KR20180085753A - 재료 분말의 위치 선택적인 응고에 의하여 몰딩된 동체들을 제조하기 위한 몰딩 제조 장치 - Google Patents

재료 분말의 위치 선택적인 응고에 의하여 몰딩된 동체들을 제조하기 위한 몰딩 제조 장치 Download PDF

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다니엘 골츠
마티아스 포켈레
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레알리처 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연결된 영역들을 형성하도록 재료 분말의 위치 선택적 응고에 의하여 몰딩된 동체를 제조하기 위한 몰딩 제조 장치에 관한 것으로서, 프로세싱될 재료 분말을 위한 분말 유입부(32) 및 과잉의 재료 분말을 위한 분말 유출부(36)를 가진 프로세스 챔버(28); 재료 분말을 프로세스 챔버(28)에 제공하기 위한 분말 유입부(32)에 연결되거나 연결될 수 있는 분말 공급 유닛(80, 82); 및, 과잉의 재료 분말로부터 프로세싱될 재료 분말의 회수를 위하여 분말 유출부(36)에 연결되거나 연결될 수 있는 분말 재활용 유닛(74)을 포함하고, 분말 공급 유닛(80,82) 및 분말 재활용 유닛(74)은 교환 모듈(16)로서 설치되는 조립체로 조합되고, 이것은 연결 인터페이스들, 즉, 적어도 하나의 유입 인터페이스(46) 및 적어도 하나의 유출 인터페이스(48)를 가지고, 연결 인터페이스들은 프로세스 챔버(28)의 분말 유출부(36) 및 분말 유입부(32)의 관련 연결 인터페이스(40,44)들과의 연결에서 양립될 수 있음으로써, 과잉의 분말은 프로세스 챔버(28)로부터 분말 유출부(36)를 통해서 분말 재활용 유닛(74)으로 적어도 하나의 유입 인터페이스(46)를 통하여 공급될 수 있고, 또한 분말 재활용 유닛(74)에 의하여 프로세싱된 재료 분말은 적어도 하나의 유출 인터페이스(48)를 통하여 프로세스 챔버(28)로 분말 유입부(32)를 통하여 공급될 수 있다.

Description

재료 분말의 위치 선택적인 응고에 의하여 몰딩된 동체들을 제조하기 위한 몰딩 제조 장치
본 발명은 연결된 영역을 형성하도록 분말 재료를 선택적으로 경화시킴으로써 몰딩된 동체들을 제조하기 위한 성형 장치에 관한 것으로, 성형 장치는:
프로세싱되어야 하는 분말 재료를 위한 분말 유입부 및, 과잉의 분말 재료를 위한 분말 유출부를 가진, 프로세스 챔버;
분말 유입부에 연결되거나 또는 연결될 수 있고 분말 재료를 프로세스 챔버에 제공하도록 되어 있는 분말 공급 장치; 및,
분말 유출부에 연결되거나 또는 연결될 수 있고 과잉의 분말 재료로부터 프로세싱되어야 하는 분말 재료를 재활용하도록 되어 있는 분말 회수 장치;를 포함한다.
본 발명은 특히 선택적인 레이저 용융 또는 선택적인 레이저 신터링(laser sintering)의 원리에 따라서 몰딩된 동체를 제조하기 위한 성형 장치에 관한 것이다. 선택적인 레이저 용융의 분야에 관련된 종래 기술에 대하여, 예를 들어, 독일 출원 DE　199　05　067　A1, 독일 출원 DE 101　12　591　A1, 국제 출원 공개 WO　98/24574　A, 독일 출원 DE　10　2009　038　165　A1, 독일 출원 DE　10　2012　221　641　A1 및 유럽 출원 EP　20　52　845　A2을 참조할 수 있다.
알려진 바와 같이, 대응하는 몰딩된 동체들을 묘사하는 기하학적 데이터에 따라서 금속 또는 세라믹 분말 재료의 층을 구축함으로써, 기계 부품, 공구, 의치(prosthetics), 보석등과 같은 몰딩된 동체를 제조하는데 선택적인 용융 방법이 이용될 수 있고, 복수개의 분말 층들은 제조 프로세스 동안에 다른 층의 상부에 하나의 층이 연속적으로 적용되고, 각각의 분말 층은, 다음 분말 층이 적용되기 전에 법선상으로 초점을 맞춘 레이저 비임을 이용하여, 몰딩된 동체 모델의 선택된 단면 영역에 대응하는, 미리 결정된 영역에서 가열됨으로써, 분말 재료가 다시 조사된 영역들에서 다시 용융되어 합착되게 경화된 부분을 형성한다. 프로세스 동안에, 몰딩된 동체의 선택된 단면 영역을 묘사하는 기하학적 데이터에 따라서 또는 가능하게는 그로부터 유도된 데이터에 따라서, 레이저 비임이 문제의 분말 층에 걸쳐 안내된다. 선택적인 레이저 용융에 있어서, 분말 재료는 보통 바인더(binder) 및 플럭스(flux)가 없는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 혼합의 분말 재료로서 적용되고, 레이저 비임에 의하여 융합 지점으로 가열되는데, 레이저 비임이 가격하는 지점에서 전체적인 층 두께에 걸쳐 가능한 한 완전하게 분말 재료가 용융되도록 레이저 비임의 에너지가 선택된다. 레이저 비임 및 분말 재료가 상호 작용하는 영역에 걸친 대기는 항상 불활성 기체 대기로서, 예를 들어, 아르곤 대기(argon atmosphere)로서 유지된다.
서두에서 언급된 유형의 장치는 예를 들어 유럽 출원 EP　2　052　845　A2 에 개시되어 있다. 이러한 공지의 장치는 선택적인 레이저 용융의 원리에 따라서 작동되는 성형 장치이다. 이것은 프로세스 챔버로부터 미사용의 과잉된 분말 재료를 재활용하기 위하여 분말 회수 장치 또는 분말 재활용 장치를 포함한다. 분말 재활용 장치는 프로세스 챔버로부터 분말을 제거하기 위한 분말 제거 장치 및, 프로세스 챔버로부터 제거된 분말을 수집하기 위한 분말 수집 장치를 포함하며, 분말 재활용 장치는 분말이 외부로부터 폐쇄된 영역에서 불활성 기체 대기하에 재활용될 수 있도록 설계되고 프로세스 챔버에 연결된다. 공지된 성형 장치에 있는 분말 제거 장치는 프로세스 챔버 안으로 돌출된 흡입 노즐을 가진 분말 흡입 장치를 포함하고 그것의 흡입 개구는 프로세스 챔버 안에서 다양한 지점들로 안내될 수 있다. 분말 재활용 장치는 시이브 장치(sieve device)를 포함하며, 그에 의하여 굵은 성분들은 성형 장치의 이전 성형 프로세스들에서 사용되지 않은 과잉의 분말 재료로부터 포착될 수 있고, 걸러진, 상대적으로 미세한 분말은 병의 형상을 가진 수집 콘테이너로 진입하며, 상기 수집 콘테이너는 시이브 장치로부터 분리될 수 있고 프로세스 챔버의 분말 유입 인터페이스에 연결될 수 있다. 공지된 성형 장치에서, 분말 유입 인터페이스는 프로세스 챔버 하우징의 상부에 위치된다. 그로부터, 분말 재료는 프로세스 챔버에 있는 분말 층 준비 장치의 공급 카트리지로 도입될 수 있다.
유럽 출원 EP　20　52　845　A2 에서 알려진, 프로세싱될 분말 재료의 새로운 공급을 상부 프로세스 챔버 인터페이스에 의하여 층 준비 장치의 분말 저장 용기로 도입하려는 원리는 독일 출원 DE　10　2012　221　641　A1 에 개시된 성형 장치에 포함되지 않았다. 상기 성형 장치에는 분말 전달 장치가 설치되며, 프로세스 챔버의 바닥에 유입 개구를 가지는 분말 유입부가 그에 제공된다. 공지된 분말 전달 장치에 있는 분말 공급 장치는 전달 도관을 포함하며, 이것은 분말 유입부를 분말 재료 저장소에 연결하고 분말 재료를 프로세스 챔버의 분말 유입부에 전달하기 위하여 길이 방향으로 배치된 분말 스크류 콘베이어(powder screw conveyer)를 가진다. 유사한 접근 방식은 독일 출원 DE　10　2009　038　165　A1 에 따른 성형 장치에서도 취해진다.
