KR20180097569A

KR20180097569A - 트레이 및 주입기를 가지는 분말 분배 시스템을 포함하는 적층 제조 기계

Info

Publication number: KR20180097569A
Application number: KR1020187017512A
Authority: KR
Inventors: 질 왈랜드
Original assignee: 애드업
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-08-31
Also published as: FR3046095A1; KR102555078B1; JP6905528B2; WO2017108868A1; US10967568B2; US20190001560A1; CN108430674B; FR3046095B1; EP3393698B1; CN108430674A; JP2019501292A; EP3393698A1

Abstract

본 발명은, 분말의 전부 또는 일부를 선택적으로 용융시키는 것에 의해서 공작물을 적층 제조하기 위한 기계(1)에 관한 것으로서, 그러한 기계는: 수평 작업 상단부(2); 적어도 하나의 확전 장치(6); 분말을 작업 상단부(2) 상에 분배하기 위한 적어도 하나의 시스템(7)으로서, 상기 시스템(7)은 분말을 유지하기 위한 적어도 하나의 트레이(8) 및 적어도 하나의 분말 주입기(9)를 포함하는, 시스템을 포함하고; 트레이(8)는 작업 상단부(2)와 관련하여 병진 운동적으로 이동될 수 있고, 주입기(9)는, 후퇴 위치와 전개 위치 사이에서 이동되는 트레이(8) 상에서 분말을 분산시키기 위한 방식으로 트레이(8) 위에 배열된다.

Description

트레이 및 주입기를 가지는 분말 분배 시스템을 포함하는 적층 제조 기계

본 발명은, 3D 프린터로도 공지된, 적층 제조 기계 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 그러한 기계에서의 분말의 주입에 관한 것이다.

공지된 기술에 따라, 분말로부터 시작하여 "3D" 프린팅에 의해서 부품이 생산된다. 부품은 CAO 공구를 이용하여 미리 슬라이스로 분할된다. 이어서, 분말이 작업 표면 위의 연속적인 층으로서 확전되고(spread), 각각의 층은, 후속 층으로 덮이기 전에, 용융 및 응고 단계를 거친다. 이를 위해서, 예를 들어 레이저 빔에 의한 에너지 제공은, 분말 층 내에서, 제조하고자 하는 부품의 슬라이스에 상응하는 고체를 형성할 수 있게 한다. 후속 분말 층이 형성될 수 있게 하기 위해서, 제조하고자 하는 부품은, 부품의 슬라이스가 용융되고 응고됨에 따라 제조 챔버 내에서 이동되는 판에 의해서 일반적으로 지지된다. 따라서, 판은 표적 표면을 형성하고, 다시 말해서, 레이저 빔 또는 임의의 다른 에너지 제공이 모든 지점에 도달할 수 있는 표면을 형성한다.

분말은 일반적으로 라인을 따라 작업 표면 상에서 이용될 수 있고, 전형적으로 롤 또는 스크레이퍼(scraper)인 확전 장치가 분말 라인에 횡방향으로 이동되고 그에 따라 분말의 확전을 제공한다.

문헌 US 5 597 589는 전술한 기술의 구현예를 설명한다. 더 구체적으로, 이러한 예에 따라, 제조 기계는 분말의 일부를 분배할 수 있게 하는, 이 경우에는 금속으로 제조된, 분말 분배기를 포함한다. 롤은 분말을 선택적으로 확전시킬 수 있게 한다. 레이저 빔은 제조하고자 하는 부품의 제1 슬라이스에 상응하는 제1 층을 선택적으로 소결시킬 것이다. 프로세스가 후속하여 층마다 반복된다.

분말은 확전 장치의 전방에서 작업 표면 위에 분배되어야 한다. 예를 들어, 분말은 탱크 내에 위치되고, 확전 장치는 이동하면서 탱크의 전방에서 분말을 회수하며, 탱크의 레벨(level)은, 예를 들어 문헌 WO 93/08928에서 제시된 바와 같이, 탱크가 비어 있을 때 피스톤 시스템에 의해서 상승된다. 전술한 문헌 US 5 597 589에서와 같이, 예를 들어 붓기 아암(pouring arm)에 의해서, 확전 장치의 전방에 분말 라인을 분배하는 것이 또한 공지되어 있고, 그 아암의 길이는 확전 장치의 길이에 실질적으로 상응한다.

제기되는 하나의 문제는 분말의 관리이다.

이는, 특히 항공 분야에서, 제조되는 각각의 부품에 대해서, 부품의 제조에서 사용되는 분말 배치(batch)를 식별할 필요가 있기 때문이다. 이러한 식별은, 예를 들어, 분말 배치에 관한 결함이 검출된 경우에, 결함을 가진 배치로 제조된 부품의 위치를 찾을 수 있게 한다. 결과적으로, 기계 내에서 이용되는 분말 배치가 변경될 때, 기계의 공급 회로 및 분말에 노출된 기계 내측의 표면 모두에서, 기계 내에 남아 있는 선행 배치의 모든 분말이 새로운 배치의 설치 및 사용 전에 제거될 것을 보장할 필요가 있다.

결과적으로, 2개의 분말 배치들 사이의 기계 세정을 촉진할 필요성이 여전히 있다.

또한, 제조하고자 하는 부품에서, 부품을 구성하기 위해서 최종적으로 용융 및 응고될 양보다 많은 양의 분말을 이용하는 것이 일반적이다. 특히, 이러한 과다 분말은, 분말 층이 표적 표면을 적절히 덮도록 보장할 수 있다. 더 구체적으로, 분말 층은 일반적으로 고정된 작업 표면의 영역으로부터 시작하여, 예를 들어 분말 탱크로부터 시작하여 또는 붓기 아암이 위에 위치되는 영역으로부터 시작하여 확전된다. 또한, 이러한 영역의 치수는 조정될 수 없고, 확전 장치 또는 붓기 아암의 길이에 의해서 결정된다. 결국, 제조하고자 하는 부품의 치수 및 기하형태가 어떻든 간에, 제조 챔버의 전체가 부품 주위의 용융되지 않은 분말로 충진된다. 또한, 특히 표적 표면 전체가 분말 층으로 사실상 덮이도록 보장하기 위해서, 각각의 층에 대해서 표적 표면을 넘어서 범람하는 과다 분말을 제공하는 것이 일반적인 실무이다.

