KR20200128664A - 3차원 부품의 적층 가공 내 제조 정밀도를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 부품의 적층 공정 내 제조 정밀도를 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것으로, 국부적으로 정의된 에너지 입력의 결과로서 생산된 3차원 부품의 적어도 하나의 영역이 생성되는 3차원 부품의 적어도 하나의 영역의 분말 형태 또는 페이스트 형태의 재료의 영역 위에 전자기 방사선을 조사시키는 적어도 하나의 레이저 방사원(4) 및 2차원 검출기 어레이(1)가 구비된 조합된 조명 및 검출 소자(12)를포함한다. 상기 검출기 어레이(1)는 레이저 방사원에 의해 조사된 표면 내/상에 상승된 스펙클이 공간적으로 분해되는 방식으로 검출될 수 있도록 배열되고 설계된다. 검출기 어레이를 사용하여 공간적으로 분해된 방식으로 검출된 스펙클 신호는 전자 평가 및 제어 회로(3)에 공급될 수 있다. 제조 공정에 영향을 줄 수 있도록 설계된 전자 개방- 및 폐쇄-회로에 상기 전자 평가 및 제어 회로(3)는 연결된다. 열(thermal)의 스펙클 여기는 3차원 적층 공정을 위한 페이스트 형태 또는 문말 재료 상에 국부적으로 정의된 방식으로 발생되는 에너지 입력을 가진 에너지 빔(10) 또는 별도의 에너지 빔을 사용하여 달성된다.
Description
본 발명은 3차원 부품의 적층 가공동안 제조 정밀도를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
적층 가공(additive manufacturing) 또는 다른 생성 가공(generative manufacturing)으로 칭해지는 방법은 사실상 무제한 설계 및 구성 자유로 부품의 시간 및 자원 효율적인 생산을 용이하게 한다. 이는 기능성 제조에서의 장점으로 특히 가치가 있고 촉진된다. 특히 공구 인서트, 항공우주, 의료 공학, 및 경량 구조 분야 및 일반적인 프로토타입 제작의 분야에서, 예를 들어, 윤곽에 가깝게 냉각되는 맞춤형 임플란트 또는 터빈 블레이드를 제조할 때 혁신과 적용 가능성을 제공한다.
제조 공정의 지속적인 추가 개발 및 주로"3D 프린팅"이라는 용어로 특징 지어지는 매체에서의 존재의 증가에도 불구하고, 품질 보증 및 공정 안정성에 대한 조치가 여전히 필요하다. 공정 조건에서의 공정 파라미터 또는 변동을 잘못 설정하면 결과적인 기계적 기술 부품의 특성이 악화되거나 공정의 종료를 야기한다. 부품 상의 후속 결함 처리는 경우에만 가능하며 적층 가공(AM: Additive Manufacturing)의 이점을 상쇄시킨다. 따라서, 결함이 발생하는 순간 결함을 감지하고 재료를 절약하기 위해 부품의 조립을 중지하는 플랜트-통합 프로세스 모니터링을 위한 해결책이 필요하나, 모든 시간 및 비용보다 더 많은 조립 및 공정이 발생할 수 있다. 제조공정을 제어하고 공정을 종료하지 않고도 파라메트릭(parametric) 폐쇄-루프 제어를 실행하려면 이상 감지(anomaly detection)이 가능해야 한다.
이 목적에 대한 이전의 접근법은 용융 풀 모니터링(melt pool monitoring)을 포함하며, 이는 고속 프로세스를 작은 공간에서 제어하는데 적합하지 않은 온도 측정 및 이미지 기반 시공 공정을 모니터링한다.
프로세스 모니터링 및 제품 문서화의 목적을 위한 적절한 해결책에 대한 수요가 증가함에 따라 최근 몇가지 문제가 발생하였다. 레이저 용접 분야에서 이미 사용된것과 유사한 용융 풀의 범위를 모니터링하기 위한 시스템이 이미 공지되어 있다. 여기서, 빔 스플리터는 포토 다이오드에 의하여 용융 풀로부터 방출된 방사선을 포착하는데 사용된다. 용융 풀의 범위는 캡쳐될 수 있으며, 방사선의 강도와 추가 CMOS 카메라의 사용에 기초하여 폐쇄-루프 제어를 받을 수 있다. 분말 적용을 광학적으로 모니터링하기 위하여 별도록 부착된 CCD 카메라가 사용된다. 분말 층의 이미지는 분말 내 줄무늬 모양의 흔적이 존재할 수 있는 방식으로 코팅 메커니즘의 마모 및 손상을 감지하는데 사용된다.
