KR20210112236A

KR20210112236A - 선택적 적층 제조 장치용 자기 밀폐 가열 디바이스

Info

Publication number: KR20210112236A
Application number: KR1020207031706A
Authority: KR
Inventors: 질 왈랑드; 티베리우 미네아; 샤를 발라쥐; 다니엘 룬뎅; 토마 페티
Original assignee: 애드업; 유니베르시떼 파리-싸끌레; 상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄 (씨엔알에스)
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2021-09-14
Also published as: US20210086286A1; WO2019193299A1; CN112823071A; FR3079775A1; JP2021520310A; FR3079775B1; EP3774132A1

Abstract

본 발명은 적층 제조 장치에서 분말 베드를 가열하는 디바이스에 관한 것으로, - 플라즈마 발생 디바이스(20)로서, 상기 디바이스는, 그 위에 플라즈마의 발생을 가능하게 하는 허용하는 분말의 베드로부터 소정 거리 이격하여, 분말의 베드 위에 위치되고 변위되도록 구성되는, 플라즈마 발생 디바이스, - 상기 플라즈마 발생 디바이스를 위한 전력 공급 유닛(22), - 플라즈마 발생 디바이스의 전력 공급 및 이동을 제어하기 위한 제어 유닛(9)을 포함하고, 플라즈마 발생 디바이스(20)는 자기적으로 플라즈마를 밀폐하는 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선택적 적층 제조 장치용 자기 밀폐 가열 디바이스

본 발명은 선택적 적층 제조(selective additive manufacturing)의 일반적인 분야에 관한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명은 가열 처리, 특히 예열, 가능하게는 선택적 용융 전에 분말의 베드 상에서 구현되는 가열에 의한 인시츄(in situ) 후처리에 관한 것이다.

선택적 적층 제조는 분말 재료(금속 분말, 세라믹 분말 등)의 연속적인 층 상의 선택된 구역의 통합(consolidation)을 통해 3차원 물체를 생성하는 것을 수반한다. 통합된 구역은 3차원 물체의 연속 섹션에 대응한다. 통합은 예를 들어 전원(고출력 레이저 빔, 전자 빔 등)으로 생성된 전체 또는 부분 선택적 용융에 의해 층 단위로 행해진다.

통상적으로, 전원으로부터의 빔의 영향 하에서 하전되는 인접한 분말 입자의 정전 반발력으로 인한 스패터(spatter)를 회피하기 위해, 분말의 베드는 예열에 의해 미리 통합된다. 이 예열은 상당히 높을 수 있는 온도(티타늄 합금의 경우 대략 750℃)로의 분말의 베드의 온도의 상승을 보장한다.

그러나, 이는 높은 에너지 비용을 갖는다.

이는 또한 상당한 사이클 시간의 견지에서의 손실을 나타낸다.

사용되는 전원의 효율을 최적화하기 위해, 특히 전원과 분말의 베드 사이의 에너지 전달을 향상시키기 위해 전원에 의해 방출된 신호와 주위 분위기 사이의 에너지 전달을 감소시키기 위해, 부분 진공이 생성되는 밀봉 인클로저(enclosure) 내에서 작업하는 것이 공지의 관례이다.

본 발명의 일반적인 목적은 종래 제안된 구성의 결점을 완화하는 것이다.

특히, 본 발명의 하나의 목적은, 분말이 하전되고 들어올려지는 것 없이, 가열을 허용하는 해결책을 제안하는 것이다.

다른 목적은 분말 용융 디바이스의 효율을 최적화하기 위해, 매우 낮은 압력에서 동작하는 가열 해결책(선택적 용융 단계 전 또는 후에 수행됨)을 제안하는 것이다.

또 다른 목적은 제조 사이클 내에서 가열함으로써 예열 또는 후처리 비용 및 시간을 감소시키는 것을 가능하게 하는 해결책을 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구성이 간단한 해결책을 제안하는 것이다.

다른 목적은 낮은 압력(<0.1 mbar)을 유지하면서 광범위한 압력에 걸쳐 효과적인 가열 해결책을 제안하는 것이다.