결과적으로, 부품 제조를 위해서 부동화되는(immobilized) 분말의 양은 종종 최종적으로 용융될 분말의 양 보다 상당히 많다. 이러한 부동화는 부품 제조 비용을 높인다.

문헌 WO 2005/097476는 2개의 레일을 따라 이동되는 홈통(trough)의 충진, 및 제조하고자 하는 부품의 치수에 적합한 2개의 레일들 사이의 길이에 걸친 홈통의 충진을 제공한다. 그러나, 이러한 해결책에서, 2개의 레일들 사이에서 분배되는 분말의 길이와 관련된 매개변수만이 조정될 수 있어, 분말의 관리 가능성을 제한한다.

결과적으로, 부품 자체의 제조에 불필요한 분말의 양을 제한하기 위해서, 분말의 관리를 개설할 필요성이 또한 존재한다.

이를 위해서, 본 발명의 제1 청구 대상은, 세정을 돕는, 단순화된 분말 공급 회로를 가지는 적층 제조 기계의 제공이다.

본 발명의 제2 청구 대상은, 이용되는 분말 배치의 식별을 돕는 적층 제조 기계의 제공이다.

본 발명의 제3 청구 대상은, 분배되는 분말의 양을 증가된 정확도로 계량할 수 있게 하는 적층 제조 기계의 제공이다.

본 발명의 제4 청구 대상은, 제조 시간을 단축시킬 수 있게 하는 적층 제조 기계의 제공이다.

본 발명의 제5 청구 대상은, 기계 세정을 위한 시간을 단축시키는 적층 제조 기계의 제공이다.

본 발명의 제6 청구 대상은, 드로스(dross)에 의해서 오염되는 분말의 양을 감소시키고 그에 따라 분말의 재활용 비용을 감소시키는 적층 제조 기계의 제공이다.

제1 양태에 따라, 본 발명은 분말의 완전한 또는 부분적인 선택적 용융에 의해서 부품을 적층 제조하기 위한 기계를 제공하고, 그러한 기계는:

- 분말 층을 수용하기 위한 수평 작업 평면;

- 분말 층을 작업 평면 위에서 확전시키기 위한 적어도 하나의 장치로서, 길이방향 수평 방향에 평행한 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 작업 평면 위의 궤적을 따라서 작업 평면에 대해서 이동 가능한, 적어도 하나의 장치;

- 분말을 수용하기 위한 적어도 하나의 활주부 및 적어도 하나의 분말 주입기를 포함하는 작업 평면 상에 분말을 침착(deposition)시키기 위한 적어도 하나의 시스템을 포함하고;

수용 활주부는, 수용 활주부가 작업 평면 위의 확전을 위한 장치의 궤적 외측으로 연장되는 후퇴 위치와 수용 활주부가 작업 평면 위의 확전을 위한 장치의 궤적 내로 적어도 부분적으로 연장되는 전개 위치 사이에서, 적어도 하나의 횡방향 수평 방향을 따라 작업 평면에 대해서 병진 운동으로 이동 가능하다.

이어서, 주입기는 수용 활주부 위에 배치되고, 그에 따라 후퇴 위치와 전개 위치 사이에서 이동되는 수용 활주부 위에 분말을 분배한다.

기계는 또한 단독적으로 또는 조합되어 고려되는 이하의 특성을 나타낼 수 있다:

- 침착 시스템은, 특히 세정을 위해서 그리고 분말 배치의 최적의 모니터링을 보장하기 위해서 기계로부터 회수될 수 있도록, 기계 상에서 제거될 수 있고;

- 기계는 분말 침착을 위한 적어도 2개의 시스템을 포함하여, 확전 장치의 이동을 최적화함으로써 제조 시간을 단축할 수 있게 하고, 및/또는 2개의 재료를 침착시킬 수 있게 하며;

- 기계는 수용 활주부에 대한 주입기의 궤적의 임의 지점에서 주입기에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함하여, 특히 분배되는 분말의 양을 제조되는 부품에 따라 그리고 작업 평면 상의 그 위치에 따라 조정할 수 있게 하고;

- 수용 활주부는 주입기로부터 분말을 수용하기 위한 수용 표면을 포함하고, 수용 표면은, 수용 활주부가 전개 위치에 있을 때, 작업 평면과 같은 높이이다. 이를 위해서, 예를 들어, 수용 활주부는 횡방향 수평 방향을 따라 연장되는 홈 내에서 작업 평면에 대해서 이동된다.

제2 양태에 따라, 본 발명은, 전술한 바와 같은 기계를 이용하여, 분말의 완전한 또는 부분적인 선택적 용융에 의해서 부품을 적층 제조하기 위한 프로세스를 제공한다. 그러한 프로세스는 특히:

- 횡방향 수평 방향을 따라 주입기의 궤적의 임의 지점에서 수용 활주부에 대해서 분배되는 분말의 양을 결정하는 단계;

- 수용 활주부를 후퇴 위치로부터 전개 위치 내로 이동시키는 단계;

- 수용 활주부에 대해서, 주입기의 궤적의 임의 지점에서 주입기에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 단계;

- 확전 장치에 의해서 작업 평면 위의 분말을 확전시키는 단계를 포함한다.

