KR20190136089A

KR20190136089A - 분말 베드 융합 빔 스캐닝

Info

Publication number: KR20190136089A
Application number: KR1020197034291A
Authority: KR
Inventors: 나가 이합 나기 엘; 존 러셀 버크넬; 초 옌 얍
Original assignee: 디버전트 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2019-12-09
Also published as: CN108788147A; WO2018200191A1; US20180311760A1; EP3615252A1; JP2020518722A; CN209349513U; EP3615252A4

Abstract

분말 베드 융합 (PBF) 시스템들에 대한 빔 스캐닝을 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. PBF 장치는 분말 재료의 층을 지지하는 구조물, 에너지 빔을 생성하는 에너지 빔 소스, 및 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가하는 편향기를 포함할 수 있고, 그 편향기는 에너지 빔을 로케이션들의 각각에 다수 회 인가하도록 추가로 구성된다. PBF 장치는 구조물에 의해 지지된 분말 재료의 층에 다수의 스캔들을 제공하도록 구성된 편향기를 포함할 수 있다. PBF 장치는 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가하는 편향기를 포함할 수 있고, 그 편향기는 래스터 스캔으로 에너지 빔을 인가하도록 추가로 구성된다.

Description

분말 베드 융합 빔 스캐닝

관련 출원에 대한 상호-참조

본 출원은 "POWDER-BED FUSION BEAM SCANNING" 을 발명의 명칭으로 하여 2017년 4월 28일자로 출원된 미국 특허출원 제15/582,470호의 이익을 주장하고, 이는 전부 본 명세서에 참조에 의해 분명히 통합된다.

분야

본 개시는 일반적으로 분말 베드 융합 (powder-bed fusion; PBF) 시스템들에 관한 것으로, 특히, PBF 시스템들에서의 빔 스캐닝에 관한 것이다.

PBF 시스템들은, 종래의 제조 프로세스들로 생성하기 어렵거나 또는 불가능한 일부 형상들을 포함한 기하학적으로 복잡한 형상들을 가진, 구축 피스 (build piece) 들로 지칭된, 구조물들을 생산할 수 있다. PBF 시스템들은 구축 피스들을 층 단위로 (layer-by-layer) 생성한다. 각각의 층 또는 '슬라이스' 는, 분말의 층을 디포짓하는 것 (depositing) 그리고 층의 부분들을 에너지 빔에 노출시키는 것에 의해 형성된다. 에너지 빔은 그 층에서의 구축 피스의 단면과 일치하는 분말 층의 용융 영역 (melt area) 들에 인가된다. 용융된 분말은 구축 피스의 슬라이스를 형성하기 위해 냉각 및 융합 (fusing) 된다. 각각의 층은 이전 층의 위에 디포짓된다. 결과의 구조물은 처음부터 끝까지 슬라이스 단위로 (slice-by-slice) 조립된 구축 피스이다.

보다 구체적으로는, 에너지 빔은, 에너지 빔이 노출 중인 스폿에서, 분말을, 용융 풀 (melt pool) 이라 불리는, 액체의 풀로 용융시킨다. 에너지 빔은 그 후 분말 층에 걸쳐 스캐닝하고 빔의 노출 스폿에서 분말을 계속 용융시킴으로써 용융 풀을 '밀어낸다 (push)'.

PBF 시스템들에서 빔 스캐닝을 위한 장치들 및 방법들의 여러 양태들이 이하에서 더 완전하게 설명될 것이다.

다양한 양태들에서, 분말 베드 융합을 위한 장치는 분말 재료의 층을 지지하는 구조물, 에너지 빔을 생성하는 에너지 빔 소스, 및 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가하는 편향기로서, 그 편향기는 에너지 빔을 로케이션들의 각각에 다수 회 인가하도록 추가로 구성되는, 상기 편향기를 포함할 수 있다.

다양한 양태들에서, 분말 베드 융합을 위한 장치는 분말 재료 지지 구조물, 분말 재료 지지 표면으로 지향된 에너지 빔 소스, 및 구조물에 의해 지지된 분말 재료의 층에 다수의 스캔 (multiple scan) 들을 제공하도록 구성된 편향기를 포함할 수 있다.

다양한 양태들에서, 분말 베드 융합을 위한 장치는 분말 재료의 층을 지지하는 구조물, 에너지 빔을 생성하는 에너지 빔 소스, 및 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가하는 편향기로서, 그 편향기는 래스터 스캔으로 에너지 빔을 인가하도록 추가로 구성되는, 상기 편향기를 포함할 수 있다.

다양한 양태들에서, 분말 베드 융합을 위한 방법은 분말 재료의 층을 지지하는 단계, 에너지 빔을 생성하는 단계, 및 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가하는 단계로서, 에너지 빔은 로케이션들의 각각에 다수 회 인가되는, 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

다양한 양태들에서, 분말 베드 융합을 위한 방법은 분말 재료의 층을 지지하는 단계, 에너지 빔을 생성하는 단계, 및 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가하는 단계로서, 에너지 빔은 래스터 스캔으로 인가되는, 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 양태들은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 용이하게 명백해질 것이며, 여기에서는 예시로서 단지 여러 예시적인 실시형태들만이 도시 및 설명된다. 당업자들이 인식할 바와 같이, 모두 본 개시로부터 벗어남 없이, 본 명세서에서의 개념들은 다른 및 상이한 실시형태들이 가능하며, 여러 상세들은 다양한 다른 측면들에서 수정이 가능하다. 이에 따라, 도면들 및 상세한 설명은 제한적이 아니라 사실상 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

다양한 양태들이 이제 첨부 도면들에서, 제한이 아닌 일 예로 상세한 설명에서 제시될 것이다.
도 1a 내지 도 1d 는 상이한 동작 스테이지들 동안의 예의 PBF 시스템을 예시한다.
도 2 는 예시적인 에너지 빔 소스 및 편향기 시스템을 예시한다.
도 3a 및 도 3b 는 분말의 층이 디포짓되기 전과 후의 예시적인 분말 베드의 투시도를 예시한다.
도 4a 내지 도 4c 는 PBF 를 위한 예시적인 벡터 스캐닝 방법을 예시한다.
도 5a 내지 도 5d 는 PBF 를 위한 예시적인 래스터 스캐닝 방법을 예시한다.
도 6 은 PBF 를 위한 다른 예시적인 래스터 스캐닝 방법을 예시한다.
도 7 은 PBF 를 위한 래스터 스캐닝의 예시적인 방법의 플로우차트이다.
도 8a 내지 도 8c 는 PBF 작업 영역을 세분화하는 단계를 포함하는 예시적인 래스터 스캐닝 방법을 예시한다.
도 9a 내지 도 9d 는 예시적인 멀티-패스 스캐닝 방법을 예시한다.
도 10 은 PBF 를 위한 멀티-패스 스캐닝의 예시적인 방법의 플로우차트이다.
도 11 은 융합 영역의 예시적인 멀티-패스 제어된 온도 프로파일을 예시한다.
도 12 는 PBF 를 위한 멀티-패스 온도 프로파일 제어의 예시적인 방법의 플로우차트이다.

