KR20230037596A - 적층 제조에서의 광학 줌 - Google Patents

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KR20230037596A
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대덜첸 마이클 본
라그하브 아가르왈
홍큉 선
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벌컨폼즈 아이엔씨.
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Abstract

적층 제조 시스템에서 광학 조립체 및 그 사용 방법이 설명된다. 몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 빌드 표면, 빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 생성하도록 구성된 복수의 레이저 에너지 소스, 및 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 제어하도록 구성된 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 광학 조립체는 복수의 렌즈 어레이로서, 복수의 렌즈 어레이는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하도록 구성되는, 복수의 렌즈 어레이, 및 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 렌즈는 또한 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하도록 구성될 수도 있다.

Description

적층 제조에서의 광학 줌
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 개시내용이 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 2020년 7월 8일 출원된 미국 가출원 제63/049,353호의 35 U.S.C.§119(e) 하에서 우선권의 이익을 청구한다.
분야
개시된 실시예는 적층 제조(additive manufacturing)를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
분말 베드 융합 프로세스(Powder bed fusion processes)는, 적층(layer-by-layer) 프로세스에서 재료를 선택적으로 결합함으로써 3차원 형상이 형성되는 적층 제조 프로세스의 예이다. 금속 분말 베드 융합 프로세스에서, 하나 이상의 레이저 빔이 금속 분말의 얇은 층 위로 스캐닝된다. 전달된 에너지가 금속 분말의 입자를 용융시키기에 충분한 체제에 레이저 출력, 레이저 스폿 크기 및/또는 레이저 스캐닝 속도와 같은 다양한 레이저 파라미터가 있으면, 하나 이상의 용융 풀(melt pools)이 빌드 표면(build surface) 상에 설정될 수도 있다. 레이저 빔은 응고된 용융 풀 트랙이 3차원 인쇄 부품의 2차원 슬라이스에 대응하는 형상을 생성하도록 미리 정의된 궤적을 따라 스캐닝된다. 층의 완성 후, 분말 표면이 정의된 거리만큼 인덱싱되고(indexed), 다음 분말 층이 빌드 표면 상에 확산되고, 레이저 스캐닝 프로세스가 반복된다. 다수의 용례에서, 층 두께와 레이저 출력 밀도는 하위 층의 부분적 재용융 및 연속 층들의 융합을 제공하도록 설정될 수도 있다. 층 인덱싱 및 스캐닝은 원하는 3차원 형상이 제조될 때까지 다수 회 반복된다.
몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 빌드 표면, 빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 형성하기 위해 복수의 레이저를 생성하도록 구성된 복수의 레이저 에너지 소스, 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하도록 구성되는 복수의 렌즈 어레이, 및 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하도록 구성되는 적어도 하나의 렌즈를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 빌드 표면, 빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 생성하도록 구성된 복수의 레이저 에너지 소스, 및 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 제어하도록 구성된 광학 조립체를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템에서 복수의 레이저 빔을 제어하는 방법은 빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 형성하기 위해 복수의 레이저 빔을 방출하는 단계, 복수의 레이저 스폿의 각각의 스폿 크기를 독립적으로 조정하는 단계, 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 조정하는 단계를 포함한다.
상기 개념, 및 이하에 설명되는 부가의 개념은, 본 개시내용이 이 관점에서 한정되는 것은 아니기 때문에, 임의의 적합한 조합으로 배열될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 개시내용의 다른 장점 및 신규 특징은 첨부 도면과 함께 고려될 때 다양한 비한정적인 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
첨부 도면은 실제 축척대로 도시되도록 의도되지 않았다. 도면에서, 다양한 도면에 도시되어 있는 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 유사한 도면 부호에 의해 표현되어 있을 수도 있다. 명확성을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에서 도면 부호 표기되어 있지는 않을 수도 있다. 도면에서:
도 1은 적층 제조 시스템의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 2는 적층 제조 시스템의 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 3a는 상이한 레이저 빔 단면을 강조하여, 도 2의 광학 조립체를 도시하고 있다.
도 3b는 도 3a에 나타낸 단면 3B-3B에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격을 도시하고 있다.
도 3c는 도 3a에 나타낸 단면 3C-3C에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격을 도시하고 있다.
도 3d는 도 3a에 나타낸 단면 3D-3D에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격을 도시하고 있다.
도 3e는 선형 어레이의 레이저 빔의 일 실시예의 단면을 도시하고 있다.
도 3f는 직사각형 어레이의 레이저 빔의 일 실시예의 단면을 도시하고 있다.
도 3g는 엇갈린 어레이의 레이저 빔의 일 실시예의 단면을 도시하고 있다.
도 4는 광학 장치의 연속적인 조정을 갖는 마이크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 5a는 제1 배열의 광학 장치를 갖는 마이크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 5b는 제2 배열의 광학 장치를 갖는 마이크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 5c는 제3 배열의 광학 장치를 갖는 마이크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 6은 매크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 7은 광학 장치의 연속적인 조정을 갖는 매크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 8은 광학 장치의 이산 조정을 갖는 매크로 광학 조립체의 일 실시예를 도시하고 있다.
분말 베드 융합 프로세스와 같은 몇몇 적층 제조 프로세스에서, 다수의 상이한 인쇄 파라미터를 제어하는 능력과 연관된 이익이 있을 수도 있다. 예를 들어, 종종, 상이한 재료 및/또는 빌드 기하학 형상이 상이한 가공 프로파일로부터 이익을 얻을 수도 있다. 따라서, 하나 이상의 레이저에 의해 빌드의 부분에 전달되는 출력 밀도를 변경하고 그리고/또는 레이저 병진 속도 및/또는 각도를 제어하는 것은 광범위한 재료에서 복합 및/또는 복잡한 기하학 형상의 제조를 허용하는 제어 레벨을 가능하게 할 수도 있다.
분말 베드 융합 프로세스를 실행하도록 구성된 몇몇 적층 제조 기계는 복수의 개별 레이저 에너지 소스 및 복수의 개별 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 몇몇 경우에, 다중 레이저 시스템이 개별 레이저를 활성화하거나 비활성화하는 것이 가능할 수도 있다. 몇몇 다중 레이저 시스템은 사용자가 모든 레이저로부터의 출력을 단일 파라미터로서 제어하는 것을 가능하게 하여, 모든 레이저로부터의 출력을 동시에 조정할 수도 있다. 몇몇 다중 레이저 시스템은 각각의 개별 레이저에 대해 독립적인 출력 제어를 가능하게 할 수도 있다. 개별 레이저를 선택적으로 턴온 또는 턴오프하고, 몇몇 경우에, 각각의 개별 레이저에 의해 전달된 출력을 선택적으로 조정하는 능력은 특정 인쇄 기능을 가능하게 할 수도 있다. 그러나, 인쇄 파라미터에 대한 더욱 더 많은 제어가 바람직할 수도 있다.
본 발명자들은 다중 레이저 적층 제조 시스템에서 빌드 표면 상의 레이저 빔 스폿의 크기 및 간격의 모두를 독립적으로 제어하는 능력이 특정 이익과 연관될 수도 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 일반적으로, 레이저 빔 스폿의 크기 뿐만 아니라 개별 레이저 빔 스폿들 사이의 간격에 대한 선택적 제어는 인쇄 프로세스에 대한 더 양호한 제어와 연관될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 적층 제조에 사용되는 상이한 재료는 다수의 관점에서 상이할 수도 있고, 인쇄 파라미터가 이에 따라 조정될 수도 있다. 예를 들어, 인쇄 프로세스와 관련될 수도 있는 재료 특성을 몇몇 예로 들면, 상이한 재료는 상이한 용융 온도, 상이한 융합 열 및/또는 상이한 전도도를 가질 수도 있다. 레이저 빔 스폿 크기 및 간격에 대한 독립적인 제어는 동작 프로세스 윈도우를 확장할 수도 있는데, 이는 이전에 제한되었을 수도 있는 다른 파라미터의 조절을 허용할 수도 있다. 인쇄 파라미터에 대한 증가된 제어는 비균질 재료의 가공을 가능하게 할 수도 있고 그리고/또는 다중 재료 인쇄를 가능하게 할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 레이저 빔 스폿 크기 및 간격의 모두에 대해 독립적인 제어를 갖는 적층 제조 시스템은 2개의 스테이지를 갖는 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 제1 스테이지는 하나 이상의 마이크로 광학 조립체를 포함할 수도 있고, 제2 스테이지는 하나 이상의 매크로 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 각각의 마이크로 광학 조립체는 단일 레이저 빔의 크기를 조정하도록 구성될 수도 있고, 각각의 레이저 빔은 개별 마이크로 광학 조립체와 연관될 수도 있다. 마이크로 광학 조립체의 출력은 하나 이상의 매크로 광학 조립체, 및 몇몇 경우에 단일 매크로 광학 조립체로 공급될 수도 있다. 매크로 광학 조립체는 각각의 개별 레이저 빔의 크기 뿐만 아니라 상이한 레이저 빔들 사이의 간격의 모두를 조정하도록 구성될 수도 있다. 2개의 변수(즉, 빔 크기 및 빔 간격)와 2개의 제어 입력(즉, 마이크로 광학 조립체 및 매크로 광학 조립체에 대한 제어)으로, 광학 조립체의 제1 및 제2 스테이지가 함께 조정되어 빔 크기 및 빔 간격에 대한 독립적인 제어를 가능하게 할 수도 있다.
