KR20200094800A - 분말 분배를 이용한 적층 제조 - Google Patents

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다이후아 장
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Abstract

적층 제조 장치는, 플랫폼, 플랫폼 위에 위치되는 하나 이상의 지지부, 플랫폼 및 하나 이상의 지지부 중 적어도 하나에 결합되고 하나 이상의 지지부가 플랫폼에 걸쳐 스캐닝하도록 그들 사이의 상대적인 움직임을 생성하도록 구성되는 액추에이터, 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성되는 제1 분배기 시스템, 구축 영역 상에 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 제2 분배기 시스템, 및 결합제 물질을 고화시키기 위해 플랫폼을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 에너지 소스를 갖는다. 제1 분배기 시스템은, 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동하고 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기를 포함한다.

Description

분말 분배를 이용한 적층 제조
본 명세서는, 적층 제조 장치들을 위한, 예컨대, 그린 부품(green part)의 제조를 위한 분말 분배기 시스템들, 결합제 분배 시스템들, 및 에너지 전달 시스템들에 관한 것이다.
입체 임의형상 제조 또는 3D 프린팅으로 또한 알려져 있는 적층 제조(AM)는 원재료(예컨대, 분말들, 액체들, 현탁액들, 또는 용융된 고체들)를 2차원 층들로 연속적으로 분배하여 3차원 물체들이 구축되는 제조 프로세스를 지칭한다. 대조적으로, 종래의 기계가공 기법들은, 원자재(예컨대, 목재, 플라스틱, 또는 금속의 덩어리)로부터 물품들이 절단되는 절삭 프로세스들을 수반한다.
다양한 적층 프로세스들이 적층 제조에서 사용될 수 있다. 일부 방법들, 예컨대, 선택적 레이저 용융(SLM) 또는 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 선택적 레이저 소결(SLS), 융착 적층 모델링(FDM)은 층들을 생성하기 위해 물질을 용융 또는 연화시킨다. 일부 방법들, 예컨대 스테레오리소그래피(SLA)는 상이한 기술들을 사용하여 액체 물질들을 경화시킨다. 일부 시스템들은, 공급 물질들, 예컨대 분말의 층들 상에 결합제 물질들을 배치하고, 성긴 분말 입자들을 함께 접합시키기 위해 에너지 소스들을 사용하여 결합제 물질들을 경화시킨다.
일부 건식 분말 적층 제조 장치들, 이를테면 결합제 분사 3D 프린터들은, 다양한 물질들로 부품들을 생성할 수 있다. 전형적인 결합제 분사 적층 제조 프로세스는, 플랫폼에 걸쳐 제1 균일한 분말의 층을 살포하는 것을 포함한다. 분말 입자들은 금속, 세라믹들, 모래, 플라스틱, 상이한 물질들의 혼합물 등을 가질 수 있다. 이어서, 적층 제조 장치는, 제조될 물체의 층에 대응하는 위치들에서 분말의 층 상에 결합제 물질들을 퇴적한다. 에너지 소스는, 분말 입자들을 함께 접합시키기 위해 결합제 물질들을 경화시키는 데 사용된다. 층에서 결합제 물질이 경화된 후에, 이어서, 장치는, 제1 층의 최상부 상에 제2 균일한 분말의 층을 살포하고, 결합제 퇴적 및 경화 단계들을 반복한다. 일단 장치가 모든 층들을 살포하는 것을 완료하면, 성긴 분말의 풀 내에 3차원 "그린" 부품이 형성된다. 그 부품은, 주 성분, 즉, 분말에 의해 제공되는 물질이 결합제 물질에 의해 함께 유지되고, 아직 분말을 고체 덩어리의 물질로 고화시키도록 소결 또는 소성되지 않았다는 점에서 "그린"이다. 그린 부품은, 경화된 결합제 작용제들에 의해 함께 아교접착된 분말로 형성되고, 각각의 분말의 층의 두께와 동일한 수직 공간 분해능을 갖는다. 성긴 분말 입자들은 다음 프린팅을 위해 재활용 및 저장될 수 있다. 분말 입자들의 유형에 따라, 그린 부품은 최종 제품의 역할을 할 수 있거나, 최종 제품을 형성하기 위해 부가적인 후처리 단계들, 이를테면, 어닐링 또는 소결, 열간 등방압 가압(hot isostatic pressing) 등을 거칠 필요가 있을 수 있다.
일 양상에서, 적층 제조 장치는, 플랫폼, 플랫폼 위에 위치되는 하나 이상의 지지부, 플랫폼 및 하나 이상의 지지부 중 적어도 하나에 결합되고 하나 이상의 지지부가 플랫폼에 걸쳐 스캐닝하도록 그들 사이의 상대적인 움직임을 생성하도록 구성되는 액추에이터, 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성되는 제1 분배기 시스템, 구축 영역 상에 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 제2 분배기 시스템, 및 결합제 물질을 고화시키기 위해 플랫폼을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 에너지 소스를 포함한다. 제1 분배기 시스템은, 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동하고 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기를 포함한다. 제2 분배기 시스템은, 분말 및 결합제 물질을 갖는, 구축되는 부품의 단면 부분에 대응하는 층의 용적을 형성하기 위해, 구축 영역에서 분말의 최상위 층에 복셀별 기반으로 제1 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 결합제 물질 분배기를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 지지부는 제1 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제1 분말 분배기는, 제1 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는, 예컨대 수직인 제2 축을 따라 스트립(strip)으로 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제1 분말 분배기는, 제2 축을 따라 복셀별 기반으로 또는 제2 축을 따라 구역별 기반으로 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있으며, 구역들은 복셀들보다 크다.
제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 결합제 물질 분배기는, 제2 축을 따라 스트립으로 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제1 결합제 물질은 치밀화 물질을 포함할 수 있다.
제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있고, 제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제1 결합제 물질 분배기는 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는, 예컨대 수직인 제4 축을 따라 스트립으로 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제3 축은 제1 축과 평행할 수 있다. 제4 축은 제3 축과 평행할 수 있다. 제1 지지부 및 제2 지지부는 안내 레일에 연결되고 안내 레일 상에서 독립적으로 이동가능할 수 있다. 제1 지지부는 제1 안내 레일 상에서 이동가능할 수 있고, 제2 지지부는 제1 안내 레일과 평행한 제2 안내 레일 상에서 이동가능할 수 있다. 제3 축은 제1 축에 수직일 수 있다. 제4 축은 제3 축에 수직일 수 있다.
제1 분말 분배기는, 복셀별 기반으로 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제1 분말 분배기는, 구역별 기반으로 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있으며, 구역들은 복셀들보다 크다. 제1 분말 분배기는 제1 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 가질 수 있으며, 제1 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는 제1 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성된다. 제1 분말 분배기는 구축 영역의 폭에 걸쳐 있을 수 있다. 제1 분배기 시스템은 복수의 제1 분말 분배기들을 포함할 수 있으며, 각각의 제1 분말 분배기는 제1 지지부에 부착된다. 복수의 제1 분말 분배기들은, 구축 영역의 폭을 커버하도록, 엇갈린 패턴으로 배열될 수 있다.
제어기는, 제조될 물체의 층에서 결합제 물질이 고화될 패턴을 식별하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 가질 수 있다. 제어기는, 층에 대해, 액추에이터로 하여금, 지지부와 플랫폼 사이의 상대적인 움직임을 생성하게 하고, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 지지부가 플랫폼에 걸쳐 스캐닝함에 따라 구축되는 부품의 단면 부분을 포괄하는 구역들에서 분말의 층을 분배하게 하고, 제2 분배기 시스템으로 하여금, 구축되는 부품의 단면에 대응하는 분말과 결합제 물질의 조합된 층을 제공하도록 데이터 객체에 기반한 패턴으로 분말의 층 상에 결합제 물질의 층을 분배하게 하고, 패턴에 따라 조합된 층에서 결합제 물질을 고화시키도록 에너지 소스를 제어하도록 구성될 수 있다.
제1 결합제 물질은 치밀화 물질을 포함할 수 있다.
제3 분배 시스템은, 분말의 층 또는 분말과 결합제 물질의 조합된 층에 치밀화 물질을 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 치밀화제 분배기는 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 포함할 수 있으며, 제1 치밀화제 분배기의 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는 치밀화 물질을 제어가능하게 전달하도록 구성된다. 제1 결합제 분배기는, 제1 결합제 분배기의 움직임의 방향을 따라 제1 치밀화제 분배기 전에 또는 그 후에 위치될 수 있다. 제1 치밀화제 분배기는, 제1 지지부에 부착될 수 있고 그와 함께 이동한다. 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는, 하나 이상의 지지부 중에서, 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있거나, 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제1 치밀화제 분배기는, 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 스트립으로 치밀화제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다.
제3 분배기 시스템은, 구축 영역 상에 치밀화 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제2 치밀화제 분배기를 포함할 수 있다. 제1 치밀화제 분배기 및 제2 치밀화제 분배기는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 치밀화제 분배기는 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착될 수 있고 그와 함께 이동하며, 제2 치밀화제 분배기는 제3 지지부에 부착될 수 있고 그와 함께 이동한다. 제1 결합제 분배기 및 에너지 소스는 하나 이상의 지지부 중에서 제4 지지부에 부착될 수 있고 그와 함께 이동한다.
치밀화 물질은, 분말과 동일한 조성을 갖지만 더 작은 평균 직경을 가질 수 있다. 치밀화 물질은, 내부에 나노입자들이 분산되어 있는 졸-겔을 포함할 수 있다. 졸-겔은, 제1 분말과 동일한 조성을 갖는 세라믹에 대한 전구체를 포함할 수 있다. 제3 분배기 시스템은, 구축 영역 상에 치밀화 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 치밀화제 분배기를 포함할 수 있다.
제1 치밀화제 분배기는, 제1 지지부에 부착될 수 있고 그와 함께 이동한다. 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는, 하나 이상의 지지부 중에서, 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동하거나, 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 지지부는 제1 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제2 지지부는 제1 지지부와 독립적으로 제1 축과 평행하게 이동가능하다. 제1 지지부는 제1 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제2 지지부는 제1 지지부와 독립적으로 제1 축에 수직으로 이동가능할 수 있다. 제1 지지부는 제1 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제2 지지부는 제1 지지부와 독립적으로 제2의 제1 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제1 결합제 물질 분배기는, 제2 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 축을 따라 스트립으로 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다.
제1 치밀화제 분배기는 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착될 수 있고 그와 함께 이동하며, 제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능할 수 있다. 제1 치밀화제 분배기는, 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 스트립으로 치밀화제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제3 축은 제1 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다.
제1 결합제 분배기 및 제1 치밀화제 분배기는, 제1 결합제 분배기가 움직임의 방향을 따라 제1 치밀화제 분배기 전에 위치되도록 구성될 수 있다. 제1 결합제 분배기 및 제1 치밀화제 분배기는, 제1 결합제 분배기가 움직임의 방향을 따라 제1 치밀화제 분배기 후에 위치되도록 구성될 수 있다.
제3 분배기 시스템은, 구축 영역 상에 치밀화 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제2 치밀화제 분배기를 포함할 수 있다. 제1 치밀화제 분배기 및 제2 치밀화제 분배기는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 치밀화제 분배기는 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있으며, 제2 치밀화제 분배기는 제3 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 결합제 분배기 및 에너지 소스는 하나 이상의 지지부 중에서 제4 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 치밀화 물질은, 분말과 동일한 물질 조성을 갖지만 더 작은 평균 직경 입자 크기를 가질 수 있다.
제4 분배기 시스템은 구축 영역 상에 제2 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성될 수 있으며, 제4 분배기 시스템은, 구축 영역 상에 제2 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제2 분말 분배기를 포함한다. 제2 분말은 제1 분말과 조성이 상이할 수 있다. 제1 분말은 금속성 입자들을 포함할 수 있고, 제2 분말은 세라믹 또는 플라스틱 입자들을 포함할 수 있다. 제1 분말은 세라믹 입자들을 포함할 수 있고, 제2 분말은 플라스틱 입자들을 포함한다. 제2 분말은 제1 분말과 동일한 물질 조성을 갖지만 상이한 크기 분포를 가질 수 있다.
제2 분말 분배기는 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 포함할 수 있으며, 제2 분말 분배기의 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는 제2 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성된다. 제2 분말 분배기는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 결합제 분배기 및 에너지 소스는, 하나 이상의 지지부 중에서, 제1 지지부에 의해 지지될 수 있거나, 제2 지지부에 의해 지지되고 그와 함께 이동가능할 수 있다. 제2 분말 분배기는, 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 의해 지지되고 그와 함께 이동가능할 수 있다.
제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제2 분말 분배기는, 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 스트립으로 제2 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는, 하나 이상의 지지부 중에서, 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동하거나, 제3 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제3 축은 제1 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 제4 축은 제2 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 제4 축은 제3 축에 수직일 수 있다. 제1 분말 분배기 및 제2 분말 분배기는, 제1 분말 분배기가 움직임의 방향을 따라 제2 치밀화제 분배기 전에 위치되도록 구성될 수 있다. 제3 축은 제1 축에 실질적으로 수직일 수 있다. 제1 지지부 및 제2 지지부는, 동일한 안내 레일 상에서 이동가능하거나 별개의 평행한 안내 레일들 상에서 이동가능할 수 있다.
