KR20210108380A

KR20210108380A - 분말 분사 3d 인쇄용 광학 헤드

Info

Publication number: KR20210108380A
Application number: KR1020217019272A
Authority: KR
Inventors: 장뤼크 세발; 기욤 카두
Original assignee: 애드업
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-09-02
Also published as: CN113226627A; WO2020136268A1; JP7482880B2; SG11202106047VA; EP3902650A1; ES2961295T3; EP3902650B1; US20220118523A1; JP2022515624A; FR3091195B1; FR3091195A1

Abstract

본 발명은 적층 제조 기계용 분말 분배 헤드(1)에 관한 것으로, 헤드(1)는 - 용융 지점을 향해 고에너지 빔이 통과할 수 있게 하도록 배열된 관통 개구, - 관통 개구 주위에 규칙적 간격으로 분산되어 용융 지점을 향해 수렴하는 N개의 분말 공급 덕트를 포함하는 본체(2)를 포함하고, 분배 헤드(1)는 분말 입구 및 관통 개구 주위에 규칙적 간격으로 분산된 N개의 분말 출구를 갖는 분말 분배 챔버를 포함하는 분배 부재(3)를 더 포함하고, 본체(2) 및 분배 부재(3)는 본체(2)에 대한 분배 부재(3)의 상대 위치에 따라 각각의 분말 공급 덕트에 분말 출구를 유체 연결 또는 분리하기 위해 서로에 대해 이동할 수 있도록 구성된다.

Description

분말 분사 3D 인쇄용 광학 헤드

본 발명은 자동차 또는 항공 분야와 같은 수많은 기술 분야에서 사용되는 3D 인쇄를 사용하는 제조 분야에 관한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명은 분말 분사 3D 프린터의 헤드 및 이러한 헤드를 포함하는 프린터에 관한 것이다.

적층 제조 또는 3D 인쇄는 디지털 모델을 기초로 예를 들어, 금속 또는 플라스틱 재료와 같은 재료 층을 중첩하여 물체를 제조할 수 있게 하는 일련의 방법을 나타낸다.

이 제조 프로세스를 통해 재료 제거를 수반하는 기존 기계가공 기술을 사용하여 생성할 수 있는 것보다 더 복잡한 형상을 생성할 수 있다.

분말 분사 적층 제조는 가장 유망한 적층 제조 기술 중 하나이다. 이 기술은 고에너지 빔, 예를 들어 레이저 빔을 사용하여 하나 이상의 분말(들)을 용융시켜 잘 제어된 치수의 퇴적물을 설치하는 것으로 이루어진다. 재료 층은 연속적으로 적층되어 기능적인 기술 부품을 생성한다.

더욱이, 이러한 기술은 예를 들어 완성된 부품의 최대 80 %에 상당하는 재료 제거가 이루어질 수 있는 기존 기계가공에 비교하여 재료를 절약할 수 있게 한다.

분말 분사 3D 프린터는 분말을 분말 운반 덕트로 분배하는 분말 분배기를 통해 적어도 하나의 분말 공급원에 연결된 인쇄 헤드를 가지고 있다. 분말은 예를 들어 아르곤과 같은 운반 가스의 스트림으로 운반되고, 예를 들어 레이저 빔과 같은 빔에 의해 용융되도록 용융 지점으로 운반된다.

종래 기술의 알려진 3D 프린터에서, 분배기는 공간 및 유지 보수 이유로 인쇄 헤드로부터 멀리 떨어져 일반적으로 기계 챔버 외부에 배치된다.

이는 운반 덕트의 길이가 길어 시동과 분말 도착 사이의 응답 시간이 길어짐을 의미한다. 이러한 응답 시간은 유해하며, 그 이유는, 레이저 샷이 이루어지지 않는, 인쇄 헤드의 두 이동 사이에 분말의 유동을 멈출 수 없게 만들기 때문이다. 따라서, 컴포넌트 제조 동안 분말의 상당한 손실이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 분말 손실을 제한할 수 있는 분말 분배 헤드 및 이러한 분배 수단을 포함하는 3D 제조 기계를 제안함으로써 앞서 설명한 문제에 대한 해결책을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 한 주제는 적층 제조 기계를 위한, 인쇄 헤드로도 알려진 분말 분배 헤드이며, 상기 헤드는

- 용융 지점으로 이어지는 적어도 하나의 분말 운반 덕트를 포함하며, 제조가 수행되는 기판 상에 실질적으로 위치할 수 있는 본체,

- 분말과 상호작용하기 위해 용융 지점을 향해 고에너지 빔이 통과할 수 있게 하도록 설계된 관통 개구를 포함한다.

고에너지 빔은 예를 들어 레이저 빔이다.

