KR20210058858A

KR20210058858A - Additive manufacturing system with addressable laser array and real-time feedback control for each source

Info

Publication number: KR20210058858A
Application number: KR1020217009277A
Authority: KR
Inventors: 마크 제디커; 매튜 실바 사; 진-미셸 펠라프라트; 매튜 피너프; 로버트 디. 프리츠
Original assignee: 누부루 인크.
Priority date: 2018-09-01
Filing date: 2019-09-01
Publication date: 2021-05-24
Also published as: WO2020047526A1; CN112955303B; EP3843978A4; JP2022503614A; EP3843978A1; CN112955303A; CN116786846A; CA3111199A1

Abstract

레이저 소스의 그룹을 조합된 레이저 빔에 조합하기 위한 조립체가 제공된다. 청색 레이저 다이오드 조립체로부터의 레이저 빔을 조합하는 청색 다이오드 레이저 어레이가 추가로 제공된다. 레이저 다이오드 어레이 및 모듈로부터의 조합된 청색 레이저 빔을 사용하는 레이저 처리 작업 및 애플리케이션이 제공된다.An assembly is provided for combining a group of laser sources into a combined laser beam. A blue diode laser array is further provided that combines laser beams from a blue laser diode assembly. Laser processing operations and applications using a combined blue laser beam from a laser diode array and module are provided.

Description

주소지정 가능한 레이저 어레이 및 각각의 소스에 대한 실시간 피드백 제어를 갖춘 적층 제작 시스템Additive manufacturing system with addressable laser array and real-time feedback control for each source

본 출원은 (i) 35 U.S.C.§119(e)(1) 하에서 2018년 9월 1일자로 출원된 미국 가 출원 일련번호 62/726,234 호의 출원일의 이득 및 우선권의 이득을 주장하며, 그 전체 개시는 본 출원에 원용에 의해 포함된다.This application (i) claims the benefit of the filing date and priority of U.S. Provisional Application Serial No. 62/726,234 filed on September 1, 2018 under 35 USC§119(e)(1), the full disclosure of which It is incorporated by reference in this application.

본 발명은 레이저 빔을 조합하기 위한 어레이 조립체, 특히 제작, 제조, 엔터테인먼트, 그래픽, 이미징, 분석, 모니터링, 조립, 치과 및 의료 분야의 시스템 및 애플리케이션에 사용하기 위한 고휘도 레이저 빔을 제공할 수 있는 어레이 조립체에 관한 것이다.The present invention is an array assembly for combining laser beams, in particular an array capable of providing high-intensity laser beams for use in systems and applications in manufacturing, manufacturing, entertainment, graphics, imaging, analysis, monitoring, assembly, dental and medical fields. It relates to the assembly.

많은 레이저, 특히 레이저 다이오드와 같은 반도체 레이저는 휘도를 포함한, 매우 바람직한 파장 및 빔 품질을 갖는 레이저 빔을 제공한다. 이들 레이저는 가시 범위, UV 범위, IR 범위 및 이들의 조합뿐만 아니라, 더 높거나 낮은 파장의 파장들을 가질 수 있다. 반도체 레이저뿐만 아니라, 다른 레이저 소스(예를 들어, 섬유 레이저)의 기술은 새로운 레이저 소스가 지속적으로 개발되고 기존 및 새로운 레이저 파장을 제공하면서 빠르게 발전하고 있다. 바람직한 빔 품질을 갖지만, 이들 레이저 중 다수는 특정 애플리케이션 분야에 바람직하거나 필요한 것보다 낮은 레이저 출력을 가진다. 따라서 이들 저출력은 이들 레이저 소스가 더 큰 유틸리티(utility) 및 상업적 애플리케이션을 제공하는 것을 방해한다.Many lasers, especially semiconductor lasers such as laser diodes, provide laser beams with very desirable wavelengths and beam quality, including luminance. These lasers may have wavelengths in the visible range, UV range, IR range and combinations thereof, as well as higher or lower wavelengths. In addition to semiconductor lasers, the technology of other laser sources (eg, fiber lasers) is advancing rapidly as new laser sources are constantly being developed and providing existing and new laser wavelengths. While having desirable beam quality, many of these lasers have lower laser power than desirable or required for a particular application. Thus, these low powers hinder these laser sources from providing greater utility and commercial applications.

또한, 이들 유형의 레이저를 조합하려는 이전의 노력은 일반적으로, 다른 이유들 중에서도 빔 정렬의 어려움, 적용 중 빔 정렬 유지의 어려움, 빔 품질의 손실, 레이저 소스, 크기 고려 사항 및 전원 관리의 특수 배치의 어려움 등으로 인해 부적절했다.In addition, previous efforts to combine these types of lasers have generally resulted in difficulties with beam alignment, difficulty maintaining beam alignment during application, loss of beam quality, laser source, size considerations, and special placement of power management, among other reasons. It was inappropriate due to the difficulty of.

갈바노미터 스캐너(galvanometer scanner)를 사용하는 적외선(IR) 기반(예를 들어, 파장이 700 nm 초과, 특히 1,000 nm 초과) 적층 제조 시스템은 무엇보다도, 빌드 체적(build volume) 및 빌드 속도를 제한하는 두 가지 단점을 겪는다. 이들 IR 레이저 시스템에서, 빌드 체적은 스캐닝 시스템의 유한 크기 및 주어진 초점 길이의 시준기(collimator) 및 f-세타 렌즈(f-theta lens)에 대해 생성될 수 있는 스폿(spot)에 의해 제한된다. 예를 들어 140 mm 초점 길이의 시준기와 500 mm F-θ 초점 길이의 렌즈를 사용할 때, 1 ㎛ 레이저에 대한 스폿 크기는 근 회절 제한 단일 모드 레이저에 대해 약 40 ㎛이다. 이는 빌드될 수 있는 부품 크기에 대한 제한인 약 175 mm x 175 mm인 분말 층에 주소지정 가능한 풋 프린트(foot print)를 제공한다. IR 레이저 시스템의 빌드 속도에 대한 제 2 제한은 분말 재료에 의한 레이저 빔의 흡수이다. 대부분의 원료 재료는 적외선 스펙트럼의 파장에 대해 적절한 반사율 내지 높은 반사율을 가진다. 결과적으로, 적외선 레이저 에너지를 분말 층에 커플링(coupling)하는 것은 에너지의 상당 부분이 분말 층으로 반사되거나 후방 또는 더 깊숙이 반사되는 것에 의해 제한된다. 이들 제한은 한층 더 결속되거나 서로 연결되어, IR 적층 시스템의 문제와 결함을 더욱 악화시킨다. 따라서 적외선의 유한 투과 깊이는 최적의 층 두께를 결정하고 결과적으로 공정의 해상도와 속도를 제한한다. IR 기반 제작 및 빌드 시스템과 공정의 이들 결함과 기타 결함은 적절하게 해결되지 않았다. 따라서 적층 제작 시스템과 공정의 개선에 대한 오랫동안 느꼈던 요구가 충족되지 못했다.Infrared (IR) based (e.g. wavelengths >700 nm, especially >1,000 nm) additive manufacturing systems using galvanometer scanners, among other things, limit the build volume and build speed. It suffers from two drawbacks. In these IR laser systems, the build volume is limited by the finite size of the scanning system and the spot that can be created for a collimator and f-theta lens of a given focal length. For example, when using a collimator with a 140 mm focal length and a lens with a 500 mm F-[theta] focal length, the spot size for a 1 μm laser is about 40 μm for a near diffraction limited single mode laser. This provides an addressable foot print on the powder layer of about 175 mm x 175 mm, a limitation on the size of the part that can be built. The second limitation on the build speed of the IR laser system is the absorption of the laser beam by the powder material. Most raw materials have adequate or high reflectivity for wavelengths in the infrared spectrum. Consequently, coupling the infrared laser energy to the powder layer is limited by a significant portion of the energy being reflected back or deeper into the powder layer. These limitations are further bound or interlinked, further exacerbating the problems and defects of the IR stacking system. Thus, the finite depth of transmission of infrared rays determines the optimal layer thickness and consequently limits the resolution and speed of the process. These and other defects in IR-based fabrication and build systems and processes have not been adequately addressed. Therefore, the long-held demand for improvement in additive manufacturing systems and processes has not been met.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "청색 레이저 빔(blue laser beam)", "청색 레이저" 및 "청색"이라는 용어는 그들의 가장 넓은 의미를 부여해야 하며, 일반적으로 400 nm 내지 500 nm 및 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장을 갖는 레이저 빔, 또는 광을 제공하는, 예를 들어 전파하는 레이저 빔, 레이저 빔들, 레이저 소스, 예를 들어 레이저 및 다이오드 레이저를 제공하는 시스템을 지칭한다. 청색 레이저는 450 nm, 약 450 nm, 460 nm, 약 460 nm의 파장을 포함한다. 청색 레이저는 약 10 pm 내지 약 10 nm, 약 5 nm, 약 10 nm 및 약 20 nm 뿐만 아니라 더 크고 작은 값의 대역폭을 가질 수 있다.As used herein, unless explicitly stated otherwise, the terms “blue laser beam”, “blue laser” and “blue” are to be given their broadest meaning, and in general A laser beam having a wavelength of 400 nm to 500 nm and about 400 nm to about 500 nm, or providing light, e.g., a propagating laser beam, laser beams, a laser source, e.g. a laser and a diode laser. Refers to the system. The blue laser includes wavelengths of 450 nm, about 450 nm, 460 nm, and about 460 nm. The blue laser can have a bandwidth of about 10 pm to about 10 nm, about 5 nm, about 10 nm and about 20 nm, as well as larger and smaller values.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "UV", "자외선", "UV 스펙트럼", "스펙트럼의 UV 부분" 및 유사한 용어는 그들의 가장 넓은 의미를 부여해야 하며, 약 10 nm 내지 약 400 nm 및 10 nm 내지 400 nm 파장의 광을 포함할 것이다.As used herein, unless expressly stated otherwise, “UV”, “ultraviolet”, “UV spectrum”, “UV portion of the spectrum” and similar terms are to be given their broadest meaning, about 10 nm to about 400 nm and 10 nm to 400 nm wavelengths of light.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "가시광", "가시 스펙트럼", "스펙트럼의 가시 부분" 및 유사한 용어는 그들의 가장 넓은 의미를 부여해야 하며, 약 380 nm 내지 약 750 nm 및 400 nm 내지 700 nm 파장의 광을 포함할 것이다.As used herein, unless expressly stated otherwise, “visible light”, “visible spectrum”, “visible portion of the spectrum” and similar terms are to be given their broadest meaning, from about 380 nm to about It will include light at wavelengths of 750 nm and 400 nm to 700 nm.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "녹색 레이저 빔", "녹색 레이저" 및 "녹색(green)"이라는 용어는 그들의 가장 넓은 의미를 부여해야 하며, 일반적으로 500 nm 내지 700 nm, 약 500 nm 내지 약 700 nm의 파장을 갖는 레이저 빔, 또는 광을 제공하는, 예를 들어 전파하는 레이저 빔, 레이저 빔들, 레이저 소스, 예를 들어 레이저 및 다이오드 레이저를 제공하는 시스템을 지칭한다. 녹색 레이저는 515 nm, 약 515 nm, 532 nm, 약 532 nm, 550 nm 및 약 550 nm의 파장을 포함한다. 녹색 레이저는 약 10 pm 내지 10 nm, 약 5 nm, 약 10 nm 및 약 20 nm 뿐만 아니라 더 크고 작은 값의 대역폭을 가질 수 있다.As used herein, unless expressly stated otherwise, the terms “green laser beam”, “green laser” and “green” are to be given their broadest meaning, generally 500 nm To 700 nm, a laser beam having a wavelength of about 500 nm to about 700 nm, or a system that provides light, e.g., a propagating laser beam, laser beams, a laser source, e.g. a laser and a diode laser. Refers to. The green laser includes wavelengths of 515 nm, about 515 nm, 532 nm, about 532 nm, 550 nm and about 550 nm. Green lasers can have bandwidths of about 10 pm to 10 nm, about 5 nm, about 10 nm and about 20 nm, as well as larger and smaller values.

일반적으로, 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "약" 및 기호 "~"는 달리 명시되지 않는 한, ± 10%의 편차 또는 범위, 명시된 값을 얻는 것과 관련된 실험 또는 기기 오류, 그리고 바람직하게 이들 중 더 큰 값을 포함하는 의미이다.In general, the term "about" and the symbol "~" as used herein, unless otherwise specified, a deviation or range of ± 10%, an experimental or instrumental error related to obtaining the specified value, and preferably any of these It means including a larger value.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, 실온은 25 ℃이다. 그리고 표준 주위 온도 및 압력은 25 ℃ 및 1 기압이다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 모든 테스트, 테스트 결과, 물리적 특성, 및 온도 의존성, 압력 의존성 또는 둘 다인 값은 표준 주변 온도 및 압력에서 제공되며, 여기에는 점도가 포함될 수 있다.As used herein, unless stated otherwise, room temperature is 25°C. And the standard ambient temperature and pressure are 25 °C and 1 atmosphere. Unless explicitly stated otherwise, all tests, test results, physical properties, and values that are temperature dependent, pressure dependent or both are provided at standard ambient temperature and pressure, and may include viscosity.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 본 명세서의 값 범위의 인용은 단지, 범위 내에 속하는 각각의 별도 값을 개별적으로 지칭하는 약식 방법으로서 역할을 하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 달리 나타내지 않는 한, 범위 내의 각각의 개별 값은 마치 본 명세서에서 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 포함된다.Unless otherwise specified, as used herein, recitation of ranges of values herein is intended only to serve as a shorthand method of individually referring to each separate value falling within the range. Unless otherwise indicated herein, each individual value within a range is incorporated into the specification as if it were individually recited herein.

전형적으로, 적층 제작에 사용되는 방법은 적외선 레이저 및 검류계(galvanometer)를 사용하여 미리 결정된 패턴으로 분말 층의 표면을 가로질러 레이저 빔을 스캔하는 것이다. IR 레이저 빔은 액화 분말을 용융시켜 하층 또는 기판에 융합시키는 키홀 용접 공정(keyhole welding process)을 생성하는데 충분한 세기이다. 이러한 접근 방식은 공정의 속도를 결정하는 여러 제한사항을 가진다. 예를 들어, 단일 레이저 빔이 표면을 스캔하는데 사용되며 빌드 속도는 검류계의 최대 스캔 속도(7 m/초)에 의해 제한된다. 제조업자는 IR 기술을 강력하게 수용하고, 전형적으로 이것이 유일한 실행 가능한 파장이라고 믿고 있으며, 따라서 두 개 이상의 IR 레이저/검류계를 시스템에 통합하여 이러한 한계를 극복하기 위해 작동하지만, 둘은 함께 작동하여 단일 부품을 빌드하거나 독립적으로 작동하여 부품을 병렬로 빌드할 수 있다. 이들 노력은 적층 제작 시스템의 처리량을 개선하는 목적이 있지만, IR에만 초점을 맞추고 있으며 개선된 적층 제작에 대한 오랜 요구를 충족시키지 못하고 제한적인 성공만을 이루었다.Typically, the method used in additive manufacturing is to scan a laser beam across the surface of the powder layer in a predetermined pattern using an infrared laser and a galvanometer. The IR laser beam is of sufficient intensity to create a keyhole welding process that melts the liquefied powder and fuses it to the underlying layer or substrate. This approach has several limitations that determine the speed of the process. For example, a single laser beam is used to scan the surface and the build speed is limited by the galvanometer's maximum scan speed (7 m/sec). Manufacturers strongly embrace IR technology, and typically believe that this is the only viable wavelength, so it works to overcome these limitations by integrating two or more IR lasers/galvanometers into the system, but the two work together to create a single component. You can build components in parallel by building them or working independently. These efforts aimed at improving the throughput of additive manufacturing systems, but focused solely on IR, failing to meet the long-standing demand for improved additive manufacturing, and with limited success.

IR 처리의 다른 제한의 예는 IR 레이저/검류계 시스템에 의해 다루어질 수 있는 유한 체적이다. 고정식 헤드 시스템에서, 빌드 체적은 f-세타 렌즈의 초점 거리, 검류계의 스캐닝 각도, IR 레이저의 파장 및 적외선 레이저의 빔 품질에 의해 정의된다. 예를 들어, 500 mm F-세타 렌즈를 사용하는 IR 레이저는 회절 제한 적외선 레이저에 대해 40 내지 50 ㎛ 정도의 스폿 크기를 생성한다. 레이저 빔이 100 와트 광 출력으로 작동하는 경우, 빔의 세기는 키홀 용접 모드를 개시하는데 필요한 세기보다 더 크다. 키홀 용접 모드는 크로스 제트(cross jet)에 의해 레이저 빔의 경로에서 제거되어야 하는 증발 재료의 기둥을 생성하거나, 그렇지 않으면 레이저 빔은 증발 금속에 의해 산란되고 흡수된다. 또한, 용접의 키홀 모드가 기화 금속의 증기압에 의해 유지되는 액체 금속 표면에 구멍을 생성하는 것에 의존하기 때문에, 기화 금속 이외의 재료가 키홀에서 방출될 수 있다. 이러한 재료는 스패터(spatter)로서 지칭되며 최종 부품에 결함을 유도할 수 있는 용융 재료가 빌드 평면의 다른 곳에 증착되게 한다. 적층 제작 시스템 제조업자가 급속 프로토타이핑 기계(rapid prototyping machine)를 개발하는데 일부 제한적인 성공을 거두었지만, 이들은 오랫동안 느꼈던 요구사항을 충족시키고 상업용 또는 실제 부품을 대량으로 제조하는데 필요한 요구사항을 달성하는데 실패했다. 이를 달성하기 위해, 본 발명 이전에 기술을 달성하지 못한 부품 패턴화 방법의 돌파구가 달성되지 못했다.An example of another limitation of IR processing is the finite volume that can be handled by an IR laser/galvanometer system. In a fixed head system, the build volume is defined by the focal length of the f-theta lens, the scanning angle of the galvanometer, the wavelength of the IR laser and the beam quality of the infrared laser. For example, an IR laser using a 500 mm F-theta lens produces a spot size on the order of 40-50 μm for a diffraction limited infrared laser. When the laser beam is operated with a 100 watt light output, the intensity of the beam is greater than the intensity required to initiate the keyhole welding mode. The keyhole welding mode creates a column of vaporized material that must be removed from the path of the laser beam by a cross jet, or else the laser beam is scattered and absorbed by the vaporized metal. Further, since the keyhole mode of welding relies on creating holes in the liquid metal surface maintained by the vapor pressure of the vaporized metal, materials other than the vaporized metal can be released from the keyhole. This material is referred to as spatter and causes molten material to be deposited elsewhere in the build plane, which can lead to defects in the final part. While manufacturers of additive manufacturing systems have had some limited success in developing rapid prototyping machines, they have failed to meet long-held requirements and meet the requirements needed to manufacture commercial or physical parts in large quantities. . In order to achieve this, a breakthrough in the component patterning method, which has not been achieved prior to the present invention, has not been achieved.

일반적으로, IR 처리 및 시스템의 문제점 및 실패는 키홀 용접 모드에서 분말을 융합하기 위한 요구사항 또는 필요성이다. 이는 전형적으로 분말을 처리하기 위해 단일 빔을 사용하기 때문일 수 있다. 레이저 빔이 100 와트 광 출력으로 작동하는 경우, 빔의 세기는 키홀 용접 모드를 개시하는데 필요한 세기보다 더 크다. 키홀 용접 모드는 크로스 제트에 의해 레이저 빔의 경로에서 제거되어야 하는 증발 재료의 기둥을 생성하거나, 그렇지 않으면 레이저 빔이 증발 금속에 의해 산란되고 흡수된다. 또한, 용접의 키홀 모드가 기화 금속의 증기압에 의해 유지되는 액체 금속 표면에 구멍을 생성하는 것에 의존하기 때문에, 기화 금속과 같은 재료가 키홀에서 방출될 수 있다. 이러한 재료는 스패터로서 지칭되며 최종 부품에 결함을 유도할 수 있는 용융 재료가 빌드 평면의 다른 곳에 증착되게 한다.In general, the problem and failure of IR processing and systems is the requirement or need to fuse powders in the keyhole welding mode. This may be due to the typical use of a single beam to process the powder. When the laser beam is operated with a 100 watt light output, the intensity of the beam is greater than the intensity required to initiate the keyhole welding mode. The keyhole welding mode creates a column of evaporating material that must be removed from the path of the laser beam by a cross jet, or else the laser beam is scattered and absorbed by the evaporating metal. Further, since the keyhole mode of welding relies on creating holes in the liquid metal surface maintained by the vapor pressure of the vaporized metal, a material such as vaporized metal can be released from the keyhole. This material is referred to as spatter and causes molten material to be deposited elsewhere in the build plane, which can lead to defects in the final part.

광학적으로 활성화된 광 밸브(OALV)를 사용하는 Lawrence Livermore National Laboratories의 최근 연구는 이들 IR 한계를 해결하기 위해 시도되었다. OALV는 고출력 레이저를 사용하여 광 패턴을 생성하는데 사용되는 고출력 공간 광 변조기(high-power spatial light modulator)이다. OALV의 패턴이 프로젝터의 청색 LED 또는 레이저 소스로 생성되지만, 4 개의 레이저 다이오드 어레이의 출력 전력은 공간 광 변조기를 통해 전송되고 이미지를 융점까지 가열하는데 사용되며 키홀 용접을 개시하기 위해 IR 레이저가 필요하다. IR 레이저는 특히, 구리 또는 알루미늄 재료를 융합할 때 용접을 개시하기 위해 키홀 모드에서 사용된다. 이러한 키홀 용접 공정은 스패터, 부품에 다공성뿐만 아니라 높은 표면 거칠기를 생성할 수 있고, 일반적으로 이들 재료에 필요하다. 따라서 전형적인 IR 시스템과 마찬가지로 OALV 시스템은 빌드 공정의 키홀 개시로 인한 악영향을 제거하지 못한다. 키홀 용접 단계를 완전히 피하는 것이 더 양호하지만, 이러한 문제를 극복하는데 실패했고 이러한 해결책을 제공하지 못했다. 이러한 실패는 주로 IR 파장에서 많은 금속의 흡수 특성이 너무 낮아 공정을 개시하는데 높은 피크 파워 레이저가 필요하기 때문에 발생했다. OALV가 스펙트럼의 IR 영역에서만 투명하기 때문에, 가시 레이저 소스를 고 에너지 광원으로 사용하는 이러한 유형의 시스템을 빌드하거나 사용하는 것이 불가능하다. 이러한 시스템의 구성요소 비용은 특히 OALV가 커스텀 구성요소(custom component)일 때 매우 높다.A recent study by Lawrence Livermore National Laboratories using an optically activated light valve (OALV) attempted to address these IR limitations. OALV is a high-power spatial light modulator used to generate light patterns using a high-power laser. The pattern of OALV is generated by the projector's blue LED or laser source, but the output power of the 4 laser diode array is transmitted through a spatial light modulator and used to heat the image to the melting point, and an IR laser is required to initiate the keyhole welding. . IR lasers are used in keyhole mode to initiate welding, especially when fusing copper or aluminum materials. Such keyhole welding processes can create spatter, porosity in the part, as well as high surface roughness, and are generally required for these materials. Thus, like a typical IR system, the OALV system does not eliminate the adverse effects of the keyhole initiation of the build process. It is better to avoid the keyhole welding step entirely, but it has failed to overcome this problem and has not provided such a solution. This failure occurred mainly because the absorption properties of many metals at IR wavelengths were so low that a high peak power laser was required to initiate the process. Since OALV is only transparent in the IR region of the spectrum, it is impossible to build or use this type of system using a visible laser source as a high energy light source. The component cost of such a system is very high, especially when OALV is a custom component.

