KR20230159825A - 3d 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법 - Google Patents

3d 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230159825A
KR20230159825A KR1020237030232A KR20237030232A KR20230159825A KR 20230159825 A KR20230159825 A KR 20230159825A KR 1020237030232 A KR1020237030232 A KR 1020237030232A KR 20237030232 A KR20237030232 A KR 20237030232A KR 20230159825 A KR20230159825 A KR 20230159825A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particulate
modeling material
curtain
modeling
image
Prior art date
Application number
KR1020237030232A
Other languages
English (en)
Inventor
야노슈 뮌저
프랭크 베데메이어
루돌프 빈트겐스
Original Assignee
라엠페 뫼쓰너 신토 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 라엠페 뫼쓰너 신토 게엠베하 filed Critical 라엠페 뫼쓰너 신토 게엠베하
Publication of KR20230159825A publication Critical patent/KR20230159825A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/14—Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/31—Calibration of process steps or apparatus settings, e.g. before or during manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/37—Process control of powder bed aspects, e.g. density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/52—Hoppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/214—Doctor blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/329—Feeding using hoppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 3D 프린터에서 입자상 조형 재료(2)를 토출하는 방법에 관한 것으로, 입자상 조형 재료(2)가 보다 고르게 적용되는 솔루션을 지정하는 목적을 기반으로 한다. 이 목적은, 입자형 조형 재료(2)가 어플리케이터(1)에서 조형 재료 커튼(6) 형태로 구축 필드(4) 위로 토출되는, 3D 프린터에서 입자형 조형 재료(2) 토출 방법으로, 입자형 조형 재료(2)를 토출하는 작업 단계에서, 어플리케이터(1)와 조형 필드(4) 사이의 조형 재료 커튼(6) 영역에서 입자형 조형 재료(2)로 구성된 구축 재료 커튼(6)을 광학적으로 모니터링하여 조형 재료 커튼(6)의 이미지가 생성되고, 조형 재료 커튼(6)의 이미지는 이미지, 일련의 이미지 또는 비디오이며, 조형 재료 커튼(6)의 생성된 이미지로부터 조형 재료 커튼(6)의 적어도 하나의 치수가 결정되고, 이미지 및/또는 적어도 하나의 특정 치수가 연관된 기준 이미지 및/또는 지정된 기준 값과 비교되고, 이미지가 기준 이미지에서 벗어나거나 및/또는 특정 치수가 관련 기준 값에서 벗어나면, 입자형 건축 재료(2)의 토출에 대한 적어도 하나의 토출 파라미터가 규제되거나 변경되고, 이에 따라 토출되는 입자형 조형 자재(2)의 양이 규제되거나 변경되는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법에 의해 달성된다.

Description

3D 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법
본 발명은, 입자상 조형 재료가 조형 재료의 커튼 형태로 어플리케이터에서 구축 사이트 위로 토출되는, 3D 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법에 관한 것이다.
소위 입자상 조형 재료를 구축 사이트에 적용(application)한다는 것은, 구축 사이트의 표면에 입자상 조형 재료를 토출하는 것과, 구축 사이트 위에 토출된 입자상 조형 재료를 평활하게 하는 것 모두를 의미하는 것으로 이해된다.
특히, 본 발명은 입자상 조형 재료를 구축 사이트 위에 토출하는 것에 영향을 미친다.
특히 3D 프린터로 입자상 조형 재료를 구축 사이트 위에 균일하게 토출되는 것이 모니터링 되고, 어플리케이터에서 토출되는 입자상 조형 재료의 토출의 불규칙함이 검출된다. 이러한 불규칙함이 감지되는 경우, 적절한 조치를 통해 이러한 불규칙함이 자동으로 감소되거나 제거된다. 이를 위해 입자상 조형 재료의 토출에 대한 해당 파라미터가 영향을 받는다.
소위 3D 프린팅 또는 소위 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 개별 또는 일련의 부품, 워크피스 또는 금형을 생산하는 것이 알려져 있다. 이러한 프린팅 공정에서는 3차원 부품 또는 워크피스가 층으로 생성된다.
구조는 지정된 치수 및 형상에 따라 하나 이상의 액체 또는 고체 재료로 컴퓨터 제어된다. 예를 들어, 소위 CAD 시스템에 의해 프린트될 부품 또는 워크피스에 대한 사양이 제공될 수 있다.
3D 구조물이나 3D 부품을 인쇄할 때, 물리적 또는 화학적 경화 공정 또는 용융 공정이 몰딩 재료라고도 하는 입자상 조형 재료에서 발생한다. 이러한 3D 프린팅 공정의 소재로는 플라스틱, 합성 수지, 세라믹, 광물, 모래, 금속과 같은 조형 재료나 성형 재료가 사용된다.
3D 프린팅 프로세스 구현을 위한 다양한 제조 프로세스 시퀀스가 알려져 있다.
그러나 이러한 절차적 시퀀스 중 일부는 예를 들어 아래에 표시된 절차적 단계를 포함한다.
- 비응고 입자상 재료 층을 형성하기 위해, 입자상 재료 또는 분말 조형 재료라고도 하는 입자상 조형 재료를 소위 구축 필드 위에 표면의 일부에 또는 전체 표면에 적용, 입자상 조형 재료의 부분적 또는 전체 표면 적용은 입자상 조형 재료의 제거 및 평활화를 포함함;
- 예를 들어 선택적인 압밀, 인쇄 또는 결합제와 같은 처리제의 적용 또는 레이저 사용에 의해 미리 결정된 부분 영역에서 비응고 입자상 조형 재료의 적용된 층의 선택적 응고;
- 부품 또는 워크피스의 층상 구성을 위해 추가 층 레벨에서 이전 프로세스 단계를 반복한다. 이를 위해 새로운 층이 구축 영역의 일부나 전부 위에 적용되기 전에 구축 영역에서 여러 층으로 구성되거나 인쇄되는 부품 또는 워크피스가 구축 영역과 함께 한 층 수준 또는 층 두께로 하강하거나, 3D 인쇄 장치가 구축 영역보다 한 층 또는 층 두께만큼 상승한다.
- 후속하여 제조된 부품 또는 워크피스 주위의 느슨하고, 경화되지 않은 입자상 조형 재료를 제거.
3D 구조물을 생성하는 다양한 방법 또는 3D 구조물을 생성하기 위해 입자상 조형 재료를 구축 사이트 위에 방출 및 적용하는 다양한 방법이 종래 기술로부터 공지되어 있다.
유체를 적용하기 위한 방법 및 장치와 그 용도가 DE 10117875 C1에 알려져 있다.
유체를 적용하는 방법은 특히 코팅될 영역에 적용되는 입자상 재료에 관한 것이며, 유체는 블레이드의 진행 방향에서 볼 때 블레이드 전방에서 코팅될 영역에 적용되고, 그런 다음, 적용된 유체 위로 블레이드가 이동한다.
목적은 코팅될 영역 위에 유체 물질을 가능한 한 균일하게 분포시킬 수 있는 장치, 방법 및 장치의 용도를 제공하는 것이다.