본 발명에 따르면, 상기 분배 헤드는 제1 분말 입구 및 적어도 하나의 제1 분말 출구를 갖는 적어도 제1 분말 분배 챔버를 포함하는 분배 부재를 더 포함하고, 본체 및 분배 부재는 본체에 대한 상기 분배 부재의 상대 위치에 따라 분말 운반 덕트에 대해 제1 분말 출구를 유체 연결하거나 분리하도록 서로에 대해 이동할 수 있도록 구성된다. 이러한 상대 이동은 예를 들어 다른 것에 대한 하나의 병진 또는 회전 이동일 수도 있다.

따라서, 분배 부재가 인쇄 헤드로부터 멀리 떨어져 있는 알려진 프린터와 달리, 본 발명에 따르면, 분말 분배 부재가 3D 인쇄 헤드 내에 포함된다. 이는 분말을 용융 지점까지 운반하는 분말 운반 덕트의 길이를 상당히 감소시킨다.

더욱이, 헤드 본체와 분배 부재 사이의 상대 이동 덕분에, 레이저가 차단될 때 분말 공급을 빠르게 차단할 수 있다. 그 결과, 분말을 상당히 절약할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 분배 부재는

- 제1 분말 입구와 적어도 하나의 제1 분말 출구를 갖는 제1 분말 분배 챔버, 및

- 제2 분말 입구와 적어도 하나의 제2 분말 출구를 갖는 제2 분말 분배 챔버를 포함할 수도 있다.

본체 및 분배 부재는 제1 분말 출구 또는 제2 분말 출구가 분말 운반 덕트에 유체 연결되는 적어도 하나의 위치를 갖는다.

따라서, 다중 재료 컴포넌트를 제조하기 위해 제1 분말에서 다른 종류의 제2 분말로 전환하는 것이 가능하다.

유리하게는, 분배 부재는 제1 챔버를 떠나는 제1 분말의 비율과 제2 챔버를 떠나는 제2 분말의 비율로 구성된 혼합물을 분말 운반 덕트로 전송하도록 구성된 혼합 수단을 포함한다.

이는 분말 혼합물로 구성된 물체를 제조할 수 있게 한다. 더욱이, PA와 PB 2개의 분말의 비례 계량은 제조 동안 PA 및 PB 농도를 변경하여 특성을 변경할 수 있는 컴포넌트를 제조할 수 있게 한다.

유리하게는, 본체는 분말을 재활용 용기로 제거하도록 구성된 분말 재활용 회로를 더 포함하고, 분배 부재는 제1 분말 출구 또는 제2 분말 출구를, 이 출구가 운반 덕트로부터 분리될 때, 재활용 회로에 유체 연결하도록 구성된다.

이는 분말을 재활용할 수 있고 운반 가스의 일정한 유동을 유지하여 분말 잔류물이 덕트에 침전되는 것을 방지할 수 있음을 의미한다.

일 실시예에 따르면, 본체는 각각의 재활용 용기로 분말을 제거하도록 각각 구성된 2개의 재활용 회로를 포함하고, 제1 출구 및 제2 출구는 각각 분말 운반 덕트로부터 분리될 때 그 각각의 재활용 회로에 연결되도록 구성된다.

따라서, 2개의 분말을 재활용할 수 있다.

유리하게는, 분배 부재는 가스 입구 및 적어도 하나의 가스 출구를 갖는 퍼지 가스, 바람직하게는 아르곤과 같은 순수 가스를 위한 퍼지 가스 분배 챔버를 더 포함하고, 본체 및 분배 부재는 가스 출구가 분말 운반 덕트, 제1 재활용 회로 또는 제2 재활용 회로에 유체 연결되는 적어도 하나의 위치를 갖는다.

퍼지 가스는 다양한 회로, 특히 제1 및 제2 챔버에서 분말 잔류물을 퍼지할 수 있게 한다.

일 실시예에 따르면, 본체는 분말 출구와 유체 연통하도록 설계되고 용융 지점을 향해 제1 분말 또는 제2 분말을 운반하도록 구성된 외부 분말 운반 덕트를 포함할 수도 있다.

이는 인쇄 헤드 내부의 주 운반 덕트를 통과하지 않고 분말이 주입될 수 있게 한다. 특히, 적층 제조 헤드는 레이저 빔과 관련된 열과 제조 과정에서 컴포넌트에서 발산되는 방사선에 노출된다. 따라서, 제1 분말은 높은 열 입력을 필요로 하고 제2 분말은 그렇지 않은 경우, 이때, 제1 분말은 주 운반 덕트를 통해 주입되고 제2 분말은 외부 덕트를 통해 주입된다. 이렇게 하면 제2 분말이 불필요하게 가열되지 않고 용융 풀에 포함될 수 있다.

유리하게는, 분말 분배 헤드는 냉각 유체, 예를 들어 상기 유체의 입구와 출구 사이에서 액체를 순환시키도록 구성된 냉각 회로를 더 포함한다.

액체를 사용한 냉각은 헤드의 우수한 냉각을 보장한다. 열은 헤드의 본체로 전파될 수도 있고, 헤드 선단부는 매우 미세하고 손상되기 쉬우며, 그 가열은 슬래그의 접착 효과, 및 이에 따른, 포커싱된 분말 스트림의 열화를 가속한다.