제어기는, 제조될 물체의 층에 적어도 대응하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 가질 수 있고, 제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체에 대응하는 구역에서 제1 분말을 분배하게 하고, 제4 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체들에 대응하지 않는 구역에서 제2 분말을 분배하게 하도록 구성될 수 있다.
제1 분말은 금속 입자들을 포함할 수 있고, 제2 분말은 세라믹 입자들을 포함할 수 있다. 제1 분말은 금속 또는 세라믹 입자들을 포함할 수 있고, 제2 분말은 플라스틱 입자들을 포함할 수 있다. 제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제1 분말 상에만 결합제 물질을 분배하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제1 분말 및 제2 분말 둘 모두 상에 결합제 물질을 분배하게 하도록 구성될 수 있다.
제어기는, 제조될 물체의 층에 적어도 대응하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 갖고, 제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체에 대응하는 제1 구역에서 제1 분말을 분배하게 하고, 제4 분배기 시스템으로 하여금, 제1 구역의 일부분에서 제2 분말을 분배하게 하도록 구성된다. 제2 분말은, 제1 분말에 대한 치밀화 물질을 포함할 수 있다.
제1 분배기 시스템은, 제1 분말을 분배하기 위한 제2 분말 분배기를 포함할 수 있다. 제2 분배기 시스템은, 결합제 물질을 분배하기 위한 제2 결합제 물질 분배기를 포함할 수 있다. 제1 분말 물질 분배기, 제2 분말 물질 분배기, 제1 결합제 물질 분배기, 및 제2 결합제 물질 분배기는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 결합제 물질 분배기, 제2 결합제 물질 분배기, 및 에너지 소스는 제2 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있고, 제2 결합제 물질 분배기는 제3 지지부에 부착되고 그와 함께 이동한다. 제1 지지부, 제2 지지부, 및 제3 지지부는 제1 축을 따라 독립적으로 이동가능할 수 있다. 제3 축을 따라, 제1 분말 분배기, 제1 결합제 물질 분배기, 에너지 소스, 제2 결합제 물질 분배기, 및 제2 분말 분배기가 전술된 순서로 배열될 수 있다.
제어기는, 제조될 물체의 연속적인 층들에서 결합제 물질이 고화될 패턴을 식별하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 가질 수 있고, 제어기는, 제1 분말 분배기로 하여금, 제1 분말 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향으로 이동함에 따라 분말의 제1 층을 분배하게 하고, 제1 결합제 분배기로 하여금, 제1 결합제 물질 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향으로 이동함에 따라 분말과 결합제 물질의 제1 조합된 층을 제공하도록 분말의 제1 층 상에 결합제 물질의 제1 층을 분배하게 하고, 패턴에 따라 제1 조합된 층에서 결합제 물질을 고화시키도록 에너지 소스를 제어하고, 제2 분배기 시스템으로 하여금, 제2 분말 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동함에 따라 분말의 제2 층을 분배하게 하고, 제2 결합제 분배기로 하여금, 제2 결합제 분배기가 제2 방향으로 이동함에 따라 분말과 결합제 물질의 제2 조합된 층을 제공하도록 분말의 제2 층 상에 결합제 물질의 제2 층을 분배하게 하고, 패턴에 따라 제2 조합된 층에서 결합제 물질을 고화시키도록 에너지 소스를 제어하도록 구성될 수 있다.
광원은, 최상위 층과 함께 스트라이프(stripe)를 조명하도록 구성될 수 있다. 에너지 소스는 복수의 지지부들 중에서 일 지지부에 결합될 수 있고, 지지부는, 구축 영역에 걸쳐 스트라이프를 스위핑하도록 스트라이프에 대해 영이 아닌 각도로, 예컨대 직각으로 있는 축을 따라 이동가능할 수 있다. 에너지 소스는, 복수의 독립적으로 제어가능한 광원들을 포함할 수 있다. 광원들은 발광 다이오드(LED)들일 수 있다. 광원들은 UV 또는 IR 광원들일 수 있다.
제1 분배기 시스템은, 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성될 수 있고, 제1 분배기 시스템은, 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동하고 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기, 및 구축 영역 상에 제2 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제2 분말 분배기를 포함할 수 있다.
제1 분말 분배기는, 제1 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 포함할 수 있다. 제1 분말 분배기의 제1 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는, 제1 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성될 수 있다. 제2 분말 분배기는, 제2 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 포함할 수 있다. 제2 분말 분배기의 제2 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는, 제2 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성될 수 있다.
제2 분말 분배기는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 결합제 분배기 및 에너지 소스는 제1 지지부에 의해 지지될 수 있다. 제2 분말 분배기는, 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 의해 지지되고 그와 함께 이동가능할 수 있다. 제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능할 수 있고, 제2 분말 분배기는, 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 스트립으로 제2 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있다. 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는 하나 이상의 지지부 중에서 제3 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제3 축은 제1 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 제3 축은 제1 축에 실질적으로 수직일 수 있다.
제어기는, 제조될 물체의 층에 적어도 대응하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 가질 수 있다.
제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체에 대응하는 구역에서 제1 분말을 분배하게 하고, 제4 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체들에 대응하지 않는 구역에서 제2 분말을 분배하게 하도록 구성될 수 있다. 제1 분말은 금속 입자들일 수 있고 제2 분말은 세라믹 입자들일 수 있거나, 또는 제1 분말은 금속 또는 세라믹 입자들일 수 있고 제2 분말은 플라스틱 입자들일 수 있다. 제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제1 분말 상에만 결합제 물질을 분배하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제1 분말 및 제2 분말 둘 모두 상에 결합제 물질을 분배하게 하도록 구성될 수 있다.
제어기는, 제1 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체에 대응하는 제1 구역에서 제1 분말을 분배하게 하고, 제4 분배기 시스템으로 하여금, 제1 구역의 일부분에서 제2 분말을 분배하게 하도록 구성될 수 있다. 제2 분말은, 제1 분말에 대한 치밀화 물질일 수 있다.
제2 분배기 시스템은, 결합제 물질을 분배하기 위한 제2 결합제 물질 분배기를 포함할 수 있다. 제1 분말 물질 분배기, 제2 분말 물질 분배기, 제1 결합제 물질 분배기, 및 제2 결합제 물질 분배기는 제1 지지부에 부착되고 그와 함께 이동할 수 있다. 제1 분말 분배기, 제1 결합제 물질 분배기, 에너지 소스, 제2 결합제 물질 분배기, 및 제2 분말 분배기는, 지지부에 걸쳐 제1 분말 분배기의 움직임의 방향을 따라 전술된 순서로 배열될 수 있다. 제2 분말은 제1 분말과 동일한 물질 조성 및 크기 분포를 가질 수 있다.
제어기는, 제조될 물체의 연속적인 층들에서 결합제 물질이 고화될 패턴을 식별하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 가질 수 있다. 제어기는, 제1 분말 분배기로 하여금, 제1 분말 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향으로 이동함에 따라 분말의 제1 층을 분배하게 하고, 제1 결합제 분배기로 하여금, 제1 결합제 물질 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향으로 이동함에 따라 분말과 결합제 물질의 제1 조합된 층을 제공하도록 분말의 제1 층 상에 결합제 물질의 제1 층을 분배하게 하고, 패턴에 따라 제1 조합된 층에서 결합제 물질을 고화시키도록 에너지 소스를 제어하고, 제2 분배기 시스템으로 하여금, 제2 분말 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동함에 따라 분말의 제2 층을 분배하게 하고, 제2 결합제 분배기로 하여금, 제2 결합제 분배기가 제2 방향으로 이동함에 따라 분말과 결합제 물질의 제2 조합된 층을 제공하도록 분말의 제2 층 상에 결합제 물질의 제2 층을 분배하게 하고, 패턴에 따라 제2 조합된 층에서 결합제 물질을 고화시키도록 에너지 소스를 제어하도록 구성될 수 있다.
에너지 소스는, 최상위 층과 함께 스트라이프를 조명하도록 구성되는 광원을 포함할 수 있다. 에너지 소스는 복수의 지지부들 중에서 일 지지부에 결합될 수 있고, 지지부는, 구축 영역에 걸쳐 스트라이프를 스위핑하도록 스트라이프에 대해 영이 아닌 각도로 있는 축을 따라 이동가능할 수 있다. 에너지 소스는, 복수의 독립적으로 제어가능한 광원들을 포함할 수 있다.
오븐은 플랫폼 상에 제조된 그린 부품을 소결시킬 수 있다. 로봇은 그린 부품을 플랫폼으로부터 오븐으로 이송할 수 있다. 식각 시스템은 결합제 물질을 식각하여 제거할 수 있다. 밀봉된 하우징은, 플랫폼, 하나 이상의 지지부, 제1 분배기 시스템, 제2 분배기 시스템, 및 에너지 소스를 에워싸는 챔버를 형성할 수 있다. 펌프는 챔버를 진공배기할 수 있다. 가스 공급부는, 불활성인 가스를 제1 분말 및 제1 결합제 물질에 제공할 수 있다.
다른 양상에서, 그린 부품을 제조하는 방법은, 그린 부품의 복수의 층들을 연속적으로 형성하는 단계를 포함하며, 이 단계는, 각각의 층에 대해, 플랫폼 상의 구축 영역 상에 분말의 층을 선택적으로 분배하고 ― 선택적 분배는 구축 영역 전부보다는 작은 영역을 커버함 ―, 분말과 결합제 물질의 조합된 층을 형성하기 위해 분말의 층 상에 결합제 물질을 선택적으로 분배하고, 그린 부품의 복수의 층들의 층을 형성하기 위해 결합제 물질을 고화시키도록 플랫폼을 향해 방사선을 지향시키는 것에 의해 이루어지며, 분말은 고화된 결합제 물질에 의해 유지된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그린 부품은, 분말을 고체 덩어리로 융착시키도록 처리될 수 있다. 그린 부품은, 그린 부품을 처리하기 위해 플랫폼으로부터 제거될 수 있다. 처리는, 어닐링, 소결, 및/또는 열간 등방압 가압 중 하나 이상을 포함한다.
분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은, 분말 분배기가 제1 축을 따라 이동하는 동안 분말 분배기의 복수의 독립적으로 제어가능한 노즐들로부터 분말을 분배하는 것을 포함할 수 있다. 노즐들은, 제1 축에 대해 영이 아닌 각도, 예컨대 직각으로 있는 제2 축을 따라 배열된다.
결합제 물질을 선택적으로 분배하는 것은, 결합제 물질 분배기가 제3 축을 따라 이동하는 동안 결합제 물질 분배기의 복수의 독립적으로 제어가능한 노즐들로부터 결합제 물질을 분배하는 것을 포함할 수 있다. 노즐들은, 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 배열될 수 있다. 제3 축은 제1 축과 평행하거나 그에 수직일 수 있다. 제4 축은 제3 축에 수직일 수 있다.
방사선은, 제4 축과 평행한 스트라이프를 따라 에너지를 전달함으로써 플랫폼을 향해 지향될 수 있다. 층의 처리 동안 제3 축과 방사선의 스트라이프 사이에 일정한 거리가 유지될 수 있다. 일정한 거리를 유지하는 것은, 결합제 물질 분배기 및 광원을 동일한 지지부에 고정시키는 것을 포함할 수 있다. 플랫폼을 향해 방사선을 지향시키는 것은, 스트라이프를 따라 에너지를 선택적으로 전달하는 것을 포함할 수 있다.
분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은, 부품에 의해 커버되는 단면 영역의 둘레를 결정하는 것, 단면 영역의 둘레를 둘러싸는 완충 구역을 결정하는 것, 및 단면 영역 및 완충 구역과 겹치는 구역들로 분말을 분배하는 것을 포함할 수 있다. 분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은, 완충 구역을 둘러싸는 유지 벽 구역을 결정하는 것, 및 단면 영역, 완충 구역, 및 유지 링 영역과 겹치는 구역들로 분말을 분배하는 것을 포함할 수 있다. 결합제 물질은, 완충 구역에 분배되는 것이 억제될 수 있다. 분말은, 유지 링 영역과 겹치는 구역들 외부에 분배되는 것이 억제될 수 있다. 분말의 층은 제1 분배기로부터 분배될 수 있고, 결합제 물질은 제2 분배기로부터 분배될 수 있고, 방사선은 에너지 소스로부터 생성될 수 있으며, 제1 분배기, 제2 분배기, 및 에너지 소스는 각각의 층이 처리된 후에 층의 두께와 대략적으로 동일한 높이만큼 들어올려질 수 있다.
