KR20170077808A - 산소를 포함하는 가스 혼합물을 이용하는 금속 적층 제조 - Google Patents

산소를 포함하는 가스 혼합물을 이용하는 금속 적층 제조 Download PDF

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돈넬 유진 크리어
채드 조셉 둘키비치
쥬니어 아치 리 스완너
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

증가된 미량의 산소를 사용하여 물체의 물리적 속성을 향상시키는, 본 발명에 따른 금속 분말 적층 제조 시스템(100)과 방법이 개시되어 있다. 상기 금속 분말 적층 제조 시스템(100)은: 처리 챔버(130); 상기 처리 챔버(130) 내의 금속 분말 베드(132); 상기 금속 분말 베드(132) 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시켜 물체(102)를 만들어 내도록 구성되어 있는 용융 요소(134); 및 불활성 가스(154)의 공급원 및 산소 함유 물질(162)의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스(154)와 산소 함유 물질(162)로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물(160)의 상기 처리 챔버(130) 내에서의 유동을 제어하도록 구성되어 있는 제어 시스템(104)을 포함할 수 있다.

Description

산소를 포함하는 가스 혼합물을 이용하는 금속 적층 제조{METAL ADDITIVE MANUFACTURING USING GAS MIXTURE INCLUDING OXYGEN}
본원은 일반적으로 적층 제조에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 산소를 포함하는 가스 혼합물을 채용하는 금속 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 본원은 또한 금속 적층 제조 방법과 이 방법을 이용하여 형성된 물체에 관한 것이다.
적층 제조(AM)는 물질의 제거가 아니라 물질의 연속적인 성층을 통하여 물체를 생성하는 매우 다양한 프로세스를 포함한다. 이러한 식으로, 적층 제조는, 어떠한 공구, 몰드 또는 고정구도 사용하지 않으면서 복잡한 기하학적 형상을 만들어 낼 수 있고, 폐기물이 거의 없거나 전혀 없다. 재료의 대부분이 잘라내어지고 버려지는, 재료의 솔리드 빌렛으로부터 구성요소를 기계 가공하는 것을 대신하여, 적층 제조에서는, 물체를 성형하는 데 필요한 재료만이 사용된다.
적층 제조 기술은 통상적으로 형성할 물체의 3차원 CAD(computer aided design) 파일을 취하는 것과, 컴퓨터로 물체를, 예컨대 18 ㎛~102 ㎛ 두께의 층으로 자르는 것, 그리고 각 층의 2차원 이미지를 갖는 파일을 생성하는 것을 포함한다. 그 후에, 다양한 타입의 적층 제조 시스템에 의해 물체가 구축될 수 있도록, 파일을 해석하는 준비 소프트웨어 시스템에 파일이 로딩될 수 있다. 3D 인쇄, 고속 조형(RP) 및 직접 디지털 제조(DDM) 유형의 적층 제조에서는 재료 층을 선택적으로 분배하여 물체를 생성한다.
선택적 레이저 용융(SLM) 및 직접 금속 레이저 용융(DMLM) 등과 같은 금속 분말 적층 제조 기술에서는 물체를 형성하도록 금속 분말 층이 순차적으로 용합된다. 보다 구체적으로는, 미세 금속 분말 층이, 어플리케이터를 이용하여 금속 분말 베드에 균일하게 분포된 이후에 순차적으로 용융된다. 금속 분말 베드는 수직축에서 이동될 수 있다. 산소 레벨이 500 ppm 미만 또는 처리 챔버 내의 체적의 0.1% 미만으로 엄격하게 강제되어 있고, 정밀하게 제어되는, 예컨대 아르곤 또는 질소 등의 불활성 가스의 분위기를 갖는 처리 챔버에서, 프로세스가 일어난다. 일단 각 층이 형성되면, 물체의 기하학적 형상의 각각의 2차원 조각이 금속 분말을 선택적으로 용융시키는 것에 의해 융합될 수 있다. 용융은, 100 와트 이테르븀 레이저 등과 같은, 고출력 레이저에 의해 수행될 수 있다. 레이저는, 주사 거울을 사용하여 X-Y 방향으로 이동하며, 금속 분말을 완전히 용접(용융)하여 고체 금속을 형성하기에 충분한 강도를 갖는다. 금속 분말 베드는 각각의 후속 2차원 층마다 낮추어지고, 물체가 완전히 형성될 때까지 프로세스가 반복된다. 금속 분말 적층 제조에서 적절한 가스 혼합물 환경을 확보하는 것이 과제인 것으로 입증되었다. 결과적으로, 금속 분말 적층 제조를 사용하여, 소기의 표면 마감, 부품 효율 및 부품 밀도를 달성하는 것은 어려울 수 있다.
