KR20230100754A - 고전력 다이오드 기반 적층 가공을 위한 시스템 및방법 - Google Patents

고전력 다이오드 기반 적층 가공을 위한 시스템 및방법 Download PDF

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KR20230100754A
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바썸 에스. 엘-대셔
앤드류 베이래미안
제임스 에이. 데무스
조셉 씨. 파머
샤론 쥐. 토레스
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로렌스 리버모어 내쇼날 시큐리티, 엘엘시
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Abstract

기판을 형성하는 분말화된 물질에 대한 적층 가공 제조 공정을 수행하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 기판의 분말화된 물질을 용융 또는 소결하는데 충분한 광학 신호를 생성하기 위한 다이오드 어레이를 이용할 수 있다. 마스크는 광 신호의 제1 소정 부분이 기판에 도달하는 것을 방지하고, 반면에 제2 소정 부분이 기판에 도달하는 것을 허용하는데 사용될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 다이오드 어레이의 출력을 제어하는데 사용될 수 있다.

Description

고전력 다이오드 기반 적층 가공을 위한 시스템 및 방법{System and method for high power diode based additive manufacturing}
이 출원서는 PCT 국제출원으로서 2013년 3월 5일 출원된 미국 특허 출원 제13/785,484호로부터의 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 개시사항은 본원에 참조로서 포함된다.
미국 정부는, 로렌스 리버모어 국립 연구소의 운영을 위한 로렌스 리버모어 국가 안보국과 미국 에너지국 사이의 계약 번호 DE-AC52-07NA27344에 따라 본 발명에 대한 권한을 갖는다.
본 발명은 입체 물품 및 부품을 만들기 위한 적층 가공 시스템 및 기술에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 고전력 다이오드 시스템을 사용하여 적층 가공을 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이 부분의 설명들은 본 개시서에 관한 배경 정보만을 제공하며 선행기술을 구성하는 것은 아니다.
3D 프린팅으로도 지칭되는 적층 가공(additive manutacturing, "AM")은, 부분을 구축하기 위해 물질이 순차적으로, 층층이 추가되는 제조 기술이다. 이는, 부분이 물질 블록으로 시작되어 이후 최종 원하는 모양으로 깎여지는 전통적인 가공과는 대조적이다. 적층 가공 제조와 함께, 직류 전원(directed power source)이 물질(전형적으로 분말)을 최종의, 최근접 형상 물체(near net-shape article)로 응집시키는데 사용된다. 3차원 물체들은 한 번에 하나의 층으로 제조되어 2-차원 영역들의 집합체가 된다. 적층 가공 제조의 하나의 중요한 장점은, 복잡한 형태들(예를 들어, 내부 특징들을 갖는 부품들)이 실현 될 수 있다는 것이다. 또 다른 중요한 장점은, 필요한 물질이 최종 부품을 형성하는데 사용되는 것으로 한정된다는 것이다. 따라서, 적층 가공 제조는 매우 작은 재료 손실의 장점을 갖는다. 이는 특히 고가의/엄격하게 통제되는 물질들에서 특히 중요하다.
