KR101620898B1 - 적층 제조를 위한 레이어 트랜스퓨전 - Google Patents

Abstract

적층 제조 시스템(10)으로서, 이미징 엔진(12)으로부터 층(28, 128, 228)을 수용하도록 구성된 전사 매체(14, 114, 214), 상기 전사 매체(14, 114, 214) 상의 상기 층(28, 128, 228)을 가열하도록 구성된 히터(32, 132, 232) 및 생성 플랫폼(18, 118, 218)을 포함하고 상기 가열된 층(28, 128, 228)을 적층방식으로 상기 생성 플랫폼(18, 118, 218) 상으로 트랜스퓨즈하여 3차원 부품(22, 122, 222)을 인쇄하도록 구성된 레이어 트랜스퓨전 조립체(33, 133, 233)를 구비한다.

Description

적층 제조를 위한 레이어 트랜스퓨전{LAYER TRANSFUSION FOR ADDITIVE MANUFACTURING}

본 발명은 3차원(3D)의 부품 및 지지 구조를 생성하기 위한 적층 제조 시스템(additive manufacturing systems)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자 사진과 같은 이미지 프로세싱을 사용하여 3D 부품 및 지지 구조를 생성하기 위한 적층 제조 시스템 및 프로세스에 관한 것이다.

적층 제조 시스템은 하나 이상의 적층 제조 기술을 사용하여 3D 부품의 디지털 표현(예컨대, STL 형식의 파일)으로부터 3D 부품을 구축하는데 사용된다. 상업적으로 이용가능한 적층 제조 기술의 예로는 압출기반 기술, 잉크 제팅, 선택적 레이저 신터링(selective laser sintering), 파우더/바인더 분사(powder/binder jetting), 전자빔 용해(electron-beam melting), 스테레오 리소그래픽 공정(stereolithographic processes)이 포함된다. 이들 각각의 기술에 있어서, 3D 부품의 디지털 표현은 처음에 다수의 수평층으로 분할된다. 각각의 분할된 층에 대해, 툴 경로(tool path)가 생성되고, 이는 주어진 층을 형성하기 위해 특정 적층 제조 시스템에 대한 지침을 제공한다.

예를 들면, 압출기반 적층 제조 시스템에서 3D 부품 또는 모델은 유동성 부품 재료를 압출하여 적층방식(layer-by-layer)으로 3D 부품의 디지털 표현으로부터 인쇄될 수 있다. 부품 재료는 시스템의 프린트 헤드에 의해 지지되는 압출 팁을 통해 압출되고, x-y 평면에서 기판(substrate) 상에 일련의 로드(roads)로 증착된다. 압출된 부품 재료는 이전에 증착된 부품 재료에 융합되고, 온도 강하에 따라 고형화된다. 그 다음 기판에 대한 프린트 헤드의 위치가 (x-y 평면에 수직한) z-축을 따라 증가되고, 상기 과정은 디지털 표현과 유사한 3D 부품을 형성하기 위해 반복된다.

부품 재료의 층들을 증착하여 3D 부품을 제조함에 있어서, 지지층 또는 지지구조는 일반적으로 돌출 부분의 아래 또는 형성 중인 물체의 공동 내에 구축되고, 이들은 부품 재료 자체에 의해 지지되지는 않는다. 지지 구조는 부품 재료가 증착되는 것과 동일한 증착 기술을 사용하여 생성될 수 있다. 호스트 컴퓨터는 형성되는 3D 부품의 돌출 또는 자유 공간 세그먼트에 대한 지지 구조 역할을 하는 추가적인 기하구조를 생성한다. 그 다음 지지구조 재료가 프린팅 과정 중에 생성된 기하구조에 따라 제2 노즐로부터 적층된다. 지지구조 재료는 제조 중에 모델링 재료에 부착하고, 프린팅 과정이 완료된 때 완성된 3D 부품으로부터 제거 가능하다.

이차원(2D) 프린팅에서, 전자사진(즉, 제로그래피(xerography))은 인쇄 종이와 같은 평면 기판에 2D 이미지를 형성하기 위한 일반적인 기술이다. 전자사진 시스템은 광 전도성 재료 층으로 코팅된 전도성 지지 드럼을 포함하고, 여기서 정전 잠상(latent electrostatic images)은 충전 후 광원에 의해 광 전도성 층을 이미지 방향으로(image-wise) 노출함으로써 형성된다. 정전 잠상은 이후 토너가 가시적인 이미지를 형성하기 위한 광 전도성 절연체의 충전 영역에 적용되는 디벨럽 스테이션(developing station)으로 이동된다. 그 다음 형성된 토너 이미지는 기판(예컨대, 인쇄 용지)에 전사되고 열 또는 압력으로 기판에 부착된다.

본 발명은 3차원의 부품 및 지지 구조를 생성하기 위한 적층 제조 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 전자 사진과 같은 이미지 프로세싱을 사용하여 3D 부품 및 지지 구조를 생성하기 위한 적층 제조 시스템 및 프로세스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은 3D 부품을 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 상기 적층 제조 시스템은 이미징 엔진으로부터 열가소성계 분말로 이루어진 이미지화된 층을 수용하여 전사하도록 구성된 전사 매체(transfer medium), 및 상기 전사 매체 상의 이미지화된 층을 적어도 상기 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열하도록 구성된 히터를 포함한다. 상기 시스템은 또한 생성 플랫폼을 포함하는 레이어 트랜스퓨전 조립체(layer transfusion assembly)를 포함하고, 상기 레이어 트랜스퓨전 조립체는 상기 가열된 층들을 적층식으로 상기 생성 플랫폼 상에 트랜스퓨즈(transfuse)하여 3D 부품을 인쇄하도록 구성된다. 상기 시스템은 인쇄된 3D 부품을 3D 부품의 변형온도 아래인 대략 평균 부품 온도로 유지하기 위하여, 상기 트랜스퓨즈된 층을 적극적으로 냉각하도록 구성된 냉각장치를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면은 3D 부품을 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 전자사진 엔진으로부터 열가소성계 분말의 디벨럽된 층을 수용하도록 구성된 회전형 벨트, 상기 회전형 벨트 상의 디벨럽된 층을 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열하도록 구성된 히터를 포함한다. 상기 시스템은 또한 트랜스퓨전 요소와, 상기 회전형 벨트로부터 상기 가열된 층을 수용하고 상기 가열된 층을 상기 트랜스퓨전 요소를 사용하여 적층식으로 트랜스퓨즈하여 생성 플랫폼 상에 3D 부품을 인쇄하도록 구성된 생성 플랫폼을 포함한다. 상기 시스템은 상기 인쇄된 3D 부품을 3D 부품의 변형온도 아래인 대략 평균 부품 온도로 유지하기 위하여 상기 트랜스퓨즈된 층을 적극적으로 냉각하도록 구성된 냉각장치를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면은 적층 제조 시스템을 사용하여 3D 부품을 인쇄하는방법에 관한 것이다. 상기 방법은 열가소성계 분말로부터 3D 부품의 층을 이미징(imaging)하는 단계, 상기 이미지화된 층을 전사 매체로 전사하는 단계 및 상기 이미지화된 층을 전사 매체 상에 유지하면서 상기 이미지화된 층을 가열하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 가열된 층을 3D 부품의 표면에 트랜스퓨즈하는 단계, 상기 트랜스퓨즈된 층이 상기 3D 부품에 부착된 상태로 상기 전사 매체로부터 상기 트랜스퓨즈된 층을 분리하는 단계 및 상기 인쇄된 3D 부품을 3D 부품의 변형 온도 아래인 대략 평균 부품 온도로 유지하기 위하여 상기 트랜스퓨즈된 층을 냉각하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 적층 제조 시스템은 3D 부품의 수동적인 열 확산 속도보다 더 빠른 속도로 상기 층들을 인쇄하거나 생성하도록 구성된다.

용어 정의

달리 설명되지 않는 한, 여기서 사용되는 다음의 용어들은 아래의 의미를 갖는다:

"트랜스퓨전(transfusion)", "트랜스퓨즈(transfuse)", "트랜스퓨징(transfusing)" 등은 열 또는 압력을 사용한 층의 점착을 의미하며, 여기서 층들의 폴리머 분자는 적어도 부분적으로 서로 잘 섞인다(interdiffuse).

"트랜스퓨전 압력(transfusion pressure)"은 3D 부품의 층을 같이 트랜스퓨징할 때와 같은 트랜스퓨전 단계 중에 인가되는 압력을 의미한다.

3D 부품의 "변형(deformation) 온도"는 3D 부품이 이후의 트랜스퓨전 단계 중에서와 같이, 이후에 인가되는 트랜스퓨전 압력이 3D 부품의 구조적 완전성(integrity)을 압도할 정도로 3D 부품이 연화되어, 3D 부품을 변형시키는 온도를 의미한다.

특별히 설명되지 않으면, 여기서 가리키는 온도는 대기압(즉, 1 기압)에 기초한다.

예컨대 , "위", "아래", "상부", "하부" 등과 같은 방향은 3D 부품의 인쇄축을 따른 방향을 참조하여 언급된다. 인쇄축이 수직방향인 z-축인 실시예에서, 층 인쇄 방향은 상기 수직방향인 z-축을 따라 위쪽 방향이다. 이들 실시예에서는, "위", "아래", "상부", "하부" 등은 수직방향인 z-축에 근거한다. 그러나 3D 부품의 층들이 다른 축을 따라 인쇄되는 실시예에서, 상기 "위", "아래", "상부", "하부" 등의 용어는 주어진 축에 대한 방향으로 된다.

"재료를 제공"하기 위해서와 같이 "제공"이라는 용어는, 청구항에서 언급될 때에는, 제공되는 아이템에 대한 어떤 특별한 전달 또는 수령을 요하는 것은 아니다. 상기 "제공"이라는 용어는, 읽기의 명확화와 편리를 위해서 단지 청구항의 후속 요소에서 참조될 아이템을 인용하는데 사용된다.

"대략, 약" 및 "실질적으로" 라는 용어는 여기서 이 기술분야의 숙련된 기술자에게 알려진 예상되는 변동으로 인해 측정 가능한 값 및 범위에 대해서 사용된다(예컨대, 측정에 있어서 제한 및 변화성).

도 1은 가압판을 구비한 레이어 트랜스퓨전 조립체를 갖는 본 발명의 전자사진 기반 적층 제조시스템의 개략도이다 .
도 2는 가열 층을 수용하는 생성 플랫폼의 평면도로서, 에어 나이프의 구성을 나타낸다.
도 3은 3D 부품에 대한 인쇄 층의 수에 대한 평균 부품 온도를 나타내는 그래프로서, 능동적 냉각이 없을 때 인쇄된 3D 부품 및 능동적 냉각이 있을 때 인쇄된 3D 부품에 대한 선 그래프를 나타낸다.
도 4A-4D는 레이어 트랜스퓨전 조립체의 확대도로서, 본 발명의 층 전사 기술을 나타낸다.
도 5A-5E는 전자 사진 기반 적층 제조 시스템에서 닙 롤러를 구비하는 선택적 레이어 트랜스퓨전 조립체의 확대도로서 층 전사 기술을 설명한다.
도 6A-6F는 전자 사진 기반 적층 제조 시스템에서 독립적인 트랜스퓨전 및 분리 롤러를 구비하는 다른 선택적 레이어 트랜스퓨전 조립체의 확대도로서 층 전사 기술을 설명한다.
도 7은 전자 사진 기반 적층 제조 시스템에서 밀폐형 챔버를 구비하는 다른 선택적 레이어 트랜스퓨전 조립체의 확대도이다.
도 8은 회전 가능한 전사 벨트의 측단면도이다.
도 9A는 수용 영역과 인코더 마킹을 갖는 회전형 전사 벨트에 대한 제1 실시예의 평면도이다.
도 9B는 트랙터-피드(tracter-feed) 방식의 결합 홀을 구비하는 회전형 전사 벨트에 대한 제2 실시예의 평면도이다.
도 9C는 타이밍-벨트(timing-belt) 방식의 결합을 위한 후방 리브를 가지는 회전형 전사 벨트에 대한 제3 실시예의 저면도이다.
도 10은 본 발명의 층 전사 기술에 대한 제1 실시 방법의 흐름도로서, 결합된 트랜스퓨전 및 트랜스픽싱 단계와 능동적 냉각 단계를 구비한다.
도 11은 층 전사 기술에 대한 제2 실시 방법의 흐름도로서, 독립적인 트랜스퓨전 및 트랜스픽싱 단계와 선택적인 능동적 냉각 단계를 구비한다.
도 12는 층 전사 기술에 대한 제3 실시 방법의 흐름도로서, 부품 표면 가열 단계, 독립적인 트랜스퓨전 및 트랜스픽싱 단계와 능동적 냉각 단계를 구비한다.

