CN108621415A - 用于多材料的3d打印装置和用于多材料的3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多材料的3D打印装置和用于多材料的3D打印方法。用于多材料的3D打印装置包括：材料传送单元，其包括至少两条线；材料供给单元，其用于对材料传送单元的各条线供给至少一种打印材料；厚度控制单元，其用于控制由材料供给单元供给的材料的厚度；3D打印模块，其用于将厚度被厚度控制单元控制的材料固化成预定的形状，以使位于一条线的材料固化，并且移动到另一条线，以使位于另一条线的材料固化；材料处理模块，其用于对通过3D打印模块固化的材料执行清洗或干燥；以及收集模块，其用于收集打印过程中未使用的打印材料。

Description

用于多材料的3D打印装置和用于多材料的3D打印方法

技术领域

本发明涉及用于多材料(multiple materials)的3D打印装置和用于多材料的3D打印方法。

背景技术

3D打印机是出于在企业中将产品商业化之前制备原型的目的而开发的。美国的3DSystems公司作为在20世纪80年代早期开发出固化塑性液体以制得3D物体的第一台3D打印机的企业而被熟知。在早期限于塑料的材料的范围已经扩展到诸如尼龙和金属等的其它材料，进入了各种领域以及工业原型的商业化阶段。

3D打印主要包括建模步骤、打印步骤和精加工(finishing)步骤。建模是使用3DCAD(计算机辅助设计)、3D建模程序、3D扫描器等的3D制图的步骤。打印是通过诸如层叠方法等的方法执行、使用在建模步骤中制得的3D图创建物体的步骤。所需的时间取决于物体的尺寸和复杂度。精加工是对所输出的物体进行增补的步骤，该步骤包括着色、表面抛光、组装局部物体等。

同时，通过使二维结构逐层层叠来形成三维结构的3D打印的方法是通过堆叠粉末(聚合物粉末或金属粉末等)或者液体或纤维形式的材料的层来形成三维形状。该层越薄，可以获得的形状越精确。以下将对详细分类进行说明。

材料挤出是使主要呈长丝形式的热塑性材料在喷嘴中熔融、将熔融的材料推到用于形成期望形状的部分并使该熔融的材料固化，以从下向上进行层叠的方法。该方法具有相对容易应用于各种材料的优点，但是与其它方法相比，也具有产生粗糙表面和相对较长制造时间的缺点。

vat光聚合(vat photopolymerization)法是指将激光或UV光束投射到包含可光固化液体树脂的水罐，以使与光源接触的部分固化并使该部分层叠的方法。该方法在以高的精度制备平滑且细致的表面方面具有优点，但是制造成本比其它类型的打印机高。

粉末床融合(Powder bed fusion)法是指选择性激光烧结(SLS)法，其是通过激光使大量细小粉末状塑料、金属和玻璃熔融并使其固化，以使层层叠为三维形状的方法。由于SLS速度快并且使用的材料范围广，所以具有如下极好的优点：弥补了材料受限的3D打印机的缺点。然而，具有如下缺点：产品的尺寸根据粉末物质的尺寸而受到限制，并且与其它方法相比，价格非常昂贵。

粘合剂喷射法是指将起到粘接剂作用的诸如胶等的粘合剂溶液喷涂到粉末状材料以使粉末粘合的方法。

材料喷射法是指通过以与喷墨打印机相同的方式直接喷涂墨形式的材料形成二维结构，然后反复堆叠直到形成三维形状并通过UV光束等固化的方法。

片层叠法是指通过将纸或膜形状的材料逐层堆叠、利用激光或切割器制作形状、然后重复相同的过程来制造三维形状的方法。

另外，直接能量沉积(DED)法主要应用于金属，并且是指将粉末状或丝状材料直接且同时地喷涂到高能激光束的表面，以使材料熔融并使其层叠为三维形状的方法。

同时，韩国专利申请No.10-2017-0010290(以下称作“现有技术”)公开了作为涉及层叠型3D打印装置的传统技术的3D陶瓷打印机和3D打印方法。现有技术是本发明人的发明，并且公开了将材料供给方法从上述vat光聚合改变成膜光聚合的光聚合打印技术，其效果是通过膜的连续供给缩短了成型时间并减少了材料的使用量。然而，现有技术的局限性在于，在各层中固化的打印材料因在单条线中供给膜而被限制为单一材料，无法对各层的层叠体进行清洗和干燥处理，从而导致难以防止材料之间的混合并难以控制材料的分布。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国专利公开No.10-2017-0010290

发明内容

发明要解决的问题

本发明的一个目的是提供用于将打印材料选择性注射到各层的3D打印装置及其3D打印方法。

本发明的另一目的是提供能够防止多层3D物体的层之间的打印材料混合的3D打印装置和3D打印方法。

本发明的再一目的是提供能够容易地使3D物体从打印装置分离的3D打印装置和3D打印方法。

用于解决问题的方案

为了实现以上目的，本发明提供一种用于多材料的3D打印装置，其包括：材料传送单元，其包括至少两条线；材料供给单元，其用于对材料传送单元的各条线供给至少一种打印材料；厚度控制单元，其用于控制由材料供给单元供给的材料的厚度；以及3D打印模块，其用于将厚度被厚度控制单元控制的材料固化成预定的形状，以使位于一条线的材料固化，并且移动到另一条线，以使位于另一条线的材料固化。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印装置还可以包括材料处理模块，用于清洗通过3D打印模块而固化的材料。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印装置还可以包括材料处理模块，用于干燥通过3D打印模块而固化的材料。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印装置还可以包括收集模块，用于收集打印材料中的在打印模块处未使用的打印材料。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印装置可以应用于如下自上而下法(top-down method)：形成打印材料的一个层并且层叠另一层，使另一层与该一个层的底表面接触。

