T0)의 약 0.3배 보다 많은 만큼 T0 보다 크지 않을 수 있다. T1은 (T2 - T0)의 약 0.1배 보다 많은 만큼 T0 보다 크지 않을 수 있다.
경화는 고형화를 포함할 수 있다. 변환은 융착을 포함할 수 있다. 융착은 용융 또는 소결을 포함할 수 있다. 에너지는 에너지 빔을 포함할 수 있다. 에너지 빔은 전자기 빔, 전자 빔, 또는 플라즈마 빔을 포함할 수 있다. 전자기 빔은 레이저 빔 또는 마이크로파 빔을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 평균 온도 (T0)를 가지는 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 상기 부분은 T0 보다 큰 최대 온도(T2)에 도달하고; 그리고 (c) 상기 층에 인접하는 냉각 부재를 유도해서 상기 층으로부터 열 에너지를 제거해서 최대 약 240초인 시간 만에 평균 온도 T1 에 도달하고, 변환된 재료로부터 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 형성하고, 여기서 T1은 T0 이상이고 T2 보다 낮고, 여기서 T1은 (T2 - T0)의 약 0.8배 보다 많은 만큼 T0 보다 크지 않도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 평균 베이스 온도 (T0)를 가지는 재료 층을 받아들이는 인클로저; 상기 층에 인접하고, 상기 층으로부터 열 에너지를 제거하는, 냉각 부재; 및 상기 냉각 부재에 작동적으로 연결되고 (i) 상기 층 내의 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 여기서 변환된 재료는 최대 온도(T2)에 도달하고, 그리고 (ii) 냉각 부재를 이용해서 열 에너지를 제거함으로써, 240초 이하 후에, 변환된 재료가 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 형성하고, 여기서 T1은 T0 이상이고 T2 보다 낮고, 여기서 T1은 (T2 - T0)의 약 0.8배 보다 많은 만큼 T0 보다 크지 않도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고 (c) 냉각 부재를 유도해서 상기 분말 베드로부터 에너지를 제거하고, 여기서 냉각 부재는 분말 베드의 노출된 표면 위의 방향으로 에너지의 적어도 30%의 제거를 용이하게 하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 재료 베드를 제공하는 단계; (b) 경로를 따라 상기 재료에서 에너지 빔을 유도해서 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 여기서 변환된 재료가 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료를 형성하는, 단계; 그리고 (c) 히트 싱크를 재료 베드의 노출된 표면에 인접하게 가져와서 상기 재료 베드로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 상기 재료 베드로부터 열 에너지를 제거하는 동안, 히트 싱크는 간극에 의해서 상기 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 재료 베드의 노출된 표면은 분말 베드의 상단 표면인, 단계를 포함한다.
간극은 히트 싱크와 상단 표면 사이에 약 50mm 이하의 간격으로 될 수 있다. 경로는 3차원 물체의 모델에 따라 생성될 수 있다. 변환은 분말 재료의 개별 입자들을 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 개별 입자들을 소결, 용융 또는 결합하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 재료 층을 재료 분배 부재로부터 상기 재료 분배 부재에 작동적으로 연결된 재료 베드에 공급하고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 재료 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고 (c) 냉각 부재를 유도해서 상기 재료 베드로부터 에너지를 제거하고, 여기서 냉각 부재는 재료 베드의 노출된 표면에 인접하게 배치되고, 여기서 상기 재료 베드로부터 열 에너지를 제거하는 동안, 히트 싱크는 간극에 의해서 상기 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 재료 베드의 노출된 표면은 분말 베드의 상단 표면이 되도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 재료 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 상기 재료 베드 내의 재료에 제공하는 에너지원; 상기 분말 베드로부터 열 에너지를 제거하는 히트 싱크로, 여기서 상기 재료 베드로부터 열 에너지를 제거하는 동안, 히트 싱크는 간극에 의해서 상기 재료 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 분말 베드의 노출된 표면은 분말 베드의 상단 표면인, 상기 히트 싱크; 및 상기 에너지원 및 히트 싱크에 작동적으로 연결되고, (i) 경로를 따라 상기 재료에서 에너지 빔을 유도해서 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 변환된 재료가 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료를 형성하고, 그리고 (ii) 히트 싱크를 분말 베드의 노출된 표면에 인접하게 가져와서 상기 분말 베드로부터 열 에너지를 제거하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
에너지 빔은 전자기 빔, 하전된 입자 빔, 또는 비-하전된 입자 빔을 포함할 수 있다. 에너지 빔은 레이저 빔을 포함할 수 있다.
히트 싱크는 에너지원에서 분말 재료로 연장되는 에너지 빔의 경로 내에 배치될 수 있다. 히트 싱크는 적어도 한 개의 개구부를 포함할 수 있으며, 사용 도중에, 에너지 빔은 상기 적어도 한 개의 개구부를 통해 에너지원에서 분말 재료로 유도될 수 있다. 히트 싱크는 이동형일 수도 있다. 제어부는 히트 싱크를 이동하도록 프로그래밍될 수 있다. 인클로저는 진공 챔버일 수 있다. 인클로저는 적어도 약 10-6 토르의 압력을 가진다. 히트 싱크는 간극을 통해 분말 재료에 열적으로 연결될 수 있다. 간극은 기체를 포함할 수 있다. 간극은 히트 싱크와 노출된 표면 사이에 약 50mm 이하의 간격으로 될 수 있다. 간극은 히트 싱크와 노출된 표면 사이에 조정가능한 간격으로 될 수 있다. 제어부는 간격을 조절하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 재료의 적어도 일부분을 변환하기에 충분한 단위 면적 당 에너지를 이용하여 간격을 조절하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 간격과 에너지원 중 적어도 하나를 조절해서, 대략 25μm과 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000의 합보다 작거나 같은 3차원 물체의 모델로부터의 편차로 3차원 물체를 형성하기에 충분한 단위 면적 당 에너지를 제공하도록 프로그래밍될 수 있다. 히트 싱크는 대류성 열 전달을 통해 분말 재료로부터의 열 에너지 전달을 용이하게 할 수 있다. 히트 싱크는 적어도 약 20W/mK의 열 전도율을 가진 물질을 포함할 수 있다. 히트 싱크는 상기 히트 싱크의 표면으로부터 분말 재료 또는 잔해를 제거하는 세정 부재를 더 포함할 수 있다. 세정 부재는 회전 브러시를 포함할 수 있다. 세정 기구는 히트 싱크가 움직일 때 회전하는 회전 브러시를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 적어도 하나의 표면에 분말 재료 또는 잔해의 흡수를 감소 또는 방지하는 고착-방지 층으로 코팅될 수 있는 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 히트 싱크 또는 분말 베드로부터 분말 재료의 나머지 또는 잔해를 수집하는 수집 부재를 더 포함할 수 있다. 나머지 분말과 잔해 중 적어도 하나의 수집을 위한 기구는 벤투리 청소 노즐(venturi scavenging nozzle)을 포함할 수 있다. 벤투리 청소 노즐은 에너지원과 정렬됨으로써 에너지원으로부터 에너지 빔이 벤투리 청소 노즐의 개구부를 통과할 수 있다. 나머지 분말과 잔해 중 적어도 하나의 수집을 위한 기구는 하나 이상의 진공 흡입 포트를 포함할 수 있다. 나머지 분말과 잔해 중 적어도 하나의 수집을 위한 기구는 히트 싱크에 연결될 수 있다. 수집 부재는 하나 이상의 음압 공급원을 포함할 수 있다. 수집 부재는 히트 싱크에 작동적으로 연결될 수 있다. 상기 시스템은 인클로저에 재료를 공급하는 재료 공급원을 더 포함할 수도 있다. 히트 싱크는 3차원 물체의 적어도 일부의 위치를 실질적으로 변경하지 않고 에너지의 제거를 용이하게 할 수도 있다. 히트 싱크는 적어도 상기 층에 근접할 수 있다. 히트 싱크는 에너지원과 상기 층 사이에 위치할 수 있다. 히트 싱크는 에너지원과 베이스 사이일 수 있는 위치로 또는 이로부터 이동가능할 수 있다. 히트 싱크는 에너지원으로부터 에너지가 층의 부분으로 유도될 수 있는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 3차원 물체의 적어도 일부분을 후속 형성하도록 변환하지 않은 층의 나머지에 에너지를 제공하는 추가 에너지원을 더 포함할 수도 있다. 에너지원은 단위 면적 당 에너지(S1)에서 에너지를 공급할 수 있으며 추가 에너지원은 단위 면적 당 제2 에너지(S2)에서 에너지를 공급할 수 있으며, 여기서 S2는 S1 보다 작을 수 있다. S2는 S1의 약 0.5 배 보다 작거나 같을 수 있다. S2는 S1의 약 0.2 배 보다 작거나 같을 수 있다. S2는 S1의 약 0.1 배 보다 작거나 같을 수 있다. 시스템은 상기 베이스를 포함하는 챔버를 더 포함할 수도 있다. 챔버는 진공 챔버일 수 있다. 챔버는 약 10-6 토르 보다 큰 압력에 있을 수 있다. 챔버는 불활성 기체 환경을 제공할 수도 있다. 간극은 기체를 포함할 수 있다. 간극은 상기 층과 히트 싱크 사이의 조정가능한 간격으로 될 수 있다. 히트 싱크는 베이스에 인접하거나 이전에 증착된 재료 층에 인접하여 재료를 제공 및/또는 이동시키는 레벨링 기구와 통합될 수 있다. 히트 싱크는 베이스에 인접하거나 이전에 증착된 분말 재료 층에 인접하여 재료를 제거 및/또는 재활용하는 제거 기구와 통합될 수 있다. 히트 싱크는 대류성 열 전달을 통해 상기 층으로부터의 에너지 전달을 용이하게 할 수 있다.
변환은 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 용융, 소결 또는 결합하는 것을 포함할 수 있다. 결합은 화학 결합을 포함할 수 있다. 화학 결합은 공유 결합을 포함할 수 있다. 에너지원은 전자기 빔, 레이저 빔, 전자 빔, 플라즈마 빔, 또는 마이크로파 빔에 의해 에너지를 제공한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 재료 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 분말 베드에 현탁되는 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고 (c) 레벨링 부재를 재료 베드의 노출된 표면을 레벨링하도록 유도해서 재료 베드에 현탁된 3차원 물체가 약 300μm 이하 만큼 변위되도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 재료 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내로 재료를 분배해서 재료 베드를 제공하는 단계; (b) 재료의 일부분으로부터 3차원 물체를 생성하고, 여기서 생성 시 상기 3차원 물체가 재료 베드에 현탁되는, 단계; 및 (c) 레벨링 부재를 재료 베드의 노출된 표면을 레벨링하도록 사용해서 재료 베드에 현탁된 3차원 물체가 약 300μm 이하 만큼 변위되도록 하는 단계를 포함한다.
생성은 첨가식으로 생성하는 것을 포함할 수 있다. 재료 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. (c) 동작에서, 3차원 물체는 약 20μm 이하 만큼 변위될 수 있다. 재료는 분말 재료를 포함할 수도 있다. 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수도 있다. 분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 비율로 존재하는 적어도 두 가지 금속이 결여될 수 있다. 분말 재료는 최대한, 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 가질 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 분말 재료는 단일 금속 합금 조성을 가질 수 있는 금속 합금을 포함할 수 있다. 3차원 물체는 평면형일 수 있다. 3차원 물체는 와이어일 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여될 수 있다. 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되는 보조 지지 특징부를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 재료 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 상기 재료 베드 내의 재료에 제공하는 에너지원; 재료 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 레벨링 부재; 및 상기 에너지원 및 레벨링 부재에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 지시에 따라 재료의 일부분으로부터 3차원 물체를 생성하고, 여기서 생성 시 상기 3차원 물체가 재료 베드에 현탁되고, (iii) 레벨링 부재를 재료 베드의 노출된 표면을 레벨링하도록 유도해서 재료 베드에 현탁된 3차원 물체가 약 300μm 이하 만큼 변위되도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
3차원 물체의 생성 시, 재료 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수 있다. 재료는 분말 재료를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 인클로저 내로 분말 재료를 제공하는 분말 분배기를 더 포함할 수도 있다. 레벨링 기구는 분말 분배기에 연결될 수 있다. 분말 분배기는 분말 베드에 인접하게 배치될 수 있다. 분말 분배기는 분말 베드에 대면하는 분말 분배기의 바닥부가 아닌 다른 위치에 위치할 수 있는 출구 구멍을 포함할 수도 있다. 출구 구멍은 분말 분배기의 측면에 위치할 수 있다. 측면은 분말 베드에 대면하지 않거나 분말 베드 맞은편 방향에 대면하지 않는 분말 분배기의 일부분일 수 있다. 출구 구멍은 메쉬를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 분말 분배기에 작동적으로 연결되고, 분말 분배기에 의해 인클로저 내로 분배될 수 있는 재료의 양을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 제어부는 분말 분배기에 작동적으로 연결되고, 분말 분배기의 위치를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 분말 분배기는 이동형일 수 있다. 상기 시스템은 분말 분배기에 작동적으로 연결된 하나 이상의 기계 부재를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 하나 이상의 기계 부재는 분말 분배기가 진동하게 한다. 상기 제어부는 하나 이상의 기계 부재에 작동적으로 연결될 수 있다. 제어부는 하나 이상의 기계 부재를 제어해서 분말 분배기에 의해 인클로저 내로 분배되는 분말 재료의 양을 조절하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 레벨링 부재의 위치를 제어하도록 프로그래밍될 수 있으며, 여기서 레벨링 부재는 이동형일 수 있다. 제어부는 분말 재료 상에 레벨링 부재에 의해 가해진 힘 또는 압력을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 시스템은 상기 재료 베드로부터의 잉여 재료를 제거하는 제거 장치를 더 포함할 수도 있다. 제거 장치는 진공원, 자기력, 전기력, 또는 정전기력을 포함할 수 있다. 제거 장치는 분말 재료의 잉여분을 수용하기 위한 저장부를 포함할 수 있다. 제거 장치는 분말 베드와 연통(예를 들어, 유체 연통)하는 하나 이상의 음압 공급원을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 음압 공급원은 분말 베드로부터 분말 재료의 잉여분을 제거하기 위한 것이다. 제어부는 제거 장치를 이용하여 분말 재료의 잉여분 제거를 유도하도록 프로그래밍될 수 있다. 레벨링 부재는 나이프를 포함할 수 있다. 시스템은 냉각 부재를 더 포함할 수도 있다. 냉각 부재는 상기 층에 근접할 수도 있다. 냉각 부재는 에너지원과 상기 층 사이에 위치할 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지부가 결여될 수 있다. 냉각 부재는 에너지원과 상기 층 사이일 수 있는 위치로 또는 이로부터 이동가능할 수 있다. 냉각 부재는 상기 층의 융착된 부분의 냉각을 용이하게 하고 그리고/또는 3차원 물체의 적어도 일부분을 후속 형성하도록 변환하지 않은 층의 나머지의 냉각을 용이하게 할 수도 있다. 냉각 부재는 상기 부분 및 나머지의 냉각을 실질적으로 동일한 속도로 용이하게 할 수도 있다. 냉각 부재는 간극에 의해 상기 층 및/또는 베이스에서 분리될 수 있다. 간극은 기체를 포함할 수 있다. 간극은 최대 약 1mm 이하일 수 있는 단면을 가진다. 간극은 조정가능할 수 있다. 상기 제어부는 냉각 부재에 작동적으로 연결될 수 있고, 재료 베드로부터 간극 거리를 조정할 수 있다. 냉각 부재는 베이스 및 에너지원 사이에 위치하도록 구성될 수 있다. 냉각 부재는 에너지원에 의해 상기 층의 부분에 적용될 수 있는 에너지를 추적할 수도 있다. 제어부는 냉각 부재에 작동적으로 연결될 수 있고, 상기 냉각 부재의 추적을 조절할 수 있다. 냉각 부재는 에너지원으로부터의 에너지가 상기 층의 부분으로 유도될 수 있는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다. 냉각 부재는 실질적으로 투명할 수 있다. 냉각 부재는 하나 이상의 히트 싱크를 포함할 수 있다. 에너지원은 복사 열 전달을 통해 상기 층의 부분에 에너지를 유도할 수도 있다. 에너지원은 레이저일 수 있다. 상기 시스템은 3차원 물체의 적어도 일부분을 후속 형성하도록 융착하지 않은 층의 나머지에 에너지를 제공하는 추가 에너지원을 더 포함할 수도 있다. 추가 에너지원은 레이저 또는 적외선(IR) 방사선 소스일 수 있다. 에너지원은 전자기 빔, 레이저 빔, 전자 빔, 플라즈마 빔, 또는 마이크로파 빔을 통해 에너지를 제공할 수도 있다. 시스템은 상기 재료 베드가 위에 배치될 수 있는 베이스를 포함하는 챔버를 더 포함할 수도 있다. 챔버는 진공 챔버일 수 있다. 챔버는 불활성 기체 환경을 제공할 수도 있다. 상기 시스템은 에너지원으로부터의 에너지를 상기 층의 미리정해진 위치에 유도하는 광학 시스템을 더 포함할 수도 있다. 광학 시스템은 거울(예를 들어, 편향 거울 또는 검류계 거울), 렌즈, 섬유, 빔 가이드, 회전 다각형 또는 프리즘을 포함할 수 있다. 제어부는, 에너지 빔(예를 들어, 전자기 빔)의 편향 및/또는 변조를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 (예를 들어, 광학 시스템을 제어함으로써) 에너지 빔에 의해 이동된 광학 경로(예를 들어, 벡터)를 제어할 수 있다. 제어부는 상기 광학 시스템의 도움으로 에너지원의 궤적을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 프로세서는 제어부가 3차원 물체를 생성하도록 지시들을 공급하는 중앙 처리 장치와 통신할 수 있다. 통신은 네트워크 통신일 수 있다. 중앙 처리 장치는 원격 컴퓨터일 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템은 3차원 모델에 관한 지시를 제어부에 제공할 수도 있고, 여기서 제어부는 에너지원을 유도해서 상기 3차원 모델에 관한 지시에 기초하여 에너지를 공급한다. 설계 지시는 표준 테셀레이션 언어(Standard Tessellation Language) 파일 형식을 갖는 파일을 이용하여 제공될 수도 있다. 제어부는 적어도 에너지원에 의해 공급되는 에너지의 양, 강도 또는 지속 시간을 최적화하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 에너지 원으로부터 공급되는 에너지의 층의 적어도 일부분에 대한 궤적 또는 경로를 최적화하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 상기 층의 적어도 일부분으로부터 에너지의 제거를 최적화하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 상기 층의 온도 프로파일로부터 분리될 수 있는 베이스의 온도 프로파일을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 상기 층의 나머지를 변환하지 않고 층의 일부분의 변환을 조절하도록 프로그래밍될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고; 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여된, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여되어 있다.
표면적은 약 2cm2 이상일 수 있다.
보조 지지 특징부는 선형 구조를 포함할 수 있다. 보조 지지 특징부는 비-선형 구조를 포함할 수 있다. 보조 지지 특징부는 레지, 컬럼(column), 핀(fin), 핀(pin), 블레이드, 또는 스캐폴드를 포함할 수 있다. 보조 지지 특징부는 소결형 분말 스캐폴드를 포함할 수 있다. 소결형 분말 스캐폴드는 재료로 형성될 수 있다. 보조 지지 특징부 마크는 3차원 물체에 매립된 금형의 마크를 포함할 수 있다. 보조 지지 특징부 마크는 연속적인 고형화된 용융 풀의 하나 이상의 기하학적 변형을 포함할 수 있으며, 변형은 보조 지지 특징부에 상보적일 수 있다. 층상 구조의 주어진 층은 다수의 고형화된 재료 용융 풀을 포함할 수 있다.
3차원 물체에는 3차원 물체의 형성 도중 또는 이후 트리밍 공정의 이용을 나타내는 표면 특징부가 결여될 수 있다. 트리밍 공정은 3D 프린팅 공정의 완료 후에 수행되는 동작일 수도 있다. 트리밍은 공정은 3D 프린팅 공정과 별도의 동작일 수도 있다. 트리밍은 (예를 들어, 관통용 톱을 사용한) 절단을 포함할 수도 있다. 트리밍은 연마 또는 블라스팅을 포함할 수 있다. 블라스팅은 고체 블라스팅, 기체 블라스팅 또는 액체 블라스팅을 포함할 수 있다. 고체 블라스팅은 샌드 블라스팅을 포함할 수 있다. 기체 블라스팅은 공기 블라스팅을 포함할 수 있다. 액체 블라스팅은 물 블라스팅을 포함할 수 있다. 블라스팅은 기계적 블라스팅을 포함할 수 있다. 층상 구조는 실질적으로 반복적인 층상 구조일 수 있다. 층상 구조의 각 층은 약 5μm 이상인 평균 층 두께를 갖는다. 층상 구조의 각 층은 약 1000μm 이하인 평균 층 두께를 갖는다. 층상 구조는 연속적인 고형화된 용융 풀의 개별 층을 포함할 수 있다. 연속적인 고형화된 용융 풀 중 주어진 하나는 알갱이 배향 변화, 재료의 밀도 변화, 입계에 대한 화합물의 분리 정도의 변화, 입계에 대한 원소 분리 정도의 변화, 재료 상 변화, 금속 상 변화, 재료 기공률 변화, 결정 상 변화, 및 결정 구조 변화로 이루어진 군에서 선택된 실질적으로 반복적인 재료 변화를 포함할 수 있다. 연속적인 고형화된 용융 풀 중 주어진 하나는 결정을 포함할 수 있다. 결정은 단결정을 포함할 수 있다. 층상 구조는 3차원 프린팅 공정 도중 용융 풀의 고형화를 나타내는 하나 이상의 특징부를 포함할 수 있다. 층상 구조는 3D 프린팅 공정의 이용을 나타내는 특징부를 포함할 수 있다. 3D 프린팅 공정은 선택적 레이저 용융 (SLM), 선택적 레이저 소결 (SLS), 직접 금속 레이저 소결 (DMLS), 또는 융착 증착 모델링 (FDM)을 포함할 수 있다. 3D 프린팅 공정은 선택적 레이저 용융을 포함할 수 있다. 3차원 물체의 기본 길이 규모는 적어도 약 120μm일 수 있다.
원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 풀러렌, 및 다이아몬드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 풀러렌은 구형, 타원형, 선형 및 관형으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 풀러렌은 버키볼 및 탄소 나노튜브로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 재료는 강화 섬유를 포함할 수 있다. 강화 섬유는 탄소 섬유, Kevlar®, Twaron®, 초고분자량 폴리에틸렌 또는 유리 섬유를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, (ii) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (iii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 여기서 3차원 물체의 층상 구조의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, (ii) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (iii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 여기서 3차원 물체의 층상 구조의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 포함하는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, (ii) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (iii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 여기서 3차원 물체의 층상 구조의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 포함한다.
표면적은 적어도 약 2cm2일 수 있다. 3차원 물체의 각 층은 단일 금속 합금 조성물로부터 약 2% 이하의 편차로 최대한 단일 금속 합금 조성물을 포함할 수 있다. 3차원 물체의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 포함한다. 실질적으로 단일 금속 합금 조성물로부터 약 2% 이하의 조성물 편차를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 그리고 여기서 층상 구조의 주어진 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 그리고 여기서 층상 구조의 주어진 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, (iii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 그리고 여기서 층상 구조의 주어진 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
상기 주어진 층은 처음 생성된 층일 수 있다. 만곡부의 반경은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 100cm일 수 있다. 층상 구조의 다수의 주어진 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여된, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고; 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 두 개의 보조 지지 특징부 또는 지지부 마크는 적어도 약 40.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 상기 두 개의 보조 지지 특징부 또는 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 두 개의 보조 지지 특징부 또는 지지부 마크는 적어도 약 40.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 상기 두 개의 보조 지지 특징부 또는 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도인, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 두 개의 보조 지지 특징부 또는 지지부 마크는 적어도 약 40.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 상기 두 개의 보조 지지 특징부 또는 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다. 임의의 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지부 마크는 적어도 약 45mm 이상 만큼 이격되어 있을 수도 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 X는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, Y는 X에 가장 가까운 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부 마크이고, 여기서 Y는 X로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고; 여기서 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 X는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, Y는 X에 가장 가까운 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부 마크이고, 여기서 Y는 X로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고; 여기서 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도인, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 X는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, Y는 X에 가장 가까운 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부 마크이고, 여기서 Y는 X로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고; 여기서 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이고, 여기서 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함한다. X는 Y로부터 적어도 약 10mm 이상 만큼 이격되어 있을 수도 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 여기서 N은 층상 구조의 층상 평면이고, 여기서 X와 Y는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, 여기서 X는 Y로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 X에 중심이 있는 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 여기서 N은 층상 구조의 층상 평면이고, 여기서 X와 Y는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, 여기서 X는 Y로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 X에 중심이 있는 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도인, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 여기서 N은 층상 구조의 층상 평면이고, 여기서 X와 Y는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, 여기서 X는 Y로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 X에 중심이 있는 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다. 일부 경우에, B는 C로부터 적어도 약 10mm 이상 만큼 이격되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층 내에 존재하는 임의의 두 금속은 공정 합금을 형성할 수 없는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층 내에 존재하는 임의의 두 금속은 공정 합금을 형성할 수 없다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층 내에 존재하는 임의의 두 금속은 공정 합금을 형성할 수 없다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 3차원 물체 의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속을 포함하는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 3차원 물체의 각 층은 최대로 실질적으로 단일 원소 금속을 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 3차원 물체의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속을 포함한다.
층상 구조는 실질적으로 반복적인 층들을 포함할 수 있다. 상기 층들은 최대 약 500μm 이하인 평균 층 크기를 가질 수 있다. 상기 층상 구조는 층상 증착을 나타내는 것일 수 있다. 상기 층상 구조는 3차원 프린팅 공정 동안 형성된 용융 풀의 고형화를 나타내는 것일 수 있다. 3차원 프린팅 공정을 나타내는 구조는 알갱이 배향 변화, 재료의 밀도 변화, 입계에 대한 화합물의 분리 정도의 변화, 입계에 대한 원소 분리 정도의 변화, 재료 상 변화, 금속 상 변화, 재료 기공률 변화, 결정 상 변화, 또는 결정 구조 변화를 포함하는 실질적으로 반복적인 변화를 포함할 수 있다. 층상 구조는 실질적으로 반복적인 층을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 층은 적어도 약 5μm 이상인 평균 층 크기를 갖는다. 용융 풀은 선택적 레이저 용융 (SLM), 선택적 레이저 소결 (SLS), 직접 금속 레이저 소결 (DMLS), 또는 융착 증착 모델링 (FDM)을 포함하는 적층 가공 공정을 나타내는 것이다. 용융 풀은 선택적 레이저 용융을 포함하는 첨가식 가공 공정을 나타내는 것일 수도 있다. 용융 풀은 결정을 포함할 수 있다. 용융 풀은 단결정을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, 분말 베드에 현탁되는 3차원 물체를 생산하는 경화된 재료로 변환시키고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여되도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여된다.
또 다른 측면에서, 분말 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 적어도 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여된다.
지지 스캐폴드는 소결형 구조일 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 1m 이상의 만곡부의 반경을 가질 수 있다. 경화된 재료의 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여될 수 있다. 경화된 재료의 층은 최대한, 단일 원소 금속 조성을 가질 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 경화된 재료의 층은 단일 금속 합금 조성을 가질 수 있는 금속 합금을 포함할 수 있다. 경화된 재료의 층은 단일 재료 조성을 가질 수 있다. 3차원 물체의 기본 길이 규모는 적어도 약 120μm 이상일 수 있다. 3차원 물체는 분말 베드 내의 하나 이상의 보조 지지 특징부에 의해 지지되지 않을 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여될 수 있다. 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되는 하나 이상의 보조 지지 특징부를 포함할 수 있다. 상기 변환 동작은 3차원 물체의 모델에 따라 수행될 수 있고, 여기서 상기 3차원 물체는 최대 약 50μm 만큼 모델에서 벗어난다. 상기 변환 동작은 분말 재료의 개별 입자들을 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 개별 입자를 소결시키거나 용융시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 경화는 변환된 재료를 고형화시키는 것을 포함할 수 있다.
분말 재료는 원소 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 분말 재료는 인클로저 내에 위치할 수 있는 베이스에 인접하여 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 3차원 물체가 베이스와 접촉하고 있지 않다.
또 다른 측면에서, 분말 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여된다.
분말 재료는 인클로저 내에 위치할 수 있는 베이스에 인접하여 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 변환된 재료가 3차원 물체로 경화될 때, 3차원 물체가 베이스와 접촉하고 있지 않다. 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여될 수 있다. 지지 스캐폴드는 적어도 약 1mm 위로 연장될 수도 있다. 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여될 수 있다. 에너지 빔은 전자기 에너지 빔, 하전된 입자 빔, 또는 비-하전된 입자 빔을 포함할 수 있다. 에너지 빔은 전자기 에너지 빔을 포함할 수 있다. 시스템은 분말 베드로부터 열을 제거하기 위한 히트 싱크를 더 포함할 수도 있고, 여기서 히트 싱크는 인클로저 내에 배치될 수 있다. 일부 예에서, 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 열 제거의 적어도 약 30%는 히트 싱크를 이용해서 분말 베드의 상단 표면에서 발생한다. 일부 예에서, 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 열 제거의 적어도 약 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%. 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 또는 95%는 히트 싱크를 이용해서 분말 베드의 상단 표면에서 발생한다. 분말 재료는 베이스에 인접하여 배치될 수 있고, 여기서 히트 싱크는 인클로저 내에 배치될 수 있는 베이스를 접촉하지 않는다. 히트 싱크는 분말 베드의 노출된 표면에 인접하여 배치될 수 있다. 히트 싱크는 에너지원에서 분말 베드로 연장되는 에너지 빔의 경로를 따라 배치될 수 있다. 히트 싱크는 간극에 의해 분말 베드에서 분리될 수 있다. 상기 3차원 물체의 적어도 일부분은 최대한 25μm과 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000의 합 만큼 모델에서 벗어난다. 경화는 변환된 재료가 고형화할 수 있게 하는 것을 포함할 수 있다. 상기 변환 동작은 분말 재료의 부분에서 레이저 광의 빔을 유도하여 분말 재료의 일부를 선택적으로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 에너지를 나머지의 부분에 유도하여 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하지 않은 분말 재료의 나머지의 부분을 가열하는 것을 더 포함할 수도 있다. 에너지는 레이저 빔을 사용하여 유도될 수 있다. 분말 재료는 약 500nm 이하인 입자 크기의 개별 입자를 포함할 수 있다. 변환은 3차원 물체의 모델에 대응하는 미리 정해진 패턴에 따라 수행될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생산하는 경화된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있고, 여기서 3차원 물체는 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여되고, 여기서 3차원 물체는 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
또 다른 측면에서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
보조 지지부는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드를 포함할 수 있다. 지지 스캐폴드는 소결형 구조를 포함할 수 있다. 3차원 물체는 약 1m 이상의 만곡부의 반경을 가진다. 3차원 물체에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여될 수 있다. 3차원 물체는 최대한 단일 원소 금속 조성을 가질 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 3차원 물체는 단일 금속 합금 조성을 가질 수 있는 금속 합금을 포함할 수 있다. 3차원 물체는 단일 재료 조성을 가질 수 있다. 3차원 물체의 기본 길이 규모는 적어도 약 120μm일 수 있다. 상기 변환은 분말 재료의 개별 입자들을 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 개별 입자를 소결시키거나 용융시키는 것을 포함할 수 있다. 경화는 변환된 재료를 고형화시키는 것을 포함할 수 있다. 변환은 3차원 물체의 모델에 따라 생성될 수 있는 경로를 따라 분말 재료의 부분에서 에너지 빔을 유도하는 것을 포함할 수 있다. 분말 재료는 인클로저 내의 베이스에 인접하여 제공될 수 있고, 여기서 변환된 재료가 3차원 물체로 경화될 때, 3차원 물체가 베이스와 접촉하지 않을 수 있다.
또 다른 측면에서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가진다.
분말 재료는 인클로저 내의 베이스에 인접하여 제공될 수 있고, 여기서 3차원 물체가 베이스와 접촉하지 않을 수 있다. 보조 지지부는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드를 포함할 수 있다. 지지 스캐폴드는 소결형 구조일 수 있다. 3차원 물체는 약 1m 이상의 만곡부의 반경을 가진다. 3차원 물체에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여될 수 있다. 경로는 3차원 물체의 모델로부터 생성될 수 있다. 시스템은 분말 베드로부터 열을 제거하기 위한 히트 싱크를 더 포함할 수도 있고, 여기서 히트 싱크는 인클로저 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 변환된 재료가 3차원 물체로 경화될 때, 열 제거의 적어도 약 30%는 히트 싱크를 이용해서 분말 베드의 상단 표면에서 발생한다. 분말 재료는 베이스에 인접하여 제공될 수 있고, 여기서 히트 싱크는 베이스를 접촉하지 않는다. 히트 싱크는 분말 베드의 노출된 표면에 인접하여 배치될 수 있다. 히트 싱크는 에너지원에서 분말 베드로 연장되는 에너지 빔의 경로를 따라 배치될 수 있다. 히트 싱크는 간극에 의해 분말 베드에서 분리될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 일부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 X와 Y는 3차원 물체의 표면 상의 지점이고, (i) 반경 XY의 영역을 따른 3차원 물체의 표면에는 보조 지지 특징부가 결여되고, (ii) X와 Y가 적어도 약 2mm 만큼 이격되어 있을 때 직선 XY과 경화된 재료의 적어도 한 층의 평균 층상 평면(N)에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 90도이다.
X와 Y가 적어도 약 10.5mm 만큼 이격되어 있을 때 직선 XY과 경화된 재료의 적어도 한 층의 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 90도일 수 있다. X와 Y가 적어도 약 40.5mm 만큼 이격되어 있을 때 직선 XY과 경화된 재료의 적어도 한 층의 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 90도일 수 있다. 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. 지지 스캐폴드는 소결형 구조를 포함할 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 적어도 약 1m의 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여될 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 최대한 단일 원소 금속 조성을 가질 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 단일 금속 합금 조성을 가질 수 있는 금속 합금을 포함할 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 단일 재료 조성을 가질 수 있다. 상기 방법은 (a) 내지 (c)를 반복하는 것을 더 포함할 수도 있다. 3차원 물체의 기본 길이 규모는 약 120μm 이상일 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여될 수 있다. 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되는 보조 지지 특징부를 포함할 수 있다. (예를 들면, X와 Y가 적어도 약 2mm 만큼 이격되어 있을 때) 직선 XY과 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 60도 내지 약 90도일 수 있다. 상기 변환은 분말 재료의 개별 입자들을 융착하는 것을 포함할 수 있다. 융착은 개별 입자를 소결시키거나 용융시키는 것을 포함할 수 있다. 경화는 변환된 재료를 고형화시키는 것을 포함할 수 있다. 분말 재료 변환은 3차원 물체의 모델에 따라 생성될 수 있는 경로를 따라 분말 재료의 부분에서 에너지 빔을 유도하는 것을 포함할 수 있다. 변환은 3차원 물체의 모델에 따라 수행될 수 있고, 여기서 상기 3차원 물체는 약 50μm 이하 만큼 모델에서 벗어난다. 분말 재료는 인클로저 내에 위치할 수 있는 베이스에 인접하여 배치될 수 있고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 3차원 물체가 베이스와 접촉하지 않을 수 있다. 본 방법은 (a) 내지 (c) 동작을 반복하는 것을 더 포함할 수도 있고, 여기서 분말 재료의 후속 층은 분말 재료의 미리 제공된 층에 제공될 수 있다. 3차원 물체의 적어도 일부를 형성하도록 변환되지 않은 분말 재료의 나머지에는, 약 0.5mm 이상 위로 연장되는 연속적인 구조가 결여될 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 3차원 물체의 적어도 일부를 형성하도록 변환되지 않은 분말 재료의 나머지로부터 분리시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 3차원 물체 및 나머지는 분말 재료가 인클로저 내에 배치될 수 있는 베이스로부터 제거될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 적어도 10-6 토르의 압력에서 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대한 10-1 토르 이상의 압력에서 수행될 수도 있다. 분말 재료에는 공정 합금을 형성할 수 있는 비율로 둘 이상의 금속이 결여될 수 있다. 3차원 물체의 적어도 일부를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에는, 약 1mm 이상 위로 연장되는 연속적인 구조가 결여될 수 있다. 3차원 물체의 적어도 일부를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에는, 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드가 결여될 수 있다. 재료의 고상 온도는 약 400℃ 이하일 수 있다. 재료의 액상 온도는 약 300℃ 이상일 수 있다. 일부 예에서, (b) 동작에서 분말 재료는 소결을 제외하고 변환될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 X와 Y는 3차원 물체의 표면 상의 지점이고, (i) 반경 XY의 영역을 따른 3차원 물체의 표면에는 보조 지지 특징부가 결여되고, (ii) X와 Y가 약 2mm 이상 만큼 이격되어 있을 때 직선 XY과 경화된 재료의 적어도 한 층의 평균 층상 평면(N)에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 90도이다.
일부 실시예에서, 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 3차원 물체가 분말 베드에 현탁될 수 있다. 일부 실시예에서, 분말 재료는 인클로저 내에 위치할 수 있는 베이스에 인접하여 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 3차원 물체가 베이스와 접촉할 수 없다. 일부 실시예에서, 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. 지지 스캐폴드는 소결형 구조를 포함할 수 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 약 1m 이상의 만곡부의 반경을 가진다. 에너지 빔은 전자기 빔, 하전된 전자 빔, 또는 비-하전된 전자 빔을 포함할 수 있다. 시스템은 분말 베드로부터 열을 제거하기 위한 히트 싱크를 더 포함할 수도 있다. 경로는 3차원 물체의 모델로부터 생성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 일부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 일부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크는 적어도 약 40.5mm 이상 만큼 이격되어 있고; 여기서 상기 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 두 개의 보조 지지 특징부 또는 두 개의 보조 지지부 마크는 적어도 약 40.5mm 이상 만큼 이격되어 있고, 여기서 상기 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 일부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 X는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, Y는 X에 가장 가까운 보조 지지부 마크이고, 여기서 Y는 X로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고; 여기서 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이고, 여기서 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (ii) 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지부 마크를 포함하고, 여기서 층상 구조는 층상 평면을 가지고, 여기서 X는 3차원 물체의 표면에 존재하는 지점이고, Y는 X에 가장 가까운 보조 지지부 마크이고, 여기서 Y는 X로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있고; 여기서 반경 XY의 영역에는 보조 지지 특징부나 보조 지지부 마크가 결여되고, 여기서 상기 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도이고, 여기서 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 일부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층 내에 존재하는 임의의 두 금속은 공정 합금을 형성할 수 없다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 층 내에 존재하는 임의의 두 금속은 공정 합금을 형성할 수 없다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 일부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 3차원 물체의 각 층은 최대로 실질적으로 단일 원소 금속을 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 부분으로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 3차원 물체의 각 층은 최대로 실질적으로 단일 원소 금속을 포함한다.
경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 경화된 재료의 적어도 한 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가질 수도 있다.
또 다른 측면에서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; 그리고 (c) 변환된 재료를 경화해서 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여된다.
고형화된 재료는 최대한 대략 25μm과 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000의 합의 설계된 3차원 구조로부터의 편차 내에서 형성될 수 있다. 고형화된 재료는 최대한 대략 25μm과 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/2500의 합의 설계된 3차원 구조로부터의 편차 내에서 형성될 수 있다. (a)-(c) 동작은 약 10-6 토르 초과일 수 있는 압력에서 수행될 수 있다. (a)-(c) 동작은 약 10-1 토르 이상일 수 있는 압력에서 수행될 수 있다. 본원에 개시된 방법들은 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하지 않은 분말 재료로부터 고형화된 재료를 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 측면에서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 형성하는 변환된 재료로 변환하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여된다.
보조 지지부는 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드를 포함할 수 있다. 3차원 물체는 단일 원소 금속 조성을 포함할 수 있다. 3차원 물체에는 원소 금속이 결여될 수 있다. 분말 재료에는 한 개 보다 많은 금속이 결여될 수 있다. 3차원 물체에는 한 개 보다 많은 금속이 결여될 수 있다. 분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 비율로 둘 이상의 금속이 결여될 수 있다.
또 다른 측면에서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료 층의 일부분을 분말 재료의 적어도 용융 온도인 온도로 가열하여 용융된 재료를 형성하고, 여기서 상기 가열 동안, 적어도 용융 온도로 가열되지 않은 분말 재료의 나머지의 부분은 분말 재료의 소결 온도 아래인 온도에 있는, 단계; 그리고 (c) 용융된 재료를 고형화해서 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 3차원 물체에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여된다.
분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 둘 이상의 금속이 결여될 수 있다. 일부 예에서, 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하고 고형화하지 않은 분말 재료의 나머지에는 약 1mm 이상에 걸쳐 연장하는 연속 구조가 결여될 수 있다. 일부 예에서, 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 융착하고 고형화하지 않은 분말 재료의 나머지에는 3차원 구조를 둘러싸는 스캐폴드가 결여될 수 있다. 상기 방법은 (c) 이후의 층에 인접하는 분말 재료의 추가 층을 제공하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 (a) 내지 (c) 동작을 반복하는 것을 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 용융하고 고형화하지 않은 상기 분말 재료의 부분 및 나머지를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 부분 및 나머지는 실질적으로 동일한 속도로 냉각될 수도 있다.
용융 온도는 적어도 약 400℃ 이상일 수 있으며 소결 온도는 최대한 약 400℃ 이하일 수 있다. 용융 온도는 적어도 약 400℃ 이상일 수 있으며 소결 온도는 최대한 약 300℃ 이하일 수 있다. 상기 방법은 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록 용융하고 고형화하지 않은 상기 층의 나머지를, 상기 부분에서 분리시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체를 고객에게 전달하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체를 포장하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 측면에서, 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부를 보조 지지 특징부가 결여된 3차원 물체로 고형화하는 용융된 재료로 가열하고 용융시키도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 적어도 용융 온도로 가열되지 않은 분말 재료의 나머지의 일부는 분말 재료의 소결 온도 아래인 온도에 있고, 여기서 3차원 물체에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 가지의 금속이 결여된다.
또 다른 측면에서, 분말 재료를 선택적으로 융착하기 위한 장치는, (a) 분말 재료 증착 장치에서 부분 베드에 분말 재료 층의 제공을 제어하고, 여기서 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소를 포함하고; (b) 상기 층의 분말 재료의 적어도 일부분을 융착하는 방사선의 공급을 제어하고; (c) 미립자 물질 증착 장치로부터의 이전에 융착된 재료의 부분을 포함하여, 미립자 물질의 선행 층 위에 분말 재료의 부가 층의 공급을 제어하고; (d) 상기 위에 있는 추가 층 내에 추가적인 재료의 부분을 융착시키고 상기 추가적인 부분을 상기 선행 층 내의 이전에 융착된 재료의 부분과 융착시키는 방사선의 공급을 제어하고; 그리고 (e) (c) 및 (d) 동작의 연속 반복을 제어해서 3차원 물체를 형성하도록, 구성된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 보조 지지부 없이 형성된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 요청된 3차원 물체의 생성을 위한 요청을 고객으로부터 수신하고, 여기서 상기 요청된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계; (b) 3차원 물체 모델에 따라 생성된 3차원 물체를 첨가식으로 생성하는 단계; 그리고 (c) 상기 생성된 3차원 물체를 고객에게 전달하는 단계를 포함하고, 여기서 (b) - (c) 동작은 보조 특징부의 제거 없이 수행되고, 여기서 상기 생성된 3차원 물체는 상기 요청된 3차원 물체와 실질적으로 동일하다.
상기 생성된 3차원 물체는 최대 대략 25μm과 상기 요청된 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합 만큼 상기 요청된 3차원 물체에서 벗어날 수도 있다. 상기 생성된 3차원 물체는 최대 대략 25μm과 상기 요청된 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/2500배의 합 만큼 상기 요청된 3차원 물체에서 벗어날 수도 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, 보조 특징부의 제거 없이 고객에게 전달되는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있고, 여기서 상기 생성된 3차원 물체는 상기 요청된 3차원 물체와 실질적으로 동일하다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체는 보조 특징부의 제거 없이 고객에게 전달되고, 여기서 상기 생성된 3차원 물체는 상기 요청된 3차원 물체와 실질적으로 동일하다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 고객의 요청에 따라 원하는 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리 정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 생성된 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 생성된 3차원 물체는 보조 특징부의 제거 없이 고객에게 전달되고, 여기서 상기 생성된 3차원 물체는 상기 요청된 3차원 물체와 실질적으로 동일하다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 요청된 3차원 물체의 생성을 위한 요청을 고객으로부터 수신하고, 여기서 상기 요청된 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계; (b) 상기 요청된 3차원 물체 모델에 따라 생성된 3차원 물체를 첨가식으로 생성하는 단계; 그리고 (c) 상기 생성된 3차원 물체를 고객에게 전달하는 단계를 포함하고, 여기서 (b) 동작은 보조 특징부의 사용 없이 수행되고; 여기서 3차원 물체를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에는 상기 생성된 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드 구조가 결여되고, 여기서 상기 생성된 3차원 물체는 상기 요청된 3차원 물체와 실질적으로 동일하다.
분말 재료에는 적어도 하나의 공정 합금을 형성할 수 있는 비율로 둘 이상의 금속이 결여될 수 있다. 상기 요청은 3차원 물체의 모델을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체의 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 모델은 3차원 물체의 대표적인 물리적 모델로부터 생성될 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체와 교환으로 고객으로부터 값의 항목을 수신하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 3차원 물체는 상기 3차원 물체의 모델에서 최대 대략 50μm의 편차를 가지고 첨가식으로 생성될 수 있다. 상기 생성된 3차원 물체는 최대 대략 25μm과 상기 요청된 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합 만큼 상기 요청된 3차원 물체에서 벗어날 수도 있다. 상기 생성된 3차원 물체는 최대 대략 25μm과 상기 요청된 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/2500배의 합 만큼 상기 요청된 3차원 물체에서 벗어날 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대한 약 2일 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대한 약 1일 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대한 약 6시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. 상기 첨가식 생성은 분말 재료를 연속적으로 증착시키고 융착하는 것을 포함할 수 있다. 설계에는 보조 특징부가 결여될 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체를 생성하기 위해 프로세서에 의해 이용 가능한 지시로 설계를 변환시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 동작 (b)는 반복 및/또는 수정 프린팅 없이 수행될 수 있다. 상기 요청은 고객으로부터 수신될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 갖는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 고객의 요청에 따라 원하는 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리 정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부를, 경화해서 보조 특징부가 결여된 생성된 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고; 여기서 3차원 물체를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에는, 상기 생성된 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드 구조가 결여되고, 여기서 상기 생성된 3차원 물체는 상기 요청된 3차원 물체와 실질적으로 동일하다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 3차원 물체의 생성을 위한 요청을 고객으로부터 수신하고, 여기서 상기 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계; (b) 상기 3차원 물체 모델에 따라 3차원 물체를 첨가식으로 생성하는 단계; 그리고 (c) 상기 3차원 물체를 고객에게 전달하는 단계를 포함하고, 여기서 (a)-(c) 동작은 약 72시간 이하인 시간 만에 수행되고, 여기서 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합의 모델로부터의 편차로 첨가식으로 생성된다.
상기 요청은 3차원 물체의 모델을 수반할 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체의 모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 3차원 물체는 최대 대략 25μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합 만큼 상기 모델에서 벗어나서 첨가식으로 생성될 수 있다. 상기 3차원 물체는 최대 대략 25μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/2500배의 합 만큼 상기 모델에서 벗어나서 첨가식으로 생성될 수 있다. 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm의 합 만큼 상기 모델에서 벗어나서 첨가식으로 생성될 수 있다. 상기 3차원 물체는 최대 대략 25μm의 합 만큼 상기 모델에서 벗어나서 첨가식으로 생성될 수 있다. (a)-(c) 동작은 최대 약 48시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대 약 24시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대 약 12시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대 약 6시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. (a)-(c) 동작은 최대 약 1시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수도 있다. 상기 첨가식 생성은 분말을 연속적으로 증착시키고 융착하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체를 첨가식으로 생성하기 위해 프로세서에 의해 이용 가능한 지시로 설계를 변환시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체와 교환으로 고객으로부터 값의 항목을 수신하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 동작 (b)는 반복 및/또는 수정 프린팅 없이 수행될 수 있다. 상기 요청은 고객으로부터 수신될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고, 여기서 분말 베드는 상기 인클로저 내에 배치되고, 여기서 상기 인클로저 내의 압력은 약 10-6 토르 보다 크고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, 약 72시간 이하인 시간 이내에 생성되는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있고, 여기서 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합의 모델로부터의 편차로 첨가식으로 생성된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 (a) 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저로, 여기서 상기 인클로저 내의 압력은 약 10-6 토르 보다 큰, 상기 인클로저; 및 (b) 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체는 약 72시간 이하인 시간 이내에 생성되고, 여기서 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합의 모델로부터의 편차로 첨가식으로 생성된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 갖는 분말 재료를 포함하는, 인클로저로, 여기서 상기 인클로저 내의 압력은 약 10-6 토르 보다 큰, 상기 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 고객의 요청에 따라 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리 정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부를, 경화해서 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 약 72시간 이하인 시간 이내에 생성되고, 여기서 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000배의 합의 모델로부터의 편차로 첨가식으로 생성된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 3차원 물체의 생성을 위한 요청을 고객으로부터 수신하고, 여기서 상기 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계; (b) 상기 3차원 물체 모델에 따라 3차원 물체를 첨가식으로 생성하는 단계; 그리고 (c) 상기 3차원 물체를 고객에게 전달하는 단계를 포함하고, 여기서 (b) 동작은 (a) 동작에서 상기 수신하는 단계로부터 약 12시간 이하인 시간 만에 수행되고, 여기서 (b) 동작은 약 10-6 토르 보다 큰 압력에서 수행된다.
상기 요청은 3차원 물체의 모델 설계를 수반할 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체의 모델 설계를 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm 이하 만큼 상기 모델에서 벗어나서 첨가식으로 생성될 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체를 첨가식으로 생성하기 위해 프로세서에 의해 이용 가능한 지시로 설계를 변환시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체와 교환으로 고객으로부터 값의 항목을 수신하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 동작 (b)는 약 6시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수 있다. 동작 (b)는 약 1시간 이하일 수 있는 시간 만에 수행될 수 있다. 압력은 적어도 약 10-3 토르 이상일 수 있다. 압력은 적어도 약 1 토르 이상일 수 있다. 압력은 적어도 약 750 토르 이상일 수 있다. 동작 (b)는 반복 및/또는 수정 프린팅 없이 수행될 수 있다. 상기 요청은 고객으로부터 수신될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 갖는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 고객의 요청에 따라 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 최대 약 12시간 이내에, 상기 지시에 따라 미리 정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 3차원 물체의 생성을 위한 요청을 고객으로부터 수신하고, 여기서 상기 3차원 물체는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계; (b) 상기 요청된 3차원 물체 모델에 따라 3차원 물체를 첨가식으로 생성하는 단계; 그리고 (c) 상기 3차원 물체를 고객에게 전달하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 3차원 물체는 반복 프린팅 및 수정 프린팅 중 적어도 하나 없이 생성된다.
동작 (b)는 반복 프린팅 없이 그리고 수정 프린팅 없이 수행될 수 있다. 동작 (b)는 적어도 약 10-6 토르 이상인 압력에서 수행될 수 있다. 상기 3차원 물체는 최대 대략 50μm 이하 만큼 상기 모델에서 편차로 첨가식으로 생성될 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체를 첨가식으로 생성하기 위해 프로세서에 의해 이용 가능한 지시로 설계를 변환시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기 방법은 상기 3차원 물체와 교환으로 고객으로부터 값의 항목을 수신하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 동작 (b)에서, 3차원 물체의 형성은 반복 및 수정 프린팅 없이 완성에 도달한다. 상기 요청은 고객으로부터 수신될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고 (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, 반복 프린팅 및 수정 프린팅 중 적어도 하나 없이 생성되는, 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 (a) 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 (b) 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 3차원 물체는 반복 프린팅 및 수정 프린팅 중 적어도 하나 없이 생성된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 갖는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 고객의 요청에 따라 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리 정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 3차원 물체는 반복 프린팅 및 수정 프린팅 중 적어도 하나 없이 생성된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료 층을 제공하는 단계; (b) 상기 층 내의 분말 재료의 적어도 일부분을 변환시켜서 변환된 재료를 형성하는 단계; (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 형성하는 단계; (d) (a)-(c) 동작을 선택적으로 반복하는 단계; 그리고 (e) 최종 경화 동작 후 30분 이하의 시간 만에, 3차원 물체를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에서 상기 생성된 3차원 물체를 제거하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 상기 방법 도중에 3차원 물체에는 하나 이상의 보조 특징부가 결여될 수 있다. 하나 이상의 보조 특징부는 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드를 포함할 수 있다. 분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 둘 이상의 금속이 결여될 수 있다. 3차원 물체의 적어도 일부를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에는, 약 1mm 이상 위로 연장되는 연속적인 구조가 결여될 수 있다. 3차원 물체의 취급 온도는 최대 약 100℃ 이하일 수 있다. 취급 온도는 최대 약 80℃ 이하일 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 갖는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 3차원 물체를 형성하지 않은 분말 재료의 나머지에서 3차원 물체를 제거하는 물체 제거 기구; 및 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 고객의 요청에 따라 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 미리 정해진 경로를 따라 상기 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, 그리고 (iii) 물체 제거 기구를 유도해서 3차원 물체의 생성에서 최대 약 30분 이내에 나머지에서 3차원 물체를 제거하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
물체 제거 시스템은 차단가능한 메쉬를 포함할 수 있다. 물체 제거 시스템은 로봇 팔을 포함할 수 있다. 물체 제거 시스템은 컨베이어를 포함할 수 있다. 물체 제거 시스템은 회전하는 개구부를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 분말 베드의 분말 재료의 상단 표면을 레벨링하기 위한 장치는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원으로, 여기서 형성 시, 3차원 물체의 적어도 일부분은 분말 베드에 현탁되는, 상기 에너지원; 및 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하기 위한 분말 레벨링 부재로, 여기서 레벨링 부재는 상기 분말 베드 위에 배치되는, 상기 분말 레벨링 부재를 포함하고, 여기서 사용하는 동안, 분말 레벨링 부재는 3차원 물체의 적어도 일부분을 300μm 이하 만큼 변위시킨다.
또 다른 측면에서, 분말 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 분말 재료를 인클로저 내로 분배해서 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분으로부터 3차원 물체를 생성시키고, 여기서 생성 시, 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되는, 단계; 그리고 (c) 레벨링 부재를 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하도록 사용해서 분말 베드에 현탁된 3차원 물체가 약 300μm 이하 만큼 변위되도록 하는 단계를 포함한다.
생성은 첨가식으로 생성하는 것을 포함할 수 있다. 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. 일부 실시예에서, (c)에서, 3차원 물체는 약 20μm 이하 만큼 변위될 수 있다. 분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 비율로 존재하는 적어도 두 가지 금속이 결여될 수 있다. 분말 재료는 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 가질 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 분말 재료는 단일 금속 합금 조성을 가질 수 있는 금속 합금을 포함할 수 있다. 3차원 물체는 평면형일 수 있다. 3차원 물체는 와이어일 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여될 수 있다. 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되는 보조 지지 특징부를 포함할 수 있다. 변환은 3차원 물체를 대표할 수 있는 모델에 따라 수행될 수 있다. 레벨링 기구는 롤러를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 갈퀴를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 분말 분배기와 동기화될 수 있다. 분말 분배기는 에어 나이프(air knife)를 포함할 수 있다. 분말 분배기는 분말이 방출될 수 있는 개구부를 가진 만곡형 관을 포함할 수 있다. 분말 분배기는 오거 나사(auger screw)를 포함할 수 있다. 갈퀴는 다양한 높이를 가진 복수의 블레이드를 가진다. 갈퀴는 분말 재료의 추가 층 상에 다양한 접촉 각도를 갖는 복수의 블레이드를 가진다. 일부 예에서, 분말 층의 분말의 적어도 한 부분은 (b) 이전에 기판에서 제거될 수 있다. 때때로, 분말 층의 분말의 적어도 한 부분은 분말 재활용 시스템에 의해 수집될 수 있다. 분말 재활용 시스템에 의해 수집된 분말의 부분은 재순환될 수 있고, 분말 재활용 시스템에 의해 수집된 분말의 적어도 한 부분은 (c) 동작에서 분배될 수 있다. 레벨링 기구는 레벨링 기구의 축을 가로질러 분포된 복수의 바늘을 포함할 수 있다. 바늘은 레벨링 기구 상에 배치되어서 복수의 바늘에서 각각의 바늘이 분말의 서로 다른 위치를 접촉하게 될 수 있다. 복수의 바늘은 최상위-분배 분말 분배기에서 분배된 분말을 레벨링할 수 있다. 레벨링 기구는 상기 복수의 바늘에 인접하는 롤러를 더 포함할 수 있다. 바늘은 레벨링 기구의 축을 가로질러 분포될 수 있다. 레벨링 기구는 블레이드를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 레벨링 기구 앞에 위치한 분말 레벨을 결정하도록 구성된 분말 레벨 센서를 포함할 수 있다. 분말 레벨 센서는 광학 센서일 수 있다. 분말 레벨 센서는 분말 레벨 센서가 소정의 임계 값 아래의 분말 레벨을 검출할 때 분말을 분배하도록 구성된 분말 분배 시스템과 연통할 수 있다. 갈퀴는 분말 층의 표면 또는 부가 층에 대하여 각각 사선일 수 있는 블레이드의 세트를 포함할 수 있다. 오거 나사로부터의 분말의 분배는 밸브에 의해 제어될 수 있다. 갈퀴는 평탄한 블레이드를 포함할 수 있다. 롤러는 분말 분배기로부터 분배된 분말을 평평하게 할 수도 있다. 분말 분배기는 최상위-분배 분말 분배기를 포함할 수 있다. 롤러의 표면은 적어도 약 0.5 이상의 정적 마찰 계수를 갖는다. 롤러는 시계 방향으로의 롤러 회전을 강제하도록 구성된 능동 회전 기구를 포함할 수도 있다. 롤러는 반시계 방향으로의 롤러 회전을 강제하도록 구성된 능동 회전 기구를 포함할 수도 있다. 롤러는 회전하는 동안 멀티 높이 평탄화를 허용하도록 편심 형상을 포함할 수도 있다. 블레이드는 최상위-분배 분말 분배기에서 분배된 분말을 레벨링할 수도 있다. 최상위-분배 기구는 상기 분말이 분말 베드에 방출되는 진동 메쉬로 구성될 수 있다. 진동은 초음파 트랜스듀서에 의해 구동될 수 있다. 진동은 압전 장치에 의해 구동될 수 있다. 진동은 편심 캠을 갖는 회전 모터에 의해 구동될 수 있다.
또 다른 측면에서, 분말 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재; 및 에너지원 및 레벨링 부재에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 분말 재료의 일부분으로부터 3차원 물체를 생성하고, 여기서 생성 시, 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되고, (iii) 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하도록 상기 레벨링 부재를 유도해서 분말 베드에 현탁된 3차원 물체가 약 300μm 이하 만큼 변위되도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
일부 실시예에서, 3차원 물체의 생성 시, 분말 베드에는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 지지 스캐폴드가 결여될 수 있다. 상기 시스템은 인클로저 내로 분말 재료를 제공하는 분말 분배기를 더 포함할 수도 있다. 레벨링 기구는 분말 분배기에 연결될 수 있다. 분말 분배기는 분말 베드에 인접하게 배치될 수 있으며, 여기서 분말 분배기는 분말 베드에 대면하는 분말 분배기의 바닥부가 아닌 다른 위치에 위치할 수 있는 출구 구멍을 가진다. 출구 구멍은 분말 분배기의 측면에 위치할 수 있다. 측면은 분말 베드에 대면하지 않거나 분말 베드 맞은편 방향에 대면하지 않는 분말 분배기의 일부분일 수 있다. 출구 구멍은 메쉬를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 분말 분배기에 작동적으로 연결되고, 분말 분배기에 의해 인클로저 내로 분배될 수 있는 분말 재료의 양을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 제어부는 분말 분배기에 작동적으로 연결되고, 분말 분배기의 위치를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 분말 분배기는 이동형일 수 있다. 상기 시스템은 분말 분배기에 작동적으로 연결된 하나 이상의 기계 부재를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 하나 이상의 기계 부재는 분말 분배기가 진동하게 한다. 상기 제어부는 하나 이상의 기계 부재에 작동적으로 연결될 수 있다. 제어부는 하나 이상의 기계 부재를 제어해서, 분말 분배기에 의해 인클로저 내로 분배될 수 있는 분말 재료의 양을 조절하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는 레벨링 부재의 위치를 제어하도록 프로그래밍될 수 있으며, 여기서 레벨링 부재는 이동형일 수 있다. 제어부는 분말 재료 상에 레벨링 부재에 의해 가해진 힘 또는 압력을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 레벨링 부재는 상기 분말 베드로부터의 잉여 분말 재료를 제거하는 제거 장치를 더 포함할 수 있다. 제거 장치는 진공, 자기력, 전기력, 또는 정전기력의 공급원을 포함할 수 있다. 제거 장치는 분말 재료의 잉여분을 수용하기 위한 저장부를 포함할 수 있다. 제거 장치는 분말 베드로부터 분말 재료의 잉여분을 제거하기 위한 하나 이상의 음압 공급원을 포함할 수 있다. 제어부는 제거 장치를 이용하여 분말 재료의 잉여분 제거를 유도하도록 프로그래밍될 수 있다. 레벨링 부재는 나이프를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 생성중인 3차원 물체를 제거하기 위한 장치는 (a) 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저로, 여기서 사용 도중에, 분말 재료의 적어도 일부분이, 후속 경화해서, 3차원 물체를 형성하는 변환된 재료로 변환되는, 상기 인클로저; 및 (b) 인클로저 내에 위치하고 있고, 여기서 사용 도중에, 분말 재료가 베이스에 인접하여 위치하고 있는, 베이스를 포함하고, 여기서 베이스는 적어도 차단 위치와 미차단 위치에서 동작 가능한 메쉬를 포함함으로써, (i) 차단시, 메쉬는 분말 재료나 3차원 물체가 메쉬를 통과하는 것을 허용하지 않고, (ii) 미차단시, 메쉬는 분말 재료의 적어도 일부분이 메쉬를 통과하는 것을 허용하고 3차원 물체가 메쉬를 통과하는 것을 방지하게 된다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 인클로저; 및 인클로저 내에 배치된 베이스를 포함하고; 여기서 분말 재료가 베이스에 인접하여 배치되고, 여기서 베이스는 미차단시, 메쉬가 분말 재료의 적어도 일부분이 흐르는 것을 허용하기도 하고 3차원 물체가 흐르는 것을 방지하기도 하는 유형인 차단가능한 메쉬를 포함한다. 일부 실시예에서, 미차단은 베이스의 위치(예를 들어, 수직 또는 수평방향 위치)를 변경하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 미차단은 베이스의 위치를 변경하는 것을 포함하지 않는다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 분말 베드에 인접하여 배치된 베이스로, 여기서 베이스는 교번해서 차단 또는 미차단되는 차단가능한 메쉬를 포함하고, 여기서 (i) 차단가능한 메쉬가 차단된 경우, 분말 재료가 메쉬를 통과하지 않고, (ii) 차단가능한 메쉬가 미차단된 경우, 분말 재료의 적어도 일부분이 메쉬를 통해 흐르는 반면 3차원 물체는 메쉬를 통해 흐르지 못하게 되는, 상기 베이스; 및 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 경로를 따라서 에너지 빔을 유도해서 분말 재료의 일부분을, 경화해서, 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, (iii) 메쉬 차단 장치를 유도해서 메쉬를 미차단하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다. 차단가능한 메쉬는 차단가능한 메쉬 또는 상기 차단가능한 메쉬에 인접하는 메쉬 차단 장치의 위치를 변경해서 미차단될 수 있다. 메쉬 차단 장치는 차단가능한 메쉬를 차단하는 수직 또는 수평방향 위치와 차단가능한 메쉬를 미차단하는 다른 수직 또는 수평방향 위치 사이를 교번시키는 이동형 평면일 수 있다. 베이스는 차단가능한 메쉬를 차단하는 수직 또는 수평방향 위치와 차단가능한 메쉬를 미차단하는 다른 수직 또는 수평방향 위치 사이를 교번할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 베이스에 인접하는 분말 재료 층을 분배하고, 여기서 상기 베이스는 메쉬가 미차단된 경우, 분말의 적어도 일부분이 흐르는 것을 허용하는 메쉬를 포함하는, 단계; (b) 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계; (c) 변환된 재료를 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 제공하는 단계; 그리고 (d) 메쉬를 미차단해서 경화된 재료를 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하지 않는 분말 재료의 나머지에서 회수하는 단계를 포함한다.