금속 제조를 위한 적층 가공의 사용은 비교적 최근의 추세이다. 역사적으로, 플라스틱은 적층 가공을 채용하는 상용 시스템의 중심이 되어 왔다. 그럼에도 불구하고, 적층 가공에서의 금속의 사용은 상업적으로 매우 중요한데, 이는 기술적 설계 구조의 대부분이 금속에 크게 의존하기 때문이다. 금속 적층 가공은 금속 분말을 용융, 퓨즈, 및/또는 소결시키기 위해 상대적으로 높은 전력, (일반적으로 100W-1000W 정도의) 고집광 레이저 빔을 요구한다. 상기 금속 분말은 통상적으로 적층 가공 과정 동안 분말 베드(power bed)에 위치된다. 상기 레이저 빔은 상기 분말 표면을 따라 래스터(rastered)되어 패스 당 2-차원 섹션이 만들어진다. 각 층이 완성되면, 분말 베드는 원위치로 되돌아가고 새로운 분말이 방금-완료된 층의 상부에 레이어(layered)된다. 일반적인 층의 두께가 약 50 내지 100 미크론인 점을 감안하면, 이 래스터링(rastering)이 어떻게 가장 시간을 많이 소비하는 단계인지 알 수 있다. 이는, 전통적인 가공 방법들을 사용하면 2 내지 3시간만 걸릴 것 물체들이 적층 가공을 사용하면 8시간까지 걸릴 수 있는지를 나타내는 주요한 이유이다. 또한, 상기 레이저 빔을 래스터링해야하는 필요성으로 인해, 최대 부분의 크기가 제한 될 수 있다. 현재 25 cm x 25 cm 영역의 부분 크기가 상기 레이저 빔을 래스터링하는 것을 수반하는 적층 가공 기술로 만들어질 수 있는 가장 가장 큰 부분 크기이다. 따라서, 적층 가공을 사용하여 물체들, 특히 금속 물체들을 제조하는데 필요한 시간을 줄일 수 있는 강력한 요구가 있다.
본 개시서가 언급하는 하나의 중요한 도전은 종래의 적층 가공 제조 공정에 채용되는 래스터 스캔 동작에 의해 필요로 필연적으로 귀결되는 이 상대적으로 느린 속도를 극복하는 것이다.
본 개시서의 일 측면은 기판을 형성하는 분말화된 물질 상에서 적층 가공 제조 공정을 수행하기 위한 시스템과 관련된다. 상기 시스템은 상기 기판의 분말화된 물질을 용융 또는 소결하는데 충분한 광학 신호를 생성하기 위한 다이오드 어레이를 포함할 수 있다. 마스크는 상기 광 신호의 제1 소정 부분이 상기 기판에 도달하는 것을 방지하고, 반면에 제2 소정 부분이 상기 기판에 도달하는 것을 허용하는데 사용될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 상기 다이오드 어레이의 출력을 제어하는데 사용될 수 있다.
본 개시서의 다른 측면은 기판을 형성하는 분말화된 물질 상에서 적층 가공 제조 공정을 수행하기 위한 시스템과 관련된다. 상기 시스템은 상기 기판의 분말화된 물질을 용융 또는 소결하는데 충분한 광 강도의 펄스화된 광 신호를 생성하는 다이오드 어레이를 포함할 수 있다. 마스크는 상기 다이오드 어레이와 상기 기판 사이에 개재될 수 있고, 상기 펄스화된 광 신호의 제1 소정 부분이 상기 기판에 도달하는 것을 방지할 수 있고, 반면에 제2 소정 부분이 상기 기판에 도달하는 것이 허용될 수 있다. 상기 마스크는 프로세서에 의해 전자 제어되어, 상기 기판의 선택된 하위부분들이 마스크 오프(masked off)되는 것을 전자적으로 가능케 한다. 프로세서가 사용되어 상기 마스크가 전자적으로 제어될 수 있다.
본 개시서의 또 다른 측면은 적층 가공(Additive Manufacturing, AM)을 수행하는 방법과 관련된다. 상기 방법은 펄스화된 광 신호를 사용하여 기판의 분말화된 층을 조사하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 펄스화된 광 신호는 상기 기판이 위치되는 전체 2차원 층의 실질적인 부분을 적어도 조사하기에 충분하다. 마스크는 상기 펄스화된 광 신호의 제1 하위부분이 상기 기판의 상기 제1 층에 도달하는 것을 선택적으로 방지하데 사용될 수 있다. 분말 물질의 제2 층은 상기 제1 층 상으로 위치될 수 있다. 상기 제2 층은 상기 펄스화된 광 신호를 사용하여 조사될 수 있고, 상기 펄스화된 광 신호의 제2 하위부분이 상기 기판의 상기 제2 층에 도달하는 것을 선택적으로 방지하도록 상기 마스크가 사용될 수 있다.
추가적인 적용 분야들이 본원에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 이하의 설명 및 특정 예들은 도시의 목적으로 의도된 것이고 본 발명의 범위를 한정하는 의도가 아님이 이해되어야 한다.