另外，材料传送单元可以包括：至少一个辊元件，其供线卷绕；马达，其用于驱动辊元件；以及高度控制元件，其用于控制辊元件的高度。

另外，材料供给单元可以包括如下类型的材料供给单元中的至少一种：注射器型，其装配有混合螺杆；挤出容器型，其装配有混合搅拌器；以及浆料供给板型，其在卷绕于材料传送单元的线转动期间将打印材料涂布到该线中的平面。

另外，注射器型材料供给单元可以包括：筒体，其用于收纳打印材料；混合螺杆，其装配于筒体的内部；挤出注射器，其用于将打印材料挤出到线上；以及液压马达，其用于引导挤出注射器的竖直移动。

另外，3D打印模块可以通过使位于材料传送单元的一条线的打印材料固化来形成单个层的一部分，并且与贴附于所述3D打印模块的该单个层的一部分一起移动到材料传送单元的另一条线，以便使与该单个层的一部分在相同平面接触的位于材料传送单元的另一条线的打印材料固化，从而形成包括不同组分的单个层。

另外，3D打印模块可以通过使位于材料传送单元的一条线的打印材料固化来形成单个层，并且与贴附(attach)于3D打印模块的该单个层一起移动到材料传送单元的另一条线，以便使与该单个层在不同平面接触的位于材料传送单元的另一条线的打印材料固化，从而形成包括一种组分的单个层。

另外，3D打印模块可以包括：发光单元；基板，其供供给有打印材料的所述线定位；构建板，其供位于所述线的打印材料贴附；打印室，其用于收纳所述发光单元、所述基板和所述构建板，所述打印室能够在与所述材料传送单元平行的方向上移动；以及真空泵，其用于移除所述打印室中的空气。

另外，基板可以设置为透明材料，以便从发光单元照射的光穿过。

另外，基板可以通过向上和向下移动来控制沉积于基板的顶表面的打印材料的高度。

另外，构建板可以包括：凹构建板，其重复地形成有穿孔部，用于供打印材料贴附；以及凸构建板，其对应于凹构建板的待被插入的穿孔部重复地形成有突出部，其中，凸构建板和凹构建板被独立地向上和向下驱动，并且突出部被形成为比穿孔部的深度长，以便在连结凸构建板和凹构建板时分离贴附于凹构建板的材料。

另外，突出部的待插入穿孔部的一端截面积小于凸构建板的底部方向上的另一端的截面积。

根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法可以包括以下步骤：a)将打印材料从具有至少一种打印材料的材料供给单元供给到材料传送单元的第一线；b)通过第一厚度控制单元控制在步骤a)中供给的打印材料的厚度；c)使在步骤b)中厚度被控制的打印材料在贴附于3D打印模块时固化；d)将打印材料供给到与步骤a)中的线不同的第二线；e)通过第二厚度控制单元控制在步骤d)中供给的打印材料的厚度；f)通过移动3D打印模块来使在步骤c)中固化的打印材料移动到第二线，使在步骤c)中固化的打印材料与在步骤e)中厚度被控制的打印材料接触，并使在步骤e)中厚度被控制的打印材料固化；g)通过移动3D打印模块来使在步骤f)中固化的打印材料移动到第一线并使与在步骤f)中固化的打印材料接触的打印材料固化；h)通过移动3D打印模块来使在步骤g)中固化的打印材料移动到第二线并使与在步骤g)中固化的打印材料接触的打印材料固化；以及i)通过重复步骤g)至h)形成多层3D物体。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法还可以包括j)使在步骤i)中形成的多层3D物体与3D打印模块分离的步骤。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法还可以包括在固化打印材料的步骤之后，通过移动3D打印模块将被固化的材料移动到材料处理模块来进行清洗的步骤。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法还可以包括在固化打印材料的步骤之后，通过移动3D打印模块将被固化的材料移动到材料处理模块来进行干燥的步骤。

另外，在步骤c)中，可以使厚度被控制的打印材料与3D打印模块的构建板的底表面接触地贴附。

另外，在步骤f)至g)中，可以使在步骤c)中固化的打印材料在相同平面与在步骤e)中厚度被控制的打印材料在水平方向上接触，从而形成并固化包括不同组分的单个层。

此外，在步骤f)至g)中，可以使在步骤c)中固化的打印材料在不同平面与在步骤e)中厚度被控制的打印材料接触，从而形成并固化包括单一组分的每个层。

另外，在步骤j)中，可以使与打印材料接触的凹构建板连结到放置于凹构建板上部的凸构建板，凸构建板包括延伸成比形成于凹构建板的穿孔部的深度长的突出部，从而使多层3D物体从凹构建板分离。

另外，根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法还可以包括收集所供给的打印材料中的未固化的材料，以将该未固化的材料重新供给到材料供给单元。

发明的效果

本发明具有使用能够将打印材料选择性地注射到各层的材料供给单元对各层注射并固化不同打印材料的优点。

另外，本发明具有通过使用材料传送单元和3D打印模块固化不同的打印材料来形成单个层的优点。如此，本发明的优点是应用于使用诸如功能梯度材料、陶瓷材料、光聚合树脂等的复合材料的各种3D技术领域。

另外，根据本发明，该方法包括额外的固化过程，随后使用材料处理模块清洗或干燥除了被固化的层以外的打印材料，其优点是防止了相邻层中的打印溶液之间的混合并缩短了打印时间。

另外，3D打印机设置有凹型构建板和凸型构建板，其中凸构建板的突出部被形成为具有比形成于凹构建板的穿孔部的深度大的长度，从而允许当分离贴附于凹构建板的多层3D物体时通过减小施加的外力而容易地分离该物体。

