KR20170046759A - 3 차원 물체의 냉각 시간 - Google Patents

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아이 험스 세바스티아 코르테스
사비에르 빌라요사나
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

일 실시예에서, 3 차원 물체를 생성하기 위한 생성 장치를 제어하는 방법이 설명된다. 예를 들어, 물체로부터의 열 전달에 영향을 미치는 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터를 결정하여 냉각 시간을 결정할 수 있으며, 생성된 냉각 시간에 응답하여 생성 장치의 구성 요소가 제어될 수 있다.

Description

3 차원 물체의 냉각 시간{COOLING TIMES FOR THREE-DIMENSIONAL OBJECTS}
층별 기반(layer-by-layer basis)으로 3 차원 물체를 생성하는 첨가물 제조 시스템이 3 차원 물체를 생산하는 가능성 있는 편리한 방법으로 제안되었다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 비 제한적인 예로서 실시예를 설명한다.
도 1은 3 차원 물체를 생성하기 위한 생성 장치를 제어하는 방법의 일례이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3 차원 물체 생성 장치의 개략도를 나타낸다.
도 3 및 도 4는 생성된 3 차원 물체에 대한 냉각 시간에 관한 방법의 예를 나타낸다.
도 5는 생성된 3 차원 물체의 냉각 시간을 결정하기 위한 프로세서의 예를 나타낸다.
첨가물 제조 기법(additive manufacturing techniques)은 성형 재료(a build material)의 응고를 통해 3 차원 물체를 생성할 수 있다. 성형 재료는 분말 기반일 수 있으며 생성된 물체(object)의 특성은 성형 재료의 유형 및 사용된 응고 메커니즘 유형에 따라 달라질 수 있다. 이러한 기술에 대한 다수의 예에서, 성형 재료는 층별 방식으로(in a layer-wise manner) 공급되고, 응고 방법은 성형 재료의 층을 가열하여 선택된 영역에서 용융시키는 단계를 포함한다. 다른 기법에서 화학적 응고 방법은 열을 발생시킬 수 있다. 또 다른 기법에서는, 가열된 성형 재료가 냉각 시에 물체에 대해 원하는 형태로 응고되도록 공급된다.
첨가물 제조 시스템은 구조 설계 데이터에 기초하여 물체를 생성할 수 있다. 이것은, 예를 들어 CAD(computer aided design) 애플리케이션을 사용하여 생성될 물체의 3 차원 모델을 생성하는 설계자를 포함할 수 있다. 모델은 물체의 고체 부분(solid portions)을 정의할 수 있다. 첨가물 제조 시스템을 사용하여 모델로부터 3 차원 물체를 생성하기 위해, 모델 데이터가 처리되어 모델의 평행한 면의 슬라이스(slices)를 생성할 수 있다. 각각의 슬라이스는 첨가물 제조 시스템에 의해 응고/합체될 성형 재료의 각 층의 일부를 정의할 수 있다.
몇몇 첨가물 제조 기법에서, 물체가 용기(receptacle) 내에 생성된다. 응고 공정이 끝나면, 용기는 응고되지 않은/합체되지 않은 성형 재료(분말일 수 있음)와 생성된 물체(들)를 모두 포함할 수 있다.
3 차원 물체를 생성하는 데 걸리는 시간은 층의 수를 포함하여 수적 요인(number factors)에 따라 달라진다. 그러나, 특히 성형 재료를 가열하는 것을 포함하는 기법의 경우, 제조 시간의 상당 부분이 형성 후에 물체를 냉각시키는 것(예를 들어 물체가 보다 단단 및/또는 견고해 지도록 하는 것, 및/또는 핸들러가 버닝될 위험을 감소시킴으로써 더 안전해지도록 하는 것)에 집중될 수 있다. 이러한 냉각 단계는 생산 일정(production timeline)의 상당 부분, 일부 예에서는 50 % 이상을 차지할 수 있다. 그러나, 냉각이 과도하게 급하게 이루어져서는 안 되며, 이는 완성품(finished article)에 바람직하지 못한 기계적 성질, 예컨대 취성(brittleness), 구조적 불규칙성, 물체의 형태의 뒤틀림, 열악한 품질의 표면 마무리, 느린 냉각 및/또는 층 간의 불량한 접착에 의해 얻어질 수 있는 낮은 강도로 이어질 수 있기 때문이다.
3 차원 물체를 생성하기 위한 생성 장치를 제어하는 방법의 예가 도 1을 참조하여 설명된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 방법은 물체로부터의 열 전달에 영향을 미치는 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터를 결정하는 단계(블록 102)와, 결정된 데이터를 이용하여 냉각 시간을 결정하는 단계(블록 104), 및 결정된 냉각 시간에 응답하여 생성 장치의 구성 요소를 제어하는 단계(블록 106)를 포함할 수 있다.