본 발명은 적층방식으로(layer-by-layer manner) 3D 부품 및 지지구조를 인쇄하기 위한 층 전사(layer transfer) 기술에 관한 것으로, 각각의 층은 부품 또는 지지 재료로 열적 제어 방식(thermally-controlled manner)으로 인쇄된다. 상기 층 전사 기술은 전자 사진 기반 적층 제조 시스템과 같은 이미징 시스템(imaging system)으로 수행된다. 예컨대, 각 층은 전자 사진술을 사용하여 디벨럽될 수 있고 전사 매체(예컨대, 회전형(rotatable) 벨트 또는 드럼)에 의해 전자 사진(electrophotography(EP)) 엔진으로부터 운반될 수 있다. 그 다음 상기 층은 3D 부품(또는 지지구조)을 적층식으로 인쇄하기 위하여 생성 플랫폼으로 전달되고, 거기서 연속적인 층이 3D 부품(또는 지지구조)을 생성하기 위해 함께 트랜스퓨즈된다.

인쇄 종이에 전위(electrical potential)를 줌으로써 디벨럽된 토너 입자가 인쇄 종이로 정전기적으로 전사될 수 있는 2D 인쇄와 비교하여, 3D 환경에서 다중 인쇄된 층들은 주어진 수의 층들(예컨대, 약 15개 층)이 인쇄된 후, 부품 및 지지 재료의 정전기적 전사를 실질적으로 방지한다. 대신, 본 발명에서는 전사 매체에 의해 유지되는 층은 적어도 층 재료의 융해온도(fusion temperature)로 가열된다. 그 다음 상기 가열된 층은 이전에 인쇄된 층(또는 생성 플랫폼)에 대해 가압되어 층들을 함께 트랜스퓨즈한다(트랜즈퓨전 단계). 이는 여러 층의 3D 부품 및 지지구조가 수직으로 생성되도록 하며, 이것은 달리 정전기적 전사를 통해 얻어질 수 있는 것 이상이다.

다음에 설명되는 바와 같이, 융해온도는 층 재료의 폴리머 분자가 이후의 트랜스퓨전 단계 중에 적어도 부분적으로 잘 섞이게 되어 층간 또는 계면 얽힘을 촉진할 수 있도록, 층 재료를 융합 가능한 상태(fusable state)로 충분히 용융시키는 온도이다. 융해온도는 층 트랜스퓨전을 촉진하기에 충분한 정도로 높지만, 너무 뜨거워서 트랜스퓨즈된 층이 전사 매체로부터 깨끗하게 분리 또는 아니면 박리될 수 없을 수도 있다. 이는 잠재적으로 트랜스퓨즈 층이 부분적으로 전사 매체에 부착된 채 남겨지거나 전사 매체로부터 분리될 때 얼룩이 남게 되는 결과로 될 수 있고, 이들은 3D 부품의 피처 디테일, 치수 정확도 및 다공성(porosity)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 일부 실시예에서, 상기 층 전사 기술은 전사 매체 및/또는 트랜스퓨즈된 층이 전사 매체로부터 분리되기 이전에 냉각되는 "트랜스픽싱 (transfixing) 단계"를 또한 포함할 수 있다. 이론에 구속되고자 하는 것은 아니지만, 상기 트랜스픽싱 단계는 전사 매체와 트랜스퓨즈된 층 사이의 계면을 냉각하여, 전사 매체의 표면에 대한 트랜스퓨즈 층의 부착력에 비하여 인접한 층들에서 섞여진(interdiffused) 폴리머의 부착력을 증가시켜, 3D 부품에 부착된 트랜스퓨즈된 층을 고정된 공간상의 위치에 유지한다. 이는 트랜스퓨즈된 층이 전사 매체로부터 깨끗하게 분리되도록 하고 3D 부품에 부착된 채 유지되도록 한다.

또한, 이미징(imaging) 시스템은 3D 부품의 가변적인 열 저항을 통해 열이 확산되는 속도보다 훨씬 빠른 속도로 층들을 인쇄할 수 있기 때문에, 3D 부품에서 열 축적이 관찰되었다. 따라서, 주어진 3D 부품의 높이가 증가함에 따라, 수동적 열 확산을 통한 열 소멸 작용은 가열 층들을 냉각하는데 충분하지 않게 된다. 층의 인쇄 속도가 빠를수록, 3D 부품 덩어리 내의 열 축적은 더 빨라진다. 연속적인 층들이 계속 인쇄됨에 따라, 상기 열 축적은 3D 부품의 변형온도(deformation temperature)를 초과할 수 있게 되어, 3D 부품 덩어리의 구조적인 완전성을 감소시킬 정도로 3D 부품을 연화시킬 수 있게 된다. 그렇게 연화된 부분은 이후의 트랜스퓨전 단계 중에 차후 적용되는 트랜스퓨전 압력 하에서 변형될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 열 축적은 인쇄 처리 속도를 늦춤으로써 감소될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이는 실질적으로 3D 부품을 인쇄하는데 필요한 시간을 증가시켜, 처리량을 감소시킬 수 있다. 그 대신, 빠른 인쇄 속도를 유지하면서 상기 문제점을 극복하기 위하여, 층 전사 기술은 3D부품에 부가적인 열이 축적되는 것을 방지하기 위한 "능동적 냉각 단계(active cooling step)"를 포함하여, 3D 부품을 3D 부품의 변형 온도보다 더 낮은 "평균 부품 온도(average part temperature)"로 유지할 수 있다.

특히, 3D 부품의 각 층이 트랜스퓨즈된 후에, 트랜스퓨즈된 층으로부터 3D 부품에 부가되는 열은 다음 층의 트랜스퓨전 이전에 실질적으로 제거된다. 이는 3D 부품이 너무 연화되는 것을 방지하도록 충분히 낮으면서도(즉, 변형 온도 이하), 층간 부착을 촉진하여 컬링(curling) 효과를 감소시키는 온도와 바람직하게 균형을 이루는 평균 부품 온도(average part temperature)로 3D 부품을 유지시킨다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 시스템(10)은 본 발명의 층 전사 기술을 포함하는, 전자 사진을 사용하여 3D 부품과 지지구조를 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템의 일례이다. 시스템(10)은 3D 부품(예컨대, 3D 부품(22))을 인쇄하기 위한 EP 엔진(12), 전사 벨트(14), 롤러(16), 생성 플랫폼(18) 및 가압판(20)과, 어떤 연관된 지지구조(미도시)를 포함한다. 시스템(10)의 적절한 구성요소 및 기능적 작동의 예는 미국 특허출원 제13/242,669호 및 13/242,841호에 개시된 내용을 포함한다.

선택적 실시예에서, 시스템(10)은 층들을 이미징하기 위한 다른 이미징 엔진을 포함할 수 있다. 다음에 논의되는 바와 같이, 층 전사 기술은 층들을 벨트(14)(또는 다른 전사 매체(transfer medium))에서 생성 플랫폼(18)으로 전달하는 것에 초점을 두고 있으며, 다른 특별한 이미징 엔진보다는 벨트(14)에 초점을 두고 있다. 그러나 상기 층 전사 기술은, 전자 사진 기반 적층 제조 시스템(예컨대, 시스템(10))에 사용되는데 특히 적절하고, 여기서 3D 환경에서의 다층의 인쇄 층은, 위에서 논의된 바와 같이, 주어진 수의 층이 인쇄된 후에 부품 및 지지 재료의 정전기적 전사를 실질적으로 방지한다.

또한 시스템(10)은 하나 이상의 제어회로, 마이크로프로세서 기반 엔진 컨트롤 시스템 및/또는 디지털 제어 래스터 이미징 프로세서 시스템(digitally-controlled raster imaging processor systems)인 컨트롤러(24)를 포함하고, 상기 컨트롤러는 시스템(10)의 구성요소를 호스트 컴퓨터(26)로부터 수신된 인쇄 명령에 기초하여 동기화된 방법으로 동작시키도록 구성된다. 호스트 컴퓨터(26)는 인쇄 명령(및 다른 작동 정보)을 제공하기 위하여 컨트롤러(24)와 통신하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 기반 시스템이다. 예를 들면, 호스트 컴퓨터(26)는 3D 부품(22)(및 다른 지지 구조)의 분할 층과 관련된 컨트롤러(24)에 정보를 전달하여, 시스템(10)이 적층 방식으로 3D 부품(22)을 인쇄하도록 할 수 있다.

미국 특허출원 제 13/242,669호 및 제13/242,841호에서 설명된 바와 같이, EP 엔진(12)은 전자 사진을 사용하여 열가소성계 분말(thermoplastic-based powder)의 연속적인 층(28)을 디벨럽(develop)하도록 구성된다. 여기서 사용된 바와 같이, "전자 사진(electrophotography)"이라는 용어는 이오노그래피(ionography)를 포함한다. 상기 열가소성계 분말은 하나 이상의 열가소성 물질(예컨대, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체)을 포함하고, EP 엔진(12) 및 벨트(14)에 대한 마찰 전기 인력(triboelectric attraction)으로 디벨럽하기 위한 하나 이상의 부가적인 성분을 포함할 수 있다.

그 다음 열가소성계 분말의 상기 디벨럽된 층(28)은 층들(28)이 EP 엔진(12)에서 벨트(14)로 전달되는 제1 전사 영역으로 회전된다. 벨트(14)는 가압판(20)의 도움으로 디벨럽된 층(28)을 EP 엔진(12)에서 생성 플랫폼(18)으로 전사(transferring) 또는 아니면 운반(conveying)하기 위한 전달 매체의 예시이다. 도시된 실시예에서, 벨트(14)는 전방 또는 전사 표면(14a) 및 후방 또는 접촉 표면(14b)을 포함하고, 여기서 전방 표면(14a)은 EP 엔진(12)과 대면한다. 다음에 논의되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 벨트(14)는 전방 표면(14a)을 정의하는 저표면 에너지 필름(low-surface-energy film)을 구비한 다층 벨트(multiple-layer belt)일 수 있으며, 후방 표면(14b)을 정의하는 베이스부 위에 배치된다.

또한, 시스템(10)은 정전기적으로 열가소성계 분말의 층(28)을 EP엔진(12)으로부터 벨트(14)로 끌어당기기 위해 벨트에 전위를 유도하도록 이루어진 바이어싱 매커니즘(biasing mechanism)(29)을 포함할 수 있다. 각 층(28)은 처리 중인 지점에서 두께로 단일의 층 증가분을 가지기 때문에, 정전기적 인력은 층(28)을 EP 엔진(12)에서 벨트(14)로 전달하는데 적절하다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 3D부품(22)에 대한 상기 다중 인쇄 층(28)은 주어진 수의 층(28)이 인쇄된 후에 벨트(14)에서 생성 플랫폼(18)으로의 층(28)들의 정전기적 전사를 실질적으로 방지한다.

롤러(16)는 벨트(14)가 화살표(30) 방향으로 회전하는 동안 벨트(14) 상의 장력을 유지하도록 구성되는 일련의 구동 및/또는 아이들러 롤러 또는 풀리이다. 이는 벨트(14)가 생성 플랫폼(18) 및 가압판(20)와 결합할 때 실질적으로 평면 방향을 유지하도록 허용한다. 시스템(10)은 미국 특허출원 제13/242,841호에 개시된 것들과 같은 서비스 루프(service loop)(미도시)를 더 포함할 수 있다.

시스템(10)은 벨트(14)의 회전방향에 기초하여, 생성 플랫폼(18) 및 가압판(20)으로부터 상류에 위치한 히터(32)를 더 포함한다. 히터(32)는 가압판(20)에 도달하기 이전에 층들(28)을 적어도 열가소성계 분말의 융해온도로 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 장치이다. 히터(32)로 적절한 장치의 예시는 비접촉식 방사 히터(예컨대, 적외선 히터 또는 마이크로파 히터), 대류 가열장치(예컨대, 가열 공기 송풍기), 접촉식 가열 장치(예컨대, 가열 롤러 및/또는 플래튼(platens)), 이들의 조합 등을 포함하며, 여기서 비접촉식 방사 히터가 바람직하다. 각 층(28)은 바람직하게는 의도한 융해 온도로 층(28)을 가열하기에 충분한 체류 시간 동안 히터(32) 곁을(또는 관통하여) 통과한다.

위에서 정의된 바와 같이, 융해온도는 열가소성계 분말을 용융상태로 충분히 녹일수 있는 온도이다. 따라서, 상기 융해온도는 사용된 특정의 층 재료에 따라 다를 것이다. 예를 들어, ABS 공중합체 재료에 대해, 상기 융해온도는 특정 공중합체 조성에 따라 약 180℃에서 약 220℃ 범위일 수 있다. 열가소성계 분말의 가열은 반드시 열가소성계 분말의 모든 구성요소를 녹여야 하는 것은 아니다. 그보다는, 전체적으로 열가소성계 분말이 이후의 트랜스퓨전을 위해 용융 상태(fusable state)에 도달할 필요가 있다. 이는 일반적으로 열가소성계 분말 중 하나 이상의 열가소성 재료가 용융상태로 충분히 녹여진 것을 말한다.

