KR20180021221A - 냉각제 시스템을 갖는 적층 제조 - Google Patents

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버나드 프레이
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Abstract

적층 제조 시스템은 제조 중인 개체를 지지하기 위한 최상부면을 갖는 플래튼; 플래튼에 걸쳐 피드 재료의 복수의 연속적인 층을 전달하기 위한 피드 재료 디스펜서; 피드 재료의 최외측 층의 적어도 일부분을 용융시키기 위해 플래튼 위에 위치된 에너지 소스; 및 피드 재료의 최외측 층의 적어도 일부분이 용융된 후, 냉각제 유체를 최외측 층 상에 전달하기 위한 냉각제 유체 디스펜서를 포함한다.

Description

냉각제 시스템을 갖는 적층 제조
본 발명은 적층 제조(additive manufacturing)에 관한 것이고, 더 구체적으로는 피드 재료의 층이 디스펜싱되고 냉각되는 3D 프린팅 프로세스에 관한 것이다.
입체 임의형상 제작(solid freeform fabrication) 또는 3D 프린팅이라고도 알려져 있는 적층 제조(additive manufacturing, AM)는 원재료(일반적으로, 파우더, 액체, 현탁액, 또는 용해된 고체)로부터 일련의 2차원 층들 또는 단면들로 3차원 개체들이 구축되는 임의의 제조 프로세스를 지칭한다. 대조적으로, 전통적인 머시닝 기술들은 절삭 프로세스들(subtractive processes)을 수반하며, 나무, 또는 금속의 블록과 같은 스톡 재료(stock material)로부터 절단되는 개체들을 생성한다.
적층 제조에서는 다양한 적층 프로세스들이 이용될 수 있다. 다양한 프로세스들은 완성된 개체들을 생성하기 위해 층들이 퇴적되는 방식, 및 각각의 프로세스에서의 이용에 호환가능한 재료들에 있어서 차이가 있다. 일부 방법들은 층들을 생성하기 위해, 예를 들어, 선택적 레이저 용해(selective laser melting, SLM) 또는 직접 금속 레이저 소결(direct metal laser sintering, DMLS), 선택적 레이저 소결(selective laser sintering, SLS), 용융 퇴적 모델링(fused deposition modeling, FDM)과 같이, 재료를 용해하거나 연화(soften)하는 한편, 다른 방법들은 상이한 기술들, 예를 들어 스테레오리소그래피(stereolithography, SLA)를 이용하여 액체 재료들을 경화(cure)한다.
소결은 개체들을 생성하기 위해, 작은 그레인들, 예를 들어 파우더들을 용융시키는 프로세스이다. 소결은 통상적으로 파우더를 가열하는 것을 수반한다. 파우더형 재료가 소결 프로세스에서 충분한 온도로 가열될 때, 파우더 입자들 내의 원자들이 입자들의 경계들에 걸쳐서 확산되고, 그에 의해 입자들을 함께 용융시켜 고체 단편(solid piece)을 형성하게 된다. 용해와는 대조적으로, 소결에서 이용되는 파우더는 액체 위상에 도달할 필요가 없다. 소결 온도가 재료의 녹는점보다 낮을 수 있으므로, 소결은 텅스텐 및 몰리브덴과 같은 높은 녹는점들을 갖는 재료들에 대해 종종 이용된다.
소결 및 용해 둘 다가 적층 제조에서 이용될 수 있다. 이용되는 재료는 어느 프로세스가 발생하는지를 결정한다. 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)과 같은 비정질 고체(amorphous solid)는 실제로 과냉각된 점성질 액체이고, 고체로부터 액체 상태로의 위상 전이의 관점에서 기술적으로 "용해"되지 않는다(본 명세서에서, "용해"라는 용어는 다르게는 관습적인 의미로 이용된다). 선택적 레이저 소결(SLS)은 ABS를 위한 관련 프로세스인 한편, 선택적 레이저 용해(SLM)는 나일론 및 금속들과 같은 결정질 및 준결정질 재료들을 위해 이용되고, 이것들은 별개의 용해/결빙 온도를 갖고, SLM 프로세스 동안 용해를 겪는다.
전형적으로, 파우더형 재료를 소결 또는 용해하기 위한 에너지 소스로서 레이저 빔을 이용하는 종래의 시스템들은 레이저 빔을 파우더형 재료의 층 내의 선택된 지점으로 지향시키고, 층에 걸쳐서 요구되는 위치들을 용융시키기 위해 레이저를 선택적으로 활성화하면서 레이저 빔을 래스터 스캔한다. 제1 층 상의 요구되는 위치들 전부가 소결 또는 용해되고 재고체화되고(re-solidified) 나면, 파우더형 재료의 새로운 층이 완성된 층의 최상부에 퇴적되고, 프로세스는 요구되는 개체가 생성될 때까지 층별로 반복된다.
또한, 전자 빔은 재료 내에 소결 또는 용해를 야기하기 위한 에너지 소스로서 이용될 수 있다. 다시 한 번, 전자 빔은 특정 층의 처리를 완료하기 위해 층을 가로질러 래스터 스캔된다.
일 양태에서, 적층 제조 시스템은 제조 중인 개체를 지지하기 위한 최상부면을 갖는 플래튼; 플래튼에 걸쳐 피드 재료의 복수의 연속적인 층을 전달하기 위한 피드 재료 디스펜서; 피드 재료의 최외측 층의 적어도 일부분을 용융시키기 위해 플래튼 위에 위치된 에너지 소스; 및 피드 재료의 최외측 층의 적어도 일부분이 용융된 후, 냉각제 유체를 최외측 층 상에 전달하기 위한 냉각제 유체 디스펜서를 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
냉각제 유체 디스펜서는 냉각제 유체를 플래튼의 폭에 걸쳐 동시에 전달하도록 구성된 도관을 포함할 수 있다. 시스템은 플래튼의 길이를 따라 도관을 이동시키기 위해 도관에 결합된 액츄에이터를 포함할 수 있다. 도관은 플래튼의 폭에 걸쳐 연장되는 복수의 이격된 애퍼쳐(spaced apart apertures), 또는 플래튼의 폭에 걸쳐 연장되는 연속적인 슬롯(contiguous slot)을 포함할 수 있다.
에너지 소스는 적어도 플래튼의 길이를 따라 스캐닝하는 영역에 열을 인가하도록 구성될 수 있고, 시스템은 액츄에이터로 하여금 플래튼의 길이를 따른 영역의 움직임과 함께 도관을 이동시키게 하도록 구성될 수 있다. 에너지 소스는 피드 재료의 최외측 층을 가로질러 길이 및 폭 방향 둘 다에서 스캐닝하는 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 에너지 소스는 레이저를 포함한다. 에너지 소스는 플래튼의 폭을 가로질러 연장되는 피드 재료의 최외측 층의 면적을 동시에 가열하도록 구성될 수 있다. 에너지 소스는 열 램프들의 선형 어레이를 포함한다. 도관 및 에너지 소스는 이동가능한 프레임 상에서 서로에 대해 고정된 위치에서 지지될 수 있다. 제2 액츄에이터는 영역을 플래튼에 대해 이동시킬 수 있고, 제어기는 액츄에이터로 하여금 제2 액츄에이터에 의해 야기되는 움직임과 함께 도관을 이동시키게 하도록 구성될 수 있다.
제어기는 액츄에이터로 하여금, 에너지 소스가 피드 재료의 층을 가열한 후 플래튼을 가로질러 도관을 이동시키게 하도록 구성될 수 있다. 에너지 소스는 피드 재료의 최외측 층 전부를 동시에 가열하도록 구성된다. 에너지 소스는 열 램프들의 어레이를 포함할 수 있다.
피드 재료 디스펜서는 적어도 플래튼의 길이를 따라 스캐닝하는 영역에 피드 재료를 분산시키도록 구성되고, 시스템은 액츄에이터로 하여금 플래튼의 길이를 따른 영역의 움직임과 함께 도관을 이동시키게 하도록 구성될 수 있다. 피드 재료 디스펜서는 피드 재료를 플래튼에 인접한 저장소로부터 밀어내기 위한 스프레더, 또는 분산기 - 분산기로부터 재료가 전달됨 - 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도관 및 스프레더 또는 분산기는 이동가능한 프레임 상에서 서로에 대해 고정된 위치에서 지지될 수 있다. 제2 액츄에이터는 스프레더 또는 분산기를 플래튼에 대해 이동시킬 수 있고, 제어기는 액츄에이터로 하여금 제2 액츄에이터에 의해 야기되는 움직임과 함께 도관을 이동시키게 하도록 구성될 수 있다.
플래튼은 챔버 내에 매달릴 수 있고, 냉각제 유체 디스펜서는 냉각제 유체를 챔버 내로 주입하도록 구성될 수 있다.
다른 양태에서, 적층 제조의 방법은 지지체 상에 복수의 층을 연속적으로 형성하는 단계를 포함한다. 복수의 층 중에서 하나의 층을 형성하는 단계는, 플래튼에 걸쳐 피드 재료의 층을 디스펜싱하는 단계; 피드 재료의 층의 적어도 일부분을 용융시키는 단계; 및 피드 재료의 층의 적어도 일부분이 용융된 후, 냉각제 유체를 피드 재료의 층 상에 전달하는 단계를 포함한다.