성형 재료를 가열하여 3 차원 물체를 생성하는 기법은 다양하다. 소결 기술(sintering techniques)을 포함하는 일부 방법에서, 성형 재료 층의 일부가 선택적으로 가열되어, 선택된 부분을 연화시키고 냉각시켜 목적하는 물체를 형성한다. 일부 예에서, 물체는 층별 방식으로 성형 재료를 응고시킴으로써 생성될 수 있다. 일부 예에서, 성형 재료는 냉각되어 원하는 물체를 형성하도록 인시츄(in situ)에 배치되기 전에 가열될 수 있다(예를 들어, 가열 후 압출되거나 분사됨).
일단 형성되면, 이러한 물체는 물체의 환경에 비해 상승된 온도를 가질 수 있다. 형성된 물체는 차례로 특정 온도 또는 바람직한 온도일 수 있는 보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 온도에 도달하기 위한 냉각 시간은, 예를 들어, 물체의 열 전달 특성 또는 제조 용기 내의 인시츄(in situ) 물체에 기초하여 추정된 냉각 시간일 수 있다. 다른 예에서, 냉각 시간은 원하는 또는 결정된 냉각 시간은, 예를 들어, 물체의 기계적 성질이 악영향을 받지 않는 한 (또는 수용할 수 없는 악영향을 끼치지 않는 한) 가능한 한 가장 짧은 냉각 시간일 수 있다. 예를 들어 큰 고형의 물체는 더 작거나 더 큰 표면적 등을 갖는 물체보다 냉각하는 데 더 오래 걸린다. 또한 일부 물체는 물체의 품질을 과도하게 손상시키지 않으면서 다른 물체보다 더 빨리 냉각되는 것이 허용되거나 냉각될 수 있다. 따라서, 냉각 시간을 결정하는 것은 물체로부터의 열 전달에 영향을 미치는 생성 장치의 산출물의 물리적 성질을 고려한 것일 수 있다. 이는 예를 들어, 생성된 물체 또는 물체의 및/또는 인시츄 물체(들)의 적어도 일부 또는 일 측면의 특성일 수 있다.
냉각 시간과 관련하여 고려될 수 있는 물체의 물리적 성질의 예는 가령 다음 중 어느 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다:
(i) 그로부터 물체(들)가 형성되는 재료,
(ii) 물체의 중량/질량 및/또는 체적,
(iii) 예를 들어 물체 가장 두꺼운 영역 및/또는 표면 영역의 고려를 포함할 수 있는 물체의 형상/구조,
(iv) 물체를 형성하는데 사용되는 층의 수,
(v) 임의의 물체 치수,
(vi) 물체의 온도,
(vii) 물체의 열전도율,
(viii) 물체의 열 전달 계수.
이러한 특성 중 일부가 관련된다. 예를 들어, 지정 재료는 특정한 열 전도성을 가질 수 있다. 일부 경우에 열 전달의 고유 비(intrinsic rate)가 특성에 의해 증가될 수 있고, 다른 경우에는 열 전달이 감소할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 높은 표면적 및/또는 열 전도성은 열 전달을 증가시키는 경향이 있는 반면, 두꺼운 부분, 보다 큰 질량, 보다 큰 치수 및/또는 더 많은 수의 층은 열 전달을 감소시키는 경향이 있다.
또한, 물체(들)는 용기 내에서 생성될 수 있으며, 합체되지 않는 성형 재료와 같은 다른 재료로 둘러싸일 수 있고, 또는 실제로 동일한 용기 내에서 여러 개의 물체가 동일한 '성형 체적(build volume)'의 일부로서 생성될 수 있다. 그러므로 냉각 시간에 영향을 미칠 수 있는 다른 물리적 성질은 다음을 포함할 수 있다:
(i) 재료가 실제로 물체의 일부를 형성하는지에 관계없이 물체(들)를 생성하는 성형 재료의 부피(용기 내 재료의 부피일 수 있음);
(ii) 용기 내의 물체를 배치(예를 들면, 에지 근처의 물체가 더 빨리 냉각될 수 있음);
(iii) 용기에 둘러싸인 동일한 '성형 체적(build volume)' 내에서 또는 한 번에 생성된 모든 물체의 조합, 배열 및/또는 물리적 성질.
일부 예에서, 열 전달은 냉각 속도(그 이상에서는 물체가 악영향을 받을 수 있음)의 바람직한 열 전달일 수 있다. 물리적 성질은 또한 바람직한 열 전달에도 영향을 미친다. 예를 들어, 일부 재료는 손상 없이 다른 재료보다 더 빨리 냉각될 수 있으며, 일부 구조 또는 모양은 다른 재료보다 뒤틀림과 같은 손상이 적을 수 있다.
