KR101820553B1

KR101820553B1 - 3차원 물체를 생산하기 위한 방법

Info

Publication number: KR101820553B1
Application number: KR1020137007421A
Authority: KR
Inventors: 안더스 스니스
Original assignee: 아르켐 에이비
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2018-01-19
Also published as: EP2667987A4; RU2013112124A; US9073265B2; RU2553796C2; JP5712306B2; CN103338880A; WO2012102655A1; EP2667987B1; BR112013009155B1; CN103338880B; EP2667987A1; BR112013009155A2; KR20130139247A; US20130300035A1; JP2014508668A

Abstract

본 발명은 분말 층을 연속적으로 제공하고 상기 층에서 3차원 물체의 연속적인 단면에 대응하는 선택된 영역을 서로 융합시킴으로써 3차원 물체를 생산하기 위한 방법으로서, 상기 층의 적어도 하나의 층에 대해 다음 단계들: 작업 영역에 적어도 하나의 분말 층을 도포하는 단계, 및 복사선 총으로부터 상기 선택된 영역으로 에너지를 공급함으로써 상기 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 상기 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 사용되는 의도된 빔 경로를 수립하는 단계, 상기 의도된 빔 경로를 따라 이동하는 것으로 가정되는 가상 빔의 특정 에너지 축적의 함수로서 상기 의도된 빔 경로를 따라 상기 적어도 하나의 분말 층의 온도를 계산하는 단계, 상기 계산된 온도 및 상기 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계에 설정된 조건에 따라 상기 의도된 빔 경로를 따라 상기 가상 빔의 특정 에너지 축적을 조절하는 단계 및 상기 계산 및 조절에 따라, 상기 적어도 하나의 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 상기 의도된 빔 경로에 사용되는 실제 빔의 특정 에너지 축적을 위한 동작 방식을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 물체를 생산하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCTION OF A THREE-DIMENSIONAL BODY}

본 발명은 분말 층을 연속적으로 제공하고 상기 층에서 3차원 물체의 연속적인 단면에 대응하는 선택된 영역을 서로 융합시킴으로써 3차원 물체를 생산하는 방법에 관한 것이다.

서로 융합될 수 있고 전자기 복사선 또는 전자의 고에너지 빔을 조사함으로써 응고될 수 있는 분말 물질을 사용하여 층마다 3차원 물체를 생산하는 장비는 예를 들어, US4863538, US5647931 및 SE524467로부터 공지되어 있다. 이러한 장비는 예를 들어 분말 공급 장치, 수직으로 조절가능한 플랫폼 또는 작업 영역에 분말 층을 연속적으로 도포하는 수단 및 상기 작업 영역에 빔을 조사하는 수단을 포함한다. 층마다 빔이 작업 영역으로 이동하면서 분말이 소결되거나 용융되고 응고된다.

고에너지 빔을 사용하여 분말을 용융하거나 소결할 때, 적절한 물질 특성을 물체를 제공하고 기하학적 변형을 피하기 위해 조사되는 물질의 온도를 철저히 제어하는 것이 중요하다. 예를 들어, 너무 높은 국부 온도는 생산되는 물체를 파괴할 수 있고 너무 불균일한 온도 분포는 균열을 초래할 수 있다. 또한, 철저한 융합을 제공하기 위해 분말 베드(powder bed)의 상부 층의 온도는 일반적으로 용융 단계 동안 최소 값 이상으로 유지되어야 한다. 온도 제어를 유지하는 외에, 일반적으로 생산 시간을 줄이는 시도, 즉 선택된 영역에 가능한 한 효율적으로 빔을 스위프(sweep)하는 시도를 도모하는 것이 중요하다.

각 분말 층에서 선택한 부분 또는 영역만이 서로 융합된다. 빔은 이 영역이 서로 완전히 융합되게 하는 스캔 또는 해치(hatch) 패턴에 있는 각 선택된 영역에서 특정 경로로 스위프한다. 종종, 이 스캔 패턴은 선택된 영역에서 동일한 거리에 분포된 평행한 라인(즉, 팽행선)의 형태를 구비한다. 여러 부분 영역을 포함할 수 있는 이들 선택된 영역 각각은 분말 베드에서 구축되는 물체의 단면에 대응한다.

평행한 라인들을 가지는 스캔 패턴으로 빔을 스위프하는 것은 라인을 차례로 스캔함으로써 수행될 수 있다. 이전에 스캔된 라인을 따라 가열된 물질로부터 열을 전달하는 것으로 인해, 스캔되는 특정 라인을 따른 물질의 온도는 시작 온도보다 더 높을 수 있다(즉, 제1라인이 스캔될 때 물질의 온도보다 더 높을 수 있다). 적어도 고에너지 빔을 사용할 때, 이 온도 구축은 물질 내에 적절한 국부 온도를 유지하기 위해 고려되어야 한다.

이를 고려하는 하나의 방법은 온도 구축에 응답하여 빔 에너지 입력을 조절하는 것이다. 이것은 예를 들어, 빔 전력을 변경하거나 또는 빔이 분말 층에서 이동하는 속도를 변경함으로써 수행될 수 있다. 일례는, 제1스캔 라인의 종단이 제2스캔 라인의 시작 부분에 인접한 빔 터닝 위치에서 빔의 속도를 증가시키는 것이다. 그러나, 이를 적절히 수행하기 위해서 물질 내 온도에 대한 정보가 필요하다. 이 온도, 또는 보다 정확히는 분말 베드의 표면 온도가 열 카메라를 사용하여 측정될 수 있다. 그러나, 이러한 카메라로부터 입력에 기초하여 빔을 실시간으로 수정하거나 또는 제어하는 것은 시스템의 긴 응답 시간으로 인해 적절히 수행하는 것이 곤란하다(증가된 온도가 검출된 즉시 이 온도를 감소시키는 동작이 취해진다고 하더라도 이 온도는 일정 시간 동안 계속 증가할 수 있다). 열 카메라는 생산 후 생산 과정에서 무엇이 잘못되었는지의 여부를 체크하는 데 유용할 수 있다.

