KR20220054578A

KR20220054578A - 적층 제조 또는 기타 산업용 레이저 가공 응용을 위한 기능적으로 균질화된 강도 분포

Info

Publication number: KR20220054578A
Application number: KR1020227002250A
Authority: KR
Inventors: 후안 루고; 아론 더블유. 브라운; 제이 스몰; 로버트 제이. 마틴슨; 다브 에이.브이. 클라이너
Original assignee: 엔라이트 인크.
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-05-03
Also published as: US20220241859A1; WO2020264056A1; CN114222944A; JP2022538245A; DE112020003053T5

Abstract

기능적으로 균질화된 강도 분포를 갖는 레이저 출력 빔을 생성하기 위한 기술이 개시된다. 일부 실시예에 따르면, 다중 모드 가둠 코어에서 소수 모드의 집단은 다중 모드 가둠 코어에 저변조 소스 빔의 인가에 의해 여기되어 집단이 불안정한 강도 분포를 나타낸다. 불안정한 강도 분포는 다중 모드 가둠 코어에서 위상 변위의 변조 및 다중 모드 가둠 코어로의 저변조 소스 빔의 발사 조건 변화 중 하나 또는 둘 모두를 제공하여 기능적으로 균질화된다.

Description

적층 제조 또는 기타 산업용 레이저 가공 응용을 위한 기능적으로 균질화된 강도 분포

본 명세서는 2019년 6월 24일에 출원된 가출원 번호 US 62/865,902; 2019년 8월 2일에 출원된 가출원 번호 US 62/882,442에 대한 우선권을 주장한다. 두 관련 출원은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다.

본 발명의 분야는 일반적으로 적층 제조에 사용하기 위한 광학 빔을 전달하기 위한 섬유 레이저 및 섬유 결합 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 분말 베드 융합 응용을 위한 개선된 환형 레이저 빔 프로파일에 관한 것이다.

금속 공작물을 가공할 수 있는 여러 유형의 적층 제조가 있다. 이러한 적층 제조의 두 가지 범주에는 분말 베드 융합(power bed fusion) 및 직접 에너지 증착(DED; direct energy deposition)이 포함된다.

분말 베드 융합은 광학 또는 전자 빔에서 제공하는 열 에너지를 사용하여 분말을 융합하는 적층 제조 유형이다. 현재 광학 빔을 사용하는 두 가지 주요 유형의 분말 베드 융합이 존재한다.

첫 번째 유형의 분말 베드 융합은 선택적 레이저 소결(SLS; selective laser sintering)이라고 한다. SLS에서 레이저 빔은 플라스틱, 나일론 및 세라믹과 같은 분말 재료를 소결한다. 직접 금속 레이저 소결(DMLS)은 분말이 금속인 유사한 기술이다.

두 번째 유형의 분말 베드 융합은 선택적 레이저 용융(SLM; selective layer melting)이라고 한다. SLM 공정에서, 레이저는 분말 베드에 용융 풀을 생성한다. 용융 풀은 빠르게 냉각되고 응고되어 부분들을 형성한다.

DED에는 LENS(레이저 엔지니어링 네트 형상; laser engineering net shape) 및 EBAM(전자빔 적층 제조; electron beam additive manufacturing)이 포함된다. 분말 층들을 소결하거나 녹이는 대신 열 에너지로 공급원료를 동시에 증착 및 경화한다.