일부 예에서, 냉각 시간의 결정은 유사한 물체의 냉각 시간에 대한 이전 관찰결과에 기초할 수 있다. 다른 예에서, 냉각 시간은 열역학 원리에 기초한 열 전달 모델을 사용하여 결정될 수 있다. 일부 예에서, 물체로부터의 열 전달에 대한 구체적인 정해진 물리적 성질의 효과는 사전 결정되고, 예를 들면 메모리에 보관될 수 있다.
생성물이 열 추출 장치에 의해 능동적으로 냉각되어야 하는 경우, 냉각 시간은 또한 열 추출 속도(들) 또는 에너지 소비와 같은 열 추출 장치의 적어도 하나의 특성을 이용하여 결정될 수 있다. 열 추출 장치가 사용되는 경우, 열 추출 장치를 사용하여 얻을 수 있는 것보다 더 긴 바람직한 최소 냉각 시간이 존재할 수 있다. 일부 예에서, 이는 예를 들어 열 추출 장치가 일단 냉각된 물체의 물리적 성질에 과도한 손상을 주지 않도록 하기 위해, 열 추출 측면에서 최대 능력 이하로 동작되는 것을 의미할 수 있다. 다른 예에서, 냉각 시간은 물체 생성과 관련된 온도(예를 들어, 성형 재료가 가열되어 합체되는 온도)를 사용하여 결정될 수 있다. 온도가 더 높으면 냉각 시간이 길어질 수 있다. 냉각 시간을 결정하는 데 사용된 데이터는 임의의 방식으로 또는 방식의 범위 또는 조합에서, 예를 들어 특성(데이터베이스 또는 룩업 테이블과 같은 데이터 소스로부터 공급된 것, 물체의 형성을 제어하기 위한 모델(예를 들면, CAD 모델 등)로부터 유도된 것, 메모리로부터 판독된 것 등)의 측정에 의해 결정될 수 있다. 일부 예에서, 냉각에 영향을 미치지 않는 방식으로 데이터가 결정될 수 있다(예를 들어, 물체가 처리되거나 검사될 필요성을 줄임).
생성된 물체로부터의 열 전달에 영향을 미치는 적어도 하나의 물리적 성질을 고려하여 냉각 시간이 결정되면 생성된 물체(들)가 안전하게 처리될 수 있는 시간에 대한 정확한 표시를 제공하기가 쉽다. 예를 들어, 3 차원 물체 생성 장치에 대한 표준 냉각 시간을 제공하는 것과 비교할 때(이는 안전성 면에서 조심스러울 수 있어 불필요하게 긴 대기 시간을 초래하거나, 안정성이 불충분하여 소정 물체 및/또는 재료에 관해 안정성에 대한 우려를 일으킬 수 있음), 결정된 시간은 생성된 물체(들)를 포함하는 장치의 실제 출력을 고려한 적절한 대기 시간을 제공한다.
일단 결정되면, 냉각 시간은 생성 장치의 구성 요소를 적절하게 제어하는데 사용될 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어, 냉각 시간과 관련된 표시를 디스플레이하도록 구성 요소를 제어하는 단계 또는 인터록(interlock) 또는 열 추출 장치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 제어 가능한 구성 요소의 예가 아래에 설명된다. 제어 단계는 예를 들면, 네트워크를 통해 지역적으로 또는 원격으로 수행될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 방법은 또한 물체를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 도 2는 성형 재료로부터 3 차원 물체를 생성하기 위한 3 차원 물체 생성 장치(200)의 개략도로서, 성형 재료를 가열함으로써 물체를 생성하는 물체 생성 모듈(202)을 포함한다. 장치(200)는 또한 생성된 물체를 수용하는 물체 용기(204)를 포함한다.
예를 들어, 장치(200)가 소결 장치(sintering apparatus)인 경우, 물체는 용기(204) 내에 층별로 형성될 수 있고, 물체 생성 모듈(202)은 성형 재료의 소스, 열(heat)(및 가능하다면 합체(coalescence)를 돕거나 제어하기 위한 다른 작용제(agent)), 및 열 및/또는 다른 작용제가 성형 재료에 적용되어 층별로 대상물을 생성하는 방식을 제어하는 처리 회로를 포함한다. 예를 들어, 용기(204) 내에서 분말형 재료일 수 있는 성형 재료의 제 1 층이 적절한 지지 부재 상에 제공될 수 있다. 에너지(예를 들어, 빛)는 층 내의 성형 재료의 일부분에 선택적으로 도포되거나 우선적으로 흡수되어, 이들 부분을 가열하고 재료가 합체되게 한다. 성형 재료의 제 2 층은 제 1 층의 상부에 도포되고 유사하게 가열되어 그 일부가 합체되게 할 수 있다. 일단 물체가 층별 방식으로 완전히 형성되면, 그 물체는 용기(204) 내에 수납되고 합체되지 않는 성형 재료에 의해 둘러싸인다.