종래 기술에 따른 상기의 성형 장치들은 다양한 몰딩된 동체들을 제조하는 문제에서 신뢰성이 있는 것으로 일반적으로 증명되었다.
복수의 분말 재료들로부터 몰딩된 동체를 제조할 수 있는 가능성은 예를 들어 유럽 출원 EP　20　52　845　A2 에서 이미 언급되었다. 상이한 금속들이든 또는 금속 및 세라믹 등의 교번하는 영역들이든, 상이한 재료들로 만들어진 영역들을 포함하는 이러한 종류의 몰딩된 동체들에 대한 수요가 특히 존재한다. 이러한 종류의 몰딩된 동체들은 예를 들어 보석, 틀니 요소들, 초미세 필터 시스템등의 품목들일 수 있다. 이러한 경우에, 다양한 영역들의 재료들이 혼합되지 않는 것이 보통의 요건이다. 이것이 의미하는 것은, 일단 하나의 영역이 제조되었다면, 성형 프로세스에서 몰딩된 동체의 다음 영역을 위한 상이한 분말 재료를 사용할 수 있을 때까지, 이전의 분말 재료를 성형 장치의 전체적인 분말 유지 시스템으로부터 제거하여야 한다는 것이다. 이러한 접근 방식은 통합된 분말 회수 장치들을 가진 성형 장치들에서는 곤란한데, 왜냐하면 다양한 분말 회수 장치 구성 요소들로부터 구성 프로세스를 위하여 이전에 사용된 분말을 세정하는 것은 일반적으로 곤란하고 시간 소모적이기 때문이다.
본 발명이 해결할 문제는 서두에 언급된 유형의 성형 장치를 제공하는 것으로서, 이것은 문제가 되는 분말의 재료 순도에 대한 엄격한 요건들이 충족될 수 있는 방식으로 구성 프로세스 동안에 분말을 교환하는 것을 상대적으로 단순하게 한다.
이러한 문제를 해결하도록, 서두에서 언급된 유형의 성형 장치가 본 발명에 따라서 제공되는데, 이것은 분말 공급 장치 및 분말 회수 장치가 하위 조립체를 형성하도록 조합되고, 상기 하위 조립체는 교환 가능한 모듈로서 설계되고 특히 적어도 하나의 유입 인터페이스 및 적어도 하나의 유출 인터페이스인 연결 인터페이스들을 포함하고, 프로세스 챔버의 분말 유입부 및 분말 유출부의 관련 연결 인터페이스들과 연결에서 양립 가능함으로써, 과잉의 분말은 적어도 하나의 유입 인터페이스에 의하여 프로세스 챔버로부터 분말 유출부를 통하여 분말 회수 장치로 이동될 수 있고, 분말 회수 장치에 의해 준비된 분말 재료는 적어도 하나의 유출 인터페이스에 의하여 분말 유입부를 통하여 프로세스 챔버로 공급될 수 있다.
교환 가능 모듈은 성형 장치로부터 분리될 수 있고, 예를 들어 재료 및/또는 입자 크기 분포와 관련하여, 예를 들어 탈착된 교환 가능 모듈의 분말 재료와 상이한 분말 재료를 취급하기 위하여 준비된 유사한 교환 가능 모듈에 의해 대체될 수 있다. 교환 가능 모듈을 교환하기 전에, 프로세스 챔버 안의 모든 분말 재료가 프로세스 챔버로부터 제거되고, 특히 그 모든 것을 교환 가능 모듈로 가져감으로써, 일단 차후의 교환 가능 모듈이 연결된다면 이전의 성형 단계들로부터의 분말 재료 잔류물이 더 이상 불순물로 될 수 없도록 하는 것이 보장될 수 있도록 주의하여야 한다. 프로세스 공간은 통상적으로 명확한 기하 형상을 가지기 때문에 분말 재료는 보통 상대적으로 간단한 방식으로 프로세스 챔버로부터 제거될 수 있으며, 따라서 프로세스 챔버의 모든 지점은 예를 들어 분말 흡입 호스와 같은 분말 흡입 장치에 의해 도달될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 분말 공급 장치 및 분말 회수 장치의 전체적으로 상대적으로 복잡하고 회선을 이루는(convoluted) 기하 형상은 이러한 측면에서 그 어떤 문제점도 일으키지 않는데, 왜냐하면 이들 구성 요소들이 교환 가능 모듈에 통합되어 있고 각각의 교환 가능 모듈이 항상 동일한 분말 재료를 이용하여 작동될 수 있어서, 교환 가능 모듈들에서 그 어떤 복잡한 세정 과정을 필요로 하지 않기 때문이다.
특히 바람직한 본 발명의 실시에에 따르면, 각각의 교환 가능 모듈은 성형 장치로부터 분리되어 있는 분리 지점으로부터, 성형 장치에 통합되어 있는 한정된 연결 지점으로 움직일 수 있어서, 관련된 연결 인터페이스들이 서로 연결되거나 또는 연결될 수 있다. 특히 바람직한 변형예에 따르면, 교환 가능 모듈이 분리 지점으로부터 연결 지점으로 변화될 때 관련된 모든 연결 인터페이스들이 자동적으로 적절하게 서로 연결되도록 구성이 조립될 수 있다. 프로세스에 있어서, 필요한 분말의 움직임을 위하여 외부에 대하여 잘 밀봉된, 교환 가능 모듈과 프로세스 챔버 사이의 천이(transition)를 제공하도록, 연결 인터페이스들이 서로 연결된다. 본 발명의 전후 관계에서, 교환 가능 모듈이 연결 지점으로 변화될 때 자동적으로 적절하게 확립되는 연결의 개념은 다른 공급 라인들의 연결로도 가져갈 수 있으며, 예를 들어, 전력 공급 인터페이스, 데이터 송신 인터페이스, 불활성 기체 파이프 인터페이스 및 물 파이프 인터페이스등도 그러하다.
교환 가능 모듈에 있는 분말 회수 장치는 바람직스럽게는 시이브 장치를 포함하고, 예를 들어, 특히 프로세스 챔버로부터의 과잉의 분말 재료에서 굵은 성분(coarse component)들을 포착하기 위한 초음파 시이브 장치를 포함한다. 그러한 굵은 성분들은 예를 들어 용융된 재료를 튀기는 것(splash)이 분말 베드(powder bed)를 타격할 때의 구성 프로세스 동안에 발생될 수 있는데, 복수의 분말 입자들이 덩어리져서 상기의 굵은 성분들이 형성되게 한다. 몰딩된 동체의 영역이 되지 않아서 과잉의 분말 재료를 포함하는 분말 베드의 영역에서 이것이 발생된다면, 관련된 굵은 성분들은 결국 분말 회수 장치 또는 시이브 장치에 진입하는데, 그곳에서 굵은 성분들이 분리된다.
교환 가능 모듈이 연결 지점에 있을 때, 시이브 장치의 유출부는 유출 인터페이스에 연결됨으로써, 걸러진 분말 재료는 프로세싱될 분말 재료로서 유출 인터페이스를 통하여 프로세스 챔버의 분말 유입부로 공급될 수 있다. 편리하게는, 그리고 본 발명의 특징에 따라서, 걸러진 분말 재료를 위한 버퍼 콘테이너가 시이브 장치와 유출 인터페이스 사이에 제공됨으로써, 각각의 분말 층 제조를 위한 충분한 공급이 프로세스 챔버에 항상 존재한다. 걸러진 분말을 프로세스 챔버의 분말 유입부로 전달하기 위한 전달 수단이 시이브 장치의 하류측에 연결되는 것이 특히 제안되는데, 이러한 종류의 전달 수단은 전체적으로 성형 장치의 일부 및/또는 교환 가능 모듈의 일부일 수 있다. 특히 이러한 전달 수단이 스크류 콘베이어 장치(screw conveyer apparatus)인 경우에, 교환 가능 모듈이 연결 지점에 있을 때 유출 인터페이스에 연결되고 프로세스 챔버에 할당된 연결 인터페이스 및 교환 가능 모듈의 유출 인터페이스 모두에 상기 장치가 침투할 수 있다. 스크류 콘베이어는 바람직스럽게는 교환 가능 모듈이 성형 장치로부터 분리되었을 때 교환 가능 모듈상에 유지된다.