확장된 접근 방식에서, 더 높은 해상도로 레코딩을 실현할 수 있도록 추가 조명이 시스템에 통합되었다. 맵핑 알고리즘에 의해 x 및 y 좌표에서 레이저 빔의 위치의 함수로서 용융 풀 방사선의 세기를 나타내는 관행이 이와 관련하여 공지되어 있다. 이 절차는 용융 풀 온도의 합성 이미지를 생성할 수 있게 하여, 이미지 기록의 인상을 제공한다. 여기서, 레코딩의 어두운 점(dark spots)은 공정 열 흐름의 편차로 해석되어 오버행 형상의 경우 내부 응력 및 열 축적으로 인한 국부 부품 초과 높이를 알릴 수 있다.
종래 기술은 레이저 빔에 동축으로 결합될 수 있는 바이컬러 고온계(bi-color pyrometer)의 사용을 개시하였다.
열화상(thermography)의 도움으로 빔 용융 공정 내 열 영향 구역의 공간적 및 시간적 발달이 기록될 수 있다. 개별 층 서모그램(thermograms)의 구성을 통해 3D 보고서가 생성될 수 있고 오버행 형상에서 열 축적을 볼 수 있다. 그러나, 시야는 160 mm x 120 mm의 영역으로 제한되며, 이는 구성(construction) 분야의 작은 부분만 커버 할 수 있다.
분말 적용 및 용융 층을 모니터링하기 위한 이미지 시스템을 사용하려는 시도가 있었다. 이를 위해, 구성 공정 내 고해상도 이미지가 자동적으로 기록되고 컨테이너 파일 형식으로 문서화된다. 기록된 이미지 데이터에서 국부적 부품 초과 높이가 검출될 수 있고 이미지 분석 프로세스에 의해 프로세스 안정성을 평가하는데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 간단하고 비용 효율적이며, 개선된 정밀도 및 소형화된 방식의 3차원 부품 적층 가공 동안 제조 정밀도의 온라인 모니터링을 위한 옵션을 구체화하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 시스템에 의하여 달성될 수 있다. 청구항 9는 방법을 정의한다. 본 발명의 개선된 실시예 및 개선은 종속항에 설명된 특징에 따라 실현될 수 있다.
조합된 조명 및 검출 소자가 본 바 faud에 따른 시스템에 존재한다. 조합된 조명 및 검출 소자가, 분말 재료 물질 또는 페이스트 형태로 존재하는 물질의 영역으로 전자기 방사선을 조사하는 방식으로 인하여, 국부적으로 정의된 에너지 유입의 결과로서 3차원 부품의 적어도 하나의 영역이 생성되는 방식으로 인하여, 2차원 검출 어레이 및 적어도 하나의 레이저 방사원을 구비한다.
검출기 어레이는 레이저 방사원에 의해 조사된 표면 영역 내/위에서 발생하는 스펙클이 공간적으로 분해되는 방식으로 검출될 수 있도록 배열되고 구현된다.
검출기 어레이에 의하여 공간 분해능으로 포착된 스펙클 신호는 전자 평가 회로에 공급된다. 전자 평가 회로는 제조 공정에 영향을 주기 위해 구현된 전자 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 장치에 연결된다.
열 스펙클 여기는 3차원 적층 가공을 위한 페이스트 형태로 존재하는 재료 및 분말 재료 내 국부적으로 정의된 방식으로 에너지를 도입하는데 사용되는 별도의 에너지 빔 또는 에너지 빔을 사용하여 달성된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 검출기 어레이의 경우에, 개별 검출기 또는 센서는 공급된 에너지로 여기에 의해 획득된 스펙클의 공간적인 분해 및 동시 포착을 위하여 열 및 행 배치로 배열되어야 한다. 여기서, 특정 시간 간격에 의해 분리된 동시에 또는 후속 시간에 포착된 공간적으로 분해된 스펙클을 평가할 수 있다. 각각의 센서에 충돌하는 전자기 방사선의 세기를 포착할 수 잇는 광학 센서를 사용할 수 있다. 이는 광학 검출기 또는 센서에 입사하는 전자기 방사선의 단일 파장 또는 파장 범위, 또는 파장-분해(스펙트럼 분해(spectrally resolved))방식일 수 있다. 공간적으로 분해된 방식으로, 그리고 해당되는 경우 유리하게는 시간 분해된 방식으로 포착된 검출기 또는 센서로부터 측정 신호를 사용하여 바람직한 제조 정밀도의 모니터링을 달성할 수 있다.