본 명세서에 설명된 주제의 특정 실시예들은, 다음의 이점들 중 하나 이상을 실현하도록 구현될 수 있다. 적층 제조에서의 선택적 물질 분배는 공급원료 낭비 및 오염을 감소시킬 수 있고, 제조 효율을 개선할 수 있다. 치밀화 물질의 존재는, 제품 강성을 증가시키고 후처리 동안의 제품 수축을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 주제의 하나 이상의 구현의 세부사항들은, 첨부된 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 다른 잠재적인 특징들, 양상들 및 이점들은, 설명, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1a-b는 각각, 적층 제조 장치의 구현의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 1c는, 적층 제조 장치, 예컨대 도 1a의 적층 제조 장치의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 1d는, 프린트헤드 조립체의 구현의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2a-2c는 각각, 적층 제조 장치의 구현의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 3a-3e는 각각, 적층 제조 장치의 구현의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 4a-b는 작업 중인 적층 제조 장치의 예들을 도시한다.
도 5a-b는 선택적으로 분말을 분배하는 분말 분배기의 예를 도시한다.
도 6은 하나 이상의 그린 부품을 형성하는 데 사용되는 프로세스의 흐름도이다.
그린 부품들을 형성하기 위한 현재의 건식 분말 적층 제조 장치에서, 분말 분배기 시스템은 동작 동안 전체 구축 영역에 걸쳐 분말을 살포한다. 예컨대, 그러한 장치는, 구축 영역에 걸쳐 공급 물질들의 풀을 밀어내기 위해 롤러들 또는 블레이드 리코터들을 이용할 수 있다. 결과적으로, 분말은, 제조되는 부품에 대응하지 않는 구축 영역의 구역들에 분배된다.
그러나, 분말의 과도한 사용은, 제품 품질 및 제조 효율 둘 모두에 대해 몇몇 단점들을 야기한다. 특히, 분말의 상당 부분이 낭비되어, 부품 비용이 증가된다. 분말의 재활용은 실용적이지 않거나, 고가이거나, 또는 불량한 부품 품질로 이어질 수 있다. 예컨대, 회수된 분말을 사용하는 리코팅은 분말 오염의 기회들을 현저하게 증가시킨다. 분말 오염의 예들은, 결합제 물질 오염, 소결 오염, 산소 오염 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 오염된 분말 입자들은 최종 부품의 품질에 직접적인 영향을 준다. 또한, 분말은, 실제 프린팅이 발생하지 않는 영역들에 도포되어야 하며, 따라서, 시스템의 전체 프린팅 속도 및/또는 처리량이 둔화된다.
이러한 문제들 중 일부를 해결하기 위한 기법은, 분말이 구축 영역에 걸쳐 선택적으로 전달될 수 있는 결합제 분사 적층 제조 장치를 사용하는 것이다. 그러한 장치는, 분말 사용을 감소시키고, 프린팅의 효율을 증가시키고, 분말 오염의 가능성을 감소시킬 수 있다.
분말 분배기 시스템은, 개별적으로 제어가능한 노즐들의 어레이를 이용할 수 있다. 분말 분배기가 플랫폼에 걸쳐 이동함에 따라, 분말 분배기 노즐들은, 플랫폼 상의 선택된 위치들에만 분말을 분배하도록 독립적으로 활성화될 수 있다.
또한, 결합제 분사 프로세스들은 종종, 그린 부품의 낮은 압착, 및 그에 따라, 후처리 동안의 과도한 수축을 초래한다. 분말 입자들 사이의 결합제 물질 입자들의 존재는, 후처리 동안의 결함들의 잠재적인 원인에 대한 공간을 추가로 생성한다. 그러나, 적층 제조 장치는, 층 내의 분배된 입자들 사이의 공극들을 감소시키기 위해 결합제 제형으로 치밀화 물질들을 포함할 수 있다. 치밀화 물질들은 또한, 후처리 동안 핵형성 부위의 역할을 하여 최종 제품의 강도를 개선할 수 있다.
적층 제조 장치는, 프린팅 효율을 개선하기 위해 상이한 구성으로 만들어질 수 있다.
적층 제조 장치는 적어도, 상부에서 부품이 제조될 구축 영역을 제공하는 플랫폼, 분말 물질 분배기, 결합제 물질 분배기, 및 결합제 물질을 경화시키기 위한 에너지를 전달하기 위한 에너지 소스를 포함한다. 분말 물질 분배기, 결합제 물질 분배기, 및 에너지 소스는 하나 이상의 지지부에 의해 플랫폼 위에 유지될 수 있다.
도 1a는, 적층 제조 장치(100)의 상면도의 예를 도시한다. 적층 제조 장치(100)는, 상부에서 부품이 제조될 구축 영역을 제공하는 플랫폼(102), 플랫폼(102) 위에 위치되는 지지부(104), 및 지지부(104) 상에 장착되는 프린트헤드 조립체(103)를 포함한다.
다양한 구성요소들, 예컨대, 플랫폼(102), 지지부(104), 및 프린트헤드 조립체(103)는, 제어된 동작 환경을 제공하는 밀봉된 하우징(180) 내에 에워싸일 수 있다. 하우징(180)은, 가스 소스, 예컨대 Ar 또는 N2에 결합되는 유입구(182), 및 배기 시스템, 예컨대 펌프에 결합되는 배출구(184)를 포함할 수 있다. 이는, 하우징(180) 내부의 압력 및 산소 함량이 제어되는 것을 허용한다. 예컨대, 산소 가스는, Ti 분말 입자들을 처리할 때 50 ppm 미만으로 유지될 수 있다.
적층 제조 장치는, 다른 특징부들, 예컨대, 프린트헤드 조립체(103)의 다양한 구성요소들을 퍼지 및/또는 세정하기 위한 서비스 스테이션(190), 또는 프린트헤드 조립체(103)의 분배기들을 리로딩하기 위한 분말 충전 스테이션(192)을 포함할 수 있다. 이러한 스테이션들은 또한 하우징(180) 내부에 위치될 수 있다.
프린트헤드 조립체(103)는 하나 이상의 프린트헤드를 포함하며, 각각의 프린트헤드는, 독립적으로 제거가능하게 지지부(104)에 고정되도록 구성된다. 각각의 프린트헤드는, 분말 물질, 결합제 물질, 및/또는 치밀화 물질을 분배하기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함할 수 있다. 프린트헤드들 중 하나, 예컨대, 결합제 물질을 위한 분배기를 포함하는 프린트헤드는 또한, 결합제 물질을 경화시키기 위한 에너지를 전달하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 에너지를 전달하기 위한 메커니즘은 지지부(104)에 직접 장착될 수 있다.
예컨대, 도 1d는 프린트헤드(103a)의 개략적인 예를 도시한다. 프린트헤드(103a)는, 계측 시스템을 위한 센서(109), 하나 이상의 분말 분배기(106)(예컨대, 2개의 분말 분배기(106a 및 106b)), 하나 이상의 결합제 물질 분배기(110)(예컨대, 2개의 결합제 물질 분배기(110a 및 110b)), 및 하나 이상의 에너지 전달 시스템(112)(예컨대, 2개의 에너지 전달 시스템(112a 및 112b))을 포함한다. 구성요소들은 공통 프레임(103b)에 장착되고, 프레임(103b)은 제거가능하게 지지부(104) 상에 장착될 수 있다. 이는, 다양한 구성요소들을 갖는 프린트헤드(103a)가 유닛으로서 지지부(104)에 부착되고 그로부터 분리되는 것을 허용한다. 도 1d가 구성요소들을 프레임(103b) 아래에 매달려 있는 것으로 예시하지만, 반드시 그러할 필요는 없으며, 프레임(103b)은 단순히, 구성요소들이 끼워맞춰지는 애퍼쳐들을 갖는 판일 수 있다.
도 1a로 돌아가서, 지지부(104)는, 프린트헤드 조립체(103)가 구축 영역 위에서 이동가능하도록 플랫폼(102)에 대해 이동가능하다. 적층 제조 장치(100)는 하나 이상의 액추에이터(127a)를 포함한다. 액추에이터들(127a)은, 지지부(104) 및 프린트헤드 조립체(103)가 플랫폼(102)에 걸쳐 스캐닝할 수 있도록, 예컨대 X-축을 따라 지지부(104)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임을 생성하도록 동작가능하다. 예컨대, 하나 이상의 레일(125a)이 플랫폼(102)에 인접하게 배열되고 X-축을 따라 연장될 수 있으며, 지지부(104)는 레일들(125a) 상에 지지되고 액추에이터들(127a)에 의해 레일들(125a)을 따라 이동가능할 수 있다. 2개의 레일이 사용되는 경우, 레일들(125a)은 플랫폼(102)의 대향하는 측들 상에 있을 수 있다. 예컨대, 지지부(104)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 2개의 대향하는 측 상에, 예컨대, 2개의 레일(125a, 125b)에 의해 지지되는 갠트리일 수 있다. 대안적으로, 지지부(104)는, 단일 레일 상에 캔틸레버 배열로 유지될 수 있다.
일부 구현들에서, 지지부(104) 및 플랫폼(102)은 Y-축을 따라 서로에 대해 움직이지 않도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 액추에이터(127b)는, 예컨대, 도 1b에 도시된 바와 같이, Y-축을 따른 지지부(104)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임을 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 프린트헤드 조립체(103)는, 분말 분배기(106), 치밀화 물질 분배기(108), 결합제 물질 분배기(110), 및 에너지 전달 시스템(112)을 지지한다. 이러한 프린트헤드들 각각은, 지지부(104) 상에서 그리고 서로에 대해 고정된 위치에 배치된다. 프린트헤드들은, 프린트헤드 조립체(103)가 단일 움직임으로 물질의 하나의 층을 프린팅하는 것을 완료할 수 있도록 프린트헤드 조립체(103)에 위치될 수 있다. 예컨대, 움직임의 방향, 예컨대 X-축을 따라, 분말 분배기(106)는 치밀화 분배기(108) 및 결합제 물질 분배기(110) 전에 배치될 수 있고, 에너지 전달 시스템(112)은 치밀화 물질 분배기(108) 및 결합제 물질 분배기(110) 후에 배치될 수 있다. 결과적으로, 프린트헤드 조립체(103)는, 구축 영역에 걸친 하나의 방향으로의 단일 스윕으로 하나의 층의 프린팅을 완료할 수 있다.
치밀화 물질 분배기(108)가 임의적이므로, 일부 구현들에서, 프린트헤드 조립체는 분말 분배기(106), 결합제 물질 분배기(110), 및 에너지 전달 시스템(112)만을 포함한다.
일부 구현들에서, 분배기들(106, 110) 및 에너지 전달 시스템(112)은 지지부(104)에 직접 장착될 수 있다.
일부 구현들에서, 개개의 프린트헤드들 각각은, 지지부(104)의 움직임의 방향에 대해 개개의 영이 아닌 각도, 예컨대 직각으로 있는 개개의 라인을 따라 물질들을 전달하도록 플랫폼(102)에 대해 위치될 수 있다. 물질은, 평행한 라인들을 따라 프린트헤드들 중 2개 이상에 의해 전달될 수 있다. 예컨대, 지지부(104) 및 프린트헤드 조립체(103)가 X-축을 따라 이동하는 경우, 각각의 프린트헤드는 Y-축을 따른 라인을 따라 물질을 전달할 수 있다.
프린트헤드들은, 플랫폼(102)의 전체 구축 영역에 걸쳐 있는 라인을 따라 물질들을 전달하도록 구성될 수 있다. 예컨대, (예컨대, 도 1a에 도시된) 일부 구현들에서, 각각의 프린트헤드는 전체 구축 영역에 걸쳐 있다. 대안적으로, 프린트헤드 조립체는, 프린트헤드들 각각이 Y-축을 따라 전체 플랫폼(102)에 걸쳐 있도록 엇갈린 어레이를 형성하기 위해 2개 이상의 열로 배열되는 다수의 프린트헤드들을 포함할 수 있다.
에너지 전달 시스템(112)은, 방사선을 생성하여 분말과 결합제 물질의 조합된 층을 향해 지향시키는 에너지 소스, 예컨대 광원을 포함한다. 결합제 물질이 액체인 경우, 에너지 소스는 결합제 물질을 고화시키기 위해 결합제 물질을 경화시킬 수 있다. 이는, 결합제 물질의 경화된 매트릭스에 현탁된 분말을 갖는 덩어리를 형성할 수 있다. 에너지 전달 시스템으로부터의 방사선은, UV 광, IR 광, 및/또는 가시광을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 에너지 소스는, 구축 영역의 폭에 걸쳐 연장되는 스트립을 조명하고, 조명된 스트립을, 전체 구축 영역에 걸쳐 방사선 빔을 스위핑하도록 구축 영역의 길이에 걸쳐 이동시키도록 구성된다. 스트립은, 스트립의 움직임의 방향에 대해 영이 아닌 각도, 예컨대 수직으로 연장될 수 있다. 일부 구현들에서, 에너지 소스는 지지부에 고정되고 그와 함께 이동하며, 지지부와 플랫폼 사이의 상대적인 움직임은 광의 스트립이 구축 영역에 걸쳐 스위핑하는 것을 야기한다. 대안적으로, 광 빔은 회전가능 거울로부터 편향될 수 있고, 거울의 회전은 광의 스트립을 이동시킬 수 있다.
