KR20230010225A - 분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 방법이 개시되고, 이러한 방법은: 에너지 빔을 스폿으로서 층의 표면 상으로 투사하는 단계(200); 길이방향으로 표면의 제1 구역을 빔으로 외측 스캐닝하는 단계(202)로서, 스폿이 길이방향으로 오프셋된 제1 루프들을 포함하는 경로를 따라 제1 구역을 횡단하도록 빔이 배향되고, 스폿은 제1 회전 방향으로 각각의 제1 루프를 이동하는, 단계(202); 길이방향으로 표면의 제2 구역을 빔으로 복귀 스캐닝하는 단계(204)로서, 스폿이 길이방향으로 오프셋된 제2 루프들을 포함하는 경로를 따라 제2 구역을 횡단하도록 빔이 배향되고, 스폿은 제1 회전 방향에 반대되는 제2 회전 방향으로 각각의 제2 루프를 이동하는, 단계(204)를 포함한다.

Description

분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 방법
본 발명은 분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 방법, 및 그러한 종류의 방법을 실행하도록 구성된 장치에 관한 것이다.
적층 제조는 서로 중첩되는 분말의 층들을 용융시킴으로써 물체를 생산하는 것으로 구성된다. 이러한 층들은 제조하고자 하는 물체의 상이한 섹션들에 상응한다.
분말 층의 용융을 위해서, 공급원이 에너지 빔을 해당 분말 층의 표면 상으로 투사하여, 내부에서 그러한 용융이 발생되는 스폿(spot)을 형성한다. 이어서, 에너지 빔을 제어하여 표면을 스캔함으로써 해당 용융을 층의 표면 전체에 걸쳐 전파시킨다.
에너지 빔은 통상적으로 길이방향으로 그리고 교번적으로 외측 방향(outward sense) 및 복귀 방향(return sense)으로 표면의 상이한 구역들을 스캔한다.
스폿이 길이방향을 따른 병진 이동으로 완벽하게 직선형인 이동으로 각각의 구역을 이동하지 않고, 길이방향을 따른 병진 이동 및 ("흔들림(wobbling)"으로 알려진) 진동 이동으로 구성된 이동으로 이동하도록, 에너지 공급원을 제어하는 것이 특히 제시되어 있다. 진동 이동은 용융 풀(melt pool)을 확장하는 방식으로 횡방향으로 특히 진동한다.
다양한 진동 이동이 제시되었다.
일반적으로 "원형 모드"로 지칭되는 이들 중 하나는, 스폿이 길이방향으로 서로 오프셋된 루프들을 포함하는 궤적을 따르게 하는 것이다.
도 1은 이러한 종류의 원형 모드를 이용하는 방법의 실행 중에 스폿이 따르는 궤적을 도시한다. 도 1에서, 길이방향은 수평이고, 횡방향은 수직이다. 외측 방향은 좌측으로부터 우측으로 진행하고, 복귀 방향은 우측으로부터 좌측으로 진행한다. 4개의 구분된 구역들 내에 위치된 4개의 연속적인 루프들이 도 1에 도시되어 있다. 4개의 쇄선 화살표가 도시하는 바와 같이, 4개의 구역 중 2개는 외측 방향으로 이동되었고, 다른 2개는 복귀 방향으로 이동되었다. 스폿은 일정한 회전 방향으로 각각의 루프를 이동한다. 회전 방향은 4개의 구역들 각각에서 그리고 특히 각각의 루프에서 동일하다. 결과적으로, 2개의 연속적인 루프들이 머리-꼬리 방식(head-to-tail)으로 위치된다.
본 발명의 목적은 제조 시간의 단축이 없이 적층 제조 중에 에너지 빔에 의해 분말 층에 제공되는 에너지를 보다 균일하게 분배하는 것이다.
