KR20190045424A - 적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 - Google Patents

적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 Download PDF

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KR20190045424A
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페나 알레잔드로 마누엘 드
페르난도 주안
파우 마틴
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)은 적층 가공에 의해서 형성될 물체(50)를 수용하도록 구성되는 빌드 격실(24) 및 상기 물체를 형성하기 위해 빌드 재료를 저장하도록 구성되는 저장 격실(22)을 포함한다. 상기 빌드 격실의 용적과 상기 저장 격실의 용적은 크기가 가변적이며, 상기 시스템은 상기 저장 격실에 이전에 할당된 용적의 적어도 일부분을 상기 빌드 격실에 재-할당하도록 구성된다.

Description

적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급{INTEGRATED BUILD AND MATERIAL SUPPLY FOR AN ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS}
적층 가공(AM), 특히 3D 프린팅은 3D 물체가 컴퓨터 제어 하에서 층별-적층 원리(layer-by-layer basis)로 생성되는 적층 공정을 통해서 3D 모델 또는 다른 전자 데이터 소스(data source)로부터 모든 임의의 형상의 3-차원(3D) 물체를 제조하기 위한 기술에 관한 것이다. 빌드 재료(build material), 축적 기술 및 빌드 재료로 3D 물체를 형성하는 물리적 공정 측면에서 모두 상이한 다양한 적층 가공 기술이 발전해 왔다. 그런 기술은 자외선을 광중합체 수지에 인가하는 것에서부터, 분말 형태인 반-결정질 열가소성 재료를 용융시키는 것에, 그리고 금속 분말의 전자-빔 용융에까지 이르고 있다.
절삭 가공 공정은 보통, 제작될 물체의 3D 컴퓨터 모델로 시작한다. 이러한 물체의 디지털 표현은 컴퓨터 소프트웨어에 의해서 층들로 가상으로 얇게 잘리게 된다. 각각의 층은 원하는 물체의 횡단면을 나타내며, 몇몇 예에서 3D 프린터로서 또한 공지될 수 있는 적층 가공 기계로 송신되며, 3D 프린터에서 이전 빌드 층 위에 적층된다. 이러한 공정은 물체를 층별로 적층시켜 물체가 완성될 때까지 연속적으로 반복된다.
몇몇 이용 가능한 기술들은 재료를 직접적으로 축적시키지만, 다른 기술들은 물체의 새로운 횡단면을 생성하기 위해서 후에 선택적으로 패턴화될 수 있는 추가 층을 형성하기 위한 리코팅 공정(recoating process)을 사용한다. 물체를 제작하는 빌드 재료는 제작 기술에 따라서 변할 수 있고 분말 재료, 페이스트(paste) 재료, 슬러리(slurry) 재료 또는 액체 재료를 포함할 수 있다. 빌드 재료는 보통, 실제 제작이 이루어지는 빌드 구역 또는 빌드 격실로 전달될 필요가 있는 소스 컨테이너에 제공된다.
본 발명에서 설명되는 예는 적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템을 제공한다. 일 예에서, 상기 시스템은 적층 가공에 의해서 형성될 물체를 수용하도록 구성되는 빌드 격실, 및 상기 물체를 형성하기 위해서 빌드 재료를 저장하도록 구성되는 저장 격실을 포함한다. 상기 빌드 격실의 용적과 상기 저장 격실의 용적은 크기가 가변적이며, 상기 시스템은 상기 저장 격실에 이전에 할당된 용적의 적어도 일부분을 상기 빌드 격실에 재-할당하거나, 그 반대로 재-할당하도록 구성된다.
빌드 격실은 일 예의 의미에서, 물체가 적층 가공에 의해서 형성되는 임의의 공간 또는 구역을 나타낼 수 있다. 빌드 격실은 밀폐 공간일 수 있으나, 대안으로 예컨대, 빌드 재료를 빌드 격실 내부로의 도입 및/또는 제작 공정에 사용될 수 있는 방사선 또는 열원과 빌드 재료의 상호작용을 허용하도록 주변환경으로 상부 표면이 적어도 부분적으로 개방될 수 있다.
저장 격실은 상기 물체를 형성하는데 사용되는 적어도 하나의 빌드 재료를 저장하도록 구성되는 개방 또는 폐쇄 공간을 나타낼 수 있다.