경화된 재료를 회수할 때, 경화된 재료는 베이스 아래에 배치되는 기판에 안착될 수도 있다. 경화된 재료를 회수할 때, 나머지는 경화된 재료에서 제거될 수도 있다. 미차단은 분말 재료에 대하여 상대적으로 메쉬를 이동하는 것을 포함할 수도 있다. 미차단은 베이스에 대하여 상대적으로 메쉬를 이동하는 것을 포함할 수도 있다. 메쉬의 표면은 표면에 연결된 하나 이상의 기둥을 당겨서 분말 재료에 대해 상대적으로 이동될 수도 있다. 하나 이상의 기둥은 나사 연결에 의해 베이스의 에지에서 제거가능할 수도 있다. 일부 실시예에서, 경화는 냉각 기체를 변환된 재료에 유도해서 변환된 물질을 냉각하고 경화된 재료를 수득하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 분말 베드에 현탁된 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 분말 재료를 인클로저 내로 분배해서 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 상단 표면을 포함하는, 단계; (b) 경화된 재료를 후속 형성하는 변환된 재료로 분말 재료를 변환시켜서 분말 재료의 일부분으로부터 3차원 물체를 생성하고, 여기서 경화된 재료는 분말 베드의 상단 표면에서 돌출하고, 여기서 경화된 재료는 분말 베드 내에서 이동가능한, 단계; 그리고 (c) 분말 재료 층을 분말 베드의 상단 표면에 추가시키고, 여기서 상기 추가하는 것은 경화된 재료를 약 300μm 이하 만큼 변위시키고, 여기서 분말 재료 층의 상단 표면은 실질적으로 평면형인, 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 분말 재료로부터 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 분말 재료를 인클로저 내로 분배해서 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 상단 표면을 포함하는, 단계; (b) 에너지원으로부터 에너지 빔을 이용해서, 경화된 재료를 후속 형성하는 변환된 재료로 분말 재료를 변환시키고, 여기서 경화된 재료는 분말 베드의 상단 표면에서 돌출하고, 여기서 경화된 재료는 분말 베드 내에서 이동가능한, 단계; 그리고 (c) 분말 재료 층을 분말 베드의 상단 표면에 분배해서, 경화된 재료가 약 300μm 이하 만큼 변위되고, 여기서 분말 재료 층을 분배할 때, 분말 베드의 상단 표면은 실질적으로 평면형인, 단계를 포함한다.
경화된 재료는 3차원 물체의 적어도 일부분일 수 있다. 3차원 물체의 적어도 일부분은, 비틀기, 좌굴, 부풀리기, 말기, 굽힘, 굴리기, 또는 둥글게 만들기를 포함할 수 있다. (c)에서 분배는 분말 분배 부재를 사용해서 분말 재료 층을 분말 베드의 상단 표면에 증착시키는 것을 더 포함할 수 있다. (c)에서 분배는 분말 레벨링 부재를 사용해서 분말 재료의 잉여분을 전단가공에 의해 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하는 것을 더 포함할 수 있다. (c)에서 분배는 분말 제거 부재를 사용해서 분말 재료 층과 접촉하지 않고 분말 재료의 잉여분을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 3차원 물체는 분말 베드에 현탁될 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여될 수 있다. 보조 지지 특징부는 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 스캐폴드를 포함한다. 3차원 물체는 분말 베드에 현탁되는 보조 지지 특징부를 포함할 수 있다. 분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 비율로 존재하는 적어도 두 가지 금속이 결여될 수 있다. 레벨링은 분말 분배 기구가 인클로저에 분말 재료의 열을 분배하는 것을 완료한 후에 수행될 수 있다. 레벨링은 분말 분배 기구가 인클로저에 분말 재료의 층의 일부분을 분배하는 것을 완료한 후에 수행될 수 있다. 레벨링은 분말 분배 기구가 인클로저에 분말 재료의 층을 분배하는 것을 완료한 후에 수행될 수 있다. 분말 분배 기구는 인클로저 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 있을 수 있다. 분말 분배 기구는 인클로저의 전체 길이에 걸쳐 있을 수 있다. 분말 분배 기구는 인클로저 폭의 적어도 일부분에 걸쳐 있을 수 있다. 분말 분배 기구는 인클로저의 전체 폭에 걸쳐 있을 수 있다. 분말 분배 기구는 분말 재료가 분배 기구로부터 분배될 수 있는 메쉬를 포함할 수 있다. 분말 분배 기구는 분말 분배 기구 내에 보유된 분말 재료가 메쉬를 통해 분말 분배 기구로부터 분배되는 것을 방지하는 메쉬의 위치를 포함할 수 있다. 분말 분배 기구는 분말 분배 기구 내에 보유된 분말 재료가 메쉬를 통해 분말 분배 기구로부터 분배되는 것을 허용하는 메쉬의 위치를 포함할 수 있다. 메쉬의 위치는 메쉬를 통해 분말 분배 기구로부터 분배되는 분말 재료의 양을 결정할 수도 있다. 분말 분배 기구는 분말 분배 기구 내에 보유된 분말 재료가 메쉬를 통해 분말 분배 기구로부터 분배되는 것을 방지하는 메쉬의 제1 위치 및, 분말 분배 기구 내에 보유된 분말 재료가 메쉬를 통해 분말 분배 기구로부터 분배되는 것을 허용하는 메쉬의 제2 위치를 포함할 수 있다. 분말 분배 기구가 제1 및 제2 위치 사이에서 교번하는 비율은 분말 재료의 적어도 하나의 분배 계수를 변경할 수도 있다. 분배 계수는 인클로저 내 분말 분포의 균일성을 포함할 수 있다. 분배 계수는 메쉬로부터 분배되는 분말의 양을 포함할 수 있다. 메쉬가 제1 또는 제2 위치에 있을 수 있는 시간 비율은 분말 분배 기구로부터 분배되는 분말 재료의 양을 결정할 수도 있다. 메쉬가 제1 또는 제2 위치 사이에서 교번하는 비율은 인클로저 내 분말 분배 기구로부터 분배되는 분말 재료에 의해 커버되는 영역을 결정할 수도 있다. 분말 분배 기구는 상기 분말 분배 기구에 결합된 제어 기구를 더 포함할 수 있다. 제어 기구는 분배되는 분말의 양을 조절할 수도 있다. 제어 기구는 분말 분배 기구의 위치를 제어할 수도 있다. 상기 제어는 자동 또는 수동일 수 있다. 제어 기구는 메쉬의 위치를 제어할 수도 있다. 제어 기구는 분배 기구에 의해 분배되는 분말 재료의 양을 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 제어 기구는 인클로저에 축적되는 분말 재료의 양을 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 제어 기구는 인클로저 내 위치에 축적되는 분말 재료의 양을 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 레벨링은 레벨링 기구에 의해 수행될 수 있다. 레벨링 기구는 롤링 실린더, 갈퀴, 브러쉬, 칼 또는 주걱을 포함하는 레벨링 보조제를 포함할 수 있다. 레벨링 보조제의 이동은 전진, 후진, 측면 이동이나 각도 이동을 포함할 수 있다. 레벨링 보조제의 이동은 측방향 이동을 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 인클로저 길이의 적어도 일부에 걸쳐 있을 수 있다. 레벨링 기구는 인클로저의 전체 길이에 걸쳐 있을 수 있다. 레벨링 기구는 인클로저 폭의 적어도 일부에 걸쳐 있을 수 있다. 레벨링 기구는 인클로저의 전체 폭에 걸쳐 있을 수 있다. 레벨링 기구는 레벨링 보조제에 결합된 제어 기구를 더 포함할 수 있다. 제어 기구는 인클로저 내 분말 재료의 레벨을 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 레벨링 보조제는 롤링 실린더를 포함할 수 있다. 롤링 실린더는 실린더의 장축에 수직하는 위치에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수도 있다. 롤링 실린더는 레벨링 보조제의 측방향 이동 방향 또는 레벨링 보조제의 측방향 이동에 반대쪽으로 회전할 수도 있다. 분배는 분말 분배 기구 내에서 분말 재료의 적어도 일부를 진동하는 것을 포함할 수 있다. 분배는 분말 재료가 분말 분배 기구를 빠져나가는 개구부의 적어도 일부를 진동하는 것을 포함할 수 있다. 레벨링은 분말 재료의 증착된 층 내부 또는 아래의 물체를 최대 20μm 만큼 변위시킬 수도 있다. 변위는 수평방향 변위일 수 있다. 레벨링은 블레이드를 이용하는 것을 포함할 수도 있다. 레벨링 기구는 제1 방향으로 이동하면서 분말 재료 층을 레벨링할 수도 있다. 레벨링은 제1 방향으로 블레이드를 이동하는 것을 포함할 수 있다. 레벨링은 제1 방향과 반대 방향으로 블레이드를 이동하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 상단 표면을 포함하는, 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 인클로저 내부 또는 분말 베드의 상단 표면 상의 분말 재료를 제공하는 층 분배 기구; 및 에너지원과 층 분배 기구에 작동적으로 연결되고, (i) 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라, 에너지 빔을 이용해서, 경화된 재료를 후속 형성하는 변환된 재료로 분말 재료를 변환시키고, 여기서 경화된 재료는 분말 베드의 상단 표면에서 돌출하고, 여기서 경화된 재료는 분말 베드 내에서 이동가능하고, 그리고 (iii) 층 분배 기구를 유도해서 분말 재료 층을 분말 베드의 상단 표면에 분배해서, 경화된 재료가 약 300μm 이하 만큼 변위되고, 여기서 분말 재료의 분배된 층의 상단 표면은 실질적으로 평면형으로 되도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
경화된 재료는 3차원 물체의 적어도 일부분일 수 있다. 층 분배 기구는 분말 재료를 제공하는 분말 분배 부재를 포함할 수 있다. 제어부는 분말 분배 부재에 작동적으로 연결되고 분말 분배 부재를 유도해서 분말 재료 층을 인클로저 내부 상의 분말 베드의 상단 표면에 분배하도록 프로그래밍된 것일 수 있다. 층 분배 기구는 분말 베드의 상단 표면과 접촉하지 않고 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재를 포함할 수 있다. 제어부는 분말 레벨링 부재에 작동적으로 연결되고 분말 레벨링 부재를 유도해서 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하도록 프로그래밍된 것일 수 있다. 분말 레벨링 부재는 분말 베드의 상단 표면에서 분말 재료의 잉여분을 전단가공할 수도 있다. 분말 레벨링 부재는 분말 재료의 잉여분을 분말 베드 내 다른 위치로 변위시키지 않고 분말 베드의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 분말 레벨링 부재는 분말 재료의 잉여분을 전단가공하는 나이프를 포함할 수 있다. 층 분배 기구는 분말 베드의 상단 표면과 접촉하지 않고 분말 베드의 상단 표면에서 분말 재료의 잉여분을 제거하는 분말 제거 부재를 포함할 수 있다. 제어부는 분말 제거 부재에 작동적으로 연결되고 분말 제거 부재를 유도해서 상단 표면에서 분말 재료의 잉여분을 제거하도록 프로그래밍된 것일 수 있다. 분말 제거 부재는 진공원, 자력 발생기, 정전기력 발생기, 전기력 발생기 또는 물리력 발생기를 포함할 수 있다. 분말 레벨링 부재는 분말 제거 부재에 연결될 수 있다. 분말 제거 부재는 분말 분배 부재에 연결될 수 있다. 분말 재료의 잉여분은 분말 분배 부재에 의해 재사용가능할 수 있다. 분말 분배 부재는 분말 베드에 인접하여 배치될 수 있다. 분말 분배 부재는 분말 베드의 상단 표면에 대면하는 분말 분배 부재의 바닥부가 아닐 수 있는 다른 위치에 위치할 수 있는 출구 구멍을 포함할 수 있다. 출구 구멍은 분말 분배 기구의 측면 부분에 위치할 수 있다. 측면은 분말 베드의 상단 표면에 대면하지 않거나 분말 베드의 상단 표면에 맞은편 방향에 대면하지 않는 분말 분배 기구의 일부일 수 있다. 제어부는 분말 분배 부재에 의해 분배될 수 있는 분말 재료의 양을 조절할 수도 있다. 상기 시스템은 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 하나 이상의 기계 부재를 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 기계 부재는 분말 분배 부재가 진동하게 할 수도 있다. 상기 제어부는 하나 이상의 기계 부재에 작동적으로 연결될 수 있다. 제어부는 분말 분배 부재에 의해 인클로저 내로 분배될 수 있는 분말 재료의 양을 조절하는 하나 이상의 기계 부재를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 분말 분배 부재는 분말 베드의 상단 표면에 인접하여 위치할 수 있으며 간극에 의해 분말 베드의 상단 표면에서 분리될 수 있다. 분말 분배 부재는 기체 유동을 포함할 수 있다. 분말 분배 부재는 기류를 포함할 수 있다. 분말 분배 부재는 진동기를 포함할 수 있다. 제어부는 진동기에 작동적으로 연결되고 진동기를 조절할 수 있다. 제어부는 진동기의 진동 진폭을 조절할 수도 있다. 제어부는 진동기의 진동 주파수를 조절할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 부재에 의해 방출되는 재료의 양을 조절할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 부재에 의해 분배되는 분말의 비율을 조절할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 부재에 의해 분배되는 분말의 속도를 조절할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 부재의 위치를 조절할 수도 있다. 위치는 수직방향 위치일 수 있다. 위치는 수평방향 위치일 수 있다. 제어부는 층 분배 기구의 위치를 조절할 수도 있다. 위치는 수직방향 위치일 수 있다. 위치는 수평방향 위치일 수 있다. 제어부는 층 분배 기구에 의해 형성되는 분말 층의 높이를 조절할 수도 있다. 레벨링 부재는 블레이드를 더 포함할 수 있다. 제어부는 블레이드에 작동적으로 연결될 수 있고, 블레이드의 이동 속도를 조절할 수도 있다. 제어부는 블레이드에 작동적으로 연결될 수 있고, 블레이드의 위치를 조절할 수도 있다. 위치는 수직방향 위치일 수 있다. 위치는 수평방향 위치일 수 있다.
또 다른 측면에서, 분말 베드의 분말 재료의 상단 표면을 레벨링하기 위한 장치는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 분말 베드에서 이동가능한 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원; 및 실질적으로 평면형인 분말 재료 층을 분배하기 위한 층 분배 기구를 포함하고, 여기서 사용하는 동안, 층 분배 기구는 3차원 물체의 적어도 일부분을 300μm 이하 만큼 변위시킨다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체의 형성을 위한 분말 재료를 레벨링하기 위한 장치는 (a) 3차원 물체가 생성되는 분말 베드 내 분말 재료의 잉여분을 전단가공하는 분말 레벨링 부재; 및 (b) 분말 재료의 잉여분을 제거하는 분말 제거 부재를 포함하고, 여기서 분말 제거 부재는 분말 레벨링 부재에 연결되고; 여기서 레벨링 기구는 3차원 물체를 최대 300μm 만큼 변위시킬 수 있다.
3차원 물체는 분말 재료에 현탁될 수 있다. 분말 재료의 나머지에는, 약 1mm 이상 위로 연장되는 연속적인 구조가 결여될 수 있다. 분말 재료에는 3차원 물체를 둘러싸는 스캐폴드가 결여될 수 있다. 분말 재료에는 적어도 하나의 공정 합금을 형성할 수 있는 비율로 둘 이상의 금속이 결여될 수 있다. 레벨링 기구는 분말 재료에 현탁될 수 있는 물체를 최대 20μm 만큼 변위시킬 수 있다. 상기 장치는 분말 레벨링 부재 및 분말 제거 부재 중 적어도 하나에 연결된 이동 부재(예를 들어, 변위 부재)를 더 포함할 수도 있다. 병진 부재는 분말 베드의 수평 단면의 적어도 일부분을 포함할 수 있는 수평방향 경로를 따라서 분말 분배기를 병진할 수도 있다. 레벨링 기구는 인클로저 내로 분말 재료를 분배하는 분말 분배 부재에 연결될 수 있다. 3차원 물체에는 보조 지지부가 결여될 수 있다. 물체는 보조 지지부를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체의 형성을 위한 분말 재료를 분배하기 위한 장치는(a) 분말 재료를 수용하는 분말 저장부; (b) 분말 재료가 분말 베드로 장치를 빠져나갈 수 있는 출구 구멍으로, 여기서 상기 장치는 중력을 이용하여 분말 재료의 자유 낙하를 용이하게 하고, 여기서 상기 장치는 분말 베드 위로 현탁되고 간극에 의해 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 출구 구멍은 상기 장치의 바닥부와 다른 장치의 면에 위치하는, 상기 출구 구멍; (c) 저장부에 연결된 병진 부재로, 여기서 병진 부재는 수평방향 및/또는 수직방향 경로를 따라서 분말 분배기를 병진하였으며, 여기서 수평방향 경로는 분말 베드의 수평방향 단면 내에 경로를 포함하고, 여기서 수직방향 경로는 간극 내에 경로를 포함하는, 상기 병진 부재; 및 (d) 출구 구멍 내부에 위치하는 차단부로, 여기서 상기 차단부는 출구 구멍을 통해 분배되는 분말의 양을 조절하는, 상기 차단부를 포함한다.
출구 구멍은 장치의 측면에 위치할 수 있다. 상기 장치는 구형 이외의 형상을 가질 수 있다. 장치의 형상은 타원형 이외의 형상을 가질 수 있다. 장치의 바닥부는 기판에 대면하는 장치의 제1 경사진 바닥면을 포함할 수 있다. 제1 경사진 바닥면은 제1 방향으로, 상기 기판의 평균 표면에 평행한 평면과 제1 예각을 형성한다. 일부 실시예에서, 장치의 임의의 부가적인 경사진 바닥면은 제1 방향으로, 상기 기판의 평균 표면에 평행한 평면과 제2 예각을 형성한다. 제1 경사진 바닥면은 제1 방향으로, 상기 기판의 평균 표면에 평행한 평면과 제1 예각을 형성할 수도 있다. 일부 실시예에서, 장치의 임의의 선택적 부가적인 경사진 바닥면은 제1 방향과 반대 방향으로, 상기 기판의 평균 표면에 평행한 평면과 제2 예각을 형성한다. 부가적인 경사진 바닥면은 간극에 의해 출구 구멍에서 분리될 수 있다. 간극은 수직 간극일 수 있다. 간극은 수평 간극일 수 있다. 간극은 수직 및 수평 간극 둘 다일 수 있다. 차단부는 메쉬를 포함할 수 있다. 메쉬는 장치 내의 분말 재료가 장치를 빠져나갈 수 있게 하는 구멍을 포함할 수 있다. 메쉬 내의 구멍은 적어도 약 50μm에서 최대 약 1mm의 기본 길이 규모를 가질 수도 있다. 분말 재료는 적어도 약 25μm에서 최대 약 45μm의 평균 기본 길이 규모의 입자를 포함할 수 있다. 차단부는 블레이드를 포함할 수 있다. 차단부는 블레이드와 메쉬를 모두 포함할 수 있다. 블레이드는 닥터 블레이드일 수 있다. 장치는 진동기를 포함할 수 있다. 장치는 진동기의 어레이를 포함할 수 있다. 진동기의 어레이는 선형 패턴으로 배열될 수도 있다. 진동기의 어레이는 선을 따라 배열될 수도 있다. 진동기의 어레이는 개구부를 따라 배열될 수도 있다. 진동기는 모터를 포함할 수 있다. 분말 재료는 진동기의 작동시 장치를 빠져나갈 수도 있다. 진동기는 적어도 약 200Hz의 주파수를 가진 진동을 생성할 수도 있다. 진동기는 중력(G)의 적어도 약 7배의 진폭을 가진 진동을 생성할 수도 있다. 장치는 분말 베드의 한쪽에서 분말 베드의 다른쪽으로 수평방향으로 주행할 수도 있다. 상기 장치는 레벨링 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 장치는 레벨링 부재에 연결될 수 있다. 레벨링 부재는 블레이드를 포함할 수 있다. 블레이드는 오목면을 포함할 수 있다. 블레이드 점점 좁아지는 바닥면을 포함할 수 있다. 점점 좁아지는 바닥면은 분말 재료의 평균 상단 표면과 예각을 형성한다. 블레이드는 순응적 장착부를 포함할 수 있다. 순응적 장착부는 블레이드가 수직으로 이동할 수 있게 한다. 순응적 장착부는 물체를 직면할 때 블레이드가 수직으로 이동할 수 있게 한다. 순응적 장착부는 3차원 물체의 적어도 일부를 직면할 때 블레이드가 수직으로 이동할 수 있게 한다. 오목면은 기판에 인접하여 증착된 분말 재료 층을 레벨링하는 데에 이용될 수 있다. 오목면은 기판에 대면할 수도 있다. 오목면은 경사질 수 있다. 장치의 수직방향 위치는 조정가능할 수 있다. 블레이드의 수직방향 위치는 조정가능할 수 있다. 상기 장치는 분말 재료를 함유할 수 있는 벌크 저장부를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 분말 재료 층을 분배해서, (i) 분말 재료를 수용하는 분말 저장부; (ii) 분말 재료가 분말 베드로 장치를 빠져나갈 수 있는 출구 구멍으로, 여기서 상기 장치는 중력을 이용하여 분말 재료의 자유 낙하를 용이하게 하고, 여기서 상기 장치는 분말 베드 위로 현탁되고 간극에 의해 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 출구 구멍은 상기 장치의 바닥부와 다른 장치의 면에 위치하는, 상기 출구 구멍; (iii) 저장부에 연결된 병진 부재로, 여기서 병진 부재는 수평방향 및/또는 수직방향 경로를 따라서 분말 분배기를 병진하였으며, 여기서 수평방향 경로는 분말 베드의 수평방향 단면 내에 경로를 포함하고, 여기서 수직방향 경로는 간극 내에 경로를 포함하는, 상기 병진 부재; 및 (iv) 출구 구멍 내부에 위치하는 차단부로, 여기서 상기 차단부는 출구 구멍을 통해 분배되는 분말의 양을 조절하는, 상기 차단부를 포함하는, 분말 분배 기구를 이용하여 분말 베드를 제공하는 단계; (b) 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 단계; 그리고 (c) 분말 재료의 적어도 일부분에서 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 베드를 수용하는 인클로저; (a) 에너지 빔을 상기 분말 재료에 제공하고, 이에 따라 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 경화된 재료는 3차원 물체의 적어도 일부를 형성할 수도 있는, 에너지원; 분말 베드 내로 분말 재료를 분배하는 분말 분배 부재로, (i) 분말 재료를 수용하는 분말 저장부; (ii) 분말 재료가 분말 베드로 장치를 빠져나갈 수 있는 출구 구멍으로, 여기서 상기 장치는 중력을 이용하여 분말 재료의 자유 낙하를 용이하게 하고, 여기서 상기 장치는 분말 베드 위로 현탁되고 간극에 의해 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 출구 구멍은 상기 장치의 바닥부와 다른 장치의 면에 위치하는, 상기 출구 구멍; (iii) 저장부에 연결된 병진 부재로, 여기서 병진 부재는 수평방향 및/또는 수직방향 경로를 따라서 분말 분배기를 병진하였으며, 여기서 수평방향 경로는 분말 베드의 수평방향 단면 내에 경로를 포함하고, 여기서 수직방향 경로는 간극 내에 경로를 포함하는, 상기 병진 부재; 및 (iv) 출구 구멍 내부에 위치하는 차단부로, 여기서 상기 차단부는 출구 구멍을 통해 분배되는 분말의 양을 조절하는, 상기 차단부를 포함하는, 상기 분말 분배 부재; (b) 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재; 및 (c) 에너지원, 분말 분배 부재, 분말 레벨링 부재, 및 분말 제거 부재에 작동적으로 연결되고, (i) 분말 분배기를 유도해서 제1 상단 표면을 가지는 분말 재료의 제1 층을 분말 베드 내로 분배하고, (ii) 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하는 지시를 수신하고, (iii) 상기 지시에 따라 분말 재료의 일부분에서 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하고, (iv) 분말 분배기를 유도해서 제1 상단 표면에 인접하여 제2 상단 표면을 가지는 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 그리고 (v) 분말 레벨링 부재를 유도해서 제2 상단 표면을 제2 상단 표면의 최저 지점에 있거나 그 아래에 있는 제1 평면 표면으로 레벨링하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층을 분배해서 제1 상단 표면을 가지는 분말 베드를 제공하는 단계; (b) 에너지 빔을 분말 재료의 제1 층에 유도해서 제1 층의 적어도 일부분으로부터 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계; (c) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계 이후에, 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 여기서 분말 재료의 제2 층은 제2 상단 표면을 포함하는, 단계; (d) 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 제1 평면 표면을 형성하고, 여기서 제1 평면 표면은 제2 상단 표면의 최저 지점에 있거나 그 아래에 있는, 단계; 그리고 (e) 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 분말 재료의 제2 층에서 제거하고, 여기서 제2 평면 표면은 제1 평면 표면의 아래에 위치하고, 여기서 상기 제거하는 것은 분말 베드 접촉 없이 발생하는, 단계를 포함한다.
상기 생성하는 단계는 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료를 생성하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 경화된 재료의 적어도 일부분은 제1 상단 표면에서 돌출함으로써, 돌출부를 형성하게 된다. 돌출부는 3차원 물체의 적어도 일부분일 수 있다. 돌출부는 경화된 재료의 비틀기, 굽힘, 굴리기, 말기, 또는 둥글게 만들기를 포함할 수 있다. 돌출부는 3차원 물체의 일부일 수 없는 경화된 재료를 포함할 수 있다. 돌출부는 제1 상단 표면에 대하여 약 10μm 내지 약 500μm의 높이를 가질 수도 있다. 일부 실시예에서, 제1 상단 표면에서 제2 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 약 5μm 내지 약 1000μm일 수 있다. 제1 상단 표면에서 제1 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 약 10μm 내지 약 500μm일 수 있다. 상기 제거하는 것은 진공 흡입, 자기력, 정전기력, 전기력, 또는 물리력을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 제거하는 것은 진공 흡입을 포함할 수 있다. 상기 방법은 제1 층 및/또는 제2 층으로부터 분말 재료의 잉여분을 재사용하는 것을 더 포함할 수도 있다. 제2 평면 표면은 제1 상단 표면 위에 위치할 수 있다. 분말 재료의 제1 층은 중력을 이용하여 분배될 수 있다. 분말 재료의 제1 층은 분말 재료를 변위시키는 기체 유동을 이용하여 분배될 수 있다. 기류는 약 0.001 내지 약 1의 마하수를 갖는 속도로 주행한다. 일부 실시예에서, 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 제1 평면 표면을 형성할 때, 3차원 물체의 적어도 일부분은 약 300μm 이하 만큼 변위될 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공하는 에너지원; 인클로저 내로 분말 재료를 분배해서 분말 베드를 제공하는 분말 분배 부재; 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재; 상단 표면을 접촉하지 않고 분말 베드의 상단 표면에서 분말 재료를 제거하는 분말 제거 부재; 에너지원, 분말 분배 부재, 분말 레벨링 부재, 및 분말 제거 부재에 작동적으로 연결된 제어부를 포함하고, 여기서 상기 제어부는, (i) 분말 분배 부재를 유도해서 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층을 분배해서 제1 상단 표면을 가지는 분말 베드를 제공하고, (ii) 에너지원으로부터 에너지 빔을 분말 재료의 제1 층에 유도해서 제1 층의 일부분으로부터 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하고, (iii) 분말 분배 부재를 유도해서 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 여기서 분말 재료의 제2 층은 제2 상단 표면을 포함하고, (iv) 분말 레벨링 부재를 유도해서 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 제1 평면 표면을 형성하고, 여기서 제1 평면 표면은 제2 상단 표면의 최저 지점에 있거나 그 아래에 있고, 그리고 (v) 분말 제거 부재를 유도해서 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 분말 재료의 제2 층에서 제거하고, 여기서 제2 평면 표면은 제1 평면 표면의 아래에 위치하도록, 프로그래밍되어 있다.
에너지원은 에너지 빔을 상기 분말 재료에 제공할 수 있고, 이에 따라 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 경화된 재료는 3차원 물체의 적어도 일부를 형성할 수도 있다. 제2 평면 표면은 제1 평면 표면의 위에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 분말 레벨링 부재가 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 제1 평면 표면을 형성할 때, 3차원 물체의 적어도 일부분은 약 300μm 이하 만큼 변위된다. 분말 분배 부재는 간극에 의해 분말 베드의 노출된 표면에서 분리될 수 있다. 간극은 약 10μm 내지 약 50mm일 수 있는 분리 거리(예를 들어, 수직 분리 거리)를 가질 수도 있다. 일부 실시예에서, 분말 재료가 인클로저의 환경으로 분말 분배 부재를 빠져나가고 분말 베드의 방향으로 주행하면서, 적어도 하나의 차단부를 직면하게 된다. 일부 예에서, 동작 동안, 분말 분배 부재는 적어도 하나의 차단부를 포함하는 경로를 따라 분말 베드와 (예를 들어, 유체) 연통할 수 있다. 차단부는 거친 표면을 포함할 수 있다. 차단부는 분말 베드의 상단 표면과 각도를 이루는 경사진 표면을 포함할 수 있다. 분말 제거 기구는 분말 분배-제거 부재로서 분말 분배 부재와 통합될 수 있다. 분말 분배-제거 부재는 하나 이상의 분말 출구 포트 및 하나 이상의 진공 입구 포트를 포함할 수 있다. 분말 분배-제거 부재는 하나 이상의 분말 출구 및 하나 이상의 진공 입구를 포함할 수 있다. 분말 분배-제거 부재는 하나 이상의 분말 출구 포트를 포함할 수 있으며 하나 이상의 진공 입구 포트가 대안적으로 배열된다. 분말 분배-제거 부재는 하나 이상의 분말 출구 포트를 포함할 수 있으며 하나 이상의 진공 입구 포트는 순차적으로 작동한다. 분말 분배-제거 부재는 순차적으로 작동하는 하나 이상의 분말 출구 포트 및 하나 이상의 진공 입구 포트를 포함할 수 있다. 분말 제거 부재는 진공 노즐을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료의 제1 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 제1 층은 제1 상단 표면을 포함하고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; (c) 3차원 물체의 적어도 일부분을 생산하는 단계 이후, 분말 재료의 제2 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 제2 층은 제2 상단 표면을 포함하고; (d) 분말 레벨링 부재에 작동적으로 연결된 분말 제거 부재를 유도해서 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 분말 재료의 제2 층에서 제거하고, 여기서 제2 평면 표면은 제1 평면 표면의 아래에 위치하고, 여기서 상기 제거하는 것은 분말 베드 접촉 없이 발생하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 장치는 (a)분말 재료를 포함하는 분말 베드; (b) 미리 정해진 양의 분말 재료를 분말 베드 내의 한 위치에서 분배하는 분말 분배기로, 여기서 분말 분배기는 분말 베드 위에 배치되고 간극에 의해 분말 베드에서 분리된, 상기 분말 분배기; 및 (c) 분말 베드 내의 다른 위치 상으로 분말 재료의 잉여량을 재배치하지 않고 분말 베드의 분말 재료를 레벨링하도록 구성된 레벨링 기구로, 여기서 레벨링 기구는 분말 베드 위에 위치하고 분말 분배기에 측방향으로 인접하는, 상기 레벨링 기구를 포함한다.
레벨링 기구는 나이프를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 전단가공을 수행하는 나이프를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 분말 재료의 잉여분을 흡입하는 흡입 장치를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 분말 재료의 잉여분을 수집하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 분말 베드에서 분말 재료의 잉여분을 제거하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 형성하기 위한 장치는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, (a) 분말 재료의 제1 층을 분말 분배 기구로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고; (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; (c) 분말 재료의 제2 층을 분말 분배 부재로부터 분말 베드에 공급하고, 여기서 제2 층은 제1 층에 인접하여 배치되고; 및 (d) 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 레벨링 기구를 유도해서 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하고, 여기서 상기 레벨링하는 것은 분말 베드 내의 다른 위치 상으로 분말 재료의 잉여량을 재배치하지 않고 분말 재료의 잉여분을 제거하는 것을 포함하도록, 프로그래밍되어 있다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 방법은 (a) 인클로저 내로 분말 재료의 제1 층을 제공해서 분말 베드를 제공하는 단계; (b) 분말 재료의 적어도 일부분으로부터 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계; (c) 분말 베드 상으로 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 여기서 분말 재료의 제2 층은 노출된 표면을 포함하는, 단계; 그리고 (d) 노출된 표면을 레벨링하고, 여기서 상기 레벨링하는 것은 분말 베드 내의 다른 위치 상으로 분말 재료의 잉여량을 재배치하지 않고 분말 재료의 잉여분을 제거하는 것을 포함하는, 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템은, 분말 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 분말 재료에 제공하고, 이에 따라 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 경화된 재료는 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성할 수도 있는, 에너지원; 분말 베드 내로 분말 재료를 분배하는 분말 분배 부재; 분말 베드 내의 다른 위치 상으로 분말 재료의 잉여량을 재배치하지 않고 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재; 및 에너지원, 분말 분배 부재, 분말 레벨링 부재, 및 분말 제거 부재에 작동적으로 연결되고, (i) 분말 분배기를 유도해서 분말 재료의 제1 층을 분말 베드 내로 분배하고, (ii) 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하는 지시를 수신하고, (iii) 상기 지시에 따라 분말 재료의 일부분에서 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하고, (iv) 분말 분배기를 유도해서 노출된 표면을 가지는 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 그리고 (v) 분말 레벨링 부재를 유도해서 노출된 표면을 레벨링하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함한다.
본 발명의 추가적인 측면들 및 장점들은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 명백해질 것이며, 여기서 본 발명의 단지 예시적인 실시예들이 도시되고 설명된다. 실현되는 바와 같이, 본 발명은 다른 상이한 실시예들이 가능하며, 그 여러 세부사항들은 전부 본 발명으로부터 벗어나지 않고 다양한 명백한 관점에서 수정될 수 있다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 본래 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다.
참고문헌에 의한 통합
각각의 개별적인 공개문헌, 특허 또는 특허출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참고문헌으로 통합되는 것으로 표시된다 하더라도, 본 명세서에 언급된 모든 공개문헌, 특허 및 특허출원은 본원에서 동일한 범위까지 참고문헌으로 통합된다.
본 발명의 신규한 특징들은 첨부된 청구범위에 상세하게 기재되어 있다. 본 발명의 특징 및 장점을 더 잘 이해함으로써 본 발명의 원리들이 활용되는 예시적인 실시예들을 기재하는 하기 상세한 설명과, 첨부된 도면들 또는 그림들(또한 본원에서 "도")을 참조함으로써 얻어질 것이며, 그 중에서,
도 1은 3차원 (3D) 프린팅 시스템과 그 구성요소들의 개략도를 도시하고;
도 2는 3D 프린팅 시스템에 제공되는 냉각 부재의 개략도를 도시하고;
도 3은 3D 프린팅 공정에서 단일 고형화 층의 형성의 상세도를 도시하고;
도 4는 분말 층 또는 분말 층들의 그룹의 시간 온도 이력의 그래프이며;
도 5는 일차 에너지원과 상보적 에너지원에 의해 가열되는 분말 베드의 부피를 개략적으로 도시하고;
도 6은 단일 층을 위한 3D 프린팅 공정의 타임라인을 도시하고;
도 7 은 3D 프린팅 공정을 설명하는 흐름도를 도시하고;
도 8은 3D 물체의 형성을 용이하게 하도록 프로그래밍되거나 그 외에는 구성된 컴퓨터 컨트롤 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 9는 분말 층의 평면 균일성을 유지하는 데 사용될 수도 있는 3차원 (3D) 프린팅 시스템의 선별 구성요소들의 개략도를 도시하고;
도 10a는 분말을 기판 상으로 증착하기 위한 에어 나이프를 개략적으로 도시하고; 도 10b는 분말을 기판 상으로 증착하기 위한 만곡형 관을 개략적으로 도시하고;
도 11은 분말 내 3D 물체를 방해하지 않고 기판을 따라서 분말을 밀고, 확산 및/또는 레벨링하기 위한 갈퀴를 도시하고;
도 12a 내지 도 12f는 분말 재료를 확산 및/또는 레벨링하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 13a 내지 도 13d는 분말 재료를 분배하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 14a 내지 도 14d는 분말 재료를 확산 및 레벨링하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 15는 레벨링 기구 및 분말 분배기의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 16a 내지 도 16d는 분말 재료를 분배하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 17은 분말 재료를 분배하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 18a 내지 도 18d는 분말 재료를 분배하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 19a 내지 도 19d는 분말 재료를 분배하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 20은 점점 좁아지는 바닥면을 가지는 나이프의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 21a는 분말 재료의 층의 레벨링 전의 분말 재료의 층 내의 노출된 금속 평면을 도시하고; 도 21b는 본원에서 설명하는 레벨링 기구를 이용하여, 도 21a에서의 평면 상에 증착된 분말 재료의 층의 레벨링 후의 분말 재료의 층 내의 노출된 금속 평면을 도시하고;
도 22는 본원에서 설명하는 롤의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 23은 본원에서 설명하는 분말 제거 시스템 (예를 들어, 흡입 장치)의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 24는 분말 재료를 확산 및 레벨링 및 제거하기 위한 기구의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고;
도 25a 내지 도 25c는 분말 재료를 제거하기 위한 다양한 기구의 저면도를 개략적으로 도시하고;
도 26a 내지 도 26d는 분말 재료 층을 분배 및 레벨링하기 위한 방법의 순차적 단계들을 개략적으로 도시하고;
도 27a 내지 도 27d는 본원에서 설명하는 다양한 분말 분배 부재의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하고; 그리고
도 28은 본원에서 설명하는 분말 분배 부재의 수직 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도면들과 내부의 구성요소들은 실제 축척으로 그려지지 않을 수도 있다. 본 명세서에 설명된 도면들의 다양한 구성요소들은 실제 축척으로 그려지지 않을 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예시로서 제공되는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다수의 변형, 변경 및 치환이 본 발명에서 벗어나지 않고 당업자에게 발생할 수도 있다. 본원에서 설명되는 본 발명의 실시예들에 대한 다양한 대안들이 채용될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
3차원 프린팅(또한 “3D 프린팅”)은 일반적으로 3D 물체를 생성하는 공정을 의미한다. 예를 들면, 3D 프린팅은 재료 층을 순차적으로 첨가하거나 또는 재료 층 또는 재료 층의 부분에 합류해서 제어된 방식으로 (예를 들어, 자동 제어 하에서) 3D 구조를 형성하는 것을 의미한다. 3D 프린팅 공정에서, 증착된 재료는 융착, 소결, 용융, 접합 또는 그렇지 않으면 연결되어서 3D 물체의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 재료를 융착, 소결, 용융, 결합 또는 그렇지 않으면 연결하는 것을 총괄적으로 본원에서는 재료(예를 들어, 분말 재료)를 변환시키는 것을 의미한다. 재료를 융착하는 것은 재료를 용융 또는 소결하는 것을 포함할 수도 있다. 결합은 화학 결합을 포함할 수 있다. 화학 결합은 공유 결합을 포함할 수 있다. 3D 프린팅의 예는 첨가식 프린팅 (예를 들어, 다층(layer by layer) 프린팅 또는 적층 가공)을 포함한다. 3D 프린팅은 절삭 프린팅을 더 포함할 수도 있다.
재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함할 수도 있다. 원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 다이아몬드 또는 풀러렌을 포함할 수도 있다. 풀러렌은 구형, 타원형, 선형 및 관형 풀러렌으로 이루어진 군으로부터 선택될 수도 있다. 풀러렌은 버키볼 또는 탄소 나노튜브를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 재료는 유기 물질, 예를 들어, 고분자 또는 수지를 포함할 수도 있다. 재료는 고체 또는 액체를 포함할 수도 있다. 고체 재료는 분말 재료를 포함할 수도 있다. 분말 재료는 코팅으로 (예를 들어, 유기 재료 (예컨대, 플라스틱 코팅) 같은 유기 코팅) 코팅될 수도 있다. 분말 재료는 모래를 포함할 수도 있다. 액체 재료는 반응기, 소포 또는 방울로 구획화될 수도 있다. 구획화된 재료는 하나 이상의 층에 구획화될 수도 있다. 재료는 적어도 두 개의 재료를 포함할 수도 있다. 재료는 (예를 들면, 섬유를 형성하는) 강화 재료를 포함할 수 있다. 강화 재료는 탄소 섬유, Kevlar®, Twaron®, 초고분자량 폴리에틸렌 또는 유리 섬유를 포함할 수도 있다. 재료는 분말 (예를 들어, 입자 재료) 또는 와이어를 포함할 수 있다.
3D 프린팅 방법론은 압출, 와이어, 알갱이, 적층, 광 중합화, 또는 전력 베드 및 잉크젯 헤드 3D 프린팅을 포함할 수 있다. 압출 3D 프린팅은 로보-주조, 융착 모델링(FDM) 또는 융착 필라멘트 제작(FFF)을 포함할 수 있다. 와이어 3D 프린팅은 전자 빔 임의형상 제작(EBF3)을 포함할 수 있다. 알갱이 3D 프린팅은 직접 금속 레이저 소결 (DMLS), 전자 빔 용융 (EBM), 선택적 레이저 용융 (SLM), 선택적 열 소결 (SHS), 또는 선택적 레이저 소결 (SLS)을 포함할 수 있다. 전력 베드 및 잉크젯 헤드 3D 프린팅은 석고 기반 3D 프린팅(PP)을 포함할 수 있다. 적층 3D 프린팅은 적층 물체 제조(LOM)를 포함할 수 있다. 광 중합화 3D 프린팅은 스테레오 리소그래피(SLA), 디지털 광 처리(DLP) 또는 적층 물체 제조(LOM)를 포함할 수 있다.
3D 프린팅 방법론은 반도체 장치 제작 (예를 들어, 기상 증착, 에칭, 어닐링, 마스킹, 또는 분자 빔 에피택시)에서 전통적으로 사용된 방법들과 다를 수도 있다. 일부 예에서, 3D 프린팅은 반도체 장치 제작에서 전통적으로 사용된 하나 이상의 프린팅 방법론을 더 포함할 수도 있다. 3D 프린팅 방법론은 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 또는 전기화학적 증착 등의 기상 증착 방법과 다를 수 있다. 일부 예에서, 3D 프린팅은 기상 증착 방법을 더 포함할 수도 있다.
인쇄된 3D 물체의 기본 길이 규모(예를 들어, 직경, 구상당직경, 경계 원 직경, 또는 높이, 폭 및 길이 중 최대)는 적어도 약 50μm, 80 μm, 100 μm, 120 μm, 150 μm, 170 μm, 200 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 5mm, 1cm, 1.5cm, 2cm, 10cm, 20cm, 30cm, 40cm, 50cm, 60cm, 70cm, 80cm, 90cm, 1m, 2m, 3m, 4m, 5m, 10m, 50m, 80m, 또는 100m일 수 있다. 인쇄된 3D 물체의 기본 길이 규모는 최대 약 1000m, 500m, 100m, 80m, 50m, 10m, 5m, 4m, 3m, 2m, 1m, 90cm, 80cm, 60cm, 50cm, 40cm, 30cm, 20cm, 10cm, 또는 5cm일 수 있다. 일부 경우에 인쇄된 3D 물체의 기본 길이 규모는 상기 언급한 기본 길이 규모들 중 어느 것 사이에 있을 수도 있다. 예를 들면, 인쇄된 3D 물체의 기본 길이 규모는 약 50 μm 내지 약 1000m, 약 120 μm 내지 약 1000m, 약 120 μm 내지 약 10m, 약 200 μm 내지 약 1m, 약 150 μm 내지 약 10m일 수도 있다.
본원에서 사용되는 용어 "분말"은 일반적으로 미세 입자를 갖는 고체를 의미한다. 분말은 "미립자 재료"라고도 할 수도 있다. 분말은 알갱이 재료일 수도 있다. 일부 예에서, 분말은 적어도 약 5nm, 10nm, 20nm, 30nm, 40nm, 50nm, 100nm, 200nm, 300nm, 400nm, 500nm, 1μm, 5, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 35 μm, 30 μm, 40 μm, 45 μm, 50 μm, 55 μm, 60 μm, 65 μm, 70 μm, 75 μm, 80 μm, 또는 100 μm의 기본 길이 규모(예를 들어, 직경, 구상당직경, 경계 원 직경, 또는 높이, 폭 및 길이 중 최대)를 갖는 입자이다. 분말을 포함하는 입자는 최대 약 100μm, 80μm, 75 μm, 70 μm, 65 μm, 60 μm, 55 μm, 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm, 30 μm, 25 μm, 20 μm, 15 μm, 10 μm, 5 μm, 1 μm, 500nm, 400nm, 300nm, 200nm, 100nm, 50nm, 40nm, 30nm, 20nm, 10nm, 또는 5nm의 평균 기본 길이 규모를 가질 수도 있다. 일부 경우에 분말은 상기에서 열거한 평균 입자 기본 길이 규모의 값들 중 어느 것 사이의 평균 기본 길이 규모를 가질 수도 있다. 예를 들면, 입자의 평균 기본 길이 규모는 약 5nm 내지 약 100 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 약 15 μm 내지 약 45 μm, 약 5 μm 내지 약 80 μm, 약 20 μm 내지 약 80 μm, 또는 약 500nm 내지 약 50μm일 수도 있다.
분말은 개별 입자들로 구성될 수 있다. 입자는 구형, 타원형, 프리즘, 입방체, 또는 불규칙한 형상일 수 있다. 입자는 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 분말은 균일 형상 입자 혼합물로 구성될 수 있어서 모든 입자들이 실질적으로 동일한 형상을 가지며 1%, 5%, 8%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 60%, 또는 70%의 기본 길이 규모의 분포 이내인 최대 기본 길이 규모 정도를 갖는다. 일부 경우에 분말은 불균일 혼합물일 수 있어서 입자들이 다양한 형상 및/또는 기본 길이 규모 정도를 갖는다.
본원에서 사용되는 "베이스"는 일반적으로 3D 물체를 형성하는데 사용되는 재료가 놓이는 임의의 작업물을 의미한다. 3D 물체는 베이스 상에 직접, 베이스로부터 직접, 또는 베이스에 인접하여, 형성될 수도 있다. 3D 물체는 베이스 위로 형성될 수도 있다. 일부 예에서, 3D 물체는 베이스를 접촉하지 않는다. 3D 물체는 베이스에 인접하여 (예를 들어, 위로) 떠 있을 수도 있다. 때때로, 베이스는 기판 위나 인클로저의 바닥부 상에 배치될 수도 있다. 기판은 인클로저(예를 들어, 챔버)에 배치될 수도 있다. 인클로저는 원소 금속, 금속 합금 (예를 들어, 스테인레스 스틸), 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체 같은 다양한 재료로 형성된 하나 이상의 벽을 가질 수 있다. 인클로저는 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 부분 형상 또는 이들의 조합과 같은 다양한 단면의 형상을 가질 수 있다. 인클로저는 단열될 수도 있다. 인클로저는 단열을 포함할 수도 있다. 인클로저는 밀봉 립 (예를 들어, 유연성 밀봉 립)을 포함할 수도 있다. 밀봉 립은 단열을 제공할 수도 있다. 밀봉 립은 환경 (예를 들어, 기체성) 절연을 제공할 수도 있다. 인클로저는 개방된 상단을 포함할 수도 있다. 인클로저는 개방된 측면 또는 개방된 바닥부를 포함할 수도 있다. 베이스는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 탄소 동소체, 또는 고분자를 포함할 수 있다. 베이스는 돌, 제올라이트, 점토, 또는 유리를 포함할 수 있다. 원소 금속은 철, 몰리브덴, 텅스텐, 구리, 알루미늄, 금, 은, 또는 티타늄을 포함할 수 있다. 금속 합금은 스틸(예를 들어, 스테인레스 스틸)을 포함할 수도 있다. 세라믹 재료는 알루미나를 포함할 수도 있다. 베이스는 실리콘, 게르마늄, 실리카, 사파이어, 산화 아연, 탄소 (예를 들어, 그라파이트, 그래핀, 다이아몬드, 비정질 탄소, 탄소 섬유, 카본 나노튜브 또는 풀러렌), SiC, AlN, GaN, 스피넬, 코팅된 실리콘, 실리콘 온 산화물, 탄화규소 온 산화물, 질화 갈륨, 질화 인듐, 질화 티타늄, 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 베이스는 서셉터(즉, 전자기 에너지를 흡수할 수 있고 열로 변환시킬 수 있는 재료)를 포함한다. 베이스, 기판 및/또는 인클로저는 고정형이거나 병진식일 수 있다.
일부 예에서 분말 재료, 베이스, 또는 분말 재료와 베이스 모두는 그 성분(예를 들어, 원자)이 그들의 외각 전자를 쉽게 잃고, 그 결과 그들의 고체 배열 내에서 자유 유동하는 전자 구름을 초래하는, 재료를 포함한다. 일부 예에서 분말 재료, 베이스, 또는 분말 재료와 베이스 모두는 높은 전기 전도율, 낮은 전기 저항, 높은 열 전도율, 또는 높은 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 재료를 포함한다. 높은 전기 전도율은 적어도 약 1*105 지멘스/미터 (S/m), 5*105 S/m, 1*106 S/m, 5*106 S/m, 1*107 S/m, 5*107 S/m, 또는 1*108 S/m일 수 있다. 기호 "*"는 수학 연산자 “X(배)”를 지정한다. 높은 전기 전도율은 약 1*105 S/m 내지 약 1*108 S/m일 수 있다. 낮은 전기 저항은 최대 약 1*10-5 옴X미터 (Ω*m), 5*10-6 Ω*m, 1*10-6 Ω*m, 5*10-7 Ω*m, 1*10-7 Ω*m, 5*10-8 또는 1*10-8 Ω*m일 수도 있다. 낮은 전기 저항은 약 1X10-5 Ω*m 내지 약 1X10-8 Ω*m일 수 있다. 높은 열 전도율은 적어도 약 20 와트/미터X켈빈(W/mK), 50 W/mK, 100 W/mK, 150 W/mK, 200 W/mK, 205 W/mK, 300 W/mK, 350 W/mK, 400 W/mK, 450 W/mK, 500 W/mK, 550 W/mK, 600 W/mK, 700 W/mK, 800 W/mK, 900 W/mK, 또는 1000 W/mK일 수도 있다. 높은 열 전도율은 약 20 W/mK 내지 약 1000 W/mK일 수 있다. 높은 밀도는 적어도 약 1.5 그램/세제곱센티미터 (g/cm3), 2 g/cm3, 3 g/cm3, 4 g/cm3, 5 g/cm3, 6 g/cm3, 7 g/cm3, 8 g/cm3, 9 g/cm3, 10 g/cm3, 11 g/cm3, 12 g/cm3, 13 g/cm3, 14 g/cm3, 15 g/cm3, 16 g/cm3, 17 g/cm3, 18 g/cm3, 19 g/cm3, 20 g/cm3, 또는 25 g/cm3일 수도 있다. 높은 밀도는 약 1. g/cm3 내지 약 1000 25 g/cm3일 수 있다.
분말 재료 층은 첨가식으로 또는 순차적으로 제공될 수 있다. 층들의 적어도 일부는 변환되어서 경화된 (예를 들어, 고형화된) 3D 물체의 적어도 한 부분(또한 본 명세서에서 "일부분" 또는 "일부"로 사용됨)을 형성할 수 있다로. 때때로 변환된 분말 층은 3D 물체의 단면(예를 들어, 수평방향 단면)을 포함할 수도 있다. 층은 적어도 약 0.1 μm, 0.5 μm, 1.0 μm, 10 μm, 50 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1000 μm의 두께를 가질 수 있다. 층은 최대 약 1000 μm, 900 μm, 800 μm, 700μm, 60μm, 500μm, 450μm, 400μm, 350μm, 300μm, 250μm, 200μm, 150μm, 100μm, 75μm, 50μm, 40μm, 30μm, 20μm, 10μm, 5μm, 1μm, 또는 0.5μm., 또는 그 미만의 두께를 가질 수 있다. 층은 상기 언급한 층 두께 값들 사이에 있는 어느 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 층은 약 1000 μm 내지 약 0.1μm, 800 μm 내지 약 1μm, 600 μm 내지 약 20μm, 300 μm 내지 약 30μm, 또는 1000 μm 내지 약 10μm일 수도 있다. 적어도 한 층의 재료 조성은 분말 베드의 적어도 다른 한 층 내의 재료 조성과 다를 수도 있다. 적어도 한 층의 재료는 그 결정 구조가 분말 베드의 적어도 다른 한 층 내의 재료의 결정 구조와 다를 수도 있다. 적어도 한 층의 재료는 그 알갱이 구조가 분말 베드의 적어도 다른 한 층 내의 재료의 알갱이 구조와 다를 수도 있다. 적어도 한 층의 재료는 그 분말 재료의 기본 길이 규모가 분말 베드의 적어도 다른 한 층 내의 재료의 기본 길이 규모와 다를 수도 있다. 층은 임의의 조합에서 둘 이상의 재료 유형을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 둘 이상의 원소 금속, 둘 이상의 금속 합금, 둘 이상의 세라믹, 원소 탄소의 둘 이상의 동소체. 예를 들어, 원소 금속 및 금속 합금, 원소 금속 및 세라믹, 원소 금속 및 원소 탄소의 동소체, 금속 합금 및 세라믹, 금속 합금 및 원소 탄소의 동소체, 세라믹 및 원소 탄소의 동소체. 3D 프린팅 공정 동안 증착된 모든 층들은 동일한 재료 조성을 가질 수도 있다. 일부 예에서, 금속 합금은 분말 재료를 변환하는 공정 도중에 그 자리에서 형성된다. 일부 경우에, 서로 다른 조성의 층들은 미리 정해진 패턴으로 증착될 수 있다. 예를 들어, 각각의 층은 소정의 요소, 또는 특정 재료 유형이 증가하거나 감소하는 조성을 가질 수 있다. 일부 예에서, 각각의 짝수 층은 한 조성을 가질 수도 있고, 각각의 홀수 층은 다른 조성을 가질 수도 있다. 층의 다양한 조성은 일련의 수학적 알고리즘을 따를 수도 있다. 일부 경우에, 층 내의 적어도 한 영역은 그 층 내의 다른 영역과는 다른 재료 조성을 갖는다.
금속 재료 (예를 들어, 원소 금속 또는 금속 합금)은, 예를 들어 산소, 황, 질소 같은 비금속 재료를 소량 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 금속 재료는 비금속 재료를 미량 포함할 수 있다. 미량은 비금속 재료의 (중량 기준, w/w) 최대 약 100000ppm, 10000ppm, 1000ppm, 500ppm, 400ppm, 200ppm, 100ppm, 50ppm, 10ppm, 5ppm, 또는 1ppm일 수 있다. 미량은 비금속 재료의 (중량 기준, w/w) 적어도 약 10ppt, 100ppt, 1ppb, 5ppb, 10ppb, 50ppb, 100ppb, 200ppb, 400ppb, 500ppb, 1000ppb, 1ppm, 10ppm, 100ppm, 500ppm, 1000ppm, 또는 10000ppm일 수 있다. 미량은 상기 언급한 미량 사이에 있는 어느 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 미량은 약 10ppt 내지 약 100000ppm, 약 1ppb 내지 약 100000ppm, 약 1ppm 내지 약 10000ppm, 또는 약 1ppb 내지 약 1000ppm일 수 있다.
일부 예에서, 인접하는 구성요소들은 하나 이상의 개재 층에 의해 서로 분리된다. 일 례로, 제1 층이 제2 층과 직접 접촉할 때 제1 층은 제2 층에 인접해 있다. 다른 예에서, 제1 층이 적어도 한 층(예를 들어, 제3 층)에 의해 제2 층과 분리될 때, 제1 층은 제2 층에 인접해 있다. 개재 층은 본 명세서에 개시된 임의의 층 크기를 가질 수도 있다.
여기에서 사용된 용어 "보조 특징부"는, 일반적으로 인쇄된 3D 물체의 부분이지만, 소망하거나, 의도되거나, 설계되거나, 주문되거나 또는 최종의 3D 물체의 부분이 아닌 특징부를 의미한다. 보조 특징부(예를 들어, 보조 지지부)는 3D 물체의 형성 도중 및/또는 이후에 구조적 지지를 제공할 수도 있다. 보조 특징부는 형성되고 있는 3D 물체에서 에너지의 제거를 가능하게 할 수도 있다. 보조 특징부의 예는, 열 핀, 앵커, 핸들, 지지부, 기둥, 컬럼, 프레임, 발판, 스캐폴드, 플랜지, 프로젝션, 돌출부, 몰드 (일명, 금형) 또는 기타 안정화 특징부를 포함한다. 일부 예에서, 보조 지지부는 3D 물체 또는 그 부분을 둘러싸는 스캐폴드이다. 스캐폴드는 약하게 소결되거나 약하게 융착된 분말 재료를 포함할 수도 있다.
본 발명은 재료로부터(예를 들어, 분말 재료) 물체의 3D 프린팅하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공한다. 물체는 미리 설계되었거나, 또는 실시간으로 설계될 수 있다(즉, 3D 프린팅 공정 동안). 3D 프린팅 방법은 제1 층이 인쇄되고, 그 후 다량의 재료가 별개의 후속 층으로서 제1 층에 첨가되는, 첨가식 방법일 수 있다. 각각의 첨가식 후속 층은 분말 재료 부분을 변환(예를 들어, 융착, 예컨대 용융)하여 이전 층에 첨가될 수 있다.
이제 도면을 참조할 것이며, 전체적으로 유사한 부호는 유사한 부분을 지칭한다. 도면들과 그 안의 특징부들이 반드시 실제 축척으로 그려지는 것은 아님을 이해해야 할 것이다.
3D 프린팅 공정에 의해 물체를 생성하기 위해 사용될 수 있는 시스템의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 시스템은 베이스(102) 위에 분말 베드(101)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 베이스(102)는 형성 공정 도중에 사용될 수 있다. 몇몇 상황에서, 초기의 물체, 또는 3차원 프린팅 공정 도중에 형성되는 물체는, 베이스(102)를 건드리지 않고 분말 베드(101)에 떠다닌다. 베이스(102)는 적어도 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개 또는 15개의 분말 층을 지지할 수 있다. 베이스는 소정의 온도로든지 온도 구배에 따라 가열되거나 냉각될 수 있다. 온도 구배는 소정의 시간 동안 한정될 수 있다. 소정의 온도는 적어도 약 10℃, 20℃, 25℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 또는 1000℃일 수 있다. 소정의 온도는 최대 약 1000℃, 900℃, 800℃, 700℃, 600℃, 650℃, 600℃, 550℃, 500℃, 450℃, 400℃, 350℃, 300℃, 250℃, 200℃, 150℃, 100℃, 50℃, 또는 10℃일 수 있다. 소정의 온도는 상기에서 열거한 온도 값들 중 어느 것 사이일 수 있다. 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 1000℃, 약 100℃ 내지 약 600℃, 약 200℃ 내지 약 500℃, 또는 약 300℃ 내지 약 450℃. 베이스는 열 안정적일 수 있다. 베이스(102)는 벽을 가질 수 있다. 벽을 갖는 베이스는 분말 베드를 수용하는 용기로 지칭될 수 있다. 베이스(예를 들어, 베이스의 벽)는 온도 센서(예를 들어, 하나 이상의 열전대)를 포함할 수도 있다. 온도 센서는 제어부에 작동적으로 연결될 수도 있다. 제어부는 프로세서(예를 들어, 컴퓨터)를 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 상기 분말 베드(101) 및/또는 베이스(102)의 온도 측정은, 예를 들면, 적외선(IR) 온도 센서를 사용하여 광학적으로 실시될 수 있다. 온도 센서는 분말 베드의 에지에서의 온도, 분말 베드의 하나 이상의 무작위 위치에서의 온도, 분말 베드의 중앙에서의 온도, 베이스에서의 온도, 또는 이들의 임의의 조합에서의 온도를 모니터할 수 있다. 온도 센서는 온도를 소정의 시간에, 무작위 시간에, 또는 충동적으로, 모니터할 수 있다. 일부 경우에 상기 베이스의 벽은 절연될 수 있다. 베이스(예를 들어, 베이스의 벽)는 분말 베드의 원하는 온도를 유지하기 위해 연속적으로 또는 간헐적으로 가열되거나 냉각될 수 있다. 분말 베드는 노출된 상단 표면, 덮인 상단 표면, 또는 부분적으로 노출되고 부분적으로 덮인 상단 표면을 가질 수 있다. 분말 베드는 적어도 약 1mm, 10mm, 25mm, 50mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 또는 500mm 너비일 수 있다. 분말 베드는 적어도 약 1mm, 10mm, 25mm, 50mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 또는 500mm 깊이일 수 있다. 분말 베드는 적어도 약 1 mm, 10mm, 25mm, 50mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 또는 500mm 길이일 수 있다. 베이스(102) 상의 분말 베드(101)는 분말 저장부(예를 들어, (103)에 인접할 수 있다. 분말 저장부는 용기(예를 들어, 104)에 배치될 수 있다. 용기는 고정형이거나 병진식일 수도 있다. 분말 베드(101)는 프린팅 공정 전체에 걸쳐 열적 평형이나 그 근처에서 유지될 수 있다. 분말 베드의 평균 온도는 프린팅 공정 동안 적어도 0.1℃, 0.2℃, 0.3℃, 0.4℃, 0.5℃, 0.6℃, 0.7℃, 0.8℃, 0.9℃, 1℃, 2℃, 3℃, 4℃, 5℃, 6℃, 7℃, 8℃, 9℃, 10℃, 15℃, 20℃, 30℃, 40℃, 또는 50℃, 또는 그 미만 만큼 열적 변동할 수 있다. 분말 베드의 평균 온도는 프린팅 공정 동안 최대 약 50℃, 40℃, 30℃, 20℃, 10℃, 또는 5℃ 만큼 열적 변동할 수 있다. 분말 베드의 평균 온도는 상기 언급한 온도 변동 값들 중 어느 것 사이에서 열적 변동할 수 있다. 예를 들어, 분말 베드의 평균 온도는 50℃ 내지 5℃, 또는 30℃ 내지 5℃의 온도 범위 만큼 열적 변동할 수 있다.
프린팅 공정 동안 분말 저장부(예를 들어, 103)로부터의 분말이 저장부에서 베이스(예를 들어, 102)로 이동되어서 새로운 분말, 재순환 분말, 냉각된 분말 또는 이들의 임의의 조합을 베이스 상의 분말 베드(예를 들어, 101)에 제공할 수 있다. 분말은 층 분배 기구(본원에서 "병진 기구"(예를 들어, 105. 본원에서 "층 부가 기구"이기도 함)에 의해서 분말 저장부에서 분말 베드로 이동될 수 있다. 층 분배 기구는 병진 기구(예를 들어, 병진 장치)일 수 있으며, 하나 이상의 이동하는 부품을 포함할 수 있다. 층 분배 기구는 분말 이동, 분말 증착, 분말 레벨링, 분말 제거, 또는 이들의 임의의 조합이 가능한 장치일 수 있다.