따라서, 제1 양태에 따르면, 본 발명은 적층 제조 장치에서 분말의 베드를 가열하기 위한 디바이스를 제안하고,

- 플라즈마 발생 디바이스로서, 상기 디바이스는, 그 위에 플라즈마의 발생을 허용하는 분말의 베드로부터 소정 거리 이격하여, 분말의 베드 위에 위치되고 변위되도록 구성되는, 플라즈마 발생 디바이스,

- 상기 플라즈마 발생 디바이스를 위한 전력 공급 유닛,

- 플라즈마 발생 디바이스의 전력 공급 및 변위를 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하고,

플라즈마 발생 디바이스는 자기 플라즈마 격납 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 방식으로, 플라즈마는 제한된 구역에 격납되고 국부화되어, 분말의 베드의 예열을 최적화한다.

따라서, 가열 사이클의 에너지 효율이 향상되어, 이에 의해 예열 또는 가열 사이클의 기간 및 비용을 감소시킨다.

이러한 디바이스는 단독으로 또는 조합하여 이하의 특징에 의해 유리하게 보완될 수 있다.

- 플라즈마 격납 조립체는 하전 입자를 격납하기에 적합한 마그네트론 유형의 디바이스를 포함하고;

- 마그네트론 디바이스는 선형 패턴에 따라 전자를 격납하도록 구성된 자석의 배열을 포함하고;

- 마그네트론 유형의 디바이스는 이온의 소스를 형성하는 슬릿을 포함하고, 슬릿은 전극을 통해 형성되고 분말의 베드를 향해 나타나고;

- 가스가 슬릿 내로 주입되고;

- 플라즈마 발생 디바이스는 그가 연장하는 방향에 대해 직각으로 메인 변위 구성요소와 함께 변위되도록 구성되고;

- 상기 플라즈마 발생 디바이스용 전력 공급 유닛은 직류 및/또는 무선 주파수 및/또는 펄스화된 높은 전압의 소스를 포함한다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 선택적 적층 제조에 의해 3차원 물체를 제조하기 위한 장치로서, 인클로저에,

- 적층 제조 분말의 연속적인 층의 퇴적을 위한 지지부,

- 상기 지지부 상에 또는 이전에 통합된 층 상에 분말의 층을 도포하기에 적합한 분배 장치,

- 분배 장치에 의해 도포된 분말의 층의 선택적 통합에 적합한 적어도 하나의 전원을 포함하는, 장치를 제안하고,

장치는 본 발명에 따른 가열 디바이스를 포함하고, 가열 디바이스의 플라즈마 발생 디바이스는, 그 위에 플라즈마의 발생을 허용하는 분말의 베드로부터 소정 거리 이격하여, 분말의 베드 위에 위치되고 변위되도록 구성되고, 플라즈마 발생 디바이스는 자기 플라즈마 격납 조립체를 또한 포함한다.

이 장치는 적층 스크레이퍼 또는 롤러를 포함하는 분배 장치를 포함할 수 있고, 플라즈마 발생 디바이스는 상기 스크레이퍼 또는 롤러에 근접하여 연장되고 그와 함께 이동하거나, 또는 예를 들어 로봇 아암과 같은 독립적 이동 디바이스 상에 배치된다.

제3 양태에 따르면, 본 발명은 선택적 적층 제조에 의한 3차원 물체의 제조를 제안하고, 상기 방법은

- 지지부 또는 이전에 응고된 층 상에 분말의 층의 퇴적 단계,

- 이전에 예열된 구역의 통합 단계로서, 통합 단계는 전원에 의해 수행되는, 통합 단계를 포함하고,

방법은 본 발명에 따른 가열 디바이스에 의해 분말의 층의 적어도 하나의 국부화 구역을 가열하는 단계를 또한 포함하고, 분말의 베드의 가열은 격납된 플라즈마에 의해 수행된다.

이러한 방법은 단독으로 또는 조합하여 이하의 특징에 의해 유리하게 보완될 수 있다.