생성 플랫폼(18), 가압판(20) 및 히터(32)가 집합적으로 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)로서 지칭될 수 있다. 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)는 상기 가열 층(28)을 벨트(14)로부터 3D 부품(22)의 이전에 트랜즈퓨즈된 층들로(또는 생성 플랫폼(18) 상으로) 적층식으로 트랜스퓨즈하도록 구성된다.

생성 플랫폼(18)은 3D부품(22)을 적층 방식으로 인쇄하기 위해 가열 층들(28)을 수용하도록 구성된 시스템의 플래튼(platen) 또는 플랫폼 조립체이다. 생성 플랫폼(18)은 각각의 가압단계 이후에 생성 플랫폼(18)을 벨트(14)와 가압판(20)에 대해 수직한 z-축에 따라 점진적으로 하강시키도록 구성된 선형 가이드 매커니즘인, z-축 갠트리(34)에 의해 지지된다. z-축 갠트리(34)를 구비한 생성 플랫폼(18)의 이동은 컨트롤러(24)의 명령에 기초하여 z-축 모터(36)에 의해 작동되고, 여기서 z-축 모터(36)는 전기 모터, 유압 시스템, 공압 시스템 등일 수 있다.

도시된 실시예에서, 생성 플랫폼(18)은 발열체(38)(예컨대, 전기 히터)로 가열할 수 있다. 발열체(38)는 생성 플랫폼(18)을, 실내온도(25℃)보다 더 큰 상승된 온도로, 예컨대 바람직한 3D 부품(22)의 평균적인 부품 온도로, 가열 및 유지하도록 구성된다. 이는 생성 플랫폼(18)이 3D 부품(22)을 상기 평균적인 부품 온도로 유지하는 것을 보조하도록 허용한다.

위에서 언급된 바와 같이, 3D 부품(22)의 평균적인 부품 온도는 3D 부품(22)이 너무 연화되는 것을 방지할 정도로 충분히 낮으면서(즉, 변형 온도 이하), 층간 부착을 촉진하고 컬링 효과를 감소시킬 정도로 충분히 높은 온도가 바람직하다. 3D 부품(22)의 적절한 평균 부품 온도는 열가소성계 분말 중 열가소성 물질의 평균 응고온도보다 더 큰 온도로부터 대략 열가소성 물질의 유리 전이온도까지의 범위 내이다. 더욱 바람직하게, 상기 평균 부품 온도는 열가소성계 분말 중 열가소성 물질의 대략 크리프 릴랙세이션 온도(creep relaxation temperature)로 유지되거나, 그 온도의 대략 10도씨 위 또는 아래 범위이다.

예를 들어, ABS 공중합체 기반 분말로 층(28)을 인쇄할 때, 3D 부품(22)의 상기 평균 부품 온도는 대략 100℃이다. 이 평균 부품 온도는 후속하는 트랜스퓨전 과정 중에 생성 플랫폼(18)과 가압판(20) 사이에서 가압될 때, 3D 부품의 구조적 완전성을 유지할 수 있도록 해준다. 또한, 이 온도로 유지되는 3D 부품(22)의 최상위층이 약 200℃의 융해 온도로 가열된 가열 층(28)을 수용할 때, 층을 함께 트랜스퓨즈하기 위한 트랜스퓨전 계면 온도는 약 150℃에서 시작된다. 이 온도는 층들(28)의 폴리머 분자가 적어도 부분적으로 서로 잘 섞여 계면 얽힘(interfacial entanglement)을 촉진하는데 적합하다.

가압판(20)은 각 트랜스퓨전 단계 중에 벨트(14)와 주어진 가열 층(28)을 3D 부품(22) 및 생성 플랫폼(18)에 대해서 하방으로 가압하도록 이루어진, 가열 가능한 요소 또는 가열 가능한 레이어 트랜스퓨전 요소의 예시이다. 가압판(20)은 각 트랜스퓨전 단계 중에 가압판(20)을 수직한 z-축을 따라 이동시키도록 하는 서보 매커니즘(미도시)으로 작동될 수 있다.

각 트랜스퓨전 단계에서 인가되는 특정 압력은 폴리머 분자가 적어도 부분적으로 잘 섞이도록 허용하면서, 가열 층(28)을 이전에 트랜스퓨즈된 층(28)(또는 생성 플랫폼(18))에 부착시킬 정도로 충분히 높은 것이 바람직하다. 그러나, 트랜스퓨전 압력은 가압판(20)이 3D 부품(22)을 너무 많이 압축하지 않도록 균형을 이루도록 하여, 3D 부품(22)이 그 치수의 완전성을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에서, 가압판(20)은 발열체(40)(예컨대, 전기 히터)로 가열 가능하다. 발열체(40)는 가압판(20)을 실내온도(즉, 25℃) 보다 높은 상승된 온도로 가열하고 유지시키도록 구성된다. 그러나, 생성 플랫폼(18)의 상승된 온도에 비하여, 발열체(40)는 가압판(20)을 3D 부품(22)의 바람직한 평균 부품 온도보다 낮은 온도로 가열하고 유지시킬 수도 있다. 예컨대, 3D 부품(22)에 대해 의도한 평균 부품 온도가 100℃인 상황에서, 발열체(40)는 가압판(20)을 대략 70℃로 가열하고 유지시킬 수 있다.

가압판(20)의 더 낮은 온도는 벨트(14)를 후방 표면(14b) 측으로부터 냉각시킬 것이다(즉, 트랜스픽싱 단계). 위에서 설명된 바와 같이, 상기 트랜스퓨즈된 층(28)이 너무 뜨거운 채 남아 있다면, 상기 트랜스퓨즈 층은 벨트로부터 깨끗하게 분리되기 보다 벨트(14)의 전방 표면(14a)에 부착된 채로 남겨질 수 있다. 따라서, 가압판(20)으로부터 접촉된 채 벨트(14)를 냉각하는 것은, 벨트(14)로부터 트랜스퓨즈된 층(28)을 깨끗하게 분리하기 충분한 정도로, 벨트(14)의 전방 표면(14a)과 트랜스퓨즈된 층(28) 사이의 계면을 냉각시킬 수 있도록 한다.

한편, 벨트(14)와 가압판(20) 사이의 큰 접촉 표면적으로 인하여, 가압판(20)이 너무 낮은 온도(예컨대, 25℃)로 유지되면, 트랜스퓨전 단계 동안 가압판(20)과 벨트(14) 사이의 지속된 접촉은 트랜스퓨즈된 층(28)을 너무 냉각시켜, 트랜스퓨전 계면 온도를 낮춰 층간 점착을 감소시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서는, 단일의 결합된 공정에서 트랜스퓨전 및 트랜스픽싱을 촉진하기 위해 발열체(40)가 이들 경합하는 열적 효과를 균형시키는 온도로 가압판(20)을 유지시키는 것이 바람직하다.

시스템(10)은 또한 하나 이상의 에어 나이프(42) 또는 다른 냉각 장치를 포함할 수 있고, 여기서 상기 에어 나이프(42)는 3D 부품(22)의 상부층에 국부적으로 냉각 공기를 송풍하도록 구성된 냉각 장치의 예시이다. 도 2에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 에어 나이프(42)는 생성 플랫폼(18)의 측면에 인접하게 위치되어 냉각 공기가 벨트(14)의 이동 방향에 대해 측면으로 향하도록 해준다. 이는 에어 나이프(42)가 융합 층(28)을 포함하는 3D 부품(22)의 상부층 위로 양호한 공기 흐름을 제공하면서 3D 부품(22)의 전체 길이를 따라 연장되는 것을 가능하게 한다. 선택적인 실시예에서, 시스템(10)은 생성 플랫폼(18)의 대향하는 측면에 위치되는 제2 에어 나이프(42)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 에어 나이프(42) 또는 다른 냉각 장치를 구비하는 실시예에서, 가압판(20)은 트랜스퓨전 단계에서 상호 확산(interdiffusion)을 촉진하기 위해 융해온도로 가열될 수 있다. 그 다음, 가압판(20)이 분리되면 독립적인 트랜스픽스 단계가 벨트(14)로부터 트랜스퓨즈된 층을 분리하기 전에 층을 냉각함으로써 수행될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 시스템(10)이 높은 속도로 층(28)들을 인쇄할 때, 인쇄된 층(28)들은 연속적인 층(28)들이 인쇄되기 전에 바람직한 평균 부품 온도로 냉각되기에 충분한 시간을 가지지 못한다. 따라서, 3D 부품(22)의 높이가 높아짐에 따라 수동적 열 확산을 통한 열 소실 작용은 가열된 층들을 냉각하기에 충분하지 않게 된다.

이를 도 3에 나타내었는데, 도 3은 인쇄된 층들의 수에 대해, 능동적 냉각이 없는 경우 인쇄된 3D 부품의 평균 부품 온도(선(44)으로 표시), 및 능동적 냉각이 있는 경우 인쇄된 3D 부품(22)의 평균 부품 온도(선(46)으로 표시)의 그래프 예시를 나타낸다. 선(44)에 의해 보여지는 바와 같이, 능동적 냉각이 없을 때 그 융해온도로 각 층에 가해진 열은 임계선(48)으로 나타낸 바와 같이 3D 부품의 변형온도에 도달할 때까지 평균 부품 온도의 증가를 유발하면서 3D 부품에 축적될 것이다. 임계선(48)에서, 3D 부품 덩어리의 온도는 부품 재료가 실질적으로 연화되기 충분한 정도로 높다. 3D 부품이 이 지점에 도달하면, 후속 트랜스퓨전 단계 중에 가압판(20)에 의해 인가되는 트랜스퓨전 압력은 3D 부품의 구조적인 완전성을 극복하여 3D 부품을 변형시키게 된다.

그러나, 에어 나이프(42)는 추가적인 열이 축적되는 것을 방지하기 위해 트랜스퓨전 단계 후에 능동적으로 각 층을 냉각한다. 선(46)으로 나타낸 바와 같이, 능동적 냉각은 각 층(28)에 의해 제공된 열을 실질적으로 제거하여, 각각의 인쇄층(28) 후에 실질적으로 축열이 0(zero)이 되게 한다. 따라서, 3D 부품(22)은 전체 인쇄 작업 동안 그 변형온도 아래인 평균 부품 온도로 실질적으로 유지될 수 있다.

일부 실시예에서, 평균 부품온도는 3D 부품(22) 덩어리가 약간의 연화상태를 나타낼 정도로 높은 것이 유리하다. 3D 부품(22) 덩어리가 전체적으로 구조적 무결성을 여전히 유지하면서 약간의 연화상태를 나타낼 때, 가압판(20)을 사용한 후속 트랜스퓨전 단계가 3D 부품(22) 덩어리를 약간 압박할 수 있어 부품 밀도를 증가시킨다는 것이 발견되었다. 증가된 부품 밀도는 결과적인 3D 부품(22)의 불안정성(brittleness) 및 다공성(porosity)을 상대적으로 감소시키고, z-축 강성(z-axis strength)을 증가시킨다. 이러한 특성은 다양한 응용에 유익하다.

비록 에어 나이프(42)로 나타내었으나, 시스템(10)은 추가적인 열이 축적되는 것을 방지하기 위해 트랜스퓨전 단계 후에 능동적으로 각 층을 냉각하도록 구성된 냉동장치, 액체 냉각 장치 등과 같은 다양한 다른 냉각장치를 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 에어 나이프(42) (또는 다른 냉각 장치)는 생성 플랫폼(18)과 가압판(20) 주변으로 다른 위치에 위치하여, 냉각 공기가 3D 부품(22)의 상부 층들로 향하도록 할 수도 있다. 선택적으로, 시스템(10)은 또한 각 후속 트랜스퓨전 단계 이전에 융해 온도로 상부층(들) 또는 3D 부품(22)의 표면을 가열하는 추가적인 히터들(예컨대, 도 6A-6F에 도시된 히터(270, 272))을 포함할 수 있다.

도 4A-4D는 본 발명의 층 전사 기술을 사용하는 시스템(10)으로 층(28)을 인쇄하기 위한 공정 예시이다. 인쇄작업의 시작에서, 생성 플랫폼(18)과 가압판(20)은 그것들의 바람직한 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 생성 플랫폼(18)은 3D 부품(22)에 대해 바람직한 평균 부품 온도로 가열될 수 있고, 가압판(20)은 3D 부품(22)에 대해 바람직한 평균 부품 온도보다 더 낮은 온도로 가열될 수 있다.

