KR20220140816A - 광학 위상 어레이 빔 조향을 이용하는 적층 제조 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

광학 위상 어레이 빔 조향을 이용하는 적층 제조 시스템 및 관련 방법 Download PDF

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KR20220140816A
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마틴 씨. 펠드만
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벌컨폼즈 아이엔씨.
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Abstract

적층 제조를 위한 방법 및 시스템이 설명된다. 일 실시형태에서, 레이저 에너지는 하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되고, 각각의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상이 제어되어, 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 빔의 위치를 적어도 부분적으로 제어한다. 일부 실시형태에서, 광학 위상 어레이(OPA)를 이용하여, 구축 표면 상의 하나 이상의 레이저 빔의 위치 및/또는 형상을 적어도 부분적으로 제어한다. 또한, 일부 실시형태에서, 시스템의 하나 이상의 거울 검류계 및/또는 이동 가능 부분이 하나 이상의 OPA 조립체와 협력적으로 이용될 수 있다.

Description

광학 위상 어레이 빔 조향을 이용하는 적층 제조 시스템 및 관련 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2020년 11월 12일자로 출원된 미국 가출원 제63/113,103호 및 2020년 2월 18일자로 출원된 미국 가출원 제62/978,111호의 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권의 이익을 주장하고, 이러한 각각의 가출원의 개시 내용의 전체가 본원에서 참조로 포함된다.
개시된 실시형태는 빔 조향을 위한 하나 이상의 광학 위상 어레이를 포함하는 적층 제조 시스템 및 방법에 관한 것이다.
분말 베드 융합 프로세스(powder bed fusion process)는, 재료들을 층별 프로세스로 결합시키는 것에 의해서 3-차원적인 형상을 형성하는 적층 제조 프로세스의 예이다. 금속 분말 베드 융합 프로세스에서, 하나의 또는 다수의 레이저 빔이 얇은 금속 분말의 층에 걸쳐 스캐닝된다. 레이저 파워, 레이저 스폿 크기, 및/또는 레이저 스캐닝 속력과 같은 다양한 레이저 매개변수가 전달 에너지로 금속 분말의 입자를 용융시키기에 충분한 체제에 있는 경우에, 하나 이상의 용융 풀(melt pool)이 구축 표면 상에 형성될 수 있다. 레이저 빔은 미리 규정된 궤적을 따라서 스캐닝하고, 그에 따라 응고된 용융 풀 트랙이 3-차원적인 인쇄 부품의 2-차원적인 슬라이스에 상응하는 형상을 형성한다. 층의 완성 후에, 분말 표면이 규정된 거리만큼 인덱스(index)되고, 다음 분말 층이 구축 표면 상으로 확전되고(spread), 레이저 스캐닝 프로세스가 반복된다. 많은 적용예에서, 하부 층의 부분적인 재-용융 및 연속적인 층들의 융합을 제공하도록, 층 두께 및 레이저 파워 밀도가 설정된다. 희망하는 3-차원적인 형상이 제조될 때까지, 층 인덱싱 및 스캐닝을 수 차례 반복한다.
일 실시형태에서, 적층 제조 시스템은 구축 표면, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원, 및 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링된 광학 위상 어레이를 포함한다. 광학 위상 어레이는, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성 및 배열된다. 또한, 광학 위상 어레이는, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 위상 변환기(phase shifter)를 포함한다.
다른 실시형태에서, 적층 제조 시스템은 구축 표면, 복수의 레이저 에너지 공급원, 및 복수의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 복수의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출된 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성 및 배열된 광학 위상 어레이를 포함한다. 광학 위상 어레이는 복수의 위상 변환기를 포함하고, 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각은 복수의 위상 변환기 중 하나 이상에 동작 가능하게 커플링된다. 또한, 복수의 위상 변환기는 복수의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된다.
다른 실시형태에서, 적층 제조 방법이: 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 방출하는 단계; 및 구축 표면을 향해서 지향되는 적어도 하나의 레이저 빔의 위치를 제어하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 적층 제조 시스템은 구축 표면, 레이저 에너지를 방출하도록 구성된 하나 이상의 레이저 에너지 공급원, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링된 광학 위상 어레이, 및 하나 이상의 거울을 포함하는 거울 검류계 조립체를 포함한다. 광학 위상 어레이는, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 위상 변환기를 포함한다. 광학 위상 어레이는 레이저 에너지를 거울 검류계 조립체를 향해서 지향시키도록 구성된다. 거울 검류계 조립체는 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성된다.
다른 실시형태에서, 적층 제조 방법이 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 방출하는 단계, 구축 표면에 대한 적어도 하나의 레이저 빔의 각도를 제어하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계, 및 구축 표면에 대한 적어도 하나의 레이저 빔의 각도를 더 제어하기 위해서 하나 이상의 거울의 각도를 조정하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 적층 제조 시스템은 구축 표면, 레이저 에너지를 방출하도록 구성된 하나 이상의 레이저 에너지 공급원, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성된 광학 위상 어레이, 및 구축 표면에 대한 광학 위상 어레이의 위치를 조정하도록 구성된 갠트리 조립체(gantry assembly)를 포함한다. 광학 위상 어레이는, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 위상 변환기를 포함한다.
다른 실시형태에서, 적층 제조 방법이 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 방출하는 단계, 구축 표면에 대한 적어도 하나의 레이저 빔의 각도를 제어하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계, 및 구축 표면에 대한 복수의 레이저 에너지 공급원의 위치를 조정하는 단계를 포함한다.
본 개시 내용이 이러한 측면으로 제한되지 않기 때문에, 전술한 개념 및 이하에서 설명되는 부가적인 개념이 임의의 적합한 조합으로 배열될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 또한, 첨부 도면과 함께 고려할 때, 본 개시 내용의 다른 장점 및 신규한 특징이 이하의 다양한 비-제한적인 실시형태에 관한 이하의 구체적인 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 명세서 및 참조로 포함된 문헌이 충돌되는 및/또는 일치되지 않는 개시 내용을 포함하는 경우에, 본 명세서가 우선할 것이다. 참조로 포함된 둘 이상의 문헌이 서로 충돌되는 및/또는 일치되지 않는 개시 내용을 포함하는 경우에, 유효 일자가 더 늦은 문헌이 우선할 것이다.
첨부 도면은 실체 축척(scale)으로 도시되지 않았다. 도면에서, 여러 도면에서 도시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소가 유사한 번호로 표시되어 있을 수 있다. 명료함을 위해서, 모든 도면에서 모든 구성요소가 표시되어 있지 않을 수 있을 것이다.
도 1은 광학 위상 어레이 조립체를 포함하는 적층 제조 시스템의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 광학 위상 어레이 조립체의 일 실시형태를 도시한다.
도 3은 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 광학 위상 어레이 조립체의 다른 실시형태를 도시한다.
도 4는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 광학 위상 어레이 조립체의 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 5는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 광학 위상 어레이 조립체의 추가적인 실시형태를 도시한다.
도 6은 광학 위상 어레이를 갖는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 거울 검류계 조립체의 일 실시형태를 도시한다.
도 7은 광학 위상 어레이를 갖는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 갠트리 조립체의 일 실시형태를 도시한다.