상기 빌드 격실의 용적은 빌드 재료 또는 과잉 재료 또는 제작되는 물체가 없는 격실의 용적을 나타내는 것으로 이해될 수 있다.
유사하게, 상기 저장 격실의 용적은 빌드 재료가 없는 저장 격실의 용적을 나타낼 수 있다.
상기 시스템은 바람직하게, 물체가 형성됨에 따라서 상기 빌드 격실의 상기 용적을 증가시키도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 바람직하게, 물체가 형성됨에 따라서 상기 저장 격실의 상기 용적을 감소시키도록 구성될 수 있다.
예에 따라서, 형성될 상기 물체를 수용하도록 구성되는 상기 빌드 격실 및 상기 물체를 형성하기 위해 상기 빌드 재료를 저장하도록 구성되는 상기 저장 격실은 동일한 물리적 공간 또는 용적으로 통합됨으로써, 상기 빌드 격실의 용적은 상기 저장 격실의 용적이 감소함에 따라서 증가될 수 있거나 그 반대로 될 수 있다.
예에서, 상기 시스템은 상기 빌드 격실과 상기 저장 격실을 포함하는 공통 격실을 포함한다.
상기 공통 격실은 상기 저장 격실과 상기 빌드 격실 모두를 수용하는 공통 하우징의 용어로 정의될 수 있다.
상기 시스템은 상기 저장 격실에 이전에 할당된 상기 공통 격실의 일부분을 상기 빌드 격실에 할당하도록, 또는 그 반대로 구성될 수 있다.
본 발명에서 설명되는 예에 따라서 빌드 격실과 저장 격실의 통합은 짧은 공급 경로의 장점을 가진다. 저장 격실로부터 빌드 격실까지의 빌드 재료의 이동 거리가 감소되기 때문에, 그에 따라서 오염을 통한 빌드 재료의 열화 위험이 줄어든다. 빌드 재료를 최저 위치에 갖는 것은 기계적 안정성(낮은 무게 중심)의 측면에서 바람직하고 사용자가 빌드 재료를 저장 격실에 공급할 수 있는 것을 용이하게 한다. 따라서, 사용자 편의성이 향상된다.
동시에, 개선된 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템은 더욱 콤팩트한(compact) 적층 가공 장치를 제공할 수 있게 한다. 형성될 물체는 제작이 진행됨에 따라서 더 많은 공간을 요구하는 반면에, 빌드 재료를 저장하기 위한 공간은 점점 더 작아질 것을 요구한다. 반대로, 빌드 격실의 용적은 완성된 물체가 적층 가공 장치로부터 제거될 때 감소될 수 있는 반면에, 저장 격실의 용적은 후속 물체를 형성하기 위한 새로운 빌드 재료가 추가될 때 감소될 수 있다. 상기 저장 격실 용적의 희생으로 상기 빌드 격실의 용적을 증가시키거나, 그 반대로 하는 것은 제작이 진행됨에 따라서 용적 유연성을 할당할 수 있게 하며, 따라서 빌드 격실과 저장 격실의 전체(조합) 용적을 최소화하며, 그에 의해서 공간을 절약한다.
형성될 상기 물체는 적층 가공에 의해서 형성되기에 적합한 임의의 3D 물체일 수 있다.
상기 시스템은 상기 저장 격실을 상기 빌드 격실로부터 분리시키는 이동 가능한 분리 요소를 더 포함할 수 있다.
상기 분리 요소는 상기 공통 격실 또는 하우징 내에 이동 가능하게 위치될 수 있다.
빌드 격실과 저장 격실 모두를 수용하는 공통 격실 및 이동 가능한 분리 요소를 제공하는 것은 상기 공통 격실 내의 상기 분리 요소의 위치를 변경시킴으로써 제작 진행에 따라서 빌드 격실의 용적과 저장 격실의 용적을 변화시킬 수 있게 한다.
상기 시스템은 상기 분리 요소를 이동시키도록 구성되는 구동 유닛을 포함할 수 있다.
다수의 적층 가공 장치는 형성될 물체를 지지하기 위한 빌드 플랫폼(build platform)을 갖추고 있다. 통상적으로, 빌드 플랫폼은 이동 가능하고 빌드 재료의 추가 층이 처리됨에 따라서 빌드 플랫폼의 위치를 변경시키는 구동 기구에 연결된다. 따라서, 빌드 플랫폼은 상기 빌드 격실을 상기 저장 격실로부터 분리하기 위한 분리 요소로서 편리하게 작동할 수 있다.