본원의 제1 양태는, 금속 분말 적층 제조 시스템으로서: 처리 챔버; 상기 처리 챔버 내의 금속 분말 베드; 상기 금속 분말 베드 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시켜 물체를 만들어 내도록 구성되어 있는 용융 요소; 및 불활성 가스의 공급원 및 산소 함유 물질의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스와 산소 함유 물질로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물의 상기 처리 챔버 내에서의 유동을 제어하도록 구성되어 있는 제어 시스템을 포함하는 금속 분말 적층 제조 시스템을 제공한다.
본원의 제2 양태는, 금속 분말 적층 제조 방법으로서: 처리 챔버 내에 금속 분말 베드를 제공하는 단계; 불활성 가스의 공급원 및 산소 함유 물질의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스와 산소 함유 물질로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물의 상기 처리 챔버 내에서의 유동을 제어하는 단계; 물체를 만들어 내도록 상기 금속 분말 베드 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시키는 단계를 포함하는 금속 분말 적층 제조 방법을 제공한다.
본원의 제3 양태는, 금속 분말 적층 제조 방법에 의해 형성되는 물체에 관한 것으로서, 상기 금속 분말 적층 제조 방법은: 처리 챔버 내에 금속 분말 베드를 제공하는 단계; 불활성 가스의 공급원 및 산소 함유 물질의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스와 산소 함유 물질로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물의 상기 처리 챔버 내에서의 유동을 제어하는 단계; 상기 물체를 만들어 내도록 상기 금속 분말 베드 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시키는 단계를 포함하는 것이다.
본원의 예시적인 양태들은, 본원에 기술된 문제점들 및/또는 거론되지 않은 다른 문제점들을 해결하도록 되어 있다.
본원의 상기한 특징 및 그 밖의 특징은, 본원의 여러 실시형태를 도시하고 있는 첨부 도면과 함께, 본원의 여러 양태에 대한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본원의 실시형태들에 따른 금속 분말 적층 제조 시스템의 블록 선도를 보여준다.
본원의 도면들은 축척에 맞춰 도시되어 있지는 않다는 점을 주목해야 할 필요가 있다. 도면들은 단지 본원의 대표적인 양태를 보여주려는 것이므로, 본원의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 도면들에서, 유사한 도면부호들은 도면들 중에서 유사한 요소를 나타낸다.
앞서 명시되어 있는 바와 같이, 본원은, 예를 들어 물체 표면의 다공성 및 밀도 등을 보다 잘 제어하기 위해, 종래에 채용되었던 것보다 높은 레벨로 산소를 포함하는 가스 혼합물을 사용하는, 금속 분말 적층 제조 시스템 및 방법을 제공한다. 본원의 교시 내용이 금속 분말 적층 제조 시스템에 있어서 유효 필터 수명을 극적으로 증가시키는 것도 또한 밝혀졌다.
도면을 참조해 보면, 도 1은 상면 만이 도시되어 있는 물체(102)를 만들어 내기 위한, 예시적인 금속 분말 적층 제조 시스템(100)의 개략도/블록도를 보여준다. 이 예에서, 시스템(100)은 직접 금속 레이저 용융(DMLM)용으로 마련된다. 본원의 일반적인 교시 내용이 선택적 레이저 용융(SLM) 등과 같은 금속 분말 적층 제조의 다른 유형에도 동일하게 적용 가능한 것으로 이해된다. 물체(102)는 이중 벽 터빈 요소로서 도시되어 있지만; 적층 제조 프로세스는 다수의 다른 부품을 제조하는 데 용이하게 적용될 수 있는 것으로 이해된다.