附图说明

参照附图最佳地理解本发明的优选实施方式的应用，在附图中：

图1是示出根据本发明的实施方式的3D打印装置的截面图。

图2是示出根据本发明的实施方式的3D打印装置的侧视图。

图3至图5示出了根据本发明的实施方式的材料供给单元的类型。

图6示出了根据本发明的实施方式的构建板。

图7示出了根据本发明的实施方式的分离多层3D物体的原理。

图8是示出根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法的图。

图9示出了根据本发明的实施方式的3D打印装置。

图10是根据本发明的实施方式的多层3D物体的侧截面图和横截面图。

图11是根据本发明的另一实施方式的多层3D物体的侧截面图和横截面图。

图12和图13示出了根据本发明的另一实施方式的多层3D物体。

图14和图15示出了根据本发明的实施方式的3D打印装置的厚度控制能力。

图16和图17示出了根据本发明的实施方式的3D打印装置的打印过程。

图18至图20示出了根据本发明的实施方式的打印样品。

具体实施方式

以下，参照本文所附的图更详细地说明本发明的实施方式。本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应当理解为限于本文所述的实施方式。遍及说明书，相同的附图标记指代相同的元件。

提供这些实施方式，将使得本发明的目的和效果全面且完整，并且将对本领域技术人员完全地传达本发明的概念，但是本发明不限于此。在本发明的解释中，可以省略与本发明相关联的、本领域技术人员清楚地理解但可能掩盖本发明的要点的构成或功能的说明。

根据本发明的3D打印装置1000是具有在上下方向上层叠的层的层叠型打印装置。即，3D打印装置可以是应用如下自上而下法的打印装置：形成打印材料的一个层并且层叠另一层，使另一层与该一个层的底表面接触。根据注入的打印材料和通过打印形成的多层3D物体9，3D打印装置1000可以应用于诸如医学或工程领域等的各种领域。特别地，当存在在各种领域中打印不同材料的需要时，3D打印装置可以形成具有不同的多材料的单个层。

图1是示出根据本发明的实施方式的3D打印装置1000的截面图。参照图1，3D打印装置1000可以包括材料传送单元1100、材料供给单元1200、厚度控制单元1300、3D打印模块1400和材料处理模块1500，并且还可以包括收集模块1600(图2)。另外，3D打印装置1000可以通过各种类型的膜8、8a、8b、8c来限定截面的形状。图2是示出根据本发明的实施方式的3D打印装置1000的侧视图。参照图2，材料传送单元1100可以包括辊元件1110、马达1120和高度控制元件1130。

材料传送单元1100可以供给至少两种膜。

根据本发明的实施方式，材料传送单元1100可以包括多条线(line)。即，材料传送单元1100可以通过包括如图1所示的两条不同的线来供给膜。设置于不同的线中的材料传送单元1100可以促使3D打印模块1400移动以连续地执行固化-清洗/干燥-固化-清洗/干燥步骤。特别地，当3D打印模块1400被设置为转动型时，3D打印模块1400可以通过反复转动来连续地执行固化-清洗/干燥-固化-清洗/干燥步骤。使用者可以通过增加和/或删除材料传送单元1100的线来改变转动型3D打印模块1400的转动半径。另外，当仅设置有一个材料传送单元1100时，可以通过减小3D打印模块1400的转动角度来减小打印装置的体积。

同时，材料传送单元1100可以在单条线上供给多种类型的膜。各材料传送单元1100均可以供给如由附图标记8a、8b和8c表示的各种类型的膜。使用者可以根据预定的形状选择性地供给多种类型的膜。

辊元件1110可以被线卷绕，并且可以设置至少一个辊元件1110。

根据本实施方式，辊元件1110可以维持线的张力并收集使用过的膜。此时，高度控制元件1130可以控制收集膜的高度。可以设置至少一个辊元件1110，其中当设置有多个辊元件1110时，各辊元件1110均具有不同的半径。

马达1120可以驱动辊元件1110。

根据本实施方式，马达1120直接或间接地连接到辊元件1110，以促使辊元件1110的转动移动。马达1120可以控制辊元件1110的转动速度。可以设置与辊元件1110的数量相同的马达1120，或者单个马达1120可以连接到单个辊元件1110以驱动辊元件1110。

高度控制元件1130可以控制辊元件1110的高度。

根据本实施方式，高度控制元件1130可以以使辊元件1110的一个面与收集膜的高度接触的方式控制高度。高度控制元件1130可以根据材料传送单元1100的设计形式来控制辊元件1110或马达1120的高度。更具体地，放置于材料传送单元1100的膜8a、8b、8c、8d可以通过马达1120的转动而以水平状态移动。此时，高度控制元件1130可以控制在高度方向(z轴方向)上供给膜8a、8b、8c、8d的位置。另外，高度控制元件1130可以通过控制马达1120的高度进行控制，以维持处于水平状态的材料传送单元1100和马达1120的高度。为此，可以设置多个高度控制元件1130，以便独立地控制材料传送单元1100的高度和马达1120的高度。

图3至图5示出了根据本发明的实施方式的材料供给单元1200的类型。参照图3至图5，材料供给单元1200可以包括注射器型2200、挤出容器型3200和浆料供给板型4200。

材料供给单元1200可以对材料传送单元1100的各条线供给至少一种打印材料。

在本实施方式中，材料供给单元1200可以与材料传送单元1100相关联地设置。材料供给单元1200可以向单个膜供给一种打印材料。由材料供给单元1200供给的打印材料可以是由使用者最初注入的打印材料，并且还可以是在打印过程之后以被收集的形式再供给的未使用的打印材料。当设置有多个材料传送单元1100以传送多个膜时，材料供给单元1200可以向各膜提供相同的材料或不同的打印材料。材料供给单元1200可以存储多种类型的打印材料A、B、C、D、E、F。材料供给单元1200可以根据打印过程中需要的材料类型来改变所供给的打印材料。多个材料供给单元1200和多个材料传送单元1100的组合能够使用多材料制造物体。

注射器型材料供给单元2200可以装配有混合螺杆。注射器型材料供给单元2200可以包括：筒体，其用于收纳打印材料；混合螺杆，其装配在筒体的内部；挤出注射器，其用于将打印材料挤出到线上；以及液压马达，其用于引导挤出注射器的竖直移动。