적층 제조에서 환형 강도 분포의 사용을 특성화하려는 몇 가지 시도가 있었다. 예를 들어, Wischeropp 등의 "Simulation of the effect of different laser beam intensity profiles on heat distribution in selective laser melting"이라는 제목의 2015년 논문에서 고체 TiAl6V4 블록 위에 TiAl6V4 분말의 용융을 위한 열 분포를 정성적으로 시뮬레이션하기 위한 2D-FEM 모델을 설명한다. 단일 트랙이 녹는 동안 열 분포는 서로 다른 스캐닝 속도와 레이저 출력에서 3가지 다른 레이저 빔 강도 프로파일에 대해 시뮬레이션되었다. 논문에서 선전된 결과는 가우시안 모양의 레이저 빔 강도 프로파일과 대조적으로 도넛 모양의 레이저 빔 강도 프로파일을 사용할 때 에너지 효율이 증가하고 증발된 물질의 양이 감소한다는 점에 주목했다. 저자는 도넛 모양의 레이저 빔 강도 프로파일이 분말 베드 융합 응용 분야에서 더 높은 축적 속도를 제공한다고 제안한다.

더 일반적으로 환형 강도 분포(안장 모양 포함)라고 하는 도넛 모양의 레이저 빔 강도 프로파일은 이전에 여러 모드의 집단(population)의 여기(excitation)를 통해 시도되었다. 다시 말해서, 다중 모드 입력은 본질적으로 환형 코어를 갖는 광섬유 세그먼트를 플러딩(flood)하여 세그먼트의 출력에서 전달되는 많은 모드를 여기시키는 데 사용된다.

본 발명은 다중 모드 환형 가둠 코어(즉, 링 형태의 단면 프로파일을 갖는 코어)에서 소수 모드의 저변조 소스 여기를 개시한다. 출력에서 전달되는 많은 수의 모드와 달리 소수의 모드는 BPP 및 레일리(Rayleigh) 범위 측면에서 더 높은 빔 품질을 제공하여 가공 속도 증가, 기화 물질 감소(연기 및 그을음 생성 감소) 및 제조할 수 있는 특징부의 크기 감소 측면에서 성능을 크게 향상시킨다는 것이 발명자의 현재 믿음이다.

일부 실시예에서, 몇몇 모드는 출력에서 전달되는 강도 분포의 불균일성을 생성한다. 따라서, 본 발명은 또한 적층 제조를 위한 비교적 높은 레일리 범위를 갖는 기능적으로 균질화된 환형 강도 분포를 확립하기 위해 외부적으로 인가된 섭동(perturbation)을 포함하는 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예들은 환형 강도 분포를 균질화하기 위한 상이한 광학 특성 및 메커니즘에 의존한다. 따라서, 실시예들(및 기본 메커니즘)은 일반적으로 위상 변위 실시예 및 가변 모드 여기 실시예라고 한다.

보다 구체적으로, 제1 실시예에서, 몇몇 모드의 간섭 패턴을 빠르게 변화시키는 기계적 진동(예를 들어, 약 70Hz)을 도입하기 위해 광섬유의 자유 단부를 향해 빠른 진동이 인가된다. 간섭 패턴의 변화는 환형 강도 분포 내의 모든 고강도 영역을 빠르게 이동시켜 분말 재료의 관점에서 기능적으로 균질화한다. 다시 말해, 소위 핫스팟은 과도한 연기와 그을음을 방지하기 위해 빠르게 분배되는 동시에 상대적으로 낮은 BPP와 높은 레일리 범위를 제공한다

제2 실시예에서, 몇몇 모드가 여기되는 발사 조건을 변조시키기 위해 외부 섭동이 인가된다. 따라서 소스 빔은 여기되는 모드의 집단을 빠르게 변경한다. 발사 조건이 충분히 빠르게 변할 때, 급속 변조는 출력에서 전달되는 환형 강도 분포를 균질화하는 (분말 재료의 관점에서의) 효과가 있다.

추가적인 측면 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 수행되는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 광섬유의 출력에서 전달되는 환형 강도 분포의 주석이 달린 도면이다.
도 2 내지 도 4는 가변 빔 특성을 가진 빔을 전달하기 위한 예시적인 섬유 구조의 단면도들이다.
도 5는 광섬유의 출력에서 전달되는 기능적으로 균질화된 환형 강도 분포의 도면이다.
도 6 및 도 7은 각각 외부 섭동 장치의 사시도 및 등각 투영도이며, 도 7은 또한 장치의 내부 구성요소를 가상선으로 나타낸다.

