KR100940074B1

KR100940074B1 - 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체제조 시스템

Info

Publication number: KR100940074B1
Application number: KR1020070120959A
Authority: KR
Inventors: 김종영; 김정훈; 조동우
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2010-02-05
Also published as: KR20090054208A

Abstract

본 발명은 정밀 다축 적층 장치를 이용하여 복잡하고 정밀한 형상의 3차원 인공 지지체를 용이하게 제작할 수 있는 3차원 인공 지지체 제조 시스템에 관한 것으로서, 인공 지지체 재료를 분사하여 형상화하고자 하는 3차원 인공 지지체로 적층하는 정밀 다축 적층 장치, 및 인공 지지체의 3차원 형상 모델에 따라 정밀 다축 적층 장치의 작동을 제어하는 통합 제어장치를 포함한다. 그리고 정밀 다축 적층 장치는 인공 지지체 재료를 분사하는 적층 헤드, 적층 헤드를 지지하면서 설정된 높이로 승하강시키는 z축 변위 이동부, 및 z축 변위 이동부를 지지하도록 연결되면서 z축 변위 이동부를 xy 평면 상에서 축방향 거동시키는 평면 변위 이동부를 포함한다.

조직 공학, 인공 지지체, 정밀, 다축, 적층, 3차원, 노즐

Description

정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체 제조 시스템{Precise Multi-head Deposition Apparatus and Three Dimensional Scaffold Fabrication System Using the Same}

본 발명은 3차원 인공 지지체 제조 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 정밀 다축 적층 장치를 이용하여 복잡하고 정밀한 형상의 3차원 인공 지지체도 용이하게 제작할 수 있는 3차원 인공 지지체 제조 시스템에 관한 것이다.

최근 조직 공학(Tissue Engineering) 분야는 손상된 인체의 다양한 조직과 기관의 기능을 복원하기　위해 다양한 접근 방식으로 연구를 진행하고 있다. 그 중 자가이식(Autograft)에 의한 조직 재생 방식은 면역학적이나 치료 측면에서 큰 효과를 가지고 있다. 하지만 조직 재생 방식은 환자 본인의 다른 부위에서 조직을 추출하기 때문에, 추출된 부위가 다시 문제를 일으킬 가능성이 있고, 추출 가능한 조직의 크기에도 한계를 가지고 있다. 이런 조직 재생 방식의 대안으로는 임상적으로 동일한 다른 개체의 조직을 이용하는 동종이식(Allograft) 방식이 있다. 하지만 이런 동종이식 방식은 면역 거부 반응 및 기증자로부터의 질환 전이와 같은 문제를 동반하고 있다. 이로 인해 최근에는 인공 구조물을 손상된 부위에 삽입하 는 방법이 주목 받고 있다. 하지만 이런 인공 구조물 삽입 방식은 조직의 생리학적인 기능을 자연적으로 유도할 수 없고, 염증에 의한 조직의 괴사(Necrosis)와 같은 문제를 유발할 문제점이 있다. 그리고 최근의 조직 공학 분야에서는 새로운 시도로서 세포의 증착, 증식 및 분화를 도울 수 있는 생체 적합성 인공 지지체(Scaffold) 개발과 관련된 연구가 진행되고 있다.

이와 같은 인공 지지체는 인공 구조물의 삽입에 의한 문제점이 없도록 다음과 같은 특성이 필요하다. 첫째, 인공 지지체는 세포가 원활하게 증착, 증식, 분화를 유도할 수 있도록 적절한 ECM(Extra Cellular Matrix) 구조를 갖는 것이 바람직하다. 둘째, 인공 지지체는 주위의 조직과 유사한 지지대로서　생체 적합성 또는 생체 분해성 재료인 것이 바람직하다. 셋째, 인공 지지체는 세포의 이동, 신진대사 촉진 및 영양분 공급을 위한 혈관 침투를 위해 적절한 크기로 서로 연결된 다공성 3차원 구조인 것이 바람직하다. 마지막으로 인공 지지체는 조직 재생 기간 동안 그 형태를 유지할 수 있는 일정 이상의 강도인 것이 바람직하다.

인공 지지체의 재료로는 PLA(Poly-lactic Acid) 또는 PGA(Poly-glycolic Acid)가 사용된다. 이런 재료를 이용한 인공 지지체는 염발포법, 상분리법, 염침출법, 유화 동결 건조법에 의해 다공성 지지체로 제작된다. 도 16은 이와 같은 제조방법들에 의해 각각 제작된 인공 지지체들의 확대 사진들로서, 인공 지지체들의 다공성을 살펴볼 수 있다.

하지만 이와 같은 기존 인공 지지체의 제작방법은 그 제조 공정이 복잡하고, 3차원 형태의 정밀한 구조로 제작할 수 없고, 뿐만 아니라 다양한 형태의 형상 제 어가 불가능하다. 또한 기존 인공 지지체의 제작방법은 형상 제작 과정에서 공극 크기(Pore Size) 및 공극률(Porosity)을 사용자가 원하는 형태로 제어하기 어렵고, 재현 반복성이 없는 단점이 있다. 또한 기존 인공 지지체의 제작방법은 공극들 간의 연결성(Interconnectivity)이 떨어지기 때문에, 세포의 성장, 영양분 공급 및 인공 지지체 내부로의 조직 형성에 한계가 있다. 또한 기존 인공 지지체의 제작방법은 만들어지는 인공 지지체의 기계적 강도가 낮은 문제도 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 기존 인공 지지체 제작 기술에 비해 높은 정밀도를 요구하는 복잡한 3차원 형상의 인공 지지체를 용이하게 제작할 수 있는 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체 제조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 마이크로 3차원 형상의 인공 구조물을 기본 설계 단계부터 최종 조립 및 평가까지 자체적으로 직접 수행할 수 있는 3차원 인공 지지체 제조 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 각각 다른 복수 개의 인공 지지체 재료를 활용하여 하이브리드 인공 지지체를 제작할 수 있는 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체 제조 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 복잡한 3차원 형상의 인공 지지체를 높은 정밀도로 제작할 수 있으면서도 기존 인공 지지체 제작 기술에 비해 보다 빠른 속도로 인공 지지체를 제작할 수 있는 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체 제조 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정밀 다축 적층 장치는 인공 지지체 재료를 분사하는 적층 헤드, 상기 적층 헤드가 결합되고, 상기 적층 헤드를 지지하면서 설정된 높이로 승하강시키는 z축 변위 이동부, 및 상기 z축 변위 이동부를 지지하도록 연결되면서 상기 z축 변위 이동부를 xy 평면 상에서 축방향 거동시키는 평면 변위 이동부를 포함하며, 상기 적층 헤드가 상기 z축 변위 이동부와 상기 평면 변위 이동부의 작동에 따라 연동한다.

