KR20240007941A - 마운트 시스템, 핀 지지 시스템 및 왜곡을 완화시키기 위한 금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법 - Google Patents
마운트 시스템, 핀 지지 시스템 및 왜곡을 완화시키기 위한 금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법 Download PDFInfo
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Abstract
지향성 에너지 증착에 의해 물체들, 특히 티타늄 및 티타늄 합금 물체들을 제조하기 위한, 마운트 시스템, 및 마운트 시스템을 사용하는 시스템들 및 방법들이 제공된다. 방법들은 사전 굽힘된 기판을 형성하기 위해 물체가 제조될 기판을 열적으로 사전 굽힘시키는 단계, 하부 지지부로서 마운트 시스템을 사용하여 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하는 단계, 기판을 예열하는 단계, 및 지향성 에너지 증착 기법을 사용하여, 예열되고 사전 굽힘된 기판 상에 물체를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
[0001] 본 발명은, 특히 티타늄 및 티타늄 합금 물체들에서 임의 형상 제작(solid freeform manufacturing)으로 또한 알려진 지향성 에너지 증착 적층 제조 프로세스(directed energy deposition additive manufacturing)를 사용하여 제조된 금속 물체들의 왜곡을 완화시키기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
[0002] 티타늄 또는 티타늄 합금들로 제조된 것들과 같은 구조용 금속 부품들은 고체 빌릿으로부터 주조, 단조 또는 기계가공과 같은 종래의 제조 방법들에 의해 제조된다. 이들 기법들은, 종종 기계가공되어 제거되는 고가의 티타늄 금속의 높은 재료 낭비, 및 금속 부품의 제작과 연관된 리드 타임(lead time)이 길다라는 단점을 갖는다.
[0003] 완전 조밀한 물리적 물체들은 DED(Directed Energy Deposition)로 알려진 제조 기술, 쾌속 조형(rapid prototyping), 쾌속 제조(rapid manufacturing), 층상 제조(layered manufacturing), 적층식 층 제조(additive layer manufacturing), 형상화된 금속 증착(shaped metal deposition) 또는 적층식 제조에 의해 제조될 수 있다. 금속들의 DED는, 재료들이 증착될 때 용융시킴으로써 재료들을 융합시키기 위해 집중된 열 에너지가 사용되는 적층식 제조 프로세스이다. 적층식 제조는 그물형에 가까운(near-net-shape) 제품들의 층상 축적(layered build-up)으로 인해 큰 제조 자유도 및 잠재적인 비용 절감들을 제공한다. 또한, 동일한 확립된 금속 합금들을 활용하면서, 단조와 같은 종래의 벌크 성형(bulk forming) 프로세스들의 재료 특성들을 매칭시키는 것이 요망된다. DED는 수리, 쾌속 조형 및 소량/대량 부품 제작에 사용된다.
[0004] DED 시스템들은 레이저 빔(LB), 전자 빔(EB), 또는 아크-기반 에너지 소스들, 이를테면 플라즈마 아크(PA), 가스 텅스텐 아크(GTA) 및 가스 금속 아크(GMA)와 같은 DED 에너지 소스들 중 하나 또는 이들의 조합을 사용하는 다수의 카테고리들의 머신들을 포함한다. DED 시스템들에서 사용되는 금속 공급원료는 통상적으로 분말 및/또는 와이어 형태의 금속을 포함한다. DED는 통상적으로, 불활성 가스(예컨대, 아크-기반 또는 LB 시스템들을 사용하는 DED) 또는 진공(EB 시스템들) 분위기들에서 수행된다. 이들이 실제로 이용되는 지배적인 방법들이지만, 다른 에너지 소스들, 공급원료들 및 분위기들의 사용이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
[0005] 잔류 응력들은, 외부 하중들, 이를테면 열 및/또는 기계적 하중들의 부재 시에도 탄성체에 존재하는 자기-평형 응력들로서 정의될 수 있다. 국부화된 열 및 냉각 사이클링으로 인해, 열원이 금속 재료를 용융시키고, 각각의 새로운 금속 층을 증착하고, 이전에 응고된 금속 층들을 재용융할 때, 금속 프리폼들의 DED 동안 대량의 용접-유발 잔류 응력이 발생하고 축적될 수 있다. 프로세싱 구역 근처의 불균일한 열 하중에 의해 야기되는, 금속들의 DED에 수반되는 양립 불가능한 탄성 및/또는 소성 변형장(strain field)은 층 위의 층 제조 동안의 복잡한 열적으로 유도된 잔류 응력들 및 왜곡의 불가피한 축적을 초래한다. 열 팽창 및 수축은, DED 동안 존재할 수 있는 과도적인 열 편위들 및 가파른 열 구배들의 결과로서 발생할 수 있다. 금속들의 DED 동안의 잔류 응력들의 형성 및 완화는 프로세싱 존과 접경하는 영역들에서 원치 않는 소성 변형을 야기할 수 있으며, 이는 증착 직후의(as-deposited) 프리폼으로 이어질 수 있다. 증착 직후의 DED 프리폼에 고정된 잔류 응력은, 작업물이, 클램핑 픽스처 플랫폼 또는 지그로부터 해제될 때 구조에 여전히 존재하는 잔류 응력장(residual stress field)을 자기-평형화하기 때문에, 작업물의 영구적인 허용오차 손실로 이어질 수 있다. DED 축적 프로세스를 따라 더 큰 온도 차이들이 공존하기 때문에, 더 큰 구성요소들에 대해 잔류 응력-유도 변형이 더 큰 관심사이다. 또한, 엔지니어링된 구성요소들에서의 잔류 응력의 불리한 분포들은, 즉, 파괴 및 피로하기 쉬운 고인장 응력들의 영역들에서 예상치 못한 또는 조기 고장을 초래할 수 있다. 응력 완화 열 처리는 일반적으로, DED 제조 시퀀스로 인해 증착 직후의 프리폼에 고정된 상태로 유지되는 응력들을 완화하는 데 사용된다. 그러나, 허용오차 손실은 대부분의 DED 프로세스들에서 주요 관심사들 중 하나로 남아 있다.
[0006] 금속들의 DED 동안의 잔류 응력은 통상적으로, 제조되는 구성요소의 상이한 영역들이 상이한 사이클들의 열 팽창 및 수축을 겪는다는 사실로부터 기인한다. 결과적인 열 응력은 비가역적인 재료 변형의 불균일한 분포를 야기할 수 있고, 이 변형의 일부는 재료가 냉각된 후에 유지될 수 있어서, 작업물에 내부 및 완전히 자기-평형시키는 응력장을 발생시킬 수 있다. 이러한 자기-평형은 왜곡 또는 뒤틀림(warping)으로 인해 기하학적으로 허용오차를 이탈한 금속 구조들을 초래할 수 있다. 모든 형태들의 DED 프로세싱은, 적절하게 융합된 계면들을 달성하기 위해, 새롭게 증착된 층(열원에 노출됨), 새롭게 증착된 층과 이전 층 사이의 계면, 및/또는 기판의 최상부로의 대량의 국부적인 열 전달을 수반한다.
[0007] 통상적으로, 높은 열 집중을 갖는 열원이 DED 제조 프로세스에서 사용되어 신속 가열을 발생시킨다. 생성된 열은 재료의 열 팽창(thermal dilation)을 야기할 수 있으며, 이는 항복 강도의 점진적인 감소를 동반한다. 열원에 의해 생성된 열은, 분말 및/또는 와이어 공급원료를 용융시키고 작업물의 일부에 용접 풀(weld pool)을 생성하는 데 활용된다. 이러한 국부적으로 인가된 에너지는, 용접 영역이 전체적으로 비교적 낮은 온도로 유지되는 주변 영역에 비해 급격하게 가열되게 하여, 용접 영역이 국부적으로 융합되게 한다. 용융 재료가 하중을 지지하지 않을 것이기 때문에, 열원 아래의 응력은 0에 가깝다. 에너지 인가의 영역으로부터 짧은 거리의 재료(즉, 용융 풀 바로 근처의 그리고 하부의 빌드 층들의 재료)는 가열된 결과로서 팽창하지만, 인접한 그리고 하부의 더 차가운 재료에 의해 제한되어 탄성 압축 변형(elastic compressive strain)들을 유발한다. 결과적으로, 열원으로부터의 인접한 영역들의 응력들은 압축 응력이다. 열원에 인접한 영역들의 온도들이 높고 재료의 항복 강도가 낮기 때문에, 이러한 영역들의 응력들은 대응하는 온도들에서의 재료의 항복 강도만큼 높을 수 있다. 열 에너지 소스가 에너지 인가의 영역으로부터 멀어지게 이동함에 따라, 가열된 용융 재료는 냉각되고 고체로서 수축하지만, 수축되는 금속은 재료의 인접한 그리고 하부 층들에 의해 기계적으로 억제된다. 계속되는 냉각 시에, 물체 내의 잔류 응력들이 분산되어, 통상적으로, 재료가 수축되는 것이 방지된 최상부 층에서 큰 인장 응력들을 나타내고, 그 아래에서 압축 응력들의 균형을 이룬다. 일부 애플리케이션들에서, 최상부 층에서 발생하는 인장 응력은 재료의 항복 강도의 크기에 접근할 수 있다. 압축력들의 균형을 맞추기 위해, 압축력들이 포함하는 왜곡 및 압축 하중들이 임계 좌굴 하중(critical buckling load)을 초과하면, 금속 구조 부재들의 좌굴이 발생할 수 있다.
[0008] DED 프로세스들의 층별 성질(layer-by-layer nature)로 인해, 각각의 연속적인 층에 의해 부과된 가열 및 냉각 부하들의 차이들은 재료 팽창과 수축 사이의 공간적 경쟁을 야기하여, 궁극적으로 생성되는 물체에 잔류 응력의 누적을 초래할 것이다. 용융 금속의 고온 층들이 구축되는 물체의 이전의 더 차가운 층 상에 증착되기 때문에, 열원으로부터의 열이 작업물을 가로질러 이동함에 따라, 국부적으로 큰 열 구배 및 상당한 수축이 있을 수 있으며, 양립 불가능한 변형장들에 의해 야기되는 작업물 내로의 잔류 응력들을 도입한다. 층 상의 층의 응고 동안 발생하는 종방향 및 횡방향 수축은, 증착 직후의 프리폼 내의 잔류 응력들의 축적을 증폭시킬 수 있다. 응력들은 재료의 인장 계수, 열 팽창 계수, 및 냉각 시의 퍼센트 수축률의 함수일 수 있다. 이러한 양립 불가능한 변형들로 인한 응력들이 마무리된 물체에 남아 있고 완화되지 않으면, 잔류 응력들이 결합되고 반응하여, 물체의 원치 않는 왜곡, 이를테면, 물체의 휘어짐, 좌굴 및 회전을 야기하는 내부 힘들을 생성할 수 있다. 종래의 적층 제조 프로세스들 동안 형성될 수 있는 잔류 응력들은 때때로, 적층 제조된 물체에서 상당한 왜곡, 미스매치, 인열(tearing) 또는 응력-유도 균열들의 형성을 야기할 정도로 충분히 크다(도 1a 내지 도 1h 참조).
[0009] 형성된 제품에서의 응력 유도를 측정하거나 또는 모델링하여 이를 예측하기 위한 방법들이 당해 기술분야에 알려져 있다(예컨대, 미국 특허 제9,555,475호(Sidhu 등(2017); 제9,950,476호(Nguyen 등(2018)) 참조). 이러한 단점들을 해결하기 위해 개발된 종래 기술들은 제한된 성공을 거두었다. 예를 들어, 후속 층의 형성 전에 압밀된(consolidated) 재료를 소성 변형시키기 위한 용접-후 고압 기계적 롤링이 사용되었다(예컨대, Colegrove 등의 영국 특허 출원 GB2491472(2012) 참조). 그리고 미국 특허 출원 공보 제US2017/0326681(Sidhu 등(2015))에 교시된 것들과 같은 피닝(peening) 프로세스들은 적층식 층 제조 부품들의 구축 동안 증착된 각각의 금속 층에 대한 왜곡을 완화시키는 데 유용한 것으로 교시된다. 이들 프로세스들에서, 하나 이상의 충격 처리 디바이스들은, 증착된 층의 적어도 일부가 냉각된 후에 그 가공물의 적어도 일부를 소성 변형시키도록 가공물 상의 공통 지점을 피닝하거나 또는 타격(strike)하는 데 사용된다. 각각의 충격 처리 디바이스는 가공물을 한 번 이상 타격할 수 있고, 최대 20 Hz의 주파수로 타격할 수 있다. 또한, 레이저 피닝이 가공물에 잔류 압축 응력을 부여하는 데 사용되어 왔다(미국 특허 출원 공보 제US2014/0367894호(Kramer 등(2014) 참조). 이러한 방법들은, 복잡한 형상의 피스들이 피닝 또는 롤링 툴들에 의해 접근될 수 없는 영역들에서 잔류 응력을 완화시키는 데 적합하지 않다. 또한, 이들은 가공물을 제조하기 위한 시간 및 복잡성을 증가시킬 수 있고, 따라서 활용하기에 지나치게 비용이 많이 들거나 비실용적일 수 있다.
[0010] 또한, 이러한 방법들은 층들 사이의 대기 시간들을 증가시킬 수 있으며, 이는 생산성에 부정적으로 영향을 미치고 잠재적으로 제작 자유도를 제한할 수 있다. 층 증착 사이의 과도한 냉각은 또한, 층들 사이의 온도차를 증가시키고, 잔류 응력 발생을 더 악화시킬 수 있다. 증착된 층을 물리적으로 가공하는 방법들의 경우, 툴링(tooling)으로부터의 오염들이 또한 문제가 될 것인데, 왜냐하면, 임의의 오염들이 적층 프로세스에서 최종 제품의 층들 사이에 둘러싸일 수 있기 때문이다.
[0011] 따라서, 당해 기술분야에는, 종래의 적층 제조 프로세스들에서 달성되는 것보다 감소된 또는 최소화된 잔류 응력 또는 왜곡, 또는 둘 모두를 갖는 금속 생성물들을 산출하는 적층 제조 시스템에서 금속 증착의 레이트로 직접 금속 증착을 수행하는 경제적인 방법이 필요하다. DED 제조된 물체에서 잔류 응력들 또는 균열의 발생을 감소시키는 DED 프로세스들을 제공하는 것이 요망될 것이다. 또한, 부가적인 금속 층들이 증착될 때 제조되는 물체의 국부적인 왜곡의 발생을 감소시키는 DED 프로세스들을 제공하는 것이 요망될 것이다.
[0012] 따라서, 본원에서 제공되는 실시예들은, 종래 기술의 제한들 및 단점들로 인한 문제들 중 하나 이상을 실질적으로 제거하는 적층 제조 프로세스들을 사용하여, 감소된 또는 최소화된 잔류 응력, 또는 왜곡, 또는 이 둘 모두를 갖는 가공물들의 제조에 관한 것이다. 구체화되고 광범위하게 설명된 바와 같이, 개선된 재료 품질을 갖는 제품들을 달성하기 위해 금속 적층 제조 동안 잔류 응력 또는 왜곡 또는 둘 모두를 감소시키거나 최소화하기 위한 디바이스들, 시스템들 및 방법들이 제공된다. 잔류 응력 또는 왜곡의 이러한 감소들을 갖는 DED 제조된 제품들은 증가된 강도, 피로 내성, 및 내구성을 나타낸다. 예들에서, 제공된 디바이스들, 시스템 및 방법들은 DED 형성된 제품들의 처리량 및 수율을 증가시키고, 지정된 허용오차들 내에서 가공물들을 산출할 수 있다.
[0013] 예들에서, 가공물 상에 상당한 또는 임의의 결함들을 부여하지 않으면서 원하지 않는 열 전달을 완화시킬 수 있는 방법 및 시스템이 본원에서 제공된다. 예들에서, 설명된 바와 같은 방법 및 시스템은, 기판으로부터 용접 지그 또는 다른 아래 놓인 구조물로의 열 전달을 감소시키기 위해, DED 제조 동안 기판 아래에 놓인 구조물의 기판 접촉 계면을 제어하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 감소된 열 전달은, 열 에너지가 전달될 수 있는 감소된 표면적, 기판과 하부 구조물 사이의 증가된 고체/가스/고체 단열 경계, 또는 이 둘의 조합을 제공함으로써 달성될 수 있다. 예들에서, 설명된 바와 같은 방법 및 시스템은 가공물에 대한 임의의 바람직하지 않은 결함들을 회피하거나 최소화할 수 있다.
[0014] 예들에서, 본원에서 제공되는 방법들 및 시스템은 또한 산화제들 및 오염 물질 입자들의 감소된 함량을 갖는 분위기를 촉진시킴으로써 DED 제조를 개선할 수 있다. 예들에서, 본원에서 제공되는 바와 같은 방법들 및 시스템은 지지부의 일부로서 세라믹 시트들, 플레이트들 또는 파일론(pylon)들에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 예들에서, 세라믹 시트, 플레이트 또는 파일론이 제공할 수 있는 단열은, DED 제조 동안 사용되는 불활성 분위기의 낮은 열 전도도를 이용할 수 있는 고체/가스/고체 계면의 존재를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 예들에서, 지지부로서 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일론들의 사용을 제거함으로써, DED 제조 분위기 내의 수분의 양을 감소시키는 것이 가능할 수 있다. 예들에서, 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일론들의 사용을 제거함으로써, DED 제조 분위기 내로 원하지 않는 세라믹 미립자들을 유입시키는 것을 회피하는 것이 가능할 수 있다.
[0015] 예들에서, 본원에 제공되는 방법들 및 시스템은 또한, 반복 가능하고 예측 가능한 제조 균일성을 제공할 수 있는 탄력적이고 내구성 있는 시스템을 제공할 수 있다.
[0016] 예들에서, 본원에 제공되는 방법들은, 종래의 적층 제조 프로세스들을 사용하여 쉽게 생성될 수 없는 중간 내지 대형 크기(예컨대, 최대 3 m)의 DED로 형성된 구성요소들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 부가하여, 종래의 DED 금속 구조물에서 통상적인 대량의 잔류 응력, 왜곡 또는 이들의 조합의 감소 또는 제거 때문에, 제조된 금속 구조물들은 기하학적으로 허용오차들 및 규격들 내에 있는 것으로 생성될 수 있다.
[0017] 잔류 응력 및 왜곡이 종종, 특히 안전-임계 애플리케이션들에서, 금속들에 대한 DED 기술들의 메인스트림 수용에 대한 핵심 장벽들로서 보여질 수 있기 때문에, 잔류 응력 또는 왜곡을 최소화할 수 있는 본원에 제공되는 디바이스들, 시스템들 및 방법들은 새로운 시장들을 열거나 DED 생성된 구성요소의 더 넓은 수용을 가져올 수 있다. 본원에 제공되는 디바이스들, 시스템들, 및 방법들은 또한, 기판 및 DED 재료 둘 모두의 재료 이용 효율들이 개선될 수 있도록, DED 금속 구조물들에서의 잔류 응력 및 왜곡에 대한 효과적인 제어를 초래할 수 있다. 허용오차들 내의 DED 생성된 제품들의 생성과 함께, 재료 활용의 이러한 개선들은 폐기물 및 재작업을 더 적게 할 수 있으며, 이는 DED 제조 비용들을 상당히 감소시킬 수 있다.
[0018] 예들에서, 단면(single-sided) 금속성 구조물들의 DED 전에 소성적으로 사전 굽힘된 기판을 형성하기 위해 금속성 기판을 사전 굽힘하는 것을 포함하는 DED 제조를 위한 방법들이 제공된다. 또한, DED 제조를 위한 방법들이 제공되며, 그 방법들은, 소성적으로 사전 굽힘된 기판을 형성하기 위해 금속성 기판을 사전 굽힘하는 것 및 금속성 구조물들의 DED 전에 사전 굽힘된 기판을 예열하는 단계를 포함한다. 또한, DED에 의한 감소된 잔류 응력 및 왜곡을 갖는 구성요소들을 제조하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 금속 분말 및/또는 와이어 공급원료를 용융시키는 데 사용되는 종래의 DED 에너지 공급 소스들과 함께 사용될 수 있다. 장치는 소성적으로 사전 굽힘된 기판을 위한 하부 지지 구조물로서 마운트 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 실행될 때 DED 프로세스가 하부 마운트 시스템의 형상을 따르게 하는, CAD-CAM 프로그램 명령들을 사용하여 수정된 종래의 DED 에너지 공급 소스들을 사용하는 시스템들이 제공된다.
[0019] DED 제조 제품의 왜곡을 최소화하거나 방지하는, DED 제조를 위한 방법들이 제공된다. 이는, 이를테면, 사용되어야 하는 증착된 재료의 양 및 기판의 낭비를 최소화함으로써, 제조 프로세스의 효율을 증가시킬 수 있다. 특히, 가장 높은 열적으로 유도된 응력장들이 제1 증착된 층들에 도입될 수 있고, 왜곡 효과가 특히 기판에서 나타날 수 있기 때문에, 본원에 제공되는 방법들은 종래의 적층 제조 프로세스들에서 희생되거나 손실되는 기판 재료를 보존할 수 있다. 방법들은, 종래의 방법들과 비교하여 기판 및 DED 재료 둘 모두의 개선된 재료 이용 효율들을 초래할 수 있다. 본원에 제공되는 방법들은, DED 구조물들에서의 잔류 응력 및 왜곡에 대한 효과적인 제어를 제공할 수 있다. 이는 재료 낭비를 감소시킬 수 있고, 구매 대 플라이(buy-to-fly) 비율들 또는 BTF 비율들이 1에 가깝게 구동될 수 있다. 재료 낭비를 감소시킬 뿐만 아니라 재작업 시간을 감소시키거나 제거하는 것은 제조 비용을 상당히 감소시킬 수 있다.
[0020] 용접 지그와 인터페이싱하도록 구성된 제1 측면을 포함할 수 있는 마운트 시스템이 제공된다. 마운트 시스템은 만곡된 프로파일을 정의하고 기판과 인터페이스(interface)하도록 구성된 제2 측면을 포함할 수 있다. 제2 측면은, 제2 측면이 인터페이싱하도록 구성되는 기판의 표면을 수용하도록 크기가 정해진 기판 계면 영역을 포함할 수 있다. 제2 측면은 또한, 제2 측면이 기판과 인터페이스할 때, 마운트 시스템이 기판과 물리적으로 접촉하도록 구성되는 기판 접촉 영역을 포함할 수 있다. 마운트 시스템은 기판 접촉 영역 대 기판 계면 영역의 비율로서 정의된 기판 접촉 인터페이스를 가질 수 있다. 기판 접촉 인터페이스는 기판 접촉 영역에 의해 점유되거나 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트로 정의될 수 있다. 예들에서, 기판 접촉 영역은 기판 계면 영역의 0.1 내지 20 퍼센트를 포함하거나 그와 동일할 수 있다.
[0021] 예들에서, 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 이상, 그리고 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 이하일 수 있다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.2 내지 20, 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 또는 0.2 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.3 내지 20, 0.3 내지 15, 0.3 내지 10, 0.3 내지 5, 또는 0.3 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.4 내지 20, 0.4 내지 15, 0.4 내지 10, 0.4 내지 5, 또는 0.4 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.5 내지 20, 0.5 내지 15, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.6 내지 20, 0.6 내지 15, 0.6 내지 10, 0.6 내지 5, 또는 0.6 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.7 내지 20, 0.7 내지 15, 0.7 내지 10, 0.7 내지 5, 또는 0.7 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.8 내지 20, 0.8 내지 15, 0.8 내지 10, 0.8 내지 5, 또는 0.8 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다. 예들에서, 제2 측면은 기판 접촉 영역에 포함되는 기판 계면 영역의 퍼센트가 0.9 내지 20, 0.9 내지 15, 0.9 내지 10, 0.9 내지 5, 또는 0.9 내지 1의 범위에 있을 수 있도록 구성된다.
[0022] 마운트 시스템은 비-자기 금속을 포함하거나 또는 비-자기 금속으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템은 1350 ℃ 이상의 용융점을 갖는 금속을 포함하거나 그러한 금속으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템은 오스테나이트계 스테인리스 강이거나 또는 이를 포함하는 금속을 포함하거나 또는 그러한 금속으로 제조될 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강은 탄소, 크롬, 구리, 망간, 몰리브덴, 니켈, 질소, 인, 실리콘, 또는 이들 중 임의의 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강은 적어도 18 %의 크롬을 포함할 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강은 300 시리즈 스테인리스 강일 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강은 304 스테인리스 강, 309 스테인리스 강, 310 스테인리스 강, 316 스테인리스 강, 318 스테인리스 강, 321 스테인리스 강 또는 330 스테인리스 강 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[0023] 마운트 시스템의 세라믹 코팅은 임의의 하나 이상의 표면들에 적용될 수 있다. 세라믹 코팅은 이산화지르코늄, 이트륨 산화물, 이트륨 알루미늄 산화물, 알칼리 토금속 규산염, ZrV2O7, Mg3(VO4)2 또는 이들의 조합을 첨가하여 안정화된 이산화지르코늄을 포함할 수 있다. 마운트 시스템은 약 3 mm 내지 약 35 mm의 공칭 만곡 프로파일 편향(nominal curved profile deflection)을 포함할 수 있다. 마운트 시스템은 접합 코트를 포함할 수 있으며, 그 접합 코트 상에 세라믹 코팅이 적용된다.
[0024] 예들에서, 마운트 시스템은 재구성가능할 수 있다. 예들에서, 만곡된 프로파일은 하나 이상의 핀들에 의해 정의될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템은 제1 기판 지지 높이를 갖도록 배열된 하나 이상의 핀들 중 적어도 제1 핀, 및 제2 기판 지지 높이를 갖도록 배열된 하나 이상의 핀들 중 적어도 제2 핀을 포함할 수 있으며, 제1 기판 지지 높이는 제2 기판 지지 높이와 상이하다.
[0025] 예들에서, 만곡된 프로파일은 격자 지지 구조물에 의해 정의될 수 있다. 예들에서, 만곡된 프로파일은 만곡된 클램핑 몰드에 의해 정의될 수 있다. 용접 지그 상에 재구성가능한 배열체로 하나 이상의 핀들을 갖는 핀 지지 시스템이 또한 제공되며, 하나 이상의 핀들은 다양한 기판 지지 높이들을 갖고 곡선형 프로파일을 정의하도록 배열된다.
[0026] 예들에서, 하나 이상의 핀들 중 적어도 하나는 기판 접촉 영역을 포함하는 핀 헤드 부분, 칼라 부분, 및 용접 지그와 맞물리도록 구성된 베이스 부분을 포함한다. 예들에서, 핀 헤드 부분은 측방향 프로파일의 적어도 일부 상에 평탄한 부분을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분은 용접 지그 계면 영역을 포함할 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들은 오스테나이트계 스테인리스 강을 포함한다.
[0027] 금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법이 또한 제공된다. 방법은, 사전 굽힘된 기판을 생성하기 위해, 제1 용융 툴을 사용하여 기판의 제1 표면 상에 복수의 용융 트랙들을 형성함으로써, 열 에너지로 금속 재료의 기판을 사전 굽힘하는 단계; 사전 굽힘된 기판이 지그에 고정될 때 이를 지지하기 위해 하부 지지 구조물로서 본원에 설명된 마운트 시스템 또는 핀 지지 시스템을 사용하는 단계, 및 복수의 클램프들을 사용하여 사전 굽힘된 기판과 사전 굽힘된 기판을 지지하는 마운트 시스템 또는 핀 지지 시스템을 지그에 고정하는 단계를 포함할 수 있다. 사전 굽힘된 기판 및 마운트 시스템 또는 핀 지지 시스템이 지그에 고정된 후에, 이 방법은 적층 제조 프로세스에 의해 기판의 제2 표면 상에 금속 작업물를 형성하는 단계를 포함하며, 이는 a) 모재를 형성하기 위해 기판의 제2 표면 상에 용융 금속의 층을 증착할 수 있고 그리고 작업물을 형성하기 위해 모재 상에 용융 금속의 후속 층들을 증착하며; 또는 b) 금속 분말의 후속 층들을 증착할 수 있고 모재를 형성하기 위해 기판의 제2 표면 상에 금속 분말을 용융시키고 그리고 금속 분말의 후속 층들을 증착하고 작업물을 형성하기 위해 모재 상에 분말을 용융시키며, 여기서 기판의 제2 표면은 기판의 제1 표면에 대향한다. 이 방법은 지그에 고정되어 있으면서 사전 굽힘된 기판을 기판의 제2 측에 열 에너지를 인가함으로써 약 400 ℃ 내지 약 900 ℃의 온도로 예열하는 단계를 포함할 수 있다. 기판을 사전 굽힘하는 단계는 기판에 열 구배들을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들에서, 레이저 빔, 전자 빔, 플라즈마 아크, 가스 텅스텐 아크, 가스 금속 아크, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 열원을 포함하는 용융 툴이 사용될 수 있다. 기판의 제1 표면을 사전 굽힘하는 동안, 열 에너지의 인가 영역은 금속 재료의 용융점인 온도, 또는 금속 재료의 용융점보다 약 5 ℃ 내지 약 50 ℃ 미만 또는 그 초과의 온도에 도달할 수 있다. 기판의 제1 표면일 사전 굽힘하는 동안, 용융 트랙들의 형성은, 기판의 냉각시의, 용융 트랙들 각각의 중심선에서 인장 응력의 형성 및 용융 트랙들 각각의 중심선으로부터 떨어진 영역에서 압축 응력의 형성을 초래할 수 있다. 용융 트랙의 중심선에서의 인장 응력은 기판의 항복 강도의 약 10 % 내에 있을 수 있다. 용융 트랙의 중심선에서의 인장 응력은 기판의 항복 강도의 크기를 초과할 수 있다.
[0028] 사전 굽힘하는 단계는, 용융 트랙의 냉각을 가속하기 위해, 가스 제트 디바이스를 사용하여 용융 트랙들을 향해 냉각 가스를 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 용융 트랙들을 향해 냉각 가스를 지향시키는 것은 기판에 열 구배를 형성할 수 있고, 냉각 시에 기판에 잔류 응력을 부여할 수 있다. 가스 제트 디바이스는 약 50 L/분 내지 약 500 L/분의 레이트로 용융 트랙들을 향해 냉각 가스를 지향시킬 수 있다. 냉각 가스는 일정한 스트림으로 적용될 수 있거나, 또는 간헐적으로 적용되거나, 또는 펄스형 유동으로 적용될 수 있다. 냉각 가스는 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 및 이들의 조합들 중에서 선택되는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 냉각 가스는 100 ℃ 이하의 온도로 적용될 수 있다. 냉각 가스는 25 ℃ 이하의 온도로 적용될 수 있다. 가스 제트 디바이스는 냉각 가스의 난류 유동, 냉각 가스의 층류 유동, 또는 냉각 가스의 난류 유동과 층류 유동의 조합을 발생시킬 수 있다. 가스 제트 디바이스는 복수의 노즐들을 포함할 수 있고, 노즐들은 용융 툴의 열원으로부터 멀어지는 방향으로 냉각 가스를 지향시킬 수 있고, 그리고 적어도 하나의 노즐은 냉각 가스를 용융 트랙의 응고 직후의(as-solidified) 금속으로 지향시킬 수 있다.
[0029] 본원에서 제공되는 방법들에서, 용융 트랙들은 서로 등거리로 생성될 수 있다. 용융 트랙들 사이의 거리는 약 10 mm 내지 약 60 mm일 수 있다. 방법은, 기판의 제2 표면 상에 형성될 것인 프리폼의 각각의 벽의 중심선을 결정하는 단계; 및 기판의 제2 표면 상에 형성될 프리폼 또는 작업물의 대부분의 벽들의 중심선들로부터 약 10 mm 내지 약 20 mm 떨어져 기판의 제1 표면 상에 용융 트랙들을 포지셔닝하는 단계를 포함할 수 있다. 용융 라인들의 대부분은, 기판의 제2 측 상에 형성될 작업물의 하나 이상의 벽들이 차지하는 하나 이상의 영역들에 대응하는 위치들 이외의 하나 이상의 위치들에서 제1 표면 상에서 형성될 수 있다.
[0030] 방법들에서, 사전 굽힘하는 것은 균일한 탄성-소성 굽힘부(elasto-plastic bend)를 갖는 사전 굽힘된 기판을 형성할 수 있다. 기판을 사전 굽힘하는 것은 기판이 지그에 클램핑되고 지그로부터 열적으로 절연되어 있는 동안 수행될 수 있다. 기판은 복수의 클램프들을 사용하여 지그에 클램핑될 수 있으며, 여기서, 클램프들 중 하나 이상은 각각의 표면 상에 사전 굽힘된 기판과 접촉하게 되는 절연 코팅을 포함할 수 있다. 절연 코팅은 세라믹 재료, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 보론 탄화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 세라믹 재료는 알루미나, 지르코니아, 티타늄 산화물, 알칼리 토금속 실리케이트, 알루미늄 티타네이트, 지르코늄 이산화물, 이트륨 산화물의 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물, 이트륨 알루미늄 산화물, ZrV2O7, Mg3(VO4)2 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 절연 코팅의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있다. 클램프들은 사전 굽힘된 기판과 접촉하는 표면 상에 널링 패턴 또는 주름을 포함할 수 있다. 클램프들은 사전 굽힘된 기판이 마운트 시스템 또는 핀 지지 시스템에 의해 정의된 만곡된 프로파일에 부합하게 되도록 조여질 수 있다. 클램프들 각각은 약 10 N·m 내지 약 100 N·m의 토크로 조여질 수 있다. 클램프들은, 생성되는 작업물의 벽의 시작부 또는 단부에서 클램프들이 만나도록 포지셔닝될 수 있다.
[0031] 본원에서 제공되는 방법들에서, 사전 굽힘된 기판의 예열은 a) 용융 트랙들을 형성하지만 사전 굽힘된 기판의 표면을 용융시키지 않고; 또는 b) 용융 트랙들을 형성하고 용융 트랙들에서 사전 굽힘된 기판의 표면을 용융시키는 조건들 하에서 DED 열원을 포함하는 하나 이상의 용융 툴들을 사용하여 수행될 수 있다. 용융 공구의 포지셔닝은 작업물을 형성하는 데 사용되는 스탠드오프 포지션보다 더 큰 스탠드오프 포지션에 있을 수 있다.
[0032] 방법들은, a) 지그에 고정된 사전 굽힘된 기판의 제1 긴 가장자리의 약 10 mm 내지 약 60 mm 내에 그리고 제1 짧은 가장자리에 DED 열원을 포함하는 용융 툴을 포지셔닝하는 단계; b) 표면에의 에너지 적용의 제1 라인을 형성하기 위해, 용융 툴의 DED 열원으로부터 열 에너지를 제1 짧은 가장자리에서 시작하여 사전 굽힘된 기판의 표면을 가로질러 그리고 제2 반대쪽 짧은 가장자리에 대해 표면을 가로질러 적용하는 단계; c) 용융 툴의 DED 열원을 제1 짧은 가장자리에 재배치하고 제1 에너지 적용 라인으로부터 제2 긴 가장자리를 향해 약 10 mm 내지 약 60 mm의 거리로 변위시키는 단계; 그리고 d) 에너지 적용 라인이 사전 굽힘된 기판의 표면을 가로질러 제2 반대쪽 긴 가장자리로부터 약 10 mm 내지 약 60 mm까지의 포지션에 적용될 때까지 단계 b) 및 c)를 반복하는 단계에 의해, 제1 짧은 가장자리와 반대편의 제2 짧은 가장자리, 그리고 제1 긴 가장자리와 반대편의 제2 긴 가장자리를 포함하는 사전 굽힘된 기판을 예열하는 단계를 포함할 수 있다. 예열하는 단계는 사전 굽힘된 기판의 온도를 약 350 ℃ 내지 약 650 ℃의 온도까지 상승시킬 수 있다.
[0033] 금속 작업물을 형성하는 단계는 와이어 형태의 금속성 재료를 제공하는 단계; 용융된 금속성 재료가 기판의 영역 상에 증착되어 모재를 형성하도록, 금속성 재료를 가열 및 용융시키기 위해 단일 용융 툴을 사용하는 단계; 모재 상으로의 용융된 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 물체를 형성하도록, 미리 결정된 패턴으로 모재를 용융 툴의 포지션에 대해 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
[0034] 금속 작업물을 형성하는 단계는, a) 와이어 형태의 금속성 재료를 제공하는 단계; b) 기판 상에 예열된 영역을 형성하도록 기판의 표면의 적어도 일부를 가열하기 위해 제1 용융 툴을 사용하는 단계; c) 용융된 금속성 재료가 예열된 영역 상에 증착되어 모재를 형성하도록, 금속성 재료를 가열 및 용융시키기 위해 제2 용융 툴을 사용하는 단계; d) 미리 결정된 패턴으로 제1 용융 툴 및 제2 용융 툴의 포지션에 대해 모재를 이동시키는 단계; e) 모재 상에 예열된 영역을 형성하기 위해, 모재의 표면의 적어도 일부를 가열하기 위해 제1 용융 툴을 사용하고, 그리고 금속성 재료를 용융시키는 제2 용융 툴에 의해 생성된 용융 금속성 재료를 모재 상의 예열된 영역 상에 증착하는 단계; 및 f) 모재 상의 예열된 영역들 상으로의 용융 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 물체를 형성하도록, 단계 d) 및 e)를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
[0035] 방법들은, 용융 금속성 재료의 액체-고체 경계에 인접한, 응고 직후의 재료의 표면, 또는 이들의 임의의 조합에 충돌하도록 냉각 가스를 지향시키기 위해 가스 제트 디바이스를 사용하는 단계; 및 용융 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 물체를 형성하도록, 미리 결정된 패턴으로, 용융 툴(들) 및 가스 제트 디바이스의 포지션에 대해 모재를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 PTA 토치, 레이저 디바이스, 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 PTA 토치, 레이저 디바이스, 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 제1 용융 툴은 제1 PTA 토치를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 제2 PTA 토치를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 PTA 토치를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 PTA 토치를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템을 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템을 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 PTA 토치를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 PTA 토치를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 PTA 토치를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함할 수 있고, 제2 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함할 수 있다. 제2 용융 툴이 PTA 토치를 포함할 때, PTA 토치는, PTA 토치의 전극이 캐소드가 되고 금속성 재료가 애노드가 되는 소모성 전극일 수 있도록 직류 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
[0036] 본원에서 제공되는 방법들에서, 기판을 사전 굽힘하는 단계, 사전 굽힘된 기판을 예열하는 단계, 및 금속 작업물을 형성하는 단계 각각을 포함하는, 방법들의 모든 각각의 단계는, 불활성 분위기를 포함하는 폐쇄 챔버 내에서 수행될 수 있다. 불활성 분위기는 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤, 헬륨 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[0037] 또한, 지향성 에너지 증착을 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 사전 굽힘된 기판을 고정하기 위한 지그; 사전 굽힘된 기판이 지그에 고정될 때, 그리고 지그 사이에 포지셔닝되도록, 본원에서 설명되는 바와 같은 마운트 시스템 또는 핀 지지 시스템; 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위한 절연 클램프들; 모재의 표면 상에 증착된 금속성 용융 재료로 금속의 소스를 용융시키기 위한 DED 열원을 포함하는 하나 이상의 용융 툴들; 냉각 가스가 액체 용융 풀의 액체-고체 경계에 인접한 응고 직후의 재료, 또는 이들의 임의의 조합에 충돌하도록 지향시키기 위한 가스 제트 디바이스; 냉각 가스의 공급부; 및 모재를 용융 툴 및 가스 제트 디바이스에 대해 포지셔닝 및 이동시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다.
[0038] 본원에서 설명되는 실시예들의 부가적인 특징들 및 이점들은 다음의 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 설명으로부터 명백할 것이거나, 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 예시적인 실시예들의 목적들 및 다른 이점들은 본 명세서의 기재된 설명 및 청구항들에서 특히 지적된 구조뿐만 아니라 첨부된 도면들에 의해 실현 및 달성될 것이다.
[0039] 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 모두는 예시적이고 설명적이며, 청구되는 바와 같은 본 발명의 추가의 설명을 제공하는 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
[0040] 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서의 일부에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
[0041] 도면들에서:
[0042] 도 1a는 응력 완화 없이 종래의 DED 적층 제조를 사용하여 생성된 작업물의 사진이다. 도 1b 및 도 1c는 미스매치를 도시한다(화살표들은 미스매치된 포지션들을 가리킨다). 도 1d, 도 1e, 및 도 1f는 작업물의 균열을 도시한다(화살표들은 균열들을 가리킨다). 도 1g 및 도 1h는 작업물의 인열(tearing)을 도시한다(화살표들은 인열들을 가리킨다).
[0043] 도 2a는 본원에서 설명되는 바와 같은 마운트 시스템에 의해 정의될 수 있는 예시적인 곡선 프로파일을 예시하는 도면이다.
[0044] 도 2b는 본원에서 설명되는 바와 같은 마운트 시스템에 대한 기판 계면 영역을 예시하는 도면이다.
[0045] 도 2c는 접합 코트 및 세라믹 코팅으로 코팅된 것으로 예시된 널들 및 널 간격 또는 트로프의 예의 도면이다.
[0046] 도 3a 내지 도 3m은 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템들의 예들로서 구현되는 마운트 시스템의 예들을 예시한다.
[0047] 도 4a 내지 도 4d는 본원에서 설명되는 바와 같은 격자 지지 구조들의 예들로서 구현되는 마운트 시스템의 예들을 예시한다.
[0048] 도 5a는 널링된 만곡 표면을 갖는 실시예를 도시하는, 만곡된 클램핑 몰드의 측면도이다. 도 5b는 DED 기판(플레이트)과 접촉할 만곡된 표면 상의 (도면에서 과장된) 파선들에 의해 세라믹 코팅을 도시하는 동일한 만곡된 클램핑 몰드의 측면도이다. 도면은 또한 공칭 몰드 편향(hmold)을 도시한다. 도 5c는 절두체-유형(frustum-type), 특히 절두 피라미드 형상인 예시적인 단면 형상(확대도)을 도시한다.
[0049] 도 5d는 동일한 만곡된 클램핑 몰드의 평면도이다. 도 5e는 동일한 만곡된 클램핑 몰드의 등각 투영도이다.
[0050] 도 5f는 X-형상 보강 부재(stiffening member)에 의해 분리된 4개의 삼각형 캐비티들을 갖고 주변 림을 갖는 만곡된 클램핑 몰드의 저면도이며, 여기서 주변 림과 X-형 보강 부재는 공통 평면을 공유한다. 만곡된 클램핑 부재가 지그 또는 용접 테이블 상에 배치될 때, 주변 림 및 보강 부재만이 클램핑 픽스처 플랫폼, 이를테면 지그 또는 용접 테이블과 접촉한다.
[0051] 도 6은 예시적인 급속 냉각 가스 제트 디바이스를 묘사한다.
[0052] 도 7a는 기판을 사전 굽힘하기 위해 기판의 제1 측면 또는 후면 상에 생성된 용융 트랙들, 및 기판의 제2 측면 또는 전면 상에 형성된 작업물의 DED 후면 벽을 예시한다.
[0053] 도 7b는 기판의 제1 측면 또는 후면 상에 용융 트랙들을 생성함으로써 기판을 사전 굽힘하기 위한 예시적인 프로세스를 예시하는 도면이다.
[0054] 도 7c는 기판을 열원 쪽으로 사전 굽힘하기 위해 기판의 후면 또는 제1 측의 최상부 표면 상에 용융 트랙들을 생성하도록 DED 에너지 소스를 이동시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 가열 경로를 예시한다.
[0055] 도 7d는 기판의 반대 전면 또는 제2 측에 제조될 중첩된(회색 파선) DED 작업물에 대해 기판의 후면 또는 제1 측 상의 가열 경로들에 의해 생성된 열적으로 유도된 사전 굽힘하는 용융 트랙들의 상대 포지션들을 개략적으로 예시한다.