US5904890은 빔 스캔 속도가 평행한 라인들을 가지는 스캔 패턴으로 스캔 라인들의 길이의 함수로서 변경되는 방법을 개시한다. 빔 속도는 빔이 특정 영역으로부터 멀어질 때 냉각이 변경되는 것을 피하기 위하여 더 긴 스캔 라인에 대해서는 더 낮아지고 더 짧은 라인에 대해서는 더 높아진다. 그 목적은 생산된 제품에 균일한 밀도 분포를 달성하기 위한 것이다. 이 방법은 빔 속도가 스캔 라인의 길이에 비해 높은 경우 위에서 언급된 온도 구축에 비해 유용할 수 있다. 그러나, 스캔 라인이 긴 경우, 빔 속도는 스캔 라인의 종단 부분에서만 조절되어야 하고, 이 라인이 동일한 분말 층의 여러 선택된 영역에 또는 다른 패턴으로 분포된 경우, 온도 구축은 영역(들)의 모든 부분에서 유사하지 않을 수 있다. 또한, 빔 에너지가 높은 경우, 보다 복잡한 스캔 패턴이 필요할 수 있다. 이러한 경우에, 온도 구축은 스캔 라인의 길이에 대하여 빔 속도를 변경하는 것에 의해서는 적절히 고려될 수 없다.

WO 2008/013483은 최소 보안 거리가 연속적으로 스캔되는 라인들 사이에 수립되도록 평행한 스캔 라인들이 특정 순서로 스캔되는 방법을 개시한다. 스캔 라인들 사이의 온도(및 대전 입자) 구축은 따라서 연속적으로 스캔되는 라인들 사이에 열전달 간섭이 발생하는 것을 방지하는 것에 의해 고려된다. 이 방법은 기본적으로 높은 빔 속도와 높은 빔 전력으로 분말 층을 미리 가열하기 위해 의도된 것이지만 분말을 용융시키는 단계 동안 열 전달 간섭을 피하기 위해 사용될 수도 있다. 그러나, 이것은 다소 시간이 소요되는 생산 공정을 초래할 수 있다.

따라서, 철저한 온도 제어뿐만 아니라 시간 효율적인 생산을 가능하게 하는 보다 정교한 스캔 전략에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 목적은 생산 온도와 속도 증가를 제어하기 위한 개선된 가능성을 제시하는 3차원 물체를 생산하기 위한 전술된 유형의 방법을 제공하는 것이다. 본 목적은 독립 청구항 제1항에 포함된 기술적인 특징에 의해 한정된 방법에 의해 달성된다, 종속 청구항은 본 발명의 유리한 실시예, 추가적인 개선 및 변형을 포함한다.

본 발명은 분말 층을 연속적으로 제공하고, 상기 층에서 3차원 물체의 연속적인 단면에 대응하는 선택된 영역을 서로 융합시킴으로써 3차원 물체를 생산하기 위한 방법으로서, 상기 층 중 적어도 하나에 대해 다음 단계, 즉 작업 영역에 적어도 하나의 분말 층을 도포하는 단계, 및 복사선 총으로부터 상기 선택된 영역으로 에너지를 공급함으로써 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계를 포함하는 것인 3차원 물체를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 본 방법이 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 사용되는 의도된 빔 경로를 수립하는 단계; 상기 의도된 빔 경로를 따라 이동하도록 가정된 가상 빔의 특정 에너지 축적의 함수로서 의도된 빔 경로를 따라 적어도 하나의 분말 층의 온도를 계산하는 단계; 계산된 온도 및 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계에서 설정된 조건에 따라 의도된 빔 경로를 따라 가상 빔의 특정 에너지 축적을 조절하는 단계; 및 계산 및 조절에 기초하여 상기 적어도 하나의 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 의도된 빔 경로에 사용되는 실제 빔의 특정 에너지 축적에 대한 동작 방식(operating scheme)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

"의도된 빔 경로" 라는 용어는 선택된 영역에 걸쳐 배치된 스캔 또는 라인 패턴에 관한 것이고, 이 영역 내 분말을 용융/융합시키기 위하여 선택된 영역에서 빔이 스위프될 때 빔 스폿이 따라가도록 의도된 경로의 적어도 일부를 말한다. 원리적으로, 의도된 빔 경로는 선택된 영역 내 분말을 철저히 융합시키는 것을 제공하는 한, 임의의 형태를 구비할 수 있으며, 즉 예를 들어 세그먼트로 형성되거나 또는 연속적으로 형성된 것일 수 있고 직선 및 곡선 부분을 포함할 수 있다. 또한, 빔 경로는, 라인 패턴이 동일한 경우에도, 예를 들어, 라인이 다른 순서로 스캐닝되는 경우에도 또는 하나의 라인이 반대 방향으로 스캔될 경우에도 변경될 수 있다.

"의도된 빔 경로를 따라 이동하도록 가정된 가상 빔의 특정 에너지 축적의 함수로서 의도된 빔 경로를 따라 적어도 하나의 분말 층의 온도를 계산"하는 단계는 그 신장을 따라 의도된 빔 경로에 또는 이에 인접한 곳에서의 국부 온도 또는 국부 온도 분포가 의도된 빔 경로를 따라 이동하는 동안 특정 에너지 축적을 생성하도록 가정된 가상 빔에 의하여 물질에 축적되는 에너지를 고려하여, 예를 들어 의도된 빔 경로를 따라 분포된 다수의 지점(point)에서의 국부 온도(분포)를 계산함으로써 계산되는 것을 의미한다.

의도된 빔 경로를 따라 특정 지점에서 (즉, 특정 시점에서) 국부 분말 층의 온도는 예를 들어 물질 층에서 시작 온도 분포, 물질의 열 특성(열전도율과 같은), 가상 빔의 특정 에너지 축적의 이력(빔의 현재 위치와, 현재 위치까지 경로 동안 이 물질 층에 축적된 에너지 또는 전력의 양을 포함하여), 및 빔 경로의 기하학적 패턴에 따라 좌우된다.

"빔의 특정 에너지 축적" 이라는 용어는 층의 단위 시간당 단위 면적당 (빔 전력 및 스폿 사이즈당) (가상 또는 실제) 빔에 의해 축적된 에너지, 즉 단위 면적당 축적된 전력을 빔 속도로 나눈 것을 말한다. 따라서, 특정 에너지 축적을 변경하는 것은 빔이 층 표면에서 이동되는 속도를 변경함으로써, 빔의 전력을 변경함으로써, 및/또는 빔의 스폿 사이즈(즉, 특정 시점에서 빔에 직접 노출되는 층의 표면적)를 변경함으로써 수행될 수 있다. 계산에서 가상 빔의 특정 에너지 축적의 이력은 이에 따라 속도, 전력 또는 스폿 사이즈의 변동을 더 포함한다. 또한 빔의 형상과 빔의 에너지/전력 분포는 변경될 수 있고 계산에 포함될 수 있다.