상기 적층 헤드는 상기 인공 지지체 재료가 담겨지는 시린지, 상기 시린지에 열을 전달하여 고체 상태의 상기 인공 지지체 재료를 액체 상태로 변환시키는 가열기, 상기 시린지에 연결되면서 액체 상태의 상기 인공 지지체 재료가 설정된 필라멘트 굵기로 분출되는 노즐, 및 상기 노즐로 상기 인공 지지체 재료가 상기 노즐로 분출되게 상기 시린지 내에 압력을 가하는 압력 전달기를 포함한다.

상기 적층 헤드는 복수 개로 이루어지며, 복수 개의 상기 적층 헤드들은 상기 z축 변위 이동부와 상기 평면 변위 이동부의 작동에 따라 연동한다.

상기 평면 변위 이동부는 상기 z축 변위 이동부를 지지하면서 상기 z축 변위 이동부를 x축 방향으로 거동시키는 x축 변위 이동부, 및 상기 x축 변위 이동부를 지지하면서 상기 x축 변위 이동부를 y축 방향으로 거동시키는 y축 변위 이동부를 포함한다.

상기 y축 변위 이동부는 상기 x축 변위 이동부의 양 단부를 각각 지지하도록 상호 이격되게 위치하는 한 쌍의 y축 변위 이동부들로 이루어진다.

상기 y축 변위 이동부는 상기 y축 방향으로 직선되게 형성되는 제1 리니어 가이드(Linear guide) 부재, 및 상기 x축 변위 이동부가 연결되면서 상기 제1 리니어 가이드 부재에 맞물리는 제1 거동부재를 포함한다.

상기 y축 변위 이동부는 상기 제1 거동부재에 연동하는 제1 코일부재, 상기 제1 리니어 가이드 부재와 동일한 상기 y축 방향으로 직선되게 위치하면서 외부의 전기 신호에 따라 상기 제1 코일부재를 거동시키는 제1 자석부재, 및 상기 제1 코 일부재와 상기 제1 자석부재에 상기 전기 신호를 전달하는 전기 케이블의 통로인 제1 케이블 베이어를 더 포함한다.

상기 y축 변위 이동부는 상기 제1 리니어 가이드 부재의 길이 방향으로의 선단부에 위치하면서 상기 제1 거동부재의 거동 범위를 제한하는 충격 완화기를 더 포함한다.

상기 x축 변위 이동부는 상기 x축 방향으로 직선되게 형성되는 제2 리니어 가이드 부재, 및 상기 z축 변위 이동부가 연결되면서 상기 제2 리니어 가이드 부재에 맞물리는 제2 거동부재를 포함한다.

상기 x축 변위 이동부는 상기 제2 거동부재에 연동하는 제2 코일부재, 상기 제2 리니어 가이드 부재와 동일한 상기 x축 방향으로 직선되게 위치하면서 외부의 전기 신호에 따라 상기 제2 코일부재를 거동시키는 제2 자석부재, 및 상기 제2 코일부재와 상기 제2 자석부재에 상기 전기 신호를 전달하는 전기 케이블의 통로인 제2 케이블 베이어를 더 포함한다.

상기 z축 변위 이동부는 상기 z축 방향으로 직선되게 형성되는 제3 리니어 가이드 부재, 및 상기 적층 헤드가 연결되면서 상기 제3 리니어 가이드 부재에 맞물리는 제3 거동부재를 포함한다.

상기 z축 변위 이동부는 상기 제3 거동부재에 연동하는 스크루 너트 부재, 상기 제3 리니어 가이드 부재와 동일한 상기 z축 방향으로 직선되게 위치하면서 상기 스크루 너트 부재에 볼트 너트 방식으로 결합되는 이송축, 및 상기 이송축을 회전시킴으로써 상기 스크루 너트 부재와 상기 적층 헤드를 거동시키는 모터를 더 포 함한다.

상기 x축 변위 이동부는 상기 한 쌍의 y축 변위 이동부들 사이를 연결하도록 설치되는 본체를 포함하며, 상기 본체의 양 측부에는 상기 제2 리니어 가이드 부재와 상기 제2 거동부재로 이루어진 가이드 구성요소들이 각각 설치되고, 상기 가이드 구성요소들에는 상기 z축 변위 이동부가 각각 대응되게 설치된다.

상기 인공 지지체 재료는 PCL(Poly-caprolactone) 또는 PLGA(Poly-Lactic-co-glycolic Acid)을 사용한다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 인공 지지체 재료를 분사하여 형상화하고자 하는 3차원 인공 지지체로 적층하는 정밀 다축 적층 장치, 및 상기 인공 지지체의 3차원 형상 모델에 따라 상기 정밀 다축 적층 장치의 작동을 제어하는 통합 제어장치를 포함한다. 상기 정밀 다축 적층 장치는 인공 지지체 재료를 분사하는 적층 헤드, 상기 적층 헤드가 결합되고, 상기 적층 헤드를 지지하면서 설정된 높이로 승하강시키는 z축 변위 이동부, 및 상기 z축 변위 이동부를 지지하도록 연결되면서 상기 z축 변위 이동부를 xy 평면 상에서 축방향 거동시키는 평면 변위 이동부를 포함하며, 상기 적층 헤드가 상기 z축 변위 이동부와 상기 평면 변위 이동부의 작동에 따라 연동한다.