시스템(100)은 일반적으로 금속 분말 적층 제조 제어 시스템(104)("제어 시스템") 및 AM 프린터(106)를 포함한다. 기술되는 바와 같이, 제어 시스템(104)은 물체(102)를 만들어 내도록 코드(108)를 실행한다. 제어 시스템(104)은 컴퓨터(110)에 있어서 컴퓨터 프로그램 코드로서 구현된 것으로 도시되어 있다. 이러한 범위에서, 컴퓨터(110)는 메모리(112), 프로세서(114), 입력/출력(I/O) 인터페이스(116) 및 버스(118)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 또한, 컴퓨터(110)는 외부 I/O 디바이스/리소스(120) 및 저장 시스템(122)과 통신 관계인 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 프로세서(114)는 메모리(112) 및/또는 저장 시스템(122)에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램 코드(108)를 실행한다. 프로세서(114)는, 컴퓨터 프로그램 코드(108)를 실행하고 있는 동안, 메모리(112), 저장 시스템(122), I/O 디바이스(120), 및/또는 AM 프린터(106)로/로부터 데이터를 판독 및/또는 기록할 수 있다. 버스(118)는 컴퓨터(110) 내의 각 구성요소 사이에 통신 링크를 제공하며, I/O 디바이스(120)는, 사용자가 컴퓨터(110)와 상호 작용할 수 있게 하는 임의의 디바이스(예컨대, 키보드, 포인팅 디바이스, 디스플레이 등)를 포함할 수 있다. 컴퓨터(110)는 단지 하드웨어 및 소프트웨어의 가능한 다양한 조합을 나타낼 뿐이다. 예를 들어, 프로세서(114)는 단일 처리 유닛을 포함할 수 있고, 또는 예를 들어 클라이언트 및 서버 상의, 하나 이상의 위치에 있는 하나 이상의 처리 유닛에 걸쳐 분포될 수 있다. 이와 마찬가지로, 메모리(112) 및/또는 저장 시스템(122)은 하나 이상의 물리적 위치에 있을 수 있다. 메모리(112) 및/또는 저장 시스템(122)은 자기 매체, 광학 매체, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM) 등을 포함하는 여러 타입의 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터(110)는 산업용 컨트롤러, 네트워크 서버, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑, 휴대용 디바이스 등과 같은 임의의 타입의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다.
언급한 바와 같이, 시스템(100) 및 특히 제어 시스템(104)은 물체(102)를 만들어 내도록 코드(108)를 실행한다. 그 중에서도, 코드(108)는, AM 프린터(106) 작동용의 컴퓨터 실행 가능한 명령의 세트(108S)와, AM 프린터(106)에 의해 물리적으로 만들어지는 물체(102)를 획정하는 컴퓨터 실행 가능한 명령의 세트(108O)를 포함할 수 있다. 본원에 기술된 바와 같이, 적층 제조 프로세스는, 코드(108)를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체[예컨대, 메모리(112), 저장 시스템(122) 등]에서 시작된다. AM 프린터(106) 작동용의 컴퓨터 실행 가능한 명령의 세트(108S)는, AM 프린터(106)를 작동시킬 수 있는 임의의 현재 알려져 있거나 또는 향후 개발되는 소프트웨어 코드를 포함할 수 있다. 