본 발명자들은 별개의 스테이지를 갖는 광학 조립체가 수많은 장점과 연관될 수도 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 이러한 시스템은 최소 50 W 내지 최대 1 kW 이상에 이르는 넓은 범위의 입력 레이저 출력을 수용하도록 구성될 수도 있다. 부가적으로, 다단 광학 조립체는 방대한 수의 개별 레이저에 걸쳐 확장되도록 구성되어, 잠재적으로 수천 개의 개별 레이저를 갖는 어레이로 이어질 수도 있다. 마이크로 광학 조립체, 매크로 광학 조립체 및 개별 레이저 출력의 동시 조정으로, 사용자는 빔 강도, 빔 스폿 크기 및 빔 간격을 독립적으로 조정할 수도 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 특정 재료 특성 및/또는 원하는 빌드 기하학 형상에 더 양호하게 일치하도록 레이저 파라미터를 조절할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 레이저 빔은 단일 모드일 수도 있고, 반면 몇몇 실시예에서 레이저는 다중 모드일 수도 있다. 단일 모드 가우시안 빔은 가우시안 전파 거동을 포함할 수도 있는 반면 다중 모드 빔은 이미징 거동을 포함할 수도 있다. 가우시안 전파는 광학 조립체가 빌드 표면에서 확장된 초점 심도(예를 들어, 빌드 표면에서 공칭 빔 크기 및 빔 크기, 뿐만 아니라 파장 및 다른 시스템 특성의 허용 가변성에 적어도 부분적으로 의존하여 최대 1 mm)와 연관될 수도 있는 집속된 빔 웨이스트에서 원하는 빔 크기를 전달할 수 있게 할 수도 있다. 결과적으로, 적층 제조 시스템의 다른 양태의 공차가 느슨해질 수도 있다. 다중 모드 빔은 빌드 표면에서 원하는 크기의 빔 스폿 이미지와 연관될 수도 있고, 초점 심도는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 빌드 표면에서 빔 프로파일의 허용된 변동과 함께, 개구수 및 파장을 포함하는 표준 이미징 파라미터에 의해 지배될 수도 있다. 다중 모드 빔은 단일 모드 빔과 비교하여 초점 심도를 감소시킬 수도 있지만, 또한 광학 구성요소의 감소된 피크 출력 강도 레벨 및/또는 광학 조립체 내로의 전달 광학 조립체 정렬에 대한 더 느슨한 공차와 연관될 수도 있다. 전체 적층 제조 시스템에 대한 시스템 레벨 설계 파라미터에 적어도 부분적으로 의존하여, 비교적 큰 초점 심도를 갖는 단일 모드 빔 또는 더 작은 초점 심도를 갖는 다중 모드 빔이 채용될 수도 있다.
본 발명자들은 광학 조립체의 전체 시야를 가로질러 빌드 표면 상의 개별 빔의 입사각의 범위를 제어하는 능력이 부가의 이익과 연관될 수도 있다는 것을 이해하였다. 이론에 구속되는 것을 바라지 않고, 입사각이 텔레센트릭(telecentric)에 가까울수록(즉, 전체 시야를 가로질러 빌드 표면 상의 주 광선의 수직 입사), 적어도 부분적으로 감소된 역 코사인 에러로 인해, 빌드 표면 상의 스폿 크기가 더 균일해질 수도 있다. 더욱이, 텔레센트리시티(telecentricity)는 광학 조립체로부터 빌드 표면까지의 초점 거리가 변동함에 따라 빌드 표면에서 개별 빔의 분리에서 무시할 수 있는 변동과 연관될 수도 있는데, 이는 적층 제조 시스템의 다른 양태에 대해 잠재적으로 느슨해진 공차와 연관될 수도 있다. 이론에 구속되는 것을 바라지 않고, 입사각의 범위가 너무 크면, 빔 분리 가변성은 빌드 표면에서 빔 크기의 변화보다는 유효 초점 심도의 무시할 수 없는 견인차가 될 수도 있다.
본 발명자들은 광학 조립체를 2개의 서브조립체로 분리하는 것이 수많은 장점을 가질 수도 있다는 것을 부가적으로 이해하였다. 몇몇 실시예에서, 개별 빔의 특성 및 공차는 마이크로 광학 조립체에 의해 주로 제어될 수도 있고, 반면 전체 시야에 걸친 성능은 주로 매크로 광학 조립체에 의해 제어될 수도 있다. 구체적으로, 개별 빔 파라미터(예를 들어, 빔 크기, 빔 프로파일 및/또는 명시 구경(clear aperture)(유한 개구 회절 효과를 최소화함))의 원하는 공칭 값 및 허용된 변동은 마이크로 광학 조립체에 대한 처방 및 공차를 알려줄 수도 있고, 반면 원하는 특성 및 전체 시야에 걸쳐 허용되는 가변성(예를 들어, 배율, 작동 거리, 해상도, 왜곡, 상면 만곡(field curvature), 구면 수차, 스트렐 비율(Strehl ratio) 및/또는 텔레센트리시티)은 매크로 광학 조립체의 처방 및 공차를 알려줄 수도 있다. 예를 들어, 과도한 왜곡은 시야를 가로질러 인접한 빔의 분리의 바람직하지 않은 변동과 연관될 수도 있다. 마이크로 광학 조립체와 매크로 광학 조립체의 분리는 조합된 전체 광학 조립체의 광학 및 광기계적 설계의 단순화, 뿐만 아니라 제조, 조립 및 대량 생산의 비용 및 복잡성의 감소에 관련된 이익과 연관될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 개별 빔은 광섬유 또는 다른 유사한 구성요소를 통해 광학 조립체로 전달될 수도 있다. 높은 광학 출력 레벨에서, 광섬유의 높은 개구수 클래딩에서 전파될 수도 있는 총 출력의 비교적 작은 분율조차도 광학 조립체 내로 전파되는 고도로 발산하는 미광 출력과 연관될 수도 있다. 공들인 구현 방법은 매크로 광학 조립체 내로 전파될 수 있기 전에 마이크로 광학 조립체 내에서 이 미광을 제거할 수도 있다. 반대로, 매크로 광학 조립체는 그 각각이 반사 방지 코팅을 포함할 수도 있는 다수의 렌즈 요소를 포함할 수도 있다. 그렇더라도, 총 시스템 출력의 몇몇 분율이 각각의 매크로 렌즈 표면으로부터 광학 조립체 내로 후방 반사될 수도 있다. 공들인 구현 방법은 마이크로 광학 조립체 내로 다시 전파될 수 있기 전에 매크로 광학 조립체 내에서 이 반사된 미광을 제거할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 빌드 표면 및 복수의 레이저를 생성하도록 구성된 복수의 레이저 에너지 소스를 포함할 수도 있다. 복수의 레이저는 빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 형성하도록 구성될 수도 있다. 적층 제조 시스템은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하도록 구성된 하나 이상의 렌즈 어레이 또는 마이크로렌즈 어레이의 형태일 수도 있는 복수의 렌즈를 또한 포함할 수도 있다. 이에 따라, 연관된 렌즈 또는 렌즈 어레이들 사이의 간격은 대응하는 광학 장치를 통과할 때 각각의 레이저의 크기를 제어하기 위해 조정 가능할 수도 있다. 어레이가 사용되는 경우, 어레이들 사이의 간격을 조정하는 것은 렌즈 어레이, 또는 마이크로렌즈 어레이와 연관된 각각의 레이저 빔의 크기를 동시에 조정할 수도 있다. 복수의 렌즈 어레이는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 마이크로 광학 조립체와 연관될 수도 있다. 적층 제조 시스템은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하도록 구성된 적어도 하나의 렌즈를 또한 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 렌즈는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 매크로 광학 조립체와 연관될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 렌즈는 단일 렌즈, 복수의 렌즈 및/또는 렌즈 어레이를 포함할 수도 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 제어하도록 구성된 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 구체적으로, 상기의 관점에서, 광학 조립체는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하도록 구성된 복수의 렌즈 어레이, 및 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하도록 구성된 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수도 있다.
실시예에 따라, 복수의 레이저 소스에 의해 방출되는 레이저 빔의 크기를 제어하는 데 사용되는 개별 마이크로 광학 조립체는 별개의 개별적으로 제어되는 구성요소일 수도 있거나 또는 개별 마이크로 광학 조립체가 함께 제어될 수도 있도록 결합될 수도 있다. 개별 마이크로 광학 조립체가 사용되는 경우, 각각의 조립체는 각각의 레이저 빔의 크기가 개별적으로 제어 가능하도록 개별적으로 조정 가능할 수도 있다. 그러나, 전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 특정 마이크로 광학 조립체의 하나 이상의 부분은 하나 이상의 다른 마이크로 광학 조립체의 하나 이상의 부분과 구조적 및/또는 기능적으로 결합될 수도 있다. 예를 들어, 마이크로 광학 조립체는 복수의 광학적으로 결합된 렌즈 어레이, 또는 마이크로렌즈 어레이에 대응할 수도 있고, 여기서 상이한 어레이들 사이의 간격을 조정하는 것은 렌즈 어레이의 개별 렌즈와 광학적으로 결합된 각각의 레이저 빔의 크기를 제어할 수도 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 각각의 레이저 빔의 크기는 각각의 레이저가 함께 제어되는 렌즈 어레이에 포함된 개별 렌즈 세트와 연관되는 조합된 마이크로 광학 조립체를 사용하여 동시에 조정될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 상이한 마이크로 광학 조립체의 대응 렌즈는 단일 렌즈 어레이에 조합될 수도 있다. 즉, 단일 렌즈 어레이는 복수의 렌즈를 포함할 수도 있어, 렌즈 어레이의 각각의 렌즈는 상이한 마이크로 광학 조립체와 연관될 수도 있게 된다. 예를 들어, 단일 마이크로 광학 조립체는 m개의 렌즈를 포함할 수도 있고, 광학 조립체의 제1 스테이지는 n개의 마이크로 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 마이크로 광학 조립체의 각각의 렌즈는 개별이고 별개일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 상이한 마이크로 조립체로부터의 대응 렌즈가 결합될 수도 있다. 대응적으로, 광학 조립체의 제1 스테이지는 m개의 렌즈 어레이를 포함할 수도 있고, 각각의 렌즈 어레이는 n개의 별개의 렌즈를 포함한다. 렌즈 어레이의 위치를 조정하는 것은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 모든 레이저 빔의 크기 및/또는 모든 레이저 빔의 초점면을 조정하는 것과 연관될 수도 있다. 그러나, 적층 제조 시스템의 마이크로 광학 조립체에 단일 렌즈 어레이가 사용되는 실시예가 또한 고려된다.