3차원 인공 지지체 제조 시스템은 상기 가열기의 작동을 제어하여 상기 인공 지지체 재료를 기 설정된 용융 온도로 가열시키는 온도 제어기, 및 상기 압력 전달기의 가압 정도를 제어하여 상기 노즐을 통해 분출되는 상기 인공 지지체 재료를 제어하는 압력 제어기를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 최소 100㎛이하의 선폭을 가지면서도 ±10㎛ 오차 범위 내에서 제어가 가능한 복잡한 3차원 형상의 인공 지지체를 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 실시예는 인공 지지체로서 갖춰야 하는 기본적인 특성으로서, 세포의 원활한 증착, 증식, 분화를 유도할 수 있는 다공성의 매트릭스 구조이면서도 기 설정된 이상의 강도를 유지하는 인공 지지체를 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 실시예는 이와 같은 복잡하고 정밀한 3차원 형상의 인공 지지체를 용이하게 제작할 수 있으면서도, 기존 인공 지지체 제작 기술에 비해 보다 빠른 생산 속도를 갖는 장점이 있다.

또한 본 발명의 실시예는 복수 개의 인공 지지체 재료를 각각 분사할 수 있는 적층 헤드들을 구비함으로써 복잡한 3차원 형상의 하이브리드 인공 지지체도 제작할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 인공 지지체 제조 시스템의 각 구성요소들을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 조직 공학용으로 사용할 인공 지지체(10)가 복잡한 3차원 형상의 구조물이더라도, 정밀 다축 적층 장치(100)를 이용하여 다음과 같이 제작할 수 있다.

정밀 다축 적층 장치(100)는 인공 지지체 재료를 기 설정된 굵기로 분출시키는 적층 헤드(180)를 구비하며, 이런 적층 헤드(180)를 x축과 y축으로 이루어진 평면 좌표 뿐만 아니라 상하 방향의 z축으로도 거동시킨다. 이를 위해 정밀 다축 적층 장치(100)는 적층 헤드(180)를 y축 방향으로 거동시키는 y축 변위 이동부(120, 130), 적층 헤드(180)를 x축 방향으로 거동시키는 x축 변위 이동부(140), 적층 헤드(180)를 z축 방향으로 상하 거동시키는 z축 변위 이동부(160)를 각각 구비한다. 이와 같은 y축 변위 이동부(120, 130), x축 변위 이동부(140), z축 변위 이동부(160)의 각 구성관계는 아래에서 보다 자세하게 설명한다. 즉, 이와 같은 정밀 다축 적층 장치(100)는 작업 테이블(110)에 인공 지지체 재료를 매트릭스 방식으로 적층함으로써, 형상화하고자 하는 복잡한 3차원 형상의 인공 지지체(10)를 제작할 수 있다.

3차원 형상의 인공 지지체(10)의 데이터 모델(20)은 통합 제어장치(30)에 입력된다. 이때 3차원 형상의 인공 지지체(10)의 데이터 모델(20)은 3D 캐드 데이터로 입력됨으로써, 3차원 형상의 인공 지지체(10)의 각 좌표 값이 설정되는 것이 바람직하다.

통합 제어장치(30)는 인공 지지체(10)의 3차원 형상 데이터 모델에 따라 정밀 다축 적층 장치(100)의 작동을 제어한다. 그러면, 정밀 다축 적층 장치(100)는 통합 제어장치(30)로부터 전달되는 인공 지지체(10)의 3차원 형상 데이터에 따라 적층 헤드(180)를 설정하고자 하는 좌표 값으로 거동시키면서 인공 지지체 재료를 적층한다.

온도 제어기(40)는 정밀 다축 적층 장치(100)의 적층 헤드(180)에 연결되어, 적층 헤드(180)에 전달되는 가열 정도를 달리한다. 즉, 온도 제어기(40)는 적층 헤드(180) 내의 인공 지지체 재료를 기 설정된 용융 온도로 가열한다. 이로 인해 고체 상태의 인공 지지체 재료는 액체 상태의 인공 지지체 재료로 변환되고, 인공 지지체 재료는 적층 헤드(180)에서 기 설정된 굵기로 분출될 수 있다. 온도 제어기(40)는 정밀 다축 적층 장치(100) 뿐만 아니라, 통합 제어장치(30)에도 함께 연결됨으로써, 적층 헤드(180)의 거동에 연계되는 것이 바람직하다.

압력 제어기(50)는 정밀 다축 적층 장치(100)의 적층 헤드(180)에 연결되어, 적층 헤드(180)에 전달되는 가압 정도를 달리한다. 즉, 압력 제어기(50)는 아래에서 설명할 적층 헤드(180)의 압력 전달기에 전달되는 압력을 제어하는 수단으로서, 적층 헤드(180)의 노즐을 통해 분출되는 인공 지지체 재료의 분출 속도를 달리할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어기(50)는 공압 방식에 의해 적층 헤드(180)의 압력 전달기에 압력을 전달한다. 이를 위해 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 적층 헤드(180)의 압력 전달기에 직접적인 압력을 가하는 공압기(60)를 구비하며, 이런 공압기(60)는 압력 제어기(50)에 의해 작동된다.