냉각제 유체를 소결된 피드 재료의 층 상에 디스펜싱하는 냉각제 디스펜서를 포함시킴으로써, 적층 제조 시스템의 수율이 증가될 수 있다. 냉각제 유체는 소결된 피드 재료의 층을 냉각하고, 피드 재료의 다음 층의 처리를 촉진한다. 냉각제 유체는 피드 재료 내에서의 온도 변동을 또한 감소시키고, 이는 적층 제조 프로세스의 품질을 개선한다.
도 1a 및 도 1b는 적층 제조 시스템들의 실시예들의 개략적 측면도들이다.
도 2a - 도 2c는 냉각제 디스펜서 시스템들의 실시예들의 개략적 상부도들이다.
도 3 - 도 5는 적층 제조 시스템들의 실시예들의 개략적 측면도들이다.
적층 제조 프로세스는 플래튼 또는 이전에 퇴적된 층 상에 피드 재료, 예를 들어 파우더의 층을 디스펜싱하는 것을 수반할 수 있고, 피드 재료의 층의 일부분들을 용융시키기 위한 방법이 그에 후속한다. 파우더의 경우에서, 하나 이상의 에너지 소스가 피드 재료를 실온으로부터 재료를 용융시키기에 충분한 온도들, 예를 들어 소결 온도 또는 용해 온도로 가열할 수 있다. 예를 들어, 소결된 또는 용해된 재료가 재고체화되도록, 및/또는 다음 층의 우연한 소결 또는 용해를 방지하기 위해, 처리된 층은 다음 층의 디스펜싱 전에 냉각될 필요가 있다.
피드 재료 층의 냉각은 냉각제 디스펜서로부터의 냉각제 유체를 용융된 피드 재료 상에 디스펜싱함으로써 촉진될 수 있다. 냉각의 촉진은 시스템의 수율, 및 적층 제조 프로세스의 품질을 개선한다. 냉각제 디스펜서는 퇴적된 피드 재료의 층에 걸쳐 횡단(traverse)할 수 있고, 전체 층 또는 층의 일부분 상에 냉각제 유체를 디스펜싱할 수 있다. 적층 제조 프로세스는 퇴적된 피드 재료의 표면의 온도를 검출하기 위한 센서, 및 센서로부터의 신호에 기초하여 냉각제 디스펜서를 조절하기 위한 제어 시스템을 또한 포함할 수 있다.
일반적으로, 적층 제조 시스템은 피드 재료를 수용하기 위한 플래튼, 피드 재료 디스펜서, 퇴적된 피드 재료들을 가열할 수 있는 하나 이상의 열원, 및 냉각제 유체를 퇴적된 피드 재료 상에 디스펜싱하기 위한 냉각제 디스펜서를 포함할 수 있다. 열원들은 빔 소스, 열 램프 어레이, 및/또는 플래튼에 내장되는 저항성 가열기 코일들을 포함할 수 있다. 피드 재료 디스펜서의 컴포넌트들, 빔 소스로부터의 빔, 및 냉각제 디스펜서는 피드 재료를 각각 퇴적, 용융 및 냉각하기 위해 플래튼을 가로질러 횡단할 때, 서로에 대해, 또는 서로와 함께(즉, 동작 시에 서로에 대해 고정되어) 이동할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 적층 제조 시스템(100)의 구현들의 측면도들이다. 적층 제조 시스템(100)은 제작 중인 개체를 유지하기 위한 지지체(102), 지지체(102)에 걸쳐 피드 재료의 층을 전달하기 위한 피드 재료 전달 시스템, 피드 재료의 전체 층을 가열하도록 구성된 열 램프들의 어레이와 같은 제1 열원(155), 피드 재료의 층을 가로질러 스캐닝하고 피드 재료를 용융시키기에 충분하게 피드 재료의 층의 일부분들을 선택적으로 가열하기 위한 빔(175)을 발생시키도록 구성된 제2 열원(160), 및 지지체(102)에 걸쳐 퇴적된 피드 재료의 온도를 제어하기 위한 냉각제 디스펜서들(145 및 146)을 포함한다(도 1b 참조).
선택적으로(optionally), 적층 제조 시스템(100)의 일부 부품들은 하우징(110)에 의해 둘러싸일 수 있다. 하우징(110)은 예를 들어 하우징 내부의 챔버(112) 내에서 진공 환경, 예를 들어 약 1 Torr 이하의 압력들이 유지되는 것을 허용할 수 있다. 대안적으로, 챔버(112)의 내부는 실질적으로 순수한 가스, 예를 들어 미립자들을 제거하도록 필터링된 가스일 수 있거나, 챔버는 대기로 배기될 수 있다.
지지체(102)는 예를 들어 플래튼(105)에 연결된 선형 액츄에이터(107a)에 의해 수직으로 이동가능한 플래튼(105)을 포함할 수 있다. 추가로, 지지체는 플래튼, 및 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료(130)를 가열하기 위해, 플래튼(105)에 내장된 저항성 가열기, 또는 플래튼 아래의 하부 램프 어레이(109a)와 같은 가열기를 포함할 수 있다.
피드 재료 전달 시스템은 피드 재료를 저장소로부터 플래튼으로 전달한다. 예를 들어, 파우더의 경우에서, 피드 전달 시스템은 지지체를 가로질러 파우더의 층을 디스펜싱할 수 있고, 거기서 파우더가 용융될 것이다. 일부 구현들에서, 피드 전달 시스템은 지지체(102)의 폭에 걸친 영역을 가로질러 피드 재료를 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 피드 전달 시스템은 피드 재료의 층을 전달하기 위해, 지지체(102)의 폭에 걸쳐지고 지지체의 길이를 가로질러 스캐닝하는 디스펜서를 포함할 수 있다. 디스펜서는 피드 재료가 중력의 영향 하에서 애퍼쳐를 통해 유동하는 것을 단순히 허용할 수 있거나, 디스펜서는 하나 이상의 노즐로부터 파우더를 분출하는 이젝터(ejector)일 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 구현들에서, 피드 재료(130)는 지지체(102)에 인접한 하나 이상의 저장소(120) 내에 유지된다. 도 1a 및 도 1b는 플래튼(105)의 대향 측들에 위치된 2개의 저장소(120a, 120b)를 구비하는 시스템(100)을 도시하지만, 시스템은 단 하나의 저장소를 포함할 수 있다. 각각의 저장소(120)는 측벽들(124)에 의해 둘러싸인 수직 이동가능한 지지 플레이트(122)에 의해 정의될 수 있다. 지지 플레이트(122)를 전위(displacing)시키기 위한 메커니즘은 피스톤 로드(piston rod)(107b)에 의해 지지 플레이트(122)에 연결된 선형 액츄에이터일 수 있다.
피드 재료(130)는 예를 들어 플래튼(105) 또는 하부 층을 코팅하기에 충분한 양의 파우더를 벽(124)보다 높게 제공하기에 충분한 거리만큼 저장소(120)를 상향으로(+z 방향) 이동시킴으로써, 저장소(120)로부터 플래튼(105)을 가로질러 밀어질 수 있다. 다음으로, 롤러 또는 블레이드와 같은 스프레더(140)가 피드 재료를 지지 플레이트(122)로부터, 그리고 플래튼(105)을 가로질러 밀어낸다. 스프레더(140)는 지지체(102)의 폭에 걸쳐 있을 수 있다.
적층 제조 시스템(100) 내에서 이용되는 피드 재료를 가열하기 위해 다양한 에너지 소스들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 저장소는 지지 플레이트, 및 지지 플레이트(122) 위의 저장소(120) 내에 있는 피드 재료(130)를 가열하기 위해, 지지 플레이트(122)에 내장된 저항성 가열기, 또는 지지 플레이트(122) 아래의 하부 램프 어레이(126)와 같은 가열기를 포함할 수 있다. 지지 플레이트(122) 내의 또는 지지 플레이트 아래의 임의의 가열기를 대신하여, 또는 그에 추가하여, 일부 구현들에서, 시스템(100)은 저장소(120) 내의 피드 재료(130)에 복사적으로(radiatively) 열을 인가하도록 위치된 열원(135)을 포함할 수 있다. 열원(135)은 플래튼(105)에 걸친 피드 재료의 층에는 열을 공급하지 않도록 위치될 수 있다. 열원(135)은 열 램프, 예를 들어 IR 램프(135)일 수 있다. 둘 이상의 저장소(120a, 120b)를 갖는 구현들에서, 각각의 저장소 위에 IR 램프(135)가 배치될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 피드 재료(130)는 온도를 충분히 상승시킴으로써 용융될 수 있다(그리고, 다음으로 예를 들어 액체화된 피드 재료를 고체화하기 위해 필요에 따라 냉각됨). 예를 들어, 파우더의 경우에서, 파우더는 소결 온도로 가열될 때 소결될 수 있다. 피드 재료(130)의 온도는 피드 재료를 연속하여 가열하는 하나 이상의 에너지 소스에 의해 피드 재료(130)를 가열함으로써 실온으로부터 소결 온도로 상승될 수 있다. 예를 들어, 피드 재료는 플래튼 상에 퇴적되기 전에 "자유 유동 온도(free flowing temperature)"로 가열될 수 있다. 플래튼 상에 퇴적되고 나면, 퇴적된 피드 재료의 전체 층이 더 가열될 수 있다. 예를 들어, 피드 재료의 전체 층은 파우더가 끈적거리게 되거나 점성질로 되게 하기에 충분하지만 피드 재료가 용융되는 온도보다는 낮은 "점결성 온도(caking temperature)"로 상승될 수 있다. 최종적으로, 퇴적된 피드 재료는 용융 온도, 예를 들어 소결 온도로 선택적으로 가열될 수 있다.