[0056] 도 8a는 가열될 때 기판이 용융 트랙들을 유도하고 기판을 사전 굽힘하는 결과를 초래하는 균일한 길이방향 휘어짐(bowing)을 예시한다. 도 8b에서, 기판은 거꾸로(upside-down) 뒤집혀 있다. 묘사된 기판에서, 플레이트의 평면에 수직인 최대 공칭 기판 편향(410)은 약 15 mm였다. 도면들 둘 모두에서, 사전 굽힘된 기판은 지그(400) 상에 놓여 있다.
[0057] 도 9a는 저면도를 예시하고, 도 9b는 측면도를 예시하며, 도 9c는 예시적인 절연된 고강도 강 클램프의 기울어진 오버헤드 3차원 도면을 예시한다. 도면들은, 클램프가 소성으로 사전 굽힘된 기판 및 지그를 부착하는 데 사용될 때, 절연된 고장력 강 클램프와 사전 굽힘된 기판 사이의 전도에 의한 열 흐름을 최소화하기 위해 세라믹 코팅으로 코팅될 수 있는 예시적인 표면들을 묘사한다.
[0058] 도 10은 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하기 위해 절연된 또는 주름진 클램프들을 사용하기 위한 예시적인 클램핑 배열체를 예시한다. 예시는, 가능한 경우 클램프(또는 클램프들 중 여러 개의 클램프들 주위에 실선 박스 윤곽들로 도시된 바와 같이, 여러 개의 클램프들이 조합되어 사용될 때 클램핑 엔티티)의 중심선들이 DED 벽들의 시작/종료 포지션들의 중심선들과 일치하도록 클램프들이 포지셔닝될 수 있음을 보여준다. 이러한 기판 클램핑 제약들은, 종방향 잔류 응력들로부터 주로 발생하는 변형 효과들을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 최적이 아닌 클램핑은, 클램핑 제약의 부재에 의해 야기되는 국부적인 변형 또는 버클링을 초래할 수 있다. 예시를 위해, 최적이 아닌 클램핑 배열체(650)가 도면의 파선 박스로 예시된다. 베이스플레이트의 상방 이동을 축방향으로 제한하기 위해, 하나의 클램프만이 중심에서 벗어나(off-center) 사용된다. 클램프/엔티티의 중심선이 DED 벽의 시작/종료 포지션들의 중심선들과 일치하지 않기 때문에, 이는 최적이 아닌 클램핑 배열체이다.
[0059] 도 11은, 형성될 작업물의 형상의 오버레이와 함께, DED 증착 전에 기판의 전면측 상의 흑색 음영의 예열 경로들의 상대적인 포지션들을 개략적으로 도시한다. 예시적인 실시예는, y 방향으로 사전 굽힘된 기판의 면에 걸쳐 짧은 가장자리로부터 짧은 가장자리로 x 방향으로 열원에 의해 적용되는 저 에너지 밀도의 적용을 도시한다. 도면은, 예를 들어 병렬로 실행되는 2개의 용융 툴들의 예열 시퀀스들 및 공구 경로들을 표현하는 실선 및 흑색 음영의 파선들을 도시한다.
[0060] 도 12a는, 예를 들어 알루미나 절연체의 시트들 또는 다른 기판 지지 메커니즘들을 사용하여 기판이 지그로부터 분리되고, 작업물이 층 위에 층이 있는 방식(layer upon layer fashion)으로 제조되는 종래의 지향성 에너지 증착 구성의 예를 개략적으로 묘사한다. 이러한 구성은, DED 프로세스에 의해 생성된 열의 인출을 방지하면서, DED 기판으로부터 지그로의 열 흐름을 최소화할 것이다.
[0061] 도 12b는 y-방향에서 볼 때, 본원에 제공된 바와 같은 핀 지지 시스템(110)을 포함하는 마운트 시스템(100)을 사용하는 지향성 에너지 증착을 위한 예시적인 구성을 예시한다. 마운트 시스템은, 사전 굽힘된 기판이 지그에 부착될 때 사전 굽힘된 기판에 대한 하부 지지 구조로서 역할을 한다. 작업물은 층 위에 층이 있는 방식으로 제조된다.
[0062] 도 12c는 도 12b에 도시되지만 x-방향에서 볼 때, 본원에 제공되는 바와 같은 핀 지지 시스템(110)을 포함하는 마운트 시스템(100)을 사용하는 지향성 에너지 증착을 위한 예시적인 구성을 예시한다. 마운트 시스템은, 사전 굽힘된 기판이 지그에 부착될 때 사전 굽힘된 기판에 대한 하부 지지 구조로서 역할을 한다. 작업물은 층 위에 층이 있는 방식으로 제조된다.
[0063] 도 13a는, 임의의 유형의 응력 완화를 받지 않는 9.5 mm의 두께를 갖는 제1 기판 상에 작업물을 형성하는 DED 증착에 의해 야기된 변형을 도시한다. 왜곡은, 증착 전의 기판의 평탄도 프로파일과 비교하여 상방으로 휘어진 기판의 짧은 가장자리들에서 명백하였다. 도 13b는 임의의 유형의 응력 완화를 받지 않는 12.7 mm의 두께를 갖는 제2 기판 상에 DED 증착에 의해 야기된 변형을 도시한다. 도 13c는 열적 사전 굽힘된, 예열, 및 DED 프로세싱을 거쳐 물체의 형성에 사용된 9.5 mm의 두께를 갖는 제3 기판을 도시한다.
[0064] 도 14a는 개별 클램프의 최적이 아닌 셋업을 도시하는 예시이다. 파선 원들은 불균일한 압력 및 열 전달 분포의 영역들을 표시한다. 도 14b는 균일한 압력 및 열 전달 분포를 보장하는, 클램프/베이스플레이트의 접촉 영역 상으로의 균등하게 분포된 하중을 예시하는 개별 클램프의 셋업을 도시하는 예시이다.
[0065] 도 15은, 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템으로서 구현되는 마운트 시스템과 비교하여 종래의 세라믹 파일런들을 사용할 때의 DED 제조 프로세스 동안 기판에 의해 유지되는 열의 비교 데이터를 예시한다.
[0066] 도 16a 및 도 16b는 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템으로서 구현되는 마운트 시스템 대신에 세라믹의 제거에 의해 달성될 수 있는 DED 분위기에서의 수분의 감소량을 예시한 비교 데이터를 예시한다.
[0041] 도면들에서:
[0042] 도 1a는 응력 완화 없이 종래의 DED 적층 제조를 사용하여 생성된 작업물의 사진이다. 도 1b 및 도 1c는 미스매치를 도시한다(화살표들은 미스매치된 포지션들을 가리킨다). 도 1d, 도 1e, 및 도 1f는 작업물의 균열을 도시한다(화살표들은 균열들을 가리킨다). 도 1g 및 도 1h는 작업물의 인열(tearing)을 도시한다(화살표들은 인열들을 가리킨다).
[0043] 도 2a는 본원에서 설명되는 바와 같은 마운트 시스템에 의해 정의될 수 있는 예시적인 곡선 프로파일을 예시하는 도면이다.
[0044] 도 2b는 본원에서 설명되는 바와 같은 마운트 시스템에 대한 기판 계면 영역을 예시하는 도면이다.
[0045] 도 2c는 접합 코트 및 세라믹 코팅으로 코팅된 것으로 예시된 널들 및 널 간격 또는 트로프의 예의 도면이다.
[0046] 도 3a 내지 도 3m은 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템들의 예들로서 구현되는 마운트 시스템의 예들을 예시한다.
[0047] 도 4a 내지 도 4d는 본원에서 설명되는 바와 같은 격자 지지 구조들의 예들로서 구현되는 마운트 시스템의 예들을 예시한다.
[0048] 도 5a는 널링된 만곡 표면을 갖는 실시예를 도시하는, 만곡된 클램핑 몰드의 측면도이다. 도 5b는 DED 기판(플레이트)과 접촉할 만곡된 표면 상의 (도면에서 과장된) 파선들에 의해 세라믹 코팅을 도시하는 동일한 만곡된 클램핑 몰드의 측면도이다. 도면은 또한 공칭 몰드 편향(hmold)을 도시한다. 도 5c는 절두체-유형(frustum-type), 특히 절두 피라미드 형상인 예시적인 단면 형상(확대도)을 도시한다.
[0049] 도 5d는 동일한 만곡된 클램핑 몰드의 평면도이다. 도 5e는 동일한 만곡된 클램핑 몰드의 등각 투영도이다.
[0050] 도 5f는 X-형상 보강 부재(stiffening member)에 의해 분리된 4개의 삼각형 캐비티들을 갖고 주변 림을 갖는 만곡된 클램핑 몰드의 저면도이며, 여기서 주변 림과 X-형 보강 부재는 공통 평면을 공유한다. 만곡된 클램핑 부재가 지그 또는 용접 테이블 상에 배치될 때, 주변 림 및 보강 부재만이 클램핑 픽스처 플랫폼, 이를테면 지그 또는 용접 테이블과 접촉한다.
[0051] 도 6은 예시적인 급속 냉각 가스 제트 디바이스를 묘사한다.
[0052] 도 7a는 기판을 사전 굽힘하기 위해 기판의 제1 측면 또는 후면 상에 생성된 용융 트랙들, 및 기판의 제2 측면 또는 전면 상에 형성된 작업물의 DED 후면 벽을 예시한다.
[0053] 도 7b는 기판의 제1 측면 또는 후면 상에 용융 트랙들을 생성함으로써 기판을 사전 굽힘하기 위한 예시적인 프로세스를 예시하는 도면이다.
[0054] 도 7c는 기판을 열원 쪽으로 사전 굽힘하기 위해 기판의 후면 또는 제1 측의 최상부 표면 상에 용융 트랙들을 생성하도록 DED 에너지 소스를 이동시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 가열 경로를 예시한다.
[0055] 도 7d는 기판의 반대 전면 또는 제2 측에 제조될 중첩된(회색 파선) DED 작업물에 대해 기판의 후면 또는 제1 측 상의 가열 경로들에 의해 생성된 열적으로 유도된 사전 굽힘하는 용융 트랙들의 상대 포지션들을 개략적으로 예시한다.
[0056] 도 8a는 가열될 때 기판이 용융 트랙들을 유도하고 기판을 사전 굽힘하는 결과를 초래하는 균일한 길이방향 휘어짐(bowing)을 예시한다. 도 8b에서, 기판은 거꾸로(upside-down) 뒤집혀 있다. 묘사된 기판에서, 플레이트의 평면에 수직인 최대 공칭 기판 편향(410)은 약 15 mm였다. 도면들 둘 모두에서, 사전 굽힘된 기판은 지그(400) 상에 놓여 있다.
[0057] 도 9a는 저면도를 예시하고, 도 9b는 측면도를 예시하며, 도 9c는 예시적인 절연된 고강도 강 클램프의 기울어진 오버헤드 3차원 도면을 예시한다. 도면들은, 클램프가 소성으로 사전 굽힘된 기판 및 지그를 부착하는 데 사용될 때, 절연된 고장력 강 클램프와 사전 굽힘된 기판 사이의 전도에 의한 열 흐름을 최소화하기 위해 세라믹 코팅으로 코팅될 수 있는 예시적인 표면들을 묘사한다.
[0058] 도 10은 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하기 위해 절연된 또는 주름진 클램프들을 사용하기 위한 예시적인 클램핑 배열체를 예시한다. 예시는, 가능한 경우 클램프(또는 클램프들 중 여러 개의 클램프들 주위에 실선 박스 윤곽들로 도시된 바와 같이, 여러 개의 클램프들이 조합되어 사용될 때 클램핑 엔티티)의 중심선들이 DED 벽들의 시작/종료 포지션들의 중심선들과 일치하도록 클램프들이 포지셔닝될 수 있음을 보여준다. 이러한 기판 클램핑 제약들은, 종방향 잔류 응력들로부터 주로 발생하는 변형 효과들을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 최적이 아닌 클램핑은, 클램핑 제약의 부재에 의해 야기되는 국부적인 변형 또는 버클링을 초래할 수 있다. 예시를 위해, 최적이 아닌 클램핑 배열체(650)가 도면의 파선 박스로 예시된다. 베이스플레이트의 상방 이동을 축방향으로 제한하기 위해, 하나의 클램프만이 중심에서 벗어나(off-center) 사용된다. 클램프/엔티티의 중심선이 DED 벽의 시작/종료 포지션들의 중심선들과 일치하지 않기 때문에, 이는 최적이 아닌 클램핑 배열체이다.
[0059] 도 11은, 형성될 작업물의 형상의 오버레이와 함께, DED 증착 전에 기판의 전면측 상의 흑색 음영의 예열 경로들의 상대적인 포지션들을 개략적으로 도시한다. 예시적인 실시예는, y 방향으로 사전 굽힘된 기판의 면에 걸쳐 짧은 가장자리로부터 짧은 가장자리로 x 방향으로 열원에 의해 적용되는 저 에너지 밀도의 적용을 도시한다. 도면은, 예를 들어 병렬로 실행되는 2개의 용융 툴들의 예열 시퀀스들 및 공구 경로들을 표현하는 실선 및 흑색 음영의 파선들을 도시한다.
[0060] 도 12a는, 예를 들어 알루미나 절연체의 시트들 또는 다른 기판 지지 메커니즘들을 사용하여 기판이 지그로부터 분리되고, 작업물이 층 위에 층이 있는 방식(layer upon layer fashion)으로 제조되는 종래의 지향성 에너지 증착 구성의 예를 개략적으로 묘사한다. 이러한 구성은, DED 프로세스에 의해 생성된 열의 인출을 방지하면서, DED 기판으로부터 지그로의 열 흐름을 최소화할 것이다.
[0061] 도 12b는 y-방향에서 볼 때, 본원에 제공된 바와 같은 핀 지지 시스템(110)을 포함하는 마운트 시스템(100)을 사용하는 지향성 에너지 증착을 위한 예시적인 구성을 예시한다. 마운트 시스템은, 사전 굽힘된 기판이 지그에 부착될 때 사전 굽힘된 기판에 대한 하부 지지 구조로서 역할을 한다. 작업물은 층 위에 층이 있는 방식으로 제조된다.
[0062] 도 12c는 도 12b에 도시되지만 x-방향에서 볼 때, 본원에 제공되는 바와 같은 핀 지지 시스템(110)을 포함하는 마운트 시스템(100)을 사용하는 지향성 에너지 증착을 위한 예시적인 구성을 예시한다. 마운트 시스템은, 사전 굽힘된 기판이 지그에 부착될 때 사전 굽힘된 기판에 대한 하부 지지 구조로서 역할을 한다. 작업물은 층 위에 층이 있는 방식으로 제조된다.
[0063] 도 13a는, 임의의 유형의 응력 완화를 받지 않는 9.5 mm의 두께를 갖는 제1 기판 상에 작업물을 형성하는 DED 증착에 의해 야기된 변형을 도시한다. 왜곡은, 증착 전의 기판의 평탄도 프로파일과 비교하여 상방으로 휘어진 기판의 짧은 가장자리들에서 명백하였다. 도 13b는 임의의 유형의 응력 완화를 받지 않는 12.7 mm의 두께를 갖는 제2 기판 상에 DED 증착에 의해 야기된 변형을 도시한다. 도 13c는 열적 사전 굽힘된, 예열, 및 DED 프로세싱을 거쳐 물체의 형성에 사용된 9.5 mm의 두께를 갖는 제3 기판을 도시한다.
[0064] 도 14a는 개별 클램프의 최적이 아닌 셋업을 도시하는 예시이다. 파선 원들은 불균일한 압력 및 열 전달 분포의 영역들을 표시한다. 도 14b는 균일한 압력 및 열 전달 분포를 보장하는, 클램프/베이스플레이트의 접촉 영역 상으로의 균등하게 분포된 하중을 예시하는 개별 클램프의 셋업을 도시하는 예시이다.
[0065] 도 15은, 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템으로서 구현되는 마운트 시스템과 비교하여 종래의 세라믹 파일런들을 사용할 때의 DED 제조 프로세스 동안 기판에 의해 유지되는 열의 비교 데이터를 예시한다.
[0066] 도 16a 및 도 16b는 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템으로서 구현되는 마운트 시스템 대신에 세라믹의 제거에 의해 달성될 수 있는 DED 분위기에서의 수분의 감소량을 예시한 비교 데이터를 예시한다.
[0067] 이제, 본 발명의 실시예가 상세히 참조될 것이며, 그 실시예의 예는 첨부된 도면들에 예시된다.
[0068] A. 정의들
[0069] 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은, 본 발명들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원의 전체 개시내용 전반에 걸쳐 언급된 모든 특허들, 특허 출원들, 공개된 출원들 및 간행물들, 웹사이트들 및 다른 공개된 자료들은, 달리 언급되지 않는 한, 그 전체가 인용에 의해 포함된다. 본원의 용어들에 대한 복수의 정의들이 존재하는 경우, 이 섹션의 정의들이 우선한다.
[0070] 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다.
[0071] 본원에서 사용되는 바와 같이, 범위들 및 양들은 특정 값 또는 범위 "약(about)"으로서 표현될 수 있다. "약"은 또한 정확한 양을 포함한다. 따라서 "약 5 퍼센트"는 "약 5 퍼센트" 및 또한 "5 퍼센트"를 의미한다. "약"은 의도된 적용 또는 목적에 대한 통상적인 실험 오차 이내를 의미한다.
[0072] 본원에서 사용되는 바와 같이, "선택적인" 또는 "선택적으로"는, 후속하여 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않는 것을 의미하며, 명세서는 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우들 및 발생하지 않는 경우들을 포함한다. 예를 들어, 시스템의 선택적인 구성요소는 시스템에 구성요소가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다.
[0073] 본원에서 사용되는 바와 같이, "조합(combination)"은 2개의 아이템들 간의 또는 2개 초과의 아이템들 간의 임의의 연관을 지칭한다. 연관은 공간적일 수 있거나, 또는 공통 목적을 위한 2개 이상의 아이템들의 사용을 지칭할 수 있다.
[0074] 본원에서 사용되는 바와 같이, "포함하는(comprising)", "포함하는(including)" 및 "함유하는(containing)"라는 용어들은 동의어이며 포괄적이거나 제한이 없다(open-ended). 각각의 용어는, 언급되지 않은 추가 요소들 또는 방법 단계들이 선택적으로 포함될 수 있음을 나타낸다
[0075] 본원에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"은 그렇게 결합된 요소들, 즉, 일부 경우들에서는 결합적으로 존재하고 다른 경우들에서는 분리되어 존재하는 요소들 중 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미한다. "및/또는"과 함께 기재된 다수의 요소는, 동일한 방식으로, 즉 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 이해되어야 한다. 구체적으로 식별된 그러한 요소와 관련이 있는지 또는 관련이 없는지의 여부에 따라, "및/또는" 항목에 의해 구체적으로 식별되는 요소 이외에, 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 참조는, "포함하는"과 같은 제한이없는(open-ended) 언어와 함께 사용될 때, 일 실시예에서, 단지 A(선택적으로 B 이외의 요소를 포함); 다른 실시예에서, 단지 B(선택적으로 A 이외의 요소를 포함); 또 다른 실시예에서, A 및 B 양자 모두 (선택적으로 다른 원소를 포함 함); 등을 지칭할 수 있다.
[0076] 본원에서 사용되는 바와 같이, "적층 제조"는 "적층 제작" 및 "적층 층 제조" 및 "고체 자유 형태 제작" 및 "형상화된 금속 증착" 및 "층상 제조"로도 또한 알려져 있으며, 물체의 층 이후의 층 제조를 구현하는 적층 프로세스를 지칭한다. 프로세스는 3D 모델 데이터, 금속 공급원료 소스, 이를테면 와이어 또는 분말, 금속 소스를 용융시키기 위한 열원(이를테면, 플라즈마 아크, 레이저 또는 전자 빔), 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
[0077] 본원에서 사용되는 바와 같이, "적층 제조 시스템"은 적층 제조에 사용되는 시스템을 지칭한다.
[0078] 본원에서 사용되는 바와 같이, "지향 에너지 증착" 또는 "DED"는, 재료들, 특히 금속들이 증착될 때 용융시킴으로써, 재료들, 특히 금속들을 융합시키기 위해 열원이 사용되는 적층 제조 프로세스를 지칭한다.
[0079] 본원에서 상호교환가능하게 사용되는 바와 같은 "플라즈마 전달 아크 토치" 또는 "PTA 토치"라는 용어는, 전기 아크 방전에 의해 불활성 가스의 스트림을 가열하고 플라즈마로 여기시킨 후 전기 아크를 포함하는 플라즈마 가스의 흐름을 오리피스(이를테면, 제한 노즐)를 통해 밖으로 전달하여, 고속으로 노즐 오리피스를 빠져나가고 아크의 강렬한 열을 금속 와이어 또는 기판과 같은 타겟 구역으로 전달하는 이온화된 플라즈마 가스의 고도로 시준된 아크 칼럼(highly collimated arc column)을 형성할 수 있는 임의의 디바이스를 지칭한다.
[0080] 본원에서 사용되는 바와 같은 "금속성 재료"라는 용어는, 3차원 물체를 형성하기 위해 지향성 에너지 증착 프로세스에 이용될 수 있는 임의의 알려진 또는 고려가능한 금속 또는 금속 합금을 지칭한다. 적합한 재료들의 예들은 티타늄 및 티타늄 합금들, 이를테면, Ti-6Al-4V 합금들을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음).
[0081] 본원에서 사용되는 바와 같이, "열원"은, 열 에너지가 금속성 재료, 이를테면, 금속 와이어 또는 금속 분말, 또는 기판 또는 모재, 또는 이들의 임의의 조합으로 전달될 수 있는 디바이스의 부분을 지칭한다. 예시적인 열원들은 플라즈마 아크, 레이저 빔, 및 전자 빔을 포함한다.
[0082] 본원에서 사용되는 바와 같이, "용융 툴"은 DED 적층 제조 프로세스에서 금속성 재료 또는 작업물의 표면의 일부 또는 둘 모두를 예열 또는 용융시키기 위한 열원을 생성하는 디바이스를 지칭한다. 예들은 열원으로서 전기 아크 플라즈마를 생성하는 PTA 토치, 열원으로서 레이저 빔을 생성하는 레이저 디바이스, 및 열원으로서 전자 빔을 생성하는 전자 빔 디바이스를 포함한다.
[0083] 본원에서 사용되는 바와 같은 "모재(base material)"라는 용어는, 용융 금속이 작업물을 형성하기 위해 그 타겟 재료 상에 증착될 타겟 재료를 지칭한다. 이는 금속성 재료의 제1 층을 증착할 때 기판이 될 것이다. 금속성 재료의 하나 이상의 층들이 기판 상에 증착되었을 때, 모재는 금속성 재료의 새로운 층이 증착될 증착된 금속성 재료의 상부 층일 것이다.
[0084] 본원에서 사용되는 바와 같이, "작업물(workpiece)"이라는 용어는 지향성 에너지 증착을 사용하여 생성되는 금속 본체 또는 물체를 지칭한다.
[0085] 본원에서 상호교환가능하게 사용되는 바와 같은 "컴퓨터 보조 설계 모델" 또는 "CAD-모델"이라는 용어는, 기판의 포지션 및 움직임을 조절하고 그리고 금속 분말 공급부 또는 금속 와이어 피더와 같은 금속성 재료 공급원 및 DED 열원을 동작시키도록 DED 시스템에 이용될 수 있는 형성될 물체의 임의의 알려진 또는 고려 가능한 가상 3차원 표현을 지칭하며, 그에 따라 물리적 물체는 물체의 가상 3차원 모델에 따라 물리적 물체를 만드는 패턴으로 기판 상에 금속성 재료의 연속 증착물들을 융합함으로써 구축된다. 이는, 예컨대, 가상 3차원 모델을 가상 병렬 층들의 세트로 먼저 분할하고, 이어서 병렬 층들 각각을 가상의 준(quasi) 1차원 조각들의 세트로 분할함으로써 3차원 모델의 가상 벡터화된 층상 모델을 형성함으로써 획득될 수 있다. 그런 다음, 물리적 물체는, 물체의 가상 벡터화된 층상 모델의 제1 층에 따른 패턴으로, 금속성 재료 피드의 일련의 준 1차원 조각들을 기판 상에 증착 및 융합시키기 위해 제어기를 인게이징(engaging)함으로써 형성될 수 있다.
[0086] 그런 다음, 물체의 가상 벡터화된 층상 모델의 제2 층에 따른 패턴으로, 용접 가능한 재료의 일련의 준 1차원 조각들을 이전에 증착된 층 상에 증착하고 융합시킴으로써, 물체의 제2 층에 대해 시퀀스를 반복한다. 반복은, 전체 물체가 형성될 때까지, 물체의 가상 벡터화된 층상 모델의 각각의 연속적인 층에 대해 층마다(layer by layer) 증착 및 융합 프로세스를 계속한다. 그러나, 본 발명은 본 발명에 따른 배열체의 제어기를 실행하기 위한 임의의 특정 CAD-모델 및/또는 컴퓨터 소프트웨어에 구속되지 않으며, 본 발명은 임의의 특정 유형의 제어기에 구속되지도 않는다. 지향성 에너지 증착에 의해 금속성 3차원 물체들을 구축할 수 있는 임의의 알려진 또는 고려 가능한 제어기(CAD-모델, 컴퓨터 소프트웨어, 컴퓨터 하드웨어 및 액추에이터들 등)가 사용될 수 있다.
[0087] 본원에서 사용되는 바와 같이, "냉각 가스"는, 응고 직후의 금속의 냉각 및 응고에 직접적으로 영향을 미치고 이를 가속화하기 위해, 응고 직후의 표면으로, 이를테면 용융 트랙들을 향해 지향되는 가스이다. 가스의 온도는, 가스가 상호작용하는 표면을 냉각시키는 임의의 온도일 수 있다. 온도는, 100 ℃ 미만, 또는 50 ℃ 미만, 또는 30 ℃ 미만, 또는 25 ℃ 미만, 또는 10 ℃ 미만, 또는 5 ℃ 미만, 또는 0 ℃ 미만일 수 있으며 또는 약 -10 ℃ 내지 약 100 ℃, 또는 약 -5 ℃ 내지 약 90 ℃, 또는 약 0 ℃ 내지 약 80 ℃의 범위일 수 있다. 온도는 약 25 ℃ 이하일 수 있다.
[0088] 본원에서 사용되는 바와 같이, "잔류 응력들"은, 잔류 변형률 비균질성으로 인해 모든 외부 하중들이 제거된 경우에도 구조물에 존재할 응력들이다. 잔류 응력들은 전형적으로, 자기-평형화(self-equilibrate)된다.
[0089] 본원에서 사용되는 바와 같이, "지그"는 증착 동안에 작업물, 마운트 시스템 및 클램프들을 제자리에 홀딩 또는 고정하는 데 사용되는 디바이스를 지칭한다. 예를 들어, 지그는 DED 프로세스 동안 기판 또는 작업물의 다른 부분이 고정될 수 있는 트레이, 페디스털(pedestal) 또는 플랫폼을 포함할 수 있다.
[0090] 본원에서 사용되는 바와 같이, "프리폼"은 적층 제조 프로세스에 의해 생성되는 작업물이다. 프리폼은 최종 완성된 부품 또는 반가공 부품의 중간물일 수 있다. 프리폼들은 최종 완성된 제품에 대해 거의 그물형(near-net) 형상을 가질 수 있으며, 최소이기는 하더라도 약간의 추가적인 프로세싱을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 프리폼은 높은 허용오차 구성들에 대한 최종 마무리 기계가공을 필요로 할 수 있다.
[0091] 본원에서 사용되는 바와 같이, "구매-대-플라이 비율(buy-to-fly ratio)" 또는 "BTF 비율"은 구성요소를 제작하는 데 사용된 원재료의 중량과 완성된 제품의 중량의 중량 비율을 지칭한다. 이 비율은, 초기 증착 직후의 DED 프리폼 형상의 형상이 완성된 구성요소의 형상에 얼마나 가까운지에 따라 좌우될 수 있다. 최종 구성요소를 제작하기 위해 DED 프리폼으로부터 제거될 필요가 있는 재료가 많을수록, BTF 비율이 높아진다.
[0092] 본원에서 사용되는 바와 같이, 기판과 관련하여 "길이" 또는 "길이 방향"은 기판의 3개의 치수들 중 가장 큰 치수를 따르는 방향을 지칭한다.
[0093] 본원에서 사용되는 바와 같이, 기판과 관련하여 "폭" 또는 "폭 방향"은 기판의 3개의 치수들 중 두 번째로 큰 치수를 따르는 방향을 지칭하며, 통상적으로는 하나의 짧은 측으로부터 다른 짧은 측까지의 측정을 지칭한다.
[0094] 본원에서 사용되는 바와 같이, 기판과 관련하여 "두께" 또는 "두께 방향"은 기판의 3개의 치수들 중 가장 작은 치수를 따르는 방향을 지칭한다.
[0095] 본원에서 사용되는 바와 같이, "고장력 강(high-strength steel)"은 300 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강을 지칭한다.
[0096] 본원에서 사용되는 바와 같이, "고장력 저합금 강"은 370 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강을 지칭한다.
[0097] 본원에서 사용되는 바와 같이, "초고장력 강(ultra high-strength steel)"은 780 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강을 지칭한다.
[0098] 본원에서 사용되는 바와 같이, "온간(warm) 성형 온도"는, 재결정화, 결정립 성장, 또는 야금학적 파괴를 허용하지 않으면서 재료의 가단성(malleability)을 최대화하는, 재료의 재결정화 온도 미만의 온도이다. 온간 성형 온도는 재료에 따라 약 200 ℃ 내지 약 850 ℃의 범위일 수 있다.
[0099] 본원에서 사용되는 바와 같이, "열간(hot) 성형 온도"는 재료의 재결정화 온도를 초과하는 온도이다. 열간 성형 온도는 재료에 따라 약 600 ℃ 내지 약 2000 ℃의 범위일 수 있다.
[00100] 본원에서 사용되는 바와 같이, "기판의 후면측(backside)"은, DED 제조 동안 증착 장치를 등지는, 기판의 측면을 지칭한다. 예를 들어, 기판의 후면측은 증착 동안 지그 쪽으로 지향될 수 있다. 기판의 후면측은 증착이 발생하는 측의 반대편 측면이다.
[00101] 본원에서 사용되는 바와 같이, "기판의 전면측"은 증착 장치를 향하는 기판의 측면을 지칭한다. 예를 들어, 기판의 전면측은 DED 동안 용융 재료가 증착되는 측일 수 있다. 기판의 전면측은 DED에 의해 작업물이 형성되는 측일 수 있다. 기판의 전면측은 기판의 후면측의 측면 반전이다.
[00102] 본원에서 사용되는 바와 같이, "캐비티"는, 홀(hole)을 형성하도록 질량체(mass)를 가로지르지 않는, 질량체 내의 임의의 채워지지 않은 공간 또는 공극(void)을 지칭한다. 캐비티는 속이 빈(hollowed-out) 공간 또는 조각된(carved-out) 공간, 또는 부가적인 재료를 첨가함으로써 형성된 공간일 수 있다.
[00103] 본원에서 사용되는 바와 같이, 마운트 시스템의 "공칭 편향" 또는 "h(휘어짐)"는 휘어진 표면의 중심에서 측정된 휘어진 표면의 최대 높이와 마운트 시스템의 가장자리의 최상부 표면 사이의 차이이다.
[00104] 또한, 대조적으로 명확하게 지시되지 않는 한, 하나 초과의 단계 또는 동작을 포함하는 본원에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계 또는 동작의 순서는 방법의 단계 또는 동작이 언급되는 순서로 반드시 제한되지는 않는다는 것이 이해되어야 한다.
[00105] B. 기판 마운트 시스템
[00106] 프리폼을 생성하기 위한 금속들의 종래의 DED는 프리폼에 잔류 응력을 도입할 수 있다. 금속들의 DED 동안의 잔류 응력은 통상적으로, 제조되는 구성요소의 상이한 영역들이 상이한 사이클들의 열 팽창 및 수축을 겪는다는 사실로부터 기인한다. 결과적인 열 응력은 비가역적인 재료 변형의 불균일한 분포를 야기할 수 있고, 이 변형의 일부는 재료가 냉각된 후에 유지될 수 있어서, 작업물에 내부 및 완전히 자기-평형시키는 응력장을 발생시킬 수 있다. 응력은, 완화되지 않는다면, 다수의 제조 실패들을 촉진시킬 수 있다. 도 1a 내지 도 1h에 도시된 바와 같이, 응력 완화 없이 종래의 DED 적층 제조를 사용하여 생성된 작업물(도 1a)는 미스매치(도 1b 및 도 1c), 크래킹(도 1d, 도 1e 및 도 1f) 및 테어링(도 1g 및 1h)을 나타낼 수 있다. DED에 의해 잔류 응력이 없고 왜곡이 없는 단면 금속성 컴포넌트들, 또는 감소된 잔류 응력 또는 감소된 왜곡을 갖는 금속성 구성요소들을 제조하기 위해 사전 굽힘된 기판을 위한 기본 지지 구조로서 기판 마운트 시스템(100)이 제공된다. 마운트 시스템(100)은 금속 분말 또는 와이어 공급원료, 또는 이들의 조합을 용융시키는 데 사용되는 종래의 DED 열원들과 함께 사용될 수 있다.
[00107] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 사전 굽힘된 기판과 지그 사이의 개재 구조물로서 이용될 수 있다. 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위해 하나 이상의 클램프들이 사용될 수 있다. 이는 사전 굽힘된 기판이 지그를 향해 가압되는 것을 초래할 수 있으며, 그에 따라 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하는 데 필요한 힘들은 클램프들과 지그 사이에 있을 것이며, 마운트 시스템(100)은 기판과 지그 사이의 지지부이다. 실시예들에서, 사전 굽힘된 기판은 축방향으로 하향으로 가압된다.
[00108] 예들에서, 본원에서 제공되는 바와 같은 마운트 시스템(100)은 지그들의 재설계가 더 간단할 수 있게 할 수 있는데, 즉, 더 가볍고, 더 저렴하며, 더 다용도로 사용될 수 있다. 현재의 지그들은, 기판을 지그에 직접 클램핑할 때 그리고 DED 동안 직면하게 되는 예상되는 반응력들 및 응력들을 수용하도록 과도하게 설계될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 이러한 예상되는 힘들 및 응력들을 감소시킬 수 있다. 본원에서 제공되는 마운트 시스템(100)은 또한, 종래의 클램핑 배열체들과 비교하여 클램핑 배열체의 수정을 허용할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 마운트 시스템(100)이 사용될 때, 기판의 전체 주변부가 지그에 클램핑될 수 있다.
[00109] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 DED 제조 동안 기판과 용접 지그 사이의 낮은 또는 감소된 열 에너지 전달을 허용하고, 절연 세라믹에 대한 필요성을 감소시키거나 제거하고, 결함이 없거나 실질적으로 결함이 없는 제조된 제품, 또는 이들의 임의의 조합을 얻을 수 있다.
[00110] 앞서 설명한 바와 같이, 열 절연체로서 사용되는 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일런들은 수분을 흡수할 수 있으며, 그런 다음, 수분은 DED 제조 동안 방출된다. 환경에서의 수분의 방출은, 프로세스에 해로울 수 있는 산소의 존재를 증가시키는데, 왜냐하면, 프로세스가 증착되는 금속의 산화를 초래할 수 있기 때문이다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 임의의 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일론들을 배제할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 세라믹 없이(ceramic-free) 사용될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)에는 세라믹 코팅이 사용되지 않는다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 어떠한 세라믹 재료도 포함하지 않는다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 임의의 세라믹 시트, 플레이트 또는 파일론을 포함하지 않는다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 세라믹 재료 및/또는 세라믹 코팅을 포함할 수 있다.
[00111] 마운트 시스템(100)은 미리 결정된 "기판 접촉 인터페이스"를 포함하도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 마운트 시스템(100)과 관련하여 "기판 접촉 인터페이스"라는 용어는, 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 영역 대 마운트 시스템(100)의 기판 계면 영역의 비율을 지칭한다. 마운트 시스템(100)의 "기판 계면 영역"은, 사용 중일 때 마운트 시스템(100)과 대면하는 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 표면에 의해 점유되도록 구성된 마운트 시스템(100)의 일 측 상의 영역을 지칭하며, 이에 따라 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때, 마운트 시스템(100)과 대면하는 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 표면 영역에 해당한다. 마운트 시스템(100)의 예시적인 기판 계면 영역(106)(파선 평면으로 도시됨)의 도면이 도 2b에 예시된다(명료성을 위해 만곡부는 생략됨). 예들에서, 마운트 시스템(100)의 기판 계면 영역은, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하도록 구성된 마운트 시스템(100)의 물리적 표면의 표면 영역과 동일하거나 상이할 수 있다. 예컨대, 마운트 시스템(100)이 별개의 요소들(101)의 세트를 포함할 수 있는 도 2b에 예시된 예에서, 기판 계면 영역(106)은 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하도록 구성된 요소들(101)의 총 표면 영역보다 클 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "기판 접촉 영역"이라는 용어는, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때, 마운트 시스템(100)과 기판 또는 사전 굽힘된 기판 사이에 물리적 접촉이 이루어지는 영역을 지칭한다. 이러한 설명의 목적들을 위해, 전체적으로 마운트 시스템(100)의 "기판 접촉 영역"에 대한 참조는, 마운트 시스템(100)이 본원에 기술된 바와 같이 사용될 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 표면과 물리적으로 접촉하도록 구성된 마운트 시스템(100)의 총 표면 영역으로서 이해되어야 한다. 이러한 정의의 목적들을 위한 물리적 접촉은 또한, 개재 세라믹 코팅(intervening ceramic coating), 접합 코트(bond coat), 또는 둘 모두로 이루어진 접촉을 포함한다. 참조의 용이함을 위해, 기판 접촉 인터페이스를 표현하는 비율은, 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 영역인, 마운트 시스템(100)의 기판 계면 영역의 부분의 퍼센티지로서 표현될 수 있다. 다시 말해서, 비율은 본원에서 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 의해 겹쳐지도록 구성된 마운트 시스템(100)의 측면 영역 ― 이는 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 마운트 시스템(100)이 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 물리적으로 접촉하도록 구성되는 영역에 의해 점유됨 ―의 퍼센티지 또는 비율로서 표현될 수 있다. 기판 접촉 인터페이스는, 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 지지할 때, 마운트 시스템(100)이 물리적으로 접촉하도록 구성되는, 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 측면의 표면 영역의 비율로 동등하게 이해될 수 있다.
[00112] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 이상, 그리고 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 이하인 기판 접촉 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.2 내지 20, 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 또는 0.2 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.3 내지 20, 0.3 내지 15, 0.3 내지 10, 0.3 내지 5, 또는 0.3 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.4 내지 20, 0.4 내지 15, 0.4 내지 10, 0.4 내지 5, 또는 0.4 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.5 내지 20, 0.5 내지 15, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.6 내지 20, 0.6 내지 15, 0.6 내지 10, 0.6 내지 5, 또는 0.6 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.7 내지 20, 0.7 내지 15, 0.7 내지 10, 0.7 내지 5, 또는 0.7 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.8 내지 20, 0.8 내지 15, 0.8 내지 10, 0.8 내지 5, 또는 0.8 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 0.9 내지 20, 0.9 내지 15, 0.9 내지 10, 0.9 내지 5, 또는 0.9 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다.
[00113] 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 기판 또는 사전 굽힘된 기판와 물리적으로 접촉하도록 구성되는 마운트 시스템(100)의 부분들을 제어 또는 조정함으로써, 주어진 크기의 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 대해 원하는 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 영역은, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하고 물리적으로 접촉하도록 구성된 마운트 시스템(100)의 표면("기판 접촉 표면")이 불균일하거나 또는 불연속적이도록 함으로써 제어될 수 있다. 예들에서, 본원에서 설명되는 바와 같이, 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 표면은 주름지거나, 널링되거나, 또는 그렇지 않으면, 리지들 및 트로프들 또는 다른 유사한 불균일한 표면 윤곽을 포함할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 표면은, 계단형, 만곡형, 볼록형, 오목형, 중공형, 불규칙형을 갖도록 설계될 수 있거나, 또는 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 표면의 전체 영역의 단지 일부인 기판 접촉 영역을 초래할 수 있는 임의의 다른 불균일한 프로파일을 갖도록 설계될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 이를테면, 핀들 또는 핀 구조들의 세트에 의해, 또는 격자 구조에 의해, 이격된 위치들에서만 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 지지하도록 구성될 수 있다.
[00114] 예들에서, 기판 접촉 영역을 감소시킴으로써, 기판 또는 사전 굽힘된 기판으로부터 마운트 시스템(100), 용접 지그, 또는 둘 모두로의 전도 열 전달의 감소를 초래할 수 있다. 예들에서, 이는 DED 프로세스 동안 기판에서의 열 축적을 촉진하여, 스프링-백(spring-back)의 수준을 최소화할 수 있다. 예들에서, 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 두께에 걸친 열 구배들이 제1 층들의 증착 동안 실질적으로 더 작을 수 있기 때문에, 금속 프리폼들의 DED 동안 발생하는 용접-유도 잔류 응력이 감소될 수 있다. 또한, 티타늄 및 티타늄 합금들, 이를테면 즉, Ti-6Al-4V가 높은 항복 응력 및 비교적 낮은 탄성 계수를 갖기 때문에, 이들 금속들은 실온에서 높은 수준의 스프링-백을 나타낸다.
[00115] 예들에서, 감소된 기판 접촉 영역은 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 마운트 시스템(100), 용접 지그 또는 둘 모두 사이에 하나 이상의 갭들 또는 공간들의 형성을 초래할 수 있다. 예들에서, 이러한 갭들 또는 공간들이 DED 챔버의 분위기, 또는 열 절연체로서 작용할 수 있는 아르곤과 같은 희가스(noble gas)로 채워질 수 있게 하는 것이 가능할 수 있다. 아르곤 가스와 같은 희가스는 매우 효과적인 열 절연체일 수 있다. 또한, 고체/가스/고체 계면들은 상당히 덜 열 전도성이며, 따라서 사전 굽힘된 기판/아르곤 가스/마운트 시스템 및/또는 용접 지그 사이의 이러한 특정 계면들은 열 장벽들로서 효과적으로 작동할 수 있다. 따라서, 예들에서, 하나 이상의 갭들 또는 공간들은 또한, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 마운트 시스템(100) 사이의 평균 열 전달 계수를 최소화하는 것을 도울 수 있다.
[00116] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 단일의 일체형 구조, 요소들 또는 구조들의 어레이, 또는 이 둘의 조합을 포함할 수 있다. 본원에서 설명된 마운트 시스템(100)의 설계 특성들을 반영하는 임의의 구조가 마운트 시스템(100)을 구현하는 데 사용될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 핀 지지 시스템(110), 하나 이상의 핀들(112), 격자 지지 시스템(150), 몰드(170), 임의의 유사한 구조 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 마운트 시스템(100)의 이러한 예시적인 구조들은 예들로서 제공되며, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 마운트 시스템(100)이 요소들 또는 구조들의 어레이를 포함하고, 각각의 요소 또는 구조가 그 자신의 기판 접촉 표면 및 기판 접촉 영역을 갖는 예들에서, 마운트 시스템(100)을 전체적으로 지칭할 때, 이전에 정의된 기판 접촉 계면은 마운트 시스템(100)의 일부인 어레이의 모든 요소들 또는 구조들로부터의 총 기판 접촉 영역들의 함수로 이해되어야 한다.
[00117] 예들에서, 본원에서 제공되는 바와 같은 마운트 시스템(100)은 자립식(free standing)일 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 지그와 별개이고 이격될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 용접 지그의 일부로서 통합될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 마운트 시스템(100)은 용접 지그 상에 설치되도록 구성될 수 있다.