아래에서는 정밀 다축 적층 장치(100)에 대해 보다 자세하게 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 정면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 정밀 다축 적층 장치(100)는 y축 변위 이동부(120, 130), x축 변위 이동부(140), z축 변위 이동부(160)를 구비한다. y축 변위 이동부(120, 130), x축 변위 이동부(140), z축 변위 이동부(160)는 각각 적층 헤드(180, 190)를 설정된 좌표 위치로 거동시키기 위한 구성요소이다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 정밀 다축 적층 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들 사이에 x축 변위 이동부(140)가 설치되고, 이런 x축 변위 이동부(140)에 z축 변위 이동부(160)가 설치된다. 그리고 각각의 z축 변위 이동부(160)에는 한 쌍의 적층 헤드(180, 190)들이 결합됨으로써, 복수 개의 적층 헤드(180, 190)들이 설치될 수 있다. 이와 같이 정밀 다축 적층 장치(100)는 복수 개의 적층 헤드(180, 190)들을 구비함으로써, 인공 지지체 재료를 다축으로 동시에 적층할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 정밀 다축 적층 장치(100)는 상기 설명한 바와 같이 복수 개의 적층 헤드(180, 190)들로 이루어지며, 복수 개의 적층 헤드(180, 190)들 은 평면 변위 이동부와 z축 변위 이동부의 작동에 따라 연동된다.

도 5는 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치에서 적층 헤드를 y축 방향으로 거동시키는 y축 변위 이동부의 사시도이다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 평면 변위 이동부는 y축 변위 이동부(120, 130)와 x축 변위 이동부(140)로 구분될 수 있다. 이 중에서 y축 변위 이동부(120, 130)는 x축 변위 이동부(140)의 양 단부를 각각 지지하도록, 상호 이격되게 위치하는 한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들로 이루어진다. x축 변위 이동부(140)들은 이러한 한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들을 따라 y축 방향으로 거동한다.

한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들은 x축 변위 이동부(140)를 y축 방향으로 안내하는 가이드 구성요소들을 각각 동일하게 구비한다. 하지만 x축 변위 이동부(140)를 거동시키는 구성요소들은 한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들 중에서 어느 한 쪽에만 구비된다.

한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들 중 어느 하나인 y축 변위 이동부(120)는 y축 방향으로 직선되게 형성되면서 대략적으로 L자형 단면 형상을 갖는 제1 본체(121)을 구비한다. 그리고 제1 본체(121)에는 L자형 단면에서 플랜지 단부 측에 제1 리니어 가이드(Linear guide) 부재(122)가 설치되며, 이런 제1 리니어 가이드 부재(122)에 제1 거동부재(123)가 맞물린다. 이때 제1 거동부재(123)에는 x축 변위 이동부(140)에 연결될 수 있도록 결합 면판(124)이 일체로 부착되어 있다. y축 변위 이동부(120)는 이와 같은 제1 리니어 가이드 부재(122)와 제1 거동부재(123) 로 이루어진 y축 가이드 구성요소들을 구비함으로써, y축 방향으로의 직진성과 원활한 거동이 가능해 진다.

y축 변위 이동부(120)는 제1 거동부재(123)에 연동하는 제1 코일부재(125), 및 제1 리니어 가이드 부재(122)와 동일한 y축 방향으로 직선되게 위치하면서 외부의 전기 신호에 따라 제1 코일부재(125)를 거동시키는 제1 자석부재(126)를 더 구비한다. 이와 같은 제1 코일부재(125)와 제1 자석부재(126)로 이루어진 y축 구동 구성요소(리니어 모터로 지칭됨)들은 전기 신호의 입력에 의해 최대 400N까지의 추력을 발생시킬 수 있고, 약 20Kg의 하중을 최대 2G의 가속도로 급가속 또는 감속시킬 수 있다.

y축 변위 이동부(120)는 제1 리니어 엔코더를 구비함으로써, y축 방향으로의 거동을 최소 해상도 1.9nm까지 극소 제어를 가능하면서, 최대 속도 500mm/s에서도 매우 빠른 시스템 제어를 수행한다. 제1 리니어 엔코더는 제1 거동부재(123)와 제1 코일부재(125)의 거동을 확인하면서 제어할 수 있다면, y축 변위 이동부(120)의 어디에 설치되어도 무방하다. 다만, 제1 리니어 엔코더(도면에 도시 안됨)는 제1 본체(121)의 L자형 단면에서 제1 자석부재(126)의 맞은 편에 위치한다.

y축 변위 이동부(120)는 제1 코일부재(125), 제1 자석부재(126), 제1 리니어 엔코더와 같은 여러 구성요소들에 전기 신호를 교환하도록 전기 케이블의 통로인 제1 케이블 베이어(127)를 더 구비한다. 이런 제1 케이블 베이어(127)는 제1 받침부재(128)에 수용되게 놓여지며, 제1 받침부재(128)는 제1 본체(121)에 고정된다. 제1 케이블 베이어(127)는 절곡되게 접혀진 형상으로 전체 또는 그 일부가 유연하 게 휘어질 수 있다. 제1 케이블 베이어(127)는 그 일단이 제1 코일부재(125)에 연결되고, 그 타단이 제1 받침부재(128)에 고정된다. 그러면 제1 케이블 베이어(127)는 y축 방향으로의 거동에도 영향을 받지 않고, 전기 신호를 교환하는 통로 역할을 원활하게 수행할 수 있다.

y축 변위 이동부(120)는 안정장치의 하나로서 제1 본체(121)의 길이 방향으로의 양 선단부에 충격 완화기(129, Shock Absorber)가 설치된다. 충격 완화기(129)는 제1 거동부재(123)의 거동 반경을 제한하면서, 오작동에 의한 외부 이탈을 방지하는 역할을 수행한다.

이 외에도 y축 변위 이동부(120)는 레이저 인터페러미터(Interferometer)와 같은 센서를 활용하여 정적 정밀도를 측정하고, 이런 측정 결과를 기초로 하여 에러 매핑(Error Mapping) 과정을 수행함으로써 최대 ± 1㎛의 반복도를 실현한다.

도 6은 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치에서 적층 헤드를 x축 방향으로 거동시키는 x축 변위 이동부의 사시도이다.

