KR20220027880A - 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템들을 위한 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 - Google Patents

직접 에너지 증착 적층 제조 시스템들을 위한 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 Download PDF

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에산 레자푸르
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노르스크 티타늄 아에스
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Abstract

본 발명은 반응적, 동적이고 실시간일 수 있는 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어를 갖는 적층 제조 시스템들에 관한 것이다. 이러한 기술들은, 공작물이 직접 에너지 소스를 지나 이동될 때 또는 그 역일 때, 공작물 또는 공작물이 위치된 기판을 실시간으로 모니터링, 판독 또는 조사하기 위한 스탠드오프 거리 측정 시스템을 사용할 수 있다. 이러한 기술들은, 스탠드오프 거리 측정 시스템으로부터의 데이터에 기반하여, 스탠드오프 거리를 실시간으로 반응적이고 동적으로 제어하기 위한 피드백 제어기를 사용할 수 있다.

Description

직접 에너지 증착 적층 제조 시스템들을 위한 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어
[2] 일반적으로 본 개시내용은 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(directed energy deposition additive manufacturing system)들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 개시내용은 스탠드오프 거리(standoff distance) 모니터링 및 제어에 관한 것이다.
[4] RPDTM(rapid plasma deposition) 적층 제조 시스템은, 와이어(예컨대, 금속) 및 플라즈마 토치(plasma torch)를 포함하는 불활성 가스 환경(예컨대, 희가스)을 호스팅할 수 있다. RPDTM 적층 제조 시스템은, 공작물이 불활성 가스 환경 내에서 플라즈마 토치를 지나서 제어 가능하게 이동될 때 또는 그 역일 때, 플라즈마 토치가 와이어에 플라즈마 아크를 제어 가능하게 지향시키고 플라즈마 아크가 와이어를 용융하여 공작물을 층별로 공작물을 형성하는 것에 기반하여 공작물(예컨대, 항공기 구조물(aerostructure))을 적층 제조한다.
[5] 이러한 동작들 동안에, 플라즈마 토치와 공작물 사이에 (예컨대, 수직 축을 따른) 스탠드오프 거리가 유지된다. 스탠드오프 거리는 플라즈마 아크 저항을 결정하고 이로써 (예컨대, 정전류 전원 공급 장치에 의해 공급되는 일정한 플라즈마 아크 전류에 대해) 플라즈마 아크 전력 및 특징들을 결정한다. 더 큰 스탠드오프 거리들이 더 높은 아크 전압들을 생성하지만, 플라즈마 아크를 따라 복사 및 대류 열 전달로 인해, 공작물에 전달되는 에너지 중 적어도 일부가 감소된다. 스탠드오프 거리는, 장비 설정(예컨대, 물리적 장비 제약들)에 의해 정해진 하한과 공작물에 대한 감소된 전력 입력(예컨대, 부적절한 와이어 용융)에 의해 정해진 상한 사이의 정적인 범위이다.
[6] 스탠드오프 거리 편차를 유발할 수 있는 다양한 요인들이 있다. 이러한 요인들 중 일부는 기판 왜곡(substrate distortion), 불균일한 증착 표면(예컨대, 와이어 움직임으로 기인함), 불균일한 공작물 높이 단차(uneven workpiece height step), 공작물 피처(workpiece feature)들(예컨대, 조인트들, 단부들, 교차점들) 및 다른 복합 프로세스 변형들을 포함한다. 일정한 전압을 유지함으로써 전압 측정들에 기반하여 스탠드오프 거리가 간접적으로 제어될 수 있지만, 이 기법은 다양한 요인들로 인해 기술적으로 불리하다. 이러한 요인들 중 일부는 매우 잡음이 있고 변형들(예컨대, 가스 흐름, 전극 기계적 또는 재료 구성, 장비 변형들 또는 공작물 기하학적 변형들)에 매우 민감한 전압 측정들을 포함한다. 결과적으로, 전압 측정들에 기반하여 간접적으로 스탠드오프 거리를 제어하는 것은 공작물 층들 위에 점증적으로 추가되는 스탠드오프 거리 에러들을 도입하고, 이로써 공작물 품질에 부정적인 영향을 미친다.
[7] 따라서, 반응적, 동적이고 그리고/또는 실시간일 수 있는 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어를 가능하게 하는 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 시스템들을 위한 다양한 기술들이 본원에 개시된다. 이러한 기술들은 레이저 삼각 측량 시스템 또는 LLS(laser line scanner)와 같은 스탠드오프 거리 측정 시스템을 사용하여, 공작물이 직접 에너지 소스(예컨대, 플라즈마 토치)를 지나 (예컨대, 기판을 통해) 이동될 때 또는 그 역일 때, 공작물(예컨대, 비드 프로파일(bead profile), 공작물 형상) 또는 공작물이 위치된 기판을 실시간으로 모니터링, 판독 또는 조사할 수 있다. 비행 시간, 공초점(confocal), 색 공초점(chromatic confocal), 간섭계( interferometry), 음영으로부터의 형상, 초점/디포커스로부터의 깊이, 라이다(Lidar)와 같은 다른 광학 측정 기법들은, 단독으로 또는 프린지 투영(fringe projection), 적외선, 가시광선, UV, X-선과 같은 다양한 파장들의 패턴 투영(예컨대, 라인, 다중 라인, 다중 스폿)과 같은 조명들, 및 음파 탐지기(sonar), 초음파 판독기들 또는 인터로게이터(interrogator)들과 같은 비광학 방법들과 결합하여, 공작물이 직접 에너지 소스(예컨대, 플라즈마 토치)를 지나 (예컨대, 기판을 통해) 이동될 때 또는 그 역일 때, 공작물(예컨대, 비드 프로파일, 공작물 형상) 또는 공작물이 위치된 기판을 실시간으로 모니터링, 판독 또는 조사하는 데 보충적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다는 것이 유의된다. (비행 시간, 공초점, 색 공초점, 간섭계, 음영으로부터의 형상, 초점/디포커스로부터의 깊이, 라이다와 같은 다른 광학 측정 기법들이 단독으로 또는 프린지 투영, 적외선, 가시광선, UV, X-선과 같은 다양한 파장들의 패턴 투영(예컨대, 라인, 다중 라인, 다중 스폿)과 같은 조명들, 및 음파 탐지기, 초음파 판독기들 또는 인터로게이터들과 같은 비광학 방법들과 결합하여, 보충적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있지만) 이러한 기술들은 피드백 제어기를 사용하여, 레이저 삼각 측량 시스템 또는 레이저 라인 스캐너와 같은 스탠드오프 거리 측정 시스템의 데이터에 기반하여 실시간으로 스탠드오프 거리를 반응적으로 그리고 동적으로 제어할 수 있다(예컨대, 공작물에 대해 직접 에너지 소스를 높이거나 낮추거나, 또는 그 역도 가능함). 따라서 이러한 기술들은, 전압 기반 측정들을 사용하는 산업 표준과 연관된 적어도 일부 기술적 제한들을 제거한다. 또한, 이러한 기술들은, 플라즈마 아크들(예컨대, RPDTM) 또는 다른 형태들의 직접 에너지를 사용하여, 금속들(예컨대, 티타늄, 알루미늄) 또는 금속 합금들(예컨대, Ti6Al4V, Inconel 변형들 등)을 통해 공작물들(예컨대, 항공 구조물들, 해양 구조물, 차량 부품들, 의료 디바이스들, 총기류들, 칼 붙이(cutlery))의 적층 제조 동안, 스탠드오프 거리의 자동 측정, 평가 및 실시간으로 반응적이고 동적 제어를 가능하게 할 수 있다.
[8] 이러한 기술들의 장점은, 머신들에 걸쳐 그리고 시간 경과에 따른 에너지 분포, 전력, 압력 및 형상과 같은 적어도 일부 일관된 플라즈마 아크(또는 다른 형태들의 직접 에너지) 특징들을 제공하고, 스크랩 레이트(scrap rate)를 감소시키고, 수용 불가능한 편차들의 조기 검출을 가능하게 하고, 부품 개발 사이클을 단축시키는 것 등의, 실시간 스탠드오프 거리의 반응적 및 동적 제어를 위한 객관적인 인라인/인-시츄(in-situ) 자동화 시스템을 보유한다는 것이다. 또한, 이러한 기술들은, 이러한 조정이 시각적 피드백에 기반하는 주관적인 인간 운영자의 수동 조정과 비교하여, 더 강력하고 더 빠르며 객관적인 스탠드오프 거리 제어를 가능하게 한다. 마찬가지로, 이러한 기술들은, 기판에 대한 직접 에너지 소스의 움직임(예컨대, 수직) 또는 그 역에 기반한 자동화된 스탠드오프 거리 제어로 인해, 로봇 팔 용접에 비해 일반적으로 더 정확하고 더 빠른 스탠드오프 거리 제어를 가능하게 한다. 이러한 기술들이 임의의 유형의 모션 시스템(예컨대, 컴퓨터 수치 제어, 로봇 조작기들)에 사용될 수 있다는 것이 유의된다.
[9] 이들 기술들의 추가적인 특징들 및 장점들은 후속하는 상세한 설명에서 설명될 것이고, 부분적으로는 아래의 상세한 설명으로부터 명백할 것이고, 또는 본 개시내용의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 다양한 목적들 및 다른 장점들은 첨부된 도면들의 세트뿐만 아니라 본 개시내용의 상세한 설명 및 청구범위에서 특히 제시된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
[10] 이들 및 다른 장점들을 달성하기 위해 그리고 본 개시내용의 목적에 따라, 구현되고 널리 설명되는 바와 같이, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(directed energy deposition additive manufacturing system)은 로직, 스탠드오프 거리 측정 유닛, 기판, 토치, 피드 유닛, 재료 및 무버(mover)를 포함하고, 로직은 피드 유닛으로 하여금 재료를 출력하게 하고 토치로 하여금 플라즈마를 출력하게 하여, 플라즈마가 재료를 기판 상으로 용융시키고 이로써 공작물이 기판 상에 적층 제조되도록 하고, 공작물은 기하학적 프로파일을 갖고, 토치는 스탠드오프 거리가 정의되도록 공작물로부터 수직으로 이격되고, 로직이 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 무버로 하여금 기판에 대해 토치 또는 토치에 대해 기판 중 적어도 하나를 이동시키게 하여, 공작물이 적층 제조되는 동안에, 로직은 스탠드오프 거리 측정 유닛으로 하여금 기하학적 프로파일을 모니터링하게 한다.
[11] 이들 및 다른 장점들을 달성하기 위해 그리고 본 개시내용의 목적에 따라, 구현되고 널리 설명되는 바와 같이, 적층 제조를 위한 방법은: 재료를 출력하는 단계; 토치를 통해 플라즈마를 출력하는 단계; 공작물이 기판 상에 적층 제조되도록, 플라즈마를 통해 재료를 용융하는 단계 ― 공작물은 기하학적 프로파일을 갖고, 토치는, 스탠드오프 거리가 정의되도록 공작물로부터 수직으로 이격됨 ― ; 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 무버가 기판에 대해 토지 또는 토치에 대해 기판 중 적어도 하나를 움직일 수 있도록, 공작물이 적층 제조되는 동안, 기하학적 프로파일을 모니터링하는 단계를 포함한다.
[12] 전술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 모두가 예시적이고 설명적이며, 아래에 추가로 언급되는 바와 같이, 청구항들의 추가의 설명을 제공하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
[13] 본 개시내용의 추가의 이해를 제공하도록 포함되고 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 한 세트의 첨부된 도면들은, 본 개시내용의 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 개시내용의 다양한 원리들을 설명하는 역할을 한다.
[14] 한 세트의 첨부된 도면들에서,
[15] 도 1은 본 개시내용에 따른 기판 및 기판 상의 공작물의 기하학적 프로파일을 판독하는 레이저 라인 스캐너를 포함하는 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템의 실시예를 도시한다.
[16] 도 2는 본 개시내용에 따른 직접 에너지 증착 프로세스 흐름의 실시예를 도시한다.
[17] 도 3은 본 개시내용에 따른 직접 에너지 증착 프로세스 흐름의 실시예를 도시한다.
[18] 도 4는 본 개시내용에 따른 공작물을 지지하는 기판의 실시예를 도시한다.
[19] 도 5는 본 개시내용에 따른, 기판 상의 공작물의 기하학적 프로파일을 판독하는 레이저 라인 스캐너를 포함하는 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템의 블록도의 실시예를 도시한다.
[20] 도 6은 본 개시내용에 따른 레이저 라인 스캐너 시스템에 대한 도면의 실시예를 도시한다.
[21] 도 7은 본 개시내용에 따른 레이저 라인 스캐너 시스템에 대한 도면의 실시예를 도시한다.
[22] 도 8은 본 개시내용에 따른, 공작물을 지지하는 기판의 실시예, 및 데이터 검증 및 그리드 간격에 관련된 한 세트의 정보를 도시한다.
[23] 도 9는 본 개시내용에 따른 제어 블록에 대한 도면의 실시예를 도시한다.
[24] 도 10은 본 개시내용에 따른 제어 블록에 대한 도면의 실시예를 도시한다.
[25] 도 11은 본 개시내용에 따른 스탠드오프 모니터링 및 제어에 대한 복수의 시나리오들의 실시예를 도시한다.
[26] 도 12는 본 개시내용에 따른, 툴 헤드와의 충돌 위험이 증가된 경우, 기판의 복수의 에지들 둘레의 마진의 실시예를 도시한다.
[27] 도 13은 본 개시내용에 따른, 충돌 위험을 최소화하거나 기판을 클램핑하는 클램프와의 충돌을 회피하기 위한 기법의 실시예를 도시한다.