용어 "렌즈" 및 "렌즈 어레이"는 한정적인 것으로서 이해되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 실시예에서, 용어 "렌즈"는 1 밀리미터 미만의 직경을 갖는 소형 렌즈로서 이해될 수도 있는 마이크로렌즈를 칭하는 데 사용될 수도 있다. 이들에 한정되는 것은 아니지만 복수의 마이크로렌즈가 어레이로 배열되는 실시예를 포함하는 몇몇 실시예에서, 마이크로렌즈의 직경은 최대 5 밀리미터일 수도 있다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 용어 "렌즈 어레이"는 마이크로렌즈의 어레이로서 이해될 수도 있는 마이크로렌즈 어레이를 칭하기 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로렌즈 어레이는 마이크로렌즈의 모놀리식 어레이 또는 어레이로 배열된 복수의 별개의 마이크로렌즈를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔의 직경은 1 미크론, 5 미크론, 10 미크론, 20 미크론, 50 미크론 또는 100 미크론 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔의 직경은 500 미크론, 100 미크론, 50 미크론, 20 미크론, 10 미크론, 또는 5 미크론 이하일 수도 있다. 예를 들어, 1 미크론 내지 500 미크론 또는 1 미크론 및 500 미크론인 마이크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔의 직경을 포함하여, 전술된 것의 조합이 고려된다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 직경은 10 미크론, 50 미크론, 100 미크론, 200 미크론, 또는 500 미크론 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 직경은 1000 미크론, 500 미크론, 200 미크론, 100 미크론, 또는 50 미크론 미만일 수도 있다. 예를 들어, 10 미크론 내지 1000 미크론 또는 10 미크론 및 1000 미크론인 마이크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 직경을 포함하여 전술된 것의 조합이 고려된다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체의 배율 인자(예를 들어, 입력 빔 직경에 대한 출력 빔 직경의 비율)는 0.1X, 0.5X, 1X, 2X, 5X, 10X, 20X, 또는 50X 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체의 배율 인자는 100X, 50X, 20X, 10X, 5X, 2X, 또는 1X 이하일 수도 있다. 예를 들어, 0.1X 내지 100X 또는 0.1X 및 100X인 배율 인자를 포함하여 전술된 것의 조합이 고려된다. 물론, 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 마이크로 광학 조립체는 전술된 것들 초과 및 미만의 범위를 포함하여, 상기에 열거된 것들 이외의 입력 빔 직경, 출력 빔 직경, 및/또는 배율 인자와 연관될 수도 있다.
마이크로 광학 조립체의 출력 레이저 빔은 마이크로 광학 조립체의 단부로부터 미리 결정된 거리에 집속되거나 이미징될 수도 있다. 이 거리는 마이크로 광학 조립체 내의 광학 장치 배열에 기초하여 조정될 수도 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 마이크로 광학 조립체는 동일한 거리에서 그 대응 출력 레이저 빔을 집속할 수도 있어, 모든 마이크로 광학 조립체가 단일 중간 이미지 평면을 공유하게 된다. 몇몇 실시예에서, 제1 스테이지의 복수의 렌즈(또는 하나 이상의 렌즈 어레이)는 제1 스테이지의 복수의 렌즈(또는 하나 이상의 렌즈 어레이)와 제2 스테이지의 적어도 하나의 렌즈 사이의 고정된 위치에 중간 이미지 평면을 유지하도록 구성될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 제1 스테이지 및 제2 스테이지를 갖는 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 중간 이미지 평면은 광학 조립체의 제1 및 제2 스테이지 사이에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 조립체의 제2 스테이지는 하나 이상의 레이저 빔의 크기 및 간격을 조정하도록 구성된 매크로 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 매크로 광학 조립체는 일정한 작업 거리를 유지하면서 가변 배율로 빌드 표면에 중간 이미지 평면을 재이미징하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 매크로 광학 조립체는 복수의 마이크로 광학 조립체로부터 출력되는 모든 레이저 빔을 수용하고, 후속하여 전체 빔 어레이의 배율을 변경하도록 구성될 수도 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 매크로 광학 조립체는 빌드 표면 상에 각각의 레이저 빔을 집속하면서 전체 빔 어레이의 배율을 조정하는 것이 가능할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔의 직경은 10 미크론, 50 미크론, 100 미크론, 200 미크론 또는 500 미크론 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔의 직경은 1000 미크론, 500 미크론, 200 미크론, 100 미크론 또는 50 미크론 이하일 수도 있다. 예를 들어, 10 미크론 내지 1000 미크론 또는 10 미크론 및 1000 미크론인 매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔의 직경을 포함하여, 전술된 것의 조합이 고려된다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 직경은 10 미크론, 50 미크론, 100 미크론, 200 미크론, 또는 500 미크론 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 직경은 1000 미크론, 500 미크론, 200 미크론, 100 미크론, 또는 50 미크론 미만일 수도 있다. 예를 들어, 10 미크론 내지 1000 미크론 또는 10 미크론 및 1000 미크론인 매크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 직경을 포함하여, 전술된 것의 조합이 고려된다. 물론, 본 개시내용이 이러한 방식으로 한정되지 않기 때문에, 전술된 범위 초과 및 미만인 매크로 광학 조립체에 진입 및 진출하는 레이저 빔의 크기가 또한 고려된다.
매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔들 사이의 간격은 인접한 마이크로 광학 조립체들 사이의 간격 및/또는 인접한 레이저 에너지 소스들 사이의 간격에 적어도 부분적으로 의존할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔 사이의 간격은 50 미크론, 100 미크론, 200 미크론, 500 미크론 또는 1000 미크론 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔 사이의 간격은 5000 미크론, 1000 미크론, 500 미크론, 200 미크론, 또는 100 미크론 이하일 수도 있다. 예를 들어, 예를 들어, 50 미크론 내지 5000 미크론 또는 50 미크론 및 5000 미크론인 매크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔 사이의 간격을 포함하여 전술된 것의 조합이 고려된다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 간격은 50 미크론, 100 미크론, 200 미크론, 500 미크론 또는 1000 미크론 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔의 간격은 5000 미크론, 1000 미크론, 500 미크론, 200 미크론, 또는 100 미크론 미만일 수도 있다. 예를 들어, 예를 들어, 50 미크론 내지 5000 미크론 또는 50 미크론 및 5000 미크론인 매크로 광학 조립체에서 진출하는 레이저 빔 사이의 간격을 포함하여 전술된 것의 조합이 고려된다. 그러나, 매크로 광학 조립체에 진입 또는 진출하는 레이저 빔들 사이의 간격이 전술된 것들 초과 및 미만인 간격을 갖는 실시예가 또한 고려된다.
몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체의 배율 인자(예를 들어, 입력 빔 직경에 대한 출력 빔 직경의 비율, 또는 입력 빔 간격에 대한 출력 빔 간격의 비율)은 0.1X, 0.25X, 0.5X, 1X, 2X 또는 5X 이상일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체의 배율 인자는 10X, 5X, 2X, 1X, 0.5X, 또는 0.25X 이하일 수도 있다. 예를 들어, 배율 인자 또는 간격 비율이 0.1X 내지 10X 또는 0.1X 및 10X일 수도 있는 것을 포함하여 전술된 범위의 조합이 고려된다. 물론, 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 매크로 광학 조립체는 상기에 열거된 것들 이외의 입력 빔 직경, 출력 빔 직경, 및/또는 배율 인자와 연관될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체는 예를 들어, 마이크로렌즈, 마이크로 렌즈렛, 마이크로렌즈 어레이(즉, 렌즈렛 어레이), 필터, 프리즘, 미러, 및/또는 광학 파라미터를 조정하도록 구성된 임의의 다른 광학 구성요소를 포함하여, 복수의 상이한 광학 구성요소를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체는 3개의 렌즈 중 적어도 2개 사이의 가변 간격을 갖는 적어도 3개의 렌즈를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체는 3개의 렌즈 중 임의의 2개 사이의 가변 간격을 갖는 적어도 3개의 렌즈를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제2 및 제3 렌즈의 위치는 제1 렌즈에 대해, 및 서로에 대해 조정 가능할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 렌즈는 마이크로 광학 조립체에 진입하는 레이저 빔을 시준하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 렌즈는 크로스 실린더 렌즈, 크로스 파월 렌즈, 크로스 실린더 렌즈 어레이, 크로스 파월 렌즈 어레이, 실린더 렌즈 어레이와 교차된 실린더 렌즈, 파월 렌즈 어레이와 교차된 파월 렌즈, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 구면 렌즈 어레이, 비구면 렌즈 어레이, 또는 임의의 다른 적합한 렌즈 및/또는 렌즈의 조합을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 및 제3 렌즈는 이중 렌즈를 형성할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 및/또는 제3 렌즈는 크로스 실린더 렌즈, 크로스 파월 렌즈, 크로스 실린더 렌즈 어레이, 크로스 파월 렌즈 어레이, 실린더 렌즈 어레이와 교차된 실린더 렌즈, 파월 렌즈 어레이와 교차된 파월 렌즈, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 구면 렌즈 어레이, 비구면 렌즈 어레이, 또는 임의의 다른 적합한 렌즈 및/또는 렌즈의 조합을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 광학 조립체의 각각의 렌즈는 물리적으로 동일할 수도 있고, 렌즈들 사이의 상대 위치만이 변경될 수도 있다.