따라서, 레이저 스펙클 광도법(LSP: Laser Speckle Photometry)가 본 발명의 범위 내에 적용될 수 있다.
LSP 는 실시간 모니터링에 적합하며 면외(out-of-plane) 및 면내(in-plane) 시프트 모두에 대해 높은 감도를 가진다. 전체 스펙클 패턴 또는 간섭 패턴(프린지)의 왜곡에 집중하는 다른 기술과 대비되어, LSP는 검출기 어레이의 각 개별 픽셀의 강도 변화에 의해 야기되는 스펙클의 시공간동역학(spatiotemporal dynamics)를 측정한다.
거친 표면이 균질한 광원에 의해 조명되면, 스펙클 패턴은 스펙클 여기 이후에 형성될 수 있다. 조명 영역의 다른 지점에서의 산란된 파동은 검출기 어레이로서 CCD/CMOS 칩에 의해 검출될 수 있는 바, 관찰 측면(observation plane)에서 거친 표면을 방해하고, 임의 분포의 강도 최소 및 최대값을 가지는 공간 구조로서의 스펙클 패턴을 생성한다. 스펙클 패턴은 표면의 3D특성에 대한 지문 정보를 전달한다. 원칙적으로, 산란 물체에 대한 정보를 얻을 수 있도록 근거리에서 작업이 수행된다. 구조 정보는 주로 스펙클 강도, 스펙클 위상 또는 진폭의 차수 통계로부터 얻을 수 있다. 구조 정보 이외에, 검출기 어레이에 의해 공간적으로 분해된 방식으로 포착된 스펙클 이미지는 예를 들어, 검사 대상의 확산 프로세스에 관한 중요한 정보를 시간에 따라 전달할 수 있다. 유사하게, 스펙클 이미지로 포착된 재료의 움직임에 기초하여 활동은 동적으로, 시간적으로 연속적으로 갭쳐된 스펙클 이미지의 적절한 알고리즘에 의해 확인된다. 예로서, 특정 상관 함수(자가 상관 차이(autocorrelation difference))는 스펙클 역삭과 샘플의 각각의 표면 상태 사이 또는 프로세스 동안 상호 작용을 확인하기 위해 사용될 수 있다.
기본 LSP 알고리즘은 열전달 방정식의 솔루션을 사용하여 열 확산도를 계산한다.
하나의 빔 경로만 사용되므로 절차가 더욱 견고하다. 측정 구조는 간단하므로 효율적으로 소형화될 수 있다. 시스템은 페이스트 형태로 존재하는 재료 또는 분말 재료를 위한 피드(feed) 또는 스무딩 장치에 직접 부착될 수 있고, 피드 또는 스무딩 장치와 함께 움직일 수 있다. 결과적으로, 이는 재료 적용 동안 또는 적용된 재료의 스무딩 동안 진행 움직임을 동기적으로 따를 수 있으며, 이를 위해 전용 드라이브(dedicated drive)가 요구되지 않는다. 여기서, 시스템은 재료를 고화시키기 위해 에너지 빔으로 미리 처리된 층에서 스펙클 신호의 포착이 재료 적용 또는 스무딩(평활화)를 위한 움직임과 동시에 검출이 수행되도록 하는 방식으로 배열될 수 있다.
재료를 위한 피드는 액적 적용 장치, 특히 인쇄 장치, 레이저 클래딩 장치 또는 적층 가공을 위한 분말 피드일 수 있고, 스무딩 장치는 닥터 블레이드일 수 있다.
합금 또는 세라믹 재료가 있는 다양한 금속을 적층 가공을 위한 재료로서 사용할 수 있다. 적어도 2개의 상이한 재료를 사용하여 생산된 부품이 부가적으로 제조될 수 있다.