지지 플레이트(122) 내의 또는 지지 플레이트 아래의 열원(135) 및/또는 가열기로부터의 전체 열은 피드 재료(130)의 온도를 실온, 즉 약 20-26℃로부터, 실온보다는 높지만 파우더가 끈적거리게 되거나 점성질로 되게 할 정도로 높지는 않은 "자유 유동 온도"로 상승시키기에 충분하다. 이것은 피드 재료가 상승된 온도에서 플래튼에 걸쳐 디스펜싱되는 것을 허용한다. 이것은 소결에 필요한 온도 변동, 및 다른 가열 컴포넌트들이 필요로 하는 전력을 감소시키지만, 디스펜싱 프로세스를 방해하지는 않는다.
하나 이상의 에너지 소스에 의해 열을 공급함으로써, 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료의 최상부 층의 온도는 "자유 유동 온도"로부터 "점결성 온도"로 상승될 수 있다. 예를 들어, 지지체(102)는 플래튼, 및 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료(130)를 가열하기 위해, 플래튼(105)에 내장된 저항성 가열기, 또는 플래튼 아래의 하부 램프 어레이(109a)와 같은 가열기를 임의적으로 포함할 수 있다. 플래튼(105) 내의 또는 플래튼 아래의 임의의 가열기를 대신하여, 또는 그에 추가하여, 일부 구현들에서, 시스템(100)은 플래튼(105) 상의 피드 재료(130)에 복사적으로 열을 인가하도록 위치된 제1 열원(155)을 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 퇴적된 피드 재료의 요구되는 일부분들을 용융시키기 위해서는, 온도가 예를 들어 파우더의 소결 온도까지 상승될 필요가 있다. 플래튼(105)에 걸친 피드 재료(130)의 층의 온도가 점결성 온도에 있는 경우, 피드 재료를 소결 온도로 가열하기 위해, 추가의 에너지 소스들, 예를 들어 제2 열원(160)이 이용된다.
제2 열원(160)은 예를 들어 레이저 빔(175)을 발생시키기 위한 레이저일 수 있다. 대안적으로, 제2 열원(160)은 전자 빔(175)을 발생시키기 위한 전자 소스일 수 있다. 빔(175)은 피드 재료의 층에 걸쳐 스캐닝할 수 있고, 빔의 전력은 피드 재료의 층의 일부분들을 선택적으로 용융, 예를 들어 소결시키도록 변조될 수 있다.
제2 열원(160)은 빔 소스(170)[빔(175)을 생성함], 액츄에이션 시스템(165), 및 광학 시스템(167)을 포함한다. 빔(175)은 예를 들어 레이저 빔 또는 전자 빔일 수 있다. 액츄에이션 시스템(165)은 피드 재료의 최상부면을 스캐닝하기 위해 빔(175)을 x-y 평면에서 병진시킬 수 있다. 예를 들어, 액츄에이션 시스템(165)은 레이저 빔을 요구되는 각도로 편향시키기 위한 갈보 제어 미러(galvo-controlled mirror)를 포함할 수 있거나, 액츄에이션 시스템(165)은 플래튼(105)에 대해 빔 소스(170)를 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 액츄에이션 시스템(165)은 빔 소스(170)를 Z 방향으로 병진시키도록 구성될 수 있고, 이는 피드 재료의 최상부 층 상에서의 빔(175)의 스폿 크기의 형상의 제어를 허용할 수 있다. 광학 컴포넌트들(167)은 피드 재료의 최상부면 상에서 레이저 빔(175)의 초점 심도 및/또는 스폿 크기를 또한 제어할 수 있다.
시스템(100)의 수율은 몇가지 기술을 적용함으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 저장소 내의 피드 재료(130)는 열원(135), 지지 플레이트(122)에 내장된 저항성 가열기, 및 하부 램프 어레이(126)의 조합에 의해, 실온으로부터 "자유 유동 온도"로 가열될 수 있다. 플래튼(105) 상의 퇴적 이전에 피드 재료를 가열하면, 퇴적된 피드 재료를 용융시키는 데에 필요한 시간을 감소시키는 데에 도움이 될 수 있다.
시스템(100)의 수율은 플래튼의 대향 측들에 위치된 2개의 저장소(120a 및 120b)를 갖는 것에 의해서도 증가될 수 있는데, 그러한 2개의 저장소는 피드 재료가 교대로 디스펜싱되는 것을 허용한다. 예를 들어, 스프레더(140)는 피드 재료(130)의 층을 저장소(120a)로부터 플래튼(105)에 걸쳐 스프레딩하는 프로세스에서, 플래튼(105)의 좌측 단부에 있는 저장소(120a)로부터 플래튼(105)의 우측 단부에 있는 저장소(120b)까지 제1 방향으로 이동될 수 있다. 그 층이 처리되고 난 후, 피드 재료의 다른 층은 피드 재료의 다른 층을 스프레딩하는 프로세스에서, 스프레더(140)를 저장소(120b)로부터 저장소(120a)까지 반대되는 제2 방향으로 이동시킴으로써 디스펜싱될 수 있다.
시스템(100)의 수율은 냉각제 디스펜서가 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료(130)의 온도를 조절하게 하는 것에 의해서도 증가될 수 있다. 예를 들어, 피드 재료의 층이 퇴적되고 용융된 후에, 피드 재료의 다음 층을 처리하기 전에 용융된 피드 재료를 냉각시키는 것이 바람직할 수 있다. 피드 재료의 냉각은 용융된 피드 재료로부터의 열이 주변 피드 재료의 온도를 변화시키는 것을 방지한다. 이것은 예를 들어 피드 재료의 다음 층의 우연한 소결 또는 용해를 감소시킬 수 있다. 이것은 예를 들어 퇴적된 피드 재료의 층들을 가로질러, 그리고 퇴적된 피드 재료의 층들 사이에서 공간 온도 변동들(spatial temperature fluctuations)을 또한 감소시킬 수 있고, 따라서 열 응력을 감소시킬 수 있으며, 그에 의해 재료 속성들을 개선할 수 있다. 예를 들어, 냉각제 디스펜서는 공기 또는 일부 다른 가스, 예를 들어 질소를 디스펜싱하는 에어 나이프(air knife)일 수 있다.
스프레더(140) 및 냉각제 디스펜서(145)는 하나 이상의 제어기[예를 들어, 제어기(190)]에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 드라이브 메커니즘(예를 들어, 액츄에이터들)에 결합되거나 장착될 수 있다. 따라서, 롤러(140) 및 냉각제 디스펜서(145)는 플래튼에 대해 이동할 수 있고, 예를 들면 플래튼의 길이를 따라(y 방향으로) 스캐닝할 수 있다. 스프레더(140) 및 냉각제 디스펜서(145)는 이들이 서로에 대해, 그리고 빔(175)에 대해 이동하는 것을 허용할 수 있는 별개의 액츄에이터들 상에 장착될 수 있다.
스프레더(140) 및 냉각제 디스펜서(145)는 빔(175)에 대해, 또는 빔과 함께 이동할 수 있다. 일부 구현들에서, 스프레더(140), 디스펜서(145), 및 빔(175)은 스캐닝 방향으로, 예를 들어 좌측에서 우측으로 플래튼(105)을 가로질러 스캐닝한다. 일부 구현들에서, 스프레더(140), 냉각제 디스펜서(145), 및 빔(175)은, 스프레더(140)가 [스프레더(140), 디스펜서(145) 및 빔(175)의 움직임의 방향에서] 냉각제 디스펜서(145)의 앞에 있는 한편, 빔(175)은 스프레더와 냉각제 디스펜서 사이의 피드 재료를 소결시키도록, 플래튼(105)에 대해, 그러나 서로와 함께 이동한다.
디스펜서(145)는 플래튼의 폭을 가로질러(x 방향을 따라) 냉각제 유체를 동시에 디스펜싱할 수 있는 도관을 포함할 수 있다. 도관은 플래튼의 폭에 걸쳐 연장되고 이격된 복수의 애퍼쳐 또는 연속적인 슬롯을 가질 수 있다.