입자 크기 측정 장치, 바람직스럽게는 광학적 입자 크기 측정 장치는 예를 들어 시이브 장치의 하류측에 연결될 수 있는데, 상기 측정 장치의 측정 결과는 걸러진 분말의 입자 크기 분포를 자동 검출하는데 특히 사용된다. 만약 입자 크기 분포가 현저하게 변화된다면, 예를 들어 기계 제어부(machine controller)는 관련된 입자 크기의 분말이 프로세스로 도입될 것을 요청하는 경고 신호를 발생시킬 수 있어서, 프로세스 챔버로 공급되는 분말의 소망되는 입자 크기 분포가 적어도 대략적으로 다시 달성된다. 이와 관련하여 국제 출원 공개 WO　2014/167100　A1 를 참조하기로 하며, 상기 공개된 내용은 본원 발명에 참고로서 포함된다. 입자 크기 분포는 대부분 자동화된 방식으로 균형이 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 교환 가능 모듈은, 프로세스 챔버로부터의 과잉의 분말 재료를 수용하기 위하여 그리고 선택적으로는 추가로 더해진 동일한 재료의 새로운 분말 공급을 수용하기 위하여, 유입 인터페이스의 하류측에 연결된, 분말 수집 콘테이너를 가진다. 이것은 상대적으로 큰 저장 체적을 가진 메인 탱크(main tank)일 수 있으며, 그 안에는 특정한 구성 프로세스를 위하여 유지된 충분한 양의 분말이 항상 있어야 한다.
본 발명의 마지막으로 언급된 실시예의 변형에 따르면, 교환 가능 모듈이 한정된 연결 지점에 있을 때, 분말 수집 콘테이너는 프로세스 챔버의 분말 유출부 보다 낮게 배치될 수 있어서, 과잉의 분말은 중력으로 보조되는 방식으로 프로세스 챔버의 분말 유출부로 배출되어 분말 수집 콘테이너에 진입할 수 있다. 바람직스럽게는, 프로세스 챔버의 분말 유출부는 프로세스 챔버 하우징의 바닥에 위치되어, 분말 수집 콘테이너는 실질적으로 완전히 프로세스 챔버 아래에 배치된다.
분말 수집 콘테이너를 가진 본 발명의 실시예의 특징에 따르면, 분말 수집 콘테이너가 분말 유출부를 포함하고, 분말 수집 콘테이너로부터 시이브 장치로 분말 재료를 전달하기 위한 전달 장치가 분말 수집 콘테이너의 분말 유출부와 시이브 장치의 분말 유입부 사이에 제공되는 것이 제안된다. 이러한 방식으로, 걸러진 분말 재료는 성형 장치의 작동 동안에 필요에 따라 반복하여 버퍼 콘테이너(buffer container)에 진입할 수 있는데, 이는 상기 버퍼 콘테이너로부터 프로세스 챔버로 공급되기 위함이다.
분말 수집 콘테이너로부터 시이브 장치로의 분말 재료 전달을 위한 전달 장치는 예를 들어 기체 유동에 의하여 분말 입자들을 전달하도록 설계된, 기체 유동 회로를 가진 기체 유동 전달 장치, 특히 불활성 기체 유동 전달 장치일 수 있다. 본 발명의 변형예에 따르면, 이러한 종류의 기체 유동 전달 장치는 그것의 유출부에 분리기를 포함할 수 있고, 바람직스럽게는 사이클론 분리기(cyclone separator)를 포함할 수 있는데, 이것은 기체 유동으로부터 분말 입자들을 분리하고 그것을 시이브 장치로 공급하도록 설계된다. 대안으로 또는 추가적으로, 전달 장치는 스크류 콘베이어 장치(screw conveyer apparatus) 또는 그와 유사한 장치를 포함할 수도 있다.
마찬가지로 본 발명의 바람직한 실시예는 프로세스 챔버의 분말 유입부 및/또는 프로세스 챔버의 분말 유출부가 프로세스 챔버의 바닥에 개방되는 것을 특징으로 한다. 이것은 또한 접근이 어려운 지점에서 프로세스 챔버가 분말 재료로 불필요하게 오염되는 것을 방지하는 방식으로 분말 재료를 취급할 수 있게 함으로써, 분말이 비교적 간단한 방식으로 프로세스 챔버 밖으로 세정될 수 있게 하는 특징이다.
교환 가능 모듈은 바퀴 및 선택적으로는 안내 롤러를 포함하고, 따라서 한정된 연결 지점 또는 분리 지점으로 움직이기 위하여 바퀴로 움직일 수 있도록 하는 것도 제안된다. 교환 가능 모듈은 따라서 매우 간단한 방식으로 움직일 수 있다.
또한, 불활성 기체 전달 장치가 제공되고, 분말이 그것을 통해 유동하는 모든 교환 가능 모듈의 구성 요소들이 불활성 기체 전달 장치에 의하여, 예를 들어 아르곤과 같은 불활성 기체로 퍼지될 수 있음으로써, 구성 요소들이 불활성 기체 대기하에서 작동될 수 있는 것이 제안된다. 또한 프로세스 챔버 및, 그 어떤 다른 구성 요소들 뿐만 아니라 각각의 경우에 프로세스 챔버에 연결되는 교환 가능 모듈을 퍼지시키도록 설계된 불활성 기체 시스템을 제공할 수도 있다.
관련된 연결을 외부에 대하여 그 지점에서 밀봉하기 위하여 연결 인터페이스들상에 작용하는 자동적인 밀봉 장치들이 제공될 수 있어서, 교환 가능 모듈이 결합 해제되었을 때 교환 가능 모듈 및 프로세스 챔버가 외부에 대하여 밀봉되고, 외부 공기의 우발적인 진입이 대부분 방지된다.
본 발명에 따른 성형 장치의 다른 특징들은 청구항 제 12 항 내지 제 16 항에 기재되어 있다. 이러한 특징들은 구성 프로세스 동안에 퍼지 기체를 이용하여 프로세스 챔버를 퍼징(purging)시키는 퍼지 장치의 존재에 관한 것으로서, 프로세스 스모크 응축물(process smoke condensate)과 같이 잠재적으로 고체 입자들을 수집할 수 있는 퍼지 장치의 모든 구성 요소들은 교환 가능 모듈 안에 수용된다. 이러한 구성 요소들은 필터 구성부를 포함할 수 있어서 퍼지 기체가 그것을 통해 유동하고, 또한 퍼지 기체 유동을 발생시키는 기체 전달 장치를 포함할 수 있다. 마지막으로 언급된 교환 가능 모듈은 이러한 목적만을 위하여 의도된 분리형 교환 가능 모듈일 수 있다. 그러나 바람직스럽게는, 그것이 분말 공급 장치 및 분말 회수 장치도 포함하는 교환 가능 모듈이다. 바람직스럽게는, 퍼지 장치는, 프로세스 챔버, 기체 전달 장치 및 필터 장치를 직렬의 구성으로 에워싸는 퍼지 기체 회로에서 퍼지 기체 유동을 만들도록 설계된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 일단 구성 프로세스가 완료되거나 또는 시작되기 전에, 기체 유동에 의하여 잔류된 분말 재료를 프로세스 챔버 밖으로 흡입시키는 흡입 장치를 포함하며, 상기 흡입 장치의 분리된 전달 펌프 및 분리된 분말 분리기는 선택적으로 교환 가능 모듈안에 수용되기도 한다.