유리하게는, 2차원 검출기 배열, 적어도 하나의 레이저 방사원 및 전자 평가 회로 및, 선택적으로 추가의 필수 요소, 예를 들어 전력 공급 유닛 및 반사 요소는 회로 캐리어 상에 함께 배열될 수 있다. 이는 소형화를 더욱 개선시킬 수 있다, 회로 캐리어는 다층화될 수 있다. 전기적 전도성 연결부는 인쇄된 전기 도체 트랙 및 비아(vias)에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 레이저 방사원 및 검출기 어레이는 부품이 제조되어야 하는 재료를 향하는 회로 캐리어 표면 상에 배열되어야 한다.
별도의 에너지 빔이 반사요소에 입사되어야 하고, 후자에 의하여 반사된 상기 에너지빔은 바람직하게 페이스트 형태로 존재하는 재료 또는 분말 재료의 영역에 입사되어야 하고, 상기 영역은 레이저 방사선 소스에 의해 조사되지 않고 및/또는 검출기 어레이에 의해 검출되지 않는다. 별도의 에너지 빔은 마찬가지로 레이저 빔일 수 있다.
이미 나타낸 바와 같이, 반사 요소는 마찬가지로 페이스트 형태로 존재하는 재료 또는 분말 재료를 위한 피드 또는 스무딩 장치에 부착되어야 하고, 피드 또는 스무딩 장치와 함께 이동할 수 있다. 이것일 달성할 수 있는 것은 스펙클 신호의 검출에 편리한 위치에서 추가적인 측정 없이 열 여기가 달성될 수 있다는 것이다.
본 발명에서, 레이저 방사원은 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 어레이 및/또는 CCD 또는 CMOS 어레이일 수 있는 검출기 어레이일 수 있다.
광학 필터 및/또는 광학 빔 형성 요소, 특히 광학 렌즈는 재료 및 레이저 방사원 및/또는 검출기 어레이 사이에 배열될 수 있다. 광학 필터를 사용하면, 예를 들어 반사 또는 산란된 방사선과 같은 전자기 방사선의 귀찮은 성분(components)의 검출 및 평가 동안 회피되거나 적어도 억제될 수 있다. 뿐만 아니라, 광학 필터가 적어도 하나의 레이저 방사원의 상류에 배열되면 단색화 전자기 방사선(monochromatized electromagnetic radiation)이 조사에 더웅ㄱ 잘 이용될 수 있다. 적어도 하나의 광학 요소를 사용하여 각 조사 및/또는 검출된 영역의 크기 및 형상은 적용 또는 분산된 재료에 영향을 줄 수 있다.
본 방법에서, 절차는, 국부적으로 정의된 에너지 유입의 결과로서 3차원 부품의 적어도 하나의 영역이 부가적으로 제조되는 수단에 의하여, 레이저 방사선이 페이스트 형태로 존재하는 재료 또는 분말 재료의 영역 위에 전자기 방사선을 조사하는데 사용된다.
여기서, 검출기 어레이는 레이저 방사원에 의하여 조사된 표면 영역에서 발생하는 스펙클이 공간적으로 분해되는 방식으로 검출되도록 배열되고 구현된다.
검출기 어레이에 의하여 공간 분해능으로 포착된 스펙클 신호는 전자 평가 회로에 공급된다. 전자 평가 회로는 제조 공정에 영향을 끼치기 위해 구현된 전자 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 장치에 연결되고 평가된 스펙클 신호는 전자 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 장치로 전송된다.
열(thermal) 스펙클 여기는 3차원 적층 가공을 위한 페이스트 형태로 존재하는 재료 또는 분말 재료에 국부적으로 정의된 방식으로 에너지를 도입하기 위하여 사용된 별도의 에너지 빔 또는 에너지 빔을 사용하여 성취된다.
전자식 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 장치를 사용하여, 제조 과정이 종료되거나, 캡처 및 평가된 스펙클 신호를 고려하여 제조 결함이 평가되는 방식에 영향을 미치며, 특히 재료를 도포하는 동안의 오차는, 미리 확인된 정확하게 적용된 재료로부터의 스펙클 신호로부터 편차가 결정되면 보상된다.
