KR101567267B1

KR101567267B1 - 구조물의 제조 방법 및 제조 장치

Info

Publication number: KR101567267B1
Application number: KR1020147005220A
Authority: KR
Inventors: 히로시 다니우치; 가즈히로 나카지마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2015-11-06
Also published as: US20170203510A1; BR112014004428A2; US9636897B2; EP2736701A1; BR112014004428B8; CN103764377B; RU2564355C1; KR20140043831A; WO2013190817A1; RU2014107727A; US20140182775A1; JP2014024329A; CN103764377A; EP2736701B1; BR112014004428B1; JP6253273B2; EP2736701A4

Abstract

본 발명에 따른 구조물의 제조 방법은, 구조물의 일부를 형성하는 제1 재료 층의 적층체와 규제 부재를 제공하는 단계로서, 제1 재료 층은 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 상에 제공되고, 규제 부재의 일 부분이 형성 프로세스 중의 구조물의 표면과는 반대의 제1 재료 층의 표면 상에 제공되는, 단계와; 규제 부재와 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 사이에 지지 부재를 제공하는 단계와; 규제 부재를 제거하는 단계와; 제1 재료 층의 표면 및, 규제 부재를 제거함으로써 노출된 지지 부재의 표면 상에 구조물의 일부를 형성하는 제2 재료 층을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

구조물의 제조 방법 및 제조 장치{MANUFACTURING METHOD OF STRUCTURE AND MANUFACTURING APPARATUS}

본 발명은 구조물의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

근년에 들어, 컴퓨터를 사용하여 설계되는 복잡하게-성형된 입체물의 모델링이 대중화되었다. 비교적 소량으로의 광범위한 제품의 제조의 분야에서, 예컨대 미소 기계 부품 그리고 주택 및 식품의 전시 샘플에서 큰 요구가 있다.

이러한 입체물을 제작하는 방법의 일례로서, 입체물로 형성될 재료가 층상으로 적층되어 최종의 구조물이 제조되는 방법이 알려져 있다.

특허문헌 1에서, 입체물의 일부의 형상의 층이 형성된 후에, 지지부로 형성될 재료가 제공되어 이러한 층을 포위하고, 패터닝(patterning)이 수행된다. 지지 부재(지지부)가 그에 의해 제공되고, 입체물로 형성될 더 많은 재료가 지지부 그리고 형성 프로세스 중의 입체물의 층 상에 적층된다. 이러한 방법이 개시되어 있다.

미국 특허 공개 제2001/0042598호

그러나, 특허문헌 1의 방법에서, 지지부의 층 및 입체물의 층은 상이한 공정에서 그리고 상이한 재료로 제작되고, 그에 따라 형성 프로세스 중의 양쪽 모두의 층의 두께를 균등화하기 어렵다. 온도 등의 영향으로 인한 체적 변화의 양이 재료에 따라 변동되므로, 층 두께는 입체물로 형성될 층과 지지부의 층 사이에서 상이할 것으로 추정된다. 상이한 두께를 갖는 층을 적층함으로써 형성되는 물체에서, 비틀림이 상술된 층 두께의 차이에 의해 유발되고, 입체물의 요구된 최종의 형상이 얻어질 수 없다는 우려가 있다.

본 발명은 고도의 형상 정확도로 형성되는 구조물이 얻어질 수 있게 하는 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태에서, 구조물의 제조 방법은, 구조물의 일부를 형성하는 제1 재료 층의 적층체와 규제 부재를 제공하는 단계로서, 제1 재료 층은 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 상에 제공되고, 규제 부재의 일 부분이 형성 프로세스 중의 구조물의 표면과는 반대의 제1 재료 층의 표면 상에 제공되고, 다른 부분은 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 위에 제공되는, 단계와; 규제 부재와 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 사이를 충전하도록 지지 부재를 제공하는 단계와; 규제 부재를 제거하는 단계와; 제1 재료 층의 표면 및, 규제 부재를 제거함으로써 노출된 지지 부재의 표면 상에 구조물의 일부를 형성하는 제2 재료 층을 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일례에 따르면, 적층 공정에서, 구조물로 형성될 층의 표면 그리고 지지 부재의 층의 표면은 종래 기술에 비해 정확하게 동일한 평면 상에 제작될 수 있고, 고도의 형상 정확도로 형성되는 구조물이 얻어질 수 있다.

본 발명의 추가의 특징이 첨부 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시형태의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 모델링 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 적층 모델링 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 구조물의 제조 방법 그리고 비교 실시형태의 구조물의 제조 방법의 일례의 각각의 단계를 개략적으로 도시하는 단면도를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 모델링 장치의 기능을 도시하는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 모델링 장치에서의 구조물의 제조 방법의 공정의 일부를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 적층 모델링 장치에서의 구조물의 제조 방법의 공정의 일부를 도시하는 개략 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 적층 모델링 장치에서의 구조물의 제조 방법의 공정의 일부를 도시하는 개략 단면도이다.

본 발명의 실시형태가 도면을 참조하여 아래에서 설명될 것이다.