- 가열 단계 중에, 플라즈마 발생 디바이스는 전극의 전력 공급시 전기 방전 형성을 제어하기 위해 정확한 장소 내에 하전 입자를 격납하여, 플라즈마와 분말의 베드 사이의 열 전달을 최대화하기 위해 격납된 플라즈마를 발생하고;

- 가열 단계 중에, 가스가 플라즈마 발생 디바이스 내에 주입되어 그 내에서 이온화되고, 자기장은 분말을 향해 배향된 격납된 플라즈마 제트를 발생하기 위해 이온화된 가스의 스프레이를 유도하고;

- 적어도 하나의 가열 단계는 통합 단계 전 및/또는 후에 수행된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 순전히 예시적이고 비한정적인 이하의 설명으로부터 더 많이 나타날 것이고, 첨부 도면의 관점에서 숙독되어야 한다.
도 1은 본 발명의 가능한 실시예에 따른 가열 디바이스를 포함하는 적층 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분말의 베드를 가열하는 플라즈마 발생 디바이스의 이론적 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 마그네트론 플라즈마 발생 디바이스의 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 디바이스의 자석의 배열의 구조의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 마그네트론 캐소드 디바이스의 동작을 강조하는, 아래로부터 본, 3D 이론적 도면이다.
도 6은 회전 (캐소드) 전극을 갖는 변형예로서 장착된 본 발명에 따른 마그네트론 캐소드 디바이스의 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이온 빔을 발생하는 자기 격납(또한 역 마그네트론이라고도 공지됨)를 갖는 플라즈마 발생 디바이스의 제2 실시예의, 아래로부터 본, 3D 표현이다.
도 8은 본 발명에 따른 가열 디바이스에 의해 가열된 분말의 베드의 개략도이다.

총론

도 1의 선택적 적층 제조 장치(1)는

- 3차원 물체(도면에서 전나무 형태의 물체(2))를 제조하는 것을 가능하게 하는 적층 제조 분말(금속 분말, 세라믹 분말 등)의 다양한 층이 연속적으로 퇴적되는 수평 플레이트(3)와 같은 지지부,

- 플레이트(3) 위에 위치된 분말의 탱크(7),

- 플레이트 상에 상기 금속 분말을 분배하기 위한 장치(4)로서, 이 장치(4)는, 예를 들어 분말의 상이한 연속적인 층을 확산하기 위한(이중 화살표(A)에 따른 변위) 적층 스크레이퍼(5) 또는 롤러를 포함하는, 장치(4),

- 확산된 얇은 층의 용융(전체 또는 부분)을 위한 에너지 소스의 세트(8),

- 미리 저장된 정보(메모리(M))에 따라 장치(1)의 상이한 구성요소의 구동을 보장하는 제어 유닛(9),

- 층이 퇴적됨에 따라 데크의 지지부(3)를 하강하는(이중 화살표(B)에 따른 변위) 것을 가능하게 하는 메커니즘(10)을 포함한다.

도 1을 참조하여 설명된 예에서, 세트(8)는 2개의 통합 소스:

- 전자 빔 총(11) 및

- 레이저 유형의 소스(12)를 포함한다.

변형예로서, 세트(8)는 단지 하나의 소스, 예를 들어 진공 또는 매우 낮은 압력(<0.1 mbar)에서 국부화된 에너지 소스: 전자총, 레이저 소스 등을 포함할 수 있다.

또한 변형예로서, 세트(8)는 예를 들어 다수의 전자총 및/또는 레이저 소스와 같은 동일한 유형의 다수의 소스, 또는 하나의 동일한 소스로부터 다수의 빔을 얻는 것을 가능하게 하는 수단을 또한 포함할 수 있다.

도 1을 참조하여 설명된 예에서, 적어도 하나의 갈바노메트릭 미러(14)는 제어 유닛(9)에 의해 송신된 정보에 기초하여 물체(2)에 대해 소스(12)로부터 레이저 빔을 배향하고 변위시키는 것을 가능하게 한다.

임의의 다른 어떤 편향 시스템이 물론 고려될 수 있다.

도시되어 있지 않은 다른 예에서, 세트(8)는 레이저 유형의 다수의 소스(12)를 포함하고, 상이한 레이저 빔의 변위는 용융될 분말의 층 위에서 레이저 유형의 상이한 소스(12)를 변위시킴으로써 얻어진다. 편향 및 집속 코일(15, 16)은 전자 빔을 편향시켜 소결 또는 용융될 층의 구역에 국부적으로 집속시키는 것을 가능하게 한다.