일부 구현들에서, 에너지 전달 시스템은, 독립적으로 활성화될 수 있는 복수의 광원들을 포함한다. 각각의 광원은, 스트립의 주축을 따른 선택가능한 조명을 제공하도록, 어레이, 예컨대 선형 어레이로 배열될 수 있다. 에너지 소스들은, 예컨대, 발광 다이오드(LED)들에 전달되는 전류에 의존하는 강도를 갖는 방사선을 방출하도록 구성되는 LED들을 포함할 수 있다. 에너지 소스들은 또한, 예컨대, 레이저들, 예컨대 레이저 다이오드들의 어레이, 넓은 스펙트럼 조사(irradiation)를 제공하는 램프들, 예컨대 수은 램프들의 어레이, 또는 솔리드-스테이트 적외선 방출기 어레이를 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 에너지 소스들은, 각각의 방사선 빔이 층의 상이한 복셀을 향해 지향되도록 배열된다. 일부 구현들에서, 에너지 소스들은, 각각의 방사선 빔이 층의 상이한 구역을 향해 지향되도록 배열되며, 구역들은 결합제 물질 분배기에 의해 제공되는 복셀들보다 크다.
일부 구현들에서, 액추에이터(127a)는, 지지부(104)가 플랫폼(102)에 대해 순방향으로 전진하도록, 플랫폼(102)과 지지부(104) 사이의 상대적인 움직임을 야기한다. 분말 분배기(106), 치밀화 물질 분배기(108), 및 결합제 물질 분배기(110)는, 지지부(104)가 플랫폼(102)에 대해 전진됨에 따라 최근에 분배된 분말(116)이 에너지 전달 시스템(110)에 의해 후속하여 경화될 수 있도록, 에너지 전달 시스템(112) 앞에서 지지부(104) 상에 위치될 수 있다.
일부 구현들에서, 플랫폼(102)은, X-축을 따라 플랫폼들을 이동시키도록 동작가능한 컨베이어 상에 위치된다. 액추에이터(127a)는 X-축을 따른 컨베이어의 선형 움직임을 생성할 수 있으며, 그에 의해, 플랫폼들(102)과 지지부(104)의 상대적인 움직임이 야기된다.
일부 구현들에서, 장치(100)는, 선형 어레이 또는 2차원 어레이로 배열되는 다수의 플랫폼들(102)을 포함한다.
일부 구현들에서, 장치(100)는 다수의 분말 분배기들을 포함할 수 있으며, 각각의 분배기는 상이한 유형의 분말, 예컨대, 상이한 물질 조성을 갖는 상이한 분말들을 분배하도록 구성된다. 예컨대, 도 1d에서, 제1 분말 분배기(106a)는 금속 입자들을 포함하는 분말을 분배할 수 있고, 제2 분말 분배기(106b)는 플라스틱 입자들을 포함하는 분말을 분배할 수 있다.
일부 구현들에서, 장치는, 동일한 조성을 갖지만 상이한 크기를 갖는 분말을 분배하도록 구성되는 다수의 분말 분배기들을 포함한다. 예컨대, 도 1d에서, 분말 분배기(106a)는 제1 평균 직경보다 큰 금속 입자들을 포함하는 분말을 분배할 수 있고, 분말 분배기(106b)는 제1 직경보다 작은 금속 입자들을 포함하는 분말을 분배할 수 있다.
일부 구현들에서, 조립체는, 상이한 유형들의 결합제 물질들을 분배하도록 구성되는 다수의 결합제 물질 분배기들을 포함한다. 예컨대, 도 1d에서, 결합제 물질 분배기들(110a)은 분말 분배기(106a)로부터의 분말에 대해 동작가능한 제1 결합제 물질을 분배하도록 구성될 수 있는 한편, 결합제 물질 분배기(110b)는 분말 분배기(106b)로부터의 분말에 대해 동작가능한 제2 결합제 물질을 분배하도록 구성될 수 있다.
결합제 물질들은, 점도, 경화 파장, 경화 동역학, 및/또는 습윤 거동이 상이할 수 있다. 결합제 물질들은, 개개의 결합제 물질 분배기들로부터 분배될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 결합제 물질은, 제1 결합제 물질이 분말의 층을 통해 즉각적으로 침투할 수 있는 것보다 충분히 낮은 점도를 갖는다. 대조적으로, 제2 결합제 물질은, 제1 결합제 물질보다 높은 점도, 예컨대, 제2 결합제 물질이 입자들 사이의 갭들을 메워 층의 평탄화를 개선할 것이도록 충분히 높은 점도를 가질 수 있다. 이는, 양호한 층간 접착을 가능하게 할 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 결합제 물질은 분말을 우선적으로 습윤화하고, 제2 결합제 물질은 제1 결합제 물질들을 우선적으로 습윤화한다.
일부 구현들에서, 제1 결합제 물질은 정상 방사선 조건들 하에서 제2 결합제 물질보다 더 신속하게 경화된다. 이는, 제1 결합제 물질이 분말을 더 신속하게 제자리에 고정시키고 제2 결합제 물질이 분말을 더 견고하게 유지하는 것을 허용한다. 일부 구현들에서, 제2 결합제 물질은, 후속하여 퇴적된 층에 대한 에너지의 인가 동안 경화될 수 있다.
도 1b는, 적층 제조 장치(100)의 다른 예를 도시한다. 도 1b에 도시된 구현은 도 1a에 도시된 구현과 유사하지만, 도 1b에서, 지지부(104) 상에 장착된 프린트헤드들(106-110) 및 에너지 전달 시스템(112)은 플랫폼(102)의 전체 폭을 따라 연장되지 않는다. 예컨대, 도 1b에서, 분말 분배기(106)의 폭은 플랫폼(102)의 폭보다 짧다. 결과적으로, 프린트헤드 조립체(103)는, 지지부(104)의 움직임의 주방향에 대해 영이 아닌 각도, 예컨대 직각으로 있는 축, 예컨대 Y-축을 따라 플랫폼(102)에 대해 이동가능하도록 구성된다. 이는, 분배기들이 플랫폼(102)의 전체 구축 영역을 커버하는 것을 허용한다. 프린트헤드 조립체(103)는 지지부(104) 상에 이동가능하게 장착될 수 있어서, 각각의 구성요소는 플랫폼(102)의 전체 폭에 걸쳐 물질을 분배하거나 에너지를 전달하도록 재위치될 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 액추에이터(127b)는 지지부(104) 상에 위치되고, 지지부(104) 및 플랫폼(102)에 대해 Y-축을 따라 레일들(125b) 상에서 프린트헤드 조립체(103)의 구성요소들을 이동시키도록 동작가능하다.
일부 구현들에서, 분말 분배기(106)는, 지지부(104)의 움직임의 방향에 수직인, 예컨대, X-축에 수직인 라인을 따라, 예컨대 Y-축을 따라 분말 입자들(116)이 분배되도록, 예컨대 Y-축을 따라, 액추에이터(127b)를 사용하여 레일들(125y)을 따라 연장될 수 있다. 따라서, 지지부(104)가 움직임의 방향을 따라 전진함에 따라, 분말 입자들(116)은 전체 플랫폼(102)에 걸쳐 전달될 수 있다.
도 1c는, 적층 제조 장치(100)의 측면도의 예를 도시한다. 적층 제조 장치(100)는, 예컨대, 플랫폼(102)의 높이 또는 분말(116)의 층들의 최상부 표면의 높이를 검출하기 위한 감지 시스템(109)을 포함할 수 있다. 예컨대, 감지 시스템(109)은, 예컨대, 프린트헤드 조립체(103)의 최하부 표면에 대한 분말(116)의 최상단 층의 높이를 측정하기 위한 하나 이상의 광학 센서를 포함할 수 있다.
장치(100)는 또한, 프린트헤드 조립체(103)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 수직(즉, Z-축을 따른) 움직임을 생성하도록 액추에이터(127c)를 선택적으로 동작시키게 구성되는 제어기(111)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상대적인 수직 움직임은, 플랫폼(102) 또는 지지부(104)를 Z-축을 따라 레일(125c)을 따라서 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 특히, 중금속 부품들의 경우, 플랫폼(102)이 정지상태로 유지되는 동안 지지부(104)가 이동될 수 있다.
제어기(111)는, 제어기(111)가 감지 시스템(109)으로부터의 데이터를 사용하여 적절한 높이 조정을 결정하도록, 감지 시스템(109)에 연결될 수 있다. 예컨대, 분말(116)의 각각의 층이 분배된 후에, 감지 시스템(109)은, 분말(116)의 층의 최상부 표면과 프린트헤드 조립체(103)의 최하부 표면 사이의 새로운 거리를 결정한다. 제어기(111)는 이러한 데이터를 수신하고 액추에이터(127c)를 사용하여 분말(116)의 층의 높이와 동일한 적절한 높이만큼 지지부(104)를 상승시킨다. 결과적으로, 장치(100)는, 층마다, 분말(116)의 층의 최상부 표면과 프린트헤드 조립체(103) 사이에 일정한 높이 오프셋을 유지할 수 있다.
일부 구현들에서, 프린트헤드 조립체(103)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임은 증분적이거나 연속적일 수 있다. 예컨대, 프린트헤드 조립체(103)는, 순차적 분배 동작들 사이에서, 순차적 경화 동작들 사이에서, 또는 둘 모두에서 플랫폼(102)에 대해 이동될 수 있다. 대안적으로, 프린트헤드 조립체(103)는, 분말(116)이 분배되고 경화되는 동안 연속적으로 이동될 수 있다.
일부 구현들에서, 적층 제조 장치(100)는 다수의 지지부들을 포함할 수 있고, 각각의 지지부는 하나 이상의 프린트헤드 또는 에너지 전달 시스템을 장착할 수 있다. 일부 구현들에서, 다수의 지지부들이 사용되는 경우, 지지부들 각각은 평행하게 독립적으로 이동가능할 수 있다.
도 2a는, 적층 제조 장치(100)의 다른 구현의 상면도의 예를 제공한다. 도 2a에서, 장치(100)는 4개의 지지부(104a-104d)를 포함한다. 분말 분배기(106)는 지지부(104a) 상에 장착된다. 치밀화 물질 분배기(108)는 지지부(104b) 상에 장착된다. 결합제 물질 분배기(110)는 지지부(104c) 상에 장착된다. 에너지 전달 시스템(112)은 지지부(104d) 상에 장착된다.
일부 구현들에서, 지지부들 각각은 평행하게, 예컨대 Y-축을 따라 독립적으로 이동가능하다. 예컨대, 지지부는, 개개의 액추에이터들에 의해, 동일한 레일, 예컨대 레일(127a)에 결합되고 그를 따라 이동가능할 수 있다. 대안적으로, 지지부들 각각은 상이한 레일들에 결합될 수 있고, 서로 독립적으로 평행하게 이동할 수 있다.
일부 구현들에서, 전부가 아닌 일부 구성요소들이 동일한 지지부 상에 장착될 수 있다. 예컨대, 도 2b에서, 분말 분배기(106) 및 치밀화 물질 분배기(108)는, 서로에 대해 그리고 지지부(104a)에 대해 고정된 위치에서 동일한 지지부(104a) 상에 장착된다. 에너지 전달 시스템(112) 및 결합제 물질 분배기(110)는, 서로에 대해 그리고 지지부(104b)에 대해 고정된 위치에서 별개의 지지부(104b) 상에 장착된다.
다른 옵션으로서, 치밀화 물질 분배기(108), 결합제 분배기(110), 및 에너지 소스(112)는 동일한 지지부 상에 장착될 수 있고, 분말 분배기(106)는 별개의 지지부 상에 장착될 수 있다.
일부 구현들에서, 지지부들(104a-104d)은 동일한 레일(125a)에 결합될 수 있다. 대안적으로, 지지부들은 상이한 레일들에 결합될 수 있고, 서로 독립적으로 평행하게 이동할 수 있다.
일부 구현들에서, 하나 이상의 프린트헤드가 서로에 대해 수직으로 이동하는 상이한 지지부들 상에 장착될 수 있다. 예컨대, 도 2c에서, 지지부(104b)는 레일들(125a)을 따라 X-축으로 이동하는 한편, 지지부(104a)는 레일들(125b)을 따라 Y-축으로 이동한다. 이러한 경우에서, 지지부(104b) 상의 각각의 프린트헤드는, 지지부(104a) 상의 각각의 프린트헤드에 의해 물질이 전달되는 라인에 직각으로 있는 라인을 따라 물질을 전달할 수 있다.
일부 구현들에서, 적층 제조 장치는, 동일한 유형(예컨대, 분말 전달, 치밀화 물질 전달, 또는 결합제 물질 전달)의 다수의 프린트헤드들을 포함할 수 있다. 이는, 장치가 양방향 모드로 동작하는 것을 허용할 수 있다.