제1 실시형태

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 입체 구조물인 물체의 제조 방법을 수행하는 제조 장치인 적층 모델링 장치의 일례를 도시하는 개략도이다. 도 1b는 전체의 장치의 사시도이고, 도 1a는 중간 전사 부재(1)의 표면에 직각으로 도 1b의 선 ⅠA-ⅠA를 따라 취해진 장치의 단면도이다. 중간 전사 부재(1)는 반송 기구(2)에 의해 반송된다. 도 1a 및 도 1b에서, 입체물의 패터닝이 벨트처럼 배치된 중간 전사 부재(1) 상에서 수행되고, 패턴이 모델링 테이블(8)의 위치로 반송 기구(2)에 의해 반송되고, 여기에서 입체물 내로 적층된다. 중간 전사 부재(1) 상에서, 액체 토출 헤드(3)로부터 토출되는 UV 잉크(4)가 모델링 패턴으로서 제공되고, 모델링 테이블(8)의 위치로 반송된다. 모델링 테이블(8) 상에서, 형성 프로세스 중의 구조물로서의 모델링 패턴(4)은 적층된 상태 그리고 지지 부재(6)에 의해 지지된 상태로 이미 배치되어 있다. 지지 부재(6)는 지지부 충전 기구(10)에 의해 용기(7) 내로 주입된다. 모델링 패턴의 층의 적층이 완료된 후에, 지지 부재(6)가 지지부 제거 기구(15)에 의해 제거될 수 있다. 지지부 제거 기구(15)가 적층 모델링 장치 내부측에 제공될 수 있거나, 모델링 패턴의 적층된 층 그리고 지지 부재(6)가 적층 모델링 장치로부터 인출될 수 있고, 지지 부재(6)는 용매의 챔버 등의 외부 제거 기구를 사용하여 제거될 수 있다.

모델링 패턴이 중간 전사 부재(1)의 표면 상에 형성된 후에, 모델링 패턴이 전사될 필요가 있다. 그러므로, 중간 전사 부재(1)는 모델링 재료로부터의 높은 이형성을 갖는 재료로 제작될 수 있다. 중간 전사 부재(1)의 재료가 이형성을 갖지 못하면, 예컨대 모델링 재료가 오프셋 인쇄처럼 전사되면, 물체가 생성될 수 있다. 모델링 정확도의 관점으로부터, 중간 전사 부재(1) 상의 모든 모델링 재료가 전사될 수 있다.

전사를 안정되게 수행하기 위해, 중간 전사 부재(1)는 적지 않은 탄성을 가질 수 있다. 중간 전사 부재(1)로서 적절한 재료는 실리콘 고무 및 플루오로-고무를 포함한다. 패터닝에 사용된 모델링 재료에 따라, 종종 반발(repelling)이 일어난다. 그러므로, 중간 전사 부재(1)는 모델링 재료에 따라 표면-처리될 수 있다. 고무 경도는 탄성체의 두께에 의존한다. 탄성체가 두꺼울 때에, 경질 고무가 사용될 수 있다. 탄성체가 얇을 때에, 비교적 연질의 고무가 사용될 수 있다. 탄성체가 두꺼울 때에, 약 80˚도의 경도를 갖는 고무가 적절하다. 중간 전사 부재(1)가 도면의 장치에서와 같이 벨트처럼 처리될 때에, 약 50 내지 20˚의 고무 경도를 갖는 비교적 연질의 고무가 약 0.1 내지 0.5 ㎜의 두께를 갖는 얇은 필름의 형태로 사용될 수 있다.

높은 정확도가 요구될 때에, 비-탄성 폴리테트라플루오로에틸렌 시트 또는 서브마이크론 두께의 이형제가 코팅된 필름이 적절하다.

도 1a 및 도 1b의 장치에서, 액체를 토출하는 토출구를 갖는 토출 헤드가 중간 전사 부재(1) 상에 모델링 패턴을 형성하는 유닛으로서 도시되어 있고, 모델링 재료가 토출 헤드로부터 요구된 위치 상으로 토출되는 방법이 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 다른 유닛의 예는 전자 사진 장치 또는 디스펜서(dispenser) 등의 디지털 기록 장치를 포함한다. 패턴이 사용된 인쇄 판을 교환하면서 오프셋 인쇄 또는 스크린 인쇄 등의 인쇄 판을 사용한 패터닝 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 포토리소그래피 또는 전해 도금 등의 방법에 의해 얻어지는 패턴이 어떠한 문제점 없이 사용될 수 있다. 패터닝 유닛이 적층 모델링 장치 내에 반드시 위치될 필요는 없다. 본 발명에서, 각각의 방법 및 재료에 가장 적절한 환경에서 제조되는 패턴이 사용될 수 있다. 즉, 패터닝 유닛은 물체의 재료 그리고 모델링 정확도를 기초로 하여 선택될 수 있다. 특히, 비-접촉 방식으로 패터닝을 수행할 수 있는 잉크젯이 매우 적절한 패터닝 유닛이다.