마이크로 광학 조립체의 렌즈들 사이의 상대 거리는 출력 빔의 크기 및 마이크로 광학 조립체의 초점면(또는 이미지 평면)까지의 거리를 제어할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 및 제3 렌즈 사이의 거리를 조정하는 것은 출력 레이저 빔의 크기를 조정할 수도 있다. 즉, 몇몇 실시예에서, 제2 및 제3 렌즈 사이의 거리를 조정하는 것은 마이크로 광학 조립체의 배율 인자를 조정할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리를 조정하는 것은 초점면까지의 거리를 조정할 수도 있다. 이와 같이, 이중 렌즈 내의 렌즈(즉, 제2 및 제3 렌즈) 사이의 거리를 조정하는 것과 함께 제1 렌즈에 대한 이중 렌즈(즉, 제2 및 제3 렌즈)의 로케이션을 조정하는 것은 사용자가 배율에 무관하게 일정한 초점면(또는 이미지 평면)을 유지하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 이러한 방식으로, 중간 이미지 평면의 위치는 마이크로 광학 조립체와 매크로 광학 조립체 사이의 일정한 로케이션에 유지될 수도 있다.
마이크로 광학 조립체 내의 개별 렌즈는 임의의 적합한 방식으로 조정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 렌즈의 위치 및/또는 배향이 조정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 렌즈의 위치 및/또는 배향은 연속적으로 조정 가능할 수도 있거나, 또는 유한한 수의 이산의 미리 결정된 위치 및/또는 배향으로 제한될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 임의의 적합한 수 및/또는 배열의 액추에이터 및/또는 수동 요소를 사용하여, 렌즈의 위치 및/또는 배향을 조정하는 것이 자동화될 수도 있다. 액추에이터는 브러시리스 모터, 브러시 모터, 스테퍼 모터, 선형 스테이지, 벨트 드라이브, 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 압전 액추에이터, 음성 코일 액추에이터, 및/또는 렌즈의 위치 및/또는 배향을 조정하도록 구성된 임의의 다른 적합한 액추에이터를 포함할 수도 있다. 수동 요소는 볼 베어링, 롤러 베어링, 스러스트 베어링, 에어 베어링, 자기 베어링, 부싱 또는 임의의 다른 적합한 요소를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 렌즈의 위치 및/또는 배향은 수동으로 조정될 수도 있다. 수동 조정은 가이드 레일 내의 상이한 슬롯으로 렌즈 이동, 세트 스크류 조정, 맞춤형 고정구 설치, 및/또는 임의의 다른 적합한 렌즈의 위치 및/또는 배향의 수동 조정 방식을 포함할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 다양한 실시예에서, 상이한 마이크로 광학 조립체로부터의 렌즈가 렌즈 어레이에서 결합될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 복수의 렌즈 어레이를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 렌즈 어레이는 복수의 렌즈렛 어레이를 포함할 수도 있다. 렌즈렛 어레이(또는 마이크로렌즈 어레이)는 몇몇 실시예에서, 특히 다수의 개별 레이저를 갖는 적층 제조 시스템에서 바람직할 수도 있다. 각각의 마이크로 광학 조립체에 대해 개별 렌즈렛(또는 렌즈)을 사용하기보다는 다수의 마이크로 광학 조립체를 가로질러 공통 렌즈렛 어레이를 사용하는 것은 더 높은 밀도(및/또는 더 밀착 패킹)의 레이저 빔, 더 적은 수의 액추에이터 및/또는 제어 요소, 전체적으로 더 간단한 제어 전략과 연관된 이익을 가질 수도 있다.
일반적으로, 개별 렌즈를 갖는 마이크로 광학 조립체의 설명은 공유 렌즈 어레이 및/또는 공유 렌즈렛 어레이를 갖는 마이크로 광학 조립체에도 마찬가지로 적용된다. 몇몇 실시예에서, 복수의 렌즈 어레이는 제1 렌즈 어레이, 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈 어레이를 포함할 수도 있다. 제1 렌즈 어레이는 적층 제조 시스템의 복수의 레이저 에너지 소스에 의해 방출되는 복수의 레이저 빔을 시준하도록 구성될 수도 있다. 제2 렌즈 어레이와 제3 렌즈 어레이는 이중 렌즈 어레이를 형성한다. 제1 렌즈 어레이와 이중 렌즈 어레이 사이의 간격은 중간 이미지 평면의 위치를 조정하기 위해 가변적일 수도 있다. 제2 렌즈 어레이와 제3 렌즈 어레이 사이의 간격은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하기 위해 가변적일 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 2개의 렌즈 어레이 사이의 간격은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하기 위해 가변적일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 액추에이터는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 크기 및/또는 간격의 독립적인 제어를 제공하기 위해 마이크로 광학 조립체의 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 하나의 렌즈 어레이 및/또는 연관된 매크로 광학 조립체 중 적어도 하나의 렌즈의 위치를 제어하도록 구성될 수도 있다. 대안적으로, 광학 장치의 수동 위치설정을 사용하는 몇몇 실시예에서, 복수의 슬롯의 각각의 슬롯은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 크기 및/또는 간격의 독립적인 제어를 제공하기 위해 미리 결정된 구성으로 적어도 하나의 렌즈 어레이 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 유지하기 위해 복수의 렌즈 어레이의 적어도 하나의 렌즈 어레이 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 수용하도록 구성될 수도 있다.
렌즈의 배열 및 조정에 관한 상기 설명은 마이크로 광학 조립체와 관련하여 제시되었지만, 유사한 설명이 매크로 광학 조립체에 적용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체는 렌즈의 수, 배열 및/또는 조정의 견지에서 마이크로 광학 조립체와 매우 유사하게 구조화될 수도 있다. 그러나, 매크로 광학 조립체는, 매크로 광학 조립체가 복수의 레이저 빔을 수용하도록 구성될 수도 있고, 반면 마이크로 광학 조립체는 단일 레이저 빔을 수용하도록 구성될 수도 있다는 점에서, 마이크로 광학 조립체와 상이할 수도 있다. 물론, 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체 및 마이크로 광학 조립체는 실질적으로 상이한 수 및/또는 배열의 렌즈 및/또는 다른 광학 구성요소, 및/또는 상이한 조정 메커니즘을 가질 수도 있다. 이에 따라, 본 개시내용은 마이크로 광학 조립체 또는 매크로 광학 조립체 내의 광학 요소의 임의의 특정 배열 및/또는 제어에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
마이크로 광학 조립체는 매크로 광학 조립체의 "상류"에 위치될 수도 있어, 레이저 소스로부터 방출된 레이저 빔이 매크로 광학 조립체에 진입하기 전에 마이크로 광학 조립체에 진입할 수도 있게 된다. 몇몇 실시예에서, 복수의 마이크로 광학 조립체와 연관된 복수의 렌즈 어레이는 복수의 렌즈로부터의 복수의 레이저의 광학 경로를 따라 매크로 광학 조립체와 연관된 적어도 하나의 렌즈 앞에 위치될 수도 있다.