挤出容器型材料供给单元3200可以装配有混合搅拌器。挤出容器型材料供给单元3200可以包括：壳体，其用于收纳打印材料；混合搅拌器，其安装在壳体的内部以搅拌打印材料；出口，其用于使打印材料排出到线上；以及压力控制马达，其用于控制挤出压力。

浆料供给板型材料供给单元4200可以在卷绕于材料传送单元的线转动期间将打印材料涂布于线中的平面。

厚度控制单元1300可以控制由材料供给单元1200供给的材料的厚度。

根据本实施方式，厚度控制单元1300可以分别设置在材料传送单元1100处。厚度控制单元1300可以控制填充有打印材料的膜的高度和厚度。当使单一材料固化时，厚度控制单元1300可以精确地设定单个层的高度和厚度。另外，当用不同的材料形成单个层时，可以将厚度控制单元1300设定成相同的高度和厚度，以防止在通过转动型3D打印模块1400于各材料传送单元1100处固化的不同部分之间形成高度间隙。如此，总体上能够精确地制造多层3D物体9。

3D打印模块1400可以将具有由厚度控制单元1300控制的厚度的材料固化成预定的形状，并且3D打印模块1400可以在一条线上固化材料之后通过移动到另一条线而在另一条线上固化材料。

在本实施方式中，3D打印模块1400可以通过接收填充有打印材料的膜来使各材料传送单元1100上的材料固化。3D打印模块1400可以沿水平方向移动以执行固化-清洗/干燥-固化-清洗/干燥步骤。特别地，根据本实施方式，3D打印模块1400可以是转动型、水平移动型等，3D打印模块1400可以应用于所有移动类型以根据设置多条线的类型使材料依次固化。同时，被设置为转动型的3D打印模块可以以预定的角度转动。在以下部分中将说明转动型3D打印模块作为示例。然而，除了转动型3D打印模块的转动移动之外，其它类型的3D打印模块也可以应用于相同的过程。

转动型3D打印模块1400的转动角度可以根据设置于材料传送单元1100的线的数量而改变。当材料传送单元1100设置有单条线时，将转动型3D打印模块1400的转动范围设定成材料传送单元1100与材料处理模块1500之间的角度，以便在对应角度内转动。另外，当材料传送单元1100设置有多条线时，可以将转动型3D打印模块1400的转动范围设定成具有各种转动范围以及转动和移动方向。

同时，转动型3D打印模块1400可以被具有固化的第一打印材料的单个层的一部分贴附、在水平方向上转动，并且使具有固化的第一打印材料的该单个层的一部分放置于与填充有第二打印材料的线的膜平行的位置并使第二打印材料固化，以形成包括不同组分的单个层。

转动型3D打印模块1400被设置成通过使材料传送单元1100的一条线上的打印材料固化来形成单个层的一部分，并且被设置成与贴附于转动型3D打印模块1400的单个层的一部分一起在水平方向上转动到材料传送单元1100的另一条线，以便使材料传送单元1100的另一条线上的与单个层的一部分在相同平面上接触的打印材料固化，从而形成包括不同组分的单个层。

在本实施方式中，材料供给单元1200可以填充包括于第一线1100a的单个膜。被填充的膜可以通过3D打印模块1400固化。在本实施方式中，将第一打印材料A定义为最初填充的打印材料。固化有第一打印材料A的单个层可以贴附于转动型3D打印模块1400，以通过水平转动而移动到另一条线1100b。固化的第一打印材料A可以浸入填充有第二打印材料B的膜。定义第一打印材料和第二打印材料仅用于区分顺序，第一打印材料和第二打印材料可以是相同或不同的材料。3D打印模块1400可以使浸有第一打印材料A的第二打印材料B固化。由此，转动型3D打印模块1400可以形成包括在相同平面彼此接触的不同材料的单个层。

同时，在上述过程中，可以使第一打印材料A在固化之后移动到材料处理模块1500以进行清洗和干燥，并且该过程用于防止第一打印材料A和第二打印材料B在形成相同单个层的过程中混合。另外，该过程可以清洗掉第一打印材料A中的未固化的材料，以便提供用于固化第二打印材料B的区域，由此根据预定的特性形成包括不同材料的单个层。

3D打印模块1400被设置成通过使材料传送单元1100的一条线上的打印材料固化来形成单个层，并且被设置成与贴附于3D打印模块1400的该单个层一起移动到材料传送单元1100的另一条线，以便使材料传送单元1100的另一条线上的与该单个层在不同平面上接触的打印材料固化，从而形成包括单一组分的单个层。

在本实施方式中，材料供给单元1200可以对膜填充单一材料。随后，可以通过材料传送单元1100的操作使被填充的膜8移动到转动型3D打印模块1400。转动型3D打印模块1400可以使单个层固化，并且可以使固化的单个层传送到材料处理模块1500以对该单个层进行清洗和干燥。不同于先前的过程，在该过程中填充于膜8的所有打印材料均被固化，接下来，随后的过程是形成与固化的单个层的底表面接触的单个层。

再次参照图2，转动型3D打印模块1400可以包括发光单元1410、基板1420、构建板1430、打印室1440和真空泵1450。

发光单元1410可以位于转动型3D打印模块1400的下部以向上照射光。发光单元1410可以与3D打印模块1400同时移动。发光单元1410可以使光照射到基板1420。从发光单元1410照射的光可以穿透基板1420以照射到膜。发光单元1410可以照射使打印材料固化所需的各种类型的光。根据膜的尺寸和形状，来自发光单元1410的光可以通过折射或散射来照射。发光单元1410可以在波长和光度(magnitude)等确定的条件下照射光。