이것은 불필요한 재료와 에너지의 소비로 거부(rejects)을 피할 수 있다.
적용된 재료, 특히 소결 또는 융합을 응고시키는데 사용되는 에너지 빔은 특히 전자 또는 레이저빔일 수 있다. 이러한 에너지 빔은 또한 열 여기를 위해 이용될 수 있으며, 이는 스펙클을 생성하는데 사용될 수 있다. 여기서, 이러한 여기를 위한 에너지 빔이 적용가능한 경우가 면제될 수 있다.
위에서 지정한 접근 방식(열화상(thermography) 및 용융 풀 모니터링)과 달리, 스펙클 센서 시스템에 기반한 소형화된 모니터링 시스템은 적층 3D 제조 공정에서 특정 재료 파라미터 (예를 들어 다공성, 그러나 잠재적으로 추가 파라미터)및 표면 개방 결점을 감지할 수 있다. 뿐만 아니라, 이전에 알려진 기술적 해결책과 비교하여, 본 발명에 따른 시스템의 개별 부품은 매우 작은 공간에 통합될 수 있으며, 특히, 적층 가공을 위한 이미 이용가능한 장치의 새로 장착(retrofitting)을 용이하게 한다. 복수의 소형화된 LSP 센서 유닛으로부터 센서 어레이를 구성하는 것은 재료 파라미터의 동시 맵핑을 위해 사용될 수도 있다.
이를 통해 신속하게 수행되는 제조 프로세스를 모니터링할 수 있다.
이 발명은 실시예에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다. 도면에 도시되고 그 설명에서 설명된 특징은 서로 각각의 도면 및 각각의 예시와 독립적으로 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 일례의 2개의 도면을 도시한다.
도 2는 선택적 레이저 소결 또는 선택적 레이저 용융을 위해 구현된 장치에 사용된 본 발명에 따른 시스템의 예를 도시하고, 및
도 3은 본 예시의 다른 2개의 도면을 도시한다.
도 2는 선택적 레이저 소결 또는 선택적 레이저 용융을 위해 구현된 장치에 사용된 본 발명에 따른 시스템의 예를 도시하고, 및
도 3은 본 예시의 다른 2개의 도면을 도시한다.
혁신적인 결합된 조명 및 검출 요소(12)는 LSP에 사용될 수 있다. 여기서, 본 예시에서 광학 필터(1a) 및 광학 렌즈/대물 렌즈(1b)를 조합한 검출기 어레이(1)로서 고해상도 이미지 컨버터(CMOS/CCD)에 더하여, 에너지 효율적인 전자 평가 및 제어 회로(3), 예를 들어 여기된 스펙클 패턴을 위한 레이저 방사원(4)으로서 측정 체제를 제어하고 검출기 및 레이저 다이오드 어레이에 근접한 이미지 처리를 위한 칩센/전자 유닛은 회로 캐리어(5), 예를 들어 인쇄 회로 기판에 부착된다. 이들 요소는 여기에 도시되지 않은 회로 캐리어(5) 및 비아(vias)에 인쇄된 전기 도체 트랙을 통해 간섭이 없는 저전류 전기 인터페이스에 의해 상호 연결될 수 있다. 각각의 사용 위치에 유연하게 적응되는 전기 전력 공급 유닛(6)은 회로 캐리어(5) 상/위에 존재할 수 있다.
회로 캐리어(5)의 다층 또는 다층 구조는 이러한 예시를 통하여 하부측 단면도를 통해 특히 식별될 수 있다.
개별 부품의 사이즈, 특히 검출기 어레이(1) 및 레이저 방사원(4)으로서의 레이저 다이오드 어레이의 크기는 최적화된 라인/공간 조건 및 소형화된 보어(bores)의 경우에 유리하게 사용될 수 있다. 여기서 z축 방향으로 원하는 대로 확장할 수 있다. 따라서, 보다 두꺼운 회로 캐리어(5) 또는 2개 이상의 층을 가지는 회로 캐리어(5)가 사용될 수 있다.
