KR100221295B1 - 컴퓨터 데이타로부터의 3차원 물체의 컴퓨터 제어 제조 시스템과 그 방법 및 공정 - Google Patents

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윌리엄 비. 켐플러
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Abstract

3차원 물체의 컴퓨터 제어 제조 방법 및 공정은 플랫폼(15) 상의 소정의 위치에 불용성 재료(25)의 액체 층을 도포하여 경화시키는 것을 포함한다. 그 다음에, 바람직하게는 수용성인 제2매체(35)를 상기 층 상에 분사해서 이로써 경화된 불용성 매체가 피포된다. 상기 피포제의 최상부 면을 평면 가공하고, 이에 따라 새로운 패턴 도포용의 밑에 놓인 불용성 재료를 노출시키도록 상기 피포제의 일부가 제거된다. 평면 가공 찌꺼기의 제거가 끝난 후, 또 다른 액체층인 불용성 매체를 평면 가공면 상에 도포한다. 상기 불용성 매체는 어떠한 색채라도 가능하며, 층층마다, 층 내의 위치 마다 변경될 수 있다.
상기 공정은 소정의 3차원 물체(55)를 주형으로 둘러싸서 완성시킬 때까지 반복된다. 완성된 때의 상기 물체를 가열하거나 용제에 침지시킴으로써 상기 주형이 용해되어서 3차원 물체만 원상대로 남게 된다.
기타 다른 장치, 방법 및 공정도 개시되어 있다.

Description

컴퓨터 데이터로 부터의 3차원 물체의 컴퓨터 제어 제조 시스템과 그 방법 및 공정
제1a도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 자동식 3차원 물체 제조 스테이션의 사시도.
제1b도는 본 발명에 따라 제조된 3차원 물체의 일례를 도시한 사시도.
제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 따른 제1a도의 금속 원형 제조 시스템의 다른 양호한 실시예를 도시한 정면도, 평면도 및 좌측면도.
제3도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 마이크로프로세서 및 물 헹굼통의 사시도.
제4도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 3차원 물체 제조 공정을 도시하는 공정 순서도.
제5도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 프린트헤드 검사 및 세척 스테이션의 사시도.
제6a도 및 제6b도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 감지기 출력을 나타내는 파형 다이아그램.
제7a도 내지 제7c도는 제4도에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에 따라 저용융점 재료로 3차원 물체를 제조하는 소정의 공정 단계 동안의 최종 구조체를 도시한 도면.
제8a도 내지 제8c도는 제4도에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에 따라 고용융점 재료로 3차워 물체를 제조하는 소정의 공정단계 동안의 최종 구조체를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 도포 장치 15 : 플랫폼
20 : 플린트헤드 25, 35, 55 : 재료
30 : 분사 장치 45 : 위치 장치
48 : 순환 모터 50 : 목표면
56 : 지지테이블 58 : 캔티레버 지지체
60 : 절삭 장치 64 : 린틀 지지체
70 : 진공 설비 82 : 공급 장치
본 발명은 그 영역을 제한하지는 않지만 신속한 원형 제조 방법(prototyping)에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 복수의 매체의 컴퓨터 제어 도포 및 선택적인 재료 제거를 통해 컴퓨터 데이터로부터 3차원 물체를 제조하는 시스템, 방법 및 공정에 관한 것이다.
복잡한 디자인으로 말미암아 신속한 원형 제조의 필요성이 증가함에 따라, 그러한 직접적인 피드백(feedback)의 필요성은 모형 또는 기계 공장으로 하여금 최소의 설비 및 가동 시간에 작은 체적의 복잡한 부품들을 제조할 것을 요구하고 있다. 그러나, 최근의 제조 방법들은 느리고, 복잡하고, 비용이 많이 든다.
종종, 수동 가공 및 성형 방법들이 간단한 디자인의 경우에는 값싸고 효율적이지만, 복잡한 부품 및 조립체에서 요구되는 반복을 위한 비용이 무척 많이 들 수 있다. 복잡한 제조를 자동화하기 위해 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerically Controlled; CNC) 기계들이 사용되기도 하지만, 한 종류의 제품에 한번씩 작동, 유지 및 프로그램하는데는 비용이 많이 든다.
신속한 원형 제조 분야에서 가장 널리 알려진 방법은 입체 사진법(stereolithography)이다. 이러한 시스템은 통(vat) 내에 담긴 액상 감광성수지(liquid photopoly mer)의 선택된 2차원 영역들을 가로질러 레이저 비임을 주사하여 고상 중합체(solid polymer)를 형성시키기 위해 컴퓨터 제어 거울 세트들을 사용함으로써 컴퓨터 데이터로부터 복잡한 부품들을 제조한다. 플랫폼(platform)에 부착된 양생층(cured layer)이 통속으로 하강되고, 새로운 층들이 이전의 층들 상에 하나씩 생성되어 3차원 부품이 형성된다.
부품이 완성된 경우, 과잉 수지는 용제에 의해 제거되고, 모든 현수 지지체뿐만 아니라 플랫폼 부착물도 원하는 물체로부터 절단 제거된다. 남아있는 액체들 응고시키기 위해서는 부가적인 광선 노출을 필요로 한다.
입체 사진법 및 그와 유사한 접근책의 중요한 결점은 물체를 플랫폼에 결합시키고 어떤 현수, 대형 스팬(span) 또는 분리 영역들을 부착시키기 위한 지지 구조물들이 디자인되어야 한다는 점이다. 이러한지지 구조물들을 CAD 모델에 부착하고 나중에 세척하는 동안에 부품으로부터 수동으로 제거되는 일은 노동 집약적이고 때로는 특별한 숙련 기술을 필요로 하기도 한다.
또 다른 결점은 레이저 또는 수지들을 사용하는데 부가적인 주거 환경 안전 조처가 필요하다는 점이다. 이러한 공정 및 세척시에 사용되는 화학 물질들은 작업자 및 작업장을 보호하기 위해 특별한 취급, 환기 및 저장을 필요로 한다. 수지 제거 및 세척dp는 많은 양의 쓰레기가 발생한다. 감광성수지는 값이 비싸며 재사용이 불가능하다. 이러한 모든 점은 통상의 작업장 또는 사무소에 설치하는 것을 크기 및 환경상의 이유로 실행불가능하게 한다. 또한, 레이저 및 광학의 민감한 성질로 인하여, 설치 및 조정(calibration)이 아주 어렵다. 또한, 시스템의 복잡성 및 레이저 경비로 인하여 유지하는데 비용이 많이 든다.