첨부된 도면들과 관련하여 이하에 제시된 상세한 설명은 본 명세서에서 개시된 개념들의 다양한 예시적인 실시형태들의 설명을 제공하도록 의도되고 본 개시가 실시될 수도 있는 유일한 실시형태들을 나타내도록 의도되지 않는다. 이 개시에서 사용되는 용어 "예시적인" 은 "예, 인스턴스, 또는 예시로서 기능하는 것" 을 의미하며, 반드시 본 개시에서 제시된 다른 실시형태들에 비해 유리하거나 또는 바람직한 것으로서 해석되어야 하는 것은 아니다. 상세한 설명은 당업자들에게 개념들의 범위를 완전히 전달하는 철저하고 완전한 개시를 제공할 목적으로 특정 상세들을 포함한다. 그러나, 본 개시는 이들 특정 상세들 없이 실시될 수도 있다. 일부 인스턴스들에서, 잘 알려진 구조들 및 컴포넌트들은, 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 다양한 개념들을 모호하게 하는 것을 회피하기 위하여, 블록 다이어그램 형태로 도시되거나, 또는 완전히 생략될 수도 있다.

본 개시는 PBF 시스템들에서의 빔 스캐닝과 관련된다. 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔이 래스터 스캔으로 인가될 수 있다. 래스터 스캔 시스템의 예에서, 전자 빔은, 위에서 아래로 한번에 한 행씩, 직사각형 작업 영역에 걸쳐 스윕될 수도 있다. 전자 빔이 각각의 행에 걸쳐 이동할 때, 그 층에 대한 구축 피스의 단면을 정의하는데 사용될 수 있는 패턴을 생성하기 위해 빔 세기 (beam intensity) 가 턴 온 및 턴 오프된다. 일부 실시형태들에서, 전체 영역은 초 당 1-50 사이클들의 레이트로 스캐닝될 수 있다. 이렇게 하여, 예를 들어, 슬라이스의 전체 영역은 전체 슬라이스가 본질적으로 한번에 가열되는 이러한 짧은 양의 시간 내에 가열될 수 있다. 보다 구체적으로는, 스캐닝의 레이트는, 스캔의 마지막에 전체 슬라이스의 온도가 본질적으로 동일하도록, 열이 가열된 분말에서 전도되는 레이트보다 더 빠를 수 있다.

필드는, 선 (line) 을 형성하기 위해 고 주파수 (예를 들어, 10 Khz) 에서 좌우로 (left and right) (수평으로) 스캐닝한 후, 전체 영역이 노출될 수 있도록 더 느린 레이트로 세로로 (fore and aft) (수직으로) 스캐닝하는 그러한 방식으로 자기들 또는 전자기들 중 어느 하나에 의해 생성될 수 있다. 수평 대 수직 관계들의 애스펙트 비는 편향력들 및 스캔 레이트들에 의존하여 가변할 수 있다. 전자 빔 생성은 원하는 영역을 단지 노출시킬 그러한 방식으로 디지털 신호 프로세서 (DSP) 및 적절한 파워 일렉트로닉스들 (power electronics) 에 의해 조절될 (modulated) 수 있다. 다른 실시형태들에서, 전자 빔 생성은 다른 전용 하드웨어에 의해 또는 소프트웨어 제어 하의 하나 이상의 프로세서들에 의해 조절될 수 있다.

벡터 스캐닝과 대조적으로, 슬라이스들은 픽셀들을 가진 디지털 이미지와 유사하게 설명될 수 있다. 작업 영역은 구축 피스의 레졸루션이 X × Y 픽셀들이 되도록 행 (row) 들 (x) 및 열 (column) 들 (y) 의 세트로 분할될 수 있다. 이미지 스케일은 시스템의 레졸루션이 다양한 픽셀 밀도들 (미크론/픽셀) 을 산출할 수 있도록 스케일링될 수 있다. 레졸루션의 유일한 한계는 전자 빔 건 (gun) 의 조절 대역폭의 제한일 것이다. 전자 빔은, 예를 들어, 캐소드 전압을 조절하는 것, 상대 그리드 전압을 조절하는 것 등에 의해 조절될 수 있다. 전자 빔 건은 또한, 더 나은 조절 이득들 및 후속하여 더 높은 조절 대역폭을 허용하기 위해 진공 튜브 4극관 또는 5극관과 유사한 추가적인 그리드들/판들로 구성될 수 있다.

도 1a 내지 도 1d 는 상이한 동작 스테이지들 동안의 예의 PBF 시스템 (100) 을 예시한다. PBF 시스템 (100) 은 금속 분말의 각각의 층을 디포짓할 수 있는 디포지터 (101), 에너지 빔을 생성할 수 있는 에너지 빔 소스 (103), 분말 재료를 융합시키기 위해 에너지 빔을 인가할 수 있는 편향기 (105), 및 구축 피스 (109) 와 같은 하나 이상의 구축 피스들을 지지할 수 있는 구축 판 (107) 을 포함할 수 있다. PBF 시스템 (100) 은 또한 분말 베드 리셉터클 내에 위치된 구축 플로어 (111) 를 포함할 수 있다. 분말 베드 리셉터클의 벽들은 분말 베드 리셉터클 벽들 (112) 로서 도시된다. 구축 플로어 (111) 는, 디포지터 (101) 가 다음 층을 디포짓할 수 있도록 구축 판 (107) 을 하강시킬 수 있고 챔버 (113) 는 다른 컴포넌트들을 인클로징할 수 있다. 디포지터 (101) 는 금속 분말과 같은 분말 (117) 을 담고 있는 호퍼 (hopper) (115), 및 분말의 각각의 층의 상단을 레벨링할 수 있는 레벨러 (119) 를 포함할 수 있다.

도 1a 를 구체적으로 참조하면, 이 도면은 구축 피스 (109) 의 슬라이스가 융합된 후, 그러나 분말의 다음 층이 디포짓되기 전의 PBF 시스템 (100) 을 도시한다. 실제로, 도 1a 는, 예를 들어 50 개의 슬라이스들로 형성된 구축 피스 (109) 의 현재 상태를 형성하기 위해, PBF 시스템 (100) 이 다수의 층들, 예를 들어, 50 개의 층들로 슬라이스들을 이미 디포짓 및 융합한 시간을 예시한다. 이미 디포짓된 다수의 층들은, 디포짓되었지만 융합되지 않은 분말을 포함하는 분말 베드 (121) 를 생성하였다. PBF 시스템 (100) 은 구축 피스 (109), 분말 베드의 표면 등과 같은, 작업 영역의 영역들에서의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서 (122) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서 (122) 는 작업 영역으로 향한 열 카메라, 분말 베드에 가까운 영역들에 부착된 열전대 (thermocouple) 들 등을 포함할 수 있다.

도 1b 는 구축 플로어 (111) 가 분말 층 두께 (123) 만큼 하강할 수 있는 스테이지에서의 PBF 시스템 (100) 을 도시한다. 구축 플로어 (111) 의 하강은, 구축 피스 및 분말 베드의 상단이 분말 층 두께만큼 분말 베드 리셉터클 벽 (112) 의 상단보다 더 낮도록, 구축 피스 (109) 및 분말 베드 (121) 가 분말 층 두께 (123) 만큼 낙하하게 한다. 이렇게 하여, 예를 들어, 분말 층 두께 (123) 와 동일한 일관된 두께를 가진 공간이 구축 피스 (109) 및 분말 베드 (121) 의 상단들 위에 생성될 수 있다.

