KR101834690B1 - 3d 물체를 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

현재의 3D 물체 제조 기술은 겔 응집 상태의 유사가소성 재료의 피착에 의존한다. 적용된 교반 및 압력이 접합을 전단하여 재료 탄성의 붕괴를 유발하기 때문에, 겔은 피착 노즐을 관통하여 유동한다. 탄성은 노즐에서 배출되면 회복하며, 겔은 응고되어 그 형상과 강도를 유지한다.

Description

3D 물체를 제조하는 방법 및 장치{A METHOD AND APPRATUS FOR MANUFACTURE OF 3D OBJECTS}
본 발명은 첨가적 제조 방법 및 그에 유용한 장치, 특히 첨가적 제조장치에 대한 것이다.
3D 물체의 제조 공정은 수지층의 피착(deposition), 상기 층의 이미징, 및 상기 층의 이미지화된 세그먼트의 경화(curing) 또는 고화(hardening)를 포함한다. 상기 층들은 서로 상하로 피착(첨가)되므로, 공정은 첨가적 제조 공정(additive manufacturing process)으로 불리며, 이 공정에 의해 컴퓨터 생성된 3D 모델이 물체로 변환된다. 상기 공정은 상이한 또는 동일한 형상의 복수의 재료 층들의 생성을 포함한다. 상기 층들은 층들의 양이 원하는 3D 물체를 구성하기까지 이전 층들의 각각의 상부(또는 하부)에 배치되거나 피착된다.
3D의 물리적 물체의 층들이 생성되는 재료는 액체, 페이스트, 분말, 겔 또는 다른 형태로 제공될 수 있다. 그러한 재료들의 고체 형태로의 변환은 통상적으로 적절한 화학 방사선 또는 열에 의하여 실행된다.
상기 피착된 재료 층들은 20 내지 40 미크론의 얇은 층들이다. 3D 물체의 인쇄 또는 제조는 비교적 긴 공정이다. 예컨대, 100x100x100 ㎣ 입방체의 제조는 4000개 층들의 피착을 필요로 한다. 이렇게 얇은 층들은 기계적으로 강하지 않으며, 캔틸레버 또는 중공의 3D 물체가 인쇄 또는 제조되어야 하는 경우, 인쇄된 3D 물체의 원하는 강도를 유지하는 다양한 구조적 지지 요소들을 도입할 필요가 있다.
3D 물체들의 제조는 그 응용 범위가 매우 넓다. 이것은 시제품의 제조, 다양한 제품의 소량 제조, 장식물, 조형물, 건축 모델, 및 기타 물리적 물체들을 포함한다.
최근, 비교적 큰 크기의 물체 및 모델의 제조가 유행하고 있다. 대형의 조각상, 동물 피규어 및 장식물들이 다양한 축제, 운동장, 및 슈퍼마켓들에서 제조되고 사용된다. 제조 기술이 허용하는 경우, 이 물리적 물체들 중 일부는 1:1 비율의 단일 물품으로 제조되고, 일부는 부품들로 배달되어 설치 장소에서 물리적 물체로 조립된다.
3D 물체를 제조하는 데 필요한 시간은 여러 가지 파라미터들에 좌우되며, 3D 물체에 층을 첨가하는 속도와 기타 파라미터들, 예컨대 자외선(UV) 복사를 이용한 수지의 경화 시간, 고체 또는 액체 재료를 층에 첨가하는 속도(재료 자체에 좌우됨), 층 두께, 경화제의 세기, 및 3D 물체의 원하는 해상도를 포함한다.
큰 물체들의 제조에는 많은 양의 육체적 노동이 필요하고 많은 양의 비교적 고가의 재료를 소비한다. 재료 비용을 절감하기 위하여, 큰 물품은 쉘(shell) 또는 중공의 구조물로서 인쇄된다. 쉘은 구부러지거나, 아니면 그 제조 과정에서 변형될 수 있으며, 구부러지거나 파손되는 것을 방지하기 위해 쉘과 일체로 또는 설치 장소에 구축된 다수의 지지 구조물이 필요하다. 쉘로서 제조된 물체들은 중공이거나 빈 내부 공간을 가지므로, 지지 구조물들은 3D 물체의 내부에 위치하도록 장착되거나 제조된다.