층상 모델링 패턴(layer-like modeling pattern)이 형성을 위한 재료인 모델링 재료로서 UV 잉크(4)를 사용하여 형성된다. UV 잉크는 자외선을 조사함으로써 응고되고, 경량이고 비교적 강력한 물체가 제작될 수 있다. UV 잉크 외에도, 핫 멜트 잉크 및 열경화성 잉크가 또한 적절하다. 이러한 방법에서, 상술된 바와 같이, 패터닝 기구가 적층 장치 내에 반드시 배치될 필요는 없고, 그 각각의 층이 요구된 정확도 및 재료에 따라 동일한 모델에서 상이한 패터닝 기구를 사용하여 제작되는 층상 패턴이 또한 적층될 수 있다. 층상 패턴으로 상이한 색상의 재료를 배치함으로써, 요구된 색상의 층이 얻어질 수 있다. 모델링 재료는 사용된 패터닝 유닛의 적용 범위 내에서 자유롭게 선택될 수 있고, 패터닝 유닛은 사용하고 싶은 재료에 따라 선택될 수 있다.

여기에서, 도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 제조 장치에서의 제조 공정의 일부를 설명하는 개략 단면도이고, 도 1a와 동일한 단면을 도시하고 있다. 도 6a 내지 도 6f에 도시된 형성 프로세스 중의 물체는 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 동일하지만 단순화되어 있다. 도 1a에 도시된 패터닝된 모델링 재료가 모델링 테이블(8) 상으로 반송 기구(2)에 의해 반송되고, (도시되지 않은) 정렬 유닛에 의해 형성 프로세스 중의 물체와 정렬되고, 도 6a에 도시된 상태로 이동된다. 다음에, 도 6b에 도시된 바와 같이, 모델링 용기(7), 모델링 테이블(8), 승강 기구(9), 지지부 충전 기구(10) 및 지지부 수용부(11)를 포함하는 적층 유닛이 상향으로 이동되어 잉크 패턴(4)과 접촉된다.

잉크 패턴(4)과 접촉된 전사 표면(501)은 이전에 전사 및 적층됨으로써 준비되는 형성 프로세스 중의 구조물인 모델링 패턴(502) 그리고 응고된 지지 재료인 지지 부재(6)에 의해 형성되는 평면이다. 전사 표면(501)은 승강 기구(9)에 의해 1개의 층 두께만큼 모델링 용기(7)의 상부 단부보다 낮은 위치에서 유지된다. 전사 표면(501)은 모델링 용기(7)의 상부 단부가 중간 전사 부재(1)와 접촉될 때까지 상승된다. UV 잉크가 2개의 평면 즉 중간 전사 부재(1)의 표면과 전사 표면(501) 사이에 개재되고, UV 잉크의 상부 및 하부 표면의 양쪽 모두가 고도의 정확도로 평탄화된다. 모델링 재료만이 적층 시에 전사된다. 그러므로, 형상은 상이한 재료들 사이에서의 수축 또는 변형의 영향 없이 고도의 정확도로 재현될 수 있다. 모델링 재료는 이러한 상태에서 유지되고, 모델링 재료에는 경화 및 결합 유닛으로서 배치되는 (도 1a 및 도 1b에 도시된) UV 램프(12)로부터의 자외선 광이 조사된다. UV 잉크는 그 표면이 평탄화된 상태에서 경화되고, 이전의 모델링 패턴과 합체되고, 확장된 모델링 패턴(502)을 형성한다. 경화가 히터(13)로부터의 열에 의해 촉진될 수 있다.

다음에, 도 6c에 도시된 바와 같이, 지지 부재를 위한 지지 재료(5)가 액체 상태로 모델링 용기(7) 내로 주입된다. 모델링 용기(7)는 모델링 테이블(8)을 포위하는 형상을 갖고, 지지 재료의 충전 범위를 규제한다. 지지 재료는 모델링 패턴(502)이 존재하지 않는 공간 내로 자동적으로 유동되고, 그에 따라 정렬 및 층 두께 규제에 대한 필요성이 없다. 공간에 지지 재료(5)가 충전된 때에 지지 재료(5)가 범람하기 직전에 주입을 중단하기만 하면 된다.

모델링 용기(7)의 내부 표면은 사용된 액체 지지 재료에 부착되는 것이 방지될 필요가 있고, 그 내부 표면에는 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌 등이 코팅된다.

지지 부재(6)를 위한 재료로서, 외부의 자극에 의해 응고되는 액체 재료가 적절하다. 물체로부터 용이하게 제거될 수 있는 재료가 적절하다. 외부의 자극은 열, 광, 전기, 자기 및 진동을 포함한다. 특히, 열이 재료의 가역성을 이용하기에 용이하다. 예컨대 파라핀 왁스가 지지 재료(6)로서 사용될 때에, 융점 위의 온도에서 주입될 수 있고, 융점 아래로 온도를 하강시킴으로써 응고될 수 있다. 지지 재료의 융점이 모델링 재료의 융점 아래로 설정되면, 지지부는 모델링이 완료된 후에 소정의 시간 동안 지지 재료의 융점 위에서 그리고 모델링 재료의 융점 아래에서 전체를 유지함으로써 용이하게 제거될 수 있다.