이를 위해서, 제1 양태에서, 분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 방법이 제시되고, 이러한 방법은:
- 분말을 용융시키기 위해서, 에너지 빔을 분말 층의 표면 상으로 투사하여 스폿을 형성하는 단계,
- 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향으로 표면의 제1 구역을 에너지 빔 스캐닝하는 단계로서, 제1 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 제1 루프들을 포함하는 궤적에서 제1 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 스폿은 제1 회전 방향으로 각각의 제1 루프를 이동하는, 단계,
- 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향에 반대되는 복귀 방향으로 표면의 제2 구역을 에너지 빔 스캐닝하는 단계로서, 제2 구역은 길이방향 스캐닝 방향에 수직인 횡방향 스캐닝 방향으로 제1 구역에 인접하고, 제2 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 제2 루프들을 포함하는 궤적에서 제2 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 스폿은 제1 회전 방향에 반대되는 제2 회전 방향으로 각각의 제2 루프를 이동하는, 단계를 포함한다.
본 발명자는, 스폿이 이동하는 루프의 비대칭적인 형상으로 인해서, 루프의 정점에서보다 루프의 기부에 더 많은 에너지가 제공된다는 것에 주목하였다. 결과적으로, 2개의 인접한 연속적인 루프들이 도 1에 도시된 바와 같이 머리-꼬리 방식일 때, 층에 제공되는 에너지가 횡방향으로 크게 달라지고: 이러한 에너지는 대면 루프들의 기부들 부근에서 높고 대면 루프들의 정점들 부근에서 낮다.
제1 구역과 제2 구역 사이에서 루프들이 이동하는 방향을 변경하는 것은, 연속적인 제1 루프 및 연속적인 제2 루프가 더 이상 도 1에서와 같은 머리-꼬리 방식이 아니라, 횡방향으로 동일 방향으로 배향될 수 있게 한다. 따라서, 제1 루프의 기부가 제2 루프의 정점에 근접하거나 제1 루프의 정점이 제2 루프의 기부에 근접하고, 이들 모두의 경우에, 횡방향을 따른 에너지 변동을 줄일 수 있다. 이러한 이유로, 에너지의 제공이 더 균질해진다.
또한, 외측 방향으로 제1 구역을 그리고 복귀 방향으로 제2 구역을 스캐닝하는 것은 이러한 2개의 구역들 모두를 신속하게 스캐닝할 수 있게 한다. 이러한 이유로, 제1 양태의 방법에 의해서 제공되는 개선된 균질성은 그 실행 속력을 희생시키지 않는다.
제1 양태에 따른 방법은, 별도로 또는 기술적으로 가능한 조합으로, 이하의 선택적인 특징들을 가질 수 있다.
제1 루프의 적어도 2개 및/또는 제2 루프의 적어도 2개가 바람직하게 교차된다.
제1 루프의 적어도 2개 및/또는 제2 루프의 적어도 2개가 바람직하게 동일한 치수를 갖는다.
연속적인 제2 루프들은 바람직하게 횡방향 스캐닝 방향으로 연속적인 제1 루프들로부터 거리를 두고 위치된다.
루프의 적어도 하나가 바람직하게 100 마이크로미터 내지 2 밀리미터(이들을 포함)의 횡방향 스캐닝 방향으로 측정된 진폭에 걸쳐 연장된다.
에너지 빔은 바람직하게 적어도 1 kHz의 주파수로 횡방향 스캐닝 방향으로 진동한다.
에너지 빔은 바람직하게 레이저 빔 또는 전자 빔이다.
또한, 제2 양태에서, 분말 층으로부터 물체를 적층 제조하기 위한 장치가 제시되고, 이러한 장치는 에너지 공급원을 포함하고, 에너지 공급원은:
- 분말을 용융시키기 위해서, 에너지 빔을 분말 층의 표면 상으로 투사하여 스폿을 형성하도록,
- 에너지 빔이 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향으로 표면의 제1 구역을 스캐닝하도록 명령하는 것으로서, 제1 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 제1 루프들을 포함하는 궤적에서 제1 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 스폿이 제1 회전 방향으로 각각의 제1 루프를 이동하게, 명령하도록,
- 에너지 빔이 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향에 반대되는 복귀 방향으로 표면의 제2 구역을 에너지 빔 스캐닝하도록 명령하는 것으로서, 제2 구역은 길이방향 스캐닝 방향에 수직인 횡방향 스캐닝 방향으로 제1 구역에 인접하고, 제2 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 제2 루프들을 포함하는 궤적에서 제2 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 에너지 빔이 제1 회전 방향에 반대되는 제2 회전 방향으로 각각의 제2 루프를 이동하게, 명령하도록 구성된다.