[28] 본 개시내용은, 본 개시내용의 일부 실시예들이 도시되는 한 세트의 첨부 도면들을 참조하여 이제 더 완전히 설명된다. 그러나, 본 개시내용은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고, 본원에 개시되는 실시예들에 반드시 제한된 것으로 해석되지 않아야 한다. 그보다, 이러한 실시예들은 본 개시내용이 철저하고 완전해지고, 당업자들에게 본 개시내용의 다양한 개념들을 완전히 전달하도록 제공된다. 이제, 본 개시내용의 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 이러한 실시예들의 예들이 한 세트의 첨부된 도면들에 예시된다.
[29] 도 1은 본 개시내용에 따른 기판 및 기판 상의 공작물의 기하학적 프로파일을 판독하는 레이저 라인 스캐너를 포함하는 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템의 실시예를 도시한다. 특히, 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 시스템(100)은 공작물(118) 및 공작물(118)을 지지하는 기판(102)을 포함한다. 공작물(118)은 기판(102) 상에 장착되거나 기판(102) 상에 위치되거나 놓이지 않을 수 있다는 것이 유의된다(예컨대, 다른 공작물은 기판(102)으로서 기능함). 예컨대, 공작물(118)은 플레이트(기판(102))일 필요는 없으며, 예컨대 단조 부품(forged part), 인쇄 부품, 또는 임의의 다른 기술(예컨대, 적층 제조, 절삭 가공(subtractive manufacturing))로 제조된 부품일 수 있다. 예컨대, 플레이트(기판(102)) 상에 증착을 시작하는 것은 필수가 아니며 선택적이다. 예컨대, 다른 공작물 또는 부품이 기판(102)으로서 기능할 수 있다.
[30] 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 제어기(119), 제어기(119)에 의해 (예컨대, 유선, 무선, 도파관으로) 제어되는 와이어 소스(104)(와이어 공급 시스템에 연결됨), 직접 에너지 소스(106)(예컨대, 제어기(119)에 의해 (예컨대, 유선, 무선, 도파관으로) 제어되는 플라즈마 토치, 제어기에 의해 (예컨대, 유선, 무선, 도파관으로) 제어되는 직접 에너지 소스(110)(예컨대, 플라즈마 토치), 및 제어기(119)에 의해 (예컨대, 유선, 무선, 도파관으로) 제어되는 LLS(laser line scanner)(112)(또는 스탠드오프 거리 측정 시스템의 다른 형태)를 포함한다.
[31] 제어기(119)는 PLC(programmable logic controller), IPC(industrial PC) 또는 다른 것들일 수 있다. 예컨대, PLC는 마스터 PLC일 수 있다. 직접 에너지 소스(106)는 1차 직접 에너지 소스일 수 있는 반면에, 직접 에너지 소스(110)는 2차 직접 에너지 소스일 수 있다. LLS(112)는 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스 및 레이저 빔으로부터의 복수의 반사들을 판독하는 광학 카메라를 포함할 수 있다. 직접 에너지 소스(106)는 전극(108)을 호스트한다. 미리 교정될 수 있는 LLS(112)는 레이저 패턴(114)을 공작물(118) 및 기판(102)에 투영한다. 레이저 패턴(114)은 레이저 소스를 통해 투영될 수 있다. 기판(102)은 3차원 공간에서 움직인다.
[32] 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들은 생략, 교체 또는 보충될 수 있다. 예컨대, LLS(112)는, 프린지 투영, 적외선, 가시광선, UV, X-선과 같은 상이한 파장들의 패턴 투영(예컨대, 라인, 다중 라인, 다중 스폿, 랜덤 스폿들, 랜덤 패턴들, 그래디언트 패턴들)와 같은 조명들, 및 음파 탐지기, 초음파 판독기들 또는 인터로게이터들과 같은 비광학 방법들과 결합하여, 또는 단독으로 비행 시간, 공초점, 색 공초점, 간섭계, 음영으로부터의 형상, 초점/디포커스로부터의 깊이, 라이다와 같은 다른 광학 측정 기법들에 의해 보충 또는 교체될 수 있다. 유사하게, 직접 에너지 소스(110) 또는 전극(108)을 호스팅하는 직접 에너지 소스(106)는 다른 에너지 출력 디바이스들(예컨대, 화염 토치들) 또는 직접 에너지 형태들(예컨대, 열, 음향, 전기)에 의해 보충 또는 교체될 수 있다. 유사하게, 직접 에너지 소스(110)가 생략될 수 있다(선택적으로 포함될 수 있음). 더욱이, 와이어 소스(104)는 다른 재료 공급기(예컨대, 노즐)에 의해 보충 또는 교체될 수 있다.
[33] 전극(108)을 호스팅하는 직접 에너지 소스(106)는 와이어 소스(104)의 동작 부근에서 기판(102)을 향해 직접 에너지(예컨대, 플라즈마 아크)를 생성하는 1차 에너지 소스일 수 있다. 직접 에너지는 전극(108)으로부터 와이어 소스(104)로부터의 와이어로 전달될 수 있거나, 또는 직접 에너지는 선택적으로 전극(108)으로부터 기판(102)으로 또는 (예컨대, 다중 플라즈마 아크를 사용하여) 동시에 둘 모두에 전달될 수 있다. 직접 에너지 소스(106)는 와이어 소스(104)에 대해 고정적이거나 또는 (예컨대, 수평으로, 수직으로) 이동 가능할 수 있거나 그 역도 가능하다. 와이어 소스(104)는 직접 에너지 소스(106)에 대해 고정적이거나 또는 (예컨대, 수평으로, 수직으로) 이동 가능할 수 있거나 그 역도 가능하다. 기판(102)은 와이어 소스(104) 또는 직접 에너지 소스(106)에 대해 고정적이거나 또는 (예컨대, 수평으로, 수직으로) 이동 가능할 수 있거나 그 역도 가능하다. 예컨대, 기판(102)은 와이어 소스(104) 및 직접 에너지 소스(106)에 대해 수평 축을 따른 방향으로 움직일 수 있다. 포함될 때, 직접 에너지 소스(110)는, 공작물(118)의 적층 제조가 직접 에너지 소스(106) 및 와이어 소스(104)를 통해 시작되기 전에, 기판(102) -이는 상대적으로 차가울 수 있음 ― 을 예열하는 예열기 전극(또는 다른 에너지 출력 지원 디바이스)일 수 있는 전극(또는 다른 에너지 출력 지원 디바이스)을 포함할 수 있다. 포함될 때, 직접 에너지 소스(110)는 수평 축을 따라 LLS(112)와 직접 에너지 소스(106) 사이에 위치될 수 있다.
[34] 기판(102)은 와이어 소스(104), 직접 에너지 소스(106), 직접 에너지 소스(110), 및 LLS(112)에 대해 3차원 공간에서 움직인다. 와이어 소스(104)는 기판(102)에 걸쳐 와이어(예컨대, 금속, 티타늄, 알루미늄, 강철 등, 금속 합금들, Ti6Al4V, Inconel 변형들)를 소싱하여, 기판(102)이 3차원 공간에서 움직이는 동안, 전극(108)을 호스팅하는 직접 에너지 소스(106)가 기판(106)에 걸쳐 와이어를 용융시키는 플라즈마 아크를 생성하여, 직접 에너지(예컨대, 플라즈마 아크)를 통해 용융된 와이어로부터 복수의 액적들이 형성되어, 층별로 공작물(118)을 적층 형성 또는 적층 연장시키기 위해 액적들이 기판(102) 또는 미리 로딩된 공작물(118)에 증착, 위치, 적층, 캐스케이드되거나 또는 떨어지게 된다. 예컨대, 공작물(118)은 플레이트(기판(102))일 필요는 없으며, 예컨대 단조 부품, 인쇄 부품, 또는 임의의 다른 기술(예컨대, 적층 제조, 절삭 가공)로 제조된 부품일 수 있다. 예컨대, 플레이트(기판(102)) 상에 증착을 시작하는 것은 필수가 아니며 선택적이다. 예컨대, 다른 공작물 또는 부품이 기판(102)으로서 기능할 수 있다.
[35] 공작물(118)이 수직 또는 수평으로 변하거나 기하학적으로 윤곽이 형성되거나 수직 또는 수평으로 윤곽이 형성될 수 있는 기하학적 프로파일을 갖기 때문에, LLS(112)가 기판(102) 및/또는 공작물(118)의 기하학적 프로파일 ― 이는 기판(102)의 적어도 일부 하부 층들에 있을 수 있음 ― 을 광학적으로 조명하도록, LLS(112)는 레이저 패턴(114)을 공작물(118)의 기하학적 프로파일 ― 이는 기판(102)에 의해 지지될 수 있거나 지지될 수 없음 ― 에 투영한다. 그런 다음, LLS(112)는 레이저 패턴(114)으로부터 반사들을 판독하기 위한 카메라를 사용할 수 있다. 일정 시점에서, 기판(102)이 공작물(118)의 베이스로서 사용될 때(예컨대, 단조 인쇄), 기판(102)은 공작물(118)의 일부가 될 수 있다. 예컨대, 공작물(118)은 플레이트(기판(102))일 필요는 없으며, 예컨대 단조 부품, 인쇄 부품, 또는 임의의 다른 기술(예컨대, 적층 제조, 절삭 가공)로 제조된 부품일 수 있다. 예컨대, 플레이트(기판(102)) 상에 증착을 시작하는 것은 필수가 아니며 선택적이다. 예컨대, 다른 공작물 또는 부품이 기판(102)으로서 기능할 수 있다.
[36] 하나 초과의 LLS(112)가 사용될 수 있다(예컨대, 다른 뷰 또는 각도에서 기판(102) 및/또는 공작물(118)의 기하학적 프로파일을 광학적으로 판독함). 예컨대, 레이저 패턴들(114)은 서로 수직이거나, 서로 평행할 수 있거나, L자형, U자형, 또는 O자형 패턴들은 단일 라인, 다중 라인, 단일 스폿, 다중 스폿, 랜덤 스폿들, 랜덤 패턴들이거나 펄싱되거나, 펄싱되지 않거나 또는 다른 것들일 수 있다. 예컨대, 하나 초과의 LLS(112)는 상이한 시나리오들에 의존하여 사용될 수 있으며, 스탠드오프 거리를 측정할 때, 전극(108)의 리딩 팁(leading tip)으로부터 X 및 Y 둘 모두를 따른 상이한 판독 오프셋들이 필요할 수 있다(또한 도 11 참조). 더욱이, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)이 플라즈마 아크들을 포함할 때, 플라즈마 아크들이 LLS(112)의 측정들의 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 측정 부정확성을 회피하기 위해, 플라즈마 아크들이 오프(off)일 때, LLS(112)의 적어도 일부 측정들 또는 교정들이 이루어질 수 있다.
[37] 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100) 내에서, 수직 축을 따라 공작물(118) 상의 포인트와 툴 중심 포인트(tool center point) 사이의 스탠드오프 거리가 측정될 수 있다. TCP(tool center point)는 툴 기계학(tool mechanics)(예컨대, 전극(108)의 팁 또는 직접 에너지 소스(예컨대, 플라즈마 아크)의 단부 원점에서의 포인트)에 기반하여 정적으로 정의되거나 동적으로 오프셋될 수 있다(예컨대, 액적들이 전극 팁 아래가 아니라 공작물(118)과 만나는 섹션으로 관심 포인트를 오프셋할 필요가 있는 시나리오에서 와이어 속도, 아크 각도, 편향, 형상과 같은 프로세스 변수들에 기반하여 실시간으로 컴퓨팅됨). 일반성을 잃지 않고서, 이러한 포인트는 이제부터 상호교환 가능하게 TCP 또는 DTCP로 지칭된다.
[38] 10의 수 제곱배(various orders of magnitude) 이상(예컨대, 센티미터, 데시미터, 미터)을 포함하여, 100 밀리미터보다 더 큰 값들(예컨대, 약 125, 150, 200, 225, 250, 300 밀리미터 이상)이 가능하지만, 스탠드오프 거리는 전부 통틀어(inclusively) 약 100 밀리미터, 90 밀리미터, 80 밀리미터, 70 밀리미터, 60 밀리미터, 50 밀리미터, 40 밀리미터, 30 밀리미터, 20 밀리미터, 10 밀리미터 미만으로 측정되고, 그리고 그 사이에 임의의 값들(예컨대, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9 밀리미터마다)을 포함한다. 공작물(118) 및/또는 기판(102)은 X-축(예컨대, 길이), Y-축(예컨대, 깊이), Z-축(예컨대, 높이) C-축(예컨대, 회전 XY 평면), B-축들 회전(예컨대, XZ 또는 YZ 평면들)을 사용하여 3d 공간에서 이동될 수 있고, 일반성을 잃지 않고서 수직 축은 Z-축으로 지칭될 수 있다. 공작물(118)의 기하학적 프로파일은, 점진적으로든 또는 갑자기이든 간에, X-축, Y-축, 또는 Z-축을 따라 변할 수 있다. 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)이 전극(108)을 회피하거나 전극(108)을 또 다른 에너지 출력 디바이스(예컨대, 화염 토치)로 보충할 때, 스탠드오프 거리는 수직 축을 따라 수직 축을 따라 에너지 출력 디바이스의 DTCP(예컨대, 중앙 부분)와 공작물(118) 사이에서 측정될 수 있다. 예컨대, DTCP는, 적어도 일부 액적들이 떨어지는 포인트 위의 전극 팁 또는 다른 에너지 지원 디바이스와 동일한 Z 평면에 또는 그 위에 수직으로 있을 수 있다.