도 2a는 액츄에이터(181)에 결합된 도관(185)을 포함하는 디스펜서(145)의 구현을 도시한다. 도관(185)은 연속적인 슬롯(182)을 가질 수 있고, 커넥터(184), 예를 들어 가요성 튜빙(flexible tubing)을 통해 냉각제 유체 소스(186)에 결합된다.
도 2b는 도관(185)이 복수의 애퍼쳐(183)를 갖는 디스펜서(145)의 구현을 도시한다. 도관 및 애퍼쳐들(183)은 공통의 커넥터(184), 예를 들어 가요성 튜빙을 통해 냉각제 유체 소스(186)에 결합된다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 적층 제조 시스템(100)은 1개보다 많은 냉각제 디스펜서, 예를 들어 디스펜서들(145 및 146)을 또한 가질 수 있다. 디스펜서들은 플래튼(105)을 가로질러 평행하게 연장될 수 있다.
냉각제 유체는 가스, 예를 들어 공기 또는 질소일 수 있다. 일부 구현들에서, 유체는 액체, 예를 들어 이소프로필 알콜과 같은 고속 증발 액체일 수 있다. 유체는 디스펜싱되기 전에 예를 들어 실온 아래로 냉장될 수 있다.
디스펜싱 메커니즘 및 유체 유동의 제어에 의존하여, 냉각제 유체는 도관 내의 슬롯 또는 애퍼쳐로부터 피드 재료 상으로 연속적으로 또는 간헐적으로 방출된다. 연속적인 슬롯 또는 애퍼쳐들을 통한 냉각제 유체의 유량은 제어기(190)에 의해 제어되는 압력 조절기(188)로 냉각제 유체의 압력을 제어함으로써 또한 조절될 수 있다. 대안적으로, 냉각제 유체의 유량은 펌프(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 냉각제 유체의 온도 및 유량의 제어는 피드 재료의 냉각의 속도에 대한 제어를 허용할 수 있다. 냉각제 유체 디스펜서는 후속하여 퇴적되는 층의 우연한 용융이 발생하지 않을 것을 보장하기에 충분한 온도 및 질량 유량에서 냉각제 유체를 전달하도록 구성된다.
그러나, 냉각제 유체의 유량은 용융되지 않은 층 내의 파우더가 상당히 교란되지(disturbed) 않을 정도로 충분히 낮아야 한다. 예를 들어, 유량은 용융되지 않은 파우더를 플래튼의 다른 면적들을 가로질러 블로잉(blowing)하지 않도록 선택될 수 있다.
냉각제 디스펜서(145)는 플래튼(105)을 향해, 그리고 플래튼으로부터 멀리 디스펜서를 이동시킬 수 있는 액츄에이터에 결합될 수 있다. 이것은 예를 들어 피드 재료의 냉각을 조절하기 위한 제어부의 역할을 할 수 있고, 적층 제조 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들의 배열에서 더 큰 유연성을 제공할 수 있다.
도 1a는 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료 상에 냉각제를 디스펜싱할 수 있는 냉각제 디스펜서(145)를 도시한다. 냉각제 디스펜서(145)는 플래튼(105)의 폭을 따라, 그리고 플래튼의 폭을 가로질러(x 방향으로) 연장된다. 또한, 시스템(145)은 액츄에이터(181)에 장착 또는 부착되고(도 2a - 도 2c 참조), 액츄에이터는 시스템이 플래튼(105)의 길이를(y 방향을 따라) 횡단하는 것을 허용한다. 액츄에이터(181)는 냉각제 디스펜서(145)를 수직 z 방향으로 이동시키도록 또한 구성될 수 있다.
도 1a에 도시된 실시예에서, 롤러는 좌측으로부터 우측으로 이동하면서 플래튼 상에 피드 재료의 층을 퇴적한다. 피드 재료의 층의 요구되는 부분들은 층에 걸쳐 스캐닝하는 빔(175)에 의해 용융된다. 다음으로, 냉각제 디스펜서(145)는 플래튼을 횡단한다.
스프레더(140), 빔(175) 및 냉각제 디스펜서(145)의 상대적인 움직임은 하나 이상의 제어기(190)에 의해 제어될 수 있다. 냉각제 디스펜서(145)는 예를 들어 빔(175)이 피드 재료의 층에 걸친 스캐닝을 완료하기 전에 플래튼(105)의 횡단을 시작할 수 있다. 즉, 냉각제 디스펜서(145)는 빔이 플래튼을 가로질러 횡단할 때 빔(175)을 뒤따를 수 있다. 대안적으로, 냉각제 디스펜서(145)는 빔(175)이 플래튼(105)을 가로질러 횡단하고 피드 재료의 전체 층의 가열이 완료된 후에 플래튼(105)에 걸친 횡단을 시작할 수 있다.
스프레더(140) 및 냉각제 디스펜서(145)(및 빔 소스가 이동가능한 경우에 빔 소스)는 플래튼(105)을 따라 스캐닝하고 나면 다른 층의 처리를 시작하기 위해 시작 측으로 복귀될 수 있다.
도 1b는 플래튼의 폭을 따라(x 방향) 배열되며 플래튼의 길이를(y 방향을 따라) 횡단할 수 있는 2개의 냉각제 디스펜서(145 및 146)를 포함하는 적층 제조 시스템의 다른 구현이다. 2개의 디스펜서는 별개의 액츄에이터들 상에 장착되고 하나 이상의 제어기(190)에 의해 제어된다. 플래튼에 걸친 2개의 냉각제 디스펜서의 움직임은 수 개의 방식으로 구성될 수 있다.
일례로서, 피드 재료의 전체 층이 스프레더(140) 및 빔(175)에 의해 각각 퇴적 및 용융되고 나면, 냉각제 디스펜서들(145 및 146)은 각각 좌측으로부터 우측으로, 및 우측으로부터 좌측으로 동시에 횡단을 시작할 수 있다. 이러한 예에서, 2개의 냉각제 디스펜서(145, 146)의 위치들은 피드 재료의 하나의 층을 처리한 후에 교환된다. 이러한 구성에서, 2개의 디스펜서는 충돌하지 않는 방식으로 배열될 필요가 있다. 이것은 2개의 디스펜서가 상이한 수평 평면들에 있도록 디스펜서들(145)을 z 방향에서 이동시키도록 액츄에이터들을 구성함으로써 행해질 수 있다. 2개의 냉각제 디스펜서의 동시적인 움직임은 시스템이 피드 재료를 더 빠르게 냉각시키는 것을 허용한다.
다른 예로서, 2개의 디스펜서(145, 146)는 플래튼에 걸쳐 교대로 횡단할 수 있다. 예를 들어, 롤러(140), 빔(175), 및 냉각제 디스펜서(145)는 좌측으로부터 우측으로 횡단하여 피드 재료의 제1 층을 각각 퇴적, 용융 및 냉각하고, 그에 후속하여, 롤러(140), 빔(175), 및 냉각제 디스펜서(146)는 우측으로부터 좌측으로 횡단하여 피드 재료의 제2 층을 각각 퇴적, 용융 및 냉각한다. 그러므로, 이러한 예에서, 냉각제 디스펜서들(145, 146)의 위치들은 피드 재료의 2개의 층을 처리한 후에 교환된다.
또 다른 구현에서, 롤러(140), 빔(175), 및 냉각제 디스펜서(145)는 좌측으로부터 우측으로 횡단하여 피드 재료의 제1 층을 각각 퇴적, 용융 및 냉각하고, 그에 후속하여, 냉각제 디스펜서(145)는 우측으로부터 좌측으로 다시 횡단하여 피드 재료를 더 냉각한다. 다음으로, 롤러(140), 빔(175), 및 냉각제 디스펜서(146)는 우측으로부터 좌측으로 횡단하여 피드 재료의 제2 층을 각각 퇴적, 용융 및 냉각하고, 그에 후속하여, 냉각제 디스펜서(146)는 좌측으로부터 우측으로 다시 횡단하여 피드 재료를 더 냉각한다. 이러한 예에서, 냉각제 디스펜서들(145, 146)은 피드 재료의 층의 처리 후에 원위치들로 되돌아간다.
일부 구현들에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 2개의 냉각제 디스펜서(145 및 146)는 공통의 액츄에이터(181)에 결합된다. 결과적으로, 냉각제 디스펜서들(145 및 146)은 서로와 함께 이동한다. 추가로, 2개의 냉각제 디스펜서는 또한 빔(175)과 함께, 또는 빔에 대해 이동할 수 있다.
이러한 시스템을 운영하기 위해, 냉각제 디스펜서들이 플래튼을 가로질러 이동할 때, 냉각제 유체는 선두의 디스펜서를 통해서만 디스펜싱된다. 예를 들어, 디스펜서들이 양의 y 방향(즉, 도 2c에서 하향)으로 이동할 때, 냉각제 유체는 디스펜서(146)를 통해서만 디스펜싱된다.