해결책은 블레이드가 회전 운동 방식으로 진동(oscillation)한다는 것이다. 코팅할 영역에 적용된 유체는 블레이드의 진동하는 회전 운동에 의해 유동화된다. 그 결과, 응집 경향이 강한 입자 재료를 가능한 한 고르고 평활하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 진동에 의해 유체의 압축에 영향을 줄 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 코팅될 영역을 초과하여 적용될 유체에 대한 준비가 이루어진다. 따라서, 회전 운동 방식으로 진동하는 블레이드의 일정한 움직임은 블레이드의 전방 이동 방향에서 보았을 때 블레이드 전방 이동에 의해 형성된 유체/입자상 롤러에서 블레이드 앞에서 과도한 유체를 균질화한다. 이렇게 하면 개별 입자 덩어리 사이의 공극이 채워지고, 더 큰 입자상 재료 덩어리는 롤러 이동에 의해 분쇄된다.
이러한 공지된 종래 기술의 단점은 입자상 조형 재료가 구축 사이트에 토출될 때 층을 형성하는 데 필요한 입자상 조형 재료의 양이 불충분하게 규제된다는 점이다. 이는 입자상 조형 재료를 평활화하기 위한 수단 앞에서 입자상 조형 재료의 양을 다르게 하여, 예를 들어 현재 적용되는 층 아래에 위치한 층에서 다른 압력 조건을 초래한다. 이로 인해 층의 균일한 구조가 교란되고, 생성될 3D 구조물의 품질이 저하된다.
따라서, 공지 기술을 개선할 필요가 있고, 이에 따라 3D 프린터에서 입자상 조형 재료를 분배하기 위한 개선된 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 입자상 조형 재료가 보다 고르게 토출되는, 3D 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법을 지정하는 것이다.
본 발명 방법은 입자상 조형 재료의 토출되는 층의 높이 균일성 및 토출된 입자상 조형 재료 층 내의 밀도 균일성 모두를 개선하기 위한 것이다. 따라서, 토출된 입자상 조형 재료가 평활화된 후에, 입자상 조형 재료의 적용된 층의 품질이 더 나아지게 된다.
상기 목적은 독립 특허 청구항인 특허 청구항 1에 따른 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 추가 개발은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.
입자상 조형 재료가 제시된 방법에 따라 3D 프린터에서 구축 사이트 위로 토출될 때 광학 제어 시스템을 사용한다.
이를 위해, 어플리케이터에 의해 입자상 조형 재료를 제거하는 작업 단계 동안 입자상 조형 재료가 광학적으로 모니터링되는 것이 제공된다. 이 광학적 모니터링은 바람직하게는 어플리케이터로부터 나오는 입자상 조형 재료에 의해 이른바 조형 재료 커튼이 형성되는 구축 사이트와 어플리케이터 사이의 영역에서 발생한다. 중력에 의해 어플리케이터에서 구축 사이트으로 이동하거나 낙하하는, 입자상 조형 재료로 구성된 이 조형 재료 커튼은 어플리케이터에 따라 폭이 다르다. 주문자가 조형 사이트의 전체 폭에 입자상 조형 재료를 공급할 수 있는 실시예에서, 조형 재료 커튼은 사용 가능한 조형 사이트 전체의 폭을 갖는다.
대안적인 실시예에서, 어플리케이터는 구축 필드 폭의 일부만을 갖는다. 이러한 경우, 구축 면적의 전체 폭을 함께 커버하거나 구축 면적의 전체 폭에 걸쳐 입자상 조형 재료를 토출할 수 있는 여러 어플리케이터가 함께 작업할 수 있다. 이 경우 조형 재료 커튼도 구축 사이트 폭의 일부만을 갖는다.
이 조형 재료 커튼의 두께도 클라이언트에 따라 다르다. 또한, 조형 재료 커튼은 어플리케이터와 조형 사이트 표면 사이의 최단 거리에 해당할 수 있는 높이를 가지고 있다. 입자상 조형 재료를 토출할 때, 어플리케이터가 구축 영역 위에서 이동하기 때문에 조형 재료의 커튼이 구축 영역의 표면과 수직이 아니라 구축 영역과 직각에서 벗어난 각도를 가질 가능성이 있다. 이 경우, 조형 재료 커튼의 높이는 어플리케이터와 조형 사이트 표면 사이의 최단거리보다 크다.
종래 기술로부터 공지된 바와 같이, 토출된 입자상 조형 재료는 입자상 조형 재료를 평활화하는 수단에 의해 평활화되어, 현재 입자상 조형 재료의 표면에 적용될 층에서 입자상 조형 재료의 균일한 강도 또는 두께를 생성한다.
입자상 조형 재료를 평활화하기 위한 이러한 수단은 예를 들어 스크레이퍼 블레이드, 진동 블레이드, 나이프, 스퀴지 또는 유사한 3D 프린터 수단일 수 있으며, 이에 의해 토출된 입자상 조형 재료가 평활화된다.
종래 기술로부터 알려진 바와 같이, 전술한 수단은 구축 영역으로부터 일정한 거리에서 그리고 구축 영역을 가로질러 수평으로 이동한다. 동시에 어플리케이터도 구성 영역에서 일정한 거리로 구축 영역을 가로질러 수평으로 이동한다. 여기서 어플리케이터는 평활화를 위한 수단으로부터 일정한 거리에 배치되며, 이 거리는 구축 영역 위에서 어플리케이터와 평활화 수단이 함께 이동할 때 변경되지 않는다.
적용된 입자상 조형 재료의 높이 또는 층 두께는 입자상 조형 재료의 평균 입자 직경의 0.5배 내지 6배 사이의 값을 가질 수 있다. 입자상 조형 재료의 평균 입경의 0.5배의 높이 또는 층 두께를 달성하기 위해서는 입자상 조형 재료를 구축 사이트 위로 토출되고 압밀되어야(compacted) 한다.
입자상 조형 재료의 평균 입자 직경은 예를 들어 약 0.14㎜이다.
입자상 조형 재료는 일반적으로 물질 또는 물질 혼합물의 개별 입자들의 집합으로 이해되며, 각 입자는 3차원 연장부를 갖는다. 이러한 입자는 주로 원형, 타원형 또는 길쭉한 입자로 이해될 수 있으므로, 일반적으로 이러한 입자에 대한 평균 직경을 0.1㎜ 내지 0.4㎜ 범위로 지정하는 것이 가능하다. 이러한 입자상 조형 재료는 유체 특성을 가지고 있다.
어플리케이터에 의해 토출되는 입자상 조형 재료는 어플리케이터와 구축 사이트 표면 사이에 조형 재료 커튼으로 알려진 것을 형성한다. 조형 재료 커튼의 폭은 일반적으로 어플리케이터 상의 토출구 또는 갭의 폭에 대응한다. 조형 재료 커튼의 두께는 어플리케이터에 의해 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료의 양에 영향을 받는다. 단위 시간당 어플리케이터에 의해 토출되는 입자상 조형 재료의 양이 증가함에 따라 조형 재료 커튼의 두께도 증가하고 그 반대도 마찬가지이다.
따라서 조형 재료 커튼의 두께를 결정함으로써, 어플리케이터에 의해 현재 토출되는 입자상 조형 재료의 양을 추론하고 이에 따라 조형 재료 커튼의 두께를 결정함으로써 어플리케이터에 의해 토출되는 입자상 조형 재료의 양을 조절하는 것이 가능하다.