예에서, 따라서 상기 분리 요소는 형성될 상기 물체를 지지하거나, 상기 물체 아래 및/또는 주위에 형성되는 빌드 재료의 층을 지지하기 위한 빌드 플랫폼을 포함한다.
일 예에서, 상기 빌드 격실은 상기 저장 격실 위에 위치될 수 있다.
예를 들어, 다수의 분말-기반 적층 가공 시스템은 추가의 층이 형성될 물체에 추가됨에 따라서 하향으로 이동하는 빌드 플랫폼 위에 빌드 격실을 가진다. 이들 시스템에서, 저장 격실은 유리하게, 빌드 플랫폼 아래에 위치될 수 있으며, 저장 격실의 용적은 빌드 플랫폼이 제작 진행에 따라서 하향으로 이동됨에 따라서 감소될 수 있다.
빌드 격실 아래에 저장 격실을 제공하는 것은 그에 따라서 지표면에 가까워지고, 또한 빌드 재료의 재충전을 간단하게 한다. 이는 또한, 낮게-놓인 무게 중심 때문에 장치에 더 큰 안정성을 부여한다.
그러나, 다른 예에서 상기 빌드 격실은 상기 저장 격실 아래에 위치될 수 있거나, 상기 저장 격실에 인접하게 위치될 수 있다.
상기 빌드 격실의 상기 용적이 증가하는 비율은 상기 저장 격실의 상기 용적이 감소하는 비율에 대응하거나, 또는 상기 빌드 격실의 상기 용적이 감소하는 비율은 상기 저장 격실의 상기 용적이 증가하는 비율에 대응할 수 있다. 비율은 이런 예의 의미에서, 단위 시간 당 용적의 변화란 용어로 주어질 수 있다.
상기 빌드 격실의 상기 용적 및/또는 상기 저장 격실의 상기 용적이 가변적일 수 있지만, 각각의 최대 용적은 일정한 크기 관계를 가질 수 있다.
예에서, 상기 저장 격실의 최대 용적은 상기 빌드 격실의 최대 용적의 1.0 배보다 더 작지 않다.
다른 예에서, 상기 저장 격실의 최대 용적은 상기 빌드 격실의 최대 용적의 1.6 배보다 더 크지 않다.
일 예에서, 상기 저장 격실의 최대 용적은 상기 빌드 격실의 최대 용적의 1.2 배보다 더 작지 않다.
일 예에서, 상기 저장 격실의 최대 용적은 상기 빌드 격실의 최대 용적의 1.5 배보다 더 크지 않다.
일 예에서, 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템은 저장 격실로부터 빌드 격실 쪽으로 빌드 재료를 이송시키도록 구성되는 이송 유닛을 더 포함할 수 있다.
예에서, 상기 이송 유닛은 상기 공통 격실 또는 저장 격실 또는 빌드 격실의 측벽에 형성되는 이송 채널을 통해서 상기 빌드 재료를 이송하도록 구성된다.
일 예에서, 이송 유닛은 빌드 재료의 성질 및 밀도에 따라서 스크류 드라이브(screw drive) 및/또는 컨베이어 벨트 및/또는 펌프를 포함할 수 있다.
일 예에서, 이송 유닛은 상기 분리 요소를 이동시키도록 구성되는 상기 구동 유닛에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
이송 유닛과 구동 유닛을 커플링하는 것은 적층 가공 장치 내의 구동 구성요소의 수를 감소시킬 수 있게 하며, 따라서 더 간단하고, 더 튼튼하고 더 컴팩트한 적층 가공 장치를 제공한다.
상기 이송 기구는 추가적으로, 상기 빌드 격실로부터 상기 저장 격실로 과잉 재료를 이송하도록 구성될 수 있다.
바람직한 예에서, 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템은 적층 가공 장치, 예컨대 3D 프린팅 장치에 제거 가능하게 부착되도록 구성된다.
