KR20200051821A - 하나 이상의 분말을 계량하기 위한 디바이스, 대응하는 계량 프로세스 및 디바이스를 포함하는 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

주어진 체적 유량으로 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동(23)을 생성하기 위해 하나 이상의 분말(A, B)을 계량하기 위한 디바이스는, ·실질적으로 주어진 체적 유량으로 제1 분말(A) 및 제1 캐리어 가스(G1)를 포함하는 제1 유동(27)을 공급하기에 적절한 적어도 제1 소스(25), · 실질적으로 주어진 체적 유량으로 조절 캐리어 가스 유동(35)을 공급하기에 적절한 캐리어 가스의 소스(33), · 상기 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동을 방출하기 위한 출구 결합부(49), · 제1 소스에 연결된 입구(61), 제1 유동의 체적 백분율(X1)을 출구 결합부로 선택적으로 전달하기 위한 제1 출구(63), 및 제1 유동의 체적 백분율(100·X1)을 방출하기에 적절한 제2 출구(65)를 포함하는 제1 비례 밸브(59), · 조절 캐리어 가스 유동의 적어도 하나의 분율을 수신하도록 제1 연결 라인(G0)에 의해 상기 캐리어 가스 소스에 연결된 입구(77), 상기 분율의 체적 백분율(Y)을 방출하기 위한 제1 출구(79), 및 상기 분율의 체적 백분율(100-Y)을 방출하기에 적절한 제2 출구(81)를 포함하는 조절 비례 밸브(75), 및 · 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동이 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖도록 적어도 제1 비례 밸브 및 조절 비례 밸브를 제어하기에 적절한 제어 시스템(21)을 포함한다.

Description

하나 이상의 분말을 계량하기 위한 디바이스, 대응하는 계량 프로세스 및 디바이스를 포함하는 3D 프린터

본 발명은 적어도 제1 분말을 분무하는 3D 인쇄 설비를 위해 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동을 생성하도록 하나 이상의 분말을 계량하기 위한 디바이스, 뿐만 아니라 그러한 디바이스를 통합한 3D 프린터 및 해당 디바이스를 이용하는 프로세스에 관한 것이다.

본 발명은, 예를 들어 컴퓨터 보조 설계로부터 3차원 금속 부품의 직접적인 빠른 제조 및 수리 분야에 관한 것이다. 금속 분말(들)을 분무함으로써 재표면화(resurfacing)하는 적층 구성 및 레이저 금속 퇴적(laser metal deposition)(LMD) 프로세스는 완벽하게 제어된 치수를 갖는 퇴적물을 생성하기 위해 레이저 빔의 도움으로 하나 이상의 금속 분말(들)을 용융시키는 것으로 구성된다. 재료층은 기능적인 기술 부품을 만들기 위해 연속적으로 적층된다. 이 3D 인쇄 제조 방법은 자동차 분야에서 항공 우주 분야까지 수많은 기술 분야에서 사용될 수 있다.

현재 LMD 기술은 재료의 제거가 완제품의 최대 80%에 달할 수 있는 전형적인 기계 가공에 비해 재료의 절감이 가능하다. 산업계에서 이용되는 금속의 비용을 고려해 볼 때, 제조업자는 재료의 소비를 감소시킬 수 있게 하는 기술을 찾고 있다. 따라서, 적층 제조 사용자는, 생산된 부품의 기계적 물성을 보존하면서 사용된 분말(들)의 양을 감소시키려고 한다.

현재의 분말 계량 디바이스는 일반적으로 전체 크기, 충전 및 유지 보수의 이유로 3D 인쇄기의 인클로저 외부에 위치된다. 이들 디바이스는 가요성 튜브를 통해 분말을 하나 이상의 분사 노즐에 연속적으로 분배한다. 분사 노즐은 분말을 레이저 빔을 향해 안내한다. 분말은 일반적으로 그 이동을 가능하게 하도록 캐리어 가스, 예를 들어 아르곤의 유동에서 운송된다.

현재, 계량 디바이스와 노즐 또는 노즐들 사이의 비교적 먼 거리는, 10초에 가까운, 분말의 시동과 도착 사이의 긴 응답 시간을 유도한다. 이 반응 시간은 분말의 유동을 정지시키거나, 분말의 종류를 순간적으로 변경하거나, 심지어는 분말의 유량을 조절하는 것이 불가능하기 때문에 이 기술의 개발에 해롭다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점 중 일부 또는 전부를 완화시키는 것, 즉 구체적으로 경사 물성(graded property)을 갖는 부품의 제조를 가능하게 하는 하나 이상의 분말을 계량하기 위한 디바이스를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 주어진 체적 유량으로 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동을 생성하기 위해 하나 이상의 분말을 계량하기 위한 디바이스로 구성되며, 디바이스는,

- 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 제1 분말 및 제1 캐리어 가스를 포함하는 제1 유동을 공급하도록 구성된 적어도 제1 소스,

- 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 조절 캐리어 가스 유동을 공급하도록 구성된 캐리어 가스의 소스,

- 상기 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동을 전달하기 위한 출구 결합부,

- 제1 유동을 수신하도록 제1 소스에 연결된 입구, 제1 유동의 체적 백분율(X1)을 출구 결합부로 선택적으로 전달하기 위한 제1 출구, 및 제1 유동의 체적 백분율(100-X1)을 전달하도록 구성된 제2 출구를 포함하는 적어도 제1 비례 밸브로서, 백분율(X1)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이고 제1 비례 밸브의 설정을 나타내는 것인 제1 비례 밸브,

- 조절 캐리어 가스 유동의 적어도 분율을 수신하도록 제1 연결 라인에 의해 상기 캐리어 가스 소스에 연결된 입구, 상기 분율의 체적 백분율(Y)을 전달하도록 구성된 제1 출구, 및 상기 분율의 체적 백분율(100-Y)을 전달하도록 구성된 제2 출구를 포함하는 조절 비례 밸브로서, 백분율(Y)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이고 조절 비례 밸브의 설정을 나타내는 것인 조절 비례 밸브, 및

- 적어도 제1 비례 밸브 및 조절 비례 밸브를 제어하도록 구성되고 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동이 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖도록 구성된 제어 시스템을 포함한다.