도 8은 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 적층 제조 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
본 발명자는, 적층 제조 프로세스 중에 구축 표면(예를 들어, 분말 베드)을 따라서 하나 이상의 레이저 빔을 조향하기 위해서 하나 이상의 광학 위상 어레이를 이용하는 적층 제조 시스템이, 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키기 위한 기존 시스템에 비해서 많은 이점을 제공할 수 있다는 것을 인지 및 이해하였다. 예를 들어, 일부 기존 시스템은 하나 이상의 레이저 스폿을 스캔하기 위해서 거울을 이용한다. 그러한 시스템은 일반적으로, 하나의 축을 따라서 스캔하도록 각각 배열되고, 그에 의해서 구축 표면을 따라서 2-차원적인 스캐닝을 제공하는 2개의 갈보 거울(galvo mirror) 상으로 지향되는 레이저(예를 들어, 섬유 레이저)를 포함하는 광학 조립체를 포함한다. 이러한 시스템은, 구축 표면 상의 레이저 스폿의 현재 위치에 따라 포커스 길이를 동적으로 조정할 수 있는 렌즈(예를 들어, f-쎄타 또는 텔레센트릭 렌즈 조립체, 및/또는 자동 포커스 유닛)와 같은 부가적인 광학 요소를 더 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자는, 이러한 시스템이 적층 제조 프로세스에서의 그 유용성을 제한하는 특정 문제를 갖는다는 것을 이해하였다. 예를 들어, 갈보-기반의 시스템은, 구축 표면을 가로질러 스캐닝하는 각각의 레이저 빔과 연관된 큰 스캐닝 조립체를 이용할 수 있다. 레이저 수의 증가는 시스템의 복잡성의 증가를 초래할 수 있고, 이는 정확도 및 반복가능성의 감소 뿐만 아니라 비용 증가를 초래한다. 결과적으로, 각각의 레이저를 위한 별도의 스캐닝 조립체를 포함하는 시스템은 일반적으로 적은 수의 레이저(예를 들어, 약 4개 이하의 레이저)로 제한되고, 이는 구축 표면에 전달될 수 있는 레이저 파워의 총량을 제한하고, 그에 따라 연관된 적층 제조 프로세스의 처리량(throughput)을 제한한다.
구축 표면을 가로질러 레이저 에너지를 스캔하기 위한 다른 기존의 접근 방식은, 희망 스캐닝 패턴을 달성하기 위해서 하나 이상의 레이저 에너지 공급원을 하나 이상의 방향을 따라 구축 표면에 대해서 물리적으로 이동시키는 갠트리 또는 유사 구조물에 의존할 수 있다. 그러한 시스템은 폐쇄 루프 위치 피드백 제어를 이용할 수 있고, 그에 따라 매우 정확할 수 있다. 또한, 어레이 기반의 광학 시스템을 이용할 때, 많은 레이저 에너지 공급원이 좁은 면적 내에서 서로의 옆에 배치될 수 있고, 갠트리를 이동시키는 것에 의해서 함께 스캔할 수 있다. 따라서, 갠트리-기반의 접근 방식은, 갈보-기반 접근 방식에서 달성할 수 있는 것이 비해서, 높은 위치 정확도 및 반복가능성 뿐만 아니라, 높은 파워 레벨로의 확장성(scalability)을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 본 발명자는, 갠트리-기반의 시스템이 일반적으로 갈보-기반의 시스템에 비해서 느린 스캐닝 속도의 문제를 갖는다는 것을 이해하였다. 예를 들어, 갠트리-기반의 시스템은 초당 몇 미터까지의 스캐닝 속력으로 제한될 수 있는 반면, 갈보-기반의 시스템은 초당 수십 미터까지의 스캐닝 속력을 달성할 수 있다. 결과적으로, 증가된 정확도 및 파워 확장에도 불구하고, 갠트리-기반의 접근 방식에만 의존하는 적층 제조 프로세스의 전체적인 처리량은 느린 스캐닝 속도에 의해서 제한될 수 있다.
전술한 내용을 고려하여, 본 발명자는, 적층 제조 프로세스 중에 빔 조향의 하나 이상의 양태를 수행하도록 구성된 하나 이상의 광학 위상 어레이를 이용하는 적층 제조 시스템과 연관된 많은 이점을 인지 및 이해하였다. 본원에서 사용된 바와 같이, 광학 위상 어레이(OPA)는, 동일 주파수를 가지는 광을 각각 방출하는 1-차원적인 또는 2-차원적인 어레이로 배열된 광 방출기(예를 들어, 레이저 방출기)의 어레이를 지칭한다. 위상 변환기가 각각의 방출기와 연관되고, 각각의 위상 변환기는 그 연관 방출기에 의해서 방출되는 광의 위상을 제어하도록 구성된다. 각각의 방출기로부터 방출되는 광의 위상을 제어하는 것에 의해서, 방출기의 어레이로부터의 광의 중첩에 의해서 형성된 빔은 희망에 따라 구축 표면 상에서 조향 및/또는 성형될 수 있다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 위상 변환기의 그러한 제어는 고주파수로 수행될 수 있고, 그에 따라 OPA는, 방출기의 어떠한 물리적 이동도 필요로 하지 않으면서, 하나 이상의 레이저 빔의 높은 정확도 및 빠른 속력의 스캐닝을 가능하게 할 수 있다.
일부 양태에 따라, OPA으로 달성할 수 있는 빔 조향 속력은 갈보- 또는 갠트리-기반의 접근 방식을 이용하여 달성할 수 있는 것보다 몇 개의 자릿수(orders of magnitude)만큼 더 빠를 수 있고, 이는 일반적으로 더 큰 처리량의 적층 제조 프로세스를 가능하게 할 수 있고, 또한 기존 갈보- 또는 갠트리-기반의 접근 방식을 이용하여 달성할 수 없는 스캐닝 전략을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 레이저 빔은, 열 전달의 동역학 및 분말 베드 내의 용융과 관련된 것보다 훨씬 더 빠른 시간 스케일의 OPA에 의해서 조향될 수 있고, 이러한 방식으로, 레이저 빔은 레이저 에너지의 화상을 구축 표면 상으로 효과적으로 투사할 수 있을 정도로 충분히 빨리 조향될 수 있다. 또한, 레이저 빔은, 빔 형상이 스캐닝되는 동안 계속 수정될 수 있도록, 적층 제조 프로세스 중에 동적으로 성형 또는 달리 제어될 수 있다. 스캐닝 동작 중에 빔의 형상이 가우시안(Gaussian)이 아닌 다른 형상이 되게 제어할 수 있는 이러한 능력은 상이한 용접 형성 모드들에서 유익할 수 있다. 또한, OPA-기반의 빔 조향 시스템은, 피쳐 해상도(feature resolution)의 희생이 없이 많은 수의 구분된 용융체 풀들이 구축 표면 상에서 동시에 형성될 수 있는, 적층 제조 프로세스를 가능하게 할 수 있다. 또한, OPA-기반의 빔 조향 시스템을 이용하여 달성할 수 있는 빠른 스캐닝 속력은 레이저 파워가 구축 표면에 걸쳐 희망하는 대로 분배되게 할 수 있고, 이는 형성되는 부품의 보다 균일한 가열을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, (키홀 다공성 또는 다른 효과와 같은 바람직하지 못한 결함을 유발할 수 있는 것으로서) 하나의 스폿이 너무 큰 레이저 파워에 노출되지 않도록, 빔이 스캔될 수 있다.
OPA-기반 빔 조향 시스템이 빔 성형 뿐만 아니라 신속하고 정확한 스캐닝을 가능하게 할 수 있지만, 특정 적용예에서 OPA-기반의 시스템이 스캔하는 지역이 제한될 수 있다. 그러나, 본 발명자는, 다른 유형의 스캐닝 배열체(arrangement)와 함께 OPA를 이용하는 것과 관련된 이점을 인지 및 이해하였다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 갈보- 또는 갠트리-기반의 시스템을 이용하여 비교적 느린 속력으로 전반적 스캐닝을 수행할 수 있는 한편, OPA는 더 빠른 및/또는 더 미세한 스케일의 빔 스캐닝을 위해서 이용될 수 있다. 하나의 그러한 실시형태에서, 복수의 레이저 공급원이 하나 이상의 광학 위상 어레이와 커플링될 수 있고, 하나 이상의 검류계 조립체를 이용하여, 연관된 OPA의 스캐닝 범위의 크기 스케일보다 큰 크기 스케일로 구축 표면 상에서 결과적인 패턴의 큰 스케일의 스캐닝을 수행할 수 있다.