도 3a는 적층 제조 장치(100)의 상면도의 예를 도시하며, 6개의 프린트헤드가 서로에 대해 고정된 위치들에서 단일 지지부(104) 상에 장착된다. 에너지 전달 시스템(112)은 2개의 결합제 물질 분배기(110a 및 110b) 사이에 위치되고, 2개의 결합제 물질 분배기는 2개의 치밀화 물질 분배기(108a 및 108b) 사이에 위치되며, 2개의 치밀화 분배기는 2개의 분말 분배기(106a 및 106b) 사이에 위치된다. 대안적으로, 치밀화 분배기들(108a, 108b) 및 결합제 물질 분배기들(110a, 110b)의 위치들은 교환될 수 있다. 액추에이터(127a)는, X-축을 따른 지지부(104)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임을 생성할 수 있다. 예컨대, 지지부(104)는 레일들(125x)에 이동가능하게 결합될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 지지부(104)가 제1 스캐닝 움직임에서 양의 X-방향으로 플랫폼(102)에 걸쳐 이동함에 따라, 분말 분배기(106a), 치밀화 물질 분배기(108a), 및 결합제 물질 분배기(110a)가 플랫폼(102) 상에 개개의 물질들을 순차적으로 퇴적하여 물질의 제1 층의 매트릭스를 형성할 수 있다. 분말 분배기(106a), 치밀화 물질 분배기(108a), 및 결합제 물질 분배기(110a) 전부가 에너지 전달 시스템(112)에 앞서 위치되므로, 에너지 전달 시스템(112)은 후속하여 이러한 물질의 제1 층을 경화시켜 그린 부품의 제1 층을 형성할 수 있다. 이러한 스캐닝 움직임 후에, 지지부(104)는 도 3b에 도시된 바와 같이 플랫폼(102)에 대해 새로운 위치에서 정지할 것이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 지지부(104)는 이어서, 도 3a에 도시된 바와 같은 초기 위치로 돌아가기 위해, 반대 방향, 즉, 음의 X-방향으로 이동한다. 분말 분배기(106b), 치밀화 물질 분배기(108b), 및 결합제 물질 분배기(110b)는 플랫폼(102) 상에 개개의 물질들을 순차적으로 퇴적하여 물질의 제2 층을 형성할 수 있다. 에너지 전달 시스템(112)은 이어서, 이러한 물질의 제2 층을 경화시켜 그린 부품의 제2 층을 형성할 수 있다. 결과적으로, 지지부(104)가 플랫폼에 대한 자신의 초기 위치로 돌아갈 때, 물질들의 2개의 층이 퇴적되고 경화되었다.
일부 구현들에서, 프린트헤드들은, 치밀화 물질 분배기(108a) 및 결합제 물질 분배기(110a)가 에너지 전달 시스템(112) 전에 그리고 분말 분배기(106a) 후에 위치되도록 지지부(104) 상에 장착될 수 있다. 치밀화 물질 분배기(108b) 및 결합제 물질 분배기(110b)는, 분말 분배기(106b) 전에 그리고 에너지 전달 시스템(112) 후에 위치된다. 치밀화 물질 분배기들 및 결합제 물질 분배기들의 위치들은 상호교환가능하다.
일부 구현들에서, 장치(100)는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 각각이 하나 이상의 프린트헤드를 유지하는 다수의 지지부들을 포함할 수 있다. 하나 초과의 프린트헤드를 유지하는 각각의 지지부 상에, 도 3b에 개시된 배열에 따라 프린트헤드들이 위치될 수 있다.
일부 구현들에서, 장치(100)는 다수의 쌍들의 분말 분배기들을 포함할 수 있으며, 2개의 쌍은 상이한 유형의 분말을 분배하도록 구성된다. 예컨대, 도 3d에 도시된 바와 같이, 장치(100)는, 제1 쌍의 분말 분배기(106a 및 106d), 및 제2 쌍의 분말 분배기(106b 및 106c)를 포함할 수 있다. 제2 쌍의 분말 분배기들(106b, 106c)은 제1 쌍의 분말 분배기들(106a, 106d) 사이에 위치된다. 또한, 이는, 장치가 양방향 모드로 동작하는 것을 허용할 수 있다.
예컨대, 도 3d에서, 분말 분배기들(106a 및 106d)은 제1 물질 조성을 갖는 제1 분말, 예컨대 금속 입자들을 포함하는 분말을 분배할 수 있고, 분말 분배기(106b 및 106c)는 상이한 제2 물질 조성을 갖는 분말, 예컨대 플라스틱 입자들을 포함하는 분말을 분배할 수 있다.
일부 구현들에서, 다수의 분말 분배기들은, 동일한 물질 조성을 갖지만 상이한 크기를 갖는 분말을 분배하도록 구성된다. 예컨대, 도 3d에서, 분말 분배기들(106a 및 106d)은 제1 물질 조성을 갖고 제1 크기 범위 내에 속하는, 예컨대, 100 나노미터보다 큰 제1 분말을 분배할 수 있고, 분말 분배기(106b 및 106c)는 동일한 물질 조성을 갖지만 상이한 제2 크기 범위 내에 속하는, 예컨대, 100 나노미터보다 작은 제2 분말을 분배할 수 있다. 크기 범위들은 겹치지 않을 수 있다.
일부 구현들에서, 장치(100)는 다수의 쌍들의 결합제 물질 분배기들을 포함할 수 있으며, 2개의 쌍은 상이한 유형들의 결합제 물질을 분배하도록 구성된다. 예컨대, 도 3e에 도시된 바와 같이, 장치(100)는, 제1 쌍의 결합제 물질 분배기들(110a 및 110d), 및 제2 쌍의 결합제 물질 분배기들(110b 및 110c)을 포함할 수 있다. 제2 쌍의 결합제 물질 분배기들(110b, 110c)은 제1 쌍의 결합제 물질 분배기들(110a, 110d) 사이에 위치된다. 또한, 이는, 장치가 양방향 모드로 동작하는 것을 허용할 수 있다.
일부 구현들에서, 상이한 쌍들의 다수의 결합제 물질 분배기들은, 상이한 유형들의 결합제 물질들을 분배하도록 구성된다. 분배기들(110a 및 110d)로부터 분배된 것에서의 결합제 물질들은, 위에 논의된 다양한 이유들로 인해, 점도, 경화 파장, 경화 동역학, 및/또는 분배기(110b 및 110c)로부터 분배된 결합제 물질로부터의 습윤 거동이 상이할 수 있다. 예컨대, 도 3e에서, 결합제 물질 분배기(110a 및 110d)는 각각 분말 분배기(106a 및 106d)로부터의 분말에 대해 동작가능한 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 한편, 결합제 물질 분배기(110b 및 110c)는 각각 분말 분배기들(106b 및 106c)로부터의 분말에 대해 동작가능한 결합제 물질을 분배하도록 구성된다.
도 3d 및 도 3e가 동일한 지지부(104) 상에 다양한 분배기들 전부가 있는 것을 예시하지만, 분배기들 중 일부는 개별적으로 이동가능한 지지부들 상에 있을 수 있다. 예컨대, 2개의 분말 분배기(106a, 106b)는 제1 지지부 상에 있을 수 있고, 결합제 물질 분배기들(110a-110d) 및 에너지 전달 시스템(112)은 제2 지지부 상에 있을 수 있으며, 2개의 분말 분배기(106c, 106d)는 제3 지지부 상에 있을 수 있다. 대안적으로, 각각의 분말 분배기(106a-106d)는 자신 고유의 개별적으로 이동가능한 지지부 상에 있을 수 있다. 치밀화 물질 분배기들(108a, 108b)은, 그들 고유의 지지부 상에 또는 인접한 분배기들 중 하나의 지지부 상에 있을 수 있다.
도 4는 3차원 부품, 예컨대 그린 부품을 제조하는 적층 제조 장치(100)의 예를 도시한다.
분말 분배기(106)는 먼저 원하는 위치들에서 플랫폼(102) 상에 분말 입자들(116)의 층을 분배하는데, 즉, 분말 분배기는 측방향 공간 분해능을 갖는다. 분말 분배기의 측방향 분해능은 결합제 물질 분배기의 측방향 분해능보다 나쁠 수 있는데, 즉, 더 낮을 수 있다. 예컨대, 결합제 물질 분배기는, 분말 및 결합제 물질을 갖는, 구축되는 부품의 단면 부분에 대응하는 층의 용적을 형성하기 위해, 구축 영역에서 분말의 최상위 층에 복셀별 기반으로 결합제 물질을 분배할 수 있다. 대조적으로, 분말 분배기는, 구역별 기반으로 분말을 선택적으로 분배하도록 구성될 수 있으며, 구역들은 복셀들보다 크다. 일부 분말이 여전히 불필요한 영역들에 전달될 수 있지만, 이는 여전히 분말의 사용이 감소되는 것을 허용한다. 일부 구현들에서, 분말 분배기의 측방향 분해능은 결합제 물질 분배기의 측방향 분해능과 동일한데, 예컨대, 복셀별이다.
일부 구현들에서, 후속하여 분말 입자들(116)의 얇은 층을 살포하고/거나 압착시키기 위해 기계적 롤러 또는 블레이드(401)가 이용된다.
층별로 요구되는 분말 입자들(116)의 양은, 미리 결정된 층 두께, 입자들의 크기, 그린 부품 또는 유지 벽의 크기, 원하는 공간 분해능, 유효 프린팅 영역 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 인자들에 기반하여 제어기(111)에 의해 결정된다. 제어기(111)는, 프린트헤드들의 이동 및 물질 분배를 제어하는 패턴을 식별하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 갖는다.
일부 구현들에서, 치밀화 물질 분배기(108)는, 이전에 살포된 분말 입자들(116)의 층 상의 선택된 위치들에서 치밀화 물질(118)을 분배한다. 예컨대, 치밀화 물질은 제조되는 물체의 표면에 대응하는 구역들에서 퇴적될 수 있다. 치밀화 물질(118)은 몇몇 상이한 목적들로 쓰일 수 있다. 예컨대, 치밀화 물질(118)은 이웃하는 분말 입자들(116) 사이의 공간을 채우는 것을 도울 수 있으며, 따라서, 그린 부품의 밀도, 감소된 수축, 및 강성이 개선된다.
일부 구현들에서, 치밀화 물질(118)은 입자들의 분말이거나 이를 포함한다. 그러한 치밀화 입자들(118)은 그린 부품의 후처리 동안 핵형성 부위들로 작용하여, 더 강한 접합 및 더 낮은 소결 온도가 초래될 수 있다. 일부 구현들에서, 치밀화 물질(118)은, 분말 입자들(116)의 화학 조성과 유사하거나 동일한 화학 조성들의 입자들을 포함한다. 특히, 분말 입자들 및 치밀화 물질의 입자들 둘 모두가 세라믹 입자들일 수 있다. 대안적으로, 치밀화 물질(118)은, 치밀화 작용제들 및 화학적 도펀트들 둘 모두로서 작용하는 다양한 화학 조성들을 갖는 입자들을 포함할 수 있다.
치밀화 물질(118)의 입자들은 나노입자들일 수 있다. 예컨대, 입자들은, 10 내지 1000 nm, 예컨대, 50 내지 500 nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 대조적으로, 분말 입자들(116)은, 치밀화 물질(118)의 입자들의 평균 직경보다 2 배 내지 100 배, 예컨대, 3 배 내지 50 배, 2 배 내지 10 배, 또는 10 배 내지 20 배의 평균 직경을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 분말 입자들(110)은, 1 내지 500 ㎛, 예컨대, 5 내지 50 ㎛, 예컨대, 5 ㎛ 내지 10 ㎛의 평균 직경을 갖고, 치밀화 입자들은, 10 nm 내지 10 ㎛, 예컨대 10 nm 내지 1 ㎛, 예컨대 10 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는다.
일부 구현들에서, 치밀화 물질(118)은 캐리어 유체 또는 겔과 혼합된 입자들을 포함한다. 예컨대, 치밀화 물질(118)은, 겔, 예컨대 졸-겔과 혼합된 나노입자들을 포함할 수 있다. 졸-겔은, 세라믹 물질, 예컨대, 분말 입자들과 동일한 세라믹 물질에 대한 전구체일 수 있다. 다른 예로서, 치밀화 물질(118)은, 캐리어 유체와 혼합된 나노입자들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 치밀화 물질(118)은 액체일 수 있다.
일부 구현들에서, 치밀화 입자들(118)은, 분배 전에 결합제 물질(120a)과 혼합될 수 있다. 이러한 경우에서, 단일 분배기가 구축 영역 상에 결합제 물질과 치밀화 입자들의 혼합물을 전달할 수 있다.
결합제 물질이 분배되고 경화되기 전에 평활하고 균일한 층을 획득하기 위해 블레이드 및/또는 롤러가 사용될 수 있다. 나노 규모 치밀화 작용제들의 경우에서, 치밀화 작용제를 층 내로 축출하고, 밀어내고, 살포하기 위해, 블레이드와 롤러의 조합이 이용될 수 있다.