층 분배 기구는 실질적으로 수평으로, 수직으로, 경사지게, 병진될 수도 있다. 층 분배 기구는 측방향으로 병진될 수도 있다. 일부 예에서, 베이스, 기판, 인클로저, 또는 분말 베드는 병진식일 수도 있다. 층 분배 기구는 스프링을 포함할 수도 있다. 베이스, 기판, 인클로저, 또는 분말 베드는 실질적으로 수평으로(예를 들어, 오른쪽에서 왼쪽으로와 그 반대로), 실질적으로 수직으로(예를 들어, 위에서 아래로와 그 반대로), 또는 경사지게, 병진될 수도 있다. 인클로저, 기판, 및 베이스 중 적어도 하나는 하강형 플랫폼(예를 들어, 엘리베이터)을 포함할 수도 있다. 엘리베이터는 분말 베드(또는 그 용기)를 제1 위치로 병진시킬 수도 있다. 분말은 제1 위치에서 분말 베드(또는 그 용기)에 증착될 수도 있다. 분말 베드는 이후에 제2 위치로 병진될 수도 있다. 일부 예에서, 제2 위치는 제1 위치보다 낮다. 제1 위치에 비해, 제2 위치에서 분말 베드는 수직으로 층 분배 기구에서 더 멀 수도 있다. 일부 예에서, 분말 베드 또는 그 용기는 고정형일 수도 있다. 일부 예에서, 제2 위치는 제1 위치 보다 높다(예를 들어, 엘리베이터에 의해). 일부 예에서, 층 분배 기구는 제2 위치로 이동될 수도 있다. 분말 베드의 노출된 표면에 가장 가까운 층 분배 기구의 측면은 여기에서 층 분배 기구의 바닥부로 지정된다. 분말 베드(또는 그 용기)가 제2 위치에 있는 경우, 증착된 분말의 적어도 일부는 층 분배 기구의 바닥부 위로 수직으로 위치될 수도 있다. 때때로, 분말 베드를 수용하는 용기에는 분말 재료가 결여될 수도 있다. 때때로, 분말 베드를 수용하는 용기는 분말 재료를 포함한다. 층 분배 기구는 분말 베드를 따라 측방향으로 병진되어서 분말 재료의 적어도 일부가 제2 위치에 있는 층 분배 기구의 이동을 방해할 수도 있다. 층 분배 기구는, 측방향으로 이동하면서, 방해하는 분말 재료를 밀거나, 압축하거나 수집할 수도 있다. 층 분배 기구는 분말 베드를 따르는(예를 들어, 분말 베드의 폭 또는 길이를 따르는) 그것의 측방향 이동에서 분말 재료를 레벨링할 수도 있다. 분말의 레벨링 결과 분말 베드의 상단 (즉, 노출된 표면)에서 적어도 한 평면(예를 들어, 수평방향 평면)에 실질적으로 평면 균일성을 가진 평면을 생성하게 될 수도 있다. 분말의 레벨링 결과 분말 재료 층의 상단에서 적어도 한 평면(예를 들어, 수평방향 평면)에 평균 평면 균일성을 가진 평면을 생성하게 될 수도 있다. 평균 평면은, 분말 재료의 층의 표면의 최상위 부분의 최소제곱 평면 근사법에 의해 정의되는 평면일 수도 있다. 평균 평면은, 분말 베드의 상단 표면 상의 각 지점에서의 분말 높이를 평균화함으로써 산출되는 평면일 수도 있다. 층 분배 기구(예를 들어, 105)는 롤러, 브러쉬, 갈퀴 (예를 들어, 톱니형 갈퀴 또는 다우얼-치형 갈퀴), 쟁기, 주걱 또는 나이프 블레이드를 포함할 수 있다. 층 분배 기구는 원, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 또는 기타 다각형의 수직방향 단면(예를 들어, 측 단면)을 포함할 수도 있다. 일부 경우에, 층 분배 기구는 롤러를 포함할 수 있다. 롤러는 평탄한 롤러일 수 있다. 롤러는 거친 롤러일 수 있다. 롤러는 돌출부 또는 오목부를 가질 수도 있다. 압출부는 굴곡가능 압출부(예를 들어, 브러쉬)일 수도 있으며; 압출부는 경질 압출부(예를 들어, 갈퀴)일 수도 있다. 압출부는 뾰족한 말단, 둥근 말단 또는 무딘 말단을 포함할 수도 있다. 돌출부 또는 오목부는 롤러에 패턴을 형성할 수도 있거나, 또는 무작위로 롤러에 위치할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 층 분배 기구는 쟁기 또는 갈퀴를 포함할 수 있다. 층 분배 기구는 블레이드를 포함할 수도 있다. 블레이드는 평면 오목형, 평면 볼록형, 정(chisel) 형상, 또는 쐐기 형상 블레이드를 포함할 수도 있다. 블레이드는 정 또는 쐐기 형상, 뿐만 아니라 분말이 그 상단(예를 들어, 1214)에 축적할 수 있게 할 수도 있는 오목형 상단 표면 (도 12c에서 1212)를 가질 수도 있다. 블레이드는 정 또는 쐐기 형상(예를 들어, 도 12b에서 1207)을 가지며 분말이 그 상단에서 미끄러질 수 있게 할 수도 있다. (예를 들어, 1209). 블레이드는 날카로운 에지 또는 만곡 표면을 포함할 수도 있다. 만곡 표면은 적어도 약 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm 또는 11mm의 만곡부의 반경을 포함할 수도 있다. 만곡부의 반경은 최대 약 12mm, 11mm, 10mm, 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm, 2mm, 또는 1mm를 가질 수도 있다. 만곡 표면의 만곡부의 반경은 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다(예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 12mm, 약 0.5mm 내지 약 5mm, 또는 약 5mm 내지 약 12mm). 층 분배 기구는 세라믹, 금속, 금속 합금 (예를 들면, 스틸) 또는 고분자 재료 (예를 들어, 고무)로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 층 분배 기구(예를 들어, 105)는 분말을 이동하는데 사용될 수 있는 수직방향 특징부들 및 상기 특징부들 사이에 수직방향 개구부를 갖는 갈퀴를 포함할 수 있다. 일부 경우에 층 분배 기구는 분말 베드를 접촉하는 실질적으로 볼록, 오목, 경사진 또는 직선 에지를 가질 수 있다. 층 분배 기구의 에지는 분말 베드의 표면에 대하여 수직하거나, 평행하거나 또는 0도와 90도 사이인 예각을 가질 수 있다. 층 분배 기구는 분말 베드의 상단 표면에 걸쳐서 재순환 분말, 새로운 분말, 차가운 분말, 뜨거운 분말, 주위 온도의 분말, 또는 그의 임의의 조합의 평탄하고, 균일하고, 그리고/또는 레벨링된 층을 제공하도록 구성될 수 있다. 분말 재료는 분말 재료가 물체를 위해 원하거나 다른 소정의 재료가 되도록 선택될 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체의 층은 단일 유형의 재료를 포함한다. 일부 예에서, 3D 물체의 층은 단일 원소 금속 유형, 또는 단일 합금 유형을 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 3D 물체 내부의 층은 여러 유형의 재료를 포함할 수도 있다(예를 들어, 원소 금속 및 합금, 합금 및 세라믹, 합금 및 원소 탄소의 동소체). 소정의 실시예들에서 각각의 재료의 유형은 그 유형의 단지 하나의 부재를 포함한다. 예를 들면: 원소 금속(예, 철)의 단일 부재, 금속 합금(예, 스테인리스 스틸)의 단일 부재, 세라믹 재료(예, 탄화 규소 또는 탄화 텅스텐)의 단일 부재, 또는 원소 탄소(예, 그라파이트)의 단일 부재(예, 동소체). 일부 경우에, 3D 물체의 층은 한 가지 보다 많은 재료 유형을 포함한다. 일부 경우에, 3D 물체의 층은 한 가지 보다 많은 재료 유형의 부재를 포함한다.
원소 금속은 알칼리 금속, 알칼리토 금속, 전이 금속, 희토류 원소 금속, 또는 다른 금속일 수 있다. 알칼리 금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 또는 프란슘일 수 있다. 알칼리토 금속은 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 또는 라듐일 수 있다. 전이 금속은 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 이트륨, 지르코늄, 백금, 금, 러더포듐, 두브늄, 시보??, 보륨, 하슘, 마이트너륨, 코페르니슘(Ununbium), 니오븀, 이리듐, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 또는 오스뮴일 수 있다. 전이 금속은 수은일 수 있다. 희토류 금속은 란탄, 또는 악티니드일 수 있다. 란탄 금속은 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 또는 루테튬 일 수 있다. 악티니드 금속은 악티늄, 토륨, 프로트악티늄, 우라늄, 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘, 큐륨, 버클륨, 캘리포늄, 아인슈타이늄, 페르뮴, 멘델레븀, 노벨륨, 또는 로렌슘일 수 있다. 다른 금속은 알루미늄, 갈륨, 인듐, 주석, 탈륨, 납 또는 비스무트일 수 있다.
금속 합금은 철 기반 합금, 니켈 기반 합금, 코발트 기반 합금, 크롬 기반 합금, 코발트 크롬 기반 합금, 티타늄 기반 합금, 마그네슘 기반 합금, 구리 기반 합금, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 합금은 산화 또는 부식 저항성 합금을 포함할 수도 있다. 합금은 초합금(예를 들어, 인코넬(Inconel))을 포함할 수도 있다. 초합금은 인코넬 600, 617, 625, 690, 718, 또는 X-750을 포함할 수도 있다. 금속(예를 들어, 합금 또는 원소)은 항공 우주, 자동차, 선박, 기관차, 위성, 국방, 석유 & 가스, 에너지 생성, 반도체, 패션, 건축, 농업, 인쇄, 또는 의료를 포함하는 산업분야에서 적용예들에 사용되는 합금을 포함할 수도 있다. 금속(예를 들어, 합금 또는 원소)은 장치, 의료 기기 (인간 & 동물), 기계류, 휴대폰, 반도체 장비, 발전기, 엔진, 피스톤, 전자기기 (예를 들어, 회로), 전자 장비, 농업 장비, 모터, 기어, 트랜스미션, 통신 장비, 전산 장비 (예를 들어, 랩탑, 휴대전화, 아이패드), 에어컨, 발전기, 가구, 음악 장비, 예술, 보석, 조리장비, 또는 스포츠 기어를 포함하는 제품에 사용되는 합금을 포함할 수도 있다. 금속(예를 들어, 합금 또는 원소)은 임플란트 또는 보철을 포함하는 인간 또는 동물 용 적용예용 제품에 사용되는 합금을 포함할 수도 있다. 금속 합금은 인간 또는 동물 수술, 임플란트(예를 들어, 치아), 또는 보철을 포함하는 분야에서의 적용예에 사용되는 합금을 포함할 수도 있다.
본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 다양한 용도 및 적용예들을 위한 3D 물체를 형성하는 데 이용될 수 있다. 이러한 용도 및 적용예들은, 제한하지 않고, 전자기기, 전자 부품 (예를 들어, 케이스), 기계, 기계 부품, 공구, 임플란트, 보철, 패션 아이템, 의류, 신발 또는 보석을 포함한다. 임플란트는 경질, 연질 조직이나 또는 경질 및 연질 조직의 조합에 지향(예를 들어, 통합)될 수 있다. 임플란트는 경질 또는 연질 조직과의 접착을 형성할 수도 있다. 기계는 모터 또는 모터 부품을 포함할 수도 있다. 기계는 차량을 포함할 수도 있다. 기계는 항공 우주 관련 시스템을 포함할 수도 있다. 기계는 공중 기계를 포함할 수도 있다. 차량은 비행기, 드론, 자동차, 기차, 자전거, 보트, 또는 셔틀(예를 들어, 우주 왕복선)을 포함할 수도 있다. 기계는 위성 또는 미사일을 포함할 수도 있다. 용도 및 적용예는 상기에서 열거한 산업 및/또는 제품에 관한 3D 물체를 포함할 수도 있다.
일부 예에서, 철 합금은 Elinvar, Fernico, 페로합금, Invar, 철 수소화물, Kovar, Spiegeleisen, Staballoy (스테인리스 스틸), 또는 스틸을 포함한다. 일부 예에서 금속 합금은 스틸이다. 페로합금은 페로보론, 페로세륨, 페로크롬, 페로마그네슘, 페로망간, 페로몰리브덴, 페로니켈, 페로포스포루스, 페로실리콘, 페로티타늄, 페로우라늄, 또는 페로바나듐을 포함할 수도 있다. 철 합금은 주철 또는 선철을 포함할 수도 있다. 스틸은 Bulat 스틸, 크로몰리, Crucible 스틸, Damascus 스틸, Hadfield 스틸, 고속 스틸, HSLA 스틸, Maraging 스틸, Reynolds 531, 실리콘 스틸, Spring 스틸, 스테인레스 스틸, 공구 스틸, Weathering 스틸 또는 Wootz 스틸을 포함할 수도 있다. 고속 스틸은 Mushet 스틸을 포함할 수도 있다. 스테인레스 스틸은 AL-6XN, Alloy 20, celestrium, 해양 등급 스테인레스, 마르텐사이트 스테인레스 스틸, 수술용 스테인레스 스틸, 또는 Zeron 100를 포함할 수도 있다. 공구 스틸은 실버 스틸을 포함할 수도 있다. 스틸은 스테인레스 스틸, 니켈 스틸, 니켈 크롬 스틸, 몰리브덴 스틸, 크롬 스틸, 크롬-바나듐 스틸, 텅스텐 스틸, 니켈-크롬-몰리브덴 스틸, 또는 실리콘-망간 스틸을 포함할 수도 있다. 스틸은 임의의 국제자동차기술자협회(S℃iety of Automotive Engineers; SAE) 등급, 예컨대 440F, 410, 312, 430, 440A, 440B, 440C, 304, 305, 304L, 304L, 301, 304LN, 301LN, 2304, 316, 316L, 316LN, 316, 316LN, 316L, 316L, 316, 317L, 2205, 409, 904L, 321, 254SMO, 316Ti, 321H, 또는 304H으로 구성될 수도 있다. 스틸은 오스테나이트계, 슈퍼오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 듀플렉스, 및 석출 경화 마르텐사이트계로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 결정 구조의 스테인레스 스틸을 포함할 수도 있다. 듀플렉스 스테인레스 스틸은 린 듀플렉스(lean duplex), 표준 듀플렉스, 슈퍼 듀플렉스, 또는 하이퍼 듀플렉스일 수도 있다. 스테인레스 스틸은 수술 등급 스테인레스 스틸(예를 들어, 오스테나이트계 316, 마르텐사이트계 420 또는 마르텐사이트계 440)을 포함할 수도 있다. 오스테나이트계 316 스테인레스 스틸은 316L, 또는 316LVM를 포함할 수도 있다. 스틸은 17-4 석출 경화 스틸(유형 630, 크롬-구리 석출 경화 스테인레스 스틸, 17-4PH 스틸로도 알려짐)을 포함할 수도 있다.
티타늄 기반 합금은 알파 합금, 근사 알파 합금, 알파 및 베타 합금, 또는 베타 합금을 포함할 수도 있다. 티타늄 합금은, 1, 2, 2H, 3, 4, 5, 6, 7, 7H, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 16H, 17, 18, 19, 20, 21, 2, 23, 24, 25, 26, 26H, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 또는 그 이상의 등급을 포함할 수도 있다. 일부 예에서 티타늄 기반 합금은 Ti-6Al-4V 또는 Ti-6Al-7Nb을 포함한다.
니켈 합금은 Alnico, Alumel, Chromel, Cupronickel, Ferronickel, German silver, Hastelloy, Inconel, Monel metal, Nichrome, Nickel-carbon, Nicrosil, Nisil, Nitinol, 또는 자성 "연질" 합금을 포함할 수도 있다. 자성 "연질" 합금은 Mu-금속, 퍼멀로이, 슈퍼멀로이, 또는 황동을 포함할 수도 있다. 황동은 니켈 수소화물, 스테인리스 또는 동전 은을 포함할 수도 있다. 코발트 합금은 Megallium, Stellite (예, Talonite), Ultimet, 또는 Vitallium을 포함할 수도 있다. 크롬 합금은 크롬 수산화물, 또는 니크롬을 포함할 수도 있다.
알루미늄 합금은 AA-8000, AlLi (알루미늄-리튬), Alnico, Duralumin, Hiduminium, Kryron Magnalium, Nambe, 스칸듐-알루미늄, 또는 Y 합금을 포함할 수도 있다. 마그네슘 합금은 Elektron, Magnox, 또는 T-MgAlZn (Bergman 상) 합금일 수도 있다.
구리 합금은 비소 구리, 베릴륨 구리, Billon, 황동, 청동, 콘스탄탄, 구리 수소화물, 구리-텅스텐, Corinthian 청동, Cupronickel, Cymbal 합금, Devarda 합금, Electrum, Hepatizon, Heusler 합금, Manganin, Molybdochalkos, 니켈 은, Nordic 금, Shakudo, 또는 Tumbaga를 포함할 수도 있다. 황동은 Calamine 황동, Chinese 은, Dutch 금속, Gilding 금속, Muntz 금속, Pinchbeck, Prince 금속, 또는 Tombac을 포함할 수도 있다. 청동은 알루미늄 청동, 비소 청동, Bell 금속, Florentine 청동, Guanin, Gunmetal, Glucydur, Phosphor 청동, Ormolu, 또는 Speculum 금속을 포함할 수도 있다.
분말은 3D 프린팅 공정에 의해 분말 베드에 형성되면서, 3D 물체에 대한 지지를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 저 유동성 분말은 고 유동성 분말 보다 3D 물체를 더 잘 지지할 수 있다. 저 유동성 분말은 특히 상대적으로 작은 입자들, 불균일한 크기의 입자들, 또는 서로 끌어당기는 입자들로 이루어지는 분말로 달성될 수 있다. 분말은 저, 중간 또는 고 유동성을 가질 수도 있다. 분말 재료는 15kPa의 인가력에 응답하여 적어도 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 또는 10%의 압축률을 가질 수도 있다. 분말은 15kPa의 인가력에 응답하여 최대 약 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4.5%, 4.0%, 3.5%, 3.0%, 2.5%, 2.0%, 1.5%, 1.0%, 또는 0.5%의 압축률을 가질 수도 있다. 분말은 적어도 약 100 mJ, 200 mJ, 300 mJ, 400 mJ, 450 mJ, 500 mJ, 550 mJ, 600 mJ, 650 mJ, 700 mJ, 750 mJ, 800 mJ, 또는 900 mJ의 기본 유동 에너지를 가질 수도 있다. 분말은 최대 약 200 mJ, 300 mJ, 400 mJ, 450 mJ, 500 mJ, 550 mJ, 600 mJ, 650 mJ, 700 mJ, 750 mJ, 800 mJ, 900 mJ, 또는 1000 mJ의 기본 유동 에너지를 가질 수도 있다. 분말은 기본 유동 에너지의 상기에서 열거한 값들 사이에서 기본 유동 에너지를 가질 수도 있다. 예를 들면, 분말은 약 100mj 내지 약 1000mJ, 약 100mj 내지 약 600mJ, 또는 약 500mj 내지 약 1000mJ의 기본 유동 에너지를 가질 수도 있다. 분말은 적어도 약 1.0 mJ/g, 1.5 mJ/g, 2.0 mJ/g, 2.5 mJ/g, 3.0 mJ/g, 3.5 mJ/g, 4.0 mJ/g, 4.5 mJ/g, 또는 5.0mJ/g의 비에너지를 가질 수도 있다. 분말은 최대 5.0 mJ/g, 4.5 mJ/g, 4.0 mJ/g, 3.5 mJ/g, 3.0 mJ/g, 2.5 mJ/g, 2.0 mJ/g, 1.5 mJ/g, 또는 1.0 mJ/g의 비에너지를 가질 수도 있다. 분말은 비에너지의 상기에서 열거한 값들 중 어느 것 사이에서 비에너지를 가질 수도 있다. 예를 들면, 분말은 약 1.0mJ/g 내지 약 5.0 mJ/g, 약 3.0 mJ/g 내지 약 5mJ/g, 또는 약 1.0 mJ/g 내지 약 3.5 mJ/g의 비에너지를 가질 수도 있다.
3D 물체는 분말 베드에 의해 지지될 수 있는 보조 특징부를 가질 수 있다. 3D 물체는 분말 베드에 의해 지지될 수 있는 보조 특징부를 가질 수 있으며 베이스, 기판, 분말 베드를 수용하는 용기, 또는 인클로저의 바닥부를 건드릴 수 없다. 완전하거나 부분적으로 형성된 상태의 3차원 부품 (3D 물체)는 (예를 들어, 베이스, 기판, 분말 베드를 수용하는 용기, 또는 인클로저를 건드리지 않고) 분말 베드에 의해 완전히 지지될 수 있다. 완전하거나 부분적으로 형성된 상태의 3차원 부품 (3D 물체)는 (예를 들어, 분말 베드를 제외한 어느 것도 건드리지 않고) 분말 베드에 의해 완전히 지지될 수 있다. 완전하거나 부분적으로 형성된 상태의 3D 물체는 아무런 추가 지지부 상에 안치되지 않고 분말 베드에 현탁될 수 있다. 일부 경우에, 완전하거나 부분적으로 형성된 상태의 (즉, 초기) 3D 물체는 분말 베드에 떠다닐 수 있다.
3D 물체는 다양한 적용예에 적합할 수도 있는, 다양한 표면 거칠기 프로파일을 가질 수 있다. 표면 거칠기는 이상적인 형태로부터, 실제 표면의 법선 벡터의 방향으로의 편차일 수도 있다. 표면 거칠기는 거칠기 프로파일의 산술 평균(이하 "Ra")으로 측정될 수도 있다. Ra는 절대 값을 사용할 수도 있다. 3D 물체는 적어도 약 200 μm, 100 μm, 75 μm, 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm, 30 μm, 25μm, 20 μm, 15 μm, 10 μm, 7 μm, 5 μm, 3 μm, 1 μm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm, 40 nm, 또는 30 nm의 Ra 값을 가질 수 있다. 형성된 물체는 최대 약 200μm, 100 μm, 75 μm, 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm, 30 μm, 25μm, 20 μm, 15 μm, 10 μm, 7 μm, 5 μm, 3 μm, 1 μm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm, 40 nm, 또는 30 nm의 Ra 값을 가질 수 있다. 3D 물체는 상기 언급한 Ra 값들 중 어느 것 사이의 Ra 값을 가질 수 있다. 예를 들면, Ra 값은 약 30 nm 내지 약 50 μm, 약 5 μm 내지 약 40 μm, 약 3 μm 내지 약 30 μm, 약 10 nm 내지 약 50 μm, 또는 약 15 nm 내지 약 80 μm일 수 있다. Ra 값은 전자 현미경(예를 들면, 주사 전자 현미경), 주사 터널링 현미경, 원자력 현미경, 광학 현미경(예를 들어, 공초점형, 레이저) 또는 초음파에 의해 측정될 수도 있다. Ra 값은 접촉 또는 비접촉 방식으로 측정될 수도 있다.
3D 물체는 변환된 재료(예를 들면, 융착, 소결, 용융, 결합 또는 연결된 분말 재료)에서 유래한 고체 재료의 연속 층(예를 들어, 연속적인 단면)으로 구성될 수도 있다. 변환된 분말 재료는 경화된(예를 들어, 고형화된) 재료에 연결될 수도 있다. 경화된 재료는 동일 층, 또는 다른 층(예를 들어, 이전 층) 내부에 소재할 수도 있다. 일부 예에서, 경화된 재료는 새로 변환된 재료에 의해(예를 들면, 분말 재료를 융착, 소결, 용융, 결합 또는 연결해서) 후속적으로 연결되는 3차원 물체의 연결이 끊어진 부분을 포함한다.
생성된 (즉, 형성된) 3D 물체의 단면(예를 들어, 수직방향 단면)은 미세구조 또는 층상 증착을 표시하는 알갱이 구조를 드러낼 수도 있다. 이론에 구속되고자 하지 않고, 미세구조 또는 알갱이 구조는 3D 프린팅 방법에 전형적이고 그리고/또는 이를 나타내는 변환된 분말 재료의 고형화로 인해 발생할 수도 있다. 예를 들어, 단면은 3D 프린팅 공정 동안 형성될 수도 있는 고형화된 용융 풀을 나타내는 물결이나 파도를 닮은 미세구조를 드러낼 수도 있다. 고형화된 용융 풀의 반복적인 층상 구조는 그 일부가 인쇄된 배향을 드러낼 수도 있다. 단면은 실질적으로 반복적인 미세구조 또는 알갱이 구조를 드러낼 수도 있다. 미세구조 또는 알갱이 구조는 재료 조성, 알갱이 배향, 재료 밀도, 입계에 대한 화합물의 분리 정도, 입계에 대한 원소 분리 정도, 재료 상, 금속 상, 결정 상, 결정 구조, 재료 기공률, 또는 이들의 임의의 조합에 있어서의 실질적으로 반복적인 변형을 포함할 수도 있다. 미세구조 또는 알갱이 구조는 층상 용융 풀의 실질적으로 반복적인 고형화를 포함할 수도 있다. 실질적으로 반복적인 미세구조는 적어도 약 0.5 μm, 1 μm, 5 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, 400 μm, 450 μm, 또는 500 μm의 평균 층 크기를 가질 수도 있다. 실질적으로 반복적인 미세구조는 최대 약 500 μm, 450μm, 400μm, 350μm, 300μm, 250μm, 200μm, 150μm, 100μm, 90μm, 80μm, 70μm, 60μm, 50μm, 40μm, 30μm, 20μm, 또는 10μm의 평균 층 크기를 가질 수도 있다. 실질적으로 반복적인 미세구조는 상기 언급한 층 크기 값들 사이의 어느 것의 평균 층 크기를 가질 수도 있다. 예를 들면, 실질적으로 반복적인 미세구조는 약 0.5μm 내지 약 500μm, 약 15μm 내지 약 50μm, 약 5μm 내지 약 150μm, 약 20μm 내지 약 100μm, 또는 약 10μm 내지 약 80μm의 평균 층 크기를 가질 수도 있다.
인쇄된 3D 물체는 보조 특징부를 이용하지 않고 인쇄될 수도 있고, 감소된 양의 보조 특징부를 이용하여 인쇄될 수도 있고, 또는 이격된 보조 특징부를 이용하여 인쇄될 수도 있다. 일부 실시예에서, 인쇄된 3D 물체에는 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지부 마크가 결여될 수도 있다. 3D 물체에는 하나 이상의 보조 지지 특징부가 결여될 수도 있고 (예를 들어, 3D 물체의 생성 이후에) 제거된 (베이스 구조를 포함하여) 보조 특징부의 하나 이상의 마크가 결여될 수도 있다. 인쇄된 3D 물체는 단일 보조 지지부 마크를 포함할 수도 있다. 단일 보조 특징부(예를 들어, 보조 지지부 또는 보조 구조)는 베이스, 기판, 또는 금형일 수도 있다. 보조 지지부는 베이스, 기판, 또는 금형에 부착될 수도 있다. 3D 물체는 하나 이상의 보조 구조에 속하는 마크를 포함할 수도 있다. 3D 물체는 보조 특징부에 속하는 둘 이상의 마크를 포함할 수도 있다. 3D 물체에는 보조 지지부에 관한 마크가 결여될 수도 있다. 3D 물체에는 보조 지지부가 결여될 수도 있다. 3D 물체에는 하나 이상의 보조 지지 특징부가 결여될 수도 있고 보조 지지부에 관한 하나 이상의 마크가 결여될 수도 있다. 마크는 알갱이 배향 변화, 층 배향 변화, 층 두께 변화, 재료 밀도 변화, 입계에 대한 화합물의 분리 정도의 변화, 재료 기공률 변화, 입계에 대한 원소 분리 정도의 변화, 재료 상 변화, 금속 상 변화, 결정 상 변화, 또는 결정 구조 변화를 포함할 수도 있으며, 여기서 상기 변화는 3D 물체 단독의 기하구조에 의해 생성되지 않을 수도 있으며, 따라서, 제거된 종래의 기존 보조 지지부를 나타낼 수도 있다. 변화는 지지부의 기하구조에 의해 생성된 3D 물체에 따라 강제될 수도 있다. 일부 예에서, 인쇄된 물체의 3D 구조는 보조 지지부에 의해(예를 들어, 금형에 의해) 강제될 수도 있다. 예를 들어, 마크는 3D 물체의 기하구조에 의해 설명되지 않는 불연속 지점일 수도 있으며, 이는 임의의 보조 지지부를 포함하지 않는다. 마크는 3D 물체의 기하구조에 의해 설명될 수 없는 표면 특징부일 수도 있으며, 이는 임의의 보조 지지부(예를 들면, 주형)를 포함하지 않는다. 둘 이상의 보조 특징부 또는 보조 지지 특징부 마크는 적어도 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, 5 mm, 5.5 mm, 6 mm, 6.5 mm, 7 mm, 7.5 mm, 8 mm, 8.5 mm, 9 mm, 9.5 mm, 10 mm, 10.5 mm, 11 mm, 11.5 mm, 12 mm, 12.5 mm, 13 mm, 13.5 mm, 14 mm, 14.5 mm, 15 mm, 15.5 mm, 16 mm, 20 mm, 20.5 mm, 21 mm, 25 mm, 30 mm, 30.5 mm, 31 mm, 35mm, 40 mm, 40.5 mm, 41 mm, 45 mm, 50 mm, 80 mm, 100 mm, 200 mm 300 mm, 또는 500 mm의 간격 거리 만큼 이격될 수도 있다. 둘 이상의 보조 특징부 또는 보조 지지 특징부 마크는 최대 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, 5 mm, 5.5 mm, 6 mm, 6.5 mm, 7 mm, 7.5 mm, 8 mm, 8.5 mm, 9 mm, 9.5 mm, 10 mm, 10.5 mm, 11 mm, 11.5 mm, 12 mm, 12.5 mm, 13 mm, 13.5 mm, 14 mm, 14.5 mm, 15 mm, 15.5 mm, 16 mm, 20 mm, 20.5 mm, 21 mm, 25 mm, 30 mm, 30.5 mm, 31 mm, 35mm, 40 mm, 40.5 mm, 41 mm, 45 mm, 50 mm, 80 mm, 100 mm, 200 mm 300 mm, 또는 500 mm의 간격 거리 만큼 이격될 수도 있다. 둘 이상의 보조 특징부 또는 보조 지지 특징부 마크는 상기 언급한 보조 특징부 간격 값들 사이의 어느 값의 간격 거리 만큼 이격될 수도 있다. 예를 들면, 보조 특징부는 1.5mm 내지 500 mm, 2mm 내지 100mm, 15mm 내지 50mm, 또는 45mm 내지 200mm의 거리 만큼 이격될 수 있다. (총괄적으로 본원에서는 “보조 특징부 간격 거리”를 의미함.
3D 물체는 하나 이상의 보조 지지 특징부 또는 또는 하나 이상의 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지부 마크가 결여된 3D 프린팅 공정을 나타내는 층상 구조를 포함할 수도 있다. 3D 물체는 3D 프린팅 공정을 나타내는 층상 구조를 포함할 수도 있으며, 이는 하나, 둘 이상의 보조 지지부 마크를 포함한다. 지지부 또는 지지부 마크는 3D 물체의 표면 상에 있을 수 있다. 지지부 또는 지지부 마크는 외부 위, 내부 표면 위 (예를 들어, 3D 물체 내부 공동), 또는 양쪽 모두에 있을 수 있다. 층상 구조는 층상 평면을 가질 수 있다. 하나의 예에서, 두 개의 보조 지지 특징부 또는 보조 지지 특징부 또는 3D 물체에 존재하는 보조 지지 특징부 마크는 보조 특징부 간격 거리 만큼 이격될 수도 있다. 상기 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각(즉, 날카로운 각) 알파는 적어도 약 45o, 50 o, 55 o, 60 o, 65 o, 70 o, 75 o, 80 o, 또는 85 o일 수도 있다. 상기 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각 알파는 최대 약 90 o, 85 o, 80 o, 75 o, 70 o, 65 o, 60 o, 55 o, 50 o, 또는 45 o일 수도 있다. 상기 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각 알파는 상기 언급한 각도들 사이의 어느 각도 범위일 수도 있다. 예를 들면, 약 45o 내지 약 90 o, 약 60 o 내지 약 90 o, 약 75 o 내지 약 90 o, 약 80 o 내지 약 90 o, 약 85 o 내지 약 90 o. 상기 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각 알파는 약 87 o 내지 약 90 o일 수도 있다. 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크는 동일한 표면에 있을 수 있다. 동일한 표면은 외부 표면 또는 내부 표면 (예를 들어, 3D 물체 내부의 공동의 표면)에 있을 수 있다. 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크를 연결하는 최단 직선과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 각도는 90° 보다 크며, 상보적인 예각을 고려할 수 있다. 일부 실시예에서, 임의의 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크는 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있다. 일부 실시예에서, 임의의 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크는 적어도 약 40.5mm 이상 만큼 이격되어 있다. 일부 실시 예에서, 임의의 두 개의 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크는 보조 특징부 간격 거리 만큼 이격되어 있다.
3D 물체 내부의 하나 이상의 층은 실질적으로 평평할 수도 있다. 실질적으로 평평한 하나 이상의 층은 큰 만곡부 반경을 가질 수도 있다. 하나 이상의 층은 만곡부의 표면 반경과 동일한 만곡부 반경을 가질 수도 있다. 만곡부의 표면 반경은 적어도 약 0.1 cm, 0.2 cm, 0.3 cm, 0.4 cm, 0.5 cm, 0.6 cm, 0.7cm, 0.8 cm, 0.9 cm, 1 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 1 m, 1.5 m, 2 m, 2.5 m, 3 m, 3.5m, 4 m, 4.5 m, 5 m, 10 m, 15 m, 20 m, 25 m, 30 m, 50 m, 또는 100 m의 값을 가질 수도 있다. 만곡부의 표면 반경은 최대 약 0.1 cm, 0.2 cm, 0.3 cm, 0.4 cm, 0.5 cm, 0.6 cm, 0.7 cm, 0.8 cm, 0.9 cm, 1 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 1 m, 1.5 m, 2 m, 2.5 m, 3 m, 3.5 m, 4 m, 4.5 m, 5 m, 10 m, 15 m, 20 m, 25 m, 30 m, 50 m, 또는 100 m의 값을 가질 수도 있다. 만곡부의 표면 반경은 상기 언급한 만곡부 반경의 값들 중 어느 것 사이의 값을 가질 수도 있다. 예를 들면, 약 10 cm 내지 약 90 m, 약 50 cm 내지 약 10 m, 약 5 cm 내지 약 1 m, 약 50 cm 내지 약 5 m, 또는 약 40 cm 내지 약 50 m. 일부 예에서, 하나 이상의 층은 3D 물체의 평면 부위에 포함될 수도 있나, 평면 3D 물체일 수도 있다. 만곡부 반경은 광학 현미경, 전자 현미경, 공초점형 현미경, 원자력 현미경, 구면계, 캘리버(예를 들어, 베니어 캘리버), 정렌즈, 간섭계, 또는 레이저(예를 들어, 추적기)에 의해 측정될 수도 있다.
3차원 구조의 각 층은 본원에 개시된 바와 같이 단일 재료 또는 복수의 재료로 제조될 수 있다. 3D 물체의 층은 복합재로 구성될 수도 있다. 3D 물체는 복합재로 구성될 수도 있다.
3D 물체는 3D 물체의 표면에 존재하는 지점 X, 및 X에 가장 가까운 보조 지지부 또는 보조 지지부 마크인 Y을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, X는 Y로부터 보조 특징부 간격 거리 만큼 이격되어 있다. 최단 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 상기 예각 알파의 값을 가질 수도 있다. 최단 직선 XY과 상기 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 90° 보다 크며, 상보적인 예각을 고려할 수 있다. 일부 실시예에서, X는 Y로부터 적어도 약 10.5 mm 이상 만큼 이격되어 있다. 일부 실시예에서, X는 Y로부터 적어도 약 40.5 mm 이상 만큼 이격되어 있다.
3D 물체는 층상 구조의 층상 평면 N을 포함할 수도 있다. 3D 물체는 X와 Y 지점을 포함할 수도 있으며, 이들은 3D 물체의 표면에 존재하고, 여기서 X는 Y로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있다. 일부 실시예에서, B는 C로부터 보조 특징부 간격 거리 만큼 이격되어 있다. X에 중심이 있는 반경 XY의 영역에는 하나 이상의 보조 지지부 또는 하나 이상의 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 하나 이상의 보조 지지 특징부 마크가 결여된다. 일부 실시예에서, Y는 X로부터 적어도 약 10.5mm 이상 만큼 이격되어 있다. 상기 직선 XY과 N에 법선 방향 사이의 예각은 약 45도 내지 약 90도일 수도 있다. 상기 직선 XY과 층상 평면에 법선 방향 사이의 예각은 상기 예각 알파의 값을 가질 수도 있다. 직선 XY과 N에 법선 방향 사이의 예각이 90° 보다 큰 경우, 상보적인 예각을 고려할 수 있다. 층 구조는 본원에 기재된 3D 프린팅에 사용되는 임의의 재료를 포함할 수도 있다. 3차원 구조의 각 층은 단일 재료 또는 복수의 재료로 제조될 수 있다. 때때로 층의 한 부분은 한 가지 재료를 포함할 수도 있고, 또 다른 부분은 제1 재료와 다른 제2 재료를 포함할 수도 있다.
직선 XY, 또는 XY의 기본 길이 규모(예, 반경)를 갖는 표면은 실질적으로 평평할 수도 있다. 예를 들어, 실질적으로 평평한 표면은 큰 만곡부 반경을 가질 수도 있다. 직선 XY 또는 XY의 반경(또는 기본 길이 규모)을 갖는 표면은 만곡부의 표면 반경의 값과 동일한 만곡부 반경을 가질 수도 있다. 직선 XY의 만곡부 반경은 선 XY의 길이에 수직일 수도 있다. 직선 XY의 만곡부는 선 XY의 길이를 따르는 만곡부일 수도 있다.
하나 이상의 센서(적어도 하나의 센서)는 분말 베드 내 분말의 양을 모니터링할 수 있다. 적어도 하나의 센서는 컨트롤 시스템(예를 들어, 컴퓨터 컨트롤 시스템)에 작동적으로 연결될 수 있다. 이 센서는 광 센서, 음향 센서, 진동 센서, 화학 센서, 전기 센서, 자기 센서, 유동 센서, 움직임 센서, 속도 센서, 위치 센서, 압력 센서, 힘 센서, 밀도 센서 또는 근접 센서를 포함할 수도 있다. 이 센서는 온도 센서, 중량 센서, 분말 레벨 센서, 가스 센서, 또는 습도 센서를 포함할 수도 있다. 가스 센서는 여기에 묘사되는 기체 중 어느 하나를 감지할 수도 있다. 온도 센서는 볼로미터, 바이메탈 스트립, 열량계, 배기 가스 온도 게이지, 불꽃 감지 Gardon 게이지, Golay 셀, 열유속 센서, 적외선 온도계, 마이크로볼로미터, 마이크로파 복사계, 순 복사계, 석영 온도계, 저항 온도 검출기, 저항 온도계, 실리콘 밴드 간극 온도 센서, 특수 센서 마이크로파/촬상기, 온도 게이지, 서미스터, 열전대, 온도계 또는 고온계를 포함할 수도 있다. 압력 센서는 자기 기압계(Barograph), 기압계(Barometer), 부스트 게이지, Bourdon 게이지, 핫 필라멘트 이온화 게이지, 이온화 게이지, McLeod 게이지, 진동 U-튜브, 영구 하향공 게이지, 간극 수압계, 피라니 게이지, 압력 센서, 압력 게이지, 촉각 센서, 또는 시간 압력 게이지를 포함할 수도 있다. 위치 센서는 Auxanometer, 정전 용량 변위 센서, 정전 용량 감지, 자유 낙하 센서, 비중계, 자이로스코프 센서, 충격 센서, 경사계, 집적 회로 압전 센서, 레이저 거리측정기, 레이저 표면 속도계, LIDAR, 리니어 인코더(Linear encoder), 선형 가변 차동 변압기 (LVDT), 액체 용량 경사계, 주행 거리계, 광전 센서, 압전 가속도계, 속도 센서, 로터리 인코더, 로터리 가변 차동 변압기, Selsyn, 충격 검출기, 충격 데이터 로거, 기울기 센서, 타코미터, 초음파 두께 게이지, 가변 자기 저항 센서, 또는 속도 리시버를 포함할 수도 있다. 광학 센서는 전하 결합 소자, 비색계, 접촉 이미지 센서, 전기-광학 센서, 적외선 센서, 운동 인덕턴스 검출기, 발광 다이오드 (예, 광 센서), 광 지시형 전위차 센서, Nichols 복사계, 광섬유 센서, 광학 위치 센서, 광 검출기, 광다이오드, 광전 배증관, 포토트랜지스터, 광전기 센서, 광이온화 검출기, 광전 배증기, 포토레지스터, 포토 스위치, 광전관, Scintillometer, Shack-Hartmann, 단일 광자 애벌랜치 다이오드, 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기, 전환 에지 센서, 가시 광선 광자 카운터, 또는 파면 센서를 포함할 수도 있다. 분말 베드의 중량은 분말 속, 또는 분말에 인접하는 하나 이상의 중량 센서들에 의해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 분말 베드 내 중량 센서는 분말 베드의 바닥부에 있을 수 있다. 중량 센서는 인클로저와 기판의 바닥부 사이에 있을 수 있다. 중량 센서는 인클로저와 베이스의 바닥부 사이에 있을 수 있다. 중량 센서는 인클로저의 바닥부와 분말 베드 사이에 있을 수 있다. 중량 센서는 압력 센서를 포함할 수 있다. 중량 센서는 용수철 저울, 유압식 저울, 공압식 저울, 또는 천칭을 포함할 수도 있다. 압력 센서의 적어도 일부분은 분말 베드의 바닥면 상에 노출될 수 있다. 일부 경우에, 상기 중량 센서는 버튼 로드 셀을 포함할 수 있다. 버튼 로드 셀은 로드 셀에 인접하는 분말로부터 압력을 감지할 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 센서(예를 들어, 광학 센서 또는 광학 레벨 센서)는 위에, 아래와 같이 분말 베드에 인접하게, 또는 분말 베드의 측면에 제공될 수 있다. 일부 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 분말 레벨을 감지할 수 있다. 일부 경우에, 분말 레벨 센서는 레벨링 기구(예를 들어, 레벨링 장치) 바로 앞의 분말 레벨을 모니터링할 수 있다. 분말 레벨 센서는 분말 레벨 센서가 소정의 임계값 아래의 분말 레벨을 검출할 때 분말을 분배하도록 구성된 분말 분배 시스템(본원에서 분말 분배 부재, 분말 분배 기구, 또는 층 분배 기구로도 지칭됨)과 연통할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 센서는 분말 베드를 포함하는 구조의 중량을 모니터링함으로써 분말 베드의 중량을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 위치 센서(예를 들어, 높이 센서)는 기판에 대하여 상대적인 분말 베드의 높이를 측정할 수 있다. 위치 센서는 광학 센서일 수 있다. 위치 센서는 하나 이상의 에너지원(예를 들어, 레이저 또는 전자 빔)과 분말의 표면 사이의 거리를 결정할 수 있다. 하나 이상의 센서는 컨트롤 시스템에 (예를 들어, 프로세서에, 컴퓨터에) 접속될 수도 있다.
시스템은 제1 (예를 들어, 도 1, 106) 및 제2(예를 들어, 도 1, 107) 에너지원을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 시스템은 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 에너지원을 포함할 수 있다. 시스템은 에너지원의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 시스템은 제3 에너지원을 포함할 수 있다. 상기 제3 에너지원은 3D 물체의 형성 동안 임의의 지점에서 3D 물체의 적어도 한 부분을 가열할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 분말 베드는 램프, 가열 봉 또는 라디에이터(예를 들어, 패널 라디에이터)를 포함하는 가열 부재에 의해 가열될 수도 있다. 일부 경우에, 시스템은 단일 (예를 들어, 제1) 에너지원을 가질 수 있다. 에너지원은 영역 (예를 들어, 한정된 영역)에 에너지를 제공하도록 구성된 공급원일 수 있다. 에너지원은 복사 열 전달을 통해 한정된 영역에 에너지를 전달할 수 있다. 에너지 빔은 전자기, 전하 입자, 또는 비-하전된 입자 빔을 포함하는 방사선을 포함할 수도 있다. 에너지 빔은 전자기, 전자, 양전자, 양성자, 플라즈마 또는 이온 방사선을 포함하는 방사선을 포함할 수도 있다. 전자기 빔은 마이크로파, 적외선, 자외선 또는 가시광선을 포함할 수도 있다. 에너지 빔은 예를 들어 전자기 에너지 빔, 전자 빔, 입자 빔 또는 이온 빔을 포함할 수도 있다. 이온 빔은 양이온 또는 음이온을 포함할 수도 있다. 입자 빔은 라디칼을 포함할 수도 있다. 전자기 빔은 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 에너지원은 레이저 소스를 포함할 수도 있다. 에너지원은 전자총을 포함할 수도 있다. 에너지원은 한 지점 또는 한 영역에 에너지를 전달할 수 있는 에너지원을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서 에너지원은 레이저일 수 있다. 일 례로 레이저는 적어도 약 100 나노미터(nm), 500nm, 1000nm, 1010nm, 1020nm, 1030nm, 1040nm, 1050nm, 1060nm, 1070nm, 1080nm, 1090nm, 1100nm, 1200nm, 1500nm, 1600nm, 1700nm, 1800nm, 1900nm, 또는 2000nm의 피크 파장에서 광 에너지를 제공할 수 있다. 일 례로 레이저는 최대 약 2000nm, 1900nm, 1800nm, 1700nm, 1600nm, 1500nm, 1200nm, 1100nm, 1090nm, 1080nm, 1070nm, 1060nm, 1050nm, 1040nm, 1030nm, 1020nm, 1010nm, 1000nm, 500nm, 또는 100nm의 피크 파장에서 광 에너지를 제공할 수 있다. 레이저는 상기 언급한 피크 파장 값들 중 어느 것 사이의 피크 파장에서 광 에너지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 레이저는 약 100nm 내지 약 2000nm, 약 500nm 내지 약 1500nm, 약 1000nm 내지 약 1100nm의 피크 파장에서 광 에너지를 제공할 수 있다. 제1 및/또는 제2 에너지원으로부터 에너지 빔이 분말 베드(예를 들어, 101)의 상단 표면에 입사하거나, 여기로 유도될 수 있다. 에너지 빔은 특정 시간 동안 분말 베드의 특정 영역 상에 입사할 수 있다. 분말 베드 내의 분말 재료는 에너지 빔으로부터 에너지를 흡수할 수 있으며, 그 결과, 분말 재료의 국부적인 영역이 온도가 증가할 수 있다. 에너지 빔은 분말 베드의 상단(즉, 노출된) 표면에 대하여 병진할 수 있도록 이동형일 수 있다. 일부 예에서, 에너지원은 분말 베드의 상단 표면에 대하여 병진할 수 있도록 이동형일 수도 있다. 제1 및 선택적으로 제2 에너지 빔 및/또는 에너지원은 검류계 스캐너, 다각형 기계대, 또는 이들의 임의의 조합을 통해 이동될 수 있다. 제1 에너지원 및/또는 빔은 제1 스캐너(예를 들어, 도 1,108)와 함께 이동가능할 수 있다. 선택적으로 제2 에너지원 및/또는 빔은 제2 스캐너(예를 들어, 도 1,109)와 함께 이동가능할 수 있다. 제1 에너지원 및 선택적으로 제2 에너지원 및/또는 빔은 서로 독립적으로 병진될 수 있다. 일부 경우에 제1 및 선택적으로 제2 에너지원 및/또는 빔은 다른 속도로 병진될 수 있어서 제1 또는 제2 에너지원 및/또는 빔의 이동이 선택적으로 제2 또는 제1 에너지원의 이동에 비해 빠르게 된다.
에너지 (예를 들어, 열)는 분말로부터 냉각 부재(예를 들어, 히트 싱크 도 1, 110)로 전달될 수 있다. 냉각 부재는 분말 층의 적어도 일부분에서 멀리 에너지의 전달을 용이하게 할 수 있다. 일부 경우에 냉각 부재는 열 전도성 플레이트일 수 있다. 냉각 부재는 냉각 부재의 표면으로부터 분말 및/또는 공정 잔해를 제거해서 효율적 냉각을 유지하는, 세정 기구(예를 들어, 세정 장치)를 포함할 수 있다. 잔해는 오물, 먼지, 분말(예를 들어, 가열, 용융, 증발 및/또는 기타 공정 전환으로부터 결과물), 또는 3D 물체의 일부를 형성하지 않은 경화된 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우에 세정 기구는 고정형 회전 봉, 롤, 브러시, 갈퀴, 주걱, 베이스에 인접한 방향으로 히트 싱크가 이동할 때 회전하는 블레이드를 포함할 수 있다. 세정 기구는 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 또는 다른 다각형의 수직방향 단면(예를 들어, 측면 단면)을 포함할 수도 있다. 수직방향 단면은 무정형 형상을 가질 수도 있다. 일부 경우에 세정 기구는 냉각 부재가 측방향이 아닌 방향으로 이동할 때 회전한다. 일부 경우에 세정 기구는 냉각 부재의 이동 없이 회전한다. 일부 경우에, 냉각 부재는 분말 및/또는 잔해가 적어도 하나의 표면에 부착하는 것을 방지하는 층으로(예를 들어, 부착 방지 층) 코팅되는 적어도 하나의 표면을 포함한다.
하나 이상의 온도 센서는 냉각 부재의 온도를 감지할 수 있다. 온도 센서는 열전대, 서미스터, 고온계, 온도계 (예를 들어, 저항 온도계) 또는 실리콘 밴드 간극 온도 센서를 포함할 수 있다. 냉각 부재는 둘 이상의 열 전도성 플레이트를 포함할 수 있다. 냉각 부재는 열 전도성 재료, 예를 들어 금속 또는 금속 합금으로 제조될 수 있다. 냉각 부재는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 냉각 부재(예를 들어, 히트 싱크)는 효율적으로 열을 전도하는 재료를 포함할 수 있다. 효율적 열 전도율은 적어도 약 20W/mK, 50W/mK, 100W/mK, 150W/mK, 200W/mK, 205W/mK, 300W/mK, 350W/mK, 400W/mK, 450W/mK, 500W/mK, 550W/mK, 600W/mK, 700W/mK, 800W/mK, 900W/mK, 또는 1000W/mK일 수도 있다. 효율적 열 전도율은 상기 언급한 값들 사이의 어느 값일 수도 있다. 예를 들면, 효율적 열 전도율은 약 400W/mK 내지 약 1000W/mK, 또는 약 20W/mK 내지 약 500W/mK일 수도 있다. 히트 싱크는 원소 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 히트 싱크는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 원소 탄소의 동소체, 또는 고분자를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 돌, 제올라이트, 점토, 유리를 포함할 수 있다. 히트 싱크(예를 들어, 110)는 분말 베드(예를 들어, 101)의 상단 표면 위에 배치될 수 있다. 히트 싱크는 분말 베드 아래, 또는 분말 베드의 표면의 측면에 배치될 수 있다. 일부 경우에 히트 싱크는 분말 베드의 표면을 접촉할 수 있다. 히트 싱크는 단지 분말 베드의 표면을 터치할 수 있다. 히트 싱크는 분말 베드의 노출된 표면에 압축력을 가할 수 있다. 일부 경우에 히트 싱크는 분말 베드의 상단 표면의 에지들을 지나 연장될 수 있다. 일부 경우에 히트 싱크는 분말 베드의 상단 표면의 에지들에까지 연장될 수 있다. 일부 경우에 히트 싱크는 분말 베드의 상단 표면의 에지들로 연장될 수 있다. 히트 싱크는 분말 층의 분말 재료의 초기 구성을 실질적으로 변경하지 않고, 분말 층의 적어도 일부분으로부터 에너지의 전달을 용이하게 할 수 있다. 일부 경우에 분말 층은 완전히 또는 부분적으로 형성된 3D 물체를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 본원에서 개시된 위치 변경 값 중 어느 하나에 의해 인쇄된 3D 물체 (또는 그의 부분)의 위치를 실질적으로 변경하지 않고 분말 층의 적어도 일부분으로부터 에너지의 전달을 용이하게 할 수 있다.
냉각 부재는 분말 베드의 온도 또는 상기 분말 베드에 형성되고 있는 3D 물체의 온도를 가열, 냉각 또는 유지할 수 있게 하는 열 전달 부재일 수도 있다. 일부 예에서, 열 전달 부재는 분말 베드로부터 에너지의 전달을 가능하게 하는 냉각 부재이다. 열 전달 부재는 분말 베드에 에너지의 전달을 가능하게 할 수 있다.
열은 열 전달 기구들 (예를 들어, 전도, 자연 대류, 강제 대류 및 방사선) 중 어느 하나 또는 그 조합을 통해 분말 베드에서 히트 싱크에 전달될 수 있다. 히트 싱크는 고체, 액체 또는 반고체일 수 있다. 일부 예에서, 히트 싱크는 고체이다. 히트 싱크는 기체를 포함할 수도 있다. 대안적으로 히트 싱크는 하나 이상의 개구부(예를 들어, 도 2, 205)를 포함할 수 있다. 개구부는 패턴 또는 무작위 배열될 수 있다. 개구부는 스트라이프 패턴 또는 체스판 패턴으로 배열될 수 있다. 일부 경우에, 분말 제거 개구부(예를 들어, 흡입 노즐)가 상기 개구부에 인접할 수 있다. 일 례로, 히트 싱크는 플레이트일 수 있다. 히트 싱크의 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 예에서 히트 싱크(201)는 간극을 구성하는, 분말 베드의 표면(202)으로부터의 거리(d)이다. 간극은 조절가능하거나 고정될 수 있다. 히트 싱크는 컨트롤 시스템(예를 들어, 프로세서)에 의해 제어될 수 있다. 간극은 분말 베드 또는 그 부분을 변형하기에 적합한 단위 면적 당 용융 에너지에 기초하여 상기 컨트롤 시스템에 의해 조정될 수 있다. 기체 층(예를 들어, 203)이 히트 싱크 및 분말 베드의 표면 사이에 제공될 수 있다. 히트 싱크는 기체 층을 통해 분말 베드에 열적 결합될 수 있다. 기체 층은 주위 기체(예를 들어, 공기), 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 또는 산소를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기체 층은 분말 베드의 상단 표면과 히트 싱크 사이에 원하는 열 전달 특성을 달성하기 위해 선택될 수 있다. 거리 센서가 기체 간극의 거리를 측정할 수 있다. 거리 센서는 광학 센서, 정전용량 센서, 또는 광학 센서와 정전용량 센서 모두를 포함할 수도 있다. 일 례로, 높은 열 전도율을 가진 기체를 선택할 수 있다. 기체 간극은 히트 싱크와 분말 베드의 노출된 표면 사이의 환경일 수 있다. 간극의 크기는 제어될 수도 있다. 일부 경우에, 회전 기체 유동 전류가 간극에 발생될 수 있다. 전류는 분말 베드와 히트 싱크 간의 대류성 열 전달을 증가시키거나, 또는 원인이 될 수 있다. 일부 경우에, 전류는 히트 싱크를 따라 존재하는 주기적인 쐐기로의 히트 싱크의 이동에 의해 구동되어서 분말 베드에 전류를 유도할 수 있다. 쐐기는 약 1μm 내지 약 100mm, 또는 약 10μm 내지 약 10mm의 간격 거리를 가지고, 히트 싱크의 표면을 따라 주기적으로 이격될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대류 전류가 간극에서 기체 유동을 강제하여 기체 간극에서 발생될 수 있다. 기체 유동은 상기 히트 싱크(예를 들어, 히트 싱크의 표면)에 매립된 노즐의 제1 어레이 또는 매트릭스에 의해 강제될 수 있다. 노즐은 분말 베드의 표면을 향해 배향될 수 있으며 기체가 (예를 들어, 가압 기체의 방출을 통해) 간극에 흐를 수 있게 할 수 있다. 노즐의 제2 어레이 또는 매트릭스는 노즐의 제1 어레이 또는 매트릭스에 의해 도입된 기체를 제거해서 (예를 들어, 진공 기구를 통해) 기체 유동을 생성할 수 있다.
일부 경우에 히트 싱크는 열 교환기(예를 들어, 204)를 포함할 수 있다. 열 교환기(예를 들어, 자동 온도 조절 장치)는 히트 싱크의 온도를 일정한 목표 온도에서 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에 목표 온도는 주위 온도 보다 높거나, 낮거나, 또는 실질적으로 동등할 수 있다. 열 교환기는 히트 싱크에 내장된 배관 시스템(예를 들어, 파이프 또는 코일)을 통해 냉각 유체를 순환시킬 수 있다. 냉각 유체는 열 전달 기구(예를 들어, 전도, 자연 대류, 강제 대류 및 방사선) 중 어느 하나 또는 그 조합을 통해 히트 싱크로부터 열을 흡수하도록 구성될 수 있다. 냉각 유체는 물, 기름, 또는 냉매(예를 들어, R34a)일 수 있다. 일부 예에서, 냉각 부재는 (예를 들어, 파이프의 형태로) 분말 베드 내에 내장되지 않는다.
냉각 부재는 기계적 접촉을 통해 분말의 표면을 냉각할 수 있다. 냉각 부재는 최대 약 1초, 5초, 10초, 20초, 30초, 40초, 50초, 60초, 70초, 80초, 90초, 100초, 110초, 120초, 130초, 140초, 150초, 160초, 170초, 180초, 190초, 200초, 210초, 220초, 230초, 240초, 250초, 260초, 270초, 280초, 290초, 300초, 10분, 15분, 30분, 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 1일, 또는 미만 동안 분말 베드의 표면을 접촉할 수 있다. 냉각 부재는 적어도 약 1초, 5초, 10초, 20초, 30초, 40초, 50초, 60초, 70초, 80초, 90초, 100초, 110초, 120초, 130초, 140초, 150초, 160초, 170초, 180초, 190초, 200초, 210초, 220초, 230초, 240초, 250초, 260초, 270초, 280초, 290초, 300초, 10분, 15분, 30분, 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 1일, 또는 초과 동안 분말 베드의 표면을 접촉할 수 있다. 냉각 부재는 상기 언급한 시간들 중 어느 것 사이의 시간 동안 분말 베드의 표면을 접촉할 수 있다. 예를 들어, 냉각 부재는 약 1초 내지 약 15분, 약 1초 내지 약 10분, 약 1초 내지 약 5분, 약 1초 내지 약 1분, 또는 약 1초 내지 약 30초 시간 동안 분말 베드의 표면을 접촉할 수 있다. 냉각 부재는 평면 차원을 따라 분말 베드의 표면을 접촉하는 플레이트일 수 있다. 일부 경우에 냉각 부재는 분말의 표면을 따라 구르는 하나 이상의 실린더일 수 있다. 대안적으로 냉각 부재는 분말의 표면을 따라 달리는 벨트일 수 있다. 냉각 부재는 분말 속으로 침투해서 냉각 표면적 및 깊이를 향상하도록 구성된 스파이크, 융기부(ridge) 또는 다른 돌출 특징부를 포함할 수 있다. 돌출 특징부는 구부릴 수 있는 것(예를 들어, 연성)일 수도 있고 또는 구부릴 수 없는 것(예를 들어, 강성)일 수도 있다.
일부 예에서 냉각 부재는 분말 재료 내에 소재하지 않는다. 다른 예에서, 상기 냉각 부재는 분말 재료 내에 소재할 수도 있다. 냉각 부재는 덕트 또는 파이프일 수 있다.
일부 예에서, 냉각 부재는 플레이트가 아니다. 냉각 부재는 냉각된 분말 층일 수 있다. 냉각된 분말 층은 히트 싱크 역할을 할 수 있다. 냉각된 분말 층은 베이스 및/또는 다른 분말 층에 인접한 분말 재료를 제공하고 그리고/또는 이동시키는 갈퀴 부재에 통합될 수 있다. 갈퀴 부재는 제1 분말 층에 인접해서 적어도 약 0.5mm, 1mm, 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 또는 30mm 두께를 갖는 냉각된 분말 층을 제공할 수 있다. 갈퀴 부재는 제1 분말 층에 인접해서 최대 약 0.5mm, 1mm, 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 또는 30mm 두께를 갖는 냉각된 분말 층을 제공할 수 있다. 제1 분말 층으로부터의 열(예를 들어, 열 에너지)은 제1 분말 층으로부터 상기 냉각된 분말 층으로 전달에 의해 제거될 수 있다. 냉각된 분말 층은 최대 약 -40℃, -20℃, -10℃, 0℃, 10℃, 20℃, 25℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 또는 500℃의 온도에서 제공될 수 있다. 냉각된 분말 층은 적어도 약 -40℃, -20℃, -10℃, 0℃, 10℃, 20℃, 25℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 또는 500℃의 온도에서 제공될 수 있다. 냉각된 분말 층은 상기 열거한 온도 값들 사이의 온도에서 제공될 수 있다. 열 전달이 발생한 후 상기 냉각된 분말 층의 대부분은 제거되어서 나머지 층이 최대 약 500μm, 250μm, 100μm, 50μm, 45μm, 40μm, 35μm, 30μm, 35μm, 30μm, 25μm, 20μm, 15μm, 5μm, 1μm, 또는 0.5μm의 두께를 가질 수 있다. 나머지 냉각된 분말은 제1 및 선택적으로 제2 (또는 추가) 에너지원 중 하나 또는 둘 모두에 노출되어서 3D 물체의 적어도 일부분을 형성할 수 있게 된다.
도 9는 3D 프린팅 공정을 사용하여 3D 물체를 생성하는데 사용될 수 있는 시스템의 다른 예를 도시한다. 도 9에 도시된 시스템(900)은 도 1에 도시된 시스템과 유사할 수 있다. 도 9에 도시된 시스템(900)은 도 1에 도시된 시스템에 포함된 구성요소들의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 시스템(900)은 도 1에 포함되지 않은 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다.
시스템(900)은 인클로저(예를 들어, 챔버(901))를 포함할 수 있다. 시스템(900)의 구성요소들의 적어도 한 부분은 챔버(901) 안에 동봉될 수 있다. 챔버(901)의 적어도 한 부분은 기체로 채워져서 기상 환경을 생성할 수 있다. 기체는 불활성 기체(예를 들어, 아르곤, 네온, 헬륨)일 수 있다. 챔버는 다른 기체 또는 기체들의 혼합물로 채워질 수 있다. 기체는 비-반응성 기체(예를 들어, 불활성 기체)일 수 있다. 기상 환경은 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 수소, 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포함할 수 있다. 챔버 내의 압력은 적어도 10-7토르, 10-6토르, 10-5토르, 10-4토르, 10-3토르, 10-2토르, 10-1토르, 1토르, 10토르, 100토르, 1바, 2바, 3바, 4바, 5바, 10바, 20바, 30바, 40바, 50바, 100바, 200바, 300바, 400바, 500바, 1000바, 또는 그 이상일 수 있다. 챔버 내의 압력은 적어도 100토르, 200토르, 300토르, 400토르, 500토르, 600토르, 700토르, 720토르, 740토르, 750토르, 760토르, 900토르, 1000토르, 1100토르, 1200토르일 수 있다. 챔버 내의 압력은 최대 10-7토르, 10-6토르, 10-5토르, 또는 10-4토르, 10-3토르, 10-2토르, 10-1토르, 1토르, 10토르, 100토르, 200토르, 300토르, 400토르, 500토르, 600토르, 700토르, 720토르, 740토르, 750토르, 760토르, 900토르, 1000토르, 1100토르, 또는 1200토르일 수 있다. 챔버 내의 압력은 상기 언급한 압력 값들 중 어느 것 사이의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 압력은 약 10-7토르 내지 약 1200토르, 약 10-7토르 내지 약 1토르, 약 1토르 내지 약 1200토르, 또는 약 10-2토르 내지 약 10토르일 수도 있다. 일부 경우에 챔버 내의 압력은 표준 대기압일 수 있다. 일부 예에서, 챔버(901)는 진공 압력 하에 있을 수 있다.
챔버는 둘 이상의 기체 층을 포함할 수 있다. 기체 층은 분자량 또는 밀도에 의해 분리되어서 제1 분자량 또는 밀도를 가진 제1 기체가 챔버의 제1 영역(예를 들어, 903)에 위치하고 제1 분자량 또는 밀도 보다 작은 제2 분자량 또는 밀도를 가진 제2 기체가 챔버의 제2 영역(예를 들어, 902)에 위치할 수 있다. 기체 층은 온도에 의해 분리될 수 있다. 제1 기체는 제2 기체에 비해 챔버의 하부 영역에 있을 수 있다. 제2 기체 및 제1 기체는 인접하는 위치에 있을 수 있다. 제2 기체는 제1 기체의 상단에, 그 위로, 및/또는 그 위에 있을 수 있다. 일부 경우에 상기 제1 기체는 아르곤일 수 있고, 제2 기체는 헬륨일 수 있다. 제1 기체의 분자량 또는 밀도는 제2 기체의 분자량 또는 밀도 보다 적어도 약 1.5*, 2*, 3*, 4*, 5*, 10*, 15*, 20*, 25*, 30*, 35*, 40*, 50*, 55*, 60*, 70*, 75*, 80*, 90*, 100*, 200*, 300*, 400*, 또는 500* 클 수 있다. 본원에서 사용되는 "*"는 수학적 연산 "배"를 지정한다. 제1 기체의 분자량은 공기의 분자량보다 높을 수 있다. 제1 기체의 분자량 또는 밀도는 산소 기체(예를 들어, O2)의 분자량 또는 밀도보다 높을 수 있다. 제1 기체의 분자량 또는 밀도는 질소 기체(예를 들어, N2)의 분자량 또는 밀도보다 높을 수 있다. 때때로, 상기 제1 기체의 분자량 또는 밀도는 산소 기체나 질소 기체보다 낮을 수도 있다.
상대적으로 높은 분자량 또는 밀도를 갖는 제1 기체는 분말의 적어도 한 부분이 저장되는 시스템의 한 영역(예를 들어, 903)을 채울 수 있다. 상대적으로 낮은 분자량 또는 밀도를 갖는 제2 기체는 3D 물체가 형성되는 시스템의 한 영역(예를 들어, 902)을 채울 수 있다. 3D 물체가 형성되는 영역은 미리 정해진 패턴으로 에너지를 수신해서 3D 물체의 적어도 한 부분을 형성하는 분말 층을 포함할 수 있다; 상기 분말 층은 기판(예를 들어, 904) 상에 지지될 수 있다. 기판은 원형, 직사각형, 정사각형, 또는 불규칙한 모양의 단면을 가질 수 있다. 기판은 기판 위에 배치된 베이스를 포함할 수도 있다. 기판은 기판과 분말 층 사이(또는 분말 층에 의해 점유될 공간)에 배치된 베이스를 포함할 수도 있다. 3D 물체가 형성되는 영역은 상기 분말 층을 따라 분말 재료를 이동 및/또는 레벨링하도록 구성된 레벨링 기구(예를 들어, 롤, 브러시, 갈퀴, 주걱 또는 블레이드)를 더 포함할 수 있다. 레벨링 기구는 원, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 또는 다른 다각형, 또는 부분 형상 또는 이들의 모양의 조합의 수직방향 단면 (예를 들어, 측 단면)을 포함할 수도 있다. 레벨링 기구는 무정형 형상의 수직방향 단면(예를 들어, 측 단면)을 포함할 수도 있다. 레벨링 기구는 하나 이상의 블레이드를 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 레벨링 기구는 두 개의 거울 면을 가진 블레이드, 또는 두 개의 거울 블레이드를 형성하기 위해 부착된 두 개의 블레이드를 포함한다. 레벨링 기구가 한 측면과 반대 측면으로 진행하는 경우 이러한 거울상 배열은 유사한 동작을 보장할 수도 있다. 열 제어 유닛(예를 들어, 히트 싱크 또는 냉각 플레이트 같은 냉각 부재, 가열 플레이트, 또는 온도 조절기)이 3D 물체가 형성되는 영역의 내부 또는 3D 물체가 형성되는 영역에 인접하여 제공될 수 있다. 열 제어 유닛은 3D 물체가 형성되는 영역의 외부에(예를 들어, 소정의 거리) 제공될 수 있다. 일부 경우에, 열 제어 유닛은 3D 물체가 형성되는 경계 영역의 적어도 하나의 부위를 형성할 수 있다(예를 들어, 분말 베드 수납 용기).