몇몇 실시예에서 적층 제조 시스템은 프로세서를 포함할 수도 있다. 프로세서는 복수의 레이저 에너지 소스, 제1 액추에이터, 및 제2 액추에이터에 동작식으로 결합될 수도 있다. 제1 액추에이터는 적층 제조 시스템의 하나 이상의 마이크로 광학 조립체의 적어도 2개의 렌즈 어레이 사이의 간격을 제어하도록 구성될 수도 있다. 제2 액추에이터는 마이크로 광학 조립체의 적어도 2개의 렌즈 어레이와 적층 제조 시스템의 매크로 광학 조립체와 연관된 적어도 하나의 렌즈 사이의 간격을 제어하도록 구성될 수도 있다. 프로세서는 다양한 렌즈 어레이 및/또는 렌즈의 명령된 상대 위치 및/또는 배향에 기초하여 복수의 레이저 빔의 강도, 복수의 레이저 스폿의 크기, 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 제어하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 프로세서는 제1 액추에이터 및/또는 제2 액추에이터를 작동시킴으로써 복수의 레이저 스폿의 크기 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 제어할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템에서 복수의 레이저 빔을 제어하는 방법은 빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 형성하기 위해 복수의 레이저 빔을 방출하는 단계, 복수의 레이저 스폿의 각각의 스폿 크기를 독립적으로 조정하는 단계, 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 방법은 복수의 레이저 빔을 사용하여 빌드 표면 상에 배치된 재료를 용융하는 단계 및/또는 빌드 표면을 가로질러 복수의 레이저 빔을 병진하는 단계를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 레이저 스폿의 각각의 스폿 크기를 독립적으로 조정하는 단계는 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 하나의 렌즈 어레이의 위치를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 렌즈 어레이는 전술된 바와 같이, 하나 이상의 마이크로 광학 조립체와 연관될 수도 있다. 적어도 하나의 렌즈 어레이의 위치를 조정하는 단계는 적어도 하나의 렌즈 어레이에 동작식으로 결합된 액추에이터를 작동시키는 단계 및/또는 미리 결정된 구성으로 적어도 하나의 렌즈 어레이를 유지하도록 구성된 슬롯 또는 다른 고정구 내에 적어도 하나의 렌즈 어레이를 배치하는 단계를 포함할 수도 있다. 대응적으로, 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 조정하는 단계는 전술된 바와 같이, 매크로 광학 조립체의 적어도 하나의 렌즈의 위치를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 렌즈의 위치를 조정하는 단계는 적어도 하나의 렌즈에 동작식으로 결합된 액추에이터를 작동시키는 단계 및/또는 미리 결정된 구성으로 적어도 하나의 렌즈를 유지하도록 구성된 슬롯 또는 다른 고정구 내에 적어도 하나의 렌즈를 배치하는 단계를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 어레이로 배열된 하나 이상의 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 어레이는 선형 어레이, 직사각형 어레이, 엇갈린 어레이, 육각형 어레이 또는 임의의 다른 적절한 어레이 배열을 포함할 수도 있다. 어레이는 연속 패턴 또는 불연속 패턴일 수도 있는 반복 패턴을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 어레이의 인접한 레이저 빔은 접촉할 수도 있고, 반면 다른 실시예에서 인접한 레이저 빔은 이격될 수도 있다. 어레이는 성긴 어레이 또는 밀집 어레이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 어레이는 몇몇 실시예에서 2차원 밀집 패킹 어레이를 포함할 수도 있다. 어레이는 주기적 또는 비주기적일 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 레이저 빔의 어레이는 레이저 빔의 반-랜덤 또는 완전 랜덤 분포를 포함할 수도 있다. 어레이는 대칭성 또는 비대칭일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 적층 제조 시스템은 어레이로 배열되지 않은 복수의 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 따라서, 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 적층 제조 시스템은 임의의 적합한 배열로 배치된 임의의 적합한 수의 레이저 빔을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도면을 참조하면, 특정 비한정적 실시예가 더 상세히 설명된다. 이들 실시예에 대하여 설명된 다양한 시스템, 구성요소, 특징 및 방법은, 본 개시내용이 본 명세서에 설명된 특정 실시예에만 한정되지 않기 때문에, 개별적으로 그리고/또는 임의의 원하는 조합으로 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 적층 제조 시스템(100)의 일 실시예를 도시하고 있다. 적층 제조 시스템(100)은 빌드 표면(102) 및 레이저 조립체(104)를 포함할 수도 있다. 빌드 표면(102)은 빌드 플레이트, 인쇄된 부품의 부분, 또는 부품 또는 부품의 부분이 적층 제조될 수도 있는 임의의 다른 표면을 포함할 수도 있다. 레이저 조립체(104)는 하나 이상의 레이저 빔(106)을 방출하도록 구성된 광학 조립체(110)를 포함할 수도 있다. 적층 제조 시스템(100)은 부가적으로 본 명세서에 설명된 방법을 수행하기 위해 프로세서 실행 가능 명령을 저장하도록 구성된 연관 메모리를 포함할 수도 있는 프로세서(108)를 포함할 수도 있다. 프로세서(108)는 레이저 조립체(104) 및 이들에 한정되는 것은 아니지만 광학 조립체(110) 및/또는 레이저 빔(106)의 소스를 포함하는 그 내의 임의의 구성요소에 동작식으로 결합될 수도 있다.
도 2는 적층 제조 시스템의 레이저 조립체(104)의 광학 조립체(110)의 일 실시예를 도시하고 있다. 광학 조립체(110)는 제1 스테이지(112) 및 제2 스테이지(113)를 포함할 수도 있다. 제1 스테이지(112)는 마이크로 광학 조립체(120a, 120b)와 같은 복수의 마이크로 광학 조립체를 포함할 수도 있다. 제2 스테이지(113)는 매크로 광학 조립체(130)를 포함할 수도 있다. 레이저 소스(116a, 116b)와 같은 복수의 레이저 소스가 광학 조립체(110)에 결합될 수도 있다. 레이저 소스는, 이들에 한정되는 것은 아니지만 임의의 적절한 수의 광섬유 및/또는 다른 광학 요소의 사용을 포함하는 임의의 적합한 방식으로 광학 조립체에 결합될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 레이저 소스(116)에 의해 방출된 레이저 빔(106)은 적어도 하나의 마이크로 광학 조립체(120) 및 매크로 광학 조립체(130)를 통과할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 레이저 소스(116)는 전용 마이크로 광학 조립체(120)와 연관될 수도 있어, 특정 레이저 소스(116)로부터 방출된 레이저 빔이 특정 마이크로 광학 조립체(120)와 연관될 수도 있게 된다. 예를 들어, 레이저 빔(106a)은 레이저 소스(116a)로부터 방출되어 광학적으로 결합된 마이크로 광학 조립체(120a)를 통과할 수도 있고, 반면 레이저 빔(106b)은 레이저 소스(116b)로부터 방출되어 개별 광학적으로 결합된 마이크로 광학 조립체(120b)를 통과할 수도 있다. 마이크로 광학 조립체(120)의 수 및/또는 배열에 무관하게, 각각의 레이저 빔은 매크로 광학 조립체(130)와 연관될 수도 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 5개의 개별 마이크로 광학 조립체(120) 및 단일 매크로 광학 조립체(130)와 함께, 5개의 개별 레이저 소스(116)가 도시되어 있다.
개별 마이크로 광학 조립체가 도면에 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 하나의 마이크로 광학 조립체의 구성요소는 다른 마이크로 광학 조립체의 구성요소와 결합될 수도 있다. 일 이러한 실시예에서, 하나 이상의 렌즈 어레이(또는 렌즈렛 어레이)는 복수의 마이크로 광학 조립체에 걸칠 수도 있다. 예를 들어, 그 각각이 3개의 렌즈를 포함하는 5개의 마이크로 광학 조립체를 갖는 광학 조립체의 제1 스테이지를 고려한다. 일 실시예에서, 각각의 마이크로 광학 조립체는 완전히 독립적일 수도 있고, 제1 스테이지는 15개의 개별 렌즈를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 상이한 마이크로 광학 조립체의 대응 렌즈는 렌즈 어레이에서와 같이 결합될 수도 있어서, 제1 스테이지는 그 각각이 5개의 렌즈를 포함할 수도 있는 단지 3개의 렌즈 어레이만을 포함할 수도 있게 된다. 후자의 구성은 작은 공간에 다수의 레이저를 더 밀착 패킹하는 것 및/또는 상이한 레이저에 대한 조합된 마이크로 광학 조립체의 렌즈 위치의 단순화된 제어와 관련된 특정 장점을 가질 수도 있다.
도 3a는 상이한 레이저 빔 단면을 갖는 영역을 강조하여, 도 2의 레이저 조립체(104)를 도시하고 있다. 이들 단면은 도 3b 내지 도 3d에 도시되어 있다. 단면 3B-3B는 레이저 빔(106)이 그 각각의 레이저 소스(116)에서 진출한 후, 그러나 레이저 빔(106)이 그 각각의 마이크로 광학 조립체(120)에 진입하기 전의 로케이션에서 취해진다. 단면 3C-3C는 레이저 빔(106)이 그 각각의 마이크로 광학 조립체(120)에서 진출한 후, 그러나 레이저 빔(106)이 매크로 광학 조립체(130)에 진입하기 전의 로케이션에서 취해진다. 몇몇 실시예에서, 단면 3C-3C는 또한 중간 이미지 평면(128)과 연관될 수도 있다. 단면 3D-3D는 레이저 빔(106)이 매크로 광학 조립체(130)에서 진출한 후의 로케이션에서 취해진다. 몇몇 실시예에서, 단면 3D-3D는 부가적으로 빌드 표면(102) 상의 레이저 빔 스폿 패턴을 표현할 수도 있다.
도 3b는 레이저 빔이 마이크로 광학 조립체(120)에 진입하기 전에, 도 3a에 나타낸 단면 3B-3B에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격을 도시하고 있다. 이 시점에, 각각의 레이저 빔은 직경(DB)을 가질 수도 있고, 인접한 레이저 빔으로부터 SB의 거리만큼 이격될 수도 있다. 이론에 구속되는 것을 바라지 않고, 단면 3B-3B에서 레이저 빔의 크기 및/또는 간격은 적어도 부분적으로는, 레이저 소스 및/또는 이들에 한정되는 것은 아니지만 광섬유를 포함하는 임의의 개재 광학 구성요소의 크기 및/또는 간격에 의존할 수도 있다.
도 3c는 레이저 빔이 마이크로 광학 조립체(120)에서 진출한 후 그러나 레이저 빔이 매크로 광학 조립체(130)에 진입하기 전에, 도 3a의 나타낸 단면 3C-3C에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격을 도시하고 있다. 이 시점에, 각각의 레이저 빔은 직경(DC)을 가질 수도 있고, 인접한 레이저 빔으로부터 SC의 거리만큼 이격될 수도 있다. 마이크로 광학 조립체(120) 내의 광학 요소의 배열에 따라, 마이크로 광학 조립체(120)에서 진출한 후의 각각의 빔의 직경은 마이크로 광학 조립체(120)에 진입하기 전의 각각의 빔의 직경 초과, 미만, 또는 동일할 수도 있다. 즉, 몇몇 실시예에서 DC>DB, 몇몇 실시예에서 DC<DB, 몇몇 실시예에서 DC=DB이다.
각각의 마이크로 광학 조립체(120)는 단지 단일 레이저 빔과 연관된 파라미터만을 변경할 수도 있기 때문에, 다수의 상이한 빔들 사이의 관계에 관한 파라미터는 영향을 받지 않을 수도 있다. 예를 들어, 마이크로 광학 조립체(120)에서 진출한 후의 빔들 사이의 간격은 마이크로 광학 조립체(120)에 진입하기 전의 빔들 사이의 간격과 실질적으로 동일할 수도 있다. 즉, 몇몇 실시예에서 SC는 SB와 실질적으로 동일할 수도 있다.