이런 예에 따라서, 빌드 플랫폼과 빌드 격실 및 저장 격실을 포함하는 재료 공급 시스템 모두를 포함하는 통합형 유닛은 제작 이전에 빌드 재료로 가득 채워진 저장 격실을 갖추어 적층 가공 장치 내부로 삽입될 수 있고, 제작 공정이 완료된 이후에 완성된 3D 물체와 함께 제거될 수 있는 독립 유닛으로서 제공될 수 있으며, 저장 격실은 제작된 물체의 크기에 따라서 텅 비거나 적어도 부분적으로 텅 비게 된다. 이는 적층 가공 장치가 빌드 재료의 공급원을 갖추기 위한 특히 유연한 방식을 제공한다.
개선점은 또한, 전술한 특징의 일부 또는 모두를 갖는 시스템을 포함하는 적층 가공 장치, 특히 3D 프린팅 장치에 관한 것이다.
개선점은 또한, 적층 가공용 빌드 재료의 공급 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 빌드 재료를 저장하기 위한 저장 격실로부터 적층 가공에 의해 상기 빌드 재료로부터 물체를 형성하기 위한 빌드 격실 쪽으로 빌드 재료를 이송하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 저장 격실로부터 상기 빌드 격실 쪽으로 상기 빌드 재료의 상기 이송에 따라서 상기 저장 격실에 이전에 할당된 용적의 적어도 일부분을 상기 빌드 격실에 재-할당하는 단계를 더 포함한다.
상기 저장 격실 및/또는 상기 빌드 격실은 전술한 바와 같은 특징의 일부 또는 모두를 갖는 격실일 수 있다. 특히, 상기 저장 격실 및/또는 상기 빌드 격실은 적층 가공 장치의 격실일 수 있다.
선택적으로, 상기 방법은 상기 빌드 재료를 사용하여 상기 빌드 격실 내에서 상기 물체를 적층 방식으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빌드 재료는 분말 재료 및/또는 페이스트 재료 및/또는 슬러리 재료 및/또는 액체 재료를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 방법은 상기 저장 격실을 상기 빌드 격실로부터 분리시키는 분리 요소를 이동시키는 단계를 더 포함하며, 그에 의해서 상기 저장 격실의 상기 용적의 희생으로 상기 빌드 격실의 상기 용적을 증가시키거나, 상기 빌드 격실의 상기 용적으로 희생으로 상기 저장 격실의 상기 용적을 증가시킨다.
상기 분리 요소를 이동시키는 상기 단계는 상기 빌드 재료를 이송하는 상기 단계에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
상기 방법은 전술한 특징의 일부 또는 모두를 갖는 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템 또는 적층 가공 장치에서 실시될 수 있다.
개선점은 또한, 컴퓨터-판독 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것으로서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하고, 상기 컴퓨터-판독 가능한 명령어는 전술한 특징의 일부 또는 모두를 갖는 시스템 또는 적층 가공 장치에 커플링되는 컴퓨터에 의한 판독시, 각각 상기 시스템 또는 적층 가공 장치에서 전술한 특징의 일부 또는 모두를 갖는 방법을 실행한다.
도 1은 예에 따른 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템을 포함하는 적층 가공 장치의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 예에 따른 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템을 제작 공정 중의 상이한 단계로 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 예가 설명될 것이다. 이 예는 원하는 3-차원 형상을 가지는 덩어리(mass)로 플라스틱, 금속, 세라믹, 또는 유리 분말들과 같은 분말 재료를 소결하기 위한 동력원으로서 레이저를 사용하는 적층 가공 기술인 선택적 레이저 소결(SLS) 시스템에 관한 것이다. 그러나, 개선점은 무한하고, 빌드 재료가 분말, 페이스트(paste), 슬러리, 또는 액체인지 여부와 무관하고, 에너지원과 무관하게 임의의 적층 가공 기술에 일반적으로 적합하다.
도 1은 적층식 선택적 레이저 소결(SLS) 적층 가공 장치(10)의 개략도이다. 상기 장치(10)는 본 발명의 예에 따른 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)은 측벽(14)과 바닥 벽(16)에 의해 둘러싸인 버킷(bucket)의 형태를 가진다. 상부 측은 개방되어 있으며, 그 상부 측은 빌드 재료가 빌드 플랫폼(20) 상에 형성되는 물체(도시 않음)에 가해지는 곳이다. 측벽(14)과 바닥 벽(16)은 그의 용적이 빌드 플랫폼(20)에 의해서 빌드 플랫폼(20) 아래의 저장 격실(22)과 빌드 플랫폼(20) 위에서 측벽(14)의 높이까지의 빌드 격실(24)로 분할되는 공통 격실(18)을 한정한다. 빌드 격실(24)의 상부 경계는 점선에 의해 도 1에 표시되어 있다.