헤드의 물 순환 네트워크는 내부의 기계적 컴포넌트 및 밀봉부를 위한 열 차폐부를 구성하며, 특히 본체는 냉각 시스템과의 교환을 위한 매우 높은 표면적의 이점을 누릴 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체는 원추 형상이고, 관통 개구는 원추의 베이스와 정점 사이에 배열된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분배 부재는 원추의 베이스와 협력하고 그에 대해 회전할 수 있도록 설계된 링의 형상을 갖는다.

유리하게는, 관통 개구는 원추의 축을 따라 통과한다. 이 경우, 원추의 베이스에 대한 링의 회전은 원추의 축을 중심으로 할 수도 있다.

유리하게는, 본체는 관통 개구 주위에 균등하게 분산되고 용융 지점을 향해 수렴하는 N개의 분말 운반 덕트를 포함한다. N은 2 이상일 수도 있다.

유리하게는, 제1 및/또는 제2 재활용 회로는 분말 운반 덕트의 입구에 인접한 N개의 입구를 갖는다.

유리하게는, 제1 및/또는 제2 분말 분배 챔버 및/또는 가스 챔버는 링 상에 균등하게 분산된 N개의 출구를 갖는다.

앞서 설명된 특정 특징을 조합한 일 실시예에 따르면, 적층 제조 기계용 분말 분배 헤드는

- 용융 지점을 향해 고에너지 빔이 통과할 수 있게 하도록 설계된 관통 개구,

- 용융 지점으로 이어지는 N개의 분말 운반 덕트를 포함하고, 상기 덕트는 관통 개구 주위에 균등하게 분산되고 용융 지점을 향해 수렴하는, 본체를 포함한다.

분배 헤드는 분말용 입구 및 N개의 분말 출구를 갖는 적어도 하나의 분말 분배 챔버(분말은 가스에 의해 운반됨)를 포함하는 분배 부재를 더 포함할 수도 있고, N개의 분말 출구는 각각의 분말 출구가 각각의 분말 운반 덕트에 연결될 수 있는 방식으로 관통 개구 주위에 균등하게 분산되며, 본체 및 분배 부재는 본체에 대한 상기 분배 부재의 상대 위치에 따라 분말 운반 덕트에 대해 분말 출구를 유체 연결하거나 분리하도록 서로에 대해 이동할 수 있도록 구성되며, N은 2 이상이다.

복수의 분말 운반 덕트 및 복수의 분말 출구는 분말이 용융 지점까지 균등하게 분배 및 운반될 수 있고 더 잘 용융될 수 있음을 의미한다. 구체적으로, 분배 챔버는 분말이 분말 출구를 통해 운반 덕트의 상류에서 분산될 수 있게 하고, 이어서 분말이 각각의 운반 덕트에 의해 운반되고 따라서 레이저 빔 주위에 분산되는 방식으로 용융 지점에 도착하여, 용융 지점에 매우 빠르게 도달할 수 있게 한다.

이러한 구성은 종래 기술의 알려진 적층 제조 헤드와 비교하여 유리하다. 특히, 알려진 적층 제조 헤드에서는 분말 운반 덕트의 상류에서 분산되지 않으며 분말은 단일 경로를 통해 도착한다. 이 경우, 분말은 링 형태의 오목부를 통해 본체에서 분산된 다음 포커싱 원추들 또는 그렇지 않으면 동심 노즐들 상으로 분산되어야 한다. 이러한 분산에는 충분한 버퍼 체적이 필요하며 초점에서 균일한 유동을 얻는 데 필요한 응답 시간이 크게 늘어난다. 따라서, 해당 시스템은 분말의 균일한 유동을 보장하기 위해 "일시 중지" 시간을 관찰하는 것을 수반하며, 결과적으로 분말 손실과 시간 손실로 이어진다.

일 실시예에 따르면, 분배 부재는

- 제1 분말 입구 및 관통 개구 주위에 균등하게 분산된 N개의 제1 분말 출구를 갖는 제1 분말 분배 챔버,

- 제2 분말 입구 및 N개의 제2 분말 출구를 갖는 제2 분말 분배 챔버를 포함할 수 있고,

본체 및 분배 부재는 제1 분말 출구 또는 제2 분말 출구가 각각의 분말 운반 덕트에 유체 연결되는 적어도 하나의 위치를 갖는다.

또 다른 실시예에 따르면, 분배 부재는

분배 부재는 제1 분말 출구 및 제2 분말 출구를 공통 분말 운반 덕트에 동시에 연결하는 하나 이상의 분말 혼합 수단을 더 포함한다.

유리하게는, 제1 분말 출구 및 제2 분말 출구로 구성된 각각의 쌍은 혼합 수단에 의해 각각의 분말 운반 덕트에 연결될 수도 있다.