수용 활주부가 횡방향 수평 방향을 따라 연장되는 홈 내에서 작업 평면에 대해서 이동되는 일 실시예에 따라, 프로세스는 부가적으로:

- 확전되지 않은 과다 분말을 수집하는 단계;

- 과다 분말을 홈 내에 수용하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특성 및 장점은, 도면에 포함된, 본 발명의 예시적인 실시예에 관한 설명을 고려할 때 명확해질 것이다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 분말 분배 시스템을 포함하는 적층 제조 기계 내측의 작업 평면의 3-차원적인 개략도이다.
도 2 내지 도 4는, 각각 3개의 상이한 위치에서, 다른 예시적인 실시예에 따른 분말 분배 시스템의 횡단면에서 본 개략도이다.
도 5 및 도 6은 도 2 내지 도 4의 분말 분배 시스템의 대안적인 형태의 단순화된 개략도이다.
도 7은 제1 예시적인 실시예에 따른 도 1의 작업 평면의 상면도에서의 개략도이다.
도 8은 도 7의 분말 분배의 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 9는 제2 예시적인 실시예에 따른 도 1의 작업 평면의 상면도에서의 개략도이다.
도 10은 도 9의 분말 분배의 프로파일을 도시한 그래프이다.

분말 재료로부터 시작하여, 완전한 또는 부분적인 선택적 용융에 의한 부품의 적층 제조를 위한 기계(1)의 내부가 도 1에 개략적으로 그리고 부분적으로 도시되어 있다. 이용되는 재료는, 예를 들어, 금속 또는 플라스틱일 수 있다. 보다 구체적으로, 기계(1) 내측의 챔버의 하단부에 상응하는 작업 평면(2)이 도 1에 도시되어 있다. 바람직하게, 챔버 내측의 대기는 사용 재료와 관련하여 불활성이다.

명료함 및 단순함을 위해서, 작업 평면(2)은 여기에서 수평인 것으로 간주된다. 이어서, 작업 표면(2)에 평행하고 서로 수직인 길이방향 수평 축(X) 및 횡방향 수평 축(Y)이 정의된다. 이어서, "길이방향" 및 그 대안적인 형태의 형용사는 따라서 연장되는 길이방향 축(X)에 평행한 임의 방향을 나타내고; 유사하게 "횡방향" 및 그 대안적인 형태의 형용사는 횡방향 축(Y)에 평행한 임의 방향을 나타낸다.

더 구체적으로, 작업 평면(2)이 하단부 블록(3)의 상부 표면 상에 형성되어, 기계(1)의 챔버의 하단부를 구성한다.

기계(1)는, 수직 축을 따라 작업 평면(2) 아래로 연장되고 챔버 내로 개방된, 도면에 도시되지 않은, 케이싱을 포함한다. 이를 위해서, 블록(3)은 개구부(4)를 포함하고, 케이싱은 이러한 개구부와 일치되게 배치된다. 케이싱은, 제조 과정 중에 부품이 위에 놓이는, 도시되지 않은, 부품 지지 판의 안내를 위해서 일반적으로 이용된다. 판 상의 미리 결정된 높이의 분말 층이 개구부(4)를 통해서 작업 평면(2)으로부터 돌출되도록, 상응 층의 분말의 용융 및 응고에 의해서 부품의 슬라이스가 형성됨에 따라, 판은 케이싱 내로 수직으로 하강된다. 이어서, 하단부 블록(3)의 개구부(4)는 표적 표면(5), 즉 피제조 부품을 형성하기 위해서 분말이 용융될 예정인 표면을 경계 짓는다. 다시 말해서, 표적 표면(5)은, 분말 용융을 위해서 그리고 부품 제조를 위해서, 예를 들어 레이저 빔에 의해서 공격될 모든 지점을 나타낸다. 일반적으로, 부품 지지 판의 상부 표면은 작업 평면(2)에 평행하다. 따라서, 제1 분말 층의 경우에, 표적 표면(5)은 부품 지지 판의 상부 표면에 상응한다.

기계(1)는, 분말이 용융될 수 있게 하고 이어서 응고될 수 있게 하는, 도시되지 않은, 용융 시스템을 더 포함한다. 이는, 예를 들어, 분말을 적어도 부분적으로 용융시키기 위해서 빔을 표적 표면(5)에 전송하는 레이저이다.

기계(1)는 부가적으로, 적어도 길이방향 축(X)을 따라서 작업 평면(2)에 대해서 이동 가능한 방식으로 챔버 내에 장착되는, 분말 층 확전용 장치(6)를 포함한다. 여기에서 제시된 예에서, 확전 장치(6)는 스크레이퍼 유형이다. 그러나, 확전 장치(6)는 임의 유형, 예를 들어 롤일 수 있다. 확전 장치(6)는 표적 표면(5)의 일 측면 상에 위치된 초기 극단 위치와 표적 표면(5)의 타 측면 상에 위치된 최종 극단 위치 사이의 최대 행로(journey)를 가지고 길이방향으로 이동될 수 있다. 이하에서, 작업 평면(2) 상의 확전 장치(6)의 궤적은, 작업 평면(2) 상의 확전 장치(6)의 모든 지점의 궤적 모두인 것으로 정의된다.

기계는 또한 작업 평면(2) 위에 분말을 분배하기 위한 시스템(7)을 포함한다. 침착 시스템(7)은 분말을 수용하기 위한 활주부(8) 및 분말 주입기(9)를 포함한다.

주입기는 여기에서, 분말을 위한 배출구 오리피스의 치수가 작업 평면(2)의 그리고 그 표적 표면(5)의 치수보다 상당히 더 작은, 주입기를 나타낸다. 이어서, 주입기(9)는 점 주입기(point injector)로서 설명될 수 있다.

활주부(8)는, 예를 들어 홈(10) 내에서, 적어도 하나의 횡방향을 따라 작업 평면(2)에 대해서 병진 운동으로 이동될 수 있다. 더 구체적으로, 홈(10)은 하단부 블록(3)으로 제조되고, 초기 극단 위치의 확전 장치(6)와 표적 표면(5) 사이에서, 작업 평면(2) 상으로 개방된다. 홈(10)의 횡방향 거리는 작업 평면(2) 내에서 확전 장치(6)의 궤적 내로 그리고 적어도 하나의 측면을 넘어서 횡방향으로 완전히 연장되기에 충분하다.