지지부는 가압 주입 또는 감압 흡인 등의 통상의 액체 이동 방법을 사용하여 주입될 수 있다. 결함성 충전을 방지하기 위해, 온도 제어 기구로서의 히터(13)의 가열에 의해 유동성을 상승시키거나, 초음파 진동기로 미세한 고-주파수 진동을 부여하거나 압력을 감소시킴으로써 충전을 돕는 것이 효과적이다.

지지 재료의 주입은 기본적으로 층이 적층될 때마다 수행될 수 있지만 종종 층이 적층될 때마다 수행될 필요는 없다. 오버행(overhang)이 존재하지 않는 물체를 모델링할 때에, 지지부가 모델링의 중간 단계에서의 강도가 충분하면 지지부가 사용될 필요는 없다.

오버행을 갖는 물체를 모델링할 때에, 오버행을 갖지 않는 모델링 재료의 층을 적층할 때에 지지 재료를 주입하지 않으면서 층을 적층하고 오버행을 갖는 층을 적층할 때에 복수 개의 층을 위한 지지 재료를 주입하는 것이 가능하다. 특히, 층 두께가 얇고 지지 재료의 충전이 어려울 때에, 지지 재료가 소정의 간격으로 주입될 수 있다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 지지 재료(5)가 응고되고, 그에 의해 이미 형성된 지지 부재와 합체되고, 확장된 지지 부재(6)를 형성한다.

다음에, 도 6e에 도시된 바와 같이, 중간 전사 부재(1)가 상부 표면(501)으로부터 박리 및 제거된다. 응고 후의 지지 부재(6)는 모델링 패턴을 보유할 수 있고, 그에 따라 오버행을 형성하는 고립 부분이라도 특정한 위치에 고정될 수 있다. 그러므로, 중간 전사 부재(1)는 지지부가 응고된 후에 박리될 수 있다.

중간 전사 부재(1)를 박리함으로써 노출된 모델링 패턴의 상부 표면(501)은 중간 전사 부재(1)의 표면에 의해 규제되었다. 그러므로, 지지 부재(6) 및 모델링 패턴(502) 균등하고 상당히 정확하게 평탄한 표면을 형성할 수 있다. 이러한 표면은 도 6f에 도시된 바와 같이 1개의 층 두께만큼 모델링 용기(7)의 상부 단부보다 낮은 위치까지 승강 기구(9)에 의해 이동되어 잉크가 물체의 단면 내에 배치되는 다음의 잉크 패턴을 수용하도록 준비한다. 중간 전사 부재(1)의 박리, 적층 유닛의 하강 그리고 모델링 용기(7)의 상부 단부로부터의 전사 표면의 하강은 임의의 순서로 수행될 수 있다.

도 1a 및 도 1b에서, 잉크 패턴의 전사가 완료된 후에, 중간 전사 부재(1)의 표면이 필요에 따라 클리너(12)에 의해 세척되고, 중간 전사 부재(1)가 반복적으로 사용된다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 중간 전사 부재(1)가 사용 후에 폐기될 수 있거나, 재생될 수 있다.

제2 실시형태

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 입체 구조물인 물체의 제조 방법을 수행하는 제조 장치인 적층 모델링 장치의 일례를 도시하는 개략도이다. 도 2b는 전체의 장치의 사시도이고, 도 2a는 중간 전사 부재(1)의 표면에 직각으로 도 2b의 선 ⅡA-ⅡA를 따라 취해진 장치의 단면도이다.

도 2의 장치는 물체를 형성하는 패터닝 기구를 그 내에 갖지 않는다. 지지 부재(6) 및 물체를 지지하는 모델링 테이블(8), 승강 기구(9), 모델링 용기(7) 및 중간 전사 부재(1)를 포함한 적층 유닛은 제1 실시형태와 동일하다. 지지부 충전 기구(10), 지지부 수용부(11) 및 롤러(2)가 또한 제1 실시형태와 동일하다.

이러한 실시형태에서, 사용된 모델링 패턴(22)은, 예컨대 별도의 스크린 인쇄 장치를 사용하여 중간 전사 부재(1) 상으로 폴리에스테르 수지를 부분적으로 부여하고 그 다음에 폴리에스테르 수지를 경화시킴으로써 제작될 수 있다. 중간 전사 부재(1)로서, 예컨대 실리콘 고무가 얇게 코팅된 PET 필름이 사용될 수 있다.

물체를 형성하는 패터닝된 층이 이미 제공된 중간 전사 부재(1)가 장치 내에 설치된다. 롤 형태로 권취된 중간 전사 부재(1)가 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있지만, 순서대로 적층된 시트형 중간 전사 부재(1)가 분류기(sorter)로부터 하나씩 공급될 수 있다.