계산은 복잡하고 시간이 소요될 수 있으며, (빔이 아직 도달하지는 않았으나 의도된 빔 경로 중 이전에 이미 "융합"된 부분으로부터 열이 전도된 곳인 의도된 빔 경로 지점의 온도에 크게 영향을 미칠 수 있는) 특정 에너지 축적의 이력을 여전히 고려하며 충분히 정확한 온도를 계산할 수 있게 하는 여러 단순화가 수행될 수 있다.

"계산된 온도와 및 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계에 설정된 조건에 따라 의도된 빔 경로를 따라 가상 빔의 특정 에너지 축적을 조절"하는 단계는 예를 들어 온도가 최대 온도에 설정된 조건보다 특정 지점에서 더 높은 것을 계산이 나타내는 경우 의도된 빔 경로의 특정 부분에 대해 빔 파라미터, 즉 빔 속도, 전력 및/또는 스폿 사이즈 중 적어도 하나가 조절된다(이는 예를 들어, 이 특정 지점에 근접하여 빔 속도의 증가 또는 빔 전력의 감소를 요청하거나, 또는 빔 경로의 이전 부분으로부터 이 지점으로 간접적으로 열적으로 전도된 열을 감소시키기 위하여 특정 에너지 축적의 이력의 변경을 요청할 수 있다)는 것을 의미한다.

의도된 빔 경로를 따라 가상 빔의 특정 에너지 축적을 조절하는 것은 이 경로(의 일부)를 따라 온도를 재계산하는 것이 다른 빔 파라미터를 사용하여 수행되도록 처리될 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 융합될 물질과 관련된 미리 결정된 데이터의 세트를 사용하는 것이 가능하며, 여기서 데이터 세트는 계산된 온도 및 설정된 조건의 함수로서 특정 에너지 축적의 적절한 값을 포함한다. 이러한 미리 결정된 데이터는 시간이 많이 드는 재계산을 회피하는데 유용하며, 예를 들어 의도된 빔 경로를 따라 분포된 다수의 지점에서 온도가 계산될 때 사용될 수 있다. 가상 빔의 현재 위치에 대응하는 지점으로부터 비교적 근접한 앞에 위치된 "그 다음" 지점에서 계산된 온도에 따라, 빔이"그 다음" 지점에 도달할 때까지 현재 위치로부터 빔을 이동시킬 때 사용되는 특정 에너지 축적의 적절한 값은 미리 결정된 데이터로부터 직접 획득될 수 있다. 이 과정은 의도된 빔 경로를 따라 분포된 나머지 지점에 대해 반복된다. 따라서, 이런 방식으로 특정 에너지 축적은 의도된 빔 경로를 따라 단계적으로 조절된다.

(특정 에너지 축적을 위한) "동작 방식"이라는 용어는 분말을 융합시키는 단계 동안 특정 에너지 축적, 즉 실제 빔의 속도, 전력 및 스폿 사이즈 각각이 시간에 따라 (또는 빔 경로에 따른 위치가 시간과 관련되어 있으므로 빔 경로에 따른 위치에 따라) 변경되도록 예정된 방식을 말한다. 따라서, 동작 방식은 빔의 속도, 전력 및 스폿 사이즈가 선택된 영역을 융합시킬 때 변경되는 방식에 관한 정보를 포함한다. 이 동작 방식을 제공하거나 결정/수립하는 단계는 이전 단계로부터 오는 결과를 추출하고 요약한 형태이다. 특정 에너지 축적을 단계적으로 조절하는 위의 예에서 동작 방식은 빔 파라미터를 단계적으로 변동시키는 것을 포함한다. 동작 방식은 또한 의도된 빔 경로의 초기 부분에 대한 것과 같이 온도 계산 및 특정 에너지 축적 조절이 필요치 않을 수 있는 의도된 빔 경로의 일부에 대한 빔 파라미터 설정에 관한 정보를 포함할 수도 있다.

물질의 온도는 에너지의 용량(content)과 관련되어 있다. 그러므로, 진정한 온도를 계산하는 대신에, 다른 에너지 및 온도 관련 파라미터를 계산하고 사용하는 것이 가능하다. 계산된 온도 라는 용어는 또한 이러한 관련된 파라미터를 포함한다.

의도된 빔 경로를 수립하는 단계, 의도된 빔 경로를 따라 온도를 계산하는 단계, 가상의 특정 에너지 축적을 조절하는 단계, 및 동작 방식을 결정하는 단계는 반드시 한 번에 하나씩 수행되거나 또는 엄격하게 주어진 순서로 수행되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 계산과 조절은 반복적인 방식으로 수행될 수 있으며, 동작 방식은 전체 빔 경로의 일부에 대해서 단계적으로 결정될 수 있다. 또한, 의도된 빔 경로를 수립하는 단계는 다소 간단할 수 있지만 - 주어진 스캔 방향으로 균등하게 이격된 직선과 팽행선을 구비하는 미리 설정된 라인 패턴이 선택될 수 있음 - 이 단계는 유리한 라인 패턴과 유리하게 최종적으로 선택된 의도된 빔 경로를 찾기 위해 계산 및 조절을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 간단히 말하면 분말을 서로 융합시킬 때 사용되는 빔의 특정 에너지 축적이 다른 특정 에너지 축적과 조건에 대한 빔 경로를 따른 최종 온도를 계산함으로써 사용된 특정 스캔 패턴에 대한 온도 구축에 응답하여 변경되도록 미리 조절될 수 있는 방법을 말한다. 다시 말해, 본 발명의 방법은 빔이 경로 패턴을 따라 이동하며 분말을 용융시킬 때 빔의 특정 에너지 축적이 시간(또는 선택된 영역 위 위치)에 따라 변경되는 방식을 계산 및 조절에 의하여 미리 결정하는 것을 가능하게 한다.

여러 조건이 계산에 사용되어, 생산 시간을 최소화하고, 특정 최대 온도를 초과하지 않도록 하고, 특정 시간 간격 동안 특정 온도를 초과하지 않도록 하고, 획득된 최고 온도를 최소화하고, 빔 경로를 따라 용융된 물질에 균일한 폭을 얻는 등을 위해 특정 에너지 축적의 동작 방식을 최적화하고, 생산 시간의 최소화와 획득된 최고 온도 사이의 절충과 같은 이들의 여러 조합을 최적화할 수 있다. 여러 가능한 빔 경로가 의도된 경로를 선택하기 전에 평가될 수 있다.