열 차폐부(T)는 세트(8)의 소스 또는 소스들 사이에 개재될 수 있다.

장치(1)의 구성요소는 적어도 하나의 진공 펌프(18)에 연결된 밀봉 인클로저17) 내부에 배열되고, 해당 진공 펌프는 상기 인클로저(17) 내부에 2차 진공(통상적으로 대략 10^-2/10^-3 mbar, 심지어 10^-4/10^-6 mbar)을 유지한다.

장치는 분말의 베드 위에 위치되고 그에 대해 선형으로 변위될 수 있는 가열 디바이스(19)를 또한 포함한다.

이 가열 디바이스(19)는 하나의 동일한 활주 캐리지 상의 적층 스크레이퍼(5) 또는 롤러 후방에 위치될 수 있다. 이는 또한 독립 캐리지 상에 또는 로봇 아암에 장착될 수도 있다. 후자의 경우(도시되어 있지 않음), 마그네트론 캐소드의 자기 트랩에 의해 묘사된 패턴은 선형 이외의 임의의 형태일 수 있어, 예를 들어 국부 가열을 허용한다.

상기 가열 디바이스(19)의 변위, 그 전력 공급 및 가열 또는 예열될 분말의 베드의 전방에서의 그 체류 시간이 또한 유닛(9)에 의해 제어된다.

자기적으로 격납된 선형 방전에 의한 가열

도 2에 도시되어 있는 예에서, 가열 디바이스(19)는 금속 분말의 베드(마이크로 또는 나노 분말로 구성된 고체 또는 입상 표면(21)) 위에서 변위되는 플라즈마 발생 디바이스(20)를 포함한다.

이 플라즈마 발생 디바이스(20)는 제어 유닛(9)에 의해 제어되는 전기 여기 소스(22)에 의해 전력 공급된다.

소스(22)는 플라즈마 발생 디바이스(20)와 분말의 베드의 표면(21) 사이에 고전압(>0.2 kV)의 인가를 허용한다.

따라서, 소스(22)에 의해 생성된 전력 공급은 DC 전류, 저주파, 무선 주파수(RF) 또는 펄스화될 수 있다.

플라즈마 발생 디바이스(20)는 상기 소스(22)의 영향 하에서, 플라즈마 발생 디바이스(20)와 표면(21) 사이에 전기 방전을 발생시키고 표면(21)의 가열을 보장하는 플라즈마를 생성한다.

플라즈마 발생 디바이스(20)는 표면(21)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 플라즈마 발생 디바이스는 그가 연장하는 방향에 직각으로, 상기 표면(21)에 평행하게 변위된다.

이러한 구성은 플라즈마 발생 디바이스(20)의 길이 및 그 변위 거리에 대응하여 분말의 베드의 표면에 균일한 가열을 허용한다.

분말의 베드의 표면(21)은 예를 들어 지면에 연결된다.

가열은 통합 단계 전에 수행될 수 있어, 따라서 분말 스패터를 회피하기 위해 예열 단계를 구성한다.

선택적으로, 가열 단계는 통합 단계 후에 수행될 수 있어, 따라서 재료의 베이킹을 수행하거나 작업 분위기에 의한 급냉 효과를 제한하고, 또는 심지어 특정 결정질 구조를 얻도록 냉각 시에 온도의 경향을 제어하기 위해, 후가열 단계를 구성한다.

선형 마그네트론 디바이스

저압 플라즈마(<0.1 mbar)를 발생하기 위해 그리고 플라즈마 발생 디바이스(20)의 효율을 향상시키기 위해, 이 디바이스는 자기 플라즈마 격납 시스템을 포함한다.

도 3은 선형 플라즈마 발생 마그네트론 디바이스(23)를 포함하는 플라즈마 격납 조립체를 도시하고 있다.

이는 바람직하게는 음으로 분극된(negatively polarized)(이 경우에, 캐소드로 작용함으로써) 전극(24)을 포함한다.

전극(24)의 제1 면을 향해 위치된 자석(25)의 배열은 전극(24)의 다른 면을 향하는 전자의 격납을 허용하는 자기 트랩을 발생한다.

자석은 영구 자석 또는 전자석이거나, 또는 심지어 이들 2개의 조합일 수 있다.