일부 실시형태에서, OPA로부터 출력된 레이저 빔은 거울 검류계 조립체를 향해서 지향되도록, OPA가 거울 검류계 조립체와 직렬로 배열될 수 있다. OPA에 의해서 이루어진 작은 스케일의 조정이 거울 검류계 조립체에 의해서 이루어진 큰 스케일의 조정과 협력하여, 넓은 지역에 걸친 하나 이상의 레이저 빔의 높은 정확도 및 빠른 속력의 스캐닝을 가능하게 할 수 있다.
거울 검류계 조립체는 구축 표면에 대한 빔의 각도를 조정하도록 구성된 하나 이상의 검류계-장착형 거울을 포함할 수 있다. 검류계(또는 다른 적합한 작동기)의 작동은 연관된 거울의 각도 위치를 조정할 수 있고, 이는 반사되는 빔의 각도 그리고 그에 따라 구축 표면 상의 빔 스폿의 위치를 조정할 수 있다.
일부 실시형태에서, 거울 검류계 조립체는 검류계-장착형 거울의 쌍을 포함한다. 각각의 거울은 구축 표면 상의 레이저 빔 스폿의 위치의 하나 이상의 차원(dimension)을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구축 표면이 수직 x- 및 y-방향에 의해서 설명되는 경우에, 거울 검류계 조립체의 제1 거울은 구축 표면의 x-방향을 따른 레이저 빔 스폿의 위치를 제어하는 것과 연관되고, 거울 검류계 조립체의 제2 거울은 구축 표면의 y-방향을 따른 레이저 빔 스폿의 위치를 제어하는 것과 연관되며, 그에 따라 검류계 조립체는 구축 표면 상의 레이저 빔 스폿의 전체 위치를 제어할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 및 제2 거울의 회전 축들이 수직일 수 있다. 일부 실시형태에서, 거울 검류계 조립체가 부가적인 거울, 작동기, 또는 광학 요소를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 하는데, 이는 개시 내용이 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다.
거울 검류계 조립체의 각각의 거울은 거울을 회전시키도록 구성된 연관 작동기에 동작 가능하게 커플링될 수 있고, 그에 의해서 각각의 차원을 따른 레이저 빔 스폿의 위치를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1 전압을 제1 거울과 연관된 제1 작동기에 인가하는 것은 제1 거울을 제1 각도 방향으로 회전시킬 수 있고, 이는 구축 표면 상에서 레이저 빔 스폿의 위치를 제1 선형 방향으로 조정할 수 있다. 제2 전압을 제1 거울과 연관된 제1 작동기에 인가하는 것은 제1 거울을 제2 각도 방향으로 회전시킬 수 있고, 이는 구축 표면 상에서 레이저 빔 스폿의 위치를 제2 선형 방향으로 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 각도 방향이 제1 각도 방향에 반대일 수 있다. 예를 들어, 제1 각도 방향은 시계 방향일 수 있고, 제2 각도 방향은 반시계 방향일 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 선형 방향이 제1 선형 방향에 반대일 수 있다. 예를 들어, 제1 선형 방향은 양의 x-방향과 연관될 수 있고, 제2 선형 방향은 음의 x-방향과 연관될 수 있다. 유사하게, 제3 전압을 제2 거울과 연관된 제2 작동기에 인가하는 것은 제2 거울을 제2 각도 방향으로 회전시킬 수 있고, 이는 구축 표면 상에서 레이저 빔 스폿의 위치를 제3 선형 방향으로 조정할 수 있다. 제4 전압을 제2 거울과 연관된 제2 작동기에 인가하는 것은 제2 거울을 제4 각도 방향으로 회전시킬 수 있고, 이는 구축 표면 상에서 레이저 빔 스폿의 위치를 제4 선형 방향으로 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제4 각도 방향이 제3 각도 방향에 반대일 수 있다. 예를 들어, 제3 각도 방향은 시계 방향일 수 있고, 제4 각도 방향은 반시계 방향일 수 있다. 일부 실시형태에서, 제4 선형 방향이 제3 선형 방향에 반대일 수 있다. 예를 들어, 제3 선형 방향은 양의 y-방향과 연관될 수 있고, 제4 선형 방향은 음의 y-방향과 연관될 수 있다.
일부 실시형태에서, 구축 표면에 대한 하나 이상의 광학 위상 어레이(OPA)의 위치가 갠트리 조립체에 의해서 제어될 수 있다. 예를 들어, 복수의 레이저 공급원이, 갠트리의 이동 가능 부분 또는 하부의 구축 표면에 대해서 이동될 수 있는 시스템의 다른 부분에 부착된 광학 헤드 내에 배치된 하나 이상의 OPA에 광학적으로 커플링될 수 있는데, 이는 개시 내용이, 하나 이상의 OPA가 구축 표면에 대해서 이동되는 방식과 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 하나 이상의 OPA가 구축 표면에 대해서 이동되는 방식과 관련없이, 하나 이상의 OPA에 의해서 이루어진 작은 스케일의 조정이, 광학 헤드를 구축 표면에 대해서 이동시키기 위해서 이용되는 갠트리 조립체 또는 다른 시스템에 의해서 이루어진 큰 스케일의 조정과 협력할 수 있고, 그에 따라 넓은 지역에 걸친 하나 이상의 레이저 빔의 높은 정확도의 고속 스캐닝을 가능하게 할 수 있다.
갠트리 조립체는 하나 이상의 지지 레일을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 지지 레일들이 수직으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 갠트리 조립체는 구축 표면 위에서 연장되는 (예를 들어, z-축과 정렬된) 4개의 수직 지지 레일, 및 수직 지지 레일들 사이에서 연장되는 (예를 들어, x-축과 정렬된) 수평 지지 레일의 쌍을 포함할 수 있다. (예를 들어, y-축과 정렬된) 최종 수평 지지 레일이 수평 지지 레일들의 쌍 사이에서 연장될 수 있다. 특히, (x-축과 정렬된) 제1 수평 지지 레일은 (z-축과 정렬된) 제1 및 제2 수직 지지 레일들 사이에서 연장될 수 있고, (x-축과 정렬된) 제2 수평 지지 레일은 (z-축과 정렬된) 제3 및 제4 수직 지지 레일들 사이에서 연장될 수 있다. (예를 들어, y-축과 정렬된) 제3 수평 지지 레일이 (x-축과 정렬된) 제1 및 제2 수평 지지 레일들 사이에서 연장될 수 있다.
일부 지지 레일은, 지지 레일들 사이의 병진 운동 부착부를 이용하여 다른 지지 레일에 대해서 병진 운동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 레일의 단부와 제2 지지 레일의 일부 사이의 병진 운동 부착부는 제1 지지 레일의 단부가 제2 지지 레일의 길이를 따라서 병진 운동하게 할 수 있다.
일부 실시형태에서, OPA는 갠트리 조립체에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, OPA는 제1 수평 지지 레일을 따라서 병진 운동하도록 구성될 수 있다. 제1 수평 지지 레일은 하나 이상의 제2 수평 지지 레일을 따라서 병진 운동하도록 구성될 수 있다. 제2 수평 지지 레일은 제1 수평 지지 레일에 수직으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 제1 수평 지지 레일은 구축 표면의 폭과 정렬될 수 있고, 제2 수평 지지 레일은 구축 표면의 길이와 정렬될 수 있다. OPA를 제1 지지 레일을 따라 병진 운동시키는 것에 의해서 그리고 제1 지지 레일을 제2 지지 레일을 따라서 병진 운동시키는 것에 의해서, 구축 표면에 대한 OPA의 위치가 제어될 수 있다.