종래의 금속 기반 적층 제작 기계는 이들이 고온에서의 통합 단계가 이어지는 분말 층에 분사되는 결합제를 기반으로 하거나 검류계 시스템에 의해 고속으로 분말 층 위에서 스캔되는 고출력 단일 모드 레이저 빔을 기반으로 한다는 점에서 매우 제한적이다. 이들 시스템 모두는 기술이 극복할 수 없었던 중대한 퇴보가 있다. 제 1 시스템은 통합 공정 중 부품의 수축으로 인해 공차가 느슨한 부품을 대량으로 제작할 수 있다. 제 2 공정은 사용될 수 있는 최대 출력 레벨 레이저를 제한하는 검류계의 스캔 속도와 결과적으로 빌드 속도에 의해 빌드 속도가 제한된다. 스캐닝 기반 적층 제작 시스템의 구축자(builder)는 이들 문제에 대한 적절한 해결책을 제공하지 못한 다중 스캔 헤드와 레이저 시스템을 갖춘 빌드 기계에 의해 이러한 한계를 극복하기 위해 노력했다. 이는 실제로 처리량을 증가시키지만, 스케일링 법칙(scaling law)은 선형이다. 즉, 두 개의 레이저 스캐너를 갖춘 시스템은 하나의 스캐너를 사용하는 시스템보다 부품을 두 배 많이 빌드하거나 단일 부품을 두 배 빠르게 빌드할 수 있다. 따라서 현재 이용 가능한 시스템의 한계를 겪지 않는 높은 처리량의 레이저 기반 금속용 적층 제작 시스템이 필요하다.Conventional metal-based additive manufacturing machines are very limited in that they are based on a binder that is sprayed onto a powder layer followed by an integration step at high temperature, or on a high power single mode laser beam scanned over the powder layer at high speed by a galvanometer system. to be. All of these systems have significant regressions that technology has not been able to overcome. The first system can produce large quantities of parts with loose tolerances due to shrinkage of the parts during the integration process. The second process is limited by the scan rate of the galvanometer, which limits the maximum power level laser that can be used, and consequently by the build rate. The builders of scanning-based additive manufacturing systems have tried to overcome these limitations by build machines with multiple scan heads and laser systems that have not provided adequate solutions to these problems. This actually increases throughput, but the scaling law is linear. In other words, a system with two laser scanners can build twice as many parts or build a single part twice as fast as a system with one scanner. Therefore, there is a need for a high-throughput laser-based additive manufacturing system for metals that does not suffer from the limitations of currently available systems.

본 발명의 배경 섹션은 본 발명의 실시예와 관련될 수 있는 본 기술의 다양한 양태를 소개하기 위한 것이다. 따라서, 이러한 섹션에서 전술한 논의는 본 발명을 더 잘 이해하기 위한 체계를 제공하며, 종래 기술의 인정으로 간주되어서는 안 된다.The background section of the present invention is intended to introduce various aspects of the present technology that may be related to embodiments of the present invention. Accordingly, the discussion above in this section provides a framework for a better understanding of the invention and should not be considered an admission of prior art.

휘도 및 출력과 같은 원하는 빔 품질을 유지하고 향상시키면서 다중 레이저 빔 소스를 단일 또는 다수의 레이저 빔으로 조합하기 위한, 무엇보다도 조립체 및 시스템에 대한 오래 지속되고 충족되지 않은 요구가 있었다. 본 발명은 무엇보다도, 본 명세서에서 교시되고 개시된 제작 물품, 장치 및 공정을 제공함으로써 이들 요구를 해결한다.There has been a long lasting and unmet need for assemblies and systems, among other things, for combining multiple laser beam sources into single or multiple laser beams while maintaining and improving the desired beam quality such as brightness and power. The present invention addresses these needs, among other things, by providing the articles of manufacture, apparatus and processes taught and disclosed herein.

본 발명의 실시예는 정밀 갠트리 시스템(gantry system)을 사용하여 단계별 반복 능력으로 분말을 병렬 방식으로 직접 융합할 수 있는 레이저 빔의 1-D 또는 2-D 어레이를 기반으로 하는 적층 제작 시스템(도 1, 도 2, 도 3)이다. 1-D 또는 2-D 2차 레이저 빔을 추가하여 예열하고 냉각을 제어함으로써 속도가 증가될 수 있다(도 4). 이러한 2차 레이저는 또한, 주소지정 가능한 레이저 빔 어레이가 되어 빌드되는 패턴과 일치하는 예열 패턴을 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention is an additive manufacturing system based on a 1-D or 2-D array of laser beams capable of directly fusing powders in a parallel manner with step-by-step repeatability using a precision gantry system (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3). The speed can be increased by controlling the preheating and cooling by adding a 1-D or 2-D secondary laser beam (Figure 4). These secondary lasers can also be addressable laser beam arrays to provide a preheat pattern that matches the pattern being built.

본 발명의 실시예의 다른 요소는 열 화상 카메라와 같은 실시간 온도 모니터링 카메라의 사용이다. 카메라는 분말 층이 고체로부터 액체로 전환될 때 분말 층의 온도를 실시간으로 모니터링하는데 사용될 수 있으며 카메라의 이미지는 적용될 레이저 패턴과 상관될 수 있으며 개별 레이저 빔의 출력 레벨은 인쇄된 부분의 적절한 융합 및 냉각을 제공하기 위해 미리 결정된 요구사항에 따라 조정될 수 있다. 이러한 폐쇄 루프 온도 제어는 제조되는 부품의 다공성을 최소화할 뿐만 아니라 표면 거칠기를 최적화하고 부품 내의 잔류 응력을 최소화하는 것과 같은 추가 이점을 제공한다.Another element of an embodiment of the present invention is the use of a real-time temperature monitoring camera, such as a thermal imaging camera. The camera can be used to monitor the temperature of the powder layer in real time as the powder layer is converted from solid to liquid, the image from the camera can be correlated with the laser pattern to be applied, and the power level of the individual laser beams can be used to determine the proper fusion and It can be adjusted according to predetermined requirements to provide cooling. This closed loop temperature control not only minimizes the porosity of the part being manufactured, but also provides additional benefits such as optimizing surface roughness and minimizing residual stresses in the part.

본 발명의 실시예에서, 분말 층의 다공성을 최소화하기 위해 분말 층을 압축할 뿐만 아니라 인쇄 공정 동안 어느 방향으로든 실시간으로 분말을 증착하는 수단이 포함된다. 분말을 용융시키고 융합시키는 주요 메커니즘은 전도 모드 용접과 키홀 모드 용접이 사용되는 갈보 스캔 시스템(galvo scanned system)이다. 이 접근방식은 제작 부품의 창(window)과 광학 장치를 보호하기 위한 스패터(spatter)와 요구사항을 최소화한다.In an embodiment of the present invention, means for depositing the powder in real time in any direction during the printing process as well as compressing the powder layer to minimize the porosity of the powder layer are included. The main mechanism for melting and fusing the powder is a galvo scanned system in which conduction mode welding and keyhole mode welding are used. This approach minimizes spatter and requirements to protect the windows and optics of the fabrication part.

실시예에서, 본 발명은 무산소 환경을 형성하기 위한 밀봉된 인클로저(sealed enclosure) 및 사용되는 가스 혼합물을 연속적으로 세정하는 가스를 위한 재순환 시스템을 포함한다. 가스 혼합물의 여과는 환경으로부터 제거되지 않으면 이미지 품질에 영향을 미치고 결과적으로 빌드되는 부품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 공기 중의 분말과 용접 연기 때문에 필요하다.In an embodiment, the present invention includes a sealed enclosure for creating an oxygen-free environment and a recirculation system for gas continuously cleaning the gas mixture used. Filtration of the gas mixture is necessary because of airborne powders and welding fumes that, if not removed from the environment, can affect the image quality and consequently the quality of the built part.

실시예에서, 본 발명은 예비-빌드 분석을 수행하고, 부품을 슬라이스로 분할하고, 최적의 빌드 전략을 수행하는 마이크로 처리 시스템을 포함한다. 부품 패턴의 각각의 부분이 인쇄될 때, 갠트리 시스템은 패턴의 다음 인접 부품으로 이동하거나, 빌드 전략이 부품의 잔류 응력을 최소화하기 위해 부분 패턴의 무작위 인쇄를 요구하는 경우 임의의 무작위 위치로 이동하도록 명령할 수 있다.In an embodiment, the present invention includes a microprocessing system that performs a pre-build analysis, divides parts into slices, and performs an optimal build strategy. As each part of the part pattern is printed, the gantry system moves to the next adjacent part in the pattern, or to a random location if the build strategy requires random printing of the part pattern to minimize residual stresses in the part. I can order.

실시예에서, 본 발명은 또한, 전파될 때 용접 퍼들(weld puddle)을 관찰하기 위해 단순한 가시 카메라 이외에 용접 모니터를 필요로 하지 않을 것이다. 키홀이 없는 용접 모드가 있기 때문에, 용접 퍼들은 구리와 알루미늄을 용접할 때도 매우 안정적이며, IR 레이저 소스로는 불가능한 일이다. IR 레이저 소스는 OCT(Optical Coherent Tomography: 광 간섭성 단층 촬영) 스캐너와 같은 용접 모니터에 의존하여 키홀의 정확한 표현과 키홀 모드의 불안정성으로 부품 빌드가 진행되는 방식을 얻어야 한다. 분말을 기재에 용접하는 전도 모드가 매우 안정적인 용접 모드이므로, 스패터가 없고 용접된 분말은 두께 및 형상이 매우 균일하며 용접 공정 동안 재료의 기화 부족으로 부품 밀도가 100%이다.In an embodiment, the present invention will also not require a welding monitor other than a simple visible camera to observe the weld puddle as it propagates. Since there is a keyholeless welding mode, the welding puddle is very stable even when welding copper and aluminum, which is impossible with an IR laser source. The IR laser source must rely on a welding monitor such as an OCT (Optical Coherent Tomography) scanner to obtain an accurate representation of the keyhole and how the part build proceeds with the instability of the keyhole mode. Since the conduction mode of welding the powder to the substrate is a very stable welding mode, there is no spatter, and the welded powder has a very uniform thickness and shape, and the component density is 100% due to the lack of vaporization of the material during the welding process.

따라서, 위의 특징 중 하나 이상을 갖는 레이저 시스템, 적층 제작 시스템, 공정 및 레이저 시스템이 제공된다. 다음의 레이저 시스템 및 방법과 조합하여 위의 특징 중 하나 이상을 갖는 적층 제작 시스템, 공정 및 레이저 시스템이 추가로 제공된다.Accordingly, a laser system, an additive manufacturing system, a process, and a laser system having one or more of the above features are provided. Additive manufacturing systems, processes, and laser systems having one or more of the above features are further provided in combination with the following laser systems and methods.

따라서, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 복수의 레이저 다이오드 조립체; 및 목표 재료로의 전달을 위해 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리-장에서 단일 스폿을 갖는 조합된 레이저 빔을 만들기 위해 개별 청색 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 가지며; 각각의 레이저 다이오드 조립체는 레이저 빔 경로를 따라 개별 청색 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 가지며; 개별 청색 레이저 빔을 공간적으로 결합하기 위한 수단은 레이저 빔 경로에서 그리고 각각의 레이저 다이오드와 광학적으로 관련된다.Accordingly, there is provided a laser system for performing laser operation, the system comprising: a plurality of laser diode assemblies; And means for spatially combining the individual blue laser beams to create a combined laser beam with a single spot in the far-field that can be coupled to the optical fiber for delivery to the target material; Each laser diode assembly has a plurality of laser diodes capable of generating individual blue laser beams along the laser beam path; The means for spatially coupling the individual blue laser beams is optically associated with each laser diode and in the laser beam path.

또한, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며: 적어도 3 개의 레이저 다이오드 조립체를 가지며; 각각의 레이저 다이오드 조립체는 적어도 하나의 레이저 다이오드를 가지며; 레이저 다이오드 조립체는 적어도 약 2 와트의 총 전력 및 20 mm mrad 미만의 빔 매개변수 특성을 갖는 레이저 빔을 전파시킬 수 있으며; 빔 매개변수 특성은 15 mm mrad 미만이며; 빔 매개 변수 특성은 10 mm mrad 미만이며; 공간적으로 조합하는 수단은 조합된 레이저 빔을 개별 레이저 빔의 전력 밀도의 N 배로 생성하며; 여기서 N은 레이저 다이오드 조립체의 레이저 다이오드의 수이며; 공간적으로 조합하는 수단은 조합된 레이저 빔의 휘도를 보존하면서 레이저 빔의 출력을 증가시키며; 조합된 레이저 빔은 개별 레이저 빔의 전력의 적어도 50 배인 전력을 가지며 조합된 레이저 빔의 빔 매개 변수 곱은 개별 레이저 빔의 빔 매개 변수 곱의 N 배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 매개변수 곱은 개별 레이저 빔의 빔 매개변수 곱의 1.5*N 배보다 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 매개 변수 곱은 개별 레이저 빔의 빔 매개 변수 곱의 1*N 배보다 이하이며; 공간적으로 조합하기 위한 수단은 개별 레이저 빔의 휘도를 보존하면서 복합 레이저 빔의 전력 밀도를 증가시키며; 조합된 레이저 빔은 개별 레이저 빔의 전력의 적어도 100 배인 전력 밀도를 가지며 조합된 레이저 빔의 빔 매개변수 곱은 개별 레이저 빔의 빔 매개변수 곱의 2*N 배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 매개변수 곱은 개별 레이저 빔의 빔 매개변수 곱의 1.5*N 배 이하이며; 조합된 레이저 빔의 빔 매개변수 곱은 개별 레이저 빔의 빔 매개변수 곱의 1*N 배 이하이며; 광섬유는 태양화에 저항(solarization resistant)하며; 공간적으로 조합하기 위한 수단은 레이저 다이오드의 위치 오류 또는 포인팅 오류(pointing error) 중 적어도 하나를 보정하기 위해, 정렬 평면 평행 판 및 웨지(wedge)로 구성된 그룹으로부터 선택된 광학 조립체를 가지며; 공간적으로 조합하기 위한 수단은 개별 레이저 빔에 걸쳐 조합된 레이저 빔의 유효 휘도를 증가시킬 수 있는 편광 빔 조합기를 가지며; 레이저 다이오드 조립체는 각각의 경로 사이에 공간을 갖는 개별 레이저 빔 경로를 정의하고, 이에 의해 개별 레이저 빔은 각각의 빔 사이에 공간을 가지며; 공간적으로 조합하기 위한 수단은 레이저 다이오드의 고속 축에서 개별 레이저 빔을 시준하기 위한 시준기, 시준된 레이저 빔을 조합하기 위한 주기적 미러를 가지며, 주기적 미러는 레이저 다이오드 조립체의 제 1 다이오드로부터 제 1 레이저 빔을 반사하고 레이저 다이오드 조립체의 제 2 다이오드로부터 제 2 레이저 빔을 전송하도록 구성되어 고속 방향으로 개별 레이저 빔 사이의 공간이 충전되며; 공간적으로 조합하기 위한 수단은 유리 기판에 패턴화된 미러를 가지며; 유리 기판은 레이저 다이오드들 사이의 빈 공간을 충전하기 위해 레이저 다이오드로부터 레이저 빔의 수직 위치를 이동시키는데 충분한 두께이고; 계단식 히트 싱크(heat sink)를 가진다.Also provided are methods and systems having one or more of the following features: having at least three laser diode assemblies; Each laser diode assembly has at least one laser diode; The laser diode assembly is capable of propagating a laser beam having a total power of at least about 2 watts and a beam parameter characteristic of less than 20 mm mrad; The beam parameter characteristic is less than 15 mm mrad; The beam parameter characteristic is less than 10 mm mrad; The spatially combining means produces the combined laser beam at N times the power density of the individual laser beams; Where N is the number of laser diodes in the laser diode assembly; The spatially combining means increases the power of the laser beam while preserving the brightness of the combined laser beam; The combined laser beam has a power that is at least 50 times the power of the individual laser beam and the beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to N times the beam parameter product of the individual laser beam; The beam parameter product of the combined laser beam is less than 1.5*N times the beam parameter product of the individual laser beam; The beam parameter product of the combined laser beam is less than 1*N times the beam parameter product of the individual laser beams; The means for spatially combining increases the power density of the composite laser beam while preserving the brightness of the individual laser beams; The combined laser beam has a power density that is at least 100 times the power of the individual laser beam and the beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to 2*N times the beam parameter product of the individual laser beam; The beam parameter product of the combined laser beam is not more than 1.5*N times the beam parameter product of the individual laser beams; The beam parameter product of the combined laser beam is less than or equal to 1*N times the beam parameter product of the individual laser beam; Optical fibers are solarization resistant; The means for spatially combining has an optical assembly selected from the group consisting of an alignment plane parallel plate and a wedge, to correct at least one of a positioning error or a pointing error of the laser diode; The means for spatially combining has a polarizing beam combiner capable of increasing the effective brightness of the combined laser beam across the individual laser beams; The laser diode assembly defines a separate laser beam path with a space between each path, whereby the individual laser beam has a space between each beam; The spatially combining means has a collimator for collimating individual laser beams at the high speed axis of the laser diode, a periodic mirror for combining the collimated laser beams, the periodic mirror being a first laser beam from the first diode of the laser diode assembly. And configured to transmit a second laser beam from a second diode of the laser diode assembly to fill the space between the individual laser beams in a high speed direction; Means for spatially combining have mirrors patterned on the glass substrate; The glass substrate is thick enough to move the vertical position of the laser beam from the laser diode to fill the void space between the laser diodes; It has a stepped heat sink.

또한, 고휘도, 고출력 레이저 빔을 제공하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 복수의 레이저 다이오드 조립체; 및 최종 휘도를 갖는 조합된 레이저 빔을 만들고 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리 장에서 단일 스폿을 형성하기 위해 청색 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 가지며; 각각의 레이저 다이오드 조립체는 초기 휘도를 갖는 청색 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 가지며; 각각의 레이저 다이오드는 조합된 레이저 빔의 휘도를 실질적으로 증가시키기 위해 외부 공동에 의해 상이한 파장으로 고정되며, 조합된 레이저 빔의 최종 휘도는 단일 레이저 다이오드로부터 레이저 빔의 초기 휘도와 거의 동일하다.Further, there is provided a laser system for providing a high brightness, high power laser beam, the system comprising: a plurality of laser diode assemblies; And means for spatially combining the blue laser beams to create a combined laser beam with final luminance and to form a single spot in a far field that can be coupled to the optical fiber; Each laser diode assembly has a plurality of laser diodes capable of generating a blue laser beam having an initial luminance; Each laser diode is fixed at a different wavelength by an external cavity to substantially increase the brightness of the combined laser beam, and the final brightness of the combined laser beam is approximately equal to the initial brightness of the laser beam from a single laser diode.

또한, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며: 여기서 각각의 레이저 다이오드는 격자를 기반으로 한 외부 공동을 사용하여 단일 파장으로 고정되고 각각의 레이저 다이오드 조립체는 좁은 간격의 광학 필터 및 격자로 구성된 그룹에서 선택된 조합 수단을 사용하여 조합된 빔에 조합되며; 라만 변환기(Raman convertor)는 더 높은 휘도 소스를 생성하는 외부 코어 및 청색 펌프 광을 함유하는 중앙 코어보다 더 큰 외부 코어를 갖춘 GeO₂ 도핑된 중앙 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되며; 라만 변환기는 더 높은 휘도 소스를 생성하는 P₂O₅ 도핑된 코어 및 청색 펌프 광을 함유하기 위해 중앙 코어보다 큰 외부 코어를 가지며; 라만 변환기는 더 높은 휘도 소스를 생성하기 위한 등급화된 인덱스 코어 및 청색 펌프 광을 함유하는 중앙 코어보다 큰 외부 코어를 가지는 광섬유이며; 라만 변환기는 등급화된 인덱스 GeO₂ 도핑된 코어 및 외부 스텝 인덱스 코어이며; 라만 변환기는 등급화된 인덱스 P₂O₅ 도핑된 코어 및 외부 스텝 인덱스 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되며; 라만 변환기는 등급화된 인덱스 GeO₂ 도핑된 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되며; 라만 변환기는 등급화된 인덱스 P₂O₅ 도핑된 코어 및 외부 스텝 인덱스 코어이며; 라만 변환기는 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위한 다이아몬드이며; 라만 변환기는 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위한 KGW이며; 라만 변환기는 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하는 YVO₄이며; 라만 변환기는 더 높은 휘도 레이저 소스를 생성하기 위한 Ba(NO₃)₂이며; 라만 변환기는 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위한 고압 가스이다.In addition, methods and systems are provided having one or more of the following features: wherein each laser diode is fixed at a single wavelength using an external cavity based on a grating, and each laser diode assembly is provided with a narrowly spaced optical filter and grating. Combined into the combined beam using a combination means selected from the group consisting of; The Raman convertor is used to pump Raman converters such as optical fibers with _{a GeO 2} doped central core with an outer core that produces a higher luminance source and a larger outer core than a central core containing blue pump light. ; _{The Raman transducer has a P 2} O ₅ doped core creating a higher luminance source and an outer core larger than the central core to contain the blue pump light; The Raman transducer is an optical fiber having a graded index core to create a higher luminance source and an outer core larger than the central core containing the blue pump light; The Raman transducer is a graded index GeO ₂ doped core and an outer step index core; The Raman transducer is used to pump the Raman transducer fiber, which is a graded index P ₂ O _{5 doped core and an outer step index core;} The Raman transducer is used to pump the Raman transducer fiber, which is a graded index GeO _{2 doped core;} Raman transducers are graded index P ₂ O ₅ doped core and outer step index core; The Raman transducer is a diamond to create a higher luminance laser source; The Raman converter is a KGW for generating a higher brightness laser source; _{The Raman transducer is YVO 4} which produces a higher luminance laser source; The Raman converter is Ba(NO ₃ ) ₂ to create a higher brightness laser source; The Raman transducer is a high pressure gas for producing a high-brightness laser source.

또한, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 각각 레이저 빔 경로를 따라 청색 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 갖는 복수의 레이저 다이오드 조립체; 및 라만 변환기에 광학적으로 커플링될 수 있는 원거리 장에서 단일 지점을 갖는 조합된 레이저 빔을 만들고, 라만 변환기를 펌핑하고, 조합된 레이저 빔의 휘도를 증가시키기 위해 청색 레이저 빔을 공간적으로 조합하는 수단을 가진다.Further, there is provided a laser system for performing laser operation, the system comprising: a plurality of laser diode assemblies each having a plurality of laser diodes capable of generating a blue laser beam along a laser beam path; And means for spatially combining blue laser beams to create a combined laser beam having a single point in a far field that can be optically coupled to the Raman transducer, pumping the Raman transducer, and increasing the brightness of the combined laser beam. Have.

또한, 조합된 레이저 빔을 제공하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 개별적인 상이한 파장에서 청색 레이저 빔을 생성하고 레이저 빔을 조합하여 원천 소스의 공간 휘도를 유지하면서 더 높은 전력 소스를 생성하기 위한 라만 변환기 레이저의 어레이를 가진다.Also provided is a method of providing a combined laser beam, the method comprising generating a blue laser beam at individual different wavelengths and combining the laser beams to produce a higher power source while maintaining the spatial luminance of the source source. It has an array of lasers.