수용 활주부(8)는, 수평 평면에서 볼 때, 이하의 2개의 위치들 사이에서, 예를 들어 홈(10) 내에서, 작업 평면(2)에 대해서 횡방향으로 활주되게 장착된다:

- 수용 활주부(8)가 작업 평면(2) 상에서 확전 장치(6)의 궤적 외측으로 연장되는 후퇴 위치;

- 수용 활주부(8)가 작업 평면(2) 상에서 확전 장치(6)의 궤적 내로 적어도 부분적으로 연장되는 전개 위치.

단지 하나의 전개 위치만이 아니라 다수의 전개 위치가 존재하고, 전개 위치에서 활주부(8)가 반드시 작업 평면(2) 상의 확전 장치(6)의 궤적 내로 전체적으로 연장될 필요가 없다는 것이 이해된다.

마찬가지로, 활주부(8)가 더 이상 확전 장치(6)의 궤적 내에 있지 않는, 하나의 후퇴 위치가 아니라 다수의 후퇴 위치를 가질 수 있을 것이다.

또한 더 구체적으로, 수용 활주부(8)는 분말을 위한 수용 표면을 형성하는 상부 표면(11)을 포함한다. 수용 활주부(8)가 전개 위치에 있을 때, 수용 표면(11)은 작업 평면(2)과 같은 높이이고, 그에 따라 작업 평면(2)과 연속체를 형성한다. 따라서, 활주부(8)가 전개 위치에 있을 때, 수용 표면(11)은 확전 장치(6)의 궤적 상에 위치되고, 다시 말해서 길이방향으로 이동되는 확전 장치(6)는 수용 표면(11) 위를 통과한다.

분말 주입기(9)는 수용 활주부(8) 위에 배치되고, 그에 따라 활주부(8)가 후퇴 위치와 전개 위치 사이에서 이동될 때, 수용 표면(11) 위로 분말을 분배한다. 더 구체적으로, 주입기(9)는, 적어도 횡방향을 따라, 하단부 블록(3)에 대해서 그에 따라 작업 평면(2)에 대해서 고정된다. 이어서, 수용 활주부(8)는 작업 평면(2)에 대해서 그리고 그에 따라 주입기(9)에 대해서 횡방향으로 이동되고, 주입기는 활주부(8)의 상부 표면(11) 위에 분말의 라인(L)을 분배한다.

따라서, 수용 활주부(8)가 전개 위치에 있을 때, 주입기(9)는 그 수용 표면(11) 위에 분말을 분배하고, 확전 장치(6)의 길이방향 이동은 분말을 수용 활주부(8)로부터 표적 표면(5)의 적어도 일부 위로 확전시킬 수 있게 한다.

일 실시예에 따라, 주입기(9)는 작업 평면(2)에 대해서 완전히 정지적이고, 그에 따라 분배 시스템(7)의 설계를 단순화한다.

대안적인 형태에서, 주입기(9)는, 후술되는 바와 같이, 수직 축(Z)을 따라 작업 평면(2)에 대해서 병진 운동으로 이동될 수 있다.

수용 활주부(8) 및 주입기(9)를 포함하는 분말 분배 시스템(7)은, 분말 배치를 교환할 필요가 있을 때, 특히 유리한 것으로 입증되었다. 이는, 주입기(9)가 작업 평면(2)에 대해서 정지적임에 따라, 한편으로 탱크에 그리고 다른 한편으로 주입기(9)에 직접적으로 연결된 단순한 파이프에 의해서, 주입기가 단순하고 직접적인 방식으로 분말 탱크에 연결될 수 있기 때문이다. 따라서, 분말 분배 회로는 제한된 수의 부품을 포함한다. 분말 분배 시스템(7)은 기계(1) 내측의 챔버로부터 제거될 수 있고 어떠한 분말 잔류물도 가지지 않는 새로운 시스템으로 교체될 수 있다. 새로운 배치의 분말을 포함하는 탱크에 새로운 분배 시스템(7)을 연결하기 위해서, 또한 어떠한 분말 잔류물도 가지지 않는 새로운 파이프가 설치된다.

특히 분배 시스템의 제거 및 교체 촉진을 위한 분배 시스템(7)의 예시적인 실시예가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.

이러한 예에 따라, 분배 시스템(7)은 기계(1)의 프레임에 제거 가능한 방식으로 고정된 외장(12)을 포함한다. 외장(12)은, 예를 들어, 실질적으로 횡방향 축을 가지는 원통형 형상이고, 근위 단부(13)가 개방되고 원위 단부(14)가 폐쇄되며, "원위" 및 "근위"라는 형용사는 여기에서 확전 장치(6)를 기준으로 이해되어야 한다. 따라서, 외장(12)은 결속 시스템(15)에 의해서 프레임에 고정되고, 그러한 결속 시스템은 외장(12)을 기계(1)의 프레임에 서로 이동되지 않게 고정하는(rigidly fixing) 결속 위치와 외장(12)의 제거 및 기계(1)의 프레임 상의 외장의 설치를 가능하게 하는 비결속 위치 사이에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 결속 시스템(15)은 외장(12)을 하단부 블록(3)에 연결한다.

홈(10)은, 이러한 예에 따라, 원위 단부(13)로부터 시작하여, 외장(12)의 연속체 내로 연장된다.

이러한 예에 따라, 주입기(9)는 헤드(16) 및 연결기(17)를 포함하고, 헤드의 배출구는 외장(12)의 내부에 있고, 연결기는, 도시되지 않은 분말 탱크에 연결되도록, 외장(12)의 외측에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 주입기(9)를 탱크에 직접적으로 연계시키기 위해서, 가요성 유형의 링크가, 한편으로, 분말 탱크의 배출구 상에서, 그리고 다른 한편으로, 주입기(9)의 연결기(17)와 유리하게 조립될 수 있다. 선택적으로, 계량 호퍼가 탱크와 주입기(9)의 연결기(17) 사이에 개재될 수 있다.

