KR102359288B1 - 광빔을 사용하는 적층 제조를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

a) 건축 자재를 공급하는 단계; 및 b) 광빔(2)을 사용하여 건축 자재를 융합시키는 단계를 포함하며, 단계 a) 및 b)는 융합된 건축 자재로부터 물체를 점진적으로 제조하도록 수행되는 방법이 개시된다. 단계 b)에서, 빔(2)은 건축 자재 상에서 기본 스폿을 생성하도록 건축 자재 상에 투사되고, 상기 빔은 건축 자재 상에 유효 스폿(21)을 확립하도록 제1 스캐닝 패턴에 따라서 2차원으로 반복적으로 스캐닝되며, 상기 유효 스폿은 2차원 에너지 분포를 가진다. 상기 유효 스폿(21)은 건축 자재를 융합시키는 것에 의해 물체를 점진적으로 제조하도록 제조될 물체에 대하여 변위된다.

Description

광빔을 사용하는 적층 제조를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ADDITIVE MANUFACTURING USING A LIGHT BEAM}
본 발명은 적층 제조에 의한 3차원 물체들의 제조에 관한 것이다.
3차원 물체는 예를 들어 몰드에서 몰딩에 의해 또는 칩핑 머신(chipping machine)을 사용하여 공작물로부터 재료를 제거하는 것에 의한 것과 같이 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 그러나, 지난 수십년 동안, 소위 적층 제조(additive manufacturing)(AM)는 점점 대중화되었다. 적층 제조에서, 재료는 3차원 물체를 형성하도록 제조될 물체에 추가된다. 즉, 적층 제조는 재료를 제거하는 것보다 재료를 적층(addition)하는 것에 기초한다.
일부 AM 기술들은 건축 자재(building material)를 융합시키도록 건축 자재에 인가되는 에너지 빔의 사용을 포함한다. 융합된 건축 자재의 층들을 점진적으로 적층하는 것에 의해, 3차원 물체가 제조된다. 건축 자재들은 중합체, 금속, 세라믹 및 합성물을 포함하고, 때때로 분말 형태로 공급된다. 여기에서, 분포는 전자 빔을 사용하는 시스템과 광빔, 대체로 레이저 빔을 사용하는 시스템 사이에서 만들어져야만 한다.
AM 기술의 하나의 예는 소위 분말 적층 용융(power bed fusion)(PBF)공정이다. PBF 공정은 형성될 제품의 단면에 대응하는 분말층의 특정 영역에서 분말 입자들 사이의 융합을 유도하기 위한 하나 이상의 열원, 및 분말층을 적층하고 평활화하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 종류의 공정의 널리 공지된 예는 소위 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering)(SLS) 공정이며, 여기에서, 레이저 빔은 형성될 물체의 단면에 대응하는 영역에서 분말의 얇은 층(예를 들어, 약 0.1 mm 정도의 두께를 가지는 분말의 층)을 형성한다.
분말은 역회전 레벨링 롤러(counter-rotating leveling roller)를 사용하여 조형 구역(build area)에 걸쳐 펼쳐지며, 건축 자재의 융점 및/또는 유리 전이 온도(glass transition temperature)에 가까운 온도로 예열된다. 예열의 목적은 레이저 빔에서의 파워 요구조건을 감소시키는 것이다. 재료가 분포되고 예열되었으면, 초점이 맞춰진 레이저 빔은 건축 자재의 층 상에 투사되고, 레이저 스폿(laser spot)은 이러한 영역에 있는 재료를 점진적으로 융합시키도록 상기 층의 영역에 걸쳐서 변위된다. 이러한 영역은 형성될 제품의 단면에 대응하며, 이에 의해, 이러한 영역에서의 건축 자재의 융합은 제품의 슬라이스를 생성한다. 다음으로, 조형 구역은 하강되고, 융합된 건축 자재와 이를 둘러싸는 분말에 의해 건축 자재의 새로운 층이 도포되고 지지된다. 이런 단계들을 반복하는 것에 의해, 제품은 완성될 때까지 슬라이스 단위(slice by slice)로 조형된다. PBF 공정에서 사용되는 적어도 4개의 상이한 융합 메커니즘들, 즉 고상 소결(solid-state sintering), 화학 유도 소결, 액상 소결(liquid-phase sintering) 및 완전 용해가 있다. 상업적으로 사용되는 공정에서, 액상소결 및 용융이 지배적인 경향이 있다. SLS 공정들 및 시스템의 예는 US-2014/0079916-A1 및 US-6215093-B1에 개시되어 있다.
전자기 에너지 빔(전형적으로 레이저 빔)의 사용을 수반하는 또 다른 AM 기술은 소위 빔 증착(beam deposition)(BD) 공정이다. 이러한 종류의 공정에서, 건축 자재는 에너지 빔을 건축 자재에 인가하는 것에 의해 증착되는 동안 가열된다. 상기된 PBF 공정에서, 건축 자재는 먼저 층에 증착되고, 그런 다음 에너지 빔에 의해 선택적으로 가열되는 반면에, BD 공정에서, 재료는 증착됨에 따라서 가열되고 용융된다. BD 공정은 전형적으로 하나 이상의 분말 노즐들 및 레이저 광학기기들을 통합하는 증착 헤드(deposition head)를 포함하는 레이저 기반 금속 증착(laser-based metal deposition)(LBMD) 공정을 포함한다. 상기 공정은 증착 헤드, 기판 또는 이들 모두를 움직이는 것에 의해 증착 헤드와 기판 사이의 제어된 상대 움직임을 수반한다. 빔 증착 시스템의 예는 US-2012/0138258-A1에 개시되어 있다. 분말 증착 노즐들의 예는 US-2014/0015172-A1 및 WO-2008/003942-A2에 개시되어 있다.
US-2013-0168902-A1은 품질 제어의 목적을 위하여, 센서 디바이스에 의해 용융 영역이 검출되는 분말 적층 용합 시스템(powder bed fusion system)을 개시한다.
US-2012/0266814-A1은 비교적 넓은 코팅을 증착하기 위해 일련의 피복들을 나란히 중첩시키는 것에 의해 이러한 것이 어떻게 수행되어야만 하는지를 기술한다. 오직 레이저 빔 지름만이 증가되면, 용융지(melt pool) 중앙의 온도는 첨가 재료의 높은 수준의 증발이 일어날 수 있거나 또는 기판이 과잉 깊이로 용융될 수 있는 정도라는 것이 설명된다. 또한, 주변 기판 재료는 과잉 깊이로 파괴될 수 있다. 이 문헌은 전통적인 가우스의 빔 에너지 분포와 다른 빔 에너지 분포를 제공하도록 평면 거울과 회절 광학 요소를 포함하는 레이저 빔 형상화 장치로 형상화되어서, 공정을 개선하는 시스템을 개시한다. 예를 들어, 강도는 레이저 스폿의 선단 가장자리에서 또는 레이저 스폿의 가장자리들에서 비교적 높게 되도록 배열될 수 있다.
US-2013/0300035-A1은 분말 적층 융합 시스템을 개시하고, 기하학적 변형 및 균열을 피하고 철저한 융합을 보장하기 위하여 조사된 건축 자재의 온도를 제어할 필요성을 강조한다. 이것은 선택된 구역에 걸쳐서 가능한 제작 시간을 단축하고 빔을 효율적으로 스윕할(sweep) 필요성을 또한 언급한다. 이것은 평행선을 가지는 스캐닝 패턴이 어떻게 사용될 수 있고, 가변적인 빔 파워 및 속도에 의해 행해질 수 있는 이전에 스캐닝된 선들로부터의 열을 얼마나 고려할 필요가 있는지를 언급한다. 이 문헌은 확립된 빔 경로와 가상의 빔과 관련된 계산을 포함하는 방법을 제안한다. 이 문헌에 개시된 발명은 사용되는 빔의 에너지 증착이 계산에 기초하여 사전 조정될 수 있는 방법에 관한 것이다.
US-2011/0305590-A1은 한 실시예에서, 분말을 굳히도록 사용되는 비교적 높은 강도 영역, 및 제작 동안 기판의 왜곡을 완화시키기 위해 기판을 가열하도록 사용되는 비교적 낮은 강도 영역을 발생시키도록 레이저 방사가 처리되는 빔 증착 장치를 개시한다.
일반적으로, 층의 선택된 영역 또는 부분을 융합시키는 것이 빔 경로를 따르는 영역에 걸쳐서 레이저 빔을 스캐닝하는 것에 의해 얻어져서, 층으로 투사된 레이저 스폿은 전체 영역이 원하는 정도로 가열되고 융합될 때까지 영역의 상이한 부분들, 전형적으로 다수의 평행한 트랙들을 후속적으로 가열하도록 층의 표면 위에서 변위된다. US-2004/0099996-A1은 방사선 에너지가 트랙에 어떻게 인가되는지의 예를 교시한다. US-2006/0215246-A1은 급속 프로토타이핑 시스템(rapid-prototyping systems)에서 통상적으로 수행되는 2가지 형태의 레이저 스캐닝: 래스터 스캐닝(raster scanning) 및 벡터 스캐닝이 어떻게 있는지를 개시한다. US-2004/0200816-A1은 또한 래스터 스캐닝 및/또는 벡터 스캐닝이, 예를 들어 구역을 충전하는 래스터 스캐닝 전 또는 후에 벡터 형태로 단면의 윤곽을 따라서 분말을 융합시키는 것에 의해 융합될 영역을 충전하도록 사용되었다는 것을 교시한다. 이 문헌은 예를 들어 빔 파워 및/또는 스캐닝 속도를 제어하는 것에 의해 온도를 제어하기 위한 열 화상 피드백의 사용을 제안한다.
US-2003/0127436-A1은 물품의 각각의 단면에 요구되는 래스터 주사선의 수를 감소시키는 것에 의해 물품의 조형 시간(build time)을 단축시키는 방법을 교시한다.
US-2003/0028278-A1은 스캐닝 사이의 선택된 선간 거리(line-to-line distance)를 가지는 래스터 스캐닝을 교시하며, 주사선들의 위치는 실질적으로 이전의 층들에 있는 주사선들의 위치들 사이에 집중된다. 이에 따라, 물픔의 형성에 요구되는 스캐닝의 수는 구조적 강도를 저하시키지 않고 감소될 수 있다.
DE-10112591-A1은 적층 제조의 맥락에서 일부 대안적인 레이저 스캐닝 패턴들을 교시한다.
US-5904890-A는 보다 균일한 밀도 분포를 달성하기 위하여 레이저 빔 및 레이저 스폿이 선들의 길이에 의존하여 스캐닝 패턴의 선들을 따라서 변위되는 속도를 조정하는 것을 교시한다.
US-2013/0216836-A1은 용융/소결 공정의 맥락에서, 전자기 방사선 소스의 빔이 일정 구역을 가로지르는 시간을 단축하도록 비선형 스캐닝 경로의 사용을 교시한다.
US-2014/0154088-A1은 2차 그레인 배향(secondary grain orientation)과 에너지 빔의 스캐닝 패턴 사이의 관계를 교시한다.
DE-102009015282-A1은 테이블에 있는 함수 또는 데이터에 기초하여, 선택적으로 소결되거나 용융되는 층의 상이한 부분들에 상이한 양의 에너지의 인가를 교시한다. 이에 의해, 제품의 기계적 특성이 개선될 수 있다.
US-2011/0168090-A1 및 US-2011/0168092-A1은 균일한 두께의 비교적 넓은 코팅이 증착될 수 있도록 넓은 스프레이 노즐들을 가지는 레이저 증착 장치를 교시한다. 넓은 노즐들은 넓은 레이저 빔과 조합되며, 이러한 것은 예를 들어 스캐닝과 같은 빔 조작 기술의 수단에 의해 얻어질 수 있다.
US-2010/0036470-A1은 전극들의 레이저 기반 제조를 위한 공정을 개시하고, 레이저 에너지 및 레이저 스폿 크기를 포함하는 파라미터에 의한 공정 제어를 언급한다. US-2008/0296270-A1은 레이저 파워와 트래버스 속도(traverse speed)를 포함하는 공정 파라미터를 제어하기 위한 제어 시스템과 함께, 레이저 및 분말 노즐을 사용하는 직접 금속 증착을 개시한다. 또한, 레이저 빔 파워는 공정 파라미터로서 언급된다. US-2006/0032840-A1은 피드백 제어에 기초한 레이저 파워의 조정을 교시한다. US-2009/0206065-A1은 레이저 파워 및/또는 레이저 스폿 크기를 포함하는 공정 파라미터의 조정에 의한 선택된 레이저 분말 처리를 교시한다. US-2002/0065573-A1에는 레이저 파워, 빔 지름, 빔의 시간적 및 공간적 분포, 상호 작용 시간, 및 분말 유량과 같은 파라미터를 언급한다. 이 문헌은 신속한 응답 및 빠른 속도로 공정에 대한 미세 조정을 위한 다이오드 레이저의 사용을 제안한다.