다른 석판 인쇄 제조 방법(lithographic fabrication method)은 선택적인 레이저 소결법(selective laser sintering)이다. 이러한 방법은 왁스, 플라스틱 또는 금속과 같은 분말 재료의 선택된 영역들을 융해(소결)시키기 위해 가열 레이저를 사용한다. 실제로, 한 통의 분말에 레이저를 주사시켜 각각의 입자들을 용융시켜 인접한 입자들에 접착되게 한다. 융해된 분말의 레이저들은 감광성수지 석판 인쇄법과 마찬가지로 순차적으로 진행한다. 선택적인 레이저 소결법의 이점은 비가열 분말이 성형된 상태로 부품의 지지체로서 기능한다는 것이다. 이는 비가열 분말을 물체로부터 흔들거나 털어서 제거할 수 있음을 의미한다.
그러나, 선택적인 레이저 소결법도 복잡하고 비용이 많이 드는 광학 시스템이다. 최종 부품의 분리는 통상 0.254mm 내지 0.508mm(0.01 인치 내지 0.02 인치)인 비임 직경에 의해 제한된다. 게다가, 또 다른 단계에서 다른 전기 기계 부품들을 필요로 하는 롤링 브러시에 의해 분말은 수집되고 평탄하게 된다. 불행하게도, 롤링 브러스로 미세한 분말을 평탄하게 하는 것은 종종 비균질 충전 밀도(nonhomogeneous packing density)를 야기시킨다. 부가적으로, 액상 감광성수지 시스템보다 낮은 분말 가격(재료 및 노동력)에도 불구하고, 30 미크론 층을 제조하는 것은 어렵다. 이러한 분말로부터 성형된 물체는 매체 용해성이고, 비균일 표면을 갖고, 종종 비균질 조직을 갖는다.
3차원 프린팅에 의한 제조에 대한 연구가 매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지(Massachusetts Institute of Technology : MIT)에서 수행되었다. 이 연구에서, 통 또는 트레이 위로 넓은 공급기를 사용하여 세라믹 분말이 도포된다. 그 다음에, 실리카 접착제가 분말의 선택된 영역상에 프린트되어 고체 횡단면을 형성한다. 이러한 과정을 반복하여 최종 물체를 나타내는 황단면의 적층체들을 형성한다.
이러한 접근책은 접착되지 않은 분말을 내부 공동으로부터 제거하는데 있어서의 부가적인 어려움과 함께 선택적인 레이저 소결과 동일한 분말 도포 문제점을 갖고 있다. 게다가, 이러한 시스템에 의해 형성된 물체는 재생 이용이 불가능하다. MIT의 연구는 세라믹 주형의 제조에 관한 것이다. 그 다음에, 금속 또는 다른 재료들이 주형 속으로 주입 또는 부어지고, 후에, 주형은 주조 제품으로부터 파괴된다. 불행하게도, 최종 제품을 한정하는 주형의 내부 공동을 검사하기가 쉽지 않아서, 정확한 제품을 얻기 위해서는 비용이 많이드는 시행 착오를 거쳐야 한다.
본원 기술 분야에서 발견된 부가적인 문제점은 원하는 물체의 제조시에 다양한 표면 색채를 제공하거나 하나 이상의 재료를 사용하는 것; 현수, 대형 스팬 또는 분리 영역을 위한 매체 지지체를 자동적으로 제공하는 것; 또는 3차원 컴퓨터 디자인 또는 화상을 물리적으로 재생하기 위한 자동화된 시스템을 제공하는 것이 불가능하다는 점이다. 현재 이용가능한 시스템은 비용이 많이 들고, 컨베이어 플랫폼보다 오히려 용기를 필요로 하는 대량의 분말 및 수지를 사용함으로 말미암아 제조 후 자동화된 제품 취급을 제공할 수 없다. 따라서, 이들 문제점 중의 일부 또는 모든 것을 극복하는 개선이 현재 바람직하다.
관련 기술과 관련하여 상술한 문제점들에 비추어, 본 발명의 목적은 하나 이상의 재료 매체로 그리고/또는 하나 이상의 표면 색채로 물체를 제조하는 컴퓨터 지원 제조 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 후 자동화된 제품 취급을 포함하여, 3차원 컴퓨터 디자인 및 화상을 물리적으로 재생하는 자동화된 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 현수, 대형 스팬, 분리 영역등을 위한 매체 지지체를 제조된 물체로부터 자동적으로 제거하는 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 재생 이용가능한 매체를 사용하여 물체를 제조하는 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은 본 발명의 시스템, 방법 및 공정으로 달성된다. 양호한 실시예의 경우, 원하는 3차원 물체를 컴퓨터 제어 제조하는 방법 및 공정은 플랫폼상의 설정된 위치에 액체 불용성 재료의 층을 도포하는 것을 포함한다. 이러한 액체 매체는 일단 플랫폼에 접촉하면 경화된다. 수용성 플랫폼을 사용하는 것이 양호함에도 불구하고, 플랫폼은 본 발명의 정신을 위배함이 없이 영구적인 것으로 할 수 있다.
그 다음에, 경화된 불용성 매체를 피포(encapsulate)하기 위해 수용성 매체가 분사된다. 이러한 수용성 매체도 접촉시에 경화된다. 피포제의 최상부면을 평면 가공 함으로써, 새로운 패턴의 도포를 위해 아래에 놓인 불용성 재료를 노출시키도록 수용성 피포제의 일부를 제거한다. 그러한 평면 가공 과정에서 생긴 찌거기는 제거된고, 액체 불용성 매체의 또 다른 층이 평면 가공된 표면 상으로 도포된다. 이들 2차원 분사 패턴은 수용성 주형에 의해 둘러싸인 3차원 물체를 형성하도록 연속적으로 프린트되거나 적층된다. 액체 불용성 매체층과 수용성 피포 층을 도포하고 평면 가공한 후 평면 가공 찌꺼기를 제거하는 사이클은 프린트 사이클로 공지되어 있으며, 3차원 물체가 완성될 때 까지 계속된다. 이때에, 물체는 물속에 잠기게 되며 이로써, 수용성 주형이 분해되고 3차원 물체가 그대로 남게된다.
또 다른 양호한 실시예에 따르면, 컴퓨터 데이터로부터 3차원 물체를 제조하는 시스템은 필요로 하는 3차원 물체에 대해서 특정 데이터를 생성하여 저장하는데 사용되는 적어도 하나의 주사 및 화상 포착 장치를 포함한다. 상기 데이터는 마이크로프로세서 제어시스템에 보내지며 상기 제어 시스템은 수신된 데이터를 물리적으로 나타나게 될 3차원 물체의 연속 횡단면들로 처리한다.
적어도 하나의 도포 장치는 적어도 하나의 공정 재료(eutectic material)를 목표물 표면상의 소정의 영역에 분사하며, 적어도 하나의 노즐은 마이크로프로세서 제어 시스템으로 부터의 입력량에 기초하여 공정 재료의 층을 피포화하도록 수용성 재료를 분사한다. 분사된 재료를 정확하게 위치시키는 것은, CAD 시스템으로 부터 수신된 패턴과 마이크로프로세서 제어 시스템으로 부터 수신된 지시에 따라 적어도 하나의 도포 장치와 적어도 하나의 노즐 또는 목표물 표면을 이동시키는 선형 위치 설정 장치 세트에 의해 결정된다.