[00118] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 적어도 일 측 상에 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은 마운트 시스템(100)의 표면 프로파일에 대응한다. 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은 마운트 시스템(100)으로 정의된 평면의 표면의 프로파일이다. 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은 마운트 시스템(100)의 표면 프로파일이다. 예들에서, 마운트 시스템(100)이 몰드와 같은 일체형 구조이거나 또는 본원에서 설명되는 바와 같이 격자에 제공될 수 있는 경우, 만곡된 프로파일(102)은 마운트 시스템(100)의 표면 프로파일일 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)이 본원에서 설명된 바와 같이 격자에 제공될 수 있는 불연속 표면을 포함하는 경우, 또는 마운트 시스템(100)이 요소들 또는 구조들의 어레이(101), 이를테면, 설명된 바와 같은 핀 지지 시스템을 포함하는 경우, 만곡된 프로파일(102)은 도 2a에 예시된 바와 같이 어레이의 요소들 또는 구조들 또는 불연속 표면 상의 기판 접촉 영역들 각각의 원위 단부를 가로지르는 평면으로서 정의된 프로파일일 수 있다.
[00119] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 적어도 용접 지그를 등지는 측 상에 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 일 측 상에 평면 프로파일을 정의하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 제1 측 상의 평면 프로파일 및 대향하는 제2 측 상의 만곡된 프로파일을 정의하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 사용 중일 때 용접 지그와 대면하거나 또는 용접 지그를 향해 지향되도록 의도되는 평면 또는 평탄한 프로파일을 제1 측 상에 정의할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 제1 측 반대편의 제2 측 상에 만곡된 프로파일(102)을 정의할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 사용 중일 때, 용접 지그를 등지거나 또는 용접 지그로부터 멀어지게 지향되고 그리고 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하거나 또는 그를 향해 지향되도록 의도되는 측 상에 만곡된 프로파일(102)을 정의할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102)은 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하도록 구성된다. 예들에서, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 인터페이싱하도록 구성된 마운트 시스템(100)의 측 상에 만곡된 프로파일(102)이 제공된다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 인터페이싱하도록 구성된다.
[00120] 예들에서, 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102)의 만곡부는 세라믹 플레이트들을 사용하여 수행된 초기 시험들에 대해 수집된 데이터에 기초하여 경험적으로 결정될 수 있다. 세라믹 플레이트들은 상이한 크기들로 절단되었고, 이어서, 세라믹 플레이트들은 상이한 현재 만곡부들을 생성하는 데 사용되었고, 만곡된 지지부들 상에 준비된 프리폼들에서 왜곡을 최소화하는 세라믹 플레이트들의 능력에 대해 테스트되었다. 그 후, 실험적으로 사용된 만곡부가 목표로 하는 최종 결과들, 즉 왜곡 없는 프리폼에 가까운 것을 제공했음을 확인하기 위해 모델링이 사용되었다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102)의 형상은 반단축(semi-minor axis)이 자신의 반장축(semi-major axis)보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률(eccentricity)을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00121] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 주변 림 부분(104)을 포함할 수 있다. 이것의 예가 도 2a에 예시된다. 예들에서, 주변 림 부분(104)은 마운트 시스템(100)의 제1 측, 제2 측, 또는 제1 측과 제2 측 둘 모두에 의해 정의된 영역의 적어도 측면 가장자리를 따라 또는 둘레를 따라 있을 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 주변 림 부분(104)은, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 용접 지그에 클램핑되는 부분에서 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 적어도 부분 아래에 있도록 구성될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 주변 림 부분(104)의 적어도 일부는, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 용접 지그에 클램핑되는 부분에서 기판 또는 사전 굽힘된 기판 아래에 있도록 구성될 수 있다.
[00122] 예들에서, 마운트 시스템(100)과 기판 또는 사전 굽힘된 기판 사이의 접촉으로 인해 마운트 시스템(100) 상에 약간의 압축 응력이 느껴질 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 자신의 형상을 유지하는 것을 돕기 위해 비틀림 및 변형에 내성이 있는 강성 재료로 제조될 수 있다. 부가적으로, 마운트 시스템(100)은 열 충격, 부식에 내성이 있고 그리고/또는 비자성인 재료로 제조될 수 있다.
[00123] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 사전 굽힘된 DED 기판과 지그 사이에 포지셔닝된 사전 굽힘된 DED 기판을 위한 지지 구조로서 작용할 수 있다. 예시적인 배열체는, 마운트 시스템(100)이 포지셔닝되는 최하부 표면으로서 지그를 포함할 수 있다.
[00124] 예들에서, 용융 트랙들이 존재할 수 있는 사전 굽힘된 기판의 후면측(제1 측)은, 용융 트랙들이 지그를 등지는, 마운트 시스템(100)의 측면을 향하도록, 포지셔닝될 수 있다. 이러한 구성에서, 사전 굽힘된 기판의 후면측은 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102) 및 지그를 향해 하방을 향하고 있다. 예들에서, 하나 이상의 클램프들은 사전 굽힘된 기판과 지그 사이에서 마운트 시스템(100)으로 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정할 수 있다. 예들에서, 사전 굽힘된 기판 상에 클램프들에 의해 가해지는 힘은 사전 굽힘된 기판을 곧게 펴고, 사전 굽힘된 기판이 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102)의 만곡부에 부합하도록 강제할 수 있다. DED 기판의 주변부의 적어도 일부 주위의 하나 이상의 클램프들은 사전 굽힘된 기판을 지그를 향해 하방으로 균일하게 압축할 수 있고, 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정할 수 있다.
[00125] 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 기판의 임계 좌굴 응력이 초과되는 경우, 압축 잔류 응력들에 의해 생성되는 탄성 불안정성에 의해 야기되는 변형들, 이를테면, 용접-유도 좌굴 왜곡을 완화시키는 것을 도울 수 있거나 또는 제거할 수 있다. 감소된 접촉 인터페이스로 인해, 마운트 시스템(100)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판, 제어된 기판 인터페이스 또는 이들의 조합을 갖도록 구성되며, 예들에서, 마운트 시스템(100)은 큰 국부적 얼룩(stain)들을 유발할 수 있는 국부적 온도 구배들의 발생과 결과적인 변형 패턴을 최소화할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 사전 굽힘된 기판과의 일관된 계면을 유지하여 사전 굽힘된 기판에 걸쳐 열 및 기계적 균질성을 최적화할 수 있다.
[00126] 예들에서, 기판의 치수들은 기판 상에 구성될 하나 이상의 작업물들을 수용하도록 선택될 수 있다. 전형적으로, 기판에 대해 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일(102)의 크기에 대한 유일한 제한은, 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 기판과 지그 사이에 포지셔닝된 마운트 시스템(100)으로 지그에 클램핑될 수 있어야한다는 것이다. 마운트 시스템(100)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 동일한 크기를 갖는 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 설계될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 지그에 클램핑될 수 있는 한, 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 인터페이싱 표면보다 0.5 % 내지 10 % 더 큰 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 구성될 수 있다.
[00127] 마운트 시스템(100)은, 기판과 지그 사이 마운트 시스템(100)으로 지그에 클램핑될 때 기판이 지그와 접촉하지 않는 한, 기판보다 0.05 % 내지 2.5 % 더 작은 크기를 갖는 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 설계될 수 있다.
[00128] 본원에 제공되는 실시예들에서, 마운트 시스템(100)이 용접 지그 상에 배치될 때, 용접 지그 대면 마운트 시스템(100)의 표면으로부터 측정하면, 만곡된 프로파일(102)의 중심 또는 정점에서 또는 그 근처에서 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일(102)의 높이는 약 3 mm 내지 약 60 mm, 또는 약 12 mm 내지 약 50 mm, 또는 약 15 mm 내지 약 45 mm의 범위일 수 있다. 외부 가장자리들 또는 주변 림 부분에서 또는 그 근처에서 측정된 만곡된 프로파일(102)의 높이는 약 0.5 mm 내지 약 55 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 45 mm, 또는 약 10 mm 내지 약 40 mm의 범위일 수 있다. 측면에서 볼 때, 만곡된 프로파일(102)의 두께 프로파일은 중심 또는 정점에서 가장 큰 높이를 가지며, 높이는 만곡된 표면으로부터 외부 가장자리들 또는 주변 림 부분을 향해 점진적으로 감소할 수 있다. 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일(102)의 단면에 걸친 높이의 차이들은 만곡된 프로파일(102)의 최상부 표면에서 오목한 하향 곡선을 초래할 수 있다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 만곡된 프로파일(102)의 형상은 반단축이 자신의 반장축보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00129] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 DED 프로세싱의 전형적인 조건들 하에서 사용하기에 충분한 강도 및 온도 내성을 갖는 임의의 금속으로 구성될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 내부식성 금속으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 내열성 금속으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 비-자기 금속으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 1350 ℃ 이상의 용융점을 갖는 금속으로 제조될 수 있다. 일부 구성들에서, 마운트 시스템(100)은 오스테나이트계 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강은 탄소, 크롬, 구리, 망간, 몰리브덴, 니켈, 질소, 인, 실리콘, 또는 이들의 조합들을 함유할 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강은 적어도 18 %의 크롬을 함유할 수 있다. 마운트 시스템(100)은 300 시리즈 스테인리스 강으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 스테인리스 강 시리즈 304, 309, 310, 316, 318, 321 또는 330로 제조될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 AISI 330 스테인리스 강으로 제조될 수 있다. 마운트 시스템(100)은, 다수의 프로세싱 문제들, 이를테면, 즉 자기 아크 블로우(magnetic arc blow)를 야기할 수 있는, 아크-기반 DED 시스템들에서 용접 아크를 둘러싸는 불균형 자기장 조건들을 회피하기 위해, 비-자기 금속으로 제조될 수 있다.
[00130] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 임의의 세라믹 시트, 플레이트 또는 파일론의 사용 없이 이용되거나 또는 이들을 배제할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일론들과 같은 세라믹 요소들의 제거는 낮은 레벨들의 산소 또는 무-산소 분위기를 유지하는 데 유리할 수 있다. 예들에서, 종래의 세라믹 절연 시트들을 마운트 시스템(100)으로 교체하는 것은, 종래의 알루미나 세라믹 플레이트들로부터 방출되는 수증기의 양과 비교하여, DED 프로세싱 동안에 마운트 시스템(100)의 세라믹 코팅으로부터 챔버 내로 수증기가 더 적게 또는 전혀 방출되지 않기 때문에, 상당히 더 안정적인 프로세싱 챔버 분위기를 초래할 수 있다.
[00131] 예들에서, 세라믹 코팅의 사용은 원하는 경우 마운트 시스템(100)으로 구현될 수 있다. 예들에서, 본원에 설명된 바와 같은 세라믹 코팅들은 세라믹 시트들, 플레이트들 또는 파일론들에 대해 논의된 것과 동일한 문제들을 제시하지 않을 수 있다. 세라믹 코팅의 이점은, DED 프로세스 동안에 기판 또는 사전 굽힘된 기판으로부터 마운트 시스템(100)으로, 마운트 시스템(100)으로부터 용접 지그로, 또는 둘 모두로의 열 에너지 전달을 추가로 최소화하거나 또는 더 양호하게 방지하는 것일 수 있다. 열 에너지 전달의 추가의 감소는, DED 동안 기판 또는 사전 굽힘된 기판으로부터의 감소된 열 손실을 초래할 수 있다.
[00132] 예들에서, 세라믹 코팅은 마운트 시스템(101)과 기판 또는 사전 굽힘된 기판 사이의 접촉 계면들이 되도록 구성된, 마운트 시스템(101)의 부분들 또는 영역들에 적용될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(101)과 용접 지그 사이의 접촉 계면이 되도록 구성된, 마운트 시스템(101)의 부분들 또는 영역들에 세라믹 코팅이 적용될 수 있다. 위의 것들의 임의의 조합이 또한 이용될 수 있다. 또한, 예들에서, 부가적인 세라믹 코팅 또는 요소들이 이용될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 금속 재료에 의해 윤곽이 형성될 수 있으며, 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일(102)의 둘레 가장자리들 또는 주변 림에서 세라믹 코팅 또는 접합 코트로 코팅되지 않을 수 있다.
[00133] 예들에서, 세라믹 코팅(108)은 마운트 시스템(100)의 표면에 직접 적용될 수 있거나, 세라믹 코팅은 마운트 시스템(100)의 표면에 직접 적용되는 접합 코트(107)에 적용될 수 있다.
[00134] 세라믹 코팅은, 대기 플라즈마 스프레이, 마그네트론 스퍼터링, 화학 또는 전기화학 증착, 이를테면, 전기영동 증착, 또는 물리 기상 증착, 이를테면, 전자 빔 물리 기상 증착을 포함하는 임의의 프로세스를 사용하여 적용될 수 있다. 당해 기술분야에 공지된 임의의 고온 세라믹 코팅이 사용될 수 있다(예컨대, 미국 특허 제4,321,310호(Ulion 등, 1982), 제5,789,330호(Kondo 등, 1998), 제5,304,519호(Jackson 등, 1994); 제6,387,539호(Subramanian, 2002); 및 제6,998,064호(Gadow 등, 2006) 참조). 세라믹 코팅들의 예시적인 유형들은, 지르코늄 이산화물, 이트륨 산화물 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물, 이트륨 알루미늄 산화물, 알칼리 토금속 실리케이트들, ZrV2O7, Mg3(VO4)2 및 이들의 조합들을 포함한다. 마운트 시스템(100)은, 이트륨 산화물, 이를테면, 플라즈마 스프레잉된 ZrO2 8Y2O3, 이를테면, (독일, 프랑크프루트 소재의 Oerlikon Metco로부터 입수 가능한) Metco 222A, 231A, 233A, 233B, 233C 및 234A를 포함하는 Metco™ 22xx 및 23xx 분말로 시판되는 것들의 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물로 코팅될 수 있다. 코팅은 세라믹들의 상이한 유형들의 다수의 층들, 또는 세라믹의 하나의 유형의 다수의 층들을 포함할 수 있다.
[00135] 마운트 시스템(100) 상에 사용되는 세라믹 코팅은, 종래의 알루미나 절연부보다 덜 흡습성(hygroscopic)이도록 선택될 수 있다. 마운트 시스템(100) 상에 사용되는 세라믹 코팅은 종래의 알루미나 절연부와 비교하여 비-흡습성이도록 선택될 수 있다.
[00136] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 접합 코트(107)를 포함할 수 있다. 접합 코트는, 기판과 세라믹 코팅 사이의 접착을 증가시킬 수 있는 재료의 코팅이다. 접합 코트는 접합 코트가 적용되는 기판에 내부식성을 제공할 수 있다. 접합 코트는 단독으로 또는 세라믹 코팅과 조합하여 사용될 수 있다. 접합 코트는 크롬 및 알루미늄을 포함할 수 있다. 접합 코트는 MCrAlY를 포함할 수 있으며, 여기서, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Co, 및 Ni/Co 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속이다. 일부 적용들에서, 접합 코트는 MCrAlY를 포함하며, 여기서, M은 Ni, Co 또는 이들의 조합이다. 예시적인 접합 코트 재료들은 (독일, 프랑크푸르트의 Oerlikon Metco로부터 입수가능한) Amdry™ 분말 제품들, 이를테면, Amdry™ 962, 9621, 9624, 9625, 963 및 964를 포함한다. 접합 코트는 약 1 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께로 존재할 수 있다.
[00137] 마운트 시스템(100)에 적용되는 세라믹 코팅의 두께는, 사용되는 세라믹의 유형, 및 기계적 및 열적 부하들 둘 모두를 지원하는 세라믹의 능력에 따라 변할 수 있다. 일부 구성들에서, 전체 세라믹 코팅의 두께는 약 0.1 mm 내지 약 5 mm, 또는 약 0.25 내지 약 4 mm, 또는 약 0.3 내지 약 3 mm일 수 있다. 각각의 증착된 층은 적용될 세라믹 코팅의 전체 양보다 더 얇을 수 있지만, 전체적으로, 세라믹의 모든 적용된 층들은 함께 적어도 0.1 mm, 또는 적어도 0.25 mm, 또는 적어도 0.5 mm, 또는 적어도 0.75 mm, 또는 적어도 1 mm, 또는 적어도 1.25 mm, 또는 적어도 1.5 mm, 또는 적어도 2.0 mm, 또는 적어도 2.5 mm, 또는 적어도 3.0 mm, 또는 적어도 3.5 mm, 또는 적어도 4.0 mm, 또는 적어도 4.5 mm인 세라믹 코팅을 형성할 수 있다. 세라믹 코팅은 0.1 mm, 또는 0.25 mm, 또는 0.5 mm, 또는 0.75 mm, 또는 1 mm, 또는 1.25 mm, 또는 1.5 mm, 또는 2.0 mm, 또는 2.5 mm, 또는 3.0 mm, 또는 3.5 mm, 또는 4.0 mm, 또는 4.5 mm 또는 5 mm의 두께를 가질 수 있다.
[00138] 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 직접 또는 개재 세라믹 코팅과 접촉하도록 구성된 표면 영역의 적어도 일부 상에 널링들을 포함할 수 있다. 널링된 표면은 기판 접촉 표면 상에 직선 패턴, 대각선 패턴, 다이아몬드 패턴, 또는 이들의 조합을 생성할 수 있다. 다이아몬드 널링은 수형 또는 암형 널링 패턴을 발생시키도록 행해질 수 있다. 수형 다이아몬드 패턴에서, 융기 지점들이 생성된다. 암형 다이아몬드 패턴에서, 다이아몬드 임프레션(impression)들이 생성된다. 널링은 칼럼들 각각이 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일(102)의 만곡부의 호(arc)에 실질적으로 수직인 직선 측면들을 갖는 것을 초래할 수 있다. 칼럼들은 평면형 최상부 표면을 가질 수 있다. 칼럼들은 만곡된 최상부 표면을 가질 수 있다. 칼럼들은 정사각형, 직사각형, 원형, 난형(oval), 마름모형(rhomboid), 사다리꼴, 삼각형, 오각형, 육각형, 칠각형 구각형, 십각형, 절두체-유형(frustum-type) 형상, 절두 피라미드(truncated pyramidal) 형상, 또는 이들의 임의의 조합인 단면을 가질 수 있다. 칼럼들은 공간에 의해 서로 분리될 수 있다. 칼럼들 사이의 갭은 실질적으로 일정할 수 있다.
[00139] 예들에서, 마운트 시스템(100)은, 마운트 시스템(100)이 사용 중일 때, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 직접적으로 또는 개재 세라믹 코팅(108)과 접촉하도록 구성된 표면 영역의 적어도 일부 상에 주름부들 또는 주름진 표면을 포함할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)의 표면은 교번하는 리지들 및 홈들을 포함하도록 주름질 수 있다. 예들에서, 주름부는 마운트 시스템(100)의 기판 접촉 표면에 걸쳐 이어질 수 있다. 예들에서, 주름부는 마운트 시스템(100)의 하나의 긴 가장자리로부터 다른 긴 가장자리까지 이어질 수 있다. 예들에서, 주름부는 마운트 시스템(100)의 제1 가장자리로부터 제2 가장자리까지 이어질 수 있다. 예들에서, 주름부는 만곡된 프로파일(102)의 만곡부의 호에 수직인 복수의 칼럼들을 초래할 수 있다. 예들에서, 주름부는 마운트 시스템(100)을 이루는 요소들 또는 구조들의 어레이로부터 하나 이상의 요소들 또는 구조들의 적어도 하나의 가장자리를 따라 이어질 수 있다.
[00140] 예들에서, 널링들(103)은 도 2c에 예시된 바와 같이 평면형 최상부 표면을 갖는 칼럼들일 수 있다. 예들에서, 리지들은 만곡된 최상부 표면을 갖는 칼럼들일 수 있다. 또한 예시된 바와 같이, 널링 간격(105)은 평면형 최하부 표면을 가질 수 있다. 예들에서, 홈들은 만곡된 또는 U-형상 최하부 표면을 가질 수 있다. 홈들은 응력 집중 및 균열 전파로부터 보호하기 위해 둥근 코너(rounded corner)를 포함할 수 있다. 리지들은 각각, 이들의 길이방향 축을 따라 증가하는 단면의 테이퍼를 가질 수 있다. 단면에서, 리지들은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 단면에서, 리지들은 이등변 사다리꼴(isosceles trapezoid) 형상을 가질 수 있으며, 여기서, 사다리꼴의 긴 베이스(long base)는 리지의 최하부를 형성하고, 사다리꼴의 짧은 베이스는 리지의 최상부를 형성한다. 단면에서, 리지들은 볼록 이등변 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다. 단면에서, 리지들은 규칙적인 피라미드의 절두체의 형상을 가질 수 있다.
[00141] 단면이 절두체-유형 형상, 특히, 절두된 피라미드 형상을 갖는 리지는, 사전 굽힘된 기판이 지그에 대해 눌려질 때 마운트 시스템(100)이 사전 굽힘된 기판을 지지할 때 마운트 시스템(100)의 만곡된 프로파일(102)에 압력이 가해지기 때문에, 리지의 응력 변형을 회피하면서, 리지의 최상부로부터 베이스로 응력들을 전달할 수 있다. 단면이 절두체-유형 형상을 갖는 리지는 DED 프로세스 동안 적용될 수 있는 적용된 하중들, 힘들 및 모멘트들을 견딜 수 있다. 리지의 플래토(plateau)(상부 평탄 표면)에 작용하는 힘들 및 모멘트들은, 리지의 베이스로, 그리고 궁극적으로는 마운트 시스템(100)의 후면측으로 전달될 수 있다. 리지가 단면에서 절두체-유형 형상을 가질 때, 리지는 적용되는 하중들을 리지의 베이스에서의 더 큰 표면 영역으로 전달할 수 있다. 예들에서, 리지들 사이의 널링된 표면 또는 트라프들은, 마운트 시스템(100)이 사전 굽힘된 기판과 접촉하게 될 때, 마운트 시스템(100)과 기판 또는 사전 굽힘된 기판 사이에 부가적인 갭들을 형성할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 갭들은 DED 챔버의 분위기, 또는 열 절연체로서 작용할 수 있는 희가스, 이를테면 아르곤으로 채워질 수 있다. 아르곤 가스는 매우 효과적인 열 절연체이다. 고체/가스/고체 계면들은 상당히 덜 전도성이며, 따라서 열 장벽들로서 효과적으로 작동할 수 있다.
[00142] 예들에서, 마운트 시스템(100)의 널링 패턴 또는 주름부는, 위에서 논의된 바와 같이 그리고 예를 들어 도 2c에 예시된 바와 같이, 세라믹 코팅 층(108) 및 선택적으로 접합 코트(107)에 의해 커버될 수 있다. 예들에서, 세라믹 코팅은 또한, 널링된 패턴의 트로프들 또는 주름부들의 트로프들에 존재할 수 있다. 세라믹 코팅의 두께는, 기판이 지그에 클램핑될 때, 세라믹 코팅을 손상시키지 않으면서, 마운트 시스템(100)에 대한 적용의 제한들, 및 사전 굽힘된 기판을 지지하기 위한 세라믹의 두께의 능력, 및 축방향 하향 클램핑 힘들에 의해서만 제한된다. 코팅 기술의 제한들로 인해, 지지부가 지그에 클램핑될 때, 세라믹 코팅이 손상되지 않으면서 사전 굽힘된 기판을 지지하는 세라믹 층의 능력을 유지하면서, 더 두꺼운 세라믹 층들을 달성하기가 더 어려울 수 있다. 세라믹의 정확한 지지 강도 및 그의 열 전도도는 세라믹의 조성에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 이트륨 산화물의 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물에 기반하는 세라믹의 2 mm 코팅은, 기판이 지그에 클램핑될 때, 세라믹 코팅에 대한 손상 없이, 기판의 양호한 기계적 지지뿐만 아니라 양호한 열 격리를 제공할 수 있다.
[00143] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 성형 후면 구조(shaping back structure)로서 기능할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 지지/성형 후면 구조로서의 역할을 할 수 있다. 마운트 시스템(100)은 사전 굽힘된 기판이 지그에 고정될 때 사전 굽힘된 기판과 지그 사이에 포지셔닝될 수 있다. 예들에서, DED 제조 프로세스가 완료될 때, 기판을 지그에 고정하는 클램프들을 해제한 후 기판 및 기판 위에 구축된 DED 구조의 상향 회복(스프링-백)을 허용하는 자체 평형 잔류 응력 상태가 달성될 수 있다. 기판은 클램프들로부터 해제된 후에 곧게 펴진다.
[00144] 예들에서, 마운트 시스템(100)에 의해 제공되는 공칭 편향(hmount)(휘어짐)은, 마운트 시스템(100)이 용접 지그 상에 포지셔닝될 때 용접 지그의 표면으로부터 측정된 만곡된 프로파일(102)의 중심에서의 최대 높이와 도 2a에 예시된 바와 같이 만곡된 프로파일(102)의 가장자리 또는 주변 림 부분(104)의 상부 표면 사이의 차이일 수 있다. 도 2a에서, 만곡된 프로파일(102)의 최대 높이(198)와 가장자리 또는 주변 림 부분(104) 사이의 차이는 hmount이다. 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 표면 영역 및 길이 비율(Lr)은, 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 표면 영역의 새로운 x 치수(Li)와 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 표면 영역의 원래 길이(L0) 사이의 비율이다. 예측된 최대 마운트 시스템(100) 편향(hLr)은 공칭 편향(hmount)과 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 표면 영역의 길이 비율(Lr)의 제곱 사이의 곱에 대략 비례하며, 이는 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다:
Lr = Li / L0
그리고 따라서
hLr 
hmount × Lr 2이다.
[00145] 따라서, 예를 들어, 635 mm × 190 mm(L × W)의 xy 치수들을 갖는 표면 영역을 정의하는 마운트 시스템(100)의 경우, 예측된 최대 편향(hLr)은 약 3.8mm이다. 1905 mm × 635 mm의 xy 치수들을 갖는 것과 같은 더 긴 정의된 표면 영역은 3의 길이 비율(Lr = 1905/635 = 3) 및 3.8 × 32 
34.2 mm의 최대 편향(hLr)을 가질 것이다. 공칭 편향은 약 3 mm 내지 약 35 mm일 수 있다. 따라서, 편향의 양은 마운트 시스템(100)의 특성들에 의존할 수 있다. 더 긴 기판을 수용하기 위해 마운트 시스템(100)이 더 길어질 필요가 있을수록, 편향은 더 높고/더 커질 필요가 있을 것이다.
[00146] 1. 핀 지지 시스템 및 핀들
[00147] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 핀 지지 시스템(110)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 하나 이상의 핀 구조들 또는 다른 중실(solid) 스탠드오프 구조들(본원에서 "핀들"로 지칭됨)(112)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 핀들(112)을 갖는 핀 지지 시스템(110)으로서 구현된 마운트 시스템(100)의 예들이 도 3a 내지 도 3m에 예시된다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 단일 핀(112)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 2개 이상의 핀들(112)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 구조의 표면에 맞물리게 배열될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 DED 제조에 사용되도록 구성된 구조 상에 설치될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 용접 지그에 맞물리도록 배열될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 용접 지그 상에 설치될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 용접 지그 상에 배열될 수 있다.
[00148] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)으로서 마운트 시스템(100)을 구현하는 것은 하나 이상의 이점들을 제공할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 여전히 낮은 열 전달을 달성하면서 세라믹 시트들 및/또는 세라믹 코팅의 사용 없이 구현될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 세라믹 시트들의 사용 없이 구현될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 비용들을 감소시킬 수 있다. 예들에서, 핀들(112)의 어레이의 사용은, 격자 또는 몰드와 같은 다른 유형들의 지지 구조들을 형성하는 데 요구되는 것보다 더 적은 재료를 수반할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 다른 유형들의 지지 구조들과 비교할 때 연장된 수명 주기를 나타낼 수 있다.
[00149] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 재구성가능할 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)이 원하는 대로 설치 및 재설치될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 상이한 크기의 기판들 또는 사전 굽힘된 기판들과 함께 사용하도록 재구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 제거 가능하게 설치되도록 구성된 핀들(112)의 어레이를 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 원하는 대로 임의의 배열체를 달성하기 위해 설치 및 재설치될 수 있는 핀들(112)의 어레이를 포함할 수 있다. 예들에서, 핀들(112)의 어레이의 배열체 유연성에 의한 핀 지지 시스템(110)의 재구성가능성은, 격자 또는 몰드와 같은 다른 지지 구조들과 비교할 때 개선된 또는 더 효과적인 왜곡 완화로 이어질 수 있다. 예들에서, 핀들(112)은 제조되는 부품의 설계에 기초하여 배열될 수 있다. 예들에서, 제조되는 부품의 설계에 기초하여 핀들(112)을 배열하는 것은, 사용자가 왜곡을 완화하도록 가장 많이 요구되는 곳에 지지를 제공할 수 있게 할 수 있다.
[00150] 예들에서, 핀들(112) 사이의 간격은 원하는 지지부에 따라 변경될 수 있다. 예들에서, 핀들(112)은 10 mm 내지 50 mm만큼 이격된 용접 지그 상에 배열될 수 있고, 예들에서, 2개의 핀들(112) 사이의 거리는 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 또는 40 mm일 수 있다. 이러한 범위들 및 측정들은 단지 예일 뿐이다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 모든 핀들(112)은 서로 등거리일 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 핀들(112)은 서로 등거리가 아닐 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 2개 이상의 핀들(112)은 핀 지지 시스템(110)의 2개 이상의 다른 핀들(112)보다 서로 더 근접하게 되도록 배열될 수 있다. 이러한 배열체들의 임의의 조합 또는 변경이 또한 가능하다.
[00151] 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)을 포함하는 핀 지지 시스템(110)은, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 용접 지그의 표면 사이에 증가된 공간 또는 갭을 제공할 수 있게 됨으로써 다른 유형들의 지지 구조들에 비해 이점을 가질 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 다른 지지 구조들보다 더 적은 공간을 점유하도록 구성될 수 있는데, 이는 하나 이상의 핀들(112)이 다른 영역들에 걸쳐 있는 임의의 상호연결 구조 없이 원하는 지지 위치들에만 배열될 수 있기 때문이다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 큰 핀 지지 높이를 갖는 하나 이상의 핀들(112)을 이용함으로써, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 용접 지그의 표면 사이의 공간 또는 갭을 증가시키기 위한 유연성을 제공할 수 있다.
[00152] 이전에 설명된 바와 같이, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 용접 지그 사이에 형성된 갭들 또는 공간들이 DED 챔버의 분위기, 또는 열 절연체로서 작용할 수 있는 아르곤과 같은 희가스로 채워질 수 있게 하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 갭들 및 공간들은 또한, 상당히 덜 열 전도성인 고체/가스/고체 계면들을 제공한다. 따라서, 사전 굽힘된 기판/아르곤 가스/마운트 시스템 및/또는 용접 지그 사이의 이러한 계면들은 열 배리어들로서 효과적으로 작동할 수 있다. 따라서, 예들에서, 하나 이상의 갭들 또는 공간들은 또한, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 용접 지그 사이의 평균 열 전달 계수를 최소화하는 것을 도울 수 있다. 예들에서, 이는 사전 굽힘된 기판에서 더 많은 열을 유지하는 데 도움이 될 수 있으며, 이로써 사전 굽힘된 기판에서 불균일한 온도 분포를 추가로 감소시키고 열 응력들을 감소시킨다.
[00153] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 클램프들에 근접한 위치에서 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 지지하도록 배열될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 중앙 구역을 지지하도록 배열될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은 휘어짐을 방지하기 위해 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 중앙 구역을 지지하도록 배열될 수 있다.
[00154] 예들에서, 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위해 하나 이상의 클램프들이 사용될 수 있다. 이는 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 지그를 향해 가압되게 할 수 있으며, 그에 따라 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하는 데 필요한 힘들이 클램프들과 지그 사이에 있을 것이며, 핀 지지 시스템(110)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 용접 지그 사이의 지지부로서 하나 이상의 핀들(112)을 갖는다. 실시예들에서, 사전 굽힘된 기판은 축방향으로 하향으로 가압된다. 예들에서, 용융 트랙들이 존재할 수 있는, 사전 굽힘된 기판의 후면측(제1 측)은, 용융 트랙들이 핀 지지 시스템(110)을 향하도록, 포지셔닝될 수 있다. 이러한 구성에서, 사전 굽힘된 기판의 후면측은 핀 지지 시스템(110) 및 지그를 향해 하방을 향하고 있다. 하나 이상의 클램프들은 이미 논의된 바와 같이 사전 구부러진 기판과 지그 사이에 핀 지지 시스템(110)을 사용하여 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정할 수 있다.
[00155] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 핀들(112)은 마운트 시스템(100)을 논의할 때 이전에 언급된 바와 같이 DED 프로세싱의 통상적인 조건들 하에서 사용하기 위한 충분한 강도 및 온도 내성을 갖는 임의의 금속으로 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 모든 핀들(112)은 동일한 재료로 제조된다. 예들에서, 각각의 핀(112)을 위한 재료는 독립적으로 선택될 수 있다. 예들에서, 복수의 핀들 중 적어도 제1 핀은 핀 지지 시스템(110)의 복수의 핀들 중 적어도 제2 핀과 동일한 재료를 포함한다. 예들에서, 복수의 핀들 중 적어도 제1 핀은 핀 지지 시스템(110)의 복수의 핀들 중 적어도 제2 핀에 포함되는 재료와 상이한 재료를 포함한다.
[00156] 앞서 논의한 바와 같이, 예들에서는, 마운트 시스템(100)의 구현에서 세라믹 시트, 플레이트, 또는 코팅이 사용되지 않는다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110), 하나 이상의 핀들(112), 또는 둘 모두는 세라믹 및/또는 세라믹 코팅이 없다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)에는 임의의 세라믹 시트, 플레이트 또는 파일론이 없을 수 있다. 예들에서, 원한다면, 하나 이상의 세라믹 요소들 또는 코팅이 핀 지지 시스템(110)과 함께 사용될 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)은 앞서 설명한 바와 같이 세라믹 코팅 및/또는 본드 코팅을 포함할 수 있다. 예들에서, 세라믹 코팅 및/또는 본드 코팅이 적어도 핀 기판 콘택 표면(119)에 적용될 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 스페이서들(128)이 세라믹 스페이서들, 세라믹 코팅된 스페이서들, 또는 둘 모두의 조합인 예들에서, 본원에서 설명된 바와 같이 하나 이상의 스페이서들(128)이 이용될 수 있다. 이미 논의된 세라믹의 유형, 코팅 프로세스들, 및 세라믹 요소 및/또는 코팅의 특성들은 핀 지지 시스템(110)에서의 구현 및/또는 하나 이상의 핀들(112)에 동일하게 적용된다.
[00157] 예들에서, 핀은 본원에서 설명되는 기능성을 가능하게 하는 임의의 원하는 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예들에서, 핀(112)은 일반적으로 장타원형(oblong), 구형(spherical), 입방체(cubic), 사다리꼴(trapezoidal), 원통형 원판형(cylindrical discoid), 원뿔형(conic), 둥근형(rounded), 정사각형(squared), 환형(annular), 비구형(nonsperical), 규칙적(regular), 불규칙적(irregular), 및 이들의 임의의 조합의 형상을 가질 수 있다. 도 3a는 핀(112)에 대한 일부 예시적인 형상들을 예시한다. 예들에서, 핀(112)은 일반적으로 예시된 바와 같이 장타원형 형상을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀(112)은 예를 들어, 샘플들(114a, 114b, 114c)에 의해 예시된 바와 같이 핀 또는 핀트(pint) 구조물(112)의 길이에 걸쳐 균일한 단면 직경, 폭 또는 두께를 가질 수 있다. 예들에서, 핀은 예를 들어, 샘플들(115a, 115b, 116c)에 의해 예시된 바와 같이 테이퍼진 프로파일(tapered profile)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀(112)은 예를 들어, 샘플들(115a, 115b, 및 116a-116f)에 의해 예시된 바와 같이 핀(112)의 적어도 하나의 다른 부분의 단면 직경, 폭 또는 두께보다 더 큰 단면 직경, 폭 또는 두께를 갖는 하나 이상의 부분들을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀(112)은, 예를 들어 샘플들(116a, 116b, 116d, 116e, 및 116f)에 의해 예시된 바와 같이 버섯(mushroom) 형상을 가질 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 하나 이상의 부분들은 예를 들어, 샘플들(116a 내지 116f)에 의해 예시된 바와 같이 핀의 적어도 하나의 다른 부분과 상이한 형상을 가질 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 하나의 부분은 사다리꼴 형상을 가질 수 있고, 제2 부분은 예를 들어, 샘플들(116c, 116d, 116e, 116f)에 의해 예시된 바와 같이 원통형 형상을 가질 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 하나의 부분은 구형 또는 반구형 형상을 가질 수 있고, 제2 부분은 예를 들어, 샘플들(116a 및 116b)에 의해 예시된 바와 같이 원통형 형상을 가질 수 있다. 예들에서, 예시된 바와 같은 핀(112)은 원통형 형상들 대신에 사다리꼴 형상을 포함할 수 있다. 위에서-언급된 형상들 중 2개 이상의 임의의 조합이 핀(112)의 형상으로 사용되게 할 수 있다. 예들에서, 핀(112)은 예를 들어, 도 3b에 예시된 바와 같이 원뿔 형상을 포함할 수 있다. 예들에서, 도 3b에 예시된 바와 같이, 핀(112)은 원통 형상을 갖는 부분 및 원뿔 형상을 갖는 부분을 포함할 수 있다. 예들에서, 원뿔 형상은 도 3b에 예시된 바와 같이 반대 방향으로 배향된 이중 원뿔 형상을 포함할 수 있다.
[00158] 예들에서, 핀(112)은 핀 헤드 부분(118)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 용접 지그에 핀(112)을 설치할 때 핀(112)이 연결될 디바이스의 표면을 넘어 연장되거나 노출된 상태로 유지되도록 구성되는 핀(112)의 적어도 일부를 포함한다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 10 mm 내지 40 mm 범위의 폭 또는 직경, 및 0.05 mm 내지 10 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 이러한 치수들은 단지 예들일 뿐이다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 베이스 또는 맞물림 부분(124)과 동일한 또는 상이한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 예들에서, 도 3b에 예시된 바와 같이, 핀 헤드 부분(118)은 이중 원뿔 형상을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀(112)은 핀(112)이 설치될 표면과 같은 높이의 끼워맞춤(fit)을 달성하는 것을 돕기 위해 스크류 또는 볼트와 같은 카운터싱크(countersunk)로서 작용하는 이중 원뿔 형상을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 핀 헤드 부분(118)은, 용접 지그와 접촉할 때 용접 지그의 표면 상에 평탄하게 놓이도록 구성될 수 있다.
[00159] 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 기판 접촉 표면(119)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 기판 접촉 표면(119)은, 핀 지지 시스템(110)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 구성된 핀(112)의 표면 영역을 포함한다. 핀 기판 접촉 표면(119)은 임의의 원하는 크기를 가질 수 있다. 예들에서, 핀 기판 접촉 표면(119)은 15 ㎟ 내지 60 ㎟ 범위의 영역을 점유할 수 있다. 이 범위는 단지 일례일 뿐이다.
[00160] 예들에서, 도 3b에 또한 예시된 바와 같이, 핀 기판 접촉 표면(119)은 평탄하거나, 고르지 않거나, 둥글거나, 볼록하거나, 오목하거나, 중공이거나, 주름형이거나, 널링되거나, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 핀 기판 접촉 표면(119)의 주름부 및/또는 널링은, 마운트 시스템(100)의 논의에서 앞서 설명된 바와 같이, 임의의 다른 표면과 동일한 방식으로 달성될 수 있다.
[00161] 예들에서, 핀(112)의 핀 기판 접촉 표면(119)의 영역은 핀(112)의 기판 접촉 영역일 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 기판 접촉 영역은 핀 기판 접촉 표면(119)의 영역과 상이하거나 더 작게 되도록 조정 또는 구성될 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 기판 접촉 영역은 핀(112)의 핀 기판 접촉 표면(119)의 영역의 일부분 또는 분율(fraction)일 수 있다. 예들에서, 고르지 않거나, 둥글거나, 볼록하거나, 오목하거나, 중공이거나, 주름형이거나, 널링되거나 또는 이들의 임의의 조합인 표면 윤곽 또는 프로파일을 갖는 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)을 갖도록 구성된 핀(112)의 기판 접촉 영역은, 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)의 표면의 영역보다 더 작을 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)이 균일한, 평탄한 또는 평면형 표면이고, 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)이, 사용 시 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하는 용접 지그의 표면에 평행하도록 구성되고, 핀 지지 시스템(110)이 마운트 시스템(100)으로서 사용 중일 때, 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 접촉하도록 구성되는 경우, 하나의 핀(112)의 기판 접촉 영역은 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)의 표면 영역에 대응할 것이다. 예들에서, 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)은 고르지 않거나, 둥글거나, 볼록하거나, 오목하거나, 중공이거나, 주름형이거나, 널링되거나 또는 균일하지 않거나, 평탄하거나 평면인 표면이 아니고, 그리고/또는 사용시 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 대면하는 용접 지그의 표면과 평행하게 유지되도록 구성되지 않는 경우, 하나의 핀(112)의 기판 접촉 영역은 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)의 표면 영역보다 더 작을 것이다. 이러한 후자의 경우, 핀(112)의 기판 접촉 영역은 사용 시 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 구성되는 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)의 표면 영역의 일부일 뿐일 것이다.
[00162] 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 임의의 측방향 프로파일(lateral profile)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)의 측방향 프로파일은 테이퍼형, 직선형, 계단형, 규칙적, 불규칙적, 둥근형, 평면형 또는 평탄형, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예들에서, 도 3b에 예시된 바와 같이, 핀 헤드 부분(118)은 하나 이상의 평탄 구역들(120)을 포함할 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 평탄 구역들(120)은 핀 헤드 부분(118)의 측방향 프로파일의 적어도 일부 위에 위치될 수 있다. 예들에서, 평탄 구역들(120)은 핀(112)의 설치를 도울 수 있다.
[00163] 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 베이스 부분(124)보다 더 넓도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 더 넓은 핀 헤드 부분(118)을 포함할 수 있으며, 이는 핀(112)이 설치될 때 용접 지그의 표면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 이는, 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 핀 지지 시스템(110) 상으로 가압될 때 핀(112)의 더 많은 지지 및 개선된 탄성을 허용할 수 있다.
[00164] 예들에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 핀 헤드 부분(118)은, 핀(112)이 설치되는 용접 지그의 표면과 접촉하거나 또는 다른 방식으로 인터페이스할 수 있는 영역(121)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)이 위치된 단부의 반대편 단부에 용접 지그 계면 영역(121)을 포함할 수 있다. 핀 헤드 부분(118)과 용접 지그의 표면 사이의 계면은, 핀(112)이 용접 지그 상에 설치될 때 용접 지그의 표면을 대면하도록 구성되는 핀 헤드 부분(118)의 표면의 윤곽에 의해 영향을 받을 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)은, 용접 지그와 인터페이싱하도록 의도된 표면(121)을 따라 평탄한 평면의 테이퍼진 프로파일을 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 표면(121)은 평탄하고, 핀(112)이 설치될 때 용접 지그의 표면에 대해 수평이 되도록 구성된다. 예들에서, 핀(112)이 설치될 때 핀 헤드 부분(118)이 지그 상에 평틴하게 놓일 수 있도록 표면(121)이 구성될 수 있다. 예들에서, 용접 지그와 인터페이싱하도록 의도된 핀 헤드 부분(118)의 표면(121)은 고르지 않은, 둥근 모양의, 불규칙한 형상을 갖도록 구성될 수 있고 그리고/또는 널링되거나, 주름지거나, 리지들, 트로프들 등의, 핀 기판 접촉 영역(119)에 대하여 설명된 바와 같은 특성들을 포함할 수 있다. 예들에서, 용접 지그와 인터페이싱하도록 구성된 핀 헤드 부분(118)의 영역(121)에서 매끄럽거나 더 양호한 피팅 프로파일을 갖는 것은 플러쉬 설비(flush installation)를 제공할 수 있다. 예들에서, 용접 지그와 인터페이싱하도록 구성된 핀 헤드 부분(118)의 영역(121)에서 평탄하지 않거나, 고르지 않거나, 주름지거나, 또는 널링된 프로파일을 갖는 것은 핀(112)으로부터 용접 지그로의 그리고 간접적으로, 기판 또는 사전 굽힘된 기판으로 용접 지그로의 열 전달에 대한 부가적인 배리어를 제공할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 모든 핀들(112)의 용접 지그 계면 영역들(121)은 핀 지지 시스템(110)의 측면을 정의할 수 있다.