可以将供给有打印材料的线放置在基板1420上。

可以将包括在线中的膜放置在基板1420上。可以利用基板1420控制温度，以便使填充有打印材料的膜固化。基板1420可以包括在转动型3D打印模块1400中以同时移动。基板1420还可以包括诸如用于降低压力的穿孔部(punched part)或用于维持真空状态的真空泵1450等额外的构造，以便使膜以平坦的状态紧密贴附。为了在使放置在基板1420上的膜与构建板1430贴附时保持精确的水平状态，该条件是需要的，这具有使打印好的物体的可靠性和再现性得以改善的优点。

基板1420可以设置为透明材料，以便从发光单元1410照射的光穿过。

根据本发明的实施方式，基板1420可以设置在诸如玻璃等的透明材料中，以便从发光单元1410照射的光穿过并将该光传送到膜。基板1420可以设置为不因从发光单元1410照射的光而变形的材料。

基板1420可以被向上和向下驱动，以便控制位于基板1420的顶表面的打印材料的高度。

在本实施方式中，可以利用包括填充有打印材料的膜的线使基板1420定位。可以向上和向下驱动定位有线的基板1420，并且可以控制高度以使材料的顶表面与构建板1430的下表面接触。在使打印材料和构建板1430接触之后，可以使基板1420下降，以维持线的水平状态。

更具体地，基板1420还可以包括用于控制高度的高度控制元件(未示出)。由此，可以在基板1420上控制向材料传送单元1100供给的膜p的高度。特别地，当为了光固化使3D打印模块1400停止于材料传送单元1100时，或者当3D打印模块1400运行时，基板1420可以控制在高度方向(z轴方向)上供给膜p的位置。此时，高度控制元件(未示出)可以通过控制基板1420的高度来促使在水平方向上接收来自材料传送单元1100的膜。如此，基板1420可以独立于材料传送单元1100地控制高度。

同时，基板1420可以控制包括于从第一移动台50供给的膜p的打印材料的固化高度。因此，基板1420可以在膜的固化处理期间通过高度控制来提高打印材料的固化效率。另外，基板1420可以将完成固化的膜传送到随后的材料传送单元1100。为此，基板1420被设定成与材料传送单元1100的高度相同，以便于传送膜。

构建板1430可以与线上的打印材料贴附。

根据本发明的实施方式，构建板1430可以与位于基板1420的膜贴附。构建板1430可以向下移动，以便与打印材料贴附。构建板1430可以具有容易从完成的3D物体分离的构造。以下可以通过参照图6和图7详细说明该构造。

图6示出了根据本发明的实施方式的构建板1430。

参照图6，构建板1430可以包括凹构建板1431和凸构建板1432。凹构建板1431和凸构建板1432可以连结在一起。

凹构建板1431重复地形成有穿孔部，用于供打印材料贴附。特别地，打印材料可以贴附到凹构建板1431的底表面。可以向上和向下驱动凹构建板1431。特别地，凹构建板1431可以被独立于凸构建板1432地驱动。由此，使用者可以促使凹构建板1431与凸构建板1432连结。

同时，凸构建板1432可以对应于待被插入的穿孔部重复地形成有突出部。凸构建板1432的突出部可以连结到穿孔部。凸构建板1432可以位于凹构建板1431的上部。可以向上和向下驱动凸构建板1432。特别地，凸构建板1432可以被独立于凹构建板1431地驱动。将参照图7详细说明通过驱动凹/凸构建板来分离3D物体。

图7示出了根据本发明的实施方式分离多层3D物体9的原理。

突出部被形成为比穿孔部的深度长，以便在连结凸构建板1432和凹构建板1431时分离贴附于凹构建板1431的材料。

在本实施方式中，能够注意到突出部的长度被形成为比穿孔部的深度长。如果突出部的长度比穿孔部的深度短，则当连结凹/凸构建板时，分离会因突出部的压力无法传递到3D物体而不能进行。相反地，如果突出部的长度比穿孔部的深度长，则当连结凹/凸构建板时，通过超过穿孔部而露出的突出部可以与贴附于凹构建板1431的3D物体接触。因此，施加于凸构建板1432的压力可以通过各突出部传递到3D物体。因此，通过解决使用刀、分离装置等分离物体而使物体因集中于一个面的应力产生缺陷的传统3D打印装置的问题，本发明可以改善所获得的物体的品质。

可以使突出部的待插入穿孔部的一端的截面积小于凸构建板1432的底部方向上的另一端的截面积。

根据本实施方式，突出部可以被设置成侧表面倾斜的柱状。即，侧视图的截面可以被设置成诸如∩和∧等的形状，指明该截面用于示出插入方向的一端与底部方向上的另一端之间的截面积的差异。具有上述形状的突出部可以由具有窄的截面积的一端容易地插入穿孔部。在将打印材料连结到凹构建板1431的底表面的过程中，可以通过减小穿孔部的面积来改善打印材料的品质。

更具体地，当穿孔部被形成为大的面积时，打印材料可能会渗透到凹构建板1431的内部，导致表面的品质降低。相反地，当穿孔部被形成为小的面积时，打印材料的渗透可能会减少，致使打印材料表面的品质得以改善。

同时，当穿孔部被形成为小的面积时，使凸构建板1432的突出部插入穿孔部可能具有难度。根据本实施方式的突出部可以容易地插入穿孔部，这是因为突出部的一端的面积被形成为小于底部方向上的另一端的面积。

打印室1440可以收纳发光单元1410、基板1420和构建板1430，并且可以与材料传送单元1100平行地移动。

根据本实施方式，打印室1440可以是收纳发光单元1410、基板1420和构建板1430的容器。打印室1440可以根据正在进行的打印过程而移动。打印室1440可以保持内部的真空状态以改善物体的品质，或者可能需要额外的构造以降低压力。