[용어정의]
본 개시에서 사용되는 용어 전단 유동화(shear thinning) 또는 유사가소성(pseudoplasiticity)은, 예컨대 유체 또는 겔 또는 페이스트인 물질이, 예컨대 전단이나 압력과 같은 기계적인 힘이 가해질 때, 더욱 유동적이 되는 효과를 의미한다. 가해진 힘은 교반(agitation), 휘젓기(stirring), 펌핑, 진동(shaking), 또는 또 다른 기계적인 힘일 수 있다. 많은 겔은 휴지시 안정 상태를 보여주는 유사가소성 재료이나, 그들에 압력이 가해지거나 교반될 때 유동성을 갖는다. 일부 유사가소성 재료는 교반이 중단되면 거의 즉시 겔 상태로 복귀한다.
본 개시에서, "겔(gel)"은, 교차결합된 시스템과 그 내부에 분산된 유체나 가스를 포함하는 조성물을 지칭하며, 이 조성물은 정상-상태에서 거의 또는 전혀 흐름을 보이지 않는다. 겔은 힘이 가해질 때, 예컨대 겔이 펌핑, 교반, 또는 진동될 때에는 유체로 되며, 휴지 시, 즉 힘이 가해지지 않을 때에는 재응고된다. 이 현상은 또한 티소트로피성(thixotropy)을 포함한다. 겔의 대부분은 예컨대 최대 99중량%까지 액체이지만, 겔은 3D 네트워크로 인해 고체처럼 거동한다.
본 개시에 사용된 "캔틸레버(cantilever)" 라는 용어는 2개의 지지체를 갖는 브릿지와 비교하여 단 하나의 지지체 위에 놓인 구조물을 의미한다. 통상적으로, 캔틸레버 지지체는 캔틸레버의 단부들 중 하나에 위치된다.
본 개시에 사용된 "캔틸레버 비(ratio)"라는 용어는 지지되지 않은 재료의 길이에 대한 압출된 유사가소성 재료의 단면의 비를 의미한다.
"스트립(strip)" 및 "부분(portion)"이라는 두 용어는 압출된 유사가소성 재료의 부재(part)에 대해 사용된다. 양측 용어들은 상호교환적으로 사용된다.
"이미지(image)"라는 용어는 한 사이클의 압출에서 생성된 제품의 층, 즉, 압출 유닛의 이동에 의해 일 단계에서 인쇄된 층을 지칭한다.
"경화성 모노머(curable monomer)"라는 용어는 다른 반응성 그룹들, 예컨대, 다른 모노머들, 올리고머들 또는 반응성 희석제와 반응하거나, 또는 특히 적절한 방사선이 조사될 때 올리고머화 또는 중합될 수 있는, 적어도 하나의 반응성 그룹을 갖는 화합물을 지칭한다. 모노머들의 예는 아크릴계 모노머들, 에폭시드 및 폴리에스테르, 폴리에테르 및 우레탄을 형성하는 모노머들이다.
"에틸렌 불포화 모노머(ethylenically unsaturated monomer)"라는 용어는 적절한 방사선이 조사될 때 라디칼을 형성할 수 있는 불포화 그룹을 갖는 모노머들을 지칭한다. 모노머들은 α,β-에틸렌 불포화 그룹과 같은 적어도 하나의 불포화 그룹 또는 마이클 시스템(Michael system)과 같은 공액(conjugated) 불포화 시스템을 가진다.
"화학 방사선(actinic radiation)"이라는 용어는 광화학적 반응을 발생시킬 수 있는 전자기 방사선을 지칭한다.
"광 경화(photocuring)"라는 용어는 UV 방사선과 같은 화학 방사선에 대한 모노머들 및/또는 올리고머들의 반응을 지칭하며, 이것에 의해 모노머 또는 올리고머들의 교차결합 및 경화, 특히 불포화 그룹들의 교차결합 및 경화를 촉진하는 반응종(reactive species)이 생성된다. "광 경화 가능한(photocurable)"이라는 용어는 광에 의하여 교차결합 또는 경화될 수 있는 재료를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 "고화(hardening)"는 용어는 올리고머 및/또는 반응성 희석제를 교차결합시키거나 아니면 반응시키는 반응을 지칭하며, 특히 이 용어는 교차결합된 재료를 생성하는 올리고머와 반응성 희석제 사이의 반응을 지칭한다.
"올리고머(oligomer)"라는 용어는 3 내지 100개, 바람직하게는 5 내지 50개, 또는 5 내지 20개의 모노머 유닛을 갖는 중합된 모노머를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 "경화성 올리고머"는, 방사선(radiation)과 같은 활성화에 의하여 경화되거나 교차결합될 수 있는 관능기를 갖는 올리고머들이다.