본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은, 첨부 도면을 참조하여 읽어야 하는, 이하의 순전히 예시적이고 비제한적인 설명으로부터 나타날 것이다.
도 1은 이미 설명되었고, 종래 기술의 방법을 이용하여 표면에 에너지 빔을 투사하는 것으로부터 초래된 스폿이 따르는 궤적을 도시한다.
도 2는 제1 실시형태의 적층 제조 장치의 개략도이다.
도 3은 도 2에 이미 도시된 적층 제조 장치의 사시도이다.
도 4는 제2 실시형태의 적층 제조 장치의 사시도이다.
도 5는 제1 실시형태의 적층 제조 방법의 단계의 흐름도이다.
도 6은 도 4과 관련된 방법의 실행 중에 에너지 빔을 표면 상에 투사하는 것으로부터 초래된 스폿이 따르는 궤적을 도시한다.
모든 도면에서, 유사 요소는 동일한 참조 부호를 갖는다.
적층 제조 장치
도 2 및 도 3을 참조하면, 적층 제조 장치가 제1 실시형태의 에너지 공급원(1) 및 지지부(140)를 포함한다.
지지부(140)는 2개의 방향(길이방향 및 길이방향에 수직인 횡방향)으로 연장되는, 일반적으로 평면인, 자유 표면을 갖는다. 이하에서 그리고 관례적으로 X는 길이방향을 나타내고 Y는 횡방향을 나타낸다.
지지부(140)의 자유 표면의 기능은, 분말 층(150) 또는 서로 적층된 복수의 층(150)을 위한 지지 표면(140)으로서의 역할을 하는 것이다.
일반적으로, 에너지 공급원(1)은 에너지 빔을 지지부(140)를 향해서 투사하도록 구성된다. 분말 층(150)이 지지부(140) 상에 침착될 때, 이러한 에너지 빔은 이러한 층(150)의 상부 표면 상으로 투사되어 스폿을 형성한다.
에너지 공급원(1)은 특히 에너지 빔을 생성하도록 구성된 생성기(110)를 포함한다. 생성기(110)는 예를 들어 레이저 공급원이고; 이어서 생성된 빔은 광자를 포함하는 레이저 빔, 또는 다시 말해서 광 빔이다. 대안적으로, 생성기(110)는 EBM(Electron Beam Melting) 유형, 즉 전자의 빔을 생성하도록 구성된 유형이다. 이하에서, 레이저 빔의 상황은 비제한적인 상황이다.
에너지 공급원(1)은 광 빔의 포커싱을 조정하도록 구성된 포커싱 장치를 더 포함한다. 그에 따라, 이러한 포커싱 장치는, 빔이 지지부(140) 상에 침착된 분말 층(150)의 상부 표면 상으로 투사되는 형태의 스폿의 크기를 변경할 수 있게 한다.
포커싱 장치는 예를 들어 포커싱 요소(1102), 및 렌즈의 광학 축에 평행하게 포커싱 요소에 대해서 병진 이동으로 이동될 수 있는 포커싱 렌즈(1101)를 포함한다. 포커싱 렌즈(1101)는 빔 생성기(110)의 하류에 배열된다. 이하에서, "상류" 및 "하류"라는 용어는 생성기(110)로부터 지지부(140)까지의 광학 경로 상의 에너지 빔의 전파 방향을 암시적으로 지칭한다.
포커싱 장치는 포커싱 렌즈(1101)를 포커싱 요소(1102)에 대해서 이동시키기 위한 작동기를 포함한다.
에너지 공급원(1)은, 빔이 투사되는 스폿이 지지부(140)에 대해서, 층(150)의 표면 위에서, 길이방향 및 횡방향으로 이동될 있게 에너지 빔을 배향시키도록 구성된 스캐닝 장치(130)를 더 포함한다.
스캐닝 장치(130)는 포커싱 장치의 하류에 배열된다.