도 2, 도 4, 및 도 6에 도시된 바와 같이, x축 변위 이동부(140)는 한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들 사이에 거치되게 연결되면서, 한 쌍의 y축 변위 이동부(120, 130)들을 따라 y축 방향으로 거동한다.

x축 변위 이동부(140)는 x축 방향으로 직선되게 형성되면서, y축 방향으로 관통되게 형성된 관통 구멍을 갖는 제2 본체(141)를 구비한다. 제2 본체(141)는 그 양 단부가 y축 변위 이동부(120, 130)들에 각각 결합된다. 그리고 제2 본체(141)에는 z축 변위 이동부(160)들을 x축 방향으로 안내하는 가이드 구성요소들 과, z축 변위 이동부(160)를 거동시키는 구동 구성요소들이 각각 설치된다.

x축 변위 이동부(140)는 제2 본체(141)에서 x축 방향으로 직선되게 형성되는 제2 리니어 가이드 부재(142), 및 z축 변위 이동부(160)가 연결될 수 있도록 결합 면판 역할을 수행하면서 제2 리니어 가이드 부재(142)에 맞물리는 제2 거동부재(143)를 구비한다. x축 변위 이동부(140)는 이와 같은 제2 리니어 가이드 부재(142)와 제2 거동부재(143)로 이루어진 x축 가이드 구성요소들을 구비함으로써, x축 방향으로의 직진성과 원활한 거동이 가능해 진다. 다만 x축 변위 이동부(140)는 도 4에서와 같이 제2 본체(141)의 양 측면에 x축 가이드 구성요소들을 각각 구비함으로써, 다수 개의 적층 헤드(180, 190)들이 설치될 수 있도록 한다.

x축 변위 이동부(140)는 제2 거동부재(143)에 연동하는 제2 코일부재(145), 및 제2 리니어 가이드 부재(142)와 동일한 x축 방향으로 직선되게 위치하면서 외부의 전기 신호에 따라 제2 코일부재(145)를 거동시키는 제2 자석부재(146)를 더 구비한다. 이와 같은 제2 코일부재(145)와 제2 자석부재(146)로 이루어진 x축 구동 구성요소(리니어 모터로 지칭됨)들은 최대 200N까지의 추력을 발생시킬 수 있고, 약 9Kg의 하중을 최대 1G의 가속도로 급가속 또는 감속시킨다.

x축 변위 이동부(140)는 제2 코일부재(145), 제2 자석부재(146), 제2 리니어 엔코더(150)와 같은 여러 구성요소들에 전기 신호를 교환하도록 전기 케이블의 통로인 제2 케이블 베이어(147)를 더 구비한다. 제2 케이블 베이어(147)는 제2 받침부재(148)에 수용되게 놓여지며, 제2 받침부재(148)는 제2 본체(141)에 고정된다. 제2 케이블 베이어(147)는 절곡되게 접혀진 형상으로 전체 또는 그 일부가 유연하 게 휘어질 수 있다. 제2 케이블 베이어(147)는 그 일단이 제2 거동부재(143)에 연결되고, 그 타단이 제2 받침부재(148)에 고정된다. 그러면 제2 케이블 베이어(147)는 x축 방향으로의 거동에도 영향을 받지 않고, 전기 신호를 교환하는 전기 케이블의 통로 역할을 원활하게 수행할 수 있다. 이때 제2 거동부재(143)와 제2 케이블 베이어(147)는 연결부재(149)를 매개로 하여 상호 결합되어, 제2 케이블 베이어(147)는 설정된 높이에서 절곡되게 접혀진 형상으로 유지될 수 있다.

x축 변위 이동부(140)는 y축 변위 이동부(120)와 동일하게 제2 리니어 엔코더(150)를 구비함으로써, x축 방향으로의 거동을 제어한다. 제2 리니어 엔코더(150)는 제2 본체(141)의 측면에서 제2 리니어 가이드 부재(142) 또는 제2 자석부재(146)과 동일한 x축 방향으로 직선되게 형성된다. 제2 리니어 엔코더(150)는 도 6에서 연결부재(149)의 위치를 정밀하게 인식함으로써, 연결부재(149)와 연동하는 제2 거동부재(143)의 위치를 파악한다.

그리고 y축 변위 이동부(120)와 x축 변위 이동부(140)는 제작하고자 하는 인공 지지체의 형상 크기에 대응하여 y방향 또는 x방향으로의 최대 거동범위를 각각 설정하는 것이 바람직하다.

도 7은 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치에서 적층 헤드를 지지하면서 적층 헤드를 z축 방향으로 거동시키는 z축 변위 이동부의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 z축 변위 이동부의 측면도이다.

도 2, 도 6, 도 7, 및 도 8에 도시된 바와 같이, z축 변위 이동부(160)는 적층 헤드(180)를 z축 방향으로 승하강시키는 구성요소이다. 이를 위해 z축 변위 이 동부(160)는 x축 변위 이동부(140)의 제2 거동부재(143)에 결합되는 제3 본체(161)를 구비한다. 제3 본체(161)에는 적층 헤드(180)를 z축 방향으로 안내하는 가이드 구성요소들과, 적층 헤드(180)를 거동시키는 구동 구성요소들이 각각 설치된다.

z축 변위 이동부(160)는 제3 본체(161)에서 z축 방향으로 직선되게 형성되는 제3 리니어 가이드 부재(162), 및 제3 리니어 가이드 부재(162)에 맞물려서 제3 리니어 가이드 부재(162)을 따라 거동하는 제3 거동부재(163)를 더 구비한다.

z축 변위 이동부(160)는 y축 변위 이동부(120, 130)들과 x축 변위 이동부(140)에서의 구동 방식과 달리 기계식 구동 방식으로 적층 헤드(180)를 거동시킨다. 이를 위해 z축 변위 이동부(160)는 로터리 AC 서보 모터(171), 및 이런 모터(171)에 연결됨으로써 모터(171)의 출력을 선택적으로 전달하는 축이음 구조인 클러치(172)를 구비한다.