특정 실시예에 따르면, 디바이스는 개별적으로 또는 모든 기술적으로 가능한 조합으로 다음 특징 중 하나 이상을 갖는다:

- 디바이스는, 제1 유동의 적어도 일부를 재순환시키기 위한 제1 재순환 시스템, 및 상류에서, 제1 유동의 백분율(1-X1)을 수신하도록 제1 비례 밸브의 제2 출구에 그리고 상기 분율의 백분율(Y)을 수신하도록 조절 비례 밸브의 제1 출구에 연결되고, 하류에서, 제1 재순환 시스템의 입구에 연결되는 적어도 제1 재순환 결합부를 적어도 더 포함하며, 제어 시스템은 제1 재순환 시스템의 입구가 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량을 수신하도록 구성되고;

- 디바이스는 제1 재순환 시스템의 출구에 연결된 흡인 및 여과 시스템, 및 제1 재순환 시스템과 흡인 및 여과 시스템 사이의 헤드 손실을 조절하기 위한 부재를 포함하고, 조절기 부재는 출구 결합부에서의 압력과 제1 재순환 결합부에서의 압력이 서로 실질적으로 동일하도록 구성되며;

- 제1 비례 밸브 및 조절 비례 밸브 각각은 제1 유동을 백분율(X1) 및 백분율(100-X1)로, 그리고 조절 캐리어 가스 유동의 분율을 백분율(Y) 및 백분율(100-Y)로 각각 분할하도록 내부 확산기 및 확산기에 대해 회전 이동하는 스위치를 포함하고;

- 출구 결합부는 또한 상기 분율의 체적 백분율을 수신하도록 조절 비례 밸브의 제2 출구에 연결되고, 디바이스는 백분율(X1) 및 백분율(Y)이 서로 실질적으로 동일하고 상기 분율이 100%와 동일하도록 구성되며;

- 디바이스는 제1 분말과 별개인 제2 분말 및 캐리어 가스를 포함하는 제2 유동을 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 공급하도록 구성된 제2 소스, 및 제2 유동을 수신하도록 제2 소스에 연결된 입구, 제2 유동의 체적 백분율(X2)을 출구 결합부로 선택적으로 전달하도록 구성된 제1 출구 및 제2 유동의 체적 백분율(100-X2)을 전달하도록 구성된 제2 출구를 포함하는 제2 비례 밸브를 더 포함하고, 백분율(X2)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이고 제2 비례 밸브의 설정을 나타내며, 제어 시스템은 제2 비례 밸브를 제어하도록 추가로 구성되고;

- 디바이스는, 제2 스트림의 적어도 일부를 재순환시키기 위한 제2 재순환 시스템, 및 상류에서, 제2 유동의 백분율(100-X2)을 수신하도록 제2 비례 밸브의 제2 출구에 그리고 상기 분율의 비율(Y)을 수신하도록 비례 조절 밸브의 제2 출구에 연결되고, 하류에서, 제2 재순환 시스템의 입구에 연결되는 제2 재순환 결합부를 더 포함하며, 제어 시스템은 제2 재순환 시스템의 입구가 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량을 수신하도록 구성되고;

- 제어 시스템은 백분율(Y)이 백분율(X1 및 X2)의 합과 실질적으로 동일하고 상기 분율이 100%와 동일하도록 구성되며;

- 디바이스는 제1 연결 라인을 출구 결합부에 연결하여 조절 캐리어 가스 유동의 분율을 출구 결합부에 전달하는 제2 라인을 포함한다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 디바이스 및 상기 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동을 토출하기 위한 적어도 하나의 노즐을 포함하는 하나 이상의 분말을 분무하는 3D 프린터에 관한 것이다.

본 발명은 또한 주어진 체적 유량으로 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동을 생성하기 위한 하나 이상의 분말(들)을 계량하는 방법에 관한 것으로, 방법은 적어도 다음의 단계, 즉:

- 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 제1 분말 및 제1 캐리어 가스를 포함하는 제1 유동을 제1 소스로부터 획득하는 단계,

- 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 조절 캐리어 가스의 유동을 캐리어 가스의 소스로부터 획득하는 단계,

- 출구 결합부로부터 상기 분말(들) 및 벡터 가스의 유동을 전달하는 단계,

- 제1 비례 밸브의 입구를 통해 제1 유동을 수신하는 단계,

- 제1 비례 밸브의 제1 출구를 통해 제1 유동의 체적 백분율(X1)을 출구 결합부로 전달하는 단계,

- 제1 비례 밸브의 제2 출구를 통해 제1 유동의 체적 백분율(100-X1)을 전달하는 단계로서, 백분율(X1)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이며 제1 비례 밸브를 조절함으로써 획득되는 것인 단계,

- 조절 비례 밸브의 입구를 통해 조절 캐리어 가스 유동의 적어도 분율을 수신하는 단계로서, 상기 입구는 제1 연결 라인을 통해 캐리어 가스 소스에 연결되는 것인 단계,

- 조절 캐리어 가스의 상기 분율의 백분율(Y)을 조절 비례 밸브의 제1 출구를 통해 전달하는 단계,

- 상기 분율의 백분율(100-Y)을 조절 비례 밸브의 제2 출구를 통해 전달하는 단계로서, 백분율(Y)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이며 조절 비례 밸브의 조절에 의해 획득되는 것인 단계, 및

- 분말(들) 및 벡터 가스의 유동이 주어진 체적 유량과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖도록 구성된 제어 시스템에 의해 적어도 제1 비례 밸브 및 조절 비례 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명은 마지막으로 전술한 바와 같은 계량 방법을 통합한 3D 인쇄 방법에 관한 것이다. 본 발명은 단지 예로서 주어지고 첨부 도면을 참조한 다음의 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.