빌드 플랫폼(20)은 빌드 버킷(12) 내에 이동 가능하게 장착되고 빌드 플랫폼(20)을 공통 격실(18) 내에서 상향 및 하향으로 이동시키도록 구성되는 구동 유닛(28)에 피스톤(26)을 통해서 연결된다. 플랫폼(20)이 공통 격실(18) 내에서 상향 및 하향으로 이동함에 따라서, 저장 격실(22)의 용적(Vs)과 빌드 격실(24)의 용적(Vb)이 그에 맞춰서 변화한다. 그러나, 이들의 합은 일정하게 유지되며 공통 격실(18)의 용적(Vc)과 동일하다. 즉, Vs + Vb = Vc = 일정.
저장 격실(22)은 플라스틱, 금속, 세라믹, 또는 유리 분말(도 1에 도시 않음)과 같은 적층 가공 공정을 위한 빌드 재료를 저장하는 역할을 한다. 빌드 재료는 측벽(14)에 통합되는 스크류 드라이브와 같은 이송 유닛(30)에 의해서 저장 격실(22)로부터 빌드 격실(24)로 이송된다. 이송 유닛(30)은 빌드 재료를, 빌드 플랫폼(20) 전반에(또는 빌드 재료의 이전에 형성된 층 위에) 빌드 재료의 층을 형성하는 역할을 하는 롤러 유닛(32)으로 이송한다. 가열 유닛(34)은 빌드 격실(24) 내에 축적되는 분말을 예열하기 위해서 포함될 수 있다.
본 예에서, 소결은 자외선 또는 이산화탄소 레이저와 같은 레이저(36), 광학 렌즈(38) 및 x-y 스캐닝 미러(scanning mirror)(40)를 포함하는 광학 시스템에 의해서 실시된다. x-y 스캐닝 미러(40)는 레이저(36)로부터 방출되는 레이저 빔(42)을 지향시키고 빌드 격실(24) 내에 축적된 분말 층의 표면에 있는 분말 재료의 선택된 부분으로 렌즈(38)에 의해 포커싱된다. 레이저 빔(42)으로부터 입력되는 에너지는 분말 재료를 용융시키고, 그에 의해서 재료를 함께 결합시켜 고형 구조물을 생성한다. 각각의 횡단면이 스캐닝된 이후에, 빌드 플랫폼(20)은 한 층 두께만큼 하강되며, 새로운 재료 층이 롤러 유닛(32)에 의해서 상부에 형성되며, 그 공정은 물체가 완성될 때까지 반복된다.
중앙 제어 유닛(44)은 피스톤(26)과 빌드 플랫폼(20)을 이동시키는 구동 유닛(28), 저장 격실(22)로부터 빌드 격실(24)로 빌드 재료를 이송시키는 이송 유닛(30), 빌드 재료를 제작될 물체의 표면에 가하는 롤러 유닛(32), 가열 유닛(34), 레이저(36), 및 레이저 빔(42)을 빌드 플랫폼(20)의 선택된 부분으로 지향시키는 x-y 스캐닝 미러(40)를 제어한다.
도 2a 내지 도 2c는 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)을 제작 공정 중의 상이한 단계에서의 추가 상세도로 도시한다.
도 2a는 빌드 플랫폼(20)이 그의 최상 위치에 있는 최초 단계에서의 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)을 도시한다. 따라서, 저장 격실(22)의 용적(Vs)이 최대인 반면에, 빌드 격실(24)의 용적(Vb)은 제로(zero)이다.
제작이 시작됨에 따라서, 빌드 재료는 이송 유닛(30)에 의해서 저장 격실(22)의 바닥으로부터 롤러 유닛(32)으로 전달된다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 구성에서, 이송 기구(30)는 버킷(12)의 측벽(14) 내에 제공되는 한 쌍의 스크류 드라이브(30a, 30b)를 포함한다. 스크류 드라이브(30a, 30b)가 회전함에 따라서, 분말 재료가 측벽(14)의 상부에 도달하여, 그로부터 롤러 유닛(32)에 의해서 빌드 플랫폼(20) 전반으로 확산될 때까지 측벽(14)을 통해서 상향으로 이동된다.