일부 실시형태에서, 적층 제조 시스템은 OPA에 커플링된 하나 이상의 레이저 에너지 공급원을 포함할 수 있다. OPA는 적층 제조 시스템의 구축 표면(예를 들어, 금속 또는 다른 적합한 재료를 포함하는 분말 베드) 위에 배치될 수 있고, OPA는 하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 그리고 희망 형상 및/또는 패턴의 레이저 에너지가 구축 표면을 따라서 스캔하도록, 그에 따라 구축 표면 상의 재료를 선택적으로 용융 및 융합시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 거울 검류계 조립체가 OPA 이후에 또는 하류에 배치될 수 있고, OPA로부터 출력되는 레이저 에너지의 구축 표면 상의 위치를 더 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 갠트리 조립체는 구축 표면에 대한 OPA의 위치를 제어하도록 구성될 수 있고, OPA로부터 출력된 레이저 에너지의 구축 표면 상의 위치를 더 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, OPA는 분말 베드를 향해서 지향된 방출 표면을 가지는 광섬유의 어레이로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광섬유의 어레이는, 섬유를 희망하는 1-차원적인 또는 2-차원적인 패턴으로 유지하도록 구성 및 배열된 섬유 홀더 내에 고정된 단부를 가질 수 있다. 그러나, 광섬유의 어레이가 분말 베드를 향하지 않는 방향으로 지향된 방출 표면을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 하는데, 이는, 섬유에 의해서 방출되는 광의 방향이 하나 이상의 거울 또는 다른 적절한 광 지향 구성요소의 이용에 의해서 재지향될 수 있음에 따라, 개시 내용이 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 일부 경우에, 각각의 광섬유는 연관된 레이저 에너지 공급원에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원이, 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 광섬유의 어레이에 커플링시키기 위한 분할 구조물에 커플링될 수 있다. 광섬유의 어레이 내의 각각의 광섬유는 연관된 위상 변환기에 커플링될 수 있으나, 광섬유의 어레이에 의해서 방출되는 레이저 에너지가 연관된 위상 변환기에 광학적으로 커플링되는 실시형태가 또한 자유 공간 광학 연결부를 포함할 수 있는데, 이는, 개시 내용이, 레이저 에너지 공급원이 위상 변환기에 커플링되는 방식과 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 일부 실시형태에서, 위상 변환기는, 섬유로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 변화시키기 위한 전기 신호에 응답하여 연관 광섬유의 부분을 연신시키도록 구성 및 배열된 압전 위상 변환기일 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 일부 실시형태에서, 시스템은 어레이 내의 각각의 섬유로부터 방출된 레이저 에너지의 위상을 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서를 더 포함할 수 있고, 이는 OPA에 의해서 형성 및 스캐닝되는 하나 이상의 빔을 제어하기 위해서 이용되는 피드백 제어 시스템에서 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, OPA는 자유-공간 위상 변환기를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 에너지 픽셀의 어레이가 광섬유의 어레이로부터 투사될 수 있다. 레이저 에너지의 어레이는, 하나 이상의 거울, 렌즈, 또는 다른 광학 요소의 이용에 의해서 자유 공간 광학 변환기의 어레이를 향해서 지향, 성형, 및/또는 포커스될 수 있고, 각각의 레이저 에너지 픽셀의 위상은, 위상 변환기를 빠져 나오는 위상-변환된 레이저 에너지 픽셀의 중첩이 희망하는 조향, 성형 및/또는 제어된 하나 이상의 레이저 에너지 빔을 형성하도록, 자유-공간 위상 변환기를 통과할 때, 제어될 수 있다. OPA를 갖는 시스템에 포함될 수 있는 다른 가능한 구성요소를 이하에서 도 8과 관련하여 더 설명한다.
일부 실시형태에서, 하나 이상의 OPA가 반도체 기판 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(예를 들어, 규소 웨이퍼)이 그 위에 형성된 복수의 도파관을 가질 수 있고, 각각의 도파관은 반도체 기판으로부터 광(예를 들어, 레이저 에너지)을 방출하도록 구성 및 배열된 방출기 내에서 종료될 수 있다. 특정 실시형태에 따라, 방출기는 소위 수직 방출기, 예를 들어 광을 반도체 기판에 실질적으로 수직으로 방출하는 그레이팅 방출기(grating emitter), 또는 광을 반도체 기판의 연부의 외부로 방출하도록 구성된 연부 방출기로서 형성될 수 있다. 연부 방출기의 경우에, 일부 실시형태에서, 다수의 연부 방출 구조물이 적층되어 2-차원적인 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 각각의 방출기는 반도체 기판 상에 형성된 연관된 위상 변조 구조물을 가질 수 있고, 위상 변조 구조물은, 각각의 방출기에 의해서 방출된 광의 위상을 제어하도록, 그에 의해서 OPA에 의해서 방출되는 결과적인 빔(들)을 제어할 수 있도록, 제어될 수 있다. 반도체 기판 상에 형성된 도파관은 하나 이상의 광원, 예를 들어 하나 이상의 고-파워 레이저 에너지 공급원에 광학적으로 커플링될 수 있고, 도파관은 광을 반도체 기판을 통해서 방출기에 전송할 수 있다. 일부 경우에, 하나 이상의 분할 구조물이 반도체 기판 상에 형성되어, 반도체 기판에 커플링된 광을 복수의 방출기들 사이에서 분할할 수 있다. 전술한 반도체 구조물이 임의의 적합한 방식으로 제조 및 배열될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 당업계에 알려진 바와 같은 리소그래피 프로세스가 사용될 수 있으나, 전술한 구조물을 제조하기 위한 임의의 적합한 방법이 사용될 수 있는데, 이는 개시 내용이 그러한 것으로 제한되지 않기 때문이다.
일부 경우에, 반도체 기판 상에 형성된 OPA는, (예를 들어, 전송 손실 및/또는 기판을 향한 광의 방출로 인해서) 레이저 에너지가 도파관을 통해서 전송되는 동안 및/또는 레이저 광이 방출기로부터 방출될 때, 바람직하지 못하게 열을 흡수할 수 있다. 그러한 열은, 특히 적층 제조 프로세스에 적합한 레이저 파워 레벨에서, 반도체 구조물의 손상을 초래할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, OPA 구조물이 위에 형성된 반도체 기판이, 반도체 기판 및 OPA 구조물을 능동적으로 냉각하도록 구성될 수 있는 히트 싱크 또는 냉각 판과 같은, 냉각 구조물에 커플링될 수 있다. 예를 들어, OPA 조립체, 또는 OPA 조립체의 일부를 포함하는 기판(예를 들어, 반도체 기판)이 냉각 구조물 상에 장착될 수 있다.
일부 양태에 따라, 본 발명자는, OPA 내의 방출기들의 간격을 제어하는 것이 바람직할 수 있다는 것을 이해하였다. 예를 들어, 그리고 어떠한 특정 이론에 의해서 구속되길 원치 않으면서, 위상화된 어레이의 방출기들이 더 먼 거리만큼 분리될 때 형성될 수 있는 바람직하지 못한 측면 또는 그레이팅 로브(side or grating lobe)를 줄이기 위해서, 인접 방출기들 사이의 간격을 OPA로부터 방출되는 광의 파장의 약 절반이 되도록 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 본 개시 내용에 따른 OPA는 적층 제조 프로세스에서 사용되는 레이저 에너지의 파장을 기반으로 선택된 방출기 간격을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 레이저 에너지는 약 1 마이크로미터의 파장을 가질 수 있고, 그에 따라 OPA는 서로 약 0.5 미크론으로 이격된 방출기들을 갖도록 구성될 수 있다.