다른 실시예에 따르면:

- 본체는 관통 개구 주위에 균등하게 분산되고 용융 지점을 향해 수렴하는 N개의 분말 운반 덕트를 포함하며, 제1 재활용 회로와 제2 재활용 회로는 각각 N개의 입구를 가지며, N개의 입구 각각은 분말 운반 덕트의 입구에 인접하고,

- 제1 및 제2 분말 분배 챔버와 가스 챔버 각각은 N개의 출구를 가지고, N개의 출구 각각은 본체의 N개의 입구 중 하나를 향하도록 링 상에 분산되며, N은 2 이상이다.

운반 덕트와 분말 출구의 다양성은 분말이 용융 지점까지 균등하게 분배되고 운반될 수 있음을 의미한다. 즉, 분말은 레이저 빔 주위에 분산되는 방식으로 용융 지점에 도달하여 이 분말이 더 잘 용융될 수 있게 한다.

분말 분배 헤드는 유리하게는 3D 인쇄를 사용하여 제조될 수도 있다. 이 경우, 분말 분배 헤드는 본체의 다양한 외부 및 내부 부분을 통과함으로써 본체의 모든 레벨에 작용하는 내장 냉각 네트워크를 포함할 수도 있다.

헤드에 일반적으로 냉각 칼라가 제공되는 알려진 시스템과 달리, 본 발명에 따른 냉각 시스템은 전체 본체를 내부 및 외부로 통과하는 냉각 덕트의 네트워크이다. 이는 외부를 향한 열 차폐부를 생성할 수 있게 하고, 부재의 내부 냉각을 보장한다.

본 발명은 또한 이전 설명에 따른 분말 분배 헤드를 포함하는 분말 분사 적층 제조 기계에 관한 것이다.

앞서 설명된 실시예의 특징은 개별적으로 또는 함께 또는 다양한 조합으로 고려될 수도 있다.

첨부 도면을 참조하는 다음의 설명을 읽음으로써 본 발명을 더 잘 이해하고 추가적인 특징 및 이점을 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 알려진 3D 인쇄 설비의 개략적인 부분도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인쇄 헤드의 전체도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 2에 따른 분배 부재 및 헤드 본체의 주요 부분을 묘사한다.
도 5 및 6은 각각 도 3의 분배 부재 및 도 4의 주 본체의 수직 단면이다.
도 7은 도 2에 따른 인쇄 헤드의 수직 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 인쇄 헤드의 본체의 분해도이다.
도 9 및 10은 도 2의 헤드의 2개의 변형이다.
도 11은 2개의 분말을 혼합하기 위한 수단이 장착된 인쇄 헤드의 단면도이다.
도 12 및 도 13은 저온 상태에서 분말 혼합물이 생성될 수 있게 하는 도 11의 헤드의 변형을 묘사한다.

도 1은 종래 기술의 알려진 분말 분사 3D 인쇄 설비의 예를 도시한다. 설비는 분말 PA의 제1 공급원(A) 및 분말 PB의 제2 공급원(B)에 연결된 인쇄 헤드(T)를 포함한다. 물체(M)를 제조하기 위해, 운반 덕트(P)는 레이저 공급원(L)에 의해 방출된 빔이 이들 분말을 개별적으로 또는 혼합물 형태로 용융시키는 용융 지점(F)까지 분말(PA, PB)을 운반한다. 각각의 분말이 운반 가스에 의해 운반될 때, 재활용 시스템은 미사용 분말(PA, PB)을 각각의 분말 회수 용기(RA, RB)에 회수될 수 있게 한다.

예시되지 않은 다른 경우에서, 설비는 단일 재료 설비일 수도 있거나 그렇지 않으면 더 많은 수의 분말 공급원을 포함할 수도 있다.

이 설비는 또한 퍼지 가스 공급원(G)과 전환 시스템(C)이라고도 알려진 분말 분배 시스템을 포함한다. 이 시스템은 분말(PA, PB) 공급원(A, B) 및 가스 공급원(G)을 운반 덕트(P) 또는 분말 회수 용기(RA, RB)에 연결 및 분리할 수 있게 한다.

이 설비는 마지막으로 인쇄 헤드(T)를 이동시키기 위한 이동 시스템(Z) 및 특히 제조 동안 평면 X, Y의 2개의 방향으로 물체(M)를 이동시키도록 설계된 이동 시스템(D)을 포함한다. 마지막으로, 제어 시스템(CT)이 설비를 제어한다.

설비는 또한 분말(PA 및 PB)을 계량하기 위한 디바이스(예시되지 않음)를 포함할 수도 있다.

분말은 다음과 같은 금속 분말일 수도 있다. 탄소강 및 스테인리스 강 또는 임의의 금속 합금, 예를 들어: 니켈 베이스, 코발트 베이스, 티타늄, 구리 또는 알루미늄 합금, 세라믹, 금속간 화합물, 그리고, 또한 폴리머 또는 다른 복합물. 이들은 완전한 컴포넌트를 제조하거나 마모된 컴포넌트를 수리하거나 금속 컴포넌트를 표면 코팅하기 위해 개별적으로 또는 별개의 층으로 사용될 수도 있다.