WO-2014/071135-A1은 적층 제조의 맥락에서, 특히 방법에 의해 제조되는 최종 물체 특성들의 훨씬 미세한 제어를 달성하는 목적을 위하여, 분말 재료에 인가되는 열의 양을 정확하고 정밀하게 제어하도록 레이저 빔 펄스를 적절허게 조절하는 개념을 교시한다.
US-2006/0119012-A1은 가용성 분말이 제어된 에너지 레벨에서 시간 기간 동안 다수의 레이저 스캐닝에 노출되어 분말을 용융시키고 치밀화하는, 레이저 소결을 사용하여 부품을 제조하는 방법을 교시한다.
CN-1648802-A는 재료를 연속으로 소결 또는 용융시켜 증착하도록 고에너지 빔의 사용을 개시한다. 이 문헌은 전자 빔을 사용하는 빠른 스캐닝을 교시한다. 스캐닝의 1개 또는 다수의 프레임을 통하여, 형성 구역에 있는 재료는 동기화 냉각( synchronous cooling) 전에 구역 상으로 증착을 위한 소결 또는 재용융 온도에 도달하도록 동기적으로 상승된 온도를 가진다. 이러한 것은 열응력을 감소시키고 형성 정밀도와 품질을 향상시키는 것으로 믿어진다.
US-2010/0007062-A1은 예열 영역에 걸쳐서 사전 결정된 경로들을 따라서 고에너지 빔으로 스캐닝하는 것에 의해 분말 재료를 균질하게 예열하는 것을 개시한다.
DE-10208150-B4는 제조될 물체의 표면 거칠기가 트랙을 따르는 그 일반적인 움직임의 방향으로 전후로 진동하는 분말층의 대응하는 부분을 레이저 빔으로 스캐닝하는 것에 의해 감소될 수 있고, 이에 의해 동일한 부분을 여러 번 가열하는 것을 교시한다. 이 문헌은 트랙의 폭을 설정하거나 또는 변화시키는 목적을 위하여, 횡방향으로의 움직임이 트랙의 길이 방향으로의 이러한 움직임에 추가될 수 있다는 것을 교시한다. 트랙을 따라서 전후로의 레이저 스폿의 움직임을 포함하는 방법은 물체의 표면을 한정하는 것을 위해서가 아니라, 융합될 층의 다른 부분을 위해 또한 사용될 수 있다. 레이저 스폿의 속도, 크기 또는 파워는 이러한 움직임 동안 전후로 수정될 수 있다. 이 문헌은 레이저가 움직이는 리사쥬 도형(Lissajous figures)을 생성할 수 있는 것을 나타낸다.
US-2003/0075529-A1은 빔 증착 공정의 맥락에서 빔 기하학적 형태를 제어하도록 조절 가능한 포커싱 광학기(adjustable focusing optic)의 사용을 개시한다. 도로 폭 및 강도 분포와 같은 파라미터들은 제어될 수 있다. 진동 또는 진자 요소(vibrating or oscillating element)는 도로 폭이 진자 요소의 진폭을 조정함으로써 결정될 수 있도록 사용될 수 있다.
US-2001/0002287-A1은, 후미 부분보다 높은 레이저 빔 강도를 갖는 선단 부분을 갖는 레이저 빔을 포함하고, 재응고 동안 증착된 재료에 열구배를 부과하는, 비대칭 레이저 빔을 생성하는 빔 형상화 광학기기의 사용을 개시한다.
US-2012/0267345-A1은 적층 제조의 맥락에서, 변형 가능한 거울과 같은 변형 가능한 반사 수단을 사용하여, 에너지의 분포를 제어하는 공정 동안 레이저 빔의 단면 형상이 어떻게 조절되는지를 교시한다.
레이저 빔뿐만 아니라 전자 빔이 적층 제조에 사용될 수 있다. 그러나, 전자빔의 경우에, 빔의 단면은 레이저 빔과 동일한 방식으로 광학기기를 사용하여 형상화될 수 없으며, 다른 접근 방식이 취해져야 한다. WO-2004/056509-A1은 그 중에서도 3차원 물체를 제조하기 위한 전자 빔의 사용을 교시하고, 초점 주위의 구역에서보다 호의적인 열 분포를 제공하거나 또는 확장된 추적(widened trace)을 제공하기 위하여 간섭항(interference term)의 사용을 제안한다. 주 움직임 방향에 직각인 방향으로 구성요소에 의한 움직임의 용도는 전자빔의 맥락에서 전자 빔의 초점보다 넓은 일종의 효과적인 가열 스폿을, 즉, 에너지 빔이 레이저 빔일 때 적절한 광학기기를 사용하는 것에 의해 달성될 수 있는 것과 유사한 것을 제공하기 위해 특히 유익할 수 있다. 다소 복잡한 도형을 생성하도록 전자 빔을 스캐닝하는 것은 당업계에서 널리 공지되어 있으며, 예를 들어, 이러한 개념이 수십년 동안 음극선관에서 어떻게 실시되었는지 참조한다. 구성요소들의 물리적 변위를 필요로 함이 없이 자기장을 사용하여 전자 빔의 방향을 제어하는 것은 당업계에 널리 공지되어 있다.
예를 들어, US-2002/0145213-A1에서 설명된 바와 같이, 선택적인 레이저 소결은 전형적으로 스폿 대 스폿(spot by spot) 또는 점 대 점(point by point)의 접근 방식에 기초한다. US-2002/0145213-A1은 대응하는 CAD 디자인에 따라서 결합 분말 및 적어도 개질제 분말의 전사 가능한 분말 토너 이미지의 생성에 기초하는 다른 기술을 제안한다. 물체의 형성은 점 대 점 대신에 구역 대 구역(area by area)으로 일어난다.
US-2008/0038396-A1은 전자기 방사선을 사용하여 건축 자재의 고형화에 의한 3 차원 물체의 제조를 교시한다. 에너지 입력은 사전 결정된 수의 픽셀을 포함하는 촬상 유닛(imaging unit)을 통한다.
US-2003/0052105-A1은 예를 들어 디지털 마이크로미러 디바이스의 사용을 포함하는 레이저 소결을 위한 픽셀 접근 방식을 제안한다.
US-2002/0051853-A1은 공정의 속도를 빠르게 하도록, 형성될 물체의 도형을 개괄하도록 단일의 레이저 빔을 사용하고, 이어서 무도형(featureless) 영역들을 신속하게 충전하도록 일련의 동등하게 이격된 레이저 빔들을 사용하여 층 대 층으로 물체를 제조하는 것을 개시한다.
WO-2014/016402-A1은 갈바노메트릭 헤드(galvanometric head)가 사전 결정된 위치에 위치될 때 소결장(sintering field)의 최대 소결 지역의 각각의 지점을 향하여 레이저 빔을 조종할 수 있는 상기 갈바노메트릭 헤드를 포함하는 디바이스를 개시한다. 상기 디바이스는 상기 최대 소결 지역 내에 위치된 유효 소결 지역으로 레이저 빔의 조종을 제한할 수 있는 제한 수단과, 상기 소결장의 평면에 평행한 평면에서 상기 갈바노메트릭 헤드를 움직여, 상기 갈바노메트릭 헤드가 적어도 2개의 상이한 위치들에 위치되는 것을 가능하게 하는 움직임 수단을 추가로 포함하며, 유효 소결 지역은 상기 갈바노메트릭 헤드의 각각의 위치와 관련된다.
CN-103567441-A는 레이저 스폿의 크기가 공정을 빠르게 하도록 공정 동안 수정되는 레이저 소결 방법을 개시한다.
CN-203227820-U는 레이저 스폿의 크기가 제조될 구성요소의 폭으로 크기를 조정하는 공정 동안 수정되는 방법을 개시한다.
US-5753171-A는 층의 상이한 부분들이 상이한 빔 지름으로 열처리되도록, 층의 응고 동안 광빔의 초점이 변할 수 있는 가변 초점 조정 디바이스(variable focusing device)의 사용을 교시한다.
WO-2014/006094-A1은 융합되는 2차원 섹션의 기하학적 윤곽을 습득하는 단계; 상기 섹션의 상기 기하학적 윤곽으로부터, 상기 기하학적 윤곽의 형상과 상관되는 형상을 가지는 기준 경로를 결정하는 단계; 상기 기준 경로에 기초하여 경로들의 세트를 결정하는 단계; 및 움직일 경로들의 순서, 및 각각의 경로에 대하여 움직이기 시작하는 지점을 정의하는 움직임 전략에 따라서 상기 사전 결정된 경로의 세트를 따라서 움직이도록 상기 레이저 빔을 제어하는 단계를 포함하는 방법을 개시한다. 이 방법은 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
US-2013/0270750-A1은 공정 속도가 단순히 파워 및/또는 스캐닝 속도를 증가시키는 것에 의해 증가될 수 없으며; 증가된 파워는 결국 증발을 일으키는데 반하여, 증가된 스캐닝 속도는 체류 시간을 단축시켜 너무 짧게 될 수 있다는 것을 인정한다. 이 문헌은 2개의 레이저 빔들의 동시 사용에 기초하는 접근 방식을 제안한다.
US-2005/0186538-A1은 고에너지 빔의 에너지가 다수의 단계로 재료에 결합될 때 제조 시간이 단축될 수 있다는 것을 교시한다. 제1 단계에서, 에너지는 상기 위치에 있는 층의 각각의 부분이 그 용융점 바로 아래의 온도로 가열되었을 때까지 재료의 층에 있는 특정 위치에 결합된다. 에너지 결합의 최종 단계에서, 빔은 그런 다음 상기 부분을 융용점 위로 가열하고, 이에 의해, 재료를 그 아래에 있는 층에 융합시킨다. 이러한 방식으로, 제조될 제품이 형성된다.
WO-2013/079581-A1은 한정된 직접적인 주변 영역의 열 제거 능력을 고려하여, 단위 시간당 얼마만큼의 에너지 입력이 분말층 상의 각각의 조사 부위(irradiation site)의 함수로서 변할 수 있는지를 개시한다. 에너지 입력은 조사 부위에서 방사선의 에너지 밀도 및/또는 조사 부위의 조사 기간과 같은 조사 파라미터의 설정에 의해 자동으로 적절하게 조절된다.
DE-10320085-A1은 레이저 소결 또는 레이저 용융 공정에 관한 것이며, 물체의 제조 동안, 파워 밀도, 스캐닝 속도, 트랙의 폭, 트랙들 사이의 거리, 레이저 빔 지름 및 빔 파워와 같은 특징들의 조정에 의한 레이저 가열의 조정을 논의한다.
US-2004/0094728-A1은 우수한 품질의 대형 물체의 제조를 허용하도록 물체가 형성되는 플랫폼에 걸쳐서 스캐너가 움직일 수 있는 시스템을 개시한다.
WO-2014/037281-A2는 크랭크 샤프트 상의 특별한 초점으로 공작물들의 표면의 레이저 경화를 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 강의 레이저 경화는 널리 공지된 개념이지만, 일부 공작물들은 레이저 빔에 의해 가열될 때 손상될 수 있는 더욱 많은 열 민감 영역의 존재로 인해 문제가 있다. 예를 들어, 크랭크 샤프트의 경우에, 오일 윤활공들에 인접한 구역들과 같이 더욱 많은 열 민감 부분들에서 문제가 있다. WO-2014/037281-A2는 이러한 문제들과 유사한 문제들이 더욱 많은 열 민감 서브구역들의 과열을 피하도록 동적으로 조정될 수 있는 2차원 에너지 분포를 갖는 효과적인 레이저 스폿을 사용하는 것에 의해 어떻게 극복될 수 있는지를 교시한다.