여기에 설명된 도면들은 단지 예시 목적을 위한 것이며 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 한정하려고 의도한 것은 아니다.
도 1은 고전력 다이오드 어레이 및 마스크를 이용하여 적층 가공("AM") 제조 공정을 수행하기 위한 본 시스템 및 방법의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 상기 제조 공정 동안 상기 다이오드 어레이로부터의 광선들의 일부가 어떻게 편광 거울에 의해 반사되어 상기 기판에 도달하는 것이 방지되는지를 나타내는 도 1의 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 3은 다양한 타입의 금속들을 용융하기 위해 필요한 평균속을 도시하는 차트이다.
도 4는 각각의 재료를 용융하는데 필요한 시간에 따라 다양한 물질들을 용융하는데 필요한 다양한 온도들을 나타내는 다수의 곡선들을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 시스템의 또 다른 형태를 도시하며, 여기서 상기 기판의 화소들에 상응하는 개별 "타일들"(소정 영역들)은 상기 AM 제조 공정 중에 디지털로 제어된다.
도 6은 본 발명의 시스템의 또 다른 형태를 도시하며, 여기서 복수의 집속 렌즈들이 사용되어 상기 다이오드 어레이로부터의 출력이 상기 기판의 특정 영역들 상으로 동시 집속되고, 그에 따라 개별, 분리된 물질 시트들이 동시에 용융된다.
도 7은, 비유사한 분말들을 함께 용융/소결하기 위한, 다이오드 어레이 생성된 빛에 의한 조사 이전의 분말 형태의 다른 물질 종류의 퇴적의 방법의 개략적인 측면도이다.
이하의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 개시서, 응용, 또는 용도를 제한하려는 것이 아니다. 도면에서 상응하는 도면 번호들은 같은 또는 대응하는 부분들과 특징들을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 참조하면, 시스템(10)이 적층 가공(이하 "AM"으로 지칭함) 제조 공정을 수행하기 위한 본 개시서의 일 실시예에 따라 도시된다. 상기 시스템(10)은 고전력 다이오드 어레이(12) 및 컴퓨터 제어된, 선택적 마스크 영역(14)(이하, 간단히 "마스크(14)"로 지칭함)을 포함할 수 있다. 적절한 전원(16)이 상기 다이오드 어레이(12)에 전기 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터(18) 또는 다른 적절한 형태의 프로세서 또는 컨트롤러는, 상기 다이오드 어레이(12)로의 전력의 온/오프 인가를 제어하도록 상기 전원(16)을 제어하는데 사용될 수 있고, 또한 선택적으로 (즉, 디지털로) 상기 마스크(14)를 제어하고 상기 광학 빔의 모양을 만들거나 집속시키는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 별도의 프로세서들 또는 컴퓨터들이 상기 다이오드 어레이(12) 및 상기 마스크(14)를 제어하는데 사용될 수 있다. 상기 컴퓨터(18)로 상기 마스크(14)를 선택적으로 전자 제어하는 것은 상기 다이오드 어레이(12)로부터의 상기 광학 빔이 기판(20)(즉, 분말 베드)을 형성하는 분말의 특정 선택된 부분들에 도달하는 것이 방지되게끔 할 수 있고, 그에 따라 부분들이 상기 빔에 의해 조사된다. 도 1에서 부분(15)은 격자 해치(cross hatched)되어 상기 기판(20)의 분말 물질에 도달하지 않는 다이오드 어레이(12)로부터의 출력의 일부를 나타낸다.