그러나, 스크류 드라이브(30a, 30b)는 이송 기구의 단지 하나의 예이며 컨베이어 벨트, 드래그 기구(dragging mechanism), (조밀한 상(dense phase)의 운송 또는 희석된 상(dilute phase)의 운송과 같은)공압식 운송 시스템과 같은 다른 기구가 또한 사용될 수 있다.
이송 유닛(30)의 제 1 구동 기구(46)는 구동 유닛(28)의 제 2 구동 기구(48)가 피스톤(26)과 빌드 플랫폼(20)을 하강시킴에 따라서 구동 유닛(28)의 제 2 구동 기구(48)에 작동 가능하게 또는 기계적으로 커플링될 수 있다. 이는 구동 유닛(28)에 의해서 빌드 재료를 측벽(14)을 통해 상향으로 자동으로 그리고 동시에 공급될 수 있게 한다. 그러나, 이는 하나의 연속 모션으로 발생할 필요는 없다. 예를 들어, 빌드 플랫폼(20)이 하강될 수 있으며, 이어서 빌드 재료가 저장 격실(22)로부터 이송될 수 있으며, 약간의 지연 이후에 빌드 플랫폼(20)이 다시 하강될 수 있다.
액체 빌드 재료는 로터리 베인 펌프(rotary vane pump)에 의해서 이송될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 액체는 빌드 플랫폼(20)이 공통 격실(18) 내에서 하향으로 이동됨에 따라서 단지, 빌드 플랫폼(20)에 의해 실행되는 유체역학적 압력에 의해서 측벽(14) 내의 채널을 통해서 이송될 수 있다. 이 경우에, 이송 유닛(30)용 별도의 구동 기구는 요구되지 않을 수 있다.
도 2b는 중간 단계에 있는 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)을 도시하며, 그 중간 단계에서 빌드 플랫폼(20)은 플랫폼(20) 상에 형성될 물체(50)의 제작 진행에 따라서 공통 격실(18) 내부로 부분적으로 하강된다.
통상적으로, 물체(50)는 고화되지 않은 빌드 재료에 의해 플랫폼(20)에서 둘러싸일 수 있으나, 이는 선명한 표현을 위해서 도 2b 및 도 2c에 도시되지 않았다.
도 2b의 구성에서, 저장 격실의 용적(Vs)은 빌드 플랫폼(20)이 버킷(12) 내에서 하향으로 이동된 만큼 감소되는 반면에, 빌드 격실(24)의 용적(Vb)은 동일한 양만큼 증가된다.
도 2c는 물체(50)가 완성된 최종 단계에 있는 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)을 도시한다. 도 2b의 구성에 비해서, 빌드 플랫폼(20)은 공통 격실(18) 내부로 훨씬 더 하강되었다. 따라서, 저장 격실의 용적(Vs)은 이송 유닛(30)에 의해서 빌드 격실(24)로 이송된 빌드 재료의 양에 따라서 훨씬 더 감소되었다. 빌드 격실(24)의 용적은 저장 격실(22)의 용적(Vs)이 감소되는 것과 동일한 양만큼 증가되었다.
빌드의 종료시, 저장 격실(22) 내의 잔여 분말은 미래의 빌드를 위해서 재사용될 수 있다. 저장 격실(22) 내의 과잉 분말은 바람직하게, 빌드가 항상 성공적으로 마무리될 수 있고 최종 층에서 분말이 고갈되는 것을 피할 수 있게 보장하기 위한 것이다.