일부 구현들에서, 적층 제조 시스템은 피드 재료를 수용하기 위한 플래튼, 하나 이상의 피드 재료를 디스펜싱할 수 있는 재료 디스펜서 시스템, 퇴적된 피드 재료들을 가열할 수 있는 하나 이상의 열원, 및 냉각제 유체를 피드 재료 상에 디스펜싱하기 위한 냉각제 디스펜서를 포함할 수 있다. 열원들은 열 램프 어레이들, 및 플래튼에 내장되는 저항성 코일들을 포함할 수 있다. 재료 디스펜서 및 냉각제 디스펜서는 하나 이상의 제어기(190)에 의해 제어되는 하나 이상의 드라이브 메커니즘들(예를 들어, 액츄에이터들)에 장착될 수 있다. 이것은 재료 디스펜서 시스템 및 냉각제 디스펜서가 서로에 대해, 또는 서로와 함께 이동하는 것을 허용한다.
도 3은 적층 제조 시스템(200)의 다른 구현을 도시한다. 적층 제조 시스템(200)은 플래튼(220) 위에 위치된 재료 디스펜서(104)를 포함한다. 플래튼(220)의 수직 위치는 피스톤(232)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(190)는 디스펜서 어셈블리(104)에 연결된 드라이브 시스템(도시되지 않음), 예를 들어 선형 액츄에이터를 제어한다. 드라이브 시스템은 동작 동안 디스펜서 어셈블리가 플래튼(220)의 최상부면을 가로질러[화살표(206)에 의해 나타난 y 방향을 따라] 횡단할 수 있도록 구성된다.
디스펜서 어셈블리(104)가 플래튼을 가로질러 횡단할 때, 디스펜서 어셈블리는 플래튼(220) 상의 요구되는 위치에서 피드 재료들을 퇴적한다. 디스펜서 어셈블리(104)는 둘 이상의 피드 재료를 저장하고 디스펜싱할 수 있다. 예를 들어, 재료 디스펜서 어셈블리(104)는 제1 피드 재료(114a)를 보유하기 위한 제1 저장소(108a)를 갖는 제1 디스펜서(104a), 및 제2 피드 재료(114b)를 보유하기 위한 제2 저장소(108b)를 갖는 제2 디스펜서(104b)를 포함한다. 제1 피드 재료(114a) 및 제2 피드 재료(114b)의 방출은 제1 게이트(112a) 및 제2 게이트(112b)에 의해 각각 제어된다. 게이트들(112a 및 112b)은 2개의 피드 재료 중 하나가 플래튼(220) 상의 요구되는 위치에 퇴적되도록 독립적으로 제어된다. 제어기(190)는 디스펜서 어셈블리(104)에게, 제어기(190)에 연관된 컴퓨터에 의해 추후에 판독되는 컴퓨터 이용 설계(computer aided design, CAD) 호환가능한 파일로서 저장될 수 있는 인쇄 패턴에 따라 플래튼 상의 위치들에서 제1 피드 재료(114a) 또는 제2 피드 재료(114b)를 퇴적할 것을 지시한다.
일부 구현들에서, 각각의 디스펜서(104a 및 104b)는 복수의 개구를 포함하고, 이 개구들을 통해 피드 재료가 디스펜싱될 수 있다. 예를 들어, 각각의 디스펜서는 플래튼의 폭을 가로질러(x 방향) 연장되는 복수의 개구를 가질 수 있다. 이 경우, 동작 시에, 디스펜서들(104a, 104b)은 방향(206)으로의(y축을 따르는) 단일 스위프(single sweep)로 플래튼(220)을 가로질러 스캐닝할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 디스펜서는 단일 개구를 가질 수 있다. 이 경우, 디스펜서들(104a, 104b)은 플래튼(220)의 폭 및 길이 둘 다를 따라(각각 x 및 y 방향을 따라) 스캐닝할 수 있는데, 예를 들어 플래튼(220)을 가로질러 래스터 스캐닝할 수 있다. 위에서 언급된 실시예들 둘 다에서, 각각의 개구는 독립적으로 제어가능한 게이트를 가질 수 있고, 그에 의해 각각의 개구를 통한 피드 재료의 전달은 독립적으로 제어될 수 있다.
제조 동안, 피드 재료들의 층들은 점진적으로 퇴적되고 용융, 예를 들어 소결 또는 용해된다. 예를 들어, 제1 및 제2 피드 재료(114a 및 114b)는 제1 층을 형성하기 위해 재료 디스펜서(104)로부터 디스펜싱된다. 제2 피드 재료(114b)는 제1 피드 재료(114a)보다 높은 소결 또는 녹는점을 가질 수 있다. 피드 재료들 둘 다를 포함하는 피드 재료의 층이 제1 피드 재료의 소결 온도보다는 높지만 제2 피드 재료의 소결 온도보다는 낮은 온도로 가열되는 경우, 제1 피드 재료(114a)의 퇴적된 클러스터는 함께 용융될 수 있는 반면, 제2 피드 재료(114b)는 느슨한(loose)(즉, 파우더) 형태로 남아있는다.
시스템(200)은 퇴적된 층 전체의 온도를 동시에 상승시키도록 구성된 열원(234)을 포함한다. 예를 들어, 열원(234)은 가열기 램프들(236)의 2차원 어레이일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열원(234)은 플래튼 위에, 즉 플래튼(220)에서 피드 재료가 퇴적되는 것과 동일한 측 상에 위치될 수 있고, 디스펜서들(104a 및 104b) 및 냉각제 디스펜서(245)가 플래튼(220)과 열원(234) 사이를 통과할 수 있도록 플래튼(220)으로부터 충분히 이격될 수 있다.
플래튼(220)은 다른 열원, 예를 들어 내장된 가열기(226)에 의해, 제1 및 제2 피드 재료 둘 다의 녹는점 미만인 기준 온도로 또한 가열될 수 있다. 열원(234)은 제2 피드 재료를 용해시키지 않고서 제1 피드 재료를 용해시키기에 충분한 에너지를 부여하도록 트리거링된다. 이러한 방식으로, 열원(234)은 제1 피드 재료를 선택적으로 용해하기 위해, 퇴적된 재료에 작은 온도 증가를 제공하도록 구성될 수 있다. 작은 온도 차이를 통한 전이는 피드 재료들의 각각의 퇴적된 층이 더 신속하게 처리되는 것을 가능할 수 있다. 예를 들어, 플래튼(220)의 기준 온도는 약 1500℃일 수 있고, 열원(234)은 약 50℃의 온도 증가를 야기하기 위한 에너지를 부여하도록 트리거링될 수 있다.
대안적으로, 열원(234)은 플래튼(220)을 기준 온도로 가열하기 위해 이용될 수 있고, 내장된 가열기(226)는 제2 피드 재료를 용해시키지 않고서 제1 피드 재료를 용해시키기에 충분한 에너지를 부여하도록 트리거링될 수 있다. 플래튼(220)은 가열기들(228 및 230)에 의해 각각 가열되는 측벽들(222 및 224)을 각각 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 재료 디스펜서(104)는 플래튼의 길이를 (y 방향을 따라, 예를 들어 좌측으로부터 우측으로) 횡단하면서, 제1 및 제2 피드 재료를 포함하는 피드 재료의 층을 퇴적한다. 열원(234)은 디스펜싱 시스템(190)에 의해 층이 퇴적된 후에 트리거링될 수 있다. 피드 재료의 퇴적된 층은 제2 피드 재료를 용융시키지 않고서 제1 피드 재료를 용융시키기에 충분한 에너지를 부여하는 데에 필요한 지속 시간 동안 열원(234)에 의해 가열된다. 다음으로, 열원(234)은 스위치 오프되고, 냉각제 디스펜서(245)는 좌측으로부터 우측으로 횡단하면서, 피드 재료의 층 상에 냉각제 유체를 디스펜싱한다.
냉각제 디스펜서(245)는 연속적 슬롯을 통해, 또는 플래튼의 폭을 따라 배열된 복수의 애퍼쳐를 통해, 플래튼의 폭을 가로질러 냉각제 유체를 동시에 디스펜싱할 수 있는 도관을 포함할 수 있다. 냉각제 유체는 슬롯 또는 애퍼쳐로부터 피드 재료 상에 연속적으로 또는 간헐적으로 방출된다. 냉각제 유체의 유량은 제어기(190)에 의해 슬롯들 및 애퍼쳐들의 크기를 제어함으로써 또한 조절될 수 있다. 피드 재료를 퇴적, 용융 및 냉각하는 프로세스는 디스펜서(104) 및 냉각제 디스펜서(245)가 우측으로부터 좌측으로 횡단함에 따라 반복된다.
재료 디스펜서(104) 및 냉각제 디스펜서(245)는 하나 이상의 제어기(190)에 의해 제어되는 별개의 드라이브 메커니즘들(예를 들어, 액츄에이터들)에 장착될 수 있다. 이러한 구성은 어셈블리(104) 및 디스펜서(245)가 서로에 대해 이동하는 것을 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각제 디스펜서(245)는 요구되는 온도 분포가 달성될 때까지 피드 재료의 층 상에 냉각제를 디스펜싱하면서 플래튼의 길이를 수 차례 횡단할 수 있다. 예를 들어, 층의 전체 또는 일부의 온도가 제1 및 제2 피드 재료 둘 다의 소결 온도 미만으로 떨어질 때까지 퇴적된 피드 재료의 층을 냉각하는 것이 바람직할 수 있다.