물체(102)를 획정하는 컴퓨터 실행 가능한 명령의 세트(108O)는, 물체의 정밀하게 획정된 3D 모델을 포함할 수 있고, AutoCAD®, TurboCAD®, DesignCAD 3D Max 등과 같은 매우 다양한 잘 알려진 CAD 소프트웨어 시스템 중의 임의의 것으로부터 생성될 수 있다. 이러한 점에서, 코드(108O)는 현재 알려져 있거나 또는 향후 개발되는 임의의 파일 포맷을 포함할 수 있다. 또한, 물체(102)를 나타내는 코드(108O)는 서로 다른 포맷들 사이에서 변환될 수 있다. 예컨대, 코드(108O)는, 3D 시스템의 스테레오리소그래피 CAD 프로그램용으로 만들어진 STL(Standard Tessellation Language) 파일, 또는 미국 기계 기술자 협회(ASME) 표준인 적층 제조 파일(AMF)로서, 임의의 CAD 소프트웨어가 임의의 AM 프린터에서 가공될 임의의 3차원 물체의 형상과 조성을 묘사할 수 있게 하도록 되어 있는 확장성 생성 언어(XML) 기반 포맷인 것인 AMF 파일을 포함할 수 있다. 물체(102)를 나타내는 코드(108O)는 또한, 데이터 신호의 세트로 변환되어 전송될 수 있고, 데이터 신호의 세트로 수신되어 코드로 변환될 수 있으며, 필요에 따라 저장 등이 된다. 여하튼, 코드(108O)는 시스템(100)에 대한 입력일 수 있고, 부품 설계자, IP 제공자, 설계 회사, 시스템(100)의 운영자 또는 소유자, 또는 다른 소스에서 나올 수 있다. 여하튼, 제어 시스템(104)은 코드(108S, 108O)를 실행하여, 물체(102)를 일련의 얇은 조각으로 분할하는데, 이 일련의 얇은 조각은 AM 프린터(106)를 사용하여 재료의 연속적인 층들에 집합된다.
AM 프린터(106)는, 물체(102) 인쇄를 위한 제어된 분위기를 제공하도록 밀봉된 처리 챔버(130)를 포함할 수 있다. 물체(102)가 구축되는 금속 분말 베드 또는 플랫폼(132)이 처리 챔버(130) 내에 배치된다. 금속 분말 베드(132) 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시켜 물체(102)를 만들어 내도록, 용융 요소(134)가 구성되어 있다. 이러한 점에서, 용융 요소(134)는, 코드(108)에 의해 획정되는 바와 같은, 각 조각별로 입자를 융합시키는, 하나 이상의 레이저 또는 전자 빔(138)을 생성할 수 있다. 어플리케이터(140)는 빈 캔버스처럼 펼쳐진 원료 물질의 박층(142)을 생성할 수 있고, 이 박층으로부터 최종 물체의 각각의 연속 조각이 생성될 것이다. AM 프린터(106)의 여러 부품들은 각각의 신규 층의 추가에 부응하도록 이동될 수 있고, 예컨대 각각의 성층 이후에, 금속 분말 베드(132)가 하강하거나 및/또는 챔버(130) 및/또는 어플리케이터(140)가 상승할 수 있다. 프로세스는 미립자 금속 분말의 형태로 서로 다른 원료 물질을 사용할 수 있고, 이 원료 물질의 재고가 어플리케이터(140)에 의해 접근 가능한 챔버(144)에 유지될 수 있다. 본 경우에, 물체(102)는 순수 금속 또는 합금을 포함할 수 있는 "금속"으로 제조될 수 있다. 일례에서, 금속은 코발트 크롬 몰리브덴(CoCrMo) 등(이에 국한되는 것은 아님)과 같은 임의의 비반응성 금속을 실질적으로 포함할 수 있다.