형성된 물체(50)는 이제, 빌드 격실(24) 내에 축적되는 과잉 분말 재료로부터 제거될 수 있다. 그 후에, 플랫폼(20)은 도 2a에 도시된 최초 위치로 상승될 수 있으며, 새로운 물체가 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c의 설명으로부터 얻을 수 있듯이, 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)은 빌드 재료를 저장하기 위한 저장 격실(22)과 동일한 물리적 공간, 즉 공통 격실(18) 내부에서 물체(50)를 제작하기 위한 빌드 격실(24)을 통합한다. 빌드 플랫폼(20)은 저장 격실(22) 아래를 빌드 격실(24) 위와 분리시킨다. 따라서, 저장 격실(22)의 용적(Vs)과 빌드 격실(24)의 용적(Vb) 모두가 가변적이고 공통 격실(18) 내부의 빌드 플랫폼(20)의 위치에 따라서 변화한다. 빌드 플랫폼(20)이 공통 격실(18) 내에서 하강됨에 따라서, 저장 격실(22)의 용적(Vs)은 빌드 격실(24)의 용적(Vb)이 증가하는 것과 동일한 양만큼 감소한다. 저장 격실(22)의 용적(Vs)과 빌드 격실(24)의 용적(Vb)의 합은 일정하게 유지되고 공통 격실(18)의 용적(Vc)과 동일하다. 즉, 빌드 버킷(12)의 용적은 Vs + Vb = Vc = 일정하다. 따라서, (버킷(12) 내부의 빌드 플랫폼(20)의 상이한 위치에 대응하는)빌드 공정의 상이한 단계들은 단지, 공통 격실(18)이 저장 격실(22)과 빌드 격실(24)로 나누어지는 몫만이 다를 뿐이다.
저장 격실(22)과 빌드 격실(24)을 동일한 물리적 공간으로의 통합은 다음의 여러 장점들을 가진다.
별도의 공급 컨테이너를 위한 과잉 공간이 소모되지 않는다. 따라서, 적층 가공 장치(10)는 콤팩트하고 작아진다.
동시에, 빌드 재료를 저장 격실(22)로부터 빌드 격실(24)로 이송하기 위한 공급 채널이 빌드 격실(24)에 가깝게 있으며, 그에 의해서 빌드 재료의 이동 거리를 감소시키고 따라서 오염을 통한 열화에 대한 빌드 재료의 노출을 감소시킨다.
본 발명에 따른 통합은 또한, 재료 저장을 간단하게 하며 프린팅 청결도를 향상시킨다.
통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)은 적층 가공 장치(10)의 고정 구성요소일 수 있지만, 제거 가능한 요소로서 또한 설계될 수 있다. 후자의 경우에, 분말 축적량이 텅 비게 되었을 때 사용자에 의해 충전될 수 있는 독립 소모품으로서 또한 제공될 수 있다. 제거 가능한 요소는 빌드 재료로 가득 채워질 수 있고 삽입시 적층 가공 장치(10)와 결합되어서, 피스톤(26)의 이동이 프린터에 의해 제어될 수 있는 통합형 빌드 플랫폼(20)에 대한 재료 공급원을 구성한다.
바람직한 실시예 및 도면의 설명은 단지, 본 발명 및 본 발명이 수반하는 다수의 장점을 예시하는 역할을 하나, 임의의 제한을 의미하는 것으로 이해해서는 안 된다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위로부터 결정된다.
10: 적층 가공 장치
12: 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템/빌드 버킷
14: 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)의 측벽
16: 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)의 바닥 벽
18: 공통 격실
20: 빌드 플랫폼
22: 저장 격실
24: 빌드 격실
26: 빌드 플랫폼(20)의 피스톤
28: 구동 유닛
30: 이송 유닛
30a, 30b: 이송 유닛(30)의 스크류 드라이브
32: 롤러 유닛
34: 가열 유닛
36: 레이저
38: 광학 렌즈
40 : x-y 스캐닝 미러
42: 레이저 빔
44: 중앙 제어 유닛
46: 이송 유닛(30)의 제 1 구동 기구
48: 구동 유닛(28)의 제 2 구동 기구
50: 형성될 물체

Claims (12)

  1. 적층 가공 장치(10)용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템(12)으로서,
    적층 가공에 의해서 형성될 물체(50)를 수용하도록 구성되는 빌드 격실(24);
    상기 물체(50)를 형성하기 위해 분말 빌드 재료를 저장하도록 구성되는 저장 격실(22); 및
    상기 저장 격실(22)로부터 상기 빌드 격실(24) 쪽으로 상기 분말 빌드 재료를 기계적으로 이송시키도록 구성되는 이송 유닛(30)을 포함하며;
    상기 빌드 격실(24)의 용적과 상기 저장 격실(22)의 용적은 크기가 가변적이며;