더욱이, 예시된 예에서 분말 분배 시스템은 설비 내에 있지만 헤드(T)에서 떨어져 있다. 그러나, 대부분의 알려진 3D 프린터에서 분말 분배 시스템은 프린터 외부에 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분말 분배 헤드(1)의 전체도를 도시한다. 헤드(1)는 원추형 전체 형상의 본체(2)와 분배 부재(3)를 포함한다.

도 3은 분배 부재(3)의 제1 예시적인 실시예를 도시한다. 이 예시적인 실시예에서, 분배 부재(3)는 링 형태이다.

예시되지 않은 다른 예시적인 실시예에서, 분배 부재는 링의 형상과 다른 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 분배 부재는 디스크 형상 또는 직사각형 형상을 가질 수도 있다.

도 4는 본체 2의 부분도를 묘사한다. 더 구체적으로, 도 4는 본 설명의 잔여 부분에서 주 본체(2A)로 지칭될 본체의 일부를 도시한다.

예시된 예에서 주 본체(2A)는 원통형 전체 형상으로 이루어지고, 분배 부재(3)의 링을 수용하도록 의도된 링 형태의 보어(20)를 갖는다. 또한, 이는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 레이저 빔(L)이 통과하는 관통 개구(O)를 갖는다.

분배 부재(3)의 링은 도 2에 예시되어 있는 바와 같이 헤드가 조립될 때 주 본체(2A)와 접촉한다. 더 구체적으로, 링은 주 본체(2A)의 보어(20)에 삽입된다. 2개의 컴포넌트(2A 및 3)는 링이 주 본체에 대해 회전할 수 있는 방식으로 배열되거나, 그 반대로, 링이 고정된 경우, 이때, 주 본체가 링에 대해 회전한다.

도 5는 링(3)의 회전축을 통과하는 수직 단면도를 도시한다. 도시되어 있는 바와 같이, 링(3)은 제1 분말(PA)을 분배하기 위한 환형 제1 챔버(31)를 갖는다. 제1 챔버(31)는 제1 분말(PA)의 공급원에 연결되도록 의도된 분말 입구(311)를 갖는다. 이는 또한, 분말(PA)이 분배될 수 있도록 하는 복수의 분말 출구(312)를 갖는다.

링(3)은 또한 제2 분말(PB)을 분배하기 위한 제2 챔버(32)를 갖는다. 제2 챔버(32)는 제2 분말(PB)의 공급원에 연결되도록 의도된 분말 입구(321)를 갖는다. 이는 또한, 제2 분말(PB)이 분배될 수 있도록 하는 복수의 분말 출구(322)를 갖는다.

링(3)은 더욱이 아르곤과 같은 퍼지 가스(G)를 분배하기 위한 제3 챔버(33)를 갖는다. 제3 챔버(33)는 퍼지 가스의 공급원에 연결되도록 의도된 가스 입구(331)를 갖는다. 이는 또한 퍼지 가스(G)가 분배될 수 있도록 하는 복수의 가스 출구(332)를 갖는다.

3개의 연속적인 출구의 세트 각각이 제1 챔버(31)의 제1 출구(312), 제2 챔버(32)의 제2 출구(322) 및 제3 챔버(33)의 제3 출구(332)를 포함하도록 3개의 챔버(31, 32, 33)의 출구는 균등하게 배열된다.

도 6은 도 4의 주 본체(2A)를 관통하고 실질적으로 그 중심축을 통과하는 수직 단면도를 도시한다.

주 본체(2A)는 용융 지점까지 분말을 운반하는 복수의 분말 운반 덕트(21)를 갖는다. 각각의 덕트(21)는 분말 출구(312, 322) 또는 가스 출구(332)를 향하도록 설계된 입구(221)를 갖는다. 이러한 덕트(21) 중 하나를 도 6에서 볼 수 있다.

주 본체(2A)는 또한 각각 재활용 용기(RA, RB)로 분말을 제거하도록 구성된 2개의 분말 재활용 회로(22, 23)를 포함한다.

제1 재활용 회로(22)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 복수의 입구(221) 및 출구(222)를 갖는다. 제2 재활용 회로(23)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 복수의 입구(231) 및 출구(232)를 갖는다. 출구(222 및 232)는 각각 재활용 용기(RA, RB)에 연결되도록 의도된다.

유리하게는, 분말 운반 덕트(21)의 수, 각각의 재활용 회로(22, 23)의 입구(221, 231)의 수는 분말 출구(312, 322)의 수 및 가스 출구(332)의 수와 동일하다. 3개의 연속적인 입구 세트 각각이 운반 덕트의 입구(211), 제1 재활용 회로의 입구(221) 및 제2 재활용 회로의 입구(231)를 포함하도록 운반 덕트(21) 및 재활용 회로(22, 23)의 입구(211, 221, 231)는 균등하게 배열된다.