특정 실시형태에 따라, OPA의 위상 변환기는, OPA의 각각의 방출기에 의해서 방출되는 광의 위상을 제어하도록 구성된 제어기에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 일부 경우에, 각각의 위상 변환기는, 수백 MHz 내지 몇 GHz의 주파수와 같은, 매우 고주파수에서 동작할 수 있다. 따라서, 제어기는, 위상 변환기를 동작시키기 위해서 그리고 OPA에 의해서 방출되는 하나 이상의 빔을 조향 및/또는 성형하기 위해서, 고주파수의 제어 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 제어기는 위상 변환기에 동작 가능하게 커플링된 하나 이상의 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 구조물을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 반도체 기판 상에 형성된 OPA는, 동일 반도체 기판 상에 형성되고 기판 상에 형성된 인터커넥트를 통해서 OPA의 위상 변환기에 커플링된 하나 이상의 FPGA 구조물을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, OPA 및 제어기는 반도체 기판 상에서 하나의 집적된 소자로서 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 거울 검류계 조립체의 하나 이상의 작동기가 제어기에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단일 제어기가 OPA 및 거울 검류계 조립체 모두를 제어하여 OPA와 연관된 빔 조정 및 거울 검류계 조립체와 연관된 빔 조정을 조율하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 갠트리 조립체의 하나 이상의 작동기가 제어기에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단일 제어기가 OPA 및 갠트리 조립체 조립체 모두를 제어하여 OPA와 연관된 빔 조정 및 갠트리 조립체와 연관된 빔 조정을 조율하도록 구성될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 제어기는 비-일시적 프로세서 판독 가능 메모리에 동작 가능하게 커플링된 하나 이상의 프로세서를 지칭할 수 있고, 이러한 메모리는, 실행될 때 여러 시스템 및 구성요소가 본원에서 개시된 임의의 방법 및 프로세스를 실행하게 하는, 프로세서 실행 가능 명령어를 포함한다. 프로세스가, 희망 동작을 수행하는, 적층 제조 시스템 내의 위치 및/또는 적층 제조 시스템으로부터의 원격의 위치를 포함하는 임의의 적합한 위치에 위치되는 단일 프로세서 또는 다수의 분산형 프로세서에서 실행될 수 있도록, 임의의 수의 프로세서가 사용될 수 있는데, 이는 개시 내용이 이러한 방식으로 제한되지 않기 때문이라는 것을 이해하여야 한다.
도면을 참조하여, 특정의 비제한적인 실시형태를 더 구체적으로 설명한다. 개시 내용이 본원에서 설명된 특정 실시형태만으로 제한되지 않기 때문에, 이러한 실시형태에 대해서 설명된 여러 시스템, 구성요소, 특징, 및 방법이 개별적으로 및/또는 임의의 희망하는 조합으로 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 1은 레이저 에너지 빔(2)을 구축 표면(4)을 따라 조향하도록 구성 및 배열된 OPA 조립체(10)를 포함하는 적층 제조 시스템(1)의 일 실시형태의 개략도이다. 도시된 바와 같이, OPA는 빔을, 40도 이하, 60도 이하, 90도 이하, 120도 이하, 150도 이하, 또는 그 초과일 수 있는, 각도 스캐닝 범위(6) 내에서 지향시키도록 배열될 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, OPA는 OPA 내의 고주파수 위상 변환기의 제어를 통해서 빔을 조향할 수 있고, 그에 따라 구축 표면(4) 상의 빔의 효과적인 스캐닝 속력이 10 m/s 초과, 50 m/s 초과, 100 m/s 초과, 또는 그 초과일 수 있다. 결과적으로, OPA는, 분말 융합 프로세스(예를 들어, 금속 분말의 용융 및 응고)와 관련된 시간 스케일에서 효과적으로 정적인 화상 또는 패턴을 형성하도록, 빔이 스캐닝되게 할 수 있다.
레이저 빔이 분말 베드의 표면을 가로질러 스캐닝할 수 있는 비교적 고속에서, 형성 프로세스는 전자 빔 기반 분말 베드를 기반으로 하는 기계와 다소 유사하게 기능할 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 레이저 빔은, 하나 이상의 상응 용융 전방부(melt front)가 하나 이상의 레이저 빔의 주 이동 방향을 따라서 진행하지 않도록 하는 패턴 및 속력으로 분말 베드를 가로질러 스캔할 수 있다. 그 대신, 그로부터의 용융체는 이차적인 이동 방향을 따라서, 즉 분말 베드를 가로질러 스캐닝하는 하나 이상의 빔에 의해서 생성되는 화상의 이동 방향을 따라서 이동할 수 있다. 이는, 비교적 넓은 지역을 노출시킬 수 있고, 단일 스폿에서 보다 더 많은 파워를 가져오고, 형성되는 부품의 더 균일한 가열을 제공할 수 있다는 점에서, 일반적인 레이저 기반의 시스템에 비해서 유리할 수 있다. 그러나, 분말 베드 표면에 걸친 레이저의 특정 스캐닝 속력을 앞서 언급하였지만, 앞서 주목한 것보다 빠르거나 느린 스캐닝 속력이 고려되는데, 이는 개시 내용이 이러한 방식으로 제한되지 않기 때문이다.
예시된 바와 같이, OPA 조립체(10)는 (예를 들어, 하나 이상의 광학 케이블을 통해서) 하나 이상의 레이저 에너지 공급원(12)에 광학적으로 커플링될 수 있을 뿐만 아니라, 빔(2)을 조향 및/또는 성형하기 위해서 OPA의 위상 변환기를 제어하도록 구성된 제어기(14)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 일부 경우에, 제어기는 OPA의 고주파수 동작 및 제어를 가능하게 하기 위해서 위상 변환기에 커플링된 고속 FPGA를 포함할 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 바와 같은 제어기는 하나 이상의 프로세서, 및 명령어를 저장하는 연관된 비-일시적 프로세서 판독 가능 메모리 또는 다른 매체를 포함할 수 있고, 이러한 명령어는, 하나 이상의 프로세서에 의해서 실행될 때, 본원에서 설명된 시스템 및 구성요소를 제어하여 개시된 방법 및 동작을 수행하게 할 수 있다.
도 2는, 레이저 에너지를 적층 제조 시스템의 구축 표면 상으로 지향시키기 위해서 사용될 수 있는 OPA 조립체(100)의 일 실시형태를 도시한다. 시스템은, 시드 레이저(seed laser)로 지칭될 수 있는 레이저 에너지 공급원(102)을 포함한다. 레이저 에너지는 공급원(102)으로부터 커플러(104)로 전송되고, 커플러는 레이저 에너지를 복수의 광섬유로 분할하고, 광섬유는, 레이저 에너지를, 광섬유를 연신시켜 섬유를 통과하는 레이저 에너지의 위상을 변조하도록 배열된 압전 섬유 위상 변조기 연신기와 같은, 복수의 섬유 위상 변환기(106)에 전송한다. 위상 변환기에 진입하기 전에, 각각의 섬유 내의 또는 상이한 광학 경로를 따라서 전송되는 레이저 에너지는 실질적으로 서로 동일 위상일 수 있고 동일한 파장 또는 파장 범위를 가질 수 있다. 레이저 에너지가 위상 변환기를 통과하면, 변조된(즉, 위상 변환된) 레이저 에너지가 이어서 복수의 증폭기(108)를 통해서 전송되고, 이러한 증폭기는 레이저 에너지의 파워를 희망 파워 레벨(예를 들어, 분말 융합 프로세스에 적합한 파워 레벨)로 증폭하도록 구성된다. 증폭기(108)의 외부로 나오는 광섬유의 단부가 섬유 홀더(110) 내에 수용되고, 섬유 홀더는 섬유 단부들을 배열시켜 1-차원적인 또는 2-차원적인 어레이와 같은 레이저 에너지 방출기의 희망 패턴을 형성하도록 구성 및 배열될 수 있다. 섬유 홀더는 섬유들을 희망 패턴으로 배열하기 위한 임의의 적합한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 판 또는 다른 구조물이, 광섬유를 희망 패턴으로 배열하기 위해서 광섬유가 개별적으로 연결될 수 있는 복수의 정밀 드릴 가공 홀을 포함할 수 있으나, 섬유 홀더의 다른 구성이 또한 사용될 수 있는데, 이는 개시 내용이 그러한 것으로 제한되지 않기 때문이다. 일부 실시형태에서, 섬유는, 일부 적용예에서 방출기 간격을 더 감소시킬 수 있는 다수의 코어를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, OPA 조립체는, 이하에서 주목하는 바와 같이 피드백 제어 시스템에서 이용될 수 있는, 섬유 홀더(110) 내에서 유지되는 광섬유로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하기 위한 위상 검출기(112)를 더 포함할 수 있다. 실시형태에 따라, 피드백 제어는 OPA 조립체의 내부 또는 외부에 위치된 하나 이상의 센서를 이용하여 구현될 수 있는데, 이는 개시 내용이 피드백 제어의 구현 방식과 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 또한, 일부 실시형태에서, 섬유 홀더(110)의 외부로 전송되는 레이저 에너지는, 구축 표면으로 지향되기 전에, 렌즈와 같은 하나 이상의 광학 요소(114)를 통과할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제어기(116)가 레이저 에너지 공급원(102), 위상 변환기(106), 및 위상 검출기에 커플링된다. 이러한 제어는, 섬유 홀더(110)로부터 그리고 광학 요소(114)(포함되는 경우)를 통해서 구축 표면을 향해서 방출되는 레이저 에너지의 희망 형상 및/또는 패턴을 달성하기 위해서 이러한 구성요소의 각각의 동작을 제어할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어기는 검출기(112)로 측정된 위상을 기반으로 각각의 위상 변환기(106)를 통과하는 레이저 에너지의 위상을 제어하기 위해서 능동적 피드백 체계를 이용할 수 있다.