상술된 바와 같이, 물체로 형성될 층을 패터닝하는 장치가 적층 장치와 별개일 때에, 이들 장치가 처리 속도 면에서 상이하면 덜 낭비적인 작업이 수행될 수 있다. 추가로, 패터닝이 적절하게 수행되는 지를 검사하는 검사 장치에 의해 검사가 패턴에 적용될 때에, 패터닝 전에 그리고 적층 후에, 검사가 효율적으로 수행될 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 장치에서, 중간 전사 부재(1) 상의 층상 모델링 패턴(22)이 응고되고, 모델링 패턴(22)에 접착제를 도포하여 적층 시에 결합을 수행하는 기구가 배치된다. 모델링 패턴(22)이 반송 기구에 의한 반송에 의해 접착제 도포 기구와 접촉되고, 접착제 도포 기구를 통과하고, 접착제가 모델링 패턴(22)의 표면에 도포된다.

사용된 접착제의 타입은 제한되지 않지만, 접착제가 수축 비율 및 접착제 강도 등의 인덱스를 기초로 하여 물체의 재료에 따라 선택될 수 있다. 롤 코터(roll coater)가 접착제 도포기로서 도시되어 있지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않고, 스프레이 등의 스프레이-타입 도포 기구(spray-type application mechanism)가 또한 사용될 수 있다.

스프레이가 사용될 때에, 접착제가 물체 이외의 중간 전사 부재의 표면에 부착된다. 적층이 완료된 후에 그리고 지지부를 액화 및 제거하는 단계에서, 접착제가 동시에 제거된다. 그러나, 지지 부재의 재료가 재사용될 때에, 접착제가 여과 등에 의해 분리될 필요가 있다. 이러한 관점에서, 돌출부처럼 존재하는 모델링 패턴의 상부 표면 상에만 접착제를 도포할 수 있는 롤 코터가 적절한 도포기이다.

적층 시의 결합 방법은 접착제의 도포에 제한되지 않는다. 예컨대, 열가소성 수지로부터 물체의 단면 패턴을 형성하고 적층 시에 가열에 의해 패턴을 용융 상태로 이동시키고 접착제를 사용하지 않으면서 패턴을 적층하는 것이 또한 가능하다.

적층 공정은 제1 실시형태와 동일하다. 전사가 완료된 후에, 중간 전사 부재가 재권취 기구(24)에 의해 재권취되어 재사용된다.

본 발명에 의해 얻어지는 가장 유리한 효과는, 각각의 층상 패턴에서, 모델링 재료와 지지 부재의 재료 사이에는 두께의 차이가 없고, 매우 높은 두께 정확도가 재현될 수 있다는 것이다. 이것에 의해 제조되는 물체는 어떠한 비틀림도 갖지 않고, 상당히 정확하다.

상기 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서, 중간 전사 부재(1)는 지지 부재(6)를 확장할 때에 지지 부재(6) 및 모델링 패턴의 상부 표면을 규제하는 규제 부재로서 기능한다. 그러나, 중간 전사 부재(1)와 별개인 규제 부재가 사용될 수 있다. 예컨대, 도 6a 내지 도 6f에서, 잉크 패턴(4)이 중간 전사 부재(1)에 의해 전사 표면(501)으로 전사되어 모델링 패턴(502)이 형성된 후에, 중간 전사 부재(1)가 제거될 수 있고, 중간 전사 부재(1)와 별개인 규제 부재가 모델링 패턴(502)의 상부 표면과 접촉될 수 있다. 그 후에, 지지 재료(5)가 주입될 수 있고, 지지 부재(6)의 상부 표면이 모델링 패턴의 상부 표면(501)과 동일한 평면 상에 있도록 규제 부재로 지지 부재(6)의 상부 표면을 규제하면서 지지부가 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 구조물의 제조 방법 그리고 비교 실시형태의 구조물의 제조 방법의 일례의 각각의 단계를 개략적으로 도시하는 단면도를 포함하고, 물체에 대한 층상 패턴의 두께 정확도의 영향을 도시하고 있다. 도 3에서, (a1) 내지 (f1)은 비교 실시형태를 도시하고 있고, (a2) 내지 (e2)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층 방법을 도시하고 있다.

도 3의 (a1)은 층상 모델링 패턴(302)이 기부 재료(301) 상에 형성된 상태를 도시하고 있다.

다음에, 지지 부재(303)가 모델링 패턴(302) 주위에 배치된다. 이러한 상태가 도 3의 (b1)에 도시되어 있다. 다음에, 지지 부재가 경화되고, 체적 변화가 그에 의해 유발된다. 체적 변화는 재료에 따라 팽창 또는 수축이다. 일반적으로, 수축이 종종 일어나고, 수축이 설명도에 도시되어 있다. 이 때에, 표면이 개방되고, 모델링 패턴(302)의 재료와 지지 부재(303) 사이의 수축 비율의 차이로 인해, 도 3의 (c1)에 도시된 바와 같이, 모델링 패턴(302)의 상부 표면이 기부 재료(301)로부터의 높이 면에서 지지 부재(303)의 상부 표면과 상이하다.

다음에, 전사가 도 3의 (d1)에 도시된 바와 같이 수행된다. 모델링 패턴(302)은 기부 재료(301)로부터 또 다른 기부 재료(304)로 지지 부재(303)와 함께 전사된다.