챔버 내의 산소의 농도를 최소화할 수 있다. 챔버 내의 산소 농도 또는 습도가 소정의 임계 값 아래로 유지될 수 있다. 예를 들어, 챔버의 기체 조성은 최대 약 100ppb, 10ppb, 1ppb, 0.1ppb, 0.01ppb, 0.001ppb, 100ppm, 10ppm, 1ppm, 0.1ppm, 0.01ppm, 또는 0.001ppm인 산소 또는 습도 레벨을 함유할 수 있다. 챔버의 기체 조성은 상기 언급한 값들 중 어느 것 사이의 산소 또는 습도 레벨을 함유할 수 있다. 예를 들어, 챔버의 기체 조성은 약 100ppb 내지 약 0.001ppm, 약 1ppb 내지 약 0.01ppm, 또는 약 1ppm 내지 약 0.1ppm인 산소 또는 습도 레벨을 함유할 수 있다. 일부 경우에 상기 챔버는 3D 물체의 형성의 완료시 개방될 수 있다. 챔버가 개방될 때, 산소 및/또는 습도를 포함하는 주위 공기가 챔버로 들어갈 수 있다. 챔버 내부의 하나 이상의 구성요소의 공기로의 노출은 (예를 들어, 주위 공기의 유입을 방지하기 위해) 챔버가 열려있는 동안 예를 들어, 불활성 기체를 흐르게 하거나, 또는 분말 베드의 표면에 놓여 있는 무거운 기체(예를 들어, 아르곤)를 흐르게 함으로써 감소될 수 있다. 일부 경우에, 챔버가 열려 있는 동안 그들의 표면(들)에 산소 및/또는 물을 흡수하는 구성요소들은 밀봉될 수 있다.
챔버는 챔버 내부의 기체가 상대적으로 낮은 챔버에서 챔버 외부 환경으로의 누출 율을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 경우에 누출 율은 최대 약 100m토르/분, 50m토르/분, 25m토르/분, 15m토르/분, 10m토르/분, 5m토르/분, 1m토르/분, 0.5m토르/분, 0.1m토르/분, 0.05m토르/분, 0.01m토르/분, 0.005m토르/분, 0.001m토르/분, 0.0005m토르/분, 또는 0.0001m토르/분일 수 있다. 누출 율은 상기 언급한 누출 율들 중 어느 것 사이(예를 들어, 약 0.0001m토르/분 내지 약 100m토르/분, 약 1m토르/분 내지 약 100m토르/분, 또는 약 1m토르/분 내지 약 100m토르/분일 수도 있다. 챔버(예를 들어, 901)는 챔버 내부에서 챔버 외부 환경으로의 기체 누출 율이 낮도록 밀봉될 수 있다. 밀봉은 O-링, 고무 밀봉재, 금속 밀봉재, 로드-락 또는 피스톤 상 벨로우즈를 포함할 수 있다. 일부 경우에 챔버는 (예를 들어, 센서를 사용하여) 특정 누출 율 위로 누출하는 것을 검출하도록 구성된 제어부를 가질 수 있다. 상기 센서는 제어부에 연결될 수도 있다. 일부 예에서, 상기 제어부는 주어진 시간 간격에 걸쳐 챔버의 내부 압력의 저하를 검출함으로써 누출을 확인할 수 있다.
분말은 기판(예를 들어, 904) 상에 분배되어서 분말 재료로부터 3D 물체를 형성할 수 있다. 분말은 분말 분배 기구로부터 분배될 수 있다 (예를 들어, 905, 예컨대 분말 분배기). 분말 분배 기구는 분말 베드에 인접할 수 있다. 분말 분배 기구는 분말 베드의 전체 폭, 분말 베드의 전체 길이, 또는 분말 베드의 일부분에 걸쳐 있을 수도 있다. 분말 분배 기구는 분말 전달 성분들의 어레이(예를 들어, 분말 분배기 어레이)를 포함할 수도 있다. 분말 전달 성분들의 어레이는 균일 또는 불균일하게 이격될 수도 있다. 분말 분배 성분들의 어레이는 최대 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 이격될 수도 있다. 분말 전달 성분들의 어레이는 적어도 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 이격될 수도 있다. 분말 전달 성분들(예를 들어, 부재들)의 어레이는 레벨링 부재들의 상기 언급한 간격들 중 어느 것 사이만큼 이격될 수도 있다 (예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 5mm, 약 0.1mm 내지 약 2mm, 약 1.5mm 내지 약 5mm). 레벨링 기구는 분말 분배 기구에 결합될 수도 있고 또는 그 일부가 될 수도 있다. 레벨링 기구는 분말을 분말 재료 층 내에 압축할 수도 있다. 일부 예에서, 레벨링 기구는 실질적으로 분말을 분말 재료 층에 압축하지 않는다.
도 13a 내지 13d는 분말 재료를 분배하기 위한 다양한 기구의 수직방향 측 단면을 개략적으로 도시한다. 도 13a는 방향(1306)으로 이동하는 표면(1310) 위에 위치한 분말 분배기(1303)를 도시한다. 도 13b는 방향(1314)으로 이동하는 표면(1317) 위에 위치한 분말 분배기(1311)를 도시한다. 도 13c는 방향(1321)으로 이동하는 표면(1325) 위에 위치한 분말 분배기(1318)를 도시한다. 도 13d는 방향(1329)으로 이동하는 표면(1333) 위에 위치한 분말 분배기(1326)를 도시한다.
분말 분배 기구는 분말 제거 기구(예를 들어, 분말 제거 부재)에 결합될 수 있거나, 그 일부가 될 수도 있다. 분말 제거 부재는 분말 제거 시스템으로 여기에 언급될 수도 있다. 예를 들면, 도 25c는 분말 제거 시스템(예를 들어, 2531)에 통합되는 분말 분배 기구를 도시한다. 그 시스템(즉, 기구)에서는, 분말 전달 성분들(예를 들어, 2533)이 이격되어 있고, 분말 제거 기구 성분들(예를 들어, 2532)과 통합된다. 구성성분들의 통합은 패턴을 형성할 수도 있고, 또는 각각 한 유형의 구성성분을 포함하는 두 그룹으로 분리될 수도 있고, 또는 무작위로 위치할 수도 있다. 하나 이상의 분말 출구 포트 및 하나 이상의 진공 입구 포트가, 패턴으로 (예컨대, 순차적으로) 배치될 수도 있고, 함께 그룹화될 수도 있고, 또는 무작위로 배치될 수도 있다. 하나 이상의 분말 출구 포트 및 하나 이상의 진공 입구 포트는 순차적으로, 동시에, 협력하여, 또는 서로 별개로 작동한다.
분말 분배 기구는 분말 제거 시스템 및 분말 레벨링 시스템 모두와 통합될 수도 있다. 도 24는 세 개의 시스템의 통합을 위한 예를 도시한다. 시스템이 방향(2401)을 따라 분말 베드(2409) 위를 이동함에 따라, 분말 분배 기구(2406)가 분말 재료(2407)를 증착시킨다. 그 전달 시스템은 (예를 들어, (2403)을 통해) 레벨링 성분(2408)(예를 들어, 나이프)을 포함하는 분말 레벨링 시스템(2405)에 연결되고 증착된 분말 재료(2411)를 레벨링한다. 분말 레벨링 시스템은 (예를 들어, (2402)를 통해) 증착되고 레벨링된 분말 재료를 레벨링된 분말 층의 상단 표면(2411)을 접촉하지 않고 제거하는 분말 제거 시스템(2404)에 연결된다. 제거는 도 24, (2421)에 예시된 바와 같이 음압(예를 들어, 진공)을 이용할 수도 있다.
도 25a 내지 도25c는 분말 재료를 제거하기 위한 다양한 기구의 저면도를 개략적으로 도시한다. 도 25a는 분말 입구 개방 포트(2512)를 갖는 분말 제거 부재(2511)를 개략적으로 도시한다. 도 25b는 다수의 분말 입구 개방 포트(예를 들어, 2522)의 매니폴드(예를 들어, 2523)를 갖는 분말 제거 부재(2521)를 개략적으로 도시한다. 도 25c는 분말 입구 개방 포트(예를 들어, 2532) 및 분말 출구 개방 포트(예를 들어, 2533)를 갖는 통합된 분말 분배-제거 부재(2531)를 개략적으로 도시한다.
분말 제거 시스템은 기판(예를 들어, 기판, 베이스 또는 분말 베드)의 위에, 아래에 그리고/또는 측면에 배향될 수 있다. 분말 제거 시스템은 축에서 회전할 수도 있다. 회전 축은 분말이 분말 제거 시스템에 진입하는 방향에 수직일 수도 있다. 일부 예에서, 분말 제거 시스템은 회전가능하지 않을 수도 있다. 분말 제거 시스템은 수평방향으로, 수직방향으로 또는 각도를 가지고 병진가능할 수도 있다. 분말 제거 시스템 분말 입구 개구부 및 분말 출구 구멍 포트를 포함할 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구가 같은 개구부일 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구는 다른 개구부일 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구는 공간적으로 분리될 수도 있다. 공간 분리는 분말 제거 시스템의 외부 표면에 있을 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구가 연결될 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구가 분말 제거 시스템 내에서 연결될 수도 있다. 연결은 분말 제거 시스템 내의 내부 공동일 수도 있다. 예를 들면, 도 24는 분말이 들어가는 노즐(2413) 개구부를 갖는 분말 제거 시스템(2404)을 개략적으로 도시한다. 노즐은 하나의 개구부 또는 다수의 개구부를 포함할 수도 있다. 다수의 개구부가 (예를 들어, 노즐에) 집합될 수도 있다. 도 24는 세 개의 개구부(2415, 2417, 및 2419)를 갖는 노즐을 개략적으로 도시한다. 다수의 개구부가 수직방향으로 레벨링(예를 들어, 정렬)될 수도 있다. 일부 예에서, 다수의 개구부 내에 적어도 하나의 개구부는 수직방향으로 오정렬될 수도 있다. 일부 예에서, 개구부 중 아무 것도 동일한 수직방향 레벨에 있지 않을 수도 있다. 도 24는 각각 서로 다른 수직방향 레벨(예를 들어, (2416, 2418, 및 2420))에 있는 세 개의 개구부를 예시한다.
분말 재료는 내부 공동을 통해, 분말 입구에서 분말 출구로 주행할 수도 있다. 예를 들면, 도 24는 개구부(2415, 2417, 및 2419)로 들어가며, 내부 공동(2424)을 통해, 출구(2423)로 주행하는 분말 재료를 도시한다. 일부 경우에, 분말 재료는 분말 베드 위에 위치하는 상단 분말 제거 시스템에서 분배될 수 있다. 상단 분말 제거 시스템은 소정의 시간, 속도, 위치, 제거 방식, 또는 이들의 임의의 조합에서 분말 베드 위의 위치로부터 분말 베드에서 분말을 제거할 수 있다. 일부 예에서, 분말 제거 시스템은 분말 베드(예를 들어, 분말 베드의 노출된 표면)를 접촉한다. 일부 예에서, 분말 제거 시스템은 분말 베드(예를 들어, 분말 베드의 노출된 표면)를 접촉하지 않는다. 분말 제거 시스템은 간극에 의해서 분말 베드의 상단 표면(예를 들어, 분말 베드의 노출된 표면)에서 분리되어 있을 수도 있다. 간극은 조정가능할 수도 있다. 분말 베드의 노출된 표면에서 간극의 수직방향 거리는 적어도 약 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 또는 100mm일 수도 있다. 분말 베드의 노출된 표면에서 간극의 수직방향 거리는 최대 약 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 또는 100mm일 수도 있다. 분말 베드의 노출된 표면에서 간극의 수직방향 거리는 상기 언급한 값들 사이의 어느 것(예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 100mm, 약 0.5mm 내지 약 60mm, 또는 약 40mm 내지 약 100mm)일 수도 있다. 상단 분말 제거 시스템은 적어도 하나의 개구부를 가질 수도 있다. 개구부의 크기, 개구부의 형상, 개방 타이밍 및 기간은 제어부에 의해 제어될 수도 있다. 상단-분배 분말 분배기는 분말 베드의 상단 표면의 표면에 비해 높은 높이에서 분말을 제거할 수 있다. 분말 분배 기구는 분말 베드의 적어도 한 부분에서 분말을 제거할 수 있다. 분말 제거 시스템은 분말 재료가 분말 베드에서 분말 제거 시스템의 내부를 향해 주행하도록 야기하는 힘을 포함할 수도 있다. 분말 제거 시스템은 음압(예를 들어, 진공), 정전기력, 전기력, 자기력 또는 물리력을 포함할 수도 있다. 분말 제거 시스템은 분말이 분말 베드를 떠나서 분말 제거 압력의 개구부 내로 주행하도록 야기하는 양압(예를 들어, 기체)을 포함할 수도 있다. 기체는 본원에서 개시된 임의의 기체를 포함할 수도 있다. 기체는 분말 베드에 남아 있는 분말 재료를 유동화시키는 데에 도움이 된다. 제거된 분말 재료는 재활용될 수도 있고 분말 분배 시스템에 의해 분말 베드로 다시 적용될 수도 있다. 분말은 분말 제거 시스템의 동작을 통해 지속적으로 재활용될 수도 있다. 분말은 재료의 각각의 층이 증착된 후에 (예를 들어, 레벨링된 후) 재활용될 수도 있다. 분말은 재료의 여러 층이 증착된 후에 (예를 들어, 레벨링된 후) 재활용될 수도 있다. 분말은 각 3D 물체가 인쇄된 후에 재활용될 수도 있다.
본원에서 설명된 분말 제거 시스템의 어느 것이든지 분말 저장부 및/또는 상기 저장부에서 분말 분배 시스템으로 분말을 전달하도록 구성된 기구를 포함할 수 있다. 저장부 내 분말을 처리할 수 있다. 처리는 가열, 냉각, 소정의 온도 유지, 체질, 필터링, 또는 (예를 들어, 기체로) 유동화를 포함할 수도 있다. 레벨링 기구(예를 들어, 도 11, 1103; 도 12a 내지 도 12f, 1202, 1207, 1212, 1217, 1222, 또는 1227; 또는 도 15, 1503; 예컨대 갈퀴, 롤, 브러시, 주걱 또는 블레이드)를 분말 제거 시스템과 동기화할 수 있다.
분말 제거 기구는 분말이 분말 베드의 상단 표면으로부터 상기 흡입 장치에 들어가는 개구부를 가질 수도 있다(예를 들어, 도 23, 2312). 분말이 흡입 장치에 들어가는 입구 챔버(예를 들어, 도 23, 2305)는 임의의 형상일 수 있다. 입구 챔버는 관(예를 들면, 연성 또는 강성)일 수 있다. 입구 챔버는 깔때기일 수 있다. 입구 챔버는 직사각형 단면 또는 원뿔형 단면을 가질 수 있다. 입구 챔버는 무정형 형상을 가질 수 있다. 분말 제거 기구(예를 들어, 흡입 장치)는 하나 이상의 흡입 노즐을 포함할 수도 있다. 흡입 노즐은 본원에서 설명된 노즐 중 어느 하나를 포함할 수도 있다. 노즐은 하나의 개구부 또는 여기에 설명된 다수의 개구부를 포함할 수도 있다. 개구부는 수평방향으로 레벨링될 수도 있고 아닐 수도 있다). 개구부는 수평방향으로 정렬될 수도 있고 오정렬될 수도 있다. 일부 예에서, 다수의 개구부의 적어도 두 개가 오정렬될 수도 있다. 다수의 흡인 노즐이 기판(예를 들어, 도 23, 2311)에 대해 동일한 높이로 상대적으로 정렬될 수도 있고, 또는 서로 다른 높이로 (예를 들어, 수직방향 높이) 상대적으로 정렬될 수도 있다. 상이한 높이 노즐은 패턴을 형성할 수도 있고, 또는 무작위로 흡입 장치에 위치될 수도 있다. 노즐은 하나의 유형 또는 다른 유형일 수도 있다. 분말 제거 기구(예를 들어, 흡입 장치)는 예를 들면, 노즐의 측면에 인접하는 만곡 표면을 포함할 수도 있다. 노즐을 통해 진입하는 분말 재료는 만곡 표면에서 수집될 수도 있다. 노즐은 원뿔을 포함할 수도 있다. 원뿔은 수렴형 원뿔 또는 발산형 원뿔일 수도 있다. 분말 제거 기구(예를 들어, 흡입 장치)는 분말 저장부를 포함할 수도 있다. 분말 제거 기구에 들어가는 분말은 때때로 분말 제거 기구 저장부에 들어갈 수도 있다. 저장부는 각 분말 층이 레벨링된 후에, 그것이 채워질 때, 구축 주기의 끝에서, 또는 즉흥적으로, 비워질 수 있다. 저장부는 분말 제거 기구의 동작 동안 연속적으로 비워질 수 있다. 도 23, 2307는 상기 흡입 장치 내의 분말 저장부의 일례를 나타낸다. 때때로, 분말 제거 기구는 저장부를 가지고 있지 않다. 때때로, 분말 제거 기구는 외부 저장부로 인도하는 분말 제거(예를 들어, 흡입) 채널을 구성한다. 분말 제거 기구는 내부 저장부를 포함할 수도 있다.
분말 제거 기구는 이동 방향에 대하여 레벨링 부재(예를 들어, 롤러) 전에 측방향으로 주행할 수도 있다. 분말 제거 기구는 이동 방향에 대하여 레벨링 부재 후에 측방향으로 주행할 수도 있다. 분말 제거 기구는 레벨링 부재의 일부일 수도 있다. 분말 제거 기구는 레벨링 부재일 수도 있다. 분말 제거 기구는 레벨링 부재(예를 들어, 롤러)에 연결될 수도 있다. 분말 제거 기구는 레벨링 부재로부터 분리될 수도 있다. 분말 제거 기구는 분말 입구의 어레이(예를 들어, 흡입 장치 또는 노즐)를 포함할 수도 있다. 분말 입구의 어레이(예를 들어, 노즐, 분말 개구부, 또는 개구부의 집합체)는 균일하게 또는 불균일하게 이격될 수도 있다. 분말 입구의 어레이는 최대 약 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 이격될 수도 있다. 분말 입구의 어레이는 적어도 약 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 이격될 수도 있다. 분말 입구의 어레이는 레벨링 부재의 상기 언급한 간격들 중 어느 것 사이만큼 이격될 수도 있다(예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 5mm, 약 0.1mm 내지 약 2mm, 약 1.5mm 내지 약 5mm).
제어부는 분말 제거 시스템을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 제거 시스템의 횡방향 이동 속력(속도)을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 제거 시스템 내의 압력 수준(예를 들어, 진공 또는 양압)을 제어할 수도 있다. 압력 수준(예를 들어, 진공 또는 양압)은 일정하거나 변할 수도 있다. 압력 수준은 수동으로 또는 제어부에 의해 켜지고 꺼질 수도 있다. 압력 수준은 약 1 기압 (760토르) 미만일 수도 있다. 압력 수준은 본원에 개시된 임의의 압력 수준일 수도 있다. 제어부는 분말 제거 시스템 내에 가해졌거나 존재하는 힘의 양을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 제어부는 분말 제거 시스템에 의해 가해지는 자기력, 전기력, 정전기력 또는 물리력의 양을 제어할 수도 있다. 제어부는 상기 힘이 가해지는 여부 및 시점을 제어할 수도 있다.
분말 분배 기구는 분말 베드(또는 그 용기) 위, 아래, 및/또는 그 지점에 배향될 수 있다. 분말 분배 기구는 축에서 회전할 수도 있다. 회전 축은 분말이 분말 분배 기구를 빠져나가는 방향에 수직할 수도 있다. 일부 예에서, 분말 분배 기구는 회전할 수 없을 수도 있다. 분말 분배 기구는 수평으로, 수직으로 또는 경사지게 병진가능할 수도 있다. 분말 분배 기구의 회전 축은 병진 방향에 수직 또는 평행할 수도 있다. 분말 분배 기구는 분말 입구 개구부 및 분말 출구 구멍 포트를 포함할 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구가 같은 개구부일 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구는 다른 개구부일 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구는 공간적으로 분리될 수도 있다. 공간 분리는 분말 분배 기구의 외부 표면에 있을 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구가 연결될 수도 있다. 분말 입구와 분말 출구는 분말 분배 기구 내에서 연결될 수도 있다. 연결은 분말 분배 기구 내에서 내부 공동일 수도 있다. 분말 재료는 내부 공동을 통해, 분말 입구에서 분말 출구로 주행할 수도 있다. 일부 경우에, 분말 재료는 기판 위에 위치하는 최상위-분배 분말 분배기로부터 분배될 수 있다. 최상위-분배 분말 분배기는 소정의 시간, 속도, 위치, 분배 체제, 또는 이들의 임의의 조합에서 상기 기판 위의 위치에서 기판 상에 분말을 방출할 수 있다. 최상위-분배 분말 분배기는 적어도 하나의 개구부를 가질 수도 있다. 개구부의 크기, 개구부의 형상, 개방 타이밍 및 기간은 제어부에 의해 제어될 수도 있다. 최상위-분배 분말 분배기는 기판의 표면에 비해 높은 높이에서 기판 상에 분말을 방출할 수 있다. 분말 분배 기구는 기판(904)의 적어도 한 부분 상으로 분말을 분배할 수 있다. 분말 분배 기구는 기체가 주행할 수 있는 개구부를 포함할 수도 있다. 기체는 본원에서 개시된 임의의 기체를 포함할 수도 있다. 기체는 분말 분배기 저장부에 있거나, 분말 분배 기구로부터 분배되는 분말 재료를 유동화하는 데에 도움이 될 수도 있다.
분말 분배 기구는 기체가 흐르는 챔버를 포함할 수도 있다. 분말 분배 기구 챔버는 단일 구획 또는 다수의 구획을 포함할 수도 있다. 다수의 구획은 동일하거나 다른 수직방향 단면, 수평방향 단면, 표면적, 또는 부피를 가질 수도 있다. 구획들의 벽은 동일하거나 상이한 재료를 포함할 수도 있다. 다수의 구획은 연결되어서 기체가 다른 하나의 구획에서 다른 구역으로 주행(유동)할 수도 있다(여기에서 "유동가능하게 연결된"이라고 칭함). 다수의 구획은 연결되어서 기체에 의해 포착된 분말 재료(예를 들어, 공기로 운반되는 분말 재료)가 다른 하나의 구획에서 다른 구역으로 주행(유동)할 수도 있다. 도 27c는 분말 분배 기구의 내부 공동 내에서 기체 유동(2733)에 의해 도시된 바와 같이 유동가능하게 연결되어 있는 다양한 수직방향 단면의 세 개의 구획(2738, 2739, 및 2740)을 갖는 분말 분배 기구의 예를 보여준다. 분말 분배 기구 챔버는 기체 입구, 기체 출구, 분말 입구 및 분말 출구를 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 분말 분배 기구 챔버는 두 개의 분말 출구로 포함될 수도 있다. 기체 입구와 분말 재료 입구는 동일하거나 상이한 입구일 수도 있다. 기체 출구와 분말 재료 출구는 동일하거나 서로 다른 입구일 수도 있다. 기판, 베이스, 또는 분말 베드의 노출된 표면에 대면하는 부분을 본원에서 바닥부로 지정한다. 기판, 베이스, 또는 분말 베드의 노출된 표면에 먼 쪽을 대면하는 부분을 본원에서 상단부로 지정한다. 상단부 또는 바닥부와 다른 부분을 본원에서 측면 부분으로 지정한다. 일부 예에서, 분말 출구는 기판, 베이스, 또는 분말 베드의 노출된 표면을 대면한다. 일부 예에서, 분말 출구는 분말 분배 시스템의 바닥부에 소재한다. 바닥부 출구는 메쉬, 슬릿, 구멍, 경사진 배플, 싱글(shingle), 램프(ramp), 경사진 평면 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 27a는 분말 분배 기구의 바닥부에 있는 메쉬(2715)의 예를 도시하고; 도 27b는 메쉬(2725)와 경사진 배플(예를 들어, 2726)의 조합의 예를 도시하고; 도 27c는 분말 분배 기구의 바닥부에 있는 경사진 배플(예를 들어, 2736)의 예를 도시한다. 메쉬는 본원에 개시된 임의의 메쉬 값을 가질 수도 있다. 일부 예에서, 메쉬는 적어도 약 5 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1000 μm의 구멍 크기를 포함할 수 있다. 메쉬는 최대 약 10μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 또는 1000 μm의 구멍 크기를 포함할 수 있다. 메쉬는 본원에 개시된 임의의 구멍 크기 사이의 구멍 크기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메쉬는 약 5 μm 내지 약 1000 μm, 약 5 μm 내지 약 500 μm, 약 400 μm 내지 약 1000 μm, 또는 약 200 μm 내지 약 800 μm의 구멍 크기를 포함할 수 있다.
바닥부 개구가 위치해 있는 챔버는 유입 기체에 대하여 대칭(예를 들어, 도 27a), 또는 비대칭(예를 들어, 도 27d)일 수 있다. 기체 유동의 방향은 분말 분배 시스템의 측방향 이동 방향과 일치하거나, 일치하지 않거나, 또는 이와 반대로 흐를 수 있다. 예를 들어, 도 27a는 분말 분배 기구를 개략적으로 도시하며, 이때 기체 유동 방향(2713)이 분말 분배 시스템의 측방향 이동의 방향(2712)과 일치한다. 분말은 바닥부 개구로부터 멀리 배치될 수 있다. 분말은 저장부로부터 공급될 수 있다. 분말의 공급은 상기 분말 분배 챔버의 상단부로부터, 바닥부로부터, 또는 측면으로부터일 수 있다. 예를 들어, 도 27a는 분말 분배기 챔버의 바닥부에서 분말을 전달하는 분말 저장부(2719)를 도시한다. 분말은 상승 기구에 의해 상승될 수 있다. 상승 기구는 컨베이어 또는 엘리베이터를 포함할 수 있다. 상승 기구는 기계 리프트를 포함할 수 있다. 상승 기구는 에스컬레이터, 엘리베이터, 컨베이어, 리프트, 램(ram), 플런저, 오거 나사 또는 아르키메데스 나사를 포함할 수 있다. 상승 기구는 기체(예를 들어, 가압 기체), 중력, 전기, 열(예를 들어, 증기) 또는 중력(예를 들어, 중량)에 의해 지원되는 수송 시스템을 포함할 수 있다. 컨베이어는 거친 것일 수도 있다; 컨베이어는 레지, 돌출부, 오목부를 포함할 수 있다. 돌출부 또는 오목부는 분말 재료를 포획해서 챔버 내부로 전달되게 할 수도 있으며 이때 기체는 한 쪽에서 다른 쪽으로 유동한다. 도 27b는 분말 분배기 챔버의 상단으로부터 분말을 전달하는 분말 저장부(2729)를 도시한다. 분말 전달은 본원에 기재된 임의의 다른 상단-분말 전달 방법을 포함할 수 있다.
기체는 한 속도로 분말 분배 기구 챔버 내에서 주행할 수도 있다. 속도는 변화될 수도 있다. 속도는 가변적일 수도 있고 일정할 수도 있다. 속도는 적어도 약 0.001 Mach, 0.03 Mach, 0.005 Mach, 0.07 Mach, 0.01 Mach, 0.03 Mach, 0.05 Mach, 0.07 Mach, 0.1 Mach, 0.3 Mach, 0.5 Mach, 0.7 Mach, 또는 1 Mach일 수도 있다. 속도는 변화될 수도 있다. 속도는 가변적일 수도 있고 일정할 수도 있다. 속도는 최대 약 0.001 Mach, 0.03 Mach, 0.005 Mach, 0.07 Mach, 0.01 Mach, 0.03 Mach, 0.05 Mach, 0.07 Mach, 0.1 Mach, 0.3 Mach, 0.5 Mach, 0.7 Mach, 또는 1 Mach일 수도 있다. 속도는 상기 언급한 속도 값들 중 어느 것 사이일 수도 있다. 예를 들어, 속도는 약 0.01 Mach 내지 약 0.7 Mach, 약 0.005 Mach 내지 약 0.01 Mach, 약 0.05 Mach 내지 약 0.9 Mach, 약 0.007 Mach 내지 약 0.5 Mach, 또는 약 0.001 Mach 내지 약 1 Mach일 수도 있다. 본원에서 사용된 마하(Mach)는 로컬 음속에 대한 경계를 지난 유속의 비를 나타내는 마하 수(Mach number)를 의미한다.
여기에 기술된 분말 분배기구의 모든 것(예를 들면, 도 9, 905; 도 13c, 1319; 또는 도 15, 1508)은 분말의 저장부와 저장부에서 분말 베드로 분말을 전달하도록 구성된 기구를 포함할 수 있다. 저장부 속 분말은 주위 온도에서 예열, 냉각되거나, 또는 소정의 온도에서 유지될 수 있다. 레벨링 기구(예를 들어, 도 11, 1103; 도 12a-f, 1202, 1207, 1212, 1217, 1222, or 1227; 또는 도 15, 1503; 예컨대 갈퀴, 롤, 브러시, 주걱 또는 블레이드)를 분말 분배기와 동기화할 수 있다.
제어부는 분말 분배 기구를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 기구의 측방향 이동 속력(속도)을 제어할 수도 있다. 적용 가능한 경우, 제어부는 분말 분배 시스템에서의 기체 속도를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 시스템 내에서 주행하는 기체의 종류를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 시스템에 의해 방출되는 분말 재료의 양을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말이 분말 베드에 증착되는 위치를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 베드에서의 분말 증착의 반경을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 베드에서의 분말 증착율을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 시스템의 수직 높이를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 시스템의 바닥부와 분말 베드의 상단 표면 사이의 간극을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 시스템의 개구부 및 분말 분배 시스템에 포함되어 있는 경사진 평면 사이의 간극을 제어할 수도 있다. 제어부는 경사진 평면의 각도(θ)를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배 시스템의 일부인 진동기의 진동 속도를 제어할 수도 있다(예를 들어, 도 28, 2836). 예를 들어, 제어부는 분말 저장 부 내의 분말 분배 시스템에서의 분말의 진동 속도를 제어할 수도 있다.
층 분배 기구는, 분말 재료를 분배할 수 있고, 분말 베드의 분말을 레벨링, 분배, 확산, 및/또는 제거할 수 있다. 레벨링 기구는, 분말 베드의 분말을 레벨링, 분산, 및/또는 확산할 수 있다. 레벨링 기구는, (예를 들어, 분말 베드의 상단 상에 또는 분말 베드를 수용하는 용기 내에) 증착되는 분말 층의 높이를 감소시킬 수 있다. 레벨링 기구는, 분말 층의 상단부를 대하여 재위치, 절단, 전단, 또는 긁어냄을 행할 수 있다. 일부 예에서, 레벨링 기구는 분말 재료를 제거(예를 들어, 배출)할 수 있다. 일부 예에서, 분말 재료의 제거는, 분말 레벨링 기구에 연결된 별도의 기구(예를 들어, 분말 제거 기구)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 15는, 높이 레벨을 1517의 높이로부터 1516의 작은 높이로 감소시킨 레벨링 기구(1503)를 도시한다. 레벨링은, 분말이 분말 분배기에 의해 분배될 때 또는 분말이 분말 분배기에 의해 분배된 후에 행해질 수 있다. 레벨링은 분말 분배 기구와 동기화될 수 있다. 레벨링 동작은 분말 분배 동작과는 별도의 것일 수 있다. 레벨링 동작은 분말 분배 동작과 통합될 수 있다. 레벨링 기구는 가열되거나 냉각될 수도 있다. 레벨링 기구의 구성요소들 중 적어도 일부가 가열되거나 냉각될 수도 있다. 레벨링 기구는, 기체가 이동할 수 있는 개구부를 포함할 수도 있다. 기체는 본원에서 개시되는 임의의 기체일 수도 있다. 기체는 분말 재료를 유체화하는 것을 보조할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 레벨링 부재(예를 들어, 레벨링 기구)는, 분말이 분말 베드에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산될 수 있게 한다. 레벨링 부재는, 교환가능, 탈착가능, 탈착불가, 또는 교환불가일 수도 있다. 레벨링 부재는 교환가능 부분들을 포함할 수도 있다. 레벨링 부재는 분말 베드에 걸쳐 분말을 분산시킬 수도 있다. 레벨링 부재는 분말 분배 기구(예를 들어, 분말 분배기)의 부분일 수도 있다. 갈퀴(예를 들어, 도 11의 1103)는 레벨링 부재의 일례이다. 레벨링 부재는, 서로 적어도 약 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 또는 10mm만큼 분리되는 베드의 부분들이 최대 약 10mm, 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm, 2mm, 1mm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 90 μm, 80 μm, 70 μm, 60 μm, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm, or 10 μm.; of at most about 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 90 μm, 80, 70 μm, 60 μm, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm, 또는 10 μm; 혹은 전술한 높이 편차 값들 사이의 임의의 값인 높이 편차를 갖도록 베드에 걸쳐 분말 균일성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 레벨링 부재는, 약 1mm 내지 약 10mm의 거리만큼 서로 분리된 베드의 부분들이 약 10mm 내지 약 10 μm의 높이 편차를 갖도록 베드에 걸쳐 분말 균일성을 제공할 수 있다. 레벨링 부재는, 분말 베드의 상단에 의해 생성되는 평균 면(예를 들어, 수평면)에 비해 최대 약 20%, 10%, 5%, 2%, 1% 또는 0.5%의 적어도 한 평면(예를 들어, 수평면)의 평면 균일성으로부터 편차를 달성할 수도 있다.
도 12a 내지 도 12f는, 분말 재료를 확산 및/또는 레벨링하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시한다. 도 12a는, 방향(1205)으로 이동하는 면(1203)에 실질적으로 수직으로 위치하는 나이프(1207)를 개략적으로 도시한다. 도 12b는, 방향(1210)으로 이동하는 면(1208)에 실질적으로 평행하게 위치하는 나이프(1207)를 개략적으로 도시한다. 도 12c는, 방향(1215)으로 이동하는 면(1213)에 실질적으로 평행하게 위치하는 나이프(1212)를 개략적으로 도시한다. 도 12d는 방향(1220)으로 이동하는 것으로 위치하는 스프링클러(1217)를 개략적으로 도시한다. 도 12e는, 방향(1225)으로 이동하는 면(1223)에 실질적으로 평행하게 위치하는 롤러(1222)를 개략적으로 도시한다. 도 12f는, 방향(1230)으로 이동하는 면(1228)에 실질적으로 평행하게 위치하는 롤러(1227)를 개략적으로 도시한다.
도 14a 내지 도 14d는, 분말 재료를 확산 및 레벨링하기 위한 다양한 기구들의 수직 측단면도를 개략적으로 도시하며, 평행사변형(1413, 1423, 1426, 1446, 1447, 1453, 1456)은, 본원에서 설명하는 임의의 블레이드의 표현을 개략적으로 도시하고, 직사각형(1415, 1424, 1444, 1454)은 본원에서 설명하는 임의의 분말 분배기의 표현을 개략적으로 도시한다.
도 24는, 분말 재료를 확산, 레벨링, 및 제거하기 위한 기구의 수직 측단면도를 개략적으로 도시한다. 이 도에서, 평행 사변형(2408)은 본원에서 설명하는 임의의 블레이드의 개략적 표현을 도시하며, 직사각형(2406)은 본원에서 설명하는 임의의 분말 분배기의 개략적 표현을 도시하며, 직사각형(2404)은 본원에서 설명하는 임의의 분말 제거 부재의 개략적 표현을 도시한다.
일부 예에서, 레벨링 부재는 롤러(예를 들어, 실린더)를 포함한다. 롤러는, 분말 재료가 롤러를 벗어날 수 있는 하나 이상의 개구 포트(즉, 분말 출구 포트들)를 포함할 수도 있다. 출구는 롤러(예를 들어, 원통형 롤러)의 직사각형 단면을 따라 위치할 수도 있다. 롤러의 직사각형 단면은 롤러의 높이를 포함할 수도 있다. 분말 출구 포트들은, 롤러의 직사각형 단면을 따라 패턴으로 또는 무작위로 위치할 수도 있다. 분말 출구 포트들은, 롤러의 직사각형 단면 내의 라인을 따라 위치할 수도 있다. 롤러는, 분말이 롤러에 진입할 수 있는 적어도 하나의 개구 포트(즉, 분말 입구 포트)를 포함할 수도 있다. 분말 입구는, 롤러의 원형 표면적(롤러의 면)에, 직사각형 표면적에, 또는 원형 면 또는 직사각형 면 모두에 위치할 수도 있다. 개구부(예를 들어, 포트)는, 타원(예를 들어, 원), 평행사변형(예를 들어, 직사각형 또는 정사각형), 삼각형, 다른 임의의 기하학적 형상, 불규칙 형상, 또는 임의의 부분적 형상 또는 이러한 형상들의 임의의 조합을 포함하는 형태로 될 수도 있다. 롤러는, 분말을 적어도 하나의 입구 포트와 하나 이상의 분말 출구 포트들에 연결하는 내부 공동을 포함할 수도 있다. 내부 공동은, 분말이 입구 포트로부터 출구 포트로 흐를 수 있게 할 수도 있고, 이에 따라 하나 이상의 입구 포트와 출구 포트 간의 유체 연결부를 형성할 수도 있다. 분말 재료는, 분말 입구로부터 분말 출구로 내부 공동을 통해 이동할(예를 들어, 흐를) 수도 있다. 분말 개구 포트의 형상 및/또는 크기는 롤러로부터 분산되는 분말의 양을 결정할 수도 있다. 롤러는 회전가능할 수도 있다. 롤러는 자신의 높이를 따라(예를 들어, 자신의 긴 축을 따라) 회전할 수도 있다. 롤러의 장축은 전체 분말 베드 또는 분말 베드의 부분에 걸쳐 있을 수도 있다. 롤러의 회전 속도(롤러의 회전)는 롤러에 의해 분산되는 분말의 양을 결정할 수도 있다. 회전 속도는 롤러에 의해 분산되는 분말의 면적을 결정할 수도 있다. 롤러는 컨트롤 시스템에 결합될 수도 있다. 컨트롤 시스템은, 실린더의 회전 속도 및/또는 측방향(예를 들어, 분말 베드를 따른 방향), 수평방향 또는 각 이동(angular movement)의 속도를 제어할 수도 있다.
롤러는, 매끄러운 면, 거친 면, 눌림부, 오목부, 또는 공동을 포함할 수도 있다. 롤러는 본원에서 개시되는 롤러들 중 임의의 롤러일 수도 있다. 도 22의 2203, 2204, 및 2205는 본원에서 설명하는 다양한 대체 롤러들의 예들을 도시한다. 레벨링 기구의 롤러는, 때로는, 레벨링 기구의 측방향 이동 방향으로 또는 레벨링 기구의 측방향 이동 방향의 반대 방향으로 회전할 수도 있다. 도 22의 2201은 롤러(2203)의 측방향 이동 방향의 예를 도시한다. 이 예에서, 롤러(2203)는, 롤러의 장축이며 또한 롤러의 측방향 이동 방향(2201)의 법선인 축을 따라, 레벨링 기구의 이동 방향과는 반대로 회전한다. 롤러가 돌면(회전하면), 롤러는 롤러를 둘러싸는 임의의 대기의 이동을 유도할 수도 있다. 도 22의 2207은 롤러를 둘러싸는 대기의 이동의 예를 도시한다. 롤러는 분말 재료의 층의 면 위의 제1 거리에 위치할 수도 있다. 롤러의 직경은, 제1 거리의 적어도 1*, 5*, 10*, 50*, 100*, 500*, 또는 그 이상 배일 수도 있다(즉, “*”는 배). 제1 거리는, 적어도 약 10μm, 50 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, 400 μm, 450 μm, 500 μm, 550 μm, 또는 600 μm일 수도 있다. 제1 거리는, 최대, 약 10μm, 50 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, 400 μm, 450 μm, 500 μm, 550 μm, 또는 600 μm일 수도 있다. 제1 거리는 전술한 제1 거리 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 예를 들어, 제1 거리는, 약 10 μm 내지 약 400 μm, 약 300 μm 내지 약 600 μm, 또는 약 250 μm 내지 약 450 μm일 수도 있다. 일부 예에서, 롤러를 둘러싸는 대기의 이동은 그 이동 방향으로 분말의 이동을 유도할 수도 있다. 일부 예에서, 분말은 대기의 이동 부분 내에서 현탁될 수도 있다. 대기의 이동 속도는 롤러와 분말 재료의 표면 간의 제일 좁은 거리 내에서 최고일 수도 있다. 롤러 주위의 대기는 대기 부분들의 원형 이동을 포함할 수도 있다. 롤러 주위의 대기는 대기 부분들의 라미나(laminar) 이동을 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 롤러가 측방향 이동 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 롤링되면, 분말은 분말 베드(예를 들어, 분말 베드를 도시하는 도 22의 2210) 내로 하향 가압될 수 있다. 일부 예에서, 롤러가 측방향 이동 방향의 반대 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 롤링하면, 분말은 상향으로 지향될 수도 있다(예를 들어, 도 22는 분말 이동 방향을 나타내는 실선 화살표(2206)를 도시한다). 회전하는 롤러는, 분말 베드에 걸쳐 롤러의 측 병진 운동의 반대되는(예를 들어, 반시계 방향) 운동을 발생시킬 수도 있다. 반대 운동은 분말을 (롤러의 측 운동에 대하여) 전방으로 이동시키는 것을 포함할 수도 있다. 반대 운동은 분말을 상측으로(예를 들어, 분말 층의 상단 표면 위로) 이동시키는 것을 포함할 수도 있다. 반대 운동은, 분말을 (롤러의 측 운동에 대하여) 전방으로 및 상측으로 (예를 들어, 분말 층의 표면 위로) 이동시키는 것을 포함할 수도 있다. 분말을 상측으로 및 전방으로 이동시키는 것은, 분말 베드의 상단 레벨링 표면 위에 경계 층을 형성할 수도 있다. 롤러 회전은, 소정의 분말 높이가 달성될 때까지 진행되어 경계 층을 형성할 수도 있다. 롤러는, (롤러의 측 운동에 대하여) 롤러 위의 방향으로 이동하는 임의의 분말 재료를 포획하기 위한 분말 트랩핑 구획을 포함할 수도 있다. 분말 포획 구획은 만곡 표면(예를 들어, 컵 또는 스푼)의 형태로 될 수도 있다. 일부 예에서, 분말이 상측으로 투여되면, 분말 제거 기구(예를 들어, 분말 흡입 장치)가 표면으로부터 과도한 분말을 수집할 수도 있다. 도 23의 2301은 분말 제거 기구의 일례를 도시한다. 레벨링 기구는, 분말 베드의 전체 폭, 분말 베드의 전체 길이, 또는 분말 베드의 부분에 걸쳐 있을 수도 있다. 레벨링 기구는 레벨링 부재들의 어레이를 포함할 수도 있다. 레벨링 부재들의 어레이는 균일하게 또는 불균일하게 이격될 수도 있다. 레벨링 부재들의 어레이는, 최대 약 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 이격될 수도 있다. 레벨링 부재들의 어레이는, 적어도 약 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 이격될 수도 있다. 레벨링 부재들의 어레이는, 레벨링 부재들의 전술한 간격들 중 임의의 간격 사이에서 이격될 수도 있다. 예를 들어, 레벨링 부재들의 어레이는, 약 0.1mm 내지 약 5mm, 약 1.5mm 내지 약 5mm, 또는 약 0.1mm 내지 약 2mm 이격될 수 있다.
제어부는, 레벨링 부재에 작동적으로 연결될 수도 있고, 레벨링 부재를 제어(예를 들어, 지향 및/또는 규제)할 수도 있다. 제어부는 롤러의 측방향 이동 속도를 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러의 회전 속도를 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러의 회전 방향을 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러의 표면 상의 오목부들 또는 눌림부들의 양을 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러의 표면 상의 오목부들 또는 눌림부들의 정도를 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러의 온도를 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러의 표면의 거칠기를 제어할 수도 있다. 제어부는 롤러에 의해 생성되는 분말 표면의 거칠기를 제어할 수도 있다.
일부 예에서, 레벨링 기구(예를 들어, 레벨링 부재)는, 레벨링 부재의 이동(예를 들어, 측방향 이동) 방향으로의 분말의 축적을 방지한다. 일부 예에서, 레벨링 기구는 블레이드를 포함한다. 블레이드는 본원에서 개시되는 임의의 블레이드 형상일 수도 있다. 블레이드는 오목면 또는 볼록면을 포함할 수도 있다. 블레이드는, 분말 재료를 레벨링할 수도 있고, 불필요한 분말 재료에 대하여 절단, 제거, 전단, 또는 스쿠핑(scoop)을 행할 수도 있다. 블레이드는 스쿠프 또는 삽의 형상을 가질 수도 있다. 블레이드는 글자 “L” 형상을 가질 수도 있다(예를 들어, 도 15의 1515는 대체 블레이드를 도시한다). 블레이드는 눌림부, 오목부, 또는 공동을 가질 수도 있다. 눌림부는 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 눌림부는, 타원(예를 들어, 원형)을 갖는 형상, 직사각형(예를 들어, 정사각형), 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 다른 임의의 기하학적 형상, 또는 무작위 형상을 포함할 수 있다. 블레이드는, 블레이드가 (예를 들어, 측방향으로) 이동할 때 분말 재료를 절단, 가압, 상승, 및/또는 스쿠핑할 수 있는 눌림부를 가질 수도 있다. 도 15는, 블레이드가 측방향(1504)으로 이동함에 따라 분말이 스쿠핑되는 눌림부(1514)를 갖는 블레이드(1503)의 일례를 도시한다. 일부 예에서, 블레이드는, 분말 재료의 적어도 약 0.1 cm3, 0.15 cm3, 0.2 cm3, 0.25 cm3, 0.3 cm3, 0.35 cm3, 0.4 cm3, 0.45 cm3, 0.5 cm3, 또는 0.55 cm3를 스쿠핑할 수 있다. 블레이드는, 분말 재료의 최대 약 0.1 cm3, 0.15 cm3, 0.2 cm3, 0.25 cm3, 0.3 cm3, 0.35 cm3, 0.4 cm3, 0.45 cm3, 0.5 cm3, 0.55 cm3, 0.6 cm3, 0.65 cm3, 0.7 cm3, 0.8 cm3, 또는 0.9 cm3를 스쿠핑할 수 있다. 블레이드는, 분말 재료의 전술한 양들 중 임의의 양 간의 분말 재료를 스쿠핑할 수 있다. 예를 들어, 블레이드는, 약 0.1 cm3 내지 약 0.55 cm3, 약 0.1 cm3 내지 약 0.3 cm3, 또는 약 0.25 cm3 내지 약 0.55 cm3의 분말 재료를 스쿠핑할 수 있다.
블레이드는 적어도 하나의 경사면을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 블레이드의 팁에 더욱 가까운 부분은, 적어도 하나의 경사면을 포함할 수도 있다(예를 들어, 도 20에서, 블레이드(1503)의 팁에 더욱 가까운 블레이드 부분은 2005이다). 블레이드는, 분말 재료의 층의 상단 표면에 의해 형성되는 평균 면, 기판, 또는 베이스를 갖는 각도 델타(δ)를 형성할 수도 있는 제1 경사면을 포함할 수도 있다(예를 들어, 도 20의 2001). 블레이드는, 분말 재료의 층의 상단 표면에 의해 형성되는 평균 면, 기판, 또는 베이스를 갖는 각도 제타(ξ)를 형성할 수도 있는 제2 경사면을 포함할 수도 있다(예를 들어, 2003). 제1 및 제2 경사면들은 만곡형이거나 평면형일 수도 있다. 제1 및 제2 평면들은, 두 개의 면 사이의 중심에 대칭 축이 있는 대칭 블레이드를 형성할 수도 있다. 제1 및 제2 면들은, 두 개의 면 사이의 중심에 있는 대칭 축에 대하여 비대칭 블레이드를 형성할 수도 있다. 블레이드는, 분말 재료의 층의 상단 표면에 의해 형성되는 평균면에 수직인 적어도 한 평면을 포함할 수도 있다. 이동 방향에 있어서, 각도 델타는 (즉, 반시계 방향으로) 양의 예각 또는 양의 둔각일 수도 있다. 각도 델타와 제타는 같을 수도 있다. 각도 감마와 제타는 다를 수도 있다. 감마는 제타보다 클 수도 있다. 제타는 델타보다 클 수도 있다. 동일한 방향에서 볼 때, 각도 델타, 제타, 또는 이들 모두는 둔각일 수도 있다. 동일한 방향에서 볼 때, 각도 감마, 제타 또는 이들 모두는 예각일 수도 있다. 동일한 방향에서 볼 때, 각도 감마, 제타 또는 이들 모두는 직각일 수도 있다. 제1 및 제2 평면들은 서로 평행할 수도 있다. 제1 및 제2 평면들은 서로 평행하지 않을 수도 있다. 제타 및/또는 델타는, 적어도 약 1o, 5o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 50 o, 60 o, 70 o, 80 o, 90 o, 100 o, 120 o, 125 o, 130 o, 135 o, 140 o, 145 o, 150 o, 155 o, 160 o, 165 o, 170 o, 175 o, 또는 그 이상일 수도 있다. 델타 및/또는 제타는, 최대 약 5 o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 50 o, 60 o, 70 o, 80 o, 90 o, 100 o, 120 o, 125 o, 130 o, 135 o, 140 o, 145 o, 150 o, 155 o, 160 o, 165 o, 170 o, 175 o, 또는 그 이하일 수도 있다. 델타 및/또는 제타는 델타 및/또는 제타에 대하여 전술한 각도 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 예를 들어, 델타 및/또는 제타는, 약 1o 내지 약 175o, 약 1o 내지 약 90o, 약 90o 내지 약 175o, 또는 약 15o 내지 약 135o의 값일 수도 있다.
블레이드는 점점 좁아지는 바닥부 평면을 포함할 수도 있다(예를 들어, 챔퍼). 점점 좁아지는 바닥부 평면은 평면형 또는 만곡형일 수도 있다. 블레이드는 평면형 또는 만곡형 평면을 포함할 수도 있다. 만곡부의 반경은, 점점 좁아지는 바닥부 평면 위에(예를 들어, 기판으로부터 멀어지는 방향으로) 또는 점점 좁아지는 바닥부 평면 아래에(예를 들어, 기판을 향하는 방향으로) 있을 수도 있다. 예를 들어, 도 20은, 이동 방향(2002)으로 점점 좁아지며 평면형인 블레이드(2001)의 바닥부를 도시한다. 점점 좁아지는 바닥부 평면(예를 들어, 평면형 평면)은, 분말 재료의 평균 상단 표면과의, 기판과의 또는 베이스와의, 또는 이에 평행한 평면과의 각도(ε)를 형성할 수도 있다. 각도는, 양의 예각 또는 양의 둔각일 수도 있다. 블레이드 각도(델타 “δ”)는 양의 둔각을 형성할 수도 있고, 점점 좁아지는 바닥부 각도(ε)는 동일한 관찰 위치에서 볼 때 양의 예각을 형성할 수도 있다. 블레이드 각도(δ)는 양의 둔각을 형성할 수도 있고, 점점 좁아지는 바닥부 각도(ε)는 양의 예각을 형성할 수도 있다. 블레이드 각도(δ)는 양의 예각을 형성할 수도 있고, 점점 좁아지는 바닥부 각도(ε)는 양의 둔각을 형성할 수도 있다. 블레이드는, 분말 재료의 층의 표면, 기판, 또는 베이스에 대한 평균에 실질적으로 수직일 수도 있다. 예를 들어, 도 20은, 양의 예각(ε)을 형성하는 점점 좁아지는 바닥부를 갖는 양의 둔각(δ)을 형성하는 블레이드를 도시한다. 일부 예에서, 블레이드 각도(δ)와 점점 좁아지는 바닥부 각도(ε) 모두는 양의 둔각을 형성할 수도 있다. 일부 예에서, 블레이드 각도(δ)와 점점 좁아지는 바닥부 각도(ε) 모두는 양의 예각을 형성할 수도 있다. ε과 δ는 서로 다른 값을 가질 수도 있다. 양의 각도는 반시계 방향일 수도 있다. 양은 제1 방향으로서 지정될 수도 있다. 양의 각도 모두는 동일한 관찰 위치에서 볼 때 양일 수도 있다. ε은, 적어도 약 0.1 o, 0.2 o, 0.3 o, 0.4 o, 0.5 o, 0.6 o, 0.7 o, 0.8 o, 0.9 o, 1 o, 2 o, 3 o, 4 o, 5 o, 6 o, 7 o, 8 o, 9 o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 또는 50 o일 수도 있다. ε은, 최대 약 0.1 o, 0.2 o, 0.3 o, 0.4 o, 0.5 o, 0.6 o, 0.7 o, 0.8 o, 0.9 o, 1 o, 2 o, 3 o, 4 o, 5 o, 6 o, 7 o, 8 o, 9 o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 또는 50 o일 수도 있다. ε은 ε에 대하여 전술한 각도 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 예를 들어, ε은, 약 0.1 o 내지 약 50 o, 약 0.1 o 내지 약 20 o, 약 20 o 내지 약 50 o, 또는 약 10 o 내지 약 30 o의 값일 수도 있다.
일부 예에서, 점점 좁아지는 바닥부는 전체 블레이드의 높이에 비해 작은 높이를 갖는다. 상대적 높이들의 일례는, “h”를 점점 좁아지는 단부의 높이로서 도시하고 있는 도 20에 도시되어 있다. 일부 예에서, “h”는, 적어도 약 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.1mm, 1.2mm, 1.3mm, 1.4mm, 1.5mm, 1.6mm, 1.7mm, 1.7mm, 1.8mm, 1.9mm, 또는 2.0mm이다. 일부 예에서, “h”는, 최대 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.1mm, 1.2mm, 1.3mm, 1.4mm, 1.5mm, 1.6mm, 1.7mm, 1.7mm, 1.8mm, 1.9mm, 또는 2.0mm이다. 일부 예에서, “h”는 전술한 높이들 “h” 사이의 임의의 값이다. 예를 들어, “h”는, 약 0.1mm 내지 약 2.0mm, 약 0.1mm 내지 약 1.0mm, 약 0.9mm 내지 약 2.0mm, 또는 약 0.7mm 내지 약 1.5mm일 수도 있다.
블레이드의 적어도 일부분은, 원소 금속, 금속 합금, 원소 탄소의 동소체, 세라믹, 플라스틱, 고무, 수지, 고분자, 유리, 돌, 또는 제올라이트를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은 단단한 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은 부드러운 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은, 블레이드의 팁을 포함할 수도 있고, 블레이드의 바닥부는, 용기의 바닥부, 기판 또는 베이스, 또는 전체 블레이드에 대면할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은, 분말 재료의 레벨링 동안 구부러지지 않는 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은, 레벨링 공정 동안 분말 재료에 대하여 가압될 때 실질적으로 구부러지지 않는 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은, 경화될 수 있는 변환된 분말 재료를 포함하는 물체에 대하여 가압될 때 구부러질 수 있는 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은, 분말 재료의 레벨링 동안, 또는 경화될 수 있는 변환된 분말 재료를 포함하는 물체의 제거 동안 실질적으로 구부러지지 않는 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은 유기 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은 플라스틱, 고무, 또는 Teflon®을 포함할 수도 있다. 블레이드는 분말 재료가 달라붙지 않는 재료를 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은 분말 재료가 달라붙지 않는 코팅을 포함할 수도 있다. 블레이드의 적어도 일부분은 분말 재료의 달라붙음을 방지하도록 충전될 수도 있다.
블레이드는 순응적 장착부를 포함할 수도 있다. 블레이드는 순응적 장착부에 대하여 축 회전 또는 스위블(swivel)할 수도 있다. 블레이드는 스프링 상에 현탁될 수도 있다. 스프링은 순응적 장착부에 부착될 수도 있다. 블레이드는 (예를 들어, 순응적 장착부에) 영구적으로 고정될 수도 있다. 일부 실시예에서, 블레이드는 축 회전 방지될 수도 있다. 일부 실시예에서, 블레이드는 스위블 방지될 수도 있다. 블레이드는, 교환가능, 탈착가능, 탈착불가, 또는 교환불가일 수도 있다. 도 14a는, 수평으로 병진(1411)할 수 있는 장착부(1412)(예를 들어, 순응적 장착부) 상의 (본원에서 설명하는 임의의 블레이드를 나타내는) 블레이드(1413)를 개략적으로 도시한다. 장착부는 블레이드가 수직, 수평, 또는 경사지게 이동할 수 있게도 한다. 도 14b는 화살표가 수직 이동을 나타내는 각 장착부(1422, 1425) 상의 두 개의 블레이드들(1423, 1426)을 개략적으로 도시한다. 장착부는 하나 이상의 스프링을 포함할 수도 있다. 장착부는 블레이드가 물체와 직면하는 경우 수직으로 이동하게 할 수도 있다. 물체는 본원에서 설명하는 바와 같이 경화된 재료일 수도 있다. 물체는, 3D 물체의 생성 부분일 수도 있고, 또는 생성된 3D 물체, 또는 3D 물체의 일부를 형성하지 않은 경화된 재료일 수도 있다. 블레이드는 물체와 직면하는 경우 변형될 수도 있다. 블레이드는 물체와 직면하는 경우 실질적으로 변형되지 않을 수도 있다. 오목면은 인클로저에(예를 들어 베이스 위에 또는 기판 위에) 증착되는 분말 재료 층을 레벨링하는 데 이용될 수도 있다. 분말 재료는 블레이드에 의해(예를 들어, 오목면에 의해) 가압될 수도 있다. 분말 재료는 블레이드의 이동 방향으로 블레이드에 의해 가압될 수도 있다. 분말 재료는, 블레이드의 이동 방향의 반대 방향으로 블레이드에 의해 가압(예를 들어, 재위치설정, 전단, 또는 제거)될 수도 있다. 분말 재료는 블레이드의 이동 방향과는 다른 방향으로 블레이드에 의해 가압될 수도 있다. 분말 재료는 블레이드의 이동 방향과는 다른 방향으로 또는 블레이드의 이동 방향의 반대 방향으로 블레이드에 의해 가압될 수도 있다. 일부 예에서, 오목면은, 인클로저의, 기판의 또는 베이스의 바닥부와 대면하지 않을 수도 있다.
블레이드는 이동형일 수도 있다. 예를 들어, 블레이드는 수평으로, 수직으로, 또는 경사지게 이동가능할 수도 있다. 블레이드는 수동으로 또는 (예를 들어, 제어부에 의해 제어되는 기구에 의해) 자동으로 이동가능할 수도 있다. 블레이드의 이동은 프로그래밍될 수도 있다. 블레이드의 이동은 미리 결정될 수도 있다. 블레이드의 이동은 알고리즘에 따른 것일 수도 있다.
층 분배 기구는 레벨링 기구를 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는 분말 분배 기구와 레벨링 기구를 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는 이동형일 수도 있다. 층 분배 기구는 수평으로, 수직으로, 또는 경사지게 이동할 수도 있다. 층 분배 기구는 수동으로 또는 자동으로 이동가능할 수도 있다(예를 들어, 제어부에 의해 제어될 수도 있다). 층 분배 기구의 이동은 프로그래밍될 수도 있다. 층 분배 기구의 이동은 미리 결정될 수도 있다. 층 분배 기구의 이동은 알고리즘에 따른 것일 수도 있다.
분말 분배 기구(예를 들어, 분말 분배기)는 이동형일 수 도 있다. 분말 분배 기구는 수평으로, 수직으로, 또는 경사지게 이동할 수도 있다. 분말 분배 기구는 수동으로 또는 자동으로 이동가능할 수도 있다(예를 들어, 제어부에 의해 제어될 수도 있다).
분말 제거 기구는 이동형일 수도 있다. 분말 제거 기구는 수평으로, 수직으로, 또는 경사지게 이동할 수도 있다. 분말 제거 기구는 수동으로 또는 자동으로 이동가능할 수도 있다(예를 들어, 제어부에 의해 제어될 수도 있다). 분말 제거 기구의 이동은 프로그래밍될 수도 있다. 분말 제거 기구의 이동은 미리 결정될 수도 있다. 분말 제거 기구의 이동은 알고리즘에 따른 것일 수도 있다.
분말 레벨링 기구는 이동형일 수도 있다. 분말 레벨링 기구는 수평으로, 수직으로, 또는 경사지게 이동할 수도 있다. 분말 레벨링 기구는 수동으로 또는 자동으로 이동가능할 수도 있다(예를 들어, 제어부에 의해 제어될 수도 있다). 분말 레벨링 기구의 이동은 프로그래밍될 수도 있다. 분말 레벨링 기구의 이동은 미리 결정될 수도 있다. 분말 레벨링 기구의 이동은 알고리즘에 따른 것일 수도 있다.
층 분배 기구는, 또한, 인클로저의 일측으로부터 타측으로 수평방향으로 이동할 수도 있다. 분말 분배 기구, 분말 제거 기구, 레벨링 기구, 및/또는 블레이드는 인클로저의 일측으로부터 타측으로 수평방향으로 이동할 수 있다. 분말 분배 기구, 분말 제거 기구, 레벨링 기구, 및/또는 블레이드의 수직방향 위치는 조정가능할 수도 있다. 분말 분배 기구, 분말 제거 기구, 레벨링 기구, 및/또는 블레이드의 수평방향 위치는 조정가능할 수도 있다. 분말 분배 기구, 분말 제거 기구, 레벨링 기구, 및/또는 블레이드의 각 위치는 조정가능할 수도 있다.
일부 예에서, 층 분배 기구는 적어도 하나의 분말 분배 기구와 적어도 하나의 레벨링 부재를 포함한다. 적어도 하나의 분말 분배 기구와 적어도 하나의 레벨링 부재는 연결 또는 분리될 수도 있다. 도 14a는 (본원에서 설명하는 임의의 분말 분배 기구를 나타내는) 분말 분배 기구(1415)에 커넥터(1437)를 개재하여 연결된 (본원에서 설명하는 임의의 블레이드를 나타내는) 블레이드(1413)를 개략적으로 도시한다. 적어도 하나의 분말 분배 기구와 적어도 하나의 레벨링 부재는 서로 다른 속력으로 또는 동일한 속력으로 이동할 수도 있다. 적어도 하나의 분말 분배 기구와 적어도 하나의 레벨링 부재는 제어부에 의해 동시에 제어될 수도 있고 또는 제어부에 의해 비동시 제어(예를 들어, 순차적으로 제어)될 수도 있다. 적어도 하나의 분말 분배 기구와 적어도 하나의 레벨링 부재의 속력 및/또는 위치는 제어부에 의해 동시에 제어될 수도 있고 또는 제어부에 의해 비동시 제어(예를 들어, 순차적으로 제어)될 수도 있다. 적어도 하나의 분말 분배 기구와 적어도 하나의 레벨링 부재의 속력 및/또는 위치는 서로 의존할 수도 있고 또는 의존하지 않을 수도 있다. 이동 방향에 관하여, 레벨링 부재는 분말 분배 기구를 뒤따를 수도 있다. 이동 방향에 관하여, 레벨링 부재는 분말 분배 기구보다 선행할 수도 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 분말 분배기는 두 개의 레벨링 부재 사이에 배치될 수도 있다. 도 14b는, 블레이드(1423)를 갖는 제1 레벨링 부재, 블레이드(1426)를 갖는 제2 레벨링 부재, 및 분말 분배기(1424)의 일례를 개략적으로 도시한다. 두 개의 레벨링 부재는 수직으로 병진가능할 수도 있고(예를 들어, 도 14b) 또는 병진불가일 수도 있다(예를 들어, 도 14d). 일부 예에서, (분말 베드의 노출된 표면에 대면하는) 양측 레벨링 부재의 바닥부면은 인클로저, 기판, 또는 베이스의 바닥부에 대하여 동일한 수직 높이에 위치한다(예를 들어, 도 14d). 일부 예에서, 분말 베드에 대면하는 양측 레벨링 부재의 바닥부면은 인클로저, 기판, 또는 베이스의 바닥부에 대하여 서로 다른 수직 높이에 위치한다(예를 들어, 도 14b). 예를 들어, 이동 방향에 관하여, 전방 레벨링 부재(예를 들어, 도 14b의 1426)의 바닥부면은 제1 방향(1430)으로 이동시 원위 레벨링 부재(예를 들어, 1423)의 바닥부면보다 높을 수도 있다. 층 분배 기구가 분말 베드의 말단에 도달하거나 분말 베드의 말단보다 선행하게 되면, 이동 방향이 스위칭될 수도 있고 이에 따라 레벨링 부재들의 바닥부면의 레벨이 스위칭될 수도 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 분말 분배 부재(예를 들어, 분말 분배기, 도 14a, 1415)는 이동 방향(예를 들어, 1411)에 관하여 적어도 하나의 레벨링 부재(예를 들어, 총괄적으로 1412 및 1413)보다 선행할 수도 있다. 이 예에서, 분말 분배기로부터 분배되는 분말은, 레벨링 시스템이 분말 분배기를 뒤따를 때 레벨링될 수도 있다. 층 분배 기구가 분말 베드의 말단에 도달하거나 분말 베드의 말단보다 선행하면, 이동 방향이 스위칭될 수도 있고, 이에 따라, 레벨링 부재가, 분말 분배 부재가 레벨링 부재보다 선행할 수도 있게 하는 위치로 이동할 수도 있다. 도 14c는, 이동방향을 1451로부터 1452로 스위칭하는 한편 분말 분배기(1444)에 대하여 (1443과 1446으로부터 각각 1445와 1447로) 레벨링 부재의 위치를 스위칭하는 일례를 도시한다. 이러한 이동은, 예를 들어, 분말 베드 층의 평균 상단 표면, 기판, 또는 베이스에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 하는 180도 회전일 수도 있다. 회전 축은 분말 분배 기구(예를 들어, 1441)를 통할 수도 있다. 회전 축은 분말 분배 기구의 분말 재료의 슈트(예를 들어, 캐스케이드 또는 드롭)를 통할 수도 있다. 일부 예에서, 분말은, (예를 들어, 레벨링 부재와 분말 분배기를 포함하는) 층 분배 기구가 제1 방향으로 이동할 때 분배되고, 분말 재료의 증착 층은 층 분배 기구가 반대 방향으로 이동할 때 레벨링된다. 분말 재료는 층 분배 기구가 제1 방향으로 이동할 때 층 분배 기구(예를 들어, 분말 분배기)에 의해 분배될 수도 있다. 분말 재료는, 층 분배 기구가 제2 방향으로 이동할 때 레벨링 기구에 의해 레벨링될 수도 있다. 제1 및 제2 방향은 동일한 방향일 수도 있다. 제1 및 제2 방향은 반대 방향일 수도 있다.