- 도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터의 개략도이다.
- 도 2는 2개의 분말을 계량하기 위한 도 1에 도시된 계량 디바이스의 개략도이다.
- 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 계량 디바이스의 다른 개략도이다.
- 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 계량 디바이스의 비례 밸브 중 어느 하나의 섹션의 보다 상세한 도면이다.
- 도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 계량 디바이스의 3개의 비례 밸브의 배치의 사시도이다.
- 도 6은 단 하나의 분말의 유동을 생성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 계량 디바이스의 개략도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 프린터(1)를 도 1을 참조하여 설명한다. 이 예에서, 프린터(1)는 2개의 분말(A 및 B)로부터 물체(3)를 제조하도록 구성된다.

프린터(1)는 레이저 빔(7)을 생성하기 위한 레이저 소스(5) 및 레이저 빔을 물체(3) 상에 포커싱하기 위한 포커싱 시스템(9)을 포함한다. 프린터(1)는 분말(A 및 B)을 계량하기 위한 디바이스(11) 및 분말(A 및 B) 및 캐리어 가스(G)의 유동을 분무하기 위한 노즐(15)을 포함하는 프린트 헤드(13)를 더 포함한다. 프린터(1)는 또한 물체(3)를 지지하고 예를 들어 2개의 수평 및 상호 수직 방향(X, Y)으로 이동되도록 구성된 머신 베이스(17) 및 머신 베이스(17)에 대해 프린트 헤드(13)를 방향(X, Y)에 수직인 방향(Z)으로 이동시키도록 구성된 액추에이터(19)를 포함한다. 프린터(1)는 계량 디바이스(11)의 일부인 제어 시스템(21)을 포함한다.

도시된 예에서, 포커싱 시스템(9)은 프린트 헤드(13)에 위치된다.

머신 베이스(17) 및 액추에이터(19)는 분말(A 및 B)의 유동 및 레이저 빔(7)에 대한 물체(3)의 이동을 생성하도록 구성된다.

도시되지 않은 변형에 따르면, 특히 분말(A 및 B)의 유동 및/또는 레이저 빔(7)에 대한 물체의 회전 이동을 획득하도록 다른 상대 이동 수단이 이용된다.

분말(A 및 B)은 유리하게는 강철 및 스테인리스강과 같은 다양한 금속 분말, 예를 들어 니켈, 코발트, 티타늄, 구리 또는 알루미늄에 기초한 금속 합금, 세라믹, 금속간 화합물, 및 또한 폴리머 또는 다른 복합 재료이다. 분말은 완전한 부품의 제조, 마모된 부품의 수리 또는 부품, 예를 들어 금속 부품의 표면 코팅을 위해 개별적으로 또는 별개의 층으로 사용될 수 있다. 사용되는 분말의 물성은 요구되는 특성 및 제조될 물체(3)의 용도에 따라 달라지므로, 도시되지 않은 변형예에서는, 프린터(1)가 디바이스(11)와 유사한 복수의 분말 계량 디바이스를 포함한다. 이는 동일한 3D 프린터에서 더 많은 분말 조합이 제공될 수 있게 하며 또한 디바이스(11)에 관한 유지 보수 작업 중에 사용의 연속성을 보장한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 디바이스(11)는 도 3에서 화살표로 나타낸 주어진 체적 유량(V0)으로 분말(A 및 B) 및 캐리어 가스(G)의 유동(23)을 생성하도록 구성된다.

디바이스(11)는 제1 분말(A) 및 제1 캐리어 가스(G1)를 포함하는 제1 유동(27)을 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 공급하도록 구성된 제1 소스(25), 제2 분말(B) 및 제2 캐리어 가스(G2)를 포함하는 제2 유동(31)을 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 공급하도록 구성된 제2 소스(29), 및 조절 캐리어 가스(35)의 유동을 또한 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 공급하도록 구성된 캐리어 가스(G)의 소스(33)를 포함한다.

디바이스(11)는 유리하게는 제1 유동(27)의 적어도 일부(37)를 재순환시키도록 구성된 제1 재순환 시스템(RA) 및 제2 유동(31)의 적어도 일부(39)를 재순환시키도록 구성된 제2 재순환 시스템(RB)을 포함한다.

디바이스(11)는 유리하게는 흡인 및 여과 시스템(41) 및 다양한 헤드 손실을 조절하기 위한 조절기 부재(43, 45, 47)를 포함한다.

디바이스(11)는 분말 및 캐리어 가스의 유동(23)을 전달하기 위한 출구 결합부(49), 하류에서 제1 재순환 시스템(RA)의 입구(53)에 연결된 제1 재순환 결합부(51) 및 하류에서 제2 재순환 시스템(RB)의 입구(57)에 연결된 제2 재순환 결합부(55)를 포함한다.