수용 활주부(8)는 작동 시스템(18)에 의해서 횡방향 축(Y)을 따라 병진 운동되게 외장(12) 상에 장착된다. 작동 시스템(18)은 예를 들어 모터(19)를 포함하고, 그러한 모터는 활주부(8)가 무한 스크류 장치(20)에 의해서 횡방향 병진 운동으로 이동될 수 있게 한다. 바람직하게, 그러나 비필수적으로, 모터(19)는 임의의 오염을 방지하기 위해서 분말과 접촉되지 않아야 한다. 예를 들어, 모터(19)는 이어서 외장(12)의 외측에 배치되거나 외장(12) 내측의 분리된 격실 내에 배치된다.

이어서, 작동 시스템(18)은 활주부(8)가 후퇴 위치와 전개 위치 사이에서 이동될 수 있게 한다. 더 구체적으로, 도 2 내지 도 4의 예시적인 실시예에 따라, 활주부(8)가 "최종" 후퇴 위치에 있을 때, 후술되는 이유로, 활주부 전체가 외장(12) 내측에 있게 된다.

이제, 도 2 내지 도 4의 분말 분배 시스템(7)을 포함하는 기계의 예시적인 실시예를 설명할 것이다.

최종 후퇴 위치(도 2)로부터 시작하여, 작동 시스템(18)의 모터(19)가 시동되어, 원위 단부(14)로부터 근위 단부(13)의 방향으로 활주부(8)의 제어된 횡방향 이동을 발생시킨다. 특히, 활주부(8)의 이동 속도가 제어된다. 그에 수반하여, 주입기(9)가 개방되고, 그에 따라 분말을 활주부(8)의 수용 표면(11) 위에 분배한다.

따라서, 활주부(8)가 이동되고 개방된 근위 단부(13)(도 3)에 의해서 외장(12)으로부터 빠져 나가고, 주입기(9)는 수용 표면(11) 상에 분말의 라인(L)을 침착시킨다. 이어서, 활주부(8)는 외장(12)의 내측과 홈(10)에 걸쳐진다(straddle).

모터(19)는 외장(12) 외부로의 활주부(8)의 이동을 계속 발생시키고, 이어서 활주부(8)는 전개 위치(도 4)에서 발견되며, 전개 위치에서 활주부는, 예를 들어 전체적으로, 외장(12)으로부터 빠져 나간다. 분말의 라인(L)으로 완전히 덮일 수 있으나 반드시 덮일 필요는 없는, 그 수용 표면(11)의 전체가 그에 따라 확전 장치(6)의 궤적 상에 배치된다.

확전 장치(6)가 분말을 확전시키기 위해서 그리고 표적 표면(5) 상에서 적어도 부분적으로 층을 형성하기 위해서 분말의 라인(L) 위를 통과하면, 활주부(8)는 다시 작동 시스템(18)에 의해서 최종 후퇴 위치 내로 이동되고, 그러한 최종 후퇴 위치에서 활주부(8)는 외장(12) 내측에 전체적으로 포함된다.

분말 배치를 교환하여야 할 때, 결속 시스템(15)은 비결속 위치에 배치되고, 주입기(9)의 연결기(17)는 가요성 링크로부터 탈착된다. 이어서, 기계(1) 내로 다시 배치되기 전에 분말 잔류물을 세정하기 위해서, 전체 분말 분배 시스템(7)을 포함하는 외장(12)이 기계(1)로부터 회수될 수 있다. 이어서, 새로운 분말 배치가 청정 탱크 내에 설치되고, 청정한 가요성 링크가, 한편으로, 탱크의 배출구와 그리고, 다른 한편으로, 주입기(9)의 연결기(17)와 다시 일체가 된다.

근위 단부(13)가, 챔버 내측에서, 기계의 불활성 대기로 개방되도록, 그리고 불활성 대기 내에 있을 필요가 없는 외장(12)의 나머지, 특히 주입기의 연결기(17)가 챔버의 외측에 있도록, 외장(12)이 기계 상에 배치될 수 있다. 따라서, 외장(12)은 챔버 외측에서 접근할 수 있고, 그에 따라 탱크에 대한 연계를 돕고, 분배 시스템(7)의 제거 및 교체를 돕는다.

다른 실시예에 따라, 수용 활주부(8)는, 횡방향으로 이동 가능한 것에 더하여, 작업 평면(2)에 대해서 수직으로 이동될 수 있다. 이러한 대안적인 형태는 특히 도 5 및 도 6에 도시되어 있고, 그러한 도면에서 분배 시스템(7)은 단순화된 방식으로 도시되어 있고, 외장(12) 및 작동 시스템(18)은 생략되었다. 이러한 다른 실시예에 따라, 주입기(9)는 수직으로 활주부(8)의 수용 표면(11) 위에 배치되고, 그에 따라 주입기의 분말 배출구 오리피스는 작업 평면(2)과 동일한 높이에 위치된다. 다시 말해서, 주입기(9)의 배출구 오리피스와 작업 평면(2) 사이에서 수직으로 측정된 거리는 실질적으로 영이다. 주입기(9)의 배출구 오리피스로부터 빠져 나오는 분말이 수용 표면(11) 위에만 분배되도록 그리고 홈(10)을 둘러싸는 작업 평면(2) 위에는 분배되지 않도록, 주입기(9)의 배출구 오리피스의 직경이 조정된다. 활주부(8)는, 후퇴 위치에서, 홈(10) 내로 하강되어 홈의 하단부에 근접하며, 그에 따라 수용 표면(11)은 홈(10) 내측에 위치된다. 후퇴 위치에서의 활주부(8)의 수용 표면(11)과 작업 평면(2) 사이의 초기 거리는 공지되어 있고, 홈(10) 내의 활주부(8)의 수직 이동에 의해서 조정된다. 전술한 바와 같이, 활주부(8)는, 도 5에 파선으로 도시된 후퇴 위치로부터, 도 5에서 실선으로 도시된 전개 위치를 향해서 홈(10) 내에서 횡방향 병진 운동으로 이동되고, 그러한 전개 위치에서 수용 표면(11)은 작업 평면(2)과 같은 높이가 아니다. 주입기(9)가 수용 표면(11) 위에 분말을 분배할 때, 분배되는 분말의 부피는 높아진 정확도로 제어되고 공지된다. 이는, 수용 표면(11) 상에 형성된 분말 라인의 높이가 수용 표면(11)과 작업 평면(2) 사이의, 공지되고 제어된, 거리에 상응하도록, 주입기(9)가 작업 평면(2)에 대해서 소정 높이에 배치되기 때문이다. 결과적으로, 홈(10)의 길이방향 치수가 공지되어 있음에 따라 그리고 활주부의 수용 표면(11) 위에 주입기(9)에 의해서 분배되는 분말의 라인(L)의 횡방향 치수의 제어에 의해서, 주입기(9)에 의해서 분배되는 분말의 라인(L)의 부피가 공지된다. 이어서, 활주부(8)가 수직으로 이동될 수 있고, 그에 따라 확전 장치(6)가 확전시킬 수 있도록 분말의 라인(L)에 접근할 수 있게 한다. 분말의 라인(L)은 확전 장치(6)에 의해서 완전히 접근될 수 있거나, 활주부(8)를 미리 결정된 높이만큼 수직으로 이동시킴으로써, 미리 결정된 부피로, 부분적으로 접근될 수 있고, 완전 접근 경우에 활주부(8)는, 수용 표면(11)이 작업 평면(2)과 같은 높이가 될 때까지, 수직으로 이동된다.