일부 경우에, 분말 베드에 분말 재료를 전달하도록 구성된 기구(예를 들어, 분말 분배기)는 초음파 분말 분배 기구일 수 있다. 분말 베드에 분말 재료를 전달하도록 구성된 기구는 진동가능한 분말 분배 기구일 수 있다. 분말 분배기는 진동기 또는 셰이커를 포함할 수도 있다. 기판에 대하여 분말을 전달하도록 구성된 기구는 진동 메쉬를 포함할 수 있다. 진동은, 초음파 트랜스듀서, 압전 장치, 회전 모터(예를 들어, 편심 캠을 갖는 것)，또는 이들의 임의의 조합에 의해 형성될 수도 있다. 초음파 및/또는 진동가능한 분말 분배 기구는 분말을 1차원, 2차원, 또는 3차원으로 분배할 수 있다. 분배기의 초음파 및/또는 진동가능한 교란의 주파수는, 분말이 소정의 속도로 분말 베드에 전달되도록 선택될 수 있다. 초음파 및/또는 진동가능한 분배기는 분말 베드 위의 위치로부터 분말 베드 상에 분말을 분배할 수 있다. 초음파 및/또는 진동가능한 분배기는, 분말 베드에 대하여 비교적 높은 위치(예를 들어, 인클로저의 상단)로부터 분말 베드 상에 분말을 분배할 수 있다. 초음파 및/또는 진동가능한 분배기는 분말 베드 상에 분말을 하측방향으로 또는 측방향으로 분배할 수 있다. 초음파 및/또는 진동가능한 분배기는 분말을 분말 베드 상으로 하측방향으로 분배할 수 있다. 분말은 중력을 이용하여 분배될 수 있다. 초음파 및/또는 진동가능한 분배기는, 기판, 베이스, 또는 분말 베드(또는 분말 베드를 수용하기 위한 용기) 위의 위치로부터 분말을 분배하는 최상위 분배기일 수도 있다. 진동기는 스프링을 포함할 수도 있다. 진동기는 전기 또는 유압 진동기일 수도 있다.
분말 분배기는 진동기를 포함할 수 있다. 도 15의 1507은 진동기(1507)를 갖는 분말 분배기(1509)의 일례를 도시한다. 분말 분배기는 둘 이상의 진동기(예를 들어, 진동기들의 어레이)를 포함할 수 있다. 진동기들의 어레이는 선형으로, 비선형적으로, 또는 무작위로 배열될 수 있다. 진동기들의 어레이는 분말 분배기의 개구를 따라 또는 분말 분배기에 근접하여 배열될 수 있다. 분말 분배기는 다수의 개구 포트를 포함할 수 있다. 진동기들의 어레이는 개구 포트들(예를 들어, 다수의 개구)의 어레이를 따라 위치할 수 있다. 진동기들은 라인을 따라 배열될 수 있다. 진동기들은 선형 패턴을 따라 배열될 수 있다. 진동기들은 비선형 패턴을 따라 배열될 수 있다. 진동기들의 배열은, 분말이 분말 분배기로부터 벗어나는 비율을 결정할 수 있다. 진동기(들)는 분말 분배기의 면 상에 소재할 수도 있다. 도 16a는, 메쉬(1607)와 진동기(1603)를 포함하는 분말 분배기(1605)의 일례를 도시한다. 진동기는 출구 구멍(예를 들어, 포트)의 옆에 소재할 수도 있다. 분말 분배기는 진동기에 연결된 메쉬를 포함할 수 있다. 분말 분배기는 진동할 수 있는 메쉬를 포함한다. 진동기(들)는, 분말 분배기 내의 분말 재료의 적어도 일부를 진동시킬 수 있다(예를 들어, 도 16a의 1604). 진동기(들)는 분말 분배기 본체의 적어도 일부를 진동시킬 수 있다. 분말 분배기의 본체(예를 들어, 분말 저장부)는, 원소 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 알루미늄) 등의 가벼운 재료를 포함할 수도 있다. 진동기들은 수동으로 또는 (예를 들어, 제어부에 의해) 자동으로 제어될 수 있다. 진동기 주파수는, 적어도, 약 20Hz, 30Hz, 40Hz, 50Hz, 60Hz, 70Hz, 80Hz, 90Hz, 100Hz, 110Hz, 120Hz, 130Hz, 140Hz, 150Hz, 160Hz, 170Hz, 180Hz, 190Hz, 200Hz, 210Hz, 220Hz, 230Hz, 240Hz, 250Hz, 260Hz, 270Hz, 280Hz, 290Hz, 300Hz, 350Hz, 400Hz, 450Hz, 500Hz, 550Hz, 600Hz, 700Hz, 800Hz, 900Hz, 또는 1000Hz일 수도 있다. 진동기 주파수는, 최대, 약 20Hz, 30Hz, 40Hz, 50Hz, 60Hz, 70Hz, 80Hz, 90Hz, 100Hz, 110Hz, 120Hz, 130Hz, 140Hz, 150Hz, 160Hz, 170Hz, 180Hz, 190Hz, 200Hz, 210Hz, 220Hz, 230Hz, 240Hz, 250Hz, 260Hz, 270Hz, 280Hz, 290Hz, 300Hz, 350Hz, 400Hz, 450Hz, 500Hz, 550Hz, 600Hz, 700Hz, 800Hz, 900Hz, 또는 1000Hz일 수도 있다. 진동기 주파수는 전술한 진동기 주파수들 사이의 임의의 수일 수도 있다. 예를 들어, 진동기 주파수는, 약 20Hz 내지 약 1000Hz, 약 20Hz 내지 약 400Hz, 약 300Hz 내지 약 700Hz, 또는 약 600Hz 내지 약 1000Hz일 수도 있다. 진동기들의 어레이에 있는 진동기들은 동일한 주파수 또는 서로 다른 주파수로 진동할 수 있다. 진동기들은, 적어도 중력(G)의 약 1배, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G, 8G, 9G, 10G, 11G, 15G, 17G, 19G, 20G, 30G, 40G, 또는 50G의 진동 진폭을 가질 수 있다. 진동기들은, 최대, 적어도 중력(G)의 약 1배, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G, 8G, 9G, 10G, 11G, 15G, 17G, 19G, 20G, 30G, 40G, 또는 50G의 진동 진폭을 가질 수 있다. 진동기들은 전술한 진동 진폭 값들 사이의 임의의 값을 갖는 진폭으로 진동할 수 있다. 예를 들어, 진동기들은, 약 1G 내지 약 50G, 약 1G 내지 약 30G, 약 19G 내지 약 50G, 또는 약 7G 내지 약 11G의 진폭으로 진동할 수 있다.
일부 경우에, 저장부로부터 기판으로 분말을 전달하도록 구성된 기구(즉, 분말 분배기)는 나사, 엘리베이터, 또는 컨베이어일 수 있다. 일부 경우에, 저장부로부터 기판으로 분말을 전달하도록 구성된 기구(즉, 분말 분배기)는 나사일 수 있다. 나사는 베셀(vessel)의 회전형 나사일 수 있다. 나사가 회전하면, 분말이 출구 구멍(예를 들어, 포트)을 통해 나사로부터 분배될 수 있다. 나사는 분말을 기판에 대하여 상측방향, 측방향, 또는 하측방향으로 분배할 수 있다. 오거 나사 스레드들의 간격과 크기는, 나사의 각각의 회전 또는 부분적 회전에 의해 소정량의 분말이 기판에 분배되도록 선택될 수 있다. 오거에서의 나사의 회전율은, 분말이 소정의 속도로 기판에 분배되도록 선택될 수 있다. 일부 경우에, 나사에 의해 분배되는 분말은 회전형 나사, 확산 도구의 선형 운동, 및/또는 하나 이상의 배플에 의해 기판(904)의 적어도 한 부분 상에 확산될 수 있다. 나사는 아르키메데스 나사일 수 있다. 나사는 오거 나사일 수 있다.
분말 분배기는, 반전된 원뿔, 깔때기, 반전된 피라미드, 실린더, 임의의 불규칙적 형상, 또는 이들의 임의의 조합인 형상을 가질 수도 있다. 깔때기 분배기들의 예는, 분말 분배기의 측단면을 도시하는 도 13a 내지 도 13d에 도시되어 있다. 분말 분배기의 바닥부 개구부(예를 들어, 도 13a의 1334)는, 분말(예를 들어, 1304)이 배치되는 수직 이동가능 평면(1305)에 의해 완전히 차단될 수도 있다. 평면은, 개구부에 직접 위치할 수 있고 또는 개구부로부터 수직 거리 “d”에 위치할 수 있다. 수직 이동가능 평면의 이동(예를 들어, 1302)은 제어될 수도 있다. 평면이 수직 상향 이동하는 경우(예를 들어, 베이스(예를 들어, 1310)로부터 멀어지는 경우)， 측 개구부들은 분말 분배기의 에지들과 평면 사이에 형성되고, 이러한 개구부들로부터 분말이 깔때기 개구부(예를 들어, 1307)를 통해 미끄러질 수도 있다. 분말 분배기는, 분말 베드(또는 분말 베드를 수용하는 용기) 상으로의 분말의 균질(예를 들어, 균일한) 분포를 가능하게 하는 적어도 하나의 메쉬를 포함할 수도 있다. 메쉬는, 분말 분배기의 바닥부 개구부(1334)에 또는 평면이 분말 분배기를 완전하게 차단하는 위치와 바닥부 개구부 사이의 임의의 위치에(예를 들어, 도 13a에서의 거리 “d” 내의 임의의 위치에) 위치할 수 있다.
분말 분배기는 이중 메쉬 분배기 일 수도 있다(예를 들어, 도 13c). 이중 메쉬 분배기는, 반전된 원뿔, 깔때기, 반전된 피라미드, 실린더, 임의의 불규칙적 형상, 또는 이들의 임의의 조합과 같이 성형될 수도 있다. 깔때기 분배기의 예들은 분말 분배기의 단면을 도시하는 도 13a 내지 도 13d에 도시되어 있다. 이중 메쉬 분배기의 바닥부는 개구부를 포함할 수 있다(예를 들어, 1335). 개구부는, 적어도 하나가 (예를 들어, 수평으로) 이동가능한 두 개의 메쉬(예를 들어, 1323)를 포함할 수도 있다. 두 개의 메쉬는, 하나의 메쉬의 개구부가 제2 메쉬에 의해 완전히 차단될 수 있도록 정렬된다. 적어도 하나의 이동가능 메쉬의 수평 이동(예를 들어, 1320)은, 두 개의 메쉬들을 오정렬하여 분말이 두 개의 메쉬(예를 들어, 1319) 위의 저장부로부터 분말 베드(1324)를 향하는 하측방향으로 흐를 수 있게 하는 개구부들을 형성할 수도 있다. 메쉬들의 오정렬은, 분말 재료가 분말 분배기로부터 나올 수 있는 개구부들의 크기 및/또는 형상을 변경할 수 있다. 개구부들은, 적어도 약 0.001mm, 0.01mm, 0.03mm, 0.05mm, 0.07mm, 0.09mm, 0.1mm, 1mm, 2 mm, 3mm, 4mm, 5mm, 또는 10mm인 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 개구부들은, 최대 약 0.001mm, 0.01mm, 0.03mm, 0.05mm, 0.07mm, 0.09mm, 0.1mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 또는 10mm인 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 개구부들은, 상기 언급한 값들 중 임의의 값 사이의 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 예를 들어, 개구부들은, 약 0.001mm 내지 약 10mm 또는 약 0.1mm 내지 약 5mm인 기본 길이 규모를 가질 수 있다.
분말 분배기는, 분말 분배기의 면 내에 소재하는 출구 구멍 포트를 포함할 수도 있다. 면은, 기판, 베이스, 또는 인클로저의 바닥부에 대면하는, 분말 분배기의 바닥부일 수도 있다. 도 13c는, 출구 구멍 포트(1335)에 대면하는 바닥부를 갖는 분말 분배기(1318)의 일례를 도시한다. 출구 구멍 포트가 소재하는 면은, 분말 분배기의 바닥부 면과 다를 수도 있다. 예를 들어, 면은 분말 분배기의 일면일 수도 있다. 면은 분말 재료의 층에 평행하지 않은 면일 수도 있다. 면은, 분말 베드의 상단 표면에 의해 형성되는 평균 평면에 실질적으로 수직일 수도 있다. 도 15는, 분말 베드(1506)의 상단 표면에 실질적으로 수직인 측 출구 구멍 포트(1511)를 갖는 분말 분배기(1509)의 일례를 도시한다. 면은 베이스의 또는 기판의 평균 평면에 실질적으로 수직일 수도 있다. 면은 분말 분배기의 상단 면에 위치할 수도 있다. 분배기의 상단 면은 기판, 베이스, 또는 인클로저의 바닥부의 반대측 면일 수도 있다. 분배기의 상단 면은 분말 베드의 노출된 표면의 반대측 면일 수도 있다. 면은 측면일 수도 있다. 측면은 상단 면 또는 바닥부에 있지 않는 면일 수도 있다. 면(예를 들어, 전체 면)에서의 평면은 분말 베드, 기판, 용기의 바닥부, 또는 베이스를 향하여 기울어질 수도 있다. 기울어짐은, 기판, 베이스, 및 인클로저의 바닥부를 향하여 또는 분말 베드를 향하여 만곡되는 평면을 포함할 수도 있다. 만곡된 평면은, 분말 분배기의 바닥부 아래의 지점을 중심으로 하는 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 만곡된 평면은, 분말 분배기의 바닥부 위의 지점을 중심으로 하는 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 기울어짐은, 기판, 베이스, 또는 분말 재료의 층의 상단 표면의 평균 표면과의 또는 이에 평행한 평면과의 예각을 형성하는 평면을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 분말 분배기의 바닥부 면에서의 평면은, 분말 재료의 상단 표면에 의해, 기판에 의해, 또는 베이스에 의해 형성되는 평균 면과의 예각 또는 둔각(κ)을 형성할 수도 있다. 도 18b와 도 18d는, 분말 재료의 상단 표면(각각 1810, 1830) (또는 이에 평행한 라인)과의 각도(κ)를 형성하는 측면 출구 구멍 포트(각각 1812와 1831)를 갖는 분말 분배기(각각 1813, 1833)의 일례를 각각 도시한다. 도 18b는 예각(φ)의 일례를 도시하고, 도 18b는 둔각(φ)의 일례를 도시한다. 각도(φ)는, 적어도 약 5o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 50 o, 60 o, 70 o, 80 o, 90 o, 100 o, 110 o, 120 o, 130 o, 140 o, 150 o, 160 o, 또는 170 o일 수도 있다. 각도(φ)는, 최대 약 5 o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 50 o, 60 o, 70 o, 80 o, 90 o, 100 o, 110 o, 120 o, 130 o, 140 o, 150 o, 160 o, 또는 170 o일 수도 있다. 각도(φ)는, φ에 대하여 전술한 각도 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 예를 들어, 각도(φ)는, 약 5o 내지 약 170o, 약 5o 내지 약 90o, 또는 약 90o 내지 약 170o일 수도 있다.
분말 분배기는 제1 경사진 바닥부 평면을 갖는 바닥부를 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 분말 분배기의 바닥부에서의 평면의 하나의 에지(측면)는 그 평면의 다른 에지 위에 수직으로 있다. 평면은 볼록형 또는 오목형일 수도 있다. 제1 경사진 바닥부 평면의 각도는 조정가능하거나 조정불가일 수도 있다. 제1 경사진 바닥부 평면은 인클로저의 바닥부, 기판, 또는 베이스에 대면할 수도 있다. 분말 분배기의 바닥부는 경사진 평면일 수도 있다. 도 17은, 경사진 바닥부 평면(1711)을 갖는 분말 분배기(1702)의 일례를 도시한다. 제1 경사진 바닥부 평면은, 분말 재료의 평균 상단 표면, 기판, 또는 베이스에 평행한 평면과 제1 방향(예를 들어, 양의 방향)으로의 제1 예각(“γ”)을 형성할 수도 있다. 분말 분배기의 바닥부는 하나 이상의 추가 평면을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기의 바닥부에 인접할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기의 바닥부에 연결될 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기로부터 분리될 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기의 바닥부 면의 연장부일 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 경사질 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면의 각도는 조정가능하거나 조정불가일 수도 있다. 경사진 하나 이상의 추가 평면은, 분말 재료의 평균 상단 표면에 평행한 평면과 제2 방향으로의 예각(“θ”)를 형성할 수도 있다. 방향(제1 및/또는 제2)은 시계 방향 또는 반시계 방향일 수도 있다. 방향은 양의 방향 또는 음의 방향일 수도 있다. 제1 방향은 제2 방향과 동일할 수도 있다. 제1 방향은 제2 방향의 반대 방향일 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 방향은 시계 방향일 수도 있다. 제1 및 제2 방향은 반시계 방향일 수도 있다. 제1 방향은 시계 방향이고 제2 방향은 반시계 방향일 수도 있다. 제1 방향은 반시계 방향이고 제2 방향은 시계 방향일 수도 있다. 제1 및 제2 방향은 동일한 위치로부터 관찰할 수 있다. 하나 이상의 추가 평면 중 적어도 일부는, 제1 경사진 바닥부 평면의 바닥부와는 다른 수직방향 위치에 위치할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면 중 적어도 일부는, 제1 경사진 바닥부 평면의 바닥부보다 높은 수직방향 위치에 위치할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면 중 적어도 일부는, 제1 경사진 바닥부 평면의 바닥부보다 낮은 수직방향 위치에 위치할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면의 최저 위치는, 제1 경사진 바닥부 평면의 최저 위치보다 높은 또는 낮은 수직방향 위치에 위치할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면의 최고 위치는, 제1 경사진 바닥부 평면의 최고 위치보다 높은 또는 낮은 수직방향 위치에 위치할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 컨베이어를 포함할 수도 있다. 컨베이어는, 분말 분배기의 이동 방향으로 또는 분말 분배기의 이동 방향의 반대 방향으로 이동할 수 있다. 도 16d는, 경사진 바닥부 평면(1639), 및 컨베이어(1640)를 포함하는, 베이스에 평행한 추가 평면을 갖는 분말 분배기(1634)의 일례를 도시하며, 컨베이어는 이동 방향(1638)의 반대로 이동한다. 세타 및/또는 델타는, 적어도 약 5o, 10 o, 15 o, 20 o, 30 o, 40 o, 50 o, 60 o, 70 o, 또는 80 o일 수도 있다. 세타 및/또는 델타는, 최대, 약 5 o, 10 o, 15, o 20 o, 30 o, 40 o, 50 o, 60 o, 70 o, 또는 80 o일 수도 있다. 세타 및/또는 델타는 감마 및/또는 델타에 대하여 전술한 각도 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 예를 들어, 세타 및/또는 델타는, 약 5 o 내지 약 80o, 약 5 o 내지 약 40o, 또는 약 40 o 내지 약 80o일 수도 있다.
하나 이상의 추가 평면은 간극에 의해 분말 출구 구멍(예를 들어, 포트)으로부터 수평으로 분리되는 평면을 포함할 수도 있다. 도 28은, 간극에 의해 개구부(2835)로부터 분리되는 추가 경사진 평면(2733)을 갖는 분말 분배기(2839)의 일례를 도시한다. 간극은 조정가능할 수도 있다. 경사진 평면의 각도는 조정가능할 수도 있다. 각도는 전술한 세타 (θ) 값들 중 임의의 것일 수도 있다. 경사진 평면의 상단 표면은 평평하거나 거칠 수도 있다. 경사진 평면의 상단 표면은 압출부 또는 오목부를 포함할 수도 있다. 오목부 또는 압출부는 무작위일 수도 있고 또는 패턴을 따를 수도 있다. 경사진 표면의 상단 표면은 (예를 들어, 본원에 개시되는 임의의 블라스팅 방법에 의해) 블라스팅될 수도 있다. 경사진 표면의 상단 표면은 샌드 페이퍼를 사용하는 샌딩에 의해 형성될 수도 있다. 샌드 페이퍼는, 최대, 약 24grit, 30grit, 36grit, 40grit, 50grit, 60 grit, 70 grit, 80 grit, 90 grit, 100 grit, 120 grit, 140 grit, 150 grit, 160 grit, 180 grit, 200 grit, 220 grit, 240 grit, 300 grit, 360 grit, 400 grit, 600 grit, 800 grit, 또는 1000grit일 수도 있다. 샌드 페이퍼는, 적어도 24grit, 30grit, 36grit, 40grit, 50grit, 60 grit, 70 grit, 80 grit, 90 grit, 100 grit, 120 grit, 140 grit, 150 grit, 160 grit, 180 grit, 200 grit, 220 grit, 240 grit, 300 grit, 360 grit, 400 grit, 600 grit, 800 grit, 또는 1000grit일 수도 있다. 샌드 페이퍼는 전술한 grit 값들 중 임의의 값 사이의 샌드 페이퍼일 수도 있다. 예를 들어, 샌드 페이퍼는, 약 60 grit 내지 약 400grit, 약 20grit 내지 약 300grit, 약 100grit 내지 약 600grit, 또는 약 20grit 내지 약 1000grit일 수도 있다. 경사진 평면의 상단 표면의 거칠기는 본원에서 언급되는 샌드 페이퍼의 거칠기와 등가일 수도 있다. 경사진 평면의 상단 표면의 거칠기는, 본원에서 언급되는 샌드 페이퍼에 의한 처리의 거칠기와 등가일 수도 있다. 경사진 평면(예를 들어, 2833)과 분말 분배기의 본체(예를 들어, 저장부(2839))는, 동일한 유형의 재료 또는 서로 다른 유형의 재료로 된 것일 수도 있다. 경사진 평면은, 분말 분배기의 본체를 실질적으로 구성하는 재료보다 거친 재료를 포함할 수도 있다. 경사진 평면은 분말 분배기의 본체를 실질적으로 구성하는 재료보다 무거운 재료를 포함할 수도 있다. 경사진 평면은, 분말 분배기의 본체를 실질적으로 구성하는 재료보다 단단한(예를 들어, 덜 휘어지는) 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 분말 분배기의 본체는 가벼운 금속(예를 들어, 알루미늄)으로 형성될 수도 있는 한편, 경사진 평면은 강철 또는 강철 합금으로 형성될 수도 있다. 경사진 평면은, 분말 분배기의 본체가 진동 또는 휘어질 수도 있는 동안 장착될 수도 있다. 분말 분배기 저장부(예를 들어, 도 28의 2839)의 출구 구멍(예를 들어, 포트)으로부터 분배되는 분말은 중력(예를 들어, 2834)을 이용하여 하측으로 이동할 수도 있고, 낙하 동안 경사진 평면(예를 들어, 2733)과 접촉할 수도 있고, 경사진 평면에서 튀어오를 수도 있고, 분말 베드(예를 들어, 2831), 기판 또는 베이스(예를 들어, 2830)를 향하여 하측 낙하(예를 들어, 2832)를 계속할 수도 있다. 일부 실시예에서, 분말 재료가 인클로저(예를 들어, 챔버)의 환경을 향하여 분말 분배 기구(예를 들어, 부재)를 벗어나 분말 베드의 수직방향으로 이동(즉, 분말 베드를 향하여 하측으로 이동)함에 따라, 분말 재료는 적어도 하나의 차단부와 직면하게 된다. 차단부는 표면일 수 있다. 표면은 고정형 또는 이동형(예를 들어, 컨베이어)일 수 있다. 표면은 거칠거나 매끄러울 수 있다. 차단부는 거친 표면을 포함한다. 차단부는, 분말 베드의 노출된 표면과의 각도를 형성하는 경사진 표면일 수 있다. 각도는 본원에서 설명하는 세타 각도들 중 임의의 것일 수 있다. 분말 제거 기구(예를 들어, 부재)는 본원에서 설명하는 분말 분배-제거 부재를 형성하도록 분말 분배 부재 내에 통합될 수도 있다.
도 18c는, 베이스(1820)에 평행한 평면과 반시계 각도 감마를 형성하는 경사진 바닥부 평면(1821)을 갖는 분말 분배기(1824)의 일례를 도시하며, 분말 분배기(1824)에 연결된 추가 평면(1823)을 갖는 분말 분배기는, 경사지며, 베이스에 평행한 평면과 반시계 방향 각도 세타를 형성하고, 세타는 감마와 다르고(감마보다 크고), 평면(1821)은 평면(1823)(d2)보다 높은 수직방향 위치(d1)에서 시작하고 또한 베이스에 대하여 평면(1823)의 종단 위치(d3)보다 높은 수직방향 위치(d2)에서 종단된다.
분말 분배기는 제1 만곡형 바닥부 평면을 형성하는 수직방향 단면을 갖는 바닥부를 포함할 수도 있다. 제1 만곡형 바닥부 평면은 (예를 들어, 기판의 방향으로) 분말 분배기의 바닥부 아래에 위치하는 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 제1 만곡형 바닥부 평면은 (예를 들어, 기판으로부터 멀어지는 방향으로) 분말 분배기의 바닥부 위에 위치하는 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 제1 만곡형 바닥부 평면의 만곡부의 반경은 조정가능하거나 조정불가일 수도 있다. 도 19a와 도 19c는, 만곡형 바닥부 평면들(1902, 1922)을 각각 갖는 분말 분배기들(1901, 1921)의 수직방향 단면의 예들을 각각 도시한다. 분말 분배기의 바닥부는 하나 이상의 추가 평면을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기의 바닥부에 인접할 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기의 바닥부에 연결될 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기로부터 분리될 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 분말 분배기의 바닥부 면의 연장부일 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면은 만곡형일 수도 있다. 하나 이상의 추가 평면의 만곡부의 반경은 조정가능하거나 조정불가일 수도 있다. 하나 이상의 추가 만곡형 평면의 수직방향 단면은 (예를 들어, 기판 방향을 향하여) 하나 이상의 추가 곡선 형 평면 아래에 위치하는 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 하나 이상의 추가 만곡형 평면의 수직방향 단면은 (예를 들어, 기판으로부터 멀어지는 방향을 향하여) 하나 이상의 추가 만곡형 평면의 위에 위치하는 만곡부의 반경을 가질 수도 있다. 하나 이상의 추가 만곡형 평면의 만곡부의 반경은 제1 만곡형 바닥부 평면의 만곡부의 반경과 동일하거나 다를 수도 있다. 하나 이상의 추가 만곡형 평면의 만곡부의 반경은 제1 만곡형 바닥부 평면의 만곡부의 반경보다 작거나 클 수도 있다. 도 19a는, 만곡부의 반경r1을 갖는 만곡형 바닥부 평면(1902), 및 만곡형 바닥부 평면(1902)에 연결되고 만곡부의 반경(r2)을 갖는 추가 만곡형 평면(1905)을 갖는 분말 분배기(1901)의 일례를 도시하며, r2는 r1보다 작고, 이러한 반경 모두는 기판(1906)의 방향을 향하여 추가 평면과 분말 분배기의 바닥부 아래에 위치한다. 하나 이상의 추가 만곡형 평면과 제1 만곡형 바닥부 평면은 동일한 곡선 상에 위치할 수도 있다. 도 19d는, 분말 분배기 출구 구멍 포트(1933)의 위치를 벗어나 연장되고 이 에 따라 "추가 만곡형 평면"(1935)을 형성하는 만곡부의 반경(r12)을 갖는 만곡형 바닥부 평면(1932)을 갖는 분말 분배기(1931)의 수직방향 단면의 일례를 도시한다. 이 예에서, ＂추가 만곡형 평면"의 수직방향 단면 및 분말 분배기의 바닥부는, 기판(1936) 방향으로 만곡부의 반경이 분말 분배기의 바닥부 아래에 위치하는 동일한 곡선 상에 위치한다. 분말 분배기는, 경사질 수 있거나 경사지지 않을 수도 있는 평면형 바닥부를 가질 수도 있다. 분말 분배기는, 기판에 (또는 기판에 의해 형성되는 평균 평면에) 평행한 평면형 바닥부를 가질 수도 있다. 분말 분배기는 만곡형인 하나 이상의 추가 평면을 가질 수도 있다. 만곡형 평면들(또는 그 수직방향 단면)의 만곡부의 반경은 (예를 들어, 기판 방향으로) 만곡형 평면 아래에 위치할 수도 있다. 도 19b는, 경사진 바닥부 평면(1912)과 만곡형 추가 평면(1915)을 갖는 분말 분배기(1911)의 수직방향 단면의 일례를 도시한다. 분말 분배기는 만곡형 바닥부를 가질 수도 있다. 분말 분배기는 경사진 또는 경사지지 않은 하나 이상의 추가 평면을 가질 수도 있다. 분말 분배기는 기판에 평행하거나 수직인 하나 이상의 추가 평면을 가질 수도 있다. 만곡형 평면(또는 그 수직방향 단면)의 만곡부의 반경은 (예를 들어, 기판 방향을 향하여) 만곡형 평면 아래에 위치할 수도 있다. 도 19c는 만곡형 바닥부 평면(1922)과 경사진 추가 (연장된) 평면(1925)을 갖는 분말 분배기(1921)의 수직방향 단면의 일례를 도시한다. 만곡부의 반경(r1, r2 및/또는 r12)은, 적어도 약 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 또는 100mm일 수도 있다. 만곡부의 반경(r1, r2 및/또는 r12)은, 최대 약 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 또는 100mm일 수도 있다. 만곡부의 반경(r1, r2 및/또는 r12)은, 전술한 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다(예를 들어, 0.5mm 내지 약 100mm, 약 0.5mm 내지 약 50mm, 약 50mm 내지 약 100mm).
일부 예에서, 분말 분배기는 전술한 바와 같이 출구 구멍 포트 및 적어도 제 1 경사진 표면 모두를 포함한다. 예를 들어, 분말 분배기는 전술한 바와 같이 측면 출구 구멍 포트와 적어도 제1 경사진 표면을 포함할 수 있다. 분말 분배기는 전술한 바와 같이 측면 출구 구멍과 제1 경사진 평면 및 제2 경사진 평면 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 경사진 평면은 분말 분배기의 바닥부에 소재할 수 있다. 제2 평면은 분말 분배기의 바닥부의 연장부일 수 있다. 제2 평면은 분말 분배기의 바닥부로부터 분리될 수 있다.
분말 분배기의 개구부는, 구멍들이 있는 평면 또는 메쉬(본원에서는 총괄하여 "메쉬 "라 칭하며 예를 들어, 도 16a의 1607)를 포함할 수 있다. 메쉬는 구멍(또는 구멍들의 어레이)을 포함한다. 구멍(또는 구멍들)은 분말 재료가 분말 분배기로부터 출력될 수 있게 한다. 메쉬의 구멍은, 적어도 약 10 μm, 20μm, 30μm, 40μm, 50 μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm, 100 μm, 110μm, 120μm, 130μm, 140μm, 150μm, 160μm, 170μm, 180μm, 190μm, 200μm, 250μm, 300 μm, 350μm, 400 μm, 450μm, 500 μm, 550μm, 600 μm, 650μm, 700 μm, 750μm, 800 μm, 850μm, 900 μm 950, μm, 또는 1000 μm인 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 메쉬의 구멍은, 최대 약 10 μm, 20μm, 30μm, 40μm, 50 μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm, 100 μm, 110μm, 120μm, 130μm, 140μm, 150μm, 160μm, 170μm, 180μm, 190μm, 200μm, 250μm, 300 μm, 350μm, 400 μm, 450μm, 500 μm, 550μm, 600 μm, 650μm, 700 μm, 750μm, 800 μm, 850μm, 900 μm 950, μm, 또는 1000 μm인 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 메쉬의 구멍은, 전술한 기본 길이 규모들 사이의 임의의 값의 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 예를 들어, 메쉬의 구멍은, 약 10 μm 내지 약 1000 μm, 약 10 μm 내지 약 600 μm, 약 500 μm 내지 약 1000 μm, 또는 약 50 μm 내지 약 300 μm인 기본 길이 규모를 가질 수 있다. 구멍들의 기본 길이 규모는 조정가능하거나 고정될 수도 있다. 일부 실시예에서, 개구부는 둘 이상의 메쉬를 포함한다. 둘 이상의 메쉬 중 적어도 하나는 이동가능할 수도 있다. 둘 이상의 메쉬의 이동은, 수동으로 또는 자동으로(예를 들어, 제어부에 의해) 제어될 수도 있다. 서로에 대한 둘 이상의 메쉬의 상대 위치는 분말이 구멍(또는 구멍들)을 통과하는 비율을 결정할 수 있다. 구멍들의 기본 길이 규모는 전기적으로 제어될 수도 있다. 구멍들의 기본 길이 규모는 열적으로 제어될 수도 있다. 메쉬는 가열 또는 냉각될 수도 있다. 메쉬의 온도는 수동으로 또는 제어부에 의해 제어될 수도 있다. 메쉬의 구멍들은 메쉬의 온도 또는 전하의 기능으로서 수축 또는 팽창할 수 있다. 메쉬는 전도성을 가질 수 있다. 메쉬는 표준 메쉬 수 50, 70, 90, 100, 120, 140, 170, 200, 230, 270, 325, 550 또는 625의 메쉬를 포함할 수도 있다. 메쉬는 전술한 메쉬 수들 중 임의의 수 사이의 표준 메쉬 수의 메쉬를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 메쉬는 50 내지 625, 50 내지 230, 230 내지 625, 또는 100 내지 325의 표준 메쉬 수의 메쉬를 포함할 수도 있다. 표준 메쉬 수는 US 또는 타일러 표준일 수도 있다.
2개의 메쉬는 분말이 출구 구멍을 해 통과할 수 없는 적어도 하나의 위치를 가질 수도 있다. 2개의 메쉬는, 분말의 최대량이 출구 구멍을 통과할 수 있는 적어도 하나의 위치를 가질 수도 있다. 2개의 메쉬는 동일하거나 다를 수 있다. 2개의 메쉬의 구멍들의 크기는 동일하거나 다를 수 있다. 2개의 메쉬의 구멍들의 형상은 동일하거나 다를 수 있다. 구멍들의 형상은 본원에서 설명하는 바와 같이 임의의 구멍 형상일 수 있다. 도 16c는, 2개의 메쉬 또는 구멍들이 있는 2개의 평면을 갖는 개구부(1627)를 갖는 분말 분배기(1624)의 일례를 도시한다. 도 16c는 2개의 메쉬(1622, 1626)의 연장부가 수직으로 병진될 수 있는 일례를 도시한다.
분말 분배기의 개구부(예를 들어, 포트)는 블레이드를 포함할 수 있다. 블레이드는 "닥터 블레이드"일 수 있다. 도 16b는 "닥터 블레이드"(1617)를 포함하는 개구부를 갖는 분말 분배기(1614)의 일례를 도시한다. 블레이드는 전술한 블레이드들 중 임의의 것일 수 있다. 개구부는 블레이드 및 메쉬 또는 구멍들이 있는 평면 모두를 포함할 수도 있다. 메쉬(또는 구멍들이 있는 평면)는 블레이드보다 출구 구멍에 가까울 수도 있다. 블레이드는 메쉬(또는 구멍들이 있는 평면)보다 출구 구멍에 가까울 수도 있다. 출구 구멍은 여러 개의 메쉬들과 블레이드들을 포함할 수 있다. 출구 구멍은, 출구 구멍의 표면에 가장 가까운 제2 블레이드가 뒤따르는 메쉬가 뒤따르는 제1 블레이드를 포함할 수 있다. 출구 구멍은 블레이드가 뒤따르는 제1 메쉬를 포함할 수 있고, 출구 구멍의 표면에 가장 가까운 제2 블레이드가 뒤따른다. 제1 및 제2 블레이드는 동일하거나 다를 수도 있다. 제1 및 제2 메쉬는 동일하거나 다를 수도 있다. 분말 분배기는 출구 구멍에 스프링을 포함할 수도 있다. 도 18a 내지 도 18d는 스프링(예를 들어, 1807)을 포함하는 개구부를 갖는 분말 분배기의 예들을 도시한다.
본원에서 설명하는 층 분배 기구들 중 임의의 것은, 분말의 벌크 저장부(예를 들어, 탱크, 풀, 터브, 또는 베이슨) 및 분말을 벌크 저장부로부터 층 분배 기구로 전달하도록 구성된 기구를 포함할 수 있다. 분말 저장부는 층 분배 기구(예를 들어, 분말 분배기)로부터 연결되거나 분리될 수 있다. 도 15는 분말 분배기(1509)에 연결된 벌크 저장부(1513)의 일례를 도시한다. 도 17은 분말 분배기(1702)로부터 분리된 벌크 저장부(1701)의 일례를 도시한다. 분리된 분말 분배기는 분말 베드의 위, 아래, 또는 옆에 위치할 수 있다. 분리된 분말 분배기는 분말 베드의 위에, 예를 들어, 분말 분배기에 연결된 분말 입구 개구부 위에 위치할 수 있다. 연결된 분말 분배기는 분말 출구 구멍 포트의 위, 아래, 또는 옆에 위치할 수도 있다. 연결된 분말 분배기는 분말 출구 구멍 위에 위치할 수도 있다. 분말 재료는 벌크 저장부에 저장될 수 있다. 벌크 저장부는, 적어도, 하나의 층을 위해 충분한 또는 전체 3D 물체를 구축하는 데 충분한 양의 분말 재료를 보유할 수도 있다. 벌크 저장부는, 적어도 약 200그램(gr), 400gr, 500gr, 600gr, 800gr, 1Kg, 또는 1.5Kg의 분말 재료를 보유할 수도 있다. 벌크 저장부는 최대 200gr, 400gr, 500gr, 600gr, 800gr, 1Kg, 또는 1.5Kg의 분말 재료를 보유할 수도 있다. 벌크 저장부는, 전술한 벌크 저장부 재료의 양들 중 임의의 양 사이의 재료의 양(예를 들어, 약 200gr 내지 약 1.5Kg, 약 200gr 내지 약 800gr, 또는 약 700gr 내지 약 1.5Kg)을 보유할 수도 있다. 분말 분배기 저장부는, 적어도 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 5개 층을 위한 충분한 양의 분말 재료를 적어도 보유할 수도 있다. 분말 분배기 저장부는, 적어도, 최대 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 5개 층을 위한 충분한 양의 분말 재료를 보유할 수도 있다. 분말 분배기 저장부는, (예를 들어, 약 1개 층 내지 약 5개 층인 다수의 층에 대하여 충분한) 전술한 재료의 양들 중 임의의 양 사이의 재료의 양을 보유할 수도 있다. 분말 분배기 저장부는, 적어도 약 20gr, 40gr, 50gr, 60gr, 80gr, 100gr, 200gr, 400gr, 500gr, 또는 600gr의 분말 재료를 보유할 수도 있다. 분말 분배기 저장부는, 최대 약 20gr, 40gr, 50gr, 60gr, 80gr, 100gr, 200gr, 400gr, 500gr, 또는 600gr의 분말 재료를 보유할 수도 있다. 분말 분배기 저장부는, 전술한 분말 분배기 저장부 재료의 양들 중 임의의 양 사이의 재료의 양(예를 들어, 약 20gr 내지 약 600gr, 약 20gr 내지 약 300gr, 또는 약 200gr 내지 약 600gr)을 보유할 수도 있다. 분말은, 분말 분배기로부터의 분말 재료의 출력을 위해 본원에서 설명하는 임의의 유사한 방법에 의해 벌크 저장부로부터 분말 분배기로 전달될 수도 있다. 때때로, 벌크 저장부 출구 구멍의 출구 구멍 포트(예를 들어, 구멍)는, 분말 분배기 출구 구멍 포트의 기본 길이 규모에 비해 큰 기본 길이 규모를 가질 수도 있다. 예를 들어, 벌크 저장부는 메쉬 또는 적어도 하나의 구멍을 포함하는 표면을 포함하는 출구를 포함할 수도 있다. 메쉬(또는 적어도 하나의 구멍을 포함하는 표면)는, 적어도 약 0.25mm, 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm 또는 1cm인 기본 길이 규모를 갖는 구멍을 포함할 수도 있다. 메쉬(또는 적어도 하나의 구멍을 포함하는 표면)는 최대 약 0.25mm, 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm 또는 1cm인 기본 길이 규모를 갖는 구멍을 포함할 수도 있다. 메쉬(또는 적어도 하나의 구멍을 포함하는 표면)는, 전술한 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 0.25mm 내지 약 1cm, 약 0.25mm 내지 약 5mm, 또는 약 5mm 내지 약 1cm)을 갖는 기본 길이 규모를 갖는 구멍을 포함할 수도 있다. 벌크 저장부는, 벌크 저장부 내로 또는 벌크 저장부로부터 병진가능한 적어도 하나의 에지를 가질 수도 있는 평면을 포함할 수도 있다. 벌크 저장부는, 벌크 저장부(예를 들어, 플랩 도어) 내로 또는 벌크 저장부로부터 축 회전할 수도 있는 평면을 포함할 수도 있다. 이러한 병진은, （예를 들어, 중력을 이용하여) 저장부의 분말이 저장부의 외부로 흐를 수도 있게 하는 개구부를 생성할 수도 있다. 제어부는 분말 저장부에 작동적으로 연결될 수도 있다. 제어부는, 예를 들어, 분말이 벌크 저장부로부터 출력될 수 있게 하는 조건이 시행되는 시간의 양을 제어함으로써, 벌크 저장부로부터 방출되는 분말의 양을 제어할 수도 있다. 제어부는, 예를 들어, 분말이 분말 분배기로부터 출력될 수 있게 하는 조건이 시행되는 시간의 양을 제어함으로써, 분말 분배기로부터 방출되는 분말의 양을 제어할 수도 있다. 일부 예에서, 분말 분배기는, 분말을 벌크 저장부로부터 분말 분배기 저장부로 탑재하기 전에, 분말 분배기 저장부 내에 보유 지지되고 있는 임의의 잉여량의 분말을 분배한다. 일부 예에서, 분말 분배기는, 분말을 벌크 저장부로부터 분말 분배기 저장부로 탑재하기 전에, 분말 분배기 저장부 내에 보유 지지되고 있는 임의의 잉여량의 분말을 분배하지 않는다. 분말은, 벌크 저장부로부터 분말을 스쿠핑하여 분말 분배기로 전달하는 스쿠핑 기구를 이용하여 벌크 저장부로부터 분말 분배기로 전달될 수도 있다. 스쿠핑 기구는 재료의 고정된 양 또는 소정의 양을 스쿠핑할 수도 있다. 스쿠핑된 양은 조정가능할 수도 있다. 스쿠핑 기구는 스쿠핑 방향에 수직인 방향으로 축 회전(예를 들어, 회전)할 수도 있다. 벌크 저장부는 교환가능, 탈착가능, 탈착불가, 또는 교환불가일 수도 있다. 벌크 저장부는 교환가능 부품들을 포함할 수도 있다. 분말 분배기는 교환가능, 탈착가능, 탈착불가, 또는 교환불가일 수도 있다. 분말 분배 기구는 교환가능 부품들을 포함할 수도 있다.
벌크 저장부의 또는 분말 분배 기구의 분말은 주변 온도에서 예열, 냉각될 수 있고, 또는 소정의 온도에서 유지될 수 있다. 레벨링 기구(예를 들어, 도 11의 1103, 갈퀴, 롤, 브러시, 주걱, 또는 블레이드)는 분말을 분말 베드에 전달하도록 분말 분배 기구와 동기화될 수 있다. 레벨링 기구는, 분말이 기구에 의해 분배될 때 기판 상에 (또는 기판이 베이스를 포함하는 경우엔 베이스 상에) 분말을 레벨링, 분산, 및/또는 확산할 수 있다.
일례로, 본원에서 설명하는 레벨링 기구(예를 들어, 분말 레벨링 기구)， 및/또는 분말 제거 기구는, 분말 재료 내에 배치되어 분말 재료 내에 현탁되어 있는 경화된 재료의 위치를 실질적으로 변경하지 않고 본원에서 설명하는 임의의 방법으로 분말 재료의 상단 표면을 레벨링할 수 있다. 경화된 재료는 잔해일 수도 있고 또는 적어도 3D 물체의 일부(또는 부분)일 수도 있다. 분말 재료에 현탁되어 있는(예를 들어, 부유하고 있는) 경화된 재료는 인클로저, 기판, 또는 베이스에 연결되지 않을 수도 있다. 경화된 재료는 분말 재료 내에 현탁되어 있는 스캐폴드에 밀폐되지 않을 수도 있다. 스캐폴드는 세선 세공(예를 들어, 레이스)일 수도 있다. 물체는 보조 지지부들을 포함할 수도 있다. 분말 재료에 현탁된(예를 들어, 떠다니는) 물체는, 인클로저, 기판, 또는 베이스를 건드리지 않을 수도 있다. 물체는 보조 지지부들을 포함할 수도 있다. 보조 지지부들은 분말 재료 내에 현탁될 수도 있다. 현탁된(예를 들어, 떠다니는) 보조 지지부들은 인클로저, 기판, 또는 베이스에 연결되지 않을 수도 있다. 현탁된(예를 들어, 떠다니는) 보조 지지부들은 인클로저, 기판, 또는 베이스를 건드리지 않을 수도 있다. 레벨링 기구는, 위치 변경 값에 의해 물체(예를 들어, 3D 물체 또는 잔해)의 위치를 변경하는 한편 분말 베드의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 위치 변경 값은, 최대 약 1μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm, 15 μm, 16 μm, 17 μm, 18 μm, 19 μm, 20 μm, 25 μm, 30 μm, 35 μm, 40 μm, 45 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100μm, 200μm, 또는 300μm일 수도 있다. 위치 변경 값은 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값일 수도 있다. 예를 들어, 위치 변경 값은 약 1 μm 내지 약 300 μm, 약 1 μm 내지 약 50 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 50 μm, 또는 약 1 μm 내지 약 100 μm일 수도 있다. 위치를 변경하는 것은 위치를 시프트하는 것일 수도 있다. 레벨링 기구는, 경화된 재료(예를 들어, 3D 물체 또는 잔해)의 위치를 최대 20μm만큼 변경하면서 분말 재료의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 레벨링 기구는 경화된 재료의 위치를 최대 10μm만큼 변경하면서 분말 재료의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 레벨링 기구는 경화된 재료의 위치를 최대 5μm만큼 변경하면서 분말 재료의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 위치 변경은 수평 변경일 수도 있다. 위치 변경은 수직 변경일 수도 있다. 위치 변경은 수평 또는 수직 변경일 수도 있다. 위치 변경은 수평 및 수직 변경일 수도 있다. 물체는 3D 물체일 수도 있다. 3D 물체는 실질적으로 평면인 물체 또는 와이어일 수도 있다. 경화된 재료는 변환된 (예를 들어, 경화되도록 허용된) 분말을 포함할 수도 있다. 3D 물체에는 보조 지지부들이 결여될 수도 있다. 3D 물체는 본원에서 설명하는 바와 같이 이격된 보조 지지부들을 포함할 수도 있다. 레벨링 기구는 경화된 재료(예를 들어, 현탁된 3D 물체)의 위치를 실질적으로 변경하지 않으면서 분말 재료의 층을 레벨링할 수도 있다. 실질적인 변경의 결여는 이미징 또는 이미지 처리에 관한 것일 수도 있다. 이미징 또는 이미지 처리의 해상도는, 최대 약 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 또는 60 μm일 수도 있다. 이미징 또는 이미지 처리의 해상도는, 적어도 약 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 또는 60 μm일 수도 있다. 이미징 또는 이미지 처리의 해상도는 전술한 해상도 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 1 μm 내지 약 60 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 또는 약 10 μm 내지 약 60 μm)일 수도 있다. 도 21a는, 본원에서 설명하는 레벨링 기구에 의한 레벨링 전의 분말 재료의 층 내의 2개의 현탁 평면(2101, 2102), 및 기준점으로서 기능하는 베이스(2103, 2104)에 연결된 2개의 평면의 일례를 도시한다. 도 21b는, 본원에서 설명하는 레벨링 기구에 의한 레벨링 후의 2개의 현탁 평면(도 21b의 2111, 2112), 및 평면들의 각각 위의 위치로부터의 공기의 부드러운 주입에 의한 노출의 예를 도시한다. 평면(2111, 2112)은 평면(2101, 2102)에 각각 대응한다. 평면(2113, 2114)은, 평면(2103, 2104)에 각각 대응하며, 기준점으로 기능하도록 베이스에 부착된다.
레벨링 부재 및/또는 분말 분배기는, 적어도 약 10mm/s, 15mm/s, 20mm/s, 25mm/s, 30mm/s, 35mm/s, 40mm/s, 45mm/s, 50mm/s, 70mm/s, 90mm/s, 100mm/s, 120mm/s, 140mm/s, 150mm/s, 160mm/s, 180mm/s, 200mm/s, 220mm/s, 240mm/s, 260mm/s, 280mm/s, 300 mm/s, 350mm/s, 400mm/s, 450mm/s, 또는 500mm/s의 속력으로 이동할 수도 있다. 레벨링 부재 및/또는 분말 분배기는, 최대 약 10mm/s, 15mm/s, 20mm/s, 25mm/s, 30mm/s, 35mm/s, 40mm/s, 45mm/s, 50mm/s, 70mm/s, 90mm/s, 100mm/s, 120mm/s, 140mm/s, 150mm/s, 160mm/s, 180mm/s, 200mm/s, 220mm/s, 240mm/s, 260mm/s, 280mm/s, 300 mm/s, 350mm/s, 400mm/s, 450mm/s, 또는 500mm/s의 속력으로 이동할 수도 있다. 레벨링 부재 및/또는 분말 분배기는 전술한 속력들 사이의 임의의 속력(예를 들어, 약 10mm/s 내지 약 500mm/s, 약 10mm/s 내지 약 300mm/s, 또는 약 200mm/s 내지 약 500mm/s)으로 이동할 수도 있다. 레벨링 부재와 분말 분배기는 동일한 속력으로 또는 서로 다른 속력으로 이동할 수도 있다. 레벨링 부재 및/또는 분말 분배기의 이동 속력은 수동으로 또는 자동으로(예를 들어, 제어부에 의해) 제어될 수도 있다. 이동 속력은 분말 베드를 가로질러 (예를 들어 측방향으로) 이동하는 속력을 가리킬 수도 있다.
분말 분배기는, 적어도 약 1000mm3/s, 1500 mm3/s, 2000 mm3/s, 2500 mm3/s, 3000 mm3/s, 3500 mm3/s, 4000 mm3/s, 4500 mm3/s, 5000 mm3/s, 5500 mm3/s, 또는 6000 mm3/s의 평균 속도로 분말을 분배할 수도 있다. 분말 분배기는, 최대 약 1000 mm3/s, 1500 mm3/s, 2000 mm3/s, 2500 mm3/s, 3000 mm3/s, 3500 mm3/s, 4000 mm3/s, 4500 mm3/s, 5000 mm3/s, 5500 mm3/s, 또는 6000 mm3/s의 평균 속도로 분말을 분배할 수도 있다. 분말 분배기는 전술한 평균 속도들 중 임의의 평균 속도 사이의 평균 속도(예를 들어, 약 1000 mm3/s 내지 약 6000 mm3/s, 약 1000 mm3/s 내지 약 3500 mm3/s, 또는 약 3000 mm3/s 내지 약 6000 mm3/s)로 분말을 분배할 수도 있다.
분말 분배기는 회전 롤을 포함할 수 있다. 롤의 표면은 매끄러운 표면 또는 거친 표면일 수도 있다. 롤 표면들의 예는, 도 17에 도시되어 있으며, 거친 표면 롤(1709), 돌출부를 갖는 롤(1707), 오목부를 갖는 롤(1719)을 포함한다. 롤의 표면은, 오목부, 돌출부, 또는 오목부와 돌출부 모두를 포함할 수도 있다(예를 들어, 도 13b의 1313 또는 도 17). 롤은, 소정의 위치에서, 롤이 분말 분배기의 개구부를 닫을 때 롤(예를 들어, 1312 또는 1703) 위에 배치된 분말이 하측으로 흐를 수 없도록 위치할 수 있다. 롤이 (시계 방향으로 또는 반시계 방향으로) 회전하는 경우, 분말의 일부는, 오목부 또는 돌출부(또는 오목부와 돌출부 모두) 내에 포획될 수도 있고, 분말 분배기의 분말 점유측으로부터 분말 분배기의 분말 없는 측으로 전달될 수 있다. 이러한 전달은, 분말이 분말 베드(예를 들어, 1316)를 향하여 분말 분배기(예를 들어, 1336)의 바닥부의 외부로 배출될 수 있게 할 수도 있다. 유사한 기구가, 내벽(예를 들어, 1327)을 내부에 포함하는 분말 분배기의 일례를 도시하는 도 13d에 도시되어 있다. 롤(1331)에 의해 전달되는 분말은, 벽(1337) 상으로 배출될 수도 있고, 이어서 출구 구멍 포트를 통해 깔때기(예를 들어, 1330)를 빠져나올 수도 있다.
분말 재료를 기판으로 전달하도록 구성된 기구는, 분말 입자들과 혼합된 기체 유동을 포함할 수 있다. 도 10a와 도 10b는, 분말을 (예를 들어, 저장부로부터) 기판으로 전달하도록 구성된 기구의 두 개의 구성 예를 도시한다. 분말을 기판으로 전달하도록 구성된 기구는 에어 나이프일 수 있다. 에어 나이프는, 분말을 기판(예를 들어, 904)의 적어도 한 부분으로 전달하도록 스캐너에 의해 관절형(articulate)으로 될 수 있다. 에어 나이프는, 시스템에 포함된 하나 이상의 에너지원을 관절형으로 만드는 데 또한 사용되는 스캐너에 의해 관절형으로 될 수 있다. 도 10a는, 분말(1001)을 (예를 들어, 저장부로부터) 기판으로 전달하도록 구성될 수 있는 에어 나이프(1000)의 개략도이다. 에어 나이프(1000)는 기체 유동과 분말 입자들을 기판으로 전달할 수 있다. 분말 입자들은 기체에 현탁될 수 있다. 적어도 하나의 팬(1002)은 기체 유동과 입자들을 구동하도록 에어 나이프에 포함될 수 있다. 기체의 입자들의 수 밀도와 기체의 유동 속도는, 소정량의 분말이 기판 상에 소정의 시간에 분배되도록 선택될 수 있다. 기체 유동 속도는, 기판 상으로 주입된 기체가 기판 및/또는 3차원 물체 상의 분말 층을 방해하지 않도록 선택될 수 있다. 기체 유동 속도는, 기판 상으로 주입된 기체가 적어도 3차원 물체의 위치를 방해하지 않도록 선택될 수 있다.
도 10b는, 분말을 저장부로부터 기판으로 전달하도록 구성된 다른 기구일 수 있는 만곡형 관(1003)을 도시한다. 만곡형 관은 개구부(1004)를 포함할 수 있다. 개구부는 만곡형 관 형상의 변곡점에 위치할 수 있다. 개구부는 만곡형 관 형상의 외부에 위치할 수 있다. 개구부는 기판(904)에 인접하는 관의 면에 있을 수 있다. 개구부(1004)는 핀홀일 수 있다. 핀홀은, 적어도 약 0.001mm, 0.01mm, 0.03mm, 0.05mm, 0.07mm, 0.09mm, 0.1mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 또는 10mm인 직경 또는 다른 최대 길이 규모를 가질 수 있다. 기체와 분말 입자들(1001)의 혼합물은 만곡형 관(1003)을 통해 구동될 수 있다. 분말 입자들(즉, 분말 재료의 입자들)은 기체에 현탁될 수 있다. 분말 입자들의 적어도 한 부분은, 개구부(1004)를 통해 만곡형 관으로부터 출력될 수 있고 기판(904) 상에 분배될 수 있다. 기체 내의 입자들의 수 밀도 및 기체의 유동 속도는, 소정량의 분말이 기판 상에 소정의 시간에 분배되도록 선택될 수 있다. 기체 유동 속도는, 기판 상으로 주입된 기체가 기판 및/또는 3차원 물체 상의 분말 층을 방해하지 않도록 선택될 수 있다. 개구부와 기판 사이의 거리(1005)는, 소정량의 분말이 기판 상에 소정의 시간에 분배되도록 조정될 수 있다. 일부 경우에, 개구부의 크기는, 소정 크기 범위의 입자들이 개구부(1004)를 통해 만곡형 관을 빠져나오고 기판(904) 상에 분배되도록 선택될 수 있다.
레벨링 기구에 의해 기판 상에 분배된 분말은 확산 및/또는 레벨링될 수 있다(예를 들어, 롤; 도 12e의 1222 참조). 레벨링 부재는, 실질적으로 평평(예를 들어, 수평)(예를 들어, 1221)해지도록 기판(예를 들어, 1223) 상의 분말의 층을 레벨링하도록 구성될 수 있다. 레벨링 부재는, 압출부들(예를 들어, 단단한 또는 부드러운 압출부들)의 세트를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 12f의 1227). 압출부는 뾰족한 말단, 둥근 말단, 또는 뭉툭한 말단을 가질 수도 있다. 압출부는 블레이드일 수도 있다. 레벨링 부재는, 3D 물체를 실질적으로 이동시키지 않고 분말의 적어도 한 부분을 이동시킬 수 있다. 일부 예에서, 3D 물체의 적어도 한 부분을 실질적으로 이동시키는 것은, 본원에서 설명하는 위치 변경 값만큼 3차원 물체의 적어도 일부의 위치를 변경하는 것을 포함한다. 3D 물체의 적어도 한 부분을 실질적으로 이동시키는 것은, 위치 변경 값만큼 3차원 물체의 적어도 일부의 위치를 변경하는 것을 포함한다. 레벨링 부재는, 분말 베드의 3D 물체의 위치를 실질적으로 변경하지 않고 분말의 적어도 한 부분을 이동시킬 수 있다.
레벨링 부재는, 돌출부, 오목부, 또는 돌출부와 오목부 모두를 포함하는 롤링 표면을 갖는 롤러의 조합을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 롤러는, 매끄럽고 임의의 돌출부 또는 오목부를 갖지 않는 롤링 표면을 갖는다(예를 들어, 도 12e의 1222). 일부 예에서, 롤러는 거친 롤링 표면을 갖는다. 일부 예에서, 롤러는 오목부들을 포함한다. 일부 예에서, 롤러는 돌출부들을 포함한다(예를 들어, 도 12f의 1227). 롤러는, (예를 들어, 갈퀴, 브러시, 주걱, 또는 나이프를 포함하는) 결합 기구의 앞에 또는 뒤에 있을 수 있다. 결합 기구는, 원, 삼각형, 정사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 다른 임의의 다각형, 또는 불규칙 형상의 수직방향 단면(예를 들어, 측단면)을 포함할 수도 있다. 롤러는, 분말 층이 결합 기구에 의해 레벨링되기 전에 분말 층을 적어도 부분적으로 레벨링할 수 있다. 롤러의 회전은, 레벨링 부재가 이동하는 방향으로, 레벨링 부재가 이동하는 반대 방향으로 또는 양측방향의 임의의 조합으로 행해질 수 있다. 롤러는, 롤러를 회전시키도록 능동 회전 기구(예를 들어, 모터 샤프트)와 연통할 수 있다. 롤러는 시계 방향으로 및/또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 롤러는, 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1.0의 정지 마찰 계수를 갖는 롤링 표면을 가질 수 있다. 롤러는, 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1.0의 동적 마찰 계수를 갖는 롤링 표면을 가질 수 있다. 롤러는 단일 롤러일 수 있다. 롤러는 둘 이상의 롤러를 포함할 수 있다. 둘 이상의 롤러는, 동일한 방향으로 또는 서로 다른 방향으로 동시에 또는 서로 다른 속도로 회전할 수 있다. 둘 이상의 롤러의 회전은 동기화될 수도 있고 또는 동기화되지 않을 수도 있다. 롤러들은, 수동적으로, (예를 들어, 제어부와 전원에 의해) 능동적으로, 또는 이들의 임의의 조합으로 회전될 수 있다. 롤러들은, 수동으로 또는 자동으로(예를 들어, 제어부에 의해) 회전될 수 있다. 롤러는 편심 회전을 가질 수 있다. 편심 회전을 갖는 롤러는 멀티 높이 평탄화를 가능하게 할 수 있다. 롤러는 진동할 수 있다. 롤러가 하나보다 많은 롤러를 포함하는 경우, 롤러들의 적어도 한 부분은 분말을 압축하도록 구성될 수 있고, 롤러들의 일부는 분말 재료의 층을 레벨링(예를 들어, 평탄화)하도록 구성될 수 있다. 롤러에 의해 레벨링된 분말 베드의 표면(예를 들어, 롤링 표면)은 매끄럽고, 레벨링되어 있을 수 있고, 또는 둘 다일 수 있다. 롤러의 표면은 거칠 수 있다. 롤러의 표면은 눌림부(예를 들어, 오목부), 돌출부(예를 들어, 블레이드) 또는 양측 모두를 포함할 수 있다. 블레이드는, 하나 이상의 실질적으로 매끄러운 블레이드, 날카로운 블레이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 실질적으로 매끄러운 블레이드는, 최소량의 특징부들(예를 들어, 범프 또는 홈)이 있는 절단 표면으로부터 돌출되는 또는 절단 표면 내로 침입하는 적어도 하나의 절단(예를 들어, 전단) 표면을 가질 수 있다. 실질적으로 매끄러운 블레이드는, 절단 표면으로부터 돌출되는 또는 절단 표면 내로 침입하는 특징부들을 갖는 적어도 하나의 절단 표면을 가질 수 있고, 특징부의 평균 분포는 최대 약 5 μm, 3 μm, 1 μm, 300nm, 100nm, 30nm, 또는 10nm 이어진다. 롤러는, 롤러가 분말 재료의 표면을 따라 병진할 때 변형되지 않는 강성인 재료로 형성될 수 있다. 일부 경우에, 강성 재료는, 금속(예를 들어, 원소 또는 합금), 단단한 플라스틱, 세라믹, 복합재, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 일부 경우에, 롤러는, 롤러가 분말의 표면을 따라 병진할 때 적어도 부분적으로 변형되게 하는 유연한 재료로 형성될 수 있다. 유연한 재료는 금속 호일, 고무, 부드러운 플라스틱, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
레벨링 기구는, 평활화 기구의 축에 걸쳐 분포된 복수의 바늘을 포함할 수 있다. 복수의 바늘은, 매트릭스로 또는 행과 열로, 어레이로, 패턴으로, 또는 무작위로 배열될 수 있다. 바늘들은 강성일 수 있고, 유연할 수 있고, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 바늘들은, 복수의 바늘의 각 바늘이 분말 재료의 베드 상의 서로 다른 위치와 접촉하도록 레벨링 기구 상에 배열될 수 있다. 복수의 바늘은, 최상위 분배 분말 분배기로부터 분배되는 분말을 레벨링 및/또는 평활화할 수 있다. 바늘에 의한 분말의 레벨링은, 분말이 적어도 한 평면에서 평면 균일성을 갖도록 분말을 배열할 수 있다. 분말 레벨링 기구 및/또는 분말 제거 기구에 의한 분말 재료의 레벨링은, 적어도 한 평면에서 평면 균일성을 갖는 평면을 야기할 수 있다. 평면 균일성은 적어도 한 평면(예를 들어, 수평 평면)에 있을 수 있다. 평면 균일성은, 노출되는 분말 재료의 층의 상단에 있을 수 있다. 예를 들어, 평면 균일성은, 인클로저의 환경(예를 들어, 챔버 내의 기체)에 노출되는 분말 재료의 층의 상단에 있을 수 있다. 평균 평면은, 분말 재료의 층의 표면의 최상위 부분의 최소제곱 평면 근사법에 의해 정의되는 평면일 수도 있다. 평균 평면은, 분말 베드의 상단 표면 상의 각 지점에서의 분말 높이를 평균화함으로써 산출되는 평면일 수도 있다. 일부 경우에, 갈퀴와 롤러 중 어느 하나 또는 모두는, 복수의 돌출부(예를 들어, 압출부)에 인접하여 제공될 수 있다.
일부 경우에, 에어 나이프는 갈퀴 앞에 분말을 분배할 수 있다. 결합 기구(예를 들어, 갈퀴)와 에어 나이프의 이동은 동기화될 수 있고 또는 동기화되지 않을 수 있다. 에어 나이프와 갈퀴의 이동은, 동일한 스캐너에 의해 또는 서로 다른 스캐너들에 의해 제어될 수 있다.
일부 예에서, 레벨링 기구는, 분말 재료의 층을 전단 또는 절단하는 기체 나이프(예를 들어, 에어 나이프)를 포함한다. 레벨링 기체 나이프는, 집중된 또는 가압된 기체 스트림(예를 들어, 공기, H2, He, 또는 Ar)을 포함할 수도 있다. 레벨링 기구의 블레이드는 기체 나이프를 포함할 수 있다.