디바이스(11)는, 또한 제1 유동(27)을 수신하도록 라인(A1)을 통해 제1 소스(25)에 연결된 입구(61), 제1 유동(27)의 체적 백분율(X1)을 라인(A2)을 통해 출구 결합부(49)로 선택적으로 전달하기 위한 제1 출구(63) 및 제1 유동(27)의 체적 백분율(100-X1)을 라인(A3)을 통해 제1 재순환 결합부(51)로 전달하도록 구성된 제2 출구(65)를 포함하는 제1 비례 밸브(59)를 포함한다.

디바이스(11)는 또한 유사한 방식으로, 제2 유동(31)을 수신하도록 라인(B1)을 통해 제2 소스(29)에 연결된 입구(69), 제2 유동(31)의 체적 백분율(X2)을 라인(B2)을 통해 출구 결합부(49)로 선택적으로 전달하도록 구성된 제1 출구(71) 및 제2 유동(31)의 체적 백분율(100-X2)을 라인(B3)을 통해 제2 재순환 결합부(55)로 전달하도록 구성된 제2 출구(73)를 포함하는 제2 비례 밸브(67)를 포함한다.

디바이스(11)는 또한, 조절 캐리어 가스(35)의 유동의 분율을 수신하도록 제1 연결 라인(G0)을 통해 캐리어 가스 소스(33)에 연결된 입구(77), 상기 분율의 체적 백분율(Y)을 라인(G3)을 통해 제1 재순환 결합부(51)로 전달하도록 구성된 제1 출구(79), 및 상기 분율의 체적 백분율(100-Y)을 라인(G5)을 통해 제2 재순환 결합부(55)로 전달하도록 구성된 제2 출구(81)를 포함하는 조절 비례 밸브(75)를 포함한다.

도시된 예에서, 제2 연결 라인(G4)은 제1 연결 라인(G0)으로부터 분기되어 조절 캐리어 가스 유동(35)의 나머지 분율을 출구 결합부(49)로 전달한다.

캐리어 가스(G, G1, G2)는 유리하게는 동일한 종류이고, 예를 들어 아르곤이다.

주어진 체적 유량(V0)은 유리하게는 0.5 내지 100 l/min(경계값 포함), 바람직하게는 1 내지 10 l/min(경계값 포함)이다. 예를 들어, V0은 약 3 l/min의 값을 갖는다(여기서, "l"은 "리터"를 의미함).

조절기 부재(43)는 압력 스위치(83)에 의해 측정된 제1 재순환 결합부(51)에서의 압력(PA)을 조절하기 위해 제1 재순환 시스템(RA)과 흡인 및 여과 시스템(41) 사이에 위치된다.

조절기 부재(45)는 압력 스위치(85)의 도움으로 측정된 제2 재순환 결합부(55)에서의 압력(PB)을 조절하기 위해 제2 재순환 시스템(RB)과 흡인 및 여과 시스템(41) 사이에 위치된다.

조절기 부재(47)는 제2 연결 라인(G4)에 위치되고 조절 비례 밸브(75)의 입구(77)에 도달하는 조절 캐리어 가스 유동(35)의 체적 백분율(Z) 및 출구 결합부(49)까지 제2 연결 라인(G4)을 타는 조절 캐리어 가스 유동의 체적 백분율(100-Z)의 조절을 가능하게 한다.

체적 백분율(X1, X2 및 Y)은 제1 비례 밸브(59), 제2 비례 밸브(67) 및 조절 비례 밸브(75)의 설정을 각각 나타낸다. 백분율(X1, X2 및 Y)은 유리하게는 0%에서 100%까지(경계값 포함) 변할 수 있다.

조절기 부재(43, 45, 47)는 출구 결합부(49)에서의 출구 압력(P0), 제1 재순환 결합부(51)에서의 압력(PA) 및 제2 재순환 결합부(55)에서의 압력(PB)이 서로 실질적으로 동일하도록 구성된다.

여기서 "실질적으로 동일"이라 함은, 예를 들어, 분말 계량 비례 밸브의 비례 작동을 손상시킬 수 있는 배압이 하나 이상의 재순환 라인에 없음을 보장하기 위해 5% 미만만큼 서로 상이하다는 것을 의미한다.

조절기 부재(43, 45, 47)는, 예를 들어 밸브이다.

제어 시스템(21)은, 분말 및 캐리어 가스의 유동(23)이 주어진 체적 유량(V0)과 동일한 체적 유량을 갖도록 제1 비례 밸브(59), 제2 비례 밸브(67), 조절 비례 밸브(75) 및 유리하게는 조절기 부재(47)를 제어하도록 구성된다.

출구 결합부(49)에서의 출구 압력(P0)을 측정하는 데에 압력 스위치(87)가 사용된다.

제1 비례 밸브(59), 제2 비례 밸브(67) 및 조절 비례 밸브(75)는 유리하게는 서로 구조적으로 유사하다. 또한, 이하에서는 제1 비례 밸브(59)에 대해서만 설명한다.

도 4에서 확인될 수 있는 바와 같이, 제1 비례 밸브(59)는 제1 소스(25)에 연결된 입구(61)를 형성하는 입구 라인(89), 제1 유동(27)의 균질 분포를 생성하도록 구성된 내부 확산기(91), 축(D)을 중심으로 확산기에 대해 회전 이동하도록 장착되어, 제1 유동(27)을, 제1 출구(63) 및 제2 출구(65)를 각각 획정하는 2개의 순환 스트림(95, 97)에서, 한편으로, 체적 백분율(X1)로, 다른 한편으로, 백분율(100-X1)로 각각 분리하는 스위치(93)를 포함한다.

따라서, 확산기(91)에 대해 축(D)을 중심으로 한 스위치(93)의 각도 위치에는 제1 비례 밸브(59)의 설정을 나타내는 백분율(X1)의 값이 대응된다.