이러한 다른 실시예의 대안적인 형태에서, 주입기(9)는, 영이 아닌 작업 평면(2)으로부터의 수직 거리에 위치될 수 있다. 이어서, 홈 내로 하강된 활주부(8)는 주입기(9)에 의해서 분배된 분말의 라인(L)의 확전을 제어할 수 있게 하고, 침착된 분말의 양이, 홈이 포함할 수 있는 양보다 적게 유지되는 한, 확전은 홈(10)에 의해서 길이방향으로 제한된다.

각각의 라인에서 주입기(9)에 의해서 분배된 분말의 양을 정확하게 알 수 있게 하기 위해서, 기계(1)는, 형성되는 각각의 분말의 라인(L) 사이에서, 활주부(8)를 그리고 보다 구체적으로 그 수용 표면(11)을 세정하기 위한 시스템을 부가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 세정 시스템은 홈(10) 내의 흡입 시스템, 또는 예를 들어, 전술한 실시예의 외장(12)의 근위 단부(13)에 배치된, 스크레이퍼-형성 블레이드일 수 있다. 활주부(8)가 후퇴 위치로부터 전개 위치로 이동될 때 분말의 라인(L)에 작용하지 않도록, 그러나 활주부(8)가 후퇴 위치를 향해서 이동될 때에만 발생 가능 분말 잔류물 및 드로스 즉, 바람직하지 못한 덩어리진 분말의 조각을 수용 표면(11)으로부터 세정하도록, 그리고 새로운 분말의 라인을 위한 청정한 수용 표면(11)을 나타내도록, 블레이드가 설계된다. 이어서, 분말 잔류물은 홈(10) 내로 낙하되고, 보조 장치, 예를 들어 흡입 또는 진동 장치는, 분말 잔류물이 홈(10)의 외부로 방출될 수 있게 한다.

분말 분배 시스템(7)은, 부가적으로, 작업 평면(2) 위에 분비된 분말의 양을 높아진 정확도로 제어 및 조정할 수 있게 한다.

이를 위해서, 분배 시스템(7)은 활주부(8)에 대한 주입기(9)의 궤적의 임의 지점에서, 즉 수용 표면(11) 상의 분말의 라인(L)의 횡방향을 따른 임의 지점에서, 주입기(9)에 의해서 활주부(8) 위에 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 장치를 포함할 수 있다.

조절 장치는, 예를 들어 임의 순간에 활주부(8)의 이동 속도 및/또는 주입기(9)의 처리량을 제어하는 것 그리고 조정하는 것에 의해서, 활주부(8) 위에 분배되는 분말의 양을 조절할 수 있게 한다. 일 실시예에 따라, 주입기(9)는, 수직 방향을 따라, 작업 평면(2)에 대해서 그리고 그에 따라 활주부(8)에 대해서 이동 가능하다. 더 구체적으로, 주입기(9)의 배출구 오리피스와 활주부(8)의 수용 표면(11) 사이의 수직 거리가 조정될 수 있다. 이어서, 조절 장치는 주입기(9)의 높이 조정에 작용한다. 이는, 이러한 실시예에서, 분말이 실질적으로 중력에 의해서 주입기(9)로부터 낙하되기 때문이다. 수용 표면(11) 위에 분배된 분말은 수용 표면(11)과 주입기(9)의 배출구 오리피스를 연결하는 경사부의 형태를 취한다. 분말이 관통하여 유동되는 주입기(9)의 배출구 오리피스를 분말 경사면이 막을 때, 분말이 더 이상 유동되지 않는다. 또한, 주입기(9)가 수용 표면(11)과 접촉되고, 분말이 관통 유동되는 주입기(9)의 배출구 오리피스를 수용 표면이 막을 때; 분말이 더 이상 유동되지 않는다. 수용 표면(11) 및 분말 경사부가 이러한 차단을 생성하도록, 주입기(9)의 배출구 오리피스의 치수가 조정된다는 것이 이해된다. 따라서, 주입기(9)의 높이 변경은 주입기(9)의 배출구에서의 분말 처리량을 변경할 수 있게 한다.

따라서, 활주부(8) 상의 하나의 그리고 동일한 분말의 라인(L) 상에서, 분말의 양이 변경될 수 있다.