[00165] 예들에서, 핀(112)은 핀 헤드 부분(118)과 핀 베이스 부분(124) 사이에 위치된 칼라 부분(122)을 포함할 수 있다. 예들에서, 칼라 부분(122)은 용접 지그 계면 영역(121) 아래에 있을 수 있고, 이에 근접할 수 있고, 그리고/또는 이와 중첩될 수 있다. 예들에서, 칼라 부분(122)은 임의의 원하는 크기 및/또는 프로파일을 가질 수 있다. 예들에서, 칼라 부분(122)은 핀 베이스 부분(124), 핀 헤드 부분(118), 또는 둘 모두의 것과 상이한 폭 또는 직경을 가질 수 있다. 예들에서, 칼라 부분(122)은 2 mm 내지 10 mm 범위의 폭 또는 직경, 및 5 mm 내지 10 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 이러한 크기 범위들은 단지 예일 뿐이다. 예들에서, 도 3c에 예시된 바와 같이, 칼라 부분(122)은 지지를 제공하고 그리고/또는 핀(112)이 설치된 용접 지그의 표면과 핀 헤드 부분(118) 사이에 단열을 부가하기 위해 하나 이상의 핀 스페이서들(128)을 수용하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 스페이서(128)는 칼라 부분(122) 둘레에 끼워맞춤될 수 있는 임의의 크기 및 형상으로 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 스페이서(128)는 와셔, 링, 플레이트 등의 구조를 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 스페이서(128)는 핀 또는 구조(112)에 대해 설명된 바와 같은 또는 마운트 시스템(100)에 대해 사용된 바와 같은 금속 등의 재료를 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 스페이서(128)는 본원에서 설명되는 바와 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 스페이서(128)는 금속 및 세라믹을 포함할 수 있다.
[00166] 예들에서, 핀(112)은 베이스 또는 맞물림 부분(124)을 포함할 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 핀(112)이 연결될 디바이스의 개구, 끼워맞춤부, 보어 또는 나사형 홀과 맞물리도록 구성된 핀(112)의 부분을 지칭할 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 임의의 원하는 형상 및 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 2 mm 내지 10 mm 범위의 폭 또는 직경, 및 10 mm 내지 50 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 이러한 크기 범위들은 단지 예들일 뿐이다. 예들에서, 핀(112)의 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 용접 지그와 맞물리도록 구성될 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 구조에 제거 가능하게 맞물리도록 구성될 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 용접 지그에 제거 가능하게 맞물리도록 구성될 수 있다.
[00167] 용접 지그 상으로의 핀(112)의 설치를 가능하게 하기 위해, 베이스 또는 맞물림 부분(124)을 용접 지그에 맞물리게 하는 데 임의의 적절한 수단이 이용될 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 베어링, 스크류, 볼트 등의 구조물로서 구성될 수 있다. 예들에서, 용접 지그는 베이스 또는 맞물림 부분(124)과 맞물리기 위한 적절한 개구, 끼워맞춤부, 보어, 나사형 홀 등의 구조를 제공할 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 용접 지그 상에 제공된 복수의 개구들, 끼워맞춤부들, 보어들, 나사형 홀들 등의 구조들 중 하나 이상으로부터 맞물리고 맞물림해제될 수 있다. 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 용접 지그 상에 제공된 끼워맞춤부, 보어 또는 나사형 홀 등의 구조와 영구적으로 맞물리도록 구성될 수 있다.
[00168] 용접 지그(400) 상에 설치된 핀(112)의 예가 도 3c에 예시된다. 도시된 바와 같이, 용접 지그(400)는 베이스 또는 맞물림 부분(124)을 수용하도록 구성된 보어(126)를 포함할 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 핀(112)이 설치되면, 핀 헤드 부분(118)은 용접 지그(400)의 표면으로부터 연장되고 노출된 상태로 유지될 수 있다.
[00169] 예들에서, 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 용접 지그, 용접 지그의 표면에 부착된 임의의 구조, 또는 이들의 임의의 조합에 직접 맞물릴 수 있다. 이는 임의의 윤곽 위에 하나 이상의 핀들(112)을 설치하는 유연성을 허용한다. 용접 지그의 표면 위에 제공된 구조로의 핀(112)의 맞물림은, 용접 지그와 관련하여 설명된 방식으로 수행될 수 있다. 예들에서, 추가된 구조는 구조의 하나 이상의 표면들 상에 하나 이상의 개구들, 끼워맞춤부들, 보어들, 또는 나사형 홀들 또는 끼워맞춤부들을 포함할 수 있다. 예들에서, 끼워맞춤부들의 보어들은 용접 지그(400)의 보어 또는 나사형 홀 구조(126)와 유사하게 구성될 수 있다.
[00170] 예들에서, 핀(112)은 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 물리적으로 접촉하도록 구성된 핀 헤드 기판 접촉 표면(119)의 일부와 용접 지그의 표면 사이의 거리의 조정을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 설명의 목적들을 위해, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 대면하는 용접 지그의 표면과 기판과 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 물리적으로 접촉하도록 구성된 핀 기판 접촉 표면(119)의 부분 사이의 수직 선형 거리는, 도 3d에 예시된 바와 같이 "핀 지지 높이"(hpin support)"로 지칭될 것이다.
[00171] 예들에서, 핀(112)은 베이스 또는 맞물림 부분(124)에 의한 맞물림 정도와 독립적으로 핀 지지 높이의 조정을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀(112)은 연장가능 및 수축가능 부분을 갖도록 구성될 수 있다. 조정가능 부분은 베이스 또는 맞물림 부분(124), 핀 헤드 부분(118), 또는 둘 모두일 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 하나의 부분은 핀(112)의 다른 부분 내외로 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 일부는 나사형 베어링을 포함할 수 있으며, 그 나사형 베어링은 나사형 베어링의 제2 단부에 대해 나사형 베어링의 제1 단부를 회전시킴으로써 핀(112)을 연장 및 수축시킬 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 다양한 깊이들에서 끼워맞춤부와 맞물리도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀(112)의 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 다양한 깊이들로 용접 지그의 나사형 끼워맞춤부에 핀을 고정하도록 구성된 연장된 스레딩을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 도 3d에 예시된 바와 같이, 핀 또는 구조(112)의 베이스 또는 맞물림 부분(124)이 시계 방향으로 회전됨에 따라, 이는 제1 길이 방향으로 나사형 끼워맞춤부를 통해 이동하여 핀 헤드 부분(118)을 용접 지그의 표면에 더 가깝게 할 수 있다. 반대로, 예들에서, 핀 또는 구조(112)의 베이스 또는 맞물림 부분(124)은 반시계 방향으로 회전됨에 따라, 제1 길이 방향과 반대인 제2 길이 방향으로 나사형 끼워맞춤부를 통해 이동하여 핀 헤드 부분(118)은 용접 지그의 표면으로부터 더 멀어지게 푸시할 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)을 용접 지그의 표면 쪽으로 그리고 그 표면으로부터 멀어지게 병진시킴으로써, 핀 지지 높이가 조정될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 높이를 조정하는 데 하나 이상의 스페이서들(128)이 이용될 수 있다. 예들에서, 이전에 설명된 바와 같이 핀 헤드 부분(118)과 핀 헤드 부분(118)과 대면하는 용접 지그의 표면 사이에 하나 이상의 스페이서들(128)이 도입될 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 스페이서들(128)은 핀(112)의 칼라(122) 주위에 끼워맞춤되도록 구성된 와셔(washer) 등의 구조일 수 있다. 예들에서, 예를 들어 도 3c에 도시된 바와 같이, 핀 헤드 부분(118)과 용접 지그의 표면 사이의 하나 이상의 스페이서들(128)의 배치는 핀 헤드 부분(118)이 용접 지그의 표면으로부터 더 멀리 포지셔닝되게 할 수 있으며, 따라서 핀 지지 높이를 증가시킬 수 있다. 예들에서, 핀 헤드 부분(118)과 용접 지그의 표면 사이의 공간으로부터의 하나 이상의 스페이서들(128)의 제거는 핀 헤드 부분들(118)이 용접 지그 표면에 더 가깝게 포지셔닝되게 할 수 있으며, 따라서 핀 지지 높이를 감소시킬 수 있다. 예들에서, 핀들(112)의 어레이에 걸쳐 다양한 핀 지지 높이들을 달성하기 위해, 상이한 핀들(112)에 대해 상이한 수의 스페이서들(128)이 사용될 수 있다. 예들에서, 스페이서들(128)은, 핀 용접 지그 계면 영역(121)과 용접 지그의 표면 사이의 공간을 충전함으로써 핀 헤드 부분(118)에 부가적인 안정성 및/또는 지지를 제공할 수 있다. 예들에서, 스페이서들(128)은 또한 균일한 핀 지지 높이 및/또는 핀 지지 높이 조정을 구현하는 것을 보조할 수 있다. 예들에서, 위에서 논의된 핀 지지 높이 조정 방법들의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
[00172] 예들에서, 도 3d에 예시된 바와 같이, 핀(112)의 핀 지지 높이는 핀(112) 또는 핀(112)의 임의의 부분의 크기에 따라 좌우될 수 있다. 예들에서, 도 3d에 예시된 바와 같이, 핀 지지 시스템(110)에서 이용되는 상이한 핀들(112)은 상이한 크기들 및 그에 따른 상이한 핀 지지 높이들을 가질 수 있다.
[00173] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 용접 지그(400) 및/또는 하나 이상의 구조들이 용접 지그(400) 위에 제공되는 하나 이상의 핀들(112)을 설치함으로써 핀 지지 시스템(110)을 사용하여 구현될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 핀들(112)의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는 2개 이상의 핀들일 수 있다.
[00174] a. 멀티-핀 핀 지원 시스템
[00175] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 2개 이상의 핀들(112)의 어레이를 포함할 수 있다. 예들에서, 2개 이상의 핀들(112)의 어레이는 이전에 설명된 바와 같이 용접 지그와 같은 구조의 표면 상에 배열될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 임의의 수의 핀들(112)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템 내의 핀들(112)의 총 개수는 핀들(112)의 크기, 핀 지지 시스템(110)이 접촉하도록 구성되는 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 크기, 또는 이 둘 모두의 조합에 의해 제한될 수 있다. 2개 이상의 핀들(112) 각각은 또한 임의의 원하는 크기를 가질 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)의 크기는 이용되는 핀들의 수, 핀 지지 시스템(110)이 접촉하도록 구성되는 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 크기, 또는 이 둘 모두의 조합에 의해 제한될 수 있다.
[00176] 핀 지지 시스템(110)은 미리 결정된 기판 접촉 계면을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀들(112)의 크기 및 수는 핀 지지 시스템(110)의 총 기판 접촉 영역에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 앞서 논의된 바와 같이 핀 지지 시스템(110)에 대한 기판 접촉 계면에 영향을 미칠 수 있다. 핀 지지 시스템(110)에 대한 기판 접촉 계면의 목적들을 위해, 기판 계면 영역은 설명된 바와 같은 기판 계면 영역(130)으로 이해될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.1 내지 20의 범위 내에 속하는 제어된 기판 접촉 계면을 초래하도록 배열 및 구성되는 핀들(112)의 어레이를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 주어진 기판 계면 영역(130)에 대한 핀 지지 시스템(110)의 기판 계면은 핀들(112)의 수, 핀들(112)의 기판 접촉 영역의 크기, 또는 이 둘 모두의 조합에 의해 정의될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 핀들(112)을 부가 또는 제거함으로써, 그리고/또는 하나 이상의 핀들(112)을 상이한 크기의 기판 접촉 영역을 갖는 하나 이상의 핀들(112)로 대체함으로써, 기판 접촉 계면을 제어할 때 부가된 유연성을 제공할 수 있다.
[00177] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 이상, 그리고 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 이하인 기판 접촉 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.2 내지 20, 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 또는 0.2 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.3 내지 20, 0.3 내지 15, 0.3 내지 10, 0.3 내지 5, 또는 0.3 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.4 내지 20, 0.4 내지 15, 0.4 내지 10, 0.4 내지 5, 또는 0.4 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.5 내지 20, 0.5 내지 15, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.6 내지 20, 0.6 내지 15, 0.6 내지 10, 0.6 내지 5, 또는 0.6 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.7 내지 20, 0.7 내지 15, 0.7 내지 10, 0.7 내지 5, 또는 0.7 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.8 내지 20, 0.8 내지 15, 0.8 내지 10, 0.8 내지 5, 또는 0.8 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 0.9 내지 20, 0.9 내지 15, 0.9 내지 10, 0.9 내지 5, 또는 0.9 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다.
[00178] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 제1 측면(111) 및 하나 이상의 핀들(112)에 의해 정의된 제2 측면을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 제1 측면은 하나 이상의 핀들(112)이 용접 지그와 인터페이스하는 측면에 대응할 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)은 이전에 설명된 바와 같이 만곡된 프로파일(102)을 정의할 수 있다. 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은 핀 지지 시스템(110)의 제1 측면에 대향하는 제2 측면(113) 상에 있을 수 있다. 예들에서, 제2 측면(113)은 또한, 핀 지지 시스템(110)의 기판 접촉 계면(130)이 제공되거나 정의되는 측면이다. 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 대면하도록 구성되는 핀 지지 시스템(110)의 측면 상의 하나 이상의 핀들(112)에 의해 정의될 수 있다. 핀 지지 시스템(110)이 2개 이상의 핀들(112)을 포함하는 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은, 도 2a를 참조하여 논의된 바와 같이 2개 이상의 핀들(112)의 원위 단부에 의해 정의된 평면일 수 있으며, 여기서 2개 이상의 핀들(112)은 요소들 또는 구조들(101)로 표현된다. 예들에서, 도 2a의 만곡된 프로파일을 정의하기 위한 핀(112)의 원위 단부는, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 물리적으로 접촉하도록 구성된 핀 기판 접촉 표면(119)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)이 핀 지지 시스템(110)으로서 구현될 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 수용하도록 구성된 마운트 시스템(100)의 영역은, 용접 지그 상에 설치될 때의 패턴의 주변 구역을 정의하도록 배열된 하나 이상의 핀들 또는 핀 구조들(112)에 의해 정의될 수 있다.
[00179] 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)을 임의의 바람직한 방식으로 배열하는 것이 가능할 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)은 다양한 핀 지지 높이들을 갖도록 배열되도록 구성될 수 있다. 예에서, 적어도 하나 이상의 핀들(112)은 적어도 하나의 다른 핀(112)의 핀 지지 높이보다 더 큰 핀 지지 높이를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 하나의 핀(112)의 핀 지지 높이는 이전에 논의된 바와 같이 조정 가능한 핀 지지 높이들을 갖도록 구성된 핀들(112)을 사용함으로써, 상이한 크기들을 갖는 핀들(112)을 사용함으로써, 또는 둘 모두의 조합을 사용함으로써 적어도 하나의 다른 핀(112)의 핀 지지 높이만큼 구별될 수 있다.
[00180] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 2개 이상의 핀들(112)은 이전에 설명된 바와 같이 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 배열될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 제1 위치에서 용접 지그 상에 배열된 제1 핀 지지 높이를 갖는 하나 이상의 핀들(112), 및 제2 위치에서 용접 지그 상에 배열된 제2 핀 지지 높이를 갖는 하나 이상의 핀들(112)을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 제1 핀 지지 높이는 제2 핀 지지 높이와 상이하다. 예들에서, 제1 핀 지지 높이는 제2 핀 지지 높이보다 더 작다. 예들에서, 더 작은 핀 지지 높이를 갖는 하나 이상의 핀들(112)은 더 큰 핀 지지 높이를 갖는 하나 이상의 핀들(112)을 둘러싸도록 배열된다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 제3 핀 지지 높이를 갖는 하나 이상의 핀들을 포함할 수 있다. 제3 핀 지지 높이는 제1 및 제2 핀 지지 높이들과 상이할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 다양한 핀 지지 높이의 임의의 수의 하나 이상의 핀들(112)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은 패턴으로 배열된 핀들(112)의 어레이를 포함할 수 있으며, 패턴의 주변 구역에 위치된 하나 이상의 핀들(112)은 패턴의 중앙 구역에 위치된 하나 이상의 핀들(112)의 핀 지지 높이보다 더 작은 핀 지지 높이를 갖는다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)은, 핀 지지 높이가 패턴의 주변 구역으로부터 패턴의 중심 구역까지 점진적으로 증가하도록 하는 패턴으로 배열된 핀들(112)의 어레이를 포함할 수 있다. 예들에서, 배열된 핀들(112)의 패턴의 중심 구역을 향한 핀 지지 높이의 점진적인 증가는 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 그 위에 클램핑될 수 있는 만곡된 프로파일(102)을 정의할 수 있다.
[00181] 도 3e 내지 도 3h는 이전에 설명된 마운트 시스템(100)으로서의 핀 지지 시스템(110)의 예시적인 구현을 예시한다. 도 3e 및 도 3f는, 기판 계면 영역(130)을 정의하도록 배열된 핀들(112)의 어레이를 포함하는 핀 지지 시스템(110)의 예들의 하향식 도면(top down view)들을 예시한다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 기판 계면 영역은 핀 지지 시스템(110)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하도록 구성된 핀 지지 시스템(110)의 물리적 표면적보다 더 크다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 물리적 표면 영역은 핀 지지 시스템(110)을 구성하는 하나 이상의 핀들(112)의 표면으로 제한되는 한편, 기판 계면 영역(130)은 핀 지지 시스템(110)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 의해 점유하도록 의도된 지지 시스템(110)의 일 측면 상의 영역인 것으로 이해되어야 한다. 예들에서, 예시된 바와 같이, 핀 지지 시스템(110)의 일부인 하나 이상의 핀들(112)은, 핀 지지 시스템(110)을 위해 의도된 기판 계면 영역(130)의 둘레 또는 경계들을 묘사하도록 배열될 수 있다. 예들에서, 하나 이상의 핀들(112)을 재배열함으로써 핀 지지 시스템(110)의 기판 계면 영역(130)의 경계들을 재구성하는 것이 가능할 수 있다. 예들에서, 기판 계면 영역(130)의 경계들을 정의하는 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은, 하나 이상의 핀들(112)의 세트 또는 클러스터의 주변부에 위치된 그러한 하나 이상의 핀들(112)일 수 있다. 예들에서, 기판 계면 영역(130)의 주변 구역의 핀들(112)은 클램프들(500)이 배치되어야 하는 곳에 근접할 수 있다. 이는 핀 시스템(110)이 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 클램핑을 가능하게 할 수 있다. 예들에서, 핀들(112)은 또한, 기판 또는 사전 굽힘된 기판(300)의 중앙 부분을 지지하기 위해 중앙 구역에 위치될 수 있다. 예들에서, 클램프들(500)에 가장 가까이 로케이팅된 핀들(112)은, 기판 계면 영역(130)의 중앙 부분에 위치된 핀들(112)의 핀 지지 높이보다 더 작은 핀 지지 높이를 갖도록 구성되거나 또는 조정될 수 있다. 도 3e 및 도 3f에 예시된 바와 같이, 핀 지지 시스템(110)의 핀들(112)은 상이한 크기들의 기판들 또는 사전 굽힘된 기판들을 수용하기 위해 상이한 수들로, 상이한 배열체들로, 상이한 간격으로, 또는 이들의 임의의 조합으로 제공될 수 있다.
[00182] 예들에서, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)에 의해 달성되는 만곡된 프로파일은 아래에서 논의되는 격자 또는 몰드 구조들과 같은 일체형 구조의 만곡된 프로파일과 유사할 수 있다. 예들에서, 용접 지그의 표면으로부터 측정하면, 하나 이상의 핀들(112)이 배열될 수 있으며, 이들의 핀 지지 높이는 약 3 mm 내지 약 60 mm, 또는 약 12 mm 내지 약 50 mm, 또는 약 15 mm 내지 약 45 mm의 범위에서 만곡된 프로파일(102)의 중심에서 또는 그 근처에서 측정된 높이를 갖는 만곡된 프로파일(102)을 정의하도록 조정 또는 선택될 수 있다. 마찬가지로, 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)은, 사용 시 만곡된 프로파일(102)의 외부 가장자리에서 또는 그 근처에서 사전 굽힘된 기판과 대면하는 용접 지그 표면으로부터 측정된 만곡된 프로파일의 높이가 약 0.5 mm 내지 약 55 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 45 mm, 또는 약 10 mm 내지 약 40 mm에 있도록 지지 높이를 갖게 선택 및/또는 조정될 수 있다. 예들에서, 측면에서 볼 때 핀 지지 시스템(110)의 하나 이상의 핀들(112)에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 두께 프로파일은 만곡된 프로파일, 하나 이상의 핀들(112)에 의해 정의된 기판 계면 영역(130)의 곡선 프로파일, 또는 둘 모두의 중심에서 가장 큰 높이를 가지며, 높이는 만곡된 표면으로부터 기판 계면 영역(130)의 외부 가장자리들 또는 주변부를 향해 점진적으로 감소될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(100)의 단면에 걸친 높이의 차이들은 오목한 하향 곡선을 초래할 수 있다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 핀 지지 시스템(110)에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 형상은 반단축이 자신의 반장축보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00183] 도 3g 및 도 3h는, 클램프들(500)에 의해 기판 또는 사전 굽힘된 기판(300)이 클램핑된 용접 지그(400) 상에 제공되는, 사용중인 핀들(112)의 어레이를 포함하는 핀 지지 시스템(110)의 개략적인 측면도들을 예시한다. 도 3g 및 도 3h에 예시된 바와 같이, 핀 지지 시스템(110)은 다양한 수의 핀들(112)을 사용하여 구현될 수 있다. 도 3i는 핀 지지 시스템(110)에서 사용될 수 있는 상이한 형상들 및 크기들을 갖는 핀들(112)의 추가적인 예들을 예시한다.
[00184] 도 3j 내지 도 3m은, 마운트 시스템(100)으로서 핀 지지 시스템(110)을 사용하는 DED 제조 프로세스의 개략적인 측단면도를 예시한다. 예들에서, 클램프들(500)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판(300)의 전체 둘레를 따라 배열될 수 있다. 도면들에서, 클램프들(500)은 단부들에서만 도시되는데, 왜냐하면 이들은 그렇지 않으면 사전 굽힘된 기판(300) 및 클램프들(500)에 의해 커버될 핀 지지 시스템(110)을 예시하기 위한 측단면도들이기 때문이다. 예시된 바와 같이, 도 3j에서, 사전 굽힘된 기판(300)은 용접 지그(400) 상에 배열된 하나 이상의 핀들(112)을 포함하는 핀 지지 시스템(110) 상에, 클램프들(500)을 사용하여 클램핑될 수 있다. 도 3j에 예시된 바와 같이, 핀 지지 시스템(110)의 핀들(112)의 어레이는 만곡된 프로파일을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있으며, 그 만곡된 프로파일 위에 기판 또는 사전 굽힘된 기판(300)이 배치된다. 예들에서, 하나 이상의 클램프들(500)은 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 핀들(112)의 어레이에 의해 정의된 만곡된 프로파일에 부합하게 하기 위해 기판 또는 사전 굽힘된 기판 상에 충분한 압력을 가할 수 있다. 그런 다음, 사전 굽힘된 기판(300)은 도 3k에 예시된 바와 같이 열 처리될 수 있다. 예들에서, 열 처리 후에, DED 제조는, 증착 장치, 예를 들어 플라즈마 아크 토치(250)를 사용하여 하나 이상의 층들을 증착하면서, 도 3l에 예시된 바와 같이 진행될 수 있다. 증착 프로세스의 완료 시, 도 3m에 예시된 바와 같이 클램프들(500)이 제거될 수 있다. 예시된 바와 같이, 본원에서 설명되는 바와 같은 왜곡 완화(distortion mitigation) 프로세스와 함께 마운트 시스템(100)으로서 핀 지지 시스템(110)을 사용하면, 결과적인 작업물은 개선된 프로파일을 갖는 것으로 예상된다.
[00185] 마운트 시스템(100)에 대해 앞서 논의한 바와 같이, 예들에서, 핀 지지 시스템(110)에 의해 제공되는 공칭 편향(hpin support)(휘어짐)은, 핀 지지 시스템(110)이 용접 지그 상에 설치될 때 용접 지그의 표면으로부터 측정된 만곡된 프로파일(102)의 중심에서의 최대 높이와 도 2a에 예시된 바와 같이 만곡된 프로파일(102)의 가장자리 또는 주변 림 부분(104)의 상부 표면 사이의 차이일 수 있다. 도 2a에서, 만곡된 프로파일(102)의 최대 높이(198)와 가장자리 또는 주변 림 부분(104) 사이의 차이는 hpin support이다. 핀 지지 시스템(110)에 의해 정의된 표면 영역(130)과 길이 비율(Lr)은, 핀 지지 시스템(110)에 의해 정의된 표면 영역의 새로운 x 치수(Li)와 핀 지지 시스템(110)에 의해 정의된 표면적의 원래 길이(L0) 사이의 비율이다. 예측된 최대 핀 지지 마운트 시스템(110) 편향(hLr)은 공칭 편향(hmount)과 마운트 시스템(110)에 의해 정의된 표면 영역의 길이 비율(Lr)의 제곱 사이의 곱에 대략 비례하며, 이는 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다:
Lr = Li/L0
그리고 따라서
hLr 
hpin support × Lr2이다.
[00186] 따라서, 예를 들어, 635 mm × 190 mm(L × W)의 xy 치수들을 갖는 표면 계면 영역(130)을 정의하는 핀 지지 시스템(110)의 경우, 예측된 최대 편향(hLr)은 약 3.8mm이다. 1905 mm × 635 mm의 xy 치수들을 갖는 것과 같은 더 긴 정의된 표면 영역은 3의 길이 비율(Lr = 1905/635 = 3) 및 3.8 × 32 
34.2 mm의 최대 편향(hLr)을 가질 것이다. 공칭 편향은 약 3 mm 내지 약 35 mm일 수 있다. 따라서, 편향의 양은 핀 지지 시스템(110)의 특성들에 의존할 수 있다. 더 긴 기판을 수용하기 위해 핀 지지 시스템(110)에 의해 정의된 표면 계면 영역(130)이 더 길어질 필요가 있을수록, 편향은 더 높고/더 커질 필요가 있을 것이다.
[00187] b. 단일-핀 핀 지지 시스템
[00188] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 단일-핀 핀 지지 시스템(110)으로서 구현될 수 있다. 예들에서, 단일-핀 핀 지지 시스템은 설명된 바와 같은 단일 핀(112)을 포함할 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)이 단일-핀 핀 지지 시스템인 경우, 핀 지지 시스템(110)은, 설치될 때, 핀들(112)에 대해 설명된 바와 같이 용접 지그와 인터페이스하거나 또는 용접 지그와 대면하기 위한 제1 측면 및 만곡된 프로파일(102)을 갖거나 또는 정의하는 제2 측면을 포함할 수 있다. 예들에서, 만곡된 프로파일(102)은 단일 핀(112)의 최상부 표면의 프로파일일 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)이 단일 핀인 경우, 핀은, 아래에서 논의되는 만곡된 클램핑 몰드(170)와 관련하여 설명되는 바와 같이, 지그 상에 설치될 때 지그로부터 멀어지게 지향되도록 구성된 만곡된 물리적으로 수정된 표면을 포함하도록 구성될 수 있다. 단일-핀 핀 지지 시스템의 핀은, 치수들을 포함하여, 몰드(170)를 클램핑하기 위한, 설명된 바와 같은 가장자리들보다 더 두꺼운 중심 부분을 갖는 핀 헤드(118)를 포함할 수 있다. 또한, 클램핑 몰드(170)와 유사하게, 단일-핀 핀 지지 시스템에서 사용되는 핀은 주변 림(peripheral rim)을 갖는 제1 측면을 포함할 수 있다. 예들에서, 주변 림은 적어도 일 측면 상에 평탄한 또는 평면형 표면을 가질 수 있다. 예들에서, 클램핑 몰드(170)에 대해 논의된 바와 같이, 단일-핀 핀 지지 시스템의 경우, 핀은 논의된 바와 같은 0.1 내지 20의 범위 또는 그의 임의의 하위 범위 내에 속하는 표면 접촉 계면을 갖도록 구성된 구조를 포함할 수 있다. 또한, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 설명과 유사하게, 단일-핀 핀 지지 시스템(110)은 하나 이상의 세라믹 코팅 및/또는 본드 코팅을 포함할 수 있고, 만곡된 클램핑 몰드(170)에 대해 설명된 것과 동일한 또는 유사한 공칭 편향을 나타낼 수 있다.
[00189] 2. 격자 지지 구조
[00190] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 격자 지지 구조(150)를 포함할 수 있다 격자 지지 구조(150)의 예들은 도 4a 내지 도 4d에 예시된다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 하나 이상의 금속성 요소들(151)의 프레임워크 또는 구조를 포함할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 프레임일 수 있다.
[00191] 예들에서, 금속성 요소들(151)은 임의의 원하는 형상 및 크기일 수 있다. 예들에서, 금속성 요소들은 장타원형(oblong), 구형(spherical), 입방체(cubic), 사다리꼴(trapezoidal), 규칙적 또는 불규칙적 형상, 및 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 금속성 요소들(151)은 스트립(strip)들, 로드(rod)들, 바(bar)들 등의 구조들을 포함한다. 격자 지지 구조(150)의 도 4a에 제공된 개략적인 사시도, 도 4b의 하향식 도면, 및 도 4c의 측면도에서 예시된 바와 같이, 금속성 요소들(151)은 균일한 형상 및 크기, 상이한 형상들 및 크기들, 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
[00192] 예들에서, 격자 지지 구조(150)를 구성하는 금속성 요소들(151)은 임의의 배열체를 가질 수 있다. 예시된 바와 같이, 금속성 요소들(151)은 서로 수직이고 평행하다. 예들에서, 금속성 요소들(151)은 서로 대각선이거나 무작위로 배열될 수 있다. 금속성 요소들(151)은 볼트들, 스크류들, 브래킷들, 핀들, 베어링들 등의 구조들과 같은 임의의 알려진 패스너에 의해 서로 연결될 수 있다. 예들에서, 금속성 요소들(151)은 용접, 융합 또는 접착제들에 의해 서로 부착될 수 있다. 예들에서, 금속성 요소들(151)은 모두 하나의 일체형 인접 구조의 일부일 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 임의의 하나 이상의 설명된 방식들로 그리고/또는 인접한 일체형 구조의 일부로서 서로 연결되는, 위에서 언급된 금속성 요소들(151)의 배열체들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다.
[00193] 격자 지지 구조(150)는 미리 결정된 기판 접촉 계면을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.1 내지 20 범위의 기판 접촉 계면을 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 이상, 그리고 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 이하인 기판 접촉 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.2 내지 20, 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 또는 0.2 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.3 내지 20, 0.3 내지 15, 0.3 내지 10, 0.3 내지 5, 또는 0.3 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.4 내지 20, 0.4 내지 15, 0.4 내지 10, 0.4 내지 5, 또는 0.4 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.5 내지 20, 0.5 내지 15, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.6 내지 20, 0.6 내지 15, 0.6 내지 10, 0.6 내지 5, 또는 0.6 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.7 내지 20, 0.7 내지 15, 0.7 내지 10, 0.7 내지 5, 또는 0.7 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.8 내지 20, 0.8 내지 15, 0.8 내지 10, 0.8 내지 5, 또는 0.8 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 0.9 내지 20, 0.9 내지 15, 0.9 내지 10, 0.9 내지 5, 또는 0.9 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다.
[00194] 예들에서, 격자 지지 구조(150)는, 격자 지지 구조(150)의 (파선으로 표현된) 기판 계면 영역(155)의 경계를 정의하는, 예시된 바와 같은 주변 구역(154)을 포함할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 기판 계면 영역은 주변 구역(154)에 의해 정의된 표면 영역과 상이할 수 있는데, 예를 들어 이보다 더 작을 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 기판 계면 영역은, 격자 지지 구조(150)가 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 의해 중첩되도록 구성된 영역으로서 이해되어야 한다.
[00195] 예들에서, 주어진 기판 계면 영역에 대한 격자 지지 구조(150)의 기판 접촉 계면은 격자 지지 구조(150)의 기판 접촉 표면을 정의하는 금속성 요소들의 구성에 의해 제어될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 하나 이상의 크기들의 더 많거나 더 적은 수의 금속성 요소들을 포함하도록 구성될 수 있고, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 인터페이싱하도록 구성된 표면에 걸쳐 다양한 각도들로 서로 다른 간격으로 떨어져 있을 수 있다. 사용 동안 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 의도된 격자 지지 구조(150)의 금속성 요소들의 수, 크기, 및 간격을 제어함으로써, 격자 지지 구조(150)의 전체 기판 접촉 영역에 영향을 미치는 것이 가능할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 하나 이상의 요소들의 기판 접촉 영역이 영향을 받을 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 하나 이상의 요소들(151)의 기판 접촉 표면은 고르지 않거나, 정사각형이거나, 둥글거나, 오목하거나, 볼록하거나, 불규칙하거나, 평면이거나, 비-평면이거나 또는 이들의 임의의 조합이 되도록 구성된다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 예시된 바와 같이, 금속성 요소들(151)은 요소의 전체 폭보다 더 좁은 요소 기판 접촉 표면(156)을 정의하는 테이퍼진 프로파일을 가질 수 있다. 예들에서, 더 좁은 요소 기판 접촉 표면(156)은 감소된 기판 접촉 영역을 초래할 수 있다. 예들에서, 요소 기판 접촉 표면(156)의 영역은 그 요소 기판 접촉 영역과 동일할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 하나 이상의 요소들(151)의 요소 기판 접촉 표면(156)의 기판 접촉 영역은 요소 기판 접촉 표면(156)의 영역보다 더 작을 수 있다. 예들에서, 요소 기판 접촉 표면(156)은, 본원에서 설명된 바와 같이, 널링되거나, 주름지거나, 또는 그렇지 않으면, 리지들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 예들에서, 이러한 표면 효과들은 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 요소(151)의 기판 접촉 표면(156)과 완전히 접촉하는 것을 방지함으로써 요소(151)의 기판 접촉 표면(156)의 기판 접촉 영역을 감소시킬 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 하나 이상의 요소들의 기판 접촉 표면(156)은, 클램핑된 기판 또는 사전 굽힘된 기판의 표면을 요소(151)의 기판 접촉 표면(156)의 하나 이상의 부분들로부터 이격시키도록 구성된 하나 이상의 돌출부들을 포함할 수 있다. 격자 지지 구조(150)의 하나 이상의 요소들의 표면 접촉 표면에 대한 이러한 표면 효과들 중 임의의 것은, 격자 지지 구조(150)의 기판 접촉 영역 및 그에 따른 기판 접촉 계면에 영향을 미치기 위해 이용될 수 있다.
[00196] 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 격자 지지 구조(150) 내에 하나 이상의 공극 영역들을 생성할 수 있는 하나 이상의 캐비티들(158)을 포함할 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 갭들 또는 공극들이 DED 챔버의 분위기, 또는 열 절연체로서 작용할 수 있는 아르곤과 같은 희가스로 채워질 수 있게 하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 이러한 갭들 및 공극들은 상당히 덜 열 전도성인 고체/가스/고체 계면들을 제공한다. 따라서, 사전 굽힘된 기판/아르곤 가스/마운트 시스템 및/또는 용접 지그 사이의 이러한 계면들은 열 배리어들로서 효과적으로 작동할 수 있다. 따라서, 예들에서, 하나 이상의 갭들 또는 공극들은 또한, 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 용접 지그 사이의 평균 열 전달 계수를 최소화하는 것을 도울 수 있다. 예들에서, 이는 사전 굽힘된 기판에서 더 많은 열을 유지하는 데 도움이 될 수 있으며, 이로써 사전 굽힘된 기판에서 불균일한 온도 분포를 추가로 감소시키고 열 응력들을 감소시킨다.
[00197] 예들에서, 격자 지지 구조(150)는, 격자 지지 구조(150)가 제작을 위해 감소된 양의 재료를 요구하는 설계를 포함하는 이점을 제공할 수 있다. 이는, 일체형의 자립형 구조의 물리적 안정성을 여전히 유지하면서 비용 효과적일 수 있다. 제조에 필요한 비-자기 금속의 양을 감소시킴으로써 달성되는 비용 절감에 부가하여, 용접 지그와의 계면에서의 격자 지지 구조(150)의 격자 구성은 격자 지지 구조(150)와 용접 지그 사이의 표면 접촉 영역을 제한할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는, 격자 지지 구조(150)와 용접 지그 사이의 계면을 정의하는, 격자 구조의 하나 이상의 요소들(151)에서만 용접 지그와 접촉하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)와 용접 지그 사이의 접촉 계면은, 격자 지지 구조(150)의 기판 접촉 계면이 앞서 논의된 바와 같이 구성될 수 있는 것과 동일한 방식으로 원하는 대로 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 용접 지그의 표면과 맞물리도록 구성된 하나 이상의 요소들(151)을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에 대해, 하나 이상의 요소들(151)은 예를 들어, 도 4a, 도 4c 및 도 4d에 예시된 바와 같이 돌출부들로서 구성될 수 있다. 예들에서, 돌출 요소들(151)은 용접 지그 상에 제공된 하나 이상의 끼워맞춤부들, 개구들, 보어들 등과 정합하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 용접 지그와의 감소된 접촉 계면은 강성을 유지하면서 격자 지지 구조(150)로부터 지그로의 전도 열 전달을 감소시킬 수 있다. 열 전달의 이러한 감소는 또한, 사전 굽힘된 기판에서의 열 보유(heat retention)에 기여하여, 용접 지그에 대한 손실을 최소화할 수 있다.
[00198] 예들에서, 격자 지지 구조(150)는, 예를 들어 도 4c에서 파선으로 예시된 바와 같이, 용접 지그 쪽으로 지향되도록 구성된 제1의, 일반적으로 평면인, 짝수인, 또는 평탄한 측면(153)을 정의할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 만곡된 프로파일을 갖는 제2 측면("만곡된 측면")(152)을 정의할 수 있다. 격자 지지 구조(150)의 만곡된 측면(152)은 지그로부터 멀어지게 그리고 사전 굽힘된 기판을 향해 지향될 수 있고, 사전 굽힘된 기판에 대해 포지셔닝될 수 있다. 격자 지지 구조(150)는 또한 주변 구역(154)을 포함할 수 있다. 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위해 하나 이상의 클램프들이 사용될 수 있다. 이는 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 지그를 향해 가압되는 것을 초래할 수 있으며, 그에 따라 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하는 데 필요한 힘들은 클램프들과 지그 사이에 있을 것이며, 격자 지지 구조는 기판과 지그 사이의 지지부이다. 실시예들에서, 사전 굽힘된 기판은 축방향으로 하향으로 가압된다.
[00199] 예들에서, 용융 트랙이 존재할 수 있는 사전 굽힘된 기판의 후면측(제1 측면)은 격자 지지 구조(150)의 측면(지그를 등짐(제2 측면))을 대면하도록 포지셔닝될 수 있다. 이러한 구성에서, 사전 굽힘된 기판의 후면측은 격자 지지 구조(150)의 만곡된 표면 및 지그를 향해 하방을 향하고 있다. 하나 이상의 클램프들은 이미 논의된 바와 같이 사전 굽힘된 기판과 지그 사이에 격자 지지 구조(150)를 사용하여 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정할 수 있다.
[00200] 격자 지지 구조(150)는 가장자리들에서보다 중앙 부분에서 더 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 그에 따라, 만곡된 표면은 만곡된 표면의 중앙 근처에서 가장 큰 높이를 갖게 된다. 본원에서 제공되는 실시예들에서, 격자 지지 구조(150)의 중심에서 또는 그 근처에서 측정되는 격자 지지 구조(150)의 높이는 약 3 mm 내지 약 60 mm, 또는 약 12 mm 내지 약 50 mm, 또는 약 15 mm 내지 약 45 mm의 범위일 수 있다. 격자 지지 구조(150)의 외부 가장자리들에서 또는 그 근처에서 측정되는 격자 지지 구조(150)의 높이는 약 0.5 mm 내지 약 55 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 45 mm, 또는 약 10 mm 내지 약 40 mm의 범위일 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 두께 프로파일은 측면에서 볼 때 격자 지지 구조(150)의 중심에서 가장 큰 높이를 가지며, 그 높이는 외부 가장자리들을 향해, 만곡된 표면으로부터 점차 감소될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 단면에 걸친 높이의 차이들은 격자 지지 구조(150)의 최상부 표면에 오목한 하향 곡선을 초래할 수 있다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 격자 지지 구조(150)의 형상은 반단축이 자신의 반장축보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00201] 격자 지지 구조(150)는, 이전에 언급된 바와 같은 DED 프로세싱의 통상적인 조건들 하에서 사용하기 위한 충분한 강도 및 온도 저항을 갖는 임의의 금속으로 구성될 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 하나 이상의 요소들은 격자 지지 구조(150)의 적어도 하나의 다른 요소의 재료와 동일하거나 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
[00202] 앞서 논의된 바와 같이, 예들에서는, 마운트 시스템(100)의 구현에서 세라믹 시트, 플레이트, 또는 파일론 및/또는 세라믹 코팅이 사용되지 않는다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 세라믹 시트들 또는 파일론, 세라믹 코팅, 또는 둘 모두가 없다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 설명된 바와 같은 세라믹 코팅을 포함할 수 있다. 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 세라믹 시트, 플레이트, 또는 파일론과 함께 사용될 수 있다.
[00203] 예들에서, 격자 지지 구조(150)의 두께는, DED 프로세스들에서 통상적으로 사용되는 세라믹 절연체의 시트들로 달성되는 동일한 또는 유사한 단열 특성들을 모방하거나 또는 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 클램핑 픽스처 플랫폼, 이를테면 지그로부터 기판을 열적으로 분리하기 위해, 종래의 DED 프로세스들에서, 알루미나(Al2O3) 절연체의 하나 이상의 시트들 또는 플레이트들이 사용된다. 절연 시트들의 종래의 사용은, DED 프로세스 동안에 더 균질한 온도 분포에 기여하면서, 지그에 대한 열적 손상의 잠재적인 위험을 감소시키는 것이다. 시트들 또는 플레이트들의 두께가 변할 수 있지만, 종래에 사용되는 시트들은 두께가 약 3 mm 내지 3.5 mm일 수 있다. 종래의 DED 프로세스들에서, 세라믹 절연 시트들의 다수의 시트들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 종래의 프로세스들에서, 약 12 mm의 절연 층을 제공하기 위해, 세라믹 절연의 약 4개의 시트들 또는 플레이트들이 사용된다. 더 많은 또는 더 적은 수의 세라믹 절연 시트들이 종래에 사용될 수 있다. 이러한 알루미나 절연 플레이트들은 크기에 맞게 절단될 수 있다. 그러나, 그렇게 하는 것은 호흡관(respiratory tract) 또는 눈 자극(eye irritation)을 유발할 수 있는 알루미나의 입자들을 방출할 수 있다. 알루미나 절연 시트들은 또한, 흡습성(hygroscopic)인 경향이 있고, 초기에, DED 프로세스의 열 온도 동안 수증기를 방출할 수 있으며, 이는 바람직하지 않은, 프로세싱 동안 증착 환경의 변동들을 초래할 수 있다. 기판과 지그 사이에 통상적으로 사용된 세라믹 절연 시트들은 또한, 세라믹 절연 시트들의 취성(brittleness) 및 취약성(fragility)으로 인해 사용 후에 폐기되어야 하며, 그에 따라, DED 제조의 비용을 증가시키는 소모품을 나타낸다.