따라서, 본 발명의 가장 중요한 개념으로의 특징에 대하여, 분말 재료로 오염될 수 있고 세정이 곤란한, 가능한 한 많은 구성 요소들이 교환 가능 모듈 안에 수용됨으로써, 성형 장치로부터 교환 가능 모듈이 제거된 후에 일반적으로 성형 장치상에 남겨지는 구성 요소들은 간단한 방식으로 신속하게 세정될 수 있고, 그리고/또는 간단하고 신속한 방식으로 교환될 수 있으며, 예를 들어 평활화 슬라이드 또는 그것의 구성 요소들 및 흡입 장치의 흡입 취급 수단(흡입 호스)과 같은 것이 그러하다.
본 발명의 아이디어는 프로세스 챔버 자체를 교환 가능하게 하고 예를 들어 교환 가능 모듈의 일부로 만들어서 전개될 수도 있다. 이러한 경우에, 일반적으로 프로세스 챔버와 교환 가능 모듈 사이의 상기 언급된 인터페이스들은 단절되지 않은 연속적인 파이프들에 의하여 대체될 수 있다. 이러한 경우에, 프로세스 챔버는, 조사 장치 또는 구성 플랫폼을 위한 승강 구동부 및/또는 평활화 슬라이드를 위한 구동부와 같은, 인접한 구성 요소들 또는 연결된 구성 요소들로부터 용이하게 분리될 수 있는 것을 보장하는게 편리할 것이다. 다른 한편으로, 평활화 슬라이드(smoothing slide) 및 그것의 구동부는 프로세스 챔버 안에 남을 수도 있다. 더욱이, 구성 플랫폼을 포함하는 구성 실린더(construction cylinder) 및/또는 구성 플랫폼(construction platform)을 위한 승강 구동부도 교환될 수 있고 그리고 가능하게는 교환 가능 모듈의 구성 부분인 변형예를 생각해볼 수 있다.
예를 들어, 프로세스 챔버를 포함하는, 도 5 에 개략적으로 도시된 구성 요소들은 교환 가능 모듈의 구성 요소 부분들일 수 있다. 출원인은 교환 가능할 수도 있는, 특히 프로세스 챔버에 대한 본 발명의 상기 언급된 더 넓은 개념을 더 추구하도록, 그리고/또는 본 출원에서 그에 대한 청구항을 이용하여 상기 개념을 해결하도록, 분할 출원의 권리를 유보한다.
청구항 제 15 항은 본 발명의 다른 유리한 양상을 기재하며, 여기에서 교환 가능 모듈은 전체적으로 성형 장치에 있는 콘트롤러와 소통할 수도 있는 데이터 프로세싱 장치를 포함하는데, 이것은 교환 가능 모듈의 상태에 관한 메시지를 송신하고 선택적으로는 그로부터 제어 정보를 수신하기 위한 것이다. 콘트롤러는 구성 프로세서를 제어할 때 정보를 고려할 수 있다. 상태 메시지(status message)는 예를 들어 교환 가능 모듈에 저장된 분말 재료의 유형, 체적 및/또는 입자 크기들에 대한 정보일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 성형 장치를 위한 교환 가능 모듈에 관한 것이다. 상기 교환 가능 모듈은 위에서 설명된 유형의 분말 회수 장치 및 분말 공급 장치를 포함한다. 더욱이, 교환 가능 모듈은 교환 가능 모듈들에 속하는 것으로서 위에서 설명되었던 일부 또는 모든 특징들을 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 성형 장치에는 바람직스럽게는 상이한 분말 재료들을 위한 복수개의 유사한 교환 가능 모듈들이 설치되며, 상기 교환 가능 모듈들은 서로 교환 가능한 방식으로 성형 장치에 통합될 수 있다.
본 발명은 실시예에 기초하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 다음에 설명될 것이다.
도 1 은 교환 가능 모듈을 가진 본 발명에 따른 성형 장치를 연결 지점에서 도시한다.
도 2 는 교환 가능 모듈을 가진 도 1 로부터의 장치를 도시하며, 이것은 분리 위치에 있어서 성형 장치로부터 분리되어 있다.
도 3a 내지 도 3c 는 도 1 및 도 2 의 교환 가능 모듈에 대한 정면도, 측면도 및 배면도를 각각 도시한다.
도 4 는 한정된 연결 지점에 인접한 프로세스 챔버상의 위치에서 교환 가능 모듈의 분말 유지 또는 기체 유지용 주 구성 요소들을 통한 개략적인 단면도이다.
도 5 는 도 4 에 따른 단면도와 유사한 단면도로서, 한정된 연결 지점에 인접한 프로세스 챔버상의 위치에서 본 발명에 따른 교환 가능 모듈의 추가적인 실시예에 대한 분말 유지 또는 기체 유지용 주 구성 요소들을 도시한다.
도 6 은 도 5 에 도시된 구성 요소들을 포함할 수 있는 교환 가능 모듈의 뒤로부터의 도면으로서, 도 3c 에 따른 도면과 유사한 도면이다.
도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명에 따른 성형 장치는, 다양한 구성 요소들을 위한 하우징을 포함하고, 특히 2 개의 관찰 윈도우(4) 및 2 개의 피드쓰루(feedthrough, 6)가 제공되는 전방 프로세스 챔버 도어(2)를 포함하는 프로세스 챔버를 위한 하우징을 포함하며, 상기 피드쓰루(6)는 (도면에 도시되지 않은) 글로브(glove)를 작동시킴으로써 (글로브 박스 원리;glove box priciple) 외부에 대하여 밀봉된다. 구성 프로세스가 완료된 이후에, 프로세스 챔버 도어(2)는 프로세스 챔버로부터 기판 플레이트와 함께 제조된 몰딩 동체를 제거하도록 개방될 수 있으며, 몰딩된 동체는 기판 플레이트상에 구성되어 있다. .
평면 스크린(8)은 다양한 정보 항목들을 시각적으로 표시하도록 사용되고, 선택적으로는 비디오 카메라로 촬상된 프로세스 챔버 내부의 이미지를 전송하도록 사용된다. 성형 장치의 하우징은 바퀴(caster, 10)상에 장착되고, 따라서 성형 장치는 간단하게 기동된다. 하우징 도어(12,14)의 뒤에, 성형 장치의 다양한 구성 요소들이 있으며, 예를 들어 프로세스 콤퓨터, 불활성 기체 병, 선택적 레이저 용융을 위한 레이저 장치의 전력 공급 구성 요소들 등이 있다. 하우징은 분말 재료를 선택적으로 재용융시키기 위한 방사 장치(irradiation device)를 더 포함한다. 선택적 레이저 용융 방법에 따라서 몰딩된 동체를 구성할 때의 기본적인 접근 방식은 서두에 언급된 종래 기술 문헌들로부터 취해질 수 있으며, 이와 관련하여 그 내용은 본원에 참고로서 포함된 것으로 의도된다.
몰딩된 동체를 분말 재료로부터 층(layer)으로 구성할 때, 몰딩된 동체의 일부가 되는 영역에 위치되지 않는 분말 재료는 통상적으로 각각의 분말 층에 축적되며, 따라서 과잉의 분말 재료로서 잔여물로 남는다. 더욱이, 각각의 개별 분말 층의 제조 동안에, 과잉의 분말 재료는 베이스 플레이트상에 또는 아래의 이전에 제조된 분말 층상에 축적되기도 하며, 본 발명과 관련된 교환 가능 모듈에서 회수되도록 보내진다.
도 1 에서, 교환 가능 모듈(16)은 성형 장치의 하우징에 있는 연결 지점에서 도시되어 있으며, 폐쇄 도어(18)는 교환 가능 모듈(16)을 위한 저장 챔버에 할당되고 개방 상태이다.