결합된 조명 및 검출 요소(12)는 기계 유닛에 고정되어 분말 층 상에 층별로 적용되고 에너지 빔에 의해 처리되는 문잘 재료(7)를 적용하고 매끄럽게 구현된다. 이는 분말 재료(7)의 특정 층 두께를 스무딩하고 평활하게 하는데 사용되는 닥터블레이드(dortor blade)(8)에서 수행될 수 있다. 이는 도 2에 도시되어 있다. 닥터 블레이드(8)는 분말 재료(7)를 균일하게 분포시키기 위해 즉, 전체 층 영역에 걸쳐 일정한 층 두께로 균일하게 상기 재료를 균일하게 분포시키기 위해 분말 층(powder bed)의 층(layer)를 형성하도록 이동된다.
결합된 조명 및 검출 요소(12)를 사용하여 적층하여 가공되는 부품(8)의 각 층은 제조 동안 점 또는 라인 단위로 측정될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 입자 크기가 사양(specifiacations) 또는 불순물(impurities)로부터 벗어난 각 층에 존재하는 입자, 층 내의 분말 재료(7)의 불균일한 분포를 검출하고, 이후 고려하는 것이 가능하다.
그러나, LSP에 의한 검출을 수행하고, 그 과정에서 적어도 하나의 층을 형성 할 때 적층 제조 동안 발생한 결함을 식별하기 위하여, 각각의 재료(7)를 고화시키기 위한 에너지빔을 갖는 분말 재료 (7)로 제조된 각 층의 처리 후 또는 처리 중에 결합된 조명 및 검출 요소(12) 및 시스템에 속하는 다른 구성 요소를 사용하는 것도 가능하다. 결함이 식별되면, 제조 프로세스에 영향을 미치기 위해 도시되지 않은 전자 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 장치가 설명의 일반적인 부분에서 설명된 바와 같이 제조 프로세스에 개입하는데 사용될 수 있다. .
이 예에서, 열 여기는 광 다이오드/레이저 다이오드(10.1)에 의해 방출되고 에너지 빔(10)을 반사하는 요소(11)로 향하는 별도의 에너지 빔 (10)으로 수행된다. 여기서, 에너지 빔(10)과 반사 요소(11)는 에너지 빔 (10)의 초점이 분말 재료(7)의 표면에 충돌하여 열 여기를 야기하는 방식으로 서로에 대해 배열 및 정렬된다. 여기서, 초점은 검출기 어레이(1)에 의해 포착될 수 있는 검출 영역에 직접 위치하지 않은 위치로 향해야 한다.
도 3의 좌측 도면은, 여기된 스펙클의 목적을 위하여, 레이저 빔(10)이 부품(9)의 표면으로 적층 제조되는 것을 개략적으로 도시한다. 여기서, 검출기 어레이(1)는 닥터 블레이드(8)에 배열되고 이와 함께 이동된다. 닥터 블레이드(8)는 선택적 레이저 용접 또는 레이저 소결에서 통상적인 바와 같이, 층별 분말 분포를 야기하는데 사용된다.
우측 예시는 검출기 어레이(1)가 행 및 열 배열로 배열된 복수의 광학 센서로 형성됨을 명확하게 한다. 검출기 어레이(1) 상에는 반사 요소(11)가 있으며, 이를 통해 레이저 빔(10)에 의해 여기된 스펙클 성분(9)을 위하여, 부품 (9)을 부가적으로 제조하는데 사용되는 분말층의 최상층의 표면상에 조사된다.
광학 센서는 공간적으로 분해된 방식으로 레이저 빔(10)에 의해 여기된 스펙클을 포착한다.