스캐닝 장치(130)는 예를 들어 제1 회전 축(133)을 중심으로 지지부(140)에 대해서 회전 이동될 수 있는 제1 스캐닝 거울(131), 및 제1 회전 축과 상이한 제2 회전 축(134)을 중심으로 지지부(140)에 대해서 회전 이동될 수 있는 제2 스캐닝 거울(132)을 포함한다. 예를 들어, 제1 회전 축(133)은 길이방향이고 제2 회전 축(134)은 횡방향이다. 생성기(110)로부터 오는 에너지 빔이, 지지부(140)를 향해서 재지향되기 전에, 순차적으로 2개의 스캐닝 거울에서 반사되도록, 2개의 스캐닝 거울(131, 132) 중 하나가 다른 스캐닝 거울의 하류에 배열된다.
대안적으로, 스캐닝 장치(130)는 제1 회전 축(133)을 중심으로 그리고 제2 회전 축(134)을 중심으로 지지부(140)에 대해서 회전 이동할 수 있는 하나의 스캐닝 거울을 포함한다. 이러한 경우에, 이러한 하나의 스캐닝 거울은, 생성기(110)로부터의 에너지 빔이 지지부(140)를 향해서 재지향되기 전에 이러한 스캐닝 거울에서 반사되도록, 배열된다.
스캐닝 장치(130)는 (사용되는 각각의 스캐닝 거울을 위한) 적어도 하나의 작동기를 더 포함한다. 각각의 작동기의 기능은 스캐닝 거울을 스캐닝 각도의 범위에 걸쳐 회전 이동시키는 것이다.
스캐닝 각도의 범위는, 예를 들어, 스폿이 층(150)의 표면의 전체 또는 적어도 그 대부분을 커버할 수 있도록, 구성된다.
주어진 스캐닝 장치의 구성에서, 생성기(110)로부터 방출되는 빔의 중앙 축은 특정 지점에서 지지부(140)의 표면과 교차한다. 따라서, 해당 지점의 좌표(x, y)와 스캐닝 거울(131, 132)의 각도 위치 사이에는 수학적 관계가 존재한다.
스캐닝 장치(130)는 특히 길이방향 스캐닝 방향으로, 외측 방향으로 그리고 외측 방향에 반대되는 복귀 방향으로 분말 층(150)의 표면 상으로 투사되는 스폿의 병진 이동을 유도하도록 구성되고, 이를 위해서, 대안적으로, 길이방향 스캐닝 방향은 지지부(140)의 길이방향 및 횡방향과 독립적으로 선택된다.
제1 실시형태에서, 에너지 공급원(1)은 진동 장치(120)를 더 포함하고, 이러한 진동 장치는 생성기(110)로부터 나오는 에너지 빔의 진동을 유발하도록 그리고 결과적으로 또한 스폿의 진동을 유발하도록 구성되고, 여기에서 에너지 빔은 지지부(140) 상에 침착된 분말 층(150)의 표면에 걸쳐 적어도 하나의 진동 방향으로 투사된다.
진동 장치(120)는 예를 들어 2개의 상이한 진동 축들(122, 123)을 중심으로 지지부(140)에 대해서 회전 이동될 수 있는 진동 거울을 포함한다.
진동 장치(120)는 주어진 고정된 또는 가변적인 주파수의 진동 거울의 진동을 유발하도록 구성된 작동기를 더 포함한다.
진동 장치(120)의 작동기는, 각각의 스캐닝 거울(131, 132)이 축(133, 134)을 중심으로 회전 이동될 수 있는 스캐닝 각도의 범위보다 작은 2개의 진동 각도의 범위에 걸쳐 진동 축(122, 123)을 중심으로 진동 거울을 진동시키도록 구성된다. 진동 장치(120)에 의해서 이용되는 진동 각도의 범위는 투사된 스폿이 100 마이크로미터 내지 2 밀리미터(이들을 포함)의 진폭에 걸쳐 진동될 수 있도록 구성된다.
스캐닝 장치(130) 및 진동 장치(120)가 협력하도록, 그에 따라 스폿이 스캐닝 장치(130)에 의해서 유도된 병진 이동 및 진동 장치(120)에 의해서 유도된 진동 이동으로 구성된 이동으로 지지부(140) 상에 침착된 분말 층(150)의 표면 위에서 이동할 수 있도록, 구성된다. 다시 말해서, 진동 이동은 스캐닝 장치(130)에 의해서 유도되는 병진 이동을 변경한다.