필요에 따라, 전극(24)은 직류(DC), 무선 주파수(RF) 또는 고전력 펄스화 모드(HiPIMS - High Power Impulse Magnetron Sputtering)로 전력 공급받을 수 있지만(소스(22)) 일반적으로 음의 전압을 수신한다.

그 전력 공급 모드에 기초하여, 전극(24)의 구성 재료는 전기 전도체, 절연체 또는 반도체일 수 있다.

전기 전도성 재료로 제조된 전극(24)의 경우, 모든 전력 공급 모드가 적합하다.

비전도성 재료로 제조된 전극(24)의 경우, 단지 RF 또는 펄스화 모드만이 적합하다.

냉각제(예를 들어, 물, 글리콜 등)의 순환(26)이 외부 시스템에 의해 공급되는 전극(24)에 제공된다.

냉각제는 예를 들어 캐리지(27)의 벽들 중 하나에 형성된 오리피스를 통해 주입될 수 있고, 예를 들어 자석(25) 배열의 자석의 열들 사이에서 순환될 수 있으며, 유체는 따라서 또한 전극(24)과 접촉하여 이를 냉각한다.

냉각제는 이어서 캐리지(27)에 형성된 제2 오리피스를 통해 추출될 수 있다.

이러한 마그네트론 디바이스(23)는 분말의 베드 위에 위치되고 그에 대해 선형으로 변위될 수 있는(도면에서 이중 화살표) 캐리지(27) 상의 인클로저(17) 내부에 장착된다.

이 캐리지(27)는 예를 들어 적층 롤러의 것이고, 마그네트론 디바이스(23)는 상기 롤러 후방에 위치된다(그 전진의 방향에 대해).

도 4를 참조하면, 자석(25)의 배열의 예는 선형 트랙(28)을 형성하도록 위치된 2개의 열의 자석을 포함한다. 따라서, 역 극성의 자석이 트랙(28)의 양측에 위치된다.

예시된 예에서, 자기 트랙(28)은 폐쇄된다.

도 5를 참조하면, 자석(25)의 배열은 전극(24)에 의해 커버되어 있다.

자석에 의해 발생된 자기장은 분말의 베드를 향하는 전극(24)의 측면에서 자기장 라인 주위의 전자를 포획하고, 따라서 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 트랙(28)을 따라 위치된 선형 패턴(29)을 따른 가스의 이온화를 증가시킨다.

이 자기 구성은 패턴(29)을 따라 전자를 집중시켜, 상기 패턴(29)을 따라 플라즈마를 형성한다.

트랩의 효용성을 더욱 증가시키기 위해, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 교번 배열(외부에서 N극 중앙에서 S극, 또는 그 반대)이 폐쇄된 자기 트랙(28)을 생성하기 위해 일반적으로 생성된다.

마그네트론 방전 디바이스의 동작

따라서, 자석(25)의 배열은 결정된 구역에 전자를 집중시키는 자기장을 발생하도록 구성된다. 설명된 예에서, 이는 선형 패턴(29)이지만, 자석은 원 또는 곡선과 같은 임의의 다른 기하학적 모델을 형성하도록 배열될 수 있다.

전극(24)이 전력 공급될 때, 전기 방전이 분말의 베드와 전극(24) 사이에 발생하여, 따라서 플라즈마를 발생한다.

결정된 구역에서의 전자의 농도는 구역에서 가스의 국부 이온화를 촉진하는 것을 가능하게 하고, 자기 트랩의 존재는 심지어 매우 낮은 압력에서도 정확한 구역에서 플라즈마를 격납하는 것을 가능하게 한다.

이러한 디바이스는 통상적으로 약 1 Pa(10^-2 mbar), 그러나 더 광범위하게는 마이크로바아(0.1 Pa) 내지 밀리바아(100 Pa)의 범위인 압력의 범위에 걸친 저압 동작에 적합하다.

이 압력 크기의 정도(대략 파스칼)는 분말의 용융을 생성하는 전원의 효율을 향상시키는 것을 가능하게 한다.

더 구체적으로, 전원(12)이 전자 빔 발생기를 포함하는 특정 경우에, 낮은 동작 압력은 주위 분위기의 더 낮은 밀도, 및 따라서 소스(12)에 의해 방출된 전자와 주위 가스 사이의 더 적은 영향을 암시한다.