"반응성 희석제(reactive diluent)"라는 용어는 경화성 모노머 또는 올리고머와 반응할 수 있는 하나 이상의, 예컨대 1, 2, 3개 또는 그 이상의 관능기를 제공하는 화합물을 지칭한다. 반응성 희석제는 하이드록시기, 에틸렌 불포화기, 에폭시기, 아미노기, 또는 이것들의 조합과 같은 반응기(reaction groups)를 포함할 수 있다. 예컨대, 반응성 희석제는 하나 이상의 하이드록시기 및 하나 이상의 아미노기, 에틸렌 불포화기 등을 포함할 수 있다. 반응성 희석제의 예로는 특히 비닐, 아크릴, 아크릴레이트, 아크릴아미드, 하이드록실기를 포함하는 모노머들과 같은 단일관능성 및 다관능성 화합물을 포함한다. 반응성 희석제는 통상 저 분자량을 갖는 모노-, 디-, 또는 트리-관능 모노머 또는 올리고머이다. 통상적인 예들은 모노-, 디-, 및 트리-(메타)크릴레이트 및 -아크릴레이트를 포함하는, 아크릴레이트와 메타크릴레이트 에스테르이다.
교차결합 성분(cross-linking component)은 적어도 두 개의 경화성 말단기들을 제공한다. "교차결합 성분"은 하나 이상의 반응성 희석제와 필요하면 디(di-), 트리(tri-) 또는 다관능 화합물을 포함할 수 있다.
"광 개시제(photoinitator)"는 광에 노출될 때 자유 라디칼들로 분해되는 화학 화합물이다. 적절한 광개시제들은 방향족 a-케토 카르복실산 및 그들의 에스테르, a-아미노알킬페논 유도체, 포스핀 산화물 유도체, 벤조페논 및 그들의 유도체, 및 이 기술 분야에서 공지된 다른 광 경화성 화합물들의 그룹에서 선택된다.
본 발명에서 사용된 "유동성 조절제(rheology modifier)"라는 용어는 점성을 조절할 수 있거나 및/또는 증점 작용(thickening action)을 가지거나, 또는 현탁화 또는 겔화 제제 이어서 침강을 방지하는 성분을 지칭한다. 본 발명에서 유용한 유동성 조절제는 유기 및 무기 유동성 조절제, 및 연관(associative) 및 비연관(non-associative) 조절제를 포함한다. 유기 유동성 조절제는 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 알기네이트(alginates), 다당류 및 그 유도체(예컨대, 잔탄(xanthan))과 같은 천연 재료, 또는 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 또는 폴리아미드와 같은 합성 중합체 재료에 기초한 제품을 포함한다. 무기 유동성 조절제는 벤토나이트 클레이(clay), 아타풀자이트(attapulgite) 클레이, 유기 클레이, 카올린과 같은 진흙(clay), 및 흄드(fumed) 실리카와 같은 처리 또는 비처리의 합성 실리카를 포함한다.
"비연관 유동성 조절제(non-associative rheology modifiers)"라는 용어는 용해성 고분자량 폴리머 사슬의 얽힘("수력학적 농밀화(hydrodynamic thickening)")을 통해 작용하는 조절제를 포함한다. 비연관 증점제의 유효성은 주로 폴리머의 분자량에 의하여 조절된다.
"연관 유동성 조절제(associative rheology modifiers)"는 증점제 분자의 친수성 말단기들의 그것들 자체 사이의 그리고 코팅 성분들과의 불특정 상호작용 모두에 의하여 증점되는 물질을 지칭한다. 그들은 소위 "물리적 네트워크(physical network)"를 형성한다.
"점성(viscosity)"은 동적 점성을 지칭한다. 이것은 점도계(rheometer) 특히 실온 즉 25℃에서 콘(cone)과 판을 갖거나 회전 실린더를 갖는 점도계와 같은 전단 점도계를 이용하여 측정된다.
"압출 유닛(extrusion unit)"이라는 용어는 유사가소성 재료를 압출할 수 있는 임의의 유닛을 지칭한다. 압출 유닛은 압출 헤드, 압출 노즐, 압출 다이 또는 임의의 다른 유형의 압출 배출구와 같은 적어도 하나의 배출 포트 및 적어도 하나의 스크류를 포함한다. 용어 압출 노즐, 압출 다이 및 압출 헤드는 혼용될 수 있다.
본 개시의 목적은 공정의 다양한 기술 요소들의 한계에도 불구하고 3D 물리적 물체의 더욱 신속한 제조를 지원하는 장치, 방법 및 재료를 제공하는 것이다.