도 1은 광섬유 세그먼트(예를 들어, 세그먼트의 묘사에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 이하에서 설명)의 링 가둠 코어의 출력에 제공된 환형 강도 분포(100)의 실험 결과를 나타낸다. 환형 강도 분포(100)는 섬유 세그먼트에 대한 단일 모드(SM) 소스 입력에 응답하여 생성되고, 이에 의해 링 가둠 코어에서 소수 모드(few modes)의 작은 집단을 여기시킨다. 본 발명자들은 임의의 불균일한 에너지 분포(110)에도 불구하고, 소수 모드로 구성된 환형 강도 분포(100)를 생성하는 것이 적층 제조의 성능을 향상시키기 위해 바람직한 레이저 빔을 제공할 수 있음을 인식하였다.

그러나 다중 모드 도파관에서 지원되는 완전히 채워지지 않은 모드는 출력에서 울퉁불퉁(lumpy)하며 균일하지 않은 강도 분포(로브 구조라고도 함)가 발생하는 경향이 있다. 불균일한 에너지 분포(110)는 비교적 저강도 및 고강도 영역 또는 소위 핫스팟으로 특징되어진다. 개시된 시스템에서 여기된 소수 모드가 존재하기 때문에, 정적 섭동 및 모드 여기 조건의 상태(들)에서의 분포는 출력에서 다소 덩어리진 것처럼 보인다. 이러한 울퉁불퉁함은 핫스팟에 민감하지 않은 재료와 스캔 속도를 가진 일부 응용에서 허용(즉, 정적으로 전달)될 수 있다. 이러한 불균일성은 시간 의존성을 가질 수 있으며, 이는 빔을 불안정하게 만들 수도 있다.

그러나, 일부 다른 응용의 경우, 불균일한 에너지 분포(110)는 소수의 여기 모드의 집단을 변화시키기 위해 위상 변위의 변조 및 발사 조건의 빠른 변화 중 하나 또는 둘 모두를 동적으로 제공하는 외부 인가 섭동을 통해 기능적으로 균질화된다. 생성된 빔이 임의의 특정 시간에 여전히 순간적으로 불균일할 수 있지만, 섭동은 빔이 공작물(예: 분말 베드 등)과의 상호 작용에서 마치 균일하고 안정적인 것처럼 행동할 수 있을 정도로 충분히 빠르다. 따라서, 본 발명은 산업 레이저 가공 응용에서 사용하기 위해 (예를 들어, 필드 깊이 및 레일리 범위 측면에서) 비교적 높은 품질을 유지하도록 비균질, 불균일 또는 비대칭 강도 분포를 균질화하는 기술을 설명한다.

환형 강도 분포(100)를 생성할 수 있는 여러 광섬유 장치가 있다. 3개의 실시예들이 이하에서 설명되지만, 당업자는 본 개시에 비추어 다른 실시예들도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 이하의 예는 환형 강도 분포의 맥락에서 설명되지만, 개시된 기술은 완전히 채워지지 않고 따라서 비균질, 불균일 또는 다양한 형태(예를 들어, 핫스팟이 있는 탑햇 빔)의 비대칭 빔과 연관된 모드를 갖는 다양한 유형의 다중 모드 도파관 구조(예를 들어, 직사각형, 육각형 및 기타)에 대해 광범위하게 적용될 수 있다.