결합 기구(예를 들어, 갈퀴)는 하나 이상의 블레이드를 포함할 수 있다. 도 11은, 기판을 따라 분말을 제거할 수 있는 갈퀴(1103)의 일례를 도시한다. 결합 기구는, 분말 재료의 베드와 접촉하는 하나 이상의 블레이드(1101)를 구비할 수 있다. 블레이드들은, 서로 다른 크기 또는 실질적으로 균일한 단일 크기를 가질 수 있다. 블레이드들은 갈퀴의 최상부(1102)로부터 서로 다른 거리로 연장될 수 있다. 블레이드들은 서로 다른 각도(예를 들어, 서로 다른 영입각)로 배향될 수 있다. 영입각은, 분말의 표면에 대한 블레이드의 표면의 각도일 수 있다. 일부 경우에, 얕은 영입각은 깊은 영입각에 대한 부분에 압력을 비교적 덜 인가할 수 있다. 얕은 영입각은, 블레이드의 표면과 분말 층의 평균 상단 표면 간의 최대 약 45°, 40°, 35°, 30°, 25°, 20°, 15°, 10°, 또는 5°인 각도일 수 있다. 얕은 영입각은, 블레이드의 표면과 분말 층의 평균 상단 표면 간의 약 0°이다. 블레이드들은 결합 기구 상에 일련으로 제공될 수 있고, 일련의 블레이드들은 서로에 대하여 증가하는 또는 감소하는 접촉각을 가질 수 있다. 블레이드들의 각도는 패턴으로(예를 들어, 라인으로) 또는 무작위로 배열될 수 있다. 일부 경우에, 결합 기구(예를 들어, 갈퀴)는 쟁기를 포함할 수 있다. 갈퀴 앞의 분말 레벨(예를 들어, 두께)은 능동적으로 또는 수동적으로 제어될 수 있다.
블레이드들은, 결합 기구 내의 블레이드가 분말의 표면을 따라 병진될 때 이동하지 않도록 강성 재료로 형성될 수 있다. 일부 경우에, 강성 재료는 금속(예를 들어, 원소 또는 합금), 단단한 플라스틱, 세라믹, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 일부 경우에, 블레이드들의 적어도 한 부분은, 블레이드들이 분말의 표면을 따라 끌릴 때 적어도 부분적으로 변형되도록 유연한 재료로 형성될 수 있다. 유연한 재료는 금속 호일, 고무, 부드러운 플라스틱, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
본원에서 설명하는 시스템들(총괄하여 “시스템”) 중 임의의 것은, 분말 분배 기구, 분말 레벨링 기구, 분말 제거 기구, 제어부, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
제어부는 진동기(들)를 제어할 수도 있다. 제어부는 진동기(들)의 동작을 제어할 수도 있다. 제어부는 진동기(들)의 진동의 진폭을 제어할 수도 있다. 제어부는 진동기(들)의 진동의 주파수를 제어할 수도 있다. 시스템이 하나보다 많은 진동기를 포함하는 경우, 제어부는 진동기들의 각각을 개별적으로 또는 한 그룹으로서(예를 들어, 총괄적으로) 제어할 수도 있다. 제어부는 진동기들의 각각을 순차적으로 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배기에 의해 방출되는 분말 재료의 양을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배기에 의해 방출되는 분말 재료의 속도를 제어할 수도 있다. 제어부는, (예를 들어, 분말 베드에 배치된) 분말 재료의 층을 증착한 분말 재료의 높이를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말이 분말 분배기로부터 방출되는 높이를 제어할 수도 있다.
제어부는 레벨링 부재의 높이를 제어할 수도 있다. 제어부는 레벨링 부재 블레이드의 높이를 제어할 수도 있다. 제어부는 레벨링 부재(예를 들어, 블레이드)의 이동 속도를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분배기의 위치를 제어할 수도 있다. 제어부는 레벨링 부재의 위치를 제어할 수도 있다. 위치는 수직방향 위치, 수평방향 위치, 또는 각 위치를 포함할 수도 있다. 위치는 좌표를 포함할 수도 있다.
제어부는 분말 제거 부재의 높이를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 제거 부재의 이동 속도를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 제거 부재의 위치를 제어할 수도 있다. 위치는 수직방향 위치, 수평방향 위치, 또는 각 위치를 포함할 수도 있다. 위치는 좌표를 포함할 수도 있다. 제어부는 분말 제거 부재에 의해 제거되는 재료의 양을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 제거 부재에 의해 제거되는 재료의 비율을 제어할 수도 있다.
제어부는, 분말 분배 기구, 분말 제거 기구 및/또는 레벨링 기구에 의해 이동되는 경로를 제어할 수도 있다. 제어부는 인클로저에 증착된 분말 재료의 층의 상단 표면의 레벨링을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 제어부는 새롭게 증착된 분말 재료의 최종 높이를 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 재료의 최종 높이(예를 들어, 분말 재료의 마지막으로 형성된 층)를 제어할 수도 있다. 일부 실시예에서, 분말 분배기는, 제1 수직 높이를 갖는 분말 재료의 층의 적어도 일부를 증착할 수 있다. 레벨링 기구 및/또는 분말 제거 기구는, 분말 재료의 층의 레벨링된 섹션이 제1 수직 높이의 적어도 0.02*, 0.04*(배), 0.05*, 0.06*, 0.08*, 0.1*, 0.2*, 0.3*, 0.4*, 0.5*, 0.6*, 0.7*, 0.8*, 또는 0.9*일 수도 있도록 증착된 분말 재료를 레벨링할 수도 있다. 레벨링 부재는, 분말 재료의 층의 레벨링된 섹션이 제1 수직 높이의 최대 0.02*, 0.04*(배), 0.05*, 0.06*, 0.08*, 0.1*, 0.2*, 0.3*, 0.4*, 0.5*, 0.6*, 0.7*, 0.8*, 또는 0.9*일 수도 있도록 증착된 분말 재료를 레벨링할 수도 있다. 레벨링 부재는, 분말 재료의 층의 레벨링된 섹션의 수직 높이가 전술한 승수 값들 사이의 임의의 값의 곱(예를 들어, 약 0.02* 내지 약 0.9*, 약 0.02* 내지 약 0.5*, 약 0.4* 내지 약 0.9*, 또는 약 0.05* 내지 약 0.4*)으로 되도록 증착된 분말 재료를 레벨링할 수도 있다.
본원에서 설명하는 것은, 본원에서 설명하는 장치들 중 임의의 것을 이용하여 분말 재료로부터 3D 물체를 생성하는 방법들이다. 분말 재료는, 인클로저의 바닥부, 기판, 또는 베이스에 인접하게(예를 들어, 위에) 배치되는 분말 재료일 수도 있다. 분말 재료는 층 분배 기구(예를 들어, 분말 분배기)에 의해 증착되었을 수도 있다. 본원에서 설명하는 것은 분말 재료로부터 3D 물체를 생성하는 방법으로서, 이 방법은, 본원에서 설명하는 임의의 장치를 이용하여 인클로저의 바닥부를 향하여(예를 들어, 기판 또는 베이스를 향하여) 분말 재료를 분배하는 단계를 포함한다. 본원에서 설명하는 것은 분말 재료로부터 3D 물체를 생성하는 방법으로서, 이 방법은, 본원에서 설명하는 층 분배 기구들(예를 들어, 분말 분배기) 중 임의의 것을 이용하여 인클로저의 바닥부를 향하여(예를 들어, 기판 또는 베이스를 향하여) 분말 재료를 분배하는 단계를 포함한다. 방법은 분말 재료의 층을 분배하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은, 장치, 층 분배 기구, 분말 분배 기구, 레벨링 기구, 분말 제거 기구, 기판, 베이스, 인클로저, 또는 이들의 임의의 조합을 병진하는 단계를 포함할 수도 있다. 제어부는 병진을 제어할 수도 있다. 분말 재료는 층 분배 기구가 제1 방향으로 이동할 때 층 분배 기구(예를 들어, 분말 분배기)에 의해 분배될 수도 있다. 분말 재료는, 레벨링 기구 및/또는 분말 제거 기구가 제2 방향으로 이동하는 경우 레벨링 기구에 의해 레벨링될 수도 있다. 제1 및 제2 방향은 동일한 방향일 수도 있다. 제1 및 제2 방향은 반대 방향일 수도 있다.
방법은, 분말 재료의 적어도 일부, 분말 분배 기구의 적어도 일부, 또는 층 분배 기구의 적어도 일부를 진동시키는 단계를 포함할 수도 있다. 분말 분배 기구의 적어도 일부는, 분말 분배 기구의 출구 구멍의 적어도 일부를 진동시키는 것을 포함할 수도 있다. 방법은, 분말 베드의 분말을 진동시켜 분말 재료를 레벨링하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은, 인클로저, 기판, 베이스, 분말 베드를 수용하는 용기, 또는 이들의 임의의 조합을 진동시켜 분말 재료를 레벨링하는 단계를 포함할 수도 있다. 진동은 초음파 진동일 수도 있다.
방법은, 레벨링 기구를 사용하여 분말 재료의 층의 적어도 일부를 레벨링하는 단계를 포함할 수도 있다. 레벨링은, 상단 표면에 의해 생성되는 평균 평면으로부터의 편차를 갖고 분말 재료의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 평균 평면으로부터의 편차는 본원에서 개시되는 평균 평면 값으로부터의 임의의 편차일 수도 있다. 레벨링은 물체를 본원에서 개시되는 위치 변경 값만큼 변위할 수도 있다.
일부 경우에, 분말 층의 표면은, 분말 베드의 분말을 유체화함으로써 실질적으로 평균 평면 균일성으로 유지될 수 있다. 유체화된 분말 베드는, (예를 들어, 분말 베드의 부피와 유사한 부피를 갖는) 액체의 하나 이상의 특성을 가질 수 있다. 유체화된 분말 베드는, 결합 기구(예를 들어, 레벨링 또는 평활화) 없이 평면형 균일 분말 표면이 유지되도록 유체 정역학적 거동을 나타낼 수 있다. 유체화된 베드는, 분말 베드를 통해 가압 기체를 통과시킴으로써 분말 베드에서 생성될 수 있다. 기체는 분말 베드의 바닥부, 상단, 또는 측면으로부터 흐를 수 있다. 기체는 불활성 기체일 수 있다. 기체는 비활성 기체일 수 있다. 기체는, 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 수소, 탄소, 일산화물, 이산화탄소, 또는 공기를 포함할 수 있다. 유체화된 베드의 기체는, 챔버에서 사용되는 동일한 기체일 수 있고, 또는 챔버에서 사용된 기체와는 다른 기체일 수 있다.
3D 물체의 적어도 일부분은 유체화된 베드에 잠길 수 있다. 3D 물체의 적어도 일부분은 유체화된 베드에 의해 둘러싸일 수 있다(예를 들어, 잠길 수 있다). 3D 물체의 적어도 일부분은 실질적 가라앉음(예를 들어, 수직 이동) 없이 분말 재료에 안착될 수 있다. 실질적 가라앉음의 결여는, 가라앉음(예를 들어, 수직 이동) 층 두께의 최대 약 40%, 20%, 10%, 5%, 또는 1%에 해당하는 양일 수 있다. 실질적 가라앉음의 결여는, 최대 약 100 μm, 30 μm, 10 μm, 3 μm, 또는 1 μm에 해당하는 양일 수 있다. 3D 물체의 적어도 일부분은, 실질적 이동(예를 들어, 수평 이동, 경사 이동) 없이 분말 재료에 안착될 수 있다. 실질적 이동의 결여는, 최대 100 μm, 30 μm, 10 μm, 3 μm, 1 μm 또는 이하에 해당하는 양일 수 있다. 3D 물체는, 3D 물체가 유체화된 분말 베드 내에 가라앉거나 잠기는 경우 기판 상에 안착될 수 있다.
설명되는 방법들은, 분말이 분말 베드의 노출된 표면(즉, 분말 베드의 상단 표면)으로부터 돌출되는 구조를 포함하는 분말 레벨링 방법을 포함할 수도 있다. 구조는 변환되고 후속 경화된 분말 재료일 수도 있다. 구조는, 3D 물체, 3D 물체의 일부, 또는 변환되고 후속 경화되었지만 3D 물체의 일부를 형성하지는 않은(즉, 잔해인) 분말 재료일 수도 있다. 분말 베드의 노출된(즉, 상단) 표면으로부터의 돌출 구조의 높이(즉, 수직 거리)는, 적어도 약 10 μm, 30 μm, 50 μm, 70 μm, 100 μm, 130 μm, 150 μm, 170 μm, 200 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 또는 300 μm일 수도 있다. 분말 베드의 상단 표면으로부터의 돌출 구조(이하에서는 “돌출부” )의 높이는, 최대 약 30 μm, 50 μm, 70 μm, 100 μm, 130 μm, 150 μm, 170 μm, 200 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 300 μm, 또는 1000 μm일 수도 있다. 분말 베드의 상단 표면으로부터의 돌출부의 높이는 상기 언급한 값들 중 임의의 값 사이에 있을 수도 있다. 예를 들어, 약 10 μm 내지 약 1000 μm, 약 50 μm m 내지 약 100 μm, 약 30 μm 내지 약 300 μm, 약 20 μm m 내지 약 400 μm, 또는 약 100 μm 내지 약 900 μm이 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 “사이”라는 용어는, 달리 언급하지 않는 한 경계 포함형을 의미한다. 예를 들어, X와 Y 사이라는 것은 본원에서 X 내지 Y를 의미하는 것으로 이해한다.
일부 예에서, 분말 재료의 층을 분말 베드 상에 증착하는 방법은, 분말 재료를 인클로저에 분배하여 분말 베드를 제공하는 단계; 분말 재료를 경화된 재료를 후속 형성하는 변환된 재료로 변환함으로써 분말 재료의 일부로부터 3D 물체를 생성하는 단계로서, 경화된 재료는 분말 베드의 상단 표면으로부터 돌출되고, 경화된 재료는 분말 베드 내에서 이동가능한, 상기 생성하는 단계; 및 분말 베드의 상단 표면 상에 분말 재료의 층을 추가하는 단계를 포함한다. 이동가능한 경화된 재료는 보조 지지부를 포함할 수도 있다. 이동가능한 경화된 재료에는 보조 지지부가 결여될 수도 있다. 일부 예에서, 경화된 재료는 분말 베드에서 현탁된다. 일부 예에서, 보조 지지부를 포함하는 경화된 재료는 분말 베드에서 현탁된다. 일부 예에서, 경화된 재료는 (예를 들어, 보조 지지부들에 의해) 인클로저에 앵커링된다. 앵커는 인클로저의 바닥부나 측면에 연결될 수도 있다. 앵커는 기판에 또는 베이스에 연결될 수도 있다. 앵커는, 기판, 베이스, 인클로저의 바닥부, 스캐폴드 구조, 소결된 구조(예를 들어, 가볍게 소결된 구조), 또는 금형(일명, 몰드)일 수도 있다.
일부 예에서, 분말 베드의 상단 표면 상에 분말 재료의 층을 추가함으로써, 경화된 재료를 위치 변경 값만큼 변위한다. 일부 예에서, 분말 재료의 층을 분말 베드의 상단 표면 상에 추가함으로써, 경화된 재료를 약 20μm 이하만큼 변위한다. 일부 예에서, 경화된 재료는, 비틀기, 좌굴, 굽힘, 굴리기, 말기, 부풀리기, 또는 둥글게 만들기를 포함한다. 예를 들어, 경화된 재료는 변형된 3D 물체의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 변형은, 비틀기, 좌굴, 부풀리기, 굽힘, 굴리기, 말기, 또는 둥글게 만들기 등의 본원에서 개시되는 변형 중 임의의 것일 수도 있다.
일부 예에서, 추가는, (예를 들어, 본원에서 설명하는 임의의 증착법 또는 기구에 의해) 분말 분배기를 사용하여 분말 재료의 층을 분말 베드에 증착하는 것을 더 포함한다. 일부 예에서, 분말 재료의 추가된 층의 상단 표면은 실질적으로 평면형이다. 일부 예에서, 분말 재료의 추가된 층의 상단 표면은 실질적으로 평면형으로 되도록 레벨링된다. 레벨링은, 본원에서 설명하는 바와 같은 레벨링 기구 및/또는 분말 제거 기구를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 분말 재료의 층의 상단 표면의 레벨링은, 잉여량의 분말 재료의 전단을 포함할 수도 있다. 전단은, 나이프(예를 들어, 본원에서 설명하는 바와 같이 단단한 나이프, 유연한 나이프, 또는 에어 나이프)에 의한 전단을 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 전단된 분말 재료(즉, 분말 재료의 잉여분)는 분말 베드의 다른 위치로 변위된다. 일부 예에서, 전단된 분말 재료(즉, 분말 재료의 잉여분)는 분말 베드의 다른 위치로 변위되지 않는다. 예를 들어, 분말 재료의 잉여분은 본원에서 설명하는 분말 제거 기구에 의해 제거될 수도 있다. 분말 재료의 제거는, 분말 베드(예를 들어, 분말 베드의 상단 표면)와 접촉하는 것을 포함할 수도 있다. 분말 재료의 제거는, 분말 베드(예를 들어, 분말 베드의 상단 표면)와 접촉하는 것을 배제할 수도 있다. 예를 들어, 추가는, 분말 재료의 층과 접촉하지 않고 분말 제거 부재를 사용하여 잉여량의 분말 재료를 제거하는 것을 포함할 수도 있다.
일부 예에서, 분말 재료, 경화된 재료, 또는 양측 모두에는, 공정 합금을 형성하는 비로 존재하는 적어도 2개의 금속이 결여된다. 일부 예에서, 분말 재료, 경화된 재료, 또는 양측 모두는 단일 원소 금속으로 형성된다. 일부 예에서, 분말 재료, 경화된 재료, 또는 양측 모두는 최대 실질적으로 단일 원소 금속 조성물을 포함한다. 일부 예에서, 분말 재료, 경화된 재료, 또는 양측 모두는 단일 금속 합금으로 형성된다. 일부 예에서, 분말 재료, 경화된 재료, 또는 양측 모두는 최대 실질적으로 단일 금속 합금 조성물을 포함할 수 있다.
본원에서 설명하는 또 다른 측면은 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템이며, 이 시스템은, 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및 에너지 빔을 분말 재료에 제공하고 이에 따라 분말 재료를 후속 경화되어 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료로 변환하는 에너지원을 포함한다. 경화된 재료는 본원에서 설명하는 돌출부를 형성하는 분말 베드의 상단 표면으로부터 돌출될 수 있다. 본원에서 개시되는 시스템들은, 평면 분말 층을 분말 베드에 추가하도록 구성된 층 분배 기구를 더 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는 분말 증착 기구를 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는 분말 레벨링 기구 및/또는 분말 제거 기구를 더 포함할 수도 있다. 분말 베드로부터 분말 재료의 잉여분을 레벨링하는 분말 레벨링 기구(예를 들어, 부재)는, 분말 베드와 접촉하면서 또는 접촉하지 않으면서 레벨링을 행할 수도 있다. 본원에서 개시되는 분말 레벨링 기구는, 분말 베드 상단(즉, 노출된) 일부로부터 분말 재료의 잉여분을 적어도 전단, 셰이빙, 클립, 트립, 크롭(crop), 절단, 스크레이프, 벗기기, 또는 컷오프하도록 구성될 수도 있다. 분말 레벨링 부재는 잉여량의 분말 재료를 분말 베드의 다른 위치로 변위할 수도 있다. 일부 예에서, 분말 레벨링 부재는, 분말 재료의 잉여량을 분말 베드의 다른 위치로 변위하지 않을 수도 있다.
분말 레벨링 기구는 본원에서 설명하는 임의의 분말 레벨링 기구일 수도 있다. 층 분배 기구는, 분말 베드의 상단부와 접촉하는 또는 접촉하지 않는 분말 베드의 상단부로부터 분말 재료의 잉여분을 제거하는 분말 제거 기구(예를 들어, 부재)를 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는, 분말 베드의 상단부와 접촉하는 동안 분말 베드의 상단부로부터 분말 재료의 잉여분을 제거하는 분말 제거 기구(예를 들어, 부재)를 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는, 분말 베드의 상단부와 접촉하지 않고 분말 베드의 상단부로부터 분말 재료의 잉여분을 제거하는 분말 제거 기구를 포함할 수도 있다. 층 분배 기구는, 간극에 의해 분말 베드의 상단부로부터 분리될 수도 있다. 간극은 본원에 개시된 임의의 간극일 수도 있다. 분말 제거 기구는 본원에서 설명하는 임의의 분말 제거 기구일 수도 있다. 분말 제거 기구는 분말 레벨링 기구에 결합될 수도 있고 또는 분말 레벨링 기구에 결합되지 않을 수도 있다. 분말 제거 기구는 분말 분배 기구에 결합될 수도 있고 또는 분말 분배 기구에 결합되지 않을 수도 있다. 분말 레벨링 기구는 분말 분배 기구에 결합될 수도 있고 또는 분말 분배 기구에 결합되지 않을 수도 있다.
분말 제거 기구에 의해 제거된 분말 재료의 잉여분은 분말 분배 부재에 의해 재사용될 수도 있다. 재사용은, 층 분배 기구의 동작 동안 연속 재사용, 분말 재료의 층이 분말 베드에 추가된 후의 재사용, 기분에 따른 재사용, 수동 재사용, 자동 재사용, 3D 물체가 생성된 후의 재사용을 포함할 수도 있다.
본원에서 설명하는 시스템들은, 에너지원과 층 분배 기구에 또는 층 분배 기구의 구성요소들 중 적어도 하나에 제어부를 더 포함할 수도 있다. 제어부는, (i) 3차원 물체를 생성하기 위한 지시를 수신하고 (ii) 분말 재료의 일부분으로부터 경화된 재료를 생성하고, (iii) 층 분배 기구가 분말 재료의 층을 분말 베드에 추가하도록 프로그래밍될 수도 있다. 분말 재료의 추가된 층은 실질적으로 평면인 상단 표면을 가질 수도 있다. 분말 재료의 추가된 층은 실질적으로 평면이 아닌 상단 표면을 가질 수도 있다. 일부 예에서, 층 분배 기구는 경화된 재료를 변위할 수도 있다. 일부 예에서, 층 분배 기구는 경화된 재료를 실질적으로 변위하지 않을 수도 있다. 일부 예에서, 층 분배 기구는 경화된 재료를 본원에서 개시되는 위치 변경 값만큼 변위할 수도 있다. 일부 예에서, 층 분배 기구는 경화된 재료를 최대 20μm 만큼 변위할 수도 있다. 변위는 수직, 수평, 또는 각 변위일 수도 있다. 각 변위는 평면 각도 또는 복합 각도일 수도 있다.
제어부는, 분말 분배 기구(예를 들어, 분말 분배 부재 또는 분말 분배기)에 작동적으로 연결될 수 있고, 분말 분배 기구가 분말 재료의 층을 분말 베드에 추가하도록 프로그래밍될 수도 있다. 제어부는, 분말 레벨링 기구에 작동적으로 연결될 수도 있고, 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하도록 프로그래밍될 수도 있다. 제어부는, 분말 제거 부재에 작동적으로 연결될 수도 있고, 분말 재료의 잉여분의 제거를 규제하도록 프로그래밍될 수도 있다. 제어부는 분말 제거 기구에 의해 제거된 분말 재료의 재활용을 제어할 수도 있다. 제어부는 분말 분재 부재에 의해 분배되는 분말 재료의 양을 규제할 수 있다.
시스템은 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 하나 이상의 기계 부재를 더 포함할 수도 있고, 하나 이상의 기계 부재는 분말 분배 부재가 진동을 겪게 한다. 기계 부재들은 모터(예를 들어, 회전형 모터), 또는 초음파 발생 장치일 수도 있다. 기계 부재들은 진동을 야기할 수도 있다. 제어부는 하나 이상의 기계 부재에 작동적으로 연결될 수도 있다. 제어부는 하나 이상의 진동기 작동적으로 연결될 수도 있다. 제어부는, 분말 분배 부재에 의해 인클로저 내에 분배되는 분말 재료의 양을 규제하게끔 하나 이상의 기계 부재를 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
또 다른 측면에서, 본원에서 설명하는 방법들은, 분말 재료의 층이 인클로저에 증착되어서 분말 베드를 형성하는 방법들을 포함할 수도 있고, 그 층의 적어도 일부는 (3D 물체의 적어도 일부를 포함할 수도 있고 또는 포함하지 않을 수도 있는) 경화된 재료를 형성하도록 경화되고, 경화된 재료는 분말 베드의 노출된 표면으로부터 돌출될 수도 있고 또는 돌출되지 않을 수도 있다. 분말 재료의 제2 층은 과도하게 증착된다. 이러한 제2 층의 노출된 표면은 레벨링될 수도 있고 또는 레벨링되지 않을 수도 있다. 제2 층의 레벨링은 2개의 개별적인 동작으로 발생할 수 있다. 제1 동작은 분말 레벨링 기구의 사용을 포함하고, 제2 동작은 분말 제거 기구의 사용을 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 층의 레벨링은, 단일 동작으로 분말 레벨링 기구와 분말 제거 기구 모두의 사용을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 제2 층의 레벨링은, 분말 제거 기구가 밀접하게 뒤따르는 분말 레벨링 기구의 사용을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 분말 증착 기구에 의해 분말 재료의 제2 층을 증착하는 것, 레벨링 기구에 의해 분말 재료의 제2 층을 레벨링하는 것(예를 들어, 전단), 및 분말 제거 기구에 의해 분말을 제거하는 것은, 하나의 측방향 동작으로 잇따라 행해진다. 예를 들어, 3개의 기구는 서로 밀접하게 따를 수도 있다. 예를 들어, 3개의 기구 중 적어도 2개는 서로 밀접하게 따를 수도 있다. 예를 들어, 3개의 기구는 하나의 기구에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 3개의 기구 중 적어도 2개는 하나의 기구에 통합될 수도 있다. 기구(들)는, 전체 분말 베드에서 또는 분말 베드의 부분에서만 분말을 확산 및/또는 레벨링할 수도 있다. 방법은, 기구(들)가 한 방향으로 측방향 이동할 때 분말 베드를 확산 및 레벨링하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은, 기구(들)가 제1 방향으로 측방향 이동할 때 분말 베드를 확산시키는 단계; 기구(들)가 반대 방향으로 이동할 때 레벨링을 행하는 단계; 및 기구(들)가 다시 제1 방향으로 이동할 때 마지막 제거 단계를 포함할 수도 있다. 방법은, 기구(들)가 제1 방향으로 측방향 이동할 때 하나 또는 두 개의 기구의 동작, 및 기구(들)가 반대 방향으로 측방향 이동할 때 하나 또는 두 개의 기구의 동작을 포함할 수도 있다. 기구는, 분말 분배 기구, 분말 레벨링 기구, 및 분말 제거 기구를 포함할 수도 있다. 방법은, 경화된 재료가 (예를 들어, 보조 지지부들에 의해) 앵커링되어 있는지 여부에 상관없이 경화된 재료의 위치를 실질적으로 변경하지 않고 분말 재료를 확산 및 레벨링할 수도 있다.
본원에서 설명하는 또 다른 측면은, 분말 재료의 층의 증착과 레벨링에 관한 3차원 물체를 생성하는 방법들이며, 최종 레벨링 동작은 분말 베드의 상단 표면과 접촉하지 않고 발생한다. 상기 방법은, 분말 재료의 제1 층을 인클로저에 제공하여 제1 상단 표면(이 단계에서 제1 상단 표면은 노출된 표면임)을 갖는 분말 베드를 제공하는 단계; 분말 재료의 적어도 일부분으로부터 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계; 제2 상단 표면(이 단계에서 제2 상단 표면은 노출된 표면임)을 포함하는 분말 재료의 제2 층을 분말 베드 상에 분배하는 단계; 분말 재료의 제2 층을 제거(예를 들어, 전단)하여 제1 평면 표면을 형성하는 단계; 및 분말 재료의 제2 층으로부터 소정의 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 제거하는 단계를 포함하고, 제거하는 단계는 분말 베드와 접촉하지 않고 실행된다. 제1 평면 표면은 제2 상단 표면의 최저점에 또는 최저점의 아래에 있을 수 있다. 제2 평면 표면은 제1 평면 표면의 아래에 위치할 수 있다. 제거 동작은, 본원에서 설명하는 분말 제거 시스템에 의해 이용되는 임의의 분말 제거 방법을 포함할 수도 있다.
생성 동작은, 분말 재료를 변환하여 후속 경화되어 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료를 생성하는 것을 포함할 수 있고, 경화된 재료의 적어도 일부분은 제1 상단 표면으로부터 돌출되어, 돌출부를 형성한다. 일부 예에서, 분말 재료의 제1 층은 분말 베드 상에 제공된다. 일부 예에서, 분말 재료의 제1 층은 돌출부를 포함한다. 돌출부는 본원에서 설명하는 임의의 돌출부(예를 들어, 3D 물체의 적어도 일부 또는 잔해)일 수 있다. 돌출부는 경화된 재료의 비틀기, 좌굴, 굽힘, 부풀리기, 말기, 굴리기, 또는 둥글게 만들기를 포함할 수도 있다. 분말 베드의 노출된(즉, 상단) 표면으로부터의 돌출 구조의 높이(즉, 수직 거리)는 본원에서 개시된 돌출부 값들 중 임의의 것일 수도 있다. 일부 예에서, 제2 평면 표면은 제1 상단 표면 위에 위치한다.
도 26a 내지 도 26d는 본원에서 설명하는 레이어링 방법의 다양한 단계들의 예를 도시한다. 도 26a는, (휘어진) 3D 물체(2603)가 분말 베드에서 현탁되고 거리(2605)만큼 분말 베드의 노출된 (상단) 표면으로부터 돌출되는 분말 베드(2601)를 도시한다. 분말 베드의 노출된 표면은, (예를 들어, 레벨링된 평면(2604)을 갖는 도 26a에 도시한 바와 같이) 레벨링될 수 있고 또는 레벨링되지 않을 수 있다. 도 26b는, 층이 분말 베드에 (예를 들어, 평면(2604) 위에) 증착되는 후속 동작을 도시한다. 새롭게 증착된 층은 레벨링된 상단 표면(예를 들어, 2608)을 갖지 않을 수도 있다. 레벨링되지 않은 상단 표면(2608)은 최저 수직점(2609)을 포함한다. 평면(2606)은, 레벨링되지 않은 표면의 최저 수직점에 또는 최저 수직점 아래에 및 돌출되는 높이(2605)에 또는 돌출되는 높이 위에 위치하는 평면이다. 평면(2606)은 높이(2610)만큼 상단 표면(2604)보다 높게 위치한다. 도 26c는, 층이 레벨링 기구에 의해 평면(2606)의 수직방향 위치로 레벨링되는 후속 동작을 도시한다. 그 레벨링은 분말 재료의 전단일 수 있다. 그 레벨링은, 분말 재료의 잉여분을 분말 베드의 다른 위치로 변위하지 않을 수도 있다. 도 26d는 레벨링된 층이 2604 위와 2606 아래인 하위 수직 평면 레벨로 레벨링되고 2611로 지정된 후속 동작을 도시한다. 이러한 제2 레벨링 동작은, 분말 베드의 노출된 층과 접촉할 수도 있고 또는 접촉하지 않을 수도 있는 분말 제거 기구에 의해 행해질 수도 있다. 이러한 제2 레벨링 동작은 돌출되는 물체를 노출시킬 수도 있고 또는 노출시키지 않을 수도 있다. 이러한 제2 레벨링 동작은 고 충실도 레벨링 동작일 수도 있다. 제1 상단 표면부터 제2 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 적어도 약 5 μm, 10 μm, 50 μm, 100μm, 150μm, 200μm, 250μm, 300μm, 350μm, 400μm, 450μm, 또는 500μm일 수 있다. 제1 상단 표면부터 제2 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 최대 약 700μm, 500μm, 450μm, 400μm, 350μm, 300μm, 250μm, 200μm, 150μm, 100μm, 50μm, 10μm, 또는 5μm일 수 있다. 제1 상단 표면부터 제2 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 전술한 평균 수직 거리 값들 중 임의의 값 사이에 있을 수 있다. 제1 상단 표면부터 제2 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 약 5 μm 내지 약 500 μm, 약 10 μm 내지 약 100 μm, 약 20 μm 내지 약 300 μm, 또는 약 25 μm 내지 약 250 μm일 수 있다.
제1 상단 표면부터 제2 상단 표면까지의 평균 수직 거리는 적어도 약 5 μm, 10 μm, 50 μm, 100μm, 150μm, 200μm, 250μm, 300μm, 350μm, 400μm, 450μm, 500μm, 1000μm, 또는 1500μm일 수 있다. 제1 상단 표면부터 제2 상단 표면까지의 평균 수직 거리는 최대 약 2000 μm, 1500 μm, 1000 μm, 700μm, 500μm, 450μm, 400μm, 350μm, 300μm, 250μm, 200μm, 150μm, 100μm, 50μm, 10μm, 또는 5μm일 수 있다. 제1 상단 표면부터 제2 상단 표면까지의 평균 수직 거리는 전술한 평균 수직 거리값 들 중 임의의 값 사이에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 상단 표면부터 제2 상단 표면까지의 평균 수직 거리는 약 5 μm 내지 약 2000 μm, 약 50 μm 내지 약 1500 μm, 약 100 μm 내지 약 1000 μm, 또는 약 200 μm 내지 약 500 μm일 수 있다.
제1 상단 표면부터 제1 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 적어도 약 5 μm, 10 μm, 50 μm, 100μm, 150μm, 200μm, 250μm, 300μm, 350μm, 400μm, 450μm, 500 μm, 또는 1000μm일 수 있다. 제1 상단 표면부터 제1 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 최대 약 1000 μm, 700μm, 500μm, 450μm, 400μm, 350μm, 300μm, 250μm, 200μm, 150μm, 100μm, 50μm, 10μm, 또는 5μm일 수 있다. 제1 상단 표면부터 제1 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 전술한 평균 수직 거리 값들 중 임의의 값 사이에 있을 수 있다. 제1 상단 표면부터 제1 평면 표면까지의 평균 수직 거리는, 약 5 μm 내지 약 1000 μm, 약 50 μm 내지 약 500 μm, 약 10 μm 내지 약 100 μm, 약 20 μm 내지 약 300 μm, 또는 약 25 μm 내지 약 250 μm일 수 있다.
제거는 분말 제거 기구에 의해 본원에서 사용되는 임의의 방법을 포함한다. 예를 들어, 제거 동작은 진공을 이용하는 것을 포함할 수도 있다. 제거된 분말 재료는 본원에서 설명하는 바와 같이 재활용되거나 재사용될 수도 있다. 예를 들어, 제거된(즉, 잉여분) 분말 재료는 본원에서 설명하는 방법들 중 임의의 방법에서 연속적으로 재사용될 수도 있다.
분배 방법은 본원에서 설명하는 분말 분배 기구 중 임의의 것을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 중력을 이용하는 분배 방법 및/또는 기체 유동(예를 들어, 기류)을 이용하는 분배 방법, 분말 재료를 변위하는 방법이 있다.
본원에서 설명하는 또 다른 측면은 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로서, 이 시스템은, 분말 베드를 수용하는 인클로저; 에너지 빔을 분말 재료에 제공하고 이에 따라 분말 재료를 후속 경화되어 경화된 재료를 형성하는 변환 재료로 변환하는 에너지원; 분말 재료를 분말 베드에 분배하는 분말 분배 부재; 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재; 분말 베드의 상단 표면과 접촉하지 않고 분말 베드의 노출된 표면으로부터 분말 재료를 제거하는 분말 제거 부재; 및 에너지원, 분말 분배 부재, 분말 레벨링 부재, 및 분말 제거 부재에 작동적으로 연결된 제어부를 포함하고, 이 제어부는, 분말 분배기가 제1 상단 표면을 갖는 분말 재료의 제1 층을 분말 베드에 분배하게 하고, 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하기 위한 지시를 수신하고, 분말 재료의 부분으로부터 그 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하고, 분말 분배기가 제1 상단 표면에 인접하는 제2 상단 표면을 갖는 분말 재료의 제2 층을 분배하게 하고, 분말 레벨링 기구(예를 들어, 부재)가 제2 상단 표면의 최저점에 있거나 최저점 아래에 있는 제1 평면 표면에 대하여 제2 상단 표면을 레벨링하게 하고, 분말 제거 기구(예를 들어, 부재)가 소정의 제2 평면 표면에 대하여 제2 층으로부터 분말 재료의 잉여분을 제거하게 하도록 프로그래밍되고, 제2 평면 표면은 제1 평면 표면의 아래에 있다. 경화된 재료는 3D 물체의 적어도 일부, 또는 잔해를 형성할 수도 있다. 제2 평면 표면은 제1 상단 표면 위에 위치할 수도 있다. 분말 분배 부재는 간극에 의해 분말 베드의 노출된 표면으로부터 분리될 수도 있다. 간극은 본원에 개시된 임의의 간극일 수도 있다. 간극의 높이(수직 거리)는 본원에 개시된 임의의 간극 높이일 수도 있다. 예를 들어, 간극 거리는 약 10 μm 내지 약 50mm이다. 분말 레벨링 기구 및/또는 분말 배기 기구는, 경화된 재료(예를 들어, 3D 물체)를 약 300μm 이하만큼 변위할 수 있다. 분말 레벨링 기구 및/또는 분말 배기 기구는, 경화된 재료의 위치를 최대 약 1μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm, 15 μm, 16 μm, 17 μm, 18 μm, 19 μm, 20 μm, 25 μm, 30 μm, 35 μm, 40 μm, 45 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100μm, 200μm, 또는 300μm 만큼 변경하면서 분말 베드의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 분말 레벨링 기구 및/또는 분말 배기 기구는, 경화된 재료의 위치를 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값만큼 변경하면서 분말 베드의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다. 예를 들어, 분말 레벨링 기구 및/또는 분말 제거 기구는, 경화된 재료의 위치를 약 1 μm 내지 약 300 μm, 약 1 μm 내지 약 50 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 50 μm, 또는 약 1 μm 내지 약 100 μm의 거리만큼 변경하면서 분말 재료의 상단 표면을 레벨링할 수도 있다.
본원에서 설명하는 시스템(예를 들어, 900)은 재활용 시스템(예를 들어, 907)을 포함할 수 있다. 재활용 시스템은, 미사용 분말 재료를 수집하고 미사용 분말 재료를 분말 분배 기구의 저장부에 또는 벌크 저장부에 복귀시킬 수 있다. 병진 기구(예를 들어, 결합 기구 및/또는 롤러)에 의해 가압되는 분말 재료의 적어도 한 부분은 재활용 시스템에 의해 복구될 수 있다. 진공(예를 들어, 분말 베드의 에지에 위치할 수 있는 908)은 미사용 분말을 수집할 수 있다. 미사용 분말은 진공 없이 분말 베드로부터 제거될 수 있다. 미사용 분말은, 예를 들어, 기계적으로 또는 양의 가압 기체를 사용하여) 분말 베드로부터 미사용 분말을 능동적으로 가압함으로써 분말 베드로부터 제거될 수 있다. 기체 유동(예를 들어, 909)은 미사용 분말을 진공으로 향하게 할 수 있다. 분말 수집 기구(예를 들어, 삽)는 미사용 분말을 분말 베드를 빠져나오도록 (및 선택적으로 재활용 시스템에 진입하도록) 제어할 수 있다. 재활용 시스템은, 저장부로 복귀되는 입자들의 크기 범위를 제어하도록 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다.
일부 경우에, 미사용 분말은 벤투리 포집 노즐에 의해 수집될 수 있다. 노즐은, 노즐이 분말 입자(들)로 막히지 않도록 높은 종횡비(예를 들어, 적어도 약 2:1, 5:1, 10:1, 20:1, 30:1, 40:1, 또는 100:1)를 가질 수 있다. 노즐은 (예를 들어, 일차 및/또는 상보적 에너지원으로부터) 방출되는 하나 이상의 에너지 빔과 정렬될 수 있다. 예를 들어, 노즐과 하나 이상의 에너지 빔은, 에너지원(들)이 분말 층의 가열시 노즐 개구를 통해 이동할 수 있도록 정렬될 수 있다. 노즐은, 에너지 빔이 분말 층을 가열하도록 노즐을 통해 이동할 때 미사용 분말을 수집할 수 있다.
일부 경우에, 분말은, 냉각 부재(예를 들어, 냉각 플레이트), 가열 부재, 또는 열 안정화 부재(예를 들어, 열전대) 등의 열 전달 부재 상에 또는 열 전달 부재에 인접하게 제공되는 하나 이상의 노즐 및/또는 진동 흡입 포트에 의해 수집될 수 있다. 노즐 및/또는 진동 흡입 포트는 열 전달 부재에 기계적으로 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 분말은, 분말 헤드로부터 하나 이상의 배출 저장부 내로 분말을 배출하는 하나 이상의 배출 포트를 통해 배출 시스템에 의해 수집될 수도 있다. (예를 들어, 여과 및/또는 추가 처리 후에) 하나 이상의 배출 저장부 내의 분말이 사용될 수도 있다.
본원에서 설명하는 시스템 구성요소들은 3D 물체를 생성하도록 적응 및 구성될 수 있다. 3D 물체는 3D 프린팅 공정을 통해 생성될 수 있다. 분말의 제1 층은 인클로저의 바닥부, 기판, 또는 베이스에 인접하게 제공될 수 있다. 베이스는, 분말의 층 또는 베드가 확산, 보유, 배치, 또는 지지되는 다른 임의의 표면 또는 3D 물체의 이전에 형성된 층일 수 있다. 3D 물체의 제1 층을 형성하는 경우, 제1 분말 층은, 베이스 없이, 하나 이상의 보조 지지 특징부 없이(예를 들어 막대)， 또는 분말과는 다른 임의의 지지 구조 없이 분말 베드에 형성될 수 있다. 후속 층들은, 후속 층의 적어도 일부분이 그 외에는 이전에 형성된 층의 적어도 일 부분에 용융, 소결, 융착, 결합, 및/또는 연결되도록 형성될 수 있다. 일부 예에서, 변환되고 후속하여 경화된 재료 경화된 이전에 형성된 층의 적어도 일부분은 3D 물체의 형성을 위한 베이스로서 기능한다. 일부 경우에, 제1 층은 베이스의 적어도 일부분을 포함한다. 분말의 재료는 본원에서 설명하는 3D 프린팅에 사용되는 임의의 재료일 수 있다. 분말 층은 동종의 또는 이종의 크기 및/또는 형상을 갖는 입자들을 포함할 수 있다.
도 3은 부분적으로 형성된 3D 물체(302)를 갖는 베드(301)의 일례를 도시한다. 부분적으로 형성된 3D 물체(302)는 이전에 변환되고 경화되어 3D 물체(302)로 된 적어도 한 층을 포함할 수 있다. 분말(303)의 제1 층은 부분적으로 형성된 3D 물체(302)에 인접하게 제공될 수 있다. 분말(303)의 제1 층은 제1 온도(T1)에서 제공될 수 있다. 제1 온도는 주변 온도에 실질적으로 가까울 수 있다. 일부 경우에, 제1 층은 실온보다 높거나 낮은 제1 온도(T1)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 온도(T1)는, 적어도 약 0℃, 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 또는 500℃일 수 있다. 제1 온도(T1)는, 최대 약 0℃, 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 또는 500℃일 수 있다. 제1 온도는 전술한 온도 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 0℃ 내지 약 500℃, 약 0℃ 내지 약 300℃, 약 200℃ 내지 약 500℃, 또는 약 100℃ 내지 약 400℃ )일 수 있다. 일부 경우에, 제1 온도(T1)는 0℃ 미만일 수 있다.
제1(또는 일차) 에너지원(304)으로부터의 에너지는 분말(303)의 제1 층의 적어도 일부분에 제공될 수 있다. 제1 에너지원(304)으로부터의 에너지는, （예를 들어, 벡터 스캐닝 기술을 이용하여) 분말의 제1 층의 부분에 제공될 수 있다. 일부 경우에, 일차 에너지원은 레이저일 수 있다. 일부 경우에, 일차 에너지원은 전자기, 전자, 양전자, 양성자, 플라즈마, 또는 이온 방사선을 포함하는 방사선을 투영할 수 있다. 전자기 빔은 마이크로파, 적외선(IR), 자외선(UV) 또는 가시광선을 포함할 수도 있다. 이온 빔은 양이온 또는 음이온을 포함할 수도 있다. 전자기 빔은 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 일차 에너지원은 레이저원을 포함할 수도 있다. 일차 에너지원은, 타겟 에너지를 표면 또는 베이스에 제공하도록 구성된 전자 총 또는 다른 임의의 에너지원을 포함할 수도 있다. 일차 에너지원은 레이저에 결합된 직접 레이저 다이오드 섬유를 포함할 수 있다. 분말의 제1 층의 부분에 제공되는 에너지는 분말에 의해 흡수될 수 있고, 분말은, 에너지 흡수로 인해 온도 증가를 겪을 수 있다. 일차 에너지원에 의해 제공되는 에너지는, 이전에 고형화된 층의 하나 이상의 부분을, 융착, 소결, 용융, 결합, 또는 그 외에는 연결할 수 있다. 이전에 고형화된 층과 분말 재료의 용융은, 그 두 개를 함께 병합(예를 들어, 융착, 소결, 용융, 결합, 또는 그 외에는 연결)하여 3D 물체를 형성한다. 일부 경우에, 일차 에너지원은, 이전에 고형화된 층의 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100개 층을 용융할 수 있다. 층은, 적어도 약 1μm, 5μm, 10μm, 15μm, 20μm, 25μm, 30μm, 35μm, 40μm, 45μm, 50μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm, 100μm, 150μm, 200μm, 250μm, 300μm, 350μm, 400μm, 450μm, 500μm, 또는 750μm의 두께를 가질 수 있다. 일부 경우에, 제1 에너지원은 레이저 광 빔일 수 있다. 레이저 광은, 제2 에너지원의 단위 면적 당 전력 이하인 단위 면적 당 전력을 가질 수 있다. 레이저 광은, 제2 에너지원의 단위 면적 당 전력보다 큰 단위 면적 당 전력을 가질 수 있다. 온도 상승은 분말의 제1 층의 적어도 일부분을 변환하는 데 충분할 수 있다. 온도 상승은, 분말의 제1 층의 적어도 일부분을 용융하고 용융된 분말이 용융된 상태로 유지되도록 및 용융된 분말이 적어도 1펨토초(fs), 50fs, 100fs, 500fs, 1피코초(ps), 50ps, 100ps, 500ps, 1나노초(ns), 50ns, 100ns, 500ns, 1마이크로초(μs), 50 μs, 100 μs, 500 μs, 1밀리초(1ms), 50ms, 100ms, 또는 500ms 동안 용융 상태를 유지하도록 충분할 수 있다. 온도 상승은 분말의 제1 층 전체를 용융시키는 데 충분할 수 있다. 온도 상승은, 적어도 1fs, 50fs, 100fs, 500fs, 1ps, 50ps, 100ps, 500ps, 1ns, 50ns, 100ns, 500ns, 1μs, 50 μs, 100 μs, 500 μs, 1ms, 50ms, 100ms, 또는 500ms 동안 분말의 제1 층의 적어도 일부분을 소결하는 데 충분할 수 있다. 온도 상승은, 전술한 시간들 사이의 시간(예를 들어, 약 1fs 내지 약 500ms, 약 1ns 내지 약 500ms, 약 1fs 내지 약 50ns, 또는 약 1ps 내지 약 1ms) 동안 분말의 제1 층의 적어도 일부분을 소결하는 데 충분할 수 있다. 온도 상승은 분말의 제1 층 전체를 소결하는 데 충분할 수 있다. 분말의 제1 층은, 미리 정해진 패턴을 따라 또는 무작위로 용융될 수 있다. 용융시, 분말의 제1 층은 제2 온도(T2)에 있을 수 있다. 제2 온도(T2는 제1 온도(T1)보다 높을 수 있다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)보다 낮을 수 있다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)와 실질적으로 같을 수 있다. 예를 들어, 제2 온도(T2)는, 적어도 약 500℃, 750℃, 1000℃, 1250℃, 1500℃, 1750℃, 2000℃, 2250℃, 2500℃, 2750℃, 3000℃, 3500℃, 4000℃, 또는 5000℃일 수 있다. 제2 온도는 전술한 온도 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 500℃ 내지 약 2500℃, 약 2250℃ 내지 약 5000℃, 또는 약 1500℃ 내지 약 3500℃)일 수 있다.
일차 에너지원은, 고정된 시간 동안 분말의 제1 층의 적어도 한 지점에 에너지를 전달할 수 있다. 고정된 시간은, 분말의 특정 부피가 타겟 온도에 도달할 수도 있도록 선택될 수 있다. 시간은, 분말 재료의 열적 특성 및 일차 에너지원에 의해 제공되는 에너지의 양에 기초하여 선택될 수 있다. 고정된 시간은, 적어도 약 1fs, 50fs, 100fs, 500fs, 1ps, 50ps, 100ps, 500ps, 1ns, 50ns, 0.1μs, 0.5μs, 1.0μs, 2.0μs, 3.0μs, 4.5μs, 5.0μs, 10μs, 20μs, 50μs, 100μs, 300μs, 500μs, 또는 1ms일 수 있다. 고정된 시간은, 최대 약 0.1μs, 0.5μs, 1.0μs, 2.0μs, 3.0μs, 4.5μs, 5.0μs, 10μs, 20μs, 50μs, 100μs, 300μs, 500μs, 또는 1ms일 수 있다. 고정된 시간은, 전술한 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 1fs 내지 약 1ms, 약 1μs 내지 약 500μs, 약 1fs 내지 약 50μs, 또는 약 1ps 내지 약 1ms)일 수 있다. 고정된 시간은, 일차 에너지원이 에너지를 분말 베드의 한 지점에 전달하는 시간을 포함할 수 있다. 지점은, 일차 에너지원의 빔 기본 길이 규모와 같은 영역을 갖는 분말 베드의 스팟일 수 있다. 에너지가 제1 분말 층의 영역에 인가되는 전체 시간은, 적어도 약 1 μs, 50 μs, 100 μs, 500 μs, 1ms, 50ms, 0.1s, 0.5s, 또는 1s일 수 있다. 일차 에너지원이 에너지를 제1 분말 층에 전달하는 시간 동안, 일차 에너지원은, 에너지를 분말 층의 각 지점에 한번만 전달할 수 있고, 한번보다 많게 전달할 수 있고, 또는 전혀 전달하지 않을 수 있다.
분말의 적어도 일부분은, 의도한(예를 들어, 소정의 및/또는 요청된) 3D 물체를 형성하도록 에너지원에 의해 선택적으로 가열될 수 있다. 의도한 3D 물체의 적어도 일부를 형성하지 않은 분말 부분을 나머지라 할 수 있다. 일부 경우에, 나머지는 1mm, 0.5mm, 0.1mm 또는 그 이상에 걸쳐 연장되는 연속 구조를 형성하지 않는다. 연속 구조는, 연속적 고체 구조 또는 연속적 고형화된 구조일 수도 있다. 연속 구조는, 분말의 부분들을 변환하거나 부분적으로 변환함으로써 형성될 수 있다. 본원에서 설명하는 시스템과 방법은 나머지에 연속적 고체 구조를 형성하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 시스템과 방법은 나머지에 분말의 변환된 부분을 형성하지 않을 수도 있다. 일부 경우에, 연속 구조는 3D 물체 또는 3D 물체의 일부를 밀폐하지 않는다. 일부 경우에, 나머지는 3D 물체의 일부 또는 3D 물체 전부를 밀폐하는 스캐폴드를 형성하지 않는다. 일부 경우에, 나머지는, 3D 물체의 일부 또는 3D 물체 전부를 밀폐하는 가볍게 소결된 구조를 형성하지 않는다.
제2(또는 상보적) 에너지원(305)으로부터의 에너지는, 제1 분말 층의 나머지의 적어도 일부분에 선택적으로 제공될 수 있다. 상보적 에너지원(305)은 일차 에너지원(304)과는 개별적일 수 있다. 일부 경우에, 제2 에너지원은 일차 에너지원(304)과 통합된다. 상보적 에너지원으로부터의 에너지는, 일차 에너지원에 의해 제1 분말 층의 부분에 에너지를 제공하는 것 전에, 후에, 또는 동시에 제1 분말 층의 나머지에 제공될 수 있다. 일부 경우에, 일차 에너지원은 제1 분말 층의 부분을 변환할 수 있다. 상보적 에너지원은 제1 분말 층의 나머지의 적어도 일부분의 온도를 증가시킬 수 있다. 일부 경우에, 상보적 에너지원에 의해 제고되는 에너지는 제1 분말 층의 나머지를 변환하는 데 충분하지 않을 수도 있다. 일차 에너지원은 본원에서 설명하는 임의의 에너지원일 수 있다. 일차 에너지원은 본원에서 설명하는 에너지 빔을 생성하는 임의의 에너지원일 수 있다. 상보적 에너지원은 본원에서 설명하는 임의의 에너지원일 수 있다. 상보적 에너지원은 본원에 개시된 에너지 빔을 생성하는 임의의 에너지원일 수 있다. 상보적 에너지원은 레이저일 수 있다. 상보적 에너지원은 전자기, 전자, 양전자, 양성자, 플라즈마 또는 이온 방사선을 포함하는 방사선을 포함할 수도 있다. 전자기 빔은 마이크로파, 적외선, 자외선, 또는 가시광선을 포함할 수도 있다. 이온 빔은 양이온 또는 음이온을 포함할 수도 있다. 전자기 빔은 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 상보적 에너지원은 레이저원을 포함할 수도 있다. 상보적 에너지원은, 타겟 에너지를 표면 또는 베이스에 제공하도록 구성된 전자 총 또는 다른 임의의 에너지원을 포함할 수도 있다. 상보적 에너지원은, 일차 에너지원의 단위 면적 당 전력보다 작은 단위 면적 당 전력을 가질 수 있다. 예를 들어, 상보적 에너지원은, 제1(예를 들어, 일차) 에너지원의 빔 영역보다 약 100 내지 약 1,000,000배 큰 영역을 갖는 에너지 빔을 생성할 수 있다. 상보적 에너지원은, 고정된 시간 동안 분말의 제1 층의 나머지의 적어도 일부분에 에너지를 전달할 수 있다. 고정된 시간은, 분말의 특정 부피가 타겟 온도에 도달하도록 선택될 수 있고, 시간은, 분말의 열적 특성 및 상보적 에너지원에 의해 제공되는 에너지 양에 기초할 수 있다. 고정된 시간은, 적어도 약 1 μs, 50 μs, 100 μs, 500 μs, 1ms, 5ms, 10ms, 15ms, 20ms, 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1s, 5s, 10s, 또는 1분일 수 있다. 고정된 시간은, 최대 약 1 μs, 50 μs, 100 μs, 500 μs, 1ms, 5ms, 10ms, 15ms, 20ms, 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1s, 5s, 10s, 또는 1분일 수 있다. 고정된 시간은, 전술한 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 1 μs 내지 약 1분, 약 1 μs 내지 약 100ms, 약 50ms 내지 약 1분, 또는 약 100ms 내지 약 10s)일 수 있다. 타겟 온도는 분말 재료의 변환 온도 미만의 온도일 수 있다. 일부 경우에, 상보적 에너지는, 단일 지점에 전달될 수 있고, 하나보다 많은 지점에 전달될 수 있고, 전혀 전달되지 않을 수 있고, 분말 층의 동일한 위치에 또는 서로 다른 위치(들)에 적어도 1번, 2번, 5번, 10번, 30번, 100번, 또는 1000번 전달될 수 있다. 이러한 상보적 에너지 전달은, 분말 층이 일차 에너지원으로부터 에너지를 수신하는 동안, 수신하기 전에, 또는 수신한 후에 발생할 수 있다.
일부 경우에, 상보적 에너지원은, 3D 물체의 적어도 일부분에 인접하는 분말 부분에 에너지를 제공할 수 있다. 일부 경우에, 상보적 에너지원은, 3D 물체의 그 적어도 일부분이 일차 에너지원에 의해 가열되기 전에 3D 물체의 적어도 한 부분을 예열할 수 있다. 또한 또는 대안으로, 상보적 에너지원은, 3D 물체가 일차 에너지원에 의해 가열된 후 3D 물체의 적어도 한 부분을 후 가열(post-heat)할 수 있다. 상보적 에너지원은, 3D 물체의 적어도 한 부분의 표면의 적어도 일부분으로부터 산화된 재료 층을 제거할 수 있다.
상보적 에너지원은 레이저 다이오드들의 어레이 또는 매트릭스일 수 있다. 어레이 또는 매트릭스의 레이저 다이오드들의 각각은, 다이오드들이 독립적으로 턴오프 및 턴온될 수 있도록 (예를 들어, 제어 기구에 의해) 독립적으로 제어될 수 있다. 어레이 또는 매트릭스의 레이저 다이오드들 중 적어도 일부는, 레이저 다이오드들 중 적어도 일부가 동시에 턴오프 및 턴온될 수 있도록 총괄적으로 제어될 수 있다. 일부 예에서, 어레이 또는 매트릭스의 모든 레이저 다이오드들은, 모든 레이저 다이오드들이 동시에 턴오프 및 턴온될 수 있도록 총괄적으로 제어된다.
매트릭스 또는 어레이의 각 다이오드의 레이저 강도 또는 단위 면적 당 에너지는 (예를 들어, 제어 기구 또는 시스템에 의해) 독립적으로 변조될 수 있다. 때때로, 매트릭스 또는 어레이의 레이저 다이오드들 중 적어도 일부의 강도 또는 단위 면적 당 에너지는 (예를 들어, 제어 기구에 의해) 총괄적으로 제어될 수 있다. 때때로, 매트릭스 또는 어레이의 레이저 다이오드들 모두의 강도 또는 단위 면적 당 에너지는 (예를 들어, 제어 기구에 의해) 총괄적으로 제어될 수 있다. 상보적 에너지원은, 에너지원, 조정가능 반사 거울, 또는 다각형 광 스캐너의 기계적 이동에 의해 분말의 표면을 따라 스캔할 수 있다. 상보적 에너지원은, DLP 변조기, 1차원 스캐너, 또는 2차원 스캐너를 사용하여 에너지를 투영할 수 있다.
일차 에너지원에 의해 제1 분말 층의 부분 및 상보적 에너지원에 의해 나머지의 부분에 에너지가 제공된 후, 에너지는, 냉각 공정이 열을 분말 베드(306)로부터 전달하는 것을 포함할 수도 있는 냉각 공정에 의해 분말 베드로부터 제거될 수 있다. 일부 경우에, 열은 분말 베드로부터 히트 싱크로 전달될 수 있다. 에너지(예를 들어, 열)는, 일차 에너지원에 의해 가열되는 제1 분말 층의 부분 및 상보적 에너지원에 의해 가열되는 나머지의 부분으로부터의 에너지 전달률이 열을 히트 싱크에 실질적으로 유사한 속도로, 서로 다른 속도로, 패터닝된 속도로, 무작위 속도로, 또는 이들의 임의의 조합으로 전달하도록 분말 베드로부터 균일하게 제거될 수 있다.
하나 이상의 일차 에너지원과 하나 이상의 상보적 에너지원을 채택할 수 있다. 예를 들어, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 30, 100, 300, 또는 1,000개, 또는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 일차 에너지원 및 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 30, 100, 300, 또는 1,000개의 상보적 에너지원을 채택한다. 일차 및 상보적 에너지원들은, 본원에서 설명하는 바와 같이 제어 기구(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 독립적으로 또는 총괄적으로 제어될 수 있다. 때때로, 일차 및 상보적 에너지원들 중 적어도 일부는, 제어 기구(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 독립적으로 또는 총괄적으로 제어될 수 있다.
냉각 공정은, 분말 베드를 냉각하는 데 필요한 시간을 감소시키도록 최적화될 수 있다. 냉각 공정의 종료시, 분말 베드는 실질적으로 균일한 온도를 가질 수 있다. 실질적으로 균일한 온도는 분말 베드의 온도일 수 있고, 제1 및 제2 지점들 간의 평균 온도 차는, 최대 약 20%, 15%, 10%, 8%, 6%, 4%, 2%, 1%, 0.5%, 또는 0.1%만큼 가변된다. 제1 및 제2 지점 간의 평균 온도 차는, 전술한 퍼센트 값들 사이의 임의의 퍼센트 값(예를 들어, 약 0.1% 내지 약 20%, 약 0.1% 내지 약 5%, 또는 약 5% 내지 약 20%)만큼 가변된다. 제1 층은 고정된 시간 내에 소정의 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 고정된 냉각 시간은, 최대 약 1 μs, 50 μs, 100 μs, 500 μs, 1ms, 5ms, 10ms, 15ms, 20ms, 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1s, 5s, 10s, 20 s, 30 s, 40 s, 50 s, 60 s, 70 s, 80 s, 90 s, 100 s, 110 s, 120 s, 130 s, 140 s, 150 s, 160 s, 170 s, 180 s, 190 s, 200 s, 210 s, 220 s, 230 s, 240 s, 250 s, 260 s, 270 s, 280 s, 290 s, 300 s, 10분, 15분, 30분, 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 또는 하루일 수 있다. 고정된 시간은, 전술한 시간 값들 중 임의의 값 사이에 있을 수 있다(예를 들어, 약 1ms 내지 약 하루, 약 1 μs 내지 약 300s, 약 1 μs 내지 약 90s, 또는 약 1 μs 내지 약 10s).
분말의 제1 층이 최대 약 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 또는 500℃ 인 충분히 저온에 도달한 후, 공정은, 제1 층에 인접하는 분말의 제2 층(307)을 제공함으로써 반복될 수 있다. 일부 경우에, 분말의 제2 층(307)은 분말 베드의 온도 미만인 온도로 냉각될 수 있다. 분말의 제2 층(307)은, 분말 베드의 냉각을 보조하도록 분말 베드로부터 열을 흡수할 수 있다. 일부 경우에, 제1 분말 층의 적어도 한 부분은, (예를 들어, 분말 제거 기구 및/또는 분말 레벨링 기구를 사용하여) 제1 층에 인접하는 분말의 제2 층을 제공하기 전에 제거될 수 있다. 일차 에너지원은, 제2 분말 층의 적어도 일부분에 에너지를 선택적으로 제공할 수 있다. 일차 에너지원은, 제2 분말 층의 적어도 일부분이 변환되게끔 제2 분말 층의 적어도 일부분에 충분한 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 상보적 에너지원은, 제2 분말 층의 나머지의 적어도 일부분에 에너지를 선택적으로 제공할 수 있다. 상보적 에너지원은, 제2 분말 층의 적어도 일부분이 온도 증가를 겪게끔 제2 분말 층의 나머지에 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 온도 증가는, 제2 분말 층의 적어도 일부분을 변환하는 데 불충분한 것일 수 있다.
일부 예에서, 3D 물체는 일차 에너지원만을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 분말의 제1 층은 제1 온도(T0)에서 제공될 수 있다. T0은 분말의 제1 층의 평균 온도일 수 있다. 일차 에너지원은 분말의 제1 층의 적어도 일부분을 변환하여 변환된(예를 들어, 융착된, 소결된, 또는 용융된) 재료를 형성할 수 있다. 변환된 재료에 인접하는 제1 분말 층의 분말 재료는, 분말의 변환 온도 미만인 온도에 도달할 수 있다. 변환된 재료에 인접하는 제1 분말 층의 분말 재료는, 분말의 변환(예를 들어, 융착, 소결 또는 용융) 온도 미만인 온도에 도달할 수 있다. 변환된 재료는, 변환된 재료 내의 온도가 최대 온도(T2)에 도달할 수 있도록 온도 증가를 겪을 수 있다. 분말의 제1 층 전부는 평균 온도(T1)로 냉각될 수 있다. T1은 소정의 온도일 수도 있다. 분말 층은 분말 층의 표면으로부터 냉각될 수 있다. 일부 예에서, T1은 인자 KT20x(T2- T0) 만큼 T0 이하일 수도 있다. 일부 예에서, T1은 최대 0.1x(T2- T0)만큼 T0 이하일 수도 있다. 일부 예에서, T1은 최대 0.2x(T2- T0)만큼 T0 이하일 수도 있다. 일부 예에서, T1은 최대 0.8x(T2- T0)만큼 T0 이하일 수도 있다. 제1 층의 냉각에는, 본원에서 설명하는 냉각 시간에 대하여 기술된 바와 같은 시간이 걸릴 수 있다. 일부 경우에, 제1 층은, 평균적 개인이 화상을 입거나 해를 입지 않고 평균적 개인이 제1 층을 터치할 수 있도록 온도로 냉각될 수 있다. 일부 경우에, 제1 층은 본원에서 설명하는 충분히 저온으로 냉각될 수 있다. 변환된(예를 들어, 용융된) 재료는 제1 층의 냉각 동안 경화(예를 들어, 고형화)될 수 있다. 제2 분말 층은 분말 층의 인접하게(예를 들어, 위에) 제공될 수 있고, 분말 층의 적어도 일부분을 변환하는 공정, 및 분말 층의 적어도 일부분을 냉각(예를 들어, 분말 층 전체, 또는 분말 베드 전체를 냉각)하는 공정을 반복할 수 있다. 반복은 후속 분말 층을 제공하는 것을 포함하고, 분말 층의 적어도 일부분을 용융하는 것, 및 분말 층의 적어도 일부분을 냉각하는 것은, 3D 물체의 최종 또는 부분 형태가 취득될 때까지 발생할 수 있다. 층 냉각은, 층으로부터 냉각 부재(예를 들어, 히트 싱크)로의 에너지 전달에 의해 발생할 수 있다. 에너지는, 분말 베드에 배치된 분말 층으로부터 멀어지게 배향되는 방향을 따른 층으로부터 전달될 수 있다. 일부 경우에, 에너지는 히트 싱크의 표면을 향하는 방향으로 전달될 수 있다. 에너지는, 분말 베드의 노출된 표면의 방향으로 전달될 수 있다. 에너지는 상측으로 전달될 수 있다. 에너지는, 분말 베드 위에 위치하는 냉각 부재로, 또는 분말 베드의 측면으로 전달될 수 있다. 때때로, 적어도 약 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 70%, 80%, 90%, 또는 95%의 에너지(예를 들어, 열)가 냉각 부재를 향하여 전달된다. 때때로, 최대 약 95%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 30%, 또는 20%의 에너지(예를 들어, 열)가 냉각 부재를 향하여 전달된다. 때때로, 냉각 부재를 향하여 전달되는 에너지는, 전술한 퍼센트 값들 중 임의의 값 사이의 퍼센트 값(예를 들어, 약 20% 내지 약 95%, 약 20% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 95%)을 가질 수 있다.