본 개시의 3D 물체 제조 기술은 겔 응집 상태의 유사가소성 재료를 피착에 의존한다. 작용된 교반에 의하여 피착 노즐을 통해 유동하는 겔이 제공되고, 겔의 탄성은 노즐에서 배출된 후에 바로 회복되며, 겔은 응고되어 그 형상과 강도를 유지하거나 다시 획득한다. 이론에 구속되지 않는다면, 교반에 의하여 생성된 전단 응력이 액체 내의 3D 네트워크 접합을 파괴한다고 생각된다. 노즐에서 배출된 후에 재료는 더 이상 응력을 받지 않고, 네트워크는 노즐에서 배출된 후 즉시 회복되며, 그 결과 겔은 재응고된다.
유사가소성 재료를 이용하여 3D 물체를 제조하는 공정, 유사가소성 재료를 이용하도록 구성된 장치, 및 유사가소성 재료 및 상기 장치를 이용하여 3D 물체를 제조하는 방법이 개시된다.
이 공정에 의하면 캔틸레버형 물체와 같은 지지 구조체 없이 제조하기 어려운 구조체를 갖는 물체를 제조할 수 있다.
도 1은 3D 물체의 제조 장치의 일 실시예의 개략적인 예시 도면이고;
도 2a와 도 2b는 본 발명의 장치를 이용하여 제조된 3D 물체의 일 실시예의 도면이고;
도 3a-3c는 본 발명의 유사가소성 재료/겔에 의하여 3D 물체를 인쇄하거나 제조하는 것을 설명하는 예시 도면이고;
도 4는 90도 각도를 가진 중공의 직사각형 프리즘의 일 실시예이고;
도 5는 점성 대 전단 속도(shear rate)의 변화를 도시하는 그래프이다.
본 발명은 재료를 인쇄에 의해, 즉 소위 3D 인쇄에 의해 3D 구조체를 제조하는 방법 및 그에 유용한 재료 및 제조 장치, 그리고 3D 인쇄용 유사가소성 재료의 용도에 대한 것이다.
유사가소성 재료, 즉 전단력이 가해질 때 점성이 감소하는 조성물을 이용하면, 제조 동안 지지부재가 필요없이, 3D 인쇄에 의하여 정교하고 복잡한 3D 구조체, 특히 중공 구조체와 캔틸레버형 구조체를 제조할 수 있음을 발견하였다.
본 발명에 따라 사용된 유사가소성 재료는, 압출 유닛과의 사이에서 이송될 때 높은 점성을 갖는 출발 조성물이, 스트립과 같은 3D 구조물의 부분 또는 층 또는 이미지의 생성 및 이송을 위해 충분히 낮은 점성을 갖지만, 그것의 정해진 위치에 도달하는 짧은 시간 내에 증가된 점성을 갖는 범위에서 전단 유동화 성질을 보인다. 상기 출발 조성물의 점성은 또한 "제1 점성"으로 불리고, 압출 유닛의 배출부에서와 같이 힘을 가한 후의 점성은 또한 "제2 점성"으로 불린다. 일 실시예에서, 대기압보다 더 높은 압력에서 약 700-250 mPa·s로 점성이 감소하는 겔이 사용된다. 이러한 목적에 유용한 조성물이 이하와 같이 정의된다.
하나의 3D 물체의 제조 기술은 겔 응집 상태로 재료를 피착시키는 것에 의존한다. 적용된 교반과 압력이 입자간 결합을 전단하고 재료의 탄성의 파괴를 유발하므로 겔은 피착 노즐을 통하여 유동한다. 재료는 노즐에서 배출된 후 즉시 회복하며, 유사가소성 재료 또는 겔은 거의 즉시 응고되어 그 형상을 유지한다.
이하의 단계들을 포함하는 3D 물체의 형성 방법이 제공된다:
(a) 제1의 점성을 갖는 고 점성의 유사가소성 재료를 제공하고, 유사가소성 재료를 전단하여 공급시스템(delivery system)을 통해 압출 유닛으로 재료를 유동시키기 위해 재료를 교반하는 단계;
(b) 유사가소성 재료의 스트립을 이미지 형태(image-wise manner)로 압출하기 위해 압출 유닛을 채용하는 단계;
(c) 제1 스트립에 인접하고 적어도 하나의 접촉 지점에서 제1 스트립과 접촉하는 유사가소성 재료의 제2 스트립을 압출하는 단계;
(d) 유사가소성 재료를 고화시키기 위하여 제1 및 제2 스트립을 연속적으로 조사하는 단계; 및
e) 이미지 형태로 유사가소성 재료를 계속 압출하고 압출된 재료를 연속적으로 조사하여 3D 물체를 형성하는 단계.