[00204] 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 종래의 세라믹 절연 플레이트들과 조합하여 사용될 수 있다. 격자 지지 구조(150)는, 종래의 세라믹 절연 플레이트들을 대체할 수 있고, 동일한 높이를 유지하면서 유사한 단열을 제공할 수 있으며, 그에 따라 열원을 제공하는 용융 툴(들)의 설정이나 DED에서 만들 제품을 정의하는 CAD-CAM 경로 계획을 최소한으로 변경해야 한다. 위에서 논의된 바와 같이, 기계에 따른 동작 제약들 외에 격자 지지 구조(150)의 두께에는 물리적인 제한이 없다. 예를 들어, DED 시스템들의 높이 스트로크는 사용되는 격자 지지 구조(150)의 두께를 지시할 수 있다. 격자 지지 구조(150)의 두께는, 시스템의 높이 스트로크에 기반하여 작업물의 제조를 위한 충분한 여유공간(clearance)을 허용하면서, 격자 지지/지그 계면에서의 열 유동 감소를 최대화하도록 선택될 수 있다.
[00205] 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 세라믹 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, DED 기판과 대면하는, 격자 지지 구조(150)의 표면 상에 세라믹 코팅이 적용될 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 세라믹 코팅은 만곡된 표면에 직접 적용될 수 있거나, 또는 세라믹 코팅은 제2 만곡된 표면에 직접적으로 적용되는 접합 코트에 적용될 수 있다. 세라믹 코팅은 접합 코트와 함께 또는 접합 코트 없이 격자 지지 구조(150)의 어느 하나의 표면에 직접 적용될 수 있다. 예들에서, 세라믹 코팅은 격자 지지 구조(150)와 기판 또는 사전 굽힘된 기판 사이의 열 접촉을 최소화하거나 방지하기 위해 열 절연을 제공할 수 있다.
[00206] 마운트 시스템(100)에 적용될 수 있는 세라믹 코팅들의 프로세스 및 특징들은 이전에 설명되었고, 격자 지지 구조(150)에 동일하게 적용된다. 또한, 이전에 논의된 바와 같이, 예들에서, 마운트 시스템(100)은 접합 코트를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예들에서, 격자 지지 구조(150)는 이전에 설명된 바와 같은 접합 코트를 포함할 수 있다.
[00207] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 주름진 표면 및/또는 널링 표면을 포함할 수 있다. 유사한 방식으로, 예들에서, 격자 지지 구조(150)와 사전 굽힘된 기판 사이의 열 연통을 추가로 최소화하거나 또는 방지하기 위해, 격자 지지 구조(150)의 만곡된 표면을 정의하고 사용 중일 때 기판 및/또는 사전 굽힘된 기판과 물리적 접촉하게 되는 격자 지지 구조(150)의 부분은 물리적으로 수정될 수 있다.
[00208] 널링된 표면은, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 구성된 격자 지지 구조(150)의 부분으로 절단될 수 있다. 널링된 표면은 세라믹 코팅 층의 적용 전에 절단될 수 있다. 리지들 및 트로프들의 조합을 포함하는 주름진 표면은 세라믹 코팅 층의 적용 전에 절단될 수 있다. 하나 이상의 리지들의 표면이 널링된 표면을 갖는 경우, 리지들 및 트로프들의 조합을 포함하는 주름진 표면은 세라믹 코팅 층의 적용 전에 절단될 수 있다.
[00209] 예들에서, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 구성된 격자 지지 구조(150)의 표면은 널링들을 포함할 수 있다. 격자 지지 구조(150)의 표면 상의 널링된 표면은 마운트 시스템(100)과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이 생성될 수 있다.
[00210] 예들에서, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 구성된 격자 지지 구조(150)의 표면은 주름부들을 포함할 수 있거나 또는 주름져 있다. 예들에서, 주름진 표면은 교번하는 리지들 및 홈들을 포함할 수 있다. 주름부는, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 접촉하도록 구성된 격자 지지 구조(150)의 격자의 표면을 구성하는 하나 이상의 요소들의 길이 또는 폭을 따라 이어질 수 있다. 리지들은 이전에 설명된 바와 동일한 특성들 및 이점들을 가질 수 있는 칼럼들일 수 있다.
[00211] 마운트 시스템(100)에 대해 또한 이전에 설명된 바와 같이, 격자 지지 구조(150)의 표면 상의 널링된 패턴 또는 주름부는 그 표면 상에 세라믹 코팅 층을 가질 수 있다.
[00212] 마운트 시스템(100)에 대해 앞서 논의한 바와 같이, 격자 지지 구조(150)의 공칭 격자 편향(hlattice)(휘어짐)은 격자 지지 구조(150)의 만곡된 표면의 중심에서의 최대 높이와 격자 지지 구조(150)의 가장자리의 상부 표면 사이의 차이일 수 있다. 만곡된 표면의 최대 높이와 격자 지지 구조(150)의 가장자리 사이의 차이는 hlattice일 수 있다. 격자 지지 구조(150) 길이 비율(Lr)은 격자 지지 구조(150)의 새로운 x 치수(Li)와 원래의 격자 지지 구조(150) 길이(L0) 사이의 비율일 수 있다. 예측된 최대 격자 편향(hLr)은 공칭 격자 편향(hL)과 격자 지지 구조(150)의 길이 비(Lr)의 제곱 사이의 곱에 대략 비례하며, 이는 다음 수학식에 따라 계산된다:
Lr = Li/L0
그리고 따라서
hLr 
hlattice × Lr 2이다.
[00213] 따라서, 635 mm × 190 mm(L × W)의 xy 치수들을 갖는 격자 지지 구조(150)의 경우, 예측된 최대 격자 편향(hLr)은 약 3.8mm이다. 1905 mm × 635 mm의 xy 치수들을 갖는 격자 지지 구조(150)와 같은 더 긴 격자 지지 구조(150)는 3의 격자 길이 비율(Lr=1905/635=3) 및 3.8 × 32 
34.2 mm의 최대 격자 편향(hLr)을 가질 것이다. 공칭 격자 편향은 약 3 mm 내지 약 35 mm일 수 있다. 따라서, 격자 지지 구조(150)의 편향의 양은 격자 지지 구조(150)의 특성들에 의존할 수 있다. 더 긴 기판을 수용하기 위해 격자 지지 구조(150)가 더 길어질 필요가 있을수록, 격자 지지 구조(150)의 편향은 더 높고/더 커질 필요가 있을 것이다.
[00214] 마운트 시스템(100)과 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 예들에서, 본원에서 제공되는 격자 지지 구조(150)는 독립형일 수 있다. 격자 지지 구조(150)는 지그와 별개이고 이격될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 격자 지지 구조(150)는 지그 상에 평탄하게 놓일 수 있다. 예시적인 격자 지지 구조(150)는 둘레 주위에 평탄한 표면 또는 평면형 표면을 갖는 림(rim)을 포함할 수 있다. 격자 지지 구조(150)의 표면의 만곡부는 아래에서 논의되는 만곡된 클램핑 몰드(170)와 관련하여 논의되는 바와 같이 세라믹 플레이트들을 사용하여 수행되는 초기 시험들 상에서 수집된 데이터에 기반하여 경험적으로 결정될 수 있다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 격자 지지 구조에 의해 정의된 프로파일은, 반단축이 자신의 반장축보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률(eccentricity)을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00215] 3. 만곡된 클램핑 몰드
[00216] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 만곡된 클램핑 몰드(170)를 포함할 수 있다.
[00217] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 국제 출원 제PCT/EP2020/082678호에서 논의된 것과 동일한 또는 유사한 피처들 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 만곡된 클램핑 몰드(170)는 미리 결정된 기판 접촉 계면을 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 클램핑 몰드(170)는 0.1 내지 20의 범위 내에 있는 기판 접촉 계면을 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 클램핑 몰드(170)는 국제 출원 제PCT/EP2020/082678호에서 논의된 것과 동일한 또는 유사한 피처들 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 0.1 내지 20의 범위 내에 있는 기판 접촉 계면을 갖도록 구성될 수 있다.
[00218] 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 이상, 그리고 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 이하인 기판 접촉 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.2 내지 20, 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 또는 0.2 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.3 내지 20, 0.3 내지 15, 0.3 내지 10, 0.3 내지 5, 또는 0.3 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.4 내지 20, 0.4 내지 15, 0.4 내지 10, 0.4 내지 5, 또는 0.4 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.5 내지 20, 0.5 내지 15, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.6 내지 20, 0.6 내지 15, 0.6 내지 10, 0.6 내지 5, 또는 0.6 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.7 내지 20, 0.7 내지 15, 0.7 내지 10, 0.7 내지 5, 또는 0.7 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.8 내지 20, 0.8 내지 15, 0.8 내지 10, 0.8 내지 5, 또는 0.8 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)는 0.9 내지 20, 0.9 내지 15, 0.9 내지 10, 0.9 내지 5, 또는 0.9 내지 1의 범위의 기판 접촉 인터페이스를 갖도록 구성될 수 있다.
[00219] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 만곡된 클램핑 몰드(170)의 기판 계면 영역을 정의하는, 예시된 바와 같은 최상부 표면(174)을 포함할 수 있다. 예들에서, 만곡형 클램핑 몰드(170)의 기판 계면 영역은, 예를 들어 최상부 표면(174)의 표면 영역과 상이할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 기판 계면 영역은 만곡된 클램핑 몰드(170)가 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판에 의해 중첩되도록 구성된 영역으로서 이해되어야 한다.
[00220] 예들에서, 주어진 기판 계면 영역에 대한 만곡된 클램핑 몰드(170)의 기판 접촉 계면은, 사용 중일 때 기판 또는 사전 굽힘된 기판과 대면하도록 구성된 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면을 수정함으로써 조정될 수 있다. 예들에서, 본원에서 설명된 바와 같이, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면은 평면형 프로파일, 불규칙 프로파일, 이로부터 연장되는 하나 이상의 돌출부들을 가지며, 그리고/또는 본원에 설명된 바와 같은 널링된 표면, 주름부들 또는 다른 리지들 및 트로프들, 그리고 만곡된 클램핑 몰드(170)의 기판 접촉 영역의 크기에 영향을 미칠 수 있는 임의의 유사한 구조를 포함하도록 구성될 수 있다.
[00221] 예들에서, 클램핑 몰드(170)는 주변 림을 포함하는 제1 측면을 포함할 수 있다. 예들에서, 주변 림은 적어도 일 측면 상에 평탄한 또는 평면형 표면을 가질 수 있다. 예들에서, 주변 림은 평탄한 또는 평면형 표면, 하나 이상의 공극 영역들을 생성하는 캐비티들 또는 함몰부들, 및 하나 이상의 보강 부재들을 가질 수 있다. 평면형 둘레 및 보강 부재(들)는 공통 평면을 공유한다. 예들에서, 주변 림 및 보강 부재(들)만이 지그 또는 클램핑 픽스처 플랫폼과 접촉하게 된다. 만곡된 클램핑 몰드는 또한, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 측면의 반대편에 있는 제2 측면을 포함하며, 제2 측면은 만곡된 표면을 갖는다.
[00222] 사용 시, 클램핑 몰드의 제1 측면은 용접 지그 쪽으로 지향될 수 있다. 클램핑 몰드의 만곡된 측면은 지그로부터 멀어지게, 그리고 사전 굽힘된 기판을 향해 지향될 수 있고, 그에 대해 포지셔닝될 수 있다. 주변 림의 평면형 표면 및 만곡된 클램핑 몰드의 보강 부재(들)는 지그 표면 상에 평탄하게 놓일 수 있다. 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위해 하나 이상의 클램프들이 사용될 수 있다. 이는 기판 또는 사전 굽힘된 기판이 지그를 향해 가압되는 것을 초래할 수 있으며, 그에 따라 기판 또는 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하는 데 필요한 힘들은 클램프들과 지그 사이에 있을 것이며, 만곡된 클램핑 몰드는 기판과 지그 사이의 지지부이다. 실시예들에서, 사전 굽힘된 기판은 축방향으로 하향으로 가압된다.
[00223] 만곡된 클램핑 몰드는 만곡된 클램핑 몰드의 제1 표면이 지그와 대면하도록 포지셔닝될 수 있다. 예들에서, 주변 림의 평면형 표면 및 만곡된 클램핑 몰드의 제1 측면의 보강 부재(들)는 지그 표면 상에 평탄하게 놓일 수 있다. 용융 트랙들이 존재할 수 있는 사전 굽힘된 기판의 후면측(제1 측면)은, 만곡된 클램핑 몰드의 측면(지그를 등짐(제2 측면))과 대면하도록 포지셔닝될 수 있다. 이 구성에서, 사전 굽힘된 기판의 후면측은 만곡된 클램핑 몰드의 만곡된 표면 및 지그를 향해 하방을 향하고 있다. 하나 이상의 클램프들은 이미 논의된 바와 같이 사전 굽힘된 기판과 지그 사이에 만곡된 클램핑 몰드를 사용하여 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정할 수 있다.
[00224] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드는 가장자리들에서보다 중앙 부분에서 더 큰 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 그에 따라 만곡된 표면은 만곡된 표면의 중앙 근처에서 가장 큰 높이를 갖게 된다. 본원에 제공되는 실시예들에서, 만곡된 클램핑 몰드의 중심에서 또는 그 근처에서 측정되는 만곡된 클램핑 몰드의 높이는 약 3 mm 내지 약 60 mm, 또는 약 12 mm 내지 약 50 mm, 또는 약 15 mm 내지 약 45 mm의 범위일 수 있다. 만곡된 클램핑 몰드의 외부 가장자리들에서 또는 그 근처에서 측정되는 만곡된 클램핑 몰드의 높이는 약 0.5 mm 내지 약 55 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 45 mm, 또는 약 10 mm 내지 약 40 mm의 범위일 수 있다. 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드의 두께 프로파일은 측면에서 볼 때 만곡된 클램핑 몰드의 중심에서 가장 큰 높이를 가지며, 높이는 외부 가장자리들을 향해 만곡된 표면으로부터 점차 감소될 수 있다. 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드의 단면에 걸친 높이의 차이들은 만곡된 클램핑 몰드의 최상부 표면에서 오목한 하향 곡선을 초래할 수 있다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 만곡된 클램핑 디바이스의 형상은 반단축이 자신의 반장축보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00225] 만곡된 클램핑 몰드는, 이전에 언급된 바와 같은 DED 프로세싱의 통상적인 조건들 하에서 사용하기에 충분한 강도 및 온도 내성을 갖는 임의의 금속으로 구성될 수 있다. 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드는 자신의 형상을 유지하는 것을 돕기 위해 비틀림 및 변형에 내성이 있는 강성 재료로 제조될 수 있다. 부가적으로, 만곡된 클램핑 몰드는 열 충격, 부식에 내성이 있고 비자성인 재료로 제조될 수 있다.
[00226] 앞서 논의된 바와 같이, 예들에서는, 마운트 시스템(100)의 구현에서 세라믹 시트, 플레이트, 또는 파일론 및/또는 세라믹 코팅이 사용되지 않는다. 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 세라믹 시트들 또는 파일론, 세라믹 코팅, 또는 둘 모두가 없다. 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 설명된 바와 같은 세라믹 코팅을 포함할 수 있다. 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 세라믹 시트, 플레이트 또는 파일론과 함께 사용될 수 있다.
[00227] 예들에서, 곡면형 클램핑 몰드(170)의 두께는, DED 프로세스들에서 통상적으로 사용되는 세라믹 절연체의 시트들로 달성되는 동일한 또는 유사한 단열 특성들을 모방하거나 또는 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 클램핑 픽스처 플랫폼, 이를테면 지그로부터 기판을 열적으로 분리하기 위해, 종래의 DED 프로세스들에서, 알루미나(Al2O3) 절연체의 하나 이상의 시트들 또는 플레이트들이 사용된다. 절연 시트들의 종래의 사용은, DED 프로세스 동안에 더 균질한 온도 분포에 기여하면서, 지그에 대한 열적 손상의 잠재적인 위험을 감소시키는 것이다. 시트들 또는 플레이트들의 두께가 변할 수 있지만, 종래에 사용되는 시트들은 두께가 약 3 mm 내지 3.5 mm일 수 있다. 종래의 DED 프로세스들에서, 세라믹 절연 시트들의 다수의 시트들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 종래의 프로세스들에서, 약 12 mm의 절연 층을 제공하기 위해, 세라믹 절연의 약 4개의 시트들 또는 플레이트들이 사용된다. 더 많은 또는 더 적은 수의 세라믹 절연 시트들이 종래에 사용될 수 있다. 이러한 알루미나 절연 플레이트들은 크기에 맞게 절단될 수 있다. 그러나, 그렇게 하는 것은 호흡관(respiratory tract) 또는 눈 자극(eye irritation)을 유발할 수 있는 알루미나의 입자들을 방출할 수 있다. 알루미나 절연 시트들은 또한, 흡습성인 경향이 있고, 초기에, DED 프로세스의 열 온도 동안 수증기를 방출할 수 있으며, 이는 바람직하지 않은, 프로세싱 동안 증착 환경의 변동들을 초래할 수 있다. 기판과 지그 사이에 통상적으로 사용된 세라믹 절연 시트들은 또한, 세라믹 절연 시트들의 취성 및 취약성으로 인해 사용 후에 폐기되어야 하며, 그에 따라, DED 제조의 비용을 증가시키는 소모품을 나타낸다.
[00228] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 종래의 세라믹 절연 플레이트들과 조합하여 사용될 수 있다. 만곡된 클램핑 몰드는 종래의 세라믹 절연 플레이트들을 대체할 수 있고, 동일한 높이를 유지하면서 유사한 단열을 제공할 수 있으며, 그에 따라 열원을 제공하는 용융 툴(들)의 설정이나 DED에서 만들 제품을 정의하는 CAD-CAM 경로 계획을 최소한으로 변경해야 한다. 위에서 논의된 바와 같이, 기계에 따른 동작 제약들 외에, 만곡된 클램핑 몰드의 두께에는 어떠한 물리적 제한도 없다. 예를 들어, DED 시스템들의 높이 스트로크는 사용되는 만곡된 클램핑 몰드의 두께를 지시할 수 있다. 만곡된 클램핑 몰드의 두께는, 시스템의 높이 스트로크에 기반하여 작업물의 제조를 위한 충분한 여유공간을 허용하면서, 몰드/지그 계면에서의 열 유동 감소를 최대화하도록 선택될 수 있다.
[00229] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 세라믹 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 세라믹 코팅이 DED 기판과 대면하는 만곡된 클램핑 몰드의 표면(널링들 또는 주름부들을 포함하는 제2 만곡된 표면) 상에 적용될 수 있다. 세라믹 코팅은 만곡된 표면에 직접 적용될 수 있거나, 또는 세라믹 코팅은 제2 만곡된 표면에 직접적으로 적용되는 접합 코트에 적용될 수 있다. 세라믹 코팅은 몰드의 대향하는 제1 평탄한 표면에 직접 적용될 수 있거나, 또는 세라믹 코팅은 제1 평탄한 표면에 직접적으로 적용되는 접합 코트에 적용될 수 있다. 세라믹 코팅은 만곡된 클램핑 몰드와 사전 굽힘된 기판 사이의 열 접촉을 최소화하거나 방지하기 위해 열 전열을 제공할 수 있다.
[00230] 마운트 시스템(100)에 적용될 수 있는 세라믹 코팅들의 프로세스 및 특징들은 이전에 설명되었고, 만곡된 클램핑 몰드(170)에 동일하게 적용된다. 또한, 이전에 논의된 바와 같이, 예들에서, 마운트 시스템(100)은 접합 코트를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 이전에 설명된 바와 같은 접합 코트를 포함할 수 있다. 적용된 접합 코트의 예들은 도 5c에 개략적으로 도시된다. 널링(178)은 접합 코트(186)로 코팅되며, 접합 코트(186)는 후속하여 세라믹 코팅(184)으로 코팅된다.
[00231] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 주름진 표면 및/또는 널링 표면을 포함할 수 있다. 유사한 방식으로, 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)와 사전 굽힘된 기판 사이의 열 연통을 추가로 최소화하거나 또는 방지하기 위해, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면이 물리적으로 수정될 수 있다.
[00232] 세라믹 코팅 층의 적용 전에, 널링된 표면이 만곡된 클램핑 몰드의 만곡된 표면으로 절단될 수 있다. 리지들 및 트로프들의 조합을 포함하는 주름진 표면은, 세라믹 코팅 층의 적용 전에 만곡된 클램핑 몰드의 만곡된 표면으로 절단될 수 있다. 리지들 및 트로프들의 조합을 포함하는 주름진 표면 ― 하나 이상의 리지들의 표면은 널링된 표면을 가짐 ― 은, 세라믹 코팅 층의 적용 전에, 만곡된 클램핑 몰드의 만곡된 표면으로 절단될 수 있다. 예시적인 실시예들이 도 5a, 도 5b, 도 5d 및 도 5e에 도시된다. 도 5a에 예시된 실시예는 널링되고 간격(180)에서의 널링들(178)의 조합을 포함하는 최상부 표면(174)과 편평한 또는 평면형 림(182)을 갖는 최하부 표면을 포함하는 만곡된 클램핑 몰드(100)를 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 만곡된 클램핑 몰드는 양측에 가장자리(176)를 포함할 수 있다. 몰드의 각각의 측면 상의 가장자리(176)는 클램핑 동안 플레이트(기판)의 짧은 가장자리의 하향 이동을 지지 및/또는 제한하는 것을 도울 수 있다.
[00233] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면은 도 5d 및 도 5e에 예시된 바와 같이 널링들을 포함할 수 있다. 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면 상의 널링된 표면은 마운트 시스템(100)과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이 생성될 수 있다.
[00234] 본원에 제공된 실시예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면은 주름부들을 포함할 수 있거나 주름져 있다. 몰드의 만곡된 표면은 교번하는 리지들 및 홈들을 포함하도록 주름질 수 있다. 주름부는 만곡된 클램핑 몰드(170)의 하나의 긴 가장자리로부터 다른 긴 가장자리까지 이어질 수 있다. 주름부는 만곡된 클램핑 몰드의 하나의 짧은 가장자리로부터 다른 짧은 가장자리까지 이어질 수 있다. 주름부는 만곡된 클램핑 몰드의 만곡부의 호에 수직인 복수의 칼럼들을 초래한다. 만곡된 표면에 있는 몰드의 둘레 가장자리들은 금속 재료에 의해 윤곽이 형성될 수 있고, 세라믹 코팅 또는 접합 코트로 코팅되지 않을 수 있다.
[00235] 리지들은 이전에 설명된 바와 동일한 특성들 및 이점들을 가질 수 있는 칼럼들일 수 있다. 만곡된 클램핑 몰드(170) 상에 구현된 예시적인 리지들이 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5e에 예시된다.
[00236] 마운트 시스템(100)에 대해 또한 이전에 설명된 바와 같이, 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 만곡된 표면 상의 널링된 패턴 또는 주름부는 그 표면 상에 세라믹 코팅 층을 가질 수 있다. 세라믹 코팅(184)을 갖는 만곡된 클램핑 몰드(170)를 도시하는 예시적인 실시예가 도 5b에 도시된다.
[00237] 마운트 시스템(100)에 대해 이전에 설명된 바와 같이, 만곡된 클램핑 몰드의 공칭 몰드 편향(hmold)(휘어짐)은 도 5b에 예시된 바와 같이, 만곡된 클램핑 몰드의 만곡된 표면의 중심에서의 최대 높이와 만곡된 클램핑 몰드의 가장자리의 상부 표면 사이의 차이이다. 도 5b에서, 만곡된 표면의 최대 높이(198)와 만곡된 클램핑 몰드의 가장자리(176) 사이의 차이는 hmold이다. 몰드 길이 비율(Lr)은 몰드(Li)의 새로운 x 치수와 원래의 몰드 길이(L0) 사이의 비율이다. 예측된 최대 몰드 편향(hLr)은 공칭 몰드 편향(hmold)과 몰드 길이 비율(Lr)의 제곱 사이의 곱에 대략 비례하며, 이는 다음 수학식에 따라 계산된다:
Lr = Li/L0
그리고 따라서
hLr 
hmold × Lr 2이다.
[00238] 따라서, 635 mm × 190 mm(L × W)의 xy 치수들을 갖는 만곡된 클램핑 몰드의 경우, 예측된 최대 몰드 편향(hLr)은 약 3.8mm이다. 더 긴 몰드, 이를테면 1905 mm × 635 mm의 xy 치수들을 갖는 만곡된 클램핑 몰드는 3의 몰드 길이 비율(Lr = 1905/635 = 3) 및 3.8 × 32 
34.2 mm의 최대 몰드 편향(hLr)을 가질 것이다. 공칭 몰드 편향은 약 3 mm 내지 약 35 mm일 수 있다. 따라서, 몰드의 편향의 양은 몰드의 특성들에 의존할 수 있다. 더 긴 기판을 수용하기 위해 만곡된 클램핑 몰드가 더 길어질 필요가 있을수록, 만곡된 클램핑 몰드의 편향이 더 높고/더 커질 필요가 있을 것이다.
[00239] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 또한, 몰드 강성 및 변형 저항을 여전히 유지하면서 몰드의 밑면이 캐비티들 또는 함몰부들을 포함하도록 설계될 수 있다. 예시적인 설계가 도 5f에 도시된다. 만곡된 클램핑 몰드의 최하부 표면 상의 비-자기 금속의 세그먼트들은 2개 이상의 캐비티들 또는 함몰부를 생성하도록 기계가공될 수 있다. 캐비티들 또는 오목부들은, 강화 부재로서 역할을 할 수 있는 밀링되지 않은(unmilled) 금속 영역에 의해 서로 분리될 수 있다. 밀링되지 않은 금속 영역이 또한, 몰드의 최하부 표면의 둘레 주위에 존재하여 림을 형성할 수 있다. 이러한 설계는, 여전히 몰드의 물리적 안정성을 유지하면서, 만곡된 클램핑 몰드(170)를 제작하는 데 필요한 재료의 양을 감소시킨다. 몰드를 형성하는 데 사용될 재료의 전체 벌크에 대한 필요성을 감소시킴으로써, 몰드의 구조의 강성을 유지하면서 몰드의 중량이 감소될 수 있다. 원하는 캐비티들 및 보강 부재들을 달성하기 위해 금속을 밀링하는 것에 대한 대안으로서, 주조 몰드가 이러한 속성들을 포함하도록 주조하여 곡선형 클램핑 금형(170)을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 원하는 최종 디자인을 달성하기 위해 제거해야 하는 재료의 양을 최소화한다. 또한, 이를테면, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 최하부 표면에 별개로 준비된 보강 부재를 부착함으로써, 보강 부재가 추가될 수 있다. 보강 부재는 임의의 적절한 방법을 통해 부착될 수 있다. 예시적인 방법들은 용접, 스크류들, 볼트들, 접착제, 또는 이들의 조합들을 포함한다.
[00240] 캐비티들은 임의의 형상을 가질 수 있다. 예들에서, 캐비티들은 캐비티들을 서로 분리하는 X-형상 보강 부재를 형성하기 위해 몰드 재료에 의해 분리된 4개의 삼각형 캐비티들일 수 있다. 예시적인 실시예가 도 5f에 도시된다. 도시된 구성에서, 기판은 삼각형 형상의 캐비티들(188, 190, 192, 및 194)을 생성하도록 기계가공되면서, X-형상 보강 부재(196) 및 평탄한 둘레 림(182)을 형성하는 재료를 남겨둔다. 평탄한 둘레 림(182)의 외부 표면과 X-형상 보강 부재(196)의 외부 표면은 동일한 평면에 있고, 지그에 고정될 때 지그 표면 상에 평탄하게 놓일 수 있다. 캐비티들은, 캐비티들을 서로 분리하는 H-형상 보강 부재를 형성하기 위해 몰드 재료에 의해 분리된 4개의 정사각형 또는 직사각형 캐비티들일 수 있다. 캐비티들은, 정사각형, 직사각형, 원형, 난형, 타원형, 사다리꼴, 평행 사변형, 오각형, 육각형, 칠각형, 별모양(starburst), 십자형, 다각형 별, 교차하는 기하학적 형상들, 다각형, 기하학적 형상, 불규칙한 형상, 규칙적인 형상, 대칭적 형상, 비대칭적 형상, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 임의의 형상일 수 있다.
[00241] 제작을 위해 필요한 비-자기 금속의 양을 감소시킴으로써 달성되는 비용 절감에 부가하여, 캐비티-플러스-강화 부재-플러스-주변 림 설계는 몇몇 기능적 장점들을 제공한다. 하나의 장점은, 몰드의 최하부 표면의 밀링되지 않은 부분들만이 고강도 강 지그와 접촉하게 될 것이라는 점이다. 이는, 만곡된 클램핑 몰드의 강성을 유지하면서, 만곡된 클램핑 몰드로부터 지그로의 전도 열 전달을 감소시킨다. 열 전달의 이러한 감소는 또한, 사전 굽힘된 기판에서의 열 보유에 기여하여, 지그에 대한 손실을 최소화한다.
[00242] 부가하여, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 최하부 표면의 캐비티들은 분위기 또는 아르곤 가스를 보유할 수 있다. 아르곤은, 캐비티들 및 둘레 림의 존재로 인해 몰드의 대부분 아래에서 절연체로서 효과적으로 사용될 수 있다. 아르곤은 매우 효과적인 절연체이다. 만곡된 클램핑 몰드(170)로부터 하부 강 지그로의 임의의 열 흐름은, 열 구배의 결과로서 전도 열 전달에 의해 고체/고체 접촉 계면(들)에 있을 것이다. 고체/기체/고체 계면들이 상당히 덜 열 전도성이기 때문에, 만곡된 클램핑 몰드(170)의 하부 표면의 캐비티들은 만곡된 클램핑 몰드(170)와 지그 사이의 열 배리어들(예컨대, 공기 또는 불활성 가스 갭들)로서 효과적으로 작용할 수 있다. 베이스플레이트로부터 지그로의 열 전달을 감소시키는 것을 돕기 위해, 베이스플레이트와 클램핑 몰드(170) 사이의 그리고/또는 클램핑 몰드(170)와 지그 사이의 계면들에서 공기 또는 불활성 가스 갭들이 활용될 수 있다. 따라서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 사전 굽힘된 기판에서 더 많은 열을 유지하는 데 도움이 될 수 있으며, 이로써 사전 굽힘된 기판에서 불균일한 온도 분포를 추가로 감소시키고 열 응력들을 감소시킨다.
[00243] 예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 높은 내구성을 나타낼 수 있다. 반복된 사용 후에, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 일부 열 응력을 겪을 수 있으며, 이는 누적되어 몰드의 약간의 작은 정도의 휘어짐 왜곡(이를테면, 반복된 사용 후에 가장자리들에서의 0.05 mm 내지 약 0.5 mm의 리프트)을 초래할 수 있다. 반복된 사용 후에 만곡된 클램핑 몰드(170)에서 관찰되는 휘어짐 왜곡의 정도는, DED 프리폼들에 대해 생성되는 왜곡 완화 효과들을 상당히 변화시킬 것으로 예상되지 않는다. 상이한 물체 설계들은, 상이한 크기들의 기판들을 수용하기 위해 상이한 크기들의 만곡된 클램핑 몰드들(170)의 사용을 요구할 수 있다. 유사한 만곡된 클램핑 몰드들(170)은 유사한 기하학적 구조들 및/또는 기판 크기들을 갖는 물체들의 생성을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 유사한 기하학적 구조들 및/또는 기판 크기들을 갖는 물체들은 패밀리들로 그룹화될 수 있고, 동일한 만곡된 클램핑 몰드 설계가 동일한 물체 패밀리 내에서 사용될 수 있다.
[00244] 마운트 시스템(100)과 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 예들에서, 본원에서 제공되는 만곡된 클램핑 몰드들(170)은 독립형일 수 있다. 만곡된 클램핑 몰드(170)는 지그와 별개이고 이격될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 만곡된 클램핑 몰드(170)는 지그 상에 평탄하게 놓일 수 있다. 예시적인 클램핑 몰드들(170)은 둘레 주위에 평탄한 표면 또는 평면형 표면을 갖는 림(rim)을 포함할 수 있다. 몰드의 만곡부는, 세라믹 플레이트들을 사용하여 수행된 초기 시험들 상에서 수집된 데이터에 기반하여 경험적으로 결정될 수 있다. 세라믹 플레이트들은 상이한 크기들로 절단되었고, 이어서, 세라믹 플레이트들은 상이한 현재 만곡부들을 생성하는 데 사용되었고, 만곡된 몰드들 상에 준비된 프리폼들에서 왜곡을 최소화하는 세라믹 플레이트들의 능력에 대해 테스트되었다. 그 후, 실험적으로 사용된 만곡부가 목표로 하는 최종 결과들, 즉 왜곡 없는 프리폼에 가까운 것을 제공했음을 확인하기 위해 모델링이 사용되었다. 측면에서 볼 때의 단면에서, 만곡된 클램핑 디바이스의 형상은 반단축이 자신의 반장축보다 훨씬 더 작은 타원의 상반부와 비슷할 수 있다. 타원은 1에 가깝지만 1보다 작은 이심률을 가질 수 있다(1의 이심률은 평평한 표면일 것임).
[00245] 4. 수정된 지그 설계
[00246] 예들에서, 마운트 시스템(100)은 용접 지그에 통합될 수 있다. 예들에서, 위에서 설명된 예시적인 구조들, 핀들(112), 핀 지지 시스템(110), 격자 지지 구조(150) 및/또는 만곡된 클램핑 몰드(170) 중 임의의 것은 용접 지그의 일체형 부품으로 만들어질 수 있다. 예들에서, 용접 지그(400)의 표면은 핀 지지 시스템, 핀들, 격자 지지 구조 및/또는 만곡된 클램핑 몰드 중 임의의 것에 대해 설명된 바와 같은 만곡된 표면 또는 기판 접촉 영역을 모방하도록 구성될 수 있다. 용접 지그(400)의 표면 상에 이러한 논의된 특징들 중 임의의 특징을 구현함으로써, 동일한 또는 유사한 이점들이 달성될 수 있다.
[00247] C. 지향성 에너지 증착의 방법들
[00248] 지향성 에너지 증착을 사용하여 제조된 물체들, 특히 티타늄 및 티타늄 합금 물체들에서의 왜곡을 완화 또는 감소시키는 지향성 에너지 증착 방법들이 본원에서 제공된다. 방법들은, 물체가 제조될 기판을 열적으로 사전 굽힘하는 단계, 본원에서 제공되는 마운트 시스템에 사전 굽힘된 기판을 부착하는 단계, DED 증착 전에 기판을 예열하는 단계, 및 금속 층별 증착에 의해 물체를 생성하는 단계를 포함한다. 기판의 사전 굽힘하는 단계는 기판에 가파른 두께-통과(through-thickness) 열 구배들을 유도하는 단계를 포함한다.
[00249] 열적으로 유도되는 사전 굽힘하는 단계의 경우, 기판의 제1 측면 또는 후면의 표면에 높은 에너지 밀도의 열 에너지를 적용하기 위해 열원이 사용될 수 있다. 기판에 큰 열 구배들을 생성하기 위해, 기판의 후면의 정의된 부분들에 열 에너지가 적용될 수 있다. 큰 열 구배들은 기판에 높은 잔류 응력장을 도입할 수 있다. 열 에너지가 적용된 후에, 열 에너지가 적용된 표면의 온도의 감소가 뒤따를 수 있다. 실시예들에서, 냉각 가스를 적용하기 위해 가스 제트 디바이스가 사용될 수 있다. 냉각 가스의 적용은 냉각 레이트를 증가시킬 수 있고, 이에 의해, 기판에 부여되는 응력을 더 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 열원은 PTA 토치와 같은 플라즈마 토치의 전기 아크를 포함할 수 있고, 가스 제트 디바이스는 도 6에 도시된 바와 같이 플라즈마 토치에 대해 지지부에 부착될 수 있다. 도 6에서, 가스 제트 디바이스(200)는 지지부(230)에 부착되며, 가스 제트 디바이스(200)의 노즐들(210)은 PTA 토치(250)에 의해 가열된 영역에 냉각 가스를 적용할 수 있다.
[00250] 대조적으로, 예열 단계에서, x, y 및 z 방향들을 따른 온도 구배들을 최소화하기 위해, 열 에너지가 기판의 표면에 균일하게 적용된다. 열 에너지는, 가열 디바이스가 허용하는 한 기판의 전면에 가능한 한 균일하게 적용된다. 균일한 가열(들)을 제공하는 임의의 가열 디바이스(들) 또는 방법(들)이 예열을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면에 걸쳐 열을 적용하도록 포지셔닝된 가열기를 사용하는 직접 가열이 사용될 수 있다. 가열 디바이스는 적외선 가열기, 유도성 가열기, 저항성 가열기, 또는 이들의 조합들일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예시적인 가열기들은 도관-내 전도체(conductor-in-conduit) 열원, 가열기 스트립, 저항성 가열 스트립, 적외선 가열기, 포지티브 열 계수 세라믹 가열기, 후막 세라믹 가열기, 저항 와이어 또는 저항 리본 가열 디바이스, 적외선 가열기, 및 유도 가열기를 포함한다. 예열은 또한, 기판의 표면에 열 에너지를 적용하기 위해 하나 이상의 용융 툴들을 사용하여 달성될 수 있다. 용융 툴들은 단독으로 또는 적외선 가열기, 유도성 가열기, 저항성 가열기, 또는 이들의 조합들과 함께 사용될 수 있다. 용융 툴(들)은 열원으로서 전기 아크 플라즈마, 레이저 빔 또는 전자 빔을 포함할 수 있고, 동일한 또는 상이한 열원들을 포함하는 복수의 용융 툴들이 사용될 수 있다. 가열 영역은, 더 낮은 에너지 밀도들을 사용하고 더 큰 영역에 걸쳐 더 많은 열 에너지를 적용함으로써 최대화될 수 있다. 복수의 가열원들은, 기판을 더 균일하게 가열하기 위해 기판의 전면 표면에 적용되는 열 에너지의 다수의 "라인들"을 생성하기 위해, 동시에(in tandem), 연속으로(in serial), 또는 병렬로(in parallel) 사용될 수 있다. 이는, 저 에너지 밀도 가열을 사용하여 더 균일하게 기판의 온도를 상승시키는 것을 야기하여, 특히 두께-통과 방향으로 열 구배들이 거의 또는 최소로 생성될 수 있다. 예열 건식 작동들 동안 하나 이상의 용융 툴들을 사용하는 열 에너지의 적용(용융 금속을 첨가하지 않는 열 적용)은, 기판의 표면으로부터의 임의의 잔류 오염물들, 이를테면 임의의 초음파/수동 와이프 세정(wipe cleaning) 절차들에 의해 남겨진 임의의 오염물들의 효과적인 제거를 초래할 수 있다. 예열은 기판의 목표 온도에 도달할 때까지 수행된다.
[00251] 일부 적용들에서, 예열 프로세스에 의해 달성될 목표 온도는 DED 프로세스 온도, 이를테면 DED 증착 온도, 또는 DED 프로세스 온도의 약 ±25 ℃이다. 일부 적용들에서, 목표 온도는 기판의 소성 변형 온도의 ±25 ℃ 내에 있다. 일부 적용들에서, 기판이 약 400 내지 900 ℃의 온도를 가질 때까지 예열이 수행된다. 일부 적용들에서, 기판이 약 500 내지 850 ℃의 온도를 가질 때까지 예열이 수행된다. 다른 저자들은, 유동 응력을 감소시키고 티타늄 스프링 백을 최소화하는 것을 또한 돕기 위해 200 내지 300 ℃에서 온간 성형(warm forming)이 또한 수행될 수 있다고 보고하였다. 일부 적용들에서, 기판이 약 595 내지 815 ℃의 온도를 가질 때까지 예열이 수행된다.
[00252] 마운트 시스템(100)은, 사전 굽힘된 기판이 지그에 클램핑될 때 사전 굽힘된 기판에 대한 지지부로서 작용할 수 있다. 다른 이점들 중에서도, 마운트 시스템(100)은 더 일관되고 재생가능한 단부 잔류 응력 분포를 제공하고, 제작 동안 그리고 제작 후에 작업물의 왜곡을 최소화하는 것을 돕는다.
[00253] DED는, DED 프로세스 동안, 특히 관통 두께(z-방향)에서의 열 구배 생성을 완화시키기 위해, 기판이 예열된 후에(그리고 가열된 상태로 유지된 후에) 수행될 수 있다. 제작된 물체에 응력을 전혀 도입하지 않는 것이 최적일 것이지만, DED 프로세스들은 효과적인 용접 프로세스들이고, 통상적으로 제작 동안 용접-유도 잔류 응력들 및 변형의 불가피한 축적을 초래할 것이다. 이러한 잔류 응력들 및 변형들을 감소시키는 것은, 개선된 치수 정확도 및 우수한 기계적 특성들을 나타내는 물체들을 초래한다. 방법의 단계들은 아래에서 더 상세히 설명된다.
[00254] 1. 기판을 사전 굽힘
[00255] 본원에서 제공되는 방법들에서, 기판은 증착 전에 사전 굽힘될 수 있다. 기판을 사전 굽힘하는 것은 DED 프로세스의 별개의 단계일 수 있다. 본원에서 제공되는 방법들에서, 기판의 제1 측면에 열 에너지가 적용되어 기판을 소성 변형시키고 이에 따라 기판을 영구적으로 그리고 균일하게 사전 굽힘될 수 있다. 실시예들에서, 기판의 제1 측면의 표면에 걸쳐 열 에너지가 적용될 때, 하나 이상의 자생 용융 트랙들 또는 웰드 라인들이 형성될 수 있다. 이는, 기계적 응력에 의해 기판을 물리적으로 구속하고 기계적으로 사전 굽힘하기 위해 클램프들을 사용하는 것과는 상당히 상이하다. 기계적인 사전 굽힘은 기판을 구부리기 위해 사용될 수 있지만, 기계적 응력은 통상적으로, 기판 표면의 계획된 세그먼트들의 국부적인 용융을 수반하지 않으며, 기판에 원하는 균일한 소성 변형을 도입하기에 충분하지 않다. 기계적 힘들은, 기판이 클램프들로부터 릴리스된 후에 국부적인 가열을 적용함으로써 도입되는 것과는 상이한 응력 재분배 패턴들을 도입한다. 예를 들어, 기계력들 하에서 사전 굽힘된 기판이 릴리즈될 때, 기판은 열적으로 사전 굽힘하는 것에 의해 달성되는 것보다 훨씬 더 높게 스프링 백된다.
[00256] 실시예들에서, 기판은 제1 측면 및 대향하는 제2 측면을 가질 수 있다. 제1 측면은 DED 제조 동안 지그를 향해 대면하는 측면일 수 있고, 제2 측면은 DED에 의해 작업물이 형성되는 측면일 수 있다. 사전 굽힘하는 것을 위해, 기판은, 지그를 향해, 제1 측면이 위를 향하고 배면이 아래를 향하게 하여 지그 상에 클램핑될 수 있다.
[00257] 기판을 사전 굽힘하는 것은 기판이 평탄한 상태에 있는 동안 수행될 수 있다. 기판을 사전 굽힘하는 것은, 기판이 복수의 클램프들을 사용하여 지그에 견고하게 연결되어 있는 동안 수행될 수 있다. 기판을 사전 굽힘하는 것은, 기판이 지그로부터 열적으로 격리되어 있는 동안 수행될 수 있다. 기판은, 기판과 동일한 치수들을 갖는 하나 이상의 알루미나 절연 시트들을 포함함으로써 지그로부터 열적으로 격리될 수 있다. 실시예들에서, 4개의 알루미나 절연 시트들이 사용될 수 있다. 지그로부터의 기판의 열 격리를 제공할 수 있는 다른 재료들이 사용될 수 있다. 마운트 시스템(100)과 유사한 열물리 특성들을 갖는 디바이스, 이를테면, 일련의 리지(ridge)들 및 트로프(trough)들, 핀 지지 시스템, 격자 시스템, 몰드, 단열을 제공하지만 만곡된 프로파일 대신에 평탄한 프로파일을 정의하는 세라믹 코팅을 갖거나 또는 갖지 않는 주름진 표면이 사용될 수 있다. 그러한 디바이스의 사용은, 알루미나 절연 시트들 또는 절연 재료의 다른 시트들을 사용할 필요성을 제거할 수 있다.