진동 장치(120)는 스캐닝 장치(130)의 상류에 배열된다. 다시 말해서, 생성기(110)로부터의 에너지 빔은, 스캐닝 장치(130)에 도달하기 전에, 진동 거울에서 반사된다.
진동 장치(120)는 예를 들어 포커싱 장치의 하류에 배열된다.
레이저 공급원(110), 변경 장치(120) 및 스캐닝 장치(130)는, 예를 들어, 1000 cm2/분 초과, 예를 들어 2000 cm2/분 초과, 예를 들어 4000 cm2/분 초과, 예를 들어 15000 cm2/분 미만, 예를 들어 10000 cm2/분 미만, 예를 들어 약 6000 cm2/분인, 표면 용융 속도, 다시 말해서 단위 시간당 레이저 스폿에 의해서 커버되는 분말 층(150)의 표면적이 가능하도록 하는 방식으로 배열된다.
변경 장치(120) 및 스캐닝 장치(130)는 예를 들어 0.5 내지 10 m/s(이들을 포함), 예를 들어 1 내지 5 m/s(이들을 포함), 예를 들어 1 또는 2 m/s의 스폿 이동 속도를 가능하게 하도록 구성된다.
에너지 공급원(1)은 또한 포커싱 장치, 스캐닝 장치(130) 및 진동 장치(120)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(미도시)을 포함한다. 이러한 제어 유닛은 특히 이러한 여러 장치의 각각의 작동기를 제어하도록 구성된다.
제어 유닛은 메모리를 포함할 수 있거나 메모리에 커플링될 수 있고, 이러한 메모리는 지지부(140)의 자유 표면의 평면 내의 상이한 좌표(x, y)의 쌍에 대해서 미리 계산된 포커싱 매개변수의 값에 관한 표를 저장한다. 따라서, 스폿이 지지부의 표면 상에서 좌표(x, y)를 갖는 지점에 센터링될 때, 제어 유닛은, 미리 계산된 값의 표에서, 이러한 쌍과 연관된 포커싱 매개변수 값을 이용하여 포커싱 장치를 제어하도록 구성된다.
에너지 공급원(1)의 제2 실시형태가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 제2 실시형태는, 진동 장치(120)를 포함하지 않는다는 점에서, 제1 실시형태와 상이하다. 다른 한편으로, 제2 실시형태에서, 장치(130)는, 그 자체적으로, 스폿이 스캐닝 장치(130)에 의해서 유도된 병진 이동 및 진동 장치(120)(이러한 제2 실시형태에서 존재하는 경우)에 의해서 유도될 수 있는 진동 이동으로 구성된 이동으로 지지부(140) 상에 침착된 분말 층(150)의 표면 위에서 이동할 수 있도록, 구성된다. 이는, 스캐닝 거울 또는 거울들이 진동하게 함으로써 이루어질 수 있다.
적층 제조 방법
도 4을 참조하면, 전술한 장치를 이용한 적층 제조 방법이 이하의 단계를 포함한다.
적어도 하나의 분말 층(150)이 도 1에 도시된 바와 같이 지지부(140) 상에 침착된다. 분말 층(150)은 지지부(140)의 길이방향 및 횡방향으로 연장되는 자유 표면을 갖는다.
분말의 입자는 예를 들어 10 내지 100 ㎛(이들을 포함), 예를 들어 20 내지 60 ㎛, 예를 들어 40 ㎛의 입자 크기를 갖는다.
각각의 분말 층(150)의 재료는 예를 들어 0.5 내지 10 J/mm2(이들을 포함), 예를 들어 1 내지 5 J/mm2(이들을 포함), 예를 들어 2 J/mm2의 유량(fluence)을 갖는다.
상기 또는 각각의 분말 층(150)의 재료는 티타늄 및/또는 알루미늄 및/또는 인코넬 및/또는 스테인리스 강 및/또는 마레이징 강을 포함할 수 있다. 상기 또는 각각의 분말 층(150)의 재료는 티타늄 및/또는 알루미늄 및/또는 인코넬 및/또는 스테인리스 강 및/또는 마레이징 강으로 구성될 수 있다.