조형 재료 커튼이 구축 영역에 부딪히거나 구축 영역의 표면에 접촉하게 되면, 조형 재료 커튼은 이른바 충돌 지점에서 기하학적인 형태를 이루게 되는데, 이는 일반적으로 옆에서 볼 때 한쪽 면이 수평으로 정렬된 즉, 구축 영역의 표면에 평행하고, 구축 영역의 이 표면을 향하는 삼각형이다. 이하에서, 이러한 상태를 소위 조형 재료 축적물(building material accumulation)이라고 한다. 3차원 관점에서, 이러한 조형 재료의 축적물은 예를 들어, 3개의 직사각형 측면 각각이 조형 사이트 위에서 어플리케이터의 이동 방향에 대해 직각으로 종방향 연장부로 놓여 있는 가상의 삼각형 프리즘의 형상을 갖는다. 또한 종방향 연장부는 구축 사이트의 표면에 평행하게 정렬된다.
이러한 조형 재료 축적물은 토출되는 입자상 조형 재료의 양에 따라 형성된다. 더 많은 양의 입자상 조형 재료가 어플리케이터에 의해 토출되는 경우, 조형 재료 축적물은 더 적은 양의 입자상 조형 재료가 토출되는 경우보다 적어도 더 큰 높이 및/또는 더 큰 폭을 가질 것이다.
따라서 조형 재료 축적물의 크기를 결정함으로써 어플리케이터에 의해 현재 토출되는 입자상 조형 재료의 양을 추론할 수 있고, 이에 따라 조형 재료 축적물의 치수를 결정하여 어플리케이터가 토출하는 입자상 조형 재료의 양을 규제하는 것도 가능하다.
삼각형 베이스 및 상부 표면을 갖는 이러한 프리즘 형태의 조형 재료 축적물의 치수는 조형 재료 축적물의 하부 영역에서 최대 폭 및 최대 높이를 포함한다. 또한, 삼각 프리즘 모양의 조형 재료 축적물의 삼각형 베이스 및 상부 표면의 적어도 한 각도를 하나의 치수로 사용할 수도 있다. 이러한 각도는 예를 들어 소위 경사각(slope angle)일 수 있으며, 이는 조형 사이트의 평평한 표면에 비해 조형 재료 축적물에서 증가함을 설명한다.
단위 시간당 제거되는 조형 재료의 양에 구체적으로 영향을 줌으로써, 조형 사이트에 적용되는 층의 균일성을 향상시킬 수 있다. 입자상 조형 재료 층의 균일성 개선으로 해당 레벨의 정확도 또는 품질이 달성되면, 이는 생산할 3D 구조물의 품질에 긍정적인 영향을 미친다. 특별한 경우에는 특정 3D 프린팅 적용을 위해 평활제(smoothing agent)를 사용하지 않아도 될 수 있다.
그러한 적용에서, 입자상 조형 재료를 토출한 직후에, 응고되지 않은 입자상 조형 재료의 적용된 층이 미리 결정된 부분 영역에서 선택적으로 고화될 수 있다.
입자상 조형 재료를 조형 사이트에 방출하는 작업 단계에서, 입자상 조형 재료로 구성된 조형 재료 커튼을 광학적으로 모니터링 한다. 예를 들어, 하나 이상의 카메라를 통해 적어도 한 방향 또는 투시화법(perspective)으로 조형 재료 커튼을 녹화한다.
또한 구축 사이트 위의 입자상 조형 재료의 충돌 지점에서 삼각형 프리즘 형태로 조형 재료 축적물을 광학적으로 모니터링할 수 있다. 여기서, 예를 들어, 하나 이상의 카메라를 통해 적어도 한 방향 또는 투시화법으로 조형 재료 커튼을 녹화한다. 이 방향 또는 투시화법은 충돌 지점에서 조형 재료의 삼각형 프리즘 모양 축적물의 측면도 또는 사시도일 수 있다.
일반적으로, 충돌 지점에서 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 이미지는 입자상 조형 재료를 토출하는 단계에서 토출되는 입자상 조형 재료를 광학적으로 모니터링 하기에 적당한 수단에 의해 생성된다. 이러한 수단은 예를 들어 적어도 하나의 카메라, 레이저, 프로젝터 및/또는 레이저 및/또는 카메라의 조합 또는 유사한 이미지 기록 장치일 수 있다.
대안적으로, 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 일부 영역의 이미지가 생성되는 것이 제공된다. 상기 방법에 따라 토출되는 입자상 조형 재료의 광학적 모니터링을 위해, 이 방법의 대안에서, 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 일부분 또는 일부 영역의 이미지를 생성하고 이 방법에 따라 처리하는 것으로 충분하다.
이러한 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 더미의 이미지는 예를 들어 조형 재료 커튼의 측면도 또는 정면도 및/또는 조형 재료 더미의 측면도 또는 정면도를 보여줄 수 있다. 대안적으로, 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 사시도가 이미지로 생성될 수도 있다.
예를 들어 스트립 라이트 프로젝션을 사용하는 다수의 카메라 또는 3D 카메라로 구성된 3D 기록 장치도 사용할 수 있다.
토출되는 입자상 조형 재료, 즉 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 광학적 모니터링을 위한 적절한 수단이 각각의 경우에서 조형 재료 커튼과 정렬된 다양한 지점에 배치되는 경우, 광학적 모니터링을 위한 수단이 선택된다. 또한 본 방법에 의해 제어되는, 조형 재료 커튼의 이미지를 생성하기 위해 카메라와 같은 광학 모니터링의 다른 수단을 선택하거나 전환할 가능성이 있다. 동시에 여러 시각적 감시 수단을 사용할 수도 있다. 따라서 예를 들어 조형 재료 커튼의 이미지를 동시에 여러 관점에서 생성할 수 있다. 이것은 조형 재료 커튼의 여러 치수를 동시에 결정할 수 있는 기회를 제공한다. 조형 재료 축적물에도 동일하게 적용된다.
예를 들어, 정면 뷰를 생성하는 카메라로 조형 재료의 커튼 폭의 치수를 결정할 수 있지만, 예를 들어 수직에서 벗어난 조형 재료 커튼의 각도는 결정할 수 없다. 조형 재료 커튼의 이러한 각도를 결정하기 위해, 조형 재료 커튼의 측면도를 생성하는 카메라가 선택되며, 반면에 이에 의해서는 조형 재료 커튼의 폭은 결정될 수 없다.
조형 재료 커튼의 폭과 조형 재료 커튼의 각도는 조형 재료 커튼의 투시 이미지를 생성하는 카메라를 통해 결정될 수 있다. 그러나 이를 위해 조형 재료 커튼의 폭과 각도에 대한 올바른 값을 결정하기 위해 적절한 이미지 처리 알고리즘(예: 원근 보정)이 제공되어야 한다.
사용되는 카메라의 해상도와 녹화 속도는 예를 들어 어플리케이터와 예를 들어 조형 재료 커튼이 구축 사이트를 가로질러 이동하는 모든 속도에서 충분히 정확한 이미지를 생성하기 위해 그에 맞추어 높아야 한다. 이러한 맥락에서, 조형 재료의 조형 커튼의 충분히 정밀한 이미지가 여기에서 이해되며, 이는 예를 들어 이미지 비교 또는 조형 재료 커튼의 높이 및/또는 폭 및/또는 각도와 같은 조형 재료 커튼의 치수 결정을 위해 본 방법에 따라 추가로 처리될 수 있다.
장착 위치에 따라, 카메라에 광각 렌즈를 장착하거나 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 전체 영역을 기록하거나 이미지화하기 위해 적절한 사시도를 제공할 수 있다.