일 바람직한 형태에서, 상기 다이오드 어레이(12)는 하나의 큰 다이오드 바를 포함 할 수 있다. 대안적으로, 서로 인접 위치된 복수의 다이오드 바들이 상기 다이오드 어레이(12)를 형성하는데 사용될 수 있다. 일 바람직한 형태에서 상기 다이오드 어레이는 다이오드 바들의 어레이들로 구성 될 수 있고, 이들 각각은 약 1cm X 0.015cm 이며 25cm X 25cm 다이오드 어레이를 구성 할 수 있다. 그러나, 임의의 개수의 다이오드 바들이 이용 될 수 있으며, 정확한 수량 및 구성은, 그것을 이루는 부분 및 기타 요인들에 의존 할 수 있다. 상기 다이오드 어레이(12)를 형성하기 위한 적합한 다이오드 바들은, 아리조나 투싼의 Lasertel, 캘리포니아 산호세의 Oclaro 주식회사, 워싱턴주 밴쿠버의 nLight 사, 뉴욕주 뉴욕의 Quantel 주식회사, 아리조나 투싼의 DILAS 다이오드 레이저 주식회사, 및 독일 예나(Jena)의 Jenoptik AG 및 많은 다른 곳들에서 이용 가능하다. 상기 다이오드 어레이(12)는 2 퍼센트의 듀티 사이클에서 최대 100 kW/cm2 초과의 그리고 약 10 kW/cm2 의 최소 전력 밀도를 제공할 수 있다. 이는 다양한 물질들을 용융시키기에 충분한 광 전력을 생성하는 것을 실현 가능케 한다. 도 3은 다양한 물질들을 용융하는 경우에 계산된 평균 전력속(power flux)의 표를 제공한다. 도 4는 모든 물질들을 용융하기에 충분한 전력에서의, 다양한 금속 분말들(즉, 알루미늄, 티타늄, 철, 및 텅스텐)에 대한 다이오드 어레이(12)의 효과를 도시한 그래프를 나타낸다. 도 4에 나타난 그래프들을 구하는 계산들은 MATLAB으로 수행되었으며, 도전성 및 방사성 손실들을 고려하였다. 보존성(conservative)의 30 % 흡수율이 100 ㎛의 분말 층 두께와 함께 가정되었다.
또한, 하나 이상의 다이오드 바들로 구성된 다이오드 어레이를 사용하는 중요한 장점은 그러한 어셈블리가 쉽게 확장 가능함이 이해될 것이다. 따라서, 다양한 크기의 다이오드 어레이들이 구성되어 특정 크기의 부품을 제조하도록 하는 요구들이 충족될 수 있다. 예를 들어, 상기 다이오드 어레이(12)는 1 평방 미터의 면적을 갖도록 구성 될 수 있고, 이는 AM 제조 프로세스를 통해 상응하는 대규모의 구성요소들이 구성되는 것을 허용할 것이며, 물론 그 전제로서 적절한 크기 분말 베드가 상기 부품의 제조를 지원하기 위해 이용될 수 있어야 한다. 다른 중요한 장점은, 시스템(10)이 이동하는 부분들이 없는 추가적인 이점과 함께 기존의 AM 제조 시스템들로 통합 될 수 있다는 점이다. 상기 시스템(10)은, 전통적으로 고상 처리 기술을 사용하여 형성되는 (즉, 용융되지 않은) 임의의 합금 또는 ODS(산화물 분산 강화된) 강철들과 같은 금속을 제조하고 결합하는 것이 전통적으로 어려웠던 AM 제조를 허용한다.
일 바람직한 형태에서, 도 2를 참조하면, 마스크(14)는 "액정 편광 회전자(liquid crystal polarization rotator)"를 형성하며, 상기 액정 편광 회전자는 액정 모듈(LCM)(14a) 및 편광 요소(14b)로 구성되고, 이 예에서 상기 편광 요소는 편광 거울(이하, "편광 거울"(14)로 지칭함)이다. 상기 편광 거울(14b)은 상기 액정 편광 회전자에 의해 한정된 광을 지향하게 하고 상기 기판(20)을 조사하는 광학 패턴을 형성한다. 상기 마스크(14)를 형성하는데 도움이 되는 액정 모듈(이하 "LCM"으로 지칭함)(14)은 하나 이상의 2차원, 전자적으로 (즉, 디지털로) 어드레스 가능한 픽셀들의 어레이들로 구성될 수 있다. 액정 편광기들은 시판되고 어드레스 가능한 픽셀들의 이차원 어레이를 형성하며, 이들은 들어오는 광자의 극성을 변경함으로써 작동하고 상기 들어오는 광자는 이후 편광 요소에 의해 거부된다. 그러나, 상기 시스템(10)의 경우, 상기 편광 요소(14b)는 상기 광 신호의 형성 및/또는 집광을 돕는데 사용될 수 있는 상기 마스크(14)의 개별 구성 요소를 형성할 수 있다.