3D 물체의 최종 형태는 최종 분말 층의 냉각 직후 회수될 수 있다. 냉각 직후는, 최대 약 1일, 12시간, 6시간, 3시간, 2시간, 1시간, 30분, 15분, 5분, 240초, 220초, 200초, 180초, 160초, 140초, 120초, 100초, 80초, 60초, 40초, 20초, 10초, 9초, 8초, 7초, 6초, 5초, 4초, 3초, 2초, 또는 1초일 수도 있다. 냉각 직후는, 전술한 시간들 중 임의의 시간 사이의 시간(예를 들어, 약 1초 내지 1일, 약 1초 내지 약 1시간, 약 30분 내지 약 1일, 또는 약 20초 내지 약 240초)일 수도 있다. 일부 경우에, 냉각은, 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 또는 산소를 포함하는 냉각된 기체 또는 기체 혼합물을 사용하는 대류에 의한 능동 냉각을 포함하는 방법에 의해 발생할 수 있다.
일부 경우에, 미사용 분말은 분말 베드의 3차원(3D) 물체를 둘러쌀 수 있다. 미사용 분말은 3D 물체로부터 실질적으로 제거될 수 있다. 실질적 제거는, 제거 후 3D 물체의 표면의 최대 약 20%, 15%, 10%, 8%, 6%, 4%, 2%, 1%, 0.5%, 또는 0.1%를 커버하는 분말을 가리킬 수도 있다. 실질적 제거는, 나머지의 중량의 최대 약 10%, 3%, 1%, 0.3%, 또는 0.1%를 제외하고 분말 베드에 배치되고 3D 프린팅 공정의 종료시 분말(즉, 나머지)로서 남은 모든 분말의 제거를 가리킬 수도 있다. 실질적 제거는, 인쇄된 3D 물체의 중량의 최대 약 50%, 10%, 3%, 1%, 0.3%, 또는 0.1%를 제외한 모든 나머지의 제거를 가리킬 수도 있다. 미사용 분말은, 분말을 파지 않고 3D 물체의 회수가 가능하도록 제거될 수 있다. 예를 들어, 미사용 분말은, 분말 베드에 인접하여 구축된 하나 이상의 진공 포트에 의해 분말 베드로부터 흡인될 수 있다. 미사용 분말이 배기된 후, 3D 물체를 제거할 수 있고, 미사용 분말을 향후 구축시 사용을 위해 분말 저장부로 재순환시킬 수 있다.
3D 물체는 메쉬 기판 상에 생성될 수 있다. 고체 플랫폼(예를 들어, 베이스 또는 기판)은, 분말이 분말 베드에 한정된 상태로 유지되고 메쉬 구멍들이 차단도록 메쉬 아래에 배치될 수 있다. 메쉬 구멍들의 차단은, 상당량의 분말 재료가 그 구멍들을 통해 흐르지 못하게 할 수도 있다. 메쉬는, 메쉬가 차단되지 않도록 (예를 들어, 메쉬의 또는 베이스의 하나 이상의 에지에서) 메쉬에 또는 고체 플랫폼에 연결된 하나 이상의 기둥을 당김으로써 고체 플랫폼에 대하여 (예를 들어, 수직으로 또는 경사지게) 이동될 수 있다. 하나 이상의 기둥은 스레딩 연결부에 의해 하나 이상의 에지로부터 탈착될 수 있다. 메쉬 기판은, 메쉬가 차단되지 않게끔 3D 물체를 회수하도록 3D 물체와 함께 분말 베드로부터 리프트될 수 있다. 대안으로, 고체 플랫폼은, 메쉬가 차단되지 않도록 경사질 수 있고 수평으로 이동될 수 있다. 메쉬가 차단되지 않으면, 3D 물체가 메쉬 상에 유지되어 있는 동안 분말의 적어도 일부가 메쉬로부터 흐른다.
3D 물체는 제1 및 제2 메쉬를 포함하는 구축부 상에 구축될 수 있고, 이때, 제1 위치에서, 제1 메쉬의 구멍들은, 양측 메쉬 구멍들이 차단됨에 따라 분말 재료가 제1 위치에서 2개의 메쉬를 통해 흐를 수 없도록 제2 메쉬의 고체 부분들에 의해 완전히 막힌다. 제1 메쉬, 제2 메쉬, 또는 양측 모두는, 제어가능하게(예를 들어, 수평으로 또는 경사지게) 제2 위치로 이동될 수 있다. 제2 위치에서, 제1 메쉬의 구멍들과 제2 메쉬의 구멍들은, 분말 베드에 배치된 분말 재료가 2개의 메쉬 아래의 위치로 흘러 노출된 3D 물체를 남길 수 있도록 적어도 부분적으로 정렬된다.
일부 경우에, 냉각 기체는 경화된 재료의 회수 동안 경화된 재료를 냉각하도록 경화된 재료(예를 들어, 3D 물체)로 향할 수 있다. 메쉬는, 3D 물체가 분말 베드로부터 노출됨에 따라 미사용 분말이 메쉬를 통해 걸러지게 하는 크기를 가질 수 있다. 일부 경우에, 메쉬는, 메쉬가 3D 부분과 함께 분말 베드로부터 이동(예를 들어, 리프트)될 수 있도록 풀리 또는 기타 기계적 장치에 부착될 수 있다.
일부 경우에, 3D 물체(즉, 3D 부분)는, 최종 분말 층의 냉각 후 최대 약 12시간(h), 6시간, 5시간, 4시간, 3시간, 2시간, 1시간, 30분(min), 20분, 10분, 5분, 1분, 40s, 20s, 10s, 9s, 8s, 7s, 6s, 5s, 4s, 3s, 2s, 또는 1s 내에 회수될 수 있다. 3D 물체는, 전술한 시간들 중 임의의 시간 사이의 시간(예를 들어, 약 12시간 내지 약 1s, 약 12시간 내지 약 30분, 약 1시간 내지 약 1s, 또는 약 30분 내지 약 40s) 동안 회수될 수 있다. 생성된 3D 물체는, 3D 물체의 회수 후 추가 처리를 거의 필요로 하지 않거나 필요로 하지 않을 수 있다. 추가 처리는 본원에 개시된 바와 같은 트리밍을 포함할 수도 있다. 추가 처리는 연마(예를 들어, 샌딩)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 생성된 3D 물체는 변환된 분말 및/또는 보조 특징부의 제거 없이 회수 및 최종 마무리될 수 있다. 3D 물체는, 경화된(예를 들어, 고형화된) 재료로 구성된 3D 일부가, 실질적인 변형 없이 분말 베드로부터 3D 물체를 제거할 수 있는 데 적절한 취급 온도에 있을 때 회수될 수 있다. 취급 온도는 3D 물체를 패키징하는 데 적절한 온도일 수 있다. 취급 온도는, 최대 120℃, 100℃, 80℃, 60℃, 40℃, 30℃, 25℃, 20℃, 10℃, 또는 5℃일 수 있다. 취급 온도는 전술한 온도 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 120℃ 내지 약 20℃, 약 40℃ 내지 약 5℃, 또는 약 40℃ 내지 약 10℃)일 수 있다.
본원에서 설명하는 시스템 및 방법은 3D 물체를 생성하기 위한 공정을 제공할 수 있고, 이 공정은, 분말 재료의 층들을 포함하는 분말 베드를 실질적으로 균일한 평균화 온도에서 유지한다. 분말 베드는 완전히 또는 부분적으로 형성된 3D 물체를 포함할 수 있고, 3D 물체는 분말의 적어도 일부분의 반복적 변환 동작과 후속 냉각 동작에 의해 형성될 수 있다. 완전히 또는 부분적으로 형성된 3D 물체는, 완전히 또는 부분적으로 형성된 물체가 분말 베드에서 부유하거나 현탁되도록 분말 베드에 의해 완전히 지지될 수 있다. 실질적으로 균일한 온도는 분말 재료의 용융 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 균일한 온도는 최대 약 15℃, 25℃, 30℃, 50℃, 75℃, 100℃, 150℃, 200℃, 300℃, 400℃, 600℃, 또는 1000℃일 수 있다. 실질적으로 균일한 온도는 전술한 온도 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 15℃ 내지 약 1000℃, 약 15℃ 내지 약 300℃, 약 200℃ 내지 약 1000℃, 또는 약 100℃ 내지 약 500℃)일 수 있다.
분말의 제1 층은 초기 시간(t0)에 제공될 수 있다. 제1 분말 층의 적어도 일부분은 가열되거나 변환될 수 있다. 일부 경우에, 제1 분말 층의 부분은 가열 또는 변환되지 않으며, 제1 층의 분말 부분은 (예를 들어, 에너지원에 의해) 직접적으로 또는 (예를 들어, 분말 재료의 변환된 부분(들)으로부터의 열 전달에 의해) 간접적으로 가열될 수 있다. 분말은 분말 재료의 변환 온도 미만의 온도를 가질 수 있다. 분말이 직접 가열되는 경우에, 분말은 에너지원(예를 들어, 상보적 에너지원)에 노출될 수 있다. 분말을 가열하는 에너지원은, 단위 면적당 에너지(S2)를 분말 부분에 제공할 수 있다. 단위 면적당 에너지(S2)는 단위 면적당 제1 에너지(S1)의 최대 약 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 15%, 10%, 또는 5% 내에 있을 수 있다.
분말의 제1 층의 적어도 일부분은, 에너지 빔에 의해, 예를 들어, 일차 에너지원으로부터의 에너지 빔에 의해 변환될 수 있다. 제1 분말 층에서의 단위 면적 당 최대 에너지는 단위 면적당 제1 에너지(S1)일 수 있다. 일부 경우에, 제1 분말의 나머지는 변환되지 않는다. 제1 분말 층의 나머지에는, 인자 Ks13x S1 이하인 단위 면적당 제3 에너지(S3)로 에너지가 공급될 수 있다. 인자 Ks는 적어도 약 0.8, 0.9, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.07, 0.05, 0.03, 또는 0.01인 값을 가질 수 있다. 인자 Ks13은, 최대 약 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 또는 0.9인 값을 가질 수 있다. 인자 Ks13은 전술한 Ks13 값들 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, Ks13은 약 0.01 내지 약 0.9, 약 0.07 내지 약 0.5, 약 0.3 내지 약 0.8, 또는 약 0.05 내지 약 0.2인 값을 가질 수 있다. 제1 분말 층의 나머지에는, 약 0.1x S1 이하인 단위 면적당 제3 에너지(S3)로 에너지가 공급될 수 있다. 제1 분말 층의 부분을 변환하는 데 사용되는 에너지의 적어도 한 부분은 예를 들어 냉각 부재를 사용하여 제1 분말 층으로부터 제거될 수 있다. 시간 t2는 초기 시간 t1 후에 발생하는 나중 시간일 수 있다. 제2 층은 시간 t2에 제1 층에 인접하게 제공될 수 있다. 전체적으로, 약 t1부터 t2까지의 시간 간격으로 제1 층 아래의 단면을 통해 흐르는 단위 면적 당 에너지는, 약 Ks13x S1일 수 있다. 제1 층 아래의 단면은 제1 층에 평행한 영역일 수 있다. 단면은 평면형(예를 들어, 수평) 단면일 수 있다. 일부 경우에, 단면은, 제1 층 아래에서 적어도 약 1 μm, 5 μm, 10 μm, 100 μm, 1mm, 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 50mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 또는 500mm일 수 있다. 단면은 상기 언급한 값들 중 임의의 값 사이에 있을 수 있다. 예를 들어, 단면은, 약 1 μm 내지 약 500mm, 약 100 μm 내지 약 50mm, 약 5 μm 내지 약 15mm, 약 10mm 내지 약 100mm, 또는 약 50mm 내지 500mm일 수 있다.
에너지 전달은, 제1 분말 층으로부터 인접하는(예를 들어, 제2) 분말 층으로 t1부터 t2까지의 시간 간격에서 발생할 수 있다. 일부 경우에, 에너지 전달은, 제2 분말 층으로부터 멀어지는 방향으로(예를 들어, 냉각 부재의 방향 및/또는 분말 베드의 노출된 표면 위의 방향으로) 제1 분말 층으로부터 발생할 수 있다. 제1 분말 층으로부터의 에너지 전달은, 단위 면적당 에너지(S2)로 발생할 수 있다. 단위 면적당 제2 에너지(S2)는 인자 Ks12 x S1과 같을 수 있다. Ks12는, 적어도 약 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 또는 0.9인 값을 가질 수 있다. Ks12는, 최대 약 0.9, 0.85, 0.8, 0.75, 0.7, 0.65, 0.6, 0.55, 0.5, 0.45, 0.4, 0.35, 0.3, 0.25, 0.2, 0.15, 또는 0.1인 값을 가질 수 있다. Ks12는 전술한 Ks12 값들 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, Ks12는, 약 0.1 내지 약 0.9, 약 0.25 내지 약 0.9, 약 0.3 내지 약 0.8, 약 0.2 내지 약 0.6, 또는 약 0.15 내지 약 0.7인 값을 가질 수 있다. 일부 예에서, 에너지 전달은 냉각 부재(예를 들어, 히트 싱크)를 통해 발생할 수도 있다. 냉각 부재는 분말 층의 위, 아래, 또는 옆에 위치할 수도 있다. 냉각 부재는 에너지 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 냉각 부재는 능동 에너지 전달 또는 수동 에너지 전달을 포함할 수도 있다. 냉각 부재는 냉각 액체(예를 들어, 수분 또는 오일) 냉각 기체, 또는 냉각 고체를 포함할 수도 있다. 냉각 부재는 또한 냉각기 또는 서모스탯에 연결될 수도 있다. 냉각 부재를 포함하는 기체 또는 액체는 고정형 또는 순환형일 수도 있다.
본원에서 제공되는 시스템 및 방법에 의한 3D 물체의 형성 동안, 분말 층의 적어도 일부분은 에너지원에 의해 분말 층의 적어도 일부분을 변환하는 데 충분한 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우에, 변환 온도에서 분말의 부분이 유지되는 시간 간격은, 분말의 평균화 온도가 분말의 변환 온도 미만으로 되도록 3D 물체를 형성하는 데 필요한 총 시간에 비해 작을 수 있다.
도 4는 설명되는 시스템의 그래픽 시간 온도 이력의 일례이다. 도 4의 그래프는 온도 프로파일(401)을 시간 함수로서 도시한다. 온도 프로파일은, 단일 분말 층, 분말 층들의 그룹, 또는 온도를 분말 베드에 있는(예를 들어, 분말 베드에 적층된) 모든 분말 층들의 적어도 일부분의 시간 함수로서 나타낼 수 있다. 초기 시간 t0에서, 분말 재료 층이 제공될 수 있다. 분말 재료 층은 챔버에 또는 인클로저에 제공될 수 있다. 분말은 초기 온도 T0에서 제공될 수 있다. 초기 온도 T0은 임의의 분말 층의 최소 온도일 수 있다. 초기 온도 T0은 임의의 분말 층의 평균 온도, 중간(median) 온도, 또는 평균(mean) 온도일 수 있다. 분말 층은 분말의 적어도 일부분을 온도 T2로 상승시키는 에너지원에 노출될 수 있다. 일부 경우에, T2는 분말 재료의 변환 온도인 또는 변환 온도보다 높은 온도일 수 있다. 온도 T2는 분말 층의 최대 온도일 수 있다. 에너지는, 예를 들어, 분말 층이 온도 T3로 냉각되도록 냉각 부재(예를 들어, 히트 싱크)에 의해 분말 층으로부터 제거될 수 있다. 분말 층을 제공하고, 분말 층을 온도 T2로 가열하고, 분말 층을 온도 T3으로 냉각하는 공정들은 n번 반복될 수 있으며, n은 1 이상인 정수일 수 있다. 이러한 공정들의 반복에 의해, 한 층부터 n번째 층까지 인접하는 분말 층들(예를 들어, 적층된 분말 층들)의 집합을 생성할 수 있다. 이러한 공정들을 n번 반복하는 것은, 초기 시간 t0부터 나중 시간 tn까지의 시간 간격에 걸쳐 발생할 수 있다. 추가 분말 층인 제n+1 분말 층은 제n 분말 층에 인접하게(예를 들어, 위에) 제공될 수 있다. 제n+1 분말 층은 챔버에 제공될 수 있다. 제n+1 분말 층은 초기 온도 T0에서 제공될 수 있다. 초기 온도 T0은 한 분말 층(즉, 제1 분말 층)부터 제n+1 분말 층까지인 분말 층들의 집합에 있는 임의의 분말 층의 최소 온도일 수 있다. 제n+1 분말 층은, 분말 층 번호 n+1의 적어도 일부분을 온도 T2까지 상승시킬 수 있는 에너지원에 노출될 수 있다. 일부 경우에, T2는 분말 재료의 변환 온도인 또는 변환 온도보다 높은 온도일 수 있다. 온도 T2는 제1 분말 층부터 제n+1 분말 층까지인 분말 층들의 집합에 있는 분말 층의 최대 온도일 수 있다. 에너지는, 예를 들어, 제n+1 분말 층이 온도 T3으로 냉각되도록 히트 싱크에 의해 제n+1 분말 층으로부터 제거될 수 있다. 제n+1 분말 층으로부터의 에너지 제거는 시간 tn+1에서 종료될 수 있다. 단일 분말 층, 분말 층들의 그룹, 또는 집합에 있는 모든 분말 층들(예를 들어, 제1 분말 층 내지 제n+1 분말 층)의 적어도 일부분의 시간 평균 온도를 시간 간격 tn 내지 tn+1에 대하여 고려할 수 있다. 온도 T2는 tn 내지 tn+1의 시간 간격에 있어서 제n+1 층에서의 최대 온도일 수 있다. 온도 T0은 tn 내지 tn+1의 시간 간격에 있어서 층들 중 임의의 층의 최소 온도일 수 있다. 온도 T0은 tn 내지 tn+1의 시간 간격에 있어서 층들 중 임의의 층의 평균 온도, 평균 온도, 또는 중간 온도일 수 있다. 온도 T1은, tn 내지 tn+1의 시간 간격에 있어서 적어도 층들의 서브세트의 임의의 지점 또는 지점들의 그룹의 시간 평균 온도일 수 있다. 일부 경우에, 온도 T1은 T0보다 인자 KT20x(T2-T0)만큼 높을 수 있다. 인자 KT20은 적어도 약 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 또는 0.9인 값을 가질 수 있다. 인자 KT20은 최대 약 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.07, 0.05, 0.03, 또는 0.01인 값을 가질 수 있다. 인자 KT20은 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 인자 KT20은 약 0.01 내지 약 0.9, 약 0.1 내지 약 0.5, 약 0.01 내지 약 0.2, 또는 약 0.1 내지 약 0.9인 값을 가질 수 있다. 일부 경우에, 온도 T1은 T0보다 약 0.2x(T2-T0) 이하만큼 높을 수 있다. 일부 경우에, 온도 T1은 T0보다 약 0.1x(T2-T0) 이하만큼 높을 수 있다. 일부 경우에, 온도 T1은 T0보다 약 0.05x(T2-T0) 이하만큼 높을 수 있다. 일부 경우에, 온도 T1은 T0보다 약 0.01x(T2-T0) 이하만큼 높을 수 있다.
일례로, 분말 재료를 포함하는 적어도 한 층은 베이스, 기판, 또는 인클로저의 바닥부에 인접하게(예를 들어, 위에) 제공될 수 있다. 분말의 추가 층은 시간 t1에 적어도 한 층에 인접하게(예를 들어, 위에) 제공될 수 있다. 추가 층의 적어도 일부분은 에너지를 추가 층의 적어도 일부분에 제공함으로써 변환될 수 있다. 제공된 에너지의 적어도 한 부분은, 에너지 제거가 시간 t2까지 완료되도록 추가 층으로부터 제거될 수 있다. 시간 t2는 시간 t1보다 길 수(예를 들어, 나중일 수) 있다. 시간 간격 t1 내지 t2에 있어서, 추가 층의 최대 온도는 온도 T2일 수 있다. 층들 중 임의의 층의 최소 온도는 온도 T0일 수 있다. T2는 T0보다 높을 수 있다. 층들의 임의의 지점에서의 최고 시간 평균화 온도는 온도 T1일 수 있다. 일부 경우에, 온도 T1은 T0보다 KT20x(T2-T0) 만큼 높을 수 있다.
일차 에너지원과 상보적 에너지원은, 단위 면적 당 가변적 분말을 갖는 베이스 및/또는 분말 층에 에너지를 제공할 수 있다. 단위 면적 당 분말은, 영역에 전달되는 분말의 양을 가리킬 수 있다(예를 들어, 시간단 단위 면적 당 에너지). 일부 경우에, 일차 에너지원은 단위 면적 당 제1 전력(P1)을 갖는 에너지를 제공할 수 있다. 상보적 에너지원은 단위 면적 당 제2 전력(P2)을 갖는 에너지를 제공할 수 있다. 단위 면적 당 제1 전력(P1)은 단위 면적 당 제2 전력(P2)보다 클 수 있다. 예를 들어, 단위 면적 당 제2 전력(P2)은, 적어도 0.01*P1, 0.02*P1, 0.03*P1, 0.04*P1, 0.05*P1, 0.06*P1, 0.07*P1, 0.08*P1, 0.09*P1, 0.1*P1, 0.2*P1, 0.3*P1, 0.4*P1, 0.5*P1, 0.6*P1, 0.7*P1, 0.8*P1, 또는 0.9*P1 인 값을 가질 수 있다. 단위 면적 당 제2 전력(P2)은, 최대 0.01*P1, 0.02*P1, 0.03*P1, 0.04*P1, 0.05*P1, 0.06*P1, 0.07*P1, 0.08*P1, 0.09*P1, 0.1*P1, 0.2*P1, 0.3*P1, 0.4*P1, 0.5*P1, 0.6*P1, 0.7*P1, 0.8*P1, 또는 0.9*P1인 값을 가질 수 있다. 일부 경우에, 단위 면적 당 제2 전력(P2)은 열거된 값들 사이의 임의의 값일 수 있다. 예를 들어, 단위 면적 당 제2 전력(P2)은, 약 0.01*P1 내지 약 0.9*P1, 약 0.3*P1 내지 약 0.9*P1, 약 0.01*P1 내지 약 0.4*P1, 또는 약 0.1*P1 내지 약 0.8*P1일 수 있다. 단위 면적 당 제1 전력(P1)은, 일차 에너지원으로부터 에너지가 제공되는 분말 층의 부분이 분말 층의 총 표면적의 약 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 또는 50% 이하로 되도록 선택될 수 있다.
단위 면적 당 전력은, 에너지가 제공되는 영역, 전달되는 에너지의 강도, 및 에너지가 제공되는 시간의 임의의 조합을 가변함으로써 제어될 수 있다. 더욱 긴 시간 동안 에너지를 제공함으로써, 에너지가 분말 베드 내로 더욱 깊게 침투하게 되며, 이에 따라 더욱 깊은 분말 층들(즉, 미리 증착된 분말 층들)에서의 온도 상승이 발생할 수 있다. 일차 에너지원(P1)과 상보적 에너지원(P2)의 단위 면적 당 전력은, 일차 에너지원과 상보적 에너지원에 의해 분말 베드에 전달되는 단위 면적 당 에너지(예를 들어, 단위 면적 당 에너지의 양)가 실질적으로 유사하도록 가변될 수 있다. 도 5는 일차 에너지원과 상보적 에너지원으로부터 온도 증가가 발생할 수 있는 분말 베드(501)의 부피들의 일례를 도시한다. 일차 에너지원은, 약 1μs 이하인 시간 동안 분말 베드의 비교적 작은 영역에 고 강도 에너지 빔을 제공할 수 있다. 그 결과 분말 베드의 작은 부피(502)(예를 들어, 영역과 깊이)은, 일차 에너지원에 노출된 분말 베드의 부분을 변환하는 데 충분한 온도 증가를 겪을 수 있다. 일차 에너지원에 노출된 분말 베드의 부분에 인접하는 분말은 변환되지 않을 수도 있다. 비교해 볼 때, 상보적 에너지원은, 일차 에너지원보다 저 강도의 에너지 빔을 비교적 더욱 넓은 영역에 비교적 더욱 긴 시간 동안 전달할 수 있다. 그 결과, 상보적 에너지 빔에 노출된 영역은 일차 에너지 범에 노출된 영역보다 작은 온도 증가를 겪을 수 있다. 상보적 에너지 빔에 노출된 영역은, 상보적 에너지 범에 노출된 영역이 변환되지 않도록 변환 온도 미만인 온도로의 온도 증가를 겪을 수 있다. 게다가, 상보적 에너지 빔에 노출된 영역은, (예를 들어, 더욱 큰 부피(503)에 대하여) 분말 베드로의 더욱 큰 온도 상승을 겪을 수 있다.
일부 경우에, 단위 면적 당 일차 에너지원과 상보적 에너지원 전력은, 분말 층의 부분과 분말 층의 나머지에 걸쳐 비균일하게 각각 조정될 수 있다. 단위 면적 당 전력은, 결함의 영향을 감소시키도록 비균일하게 조정될 수 있다. 예들 들어, 향상된 열 전달이 있는 영역, 예를 들어, 분말 베드의 에지는 중심을 향하는 분말 베드의 영역보다 빠르게 열을 잃을 수 있다. 이러한 결함을 보상하도록, 일차 에너지원 및/또는 상보적 에너지원은 단위 면적 당 약간 높은 전력을 분말 베드의 중심에 비해 에지들에 제공할 수 있다. 분말 베드의 온도는 적어도 하나의 온도 센서를 사용하여 연속적으로 감시될 수 있고, 일차 에너지원 및/또는 상보적 에너지원의 단위 면적 당 전력은 온도 구배 및/또는 비균일성을 보정하도록 실시간으로 변조될 수 있다.
일차 에너지원 및/또는 상보적 에너지원은 분말 층을 실질적으로 동시에 가열할 수 있다. 도 6은 3D 물체의 층을 형성하도록 구현될 수 있는 타임라인의 일례를 도시한다. 초기 시간 t0에서 시작하여, 일차 에너지원과 상보적 에너지원은 분말 베드의 가열을 시작할 수 있다. 일차 에너지원은 유한 시간 동안(예를 들어, 수 마이크로초(601) 동안) 분말 표면을 가열할 수 있다. 일차 에너지원이 분말 베드의 가열을 종료한 후, 일차 에너지원은 턴오프될 수도 있다. 동시에, 상보적 에너지원은, 베이스(602)의 측 부분 및/또는 제1 층의 나머지를 가열할 수 있다. 상보적 에너지원은, 제2 시간 동안(예를 들어, 10 내지 60밀리초 동안) 베이스의 측 부분 및/또는 제1 층의 나머지를 가열할 수 있다. 일단 일차 에너지원과 상보적 에너지원 모두가 분말 베드의 가열을 종료하였다면, 분말 베드는 냉각될 수 있다(603). 분말 층의 가열과 냉각을 포함한 한 층의 형성은 약 30초 걸릴 수 있다. 일차 에너지원에 의해 가열되는 분말 베드의 부분 및 상보적 에너지원에 의해 가열되는 분말 베드의 부분은 실질적으로 동일한 속도로 냉각될 수 있다. 분말 베드의 양측 부분들을 동일한 속도로 냉각함으로써, 분말 베드의 부분을 변환(예를 들어, 용융) 및 냉각함에 의해 형성되는 3D 일부가 냉각 공정 동안 이동하지 않거나 변형(예를 들어, 비틀림)되지 않도록 열적 응력을 감소시킬 수 있다. 분말 베드의 양측 부분들을 실질적으로 동일한 속도로 냉각함으로써, 프린팅 공정 동안 3D 물체를 제 위치에 보유하기 위한 보조 지지 특징부들의 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 일차 빔 및/또는 상보적 빔의 에너지 빔은, 가변적 강도 및/또는 가변적 스팟 크기 및 스팟 기하학적 구조를 가질 수 있다.
분말 층(예를 들어, 제1 분말 층)의 적어도 일부분은 일차 에너지원에 의해 가열될 수 있다. 분말 층의 부분은, 분말 재료의 적어도 일부분이 소정의 압력에서 액체 상태로 변환되는 온도(본원에서는 액화 온도라 함) 이상인 온도로 가열될 수 있다. 액화 온도는, 전체 재료가 소정의 압력에서 액체 상태에 있는 액상선 온도와 같을 수 있다. 분말 재료의 액화 온도는, 분말 재료의 적어도 일부분이 소정의 압력에서 고체로부터 액체로 천이되는 온도 이상의 온도일 수 있다. 분말 층의 나머지는 상보적 에너지원에 의해 가열될 수 있다. 분말 층의 나머지는 액화 온도보다 낮은 온도에 있을 수 있다. 분말의 변환된 부분의 최대 온도와 분말의 나머지의 온도는 상이할 수 있다. 분말 재료의 고상선 온도는, 분말 재료가 소정의 압력에서 고체 상태에 있는 온도일 수 있다. 제1 층의 부분이 일차 에너지원에 의해 분말 재료의 액화 온도 이상의 온도로 가열된 후, 제1 층의 부분은 변환된 분말 부분이 경화(예를 들어, 고형화)될 수 있도록 냉각된다. 일단 제1 층의 부분이 경화되면, 후속(예를 들어, 제2) 분말 층이 제1 분말 층에 인접하게(예를 들어, 위에) 제공될 수 있다. 제1 층의 부분은, 변환된 부분과 분말 베드의 제1 층의 남아 있는 분말 모두의 냉각 동안 경화될 수 있다. 일부 경우에, 액화 온도는, 적어도 약 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 또는 500℃일 수 있고, 고상선 온도는 최대 500℃, 400℃, 300℃, 200℃, 또는 100℃일 수 있다. 예를 들어, 액화 온도는 적어도 약 300℃이고, 고상선 온도는 최대 약 300℃이다. 다른 일례로, 액화 온도는 적어도 약 400℃이고, 고상선 온도는 최대 약 400℃이다. 액화 온도는 고상선 온도와 다를 수도 있다. 일부 예에서, 분말 재료의 온도는, 재료의 고상선 온도 위와 그 액화 온도 아래에서 유지된다. 일부 예에서, 분말 재료를 조성하는 재료는, 초 냉각 온도(또는 초 냉각 온도상)를 갖는다. 에너지원이 분말 재료를 가열하여 분말 재료의 적어도 일부분이 용융됨에 따라, 분말 베드가 재료의 재료 초 냉각 온도 이상에서 그러나 그 용융점 아래에서 유지될 때, 용융된 재료는 용융된 상태로 남아 있는다. 둘 이상의 재료가 분말 베드를 특정한 비로 구성하는 경우, 그 재료들은 분말 재료의 변환(예를 들어, 융착, 소결, 용융, 결합, 또는 연결)시 공정 재료(eutectic material)를 형성할 수도 있다. 형성된 공정 재료의 액화 온도는 공정점에서의, 공정점에 가까운, 또는 공정점으로부터 먼 온도일 수도 있다. 공정점에 가까운 것은, 최대 약 0.1℃, 0.5℃, 1℃, 2℃, 4℃, 5℃, 6℃, 8℃, 10℃, 또는 15℃만큼 공정 온도(즉, 공정점에서의 온도)와는 다른 온도를 지정할 수도 있다. 공정점에 가까운 온도보다 공정점으로부터 멀리 떨어진 온도는, 본원에서 공정점으로부터 멀리 있는 온도라고 지정된다. 제1 층의 부분을 변환(예를 들어, 액화) 및 경화(예를 들어, 고형화)하는 공정은, 3D 물체의 모든 층들이 형성될 때까지 반복될 수 있다. 형성 공정의 완료시, 생성된 3D 물체는 분말 베드로부터 제거될 수 있다. 남아 있는 분말은 공정 완료시 부분으로부터 분리될 수 있다. 3D 물체는 고형화되고 분말 베드를 수용하는 용기로부터 제거될 수 있다.
3D 물체는 분말 베드로부터 형성될 수 있다. 분말은, 3D 물체의 원하는 조성 재료인 재료의 입자들을 포함할 수 있다. 분말 베드는, 변환시, 3D 물체의 원하는 조성 재료를 포함하는 재료들의 혼합물을 포함할 수 있다. 분말 재료의 층은, 베이스에(또는 기판에, 인클로저의 바닥부에, 또는 분말 베드를 수용하는 용기의 바닥부에) 인접하게 또는 분말 재료의 다른 층에 인접하게 제공될 수 있다. 분말은 용기(본원에서 "분말 베드"라 함) 내에 한정될 수 있다. 일부 경우에, 분말 베드는, 온도 조정 유닛(예를 들어, 가열기 또는 냉장고)을 사용하여 절연될 수 있고, 능동적으로 냉각될 수 있고, 능동적으로 가열될 수 있고, 또는 일정한 온도에서 유지될 수 있다. 온도 조정 유닛의 적어도 일부분은 분말 베드의 벽들에 내장될 수도 있다. 3D 물체는, 재료 층들을 미리 정해진 패턴으로 순차적으로 추가함으로써 형성될 수 있다. 제1 층은, 제1 분말 층의 나머지를 변환하지 않고 제1 분말 층의 부분을 변환함으로써 형성될 수 있다. 때때로, 증착된 제1 분말 층은, 미변환 상태로 유지되고, 변환은 후속 증착된 분말 층들에서 발생한다. 일차 에너지원은, 미리 정해진 패턴으로 제1 분말 층의 적어도 일부분의 표면을 따라 전파(예를 들어, 스캔)될 수 있다. 일차 에너지원과 상호 작용하는(예를 들어, 일차 에너지원에 의해 스캔되는) 제1 분말 층의 부분은 온도 증가를 겪을 수 있다. 온도 증가는, 재료를 변환시켜 변환된 재료를 생성할 수 있고, 이러한 변환된 재료는 분말 층(예를 들어, 제1 분말 층)의 적어도 일부분으로부터 후속 경화(예를 들어, 고형화)된다. 일차 에너지원의 스캔 속도는 적어도 약 0.01mm/s, 0.1mm/s, 1mm/s, 5mm/s, 10mm/s, 15mm/s, 20mm/s, 25mm/s, 또는 50 mm/s일 수 있다. 일차 에너지원의 스캔 속도는, 최대 약 0.01mm/s, 0.1mm/s, 1mm/s, 5mm/s, 10mm/s, 15mm/s, 20mm/s, 25mm/s, 또는 50mm/s일 수 있다. 일차 에너지원의 스캔 속도는 전술한 값들 사어의 임의의 값(예를 들어, 약 0.01mm/s 내지 약 50mm/s, 약 0.01mm/s 내지 약 20mm/s, 또는 약 15mm/s 내지 약 50mm/s)일 수 있다.
상보적 에너지원은 제1 분말 층의 나머지를 가열하기 위한 에너지를 제공할 수 있다. 나머지는, 일차 에너지원에 의해 스캔되는 제1 분말 층의 부분에 인접하는 제1 분말 층의 표면 상의 영역일 수 있다. 나머지는, 남아 있는 분말이 변환(예를 들어, 용융)되지 않는 변환 온도 미만인 온도로 가열될 수 있다. 남아 있는 분말은 3D 물체의 형성 전체에 걸쳐 고체 상태로 유지될 수 있다. 남아 있는 분말의 미세구조 및/또는 입자 구조는, 증착된 분말 재료에 비해 3D 물체의 형성 전체에 걸쳐 실질적으로 미변경 상태로 유지될 수 있다. 실질적으로 미변경이라는 것은, 위상 변화가 없음을 가리키며, 최대 약 20%, 10%, 5%, 1% 이하의 입자 크기 또는 미세구조 크기의 변화를 가리킨다.
일차 에너지원과 상보적 에너지원을 제1 분말 층의 부분 및 제1 분말 층의 나머지에 각각 제공한 후, 제1 분말 층이 냉각될 수 있다. 제1 분말 층의 변환된 부분은, 제1 분말 층이 냉각되는 동안 경화(예를 들어, 고형화)될 수 있다. 그 부분과 남아 있는 분말은 실질적으로 동일한 속도로 냉각될 수 있다. 분말 층이 냉각된 후, 후속(예를 들어, 제2) 분말 층이 제1 분말 층에 인접하게(예를 들어, 위에) 제공될 수 있고, 공정은 완전한 3D 물체가 생성되도록 3D 물체의 모든 층들(예를 들어, 단면들)이 형성될 때까지 반복될 수 있다. 도 7은 본원에서 설명하는 바와 같은 프린팅 공정을 요약한 것이다. 제1 분말 층은 일차 에너지원에 의해 조사될 수 있다(701). 제1 층은 상보적 에너지원에 의해 조사될 수 있고(702), 상보적 에너지원에 의한 조사는, 일차 에너지원에 의한 조사 전에, 후에, 또는 동시에 행해질 수 있다. 일부 경우에, 상보적 에너지원은 제1 층 또는 후속 층들을 조사하는 데 사용되지 않는다. 이어서, 제1 분말 층이 냉각될 수 있다(703). 제1 분말 층은, 온도 구배가 완만하거나 분말 베드에 실질적으로 존재하지 않도록 균일하게 냉각될 수 있다. 일부 경우에, 일차 에너지원에 의해 변환된 분말 베드의 부분들은 냉각 동작 동안 고형화될 수 있다(703). 냉각 후, 분말의 후속(예를 들어, 제2) 층이 제1 층에 인접하게 제공될 수 있다(704). 공정은, 3D 물체가 형성될 때까지 분말의 후속 층의 조사로 반복될 수 있다.
3D 물체는 하나 이상의 보조 특징부 없이 및/또는 베이스와 접촉하지 않고 형성될 수 있다. (베이스 지지부를 포함할 수도 있는) 하나 이상의 보조 특징부는 형성 동안 3D 물체를 보유하거나 억제하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 보조 특징부는 분말 베드에 3D 물체 또는 3D 물체의 부분을 보유하거나 앵커링하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 보조 특징부는, 일부에 특정될 수 있고, 3D 물체를 형성하는 데 필요한 시간을 증가시킬 수 있다. 하나 이상의 보조 특징부는 3D 물체의 분배 또는 사용 전에 제거될 수 있다. 보조 특징부의 단면의 최장 치수는 최대 약 50nm, 100nm, 200nm, 300nm, 400nm, 500nm, 600nm, 700nm, 800nm, 900nm, 또는 1000nm, 1 μm, 3 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 700 μm, 1 mm, 3 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 50 mm, 100 mm, 또는 300 mm일 수 있다. 보조 특징부의 단면의 최장 치수는, 적어도 약 50nm, 100nm, 200nm, 300nm, 400nm, 500nm, 600nm, 700nm, 800nm, 900nm, 또는 1000nm, 1 μm, 3 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 700 μm, 1 mm, 3 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 50 mm, 100 mm, 또는 300 mm일 수 있다. 보조 특징부의 단면의 최장 치수는 전술한 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 50nm 내지 약 300mm, 약 5μm 내지 약 10mm, 약 50nm 내지 약 10mm, 또는 약 5mm 내지 약 300mm)일 수 있다.
이론에 구속되고자 하지 않고, 고형화 부분을 둘러싸는 분말 베드의 냉각 속도는 그 고형화 부분 내의 열적 응력에 영향을 끼칠 수도 있다. 본원에서 제공되는 방법과 시스템에 있어서, 분말 베드는, 분말 베드의 온도 구배가 실질적으로 평평하도록 실질적으로 동일한 속도로 냉각된다. 본원의 시스템과 방법에 의해 제공 되는 평평한 온도 구배는, 적어도 고형화 부분에 대한 열적 응력을 감소(예를 들어, 제거)시킬 수도 있고, 따라서, 적어도 형성된 3D 물체의 열적 응력을 감소 시킬 수도 있다. 형성 동안 3D 물체에 대한 열적 응력의 감소 결과로, 3D 물체는 보조 특징부 없이 형성될 수도 있다. 보조 특징부의 필요성을 제거함으로써, 3D 부분을 생성하는 데 연관된 시간과 비용을 감소시킬 수 있다. 일부 예에서, 3D 물체는 보조 특징부와 함께 형성될 수도 있다. 일부 예에서, 3D 물체는 분말 베드를 수용하는 용기에 접촉하면서 형성될 수 있다.
본원에서 제공되는 방법과 시스템에 의하면, 빠르고 효율적인 3D 물체 형성이 가능하다. 일부 경우에, 3D 물체는, 물체의 최종 층이 경화(예를 들어, 고형화)된 후 최대 약 120분, 100분, 80분, 60분, 40분, 30분, 20분, 10분, 또는 5분 내에 변환될 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는 물체의 최종 층이 경화된 후 적어도 약 120분, 100분, 80분, 60분, 40분, 30분, 20분, 10분, 또는 5분 내에 변환될 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는 전술한 값들 사이의 임의의 시간(예를 들어, 약 5분 내지 약 120분, 약 5분 내지 약 60분, 또는 약 60분 내지 약 120분) 내에 변환될 수 있다. 3D 물체는, 일단 최대 약 100℃, 90℃, 80℃, 70℃, 60℃, 50℃, 40℃, 30℃, 25℃, 20℃, 15℃, 10℃, 또는 5℃의 온도로 냉각되면 이송될 수 있다. 3D 물체는 일단 전술한 온도 값들 사이의 온도 값(예를 들어, 약 5℃ 내지 약 100℃, 약 5℃ 내지 약 40℃, 또는 약 15℃ 내지 약 40℃)으로 냉각되면 이송될 수 있다. 3D 물체를 이송하는 것은 3D 물체를 패키징 및/또는 라벨링하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는, 소비자, 정부, 조직, 회사, 병원, 의사, 엔지니어, 소매상, 또는 다른 임의의 법인, 또는 물체를 수용하는 데 관심을 갖는 개인에게 직접 이송될 수 있다.
시스템은, 일차(제1) 에너지원 및 선택적인 상보적(예를 들어, 제2) 에너지원에 결합된 컴퓨터 처리 유닛(예를 들어, 컴퓨터)을 포함하는 제어 기구(예를 들어, 제어부)를 포함할 수 있다. 컴퓨터는, 유선 연결부 또는 무선 연결부를 통해 일차 에너지원 및 선택적인 상보적 에너지원에 작동적으로 연결될 수 있다. 일부 경우에, 컴퓨터는 사용자 장치에 온 보드 설치될 수 있다. 사용자 장치는 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 태블렛, 스마트폰, 또는 다른 연산 장치일 수 있다. 제어부는, 클라우드 컴퓨터 시스템 또는 서버와 통신할 수 있다. 제어부는, 단위 면적 당 전력(P1)으로 에너지를 분말 층의 부분에 인가하게끔 제1 에너지원을 선택적으로 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는, 단위 면적 당 전력(P1)으로 에너지를 분말 층의 부분에 인가하게끔 제1 에너지원을 관절화하도록 구성된 스캐너와 통신할 수 있다. 제어부는, 또한, 단위 면적 당 제2 전력(P2)으로 베이스의 측 부분 및/또는 층의 나머지의 적어도 일부분에 에너지를 인가하게끔 제2 에너지원을 선택적으로 제어(예를 들어, 관절화)하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는, 단위 면적 당 전력(P2)으로 에너지를 분말 층의 부분에 인가하게끔 제1 에너지원을 관절화하도록 구성된 스캐너에 동작가능하게 연결될 수 있다. 제어부(예를 들어, 컴퓨터)는, 에너지를 실질적으로 동시에 인가하게끔 제1 에너지원과 제2 에너지원을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
일부 경우에, 시스템은 에너지원에 결합된 제어부(예를 들어, 컴퓨터)를 포함할 수 있다. 제어부는, 분말 층의 일부분이 최대 온도 T2에 도달하게끔 에너지원에 의해 그 일부분을 변환 또는 가열하도록 프로그래밍될 수 있다. 온도 T2는 분말 층의 초기 온도 T0보다 높을 수 있다. 제어부는, 또한, 3D 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 형성하게끔, 최대 약 1일, 12시간, 6시간, 3시간, 2시간, 1시간, 30분, 15분, 5분, 240초, 220초, 200초, 180초, 160초, 140초, 120초, 100초, 80초, 60초, 40초, 20초, 10초, 9초, 8초, 7초, 6초, 5초, 4초, 3초, 2초, 또는 1초인 시간에 분말 층을 평균 온도 T1로 냉각하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, T1은 약 0.2x(T2-T1)만큼 T0보다 높지 않다. 일부 예에서, T1은 최대 약 0.1x(T2- T0)만큼 T0보다 높지 않을 수도 있다. 일부 예에서, T1은 최대 약 0.2x(T2- T0)만큼 T0보다 높지 않을 수도 있다. 일부 예에서, T1은 최대 약 KT20x(T2- T0)만큼 T0보다 높지 않을 수도 있다.
스캐너는, 에너지를 제1 에너지원으로부터 분말 층의 소정의 위치로 인가하도록 구성된 광학 시스템에 포함될 수 있다. 제어부는, 광학 시스템의 보조로 제1 에너지원 및/또는 제2 에너지원의 궤적을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 컨트롤 시스템은, 3D 물체 또는 3D 물체의 일부를 형성하도록 에너지원으로부터 분말 층으로의 에너지 공급을 규제할 수 있다.
제어부(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서를 갖는 컴퓨터)는, 3D 물체를 생성하기 위한 지시를 컴퓨터 시스템에 공급하는 원격 컴퓨터 시스템과 네트워크 통신할 수 있다. 제어부는, 유선 연결부를 통해 또는 무선 연결부를 통해 원격 컴퓨터와 네트워크 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터는 랩탑, 데스크탑, 스마트폰, 태블렛, 또는 다른 컴퓨터 장치일 수 있다. 원격 컴퓨터는, 사용자가 3D 물체의 설계 지시와 파라미터를 입력할 수 있는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 지시는, 3D 물체의 형상과 치수를 설명하는 값들 또는 파라미터들의 세트일 수 있다. 지시는 표준 테셀레이션 언어(STL) 파일 포맷을 갖는 파일을 통해 제공될 수 있다. 일례로, 지시는 3D 모델링 프로그램(예를 들어, AutoCAD, SolidWorks, Google SketchUp, 또는 Solidedge)으로부터 온 것일 수 있다. 일부 경우에, 모델은 제공된 스케치, 이미지, 또는 3D 물체로부터 생성될 수 있다. 원격 컴퓨터는 설계 지시를 컴퓨터 프로세서에 공급할 수 있다. 제어부는, 원격 컴퓨터로부터 수신되는 지시에 응답하여 제1 에너지원 및 선택적 제2 에너지원을 제어할 수 있다. 제어부는, 또한, 제1 에너지원 및/또는 제2 에너지원으로부터 분말 층의 부분 또는 나머지로 각각 인가되는 에너지의 경로 궤적(예를 들어, 벡터)을 최적화하도록 프로그래밍될 수 있다. 에너지 인가의 궤적을 최적화하는 것은, 분말을 가열하는 데 필요한 시간의 최소화, 분말을 냉각하는 데 필요한 시간의 최소화, 에너지를 수신할 필요가 있는 영역을 스캔하는 데 필요한 시간, 또는 에너지원(들)에 의해 방출되는 에너지의 최소화를 포함할 수 있다.
일부 경우에, 제어부는, 원하는 결과를 달성하기 위해 분말 층에 제공되어야 하는, 필요한 단위 면적 당 제1 전력(P1)과 단위 면적 당 제2 전력(P2)을 산출하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부는, 필요한 제1 또는 제2 분말 밀도를 제공하도록 에너지원이 결정된 크기의 영역 상에 입사해야 하는 시간을 결정하도록 프로그래밍될 수 있다. 일부 경우에, 원하는 결과는 분말 베드 내의 단위 면적 당 균일한 에너지를 제공하는 것일 수 있다. 또한, 원하는 결과는, 단위 면적 당 제1 전력(P1)을 갖는 일차 에너지원에 의해 분말 베드의 층의 부분을 변환하고 단위 면적 당 제2 전력(P2)을 갖는 상보적 에너지원에 의해 그 층의 나머지를 변환하지 않는 것일 수 있다. 제어부는, 제1 에너지원 및/또는 제2 에너지원으로부터의 에너지 인가를 최적화하도록 프로그래밍될 수 있다. 에너지 인가를 최적화하는 것은, 분말을 가열하는 데 필요한 시간의 최소화, 분말을 냉각하는 데 필요한 시간의 최소화, 에너지원(들)에 의해 방출되는 에너지의 최소화, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
시스템은, 분말 층의 나머지의 적어도 일부분 및/또는 변환된 분말 층의 부분의 온도를 냉각, 가열, 또는 안정화하도록 구성된 냉각 부재(예를 들어, 히트 싱크)를 더 포함할 수 있다. 냉각 부재는, 분말 층의 나머지의 적어도 일부분 및/또는 분말 층의 부분의 온도를 실질적으로 동일한 속도로 냉각, 가열, 또는 안정화(예를 들어, 평형화)하도록 구성될 수 있다. 냉각 부재는, 분말로부터 냉각 부재로 열 전달을 개시함으로써 분말 층의 나머지의 적어도 일부분 및/또는 분말 층의 부분의 온도를 냉각, 가열, 또는 안정화할 수 있다. 예를 들어, 냉각 부재는 약 P1 이상의 속도로 에너지를 제거하도록 구성될 수 있다. 냉각 부재는 분말 베드의 온도보다 실질적으로 낮은 온도에서 유지될 수 있다. 열은, 전도, 자연적 대류, 강제 대류, 또는 방사를 포함하는 열 전달 모드들 중 임의의 하나 또는 조합에 의해 분말 재료로부터 냉각 부재로 전달될 수 있다. 냉각 부재는 열을 효율적으로 전도하는 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 냉각 부재는 액체(예를 들어, 물)를 포함할 수도 있다. 액체는 냉각 부재에서, 냉각 부재의 채널들 내에서, 또는 냉각 부재 상에서 순환할 수 있다. 냉각 부재의 열(열적) 전도율은, 적어도 약 20W/mK, 50W/mK, 100W/mK, 150W/mK, 200W/mK, 205W/mK, 300W/mK, 350W/mK, 400W/mK, 450W/mK, 500W/mK, 550W/mK, 600W/mK, 700W/mK, 800W/mK, 900W/mK, 또는 1000W/mK일 수도 있다. 냉각 부재의 열 전도율은 전술한 열 전도율 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 20W/mK 내지 약 1000W/mK, 약 20W/mK 내지 약 500W/mK, 또는 약 500W/mK 내지 약 1000W/mK)일 수도 있다. 전술한 열 전도율은, 약 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 또는 800℃ 이상인 온도에 있을 수 있다. 냉각 부재는 분말 베드 또는 분말 층으로부터 간극에 의해 분리될 수 있다. 간극은 가변적 또는 조정가능 간격을 가질 수 있다. 대안으로, 냉각 부재는 분말 베드 또는 분말 층과 접촉할 수 있다. 일부 예에서, 냉각 부재는, 분말 층과 교번해서 및 순차적으로 접촉할 수 있다. 간극은 기체로 채워질 수 있다. 기체는, 분말과 냉각 부재 간의 특정 열 전달 특성을 달성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 높은 열 전도율을 갖는 기체는, 분말로부터 플레이트로의 전도성 열 전달율을 증가시키도록 선택될 수 있다. 플레이트와 분말 층 간의 기체는, 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 또는 산소를 포함할 수 있다. 기체는 공기일 수 있다. 기체는 본원에서 언급한 임의의 기체일 수 있다. 일부 경우에, 시스템은 진공 챔버에서 저장 및 동작될 수 있으며, 이 경우, (예를 들어, 주변 대기에 비해) 박층이 플레이트와 분말 층 간에 겨우 존재한다. 냉각 부재와 분말 층 간의 거리는 냉각 부재와 분말 층 간의 열 전달에 영향을 끼칠 수 있다. 분말 베드의 노출된 표면으로부터의 간극의 수직 거리는 적어도 약 50 μm, 100 μm, 250 μm, 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 또는 100mm일 수도 있다. 분말 베드의 노출된 표면으로부터의 간극의 수직 거리는 최대 약 50 μm, 100 μm, 250 μm, 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 또는 100mm일 수도 있다. 분말 베드의 노출된 표면으로부터의 간극의 수직 거리는 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 50 μm 내지 약 100mm, 약 50 μm 내지 약 60mm, 또는 약 40mm 내지 약 100mm)일 수도 있다. 일부 예에서, 간극이 없다(즉, 간극이 제로이다). 일부 경우에, 간극은 조정가능할 수 있다. 간극의 단면은 컨트롤 시스템(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 제어될 수 있다. 간극은, 전체 냉각 부재에 걸쳐 또는 분말 베드에 걸쳐 실질적으로 균일한 치수를 가질 수 있다. 일부 경우에, 간극 거리는 분말 베드에 걸쳐 가변될 수 있다. 일부 예에서, 간극은, 플레이트가 분말 베드(예를 들어, 분말 베드의 노출된 표면)와 접촉하도록 조정될 수 있다. 기구는, 냉각 부재를 분말 베드와 접촉 및 이격 상태로 유연하게 이동시키는 데 사용될 수 있다. 기구는 (예를 들어, 제어부에 의해) 전자적으로 또는 수동으로 제어될 수 있다. 일례로, 기구는, 만곡형 리프 스프링들, 유연한 바늘 스프링들의 어레이, 롤링 실린더들의 세트일 수 있다. 냉각 부재(예를 들어, 플레이트)와 분말 베드 간의 접촉 압력은 전자적으로 또는 수동으로 조정될 수 있다.
일부 경우에, 기체 베어링 보조 냉각 공정을 이용하여 분말의 냉각률을 증가시킬 수 있다. 본 실시예에서, 평면형 에어 베어링은, 분말 베드에 대면하는 냉각 플레이트에 있는 개구부들의 세트를 사용하여 생성될 수 있다. 가압된 기체는, 개구부들의 한 세트로부터 간극에 주입될 수 있고, 개구부들의 제2 세트를 통해 간극으로부터 나올 수 있다. 기체 베어링은, 강제 대류를 유도할 수 있고 따라서 분말 베드로부터의 열의 열 전달률을 증가시킬 수 있다. 다른 일례로, 열-음향 열 추출을 이용하여 분말 베드의 냉각률을 증가시킬 수 있다.
냉각 부재는 하나 이상의 구멍 또는 개구부를 더 포함할 수 있다. 일부 경우에, 냉각 부재의 표면적의 적어도 약 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 또는 70%가 개구부 또는 구멍일 수 있다. 구멍들 또는 개구부들은, 제1 에너지원 및 선택적 제2 에너지원이 분말 층에 접근할 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 냉각 부재는 실질적으로 투명할 수 있다. 냉각 부재는, 분말 베드(또는 분말 베드를 수용하는 용기)와, 제1 에너지원 및 선택적 제2 에너지원 사이에 선택적으로 위치하도록 적응될 수 있다. 일부 경우에, 스캐너는, 제1 에너지원과 선택적 제2 에너지원이 분말 층에 걸쳐 스캔될 때 분말 층에 접근할 수 있게끔 구멍(들)이 위치에 남아 있도록 냉각 부재를 병진할 수 있다. 플레이트의 이동을 제어하는 스캐너는, 제1 및 제2 에너지원의 적어도 관절화를 허용하는 하나의 스캐너와 동기화될 수 있다. 냉각 부재는, 제1 에너지원으로부터 분말 층의 부분에 인가되는 에너지를 제어가능하게 추적할 수 있다. 냉각 부재의 이동은 제어 기구(예를 들어, 제어부)에 의해 제어될 수 있다. 제어부(예를 들어, 컴퓨터)는 냉각 부재의 이동을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 일부 경우에, 제어부는, 분말 층의 나머지 또는 부분으로부터의 에너지 제거를 최적화하도록 프로그래밍될 수 있다. 분말 층의 나머지 또는 부분으로부터 에너지를 최적으로 제거하는 것은, 간극 길이 또는 폭을 변경하는 것, 냉각 부재를 이동시키는 것, 강제 대류 시스템(예를 들어, 팬)을 개시하는 것, 기체 조성을 조정하는 것, 또는 시간 또는 효율성 변수들에 영향을 끼칠 수 있는 다른 임의의 공정을 포함할 수 있다. 제어부는, 또한, 분말 층의 온도 프로파일과는 별개인 베이스의 온도 프로파일을 제어(예를 들어, 규제)하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어부(예를 들어, 컴퓨터)는, 또한, 분말 베드 표면의 영역들이 균일한 열 전달을 유지하게끔 같은 지속 시간 동안 냉각 부재의 고체 부분들과 개방(구멍) 부분들에 의해 커버되는 것을 확실히 하도록 프로그래밍될 수 있다. 플레이트의 이동에 의해 균일한 열 전달을 유지할 수 없다면, 상보적 열원은 냉각 부재 하에서 시간을 더 또는 덜 수신하는 영역에 에너지를 각각 더 또는 덜 제공할 수 있다.
시스템 구성요소들 중 하나 이상은 인클로저(예를 들어, 챔버)에 포함될 수 있다. 인클로저는, 분말 재료 등의 3D 물체를 형성하도록 전구체를 도입하는 데 적절한 반응 공간을 포함할 수 있다. 인클로저는 베이스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 인클로저는, 진공 챔버, 양압 챔버, 또는 대기압 챔버일 수 있다. 인클로저는, 압력, 온도, 및/또는 기체 조성이 제어되는 기상 환경을 포함할 수 있다. 인클로저에 의해 포함된 환경의 기체 조성은 실질적으로 산소 없는 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기체 조성은, 최대 약 100,000ppm, 10,000ppm, 1000ppm, 500ppm, 400ppm, 200ppm, 100ppm, 50ppm, 10ppm, 5ppm, 1ppm, 100,000ppb, 10,000ppb, 1000ppb, 500ppb, 400ppb, 200ppb, 100ppb, 50ppb, 10ppb, 5 ppb, 1ppb, 100,000ppt, 10,000ppt, 1000ppt, 500ppt, 400 ppt, 200ppt, 100ppt, 50ppt, 10ppt, 5ppt, 또는 1ppt의 산소를 포함할 수 있다. 인클로저 내에 포함된 환경의 기체 조성은, 실질적으로 습기(예를 들어, 물) 없는 환경을 포함할 수 있다. 기상 환경은, 최대 약 100,000ppm, 10,000ppm, 1000ppm, 500ppm, 400ppm, 200ppm, 100ppm, 50ppm, 10ppm, 5ppm, 1ppm, 100,000ppb, 10,000ppb, 1000ppb, 500ppb, 400ppb, 200ppb, 100ppb, 50ppb, 10ppb, 5ppb, 1ppb, 100,000ppt, 10,000ppt, 1000ppt, 500ppt, 400ppt, 200ppt, 100ppt, 50ppt, 10ppt, 5ppt, 또는 1ppt의 물을 포함할 수 있다. 기상 환경은, 아르곤, 질소, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 산소로 이루어지는 그룹에서 선택되는 기체를 포함할 수 있다. 기상 환경은 공기를 포함할 수 있다. 챔버 압력은, 적어도 약 10-7 토르, 10-6 토르, 10-5 토르, 10-4 토르, 10-3 토르, 10-2 토르, 10-1 토르, 1토르, 10토르, 100토르, 1바, 760토르, 1000토르, 1100토르, 2바, 3바, 4바, 5바, 또는 10바일 수 있다. 챔버 압력은, 전술한 챔버 압력 값들 사이의 임의의 값(예를 들어, 약 10-7 토르 내지 약 10바, 약 10-7 토르 내지 약 1바, 또는 약 1바 내지 약 10바)일 수 있다. 일부 경우에, 인클로저 압력은 표준 기압일 수 있다.
인클로저는, 진공 하에서 또는 불활성 건식 비반응성 및/또는 산소 환원된 (또는 그 외에는 제어되는) 대기(예를 들어, 질소(N2), 헬륨(He), 또는 아르곤(Ar) 대기) 하에서 유지될 수 있다. 일부 예에서, 인클로저는, 최대 약 1토르, 10-3 토르, 10-6 토르, 또는 10-8 토르인 압력 등의 진공 하에 있다. 대기는, 불활성 건식 비반응성 및/또는 산소 환원 기체(예를 들어, Ar)를 제공하고 및/또는 그 기체를 챔버를 통해 흐르게 함으로써 제공될 수 있다.
일부 예에서, 압력 시스템은, 인클로저와 유체 연통된다. 압력 시스템은 인클로저의 압력을 규제하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 압력 시스템은, 기계적 펌프, 회전형 베인 펌프, 터보분자 펌프, 이온 펌프, 크라이오펌프, 및 확산 펌프 중에서 선택되는 하나 이상의 진공 펌프를 포함한다. 하나 이상의 진공 펌프는, 회전형 베인 펌프, 다이어프램 펌프, 액체 링 펌프, 피스톤 펌프, 스크롤 펌프, 스크류 펌프, 방켈 펌프, 외부 베인 펌프, 루트 블루어, 다단 루트 펌프, 퇴플러 펌프, 또는 로브 펌프를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 진공 펌프는, 모멘텀 전달 펌프, 재생 펌프, 인트랩먼트 펌프, 벤투리 진공 펌프, 또는 팀 이젝터를 포함할 수도 있다. 압력 시스템은 스로틀 밸브 등의 밸브를 포함할 수 있다. 압력 시스템은, 챔버의 압력을 측정하고 압력을 제어부에 중계하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있고, 제어부는 압력 시스템의 하나 이상의 진공 펌프의 보조에 의해 압력을 규제할 수 있다. 압력 센서는 컨트롤 시스템에 결합될 수 있다. 압력은 전자적으로 또는 수동으로 제어될 수 있다.
일부 예에서, 압력 시스템은 하나 이상의 펌프를 포함한다. 하나 이상의 펌프는 양 변위 펌프를 포함할 수도 있다. 양 변위 펌프는, 회전형 양 변위 펌프, 왕복형 양 변위 펌프, 또는 선형 양 변위 펌프를 포함할 수도 있다. 양 변위 펌프는, 회전형 로브 펌프, 프로그레시브 공동 펌프, 회전형 기어 펌프, 피스톤 펌프, 다이어프램 펌프, 스크류 펌프, 기어 펌프, 유압 펌프, 회전형 베인 펌프, 재생(주변) 펌프, 연동 펌프, 로프 펌프, 또는 유연한 임펠러를 포함할 수도 있다. 회전형 양 변위 펌프는, 기어 펌프, 스크류 펌프, 또는 회전형 베인 펌프를 포함할 수도 있다. 왕복형 펌프는, 플런저 펌프, 다이어프램 펌프, 피스톤 펌프, 변위 펌프, 또는 방사상 피스톤 펌프를 포함한다. 펌프는, 무밸브 펌프, 스팀 펌프, 중력 펌프, 이덕터 제트 펌프, 혼합 유동 펌프, 벨로우 펌프, 축 유동 펌프, 방사상 유동 펌프, 속도 펌프, 유압 램 펌프, 임펄스 펌프, 로프 펌프, 압축 공기 동력형 이중-다이어프 펌프, 삼중 스타일 플런저 펌프, 플런저 펌프, 연동 펌프, 루트형 펌프, 프로그래싱 공동 펌프(progressing cavity pump), 스크류 펌프, 또는 기어 펌프를 포함할 수도 있다.
본원에서 제시되는 시스템과 방법은 고객을 위한 맞춤형 또는 스톡 3D 물체들의 형성을 용이하게 할 수 있다. 고객은, 개인, 기업, 조직, 정부 조직, 비영리 조직, 또는 다른 조직이나 엔티티일 수 있다. 고객은 3D 물체의 형성을 위한 요청을 제출할 수 있다. 고객은 3D 물체를 대신하는 값의 항목을 제공할 수 있다. 고객은 3D 물체를 위한 설계를 제공할 수 있다. 고객은, 스테레오 리소그래피(STL) 파일 형태로 설계를 제공할 수 있다. 대안으로, 고객은, 설계가 3D 물체의 형상과 치수의 정의일 수 있는 설계를 다른 임의의 수치적 또는 물리적 형태로 제공할 수 있다. 일부 경우에, 고객은 3D 모델, 스케치, 또는 이미지를 생성될 물체의 설계로서 제공할 수 있다. 설계는, 3D 물체를 추가 생성하도록 프린팅 시스템에 의해 사용가능한 지시로 변환될 수 있다. 고객은, 또한, 특정 재료 또는 재료들의 그룹으로부터 3D 물체를 형성하도록 요청을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고객은, 본원에서 설명하는 3D 프린팅에 사용되는 재료들 중 하나의 재료 또는 하나 이상의 재료로부터 3D 물체가 제조되어야 함을 특정할 수 있다. 고객은, 그 재료 그룹 내의 특정 재료(예를 들어, 특정 원소 금속, 특정 합금, 특정 세라믹, 또는 특정한 원소 탄소의 동소체)를 요청할 수 있다. 일부 경우에, 설계는 보조 특징부를 포함하지 않는다.