그러나, 이것은 물체 생성 모듈(202)의 단지 일례이며, 물체를 가열함으로써 성형 재료로부터 3 차원 물체를 생성하는 임의의 다른 적절한 방법에 의해 물체가 형성될 수 있다. 이 예에서, 장치(200)는 제어기(206) 및 적어도 하나의 제어 가능한 구성 요소를 더 포함한다. 이 예에서, 제어 가능한 구성 요소는 열 추출 장치(208), 인터록(210) 및 디스플레이(212)를 포함한다. 제어 가능한 구성 요소 각각은 결정된 냉각 시간에 응답하여 제어기(206)에 의해 제어될 수 있고, 냉각 시간은 물체의 생성 후에 물체 용기(204)의 내용물의 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터를 이용하여 결정된다. 물리적 성질이 반영될 수 있고(즉, 물체가 만들어지기 전에 결정되거나 결정될 수 있음) 또는 물체가 생성된 후에 결정될 수 있다.
다른 예에서, 장치(200)는 더 적은, 더 많은 또는 상이한 제어 가능한 구성 요소(들)를 포함할 수 있다.
또한, 이 예에서, 장치(200)는 용기(204) 내의 대상물을 나타내는 온도를 모니터링할 수 있는 메모리(214) 및 온도 센서(216)를 더 포함한다. 예를 들어, 모니터링은 용기(204), 용기의 일부의 온도, 또는 용기(204) 내의 합체되지 않는 성형 재료의 온도를 결정하는 것을 포함한다.
이 예에서, 제어기(206)는 냉각 시간을 결정할 수 있는 프로세서(218)와 관련된다. 다른 예에서, 이러한 처리는 별도의 컴퓨팅 장치와 같은 다른 엔티티에 의해 수행되어 제어기(206)에 제공되거나 제어 가능한 컴포넌트(들)에 직접 제공될 수 있다.
일 예에서, 장치(200)는 도 3에 도시된 방법에 따라 동작한다.
블록(302)에서, 예를 들어 블록(102)과 관련하여 전술한 바와 같이, 용기(204)의 내용물의 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터가 프로세서(218)에 의해 결정된다. 이 단계는 물체가 실제로 생성되기 전이나 후에 수행될 수 있으므로, 물체 생성 후 용기가 포함할 내용물과 관련될 수 있다. 이 예에서, 데이터는 예를 들어 메모리(214)에 보유된 정보로부터 결정된 특정한 생성(또는 생성될) 물체의 물리적 성질(들)을 나타내는 데이터일 수 있으며, 이는 사용된 성형 재료, 물체의 형상, 물체의 무게, 물체의 부피, 임의의 물체의 치수, 물체를 형성하는데 사용되는 성형 재료의 부피(즉, 용기(204) 내의 성형 재료의 부피), 물체를 생성하는데 사용된 층의 개수, 물체를 생성하는 데 사용된 온도 등에 관한 정보 중 어느 하나 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 최대 및/또는 원하는 냉각 속도와 관련된 데이터는 또한 물체의 물리적 성질을 나타내며, 일부 재료/구조는 손상 없이(또는 과도한/수용 가능한 손상 없이) 다른 것보다 빠르게 냉각되게 할 수 있기 때문에 재료 또는 구조 등과 관련될 수 있다. 다른 예에서, 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터는 온도 센서(216)를 사용하여 결정된 온도의 표시를 포함할 수 있다. 블록(304)에서, 적어도 하나의 원하는 성능 기준이 프로세서(218)에 의해 결정된다. 이러한 기준(들)은 물체가 'draft', 'normal' 또는 'best quality' 표준으로 제조될지 여부와 같은 물체의 원하는 특성과 관련된다. 전술한 바와 같이, 빠른 냉각에 의해 물체의 특성이 감소될 수 있다. 그러나, 냉각된 물체를 제조하는 데 소요되는 시간이 단축되는 것이 바람직할 수 있으며, 품질이 저하될 수 있는 물체를 생산하는 것이 수용될 수 있는 환경이라면 이를 위해 신속한 냉각이 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 성능 기준은 바람직한 최대 냉각 시간 또는 열 추출 장치(208) 등에 의한 바람직한 에너지 소비 수준과 관련될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 물체 특성 기준 아래로 떨어지지 않는 가능한 범위 내의 일부 실시예에서, 사용자 또는 운영자는 열 추출 장치(208)의 사용이 최소화되거나 전혀 사용되지 않는 '경제적' 세팅을 지정할 수 있고 또는 열 추출 장치(208)의 사용이 증가되는 '급속 냉각' 세팅을 지정할 수 있다. 이 예에서, 바람직한 성능 기준은 메모리(214)에 보관될 수 있지만, 다른 예에서는, 예를 들어 운영자 입력 후에 다른 소스로부터 공급될 수 있다. 냉각 시간은 적어도 하나의 물리적 성질 및 적어도 하나의 바람직한 성능 기준을 나타내는 결정된 데이터를 사용하여 프로세서(218)에 의해 결정될 수 있다(블록 306). 물체 생성 단계의 종료 이후 경과된 시간 등과 같은 다른 요인들이 고려될 수 있다. 냉각 시간은, 예를 들어, 물체가 강도면에서 안전하게 취급될 수 있을 정도로 충분히 냉각되는 시간, 또는 핸들러의 안전성을 위한 시간 또는 이들 (및/또는 다른) 고려사항의 조합에 관한 시간일 수 있다
일단 냉각 시간이 결정되면, 제어기(206)는 냉각 시간에 관한 표시를 디스플레이(212)하도록 디스플레이(212)를 제어한다(블록 308). 이는 예를 들어 총 냉각 시간일 수 있거나, 남은 냉각 시간의 "카운트다운" 또는 남은 냉각 시간의 비율과 같은 다른 표시를 포함할 수 있다. 디스플레이(212)는 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 매트릭스 디스플레이 등과 같은 임의의 적합한 디스플레이 수단에 의해 제공될 수 있다. 이는 사용자 또는 운영자에게 프로세스와 관련된 유용한 정보를 제공한다.