인쇄 작업은 초기에 EP 엔진(12)(도 1에 도시)으로 층(28)을 디벨럽하고 디벨럽된 층을 벨트(14)를 통해 히터(32)로 전달하는 단계를 포함한다. 도 4A에 나타낸 바와 같이, 디벨럽된 층(28)이 히터(32) 곁을(또는 관통하여) 통과함에 따라, 히터(32)는 층(28)과 벨트(14)의 연관된 영역을 적어도 열가소성계 분말의 융해온도로 가열한다.

도 4B에 나타낸 바와 같이, 화살표(30) 방향으로 벨트(14)의 연속회전은 X-축을 따른 적정 레지스트레이션 위치에 맞춰 생성 플랫폼(18) 위의 가열 층(28)을 조정한다. 가압판(20)은 3D 부품(22)의 이전에 인쇄된 층 상으로 가열 층(28)을 가압하도록 화살표(50)로 나타낸 바와 같이 하방으로 작동할 수 있다. 도 4C에 나타낸 바와 같이, 층(28)은 적어도 부품 재료의 융해 온도로 가열되기 때문에, 상기 가압된 층(28)은 3D 부품(22)의 상부 표면에 트랜스퓨즈한다.

트랜스퓨전 단계 동안 가압하기 위한 적절한 지속시간의 예시는 약 0.1초에서 약 1.0초 범위 내이고, 특히 적절한 지속시간 범위는 약 0.1초에서 약 0.5초이다. 몇몇 실시예에서, 가압 지속시간은 각 층(28)에 대해 고정된 값이다. 선택적 실시예에서, 상기 가압 지속시간은 3D 부품(22)의 치수와 구조에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 가압 지속시간은 아래에 설명된 바와 같이, 작은 단면적 및/또는 미세 피처 디테일을 가지는 층(28)에 대해서는 감소될 수 있다.

바람직한 평균 부품 온도보다 더 낮고, 실질적으로 융해 온도보다 더 낮은 상기 가압판(20)의 온도는 벨트(14)의 가열된 영역에서 열을 얻기 시작한다. 이는 위에서 설명된 바와 같이, 후면(14b)으로부터 벨트(14)를 냉각함으로써 트랜스퓨즈 층(28)을 분리하는 것을 보조한다.

트랜스퓨전/트랜스픽싱 단계가 완료된 후에, 가압판(20)은 벨트(14) 및 트랜스퓨즈된 층(28)에 가해진 압력을 제거하도록 화살표(52)로 나타낸 바와 같이 위쪽으로 후퇴될 수 있다. 도 4D에 도시된 실시예에서, 이는 트랜스퓨즈 층(28)이 3D 부품(22)에 트랜스퓨즈된 채로 남도록 허용하면서, 벨트(14)로부터 트랜스퓨즈 층(28)을 분리한다. 부가적으로, 화살표(54)로 나타낸 바와 같이, z-축 갠트리(34)는 예컨대, 단일의 층 증가분만큼 생성 플랫폼(18)을 아래쪽으로 낮출 수 있다.

선택적인 실시예에서, 가압판(20)은 층(28)의 트랜스퓨전을 도모하도록 융해 온도로 가열될 수 있다. 이 실시예에서, 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)는 바람직하게는, 상방으로 가압판(20)을 복귀시키는 것이 벨트(14)에서 트랜스퓨즈 층(28)을 즉시 분리하지 않도록 구성된다. 오히려, 가압판(20)의 복귀시에도, 트랜스퓨전 단계동안 도 4D에서 도시된 위치보다 상대적으로 높은 위치에 생성 플랫폼(18)을 위치시킴으로써, 벨트(14)는 상대적으로 일정한 위치에 유지될 수 있다. 독립적인 트랜스픽싱 단계가 그 다음 사용될 수 있다.

트랜스픽싱 단계에서, 에어 나이프(42)는 벨트(14)에서 분리되기 전에 트랜스퓨즈 층(28)을 냉각하도록 작동될 수 있다. 3D 부품(22)에 부착된 채 고정된 공간 위치에 트랜스퓨즈 층(28)을 유지할 수 있는, 용해 온도 아래로 층 재료를 냉각하는 충분한 지속시간 후에, 생성 플랫폼(18)은 벨트(14)에서 트랜스퓨즈 층(28)이 분리되도록 낮아진다.

에어 나이프(42)는 또한 벨트(14)에서 박리 후에 트랜스퓨즈 층(28)에 냉각 공기를 송풍하도록 작동될 수 있다. 이는 바람직한 평균 부품 온도로 트랜스퓨즈 층(28)을 능등적으로 냉각한다. 능동적 냉각 단계를 위한 적절한 지속시간의 예시는 약 1.0초에서 약 2.0초 범위 내이며, 이는 다음 층(28)의 전사 및 정렬과 대응될 수 있다.

이해될 수 있는 바와 같이, 벨트(14)에서 생성 플랫폼(18)으로 층(28)의 전사는 가압단계 동안 일시정지가 필요하다. 그렇지 않으면, 트랜스퓨전 단계 동안 화살표(30)의 회전방향으로 벨트(14)가 이동되면 가압된 층(28)의 미스-레지스트레이션(mis-registration)을 초래하여, 잠재적으로 더 낮은 부품 품질을 야기할 수 있다. 각 트랜스퓨전 단계동안 이들 일시정지는 미국 특허출원 제13/242,841호에 개시된 것들과 같이 서비스 루프의 사용으로 제공될 수 있다. 도 4B-4D에 더 나타낸 바와 같이, 현재 층(28)이 트랜스퓨즈될 때, 다음 층(28a)은 히터(32)에 위치될 수 있다. 이는 현재 층(28)이 3D 부품(22)에 트랜스퓨즈 될 때, 필요한 일시정지 동안 히터(32)가 다음 층(28a)을 충분히 가열하도록 허용한다. 층(28)이 트랜스퓨즈 및 냉각된 후에, 동일 프로세스가 층(28a) 및 3D 부품(22)의 각 후속 층에 반복될 수 있다.

도 5A-5E는 시스템(10)(도 1, 2 및 4A-4D에 도시)의 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)에 대한 대안으로, 레이어 트랜스퓨전 조립체(133)를 나타낸 것이고, 여기서 각 구성요소의 참조번호는 시스템(10)에서 "100" 만큼 증가된다. 도 5A에 나타낸 바와 같이, 레이어 트랜스퓨전 조립체(133)는 가압판(20) 대신 닙 롤러(120)를 포함하고, 여기서 닙 롤러(120)는 가열 가능한 요소 또는 가열 가능한 레이어 트랜스퓨전 요소의 또 하나의 예시이고, 벨트(114)의 이동으로 고정된 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 특히, 닙 롤러(120)는 벨트(114)가 화살표(130)의 방향으로 회전하는 동안 화살표(156) 방향으로 후방 표면(114b)에 대해 돌아갈 것이다. 일부 실시예에서, 닙 롤러(120)는 벨트(114)의 구동 롤러로서 기능할 수 있다.

더 나타낸 바와 같이, 에어 제트(142)(또는 다른 적합한 냉각 장치)가 에어 나이프(42) 대신 사용되고, 벨트(114)와 닙 롤러(120) 사이의 계면으로부터 하류에 위치한다. 상기 에어 제트는 아래에 설명된 바와 같이, 각 트랜스퓨전 단계 후에 층을 능동적으로 냉각하도록 3D 부품(122)의 상부 층들에 향하여 냉각 공기를 송풍하도록 구성된다.

이 실시예에서, 생성 플랫폼(118)은 갠트리(134)에 의해 지지되는데, 상기 갠트리는 왕복 직사각형 패턴을 제조하기 위하여 z-축 및 x-축을 따라 생성 플랫폼(118)을 이동시키도록 구성된 안내 매커니즘이며, 여기서 기본적인 움직임은 x-축을 따라 앞뒤로 이동하는 것이다. 갠트리(134)는 컨트롤러(124)의 명령에 기초하여 모터(136)에 의해 작동될 수 있고, 여기서 모터(136)는 전기 모터, 유압 시스템, 공압 시스템 등일 수 있다. 그에 상응하여, 각 트랜스퓨전 단계 동안 인가된 압력은 생성 플랫폼(118)에 의해 수행된다.

3D 부품(122)을 인쇄하기 이전에, 생성 플랫폼(118) 및 닙 롤러(120)는, 생성 플랫폼(18) 및 가압판(20)에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 그것들의 바람직한 온도로 가열될 수 있다. 가압판(20)에 비교하여, 열이 닙 롤러(120)부터 벨트(114)를 통하여 국부적으로 흐르는데 상대적으로 짧은 시간이 있기 때문에, 발열체(140)는 닙 롤러(120)를 보다 높은 온도(예컨대, 평균 부품 온도)로 가열할 수 있다.

인쇄 작업동안, 히터(132)는 디벨럽된 층(128) 및 벨트(114)의 연관된 영역을 적어도 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열한다. 도시된 바와 같이, 다음에 벨트(114)는 가열된 층(132)을 x-축에 따라 설정된 레지스트레이션 위치로 이동시킬 수 있다. 갠트리(134)는 다음으로 화살표(158)로 나타낸 바와 같이, 생성 플랫폼(118)을 벨트(114)와 맞물리도록 위쪽으로 작동할 수 있고, 이는 3D 부품(122)의 상부층을 가열 층(124)에 대하여 가압한다. 선택적으로, 닙 롤러(120)는 상부층 또는 3D 부품(122)의 표면과 만나도록 하방으로 작동될 수 있다.

도 5B에 나타낸 바와 같이, 이는 닙 롤러(120)의 위치에서 3D 부품(122)의 상부층과 벨트(114) 사이에 가열 층(128)을 가압한다. 생성 플랫폼(118)이 벨트(114)와 맞물린 채 있을 때, 갠트리(134)는 다음으로 화살표(130) 방향의 벨트(114)의 회전속도와 동기화된 속도로(즉, 동일 방향 및 속도), 화살표(160) 방향으로 x축에 따라 생성 플랫폼(118)(및 3D 부품(122))을 이동할 수 있다. 이는 3D 부품(122)의 상부층 및 닙 롤러(120) 사이에서 벨트(114)와 가열 층(128)을 가압한다.

도 5C에 나타낸 바와 같이, 벨트(114)의 후방 표면(114b)이 닙 롤러(120)를 가로질러 굴러가도록 하여 벨트(114)와 가열 층(128)을 3D 부품(122)의 상부층에 대해 닙(nip)하도록 한다. 층(128)은 부품 재료의 융해온도로 가열되고, 3D 부품(122)은 평균 부품 온도로 유지되기 때문에, 가압 층(128)은 3D 부품(22) 및 층(28)에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 3D 부품(122)의 상부 층에 트랜스퓨즈된다.

더 나타낸 바와 같이, 트랜스퓨즈 층(128)이 닙 롤러(120)의 닙(nip)을 통과할 때, 벨트(114)는 닙 롤러(120)를 둘러싸서, 생성 플랫폼(118)으로부터 떨어져 분리된다. 이는 트랜스퓨즈 층(128)을 3D 부품(122)에 부착된 채 남아 있도록 허용하면서, 벨트(114)로부터 트랜스퓨즈 층(128)이 분리되도록 도모한다. 부가적으로, 생성 플랫폼(118)이 트랜스퓨즈 층(128)을 트랜스픽스하기 위해, 닙 롤러(120)를 지나 x-축을 따라 이동하는 동안, 에어 제트(142)는 3D 부품(122)의 상부층에 향하여 냉각공기를 송풍한다. 트랜스퓨즈된 층(128)은 트랜스퓨전 단계들 사이에서 3D 부품(122)에 대한 지속적인 냉각 공기 송풍에 의해 트랜스픽싱 및 능동적 냉각단계를 중복하여, 평균 부품 온도로 냉각될 수 있다.

생성 플랫폼(118)이 닙 롤러(120)를 지나 3D 부품(122)을 이동할 때, 화살표(162)로 나타낸 바와 같이 갠트리(134)는 생성 플랫폼(118)(및 3D 부품(122))을 하방으로 작동할 수 있다. 도 5D에 나타낸 바와 같이, 그 다음 갠트리(134)는 x-축을 따라 다시 시작위치로, 화살표(164)의 방향으로 x-축에 따라 생성 플랫폼(118)(및 3D 부품(122))을 이동할 수 있다. 도 5E에 나타낸 바와 같이, 생성 플랫폼(118)은 바람직하게는 다음 가열 층(128)이 3D 부품(122) 위에 위치될 때, 시작위치에 도달한다. 그 다음 동일 프로세스가 반복될 수 있으며, 화살표(166)로 나타낸 바와 같이, 여기서 갠트리(134)는 3D 부품(122)의 상부층 및 롤러(120) 사이에서 벨트(114) 및 다음 가열 층(128)을 가압하도록 위쪽으로 생성 플랫폼(118)을 작동한다. 그러나 이 단계에서 3D 부품(122)의 상부 표면 높이는, 이전의 가압 단계와 비교하여, 예컨대 단일의 층 증가분만큼 하방으로 오프셋된다.