자기장의 존재는 구역 내에 전자를 집중시키고 따라서 주위 분위기의 낮은 밀도에도 불구하고 플라즈마의 형성을 촉진하는 것을 가능하게 한다.

가열 구역의 폭은 이어서 감소되는데, 이는 가열의 정밀도를 향상시킨다.

전원(12)이 레이저를 포함하는 경우, 동작 압력의 감소는 주위 산소 레벨을 제한하는데, 이는 산화물 및 연기의 형성을 제한한다.

따라서, 용융된 재료는 연기와 산화물에 의해 덜 오염된다.

레이저 가열 중에 분말의 용융에 의해 발생된 금속 증기 플럭스에 의한 이들 분말의 송풍으로 인해 응고된 트랙을 둘러싼 구역에서 금속 분말의 고갈로 이루어지는 구성되는 삭박(denudation) 효과는 또한 주위 압력을 감소시킴으로써 상당히 제한된다.

분말의 용융 시에 생성되는 금속 증기는 이어서 덜 조밀해지고 이들 증기를 순환시키는 유동은 분말을 송풍하지 않는다.

자기장(B)은 이온의 거동에 영향을 미치지 않고, 단지 전자만 포획하도록 구성된다.

특히, 전자와 이온 사이의 질량차에 따라 구성되는 자기장의 값(통상적으로 수백 가우스 = 0.01 테슬라)은 이 거동을 얻는 것을 가능하게 한다.

실제로, 전자와 이온 사이의 질량비는 그 각각의 자기 회전 반경(자기 회전 반경) 사이에 유사한 비를 발생한다.

이와 같이 생성된 플라즈마는 전극(24)과 분말의 베드의 자유 표면(21) 사이에 격납된다.

균질한 부분(플라즈마 또는 이온 빔)을 갖는 이러한 마그네트론 디바이스(23)를 분말의 베드를 향해 배치함으로써, 플라즈마의 종으로부터 분말로 에너지를 효과적으로 전달하여 그 가열을 생성하는 것이 가능하다.

에너지는 플라즈마에서 동시에 공존하는 다수의 방식으로 분말로 전달된다. 이들은 하전된 종, 전자 및 이온이지만, 또한 에너지 중립 종, 특히 전극(캐소드)으로부터 스퍼터링된 중성 원자, 비복사 여기 상태(준안정성) 및 광자이다. 표면(분말)이 2개의 하전된 종을 수용함에 따라, 전하 효과(쿨롱 반발력)가 감소하고, 심지어 제거된다.

더욱이, 모든 가시광, 적외선 및 자외선 광자는 이들이 흡수될 때 재료를 가열한다.

플라즈마가 더 조밀할수록, 표면으로 전달되는 에너지가 더 커진다.

이온의 경우 더 일반적으로 임의의 유형의 플라즈마에 대한 에너지의 양은 이온 가속 전압 또는 플라즈마 내에 주입되는 전력 각각에 의해 용이하게 조정될 수 있다. 더 양호한 제어는 플라즈마의 펄스화 동작, 교번적인 가열 페이즈(플라즈마 온) 및 열 팽창 페이즈(플라즈마 오프)에 의해 생성될 수 있다. 또한 듀티 사이클로서 알려져 있는 온/오프 기간의 변경은 온도를 용이하게 조정하는 것을 가능하게 한다.

회전 전극 디바이스

전극과 분말의 베드 사이의 플라즈마 형성은 장시간 활성화의 경우 전극의 상당한 가열을 유발한다.

몇몇 실시예에서, 전극(24)은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 그 내부에 자석의 배열(25)이 위치되어 있는 중공 원통형 롤러이다.

자석(25)의 배열은 마그네트론 디바이스(23)에 대해 고정 장착되고, 전극(24)은 그가 연장하는 축을 따라 회전하도록 장착된다.

따라서, 마그네트론 디바이스(23)에 대한 자기장의 위치 및 배향은 동작 중에 변경되지 않아, 플라즈마의 형성 구역을 제어하는 것을 가능하게 한다.