도 4는 피드 재료를 수용하기 위해 지지체(102)에 의해 유지되는 재료 디스펜서(104) 및 플래튼(105)을 포함하는 적층 제조 시스템(300)의 구현을 도시한다. 재료 디스펜서는 플래튼(105)의 길이 및 폭을 횡단하면서, 상이한 온도들에서 소결/용해되는 피드 재료들(114a 및 114b)을 퇴적할 수 있다. 지지체(102)는 플래튼을 가열하기 위한 하부 램프 어레이(109), 및 플래튼(105)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 피스톤(107)을 포함한다. 시스템은 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료의 층에 걸쳐 스캐닝하기 위한 빔(175)을 생성하도록 구성된 제2 열원(160)을 또한 가질 수 있다. 열원(160)은 빔 소스(170), 액츄에이션 시스템(165), 및 광학 시스템(167)을 포함한다. 시스템(300)은 플래튼(105) 상에 퇴적된 피드 재료 상에 냉각제 유체를 디스펜싱하기 위한 냉각제 디스펜서(145)를 또한 포함한다.
제1 및 제2 피드 재료(114a 및 114b)는 상이한 소결 온도들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 피드 재료는 더 낮은 소결 온도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 하부 램프 어레이는 피드 재료의 퇴적된 층을 제1 및 제2 피드 재료 둘 다의 소결 온도 미만인 온도로 가열한다. 다음으로, 소스(170)로부터의 빔(175)은 퇴적된 피드 재료의 층에 걸쳐 스캐닝하여, 제1 피드 재료를 소결하는 데에 필요한 증분적 에너지(incremental energy)를 제공한다.
디스펜서(145)는 플래튼의 폭을 가로질러(x 방향을 따라) 냉각제 유체를 동시에 디스펜싱할 수 있는 도관을 포함할 수 있다. 도관은 플래튼의 폭에 걸쳐 연장되고 이격된 복수의 애퍼쳐 또는 연속적인 슬롯을 가질 수 있다. 냉각제 유체는 슬롯 또는 애퍼쳐로부터 피드 재료 상에 연속적으로 또는 간헐적으로 방출된다.
재료 디스펜서(104) 및 냉각제 디스펜서(145)는 하나 이상의 제어기(190)에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 드라이브 메커니즘(예를 들어, 액츄에이터들)에 결합되거나 장착될 수 있다. 또한, 재료 디스펜서(104) 및 냉각제 디스펜서(145)는 빔(175)에 대해, 또는 빔과 함께 이동할 수 있다. 예를 들어, 재료 디스펜서(104) 및 냉각제 디스펜서(145)는 이들이 서로에 대해, 그리고 빔에 대해 이동하는 것을 허용할 수 있는 별개의 액츄에이터들 상에 장착될 수 있다. 다른 구현들에서, 재료 디스펜서(104) 및 냉각제 디스펜서(145)는 서로에 대해 이동하지 않고: 어셈블리(104)는 냉각제 디스펜서(145) 앞에 있는 한편, 빔(175)은 어셈블리와 냉각제 디스펜서 사이에서 피드 재료를 소결한다.
일부 구현들에서, 냉각제 디스펜서(145)는 빔(175)이 퇴적된 피드 재료의 전체 층에 걸친 스캐닝을 완료한 후에 플래튼(105)에 걸쳐 횡단한다. 예를 들어, 제1 및 제2 재료를 포함하는 피드 재료의 새로운 층이 퇴적되고 나면, 빔(175)은 좌측으로부터 우측으로 스캐닝하여, 퇴적된 층의 요구되는 부분들을 소결시킬 수 있다. 빔(175)이 전체 표면에 걸친 스캐닝을 완료한 후, 냉각제 디스펜서(145)는 좌측으로부터 우측으로 횡단하여, 피드 재료의 층에 걸쳐 냉각제를 디스펜싱할 수 있다.
냉각제 디스펜서(145)는 퇴적된 피드 재료의 층의 일부 또는 전체 층에 걸쳐 횡단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서는 퇴적된 피드 재료의 표면의 온도를 모니터링할 수 있고, 제어 시스템은 센서로부터의 신호에 기초하여 냉각제 디스펜서의 경로를 조절할 수 있다. 냉각제 디스펜서의 경로는 요구되는 온도 분포가 달성될 때까지 수 차례의 퇴적된 피드 재료의 전체 층에 걸친 횡단을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 냉각제 디스펜서로부터의 냉각제 유체의 유량을 또한 조절할 수 있다.
도 5는 재료 디스펜서(104)로부터의 피드 재료들을 수용할 수 있는 플래튼(105)[지지체(102)에 의해 지지됨]을 포함하는 적층 제조 시스템의 구현을 도시한다. 디스펜서 어셈블리(104)는 플래튼을 가로질러 횡단할 수 있고, 플래튼 상의 요구되는 위치들에서 제1 피드 재료(114a) 또는 제2 피드 재료(114b)를 퇴적할 수 있다. 피드 재료들(114a 및 114b)은 상이한 소결 온도들을 갖는다. 지지체(102)는 플래튼을 가열하기 위한 하부 램프 어레이(109), 및 플래튼(105)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 피스톤(107)을 포함한다. 시스템은 플래튼의 폭을 가로질러(x 방향을 따라) 연장되는 제2 열원(430)을 또한 가질 수 있다. 열원(430)은 열 램프들(435)의 선형 어레이를 포함하고, 플래튼을 가로질러(y 방향을 따라) 횡단할 수 있다.
시스템(400)은 플래튼의 폭을 가로질러(x 방향을 따라) 냉각제 유체를 동시에 디스펜싱할 수 있는 도관을 포함할 수 있는 냉각제 디스펜서(145)를 또한 포함한다. 도관은 이격된 복수의 애퍼쳐 또는 연속적인 슬롯을 가질 수 있다. 냉각제 유체는 슬롯 또는 애퍼쳐로부터 피드 재료 상에 연속적으로 또는 버스트로(in bursts) 방출된다. 냉각제 유체의 유량은 제어기(190)에 의해 슬롯들 및 애퍼쳐들의 크기를 제어함으로써 또한 조절될 수 있다.
재료 디스펜서(104), 열원(430), 및 냉각제 디스펜서(145)는 하나 이상의 제어기(190)에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 드라이브 메커니즘(예를 들어, 액츄에이터들)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 어셈블리(104), 열원(430), 및 디스펜서(145)는 이들이 서로에 대해 이동하는 것을 허용할 수 있는 별개의 액츄에이터들에 장착될 수 있다. 액츄에이터들은 서로와 소통할 수 있는 하나 이상의 제어기에 의해 제어될 수 있다. 일부 구현들에서, 디스펜서 어셈블리(104), 열원(430), 및 냉각제 디스펜서(145) 중 임의의 2개는 그러한 2개가 서로에 대한 이동 없이 플래튼을 횡단하는 것을 허용하는 하나의 액츄에이터에 장착될 수 있다.
재료 디스펜서(104)는 플래튼을 가로질러 횡단할 수 있고, 플래튼 상의 요구되는 위치들에서 제1 및 제2 피드 재료를 퇴적할 수 있다. 퇴적된 피드 재료의 층은 플래튼(105) 내의 저항성 코일들 또는 하부 램프 어레이(109)에 의해 제1 및 제2 피드 재료의 소결 온도들 아래의 온도로 가열될 수 있다. 다음으로, 열원(430)은 플래튼을 가로질러(y 방향을 따라) 횡단한다. 열원(430)이 플래튼을 가로질러 횡단함에 따라, 실질적으로 열원 아래에 놓인 피드 재료의 선형 스트립은 제1 피드 재료의 소결 온도보다는 높되 제2 피드 재료의 소결 온도보다는 낮은 온도로 가열된다. 결과적으로, 제1 피드 재료가 소결되는 한편, 제2 피드 재료는 파우더 형태로 남아있는다. 열원은 퇴적된 피드 재료의 요구되는 부분들만을 가열하도록 또한 구성될 수 있다. 예를 들어, 열원은 퇴적된 피드 재료의 특정 영역들 위에 있을 때에만 "스위치 온"될 수 있다.
적층 제조 시스템들(100, 200, 300 또는 400) 내의 피드 재료는 금속 또는 세라믹 입자들의 건조 파우더, 액체 부유액(liquid suspension) 내의 금속 또는 세라믹 파우더들, 또는 재료의 슬러리 부유액(slurry suspension)일 수 있다. 금속성 입자들의 예들은 티타늄, 스테인레스 스틸, 니켈, 코발트, 크롬, 바나듐, 및 이러한 금속들의 다양한 합금들을 포함한다. 세라믹 재료들의 예들은 금속 산화물, 예컨대 세리아, 알루미나, 실리카, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 또는 이러한 재료들의 조합을 포함한다.