또한, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 각각 레이저 빔 경로를 따라 청색 레이저 빔을 생성할 수 있는 복수의 레이저 다이오드를 갖는 복수의 레이저 다이오드 조립체; 레이저 빔 경로를 따라 광학 장치를 시준하고 조합하는 빔; 및 조합된 레이저 빔을 수용하기 위한 광학 섬유를 가진다.Further, there is provided a laser system for performing laser operation, the system comprising: a plurality of laser diode assemblies each having a plurality of laser diodes capable of generating a blue laser beam along a laser beam path; A beam collimating and combining the optics along the laser beam path; And an optical fiber for receiving the combined laser beam.

또한, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며; 여기서 광섬유는 희토류 도핑된 섬유와 광통신하며, 이에 의해 조합된 레이저 빔은 희토류 도핑된 섬유를 펌핑하여 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성할 수 있으며; 광섬유는 휘도 변환기의 외부 코어와 광통신하며, 이에 의해 조합된 레이저 빔은 휘도 변환기의 외부 코어를 펌핑하여 더 높은 비율의 휘도 개선을 생성할 수 있다.In addition, methods and systems are provided having one or more of the following features; Wherein the optical fiber is in optical communication with the rare earth doped fiber, whereby the combined laser beam can pump the rare earth doped fiber to produce a higher luminance laser source; The optical fiber is in optical communication with the outer core of the luminance converter, whereby the combined laser beam can pump the outer core of the luminance converter to produce a higher percentage of luminance improvement.

또한, 이중 코어 중 하나가 고휘도 중앙 코어인 이중 코어; 및 필터, 섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating), 1차 및 2차 라만 신호에 대한 V 수의 차이, 광섬유 길이 또는 공동 미러로 인해 1차 및 2차 라만 신호에 대한 왕복 이득의 차이 및 마이크로 벤드 손실(micro-bend loss)의 차이로 구성된 그룹에서 선택된 고휘도 중앙 코어에서 2차 라만 신호를 억제하는 수단을 가지는 라만 섬유가 제공된다.In addition, one of the double cores is a double core in which the high brightness central core; And filters, fiber Bragg gratings, differences in the number of Vs for primary and secondary Raman signals, differences in round trip gains for primary and secondary Raman signals due to fiber length or cavity mirrors, and micro-bend losses. A Raman fiber having a means of suppressing a secondary Raman signal in a high luminance central core selected from the group consisting of the difference in micro-bend loss is provided.

또한, 제 2 고조파 생성 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 제 1 파장의 절반 파장에서 비선형 결정체(crystal)에서 광을 생성하는 제 1 파장의 라만 변환기; 및 절반 파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 방지하도록 구성된 외부 공진 이중 결정체를 가진다.In addition, a second harmonic generation system is provided, the system comprising: a first wavelength Raman converter for generating light from a nonlinear crystal at half a wavelength of the first wavelength; And an externally resonant double crystal configured to prevent half-wavelength light from propagating through the optical fiber.

더욱이, 다음 특징들 중 하나 이상을 갖는 방법 및 시스템이 제공되며: 여기서, 제 1 파장은 약 460 nm이고; 외부 공진 더블링 결정체는 KTP이며; 라만 변환기는 라만 변환 효율을 향상시키도록 구성된 비-원형 외부 코어를 가진다.Moreover, methods and systems are provided having one or more of the following features: wherein the first wavelength is about 460 nm; The external resonant doubling crystal is KTP; The Raman converter has a non-circular outer core configured to improve the Raman conversion efficiency.

또한, 제 3 고조파 생성 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 제 1 파장보다 낮은 제 2 파장에서 광을 생성하기 위한 제 1 파장의 라만 변환기; 및 저 파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 방지하도록 구성된 외부 공진 이중 결정체를 가진다.Further, a third harmonic generation system is provided, the system comprising: a Raman converter of a first wavelength for generating light at a second wavelength lower than the first wavelength; And an externally resonant double crystal configured to prevent low-wavelength light from propagating through the optical fiber.

또한, 제 4 고조파 생성 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 57.5 nm 파장의 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 방지하도록 구성된 외부 공진 이중 결정체를 사용하여 57.5 nm에서 광을 생성하는 라만 변환기를 가진다.In addition, a fourth harmonic generation system is provided, the system having a Raman transducer that generates light at 57.5 nm using an externally resonant double crystal configured to prevent light of 57.5 nm wavelength from propagating through the optical fiber.

또한, 2차 고조파 생성 시스템이 제공되며; 상기 시스템은 450 nm에서 청색 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발산하여, 외부 공진 이중 결정체를 사용하지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 소스 레이저의 절반 파장 또는 236.5 nm에서 광을 생성하는 툴륨(Thulium)을 갖는 희토류 도핑된 휘도 변환기를 가진다.In addition, a second harmonic generation system is provided; The system emits a laser at 473 nm when pumped by an array of blue laser diodes at 450 nm, using an externally resonant double crystal but not allowing short wavelength light to propagate through the optical fiber at half wavelength or 236.5 nm. I have a rare earth doped luminance converter with Thulium that produces light in.

또한, 제 3 고조파 생성 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 희토류 도핑된 휘도 변환기를 가지며, 외부 공진을 사용하지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 118.25 nm에서 빛을 생성하기 위해 450 nm에서 청색 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발산하는 툴륨을 가진다.In addition, a third harmonic generation system is provided, which system has a rare earth doped luminance converter and uses external resonance but does not allow short wavelength light to propagate through the optical fiber at 450 nm to generate light at 118.25 nm. It has thulium emitting a laser at 473 nm when pumped by a blue laser diode array.

또한, 제 3 고조파 생성 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 희토류 도핑된 휘도 변환기를 가지며, 외부 공진을 사용하지만 단파장 광이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 59.1 nm에서 빛을 생성하기 위해 450 nm에서 청색 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발산하는 툴륨을 가진다.In addition, a third harmonic generation system is provided, which has a rare earth doped luminance converter and uses external resonance but does not allow short wavelength light to propagate through the optical fiber at 450 nm to generate light at 59.1 nm. It has thulium emitting a laser at 473 nm when pumped by a blue laser diode array.

또한, 레이저 작동을 수행하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 적어도 3 개의 레이저 다이오드 조립체를 가지며; 적어도 레이저 다이오드 조립체 각각은 적어도 10 개의 레이저 다이오드를 가지며, 적어도 10 개의 레이저 다이오드 각각은 레이저 빔 경로를 따라 적어도 약 2 와트의 전력 및 8 mm-mrad 미만의 빔 매개변수 곱을 갖는 청색 레이저 빔을 생성할 수 있으며, 각각의 레이저 빔 경로는 본질적으로 평행하므로 레이저 빔 경로를 따라 이동하는 레이저 빔 사이에 공간이 정의되며; 상기 시스템은 적어도 30 개의 레이저 빔 경로 모두에 위치된 청색 레이저 빔의 휘도를 공간적으로 조합하고 보존하기 위한 수단을 가지며, 공간적으로 조합하고 보존하기 위한 수단은 레이저 빔의 제 1 축에 대한 시준 광학 장치, 레이저 빔의 제 2 축에 대한 수직 프리즘 어레이, 및 망원경을 가지며; 공간적으로 조합하고 보존하기 위한 수단은 레이저 에너지로 레이저 빔 사이의 공간을 충전함으로써, 적어도 약 600 와트의 출력에서 조합된 레이저 빔, 및 44 mm-mrad 미만의 빔 매개변수 곱을 제공한다.Further, there is provided a laser system for performing laser operation, the system having at least three laser diode assemblies; At least each of the laser diode assemblies has at least 10 laser diodes, each of the at least 10 laser diodes generating a blue laser beam with a power of at least about 2 watts and a beam parameter product of less than 8 mm-mrad along the laser beam path. And, since each laser beam path is essentially parallel, a space is defined between the laser beams traveling along the laser beam path; The system has means for spatially combining and preserving the luminance of blue laser beams located in all at least 30 laser beam paths, the means for spatially combining and preserving a collimating optics for the first axis of the laser beam. , An array of prisms perpendicular to the second axis of the laser beam, and a telescope; The means for spatially combining and conserving is to fill the space between the laser beams with laser energy, thereby providing a combined laser beam at an output of at least about 600 watts, and a beam parameter product of less than 44 mm-mrad.

또한, 주소지정 가능한 어레이 레이저 처리 시스템이 제공되며, 주소지정 가능한 어레이 레이저 처리 시스템은 각각의 조합된 레이저 빔을 단일 광섬유에 커플링하도록 각각 구성되어, 적어도 3 개의 조합된 레이저 빔 각각이 커플링된 광섬유를 따라 전송될 수 있고, 3 개 이상의 광섬유가 레이저 헤드와 광학적으로 관련된 현재 설명된 유형의 적어도 3 개의 레이저 시스템; 및 목표 재료상의 미리 결정된 위치에서 각각의 조합된 레이저 빔을 전달하기 위한 미리 결정된 순서를 갖춘 프로그램을 갖는 제어 시스템을 가진다.In addition, an addressable array laser processing system is provided, wherein the addressable array laser processing system is each configured to couple each combined laser beam to a single optical fiber, wherein each of at least three combined laser beams is coupled. At least three laser systems of the presently described type, capable of being transmitted along optical fibers, wherein three or more optical fibers are optically associated with the laser head; And a control system having a program with a predetermined sequence for delivering each combined laser beam at a predetermined location on the target material.

또한, 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 주소지정 가능한 어레이를 위한 방법 및 시스템이 제공되며: 여기서, 레이저 헤드로부터 레이저 빔을 개별적으로 켜고 끄는 미리 결정된 순서를 통해 분말 층에 이미징하여 부품에 분말을 갖는 목표 재료를 용융 및 융합하며; 레이저 헤드의 섬유는 선형, 비선형, 원형, 마름모꼴, 정사각형, 삼각형 및 육각형으로 구성된 그룹에서 선택된 배열로 구성되며; 레이저 헤드의 섬유는 2x5, 5x2, 4x5, 적어도 5x 적어도 5, 10x5, 5x10 및 3x4로 구성된 그룹에서 선택된 배열로 구성되며; 목표 재료는 분말 층, 분말 층을 가로질러 레이저 헤드를 이송하여 분말 층을 용융 및 융합시킬 수 있는 x-y 모션 시스템, 및 융합된 층 뒤에 새로운 분말 층을 제공하기 위해 레이저 소스 뒤로 이동할 수 있는 분말 전달 시스템을 가지며; 분말 층의 표면 위로 레이저 헤드의 높이를 증가 및 감소시키기 위해 레이저 헤드를 이송할 수 있는 z-모션 시스템을 가지며; 양의 x 방향 또는 음의 x 방향으로 이동할 때 전달된 레이저 빔 바로 뒤에 분말을 배치할 수 있는 양-방향 분말 배치 장치를 가지며; 복수의 레이저 빔 경로와 동축인 분말 공급 시스템을 가지며; 중력 공급 분말 시스템을 가지며; 분말 공급 시스템을 가지며, 여기서 분말은 불활성 기체 흐름에 동반되며; N > 1이고 분말이 레이저 빔 앞에 중력에 의해 배치되는 N 레이저 빔을 가로지르는 분말 공급 시스템을 가지며; N > 1이고 분말이 레이저 빔을 교차하는 불활성 가스 흐름에 동반되는 N 레이저 빔을 가로지르는 분말 공급 시스템을 가진다.In addition, a method and system for addressable arrays having one or more of the following features are provided: wherein the target having the powder in the part by imaging onto the powder layer through a predetermined sequence of individually turning on and off the laser beam from the laser head. Melting and fusing the material; The fibers of the laser head are composed of an arrangement selected from the group consisting of linear, nonlinear, circular, rhombic, square, triangular and hexagonal; The fibers of the laser head are composed of an arrangement selected from the group consisting of 2x5, 5x2, 4x5, at least 5x at least 5, 10x5, 5x10 and 3x4; The target material is a powder layer, an xy motion system that can melt and fuse the powder layer by transporting the laser head across the powder layer, and a powder delivery system that can move behind the laser source to provide a new layer of powder behind the fused layer. Has; It has a z-motion system capable of transporting the laser head to increase and decrease the height of the laser head over the surface of the powder layer; It has a bi-directional powder placement device capable of placing the powder immediately after the delivered laser beam when moving in the positive x direction or the negative x direction; Having a powder supply system coaxial with a plurality of laser beam paths; Has a gravity feed powder system; It has a powder supply system, wherein the powder is entrained in an inert gas stream; It has a powder feeding system where N>1 and the powder traverses the N laser beam in front of the laser beam by gravity placed by gravity; It has a powder supply system where N> 1 and the powder crosses the N laser beam entrained in an inert gas flow crossing the laser beam.

또한, 고휘도를 갖는 조합된 청색 레이저 빔을 제공하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 복수의 개별 청색 레이저 빔을 제공하기 위해 복수의 라만 변환 레이저를 작동시키고 원천 소스의 공간적 휘도를 보존하면서 더 높은 출력 소스를 생성하기 위해 개별 청색 레이저 빔을 조합하는 단계를 포함하며; 복수의 개별 레이저 빔은 상이한 파장을 가진다.In addition, a method of providing a combined blue laser beam with high luminance is provided, wherein the method operates a plurality of Raman transformed lasers to provide a plurality of individual blue laser beams, while preserving the spatial luminance of the source source with a higher output power. Combining individual blue laser beams to create a source; The plurality of individual laser beams have different wavelengths.

더욱이, 목표 재료를 레이저 처리하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 3 개의 개별적인 조합된 레이저 빔을 3 개의 개별적인 광섬유로 생성하기 위해 현재 설명된 시스템 유형의 적어도 3 개의 레이저 시스템을 가지며; 조합된 각각의 레이저 빔을 광섬유를 따라 레이저 헤드로 전송하고; 목표 재료상의 미리 결정된 위치에서 미리 결정된 순서로 레이저 헤드로부터 3 개의 개별적인 조합된 레이저 빔을 지향시키는 주소지정 가능한 어레이 레이저 처리 시스템을 가진다.Moreover, a method of laser processing a target material is provided, the method having at least three laser systems of the currently described system type for generating three separate combined laser beams into three separate optical fibers; Transmitting each of the combined laser beams along the optical fiber to the laser head; It has an addressable array laser processing system that directs three individual combined laser beams from the laser head in a predetermined order at predetermined locations on the target material.

도 1은 본 발명에 따른 섬유 어레이에 기초한 3-D 프린터의 실시예의 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 섬유 기반 프린터 헤드의 실시예의 사시도이다.
도 2b는 다른 관점으로부터 도 2a의 섬유 기반 프린터 헤드의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 번들 및 빔 경로의 실시예의 개략적인 그래픽 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 1-D 패터닝 시스템을 위한 섬유 번들에 대한 1-D 번들 커넥터 출력의 실시예의 사시도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 섬유 조합기의 실시예의 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 2차 레이저 열원 및 1차 1-D 패터닝 시스템을 갖는 3-D 프린터 헤드의 실시예의 개략도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 2차 레이저 패턴 및 다중 스팟 1차 이미지의 중첩 이미지의 실시예의 사시도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 2차 레이저 열원 및 1차 1-D 패터닝 시스템을 갖는 3-D 프린터 헤드의 실시예의 개략도이다.
도 6b는 본 발명에 따른 2차 레이저 패턴과 다중 스팟 1차 이미지의 중첩 이미지의 실시예의 사시도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 1차원 1차 다중 스폿 이미지 및 1차 이미지용 레이저 다이오드 어레이에 기초한 2차 가열 이미지를 갖는 프린터 헤드의 실시예의 개략도이다.
도 7b는 본 발명에 따른 2차 레이저 패턴과 다중 스팟 1차 이미지의 중첩 이미지의 실시예의 사시도이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명에 따른 분말 층 상의 섬유 번들 이미지 구성(예를 들어, 레이저 빔 패턴 또는 레이저 패턴을 형성하는 레이저 빔)의 다양한 실시예의 평면도이며, 화살표는 층에서 패턴의 이동 방향을 나타낸다.
도 9a 내지 도 9f는 분말 층 상의 섬유 번들 이미지 구성(예를 들어, 레이저 빔 패턴 또는 레이저 패턴을 형성하는 레이저 빔)의 다양한 실시예의 평면도이며, 여기서 1차 레이저 빔 이미지는 본 발명에 따라서 2차 레이저 빔 이미지와 관련되며, 화살표는 층에서 두 패턴의 이동 방향을 나타낸다(1차 이미지 스팟은 단색 스팟으로 표시되고 2차 이미지 스팟은 윤곽 스팟으로 표시된다).
도 10a 내지 도 10f는 분말 층 상의 섬유 번들 이미지 구성(예를 들어, 레이저 빔 패턴 또는 레이저 패턴을 형성하는 레이저 빔)의 다양한 실시예의 평면도이며, 여기서 1차 레이저 빔 이미지는 2차 레이저 빔 이미지와 관련되고 제 2 레이저 빔은 본 발명에 따라 상이한 형상의 2차 이미지를 생성하는 상이한 타이밍 특징을 가지며, 화살표는 층 상의 두 패턴의 이동 방향을 나타낸다(1차 이미지 스팟은 단색 스팟으로 표시되고 2차 이미지 스팟은 윤곽 스팟으로 표시된다).
도 11은 본 발명에 따른 열 화상 카메라에서 분말 층 상의 이미지 매핑의 개략적인 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 제어 시스템 및 폐쇄 루프 제어 공정의 실시예의 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른 청색 라만 변환 레이저 빔의 이미지 및 스펙트럼이다.1 is a perspective view of an embodiment of a 3-D printer based on a fiber array according to the present invention.
2A is a perspective view of an embodiment of a fiber-based printer head according to the present invention.
2B is a perspective view of the fiber-based printer head of FIG. 2A from another perspective.
3 is a schematic graphical illustration of an embodiment of an optical bundle and beam path according to the present invention.
4A is a perspective view of an embodiment of a 1-D bundle connector output for a fiber bundle for a 1-D patterning system according to the present invention.
4B is a perspective view of an embodiment of a fiber combiner according to the present invention.
5A is a schematic diagram of an embodiment of a 3-D printer head having a secondary laser heat source and a primary 1-D patterning system according to the present invention.
5B is a perspective view of an embodiment of a superimposed image of a secondary laser pattern and a multi-spot primary image according to the present invention.
6A is a schematic diagram of an embodiment of a 3-D printer head having a secondary laser heat source and a primary 1-D patterning system according to the present invention.
6B is a perspective view of an embodiment of a superimposed image of a secondary laser pattern and a multi-spot primary image according to the present invention.
Fig. 7A is a schematic diagram of an embodiment of a printer head having a one-dimensional first order multi-spot image and a second heating image based on a laser diode array for the first image according to the present invention.
7B is a perspective view of an embodiment of a superimposed image of a secondary laser pattern and a multi-spot primary image according to the present invention.
8A-8F are plan views of various embodiments of a fiber bundle image configuration (eg, a laser beam pattern or a laser beam forming a laser pattern) on a powder layer according to the present invention, with arrows indicating the direction of movement of the pattern in the layer. Show.
9A-9F are plan views of various embodiments of a fiber bundle image configuration (e.g., a laser beam pattern or a laser beam forming a laser pattern) on a powder layer, wherein the primary laser beam image is a secondary according to the present invention. Regarding the laser beam image, the arrows indicate the direction of movement of the two patterns in the layer (the primary image spot is indicated by a monochromatic spot and the secondary image spot is indicated by a contour spot).
10A-10F are plan views of various embodiments of a fiber bundle image configuration (e.g., a laser beam pattern or a laser beam forming a laser pattern) on a powder layer, wherein the primary laser beam image is a secondary laser beam image and The second laser beam is related and has different timing characteristics to produce secondary images of different shapes according to the invention, and the arrows indicate the direction of movement of the two patterns on the layer (the primary image spot is indicated by a monochromatic spot and the secondary The image spot is denoted as a contour spot).
11 is a schematic plan view of image mapping on a powder layer in a thermal imaging camera according to the present invention.
12 is a schematic diagram of an embodiment of a control system and a closed loop control process according to the present invention.
13 is an image and spectrum of a blue Raman transform laser beam according to the present invention.

본 발명은 재료의 레이저 처리, 특히 약 350 nm 내지 700 nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 사용하는 레이저 적층 제작 공정을 포함한 재료의 레이저 빌드에 관한 것이다.The present invention relates to the laser processing of the material, in particular the laser build of the material, including a laser additive manufacturing process using a laser beam having a wavelength of about 350 nm to 700 nm.

1-D 1-D 패터닝Patterning 시스템 system

도 1은 3-D(3-차원) 적층 제작 장치 또는 프린터 장치(100)의 사시도이다. 프린터 장치(100)는 1-D(1-차원) 섬유 구성인 프린트 헤드로 들어오는 섬유 구성을 가진다. 이러한 1-D 시스템은 예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 선형 방식으로 배열된 유입 섬유를 가지며 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 광선 경로 및 광학 장치를 가진다.1 is a perspective view of a 3-D (3-dimensional) additive manufacturing apparatus or printer apparatus 100. The printer apparatus 100 has a fiber configuration entering the print head, which is a 1-D (1-dimensional) fiber configuration. This 1-D system has the incoming fibers arranged in a linear manner, for example as shown in FIGS. 2A and 2B, and has a light path and optics, for example as shown in FIG. 3.

따라서, 도 1 내지 도 3은 1-D 패터닝 시스템을 사용하는 3-D 프린터의 예이며, 여기서 1-D는 3-D 물체를 빌드하는데 사용되는 레이저 빔을 제공하고 발사하는 섬유 번들의 구성을 나타낸다.Accordingly, FIGS. 1 to 3 are examples of a 3-D printer using a 1-D patterning system, where 1-D represents the configuration of a fiber bundle that provides and fires a laser beam used to build a 3-D object. Show.