생성기(110)가 활성화되어 에너지 빔을 방출한다. 이러한 에너지 빔은, 스폿의 형태로 분말 층(150)의 자유 표면 상으로 투사되기(단계(200)) 전에, 포커싱 장치, 진동 장치(120)(에너지 공급원(1) 내에 존재하는 경우), 및 스캐닝 장치(130)를 통과한다. 그에 따라, 분말 층(150)은 이러한 스폿의 레벨에서 그 입자의 용융을 유발하는 지점까지 가열된다.
포커싱 장치는 또한, 이러한 스폿의 크기를 줄이고 그에 따라 에너지 빔이 전달하는 에너지를 더 집중시키기 위해서, 빔의 포커싱을 조정한다.
스폿이 표면의 제1 구역 위에서, 외측 방향으로, 길이방향 스캐닝 방향으로 병진 이동되도록, 스캐닝 장치(130)가 빔을 배향시킨다. 이러한 병진 이동은 도 6에서 쇄선 화살표에 의해서 도시되어 있다(단계(202)).
단계(202) 중에, 스캐닝 장치(130) 또는 진동 장치(120)는 빔이 진동되게 하고, 그에 따라 이러한 병진 이동이 진동 이동에 의해서 변경되게 한다. 이러한 진동 이동은 길이방향 스캐닝 방향에 수직인 횡방향 스캐닝 방향의 횡방향 진동 성분 및 길이방향 스캐닝 방향의 길이방향 진동 성분을 포함한다. 다시 말해서, 이러한 진동 이동은, 분말 층(150)의 표면 위에서 횡방향 스캐닝 방향 뿐만 아니라 길이방향 스캐닝 방향으로 이러한 스폿의 진동을 생성한다.
공급원(1)이 제1 실시형태를 따를 때, 진동 이동은 진동 장치(120)에 의해서 유도된다. 공급원(1)이 제2 실시형태를 따를 때, 진동 이동은 스캐닝 장치(130)에 의해서 유도된다.
2개의 진동 성분은 바람직하게 동일 주파수로 진동한다. 이어서, 2개의 성분이 정현파 형상인 경우, 진동 이동은 타원체일 수 있다.
외측 방향을 따른 이러한 진동 이동 및 병진 이동의 조합으로 인해서, 제1 구역에서, 스폿은 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 연속적인 제1 루프들을 포함하는 궤적을 따른다.
각각의 루프는 노드(node)를 가지며, 이러한 노드는 스폿이 2번 통과하는 지점이다. 각각의 루프는 또한 상류 부분, 머리핀-형상의 중간 부분, 및 하류 부분을 포함한다. 스폿은: 상류 부분, 노드, 머리핀-형상의 중간 부분, 다시 노드, 그리고 최종적으로 하류 부분의 순서로, 루프의 여러 부분을 이동한다. 이러한 하류 부분은 다음 루프의 상류 부분에 연결된다. 루프의 이동에서, 스폿은 항상 제1 회전 방향으로 지칭되는 동일 회전 방향으로 루프의 중앙 지점을 중심으로 선회한다.
각각의 루프는 그 상류 부분, 그 하류 부분 및 노드에 의해서 형성된 기부를 포함한다. 각각의 루프는 그 중간 부분에 의해서 형성된 정점을 포함한다. 이러한 비대칭적인 형상으로 인해서, 빔에 의해서 (특히 노드에 근접한) 루프의 기부에 제공되는 에너지의 양은 해당 루프의 정점에서 제공되는 에너지의 양보다 많다.
도 5에서, 길이방향 스캐닝 방향은 수평이고, 외측 방향은 좌측으로부터 우측으로 진행하고, 제1 회전 방향은 반시계 회전 방향이다. 그에 따라, 제1 루프의 각각의 기부는 그러한 제1 루프의 정점 아래에 위치된다.
진동 이동의 2개의 성분이 동일한 진폭을 가지는 경우에, 진동 이동은 원형이 된다. 결과적으로, 각각의 제1 루프는, 보다 원형을 향하는 경향이 있는 형태를 갖는다.