z축 변위 이동부(160)는 클러치(172)로부터 이송축(173)으로 회전력이 전달되고, 이런 이송축(173)을 따라 거동 가능하게 스크루 너트 부재(174)가 결합된다. 즉, 이송축(173)은 제3 리니어 가이드 부재(162)와 동일한 z축 방향으로 직선되게 위치하고, 그 외면에 나사산이 가공된다. 스크루 너트 부재(174)는 볼트 너트 체결방식에 의해 이송축(173)에 맞물리게 된다. 이때 이송축(173)은 지지부재(175)에 의해 회전 가능하게만 위치 고정되어, 스크루 너트 부재(174)는 이송축(173)의 회전시 이송축(173)을 따라 직진운동하게 된다. z축 변위 이동부(160)는 결합 면판(174)에 의해 스크루 너트 부재(174)와 제3 거동부재(163)가 연동되고, 이런 결합 면판(174)에 적층 헤드(180)가 결합된다.

도 9는 도 2에 도시된 적층 헤드를 이용하여 인공 지지체 재료를 분사하는 과정을 각 단계별로 각각 나타낸 개략도들이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 적층 헤드(180)는 고체 상태의 인공 지지체 재료(11)를 액화시키고, 이런 액체 상태의 인공 지지체 재료(12)를 기 설정된 필라멘트 굵기로 인공 지지체 재료(13)를 분사하도록 구성된다.

적층 헤드(180)는 도 9의 (a)와 같이 고체 상태의 인공 지지체 재료(11)가 시린지(181)의 내부에 담겨진다. 적층 헤드(180)는 시린지(181)의 내부에 압력을 인가하는 압력 전달기(182), 및 시린지(181)의 외측 둘레에 위치하면서 시린지(181)의 내부로 열을 전달하는 가열기(183)를 구비한다. 가열기(183)는 시린지(181)의 내부로 열을 전달한다. 그러면 도 9의 (b)와 같이 펠릿(pellet) 형태를 갖는 고체 상태의 인공 지지체 재료(11)는 용융 온도에서 도 9의 (c)와 같은 액체 상태의 인공 지지체 재료(12)로 변환된다. 적층 헤드(180)는 압력 전달기(182)로부터 시린지(181)의 내부로 압력이 전달됨으로써, 도 9의 (d)와 같이 노즐(184)을 통해 노즐 직경에 대응하는 필라멘트 굵기의 인공 지지체 재료(13)가 배출된다.

이때 압력 전달기(182)는 도 1에 도시된 압력 제어기(50) 및 공압기(60)에 연결됨으로써, 시린지(181) 내부로 전달되는 가압 정도가 제어된다. 가열기(183)도 도 1에 도시된 온도 제어기(40)에 연결되어, 시린지(181) 내부에서의 온도가 실시간으로 제어된다.

인공 지지체 재료로는 그 한 예로서 미국 FDA(Food and Drug Administration)에서 승인된 바이오 재료 중에서 PCL(Poly-caprolactone) 또는 PLGA(Poly-lactic-co-glycolic Acid)이 사용될 수 있다. 이런 PCL 및 PLGA는 인비트로(In-vitro) 및 인비보(In-vivo) 상황에서 각각 다른 분해 속도를 가지며, 다른 녹는점 및 점성을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 정밀 다축 적층 장치(100)를 이용하여, 다음과 같이 인공 지지체를 실제로 제작하였다.

[ 실시예 1 ]

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하나의 적층 헤드를 구비한 정밀 다축 적층 장치로서 인공 지지체를 적층 제작하는 모습을 예시적으로 나타낸 사시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 정밀 다축 적층 장치는 다수 개의 적층 헤드들 중에서 어느 하나만을 이용하여, 3차원 형상의 인공 지지체를 제작하였다. 즉, 인공 지지체 재료로 이용되는 PCL 또는 PLGA와 같은 바이오 재료는 고유의 재료 특성이 있어서, 인공 지지체로 제작될 적층 형상이 달라진다. 특히 인공 지지체의 적층 형상은 다수의 실험을 통해 정밀 다축 적층 장치(100)의 이송 속도, 작업 테이블과 노즐 사이의 거리, 노즐 분사 압력과 같은 주요 변수들에 의해 가변적임을 확인되었다.

제1 실시예는 반복적인 실험을 통한 결과에 따라 이런 많은 공정 변수들 중에서 인공 지지체의 적층 형상에 민감하게 변화되는 적층 헤드(190)에서의 온도, 압력, 및 작업 테이블과 노즐 사이의 z축 방향 이격거리를 고정하였다. 그리고 제1 실시예는 인공 지지체의 필라멘트 선폭 및 선두께를 제어하기 위해 평면 변위 이 동부의 이송 속도(xy Motion Speed)를 주요 변수로 설정하였다. 제1 실시예에 따른 정밀 다축 적층 장치의 작동 제어 조건들은 표 1과 같다.

제1 실시예는 하나의 적층 헤드만을 이용하는 싱글 라인 테스트(single line test)로서, 이와 같은 작동 제어 조건들에서 평면 변위 이동부의 이송 속도(xy Motion Speed)의 변화에 따른 필라멘트 선폭 및 선두께 값을 도 11에 도시하였다. 도 11을 살펴보면, 인공 지지체의 필라멘트 선폭 및 선두께는 공통적으로 평면 변위 이동부의 이송 속도가 증가할수록, 인공 지지체의 필라멘트 선폭 및 선두께가 감소하였다. 따라서 PCL은 200㎛과 300㎛의 선폭을 가지는 인공지지체를 제작하고자 하는 경우에 이를 위한 공정 조건으로서 이송 속도가 각각 3.9 mm/min, 2.1 mm/min으로 설정된다. PLGA은 200㎛의 선폭을 가지는 인공지지체를 제작하고자 하는 경우에 이를 위한 공정 조건으로서 이송 속도가 3.3 mm/min으로 설정된다. 특히 PCL은 200㎛과 300㎛선폭의 조건에서 선두께가 100㎛이므로, 각각 2번과 3번을 반복하는 과정(Layer-by-layer)으로 선두께도 각각 200㎛과 300㎛이 되도록 제작하였다.