공정 재료의 한 층이 수용성 재료로 피포화되면, 마이크로프로세서 제어식 절단 장치는 하부에 놓인 공정 재료를 노출시키기 위하여 피포화된 물질을 평면가공하고 마이크로프로세서 제어식 진공 설비가 불필요한 평면 가공 재료를 제거한다. 모든 프린트 사이클이 종료되면, 완성된 물체 및 주형이 물을 이용하는 지지체 제거 시스템에 잠기게 되어 수용성 주형이 분해되고 3차원 물체가 그대로 남게된다.
본 발명의 시스템 및 방법에서 중요한 장점은 액체 불용성 물질의 선택된 층과 상기 층내의 선택된 위치까지도 액체 불용성 물질의 나머지 층과는 다른 색채를 만들 수 있어서 모든 범위의 색채 및 동일하게 제조된 물체내에서의 갑작스런 색체 변화에 대한 적절한 모든 음영을 허영하게 된다. 이는 과학, 의학 그리고 지질학 연구 등에 폭넓게 사용될 수 있도록 양질의 상세한 시각적 모델을 제조할 수 있게 한다. 또한, 한가지 형태 이상의 불용성 물질을 사용함으로써 다양한 조직을 얻을 수도 있다. 또한, 왁스 및 열가소성 수지등과 같은 불용성 매체를 적절하게 선택함으로써 그리고 주형에 맞는 수용성 매체를 사용함으로써 주형 매체 및 물질 자체가 재활용 가능해진다.
이 기술 분야에 숙달된 자는 첨부 도면을 참조한 양호한 실시예에 대한 하기의 설명으로 부터 본 발명의 특징 및 장점을 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
여러 도면에서 대응하는 도면 부호 및 기호는 대응 부품들을 나타낸다.
본 발명은 공구를 사용하지 않고 CAD 모델을 정확한 복제품을 제조할 수 있게 하며, 환경적으로 안전하기 때문에 통상의 작업 조건에서도 작업할 수 있게된다.
"CAD 화상"이란 용어는 다른 물체 주사 및 화상 포착 장치로부터의 화상이 본 발명을 사용하여 실제 크기로 제조 가능한 것을 의미한다. 이러한 장치가 통상적으로 사용된 예시로는 컴퓨터 지원 설계(CAD), 컴퓨터 지원 제조법(CAM), 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE), 컴퓨터 단층 촬영법(CT), 자기 공명 화상법(MRI), 양자 방출 단층 촬영법(PET), 레이저 프로필러(laser profiler), 공초점 주사 현미경(CSM), IR 이미저(IR imagers), 전자 현미경 등이 있으며, 상기 예시들이 본 발명의 영역을 제한하지는 않는다. 이러한 양식에서, 생활 용품, 공장 설비 및 전체 모델을 포함하는 사물들이 본 발명에 따라 색채로 재현될 수 있다.
제1a도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 자동화 3차원 물체 제조 스테이션을 도시한 사시도이다. 프린트헤드(20)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 마이크로프로세서 제어식 도포 또는 프린트 장치(10)은, 방울 또는 좁은 스트림인 액체 상태의 공정 재료를 플랫폼(15)와 같은 대체로 편평한 목표물 표면으로 펌핑시킨다. 플랫폼(15)는 제1 및 후속의 프린트 및 분사 작동을 위한 기부로서 작용한다. 독립적이고 컴퓨터 어드레스 가능한 도포 장치(10)은 용융왁스, 플라스틱 또는 다른 재료를 분사하기에 적합한, 색채 플로터(plotter) 또는 잉크제트 페이지 프린터상에 있는 잉크제트이다. 프린트 헤드(20)내에 있는 프린 장치(10)은 마이크로프로세서에 의해 저장 및 보급된 2차원 데이터 맵(map)에 따라 작동 또는 정지된다.
"마이크로컴퓨터"라는 용어는, 어떤 문맥에서는 마이크로컴퓨터는 메모리를 요하는 것이고 "마이크로프로세서"는 메모리를 요하지 않는 것이라는 의미로 사용된다. 본 명세서에 사용된 용어들은 동일한 의미로도 사용될 수 있고 동일한 물체를 나타내기도 한다. "처리 회로"는 특정용도용 집적회로(application specific intergrated circuit, ASIC), 프로그램가능한 어레이 로직(programmable array logic, PAL), 프로그램가능한 로직 어레이(programmable logic array, PLA.), 디코더(decorder), 메모리, 비소프트웨어 기본 프로세서(nonsoftware based processor) 또는 다른 회로, 또는 마이크로프로세서 및 다양한 구성 또는 조합을 갖는 마이크로컴퓨터를 포함하는 디지털 컴퓨터를 포함한다. 포함이란 용어는 본 발명의 영역을 고려해서 제한하지 않으려는 의미로 해석되어야 한다.
(도시하지 않은) 사출 주형 공구가 수용성 재료로 부터 플랫폼(15)를 제조하는데 사용된다. 주형 공구는 압력 또는 진공 포트와 주형 공정을 가속시키는 냉각/가열 기구를 가질 수도 있다. 또한, 주형 공구의 공동은 필요로 하는 물체의 형상에 따라 가변하는 단면 두께를 갖는다. 금속으로, 또는 세라믹 또는 특수 플라스틱과 같은 불용성 재료로 만들어진 플랫폼은 세척 단계 중에 용제에 대해 노출되는 부분이 감소되므로 수용성 플랫폼 보다 바람직하지 못하다.
제1a도를 다시 참고하면, 하나 또는 그 이상의 재료(25)가 열 또는 다른 공정에 의해 액체 상태로 전환된 후 플랫폼(15)와 부딪치도록 프린트 헤드(20)에 의해 분출되며, 이때 재료(25)가 급속히 고화되고 부착되어 단면이 변화하는 2차원 패턴층을 형성한다. 서로 각각의 상부에 연속으로 형성된 그러한 여러 층은 적층제(stack)로서 공지 되었다. 마이크로프로세서 지시에 따라 도포된 재료(25, 35)층의 적층체를 포함하는 물체(55)가 비록 제1도에서 가시적인 층상으로 묘사되었지만, 이것은 설명과 단순화를 위한 것이다. 실제어 있어서, 그러한 층은 양호하게는 깊이가 0.127mm(0.005 인치)이고 사람의 눈으로 탐지가 불가능하다.