처리 챔버(130)와 그 안의 분위기에 관하여 더 살펴보면, 본원에 언급된 바와 같이, 종래의 시스템에서, 챔버는 아르곤 또는 질소 등과 같은 불활성 가스로 충전되고, 산소를 최소화 또는 제거하도록 제어된다. 본원의 실시형태들에 따르면, 증가된 미량의 산소가, 물체(102)의 용융 풀 특성을 유리하게 변화시켜서, 부품 밀도를 높이고 완성된 부품의 전반적인 표면 마무리를 실질적으로 향상시키는 것으로 확인되었다. 종래 시스템들과는 달리, 본원의 실시형태들은, 불활성 가스(154)의 공급원 및 산소 함유 물질(162)의 공급원으로부터 얻어지는 가스 혼합물(160)의 처리 챔버(130) 내에서의 유동을 제어하도록 구성되어 있는 제어 시스템(104)을 구비한다. 이러한 경우에, 제어 시스템(104)은 펌프(150), 및/또는 불활성 가스용 유동 밸브 시스템(152)과 산소 함유 물질용 유동 밸브 시스템(164)을 제어하여, 가스 혼합물(160)의 함량을 제어할 수 있다. 즉, 제어 시스템(104)은, 불활성 가스(154)의 공급원에 연결된 유동 밸브 시스템(152), 산소 함유 물질(162)의 공급원에 연결된 유동 밸브 시스템(164), 및 불활성 가스(154)의 공급원과 산소 함유 물질(162)의 공급원에 연결된 펌프(150) 중의 적어도 하나를 제어한다. 각 유동 밸브 시스템(152, 164)은, 특정 가스 또는 물질의 유동을 정밀하게 제어할 수 있는, 하나 이상의 컴퓨터 제어 가능한 밸브, 유동 센서, 온도 센서, 압력 센서 등을 포함할 수 있다. 펌프(150)에는 밸브 시스템(152, 164)이 마련될 수도 있고 또는 마련되지 않을 수도 있다. 펌프(150)가 생략된 경우, 불활성 가스 및 산소 함유 물질은, 처리 챔버(130)에의 도입 전에, 도관 또는 매니폴드에서 간단히 혼합될 수 있다. 불활성 가스(154)의 공급원 또는 산소 함유 물질(162)의 공급원은, 그 안에 들어 있는 물질에 대한 임의의 종래 공급원의 형태, 예컨대 탱크, 저장소, 또는 다른 공급원의 형태를 취할 수 있다. 특정 물질을 측정하는 데 필요한 임의의 센서(도시 생략)가 제공될 수 있다. 여하튼, 가스 혼합물(160)은 산소 함유 물질에서 얻어지는 산소와 불활성 가스를 포함한다. 일 실시형태에서, 가스 혼합물(160)에 있어서의 산소의 체적%는 약 0.5% 내지 약 1%일 수 있고, 즉 종래의 시스템에서보다 현저히 높을 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "약"은 수치의, 또는 범위라면 명시된 수치들의, +/- 10%를 나타낸다. 가스 혼합물(160)은 통상의 방식으로 필터(170)를 사용하여 여과될 수 있다.
불활성 가스는, 임의의 전술한 가스, 예컨대 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있고, 아마도 약간의 헬륨을 포함할 수 있다. 산소 함유 물질은 다양한 형태를 취할 수 있다. 일 실시형태에서, 산소 함유 물질은, 공기 또는 순수 산소(순수 산소는 99% 초과의 O2를 갖는 것임) 등과 같은 산소 함유 가스를 포함할 수 있는데, 상기 공기와 순수 산소 각각은 종래의 방식으로 압축된 형태로 제공될 수 있는 것이다. 예를 들어, 질소 등과 같은 불활성 가스를 담지하는 공기의 경우와 같이, 산소 함유 물질이 불활성 가스를 포함하는 경우, 불활성 가스(및/또는 산소 함유 물질)의 양은, 증가된 불활성 가스의 체적에 부응하도록 변경될 수 있다. 다른 실시형태에서, 산소 함유 물질은, 예컨대 노즐(도시 생략)을 이용하여 가스 혼합물(160)에 분사되는, 증기로서 제공되는 물을 포함할 수 있다. 이러한 후자의 예에서, 처리 챔버(130) 내에서 응축물을 제거하기 위한 설비(도시 생략)가 필요할 수 있다. 본원의 실시형태들에 따르면, 물의 도입은, 본원에 기술된 바와 같이, 추가의 산소를 가스 혼합물(160)에 제공하고, 또한 필터(170)의 작동을 향상시킨다. 따라서, 선택적인 실시형태로서, 필터(170)는, 예컨대 작동 전에 물을 분사하거나 또는 필터(170)를 물에 침지하는 것에 의해, 물로 적셔져 그 여과 효과가 향상될 수 있고 약간의 산소가 가스 혼합물(160)에 도입될 수 있다. 또한, 본원의 범위 내에서, 아마도 산소를 임의의 담체로부터 분리하기 위한 다른 구조와 함께, 여러 다른 산소 함유 물질이 채용될 수 있다는 것도 예상된다.