본 발명의 제1 양태는 물체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은:
a) 건축 자재를 공급하는 단계; 및
b) 광빔을 사용하여 상기 건축 자재를 융합시키는 단계를 포함하며;
상기 단계 a) 및 b)는 상기 용합된 건축 자재로부터 상기 물체를 점진적으로 제조하도록 수행되고;
단계 b)에서, 상기 빔은 상기 건축 자재 상에서 기본 스폿(primary spot)을 생성하도록 상기 건축 자재 상에 투사되고, 상기 빔은 상기 건축 자재 상에서 유효 스폿(effective spot)을 확립하도록 제1 스캐닝 패턴에 따라서 2차원으로 반복적으로 스캐닝되며, 상기 유효 스폿은 2차원 에너지 분포를 가지며,
상기 유효 스폿은 상기 건축 자재를 융합시키는 것에 의해 상기 물체를 점진적으로 제조하도록 제조될 물체에 대하여 변위된다.
상기 건축 자재는 레이저 빔과 같은 광빔으로 인가되는 열에 의한 융합에 의한 적층 제조에 적합한 임의의 건축 자재일 수 있다. 본 발명의 많은 실시예들에서, 상기 건축 자재는 분말 형태로 공급된다. 본 발명의 많은 실시예들에서, 상기 건축 자재는 금속, 중합체, 세라믹 및 합성물, 및 그 혼합물 또는 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
용어 "융합시키다"(융합시키는 등)는 좁게 해석되어서는 안되며, 그로부터 물체를 제조하는데 적합한 공급된 건축 자재의 어떠한 변경도 포함하여야 한다. 본 명세서에서, "융합"이라는 개념은 고상 소결, 화학 유도 소결, 액상 소결 및 완전 용융과 같은 융합 메커니즘을 포함한다.
광빔은 전자기 방사선의 빔, 예를 들어 레이저 빔이다. 유효 레이저 스폿(effective laser spot)은 예를 들어, 참조에 의해 본원에 통합되는 WO-2014/037281-A2에 기술된 임의의 기술을 사용하여 생성되고 조정될 수 있다. WO-2014/037281-A2가 오일 윤활공에 인접한 구역들과 같은 열 민감성 서브구역들을 특징으로 하는 크랭크 샤프트들과 같은 이전에 제조된 공작물의 레이저 경화에 초점이 맞춰지는데 반하여, 레이저 빔의 스캐닝에 관하여 상기 문헌에 개시된 원리들이 속도 및/또는 품질이라는 측면에서 건축 자재가 융합되는 방식을 향상시키도록 사용될 수 있는 적층 제조의 영역에도 또한 적용될 수 있다는 것이 알려졌다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 방법은 예를 들어 SLS(선택적 레이저 소결 기술) 방법과 같은 분말 적층 용융 방법으로서 실시된다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 방법은 빔 증착 방법, 예를 들어, 레이저 빔 증착 방법으로서 실시된다.
제조될 물체에 대한 유효 스폿의 변위는 제2 스캐닝 패턴에 따라서 수행될 수 있다. 즉, 실제/기본 스폿, 즉 어떠한 주어진 순간에도 빔에 의해 생성된 스폿은 유효 스폿을 생성하도록 제1 스캐닝 패턴에 따라서 스캐닝되고, 이러한 유효 스폿은 제2 스캐닝 패턴에 따라서 변위될 수 있다. 그러므로, 제1 스캐닝 패턴에 따른 기본 스폿의 움직임과 제2 스캐닝 패턴에 따른 유효 스폿의 움직임의 2가지 형태의 움직임이 조합되거나 또는 중첩된다.
용어 "2차원 에너지 분포"는 에너지 빔에 의해 인가된 에너지가 예를 들어 제1 스캐닝 패턴을 따르는 빔의 하나의 스윕 동안 유효 스폿 위에 분포되는 방식을 나타낸다.
본 발명은, 유효 스폿이 예를 들어, 기본 스폿의 크기(면적)의 4, 10, 15, 20 또는 25배와 같은 상당한 크기를 가질 수 있다는 사실로 인해 상당한 면적의 비교적 신속한 융합을 가능하게 한다. 그러므로, 융합을 달성하도록 건축 자재의 특정 영역이나 구역을 가열하는 것은, 예를 들어 서로 근접하여 배열된 다수의 평행선들로 만들어진 스캐닝 패턴을 따라서 전체 구역에 걸쳐서 기본 스폿을 간단히 변위시키는 것에 의해 가열이 수행되면 더욱 빨리 달성될 수 있다. 비교적 큰 구역을 가지는 유효 스폿의 사용은 높은 생산성을 허용하면서, 건축 자재의 각각의 부분이 비교적 상당한 시간 동안 가열되는 것을 여전히 가능하게 하고, 이에 의해, 생산성을 손상시킴이 없이 지나치지 않은 가열을 가능하게 한다. 기본 스폿은 유효 스폿의 구역보다 상당히 작은 구역을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예들에서, 기본 스폿은 적어도 공정의 일부 동안 4 ㎟ 미만의 크기, 예를 들어 3 ㎟ 미만의 크기를 가진다. 기본 스폿의 크기는 품질 및 생산성이라는 면에서, 물체의 각각의 특정 부분이 형성되는 방식을 최적화하도록 공정 동안 수정될 수 있다.
다른 한편으로, 제1 스캐닝 패턴에 따라서 2차원으로 기본 스폿을 반복적으로 스캐닝하는 것에 의해 생성된 유효 스폿의 사용은 사용되는 특정 광학 기기(렌즈, 거울 등)와 실질적으로 관계없는 선택된 2차원 에너지 분포를 가지는 유효 스폿을 확립하는 것을 가능하게 하며, 이러한 것은 다른 관점에서 kg 또는 시간당 단위 및 품질이라는 면에서 제조가 일어나는 속도를 포함하는, 건축 자재와 물체의 제조의 향상되거나 또는 최적화된 융합을 제공하도록 맞추어지고 조정될 수 있다. 예를 들어, 열은 유효 스폿의 선단 부분이 후미 부분보다 높은 에너지 밀도를 갖도록 분포될 수 있으며, 이에 의해 융합이 개시되는 속도를 증가시키는 반면에, 후미 부분은 바람직한 깊이 및/또는 품질에 도달하도록 충분한 시간 동안 융착을 유지하는 역할을 할 수 있으며, 이에 의해, 융합 품질을 포기함이 없이, 제조될 물체에 대하여 유효 스폿이 변위될 수 있는 속도를 최적화한다. 또한, 2차원 에너지 분포는, 최근에, 예를 들어, 현재 가열되는 구역에 인접한 구역에 관련하여 유효 스폿의 선행 스윕(preceding sweep) 동안 일어난 가열로 인하여, 예를 들어, 건물 자재가 비교적 높은 온도를 이미 특징으로 하는 구역들에서 보다 적은 열을 인가하도록, 그 측부들에서 건축 자재 또는 물체의 특징에 의존하여 유효 스폿의 측부들에 대하여 조정될 수 있다. 또한, 유효 스폿은 형성될 물체의 형상에 따라서 조정될 수 있으며, 예를 들어, 유효 스폿은, 예를 들어 그 구역에서 제조될 물체의 부분의 폭에 대응하도록 제조될 물체의 특정 구역에서 건축 자재의 융합을 위해 이러한 것이 필요할 때, 횡방향과 같은 방향(즉, 유효 스폿이 제2 스캐닝 패턴을 따라서 변위되는 방향에 직각인 방향)으로 더욱 얇거나(즉, 보다 적은 폭) 또는 넓게 만들어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿의 폭은, 유효 스폿이 트랙을 따라서 스윕되는 동안, 유효 스폿이 스윕되는 트랙을 따라서 상이한 위치들에서 생성되는 물체의 각각의 부분의 각각의 치수(폭과 같은)와 일치하도록 동적으로 조정될 수 있다. 실제로, 유효 스폿의 일반적 또는 평균 폭뿐만 아니라 유효 스폿의 형상은, 유효 스폿의 폭이 유효 스폿의 길이에 따라 변하는 방식과 같이, 예를 들어 각각의 순간에 형성될 물체의 각각의 부분의 형상에 대응하도록 동적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 2차원 에너지 분포는, 건축 자재 상으로의 유효 스폿의 투사가 예를 들어 형성될 물체의 좁은 부분 등과 관련하여 쐐기 형상 또는 유사 형상을 취하도록 형성될 물체의 형상으로 조정된 형상을 특징화하도록 조정될 수 있다.
유효 스폿 및/또는 2차원 에너지 분포의 형상은 필요할 때마다 조정될 수 있으며, 이에 의해, 제조되는 특정 물체 및 임의의 주어진 순간에 제조될 물체의 특정 부분에 대한 공정을 조정할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 2차원 에너지 분포는 주변 영역의 열 제거 능력을 고려하여, 분말층 상의 각각의 조사 부위의 함수로서 변화될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 2차원 에너지 분포는 예를 들어 제품의 표면까지의 거리에 의존하여, 다공성 및/또는 경도에 대한 상이한 요구조건들과 같은, 제품의 상이한 영역들에서의 제품의 바람직한 특성을 고려하여 변화될 수 있다. 이러한 것은 경도가 덜 필요한 구역들의 소결을 빠르게 하기 위하여 유용할 수 있으며, 이에 의해 생산성을 향상시킨다.
추가적으로, 기본 스폿의 스캐닝에 의해 2차원으로 생성된 유효 스폿을 사용하면, 예를 들어 제조될 상이한 물체들에 대한 시스템의 조정이라는 면에서 유연성을 증가시킨다. 예를 들어, 수반되는 광학 기기를 교체하거나 또는 조정할 필요성은 감축되거나 또는 제거될 수 있다. 조정은 유효 스폿의 2차원 에너지 분포를 제어하는 소프트웨어를 단순히 적용하는 것에 의해, 더욱 빈번하게, 적어도 부분적으로, 수행될 수 있다.
표현 "제1 스캐닝 패턴"은 유효 스폿을 생성할 때 기본 스폿이 항상 동일한 스캐닝 패턴을 따라야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 유효 스폿을 생성하는데 사용되는 기본 스폿의 스캐닝 패턴을, 제조될 물체에 대하여 유효 스폿이 변위되거나 스캐닝되는 패턴과 구별하도록 의도되며; 유효 스폿이 따르는 스캐닝 패턴은 때때로 제2 스캐닝 패턴으로 지칭된다.
본 발명의 많은 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴에 따라서 기본 스폿이 변위되는 속도 또는 평균 속도는 유효 스폿이 물체에 대하여 변위되는 속도보다 상당히 높다. 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 높은 속도는 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 각 스윕 동안 유효 스폿 내에서의 온도 변동을 감소시킨다.
종래의 시스템에서, 용융지 또는 풀, 즉 용융이 일어나는 구역 또는 영역은 건축 자재 상에서 빔에 의해 투사되는 기본 스폿에 실질적으로 대응한다. 즉, 종래의 시스템에서, 건축 자재가 포괄적으로 융합되는 소위 용융지는 기본 스폿의 크기에 실질적으로 대응하는 크기를 가지며, 풀은 예를 들어, 융합되는 영역의 원주를 따르는, 건축 자재가 융합되는 영역을 충전하는 래스터 주사선을 따르는, 또는 건축 자재가 빔 증착 공정에서 증착되는 선을 따르는 기본 스폿의 변위에 따라서 변위된다. 반대로, 본 발명에 따라서, 풀은 오히려 유효 스폿, 또는 그 상당한 부분에 대응한다. 예를 들어, 본 발명의 많은 실시예들에서, 풀은 유효 스폿의 폭(유효 스폿이 변위되는 방향에 직각인 방향으로)에 실질적으로 대응하는 폭을 가지며, 풀은 대체로 유효 스폿의 변위에 따라서 변위된다. 즉, 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 변위에 따라서 변위되는 대신에, 풀은 제2 스캐닝 패턴을 따르는 것과 같은 유효 스폿의 변위에 따라서 변위된다.