상술된 공정을 반복함으로써, 적층된 물체가 형성된다. 각각의 층의 두께가 부분에 따라 크게 변동되므로, 모델링 패턴의 층(302)이 도 3의 (e2)에 도시된 바와 같이 요구된 것과 같이 정렬되지 않고, 도 3의 (f1)에 도시된 바와 같이 비틀린 상태에서 적층된다.

반면에, 본 발명의 실시형태는 다음과 같다. 모델링 패턴(202)이 판 부재(201) 상에 형성된다(a2). 다음에, 판 부재(204)가 기부 재료에 대향인 측면 상의 모델링 패턴(202)의 표면과 접촉된다(b2). 지지 부재의 재료(203)가 판형 판 부재(201)와 기부 재료(204) 사이에 주입된다(c2). 지지 부재의 재료가 경화된다(d2). 판 부재(201)는 모델링 패턴의 층(202) 그리고 지지 부재의 층(203)의 상부 표면을 규제하는 규제 부재로서 기능한다. 그러므로, 지지 부재의 층 그리고 모델링 패턴의 층의 표면은 동일한 높이에 평탄하게 형성될 수 있고, 그에 따라 어떠한 비틀림도 갖지 않는 구조물이 도 3의 (e2)에 도시된 바와 같이 제조된다.

도 4는 도 1a 및 도 1b의 입체물을 모델링하는 장치의 제어 시스템의 일례를 도시하고 있다. 구조물 제조 장치로서 입체물을 모델링하는 장치(100)에서, CPU(101)가 전체의 시스템의 주 제어 유닛이고, 각각의 섹션을 제어한다. 메모리(102)는 CPU(101)의 기본 프로그램을 저장하는 ROM 그리고 인터페이스(103)를 통해 취해진 물체 데이터(104)를 저장하는 데 그리고 데이터 처리를 위한 작업 영역으로서 사용되는 RAM을 포함한다. 모델링 개시 신호를 수신할 때에, CPU(101)가 설정 조건에 따라 물체 데이터를 슬라이스 데이터 출력(slice data output)으로 변환하는 처리를 개시하고, 반송 기구(2), 잉크젯(3), 승강 기구(9), 지지부 충전 기구(10) 및 클리너(12)의 상태를 점검하는 통신을 수행한다. 모델링이 개시될 수 있으면, 반송 기구(2) 및 승강 기구(9)가 위치 검출부(105)의 정보를 기초로 하여 소정의 위치로 이동되고, 토출 신호가 잉크젯(3)으로 보내지고, 모델링이 개시된다. 입체물로 형성될 층의 적층이 완료된 때에, 지지 부재를 제거하기 위해 제거 기구(15)의 상태를 점검하는 통신이 수행되고, 제거가 개시된다.

제3 실시형태

도 7a 내지 도 7e는 단면의 위치에서 관찰되는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 물체의 제조 방법의 단계를 도시하는 개략 단면도이다. 단면은 도 5a 내지 도 5f 및 도 6a 내지 도 6f와 동일한 위치에서 취해진다.

이러한 실시형태에서, 구조물을 형성하는 적층이 완료된 후에, 다음의 구조물의 적층이 지지 부재를 제거하지 않으면서 수행된다.

도 7a는 도 6f에 도시된 상태와 동일한 상태를 도시하고 있다. 모델링 용기(7) 내의 모델링 테이블(8) 위에서, 지지 부재(6)에 의해 지지되는 모델링 패턴(4)이 적층된다. 이러한 실시형태에서, 이러한 단계에서, 구조물을 형성하는 모델링 패턴(4)의 적층이 완료된다.

다음에, 도 7b에 도시된 바와 같이, 중간 전사 부재(1) 및 모델링 유닛이 서로에 더 근접하게 이동되고, 지지 부재의 재료(5)가 주입되어 적층된 모델링 패턴(4)과 중간 전사 부재(1) 사이의 공간을 충전한다.

중간 전사 부재(1)가 박리되고, 도 7c에 도시된 바와 같이, 모델링 패턴(4)의 층이 지지 부재(6) 내에 매립된다.

다음에, 도 7d에 도시된 바와 같이, 새로운 구조물을 제작하는 모델링 패턴(1004)의 층이 중간 전사 부재(1)를 박리함으로써 노출된 표면 상에 제공된다. 다음의 모델링 패턴(1004)이 그 상에 적층된다.

그 후에, 모델링 패턴(1004)의 확장 그리고 지지 부재(6)의 확장이 도 7e에 도시된 바와 같이 순차적으로 수행된다. 그 후에, 지지 부재(6)가 용해 등에 의해 제거된다. 이와 같이, 모델링 패턴(4, 1004)을 적층함으로써 형성되는 2개의 별개의 구조물이 얻어질 수 있다.

실시예 1

본 발명의 실시예가 아래에서 설명될 것이다.