[39] 스탠드오프 거리는 전극(108)으로부터 일관된 플라즈마 아킹 조건들(예컨대, 전압, 전력, 온도 분포)을 달성하기 위해 다양한 정의된 제한들 내에서 동적으로 유지될 수 있다. 이로써, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은, 하기에 추가로 설명되는 바와 같이, TCP/DTCP 아래의 기판(102) 상의 섹션으로부터 추출된 포인트 또는 TCP/DTCP 아래의 공작물(118)의 기하학적 프로파일 상의 섹션으로부터의 추출된 포인트에 대해, 전극(108)의 수직 움직임(예컨대, 위, 아래, 공작물(118) 또는 기판(102)을 향해, 공작물(118) 또는 기판(102)으로부터 멀리)을 통해 스탠드오프 거리의 자동 측정 및 실시간 반응적 및 동적 제어를 가능하게 하는 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템을 포함한다. 예컨대, 직접 에너지 소스(106)는 전극(108)과 함께, 기판(102)이 3D 공간에서 공작물(118)을 움직일 때, TCP/DTCP 아래의 기판(102) 상의 섹션으로부터 추출된 포인트 또는 TCP/DTCP 아래의 공작물(118)의 기하학적 프로파일 상의 섹션으로부터 추출된 포인트에 대해 수직으로 움직일 수 있다. 반대의 구성도 가능하다는 것(예컨대, 기판(102)이 직접 에너지 소스(106) 또는 전극(108)에 대해 수직으로 위 또는 아래로 이동됨)이 유의된다.
[40] 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은, 무엇보다도, 스탠드오프 거리 설정 포인트, 설정값 궤적들, 제어 모드들, 제어 인에이블, 측정 오프셋들, 판독 오프셋들 또는 다른 것들과 같은, 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템의 다양한 파라미터들을 설정하는 RPDTM 프로그램(예컨대, 실행 가능한 코드, NC(numerical control) 값들의 목록, 마크업 코드, 구분된 텍스트(delimited text), 파퓰레이팅된 스프레드시트(populated spreadsheet))을 실행한다. 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템은, 다양한 지정된 판독 오프셋들을 중심으로 하는 특정 영역 내에서, 공작물(118)의 기하학적 프로파일, 또는 공작물(118)의 최저 포인트에 기반하여, 또는 공작물(118)의 기하학적 프로파일 또는 공작물(118)의 최고 포인트 및 최저 포인트의 평균에 기반하여, 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 기반하여, TCP/DTCP와, TCP/DTCP 아래 공작물(118)에 대한 최고 포인트 사이의 스탠드오프 거리를 반응적으로 그리고 동적으로 실시간으로 유지한다. 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템은, 스탠드오프 거리(예컨대, 10의 수 제곱배 이상(예컨대, 센티미터, 데시미터, 미터)을 포함하여, 100 밀리미터보다 더 큰 값들(예컨대, 약 125, 150, 200, 225, 250, 300 밀리미터 이상)이 가능하지만, 스탠드오프 거리는 전부 통틀어(inclusively) 약 100 밀리미터, 90 밀리미터, 80 밀리미터, 70 밀리미터, 60 밀리미터, 50 밀리미터, 40 밀리미터, 30 밀리미터, 20 밀리미터, 10 밀리미터 미만으로 측정되고, 그리고 그 사이에 임의의 값들(예컨대, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9 밀리미터마다)을 포함함)와 연관된 미리 결정된 임계값(예컨대, 설정된 수치 값)을 만족시키거나 만족시키지 않는 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 동적으로 반응하여, 기판(102) 및 공작물(118)을 따라 측방향으로 연장되거나 기판(102) 및 공작물(118)을 횡단하고, 그런 다음 기판(102) 또는 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 대해 전극(108)을 수직으로 이동시키는 레이저 패턴(114)을 통해, LLS(112)가 기판(102) 및 공작물(118)을 광학적으로 판독하는 것(예컨대, 카메라는 레이저 빔 반사들을 판독함)에 기반하여 스탠드오프 거리를 동적으로 그리고 반응적으로 실시간으로 유지하거나 동적으로 그리고 반응적으로 실시간으로 조정할 수 있다. 반대의 구성도 가능하다는 것(예컨대, 기판(102)은 직접 에너지 소스(106)에 대해 수직으로 움직임)이 유의된다. 예컨대, 레이저 패턴(114)은 공작물(118)을 형성하는 비드 단면에 수직일 수 있고, 레이저 패턴(114)의 중앙 부분은 높이 측정을 위한 관심 포인트일 수 있다. 레이저 패턴(114)이 거리 측정을 위한 관심 포인트에서, TCP 앞의 고정된 위치에서, 또는 TCP 뒤의 고정된 위치에서 TCP/DTCP 아래로 동적으로 투영될 수 있다는 것이 유의된다. 레이저 패턴(114)이 TCP/DTCP 바로 아래에 없는 시나리오에서, 추출된 스탠드오프 거리 데이터는 공작물 위치 정보와 함께 첨부되어 저장될(그리드에 버퍼링될) 필요가 있어서, TCP/DTCP가 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 관심 포인트에 있을 때, 스탠드오프 제어 시스템이 저장소(예컨대, 메모리)로부터 적어도 일부 값들을 리트리브(retrieve)할 수 있다.
[41] 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템은 LLS(112)(또는 또 다른 레이저 기반 삼각 측량 시스템) ― 이는 직접 에너지 소스(110)가 수평 축을 따라 LLS(112)와 직접 에너지 소스(106) 사이에 위치되도록 장착됨 ― 를 사용하여, 스탠드오프 거리를 광학적으로 측정하고, 그런 다음, 필요한 경우, 포지셔닝 시스템 또는 무버(예컨대, 모터, 엔진, 액추에이터, 기계적 연결 장치(mechanical linkage), 기어 메커니즘, 풀리 메커니즘(pulley mechanism), 유압 메커니즘, 공압 메커니즘(pneumatic mechanism))로 하여금 반응적으로 그리고 동적으로 실시간으로 기판(102) 또는 공작물(118)에 대해 Z-축을 따라 수직으로 (예컨대, 위, 아래로) 전극(108)을 이동시키게 한다. 이러한 기능은, 무버가 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)의 제어기(예컨대, PLC, IPC) 상에서 실행되는 제어 기능을 통해 스탠드오프 거리를 동적으로 그리고 반응적으로 실시간으로 보존, 유지 또는 조정하는 것을 가능하게 한다. 예컨대, PLC는 마스터 PLC일 수 있다. 반대의 구성도 가능하다는 것(예컨대, 기판(102)은 무버에 의해 직접 에너지 소스(106)에 대해 수직으로 움직임)이 유의된다.
[42] 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 미국 특허 출원 15/206163 및 미국 특허들 7301120, 7326377, 9346116, 및 9481931에 개시된 바와 같이 구현될 수 있으며, 이로써 이들 모두는 모든 목적들로 인용에 의해 본원에 완전히 통합된다는 것이 유의된다. 예컨대, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 CAD(computer-aided design) 파일 또는 다른 것들과 같은 공작물(118)의 설계 파일, 및 와이어(이를테면, 와이어는 티타늄 또는 다른 것들을 포함함)의 스풀(spool)을 와이어 소스(104)를 통해 수신하고, 그리고 공작물(118)의 설계 파일로부터 추출된 바와 같은 특정 공작물 기하학적 구조에 기반하여 공작물(118) ― 이는 항공우주 등급 또는 다른 것들일 수 있음 ― 을 생성할 수 있다. 예컨대, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 아르곤, 헬륨, 크세논, 크립톤, 또는 이들의 조합들과 같은 불활성 가스로 채워진 챔버를 포함할 수 있다. 이로써, 기판(102), 와이어 소스(104), 직접 에너지 소스(106), 전극(108), 직접 에너지 소스(110), 레이저 라인 스캐너(112), 레이저 패턴(114), 및 공작물(118)이 챔버 내에 위치될 수 있다.
[43] 하나의 동작 모드에서, 스탠드오프 거리는 수직 방향을 따른 DTCP와 공작물(118) 사이의 거리일 수 있다. 일관된 아킹 조건들을 달성하기 위해 스탠드오프 거리는 정의된 제한들 내에서 유지된다. 스탠드오프 모니터링 및 제어 시스템은 스탠드오프 거리의 자동의 측정 및 제어를 가능하게 한다. RPDTM 프로그램이 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)의 다양한 파라미터들(예컨대, 스탠드오프 거리 설정 포인트, 제어 모드들, 제어 인에이블, 측정 오프셋들, 판독 오프셋들)을 정의한다는 것이 유의된다. 그런 다음, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 일부 지정된 판독 오프셋을 중심으로 하는 특정 영역 내에서 공작물(118) 상의 최고 또는 최저 포인트와 DTCP 사이의 스탠드오프 거리를 유지한다. 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 전극(108) 앞에 장착된 LLS(112)를 사용하여 스탠드오프 거리를 측정하고, 무버를 사용하여 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)의 마스터 로직 제어기 상에서 실행되는 제어 기능의 도움으로 스탠드오프 거리를 유지한다.
[44] 하나의 동작 모드에서, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은, 증착 전에 스트링의 시작에서의 작은 평균 거리(약 0-10mm 길이)에 기반하여, 층 0에서의 스탠드오프 모니터링 및 제어(측정들이 기판에서 이루어짐)를 위해 구성될 수 있다. 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 (부품 증착 스케줄 또는 프로세스에 큰 영향 없이), 다음 스트링을 증착하기 위해 복귀할 때, 아크 온으로 또는 스캐닝함으로써 스트링들의 전체 증착 길이에 걸친 스탠드오프 모니터링 및 제어를 위해 구성될 수 있다. 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 인라인 형상 모니터링 및 스탠드오프 추정을 위해 구성될 수 있다. 이것은, 중첩들을 포함하는 비드/스트링의 모델 및 레이저 측정들에 기반하고, 동시에 모델로부터의 편차들을 모니터링하고 찾고 증착된 스트링들의 전체 형상들을 로깅하기 위한 사용자 인터페이스를 제공함으로써 수행할 수 있다.
[45] 도 2는 본 개시내용에 따른 직접 에너지 증착 프로세스 흐름의 실시예를 도시한다. 특히, 직접 에너지 증착 프로세스(200)는 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 머신(204)에 입력되는 복수의 입력들(202)(예컨대, 와이어, 기판, 희가스)을 포함하며, 적층 제조 머신(204)은 이에 응답하여 공작물(224) 및 프로세스 머신 판독 가능한 로그(226)(예컨대, 데이터 구조, 파일)를 포함하는 복수의 출력들(206)을 출력한다. 또한, 직접 에너지 증착 적층 제조 머신(204)은, CAD(computer-aided design) 파일(210)(예컨대, 적층 제조될 물체의 다차원 일러스트레이션(multidimensional illustration))을 RPDTM 프로그램(214)으로 변환하는 그래픽 변환 소프트웨어 애플리케이션(212)으로부터, RPDTM 프로그램(214)(예컨대, NC 커맨드들, 실행 가능한 코드, 수치 값들의 목록, 마크업 코드, 구분된 텍스트, 파퓰레이팅된 스프레드시트)을 수신한다. 그래픽 변환 소프트웨어 애플리케이션(212)은, 그래픽 변환 소프트웨어 애플리케이션(212)이 CAD 파일(210)을 RPDTM 프로그램(214)으로 변환하는 것을 돕기 위해, 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 프로세스 지식 데이터의 세트(예컨대, 머신 설정들, 증착 파라미터들)를 (예컨대, 유선, 도파관, 무선으로) 그래픽 변환 소프트웨어 애플리케이션(212)으로 소싱하는 데이터 소스(208)(예컨대, 데이터베이스, 데이터 구조, 소프트웨어 애플리케이션, 기능, API)와 링크되거나 통신한다.
[46] 직접 에너지 증착 적층 제조 머신(204) 내에서, RPDTM 프로그램(214)은 로직 제어기(216)(예컨대, PLC)에 입력되고, 로직 제어기(216)는 공작물(224)을 발생시키는 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 프로세스(218)를 제어한다. 직접 에너지 증착 적층 제조 머신(204)이 로직 제어기(216)를 호스팅한다는 것이 유의된다. 직접 에너지 증착 적층 제조 프로세스(218) 동안, 로직 제어기(216)는 파라미터 모니터링 프로세스(220) 및 파라미터 제어 프로세스(222)를 수행하며, 이들은 직접 에너지 증착 적층 제조 프로세스(218)가 공작물(224)을 제조하는 것을 돕는다.