이해될 수 있는 바와 같이, 왕복 직사각형 패턴으로 이동하는 생성 플랫폼(118)(및 3D 부품(122))은 벨트(114)가 계속해서 회전하는 동안, 트랜스퓨전 단계들이 수행되도록 허용한다. 특히, 벨트(114)의 회전속도로 동기화된 속도로 이동하는 생성 플랫폼(118)은, 벨트(114)의 후방 표면(114b)에 대하여 회전하는 닙 롤러(120)의 사용에 따라, 트랜스퓨전 및 트랜스픽싱 단계가 빨리 수행될 수 있도록(예컨대, 0.1내지 0.5초 이내) 허용한다. 이는 약 1.0초에서 약 2.0초 범위에서 능동적 냉각 단계들을 허용하고, 이는 다음 가열 층(28)의 전사 및 정렬과 일치할 수 있다. 왕복 직사각형 패턴이 (화살표(160, 162, 164, 166)에 의해 정의된) 샤프 엑시얼(sharp axial) 코너부를 가진 직사각형 패턴으로 기술되었지만, 갠트리(134)는 생성 플랫폼(118)이 트랜스퓨전 단계동안 x-축에 따라 선형으로 이동하는 한, 생성 플랫폼(118)(및 3D 부품(122))을 둥근 또는 타원형으로 정의되는(oval-defining) 코너부를 가지는 왕복 직사각형 패턴으로 이동할 수 있다.

도 6A-6F는 레이어 트랜스퓨전 조립체(133)(도 5A-5E에 도시)에 대한 대안으로, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)를 나타낸 것이고, 여기서 각 구성요소의 참조번호는 시스템(10)(도 1, 2 및 4A-4D에 도시)에서 "200"만큼 증가된다. 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)는 레이어 트랜스퓨전 조립체(133)와 유사한 방식으로 기능할 수 있고, 여기서 생성 플랫폼(218)은 왕복 직사각형 패턴으로 이동될 수 있다.

그러나 도 6A에 나타낸 바와 같이, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)는 단일의 닙 롤러(120) 대신 융합 롤러(fusion roller)(220) 및 분리 롤러(release roller)(268)를 포함하며, 여기서 융합 롤러(220) 및 분리 롤러(268)는 벨트(214)의 이동으로 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 독립적인 롤러들의 사용(즉, 융합 롤러(220) 및 분리 롤러(268))은 각 롤러의 기능을 분리하여, 그것들이 특정 목적으로 최적화될 수 있도록 한다. 예컨대, 융합 롤러(220)는 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열될 수 있고, 분리 롤러(268)는 트랜스퓨즈 층(228)을 벨트(214)로부터 박리하는데 보조하도록 실질적으로 더 낮은 온도에서 유지될 수 있다.

더 나타낸 바와 같이, 시스템(210)은 또한 히터(270 및 272)와 에어 제트(274)를 포함한다. 융합 롤러(220) 및 분리 롤러(268)의 분리는 별도의 트랜스퓨전 및 분리 단계들을 만들고, 트랜스픽싱 단계가 에어 제트(274)에 의한 냉각을 통해 그들 사이에서 수행되도록 허용한다. 분리 단계를 지연함으로써, 융합 롤러(220)는 트랜스퓨전 및 분리를 촉진하는 절충 온도보다는, 트랜스퓨전 단계에 가장 적합한 융해온도로 가열될 수 있다. 이는 트랜스퓨즈 층(228) 사이에서 층간 부착을 증가시킨다.

3D 부품(220)을 인쇄하기 전에, 생성 플랫폼(218) 및 융합 롤러(220)는 그것들의 바람직한 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 생성 플랫폼(218)은 평균 부품 온도로 가열될 수 있고, 융합 롤러(220)는 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열될 수 있다. 인쇄 작업 동안, 벨트(214)는 적어도 열가소성계 분말의 융해 온도로 디벨럽된 층(228) 및 벨트(214)의 연관된 영역을 가열하는, 히터(232)를 지나서 디벨럽된 층(228)을 운반한다.

부가적으로, 플래튼 갠트리(234)는 화살표(276) 방향으로 x-축을 따라 히터(270)를 통해, 또는 히터를 따라, 또는 히터 아래에서 생성 플랫폼(218)을 이동한다. 히터(270)는 히터(32, 232)와 동일방식으로 기능할 수 있고, 3D 부품(222)의 상부 표면을 상승된 온도로, 예컨대 층 재료의 융해온도로 가열한다.

도 6B에 나타낸 바와 같이, 벨트(214)의 연속회전 및 생성 플랫폼(218)의 이동은, 가열 층(228)을 x-축을 따라 적정 레지스트레이션으로 3D 부품(222)의 가열 상부 표면에 정렬시킨다. 또한, 가열 층(228) 및 3D 부품(222)의 가열 상부 표면은 각각 히터(272)를 통과하고, 상기 히터는 층 재료의 융해 온도로 3D 부품(222)의 가열 상부 표면 및 가열 층(228)을 가열 및/또는 유지하도록 구성될 수 있다. 이는 융합 롤러(220)에 도달하기 이전에 가열층(228)이 냉각되는 것을 방지하고, 다음 트랜스퓨전 단계가 수행되기 이전에, 3D 부품(222)의 가열된 상부 표면의 온도를 융해 온도 또는 융해 온도 근처가 되도록 한다. 선택적 실시예에서, 하나 이상의 히터(232, 270, 272)는 다수의 방향(예컨대, 층(228) 및 3D 부품(222)의 상부 표면에 향하도록)으로 열을 내보내도록 구성된 단일의 히터로 제공될 수 있다.

갠트리(234)는 생성 플랫폼(218)(및 3D 부품(222))을 화살표(230) 방향으로의 벨트(214)의 회전속도와 동기화된 속도로, 화살표(276) 방향으로 x-축을 따라(즉, 동일 방향 및 속도) 계속 이동시킬 수 있다. 이는 벨트(214)의 후방 표면(214b)을 융합 롤러(220) 중심으로 회전하도록 하여, 3D 부품(222)의 상부 표면에 대하여 벨트(214) 및 가열 층(228)이 닙(nip)하도록 한다. 이는 생성 플랫폼(218) 및 벨트(214)를 맞물리게 하고, 융합 롤러(220)의 위치에서 3D 부품(222)의 가열 상부 표면 및 벨트(214) 사이에 가열 층(228)을 가압한다.

층(228) 및 3D 부품(222)의 가열 상부 층이 층 재료의 융해온도로 각각 가열되기 때문에, 가압된 가열 층(228)은 높은 층간 부착의 수준으로 3D 부품(222)의 가열 상부 층에 트랜스퓨즈된다. 에어 제트(274)를 통한 냉각 단계로 융합 롤러(220) 및 분리 롤러(268)를 분리함으로써, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)는 층들이 최적의 트랜스퓨전 계면 온도로 가열되고, 분리되기 전에 층들을 고정하는 온도로 냉각되도록 허용한다. 예컨대, 층들을 함께 트랜스퓨즈하기 위한 트랜스퓨전 계면 온도는 약 층 재료의 융해 온도가 될 수 있다(예컨대, 약 200℃). 이는 또한 3D 부품(222)의 치수 정확도를 유지하면서, 트랜스퓨즈 층들의 폴리머 분자가 계면 얽힘(interfacial entanglement)을 촉진하기 위하여 섞이는 정도를 실질적으로 증가시킨다.

도 6C에 나타낸 바와 같이, 융합 롤러(220)를 통과한 후, 생성 플랫폼(218)이 벨트(214)와 맞물린 채 있을 때, 벨트(214), 생성 플랫폼(218) 및 3D 부품(222)은 에어 제트(274)를 지나간다. 에어 제트(274)는 후방 표면(214b)의 측으로부터 벨트(214)를 냉각하기 위하여 에어 제트(142 및 242)와 동일 방식으로 기능할 수 있다. 선택적 실시예에서, 에어 제트(274)는 냉동장치, 액체 냉각 장치 등과 같이, 다양한 다른 냉각장치이다.

위에서 설명된 바와 같이, 트랜스퓨즈 층(228)이 너무 뜨거운 채 남아 있다면, 그 일부가 벨트(214)로부터 깨끗하게 분리되기보다는 벨트(214)의 전방 표면(214a)에 부착된 채로 남겨질 수 있다. 따라서, 에어 제트(274)로 벨트(214)를 냉각하는 것은 트랜스퓨즈 층(228)이 3D 부품(222)에 부착된 채 깨끗하게 벨트(214)로부터 분리되도록 벨트(214)의 전방 표면(214a)과 트랜스퓨즈 층(228) 사이의 계면을 냉각하는 것을 허용한다. 이는 또한 3D 부품(222)이 변형 온도 아래인 평균 부품 온도로 유지되도록 3D 부품(222)의 능동적 냉각을 부분적으로 보조한다.

도 6D에서 더 나타낸 바와 같이, 트랜스퓨즈 층(228)이 분리 롤러(268)의 닙(nip)을 지나갈 때, 벨트(214)는 생성 플랫폼(218)으로부터 떨어져 결합 해제되도록 분리 롤러(268) 둘레로 회전한다. 이는 트랜스퓨즈 층(228)이 3D 부품(222)에 부착된 채 남겨지도록 허용하면서 "보조 박리(assisted delamination)" 단계에서 벨트(214)로부터 트랜스퓨즈 층(228)을 분리하는 것을 도모한다. 부가적으로, 생성 플랫폼(218)이 분리 롤러(268)를 지나 x-축에 따라 이동하는 동안, 에어 제트(242)는 3D 부품(222)의 상부층을 향하여 냉각 공기를 송풍한다. 이는 위에 설명된 바와 같이 트랜스퓨즈 층(228)을 평균 부품 온도로 능동적으로 냉각한다.

생성 플랫폼(218)이 분리 롤러(268)를 지나 3D 부품(222)을 이동시킬 때, 갠트리(234)는 화살표(278)로 나타낸 바와 같이 생성 플랫폼(218)(및 3D 부품(222))을 하방으로 작동할 수 있다. 예컨대, 생성 플랫폼(218)은 단일의 층 증가분만큼 점진적으로 하방으로 오프셋 될 수 있다. 도 6E에 나타낸 바와 같이, 갠트리(234)는 다음으로 생성 플랫폼(218)(및 3D 부품(222))을 화살표(280) 방향으로 x-축을 따라, 다시 x-축을 따라 시작 위치로 이동할 수 있다.

도 6F에 나타낸 바와 같이, 생성 플랫폼(218)은 바람직하게는 다음 층(228)의 적정 레지스트레이션을 위한 시작 위치에 도달한다. 다음 동일 프로세스가 3D 부품(222)의 나머지 각 층(228)에 대해 반복될 수 있다. 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)는 층간 부착을 강화하도록 융해 온도에서 층들을 함께 트랜스퓨즈함과 동시에, 벨트(214)로부터 분리되기 전에 층들(228)을 제 위치에서 트랜스픽스하도록 벨트(214)의 전방 표면(214a)과 트랜스퓨즈 층(228) 사이에서 계면을 충분히 냉각하는 이점을 제공하고, 벨트(214)로부터 박리를 보조함으로써 깨끗한 분리를 더욱 촉진한다.

게다가, 각 인쇄 층(228)에 대해, 에어 제트(242 및 274)(또는 다른 냉각 장치)의 조합은, 다음 층(228)을 인쇄하기 전에 발열체들(232, 270, 272) 및 가열된 융합 롤러(220)로부터 가해진 열을 실질적으로 제거한다. 능동적 냉각은 각 층(228)에 의해 제공된 열을 실질적으로 제거하여, 각각의 인쇄 층(228) 후에 실질적으로 축열이 0(zero)이 되게 한다. 따라서, 3D 부품(222)은 전체 인쇄 작업 동안 변형 온도 아래인 평균 부품 온도로 실질적으로 유지될 수 있다. 게다가, 인쇄된 3D 부품(222)의 상부층 표면 온도는 다음 층(228)의 최적 트랜스퓨전을 위해 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)의 히터(270 및/또는 272)를 사용하여, 박리 후에 융해 온도까지 복구될 수 있다.

레이어 트랜스퓨전 조립체들(33, 133 및 233)을 구비한 시스템(10)은 우수한 부품 해상도와 함께 높은 속도로 열가소성계 분말로부터 3D 부품(및 다른 지지 구조)을 인쇄하기에 적합하다. 몇몇 실시예에서, 시스템(10)은 정확한 레지스트레이션으로 적어도 분당 약 40 층(예컨대, 분당 약 50층)의 속도로 3D 부품의 층들을 인쇄할 수 있고, 층 두께는 약 5 마이크로미터에서 약 125 마이크로미터 범위이고, 층 치수는 y-축을 따라 적어도 약 51 센티미터(약 11 인치)이다. 예컨대, 시스템(10)은 3D 부품을 시간당 수직한 z-축을 따라 높이 약 3 인치의 속도로 인쇄할 수 있다.