적어도 하나의 제1 루프가 바람직하게 100 마이크로미터 내지 2 밀리미터(이들을 포함)의 횡방향 스캐닝 방향으로 측정된 높이에 걸쳐 연장된다. 이러한 높이는 진동 이동의 횡방향 성분의 진폭에 상응한다.
또한, (에너지 공급원(1)의 제2 실시형태에서의) 스캐닝 장치(130) 또는 (에너지 공급원(1)의 제1 실시형태에서의) 진동 장치(120)가 스폿을 적어도 1 kHz의 주파수로 횡방향으로 진동시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 주파수는 일반적으로, 에너지 빔이 레이저 빔일 때, 1 kHz 내지 10 kHz(이들을 포함)이고, 에너지 빔이 전자 빔일 때 1 kHz 내지 100 kHz(이들을 포함)이다.
스폿이 제1 회전 방향으로 제1 루프 모두를 이동한다.
제1 루프 모두는 바람직하게 동일한 치수(횡방향으로 측정된 그 기부와 그 정점 사이의 동일 높이, 및/또는 길이방향으로 측정된 동일 폭)를 갖는다.
제1 루프의 적어도 2개가 교차되고, 다시 말해서 현재의 제1 루프가 적어도 2개의 교차 지점에서 선행 루프와 교차된다. 모든 제1 루프가 바람직하게 2개씩 교차한다.
연속적인 제1 루프들은 길이방향 스캐닝 방향으로 특정 길이에 걸쳐 그리고 횡방향 스캐닝 방향으로 특정 폭에 걸쳐 연장된다.
이어서, 스캐닝 장치(130)는 스폿을 횡방향 스캐닝 방향으로, 예를 들어 병진 이동으로 이동시키도록, 그에 따라 스폿이 제1 구역에 인접한(예를 들어, 도 5에 도시된 상황에서 제1 구역 위의) 제2 구역에 도달하도록 에너지 빔을 배향시킨다.
이어서, 스폿이 제2 구역 위에서 길이방향 스캐닝 방향으로, 그러나 이때 외측 방향에 반대되는 복귀 방향으로 병진 이동으로 이동되도록(단계(204)), 스캐닝 장치(130)가 빔을 배향시킨다.
단계(204) 중에, 스캐닝 장치(130) 또는 진동 장치(120)는 빔이 진동하게 하고, 그에 따라 이러한 병진 이동이 진동 이동에 의해서 변경되게 하고, 그에 따라 제2 구역에서 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 연속적인 제2 루프들을 포함하는 궤적을 따르게 한다. 이때, 스폿은 제2 회전 방향으로 제1 루프 모두를 이동한다.
단계(202)에서와 같이, 진동 이동은, 공급원(1)이 제1 실시형태를 따를 때 진동 장치(120)에 의해서 유도되고, 공급원(1)이 제2 실시형태를 따를 때 스캐닝 장치(130)에 의해서 유도된다. 제2 회전 방향은 제1 회전 방향에 반대이다. 루프가 이동되는 방향의 이러한 변화는 일반적으로, 빔을 진동시키기 위해서 사용되는 진동 매개변수에 작용하는 것에 의해서, 얻어진다.
도 5에서, 복귀 방향은 우측으로부터 좌측으로 진행하고, 제2 루프 위의 스폿의 제2 회전 방향은 시계 방향 회전 방향이다. 따라서, 이로부터, 이미 전술한 제1 루프의 경우에서와 같이, 제2 루프의 각각의 기부는 동일 제2 루프의 정점 아래에 위치된다. 결과적으로, 에너지 빔에 의해서 분말 층(150) 상으로 전달되는 에너지는 제1 구역 및 제2 구역의 조합에 걸쳐 더 균질한 방식으로 분배된다.
적어도 하나의 제2 루프가 바람직하게 100 마이크로미터 내지 2 밀리미터(이들을 포함)의 횡방향 스캐닝 방향으로 측정된 높이에 걸쳐 연장된다. 이러한 높이는 진동 이동의 횡방향 성분의 진폭에 상응한다.