도 5에 도시된 하나의 특정 실시예에 따르면, 제1 비례 밸브(59), 제2 비례 밸브(67) 및 조절 비례 밸브(75)는 스위치(93)의 이동을 동축으로 되게 하도록 나란히 배치된다. 이는 2개의 스위치(93)를 서로 기계적으로 결합할 수 있게 하며, 그 이점은 나중에 명시될 것이다.

이제, 3D 프린터(1)의 작동에 대하여 설명한다.

도 1에서 확인될 수 있는 바와 같이, 레이저 소스(5)는 포커싱 시스템(9)에 의해 제조되는 물체(3) 상으로 포커싱되는 레이저 빔(7)을 생성한다.

부수적으로, 디바이스(11)는 주어진 체적 유량(V0)으로 분말 및 캐리어 가스의 유동(23)을 생성한다. 이 유동(23)은 노즐(15)을 통해 물체(3) 상으로 분무된다. 이는 레이저 빔(7)이 용융하게 되는 분말(A 및 B)을 물체(3) 상에 퇴적시킨다.

제어 시스템(21)은 축(X, Y)을 따라 병진 이동하도록 머신 베이스(17)를 제어하고, 축(Z)을 따라 프린트 헤드(13)를 병진 이동시키도록 액추에이터(19)를 제어하여 분말(A 및 B)을 필요한 위치에 퇴적시킨다.

도 3은 분말 및 캐리어 가스의 유동(23)의 준비를 예시한다.

제1 소스(25)는 주어진 체적 유량(V0)과 동일한 체적 유량으로 제1 유동(27)을 생성한다. 제1 유동(27)은 라인(A1)을 타고 입구(61)를 통해 제1 비례 밸브(59)로 유입된다. 제1 비례 밸브(59)는 제1 유동(27)을 2개의 분율로 분할한다. 백분율(X1)에 대응하는 제1 분율은 제1 출구(63)를 통해 전달되고 출구 결합부(49)까지 라인(A2)을 탄다. 체적 백분율(100-X1)에 대응하는 다른 분율은 제2 출구(65)를 통해 전달되고 제1 재순환 결합부(51)까지 라인(A3)을 탄다.

유사한 방식으로, 제2 소스(29)는 주어진 체적 유량(V0)과 동일한 체적 유량으로 제2 유동(31)을 생성한다. 제2 유동(31)은 라인(B1)을 타고 제2 비례 밸브(67)의 입구(69)에 도달한다. 제2 비례 밸브(67)는 제2 유동(31)을 2개의 분율로 분할한다. 체적 백분율(X2)에 대응하는 이들 분율 중 하나는 제1 출구(71)를 통해 떠나서 라인(B2)을 타고 출구 결합부(49)에 도달한다. 체적 백분율(100-X2)에 대응하는 다른 분율은 제2 출구(73)를 통해 전달되고 제2 재순환 결합부(55)까지 라인(B3)을 탄다.

캐리어 가스 소스(33)는 또한 체적 유량(V0)으로 조절 캐리어 가스 유동(35)을 생성한다. 조절 캐리어 가스 유동(35)의 연결 체적 백분율(Z)은 조절 비례 밸브(75)의 입구(77)까지 제1 연결 라인(G0)을 탄다. 체적 백분율(100-Z)에 대응하는 나머지 분율은 제2 연결 라인(G4)을 타고 조절기 부재(47)를 통해 출구 결합부(49)로 나아간다. 조절 비례 밸브(75)에 유입되는 조절 캐리어 가스 유동(35)의 분율 자체는 2개의 분율로 분할된다. 체적 백분율(Y)에 대응하는 제1 분율은 제1 출구(79)를 통해 전달되고 라인(G3)을 통해 제1 재순환 결합부(51)에 도달한다. 체적 백분율(100-Y)에 대응하는 다른 분율은 제2 출구(81)를 통해 전달되고 라인(G5)을 통해 제2 재순환 결합부(55)에 도달한다.

라인(A2)을 타는 제1 유동(27)의 분율, 라인(B2)을 타는 제2 유동(31)의 분율 및 적용 가능한 경우 라인(G4)을 타는 캐리어 가스의 분율은 출구 결합부(49)에서 혼합되어 분말 및 캐리어 가스의 유동(23)을 형성한다. 혼합기 부재(99)(도 2)는 유동(23)의 균질성을 개선하기 위해 출구 결합부(49)와 노즐(15) 사이에 임의로 추가된다.

제어 시스템(21)은 체적 백분율(X1), 체적 백분율(X2) 및 적용 가능한 경우에 체적 백분율(100-Z)을 결정하는 조절 부재(47)를 연속적으로 조절하여, 분말 및 캐리어 가스의 유동(23)은 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖는다. 유동(23)의 체적 유량은 고정되고, 이에 따라 출구 결합부(49)의 하류에서의 헤드 손실은 실질적으로 일정하며, 이는 출구 결합부(49)에서의 압력(P0)을 결정한다.

라인(A3)을 타는 제1 유동(27)의 분율(37) 및 라인(G3)을 타는 캐리어 가스 분율은 제1 재순환 결합부(51)에서 혼합되어 입구(53)를 통해 제1 재순환 시스템(RA)으로 유입되는 유동(101)을 형성한다. 제1 재순환 시스템(RA)은 적어도 유동(101)에 존재하는 분말(A)의 분율을 회수하고 잔류 유동(103)을 흡인 및 여과 시스템(41)으로 전달한다. 이러한 방식으로 회수된 분말(A)은 3D 프린터(1) 또는 다른 것에서 유리하게 사용된다.