마그네트론 디바이스(23)의 동작 중에, 전극(24)은 회전 구동된다. 이 방식으로, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 플라즈마에 노출되는 전극(24)의 부분이 규칙적으로 변하여, 특정 구역의 가열을 제한하고, 플라즈마는 특히 분말의 베드의 표면(21)을 향해 마그네트론 디바이스(23)에 대해 고정 배향을 갖는 자석(25)의 배열에 의해 발생된 자기 트랩에 항상 격납된다.

선형 이온 소스 디바이스

다양한 마그네트론 캐소드는 또한 선형 및 균질한 플라즈마를 얻는 것을 가능하게 한다.

도 3의 실시예의 경우, 전극(24)은 평면형 전극이다.

도 7에 도시되어 있는 변형예에서, 마그네트론 디바이스는 슬릿(30)이 형성되어 있는 전극(24)을 포함할 수 있다.

슬릿(30)은 트랙(28)을 향하여 형성되고, 트랙(28)은 자석(25)의 배열의 열 사이에서 연장하는 캐비티에 의해 형성된다.

트랙(28)과 슬릿(30)에 의해 형성된 캐비티의 저부에서, 주입 오리피스(31)가 캐리지(27)의 벽에 형성된다.

가스는 주입 오리피스(31)를 통해 캐비티 내로 주입된다. 캐소드(24)의 여기 시에, 가스는 이어서 자석(25)의 배열에 의해 발생된 자기장(B)에 의해 효과적으로 포획된 전자에 의해 강하게 이온화된다.

선택적으로, 주입 오리피스(31)를 통해 주입된 가스는 작업 분위기를 형성하는 가스이므로, 장치를 단순화하는 것을 가능하게 한다.

따라서, 트랙(28)과 슬릿(30)에 의해 형성된 캐비티는 이온의 소스를 형성한다.

자석(25)의 배열에 의해 발생된 자기 배리어는 플라즈마의 전기 저항을 증가시키고, 따라서 홀 효과에 의해 플라즈마에 전위차를 발생한다.

자기장(B)에 의해 발생된 전하와 캐소드(24)의 여기에 의해 발생된 전기장의 이동은 슬릿(30)을 향해 트랙(28)을 따라 전자의 순환을 유발하여, 플라즈마의 균질화를 유도한다.

자화되지 않은 이온은 슬릿(30)을 통해 전기장에 의해 스프레이된다.

더 경량의 몇몇 전자는 이온을 따른다. 따라서, 격납된 플라즈마 플럭스가 발생되고 슬릿(30)을 통해 스프레이된다. 슬릿(30)은 가열될 표면(21) 상에 플라즈마 제트를 스프레이하기 위해, 분말의 베드를 향하여 이상적으로 위치된다.

변형예에서, 플라즈마 발생 디바이스(20)는 선형 이외의 임의의 형태이고, 로봇으로 변위되도록 구성된다.

분말의 표면(21)의 전방에 플라즈마 발생 디바이스(20)를 배치함으로써, 낮은 작업 압력에도 불구하고, 균질하고 상기 디바이스(20)와 분말의 베드 사이에 격납된 고밀도 플라즈마를 유지하는 것이 가능하다.

이 플라즈마 발생 디바이스(20)를 변위시킴으로써, 분말의 베드의 표면(21)을 스캔하는 것이 가능하다. 플라즈마를 온 상태로 유지하고 분말의 베드의 표면(21)의 완전한 스캔을 수행함으로써, 분말의 베드가 표면적으로 가열된다.

선택적으로, 플라즈마 온 시간(plasma on time)(시간 t₁, t₂ 또는 t₃) 및 분말의 베드 위의 플라즈마 발생 디바이스(20)의 위치에 따라, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 분말의 베드의 모든 폭에 걸쳐, 단지 특정 구역만 가열될 수 있다.

플라즈마 온 시간을 제한함으로써, 원하는 가열을 생성하면서 에너지 소비를 최적화하는 것이 가능하다.

따라서, 에너지가 분말에 효율적으로 전달되는데, 이는 그 가열을 생성하는 것을 가능하게 한다.