또한, 공급원(1)이 스폿을 제2 구역 내에서 적어도 1 kHz의 주파수로 횡방향 스캐닝 방향으로 진동시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 주파수는 일반적으로, 에너지 빔이 레이저 빔일 때, 1 kHz 내지 10 kHz(이들을 포함)이고, 에너지 빔이 전자 빔일 때 1 kHz 내지 100 kHz이다.
제2 루프 모두는 바람직하게 동일한 치수(횡방향 스캐닝 방향으로 측정된 그 기부와 그 정점 사이의 동일 높이, 및/또는 길이방향 스캐닝 방향으로 측정된 동일 폭)를 갖는다.
제2 루프의 적어도 2개가 교차된다. 모든 제2 루프가 바람직하게 2개씩 교차한다.
연속적인 제2 루프들은 (도 5에 도시된 바와 같이) 연속적인 제1 루프들로부터 거리를 두고 위치된다. 대안적으로, 적어도 하나의 제2 루프가 제1 루프와 교차한다.
전술한 단계, 특히 단계(202) 및 단계(204)가 교번적으로 반복된다. 그러한 방식으로, 횡방향 스캐닝 방향으로 서로 인접한 더 많은 수의 구역들을 커버할 수 있다(4개의 구역이 도 5에 도시되어 있다).

Claims (8)

  1. 분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 방법이며:
    ㆍ 분말을 용융시키기 위해서, 에너지 빔을 분말 층의 표면 상으로 투사하여 스폿을 형성하는 단계(200),
    ㆍ 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향으로 표면의 제1 구역을 에너지 빔 스캐닝하는 단계(202)로서, 제1 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로에 대해 오프셋된 제1 루프를 포함하는 궤적에서 제1 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 스폿은 제1 회전 방향으로 각각의 제1 루프를 이동하는, 단계(202),
    ㆍ 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향에 반대되는 복귀 방향으로 표면의 제2 구역을 에너지 빔 스캐닝하는 단계(204)로서, 제2 구역은 길이방향 스캐닝 방향에 수직인 횡방향 스캐닝 방향으로 제1 구역에 인접하고, 제2 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 제2 루프를 포함하는 궤적에서 제2 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 스폿은 제1 회전 방향에 반대되는 제2 회전 방향으로 각각의 제2 루프를 이동하는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 루프의 적어도 2개 및/또는 제2 루프의 적어도 2개가 교차되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 루프의 적어도 2개 및/또는 제2 루프의 적어도 2개가 동일 치수를 가지는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속적인 제2 루프는 횡방향 스캐닝 방향으로 연속적인 제1 루프로부터 거리를 두고 위치되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    루프 중 적어도 하나가 100 마이크로미터 내지 2 밀리미터(이들을 포함)의 횡방향 스캐닝 방향으로 측정된 진폭에 걸쳐 연장되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 빔은 적어도 1 kHz의 주파수로 횡방향 스캐닝 방향으로 진동하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 빔은 레이저 빔 또는 전자 빔인, 방법.
  8. 분말 층으로부터 물체를 적층 제조하는 장치이며, 장치는 분말을 용융시키기 위해서 에너지 빔을 스폿의 형태로 분말 층의 표면 상으로 투사하도록 구성된 에너지 공급원을 포함하고, 에너지 공급원은 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은:
    ㆍ 에너지 빔이 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향으로 표면의 제1 구역을 스캐닝하도록 명령하는 것으로서, 제1 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로에 대해 오프셋된 제1 루프를 포함하는 궤적에서 제1 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 스폿이 제1 회전 방향으로 각각의 제1 루프를 이동하게, 명령하도록,
    ㆍ 에너지 빔이 길이방향 스캐닝 방향 및 외측 방향에 반대되는 복귀 방향으로 표면의 제2 구역을 스캐닝하도록 명령하는 것으로서, 제2 구역은 길이방향 스캐닝 방향에 수직인 횡방향 스캐닝 방향으로 제1 구역에 인접하고, 제2 구역의 스캐닝 중에, 스폿이 길이방향 스캐닝 방향으로 서로 오프셋된 제2 루프를 포함하는 궤적에서 제2 구역을 이동하도록 에너지 빔이 배향되고, 에너지 빔이 제1 회전 방향에 반대되는 제2 회전 방향으로 각각의 제2 루프를 이동하게, 명령하도록 구성되는, 장치.
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