[47] 파라미터 모니터링 프로세스(220) 및 파라미터 제어 프로세스(222)가 직접 에너지 증착 적층 제조 프로세스(218)를 돕는 몇몇의 방법들 중 하나는 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템을 사용하는 것일 수 있으며, 이것은, 다양한 지정된 판독 오프셋들을 중심으로 한 특정 구역 내에서, 공작물(118)의 기하학적 프로파일, 또는 공작물(118)의 최저 포인트에 기반하여, 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 기반하여, 반응적이고 그리고 동적으로 실시간으로 전극(108)의 DTCP와 공작물(118)의 최고 포인트 사이의 스탠드오프 거리를 유지 또는 제어한다. 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템은, 스탠드오프 거리(예컨대, 10의 수 제곱배 이상(예컨대, 센티미터, 데시미터, 미터)을 포함하여, 100 밀리미터보다 더 큰 값들(예컨대, 약 125, 150, 200, 225, 250, 300 밀리미터 이상)이 가능하지만, 스탠드오프 거리는 전부 통틀어(inclusively) 약 100 밀리미터, 90 밀리미터, 80 밀리미터, 70 밀리미터, 60 밀리미터, 50 밀리미터, 40 밀리미터, 30 밀리미터, 20 밀리미터, 10 밀리미터 미만으로 측정되고, 그리고 그 사이에 임의의 값들(예컨대, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9 밀리미터마다)을 포함함)와 연관된 미리 결정된 임계값(예컨대, 수치 값)을 만족시키거나 만족시키지 않는 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 동적으로 반응하여, 기판(102) 및 공작물(118)을 따라 측방향으로 연장되거나 기판(102) 및 공작물(118)을 횡단하고, 그런 다음 기판(102) 또는 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 대해 전극(108)을 수직으로 (예컨대, 위, 아래로) 이동시키는 레이저 패턴(114)을 통해, LLS(112)가 기판(102) 및 공작물(118)을 광학적으로 판독하는 것에 기반하여 스탠드오프 거리를 동적으로 그리고 반응적으로 실시간으로 유지하거나 동적으로 그리고 반응적으로 실시간으로 조정할 수 있다. 이로써, 로직 제어기(216)는, 파라미터 모니터링 프로세스(220) 및 파라미터 제어 프로세스(222)에 기반하여, 스탠드오프 거리(예컨대, 피드백 반복 프로세싱)를 동적으로 그리로 반응적으로 보존, 유지 또는 조정한다.
[48] 도 3은 본 개시내용에 따른 직접 에너지 증착 프로세스 흐름의 실시예를 도시한다. 특히, 직접 에너지 증착 프로세스(200)는, 프로세스 모니터링 기법(230)이 어떻게 프로세스 제어 기법(228)에 공급하는지를 보여주고, 프로세스 제어 기법(228)은 결국 로직 제어기(216)를 공급한다. 프로세스 모니터링 기법(230)은, 스탠드오프 거리 모니터링 및 제어 시스템에 기반하여, 직접 에너지 증착 적층 제조 프로세스(218)를 모니터링한다. 예컨대, 프로세스 모니터링 기법(230)은, 기판(102) 및 공작물(118)을 따라 측방향으로 연장되거나 이들을 횡단하는 레이저 패턴(114)을 통해, LLS(112)가 기판(102) 또는 공작물(118)의 가변 프로파일을 광학적으로 판독하는 것을 포함할 수 있다.
[49] 동적, 반응적이고 실시간일 수 있는 스탠드오프 거리 조절, 제어, 유지 또는 조정이 실현 불가능하다고(예컨대, 스탠드오프 거리 편차를 보정하거나 적시에 보정할 수 없는 큰 스탠드오프 거리 편차) 프로세스 모니터링 기법(230)이 결정하는 경우, 프로세스 모니터링 기법(230)은 프로세스 머신 판독 가능 로그(226)에 에러를 로깅하고, 공작물(118)을 적층 제조하지 않는다. 그렇지 않고, 동적이고, 반응적이고, 실시간일 수 있는 스탠드오프 거리 유지 또는 조정이 가능하다고 프로세스 모니터링 기법(230)이 결정하는 경우, 프로세스 모니터링 기법(230)은 프로세스 제어 기법(228)과 통신하고, 적시에 조정될 수 있는 직접 에너지 증착 적층 제조 머신(204)의 다양한 파라미터들 또는 특징들(예컨대, 스탠드오프 거리 제어, 무버 움직임 파라미터, 와이어-인-아크 제어)을 프로세스 제어 기법에 적시에 통지한다. 그런 다음, 프로세스 제어 기법(228)은, 로직 제어기(216)가 적시에 조정될 수 있는 직접 에너지 증착 적층 제조 머신(204)의 다양한 파라미터들 또는 특징들에 기반하여 적시에 작동할 수 있도록, 로직 제어기(216)와 통신한다. 예컨대, 로직 제어기(216)는 전극(108)에 커플링된 무버(예컨대, 모터, 엔진, 액추에이터, 기계적 연결 장치, 기어 메커니즘, 풀리 메커니즘, 유압 메커니즘, 공압 메커니즘)와 통신하여, 무버가 Z-축을 따라 (예컨대, 위, 아래로) 기판(102) 또는 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 대해 전극(108)을 적시에 (예컨대, 수직으로) 움직이게 한다. 예컨대, 무버는, 바람직하지 않을 수 있는 갑작스럽거나 급격한 움직임들을 회피하면서, 평활한 방식으로 전극을 적시에 (예컨대, 수직으로) 움직일 수 있다. 이러한 기능은, 무버가 로직 제어기(216) 상에서 실행되는 제어 기능을 통해 동적으로 그리고 반응적으로 실시간으로 스탠드오프 거리를 유지하는 것을 가능하게 한다.
[50] 도 4는 본 개시내용에 따른 공작물을 지지하는 기판의 실시예를 도시한다. 특히, 기판(102) 또는 공작물(118)은, 전극(108)과 공작물(118) 사이의 스탠드오프 거리의 제어를 보증하는 다양한 방식들로, 종방향이든 측방향이든 간에, 구성될 수 있다. 예컨대, 공작물(118)은 특히 양면 부품들, 불균일한 스트링 표면, 불균일한 높이 단차들, 피처들(예컨대, 시작 피처, 단부 피처, 조인트들)에 대한 왜곡(distortion)을 가질 수 있다. 마찬가지로, 기판(102)은 (예컨대, 종방향으로, 측방향으로) 평평해지는 것을 피할 수 있고, (예컨대, 종방향으로, 측방향으로) 서로를 향해 위쪽으로 만곡되는 기판의 대향 단부들을 가질 수 있다. 예컨대, 기판(102)은 평평하지 않을 수 있거나(예컨대, 상승 기울기 단부 부분) 또는 공작물(118)은 증가하거나 감소하는 기울기(예컨대, 피처들)를 가질 수 있고, LLS(112)는 평평하지 않거나 기울기가 증가하거나 감소하는 기판(102)을 광학적으로 판독하고, 앞서 제공된 바와 같이, 스탠드오프 거리를 동적이고 평활하게 유지하기 위해 전극(108)을 점진적으로 (예컨대, 기판(102) 또는 공작물(118)로부터 멀어져 수직으로 위로 또는 이들을 향해 수직으로 아래로) 움직일 수 있다. 이러한 적시의 그리고 점진적인 움직임은, 전극(108)이 기판(102) 또는 공작물(118)의 해당 포인트(예컨대, 와이어 용융이 발생하는 포인트) 위에 위치되기에 앞서 또는 훨씬 이전에 있을 수 있으며, 그렇지 않은 경우, 스탠드오프 거리를 점진적으로 유지하기 위해 기판(102) 또는 공작물(118)의 해당 포인트가 전극(108) 아래에 위치되거나 아예 위치되지 않는 때에는 너무 늦을 수 있다(예컨대, 바람직하지 않을 수 있는 갑작스러운 또는 급격한 움직임들을 포함할 수 있음). 기판(102)(예컨대, 감소하는 기울기 단부 부분) 또는 공작물(118)이 감소하는 기울기(예컨대, 피처들)를 가질 수 있을 때에 유사한 프로세싱이 적용될 것이다.
[51] 도 5는 본 개시내용에 따른, 기판 상의 공작물의 기하학적 프로파일을 판독하는 레이저 라인 스캐너를 포함하는 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템의 블록도의 실시예를 도시한다. 특히, 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 시스템(500)은 LLC(112), 데이터 검증 로직(data validation logic)(502), 그리드 간격 로직(grid spacing logic)(504), RPDTM 프로그램(506), 운영자 HMI(human machine interface)(508), 제어 로직(510), Z-축 드라이브 로직(512), 통합 위치 센서(514)(예컨대, Bosch IMS(Integrated Measuring System) 버전), WCS(workpiece-coordinate-system) 로직(516), 및 프로세서(518)(예컨대, 단일 코어, 멀티코어, PLC, 회로, 인쇄 회로 기판)를 포함한다.
[52] RPDTM 프로그램(506)(예컨대, 실행 가능한 코드, NC(numerical control) 값들의 목록, 마크업 코드, 구분된 텍스트, 파퓰레이팅된 스프레드시트)은 다양한 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템 설정들(예컨대, 지정된 스탠드오프 거리를 유지함)을 포함하고, 운영자 HMI(508)는, RPDTM 프로그램(506)이 로직 제어기(214) 상에서 실행되는 동안, 필요한 경우, RPDTM 프로그램(506)을 오버라이드(override)할 수 있는 사용자 인터페이스(예컨대, 아날로그, 디지털)를 제공하도록 프로그래밍된다. 공작물(118)이 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(500)을 통해 적층 제조되는 동안, 이러한 오버라이드는 실시간으로 이루어질 수 있다.
[53] 일단 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(500)이 RPDTM 프로그램(506)을 판독하고 운영자 HMI(508)가 RPDTM 프로그램(506)을 오버라이드하지 않았다면, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(500)은, 기판(102)이 와이어 소스(104), 직접 에너지 소스(106), 직접 에너지 소스(110), 및 LLS(112)에 대해 3차원 공간에서 움직이는 동안에, 와이어 소스(104)로부터 소싱되는 와이어에서 플라즈마 아크를 지향시키는 전극(106)을 통해 기판(102) 상에 공작물(118)을 적층 제조한다. 와이어 소스(104)는 기판(102)에 걸쳐 와이어(예컨대, 금속, 합금, 티타늄, 알루미늄, 강철)를 소싱(예컨대, 언스풀, 피드)하여, 기판(102)이 3차원 공간에서 움직이는 동안, 전극(108)이 기판(102) 위의 와이어를 용융시키는 플라즈마 아크를 생성하여, 플라즈마 아크(또는 임의의 다른 관련 에너지 소스)를 통해 용융된 와이어로부터 액적들이 형성되어, 층별로 공작물(118)을 적층 형성하기 위해 액적들이 기판(102)에 증착, 위치, 적층, 캐스케이드되거나 또는 떨어지게 된다. 공작물(118)이 기하학적 프로파일을 갖기 때문에, LLS(112)가 기판(102) 및 공작물(118)의 기하학적 프로파일을 광학적으로 판독하고 이에 따라 판독값들의 세트(예컨대, 공작물 프로파일, 공작물 높이, 공작물 폭)를 생성하도록, LLS(112)는 기판(102) 및 공작물(118)의 기하학적 프로파일 위에 레이저 패턴(114)을 출력한다. 판독값들의 세트는, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 필터링, 포화화 및 평활화될 수 있다.
[54] LLS(112)는, 판독값들의 세트를 검증하기 위해 LLS(112)로부터의 판독값들의 세트와 해당 공작물(118)에 대해 예상된 값들의 세트를 (예컨대, 연속적으로, 동시에) 비교하는 데이터 검증 로직(502)(예컨대, 하드웨어 회로, 소프트웨어 기능, API)에 판독값들의 세트를 공급한다. 예상된 값들의 세트는, 운영자 HMI(508)로부터의 사용자 입력에 기반하여 파퓰레이팅된 데이터 구조(예컨대, 어레이)로부터 소싱될 수 있다. 예컨대, LLS(112)로부터의 판독값들의 세트와 해당 공작물(118)에 대한 예상된 값들의 세트를 비교하는 것은, 기판(102)의 기하학적 프로파일 또는 공작물(118)에 대한 예상된 파라미터들의 세트, 기준들, 범위들 또는 임계값들에 기반하여 판독값들의 세트를 필터링하는 것을 포함할 수 있다. 데이터 검증 로직(502)이 LLS(112)로부터 판독값들의 세트를 검증할 수 있는 경우, 데이터 검증 로직(502)은 판독값들의 세트를 그리드 간격 로직(504)(예컨대, 하드웨어 회로, 소프트웨어 기능, API)에 입력하고, 그리드 간격 로직(504)은 판독값들의 세트를 공작물(118)에 대응하는(예컨대, 치수적으로 형상화된) (예컨대, 2차원, 3차원) 어레이 또는 그리드로 변환한다. 그리드 간격 로직(504)은 어레이 또는 그리드를 제어 로직(510)(예컨대, 하드웨어 회로, 소프트웨어 기능, API)에 공급한다.
[55] Z-축 드라이브 로직(512)은 무버(예컨대, 모터, 엔진, 액추에이터, 기계적 연결 장치, 기어 메커니즘, 풀리 메커니즘, 유압 메커니즘, 공압 메커니즘)에 (예컨대, 유선, 무선으로, 전기적으로, 기계적으로) 커플링된다. 이로써, 제어 로직(510)은, IMS(514)에 기반하여, 기판(102) 또는 공작물(118)에 대해 무버가 현재 어떻게 위치되는지를 고려하면서, 판독값들의 세트를 판독한다. 예컨대, 직접 에너지 소스(106) 및 IMS(514)는 트랙 장착될 수 있다. 예컨대, IMS(514)는 선형 위치 센서, 선형 인코더, 거리 센서, 또는 IMS(514)의 위치를 결정하는 다른 센서, 인터로게이터 또는 판독기를 포함할 수 있다. 직접 에너지 소스(106)가 트랙 장착될 때, 무버가 트랙 장착될 수 있다는 것이 유의된다. 그런 다음, 제어 로직(510)은 그 위치 정보(예컨대, 직교 X/Y 좌표들)를 공작물(118)에 대한 WCS(workpiece coordinate system) 좌표들의 세트(예컨대, 2차원, 3차원)로 변환한다. 무버가 전극(108)에 (예컨대, 기계적으로, 전기적으로) 커플링되기 때문에, WCS 좌표들의 세트는 프로세서(518)에 (예컨대, 연속적으로, 동시에) 공급되고, 그런 다음 프로세서(518)는, 기판(102)과 공작물(118)이 LLS(112)에 대해 움직일 때(또는 그 역도 가능함), 공작물(118) 또는 기판(층 0) 사이의 스탠드오프 거리를 유지하기 위해, WCS 좌표들의 세트에 기반하여, 전극(108)을 (예컨대, 수직으로) 움직이도록 무버에 요청한다.