도 1c 는 디포지터 (101) 가 구축 피스 (109) 및 분말 베드 (121) 의 상단 위에 생성된 공간에 분말 (117) 을 디포짓할 수 있는 스테이지에서의 PBF 시스템 (100) 을 도시한다. 이 예에서, 디포지터 (101) 는 호퍼 (115) 로부터 분말 (117) 을 방출하면서, 공간을 크로스 오버 (cross over) 할 수 있다. 레벨러 (119) 는 분말 층 두께 (123) 의 두께를 갖는 분말 층 (125) 을 형성하기 위해 방출된 분말을 레벨링할 수 있다. 도 1a 내지 도 1d 및 본 개시에서의 다른 도면들의 엘리먼트들은 반드시 일정한 비례로 스케일링하여 그려지는 것은 아니고, 본 명세서에서 설명된 개념들의 더 나은 예시를 목적으로 더 크게 또는 더 작게 그려질 수도 있음에 주목해야 한다. 예를 들어, 분말 층 (125) 의 예시된 두께 (즉, 분말 층 두께 (123)) 는 예의 50 개의 이전에 디포짓된 층들에 대해 사용되는 실제 두께보다 더 크다.

도 1d 는 에너지 빔 소스 (103) 가 에너지 빔 (127) 을 생성할 수 있고 편향기 (105) 가 에너지 빔을 인가하여 구축 피스 (109) 에서 다음 슬라이스를 융합시킬 수 있는 스테이지에서의 PBF 시스템 (100) 을 도시한다. 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔 소스 (103) 는 전자 빔 소스일 수 있고, 에너지 빔 (127) 은 전자 빔일 수 있고, 그리고 편향기 (105) 는 융합될 영역들에 걸쳐 스캐닝하도록 전자 빔을 편향시키는 전기장을 생성할 수 있는 편향 판들을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔 소스 (103) 는 레이저일 수 있고, 에너지 빔 (127) 은 레이저 빔일 수 있고, 그리고 편향기 (105) 는 융합될 영역들에 걸쳐 스캐닝하도록 레이저 빔을 반사 및/또는 굴절시킬 수 있는 광학 시스템을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔 소스 (103) 및/또는 편향기 (105) 는, 에너지 빔이 분말 층의 적절한 영역들에서 오직 인가되도록 편향기가 스캐닝할 때 에너지 빔을 조절, 예를 들어, 에너지 빔을 턴 온 및 턴 오프할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔은 디지털 신호 프로세서 (DSP) 에 의해 조절될 수 있다.

도 2 는 예시적인 에너지 빔 소스 및 편향기 시스템을 예시한다. 이 예에서, 에너지 빔은 전자 빔이다. 에너지 빔 소스는 전자 그리드 (201), 전자 그리드 조절기 (electron grid modulator) (203), 및 포커스 (205) 를 포함할 수 있다. 제어기 (206) 는 전자 빔 (207) 을 생성하도록 전자 그리드 (201) 및 전자 그리드 조절기 (203) 를 제어할 수 있고 전자 빔 (207) 을 포커싱된 전자 빔 (209) 으로 포커싱하도록 포커스 (205) 를 제어할 수 있다. 도면에서 보다 알아보기 쉬운 뷰를 제공하기 위해, 제어기 (206) 와 다른 컴포넌트들 사이의 연결들은 도시되지 않는다. 포커싱된 전자 빔 (209) 은 편향기 (213) 에 의해 분말 층 (211) 에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 편향기 (213) 는 2 개의 x-편향 판들 (215) 및 2 개의 y-편향 판들 (217) 을 포함할 수 있고, 2 개의 y-편향 판들 (217) 중 하나는 도 2 에서 가려져 있다. 제어기 (206) 는, x-방향을 따라 포커싱된 전자 빔 (209) 을 편향시키기 위해 x-편향 판들 (215) 사이에 전기장을 생성하고 그리고 y-방향을 따라 포커싱된 전자 빔을 편향시키기 위해 y-편향 판들 (217) 사이에 전기장을 생성하도록 편향기 (213) 를 제어할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 편향기는 전자 빔을 편향시키기 위해 하나 이상의 자기 코일들을 포함할 수 있다.

빔 센서 (219) 는 포커싱된 전자 빔 (209) 의 편향의 양을 감지할 수 있고 이 정보를 제어기 (206) 로 전송할 수 있다. 제어기 (206) 는 원하는 편향의 양을 달성하기 위하여 전기장들의 강도를 조정하기 위해 이 정보를 사용할 수 있다. 포커싱된 전자 빔 (209) 은 루스 분말 (221) 을 용융시키기 위해 포커싱된 전자 빔을 스캐닝하는 것에 의해 분말 층 (211) 에 인가되어, 융합된 분말 (223) 을 형성할 수 있다.

다양한 실시형태들에서, 에너지 빔이 래스터 스캐닝에 의해 인가될 수 있다. 도 5a 내지 도 5d, 도 6 및 도 7 은 래스터 스캐닝에 의해 PBF 에너지 빔을 인가하는 예시적인 실시형태들을 예시한다. 일부 실시형태들에서, 래스터 스캐닝은 작업 영역을 세분 (subdivision) 들로 분할하는 것을 포함할 수 있고, 이는 각각의 층에서 구축 피스의 단면을 특성화하기 위한 효율적인 방식을 제공할 수도 있다. 도 8a 내지 도 8c 는 PBF 에너지 빔을 래스터 스캐닝하기 위한 세분들을 포함하는 예시적인 실시형태를 예시한다. 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔은, 에너지 빔이 단일 포커싱 동작을 위해 다수 회 작업 영역에 걸쳐 스캐닝되는, 멀티-패스 스캐닝에 의해 인가될 수 있다. 도 9a 내지 도 9d 및 도 10 은 PBF 에너지 빔에 대한 멀티-패스 스캐닝의 예시적인 실시형태를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 멀티-패스 스캐닝은 구축 피스, 구축 피스를 포함하는 영역, 전체 분말 층 등의 온도 프로파일을 제어하는데 사용될 수 있다. 도 9a 내지 도 9d, 도 11, 및 도 12 는 온도 프로파일 제어를 포함한 멀티-패스 스캐닝의 예시적인 실시형태를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 멀티-패스 스캐닝에는 벡터 스캐닝이 사용될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c 는 벡터 스캐닝의 예를 예시한다.

본 개시에서의 다양한 PBF 빔 스캐닝 예들은 투시도들을 사용하여 예시된다. 도 3a 및 도 3b 는 이 투시도에 대한 콘텍스트를 제공한다.

도 3a 및 도 3b 는 분말의 층이 디포짓되기 전과 후의 예시적인 분말 베드의 투시도를 예시한다. 도 3a 는 스캐닝 프로세스가 발생한 후의 분말 베드 (301) 를 도시한다. 도면은, 에너지 빔 소스/편향기 (305) 가 제 n 분말 층 (307) (여기서 n 은 분말 층의 수이다) 에서 분말을 융합시키기 위해 에너지 빔을 스캐닝하는 것에 의해 형성된 슬라이스인, 제 n 구축 피스 슬라이스의 상단 표면 (303) 을 도시한다. 도 3b 는 다음 분말 층, 즉, 제 n +1 분말 층 (309) 이 디포짓된 후의 분말 베드 (301) 의 상태를 도시한다. 도면은 또한, 융합될 다음 슬라이스의 윤곽 (outline), 즉, 제 n + 1 슬라이스의 윤곽 (311) 을 도시한다. 도 3b 에서의 분말 베드 (301) 의 상태는 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6 에서 설명된 예시적인 스캐닝 이전의 분말 베드들의 상태일 수 있다.