(제2a도 내지 제2c도의 실시예에 보다 양호하게 도시된) 하나 또는 그 이상의 가열 노즐 또는 건(30)은 수용성 재료(35)의 랜덤피복을 분사하고 이미 프린트된 비랜덤 불수용성 패턴을 피포시킨다. 제2a도 내지 제2c도에 보다 상세히 도시된 재료 내장 및 공급시스템(40)은 본 발명에 따라 도포되는 재료(25, 35)각각을 위한 컨테이너를 제공한다. 수용성 재료(35)를 분산시키기 위한 가열 노즐 또는 건(30)을 사용함으로써 프린트 헤드(20)의 수명은 연장되는데 그것은 프린트 헤드가 어떤 수용성 재료도 사용하지 않기 때문이다. 한편, 분산 입자를 특정의 x, y지점으로 지향시키기 위한 상세한 지시를 필요로하지 않는 램덤 분사 장치(30)을 사용하기 때문에 컴퓨터 데이터량 또는 처리가 상당히 감소된다.
수용성 재료(35)는 실온에서 고체이고 일반적인 페이트 분사형 장비로 사용할 수 있는 용융 점성을 가지며 도포(deposition) 및 경화후에 양호한 가공 특성을 갖는다. 재료(35)는 제조 하는 동안 소정의 불용성 3차원 물체를 지지하고 피포시킨다. 제1b도에서 볼수 있는 바와 같이, 재료(35)의 물분산 특성은 물 컨테이너에 침지된 후에 재료(25)로만 구성된 매우 청결한 3차원 물체(55)가 유지되게 한다.
수용성 재료는 (거칠고 벗겨지는 표면을 형성하는) 분말 또는 (절삭공구 또는 샌더를 사용하여 수동으로 제거해야만 하는) UV-경화 수지와 같은 전술된 다른 시스템에 사용하는 지지 재료 위에 있는 것이 양호하다. 분말지지 방법은 또한 물체의 뒤틀림에 대하여 적절한 지지력을 지지력을 제공하지 않는다. 수용성 또는 적어도 저융점 재료의 사용은 다른 재료 도포 시스템과는 달리 본 발명을 이용하는 자가 캔틸레버 또는 천정이나 벽으로부터 현수된 물체 또는 어떤 것이든지간에 예시적인 것인지 한정적인 것이 아닌 병속의 배와같이 기묘하고 복잡한 것과 같은 복잡한 형상을 만들 수 있게한다. 한편, 수용성 재료는 매우 염가이고 프린트헤드(20)으로 프린트될 필요는 없으나, 노즐(30)으로 신속하고 저렴하게 분사될 수 있다.
주형으로서 수용성 재료를 사용하는 것이 전반적으로 양호하지만, 재료(35)가 열에의 노출에 의하여 제거될 수 있는 저융점 재료일 수 있고, 알코올에 침지시킬 때 용해되는 알코올 용해성 재료일 수 있음을 주지해야 한다. 일반적으로 주형과 물체의 서로 다른 특성이 물체에 영향을 주지 않고 주형을 제거하기 위해 이용된다. 따라서, 마지막 층이 프린트될 때, 지지체는 용융되어 없어지고 제1b도에서 볼수 있는 바와 같이 3차원 물체가 원상대로 유지된다. 수용성 재료만큼 바람직하지는 않은 이런 재료들은 다른 재료 도포 시스템과 관련하여 전술된 지지체 재료에 양호하고, 그러한 사용은 본 발명의 범위에 속한다.
(제1a도에 표시된 바와 같은) 카테시안(Cartesian) 좌표계의 축(X,Y,Z)를 따라 배열된 위치 장치(45)는 컴퓨터 명령에 따라 프린트 헤드(20) 및/또는 목표면(50)을 이동시킨다. 최초 도포층을 위한 목표면(50)은 플랫폼(15)이고, 후속 도포층을 위한 목표면(50)은 바로 이전의 도포층이다. 특히 위치 장치(45)는 목표면(50)을 수평(Y) 또는 수직(Z)로 이동시킴으로써 그리고 프린트 헤드(20)을 목표면(30)에 대하여 수평(X)로 이동시킴으로써 3차원 물체를 완전히 형성할 수 있다. 위치 장치(45)는 목표면(50), 분사기(30) 및 프린트헤드(20)을 이동시키기 위해 순환 모터(48)을 사용한다. 선형 모터와 같은 다른 모터가 순환 모터(48) 대신에 사용될 수 있다.
처음부터 알수 있듯이, 위치 장치(45)는 선형 위치 장치 또는 3차원 위치 장치와 함께 작동되는 입체 위치 장치 또는 평면 위치 장치 일수 있고, 이러한 점들은 본 발명의 범위를 어떤 방법으로도 제한하는 것은 아니다.
제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 따른 제1a도의 신속한 원형 제조 시스템의 다른 양호한 실시예를 도시하는 정면도, 평면도 및 좌측면도이다. 제1a도의 실시예와 관련하여 전술된 부품에 대응하는 제2a도 내지 제2c도에 도시된 부품이 이에 조합되어 있다. 제1a도 및 제2a도 내지 제2c도를 비교하여 알수 있는 바와같이, 본 발명에 따른 시스템의 부품에 대한 위치설정은, 프린트헤드(20) 및 분사기(30)이 재료를 목표면(50)위에 수직으로 도포시키기 위하여 위치되는 것을 제외하고는 중요한 것이 아니다.
제2a도 내지 제2c도에 도시된 원형 제조 시스템은 지지 테이블(50)에 설치된다. 캔티레버 지지체(58)은 프린트헤드(20), 분사기(30)등에 현수되는 린틀 지지체(64)를 강화하기 위하여 지지체(62)를 강화한다.
구조물의 수직축을 따라 특정 간격으로 목표면(50)의 최상부면을 평면가공하도록 설치된 (제2a도에 가장 잘 도시된) 하나 또는 그 이상의 절삭장치(60)은 수용성 피포제(35)를 제거하고 새로운 패턴의 전착을 위해 하부의 불용성 재료(25)를 노출시킨다. 절삭장치(60)은 또한 프린트 헤드(20)의 다단 프린트 장치(10)사이에서 유속의 차이에 의해 야기된 표면 및 높이 편차를 보상한다. 절삭 장치(60)의 평면가공 작동이 재료(25,35)의 냉각 및 수축작용으로 야기된 응력을 완화시키도록 작용하기 때문에 물체의 뒤틀림 또한 감소한다. 찌꺼기는 폐기 또는 재순환을 위해 여과통에서 회수될 수 있다. (제2a도에 가장 잘 도시된) 진공 설비(70)이 플랫폼(15)에 손상 또는 변형의 위험없이 간단하고 신속하게 플랫폼을 제거 및 교체시킬 수 있고 위치장치(45)에 대하여 빌딩 플랫폼(15)를 지지한다. 진공설비(70)은 더욱이 본 발명에 따른 시스템이 (제1a도에 도시된) 컨베이어 또는 랙(75)에서 자동적으로 물체가 유입, 유출하는 것을 가능하게 한다.