[00258] 기판은, 기판의 모든 4개의 가장자리들을 따라 기판의 전체 주변부 주위에서 클램프들을 사용하여 지그에 클램핑될 수 있다. 일부 적용들에서, 기판은 기판의 2개의 대향하는 최장 가장자리들만을 따라 클램프들을 사용하여 지그에 부착될 수 있다. 이러한 구성은 전기 아크 플라즈마, 레이저, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 열원이 길이 방향으로 기판의 바로 가장자리로 갈 수 있게 한다. 클램핑 배열체는 에너지가 가장자리로부터 가장자리로 전달되는 것을 가능하게 할 수 있고, 기판의 가장자리까지 계속해서 응력장을 생성할 수 있으며, 이는 이 특정 영역에서 DED 제조 동안 도입되는 후속 잔류 응력들을 밸런싱하는 것을 도울 수 있다.
[00259] 가장자리까지 또는 가장자리의 약 5 mm 내에까지의 강렬한 열 에너지의 적용은 기판이 비틀리는 것을 최소화하거나 방지할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 가장자리로부터 강렬한 열 에너지의 적용이 끝나는 곳까지의 거리가 증가함에 따라, 비틀림도 또한 증가한다. DED 열원이 가장자리로부터 최대 10 mm까지 적용될 때 생성되는 열 응력들은, 열원이 가장자리 위로 적용될 때, 또는 열원이 가장자리로부터 최대 20 mm 떨어져서만 적용될 때 달성되는 열 응력들과 상당히 상이하다. 기판의 두께는, 응력 형성이 문제가 되지 않으면서 용인될 수 있는, 가장자리로부터의 거리를 고려할 때, 거의 차이가 없는 것으로 밝혀졌다. 더 두꺼운 기판들은 사전 굽힘하는 동안 더 높은 아크 에너지들(또는 열 입력들)이 전달되도록 요구할 수 있어서, 더 넓고 더 깊은 융합 프로파일들이 달성될 수 있다. 이는, 예를 들어 횡단 속도를 감소시키는 것, 또는 열 에너지 적용을 증가시키는 것, 또는 이 둘의 조합에 의해 달성될 수 있다. 예들에서, 더 높은 DED 프리폼 빌드들은 또한 더 짧은 빌드들과 비교하여 더 적게 왜곡될 수 있으며, 이는, 만곡된 프로파일의 만곡부 반경이 더 짧은 빌드들에 대해 증가될 수 있음을 의미한다.
[00260] 클램프들은 지그에 기판을 부착하는 데 사용될 수 있고, 일정한 클램핑 힘이 모든 클램프들에 적용될 수 있다. 이는 클램프들을 지그에 연결하는 볼트들의 토크-제어식 조임에 의해 달성될 수 있다. 사전 굽힘하는 스테이지 동안에 클램프들을 지그에 연결하는 볼트들을 조이기 위해, 10 뉴튼 미터(N·m) 내지 20 N·m, 이를테면 15 N·m의 힘이 사용될 수 있다. 더 두꺼운 기판들에 대해 더 높은 토크들이 사용될 수 있다.
[00261] DED 열원은, 미리 결정된 순서 또는 포지션으로 기판의 표면의 계획된 세그먼트들을 충분히 용융시켜 기판 표면 상에 자생(autogenous) 용융 라인들을 형성하기 위한 열 에너지를 발생시킨다. 용융 트랙들을 신속하게 냉각시키기 위해, 냉각 가스를 용융 트랙들을 향해 지향시키기 위해, 가스 제트 디바이스가 사용될 수 있다. 가열 또는 가열/냉각 열 사이클링은, 기판에서 잔류 응력의 제어된 형성 및 발생을 유도할 수 있다. 결과적으로, 기판의 균일한 열적으로 유도된 사전 굽힘하는 것이 달성될 수 있거나 또는 요구되는 대로 미리-결정된 레벨들로 제어될 수 있다.
[00262] DED 열원은, 비교적 빠른 속도로 DED 기판 상에 용융 트랙들을 유도하기에 충분한 열 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 사용될 때, 가스 제트 디바이스는 많은 볼륨들의 냉각 가스, 이를테면, 100 L/분 내지 200 L/분을 전달하여, 급격한 가열/냉각 사이클을 기판 표면 상에 부과할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전사 아크 시스템을 사용하고, 9.5 mm 내지 10 mm의 기판 두께, 190 암페어의 전류, 25.5 V의 전압, 및 10 mm/s의 횡단 속도가 사용되어, 폭이 대략 3 mm이고 깊이가 최대 1 mm인 용융 트랙들을 생성할 수 있다. 이는 약 485 J/mm의 아크 에너지 전달에 대응할 수 있다. 에너지 및 횡단 속도들은 더 두꺼운 기판들에 대해 조정될 수 있다. 예시적인 실시예가 도 7a에 도시된다. 도시된 실시예에서, 제1 측면(310)을 갖는 기판(300)은 용융 트랙들(350 및 355) 사이에 공간(355)을 갖는 제1 측면(310) 상에 용융 트랙들(350 및 360)을 갖고, 기판(300)의 제2 측면(320) 상에 프리폼(330)의 DED 후방벽을 갖는 것으로 도시되어 있다.
[00263] 빠른 냉각 속도들을 촉진하는 가스 제트 디바이스로부터의 냉각 가스 외에 빠르게 적용되는 고온들로 인해 용융 트랙들 주변과 (x, y 및 z 방향을 따라) 기판을 향한 매우 가파른 열 구배들이 형성될 수 있다. 기판의 재료의 재료 항복 강도에 가까운 고도로 응력을 받은 상태가 달성될 수 있다.
[00264] 용융된 표면을 신속하게 냉각시키기 위해 기판의 용융된 표면에 냉각 가스를 전달하도록 구성될 수 있는 임의의 가스 제트 디바이스가 사용될 수 있다. Ti 또는 Ti 합금 재료의 경우, 불활성 가스가 냉각 가스로서 사용될 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 크립톤, 크세논 또는 이들의 조합일 수 있다. 가스 제트 디바이스는, 가스 공급부로부터 적용 영역으로 냉각 가스를 운반할 수 있는 파이프, 튜브 또는 다른 도관 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 가스 제트 디바이스는, 가스 공급부에 부착된 제1 단부, 및 제2 단부를 포함할 수 있으며, 제2 단부는 제2 단부에서 나오는 냉각 가스를 기판 상의 원하는 위치로 지향시켜서, 냉각 가스가 기판 표면, 특히 용융 트랙들의 용융 금속의 영역에 충돌하도록 포지셔닝 가능하다. 용융 트랙의 냉각을 향상시키거나 또는 가속시키기 위해, 다수의 가스 제트 디바이스들이 활용될 수 있다. 가스 제트 디바이스의 제2 단부는, 그것이 냉각 가스를 목표 위치로 지향시킬 수 있도록 조정가능하게 포지셔닝 가능한 하나 또는 하나 초과의 노즐을 포함할 수 있다. 기판의 표면 상의 냉각 가스 충돌의 영향은 냉각 가스가 직접 충돌하는 부근에서 가장 클 수 있지만, 기판의 주변 영역들은 또한 유리하게, 냉각 가스 부근의 온도를 감소시키는 영향을 받을 수 있다. 냉각 가스를 제공하기 위해, 펄스형 가스 유동이 사용될 수 있다. 냉각 효율을 증가시키기 위해, 완전히 난류인 가스 유동이 사용될 수 있다. 냉각 가스 제트 디바이스들은 당해 기술분야에 알려져 있다(예컨대, 미국 특허 제4,090,697호(Perline, 1978); 제6,390,115호(Rohwer 등, 2002); 및 제7,381,364호(Yamashita, 2008)). 예시적인 가스 제트 디바이스는 2018년 6월 26일자로 출원된 미국 특허 일련번호 제16/019,460호에 설명되어 있다.
[00265] 가스 제트 디바이스의 파이프, 튜브 또는 도관은 DED 증착 동안 존재할 것으로 예상되는 조건들과 양립가능한, 파이프, 튜브 또는 도관을 통해 연장되는 채널을 갖는 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 가스 공급부는, 가스 제트 디바이스와 유체 연통하는 고압 가스의 컨테이너 또는 압축기와 같은 냉각 가스의 임의의 소스일 수 있다. 가압된 가스를 가스 도관으로 전달하기 위한 방법들이 당해 기술분야에 알려져 있다.
[00266] 냉각 가스는 기판 표면 상에 충돌할 가스의 목표 유량을 제공하도록 공급될 수 있다. 가스의 유량은 50 L/분 초과, 또는 100 L/분 초과, 또는 150 L/분 초과, 또는 200 L/분 초과일 수 있다. 가스의 유량은 50 L/분 내지 500 L/분일 수 있다. 가스의 유량은 50 L/분 내지 250 L/분일 수 있다. 가스의 유량은 50 L/분 내지 100 L/분일 수 있다. 유량은, 기판에서의 고속 냉각 및 그에 따른 높은 열 및 응력 구배 조건들의 형성에 대해 선택될 수 있다.
[00267] 냉각 가스는 불활성 가스, 이를테면 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 냉각 가스는 일정한 스트림(stream)으로 적용될 수 있거나, 또는 간헐적으로 적용될 수 있거나, 또는 펄스 유동(pulsed flow)으로 적용될 수 있다. 적용되는 냉각 가스의 온도는 임의의 온도일 수 있다. 냉각 가스 온도는 적층 제조 프로세스의 주변 온도일 수 있다. 냉각 가스 온도는 약 100 ℃ 이하의 가스 온도로 적용될 수 있다. 냉각 가스 온도는 대략 실온 또는 그 미만, 이를테면, 대략 25 ℃ 또는 그 미만일 수 있다. 냉각 가스 온도는 약 -10 ℃ 내지 약 80 ℃의 범위일 수 있다.
[00268] 기판의 제2 표면 상에 형성될 프리폼 또는 작업부재에 대해, 기판의 짧은 가장자리에 평행한 중심선들을 갖는 DED 벽들의 수, 및 기판의 긴 가장자리에 평행한 중심선들을 갖는 DED 벽들의 수가 결정될 수 있다. 프리폼 또는 작업물의 대부분의 DED 벽들이 기판의 짧은 가장자리에 평행한 중심선들을 가지면, 용융 트랙들이 기판의 짧은 가장자리에 평행하게 생성될 수 있다. 일반적으로, 큰 길이-대-폭 종횡비(aspect ratio)들을 갖는 기판들은, 용융 트랙들이 자신의 최장 축, 즉, 왜곡의 가장 큰 영향들이 예상될 축을 따라 생성될 것을 요구할 것이다. 프리폼 또는 작업물의 DED 벽들의 대부분이 기판의 긴 가장자리에 평행한 중심선들을 가지면, 용융 트랙들이 우선적으로 기판의 긴 가장자리에 평행하게 생성되어, 기판의 최장 축을 따르는 왜곡의 가장 큰 영향들에 대응할 수 있다.
[00269] 기판의 제1 측면 또는 후면 상의 열적으로 유도된 사전 굽힘하는 것은, 결과적인 용융 트랙들, 및 용접에 의해 야기된 종방향 및 횡방향 잔류 응력의 통상적인 분포가 기판의 제2 측면 또는 전면에 증착될 프리폼 또는 작업물의 대부분의 DED 벽들의 중심선들로부터 약 10 mm 내지 약 20 mm 떨어진 곳에 포지셔닝되도록, 적용될 수 있다. 기판의 제1 측면 상에 적용되는 사전 굽힘된 성형 기법은, 결과적인 용융 트랙들이 기판의 제2 측면 또는 전면에 있는 기판의 긴 가장자리에 평행하게 증착될 작업물의 DED 벽들의 중심선들로부터 약 10 mm, 또는 11 mm, 또는 12 mm, 또는 13 mm, 또는 14 mm, 또는 15 mm, 또는 16 mm, 또는 17 mm, 또는 18 mm, 또는 19 mm, 또는 20 mm 떨어진곳에 포지셔닝되도록, 수행될 수 있다. 용융 트랙들은, 이들이 작업물의 DED 벽들의 최소 영역 아래에 존재할 수 있도록 포지셔닝될 수 있다. 예시적인 실시예가 도 7a에 도시된다.
[00270] 기판의 제2 측면 상에 증착될 DED 작업물의 형상에 대한 사전 지식은 기판의 제1 측면에 적용되는 사전 굽힘하는 가열 절차를 결정하는 데 사용될 수 있다. 가열 절차는, DED 작업물이 구성될 영역들 아래에 최소 수의 용융 트랙들을 발생시키도록 설계될 수 있다. DED와 용융 트랙들 둘 모두의 조합으로부터 기인하는 최종 집합 잔류 응력 분포는, 사전 굽힘 용융 트랙들이 없는 DED의 원래 잔류 응력 프로파일(즉, DED 중심선에서 인장 피크가 높고 멀어지는 압축 응력의 균형이 높음)과 비교할 때 DED의 중심선에서 인장 피크가 더 낮고 DED 중심선에서 멀어지는 압축 응력의 균형이 더 낮다.
[00271] 기판 상에 용융 트랙들을 생성하기 위한 열 에너지의 적용을 도시하는 예시적인 실시예가 도 7a 내지 도 7d에 예시된다. 도 7b의 예시는 용융 트랙들(350)을 생성하기 위한 프로세스의 도면을 예시한다. 도시된 바와 같이, 기판(300)은 용접 지그(400) 상에 배치되고 하나 이상의 클램프들(500)에 의해 클램핑될 수 있다. 이 단계에서, 마운트 시스템(100)은 사용되지 않으며, 기판(300)은 용접 지그(400)에 대하여 평탄하게 놓일 수 있다. 그런 다음, 플라즈마 토치(250)와 같은 DED도 클램핑된 기판(300)의 표면 상에 용융 트랙들을 생성하는데 사용될 수 있다. 예들에서, 용융 트랙들은 기판(300)의 제1 단부로부터 기판(300)의 대향하는 제2 단부로 연장된다. 도 7d는 기판을 열원 쪽으로 사전 굽힘하기 위해 기판의 후면 또는 제1 측면의 최상부 표면 상에 용융 트랙들을 생성하도록 DED 에너지 소스를 이동시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 가열 경로를 개략적으로 도시한다. 흑색 화살표들은 DED 에너지 소스의 방향/경로를 표시하고, XES를 포함하는 원들은 시퀀스(X)를 표시하며, 여기서, X는 기판(300)의 제1 측면(310)의 표면에 걸쳐 1 내지 6이고, S는 에너지 적용의 경로의 시작을 표시하고, E는 에너지 적용의 경로의 끝을 표시하여, 가열 경로를 발생시킨다. 예시된 패턴에서, 가열은 x 방향에 걸쳐 최상부 가장자리에서 시작될 수 있고(1ES), 그런 다음, 열원은 기판을 가로질러 절반 미만의 지점까지 이동될 수 있고, 열(heat)은 짧은 가장자리에서 짧은 가장자리까지 y 방향으로 적용될 수 있다(2ES). 이러한 절차는 3ES, 4ES, 5ES, 및 6ES에 대해 반복될 수 있다. 제1 가열 경로(370)는 1ES에 대응한다. 제2 가열 경로(371)는 2ES에 대응한다. 제3 가열 경로(372)는 3ES에 대응한다. 제4 가열 경로(373)는 4ES에 대응한다. 제5 가열 경로(374)는 5ES에 대응한다. 제6 가열 경로(375)는 6ES에 대응한다.
[00272] 미리 결정된 DED 가열/냉각 열 사이클링은 기판에서 잔류 응력의 제어된 형성 및 발생을 유도할 수 있다. 가스 제트 디바이스(도시되지 않음)를 사용한 냉각 가스의 적용이, 냉각을 가속하기 위해 사용될 수 있다. 결과적으로, 기판의 균일한 열적으로 유도된 사전 굽힘하는 것이 미리 결정된 레벨들로 달성/제어될 수 있다.
[00273] 도 7d는 기판의 반대 전면 또는 제2 측면에 제조될 중첩된(회색 파선) DED 작업물 프리폼(600)에 대해 기판의 후면 또는 제1 측면 상의 가열 경로들(370 내지 375)(1ES 내지 6ES로 나타냄)에 의해 생성된 열적으로 유도된 사전 굽힘하는 용융 트랙들의 상대 포지션들을 개략적으로 예시한다. 용융 트랙들은 가열 경로들에서의 열 에너지의 적용으로부터 기인할 수 있다.
[00274] 용융 툴의 열원은 기판의 후면을 가열하여 기판 상에 미리 결정된 위치들에 용융 트랙들을 형성하여, 기판에 열 응력을 부여할 수 있다. 열 응력은 기판이 구부러지게 할 수 있다. 기판이 지그에 단단히 클램핑될 수 있기 때문에, 기판이 지그에 부착되어 있는 동안에는 기판의 휘어짐이 명백하지 않다. 일단 클램프들이 제거되면, 기판은 지그로부터 멀어지게, 즉 열원의 방향으로 상방으로 휠 수 있다. 균일하게 변형된 사전 굽힘된 기판은 휘어짐의 잘 정의된 반경에 의해 정의될 수 있다. 지그에 대한 클램프들이 제거된 후에, 열 에너지 적용에 의해 기판에 대한 결과적인 균일한 탄성-소성 사전-굽힘 효과(elasto-plastic pre-bending effect)가 도 7b 및 도 8a에서 예시된다. 결과적인 기판(300)은 지그(400)로부터 멀어지게 상방으로 만곡되고, 공칭 기판 편향을 나타낸다. 도 8b에서, 기판은 거꾸로(upside-down) 뒤집혀 있다. 도 8b에서 확인되는 바와 같이, 사전 굽힘된 기판은 기판의 후면 상에 큰 온도 및 응력 구배들을 유도하기 위한 강한 열 에너지 및 냉각 가스의 적용에 의해 야기되는 균일한 탄성-소성 굽힘(휘어짐)을 갖는다. 도 8b에서, 공칭 기판 편향(410)이 도시된다.
[00275] 열적으로 유도된 기판 사전-굽힘 절차는 종방향 잔류 응력 분포를 초래할 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이 열적으로 사전 굽힘된 여러 개의 사전 굽힘된 기판들의 잔류 응력 맵의 비교는 잔류 응력들의 특징적인 분포를 나타내었고, 여기서 큰 인장 응력들은 용접 중심선에서 발생하고(600 Mpa까지의 +σL), 더 멀리있는 압축 응력들에 의해 균형을 이룬다(-300 Mpa까지의 -σL).
[00276] 635 mm × 190 mm × 9.5 mm(L × W × T)의 치수들을 갖는 기판에 대해, z-방향(hsub = zmax - zmin)을 따른 기판의 공칭 기판 편향(hsub(휘어짐))은 열적으로 유도된 사전 굽힘이 적용된 이후 15 mm일 수 있다. 이는 모델링에 의해 또한 검증된 측정 값이다. 기판 길이 비율(Lr)은 635 mm의 기판 길이(L0)와 기판(Li)의 새로운 x 치수 사이의 비율이다. 예측된 최대 기판 편향(hLr)은 공칭 기판 편향(hsub)과 기판 길이 비율(Lr)의 제곱 사이의 곱에 대략 비례하며, 이는 다음 수학식에 따라 계산된다:
Lr = Li/L0
그리고 따라서
hLr 
hsub × Lr 2이다.
[00277] 예로서, 3의 기판 길이 비율(즉, Lr = 1905/635 = 3)을 갖는 더 긴 기판 크기는, 열적으로 유도된 기판 사전-굽힘이 적용된 후에 15 × 32 = 135 mm로 휠 것으로 예상된다. 따라서, 기판의 편향의 양은 기판의 특성들에 의존할 수 있다. 기판이 길수록, 편향이 더 높고/더 클 필요가 있을 것이다.
[00278] 기판의 후면 상에 용융 트랙들을 생성하기 위해 열 에너지를 제공하기 위한 열원은, 용융 트랙들을 형성하기 위해 열 적용 영역에서 기판을 용융시키기에 충분한 열 에너지를 전달할 수 있는 임의의 에너지 소스일 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 열원들은 전기 아크 플라즈마, 레이저 빔, 전자 빔, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 구성들에서, 별개의 열원들을 제공하는 2개 이상의 용융 툴들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 열원을 제공하는 하나의 용융 툴은 기판을 예열하는 데 사용될 수 있고, 열원을 제공하는 제2 용융 툴은 예열된 기판을 용융시켜 용융 트랙들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 별개의 열원들을 제공하는 다수의 용융 툴들이 사용되는 경우, 이들은 동일할 수 있거나, 또는 이들은 서로 상이할 수 있다. DED 열원들을 제공하는 다수의 용융 툴의 예시적인 결합들은, 전기 아크 플라즈마를 생성하는 2개의 PTA 토치들, 레이저 빔들을 생성하는 2개의 레이저 디바이스들, 전자빔을 생성하는 2개의 전자빔 디바이스들, 전기 아크 플라즈마를 생성하는 PTA 토치 및 레이저 빔을 생성하는 레이저 열원, 전기 아크 플라즈마를 생성하는 PTA 토치 및 전자빔을 생성하는 전자빔 열원, 및 전자빔을 생성하는 레이저 디바이스 및 전자빔을 생성하는 전자빔 디바이스를 포함한다.
[00279] 용융 트랙들을 형성하기 위해, 열 적용 영역에서 기판의 적어도 일부를 용융시키도록 기판을 가열하기 위해, 충분한 열이 기판 표면에 적용될 수 있다. 열원에 의해 전달될 목표 온도는 기판 재료의 용융 온도, 또는 기판의 용융 온도보다 5 ℃ 내지 50 ℃ 더 높은 온도, 또는 기판의 용융 온도보다 10 ℃ 내지 20 ℃ 더 높은 온도일 수 있다. 기판의 국부적인 가열은 탄성-가소성 상태의 고도로 응력을 받는 기판을 생성하기 위해 기판에 응력을 유도하는 것을 도울 수 있으며, 기판이 지그로부터 언클램핑될 때, 기판은 사전 굽힘 단계들에 의해 부여된 잔류 응력들을 안정화하거나 균형을 맞추기 위해 휘어져 사전 굽힘된 기판을 형성한다. 가장 높은 응력은 통상적으로 용융 트랙에서 유도될 수 있으며, 인장 응력 피크는 용융 트랙의 중심선에 있다. 인장 잔류 응력 피크는 재료의 항복 강도에 가까울 수 있다. 중심선으로부터 멀어지는 거리가 증가함에 따라, 잔류 응력은 압축성이 된다. 상향 변위(즉, 휘어짐)의 양을 관찰함으로써 충분한 응력이 유도되었는지를 관찰할 수 있다. 변위가 더 높을수록, 사전-굽힘 동안 도입되는 잔류 응력이 더 높아진다. 대부분의 기판들의 경우, 최대 인장 잔류 응력은 모재의 항복 강도에 가깝다. DED에 대한 이들 용융 트랙들의 순서 및 포지션들은 목표 잔류 응력 재분배를 달성하기 위해 변화될 수 있다.
[00280] 목표 응력을 유도하는 데 필요한, 기판의 후면 상에 생성된 용융 트랙들의 수 및 가열의 양은 실험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 물체는 제1 기판을 사전-굽힘없이 DED를 사용하여 제1 기판 상에 생성될 수 있고, 기판에서의 결과적인 왜곡이 측정될 수 있다. 그런 다음, 제1 기판과 유사한 특성들을 갖는 제2 기판은, 제1 기판에서 측정된 왜곡의 양을 완전히 또는 부분적으로 보상하는 데 필요한 양으로, 제2 기판의 후면 상에 용융 트랙들을 형성함으로써 사전-굽힘될 수 있다. 목표 응력을 유도하는 데 필요한, 기판의 후면 상에 생성되는 가열의 양 및 용융 트랙들의 수는 또한, 모델링 예측들, 모델링, 계산들, 또는 이들의 조합들에 기반하여 결정될 수 있다. 모델링은, 예컨대, 기판에서의 왜곡 및 잔류 응력 전개를 예측하기 위해 사용될 수 있고, 모델링 예측들을 확인하기 위해 실험들이 사용될 수 있다. 시뮬레이션들은 또한 실험 데이터와 매우 양호하게 일치하는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시예들에서, 프리폼의 중심선들로부터 약 10 mm 내지 약 20 mm의 용융 트랙들의 미리 결정된 배치에 부가하여, 용융 트랙들은 또한, 높은 종횡비를 갖는 부품들 상에 최장 기판 길이를 따라 생성될 수 있다. 정방형(squared)의 비교적 대칭적인 프리폼 형상이 정방형 기판 상에 생성될 것이라고 가정하면, 기판의 밑면 상으로의 교차 사전 굽힘 열 에너지 적용 패턴이 종방향 및 횡방향 둘 모두에서의 굽힘을 유도하기 위해서 사용될 수 있다. 결과적으로, 마운트 시스템은 돔 형상을 취할 수 있다.
[00281] 형성 후에, 사전 굽힘된 기판들은 종래의 기판에 대해 행해지는 것과 같은 일관된 방식으로 핸들링될 수 있다. 일관성을 위해, 사전 굽힘된 기판 온도가 선택될 수 있고, 유사한 프리폼들을 형성하기 위해 동일한 온도가 사용될 수 있다. 사전 굽힘된 기판의 온도는, 사용되어 지그에 고정되는 경우에, 실온일 수 있다. 사전 굽힘된 기판의 온도는, 사용되어 지그에 고정될 때, 50 ℃ 이상일 수 있다. 통상적인 적층 제조 프로세스들에서, 목표로 하는 수의 프리폼들을 제조하는 데 요구되는 기판들의 수가 결정될 수 있고, 충분한 수의 사전 굽힘된 기판들이 하나씩 생성될 수 있고, 그런 다음, 실온과 같은 목표 온도에서 개별적으로 지그에 고정될 수 있다.
[00282] 2. 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정
[00283] 기판의 사전 굽힘이 완료된 후에, 사전 굽힘 기판은 지그 또는 용접 테이블에 부착될 수 있다. 사전 굽힘된 기판은, 예컨대 지그에 부착된 클램프들을 사용하여 지그에 부착될 수 있다. 마운트 시스템(100)은 사전 굽힘된 기판과 지그 사이의 하부 지지부로서 사용될 수 있다. 사전 굽힘된 기판은 마운트 시스템(100)과 동일한 만곡부를 가질 수 있다. 사전 굽힘된 기판은 마운트 시스템(100)의 만곡부와 상이한 만곡부를 가질 수 있다. 사전 굽힘된 기판은, 용융 트랙들을 갖는 후면이 마운트 시스템(100)의 만곡된 표면과 접촉할 수 있도록 포지셔닝될 수 있다. 지그에 부착된 클램프들은, 사전 굽힘된 기판을 탄성적으로 변형시키기 위해 사전 굽힘된 기판 상에 힘을 가할 수 있다. 클램프들은 사전 굽힘된 기판이 마운트 시스템(100)의 만곡부에 부합하도록 강제할 수 있다. 클램프들은 고장력 강, 초고장력 강, 또는 고장력 저합금 강으로 제조될 수 있다.
[00284] 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위해 클램핑이 진행됨에 따라, 사전 굽힘된 기판의 만곡부는 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부와 점진적으로 유사해질 수 있으며, 클램핑은 사전 굽힘된 기판의 만곡부가 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 곡선 프로파일의 최대 편향과 동일해지는 것을 초래할 수 있다. 사전 굽힘된 기판의 표면이 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 곡선 프로파일에 부합하도록 충분한 힘이 클램프들에 의해 가해질 수 있다. 더 두꺼운 기판은 더 많은 저항을 제공할 수 있고, 따라서 사전 굽힘의 탄성 반응을 극복하기 위해 클램프들이 더 높은 힘을 적용하도록 요구할 수 있다. 클램프들이 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하고 사전 굽힘된 기판이 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일을 일치하게 하는 데 필요한 힘의 양은, 약 10 Nm 내지 약 120 Nm일 수 있다. 예를 들어, 약 9.5 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 갖는 Ti-6Al-4V 기판의 경우, 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하고 사전 굽힘된 기판을 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 곡선 프로파일에 일치시키기 위해 클램프들에 의해 단지 40 Nm의 토크가 가해질 수 있다.
[00285] 클램프들은 기판에 초기 조임력을 적용하도록 토크가 가해진 후에, 기판에 최종 토크를 적용하기 위해 부가적인 토크의 적용이 뒤따를 수 있다. 초기 조임은, 클램프들의 순차적인 조임에 의해, 또는 서로 대향하게 포지셔닝된 클램프들의 조임에 의해 달성될 수 있다. 사전 굽힘된 기판의 만곡부는 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부와 점진적으로 유사하게 될 수 있다.
[00286] 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부로 인해, 예들에서, 마운트 시스템(100) 없이 지그에 평탄하게 사전 굽힘된 기판을 부착하는 데 필요한 것보다 클램프들을 통해 기판에 적용되는 토크가 훨씬 더 작을 수 있다. 마운트 시스템(100)에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부는 플레이트-경계 조건들에 의해 모방될 수 있다. 만족스러운 클램핑을 달성하기 위해, (a) 일관된 클램핑력은 클램프들을 부착하는 볼트에 토크-제어식 조임을 적용함으로써 사용될 수 있고; (b) 일관된 치수들은 클램프들로부터 선택될 수 있으며; (c) 클램핑은 대칭으로 적용될 수 있고; (d) 균등하게 분포된 압력 및 열 전달 분포는, 갭들 및 불균등한 압력 적용을 회피하기 위한 클램프들의 적절한 부착에 의해 보장될 수 있고; 또는 (e) (a) 내지 (d)의 임의의 조합에 의해 보장될 수 있다. 예를 들어, 클램프는, 클램프와 베이스플레이트 사이에 균등하게 분포되는 것을 보장하기 위해, 클램프의 최상부 표면과 동일 평면에 있는 카운터싱크(countersunk) 스크류를 통해 베이스플레이트에 부착될 수 있다. 클램프들의 최하부 및 측면 접촉 패싯(facet)들은, 균등한 압력 및 균등한 열 전달 분포를 보장하기 위해, 이들이 동일 평면에 있고 베이스플레이트와 접촉하도록 구성 및 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 14a 및 도 14b를 참조한다. 도 14a의 점선 원들(544, 545, 546, 547, 548, 및 549)은, 너트(525)를 통해 조정된 카운터싱크 스크류(510)와 볼트(520)가 클램프(500)를 조정하여 베이스플레이트(550)를 지그의 표면(530)에 부착하는 방식으로 인해, 불균일한 압력 및 열 전달 분포 영역을 표시한다. 도시된 예시에서, 베이스플레이트(550)는 알루미나 절연 플레이트들(540 내지 543)의 층들에 의해 지그의 표면(530)으로부터 절연된다.
[00287] 불균일한 압력 및 열 전달 분포를 회피하기 위해, 카운터싱크 스크류(510)는, 도 14b에 예시된 바와 같이, 카운터싱크 스크류(510)의 팁(515)이 클램프(500)의 최상부 표면(507)과 동일 평면이 되도록 조정될 수 있다. 그렇게 하는 것은 균일한 압력 및 열 전달 분포를 초래할 수 있다. 도 14a의 박스들(575, 576, 577 및 578)은, 너트(525)를 통해 조정된 카운터싱크 스크류(510)와 볼트(520)가 베이스플레이트(550)를 지그의 표면(530)에 부착하도록 클램프(500)를 조정하는 방식으로 인해, 달성되는 균일한 압력 및 열 전달 분포의 영역들을 도시한다. 예시된 실시예들은, 클램프(500)의 최하부 접촉 패싯(505) 및 측면 접촉 패싯(507)이, 균등한 압력 및 열 전달 분배를 보장하기 위해, 각각, 베이스플레이트의 최상부 및 측면 표면들과 같은 높이가 되는 것을 도시한다.
[00288] 하부 지지부로서 마운트 시스템(100)을 사용하여 사전 굽힘된 기판이 지그에 부착될 때, 종방향 잔류 응력의 약간의 재분배가 있을 수 있다. 예를 들어, 용접 중심선에서의 +σL 인장 응력 피크는 대략 600 Mpa 내지 최대 대략 700 Mpa로 증가할 수 있는 반면, 중심선으로부터 멀어지는 -σL 압축 응력은 대략 -300 Mpa 내지 대략 -200 MPa로 감소될 수 있다.
[00289] 마운트 시스템에 대한 사전 굽힘된 기판의 클램핑은 탄성 모드에서 발생할 수 있다. 마운트 시스템에 대한 기판의 클램핑에 의해 부과된 만곡부는, 이 점에서 기판이 마운트 시스템(100)으로부터 언클램핑되는 경우 완전히 가역적일 수 있다. 이는 특히, 실온에서 높은 스프링-백(spring-back)을 갖는 금속으로 제조된 기판들에 대해 사실이다. 클램프들의 힘에 의해 부과된 탄성 변형은 사전 굽힘 단계들에 의해 기판 내로 도입되는 소성 변형과 구별가능할 수 있다.
[00290] 기판을 지그 또는 용접 테이블에 고정시키는 데 사용되는 클램프들은 통상적으로, 높은 강도 및 낮은 변형성을 나타내는 재료로 제조될 수 있다. 강의 높은 강도, 열적 안정성, 및 변형에 대한 내성 때문에, 강이 클램프들을 위한 재료로서 사용될 수 있다. 강은 전형적으로, 기판보다 더 높은 열 전도도를 가질 수 있다. 많은 기판들의 경우, 클램프들에서의 강의 열 전달은 기판보다 10의 승배(orders of magnitude) 더 높을 수 있다. 클램프들과 기판 사이의 열 전도도의 이러한 차이는 클램프들이 히트 싱크들로서 작용하게 할 수 있다. 히트 싱크들로서, DED 프로세스 동안, 기판과 직접 접촉하는 클램프들은 클램프들의 부착 지점에 인접한 또는 그 부근의 기판의 영역들로부터 클램프들로의 그런 다음 클램프들로부터 지그 또는 용접 테이블로의 열 에너지의 신속한 흐름을 초래할 수 있다. 이는 DED 프로세스 동안 사전 굽힘된 기판에서 높은 열 구배들의 생성을 초래할 수 있다. 높은 열 구배들은 증착 프로세스 동안 기판에 응력 및 왜곡을 부과할 수 있다.
[00291] 히트 싱크들로서 작용하는 클램프들로 인한 열 구배들의 형성을 완화 또는 방지하기 위해, 클램프들은 열적으로 절연될 수 있다. 열적 절연은 클램프들을 통해 기판으로부터 지그로의 열의 전달을 완화 또는 방지할 수 있다. 클램프들의 모든 표면들에 절연성 코팅이 적용될 수 있다. 기판과 접촉할 수 있는 클램프의 모든 표면들에 절연성 코팅이 적용될 수 있다. 절연성 코팅은 열 에너지를 효과적으로 전달하지 않는 임의의 코팅일 수 있다. 절연성 코팅은 세라믹 재료, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 보론 탄화물, 또는 이들의 임의의 조합으로 제조될 수 있다. 세라믹 재료는 알루미나, 지르코니아, 티타늄 산화물, 알칼리 토금속 실리케이트, 알루미늄 티타네이트, 지르코늄 이산화물, 이트륨 산화물의 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물, 이트륨 알루미늄 산화물, ZrV2O7, Mg3(VO4)2 또는 이들의 조합일 수 있고 또는 이들을 포함할 수 있다. 당해 기술분야에 공지된 임의의 고온 세라믹 코팅이 사용될 수 있다(예컨대, 미국 특허 제4,321,310호(Ulion 등, 1982), 제5,789,330호(Kondo 등, 1998), 제5,304,519호(Jackson 등, 1994); 제6,387,539호(Subramanian, 2002); 및 제6,998,064호(Gadow 등, 2006) 참조). 클램프들은, 이트륨 산화물, 이를테면 플라즈마 스프레잉된 ZrO2 8Y2O3의 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물로 코팅될 수 있다. 절연성 코팅은, 상이한 유형들의 세라믹들, 탄화물들 또는 질화물들 또는 이들의 조합들의 다수의 층들, 또는 하나의 유형의 세라믹, 탄화물, 질화물 또는 이들의 조합의 다수의 층들을 포함할 수 있다.
[00292] 이들 재료들 중 다수는 상업적으로 입수가능하며, 당해 기술분야에 알려진 다양한 기법들을 사용하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 절연성 코팅은, 대기 플라즈마 스프레이, 마그네트론 스퍼터링, 화학 또는 전기화학 증착, 이를테면 전기영동 증착, 또는 물리 기상 증착, 이를테면 전자 빔 물리 기상 증착, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 프로세스를 사용하여 적용될 수 있다.
[00293] 클램프에 적용되는 절연성 코팅의 두께는, 사용되는 절연성 재료의 유형, 및 압축력의 적용에 의해 손상되지 않으면서 하중을 지지하는 그 절연성 재료의 능력에 따라 변할 수 있다. 일부 구성들에서, 절연성 코팅의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm, 또는 0.25 내지 4 mm, 또는 0.3 내지 3 mm, 0.4 mm 내지 2 mm, 또는 0.5 mm 내지 1.5 mm일 수 있다. 절연 코팅은 적어도 0.1 mm, 또는 적어도 0.25 mm, 또는 적어도 0.5 mm, 또는 적어도 0.75 mm, 또는 적어도 1 mm, 또는 적어도 1.25 mm, 또는 적어도 1.5 mm, 또는 적어도 2.0 mm, 또는 적어도 2.5 mm, 또는 적어도 3.0 mm, 또는 적어도 3.5 mm, 또는 적어도 4.0 mm, 또는 적어도 4.5 mm일 수 있다. 절연성 코팅은 0.1 mm, 또는 0.25 mm, 또는 0.5 mm, 또는 0.75 mm, 또는 1 mm, 또는 1.25 mm, 또는 1.5 mm, 또는 2.0 mm, 또는 2.5 mm, 또는 3.0 mm, 또는 3.5 mm, 또는 4.0 mm, 또는 4.5 mm 또는 5 mm의 두께를 가질 수 있다. 절연성 코팅 층은 DED 기판으로부터 지그로의 열 전달을 감소시키며, 이에 의해 DED 기판으로부터의 열 손실을 감소시킬 수 있다. 절연성 코팅의 예는, DED 기판으로부터 클램프들로의 전도 열 전달의 감소를 돕기 위해 클램프들의 접촉 표면들 상에 스프레잉되는 0.5 mm 내지 1.5 mm ZrO2·8Y2O3 플라즈마이다. 이는 증가된 열 절연 및 더 낮은 열 전도도를 제공할 수 있다.
[00294] 클램프를 통한 기판으로부터 지그로의 열 전달을 추가로 감소시키기 위해, 기판과 열적으로 연통하는 클램프의 표면들은 널링된 패턴을 갖도록 수정될 수 있다. 표면의 널링은 기판과 접촉하는 클램프의 표면의 양을 완화시킬 수 있다. 널링은 클램프와 기판 사이의 열 전도 가능성을 감소시킬 수 있다. 기판과 접촉할 수 있는 클램프의 표면 상에 당해 기술분야에 알려진 임의의 널링 패턴이 사용될 수 있다. 예시적인 널링 패턴들은 대각선 패턴들, 직선 패턴들, 다이아몬드 패턴들, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 각진 패턴들을 포함한다. 널링된 패턴은 또한 그 표면 상에 절연성 코팅 층을 가질 수 있다.
[00295] 클램프를 통한 기판으로부터 지그로의 열 전달을 감소시키기 위해, 기판과 열적으로 연통하는 클램프의 표면들은 일련의 리지들 및 트로프들을 포함하는 주름진 표면을 갖도록 수정될 수 있다. 주름진 표면은 기판과 접촉하는 클램프의 양을 완화시킬 수 있다. 주름진 표면은 클램프와 기판 사이의 열 전도 가능성을 감소시킬 수 있다. 당해 기술분야에 알려진 임의의 파형 패턴이 사용될 수 있다. 주름부들은 클램프의 표면 상에서 임의의 방향으로 있을 수 있다. 예시적인 구성들은 대각선 주름부들, 긴 가장자리에 평행한 직선 주름부들, 짧은 가장자리에 평행한 직선 주름부들, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 각진 패턴들을 포함한다. 주름진 표면은 또한 그의 표면 상에 절연성 코팅 층을 가질 수 있다.
[00296] 코팅 기술의 제한들로 인해, 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하는 데 필요한 압축력들을 견딜 수 있는 절연성 코팅의 더 두꺼운 층들은 달성하기가 더 어려울 수 있다. 절연성 코팅의 비 압축 강도는 절연성 코팅의 조성에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 이트륨 산화물을 첨가하여 안정화된 이산화지르코늄을 기반으로 한 세라믹의 0.5 내지 2.0 mm 코팅은, 클램프를 사용하여 기판을 지그에 연결할 때, 절연 코팅에 손상을 주지 않고 우수한 단열성과 우수한 압축 저항을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
[00297] 클램프의 예시적인 구성이 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 도시된다. 도 9a는 카운터싱크 스크류를 수용하기 위한 나사형 홀(501) 및 볼트를 수용하는 홀(502)을 갖는 클램프(500)의 저면도를 도시한다. 최상부 표면(507)은, 베이스플레이트와 접촉할 가장자리에 있는 세라믹 코팅된 표면(509)을 포함할 수 있다. 최상부 표면(507)은 주름질 수 있다. 도 9b는, 베이스플레이트와 접촉하게 되는, 최하부 접촉 파셋(505) 및 측면 접촉 파셋(506)의 세라믹 코팅된 표면들(509)을 도시하는 클램프(500)의 측면도를 도시한다. 도 9c는 클램프(500)의 나사형 홀(501) 및 세라믹 코팅된 최하부 접촉 파셋(505) 및 측면 접촉 파셋(506)을 도시하는, 클램프(500)의 3차원 도면을 도시하는 기울어진 오버헤드 도면을 도시한다. 동일한 설계를 갖는 클램프들이 사용될 수 있다(예컨대, 모두 동일한 길이 또는 동일한 폭, 또는 동일한 길이 및 폭을 가짐). 상이한 길이들 및/또는 폭들을 갖는 클램프들이 또한 사용될 수 있다.
[00298] 예들에서, 단열 클램프들은 사전 굽힘된 기판의 전체 둘레 주위에 배치될 수 있다. 절연 클램프들만을 사용하는 것에 대한 예외는, 열원으로서 전기 아크 플라즈마를 제공하기 위해 PTA 토치가 DED 용융 툴로서 사용되는 경우일 수 있다. 이러한 구성들에서, 전류를 위한 경로를 제공하기 위해 하나 이상의 비-절연 클램프들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 구성에서, 2개 또는 3개의 절연되지 않은 클램프들이 전력 공급부들로부터의 안정적인 전류 경로를 보장하는 데 사용될 수 있다. 그러한 구성에서, 하나 또는 2개의 비절연 클램프들이 베이스플레이트의 짧은 가장자리들 상에 포지셔닝될 수 있고, 하나의 비절연 클램프가 최장 베이스플레이트 치수의 중간 섹션에 포지셔닝될 수 있다. 다른 구성들이 사용될 수 있다.
[00299] 금속 증착 및 물체 제작 동안 기판에서의 응력 및 왜곡을 완화시키기 위해, 클램프들은, 가능한 경우 어디든, 클램프들의 중심선들이 DED 스트링들/벽들의 시작/종료 포지션들에서 만나는 방식으로 기판 상에 포지셔닝될 수 있다. 예시적인 구성이 도 10에 도시된다. 예시된 구성에서, 클램프들(500)은, 기판(300)의 주변부 거의 전부가 지그(400)에 클램핑되도록 프리폼(600) 주위에 포지셔닝되고, 가능한 경우 클램프들(500)의 중심선이 프리폼(600)의 DED 스트링들/벽들의 시작/종료 포지션들의 중심선들과 만나도록 포지셔닝된다(클램핑 엔티티들(610, 615, 620, 625 및 630)로 예시됨). 이러한 기판 클램핑 제약들은, 증착 동안 종방향 잔류 응력들로부터 주로 발생하는 변형 효과들을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 파선 박스 윤곽(650)으로 도시된 바와 같이, 비-최적 클램핑은 클램핑 제약의 부재에 의해 야기되는 국부적 변형 또는 좌굴을 초래할 수 있다.