도 4a 내지 도 4c 는 PBF 를 위한 예시적인 벡터 스캐닝 방법을 예시한다. 도 4a 는 분말 층 (403) 의 평면도에서 벡터 스캐닝을 위한 스캔 경로 (401) 를 예시한다. 도면은 또한, 벡터 스캐닝에 의해 슬라이스가 형성될 예정인 곳을 도시하는, 슬라이스 윤곽 (405) 을 도시한다. 이 예에서, 스캔 경로 (401) 는 나선의 외측에 시작부 (beginning) (407) 및 나선의 중심에 종단부 (end) (409) 를 가진 나선 형상일 수 있다. 시작부 (407) 에서, 에너지 빔은 턴 온되고 빔 온 (411) 으로 라벨링된 어두운 선인 스캔 경로로 표현된 바와 같이, 전체 스캔 경로 (401) 전반에 걸쳐 온으로 유지된다. 종단부 (409) 에서, 에너지 빔은 턴 오프되고, 슬라이스는 완성된다. 도 4b 및 도 4c 는 스캐닝 동안의 상이한 시점 (point of time) 들에서의 투시도들을 도시한다.

도 4b 는 에너지 빔 소스/편향기 (415) 로부터의 에너지 빔 (413) 이 융합된 분말 (417) 을 형성하기 위해 스캔 경로 (401) 의 제 1 부분을 통해 스캐닝한 조기의 (early) 시점에서의 스캐닝을 도시한다. 도면은 에너지 빔 (413) 이 다음에 스캐닝할 스캔 경로 (401) 의 부분을 또한 도시한다.

도 4c 는 에너지 빔 (413) 이 스캔 경로 (401) 중 더 많은 스캔 경로를 통해 스캐닝하고 더 많은 융합된 분말 (417) 을 형성한 나중의 (later) 시점에서의 스캐닝을 도시한다. 도면은 에너지 빔 (413) 이 다음에 스캐닝할 스캔 경로 (401) 의 부분을 또한 도시한다.

도 5a 내지 도 5d, 도 6, 및 도 7 은 래스터 스캐닝에 의해 PBF 에너지 빔을 인가하는 예시적인 실시형태들을 예시한다.

도 5a 내지 도 5d 는 PBF 를 위한 예시적인 래스터 스캐닝 방법을 예시한다. 도 5a 는 분말 층 (503) 의 평면도에서 래스터 스캐닝을 위한 스캔 경로 (501) 를 예시한다. 도면은 또한, 래스터 스캐닝에 의해 슬라이스가 형성될 예정인 곳을 도시하는, 슬라이스 윤곽 (505) 을 도시한다. 이 예에서, 스캔 경로 (501) 는 분말 층 (503) 의 (도면에 보여진 바와 같이) 상단, 좌측 코너에 시작부 (507) 및 분말 층의 하단, 우측 코너에 종단부 (509) 를 가진 지그-재그 형상일 수 있다. 스캔 패턴은 대각 선들에 의해 연결된 수평 선들이다. 에너지 빔이 스캔 경로 (501) 의 수평 선들에 걸쳐 스캐닝될 때, 에너지 빔은, 융합될 분말의 영역들 위를 통과할 때 턴 온될 수 있고, 융합되지 않을 분말의 영역들 위를 통과할 때 턴 오프될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 는, 슬라이스 윤곽 (505) 의 외측인 스캔 경로 (501) 의 수평 선들에 대해 빔 오프 (511) (점선들로 표현됨) 를 도시하고, 슬라이스 윤곽의 내측인 스캔 경로의 수평 선들에 대해 빔 온 (513) (어두운 선들로 표현됨) 을 도시한다. 스캔 경로 (501) 의 대각 선들은 다음 수평 선의 시작부로 돌아가기 위한 것일 수 있으며 (즉, 도면에서 우측 종단부), 이는 리세팅 (resettig) 으로 지칭될 수 있다. 따라서, 에너지 빔은 대각 선들을 통해 스캐닝할 때 턴 오프될 수 있으며, 이는 리셋 (빔 오프) (515) 으로서 도시된다.

시작부 (507) 에서, 이 예에서, 에너지 빔은 턴 오프되고 스캔 경로 (501) 의 처음 2 개의 수평 선들에 대해 오프로 유지된다. 스캔 경로 (501) 의 제 3 선 내지 제 9 수평 선들은 에너지 빔이 슬라이스 윤곽 (505) 내의 영역들에서 분말을 융합시키기 위해 턴 온되는 부분들을 포함한다. 나머지 수평선들에서, 에너지 빔은 턴 온되지 않는다.

도 5b 내지 도 5d 는 스캐닝 동안의 상이한 시점들에서의 투시도들을 도시한다.

도 5b 는 에너지 빔 소스/편향기 (517) 가 융합될 분말 층 (503) 에서의 영역 위를 통과하지 않는, 스캔 경로 (501) 의 초기 부분에서 에너지 빔을 턴 오프하는 조기의 시점에서의 스캐닝을 도시한다. 도 5c 는 에너지 빔 소스/편향기 (517) 가 융합된 분말 (521) 을 형성하기 위해 슬라이스 윤곽 (505) 의 내측인 스캔 경로 (501) 의 수평 스캔 선들의 부분들을 따라 에너지 빔 (519) 을 턴 온 한 나중의 시점에서의 스캐닝을 도시한다. 도 5d 는 에너지 빔 소스/편향기 (517) 가 더 많은 융합된 분말 (521) 을 형성하기 위해 슬라이스 윤곽 (505) 의 내측인 스캔 경로 (501) 의 더 많은 수평 스캔 선들의 부분들을 따라 에너지 빔 (519) 을 턴 온 한 훨씬 나중의 시점에서의 스캐닝을 도시한다.

도 6 은 PBF 를 위한 다른 예시적인 래스터 스캐닝 방법을 예시한다. 도 6 은 분말 층 (603) 의 평면도에서 래스터 스캐닝을 위한 스캔 경로 (601) 를 도시한다. 도면은 또한, 래스터 스캐닝에 의해 슬라이스가 형성될 예정인 곳을 도시하는, 슬라이스 윤곽 (605) 을 도시한다. 이 예에서, 스캔 경로 (601) 는 수직 선들에 의해 종단부들에서 연결된 수평 선들을 포함할 수 있다. 스캔 경로 (601) 는 분말 층 (603) 의 (도면에 보여진 바와 같이) 상단, 좌측 코너에 시작부 (607) 및 분말 층의 하단, 우측 코너에 종단부 (609) 를 가질 수 있다. 에너지 빔이 스캔 경로 (601) 의 수평 선들에 걸쳐 스캐닝될 때, 에너지 빔은, 융합될 분말의 영역들 위를 통과할 때 턴 온될 수 있고, 융합되지 않을 분말의 영역들 위를 통과할 때 턴 오프될 수 있다. 예를 들어, 도 6 은 슬라이스 윤곽 (605) 의 외측인 스캔 경로 (601) 의 수평 선들에 대해 빔 오프 (611) (점선들로 표현됨) 를 도시하고, 슬라이스 윤곽의 내측인 스캔 경로의 수평 선들에 대해 빔 온 (613) (어두운 선들로 표현됨) 을 도시한다. 스캔 경로 (601) 의 수직 선들은 다음 수평 선에 진출하기 위한 것일 수 있으며, 이는 리세팅으로 지칭될 수 있다. 따라서, 에너지 빔은 수직 선들을 통해 스캐닝할 때 턴 오프될 수 있으며, 이는 리셋 (빔 오프) (615) 으로서 도시된다.