먼저, 도 1을 참조하지만, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 맥락에서, 시스템(100)은 x 및 y 방향으로 프린트 헤드(200)를 이동시키는 x-y 갠트리 시스템(gantry system)(101)으로 구성된다. 갠트리 시스템은 화강암 또는 금속 또는 바람직하게 무겁고 안정인 기타 재료로 만들어질 수 있는 베이스(112)에 안착된다. 베이스는베이스로부터 분말 층(110) 및 프린터 헤드(200)로 진동이 전달되는 것을 방지하기 위해 그 아래에 고무 또는 공기 지지대를 사용하여 시스템의 나머지 부분으로부터 진동이 차단될 수 있다. 전체 시스템(100)은 기밀 환경(도면에 도시되지 않음)으로 포위되어 분말 처리를 위한 불활성 분위기를 제공할 수 있다. 불활성 분위기는 아르곤, 질소, 헬륨 또는 산소 이외의 다른 불활성 가스일 수 있다. 불활성 대기는 감압, 대기압 또는 증가된 압력에 있을 수 있으며, 대부분은 흐름을 통해(흐름 및 유출 포트에서), 흐름으로(즉, 보충 가스가 유입되지만 유출되지 않음) 또는 비-흐름(활성 가스로의 충전 후 입력 및 출력이 폐쇄됨)으로 수행될 수 있다. 바람직한 실시예는 그들의 표면 장력을 파괴함으로써 용융된 분말의 흐름을 촉진하기 위한 아르곤뿐만 아니라 아르곤-CO₂ 혼합물이다. 갠트리 스테이지는 프린터 헤드(200)를 운반하고 섬유 어레이 번들은 QBH 스타일 커넥터(style connector)(102)에 의해 프린터 헤드(200)로 전달된다. 프린터 헤드 바로 아래에는 분말 층(110)이 있으며, 여기서 섬유 번들 또는 어레이에 의해 전송된 이미지는 분말 층(110)에서 이미지(103)로 재-이미징화된다. 분말은 정밀 이동을 위한 한 쌍의 선형 레일(109)을 타고 있는 양방향 분말 확산기(108)에 의해 확산된다. 분말 확산기는 갠트리 시스템(101)의 Y 병진 운동 스테이지(106)의 y 모션에 의해 또는 분말 확산기 조립체에 통합된 별도의 모터에 의해 이동될 수 있다. 분말은 전방과 후방 모두의 베이스(112)의 에지에 있는 분말 확산기에 적재되고, 분말은 중력 공급에 의해 분말 층으로 전달된다. 분말 확산기는 분말 층을 펼치고 압축하기 위해 모션의 반대 방향으로 회전하는 롤러(107)를 포함한다. 분말 층을 압축함으로써, 최종 부품의 다공성이 최소화될 수 있다. 출력 및 센서 판독 값은 갠트리가 y 방향으로 이동함에 따라 갠트리 측면의 가요성 케이블 트레이(flexible cable tray)(105)를 통해 라우팅된다.First, referring to Fig. 1, but in the context of Figs. 2A, 2B and 3, the system 100 consists of an xy gantry system 101 that moves the print head 200 in the x and y directions. do. The gantry system is seated on a base 112 which may be made of granite or metal or other material that is preferably heavy and stable. The base can be shielded from vibrations from the rest of the system by using a rubber or air support underneath it to prevent vibrations from being transmitted from the base to the powder layer 110 and the print head 200. The entire system 100 may be surrounded by an airtight environment (not shown in the drawings) to provide an inert atmosphere for powder processing. The inert atmosphere may be argon, nitrogen, helium, or an inert gas other than oxygen. The inert atmosphere can be at reduced pressure, atmospheric pressure, or increased pressure, most of which is through flow (at the flow and outlet ports), by flow (i.e. make-up gas enters but does not exit) or non-flow (to active gas). After charging, the input and output are closed). _{A preferred embodiment is an argon-CO 2} mixture as well as argon to promote the flow of molten powders by breaking their surface tension. The gantry stage carries the print head 200 and the fiber array bundle is delivered to the print head 200 by a QBH style connector 102. Just below the printer head is a powder layer 110, where the image transmitted by the fiber bundle or array is re-imaged from the powder layer 110 to an image 103. The powder is diffused by a bidirectional powder diffuser 108 riding a pair of linear rails 109 for precise movement. The powder diffuser may be moved by the y motion of the Y translational stage 106 of the gantry system 101 or by a separate motor incorporated in the powder diffuser assembly. The powder is loaded into a powder diffuser at the edge of the base 112 both front and rear, and the powder is transferred to the powder layer by gravity feed. The powder diffuser includes rollers 107 that rotate in the opposite direction of motion to spread and compress the powder layer. By compacting the powder layer, the porosity of the final part can be minimized. Output and sensor readings are routed through a flexible cable tray 105 on the side of the gantry as the gantry moves in the y direction.

갠트리 시스템(101)은 프린트 헤드(220)를 y 방향으로 운동시키기 위한 Y 병진 운동 스테이지(106); 및 x 방향으로 프린트 헤드(220)의 운동을 위한 Z 병진 운동 스테이지(111)를 가진다. 시스템(100)은 (다음 층이 부품 상에 증착될 수 있도록 빌드될 때 부품을 아래로 이동시키기 위한)분말 층 엘리베이터(104)를 가진다.The gantry system 101 includes a Y translation stage 106 for moving the print head 220 in the y direction; And a Z translational movement stage 111 for movement of the print head 220 in the x direction. The system 100 has a powder floor elevator 104 (to move the part down as it is built so that the next layer can be deposited on the part).

프린터 헤드(200)의 바람직한 실시예가 도 2a 및 도 2b에 도시된다. 도 2a 및 도 2b는 동일한 실시예의 사시도이지만, 다른 관점에서 본다면, 전형적으로 프린트 헤드는 도면에 도시되지 않은 전방 판을 덮거나 전방 판을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 섬유 번들은 2, 3, 4, 5, 6, 2 내지 10 개 및 이들의 조합뿐만 아니라 더 많은 수가 일렬로, 바람직하게 직선으로 배열된다. 섬유 번들은 QBH 커넥터(201)를 통해 전달된다. QBH 커넥터(201)는 프린트 헤드(200)의 케이스(203)에 장착된 콜릿(collet)(202)에 의해 제자리에 고정된다. 광학 시스템은 시준 광학 장치(204) 및 초점 광학 장치(205)로 구성된다. 이들 두 광학 장치는 단일 이미징 광학 장치로 대체될 수 있다. 레이저 빔은 섬유(210)의 표면으로부터 발사되고 레이저 빔은 레이저 빔 경로를 따라 렌즈(204), 렌즈(205)로 이동한 다음 창(209) 밖으로 이동하여 이미지(103)를 형성한다. 광학 시스템에 추가하여, 프린터 헤드(200)는 또한, 분말 층 상의, 다중 스폿 이미지(103)를 위한 개구 또는 창(208)을 통해 용융 풀(pool)의 온도를 모니터링하기 위한 열 화상 카메라 또는 고온계 카메라(207)를 수용할 수 있다.A preferred embodiment of the print head 200 is shown in Figs. 2A and 2B. 2A and 2B are perspective views of the same embodiment, but from a different perspective, it should be understood that typically the print head may cover or have a front plate not shown in the drawings. Fiber bundles are 2, 3, 4, 5, 6, 2 to 10 and combinations thereof, as well as a greater number of them arranged in a line, preferably in a straight line. The fiber bundle is delivered through the QBH connector 201. The QBH connector 201 is held in place by a collet 202 mounted on the case 203 of the print head 200. The optical system consists of collimating optics 204 and focusing optics 205. These two optical devices can be replaced with a single imaging optical device. The laser beam is emitted from the surface of the fiber 210 and the laser beam travels along the laser beam path to the lens 204, lens 205 and then out of the window 209 to form the image 103. In addition to the optical system, the printer head 200 can also be used with a thermal imaging camera or pyrometer for monitoring the temperature of the molten pool through the window 208 or opening for the multi-spot image 103, on the powder layer. A camera 207 can be accommodated.

도 4를 참조하면, 1-D 광학 시스템(300) 및 그의 레이저 빔 경로의 광선 추적의 실시예의 개략도가 도시된다. 이 1D 광학 시스템은 예를 들어, 프린트 헤드(200)에 사용될 수 있다. 섬유 번들(301)은 직선으로 배열된 5 개의 광섬유(301a, 301b, 301c, 301d, 301e)를 가지며, 광선 경로(305)를 갖는 빔 경로를 따라 출력 레이저 빔을 제공하며, 출력은 렌즈(302)에 의해 시준될 수 있으며, 렌즈는 평-볼록 렌즈(plano-convex lens), 평-볼록 비구면 렌즈(plano-convex aspheric lens), 한 쌍의 렌즈, 삼중 렌즈 또는 유사한 유형의 광학 장치일 수 있다. 광선 경로(307)를 갖는 어레이 번들로부터 시준된 빔은 평-볼록 렌즈, 평-볼록 비구면 레즈, 한 쌍의 렌즈, 삼중 렌즈 또는 유사한 유형의 광학 장치일 수 있는 포커싱 렌즈(303)에 의해 일련의 스팟(304a, 304b, 304c, 304d, 304e)을 갖는 이미지(304)에 포커싱된다. 섬유의 크기는 스케일(320)로 표시되고 이미지 및 스폿의 크기는 스케일(321)로 표시된다. 평-볼록 렌즈와 평-비구면 렌즈의 곡면은 시스템의 구면 수차를 최소화하기 위해 서로 마주한다. 도 3에 도시된 광선 추적은 2 개의 융합된 실리카 평-비구면 렌즈용이다. 스폿은 초점면 또는 푸리에 변환 평면에 있으며 시스템의 작은 수차로 인해, 이미지가 약간 퍼져 개별 광섬유 이미지(즉, 스폿(304a, 304b, 304c, 304d, 304e))의 중첩을 초래하며, 이는 이미지(304)를 구성한다. 시스템은 또한, 단일 이미징 렌즈를 사용할 수 있으며, 여기서 광섬유 소스(301)의 발사면은 이미징 광학 장치로부터 적어도 2f 떨어져 배치되고 이미지 평면은 동일한 광학 장치로부터 적어도 2f 떨어져 있을 것이다. 이러한 접근방법은 광섬유 번들을 재-이미징화하기 위해 시준 렌즈 및 초점 렌즈를 사용하는 바람직한 실시예보다 실질적으로 더 큰 렌즈를 필요로 한다. 열 화상 카메라 또는 고온계 카메라는 바람직하게, 분말 층 상의, 다중 스폿 이미지의 각각의 개별 스폿에 대해 용융 풀의 온도를 모니터링한다.4, a schematic diagram of an embodiment of a ray tracing of a 1-D optical system 300 and its laser beam path is shown. This 1D optical system can be used, for example, in the print head 200. Fiber bundle 301 has five optical fibers 301a, 301b, 301c, 301d, 301e arranged in a straight line, and provides an output laser beam along a beam path having a light path 305, and the output is a lens 302 ), and the lens can be a plano-convex lens, a plano-convex aspheric lens, a pair of lenses, a triple lens, or a similar type of optical device. . The collimated beam from the array bundle with ray path 307 is a series of focusing lenses 303, which may be plano-convex lenses, plano-convex aspherical reds, a pair of lenses, triple lenses, or similar types of optics. The image 304 with spots 304a, 304b, 304c, 304d, 304e is focused. The size of the fiber is indicated by the scale 320 and the size of the image and spot is indicated by the scale 321. The curved surfaces of the plano-convex lens and the plano-aspherical lens face each other to minimize the spherical aberration of the system. The ray tracing shown in FIG. 3 is for two fused silica plano-aspherical lenses. The spot is in the focal plane or Fourier transform plane, and due to small aberrations in the system, the image spreads slightly, resulting in the overlap of individual fiber images (i.e. spots 304a, 304b, 304c, 304d, 304e), which results in image 304 ). The system may also use a single imaging lens, where the firing surface of the fiber optic source 301 will be positioned at least 2f away from the imaging optics and the image plane will be at least 2f away from the same optics. This approach requires substantially larger lenses than the preferred embodiment using collimating and focusing lenses to re-image the optical fiber bundle. A thermal imaging camera or a pyrometer camera preferably monitors the temperature of the molten pool for each individual spot of the multi-spot image, on the powder layer.

1-D 패터닝 시스템의 실시예에서, 이미터의 1-D 라인, 예를 들어 섬유 면은 섬유의 물리적 크기와 QBH 커넥터에 따라 2, 3, 4,… n이 될 수 있다. 실시예에서, 단일 섬유가 있다. 실시예에서, 2 내지 15, 2 내지 10, 5 내지 50, 2 내지 1,000, 5 내지 500, 100 내지 2,000, 10 초과, 20 초과, 50 초과, 및 이들의 조합과 변형, 그리고 더 크고 더 적은 수의 섬유가 예를 들어, 나란히 배치된다. 따라서, 예를 들어 직경 200 ㎛의 섬유(예를 들어, 약 10 내지 약 185 ㎛의 코어 직경을 가짐)가 사용될 수 있으며 그들의 빔과 빔 이미지는 분말 층에 재-이미징화되어 분말을 베이스 재료에 용융시키고 융합시키기 위한 출력을 제공한다.In an embodiment of the 1-D patterning system, the 1-D line of the emitter, for example the fiber side, is 2, 3, 4,... depending on the physical size of the fiber and the QBH connector. can be n In an embodiment, there is a single fiber. In embodiments, 2 to 15, 2 to 10, 5 to 50, 2 to 1,000, 5 to 500, 100 to 2,000, more than 10, more than 20, more than 50, and combinations and variations thereof, and larger and smaller numbers The fibers of, for example, are placed side by side. Thus, for example fibers with a diameter of 200 μm (e.g., having a core diameter of about 10 to about 185 μm) can be used and their beams and beam images are re-imaged to the powder layer to transfer the powder to the base material. It provides the power to melt and fuse.

도 4을 참조하면, QBH 스타일 번들 커넥터 출력(700)의 실시예의 사시도가 도시된다. 이 커넥터 출력(700)은 5 개의 레이저 빔 이미터 및 그들의 이미지, 예를 들어 원형 스폿을 제공하기 위해 직선으로 배열된 5 개의 섬유(701)를 가진다. 커넥터 출력(700)은 5 개의 섬유를 수용하는 기계적인 QBH 입력(702)을 가진다. 이러한 입력(702)은 예를 들어 프린터 헤드, 또는 예를 들어 도 4b에 도시된 유형의 조합 조립체에 연결될 수 있다. 커넥터 출력(700)은 광섬유를 덮고 브레이크 센서(break senor)를 갖는 보호 커버(703)를 가진다.4, a perspective view of an embodiment of a QBH style bundle connector output 700 is shown. This connector output 700 has 5 laser beam emitters and 5 fibers 701 arranged in a straight line to provide an image of them, eg a circular spot. Connector output 700 has a mechanical QBH input 702 that accommodates five fibers. This input 702 may be connected to, for example, a printer head, or a combination assembly of the type shown in FIG. 4B, for example. The connector output 700 has a protective cover 703 that covers the optical fiber and has a break sensor.

섬유 번들 조합기의 실시예의 예가 도 4b에 도시된다. 이러한 경우에 조합기(806)는 입력 광섬유(801, 802, 803, 804, 805)가 있는 자유 공간 조합기이며, 조합되기 전에 시준을 시작하고 출력 광섬유 번들(807)로 다시 초점을 맞춘 다음, 광섬유에 의해 예를 들어, 출력 커넥터, 프린터 헤드로 전송된다. 섬유 번들은 각각의 개별 섬유(801, 802, 803, 804, 805)로부터 전력을 수신하고 분말 층에 재-이미징화된다. 각각의 광섬유로부터의 전력은 예를 들어, 갠트리 시스템이 얼마나 빨리 스캔할 수 있는 지의 속도 및 광섬유 번들 이미지의 크기에 따라서, 약 2 와트(W), 10 W, 100 W, 약 150 W, 약 500 W, 약 1 kW, 약 2 kW, 약 1 W 내지 약 2 kW, 약 2 W 내지 약 150 W, 약 250 W 내지 약 1 kW 또는 수-kW, 그리고 이들의 조합 및 변형일 수 있다.An example of an embodiment of a fiber bundle combiner is shown in FIG. 4B. In this case combiner 806 is a free space combiner with input optical fibers 801, 802, 803, 804, 805, which starts collimating before being combined and refocuses to the output fiber bundle 807, and then the fiber. By way of example, the output connector is sent to the printer head. The fiber bundle receives power from each individual fiber 801, 802, 803, 804, 805 and is re-imaged to the powder layer. The power from each fiber is about 2 watts (W), 10 W, 100 W, about 150 W, about 500 watts, depending on, for example, the speed of how fast the gantry system can scan and the size of the fiber bundle image. W, about 1 kW, about 2 kW, about 1 W to about 2 kW, about 2 W to about 150 W, about 250 W to about 1 kW or several-kW, and combinations and variations thereof.

1-D 섬유 번들 구성 및 프린터 헤드에 의해 생성될 수 있는 1-D 레이저 이미지 패턴(예를 들어, 다중 스폿 이미지)의 다양한 실시예의 예가 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f에 도시된다. 분말 층에서 패턴의 운동 방향은 화살표로 표시된다. 이들 레이저 패턴은 본 발명에 따른 적층 제작 시스템, 프린터 헤드 및 방법의 임의의 실시예와 함께 사용될 수 있다.Examples of various embodiments of 1-D fiber bundle configurations and 1-D laser image patterns (e.g., multiple spot images) that can be generated by the printer head are shown in Figs. 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, It is shown in Figure 8f. The direction of movement of the pattern in the powder layer is indicated by arrows. These laser patterns can be used with any embodiment of the additive manufacturing system, printer head and method according to the present invention.

다중 스팟 이미지의 스팟은 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 및 기타 형상일 수 있으며; 이들은 결합, 인접, 중첩, 부분적으로 중첩될 수 있으며; 이들은 선형, 직선, 곡선, 지그재그형, 더 큰 구역을 형성하는 패턴, 예를 들어 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며; 이들의 조합 및 변형 그리고 기타 구성 및 배열일 수 있다. 이들 레이저 패턴은 본 발명에 따른 적층 제작 시스템, 프린터 헤드 및 방법의 임의의 실시예와 함께 사용될 수 있다.The spots of the multi-spot image can be circular, oval, square, rectangular, and other shapes; They can be joined, contiguous, overlapping, or partially overlapped; They can be linear, straight, curved, zigzag, patterns forming larger areas, for example squares or rectangles; Combinations and variations thereof, and other configurations and arrangements may be made. These laser patterns can be used with any embodiment of the additive manufacturing system, printer head and method according to the present invention.

부품은 분말 층을 가로질러 섬유 번들의 1-D 이미지를 스캔함으로써 인쇄된다. 고출력 광섬유 출력의 1D 이미지는 갠트리 시스템에 의해 y 축에서 스윕(swept)되고 패턴을 반복하기 위해 x 축에서 스텝 오버(stepped over)된다. 스텝 오버는 트랙 프린터에만 인접해 있거나 최종 부품에서 원하는 응력 패턴에 따라 임의로 변경될 수 있다. 인쇄 후에, 분말 층 아래에 위치된 분말 층 엘리베이터는 분말 층을 미리 결정된 양(예를 들어, 약 40 ㎛, 약 50 ㎛, 약 60 ㎛, 약 35 ㎛ 내지 약 65 ㎛, 및 이들의 조합과 더 크고 더 작은 거리)을 떨어뜨리며, 분말 확산기는 분말 금속 층을 균일하게 펴고 롤러는 분말 층을 압축하여 분말의 다공성을 감소시킨다. 분말 층이 다음 층을 위해 준비된 후, 다음 층은 그의 표면을 가로질러 스캔된 1-D 섬유 번들의 이미지와 함께 인쇄된다.The part is printed by scanning a 1-D image of the fiber bundle across the powder layer. The 1D image of the high power fiber output is swept in the y-axis by the gantry system and stepped over in the x-axis to repeat the pattern. The step-over can only be adjacent to the track printer or can be arbitrarily changed according to the desired stress pattern in the final part. After printing, a powder layer elevator positioned below the powder layer may be used to add the powder layer to a predetermined amount (e.g., about 40 μm, about 50 μm, about 60 μm, about 35 μm to about 65 μm, and combinations thereof). Larger and smaller distances), the powder diffuser evenly spreads the powder metal layer and the roller compresses the powder layer to reduce the porosity of the powder. After the powder layer has been prepared for the next layer, the next layer is printed with images of 1-D fiber bundles scanned across its surface.

광섬유 시스템은 또한 개별 레이저 다이오드로 대체될 수 있지만, 이는 프린트 헤드의 크기와 개별 레이저 다이오드를 구동하는데 필요한 복잡한 전자 장치 때문에 바람직한 실시예가 아니다. 개별 레이저 다이오드는 주소지정 가능한 레이저 다이오드 어레이 바의 일부일 수 있으며, 이 경우 개별 레이저 다이오드는 개별 전류 구동 기능을 갖춘 연속 바 조립체의 일부이다. 이는 이미터당 전력이 제한된 섬유 접근 방식에 대한 좋은 대안이다.Fiber optic systems can also be replaced by individual laser diodes, but this is not a preferred embodiment because of the size of the print head and the complex electronics required to drive the individual laser diodes. The individual laser diodes may be part of an addressable laser diode array bar, in which case the individual laser diodes are part of a continuous bar assembly with individual current drive capability. This is a good alternative to the fiber approach with limited power per emitter.

2차 레이저를 갖춘 1D 1D with secondary laser 패터닝Patterning 시스템 system

실시예에서, 추가 또는 제 2 레이저 빔이 프린트 헤드에 추가되어 인쇄된 이미지의 예열, 냉각 제어 및 온도 제어 수단을 제공한다. 2차 레이저 빔은 가열 빔으로도 지칭되며; 분말을 용융시키고 융합시켜 물체를 형성하는데 사용되는 1차 레이저 빔은 빌드 레이저 및 빌드 레이저 빔으로 지칭될 수 있다.In an embodiment, an additional or second laser beam is added to the print head to provide means for preheating, cooling control and temperature control of the printed image. The secondary laser beam is also referred to as a heating beam; The primary laser beam used to melt and fuse the powder to form an object may be referred to as a build laser and a build laser beam.