[56] 하나의 동작 모드에서, 레이저 라인 스캐너(112)는 기판(102) 및 공작물(118)의 기하학적 프로파일을 측정하고, 이러한 측정에 기반하여 데이터의 세트를 형성한다. 데이터의 세트는 계산적으로 검증되고 WCS 시스템의 X, Y 어레이 또는 그리드에 저장되고, 그런 다음 이것은 거리 제어 편차 값을 계산하는 데 사용되고, 이것은 RPDTM 프로그램(506)으로부터 설정 포인트, 운영자 HMI(508)로부터 운영자 오버라이드, 및 무버가 (예컨대, 수직으로) 이동하고 이로써 기판(102) 및 공작물(118)의 기하학적 프로파일에 대해 전극(108)을 조정하는 것을 가능하게 하는 드라이브 위치의 결과를 취한다.
[57] 하나의 동작 모드에서, 스탠드오프 편차들로 이어지는 몇몇의 요인들이 있고, 이들은 기판 왜곡, 불균일한 스트링 표면, 불균일한 높이 단차, 조인트들, 피처들 및 도 4에 도시된 바와 같은 다른 복합 프로세스 변형 등을 포함한다. 스탠드오프 모니터링 및 제어 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 거리 측정 스캐너 및 제어 시스템을 사용하여 모니터링 및 제어를 자동화한다. LLS(112) 시스템 블록은 레이저 좌표계에서 공작물(118)의 거리를 캡처, 필터링 및 추출하는 것을 담당하고, 데이터 검증 블록은 레이저로부터의 데이터를 검증하고, 공작물 좌표계로 변환하여, 재샘플링하고 데이터 어레이(공작물 좌표들)에 저장한다. 제어 블록은 이러한 데이터, 프로그램으로부터의 설정값 및 드라이브 위치 센서(예컨대, IMS)로부터의 피드백을 사용하여, 설정 포인트에서 스탠드오프 거리를 유지하기 위한 Z-축을 제어한다.
[58] 도 6은 본 개시내용에 따른 레이저 라인 스캐너 시스템에 대한 도면의 실시예를 도시한다. 도 7은 본 개시내용에 따른 레이저 라인 스캐너 시스템에 대한 도면의 실시예를 도시한다. 특히, LLS(112)는 동작들의 세트(600)를 수행하거나, 수행할 수 있도록 하거나 수행하게 한다. 동작들의 세트(600)는, 도면(700)으로 예시된 바와 같이, 세트(602), 세트(604), 세트(606), 및 세트(608)를 포함한다.
[59] 세트(602)는, 도면(700)에 예시된 바와 같이, LLS(112)로부터의 데이터가 적절한지를 확인하는 것과 관련된다. 예컨대, 와이어 소스(104)가 반사성인 금속 또는 금속 합금을 포함하는 와이어를 소싱하는 경우, LLS(112)는, 특히, 전극(106)이 와이어에서 플라즈마 아크를 지향시키고 다른 광학적 왜곡들을 초래하거나 도입할 때, 금속 또는 금속 합금으로부터의 적어도 일부 바람직하지 않거나 예측하지 못한 반사들로 인해 왜곡될 수 있는 적어도 일부 광학 판독값을 가질 수 있다. 이로써, 세트(602)는 초당 판독 프레임들의 제어, 카메라 레벨 필터들, HDR(high dynamic range) 이미지 프로세싱, 이미지 포화화 프로세싱, 이미지 평활화, 및 다른 관련된 이미지 프로세싱 또는 데이터 사전 프로세싱 동작들을 포함한다. 기판(102)은 기판 레벨(예컨대, 층들 0, 1 및 2)에서 광학적 왜곡들 또는 편차들을 감소시키기 위해 광채(luster) 또는 광택(shine)을 감소시키도록 사전 프로세싱될 수 있다는 것이 유의된다.
[60] 마찬가지로, 세트(604)는, 도면(700)에 예시된 바와 같이, 세트(602)로부터의 데이터에 기반하여, 기판(102)의 다양한 측정들(예컨대, 기대치들을 충족시키는 데이터, 이상치들의 최소화) 및 기판(102)에 대한 공작물(118)의 기하학적 프로파일을 결정하는 것을 포함한다. 예컨대, 이러한 측정들은 레이저 패턴 폭, 타이밍 값, 기판(102)에 대한 공작물(118)의 기하학적 프로파일의 최저 포인트(예컨대, 추출된 밸리(valley)), 기판(102)에 대한 공작물(118)의 기하학적 프로파일의 최고 포인트(예컨대, 추출된 피크) 및 다른 것들을 포함할 수 있다.
[61] 유사하게, 세트(606)는, 도면(700)에 예시된 바와 같이, 세트(604)로부터의 데이터에 기반하여, 복수의 피크-밸리-평균 높이 공작물 갭들, 공작물 프로파일 기울기들, 및 다른 관련된 높이, 폭, 길이 결정들의 결정들을 포함한다. 예컨대, 세트(606)는, (a) 해당 시점에서 기판(102)에 대한 공작물(118)의 피크(예컨대, 최고), (b) 해당 시점에서 기판(102)에 대한 공작물(118)의 밸리(예컨대, 최저), 또는 (c) 해당 시점에서 기판(102)에 대한 공작물(118)의 평균 높이, 및 레이저 패턴(114)의 중심 포인트에서의 높이 사이의 차이를 찾는 것에 기반하여, 갭 1(예컨대, 도 7의 80 내지 84)을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 세트(606)는, 해당 시점(예컨대, 검색 윈도우)에서 피크와 밸리 사이의 높이 차이를 찾는 것에 기반하여, 갭 2(예컨대, 도 7의 80 내지 81)를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 세트(606)는 피크 및 밸리를 통과하는 라인 세그먼트를 피팅(fitting)하고 이로써 라인 세그먼트의 기울기를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 예시적인 기능들이며 이러한 소프트웨어는 훨씬 더 많은 데이터 및 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다는 것이 유의된다.
[62] 또한, 세트(608)는, 도면(700)에 예시된 바와 같이, 세트(606)로부터 데이터를 검증하고, 검증이 성공인지 또는 실패인지에 기반하여 로직 제어기(216)와 통신하는 것을 포함한다. 예컨대, LLS(112)로부터의 레이저 패턴(114)에 기반하여, LLS(112)와 기판(102) 또는 공작물(118) 사이의 거리가 (예컨대, 변환들에 기반하여) 결정될 수 있고, 그런 다음, 교정 파라미터들의 세트에 기반하여, 스탠드오프 거리 값으로 변환될 수 있다(이는 데이터 검증 로직(502)에 의해 수행될 수 있음). 예컨대, 세트(608)는 기판(102)에 대한 공작물(118)의 높이(예컨대, 피크의 거리, 밸리의 거리, 평균 포인트의 거리), 갭 1, 갭 2, 및 공작물(118)의 비드(bead)의 기울기를 검증하는 것, 및 그런 다음 검증되는 이러한 높이에 기반하여, 데이터의 세트를 로직 제어기(216)에 전송하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 이것은 증착의 제1 층을 살펴봄으로써 인에이블링될 수 있고, 최상부 층들에서 기판은 관련이 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있지만, 거리는 이전에 증착된 층에 관련하여 측정될 수 있다. 예컨대, 데이터의 세트는 X-파라미터(예컨대, 길이), Y-파라미터(예컨대, 깊이), Z-파라미터(예컨대, 높이), 갭 1, 갭 2, 및 에러 코드를 포함할 수 있다. 이로써, 로직 제어기(216)는 무버로 하여금 전극(108)을 이동하게 할 수 있다. 그렇지 않고, 이러한 높이 데이터가 유효하지 않다면, 로직 제어기(216)가 동작하거나 동작을 회피하는 것에 기반하여, 적절한 에러 메시지 및 코드가 로직 제어기(216)에 전송된다.
[63] 도면(700)은, 와이어 소스(104)로부터 와이어를 용융하여 형성된 스트링이 (예컨대, 초당 1 프레임 내지 초당 10,000 프레임들(fps) 이상으로) 측정될 수 있고, 그리고 횡단 속도에 의존하여, 이것은 증착물을 따라 밀리미터당 특정 샘플들(예컨대, 10mm/s의 횡단 속도 및 100fps 샘플들의 프레임 레이트에서, 밀리미터당 10개가 될 것임)로 변환될 것이라는 것을 보여준다. 마찬가지로, HDR 및 필터들은 잡음과 미광을 가능한 최대로 억제하는 데 사용된다. LLS 시스템(112)은 레이저 패턴(114)의 중심 부분으로부터 약 +/- 10mm 주변 또는 전부 통틀어 이내에서 최고(예컨대, 피크), 최저(예컨대, 밸리), 또는 평균 스탠드오프 중 어느 하나를 반환하도록 유연하게 개발되었다. 이것은 공작물(118)의 피처들, 블록들 및 다른 구조적 부분들에 특히 유용할 수 있다.
[64] 도 8은 본 개시내용에 따른, 공작물을 지지하는 기판의 실시예, 및 데이터 검증 및 그리드 간격에 관련된 한 세트의 정보를 도시한다. 특히, 도면(800)은 LLS(112)로부터 소싱되는 바와 같은 데이터 검증 로직(502) 및 그리드 간격 로직(504)에 관한 것이다. 이로써, LLS(112)로부터 획득된 데이터는, 도 8에 도시된 바와 같이, 증착되는 공작물(118)의 공작물 좌표의 위치에 기반하여 다운-샘플링되고 저장될 수 있다. 또한, 적어도 일부, 다수, 대부분 또는 모든 측정들이 검증되어 (예컨대, 예상된 값들에 기반하여) 이상치들을 배제할 수 있다. 또한, 적어도 일부, 다수, 대부분 또는 모든 데이터는 여러 층들에서 추가로 검증되고, X-축 및 Y-축을 따라 전부 통틀어 약 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 미만 또는 1 밀리미터 미만의 분해능을 갖는 어레이 또는 그리드에 저장된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 허용 오차들은, 이상치들을 제거하기 위해 적용되는 저역 통과 필터(예컨대, 이동 평균 필터)에 기반하여 정의된다. 또한, 적어도 일부, 다수, 대부분 또는 모든 측정들은 이전 층으로부터의 적어도 일부, 다수, 대부분 또는 모든 측정들에 대해 검증된다. 어떤 이유로든 이전 층에서, 데이터가 정의된 시간 기간을 초과하여(예컨대, 전부 통틀어 약 10초, 9초, 8초, 7초, 6초, 5초, 4초, 3초, 2초, 1초, 0.5초, 0.3초 미만) 누락된 경우에, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(500)은 데이터를 검증하기 위해 이전 층 최대값을 사용할 수 있다. 예컨대, 방법들 또는 체제(regime)들은 누락된 데이터 및 이상치들, 측정들의 잡음, 손상된 측정들 또는 다른 것들에 대처하는 데 사용될 수 있다. 이러한 형태들의 프로세싱은 이상치 제거 및 충돌 회피(예컨대, 기판(102) 상의 물체, 공작물(118), 기판(102) 상의 클램프들)를 가능하게 한다. 운영자가 로딩 전에 정확한 기판 높이 측정들에 기반하여 획득될 수 있는 평균 기판 또는 공작물 높이를 입력하면, 데이터 검증을 위한 초기 조건으로 작용할 수 있고 동시에, 또한 공작물(118)을 형성하는 스트링의 단부 부분(예컨대, 용융된 재료, 용융된 와이어)에서 불필요한 보정들을 회피하거나 최소화하는 데 도움이 된다는 것이 유의된다.
[65] 도 9는 본 개시내용에 따른 제어 블록에 대한 도면의 실시예를 도시한다. 도 10은 본 개시내용에 따른 제어 블록에 대한 도면의 실시예를 도시한다. 특히, 도면(900)은, 도면(1000)에 예시된 바와 같이, 로직 제어기(216)를 통해 구현되는 제어 로직(510)을 나타낸다. 도면(900)은 입력(902), 입력(904), 입력(906) 및 입력(908)을 갖는다. 입력(902)은 RPDTM 프로그램(506)으로부터 소싱된다. 입력(904)은 LLS(112)로부터 소싱된다. 입력 906은 운전자 HMI(508)로부터 소싱된다. 입력(908)은 IMS(514)로부터 소싱된다. 입력(902)은, 적어도 일부 명령된 스탠드-오프 값들이 적어도 일부 프로세스 규격 제한들 내에 놓이는 것을 보장하기 위해, RPDTM 프로그램(506)으로부터 소싱된 미리 설정된 값들의 세트로부터 복수의 적층 제조 값들의 선택을 위해 포화화 로직(910)에 공급된다. 그런 다음, 이러한 결과는, 제어 법칙 블록(926)에 대한 스탠드오프 제어 편차를 계산하기 위해 비교 법칙 블록(940)에 공급된다.