제어 시스템(21)은 조절 비례 밸브(75)를 제어하므로 체적 백분율(Y)은 유량(101)이 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 유량을 갖도록 된다. 더욱이, 제어 시스템(21)은 제1 재순환 결합부(51)에서의 압력(PA)이 출구 결합부(49)의 압력(P0)과 실질적으로 동일하도록 조절기 부재(43)를 제어한다. 따라서, 제1 비례 밸브(59)는 출구 결합부(49)의 하류 및 제1 재순환 결합부(51)에 연결되며, 이들은 모두 동일한 압력이다.

유사한 방식으로, 라인(B3)을 타는 제2 유동(31)의 분율 및 라인(G5)을 타는 캐리어 가스(G)의 분율은 제2 재순환 결합부(55)에서 혼합되어 입구(57)를 통해 제2 재순환 시스템(RB)으로 유입되는 유동(105)을 형성한다. 제2 재순환 시스템(RB)은 유동(105)에 존재하는 분말(B)의 적어도 분율을 회수하고 잔류 유동(107)을 흡인 및 여과 시스템(41)으로 전달한다.

제어 시스템(21)은 유동(105)이 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖도록 제2 비례 밸브(67) 및 조절 비례 밸브(75)를 제어한다. 더욱이, 제어 시스템(21)은 제2 재순환 결합부(55)에서의 압력(PB)이 압력(PO)과 실질적으로 동일하도록 조절기 부재(45)를 제어한다. 따라서, 제2 비례 밸브(67) 및 조절 비례 밸브(75)는 하류에서 실질적으로 동일한 압력으로 결합부에 연결된다.

따라서, 제1 비례 밸브(59) 및 제2 비례 밸브(67)의 조절은, 가장 일반적인 경우에, 서로 독립적이며, 따라서 체적 백분율(X1 및 X2)을 서로 독립적으로 선택함으로써 유동(23)에서 분말(A)의 양 및 분말(B)의 양을 선택할 수 있다. 조절기 부재(47)는 유동(23)이 항상 주어진 체적 유량(V0)과 동일한 체적 유량을 갖기 위해 필요한 상보적인 양의 캐리어 가스를 출구 결합부(49)에 공급하도록 제어된다.

이는 유동(23)에서 분말(A 및 B)의 비율 및 그 총량의 조절을 가능하게 한다.

약간 더 간단한 작동 모드에 따르면, 제2 연결 라인(G4)을 타는 캐리어 가스의 유동은, 예를 들어 조절기 부재(47)를 완전히 폐쇄함으로써 고정된다. 그러한 조건 하에서, 제1 비례 밸브(59) 및 제2 비례 밸브(67)는 동기식으로 제어되고 유동(23)에서 분말(A 및 B)의 비율은 변경되지만, 그 유동에서 분말의 총량은 변경되지 않는다. 이 작동 모드에서, 도 5에 도시된 구성으로 인해 제1 비례 밸브(59), 제2 비례 밸브(67) 및 적용 가능한 경우 제3 비례 밸브(75)의 스위치(93)를 기계적으로 연결할 수 있다.

조절기 부재(47)가 완전히 폐쇄되면, 다음 관계가 적용된다: X1 + X2 = 100%. 예로서, 제1 비례 밸브(59)는 분말(A)의 제1 유동(27)의 33%를 노즐(15)에, 67%를 제1 재순환 시스템(RA)에 전달하도록 조절된다. 이어서, 제2 비례 밸브(67)의 스위치(93)는 제2 유동(31)의 67%를 노즐(15)에, 33%를 제2 재순환 시스템(RB)에 전달하도록 조절된다. 그 후, X1 = 33%이고 X2 = 67%이며, X1 + X2 = 100%이다.

조절 비례 밸브(75)는, 예를 들어 라인(G3)에서 조절 캐리어 가스 유동(35)의 33%의 체적 백분율(Y) 및 라인(G5)에서 조절 캐리어 가스 유동의 67%의 체적 백분율(1-Y)을 분배한다. 따라서, 지점(51, 55)의 출구에서의 유량 및 압력은 지점(49)의 유량(V0) 및 출구 압력(P0)과 실질적으로 동일하다.

도시되지 않은 하나의 특정 실시예에 따르면, 디바이스(11)는 제2 연결 라인(G4) 또는 조절기 부재(47)를 포함하지 않으며, 이는 전술한 제1 실시예에서 조절기 부재(47)를 완전히 폐쇄하는 것에 해당한다.

이해되는 바와 같이, 모든 경우에 비례 밸브들의 조절은, 제1 재순환 결합부(51)의 출구 결합부(49) 및 제2 재순환 결합부(55)의 하류에서 체적 유량이 일정하게 유지되기 때문에 압력(PA, PB 및 PO)을 불안정하게 하지 않는다. 따라서, 디바이스(11)는 압력 평형 상태를 유지한다.

제1 재순환 시스템(RA) 및 제2 재순환 시스템(RB)에서 일정한 체적 유량을 유지함으로써 분말의 퇴적물에 의한 라인의 폐색이 방지된다.

더욱이, 임의적인 제2 연결 라인(G4) 및 조절 부재(47)로 인해 분말(A 및 B)의 총량을 조절할 수 있다.

분말의 유동을 신속하게 차단하는 가능성은 분무되는 분말의 양을 20 내지 40% 절약할 수 있게 한다.

위의 특징으로 인해, 매우 짧은 응답 시간으로 분말(A 및 B)을 계량할 수 있다.

더욱이, 이는 레이저 발사 없이 물체(3)의 2개의 움직임 사이에 분말의 분무를 정지시킬 수 있게 한다. 그것은 X1 = 0% 및 X2 = 0%에 충분하다.

비례 밸브들을 동기화하여, 예를 들어 X1 = 100% 및 X2 = 0%에서 X1 = 0% 및 X2 = 100%로 변경함으로써 분말의 종류를 거의 순간적으로 동일하게 변경할 수 있다.