도 3은 OPA 조립체(200)의 다른 실시형태를 도시한다. 전술한 실시형태와 유사하게, OPA 조립체(200)는, 광섬유의 단부들을 레이저 에너지 방출기의 희망 패턴으로, 예를 들어 1-차원적인 또는 2-차원적인 어레이로 유지하도록 구성 및 배열된 섬유 홀더(206)를 포함한다. 그러나, 이러한 실시형태에서, 어레이의 각각의 방출기는, 후속하여 분할되는 단일 레이저 에너지 공급원 대신, 연관된 레이저 에너지 공급원(202)을 갖는다. 특히, OPA 조립체(200)는, 위상 변환기(204)에 그리고 그 후에 섬유 홀더(206)에 커플링되는 복수의 레이저 에너지 공급원(202)을 포함한다. 전술한 실시형태와 유사하게, 위상 검출기(208)가, 피드백 제어 체계에서 이용하기 위해서 섬유 홀더(208)에서 유지되는 방출기로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출할 수 있고, 조립체는 섬유 홀더(206)와 구축 표면 사이에서 하나 이상의 광학 요소(210)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제어기(212)가 레이저 에너지 공급원(202), 위상 변환기(204), 및 위상 검출기(208)에 동작 가능하게 커플링된다.
도 4은 OPA 조립체(300)의 추가적인 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 레이저 에너지 공급원(302)로부터의 레이저 에너지가 분할되고 커플러(304)를 통해서 섬유 홀더(306)에 커플링된다. 전술한 실시형태와 유사하게, 섬유 홀더는 레이저 에너지 방출기의 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 레이저 에너지는 방출기의 어레이로부터 방출될 수 있고, 그 후에 레이저 에너지의 위상을 변조하도록 그리고 레이저 에너지의 결과적인 빔을 조향 및/또는 성형하도록 구성된 복수의 자유-공간 위상 변환기(308)를 통과할 수 있다. 예시된 바와 같이, 위상 변환기는, 섬유 홀더(306)로부터의 레이저 에너지를 위상 변환기(308) 내로 포커스 및/또는 지향시킬 수 있는 렌즈와 같은 광학 요소들(310) 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 이러한 광학 요소는, 자유 공간 위상 변환기(308)를 통한 위상 변환이 발생되기 전에, 섬유 홀더(306)로부터 방출된 레이저 에너지를 성형하여 섬유 홀더로부터 방출되는 인접한 레이저 에너지 파면들(wavefronts) 사이의 간격을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 간격은 레이저 에너지의 파장의 약 절반으로 감소될 수 있고, 이는 전술한 바와 같이 바람직하지 못한 측면 로브를 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 위상 변환기(308)가 제어기(312)에 동작 가능하게 커플링되어 각각의 위상 변환기를 통과하는 레이저 에너지의 위상을 제어할 수 있고, 그에 따라 결과적인 레이저 에너지 빔을 조향 및/또는 성형할 수 있다. 일부 경우에, 하나 이상의 부가적인 광학 요소(310)가 위상 변환기 이후에 배치될 수 있다.
도 5는 적층 제조 시스템에서 사용될 수 있는 OPA 조립체(400)의 또 다른 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에서, OPA는 규소 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 형성된다. 이러한 실시형태에서, 레이저 에너지 공급원(402)으로부터의 레이저 에너지가 반도체 기판(404)에 커플링되고, 레이저 에너지는 기판 상에 형성된 도파관(410)을 통해서 기판(404)에 형성된 복수의 방출기(406)로 전송된다. 예를 들어, 방출기(406)는, 기판의 평면 및/또는 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 레이저 에너지를 방출하도록 구성된 그레이팅 방출기로서 구성될 수 있다. 방출기에 도달하기 전에, 레이저 에너지는 반도체 기판 상에 형성된 복수의 위상 변조기(408)를 통해서 전송될 수 있고, 위상 변조기는 제어기(412)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 일부 경우에, 제어기가 또한 반도체 기판 상에 형성될 수 있고, 그에 따라 OPA 조립체(400)는 하나의 집적된 구성요소로서 형성될 수 있다.
도 6은 광학 위상 어레이를 갖는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 거울 검류계 조립체(500)의 일 실시형태를 도시한다. OPA 조립체(502)로부터 출력된 빔(504)이 거울 검류계 조립체(500)를 향해서 지향될 수 있다. 거울 검류계 조립체(500)의 제1 거울(508)은 제1 작동기(미도시)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 제1 작동기를 작동시키는 것은 제1 거울(508)을 제1 축을 중심으로 회전시킬 수 있고, 그에 따라 구축 표면(506)에 대한 빔(504)의 제1 각도를 조정할 수 있다. 빔(504)이 제1 거울(508)에서 반사된 후에, 이는 제2 거울(510)로 지향될 수 있고, 제2 거울은 제2 작동기(미도시)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 제2 작동기를 작동시키는 것은 제2 거울(510)을 제2 축을 중심으로 회전시킬 수 있고, 그에 따라 구축 표면(506)에 대한 빔(504)의 제2 각도를 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 거울(508) 및 제2 거울(510)이 구축 표면(506) 상에서 빔 스폿의 수직 차원들을 제어하도록, 제1 및 제2 축은 수직일 수 있다. 하나의 빔(504)만이 도면에 도시되어 있지만, 임의의 적합한 배열로 배열된 임의의 적합한 수의 빔들이, OPA 및 거울 검류계 조립체를 특징으로 하는 적층 제조 시스템과 함께 사용될 수 있는데, 이는 개시 내용이 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이라는 것을 이해하여야 한다. 또한, 하나의 OPA 및 연관된 거울 검류계 조립체가 도시되어 있지만, 적층 제조 시스템이, 적층 제조 시스템의 구축 표면에 걸친 개별적인 OPA에 의해서 출력되는 패턴의 큰-스케일의 스캐닝과 협력적으로 이용되는 임의의 적합한 수의 OPA 및 연관된 거울 검류계 조립체를 포함할 수 있다.
OPA 조립체(502)는 (예를 들어, 하나 이상의 광학 케이블을 통해서) 하나 이상의 레이저 에너지 공급원(512)에 광학적으로 커플링될 수 있을 뿐만 아니라, 빔(504)을 조향 및/또는 성형하기 위해서 OPA의 위상 변환기를 제어하도록 구성된 제어기(514)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 제어기(514)는 또한 제1 거울(508) 및 제2 거울(510)과 연관된 작동기에 커플링될 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 일부 경우에, 제어기는 OPA의 고주파수 동작 및 제어를 가능하게 하기 위해서 위상 변환기에 커플링된 고속 FPGA를 포함할 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 바와 같은 제어기는 하나 이상의 프로세서, 및 명령어를 저장하는 연관된 비-일시적 프로세서 판독 가능 메모리 또는 다른 매체를 포함할 수 있고, 이러한 명령어는, 하나 이상의 프로세서에 의해서 실행될 때, 본원에서 설명된 시스템 및 구성요소를 제어하여 개시된 방법 및 동작을 수행하게 할 수 있다.