[ 실시예 2 ]

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 4개의 적층 헤드를 구비한 정밀 다축 적층 장치를 이용하여, 제작하고자 하는 인공 지지체의 3차원 형상 모델이다.

도 12에 도시된 인공 지지체의 3차원 형상 모델은 제작하고자 하는 표준적인 형상이며, 이런 인공 지지체의 3차원 형상 모델에 대한 데이터 정보는 3차원 인공 지지체 제조 시스템에 입력됨으로써 정밀 다축 적층 장치가 작동된다.

인공 지지체의 3차원 형상 모델은 정사각형 구조로서 전체 크기가 3.4mm × 3.4mm ×3.4mm이면서, 다음과 같은 인공 지지체의 필라멘트 선폭(W)과 공극(P)을 주요 변수로 설정하였다.

제2 실시예는 표 2에 도시된 제1 작동 제어 조건을 기초로 하여, PCL을 이용한 바이오 재료로 인공 지지체를 제작하였다.

제2 실시예는 선폭과 공극이 각각 200㎛인 인공 지지체, 및 선폭과 공극이 각각 300㎛인 인공 지지체를 제작하였다. 선폭과 공극이 각각 200㎛인 인공 지지체는 도 13a에 도시된 바와 같았으며, 선폭과 공극이 각각 300㎛인 인공 지지체는 도 13b에 도시된 바와 같와 같았다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 인공 지지체들은 형상화하고자 하는 3차원 형상 모델과 동일하게 가공되었을 뿐만 아니라, 내부의 공극들이 거의 완벽하게 상호 소통되는 구조임을 확인된다.

제2 실시예는 표 3에 도시된 제2 작동 제어 조건을 기초로 하여, PLGA를 이용한 바이오 재료로 인공 지지체를 제작하였다.

제2 실시예는 선폭과 공극이 각각 200㎛인 인공 지지체를 제작하였다. 선폭과 공극이 각각 200㎛인 인공 지지체는 도 14에 도시된 바와 같았다. 도 14에 도시된 인공 지지체도 형상화하고자 하는 3차원 형상 모델과 동일하게 가공되었을 뿐만 아니라, 내부의 공극들이 거의 완벽하게 상호 소통되는 구조임이 확인된다.

본 발명의 실시예에 따른 정밀 다축 적층 장치는 복수 개의 적층 헤드들을 구비함으로써, PCL 또는 PLGA와 같은 서로 상이한 특성을 갖는 바이오 재료들을 각각 사용할 수 있다. 즉 정밀 다축 적층 장치 및 이를 이용한 3차원 인공 지지체 제조 시스템은 형상화하고자 하는 인공 지지체의 특정 부위에 특정 소재의 바이오 재료를 적층함으로써, 도 15에 도시된 바와 같이 하이브리드 인공 지지체를 제작할 수 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.

도 2는 도 1에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 정면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 평면도이다.

도 7은 도 2에 도시된 정밀 다축 적층 장치에서 적층 헤드를 지지하면서 적층 헤드를 z축 방향으로 거동시키는 z축 변위 이동부의 사시도이다.

도 8은 도 7에 도시된 z축 변위 이동부의 측면도이다.

도 11은 도 10에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 작동 제어 조건들에 의해 제작된 인공 지지체의 형상 결과를 나타낸 그래프이다.

도 13a 및 도 13b는 도 12에 도시된 정밀 다축 적층 장치의 제1 작동 제어 조건에 의해 각각 제작된 인공 지지체들의 확대 사진들이다.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 4개의 적층 헤드를 구비한 정밀 다축 적층 장치로서 제2 작동 제어 조건에 의해 제작된 인공 지지체의 확대 사진이다.

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정밀 다축 적층 장치를 이용하여 제작할 수 있는 하이브리드 인공 지지체의 3차원 형상 모델이다.

도 16은 기존 인공 지지체의 제작방법들에 의해 각각 제작된 인공 지지체들의 확대 사진들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 인공 지지체 20 : 데이터 모델

30 : 통합 제어장치 40 : 온도 제어기

50 : 압력 제어기 60 : 공압기

100 : 정밀 다축 적층 장치 110 : 작업 테이블

120, 130 : y축 변위 이동부 140 : x축 변위 이동부

160 : z축 변위 이동부 180, 190 : 적층 헤드

Claims

인공 지지체 재료를 분사하는 적층 헤드;

상기 적층 헤드가 결합되고, 상기 적층 헤드를 지지하면서 설정된 높이로 승하강시키는 z축 변위 이동부; 및

상기 z축 변위 이동부를 지지하도록 연결되면서 상기 z축 변위 이동부를 xy 평면 상에서 축방향 거동시키는 평면 변위 이동부;를 포함하며,

상기 적층 헤드가 상기 z축 변위 이동부와 상기 평면 변위 이동부의 작동에 따라 연동하는 정밀 다축 적층 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적층 헤드는 상기 인공 지지체 재료가 담겨지는 시린지; 상기 시린지에 열을 전달하여 고체 상태의 상기 인공 지지체 재료를 액체 상태로 변환시키는 가열기; 상기 시린지에 연결되면서 액체 상태의 상기 인공 지지체 재료가 설정된 필라멘트 굵기로 분출되는 노즐; 및 상기 노즐로 상기 인공 지지체 재료가 상기 노즐로 분출되게 상기 시린지 내에 압력을 가하는 압력 전달기;를 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적층 헤드는 복수 개로 이루어지며,