도 3d는 레이저 빔이 매크로 광학 조립체(130)에서 진출한 후에, 도 3a에 나타낸 단면 3D-3D에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 단면 3D-3D에서 레이저 빔의 단면 크기 및 간격은 빌드 표면(102) 상의 레이저 빔 스폿의 크기 및 간격과 실질적으로 동일할 수도 있다. 단면 3D-3D에서, 각각의 레이저 빔은 직경(DD)을 가질 수도 있고, 인접한 레이저 빔으로부터 SD의 거리만큼 이격될 수도 있다. 매크로 광학 조립체(130) 내의 광학 요소의 배열에 따라, 매크로 광학 조립체(130)에서 진출한 후의 각각의 빔의 직경은 매크로 광학 조립체(130)에 진입하기 전의 각각의 빔의 직경 초과, 미만, 또는 동일할 수도 있다. 즉, 몇몇 실시예에서 DD>DC, 몇몇 실시예에서 DD<DC, 몇몇 실시예에서 DD=DC이다.
매크로 광학 조립체(130)가 동시에 매크로 광학 조립체에 진입하는 모든 레이저 빔과 연관된 파라미터를 변경할 수도 있기 때문에, 단일 빔에 관련된 파라미터에 추가하여, 다수의 상이한 빔들 사이의 관계와 관련된 파라미터가 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 매크로 광학 조립체(130)에서 진출한 후의 레이저 빔들 사이의 간격은 매크로 광학 조립체(130)에 진입하기 전의 레이저 빔들 사이의 간격 초과, 미만, 또는 동일할 수도 있다. 즉, 몇몇 실시예에서 SD>SC, 몇몇 실시예에서 SD<SC, 몇몇 실시예에서 SD=SC이다.
몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체로 인한 레이저 빔 직경의 변화는 매크로 광학 조립체로 인한 레이저 빔 간격의 변화에 관련될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 매크로 광학 조립체(130)를 통과한 후에 빔 직경이 증가하면 빔 간격이 또한 증가할 수도 있다(즉, DD>DC는 SD>SC를 암시할 수도 있음). 몇몇 실시예에서, 빔 직경 변화의 크기는 빔 간격 변화의 크기에 비례할 수도 있거나, 또는 동일할 수도 있다. 예를 들어, 매크로 광학 조립체(130)를 통과한 후에 빔 직경이 2배로 증가하면, 빔 간격은 또한 2배로 증가할 수도 있다(즉, DD=2*DC는 SD=2*SC인 것을 암시할 수도 있음).
도 3e 내지 도 3g는 레이저 빔 어레이의 상이한 단면을 도시하고 있다. 도 3b 내지 도 3d에 대조적으로, 도 3e 내지 도 3g의 단면은 도 3a에 도시되어 있는 임의의 특정 지점에 대응하지 않을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 3e는 레이저 빔의 선형 어레이의 일 실시예를 도시하고 있다. 레이저 빔의 선형 어레이는 동일 직선상에 배열되고 거리 S만큼 이격된 복수의 레이저 빔을 포함할 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 선형 어레이(또는 임의의 다른 어레이) 내의 인접한 레이저 빔들 사이의 간격은 규칙적이거나 불규칙할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 3f는 레이저 빔의 직사각형 어레이의 일 실시예를 도시하고 있다. 직사각형 어레이로 배열된 레이저 빔은 수직 행과 열로 정렬될 수도 있다. 인접한 열은 거리 Sx만큼 이격될 수도 있고, 인접한 행은 거리 Sy만큼 이격될 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 직사각형 어레이는 임의의 치수를 따라 임의의 적합한 간격을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 몇몇 실시예에서 Sx>Sy, 몇몇 실시예에서 Sx<Sy, 몇몇 실시예에서 Sx=Sy이다. 직사각형 어레이(또는 임의의 다른 어레이)의 배향은 빌드 플레이트와 같은 적층 제조 시스템의 임의의 부분에 대해 보정될 필요가 없다는 것이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 어레이는 임의의 적합한 배향으로 배치될 수도 있다. 도 3g는 레이저 빔의 엇갈린 어레이의 일 실시예를 도시하고 있다. 엇갈린 어레이에서, 레이저 빔의 인접한 행은 엇갈릴 수도 있다. 인접한 레이저 빔은 거리 Sx만큼 이격될 수도 있고, 인접한 행은 거리 Sy만큼 이격될 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 엇갈린 어레이는 임의의 치수를 따라 임의의 적합한 간격을 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 몇몇 실시예에서 Sx>Sy, 몇몇 실시예에서 Sx<Sy, 몇몇 실시예에서 Sx=Sy이다. 레이저 빔의 특정 어레이 및 배열의 실시예가 설명되었지만, 본 개시내용은 레이저 빔의 임의의 특정 배열로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 4는 그 내에 포함된 광학 장치의 연속적인 조정을 갖는 마이크로 광학 조립체(120)의 일 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 제1 마이크로렌즈 어레이(123), 제2 마이크로렌즈 어레이(125) 및 제3 마이크로렌즈 어레이(127)의 위치는 서로에 대해 조정 가능할 수도 있다. 예를 들어, 제1 마이크로렌즈 어레이(123)의 위치는 제1 레일(168)을 따라 마이크로렌즈 어레이(123)의 제1 부분을 이동시키도록 구성된 액추에이터(162), 및 제2 레일(169)을 따라 마이크로렌즈 어레이(123)의 제2 부분의 모션을 허용하도록 구성된 수동 구성요소(163)를 사용하여 조정될 수도 있다. 물론, 다른 조정 가능한 렌즈는 모션을 가능하게 하도록 구성된 다른 구성요소와 연관될 수도 있다. 예를 들어, 제2 마이크로렌즈 어레이(125)는 액추에이터(164) 및/또는 수동 구성요소(165)와 연관될 수도 있고, 제3 마이크로렌즈 어레이(127)는 액추에이터(166) 및/또는 수동 구성요소(167)와 연관될 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 광학 요소의 연속 조정을 갖는 마이크로 광학 조립체(120)는 광학 요소의 자동 및/또는 수동 조정을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 액추에이터는 브러시리스 모터, 브러시 모터, 스테퍼 모터, 선형 스테이지, 벨트 드라이브, 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 압전 액추에이터, 및/또는 마이크로렌즈 어레이의 위치 및/또는 배향을 조정하도록 구성된 임의의 다른 적합한 액추에이터를 포함할 수도 있다. 수동 요소는 볼 베어링, 롤러 베어링, 스러스트 베어링, 부싱 또는 임의의 다른 적합한 요소를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로렌즈 어레이의 위치 및/또는 배향은 수동으로 조정될 수도 있다. 수동 조정은 가이드 레일을 따라 하나 이상의 렌즈의 위치를 조정하는 것, 세트 스크류를 조정하는 것, 및/또는 관련 기술 분야에 알려진 마이크로렌즈 어레이의 임의의 다른 적합한 수동 조정 방식을 포함할 수도 있다. 본 개시내용이 광학 장치의 연속적인 조정에 한정되지 않기 때문에, 마이크로 광학 조립체는 광학 장치의 이산 조정을 또한 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 본 개시내용이 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이의 부분의 곡률과 관련하여 한정되지 않기 때문에, 마이크로렌즈 어레이는 볼록, 오목, 및/또는 평탄한 표면을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 5a 내지 도 5c는 상이한 배열의 광학 요소를 갖는 마이크로 광학 조립체(120)의 일 실시예를 도시하고 있다. 도 5a를 고려하면, 마이크로 광학 조립체(120a)는 제1 렌즈(122a), 제2 렌즈(124a) 및 제3 렌즈(126a)를 포함할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 이들 렌즈는 마이크로렌즈 및/또는 개별 마이크로렌즈 어레이의 연관 부분일 수도 있다. 도 5b 및 도 5c의 유사한 마이크로 광학 조립체(120b, 120c)는 각각 유사한 구성요소를 가질 수도 있지만, 이들 구성요소는 명확성을 위해 도 5b 및 도 5c에서 도면 부호 표기되어 있지 않다는 것이 이해되어야 한다.
도 5a를 참조하면, 제1 렌즈(122a)는 마이크로 광학 조립체(120a)에 진입하는 레이저 빔을 시준하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 렌즈는 크로스 실린더 렌즈일 수도 있다. 제2 렌즈(124a)와 제3 렌즈(126a)는 집합적으로 이중 렌즈를 형성할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 렌즈의 각각의 위치는 조정 가능할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 렌즈의 위치는 고정될 수도 있고, 제2 및 제3 렌즈의 위치는 조정 가능할 수도 있다. 어느 렌즈(들)가 고정 유지될 수도 있고 어느 렌즈(들)가 조정 가능할 수도 있는지에 무관하게, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이, 및/또는 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리는 이하에 설명되는 바와 같이, 가변적일 수도 있다.
도 5b 또는 도 5c를 고려하면, 다양한 치수가 표기되어 있다. 도 5b를 참조하면, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리는 L1b로 표시되어 있고, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리는 L2b로 표시되어 있고, 제1 렌즈와 중간 이미지 평면(128b) 사이의 거리는 L3b로 표시되어 있다. 도 5c는 유사하게 표기되어 있다. 도 5a의 유사한 마이크로 광학 조립체(120a)는 유사한 치수를 가질 수도 있지만, 이들 치수는 명확성을 위해 도 5a에 표기되어 있지 않다는 것이 이해되어야 한다.