또한 녹화 또는 이미지를 정규화하거나 콘트라스트 또는 필터링과 관련하여 후처리를 가능하게 하는 데 사용할 수 있는 적절한 소프트웨어를 사용할 수 있다. 어떤 경우든, 목표는 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 이미지가 후속 공정 단계를 위해 충분한 품질이 될 수 있도록 하는 것이다.
또한, 예를 들어 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 하나 이상의 뷰에서 개별 이미지 또는 비디오와 같은 광학 모니터링 중에 생성된 이미지를 기반으로 입자상 조형 재료로 구성된 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 기하학적 치수가 결정된다.
여기에서 예를 들어 조형 재료 커튼의 기본 치수 또는 조형 재료 커튼의 외부 윤곽에 대한 정보가 결정될 수 있다.
조형 재료 커튼의 기본 치수에는 조형 재료 커튼의 폭, 높이 또는 각도와 같은 치수가 포함된다.
예를 들어 조형 재료 커튼의 외부 윤곽과 관련하여 형상 및 두께를 결정할 수 있다. 조형 재료 커튼의 예시적인 형상은 직육면체 모양일 수 있다. 대안적으로, 조형 재료 커튼은 조형 사이트 위에 토출된 입자상 조형 재료의 폭이 어플리케이터에서 나오는 입자상 조형 재료의 폭보다 큰 사다리꼴 프리즘일 수 있다. 마찬가지로, 구축 사이트 위로 토출되는 입자상 조형 재료의 두께는 어플리케이터에서 나오는 입자상 조형 재료의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이러한 치수 외에, 조형 재료 커튼을 따른 치수, 즉 종방향 연장부에서의 치수가 기록될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 조형 재료 커튼의 상이한 두께는 조형 재료 커튼을 따라 상이한 지점에서 결정될 수 있다. 추가로, 조형 재료 커튼의 최대 및/또는 최소 두께 또는 조형 재료 커튼의 평균 두께가 결정될 수 있다.
조형 재료 축적물과 관련하여, 치수는 조형 재료 축적물의 하부 영역에서의 최대 폭, 즉 가상 삼각형의 대략적인 수평 변 길이 및 수평 측면 길이 위의 높이를 의미하는 가상 삼각형에서의 높이와 같은 삼각 프리즘 형상의 조형 재료 축적물의 최대 높이가 될 수 있다. 또한, 예를 들어 삼각형 베이스와 조형 재료 축적물의 삼각 프리즘 형상의 상부 표면의 내부 각도 또는 조형 재료 축적물의 경사 각도가 하나의 치수로 결정될 수 있으며, 후에 이러한 치수에 대한 소정의 값과 비교하는 데에 사용된다.
조형 재료 커튼에 있는 입자상 조형 재료의 입자는 어플리케이터에서 구축 사이트로 이동할 때 끊임없이(constantly) 움직이기 때문에 이러한 입자 이동은 조형 재료 커튼 내에서 동적 변화(dynamic change)를 초래한다. 그 이유는 입자상 조형 재료 입자들의 속도 또는 낙하 속도와 충돌이 다르기 때문이다. 조형 재료 축적물에서도 동적 변화가 발생한다.
조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 이러한 동적 변화 또는 파괴적인 입자 이동은 조형 사이트 표면 위에 토출되는 입자상 조형 재료의 층의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물의 생성된 이미지를 관련 참조 이미지와 비교할 때 조형 재료 커튼 및/또는 조형 재료 축적물 내의 원치 않는 편차를 검출하는 경우, 방해 입자 이동 사이의 연결과 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료의 양이 테스트 실행에서 감지되면, 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료의 토출 파라미터 양이 이 방법에 의해 특별히 영향을 받을 수 있다.
조형 재료 커튼의 종방향 연장부를 부분 영역 또는 섹션으로 세분화하고, 이러한 부분 영역 내에서 관련 이미지를 생성하는 것을 상정할 수 있다. 조형 재료 축적물에 대해서도 마찬가지이다. 예를 들어, 조형 재료 커튼의 높이 및/또는 두께 및/또는 각도와 같은 섹션 관련 치수가 이러한 이미지로부터 결정된다. 이 경우, 합 또는 병치의 모든 하위 영역은 조형 재료 커튼의 전체 길이 또는 조형 재료 축적을 길이 방향 연장부로 매핑할 수 있다.
편차의 평가 또는 분석을 위해 관련 참조 이미지와 비교할 부분 영역의 이미지도 제공된다.
또한 이 치수에 대해 사전 결정된 값 또는 참조 값과 비교할 특정 치수에 대한 규정도 제공된다. 이 비교 단계에서, 치수와 이 치수에 대해 지정된 값 또는 기준 값 사이의 편차가 지정된 공차 한계를 초과하는 것으로 결정되는 경우, 아래에서는 토출 파라미터라고도 하는 입자상 조형 재료의 토출에 대한 적어도 하나의 파라미터(기재 적용 파라미터)가 변경된다.
특정 치수를 미리 결정된 값 또는 이 치수에 대한 참조 값과 비교하는 대신에 또는 이 비교에 추가하여, 생성된 이미지를 관련 참조 이미지와 비교할 수 있다. 이미지 비교와 같은 이러한 비교가 미리 결정된 허용 한계를 초과하는 편차를 나타내면, 입자상 조형 재료의 토출을 위한 적어도 하나의 파라미터, 즉 토출 파라미터가 변경되고 토출되는 입자상 조형 재료의 양이 이러한 방식으로 규제 또는 제어 또는 변경된다. 목표는 입자상 조형 재료 층을 적용할 때 품질을 개선하기 위해, 즉 입자상 조형 재료의 적용된 층의 높이 또는 층 두께와 관련하여 균일성을 개선하기 위해 현재 생성된 이미지를 참조 이미지와 일치시키는 것이다.
예를 들어 치수를 기준 값과 비교한 결과 조형 재료 커튼의 두께가 조형 재료 커튼의 두께에 대해 지정된 기준 값 아래로 떨어지는 경우, 토출 파라미터는 단위 시간당 또는 면적당 토출되는 입자상 조형 재료가 증가한다. 따라서 더 많은 양의 입자상 조형 재료가 어플리케이터에서 쏟아져 나오거나 토출된다. 결과적으로 조형 재료 커튼의 두께는 토출되는 입자상 조형 재료의 양과 직결되기 때문에 다시 두꺼워질 것으로 예상된다.
특정 치수와 기준 값의 대안적인 비교에서, 조형 재료 커튼의 길이, 높이 또는 결정된 각도 또는 조형 재료 축적물의 삼각형 베이스 또는 상단 표면의 길이, 너비, 높이, 내부 각도 또는 경사 각도를 사용할 수 있다.
입자상 조형 재료를 토출하기 위해 소위 플루이다이저가 사용되는 경우, 단위 시간당 또는 면적당 토출되는 입자상 조형 재료의 양의 토출 파라미터는 압력 가스에 의해 제어되거나 작용을 받는 플루이다이저 내의 소위 다공성 가스 배출 수단의 상이한 수량에 의해 영향을 받는다. 이러한 토출 파라미터에 영향을 미치는 또 다른 방법은 가스의 압력을 변경하는 것이다. 또 다른 대안은 시간에 따라 주기적으로 가스 압력을 변경하는 것이다. 이는 예를 들어 조정 가능한 주파수로 수행할 수 있다.