도 2는 환형 강도 분포(100)를 생성할 수 있는 제1 실시예가 Kliner 등의 미국 특허 번호 US 10,295,845에 기술된 것과 유사한 가변 빔 특성(VBC) 섬유(200)를 포함하는 것을 나타낸다.　'845 특허의 도 7 내지 도 10은 VBC 섬유(200)에 대한 실험 결과를 보여주고 섭동 어셈블리(210)가 섬유를 구부리기 위해 VBC 섬유(200)에 작용할 때 VBC 섬유(200)의 섭동에 대한 빔 응답을 설명한다. '845 특허의 도 4 내지 도 6은 SM 1050nm 소스의 빔이 40 미크론 코어 직경의 입력 광섬유(미도시)로 발사된 시뮬레이션 결과이며, 도 7 내지 도 10은 이의 실험 결과이다. 입력 섬유는 제1 굴절률 프로파일(RIP)(212)을 갖는 섬유의 제1 길이부(204)에 스플라이싱되었다. 섬유의 제1 길이부(204)는 광학적으로 불활성인 접합부(206)(스플라이스(splice), 인덱스 매칭 접착제 등)에서 제1 RIP와 상이한 제2 RIP(214)를 갖는 섬유의 제2 길이부(208)에 스플라이싱된다. 따라서, 섬유의 제1 길이부(204)는 외부 링, 선택적인 내부 링, 및 선택적인 중심 코어를 형성하는 동축으로 배열된 가둠 영역을 포함하는 섬유의 제2 길이부(208)에서 모드 집단을 여기시키는 빔을 운반한다. '845 특허의 도 6에 도시된 바와 같이, 횡변위를 도입함으로써 외부(또는 내부 링) 모드는 섬유의 제2 길이부(208)의 출력에서 환형 강도 분포를 생성하도록 여기된다. 환형 강도 분포 생성에 대한 추가 세부 정보는 Martinsen 등의 미국 특허 번호 US 10,663,768에 설명되어 있다.

적층 제조에 사용하기 위한 결과적인 빔을 더욱 향상시키기 위해, 본 발명자들은 일반적으로 많은 모드를 지원하는 섬유의 제2 길이부(208)에서 소수 모드(286)를 여기시키는 SM 입력(280)을 테스트했다. 다시 말해서, 접합부(206)에서 섬유의 제1 길이부(204)에 의해 전달되는 저변조된 입력(280)은 모드(286)를 가이드하기 위한 도파관으로 작용하는 섬유의 제2 길이부(208)에서 모드(286)의 비교적 작은 집단을 여기시킨다. 대표적인 실험에서, 단일 모드 빔은 내경이 약 40 μm이고 외경이 약 60 μm인 환형 가이드 영역으로 발사되었다. 환형 영역의 모든 모드를 채우면 M² 값이 약 30이 되는 반면 측정된 M²는 실제 환형 빔에 대해 (저변조 여기로 인해) 약 8이었다. 빔 품질이 3.8배 향상되어 집속된 빔에 대한 필드 심도(depth of field)(레일리 범위)가 3.8배 증가하여 상당한 가공 이점(더 큰 가공 창, 광학 정렬에 대한 더 낮은 감도)을 제공한다.

작은 집단에서의 정확한 모드 수는 경험적 결과에 따라 달라질 수 있다. 지지 가능한 모드의 약 절반(즉, 50%) 이하의 여기가 분말 베드 융합과 관련하여 원하는 이점을 제공한다는 것이 본 발명자의 현재 믿음이다. 다른 실시예들에서, 여기된 모드의 수는 2 내지 10개의 모드의 범위를 포함할 수 있으며, 이는 도파관에 의해 실제로 가이드될 수 있는 가능한 모드의 약 10% 이하일 수 있다. (지원되는 것과 비교하여) 여기된 모드의 다른 백분율 및 범위 또한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주된다. 마찬가지로, 소스의 낮은 수의 모드는 출력에서 여기된 소수 모드의 비율로 표현될 수 있다. 예를 들어, SM 소스는 10개 이하의 모드를 여기하는 데 적합하고, 보다 일반적으로 저변조 소스(예를 들어, 4개 모드)는 지원되는 모드의 10% 이하를 여기하는 데 적합하다. 실제 백분율은 다양한 광섬유 설계에 대한 광범위한 다중 모드 섬유 스팬에서 지원되는 모드 수에 따라 달라질 수 있다.　일부 설계는 10-20개 모드를 지원하며, 이 경우 저변조 입력이 해당 모드의 약 80%를 구동할 수 있는 반면, 다른 설계는 1000개 이상의 모드를 지원하고 저변조(low-moded) 입력은 훨씬 적은 비율을 구동한다.