교환 가능 모듈(16)은 바퀴(20)에 장착되기도 하며, 따라서 이것은 간단한 방식으로 도 1 에 도시되어 있는 한정된 연결 지점으로부터 인출되어 예를 들어 도 2 에 도시된 분리 위치로 움직일 수 있다. 교환 가능 모듈(16)의 하우징에 있는 요부(24)내의 핸들바아(handlebar, 22)는 교환 가능 모듈(16)이 간단한 방식으로 연결 위치로 미끄러질 수 있게 하고 교환 가능 모듈(16)이 연결 지점으로부터 회수될 수 있게 한다.
도 2, 도 3b 및 도 3c 는 도면 번호 26 에서 연결 인터페이스 그룹(connection interface group)을 개략적으로 도시한다. 교환 가능 모듈(16)이 한정된 연결 지점으로 미끄러질 때, 상기 연결 인터페이스 그룹(26)은 자동적으로 연결 구성에 진입함으로써 교환 가능 모듈(16)의 관련된 연결 인터페이스들과 성형 장치가 전체적으로 서로 적절하게 자동적으로 연결된다. 하우징 안으로 미끄러질 때 연결 지점으로 교환 가능 모듈(16)을 안내하는 기계적 안내부가 제공될 수 있다. 예를 들어 전자석 잠금 수단(미도시)과 같은 잠금 수단도 제공되는 것이 바람직스러우며, 이것은 교환 가능 모듈이 연결 지점에 접근할 때 교환 가능 모듈을 유인하고 그것을 연결 지점에 유지한다.
도 4 는 교환 가능 모듈(16)의 한정된 연결 지점에 인접한 위치에서 전체적으로 성형 장치에 대한 교환 가능 모듈(16)의 실질적으로 내부의 기체 유지 또는 분말 유지 구성 요소들을 도시하며, 방사 장치(irradiation apparatus)와 같은 성형 장치의 추가적인 구성 요소들은 본 발명의 설명에서 그 어떤 역할도 하지 않기 때문에, 성형 장치는 개략적으로 도시된 프로세스 챔버에 의하여 도 4 에서 전체적으로 도시되어 있다.
프로세서 챔버(28)는 구성 플랫폼(30)을 구비하며, 이것은 구성 실린더(construction cylinder)에서 단계적으로 또는 자체적으로 알려진 방식으로 하강될 수 있으며, 구성 플랫폼상에서 각각의 층을 선택적으로 조사(irradiating)함으로써 분말 재료 층으로부터 몰딩된 동체가 점진적으로 구성된다. 각각의 분말 층은 각각의 층에 할당된 몰딩된 동체의 단면 영역들에 대응하는 영역들에서 재용융된다. 다음에 조사될 분말 재료를 준비하도록, 분말 재료는 프로세스 챔버의 바닥에 있는 분말 유입부(32)를 통하여 프로세스 챔버(28)로 공급된다. 도 4 에 따르면, 도 4 에서 도면 번호 34 로 도시된 평활화 슬라이드(smoothing slide)는 전후 좌우로 움직일 수 있는데, 이는 분말 유입부(32)에서 프로세스 챔버(28)로 도입된 분말 재료를 운반하도록 그리고 구성 플랫폼(30) 위에서 평활화하거나 또는 이전의 분말 준비 단계에서 남겨진, 이미 조사된 분말 층을 평활화하기 위한 것이어서, 다음의 조사 및 재용융 프로세스를 위하여 새로운 분말 층이 이러한 방식으로 준비된다. 평활화 슬라이드(34)는 분말 유입부(32)에 도달하기 직전에, 적어도 그것이 도 4 에서 우측으로 움직일 때 제어된 방식으로 상승될 수 있고, 분말 유입부(32) 위에서 쓸고 간 이후에 다시 하강될 수 있어서, 도 4 에서 좌측으로 움직일 때, 프로세스 챔버 바닥(29)으로부터 상방향으로 돌출된 분말 재료의 양을 평활화 슬라이로써 운반할 수 있는데, 이는 그것으로써 다음의 분말 층을 준비하기 위함이다. 프로세스에서 축적된 과잉의 분말 재료는 평활화 슬라이드가 우측으로 움직일 때 평활화 슬라이드(34)에 의하여 다시 포착되고 쓸려질 수 있어서, 상기 과잉의 분말은 바람직스럽게는 슬롯과 유사한 분말 유출부(36)에 진입할 수 있으며, 분말 유출부는 프로세스 챔버 바닥(29)에 제공된다. 분말 재료와 접촉하게 되거나 또는 분말 재료가 달라붙는 경향이 있는 평활화 슬라이드(34) 또는 상기 평활화 슬라이드의 적어도 어떤 요소들은 바람직스럽게는 간단한 방식으로 교환될 수 있다.
분말 유출부(36)는 연결 파이프 부재(38)에 의하여 연결 인터페이스(40)에 연결된다. 분말 유입부(32)는 연결 파이프 부분(42)에 의하여 연결 인터페이스(44)에 연결된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 교환 가능 모듈(16)이 한정된 연결 지점으로 움직일 때 분말 유입부(32)에 할당된 연결 인터페이스(44)는 유출 인터페이스(48)에 동시에 연결될 수 있는 반면에, 분말 유출부(36)에 할당된 연결 인터페이스(40)는 교환 가능 모듈(16)의 유입 인터페이스(46)에 연결될 수 있다. 도 4 는 연결 지점에 도달되기 직전의 상태를 도시한다.
수집 콘테이너(50)는 유입 인터페이스(46)에서 교환 가능 모듈(16)에 연결되고, 분말 재료를 위한 상대적으로 큰 저장 체적을 가진 메인 탱크(main tank)를 형성한다. 유입 인터페이스(46)의 하류측에 연결되는, 수집 콘테이너(50)의 입력부(52)는 상기 콘테이너의 가장 높은 지점에 위치하는 반면에, 유츌부(54)는 수집 콘테이너(50)의 가장 낮은 지점에 위치하며, 상세하게는 원추 형상으로 하류로 테이퍼지는 수집 콘테이너(50)의 영역에 위치한다. 수집 콘테이너(50)의 유출부(54)는 스크류 콘베이어 장치(screw conveyer apparatus, 56)로 개방되는데, 이것은 유출부(54)에서 수집 콘테이너(50)를 떠나는 분말을 도 4 의 우측을 향하여 기체 유동 전달 장치(gas flow delivery apparatus, 62)의 분말 이송부(60)로 이송시킨다.
기체 유동 전달 장치(62)는 기체 회로를 포함하며, 이것은 기체 유동을 전달하는 펌프(64), 펌프(64)의 하류에 연결된 버퍼(buffer, 66) 및, 사이클론 분리기(cyclone separator, 68)를 가진다. 기체 유동 전달 장치의 상기 구성 요소들은 회로를 형성하는 기체 유동 파이프 요소(70)들에 의하여 상호 연결된다.
기체 유동 전달 장치(62)가 전달 모드에 있을 때, 화살표로 표시된 기체 유동은 분말 이송부(60)에 존재하는 분말 재료를 수반하고 그것을 사이클론 분리기(68)로 전달하여 기체 유동으로부터 분리되도록 한다. 펌프(64)는 기체 유동이 유지되는 것을 보장한다.
중간 탱크(72)에 의하여, 사이클론 분리기(68)로부터 분리된 분말 재료는 초음파 시이브 장치(ultrasonic sieve device, 76)의 형태인 분말 회수 장치(74)에 도달하고, 그곳에 이송된 분말 재료의 굵은 성분(coarse components)은 그곳에서 포착되어 콘테이너(78)로 이송된다. 분말 재료의 굵은 입자 헝태로 콘테이너(78)에 수집된 분말은 통상적으로 성형 장치에서의 성형을 위하여 더 이상 사용되지 않는다.
시이브 장치(76)를 통과한 미세한 분말은 중간 탱크(80)로 진입하고, 그로부터 미세한 분말은 스크류 콘베이어 장치(82)로 공급되는데, 스크류 콘베이어 장치는 걸러내는 프로세스(sieving process)에 의하여 재순환된 분말 재료를 프로세스 챔버의 분말 유입부(32)로 공급한다.