3D 부품의 해상도는 또한 인쇄 속도에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 각 3D 부품은 더 느린 속도로 작동하지만 더 낮은 층 두께로 인쇄하는 시스템(10)에서 "높은 품질" 해상도로 인쇄될 수 있다. 선택적으로, 3D 부품은 더 빠른 속도로 작동하지만 보다 큰 층 두께로 인쇄하는 시스템(10)에서 "드래프트(draft) 품질" 해상도로 인쇄될 수 있다. 또한, 3D 부품은 더 낮은 밀도의 부품 재료가 디벨럽되는 "그레이 스케일(gray scale)"로 인쇄될 수 있다. 그 사이의 다수의 해상도와 속도가 또한 포함될 수 있다. 이러한 각각의 상황에서, 컨트롤러는 다른 인쇄 속도를 고려하여 트랜스퓨전 단계동안 인가되는 압력, 온도 및/또는 접촉 지속시간을 조절할 수 있다.

시스템(10)은 단일의 열가소성계 분말로부터 3D 부품들(예컨대, 3D 부품(22, 122, 222)을 인쇄하도록 구성되는 것으로 설명되었다. 그러나 본 발명의 적층 제조 시스템은 또한 열가소성계 분말로부터 유도된 다중 부품 재료 및/또는 지지 재료(예컨대, 다중 조성 및/또는 색)로부터 3D 부품 및/또는 지지구조를 인쇄하도록 구성될 수 있다. 적합한 다중 재료 시스템의 예시는 미국 특허 출원 제13/242,669 및 13/242,841에 개시된 내용을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 컨트롤러(24)는 층을 전사벨트의 전방 표면에서 생성 플랫폼으로 운반하는 효과를 극대화 또는 아니면 증가시키도록 트랜스퓨전 단계동안 인가된 압력, 층들의 온도 및 접촉 지속시간을 모니터할 수 있다. 개루프 실시예에서, 인가된 압력, 온도 및 접촉 지속시간 중 하나 또는 그 이상은 주어진 부품 재료 및 전체 인쇄속도에 대해 고정된 파라미터일 수 있다.

선택적으로, 폐쇄 루프 실시예에서, 컨트롤러(24)는 하나 이상의 프로세스 제어 루프를 사용하여 모니터된 신호들에 응답하여 이들 파라미터 중 하나 이상을 조절할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러는 모니터된 압력의 변화 및/또는 층들의 모니터된 온도의 변화에 응답하여 생성 플랫폼(118 및 218) 또는 가압판(20)에 의해 인가되는 압력을 조절할 수 있다. 게다가, 컨트롤러(24)는 층 온도의 변화 및/또는 모니터된 인가된 압력의 변동을 보정하기 위하여, 트랜스퓨전 단계동안 접촉 지속시간을 조절할 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 시스템(10)은 또한 레이어 트랜스퓨전 조립체(33) 주위로 연장되는 챔버(284)를 포함할 수 있어, 3D 부품(22)을 인쇄하기 위해 밀폐형(enclosable) 환경을 정의할 수 있다. 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)에 사용되는 것으로 나타내었으나, 챔버(284)는 레이어 트랜스퓨전 조립체(133, 233)에 사용하기에 동등하게 적합하다. 챔버(284)는 온도 제어형(temperature-controllable) 챔버이고, 이는 능동적 냉각 단계에 걸쳐 보다 큰 제어를 제공할 수 있다. 예컨대, 챔버(284)는 3D 부품(22)의 평균 부품 온도로 유지될 수 있다.

이들 실시예에서, 챔버(284)는 z-축 갠트리(34)와 벨트(14)가 챔버(284)의 벽을 통해 연장되도록 허용하면서, z-축 갠트리(34)와 벨트(14)를 부분적으로 밀폐할 수 있다. 선택적 실시예에서, 히터(32)는 챔버(284)의 외부와 상류에 위치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 챔버(284)는 생성 플랫폼(18)이 챔버(284) 내로 낮춰질 수 있도록 허용하면서, 가압판(20) 아래에 위치될 수 있다. 이들 실시예는 3D 부품(22)을 그것의 변형 온도 이하의 평균 부품 온도로 유지하는 것을 더 도모한다.

도 7에 더 나타낸 바와 같이, 레이어 트랜스퓨전 조립체(33, 133 또는 233)는 또한 압력센서(예컨대, 압력센서(286)) 및/또는 정전용량 센서(capacitive sensor)(예컨대, 정전용량 센서(288))를 포함할 수 있고, 각각은 하나 또는 그 이상의 통신선로를 통해 컨트롤러(24)와 통신하도록 구성된다. 압력 센서(286)는 생성 플랫폼(18)과 가압판(20) 사이에(또는 생성 플랫폼(118/218)과 롤러(120/220) 사이에) 인가된 트랜스퓨전 압력을 측정하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 센서 조립체이고, 컨트롤러(24)가 하나 또는 그 이상의 프로세스 제어 루프를 사용하여 가압판(20) 및/또는 생성 플랫폼(18)의 높이를 조정하고 인가된 트랜스퓨전 압력을 모니터하도록 허용한다. 압력 센서(286)를 위한 적합한 센서 조립체의 예시로는 생성 플랫폼(18) 및/또는 가압판(20)에 유지되는 하나 또는 그 이상의 스트레인 게이지(strain gauges)를 포함한다.

정전용량 센서(288)는 생성 플랫폼(18)과 가압판(20)(또는 생성 플랫폼(118/218) 및 롤러(120/220))사이에 전기 저항을 측정하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 정전용량 센서 조립체이다. 예컨대, 트랜스퓨전 단계동안, 정전용량 센서(288)는 플래튼(18)에서 가압판(20)으로 (또는 반대로) 전류를 유도할 수 있고, 3D 부품(22)의 인쇄 층(28) 및 벨트(14)를 통해 결과적인 전류의 세기를 측정할 수 있다. 벨트(14)의 두께가 일정하기 때문에, 결과적인 전류는 3D 부품(22)이 연속적인 층(28)의 인쇄를 통해 높아짐에 따라 감소할 것이다.

따라서, 정전용량 센서(288)는 생성 플랫폼(18)으로 전사되는 층(28)의 수와 3D 부품(22)의 높이를 모니터하기에 적합하다. 이는 컨트롤러(24)가 단일의 층 증가분의 계산된 높이에만 의존하지 않고, 후속 가압 단계동안 인가된 압력을 정확하게 예측하도록 허용한다. 이 정확한 예측은 생성 플랫폼(18)이, 압력 센서(286)로부터의 피드백 신호에만 의존하지 않고, 의도한 높이까지 신속하게 상승될 수 있도록 허용한다.

생성 플랫폼(18, 118, 218), 가압판(20) 및 롤러(120 및 220)는 또한 생성 플랫폼 및 가압판/롤러의 온도를 각각 측정하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 온도 센서들(미도시)을 각각 포함하여, 컨트롤러(24)가 그것들을 위에서 설명된 온도들로 유지시키도록 한다. 또 다른 실시예에서, 시스템(10)은 3D 부품 층들의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서들(미도시)을 포함할 수 있다. 예컨대, 시스템(10)은 음향 온도측정법을 사용하여 벨트(14)에 의해 유지되는 층(28)의 온도 및/또는 3D 부품(22)의 이전에 트랜스퓨즈된 층의 온도를 측정하기 위한 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 컨트롤러(24) 및/또는 호스트 컴퓨터(26)는 다양한 모드들에서 시스템(10)을 작동하기 위한 동작 모드 선택들을 수신할 수 있다. 예컨대, 사용자는 위에서 설명된 바와 같이 높은 품질 인쇄, 드래프트 품질 인쇄 및 그레이 스케일과 같이 동작 모드들을 선택할 수 있다. 선택적으로, 시스템(10)은 동작 모드 선택을 디폴트(default) 또는 시스템 생성 모드(예컨대, 높은 품질 인쇄에 대한 디폴트)로 수신할 수 있다. 이들 수신된 동작 모드 선택은 위에서 설명된 바와 같이, 3D 부품이 작은 단면적 및/또는 미세 피처 디테일을 가지는 것과 같은, 3D 부품의 구조에 기초하여 선택적으로(또는 부가적으로) 설정될 수 있다.

동작 모드 선택을 수신하면, 컨트롤러(24) 및/또는 호스트 컴퓨터(26)는 수신된 동작 모드 선택에 기초하여 트랜스퓨전 단계들을 수행하기 위한 트랜스퓨전 파라미터들을 설정할 수 있다. 예컨대, 각 트랜스퓨전 단계에 대한 트랜스퓨전 압력, 온도(들) 및/또는 지속시간이 수신된 동작 모드 선택에 기초하여 조절되거나 설정될 수 있다. 이는 시스템(10)을 작동할 때 트랜스퓨전 단계들에 걸쳐 더 잘 제어할 수 있도록 하여, 인쇄 정확도 및/또는 인쇄 속도가 개선되도록 한다.

시스템(10)은 열가소성계 분말로 3D 부품의 층을 이미지화할 수 있고(예컨대, EP 엔진(12)으로 층을 디벨럽함), 이미지화된 층을 전사 매체로 전달하고, 이미지화된 층이 전사 매체에 유지되는 동안 이미지화된 층을 가열하고, 가열층을 설정된 트랜스퓨전 파라미터들에 기초하여 3차원 부품의 표면에 트랜스퓨즈한다.

몇몇 실시예에서, 설정된 트랜스퓨전 파라미터들은 각 트랜스퓨전 단계에 대한 트랜스퓨전 압력, 온도(들) 및/또는 지속시간이 서로 다른 트랜스퓨전 단계들 사이에서 다르게 되도록 허용한다. 예컨대, 3D 부품의 제1부분은 단순 블록 구조를 포함하고 3D 부품의 제2부분은 미세 피처 구조를 포함하는 경우, 컨트롤러(24) 및/또는 호스트 컴퓨터(26)는 단순 블록 구조를 형성하는데 사용하는 층들은 미세 피처 구조(더 낮은 트랜스퓨전 압력)를 형성하는데 사용하는 층들과 다르게(예컨대, 더 높은 트랜스퓨전 압력) 트랜스퓨즈되도록, 트랜스퓨전 파라미터들을 설정할 수 있다.

도 8 및 9A-9C는 벨트(14)(도 1, 2 및 4A-4D에 도시)에 적합한 실시예를 나타내고, 벨트(114)(도 5A-5E에 도시) 및 벨트(214)(도 6A-6F)에 동등하게 적합하다. 도 8에 도시된 실시예에서, 벨트(14)는 층 또는 필름(290)(전방 표면(14a)을 정의) 및 베이스부(292)(후방 표면(14b)을 정의)를 포함하는 다층 벨트이다.

필름(290)과 베이스부(292)는 바람직하게는, EP 엔진(12)에서 생성 플랫폼(18)으로 부품(또는 지지) 재료의 층(28)을 전달하기에 적합하고, 부품 및 지지 재료의 융해 온도에서 열적으로 안정되어 있고, 가열과 능동적인 냉각 단계 중에 반복하여 가열되고 냉각되면서 높은 회전 속도의 연속 작업에 대해 견고한 재료로 이루어진다.

필름(290)은 하나 이상의 저표면 에너지 물질로 이루어져, 수용된 층(28)이 전방 표면(14a)에서 생성 플랫폼(18)으로 효과적으로 분리되도록 한다. 필름(290)을 위한 적절한 물질의 예시는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오르화에틸렌프로필렌 및 퍼플루오로알콕시 폴리머와 같은, 하나 이상의 플루오르화 중합체를 포함한다. 상업적으로 이용할 수 있는 플루오르화 중합체의 적절한 예시는 E.I. du Pont de Nemours and Company(독일 윌밍턴)의 상품명칭 "TEFLON"으로 구할 수 있는 PTFE를 포함한다.

베이스부(292)는 열가소성계 분말에 대해 마찰 전기 전하를 통해 전방 표면(14a)으로 우수한 정전기적 인력을 촉진하는 하나 이상의 재료로 이루어진다. 베이스부(292)를 위한 적절한 물질의 예시는, E.I. du Pont de Nemours and Company(독일 윌밍턴)의 상품명칭 "KAPTON"으로 상업적으로 구할 수 있는 하나 이상의 폴리이미드 물질을 포함하고, 상기 물질은 마찰전기 전하를 촉진하기 위한 하나 또는 그 이상의 전도성 물질로 도핑될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 벨트(14)는 하나 이상의 결합층들과 같은, 하나 이상의 부가적인 층들을 필름(290)과 베이스부(292) 사이에 더 포함할 수 있다.