도 2에서, 광이 LCM(14a)을 조사함에 따라, 마스크(14)는 다이오드 어레이(12)로부터 출력된 광(22)을 수신한다. LCM(14a)의 픽셀들은 컴퓨터(18)를 사용하여 독립적으로 어드레스되어 상기 기판(20)의 특정 선택 영역들에서 빛을 거부한다. 마스크(14)를 형성하도록 LCM(14a) 및 편광 거울(14b)을 사용하는 것은, 다이오드 어레이(12)에 의해 생성된 광이 필요에 따라 상기 기판(20)의 선택된 영역 상으로만 제어 가능하게 지향되는 것을 가능케 한다. 도 2에서, 선들(22a)로 표시된 광은 상기 편광 거울(14b)을 통해 통과 할 수 있지만, 선들(22b)로 표시된 광은 상기 편광 거울에 의해 거부된다. 컴퓨터 제어된 LCM(14a)을 사용하는 것의 중요한 이점은 광 에너지의 매우 작은 양만이 상기 편광 거울(14b)로 흡수되고, 그에 따라 거울의 손상이 방지될 수 있다는 것이다.
실제의 AM 제조 동작 동안, 분말 물질의 제1 층은 상기 시스템에 의해 활성화(acted on)될 수 있고, 상기 다이오드 어레이(12)를 펄싱함으로써 상기 제1 층의 선택된 부분(또는 아마도 전체 부분)이 용융된다. 이후, 분말 물질의 후속하는(즉, 두 번째) 층은 상기 시스템(10)에 의해 활성화(acted on)된 직후의 층 상으로 부가될 수 있고 상기 프로세스가 반복될 것이다. 상기 다이오드 어레이(12)는 상기 제2 층의 물질의 하나 이상의 선택된 하위부분들(또는 아마도 전부)을 용융하도록 펄싱될 수 있다. 각 층에 대해, 상기 시스템(10)은 상기 마스크(14)의 화소를 전자적으로 제어하여, 상기 기판 (20)의 특정, 미리 정해진 부분이 상기 다이오드 어레이(12)로부터의 상기 펄스화된 광 신호에 의해 조사되는 것을 선택적으로 방지한다. 이 공정은 상기 마스크(14)를 제어하는 컴퓨터(18)와 함께 각 층에 대해 반복되고, 그에 따라 각각의 층에 대해, 상기 분말 물질의 하나 이상의 선택된 하위부분들(또는 아마도 전부)이 상기 마스크(14)에 의해 상기 펄스화된 광 신호에 노출되는 것이 차단된다. 바람직하게는, 각 층의 전체 2차원 면적은 상기 다이오드 어레이(12)를 펄싱함으로써 한번에 용융 또는 소결된다. 그러나, 전체 이차원 영역이 상기 다이오드 어레이에 의해 완전히 조사 될 수 없는 경우, 상기 2차원 영역에 상기 다이오드 어레이(12)를 스캔 래스터링하는 것도 마찬가지로 가능하다.