물론, 본 발명은 종래의 방식으로 기본 스폿으로 동작하는 융합 공정의 일부를 수행할 가능성을 배제하지 않는다. 예를 들어, 기본 스폿은 융합되는 영역의 윤곽 또는 외형에 관련하여 융합을 수행하도록, 또는 제조될 물체의 특정 상세에 관련하여 융합을 수행하도록 변위될 수 있는 반면에, 상기된 유효 스폿은 융합될 영역의 내부 또는 주요 부분과 같은 다른 부분들 또는 영역들의 융합을 수행하도록 사용될 수 있다. 당업자는, 기본 스폿보다는 유효 스폿이 생산성과, 융합될 영역의 윤곽 및 제조될 물체의 특정 부분을 신중하게 맞출 필요성과 같은 문제에 의존하여 풀을 생성하도록 사용되는 범위를 선택할 것이다. 예를 들어, 융합될 영역을 개괄하고 이러한 영역과 건축 자재가 융합되지 않는 영역들 사이의 경계를 융합하도록 기본 스폿을 사용하는 것이 가능한 한편, 유효 스폿은 개괄된 영역 내에서 건축 자재를 융합하도록 사용된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 공정 동안, 제1 스캐닝 패턴은 결국 기본 스폿에 대응할 때까지 유효 스폿의 크기를 감소시키도록 수정될 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다.
즉, 물체를 제조할 때 일어나야만 하는 모든 융합을 수행하도록 반드시 유효 스폿을 사용할 필요는 없다. 그러나, 건축 자재의 융합의 적어도 일부는 상기된 유효 스폿을 사용하여 수행된다. 예를 들어, 물체를 제조할 때, 빔이 건축 자재에 인가되는 시간의 적어도 50%, 70%, 80% 또는 90% 동안, 빔이 본 발명의 유효 스폿을 확립하도록 인가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포는 제조될 물체에 대한 유효 스폿의 변위 동안 동적으로 조정된다. 이에 의해, 현재 제조될 물체의 구역 또는 영역에 대한 유효 스폿의 조정이 달성될 수 있다. 표현 "동적 조정(dynamic adaptation)"은 예를 들어 상이한 광학기기들 사이를 전환하도록 공정을 중단함이 없이, 그리고 상이한 광빔들 사이의 전환없이 유효 스폿의 변위 동안, 즉 "공정 중에" 조정이 동적으로 일어날 수 있다는 사실을 나타내도록 의도된다. 이러한 종류의 동적 조정을 달성하도록 다른 수단들이 사용될 수 있으며, 그 중 일부는 다음에 설명된다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예들에서, 스캐닝 시스템은 동적 조정을 달성하도록 동작될 수 있으며(예를 들어, 제1 스캐닝 패턴 및/또는 스캐닝 패턴을 따르는 또는 하나 이상의 세그먼트들 또는 그 일부분을 따르는 기본 스폿의 속도를 수정하도록, 갈바노 미러 또는 다른 스캐닝 수단의 동작을 조정함으로써) 및/또는 기본 스폿의 빔 파워 및/또는 크기는 조정될 수 있다. 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어는 동적 조정을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 동적 조정은 에너지가 유효 레이저 스폿의 특정 구역 및/또는 유효 레이저 스폿의 실제 형상 내에서 분포되는 방식에 영향을 줄 수 있으며, 때때로 풀의 크기 및/또는 형상에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 유효 스폿의 길이(예를 들어, 유효 스폿의 움직임 방향을 따르는) 및/또는 유효 스폿의 폭(예를 들어, 유효 스폿의 움직임 방향에 직각으로)은 공정 동안 동적으로 조정될 수 있으고, 및/또는 "구멍"(즉, 에너지가 전혀 또는 거의 인가되지 않는 구역)들은 건축 자재의 융합이 필요하지 않은 구역들에 관련하여 유효 스폿 내에 확립될 수 있다. 풀의 크기 및 형상은 2차원 에너지 분포에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포는 예를 들어 제조될 물체의 일부의 대응하는 치수로 유효 스폿의 폭을 조정하도록 트랙을 따르는 유효 스폿의 변위 동안 동적으로 조정된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 동적 조정은 제2 스캐닝 패턴 또는 그 일부를 따르는 것과 같이, 예를 들어 제2 스캐닝 패턴의 직선 또는 곡선 부분을 따르는 것과 같이, 트랙을 따르는 유효 스폿의 스윕 동안 1회 또는 다수 회, 예를 들어 연속적으로 일어난다. 예를 들어, 유효 스폿의 폭은 제2 스캐닝 패턴의 직선 또는 곡선 부분을 따르는 것과 같이 상기 트랙을 따르는 유효 스폿의 스윕 동안 연속적으로와 같이 1회 이상 조정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포의 조정은 빔을 선택적으로 켜고 끄는 것과 같이 빔의 파워를 조정함으로써 수행된다. 이러한 것은 그 소스에서의 빔의 차단뿐만 아니라, 예를 들어 셔터에 의해 빔의 경로와의 간섭에 의한 빔의 차단 및 그 조합과 같은 다른 옵션을 포함한다. 예를 들어, 광섬유 레이저(fiber laser)와 같은 레이저를 사용할 때, 레이저 빔은 매우 신속하게 켜지고 꺼지며, 그러므로 스캐닝 패턴을 따르는 동안 레이저 빔을 켜고 끄는 것에 의해 필요한 에너지 분포를 얻는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 가열은 스캐닝 패턴의 특정 선 또는 선들의 부분들 동안 레이저 빔을 켜는 것에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 2차원 에너지 분포가 제1 스캐닝 패턴의 상이한 부분들 또는 세그먼트들 동안 레이저의 켜짐/꺼짐 상태에 의해 결정되는 것에 따라서, 픽셀화된 접근 방식이 채택될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포의 조정은 제1 스캐닝 패턴을 조정함으로써 수행된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포의 조정은 기본 스폿이 제1 스캐닝 패턴의 적어도 일부를 따라서 움직이는 속도를 조정함으로써 수행된다.
즉, 2차원 에너지 분포는, 예를 들어 빔의 파워를 조정함으로써, 예를 들어 켜고 끄튼 사이와 같이 상이한 파워 상태들 사이에서 전환하는 것에 의해, 및/또는 스캐닝 패턴을 조정하는 것에 의해, 예를 들어 세그먼트들을 추가하거나 또는 빼는 것에 의해, 또는 세그먼트들의 배향 및/또는 길이를 수정하는 것에 의해, 또는 서로에 대한 패턴을 완전히 바꾸는 것에 의해, 및/또는 그 하나 이상의 세그먼트들을 따르는 것과 같이 스캐닝 패턴을 따라서 빔이 움직이는 속도를 조정함으로써 조정될 수 있다. 2차원 에너지 분포를 조정하기 위한 상이한 수단들 사이의 선택은, 빔의 파워 상태들 사이를 빠르게 바꾸는 장비의 용량과 같은 상황, 및 따르게 될 패턴 및/또는 기본 스폿이 스캐닝 패턴을 따라서 움직이는 속도를 수정하기 위한 스캐너의 용량에 기초하여 만들어진다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 빔의 초점은 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 변위 동안 및/또는 제조될 물체에 대한 유효 스폿의 변위 동안 동적으로 조정된다. 예를 들어 광축을 따르는 광빔의 초점은 예를 들어 기본 스폿이 제1 스캐닝 패턴을 따라 변위되는 동안 및/또는 유효 스폿이 제조될 물체에 대하여 변위되는 동안 기본 스폿의 크기를 변화시키거나 또는 유지하도록 공정 동안 동적으로 수정될 수 있다. 예를 들어, 광학 초점은 기본 스폿이 제조될 물체의 표면 위에서 움직이는 동안 기본 스폿의 크기를 일정하게 유지하도록 조정될 수 있다(예를 들어, 스캐너와 제조될 물체 상의 기본 광 스폿의 위치 사이의 변하는 거리를 보상하도록).
본 발명의 일부 실시예들에서, 기본 스폿의 크기는 2차원 에너지 분포 및/또는 유효 스폿의 크기를 수정하도록 제조될 물체에 대하여 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 변위 동안 및/또는 유효 스폿의 변위 동안 동적으로 조정된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 방법의 적어도 하나의 단계 동안, 유효 스폿은 유효 스폿의 후미 부분보다 높은 에너지 밀도를 가지는 선단 부분을 포함하거나(이러한 배열은 특정 온도에 빠르게 도달하고, 그 후 예를 들어 특정의 시간 동안 필요한 온도로 건축 자재를 유지하도록 충분한 에너지를 제공하는 것이 필요할 때 바람직할 수 있다), 또는 유효 스폿은 유효 스폿의 후미 부분보다 낮은 에너지 밀도를 가지는 선단 부분을 포함한다(이러한 배열은 건축 자재의 융합이 일어나는 온도와 같은 특정 온도에 도달하도록 하기 전에, 먼저 일정 시간 동안 건축 자재를 예열하는 것이 필요할 때 바람직할 수 있다). 본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿은 유효 스폿의 선단 부분과 후미 부분보다 높은 에너지 밀도를 가지는 중간 부분을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿은 유효 스폿 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 에너지 밀도를 갖는 실질적으로 균일한 에너지 분포를 특징으로 한다.
상기된 바와 같이, 2차원 에너지 분포는, 예를 들어, 제조될 물체의 다른 부분들에 대하여 다르도록 방법이 수행되는 동안 동적으로 조정될 수 있고, 이러한 조정은 유효 스폿이 따르는 트랙의 시작 부분 및/또는 단부 부분에서뿐만 아니라 트랙 내에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 2차원 에너지 분포는 예를 들어 형성될 물체에 있는 구멍들 또는 개구들을 고려하여 형성될 부분의 폭의 함수로서 각 순간에 형성될 물체의 부분의 형상에 따라서 동적으로 조정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 평균 속도는 유효 스폿이 제조될 물체에 대하여 변위되는 평균 속도보다 상당히 높다. 예를 들어, 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 평균 속도는 유효 스폿이 제조될 물체에 대하여 변위되는 평균 속도보다 바람직하게 적어도 10배, 더욱 바람직하게는 적어도 100배 높을 수 있다. 기본 스폿의 높은 속도는 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿의 하나의 스윕 동안 유효 스폿 내에서의 온도 변동을 감소시킨다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 제1 스캐닝 패턴이 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 또는 300 ㎐보다 큰 주파수로 빔에 의해 반복되도록(즉, 초당 스캐닝 패턴의 반복), 빔은 상기 제1 스캐닝 패턴에 따라서 스캐닝된다. 높은 반복률은 각 스캐닝 사이클 사이, 즉 제1 스캐닝 패턴을 따르는 빔의 각각의 스윕 사이의 유효 스폿에 의해 가열되는 구역들에서 바람직하지 않은 온도 변동을 감소시키거나 또는 방지하는데 적절할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴은 일정하게 유지되고, 본 발명의 다른 실시예에서, 제1 스캐닝 패턴은 스캐닝 패턴을 따르는 빔의 스윕의 일부 또는 전부 사이에서 수정된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 공정 동안 유효 스폿의 평균 크기와 같은 유효 스폿의 크기(즉, 면적) 또는 공정 동안 유효 스폿의 최대 크기와 같은 공정의 적어도 한 순간 동안 유효 스폿의 크기는 기본 스폿의 크기의 4배, 10배, 15배, 20배 또는 25배 이상이다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예들에서, 약 3 ㎟의 크기를 가지는 기본 스폿은 50 ㎟ 또는 100 ㎟ 이상과 같이 10 ㎟보다 큰 크기를 가지는 유효 스폿을 생성하도록 사용될 수 있다. 유효 스폿의 크기는 공정 동안 동적으로 수정될 수 있지만, 더욱 큰 평균 크기는 생산성을 향상시키도록 바람직할 수 있으며, 큰 최대 크기는 예를 들어 제조될 물체의 큰 내부 면적을 제조/융합시킬 때 공정의 적어도 일부 동안 생산성을 향상시키는데 유용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 단계 a) 및 b)는 다수의 사이클에서 반복적으로 수행되고, 각 사이클은:
- 단계 a)를 수행하고, 층으로서 건축 자재를 공급하는 단계;
- 상기 층의 영역에서 상기 건축 자재를 융합시키도록 단계 b)를 수행하는 단계로서, 상기 영역은 제조될 물체의 단면에 대응하는 단계를 포함한다.