계산을 단순화하고 속도를 증가시키기 위해 이들 조건은 빔 파라미터(속도, 전력 및 스폿 사이즈) 중 하나 또는 두 개의 빔 파라미터의 미리 설정된(미리 계산된) 값 및/또는 서로 유사한 거리에 위치된 평행한 라인들의 세트와 같은 미리 설정된 빔 경로를 포함할 수 있다.

본 발명의 방법은 일반적인 것이며, 선택된 영역의 임의의 기하학적 형상에 적용될 수 있다. 분말 층은 유사하거나 상이한 기하학적 형상을 구비할 수 있는 몇 가지 선택된 영역을 포함할 수 있다는 것이 주목된다.

적합한 특정 에너지 축적 동작 방식이 결정되면 이 방식은 해당 층의 선택된 영역(의 일부)을 실제 용융/서로 융합시키는데 사용된다. 본 발명의 방법은 바람직하게는 형성되는 물체의 층의 전부 또는 적어도 대부분에 사용된다.

본 발명의 효과는 선택된 영역의 온도 및 온도 분포에 대한 철저한 제어를 제공하고 정교한 방식으로 용융 단계를 계획하는 것을 가능하게 한다는 것이다. 이에 따라, 이것은 (형성되는 제품을 파괴할 수 있는) 너무 높은 온도를 회피하고, (응력과 균열 형성을 줄임으로써 제품 특성을 개선시키는) 균일한 온도 분포를 획득하고, (제품을 보다 비용 효율적으로 제조하는) 생산성을 증가시키는데 사용될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 상기 방법은 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 특정 에너지 축적에 대한 동작 방식을 사용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 특정 에너지 축적은 단위 시간당 단위 면적당 빔에 의해 축적되는 에너지를 빔 속도로 나눈 것이고, 특정 에너지 축적은 빔 속도, 빔 전력 및/또는 빔 스폿 사이즈를 변경함으로써 변경될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 본 방법은 융합되는 물질과 관련된 미리 결정된 데이터 세트의 사용을 포함하며, 여기서 상기 데이터 세트는 계산된 온도와 설정된 조건의 함수로서 선택되는 특정 에너지 축적의 값을 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 융합 단계에 설정된 조건은 적어도 하나의 분말 층에 대해 다음 조건, 즉 최대 온도; 작업 온도: 용융 깊이 및 용융 폭 중 하나 또는 몇몇을 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 온도를 계산하는 단계는 시간에 따른 열 방정식을 푸는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 온도를 계산하는 단계는 의도된 빔 경로를 따라 국부 온도 분포를 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 온도를 계산하는 단계는 의도된 빔 경로를 따라 분포된 다수의 지점에서 또는 이에 인접한 곳에서 수행되는 여러 계산을 포함한다.

이 실시예의 변형으로, 인접한 계산 지점들 사이의 최대 거리는 인접한 지점들 사이의 특정 에너지 축적의 허용된 변화에 한계 값을 설정함으로써 설정된다. 예를 들어, 빔 속도만이 변경되는 경우 빔 속도에 최대 허용된 변화가 설정된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 의도된 빔 경로를 수립하는 단계는 복수의 가능한 빔 경로를 따라 온도를 계산하는 단계, 및 상기 복수의 빔 경로 중 의도된 빔 경로를 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 상세한 설명에서는 이하 도면이 참조된다.
도 1은 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 3차원 제품을 생산하기 위한 알려진 디바이스의 일례를 도시한 개략도;
도 2는 빔이 양의 x-축 방향으로 이동하는 동안 표면 온도 프로파일과 박스 내 대응하는 용융 깊이와 용융 폭을 도시한 개략도;
도 3 내지 도 5는 방정식 3에 있는 가우시안 시리즈에 따른 근사적인 분포와 함께 FEM으로 계산된 일부 온도 분포 프로파일을 도시한 도면;
도 6은 지점-라인과 지점-지점 거리(

와

)를 각각 도시하는 도면으로, 여기서 (

)는 지수 항(exponential terms)에 대한 전체 좌표 시스템에서의 위치이며, (

) 및 (

)은 라인(j)의 라인 세그먼트(k)에 대한 전체 좌표 시스템에서의 좌표를 나타냄;
도 7은 빔이 좌측으로부터 우측으로 우측으로부터 좌측으로 방향을 변경하면서 하부로부터 상부로 라인을 스캔하기 시작하는 의도된 빔 경로를 구비하는, 등변 사다리꼴의 형태를 갖는 선택된 영역에 대한 의도된 빔 경로의 일례를 도시한 도면;
도 8은 이 예에서 특정 에너지 축적이 빔 속도를 변경함으로써 변경되는 도 7에 도시된 의도된 빔 경로에 사용되는 빔의 특정 에너지 축적을 위해 결정된 동작 방식을 도시한 도면.

도 1은 3차원 제품을 생산하기 위한 알려진 디바이스(1)의 일례를 도시한다. 디바이스(1)는 3차원 제품(3)이 구축되는 수직으로 조절가능한 작업 테이블(2), 하나 이상의 분말 디스펜서(4), 분말 베드(5)를 형성하기 위해 작업 테이블(2) 위에 분말의 박막 층을 연속적으로 분배하도록 배치된 수단(28), 분말 베드(5)의 부분들을 서로 융합시키기 위해 분말 베드(5)에 에너지를 전달하는 전자 총 형태의 복사선 총(6), 상기 작업 테이블(2) 위에 복사선 총(6)에 의해 방출되는 전자 빔을 가이드하고 성형하기 위한 편향 및 빔 성형 코일(7), 및 디바이스(1)의 여러 부분을 제어하도록 배치된 제어 유닛(8)을 포함한다.

일반적인 작업 사이클에서, 작업 테이블(2)은 하강되고, 새로운 분말 층이 분말 베드(5)의 상부 작업 영역에 도포되며, 전자 빔은 분말 베드(5)의 상부 층(5')의 선택된 부분에 스캔된다. 원리적으로, 제품이 완성될 때까지 이 사이클은 반복된다. 이 분야의 전문가라면 도 1에서 약술된 유형과 전자 총이 아닌 레이저 총을 구비하는 디바이스에 대해 3차원 제품을 생산하기 위한 디바이스의 일반적인 기능과 구성을 잘 알고 있을 것이다.