따라서, 물체(3)에서의 위치에 따라 분말(A 및 B)의 양을 조절함으로써 경사 물성을 갖는 부품을 제조하는 것이 가능하다.

관계식 X1 + X2 = 100%는 유리하게는 제1 비례 밸브(59) 및 제2 비례 밸브(67)의 스위치(93)를 기계적으로 연결함으로써 획득된다.

비례 밸브(59, 67, 75) 및 조절 부재(47, 43 및 45)는 유리하게 수치 제어된다.

본 발명의 제2 실시예를 구성하는 디바이스(111)가 이제 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 디바이스(111)는 도 1 내지 3에 도시된 디바이스(11)와 유사하다. 유사한 요소는 동일한 참조 번호를 가지며 다시 설명되지 않을 것이다. 차이점들만이 이하에서 상세히 설명될 것이다.

디바이스(111)는 분말(B)의 제2 소스(29)를 포함하지 않는다. 이 예에서, 시스템(111)은 분말(B) 재순환시키기 위한 시스템(RB)을 포함하지 않는다.

출구 결합부(49)는 여전히 라인(A2)에 의해 제1 비례 밸브(59)의 제1 출구(63)에 연결되고 라인(G6)에 의해 조절 비례 밸브(75)의 제2 출구(81)에 동일하게 연결된다.

제1 비례 밸브(59)의 제2 출구(65)는 체적 백분율(100-X1)에 대응하는 유동(27)의 분율을 배출하기 위해 출구(151)에 연결된다. 유사하게, 조절 비례 밸브(75)의 제1 출구(79)는 체적 백분율(Y)에 대응하는 조절 캐리어 가스 유동(35)의 분율을 배출하기 위해 라인(G3)에 의해 출구(155)에 연결된다.

제어 시스템(21)은 유동(23)의 체적 유량이 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일하도록 제1 비례 밸브(59) 및 조절 비례 밸브(75)를 제어한다. 본 예에서, 이는 백분율(X1 및 Y)이 서로 실질적으로 동일한 방식으로 2개의 비례 밸브를 조절함으로써 획득된다.

그 후, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 스위치들을 동축으로 되게 함으로써 제1 비례 밸브(59) 및 조절 비례 밸브(75)의 스위치(93)를 기계적으로 결합하는 것이 가능하다.

전술한 특징으로 인해, 디바이스(111)는 유동(23)에서 분말(A)의 양의 조절을 가능하게 한다.

Claims (11)