이에 의해, 이러한 접근법을 사용하여, 물체는 슬라이스 단위로 성장하고, 각 슬라이스는 층의 융합된 부분의 두께에 대응하는 두께를 가진다. 예를 들어, 이 실시예는 예를 들어 SLS 공정과 같은 분말 적층 용융 공정으로서 본 발명의 실시를 포함할 수 있다. 건축 자재는 예를 들어 플랫폼에 배치될 수 있으며, 플랫폼은 단계 b)가 수행될 때마다 융합된 영역의 두께에 대응하는 거리만큼 아래쪽으로 변위된다. 건축 자재는 분말 형태일 수 있으며, 예를 들어, 역회전 분말 레벨링 롤러를 사용하여 사전 결정된 두께를 가지는 층에 분포될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 단계 a)와 단계 b)는 동시에 수행되어서, 건축 자재는 공급됨에 따라서 유효 스폿의 의해 융합되어, 제조될 물체의 연속적인 점진적 성장을 제공한다. 이러한 옵션은 빔 증착 공정을 포함한다. 예를 들어, 건축 자재는 분말 형태로 공급될 수 있으며, 용융되도록 빔에 의해 가열되어, 용융지를 형성할 수 있다. 제조될 물체 또는 이것이 제조되는 기판은 건축 자재가 계속 전달되는 동안 레이저 빔에 대하여 움직일 수 있으며, 이에 의해, 용융된 건축 자재의 후미(trail)가 형성, 냉각, 응고된다.
상기 방법은 제조될 물체의 구조를 정의하는 데이터들을 포함하는 입력 데이터, 예를 들어, 제조될 물체의 구조와 관계된 CAD 데이터로 컴퓨터의 제어하에 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴은 다수의 선들을 포함하는 다각형 스캐닝 패턴이다. 예를 들어, 제1 스캐닝 패턴은 삼각형, 정사각형 또는 직사각형, 오각형, 육각형, 7각형, 팔각형 등과 같은 다각형일 수 있다. 다각형은 완벽한 다각형일 필요는 없으며, 예를 들어 일부 실시예들에서 다각형을 구성하는 선들은 다소 굽어질 수 있고, 선들이 만나는 다각형의 모서리들은 둥글게 될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴은 본 발명의 일부 실시예들에서 서로 실질적으로 평행하게 배열된 다수의 직선 또는 곡선들과 같은 다수의 선들을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 2개, 3개, 4개 이상의 선들이 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴은 적어도 3개의 세그먼트들을 포함하고, 에너지 상기 빔의 스캐닝은, 상기 빔 또는 스폿이 상기 세그먼트들 중 적어도 다른 하나를 따르는 것보다 상기 세그먼트들 중 적어도 하나를 더욱 자주 따르도록 수행된다. 이러한 배열은, 적절하고 필요할 때마다 대칭 또는 실질적으로 대칭인 에너지 분포를 제공하도록 스캐닝 패턴이 사용될 수 있는 유연성 및 방식을 향상시킨다는 점에서 유익하다. 예를 들어, 2개의 다른 세그먼트들 사이에서 움직일 때 상기 세그먼트들 중 하나가 빔이 따르는 경로 또는 교량으로서 사용될 수 있어서, 제1 스캐닝 패턴의 상이한 부분들(단부 또는 시작부와 같은) 사이에서 빔에 의해 투사되는 스폿의 전달은 전달을 위한 스캐닝 패턴의 세그먼트들(중간 세그먼트들과 같은)을 사용하여 수행될 수 있으며, 이에 의해, 이러한 대칭이 필요할 때, 전달은 빔을 끄지 않고 2차원 에너지 분포의 대칭을 왜곡함이 없이 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴은 제1 방향으로 차례로 분포된 적어도 3개의 실질적으로 평행한 직선 또는 곡선들을 포함하고, 상기 선들은 대체로 제2 방향으로 연장하며, 상기 적어도 3개의 선들은 상기 제1 방향으로 차례로 배치된 제1 선, 적어도 하나의 중간선, 및 마지막 선을 포함하고, 상기 빔의 스캐닝은 상기 빔이 상기 제1 선 및/또는 상기 마지막 선을 따르는 것보다 상기 빔 또는 스폿이 더욱 자주 상기 중간선을 따르도록 수행된다. 즉, 예를 들어, 상기 빔은 상기 중간선을 따르는 횟수가 상기 제1 선 및 상기 마지막 선을 따르는 횟수의 평균 2배일 수 있으며, 예를 들어 상기 빔은 제1 선으로부터 마지막 선을 향하여, 그리고 그 반대로 움직일 때마다 중간선을 따라서 주행할 수 있다. 즉, 중간선 또는 중간선들은 제1 선과 마지막 선 사이에서 움직일 때 투사된 스폿이 따르는 일종의 교량으로서 기여할 수 있다.
이러한 배열은 실용적이고 실시가 용이하다는 것이 알려졌으며, 스캐닝 속도를 조정함으로써 빔의 파워를 실질적으로 조정하지 않고 적절한 에너지 분포가 때때로 얻어질 수 있다는 것이 알려졌다. 에너지 분포를 맞추도록 스캐닝 동안 빔의 파워를 수정하는 것이 또한 가능하지만, 파워의 신속한 스위칭이 항상 가능하거나 필요하지 않으며, 스캐닝 사이클의 상당 부분 동안 낮은 파워 레벨에서 또는 꺼진 레이저 빔과 같은 빔을 가지는 것은 장비의 용량을 차선적인 사용을 암시할 수 있으며, 이러한 것은 레이저 장비와 같은 장비가 적층 제조를 위해 사용될 때 심각한 결점일 수 있다. 그러므로, 이용 가능한 파워의 완전한 이점을 취하도록 켜진 상태에서 빔에 의해 완전히 동작하는 것이 때때로 바람직하다.
충분히 높은 온도로 충분히 넓은 구역을 가열하는데 적합한 유효 스폿을 만들고 충분한 시간 동안 필요한 레벨 또는 레벨들에서 상기 온도를 유지하는 한편, 유효 스폿이 비교적 고속으로 진행하여 높은 생산성으로 가능하게 하도록, 선들을 따르는 방향뿐만 아니라 다른 방향으로 유효 스폿의 상당한 연장을 달성하기 위하여, 이러한 방식으로, 즉 선들이 연장하는 방향과 직각인 방향과 같은 다른 방향으로 차례로 배열된 3개 이상의 선들을 사용하는 것에 때때로 바람직하다. 그러므로, 2차원으로의 유효 스폿의 상당한 연장은 때때로 유익하다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 제1 스캐닝 패턴은 공정 동안 유효 스폿이 진행하는 방향과 같이 제1 방향으로 차례로 분포되는 적어도 3개의 실질적으로 평행한 선들 또는 세그먼트들을 포함하고, 상기 선들은 제1 방향에 직각인 방향으로와 같이 제2 방향으로 연장한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 적어도 3개의 선들은 상기 제1 방향으로 차례로 배열된 제1 선, 적어도 하나의 중간선, 및 마지막 선을 포함하고, 빔의 스캐닝은 투사된 스폿이 상기 제1 선을 따른 후에 순차적으로 상기 중간선, 상기 마지막 선, 상기 중간선, 및 상기 제1 선을 따르는 순서에 따라서 상기 선들을 따라서 스캐닝된다.
상기의 정의는 스캐닝이 제1 선부터 시작하여야만 하는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 빔이 스캐닝 패턴의 상기된 선들을 추적하거나 따르는 순서를 나타낸다. 또한, 상기된 선들의 일부 또는 전부에 따르는 중간에(전 또는 후와 같은), 빔이 제1 선, 마지막 선 및 중간선 및/또는 추가 중간선들을 서로 연결하는 선들과 같은 다른 선을 따를 수 있다는 것을 배제하지 않는다.
즉, 이러한 실시예들에서, 제1 선을 따라서 움직인 후에, 빔은 다시 제1 선을 따라서 움직이기 전에 항상 상기 중간선을 2번 따른다. 상기 마지막 선 후에, 상기 빔 및 그 투사된 스폿이 상기 제1 선으로 직접 복귀하도록, 보다 직접적인 접근 방식이 스캐닝을 수행하였던 반면에, 본 발명의 이러한 실시예에 따라서 추동된 순서는 상기 제1 방향으로 연장하는 대칭축을 중심으로 대칭인 에너지 분포를 달성하는데 적합하다는 것이 알려졌다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 스캐닝 패턴은 다수의 상기 중간선들을 포함한다. 선들의 수는 예를 들어 빔에 의해 투사되는 기본 스폿의 크기와, 예를 들어 제1 방향으로의 유효 스폿의 필요한 연장에 의존하여 작업자 또는 공정 설계자 또는 장비 설계자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 최소수의 선들은 일부 실시예들에서 3개의 선들일 수 있지만, 많은 실제 실시에서, 제1, 마지막 및 중간선들을 셀 때, 4개, 5개, 6개, 10개 이상의 선들과 같이 더욱 많은 수의 선들이 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 유효 스폿이 건축 자재의 융합이 일어나는 표면적을 따라서 진행하는 동안 선들의 수는 에너지 분포를 수정하도록 수정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 기본 스폿은 상기 제1 선 및 마지막 선을 따르는 것보다 상기 적어도 하나의 중간선을 따라서 더욱 높은 속도로 변위된다. 이러한 것은 적어도 공정의 일부 또는 상당 부분 동안 상기 제1 방향으로의 적절한 에너지 분포를 달성하기 위하여 때때로 바람직하다. 중간선을 따라서 움직일 때 또는 적어도 이러한 선들 중 하나 또는 일부를 따라서 이동할 때 빔의 보다 높은 속도는 빔이 제1 및 마지막 선들을 따라서 움직이는 횟수의 2배만큼 중간선을 따라 움직인다는 사실을 보상한다. 예를 들어, 중간선들을 따르는 기본 스폿의 속도는 본 발명의 일부 실시예들에서 제1 및/또는 마지막 선들을 따르는 기본 스폿의 속도의 약 2배일 수 있다. 속도는 다른 중간선들에 대해 다를 수 있다. 각각의 선에 대한 속도는 제1 방향으로의 필요한 에너지 분포에 따라서 선택될 수 있다. 지금, 스캐닝 패턴의 상이한 선들 또는 세그먼트를 따라서 유효 스폿이 움직이는 속도는, 예를 들어 제품의 품질을 증가시키기 위하여 공정이 일어나는 방식을 최적화하기 위하여 에너지 분포를 조정하도록, 유효 스폿이 건축 자재의 융합이 일어나는 구역을 따라서 진행하는 동안 동적으로 수정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 스캐닝 패턴은 상기 제1, 마지막 및 및 중간선들의 단부들 사이에서 상기 제1 방향으로 연장하는 선들을 추가로 포함하며, 이에 의해, 기본 스폿은 상기 제1 선, 상기 중간선들 및 상기 마지막 선 사이에서 움직일 때 상기 제1 방향으로 연장하는 상기 선들을 따른다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 기본 스폿은 적어도 공정의 일부 동안 상기 제1 선과 상기 마지막 선을 따르는 것보다 제1 방향으로 연장하는 상기 선들을 따라서 더욱 높은 속도로 변위된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 빔은 빔을 켜고 끄는 스위칭 없이 및/또는 빔의 파워를 실질적으로 일정하게 유지하면서 상기 제1 스캐닝 패턴을 따라서 변위된다. 이러한 것은 켜짐 및 꺼짐 사이와 같이 상이한 파워 레벨들 사이를 스위칭하도록 레이저 장비와 같은 장비의 용량을 고려함이 없이 빠른 속도로 스캐닝을 수행하는 것이 가능하게 하고, 파워 레벨들 사이에서 매우 신속한 스위칭을 허용하지 않을 수 있는 장비를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 이용 가능한 출력 파워, 즉 파워라는 면에서 장비 용량의 효율적인 사용을 제공한다.
적층 제조를 위한 전자 빔의 사용은 당업계에서 공지되어 있다. 본 발명은 전자 빔 대신에 레이저 빔과 같은 광빔을 사용한다. 레이저 빔과 같은 광 빔은 비용, 신뢰성 및 이용 가능성과 같은 문제로 인해 바람직하다. 예를 들어, 거울과 같은 전자적으로 제어되는 반사 수단에 기초하여 적절한 스캐닝 시스템이 이용 가능하다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 레이저 빔의 파워는 적어도 공정의 일부 동안 1kW보다 높으며, 예를 들어 3kW보다, 4kW보다, 5kW보다 또는 6kW보다 높다. 전형적으로, 기본 레이저 스폿이 융합될 건축 자재의 영역을 충전하도록 래스터 스캐닝될 때, 약 400W 정도의 파워를 가지는 레이저들이 종종 사용되었다. 본 발명의 접근 방식으로, 더욱 큰 유효 레이저 스폿의 생성에 기초하여, 더욱 높은 파워가 사용될 수 있고, 이에 의해, 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 스캐닝 패턴은 WO-2014/037281-A2의 교시에 따라서, 예를 들어, 도 9 내지 도 11에 대한 교시에 따라서 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 적층 제조에 의해 물체를 제조하는 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은,
건축 자재를 공급하는 수단, 및 융합된 건축 자재로부터 물체를 점진적으로 제조하도록 건축 자재를 선택적으로 융합시키기 위한 레이저 빔과 같은 광빔을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 시스템은 적어도 2차원으로 광빔을 스캐닝하는 스캐너를 포함한다. 상기 시스템은 상기된 방법을 수행하기 위해 프로그램된 것과 같이 배열된다.