1차 및 2차 레이저 빔을 갖는 프린트 헤드의 실시예가 도 5a에 도시되며, 1차 레이저 빔을 제공하고 분말 층에 1차 이미지(409)(다중 스팟 이미지일 수 있음)를 생성하는 섬유 번들은 QBH 커넥터(401)에 의해 전달되고 콜릿(402)에 의해 프린트 헤드(400)에 장착된다. 1차 이미지(409)에 대한 빔 경로 및 빔 전달을 위한 광학 시스템은 섬유 번들의 출력을 시준하기 위한 렌즈(405)로 구성된다. 시준된 출력은 초점 렌즈(406)에 의해 1차 이미지(409)로서 파워 층에 초점이 맞춰진다. 이러한 광학 시스템은 렌즈가 평-볼록, 평-볼록 비구면, 이중 또는 삼중 렌즈일 수 있는 이전 설명과 유사하다. 제 2 레이저 빔은 콜릿(404)과 함께 프린트 헤드에 장착되는, QBH 커넥터(403)에 의해 전달되는 광섬유를 통해 프린트 헤드(400)로 도입된다. 렌즈(407)는 섬유의 출력을 시준하는데 사용된다. 렌즈(407)는 평-볼록, 평-볼록 비구면, 이중 또는 삼중 렌즈일 수 있다. 고출력 레벨에서 대부분의 시멘트가 고출력 레벨에서 견뎌내지 못하기 때문에 이중 또는 삼중 렌즈는 공기 간격을 가져야 한다. 시준된 빔은 렌즈 또는 마이크로 렌즈 시스템(408)에 의해 분말 층으로 변환되고 초점이 맞춰지며, 빔을 2차 이미지로 형상화하고 이를 1차 이미지(409)와 중첩되도록 방향을 재지향시킨다. 이들 중첩 이미지의 실시예는 도 5b에 도시된다. 중첩 이미지(450)는 1차 섬유 번들의 1차 섬유로부터 전파되는 1차 스팟(411, 412, 413, 414, 415)을 갖는 1차 다중-스팟 이미지(451)일 수 있다. 1차 스폿은 2차 변환된 레이저 빔의 2차 이미지(410)와 조합된다. 바람직하게, 2차 이미지는 분말(420)의 체적을 가열한다. 이러한 실시예에서, 2차 레이저 빔은 화살표(416)로 나타낸 바와 같이 "y" 방향으로 변환되는 1-D 패턴(451) 바로 앞에 그의 에너지의 대부분을 증착하도록 위치된다. 1차(451) 및 2차(410) 패턴 모두는 동일한 속도로 동일한 방향(416)으로 이동한다. 이러한 2차 빔 패턴은 분말을 예열하고 섬유 번들의 이미지를 지원함으로써 분말을 용융시켜 이를 기판에 융합시키고, 융합 후 약간의 열을 제공하여 재료를 어닐링함으로써 인쇄되는 부품 내의 내부 응력을 감소시킨다. 나머지 시스템은 이전 섹션에서 설명한 대로 기능을 하며, 여기서 열 화상 카메라 또는 고온계 어레이가 시스템에 통합되어 레이저 시스템에 피드백을 제공함으로써 1차 섬유 번들 이미지(451) 바로 앞의 분말을 미리 결정된 온도, 바람직하게 분말의 융점 바로 아래의 온도로 유지한다. 융합 공정 동안, 열 화상 카메라 또는 고온계 어레이의 피드백 신호는 2차 레이저, 이미지(451)를 생성하는 섬유 번들의 개별 레이저 및 둘 모두의 전력을 제어하여 섬유 번들의 이미지내부에서 미리 결정된 분말 온도를 생성하는데 사용된다. 시스템에 사용되는 미리 결정된 분말 온도는 초기에 시스템에서 경험적으로 결정되며 표면 거칠기, 부품 다공성 및 부품 크기를 최소화하기 위한 모든 빌드의 지침으로서 사용된다. 2차 레이저 소스는 50 와트, 100 와트, 150 와트, 500 와트, 1,000 와트, 약 50 와트 내지 약 2 kW, 약 250 와트 내지 약 1 kW, 및 수-kW이며, 이들 범위 내의 모든 값은 예를 들어, 프린트 헤드의 스캔 속도와 사용 중인 섬유 어레이 패턴의 면적에 의존한다.An embodiment of a print head with primary and secondary laser beams is shown in Fig. 5A, wherein the fiber bundle providing the primary laser beam and producing a primary image 409 (which may be a multi-spot image) in the powder layer is It is delivered by the QBH connector 401 and mounted to the print head 400 by the collet 402. The optical system for beam path and beam delivery for the primary image 409 consists of a lens 405 for collimating the output of the fiber bundle. The collimated output is focused on the power layer as the primary image 409 by the focus lens 406. This optical system is similar to the previous description where the lens can be a plano-convex, plano-convex aspheric, double or triple lens. The second laser beam is introduced into the print head 400 via an optical fiber delivered by a QBH connector 403, which is mounted on the print head together with the collet 404. Lens 407 is used to collimate the output of the fiber. The lens 407 may be a plano-convex, plano-convex aspheric, double or triple lens. Since most cements at high power levels cannot withstand high power levels, double or triple lenses must have air gaps. The collimated beam is converted into a powder layer by a lens or microlens system 408 and is focused, shaping the beam into a secondary image and redirecting it to overlap the primary image 409. An embodiment of these superimposed images is shown in Fig. 5B. The superimposed image 450 may be a primary multi-spot image 451 having primary spots 411, 412, 413, 414, 415 propagating from the primary fibers of the primary fiber bundle. The primary spot is combined with the secondary image 410 of the secondary transformed laser beam. Preferably, the secondary image heats the volume of powder 420. In this embodiment, the secondary laser beam is positioned to deposit most of its energy just before the 1-D pattern 451 which is transformed in the "y" direction as indicated by arrow 416. Both the primary 451 and secondary 410 patterns move in the same direction 416 at the same speed. This secondary beam pattern reduces internal stress in the printed part by preheating the powder and supporting the image of the fiber bundle to melt the powder and fuse it to the substrate, and provide some heat after fusing to anneal the material. The rest of the system functions as described in the previous section, in which a thermal imaging camera or pyrometer array is integrated into the system to provide feedback to the laser system, thereby removing the powder immediately before the primary fiber bundle image 451 at a predetermined temperature, preferably at a predetermined temperature. Keep it at a temperature just below the melting point of the powder. During the fusion process, the feedback signal from the thermal imaging camera or pyrometer array controls the power of the secondary laser, the individual laser of the fiber bundle generating image 451, and both to generate a predetermined powder temperature within the image of the fiber bundle. It is used to The predetermined powder temperature used in the system is initially determined empirically in the system and is used as a guide for all builds to minimize surface roughness, part porosity, and part size. Secondary laser sources are 50 watts, 100 watts, 150 watts, 500 watts, 1,000 watts, about 50 watts to about 2 kW, about 250 watts to about 1 kW, and several-kW, all values within these ranges are by way of example. For example, it depends on the scan speed of the print head and the area of the fiber array pattern in use.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 두 도면에서 2차 섬유 번들 레이저 소스가 분말 층 상에 주소지정 가능한 열 패턴을 제공하는 2차(552) 및 1차 이미지(551)의 조합된 이미지(509)를 제공하는 레이저 헤드(500)의 사시도가 도시된다. 도 6은 커넥터(503)에 의해 부착된 섬유 번들이 콜릿(504)과 함께 프린터 헤드(500)에 부착되는 2차 섬유 번들의 사용을 예시한다. 1차 섬유 번들은 커넥터(501) 및 콜릿(502)에 의해 프린터 헤드(500)에 부착되고, 시준 렌즈(505) 및 푸리에 변환 포커싱 렌즈(506)를 가진다. 렌즈(507)는 섬유 번들을 시준하고 빔 변환 시스템(508)은 이미지(552)를 형성하도록 개별적으로 제어될 수 있는 2차 섬유 번들의 n 개의 이미지를 생성하며, 이러한 실시예에서는 가열되는 분말 층의 분말 체적에 대응하는 이미지(516, 517, 518, 519, 520)를 가진다. 각각의 2차 레이저 소스가 켜지고 꺼지는 시간을 제어함으로써, 이미지(516 내지 520)에 대한 각각의 대응 체적의 예열 및 냉각 특성을 변경할 수 있다. 도 5b의 실시예에서, 외부 2차 이미지(516, 520)를 제공하는 2 개의 외부 섬유는 패턴의 외부 에지를 예열하기 위해 동시에 켜지고 꺼진다. 이미지(517, 519)를 제공하는 두 개의 내부 섬유는 두 개의 외부 섬유의 가열로 인해 내부 영역에서 더 적은 에너지가 필요하기 때문에 외부 섬유로부터의 열 축적이 내부 영역으로 스며들 수 있도록 약간 나중에 켜진다. 중앙 2차 섬유 이미지(518)는 더 적은 에너지를 필요로 하므로, 소스는 나중에 더 낮은 전력 레벨에서 켜지고 늦게 꺼져 레이저 스폿(513)에 대응하는 한 영역 또는 레이저 스폿(511 내지 515)에 대응하는 전체 영역을 어닐링하기 위해 열을 제공하며, 이는 재료의 열전도율과 부품의 디자인에 따라서 1차 다중 스폿 이미지(551)를 형성한다. 각각의 2차 섬유는 30 와트, 100 와트, 150 와트, 약 50 와트 내지 약 2 kW, 약 250 와트 내지 약 1 kW 및 수-kW 와트의 전력 및 이러한 범위 내의 모든 값을 예를 들어, 프린트 헤드의 스캔 속도와 가열된 패턴의 크기에 따라서 전달할 수 있다.6A and 6B, a combined image 509 of a secondary 552 and primary image 551 in both figures where a secondary fiber bundle laser source provides an addressable thermal pattern on the powder layer. A perspective view of a laser head 500 is shown that provides. 6 illustrates the use of a secondary fiber bundle in which the fiber bundle attached by the connector 503 is attached to the printer head 500 along with the collet 504. The primary fiber bundle is attached to the printer head 500 by a connector 501 and collet 502, and has a collimating lens 505 and a Fourier transform focusing lens 506. Lens 507 collimates the fiber bundle and beam conversion system 508 produces n images of secondary fiber bundles that can be individually controlled to form image 552, in this embodiment a heated powder layer. It has images 516, 517, 518, 519, and 520 that correspond to the volume of the powder. By controlling the time each secondary laser source is turned on and off, it is possible to change the preheating and cooling characteristics of each corresponding volume for images 516-520. In the embodiment of FIG. 5B, the two outer fibers providing outer secondary images 516 and 520 are turned on and off simultaneously to preheat the outer edge of the pattern. The two inner fibers providing images 517 and 519 are turned on slightly later so that heat build-up from the outer fibers can seep into the inner area as less energy is required in the inner area due to heating of the two outer fibers. Since the central secondary fiber image 518 requires less energy, the source is later turned on at a lower power level and turned off later, one area corresponding to the laser spot 513 or the entire area corresponding to the laser spot 511 to 515. Heat is provided to anneal the area, which forms a first order multi-spot image 551 depending on the thermal conductivity of the material and the design of the part. Each secondary fiber has a power of 30 watts, 100 watts, 150 watts, about 50 watts to about 2 kW, about 250 watts to about 1 kW and several-kW watts and all values within this range, for example, the print head. It can be delivered depending on the scan speed of the device and the size of the heated pattern.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 스폿(610, 611, 612, 613, 614) 및 이미지(608)와 중첩되고 전력의 체적(651)을 가열하는 2차 레이저 빔 이미지(609)를 갖는 1차 다중 스폿 레이저 빔 이미지(608)를 제공하는 레이저 프린팅 헤드(600)의 사시도가 도시된다. 1차 레이저 소스는 다이오드 어레이(601)(1D 패턴 또는 2D 패턴을 제공할 수 있음)이며, 1차 레이저 빔 경로는 어레이(601)를 떠나 제 1 빔 변환 광학 장치(604)에 진입한 다음 제 2 빔 변환 광학 장치(605)에 들어가 1D 패턴인 이미지(608)를 분말 층의 표면에 형성한다. 2차 레이저는 커넥터(603) 및 콜릿(603)에 의해 프린터 헤드(600)에 연결되는 섬유 또는 섬유 번들을 가진다. 2차 레이저 빔 경로는 섬유 또는 섬유 번들로부터 시준 렌즈(606)로 이동한 다음 빔 변환 광학 장치(607)로 이동하여 2차 레이저 빔 이미지(609)를 형상화하고 1차 레이저 빔 이미지(608)와 중첩시킨다. 레이저 빔의 이동 방향 및 분말 층에 대한 그들 각각의 이미지는 화살표(615)로 표시된다.7A and 7B, a primary with spots 610, 611, 612, 613, 614 and a secondary laser beam image 609 overlapping the image 608 and heating a volume 651 of power. A perspective view of a laser printing head 600 providing a multi-spot laser beam image 608 is shown. The primary laser source is a diode array 601 (which can provide a 1D pattern or a 2D pattern), and the primary laser beam path leaves the array 601 and enters the first beam converting optical device 604 and then A two-beam conversion optical device 605 is entered and an image 608 which is a 1D pattern is formed on the surface of the powder layer. The secondary laser has a fiber or fiber bundle that is connected to the printer head 600 by a connector 603 and collet 603. The secondary laser beam path travels from the fiber or fiber bundle to the collimating lens 606 and then to the beam converting optics 607 to shape the secondary laser beam image 609, and the primary laser beam image 608 and Overlap. The direction of movement of the laser beam and their respective images of the powder layer are indicated by arrows 615.

도 7a 및 도 7b의 실시예에서, 주소지정 가능한 레이저 다이오드 어레이 소스는 분말 층에 주소지정 가능한 열 패턴을 생성한다. 주소지정 가능한 레이저 다이오드 어레이 소스(601)로부터의 각각의 이미터는 다이오드 어레이 기술에 의해 제한되는 바와 같이 3 와트, 10 와트 이상일 수 있다. 레이저 다이오드의 개별 전력 레벨은 그 자체로 많은 금속 재료를 용융시키는데 불충분하므로, 커넥터(602)에 섬유 또는 섬유 번들에 의해 제공되는 2차 열원 또는 레이저 소스는 주소지정 가능한 레이저 다이오드 어레이를 사용하는 임의의 설계의 요구사항이다. 가열된 분말 층 또는 2차 레이저 소스가 사용될 수 있다. 여기서 2차 레이저 소스는 이미지(609)를 제공하여 분말의 체적(651)을 융점 바로 아래로 예열하고 레이저 다이오드 어레이(608)의 이미지를 사용하여 분말을 용융시켜 그 아래의 재료에 융합시킨다. 2차 레이저 소스는 커넥터(602) 및 콜릿(603)에 의해 프린터 헤드(600)에 연결되는 단일 섬유, 섬유 번들일 수 있거나, 2차 레이저 소스는 도 6a의 실시예에 도시된 것과 같은, 단일 이미지(609) 또는 일련의 이미지를 형성하기 위해 시준 및 재-이미징되는 다른 레이저 다이오드 어레이일 수 있다. 레이저 다이오드 어레이에 대한 바람직한 실시예는 IR 레이저 다이오드 소스에 대해 향상된 흡수성 때문에 청색 레이저 다이오드 소스이다. 직접적인 레이저 다이오드 어레이 소스에서 사용될 수 있는 1-D 패턴은 다이오드들 사이의 간격이 임의의 설계에서 고려되어야 하는 도 8b 및 도 8d의 실시예일 가능성이 가장 높지만, 이미지를 변환하는 광학 장치는 도 8a 내지 도 8f의 실시예의 임의의 이미지를 생성하는데 사용될 수 있다.7A and 7B, the addressable laser diode array source creates an addressable thermal pattern in the powder layer. Each emitter from addressable laser diode array source 601 may be 3 watts, 10 watts or more, as limited by diode array technology. Since the individual power levels of the laser diodes themselves are insufficient to melt many metallic materials, the secondary heat source or laser source provided by fibers or bundles of fibers to the connector 602 can be used with any addressable laser diode array. It is a design requirement. A heated powder layer or a secondary laser source can be used. Here the secondary laser source provides an image 609 to preheat the volume 651 of the powder just below its melting point and use the image of the laser diode array 608 to melt the powder and fuse it to the material below it. The secondary laser source may be a single fiber, fiber bundle connected to the printer head 600 by connector 602 and collet 603, or the secondary laser source may be a single fiber, as shown in the embodiment of FIG. 6A. It may be an image 609 or other array of laser diodes that are collimated and re-imaged to form a series of images. A preferred embodiment for a laser diode array is a blue laser diode source because of the improved absorption for an IR laser diode source. The 1-D pattern that can be used in a direct laser diode array source is most likely the embodiment of Figs. 8B and 8D in which the spacing between the diodes should be considered in any design, but the optical device for converting the image is shown in Figs. It can be used to create any image of the embodiment of FIG. 8F.

1차 레이저 빔 패턴을 형성하는 1차 레이저 빔 중 하나 이상 또는 전부는 2차 레이저 패턴의 영역 내에 완전히, 2차 레이저 패턴의 영역 내에 부분적으로, 2차 레이저 빔의 영역 외부에 완전히 그리고 이들의 조합 및 변형으로 있을 수 있다. 실시예에서 1차 및 2차 레이저 빔 패턴은 동일한 방향으로 동일한 속도로, 동일한 방향으로 상이한 속도로(예를 들어, 1차가 더 빠르거나 2차가 더 빠름), 그리고 상이한 방향으로 동일하거나 상이한 속도로 이동하고 이들의 조합 및 변형 형태로 이동할 수 있다. 1차 및 2차 레이저 빔은 특정 유형의 품목을 빌드하거나 특정 유형의 기능을 빌드 품목에 제공하기 위해 미리 결정된 독립적인 패턴으로 이동될 수도 있다.One or more or all of the primary laser beams forming the primary laser beam pattern are completely within the area of the secondary laser pattern, partially within the area of the secondary laser pattern, completely outside the area of the secondary laser beam, and combinations thereof And can be in variations. In an embodiment, the primary and secondary laser beam patterns are at the same speed in the same direction, at different speeds in the same direction (e.g., the first order is faster or the second order is faster), and at the same or different speeds in different directions. You can move and move in combinations and variations of them. The primary and secondary laser beams may be moved in a predetermined independent pattern to build a specific type of item or to provide a specific type of function to the build item.

1차 레이저 빔 패턴은 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 이상 및 10 개 이상의 레이저 빔을 가질 수 있다. 2차 레이저 빔 패턴은 단일 빔이거나 다중 레이저 빔 또는 다중 중첩 레이저 빔 및 이들의 조합 및 변형일 수 있다.The primary laser beam pattern may have 1, 2, 3, 4 or more and 10 or more laser beams. The secondary laser beam pattern can be a single beam or multiple laser beams or multiple overlapping laser beams and combinations and variations thereof.

1차 레이저 빔 단면은 원형, 타원형 또는 정사각형 또는 기타 형상일 수 있다. 1차 레이저 빔 패턴은 정사각형 구성, 직사각형 구성, 원형 구성, 타원형 구성, 포물선 구성(패턴의 모션에 대해 볼록 또는 오목), 아치(패턴의 모션과 관련하여 볼록 또는 오목), 화살표 또는 "V" 구성, 다이아몬드 구성뿐만 아니라, 기타 기하학적 패턴 및 구성 그리고 이들의 조합 및 변형으로 선형으로 배열될 수 있다.The primary laser beam cross section may be circular, elliptical or square or other shape. The primary laser beam pattern consists of a square configuration, a rectangular configuration, a circular configuration, an elliptical configuration, a parabolic configuration (convex or concave with respect to the motion of the pattern), an arch (convex or concave with respect to the motion of the pattern), arrow or "V" configuration. , Diamond configurations, as well as other geometric patterns and configurations, and combinations and variations thereof, can be arranged linearly.

실시예에서, 2차 패턴은 공간 광 변조기를 통해 이미징된 높은 세기의 가시 광선, UV 또는 IR 램프, 또는 공간 광 변조기 또는 레이저 어레이를 통해 이미징된 고출력 레이저로부터 1D 또는 2D 패턴으로 정렬되는 1 내지 N 소스의 범위일 수 있다. 2차 레이저 어레이는 레이저 다이오드 어레이 또는 개별 레이저 시스템에 연결된 섬유 어레이일 수 있다. In an embodiment, the secondary pattern is 1 to N arranged in a 1D or 2D pattern from a high intensity visible light imaged through a spatial light modulator, a UV or IR lamp, or a high power laser imaged through a spatial light modulator or laser array. It can be a range of sources. The secondary laser array can be a laser diode array or a fiber array connected to a separate laser system.

2-D 2-D 패터닝Patterning 시스템 system

바람직한 실시예는 금속 부품을 인쇄할 때 열 또는 에너지 소스로서 2차원(2D) 섬유 번들 또는 레이저 어레이를 사용하는 것이다. 몇몇 2-D 섬유 번들 및 이들이 생성하는 레이저 패턴 또는 다중 스폿 이미지의 예가 도 8d 내지 도 8f에 도시된다. 도 8f는 정사각형 또는 직사각형 광섬유의 어레이로부터 형성된 정사각형 스폿의 이미지, 또는 이들 스폿을 제공하기 위해 빔을 형상화하는 기타 광학 장치이다. 실시예에서, 1-D 패터닝 시스템과 2-D 패터닝 시스템의 실시예로부터의 변화는 프린터 헤드에 더 많은 섬유 열(도 8d와 도 8e의 비교) 및 더 큰 주소지정 가능한 영역을 추가한 것이다. 이들 2-D 소스는 프린터 시스템의 스캔 속도와 인쇄된 패턴의 크기에 따라서 3 W, 10 W, 20 W, 100 W, 150 W, 약 50 W 내지 약 2 kW, 약 250 W 내지 약 1 kW 및 수-kW의 개별 레이저 출력 레벨을 가질 수 있다.A preferred embodiment is to use a two-dimensional (2D) fiber bundle or laser array as a heat or energy source when printing metal parts. Examples of several 2-D fiber bundles and laser patterns or multi-spot images they produce are shown in FIGS. 8D-8F. 8F is an image of square spots formed from an array of square or rectangular optical fibers, or other optical devices that shape a beam to provide these spots. In the embodiment, a change from the embodiment of the 1-D patterning system and the 2-D patterning system is the addition of more fiber rows (comparison of FIGS. 8D and 8E) and a larger addressable area to the print head. These 2-D sources can be 3 W, 10 W, 20 W, 100 W, 150 W, about 50 W to about 2 kW, about 250 W to about 1 kW and depending on the scan speed of the printer system and the size of the printed pattern. It can have individual laser power levels of several-kW.

2-D 패터닝 시스템은 또한, 단일 2차 레이저 소스, 2차 레이저 소스 어레이 또는 2차 레이저 소스 번들 및 이들의 조합 및 변형과 조합되어, 인쇄되는 패턴의 예열 또는 제어된 냉각을 위해서 에너지를 제공할 수 있다. 실시예에서 분말 층 상의 고출력 이미지는 단일 2차 층에 씌워질 수 있다. 도 9a 내지 도 9f를 참조하면, 1차 이미지와 2차 이미지의 합성 이미지의 실시예의 평면도가 도시된다. 1차 및 2차 빔 패턴의 이동 방향은 각각의 도면에 화살표로 표시된다.The 2-D patterning system can also be combined with a single secondary laser source, secondary laser source array or secondary laser source bundle, and combinations and modifications thereof, to provide energy for preheating or controlled cooling of the printed pattern. I can. In embodiments the high power image on the powder layer can be overlaid on a single secondary layer. 9A to 9F, a plan view of an embodiment of a composite image of a primary image and a secondary image is shown. The moving directions of the primary and secondary beam patterns are indicated by arrows in each drawing.

도 9a는 이동 방향에 대해 경사지게 그리고 원형의 2차 이미지에 완비된 직선 1-D 다중 스팟 1차 이미지의 실시예를 도시한다.9A shows an embodiment of a straight 1-D multi-spot primary image complete with a circular secondary image and oblique to the direction of movement.

도 9b는 스폿의 기울기 각도에 의해 보상되는 각각의 스폿 사이에 사 공간(dead space)을 갖는 기울어진 어레이 1-D 이미지인 1차 이미지 및 융합 이전에 분말을 예열하기 위해 2차 레이저 소스에 의해 제공되는 단일 2차 이미지의 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 2차 이미지는 1차 빔 패턴에 인접하지만 중첩되지는 않는다.Figure 9b shows the primary image, which is a tilted array 1-D image with dead space between each spot compensated by the tilt angle of the spot, and by a secondary laser source to preheat the powder prior to fusion. Shows an embodiment of a single secondary image provided. In this embodiment, the secondary image is adjacent to the primary beam pattern but does not overlap.

도 9c는 구축 순서를 통해 온도를 제어하기 위한 예열 및 후 융합 에너지를 모두 제공하기 위해 직사각형 2차 레이저 이미지와 중첩된 단순한 선형 어레이 1차 이미지의 실시예를 도시한다.9C shows an embodiment of a simple linear array primary image superimposed with a rectangular secondary laser image to provide both preheating and post fusion energy to control temperature through the build sequence.

도 9d는 주어진 스캔 속도에 필요한 에너지를 제공하여 분말의 온도를 용융 온도 바로 아래로 가져오고 용접 후 재료를 어닐링하기 위한 수단을 제공하기 위해 단일 타원형 2차 레이저 스폿에 의해 중첩된 이격된 2-D 어레이 패턴의 실시예를 도시한다.Figure 9D is a spaced 2-D superimposed by a single elliptical secondary laser spot to provide the energy required for a given scan rate to bring the temperature of the powder just below the melting temperature and provide a means to anneal the material after welding. An embodiment of an array pattern is shown.