도면에는 자동 밀봉 수단이 도시되어 있지 않은데, 자동 밀봉 수단은 교환 가능 모듈(16)이 한정된 연결 지점으로부터 움직이자마자 인터페이스(40,44,46,48)를 외부에 대하여 자동적으로 밀봉시키는 것이 바람직스럽다. 기체 전달 장치(62)에서, 불활성 기체, 특히 아르곤이 바람직스럽게는 펌프(64)에 의하여 순환된다.
다음에, 도 5 및 도 6 에 도시된 본 발명의 다른 실시예를 참조한다. 본 발명의 다른 실시예는 도 1 내지 도 4 를 참조하여 이미 설명된 본 발명의 제 1 실시예의 모든 특징들을 포함하며, 도면에서 동일한 도면 번호들이 상기 특징들을 지시하도록 사용된다. 따라서, 2 개의 실시예들에 존재하는 상기 특징들의 설명을 위하여 제 1 실시예의 상기 설명을 참조할 수 있다. 다음에는, 제 1 실시예에 존재하지 않는 제 2 실시예의 특징들이 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명될 것이다.
제 2 실시예를 대표하기도 하는, 하나의 디자인에서의 본 발명의 필수적인 양상은, 몰딩된 동체를 제조하는 구성 프로세스와 관련하여 분말 재료에 의해 오염되는 모든 필터 구성 요소들, 펌프 구성 요소들 및 분말 수집 또는 저장 콘테이터들을 공통의 교환 가능 모듈 안에 배치함으로써, 일단 구성 프로세스가 완료되면, 실질적으로 모든 분말 재료가 교환 가능 모듈 안에 남고 교환 가능 모듈과 함께 성형 장치로부터 전체적으로 제거될 수 있다. 이것의 목적은, 전체적으로 성형 장치와 특히 프로세스 챔버와, 상기 프로세스 챔버로부터 몰딩된 동체의 제조와 관련하여 분말 입자와 접촉할 수 있고 관련된 교환 가능 모듈을 위한 연결 인터페이스들로 이어지는 파이프들이 필요에 따라서 신속하고 간단한 방식으로 세정될 수 있도록, 그리고 따라서 몰딩된 동체를 잠재적으로 상이한 분말 재료로부터 제조하는 차후의 구성 프로세스를 위하여 준비될 수 있도록 보장하려는 것이다. 그러한 경우에, 관련된 다른 분말 재료를 포함하는 상이한 교환 가능 모듈이 성형 장치에서 너무 지연되지 않으면서 사용될 수 있다.
프로세스 챔버(28)는 구성 프로세스 동안 예를 들어 아르곤과 같은 불활성 기체에 의하여 연속적으로 퍼지(purge)되도록 그리고 이러한 목적을 위하여 불활성 기체 회로에 통합되도록 설계된다. 이러한 불활성 기체 회로의 구성 요소들은 프로세스 챔버(28) 밖으로 이어지는 파이프 부분(90)을 포함하고, 교환 가능 모듈(16a)의 연결 인터페이스(94)에 대한 외측 연결 인터페이스(92)를 가지는데, 외측 연결 인터페이스는 상기 연결 인터페이스와 연결에서 양립 가능하다(connection compatible). 교환 가능 모듈(16a)에 대하여, 연결 인터페이스(94)는 입력 인터페이스로서, 그로부터 제 1 파이프 부분(96)은 프리 필터(pre filter, 98)로 이어지는데, 상기 프리 필터는 프로세스 챔버(28) 로부터 흡입된 불활성 기체로부터, 분말 입자, 응축된 덩어리(condensate agglomerate), 먼지 입자등과 같은 굵은 오염 물질을 제거하기 위한 것이다. 그것의 출구에서, 기체 전달 펌프(104)에 미세 필터가 연결되는데, 이것은 예를 들어 HEPA 필터로서, 불활성 기체 회로로부터 프리 필터를 통하여 지나갔던 초미세 입자를 필터링하는데 이용된다. 그것의 출구에서, 미세 필터는 기체 전달 펌프(104)에 연결되는데, 기체 전달 펌프는 불활성 기체 회로에서 기체 유동을 유지하는데 이용된다. 파이프(106)에 의하여, 펌프(104)는 유출 인터페이스(108)에 연결되고, 상기 유출 인터페이스는 프로세스 챔버(28) 로의 불활성 기체 공급을 위하여 기체 유입 인터페이스(110)와 연결에서 양립될 수 있다. 파이프 부분(112)은 인터페이스(110)를 프로세스 챔버(28)의 내부에 연결한다. 교환 가능 모듈이 성형 장치에 있는 한정된 연결 지점으로 맞물리자마자, 관련된 연결 인터페이스(92, 94, 108, 110)들은 외부에 대하여 밀봉되도록 자동적으로 적절하게 상호 연결된다.
구성 프로세스를 준비함에 있어서, (일단 프로세스 챔버 도어가 폐쇄된다면) 프로세스 챔버 및 불활성 기체 회로의 추가적인 구성 요소(90 내지 112)들은 우선 비워질 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 펌프(104)는 배기 펌프(evacuation pump)로서 사용될 수 있는데, 이를 위하여 펌프 출구에서 밸브 구성(미도시)을 조절함으로써 전달된 공기가 외부로 채널을 통해 배출되는 것을 보장하도록 주의해야 한다. 만약 불활성 기체 회로가 충분히 배기되었다면, 밸브 설정을 변경시킴으로써 불활성 기체 소스(예를 들어, 압력 실린더)로부터 불활성 기체 회로로 불활성 기체의 공급이 우선 도입될 수 있으며, 일단 밸브 구성이 그렇게 조절되었다면 펌프(104)에 의하여 불활성 기체 회로 안에서 불활성 기체가 궁극적으로 재순환될 수 있다. 구성 프로세스가 진행중인 동안에 불활성 기체는 불활성 기체 회로에서 재순환된다. 이러한 구성 프로세스에서, 프로세스 스모크(process smoke)가 생성될 수 있고, 불활성 기체 유동에 수반된 고체 입자들을 응축시키고 뒤에 남길 수 있다. 잠재적으로 위로 와류를 형성하는 분말 입자들은 불활성 기체 회로에 진입할 수도 있고 마찬가지로 불활성 기체를 오염시킨다. 언급된 바와 같이, 필터(98, 102)들은 불활성 기체로부터의 이러한 유형의 불순물을 필터링하도록 이용됨으로써, 세정된 불활성 기체가 궁극적으로 프로세스 챔버(28)로 다시 복귀될 수 있다.