예를 들어, 상기 시스템은 3차원 물체/제품이 형성되는 작업 테이블, 분말 적층(powder bed)의 형성을 위해 상기 작업 테이블 상에 분말의 얇은 층을 내려놓도록 배열된 분말 디스펜서, 분말의 융합이 일어나도록 분말에 에너지를 발산하기 위한 빔을 생성하는 디바이스, 상기 분말 적층의 부분들의 융합을 통해 상기 3차원 제품의 단면의 형성을 위해 상기 분말 적층 전체에 걸쳐 상기 빔을 제어하는 수단, 및 3차원 제품의 연속적인 단면에 관한 정보가 저장되는 컴퓨터를 포함하며, 상기 단면은 3차원 제품을 형성한다. 컴퓨터는 3차원 물체의 단면을 형성하도록 상기 분말 적층 전체에 걸쳐 상기 빔을 가이드하기 위한 수단을 제어하고, 물체는 상기 분말 디스펜서에 의해 연속적으로 내려놓여진 분말층들로부터 연속적으로 형성된 단면의 연속 융합에 의해 형성된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 건축 자재를 공급하기 위한 수단은 개구를 한정하는 프레임을 포함하는 분말 분사 헤드를 포함하며, 상기 스캐너는 상기 개구를 통해 2차원으로 상기 빔을 스캐닝하도록 상기 프레임과 관련하여 배열되고, 상기 분말 분사 헤드는 상기 건축 자재가 분포됨에 따라서 상기 빔에 의해 선택적으로 융합될 수 있도록 상기 개구와 관련하여 분말 형태로 상기 건축 자재를 분포시키기 위하여 배열된다. 이러한 배열은 실용적이며, 건축 자재의 제어된 증착 및 융합을 가능하게 한다. 흡입 수단은 융합되지 않은 분말을 제거하도록 통합될 수 있다.
설명을 완료하고 본 발명의 보다 나은 이해를 제공하기 위하여 도면 세트가 제공된다. 상기 도면들은 본 발명의 설명의 필수적인 부분을 형성하고, 본 발명의 실시예를 도시하며, 이러한 것은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 하며, 본 발명이 어떻게 수행될 수 있는지의 예로서 이해되어야 한다:
도 1은 분말 적층 용융을 위해 조정된, 본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따른 시스템의 개략 사시도이다.
도 2는 2차원 에너지 분포의 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 가능한 실시예에 따른 시스템의 일부의 개략 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 실시예에 따른 시스템의 분말 분사 헤드의 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 3개의 상이한 실시예들에 따른 3개의 상이한 분말 분사 헤드들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4d 및 도 4e는 분말 분사 헤드가 스캐너에 관련되어, 2개의 부품들이 제조될 물체에 대해 연대하여 변위되는 것을 어떻게 가능하게 하는가를 예시하는 도면이다.
도 5는 다수의 평행선들을 포함하는 스캐닝 패턴에 의해 생성된 유효 스폿을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 다수의 평행선들을 포함하는 하나의 가능한 스캐닝 패턴을 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따라서 유효 스폿을 생성하기 위한 스캐닝 패턴을 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 유효 스폿을 생성하기 위한 스캐닝 패턴을 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 패턴을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따른 유효 스폿을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 실시예에 따른 유효 스폿의 상이한 2차원 에너지 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12a 내지 도 12g는 본 발명의 실시예에 따라서, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포가 트랙을 따르는 유효 스폿의 스윕 동안 어떻게 동적으로 조정되는지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 금속 분말과 같은 분말 형태로 공급되는 건축 자재로부터 물체를 제조하기 위한, 본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따른 SLS 시스템을 개략적으로 도시한다. 시스템은 레이저 빔(2)을 생성하는 레이저 장비(1)와, 수평(X-Y) 평면에서 레이저 빔(2)의 2차원 스캐닝을 위한 2개의 거울들 또는 유사물을 포함하는 스캐너(3)를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 레이저 빔을 생성하기 위한 장비는 1㎾ 이상과 같이 비교적 높은 파워 산출량(power content)을 가지는 레이저 빔을 생성하는데 적합한 장비일 수 있다. 적절한 디바이스의 하나의 예는 6㎾의 공칭 파워를 갖는 IPG Photonics의 Ytterbium Laser System Model YLS-6000-CT-Y13이다.
상기 시스템은 2개의 개구(102)들을 구비한 상부면(101)을 갖는 테이블형 배열을 포함하는 건축 자재의 분배를 위한 장치를 추가로 포함하며, 건축 자재는 2개의 공급 카트리지(103)들로부터 상기 개구들을 통해 공급된다. 상부면(101)의 중심에는 수직 방향으로, 즉 시스템의 Z축과 평행하게 변위 가능한 플랫폼(104)과 관련하여 배열되는 추가의 개구가 있다. 분말은 카트리지(103)로부터 공급되고, 플랫폼(104)의 상부에 증착된다. 역회전 분말 레벨링 롤러(105)는 균일한 두께를 가지는 층(106)에서 분말을 분포시키도록 사용된다.
레이저 빔은 제조될 물체의 단면에 대응하는 선택된 영역 또는 구역(11)에서 건축 자재를 융합시키도록 플랫폼(104)의 상부에 있는 건축 자재의 층(106)으로 투사된다. 이러한 구역(11)에 있는 건축 자재가 융합되었으면, 플랫폼은 건축 자재의 각각의 층의 두께에 대응하는 거리만큼 하강되고, 건축 자재의 새로운 층(106)은 롤러(105)를 사용하여 도포되고, 공정은 반복되며, 이러한 것은 새로운 층과 관련하여 제조될 물체의 단면에 따라서 시간을 조절한다.
전형적으로 융합은, 예를 들어 전체 선택된 구역이 융합될 때까지, 투사된 레이저 스폿이 융합될 구역 전체에 걸쳐 연장하는 다수의 평행선을 따르게 하는 것에 의하여 융합될 구역(11)에 걸쳐서 레이저 빔을 스캐닝하는 것에 의해 수행된다. 본 발명의 본 실시예에 따라서, 레이저 빔(및 빔이 건축 자재 상에 투사되는 기본 레이저 스폿)은 제1 스캐닝 패턴(도 1에서 Y축과 평행하게 연장하는 선들의 세트로서 도시됨)을 따르는 비교적 고속으로 반복적으로 스캐닝되고, 이에 의해, 도 1에서 정사각형으로 도시된 유효 레이저 스폿(21)을 생성한다. 이러한 것은 스캐너(3)를 사용하여 달성된다. 이러한 유효 레이저 스폿(21)은 제2 스캐닝 패턴에 따라서, 예를 들어 다수의 평행선들과 평행하게 변위된다. 도 1에서, 화살표는 어떻게 유효 레이저 스폿(21)이 예를 들어, 시스템의 X축과 평행하게 변위될 수 있는지를 나타낸다. 도 1은 융합될 구역(11)의 일부분(11A)이 어떻게 X축과 평행한 유효 레이저 스폿(21)의 선행 스윕동안 융합되는데 반하여, 다른 부분(11B)이 여전히 융합을 기다리는 것을 도시한다. 일부분이 융합된 후에, 플랫폼(104)은 하강되고, 분말 형태로 새로운 건축 자재의 층이 도포될 것이다.
제2 스캐닝 패턴에 따른 유효한 레이저 스폿(21)의 변위는 마찬가지로 스캐너(3)에 의해, 및/또는 예를 들어 X축 및/또는 Y축과 평행하게 연장하는 트랙과 같은, 트랙들(도 1에 도시되지 않음)을 따라 스캐너 또는 관련 장비의 변위로 인해 달성될 수 있다.
이 실시예의 많은 변형예들에서, IR 광원들 또는 다른 가열 디바이스들과 같은 예열 수단은, 예를 들어, 건축 자재의 용융점 및/또는 유리 전이 온도에 가까운 온도로 분말층을 예열하기 위해 제공되며, 이에 의해, 건축 자재의 융합을 달성하도록 레이저 빔에 의해 인가되어야만 하는 파워를 감소시킨다. 실시예의 다른 변형예들에서, 또는 예열 수단에 추가하여, 예열은 유효 레이저 스폿(21)의 선단 부분에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 시스템은 기본 스폿의 크기(예를 들어, 2차원 에너지 분포 및/또는 유효 레이저 스폿(21)의 크기를 변경하도록) 및/또는 광축을 따르는 레이저 빔의 초점을 동적으로 조정하기 위한 수단(5)을 포함할 수 있다. 이러한 것은 기본 레이저 스폿이 제1 스캐닝 패턴을 따라 변위되는 동안 및/또는 유효 레이저 스폿(21)이 제조될 물체에 대하여 변위되는 동안 기본 레이저 스폿의 크기를 제어하는(변화시키거나 또는 유지하는 것과 같은) 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 기본 스폿이 제조될 물체의 표면 위에서 움직이는 동안(예를 들어, 스캐너와 제조될 물체 상의 기본 레이저 스폿의 위치 사이의 가변적인 거리를 보상하도록), 광 초점은 기본 스폿의 크기를 일정하게 유지하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예들에서, 레이저 빔의 초점을 동적으로 조정하기 위한 수단은 SCANLAB AG(www.scanlab.de)로부터 얻을 수 있는 varioSCAN® 초점 유닛을 포함할 수 있다.
도 2는 제1 스캐닝 패턴 전체에 걸쳐 기본 레이저 스폿의 하나의 스윕 동안 다른 부분들보다 유효 레이저 스폿(21)의 일부 부분들에서 더욱 많은 에너지가 인가되는 2차원 에너지 분포를 유효 레이저 스폿(21)이 어떻게 특징으로 하는지를 개략적으로 도시한다. 여기에서, 화살표는 유효 레이저 스폿이 금속 분말의 층을 따라서 어떻게 진행하는지를 나타내고, 이에 의해, 층은 융합 부분(11A)과 아직 융합되지 않은 부분(11B)을 특징으로 한다. 여기에서, 유효 레이저 스폿(21)의 후미 부분에 관련하는 것보다 선단 부분에 관련하여 더욱 많은 에너지가 인가된다.