예를 들어, "설단" 현상("tongue" phenomenon)을 제한하기 위해서, 다른 곳 보다 분말의 라인(L)의 횡방향 단부에서 더 많은 양의 분말을 분배하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 확전 장치의 통과 중에, 확전 장치(6)의 궤적 상의 횡방향 단부들에 위치된 분말이 측면을 향해서 빠져 나가는 경향을 가지기 때문이고, 그에 따라 작업 평면(2) 상의 분말 층의 길이방향 연부는 직선적이지 않게 된다.

결과적으로, 분말 분배 시스템(7)에 의해서, 후퇴 위치로부터 전개 위치를 향한 활주부(8)의 이동 중에 주입기(9)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절함으로써, 확전 장치(6)의 궤적 상에 존재하는 분말의 양이 결과적으로 조정된다.

조절 장치에 의해서, 이어서, 기계는, 대안적인 형태에서 또는 활주부(8)를 세정하기 위한 시스템과의 조합에서, 확전 장치(6)의 통과 후에, 활주부(8)의 수용 표면(11) 상에 남아 있는 분말의 양을 검증하기 위한 시스템을 포함한다. 예를 들어, 검증 시스템은 수용 표면(11) 상의 잔류 분말의 높이에 관한 센서로 이루어질 수 있다. 따라서, 조절 장치는, 미리 결정된 양에 도달하도록 잔류량의 함수로서 수용 표면(11) 위에 분배된 분말의 양을 조정할 수 있고, 이는 주입기(9)의 궤적의 임의 지점에서의 경우이다. 대안적인 형태에서, 기계는, 폐쇄 루프에서, 주입기에 의해서 전달되는 분말의 처리량을 제어할 수 있게 하는, 수용 표면(11) 상에 침착된 분말의 양을 확인하기 위한 시스템을 포함할 수 있다.

특히 설단 효과를 최소화하기 위한, 도 1의 분배 시스템(7)의 예시적인 실시예가 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 따라서, 분말의 라인(L)은, 홈(10) 내의 병진 운동에 의해서, 도 7에서 파선으로 도시된 후퇴 위치로부터 도 7에 실선으로 도시된 전개 위치를 향해서 이동된, 활주부(8) 위에 분배되었다. 이어서, 활주부(8)가 이동될 때, 분말의 라인(L)이 주입기(9)에 의해서 수용 표면(11)의 전체 위에 분배된다. 분말의 라인(L)의 횡방향 단부(L_a 및 L_b)에서, 활주부(8) 위에 분배된 분말의 양은 다른 곳보다 많다. 예를 들어, 분말 주입기(9)를 그 궤적을 따라 활주부(8)에 대해서 수직으로 이동시키는 것에 의해서, 분말의 양이 조절된다. 따라서, 분말의 라인(L)의 횡방향 단부(L_a 및 L_b) 각각에 근접한 2개의 지점(A 및 B) 각각을 고려하고, 분말의 라인(L)의 실질적으로 중간에 위치되는 제3 지점(C)을 고려하면, 3개의 지점(A, B 및 C)은 횡방향으로 정렬되고, 지점(A 및 B)에서의 분말의 높이는 지점(C)에서의 높이보다 높고, 이어서 분말의 라인(L) 상의 횡방향 위치를 함수로 하는 분말의 높이 프로파일은, 예를 들어, 포물선형이다.

분말 분배 시스템(7)은, 또한, 표적 표면(5) 상에서 제조하고자 하는 부품의 용융 및 응고시키고자 하는 슬라이스(T)의 형상에, 기하형태에, 및/또는 위치에 맞춰 분말의 양이 조정될 수 있게 한다.

용융 및 응고시키고자 하는 슬라이스(T)가 표적 표면(5)의 횡방향 치수보다 작은 횡방향 치수를 가지고 횡방향으로 경사진 연부를 나타내는 분배 시스템(7)의 예시적인 실시예가 도 9 및 도 10에 개략적으로 도시되었다. 결과적으로, 분말 층이 표적 표면(5)의 전체를 덮을 필요가 없고 횡방향을 따라 분말의 동일한 양이 확전될 필요가 없다. 따라서, 분배된 분말의 라인(L)이 활주부(8)의 전체 수용 표면(11)을 덮지 않도록 그러나 슬라이스(T)의 횡방향 치수에 맞춰 조정된 횡방향 치수를 가지도록, 주입기(9)에 의해서 활주부(8) 위에 분배되는 분말의 양을 조정하기 위해서, 분말 분배 시스템(7)이 이용된다. 또한, 분말의 라인(L)의 단부(L_a 및 L_b)는 또한, 활주부(8)가 전개 위치에 있을 때, 용융 및 응고시키고자 하는 슬라이스(T)의 횡방향 단부에 상응하도록 배치된다. 마지막으로, 분말 분배 시스템(7)은 주입기(9)에 의해서 활주부(8) 위에 분배된 분말의 양을 슬라이스(T)의 기하형태에 맞도록 횡방향으로 조절하고, 횡방향 단부(L_b)에서의 분말의 양은 분말의 라인(L)의 단부(L_a)에서의 분말의 양보다 적다. 이어서, 분말의 라인(L) 상의 횡방향 위치의 함수로서의 분말의 높이의 프로파일은, 예를 들어, 단부(L_a)로부터 단부(L_b)를 향해서 감소된다.

대안적인 형태에서, 기계(1)는, 예를 들어 길이방향을 따라 표적 표면(5)의 양 측부에 배치된, 2개의 분말 분배 시스템(7)을 포함할 수 있다. 따라서, 확전 장치(6)가 제1 초기 극단 위치로부터 시작하여 최종 극단 위치까지 표적 표면(5) 위의 제1 분말 층을 확전시킬 때, 이는, 분말의 후속 층을 확전시키기 위해서, 제2 초기 극단 위치로서, 이러한 최종 극단 위치로부터 다시 시작될 수 있다. 확전 장치(6)의 이동이 최소화되는데, 이는 확전 장치가 각각의 새로운 층에서 하나의 그리고 동일한 초기 극단 위치로 다시 이동될 필요가 없기 때문이다.