어드레스 가능한 마스크(14)에 대한 대안은 어드레스 불가능 마스크이다. 어드레스 불가능 마스크는 광 빔의 일부를 단순히 차단할 금속(예를 들면, 텅스텐)의 정밀 절단된 부분일 수 있다. 그러한 가공 마스크가 단순한 기하구조를 구축하는 데 사용될 수 있지만, 본 명세서에 기재된 시스템(10)의 완전한 잠재력은 마스크(14)와 같은 어드레스 가능 마스크가 사용되는 경우에 최대화될 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 2개의 대안적인 시스템들(100, 200)이 도시된다. 시스템(100)은 다이오드 어레이(102) 및 다이오드 릴레이 망원경(104)을 포함한다. 상기 다이오드 릴레이 망원경(104)은 어레이 이미지 내의 "타일들"에 대한 상기 기판(20)(분말 베드) 내 "픽셀들"로의 디지털 제어를 제공하는데 사용된다. 도 6은 다이오드 어레이(202) 및 복수의 집광 렌즈들(206)을 갖는 시스템(200)을 도시하며, 이는 상기 기판(20)을 나타내는 상응하는 복수의 "시트들(sheets)" 상으로 상기 어레이로부터 광 에너지를 집속하는데 사용된다.
상기 시스템들(10, 100, 200)은, 각각의 층을 하나의 "패스(pass)"로 용융 및 소결할 수 있고, 상기 다이오드 어레이(12)를 펄싱함으로써 한 번의 작업으로, 다르게 놓일 수 있다. 따라서, 표면을 가로 질러 앞뒤로, 수십, 수백회 또는 그 이상 광 빔을 스캔 래스터링 할 필요성이 제거된다. 이는 AM 제조 공정 동안 분말 물질의 각 층을 용융 및 소결하는데 요구되는 시간을 현저하게 감소시킨다.
도 7을 참조하면, 분말 형태의 다른 종류의 물질의 퇴적 방법이 시스템(300)에 도시되어 있다. 노즐들(301, 302, 303)은 기판(20) 상에 상이한 물질 분말들(304)의 층들을 퇴적할 수 있다. 노즐 헤드들(301, 302, 303)은 부분 표면에 걸쳐 래스터링되어, 그것을 프로그램 가능 소스에 의해 어드레스된 물질로 덮는다. 상기 시스템(10)과 관련하여 설명된 바와 같이, 상기 마스크(14)의 동작 및 상기 다이오드 어레이(12)로부터의 조사 모두가 제어될 수 있고, 그에 따라 상기 노즐들(301, 302, 303)로부터 퇴적된 각각의 물질은 제어된 용융 또는 소결을 위한 정확한 양의 광 에너지를 수신한다.
다양한 실시예들이 설명되었지만, 당업자는 본 발명을 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 변형 또는 변형을 인식할 것이다. 상기 예들은 다양한 실시예들을 도시하고 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 상세한 설명 및 청구 범위는 관련된 종래 기술을 고려하여 필요한 경우에만 그러한 제한과 함께 자유로이 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 기판을 형성하는 분말 물질에 대한 적층 가공(Additive Manufacturing, AM) 제조 공정을 수행하는 시스템으로서,
    어드레스 가능한 픽셀의 어레이를 갖는 마스크; 및
    상기 기판의 분말 물질을 용융 또는 소결하기에 충분한 광 신호를 생성하는 다이오드 어레이를 형성하는 광 신호 생성 유닛을 포함하고,
    상기 광 신호 생성 유닛은 상기 마스크의 전체 면적을 한 번에 실질적으로 조명하기에 충분한 면적을 갖는 빔을 생성하며, 평균 전력 밀도는 분말 물질을 용융하기에 충분하며,
    상기 마스크는 상기 광 신호를 수신하고 그것을 통과하는 상기 광 신호의 부분을 제어가능하게 선택하며, 그에 따라 상기 광 신호의 제1 선택 부분이 상기 마스크를 통과하고, 상기 광 신호의 제2 선택 부분도 상기 마스크를 통과하며, 상기 마스크는 상기 제1 및 제2 선택 부분 중 하나가 상기 분말 물질에 도달하는 것을 허용하고, 상기 마스크는 상기 제1 및 제2 선택 부분 중 다른 하나가 상기 분말 물질에 도달하는 것을 방지하며,
    상기 마스크는 상기 광 신호로부터의 광 에너지를 실질적으로 흡수하지 않는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 신호 생성 유닛은 다이오드 어레이를 포함하는, 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다이오드 어레이는 2 퍼센트의 듀티 사이클에서 적어도 10 kW/cm2 내지 100 kW/cm2 의 전력 밀도를 제공하도록 구성된, 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크는:
    액정 모듈; 및
    편광 요소를 포함하고,
    상기 편광 요소는 상기 제2 선택 부분이 상기 액정 모듈을 통과한 후 상기 광 신호의 상기 제2 선택 부분의 편광을 변경하도록 동작하는, 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 액정 모듈은 프로세서에 의해 디지털 제어되도록 구성된 컴퓨터 제어가능 액정 모듈을 포함하는, 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 편광 요소는 편광 거울을 포함하는, 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 광 신호의 진행 방향에 대하여, 상기 분말 물질의 상류에 배열된 릴레이 망원경을 더 포함하는, 시스템.