도 3a 및 도 3b는 건축 자재가 레이저 빔 및 스캐너(3)를 사용하여 그 가열과 동시에 공급되는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 시스템의 일부를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 시스템은 스캐너(3)와 통합된 분말 공급 헤드(201)를 포함하는 처리 헤드(200)를 포함하며, 분말 공급 헤드(201)는 다수의 노즐(203)들이 배열되는 실질적으로 직사각형인 프레임(202)을 포함하며, 노즐들은 전형적으로 도 3b에 도시된 채널(205)들을 통해 분말의 형태로 건축 자재를 수용한다. 그러므로, 분말 형태를 하는 건축 자재(204)는 노즐(203)들을 통해 분출되어, 프레임(202)에 의해 한정된 개구와 관련하여 분말의 비교적 얇은 막 또는 층을 형성한다. 스캐너(3)는 이 개구를 통해 레이저 빔(2)을 투사하고, 상기된 바와 같이 그리고 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 유효 레이저 스폿(21)을 생성하도록 레이저 빔을 스캐닝한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 분말 공급 헤드(201)와 스캐너(3)는 함께 움직이도록 배열되고, 예를 들어, 제조될 물체에 대하여 변위될 수 있는 디바이스 및 동일한 디바이스의 부분을 형성하여서, 건축 자재는 물체가 제조됨에 따라서 성장하는 구역들과 관련하여, 이러한 물체에 선택적으로 도포되고 융합된다. 도 3a 및 도 3b에서, 스캐닝 패턴은 "숫자 8"의 형상으로 하는 패턴으로서, 즉 3개의 평행선들의 단부들에서 2개의 선들에 의해 서로 연결된 3개의 평행 선들을 갖는 패턴으로 개략적으로 도시되어 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 3개의 상이한 실시예들에 대응하는, 분말 공급 헤드에 대한 일부 상이한 디자인 옵션을 도시한다. 도 4a는 도 3a 및 도 3b의 실시예들에 따른 분말 공급 헤드를 도시한다. 도 4b 및 도 4c는 일부 대안적인 디자인들을 도시한다. 이러한 모든 경우에 있어서, 개구 또는 채널을 형성하는 프레임(202)이 있으며, 레이저 빔은 노즐(203)들을 통해 분사되는 분말로 개구 또는 채널을 통하여 투사될 수 있다. 기본적으로, 이러한 접근 방식은 당업계에 공지된 소위 동축 레이저(coaxial laser) 및 분말 노즐들과 유사하지만, 중앙 개구는 제1 스캐닝 패턴에 따라서 2차원으로 레이저 빔(2)의 스캐닝을 허용하도록 충분히 크다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 스캐너(3)뿐만 아니라 프레임(202) 및 노즐(203)을 갖는 분말 공급 헤드(201)를 포함하는 처리 헤드는 제조될 물체에 대하여 유효 레이저 스폿을 변위시키도록 변위될 수 있다. 즉, 본 발명의 이러한 실시예들에서, 스캐너는 그 2차원 에너지 분포를 갖는 유효 레이저 스폿을 생성하도록 사용될 수 있는 반면에, 분말 공급 헤드(201) 및 스캐너(3)를 갖는 처리 헤드(200)의 변위는 유효 레이저 스폿과 풀의 변위를 제공한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 처리 헤드(200)는 고정될 수 있고, 제조될 물체는 처리 헤드에 대하여 변위될 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c의 분말 공급 헤드(201)는 모두 건축 자재의 실질적으로 2차원의 스트림, 즉 다른 2개의 방향으로의 그 연장에 비해 상대적으로 얇은 스트림을 제공하도록 배열된 다수의 노즐을 포함한다. 다수의 노즐들 대신에, 하나의 보다 넓은 노즐이 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 분말을 분사하기 위한 수단은 US 2011/0168090 A1 및 US 2011/0168092 A1의 교시에 기초하여 실시될 수 있다.
분말 공급 헤드는 또한 도 4b에 개략적으로 도시된 바와 같이 레이저 빔에 의해 융합되지 않은 분말의 회수를 위한 흡입 수단(206)을 또한 통합할 수 있다.
도 4d 및 도 4e는 본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따른 처리 헤드(200)가 이 경우에 프레임에 있는 개구를 통해 제조될 물체(4) 상으로 레이저 빔을 아래로 투사하도록 그 위에 있는 분말 공급 헤드(201)에 인접하여 배치된 스캐너(3)를 어떻게 포함할 수 있는지를 개략적으로 도시한다. 건축 자재는 노즐들을 통해 공급되는 동안 레이저 빔에 의해 선택적으로 융합된다. 처리 헤드(200)는 링크(301)들을 통해 액튜에이터(300)들에 연결된다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 변위는 평행한 매니플레이터 개념(manipulator concept)에 기초한다. 그러나, 처리 헤드의 변위의 임의의 다른 적절한 수단이 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 처리 헤드에 대하여 변위되는 것은 제조될 물체이다. 또한, 이러한 2개의 접근 방식의 조합이 사용될 수 있다.
유효 레이저 스폿이 제조될 물체에 대하여 변위되는 방향(이러한 방향은 도 5에서 화살표로 나타난다)에 직각인 방향으로 연장하는 다수의 평행선들에 의해 유효 레이저 스폿(21)이 생성되는 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같은 유효 레이저 스폿의 진행 방향(즉, 유효 레이저 스폿과 제조될 물체 사이의 상대 움직임의 방향)으로 차례로 배열된 2개 이상의 선들을 포함하는 스캐닝 패턴을 제공하는 것이 때때로 실용적일 수 있다는 것이 알려졌다. 선들은 동일하거나 또는 상이한 길이를 가질 수 있으며, 후속의 선들 사이의 공간은 2차원 에너지 분포를 제어하는데 사용될 수 있은 파라미터들 중 하나이다.
이러한 스캐닝 패턴은, 유효 레이저 스폿이 진행하는 방향에 직각인 방향으로 기본 레이저 스폿을 반복적으로 스캐닝하고 2개, 3개 또는 그 이상의 평행선들을 추적하도록 각 스캐닝 단계 사이에서 레이저 빔을 약간의 거리만큼 변위시키는 것에 의해 생성될 수 있다. 기본 레이저 스폿이 스캐닝 패턴을 완성하였으면, 그 원래의 위치로 복귀하고, 다시 한번 스캐닝 패턴을 수행할 것이다. 이러한 것이 일어나는 빈도는 유효 레이저 스폿(21) 내에서 바람직하지 않은 온도 변동을 피하도록 바람직하게 높다.
레이저 빔은 따르게 될 새로운 선을 향하여 변위되는 동안 및/또는 스캐닝 패턴의 마지막 선을 마무리하고 스캐닝 패턴의 제1 선으로 복귀할 때 꺼질 수 있다. 그러나, 레이저 빔을 켜고 끄는 것은 시간을 요구하며, 스캐닝 빈도를 느리게 할 수 있다. 또한, 레이저 빔이 꺼진 동안은 가열 및 융합을 위한 레이저의 효율적인 사용이라는 면에서 손실되는 시간이다.
도 6a 및 도 6b는 스캐닝 패턴의 3개의 주요 선들(a - c)(연속적인 선들로서 도시됨) 및 레이저 스폿이 상기 선들 사이에서 따르는 경로를 도시하는 해칭선(hatched line)을 포함하는 하나의 가능한 스캐닝 패턴을 도시한다. 도 6B에서, 화살표는 기본 레이저 스폿이 표면 위에서 진행하는 경로를 개략적으로 도시한다.
지금, 이러한 스캐닝 패턴은 열 분포가 대칭이 아닌 문제점을 수반한다. 패턴 단부에서 마지막 선(c)을 마무리할 때(즉, 도 6b의 선(c)의 화살표 헤드로부터), 레이저 빔이 선(a)으로 직각으로 복귀하면, 동일한 것이 적용된다.
유효 레이저 스폿이 변위될 수 있는 방향과 평행한 축에 관하여 더욱 대칭인 에너지 분포는 도 7a 및 도 7b에 따른 스캐닝 패턴으로 얻어질 수 있으며, 마찬가지로, 3개의 평행선 사이를 움직일 때 기본 레이저 스폿이 따르는 선(d)에 의해 서로 연결된 3개의 평행선(a - c)들을 포함한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 레이저 빔은 제1 선(a)의 시작으로부터 다음과 같이 진행한다: a - d1 - b - d2 - c - d3 - b - d4.
즉, 기본 레이저 스폿은 제1 선과 마지막 선을 따라서 이동하는 횟수의 2배만큼 중간선(b)을 따라서 진행하며: 기본 레이저 스폿은 제1 선(a) 및 마지막 선(c)을 따라서 진행할 때마다 중간선(b)을 따라서 2번 진행한다. 이에 의해, 유효 레이저 스폿이 진행하는 방향과 평행한 축에 대하여 완전 대칭인 스캐닝 패턴이 얻어질 수 있다.
이러한 축을 따르는 에너지 분포는 예를 들어 선(a - c)들 사이의 거리와 레이저 빔이 선들을 따라서 진행하는 속도를 조절하는 것에 의해 설정될 수 있다. 속도 및/또는 스캐닝 패턴을 조절하는 것에 의해, 에너지 분포는 레이저 빔을 켜거나 끄지 않고 또는 레이저 빔의 파워를 실질적으로 수정하지 않고 동적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 에너지가 유효 레이저 스폿 전체에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분배되면, 레이저 빔은 제1 선(a)과 마지막 선(c)을 따르는 것보다 중간선(b)을 따라서 더욱 고속으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 선(b)을 따르는 기본 레이저 스폿의 속도는 선(a 및 c)들을 따르는 기본 레이저 스폿의 속도의 2배일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 선(d1 - d4)들을 따르는 유효 레이저 스폿의 속도는 선(a 및 c)들을 따르는 유효 레이저 스폿의 속도보다 또한 상당히 클 수 있다.
그러므로, 에너지 분포의 맞춤은, 제1, 마지막 및 중간선(a - c)들과 같은 선들의 분포를 조정하고 스캐닝 패턴의 상이한 세그먼트들(a - d)(d1 - d4를 포함하는)을 따르는 레이저 스폿의 속도를 조정함으로써 달성될 수 있다. 세그먼트들의 분포 및 속도는 유효 레이저 스폿이 2차원 에너지 분포를 조정하도록, 제조될 물체에 대하여 변위되는 동안 동적으로 수정될 수 있다. 또한, 스캐닝 패턴은 유효 레이저 스폿의 진행 동안 세그먼트들를 추가하거나 또는 삭제하는 것에 의해 조정될 수 있다.
동일한 원리는 추가의 중간선(b)을 포함하는 도 8a 및 도 8b의 스캐닝 패턴과 같은 다른 스캐닝 패턴에도 적용될 수 있다. 여기서, 기본 레이저 스폿(s)이 따르는 경로는 a - d1 - b- d2 - b - d3 - c - d4 - b - d5 - b - d6이다.
도 9a 내지 도 9c는 일부 대안적인 스캐닝 패턴을 도시한다. 예를 들어, 제1 스캐닝 패턴은 도 9a의 삼각형, 도 9b의 직사각형, 및 도 9c의 8각형과 같은 다각형일 수 있다.
도 10은 본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따른 유효 스폿(21)을 개략적으로 도시한다. 유효 스폿은 높이와 폭이 실질적으로 직사각형 구성이다. 도면의 상부에 있는 화살표는 유효 스폿(21)이 변위되는 방향을 도시한다.
유효 스폿(21)은 유효 스폿(21) 내에 있는 화살표의 열들에 의해 표시된 5개의 평행선들을 포함하는 스캐닝 패턴을 따르는, 상기 빔에 의해 투사된 기본 스폿(2A)을 스캐닝하는 것에 의해 얻어진다. 이 실시예에서, 유효 스폿의 선단 부분(21A)은 건축 자재의 특정 예열을 제공하고, 후미 부분(21C)은 냉각 과정을 늦추도록 제공된다. 건축 자재의 실제 융합은 유효 스폿(21)의 중앙 부분(21B), 즉 선단 부분(21A)과 후미 부분(21C) 사이에서 일어난다. 이러한 중앙 부분(21B)은 풀에 대응한다. 즉, 상기된 바와 같이, 종래 기술 시스템에서 일반적이었던 것과는 달리, 이 실시예에서, 풀은 기본 스폿 중 하나보다 상당히 큰 크기를 갖는 2차원 구성을 가지며, 풀은 기본 스폿(2A)이 제1 스캐닝 패턴을 따라서 진행하는 것이 아니라 유효 스폿(21)이 제1 스캐닝 패턴을 따라서 진행한다. 유효 스폿(21) 및/또는 풀(21B)의 크기 및/또는 형상은, 예를 들어, 가열이 일어나는 영역에서 제조될 물체의 구성을 고려하여, 유효 스폿(21)이 따르게 되는 트랙을 따르는 유효 스폿의 변위 동안 동적으로 조정될 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 실시예에 따른 유효 스폿의 상이한 2차원 에너지 분포를 개략적으로 도시한다. 예를 들어, 도 11a는 유효 스폿의 진행 방향에 직각인 방향으로, 유효 스폿을 가로질러 연장하는 3개의 밴드(band)들을 특징으로 하는 유효 스폿을 도시한다. 이러한 3개의 밴드들은 높은 에너지 밀도를 구비한 구역들을 나타낸다. 제1 밴드는 융합될 건축 자재의 예열을 제공하도록 의도될 수 있으며, 제2 밴드는 실제 융합을 제공하도록 의도될 수 있으며, 제3 밴드는 예를 들어 장력(tension)을 완화하도록 융합된 건축 자재의 후처리를 위해 의도될 수 있다. 다른 에너지 분포가 도 11b 내지 도 11d에 개략적으로 도시되어 있다. 2차원 에너지 분포는 예를 들어, 고 에너지 밀도를 갖는 밴드들을 추가 또는 제거하는 등에 의해 동적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 11f는 유효 스폿의 측부들을 향해 강화된 에너지 밀도를 갖는 2차원 에너지 분포를 도시한다. 이러한 것은, 예를 들어, 트랙으로부터의 열 소산이 트랙의 가장자리들에서 더욱 높을 수 있다는 사실에도 불구하고, 트랙을 따라서 실질적으로 일정한 온도를 제공하기 위해 때때로 바람직할 수 있다.