종래에, 전자 총을 구비하는 장치는 전자 빔이 전자총과 작업 영역 사이에 위치된 원자 또는 분자와 상호 작용하는 것을 방지하기 위해 일반적으로 적어도 10^-2 mbar 미만의 진공에서 동작한다.

등변 사다리꼴의 형태를 구비하는 분말 층 선택된 영역의 일례가 도 7에 도시된다. 의도된 빔 경로가 또한 도시된다.

본 발명의 방법의 일 실시예가 이제 설명된다. 이 실시예의 일례에서, 의도된 빔 경로는 서로로부터 동일한 거리에 분배된 복수의 직선과 팽행선(스캔 또는 해치 라인)을 따라간다. 조절된 빔 파라미터는 이 예에서 빔 속도이다. 계산에서, 빔 속도는 특정 깊이에서 용융된 물질의 폭(도 2에서 용융된 폭 및 용융된 깊이 참조)이 전체 빔 경로를 따라 동일하도록 조절된다. 이것은 빔 경로의 평행한 부분들 사이에 고정된 거리를 사용할 수 있게 한다. 나머지 파라미터는 미리 결정된다(또는 다른 미리 결정된 파라미터로부터 계산된다).

개요로서, 본 방법의 실시예는 다음과 같이 설명될 수 있다:

1. 물질 특성, 물질 온도 및 빔 전력의 다른 세트에 대한 온도 프로파일 및 관련된 빔 파라미터(스폿 사이즈와 빔 속도)로 구성된 데이터가 생성되고 데이터베이스에 저장된다. 이러한 데이터는 도 2에 도시된 테스트 박스와 유사한 간단한 기하학적 형상에 대한 FEM 계산에 의해 획득된다.

2. 3차원 물체를 생산하는데 사용되는 기계는 시간에 따른 열 방정식을 푸는 것에 의해 빔 궤도(경로)를 따라 분포된 다수의 지점 각각에 대해 국부 온도 분포를 실시간으로 계산한다. 이 방정식의 솔루션은 가우시안 포락선을 갖는 이전에 융합된(즉, 가상 융합된) 해치 라인의 온도 프로파일을 확장함으로써 획득된다. 사용된 빔과 물질 파라미터에 대응하는 온도 프로파일은 데이터베이스로부터 획득된다.

3. 특정 지점에서 빔 파라미터는 국부 계산된 온도 분포에 따라 선택되고, 데이터베이스에서 미리 계산된 데이터로부터 (사용된 물질에 대한 미리 계산된 온도 프로파일과 계산된 온도 분포를 비교하고 계산된 분포에 가장 잘 맞는 프로파일에 대응하는 빔 파라미터를 선택함으로써) 획득된다.

4. 해치 라인이 완료되면, 라인의 종단에서 온도 프로파일은 또한 가우시안 함수에 의해 근사되고, 단계 2 및 단계 3(즉, 두 개의 이전 단계)이 그 다음 해치 라인에 대해 반복된다.

계산이 실시간으로 수행된다는 표현은 분말의 융합이 계산과 동시에 수행된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 후속 층에 대해 빔 파라미터의 동작 방식을 계산하는 것은 이전 층이 융합되는 동안 수행된다. 원리적으로, 제1층의 융합 과정을 시작하기 전에 모든 층에 대한 동작 방식을 모두 계산하고 결정하는 것을 수행하는 것이 가능하지만, 이것은 일반적으로 생산을 시작하기 전에 대기 시간을 초래할 수 있다. 다른 극단에서, 동작 방식을 계산하고 결정하는 것은 실제 빔이 위치되는 곳에서 매우 가까운 빔 경로를 따르는 지점에서 수행되지만, 이것은 계산 또는 융합에 잘못이 있는 경우 수정 또는 재계산을 하는데 매우 작은 마진을 초래할 수 있다.

본 방법의 실시예의 도입

설명된 본 방법에 따라 용해 과정을 제어하는데 필요한 적절한 데이터를 획득하기 위해, 열원 없이 균일한 물질 범위(-∞<x<∞, -∞<y<∞, 및 -∞<z<0)에 걸쳐 시간에 따른 열 방정식을 고려한다:

[방정식 1a]

여기서, T(x, y, z, t)는 시간에 따른 온도 분포이며, λ는 열전도율이며, C _p 는 열용량이며, ρ는 물질의 밀도이다.

경계 조건은 다음과 같이 요약된다:

[방정식 1b]

T = T ₀ ; x, y → ±∞, z → -∞

x 방향으로 이동하는 z=0에서 가우시안 형상의 소스 항은 가상 에너지 빔을 설명하는데 사용된다. 동일한 상부면을 통한 복사선은 스테판-볼츠만의 법칙을 따르도록 가정된다:

[방정식 1c]

여기서, P _in 은 흡수된 빔 전력이며, ν_x는 빔 속도이며, σ는 분산(빔 스폿 사이즈)이고, radcoeff는 표면으로부터 복사선 계수이며, T _sur 는 표면 위 주변 온도이다.

T₀는 작업 온도, 즉 용융/융합 전 물질의 희망 온도이다.

데이터를 생성하는 데 드는 시간을 줄이기 위해, 이동하는 스폿 주위의 온도 분포가 정상 상태(steady state)(x = x-tν _x , dt = -dx/ν _x )에 도달한 것으로 가정함으로써 시간 의존성을 제거하는 것이 적절할 수 있다:

[방정식 2a]

[방정식 2b]

[방정식 2c]

T(±∞, ±∞, -∞) = T₀

위의 열 방정식은 예를 들어 물질 특성, T₀ 및 빔 설정의 여러 상이한 세트에 대해 FEM 기술로 풀 수 있다. 이 과정이 일어날 수 있는 방법은 도 2에 예시되어 있다.

도 2는 빔이 양의 x-축 방향으로 진행하는 "테스트 박스"를 도시한다. 표면에서의 온도 프로파일이 슬라이스와 함께 도시되는데, 여기서 용융 볼륨은 물질의 용융 온도에 대응하는 등온 곡선에 의해 표현된다. 여기서, 빔 파라미터 υ_x와 σ는 용융 깊이와 용융 폭 측면에서 용융 볼륨의 특정 프로파일을 획득하도록 최적화되었다. 또한, 물질 내의 최대 온도는 Tmax로 제한되었다. 물론, 빔 파라미터를 최적화하는데 사용되는 다른 조건들이 있을 수 있다. 예를 들어, 용융 볼륨에서 온도 기울기를 최소화하는 것이 하나의 조건이 될 수 있다.