真空泵1450可以移除打印室1440内部的气体。

根据本实施方式，真空泵1450可以设置于打印室1440内部或连接到外部。真空泵1450可以是用于改善通过打印形成的3D物体的品质的构成元件。特别地，真空泵1450可以被设置成建立对于使膜和打印材料贴附到放置于打印室1440内部的构建板1430而言最适当的条件。

材料处理模块1500可以清洗转动型3D打印模块1400。另外，材料处理模块1500可以干燥转动型3D打印模块1400。

根据本实施方式，材料处理模块1500可以清洗或干燥固化于转动型3D打印模块1400内部的打印材料。材料处理模块1500被设置成缩短使单个层接触到另一单个层所花费的时间。可以根据需要设置单个或多个数量的材料处理模块1500。当在供给线之间供给不同的材料时，材料处理模块1500可以防止材料之间的混合。

再次参照图2，材料处理模块1500可以包括第一材料处理模块1510、第二材料处理模块1520和第三材料处理模块1530。在本实施方式中，第一材料处理模块1510可以清洗材料，第二材料处理模块1520可以再次清洗由第一材料处理模块1510清洗过的材料。第三材料处理模块1530可以干燥完成了清洗的打印材料。可以根据取决于需要和设计要求的目标和功能对各材料处理模块1500进行修改，并且为了提高打印效率可以通过增加/删除构造进行设置。

收集模块1600可以收集提供到材料传送单元1100、未被转动型3D打印模块1400使用的未使用的打印材料。收集模块1600可以分离并收集在被供给到材料传送单元1100之后未使用的打印材料，并且可以将收集到的打印材料供给回材料供给单元1200。如此，根据本发明的实施方式的3D打印装置1000可以重复使用最初注入的打印材料。由此，3D打印装置1000可以提高打印材料的使用效率。另外，通过控制高度，收集模块1600可以连接到多个高度控制元件1130中的一部分或多个材料传送单元1100中的一部分。当收集模块1600被设置成连接到材料传送单元1100时，收集模块1600可以位于材料传送单元1100的下部以在相同的高度移动。另外，收集模块1600可以与高度控制元件1130连接而在高度方向上独立于材料传送单元1100地移动。同时，收集模块1600需要与材料传送单元1100保持预定的距离，以防止在收集未使用的打印材料时对3D打印装置1000造成损坏或污染等。

图8是示出根据本发明的实施方式的用于多材料的3D打印方法的图。参照图8，3D打印方法包括：a)供给第一打印材料的步骤(S1)；b)控制第一打印材料的厚度的步骤(S2)；c)固化第一打印材料的步骤(S3)并清洗和干燥材料的步骤(S4)；d)供给第二打印材料的步骤(S5)；e)控制第二打印材料的厚度的步骤(S6)；f)固化第二打印材料的步骤(S7)；以及i)形成3D物体的步骤(S8)。随后，该方法还可以包括：j)分离3D物体的步骤(S9)。另外，该方法还可以包括通过收集所供给的打印材料中的未被用于打印的材料来重新使用的步骤。同时，由于图8示出了根据实施方式的打印方法，所以使用者可以根据需要实施除了材料清洗和干燥步骤(S4)以外的实施方式。根据本实施方式的多材料的3D打印方法可以是使用上述3D打印装置1000打印多层3D物体的过程，该3D打印方法可以应用于下述过程。

a)供给第一打印材料的步骤(S1)可以将各种材料中的至少一种材料从具有该至少一种打印材料的材料供给单元1200供给到位于材料传送单元1100的第一线1100a的膜。被供给的膜可以通过辊元件1110和马达1120的转动而移动。当设置有多个材料传送单元1100时，可以向各膜供给不同的材料。

b)控制第一打印材料的厚度的步骤(S2)可以通过第一厚度控制单元使在步骤a)(S1)中供给的打印材料的厚度控制成预定的厚度。可以将厚度被控制的膜传递到3D打印模块。根据本实施方式，将第一厚度控制单元视为放置于第一线1100a的厚度控制单元1300。

c)固化第一打印材料的步骤(S3)可以使在步骤b)(S3)中厚度被控制的打印材料在贴附于3D打印模块时固化。在固化第一打印材料的步骤(S3)中，可以使厚度被控制的打印材料与3D打印模块的构建板1430的底表面接触地贴附。在固化第一打印材料的步骤(S3)中，使传递到3D打印模块的膜放置于基板1420、贴附到构建板1430并在被光照射时固化。当固化打印材料时，3D打印模块可以根据需要移动到材料处理模块1500。此时，使用过的膜可以与材料传送单元1100一起移动，并且可以被收集。3D打印模块1400可以使填充于膜的打印材料的一部分固化，由此形成包括不同组分的单个层。另外，3D打印模块1400可以使填充于膜的打印材料整体固化，由此形成包括单一组分的单个层。

d)供给第二打印材料的步骤(S5)可以将打印材料供给到与步骤a)(S1)中的线不同的第二线1100b。在供给第二打印材料的步骤(S5)中供给的打印材料可以根据形成层的条件而与在步骤a)(S1)中提供的打印材料相同或不同。

e)控制第二打印材料的厚度的步骤(S6)可以通过第二厚度控制单元控制在步骤d)(S5)中供给的打印材料的厚度。可以使厚度被控制的膜传递到3D打印模块。根据本实施方式，将第二厚度控制单元视为放置于第二线1100b的厚度控制单元1300。

f)固化第二打印材料的步骤(S7)可以通过移动3D打印模块来使在步骤c)(S3)中固化的打印材料移动到第二线1100b，使在步骤c)(S3)中固化的打印材料与在步骤e)(S6)中厚度被控制的打印材料接触并使在步骤e)(S6)中厚度被控制的打印材料固化。对应的步骤中的接触是指在水平方向上相邻地接触。此时，步骤f)(S7)允许在步骤c)(S3)中固化的打印材料在水平方向上与在步骤e)(S6)中厚度被控制的打印材料在相同平面接触，从而形成并固化包括不同组分的单个层。