열 이미지 처리에 기초한 피드백(feedback)과 같은 피드백은 예를 들어 처리될 구역에서 필요한 온도 분포를 달성하고 유지하도록 2차원 에너지 분포의 동적 조정을 기동(trigger)하도록 사용될 수 있다.
도 12a 내지 도 12g는 유효 스폿이 트랙을 따라서(도 12a에서 화살표로 개략적으로 도시된 방향으로) 변위되는 동안 유효 스폿(21)의 2차원 에너지 분포가 건축 자재의 층(106) 위에서 어떻게 조정될 수 있는지의 예를 도시한다. 도 12a는 유효 스폿(21)이 먼저 어떻게 건축 자재(106)에 인가되고 건축 자재를 가열하기 시작 하는지를 도시하며, 도 12b에서, 2차원 에너지 분포가 수정되어서, 유효 스폿은 선단 부분이 건축 자재에 도달하였을 때 건축 자재 온도의 급격한 증가를 제공하도록, 높은 에너지 밀도를 갖는 선단 부분을 특징으로 하는 트랙을 따라서(도 12a의 화살표 방향으로) 길이가 증가되었다.
도 12c에서, 유효 스폿(21)은 그 후미 가장자리와 함께 또한 트랙을 따라 움직였으며, 건축 자재의 융합 부분(11A)은 유효 스폿(21)의 뒤에서 관측될 수 있다.
도 12d에서, 유효 스폿은, 물체의 부분, 즉 점진적으로 융합될 트랙이 좁아지는 부분이 폭에서 감소되기 시작하는 제조될 물체의 섹션에 도달한다. 여기에서, 2차원 에너지 분포는 매 순간 제조될 물체의 부분의 치수들로 그 자체를 조정하도록 동적으로 조정된다. 도 12d 및 도 12e에 도시된 바와 같이, 2차원 에너지 분포는, 유효 스폿이 점차적으로 더욱 좁게 성장하도록 조정되고, 또한 유효 스폿의 가장자리들은 융합될 부분의 형상에 대응하는 윤곽을 특징으로 한다. 즉, 여기에서, 건축 자재 상으로 유효 스폿의 투사는 실질적으로 쐐기 형상이다.
도 12e에서, 유효 스폿(21)은 제조될 물체가 일정한 폭의 부분을 갖는 위치에 도달하였다. 여기에서, 2차원 에너지 분포는 부응하여 조정된다. 여기에서, 건축 자재(106) 상으로의 유효 스폿의 투사는 실질적으로 직사각형이 된다. 도 12g에서, 유효 스폿이 트랙을 따라서 더욱 멀리 움직인 것을 알 수 있다. 그러므로, 유효 스폿(21)이 트랙을 따라서 움직임으로써, 유효 스폿의 2차원 에너지 분포가 동적으로 조정되는 방식에 융합된 건축 자재(11A)의 형상이 어떻게 대응하는가를 알 수 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 종류의 유효 스폿과 2차원 에너지 분포의 동적 조정으로 명백히 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 용어 "포함하는" 및 그 파생물("포함하는"과 같은)은 배타적인 의미로 이해되어서는 안되며, 즉, 이러한 용어들은 기술되고 정의된 것이 추가의 요소, 단계 등을 포함할 수 있는 가능성을 배제하지 않아야 한다.
다른 한편으로, 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예(들)로 명백하게 한정되지 않고, 청구항들에서 한정된 포괄적인 범위 내에서 당업자에 의해 고려될 수 있는 임의의 변형을(예를 들어, 재료, 치수, 구성 요소들, 구성 등)를 포함한다.

Claims (26)

  1. 물체를 제조하기 위한 방법으로서,
    a) 건축 자재를 공급하는 단계; 및
    b) 광빔(2)을 사용하여 건축 자재를 융합시키는 단계를 포함하며;
    단계 a) 및 b)는 융합된 건축 자재로부터 물체를 점진적으로 제조하도록 수행되고;
    단계 b)에서, 빔(2)은 건축 자재 상에 기본 스폿(2A)을 생성하도록 건축 자재 상에 투사되고, 빔은 건축 자재 상에 유효 스폿(21)을 확립하도록 제1 스캐닝 패턴에 따라서 2차원으로 반복적으로 스캐닝되며, 상기 유효 스폿은 2차원 에너지 분포를 가지며,
    상기 유효 스폿(21)은 건축 자재를 융합시킴으로써 물체를 점진적으로 제조하도록, 제조될 물체에 대하여 변위되고,
    유효 스폿(21)의 2차원 에너지 분포는 제조될 물체에 대한 유효 스폿(21)의 변위 동안 동적으로 조정되는 것인,
    물체를 제조하기 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 유효 스폿(21)의 2차원 에너지 분포는 제조될 물체의 일부의 상응하는 치수로 유효 스폿(21)의 폭을 조정하도록, 트랙을 따라 유효 스폿(21)의 변위 동안 동적으로 조정되는 것인 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 유효 스폿(21)의 2차원 에너지 분포의 조정은 빔을 선택적으로 켜고 끄는 것에 의한 것과 같이 빔(2)의 파워를 조정함으로써 수행되는 것인 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 유효 스폿(21)의 2차원 에너지 분포의 조정은 제1 스캐닝 패턴을 조정함으로써 수행되는 것인 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 유효 스폿(21)의 2차원 에너지 분포의 조정은 기본 스폿(2A)이 제1 스캐닝 패턴의 적어도 일부를 따라 움직이는 속도를 조정함으로써 수행되는 것인 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 빔의 초점, 기본 스폿의 크기, 또는 상기 빔의 초점과 상기 기본 스폿의 크기는 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿(2A)의 변위 동안, 제조될 물체에 대한 유효 스폿(21)의 변위 동안, 또는 상기 제1 스캐닝 패턴을 따른 기본 스폿(2A)의 변위와 제조될 물체에 대한 유효 스폿(21)의 변위 동안 동적으로 조정되는 것인 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 방법의 적어도 하나의 단계 동안,
    유효 스폿(21)은 유효 스폿의 후미 부분보다 높은 에너지 밀도를 가지는 선단 부분을 포함하거나, 또는
    유효 스폿(21)은 유효 스폿의 후미 부분보다 낮은 에너지 밀도를 가지는 선단 부분을 포함하거나, 또는
    유효 스폿(21)은 유효 스폿의 선단 부분(21A) 및 후미 부분(21C)보다 높은 에너지 밀도를 가지는 중간 부분(21B)을 포함하거나, 또는
    유효 스폿은 유효 스폿 전체에 걸쳐서 실질적으로 일정한 에너지 밀도를 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제1 스캐닝 패턴을 따르는 기본 스폿(2A)의 평균 속도는 유효 스폿(21)이 제조될 물체에 대하여 변위되는 평균 속도보다 높은 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 빔은 제1 스캐닝 패턴이 10 ㎐보다 높은 주파수를 갖는 빔에 의해 반복되도록 상기 제1 스캐닝 패턴에 따라서 스캐닝되는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 유효 스폿(21)의 크기는 기본 스폿의 크기의 4 배 이상인 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    단계 a) 및 b)는 다수의 사이클에서 반복적으로 수행되고, 각 사이클은:
    - 단계 a)를 수행하고, 층(106)으로서 건축 자재를 공급하는 단계;
    - 상기 층의 영역(11)에서 건축 자재를 융합시키도록 단계 b)를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 영역은 제조될 물체의 단면에 상응하는 것인 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 단계 a)와 단계 b)는 동시에 수행되므로, 건축 자재는 공급됨에 따라서 유효 스폿에 의해 융합되어, 제조될 물체의 연속적인 점진적 성장을 제공하는 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제1 스캐닝 패턴은 다수의 선들을 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 선들은 실질적으로 평행한 선들인 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 제1 스캐닝 패턴은 다각형인 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 스캐닝 패턴은 적어도 3개의 세그먼트(a, b, c)들을 포함하고, 빔(2)의 상기 스캐닝은 상기 빔이 상기 세그먼트들 중 적어도 다른 하나(a, c)를 따르는 것보다 상기 세그먼트들 중 적어도 하나(b)를 더욱 자주 따르도록 수행되는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 제1 스캐닝 패턴은 제1 방향으로 차례로 분포된 적어도 3개의 실질적으로 평행한 선(a, b, c)들을 포함하고, 상기 선들은 제2 방향으로 연장하며,
    상기 적어도 3개의 선들은 상기 제1 방향으로 차례로 배열된 제1 선(a), 적어도 하나의 중간선(b), 및 마지막 선(c)을 포함하고,
    빔(2)의 상기 스캐닝은 상기 빔이 상기 제1 선(a), 상기 마지막 선(c), 또는 상기 제1 선(a)과 상기 마지막 선(c)을 따르는 것보다 더욱 자주 상기 중간선(b)을 따르도록 수행되는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 제1 스캐닝 패턴은 제1 방향으로 차례로 분포되는 적어도 3개의 실질적으로 평행한 선(a, b, c)들을 포함하고, 상기 선들은 제2 방향으로 연장하며,
    상기 적어도 3개의 선들은 상기 제1 방향으로 차례로 배열된 제1 선(a), 적어도 하나의 중간선(b), 및 마지막 선(c)을 포함하고,
    빔(2)의 스캐닝은 빔이 상기 제1 선(a)을 따른 후에 순차적으로 상기 중간선(b), 상기 마지막 선(c), 상기 중간선(b), 및 상기 제1 선(a)을 따르는 순서에 따라서 상기 선들을 따라 스캐닝되도록 수행되는 방법.
  20. 제 18 항 및 제 19 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 스캐닝 패턴은 다수의 상기 중간선(b)들을 포함하거나,
    빔(2)은 상기 제1 선(a)과 마지막 선(c)을 따라 변위되는 속도보다 상기 적어도 하나의 중간선(b)을 따라 더 높은 속도로 변위되거나,
    제1 스캐닝 패턴은 제1 선, 마지막 선 및 중간선들의 단부들 사이에서 상기 제1 방향으로 연장하는 선들(d1-d6)을 추가로 포함하며, 이에 의해 상기 빔(2)은 상기 제1 선(a), 상기 중간선(b)들 및 상기 마지막 선(c) 사이에서 움직일 때 상기 제1 방향으로 연장하는 상기 선들(d1-d6)을 따르며, 선택적으로, 빔은 상기 제1 선(a)과 상기 마지막 선(c)을 따라 변위되는 속도보다 상기 제1 방향으로 연장하는 상기 선들(d1-d6)을 따라 더 높은 속도로 변위되는 방법.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 빔은 상기 제1 스캐닝 패턴을 따라 변위되는 한편 빔의 파워를 실질적으로 일정하게 유지하는 방법.
  22. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 빔은 유효 스폿(21)과 관련하여 용융지(melt pool)를 생성하고, 용융지는 제조될 물체에 대한 유효 스폿(21)의 변위에 따라서 변위되는 방법.
  23. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 광빔(2)은 레이저 빔인 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 레이저 빔의 파워는 1 ㎾ 보다 높은 방법.
  25. 적층 제조에 의해 물체를 제조하기 위한 시스템으로서,
    건축 자재를 공급하기 위한 수단, 및
    융합된 건축 자재로부터 물체를 점진적으로 제조하도록 건축 자재를 선택적으로 융합시키기 위한 광빔(2)을 생성하기 위한 수단을 포함하며,
    시스템은 적어도 2차원으로 에너지 빔을 스캐닝하기 위한 스캐너(3)를 포함하며,
    시스템은 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 방법을 수행하기 위해 프로그램되는 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 건축 자재를 공급하기 위한 수단은 개구(opening)를 한정하는 프레임(202)을 포함하는 분말 분사 헤드(201)를 포함하며, 스캐너(3)는 상기 개구를 통해 2차원으로 빔(2)을 스캐닝하도록 상기 프레임(202)과 관련하여 배열되고, 분말 분사 헤드(201)는 건축 자재가 분포됨에 따라서 빔(2)에 의해 선택적으로 융합될 수 있도록 상기 개구와 관련하여 분말 형태로 건축 자재를 분포시키기 위하여 배열되는 시스템.
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