이러한 대안적인 형태에 따라, 하단부 블록(3) 내의 홈(10)이 과다 분말 배출 시스템과 함께 이용될 수 있다. 이는, 제1 분말 분배 시스템(7)의 분말의 라인(L)으로부터 시작하여, 확전 장치(6)가 분말의 층을 확전시키기 때문이고 그리고 제2 분말 분배 시스템(7)의 홈(10)을 넘도록 그 길이방향 행로가 조절되기 때문이다. 이어서, 확전되지 않은 과다 분말은, 제2 분말 분배 시스템(7)의 홈(10) 내로 낙하됨으로써 회수될 수 있다. 홈(10) 내로 낙하된 분말이 방출될 수 있게 하기 위해서 그리고 선택적으로 재주입을 위해서 재활용될 수 있게 하기 위해서, 방출 시스템이 이용될 수 있다. 다른 분말 분배 시스템(7)의 홈(10)이 분말 방출 시스템에 유사하게 연결될 수 있다.

방출 시스템은, 예를 들어, 수용 표면(11)에 대향되는 측면 상에서, 수용 활주부(8) 아래에 배치된 채집 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 수용 활주부(8)가 상응하는 홈(10) 내에서 이동될 때, 채집 요소는 홈 내로 낙하된 분말을 방출한다. 예를 들어, 활주부(8)가 전개 위치로부터 후퇴 위치를 향해서 이동될 때 분말을 홈으로부터 방출하도록, 채집 요소가 조정될 수 있다. 이는, 분말이, 그에 따라, 후퇴 위치에서 활주부(8)가 발견되는 곳과 동일한 측면으로부터 빠져 나가고, 그에 따라 과다 분말 회수용 탱크를 위해서 또는 방출 시스템의 임의 요소를 위해서, 이러한 측면 상의 위치가 용이하게 제공될 수 있기 때문이다.

기계는 또한 2개의 확전 장치(6)를 포함할 수 있고, 각각의 확전 장치는 분말 분배 시스템(7)에 할당되고, 각각의 확전 장치는 표적 표면(5) 위의 분말 층의 일부를 확전시킨다.

각각의 분말 분배 시스템(7)은 하나의 그리고 동일한 재료의 분말 또는 상이한 재료들의 분말과 함께 이용될 수 있다.

Claims

분말의 완전한 또는 부분적인 선택적 용융에 의해서 부품을 적층 제조하기 위한 기계(1)이며:
- 분말 층을 수용하기 위한 수평 작업 평면(2);
- 분말 층을 작업 평면(2) 위에서 확전시키기 위한 적어도 하나의 장치(6)로서, 길이방향 수평 방향에 평행한 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 작업 평면(2) 위의 궤적을 따라서 작업 평면(2)에 대해서 이동 가능한, 적어도 하나의 장치(6);
- 작업 평면(2) 상에 분말을 침착시키기 위한 적어도 하나의 시스템(7)으로서, 분말을 수용하기 위한 적어도 하나의 활주부(8) 및 적어도 하나의 분말 주입기(9)를 포함하는, 적어도 하나의 시스템을 포함하고;
수용 활주부(8)는, 수용 활주부(8)가 작업 평면(2) 위의 확전을 위한 장치(6)의 궤적 외측으로 연장되는 후퇴 위치와 수용 활주부(8)가 작업 평면(2) 위의 확전을 위한 장치(6)의 궤적 내로 적어도 부분적으로 연장되는 전개 위치 사이에서, 적어도 하나의 횡방향 수평 방향을 따라 작업 평면(2)에 대해서 병진 운동으로 이동 가능하고;
주입기(9)는 수용 활주부(8) 위에 배치되고, 그에 따라 후퇴 위치와 전개 위치 사이에서 이동되는 수용 활주부(8) 위에 분말을 분배하는, 적층 제조 기계(1).
제1항에 있어서,
침착 시스템(7)이 기계(1) 상에서 제거될 수 있는, 적층 제조 기계(1).
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 2개의 분말 침착 시스템(7)을 포함하는, 적층 제조 기계(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
수용 활주부(8)에 대해서, 주입기(9)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(9)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하기 위한 시스템을 포함하는, 적층 제조 기계(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
수용 활주부(8)는 주입기(9)로부터 분말을 수용하기 위한 수용 표면(11)을 포함하고, 수용 표면(11)는 수용 활주부(8)가 전개 위치에 있을 때 작업 평면(2)과 같은 높이인, 적층 제조 기계(1).
제4항에 있어서,
수용 활주부(8)는 횡방향 수평 방향을 따라 연장되는 홈(10) 내에서 작업 평면(2)에 대해서 이동되는, 적층 제조 기계(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 기계(1)를 이용하여, 분말을 완전히 또는 부분적으로 선택 용융시킴으로써, 부품을 적층 제조하기 위한 방법이며:
- 횡방향 수평 방향을 따라 주입기(9)의 궤적의 임의 지점에서 수용 활주부(8)에 대해서 분배되는 분말의 양을 결정하는 단계;
- 수용 활주부(8)를 후퇴 위치로부터 전개 위치 내로 이동시키는 단계;
- 수용 활주부(8)에 대해서, 주입기(9)의 궤적의 임의 지점에서 주입기(9)에 의해서 분배되는 분말의 양을 조절하는 단계;
- 확전 장치(6)에 의해서 작업 평면(2) 위의 분말을 확전시키는 단계를 포함하는, 적층 제조 방법.
제6항에 따른 기계(1)를 이용하는, 제7항에 따른 적층 제조 방법에 있어서, 작업 평면(2) 위의 분말을 확전시키는 단계 이후에:
- 확전되지 않은 과다 분말을 수집하는 단계;
- 과다 분말을 홈(10) 내에 수용하는 단계;
- 과다 분말을 방출하는 단계를 포함하는, 적층 제조 방법.