복수 개의 상기 적층 헤드들은 상기 z축 변위 이동부와 상기 평면 변위 이동 부의 작동에 따라 연동하는 정밀 다축 적층 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 평면 변위 이동부는 상기 z축 변위 이동부를 지지하면서 상기 z축 변위 이동부를 x축 방향으로 거동시키는 x축 변위 이동부; 및 상기 x축 변위 이동부를 지지하면서 상기 x축 변위 이동부를 y축 방향으로 거동시키는 y축 변위 이동부;를 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 y축 변위 이동부는 상기 x축 변위 이동부의 양 단부를 각각 지지하도록 상호 이격되게 위치하는 한 쌍의 y축 변위 이동부들로 이루어지는 정밀 다축 적층 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 y축 변위 이동부는 상기 y축 방향으로 직선되게 형성되는 제1 리니어 가이드(Linear guide) 부재; 및 상기 x축 변위 이동부가 연결되면서 상기 제1 리니어 가이드 부재에 맞물리는 제1 거동부재;를 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 y축 변위 이동부는 상기 제1 거동부재에 연동하는 제1 코일부재; 상기 제1 리니어 가이드 부재와 동일한 상기 y축 방향으로 직선되게 위치하면서 외부의 전기 신호에 따라 상기 제1 코일부재를 거동시키는 제1 자석부재; 및 상기 제1 코일부재와 상기 제1 자석부재에 상기 전기 신호를 전달하는 전기 케이블의 통로인 제1 케이블 베이어;를 더 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 y축 변위 이동부는 상기 제1 리니어 가이드 부재의 길이 방향으로의 선단부에 위치하면서 상기 제1 거동부재의 거동 범위를 제한하는 충격 완화기를 더 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 x축 변위 이동부는 상기 x축 방향으로 직선되게 형성되는 제2 리니어 가이드 부재; 및 상기 z축 변위 이동부가 연결되면서 상기 제2 리니어 가이드 부재에 맞물리는 제2 거동부재;를 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 x축 변위 이동부는 상기 제2 거동부재에 연동하는 제2 코일부재; 상기 제2 리니어 가이드 부재와 동일한 상기 x축 방향으로 직선되게 위치하면서 외부의 전기 신호에 따라 상기 제2 코일부재를 거동시키는 제2 자석부재; 및 상기 제2 코일부재와 상기 제2 자석부재에 상기 전기 신호를 전달하는 전기 케이블의 통로인 제2 케이블 베이어;를 더 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 z축 변위 이동부는 상기 z축 방향으로 직선되게 형성되는 제3 리니어 가이드 부재; 및 상기 적층 헤드가 연결되면서 상기 제3 리니어 가이드 부재에 맞물리는 제3 거동부재;를 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 z축 변위 이동부는 상기 제3 거동부재에 연동하는 스크루 너트 부재; 상기 제3 리니어 가이드 부재와 동일한 상기 z축 방향으로 직선되게 위치하면서 상기 스크루 너트 부재에 볼트 너트 방식으로 결합되는 이송축; 및 상기 이송축을 회전시킴으로써 상기 스크루 너트 부재와 상기 적층 헤드를 거동시키는 모터;를 더 포함하는 정밀 다축 적층 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 x축 변위 이동부는 상기 한 쌍의 y축 변위 이동부들 사이를 연결하도록 설치되는 본체를 포함하며, 상기 본체의 양 측부에는 상기 제2 리니어 가이드 부재와 상기 제2 거동부재로 이루어진 가이드 구성요소들이 각각 설치되고, 상기 가이드 구성요소들에는 상기 z축 변위 이동부가 각각 대응되게 설치되는 정밀 다축 적층 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인공 지지체 재료는 PCL(Poly-caprolactone) 또는 PLGA(Poly-Lactic-co-glycolic Acid) 중 어느 하나인 정밀 다축 적층 장치.
인공 지지체 재료를 분사하여 형상화하고자 하는 3차원 인공 지지체로 적층하는 정밀 다축 적층 장치; 및

상기 인공 지지체의 3차원 형상 모델에 따라 상기 정밀 다축 적층 장치의 작동을 제어하는 통합 제어장치;를 포함하고,

상기 정밀 다축 적층 장치는

인공 지지체 재료를 분사하는 적층 헤드;

상기 적층 헤드가 결합되고, 상기 적층 헤드를 지지하면서 설정된 높이로 승하강시키는 z축 변위 이동부; 및

상기 z축 변위 이동부를 지지하도록 연결되면서 상기 z축 변위 이동부를 xy 평면 상에서 축방향 거동시키는 평면 변위 이동부;를 포함하며,

상기 적층 헤드가 상기 z축 변위 이동부와 상기 평면 변위 이동부의 작동에 따라 연동하는 3차원 인공 지지체 제조 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 적층 헤드는 상기 인공 지지체 재료가 담겨지는 시린지; 상기 시린지에 열을 전달하여 고체 상태의 상기 인공 지지체 재료를 액체 상태로 변환시키는 가열 기; 상기 시린지에 연결되면서 액체 상태의 상기 인공 지지체 재료가 설정된 필라멘트 굵기로 분출되는 노즐; 및 상기 노즐로 상기 인공 지지체 재료가 상기 노즐로 분출되게 상기 시린지 내에 압력을 가하는 압력 전달기;를 포함하는 3차원 인공 지지체 제조 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 가열기의 작동을 제어하여 상기 인공 지지체 재료를 기 설정된 용융 온도로 가열시키는 온도 제어기를 더 포함하는 3차원 인공 지지체 제조 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 압력 전달기의 가압 정도를 제어하여 상기 노즐을 통해 분출되는 상기 인공 지지체 재료를 제어하는 압력 제어기를 더 포함하는 3차원 인공 지지체 제조 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 압력 전달기에 공압 방식에 의해 직접적인 압력을 가하면서 상기 압력 제어기에 의해 작동이 제어되는 공압기를 더 포함하는 3차원 인공 지지체 제조 시스템.