Claims (9)
- 3차원 부품의 적층 가공 동안 제조 정밀도를 모니터링하기 위한 시스템에 있어서,
분말 형태의 물질 또는 페이스트 형태로 존재하는 물질의 영역에 전자기 방사선을 조사시키는 수단에 의해, 국부적으로 정의된 에너지 유입의 결과로서 3차원 부품의 적어도 하나의 영역이 생성되는 수단에 의해, 2차원 검출기 어레이(1) 및 적어도 하나의 방사원(4)으로 형성된 조합된 조명 및 검출 소자(12), 및
상기 검출기 어레이(1)는 공간적으로 분해되는(resolved) 방식으로 검출가능한 상기 레이저 방사원(4)에 의해 방사된 표면 내/위에서 스펙클(speckle)이 발생되는 방식으로 배열되고 구현되고,
상기 검출기 어레이(1)에 의하여 공간적으로 분해되는 방식으로 포착된 상기 스펙클 신호는 전자 평가 및 제어 회로(3)에 공급될 수 있고, 또한
상기 전자 평가 및 제어 회로(3)는 상기 제조 공정에 영향을 미치기 위하여 구현된 전자 개방-회로 및 폐쇄 회로 장치에 연결되고; 및
3차원 적층 가공을 위하여 상기 분말 형태의 물질 또는 페이스트 형태로 존재하는 물질에 국부적으로 정의된 방식으로 에너지를 도입하기 위하여 별도의 에너지 빔(10) 또는 사용된 에너지 빔을 사용하여 열(thermal) 스펙클 여기(excitation)이 달성되는 시스템. - 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 페이스트 형태로 존재하는 물질 또는 분말 물질을 위한 피드(feed) 또는 스무딩 장치(8)에 부착되고 상기 피드 또는 상기 스무딩 장치(8)와 함께 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2차원 검출기 어레이(1), 상기 적어도 하나의 레이저 방사원(4) 및 상기 전자 평가 회로(3)는 하나의 회로 캐리어(carrier)에 함께 배열되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 별도의 에너지 빔(10)은 반사 요소(11)에 입사하고, 후자에 의해 반사된 상기 에너지 빔(10)은 상기 분말 물질 또는 페이스트 형태(7)로 존재하는 물질의 영역에 입사하고, 상기 영역은 상기 레이저 방사원(4)에 의해 조사되지 않고 및/또는 상기 검출기 어레이(1)에 의해 검출되지 않는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 요소(11)는 상기 상기 분말 물질 또는 페이스트 형태(7)의 상기 피드 또는 상기 스무딩 장치(8)에 부착되고, 상기 피드 또는 상기 스무딩 장치(8)와 함께 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 방사선(4)은 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 어레이 및/또는 상기 검출기 어레이(1)는 CCD 또는 CMOS 어레이인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 물질을 위한 피드는 액적 적용 장치, 특히 프린팅 장치, 레이저 클래딩 장치 또는 적층 가공을 위한 분말 피드이고, 상기 스무딩 장치(8)는 닥터 블레이드(doctor blade)인 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 필터(1a) 및/또는 광학 빔 형성 요소(1b), 바람직하게는 광학 렌즈가 상기 물질(7) 및 상기 레이저 방사선(4) 및/또는 상기 검출기 어레이(1) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 3차원 부품을 적층 가공 동안 제조 정밀도를 모니터링하는 방법에 있어서,
상기 레이저 방사원(4)은 국부적으로 정의된 에너지 유입의 결과로 3차원 부품의 적어도 하나의 영역이 생성되는 수단에 의해, 분말 물질 또는 페이스트 형태로 존재하는 물질의 영역 위에 전자기방사선을 조사하는데 사용되고, 및
상기 검출기 어레이(1)는 상기 레이저 방사원(4)에 의해 조사된 표면에서 발생하는 스펙클이 공간적으로 분해되는 방식으로 검출되고 배열되고 구현되며;
상기 검출기 어레이(1)에 의하여 공간적으로 분해되는 방식으로 포착된 상기 스펙클 신호는 전자 평가 및 제어 회로(3)에 공급될 수 있고 및
상기 전자 평가 및 제어 회로(3)에 의하여 평가되는 상기 스펙클 신호는 상기 제조 공정에 영향을 주기 위하여 구현된 전자 개방-회로 및 폐쇄-회로 제어 장치로 지향되고; 및
열(thermal)의 스펙클 여기는 3차원 적층 가공을 위한 상기 분말 재료 또는 페이스트 형태로 존재하는 재료에 국부적으로 정의된 방식으로 에너지를 도입하기 위해 사용되는 별도의 에너지 빔(10) 또는 에너지 빔을 사용하여 달성되고, 및,
상기 전자 개방-루프 또는 폐쇄-루프 제어 장치를 사용하여, 캡처 및 평가된 스펙클 신호를 고려하여 상기 제저 공정이 종료되거나, 그 결과 제조 결함, 특히 재료(7)의 적용 중 오류가 발생하는 방식으로 영향을 미친 이후, 사전에 확인된 올바르게 적용된 재료(7)에 대한 스펙클 신호로부터 편차가 결정되면 보상되는 방법.
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