도 7은 광학 위상 어레이를 갖는 적층 제조 시스템에서 사용하기 위한 갠트리 조립체(600)의 일 실시형태를 도시한다. 패터닝된 빔(604)이 OPA 조립체(602)로부터 출력될 수 있고 구축 표면(606)을 향해서 지향될 수 있다. OPA 조립체(602)는 갠트리 조립체(600)에 커플링될 수 있고, 갠트리 조립체는 구축 표면(606)에 대한 OPA 조립체(602)의 위치를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, OPA 조립체(602)는 제1 수평 지지 레일(608y)을 따라서 병진 운동하도록 구성될 수 있고, 이는 y-축을 따라서 OPA 조립체의 위치를 조정할 수 있다. 제1 수평 지지 레일(608y)은 다시 제2 수평 지지 레일(608x)의 쌍을 따라서 병진 운동하도록 구성될 수 있고, 이는 x-축을 따라 OPA 조립체의 위치를 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 수평 지지 레일(608x)의 쌍은 수직 지지 레일(608z)의 쌍을 따라서 병진 운동하도록 구성될 수 있고, 이는 z-축을 따라 OPA 조립체의 위치를 조정할 수 있다. 하나의 빔(604)만이 도면에 도시되어 있지만, 임의의 적합한 배열로 배열된 임의의 적합한 수의 빔들이, OPA 및 갠트리 조립체를 특징으로 하는 적층 제조 시스템과 함께 사용될 수 있는데, 이는 개시 내용이 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이라는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 복수의 OPA 조립체가 시스템의 이동 가능 부분, 예를 들어 다수의 OPA 조립체를 포함하는 시스템의 광학 헤드 또는 다른 이동 가능 부분 상에 배치되는 실시형태가 이용될 수 있다. 따라서, 복수의 OPA 조립체는, 개별적인 OPA 조립체의 스캐닝 범위보다 큰 크기 스케일로, 시스템의 광학 헤드 또는 다른 이동 가능 부분과 함께 구축 표면에 대해서 이동될 수 있다. 따라서, 현재의 개시 내용이 임의의 특정 수의 OPA 조립체로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.
일부 실시형태에서, 갠트리 조립체(600)는 다수의 지지 레일(608) 및 다수의 병진 운동 부착부(610)를 포함할 수 있다. 지지 레일들(608)은 수직으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 지지 레일들이 x-축, y-축, 또는 z-축과 정렬될 수 있다. 일부 지지 레일(608)은 구축 표면(606)에 대해서 정지되어 유지되도록 구성될 수 있는 반면, 다른 지지 레일(608)은 구축 표면(606)에 대해서 이동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수직 축(예를 들어, 도면에 도시된 z-축)과 정렬된 지지 레일(608z)은 정지되어 유지될 수 있는 반면, 수평 축(예를 들어, 도면에서 도시된 x-축 또는 y-축)과 정렬된 지지 레일(608x 및 608y)은 병진 운동하도록 구성될 수 있다. 병진 운동 부착부(610)는 일부 지지 레일(608)의 다른 지지 레일(608)에 대한 병진 운동을 허용하도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 OPA 조립체(602)는 (예를 들어, 하나 이상의 광학 케이블을 통해서) 하나 이상의 레이저 에너지 공급원(612)에 광학적으로 커플링될 수 있을 뿐만 아니라, 빔(604)을 조향 및/또는 성형하기 위해서 OPA의 위상 변환기를 제어하도록 구성된 제어기(614)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 제어기(614)는 또한 갠트리 조립체(600)와 연관된 작동기, 예를 들어 OPA를 지지 레일에 대해서 이동시키도록 구성된 작동기, 또는 지지 레일을 다른 지지 레일에 대해서 이동시키도록 구성된 작동기에 커플링될 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 일부 경우에, 제어기는 OPA의 고주파수 동작 및 제어를 가능하게 하기 위해서 위상 변환기에 커플링된 고속 FPGA를 포함할 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 바와 같은 제어기는 하나 이상의 프로세서, 및 명령어를 저장하는 연관된 비-일시적 프로세서 판독 가능 메모리 또는 다른 매체를 포함할 수 있고, 이러한 명령어는, 하나 이상의 프로세서에 의해서 실행될 때, 본원에서 설명된 시스템 및 구성요소를 제어하여 개시된 방법 및 동작을 수행하게 할 수 있다.
도 8은 마이크로 렌즈 어레이(704)를 포함하는 적층 제조 시스템(700)의 일 실시형태를 도시한다. 구체적으로, 마이크로 렌즈 어레이가 OPA와 조합되어 충전율(fill factor)을 상당히 증가시킬 수 있다. 충전율의 증가는 더 많은 광이 중앙 로브 내로 진행하는 것과 연관될 수 있다. 도 9의 실시형태에서, 하나 이상의 광섬유(702)가 마이크로 렌즈 어레이(704)에 커플링된다. 마이크로 렌즈 어레이(704) 내의 광학 요소들의 크기, 형상 및 간격을 이용하여, 마이크로 렌즈 어레이(704)의 출력의 간섭(interference)(706)의 양에 영향을 미칠 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(704)를 포함하는 적층 제조 시스템(700)은, 마이크로 렌즈 어레이를 포함하지 않는 적층 제조 시스템에 비해서, 원거리 화상 평면(708)에서의 증가된 충전율과 연관될 수 있다. 희망하는 실시형태에 따라, 마이크로 렌즈 어레이는 OPA와 구축 표면 사이의 시스템의 광학 경로를 따라 OPA의 하류에 위치될 수 있다.
본원에서 설명된 기술의 전술한 실시형태가 임의의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태가 하드웨어, 소프트웨어 또는 그 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 소프트웨어 코드가, 단일 컴퓨터 내에 제공되든지 또는 다수의 컴퓨터 사이에 분산되든지 간에, 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서들의 집합체 상에서 실시될 수 있다. 이러한 프로세서는, CPU 칩, FPGA, GPU 칩, 마이크로프로세서, 마이크로제어기 또는 코-프로세서와 같은 이름으로 당업계에 알려진 상업적으로 이용 가능한 집적 회로 구성요소를 포함하여, 집적 회로 구성요소 내의 하나 이상의 프로세서와 함께, 집적 회로로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 프로세서는 ASIC과 같은 주문형 회로소자, 또는 프로그래머블 로직 소자를 구성하는 것으로부터 초래되는 반-주문형 회로소자로서 구현될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 프로세서는, 상업적으로 이용 가능한, 반-주문형 또는 주문형 커스텀이든 상관없이, 더 큰 회로 또는 반도체 소자의 일부일 수 있다. 특정 예로서, 일부 상업적으로 이용 가능한 마이크로프로세서는 다중 코어를 가지며, 그에 따라 이러한 코어 중 하나 또는 하위 세트가 프로세서를 구성할 수 있다. 그러나, 프로세서는 임의의 적절한 포맷의 회로소자를 이용하여 구현될 수 있다.
본 교시 내용을 여러 가지 실시형태 및 예와 함께 설명하였지만, 본 교시 내용이 그러한 실시형태 또는 예로 제한되지 않을 것이다. 본 개시 내용의 여러 양태가 단독으로, 조합되어, 또는 전술한 실시형태에서 구체적으로 설명되지 않은 다양한 배열로 사용될 수 있고, 그에 따라, 본원의 적용예는 앞서 설명된 또는 도면에 도시된 구성요소 상세 내용 및 배열로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시형태에서 설명된 양태가 다른 실시형태에서 설명된 양태와 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 교시 내용이 여러 가지 대안예, 수정예 및 균등물을 포함한다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 단지 예이다.