도 5 에서, 도면 번호 114 는 분말 흡입 장치의 유연성 호스를 나타내며, 상기 호스는 특히 몰딩된 동체가 완성된 후에 불활성 기체 유동을 이용하여 프로세스 챔버 밖으로 분말 재료를 흡입하기 위하여 프로세스 챔버(28) 안에 제공된다. 이러한 경우에, 상기 분말은 구성 플랫폼에서 제조된 몰딩 제품을 둘러싸는 과잉의 분말일 수 있거나, 또는 프로세스 챔버(28) 또는 연결 라인 부분(38 또는 42)에 남아 있는 다른 분말 재료일 수 있다. 흡입 호스는 프로세스 챔버 도어(2)가 폐쇄되어 있을 때 조차도 작업자에 의하여 수동적으로 안내될 수 있다. 그렇게 하도록, 작업자는 글로브 작업 개구(glove operation opening, 6)(도 1 및 도 2 참조)를 통하여 그곳에서 밀봉된 장갑들에 도달할 수 있고 따라서 흡입 호스(114)를 잡아서 움직일 수 있다. 흡입 호스(114)는 연결 라인 부분(116)에 의하여 외측 유출 인터페이스(118)에 연결되는데, 이것은 교환 가능 모듈(16a)상의 상보적인 인터페이스(120)와 연결에서 양립될 수 있다. 교환 가능 모듈(16a)에 있는 인터페이스(120)는, 교환 가능 모듈(16a)에 있는 파이프(122)에 의하여, 불활성 기체 유동을 유지하도록 펌프(배후에 위치되고 도 5 에 도시되지 않음)에 연결되며, 상기 펌프의 상류측에 분말 분리기가 연결되는데, 바람직스럽게는 사이클론 분리기(도 5 참조)가 연결된다. 분말 분리기에 의하여 불활성 기체 유동으로부터 분리된 분말은 메인 탱크(50)로 진입하고 따라서 차후의 몰딩될 동체를 위한 구성 프로세스에서 사용될 수 있다. 불활성 기체는 관련된 연결 인터페이스(12)들을 가지는 대응하는 파이프들에 의하여 프로세스 챔버(28)로 복귀된다. 흡입 호스(114)에 연결된 펌프 및, 하류측의 분리기는 펌프(64) 및 분리기(68)와 같은 방식으로 설계될 수 있다. 흡입 호스(114)는 신속하고 간단하게 교환될 수 있다. 분말 흡입 장치의 변형예에 따라서, 분말 흡입 호스는 그에 따라 설계된 파이프(122)상에서 연장될 수 있거나(extensible) 또는 뒤로 접히는(fold-back) 호스로서 구성될 수 있는데, 이것은 외부에 대하여 바람직스럽게는 밀봉되는 방식으로, 프로세스 챔버(28)로 삽입될 수 있거나 또는 인터페이스(118)를 통하여 그로부터 제거될 수 있고 그리고 교환 가능 모듈(16a)의 구성 요소인 방식으로 이루어진다. 그러한 경우에, 모듈이 그것의 연결 지점으로부터 제거될 때 분말 흡입 호스는 교환 가능 모듈상에 유지된다. 분말 흡입 장치의 기본적인 설계 및 기능은 상기 언급된 유럽 출원 EP 2 052 845 A2 에 개시되어 있다.
도 5 에 따른 실시예에서, 분말들이 흡입 장치 구성 요소들로부터 임계적으로 세정되어야만 하는 분말 흡입 장치의 모든 구성 요소들은 교환 가능 모듈(16a) 안에 제공됨으로써, 분말 흡입 호스(114)를 이용한 충분히 완전한 분말 흡입 프로세스 이후에, 실질적으로 모든 분말은 이와 관련하여서도 교환 가능 모듈(16a) 안에 있다. 분말과 접촉하게 되는 성형 장치의 전체적으로 모든 요소들, 특히 프로세스 챔버(28)는 신속하고 완전한 방식으로 세정하는데 매우 간단하고, 따라서 상이한 분말 재료 및 교환 가능 모듈을 이용하여 차후의 구성 프로세스를 위한 준비를 할 수 있다.
도 6 은 교환 가능 모듈(16a)상의 데이터 라인 인터페이스(132) 및 전력 공급 인터페이스(130)를 도시하며, 이것은 전체적으로 성형 장치의 그에 따른 연결에서 양립 가능한 데이터 라인 인터페이스 및 전력 공급 인터페이스에 의하여, 교환 가능 모듈(16a)이 성형 장치의 한정된 연결 지점에 진입할 때 자동적으로 적절한 연결 구성으로 진입한다. 전력 공급 인터페이스(130) 및 그에 연결된 라인들에 의하여, 펌프들, 스크류 콘베이어들, 시이브 장치(sieve apparatus)등과 같은 교환 가능 모듈(16a)의 전기 소비자들에게 전력이 공급된다.
데이터 라인 인터페이스(132)는 교환 가능 모듈(16a)에 있는 전자 데이터 프로세싱 장치에 연결되는데, 교환 가능 모듈의 특징적인 데이터 및 선택적으로는 정보의 다른 아이템(item)들이 상기 장치에 저장된다.
성형 장치에서, 데이터 라인 인터페이스가 제공되는데, 이것은 데이터 라인 인터페이스(132)와의 연결에서 양립 가능하며 관련된 데이터 송신 라인에 의하여 성형 장치의 콘트롤러에 연결된다. 상기 데이터 라인 인터페이스들 사이에서 데이터 송신 연결이 생성된 이후에, 성형 장치의 콘트롤러는 교환 가능 모듈(16a)의 데이터 프로세싱 장치로부터 데이터를 읽을 수 있고, 관련된 교환 가능 모듈(16a)을 이용하는 작동에 고려되어야만 하는 특정의 특성들에 대하여 자신을 준비할 수 있다. 이러한 특정의 특징들은 교환 가능 모듈등에 저장된 분말 재료에 기초한 구성 프로세스 제어에 특히 관련될 수 있다.
대안의 실시예에 따르면, 데이터는 라디오 또는 변조된 IR 방사(radiation) 또는 그와 유사한 것에 의하여, 교환 가능 모듈의 데이터 프로세싱 장치와 성형 장치의 콘트롤러 사이에서 무선으로 송신될 수 있다.
에어록(air lock)이 선택적으로 프로세스 챔버상에 제공될 수 있어서, 상기 프로세스 챔버 안의 불활성 기체 대기를 파괴하지 않으면서 대상물을 프로세스 챔버 안에 배치할 수 있거나 그로부터 제거할 수 있다.
2. 전방 프로세스 챔버 도어 4. 관찰 윈도우
8. 평면 스크린 10. 바퀴
12.14. 하우징 도어 16. 교환 가능 모듈

Claims (16)

  1. 연결된 영역들을 형성하도록 분말 재료를 선택적으로 경화시킴으로써 몰딩된 동체들을 제조하는 성형 장치로서,
    프로세싱될 분말 재료를 위한 분말 유입부(32) 및 과잉의 분말 재료를 위한 분말 유출부(36)를 가진 프로세스 챔버(28);
    분말 유입부(32)에 연결되거나 또는 연결될 수 있고 분말 재료를 프로세스 챔버(28)에 제공하도록 되어 있는, 분말 공급 장치(80,82); 및,
    분말 유출부(36)에 연결되거나 연결될 수 있고 과잉의 분말 재료로부터 프로세싱될 분말 재료를 재활용하도록 되어 있는 분말 회수 장치(74);를 포함하고,
    상기 분말 공급 장치(80,82) 및 분말 회수 장치(74)는 하위 조립체(subassembly)를 형성하도록 조합되고, 상기 하위 조립체는 교환 가능 모듈(16; 16a)로서 설계되고, 적어도 하나의 유입 인터페이스(46) 및 적어도 하나의 유출 인터페이스(48)인 연결 인터페이스들을 포함하고, 상기 유입 인터페이스 및 유출 인터페이스는 프로세스 챔버(28)의 분말 유입부(32) 및 분말 유출부(36)의 관련 연결 인터페이스(40,44)들과 연결에 있어서 양립 가능함으로써,
    과잉의 분말은 적어도 하나의 유입 인터페이스(46)에 의하여 프로세스 챔버(28)로부터 분말 유출부(36)를 통하여 분말 회수 장치(74)로 이동될 수 있고,
    분말 회수 장치(74)에 의해 준비된 분말 재료는 적어도 하나의 유출 인터페이스(48)에 의하여 분말 유입부(32)를 통하여 프로세스 챔버(28)로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 교환 가능 모듈(16;16a)은 분리 지점으로부터 한정된 연결 지점으로 움직일 수 있고, 상기 교환 가능 모듈은 연결 지점에 있을 때 성형 장치와 통합됨으로써, 관련된 연결 인터페이스(40, 44, 46, 48)들이 서로 연결되거나 또는 서로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 교환 가능 모듈(16; 16a)이 분리 지점으로부터 연결 지점으로 변화할 때 모든 관련된 연결 인터페이스(40, 44, 46, 48)들이 자동적으로 적절하게 서로 연결되도록 조립이 이루어지는 구성인 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  4. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 교환 가능 모듈(16;16a)에 있는 분말 회수 장치(74)는 시이브 장치(sieve device, 76)를, 바람직스럽게는 초음파 시이브 장치(ultrasonic sieve device)를 포함하고, 상기 초음파 시이브 장치는 프로세스 챔버(28)로부터의 과잉의 분말 재료로부터 굵은 성분들(coarse component)을 포착하기 위하여 초음파에 의하여 진동하도록 구성될 수 있고,