예를 들어, 분배 링(3)이 본체(2)에 대해 회전할 때, 다음 구성이 가능하다.

구성 1: 제1 분말(PA)의 주입.

- 분말(PA)을 위한 각각의 제1 출구(312)는 분말 운반 덕트(21)에 유체 연결된다. 이 경우, 컴포넌트는 제1 분말(PA)을 기초로 제조되고;

- 각각의 제2 분말 출구(322)는 제2 분말(PB)을 재활용하기 위해 제2 재활용 회로(23)의 입구(231)에 연결되고; 그리고

- 각각의 가스 출구(332)는 제1 재활용 회로(22)의 입구(221)에 연결되어 제1 분말(PA)의 잔류물을 이 회로에서 퍼지하고, 잔류물은 용기(RA)로 전송된다.

교번적 사용에 따라, 분말(PB)이 필요하지 않은 경우 그 공급을 차단할 수 있다.

구성 2: 제2 분말(PB)의 주입.

- 분말(PB)을 위한 각각의 제2 출구(322)는 분말 운반 덕트(21)에 유체 연결된다. 이 경우, 컴포넌트는 제2 분말(PB)을 기초로 제조되고;

- 분말(PA)을 위한 각각의 제1 출구(312)는 제1 분말(PA)을 재활용하기 위해 제1 재활용 회로(22)의 입구(221)에 연결되고; 그리고

- 각각의 가스 출구(332)는 제2 재활용 회로(23)의 입구(231)에 연결되어 제2 분말(PB)의 잔류물을 이 회로에서 퍼지하고, 잔류물은 용기(RB)로 전송된다.

교번적 사용에 따라, 분말(PA)이 필요하지 않은 경우 그 공급을 차단할 수 있으며 회로가 퍼지되는 즉시 재활용 가스가 차단될 수 있다.

구성 3: 분말 주입 차단

- 각각의 가스 출구(332)는 분말 운반 덕트(21)에 유체 연결된다. 이 경우, 용융 지점에서 분말 주입이 차단되고;

- 분말(PA)을 위한 각각의 제1 출구(312)는 제1 분말(PA)을 재활용하기 위해 제1 재활용 회로(22)의 입구(221)에 연결될 수 있고; 그리고

- 각각의 제2 분말 출구(322)는 제2 분말(PB)을 재활용하기 위해 제2 재활용 회로(23)의 입구(231)에 연결될 수 있다.

도 4 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 주 본체(2A)는 액체 입구(241)와 액체 출구(242) 사이에서 액체 냉각제를 순환시키도록 구성된 냉각 회로(24)를 또한 포함할 수도 있다.

마찬가지로 선택적으로, 주 본체는 관통 개구(O)에 가스 스트림을 공급하기 위한 덕트(27)를 포함할 수도 있다. 이 가스 스트림은 분말이 관통 개구(O)로 다시 흡인되는 것을 방지하는 역할을 한다.

주 본체는 또한 용융 지점까지 가스 스트림을 공급하는 공급 덕트(28)를 포함할 수도 있다. 이 가스 스트림은 특히 분말이 한 지점에 너무 좁게 포커싱되는 것을 방지하여 분말이 적용되는 영역의 크기를 조절하는 역할을 한다. 이는 레이저 빔에 의해 분말이 더 잘 용융되도록 하는 데 기여한다.

도 7은 도 2 내지 도 6에 예시된 인쇄 헤드(1)를 통한 수직 단면을 도시한다. 이 도면은 앞서 설명한 바와 같이 분배 부재(3)를 갖는 주 본체(2)의 레이아웃을 도시한다.

도 7의 실시예에서, 본체(2)는 또한 도 8에 예시되어 있는 바와 같이 원추형 전체 형상이며 세 부분을 포함한다:

- 원추의 베이스(25)와 분말 운반 덕트(들)(21)의 상부 부분(21A)을 포함하는 주 본체(2A);

- 분말 운반 덕트(들)(21)의 하부 부분(21B)을 포함하는 원추 형상의 중간 본체(2B); 그리고

-중간 본체(2B)를 주 본체(2A)에 고정하고 원추(26)의 정점을 형성하는 외부 본체(2C).

이 유리한 구성은 기존 모델에 비교하여 인쇄 헤드의 유지 보수를 단순화한다.

도 9는 본 발명에 따른 3D 인쇄 헤드의 변형을 예시한다. 90° 엘보를 갖는 이 헤드(1')는 주로 예를 들어, 수리를 위해 튜브(TB) 내부, 특히 100 mm 이상의 내경을 갖는 튜브 내부에 재료를 추가하기 위한 것이다.

앞서 설명된 인쇄 헤드(1)와 비교한 주요 차이점은 분배 부재(3) 위에 위치된 종래 기술로부터 알려진 연결 및 다른 컴포넌트의 높이를 감소시키는 90° 엘보를 갖는 그 형상에 있다. 이러한 연결은 주로 분배 부재(3)의 한 측면에 배열된다. 이는 튜브 내부에 쉽게 삽입할 수 있게 한다.