도 3은 환형 강도 분포(100)를 생성할 수 있는 제2 실시예를 나타낸다. 오프셋 스플라이싱 섬유(300)는 섬유의 제1 길이부(304), 오프셋 스플라이싱 접합부(306), 및 섬유의 제2 길이부(308)를 포함한다. 섬유의 제1 길이부(304)는 제1 RIP(312)를 포함한다. 섬유의 제2 길이부(308)는 하나 이상의 환형 코어에 의해 정의되는 제2 RIP(314)를 포함한다. 구체적으로, 환형 코어(320)는 섬유의 제1 길이부(304)의 중심 SM 가둠 코어(322)로부터 측방향으로 오프셋된다. 따라서 환형 가둠 코어(320)는 중앙 SM 가둠 코어(322)와 대면한다. 중앙 SM 가둠 코어(322)를 통해 전파하는 빔(332)은 오프셋 스플라이싱 접합부(306)로 인해 환형 가둠 코어(320)의 적어도 일부 내로 직접 발사된다.

도 4는 환형 강도 분포(100)를 생성할 수 있는 제3 실시예를 나타낸다. 이러한 예에서, 2개의 섬유는 그 사이의 자유 공간 광학계(410)에 의해 분리된다. 광학계(410)는 링 가둠 코어로 빔을 발사하는 데 사용된다.

도 5는 기능적으로 균질화된 환형 강도 분포(500)의 예를 도시하며, 이는 도 5의 핫스팟이 평균 전력이 환형(510)(또는 다른 형태의 가둠 영역들)에 걸쳐 평탄화되도록 어떻게 빠르게 이동할 수 있는지를 나타낸다. 이러한 균질화를 달성하기 위해 본 발명에서 제안된 적어도 2개의 실시예가 있다.

제1 실시예에서, 본 발명자들에 의해 수행된 랩 실험은 도 1에 도시된 전력 분포가 링 가둠 코어를 갖는 섬유의 움직임에 민감하다는 것을 입증하였다. 따라서, 본 발명자들은 링 가둠 코어를 갖는 섬유의 출력이 명백하게 균일한 전력 분포를 생성하도록 급격하게 섭동될 수 있음을 인식하였다. 어느 순간에나 전력이 고르지 않게 분포된 상태로 유지되지만, 빠른 섭동은 균질화된 빔이 인가된 재료에 대해 균질한 빔의 모양을 제공한다. 다시 말해서, 재료의 관점, 즉 열 질량 특성의 관점에서, 소수 모드를 갖는 기능적으로 균질화된 빔은 빔이 실제로 방위각으로 스크램블된 것과 마찬가지로 본질적으로 성능을 발휘한다.

기능적 결과를 생성하는 기본 메커니즘의 관점에서, 출력에서 외부적으로 인가된 섭동은 소수 모드 간의 위상 관계를 변경하며 여기된 여러 모드를 변경시킬 필요가 없다. 따라서 위상의 변화는 광섬유의 제2 길이부에서 모드 간의 최소값과 최대값, 양 및 음의 간섭을 급격히 변화시키고, 이는 차례로 핫스팟의 방위각 위치를 빠르게 변경한다. 따라서 평균 강도는 위상 변화가 충분히 빠를 때 균질화되는 것으로 보인다.