제2a도에서 점선으로 표시된 가공 체적부(78)은 물체가 프린트됨에 따라 위치하게 되는 최대 물체 외관을 나타낸다. 몇몇 재료의 조합은 상온보다 약간 높은 주위 온도(금속의 경우) 또는 상당히 낮은 온도(물의 경우)에서 프린트하는 것이 필요하므로 주위 제어 챔버가 가공 체적부(78)내에 위치될 수 있다.
(제2c도에 가장 잘 도시된) 제1a도의 재료 내장 및 공급 시스템(40)의 일부를 이루는 벌크 컨테이너(80)은 용융과 여과가 발생하는 대응하는 소형의 가열 챔버(84)내로 공급 장치(82)에 의해 운송되고 계량되는 건조된 고형의 공정 재료(25,35)를 저장한다. 공급장치(82)는 다른 공급장치가 가능하지만 송곳나사 또는 스크루 공급 장치dlf 수 있으며, 모터(83)에 의해 구동된다. 후에 발생하는 용융 액체 매체는 압력 장치(86)에 의해 가압되는데, 그 각각은 프린트헤드(20) 또는 분사건(30)에 액체 매체 공급선(88)을 경유하여 공급되기 전의 펌프일 수 있다. 액체 매체 공급선(88)은 파선으로 도시되었는데, 이것은 단순화 목적이고 공급선의 각각은 압력 장치(86)으로부터 선에 따라 프린트헤드 또는 분사기(30)으로 연속된다.
따라서, 형상을 표현하는 것외에, 본 발명에 따르는 시스템은 독특하게 물체가 높은 색채 해상도를 갖도록 제조될 수 있다. 이 독특한 양상의 특성은 미술, 천문학 및 다른 학문 분야뿐만 아니라 의학, 지질학, 건축학 및 공학 분야에서도 이용될 수 있다. 재료(25)는 상이한 재료 조성 뿐 아니라 상이한 재료 색채 또는 색채 조합일 수 있다. 일정한 정도로 색채를 얻기 위하여, 전체 색체 스펙트럼의 임의의 중간 색조가 재료의 중첩이나 디더링(dithering)에 의해 얻어질 수 없기 때문에, 청록색(cyan), 심홍색(magenta), 황색, 흑색 그리고 백색의 색채가 선호된다.
제3도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 마이크로프로세서와 지지체 제거 시스템의 사시도이다. 마이크로프로세서 제어시스템(90) 및 지지체 제거 시스템(95)가 작업 스테이션에 도시되어 있다. 도시되지는 않았지만, 그러한 제어 및 지지체 제거 시스템은 달리 설치될 수도 있으며, 전자동화된 고속 원형 제저 시스템을 마련하기 위해 제1a도 또는 제2a도 내지 제2c도에 도시된 시스템과 물리적으로 결합될 수 있다.
CAD 시스템은 물리적인 3차원 물체를 가상하는 치수, 색채 또는 다른 필요한 성질들을 포함하는 특정 데이터를 발생시키고 보관하기 위해 사용된다. 이 데이터는 마이크로프로세서 제어 시스템(90)으로 보내져서 보관되고 처리된다. 마이크로프로세서 제어 시스템(90)은 물리적으로 묘사되고 3차원 물체의 연속 단면으로 입력 데이터를 처리하기 위해 화상 처리 및 데이터 변환 코드 뿐만 아니라 마이크로프로세서 지시문도 포함한다.
원하는 3차원 물체의 컴퓨터 제어 제조를 위한 시스템, 방법 및 공정은 설정 위치의 목표물 표면(50)에 액체 재료들(25,35)의 층을 도포하는 것을 포함한다. 이 설정 위치는 CAD 시스템의 컴퓨터 화상 파일로부터 받은 처리된 슬라이스(slice) 데이터에 기초하여 마이크로프로세서 제어 시스템(90)에 의하여 결정된다. 마이크로프로세서 제어 시스템(90)은 또한 재료 운반, 피드백 센서 및 시스템 공정의 전기, 기계적 구성 요소 뿐만 아니라 시스템, 방법 및 공정 작업의 순서 및 타이밍을 제어한다.
마이크로프로세서 제어 시스템(90)은 또한 별도의 시스템에 의해 각각의 기능을 수행하기 보다는 CAD 시스템 또는 다른 어떤 원하는 물체 주사 및 화상 포착 장치를 함께 포함할 수 있다.
지지체 제거 시스템(95)는 용제 및 용제가 작용하는 물체(55)를 완전히 내장하기에 충분한 크기의 헹굼통(96)으로 구성된다. 순환 펌프 또는 교반기(98)이 용해 공정을 가속시키고 찌꺼기를 제거하기 위해 통합될 수 있다. 용제가 물이면 제거되어야 하는 주형 재료(35)는 수용성이어야 한다.
지지체 제거 시스템(95)는 물체(55)가 위치되는 온도 챔버(96)을 대신에 구비할 수 있다. 공기 순환기(98)이 용해 공정을 가속시키기 위해 그러한 챔버(96)에 통합될 수 있다. 후자의 시스템은 주형 재료(35)가 물체 재료(25) 보다 낮은 온도에서 용융될 경우 최적이다. 이는 주형의 용융점보다는 높고 물체의 용융점보다는 낮은 온도에 노출되었을 때 주형의 선택적인 제거를 가능하게 한다. 물과 왁스, 왁스와 플라스틱 또는 플라스틱과 금속등의 넓은 범위의 재료(25,35)의 조합이 가능하다. 많은 경우에 주형 및 물체 재료(25,35)는 반복 사용을 위해 재순환될 수 있고 이로써 폐기물을 줄일 수 있다.
제4도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 3차원 물체 제조 공정을 묘사한 공정 순서도이다. 물체를 위한 플랫폼이 진공 설비에 위치되면(블록 100) 프린트헤드 제트가 모두 작동하는지 검사된다. 이는 프린트헤드(20)을 그 출력을 광학적 검사 스테이션에서 조사될 수 있도록 위치시킴으로서 이루어진다(블록 110). 그러면 프린트헤드 제트는 개개의 제트가 제대로 기능하지는 (블록 130) 확인하기 위해 주사되는 짧은 선분의 패턴을 인쇄한다(블록 120). 만일 모든 제트가 적절히 작동하는 것으로 결정되지 않으면 프린트헤드(20)은 세척(purge) 및 와이프(wipe) 스테이션으로 이동되고(블록 150) 거기에서 시스템은 제트의 유동을 차단하지 않도록 세척된다(블록 160). 그러면 프린트헤드(20)은 광학적 검사 스테이션으로 귀환되고(블록 110) 거기에서 제트는 다시 검사된다(블록 120 및 130). 제4도의 공정에는 도시되어 있지는 않았지만 프린트헤드(20)이 필요한 만큼 자주 확인될 수 있다는 것은 명백하다.