도 5b를 참조하면, 제2 렌즈(124)와 제3 렌즈(126) 사이의 거리(L2b)(즉, 이중 렌즈의 2개의 렌즈 사이의 간격)는 레이저 빔의 배율을 제어할 수도 있다. 이론에 구속되는 것을 바라지 않고, 제2 렌즈(124)와 제3 렌즈(126) 사이의 더 큰 간격은 더 작은 배율과 연관될 수도 있고, 제2 렌즈(124)와 제3 렌즈(126) 사이의 더 작은 간격은 더 큰 배율과 연관될 수도 있다. 제1 렌즈(122)와 제2 렌즈(124) 사이의 거리(L1b)는 중간 이미지 평면(128b)까지의 거리(L3b)를 제어하도록 조정될 수도 있다. 이론에 구속되는 것을 바라지 않고, 임의의 거리(L2b)(특정 범위 내)에 대해, 거리(L1b)는 거리(L3b)가 일정하게 유지되도록 조정될 수도 있다. 이중 렌즈의 2개의 렌즈 사이의 간격에 적어도 부분적으로 기초하여 제1 렌즈로부터 이중 렌즈의 거리를 조정하는 것은 마이크로렌즈 어레이의 광학 장치가 중간 이미지 평면(128b) 상에 집속 유지될 수 있게 할 수도 있다(즉, 적어도 부분적으로, L2b에 기초하여 L1b를 조정하는 것은 L3b을 일정하게 유지할 수도 있음). 예를 들어, 도시되어 있는 실시예에서, 제1 렌즈가 고정 유지되는 경우, 일정한 거리(L3b 및 L3c)가 제1 렌즈와 중간 이미지 평면 사이에 유지될 수도 있다. 이와 같이, 단일 중간 이미지 평면(128)은 마이크로 광학 조립체(120)의 배율 정도에 무관하게 유지될 수도 있다. 즉, 상이한 마이크로 광학 조립체(120)는 상이한 배율을 가질 수도 있고 또한 동일한 중간 이미지 평면(128)을 일정한 로케이션에 유지할 수도 있다. 달리 말하면, 시스템의 하나 이상의 마이크로 광학 조립체는, 하나 이상의 마이크로 광학 조립체(120)의 배율이 중간 이미지 평면(128)의 로케이션을 조정하지 않고 조정될 수도 있도록 제어될 수도 있다.
도 6은 제1 렌즈(132), 제2 렌즈(134) 및 제3 렌즈(136)를 포함할 수도 있는 매크로 광학 조립체(130)의 일 실시예를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 렌즈(132)는 크로스 실린더 렌즈일 수도 있다. 제2 렌즈(134)와 제3 렌즈(136)는 집합적으로 이중 렌즈를 형성할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 매크로 광학 조립체(130)는 제1 렌즈(132) 앞의 하나 이상의 렌즈(138) 및/또는 제3 렌즈(136) 뒤의 하나 이상의 렌즈(140)와 같은, 부가의 렌즈를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 도 7 및 도 8을 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 렌즈의 각각의 위치는 조정 가능할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 매크로 광학 조립체(130)는, 레이저 빔(106)을 빌드 표면(102) 상에 집속 유지하면서, 개별 레이저 빔(106)의 크기 뿐만 아니라 복수의 마이크로 광학 조립체(120)로부터 출력되는 복수의 레이저 빔(106) 사이의 간격의 모두를 조정하도록 구성될 수도 있다. 즉, 매크로 광학 조립체(130)는 일정한 작업 거리를 유지하면서 가변 배율로 빌드 표면(102)에 중간 이미지 평면(128)을 재이미징하도록 구성될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 레이저 빔(106a)은 출력 지점(107a)을 포함할 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 레이저 빔(106a)의 출력 지점(107a)은 임의의 적합한 로케이션에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 출력 지점(107a)은 빌드 표면(102)에 기단측에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 출력 지점(107a)은 매크로 광학 조립체(130)의 제1 렌즈(132)와 제2 렌즈(134) 사이에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 출력 지점은 복수의 레이저 빔의 크로스오버 지점(109)과 별개일 수도 있다. 이론에 구속되는 것을 바라지 않고, 출력 지점(107a)의 로케이션은 마이크로 광학 조립체(120) 및 매크로 광학 조립체(130)의 모두의 배열의 함수일 수도 있고, 반면 크로스오버 지점(109)의 로케이션은 매크로 광학 조립체(130)의 배열의 함수일 수도 있다. 몇몇 실시예에서 크로스오버 지점(109)은 출력 지점(107)에 기단측에 있을 수도 있고, 반면 몇몇 실시예에서, 크로스오버 지점(109)은 출력 지점(107)에 말단측에 있을 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 크로스오버 지점(109)은 광학 경로를 따라 임의의 적합한 위치에 위치될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 물론, 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 몇몇 실시예에서, 크로스오버 지점(109) 및 출력 지점(107)이 동일한 위치에 배치될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 7은 광학 장치의 연속적인 조정을 갖는 매크로 광학 조립체(130)의 일 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 제1 렌즈(132), 제2 렌즈(134) 및 제3 렌즈(136)의 위치는 조정 가능할 수도 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(132)의 위치는 제1 레일(148)을 따라 렌즈(132)의 제1 부분을 이동시키도록 구성된 액추에이터(142), 및 제2 레일(149)을 따라 렌즈(132)의 제2 부분의 모션을 허용하도록 구성된 수동 구성요소(143)를 사용하여 조정될 수도 있다. 물론, 다른 조정 가능한 렌즈는 모션을 가능하게 하도록 구성된 다른 구성요소와 연관될 수도 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(134)는 액추에이터(144) 및/또는 수동 구성요소(145)와 연관될 수도 있고, 제3 렌즈(136)는 액추에이터(146) 및/또는 수동 구성요소(147)와 연관될 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 광학 요소의 연속 조정을 갖는 매크로 광학 조립체(130)는 광학 요소의 자동 및/또는 수동 조정을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 액추에이터는 브러시리스 모터, 브러시 모터, 스테퍼 모터, 선형 스테이지, 벨트 드라이브, 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 압전 액추에이터, 및/또는 렌즈의 위치 및/또는 배향을 조정하도록 구성된 임의의 다른 적합한 액추에이터를 포함할 수도 있다. 수동 요소는 볼 베어링, 롤러 베어링, 스러스트 베어링, 부싱 또는 임의의 다른 적합한 요소를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 렌즈의 위치 및/또는 배향은 수동으로 조정될 수도 있다. 수동 조정은 가이드 레일을 따라 하나 이상의 렌즈의 위치를 조정하는 것, 세트 스크류를 조정하는 것, 및/또는 관련 기술 분야에 알려진 렌즈의 임의의 다른 적합한 수동 조정 방식을 포함할 수도 있다.
도 8은 광학 장치의 이산 조정을 갖는 매크로 광학 조립체(130)의 일 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 제1 렌즈(132), 제2 렌즈(134) 및 제3 렌즈(136)의 위치는 조정 가능할 수도 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(132)의 위치는 제1 렌즈(132)를 보유하도록 구성된 하나 이상의 가이드(150)의 슬롯(152) 사이에서 렌즈를 이동시킴으로써 조정될 수도 있다. 물론, 다른 조정 가능한 렌즈는 가이드(150)의 슬롯(152) 또는 동작 중에 원하는 배향 및/또는 구성으로 렌즈 또는 다른 광학 구성요소를 유지하는 것이 가능한 임의의 다른 적절한 고정구와 인터페이싱하도록 구성될 수도 있다. 본 개시내용이 이와 관련하여 한정되지 않기 때문에, 광학 요소의 이산 조정을 갖는 매크로 광학 조립체(130)는 광학 요소의 자동 및/또는 수동 조정을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 교시가 다양한 실시예 및 예와 관련하여 설명되었지만, 본 교시가 이러한 실시예 또는 예에 한정되도록 의도되는 것은 아니다. 반대로, 본 교시는 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같은 다양한 대안, 수정 및 등가물을 포함한다. 이에 따라, 전술된 설명 및 도면은 단지 예시를 위한 것이다.
본 명세서에 설명된 기술의 전술된 실시예는 임의의 수많은 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수도 있다. 소프트웨어에 구현될 때, 소프트웨어 코드는 단일 컴퓨팅 디바이스에 제공되거나 다수의 컴퓨팅 디바이스 사이에 분산되건간에, 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서의 집합 상에서 실행될 수 있다. 이러한 프로세서는 CPU 칩, GPU 칩, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 또는 코프로세서와 같은 명칭에 의해 관련 기술 분야에 공지되어 있는 상업적으로 입수 가능한 집적 회로 구성요소를 포함하여, 집적 회로 구성요소 내에 하나 이상의 프로세서를 갖는 집적 회로로서 구현될 수도 있다. 대안적으로, 프로세서는 ASIC, 또는 프로그램 가능 논리 디바이스를 구성하는 것으로부터 발생하는 반맞춤형 회로와 같은 맞춤형 회로에 구현될 수도 있다. 또 다른 대안으로서, 프로세서는 상업적으로 입수 가능한, 반맞춤형 또는 맞춤형이건간에, 더 대형 회로 또는 반도체 디바이스의 부분일 수도 있다. 특정 예로서, 몇몇 상업적으로 입수 가능한 마이크로프로세서는 다수의 코어를 가져, 이들 코어 중 하나 또는 서브세트가 프로세서를 구성할 수도 있게 된다. 그러나, 프로세서는 임의의 적합한 포맷의 회로를 사용하여 구현될 수도 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스는 랙 마운트 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 또는 태블릿 컴퓨터와 같은, 다수의 형태 중 임의의 하나로 구체화될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 컴퓨팅 디바이스는 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA), 스마트폰, 태블릿, 또는 임의의 다른 적합한 휴대용 또는 고정식 전자 디바이스를 포함하여, 일반적으로 컴퓨팅 디바이스로서 간주되지 않지만 적합한 프로세싱 기능을 갖는 디바이스 내에 임베드될 수도 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 입력 및 출력 디바이스를 가질 수도 있다. 이들 디바이스는 무엇보다도, 사용자 인터페이스를 제시하는 데 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스를 제공하는 데 사용될 수 있는 출력 디바이스의 예는 출력의 시각적 프리젠테이션을 위한 디스플레이 스크린 또는 출력의 가청 프리젠테이션을 위한 스피커 또는 다른 사운드 생성 디바이스를 포함한다. 사용자 인터페이스를 위해 사용될 수 있는 입력 디바이스의 예는 키보드와, 개별 버튼과, 마우스, 터치패드, 및 디지털화 태블릿과 같은 포인팅 디바이스를 포함한다. 다른 예로서, 컴퓨팅 디바이스는 음성 인식을 통해 또는 다른 가청 포맷으로 입력 정보를 수신할 수도 있다.