도 6 및 도 7은 외부 섭동 장치(600)가 섭동을 외부적으로, 재킷이 있는 섬유(610)에 직접, 레이저 시스템 케이스(미도시) 내에서 또는 Victor 등의 공개 번호 US 2018/0180803 A1(예를 들어, 도 31a 참조)에 도시된 유형 또는 적층 제조 시스템의 다른 유형의 가공 헤드 근처에서 어떻게 인가하는지의 예를 나타낸다. 장치(600)는 출력 섬유(즉, VBC 섬유의 섬유의 제2 길이부(208), 도 2)의 외부 표면에 고정된 한 쌍의 클립을 사용하여 재킷 섬유(610)에 일치하며 작은 전원 공급 장치(미도시)에 의해 전원이 공급된다. 다른 실시예에서, 섬유의 제2 길이부(208)는 보호 재킷 또는 케이블을 통해 섬유를 진동시키는 대신에 또는 이에 더하여 직접 진동된다.

도 7은 장치(600)가 섬유 도관에 고정되는 3D 프린팅된 하우징(720) 내에 수용된 상업적으로 이용 가능한 5V DC 전기 진동 모터(710)를 포함한다는 것을 나타낸다. 그것은 또한, 짚 타이(zip ties) 또는 클램프와 같은 기타 부착물로 고정할 수도 있다. 모터(710)는 약 70 Hz(4,200 RPM)에서 평형추(740)를 회전시키며, 이는 (앞에서 설명한 바와 같이) 섬유(610) 내부의 위상 관계를 변화시키는 진동을 생성한다. 가청 범위 밖의 더 높거나 더 낮은 주파수도 사용될 수 있다.

다양한 다른 유형의 섭동 장치도 가능한다. 예를 들어, 피에조, 보이스 코일, 솔레노이드 액츄에이터, 교류 전자기장, 섬유를 진동시키는 팬/에어, 또는 기타 진동 장치 및 소스와 같은 많은 다른 장치를 레이저 상자의 내부 또는 외부에서 사용할 수 있다. '854 특허의 도 24는 여기 모드의 집단을 변경하기 위한 다양한 유형의 섭동 장치의 예들을 나타내며, 이러한 유형의 장치는 섬유(610) 내부의 위상 관계를 변경하는 데 사용하기에 적합하다. 다른 기계식 액츄에이터에는 진동을 직접 구동하거나 주파수를 변경하는 연결 장치(예를 들어, 편심 회전 질량), 공압 액츄에이터, 전기 또는 자기 변형 장치를 통해 진동을 구동하는 선형 또는 회전 모터가 있다. 링 섬유를 밀거나 압축하고 링 섬유에 작은 마이크로 벤드를 도입하고 섬유 클래딩에 일부 기하학적 구조를 포함하여 섭동을 부여할 수도 있다.

제2 실시예에서, 본 발명자들은 발사 조건의 급격한 변화가 또한 기능적으로 균질화된 결과를 생성하기 위해 사용될 수 있음을 인식하였다. 예를 들어, Brown 등의 미국 특허 번호 US 10,677,984는 상이한 코어에서 모드를 여기하기 위해 VBC 섬유에서 외부적으로 빠르게 인가된 섭동에 의해 일시적으로 명백한 강도 분포를 생성하는 기술을 설명한다. 이러한 기술은 동일한 코어에서 여기되는 소수 모드의 서로 다른 작은 집단 사이에서 디더링(dither)을 수행하여 고품질 빔 향상 분말 베드 융합을 제공하기 위해 핫스팟을 빠르게 변경하는 데에도 적용될 수 있다. 디더링은 2개의 동축 코어 사이 또는 단일 링 코어 내에서 (예를 들어, 클래딩과 도파관 부분 사이에서 빔의 일부를 이동하거나 단일 링 코어에서 발사된 빔의 빠른 횡방향 변위를 부여함으로써) 발사 조건을 변경할 수 있다. 일부 실시예들에서, 횡방향 변위를 부여하기 위해 정적 섭동이 인가되고 단일 링 코어에서 발사 조건을 빠르게 변화시키기 위해 고주파수 동적 보충 섭동이 인가된다.