[66] 입력(904)(예컨대, RPD 프로그램에 기반하여 예상되는 스트링 높이 빌드업을 나타냄)은, 예상된 값들의 세트에 기반하여, 입력(904)이 유효한지 여부를 결정하기 위해 결정 로직에 공급된다. 예상된 값은 RPDTM 프로그램에 기반한다(예컨대, 층당 예상된 스트링 높이 빌드 업은 RPD 프로그램에서 정의된 프로세스 변수들에 기반함). 예(yes)인 경우(예컨대, 유효함), 입력(904)은 저역 통과 필터(912)에 공급되고, 그런 다음 로직 제어기(216) 내의 논리 버스 또는 게이트(918)에 공급된다. 아니오(no)인 경우(예컨대, 무효함), 입력(904)은 무효 측정에 대한 로직(920)에 공급되고, 이것은 이전 유효 측정들(특정 거리까지)에 기반한 데이터의 세트를 보유하고 데이터의 세트를 스탠드오프 제어 법칙 로직(926)에 공급하고, 이것은, 데이터의 세트가 스탠드오프 거리 제어 규칙들의 세트(예컨대, 전극(108)을 수직으로 이동시키기 위한 조건들/명령들)를 준수하는지 여부를 결정한다. 입력(906)은 운영자 기여가 프로세스 제어 규격에 정의된 지정 허용된 기여의 범위 내에 있는지 여부를 검증하는 포화화 로직(914)에 공급되고, 그런 다음 논리 버스 또는 게이트(918)에 공급된다. 입력(908)은, 직접 에너지 소스 높이를 생성하고 그런 다음 직접 에너지 소스 높이를 논리 버스 또는 게이트(918)에 공급하는 저역 통과 필터(916)에 공급된다.
[67] 비교 법칙(940)은 포화화 로직(910) 및 논리 버스 또는 게이트(918)로부터 데이터를 수신하고, 이러한 데이터에 기반하여, 스탠드오프 거리 편차 값을 생성한다. 그런 다음, 프로세서(940)는 스탠드오프 거리 편차 값에 대한 초기 조건 체크(922)(예컨대, 검증), 초기 조건 체크(922)의 출력에 대한 제어 이득 선택(924), 제어 이득 선택(924)의 출력에 대해 스탠드오프-제어 법칙 로직(926)을 수행, 발생시키거나 이들이 수행되도록 인에이블링하고, 그런 다음, 갑작스러운 모션 회피(928), 부품당 보정 제한(930), 증착된 스트링당 보정 제한(932), 저역 통과 필터(934), RPDTM 프로그램 재설정 체크(936), 및 드라이브 동적 램프 제어(938)를 수행한다. 이로써, 이러한 동작들은 유연한 제어 모드들의 세트(예컨대, 무제어 시작(start no-control), 스트링 시작 기반 또는 스탠드오프 설정 포인트에 대한 (스트링당) 전체 제어), 동적 조정들의 세트(예컨대, 작은 에러들의 경우 느림, 날카롭거나 더 큰 에러들의 경우 빠름), 보정 제한들의 세트(예컨대, 충돌들을 방지하고 너무 많은 보정을 회피하기 위한 것임, 스트링당 둘 모두뿐만 아니라 부품당 전체), 동적 램프 제어(예컨대, 평활한 보정들을 가능하게 하고, 진동들, 갑작스러운 모션을 회피하기 위한 것임), 및 운영자 오버라이드(예컨대, 운영자들은 머신 손상을 방지하기 위해 언제라도 시스템 오버라이드를 제어함)를 가능하게 한다.
[68] 도 11은 본 개시내용에 따른 스탠드오프 모니터링 및 제어에 대한 복수의 시나리오들의 실시예를 도시한다. 특히, 도면(1100)은, 기판 프로파일 상에서 든지 비드 프로파일 상에서 든지 간에, 스탠드오프 거리(예컨대, 레이저 패턴의 중심 포인트 주위의 최고 또는 최저 또는 평균 거리)의 정의가 변하는 상이한 시나리오들을 보여준다. 정확하거나 일관된 패스 간(inter-pass) 온도 측정들을 위해, 스탠드오프는 T1에 대해서만 스트링 스탠드오프가 무엇이든 상관없이 제1 미리 정의된 거리로 설정될 수 있고, T3에 대해서만 제2 미리 정의된 거리로 설정될 수 있는 것이 유의되고, 여기서 (비록 동일하거나 그보다 더 큰 것이 가능하지만 요구되지 않기 때문에) 제1 미리 정의된 거리는 제2 미리 정의된 거리보다 더 작고, 여기서 직접 에너지 증착 동안, 스탠드오프 거리는 설정포인트에서 유지된다. 또한, DTCP는, 액적들이 전극(108)의 리딩 팁 아래가 아니라 공작물(118)과 만나는 포인트로 스탠드오프 제어를 이동시키기 위한 와이어 속도에 기반하여, 컴퓨팅된다는 것이 유의된다. 또한, 모든 원시(raw) 측정들, 층 높이, 보정들, 제어 편차들 및 드라이브 동작들이 로깅되는 로그 데이터베이스에 대한 충분한 로깅. 부가적으로, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템이 RPDTM 프로그램에 의해 요청된 프리셋(preset)에 기반하여 로드 제어 설정들이 가능한 구성 관리가 설계된다.
[69] 도 12는 본 개시내용에 따른, 툴 헤드와의 충돌 위험이 증가된 경우, 기판의 복수의 에지들 둘레의 마진의 실시예를 도시한다. 특히, 도면(1200)은, 툴 헤드와의 충돌 위험이 높은 기판의 에지들 주변의 전극 중심 포인트 위치 마진(예컨대, 전부 통틀어 약 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 밀리미터보다 더 작은 여유 공간(clearance), 어떠한 스패터도 없는 손상되지 않은 클램프들)을 보여준다.
[70] 도 13은 본 개시내용에 따른 기판을 클램핑하는 클램프와의 충돌을 최소화하거나 회피하기 위한 기법의 실시예를 도시한다. 특히, 도면(1300)은 능동 제어 동안 충돌을 회피하기 위해 고려될 필요가 있는 중요한 기하학적 구조들을 보여준다. 실제 여유 공간(더 낮은 보정을 위한 제한)은 스트링 높이 변형들로 인해 실제로 더 작을 것이다. 또한, 도면(1300)은 스탠드오프 제어 동안 기판 클램프들에 대한 고려사항들을 보여준다(예컨대, 충돌들을 회피하기 위해 스탠드오프 설정 포인트에 의존하여 상이한 기하학적 구조들이 더 낮은 보정 제한들을 정의함). 예컨대, 일부 측정이 스탠드오프 거리 제어로 인해 클램프들과 툴 헤드가 충돌할 위험이 있는 경우, 로직 제어기(214) 시스템은 충돌을 회피하기 위해 하향 제어 모션을 제한할 수 있다.
[71] 하나의 작동 모드에서, 직접 에너지 증착(예컨대, RPDTM) 적층 제조 시스템은: 프레임 속도 및 필터링(예컨대, 초당 1-10000 프레임들로 측정들이 이루어지고, HDR 함수 및 사전 필터링을 사용하여 플라즈마 아크들 또는 에너지 소스들로부터의 반사들 및 미광을 감소시킴), 유연한 측정 모드들(예컨대, 레이저 패턴(114)의 약 (+/- 10mm) 중심 주변 또는 미만의 최고, 최저, 평균 스탠드오프), 측정 검증(예컨대, 최고 z와 최저 z 사이의 차이뿐만 아니라 측정들을 검증하는 데 사용되는 기울기), 유연한 제어 모드들(예컨대, 무제어 시작, 스트링 시작 기반 또는 스탠드오프 설정 포인트에 대한 전체 제어(스트링당)), 동적 조정들(예컨대, 작은 에러의 경우 느림, 예리하거나 큰 에러의 경우 빠름), 동적 보정 제한들(예컨대, 보정 제한들이 계산되고 동적으로 적용되어 충돌들을 방지하고 너무 많은 보정을 회피하기 위해 사용됨, 스트링당 둘 모두뿐만 아니라 부품당 전체), 동적 램프 제어(예컨대, 동적 램프들은 평활한 보정들을 가능하게 하고 진동들, 갑작스러운 모션을 회피하는 데 사용됨), 운영자 오버라이드(예컨대, 운영자들은 머신 손상을 방지하기 위해 언제든지 시스템 오버라이드를 제어할 수 있음), 정확하거나 일관된 패스간 온도 측정들(예컨대, 스탠드오프는 T1에 대해서만 스트링 스탠드오프가 무엇이든 상관없이 제1 미리 정의된 거리로 설정될 수 있고, T3에 대해서만 제2 미리 정의된 거리로 설정될 수 있는 반면에, 증착 동안 스탠드오프가 설정 포인트에서 유지됨), DTCP(예컨대, 액적들이 전극의 리딩 팁 아래가 아니라 공작물과 만나는 포인트로 스탠드오프 제어를 이동시키기 위한 와이어 속도에 기반하여 컴퓨팅됨), 데이터 로그 서버에 대한 충분한 로깅(예컨대, 일부, 대부분 또는 모든 원시 측정들, 층 높이, 보정들, 및 드라이브 동작들이 로깅됨) 또는 구성 관리(예컨대, 프로그램에 의해 요청된 프리셋에 기반한 로드 제어 설정들)를 위해 구성될 수 있다.
[72] 하나의 동작 모드에서, 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(100)은 제어기(119), LLS(112), 기판(102), 직접 에너지 소스(106), 적층 제조 재료(예컨대, 와이어 소스(104)), 및 무버를 포함한다. 제어기(119)는 LLS(112), 직접 에너지 소스(106), 및 무버에 커플링된다. 기판(102)은 LLS(112)에 대해 3차원 공간에서 이동 가능하다. 직접 에너지 소스(106)는 기판(102)에 대해 수직 축을 따라 이동 가능하다. 무버는 직접 에너지 소스(106)에 커플링된다. 무버는 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직인다. 직접 에너지 소스(106)는 에너지를 생성하고, 에너지는 기판(102) 상으로 적층 제조 재료를 용융시켜, 기판(102)이 직접 에너지 소스(106) 및 LLS(112)에 대해 3차원 공간에서 LLS(112)를 향해 이동될 때, 공작물(118)이 기판(102) 상에서 적층 제조되도록 한다. 공작물(118)은 기하학적 프로파일을 갖고, 직접 에너지 소스(106)는 스탠드오프 거리가 정의되도록 공작물(118)로부터 수직으로 이격된다. LLS(112)는, 기판(102)이 3차원 공간에서 움직이는 동안 공작물(118)의 기하학적 프로파일을 모니터링하여, 제어기(119)가 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버를 제어한다. 제어기(119)는, 기판(102)이 3차원 공간에서 얼마나 빨리 움직이는지에 기반하여, 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(108)를 움직이도록 무버를 제어할 수 있다. 제어기(119)는, 직접 에너지 소스(106)를 통해 생성된 플라즈마 아크를 통해 적층 제조 재료가 얼마나 빨리 용융되는지에 기반하여, 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 직접 에너지 소스(106)를 수직 축을 따라 움직이도록 무버를 제어할 수 있다. 직접 에너지 소스(106)는 중앙 팁 부분을 포함하고, 제어기는, 용융되는 적층 제조 재료에서 발생된 액적이 전극(108)의 중앙 팁 부분 아래에 위치되기 전에, 액적이 공작물(118)과 만나도록, 적층 제조 재료가 (예컨대, 와이어 소스(104)를 통해) 얼마나 빨리 공급되는지에 기반하여, 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버를 제어할 수 있다. 제어기(119)는, 직접 에너지 소스(106)가 수직 축을 따라 움직이는 동안, 직접 에너지 소스(106)의 진동을 최소화하기 위해 직접 에너지 소스(106)를 수직 축을 따라 평활하게 움직이도록 무버에 요청하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어기(119)는, 직접 에너지 소스(106)가 수직 축을 따라 움직이는 동안, 직접 에너지 소스(106)의 갑작스러운 모션을 최소화하기 위해 직접 에너지 소스(106)를 수직 축을 따라 평활하게 움직이도록 무버에 요청하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어기(119)는, 기판과 맞물리는 물체 ― 여기서 물체는 공작물(118)이 아님 ― 와의 충돌을 회피하기 위해, 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버에 요청하도록 프로그래밍될 수 있다. 물체는 기판을 클램핑하는 클램프일 수 있다. 제어기(119)는 비드별로 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)의 움직임을 제한하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어기(119)는 공작물별로 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)의 움직임을 제한하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어기(119)는, 에러 유형에 기반하여, 수직 축을 따른 직접 에너지 소스(106)의 움직임을 동적으로 조정하도록 프로그래밍될 수 있다. LLS(112)는 복수의 판독값들을 생성하고, 제어기(119)는 LLS(112)로부터 판독값들을 수신하고, 제어기가 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버에 요청하기 전에, 판독값들을 검증하도록 프로그래밍될 수 있다. 직접 에너지 소스(106)는 적층 제조 재료를 용융시키기 위한 플라즈마 아크를 생성할 수 있다. LLS(112)는 복수의 판독값들을 생성할 수 있다. 공작물(118)은 반사를 생성할 수 있고, 제어기는, 공작물(118) 또는 플라즈마 아크 중 적어도 하나로부터 발생된 반사 또는 미광 중 적어도 하나를 감소시키기 위해, LLS(112)로부터의 판독값들에 HDR 또는 사전 필터링 기법 중 적어도 하나를 적용하도록 프로그래밍될 수 있다. 직접 에너지 소스(106)는 제1 직접 에너지 소스일 수 있고, 직접 에너지 소스(110)는 기판(102)을 예열할 수 있으며, 여기서 직접 에너지 소스(110)는 수평 축을 따라 LLS(112)와 직접 에너지 소스(106) 사이에 위치된다. 제어기(119)는, 종방향이든 측방향이든 간에, 수평 또는 수직 축을 따라 기판(102)이 왜곡, 뒤틀림 또는 변형되는 것에 기반하여, 스탠드오프 거리를 유지하기 위해, 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버를 제어할 수 있다. 제어기(119)는, 공작물(118)의 피처, 공작물(118)의 조인트, 공작물(118)의 교차점, 불균일한 높이 단차, 불균일한 스트링 표면, 또는 기판(102)의 왜곡 중 적어도 하나에 기반하여 스탠드오프 거리를 유지하기 위해, 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버를 제어할 수 있다. 센서(예컨대, IMS(514))는 무버를 모니터링할 수 있다. 제어기는 센서에 커플링될 수 있고, 제어기는, 센서에 기반하여 스탠드오프 거리를 유지하기 위해, 수직 축을 따라 직접 에너지 소스(106)를 움직이도록 무버를 제어한다.