[00300] DED 프로세싱을 위해 사전 굽힘된 기판을 사전 굽힘시키고 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하는 동안, 상이한 클램핑 배열체들이 사용될 수 있다. 사전 굽힘 동안, DED 열원을 제공하는 용융 툴을 사용하여 기판의 후면에 열 에너지를 적용하는 것은 가장 긴 기판을 따라 균일한 편향을 생성하기 위해 기판의 전체 길이 또는 거의 전체 길이에 대한 열원의 증가된 접근을 필요로 할 수 있기 때문에, 클램핑 배열체들의 차이점들이 선택될 수 있다. DED 열원을 제공하는 용융 툴이 기판의 전체 길이에 열 에너지를 적용하는 것을 가능하게 하기 위해, 절연된 클램프들이 가장자리들에서 사용되지 않을 수 있다. 기판의 전면 상에서의 금속 증착에 의한 물체의 구축 동안, 잔류 응력 발생으로부터 발생하는 국부적인 변형들을 감소시키는 것을 돕기 위해, 절연된 클램프들이 기판의 둘레 주위에, 특히 DED 벽들의 시작/종료 포지션들에 배치될 수 있다. 클램핑 구성은 (1) 플레이트에 걸쳐 대칭성을 촉진하고, (2) 가능하면 동일한 기하학적 구조를 갖는 클램프들을 사용하고, (3) DED 열원을 제공하는 용융 툴에 의해 기판에 대한 원하는 접근을 허용하고, 그리고 (4) 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하는 데 필요한 토크 요건들을 충족할 수 있다.
[00301] 마운트 시스템(100)의 사용은 제조 프로세스를 상당히 개선할 수 있지만, 사전 굽힘된 기판의 휘어짐과 거의 일치하는 만곡부를 형성하도록 절단된 기존의 알루미나(Al2O3) 절연 시트들 또는 플레이트들과 같은 절연 재료 시트를 사용함으로써, 사전 굽힘된 기판의 전면에 대해 DED 프로세스를 수행하는 것이 가능하다. 이는 본원에서 제공되는 마운트 시스템(100)을 사용하는 것보다 훨씬 더 작업 집약적이다. 부가하여, 알루미나 절연 시트들의 두께의 변동, 및 사전 굽힘된 기판들의 만곡부와 일치하는 사전 절단된 시트들의 층들의 형성으로 인해, 작업물들 사이의 변동들이 발생할 수 있다. 본원에서 제공되는 다양한 마운트 시스템들(100)은 여러 번 사용될 수 있는 일관된 물리적 및 기계적 특성들을 갖는 구조를 제공함으로써 이러한 부품 간 변동을 완화 또는 방지할 수 있다. 부가하여, 예들에서, 마운트 시스템(100)은 임의의 세라믹 시트, 플레이트 또는 파일론을 배제할 수 있고, 그에 따라, DED 분위기에서 습기가 적다는 추가 이점을 제공할 수 있다.
[00302] 3. 기판 예열
[00303] 마운트 시스템(100) 및 절연 클램프들을 사용하여 사전 굽힘된 기판이 지그에 고정되면, 사전 굽힘된 기판은 DED 프로세스를 시작하기 전에 예열될 수 있다. 예열 단계는, 기판의 전면의 표면 대부분을 열원으로 처리하여, 기판을 전체로서 목표 온도로 균일하게 가열한 후에, 사전 굽힘된 기판이 여전히 뜨꺼운 동안 DED 프로세스를 사용하여 작업물을 형성하는 것으로 의도된다.
[00304] 더 높은 내부 인장 및 압축 응력들을 생성하기 위해 가파른 열 구배들 및 높은 냉각 레이트들이 선택되는 사전 굽힘 단계에서 기판의 후면에 에너지가 적용되는 방식과는 반대로, 예열 단계 동안, 더 온화하고 일관된 방식으로 기판의 전면을 향해 에너지가 전달된다. 예열 단계 동안, 기판 표면을 국부적으로 용융시키지 않는 조건들 하에서 열원을 사용하여 기판의 전면으로 에너지가 지향될 수 있다. 예열 단계 동안, 연속적인 용융 트랙들을 형성하지 않는 조건들 하에서 열원을 사용하여 기판의 전면으로 에너지가 지향될 수 있다. 거의 균일한 가열이 요구되기 때문에, 열원으로부터의 에너지는, 열원을 제공하는 용융 툴의 비교적 낮은 속도들로 적용될 수 있고, 용융 툴은 더 낮은 에너지 밀도에서 열 에너지를 적용하기 위해 더 높은 스탠드오프 거리(기판으로부터 더 멀리 있음)에 포지셔닝되는 열원을 제공한다. 부가하여, 예열 단계가 DED 프로세스를 사용하여 작업물 구축 전에 기판을 가열하도록 의도되기 때문에, 어떠한 냉각 가스도 가스 제트 디바이스를 사용하여 적용되지 않는다. 따라서, 냉각 레이트는 사전 굽힘 단계에서 발생할 수 있는 냉각 레이트보다 상당히 더 낮다.
[00305] 예열 동안의 이러한 더 느린 가열/냉각 사이클은 x, y 및 z-방향을 따라 기판에서 느린 냉각 레이트들 및 낮은 열 구배 형성을 촉진할 수 있다. 예열 동안의 에너지의 적용은 느린 잔류 열 축적을 허용하는 방식으로 수행될 수 있는데, 이는 열이 전도에 의해 사전 굽힘된 기판 볼륨 전체에 걸쳐 소산될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 더 낮은 열 구배들이 더 낮은 에너지 밀도로 기판에 전달될 수 있다. 이러한 조건들은, 열이 전도에 의해 베이스플레이트 볼륨 전체에 걸쳐 소산됨에 따라, 잔류 열의 느린 축적을 허용하기 위해, 베이스플레이트에 걸쳐 "거의(close to)" 균일한 온도 분포를 생성할 수 있다. 사전 굽힘된 기판은 마운트 시스템(100)으로부터 열적으로 격리되고, 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위해 절연 클램프들이 사용되기 때문에, 잔류 열은 기판에 보다 쉽게 유지될 수 있다.
[00306] 기판의 표면에 걸쳐 그리고 기판의 두께를 통해 거의-균일한 온도 분포를 생성하기 위해, 낮은 에너지 밀도가 순차적인 방식으로 기판에 전달될 수 있다. 축적된 열 에너지에 대한 하나의 영역의 노출을 회피하기 위해, 에너지의 적용은 기판의 제1 가장자리에서 시작될 수 있고, 기판의 대향하는 제2 가장자리에 도달할 때까지 x 방향을 따라 기판의 표면에 걸쳐 계속될 수 있다. 그런 다음, 열원을 제공하는 용융 툴은 제1 가장자리로 다시 이동될 수 있고, 에너지 적용의 제1 패스로부터 약간의 거리에 y 방향으로 재포지셔닝될 수 있고, 에너지가 x 방향을 따라 적용된다. 이러한 프로세스는, 사전 굽힘된 기판의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지 반복된다. 기판에서 온도 분포가 더 균일할수록, 기판에서 발생하는 응력 및 왜곡 효과들을 완화하는 데 더 우수하다.
[00307] 예열 동안의 에너지 적용을 위한 예시적인 패턴이 도 11에 도시된다. 흑색 화살표들은 DED 에너지 소스의 방향/경로를 표시하고, XES를 포함하는 원들은 시퀀스(X)를 표시하며, 여기서, X는 기판(300)의 제2 측면(320)의 표면에 걸쳐 1 내지 8이고, S는 에너지 적용의 경로의 시작을 표시하고, E는 에너지 적용의 경로의 끝을 표시하여, 가열 경로를 발생시킨다. 예시된 패턴에서, 가열은 x 방향에 걸쳐 최하부 가장자리에서 시작되고(1ES), 그런 다음, 열원은 y 방향으로, 초기 가열 경로로부터 위로 약 1/9의 지점까지 이동되고, y 방향은 짧은 가장자리로부터 짧은 가장자리까지(2ES)이다. 이러한 절차는, 기판(300)의 표면에 걸쳐 열이 적용될 때까지, 3ES, 4ES, 5ES, 6ES, 7ES, 및 8ES에 대해 반복된다. 제1 가열 경로(700)는 1ES에 대응한다. 제2 가열 경로(705)는 2ES에 대응한다. 제3 가열 경로(710)는 3ES에 대응한다. 제4 가열 경로(715)는 4ES에 대응한다. 제5 가열 경로(720)는 5ES에 대응한다. 제6 가열 경로(725)는 6ES에 대응한다. 제7 가열 경로(730)는 7ES에 대응한다. 제8 가열 경로(735)는 8ES에 대응한다. 단일 에너지 소스 또는 복수의 에너지 소스들이 예열 경로들에서 사용될 수 있다. 도면은, 병렬로 실행되는 2개의 용융 툴들의 툴경로들 및 예열 시퀀스들을 나타내는 실선 및 흑색 파선들을 도시한다. 예시된 실시예가 DED 에너지 소스를 사용하는 가열을 설명하지만, 다른 에너지 소스들이 사용될 수 있다. 예시적인 대안적 에너지 소스들은, 예컨대, 하나 이상의 레이저들, 하나 이상의 유도 가열기들, 또는 레이저, DED 에너지 소스 및 유도 가열기 중 임의의 것의 조합을 포함한다. 부가하여, 베이스플레이트가 균일하게 가열될 수 있게 할 수 있는 다른 방법들 및 디바이스들, 이를테면 유도 가열, 저항성 가열 등이 또한 사용될 수 있다.
[00308] 예열의 방향은, DED 증착 영역들 아래의 영역들에서의 온도 및 체류 시간이 유사할 수 있도록, 프리폼을 형성하는 실제 DED 프로세스와 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 예시된 바와 같이, 예열 열 에너지 적용들의 시작(S) 및 종료(E) 포지션들(흑색 화살표들로서 도시되고, 각각이 원으로 라벨링됨)은 DED 프로세스 동안의 금속 증착의 동일한 방향에 있다.
[00309] 열 에너지 적용은 열 에너지를 생성하는 임의의 소스를 사용하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 전기 아크-기반, 레이저 빔 및 전자 빔 열원들이, 예열 효과들을 달성하기 위해, 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열 아크 용접 소스들, 이를테면, 예열 PTA 토치 및 용융 PTA 토치가 기판을 가열하기 위해 기판을 측방향으로 횡단할 수 있다. PTA 토치들은 온도 구배 형성을 완화시키고 총 예열 시간을 감소시키도록 포지셔닝될 수 있다. 레이저 에너지 또는 전자 빔 에너지에 기반하는 다른 열원들이 또한, 동일한 목적을 위해, 그러나 기판의 유사한 가열을 달성하기 위해 적합한 세트의 파라미터들을 사용하는 데 사용될 수 있다. 예열 열 에너지 적용 영역들 사이의 간격은, 열원들에 의해 전달되는 열의 양에 의존할 수 있다. 예열 열 에너지 적용 영역들 사이의 간격은, 열원들에 의해 전달되는 열 분포에 의존할 수 있다.
[00310] 예를 들어, 2개의 PTA 열 전기 아크 플라즈마 용접 토치들이 기판을 가열하기 위해 동시에 옆으로 횡단하는 데 사용될 수 있다. 2개의 토치들은 서로에 대한 상대적(고정) 거리, 이를테면 약 20 mm 내지 40 mm를 가질 수 있다. 이 구성은, 열원 중심선들을 중첩시키지 않으면서 가능한 한 균일하게 열이 전달 및 확산되는 방식으로, x 방향을 따라 그리고 y 방향에 걸쳐 열 에너지를 적용할 수 있다. 다른 한편으로, 그리고 고정된 기판 폭에 대해, 예열의 양은, 레이저 에너지 또는 전자 빔 에너지와 같은 더 집중된 열원들이 이러한 목적을 위해 사용되어야 하는 경우, 달라질 수 있다. 레이저 또는 전자 빔 스폿들은, 기판 상의 더 넓은 가열 영역들에 영향을 미치기 위해 더 크게 설계될 수 있다. 유도 가열기들 및 저항성 가열기들을 포함하여, 다른 방법들 및 디바이스들이 기판이 균일하게 가열될 수 있게 할 수 있다.
[00311] DED 열원(들)을 제공하는 용융 툴은 균일한 예열을 수행하는 데 사용될 수 있다. DED 열원(들)을 제공하는 용융 툴을 사용하여 예열을 수행하는 데 사용되는 포지셔닝, 시퀀스 및 파라미터들은, 기판에 대한 에너지의 적용이 사전-굽힘 단계 동안 기판에 부과된 것보다 더 낮은 열 구배 생성을 야기할 수 있도록 제어될 수 있다. 예열은 기판의 온도를 균일하게 상승시키기 위해 수행될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판의 재료에 따라, 기판의 온도를 약 350 ℃ 내지 약 650 ℃의 범위의 온도로 균일하게 상승시키기 위해 예열이 수행될 수 있다. 예를 들어, Ti를 함유하는 기판들은 약 400 ℃ 초과 내지 약 550 ℃의 범위의 온도로 예열될 수 있다. 일부 Ti 합금들의 경우, 기판은 DED가 수행될 때 열 구배 형성을 완화시키기 위해 약 450 ℃ 내지 약 500 ℃의 범위의 온도로 예열될 수 있다. 예열은, 용융 금속이 작업물을 형성하기 위해 증착될 때, 가열로 인한 임의의 국부화된 응력을 감소시킴으로써, DED 프로세싱 동안의 내부 응력 축적을 완화시킬 수 있다. 기판을 상승된 온도들, 이를테면 온간 성형(warm forming) 온도 또는 열간 성형(hot forming) 온도로 예열함으로써, DED 작업물 형성 동안 기판 상의 용접 비드의 준비는 제로에 가까운 왜곡을 초래할 수 있는데, 이는 용접이 실온에서 기판에 용착될 때, 결과적인 열 구배가 두께를 통해 생성된 열 구배보다 상당히 작을 수 있기 때문이다. 예열은 기판 표면을 현저하게 수정시키거나 융합시키도록 의도되는 것이 아니라, 어떠한 금속도 첨가되지 않으면서 용접 라인들의 형성을 초래할 수 있다.
[00312] 간접적인 가열, 이를테면, 기판의 온도를 균일하게 상승시키기 위해 오븐에서 지그에 클램핑된 사전 굽힘된 기판을 가열하는 것이 예열을 위해 사용될 수 있다. 일부 적용들에서, 이는 실현가능하지 않거나 실용적이지 않다. 기판/지그 조합을 오븐으로부터, DED 프로세스가 행해질 수 있는 챔버 내로 이동시키는 데 요구되는 시간은 기판으로부터 잔류 열의 상당한 손실을 야기하여, 예열 단계의 목적을 무산시킬 수 있다. 시스템은, 기판을 예열하기 위한 오븐의 사용을 가능하게 하기 위해 증착 챔버를 통해 액세스될 수 있는 오븐을 포함하도록 변형될 수 있다.
[00313] 기판이 지그에 부착될 때 기판의 표면에 걸쳐 열을 적용하도록 포지셔닝된 가열 디바이스를 사용한 직접 가열이 사용될 수 있다. 증착 전에 기판이 균일하게 가열될 수 있게 하는 임의의 방법(들) 및 가열 디바이스(들)가 사용될 수 있다. 가열 디바이스들은 유도성 가열기들, 저항성 가열기들, 또는 이들의 조합들일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예시적인 가열기들은 도관-내 전도체(conductor-in-conduit) 열원, 가열기 스트립, 저항성 가열 스트립, 적외선 가열기, 포지티브 열 계수 세라믹 가열기, 후막 세라믹 가열기, 저항 와이어 또는 저항 리본 가열 디바이스, 적외선 가열기, 유도 가열기 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있는 가열기들을 포함한다.
[00314] 4. 작업물을 구축하기 위한 DED 프로세스
[00315] 기판이 목표 온도로 예열된 직후에, 기판 상에 작업물을 형성하기 위해 DED 프로세스가 수행될 수 있다. 기판의 전면 상에서의 금속 증착에 의한 물체의 구축 동안, 클램프들은 일반적으로, 잔류 응력 발생으로부터 발생하는 국부적인 변형들을 감소시키는 것을 돕기 위해 DED 벽들의 시작/종료 포지션들에 포지셔닝될 수 있다.
[00316] 사전 굽힘된 기판은 예열 전에 지그에 부착된 절연/비절연 클램프들을 통해 마운트 시스템(100)과 접촉할 수 있다. 예들에서, 기판은 지그로부터 열적으로 분리될 수 있다. 예들에서, 마운트 시스템(100)은 세라믹이 없을 수 있거나, 사전 굽힘된 기판과 접촉할 수 있는 표면 상에 절연 세라믹 코팅을 포함할 수 있다. 사전 굽힘된 기판은 마운트 시스템에 접합되지 않는다. 또한, 이러한 배열체로부터 알 수 있는 바와 같이, 사전 굽힘된 기판이 지그에 고정되어 있는 동안, 작업물이 사전 굽힘된 기판의 표면 상에 구축될 수 있다. 사전 굽힘된 기판은 작업물의 일부가 될 수 있지만, 마운트 시스템(100)의 어떠한 부분도 작업물의 일부가 되지는 않는다.
[00317] 사전 굽힘된 기판이 휘어짐을 갖고, 또한 휘어짐을 갖는 마운트 시스템에 커플링되는 동안, 사전 굽힘된 기판과 지그 사이의 지지부로 마운트 시스템을 사용하여 지그에 고정된 사전 굽힘된 기판의 곡선 기울기는 전체 증착 조건들에 영향을 미치지 않는다. 마운트 시스템에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부 반경은 중력의 영향이 용접 풀 역학에 악영향을 미치지 않을 정도로 충분히 클 수 있어서, 마운트 시스템과 접촉하는 사전 굽힘된 기판 상으로의 증착은 평탄한 포지션으로 기판 상에 증착되는 경우 달성되는 것과 유사할 수 있다. 마운트 시스템에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부 반경은, 경사에 의해 야기되는 중력의 영향이 사전 굽힘된 기판의 표면 상에 증착 또는 형성되는 액체 용융 풀의 거동에 영향을 미치지 않도록 선택될 수 있다. 부가하여, 작업물을 구축하기 위해 DED 프로세싱에서 사용되는 제어기는, 작업물의 제조 동안 DED 프로세스에 의해 일관된 에너지/프로세싱 조건들이 전달될 수 있음을 보장하기 위해, 마운트 시스템에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 만곡부에 z-좌표들을 적응시킬 수 있다. CAD-CAM 프로그램 명령들은, 전체 프로세싱 조건들, 특히 스탠드오프 거리가 영향을 받지 않음을 보장하기 위해, 용융 툴이 마운트 시스템에 의해 정의된 만곡된 프로파일의 정확한 형상을 따르는 DED 열원을 제공하게 하도록 실행될 수 있다.
[00318] DED 프로세스에 의해 구축될 작업물에 대한 설계는, 용융 금속의 증착에 의해 형성되는 작업물의 벽들의 대부분이, 기판의 후면측 상의 기판의 인접한 용융 트랙들 사이에 있고, 바람직하게는 그로부터 동일하게 떨어져 있고, 그에 인접하도록, 기판의 전면 상에 포지셔닝될 수 있다. 이러한 포지셔닝을 이용하여, 작업물의 DED 제조 동안 용융된 구역에서 발생할 수 있는 불균일한 소성 변형 및 높은 인장 응력들은 사전 굽힘 처리에 의해 부과된 높은 압축력들의 영역에서 발생할 수 있고, 그리고 작업물의 용접부가 냉각되면서 형성될 수 있는 압축력들은 사전 굽힘 처리에 의해 부과되는 높은 인장 응력들의 영역에서 발생할 수 있다. 이에 따라, 기판의 후면 상의 용융 트랙들에 대한 기판의 전면 상의 작업물의 벽들의 포지셔닝으로 인해, 잔류 응력장들이 밸런싱되어, 증착 직후의 프리폼에서의 총 왜곡을 완화시킬 수 있다.
[00319] 프리폼의 형성을 위한 예시적인 증착 패턴이 도 11에 예시된다. 예시된 바와 같이, 프리폼(600)은, 용융 금속의 증착에 의해 형성되는 작업물 프리폼(600)의 벽들, 이를테면 380, 382 및 384의 대부분은, 기판(300)의 후면 또는 제1 측면(310) 상의 인접한 예열 경로들(700, 705, 710, 715, 720, 725, 730 및 735) 사이에 있고 바람직하게는 그로부터 동일하게 떨어져 있고 그에 인접하도록, 기판(300)의 전면 또는 제2 측면(320) 상에 포지셔닝된다. 층 당 예시적인 DED 시퀀스 경로는 박스들(S1 내지 S5)에 의해 순차적으로 표시되며, 화살표들은 층 당 DED 방향을 나타낸다.
[00320] 본원에서 제공되는 DED 프로세스들을 사용하여 금속 작업물을 생성하기 위한 방법들에서, 금속성 재료의 3차원 물체는, 기판 상에 금속성 재료의 연속적인 증착물들을 함께 융합시킴으로써 제조될 수 있다. 작업물을 구축하기 위해 임의의 DED 프로세스가 사용될 수 있다. DED 프로세스는 에너지 소스를 제공하는 하나 이상의 용융 툴들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 용융 툴들은 열원으로서 전기 아크 플라즈마를 제공하는 PTA 토치, 열원으로서 레이저 빔을 제공하는 레이저 디바이스, 열원으로서 전자 빔을 제공하는 전자 빔 디바이스, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 구성들에서, 열원들을 제공하는 2개 이상의 용융 툴들이 사용될 수 있다. 예를 들어, DED 열원을 제공하는 하나의 용융 툴은 기판을 예열하는 데 사용될 수 있고, DED 열원을 제공하는 제2 용융 툴은 금속성 재료를 용융시켜 예열된 영역 상에 증착될 수 있는 용융 금속을 형성하는 데 사용될 수 있다. DED 열원들을 제공하는 다수의 용융 툴들이 사용될 때, 이들은 동일할 수 있거나 또는 이들은 서로 상이할 수 있다. 다수의 용융 툴들의 예시적인 조합들은 2개의 PTA 토치들, 2개의 레이저 빔 디바이스들, 2개의 전자 빔 디바이스들, PTA 토치와 레이저 빔 디바이스, PTA 토치와 전자 빔 디바이스, 그리고 레이저 빔 디바이스와 전자 빔 디바이스를 포함한다.
[00321] 일부 방법들에서, 제1 용융 툴은 기판의 표면 가열을 위해, 예컨대, 금속성 재료가 증착될 포지션에서 모재의 표면의 적어도 일부에 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이는, DED 프로세스 동안 열 구배들을 최소화하기 위해 전체 기판의 온도를 목표 온도까지 상승시키는 데 사용되는 예열 단계와 상이하다. 대조적으로, 모재의 표면 가열을 위해, 그것이 기판이든 또는 이전에 증착된 금속의 층이든, 제1 용융 툴은 고강도 에너지를 모재의 제한된 영역에 전달하여, 에너지 적용 영역을 용융 온도보다 약간 낮은, 이를테면 0.1 % 내지 10 % 낮은 온도로, 또는 용융 온도로 상승시킨다. 모재의 표면 가열은 용접 비드 습윤화 및 퍼짐 특성들을 개선할 수 있다. 모재의 표면 가열은 용접 비드 접촉 각도들을 개선할 수 있다. 모재의 표면 가열은, 가열된 표면 상에 증착될 용융 금속에 대해 표면을 더 잘 수용하게 할 수 있다.
[00322] 제2 용융 툴은, 용융된 금속성 재료가 제1 용융 툴에 의해 가열된 모재의 표면 가열된 영역 상에 증착되도록 금속성 재료를 가열 및 용융시키는 데 사용될 수 있다. 가스 제트 디바이스는 냉각 가스를 액체 용융 풀의 표면에 걸쳐 지향시키거나, 액체 용융 풀의 표면에 충돌시키거나, 액체 용융 풀의 액체-고체 경계에 인접한 응고된 재료의 표면에 충돌시키거나 이들의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있다. 모재는, 용융된 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 작업물을 형성하도록, 미리 결정된 패턴으로 제1 및 제2 용융 툴들 및 가스 제트 디바이스의 포지션에 대해 이동될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 용융 툴들 및 가스 제트 디바이스는, 용융된 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 작업물을 형성하도록, 미리 결정된 패턴으로 모재의 포지션에 대해 이동될 수 있다.
[00323] 본원에서 제공되는 방법들에서, 냉각 가스는 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 및 이들의 조합들과 같은 불활성 가스이거나 또는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 냉각 가스는 약 1 L/분 내지 약 300 L/분의 유입구에서 측정된 유량을 가질 수 있다. 냉각 가스는 일정한 스트림(stream)으로 적용될 수 있거나, 또는 간헐적으로 적용될 수 있거나, 또는 펄스 유동(pulsed flow)으로 적용될 수 있다. 냉각 가스의 유동은 용융 풀 근처에서 냉각 가스의 난류 유동(turbulent flow)을 생성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 가스 제트 디바이스를 통해 유동하는 냉각 가스의 속도는, 가스 제트 디바이스에서 나가는 냉각 가스가 층류 유동(laminar flow) 대신에 난류 유동을 나타내도록 증가될 수 있다. 냉각 가스는, 냉각 가스의 층류 유동과 난류 유동의 조합이 용융 풀 근처로 지향될 수 있도록, 단일 가스 제트 디바이스 상의 복수의 노즐들을 사용하여 또는 복수의 가스 제트 디바이스들을 사용하여 전달될 수 있다.
[00324] 적용되는 냉각 가스의 온도는 임의의 온도일 수 있다. 냉각 가스 온도는 첨가제 형성 프로세스가 수행되는 챔버의 주변 온도일 수 있다. 냉각 가스 온도는 대략 실온 또는 그 미만, 이를테면, 대략 25 ℃ 또는 그 미만일 수 있다. 냉각 가스는 냉각된 온도, 이를테면 -150 ℃ 내지 약 4 ℃, 또는 약 -10 ℃ 내지 약 10 ℃에 있을 수 있다.
[00325] 가스 제트 디바이스의 노즐들의 수 및 구성, 및/또는 가스 제트 디바이스들의 수, 그리고 이들의 구성 및 배치는, 열 에너지 충돌 영역 또는 그 주변의 거리와 같은 작업물의 길이를 이동 방향을 따라 약 5 mm 내지 약 50 mm, 또는 약 10 mm 내지 약 40 mm, 또는 약 15 mm 내지 약 30 mm 커버하는 냉각 가스를 전달하도록 선택될 수 있다.
[00326] 본원에서 제공되는 방법들에서, DED 열원을 제공하는 용융 툴은 용융 풀 조건들을 제어하기 위해 가스 제트 디바이스와 조합하여 사용될 수 있으며, 가스 제트 디바이스는 약 1200 ℃에서 약 600 ℃로, 또는 약 1000 ℃에서 약 800 ℃로 온도를 감소시키는 냉각 가스를 생성한다. 작업물이 Ti 합금으로 형성되는 일부 방법들에서, 1000 ℃에서 800 ℃로의 온도 감소가 사용될 수 있다.
[00327] 본원에서 제공되는 방법들은 임의의 적층 제조 시스템에서 수행될 수 있다. 방법들은, 불활성 가스가 단지 열원, 이를테면 전기 아크 플라즈마를 포함하거나, 또는 열원을 포함하는 용융 툴을 포함하거나, 또는 용융 툴 및 작업물을 포함하는 시스템에서 수행될 수 있다. 방법들은, 전체 프로세스가 불활성 분위기에서 수행되는 불활성 분위기를 제공하기 위해 불활성 가스로 충전된 폐쇄 챔버를 포함하는 시스템에서 수행될 수 있다. 불활성 분위기는 아르곤, 크세논, 네온, 크립톤, 헬륨, 또는 이들의 조합들일 수 있거나 이를 함유하여, 불활성 분위기 증착을 가능하게 할 수 있다.
[00328] DED 프로세스들에 대한 종래의 기판 구성들과 핀 지지 시스템(110)으로서 구현된 마운트 시스템(100)을 사용하여 본원에 제공된 프로세스들 사이의 예시적인 차이들이 도 12a 및 도 12b에 예시된다. 도 12a는 y-방향에서 본 종래의 구성을 예시하며, 여기서 기판(300)은 (도시되지 않은 클램프들을 통해) 지그(400)에 고정되지만, 기판(300)과 지그(400) 사이에 포지셔닝되는 알루미나 절연 플레이트들(540, 541, 542, 및 543)에 의해 지그(400)로부터 열적으로 격리된다. 어떠한 응력 완화 처리도 받지 않은 기판(300)은 평탄하며, DED 프로세스 동안 기판(300)의 상부 표면 상에 금속 재료가 증착되어 프리폼들(600 및 600')을 생성한다.
[00329] 대조적으로, 도 12b는 도 12a의 예시와 비교를 위해 y-방향에서 볼 때 핀 지지 시스템(110)으로서 구현된 마운트 시스템(100)을 사용하는 기판 구성의 예시적인 실시예를 예시한다. 도 12c는 도 12b의 핀 지지 시스템(110)으로서 구현된 마운트 시스템(100)을 사용하는 기판 구성의 예시적인 실시예를 예시하지만, x-방향에서 볼 때 프리폼(600)이 기판(300)의 길이를 따라 증착될 수 있음을 예시한다. 예시된 구성에서, 핀 지지 시스템(110)은, 기판(300)이 (도시되지 않은 클램프들을 통해) 지그(400)에 고정될 때, 기판(300)에 대한 하부 지지부로서 기능할 수 있다. 핀 지지 시스템(110)은 지그로부터 기판을 열적으로 분리하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 알루미나 절연 플레이트들 또는 다른 기판 지지 장치를 사용할 필요가 없도록 할 수 있는데, 이는 왜냐하면 마운트 시스템(100)은 지그(400)로부터 기판(300)을 열적으로 분리하도록 구성될 수 있기 때문이다. 기판(300)은 본원에서 개시되는 응력 완화 프로세스들을 겪을 수 있고, 그에 따라, 기판(300)의 사전 굽힘이 야기될 수 있다. 사전 굽힘된 기판(300)은 절연 클램프들(도시되지 않음)을 사용하여 핀 지지 시스템(110)에 클램핑될 수 있다. 예들에서, 핀 지지 시스템(110)에 의해 정의된 만곡된 것의 만곡부 반경은, 중력의 영향이 용접 풀 역학에 악영향을 미치지 않을 정도로 충분히 클 수 있어서, 증착은 평탄한 포지션에서 증착되는 것처럼 달성되는 것과 유사하다. 금속 재료가 DED 프로세스 동안 기판(300)의 상부 표면 상에 증착되어 프리폼들(600 및 600')을 생성한다.
D. 시스템들
[00330] 또한, DED 프로세스들에 의해 금속성 작업물들을 구축하기 위한 시스템들이 제공된다. 시스템들은, 사전 굽힘된 기판이 고정되는 지그; 사전 굽힘된 기판이 지그에 고정될 때, 사전 굽힘된 기판의 하부 지지부로서 작용할 수 있는 마운트 시스템(100); 사전 굽힘된 기판을 지그에 고정하기 위한 절연 클램프들; 모재의 표면 상에 증착될 수 있는 금속성 용융 재료로 금속 소스를 용융시키기 위한 DED 에너지 소스를 포함하는 하나 이상의 용융 툴들(제1 층의 경우, 모재는 기판의 표면일 것임; 후속 층들의 경우, 모재는 이전에 증착된 금속 층의 표면일 것임); 냉각 가스를 액체 용융 풀을 가로질러 지향시킬 수 있거나, 액체 용융 풀에 충돌시키거나, 액체 용융 풀의 액체-고체 경계에 인접한 응고된 재료에 충돌시키거나, 또는 이들의 임의의 조합을 할 수 있는 가스 제트 디바이스; 냉각 가스의 공급부; 용융 툴 및 가스 제트 디바이스에 대해 모재를 포지셔닝 및 이동시키기 위한 시스템; 제어기를 포함하고, 제어기는 형성될 금속성 작업물의 설계 모델, 이를테면 컴퓨터 보조 설계(CAD; computer assisted design) 모델을 판독할 수 있고, 그리고 설계 모델을 이용하여 모재를 포지셔닝 및 이동시키기 위한 시스템의 포지션 및 이동을 조절하고, 용융 툴 및 가스 제트 디바이스를 작동시켜서, 작업물은 작업물을 형성하기 위해 금속성 재료의 연속적인 증착물들을 형성하도록 모재 상에 금속성 재료를 융합시킴으로써 구축된다.
[00331] 단일 용융 툴이 사용될 수 있거나, 또는 2개의 용융 툴들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 예열 토치는 단일 예열 전기 아크 플라즈마를 생성하고, 제2 토치는 이중 전기 아크 플라즈마를 생성한다. 2개의 토치들은 탠덤 구성(tandem configuration)으로 동시에 사용될 수 있다. 예열 아크는 기판의 표면 가열 또는 사전 컨디셔닝을 위해, 예컨대, 금속성 DED 재료가 증착될 포지션에서, 모재의 표면의 일부에 열 에너지를 전달할 수 있다. 부가하여, 이중 전기 아크 플라즈마는 별개의 전력 공급부들에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 이중 전기 아크 플라즈마는, 모재의 표면 가열된 영역 상에 금속을 저항성 열 및 용융시키는 데 사용될 수 있다. 이중 전기 플라즈마 아크들은 금속, 이를테면 금속 와이어 공급원료 상에 전기 아크 플라즈마 아크의 작용에 의해 생성되는 용융 금속과 작업물의 모재 사이의 적절한 융합을 보장할 수 있다. 예를 들어, 제2 용융 툴은 이중 전기 아크 플라즈마를 생성하는 토치일 수 있으며, 이로써 아크들 중 하나는 토치의 텅스텐 전극과 작업물(PTA) 사이에서 연소되고, 다른 아크는 토치의 텅스텐 전극과 와이어 공급원료(주 아크) 사이에서 연소되고, 둘 모두는 직선 극성을 사용한다. PTA 전기 아크 플라즈마는 모재의 예열된 표면으로의 용융 금속의 융합 특성들을 깊게 할 수 있으며, 이는 주 전기 아크 플라즈마와 독립적으로 제어될 수 있다. 주 전기 아크 플라즈마는 토치와 전류-운반 와이어 공급원료 사이에 설정될 수 있다. 와이어 공급원료는, 작업물에 전달되는 PTA 전기 아크 플라즈마의 컬럼(column)에 의해 생성되는 열, 및 주 전기 아크 플라즈마 회로에 의해 생성되는 열에 의해 용융될 수 있다. 와이어 공급원료는 작업물 상에 증착될 수 있는 용융 금속을 생성할 수 있다. 용융 금속의 액적들로부터의 과열은 모재의 표면 가열 영역 부근에 용융 풀을 유지할 수 있다. 모재의 표면 가열은 액체 풀의 향상된 융합, 개선된 습윤화 및 퍼짐 특성들을 초래할 수 있고, 그에 따라, 더 양호한 전체 DED 특성들을 산출할 수 있다. 증착 프로파일과 관련하여, 기판을 표면 가열함으로써, 더 얕고 더 넓은 증착 프로파일을 획득하는 것이 가능할 수 있다. 개선된 용접 비드 특성들은 모재를 향해 유익한 용접 비드 접촉 각도를 갖는 프로파일을 발생시킬 수 있으며, 이는 모재 및 인접한 용접 비드들에 대한 적절한 융합을 촉진할 수 있다. 개선된 용접 비드 및 융합 특성들은 기계적 무결성이 개선된 개선된 제조 제품을 생산할 수 있다.
[00332] 각각의 용융 툴은 개별적으로 제어될 수 있고, 그에 따라, 개별적인 온도 및 압력 필드들을 생성하도록 개별적으로 조절될 수 있다. 이러한 배열체의 장점은, 모재의 표면 가열된 영역 상으로 용융될 금속성 공급원료에 적용되는 열 에너지의 양이 모재의 표면에 적용되는 열 에너지보다 더 클 수 있어서, 모재의 과열을 회피할 수 있다는 것이다.
[00333] 본원에서 제공되는 DED 제조 시스템은 용융 툴로서 PTA 토치, 레이저 디바이스, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 모재 표면에 전기적으로 연결된 제1 PTA 토치는 표면 가열 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 가열하고, 소모성 전극에 전기적으로 연결된 제2 PTA 토치는 소모성 전극을 가열 및 용융시킬 수 있고, 이는, 타겟 증착 영역의 표면 가열된 영역 상에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액적들을 초래할 수 있다. 일부 구성들에서, PTA 토치는 표면 가열 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 표면 가열할 수 있고, 레이저 디바이스는 금속 와이어 또는 금속 분말을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 금속 와이어 또는 금속 분말을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 표면 가열 영역 상에 증착될 수 있는 용융 금속의 형성을 초래할 수 있다. 일부 구성들에서, PTA 토치는 표면 가열 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 가열할 수 있고, 전자 빔 디바이스는 금속 와이어를 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 표면 가열 영역에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액적들을 초래할 수 있다.
[00334] 일부 구성들에서, 레이저 디바이스는 스폿 가열된 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 스폿 가열할 수 있고, 소모성 전극에 전기적으로 연결된 PTA 토치는 소모성 전극을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액적들을 초래할 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 레이저 디바이스는 스폿 가열된 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 스폿 가열할 수 있고, 제2 레이저 디바이스는 금속 와이어 또는 금속 분말을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역 상에 증착될 수 있는 용융 금속의 형성을 초래할 수 있다. 일부 구성들에서, 레이저 디바이스는 스폿 가열된 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 가열할 수 있고, 전자 빔 디바이스는 금속 와이어를 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역 상에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액적들을 초래할 수 있다.
[00335] 일부 구성들에서, 전자 빔 디바이스는 스폿 가열된 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 스폿 가열할 수 있고, 소모성 전극에 전기적으로 연결된 PTA 토치는 소모성 전극을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역 상에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액적들을 초래할 수 있다. 일부 구성들에서, 전자 빔 디바이스는 예열된 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 스폿 가열할 수 있고, 레이저 디바이스는 금속 와이어 또는 금속 분말을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역 상에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액절들을 초래할 수 있다. 일부 구성들에서, 제1 전자 빔 디바이스는 스폿 가열된 영역을 형성하기 위해 모재 상의 타겟 증착 영역을 스폿 가열할 수 있고, 제2 전자 빔 디바이스는 금속 와이어 또는 분말을 가열 및 용융시킬 수 있으며, 이는 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역 상에 떨어질 수 있는 용융 금속의 액적들을 초래할 수 있다.
[00336] 일부 구성들에서, DED 제조 시스템은 표면 가열된 표면을 형성하기 위해 모재의 타겟 영역에 에너지(예컨대, 각각 레이저 에너지 또는 플라즈마 전사된 아크)를 지향시키도록 배열될 수 있는 레이저 디바이스 또는 PTA 토치를 포함할 수 있고, PTA 토치 또는 레이저 디바이스는 모재의 표면 가열된 영역 위에 포지셔닝된 소모성 전극 또는 금속 와이어의 단부 상으로 에너지를 지향시키도록 배열될 수 있다. 에너지는 소모성 전극 또는 금속 와이어의 단부를 용융시켜, 소모성 전극 또는 금속 와이어의 단부 아래의 모재의 표면 가열된 영역 상에 적하될 수 있는 용융된 금속의 액적들을 형성할 수 있다. 에너지를 타겟 증착 영역으로 지향시키는 용융 툴은, 모재 내로의 용융 금속의 액적들의 멜트-인(melt-in)을 깊게 함으로써, 모재와 모재 상에 증착되고 있는 용융 금속 재료 사이의 융합을 촉진할 수 있다. 소모성 전극 또는 금속 와이어를 용융시키는 데 사용되는 용융 툴은 또한, 타겟 증착 영역의 스폿 가열된 영역 부근에서의 열 에너지에 기여하여, 모재로 지향되는 용융 툴에 의해 제공되는 열 에너지에 기여할 수 있다. 용융 금속의 액적들로부터의 과열은 모재의 스폿 가열된 영역 부근에서 용융 풀을 유지하는 것을 도울 수 있다.
[00337] 소모성 전극 또는 금속 와이어는 Al, Cr, Cu, Fe, Hf, Sn, Mn, Mo, Ni, Nb, Si, Ta, Ti, V, W, 또는 Zr, 또는 이들의 복합체들 또는 합금들일 수 있거나 또는 이들을 함유할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소모성 전극은 Ti 또는 Ti 합금을 함유하는 와이어일 수 있다. 소모성 전극 또는 금속 와이어는, Al, V, Sn, Zr, Mo, Nb, Cr, W, Si, 및 Mn 중 하나 또는 이들의 조합과 조합하여 Ti를 함유하는 티타늄 합금이거나 또는 이를 함유할 수 있다. 예컨대, 예시적인 티타늄 합금들은 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-45Al-2Nb-2Cr, Ti-47Al-2Nb-2Cr, Ti-47Al-2W-0.5Si, Ti-47Al-2Nb-1Mn-0.5W-0.5Mo-0.2Si, 및 Ti-48Al-2Nb-0.7Cr-0.3Si를 포함한다. 소모성 전극 또는 금속 와이어는 알루미늄, 철, 코발트, 구리, 니켈, 탄소, 티타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 니오븀, 금, 은, 팔라듐, 백금, 지르코늄, 이들의 합금들, 및 이들의 조합들을 함유할 수 있다. 소모성 전극은 중실 와이어 전극, 코어형 와이어 전극 또는 스트립 전극을 포함할 수 있다.
[00338] 소모성 전극 또는 금속 와이어의 전형적인 단면은 원형 단면이다. 소모성 전극 또는 금속 와이어의 직경은 최대 약 10 mm일 수 있고, 약 0.8 mm 내지 약 5 mm의 범위일 수 있다. 소모성 전극 또는 금속 와이어는 임의의 실질적으로 구현가능한 단면 치수, 예컨대, 1.0 mm, 1.6 mm, 및 2.4 mm, 또는 약 0.5 내지 약 3 mm를 가질 수 있다. 소모성 전극 또는 금속 와이어의 피드 레이트 및 포지셔닝은, PTA 토치, 레이저 디바이스, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합으로의 전력 공급의 효과에 따라 제어되고 조절될 수 있어서, 소모성 전극 또는 금속 와이어가 연속적으로 가열되고 있으며, 모재의 예열된 영역 위의 의도된 포지션에 도달할 때 용융되는 것을 보장한다.
[00339] 레이저 디바이스는 모재의 표면 영역을 예열하거나 금속 와이어를 용융시키기 위해 모재에 열 에너지를 전달하기에 충분한 에너지의 레이저 빔을 생성할 수 있다. 레이저 빔으로부터의 에너지를 통한 모재의 예열은, 모재의 용융 특징들을 깊게 함으로써, 모재와 용융된 금속성 재료 사이의 융합을 촉진할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모재의 적어도 일부는 레이저 디바이스의 레이저 빔으로부터의 에너지에 의해 용융될 수 있다. 일부 실시예들에서, PTA 토치 또는 다른 레이저 디바이스 또는 전자 빔 디바이스에 의해 생성되는 금속성 재료가 증착되는 포지션에서 모재에 용융 풀을 형성하기에 충분한 열이, 레이저 디바이스의 레이저 빔에 의해 적용될 것이다.