도 9e는 1차 이미지에 인접하고 그 전방에 있는 2차 레이저 소스로부터의 단일 예열 빔 이미지를 갖는 고밀도 섬유 어레이로부터의 2-D 1차 이미지의 실시예를 도시한다.9E shows an embodiment of a 2-D primary image from a high density fiber array with a single preheat beam image from a secondary laser source adjacent and in front of the primary image.

도 9f는 인접한 정사각형 섬유의 조밀한 어레이로부터의 2-D 1차 이미지의 실시예를 도시한다. 실시예에서 정사각형은 처리 갭(processing gap)을 최소화하기 위해 중첩된다. 이러한 조밀한 어레이 패턴은 분말을 예열하기 위한 목적으로 2차 레이저 소스에 의해 중첩되어, 용융 및 접합 단계 중에 추가 에너지를 제공하고 마지막으로 용융 및 융합 단계 후에 일부 온도 제어를 제공한다.9F shows an embodiment of a 2-D primary image from a dense array of adjacent square fibers. In an embodiment the squares are overlapped to minimize the processing gap. These dense array patterns are superimposed by a secondary laser source for the purpose of preheating the powder, providing additional energy during the melting and bonding steps and finally some temperature control after the melting and fusion steps.

도 9a 내지 도 9f의 실시예 및 2차 레이저 패턴 및 이미지의 다른 실시예에서 2차 이미지 패턴에 대한 이들 2차 레이저 소스는 예를 들어, 프린트 헤드의 스캔 속도, 1차 레이저 빔의 출력 및 가열되는 영역의 크기에 따라서 약 2 와트, 약 3 와트, 약 10 와트, 약 20 와트, 약 50 와트, 약 100 와트, 약 150 와트, 약 50 와트 내지 약 2 kW, 약 10 와트 내지 약 200 W, 약 50 와트 내지 약 500 W, 약 250 와트 내지 약 1 kW 및 수-kW일 수 있다.These secondary laser sources for the secondary image pattern in the embodiment of FIGS. 9A to 9F and in other embodiments of the secondary laser pattern and image are, for example, the scan speed of the print head, the output and heating of the primary laser beam. Depending on the size of the area being about 2 watts, about 3 watts, about 10 watts, about 20 watts, about 50 watts, about 100 watts, about 150 watts, about 50 watts to about 2 kW, about 10 watts to about 200 W, It may be from about 50 watts to about 500 W, from about 250 watts to about 1 kW and several-kW.

섬유 번들 1차 레이저 소스와 섬유 번들 2차 소스를 결합하면 물체를 빌드하는 동안 예열 및 냉각 온도 주기를 변경할 수 있다. 따라서 예열 및 냉각 처리 주기는 빌드중인 빌드 항목의 조건에 맞게 변경, 예를 들어 적응될 수 있다. 이러한 방식으로 온도, 거칠기, 밀도, 방출되거나 반사되는 빛의 스펙트럼과 같은 빌드 품목의 속성에 대한 정보는 켜짐 시간 및 전력과 같은 2차 섬유 레이저 빔 속성을 변경하고 조정하는데 사용되어서, 품목의 구축 및 둘 모두와 관련하여 2차 이미지를 "즉시" 조정한다. 도 10a 내지 도 10f는 주소지정 가능한 2차 예열 패턴과 주소지정 가능한 레이저 이미지 패턴을 중첩할 때 가능한 다른 구성 및 타이밍 효과를 도시한다. 레이저 예열의 다른 장점은 상당히 많은 양의 에너지를 사용하는 전체 층 또는 챔버를 가열할 필요가 없다는 점이다.Combining the fiber bundle primary laser source and the fiber bundle secondary source allows you to change the preheat and cool temperature cycles during object build. Therefore, the preheating and cooling treatment cycle can be changed, for example adapted to the conditions of the build item being built. In this way, information about the properties of the build item, such as temperature, roughness, density, and the spectrum of light emitted or reflected, is used to change and adjust secondary fiber laser beam properties such as turn-on time and power, so that the construction of the item and Regarding both, the secondary image is adjusted "on the fly". 10A to 10F show other possible configurations and timing effects when overlapping an addressable secondary preheating pattern and an addressable laser image pattern. Another advantage of laser preheating is that there is no need to heat the entire layer or chamber, which uses a significant amount of energy.

온도 제어 시스템Temperature control system

본 발명 이전의 종래 적층 제작 시스템은 인쇄 품질을 정확하게 제어할 수 없는 개-루프 방식으로 작동했다. 이는 이들 이전 시스템의 중대한 결점이며, 본 발명의 실시예가 해결하고 개선하고자 하는 시스템이다. 본 발명의 실시예에서, 피드백 루프는 이들 패턴이 전달되는 2차 레이저 패턴 및 분말 층뿐만 아니라 각각의 1-D 또는 2-D 패턴의 온도를 정밀하게 제어하는데 사용된다. 이러한 피드백 루프는 예를 들어, 빌드된 부품이 개-루프 시스템이 달성할 수 있는 것보다 더 낮은 다공성, 더 낮은 결함 및 더 나은 표면 거칠기를 갖는 것을 포함한 많은 장점을 제공한다. 검류계 기반 시스템에 비해 갠트리 시스템이 이동하는 속도가 상대적으로 낮기 때문에, 인쇄 패턴의 모든 지점에서 분말 층의 온도를 측정하고 인쇄 패턴의 해당 영역을 처리하는 레이저의 전력 설정을 빌드할 때 품목의 온도 프로파일에 기초하여 인쇄 공정의 조정에 따라 "즉시" 인쇄 공정 중에 실시간으로 훨씬 최적으로 변경하는 것이 가능하다. 실시예에서, 층의 온도 프로파일은 레이저 스폿 기준으로 레이저 스폿에서 모니터링되고 제어된 다음에, 레이저 스폿의 출력, 타이밍 및 둘 모두를 조정하여 품목의 빌드 공정을 제어한다. 도 11은 섬유 번들의 이미지(1101)가 카메라 센서 어레이(1102) 상에 재-이미징(1103)될 수 있는 방법을 예시한다. 센서 어레이를 판독하기 위한 소프트웨어는 가열된 영역을 인식하고 각각의 영역의 평균 온도를 제공할 수 있다. 레이저 소스가 모두 동일한 전력이면, 중앙 픽셀은 출력 픽셀보다 훨씬 더 높은 온도를 판독하고 균일한 온도 프로파일이 달성될 때까지 내부 소스에 대한 전력이 감소될 수 있다. 이는 분말이 최적의 온도 범위 내에서 용융 및 융합되게 한다. 이는 2D 섬유 번들 이미지뿐만 아니라 1D 섬유 번들 이미지에도 적용된다. 일단 영역의 온도가 측정되면, 도 12에 도시된 바와 같이, 균일하거나 미리 결정된 최적 온도 프로파일이 달성될 때까지 각각의 영역에 대한 전력을 증감시키는 일련의 명령 신호가 계산된다(1204 내지 1210). 따라서, 분말 층 상의 어레이 또는 섬유 번들의 이미지(1201)는 이미지, 예를 들어, 센서, FLIR 카메라와 같은 카메라의 분석을 수신하기 위해 장치에 이미지화된다. 이는 픽셀 단위로 온도 프로파일의 매트릭스(1202)를 제공한다. 프로세서, 예를 들어 컴퓨터, 마이크로프로세서는 빌드 프로그램과 관련하여 매트릭스(1202)로부터 온도 프로파일을 보간 및 변환하고, 제어 신호(1204 내지 1210)를 개별 섬유와 관련된 레이저 또는 이들 레이저에 의해 생성된 이미지로 송신함으로써 빌드 전략을 충족하도록 레이저 출력을 조정한다. 이러한 방식으로 레이저 빔 및 빌드 프로파일의 즉시 조정이 제공된다. 또한, 레이저 소스에 실시간 피드백 신호를 제공하여 분말이 적절하게 용융되지 않는 경우, 해당 영역에 대한 전력을 증가시켜 이를 적절하게 용융시킬 가능성을 높일 수 있다. 이는 분말의 직경에 큰 변동성이 있는 영역에서 발생하며, 직경이 큰 분말은 작은 직경의 분말보다 용융에 더 많은 에너지를 필요로 한다. 이는 작은 직경의 분말이 기화되지 않게 하는데 또한 중요하므로, 레이저 소스에 대한 실시간 온도 피드백을 사용하여 큰 분말 입자를 용융시키는데 충분하지만 작은 분말 입자를 기화시키는데 불충분한 평균 영역 온도를 조절할 수 있다.Conventional additive manufacturing systems prior to the present invention operated in an open-loop manner where print quality could not be accurately controlled. This is a significant drawback of these previous systems, and is the system that embodiments of the present invention seek to solve and improve. In an embodiment of the present invention, a feedback loop is used to precisely control the temperature of each 1-D or 2-D pattern as well as the secondary laser pattern and powder layer to which these patterns are delivered. Such feedback loops provide many advantages, including, for example, that the built part has lower porosity, lower defects and better surface roughness than an open-loop system can achieve. Because the gantry system travels at a relatively low speed compared to galvanometer-based systems, the temperature profile of the item when building the power setting of the laser to measure the temperature of the powder layer at every point in the print pattern and process that area of the print pattern. Based on the adjustment of the printing process, it is possible to make even more optimal changes in real time during the printing process "on the fly". In an embodiment, the temperature profile of the layer is monitored and controlled at the laser spot on a laser spot basis, and then the output, timing, and both of the laser spot are adjusted to control the build process of the item. 11 illustrates how an image 1101 of a fiber bundle may be re-imaged 1103 on a camera sensor array 1102. Software for reading the sensor array can recognize the heated area and provide an average temperature for each area. If the laser sources are all the same power, the central pixel reads a much higher temperature than the output pixel and the power to the internal source can be reduced until a uniform temperature profile is achieved. This allows the powder to melt and fuse within the optimum temperature range. This applies to 2D fiber bundle images as well as 1D fiber bundle images. Once the temperature of the region is measured, a series of command signals to increase or decrease the power for each region until a uniform or predetermined optimum temperature profile is achieved, as shown in FIG. 12, is calculated (1204-1210). Thus, an image 1201 of an array or bundle of fibers on a layer of powder is imaged on the device to receive an image, for example analysis of a camera such as a sensor, a FLIR camera. This provides a matrix 1202 of temperature profiles on a per-pixel basis. A processor, e.g. a computer, a microprocessor, interpolates and transforms the temperature profile from the matrix 1202 in association with the build program, and converts the control signals 1204-1210 into lasers associated with individual fibers or images generated by these lasers. By sending it adjusts the laser power to meet the build strategy. In this way, instant adjustment of the laser beam and build profile is provided. In addition, when the powder is not properly melted by providing a real-time feedback signal to the laser source, the possibility of properly melting it by increasing the power for a corresponding region can be increased. This occurs in areas where there is a large variability in the diameter of the powder, and larger diameter powders require more energy to melt than smaller diameter powders. This is also important to prevent small diameter powders from vaporizing, so real-time temperature feedback to the laser source can be used to control the average area temperature sufficient to melt large powder particles but insufficient to vaporize small powder particles.

본 시스템 및 방법의 실시예의 시스템, 처리, 구성 및 방법의 예가 표 1에 기재되어 있다.Examples of systems, processes, configurations, and methods of embodiments of the present systems and methods are shown in Table 1.

또한, 본 발명의 일반적인 실시예는 레이저 빔의 조합, 이들 조합을 만들기위한 시스템 및 조합된 빔을 이용하는 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 여러 레이저 빔 소스로부터의 레이저 빔을 하나 이상의 조합된 레이저 빔으로 조합하기 위한 어레이, 조립체 및 장치에 관한 것이다. 이들 조합된 레이저 빔은 바람직하게, 개별 소스로부터의 레이저 빔의 다양한 양태 및 특성을 보존하거나, 개선하거나 보존 및 개선한다.Further, general embodiments of the present invention relate to combinations of laser beams, systems for making these combinations, and processes using the combined beams. In particular, the present invention relates to arrays, assemblies and apparatus for combining laser beams from several laser beam sources into one or more combined laser beams. These combined laser beams preferably preserve, improve or preserve and improve the various aspects and properties of the laser beam from individual sources.

본 어레이 조립체의 실시예 및 이들이 제공하는 조합된 레이저 빔은 광범위한 적용 가능성을 찾을 수 있다. 본 어레이 조립체의 실시예는 콤팩트하고 내구성이 있다. 본 어레이 조립체의 실시예는 용접, 3D 프린팅을 포함한 적층 제작; 적층 제작 - 밀링 시스템, 예를 들어, 적층 및 절삭 제작; 천문학; 기상학; 이미징; 오락을 포함한 프로젝션; 치과를 포함한 의학 등에 적용될 수 있다.Embodiments of the present array assembly and the combined laser beams they provide can find a wide range of applicability. This embodiment of the array assembly is compact and durable. Embodiments of the array assembly include welding, additive manufacturing including 3D printing; Additive Manufacturing-Milling systems, such as additive and cut manufacturing; astronomy; meteorology; Imaging; Projection, including entertainment; It can be applied to medicine including dentistry.

비록 본 명세서가 청색 레이저 다이오드 어레이에 초점을 맞추고 있지만, 이러한 실시예는 본 발명에 의해 고려되는 어레이 조립체, 시스템, 공정 및 조합된 레이저 빔의 유형만을 예시한 것임을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 고상 레이저, 섬유 레이저, 반도체 레이저뿐만 아니라, 다른 유형의 레이저 그리고 이들의 조합 및 변형과 같은 다양한 레이저 빔 소스로부터의 레이저 빔을 조합하기 위한 어레이 조립체를 포함한다. 본 발명의 실시예는 모든 파장에 걸친 레이저 빔의 조합을 포함하며, 예를 들어 레이저 빔은 약 380 nm 내지 800 nm(예를 들어, 가시광선), 약 400 nm 내지 약 880 nm, 약 100 nm 내지 400 nm, 700 nm 내지 1 mm, 그리고 이들 다양한 범위 내의 특정 파장의 조합과 변형을 포함하는 파장을 가진다. 본 어레이의 실시예는 또한, 마이크로파 간섭성 방사선(예를 들어, 약 1 mm 초과의 파장)에서의 적용을 찾을 수 있다. 본 어레이의 실시예는 하나, 둘, 셋, 수십 또는 수백 개의 레이저 소스로부터의 빔을 조합할 수 있다. 이들 레이저 빔은 몇 밀리와트 내지 수-와트, 수-킬로와트를 가질 수 있다.Although this specification focuses on blue laser diode arrays, it should be understood that these embodiments illustrate only the types of array assemblies, systems, processes and combined laser beams contemplated by the present invention. Accordingly, embodiments of the present invention include array assemblies for combining laser beams from various laser beam sources such as solid state lasers, fiber lasers, semiconductor lasers, as well as other types of lasers and combinations and variations thereof. Embodiments of the present invention include combinations of laser beams across all wavelengths, e.g., the laser beam is about 380 nm to 800 nm (e.g., visible light), about 400 nm to about 880 nm, about 100 nm To 400 nm, 700 nm to 1 mm, and wavelengths including combinations and modifications of specific wavelengths within these various ranges. Embodiments of the present array may also find applications in microwave coherent radiation (eg, wavelengths greater than about 1 mm). Embodiments of the present array may combine beams from one, two, three, tens or hundreds of laser sources. These laser beams can have a few milliwatts to several-watts, several-kilowatts.

본 발명의 실시예는 바람직하게, 고휘도 레이저 소스를 생성하기 위한 구성으로 조합된 청색 레이저 다이오드의 어레이로 구성된다. 이러한 고휘도 레이저 소스는 재료를 직접 처리, 즉 마킹, 절단, 용접, 브레이징(brazing), 열처리, 어닐링(annealing)하는데 사용될 수 있다. 처리될 재료, 예를 들어 출발 재료 또는 목표 재료는 임의의 재료 또는 구성요소 또는 조성물을 포함할 수 있으며, 예를 들어 TFT(박막 트랜지스터), 3D 프린팅 출발 재료, 금, 은, 백금, 알루미늄 및 구리를 포함한 금속, 플라스틱, 조직 및 반도체 웨이퍼 등과 같은 반도체 구성요소를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 직접 처리에는 예를 들어, 전자 제품, 프로젝션 디스플레이(projection display) 및 레이저 라이트 쇼(laser light show) 등으로부터 금을 제거하는 작업이 포함될 수 있다.An embodiment of the present invention preferably consists of an array of blue laser diodes combined in a configuration for creating a high brightness laser source. These high-intensity laser sources can be used for direct processing of materials, ie marking, cutting, welding, brazing, heat treatment, and annealing. The material to be treated, e.g., the starting material or the target material, may comprise any material or component or composition, e.g. TFT (thin film transistor), 3D printing starting material, gold, silver, platinum, aluminum and copper. It may include, but is not limited to, metal, plastic, tissue, and semiconductor components such as semiconductor wafers, and the like. Direct processing may include, for example, removing gold from electronic products, projection displays and laser light shows.

본 고휘도 레이저 소스의 실시예는 또한, 라만(Raman) 레이저 또는 Anti-Stokes 레이저를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 라만 매체는 섬유 광학 장치 또는 다이아몬드, KGW(칼륨 가돌리늄 텅스텐 산, KGd(WO₄)₂), YVO₄ 및 Ba(NO₃)₂와 같은 결정체일 수 있다. 실시예에서 고휘도 레이저 소스는 400 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 반도체 장치인 청색 레이저 다이오드 소스이다. 라만 매체는 휘도 변환기이며 청색 레이저 다이오드 소스의 휘도를 높일 수 있다. 휘도 개선은 단일 모드, 회절 제한 소스, 즉 1 미만, 0.7 미만, 0.5 미만, 0.2 미만 및 0.13 mm-mrad 미만의 빔 매개 변수 곱을 갖는 약 1 및 1.5의 M²을 갖는 빔을 생성하는 모든 방식까지 파장에 따라서 확장될 수 있다.Embodiments of this high-brightness laser source can also be used to pump Raman lasers or Anti-Stokes lasers. The Raman medium may be a fiber optic device or crystals such as diamond, KGW (potassium gadolinium tungstic acid, KGd(WO ₄ ) ₂ ), YVO ₄ and Ba(NO ₃ ) _2. In an embodiment the high brightness laser source is a blue laser diode source, which is a semiconductor device operating in the wavelength range of 400 nm to 500 nm. The Raman medium is a luminance converter and can increase the luminance of a blue laser diode source. The luminance improvement is up to a single mode, diffraction limiting source, i.e. all manner of generating beams with ^{M 2} of about 1 and 1.5 with beam parameter products of less than 1, less than 0.7, less than 0.5, less than 0.2 and less than 0.13 mm-mrad. It can be expanded depending on the wavelength.

실시예에서 "n" 또는 "N"(예를 들어, 2, 3, 4 등, 수십, 수백 또는 그 이상) 레이저 다이오드 소스는 몇몇 레이저 작업 및 절차에서 마크, 용융, 용접, 절제, 어닐링, 열처리, 절단 재료 및 이들의 조합 및 변형에 사용할 수 있는 주소지정 가능한 광원을 가능하게 하는 광섬유 번들로 구성될 수 있다.In embodiments "n" or "N" (e.g., 2, 3, 4, etc., tens, hundreds or more) laser diode sources may be used to mark, melt, weld, ablate, anneal, heat treatment in some laser operations and procedures. It may consist of fiber optic bundles enabling addressable light sources, which can be used for cutting materials, and combinations and variations thereof.

레이저 시스템의 실시예는 주소지정 가능한 레이저 전달 구성을 가진다. 시스템은 주소지정 가능한 레이저 다이오드 시스템을 가진다. 시스템은 독립적으로 주소지정 가능한 레이저 빔을 복수의 섬유에 제공한다(더 많거나 적은 수의 섬유 및 레이저 빔이 고려된다). 섬유는 보호 튜브 또는 커버에 포함된 섬유 번들로 조합된다. 광섬유 번들의 섬유는 함께 융합되어 레이저 빔을 빔 경로를 따라 초점을 맞추고 목표 재료로 레이저 빔을 지향시키는 광학 조립체를 포함하는 프린팅 헤드를 형성한다. 프린트 헤드와 분말 호퍼는 이에 따라 프린트 헤드의 운동과 함께 양의 방향으로 이동한다. 프린트 헤드 또는 호퍼를 통과할 때마다 융합된 재료 위에 추가 재료가 배치될 수 있다. 프린트 헤드는 양-방향성이며 프린트 헤드가 이동할 때 양방향으로 재료를 융합하므로, 분말 호퍼는 프린트 헤드 뒤에서 작동하여 레이저 프린팅 헤드의 다음 패스(pass)에서 융합될 빌드업 재료를 제공한다.Embodiments of the laser system have an addressable laser delivery configuration. The system has an addressable laser diode system. The system provides independently addressable laser beams to a plurality of fibers (more or fewer fibers and laser beams are considered). The fibers are combined into a bundle of fibers contained in a protective tube or cover. The fibers of the fiber bundle are fused together to form a printing head comprising an optical assembly that focuses the laser beam along the beam path and directs the laser beam to a target material. The print head and powder hopper thus move in the positive direction with the movement of the print head. Additional material may be placed over the fused material each time it passes through the print head or hopper. Since the print head is bi-directional and fuses material in both directions as the print head moves, the powder hopper operates behind the print head to provide build-up material to be fused in the next pass of the laser print head.

"주소지정 가능한 어레이(addressable array)"는 다음 중 하나 이상을 의미한다. 즉, 분말; 발사 기간; 발사 순서; 발사 위치; 빔의 출력; 빔 스폿의 형상뿐만 아니라 초점 길이(예를 들어, z 방향의 침투 깊이) 중 하나 이상이 독립적으로 변경, 제어 및 미리 결정될 수 있거나 각각의 섬유의 각각의 레이저 빔이 목표 재료로부터 매우 정밀한 최종 제품(예를 들어, 빌드 재료)을 생성할 수 있는 정확하고 미리 결정된 전달 패턴을 제공할 수 있음을 의미한다. 주소지정 가능한 어레이의 실시예는 또한, 어닐링, 절제 및 용융과 같은 다양하고 미리 결정된 정밀한 레이저 작업을 수행하기 위해 개별 빔 및 이들 빔에 의해 생성된 레이저 스톱(laser stop)에 대한 능력을 가질 수 있다."Addressable array" means one or more of the following: That is, powder; Firing period; Order of firing; Firing position; The output of the beam; One or more of the shape of the beam spot as well as the focal length (e.g., penetration depth in the z direction) can be independently changed, controlled and predetermined, or each laser beam of each fiber is from the target material to a very precise end product ( For example, it means being able to provide an accurate and predetermined delivery pattern that can generate a build material). Embodiments of the addressable array may also have the ability to individual beams and laser stops generated by these beams to perform various and predetermined precise laser operations such as annealing, ablation and melting. .

다음의 예는 본 발명의 레이저 어레이, 시스템, 장치 및 방법의 다양한 실시예를 예시하기 위해 제공된다. 이들 실시예는 예시 목적을 위한 것이며 본 발명의 범주를 제한하지 않으며 그렇게 보아서도 안 된다.The following examples are provided to illustrate various embodiments of the laser array, system, apparatus, and method of the present invention. These examples are for illustrative purposes and do not limit the scope of the invention and should not be viewed as such.

예 1Example 1

작업물에 전달하기 위해 태양화 저항성 광섬유에 커플링될 수 있는 원거리 장(far-field)에서 단일 스폿을 만들기 위해 공간적으로 조합되는 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes spatially combined to create a single spot in the far-field that can be coupled to a solar resistive fiber for delivery to the work piece.