  8. 기판을 형성하는 분말 물질에 대한 적층 가공(Additive Manufacturing, AM) 제조 공정을 수행하는 시스템으로서,
    어드레스 가능한 픽셀의 어레이를 갖는 마스크;
    상기 기판의 분말 물질을 용융하기 위한 광 강도가 충분한 펄스화된 광 신호를 생성하도록 구성된 광 신호 생성 유닛; 및
    상기 마스크 및 상기 광 신호 생성 유닛 모두를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 광 신호 생성 유닛은 복수의 다른 전력 레벨을 생성하도록 제어가능하고, 상기 복수의 전력 레벨 중 일 특정 전력 레벨이 3D 부분을 형성하는데 사용되는 특정 물질에 기초하여 선택될 수 있으며,
    상기 펄스화된 광 신호는 소정의 듀티 사이클에서 적어도 10 kW/cm2 보다 큰 전력 밀도를 생성할 수 있고 상기 펄스화된 광 신호는 한 번에 상기 마스크의 적어도 실질적인 면적을 실질적으로 포괄하기에 충분한 치수를 갖는 빔을 형성하며 상기 분말 베드를 형성하는 분말 물질을 용융하기에 충분한 시구간 동안 인가되고, 상기 분말 베드는 상기 기판을 형성하며;
    상기 마스크는 상기 광 신호의 제1 및 제2 부분이 상기 마스크를 통과하지만, 상기 제1 및 제2 부분의 편광을 선택적으로 제어하여 상기 제1 및 제2 부분 중 하나가 상기 분말 물질에 도달하는 것을 허용함으로써 어레이 이미지를 형성하고 따라서 상기 분말 물질을 용융하도록 구성되고, 반면에 상기 제1 및 제2 부분 중 다른 하나는 상기 분말 물질에 도달하는 것이 방지되며;
    상기 광 신호의 상기 전력 레벨은 사용되는 상기 물질의 조성을 고려하여 조절되고, 상기 프로세서는 상기 마스크를 제어하여 상기 광 신호의 상기 제1 또는 제2 부분 중 하나만이 상기 분말 물질에 도달하는 방식으로 상기 마스크의 하나 이상의 픽셀 중 어느 것이 제어되어야 하는지 결정하도록 더욱 구성되며, 상기 광 신호 생성 유닛의 온 및 오프 동작을 제어하여 상기 부분의 각각의 층의 상기 분말 물질의 선택된 하위부분을 선택적으로 한정하고 퓨즈시키는, 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 마스크는 액정 모듈 및 다이오드 어레이와 상기 기판 사이에 개재된 편광기를 갖는 액정 편광 회전자를 형성하고,
    상기 액정 편광 회전자는 그것을 통해 통과하는 상기 펄스화된 광 신호의 상기 제1 또는 제2 부분 중 하나 또는 다른 하나의 편광을 회전하도록 동작하고 반면에 다른 하나가 회전됨이 없이 그것을 통해 통과하는 것을 허용하며, 상기 편광기는 회전된 상기 제1 또는 제2 부분 중 하나를 거부하도록 동작하는, 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 마스크의 상기 액정 모듈은 개별적으로 제어되는 패턴으로 배열된 복수의 픽셀을 포함하는, 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 광 신호 생성 유닛은 전자 제어되도록 구성된 다이오드 어레이를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 다이오드 어레이를 전자적으로 제어하여 상기 다이오드 어레이의 온 및 오프 동작을 제어하도록 구성된, 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 마스크는 상기 프로세서에 의해 디지털 제어되도록 구성된, 시스템.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 마스크는 상기 프로세서에 의해 전자적으로 어드레스될 수 있어 상기 기판의 선택된 영역들이 상기 광 신호 생성 유닛으로부터의 상기 펄스화된 광 신호에 노출되는 것이 방지되는, 시스템.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 마스크는 편광 요소를 포함하는, 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 편광 요소는 상기 광 신호 생성 유닛으로부터의 상기 펄스화된 광 신호가 진행하는 평면으로부터 예각으로 배치되는 편광 거울을 포함하는, 시스템.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 다이오드 어레이는 2 퍼센트의 듀티 사이클에서 적어도 10 kW/cm2 의 전력 출력을 생성하도록 구성된, 시스템.