모든 제트가 적절히 동작되면(블록 140), 잉크 공급원이 검사된다(블록 170). 만일 공급원이 불충분한 것으로 판명되면, 용융통(melt canister)은 벌크 통(bulk canister)으로 부터 채워진다(블록 180). 잉크 공급원이 충분하면 공정은 물체의 슬라이스 데이터를 로드함으로써 계속된다(190).
물체의 슬라이스 데이터는 색채 정보를 포함하는 3차원 컴퓨터물체 화상으로부터 생성되며 응용 소프트웨어에 의해 2차원 패턴의 수직열(Vertical sequence)로 변환된다. 제2 화상이 제1 화상과 2차원 슬라이스의 세트로 변환된 주형 화상 그리고 후속 순서로 조합된 물체와 주형의 슬라이스 데이터 중 음의 값 형태로 소프트웨어에 의해 생성될지라도, 제2 화상은 불필요하거나 선호되지 않는다. 분사기(30)의 전체적인 작동은 단지 물체의 화상만으로도 정확한 프린트를 가능하게 한다.
최초의 슬라이스 데이터가 로드되면(블록 190), 플랫폼(15)는 절단 장치(60)이 그 상부면을 평면 가공하도록 위치되고(블록 210), 플랫폼(15)는 한 층의 두께만큼 하강된다(블록 220). 그러면 프린트헤드(20)은 수신한 슬라이스 데이터에 따라 슬라이스 패턴을 주사하고 도포시킨다. 최초의 층의 슬라이스 데이터는 플랫폼(15) 위의 프린트헤드 위치를 그 위치에서의 적절한 배출 기능과 함께 결정한다. 프린트헤드(20)은 플랫폼(15)에 평행한 평면상에서 층이 완성될 때까지 이동한다. 최초의 슬라이스 패턴의 프린트가 완료되면, 분사기(30)이 목표면(50)의 상부면에 가용성의 지지체 재료(35)를 분사한다(블록 240).
다음 슬라이스 데이터의 로드가 공정 순서도에서 평면 가공 단계 전에 도시되어 있으나 이는 평면 가공 단계 후일 수도 있으며 양호하게는 동시일 수도 있다. 사실 마이크로프로세서 제어 시스템(90)은 다음의 슬라이스 데이터를 프린트 사이클 중 아무때나 가장 급할 때에 로드할 수 있다.
만일 이것이 프린트될 마지막 층이 아닌 경우에는(블록 250), 잉크 공급원이 다시 검사되고(블록 170), 필요하면 보충된다(블록 180). 플랫폼(15)가 위치되어서 절삭 장치(60)이 목표면(50)의 상부면을 평면 가공하는 동안(블록 210), 다음의 슬라이스 데이터가 로드된다(블록 190). 그러면 플랫폼(15)는 하방으로 한 층 두께 만큼 이동되고(블록 220) 다음의 층이 프린트된다(블록 230, 240). 이것이 프린트될 마지막 층이면(블록 250), 물품은 진공 설비로부터 제거되어(블록 260) 용제, 양호하게는 물에, 가용성 지지체 재료를 용해시키기 위해 침지된다(블록 270). 이 공정은 완성된 3차원 물체를 제조한다(블록 280).
본 발명에 따른 양호한 공정의 예에서, 60℃(140℉)의 액체 왁스(재료 (25))가 물체의 패턴을 형성하기 위해 연속 층으로 제트 프린트된다. 동시에 얼음(재료 (35))의 연속 층이 결빙 주형을 형성하기 위해 물체 패턴 주위로 제트 프린트 된다. 재료(25,35)의 결합된 고체 덩어리는 주형 부분만 융해시키도록 가열되어 고용해성의 재성 가능 주물 패턴을 남긴다. 많은 다른 재료(25,35)의 조합이 가능하며 숙련 기술자의 사고에 의해서만 제한된다.
제5도는 본 발명의 양호한 실시예에 의한 프린트헤드 검사 및 세척 스테이션을 도시한다. 프린트헤드(20)은 매체 공급 튜브(310)을 통하여 융해된 매체를 수용하고 짧은 평행선(340)의 형태로 컨베이어 벨트(330)에 그러한 매체의 방울(320)을 도포시킨다. 컨베이어 벨트(330)의 표면은 양호하게는 종이로 만들어진다. 광 센서(350)이 프린트헤드(20)의 도시되지 않은 모든 프린트 장치 또는 제트(10)의 동시 작동에 의하여 프린트된 평행선(340)을 주사한다. 마이크로프로세서는 이물질 제거를 위한 세척 및 와이퍼가 이루어지도록 프린트헤드(20)을 컨베이어 벨트(330)으로 부터 멀리 유도함으로써 적어도 하나의 오작동 프린트 장치를 나타내는 광센서(350)의 어떠한 출력에도 반응한다. 공기가 세척 밸브 모니터 공기 튜브(360)을 통해 프린트헤드(20)내로 가압된다. 이는 프린트헤드(20)의 어느 오작동 프린트 장치(10)의 이물질을 효과적으로 세척한다. 그러면 프린트헤드(20)은 와이프되고(도시되지 않음) 컨베이어 벨트(330) 위로 재위치된다. 프린트헤드(20)은 다시 새로운 매체 방울(320)을 광 센서(350)에 의하여 주사되는 짧은 평행선(340)의 형태로 컨베이어 벨트(330)에 도포시킨다. 이 과정은 프린트 헤드(20)의 모든 프린트 장치(10)이 제대로 기능할 때 까지 반복된다. 광학 센서를 사용한 검사 시스템이 양호한 것으로 설명되었을지라도, 다양한 다른 검사 시스템이 본 분야에 숙련된 사람들에 의해 생각될 수 있다.
제6a도 및 제6b도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 광센서(350)의 출력을 반영한 파형도를 도시한 것이다. 상기 파형도에서, 사각형 파형은 작동하는 제트의 수를 정확하게 도시한다. 나타나야 하는 사각형 파형이 없으면 오작동 제트를 도시한 것이다. 제6a도는 작동하는 모든 제트에 대하여 광 센서(350)으로 부터의 출력을 도시하고, 제6b도는 두 개의 오작동 제트를 가진 파형을 도시한 것이다.
제7a도 내지 제7c도는 제4도의 본 발명의 양호한 실시예에 따른 왁스와 같은 저용융점 재료로 이루어진 3차원 물체를 제조하기 위해 각 공정 단계(230,240,210) 동안에 발생한 구조를 도시한 것이다. 제7a도는 CAD 화상에 따른 마이크로프로세서 제어 시스템에 의해 결정되는 가용성 플랫폼(15)상의 특정 위치에 왁스층(400)을 형성하도록 왁스 방울(120)을 도포시키는 프린트헤드(20)을 도시한 것이다. 조성물과 상관없이 이러한 층(400)은 양성 재료(positive material)로서 공지되어 있으며, 모든 층이 완성되었을 때 원하는 3차원 물체를 형성할 것이다.