예 2Example 2

레이저 빔의 유효 휘도를 증가시키기 위해 조합된 편광 빔인 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 which is a polarized beam combined to increase the effective luminance of the laser beam.

예 3Example 3

제 1 어레이의 고속 방향에서 레이저 다이오드 사이의 공간을 충전하기 위해 제 1 레이저 다이오드(들)을 반사하고 제 2 레이저 다이오드(들)을 전송하는 주기적인 판과 조합되는 레이저 다이오드의 고속 축에 있는 각각의 시준된 빔 사이에 공간이 있는 청색 레이저 다이오드의 어레이.Each in the high speed axis of the laser diode combined with a periodic plate that reflects the first laser diode(s) and transmits the second laser diode(s) to fill the space between the laser diodes in the high speed direction of the first array. Array of blue laser diodes with spaces between the collimated beams of.

예 4Example 4

예 3의 공간 충전을 달성하기 위해 사용되는 유리 기판 상의 패턴화된 미러.A patterned mirror on a glass substrate used to achieve the space filling of Example 3.

예 5Example 5

예 3의 공간 충전을 달성하기 위한 유리 기판의 한 면 상의 패턴화된 미러로서, 유리 기판은 개별 레이저 다이오드 사이의 빈 공간을 충전하기 위해 각각의 레이저 다이오드의 수직 위치를 이동하는데 충분한 두께를 가진다.As a patterned mirror on one side of the glass substrate to achieve the space filling of Example 3, the glass substrate has a thickness sufficient to move the vertical position of each laser diode to fill the empty space between the individual laser diodes.

예 6Example 6

예 3의 공간 충전을 수행하고 예 4에 설명된 바와 같은 패턴 미러인 계단식 히트 싱크.A stepped heat sink that performs the space filling of Example 3 and is a patterned mirror as described in Example 4.

예 7Yes 7

각각의 개별 레이저가 외부 공동에 의해 상이한 파장으로 고정되어 어레이의 휘도를 실질적으로 단일 레이저 다이오드 소스의 등가 휘도로 증가시키는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 in which each individual laser is fixed at a different wavelength by an external cavity to increase the brightness of the array to substantially the equivalent brightness of a single laser diode source.

예 8Example 8

레이저 다이오드의 개별 어레이가 격자를 기반으로 한 외부 공동을 사용하여 단일 파장으로 고정되고 각각의 레이저 다이오드 어레이가 좁은 간격의 광학 필터 또는 격자를 사용하여 단일 빔으로 조합되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.Blue as described in Example 1, in which individual arrays of laser diodes are fixed to a single wavelength using an external cavity based on a grating and each laser diode array is combined into a single beam using a narrowly spaced optical filter or grating. Array of laser diodes.

예 9Yes 9

더 높은 휘도 소스를 생성하기 위한 순수한 융합 실리카 코어 및 청색 펌프 광을 포함하는 불소화된 외부 코어를 갖는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as an optical fiber having a pure fused silica core and a fluorinated outer core containing blue pump light to create a higher luminance source.

예 10Yes 10

더 높은 휘도 소스를 생성하는 외부 코어 및 청색 펌프 광을 포함하기 위해 중앙 코어보다 더 큰 외부 코어와 함께 GeO₂ 도핑된 중앙 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. As described in Example 1, which is used to pump a Raman transducer such as an optical fiber having a _{GeO 2} doped central core with an outer core larger than the central core to contain the blue pump light and an outer core creating a higher luminance source. Array of same blue laser diodes.

예 11Yes 11

더 높은 휘도 소스를 생성하는 P₂O₅ 도핑된 코어 및 청색 펌프 광을 포함하기 위해 중앙 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.A blue laser as described in Example 1 used to pump a Raman transducer, such as a fiber having _{a P 2} O ₅ doped core and an outer core larger than the central core to contain the blue pump light to create a higher luminance source. Array of diodes.

예 12Yes 12

더 높은 휘도 소스를 생성하는 등급화된 인덱스 코어 및 청색 펌프 광을 포함하기 위해 중앙 코어보다 더 큰 외부 코어를 가지는 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.Of a blue laser diode as described in Example 1 used to pump a Raman transducer, such as an optical fiber, which has an outer core larger than the central core to contain the blue pump light and a graded index core creating a higher luminance source. Array.

예 13Yes 13

등급화된 인덱스 GeO₂ 도핑된 코어 및 외부 스텝 인덱스 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.Array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump Raman transducer fibers which are graded index GeO _{2 doped core and outer step index core.}

예 14Yes 14

등급화된 인덱스 P₂O₅ 도핑된 코어 및 외부 스텝 인덱스 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump Raman transducer fibers which are graded index P ₂ O _{5 doped core and outer step index core.}

예 15Yes 15

등급화된 인덱스 GeO₂ 도핑된 코어인 라만 변환기 섬유를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.Array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump Raman transducer fibers, which are graded index GeO _{2 doped cores.}

예 16Yes 16

예 17Yes 17

예 1의 실시예의 다른 실시예 및 변형예가 고려된다. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 다이아몬드와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 도 13은 다이아몬드 칩으로부터 청색 라만 변환된 레이저 빔의 이미지(1301) 및 스펙트럼(1302) 그리고 450 nm 내지 478 nm의 파장 이동을 도시한다. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 KGW와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 YVO₄와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 Ba(NO₃)₂와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 고압 가스인 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 희토류 도핑된 결정체를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 더 높은 휘도의 레이저 소스를 생성하기 위해 희토류 도핑된 섬유를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이. 더 높은 휘도 개선 비율을 생성하기 위해 휘도 변환기의 외부 코어를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.Other embodiments and variations of the embodiment of Example 1 are contemplated. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as a diamond to create a higher luminance laser source. 13 shows an image 1301 and spectrum 1302 of a blue Raman transformed laser beam from a diamond chip and a wavelength shift of 450 nm to 478 nm. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as KGW to create a higher luminance laser source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as _{YVO 4} to create a higher luminance laser source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as _{Ba(NO 3} ) ₂ to create a higher luminance laser source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer, a high pressure gas, to create a higher brightness laser source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump rare earth doped crystals to create a higher brightness laser source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump rare earth doped fibers to create a higher brightness laser source. An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump the outer core of the brightness converter to produce a higher brightness improvement rate.

예 18Yes 18

개별 파장에서 작동되고 조합되어 원천 소스의 공간적 휘도를 보존하면서 더 높은 전력 소스를 생성하는 라만 변환 레이저의 어레이.An array of Raman transform lasers that operate at individual wavelengths and combine to create a higher power source while preserving the spatial luminance of the source source.

예 19Yes 19

이중 코어를 갖는 라만 섬유 및 필터, 섬유 브래그 격자, 1차 및 2차 라만 신호에 대한 V 수의 차이 또는 마이크로 벤드 손실(micro-bend loss)의 차이를 사용하여 고휘도 중앙 코어에서 2차 라만 신호를 억제하는 수단.Raman fibers and filters with dual cores, fiber Bragg gratings, the difference in the number of Vs for the first and second order Raman signals, or the difference in micro-bend losses to generate the second-order Raman signal in the high-brightness central core. Means of restraint.

예 20Yes 20

개별적으로 켜고 끌 수 있고 분말 층에 이미징화되어 분말을 고유한 부품으로 용융 및 융합할 수 있는 N > 1인 N 레이저 다이오드.An N> 1 N laser diode that can be turned on and off individually and imaged onto a layer of powder to melt and fuse the powder into a unique part.

예 21Yes 21

출력이 섬유 커플링될 수 있고 각각의 섬유가 선형 또는 비선형 방식으로 배열되어 분말에 이미징화되거나 포커싱됨으로써 분말을 층별로 독특한 형상으로 용융 또는 융합할 수 있는 고출력 레이저 빔의 주소지정 가능한 어레이를 생성할 수 있는 예 1의 N ≥ 1인 N 레이저 다이오드 어레이.The output can be fiber-coupled and each fiber is arranged in a linear or non-linear manner and imaged or focused on the powder to create an addressable array of high-power laser beams capable of melting or fusing the powder into a unique shape layer by layer. N laser diode array with N ≥ 1 in Example 1.

예 22Yes 22

출력이 섬유 커플링될 수 있고 각각의 섬유가 선형 또는 비선형 방식으로 배열됨으로써 분말에 이미징화되거나 포커싱되어 분말을 층별로 독특한 형상으로 용융 또는 융합할 수 있는 N > 1 고출력 레이저 빔의 주소지정 가능한 어레이를 형성할 수 있는 라만 변환기를 통해 조합된 하나 이상의 레이저 다이오드 어레이.Addressable array of N> 1 high-power laser beams whose output can be fiber-coupled and each fiber is imaged or focused onto the powder by being arranged in a linear or non-linear manner to melt or fuse the powder into a unique shape layer by layer. One or more laser diode arrays combined through a Raman transducer capable of forming a.

예 23Yes 23

융합된 층 뒤에 새로운 분말 층을 제공하기 위해 레이저 소스 뒤에 위치된 분말 전달 시스템으로 분말 층을 용융 및 융합하면서 분말 층을 가로질러 N > 1 청색 레이저 소스를 이송할 수 있는 x-y 모션 시스템.An x-y motion system capable of transporting an N> 1 blue laser source across the powder layer while melting and fusing the powder layer with a powder delivery system positioned behind the laser source to provide a new layer of powder behind the fused layer.

예 24Yes 24

새로운 분말 층이 배치된 후 예 20의 부품/분말 층의 높이를 증가/감소시킬 수 있는 z-모션 시스템.A z-motion system capable of increasing/decreasing the height of the part/powder layer of Example 20 after a new layer of powder has been placed.

예 25Yes 25

z-모션 시스템은 분말 층이 레이저 소스에 의해 융합된 후 예 20의 부품/분말의 높이를 증가/감소시킬 수 있다.The z-motion system can increase/decrease the height of the part/powder of Example 20 after the powder layer has been fused by the laser source.

예 26Yes 26

분말이 양의 x 방향 또는 음의 x 방향으로 이동할 때 레이저 스폿(들) 바로 뒤에 배치되는 예 20에 대한 양방향 분말 배치 능력.Bi-directional powder placement capability for Example 20 where the powder is placed immediately after the laser spot(s) when moving in the positive x direction or the negative x direction.

예 27Yes 27

분말이 양의 y 방향 또는 음의 y 방향으로 이동할 때 레이저 스폿(들) 바로 뒤에 배치되는 예 20의 양방향 분말 배치 능력.The bidirectional powder placement ability of Example 20, where the powder is placed immediately after the laser spot(s) when moving in the positive y direction or the negative y direction.

예 28Yes 28

N > 1인 N 레이저 빔과 동축인 분말 공급 시스템.Powder feeding system coaxial with the N laser beam for N> 1 person.

예 29Yes 29

분말이 중력 공급되는 분말 공급 시스템.Powder feeding system in which powder is gravity fed.

예 30Yes 30

분말이 불활성 기체 흐름에 동반되는 분말 공급 시스템.Powder supply system in which the powder is entrained in an inert gas stream.

예 31Yes 31

N > 1이고 분말이 레이저 빔 바로 앞에 중력에 의해 배치되는 N 레이저 빔을 가로지르는 분말 공급 시스템.Powder feeding system in which N> 1 and the powder traverses the N laser beam, which is placed by gravity just in front of the laser beam.

예 32Yes 32

N > 1이고 분말이 레이저 빔을 교차하는 불활성 가스 흐름에 동반되는 N 레이저 빔을 가로지르는 분말 공급 시스템.Powder feeding system in which N> 1 and the powder traverses the N laser beam entrained in an inert gas flow that intersects the laser beam.

예 33Yes 33

예를 들어, 460 nm에서 라만 변환기의 출력을 사용하여 KTP와 같은 외부 공진 이중 결정체로 구성되지만 단파장 빛이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 소스 레이저 파장의 절반 또는 230 nm에서 빛을 생성하는 제 2 고조파 생성 시스템.For example, using the output of a Raman transducer at 460 nm, it consists of an externally resonant double crystal such as KTP, but produces light at 230 nm or half the wavelength of the source laser which does not allow short wavelength light to propagate through the fiber. 2 harmonic generation system.

예 34Yes 34

예를 들어, 460 nm에서 라만 변환기의 출력을 사용하여 외부 공진 이중 결정체를 사용하지만 단파장 빛이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 115 nm에서 빛을 생성하는 제 3 고조파 생성 시스템.For example, a third harmonic generation system that uses the output of a Raman transducer at 460 nm to generate light at 115 nm, which uses an externally resonant double crystal but does not allow short wavelength light to propagate through the optical fiber.

예 35Yes 35

예를 들어, 460 nm에서 라만 변환기의 출력을 사용하여 외부 공진 이중 결정체를 사용하지만 단파장 빛이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 57.5 nm에서 빛을 생성하는 제 4 고조파 생성 시스템.For example, a fourth harmonic generation system that uses the output of a Raman converter at 460 nm to generate light at 57.5 nm, which uses an externally resonant double crystal but does not allow short wavelength light to propagate through the optical fiber.

예 36Yes 36

450 nm에서 청색 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발산하는 툴륨과 같은 희토류 도핑된 휘도 변환기의 출력을 사용하여 외부 공진 이중 결정체를 사용하지만 단파장 빛이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 광원의 절반 파장 또는 236.5 nm에서 빛을 생성하는 제 2 고조파 생성 시스템.Using the output of a rare earth doped luminance converter such as thulium that emits a laser at 473 nm when pumped by a blue laser diode array at 450 nm, it uses an externally resonant double crystal, but does not allow short wavelength light to propagate through the fiber. The second harmonic generation system that generates light at half the wavelength or 236.5 nm of the light source does not.

예 37Yes 37

450 nm에서 청색 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발산하는 툴륨과 같은 희토류 도핑된 휘도 변환기의 출력을 사용하여 외부 공진 이중 결정체를 사용하지만 단파장 빛이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 118.25 nm에서 빛을 생성하는 제 3 고조파 생성 시스템.Using the output of a rare earth doped luminance converter such as thulium that emits a laser at 473 nm when pumped by a blue laser diode array at 450 nm, it uses an externally resonant double crystal, but does not allow short wavelength light to propagate through the fiber. The third harmonic generation system does not generate light at 118.25 nm.

예 38Yes 38

450 nm에서 청색 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌핑될 때 473 nm에서 레이저를 발산하는 툴륨과 같은 희토류 도핑된 휘도 변환기의 출력을 사용하여 외부 공진 이중 결정체를 사용하지만 단파장 빛이 광섬유를 통해 전파되는 것을 허용하지 않는 59.1 nm에서 빛을 생성하는 제 4 고조파 생성 시스템.Using the output of a rare earth doped luminance converter such as thulium that emits a laser at 473 nm when pumped by a blue laser diode array at 450 nm, it uses an externally resonant double crystal, but does not allow short wavelength light to propagate through the fiber. The fourth harmonic generation system does not generate light at 59.1 nm.

예 39Yes 39

가시적 또는 거의 가시적 출력을 생성하기 위해 고출력 450 nm 소스에 의해 펌핑될 수 있는 모든 다른 희토류 도핑된 섬유 및 결정체가 예 34 내지 38에서 사용될 수 있다.All other rare earth doped fibers and crystals that can be pumped by a high power 450 nm source to produce a visible or near visible power can be used in Examples 34-38.

예 40Yes 40

라만 또는 희토류 도핑된 코어 섬유의 내부 코어를 펌핑하기 위해 고출력 가시광을 비-원형 외부 코어 또는 클래드(clad)로 발사한다.High power visible light is emitted to a non-circular outer core or clad to pump the inner core of the Raman or rare earth doped core fiber.

예 41Yes 41

펌프의 편광을 라만 발진기의 편광과 정렬함으로써 라만 섬유의 이득을 향상시키기 위해 편광 유지 섬유의 사용.The use of polarization maintaining fibers to improve the gain of Raman fibers by aligning the polarization of the pump with the polarization of the Raman oscillator.

예 42Yes 42

특정 편광의 더 높은 휘도 소스를 생성하도록 구조화된 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as an optical fiber structured to create a higher luminance source of specific polarization.

예 43Yes 43

특정 편광의 더 높은 휘도 소스를 생성하고 펌프 소스의 편광 상태를 유지하도록 구조화된 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 설명된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer such as an optical fiber structured to create a higher luminance source of a specific polarization and maintain the polarization state of the pump source.

예 44Yes 44

라만 변환 효율을 개선하도록 구조화된 비-원형 외부 코어를 갖는 더 높은 휘도 소스를 생성하기 위해 광섬유와 같은 라만 변환기를 펌핑하는데 사용되는 예 1에 기재된 바와 같은 청색 레이저 다이오드의 어레이.An array of blue laser diodes as described in Example 1 used to pump a Raman transducer, such as an optical fiber, to create a higher luminance source with a non-circular outer core structured to improve Raman conversion efficiency.

예 45Yes 45

예 1 내지 44의 실시예는 또한, 다음의 구성요소 또는 조립체, 즉 레이저가 분말 층 위에서 스캐닝되기 전에 각각의 패스의 끝에서 분말을 평평하게 하기 위한 장치; 더 높은 전력 출력 빔을 생성하기 위해 섬유 조합기를 통해 다중 저전력 레이저 모듈을 조합함으로써 레이저의 출력 전력을 스케일링하기 위한 장치; 더 높은 전력 출력 빔을 생성하기 위해 자유 공간을 통해 다중 저전력 레이저 모듈을 조합함으로써 청색 레이저 모듈의 출력 전력을 스케일링하기 위한 장치; 단일 베이스플레이트에 있는 다중 레이저 모듈을 내장 냉각 장치와 조합하기 위한 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The embodiments of Examples 1-44 also include the following component or assembly, ie a device for flattening the powder at the end of each pass before the laser is scanned over the powder layer; An apparatus for scaling the output power of a laser by combining multiple low power laser modules through a fiber combiner to produce a higher power output beam; An apparatus for scaling the output power of a blue laser module by combining multiple low power laser modules through free space to produce a higher power output beam; It may include one or more of the devices for combining multiple laser modules on a single baseplate with a built-in cooling device.

새롭고 획기적인 공정, 재료, 성능 또는 본 발명의 실시예의 요지이거나 그와 관련된 다른 유익한 특징 및 특성의 기초가 되는 이론을 제공하거나 다룰 필요가 없다는 점에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 분야의 기술을 더욱 발전시키기 위해 본 명세서에 다양한 이론이 제공된다. 본 명세서에 제시된 이론은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 청구된 발명에 제공될 보호 범주를 어떤 식으로든 한정하거나 제한하거나 좁히지 않는다. 이들 이론은 본 발명을 활용하기 위해 요구되거나 실행되지 않는다. 또한, 본 발명은 본 발명의 방법, 물품, 재료, 장치 및 시스템의 실시예의 기능-특징을 설명하기 위해 새롭고 지금까지 알려지지 않은 이론으로 이어질 수 있다는 것이 이해되며; 그리고 나중에 개발된 그러한 이론은 본 발명이 제공하는 보호 범주를 제한하지 않는다.It is to be noted that there is no need to provide or address theories underlying new and innovative processes, materials, performances, or other beneficial features and properties that are the subject of or related to embodiments of the present invention. Nevertheless, various theories are provided herein in order to further advance the technology in this field. The theory presented herein does not in any way limit, limit or narrow the scope of protection to be provided for the claimed invention, unless expressly stated otherwise. These theories are not required or practiced to utilize the present invention. In addition, it is understood that the present invention may lead to novel and hitherto unknown theories to explain the function-characteristics of embodiments of the methods, articles, materials, devices and systems of the present invention; And such a theory developed later does not limit the scope of protection provided by the present invention.

본 명세서에서 표제의 사용은 명확성을 위한 것이며 어떤 식으로든 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 표제하에 설명된 공정 및 개시내용은 다양한 예를 포함한 본 명세서 전체와 관련하여 읽어야 한다. 본 명세서에서 표제의 사용은 본 발명이 제공하는 보호 범주를 제한하지 않아야 한다.It is to be understood that the use of headings in this specification is for clarity and is not limiting in any way. Accordingly, the processes and disclosures described under the heading should be read in connection with the entire specification, including various examples. The use of headings in this specification should not limit the scope of protection provided by the present invention.

본 명세서에 기재된 레이저, 다이오드, 어레이, 모듈, 조립체, 활동 및 작동의 다양한 실시예는 본 명세서에 기재된 것들에 추가하여 다양한 다른 활동 및 다른 분야에서 사용될 수 있다. 다른 것들 중에서도, 본 발명의 실시예는 특허 출원 공개 번호 WO 2014/179345, 2016/0067780, 2016/0067827, 2016/0322777, 2017/0343729, 2017/0341180, 및 2017/0341144 호의 방법, 장치 및 시스템과 함께 사용될 수 있으며, 이들 각각의 전체 개시는 본 명세서에 원용에 의해 포함된다. 추가로, 예를 들어 이들 실시예는 미래에 개발될 수 있는 다른 장비 또는 활동; 그리고 본 명세서의 교시에 따라 부분적으로 수정될 수 있는 기존 장비 또는 활동과 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예는 서로 상이하고 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 명세서의 다양한 실시예에 제공된 구성은 서로 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, A, A' 및 B를 갖는 실시예의 구성요소와 A'', C 및 D를 갖는 실시예의 구성요소는 본 명세서의 교시에 따라서 다양한 조합, 예를 들어 A, C, D 그리고 A, A'', C 및 D 등으로 서로 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명이 제공하는 보호 범주는 특정 실시예, 특정 실시예에 기재되고 예, 또는 특정 도면의 실시예에서 기재된 구성 또는 배열로 제한되지 않아야 한다.The various embodiments of lasers, diodes, arrays, modules, assemblies, activities and operations described herein may be used in a variety of other activities and other fields in addition to those described herein. Among other things, embodiments of the present invention include methods, apparatuses and systems of patent application publication numbers WO 2014/179345, 2016/0067780, 2016/0067827, 2016/0322777, 2017/0343729, 2017/0341180, and 2017/0341144. May be used together, the entire disclosure of each of which is incorporated herein by reference. Additionally, for example, these embodiments may include other equipment or activities that may be developed in the future; And may be used with existing equipment or activities that may be partially modified in accordance with the teachings herein. In addition, the various embodiments described herein are different from each other and may be used in various combinations. Thus, for example, configurations provided in various embodiments of the present specification may be used together with each other. For example, elements of an embodiment having A, A'and B and elements of an embodiment having A'', C and D are in various combinations, such as A, C, D and A, according to the teachings of this specification. , A'', C and D, etc. can be used together with each other. Accordingly, the scope of protection provided by the present invention should not be limited to a specific embodiment, a configuration or arrangement described in a specific embodiment and described in an example, or an embodiment of a specific drawing.

본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특성에서 벗어나지 않고 본 명세서에 구체적으로 개시된 것 이외의 다른 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예는 모든 측면에서 제한적이지 않고 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다.The present invention may be implemented in other forms other than those specifically disclosed in the present specification without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. The described embodiments are not to be regarded as limiting in all respects and merely illustrative.