해치 라인의 종단에서 에너지 입력을 설명하는 데 필요한 온도 프로파일은 가우시안 함수 시리즈를 갖는 방정식 2a에 있는 T(x, y, z)를 근사화함으로써 획득될 수 있다. 이렇게 함으로써, 차후에 임의의 수의 해치 라인에 대해서도 반 무한대 범위(half infinity domain)에서 온도 분포에 대한 분석 솔루션을 획득하는 것이 가능할 수 있다. 시리즈 T'(x, y, z)는 다음과 같다:

[방정식 3]

파라미터 A _i , xpos _i ,

및 a는 T(x, y, z)와 T' (x, y, z) 사이의 지점별 비선형 제곱 맞춤(square fit)으로부터 획득될 수 있다. 여기서, xpos _i 는 빔 경로를 따라 지수 항(i)의 x 위치이다. 빔 좌표 시스템에서, 이것은 빔이 양의 x-방향으로 진행하고 x = 0에 위치된 것으로 가정되기 때문에 음의 값이 될 것이다.

도 3 내지 도 5에서, FEM으로 계산된 일부 온도 분포는 방정식 3에 따라 근사화된 분포와 함께 도시된다.

맞춤의 우수함(goodness)은 주로 사용되는 가우시안 함수의 수에 의해 결정된다. 이하 예에서, N은 각 온도 프로파일에서 사용되는 30 내지 36개의 가우시안 함수가 있다는 것을 의미하는 10 내지 12의 값이다.

물질 내 시간에 따른 온도 분포

빔이 하나의 라인을 스캔한 후 물질 내 시간에 따른 온도 분포 T(x, y, z, t)는 방정식 3으로부터 획득된 초기 조건 T'(x', y', z')과 함께 그린 함수(Green functions)와 컨볼루션(convolution)에 의해 획득된다:

[방정식 4]

여기서,

여기서, 물질 온도는 T _surf 이고 T ₀ 와는 다른 것으로 가정했다. 표면을 통한 열 손실은 이제 제로(0)로 놓인다:

빔이 M개의 라인을 스캔하면, 방정식 4의 우측 부분은 합산으로 대체된다:

[방정식 5]

여기서, t _j 는 라인(j)이 완료되었을 때의 시간이고, T _0j 는 라인(j)이 완료되었을 때의 스폿 주위 온도이다. T' _j (x', y', z')는 라인(j)에 대해 방정식 3에 따른 온도 분포이고, H(t-t _j )는 다음과 같이 정의된 헤비측(heaviside) 단계 함수이다:

T'(x, y, z)(방정식 4)에 대한 표현을 방정식 5에 대입하면, 방정식 3에서 x, xpos _i 및 y 좌표는 라인(j)의 종단 지점 주위에 중심이 있는 국부 좌표 시스템을 말하고, 여기서 x 축은 이 라인에 대해 빔의 움직임의 방향을 나타내는 반면, 방정식 5에서 x' 및 y' 좌표는 이 부분의 표면에 의해 결정된 전체 좌표 시스템을 말한다는 것이 상기되어야 한다. 나아가, 라인(j)의 빔 경로가 각각이 상이한 방향을 가지는 여러 라인 세그먼트에 의해 설명되어야 한다면, 방정식 3에서 y는 라인(j)에 대한 라인 세그먼트(k)와 지점(x', y') 사이의 거리인

로 대체되어야 하고, x'-xpos _i 는 라인 세그먼트에서 지수 x항(i)의 위치와 동일한 라인 세그먼트에서 (x', y')의 투영 점 사이의 거리인

로 대체되어야 한다(도 6 참조).

이런 방식으로 임의의 종류의 빔 경로들이 고려될 수 있다. 그러나, 방정식 3에서 온도 분포는 직선 라인 시뮬레이션으로부터 획득된 것이라는 것을 상기되어야 한다. 따라서, 빔 경로의 곡률이 매우 상당하다면, xpos _i 값으로 결정된 것과 동일한 거리를 가지는 이 경로를 따라 방정식 3에 항을 바로 배치하는 것은 다소 불량한 근사화일 수 있다. 이 경우에, 곡선 형상에 FEM 솔루션이 필요할 수 있다.

도 6은 지점-라인과 지점-지점 거리(

및

)를 각각 도시한다. (

)는 지수 항에 대한 전체 좌표 시스템의 위치이다. (

) 및 (

)는 라인(j)의 라인 세그먼트(k)에 대한 전체 좌표 시스템에서의 좌표이다.

(

)에 위치된 적어도 하나의 지수 항을 포함하는 각 라인 세그먼트(k_j)에 대해, 제곱 거리(

,

)는 (ax' + by' + c)² 항의 선형 조합으로 표현되어야 하고, 그렇지 않으면, 방정식 5에서 적분을 분석적으로 푸는 것이 가능하지 않다. 이것은 아래 방정식에서 수행된다:

여기서, 빔은 지점(1)으로부터 지점(2)으로 진행하고, 라인 세그먼트(1)는 라인(j)의 마지막 라인 세그먼트인 것으로 가정했다. 따라서, 라인 세그먼트는 뒤에서 합산된다.

은 방정식 4로부터 라인(j)에 대해 지수 항(i)의 x 위치의 절대값이며, 즉 라인(j)의 빔 경로 좌표 시스템의 x 위치이다.

모두 서로 조합하는 것은 빔이 M개의 라인을 스캔하였을 때 시간에 따른 온도 분포에 대해 다음 표현식을 제공한다:

[방정식 6]

여기서;

K _j 는 해치 경로(j)에 대해 직선 라인 세그먼트의 수이다.

은 각 라인 세그먼트(k _j )에서 지수 항의 수이다.

이후에서는 합산 부분 내에 있는 항에 대해 분석적 표현식이 유도된다. 그러나, T'(x, y, z, t)에 대해 위의 표현식을 사용하여 더 많거나 더 적은 임의의 종류의 빔 경로에 대한 온도를 계산하는 것이 가능하고, 계산이 실시간으로 수행될 수 있다는 것을 의미하는 멀티 CPU 구성으로 계산이 효과적으로 수행될 수 있는 것이 언급된다.