[00340] 적합한 레이저 디바이스들의 예들은, 이테르븀(Yb) 레이저, Yb 섬유 레이저, Yb 섬유 커플링 다이오드 레이저, Yb:유리 레이저, 다이오드-펌핑 Yb:YAG 레이저, 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd: YAG) 레이저, CO2 레이저, CO 레이저, Nd:유리 레이저, 네오디뮴-도핑된 이트륨 오르토바나데이트(Nd:YVO) 레이저, Cr:루비 레이저, 다이오드 레이저, 다이오드 펌핑 레이저, 엑시머 레이저, 가스 레이저, 반도체 레이저, 고체-상태 레이저, 염료 레이저, X-선 레이저, 자유-전자 레이저, 이온 레이저, 가스 혼합물 레이저, 화학 레이저, 및 이들의 조합들을 포함한다. 바람직한 레이저들은 Yb 레이저들, 특히 Yb 섬유 레이저들을 포함한다. 많은 적용들에서, Yb 섬유 레이저에서 사용되는 파장은 다른 레이저 파장들과 비교하여 덜 반사될 수 있다.
[00341] PTA 토치는 소모성 전극을 저항적으로 가열하여 용융시키거나 가스 금속 아크 용접(GMAW)과 같은 모재의 표면의 타겟 영역을 가열하기 위해, 특히 아크를 형성하는 비반응성 가스들(금속 불활성 가스 용접 또는 MIG 용접)을 사용하여 전기 아크 플라즈마를 생성할 수 있는 임의의 구성일 수 있다. 소모성 전극은 전기 아크를 사용하여 PTA 토치에 의해 생성된 플라즈마에서 용융되도록 만들어질 수 있고, 용융 소모성 전극은 작업물 상의 용융 풀에 증착되어 거의 그물 형상의 금속 본체들에 추가되고 형성될 수 있다. PTA 토치로부터의 에너지를 통한 모재의 예열은, 모재의 용융 특징들을 깊게 함으로써, 모재와 용융된 금속성 재료 사이의 융합을 촉진할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모재의 적어도 일부는 PTA 토치의 플라즈마로부터의 에너지에 의해 용융될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 PTA 토치 또는 레이저 디바이스에 의해 용융된 금속성 재료가 증착될 포지션에서 모재에 용융 풀을 형성하기에 충분한 열이 PTA 토치의 플라즈마에 의해 적용될 수 있다.
[00342] 용융 트랙들을 유도하는 것에 의한 기판의 열적 사전 굽힘, 마운트 시스템(100)의 사용, 및 DED 프로세스를 사용한 작업물의 형성 이전의 기판의 예열의 조합은, 거의 그물-형상 금속 작업물의 형성을 가능하게하며, 이는 많은 종래의 적층 제조 제품들에서 명백한 내부 잔류 응력들 및 변형들과 관련된 문제들을 상당히 완화시킨다. 이는 개선된 제조 반복성, 증가된 치수 정확도, 및 증가된 강도, 피로 저항 및 내구성을 나타내는 제조된 작업물을 초래할 수 있다.
[00343] E. 예들
[00344] 다음의 예들은 단지 예시적인 목적들을 위해 포함되며, 본원에서 제공되는 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[00345] 예 1
[00346] 635 mm × 190 mm × 9.5 mm의 치수들(L × W × T)을 갖고 Ti-6Al-4V로 제조된 제1 베이스 플레이트 기판이 잔류 응력 완화 없는 편향을 결정하기 위해 제1 테스트 기판으로서 사용되었다. 기판은 지그 또는 용접 테이블에 클램핑되었고, 작업물은 모재를 예열하기 위해 제1 PTA 토치를 사용하고, 예열된 모재 위에 증착된 용융 금속을 형성하도록 Ti-6Al-4V 와이어를 용융시키기 위해 제2 PTA 토치를 사용하여 작업물 위에 생성되었다. 증착 속도는 7.5 내지 10 mm/s이었고, 액체 용융 풀의 액체-고체 경계에 인접한 응고 직후의(as-solidified) 재료에 충돌하도록 높은 유량에서 냉각 가스를 보내는 데 불활성 가스가 사용되었다. 증착이 완료된 후, 구성요소는 냉각되고 지그로부터 제거되었으며, 기판은 변형들에 대해 조사되었다.
[00347] 왜곡은, 증착 전의 기판의 평탄도 프로파일과 비교하여 상방으로 휘어진 기판의 짧은 가장자리들에서 명백하였다. 관찰된 변형들은 도 13a에 도시된다.
[00348] 635 mm × 190 mm × 12.7 mm의 치수들(L × W × T)을 갖고 Ti-6Al-4V로 제조된 제2 베이스 플레이트 기판이 제2 테스트 기판으로서 사용되었다. 위에서 설명된 것과 동일한 조건들을 사용하여 동일한 작업물이 제작되었다. 도 13b는, 어떠한 유형의 잔류 응력 완화도 받지 않은 12.7 mm의 두께를 갖는 기판 상의 DED 증착에 의해 야기된 변형을 도시하며, 기판의 짧은 가장자리들에서 상방 휘어짐을 나타내고, 증착 전의 기판의 평탄도 프로파일과 비교하여 좌측 가장자리는 약 7 mm만큼 상방 휘어짐을 나타내며, 우측 가장자리는 약 6.0 mm만큼 상방 휘어짐을 나타낸다.
[00349] 도 13c는 635 mm × 190 mm × 9.5 mm의 치수들(L × W × T)을 갖고, 본원에서 설명되는 바와 같은 열적 사전 굽힘, 예열 및 DED 프로세싱을 받음으로써 물체의 형성을 위해 사용된 Ti-6Al-4V로 제조된 제3 베이스 플레이트 기판을 도시한다. 기판은 기판의 긴 가장자리들의 전체 길이들 주위에서 절연된 클램프들을 사용하여 지그에 견고하게 클램핑되었지만, 기판의 짧은 가장자리들로서 어떠한 클램프들도 사용되지 않았다. 기판과 동일한 치수들을 갖는 4 층들의 알루미나 절연 플레이트들 ― 각각 두께가 약 3.2 mm(RS-1200 Keranova)임 ―이 기판을 지그로부터 열적으로 격리하기 위해 기판과 지그 사이에 사용되었다.
[00350] 기판에 용융 트랙들을 생성하기 위해, 기판의 제1 측면에 열 에너지를 제공하기 위해 PTA 토치가 사용되었다. DED와 용융 트랙들의 조합에 의해 결정되는, 최종 집합 잔류 응력 분포는, 사전 굽힘 용융 트랙들이 없는 DED의 원래 잔류 응력 프로파일(즉, DED 중심선에서 인장 피크가 높고 멀리 있는 곳에서 압축 응력의 균형이 높음)과 비교할 때, DED의 중심선에서 인장 피크가 더 낮고 DED 중심선에서 멀어지는 압축 응력의 균형이 더 낮다. 용융 트랙들을 생성하기 위해 사용된 패턴이 도 7c 및 도 7d에 도시된다. 도면에 예시된 바와 같이, DED 열원으로서 작용하는 PTA 토치는 기판의 하나의 가장자리에 포지셔닝되었다. 용융 트랙들 사이의 간격은 생성될 작업물의 형상에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 용융 트랙들은, 작업물 내의 최종 집계 잔류 응력 분포를 최소화하기 위해, 형성될 작업물의 벽 아래의 영역에 없는 영역들에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 표면 상의 용융 라인들의 대부분은, 기판의 제2 측면 상에 형성될 작업물의 하나 이상의 벽들이 차지하는 하나 이상의 영역들에 대응하는 것들 이외의 하나 이상의 위치들에 형성될 수 있다. 기판에서 가장 큰 열 응력들을 유도하기 위해, 고 에너지 밀도(예컨대, 약 450 J/mm 내지 약 550 J/mm로 전달되는 아크 에너지)가 6 내지 16 mm/s의 속도로 적용되어 자생 용접 라인들을 생성하기 위해 기판의 표면의 일부를 급속 용융시키고, 자생 용접 라인들은 높은 유량으로 25 ℃의 온도의 냉각 가스를 용접 라인을 향해 지향시키기 위해 가스 제트 디바이스를 사용하여 급속하게 냉각되었고, 이로써 용융 트랙들을 형성하며, 이는 용융 트랙의 중심선 근처에서 높은 인장 응력을 갖고, 중심선으로부터 멀리 떨어진 거리에서 높은 압축 응력들을 갖는다. 예시적인 실시예들에서, 9.5 내지 10 mm의 기판 두께에 대해, 약 150 A 내지 약 250 A의 전류, 약 20 V 내지 약 30 V의 전압, 및 6 mm/s 내지 16 mm/s의 횡단 속도를 갖는 단일 열원이 대략 3 mm의 폭 및 최대 1 mm의 깊이인 용융 트랙들을 생성하는 데 사용되었다.
[00351] 지그로부터 해제될 때, 사전 굽힘된 기판은 상방으로 휘어져, 도 8a에 도시된 것과 유사한 약 15 mm의 편향을 나타낸다. 그런 다음, 이 사전 굽힘된 기판은, 사전 굽힘된 기판을 지그에 부착하기 위한 절연된 클램프들 및 하부 지지부로서 설명된 바와 같은 만곡된 클램핑 몰드를 사용하여 지그에 부착되었다. 사전 굽힘된 기판은, 용융 트랙들을 갖는 측면이 만곡된 클램핑 몰드를 향하도록 포지셔닝되었다. 사전 굽힘된 기판의 예열은, 국부적인 용융 트랙들을 생성할 위험(이는 DED 금속 증착 동안 베이스플레이트 계면에서의 융합 문제들을 야기할 것임)을 감소시키기 위해, 사전 굽힘된 기판 표면에 PTA 토치들을 더 높은 스탠드오프 거리에 포지셔닝으로써, 더 낮은 에너지 밀도를 전달하는 2개의 PTA 토치들을 사용하여 달성되었다. 예를 들어, 150 내지 250 A의 범위를 사용하여 그리고 20 내지 30 V의 아크 전압들을 갖는 2개의 PTA 토치들로 예열이 수행되었다. 횡단 속도는 6 내지 12 mm/s였다. 예를 들어, 제1 PTA 토치에 의해 전달되는 아크 에너지는 460 J/mm일 수 있고, 제2 PTA 토치에 의해 전달되는 아크 에너지는 430 J/mm일 수 있다. 다른 중요한 양상은, 예열에서 사용되는 것과 비교하여 더 높은 플라즈마 가스 유동으로 사전 굽힘 트랙들이 수행되었다는 사실이다. 더 높은 플라즈마 가스 유동들은 더 강성의 전기 아크들을 생성하고, 그에 따라, 더 높은 에너지 밀도들을 갖는다. 스탠드오프 거리와 관련하여, 사전 굽힘에서 사용되는 것과 비교하여, 예열 동안의 25 % 내지 50 % 더 높은 스탠드오프 거리, 또는 30 % 내지 40 % 더 높은 스탠드오프 거리가 사용될 수 있다. 예열 프로세스 동안 냉각 가스가 사용되지 않았다.
[00352] 기판의 온도가 450 ℃ 내지 550 ℃에 도달한 후에, 물체를 형성하기 위한 금속의 DED 증착이 아르곤 불활성 분위기를 포함하는 폐쇄 챔버 내에서 수행되었다. DED 프로세스는 2개의 PTA 토치들을 사용하였다. 제1 PTA 토치는 예열된 영역을 형성하도록 열 에너지를 모재의 타겟 영역으로 지향시켰으며, 제2 PTA 토치는 (1) 모재의 예열된 영역 위에 포지셔닝된 소모성 전극 또는 금속 와이어의 단부 상으로 그리고 (2) 예열된 영역 쪽으로 열 에너지를 지향시켰다. 제2 PTA 토치로부터의 에너지는 소모성 전극 또는 금속 와이어의 단부를 용융시켜, 소모성 전극 또는 금속 와이어의 단부 아래의 모재의 예열된 영역 상에 적하되는 용융된 금속의 액적들을 형성하였다. 프로세스는, 용융 금속의 액체-고체 경계에 인접한 응고 직후의 재료를 향해 25 ℃ 온도의 냉각 가스를 높은 유량으로 지향시키기 위한 가스 제트 디바이스의 사용을 포함한다. 증착은 작업물이 완성될 때까지 계속되었다. 작업물은 증착 챔버 내에서 400 ℃ 이하의 온도로 냉각될 수 있게 되었다. 그런 다음, 작업물이 증착 챔버로부터 제거되었고, 그런 다음, 사전 굽힘된 기판이 지그로부터 제거되었다. 조작자들이 작업물을 얼마나 빨리 제거하는지에 따라, 사전 굽힘된 기판은 200 내지 300 ℃ 이하의 온도에서 지그로부터 제거될 수 있다. 이 경우에, 사전 굽힘된 기판은 약 250 ℃의 온도에서 지그로부터 제거되었다.
[00353] 도 13c에 도시된 바와 같이, 작업물은 기판의 짧은 가장자리들에서 상방으로 작은(단지 약 0.5 mm) 이동을 나타내었고, 이는 종래의 DED 프로세스들이 사용되었을 때 테스트 기판에서 관찰되었던 상당한 양의 잔류 응력이 사전 굽힘 및 예열과 조합하여 만곡된 클램핑 몰드를 사용하여 제거되었음을 표시한다.
[00354] 위에서 설명된 동일한 조건들 하에서 유사한 기판들 및 동일한 작업물 설계를 사용함으로써 반복성이 테스트되었다. 방법은 생성된 3개의 작업물들 모두에 걸쳐 일관되게 재현가능한 결과들을 나타냈다. 작업물 #1과 작업물 #2 사이의 기판 변형의 편차는 약 0.5 mm인 반면, 작업물 #2과 작업물 #3 사이의 기판 변형의 편차는 약 0.1 mm였다.
[00355] 응력 완화 열 처리는 작업물의 전체 치수들에 상당한 영향을 미치지 않았다. 예를 들어, 응력 완화 후에, 플레이트의 더 짧은 가장자리들에서 대략 0.5 mm만큼 상방으로 작은 이동만이 발생하였다. 이는, 설명된 응력 완화의 결과로서, 증착 직후 상태의 작업물 내의 잔류 응력이 매우 낮다는 것을 의미한다.
[00356] 예 2
[00357] 당업계에 알려진 바와 같은 세라믹 시트 지지부를 사용할 때의 DED 제조를 겪는 기판 대 본원에서 설명되는 핀 지지 시스템의 온도 구배를 대조하기 위한 비교 실험이 이루어졌다. 동일한 DED 제조 프로세스가 2개의 동일한 티타늄 기판들에 대해 수행되었다. 제1 경우에, 본원에서 설명되는 바와 같은 DED 프로세스 동안, 기판은 핀들의 세트 상에 클램핑되었다. 제2 경우에, 본원에서 설명되는 바와 같은 DED 프로세스 동안, 기판은 세라믹 파일론들의 세트 상에 클램핑되었다. 세라믹 파일론들의 전체 두께는 핀들의 기판 지지 높이보다 더 두꺼웠다. 다양한 구성요소들의 열 전달 및 열을 측정하기 위해 열전대(thermocouple)들이 사용되었다. 데이터가 수집되었고, 프로세싱되는 기판들의 상이한 위치들에 걸쳐 플롯화되었다. 결과들은 도 15에 도시된다. 예시된 바와 같이, 한 세트의 핀들에 클램핑되면서 DED 프로세스 동안의 기판의 롤링 평균 온도는, 기판이 한 세트의 세라믹 파일론들에 클램핑될 때보다 DED 프로세스 전반에 걸쳐 더 높게 유지되었다. 이는, 공지된 세라믹 파일론 지지부들과 비교할 때, 지지 구조로서 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템을 사용함으로써, 기판으로부터의 감소된 열 손실이 획득될 수 있다는 것을 표시한다.
[00358] 예 3.
[00359] 세라믹 파일론들로 형성된 지지부에 비해, 본원에서 설명된 바와 같은 핀 지지 시스템과 같은, 세라믹 시트, 플레이트, 또는 파일론을 포함하지 않는 지지 시스템을 사용하는 경우의, DED 프로세스 동안 달성된 감소된 양의 수분을 입증하기 위한 비교 실험이 또한 이루어졌다. 예들에서, DED 프로세스는 2개의 동일한 기판들에 대해 예 2에서와 같이 실행되었다. 실험의 제1 실행 동안, 기판은, 어떠한 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일론들도 포함하지 않는, 본원에서 설명된 바와 같은 핀 지지 시스템 상에 클램핑되었다. 실험의 제2 실행 동안, 기판은 세라믹 파일론 지지부에 클램핑되었다. 분위기 내의 물 및 산소 함량들이 모니터링되었고, 그러한 측정들은, 기판이 세라믹 프리 핀 지지 시스템에 의해 지지된 경우에 대해 도 16a에 반영되고, 기판이 세라믹 파일론들에 의해 지지된 경우에 대해 도 16b에 반영된다. 측정된 데이터는, 세라믹 파일론 지지부를 사용할 때에 비해, 어떠한 세라믹 시트들, 플레이트들, 또는 파일론들도 없이 본원에서 설명되는 바와 같은 핀 지지 시스템을 사용할 때, DED 분위기 내의 수분의 양이 프로세스 전체에 걸쳐 훨씬 더 낮다는 것을 예시한다.
[00360] 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에서 다양한 수정들 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은, 본 발명의 수정들 및 변형들이 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들의 범위 내에 속한다면, 그 수정들 및 변형들을 커버하는 것으로 의도된다.
다음은 설명 및 첨부 도면들에서 사용된 참조 번호들의 리스트이다.
100 : 기판 마운트 시스템
101 : 마운트 시스템 요소
102 : 마운트 시스템 만곡된 프로파일
103 : 널링부
104 : 주변 림 부분
105 : 널링 간격
106 : 마운트 시스템 기판 계면 영역
107 : 접합 코트
108 : 세라믹 코팅
110 : 핀 지지 시스템
112 : 핀
114 : 균일한 폭을 갖는 핀들
115 : 불균일한 폭을 갖는 핀들
116 : 결합된 형상들을 갖는 핀들
118 : 핀 헤드 부분
119 : 핀 기판 접촉 표면
120 : 핀 헤드 평탄 구역
122 : 핀의 칼라 부분
124 : 핀 베이스 또는 맞물림 부분
126 : 핀 구조들을 위한 용접 지그 피팅들
128 : 핀 스페이서
130 : 핀 지지 시스템의 기판 계면 영역
150 : 격자 지지 시스템
151 : 격자 요소
152 : 격자 지지 시스템의 만곡된 표면
153 : 격자 지지 시스템의 평탄 표면
154 : 격자 지지 시스템의 주변 영역
155 : 격자 지지 시스템의 기판 표면 계면
156 : 격자 요소 기판 접촉 표면
158 : 격자 캐비티
170 : 만곡된 클램핑 몰드
172 : 널링 또는 주름진 표면
174 : 최상부 표면/기판 계면 영역
176 : 몰드 가장자리
178 : 널링부
180 : 널링 간격
182 : 평탄 림
184 : 세라믹 코팅
186 : 접합 코트
188 : 캐비티
190 : 캐비티
192 : 캐비티
194 : 캐비티
196 : 보강 부재
198 : 최대 높이
200 : 가스 제트 디바이스
210 : 노즐들
230 : 지지부
250 : PTA 토치
300 : 기판
310 : 제 1 측면
320 : 제 2 측면
330 : 프리폼의 DED 후방벽
350 : 용융 트랙
355 : 용융 트랙들 사이의 공간
370 : 제1 사전 굽힘 가열 경로
371 : 제2 사전 굽힘 가열 경로 전달 분배부
372 : 제3 사전 굽힘 가열 경로
373 : 제4 사전 굽힘 가열 경로
374 : 제5 사전 굽힘 가열 경로
375 : 제6 사전 굽힘 가열 경로
380 : 프리폼 벽
382 : 프리폼 벽
384 : 프리폼 벽
400 : 지그
410 : 공칭 기판 편향부
500 : 클램프
501 : 나사결합 구멍
502 : 구멍
505 : 최하부 접촉 파셋
506 : 측면 접촉 파셋
540 : 알루미나 절연 플레이트
541 : 알루미나 절연 플레이트
507 : 클램프의 최상부 표면
509 : 세라믹 코팅된 표면들
510 : 카운터 싱크 스크류
515 : 카운터 싱크 스크류의 선단
520 : 볼트
525 : 너트
530 : 지그의 최상부 표면
542 : 알루미나 절연판
543 : 알루미나 절연 플레이트
544 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
545 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
546 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
547 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
548 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
549 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
550 베이스플레이트
549 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
576 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
577 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
578 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
600 : 프리폼
600’: 프리폼
610 : 클램핑 엔티티
615 : 클램핑 엔티티
620 : 클램핑 엔티티
625 : 클램핑 엔티티
630 : 클램핑 엔티티
650 최적이 아닌 클램핑 영역
700 : 제1 예열 가열 경로
705 : 제2 예열 가열 경로
710 : 제3 예열 가열 경로
715 : 제4 예열 가열 경로
720 : 제5 예열 가열 경로
725 : 제6 예열 가열 경로
730 : 제7 예열 가열 경로
735 : 제8 예열 가열 경로
100 : 기판 마운트 시스템
101 : 마운트 시스템 요소
102 : 마운트 시스템 만곡된 프로파일
103 : 널링부
104 : 주변 림 부분
105 : 널링 간격
106 : 마운트 시스템 기판 계면 영역
107 : 접합 코트
108 : 세라믹 코팅
110 : 핀 지지 시스템
112 : 핀
114 : 균일한 폭을 갖는 핀들
115 : 불균일한 폭을 갖는 핀들
116 : 결합된 형상들을 갖는 핀들
118 : 핀 헤드 부분
119 : 핀 기판 접촉 표면
120 : 핀 헤드 평탄 구역
122 : 핀의 칼라 부분
124 : 핀 베이스 또는 맞물림 부분
126 : 핀 구조들을 위한 용접 지그 피팅들
128 : 핀 스페이서
130 : 핀 지지 시스템의 기판 계면 영역
150 : 격자 지지 시스템
151 : 격자 요소
152 : 격자 지지 시스템의 만곡된 표면
153 : 격자 지지 시스템의 평탄 표면
154 : 격자 지지 시스템의 주변 영역
155 : 격자 지지 시스템의 기판 표면 계면
156 : 격자 요소 기판 접촉 표면
158 : 격자 캐비티
170 : 만곡된 클램핑 몰드
172 : 널링 또는 주름진 표면
174 : 최상부 표면/기판 계면 영역
176 : 몰드 가장자리
178 : 널링부
180 : 널링 간격
182 : 평탄 림
184 : 세라믹 코팅
186 : 접합 코트
188 : 캐비티
190 : 캐비티
192 : 캐비티
194 : 캐비티
196 : 보강 부재
198 : 최대 높이
200 : 가스 제트 디바이스
210 : 노즐들
230 : 지지부
250 : PTA 토치
300 : 기판
310 : 제 1 측면
320 : 제 2 측면
330 : 프리폼의 DED 후방벽
350 : 용융 트랙
355 : 용융 트랙들 사이의 공간
370 : 제1 사전 굽힘 가열 경로
371 : 제2 사전 굽힘 가열 경로 전달 분배부
372 : 제3 사전 굽힘 가열 경로
373 : 제4 사전 굽힘 가열 경로
374 : 제5 사전 굽힘 가열 경로
375 : 제6 사전 굽힘 가열 경로
380 : 프리폼 벽
382 : 프리폼 벽
384 : 프리폼 벽
400 : 지그
410 : 공칭 기판 편향부
500 : 클램프
501 : 나사결합 구멍
502 : 구멍
505 : 최하부 접촉 파셋
506 : 측면 접촉 파셋
540 : 알루미나 절연 플레이트
541 : 알루미나 절연 플레이트
507 : 클램프의 최상부 표면
509 : 세라믹 코팅된 표면들
510 : 카운터 싱크 스크류
515 : 카운터 싱크 스크류의 선단
520 : 볼트
525 : 너트
530 : 지그의 최상부 표면
542 : 알루미나 절연판
543 : 알루미나 절연 플레이트
544 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
545 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
546 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
547 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
548 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
549 : 불균일한 압력 및 열전달 분배의 영역
550 베이스플레이트
549 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
576 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
577 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
578 : 균일한 압력 및 열전달 분배의 영역들을 도시하는 박스
600 : 프리폼
600’: 프리폼
610 : 클램핑 엔티티
615 : 클램핑 엔티티
620 : 클램핑 엔티티
625 : 클램핑 엔티티
630 : 클램핑 엔티티
650 최적이 아닌 클램핑 영역
700 : 제1 예열 가열 경로
705 : 제2 예열 가열 경로
710 : 제3 예열 가열 경로
715 : 제4 예열 가열 경로
720 : 제5 예열 가열 경로
725 : 제6 예열 가열 경로
730 : 제7 예열 가열 경로
735 : 제8 예열 가열 경로
Claims (68)
- 마운트 시스템으로서,
용접 지그와 인터페이싱하도록 구성된 제1 측면; 및
만곡된 프로파일을 정의하고 기판과 인터페이싱하도록 구성된 제2 측면을 포함하며, 상기 제2 측면은
상기 제2 측면이 인터페이싱하도록 구성되는, 기판의 표면을 수용하도록 크기가 정해진 기판 계면 영역, 및
상기 제2 측면이 기판과 인터페이스할 때, 상기 마운트 시스템이 기판과 물리적으로 접촉하도록 구성되는 기판 접촉 영역을 포함하고,
상기 기판 접촉 영역은 상기 기판 계면 영역의 0.1 퍼센트 내지 20 퍼센트를 포함하는,
마운트 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 기판 접촉 영역이 포함하는 상기 기판 계면 영역의 퍼센트는:
a) 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1 이상, 그리고 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 이하;
b) 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위;
c) 0.1 내지 15, 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 또는 0.1 내지 1의 범위;
d) 0.2 내지 20, 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 또는 0.2 내지 1의 범위;
e) 0.3 내지 20, 0.3 내지 15, 0.3 내지 10, 0.3 내지 5, 또는 0.3 내지 1의 범위;
f) 0.4 내지 20, 0.4 내지 15, 0.4 내지 10, 0.4 내지 5, 또는 0.4 내지 1의 범위;
g) 0.5 내지 20, 0.5 내지 15, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 또는 0.5 내지 1의 범위;
h) 0.6 내지 20, 0.6 내지 15, 0.6 내지 10, 0.6 내지 5, 또는 0.6 내지 1의 범위;
i) 0.7 내지 20, 0.7 내지 15, 0.7 내지 10, 0.7 내지 5, 또는 0.7 내지 1의 범위;
j) 0.8 내지 20, 0.8 내지 15, 0.8 내지 10, 0.8 내지 5, 또는 0.8 내지 1의 범위; 또는
k) 0.9 내지 20, 0.9 내지 15, 0.9 내지 10, 0.9 내지 5, 또는 0.9 내지 1의 범위 내에 있는,
마운트 시스템. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
1350 ℃ 이상의 용융점을 갖는 비-자기 금속, 또는 금속을 더 포함하는,
마운트 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 금속은 오스테나이트계 스테인리스 강을 포함하는,
마운트 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 오스테나이트계 스테인리스 강은 탄소, 크롬, 구리, 망간, 몰리브덴, 니켈, 질소, 인, 실리콘, 또는 이들 중 임의의 2개 이상의 조합을 포함하는,
마운트 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 오스테나이트계 스테인리스 강은 적어도 18 %의 크롬을 포함하는,
마운트 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 오스테나이트계 스테인리스 강은 300 시리즈 스테인리스 강인,
마운트 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 오스테나이트계 스테인리스 강은 304 스테인리스 강, 309 스테인리스 강, 310 스테인리스 강, 316 스테인리스 강, 318 스테인리스 강, 321 스테인리스 강 또는 330 스테인리스 강을 포함하는,
마운트 시스템. - 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 코팅은, 지르코늄 이산화물, 이트륨 산화물 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물, 이트륨 알루미늄 산화물, 알칼리 토금속 실리케이트들, ZrV2O7, Mg3(VO4)2, 또는 이들의 조합을 포함하는,
마운트 시스템. - 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
약 3 mm 내지 약 35 mm의 공칭 만곡된 프로파일 편향(nominal curved profile deflection)을 더 포함하는,
마운트 시스템. - 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마운트 시스템은 재구성가능한,
마운트 시스템. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 만곡된 프로파일은 하나 이상의 핀들에 의해 정의되는,
마운트 시스템. - 제12 항에 있어서,
제1 기판 지지 높이를 갖도록 배열되는, 하나 이상의 핀들 중 적어도 제1 핀; 및
제2 기판 지지 높이를 갖도록 배열되는, 하나 이상의 핀들 중 적어도 제2 핀을 더 포함하고,
상기 제1 기판 지지 높이는 제2 기판 지지 높이와 상이한,
마운트 시스템. - 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 만곡된 프로파일은 만곡된 클램핑 몰드에 의해 정의되는,
마운트 시스템. - 핀 지지 시스템으로서,
용접 지그 상의 재구성가능한 배열체의 하나 이상의 핀들을 포함하고,
하나 이상의 핀들은 다양한 기판 지지 높이들을 갖고 만곡된 프로파일을 정의하도록 배열되는,
핀 지지 시스템. - 제15 항에 있어서,
하나 이상의 핀들 중 적어도 하나는,
기판 접촉 영역을 포함하는 핀 헤드 부분;
칼라(collar) 부분; 및
상기 용접 지그와 맞물리도록 구성된 베이스 부분을 포함하는,
핀 지지 시스템. - 제15 항에 있어서,
상기 핀 헤드 부분은 측면 프로파일의 적어도 일부 상에 평탄 부분을 더 포함하는,
핀 지지 시스템. - 제15 항에 있어서,
상기 핀 헤드 부분은 용접 지그 계면 영역을 더 포함하는,
핀 지지 시스템. - 제15 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 핀들은 오스테나이트계 스테인리스 강을 포함하는,
핀 지지 시스템. - 금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법으로서,
사전 굽힘된 기판을 생성하기 위해, 용융 툴을 사용하여 기판의 제1 표면 상에 복수의 용융 트랙들을 형성함으로써, 열 에너지로 금속 재료의 기판을 사전 굽힘하는 단계;
사전 굽힘된 기판을 지지하기 위해 하부 지지 구조로서 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항의 마운트 시스템 또는 제15 항 내지 제19 항 중 어느 한 항의 핀 지지 시스템을 사용하는 단계, 그리고 사전 굽힘된 기판 및 마운트 시스템 또는 복수의 클램프들을 사용하여 사전 굽힘된 기판을 지그에 지지하는 핀 지지 시스템을 고정하는 단계; 및
모재를 형성하기 위해 기판의 제2 표면 상에 용융 금속의 층을 증착하고 그리고 작업물을 형성하기 위해 모재 상에 용융 금속의 후속 층들을 증착하는 적층 제조 프로세스에 의해 기판의 제2 표면 상에 금속 작업물을 형성하는 단계를 포함하며,
기판의 제2 표면은 기판의 제1 표면에 대향하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항에 있어서,
상기 금속 공급원료는 분말, 와이어, 또는 이들의 조합 형태의 금속인,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 또는 제21 항에 있어서,
상기 지그에 고정된 상태에서 금속 작업물을 형성하기 전에 사전 굽힘된 기판을 기판의 제2 측면에 열에너지를 적용함으로써 약 400 ℃ 내지 약 900 ℃의 온도로 예열하는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판을 사전 굽힘하는 단계는 상기 기판에 열 구배들을 유도하는 단계를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 툴은 레이저 빔, 전자 빔, 플라즈마 아크, 가스 텅스텐 아크, 가스 금속 아크, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 열원을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 제1 표면을 사전 굽힘하는 동안, 상기 열 에너지의 적용 영역은 상기 금속 재료의 용융점인 온도, 또는 상기 금속 재료의 용융점보다 약 5 ℃ 내지 약 50 ℃ 미만 또는 그 초과의 온도에 도달하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 제1 표면의 사전 굽힘 동안, 상기 용융 트랙들의 형성은, 기판의 냉각시의, 용융 트랙들 각각의 중심선에서 인장 응력의 형성 및 용융 트랙들 각각의 중심선으로부터 떨어진 영역에서 압축 응력의 형성을 초래하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제26 항에 있어서,
상기 용융 트랙의 중심선에서의 인장 응력은 상기 기판의 항복 강도의 약 10 % 내에 있는, 금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제26 항에 있어서,
상기 용융 트랙의 중심선에서의 인장 응력은 상기 기판의 항복 강도의 크기를 초과하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
사전 굽힘 단계는, 상기 용융 트랙의 냉각을 가속하기 위해, 가스 제트 디바이스를 사용하여 상기 용융 트랙들을 향해 냉각 가스를 지향시키는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항에 있어서,
상기 용융 트랙들을 향해 상기 냉각 가스를 지향시키는 단계는 상기 기판에 열 구배를 형성하고, 냉각 시에 상기 기판에 잔류 응력을 부여하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 또는 제30 항에 있어서,
상기 가스 제트 디바이스는 약 50 L/분 내지 약 500 L/분의 레이트로 상기 용융 트랙들을 향해 상기 냉각 가스를 지향시키는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 내지 제31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 가스는 일정한 스트림으로 적용되거나, 또는 간헐적으로 적용되거나, 또는 펄스 유동(pulsed flow)으로 적용되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 가스는 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 및 이들의 조합들 중에서 선택되는 불활성 가스를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 내지 제33 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 가스는 100 ℃ 이하의 온도로 적용되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 가스는 25 ℃ 이하의 온도로 적용되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 내지 제35 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 제트 디바이스는 상기 냉각 가스의 난류 유동, 상기 냉각 가스의 층류 유동, 또는 상기 냉각 가스의 난류 유동과 층류 유동의 조합을 생성하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제29 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 제트 디바이스는 복수의 노즐들을 포함하고, 상기 노즐들은 상기 냉각 가스를 상기 용융 공구의 열원으로부터 멀어지는 방향으로 지향시키고, 그리고 적어도 하나의 노즐은 상기 냉각 가스를 상기 용융 트랙의 응고 직후의(as-solidified) 금속으로 지향시키는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 트랙들은 서로 등거리(equidistant)에 생성되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제38 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 트랙들 사이의 거리는 약 10 mm 내지 약 60 mm인,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제39 항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 제2 표면 상에 형성될 프리폼의 각각의 벽의 중심선을 결정하는 단계; 및
기판의 제2 표면 상에 형성될 프리폼의 대부분의 벽들의 중심선들로부터 약 10 mm 내지 약 20 mm 떨어져 기판의 제1 표면 상에 용융 트랙들을 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 제2 측면 상에 형성되는 작업물의 하나 이상의 벽들이 점유하는 하나 이상의 영역들에 대응하는 위치들 이외의 하나 이상의 위치들에서 용융 라인들의 대부분을 형성하는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서,
사전 굽힘은 균일한 탄성-소성 굽힘부를 갖는 사전 굽힘된 기판을 형성하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 지그에 클램핑되고 상기 지그로부터 열적으로 절연되는 동안, 상기 기판을 사전 굽힘하는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제43 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 클램프들은 각각의 표면 상에 상기 사전 굽힘된 기판과 접촉하게 되는 절연 코팅을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제44 항에 있어서,
상기 절연 코팅은 세라믹 재료, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 보론 탄화물, 또는 이들의 조합을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제45 항에 있어서,
상기 세라믹 재료는, 알루미나, 지르코니아 티타늄 산화물, 알칼리 토금속 실리케이트, 알루미늄 티타나이트, 지르코늄 이산화물, 이트륨 산화물의 첨가에 의해 안정화된 지르코늄 이산화물, 이트륨 알루미늄 산화물, ZrV2O7, Mg3(VO4)2 또는 이들의 조합을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제45 항 또는 제46 항에 있어서,
상기 절연 코팅의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm인,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제44 항 내지 제47 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클램프들은 사전 굽힘된 기판과 접촉하는 표면 상에 널링 패턴 또는 주름부를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제44 항 내지 제48 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사전 굽힘된 기판이 상기 마운트 시스템 또는 상기 핀 지지 시스템에 의해 정의된 만곡된 프로파일에 부합하게 되도록 상기 클램프들을 조이는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제49 항에 있어서,
상기 클램프들 각각은 약 10 N·m 내지 약 100 N·m의 토크로 조여지는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제44 항 내지 제50 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클램프들은, 생성되는 작업편의 벽의 시작부 또는 단부에서 클램프들이 만나도록 포지셔닝되는, 금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제51 항 중 어느 한 항에 있어서,
사전 굽힘된 기판의 예열은, 다음 조건 ― a) 용융 트랙들을 형성하지만 사전 굽힘된 기판의 표면을 용융시키지 않으며; 또는 b) 용융 트랙들을 형성하고 그리고 용융 트랙들에서 사전 굽힘된 기판의 표면을 용융시킴 ― 하에서 DED 열원을 포함하는 하나 이상의 용융 툴들을 사용하여 수행되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법: - 제51 항에 있어서,
상기 작업물을 형성하는 데 사용되는 스탠드오프 포지션보다 더 큰 스탠드오프 포지션에 상기 용융 툴을 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제53 항에 있어서,
DED 증착 전에, 제1 짧은 가장자리와 반대편의 제2 짧은 가장자리, 그리고 제1 긴 가장자리와 반대편의 제2 긴 가장자리를 포함하는 사전 굽힘된 기판을 예열하여 작업물을 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 예열 단계는:
a) 지그에 고정된 사전 굽힘된 기판의 제1 긴 가장자리의 약 10 mm 내지 약 60 mm 내에 그리고 제1 짧은 가장자리에 DED 열원을 포함하는 용융 툴을 포지셔닝하는 단계;
b) 표면에의 에너지 적용의 제1 라인을 형성하기 위해, 용융 툴의 DED 열원으로부터 열 에너지를 제1 짧은 가장자리에서 시작하여 사전 굽힘된 기판의 표면을 가로질러 그리고 제2 반대쪽 짧은 가장자리에 대해 표면을 가로질러 적용하는 단계;
c) 용융 툴의 DED 열원을 제1 짧은 가장자리에 재배치하고 제1 에너지 적용 라인으로부터 제2 긴 가장자리를 향해 약 10 mm 내지 약 60 mm의 거리로 변위시키는 단계; 그리고
d) 에너지 적용 라인이 사전 굽힘된 기판의 표면을 가로질러 제2 반대쪽 긴 가장자리로부터 약 10 mm 내지 약 60 mm까지의 포지션에 적용될 때까지 단계 b) 및 c)를 반복하는 단계를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제53 항 또는 제54 항에 있어서,
가열 디바이스를 사용하여 기판의 전면에 열 에너지를 적용함으로써 DED 증착 전에 사전 증착된 기판을 예열하여 작업물를 형성하는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제55 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 적외선 가열기, 유도성 가열기, 저항성 가열기, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제55 항에 있어서,
상기 가열 디바이스는 도관-내 전도체(conductor-in-conduit) 열원, 가열기 스트립, 저항성 가열 스트립, 적외선 가열기, 포지티브 열 계수 세라믹 가열기, 후막 세라믹 가열기, 저항 와이어 또는 저항 리본 가열 디바이스, 적외선 가열기, 및 유도 가열기 또는 이들의 조합을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제20 항 내지 제57 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예열 단계는 사전 굽힘된 기판의 온도를 약 350 ℃ 내지 약 650 ℃의 온도까지 상승시키는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제21 항 내지 제58 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 작업물을 형성하는 단계는,
와이어 형태의 금속 공급원료를 제공하는 단계;
용융된 금속성 재료가 기판의 영역 상에 증착되어 모재를 형성하도록, 와이어를 가열 및 용융시키기 위해 단일 용융 툴을 사용하는 단계;
모재 상으로의 용융된 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 물체를 형성하도록, 미리 결정된 패턴으로 모재를 용융 툴의 포지션에 대해 이동시키는 단계를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제21 항 내지 제58 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 작업물을 형성하는 단계는,
a) 와이어 형태의 금속 공급원료를 제공하는 단계;
b) 기판 상에 예열된 영역을 형성하기 위해, 제1 용융 툴을 사용하여 기판의 표면의 적어도 일부를 가열하는 단계;
c) 용융된 금속성 재료가 예열된 영역 상에 증착되어 모재를 형성하도록, 와이어를 가열 및 용융시키기 위해 제2 용융 툴을 사용하는 단계;
d) 미리 결정된 패턴으로 제1 용융 툴 및 제2 용융 툴의 포지션에 대해 모재를 이동시키는 단계;
e) 모재 상에 예열된 영역을 형성하기 위해, 제1 용융 툴을 사용하여 모재의 표면의 적어도 일부를 가열하는 단계, 및 금속성 재료를 용융시키는 제2 용융 툴에 의해 생성된 용융된 금속성 재료를 모재 상의 예열된 영역 상에 증착하는 단계; 그리고
f) 모재 상의 예열된 영역들 상으로의 용융 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 물체를 형성하도록, 단계 d) 및 e)를 반복하는 단계를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제59 항 또는 제60 항에 있어서,
용융된 금속성 재료의 표면에 걸쳐 냉각 가스를 지향시키거나, 또는 용융된 금속성 재료의 표면에 충돌시키거나, 또는 용융된 금속성 재료의 액체-고체 경계에 인접한 응고된 재료의 표면에 충돌시키거나 이들의 임의의 조합을 위해 가스 제트 디바이스를 사용하는 단계; 및
용융된 금속성 재료의 연속적인 증착물들이 응고되어 3차원 물체를 형성하도록 미리 결정된 패턴으로 용융 툴(들) 및 가스 제트의 포지션에 대해 모재를 이동시키는 단계를 더 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제59 항 또는 제60 항에 있어서,
상기 제1 용융 툴은 PTA 토치, 레이저 디바이스, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고; 그리고
상기 제2 용융 툴은 PTA 토치, 레이저 디바이스, 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템, 전자 빔 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제62 항에 있어서,
상기 제1 용융 툴은 제1 PTA 토치를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 제2 PTA 토치를 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 PTA 토치를 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 PTA 토치를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템을 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 PTA를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 토치 동축 분말 피드 노즐 레이저 시스템을 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 PTA 토치를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 PTA 토치를 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함하고; 또는
상기 제1 용융 툴은 레이저 디바이스를 포함하고, 상기 제2 용융 툴은 전자 빔 디바이스를 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제63 항에 있어서,
상기 제2 용융 공구가 PTA 토치를 포함할 때, 상기 PTA 토치는, 상기 PTA 토치의 전극이 캐소드가 되고 상기 금속성 재료는 애노드가 되는 소모성 전극이 되도록 직류 전원에 전기적으로 연결되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제15 항 내지 제64 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판을 사전 굽힘하는 단계, 상기 사전 굽힘된 기판을 예열하는 단계, 및 상기 금속 작업물을 형성하는 단계 각각은 불활성 분위기를 포함하는 폐쇄 챔버 내에서 수행되는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 제65 항에 있어서,
상기 불활성 분위기는 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤, 헬륨, 또는 이들의 조합을 포함하는,
금속 작업물을 생성하기 위한 지향성 에너지 증착 방법. - 지향성 에너지 증착(directed energy deposition)을 위한 시스템으로서,
사전 굽힘된 기판을 고정하기 위한 지그;
사전 굽힘된 기판이 상기 지그에 고정될 때 그리고 상기 지그 사이에 포지셔닝되도록, 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항의 마운트 시스템 또는 제15 항 내지 제19 항 중 어느 한 항의 핀 지지 시스템;
사전 굽힘된 기판을 상기 지그에 고정하기 위한 클램프들;
모재의 표면 상에 증착된 금속성 용융된 재료로 금속의 소스를 용융시키기 위한 DED 열원을 포함하는 하나 이상의 용융 툴들;
온도 구배들에 영향을 미치기 위해 냉각 가스가 액체 용융된 풀의 액체-고체 경계에 인접한 응고 직후의 재료에 충돌하게 하는 가스 제트 디바이스;
냉각 가스의 공급부; 및
용융 툴 및 가스 제트 디바이스에 대해 모재를 포지셔닝 및 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하는,
지향성 에너지 증착을 위한 시스템. - 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 만곡된 프로파일은 격자 지지 구조에 의해 정의되는,
마운트 시스템.
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