另外，步骤f)(S7)涉及多层中的上层和下层之间的接触。此时，步骤f)(S7)允许在步骤c(S3)中固化的打印材料与在步骤e)(S6)中厚度被控制的打印材料在不同平面接触，从而形成并固化包括单一组分的各层。

同时，为了直至步骤f)(S7)的打印材料的额外打印可以执行步骤g)，步骤g)作为通过移动3D打印模块来使在步骤f)中固化的打印材料移动到第一线1100a并使与在步骤f)中固化的打印材料接触的打印材料固化的步骤。

另外，可以执行步骤h)，步骤h)作为通过移动3D打印模块来使在步骤g)中固化的打印材料移动到第二线1100b并使与在步骤g)中固化的打印材料接触的打印材料固化的步骤。

即，可以执行步骤g)至h)以形成单个层，并且可以根据需要重复对应的步骤。可以将对应的步骤定义为步骤i)(S8)，并且可以通过步骤i)(S8)形成多层3D物体。

j)分离3D物体的步骤(S9)可以使在步骤i)(S8)中形成的多层3D物体与3D打印模块分离。在步骤j)(S9)中，使与打印材料接触的凹构建板1431连结到放置于凹构建板1431上部的凸构建板1432，凸构建板1432包括延伸成比形成于凹构建板1431的穿孔部的深度长的突出部，从而使多层3D物体与凹构建板1431分离。因此，使用者可以获得在预定的条件下形成的多层3D物体。

同时，该方法还可以包括通过移动3D打印模块使在步骤a)(S1)至i)(S8)中固化的打印材料移动到材料处理模块1500来清洗该打印材料的步骤。更具体地，在该步骤中可以通过第一材料处理模块1510和第二材料处理模块1520进行清洗。

另外，该方法还可以包括通过移动3D打印模块使在步骤a)(S1)至i)(S8)中固化的打印材料移动到材料处理模块1500来干燥该打印材料的步骤。更具体地，在该步骤中可以通过第三材料处理模块1530进行干燥。通过上述清洗步骤和干燥步骤，该方法能够防止构成各单个层的材料的混合，并且能够使打印所花费的时间缩短。

特别地，当步骤c)利用打印材料填充单条线的单个层的一部分并固化时，可以清洗并干燥位于不具有固化了的打印材料的区域的剩余打印材料，由此通过移动到不同的线在相同单个层的剩余部分利用不同的材料填充并固化该剩余部分。如此，能够使形成包括不同材料的单个层所花费的时间缩短。

同时，在供给的材料中除了被打印区域以外的材料被单独地存储于各线，所存储的材料可以通过循环而返回到材料供给单元1200。返回的材料可以被控制成厚度控制单元1300的预定厚度并被传递回材料传送单元1100。因此，对于打印材料而言可以提高效率。

如上，说明了用于多材料的3D打印装置1000和用于多材料的3D打印方法，以下将参照实施例对其详细说明。

<实施例1>

图9示出了根据本发明的实施方式的3D打印装置1000。在本发明的实施方式中，能够确认通过多个材料传送单元1100将材料A和材料B供给到不同的线。

<实施例2>

图10是根据本发明的实施方式的多层3D物体9a的侧截面图和横截面图。参照实施例2，能够确认多层3D物体9a的单个层由均匀的材料形成。另外，参照图8，各层的高度被均匀地形成为预定的值。特别地，根据本实施方式，打印好的物体被在1600℃的温度下烧结过，这表明在烧结之后物体的形状得以维持而不产生裂纹。

<实施例3>

图11是根据本发明的另一实施方式的多层3D物体9b的侧截面图和横截面图。图12和图13示出了根据本发明的另一实施方式的多层3D物体。在图11的样品中，用于打印的材料A和材料B分别是氧化铝和磷酸钙。图12和图13的多层3D物体是MLCC(多层陶瓷电容器(multi layer ceramic condenser))结构。在本实施方式中，示出了材料A和材料B的不同材料被混合以形成多层3D物体9b的单个层。另外，示出了该物体是通过在不同的层打印相同的材料而形成。参照图11至图13，示出了各单个层的高度为均匀地形成。由此，可以根据设计的需要调整材料之间的混合比，并且即使在提供不同的材料时，也可以相同地形成各单个层的高度。

<实施例4>

图14和图15示出了根据本发明的实施方式的3D打印装置1000的厚度控制能力。3D打印装置可以将厚度机械地控制成至少为10μm。同时，参照图14和图15，示出了针对可靠的打印而从20μm起执行的评价。参照针对各厚度的示例，确认出通过清楚地形成具有预定厚度的多个层使得各层被区分。因此，制得的样品的厚度可以根据材料的固化能力而不同。尽管示例被评价到125μm，但是能够由3D打印装置制得的最大厚度可以不限于此。

<实施例5>

图16和图17示出了根据本发明的实施方式的3D打印装置1000的打印过程。参照图16，作为材料传送单元1100处的第一线1100a和第二线1100b打印不同的材料。示出了通过第一线1100a使被打印的材料传送到右侧，使被打印的材料的部分变空。

可以通过高度控制和转动将在第一线1100a中形成有物体的转动型3D打印模块1400移动到材料处理模块1500，并且通过控制高度来执行清洗步骤，通过高度控制和转动来执行干燥步骤。在干燥物体之后，转动型3D打印模块1400可以转动以移动到第二线1100b，并且通过重置由第二线1100b传送的打印材料的高度来执行打印。

参照图17，传送到材料传送单元1100的各条线的材料均在各条线处隔离并存储，所存储的材料可以通过循环而返回到材料供给单元1200。返回的材料可以被控制成厚度控制单元1300的预定厚度以被传送回材料传送单元1100。特别地，图17示出了处理所收集的材料的过程。示出了在材料传送单元1100中使用之后的剩余的氧化铝浆料在收集模块1600处以液相被收集，并且膜与打印材料分离以在循环中移动。