제7b도에서, 분사기(30)은 가용성 플랫폼(410) 상에 존재하는 도포된 왁스층(400)을 피포하기 위해 수용성 주형 재료(440)의 방울(430)을 분사한다. 조성물과 상관없이 재료(440)은 음성 재료(negative mater al)로 공지되어 있으며, 모든 층이 완성되었을 때 주형을 형성할 것이다. 제4도 공정의 특이한 특징은 제7b도에 나타나 있는데, 다시 말하면 분사된 음성 재료(440)은 분사입자들이 컴퓨터에 의해 특정 x, y 지점으로 향하지 않도록 랜덤하다.
후속 층을 위한 표면을 마련하기 위해서, 밀 절삭기 또는 다른 절삭 장치(60)은 양성 재료(400)을 노출시키도록 앞의 층 두께를 약간 제거한다. 제7c도는 부착된 왁스층(400)을 노출시키도록 수용성 주형재료(440)을 매끄럽게 하는 절삭장치(60)을 도시한 것이다. 또한 이러한 단계는 각 층의 두께를 한정하며 다른 잉크제트 도포를 보상한다. 모든 층들이 처리된 후에 음성 재료(440)은 본 경우에는 왁스인 양성 재료(400)을 남기고 도시하지 않은 용제에 의해 선택적으로 제거된다.
어떤 재료들은 잉크제트형 장치에 사용하기에 너무 점성이 높을 수 있다. 그러나 이러한 재료는 내구성, 모양 또는 수용성과 같은 바람직한 특성을 나타낸다. 제한하는 것이 아니라 단지 예로서 의도한 이러한 점성 재료의 원하는 사용은 페이스트 및 에폭시와 같은 전도성 매체로 부터 제조된 회로 조립체를 포함할 수 있다.
용융점이 놓고 점성이 큰 재료를 이용하기 위해서, 페인팅을 위해 사용되는 것들과 같은 분사 노즐 및 가압 건이 잉크제트형 프린트헤드 대신에 사용될 수 있다. 이러한 노즐 또는 건은 가압 주사기 또는 피스톤형 작동 방식을 사용할 수 있으며 여러 가지 노즐 직경을 이용할 수 있다.
제8a도 내지 제8c도는 제4도의 본 발명의 양호한 실시예에 따른 고 용융점 또는 고점성 재료로 이루어진 3차원 물체를 제조하기 위해 각 공정 단계(230,240,210) 동안에 발생한 구조를 도시한 것이다. 이러한 고 용융점 또는 고 점성 재료는 제한하는 것이 아닌 일례로서 주석-납 합금과 같은 재료의 조합 또는 합금 뿐만 아니라 금속, 세라믹, 플라스틱, 페이스트, 에폭시등과 같은 것일 수 있다.
제8a도는 CAD 화상에 따른 마이크로프로세서 제어 시스템에 의해 결정되는 플랫폼(15)상의 특정 위치에 왁스층(500)을 형성하도록 왁스 방울(520)을 도포시키는 잉크제트 프린트헤드(20)을 도시한 것이다. 조성물과 상관없이 이러한 층(500)은 음성 재료로서 공지되어 있으며, 모든 층이 완성되었을 때 주형 또는 지지체를 형성할 것이다.
제8b도에서, 분사기 노즐 또는 건(30)은 지지체 재료(500) 및 이안에 어떤 패턴의 공동상에 고 용융점 또는 고 점성 재료(540)의 작은 방울(530)을 분사한다. 조성물과 상관없이 재료(540)은 양성 재료이며, 완성되었을 때 원하는 3차원 물체를 형성할 것이다. 제4도의 공정의 특이한 특징은 제8b도에 나타나있는데, 다시 말하면 분사된 양성 재료(540)은 분사 입자들이 컴퓨터에 의해 특정 x, y 지점으로 향하지 않도록 랜덤하다.
후속 층을 위한 표면을 마련하기 위해서, 밀 절삭기 또는 다른 절삭 장치는 양성 재료를 노출시키도록 앞의 층 두께를 약간 제거한다. 제8c도는 부착된 왁스층(500)을 노출시키도록 양성 재료(540)을 매끄럽게 하는 절삭 장치(60)을 도시한 것이다. 각 층은 다른 노즐 도포를 보정하는 전술한 두께로 가공된다. 모든 층들이 러치된 후에 최종 입체는 저 용융점 주형과 고 용융점 또는 고 점성 물체로 구성된다. 음성 재료(500)은 용제 또는 열에 의해 선택적으로 제거되어 고 용융점 또는 고 점성 양성 재료(540)을 원상대로 남겨 놓는다.
이러한 장치는 독특한 것이며, 잉크제트 프린터 장치만을 사용하는 것이 가능하지 않다는 소수의 사람들이 지적하는 나일론, PVC 또는 금속 합금과 같은 많은 재료로 제조될 가능성이 부여한다. 더욱이, 부착된 층의 상부 표면을 밀링하는 것은 다른 시스템에서의 부품의 뒤틀림을 일으키는 응력을 감소시키는 작용을 한다. 또한, 필요한 잉크제트 프린터헤드의 수는 감소되는데, 이는 다량의 재료가 충분히 넓은 영역 범위를 마련하도록 불규칙적으로 분사되기 때문이다.
본 발명에 따른 시스템, 방법 및 공정의 단순화는 많은 장점을 제공한다. 프린터헤드는 작고 저렴하며, 벡터 및 래스터(raster)를 포함한 많은 주사 방법으로 형성될 수 있다. 이젝터 장치는 작고 매우 높은 용해성을 가능하게 한다. 더욱이, 광범위한 구멍 또는 이젝터 구조는 높은 점성 재료의 도포뿐만 아니라 높은 체적 도포를 위해 활용될 수 있다. 부가적으로, 본 발명에 따른 시스템, 방법 및 공정은 주조공장 및 기계 제작소로 부터 작은 시스템까지 범위에서 다양한 작업 환경 및 적용에 적합하다. 매체가 어떤 표면상에 프린트되기 때문에, 시스템을 다루는 자동화 컨베이어 및 재료는 구체화될 수 있다. 이러한 것은 많은 데이터 자료로 부터 빠르고 연속적인 처리를 가능하게 한다. 이것은 적어도 하나의 컴퓨터에 다수의 컴퓨터에서 발생된 화상을 포함하며, 이러한 화상은 본 발명의 요지에 따라 만들어진 하나 이상의 시스템에 의해 빠르게 표준화된다.