일부 구현들에서, 치밀화 입자들(118)은, 분배 전에 결합제 물질(120a)과 혼합될 수 있다. 이러한 경우에서, 단일 분배기가 구축 영역 상에 결합제 물질과 치밀화 입자들의 혼합물을 전달할 수 있다.
일단 분말 입자들(116) 및 치밀화 입자들(118)의 층(130)이 플랫폼(102) 상에 살포 및 압착되면, 결합제 물질 분배기(110)는 층(130) 상에 결합제 물질(120a)을 선택적으로 배치할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 결합제 물질 분배기(110)는, 분말 및 치밀화 물질의 층(130) 상에 결합제 물질(120a)을 배치한다.
일부 구현들에서, 결합제 물질 분배기(110)는, 잉크 분사(이 경우에, 결합제 물질은 액적들로 분배될 수 있음), 피펫팅(pipetting), 접촉 전사, 임프린트 전사 등을 통해 결합제 물질(120a)을 분배할 수 있다. 일부 구현들에서, 결합제 물질(120a)은 분말 입자들(116) 사이의 공간에 침투할 수 있다. 일부 구현들에서, 결합제 물질은 액체이다. 일부 구현들에서, 결합제 물질은 고체이고, 이러한 경우에서, 결합제 물질의 입자들은, 결합제 물질이 분말 내로 침투할 것이도록 분말보다 작아야 한다.
일단 결합제 물질(120a)이 분말 입자들(116) 및 치밀화 물질(118)의 층(130) 상의 선택된 위치들에 배치되면, 에너지 전달 시스템(110)은, 결합제 물질(120a)로 하여금 분말 입자들(116) 및 임의적 치밀화 입자들(118) 둘 모두 주위를 고화, 예컨대 중합시키게 하는 방사선 빔(122)을 전달할 수 있다. 이는, 분말 입자들(116)이 결합제 물질(120a)의 매트릭스 내에 유지되는 것을 초래한다.
방사선 빔(122)의 예들은, 전자 빔, 열 방사선, UV 방사선, IR 방사선, 단색 방사선, 마이크로파 방사선 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 경화의 결과로서, 경화된 결합제 물질(120b)은, 이웃하는 분말 입자들(116 및 118)을 함께 물리적으로 결합시키기 위한 아교로서 작용할 수 있다. 경화된 결합제 물질(120b)은 동일한 층 내의 입자들을 접합시키고, 인접한 층들에 있는 입자들을 접합시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 결합제 물질은, 수용성 또는 용매-가용성이도록 제형화될 수 있다. 일부 구현들에서, 결합제 물질(120a)은 열 또는 UV 경화가능 중합체들일 수 있다. 일부 구현들에서, 결합제 물질(120a)은 무색 또는 특정 색일 수 있다.
분말 입자들(116), 치밀화 입자들(118), 결합제 물질(120a), 및 방사선 빔(122)의 연속적인 적용은, 성긴 분말 입자들(116)의 풀에서의 그린 부품의 형성을 초래한다.
각각이 개개의 분말을 선택적으로 분배할 수 있는 다수의 분말 분배기들을 갖는 장치에서, 상이한 분말들이 상이한 구역들에 대해 제공될 수 있다.
도 4b는, 분말, 결합제, 및 치밀화 물질들의 분배된 층에서의 상이한 구역들의 예들을 도시한다. 예컨대, 분말은, 제조될 물체의 둘레를 둘러싸고 그로부터 분리되는 유지 벽 구역(403)에서 분배될 수 있다. 이러한 분말은, 경화된 결합제 물질(120b)로 제자리에 유지되어 유지 벽(403)을 형성한다. 유지 벽(403)에서의 분말은, 물체를 형성하는 데 사용되는 분말의 조성과 동일하거나 상이한 조성을 가질 수 있다. 예컨대, 그린 부품에 대한 분말이 금속성 분말인 경우, 유지 벽에 대한 분말은 세라믹 분말 또는 플라스틱 분말일 수 있다. 다른 예로서, 그린 부품에 대한 분말이 세라믹 분말인 경우, 유지 벽에 대한 분말은 플라스틱 분말일 수 있다.
유지 벽(403)은, 제조되는 그린 부품의 층을 포함하는 그린 부품 구역(407) 및 성긴 분말 입자들을 포함하는 완충 구역(405) 둘 모두를 둘러싼다. 성긴 분말 입자들은 경화된 결합제 물질(120b)과 접해 있지 않은 분말 입자들이며, 그린 부품 구역에서의 분말이 측방향으로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 측방향 지지를 제공한다. 완충 구역(405)에서의 성긴 분말 입자들은 또한, 후속 층에서의 분말 입자들에 대한 수직 지지를 제공할 수 있다. 완충 구역(405)은, 유지 벽(403)을 그린 부품 구역(407)으로부터 분리하여 유지 벽이 부품에 결속되는 것을 방지한다. 결과적으로, 그린 부품은 일단 완료되면 플랫폼(102)으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 완충 구역(405)에서의 분말은, 물체를 형성하는 데 사용되는 분말의 조성과 동일하거나 상이한 조성을 가질 수 있다. 예컨대, 그린 부품에 대한 분말이 금속성 분말인 경우, 완충 구역에 대한 분말은 세라믹 분말 또는 플라스틱 분말일 수 있다. 다른 예로서, 그린 부품에 대한 분말이 세라믹 분말인 경우, 완충 구역에 대한 분말은 플라스틱 분말일 수 있다. 구축 동안 부품의 구조적 강성을 개선하기 위해, 완충 구역들(405)에 결합제 물질들을 선택적으로 배치함으로써 '브릿지들' 또는 '테더링된 구조들'이 형성될 수 있다.
일단 그린 부품이 형성되면, 그린 부품은 플랫폼(102)로부터 제거되고, 결속되지 않은 분말 입자들(116)이 향후의 사용을 위해 적층 제조 장치(100)에 의해 재활용된다. 이어서, 그린 부품은, 분말을 고체 덩어리로 고화시키고 그에 따라 최종 제품의 밀도 또는 강성을 증가시키기 위해, 추가적인 처리를 겪는다. 그린 부품 후처리의 예들은 소결 및 어닐링을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 치밀화 입자들(118)의 존재는, 이러한 후처리 단계들 동안의 그린 부품 수축 정도를 감소시킨다. 결합제 물질은, 후속 처리 동안 증발 또는 용융될 수 있다.
일부 구현들에서, 분말 분배기(106) 및 치밀화 물질 분배기(108)는, 개개의 입자들을 선택적으로 분배하도록 구성된다.
분말 분배기(106)는, 플랫폼(102) 위에 매달리는 복수의 노즐들을 포함할 수 있으며, 이들을 통해 분말이 유동한다. 예컨대, 분말은, 중력 하에서 유동할 수 있거나, 예컨대, 압전 액추에이터에 의해 토출될 수 있다. 개별적인 노즐들의 분배의 제어는, 공압식 밸브들, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 밸브들, 솔레노이드 밸브들, 및/또는 자기 밸브들에 의해 제공될 수 있다. 분말을 분배하는 데 사용될 수 있는 다른 시스템들은, 제어가능한 애퍼쳐들을 갖는 롤러, 및 다수의 제어가능한 애퍼쳐들을 갖는 튜브 내부의 오거(auger)를 포함한다.
분말은, 건식 분말 또는 액체 중 분말의 현탁액, 또는 물질의 슬러리 현탁액일 수 있다. 예컨대, 압전 프린트헤드를 사용하는 분배기의 경우, 공급 물질은 전형적으로 액체 중 입자들의 현탁액일 것이다. 예컨대, 분배기는, 분말 물질의 층들을 형성하기 위해, 캐리어 유체, 예컨대, 고증기압 캐리어, 예컨대, 이소프로필 알코올(IPA), 에탄올, 또는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)으로 분말을 전달할 수 있다. 캐리어 유체는 층에 대한 소결 단계 전에 증발될 수 있다. 대안적으로, 건식 분배 메커니즘, 예컨대, 초음파 교반 및 가압된 불활성 가스에 의해 보조되는 노즐들의 어레이가 입자들을 분배하는 데 이용될 수 있다.
도 5a는, 플랫폼(102)을 향해 분말 입자들(116)을 선택적으로 분배하도록 구성되는 분말 분배기(106)의 예를 도시한다. 분말 분배기(106)는, 각각이 분말 입자들(116)을 분배할 수 있는 다수의 개별적으로 제어가능한 마이크로 분배기들(106a)들을 포함한다.
마이크로 분배기들(106a)은, 각각의 마이크로 분배기(106a)가, 형성될 그린 부품의 대응하는 영역에 분말 입자들(116)을 분배할 수 있도록 위치된다. 그러한 마이크로 분배기들(106a)의 배열은, 마이크로 분배기들(106a)이, Y-축을 따른 분말 분배기(106)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임을 요구하지 않고도 Y-축을 따라 연장되는 다수의 분말 입자들(116)을 한 번에 선택적으로 분배할 수 있게 한다.
도 5b는 마이크로 분배기(106a)의 개략적인 예들을 도시한다. 예컨대, 마이크로 분배기(106a)는, 분배기의 개구에 있는 밸브 액추에이터(501)에 의해 제어될 수 있다. 밸브 액추에이터(501)는, 중력 하에서 분말의 유동을 야기하도록 개방된다. 다른 예에서, 마이크로 분배기(106a)는, 분배기의 개구에 있는 마이크로 기어(502)에 의해 제어될 수 있다. 마이크로 기어(502)는, 마이크로 기어(502)와 분말 입자들(116) 사이의 마찰력에 기인한 분말의 유동을 야기하도록 회전할 수 있다.
일부 구현들에서, 마이크로 분배기(106a)의 개구의 기하학적 형상들은, 원형, 삼각형, 세장형 슬롯, 사각형 등을 포함할 수 있다.
분말 분배기(106)가 플랫폼(102)에 걸쳐 스캐닝함에 따라, 마이크로 분배기(106a)는 구축 영역 상에 분말을 선택적으로 분배하도록 동작된다. 예컨대, 마이크로 분배기들(106a)은, 분말 분배기(106)가 X-축을 따른 제1 위치에 있는 동안 부품의 제1 열의 복셀들을 따라 제1 세트의 분말 입자들(116)을 분배하고, 이어서, 분말 분배기가 X-축을 따른 제2 위치에 있는 동안 제1 세트의 복셀들로부터 오프셋된 제2 열의 복셀들을 따라 제2 세트의 분말 입자들(116)을 분배하도록 동작될 수 있다. 분말 분배기(106)의 움직임은 분말의 분배 동안 연속적일 수 있거나, 또는 분말 분배기는, 분말 분배기가 특정 열의 복셀들에 분배하는 동안에는 정지상태로 있으면서 분배 동작들 사이의 단계들에서 이동할 수 있다.
마이크로 분배기들(106a)의 어레이는, Y-축을 따라, 예컨대, 플랫폼(102)과 지지부(104)의 상대적인 움직임의 방향에 수직인 방향으로 연장된다. 일부 구현들에서, 마이크로 분배기들(106a)의 어레이는 플랫폼(102)의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 지지부(104)는, 마이크로 분배기들(106a)이 전체 플랫폼(102)에 걸쳐 분말 입자들(116)을 선택적으로 분배할 수 있도록 X-축을 따라 스캐닝한다.
일부 구현들에서, 마이크로 분배기들(106a)의 어레이는 플랫폼(102)의 움직임의 방향을 따라, 예컨대, X-축을 따라 연장된다. 따라서, 마이크로 분배기들(106a)은 X-축을 따라 분말 입자들(116)을 분배할 수 있다. 결과적으로, 마이크로 분배기들(106a)로 하여금 플랫폼(102)의 전체 길이에 걸쳐 스캐닝하게 하는 X-축을 따른 지지부(104)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임의 증분들의 수가 감소될 수 있다.
일부 구현들에서, 마이크로 분배기들(106a)의 어레이는 X-축 및 Y-축 둘 모두를 따라 연장된다. 예컨대, 마이크로 분배기들(106a)의 어레이는, 마이크로 분배기들(106a)이 평행한 행들 및 열들로 배열되는 직사각형 어레이를 형성할 수 있다. 대안적으로, 마이크로 분배기들(106a)의 인접한 열들이 서로에 대해 엇갈리게 배치되거나, 마이크로 분배기들(106a)의 인접한 행들이 서로에 대해 엇갈리게 배치된다.
일부 구현들에서, 마이크로 분배기들(106a)의 어레이는, 마이크로 분배기들(106a)의 어레이가 플랫폼(102)에 걸쳐 연장되도록 X-축 및 Y-축을 따라 연장된다. 플랫폼(102)과 지지부(104)의 상대적인 움직임 동안, 플랫폼(102)은, 구축 영역이 마이크로 분배기들(106a)의 어레이 아래에 있도록 그리고 마이크로 분배기들(106a)이 그린 부품에 대한 구축 영역의 임의의 부분을 향해 분말 입자들(116)을 직접 분배할 수 있도록 마이크로 분배기들(106a)의 어레이에 대해 위치된다.