이 예에서, 제어기(206)는 또한 열 추출 장치(208)를 제어하여, 예를 들면 용기(204) 및/또는 용기의 임의의 내용물을 냉각시키게 한다(블록 310).
열 추출 장치(208)는 열 교환기, 팬, 냉동 유닛, 또는 임의의 다른 적절한 열 추출 장치를 포함할 수 있다. 열 추출 속도는 바람직한 냉각 시간(예를 들어, '급속 냉각' 또는 '경제적' 세팅에서 동작하는 경우)에 따라 또는 특정 냉각 속도가 초과되지 않도록 결정될 수 있다. 일부 예에서, 열 추출 장치(208)는 냉각 시간의 지속 중에 일관되게 동작하도록 제어될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 열 추출 장치는 원하는 냉각 프로파일에 따라 동작할 수 있고 및/또는 가변 열 추출 속도를 가질 수 있다. 이러한 예는 아래의 그림 4와 관련하여 더 자세하게 논의된다.
블록(312)에서, 프로세서(218)는 냉각 시간이 경과했는지 여부를 결정한다. 경과하였다면, 블록(314)에서, 제어기(206)는 인터록(210)를 해제하고, 용기(204)가 개방되게 하며 그 내부에 수용된 물체에 접근할 수 있게 한다. 인터록은 릴레이(relay) 또는 전기 기계적 잠금 장치와 같이 선택적으로 해제될 수 있는 임의의 잠금 장치(lock)일 수 있다. 따라서 냉각 시간이 경과하기 전에 물체를 제거하는 것 및 취급하는 것이 차단된다.
도 3에서 설명된 방법을 사용하면 일정한 절충점(tradeoff)이 만들어질 수 있으며, 예를 들어 시간은 품질 및/또는 경제성을 대가로 할 수 있고 그 반대도 가능하다.
또한, 열 추출 장치(208)의 적절한 사용이 이루어질 수 있다. 냉각에 대한 보존적 접근법은 물체의 물리적 성질을 보존하기 위해, 능동적인 열 추출이 본 명세서에 기술되는 종류의 첨가물 제조 기법에서 과도하게 위험한 것으로 간주하려고 하였다. 그러나, 생성된 생성물의 실제 물리적 성질을 고려함으로써, 열 추출 속도를 적절히 제어하여 원하는 물체 특성을 얻을 수 있다. 바람직한 속도의 결정은 냉각 시간의 결정에 영향을 미치므로, 냉각 시간의 결정은 냉각 시간의 결정을 포함할 수 있으며, 실제 시간이 결정되는지의 여부를 불문한다.