가우시안 함수의 특성과 적분

방정식 6에 있는 표현을 풀기 위해 가우시안 함수의 일부 특성이 알려져야 한다.

1. 2개의 가우시안 함수의 곱셈은 다른 가우시안 함수이다:

2. 하나의 가우시안의 적분:

T'(x, y, z, t) 를 계산하기 위한 적분

먼저, z 방향으로 적분하는 것을 고려한다:

여기서,

둘째, x 및 y 적분을 고려한다:

모든 라인 세그먼트가 평행한 경우, 좌표 시스템은 해치 라인과 정렬하도록 용이하게 변환될 수 있기 때문에 x와 y 사이를 구별할 필요가 없다. 따라서, 이하 예에서 모든 라인은 x 축과 평행한 것으로 가정된다.

여기서,

라인 세그먼트가 평행하지 않고 임의의 방향을 가지는 경우, 대수(algebra)가 약간 더 내포되게 된다. 이 경우, 먼저 x-적분을 고려한다:

여기서,

따라서:

이제, y 적분을 고려한다:

여기서,

총 표현의 요약

지수 항의 위치:

여기서,

평행한 라인:

여기서,

해치 라인의 임의의 방향:

여기서,

해치 라인을 따른 빔 파라미터의 계산

(가상) 빔이 해치 경로를 따라 스캔할 때 스폿 주위의 온도는 이제 방정식 6에 있는 표현으로부터 이전 해치 라인의 온도 프로파일에 대해 미리 계산된 가우시안 함수를 삽입함으로써 계산될 수 있다.

온도를 알고 다른 조건에 대한 빔 파라미터에 대해 최적화된 데이터에 액세스함으로써 적절한 방식으로 빔 에너지 입력(즉, 특정 에너지 축적)을 조절하는 것이 가능하다.

예

이하 해치 예(도 7 참조)에서, 사다리꼴이 일정한 빔 전력으로 용융되고, 일정한 용융 깊이와 용융 폭을 가지기 위하여 변경되는 것은 빔 속도이다. 의도된 빔 경로는 빔이 좌측으로부터 우측으로 우측으로부터 좌측으로 방향을 변경함으로써 하부로부터 상부로 도 7의 라인을 스캔하기 시작하도록 구성된다.

스폿 사이즈는 용융 풀에서 최대 온도가 Tmax로 제한되도록 Tsurf, 융합 이전 부분의 온도로 최적화되었다. 이것은 처음 해치 라인이 일정한 속도와 고정된 스폿 사이즈로 스캔되는 것을 의미한다. 다른 모든 라인은 동일한 스폿 사이즈와 전력을 가지지만 상이한 가변하는 속도로 스캔된다. 의도된 빔 경로를 따라 분포된 각 계산 지점에서 속도는 먼저 지점 주위의 온도 분포를 계산하고 이후 데이터베이스에서 속도 대 온도 데이터로부터 획득된다. 데이터베이스에서 속도는 용융 깊이와 용융 폭이 모든 라인에 대해 동일하도록 특정 빔 설정(전력 및 스폿 사이즈)과 온도에 최적화되어 있다. 각 해치 라인의 종단에서 가상 빔에 의해 생성된 온도 프로파일은 데이터베이스로부터 취해진 가우시안 함수에 의해 모델링된다. 데이터베이스의 온도 범위는 Tsurf 내지 Tmelt이고 미리 계산된 데이터에 대한 온도 단계는 20K로 설정되었다. 룩업 테이블 과정은 계산된 온도에 가장 가까운 속도와 가우시안 함수를 선택하는데 사용된다.

각 해치 라인을 따라 발생하는 속도 프로파일은 도 8에 도시되어 있다. 이 프로파일은 의도된 빔 경로를 따라 국부 온도 분포의 계산에 기초하고, 적어도 하나의 층의 선택된 영역을 용융시킬 때 의도된 빔 경로에 사용되는 빔의 특정 에너지 축적에 대해 결정된 동작 방식에 대응하며, 여기서 이 예에서 특정 에너지 축적은 빔 속도를 변경함으로써 변경된다.

상기 예에서, 단계적 과정이 라인을 따라 온도와 속도를 획득하기 위해 사용되었다. 이것은 첫째, 라인을 따라 특정 지점에서의 온도가 평행한 라인에 대한 방정식 6을 사용하여 계산된 것을 의미한다. 둘째, 속도는 룩업 테이블로서 데이터베이스를 사용함으로써 온도로부터 획득된 것이다. 해치 라인을 따라 그 다음 지점은 고정된 거리(Δr)로 계산될 수 있고, 여기서 시간 단계는 Δr/속도이다. 그러나, 온도의 기울기는 시간과 공간 좌표에 대하여 다소 크게 변하므로, 고정된 거리 과정은 충분히 효율적이지 않다. 일부 곳에서는 작은 단계가 필요한 반면, 다른 곳에서는 다소 긴 단계가 충분히 정확할 수 있다. 대신, 최대로 허용되는 속도 변경이 사용되었다. 이로부터 최대로 허용되는 온도 차이가 획득될 수 있고, 시간과 공간에 대하여 온도 미분을 수치적으로 계산함으로써 최대로 허용되는 공간 단계가 획득될 수 있다.

유도된 알고리즘은 매우 효율적이었고, 실시간 계산에서 수 천 개의 해치 라인을 포함하는데 문제가 없었다. 실시간 계산이라는 용어는 해치 라인을 따라 속도를 계산하는 시간이 실제 용융 시간보다 더 적은 계산을 지칭한다.

본 발명은 전술된 실시예로 제한되지 않지만 특허청구범위 내에서 여러 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 빔 파라미터를 최적화하고 데이터베이스를 만들 때 용해 과정의 보다 상세하고 복잡한 설명을 사용할 수 있다; 분말은 용융 엔탈피와 용융 동결 과정의 상세 모델과 함께 불균일한 물질로 모델링될 수 있다.