시작부 (607) 에서, 이 예에서, 에너지 빔은 턴 오프되고 스캔 경로 (601) 의 처음 2 개의 수평 선들에 대해 오프로 유지된다. 스캔 경로 (601) 의 제 3 선 내지 제 9 수평 선들은 에너지 빔이 슬라이스 윤곽 (605) 내의 영역들에서 분말을 융합시키기 위해 턴 온되는 부분들을 포함한다. 나머지 수평 선들에서, 에너지 빔은 턴 온되지 않는다.

도 5a 내지 도 5d 및 도 6 에 예시된 예시적인 실시형태들은 래스터 스캐닝의 2 개의 예들일 뿐이지만, 다른 스캔 경로들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태들은 상이한 스캔 경로 형상들, 상이한 경로 시작부들 및/또는 경로 종단부들, 상이한 리세팅 등을 사용할 수 있다.

도 7 은 PBF 를 위한 래스터 스캐닝의 예시적인 방법의 플로우차트이다. 분말의 층이 지지될 수 있다 (701). 예를 들어, 분말 베드가 분말 재료의 다음 층을 지지할 수 있고, 분말 베드는 도 1a 내지 도 1d 에 대하여 상기 설명된 바와 같이, 구축 판에 의해 지지될 수 있다. 에너지 빔이 생성될 수 있다 (702). 예를 들어, 에너지 빔 소스 (103) 와 같은 에너지 빔 소스는 에너지 빔을 생성할 수 있다. 다른 예는 전자 그리드 (201), 전자 그리드 조절기 (203), 및 포커스 (205) 에 의해 생성된 포커싱된 전자 빔 (209) 일 수 있다. 에너지 빔은 층에서 분말을 융합시키기 위해 래스터 스캔으로 인가될 수 있다 (703). 예를 들어, 스캔 경로 (501), 스캔 경로 (601) 등과 같은 스캔 경로가 사용될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c 는 PBF 작업 영역을 세분화하는 단계를 포함하는 예시적인 래스터 스캐닝 방법을 예시한다. 도 8a 는 스캐닝될 분말 층을 표현하는 작업공간 (801) 을 도시한다. 이 점에서, 작업공간 (801) 은 물리적 구조가 아니라물리적 구조, 즉 스캐닝될 분말 층을 표현하고, 분말 층의 스캐닝을 제어하는데 사용될 수 있는 데이터 구조인 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 2 의 제어기 (206) 는 분말 층 (211) 의 스캐닝을 제어하기 위해 이러한 작업공간을 사용할 수도 있다.

작업공간 (801) 은 예를 들어, 세분들 (803) 을 생성하기 위해 행들 및 열들로 분할될 수 있다. 도 8a 에서, 작업공간 (801) 은 총 100 개의 세분들 (803) 을 위해, (y-방향에서) 10 개의 행들 및 (x-방향에서) 10 개의 열들, 즉 10 × 10 레졸루션으로 분할된다. 10 × 10 레졸루션이 이해를 위해 도시되지만, 다양한 응용들에서 레졸루션은 상당히 더 높을 수 있을 것이다. 다양한 실시형태들에서, 각각의 세분 (803) 은 작업 영역 (801) 에 의해 표현된 분말 층에 인가될 에너지 빔의 단면 영역인 빔 영역 (805) 과 대략 동일한 사이즈일 수 있다.

도 8a 는 에너지 빔이 분말을 융합시키기 위해 인가될 분말 층의 영역을 나타내는 융합 영역 (807) 을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 융합 영역 (807) 은 세분들 (803) 중 소정의 세분들과 일치할 수 있다. 따라서, 융합 영역 (807) 은 일치하는 세분들 (803) 에 의해 표현될 수 있다. 이렇게 하여, 예를 들어, 래스터 스캔 동안의 에너지 빔 조절은 어느 세분들이 융합 영역과 일치하는지 (즉, 빔 온) 그리고 어느 세분들이 융합 영역과 일치하지 않는지 (즉, 빔 오프) 에 기초하여 제어될 수도 있다. 이런 의미에서, 작업공간은 디지털화되거나, 또는 "픽셀화될" 수 있고, 이는 래스터 스캐닝의 효율을 개선시킬 수도 있다.

도 8b 는 분말 층 (810) 에 걸친 스캔 경로 (809) 를 도시한다. 스캔 경로 (809) 는 빔 오프 (811) 부분들, 빔 온 (813) 부분들, 및 리셋 (빔 오프) (815) 부분들을 포함할 수 있다. 융합 영역 (807) 의 윤곽은 슬라이스 윤곽 (817) 으로서 도시된다. 도 8b 에 의해 예시된 바와 같이, 스캐닝은, 스캔 경로 (809) 의 빔 오프 (811) 부분들이 융합 영역 (807) 의 부분을 포함하지 않는 세분들 (803) 에 대응할 수 있고, 빔 온 (813) 부분들이 융합 영역의 부분을 포함하는 세분들에 대응할 수 있도록 제어될 수 있다.

도 8c 는 도 8b 에 도시된 래스터 스캔에 대한 빔 편향 제어 (x-편향 전압 그래프 (819) 및 y-편향 전압 그래프 (821)) 및 빔 파워 제어 (빔 파워 그래프 (823)) 를 예시한다. 세분들의 제 1 행, 즉, y = 1 및 x = 1-10 에 대해, x-편향 전압은 (도면에 보여진 바와 같이) 세분들 (803) 의 최좌측 열에 대한 빔 편향에 대응하는 최대 음전압으로부터 세분들의 최우측 열에 대한 빔 편향에 대응하는 최대 양전압으로 꾸준히 증가할 수 있다. y-편향 전압은 제 1 행에 걸쳐 일정한 y-편향을 유지하는 것에 대응하는 최대 음전압으로 일정하게 유지될 수 있다. 제 1 행에서의 세분들 (803) 은 융합 영역 (807) 의 부분을 포함하지 않기 때문에, 빔 파워는 제 1 행에 대해 오프로 유지된다. 리셋 주기 동안, x-편향 전압은 최대 음으로 감소될 수 있고, y-편향 전압은 최대 음으로부터 제 2 행에 걸친 y-편향에 대응하는 값으로 증가할 수 있다.