도 2의 장치의 작동 방법의 다른 예가 이제 도 4를 참조하여 설명된다. 이 예에서, 물체로부터의 열 전달에 영향을 주는 물체의 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터가 결정되며(블록 402), 데이터는 물체 유형, 온도, 물체의 질량 및 물체의 주요 치수를 포함한다. 질량 및 주요 치수는 물체를 생산하는데 사용된 CAD 모델로부터 결정되고, 온도는 온도 센서(216)에 의해 제공되며, 재료 유형은 메모리(216)로부터 제공된다. 이 예에서, 품질 기준(예를 들어, 드래프트(draft), 표준(standard) 또는 최상(best))을 포함하는 성능 기준이 또한 결정된다(블록 404). 그런 다음 이러한 기준에 기초하여 냉각 시간을 계산할 수 있다. 그러나 이 예에서, 장치는 추가로 냉각 프로파일을 결정한다(블록 406). 프로파일은 예를 들어, 결정된 품질 표준 이하로 떨어지는 것과 같이 물리적 성질이 바람직하지 않게 악영향을 받는 속도 등의 최대 냉각 속도와 관련될 수 있다. 다른 예에서, 냉각 공정에 할당된 최대 또는 바람직한 시간 및/또는 전력 사용이 존재할 수 있고, 냉각이 시간/전력 사용 제한 내에서 수행되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 냉각 시간동안 상이한 시점에서 상이한 냉각 속도가 바람직할 수 있다. 예를 들어, 특정 온도 이하에서 물체의 물리적 성질이 안정화될 것이나, 물체가 처리하기에 너무 뜨거울 수 있다. 이러한 온도 아래에서는 물리적 성질을 저하시킬 위험이 없다. 따라서, 예를 들어, 짧은 물체 생산 시간이 바람직하다면, 열 추출 장치(208)는 초기에 온도에 도달할 때까지 상대적으로 느린 속도로 열을 추출하도록 동작하게 (또는 실제로는 전혀 동작하지 않게) 제어될 수 있고, 이후에 안전한 취급 온도에 도달할 때까지 상대적으로 빠른 속도로 열을 추출하도록 동작하게 제어된다. 다른 냉각 프로파일은 예를 들어 성형 재료의 특성, 생성된 물체 및/또는 바람직한 성능 기준에 따라 적절하게 달라질 수 있다. 따라서, 냉각 시간 동안 상이한 열 추출 속도가 사용될 수 있다. 일단 바람직한 냉각 프로파일이 결정되면, 열 추출 장치(208)는 이러한 프로파일에 따라 물체를 냉각시키도록 제어된다(블록 408). 이러한 방법은, 예를 들어 열역학 원리 및 모델에 기초한 열 추출 장치(208)의 적절한 제어를 통해 냉각 프로파일이 얻어질 것이라고 가정하여 진행될 수 있다. 그러나, 이 예에서, 피드백 루프는 또한 냉각 시간 및/또는 냉각 프로파일을 적절하게 조정하는 데 사용된다. 특히, 온도 센서(216)는 물체의 온도 표시를 제공하는 데 사용된다(블록 410). 이것은 냉각 프로파일에 따라 예상 온도와 비교된다(블록(412)). 온도가 예상 온도와 다르다면(또는 수용 가능한 양보다 많을 경우), 냉각 시간 및/또는 냉각 프로파일이 재계산될 수 있고(블록 414), 일부 예에서는 열 추출 장치(208)가 이에 따라 제어된다. 본 예에서, 온도는 또한 메모리(214)에 기록되고 저장된다. 이 정보는 예를 들어 유사 물체(similar objects)(또는 물체가 다음에 동일한 사양(specifications)으로 생성될 때)의 미래 냉각 프로파일을 알려주는 데 사용될 수 있어, 예를 들어 보다 정확한 냉각 시간 및/또는 보다 적절한 냉각 프로파일이 초기에 그 물체에 대해 결정될 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 이러한 피드백 프로세스는 온도 감쇠를 모니터링하고 완료 시간을 동적으로 재계산함으로써 정확도를 높이기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 냉각 시간의 임의의 변화는 또한 예를 들어 디스플레이(212)를 업데이트함으로써 사용자/운영자에게 보고될 수 있다. 피드백 프로세스의 사용은 물체가 환경에서 허용할 수 있는 것보다 사실상 더 빠르게 또는 느리게 냉각되는 경우 보정을 허용할 수 있다.
도 5는 프로세서(500)의 예를 나타낸다. 이 예에서, 프로세서(500)는 컴퓨터 판독가능 명령어를 실행하도록 구성되고, 데이터 결정 모듈(502), 냉각 시간 결정 모듈(504) 및 제어 신호 생성 모듈(506)을 포함한다. 특히, 명령어의 실행 시에 데이터 결정 모듈(502)은 성형 재료를 가열함으로써 층별 방식으로 적어도 하나의 3 차원 물체를 생성하도록 구성된 장치에 의해 생성된 물체로부터의 열 전달과 관련된 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터를 결정한다.