마지막으로, 당업자는 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않고 상술한 실시예의 세부사항에 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 외부적으로 인가된 섭동을 도입하기 위한 제1 및 제2 실시예의 특징은 위상 관계 및 모달(modal) 여기 균질화 둘 모두를 갖는 제3 실시예로 결합될 수 있다. 또한, 당업자는 발사 조건에서의 변조 주파수 및 속도 변화가 원하는 평균 강도 분포, 레이저 가공 유형 및 열전도도, 열확산도, 비열, 융점 또는 다른 속성과 같은 공작물 열적 재료 특성의 함수라는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims

기능적으로 균질화된 강도 분포를 갖는 레이저 출력 빔을 생성하는 방법으로서,
다중 모드 가둠 코어(multi-mode confinement core)에 저변조 소스 빔을 인가함으로써, 상기 다중 모드 가둠 코어에서 집단(population)이 비균질한 강도 분포를 나타내도록 소수 모드의 집단을 여기시키는 단계; 및
상기 다중 모드 가둠 코어의 위상 변위 변조 및 상기 다중 모드 가둠 코어로의 상기 저변조 소스 빔의 발사 조건 변화 중 하나 또는 둘 모두를 제공하여, 상기 레이저 출력 빔을 생성하기 위해 상기 비균질한 강도 분포를 기능적으로 균질화하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 저변조 소스 빔은 4개 이하의 모드를 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 저변조 소스 빔은 단일 모드를 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 저변조 소스 빔은 상기 다중 모드 가둠 코어에 의해 지원되는 모드의 50% 이하를 여기하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 저변조 소스 빔은 상기 다중 모드 가둠 코어에 의해 지원되는 모드의 10% 이하를 여기하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 다중 모드 가둠 코어의 상기 소수 모드의 집단은 10개 이하의 모드를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 섭동 장치를 상기 다중 모드 가둠 코어를 포함하는 광섬유에 결합함으로써 위상 변위의 변조를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 섭동 장치는 상기 광섬유의 재킷에 일치하는 하우징 내의 보이스 코일을 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 섭동 장치는 상기 광섬유의 재킷에 일치하는 하우징 내의 회전 전기 모터를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 섭동 장치를 가변 빔 특성(VBC) 섬유의 접합부에 결합함으로써 상기 저변조 소스 빔의 발사 조건의 변화를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 다중 모드 가둠 코어는 환형 가둠 코어인, 방법.
제1항에 있어서, 적층 제조 공작물에 상기 레이저 출력 빔을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
기능적으로 균질화된 강도 분포를 갖는 레이저 출력 빔을 생성하는 장치로서,
저변조 소스 빔을 가이드하는 광섬유의 제1 길이부;
상기 저변조 소스 빔을 수신하여 다중 모드 가둠 코어에서 소수 모드의 집단을 여기시켜 상기 집단이 비균질한 강도 분포를 나타내도록 구성된 상기 다중 모드 가둠 코어를 갖는 광섬유의 제2 길이부; 및
상기 다중 모드 가둠 코어의 위상 변위 변조 및 상기 다중 모드 가둠 코어로의 상기 저변조 소스 빔의 발사 조건 변화 중 하나 또는 둘 모두를 제공하여, 상기 레이저 출력 빔을 생성하기 위해 상기 비균질한 강도 분포를 기능적으로 균질화하는 섭동 장치를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 섬유의 상기 제1 길이부 및 상기 제2 길이부는 가변 빔 특성(VBC) 섬유를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 길이부 및 상기 제2 길이부는 오프셋 스플라이싱 섬유(offset spliced fiber)를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 길이부 및 상기 제2 길이부는 각각 제1 섬유 및 제2 섬유의 자유 단부들 사이의 자유 공간 광학계에 의해 분리된 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 상기 섭동 장치는 섬유의 상기 제2 길이부에 결합된 보이스 코일을 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 상기 섭동 장치는 섬유의 상기 제2 길이부의 내부 기하학적 구조를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 섬유의 상기 제1 길이부는 단일 모드 섬유인, 장치.