일부 구현들에서, 결합제 물질 분배기(110) 및 치밀화 물질 분배기(108)는, 비록 상이한 물질들 및 분배 메커니즘들을 갖지만(예컨대, 결합제 물질 분배기는 압전 액추에이터를 사용하여 액체 결합제 물질의 액적들을 토출할 수 있음) 위에 설명된 분말 분배기(106)와 유사한 아키텍처로 구성될 수 있다.
도 6은 그린 부품을 형성하기 위한 예시적인 프로세스(600)를 예시한다. 예컨대, 제어기(111)를 포함하는 장치(100)가 프로세스(600)를 실행할 수 있다.
지지부(104)와 플랫폼(102) 사이의 상대적인 움직임이 생성된다(602). 예컨대, 하나 이상의 액추에이터(127a)가 상대적인 움직임을 생성하도록 제어기(111)에 의해 동작될 수 있다. 상대적인 움직임은, 분말 입자들(116), 치밀화 입자들(118), 및 결합제 입자들(120)이 선택적으로 분배될 표적 위치에 프린트헤드 조립체(103)가 재위치될 수 있도록 제어된다.
분말 입자들(116)의 층이 플랫폼(102) 상에 분배된다(604). 예컨대, 프린트헤드 조립체(103)는 분말 입자들(116)을 분배하도록 제어기(111)에 의해 동작될 수 있다. 도 5를 또한 참조하면, 제어기(111)는, 마이크로 분배기들(106a)이 분말 입자들(116)을 분배하는 방식을 제어할 수 있다. 분말 분배기(106)가 플랫폼(102)의 전체 폭에 걸쳐 연장되지 않고 지지부(104)에 대해 이동가능한 경우, 일부 구현들에서는, 동작(604)에서, 분말 분배기(106)는, 플랫폼(102)의 전체 폭을 따라 분말 입자들(116)을 분배하기 위해 Y-축을 따라 스캐닝한다.
임의적으로, 치밀화 입자들(118)이 분말 입자들(116)의 층 상의 선택된 위치들에서 분배된다(606). 예컨대, 치밀화 물질 분배기(108)는 치밀화 입자들을 분배하도록 제어기(111)에 의해 동작될 수 있다. 치밀화 물질 분배기(108)가 플랫폼(102)의 전체 폭에 걸쳐 연장되지 않고 지지부(104)에 대해 이동가능한 경우, 일부 구현들에서는, 동작(606)에서, 치밀화 물질 분배기(108)는, 플랫폼(102)의 전체 폭을 따라 치밀화 입자들(118)을 분배하기 위해 Y-축을 따라 스캐닝한다.
결합제 물질(120)이 분말-치밀화 입자 혼합물의 층 상의 선택된 위치들에서 분배된다(608). 결합제 물질 분배기(110)가 플랫폼(102)의 전체 폭에 걸쳐 연장되지 않고 지지부(104)에 대해 이동가능한 경우, 일부 구현들에서는, 동작(608)에서, 결합제 물질 분배기(110)는, 플랫폼(102)의 폭을 따라 결합제 입자들(120a)을 분배하기 위해 Y-축을 따라 스캐닝한다.
에너지 전달 시스템(112)은, 분말 입자들이 고화된 결합제 물질의 매트릭스 내에 유지되는 층을 형성하기 위해 결합제 물질(120a)을 고화시킨다. 예컨대, 에너지 전달 시스템은 액체 결합제 물질(120b)을 경화시킬 수 있다.
제어기, 예컨대, 제어기(111)는, 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로, 또는 이들의 조합들로 구현될 수 있다. 제어기는, 데이터 처리 장치, 예컨대, 프로그래밍가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위해, 또는 그 동작을 제어하기 위해, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 즉, 정보 캐리어 내에, 예컨대, 비-일시적인 기계 판독가능 저장 매체 내에 또는 전파되는 신호 내에 유형으로 구현된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 또한 알려져 있음)은, 컴파일 또는 해석되는 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 이는 독립형 프로그램 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 위치에 있거나 다수의 위치들에 걸쳐 분산되어 통신망에 의해 상호연결되는 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되거나 또는 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 프로세스들 및 논리 흐름들은, 입력 데이터에 대해 동작하여 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한, 특수 목적 논리 회로, 예컨대, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 주문형 집적 회로(ASIC)에 의해 수행될 수 있고, 장치가 또한 그들로서 구현될 수 있다.
설명된 시스템들의 제어기(111) 및 다른 컴퓨팅 디바이스 부분은, 공급 물질이 각각의 층에 대해 형성되어야 하는 패턴을 식별하는 데이터 객체, 예컨대, 컴퓨터 지원 설계(CAD) 호환가능 파일을 저장하기 위한 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 데이터 객체는 STL 포맷형 파일, 3D 제조 포맷(3MF) 파일 또는 적층 제조 파일 포맷(AMF) 파일일 수 있다. 예컨대, 제어기는 원격 컴퓨터로부터 데이터 객체를 수신할 수 있다. 예컨대, 펌웨어 또는 소프트웨어에 의해 제어되는 바와 같은 제어기(111)의 프로세서는, 원하는 패턴으로 각각의 층을 퇴적하고/거나 경화시키기 위해 장치(100)의 구성요소들을 제어하는 데 필요한 신호들의 세트를 생성하기 위해, 컴퓨터로부터 수신된 데이터 객체를 해석할 수 있다.
다수의 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
분말 입자들(116)의 층들의 각각의 층의 두께 및 복셀들 각각의 크기는 구현마다 다를 수 있다. 일부 구현들에서, 플랫폼(102) 상에 분배될 때, 각각의 복셀은, 예컨대, 10 ㎛ 내지 1 mm, 예컨대, 10 ㎛ 내지 50 ㎛(예컨대, 10 ㎛ 내지 30 ㎛, 20 ㎛ 내지 40 ㎛, 30 ㎛ 내지 50 ㎛, 대략적으로 20 ㎛, 대략적으로 30 ㎛, 또는 대략적으로 50 ㎛), 또는 50 ㎛ 내지 1 mm(예컨대, 50 ㎛ 내지 300 ㎛, 50 ㎛ 내지 100 ㎛, 100 ㎛ 내지 300 ㎛)의 폭을 가질 수 있다. 각각의 층은 미리 결정된 두께를 가질 수 있다. 두께는, 예컨대, 10 ㎛ 내지 125 ㎛(예컨대, 10 ㎛ 내지 20 ㎛, 10 ㎛ 내지 40 ㎛, 40 ㎛ 내지 80 ㎛, 80 ㎛ 내지 125 ㎛, 대략적으로 15 ㎛, 대략적으로 25 ㎛, 대략적으로 60 ㎛, 또는 대략적으로 100 ㎛)일 수 있다.
분말은 금속성 입자들을 포함할 수 있다. 금속성 입자들의 예들은, 금속들, 합금들, 및 금속간 합금들을 포함한다. 금속성 입자들에 대한 물질들의 예들은, 알루미늄, 티타늄, 스테인리스 강, 니켈, 코발트, 크로뮴, 바나듐, 및 이러한 금속들의 다양한 합금들 또는 금속간 합금들을 포함한다.
분말은 세라믹 입자들을 포함할 수 있다. 세라믹 물질들의 예들은, 금속 산화물, 이를테면, 세리아, 알루미나, 실리카, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 또는 이러한 물질들의 조합, 이를테면 알루미늄 합금 분말을 포함한다.
일부 구현들에서, 분말 입자들(116)은, 1 내지 500 ㎛, 예컨대, 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 예컨대, 5 ㎛ 내지 10 ㎛, 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 평균 직경일 수 있다.
일부 예들에서, 적층 제조 장치(100)는 1개, 2개, 또는 3개의 설명된 프린트헤드를 포함한다. 대안적으로, 장치(100)는 4개 이상의 프린트헤드를 포함한다. 프린트헤드들 각각은, 예컨대, 지지부(104) 상에 장착된다. 따라서, 프린트헤드들은 플랫폼(102)에 걸쳐 유닛으로서 이동가능하다. 일부 예들에서, 프린트헤드들은 상이한 지지부들 상에 장착될 수 있고, 서로 독립적으로 이동가능하다. 일부 경우들에서, 장치(100)는, 스캐닝 방향을 따라 정렬되는 8개 이상의 프린트헤드, 예컨대, 8개의 프린트헤드, 12개의 프린트헤드 등을 포함한다.
위의 설명에서 특정 세부사항들과 함께 다수의 예들이 주어지지만, 이러한 예들은 이러한 특정 세부사항들에 대한 제한들 없이 실시될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 예들은 서로 조합되어 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
장치가 결합제 분사를 사용하여 물품들을 제조하는 맥락에서 설명되었지만, 장치는 다른 분말 기반 방법들에 의한 물품들의 제조제 적응될 수 있다. 예컨대, 다음과 같다:
● 일부 구현들에서, 치밀화 물질 분배기(108)는 임의적이다. 예컨대, 에너지 전달 시스템(112)은, 분말 및 결합제 물질만의 층을 경화시킨다.
● 일부 구현들에서, 에너지 전달 시스템(112)은 임의적이다. 예컨대, 결합제 물질(120)은 냉각에 의해 자가-경화될 수 있고, 부가적인 방사선 빔(122)을 요구하지 않는다.
● 일부 구현들에서, 결합제 물질 분배기는 임의적이다. 예컨대, 시스템이 (그린 부품이 아니라) 최종 부품을 제조하는 데 사용될 경우, 분말은 하나 이상의 분배기(106)에 의해 전달될 수 있고, 에너지 전달 시스템은 플랫폼 상의 분말을 융착시키는 데 사용될 수 있다.
● 에너지 소스는 결합제 물질 분배기와 동일한 지지부 상이 아니라 별개의 지지부 상에 있을 수 있다. 대안적으로, 에너지 소스는 플랫폼에 대해 움직이지 않을 수 있고, 전체 층을 동시에 융착시키도록 구성될 수 있다.
따라서, 다른 구현들이 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (40)

  1. 적층 제조 장치로서,
    플랫폼;
    상기 플랫폼 위에 위치되는 하나 이상의 지지부;
    상기 플랫폼 및 상기 하나 이상의 지지부 중 적어도 하나에 결합되고, 상기 하나 이상의 지지부가 상기 플랫폼에 걸쳐 스캐닝하도록 상기 플랫폼과 상기 하나 이상의 지지부 사이의 상대적인 움직임을 생성하게 구성되는 액추에이터;
    상기 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성되는 제1 분배기 시스템 ― 상기 제1 분배기 시스템은, 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 상기 제1 지지부와 함께 이동하고 상기 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기를 포함함 ―;
    상기 구축 영역 상에 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 제2 분배기 시스템 ― 상기 제2 분배기 시스템은, 상기 분말 및 상기 결합제 물질을 갖는, 구축되는 부품의 단면 부분에 대응하는 층의 용적을 형성하기 위해, 상기 구축 영역에서 분말의 최상위 층에 복셀별 기반으로 제1 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 결합제 물질 분배기를 포함함 ―; 및
    상기 결합제 물질을 고화시키기 위해 상기 플랫폼을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 에너지 소스를 포함하는, 적층 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지부는 제1 축을 따라 이동가능하고, 상기 제1 분말 분배기는, 상기 제1 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제2 축을 따라 스트립(strip)으로 상기 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 분말 분배기는, 제2 축을 따라 복셀별 기반으로 상기 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 분말 분배기는, 제2 축을 따라 구역별 기반으로 상기 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되며, 구역들은 복셀들보다 큰, 적층 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 분말 분배기는 제1 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 가지며, 제1 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는 상기 제1 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 결합제 물질 분배기 및 에너지 소스는 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착되고 상기 제2 지지부와 함께 이동하며, 상기 제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능하고, 상기 제1 결합제 물질 분배기는 상기 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 스트립으로 상기 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분배기 시스템은 복수의 제1 분말 분배기들을 포함하며, 각각의 제1 분말 분배기는 상기 제1 지지부에 부착되고, 상기 복수의 제1 분말 분배기들은 상기 구축 영역의 폭을 커버하도록 엇갈린 패턴으로 배열되는, 적층 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    제조될 물체의 층에서 상기 결합제 물질이 고화될 패턴을 식별하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 갖는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 층에 대해,
    상기 액추에이터로 하여금, 상기 플랫폼과 상기 지지부 사이의 상대적인 움직임을 생성하게 하고,
    상기 제1 분배기 시스템으로 하여금, 상기 지지부가 상기 플랫폼에 걸쳐 스캐닝함에 따라, 상기 구축되는 부품의 단면 부분을 포괄하는 구역들에서 분말의 층을 분배하게 하고,
    상기 제2 분배기 시스템으로 하여금, 상기 구축되는 부품의 단면에 대응하는, 분말과 결합제 물질의 조합된 층을 제공하도록 상기 데이터 객체에 기반한 상기 패턴으로 상기 분말의 층 상에 결합제 물질의 층을 분배하게 하고,
    상기 패턴에 따라 상기 조합된 층에서 상기 결합제 물질을 고화시키도록 상기 에너지 소스를 제어하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 소스는, 상기 최상위 층과 함께 스트라이프(stripe)를 조명하도록 구성되는 광원을 포함하는, 적층 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플랫폼, 상기 하나 이상의 지지부, 상기 제1 분배기 시스템, 상기 제2 분배기 시스템, 및 상기 에너지 소스를 에워싸는 챔버를 형성하는 밀봉된 하우징을 포함하는, 적층 제조 장치.