<实施例6>

图18示出了根据本发明的实施方式的打印样品。实施例6被实施以确认多材料的打印能力。参照图18，形成于顶表面的氧化铝层具有57层并维持在1425μm。另外，形成于底表面、与氧化铝层接触的氧化锆层具有46层并维持在1150μm。如此，通过根据本实施方式的3D打印装置1000，即使多材料之间紧密接触，材料也不会混合，这允许可靠地形成多个材料层。即，能够看出，在形成各层之后通过清洗和干燥处理使材料快速固化防止了在形成过程期间不同材料之间的混合。

<实施例7>

图19示出了根据本发明的另一实施方式的打印样品。实施例7被提出以确认能够对单个相同的层打印多材料。参照图19，示出了对相同的层单独地打印被区分为材料1和材料2的多材料，并且在压印字符区域中该打印也是有效的。

<实施例8>

图20示出了根据本发明的另一实施方式的打印样品。实施例8示出了通过使用单一材料在单条线中进行打印而制得的样品。参照图20，3D打印装置1000可以使用单一材料制得能够以各种材料打印成的各种形状，诸如锯齿状、螺旋状、环状、网状等。特别地，根据本实施方式的样品是使用氧化铝制得的、作为在打印之后在1600℃的温度下烧结而成的烧结体。

本领域技术人员将会理解，可以容易地利用前述说明中公开的概念和具体实施方式作为为了实施与本发明相同的目的以改变或设计其它实施方式的基础。本领域技术人员还将会理解，这些等同的实施方式并不脱离本发明的如记载在权利要求书中的主旨和范围。

Claims (10)

1.一种用于多材料的3D打印装置，其包括：

材料传送单元，其包括至少两条线；

材料供给单元，其用于对所述材料传送单元的各条线供给至少一种打印材料；

厚度控制单元，其用于控制由所述材料供给单元供给的材料的厚度；

3D打印模块，其用于将厚度被所述厚度控制单元控制的材料固化成预定的形状，以使位于一条线的材料固化，并且移动到另一条线，以使位于所述另一条线的材料固化；以及

收集模块，其用于收集打印材料中的在所述打印模块处未使用的打印材料。

2.根据权利要求1所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述用于多材料的3D打印装置还包括材料处理模块以对通过所述3D打印模块固化的材料执行清洗和干燥中的一者。

3.根据权利要求1所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述材料传送单元包括：

至少一个辊元件，其供所述线卷绕；

马达，其用于驱动所述辊元件；以及

高度控制元件，其用于控制所述辊元件的高度。

4.根据权利要求1所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印模块被设置成通过使位于所述材料传送单元的一条线的打印材料固化来形成单个层的一部分，并且被设置成与贴附于所述3D打印模块的该单个层的一部分一起移动到所述材料传送单元的另一条线，以便使与该单个层的一部分在相同平面接触的位于所述材料传送单元的另一条线的打印材料固化，从而形成包括不同组分的单个层。

5.根据权利要求1所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印模块被设置成通过使位于所述材料传送单元的一条线的打印材料固化来形成单个层，并且被设置成与贴附于所述3D打印模块的该单个层一起移动到所述材料传送单元的另一条线，以便使与该单个层在不同平面接触的位于所述材料传送单元的另一条线的打印材料固化，从而形成包括一种组分的单个层。

6.根据权利要求1所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印模块包括：

发光单元；

基板，其供供给有打印材料的所述线定位；

构建板，其供位于所述线的打印材料贴附；

打印室，其用于收纳所述发光单元、所述基板和所述构建板，所述打印室能够在与所述材料传送单元平行的方向上移动；以及

真空泵，其用于移除所述打印室中的空气。

7.根据权利要求6所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述基板通过向上和向下移动来控制沉积于所述基板的顶表面的打印材料的高度。

8.根据权利要求6所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述构建板包括：

凹构建板，其重复地形成有穿孔部，用于供打印材料贴附；以及

凸构建板，其对应于所述凹构建板的待被插入的穿孔部重复地形成有突出部，

其中，所述凸构建板和所述凹构建板被独立地向上和向下驱动，并且

所述突出部被形成为比所述穿孔部的深度长，以便在连结所述凸构建板和所述凹构建板时分离贴附于所述凹构建板的材料。

9.根据权利要求6所述的用于多材料的3D打印装置，其特征在于，所述突出部的待插入所述穿孔部的一端截面积小于所述凸构建板的底部方向上的另一端的截面积。

10.一种用于多材料的3D打印方法，其包括以下步骤：

a)将打印材料从具有至少一种打印材料的材料供给单元供给到材料传送单元的第一线；

b)通过第一厚度控制单元控制在步骤a)中供给的打印材料的厚度；

c)使在步骤b)中厚度被控制的打印材料在贴附于3D打印模块时固化；

d)将打印材料供给到与步骤a)中的线不同的第二线；

e)通过第二厚度控制单元控制在步骤d)中供给的打印材料的厚度；

f)通过移动所述3D打印模块来使在步骤c)中固化的打印材料移动到所述第二线，使在步骤c)中固化的打印材料与在步骤e)中厚度被控制的打印材料接触，并使在步骤e)中厚度被控制的打印材料固化；

g)通过移动所述3D打印模块来使在步骤f)中固化的打印材料移动到所述第一线并使与在步骤f)中固化的打印材料接触的打印材料固化；

h)通过移动所述3D打印模块来使在步骤g)中固化的打印材料移动到所述第二线并使与在步骤g)中固化的打印材料接触的打印材料固化；

i)通过重复步骤g)至h)形成多层3D物体；

j)使在步骤i)中形成的所述多层3D物体与所述3D打印模块分离；以及

k)通过收集模块收集所供给的打印材料中的未固化的材料，以将该未固化的材料重新供给到所述材料供给单元。