작동시, 금속 분말 베드(132)는 처리 챔버(130) 내에 제공되고, 가스 혼합물이 불활성 가스와 산소 함유 물질에서 얻어지는 산소를 포함하도록, 제어 시스템(104)은, 불활성 가스(154)의 공급원 및 산소 함유 물질(162)의 공급원으로부터 얻어지는 가스 혼합물(160)의 처리 챔버(130) 내에서의 유동을 제어한다. 또한, 제어 시스템(104)은, 금속 분말 베드(132) 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시켜 물체(102)를 만들어 내도록, AM 프린터(106)를, 그리고 특히 어플리케이터(140) 및 용융 요소(134)를 제어한다. 본원의 실시형태들에 따라 생성된 물체(102)는, 본원의 실시형태들만큼 산소를 많이 사용하지 않는 종래의 프로세스에 비해, 향상된 표면 다공성을 나타낸다. 또한, 물체(102)는, 본원의 실시형태들만큼 산소를 많이 사용하지 않는 종래의 프로세스보다 큰 밀도를 가질 수 있다.
대개의 경우에, 제어 시스템(104)은 가스 혼합물(160)에서의 산소 함량을 전술한 범위로 유지하는 역할을 한다. 별법으로서, 제어 시스템(104)은 또한, AM 프린터(106)의 작동 중에, 예컨대 금속 분말 베드(132) 및 용융 요소(134)의 작동 중에, 가스 혼합물(160)에서의 산소의 비율(백분율)을 변화시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 물체(102)의 제조는, 물리적 속성들이, 예컨대 표면 다공성, 밀도 등이 일관성을 갖게 하도록, 보장될 수 있는데, 이 경우에 다른 시스템 파라미터가 변경되거나, 또는 물체(102)의 물리적 특성들이, 코드(108O)에 의해 좌우되는 바와 같이, 부분적으로 달라질 수 있다. 여하튼, 일단 완성되면, 물체(102)에는 다양한 마무리 프로세스, 예컨대 사소한 기계 가공, 밀봉, 연마 등이 행해질 수 있다.
일 실시형태에서, 시스템(100)은, 독일 뤼벡 소재의 SLM Solutions Group AG에서 시판하는 모델 280HL 선택적 레이저 용융 시스템, 또는 독일 뮌헨 소재의 EOS GmbH Electro Optical Systems; 독일 리흐텐펠즈 소재의 Concept Laser GmbH; 및 미국 사우스캐롤라이나 소재의 3D Systems, Rock Hill In.에서 시판하는 유사 모델들 등과 같은 다수의 종래의 금속 분말 적층 제조 시스템을 변경함으로써 만들어질 수 있다.
시스템(100)은, 물체(102)에 대해, 예컨대 표면 다공성 등의 완성 표면 마무리를 향상시키고, 완성된 물체(102)의 밀도를 높인다. 그 결과, 시스템(100)은 합격 부품 품질에 대한 프로세스 윈도우를 넓힌다. 또한, 시스템(100)은, 가스 혼합물 필터(170)의 수명을 증가시키고, 그 결과 소모품의 운영 비용이 감소되는 것으로 확인되었다.