금속들 및 세라믹들의 적층 제조를 위한 처리 조건들은 플라스틱들을 위한 것들과 상당히 다르다. 예를 들어, 일반적으로, 금속들 및 세라믹들은 상당히 더 높은 처리 온도들을 필요로 한다. 따라서, 플라스틱을 위한 3D 프린팅 기술들은 금속 또는 세라믹 처리에 적용가능하지 않을 수 있고, 장비는 등가가 아닐 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 일부 기술들은 폴리머 파우더들, 예를 들어 나일론, ABS, 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK), 폴리에테르케톤케톤(polyetherketoneketone, PEKK), 폴리스티렌, 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 또는 폴리아미드들에 적용가능할 수 있다.
시스템들(100, 200, 300 또는 400)의 제어기(190)는 시스템의 다양한 컴포넌트들, 예를 들어 액츄에이터들, 밸브들, 및 전압 소스들에 연결되어, 그러한 컴포넌트들에 대한 신호들을 발생시키고, 동작을 조정하며, 시스템으로 하여금 위에서 설명된 다양한 기능적 동작들 또는 단계들의 시퀀스를 수행하게 한다. 예를 들어, 제어기(190)는 냉각제 디스펜서(145), 롤러/블레이드(140), 재료 디스펜서(104)와 같은 적층 제조 시스템들의 컴포넌트들을 제어할 수 있다. 제어기(190)는 또한 레이저 빔(175)의 위치 및 강도를 제어할 수 있다.
제어기(190)는 디지털 전자 회로망으로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 컴퓨터 프로그램 제품 내에, 예를 들어 비일시적 머신 판독가능한 저장 매체 내에 저장된 대로의 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션 또는 코드로도 알려져 있음)은 컴파일 또는 해석된 언어를 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 독립형 프로그램(stand-alone program)으로서, 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 이용하기에 적합한 다른 유닛으로서 배치되는 것을 포함하여, 임의의 형태로 배치될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 제어기(190)는 각각의 층에 대해 피드 재료가 퇴적되어야 하는 패턴을 식별하는 데이터 개체, 예를 들어, 컴퓨터 이용 설계(CAD) 호환가능한 파일을 저장하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 개체는 STL 포맷 파일(STL-formatted file), 3D 제조 포맷(3D Manufacturing Format, 3MF) 파일, 또는 적층 제조 파일 포맷(Additive Manufacturing File Format, AMF) 파일일 수 있다. 예를 들어, 제어기는 원격 컴퓨터로부터 데이터 개체를 수신할 수 있다. 예를 들어 펌웨어 또는 소프트웨어에 의해 제어되는 제어기(190) 내의 프로세서는 각각의 층에 대해 지정된 패턴을 인쇄하도록 시스템의 컴포넌트들을 제어하는 데에 필요한 신호들의 집합을 생성하기 위해, 컴퓨터로부터 수신된 데이터 개체를 해석할 수 있다.
본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들 및 기능적 동작들 전부는 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그들의 구조적 등가물을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로, 또는 디지털 전자 회로로, 또는 그들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 즉 데이터 처리 장치, 예를 들어, 프로그래밍가능한 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서나 컴퓨터에 의해 실행되거나 그 동작을 제어하기 위해, 정보 캐리어 내에, 예를 들어 비일시적 머신 판독가능한 저장 매체 내에, 또는 전파되는 신호 내에 유형으로(tangibly) 구현되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션 또는 코드로도 알려져 있음)은 컴파일 또는 해석된 언어를 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 독립형 프로그램(stand-alone program)으로서, 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 이용하기에 적합한 다른 유닛으로서 배치되는 것을 포함하여, 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램이 반드시 파일에 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 유지하는 파일의 일부분 내에, 해당 프로그램에 전용인 단일 파일 내에, 또는 복수의 코디네이트된 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램 또는 코드의 일부분을 저장하는 파일) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서, 또는 한 장소에 있거나 복수의 장소에 걸쳐 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호접속되는 복수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
본 명세서에 설명된 프로세스 및 논리 흐름은 입력 데이터에 작용하여 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한 특수 목적의 논리 회로망, 예를 들어 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)에 의해 수행될 수 있으며, 장치는 또한 그러한 특수 목적의 논리 회로망으로서 구현될 수 있다.
센서는 퇴적된 피드 재료의 표면의 온도를 검출할 수 있고, 제어기(190)는 목표 온도를 달성하기 위해, 센서로부터의 신호에 기초하여 냉각제 디스펜서를 조절할 수 있다.
설명된 시스템들 중 임의의 것에 대해, 냉각제 디스펜서는 퇴적된 피드 재료의 전체 층이 아니라 피드 재료의 요구되는 부분들에 걸쳐서 냉각제 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 퇴적된 피드 재료의 요구되는 부분들의 가열 및 냉각은 적층 제조 프로세스의 더 양호한 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 퇴적된 피드 재료의 특정 영역들이 경험하는 온도들의 변동이 제어될 수 있다. 이것은 적층 제조 프로세스의 품질을 개선할 수 있다.
다수의 구현들이 설명되었다. 그러나, 일부 특징들은 다른 특징들을 포함하지 않고서, 유리한 효과를 위해 결합될 수 있다. 예를 들어, 이하의 조합들이 가능하다:
● 냉각제 디스펜서는 피드 재료의 층의 퇴적(및 용융) 전에 플래튼의 길이에 걸쳐 횡단하여 냉각제 유체를 디스펜싱한다. 이것은 피드 재료의 이전에 퇴적된 층의 온도를 제어하기 위해 행해진다.
● 냉각제 디스펜서는 퇴적된 피드 재료의 요구되는 온도가 달성될 때까지 플래튼의 길이에 걸쳐 냉각제 유체를 수 차례 디스펜싱할 수 있다.
● 적층 제조 시스템은 퇴적된 피드 재료를 냉각하도록 구성된 복수의 냉각제 디스펜서를 가질 수 있다.
● 피드 재료가 디스펜싱되기 전에 피드 재료의 전체 층의 온도는 자유 유동 온도로 상승될 수 있고, 다음으로, 피드 재료의 층 전체를 점결성 온도까지 상승시키지 않고서, 피드 재료의 층의 온도는 용융 온도로 선택적으로 증가될 수 있다. 이 경우, 제1 열원은 임의적일 수 있다.
● 피드 재료가 디스펜싱되기 전에 피드 재료의 온도를 고의로 상승시키지 않고서, 플래튼 상의 피드 재료의 전체 층의 온도가 점결성 온도로 상승될 수 있다. 이 경우, 저장소를 위한 가열기는 임의적일 수 있다.
● 제2 열원을 둘러싸는 램프 어레이는 피드 재료의 온도를 상승시키되, 점결성 온도보다 높게 상승시키지는 않기 위해 이용될 수 있다.
● 제2 열원을 둘러싸는 램프 어레이는 회전하는 것이 아니라 정지상태로 남아있을 수 있다.
● 램프 어레이는 플래튼 위에서 에너지 소스보다는 낮은 높이에 위치되면서도, 여전히 에너지 소스 "부근에" 위치된 것으로 고려될 수 있다.
● 피드 재료가 예를 들어 제어가능한 개구들의 어레이를 갖는 디스펜서에 의해 선택적으로 퇴적된다면, 피드 재료의 전체 층은 예를 들어 램프 어레이에 의해 동시에 용융 온도로 상승될 수 있다.