이러한 데이터는 구체적으로 예를 들어, 프로세서(500)와 관련되거나 프로세서(500)에 통합되거나 프로세서로부터 원거리의 데이터 소스로부터 제공될 수 있다. 데이터는 프로세서(500)에 의해 요청될 수 있거나, 질의가 수신되지 않아도 프로세서(500)로 전송될 수 있다. 데이터는 본 명세서에 언급된 물리적 성질 데이터의 예 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 데이터는 질량을 측정하기 위한 장치(예를 들어, 계량기(a weighing scale)), 온도 센서, 또는 물체 생성 장치 나 물체를 형성하는데 사용되는 프로세스와 관련된 임의의 미터와 같은 측정 장치의 출력을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 데이터는 데이터베이스 또는 룩업 테이블로부터 추출될 수 있거나, 예를 들어 물체의 형성을 제어하기 위한 설계 모델로부터 물리적 성질에 관한 데이터를 도출하도록 구성될 수 있는 처리 회로에 의해 생성될 수 있다(예: CAD 모델 등). 데이터는 컴퓨터 메모리를 액세스함으로써 결정될 수 있다. 명령어는 또한 프로세서(500)의 냉각 시간 결정 모듈(504)로 하여금 결정된 데이터를 사용하여 냉각 시간을 결정하게 한다. 또한, 이 예에서, 명령어는 프로세서(500)의 제어 신호 생성 모듈(506)로 하여금 결정된 냉각 시간에 따라 출력 제어 신호(508)를 생성하게 한다. 일부 예에서, 이러한 출력 제어 신호(508)는 냉각 시간에 관한 정보를 디스플레이하기 위해 디스플레이 중 어느 하나 또는 이들의 임의의 조합을 직접적으로 또는 간접적으로 제어하는데 사용될 수 있고, 취급하기에 안전해질 때까지 물체에 대한 접근을 방지하는 안전 인터록(safty interlock), 예를 들어 물체를 냉각시키는 것을 돕기 위한 열 추출 장치 등을 포함할 수 있다. 프로세서(500)는 도 2에 도시된 메모리와 관련될 수 있으며, 도 2의 프로세서(218)를 제공할 수 있다. 본 명세서에 기술된 몇몇 예는 첨가물 제조 기법에 의해 형성된 물체의 냉각 시간이 생성된 물체(들)를 포함하는 장치의 산출물의 적어도 하나 물리적 성질을 고려함으로써 결정되게 할 수 있다. 일부 예에서, 이는 객체를 처리하기 위한 대기 시간을 효과적으로 단축하고, 대기 시간은 그 자체로서 '최악의 경우'를 고려하여 표준화되는 경향이 있다(즉, 대기 시간은 이론적인 물체에 관한 냉각 시간으로 가능한 긴 냉각 시간을 허용하도록 구성됨). 다른 예에서, 이는 안전성을 향상시킬 수 있다. 다른 예에서, 이러한 방법은 운영자가 그들의 시간을 더 잘 이용할 수 있게 하는 정확한 정보를 제공할 수 있다. 또 다른 예에서, 냉각 시간은 대기 시간, 물체 품질 측정치 또는 에너지 사용량과 같은 적어도 하나의 성능 기준을 충족시키도록 제어될 수 있다.
본 개시 내용의 예는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 등의 임의의 조합과 같은 방법, 시스템 또는 머신 판독가능 명령어로서 제공될 수 있다. 이러한 머신 판독가능 명령어는 내부에 또는 매체 상에 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(디스크 저장 장치, CD-ROM, 광학 저장 장치 등을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 상에 포함될 수 있다.
본 개시 내용은 본 개시 내용에 대한 예에 따라 방법, 장치 및 시스템의 흐름도 및/또는 블록도를 참조하여 설명된다. 전술한 흐름도는 특정 순서의 실행을 나타내지만, 실행 순서는 도시된 순서와 다를 수 있다. 하나의 흐름도와 관련하여 설명된 블록은 다른 흐름도의 블록과 결합될 수 있다. 흐름도 및/또는 블록도, 및 흐름도 및/또는 블록도에서의 흐름 및/또는 블록의 각 흐름 및/또는 블록은 머신 판독가능 명령어에 의해 실현될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 머신 판독가능 명령들은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 내장형 프로세서 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 처리 장치의 프로세서에 의해 실행되어 설명 및 다이어그램에 설명된 기능을 실현할 수 있다. 특히, 프로세서 또는 처리 장치는 머신 판독가능 명령어들을 실행할 수 있다. 따라서, 장치 및 장치의 기능 모듈은 메모리에 저장된 머신 판독가능 명령어를 실행하는 프로세서 또는 논리 회로에 내장된 명령어에 따라 동작하는 프로세서에 의해 구현될 수 있다. '프로세서'라는 용어는 CPU, 프로세싱 유닛, ASIC, 로직 유닛 또는 프로그램 가능한 게이트 어레이 등을 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다. 방법 및 기능 모듈은 모두 단일 프로세서에 의해 수행되거나 여러 프로세서들로 분할될 수 있다.
이러한 머신 판독가능 명령어는 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 디바이스가 특정 모드에서 동작하도록 안내할 수 있는 컴퓨터 판독가능 스토리지에 저장될 수 있다.
이러한 머신 판독가능 명령어는 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 디바이스 상에 로딩되어, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 디바이스가 컴퓨터 구현 프로세싱을 생성하기 위해 일련의 동작 단계를 수행하고, 따라서 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 디바이스상에서 실행되는 명령어가 블록 다이어그램의 흐름도 및/또는 블록 내의 흐름(들)에 의해 지정된 기능을 실행하는 단계를 제공한다.