더 구체적으로, 헤드(1')는 용융 지점을 향해 레이저 빔(L)을 반사할 수 있는 거울(MR)을 포함한다.

도 10은 도 9의 3D 인쇄 헤드(1')의 변형을 예시한다. 헤드(1")는 헤드(1")의 베이스 상에 퀵-커플링 시스템(CR)을 더 포함한다. 이 퀵-커플링 시스템(CR)은 신속한 헤드 유지 보수 및 교체를 가능하게 한다.

도 11은 헤드(5)가 도 2의 헤드(1)의 주 본체(2)와 실질적으로 유사한 본체(6)를 포함하는 제2 실시예를 예시한다. 주요 차이점은 분배 부재(7)에 있다. 도 11에 도시되어 있는 예에서, 분배 링(7)은 각각 분말 입구(711, 721)를 갖는 2개의 분배 챔버(71, 72)를 포함한다. 또한, 이는 제1 챔버(71)를 떠나는 제1 분말(PA)의 비율과 제2 챔버(72)를 떠나는 제2 분말(PB)의 비율로 구성된 혼합물을 분말 운반 덕트(21)로 전송하도록 구성된 혼합 수단을 포함한다.

혼합 수단은 예를 들어, 하나는 제1 챔버(71)에 연결되고 다른 하나는 제2 챔버(72)에 연결되고 분말 운반 덕트(21)의 입구(211)를 향해 수렴(교차 수렴)하는 한 쌍의 관을 포함할 수도 있다.

2개의 분말(PA, PB)의 비례 계량은 분말(PA 및 PB)의 농도에 따라 다양한 부품을 제조할 수 있게 한다.

이 경우, 헤드(5) 외부에 분말(PA 및 PB)을 계량하기 위한 디바이스(예시되지 않음)가 제공된다.

예시되지 않은 실시예에서, 3개 이상의 분말의 비례 혼합물이 사용된다.

도 12 및 도 13은 혼합물에서 이들 분말 중 하나가 외부 덕트(92)를 통과하기 때문에 강하게 가열되지 않는 분말 혼합물의 생성을 허용하는 도 11의 헤드의 변형을 묘사한다.

대안적으로, 외부 덕트(92)에만 분말이 공급된다.

분말 분배 헤드(8)는 본체(9) 및 분배 부재(10)를 포함한다.

분배 부재(10)는 앞서 설명한 헤드(5)의 분배 부재(7)와 실질적으로 유사하다. 분배 부재(10)는 분말의 혼합물이 분말 운반 덕트(21)로 운반될 수 있게 하는 혼합 수단을 포함하지 않는다는 점에서 다르다.

분배 부재(10)는 분말 입구(1011) 및 하나 이상의 분말 출구(도 13에서 보이지 않음)를 갖는 제1 분말 분배 챔버(101)를 포함하고, 분말 출구 각각은 분말 운반 덕트(21) 내로 제1 분말(PA)을 주입하도록 의도된다. 이는 또한 분말(PB)용 입구(1021) 및 하나 이상의 분말 출구(1022)를 갖는 제2 분말 분배 챔버(102)를 포함한다.

본체(9)는 도 11을 참조하여 설명된 본체(6)와 유사하다. 이는 주 본체(9A), 중간 본체(9B) 및 외부 본체(9C)를 포함한다. 주 본체(9A)는 출구(1022)가 주 본체(9A)의 주연부에 연결될 수 있게 하는 내부 덕트(91)를 더 포함한다.

본체(9)는 예를 들어 주 본체 주위에 나사 결합되는 링 형태의 추가 본체(9D)를 더 포함한다. 추가 본체(9D)는 내부 덕트(91)를 통해 분말 출구(1022)와 유체 연통하도록 설계된 분말 운반 외부 덕트(92)를 포함한다. 이러한 방식으로, 제2 분말(PB)은 외부 덕트(92)를 통해 용융 지점으로 운반되고 저온 상태에서 용융 풀 내로 혼합된다.