방정식 6에 따른 계산은 예를 들어, 최소 용융/융합 시간에 대하여 해치 전략을 최적화하는데 사용될 수 있다. 이러한 최적화를 위해 실제적인 관점에서 가능한 것으로 이루어지는 한, 실시간으로 모든 계산을 수행할 필요는 없다. 그러나, 각 가능한 해치 전략에 대한 계산이 실시간으로 수행될 수 있다면 유리할 수 있을 것이다. 따라서, 최적화 단계에서 획득된 모든 데이터를 저장할 필요가 없다. 대신 최적화 단계 동안 저장될 정보는 예를 들어, 해치 각도, 해치 라인들 사이의 거리, 부분에 대한 해치의 위치 등으로 제한될 수 있다

설명된 방법은 예를 들어 WO 2004/056511에 설명된 대로 특정 온도에서 생성되는 부분들을 유지하는데 필요한 빔 전력을 계산하는 데 사용되는 방법과 결합될 수 있다. 따라서, 전체 에너지 입력은 이 부분의 형상을 포함하는 에너지 평형 계산으로부터 계산될 수 있는 반면, 본 명세서에서 설명된 방법은 융합 동안 빔에서 제공하는 국부 에너지 또는 전력 축적을 제어하는 데 사용된다.

설명된 방법은 해치 라인을 따라 국부 온도(분포)를 획득하기 위한 균일한 물질 모델을 사용한다. 그러나, 물질 특성의 국부적 차이는 다른 위치에 다른 D 값을 사용함으로써 모델링될 수 있다. 예를 들어, 매우 얇은 부분은 낮은 열 전도율을 갖는 것에 의해 모델링될 수 있다. 심지어 이 부분에 대해서 최적화된 데이터로 데이터베이스를 확장하는 방법에는 제한이 없다. 유사한 방식으로, 분말 베드에서 낮은 층은 분말 베드의 것과는 다른 열 특성을 가질 가능성이 있는 조절가능한 작업 테이블에 가까이 위치되는 것을 고려할 수 있다.

선택된 영역의 부분에 대해 동작 방식을 계산하고 결정하기 전에 선택된 영역의 일부분에 대해서만 의도된 빔 경로를 수립하는 것이 가능하다. 또한, 완전히 수립된 의도된 빔 경로의 부분에 대해서만 동작 방식을 계산하고 결정할 수 있다. 의도된 빔 경로를 수립하는 단계, 선택된 영역에서 여전히 비 융합된 부분에 대해 온도 등을 계산하는 단계가 계속 진행 중에 있는 동안 적어도 하나의 층의 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계가 개시될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 분말 층이 하나를 초과하는 선택된 영역을 포함할 수 있다; 이 선택된 (부분) 영역은 상이한 형태를 구비할 수 있고 별도로 처리될 수 있다.

전술된 바와 같이, 의도된 빔 경로를 따라 온도를 계산할 때, 동일한 시점에서 온도 계산이 수행될 때 특정 시점까지 경로를 따라 (가상) 빔에 의해 축적된 에너지가 고려된다. 이런 방식으로, 온도 구축이 적절히 고려된다.

전술된 예에서, 온도 계산이 의도된 빔 경로를 따라 분포된 다수의 위치에서 수행되고, 이들 각 위치에서 국부 온도 분포가 계산된다. 또한, 국부 온도 분포가 가상 빔의 위치로부터 한 단계 앞 위치에서 계산된다. 그 다음 위치로 한 단계 다소 앞선 곳으로 빔을 이동시킬 때 사용되는 특정 에너지 축적은 상이한 국부 온도 분포에 대해 (사용되는 분말 물질 및 특정 융합 조건에 대해) 다수의 미리 계산된 특정 에너지 축적(즉, 설명된 예에서 빔 속도)을 포함하는 데이터베이스로부터 획득되고, 여기서 그 다음 위치에서 계산된 국부 온도 분포는 데이터베이스로부터 적절한 값 또는 값들을 선택하는데 사용된다.

Claims

분말 층을 연속적으로 제공하고 상기 분말 층에서 3차원 물체의 연속적인 단면에 대응하는 선택된 영역을 서로 융합시킴으로써 3차원 물체를 생산하기 위한 방법으로서,
상기 분말 층 중 적어도 하나에 대해서, 다음 단계:
- 작업 영역에 적어도 하나의 분말 층을 도포하는 단계,
- 복사선 총으로부터 상기 선택된 영역으로 에너지를 공급함으로써 상기 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계를 포함하되,
- 상기 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 사용되는 의도된 빔 경로를 수립하는 단계,
- 상기 의도된 빔 경로를 따라 이동하는 것으로 가정되는 가상 빔의 특정 에너지 축적의 함수로서 상기 의도된 빔 경로를 따라 상기 적어도 하나의 분말 층의 온도를 계산하는 단계,
- 상기 계산된 온도 및 상기 선택된 영역을 서로 융합시키는 단계에 설정된 조건에 따라 상기 의도된 빔 경로를 따라 상기 가상 빔의 특정 에너지 축적을 조절하는 단계 및
- 상기 계산 및 조절에 기초하여, 상기 적어도 하나의 분말 층의 선택된 영역을 서로 융합시킬 때 상기 의도된 빔 경로에 사용되는 실제 빔의 특정 에너지 축적을 위한 동작 방식(operating scheme)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 특정 에너지 축적은 단위 시간당 단위 면적당 빔에 의해 축적되는 에너지를 빔 속도로 나눈 것이고, 상기 특정 에너지 축적은 빔 속도, 빔 전력 및/또는 빔 스폿 사이즈를 변경시킴으로써 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 융합되는 물질과 관련된 미리 결정된 데이터 세트의 사용을 포함하고, 상기 데이터 세트는 계산된 온도 및 설정된 조건의 함수로서 선택되는 상기 특정 에너지 축적의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 융합 단계에 설정된 조건은 상기 적어도 하나의 분말 층에 대한 이하 조건들: 최대 온도; 작업 온도: 용융 깊이와 용융 폭 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 온도를 계산하는 단계는 시간에 따른 열 방정식을 푸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 온도를 계산하는 단계는 상기 의도된 빔 경로를 따라 국부 온도 분포를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 온도를 계산하는 단계는 상기 의도된 빔 경로를 따라 분포된 다수의 지점에서 또는 이에 근접한 곳에서 수행된 수개의 계산을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 인접한 계산 지점들 사이의 최대 거리는 인접한 지점들 사이의 특정 에너지 축적의 허용된 변화에 대한 한계 값을 설정함으로써 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 의도된 빔 경로를 수립하는 단계는,
- 복수의 가능한 빔 경로를 따라 온도를 계산하는 단계 및
- 상기 복수의 빔 경로로부터 상기 의도된 빔 경로를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.