세분들의 제 2 행, 즉, y = 2 및 x = 1-10 에 대해, x-편향 전압은 다시 세분들 (803) 의 최좌측 열에 대한 빔 편향에 대응하는 최대 음전압으로부터 세분들의 최우측 열에 대한 빔 편향에 대응하는 최대 양전압으로 꾸준히 증가할 수 있다. y-편향 전압은 제 2 행에 걸쳐 일정한 y-편향을 유지하는 것에 대응하는 전압으로 일정하게 유지될 수 있다. 빔 파워는, 빔이 제 2 행에서 제 1 세분 (803) (즉, x = 1) 을 향해 편향되는 동안 오프로 유지될 수 있다. 그러나, 빔이 세분들 x = 2 내지 x = 9 에 걸쳐 스캐닝할 때, 빔 파워는 턴 온될 수 있다. 빔 파워는, 제 2 행에서 세분 x = 10 에 대해 턴 오프될 수 있다. 그 후, 스캐닝은 다시 x-편향 전압을 최대 음으로 감소시키고 y-편향 전압을 제 2 행에 걸친 y-편향에 대응하는 값으로부터 제 3 행에 걸친 y-편향에 대응하는 값으로 증가시킴으로써 리셋될 수 있다.

세분들의 제 3 행, 즉, y = 3 및 x = 1-10 에 대해, x-편향 전압은 다시 세분들 (803) 의 최좌측 열에 대한 빔 편향에 대응하는 최대 음전압으로부터 세분들의 최우측 열에 대한 빔 편향에 대응하는 최대 양전압으로 꾸준히 증가할 수 있다. y-편향 전압은 제 3 행에 걸쳐 일정한 y-편향을 유지하는 것에 대응하는 전압으로 일정하게 유지될 수 있다. 빔 파워는, 빔이 제 2 행에서 제 1 세분 (803) (x = 1) 을 향해 편향되는 동안 오프로 유지될 수 있고, 세분 x = 2 에 대해 턴 온되고, 세분들 x = 3 내지 x = 8 에 대해 턴 오프되고, 세분 x = 9 에 대해 턴 온되고, 그리고 세분 x = 10 에 대해 턴 오프될 수 있다. 스캐닝은 다시 x-편향 전압을 최대 음으로 감소시키고 y-편향 전압을 제 3 행에 걸친 y-편향에 대응하는 값으로부터 제 4 행에 걸친 y-편향에 대응하는 값으로 증가시킴으로써 리셋될 수 있다. 스캐닝은, 전체 분말 층 (810) 이 스캐닝될 때까지 이 방식으로 진행될 수 있다.

도 9a 내지 도 9d 및 도 10 은 PBF 에너지 빔에 대한 멀티-패스 스캐닝의 예시적인 실시형태를 예시한다. 다양한 실시형태들에서, 에너지 빔은, 에너지 빔이 단일 포커싱 동작을 위해 다수 회 작업 영역에 걸쳐 스캐닝되는, 멀티-패스 스캐닝에 의해 인가될 수 있다. 다시 말해서, 에너지 빔은 에너지 빔이 로케이션들의 각각에 다수 회 인가되는 그러한 방식으로 다수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 인가될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 에너지 빔은 또한, 분말 층에서, 예를 들어, 도 9a 내지 도 9d 의 예에서와 같이, 융합될 영역 주위의 영역에서, 다른 로케이션들에 1 회 이상 인가될 수 있다. 그러나, 멀티-패스 스캐닝은 단지 융합 영역에만 에너지 빔을 인가하는 구현들을 포함하며, 에너지 빔은 다수 회 인가되는 것으로 이해되어야 한다.

도 9a 내지 도 9d 는 예시적인 멀티-패스 스캐닝 방법을 예시한다. 이 예에서, 래스터 스캔이 사용된다. 그러나, 다양한 실시형태들에서, 멀티-패스 스캐닝은 벡터 스캐닝과 같은 다른 스캐닝 방법들을 사용하여 구현될 수 있다. 도 9a 는 예의 멀티-패스 스캔에서의 제 1 패스 (901) 를 예시한다. 도 9a 는 분말 층 (903), 스캔 경로 (905), 및 융합 영역 (909) 주위의 슬라이스 윤곽 (907) 을 도시한다. 도면은 또한, 에너지 빔이 융합 영역 (909) 뿐만 아니라 융합 영역을 둘러싸는 영역에 인가되는 제 1 빔 인가 (911) 를 도시한다. 제 1 빔 인가는 융합 영역 (909) 및 그 주변 영역을 분말의 융점에 가깝지만 그 융점 이하의 (below) 온도로 가열할 수 있다. 이렇게 하여, 예를 들어, 융합 영역 (909) 을 둘러싸는 영역은 융합 영역과 함께 가열될 수 있고, 이는 예를 들어, 융합된 영역에서 분말을 융합함으로써 형성된 슬라이스에서 더 적은 내부 응력을 초래할 수도 있다.

도 9b 는 예의 멀티-패스 스캔에서의 제 2 패스 (913) 를 예시한다. 제 2 패스 (913) 에서, 융합 영역 (909) 에서의 분말은 제 2 빔 인가 (915) 에 의해 용융된다 (다음 도면, 도 9c 에 도시된 용융된 분말). 구체적으로는, 제 1 빔 인가 (911) 가 융합 영역 (909) 을 분말의 융점 이하의 온도로 가열한 후, 제 2 빔 인가 (915) 는 융합 영역을 융점보다 높은 (above) 온도로 가열할 수 있다.

도 9c 는 예의 멀티-패스 스캔에서의 제 3 패스 (917) 를 예시한다. 제 3 패스 (917) 에서, 편향 제어는 이전 패스들에서와 같이 스캔 경로 (905) 를 따를 수 있다. 그러나, 에너지 빔은 전체 스캔 경로 (905) 에 대해 오프로 유지될 수 있다. 이렇게 하여, 예를 들어, 융합 영역 (909) 에서의 용융된 분말 (919) 의 온도가 냉각하도록 허용될 수 있다. 편향 제어는 이 예에서 제 3 패스로서 스캔 경로를 따르지만, 다양한 구현들에서 편향 제어는 이 시간 동안 단순히 스캐닝하지 않을 수도 있으며, 즉 패스를 수행하지 않을 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 빔 인가 없는 패스들 동안 조차 스캔 경로를 따르는 편향 제어를 유지함으로써, 전자 제어 회로부는, 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 단순화될 수도 있다.

도 9d 는 예의 멀티-패스 스캔에서의 제 4 패스 (921) 를 예시한다. 제 4 패스 (921) 에서, 에너지 빔은 제 3 빔 인가 (923) 에서 융합 영역 (909) 및 그 융합 영역을 둘러싸는 영역에 인가된다. 이렇게 하여, 예를 들어, 용융된 분말 (919) 의 냉각이 제어될 수 있다 (즉, 냉각의 레이트를 감소). 추가로, 주변 영역에서 분말을 용융시키지 않고, 융합 영역 (909) 을 둘러싸는 영역의 재가열은, (예시를 목적으로 도 9d 에 도시된) 융합된 분말 (925) 을 형성하기 위해 용융된 분말 (919) 이 냉각될 때 형성할 수 있는 응력들을 추가로 감소시킬 수도 있다.

이 예에서, 패스들의 각각에서의 스캔 경로들은 동일하다. 그러나, 다양한 실시형태들에서, 스캔 경로들은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스캔 경로는 전체 분말 층의 래스터 스캔을 포함할 수도 있는 한편, 제 2 스캔 경로는 단지 융합 영역 플러스 융합 영역을 둘러싸는 영역을 포함할 수도 있고, 제 3 스캔 경로는 융합 영역에서 벡터 스캔 경로를 단지 포함할 수도 있고, 제 4 스캔 경로는 융합 영역에서 상이한 벡터 스캔 경로를 포함할 수도 있다.