물체의 데이터는 예비적으로 주어진 층간 간격으로 슬라이스 데이터로 변환된다. 실시예 1에서, 25 ㎛의 간격을 보유한 슬라이스 데이터가 사용된다.

중간 전사 부재(1)로서, 50 ㎛ 두께의 PET 필름 상에 150 ㎛ 두께의 플루오로-고무[다이킨 인더스트리즈 리미티드(Daikin Industries, Ltd.)에 의해 제조되는 DAI-EL T530]의 층을 형성함으로써 제작되는 벨트가 사용된다.

UV 잉크의 패턴이 물체의 제1 층 슬라이스 데이터에 따라 잉크젯 유닛을 사용하여 중간 전사 부재(1) 상에 부여된다.

착색 잉크만이 사용될 때에, 부여되는 잉크의 양이 균등화될 수 없다. 그러므로, 잉크 체적은 투명 잉크를 사용하여 일정한 수치로 조정된다.

잉크 부여 조건

액적 크기 = 30 pl

액적 부여 간격 = 600 dpi

어드레스당 부여되는 잉크의 양 = 150 pl

잉크 처방

안료: 1 중량부

흑색: 카본 블랙

시안색: 안료 청색 15

마젠타색: 안료 적색 7

황색: 안료 황색 74

백색: 티타늄 산화물

투명색: 미립자 실리카

스티렌-아크릴산-아크릴산 및 에틸의 공중합체: 10 중량부(산 수치: 180, 평균 분자량: 4000)

광 경화성 수지: 20 중량부

(수용성 3-관능기 아크릴레이트)

광 반응 개시제: 2 중량부

(수용성 아크릴포스파인)

디에틸렌 글리콜: 6 중량부

에틸렌 글리콜: 3 중량부

계면 활성제: 1 중량부[가와껜 파인 케미컬즈 컴퍼니, 리미티드(Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd.)에 의해 제조되는 아세틸레놀 EH]

이온-교환수: 나머지 부분

중간 전사 부재는 투과성이고, 벨트의 반대 측면으로부터 내부측에 배치되는 UV 램프에 의해 방출되는 경화 광을 수용할 수 있다.

패터닝 시에, 잉크가 비교적 강력하게 조사되어 잉크의 색상 혼합 및 과잉 분산을 방지한다. 그러나, 광의 양은 유동성이 적층까지 유지되도록 조정된다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 벨트형 중간 전사 부재(1) 상에 부여된 잉크 패턴(4)이 중간 전사 부재(1)에 의해 반송되는 동안에, 잉크 내의 수분이 증발된다.

적층 공정은 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 제조 장치에서의 제조 공정의 일부를 설명하는 개략 단면도이고, 도 1a와 동일한 단면을 도시하고 있다.

적층 유닛에서, 모델링 패턴(4)을 수용하기 전에, 지지 부재가 예비적으로 모델링 테이블(8) 상에 위치된다(도 5a). 이와 같이, 적층이 완료된 후에 물체를 인출하는 것이 더 용이해지고, 중간 전사 부재(1)와 전사 표면 사이의 간극이 정돈될 수 있다.

모델링 용기(7)의 상부 단부는 잉크 패턴(4)이 제공되는 중간 전사 부재(1)의 표면의 잉크의 모델링 패턴(4)이 없는 부분과 접촉된다(도 5b). 이러한 단계에서, 중간 전사 부재(1) 상의 모델링 패턴(4)은 반구에 근접한 형상을 갖는 반고체이고, 그 상부가 모델링 테이블 상의 지지 부재와 접촉되고, 모델링 패턴(4)이 평탄화되면서 25 ㎛까지 압축된다. 이러한 상태에서, 광이 조사되고 중간 전사 부재(1)와 응고된 지지 재료(6) 사이에 개재될 때에, 모델링 패턴(4)의 슬라이스 패턴이 제작된다.

모델링 테이블(8)이 1개의 층 두께만큼 하강된 상태에서, 중간 전사 부재와 응고된 지지 재료 사이의 공간에는 약 60℃까지 가열되어 용융되는 지지 재료[파라핀 왁스 46℃(115℉): 상업적으로 이용 가능함]가 충전된다. 모든 코너를 충전하기 위해, 온도가 중간 전사 부재(1)의 반대 측면 상의 (도시되지 않은) 히터에 의해 제어되고, 지지 부재의 재료(5)의 유동성이 유지된다. 이 때에, 기존의 지지 부재의 일부가 용융된다. 그러나, 모델링 패턴(4)이 중간 전사 부재(1)에 의해 보유되므로, 변위가 일어나지 않는다.

지지 재료의 충전이 완료된 후에, 공기가 취입되어 냉각되고, 지지 부재의 재료(5)가 응고되고, 지지부(6)가 확장된다(도 5d).

그 후에, 적층 유닛이 하강되고, 중간 전사 부재(1)가 박리되고 그에 의해 유닛으로부터 제거된다(도 5e).

그 후에, 전체의 적층 유닛이 하강되고, 중간 전사 부재(1)가 잉크 패턴(4)으로부터 박리된다(도 5e). 그 후에, 모델링 테이블(8)이 하강된다(도 5f).