Claims

다중-스폿 1-D 이미지, 다중-스폿 2-D 이미지 또는 둘 모두를 분말 층에 제공하도록 구성된 광원을 포함하는 적층 제작 시스템으로서;
이미지는 분말로부터 부품을 융합하고 빌드(build)하는데 충분한 전력 밀도를 가지는,
적층 제작 시스템.An additive manufacturing system comprising a light source configured to provide a multi-spot 1-D image, a multi-spot 2-D image, or both, to a powder layer;
The image is of sufficient power density to fuse and build parts from powder,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
광원은 300 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 섬유 라만 레이저 어레이로부터의 광을 커플링하는 섬유 어레이를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
The light source comprises a fiber array that couples light from a fiber Raman laser array operating in a wavelength range of 300 nm to 500 nm.
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드 어레이를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
The light source comprises an array of laser diodes operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드에 커플링되는 광 섬유 어레이를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
The light source comprises an array of optical fibers coupled to a laser diode operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm.
Additive manufacturing system.

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
광원은 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 50 ㎛ 내지 100 ㎛, 및 100 ㎛ 내지 500 ㎛로 구성된 그룹으로부터 선택된 직경을 갖는 광섬유 어레이를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method according to any one of claims 1 to 4,
The light source comprises an optical fiber array having a diameter selected from the group consisting of 10 μm to 50 μm, 50 μm to 100 μm, and 100 μm to 500 μm,
Additive manufacturing system.

제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
광원은 1:10을 포함한 1:0.5, 1:1, 1:2까지일 수 있는 광학 장치로 재-이미징되는 개별 광원에 커플링된 개별 광섬유의 단일 번들을 포함하는,
적층 제작 시스템.The method according to any one of claims 1 to 5,
The light source comprises a single bundle of individual optical fibers coupled to individual light sources that are re-imaged into optics that can be up to 1:0.5, 1:1, 1:2 including 1:10.
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
광원은 단일 QBH 커넥터에 장착된 섬유 번들인,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
The light source is a bundle of fibers mounted on a single QBH connector,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
광원은 독립적으로 장착된 개별 섬유인,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
The light source is an independently mounted individual fiber,
Additive manufacturing system.

제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
작동 중 각각의 스폿에서 온도를 직접 모니터링하고 각각의 스폿에 대한 전력을 제어하여 스폿별로 부품의 빌드 품질을 제어하는 마이크로프로세서에 피드백 신호를 제공하기 위한 고해상도 열 화상 카메라를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1 or 6,
Including a high-resolution thermal imaging camera to provide a feedback signal to a microprocessor that directly monitors the temperature at each spot during operation and controls the power to each spot to control the build quality of the part by spot.
Additive manufacturing system.

제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
작동 중 각각의 스폿에서 온도를 직접 모니터링하고 각각의 스폿에 대한 전력을 제어하여 스폿별로 부품의 빌드 품질을 제어하는 마이크로프로세서에 피드백 신호를 제공하기 위한 고온계 어레이를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1 or 6,
Including a pyrometer array to provide a feedback signal to the microprocessor that directly monitors the temperature at each spot during operation and controls the power to each spot to control the build quality of the part by spot.
Additive manufacturing system.

제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
분말 층의 표면을 가로질러 1-D 또는 2-D 이미지를 병진 운동시키기 위해 x-y 갠트리 시스템에 장착되는 광원 어레이로 구성된 프린트 헤드를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method according to any one of claims 1 to 10,
A print head consisting of an array of light sources mounted to an xy gantry system for translating a 1-D or 2-D image across the surface of the powder layer.
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
양방향으로 작동하는 중력 공급 분말 전달 시스템을 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Using a gravity-fed powder delivery system that works in both directions,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
분말을 압축하여 치밀하게 함으로써 분말 층의 다공성을 감소시키기 위해 호퍼 이동 방향과 반대 방향으로 이동하는 회전 휠을 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Comprising a rotating wheel moving in a direction opposite to the hopper movement direction to reduce the porosity of the powder layer by compacting and densifying the powder,
Additive manufacturing system.

제 8 항에 있어서,
제어 신호는 분말 층의 온도에 비례하는 신호를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 8,
The control signal comprises a signal proportional to the temperature of the powder layer,
Additive manufacturing system.

제 8 항에 있어서,
제어 신호는 분말 층의 1-D 또는 2-D 이미지의 각각의 지점에서 생성된 용융 더들(melt puddle)의 온도에 비례하는 신호를 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 8,
The control signal comprises a signal proportional to the temperature of the melt puddle generated at each point in the 1-D or 2-D image of the powder layer,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
구리 분말을 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Using a blue laser source to fuse the copper powder,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
금 분말을 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Using a blue laser source to fuse gold powder,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
알루미늄 분말을 최적으로 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Using a blue laser source to optimally fuse the aluminum powder,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
모든 금속과 금속 합금을 융합시키기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Using a blue laser source to fuse all metals and metal alloys,
Additive manufacturing system.

제 11 항에 있어서,
적층 제작 시스템용 프린트 헤드는 섬유 어레이 또는 다이오드 어레이 이미지에 노출된 영역에서 분말의 온도를 재-이미지화하고 제어하기 위해 열 화상 카메라 시스템과 광학 시스템을 통합하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 11,
A printhead for an additive manufacturing system integrates a thermal imaging camera system and an optical system to re-image and control the temperature of the powder in the area exposed to the fiber array or diode array image.
Additive manufacturing system.

제 11 항에 있어서,
적층 제작 시스템에서 프린트 헤드의 광학 시스템은 평-볼록 렌즈, 평-볼록 비구면 렌즈, 이중 또는 삼중 렌즈 쌍일 수 있는 시준기로 구성되며 초점 광학 장치는 평-볼록 렌즈, 평-볼록 비구면 렌즈로 구성되며, 광원은 시준 렌즈로부터 1f, 촛점 렌즈로부터 1f 떨어져 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 11,
In an additive manufacturing system, the optical system of the print head consists of a collimator that can be a plano-convex lens, a plano-convex aspherical lens, a double or triple lens pair, and the focusing optics are made up of a plano-convex lens, a plano-convex aspherical lens, The light source is 1f away from the collimating lens, 1f away from the focal lens,
Additive manufacturing system.

제 11 항에 있어서,
프린트 헤드의 광학 시스템은 광원이 렌즈로부터 적어도 2f 떨어져 있고 이미지가 반대 방향으로 렌즈로부터 적어도 2f 떨어져 있는 재-이미징 광학 장치인,
적층 제작 시스템.The method of claim 11,
The optical system of the print head is a re-imaging optics in which the light source is at least 2f away from the lens and the image is at least 2f away from the lens in the opposite direction.
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
재분배를 위해 분말을 프린터 층으로 전달하기 위해 피스톤을 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Using a piston to deliver the powder to the printer bed for redistribution,
Additive manufacturing system.

적층 제작 시스템으로서,
이미지의 각각의 픽셀을 모니터링하고 각각의 레이저에 대한 제어 신호를 실시간으로 피드백하여 분말의 용융 및 융합을 제어함으로써 결과적인 부품의 표면 거칠기, 다공성 및 응력을 최적화하기 위해 카메라 시스템으로 부품을 융합 및 빌드하는데 충분한 전력 밀도에서 분말 층의 1D 또는 2D 이미지인 빌드 영역의 온도를 제어하기 위한 광원 및 보조 광원의 어레이를 기반으로 하는,
적층 제작 시스템.As an additive manufacturing system,
Fuse and build parts with a camera system to optimize the surface roughness, porosity, and stress of the resulting part by monitoring each pixel of the image and controlling the melting and fusion of the powder by feeding back control signals for each laser in real time. Based on an array of light sources and auxiliary light sources to control the temperature of the build area, which is a 1D or 2D image of the powder layer at a power density sufficient to
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 300 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 라만 레이저 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is a Raman laser array operating in the wavelength range of 300 nm to 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is an array of laser diodes operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드에 커플링되는 광 섬유 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is an array of optical fibers coupled to a laser diode operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm.
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 직경이 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 50 ㎛ 내지 100 ㎛, 및 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위인 광섬유 어레이에 의해 전달되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is delivered by an optical fiber array with a diameter ranging from 10 μm to 50 μm, 50 μm to 100 μm, and 100 μm to 500 μm,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 1:10을 포함한 1:0.5, 1:1, 1:2까지일 수 있는 광학 장치로 재-이미징되는 개별 광원에 커플링된 개별 광섬유의 단일 번들인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is a single bundle of individual optical fibers coupled to individual light sources that are re-imaged into optics that can be up to 1:0.5, 1:1, 1:2 including 1:10.
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 단일 QBH 커넥터에 장착된 섬유 번들인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is a bundle of fibers mounted on a single QBH connector,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
광원은 독립적으로 장착된 개별 섬유인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The light source is an independently mounted individual fiber,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
2차 광원은 300 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 라만 레이저인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The secondary light source is a Raman laser operating in the wavelength range of 300 nm to 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
2차 광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드 시스템인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The secondary light source is a laser diode system operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
2차 광원은 1-D 또는 2-D 패턴이 이미징되는 것과 동일한 영역에 이미징되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The secondary light source is imaged in the same area as the 1-D or 2-D pattern is imaged,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
2차 광원에 의해 조사된 분말의 온도는 열 화상 카메라에 의해 측정되고 카메라로부터의 신호는 조명 영역의 평균 온도를 제어하는데 사용되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The temperature of the powder irradiated by the secondary light source is measured by a thermal imaging camera and the signal from the camera is used to control the average temperature of the illuminated area,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
2차 광원에 의해 조사된 분말의 온도는 고온계에 의해 측정되고 고온계로부터의 신호는 조명 영역의 평균 온도를 제어하는데 사용되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The temperature of the powder irradiated by the secondary light source is measured by a pyrometer and the signal from the pyrometer is used to control the average temperature of the illuminated area,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
카메라는 작동 동안 각각의 스폿의 온도를 직접 모니터링하고 각각의 스폿의 전력을 제어하여 스폿별 부품의 빌드 품질을 제어하는 마이크로프로세서에 피드백 신호를 제공하기 위한 고해상도 열 화상 카메라인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The camera directly monitors the temperature of each spot during operation and controls the power of each spot to provide a feedback signal to the microprocessor that controls the build quality of the parts by spot, a high-resolution thermal imaging camera.
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
카메라는 작동 동안 각각의 스폿의 온도를 직접 모니터링하고 각각의 스폿의 전력을 제어하여 스폿별 부품의 빌드 품질을 제어하는 마이크로프로세서에 피드백 신호를 제공하기 위한 고온계 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The camera directly monitors the temperature of each spot during operation and controls the power of each spot to provide a feedback signal to the microprocessor that controls the build quality of the parts by spot, an array of pyrometers.
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 분말 층의 표면을 가로질러 1-D 또는 2-D 이미지를 병진 운동시키기 위해 x-y 갠트리 시스템에 장착된 광원 어레이로 구성된 프린트 헤드를 기반으로 하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The additive manufacturing system is based on a printhead consisting of an array of light sources mounted on an xy gantry system to translate a 1-D or 2-D image across the surface of the powder layer.
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 양방향으로 작동하는 중력 공급 분말 전달 시스템을 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The additive manufacturing system uses a gravity-fed powder delivery system that works in both directions,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 재분배를 위해 분말을 프린터 층으로 전달하기 위해 피스톤을 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
Additive manufacturing systems use pistons to deliver powder to the printer layer for redistribution,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 분말을 압축하고 치밀화하여 분말 층의 다공성을 감소시키기 위해 호퍼 이동 방향과 반대 방향으로 이동하는 회전 휠을 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The additive manufacturing system comprises a rotating wheel moving in a direction opposite to the direction of hopper movement to compress and densify the powder to reduce the porosity of the powder layer,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
제어 신호는 분말 층의 온도에 비례하는 신호일 수 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The control signal may be a signal proportional to the temperature of the powder layer,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
제어 신호는 분말 층 상의 1-D 또는 2-D 이미지의 각각의 지점에서 생성된 용융 퍼들의 온도에 비례하는 신호일 수 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The control signal may be a signal proportional to the temperature of the molten puddle generated at each point in the 1-D or 2-D image on the powder layer.
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 구리 분말을 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The additive manufacturing system uses a blue laser source to fuse the copper powder,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 금 분말을 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
Additive manufacturing system uses a blue laser source to fuse gold powder,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 알루미늄 분말을 최적으로 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
The additive manufacturing system uses a blue laser source to optimally fuse the aluminum powder,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 모든 금속 및 금속 합금을 최적으로 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
Additive manufacturing systems use a blue laser source to optimally fuse all metals and metal alloys,
Additive manufacturing system.

제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템용 프린트 헤드는 광학 시스템을 열 화상 카메라 시스템과 통합하여 섬유 어레이 또는 다이오드 어레이 이미지에 노출된 영역에서 분말의 온도를 재-이미지화하고 제어하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 24,
Printheads for additive manufacturing systems integrate an optical system with a thermal imaging camera system to re-image and control the temperature of the powder in the area exposed to the fiber array or diode array image.
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
적층 제작 시스템에서 프린트 헤드의 광학 시스템은 평-볼록 렌즈, 평-볼록 비구면 렌즈, 이중 또는 삼중 렌즈 쌍일 수 있는 시준기로 구성되며 초점 광학 장치는 평-볼록 렌즈, 평-볼록 비구면 렌즈로 구성되며, 광원은 시준 렌즈로부터 1f, 촛점 렌즈로부터 1f 떨어져 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
In an additive manufacturing system, the optical system of the print head consists of a collimator that can be a plano-convex lens, a plano-convex aspherical lens, a double or triple lens pair, and the focusing optics are made up of a plano-convex lens, a plano-convex aspherical lens, The light source is 1f away from the collimating lens, 1f away from the focal lens,
Additive manufacturing system.

제 50 항에 있어서,
프린트 헤드의 광학 시스템은 시준 렌즈로부터 적어도 2f 떨어져 있고 이미지는 반대 방향으로 촛점 렌즈로부터 적어도 2f 떨어져 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 50,
The optical system of the print head is at least 2f away from the collimating lens and the image is at least 2f away from the focal lens in the opposite direction,
Additive manufacturing system.

제 1 항 및 제 24 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 용접 공정을 실시간으로 모니터링하기 위해 광 간섭성 단층 촬영(OCT) 시스템을 통합하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1 and 24,
The additive manufacturing system incorporates an optical coherent tomography (OCT) system to monitor the welding process in real time,
Additive manufacturing system.

적층 제작 시스템으로서,
이미지의 각각의 픽셀을 모니터링하고 각각의 레이저에 대한 제어 신호를 실시간으로 피드백하여 분말의 용융 및 융합을 제어함으로써 결과적인 부품의 표면 거칠기, 다공성 및 응력을 최적화하기 위해 카메라 시스템으로 부품을 융합 및 빌드하는데 충분한 전력 밀도에서 분말 층의 1-D 또는 2-D 이미지인 빌드 영역의 온도를 제어하기 위한 광원의 어레이 및 2차 광원의 어레이(n x m > 1)를 기반으로 하는,
적층 제작 시스템.As an additive manufacturing system,
Fuse and build parts with a camera system to optimize the surface roughness, porosity, and stress of the resulting part by monitoring each pixel of the image and controlling the melting and fusion of the powder by feeding back control signals for each laser in real time. Based on an array of light sources and an array of secondary light sources (nxm> 1) to control the temperature of the build area, which is a 1-D or 2-D image of the powder layer at a power density sufficient to
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 300 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 섬유 라만 레이저 어레이로부터의 광을 커플링하는 섬유 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is a fiber array that couples light from a fiber Raman laser array operating in a wavelength range of 300 nm to 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is an array of laser diodes operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드에 커플링되는 광 섬유 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is an array of optical fibers coupled to a laser diode operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm.
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 직경이 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 50 ㎛ 내지 100 ㎛, 및 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위인 광섬유 어레이에 의해 전달되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is delivered by an optical fiber array with a diameter ranging from 10 μm to 50 μm, 50 μm to 100 μm, and 100 μm to 500 μm,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 1:10을 포함한 1:0.5, 1:1, 1:2까지일 수 있는 광학 장치로 재-이미징되는 개별 광원에 커플링된 개별 광섬유의 단일 번들인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is a single bundle of individual optical fibers coupled to individual light sources that are re-imaged into optics that can be up to 1:0.5, 1:1, 1:2 including 1:10.
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 단일 QBH 커넥터에 장착된 섬유 번들인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is a bundle of fibers mounted on a single QBH connector,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원은 독립적으로 장착된 개별 섬유인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The light source is an independently mounted individual fiber,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
2차 광원은 300 nm 내지 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 섬유 라만 레이저인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The secondary light source is a fiber Raman laser operating in the wavelength range of 300 nm to 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
2차 광원은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장 범위에서 작동하는 레이저 다이오드 시스템인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The secondary light source is a laser diode system operating in a wavelength range of about 400 nm to about 500 nm,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
2차 광원은 1-D 또는 2-D 패턴이 이미징되는 것과 동일한 영역에 이미징되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The secondary light source is imaged in the same area as the 1-D or 2-D pattern is imaged,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
광원의 2차 어레이에 의해 조사된 분말의 온도는 열 화상 카메라에 의해 측정되고 카메라로부터의 신호는 조명 영역의 평균 온도를 제어하는데 사용되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The temperature of the powder irradiated by the secondary array of light sources is measured by a thermal imaging camera and the signal from the camera is used to control the average temperature of the illuminated area,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
2차 광원에 의해 조사된 분말의 온도는 고온계에 의해 측정되고 고온계로부터의 신호는 조명 영역의 평균 온도를 제어하는데 사용되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The temperature of the powder irradiated by the secondary light source is measured by a pyrometer and the signal from the pyrometer is used to control the average temperature of the illuminated area,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
카메라는 작동 동안 각각의 스폿의 온도를 직접 모니터링하고 각각의 스폿의 전력을 제어하여 스폿별 부품의 빌드 품질을 제어하는 마이크로프로세서에 피드백 신호를 제공하기 위한 고해상도 열 화상 카메라인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The camera directly monitors the temperature of each spot during operation and controls the power of each spot to provide a feedback signal to the microprocessor that controls the build quality of the parts by spot, a high-resolution thermal imaging camera.
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
카메라는 작동 동안 각각의 스폿의 온도를 직접 모니터링하고 각각의 스폿의 전력을 제어하여 스폿별 부품의 빌드 품질을 제어하는 마이크로프로세서에 피드백 신호를 제공하기 위한 고온계 어레이인,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The camera directly monitors the temperature of each spot during operation and controls the power of each spot to provide a feedback signal to the microprocessor that controls the build quality of the parts by spot, an array of pyrometers.
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 분말 층의 표면을 가로질러 1-D 또는 2-D 이미지를 병진 운동시키기 위해 x-y 갠트리 시스템에 장착된 광원 어레이로 구성된 프린트 헤드를 기반으로 하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The additive manufacturing system is based on a printhead consisting of an array of light sources mounted on an xy gantry system to translate a 1-D or 2-D image across the surface of the powder layer.
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 양방향으로 작동하는 중력 공급 분말 전달 시스템을 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The additive manufacturing system uses a gravity-fed powder delivery system that works in both directions,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 재분배를 위해 분말을 프린터 층으로 전달하기 위해 피스톤을 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
Additive manufacturing systems use pistons to deliver powder to the printer layer for redistribution,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 분말을 압축하고 치밀화하여 분말 층의 다공성을 감소시키기 위해 호퍼 이동 방향과 반대 방향으로 이동하는 회전 휠을 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The additive manufacturing system comprises a rotating wheel moving in a direction opposite to the direction of hopper movement to compress and densify the powder to reduce the porosity of the powder layer,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
제어 신호는 분말 층의 온도에 비례하는 신호일 수 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The control signal may be a signal proportional to the temperature of the powder layer,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
제어 신호는 분말 층 상의 1-D 또는 2-D 이미지의 각각의 지점에서 생성된 용융 퍼들의 온도에 비례하는 신호일 수 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The control signal may be a signal proportional to the temperature of the molten puddle generated at each point in the 1-D or 2-D image on the powder layer.
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
적층 제작 시스템용 프린트 헤드는 광학 시스템을 열 화상 카메라 시스템과 통합하여 섬유 어레이 또는 다이오드 어레이 이미지에 노출된 영역에서 분말의 온도를 재-이미지화하고 제어하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Printheads for additive manufacturing systems integrate an optical system with a thermal imaging camera system to re-image and control the temperature of the powder in the area exposed to the fiber array or diode array image.
Additive manufacturing system.

제 75 항에 있어서,
프린트 헤드의 광학 시스템은 시준 렌즈로부터 적어도 2f 떨어져 있고 이미지는 반대 방향으로 촛점 렌즈로부터 적어도 2f 떨어져 있는,
적층 제작 시스템.The method of claim 75,
The optical system of the print head is at least 2f away from the collimating lens and the image is at least 2f away from the focal lens in the opposite direction,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 구리 분말을 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The additive manufacturing system uses a blue laser source to fuse the copper powder,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 금 분말을 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
Additive manufacturing system uses a blue laser source to fuse gold powder,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 알루미늄 분말을 최적으로 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
The additive manufacturing system uses a blue laser source to optimally fuse the aluminum powder,
Additive manufacturing system.

제 53 항에 있어서,
적층 제작 시스템은 모든 금속 및 금속 합금을 최적으로 융합하기 위해 청색 레이저 소스를 사용하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 53,
Additive manufacturing systems use a blue laser source to optimally fuse all metals and metal alloys,
Additive manufacturing system.

제 1 항, 제 24 항 및 제 53 항에 있어서,
프린터 헤드는 이미지를 병렬로 인쇄하기 위해 단일 또는 다중 갠트리에 유사한 프린터 헤드와 함께 장착되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1, 24 and 53,
The print head is mounted with a similar print head on a single or multiple gantry to print images in parallel.
Additive manufacturing system.

제 1 항, 제 24 항 및 제 53 항에 있어서,
프린터 헤드는 부품의 일부분인 이미지를 인쇄하기 위해 단일 또는 다중 갠트리에 유사한 프린터 헤드와 함께 장착되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1, 24 and 53,
A print head is mounted with a similar print head on a single or multiple gantry to print images that are part of a part.
Additive manufacturing system.

제 1 항, 제 24 항 및 제 53 항에 있어서,
프린터 헤드는 단일 또는 다중 갠트리에 유사한 프린터 헤드와 함께 장착되고 광학 시스템은 더 큰 연속적인 이미지를 생성하기 위해 다중 소스로부터의 이미지를 함께 융합하는데 사용되는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1, 24 and 53,
The print head is mounted with a similar print head on a single or multiple gantry and an optical system is used to fuse images from multiple sources together to create a larger continuous image.
Additive manufacturing system.

제 1 항, 제 24 항 및 제 53 항에 있어서,
프린터 헤드는 단일 또는 다중 갠트리에 유사한 프린터 헤드와 함께 장착되어 간극 패턴의 단계별 반복에 의해 함께 융합되는 이미지를 체크보드 방식(checkboard fashion)으로 인쇄하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1, 24 and 53,
The print head is mounted on a single or multiple gantry with a similar print head to print images fused together by stepwise repetition of the gap pattern in a checkboard fashion,
Additive manufacturing system.

제 1 항에 있어서,
이미지의 각각의 픽셀을 모니터링하고, 결과적인 부품에서 표면 거칠기, 다공성 및 응력을 최적화하기 위해 분말의 용융 및 융합을 제어하도록 각각의 레이저에 대한 제어 신호를 실시간으로 피드백하는 카메라 시스템을 포함하는,
적층 제작 시스템.The method of claim 1,
Including a camera system that monitors each pixel of the image and feeds back control signals for each laser in real time to control melting and fusion of the powder to optimize surface roughness, porosity and stress in the resulting part.
Additive manufacturing system.