도 10 은 PBF 를 위한 멀티-패스 스캐닝의 예시적인 방법의 플로우차트이다. 분말의 층이 지지될 수 있다 (1001). 예를 들어, 분말 베드는 분말 재료의 다음 층을 지지할 수 있고, 분말 베드는 도 1a 내지 도 1d 에 대하여 상기 설명된 바와 같이, 구축 판에 의해 지지될 수 있다. 에너지 빔이 생성될 수 있다 (1002). 예를 들어, 에너지 빔 소스 (103) 와 같은 에너지 빔 소스는 에너지 빔을 생성할 수 있다. 다른 예는 전자 그리드 (201), 전자 그리드 조절기 (203), 및 포커스 (205) 에 의해 생성된 포커싱된 전자 빔 (209) 일 수 있다. 에너지 빔은 복수의 로케이션들에서의 층에서 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 다수 회 인가될 수 있다 (1003).

일부 실시형태들에서, 멀티-패스 스캐닝은 구축 피스, 구축 피스를 포함하는 영역, 전체 분말 층 등의 온도 프로파일을 제어하는데 사용될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 예를 들어, 도 9a 내지 도 9d 는, 융합 영역 및 그 융합 영역을 둘러싸는 영역의 온도가 예열과 같은 제어된 가열, 및 제어된 냉각을 허용하도록 제어될 수 있는 멀티-패스 스캐닝의 예의 구현을 예시한다.

도 11 은 융합 영역의 예시적인 멀티-패스 제어된 온도 프로파일 (1101) 을 예시한다. 멀티-패스 제어된 온도 프로파일 (1101) 은, 제 1 빔 인가가 융합 영역을 융점 이하의 온도로 가열할 수 있는, 예열 (1103) 을 포함할 수 있다. 용융 (1105) 주기 동안, 에너지 빔은 계속 인가되고, 분말은 고체에서 액체로 트랜지션한다. 융점 (1106) 선은 분말의 용융 온도를 나타낸다. 용융 풀 (1107) 주기 동안, 에너지 빔은, 용융 풀이 피크 온도에 도달할 때까지 계속 인가되고, 그 후 에너지 빔은, 냉각 (1109) 주기 동안 용융된 분말이 냉각하기 시작하는 지점에서, 턴 오프된다. 냉각하는 용융된 분말은 융점 (1106) 에 도달하고 응고 (1111) 주기 동안 액체에서 고체로 트랜지션한다. 제어된 냉각 (1113) 주기 동안, 냉각 온도는 에너지 빔의 주기적 인가에 의해 제어된다.

다시 말해서, 멀티-패스 스캐닝은 시간의 경과에 따라 분말 층으로 디포짓된 에너지의 양 (예를 들어, 에너지 디포지션의 레이트) 을 제어하도록 구현될 수 있다.

다양한 실시형태들에서, 온도는 모델, 예를 들어, 구축 피스, 루스 분말 등의 가열 및 냉각 메커니즘들의 물리학-기반 열 모델에 기초하여 제어될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 온도 제어는 온도 피드백 시스템에 기초할 수 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1d 의 온도 센서 (122) 는 용융된 분말의 온도를 감지할 수 있고, 도 2 의 제어기 (206) 와 같은 스캐닝 제어기는, 원하는 제어된 냉각을 달성하기 위해 멀티-패스 스캐닝을 제어하도록 온도 정보를 사용할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 융합 영역을 둘러싸는 영역 같은 루스 분말 영역들, 전체 분말 베드 등과 같은 다른 영역들의 온도 프로파일은, 제어될 수 있다.

도 12 는 PBF 를 위한 멀티-패스 온도 프로파일 제어의 예시적인 방법의 플로우차트이다. 방법은 제 1 패스에서 에너지 빔을 인가하는 단계 (1201) 및 제 1 빔 인가 후 작업 영역의 영역에서 온도를 감지하는 단계 (1202) 를 포함한다. 예를 들어, 온도 센서 (122) 와 같은 온도 센서는 온도가 제 2 빔 인가를 위해 충분히 낮은지를 결정하기 위해 융합 영역에서 용융된 분말의 온도를 감지하는데 사용될 수 있다. 에너지 빔은 감지된 온도에 기초하여 제 2 패스에서 인가될 수 있다 (1203). 예를 들어, 용융된 분말의 온도가 너무 빨리 떨어지면, 제 2 빔 인가가 냉각의 레이트를 늦추기 위해 적용될 수 있다.

다양한 실시형태들에서, 전체 융합 영역을 스캐닝함으로써, 제어된 소결/용융 온도 프로파일들이 구현될 수 있다. 전체 융합 영역은 제어된 워밍 (warming), 용융, 냉각, 및 응력 완화를 허용하는 방식으로 노출될 수 있다. 예를 들어, 워밍 스테이지에서, 에너지 빔 파워는, 더 낮은 내부 응력들 및 더 나은 치수 공차에 의한 구축들을 초래할 열 응력들을 방지하기 위해 더 큰 침투 및 더 빠른 스캔 속도들이 구축 피스의 열 경사도를 넓어지게 하기 위해 증가될 수 있다. 분말 베드에 배치된 열전대들 및 열 카메라들은 온도 피드백을 제공할 수 있다.

다양한 실시형태들에서, 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 것은, 예를 들어, 에너지 빔을 인가하지 않고 스캐닝 패스를 행함으로써, 로케이션들의 각각에 대한 에너지 빔의 인가 간의 시간을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 것은, 에너지 빔이 로케이션들의 각각에 인가되는 횟수를 제어하는 것을 포함할 수 있고, 예를 들어, 도 9a 내지 도 9d 의 예에서의 에너지 빔은 융합 영역에 3 회 인가되고 융합 영역을 둘러싸는 영역에 2 회 인가된다. 다양한 실시형태들에서, 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 것은 에너지 빔의 파워를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우에, 예를 들어, 상이한 빔 파워들은 멀티-패스 스캐닝의 상이한 패스들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 빔 파워는 제어된 냉각을 위해 사용되는 예열을 위해 사용될 수 있다.

이전의 설명은 임의의 당업자가 본 명세서에서 설명된 다양한 양태들을 실시할 수 있게 하도록 제공된다. 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 이들 예시적인 실시형태들에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 용이하게 명백할 것이다. 따라서, 청구항들은 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 예시적인 실시형태들에 제한되도록 의도된 것이 아니라, 언어 청구항들과 일치하는 전체 범위를 따르도록 하기 위한 것이다. 당업자들에게 알려져 있거나 또는 추후에 알려지게 될 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 예시적인 실시형태들의 엘리먼트들에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들이 청구항들에 의해 포괄되도록 의도된다. 더욱이, 본 명세서에서 개시된 어떤 것도, 이러한 개시가 청구항들에서 명시적으로 기재되는지 여부에 상관없이 공중에 전용되도록 의도되지 않는다. 어떠한 청구항 엘리먼트도, 그 엘리먼트가 어구 "~ 위한 수단" 을 사용하여 분명히 기재되지 않는 한, 또는 방법 청구항의 경우에, 그 엘리먼트가 어구 "~ 위한 단계" 를 사용하여 기재되지 않는 한, 35 U.S.C.§112(f) 의 규정들 또는 적용가능한 관할권에서의 유사한 법률 하에서 해석되지 않아야 한다.