또한, 본 명세서의 암시는 컴퓨터 소프트웨어 제품의 형태로 구현될 수 있으며, 컴퓨터 소프트웨어 제품은 저장 매체에 저장되고 컴퓨터 장치로 하여금 본 개시 내용의 실시예에 언급된 방법을 구현하게 하는 복수의 명령어를 포함한다. 본 방법, 장치 및 관련 특징이 특정 예를 참조하여 설명되었지만, 본 개시 내용의 사상을 벗어나지 않는 한 다양한 변형, 변경, 생략 및 대체가 이루어질 수 있다. 따라서, 방법, 장치 및 관련 측면은 하기 청구 범위 및 그 등가물의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.
임의의 종속 청구항의 특징은 임의의 독립 청구항 또는 다른 종속 청구항의 특징과 결합될 수 있다.

Claims (15)

  1. 3 차원 물체를 생성하기 위한 생성 장치를 제어하는 방법으로서,
    상기 물체는 성형 재료(build material)를 가열하여 상기 성형 재료가 합체(coalescence)되게 함으로써 생성되고,
    상기 방법은
    상기 물체로부터의 열 전달에 영향을 미치는 적어도 하나의 물리적 성질(physical property)을 나타내는 데이터를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 데이터를 이용하여 냉각 시간(cooling time)을 결정하는 단계와,
    상기 결정된 냉각 시간에 응답하여 상기 생성 장치의 구성 요소를 제어하는 단계
    를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 시간과 관련된 표시를 디스플레이하는 단계를 포함하는
    방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는 상기 결정된 냉각 시간이 경과된 후에 물체에 접근할 수 있도록 인터록(interlock)을 제어하는 단계를 포함하는
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는 열 추출 장치를 제어하는 단계를 포함하는
    방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각 시간은 상기 열 추출 장치의 특성 및 원하는 성능 기준 중 적어도 하나를 사용하여 결정되는
    방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는 상기 열 추출 속도를 제어하는 단계를 포함하는
    방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 물리적 성질은, 물체를 생성하는데 사용되는 성형 재료의 특성, 물체 중량, 물체의 부피, 물체의 치수, 물체의 온도, 물체의 구조, 물체의 특정 열전도율(specific thermal conductivity of an object), 물체의 열 전달 계수, 물체 생성에 사용되는 성형 재료의 부피, 물체 용기 내의 물체의 위치, 물체 용기 내의 물체의 수, 물체 용기 내의 물체의 배열, 물체 용기 내의 물체의 물리적 성질 중 적어도 하나를 포함하는
    방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 시간은 물체 생성과 관련된 온도를 사용하여 결정되는
    방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 물체의 온도를 나타내는 적어도 하나의 온도를 모니터링하는 단계와,
    상기 모니터링된 온도에 따라 상기 냉각 시간을 재계산하는 단계, 열 추출 속도를 제어하는 단계, 및 온도를 기록(logging)하는 단계 중 적어도 하나의 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 성형 재료로부터 3 차원 물체를 생성하기 위한 장치로서,
    상기 성형 재료를 가열함으로써 층별 방식으로 물체를 생성하는 물체 생성 모듈과,
    생성된 물체를 수용하기 위한 물체 용기와,
    제어기와,
    적어도 하나의 제어 가능한 구성 요소
    를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 구성 요소는 결정된 냉각 시간에 응답하여 상기 제어기에 의해 제어 가능하고, 상기 냉각 시간은 물체의 생성 후에 상기 물체 용기의 내용물의 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터를 사용하여 결정된 냉각 시간인
    장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 가능한 구성 요소는 열 추출 장치, 인터록, 및 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하는
    장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 생성된 물체의 온도를 나타내는 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는
    장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 시간을 결정하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는
    장치.
  14. 프로세서에 의해 실행 가능한 인코딩된 명령어가 저장된 비 일시적 머신 판독가능 저장 매체로서,
    상기 머신 판독가능 저장 매체는,
    데이터 결정 모듈로 하여금 성형 재료를 가열함으로써 층별 방식으로 적어도 하나의 3 차원 물체를 생성하도록 구성된 장치에 의해 생성된 물체로부터의 열 전달과 관련된 적어도 하나의 물리적 성질을 나타내는 데이터를 결정하게 하고,
    냉각 시간 결정 모듈로 하여금 상기 결정된 데이터를 사용하여 상기 물체의 냉각 시간을 결정하게 하며,
    제어 신호 생성 모듈로 하여금 상기 결정된 냉각 시간에 따라 출력 제어 신호를 생성하게 하는
    명령어를 포함하는
    머신 판독가능 저장 매체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 머신 판독가능 저장 매체는, 상기 데이터 판정 모듈로 하여금 물체의 형성을 제어하기 위한 설계 모델로부터 상기 물체로부터의 열 전달과 관련된 적어도 하나의 물리적 성질을 결정하게 하는 명령어를 포함하는
    머신 판독가능 저장 매체.
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