당업자라면 인식하게 되듯이, 본원의 시스템(100)의 여러 부분들은 시스템, 방법, 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 제어 시스템(104)은, 전체 하드웨어 실시형태, 전체 소프트웨어 실시형태(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함), 또는 소프트웨어 양태와 하드웨어 양태를 겸비한 실시형태의 형태를 취할 수 있는데, 본원에서 이들 모두가 통틀어 "회로", "모듈", 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있다. 게다가, 본원은, 컴퓨터-이용 가능 프로그램 코드가 매체에 구현되어 있는 임의의 유형의 표현 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
하나 이상의 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체(들)의 임의의 조합이 이용될 수 있다. 컴퓨터-이용 가능 또는 컴퓨터-판독 가능 매체는, 예를 들어 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스 또는 전파 매체일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 컴퓨터-판독 가능 매체의 보다 구체적인 예(비전면적 리스트)는: 하나 이상의 와이어를 갖는 전기 접속부, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거형 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 디바이스, 인터넷 또는 인트라넷을 지원하는 것 등과 같은 전송 매체, 또는 자기 저장 디바이스를 포함한다. 프로그램은, 예를 들어 종이 또는 다른 매체의 광학 스캐닝을 통해 전자적으로 캡처된 후, 컴파일되거나, 해석되거나, 또는 그 밖의 적절한 방식으로 처리될 수 있고, 필요에 따라 그 후에 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있으므로, 컴퓨터-이용 가능 또는 컴퓨터-판독 가능 매체는, 프로그램이 인쇄되어 있는 종이 또는 다른 적절한 매체일수도 있다는 점을 주목해야 할 필요가 있다. 본 명세서의 문맥에서, 컴퓨터-이용 가능 또는 컴퓨터-판독 가능 매체는, 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 연계하여 사용하기 위해 프로그램을 담거나, 저장하거나, 통신하거나, 전파하거나, 또는 전송할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 상기 컴퓨터-이용 가능 매체는, 베이스밴드에 또는 반송파의 일부로서, 컴퓨터-이용 가능 프로그램 코드가 함께 구현되어 있는, 전파 데이터 신호를 포함할 수 있다. 컴퓨터 이용 가능 프로그램 코드는 무선, 유선, 광섬유 케이블, RF (이에 국한되는 것은 아님) 등의 임의의 적절한 매체를 사용하여 전송될 수 있다.
본원의 작업들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는, 자바, 스몰 토크 (Smalltalk), C ++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어와, "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어 등과 같은 종래의 절차적 프로그래밍 언어를 포함하는, 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성될 수 있다. 프로그램 코드는, 전체적으로 사용자의 컴퓨터에서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터에서, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터에서 그리고 부분적으로 원격 컴퓨터에서, 또는 전체적으로 원격 컴퓨터 혹은 서버에서 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는, 근거리 통신망(LAN) 또는 광역 통신망(WAN)을 포함하는 임의의 타입의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 접속될 수 있고, 또는 (예를 들어, 인터넷 서비스 제공자를 사용하는 인터넷을 통해) 외부 컴퓨터에 대해 접속이 이루어질 수 있다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 처리 장치가 특정 방식으로 기능하도록 명령할 수 있는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장될 수 있고, 그 결과 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 명령들은, 흐름도 및/또는 블록 선도의 블록(들)에 명시된 기능/동작들을 실시하는 명령 수단을 포함하는 제조 물품을 생성한다.
컴퓨터 프로그램 명령들은 또한, 일련의 작업 단계들이 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치에서 수행되게 하여 컴퓨터 실행 프로세스를 형성하도록 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치에 로딩될 수 있고, 그 결과 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치에서 실행되는 명령들은, 흐름도 및/또는 블록 선도의 블록(들)에 명시된 기능/동작들을 실시하기 위한 프로세스를 제공한다.
본원에 사용된 용어는, 단지 특정 실시형태를 기술하기 위한 것이며, 본원을 제한하려는 의도는 없다. 본원에 사용되고 있는 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는, 별도로 문맥에서 명확히 지시하고 있지 않으면, 복수 형태도 또한 포함하는 것으로 의도되어 있다. 또한, 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은, 본원에서 사용될 때, 명시된 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는 것으로 이해될 것이다.