또한 하나 이상의 치수와 그에 상응하는 지정된 값 사이에서 결정된 하나 이상의 편차의 결과로 동시에 영향을 받는 여러 토출 파라미터에 대한 준비가 이루어진다.
따라서 예를 들어 구축 사이트 표면 위에서 3D 프린터의 작업 수단의 이동 속도의 토출 파라미터를 변경하는 동시에 어플리케이터에서 토출되는 입자상 조형 재료의 양을 증가시키는 것이 가능하다.
3D 프린터의 이러한 툴에는 특히 입자상 조형 재료용 어플리케이터뿐만 아니라 스크레이퍼 블레이드, 진동 블레이드, 나이프 또는 스퀴지와 같이 방출된 조형 재료를 평활하게 하기 위한 수단이 포함된다.
조형 재료 커튼의 광학 모니터링을 하위 영역으로 세분화하여, 이 하위 영역의 지정된 값으로부터의 치수 편차에 따라 각 하위 영역의 토출 파라미터를 변경할 수 있다. 이는 어플리케이터와 같은 입자상 조형 재료를 토출하기 위한 수단이 그에 따라 세분화되거나 그에 따라 여러 개로 배열된다는 것을 전제로 한다. 이러한 수단의 이러한 다중 배열은 방출기가 서로 옆에 한 줄로 배열되거나 적어도 두 줄로 배열되고 서로로부터 오프셋되는 방식으로 발생할 수 있다. 입자상 조형 재료가 구축 사이트의 모든 필요한 영역에서 한 층에 균일하게 적용될 수 있는 수단의 이러한 배열에 의해 항상 가능해야 한다는 것은 당업자에게 명백하다.
또한 입자의 동적 거동과 관련하여 조형 재료 커튼을 분석할 수 있다. 입자상 조형 재료는 조형 재료의 커튼에서 입자상 조형 재료를 제거하는 작업 중에 움직이거나 흐른다. 조형 재료 커튼의 기본 치수 및/또는 조형 재료 커튼의 외부 윤곽은 지속적으로 변경된다. 이러한 동적 변화는 예를 들어 비디오 녹화나 일련의 이미지 또는 이미지 스트림을 통해 시간 경과에 따라 기록된다.
조형 재료 커튼의 두께와 같이 시간이 지남에 따라 변하는 이러한 치수의 평가는 두께의 변화 영역, 즉 치수 두께의 최소 및 최대에 대한 정보를 제공한다. 또한 이러한 두께의 변화는 시간에 따른 분석이 가능하다. 이러한 방식으로 예를 들어 최소값과 최대값 사이의 두께 변화가 주기적으로 발생하는지 확인할 수 있다. 이러한 시간 경과에 따른 변화로부터 예를 들어 조형 재료 커튼의 두께를 변화시키는 과정이 반복되는 평균 빈도를 결정할 수 있다.
테스트 시리즈에서 결정된 참조 두께 변화는 두께 변화의 빈도 및 결정된 참조 빈도 사이의 빈도 비교에 의해 두께 변화의 빈도의 함수로 적용된 입자상 조형 재료의 층의 품질에 대한 영향을 기술하는 데에 사용할 수 있다.
예를 들어, 그러한 두께 변화에 대해 테스트 실행에서 결정된 값 및 관련 기준 빈도는 생산될 입자상 조형 재료의 층에 대해 달성될 품질과 관련될 수 있다. 따라서 적용되는 입자상 조형 재료의 현재 층의 품질을 개선하기 위해 두께 변화가 감소하거나 두께 변화의 빈도가 변화하는 방식으로 두께의 특정 변화 또는 이러한 두께 변화의 빈도에서 토출 파라미터에 영향을 미칠 수 있다.
예를 들어, 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료의 양은 변경 가능한 토출 파라미터로 언급될 수 있다. 또한 면적당 입자상 조형 재료의 양을 변경할 수 있다. 또한, 이러한 단위 시간당 및/또는 면적당 토출량의 변화는 시간에 따라 변할 수 있으며, 이 변화는 특정 또는 변수 또는 시간에 따라 변하는 빈도로 발생할 수 있다. 예를 들어, 설정된 빈도의 값은 시간이 지남에 따라 증가 또는 감소하거나 연속적으로 증가 및 감소할 수 있다. 예를 들어, 시간 경과에 따라 단위 시간당 입자상 조형 재료의 토출 파라미터 양을 변경하여 조형 재료 커튼의 시간 경과에 따른 두께 변화에 대응하고 적어도 시간 경과에 따른 두께 변화를 줄이거나 제거하도록 제공된다.
따라서 입자상 조형 재료의 입자 이동 또는 운동역학은 입자상 조형 재료가 적용될 때 품질 손상을 방지하기 위해 목표하는 방식으로 변경될 수 있다. 입자상 조형 재료의 입자 이동에 대한 이러한 영향은 조형 재료의 전체 커튼과 조형 재료 커튼의 일부에서 광학 모니터링이 이미 개별적으로 수행되는 경우 모두에 대해 다르게 발생할 수 있다.
본 발명의 전술한 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 비제한적인 예시적 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 주의 깊게 연구한 후에 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 입자상 조형 재료를 토출하기 위한 수단 및 조형 필드 위에 입자상 조형 재료를 평활하게 하기 위한 수단을 도시한다.
도 2는 3D 프린터에서 어플리케이터와 같은 입자상 조형 재료를 토출하기 위한 예시적인 수단을 도시한다.
도 3은 3D 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하기 위한 추가의 예시적인 장치를 도시한다.
도 4는 구축 사이트에서 조형 재료 커튼 및 조형 재료 축적 영역의 부분 확대도이다.
도 1은 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 수단(1) 및 입자상 조형 재료(2)를 조형 필드(4) 위로 평활하게 하기 위한 수단(3)을 도시한다.
입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 이러한 수단(1)은 예를 들어 소위 어플리케이터(1)일 수 있다. 한편 입자상 조형 재료(2)를 평활하게 하기 위해 도시된 수단(3)은 예를 들어 블레이드이다.
어플리케이터(1)는 도 1에 도시되지 않은 저장 용기(15)를 구비하며, 그 안에 토출될 입자상 조형 재료(2)가 보관된다. 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 토출구(5)는 어플리케이터(1)의 하단부에 배열될 수 있다. 입자상 조형 재료(2)가 제어되지 않은 방식으로 어플리케이터(1)로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 토출기(1)는 상응하는 폐쇄 수단을 가지는데, 이는 도면에 도시되어 있지 않다. 이 폐쇄 수단은 토출구(5) 또는 어플리케이터(1)의 하부 영역에 있는 상응하는 개구를 개폐할 수 있는 방식으로 설계된다.
입자상 조형 재료(2)가 어플리케이터(1)로부터 방출되어 구축 영역(4)으로 방출되는 경우, 폐쇄 수단이 개방된다. 입자상 조형 재료(2)는 소위 조형 재료 커튼(6)의 형태로 토출되어 구축 필드(4)의 표면에 도달한다. 이러한 입자상 조형 재료(2)의 토출 과정이 도면에 도시되어 있다. 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양은 토출 파라미터의 영향을 받고 이 토출 파라미터를 변경함으로써 제어된다. 여기서, 토출 파라미터는 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양일 수 있고, 다른 토출 파라미터는 면적당 토출되는 입자상 조형 재료의 양이다.