    상기 시스템(12)은 상기 저장 격실(22)에 저장된 상기 분말 빌드 재료에 의해 이전에 점유된 공간의 적어도 일부분을 상기 빌드 격실(24)에 재-할당하도록 구성되고,
    상기 이송 유닛(30)은, 스크류 드라이브(30a, 30b), 컨베이어 벨트 및 펌프 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 시스템(12)은 상기 적층 가공 장치(10)에 제거 가능하게 부착되도록 구성되는 독립 유닛을 형성하고, 상기 독립 유닛은 상기 저장 격실(22)에 상기 분말 빌드 재료가 저장된 채 상기 적층 가공 장치(10) 내부로 삽입될 수 있고, 상기 적층 가공 장치(10)로부터 제거될 수 있는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템(12)은 상기 저장 격실(22)을 상기 빌드 격실(24)로부터 분리시키는 이동 가능한 분리 요소(20)를 포함하는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리 요소(20)를 이동시키도록 구성되는 구동 유닛(28)을 더 포함하는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리 요소는 형성될 상기 물체(50)를 지지하기 위한 빌드 플랫폼(20)을 포함하는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빌드 격실(24)은 상기 저장 격실(22) 위에 위치되는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빌드 격실(24)의 상기 용적이 증가하는 비율은 상기 저장 격실(22)의 상기 용적이 감소하는 비율과 일치하거나, 또는 상기 빌드 격실(24)의 상기 용적이 감소하는 비율은 상기 저장 격실(22)의 상기 용적이 증가하는 비율과 일치하는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 격실(22)의 최대 용적은 상기 빌드 격실(24)의 최대 용적의 1.0 배보다 더 적지 않고, 상기 빌드 격실(24)의 최대 용적의 1.6 배보다 더 크지 않은
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 유닛(28)은 상기 이송 유닛(30)에 작동 가능하게 연결되는
    적층 가공 장치용 통합형 빌드 및 재료 공급 시스템.
  9. 제 1 항에 따른 시스템(12)을 포함하는
    적층 가공 장치.
  10. 적층 가공용 빌드 재료의 공급 방법으로서,
    분말 빌드 재료를 저장하기 위한 저장 격실(22)로부터 적층 가공에 의해서 상기 분말 빌드 재료로부터 물체(50)를 형성하기 위한 빌드 격실(24) 쪽으로 이송 유닛(30)을 이용하여 상기 분말 빌드 재료를 기계적으로 이송하는 단계; 및
    상기 저장 격실(22)로부터 상기 빌드 격실(24) 쪽으로 상기 분말 빌드 재료의 상기 이송에 따라서 상기 저장 격실(22)에 저장된 상기 분말 빌드 재료에 의해 이전에 점유된 공간의 적어도 일부분을 상기 빌드 격실(24)에 재-할당하는 단계를 포함하고,
    상기 이송 유닛(30)은, 스크류 드라이브(30a, 30b), 컨베이어 벨트 및 펌프 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 빌드 격실(24), 상기 저장 격실(22) 및 상기 이송 유닛(30)은 적층 가공 장치(10)에 제거 가능하게 부착되도록 구성되는 독립 유닛을 형성하고, 상기 독립 유닛은 상기 저장 격실(22)에 상기 분말 빌드 재료가 저장된 채 상기 적층 가공 장치(10) 내부로 삽입될 수 있고, 상기 적층 가공 장치(10)로부터 제거될 수 있는
    적층 가공용 빌드 재료의 공급 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 저장 격실(22)을 상기 빌드 격실(24)로부터 분리시키는 분리 요소(20)를 이동시키는 단계를 더 포함하며, 그에 의해서 상기 저장 격실(22)에 이전에 할당된 용적의 상기 일부분을 상기 빌드 격실(24)에 재-할당하는
    적층 가공용 빌드 재료의 공급 방법.
  12. 컴퓨터-판독 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서,
    상기 컴퓨터-판독 가능한 명령어는 제 1 항에 따른 시스템(12) 또는 제 9 항에 따른 적층 가공 장치(10)에 커플링되는 컴퓨터에 의한 판독시, 각각 상기 시스템(12) 또는 상기 적층 가공 장치(10)에서 제 10 항에 따른 방법을 실행하는
    컴퓨터-판독 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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