이러한 기술에 의해 제조될 수 있는 무수한 물체들 중 몇몇은 원형, 주조 패턴, 주형, 조각 및 구조 부품을 포함한다. 본 기술 분야에서 숙련된 사람들은 이러한 리스트가 총망라된 것이 아니며 본 기술 분야에서 술련된 사람들에 의해 본 발명의 여러 가지 다른 이용이 있을 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 많은 실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 마이크로코드 펌웨어(firmware)에서 사용 또는 실시할 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 실시예가 도시 및 설명된 반면, 많은 변경 및 다른 실시예들이 본 분야에 숙련된 사람들에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 단지 특허 청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 소정의 3차원 물체의 컴퓨터 제어 제조 공정에 있어서, 일단 도포되면 경화되는 불용성 매체의 액체 층을 플랫폼 상의 소정 위치에 도포하는 단계(a)와, 상기 불용성 매체를 피포시키기 위하여 수용성 매체를 분사하는 단계(b)와, 상기 수용성 피포제의 최상부 면을 평면가공하는 단계(c)와, 상기 평면가공된 면 상에 또 다른 액체 불용성 매체 층을 도포하는 단계(d)와, 소정의 3차원 물체가 형성될 때까지 상기 단계(b) 내지 단계(d)를 반복하는 단계(e)와, 상기 불용성 매체로 만들어진 상기 소정의 3차원 물체를 얻기 위하여 상기 수용성 피포제를 제거하는 단계(f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  2. 제1항에 있어서, 평면 가공 단계가, 수용성 피포제의 일부를 제거하는 단계(g)와 패턴 도포를 위해 아래에 놓인 불용성 재료를 노출시키는 단계(h)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  3. 제1항에 있어서, 평면 가공 단계에 이어서 상기 평면 가공 단계로 부터 생긴 찌꺼기를 제거하는 단계가 후속하는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  4. 제1항에 있어서, 색채 또는 다른 소정의 특성 데이터를 포함하여 3차원 물체의 소정의 치수를 나타내는 데이터를 수신 및 저장, 처리하는 마이크로프로세서 제어 시스템에 의하여 소정의 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  5. 제1항에 있어서, 플랫폼이 수용성인 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  6. 제1항에 있어서, 액체 불용성 재료 층의 선택된 층이 상기 액체 불용성 재료의 다른 층과 색채가 다른 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  7. 제1항에 있어서, 단일 층 내의 소정의 위치 중 선택된 위치가 동일 층 내의 상기 소정의 위치 중 나머지 위치와 색채가 다른 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  8. 컴퓨터 입력된 데이터로 부터 3차원 물체의 제조 공정에 있어서, 제1 슬라이스에 대한 데이터를 로드시키는 단계(a)와, 플랫폼의 최상부면을 평면 가공하는 단계(b)와, 일단 도포되면 경화되는 액체 불용성 매체 층을 플랫폼 상에 로드된 제1 슬라이스 데이터에 의하여 설정된 소정의 위치에 도포하는 단계(c)와, 상기 경화된 불용성 매체를 피포시키기 위하여 제2 매체를 분사하는 단계(d)와, 다음의 슬라이스에 대한 데이터를 인가하는 단계(e)와, 상기 제2 매체 피포제의 최상부면을 평면가공하는 단계(f)와, 다른 액체 불용성 매체 층을 평면 가공된 피포제 표면 상에, 상기 로드된 다음의 슬라이스 데이터에 의하여 설정된 소정의 위치에 도포하는 단계(g)와, 제2 매체 주형 내의 소정의 불용성 3차원 물체가 형성될 때까지 단계(d) 내지 단계(g)를 반복하는 단계(h)와, 상기 소정의 3차원 물체를 원상대로 남기기 위하여 상기 주형을 용해시키는 단계(i)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  9. 제8항에 있어서, 평면 가공 단계가 피포제의 일부를 제거하는 단계(j)와 새로운 패턴 도포를 위해 아래에 놓인 불용성 재료를 노출시키는 단게(k)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  10. 제8항에 있어서, 슬라이스 데이터가 물체 주사 및 화상 포착 장치에 의하여 생성된 화상과, 치수, 색상 또는 기타 소정의 특성을 시뮬레이션하기 위한 충분한 데이터를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  11. 제8항에 있어서, 제2 매체가 수용성인 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  12. 제8항에 있어서, 평면 가공 단계에 이어서 상기 평면 가공 단계로 부터 생긴 찌꺼기를 제거하는 단계가 후속하는 것을 특징으로 하는 제조 공정.
  13. 컴퓨터 데이터로부터 3차원 물체의 제조 시스템에 있어서, 평면 목표면과, 적어도 하나의 공정 재료와, 적어도 하나의 수용성 재료와, 상기 목표면 상의 소정의 위치에 액상의 상기 공정 재료를 반복 도포하기 위한 적어도 하나의 마이크로프로세서 제어도포 장치와, 상기 공정 재료를 피포시키기 위하여 상기 수용성 재료를 반복해서 전면 분사하기 위한 적어도 하나의 마이크로프로세서 제어 분사 장치와, 상기 마이크로프로세서로 부터 받은 지시에 따라서 상기 적어도 하나의 도포 장치, 상기 적어도 하나의 분사 장치 및 상기 평면 목표면을 이동시키기 위한 위치 장치와, 상기 피포된 공정 재료의 추가 도포 및 분사를 수용하기 위한 표면을 마련하도록 상기 피포된 공정 재료를 평면 가공하기 위한 적어도 하나의 마이크로프로세서 제어 절삭 장치와, 상기 공정 재료가 원상대로 유지되도록 상기 목표면과 상기 수용성 재료를 제거하기 위한 지지체 제거 시스템을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 목표면이 수용성인 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 도포 장치가 마이크로프로세서에 저장된 2차원 데이터 맵에 따라서 작동되거나 작동되지 않은 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 공정 재료가 조성은 동일하지만 색채는 상이한 두 개의 공정 재료인 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 공정 재료가 조성과 색채가 상이한 두 개의 공정 재료인 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 공정 재료가 조성은 상이하지만 색채는 동일한 두 개의 공정 재료인 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  19. 3차원 물체의 제조 방법에 있어서, 일단 도포되면 경화되는 제1 액체 매체 층을 플랫폼 상의 소정 위치에 도포하는 단계(a)와, 상기 경화된 제1 메체를 피포시키기 위하여 제2 매체를 도포하는 단계(b)와, 상기 물체의 최외부면을 평면 가공하는 단계(c)와, 상기 평면 가공된 표면 상에 제1 매체 층을 추가로 더 도포하는 단계(d)와, 소정의 3차원 물체가 형성될 때까지 상기 단계(b) 내지 단계(d)를 반복하는 단계(e)와, 상기 피포제 재료를 제거하는 단계(f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제1 재료가 원상대로 유지되는 공정을 물체에 수행시킴으로써 피포제 재료의 제거가 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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