도 9A-9C는 시스템(10)의 다양한 구동 롤러들과 맞물리게 하기 위한 벨트(14)의 선택적 실시예를 나타낸다. 도 9A에 나타낸 바와 같이, 벨트(14)의 전방 표면(14a)은 수용 영역(294)과, 수용 영역(294)의 마주보는 측면 상의 에지 영역들(296)을 포함할 수 있다. 수용 영역(294)은 층(28)이 EP 엔진(12)과 생성 플랫폼(18) 사이에서 전달을 위해 유지되는 전방 표면(14a)의 영역이다. 에지 영역(296)은 하나 이상의 구동 매커니즘이 구동 벨트(14)와 맞물리게 되는 영역이다.

예컨대, 하나 또는 그 이상의 롤러들(예컨대, 롤러(16), 닙 롤러(120), 융합 롤러(220), 분리 롤러(268) 및/또는 다른 서비스 루프 롤러)은, 에지 영역들(296)에서 전방 표면(14a) 및/또는 후방 표면(14b)과 맞물리게 되어, 롤러들이 디벨럽된 층들(28)과 간섭하지 않도록 보장할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마주보는 롤러의 쌍(미도시)은, 에지 영역(296)에서 전방 표면(14a) 및 후방 표면(14b)과 동시에 맞물려, 벨트(14)를 닙(nip)하여 화살표(30) 방향으로 구동시킨다.

x-축에 따른 레지스트레이션은 인코더 마킹(encoder markings)(298)의 사용으로 유지될 수 있다. 인코더 마킹(298)은 x-축에 따라 미리 정해진 증가분으로 전방 표면(14a) 및/또는 후방 표면(4b)에 미리 마킹될 수 있거나, 디벨럽된 층(28)으로 인쇄되어 x-축에 따라 디벨럽된 층(28)의 상대적인 위치를 식별할 수 있다. 시스템(10)은 또한, 벨트(14)가 화살표(30) 방향으로 회전할 때 인코더 마킹(298)을 위치시키기 위해, 하나 이상의 광학 판독기(예컨대, 광학 판독기(299))를 포함할 수 있다.

선택적으로, 도 9B에 나타낸 바와 같이, 벨트(14)는 벨트(14)의 측면 에지들에 인접한 베이스부(292)와 필름(290)을 통해 연장된 홀(300) 또는 다른 개구의 어레이를 포함할 수 있다. 홀(300)은 하나 또는 그 이상의 롤러들(예컨대, 롤러(16), 닙 롤러(120), 융합 롤러(220), 분리 롤러(268) 및/또는 다른 서비스-루프 롤러)의 왕복 기어치(미도시)와 맞물리도록 구성되어, 벨트(14)를 트랙터-피드 방식으로 구동되도록 한다. 이 실시예에서, 원하면, x-축을 따른 레지스트레이션은 또한 인코더 마킹(298)의 사용으로 유지될 수 있다. 선택적으로, 홀(300)은 동일 방식으로 인코더 마킹과 같이 기능될 수 있다. 시스템(10)은 또한 벨트(14)가 화살표(30)의 방향으로 회전할 때, 인코더 마킹(298) 및/또는 홀(300)을 위치시키기 위해, 하나 또는 그 이상의 광학 판독기(예컨대, 광학 판독기(299))를 포함할 수 있다.

도 9C는 벨트(14)가 후방 표면(14b)에 따라 측면으로 연장되는 후방 리브(rib)들을 포함하는 또 다른 선택적 실시예를 나타낸다. 리브(302)는 타이밍-벨트 방식으로 벨트(14)를 구동하기 위해, 하나 또는 그 이상의 롤러들(예컨대, 롤러(16), 닙 롤러(120), 융합 롤러(220), 분리 롤러(268) 및/또는 다른 서비스-루프 롤러)의 왕복 기어치(미도시)에 맞물리도록 구성된다. 이 실시예에서, 원하면, x-축을 따른 레지스트레이션은 또한 인코어 마킹(298)에 대응하는 인코더 마킹의 사용으로 유지될 수 있다. 선택적으로, 리브(302)는 동일 방식으로 인코더 마킹과 같이 기능될 수 있다. 시스템(10)은 또한 벨트(14)가 화살표(30)의 방향으로 회전할 때, 인코더 마킹 및/또는 홀 리브를 위치시키기 위해 하나 또는 그 이상의 광학 판독기(예컨대, 광학 판독기(299))를 포함할 수 있다.

도 9A-9C는, 벨트(14)가 시스템(10)의 하나 또는 그 이상의 구동 매커니즘과 맞물리도록 하는, 벨트(14)에 대한 결합 매커니즘의 예시를 나타낸다. 그러나, 벨트(14)는 특정 디자인이 필요할 때는, 선택적으로 다른 결합 매커니즘을 포함할 수 있다.

도 10-12는 본 발명의 층 전사 기술에 대한 구현 방법의 흐름도로서, 시스템(10)으로 수행될 수 있다. 도 10은 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)(도 1, 2 및 4A-4D에 도시) 및/또는 레이어 트랜스퓨전 조립체(133)(도 5A-5E에 도시)를 가지는 시스템(10)으로 수행될 수 있는 방법(310)을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 방법(310)은 단계(312-324)를 포함하고, 먼저 예를 들면 EP 엔진(12)으로 층을 디벨럽하는 단계 또는 아니면 이미징하는 단계(312)를 포함한다. 이미지화된 층은 그 다음 EP엔진(12)의 제1위치에서 레이어 트랜스퓨전 조립체(예컨대, 레이어 트랜스퓨전 조립체(33 및 133))의 제2위치로 전사 매체(벨트(14 및 114)) 상에 전사될 수 있다(단계 314).

레이어 트랜스퓨전 조립체의 제2위치에 도달하기 이전에, 층은 적어도 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열된다(예를 들면, 히터(32, 132)에서)(단계 316). 레이어 트랜스퓨전 조립체에 도달시, 가열층은 그 다음 결합단계에서 트랜스퓨즈되고 트랜스픽스 된다(단계 318).

예컨대, 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)에 대해, 가압판(20)은 생성 플랫폼(18)과 맞물려 3D 부품(22)의 상부표면에 가열 층(28)을 트랜스퓨즈한다. 가압판(20)은 융해 온도보다 더 낮은 온도로 가열될 수 있기 때문에, 벨트(14)의 후방 표면(14b)과 가압판(20) 사이의 접촉은 벨트(14)와 트랜스퓨즈 층(28) 사이의 계면을 냉각하여, 벨트(14)의 표면(14a)에 대한 트랜스퓨즈 층(28)의 부착력에 비해 트랜스퓨즈 층(28)과 3D부품(22) 내에서 섞여진 폴리머의 부착력을 증가시켜, 3D 부품에 부착된 트랜스퓨즈 층을 고정된 공간 위치에서 유지시킨다.

트랜스퓨즈되고 트랜스픽스된 층은 그 다음, 가압판(20) 및/또는 생성 플랫폼(18)을 후퇴시킴으로써, 또는 벨트(114)를 닙 롤러(120) 둘레로 권회하여 벨트(114)를 생성 플랫폼(118)으로부터 분리함으로써, 전사 매체에서 분리될 수 있다(단계 320). 위에서 설명된 트랜스픽싱 단계는 트랜스퓨즈 층이 전사 매체로부터 깨끗하게 분리되어 3D 부품에 부착된 채 유지되도록 한다.

다음에 3D 부품이 (예컨대, 에어 나이프(42) 및 에어 제트(142)로) 능동적으로 냉각될 수 있다(단계 322). 위에서 설명된 바와 같이, 이미징 시스템(예컨대, 시스템(10))은 3D 부품의 가변적인 열 저항을 통해 열이 확산되는 속도보다 훨씬 빠른 속도로 층들을 인쇄할 수 있기 때문에, 3D 부품에 열이 축적될 수 있고, 이를 고려하지 않으면, 3D 부품의 변형 온도를 초과할 수 있게 되어, 3D 부품 덩어리가 그 구조적인 완전성이 감소될 정도로 연화될 수 있게 된다. 그렇게 연화된 부분은 이후의 트랜스퓨전 단계 중에 차후 적용되는 트랜스퓨전 압력 하에서 변형될 수 있다.

빠른 인쇄 속도를 유지하면서 상기 문제점을 극복하기 위하여, 3D 부품은 각 트랜스퓨전 단계(318) 사이에서, 3D 부품의 변형 온도보다 더 낮은 평균 부품 온도로 3D 부품을 유지하기 위하여, 능동적으로 냉각될 수 있다. 그 다음 단계(312-324)가 인쇄 작업이 완료될 때까지(화살표(324)로 표시된 것과 같이) 3D 부품의 각 층에 대해 반복될 수 있다. 각 층을 적어도 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열, 다음에 트랜스퓨즈/트랜스픽싱 및 능동적 냉각함으로써, 시스템(10)이 우수한 부품 품질과 강도(예컨대, z-강도)로 3D 부품들을 인쇄하도록 허용한다.

도 11은 방법(310)(도 10 에 도시)과 유사한 방법(326)을 나타내고, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)(도 6A-6F에 도시)(및 벨트(14)가 가압판(20)이 후퇴한 후에 트랜스퓨즈 층(28)과 접촉을 유지하는 실시예의 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)) 를 가지는 시스템(10)으로 수행될 수 있다. 방법(326)은 단계(328-342)를 포함하고, 여기서 단계(328, 330, 332, 338, 340, 및 342)는 방법(310)의 각 단계와 동일 방식으로 수행될 수 있다.

그러나, 방법(310)의 결합된 트랜스퓨전 및 트랜스픽싱 단계(318) 대신에, 방법(326)은 독립적인 트랜스퓨전 단계(334)와 트랜스픽싱 단계(335)를 포함한다. 예컨대, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)는 (트랜스퓨전 단계(334)를 위한) 가열 융합 롤러(220)와 (분리 단계(338)를 위한) 분리 롤러(268)를 포함하고, 이들은 (냉각 또는 트랜스픽싱 단계(336)를 위한) 에어 제트(274)에 의해 분리된다. 이는 층이 가열 단계(332)에서 최적의 트랜스퓨전 계면 온도로 가열되고, 트랜스퓨전 단계(334) 중에, 그리고 나서 분리 단계(338)에서 분리되기 전에 (트랜스픽싱 단계에서) 층들을 고정하는 온도로 냉각되는 것을 허용한다. 이는 3D 부품의 치수 정확도를 유지하는 한편, 실질적으로 트랜스퓨즈 층들의 폴리머 분자가 섞이는 정도를 강화시켜 계면 얽힘을 촉진하게 된다.

게다가, 전사 매체로부터 트랜스퓨즈 층의 분리는, 분리 단계(338) 동안 도모될 수 있다. 예컨대, 분리 롤러(268)는 벨트(214)와 생성 플랫폼(218) 사이에서 분리의 각도를 증가시켜, 벨트(214)로부터 트랜스퓨즈 층(228)의 분리를 도모할 수 있으며, 이는 벨트(214)에서 트랜스퓨즈 층(228)을 박리하는 용이성을 증가시킨다.

도 11에서 더 나타낸 바와 같이, 능동적 냉각 단계(340)는 (파선(344)으로 나타낸 바와 같이) 방법(326)의 선택적 단계일 수 있다. 예컨대, 시스템(10)은 열이 3D 부품으로부터 확산되도록 허용하는 더 낮은 인쇄 속도에서 대신 작동될 수 있다. 그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 능동적 냉각 단계(340)는 높은 속도로 인쇄함과 동시에, 3D 부품의 구조적 완전성을 유지하는데 바람직하다.

도 12는 방법(310)(도 10에 도시) 및 방법(326)(도 11에 도시)과 유사한 방법(346)을 나타내고, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)(도 6A-6F에 도시)를 가지는 시스템(10)으로 수행될 수 있다. 방법(346)은 또한 히터(270 및 272)에 대응하는 하나 이상의 히터를 포함하는 실시예에서 레이어 트랜스퓨전 조립체(33)로 수행될 수 있다. 방법(346)은 단계(348-364)를 포함하고, 여기서 단계(348, 350, 352, 356, 358, 360, 362 및 364)는 방법(326)의 각 단계와 동일한 방식으로 수행될 수 있다.

그러나, 방법(346)은 단계(354)를 더 포함하고, 상기 단계에서는 3D 부품의 상부 표면 또는 층(들)이 트랜스퓨전 단계(356) 이전에 예열된다. 예컨대, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)로, 히터들(270, 272)은 열가소성계 분말의 적어도 융해 온도로 3D 부품(222)의 층(들) 또는 상부 표면을 가열할 수 있다. 층(228)과 3D 부품(222)의 가열된 상부 표면/층은 각각 층 재료의 융해 온도로 가열되기 때문에, 가압된 가열 층(228)은 (트랜스퓨전 단계(358) 동안) 높은 수준의 층간 부착력으로 가열 상부 표면/층에 트랜스퓨즈된다.