Claims

적층 제조 장치에서 분말의 베드를 가열하기 위한 가열 디바이스에 있어서,
- 플라즈마 발생 디바이스(20)로서, 상기 디바이스는, 그 위에 플라즈마의 발생을 허용하는 분말의 베드로부터 소정 거리 이격하여, 분말의 베드 위에 위치되고 변위되도록 구성되는, 플라즈마 발생 디바이스(20),
- 상기 플라즈마 발생 디바이스를 위한 전력 공급 유닛(22),
- 플라즈마 발생 디바이스의 전력 공급 및 변위를 제어하기 위한 제어 유닛(9)을 포함하고,
플라즈마 발생 디바이스(20)는 자기 플라즈마 격납 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가열 디바이스.
제1항에 있어서, 플라즈마 격납 조립체는 하전 입자를 격납하기에 적합한 마그네트론 유형의 디바이스(23)를 포함하는, 가열 디바이스.
제2항에 있어서, 마그네트론 디바이스(23)는 선형 패턴(29)에 따라 전자를 격납하도록 구성된 자석(25)의 배열을 포함하는, 가열 디바이스.
제3항에 있어서, 마그네트론 유형의 디바이스(23)는 이온의 소스를 형성하는 슬릿(30)을 포함하고, 슬릿(30)은 전극(24)을 통해 형성되고 분말의 베드를 향해 나타나는, 가열 디바이스.
제4항에 있어서, 가스가 슬릿(30) 내로 주입되는, 가열 디바이스.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 발생 디바이스(20)는 그가 연장하는 방향에 대해 직각으로 메인 변위 구성요소와 함께 변위되도록 구성되는, 가열 디바이스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 디바이스(20)용 전력 공급 유닛(22)은 높은 직류 및/또는 무선 주파수 및/또는 펄스화 전압의 소스를 포함하는, 가열 디바이스.
선택적 적층 제조에 의해 3차원 물체를 제조하기 위한 장치이며, 인클로저에,
- 적층 제조 분말의 연속적인 층의 퇴적을 위한 지지부(3),
- 상기 지지부(3) 상에 또는 이전에 통합된 층 상에 분말의 층을 도포하기에 적합한 분배 장치(4),
- 분배 장치(4)에 의해 도포된 분말의 층의 선택적 통합에 적합한 적어도 하나의 전원(8)을 포함하는, 장치에 있어서,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 가열 디바이스(19)를 포함하고, 가열 디바이스(19)의 플라즈마 발생 디바이스(20)는, 그 위에 플라즈마의 발생을 허용하는 분말의 베드로부터 소정 거리 이격하여, 분말의 베드 위에 위치되고 변위되도록 구성되고, 플라즈마 발생 디바이스(20)는 자기 플라즈마 격납 조립체를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
제8항에 있어서, 분배 장치(4)는 적층 스크레이퍼(5) 또는 롤러를 포함하고, 플라즈마 발생 디바이스(20)는 상기 스크레이퍼(5) 또는 롤러에 근접하여 연장되고 그와 함께 이동하거나 독립적으로 변위되는, 장치.
선택적 적층 제조에 의해 3차원 물체를 제조하기 위한 방법이며,
· 지지부(3) 또는 이전에 응고된 층 상에 분말의 층의 퇴적 단계,
· 이전에 퇴적된 층의 적어도 하나의 구역의 통합 단계로서, 통합 단계는 전원(8)에 의해 수행되는, 통합 단계를 포함하는, 방법에 있어서,
방법은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 가열 디바이스(19)에 의해 분말의 층의 적어도 하나의 국부화 구역을 가열하는 동작을 또한 포함하고, 분말의 베드의 가열은 격납된 플라즈마에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제10항에 있어서, 가열 단계 중에, 플라즈마 발생 디바이스(20)는 전극(24)의 전력 공급시 전기 방전 형성을 제어하기 위해 정확한 장소 내에 하전 입자를 격납하여, 플라즈마와 분말의 베드 사이의 열 전달을 최대화하기 위해 격납된 플라즈마를 발생시키는, 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 가열 단계 중에, 가스가 플라즈마 발생 디바이스(20) 내에 주입되어 그 내에서 이온화되고, 자기장은 분말을 향해 배향된 격납된 플라즈마 제트를 발생하기 위해 이온화된 가스의 스프레이를 유도하는, 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 가열 단계는 통합 단계 전 및/또는 후에 수행되는, 방법.