이러한 컴퓨팅 디바이스는 근거리 통신망 또는 엔터프라이즈 네트워크 또는 인터넷과 같은 광역 통신망 포함하여 임의의 적합한 형태로 하나 이상의 네트워크에 의해 상호 연결될 수도 있다. 이러한 네트워크는 임의의 적합한 기술에 기초할 수도 있고 임의의 적합한 프로토콜에 따라 동작할 수도 있으며 무선 네트워크, 유선 네트워크 또는 광섬유 네트워크를 포함할 수도 있다.
또한, 본 명세서에 약술된 다양한 방법 또는 프로세스는 다양한 운영 체제 또는 플랫폼 중 임의의 하나를 채용하는 하나 이상의 프로세서 상에서 실행 가능한 소프트웨어로서 코딩될 수도 있다. 부가적으로, 이러한 소프트웨어는 다수의 적합한 프로그래밍 언어 및/또는 프로그래밍 또는 스크립팅 툴 중 임의의 것을 사용하여 기입될 수도 있고, 또한 프레임워크 또는 가상 기계에서 실행되는 실행 가능한 기계 언어 코드 또는 중간 코드로서 컴파일링될 수도 있다.
이와 관련하여, 본 명세서에 설명된 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서 상에서 실행될 때, 전술된 다양한 실시예를 구현하는 방법을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(또는 다수의 컴퓨터 판독 가능 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 콤팩트 디스크(CD), 광학 디스크, 디지털 비디오 디스크(DVD), 자기 테이프, 플래시 메모리, RAM, ROM, EEPROM, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이 또는 다른 반도체 디바이스 내의 회로 구성, 또는 다른 탠저블 컴퓨터 저장 매체)로서 구체화될 수도 있다. 상기 예로부터 명백한 바와 같이, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 비일시적 형태로 컴퓨터 실행 가능 명령을 제공하기 위해 충분한 시간 동안 정보를 보유할 수도 있다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 매체들은 운반 가능할 수 있어, 그 위에 저장된 프로그램 또는 프로그램들이 전술된 바와 같이 본 개시내용의 다양한 양태를 구현하기 위해 하나 이상의 상이한 컴퓨팅 디바이스 또는 다른 프로세서 상에 로딩될 수 있게 된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "컴퓨터 판독 가능 저장 매체"는 단지 제조될 것(즉, 제조 물품) 또는 기계로 고려될 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 본 개시내용은 전파 신호와 같은, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 이외의 컴퓨터 판독 가능 매체로서 구체화될 수도 있다.
컴퓨터 실행 가능 명령은 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 다수의 형태일 수도 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 작업을 수행하고 또는 특정 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성요소, 데이터 구조 등을 포함한다. 통상적으로, 프로그램 모듈의 기능성은 다양한 실시예에서 원하는 바와 같이 조합되거나 분산될 수도 있다.
본 개시내용의 다양한 양태는 단독으로, 조합하여, 또는 상기에 설명된 실시예에서 구체적으로 설명되지 않은 다양한 배열로 사용될 수도 있고, 따라서 상기 설명에 설명되거나 도면에 도시되어 있는 구성요소의 상세 및 배열에 그 용례가 한정되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서 설명된 양태는 다른 실시예에서 설명된 양태와 임의의 방식으로 조합될 수도 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 그 예가 제공되어 있는 방법으로서 구체화될 수도 있다. 방법의 일부로서 수행되는 동작은 임의의 적합한 방식으로 순서화될 수도 있다. 이에 따라, 예시적인 실시예에서 순차적인 동작으로서 도시되어 있지만, 일부 동작을 동시에 수행하는 것을 포함할 수도 있는, 예시되어 있는 것과는 상이한 순서로 동작이 수행되는 실시예가 구성될 수도 있다.
또한, 몇몇 행동은 "사용자"에 의해 취해진 것으로서 설명된다. "사용자"는 단일의 개인일 필요는 없고, 몇몇 실시예에서 "사용자"에 기인하는 행동은 개인의 팀 및/또는 컴퓨터 지원 도구 또는 다른 메커니즘과 조합하는 개인에 의해 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (30)

  1. 적층 제조 시스템이며,
    빌드 표면;
    빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 형성하기 위해 복수의 레이저를 생성하도록 구성된 복수의 레이저 에너지 소스;
    복수의 렌즈 어레이로서, 복수의 렌즈 어레이는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하도록 구성되는, 복수의 렌즈 어레이; 및
    적어도 하나의 렌즈로서, 적어도 하나의 렌즈는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하도록 구성되는, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈는 복수의 렌즈를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈의 위치를 조정하는 것은 초점면의 위치를 조정하는, 적층 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 크기 및/또는 간격의 독립적인 제어를 제공하기 위해 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 하나의 렌즈 어레이 및/또는 적어도 하나의 렌즈의 위치를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 슬롯을 더 포함하고, 각각의 슬롯은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 크기 및/또는 간격의 독립적인 제어를 제공하기 위해 미리 결정된 구성으로 적어도 하나의 렌즈 어레이 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 유지하기 위해 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 하나의 렌즈 어레이 및/또는 적어도 하나의 렌즈를 수용하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 2개의 렌즈 어레이 사이의 간격은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하기 위해 가변적인, 적층 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 복수의 렌즈 어레이는 복수의 렌즈 어레이와 적어도 하나의 렌즈 사이의 고정된 위치에 중간 이미지 평면을 유지하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 복수의 렌즈 중 적어도 2개의 렌즈 사이의 간격은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하기 위해 가변적인, 적층 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 복수의 렌즈 어레이는 복수의 렌즈로부터의 복수의 레이저의 광학 경로를 따라 적어도 하나의 렌즈 앞에 위치되는, 적층 제조 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 복수의 렌즈 어레이는 복수의 렌즈렛 어레이인, 적층 제조 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 복수의 렌즈 어레이는 제1 렌즈 어레이, 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈 어레이를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 제1 렌즈 어레이는 복수의 레이저 에너지 소스에 의해 방출되는 복수의 레이저 빔을 시준하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 제2 렌즈 어레이 및 제3 렌즈 어레이는 이중 렌즈 어레이를 형성하는, 적층 제조 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 제1 렌즈 어레이와 이중 렌즈 어레이 사이의 간격은 중간 이미지 평면의 위치를 조정하기 위해 가변적인, 적층 제조 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 제2 렌즈 어레이와 제3 렌즈 어레이 사이의 간격은 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하기 위해 가변적인, 적층 제조 시스템.
  16. 적층 제조 시스템이며,
    빌드 표면;
    빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 생성하도록 구성된 복수의 레이저 에너지 소스; 및
    빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 제어하도록 구성된 광학 조립체를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 광학 조립체는:
    복수의 렌즈 어레이로서, 복수의 렌즈 어레이는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿의 각각의 크기를 조정하도록 구성되는, 복수의 렌즈 어레이; 및
    적어도 하나의 렌즈로서, 적어도 하나의 렌즈는 빌드 표면 상의 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 조정하도록 구성되는, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는, 적층 제조 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 2개의 렌즈 어레이 사이의 간격을 제어하도록 구성된 제1 액추에이터를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈 중 적어도 2개의 렌즈 사이의 간격을 제어하도록 구성된 제2 액추에이터를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 복수의 레이저 에너지 소스, 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터에 동작식으로 결합된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는 복수의 레이저 빔의 강도, 복수의 레이저 스폿의 크기, 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 제어하도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 프로세서는 제1 액추에이터 및/또는 제2 액추에이터를 작동시킴으로써 복수의 레이저 스폿의 크기 및 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 제어하는, 적층 제조 시스템.
  22. 적층 제조 시스템에서 복수의 레이저 빔을 제어하는 방법이며,
    빌드 표면 상에 복수의 레이저 스폿을 형성하기 위해 복수의 레이저 빔을 방출하는 단계;
    복수의 레이저 스폿의 각각의 스폿 크기를 독립적으로 조정하는 단계; 및
    복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 복수의 레이저 빔을 사용하여 빌드 표면 상에 배치된 재료를 용융하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 제22항에 있어서, 빌드 표면을 가로질러 복수의 레이저 빔을 병진하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 제22항에 있어서, 복수의 레이저 스폿의 각각의 스폿 크기를 독립적으로 조정하는 단계는 복수의 렌즈 어레이 중 적어도 하나의 렌즈 어레이의 위치를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈 어레이의 위치를 조정하는 단계는 적어도 하나의 렌즈 어레이에 동작식으로 결합된 액추에이터를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제25항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈 어레이의 위치를 조정하는 단계는 미리 결정된 구성으로 적어도 하나의 렌즈 어레이를 유지하도록 구성된 슬롯 내에 적어도 하나의 렌즈 어레이를 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제22항에 있어서, 복수의 레이저 스폿 사이의 간격을 독립적으로 조정하는 단계는 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈의 위치를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈의 위치를 조정하는 단계는 적어도 하나의 렌즈에 동작식으로 결합된 액추에이터를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제28항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈의 위치를 조정하는 단계는 미리 결정된 구성으로 적어도 하나의 렌즈를 유지하도록 구성된 슬롯 내에 적어도 하나의 렌즈를 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
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