Claims

분말 베드 융합 (powder-bed fusion) 을 위한 장치로서,
분말 재료의 층을 지지하는 구조물;
에너지 빔을 생성하는 에너지 빔 소스; 및
복수의 로케이션들에서의 상기 층에서 상기 분말 재료의 영역을 융합 (fusing) 시키기 위해 상기 에너지 빔을 인가하는 편향기로서, 상기 편향기는 상기 에너지 빔을 상기 로케이션들의 각각에 복수 회 인가하도록 추가로 구성되는, 상기 편향기를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 편향기는 래스터 스캔을 통해 상기 에너지 빔을 인가하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 에너지 빔 소스는 상기 래스터 스캔 동안 상기 에너지 빔을 조절하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 에너지 빔 소스는 상기 래스터 스캔 동안 상기 에너지 빔을 조절하는 디지털 신호 프로세서를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 편향기가 상기 에너지 빔을 인가하는 동안 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 온도 제어기를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 로케이션들의 각각에 대한 상기 에너지 빔의 인가 간의 시간을 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 에너지 빔이 상기 로케이션들의 각각에 인가되는 횟수를 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 에너지 빔의 파워를 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 영역의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하고, 상기 온도 제어기는 감지된 상기 온도에 기초하여 상기 분말 재료 층의 온도를 제어하도록 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어기는, 상기 영역의 냉각의 레이트가 수정되도록, 상기 분말 재료의 상기 영역의 온도가 감소하고 있는 시간의 주기 동안 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하도록 상기 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 분말 재료를 융합시키지 않고 상기 분말 재료의 상기 영역을 예열하기 위해 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하도록 상기 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 분말 재료의 상기 영역 주위의 더 큰 영역을 예열하도록 상기 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
분말 베드 융합을 위한 장치로서,
분말 재료 지지 구조물;
분말 재료 지지 표면으로 지향된 에너지 빔 소스;
상기 구조물에 의해 지지된 분말 재료의 층에 복수의 스캔들을 제공하도록 구성된 편향기를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 편향기는 래스터 스캐너를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 에너지 빔 소스는 래스터 스캐너의 래스터 스캔 동안 조절된 에너지 빔을 생성하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 스캔들 동안 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 온도 제어기를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 스캔들 간의 시간을 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 스캔들의 수를 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 스캔들의 각각의 지속기간을 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 에너지 빔의 파워를 제어하기 위해 상기 에너지 빔 소스를 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 분말 재료 지지 구조물과 함께 배열된 온도 센서를 포함하고, 상기 온도 제어기는 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도에 기초하여 상기 분말 재료의 온도를 제어하도록 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
분말 베드 융합을 위한 장치로서,
분말 재료의 층을 지지하는 구조물;
에너지 빔을 생성하는 에너지 빔 소스; 및
복수의 로케이션들에서의 상기 층에서 상기 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 상기 에너지 빔을 인가하는 편향기로서, 상기 편향기는 래스터 스캔으로 상기 에너지 빔을 인가하도록 추가로 구성되는, 상기 편향기를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 에너지 빔 소스는 상기 래스터 스캔 동안 상기 에너지 빔을 조절하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 에너지 빔 소스는 상기 래스터 스캔 동안 상기 에너지 빔을 조절하는 디지털 신호 프로세서를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 편향기가 상기 에너지 빔을 인가하는 동안 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 온도 제어기를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 로케이션들의 각각에 대한 상기 에너지 빔의 인가 간의 시간을 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 에너지 빔이 상기 로케이션들의 각각에 인가되는 횟수를 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 에너지 빔의 파워를 제어함으로써 상기 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 상기 에너지의 양을 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 영역의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하고, 상기 온도 제어기는 감지된 상기 온도에 기초하여 상기 분말 재료 층의 온도를 제어하도록 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 온도 제어기는, 상기 영역의 냉각의 레이트가 수정되도록, 상기 분말 재료의 상기 영역의 온도가 감소하고 있는 시간의 주기 동안 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하도록 상기 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 분말 재료를 융합시키지 않고 상기 분말 재료의 상기 영역을 예열하기 위해 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하도록 상기 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
제 31 항에 있어서,
상기 온도 제어기는 상기 분말 재료의 상기 영역 주위의 더 큰 영역을 예열하도록 상기 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는, 분말 베드 융합을 위한 장치.
분말 베드 융합을 위한 방법으로서,
분말 재료의 층을 지지하는 단계;
에너지 빔을 생성하는 단계; 및
복수의 로케이션들에서의 상기 층에서 상기 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 상기 에너지 빔을 인가하는 단계로서, 상기 에너지 빔은 상기 로케이션들의 각각에 복수 회 인가되는, 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 33 항에 있어서,
상기 에너지 빔을 인가하는 단계는 래스터 스캔으로 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 34 항에 있어서,
상기 에너지 빔을 인가하는 단계는 상기 래스터 스캔 동안 상기 에너지 빔을 조절하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 33 항에 있어서,
상기 에너지 빔의 인가 동안 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 로케이션들의 각각에 대한 상기 에너지 빔의 인가 간의 시간을 제어하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 에너지 빔이 상기 로케이션들의 각각에 인가되는 횟수를 제어하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 에너지 빔의 파워를 제어하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 온도 센서에 의해 감지된 상기 분말 재료의 온도에 기초하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는, 상기 영역의 냉각의 레이트가 수정되도록, 상기 분말 재료의 상기 영역의 온도가 감소하고 있는 시간의 주기 동안 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 분말 재료를 융합시키지 않고 상기 분말 재료의 상기 영역을 예열하기 위해 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 42 항에 있어서,
상기 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 분말 재료의 상기 영역 주위의 더 큰 영역을 예열하는 단계를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
분말 베드 융합을 위한 방법으로서,
분말 재료의 층을 지지하는 단계;
에너지 빔을 생성하는 단계; 및
복수의 로케이션들에서의 상기 층에서 상기 분말 재료의 영역을 융합시키기 위해 상기 에너지 빔을 인가하는 단계로서, 상기 에너지 빔은 래스터 스캔으로 인가되는, 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 44 항에 있어서,
상기 에너지 빔을 인가하는 단계는 상기 래스터 스캔 동안 상기 에너지 빔을 조절하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 44 항에 있어서,
상기 에너지 빔의 인가 동안 분말 재료 층의 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 로케이션들의 각각에 대한 상기 에너지 빔의 인가 간의 시간을 제어하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 에너지 빔이 상기 로케이션들의 각각에 인가되는 횟수를 제어하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 에너지 빔의 파워를 제어하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 온도에 기초하여 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 온도 센서에 의해 감지된 상기 분말 재료의 온도에 기초하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는, 상기 영역의 냉각의 레이트가 수정되도록, 상기 분말 재료의 상기 영역의 온도가 감소하고 있는 시간의 주기 동안 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 분말 재료를 융합시키지 않고 상기 분말 재료의 상기 영역을 예열하기 위해 상기 분말 재료의 상기 영역에 상기 에너지 빔을 인가하는 단계를 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.
제 52 항에 있어서,
상기 디포짓된 에너지의 양을 제어하는 단계는 상기 분말 재료의 상기 영역 주위의 더 큰 영역을 예열하는 단계를 더 포함하는, 분말 베드 융합을 위한 방법.