  11. 적층 제조 장치로서,
    플랫폼;
    상기 플랫폼 위에 위치되는 하나 이상의 지지부;
    상기 플랫폼 및 상기 하나 이상의 지지부 중 적어도 하나에 결합되고, 상기 하나 이상의 지지부가 상기 플랫폼에 걸쳐 스캐닝하도록 상기 플랫폼과 상기 하나 이상의 지지부 사이의 상대적인 움직임을 생성하게 구성되는 액추에이터;
    상기 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성되는 제1 분배기 시스템 ― 상기 제1 분배기 시스템은, 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 상기 제1 지지부와 함께 이동하고 상기 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기를 포함함 ―;
    상기 구축 영역 상에 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 제2 분배기 시스템 ― 상기 제2 분배기 시스템은, 상기 분말 및 상기 결합제 물질을 갖는, 구축되는 부품의 단면 부분에 대응하는 층의 용적을 형성하기 위해, 상기 구축 영역에서 분말의 최상위 층에 복셀별 기반으로 제1 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 결합제 물질 분배기를 포함함 ―;
    분말의 층 또는 분말과 결합제 물질의 조합된 층에 치밀화 물질을 전달하도록 구성되는 제3 분배 시스템; 및
    상기 결합제 물질을 고화시키기 위해 상기 플랫폼을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 에너지 소스를 포함하는, 적층 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 치밀화 물질은, 상기 제1 분말의 입자들보다 작은 평균 직경을 갖는 입자들을 포함하는, 적층 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 치밀화 물질의 입자들은, 상기 제1 분말의 입자들과 동일한 조성을 갖는, 적층 제조 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 치밀화 물질은, 내부에 나노입자들이 분산되어 있는 졸-겔을 포함하는, 적층 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 졸-겔은, 상기 제1 분말과 동일한 조성을 갖는 세라믹에 대한 전구체를 포함하는, 적층 제조 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    제1 치밀화제 분배기는 상기 제1 지지부에 부착되고 상기 제1 지지부와 함께 이동하는, 적층 제조 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    제1 치밀화제 분배기는 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착되고 상기 제2 지지부와 함께 이동하며, 상기 제2 지지부는 제3 축을 따라 이동가능하고, 상기 제1 치밀화제 분배기는 상기 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 스트립으로 치밀화제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    제3 분배기 시스템은, 상기 구축 영역 상에 치밀화 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제2 치밀화제 분배기를 포함하는, 적층 제조 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    제1 치밀화제 분배기 및 제2 치밀화제 분배기가 상기 제1 지지부에 부착되고 상기 제1 지지부와 함께 이동하거나, 상기 제1 치밀화제 분배기가 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제2 지지부에 부착되고 상기 제2 지지부와 함께 이동하고 상기 제2 치밀화제 분배기가 제3 지지부에 부착되고 상기 제3 지지부와 함께 이동하거나, 또는 제1 결합제 분배기 및 상기 에너지 소스가 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제4 지지부에 부착되고 상기 제4 지지부와 함께 이동하는, 적층 제조 장치.
  20. 적층 제조 장치로서,
    플랫폼;
    상기 플랫폼 위에 위치되는 하나 이상의 지지부;
    상기 플랫폼 및 상기 하나 이상의 지지부 중 적어도 하나에 결합되고, 상기 하나 이상의 지지부가 상기 플랫폼에 걸쳐 스캐닝하도록 상기 플랫폼과 상기 하나 이상의 지지부 사이의 상대적인 움직임을 생성하게 구성되는 액추에이터;
    상기 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성되는 제1 분배기 시스템 ― 상기 제1 분배기 시스템은, 상기 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 상기 제1 지지부와 함께 이동하고 상기 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기를 포함함 ―;
    상기 구축 영역 상에 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 제2 분배기 시스템 ― 상기 제2 분배기 시스템은, 상기 분말 및 상기 결합제 물질을 갖는, 구축되는 부품의 단면 부분에 대응하는 층의 용적을 형성하기 위해, 상기 구축 영역에서 분말의 최상위 층에 복셀별 기반으로 제1 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 결합제 물질 분배기를 포함하고, 상기 제1 결합제 물질은 치밀화 물질을 포함함 ―; 및
    상기 결합제 물질을 고화시키기 위해 상기 플랫폼을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 에너지 소스를 포함하는, 적층 제조 장치.
  21. 적층 제조 장치로서,
    플랫폼;
    상기 플랫폼 위에 위치되는 하나 이상의 지지부;
    상기 플랫폼 및 상기 하나 이상의 지지부 중 적어도 하나에 결합되고, 상기 하나 이상의 지지부가 상기 플랫폼에 걸쳐 스캐닝하도록 상기 플랫폼과 상기 하나 이상의 지지부 사이의 상대적인 움직임을 생성하게 구성되는 액추에이터;
    상기 플랫폼에 의해 지지되는 구축 영역 상에 분말의 복수의 연속적인 층들을 분배하도록 구성되는 제1 분배기 시스템 ― 상기 제1 분배기 시스템은,
    상기 하나 이상의 지지부 중에서 제1 지지부에 부착되고 상기 제1 지지부와 함께 이동하고 상기 구축 영역 상에 제1 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 분말 분배기, 및
    상기 구축 영역 상에 제2 분말을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제2 분말 분배기를 포함함 ―;
    상기 구축 영역 상에 결합제 물질을 분배하도록 구성되는 제2 분배기 시스템 ― 상기 제2 분배기 시스템은, 상기 분말 및 상기 결합제 물질을 갖는, 구축되는 부품의 단면 부분에 대응하는 층의 용적을 형성하기 위해, 상기 구축 영역에서 분말의 최상위 층에 복셀별 기반으로 제1 결합제 물질을 선택적으로 분배하도록 구성되는 제1 결합제 물질 분배기를 포함함 ―; 및
    상기 결합제 물질을 고화시키기 위해 상기 플랫폼을 향해 방사선을 방출하도록 구성되는 에너지 소스를 포함하는, 적층 제조 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 분말 분배기는 제1 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 포함하고, 상기 제1 분말 분배기의 제1 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는 상기 제1 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성되고, 상기 제2 분말 분배기는 제2 복수의 개별적으로 제어가능한 오리피스들을 포함하고, 상기 제2 분말 분배기의 제2 복수의 오리피스들의 각각의 오리피스는 상기 제2 분말을 제어가능하게 전달하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    적어도 제조될 물체의 층에 대응하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 갖는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 제1 분배기 시스템으로 하여금, 상기 제조될 물체에 대응하는 구역에서 상기 제1 분말을 분배하게 하고,
    제4 분배기 시스템으로 하여금, 제조될 물체들에 대응하지 않는 구역에서 상기 제2 분말을 분배하게 하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 분말은 금속 입자들을 포함하고 상기 제2 분말은 세라믹 입자들을 포함하고, 또는 상기 제1 분말은 금속 또는 세라믹 입자들을 포함하고 상기 제2 분말은 플라스틱 입자들을 포함하는, 적층 제조 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제1 분배기 시스템으로 하여금, 상기 제1 분말 상에만 상기 결합제 물질을 분배하게 하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제1 분배기 시스템으로 하여금, 상기 제1 분말 및 상기 제2 분말 둘 모두 상에 상기 결합제 물질을 분배하게 하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  27. 제21항에 있어서,
    적어도 제조될 물체의 층에 대응하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 갖는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 제1 분배기 시스템으로 하여금, 상기 제조될 물체에 대응하는 제1 구역에서 상기 제1 분말을 분배하게 하고,
    제4 분배기 시스템으로 하여금, 상기 제1 구역의 일부분에서 상기 제2 분말을 분배하게 하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 제2 분배기 시스템은, 상기 결합제 물질을 분배하기 위한 제2 결합제 물질 분배기를 포함하는, 적층 제조 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 분말 분배기, 상기 제1 결합제 물질 분배기, 상기 에너지 소스, 상기 제2 결합제 물질 분배기, 및 상기 제2 분말 분배기는, 지지부에 걸쳐 상기 제1 분말 분배기의 움직임의 방향을 따라 전술된 순서로 배열되는, 적층 제조 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    제조될 물체의 연속적인 층들에서 상기 결합제 물질이 고화될 패턴을 식별하는 데이터 객체를 저장하도록 구성되는 메모리를 갖는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 제1 분말 분배기로 하여금, 상기 제1 분말 분배기가 제1 축을 따라 제1 방향으로 이동함에 따라 분말의 제1 층을 분배하게 하고;
    제1 결합제 분배기로 하여금, 상기 제1 결합제 물질 분배기가 상기 제1 축을 따라 상기 제1 방향으로 이동함에 따라 분말과 결합제 물질의 제1 조합된 층을 제공하도록 상기 분말의 제1 층 상에 결합제 물질의 제1 층을 분배하게 하고,
    상기 패턴에 따라 상기 제1 조합된 층에서 상기 결합제 물질을 고화시키도록 상기 에너지 소스를 제어하고,
    상기 제2 분배기 시스템으로 하여금, 상기 제2 분말 분배기가 상기 제1 축을 따라 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동함에 따라 분말의 제2 층을 분배하게 하고,
    제2 결합제 분배기로 하여금, 상기 제2 결합제 분배기가 상기 제2 방향으로 이동함에 따라 분말과 결합제 물질의 제2 조합된 층을 제공하도록 상기 분말의 제2 층 상에 결합제 물질의 제2 층을 분배하게 하고,
    상기 패턴에 따라 상기 제2 조합된 층에서 상기 결합제 물질을 고화시키도록 상기 에너지 소스를 제어하도록 구성되는, 적층 제조 장치.
  31. 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법으로서,
    그린 부품(green part)의 복수의 층들을 연속적으로 형성함으로써 상기 그린 부품을 형성하는 단계 ― 상기 그린 부품을 형성하는 단계는, 각각의 층에 대해,
    플랫폼 상의 구축 영역 상에 분말의 층을 선택적으로 분배하는 것 ― 상기 분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은 상기 구축 영역 전부보다는 작은 영역을 커버함 ―,
    분말과 결합제 물질의 조합된 층을 형성하기 위해 상기 분말의 층 상에 결합제 물질을 선택적으로 분배하는 것,
    고화된 결합제 물질에 의해 분말이 유지되는 상기 그린 부품의 복수의 층들의 층을 형성하기 위해 상기 결합제 물질을 고화시키도록 상기 플랫폼을 향해 방사선을 지향시키는 것에 의해 이루어짐 ―; 및
    상기 분말을 고체 덩어리로 융착시키도록 상기 그린 부품을 처리하는 단계를 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 그린 부품을 처리하는 단계는, 어닐링, 소결, 및/또는 열간 등방압 가압(hot isostatic pressing) 중 하나 이상을 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은, 분말 분배기가 제1 축을 따라 이동하는 동안 상기 분말 분배기의 복수의 독립적으로 제어가능한 노즐들로부터 분말을 분배하는 것을 포함하며, 상기 노즐들은, 상기 제1 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제2 축을 따라 배열되는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 결합제 물질을 선택적으로 분배하는 것은, 결합제 물질 분배기가 제3 축을 따라 이동하는 동안 상기 결합제 물질 분배기의 복수의 독립적으로 제어가능한 노즐들로부터 상기 결합제 물질을 분배하는 것을 포함하며, 상기 노즐들은, 상기 제3 축에 대해 영이 아닌 각도로 있는 제4 축을 따라 배열되는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 플랫폼을 향해 방사선을 지향시키는 것은, 상기 제4 축과 평행한 스트라이프를 따라 에너지를 전달하는 것을 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    층의 처리 동안 상기 제3 축과 상기 방사선의 스트라이프 사이에 일정한 거리를 유지하는 단계를 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은, 상기 부품에 의해 커버되는 단면 영역의 둘레를 결정하는 것, 상기 단면 영역의 둘레를 둘러싸는 완충 구역을 결정하는 것, 및 상기 단면 영역 및 상기 완충 구역과 겹치는 구역들로 상기 분말을 분배하는 것을 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 분말의 층을 선택적으로 분배하는 것은, 상기 완충 구역을 둘러싸는 유지 벽 구역을 결정하는 것, 및 상기 단면 영역, 상기 완충 구역, 및 유지 링 영역과 겹치는 구역들로 상기 분말을 분배하는 것을 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 결합제 물질을 상기 완충 구역에 분배하는 것을 억제하는 단계를 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 유지 링 영역과 겹치는 구역들 외부에 상기 분말을 분배하는 것을 억제하는 단계를 포함하는, 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 방법.
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