예를 들어, 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양과 구축 영역(4) 위에서 이동 방향(7)으로 어플리케이터(1)의 이동 속도가 이에 따라 제어되는 경우, 입자상 조형 재료(2)가 구축 영역(4) 표면 위로 매우 균일하게 그리고 이에 따라 고품질로 토출된다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 층 두께(8)를 달성하는 데 필요한 것보다 더 많은 입자상 조형 재료(2)는 제거된다. 평활하게 하기 위한 수단(3)도 조형 필드(4) 위에서 이동 방향(7)으로 이동하기 때문에, 입자상 조형 재료(2)가 과도하게 토출됨에 따라 축적물이 발생한다.
조형 재료 커튼(6)은 카메라(9)와 같은 광학 모니터링(9)에 의해 광학적으로 모니터된다. 광학 모니터링(9)의 기록 영역(10)은 조형 재료 커튼(6)에 정렬되어 있으며, 해당 이미지는 사진 또는 비디오 녹화를 촬영하여 생성된다. 카메라(9)가 도면에 배열되어 있다. 대안적으로, 카메라(9)는, 카메라(9)가 측면도 또는 사시도를 제공하는 방식으로, 도 1의 예시와 다른 방식으로 배치될 수도 있다. 조형 재료 커튼(6)의 정면도 및 조형 재료 커튼(6)의 측면도와 같은 여러 뷰를 제공하기 위해 여러 카메라(9)를 배열하는 것도 가능하다.
조형 필드(4)의 표면과 조형 재료 커튼(6) 사이는 적절한 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 결정된다. 이러한 치수는 토출되는 입자상 조형 재료(3)의 양 또는 이동 방향(7)으로의 이동 속도와 관련이 있다. 일반적으로 두께(11) 값의 증가는 토출 단계 중에 입자상 조형 재료(2)의 양의 증가를 나타낸다고 볼 수 있다. 또한 일반적으로 각도(12)에 대한 값의 감소는 토출 작업 단계 동안 어플리케이터(1)의 이동 속도의 증가를 나타내는 것으로 볼 수 있다.
도 1은 대략 90도의 각도(12)의 경우만을 도시하지만, 이 각도(12)는 더 작은 값으로 가정할 수 있다. 예를 들어, 배달 캐리어(1)의 이동 속도가 증가함에 따라 각도(12)가 이동 방향(7)으로 감소한다고 볼 수 있다.
조형 재료 커튼(6)의 길이(13) 또는 높이(14)와 같이 방법에 따라 결정되는 조형 재료 커튼(6)의 다른 치수는 도 1에 도시되어 있지 않다.
현재 결정된 치수, 예를 들어 두께(11) 및/또는 각도(12)의 값을 비교하는 동안, 이러한 값이 관련 미리 정의된 값에서 벗어난 것으로 확인되면, 토출 파라미터가 변경된다. 이러한 토출 파라미터는 예를 들어 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양과 이동 방향(7)으로 3D 프린터의 작동 수단의 속도이다. 여기서 작동 수단은 예를 들어 토출기(1)와 평활화 수단(3) 즉 블레이드이다.
예를 들어, 두께(11)에 대한 값이 관련 미리 정의된 값보다 큰 경우, 예를 들어 이동 방향(7)으로의 속도가 증가될 수 있다. 마찬가지로, 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 토출 파라미터 양은 일반적으로 공차 범위가 정의된 상태에서 치수가 다시 특정 값에 대응할 때까지 감소될 수 있다. 이러한 양의 감소는 예를 들어 어플리케이터(1) 상의 토출구(5)의 크기에 영향을 미침으로써 달성될 수 있다.
입자상 조형 재료(2)의 적용에 대해 설명된 토출 파라미터의 프로세스 관련 변경은 일부 영역에서 다르게 발생할 수도 있다. 물론, 이는 예를 들어 3D 프린터에서 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 여러 개의 어플리케이터(1) 및/또는 3D 프린터에 여러 개의 평활화 수단(3)이 배치되는 것을 전제로 한다.
도 1은 또한 예를 들어 삼각형 상부 표면 또는 하부 표면을 갖는 조형 재료 축적물(20)을 도시한다. 도시된 삼각형은 관찰자가 조형 사이트(4)를 강타하는 입자상 조형 재료(2)의 영역에서 가상의 삼각형 베이스 및 상부 표면을 갖는 삼각형 프리즘 형태의 조형 재료 축적물(20)을 상상할 수 있는 방법을 보여주기 위한 보조 수단으로 사용된다. 도시된 삼각형의 바디 에지는 물론 입자상 조형 재료(2)에서 인식할 수 없지만, 적절한 소프트웨어를 사용하여 입자상 조형 재료(2) 축적물(20)의 광학적 모니터링으로부터 발생하는 기록의 절차적 평가에 의해 결정될 수 있다. 조형 재료 축적물(20)의 추가 치수가 이것으로부터 결정될 수 있다.
도 2는 이동 방향(7)으로 조형 필드(4) 위에서 수평으로 이동할 수 있는 3D 프린터의 어플리케이터(1)와 같은 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 수단을 도시한다.
어플리케이터(1)는 입자상 조형 재료(2)를 저장하기 위한 저장 용기(15)를 갖는다. 그 하부 영역에서, 어플리케이터(1)는 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위해 종방향으로 연장된 토출구(4)를 갖는다. 조형 재료는 조형 재료 커튼(6)의 형태로 건축 필드(4)의 표면 방향으로 움직이거나 떨어진다.
이미 기술된 바와 같이, 기록 영역(10)이 조형 재료 커튼(6)과 정렬되는 카메라(9)에 의해 조형 재료 커튼(6)의 이미지가 생성된다. 이를 위해, 카메라(9)는 예를 들어, 조형 재료 커튼(6)의 측면도 또는 정면도를 보여줄 수 있다. 카메라(9)를 정렬하기 위한 또 다른 가능성은 도면에 도시된 바와 같이 조형 재료 커튼(6)의 투시도를 정렬하는 것으로 구성된다. 이를 위해 카메라(9)는 예를 들어 어플리케이터(1)에 영구적으로 연결되어 어플리케이터(1)와 함께 구축 영역(4) 위에서 이동한다.
카메라(9)에 의해 이미지가 생성된 후, 조형 재료 커튼(6)의 두께(11), 폭(13), 높이(14) 또는 조형 사이트(4)의 표면과 조형 재료 커튼(6) 사이의 각도(12)와 같은 조형 재료 커튼(6)의 디스플레이된 치수를 결정할 수 있다.
그것은 또한 가상의 삼각형 윗면 또는 밑면을 갖는 것으로 도 2에 도시되어 있다. 또한 본질적으로 조형 재료 커튼(6)의 길이(13)에 대응하는 조형 재료 축적물(20)의 길이(21)가 도시되어 있다.
도 3은 3D 프린터에서 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 수단(1)을 도시한다. 입자상 조형 재료(2)를 토출하기 위한 수단(1)은 조형 필드(4) 위에서 이동 방향(7)으로 수평으로 이동할 수 있다. 소위 플루이다이저로도 지칭되는 수단(1)이 스냅샷으로 도시되어 있다. 여기서 입자상 조형 재료(2)가 토출구(5)를 통해 빠져나와 조형 재료 커튼(6)으로 조형 필드(4)의 표면에 도달하여, 거기에 층 두께(8)의 입자상 조형 재료(2)의 새로운 층을 형성한다. 이를 위해 여전히 필요한 수단(3)은 도 3에 도시되어 있지 않다.