잉크 패턴이 전사된 후에, 중간 전사 부재의 표면이 클리너에 의해 세척되고, 중간 전사 부재가 반복적으로 사용된다.

이것이 반복된다. 모델링 패턴의 모든 층이 적층된 후에, 온도가 60℃까지 상승되고, 용융된 지지 재료 그리고 착색된 구조물이 인출될 수 있다.

완성된 구조물에서, 층들 사이의 박리가 관찰되지 않았다.

본 발명은 예시적인 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 특허청구범위의 범주는 모든 이러한 변형 그리고 동등한 구조 및 기능을 망라하도록 가장 넓은 해석과 일치되어야 한다.

본 출원은 2012년 6월 19일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-137917호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

Claims

구조물의 일부를 형성하는 제1 재료 층의 적층체와 규제 부재를 제공하는 단계로서, 상기 제1 재료 층은 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 상에 제공되고, 상기 규제 부재의 일 부분이 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면과는 반대의 상기 제1 재료 층의 표면 상에 제공되고, 다른 부분은 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 위에 제공되는, 단계와;
상기 규제 부재와 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 사이의 공간을 충전하도록 지지 부재를 제공하는 단계와;
상기 규제 부재를 제거하는 단계와;
상기 제1 재료 층의 표면 및, 상기 규제 부재를 제거함으로써 노출된 상기 지지 부재의 표면 상에, 구조물의 일부를 형성하는 제2 재료 층을 제공하는 단계를 포함하는, 구조물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 재료 층의 적층체를 제공하는 단계에서, 상기 제1 재료 층은 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 상에, 상기 규제 부재에 의해 지지된 상태로 제공되는, 구조물의 제조 방법.
제2항에 있어서,
토출구로부터 액체를 토출하도록 구성된 액체 토출 헤드로부터 상기 제1 재료 층을 형성하기 위한 재료를 토출하여 상기 규제 부재의 표면 상에 상기 제1 재료 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 구조물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 지지 부재는, 지지 부재를 형성하기 위한 재료를 제공하는 단계 후에, 상기 규제 부재가 형성 프로세스 중의 구조물의 표면과는 반대의 상기 제1 재료 층의 표면 상에 있는 상태에서, 상기 지지 부재를 형성하기 위한 재료를 경화시킴으로써 제공되는, 구조물의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 재료 층을 형성하기 위한 재료는 수지를 함유하는, 구조물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 재료 층의 표면 및, 상기 규제 부재를 제거함으로써 노출된 상기 지지 부재의 표면 상에, 상기 구조물의 일부를 형성하는 제2 재료 층을 제공하는 단계 후에, 상기 지지 부재를 제거하는 단계를 더 포함하는, 구조물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 지지 부재는 파라핀 왁스로 형성되는, 구조물의 제조 방법.
구조물의 일부를 형성하는 제1 재료 층의 적층체와 규제 부재를 제공하도록 구성된 재료 층 제공 유닛으로서, 상기 제1 재료 층은 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 상에 제공되고, 상기 규제 부재의 일 부분이 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면과는 반대의 상기 제1 재료 층의 표면 상에 제공되고, 다른 부분은 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 위에 제공되는, 재료 층 제공 유닛과;
지지 부재를 제공하여 상기 규제 부재와 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 사이의 공간을 충전하도록 구성된 지지 부재 제공 유닛과;
상기 규제 부재를 제거하도록 구성된 제거 유닛을 포함하고,
상기 재료 층 제공 유닛은 상기 제1 재료 층의 표면 및, 상기 제거 유닛에 의해 상기 규제 부재를 제거함으로써 노출된 상기 지지 부재의 표면 상에, 상기 구조물의 일부를 형성하는 제2 재료 층을 제공하는, 제조 장치.
제8항에 있어서,
상기 재료 층 제공 유닛은 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면 상에, 상기 규제 부재에 의해 지지된 상태로 상기 제1 재료 층을 제공하는, 제조 장치.
제9항에 있어서,
토출구로부터 액체를 토출하도록 구성된 액체 토출 헤드를 더 포함하고,
상기 액체 토출 헤드는 상기 제1 재료 층을 형성하기 위한 재료를 토출하여 상기 규제 부재의 표면 상에 상기 제1 재료 층을 형성하는, 제조 장치.
제8항에 있어서,
상기 지지 부재 제공 유닛은 상기 지지 부재를 형성하기 위한 재료를 제공하는 단계 후에, 상기 규제 부재가 상기 형성 프로세스 중의 구조물의 표면과는 반대의 상기 제1 재료 층의 표면 상에 있는 상태에서, 상기 지지 부재를 형성하기 위한 재료를 경화시키는, 제조 장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 재료 층을 형성하기 위한 재료는 수지를 함유하는, 제조 장치.
제8항에 있어서,
상기 지지 부재를 제거하도록 구성된 지지 부재 제거 유닛을 더 포함하는, 제조 장치.
제8항에 있어서,
상기 지지 부재는 파라핀 왁스로 형성되는, 제조 장치.