추가로, 다양한 수정들이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 다른 구현들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 적층 제조 시스템(additive manufacturing system)으로서,
    제조 중인 개체를 지지하기 위한 최상부면을 갖는 플래튼;
    상기 플래튼에 걸쳐 피드 재료의 복수의 연속적인 층을 전달하기 위한 피드 재료 디스펜서;
    피드 재료의 최외측 층의 적어도 일부분을 용융시키기 위해 상기 플래튼 위에 위치된 에너지 소스; 및
    상기 피드 재료의 최외측 층의 적어도 일부분이 용융된 후, 냉각제 유체를 상기 최외측 층 상에 전달하기 위한 냉각제 유체 디스펜서 - 상기 냉각제 유체 디스펜서는 냉각제 유체를 상기 플래튼의 폭에 걸쳐 동시에 전달하도록 구성된 도관을 포함함 -
    를 포함하는 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플래튼의 길이를 따라 상기 도관을 이동시키기 위해 상기 도관에 결합된 액츄에이터를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도관은 상기 플래튼의 폭을 가로질러 연장되는 복수의 이격된 애퍼쳐(spaced apart apertures), 또는 상기 플래튼의 폭을 가로질러 연장되는 연속적인 슬롯(contiguous slot)을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 에너지 소스는 적어도 상기 플래튼의 길이를 따라 스캐닝하는 영역에 열을 인가하도록 구성되고, 상기 시스템은 상기 액츄에이터로 하여금 상기 플래튼의 길이를 따른 상기 영역의 움직임과 함께 상기 도관을 이동시키게 하도록 구성되는 적층 제조 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 에너지 소스는 상기 피드 재료의 최외측 층을 가로질러 길이 및 폭 방향 둘 다에서 스캐닝하는 빔을 생성하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 에너지 소스는 상기 플래튼의 폭을 가로질러 연장되는 상기 피드 재료의 최외측 층의 면적을 동시에 가열하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 도관 및 상기 에너지 소스는 이동가능한 프레임 상에서 서로에 대해 고정된 위치에서 지지되는, 적층 제조 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 영역을 상기 플래튼에 대해 이동시키기 위한 제2 액츄에이터를 포함하고, 제어기는 상기 액츄에이터로 하여금 상기 제2 액츄에이터에 의해 야기되는 움직임과 함께 상기 도관을 이동시키게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 액츄에이터로 하여금, 상기 에너지 소스가 상기 피드 재료의 층을 가열한 후 상기 플래튼을 가로질러 상기 도관을 이동시키게 하도록 구성되는 제어기를 포함하는 적층 제조 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 에너지 소스는 상기 피드 재료의 최외측 층 전부를 동시에 가열하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  11. 제2항에 있어서, 상기 피드 재료 디스펜서는 적어도 상기 플래튼의 길이를 따라 스캐닝하는 영역에 피드 재료를 분산시키도록 구성되고, 상기 시스템은 상기 액츄에이터로 하여금 상기 플래튼의 길이를 따르는 상기 영역의 움직임과 함께 상기 도관을 이동시키게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피드 재료 디스펜서는 피드 재료를 상기 플래튼에 인접한 저장소로부터 밀어내기 위한 스프레더, 또는 분산기 - 상기 분산기로부터 재료가 전달됨 - 중 적어도 하나를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 도관, 및 상기 스프레더 또는 분산기는 이동가능한 프레임 상에서 서로에 대해 고정된 위치에서 지지되는, 적층 제조 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 스프레더 또는 분산기를 상기 플래튼에 대해 이동시키기 위한 제2 액츄에이터를 포함하고, 제어기는 상기 액츄에이터로 하여금 상기 제2 액츄에이터에 의해 야기되는 움직임과 함께 상기 도관을 이동시키게 하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  15. 적층 제조의 방법으로서,
    지지체 상에 복수의 층을 연속적으로 형성하는 단계
    를 포함하고, 상기 복수의 층 중에서 하나의 층을 형성하는 단계는,
    플래튼에 걸쳐 피드 재료의 층을 디스펜싱하는 단계;
    상기 피드 재료의 층의 적어도 일부분을 용융시키는 단계; 및
    상기 피드 재료의 층의 적어도 일부분이 용융된 후, 냉각제 유체를 도관을 통해 상기 플래튼의 폭을 가로질러 동시에 상기 피드 재료의 층 상에 전달하는 단계
    를 포함하는 적층 제조의 방법.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180021221A (ko) * 2015-07-17 2018-02-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 냉각제 시스템을 갖는 적층 제조
DE102016203556A1 (de) * 2016-03-03 2017-09-07 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
CN108712956B (zh) * 2016-05-12 2020-11-20 惠普发展公司，有限责任合伙企业 形成三维物体
EP3433076B1 (en) * 2016-07-22 2021-09-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Heating build material
TW201811542A (zh) * 2016-07-28 2018-04-01 應用材料股份有限公司 控制用於積層製造的能量束之強度分佈
WO2018046739A1 (de) * 2016-09-12 2018-03-15 Covestro Deutschland Ag Pulverbasiertes additives fertigungsverfahren bei niedriger temperatur
US10457033B2 (en) 2016-11-07 2019-10-29 The Boeing Company Systems and methods for additively manufacturing composite parts
US11440261B2 (en) * 2016-11-08 2022-09-13 The Boeing Company Systems and methods for thermal control of additive manufacturing
US10766241B2 (en) 2016-11-18 2020-09-08 The Boeing Company Systems and methods for additive manufacturing
US10843452B2 (en) 2016-12-01 2020-11-24 The Boeing Company Systems and methods for cure control of additive manufacturing
DE102017104506A1 (de) * 2017-03-03 2018-09-06 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
US10759159B2 (en) 2017-05-31 2020-09-01 The Boeing Company Feedstock lines for additive manufacturing
US10814550B2 (en) 2017-07-06 2020-10-27 The Boeing Company Methods for additive manufacturing
US10821672B2 (en) 2017-07-06 2020-11-03 The Boeing Company Methods for additive manufacturing
US11919106B2 (en) * 2017-12-18 2024-03-05 Northwestern University Systems and methods for global thermal control of additive manufacturing
US10962028B2 (en) * 2018-01-05 2021-03-30 Hamilton Sundstrand Corporation Additively manufactured ejector pump
WO2019212482A1 (en) * 2018-04-30 2019-11-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Additive manufacturing of metals
CN112334295B (zh) * 2018-06-01 2022-09-06 应用材料公司 用于增材制造的气刀
US20210331410A1 (en) * 2018-06-17 2021-10-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Additive manufacturing
CN110757790A (zh) * 2018-07-27 2020-02-07 三纬国际立体列印科技股份有限公司 ３ｄ激光打印装置及其操作方法
CN109514066B (zh) * 2018-10-31 2021-06-29 南京理工大学 基于电子束熔丝增材制造的控制层间温度的装置
US20220193995A1 (en) * 2019-09-19 2022-06-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Build material spreader cooling
US11400649B2 (en) * 2019-09-26 2022-08-02 Applied Materials, Inc. Air knife assembly for additive manufacturing
US11413817B2 (en) 2019-09-26 2022-08-16 Applied Materials, Inc. Air knife inlet and exhaust for additive manufacturing
JP6864056B1 (ja) * 2019-10-23 2021-04-21 株式会社ソディック 積層造形装置
CN114761203A (zh) * 2020-04-01 2022-07-15 法波海德自动化私人有限公司 短长度且高效的液体冷却分配器

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS621703A (ja) 1985-06-28 1987-01-07 Japan Synthetic Rubber Co Ltd 重合体の回収方法
WO1992008592A1 (en) * 1990-11-09 1992-05-29 Dtm Corporation Controlled gas flow for selective laser sintering
US5527877A (en) 1992-11-23 1996-06-18 Dtm Corporation Sinterable semi-crystalline powder and near-fully dense article formed therewith
US6270335B2 (en) 1995-09-27 2001-08-07 3D Systems, Inc. Selective deposition modeling method and apparatus for forming three-dimensional objects and supports
DE19649865C1 (de) * 1996-12-02 1998-02-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
US6396025B1 (en) 1999-07-01 2002-05-28 Aeromet Corporation Powder feed nozzle for laser welding
US7011783B2 (en) * 2001-10-24 2006-03-14 3D Systems, Inc. Cooling techniques in solid freeform fabrication
JP3811094B2 (ja) 2002-05-13 2006-08-16 大同メタル工業株式会社 多層材料の製造方法
US7261542B2 (en) 2004-03-18 2007-08-28 Desktop Factory, Inc. Apparatus for three dimensional printing using image layers
JP4856908B2 (ja) 2005-07-12 2012-01-18 株式会社イマジオム 粉末焼結造形装置及び粉末焼結造形方法
US7326377B2 (en) 2005-11-30 2008-02-05 Honeywell International, Inc. Solid-free-form fabrication process and apparatus including in-process workpiece cooling
EP2001656B1 (en) 2006-04-06 2014-10-15 3D Systems Incorporated KiT FOR THE PRODUCTION OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS BY USE OF ELECTROMAGNETIC RADIATION
US9885987B2 (en) 2011-09-23 2018-02-06 Stratasys, Inc. Layer transfusion for additive manufacturing
GB201204752D0 (en) * 2012-03-19 2012-05-02 Bae Systems Plc Additive layer manufacturing
JP2016522312A (ja) * 2013-03-15 2016-07-28 マターファブ, コーポレイションMatterfab Corp. 添加剤製造装置及び方法のためのカートリッジ
EP3685941A1 (en) 2013-06-11 2020-07-29 Renishaw PLC Additive manufacturing apparatus and method
CN116377301A (zh) * 2013-10-17 2023-07-04 Xjet有限公司 用于3d喷墨打印的碳化钨/钴油墨组合物
JP2015104837A (ja) 2013-11-29 2015-06-08 東京エレクトロン株式会社 積層造形装置、積層造形方法及び移動部
DE102014205875A1 (de) 2014-03-28 2015-10-01 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
CN106488820B (zh) 2014-05-08 2019-03-29 斯特拉塔西斯公司 通过选择性烧结的三维打印的方法及设备
GB201410484D0 (en) 2014-06-12 2014-07-30 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and a flow device for use with such apparatus
TWI529055B (zh) 2014-10-27 2016-04-11 財團法人工業技術研究院 積層製造系統以及積層製造方法
KR20180021221A (ko) 2015-07-17 2018-02-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 냉각제 시스템을 갖는 적층 제조
US11033968B2 (en) 2015-07-23 2021-06-15 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and a flow device for use with such apparatus
CN206169294U (zh) 2016-11-10 2017-05-17 湖南华曙高科技有限责任公司 用于制造三维物体的设备及其除烟装置
US9956612B1 (en) 2017-01-13 2018-05-01 General Electric Company Additive manufacturing using a mobile scan area
CN112334295B (zh) 2018-06-01 2022-09-06 应用材料公司 用于增材制造的气刀

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