[73] 본 개시내용의 다양한 실시예들은, 시스템 버스를 통해 메모리 엘리먼트들에 간접적으로 또는 직접적으로 커플링되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 프로그램 코드를 저장 / 또는 실행하기에 적절한 데이터 프로세싱 시스템에서 구현될 수 있다. 메모리 엘리먼트는, 예컨대, 프로그램 코드의 실제 실행 동안에 이용되는 로컬 메모리, 벌크 저장부, 및 코드가 실행 동안에 벌크 저장부로부터 리트리빙되어야 하는 횟수를 감소시키기 위해 적어도 일부 프로그램 코드의 일시적 저장을 제공하는 캐시 메모리를 포함한다.
[74] I/O 디바이스들(키보드들, 디스플레이들, 포인팅 디바이스들, DASD, 테이프, CD들, DVD들, 썸 드라이브들 및 다른 메모리 미디어 등을 포함하지만 이에 제한되지 않음)은 직접적으로 또는 개재 I/O 제어기들을 통해 시스템에 커플링될 수 있다. 네트워크 어댑터들은 또한 시스템에 커플링되어, 데이터 프로세싱 시스템이 사설 또는 공용 네트워크들을 통해 다른 데이터 프로세싱 시스템들 또는 원격 프린터들 또는 저장 디바이스들에 커플링되는 것을 가능하게 할 수 있다. 모뎀들, 케이블 모뎀들 및 이더넷 카드들은 단지 이용 가능한 타입들의 네트워크 어댑터들이다.
[75] 본 개시내용은 시스템, 방법, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은, 프로세서로 하여금, 본 개시내용의 양상들을 수행하게 하기 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들을 그 상에 갖고 있는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(또는 매체들)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 명령 실행 디바이스에 의한 사용을 위한 명령들을 유지 및 저장할 수 있는 유형의 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 예컨대 전자 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 광학 저장 디바이스, 전자기 저장 디바이스, 반도체 저장 디바이스, 또는 전술한 것들의 임의의 적합한 조합일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 더 특정한 예들의 비-포괄적인 리스트는 다음을 포함한다: 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 소거가능한 프로그래밍가능 판독-전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 휴대용 컴팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVD), 메모리 스틱, 플로피 디스크, 기계적으로 인코딩된 디바이스, 이를 테면 명령들이 레코딩된 펀치-카드들 또는 홈의 상승 구조들, 및 전술한 것들의 임의의 적합한 조합.
[76] 본 명세서에 설명된 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들은 컴퓨터 판독가능 저장 매체로부터 개개의 컴퓨팅/프로세싱 디바이스들로 다운로딩되거나, 또는 네트워크, 예컨대 인터넷, 로컬 영역 네트워크, 광역 네트워크 및/또는 무선 네트워크를 통해 외부 컴퓨터 또는 외부 저장 디바이스로 다운로딩될 수 있다. 네트워크는 구리 송신 케이블들, 송신 광섬유들, 무선 송신, 라우터들, 방화벽들, 스위치들, 게이트웨이 컴퓨터들 및/또는 에지 서버들을 포함할 수 있다. 각각의 컴퓨팅/프로세싱 디바이스 내의 네트워크 어댑터 카드 또는 네트워크 인터페이스는, 네트워크로부터 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들을 수신하고, 개개의 컴퓨팅/프로세싱 디바이스 내의 컴퓨터 판독가능 저장 매체로의 저장을 위해 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들을 포워딩한다.
[77] 본 개시내용의 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들은, 어셈블러 명령들, ISA(instruction-set-architecture) 명령들, 머신 명령들, 머신 종속 명령들, 마이크로코드, 펌웨어 명령들, 상태-세팅 데이터, 또는 오브젝트 지향 프로그래밍 언어, 이를테면 Smalltalk, C++ 등 및 종래의 절차적 프로그래밍 언어들, 이를테면 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어들을 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 언어들의 임의의 조합으로 기입된 소스 코드 또는 오브젝트 코드 중 어느 하나의 코드일 수 있다. 코드 세그먼트 또는 머신 실행 가능한 명령들은, 절차, 함수, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령들, 데이터 구조들, 또는 프로그램 스테이트먼트(statement)들의 임의의 결합을 나타낼 수 있다. 코드 세그먼트는, 정보, 데이터, 아규먼트들, 파라미터들 또는 메모리 컨텐츠들을 전달 및/또는 수신함으로써 다른 코드 세그먼트 또는 하드웨어 회로에 커플링될 수 있다. 정보, 아규먼트들, 파라미터들, 데이터 등은, 다른 것들 중에서도, 메모리 공유, 메시지 전달, 토큰(token) 전달, 네트워크 송신 등을 포함하는 임의의 적절한 수단을 통해 전달, 포워딩 또는 송신될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들은, 사용자의 컴퓨터 상에서 전체적으로, 사용자의 컴퓨터 상에서 부분적으로, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 사용자의 컴퓨터 상에서 부분적으로 그리고 원격 컴퓨터 상에서 부분적으로 또는 원격 컴퓨터 또는 서버 상에서 전체적으로 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는, LAN 또는 WAN을 포함하는 임의의 타입의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있거나, 또는 연결은 (예컨대, 인터넷 서비스 제공자를 사용하여 인터넷을 통해) 외부 컴퓨터에 대해 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 예컨대 프로그래밍가능 로직 회로망, 필드-프로그래밍가능 게이트 어레이들(FPGA), 또는 프로그래밍가능 로직 어레이들(PLA)을 포함하는 전자 회로망은, 본 발명의 양상들을 수행하기 위해 전자 회로망을 개인화(personalize)하도록 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들의 상태 정보를 이용함으로써 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령들을 실행할 수 있다.
[78] 본 개시내용의 양상들은, 본 개시내용의 실시예들에 따른 방법들, 장치(시스템들), 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 흐름도들 및/또는 블록도들을 참조하여 본 명세서에서 설명된다. 흐름도들 및/또는 블록도들의 각각의 블록, 및 흐름도들 및/또는 블록도들 내의 블록들의 조합들이 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 본원에서 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합들로서 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 명확하게 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들은 일반적으로 그들의 기능성 측면에서 위에서 설명되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 부과된 설계 제약들에 따라 좌우된다. 당업자들은 설명된 기능을 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수 있지만, 그러한 구현 결정들이 본 개시내용의 범위를 벗어나게 하는 것으로서 해석되지는 않아야 한다.
[79] 도면들 내의 흐름도 및 블록도들은 본 개시내용의 다양한 실시예들에 따른, 시스템들, 방법들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 아키텍처, 기능, 및 동작을 예시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도들 내의 각각의 블록은, 특정된 로직 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능한 명령들을 포함하는 모듈, 세그먼트, 또는 명령들의 일부를 표현할 수 있다. 일부 대안적인 구현들에서, 블록에서 언급된 기능들은 도면들에서 언급된 순서를 벗어나 발생될 수 있다. 예컨대, 수반된 기능에 의존하여, 연속적으로 도시된 2개의 블록들은 사실상, 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나 또는 블록들은 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 블록도들 및/또는 흐름도의 각각의 블록 및 블록도들 및/또는 흐름도의 블록들의 조합들이 특정된 기능들 또는 동작들을 수행하거나 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들을 수행하는 특수 목적 하드웨어-기반 시스템들에 의해 구현될 수 있음을 또한 유의할 것이다.
[80] "그 다음", "다음" 등과 같은 단어들은 단계들의 순서를 제한하도록 의도되지 않고; 이 단어들은 단순히, 방법들의 설명에 걸쳐 독자를 안내하기 위해 사용된다. 프로세스 흐름도들이 순차적 프로세스로서 동작들을 설명할 수 있지만, 동작들 중 다수는 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 동작들의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 방법, 함수, 프로시저, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수 있다. 프로세스가 함수에 대응할 때, 그 종료는 호출 함수 또는 메인 함수로의 함수의 복귀에 대응한다.
[81] 특정 실시예들과 관련하여 설명된 특징들 또는 기능은 다양한 다른 실시예들에서 및/또는 다양한 다른 실시예들과 결합 및 서브-결합될 수 있다. 또한, 본원에 설명된 바와 같은 실시예들의 상이한 양상들 및/또는 엘리먼트들은 물론 유사한 방식으로 결합 및 서브-결합될 수 있다. 또한, 일부 실시예들은, 개별적이든지 그리고/또는 집합적이든지 간에, 더 큰 시스템의 컴포넌트일 수 있으며, 여기서 다른 절차들이 우선순위를 갖고 그리고/또는 그렇지 않은 경우 그들의 애플리케이션을 수정할 수 있다. 부가적으로, 본원에 개시된 바와 같이, 실시예들 이전, 이후 및/또는 실시예들과 동시에 다수의 단계들이 요구될 수 있다. 적어도 본원에 개시된 바와 같이, 임의의 그리고/또는 모든 방법들 및/또는 프로세스들이 임의의 방식으로 적어도 하나의 엔티티 또는 액터를 통해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다는 것이 유의된다.
[82] 본원에 사용된 용어는 직접 또는 간접적, 전체 또는 부분적, 일시적 또는 영구적 액션 또는 비액션을 암시할 수 있다. 예컨대, 엘리먼트가 다른 엘리먼트 "바로 위에 있거나", "연결되거나" 또는 "커플링된" 것으로 언급되는 경우, 해당 엘리먼트는, 간접적 및/또는 직접적 변형들을 포함하여, 다른 엘리먼트 상에 있거나, 그에 연결되거나 커플링될 수 있고 그리고/또는 개재 엘리먼트가 존재할 수 있다. 대조적으로, 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "직접적으로 연결되거나" 또는 "직접적으로 커플링된 것"으로 언급될 때, 어떠한 개재 엘리먼트들도 존재하지 않는다.
[83] 제1, 제2 등의 용어들이 본원에서 다양한 엘리먼트들, 컴포넌트들, 구역들, 층들 및 / 또는 섹션들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 엘리먼트들, 컴포넌트들, 구역들, 층들 및 / 또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해 반드시 제한되지는 않아야 한다. 이러한 용어들은 다른 엘리먼트, 컴포넌트, 구역, 층 또는 섹션으로부터 하나의 엘리먼트, 컴포넌트, 구역, 층 또는 섹션을 구별하는 데 사용된다. 따라서, 아래에서 논의되는 제1 엘리먼트, 컴포넌트, 구역, 층 또는 섹션은, 본 개시내용의 교시에서 벗어나지 않고서, 제2 엘리먼트, 컴포넌트, 구역, 층 또는 섹션으로 칭해질 수 있다.
[84] 본원에서 사용되는 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이며, 반드시 본 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 문맥이 명확하게 달리 표시하지 않는 한, 단수형들은 복수형들도 또한 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 본원에서 사용된 바와 같이, "하나 이상"이라는 문구가 또한 본원에서 사용될지라도, 단수 형태의 용어는 "하나 이상"을 의미할 것이다. 본 명세서에서 사용될 때, "포함한다", "구비하다" 및/또는 "포함하는", "구비하는"이라는 용어들이 진술된 특징들, 인티저(integer)들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 인티저들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다. 게다가, 본 개시내용이 본원에서 무언가가 다른 무언가에 "기반"한다고 서술할 때, 그러한 서술은 하나 이상의 다른 것들에도 물론 기반할 수 있는 기반을 나타낸다. 다시 말해서, 달리 명시적으로 나타내지 않는 한, 본원에서 사용되는 바와 같이, "에 기반하여"는 포괄적으로 "어느 정도 기반하여" 또는 "적어도 부분적으로 기반하여"를 의미한다.
[85] 본원에 사용된 바와 같이, "또는"이라는 용어는, 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 즉, 달리 명시되거나 문맥상 명확하지 않으면, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 본래의 포괄적인 치환들 중 임의의 치환을 의미하도록 의도된다. 즉, X는 A를 포함하거나; X는 B를 포함하거나; 또는 X는 A 및 B 둘 모두를 포함하면, "X는 A 또는 B"를 포함한다"는 전술한 예시들 중 임의의 예시 하에서 충족된다.
[86] 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은, 본 개시내용이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미들을 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의된 용어들과 같은 용어들은 관련 기술의 맥락에서 그의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본원에서 명시적으로 그러한 것으로 정의되지 않는 한, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
[87] 본원에서 사용되는 바와 같이, "약" 및/또는 "실질적으로"이라는 용어는 공칭 값/기간으로부터 +/- 10%의 편차를 의미한다. 이러한 변형은 항상 임의의 주어진 것에 포함된다.
[88] 임의의 개시내용들이 인용에 의해 본원에 포함되고 이러한 개시내용들이 본 개시내용과 부분적으로 및/또는 전체적으로 상충하는 경우, 어느 정도의 상충 그리고/또는 더 광범위한 개시내용 및/또는 용어들의 더 넓은 정의까지, 본 개시내용이 지배한다. 이러한 개시내용이 서로 부분적으로 및/또는 전체적으로 상충하는 경우, 어느 정도의 상충까지, 추후 개시내용이 지배한다.
[89] 본 개시내용의 사상 또는 범위에서 벗어나지 않고, 본 개시내용에서 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있음은 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 수정들 및 변형들이 하기에 인용되는 청구범위 및 그들의 등가물들의 범위 내에 있는 한, 본 개시내용이 본 개시내용의 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.