Claims (56)

  1. 적층 제조 시스템이며:
    구축 표면;
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원;
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성 및 배열된 광학 위상 어레이로서, 광학 위상 어레이는, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 위상 변환기를 포함하는, 광학 위상 어레이를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    광학 위상 어레이에 동작 가능하게 커플링된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 광학 위상 어레이로 제어하는 것에 의해서 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 에너지 빔의 위치를 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서를 더 포함하고, 프로세서는 적어도 부분적으로 검출된 위상을 기반으로 하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는 하나 이상의 레이저 에너지 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라 스캔하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는, 반도체 기판 상에 형성된 복수의 도파관, 방출기, 및 위상 변환기를 가지는 반도체 기판을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    반도체 기판은 반도체 기판으로부터 열을 제거하도록 구성된 냉각 구조물 상에 장착되는, 적층 제조 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이로 배열되고 기판의 표면에 수직인 방향으로 방출하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    방출기는 반도체 기판의 연부로부터 방출하도록 배열되는, 적층 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이를 형성하도록 적층된 다수의 연부-방출 구조물을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  10. 적층 제조 시스템이며:
    구축 표면;
    복수의 레이저 에너지 공급원;
    복수의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 복수의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성 및 배열된 광학 위상 어레이로서, 광학 위상 어레이는 복수의 위상 변환기를 포함하고, 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각은 복수의 위상 변환기 중 하나 이상에 동작 가능하게 커플링되고, 복수의 위상 변환기는 복수의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성되는, 광학 위상 어레이를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    광학 위상 어레이에 동작 가능하게 커플링된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는, 복수의 레이저 에너지 공급원에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 광학 위상 어레이로 제어하는 것에 의해서 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 에너지 빔의 위치를 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하도록 구성된 복수의 센서를 더 포함하고, 프로세서는, 적어도 부분적으로, 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 검출된 위상을 기반으로 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는 하나 이상의 레이저 에너지 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라 스캔하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는, 반도체 기판 상에 형성된 복수의 도파관, 방출기, 및 위상 변환기를 가지는 반도체 기판을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    반도체 기판은 반도체 기판으로부터 열을 제거하도록 구성된 냉각 구조물 상에 장착되는, 적층 제조 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이로 배열되고 기판의 표면에 수직인 방향으로 방출하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    방출기는 반도체 기판의 연부로부터 방출하도록 배열되는, 적층 제조 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이를 형성하도록 적층된 다수의 연부-방출 구조물을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  19. 적층 제조 방법이며:
    복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 방출하는 단계; 및
    구축 표면을 향해서 지향되는 적어도 하나의 레이저 빔의 위치를 제어하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계는 광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계는 복수의 위상 변환기로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하는 단계 및, 적어도 부분적으로, 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 검출된 위상을 기반으로 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 레이저 빔을 구축 표면을 따라서 스캔하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    적어도 하나의 레이저 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라서 스캔하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 적층 제조 시스템이며:
    구축 표면;
    레이저 에너지를 방출하도록 구성된 하나 이상의 레이저 에너지 공급원;
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링된 광학 위상 어레이로서, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 위상 변환기를 포함하는, 광학 위상 어레이; 및
    하나 이상의 거울을 포함하는 거울 검류계 조립체를 포함하고,
    광학 위상 어레이는 레이저 에너지를 거울 검류계 조립체를 향해서 지향시키도록 구성되고,
    거울 검류계 조립체는 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    광학 위상 어레이 및 거울 검류계 조립체에 동작 가능하게 커플링된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는, 광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 것에 의해서, 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 에너지 빔의 위치를 제어하도록 구성되고, 프로세서는, 거울 검류계 조립체의 하나 이상의 거울의 각도 위치를 제어하는 것에 의해서, 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 에너지 빔의 위치를 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서를 더 포함하고, 프로세서는 적어도 부분적으로 검출된 위상을 기반으로 하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는 하나 이상의 레이저 에너지 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라 스캔하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는, 반도체 기판 상에 형성된 복수의 도파관, 방출기, 및 위상 변환기를 가지는 반도체 기판을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    반도체 기판은 반도체 기판으로부터 열을 제거하도록 구성된 냉각 구조물 상에 장착되는, 적층 제조 시스템.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이로 배열되고 기판의 표면에 수직인 방향으로 방출하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  32. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    방출기는 반도체 기판의 연부로부터 방출하도록 배열되는, 적층 제조 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이를 형성하도록 적층된 다수의 연부-방출 구조물을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  34. 적층 제조 방법이며:
    복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 방출하는 단계;
    구축 표면에 대한 적어도 하나의 레이저 빔의 각도를 제어하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계; 및
    구축 표면에 대한 적어도 하나의 레이저 빔의 각도를 더 제어하기 위해서 하나 이상의 거울의 각도를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계는 광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계는 복수의 위상 변환기로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하는 단계 및, 적어도 부분적으로, 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 검출된 위상을 기반으로 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 레이저 빔을 구축 표면을 따라서 스캔하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    적어도 하나의 레이저 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라서 스캔하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제34항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 거울의 각도를 조정하는 단계는 거울 검류계 조립체의 거울의 쌍의 각도를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  41. 적층 제조 시스템이며:
    구축 표면;
    레이저 에너지를 방출하도록 구성된 하나 이상의 레이저 에너지 공급원;
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 레이저 에너지를 구축 표면을 향해서 지향시키도록 구성된 광학 위상 어레이로서, 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 동작 가능하게 커플링되고 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 위상 변환기를 포함하는, 광학 위상 어레이; 및
    구축 표면에 대한 광학 위상 어레이의 위치를 조정하도록 구성된 갠트리 조립체를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  42. 제41항에 있어서,
    광학 위상 어레이 및 갠트리 조립체에 동작 가능하게 커플링된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는, 광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 것에 의해서, 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 에너지 빔의 위치를 제어하도록 구성되고, 프로세서는, 구축 표면(y)에 대한 광학 위상 어레이의 위치를 제어하는 것에 의해서, 구축 표면을 향해서 지향되는 하나 이상의 레이저 에너지 빔의 위치를 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  43. 제42항에 있어서,
    하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서를 더 포함하고, 프로세서는 적어도 부분적으로 검출된 위상을 기반으로 하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  44. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는 하나 이상의 레이저 에너지 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라 스캔하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  45. 제41항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 위상 어레이는, 반도체 기판 상에 형성된 복수의 도파관, 방출기, 및 위상 변환기를 가지는 반도체 기판을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  46. 제45항에 있어서,
    반도체 기판은 반도체 기판으로부터 열을 제거하도록 구성된 냉각 구조물 상에 장착되는, 적층 제조 시스템.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이로 배열되고 기판의 표면에 수직인 방향으로 방출하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  48. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    방출기는 반도체 기판의 연부로부터 방출하도록 배열되는, 적층 제조 시스템.
  49. 제48항에 있어서,
    방출기는 2-차원적인 어레이를 형성하도록 적층된 다수의 연부-방출 구조물을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  50. 적층 제조 방법이며:
    복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 방출하는 단계;
    구축 표면에 대한 적어도 하나의 레이저 빔의 각도를 제어하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계; 및
    구축 표면에 대한 복수의 레이저 에너지 공급원의 위치를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계는 광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  52. 제51항에 있어서,
    광학 위상 어레이로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계는 복수의 위상 변환기로 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  53. 제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 검출하는 단계 및, 적어도 부분적으로, 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 검출된 위상을 기반으로 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  54. 제50항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 레이저 빔을 구축 표면을 따라서 스캔하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원의 각각에 의해서 방출되는 레이저 에너지의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    적어도 하나의 레이저 빔을 적어도 10 m/s의 속력으로 구축 표면을 따라서 스캔하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  56. 제50항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
    구축 표면에 대한 복수의 레이저 에너지 공급원의 위치를 조정하는 단계는 갠트리 조립체로 구축 표면에 대한 복수의 레이저 에너지 공급원의 위치를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
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