Claims

적층 제조 기계를 위한 분말 분배 헤드(1; 5; 8)이며, 상기 헤드(1; 5; 8)는
- 용융 지점을 향해 고에너지 빔(L)이 통과할 수 있게 하도록 설계된 관통 개구(O),
- 용융 지점으로 이어지는 N개의 분말 운반 덕트(21; 92)를 포함하는 본체(2; 6; 9)로서, 상기 덕트는 관통 개구(O) 주위에 균등하게 분산되고 용융 지점을 향해 수렴하는, 본체(2; 6; 9)를 포함하고,
분배 헤드(1; 5; 8)는 가스에 의해 운반되는 분말을 위한 입구(311, 321; 711, 721; 1011, 1021) 및 각각의 분말 출구가 각각의 분말 운반 덕트(21; 92)에 연결될 수 있는 방식으로 관통 개구(O) 주위에 균등하게 분산된 N개의 분말 출구(312; 1022)를 갖는 적어도 하나의 분말 분배 챔버(31, 32; 71, 72; 101, 102)를 포함하는 분배 부재(3; 7; 10)를 더 포함하고, 본체(2; 6; 9) 및 분배 부재(3; 7; 10)는 본체(2; 6; 9)에 대한 상기 분배 부재(3; 7; 10)의 상대 위치에 따라 분말 운반 덕트(21; 92)에 대해 분말 출구(312; 322; 1022)를 유체 연결하거나 분리하도록 서로에 대해 이동할 수 있도록 구성되고, N은 2 이상인, 분말 분배 헤드.
제1항에 있어서, 분배 부재는
- 제1 분말 입구(311; 711; 1011) 및 관통 개구(O) 주위에 균등하게 분산된 N개의 제1 분말 출구(312)를 갖는 제1 분말 분배 챔버(31; 71; 101),
- 제2 분말 입구(321; 721; 1021) 및 N개의 제2 분말 출구(322; 1022)를 갖는 제2 분말 분배 챔버(32; 72, 102)를 포함하고,
본체(2; 9) 및 분배 부재(3; 10)는 제1 분말 출구(312) 또는 제2 분말 출구(322, 1022)가 각각의 분말 운반 덕트(21; 92)에 유체 연결되는 적어도 하나의 위치를 갖는, 분말 분배 헤드.
제1항에 있어서, 분배 부재는
- 관통 개구(O) 주위에 균등하게 분산된 제1 분말 입구(711) 및 N개의 제1 분말 출구를 갖는 제1 분말 분배 챔버(71),
- 제2 분말 입구(721) 및 N개의 제2 분말 출구를 갖는 제2 분말 분배 챔버(72)를 포함하고,
분배 부재(7)는 제1 분말 출구 및 제2 분말 출구를 공통 분말 운반 덕트(21)에 동시에 연결하는 하나 이상의 분말 혼합 수단을 더 포함하는, 분말 분배 헤드(5).
제2항에 있어서, 본체(2; 9)는 분말을 재활용 용기(RA, RB)로 제거하도록 구성된 분말 재활용 회로(22, 23)를 더 포함하고, 분배 부재(3; 10)는 제1 분말 출구(312) 또는 제2 분말 출구(322)를, 해당 출구가 운반 덕트(21)로부터 분리될 때, 재활용 회로(22, 23)로 유체 연결하도록 구성되는, 분말 분배 헤드.
제4항에 있어서, 본체는 각각의 재활용 용기(RA, RB)로 분말(PA, PB)을 제거하도록 각각 구성된 2개의 재활용 회로(22, 23)를 포함하고, 제1 출구(들)(311) 및 제2 출구(들)(322) 각각은 분말 운반 덕트(21)로부터 분리될 때 그 각각의 재활용 회로(22, 23)에 연결되도록 구성되는, 분말 분배 헤드.
제4항 또는 제5항에 있어서, 분배 부재는 가스 입구(331) 및 N개의 가스 출구(332)를 갖는 퍼지 가스 분배 챔버(33)를 더 포함하고, 본체(2) 및 분배 부재(3)는 가스 출구(332)가 분말 운반 덕트(21), 제1 재활용 회로(22) 또는 제2 재활용 회로(23)에 유체 연결되는 적어도 하나의 위치를 갖는, 분말 분배 헤드.
제2항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 본체(9)는 분말 출구(1022)와 유체 연통하도록 설계되고 제1 분말(PA) 또는 제2 분말(PB)을 용융 지점을 향해 운반하도록 구성된 N개의 외부 분말 운반 덕트(92)를 포함하는, 분말 분배 헤드(8).
제6항에 있어서,
- 본체는 관통 개구(O) 주위에 균등하게 분산되고 용융 지점을 향해 수렴하는 N개의 분말 운반 덕트(21)를 포함하고, 제1 재활용 회로(22) 및 제2 재활용 회로(23)는 각각 N개의 입구(221; 231)를 가지며, N개의 입구 각각은 분말 운반 덕트(21)의 입구(211)에 인접하고,
- 제1 및 제2 분말 분배 챔버(31, 32) 및 가스 챔버(33)는 각각 N개의 출구(313, 322, 332)를 가지고, N개의 출구(313; 322; 332) 각각은 본체의 N개의 입구(211; 221; 231) 중 하나를 향하도록 링 상에 분산되며, N은 2 이상인, 분말 분배 헤드(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 입구(241)와 액체 출구(242) 사이에서 액체 냉각제를 순환시키도록 구성된 냉각 회로(24)를 더 포함하는, 분말 분배 헤드(1; 5; 8).
제9항에 있어서, 상기 헤드는 적층 제조에 의해 얻어지고 냉각 회로는 본체(2)의 다양한 외부 및 내부 부분을 통과하는 내장 네트워크의 형태인, 분말 분배 헤드(1; 5; 8).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 분말 분배 헤드(1; 5; 8)를 포함하는 분말 분사 적층 제조 기계.