1. 주어진 체적 유량(V0)으로 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동(23)을 생성하기 위해 하나 이상의 분말(A, B)을 계량하기 위한 디바이스(11; 111)이며, 디바이스(11; 111)는,
   - 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 제1 분말(A) 및 제1 캐리어 가스(G1)를 포함하는 제1 유동(27)을 공급하도록 구성된 적어도 제1 소스(25),
   - 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 조절 캐리어 가스 유동(35)을 공급하도록 구성된 캐리어 가스의 소스(33),
   - 상기 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동(23)을 전달하기 위한 출구 결합부(49),
   - 제1 유동(27)을 수신하도록 제1 소스(25)에 연결된 입구(61), 제1 유동(27)의 체적 백분율(X1)을 출구 결합부(49)로 선택적으로 전달하기 위한 제1 출구(63), 및 제1 유동(27)의 체적 백분율(100-X1)을 전달하도록 구성된 제2 출구(65)를 포함하는 적어도 제1 비례 밸브로서, 백분율(X1)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이고 제1 비례 밸브(59)의 설정을 나타내는 것인, 제1 비례 밸브(59),
   - 조절 캐리어 가스 유동(35)의 적어도 분율을 수신하도록 제1 연결 라인(G0)에 의해 상기 캐리어 가스의 상기 소스(33)에 연결된 입구(77), 상기 분율의 체적 백분율(Y)을 전달하도록 구성된 제1 출구(79), 및 상기 분율의 체적 백분율(100-Y)을 전달하도록 구성된 제2 출구(81)를 포함하는 조절 비례 밸브로서, 백분율(Y)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이고 조절 비례 밸브(59)의 설정을 나타내는 것인, 조절 비례 밸브(75), 및
   - 적어도 제1 비례 밸브(59) 및 조절 비례 밸브(75)를 제어하도록 구성되고 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동(23)이 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖도록 구성된 제어 시스템(21)을 포함하는, 디바이스(11; 111).
2. 제1항에 있어서,
   - 제1 유동(27)의 적어도 일부를 재순환시키기 위한 적어도 제1 재순환 시스템(RA), 및
   - 상류에서, 제1 유동(27)의 백분율(1-X1)을 수신하도록 제1 비례 밸브(59)의 제2 출구(65)에 그리고 상기 분율의 백분율(Y)을 수신하도록 조절 비례 밸브(75)의 제1 출구(79)에 연결되고, 하류에서, 제1 재순환 시스템(RA)의 입구(53)에 연결되는 적어도 제1 재순환 결합부(51)를 더 포함하고, 제어 시스템(21)은 제1 재순환 시스템(RA)의 입구(53)가 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량을 수신하도록 구성되는, 디바이스(11; 111).
3. 제2항에 있어서, 디바이스는 제1 재순환 시스템(RA)의 출구에 연결된 흡인 및 여과 시스템(41), 및 제1 재순환 시스템(RA)과 흡인 및 여과 시스템(41) 사이의 헤드 손실을 조절하기 위한 부재(43)를 포함하고,
   조절기 부재(43)는 출구 결합부(49)에서의 압력(PO)과 제1 재순환 결합부(51)에서의 압력(PA)이 서로 실질적으로 동일하도록 구성되는, 디바이스.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 비례 밸브(59) 및 조절 비례 밸브(75) 각각은,
   - 제1 유동(27)을 백분율(X1) 및 백분율(100-X1)로, 그리고
   - 조절 캐리어 가스 유동(35)의 분율을 백분율(Y) 및 백분율(100-Y)로 각각 분할하도록
   내부 확산기(91) 및 확산기(91)에 대해 회전 이동하는 스위치(93)를 포함하는, 디바이스(11; 111).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 출구 결합부(49)는 또한 상기 분율의 체적 백분율(100-Y)을 수신하도록 조절 비례 밸브(75)의 제2 출구(81)에 연결되고,
   디바이스(11; 111)는 백분율(X1) 및 백분율(Y)이 서로 실질적으로 동일하고 상기 분율이 100%와 동일하도록 구성되는, 디바이스(111).
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 제1 분말(A)과 별개인 제2 분말(B) 및 캐리어 가스(G2)를 포함하는 제2 유동(31)을 주어진 체적 유량(67)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 공급하도록 구성된 제2 소스(29), 및
   - 제2 유동(31)을 수신하도록 제2 소스(29)에 연결된 입구(69), 제2 유동(31)의 체적 백분율(X2)을 출구 결합부(49)로 선택적으로 전달하도록 구성된 제1 출구(71) 및 제2 유동(31)의 체적 백분율(100-X2)을 전달하도록 구성된 제2 출구(73)를 포함하는 제2 비례 밸브(67)를 더 포함하고, 백분율(X2)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이고 제2 비례 밸브(67)의 설정을 나타내며,
   제어 시스템(21)은 제2 비례 밸브(67)를 제어하도록 추가로 구성되는, 디바이스(11; 111).
7. 제6항에 있어서,
   - 제2 스트림(31)의 적어도 일부를 재순환시키기 위한 제2 재순환 시스템(RB), 및
   - 상류에서, 제2 유동(31)의 백분율(100-X2)을 수신하도록 제2 비례 밸브(67)의 제2 출구(73)에 그리고 상기 분율의 비율(Y)을 수신하도록 비례 조절 밸브(75)의 제2 출구(81)에 연결되고, 하류에서, 제2 재순환 시스템(RB)의 입구(57)에 연결되는 제2 재순환 결합부(55)를 더 포함하며,
   제어 시스템(21)은 제2 재순환 시스템(RB)의 입구(57)가 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량을 수신하도록 구성되는, 디바이스(11; 111).
8. 제7항에 있어서, 제어 시스템(21)은 백분율(Y)이 백분율(X1 및 X2)의 합과 실질적으로 동일하고 상기 분율이 100%와 동일하도록 구성되는, 디바이스(11; 111).
9. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 연결 라인(G0)을 출구 결합부(49)에 연결하여 조절 캐리어 가스 유동(35)의 분율을 출구 결합부(49)에 전달하는 제2 라인(G4)을 포함하는, 디바이스(11; 111).
10. 하나 이상의 분말(들)(A, B)을 분무하는 3D 프린터(1)이며,
    - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(11; 111), 및
    - 분말(들) 및 벡터 가스의 상기 유동(23)을 토출하기 위한 적어도 하나의 노즐(15)을 포함하는, 3D 프린터(1).
11. 주어진 체적 유량(V0)으로 분말(들) 및 캐리어 가스의 유동(23)을 생성하기 위해 하나 이상의 분말(들)(A, B)을 계량하기 위한 방법이며, 방법은 적어도 다음의 단계, 즉:
    - 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 제1 분말(A) 및 제1 캐리어 가스(G1)를 포함하는 제1 유동(27)을 제1 소스(25)로부터 획득하는 단계,
    - 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량으로 조절 캐리어 가스의 유량(35)을 캐리어 가스(G)의 소스(33)로부터 획득하는 단계,
    - 출구 결합부(49)로부터 상기 분말(들) 및 벡터 가스의 유동(23)을 전달하는 단계,
    - 제1 비례 밸브(59)의 입구(61)를 통해 제1 유동(27)을 수신하는 단계,
    - 제1 비례 밸브(59)의 제1 출구(63)를 통해 제1 유동(27)의 체적 백분율(X1)을 출구 결합부(49)로 전달하는 단계,
    - 제1 비례 밸브(59)의 제2 출구(65)를 통해 제1 유동(27)의 체적 백분율(100-X1)을 전달하는 단계로서, 백분율(X1)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이며 제1 비례 밸브(59)를 조절함으로써 획득되는 것인, 단계,
    - 조절 비례 밸브(75)의 입구(77)를 통해 조절 캐리어 가스 유동(35)의 적어도 분율을 수신하는 단계로서, 상기 입구(77)는 제1 연결 라인(G0)을 통해 캐리어 가스 소스(33)에 연결되는 것인, 단계,
    - 조절 캐리어 가스(35)의 상기 분율의 백분율(Y)을 조절 비례 밸브(75)의 제1 출구(79)를 통해 전달하는 단계,
    - 상기 분율의 백분율(100-Y)을 조절 비례 밸브(75)의 제2 출구(81)를 통해 전달하는 단계로서, 백분율(Y)은 0% 내지 100%(경계값 포함)이며 조절 비례 밸브(75)의 조절에 의해 획득되는 것인, 단계, 및
    - 분말(들) 및 벡터 가스의 유동(23)이 주어진 체적 유량(V0)과 실질적으로 동일한 체적 유량을 갖도록 구성된 제어 시스템(21)에 의해 적어도 제1 비례 밸브(59) 및 조절 비례 밸브(75)를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.

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