또한, 융합 롤러(220) 및 분리 롤러(268)를 그 들 사이의 에어 제트(274)를 통해 냉각 또는 트랜스픽싱 단계(358)와 분리함으로써, 레이어 트랜스퓨전 조립체(233)는 층들이 최적의 트랜스퓨전 계면 온도로 가열되고, 분리되기 전에 층들을 고정하는 온도로 냉각되도록 허용한다. 이는, 3D 부품의 치수 정확도를 유지하면서도, 실질적으로 트랜스퓨즈 층들의 폴리머 분자가 섞이는 정도를 증가시켜 계면 얽힘을 촉진하도록 한다.

<실시예>

본 발명이 다음의 실시예를 통해 더욱 상세히 설명될 것이지만, 본 개시 내용의 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 본 기술분야의 숙련된 기술자에는 명백할 것이기 때문에, 다음의 실시예는 예시 목적으로만 개시된다.

실시예 1

실시예 1의 인쇄 작업에 있어서, 3D 부품들은 도 1, 2 및 4A-4D에 도시된 시스템에 상응하는 적층 제조 시스템으로 인쇄되었고, 상기 시스템은 이동형 가압판과 수직하게 작동할 수 있는 생성 플랫폼을 가지며, 이들은 각각은 가열되었다. 3D 부품들은 ABS 부품 재료로 인쇄되었고, 여기서 각 층은 전자 사진 엔진으로 디벨럽되고, 서비스 루프 디자인 둘레로 루프된 회전가능한 전사 벨트로 전사되었다. 디벨럽된 층은 전사 벨트에 의해 ABS 부품 재료의 융해 온도로 층을 가열하기 위한 적외선 히터로 운반되었다.

가열 층은 생성 플랫폼으로 전사되고 생성 플랫폼 위에서 위치가 조정된다. 가압판은 가열 층이 3D 부품의 이전에 트랜스퓨즈된 층(또는 첫 번째 층일 때는 생성 플랫폼)에 대하여 트랜스퓨즈되도록 하방으로 작동되었다. 그 다음 상기 가압판은 원 상태로 후퇴되었고, 이는 층이 3D 부품에 트랜스퓨즈된 채 남아 있도록 허용하면서, 전사 벨트로부터 층을 깨끗하게 분리시켰다.

에어 나이프의 냉각 공기는 또한 3D 부품의 상부층들로 송풍되었다. 이는 트랜스퓨즈 층으로부터 추가적인 열을 제거하여, 3D 부품의 구조적 완전성을 유지하는 평균 부품 온도를 제공하였고, 여기서 3D 부품은 축열로 인해 와해되거나(slump) 녹지 않았다. 상기 프로세스는 3D 부품의 각 층에 대해 반복되었다. 에어 나이프와 가압판은, 전체 인쇄 작업 동안 평균 부품 온도를 성공적으로 3D 부품의 변형 온도 아래로 유지했다. 결과적인 3D 부품들은 우수한 부품 해상도, 밀도있는 충전 및 우수한 치수 완전성을 보였다.

실시예 2

실시예 2의 인쇄 작업에 있어서, 3D 부품들은 도5A-5E에 도시된 시스템에 상응하는 적층 제조 시스템으로 인쇄되었고, 상기 시스템은 닙 롤러와 이동형 생성 플랫폼을 가지며, 이들 각각은 가열되었다. 3D 부품들은 ABS 부품 재료로 인쇄되었고, 여기서 각 층은 전자 사진 엔진으로 디벨럽되고, 서비스 루프 디자인 둘레로 루프된 회전가능한 전사 벨트로 전사되었다. 이들 실시예에서, 상기 서비스 루프는 전사 벨트를 인장 응력에 대하여 보호하는데 사용되었다. 디벨럽된 층은 전사 벨트에 의해 ABS 부품 재료의 융해 온도로 층을 가열하기 위한 적외선 히터로 운반되었다.

가열 층은 그 다음 생성 플랫폼으로 전사되고 생성 플랫폼 위에서 위치가 조정된다. 생성 플랫폼은 가열 층을 3D 부품의 이전에 트랜스퓨즈된 층 (또는 첫 번째 층인 경우에는 생성 플랫폼)에 대하여 트랜스퓨즈하도록 위쪽으로 작동된다. 특히, 생성 플랫폼을 상방으로 작동시키는 것은 생성 플랫폼(또는 3D 부품의 이전에 트랜스퓨즈된 층에 대하여)과 닙 롤러 사이에서 가열 층과 전사 벨트를 가압하였다. 생성 플랫폼은 그 다음 전사 벨트와 동기화된 속도로 이동되었고, 하류 위치에서 분리되었다. 이는 층이 3D 부품에 트랜스퓨즈된 채 남아있도록 허용하면서, 전사 벨트로부터 층을 깨끗하게 박리시켰다.

에어 제트의 냉각 공기는 3D 부품의 상부 층들로 송풍되었다. 이는 트랜스퓨즈 층에서 추가적인 열을 제거하여 3D 부품의 구조적인 완전성을 유지시키는 평균 부품 온도를 제공하였고, 이 온도에서 3D 부품은 축열로 인해 와해되거나 녹지 않았다. 생성 플랫폼은 그 다음 시작위치로 다시 이동되었고, 상기 프로세스가 3D 부품의 각 층에 대해서 반복되었다. 이들 실시예에서, 에어 제트는 또한 전체 인쇄 작업동안 3D 부품의 변형 온도 아래인 평균 부품 온도를 성공적으로 유지했다. 결과적인 3D 부품들은 또한 양호한 부품 해상도, 밀도있는 충전 및 양호한 치수 완전성을 보였다.

비교 실시예 A 및 B

비교 실시예 A 및 B의 인쇄 작업에 있어서, 3D 부품들은 실시예 1 및 2에서 각각 사용된 동일한 적층 제조 시스템으로 인쇄되었다. 그러나, 비교 실시예 A 및 B에 대해, 에어 나이프 또는 제트 냉각은 생략되었다. 그 밖에, 프로세스들은 실시예 1 및 2에 대해 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 수행되었다.

비교 실시예 A 및 B의 인쇄 작업에 있어서, 각각 인쇄된 3D 부품의 완성 이전에, 인쇄된 층들은 압축되고 편평해지기 시작했다. 위에서 설명된 바와 같이, 이는 각 인쇄 층 사이에서 충분히 확산될 수 없었던, 인쇄된 층들에 축적된 열 때문인 것으로 여겨진다. 상기 축적된 열은 3D 부품의 덩어리를 연화시켜, 후속 트랜스퓨전 단계 동안 그것이 눌려지게 한다. 그 결과 변형된 3D 부품들이 되었다.

따라서, 능동적 냉각을 포함하는 본 발명의 층 전사 기술은 전자 사진을 사용해 높은 속도로 3D 부품들을 인쇄하는데 유익하다. 능동적 냉각은 성공적으로 수행되어, 다음 층의 트랜스퓨전 단계 전에 추가된 열을 각 융합된 층으로부터 제거하였다. 이는 실시예 1 및 2의 시스템들로 인쇄된 3D 부품들이, 그 변형온도 아래이지만 양호한 층간 부착과 감소된 컬(curl)을 촉진하기에 충분히 높은 평균 부품 온도로 유지되도록 하였다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 기술분야에서 숙련된 기술자들은 본 발명의 범위 및 정신에 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항을 변경시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (20)

1. 3차원 부품을 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템으로서,
   이미징 엔진으로부터 열가소성계 분말의 이지미화된 층들을 수용하고 전사하도록 구성된 전사 매체;
   상기 전사 매체 상의 이미지화된 층들을 적어도 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열하도록 구성된 히터;
   이동형 생성 플랫폼과 닙 롤러를 구비하는 레이어 트랜스퓨전 조립체로서, 상기 닙 롤러는 상기 이동형 생성 플랫폼에 대해 고정된 위치에 설치되고, 상기 닙 롤러에서 3차원 부품을 인쇄하기 위하여 상기 가열된 층들을 적층방식으로 상기 생성 플랫폼 상에 트랜스퓨즈하도록 구성된, 레이어 트랜스퓨전 조립체; 및
   상기 레이어 트랜스퓨전 조립체로부터 하류에 위치되고, 상기 트랜스퓨즈된 층들을 능동적으로 냉각하여, 상기 인쇄된 3차원 부품을 상기 3차원 부품의 변형 온도 아래인 평균 부품온도로 유지하도록 구성된 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 이미징 엔진은 전자 사진 엔진을 포함하고, 상기 적층 제조 시스템은 열가소성계 분말로부터 이미지화된 층들을 디벨럽하도록 구성된, 상기 전자사진 엔진을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조시스템.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전사 매체는 다층 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 생성 플랫폼을 왕복 직사각형 패턴으로 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 갠트리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 전사 매체는 회전형 전사 매체를 포함하고, 상기 왕복 직사각형 패턴은 상기 회전형 전사 매체의 회전과 동기화된 속도 및 방향으로의 상기 생성 플랫폼의 이동을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 닙 롤러는 상기 전사 매체의 후면에 배치된 가열형 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 레이어 트랜스퓨전 조립체는,
   상기 전사 매체의 이동 방향으로 상기 닙 롤러로부터의 하류에, 상기 전사 매체의 후면에 배치된 분리 롤러; 및
   상기 닙 롤러 및 상기 분리 롤러 사이에서 상기 전사 매체를 냉각하도록 구성된 제2 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 닙 롤러는 적어도 상기 열가소성계 분말의 융해 온도로 가열되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
10. 3차원 부품을 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템으로서,
    열가소성계 분말 열가소성 물질의 이미지화된 층을 디벨럽하도록 구성된 이미징 엔진;
    이동형 생성 플랫폼;
    이미징 엔진으로부터 이미지화된 층을 수용하고 상기 이미지화된 층을 상기 생성 플랫폼으로 전사하도록 구성된 회전형 벨트;
    상기 회전형 벨트의 회전 방향에 기초하여 상기 생성 플랫폼에 대하여 상류에 위치하고, 상기 회전형 벨트 상의 상기 이미지화된 층을 적어도 융해 온도로 가열하도록 구성된 히터;
    상기 이동형 생성 플랫폼에 대해 고정된 위치에 설치되고, 상기 가열된 층을 상기 생성 플랫폼에 유지된 3차원 부품의 이전에 트랜스퓨즈된 층 상에 트랜스퓨즈하도록 구성된 닙 롤러; 및
    상기 회전형 벨트의 회전 방향에 기초하여, 상기 닙 롤러로부터 하류에 위치한 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 회전형 벨트는 다층 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 생성 플랫폼을 왕복 직사각형 패턴으로 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 갠트리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 적층 제조 시스템은 상기 냉각 장치로부터 하류에 위치한 분리 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 인쇄된 3차원 부품을 상기 3차원 부품의 변형 온도 아래인 평균 부품 온도로 유지하기 위해, 상기 트랜스퓨즈된 층들을 능동적으로 냉각하도록 구성된 제2 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
15. 적층 제조 시스템으로 3차원 부품을 인쇄하기 위한 방법으로서,
    열가소성계 분말로부터 3차원 부품의 층을 이미징하는 단계;
    상기 이미지화된 층을 전사 매체로 전사하는 단계;
    상기 이미지화된 층을 전사 매체 상에 유지하면서 상기 이미지화된 층을 가열하는 단계;
    상기 가열된 층을, 이동형 생성 플랫폼과 상기 이동형 생성 플랫폼에 대해 고정된 위치에 설치된 닙 롤러를 이용하여, 3차원 부품의 표면에 트랜스퓨즈하는 단계;
    상기 트랜스퓨즈된 층이 상기 3차원 부품에 부착된 채 남아 있도록, 상기 트랜스퓨즈된 층을 전사 매체로부터 분리하는 단계; 및
    상기 인쇄된 3차원 부품을 3차원 부품의 변형 온도 아래인 평균 부품 온도로 유지시키도록, 상기 트랜스퓨즈된 층을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 가열된 층을 3차원 부품의 표면으로 트랜스퓨즈하는 단계는, 상기 전사 매체와 상기 가열된 층을 3차원 부품이 인쇄되는 이동형 생성 플랫폼으로 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전사 매체와 상기 가열된 층을 3차원 부품이 인쇄되는 이동형 생성 플랫폼으로 가압하는 단계는, 상기 이동형 생성 플랫폼과 상기 닙 롤러 사이에서 상기 가열된 층을 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 청구항 15에 있어서,
    상기 가열된 층을 트랜스퓨즈한 후 및 상기 트랜스퓨즈된 층을 분리하기 이전에, 상기 전사 매체를 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 청구항 16에 있어서,
    상기 이동형 생성 플랫폼을 왕복 직사각형 패턴으로 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 청구항 15에 있어서,
    열가소성계 분말로부터 3차원 부품의 층을 이미징하는 단계는, 전자 사진 엔진으로 열가소성계 분말로부터 층을 디벨럽하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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