이하의 청구범위에 있는 모든 수단 또는 방법뿐만 아니라 기능 요소에 대응하는 구조, 재료, 동작 및 등가물은, 구체적으로 청구되어 있는 다른 청구 요소와 함께 기능을 수행하기 위한, 임의의 구조, 재료, 또는 동작을 포함하도록 의도되어 있다. 본원에 대한 설명은, 예시 및 설명을 목적으로 주어진 것이지만, 철저한 것으로 또는 본원에 개시된 형태로 제한되는 것으로 의도되어 있지 않다. 본원의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 여러 수정 및 변형이 당업자에게는 자명할 것이다. 본원의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자들이 여러 수정을 갖는 여러 실시형태에 관한 내용을 고려되는 특정 사용에 적합한 것으로 이해할 수 있게 하기 위해, 실시형태가 선택 및 기술되어 있다.

Claims (15)

  1. 금속 분말 적층 제조 시스템(100)으로서:
    처리 챔버(130, 144);
    상기 처리 챔버(130, 144) 내의 금속 분말 베드(132);
    상기 금속 분말 베드(132) 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시켜 물체(102)를 만들어 내도록 구성되어 있는 용융 요소(134); 및
    불활성 가스(154)의 공급원 및 산소 함유 물질(162)의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스(154)와 산소 함유 물질(162)로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물(160)의 상기 처리 챔버(130, 144) 내에서의 유동을 제어하도록 구성되어 있는 제어 시스템(104)
    을 포함하는 금속 분말 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산소 함유 물질(162)은 산소 함유 가스를 포함하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 공기를 포함하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 순수 산소를 포함하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산소 함유 물질(162)은 물을 포함하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가스 혼합물(160)에 있어서의 산소의 체적%가 약 0.5% 내지 약 1%인 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 분말은 비반응성 금속 분말을 포함하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 분말은 코발트 크롬 몰리브덴(CoCrMo)을 포함하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스(154)는 아르곤 및 질소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템(104)은, 불활성 가스(154)의 공급원에 연결된 유동 밸브 시스템(152, 164), 산소 함유 물질(162)의 공급원에 연결된 유동 밸브 시스템(152, 64), 및 불활성 가스(154)의 공급원과 산소 함유 물질(162)의 공급원에 연결된 펌프(150) 중의 적어도 하나를 제어하는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템(104)은, 금속 분말 베드(132) 및 레이저 용융 요소(134)의 작동 중에, 가스 혼합물(160)에서의 산소의 비율을 변화시키는 것인 금속 분말 적층 제조 시스템.
  12. 금속 분말 적층 제조 방법으로서:
    상기 처리 챔버(130, 144) 내에 금속 분말 베드(132)를 제공하는 단계;
    불활성 가스(154)의 공급원 및 산소 함유 물질(162)의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스(154)와 산소 함유 물질(162)로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물(160)의 상기 처리 챔버(130, 144) 내에서의 유동을 제어하는 단계; 및
    물체(102)를 만들어 내도록 상기 금속 분말 베드(132) 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시키는 단계
    를 포함하는 금속 분말 적층 제조 방법.
  13. 금속 분말 적층 제조 방법에 의해 형성되는 물체(102)로서,
    상기 방법은:
    상기 처리 챔버(130, 144) 내에 금속 분말 베드(132)를 제공하는 단계;
    불활성 가스(154)의 공급원 및 산소 함유 물질(162)의 공급원으로부터 얻어지며 불활성 가스(154)와 산소 함유 물질(162)로부터의 산소를 포함하는 가스 혼합물(160)의 상기 처리 챔버(130, 144) 내에서의 유동을 제어하는 단계; 및
    상기 물체(102)를 만들어 내도록 상기 금속 분말 베드(132) 상의 금속 분말의 층을 순차적으로 용융시키는 단계
    를 포함하는 것인 물체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 산소 함유 물질(162)은 산소 함유 가스를 포함하는 것인 물체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 산소 함유 물질(162)은 물을 포함하는 것인 물체.
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