고객 요청에 응답하여, 3D 물체는 본원에서 설명하는 바와 같은 프린팅 시스템에 의해 형성 또는 생성될 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는 추가 3D 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 3D 물체를 추가 생성하는 것은, 고객에 의해 특정되는 바와 같은 하나 이상의 재료를 포함하는 분말을 연속 증착 및 용융하는 것을 포함할 수 있다. 3D 물체는 후속하여 고객에게 전달될 수 있다. 3D 물체는, 보조 특징부의 생성이나 제거 없이 형성될 수 있다. 보조 특징부는, 형성 동안 3D 물체의 시프트, 변형, 또는 이동을 방지하는 특징부들을 지원할 수 있다. 본원에서 제공되는 장치, 시스템, 및 방법은 보조 특징부를 필요로 하지 않을 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는, 최대 약 7일, 6일, 5일, 3일, 2일, 1일, 12시간, 6시간, 5시간, 4시간, 3시간, 2시간, 1시간, 30분, 20분, 10분, 5분, 1분, 30초, 또는 10초인 시간에 첨가식으로 생성될 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는, 전술한 시간들 중 임의의 것 사이의 시간(예를 들어, 약 10초 내지 약 7일, 약 10초 내지 약 12시간, 약 12시간 내지 약 7일, 또는 약 12시간 내지 약 10분)에 첨가식으로 생성될 수 있다.
고객을 위해 생성된 3D 물체(예를 들어, 고형화된 재료)는, 최대 약 0.5μm, 1 μm, 3 μm, 10 μm, 30 μm, 100 μm, 300 μm 이하인, 의도하는 치수로부터의 평균 편차 값을 가질 수 있다. 편차는 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값일 수 있다. 평균 편차는, 약 0.5 μm 내지 약 300 μm, 약 10 μm 내지 약 50 μm, 약 15 μm 내지 약 85 μm, 약 5 μm 내지 약 45 μm, 또는 약 15 μm 내지 약 35 μm일 수 있다. 3D 물체는, 식 Dv +L/Kdv에 따라 특정 방향에 있어서 의도한 치수로부터의 편차를 가질 수 있고, 여기서, Dv는 편차 값이고, L은 특정 방향으로의 3D 물체의 길이이고, Kdv는 상수이다. Dv는, 최대 약 300 μm, 200 μm, 100 μm, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm, 10 μm, 5 μm, 1 μm, 또는 0.5 μm인 값을 가질 수 있다. Dv는, 약 0.5 μm, 1 μm, 3 μm, 5 μm, 10 μm, 20μm, 30 μm, 50 μm, 70μm, 100 μm, 300 μm 이하인 값을 가질 수 있다. Dv는 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. Dv는, 약 0.5 μm 내지 약 300 μm, 약 10 μm 내지 약 50 μm, 약 15 μm 내지 약 85 μm, 약 5 μm 내지 약 45 μm, 또는 약 15 μm 내지 약 35 μm인 값을 가질 수 있다. Kdv는 최대 약 3000, 2500, 2000, 1500, 1000, 또는 500인 값을 가질 수 있다. Kdv는 적어도 약 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 또는 3000인 값을 가질 수 있다. Kdv는 상기 언급한 값들 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. Kdv는, 약 3000 내지 약 500, 약 1000 내지 약 2500, 약 500 내지 약 2000, 약 1000 내지 약 3000, 또는 약 1000 내지 약 2500인 값을 가질 수 있다.
의도하는 치수는 모델 설계로부터 도출될 수 있다. 3D 부분은 추가 처리나 조작 없이 형성 직후 정해진 정밀도 값을 가질 수 있다. 물체를 위한 순서 수신, 물체 형성, 및 고객에게의 물체 전달은, 최대 약 7일, 6일, 5일, 3일, 2일, 1일, 12시간, 6시간, 5시간, 4시간, 3시간, 2시간, 1시간, 30분, 20분, 10분, 5분, 1분, 30초, 또는 10초 걸릴 수 있다. 일부 경우에, 3D 물체는, 전술한 시간들 중 임의의 것 사이의 시간(예를 들어, 약 10초 내지 약 7일, 약 10초 내지 약 12시간, 약 12시간 내지 약 7일, 또는 약 12시간 내지 약 10분)에 첨가식으로 생성될 수 있다. 시간은, 물체의 크기 및/또는 복잡성을 포함한 물체의 물리적 특징들에 기초하여 가변될 수 있다. 3D 물체의 생성은 반복적 인쇄 없이 및/또는 수정 인쇄 없이 수행될 수 있다. 3D 물체에는, 보조 지지부들 또는 (예를 들어, 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는) 보조 지지부 마크가 결여될 수도 있다.
본 발명은, 또한, 본 발명의 방법들을 구현하도록 프로그래밍된 (예를 들어, 컴퓨터 시스템을 포함하는) 제어부 또는 제어 기구를 제공한다. 도 8은, 본원에서 제공되는 방법들에 따라 3D 물체의 형성을 용이하게 하도록 프로그래밍된 또는 그 외에는 구성된 컴퓨터 시스템(801)을 개략적으로 도시한다. 컴퓨터 시스템(801)은, 본 발명의 인쇄 방법 및 시스템의 다양한 특징부들을 규제할 수 있는데, 예를 들어, 분말 베드의 가열, 냉각, 및/또는 유지, 공정 파라미터들(예를 들어, 챔버 압력), 에너지원의 스캐닝 루트, 및/또는 에너지원에 의해 분말 베드의 선택된 위치로 방출되는 에너지 양의 인가를 규제할 수 있다. 컴퓨터 시스템(801)은, 본 발명의 3D 프린팅 시스템 또는 장치 등의 프린팅 시스템 또는 장치의 일부일 수 있고 또는 이러한 프린팅 시스템 또는 장치와 통신할 수 있다. 컴퓨터는 3D 프린팅 시스템 또는 장치의 다양한 부분들에 연결된 하나 이상의 센서에 결합될 수 있다.
컴퓨터 시스템(801)은, 단일 코어 또는 멀티 코어 프로세서, 또는 병렬 처리를 위한 복수의 프로세서일 수 있는 중앙 처리 유닛(CPU; 본원에서 “프로세서", “컴퓨터”, 및 “컴퓨터 프로세서”라고도 사용됨)(805)을 포함할 수 있다. 대안으로 또는 또한, 컴퓨터 시스템(801)은 주문형 집적 회로(ASIC) 등의 회로를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(801)은, 또한, 메모리 또는 메모리 위치(810)(예를 들어, RAM, ROM, 플래시 메모리), 전자 저장 유닛(815)(예를 들어, 하드 디스크), 하나 이상의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 인터페이스(820)(예를 들어, 네트워크 어댑터), 및 캐시, 기타 메모리, 데이터 저장 장치 및/또는 전자 표시 어댑터 등의 주변 장치(825)를 포함한다. 메모리(810), 저장 유닛(815), 인터페이스(820), 및 주변 장치(825)는, 마더보드 등의 통신 버스(실선)를 통해 CPU(805)와 통신한다. 저장 유닛(815)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 시스템(801)은, 컴퓨터 통신 인터페이스(820)에 의해 네트워크(“네트워크”)(830)에 작동적으로 연결될 수 있다. 네트워크(830)는, 인터넷, 인터넷 및/또는 엑스트라넷, 또는 인터넷과 통신하는 인트라넷 및/또는 엑스트라넷일 수 있다. 네트워크(830)는, 일부 경우에, 원격통신 및/또는 데이터 네트워크이다. 네트워크(830)는, 클라우드 연산 등의 분산형 연산을 가능하게 하는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있다. 네트워크(830)는, 일부 경우에, 컴퓨터 시스템(801)의 보조에 의해, 피어투피어 네트워크를 구현할 수 있고, 이는 컴퓨터 시스템(801)에 결합된 장치들이 클라이언트 또는 서버로서 거동하게 할 수 있다.
CPU(805)는, 프로그램 또는 소프트웨어에서 구체화될 수 있는 기계 판독가능 지시들의 시퀀스를 실행할 수 있다. 지시는 메모리(810) 등의 메모리 위치에 저장될 수도 있다. 지시는, CPU(805)로 향할 수 있고, 후속하여, 본 발명의 방법들을 구현하도록 CPU(805)를 프로그래밍하거나 구성할 수 있다. CPU(805)에 의해 수행되는 연산들의 예는, 페치, 디코드, 실행, 및 라이트 백(write back)을 포함할 수 있다.
CPU(805)는 집적 회로 등의 회로의 일부일 수 있다. 시스템(801)의 하나 이상의 다른 구성요소는 회로에 포함될 수 있다. 일부 경우에, 회로는 주문형 집적 회로(ASIC)이다.
저장 유닛(815)은 드라이버, 라이브러리, 및 세이브된 프로그램 등의 파일을 저장할 수 있다. 저장 유닛(815)은 사용자 데이터, 예를 들어, 사용자 선호 및 사용자 프로그램을 저장할 수 있다. 컴퓨터 시스템(801)은, 일부 경우에, 컴퓨터 시스템(801)의 외부에 있는, 예를 들어, 인트라넷 또는 인터넷을 통해 컴퓨터 시스템(801)과 통신하는 원격 서버에 위치하는 하나 이상의 추가 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(801)은 네트워크(830)를 통해 하나 이상의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(801)은 사용자(예를 들어, 조작자)의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템의 예는, 퍼스널 컴퓨터(예를 들어, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블렛 PC(예를 들어, Apple® iPad, Samsung® Galaxy Tab), 전화, 스마트폰(예를 들어, Apple® iPhone, Android-enabled device, Blackberry®), 또는 퍼스널 디지털 어시스턴트를 포함한다. 사용자는 네트워크(830)를 통해 컴퓨터 시스템(801)에 접근할 수 있다.
본원에서 설명하는 바와 같은 방법들은, 예를 들어, 메모리(810) 또는 전자 저장 유닛(815) 등의, 컴퓨터 시스템(801)의 전자 저장 위치에 저장된 기계(예를 들어, 컴퓨터 프로세서) 실행가능 코드에 의해 구현될 수 있다. 기계 실행가능 또는 기계 판독가능 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 동안, 프로세서(805)는 코드를 실행할 수 있다. 일부 경우에, 코드는, 저장 유닛(815)으로부터 회수될 수 있고, 프로세서(805)에 의한 사전 접근을 위해 메모리(810)에 저장될 수 있다. 일부 경우에, 전자 저장 유닛(815)은 배제될 수 있고, 기계 실행가능 지시가 메모리(810)에 저장된다.
코드는, 그 코드를 실행하도록 적응된 프로세서를 갖는 기계가 사용하도록 프리-컴파일링되고 구성될 수 있고, 또는 런타임 동안 컴파일링될 수 있다. 코드는, 그 코드가 프리-컴파일링된 또는 애즈-컴파일링된(as-compiled) 방식으로 실행될 수 있도록 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 공급될 수 있다.
컴퓨터 시스템(801) 등의 본원에서 제공되는 시스템과 방법의 측면들은 프로그래밍시 구체화될 수 있다. 기술의 다양한 측면들은, 통상적으로 기계(또는 프로세서) 실행가능 코드 및/또는 기계 판독가능 매체의 유형에서 반송되거나 구체화되는 연관된 데이터의 형태로 된 “제품” 또는 “제조 물품”이라 할 수도 있다. 기계 실행가능 코드는, 메모리(예를 들어, ROM, RAM, 플래시 메모리) 또는 하드 디스크 등의 전자 저장 유닛에 저장될 수 있다. “저장” 유형의 매체는, 컴퓨터, 프로세서 등의 유형 메모리, 또는 이에 연관된 모듈, 예컨대, 소프트웨어 프로그래밍을 위해 어느 때라도 비일시적 저장을 제공할 수도 있는 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 등의 임의의 것 또는 모두를 포함할 수 있다. 소프트웨어의 부분들 또는 전부는, 때때로, 인터넷 또는 다양한 기타 원격통신 네트워크를 통해 통신될 수도 있다. 이러한 통신은, 예를 들어, 하나의 컴퓨터 또는 프로세서로부터 다른 하나의 컴퓨터 또는 프로세서로의, 예를 들어, 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터로부터 애플리케이션 서버의 컴퓨터 플랫폼으로의 소프트웨어의 로딩을 가능하게 할 수도 있다. 따라서, 소프트웨어 요소들을 포함하는 매체의 다른 유형은, 유선 및 광 랜드라인 네트워크들을 통해 및 다양한 에어 링크들로 로컬 장치들 간의 물리적 인터페이스들에 걸쳐 사용되는 것 등의 광, 전기, 및 전자기파들을 포함한다. 유선 링크 또는 무선 링크, 광 링크 등의 이러한 파를 반송하는 물리적 요소들도, 소프트웨어를 포함하는 매체라고 할 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 비일시적 유형의 “저장” 매체로 제한되지 않는 한, 컴퓨터 또는 기계 “판독가능”매체 등의 용어들은 실행을 위해 프로세서에 지시를 제공하는 데 참여하는 임의의 매체를 가리킨다.
따라서, 컴퓨터 실행가능 코드 등의 기계 판독가능 매체는, 유형의 저장 매체, 반송파 매체, 또는 물리적 송신 매체를 포함하지만 이에 한정되지 않는 많은 형태들을 취할 수도 있다. 비휘발성 저장 매체는, 예를 들어, 임의의 컴퓨터(들) 등에서의 저장 장치들 중 임의의 것 등의 광 또는 자기 디스크를 포함하며, 이러한 것들은 도면에 도시된 데이터베이스 등을 구현하도록 사용될 수도 있다. 휘발성 저장 매체는 이러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리 등의 동적 메모리를 포함한다. 유형의 송신 매체는, 동축 케이블, 예를 들어, 와이어(예를 들어, 구리 와이어), 및 컴퓨터 시스템 내에 버스를 포함하는 와이어를 포함하는 섬유 광학 부품을 포함한다. 반송파 송신 매체는, 전지 신호 또는 전자기 신호, 또는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 동안 생성되는 것 등의 음향 또는 광 파의 형태를 취할 수도 있다. 따라서, 컴퓨터 판독가능 매체의 흔한 형태는, 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 다른 임의의 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 다른 임의의 광 매체, 펀치 카드 페이퍼 테이프, 구멍 패턴을 갖는 다른 임의의 물리적 저장 매체, RAM, ROM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 다른 임의의 메모리 칩이나 카트리지, 데이터 또는 지시를 이송하는 반송파, 이러한 반송파를 이송하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수도 있는 다른 임의의 매체를 포함한다. 이러한 컴퓨터 판독가능 매체의 형태들 중 상당수는, 실행을 위해 프로세서에 대한 하나 이상의 지시의 하나 이상의 시퀀스를 반송하는 것에 관련될 수도 있다.
컴퓨터 시스템(801)은, 예를 들어, 인쇄될 3D 물체의 모델 설계 또는 그래픽 표현을 제공하기 위한 유저 인터페이스(UI)를 포함하는 전자 디스플레이를 포함할 수 있고 또는 이러한 전자 디스플레이와 통신할 수 있다. UI의 예들은, 제한 없이, 그래픽 유저 인터페이스(GUI) 및 웹 기반 유저 인터페이스를 포함한다. 컴퓨터 시스템은 3D 프린팅 시스템의 다양한 측면들을 감시 및/또는 제어할 수도 있다. 제어는 수동일 수도 있고 또는 프로그래밍될 수도 있다. 제어는 미리 프로그래밍된 피드백 기구에 의존할 수도 있다. 피드백 기구는, 제어 유닛(즉, 컨트롤 시스템 또는 제어 기구, 예를 들어, 컴퓨터)에 연결된 (본원에서 설명하는) 센서들로부터의 입력에 의존할 수도 있다. 컴퓨터 시스템은, 3D 프린팅 시스템의 동작의 다양한 측면들에 관한 이력 데이터를 저장할 수도 있다. 이력 데이터는 소정의 시간에 또는 기분에 따라 회수될 수도 있다. 이력 데이터는 조작자에 의해 또는 사용자에 의해 접근될 수도 있다. 이력 및/또는 조작 데이터가 표시 유닛 상에 표시될 수도 있다. 표시 유닛(예를 들어, 모니터)은, (본원에서 설명하는 바와 같은) 3D 프린팅 시스템의 다양한 파라미터들을 실시간으로 또는 지연된 시간으로 표시할 수도 있다. 표시 유닛은 현재의 3D 인쇄 물체, 주문된 3D 인쇄 물체, 또는 이들 모두를 표시할 수도 있다. 표시 유닛은 3D 인쇄 물체의 인쇄 진행을 표시할 수도 있다. 표시 유닛은 총 시간, 남은 시간, 및 3D 물체 인쇄의 확대 시간 시간 중 적어도 하나를 표시할 수도 있다. 표시 유닛은, 센서들의 캘리브레이션 또는 유지보수를 위해 센서들의 상태, 센서들의 판독 및/또는 시간을 표시할 수도 있다. 표시 유닛은, 사용되는 분말 재료의 유형 및 분말의 유동성과 온도 등의 그 재료의 다양한 특징들을 표시할 수도 있다. 표시 유닛은, 인쇄 챔버(즉, 3D 물체가 인쇄되는 챔버)의 산소, 물, 및 압력의 양을 표시할 수도 있다. 컴퓨터는, (예를 들어, 조작자로부터의) 요청시 또는 기분에 따라 소정의 시간(들)에 3D 프린팅 시스템의 다양한 파라미터들을 포함하는 보고서를 생성할 수도 있다.
본 발명의 방법과 시스템은 하나 이상의 알고리즘에 의해 구현될 수 있다. 알고리즘은, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의한 실행시 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.
예들
다음에 따르는 것은, 예시이며, 본 발명의 방법들의 비제한적인 예들이다.
예 1
주변 온도와 압력에서 25cm×25cm×30cm 용기에 있어서, 평균 입자 크기가 35μm인 스테인리스 스틸 316L 분말 1.56kg을, 분말 베드를 수용하는 용기 내에 증착한다. 용기를 인클로저 내에 배치한다. 인클로저를 아르곤 기체로 5분 동안 퍼지한다. 평균 높이 2mm의 층을 용기에 형성하였다. 선택된 레이저 용융 방법을 이용하여 200W 섬유 1060nm 레이저 빔에 의해 2개의 실질적으로 평평한 표면들을 제조하였다. (도 21a의 2103 및 2104로 도시한 바와 같이) 2개의 실질적으로 평평한 표면들을 보조 지지부를 통해 베이스에 연결하여 기준 점들로서 기능시켰다. (도 21a의 2101 및 2102로 도시한 바와 같이) 본원에서 설명하는 방법을 사용하여 보조 지지부 없이 평평한 2개의 추가 평면들을 제조하였다. 4개의 표면이 실질적으로 동일한 평면 상에 놓이도록 그 표면들을 제조하였다. 후속하여, 평균 높이 75μm를 갖는 분말 재료의 층을, 본원에서 설명하는 분말 분배기를 사용하여 평면들의 상단 상에 증착하였다. 본원에서 설명하는 레벨링 부재를 사용하여 분말을 50μm로 레벨링하였다. 분말 베드의 노출된 표면에 실질적으로 수직인 방향으로부터의 부드러운 공기 퍼프를 사용하여 표면들을 후속하여 밝혔다. 2메가 픽셀 전하-결합 장치(CCD)에 의해 이미지들을 수집하고 이미지 처리 프로그램을 통해 분석하여 평면 이동의 정도를 확인하였다. 도 21a와 도 21b는 실험 결과의 예들을 도시하며, 도 21a는 레벨링 부재에 의한 레벨링 전의 평면들을 도시하고, 도 21b는 레벨링 부재에 의한 레벨링 후의 평면들을 도시한다(도 21b는, 두 개의 앵커링된 기준 평면들(2113, 2114) 및 두 개의 현탁된 평면들(2111, 2112)을 도시한다).
본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예시로서 제공되는 것임이 당업자에게 명백할 것이다. 그러나, 본 발명은 본 명세서 내에 제공된 특정 예들에 의해 한정되도록 의도하는 것은 아니다. 본 발명은 상기 언급한 명세서를 참조하여 설명되었지만, 여기에서의 실시예들의 설명과 예시들은 제한적인 의미로 해석되는 것을 의미하지 않는다. 다수의 변형, 변경 및 치환이 본 발명에서 벗어나지 않고 당업자에게 발생할 것이다. 또한, 본 발명의 모든 측면들이 다양한 조건과 변수에 의존하는 본원에 기재된 특정 묘사, 구성 또는 상대적 비율로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본원에 기재된 발명의 실시예들에 대한 다양한 대안들이 본 발명을 실시하는데 채용될 수도 있다는 점을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 또한 임의의 이러한 대안, 수정, 변형 또는 등가물을 포괄해야 할 것으로 고려된다. 하기 청구항들이 본 발명의 범위를 정의하도록 의도되고, 이러한 청구항들의 범위 내의 방법과 구조가 포괄되는 것으로 의도된다.

Claims (188)

  1. 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로,
    (a) (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 제공하고, 여기서 상기 분말 재료의 제2 층은 상기 분말 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고, 여기서 상기 분말 재료의 제1 층과 상기 분말 재료의 제2 층은 분말 베드를 형성하고, 여기서 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 단계;
    (b) 상기 제2 층 내의 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하는 단계; 그리고
    (c) 상기 제1 층 또는 상기 제2 층에 인접하는 냉각 부재를 이용해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 상기 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 열 에너지는 상기 분말 베드 위 방향을 따라 제거되고, 그리고
    여기서 열 에너지 제거 시, 상기 변환된 재료가 고형화해서 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, t2 에서 t3까지의 시간 간격 동안, 상기 제2 층 내의 한 지점에서 평균 온도는 약 250℃ 이하에서 유지되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, (b)에서, 상기 변환은 단위 면적 당 제1 에너지(S1)를 갖는 에너지 빔의 도움에 의한 것이고, 그리고 여기서 (c)에서, t2에서 t3까지의 시간 간격 동안, 열 에너지는 S1의 적어도 약 0.3배인 단위 면적 당 제2 에너지(S2)에서 제거되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단위 면적 당 제2 에너지(S2)는 S1의 적어도 약 0.5배인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열 에너지는 상기 분말 베드의 상단 표면으로부터 제거되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변환은 상기 분말 재료의 개별 입자들을 융착시키는 것을 포함하는, 방법.
  7. 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로,
    제1 시간(t1)에서 분말 재료의 제1 층 및 t1 다음의 제2 시간(t2)에서 분말 재료의 제2 층을 받아들여서 분말 베드를 형성하고, 여기서 상기 분말 재료의 제2 층은 상기 분말 재료의 제1 층에 인접하고, 여기서 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 인클로저;
    상기 제1 층 또는 상기 제2 층에 인접하고, 상기 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하는, 냉각 부재; 및
    상기 냉각 부재에 작동적으로 연결되고 (i) 상기 제2 층 내의 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, (ii) 상기 냉각 부재를 이용해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 상기 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 상기 열 에너지는 상기 분말 베드 위 방향을 따라 제거되고, 여기서 열 에너지 제거 시, 상기 변환된 재료가 고형화해서 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각 부재는 상기 분말 재료의 내부에 배치되지 않는, 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 에너지 빔을 상기 제2 층의 적어도 일부분에 제공하는 에너지원을 더 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 에너지원에 작동적으로 연결되고 상기 에너지 빔을 상기 제2 층의 적어도 일부분으로 유도하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는 상기 냉각 부재를 이용해서 상기 분말 베드의 상단 표면으로부터 상기 열 에너지를 제거하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 냉각 부재는 간극에 의해 상기 분말 베드에서 분리되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 간극은 상기 냉각 부재와 상기 분말 베드 사이의 조정가능한 간격으로 되고, 여기서 상기 제어부는 상기 조정 가능한 간격을 조절하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  14. 제7항에 있어서, 상기 냉각 부재는 적어도 약 20W/mK의 열 전도율을 가진 재료를 포함하는, 시스템.
  15. 3차원 물체를 형성하기 위한 장치로,
    (a) 분말 재료를 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 상기 분말 재료의 공급은 (i) 제1 시간(t1)에서 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층 및 (ii) t1 다음의 제2 시간(t2)에서 상기 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 공급하는 것을 포함하고, 여기서 상기 재료의 제2 층은 상기 분말 재료의 제1 층에 인접하여 제공되고;
    (b) 에너지원으로부터 에너지 빔을 상기 분말 베드로 유도해서 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 상기 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고
    (c) 상기 제1 층 또는 상기 제2 층에 인접하는 냉각 부재를 유도해서 t2에서 제3 시간(t3)까지의 시간 간격에서 상기 제2 층으로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 상기 열 에너지는 상기 분말 베드 위 방향을 따라 제거되고, 여기서 열 에너지 제거 시, 상기 변환된 재료가 고형화해서 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하도록, 프로그래밍되어 있는, 제어부를 포함하는 장치.
  16. 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로,
    (a) 인클로저 내에 분말 베드를 제공하고, 여기서 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 단계;
    (b) 경로를 따라 상기 분말 재료에서 에너지 빔을 유도해서 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 변환된 재료는 상기 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료로 경화되는, 단계; 그리고
    (c) 히트 싱크를 상기 분말 베드의 노출된 표면에 인접하게 가져와서 상기 분말 베드로부터 열 에너지를 제거하고, 여기서 상기 분말 베드로부터 열 에너지를 제거하는 동안, 상기 히트 싱크는 간극에 의해서 상기 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 상기 분말 베드의 노출된 표면은 상기 분말 베드의 상단 표면인, 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 간극은 상기 히트 싱크와 상기 상단 표면 사이에 약 50mm 이하의 간격인, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 경로는 상기 3차원 물체의 모델에 따라 생성되는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 변환은 상기 분말 재료의 개별 입자들을 융착하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 융착은 상기 개별 입자들을 소결, 용융 또는 결합하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로,
    분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 가지는 분말 재료를 포함하는, 인클로저;
    에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 상기 분말 재료에 제공하는 에너지원;
    상기 분말 베드로부터 열 에너지를 제거하는 히트 싱크로, 여기서 상기 분말 재료 베드로부터 열 에너지를 제거하는 동안, 상기 히트 싱크는 간극에 의해서 상기 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 상기 분말 베드의 노출된 표면은 상기 분말 베드의 상단 표면인, 상기 히트 싱크; 및
    상기 에너지원 및 상기 히트 싱크에 작동적으로 연결되고, (i) 경로를 따라 상기 분말 재료에서 상기 에너지 빔을 유도해서 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 변환해서 변환된 재료를 형성하고, 변환된 재료가 상기 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료로 경화되고, 그리고 (ii) 상기 히트 싱크를 상기 분말 베드의 노출된 표면에 인접하게 가져와서 상기 분말 베드로부터 열 에너지를 제거하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하는, 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 에너지 빔은 전자기 빔, 하전된 입자 빔, 또는 비-하전된 입자 빔을 포함하는, 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 에너지 빔은 레이저 빔을 포함하는, 시스템.
  24. 제21항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 에너지원에서 상기 분말 재료로 연장되는 상기 에너지 빔의 경로 내에 배치되는, 시스템.
  25. 제21항 또는 제24항에 있어서, 상기 히트 싱크는 적어도 한 개의 개구부를 포함하고, 사용 도중에, 상기 에너지 빔은 상기 적어도 한 개의 개구부를 통해 상기 에너지원에서 상기 분말 재료로 유도되는, 시스템.
  26. 제21항에 있어서, 상기 인클로저는 진공 챔버인, 시스템.
  27. 제21항 또는 제26항에 있어서, 상기 인클로저는 적어도 약 10-6 토르의 압력을 가지는, 시스템.
  28. 제21항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 간극을 통해 상기 분말 재료에 열적으로 결합되는, 시스템.
  29. 제21항에 있어서, 상기 간극은 기체를 포함하는, 시스템.
  30. 제21항에 있어서, 상기 간극은 상기 히트 싱크와 상기 노출된 표면 사이의 조정가능한 간격으로 된 것이고, 여기서 상기 제어부는 상기 간격을 조절하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제어부는 상기 재료의 적어도 일부분을 변환하기에 충분한 단위 면적 당 에너지를 이용하여 상기 간격을 조절하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  32. 제30항에 있어서, 상기 제어부는 상기 간격과 상기 에너지원 중 적어도 하나를 조절해서, 대략 25μm과 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모의 1/1000의 합보다 작거나 같은 3차원 물체의 모델로부터의 편차에서 상기 3차원 물체를 형성하기에 충분한 단위 면적 당 에너지를 제공하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  33. 제21항에 있어서, 상기 히트 싱크는 대류성 열 전달을 통해 상기 분말 재료로부터의 열 에너지 전달을 용이하게 하는, 시스템.
  34. 제21항에 있어서, 상기 히트 싱크는 적어도 약 20W/mK의 열 전도율을 가진 물질을 포함하는, 시스템.
  35. 제21항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 히트 싱크의 표면으로부터 상기 분말 재료 또는 잔해를 제거하는 세정 부재를 더 포함하는, 시스템.
  36. 제21항에 있어서, 상기 히트 싱크 또는 상기 분말 베드로부터 상기 분말 재료 또는 잔해의 나머지를 수집하는 수집 챔버를 더 포함하는, 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 나머지 분말과 잔해 중 적어도 하나의 수집을 위한 기구는 하나 이상의 진공 흡입 포트를 포함하는, 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 나머지 분말과 잔해 중 적어도 하나의 수집을 위한 기구는 상기 히트 싱크에 연결되는, 시스템.
  39. 제36항에 있어서, 상기 수집 부재는 하나 이상의 음압 공급원을 포함하는, 시스템.
  40. 제36항에 있어서, 상기 수집 부재는 상기 히트 싱크에 작동적으로 연결되는, 시스템.
  41. 3차원 물체를 형성하기 위한 장치로,
    (a) 재료 층을 재료 분배 부재로부터 상기 상기 재료 분배 부재에 작동적으로 연결된 재료 베드에 공급하고;
    (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 재료 베드로 유도해서 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 상기 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키고; 그리고
    (c) 냉각 부재를 유도해서 상기 재료 베드로부터 에너지를 제거하고, 여기서 상기 냉각 부재는 상기 재료 베드의 노출된 표면에 인접하게 배치되고, 여기서 상기 재료 베드로부터 열 에너지를 제거하는 동안, 상기 히트 싱크는 간극에 의해서 상기 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 상기 재료 베드의 노출된 표면은 상기 분말 베드의 상단 표면이 되도록, 프로그래밍되어 있는, 제어부를 포함하는 장치.
  42. 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체로,
    원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고,
    여기서 상기 3차원 물체에는 (i) 상기 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 상기 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고,
    여기서 상기 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여되어 있는, 3차원 물체.
  43. 제42항에 있어서, 상기 표면적은 약 2cm2 이상인, 3차원 물체.
  44. 제42항에 있어서, 상기 원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 풀러렌, 및 다이아몬드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 3차원 물체.
  45. 제44항에 있어서, 상기 풀러렌은 구형, 타원형, 선형 및 관형으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 3차원 물체.
  46. 제44항에 있어서, 상기 풀러렌은 버키볼 및 탄소 나노튜브로 구성된 군으로부터 선택되는, 3차원 물체.
  47. 제42항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 레지, 컬럼, 핀(fin), 핀(pin), 블레이드, 또는 스캐폴드를 포함하는, 3차원 물체.
  48. 제42항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 소결형 분말 스캐폴드를 포함하는, 3차원 물체.
  49. 제48항에 있어서, 상기 소결형 분말 스캐폴드는 상기 재료로 형성되는, 3차원 물체.
  50. 제42항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부 마크는 상기 3차원 물체에 매립된 금형의 마크를 포함하는, 3차원 물체.
  51. 제42항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부 마크는 상기 연속적인 고형화된 용융 풀 중 하나 이상의 기하학적 변형을 포함하고, 변형은 상기 보조 지지 특징부에 상보적인, 3차원 물체.
  52. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조의 주어진 층은 다수의 고형화된 재료 용융 풀을 포함하는, 3차원 물체.
  53. 제42항에 있어서, 상기 3차원 물체에는 상기 3차원 물체의 형성 도중 트리밍 공정의 이용을 나타내는 표면 특징부가 결여된, 3차원 물체.
  54. 제53항에 있어서, 상기 트리밍은 연마 또는 블라스팅을 포함하는, 3차원 물체.
  55. 제54항에 있어서, 상기 블라스팅은 고체 블라스팅, 기체 블라스팅 또는 액체 블라스팅을 포함하는, 3차원 물체.
  56. 제55항에 있어서, 상기 고체 블라스팅은 샌드 블라스팅을 포함하는, 3차원 물체.
  57. 제54항에 있어서, 상기 블라스팅은 기계적 블라스팅을 포함하는, 3차원 물체.
  58. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조는 실질적으로 반복적인 층상 구조인, 3차원 물체.
  59. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조의 각 층은 약 5μm 이상인 평균 층 두께를 갖는, 3차원 물체.
  60. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조의 각 층은 약 1000μm 이하인 평균 층 두께를 갖는, 3차원 물체.
  61. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 개별 층을 포함하는, 3차원 물체.
  62. 제42항에 있어서, 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 주어진 하나는 알갱이 배향 변화, 재료의 밀도 변화, 입계에 대한 화합물의 분리 정도의 변화, 입계에 대한 원소 분리 정도의 변화, 재료 상 변화, 금속 상 변화, 재료 기공률 변화, 결정 상 변화, 및 결정 구조 변화로 이루어진 군에서 선택된 실질적으로 반복적인 재료 변화를 포함하는, 3차원 물체.
  63. 제42항에 있어서, 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 주어진 하나는 결정을 포함하는, 3차원 물체.
  64. 제63항에 있어서, 상기 결정은 단결정을 포함하는, 3차원 물체.
  65. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 3차원 프린팅 공정 도중 용융 풀의 고형화를 나타내는 하나 이상의 특징부를 포함하는, 3차원 물체.
  66. 제42항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 3차원 프린팅 공정의 이용을 나타내는 특징부를 포함하는, 3차원 물체.
  67. 제42항 또는 제66항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 공정은 선택적 레이저 용융 (SLM), 선택적 레이저 소결 (SLS), 직접 금속 레이저 소결 (DMLS), 또는 융착 증착 모델링 (FDM)을 포함하는, 3차원 물체.
  68. 제42항 또는 제66항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 공정은 선택적 레이저 용융을 포함하는, 3차원 물체.
  69. 제42항에 있어서, 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모는 적어도 약 120μm인, 3차원 물체.
  70. 3차원 물체를 생성하기 위한 장치로,
    원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저; 및
    에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 분말 재료에 제공해서 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하는 에너지원을 포함하고, 여기서 형성 시 상기 3차원 물체에는 (i) 상기 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 상기 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고,
    여기서 상기 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여되어 있는, 장치.
  71. 3차원 물체를 형성하기 위한 장치로,
    (a) 분말 재료 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하고; 그리고
    (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서, (i) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 그리고 (iii) 보조 지지 특징부 또는 상기 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여된, 상기 3차원 물체를 생산하는 변환된 재료로 변환시키도록, 프로그래밍되어 있는 제어부를 포함하고, 여기서 상기 층상 구조의 주어진 층에는 공정 합금을 형성하는 적어도 두 개의 금속이 결여되어 있는, 장치.
  72. 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체로,
    원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고,
    여기서 상기 3차원 물체에는 (i) 보조 지지 특징부 또는 상기 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, (ii) 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, 그리고 (iii) 약 1cm2 이상의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, 여기서 상기 3차원 물체의 층상 구조의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 포함하는, 3차원 물체.
  73. 제72항에 있어서, 상기 표면적은 적어도 약 2cm2인, 3차원 물체.
  74. 제72항에 있어서, 상기 원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 풀러렌, 및 다이아몬드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 3차원 물체.
  75. 제72항에 있어서, 상기 3차원 물체의 각 층은 단일 금속 합금 조성물로부터 약 2% 이하의 편차로 최대한 단일 금속 합금 조성물을 포함하는, 3차원 물체.
  76. 제72항에 있어서, 상기 3차원 물체의 각 층은 최대한 실질적으로 단일 원소 금속 조성을 포함하는, 3차원 물체.
  77. 제76항에 있어서, 실질적으로 단일 금속 합금 조성물로부터 약 2% 이하의 조성물 편차를 포함하는, 3차원 물체.
  78. 제72항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 선형 구조를 포함하는, 3차원 물체.
  79. 제72항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 비-선형 구조를 포함하는, 3차원 물체.
  80. 제72항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 레지, 컬럼, 핀(fin), 핀(pin), 블레이드, 또는 스캐폴드를 포함하는, 3차원 물체.
  81. 제72항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 소결형 분말 스캐폴드를 포함하는, 3차원 물체.
  82. 제81항에 있어서, 상기 소결형 분말 스캐폴드는 상기 재료로 형성되는, 3차원 물체.
  83. 제72항에 있어서, 보조 지지 특징부 마크는 상기 3차원 물체에 매립된 금형의 마크를 포함하는, 3차원 물체.
  84. 제72항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부 마크는 상기 연속적인 고형화된 용융 풀 중 하나 이상의 기하학적 변형을 포함하고, 변형은 상기 보조 지지 특징부에 상보적인, 3차원 물체.
  85. 제72항에 있어서, 상기 층상 구조의 주어진 층은 다수의 고형화된 재료 용융 풀을 포함하는, 3차원 물체.
  86. 제72항에 있어서, 상기 3차원 물체에는 상기 3차원 물체의 형성 도중 또는 이후 트리밍 공정의 이용을 나타내는 하나 이상의 표면 특징부가 결여된, 3차원 물체.
  87. 제86항에 있어서, 상기 트리밍은 연마 또는 블라스팅을 포함하는, 3차원 물체.
  88. 제72항에 있어서, 상기 층상 구조는 실질적으로 반복적인 층상 구조인, 3차원 물체.
  89. 제72항에 있어서, 상기 층상 구조의 각 층은 약 5 μm 이상인 평균 층 두께를 갖는, 3차원 물체.
  90. 제72항 또는 제89항에 있어서, 상기 층상 구조의 각 층은 약 1000μm 이하인 평균 층 두께를 갖는, 3차원 물체.
  91. 제72항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 개별 층을 포함하는, 3차원 물체.
  92. 제72항에 있어서, 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 주어진 하나는 알갱이 배향 변화, 재료의 밀도 변화, 입계에 대한 화합물의 분리 정도의 변화, 입계에 대한 원소 분리 정도의 변화, 재료 상 변화, 금속 상 변화, 재료 기공률 변화, 결정 상 변화, 및 결정 구조 변화로 이루어진 군에서 선택된 실질적으로 반복적인 재료 변화를 포함하는, 3차원 물체.
  93. 제72항에 있어서, 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모는 적어도 약 120μm인, 3차원 물체.
  94. 제72항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 3차원 프린팅 공정 도중 용융 풀의 고형화를 나타내는 하나 이상의 특징부를 포함하는, 3차원 물체.
  95. 제72항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 3차원 프린팅 공정의 이용을 나타내는 특징부를 포함하는, 3차원 물체.
  96. 제72항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 공정은 선택적 레이저 용융을 포함하는, 3차원 물체.
  97. 3차원 프린팅 공정에 의해 형성된 3차원 물체로,
    원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 재료의 연속적인 고형화된 용융 풀을 포함하는 층상 구조를 포함하고,
    여기서 상기 3차원 물체에는 (i) 상기 3차원 프린팅 공정 도중 또는 이후 층 제거를 나타내는 표면 특징부가 결여되고, (ii) 적어도 약 1cm2의 표면적을 갖는 노출된 층 표면을 가지고, (iii) 보조 지지 특징부 또는 상기 보조 지지 특징부의 존재 또는 제거를 나타내는 보조 지지 특징부 마크가 결여되고, 여기서 상기 층상 구조의 주어진 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지는, 3차원 물체.
  98. 제97항에 있어서, 상기 표면적은 적어도 약 2cm2인, 3차원 물체.
  99. 제97항에 있어서, 상기 원소 탄소의 동소체는 비정질 탄소, 그라파이트, 그래핀, 풀러렌, 및 다이아몬드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 3차원 물체.
  100. 제97항에 있어서, 상기 분말 재료는 상기 인클로저 내에 위치하는 베이스에 인접하여 제공되고, 여기서 상기 경화된 재료의 적어도 한 층의 형성 시, 상기 3차원 물체가 상기 베이스와 접촉하지 않는, 3차원 물체.
  101. 제97항에 있어서, 상기 주어진 층은 처음 생성된 층인, 3차원 물체.
  102. 제97항 또는 제101항에 있어서, 상기 만곡부의 반경은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 100cm인, 3차원 물체.
  103. 제97항에 있어서, 상기 층상 구조의 다수의 주어진 층은 광학 현미경으로 측정했을 때 적어도 약 50cm의 만곡부의 반경을 가지는, 3차원 물체.
  104. 제97항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 레지, 컬럼, 핀(fin), 핀(pin), 블레이드, 또는 스캐폴드를 포함하는, 3차원 물체.
  105. 제97항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 소결형 분말 스캐폴드를 포함하는, 3차원 물체.
  106. 제105항에 있어서, 상기 소결형 분말 스캐폴드는 상기 재료로 형성되는, 3차원 물체.
  107. 제97항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부 마크는 상기 3차원 물체에 매립된 금형의 마크를 포함하는, 3차원 물체.
  108. 제97항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부 마크는 상기 보조 지지 특징부에 상보적인 기하학적 변형을 포함하는, 3차원 물체.
  109. 제97항에 있어서, 상기 층상 구조의 주어진 층은 다수의 고형화된 재료 용융 풀을 포함하는, 3차원 물체.
  110. 제97항에 있어서, 상기 3차원 물체에는 상기 3차원 물체의 형성 도중 또는 이후 트리밍 공정의 이용을 나타내는 표면 특징부가 결여된, 3차원 물체.
  111. 제110항에 있어서, 상기 트리밍은 연마 또는 블라스팅을 포함하는, 3차원 물체.
  112. 제97항에 있어서, 상기 층상 구조는 실질적으로 반복적인 층상 구조인, 3차원 물체.
  113. 제97항에 있어서, 상기 층상 구조의 각 층은 약 5μm 이상인 평균 층 두께를 갖는, 3차원 물체.
  114. 제97항 또는 제113항에 있어서, 상기 층상 구조의 각 층은 약 1000μm 이하인 평균 층 두께를 갖는, 3차원 물체.
  115. 제97항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 개별 층을 포함하는, 3차원 물체.
  116. 제97항에 있어서, 상기 연속적인 고형화된 용융 풀의 주어진 하나는 알갱이 배향 변화, 재료의 밀도 변화, 입계에 대한 화합물의 분리 정도의 변화, 입계에 대한 원소 분리 정도의 변화, 재료 상 변화, 금속 상 변화, 재료 기공률 변화, 결정 상 변화, 및 결정 구조 변화로 이루어진 군에서 선택된 실질적으로 반복적인 재료 변화를 포함하는, 3차원 물체.
  117. 제97항에 있어서, 상기 3차원 물체의 기본 길이 규모는 적어도 약 120μm인, 3차원 물체.
  118. 제97항에 있어서, 상기 층상 구조는 상기 3차원 프린팅 공정의 이용을 나타내는 특징부를 포함하는, 3차원 물체.
  119. 제97항 또는 제118항에 있어서, 상기 3차원 프린팅 공정은 선택적 레이저 용융을 포함하는, 3차원 물체.
  120. 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로,
    분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는 분말 재료를 포함하는, 인클로저;
    에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 상기 분말 재료에 제공하는 에너지원;
    상기 분말 베드에 인접하여 배치된 베이스로, 여기서 상기 베이스는 교번해서 차단 또는 미차단되는 차단가능한 메쉬를 포함하고, 여기서 (i) 상기 차단가능한 메쉬가 차단된 경우, 상기 분말 재료가 상기 메쉬를 통과하지 않고, (ii) 상기 차단가능한 메쉬가 미차단된 경우, 상기 분말 재료의 적어도 일부가 상기 메쉬를 통해 흐르는 반면 상기 3차원 물체는 상기 메쉬를 통해 흐르지 못하게 되는, 상기 베이스; 및
    상기 에너지원에 작동적으로 연결되고, (i) 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라 경로를 따라서 상기 에너지 빔을 유도해서 상기 분말 재료의 일부분을, 경화해서 상기 3차원 물체의 일부로서 경화된 재료의 적어도 한 층을 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, (iii) 상기 메쉬 차단 장치를 유도해서 상기 메쉬를 미차단하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하는, 시스템.
  121. 제120항에 있어서, 상기 차단가능한 메쉬는 상기 차단가능한 메쉬 또는 상기 차단가능한 메쉬에 인접하는 메쉬 차단 장치의 위치를 변경해서 미차단되는, 장치.
  122. 제121항에 있어서, 상기 메쉬 차단 장치는 상기 차단가능한 메쉬를 차단하는 수직방향 위치와 상기 차단가능한 메쉬를 미차단하는 수직방향 위치 사이를 교번하는 이동형 평면인, 장치.
  123. 제120항에 있어서, 상기 베이스는 상기 차단가능한 메쉬를 차단하는 수직방향 위치와 상기 차단가능한 메쉬를 미차단하는 다른 수직방향 위치 사이를 교번하는, 장치.
  124. 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로,
    (a) 베이스에 인접하여 분말 재료 층을 분배하고, 여기서 상기 베이스는 메쉬가 미차단된 경우, 상기 분말의 적어도 일부분이 흐르는 것을 허용하는 상기 메쉬를 포함하는, 단계;
    (b) 상기 분말 재료의 일부분을 변환된 재료로 변환시키는 단계;
    (c) 상기 변환된 재료를 경화해서 상기 3차원 물체의 적어도 일부분인 경화된 재료를 제공하는 단계; 그리고
    (d) 상기 메쉬를 미차단해서 상기 경화된 재료를 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성하지 않는 분말 재료의 나머지에서 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
  125. 제124항에 있어서, 상기 경화된 재료를 회수할 때, 상기 경화된 재료는 상기 베이스 아래에 배치되는 기판에 안착되는, 방법.
  126. 제124항에 있어서, 상기 경화된 재료를 회수할 때, 상기 나머지는 상기 경화된 재료에서 제거되는, 방법.
  127. 제124항에 있어서, 상기 미차단은 상기 분말 재료에 대하여 상대적으로 상기 메쉬를 이동하는 것을 포함하는, 방법.
  128. 제124항에 있어서, 상기 메쉬의 표면은 상기 표면에 연결된 하나 이상의 기둥을 당겨서 상기 분말 재료에 대해 상대적으로 이동되는, 방법.
  129. 제128항에 있어서, 상기 하나 이상의 기둥은 나사 연결에 의해 상기 베이스의 에지에서 제거가능한, 방법.
  130. 제124항에 있어서, 상기 경화는 냉각 기체를 상기 변환된 재료에 유도해서 상기 변환된 재료를 냉각하고 상기 경화된 재료를 생산하는 단계를 포함하는, 방법.
  131. 분말 재료로부터 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로,
    (a) 분말 재료를 인클로저 내로 분배해서 분말 베드를 제공하고, 여기서 상기 분말 베드는 상단 표면을 포함하는, 단계;
    (b) 에너지원으로부터 에너지 빔을 이용해서, 경화된 재료를 후속 형성하는 변환된 재료로 상기 분말 재료를 변환시키고, 여기서 상기 경화된 재료는 상기 분말 베드의 상단 표면에서 돌출하고, 여기서 상기 경화된 재료는 상기 분말 베드 내에서 이동가능한, 단계; 그리고
    (c) 분말 재료 층을 상기 분말 베드의 상단 표면에 분배해서, 상기 경화된 재료가 약 300μm 이하 만큼 변위되고, 여기서 상기 분말 재료 층을 분배할 때, 상기 분말 베드의 상단 표면은 실질적으로 평면형인, 단계를 포함하는, 방법.
  132. 제131항에 있어서, 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 방법.
  133. 제131항에 있어서, 상기 경화된 재료는 상기 3차원 물체의 적어도 일부분인, 방법.
  134. 제133항에 있어서, 상기 3차원 물체의 적어도 일부분은, 비틀기, 좌굴, 부풀리기, 말기, 굽힘, 굴리기, 또는 둥글게 만들기를 포함하는, 방법.
  135. 제131항에 있어서, (c)에서 상기 분배는 분말 분배 부재를 사용해서 상기 분말 재료 층을 상기 분말 베드의 상단 표면에 증착시키는 것을 더 포함하는, 방법.
  136. 제131항에 있어서, (c)에서 상기 분배는 분말 레벨링 부재를 사용해서 상기 분말 재료의 잉여분을 전단가공에 의해 상기 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하는 것을 더 포함하는, 방법.
  137. 제131항에 있어서, (c)에서 상기 분배는 분말 제거 부재를 사용해서 상기 분말 재료 층을 접촉하지 않고 분말 재료의 잉여분을 제거하는 것을 더 포함하는, 방법.
  138. 제131항에 있어서, 상기 3차원 물체는 상기 분말 베드에 현탁되는, 방법.
  139. 제131항에 있어서, 상기 3차원 물체에는 보조 지지 특징부가 결여된, 방법.
  140. 제139항에 있어서, 상기 보조 지지 특징부는 상기 3차원 물체를 실질적으로 둘러싸는 스캐폴드를 포함하는, 방법.
  141. 제131항에 있어서, 상기 3차원 물체는 상기 분말 베드에 현탁되는 보조 지지 특징부를 포함하는, 방법.
  142. 제131항에 있어서, 상기 분말 재료에는 공정 합금을 형성하는 비율로 존재하는 적어도 두 가지 금속이 결여된, 방법.
  143. 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로,
    분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하고, 여기서 상기 분말 베드는 상단 표면을 포함하는, 인클로저;
    에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 상기 분말 재료에 제공하는 에너지원;
    상기 인클로저 내부 또는 상기 분말 베드의 상단 표면 상에 분말 재료를 제공하는 층 분배 기구; 및
    상기 에너지원과 상기 층 분배 기구에 작동적으로 연결되고, (i) 상기 3차원 물체를 생성하는 지시를 수신하고, (ii) 상기 지시에 따라, 상기 에너지 빔을 이용해서, 경화된 재료를 후속 형성하는 변환된 재료로 상기 분말 재료를 변환시키고, 여기서 상기 경화된 재료는 상기 분말 베드의 상단 표면에서 돌출하고, 여기서 상기 경화된 재료는 상기 분말 베드 내에서 이동가능하고, 그리고 (iii) 상기 층 분배 기구를 유도해서 상기 분말 재료 층을 상기 분말 베드의 상단 표면에 분배해서, 상기 경화된 재료가 약 300μm 이하 만큼 변위되도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하고, 여기서 상기 분말 재료의 분배된 층의 상단 표면은 실질적으로 평면형인, 시스템.
  144. 제143항에 있어서, 상기 경화된 재료는 상기 3차원 물체의 적어도 일부분인, 시스템.
  145. 제143항에 있어서, 상기 층 분배 기구는 상기 분말 재료를 제공하는 분말 분배 부재를 포함하고, 여기서 상기 제어부는 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결되고 상기 분말 분배 부재를 유도해서 상기 분말 재료 층을 상기 인클로저 내부 또는 상기 분말 베드의 상단 표면에 분배하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  146. 제145항에 있어서, 상기 분말 분배 부재는 상기 분말 베드에 인접하여 배치되고, 여기서 상기 분말 분배 부재는 상기 분말 베드의 상단 표면에 대면하는 상기 분말 분배 부재의 바닥부와 다른 위치에 위치하는 출구 구멍을 포함하는, 시스템.
  147. 제146항에 있어서, 상기 출구 구멍은 상기 분말 분배 기구의 측면 부분에 위치하고, 여기서 상기 측면은 상기 분말 베드의 상단 표면에 대면하지 않거나, 상기 분말 베드의 상단 표면에 맞은편 방향에 대면하지 않는 상기 분말 분배 기구의 일부분인, 시스템.
  148. 제145항에 있어서, 상기 제어부는 상기 분말 분배 부재에 의해 분배되는 상기 분말 재료의 양을 조절하는, 시스템.
  149. 제145항에 있어서, 상기 분말 분배 부재는 상기 분말 베드의 상단 표면에 인접하여 위치하고, 간극에 의해 상기 분말 베드의 상단 표면에서 분리되는, 시스템.
  150. 제143항에 있어서, 상기 층 분배 기구는 상기 분말 베드의 상단 표면을 접촉하지 않고 상기 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재를 포함하고, 여기서 상기 제어부는 상기 분말 레벨링 부재에 작동적으로 연결되고 상기 분말 레벨링 부재를 유도해서 상기 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  151. 제143항에 있어서, 상기 분말 레벨링 부재는 상기 분말 베드의 상단 표면에서 상기 분말 재료의 잉여분을 전단가공하는, 시스템.
  152. 제143항에 있어서, 상기 분말 레벨링 부재는 상기 분말 재료의 잉여분을 상기 분말 베드 내 다른 위치로 변위시키지 않고 상기 분말 베드의 상단 표면에서 상기 분말 재료의 잉여분을 레벨링하는, 시스템.
  153. 제143항에 있어서, 상기 분말 레벨링 부재는 상기 분말 재료의 잉여분을 전단가공하는 나이프를 포함하는, 시스템.
  154. 제143항에 있어서, 상기 층 분배 기구는 상기 분말 베드의 상단 표면을 접촉하지 않고 상기 분말 베드의 상단 표면에서 분말 재료의 잉여분을 제거하는 분말 제거 부재를 포함하고, 여기서 상기 제어부는 상기 분말 제거 부재에 작동적으로 연결되고 상기 분말 제거 부재를 유도해서 상기 상단 표면에서 상기 분말 재료의 잉여분을 제거하도록 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  155. 제154항에 있어서, 상기 분말 제거 부재는 진공원, 자력 발생기, 정전기력 발생기, 전기력 발생기 또는 물리력 발생기를 포함하는, 시스템.
  156. 제154항에 있어서, 분말 레벨링 부재는 상기 분말 제거 부재에 연결되는, 시스템.
  157. 제154항에 있어서, 상기 분말 제거 부재는 상기 분말 분배 부재에 연결되는, 시스템.
  158. 제157항에 있어서, 상기 분말 재료의 잉여분은 상기 분말 분배 부재에 의해 재사용가능한, 시스템.
  159. 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로,
    (a) 분말 재료 층을 분배해서,
    (i) 분말 재료를 수용하는 분말 저장부;
    (ii) 상기 분말 재료가 상기 분말 베드로 장치를 빠져나갈 수 있는 출구 구멍으로, 여기서 상기 장치는 중력을 이용하여 상기 분말 재료의 자유 낙하를 용이하게 하고, 여기서 상기 장치는 상기 분말 베드 위로 현탁되고 간극에 의해 상기 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 상기 출구 구멍은 상기 장치의 바닥부와 다른 장치의 면에 위치하는, 상기 출구 구멍;
    (iii) 상기 저장부에 연결된 병진 부재로, 여기서 상기 병진 부재는 수평방향 및/또는 수직방향 경로를 따라서 상기 분말 분배기를 병진하였으며, 여기서 상기 수평방향 경로는 상기 분말 베드의 수평방향 단면 내에 경로를 포함하고, 여기서 상기 수직방향 경로는 상기 간극 내에 경로를 포함하는, 상기 병진 부재; 및
    (iv) 상기 출구 구멍 내부에 위치하는 차단부로, 여기서 상기 차단부는 상기 출구 구멍을 통해 분배되는 분말의 양을 조절하는, 상기 차단부를 포함하는, 분말 분배 기구를 이용하여 분말 베드를 제공하는 단계;
    (b) 상기 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 단계; 그리고
    (c) 상기 분말 재료의 적어도 일부분에서 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  160. 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로,
    분말 베드를 수용하는 인클로저;
    에너지 빔을 분말 재료에 제공하고, 이에 따라 상기 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 상기 경화된 재료는 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 형성할 수도 있는, 에너지원;
    상기 분말 베드 내로 상기 분말 재료를 분배하는 분말 분배 부재로,
    (i) 분말 재료를 수용하는 분말 저장부;
    (ii) 상기 분말 재료가 상기 분말 베드로 장치를 빠져나갈 수 있는 출구 구멍으로, 여기서 상기 장치는 중력을 이용하여 상기 분말 재료의 자유 낙하를 용이하게 하고, 여기서 상기 장치는 상기 분말 베드 위로 현탁되고 간극에 의해 상기 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되고, 여기서 상기 출구 구멍은 상기 장치의 바닥부와 다른 장치의 면에 위치하는, 상기 출구 구멍;
    (iii) 상기 저장부에 연결된 병진 부재로, 여기서 상기 병진 부재는 수평방향 및/또는 수직방향 경로를 따라서 상기 분말 분배기를 병진하였으며, 여기서 상기 수평방향 경로는 상기 분말 베드의 수평방향 단면 내에 경로를 포함하고, 여기서 상기 수직방향 경로는 상기 간극 내에 경로를 포함하는, 상기 병진 부재; 및
    (iv) 상기 출구 구멍 내부에 위치하는 차단부로, 여기서 상기 차단부는 상기 출구 구멍을 통해 분배되는 분말의 양을 조절하는, 상기 차단부를 포함하는, 상기 분말 분배 부재;
    상기 분말 베드의 노출된 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재; 및
    상기 에너지원, 상기 분말 분배 부재, 상기 분말 레벨링 부재, 및 상기 분말 제거 부재에 작동적으로 연결되고,
    (i) 상기 분말 분배기를 유도해서 제1 상단 표면을 가지는 상기 분말 재료의 제1 층을 상기 분말 베드 내로 분배하고,
    (ii) 상기 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하는 지시를 수신하고,
    (iii) 상기 지시에 따라 상기 분말 재료의 일부분에서 상기 3차원 물체의 적어도 일부를 생성하고,
    (iv) 상기 분말 분배기를 유도해서 상기 제1 상단 표면에 인접하여 제2 상단 표면을 가지는 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 그리고
    (v) 상기 분말 레벨링 부재를 유도해서 상기 제2 상단 표면을 상기 제2 상단 표면의 최저 지점에 있거나 그 아래에 있는 제1 평면 표면으로 레벨링하도록, 프로그래밍된 제어부를 포함하는, 시스템.
  161. 3차원 물체를 생성하기 위한 방법으로,
    (a) 인클로저 내에 분말 재료의 제1 층을 분배해서 제1 상단 표면을 가지는 분말 베드를 제공하는 단계;
    (b) 에너지 빔을 상기 분말 재료의 제1 층에 유도해서 상기 제1 층의 적어도 일부분으로부터 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계;
    (c) 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하는 단계 이후에, 상기 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 여기서 상기 분말 재료의 제2 층은 제2 상단 표면을 포함하는, 단계;
    (d) 상기 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 제1 평면 표면을 형성하고, 여기서 상기 제1 평면 표면은 상기 제2 상단 표면의 최저 지점에 있거나 그 아래에 있는, 단계; 그리고
    (e) 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 상기 분말 재료의 제2 층에서 제거하고, 여기서 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 평면 표면의 아래에 위치하고, 여기서 상기 제거하는 것은 상기 분말 베드 접촉 없이 발생하는, 단계를 포함하는, 방법.
  162. 제161항에 있어서, 상기 분말 재료는 원소 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 원소 탄소의 동소체를 포함하는, 방법.
  163. 제161항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 상기 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료를 생성하는 것을 포함하고, 여기서 상기 경화된 재료의 적어도 일부분은 상기 제1 상단 표면에서 돌출함으로써, 돌출부를 형성하는, 방법.
  164. 제163항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 3차원 물체의 적어도 일부분인, 방법.
  165. 제163항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 경화된 재료의 비틀림, 굽힘, 부풀림, 말기, 굴림, 또는 둥글게 만들기를 포함하는, 방법.
  166. 제163항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 3차원 물체의 일부가 아닌 경화된 재료를 포함하는, 방법.
  167. 제163항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 제1 상단 표면에 대하여 약 10μm 내지 약 500μm의 높이를 가지는, 방법.
  168. 제161항에 있어서, 상기 제1 상단 표면에서 상기 제2 평면 표면까지의 평균 수직 거리는 약 5μm 내지 약 1000μm인, 방법.
  169. 제161항에 있어서, 상기 제거하는 것은 진공 흡입을 포함하는, 방법.
  170. 제161항에 있어서, 상기 제1 층 및/또는 제2 층으로부터의 분말 재료의 잉여분을 재사용하는 것을 더 포함하는, 방법.
  171. 제161항에 있어서, 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 상단 표면 위에 위치하는, 방법.
  172. 제161항에 있어서, 상기 분말 재료의 제1 층은 중력을 이용하여 분배되는, 방법.
  173. 제161항에 있어서, 상기 분말 재료의 제1 층은 상기 분말 재료를 변위시키는 기체 유동을 이용하여 분배되는, 방법.
  174. 제161항에 있어서, 상기 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 상기 제1 평면 표면을 형성할 때, 상기 3차원 물체의 적어도 일부분은 약 300μm 이하 만큼 변위되는, 방법.
  175. 3차원 물체를 생성하기 위한 시스템으로,
    분말 재료를 포함하는 분말 베드를 수용하는 인클로저;
    에너지 빔을 상기 분말 베드 내의 상기 분말 재료에 제공하는 에너지원;
    상기 인클로저 내로 상기 분말 재료를 분배해서 상기 분말 베드를 제공하는 분말 분배 부재;
    상기 분말 베드의 상단 표면을 레벨링하는 분말 레벨링 부재;
    상기 상단 표면을 접촉하지 않고 상기 분말 베드의 상단 표면에서 분말 재료를 제거하는 분말 제거 부재; 및
    상기 에너지원, 상기 분말 분배 부재, 상기 분말 레벨링 부재, 및 상기 분말 제거 부재에 작동적으로 연결된 제어부를 포함하고, 여기서 상기 제어부는,
    (i) 상기 분말 분배 부재를 유도해서 상기 인클로저 내에 상기 분말 재료의 제1 층을 분배해서 제1 상단 표면을 가지는 분말 베드를 제공하고,
    (ii) 상기 에너지원으로부터 상기 에너지 빔을 상기 분말 재료의 제1 층에 유도해서 상기 제1 층의 일부분으로부터 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생성하고,
    (iii) 상기 분말 분배 부재를 유도해서 상기 인클로저 내에 분말 재료의 제2 층을 분배하고, 여기서 상기 분말 재료의 제2 층은 제2 상단 표면을 포함하고,
    (iv) 상기 분말 레벨링 부재를 유도해서 상기 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 제1 평면 표면을 형성하고, 여기서 상기 제1 평면 표면은 상기 제2 상단 표면의 최저 지점에 있거나 그 아래에 있고, 그리고
    (v) 상기 분말 제거 부재를 유도해서 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 상기 분말 재료의 제2 층에서 제거하고, 여기서 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 평면 표면의 아래에 위치하도록, 프로그래밍되어 있는, 시스템.
  176. 제175항에 있어서, 상기 에너지원은 에너지 빔을 상기 분말 재료에 제공하고, 이에 따라 상기 분말 재료를 후속 경화해서, 경화된 재료를 형성하는 변환된 재료로 변환시키고, 여기서 상기 경화된 재료는 상기 3차원 물체의 적어도 일부를 형성할 수도 있는, 시스템.
  177. 제175항에 있어서, 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 평면 표면의 위에 배치되는, 시스템.
  178. 제175항에 있어서, 상기 분말 레벨링 부재가 상기 분말 재료의 제2 층을 전단가공해서 상기 제1 평면 표면을 형성할 때, 상기 3차원 물체의 적어도 일부분은 약 300μm 이하 만큼 변위되는, 시스템.
  179. 제175항에 있어서, 상기 분말 분배 부재는 간극에 의해 상기 분말 베드의 노출된 표면에서 분리되는, 시스템.
  180. 제179항에 있어서, 상기 간극은 약 10μm 내지 약 50mm인 분리 거리를 가지는, 시스템.
  181. 제175항에 있어서, 상기 분말 재료가 상기 인클로저의 환경으로 상기 분말 분배 부재를 빠져나가고 상기 분말 베드의 방향으로 주행하면서, 적어도 하나의 차단부를 직면하게 되는, 시스템.
  182. 제175항에 있어서, 동작 동안, 상기 분말 분배 부재는 적어도 하나의 차단부를 포함하는 경로를 따라 상기 분말 베드와 연통하는, 시스템.
  183. 제181항 또는 제182항에 있어서, 상기 차단부는 거친 표면을 포함하는, 시스템.
  184. 제181항 또는 제182항에 있어서, 상기 차단부는 상기 분말 베드의 상단 표면과 각도를 이루는 경사진 표면을 포함하는, 시스템.
  185. 제175항에 있어서, 상기 분말 제거 기구는 분말 분배-제거 부재로서 상기 분말 분배 부재와 통합되는, 시스템.
  186. 제185항에 있어서, 상기 분말 분배-제거 부재는 하나 이상의 분말 출구 포트 및 하나 이상의 진공 입구 포트를 포함하는, 시스템.
  187. 제175항에 있어서, 상기 분말 제거 부재는 진공 노즐을 포함하는, 시스템.
  188. 3차원 물체를 형성하기 위한 장치로,
    (a) 분말 재료의 제1 층을 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 상기 제1 층은 제1 상단 표면을 포함하고;
    (b) 에너지 빔을 에너지원으로부터 상기 분말 베드로 유도해서 상기 분말 재료의 적어도 일부분을 후속 경화해서 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생산하는 변환된 재료로 변환시키고;
    (c) 상기 3차원 물체의 적어도 일부분을 생산하는 단계 이후, 분말 재료의 제2 층을 상기 분말 분배 부재로부터 상기 분말 분배 부재에 작동적으로 연결된 분말 베드에 공급하고, 여기서 상기 분말 재료의 제2 층은 제2 상단 표면을 포함하고;
    (d) 상기 분말 레벨링 부재에 작동적으로 연결된 분말 제거 부재를 유도해서 제2 평면 표면 위에 있는 실질적으로 모든 분말 재료를 상기 분말 재료의 제2 층에서 제거하고, 여기서 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 평면 표면의 아래에 위치하고, 여기서 상기 제거하는 것은 상기 분말 베드 접촉 없이 발생하도록, 프로그래밍되어 있는, 제어부를 포함하는 장치.
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