  17. 기판을 형성하는 분말 물질에 대한 적층 가공(Additive Manufacturing, AM) 제조 공정을 수행하는 시스템으로서,
    독립적으로 전자적으로 어드레스 가능한 픽셀의 어레이를 갖는 마스크; 및
    상기 기판의 분말 물질을 용융하기 위한 광 강도가 충분한 펄스화된 광 신호를 생성하기 위한 광 신호 생성 유닛을 포함하고,
    상기 광 신호 생성 유닛은 복수의 다른 전력 레벨을 생성하도록 제어가능하고, 상기 전력 레벨 중 일 특정 전력 레벨이 3D 부분을 형성하는데 사용되는 특정 물질에 기초하여 선택될 수 있으며, 상기 광 신호는 한 번에 상기 마스크의 전체 면적을 실질적으로 조명하는 면적을 갖는 빔으로서 생성되고,
    상기 마스크는 복수의 어드레스 가능한 영역들(픽셀들)을 갖는 액정 모듈을 포함하고, 상기 픽셀들은 독립적으로 제어가능하며, 상기 액정 모듈의 하류에 편광기가 배치되고, 상기 마스크는 상기 광 신호의 제1 부분이 상기 제1 부분의 임의의 편광 회전을 야기하지 않고 상기 마스크를 통과하도록, 그리고 상기 광 신호의 제2 부분이 상기 제2 부분의 소정 각도의 편광 회전을 야기하며 상기 마스크를 통과하도록 제어가능하며;
    상기 제1 및 제2 부분 중 하나는 상기 분말 물질을 용융하는데 사용되고, 상기 제1 및 제2 부분 중 다른 하나는 상기 분말 물질을 용융하는데 사용되지 않으며;
    상기 마스크는 전자 신호를 통해 제어되도록 구성되고, 그에 따라 상기 광 신호 생성 유닛이 선택된 시간에 그리고 선택된 전력 레벨로 상기 광 신호를 생성할 때, 상기 마스크가 상기 광 신호의 선택된 부분만을 통과시켜 분말 물질의 각각의 신규 층에서 상기 분말 물질의 선택된 부분만이 용융되는, 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    프로세서를 더 포함하고,
    상기 액정 모듈은 상기 프로세서에 의해 디지털 제어되도록 구성된 컴퓨터 제어가능 액정 모듈을 포함하는, 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 광 신호 생성 유닛은 다이오드 어레이를 포함하는, 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 광 신호 생성 유닛은 상기 프로세서에 의해 전자 제어되도록 구성되고,
    상기 프로세서는 상기 광 신호 생성 유닛을 전자적으로 제어하여 상기 다이오드 어레이의 온 및 오프 동작을 제어하도록 구성된, 시스템.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 기판을 형성하는 상기 분말 물질은 펄스화된 광 신호에 대해 소정의 흡수율을 갖는 물질을 포함하는, 시스템.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 펄스화된 광 신호의 진행 방향에 대하여, 상기 분말 물질의 상류에 배열된 릴레이 망원경을 더 포함하는, 시스템.
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