    시이브 장치(76)의 유출부는 유출 인터페이스(48)에 연결되거나 연결될 수 있고, 선택적으로는 상기 시이브 장치의 유출부와 유출 인터페이스 사이에 버퍼 콘테이너(80)가 배치됨으로써,
    걸러진 분말 재료가 유출 인터페이스(48)를 통하여 프로세스 챔버(28)의 분말 유입부(32)로 프로세싱될 분말 재료로서 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 걸러진 분말을 프로세스 챔버(28)의 분말 유입부(3)로 전달하기 위한 전달 수단(82)은 시이브 장치(76)의 하류측에 연결되는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 교환 가능 모듈(16; 16a)은 분말 수집 콘테이너(50)를 포함하고, 상기 분말 수집 콘테이너는 유입 인터페이스(46)의 하류측에 연결되고 프로세스 챔버(28)로부터 과잉의 분말 재료(51)를 수용하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 분말 수집 콘테이너(50)는 분말 유출부(54)를 포함하고, 분말 수집 콘테이너(50)로부터 분말 회수 장치(74)로 분말 재료(51)를 전달하기 위한 전달 장치(62)는 분말 수집 콘테이너(50)의 분말 유출부(54)와 분말 회수 장치(74)의 분말 유입부(53) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 분말 수집 콘테이너(50)로부터 분말 회수 장치(74)로 분말 재료를 전달하기 위한 전달 장치(62)는 기체 유동 전달 장치를 포함하고, 바람직스럽게는 불활성 기체 유동 전달 장치를 포함하고, 특히 바람직스럽게는, 기체 유동에 의하여 분말 입자들을 전달하도록 설계된, 기체 유동 회로를 가진 기체 유동 전달 장치를 포함하고, 기체 유동 전달 장치(62)는, 기체 유동으로부터 분말 입자를 분리하고 상기 분말 입자를 분말 회수 장치(74)로 공급하도록 설계된 분리기(68)를 포함하고, 바람직스럽게는 사이클론 분리기(cyclone separator)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 프로세스 챔버(28)의 분말 유출부(36) 및/또는 프로세스 챔버(28)의 분말 유입부(32)는 프로세스 챔버의 바닥(29)에 개방되는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  10. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 장치는 불활성 기체 전달 장치를 포함하고, 분말이 유동하는 교환 가능 모듈(16; 16a)의 모든 구성 요소들은 불활성 기체 전달 장치에 의하여 예를 들어 아르곤인 불활성 기체를 이용하여 퍼지(purge)될 수 있어서, 상기 구성 요소들이 불활성 기체 대기에서 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  11. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 복수개의 유사한 교환 가능 모듈(16;16a)들은 바람직스럽게는 상이한 분말 재료들을 위하여 이용 가능하고, 교환 가능 모듈(16;16a)들은 한정된 연결 지점에서 성형 장치와 서로 교환 가능하게 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  12. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 바람직스럽게는 불활성 기체인 퍼지 기체(purging gas)를 이용하여 프로세스 챔버(28)를 세정(purging)하기 위한 퍼지 장치를 포함하고, 상기 퍼지 장치는:
    퍼지 기체를 프로세스 챔버(28)로 받아들이는 기체 유입부;
    퍼지 기체를 프로세스 챔버(28) 밖으로 전도시키기 위한 기체 유출부;
    기체 유출부의 하류측에 연결된 필터 구성부(98, 102);
    상기 필터 구성부(98,102)와 직렬로 배치되고 바람직스럽게는 상기 필터 구성부(98,102)의 유출부에 배치된, 특히 펌프인 기체 전달 장치(104); 및,
    기체 유출부, 필터 구성부(98, 102) 및 기체 전달 장치(104)를 포함하는, 기체 파이프 시스템;을 포함하고,
    필터 구성부(98,102) 및 기체 전달 장치(96)는, 바람직스럽게는 분말 공급 장치(80,82) 및 분말 회수 장치(74)를 포함하는 교환 가능 모듈(16a)과 동일한 교환 가능 모듈(16a)에 수용되고,
    상기 기체 파이프 시스템은, 프로세스 챔버상에 배치되고 기체 유출부에 할당된 연결 인터페이스(92) 및, 교환 가능 모듈상에 배치되고 상기 연결 인터페이스에 연결되거나 또는 연결될 수 있는 연결 인터페이스(94)를 포함하고,
    교환 가능 모듈(16a)을 분리 지점으로부터 한정된 연결 지점으로 움직일 수 있어서, 상기 교환 가능 모듈이 연결 지점에 있을 때, 기체 파이프 시스템의 연결 인터페이스(92, 94)들이 서로 연결되거나 또는 연결될 수 있는 방식으로 성형 장치에 통합되는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 기체 파이프 시스템은, 교환 가능 모듈상에 배치되고 기체 전달 장치(104) 및 필터 구성부의 하류측에 직렬로 연결되는 연결 인터페이스(108) 및, 프로세스 챔버상에 배치되고 상기 교환 가능 모듈이 한정된 연결 지점에 있을 때 교환 가능 모듈(16a)상의 상기 연결 인터페이스에 연결되거나 또는 연결될 수 있는 연결 인터페이스(110)를 포함하고,
    상기 연결 인터페이스(110)는 프로세스 챔버(28)의 기체 유입부에 할당되어 교환 가능 모듈(16a)이 한정된 연결 지점에 있을 때 프로세스 챔버(28)를 에워싸는 퍼지 기체 회로(purging gas circuit)를 형성하도록 설계됨으로써,
    퍼지 장치가 퍼지 작동 상태에 있을 때, 기체 전달 장치(104)는 퍼지 기체를 퍼지 기체 회로에서 순환시킬 수 있고 상기 프로세스에 퍼지 기체는 불순물이 제거되도록 필터 구성부(98, 102)를 통해 유동하는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  14. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 일단 구성 프로세스(construction process)가 완료되거나 또는 구성 프로세스가 시작되기 전에 기체 유동에 의하여 프로세스 챔버(28)로부터 잔류하는 분말 재료를 흡입하기 위한 흡입 장치를 포함하고,
    상기 흡입 장치는, 프로세스 챔버(28) 안에 제공되거나 또는 삽입될 수 있는, 바람직스럽게는 유연성 호스 형태의 흡입 취급 수단(114), 상기 흡입 취급 수단에 연결되고 기체 유동을 발생시키도록 되어 있는 전달 펌프 및, 기체 유동으로부터 분말 재료를 분리시키기 위한 분리기를 포함하고,
    전달 펌프 및 분리기는, 분말 공급 장치(80, 82) 및 분말 회수 장치(74)도 포함하는 교환 가능 모듈(16a) 안에 수용되고,
    분리기는 기체 유동으로부터 분리된 분말 재료를 분말 회수 장치(74)로 공급하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  15. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 교환 가능 모듈(16;16a)은 데이터 프로세싱 장치를 포함하고, 교환 가능 모듈(16;16a) 안에 저장된 분말 재료의 유형 및/또는 체적과 같은, 교환 가능 모듈(16;16a)의 특성 데이터 및/또는 상태 데이터(status data)는 상기 데이터 프로세싱 장치에 저장되고,
    성형 장치는 콘트롤러를 포함하고, 상기 콘트롤러는 성형 장치를 제어할 때 상기 데이터 프로세싱 장치로부터 특성 데이터 및/또는 상태 데이터를 읽고 상기 데이터를 고려하기 위하여 데이터 송신을 위한 교환 가능 모듈(16;16a)의 데이터 프로세싱 장치에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
  16. 전기한 항들중 어느 한 항에 따른 성형 장치를 위한 교환 가능 모듈(16;16a)로서, 성형 장치에 의하여 구성 프로세스에서 몰딩된 동체를 제조하도록 분말 재료를 제공하기 위한 분말 공급 장치(80, 82) 및, 구성 프로세스 동안 축적된 과잉의 분말 재료를 재활용하기 위한 분말 회수 장치(74)를 포함하는, 교환 가능 모듈.
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