어플리케이터(1)는 입자상 조형 재료(2)를 저장하기 위한 깔때기 모양의 저장소(15)를 갖는다. 이 깔때기 모양의 저장소(15)는 길이가 폭의 여러 배인 세로형으로 설계된다.
저장소(15)는 개구부 또는 토출구(5)를 갖는다. 깔대기형 저장소(15)의 하부 영역에는 2개의 차단 수단(16)이 배치되고, 이를 통해 토출구(5)가 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 좌측 차단 수단(16)의 상부 측면에 통기 갭(17)이 형성된다.
차단 수단(16)의 이러한 구조는, 경로를 폐쇄하는 차단 콘이 토출구(5)에서 입자상 조형 재료(2)로부터 형성되기 때문에, 입자상 조형 재료(2)가 의도하지 않게 조형 사이트(4)에 들어가는 것을 방지한다.
입자상 조형 재료(2)를 조형 사이트(4)에 적용하는 것은 입자상 조형 재료(2)가 토출구(5) 영역에서 유동화된다는 점에서 달성된다. 이를 위해, 적어도 하나의 다공성 가스 토출 수단(18)이 이 영역에 배치된다. 도면에서 저장 용기(15)의 측벽에 2개의 다공성 가스 토출 수단(18)이 배치된다. 이들 2개의 다공성 가스 토출 수단(18)은 각각 가스 압력이 제어될 수 있는 가스를 생성하는 도시되지 않은 외부 장치에 연결되는 가스 연결부(19)를 갖는다.
각각의 다공성 가스 토출 수단(18)은 입자상 조형 재료(2)를 향하는 측면에 가스 투과성 다공성 재료를 갖는다.
가스 압력이 외부 장치에 의해 제어될 수 있는 가스는 균일하게 분포된 방식으로 입자상 조형 재료(2)의 방향으로 가스 투과성 다공성 재료를 통해 다공성 가스 토출 수단(18)을 빠져나가 입자상 조형 재료(2)를 통해 흐른다. 이 유출 가스는 다공성 가스 토출 수단(18)에 있는 몇 개의 작은 화살표로 도 3에 도시되어 있다. 입자상 조형 재료(2)가 이 토출되는 가스에 의해 유동화되고, 그 결과 입자상 조형 재료(2)가가 토출구(5)를 통해 토출되어 조형 재료 커튼(6)을 형성하고 조형 사이트(4)에 도달한다.
입자상 조형 재료(2)를 유동화하기 위해서는 하나의 다공성 가스 토출 수단(18)만이 필요하다. 그러나, 가스가 두 개의 다공성 가스 토출 수단(18)을 통해 입자상 조형 재료(2)로 유입되는 경우, 입자상 조형 재료(2)를 유동화하는 효과가 강화되고, 더 많은 양의 입자상 조형 재료(2)가 토출구(5)를 통해 토출된다.
토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양을 제어하기 위해, 다공성 가스 토출 수단(18)으로 공급되는 가스의 압력이 변화된다. 예를 들어, 입자상 조형 재료(2)의 유동화는 더 큰 가스 압력에 의해 증가되거나 개선될 수 있으며, 그 결과 더 많은 유동화된 입자상 조형 재료(2)가 토출구(5)를 통해 토출될 수 있으며, 예를 들어 조형 재료 커튼(6)의 두께(11)가 증가된다.
대안적으로, 입자상 조형 재료(2)의 유동화는 더 낮은 가스 압력에 의해 감소되거나 악화될 수 있으며, 그 결과 더 적은 입자상 조형 재료(2)가 토출된다.
따라서 조형 재료 커튼(6)의 두께 치수(11)는 가스 압력 또는 본 방법에 의해 사용되는 다공성 가스 토출 수단(18)의 수를 제어함으로써 제어될 수 있다. 따라서, 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양의 방법-관련 토출 파라미터 또는 면적당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양의 방법-관련 토출 파라미터는 다공성 가스 토출 수단(18)의 수에 의해 제어 또는 규제될 수 있다. 이러한 토출 파라미터를 제어 또는 조절하기 위한 또 다른 옵션은 다공성 가스 토출 수단(18)에 사용되는 가스 압력이다.
특별한 변형에서, 가스 압력은 예를 들어 맥동 방식으로 생성될 수 있으며, 그 결과 유동화의 개선이 가능하고, 배출되는 입자상 조형 재료(2)의 양이 또한 시간에 따라 변경될 수 있다.
도 4는 구축 사이트(4) 상의 조형 재료 커튼(6) 및 조형 재료 축적물(20)의 영역의 확대 발췌를 도시한다. 도 4는 또한 토출구(5)를 갖는 어플리케이터(1)를 도시한다. 수용 영역(10a)을 갖는, 조형 재료 커튼(6)을 광학적으로 모니터링하기 위한 수단(9a)도 또한 도시한다. 조형 재료(6)의 커튼의 두께(11)가 또한 도시되어 있다.
조형 재료 축적물(20)의 광학적 모니터링을 위한 다른 수단(9b)이 도면에 도시되어 있다. 도 4의 수단(9)의 묘사는 기본 스케치일 뿐이며 필요에 따라 배열할 수 있는 수단(9)의 정확한 비율이나 정확한 위치를 나타내지 않는다. 그들의 위치에 따라, 수단(9)은 조형 재료 커튼(6) 및/또는 조형 재료 축적물(20)의 정면도, 측면도 또는 사시도를 보여줄 수 있다.
방법에 따라 결정될 수 있는 삼각형 베이스 영역 또는 상부 영역을 갖는 삼각-프리즘형 조형 재료 축적물(20)의 치수는 높이(22), 폭(25), 내부 각도(23) 중 하나 및 경사 각도(24)로 표시된다.
조형 파일링(20)의 길이(21)는 도 4에 도시되어 있지 않은데, 그 이유는 도 4가 조형 파일일(20)의 길이(21)가 도면의 깊이로 연장되는 조형 파일링(20)의 측면도를 도시하기 때문이다.