Claims (42)

  1. 직접 에너지 증착 적층 제조 시스템(directed energy deposition additive manufacturing system)으로서,
    로직(logic), 스탠드오프 거리 측정 유닛(standoff distance measurement unit), 기판, 토치(torch), 피드 유닛(feed unit), 재료 및 무버(mover)를 포함하고, 상기 로직은 상기 피드 유닛으로 하여금 상기 재료를 출력하게 하고 상기 토치로 하여금 플라즈마를 출력하게 하여, 상기 플라즈마가 상기 재료를 상기 기판 상으로 용융시키고 이로써 공작물(workpiece)이 상기 기판 상에 적층 제조되도록 하고, 상기 공작물은 기하학적 프로파일(eometric profile)을 갖고, 상기 토치는 스탠드오프 거리가 정의되도록 상기 공작물로부터 수직으로 이격되고, 상기 로직이 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 무버로 하여금 상기 기판에 대해 상기 토치 또는 상기 토치에 대해 상기 기판 중 적어도 하나를 이동시키게 하여, 상기 공작물이 적층 제조되는 동안에, 상기 로직은 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛으로 하여금 상기 기하학적 프로파일을 모니터링하게 하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 레이저 소스 및 카메라를 포함하고, 상기 로직은, 복수의 반사들이 생성되도록 상기 레이저 소스로 하여금 레이저 패턴을 상기 기하학적 프로파일 상에 출력하게 하고, 상기 로직은 상기 카메라로 하여금 상기 반사들을 판독하게 하고, 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 상기 반사들에 기반하여 상기 기하학적 프로파일을 모니터링하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 무버는, 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛이 상기 기하학적 프로파일을 모니터링하는 것에 기반하여, 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 기판에 대해 상기 토치를 이동시키는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 토치에 대해 종방향(longitudinally) 또는 측방향(laterally) 중 적어도 하나로 이동되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 무버는, 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛이 상기 기하학적 프로파일을 모니터링하는 것에 기반하여, 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치에 대해 상기 기판을 이동시키는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 공작물은 제1 공작물이고, 상기 기판은 상기 제1 공작물이 적층 제조되는 제2 공작물인,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 공작물이 아닌,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 기하학적 프로파일은 최대 높이 및 최소 높이를 갖고, 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 상기 최대 높이 및 상기 최소 높이에 기반하여 상기 기하학적 프로파일을 모니터링하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리는, 상기 로직을 통해 액세스되는 스탠드오프 설정 포인트(standoff set point)에 기반하여 유지되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛, 상기 기판, 상기 토치, 상기 피드 유닛, 또는 상기 무버 중 적어도 하나의 제어에 관하여 상기 로직을 오버라이드(override)하도록 인에이블링되는 사용자 인터페이스를 더 포함하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리는 온도 측정을 위한 스탠드오프 거리에 기반하여 유지되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 제어기 상에서 실행되고, 상기 로직은 증착 규격(deposition specification)으로부터 제어 입력 및 사용자 인터페이스로부터 입력을 판독하고, 상기 증착 규격 및 상기 입력은 상기 공작물과 연관되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 제어기 상에서 실행되고, 상기 로직은 증착 및 측정 스캔을 인에이블링하기 위해 상기 무버를 제어하고, 상기 증착 및 상기 측정 스캔은 상기 공작물과 연관되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 제어기 상에서 실행되고, 상기 로직은 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛으로부터 측정들의 세트를 획득하고, 상기 측정들의 세트는 상기 공작물과 연관되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 상기 공작물 또는 상기 기판 중 적어도 하나를 스캔하고, 상기 스탠드오프 거리를 결정하고, 그리고 요구에 따라(on demand) 상기 스탠드오프 거리를 상기 로직에 입력하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은, 시간 간격, 위치, 분해능 또는 필터 중 적어도 하나에 기반하여, 상기 공작물 또는 상기 기판 중 적어도 하나를 스캔하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 상기 공작물의 피처(feature)를 결정하고, 상기 스탠드오프 거리는 상기 피처에 기반하여 결정되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 피처는 상기 공작물의 형상, 상기 공작물의 갭 또는 상기 공작물의 각도 중 적어도 하나인,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 광학 수차(optical aberration) 또는 미광 교란(stray light disturbance) 중 적어도 하나를 제거하도록 교정(calibrate) 또는 프로그래밍되는 것 중 적어도 하나인,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 제어기 상에서 실행되고, 상기 로직은 측정들의 세트의 검증(validation), 미리 설정된 공간 분해능에 대한 검증에 기반한 상기 측정들의 세트의 샘플링, 그리드 간격에 기반한 공작물 좌표계에 대한 측정들의 세트의 효용(availment)을 수행하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 제어기 상에서 실행되고, 상기 제어기는 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 피드백 제어 로직을 실행하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 포지셔닝 유닛의 진동 또는 급격한 움직임 중 적어도 하나를 회피하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 피드 유닛은 피드 속도를 갖는 와이어 피드 유닛이고, 상기 로직은 상기 피드 속도를 유지하고 결국 실시간 DTCP 위치를 컴퓨팅하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 로직은 불활성 가스 흐름(inert gas flow), 용접 전류(welding current), 온도, 상기 공작물의 로딩(loading), 상기 공작물의 언로딩(unloading), 와이어 스풀(spool)의 로딩 또는 상기 와이어 스풀의 언로딩 중 적어도 하나를 제어하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  25. 제1 항에 있어서,
    상기 무버는 모터, 엔진, 액추에이터, 기계적 연결 장치(mechanical linkage), 기어 메커니즘, 풀리 메커니즘(pulley mechanism), 유압 메커니즘 또는 공압 메커니즘 중 적어도 하나인,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  26. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 기판이 얼마나 빨리 움직이는지에 기반하여 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버를 제어하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  27. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 재료가 상기 플라즈마를 통해 얼마나 빨리 용융되는지에 기반하여 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버를 제어하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  28. 제1 항에 있어서,
    상기 토치는 중앙 팁 부분을 포함하고, 상기 제어기는, 상기 재료가 용융되어 발생된 액적(droplet)이 상기 중앙 팁 부분 아래에 위치되기 전에, 상기 액적이 상기 공작물과 만나도록, 상기 재료가 얼마나 빨리 공급되는지에 기반하여 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버를 제어하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  29. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 토치가 수직으로 움직이는 동안, 상기 토치의 진동을 최소화하기 위해 상기 토치를 수직으로 평활하게 움직이도록 상기 무버에 요청하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  30. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 토치가 상기 수직 축을 따라 움직이는 동안, 상기 토치의 갑작스러운 모션을 최소화하기 위해 상기 토치를 수직으로 평활하게 움직이도록 상기 무버에 요청하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  31. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 기판과 맞물리는 물체와의 충돌을 회피하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버에 요청하도록 프로그래밍되고, 상기 물체는 상기 공작물이 아닌,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 물체는 상기 기판을 클램핑하는 클램프(clamp)인,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  33. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는 비드별로(per bead basis) 상기 토치의 수직 움직임을 제한하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  34. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는 공작물별로 상기 토치의 수직 움직임을 제한하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  35. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 에러 유형에 기반하여 상기 토치의 수직 움직임을 동적으로 조정하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  36. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 복수의 판독값(reading)들을 생성하고, 상기 제어기는 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛으로부터 상기 판독값들을 수신하고, 상기 제어기가 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버에 요청하기 전에, 상기 판독값들을 검증하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  37. 제1 항에 있어서,
    상기 스탠드오프 거리 측정 유닛은 복수의 판독값들을 생성하고, 상기 공작물은 상기 플라즈마로부터 반사를 생성하고, 상기 제어기는, 상기 공작물 또는 상기 플라즈마 중 적어도 하나로부터 발생된 미광 또는 상기 반사 중 적어도 하나를 감소시키기 위해 HDR(high dynamic range) 또는 사전 필터링 기법(pre-filtering technique) 중 적어도 하나를 상기 판독값들에 적용하도록 프로그래밍되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  38. 제1 항에 있어서,
    상기 토치는 제1 토치이고, 상기 기판을 예열하는 토치를 더 포함하고, 제2 토치는 상기 스탠드오프 거리 측정 유닛과 상기 제1 토치 사이에 위치되는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  39. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 기판이 종방향 또는 측방향 중 적어도 하나의 방향으로 왜곡(distorted), 뒤틀림(warped) 또는 변형되는(deformed) 것 중 적어도 하나인 것에 기반하여, 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버를 제어하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  40. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 공작물의 피처, 상기 공작물의 조인트(joint), 상기 공작물의 교차점(intersection), 불균일한 높이 단차(uneven height step), 불균일한 스트링 표면 중 적어도 하나, 또는 상기 기판의 왜곡, 뒤틀림 또는 변형 중 적어도 하나에 기반하여, 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버를 제어하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  41. 제1 항에 있어서,
    상기 무버를 모니터링하는 센서를 더 포함하고, 상기 로직은 상기 센서에 커플링되고, 상기 로직은, 상기 센서에 기반하여 상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 상기 토치를 수직으로 움직이도록 상기 무버를 제어하는,
    직접 에너지 증착 적층 제조 시스템.
  42. 재료를 출력하는 단계;
    토치를 통해 플라즈마를 출력하는 단계;
    공작물이 기판 상에 적층 제조되도록, 상기 플라즈마를 통해 상기 재료를 용융하는 단계 ― 상기 공작물은 기하학적 프로파일을 갖고, 상기 토치는, 스탠드오프 거리가 정의되도록 상기 공작물로부터 수직으로 이격됨 ― ;
    상기 스탠드오프 거리를 유지하기 위해 무버가 상기 기판에 대해 상기 토치 또는 상기 토치에 대해 상기 기판 중 적어도 하나를 움직일 수 있도록, 상기 공작물이 적층 제조되는 동안, 상기 기하학적 프로파일을 모니터링하는 단계를 포함하는,
    적층 제조를 위한 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220314537A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Mighty Buildings, Inc. Three-dimensional printing head with adjustable printing angle
CN114905126A (zh) * 2022-05-31 2022-08-16 中国人民解放军陆军装甲兵学院 丝粉同熔等离子弧增材制造三维梯度材料的装置与方法
JP7374390B1 (ja) 2023-02-08 2023-11-06 三菱電機株式会社 欠陥推定装置、数値制御装置、付加製造装置、および欠陥推定方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0795373B1 (en) * 1990-04-17 2000-01-19 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Standoff control method for plasma cutting machine
US7020539B1 (en) * 2002-10-01 2006-03-28 Southern Methodist University System and method for fabricating or repairing a part
US7301120B2 (en) 2005-11-30 2007-11-27 Honeywell International, Inc. Ion fusion formation process including precise heat input and temperature control
US7326377B2 (en) 2005-11-30 2008-02-05 Honeywell International, Inc. Solid-free-form fabrication process and apparatus including in-process workpiece cooling
JP4838172B2 (ja) * 2007-02-28 2011-12-14 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
GB2472783B (en) 2009-08-14 2012-05-23 Norsk Titanium Components As Device for manufacturing titanium objects
EP2474404B1 (en) * 2011-01-06 2014-12-03 LUXeXcel Holding B.V. Print head, upgrade kit for a conventional inkjet printer, printer and method for printing optical structures
GB2489493B (en) 2011-03-31 2013-03-13 Norsk Titanium Components As Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication
US10207363B2 (en) * 2014-03-24 2019-02-19 James Eldon Craig Additive manufacturing temperature controller/sensor apparatus and method of use thereof
SG11201806652RA (en) * 2014-08-05 2018-09-27 Laing Orourke Australia Pty Ltd Method for fabricating an object
JP5905060B1 (ja) * 2014-09-16 2016-04-20 株式会社東芝 積層造形装置および積層造形方法
CN107249804B (zh) * 2015-02-23 2019-12-17 本田技研工业株式会社 穿透焊接方法
US10388494B2 (en) * 2016-03-01 2019-08-20 Kyocera Document Solutions Inc. Three-dimensional plasma printer
CN105665702A (zh) * 2016-03-03 2016-06-15 中研智能装备有限公司 一种模具等离子3d打印设备及3d打印方法
US11440130B2 (en) * 2016-04-15 2022-09-13 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Process control of electron beam wire additive manufacturing
US11691343B2 (en) * 2016-06-29 2023-07-04 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing and three-dimensional printers
US10569522B2 (en) * 2016-09-09 2020-02-25 Formalloy, Llc Dynamic layer selection in additive manufacturing using sensor feedback
US10639842B2 (en) * 2017-12-06 2020-05-05 Chromatic 3D Materials, Inc. Three-dimensional printing control
EP3590035A1 (en) * 2017-03-03 2020-01-08 Koninklijke Philips N.V. Systems and methods for three-dimensional printing of spare parts
US11247462B2 (en) * 2017-04-03 2022-02-15 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Selective resistive sintering—a new additive manufacturing method
CN106956435B (zh) * 2017-04-18 2019-05-07 千寻位置网络有限公司 3d打印系统及其打印方法
US20190004497A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Norsk Titanium As Technologies of controlling additive manufacturing systems
KR101883460B1 (ko) * 2017-11-28 2018-07-31 김용일 도자기 또는 점토 제품 제작용 장치 및 이를 이용한 도자기 또는 점토 제품 제작방법
CN109029453B (zh) * 2018-07-13 2022-05-17 南方科技大学 熔覆头姿态路径规划方法、装置、终端、存储介质及系统
US11511480B2 (en) * 2018-10-26 2022-11-29 Continuous Composites Inc. System for additive manufacturing

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