1 어플리케이터/입자상 조형 재료 토출 수단/플루이다이저(applicator/means for discharging the particulate building material/fluidizer)
2 입자상 조형 재료(particulate building material)
3 평활화 수단/블레이드(means for smoothing/blade)
4 구축 사이트(construction site)
5 입자상 조형 재료 토출구(outlet for particulate building material)
6 조형 재료 커튼(building material curtain)
7 이동 방향(direction of movement)
8 층 두께(layer thickness)
9, 9a, 9b 광학 감시 수단/카메라(means of optical surveillance/camera)
10, 10a, 10b 기록 영역(recording area)
11 조형 재료 커튼의 두께(thickness of building material curtain)
12 조형 재료 커튼의 각도(angle of building material curtain)
13 조형 재료 커튼의 길이(length of building material curtain)
14 조형 재료 커튼의 높이(height of building material curtain)
15 저장소(reservoir)
16 차단제(blocking agent)
17 환기 갭(ventilation gap)
18 다공질 가스 배출 수단(porous gas venting means)
19 가스 연결(gas connection)
20 조형 재료의 축적물(가상의 삼각형 베이스 영역 또는 삼각형 프리즘 모양의 조형 재료 축적의 상부 표면 포함)(accumulation of building material(with imaginary triangular base area or top surface of the triangular prism-shaped accumulation of building material))
21 조형 재료 축적물의 길이(length of building material accumulation)
22 조형 재료 축적물의 높이(height of building material accumulation)
23 조형 재료 축적물의 내각(interior angle of building material accumulation)
24 조형 재료 축적물의 이탈 각도(departure angle of building material accumulation)

Claims (9)

  1. 입자형 조형 재료(2)가 어플리케이터(1)에서 조형 재료 커튼(6) 형태로 구축 필드(4) 위로 토출되는, 3D 프린터에서 입자형 조형 재료(2)를 토출하는 방법으로, 입자형 조형 재료(2)를 토출하는 작업 단계에서, 어플리케이터(1)와 조형 필드(4) 사이의 조형 재료 커튼(6) 영역에서 입자형 조형 재료(2)로 구성된 구축 재료 커튼(6)을 광학적으로 모니터링하여 조형 재료 커튼(6)의 이미지가 생성되고, 조형 재료 커튼(6)의 이미지는 이미지, 일련의 이미지 또는 비디오이며, 조형 재료 커튼(6)의 생성된 이미지로부터 조형 재료 커튼(6)의 적어도 하나의 치수가 결정되고, 이미지 및/또는 적어도 하나의 특정 치수가 연관된 기준 이미지 및/또는 지정된 기준 값과 비교되고, 이미지가 기준 이미지에서 벗어나거나 및/또는 특정 치수가 관련 기준 값에서 벗어나면, 입자형 조형 재료(2)의 토출에 대한 적어도 하나의 토출 파라미터가 규제되거나 변경되고, 이에 따라 토출되는 입자형 조형 재료(2)의 양이 규제되거나 변경되는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 조형 재료 커튼(6) 및/또는 조형 재료 축적물(20)의 광학적 모니터링은 조형 재료 커튼(6) 및/또는 조형 재료 축적물(20) 위로 적어도 한 방향으로 이루어져서, 조형 재료 커튼(6) 및/또는 조형 재료 축적물(20) 또는 조형 재료 커튼(6) 및/또는 조형 재료 축적물(20)의 부분 영역의 측면도 및/또는 정면도 및/또는 사시도가 생성되는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조형 재료 커튼(6)의 치수는 길이(13), 높이(14), 두께(11) 또는 각도(12)이고, 조형 재료 파일(20)의 치수는 길이(21), 높이(22), 폭(25), 내부 각도(23) 또는 안식 각도(24)인 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 입자상 조형 재료(2)의 토출을 위한 토출 파라미터는 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양, 면적당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양, 구축 필드(4) 표면 위에서 3D 프린터 작업 수단의 이동 속도 또는 시간 경과에 따라 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양의 변화인 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양의 변화는 시간에 따라 변화하는 주파수나 고정 주파수로 시간에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 조형 재료 커튼(6) 영역 및/또는 조형 재료 축적물(20) 영역에서 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 광학적 모니터링은 부분 영역으로 분할되되, 부분 영역은 조형 재료 커튼(6) 영역 및/또는 조형 재료 축적물(20)의 종방향 범위 또는 횡방향 범위로 연장하는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분 영역의 합은 조형 재료 커튼(6)의 전체 영역 및/또는 조형 재료 축적물(20)의 전체 영역을 커버하는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 입자상 조형 재료(2)의 토출을 위한 토출 파라미터가 부분 영역에 따라 다르게 변화하는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 토출 매개변수, 단위 시간당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양 및/또는 면적당 토출되는 입자상 조형 재료(2)의 양은 플루이다이저(1)에 의해 제어되고, 플루이다이저(1)에 사용되는 다공성 가스 토출 수단(18)의 수 및/또는 다공성 가스 배출 수단(18)이 작용하는 가스의 압력이 변경되는 것을 특징으로 하는 입자형 조형 재료 토출 방법.
KR1020237030232A 2021-03-24 2022-03-22 3d 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법 KR20230159825A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021001534.7 2021-03-24
DE102021001534.7A DE102021001534A1 (de) 2021-03-24 2021-03-24 Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker
PCT/DE2022/000029 WO2022199735A1 (de) 2021-03-24 2022-03-22 Verfahren zum austragen von partikelförmigem baumaterial in einem 3d-drucker

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230159825A true KR20230159825A (ko) 2023-11-22

Family

ID=81384990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237030232A KR20230159825A (ko) 2021-03-24 2022-03-22 3d 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240066600A1 (ko)
EP (1) EP4313548A1 (ko)
JP (1) JP2024513749A (ko)
KR (1) KR20230159825A (ko)
CN (1) CN117042949A (ko)
DE (1) DE102021001534A1 (ko)
WO (1) WO2022199735A1 (ko)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10117875C1 (de) 2001-04-10 2003-01-30 Generis Gmbh Verfahren, Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden sowie Verwendung einer solchen Vorrichtung
WO2017011456A1 (en) 2015-07-16 2017-01-19 Velo3D, Inc. Material-fall three-dimensional printing
EP3159081B1 (en) * 2015-10-21 2023-12-06 Nikon SLM Solutions AG Powder application arrangement comprising two cameras
US20190060998A1 (en) 2017-08-28 2019-02-28 General Electric Company Powder bed re-coater apparatus and methods of use thereof
JP6945470B2 (ja) * 2018-02-23 2021-10-06 株式会社日立製作所 付加造形体の製造システムおよび付加造形体の製造方法
DE102018003336A1 (de) 2018-04-25 2019-10-31 Laempe Mössner Sinto Gmbh Anordnung und Verfahren zum Auftragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021001534A1 (de) 2022-09-29
CN117042949A (zh) 2023-11-10
EP4313548A1 (de) 2024-02-07
WO2022199735A1 (de) 2022-09-29
JP2024513749A (ja) 2024-03-27
US20240066600A1 (en) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220184886A1 (en) Method and device for producing three-dimensional components with the aid of an overfeed sensor
JP6875335B2 (ja) 粉末床リコータ機器およびその使用方法
CA2957650C (en) Coating arrangement for a 3d printer and method for applying two layers of particulate construction material
JP4809248B2 (ja) 流体を塗布するための方法および装置
JP4102671B2 (ja) 流動体を塗布するための方法および装置
CA2630476C (en) Method and device for applying a flowable material across a surface
JP6905528B2 (ja) トレイ及び噴射器を有する粉末分配システムを備えた付加製造機
JP2021503397A (ja) 三次元物体の製造のための装置
JP6967141B2 (ja) ３ｄプリンタ用のコータアセンブリ
EP3271140B1 (en) 3d printingsystem and method
US20210206087A1 (en) Three-dimensional printer
WO2021039327A1 (ja) リコータ、及びこれを備えた積層造形装置、並びに積層造形方法
KR20230159825A (ko) 3d 프린터에서 입자상 조형 재료를 토출하는 방법
US20220363000A1 (en) Method and apparatus for producing 3d moldings by means of a layering technique, and recoater with vacuum closure
JP6763067B1 (ja) 積層造形装置
US20210114296A1 (en) Device for manipulating particles
WO2022100773A2 (de) Verfahren zum auftragen von partikelförmigem baumaterial in einem 3d-drucker
US20210178666A1 (en) Build material compaction
KR20240041947A (ko) 3d 프린터의 컴포넌트 또는 어셈블리에 영향을 주는 방법
JP2023097108A (ja) 立体造形方法、立体造形装置、および立体造形システム
WO2022093204A1 (en) Spreader setting adjustments based on powder properties