이하의 단계를 포함하는 3D 물체의 형성 방법이 추가로 제공된다:
(a) 제1의 점성을 갖는 고 점성의 유사가소성 재료를 제공하고, 유사가소성 재료를 전단하여 점성을 제2 점성으로 감소시켜 상기 재료를 공급시스템을 통해 압출 유닛으로 유동시키기 위해 상기 재료를 교반하는 단계;
(b) 소정 직경의 단면을 갖는 유사가소성 재료의 제1 부분(204-1)을 이미지 형태로 압출하기 위하여 압출 유닛(116)을 채용하는 단계;
(c) 유사가소성 재료를 고화시키기 위하여 제1 압출 부분을 조사하는 단계;
(d) 제1 부분에 인접하고 제1 부분과 적어도 하나의 접촉 지점에서 접촉하는 유사가소성 재료의 제2 부분(204-2)을 압출하되, 제2 부분의 단면은 제1 부분의 단면에 비해서 중력에 수직인 축으로 이동되는 단계;
(e) 단계 (c)에서 고화된 제1 부분의 표면 둘레를 따라, 중력에 기인한 제2 부분의 슬라이딩(308)에 의하여 제1 부분의 세그먼트가 안쪽으로 돌출하는 엔벨로프(envelope)를 형성함으로써, 제1 및 제2의 압출된 부분들의 표면들 사이에, 공통 접촉 섹션을 획득하는 단계(여기서, 제2 부분의 표면은 상기 공통 접촉 섹션에서 제1 부분의 표면을 적신다);
(f) 유사가소성 재료를 고화시키고, 상기 공통 접촉 섹션에서 유사가소성 재료의 제1 부분과 제2 부분 사이에 접합(bond)을 형성하기 위하여, 상기 압출된 제2 부분을 조사하는 단계;
(g) 제2 부분이 단계(b)의 압출된 제1 부분의 위치를 획득하도록, 압출 유닛과 압출된 제2 부분 사이의 상대 위치를 조정하는 단계; 및
(h) 3D 물체가 형성되기까지 단계 (d) 내지 단계 (g)를 반복하는 단계.
본 출원은 또한:
(a) 높은 점성의 유사가소성 재료를 탱크에 제공하고, 재료를 전단 유동화하기 위하여 탱크 내의 재료의 점성을 감소시키도록 작용하는 단계;
(b) 유사가소성 재료가 공급 시스템을 통해 압출 노즐로 유동하도록 대기압을 초과하는 압력을 유사가소성 재료에 적용하는 단계; 및
(c) 유사가소성 재료의 제1 부분을 이미지 형태로 압출하고, 유사가소성 재료의 적어도 제2 부분을 이미지 형태로 압출하는 단계;를 포함하는 3D 물체의 첨가적 제조방법을 개시하며,
(d) 유사가소성 재료의 상기 제2 부분은 상기 유사가소성 재료의 제1 부분과의 적어도 하나의 공통 접촉 섹션을 갖고;
(e) 상기 유사가소성 재료는 노즐로부터의 압출 즉시 대기압을 초과하는 압력에서의 점성보다 상당히 큰 점성으로 점성이 변한다.
상기 설명된 방법들의 어느 것에 의하여 3D 물체가 얻어질 수 있으며, 얻어진 물체도 역시 본 발명의 일부이다.
3D 물체의 제조에 유용한 장치는, 대기압에서 유사가소성 재료를 저장하기 위한 탱크; 유사가소성 재료를 전단 유동화시키고 유사가소성 재료의 점성을 감소시켜 재료를 유동시키기 위하여 유사가소성 재료에 교반을 적용하도록 구성되는 펌프; 대기압을 초과하는 압력에서 유사가소성 재료를 이미지 형태로 압출하도록 구성되고 압출 노즐, 압출 헤드, 또는 압출 다이를 포함하는 압출 유닛; 및 3D 좌표 시스템에서 적어도 상기 압출 노즐을 이동시키도록 구성된 X-Y-Z 이동 시스템을 포함한다.
3D 물체 또는 구조체의 제조에 적합한 시스템의 일 실시예를 개략적으로 예시하는 도 1을 참조하여 본 발명의 시스템이 상세하게 설명된다. 본 발명의 시스템은 적어도, 유사가소성 재료를 수용하기 위한 탱크와 같은 용기, 유사가소성 재료에 힘을 적용하기 위한 펌프, 유사가소성 재료를 압출하기 위한 노즐을 포함하는 압출 유닛, 및 컴퓨터와 같은 제어 유닛을 포함하는 이동 시스템을 포함한다.
시스템(100)은 유사가소성 고 점성 재료(104)를 저장하도록 형성된 재료공급탱크(102) 또는 저장부와 같은 유사가소성 재료용 용기, 그리고 재료가 유동하도록 재료(104)의 점성을 감소시키기 위하여, 예컨대 유사가소성의 고 점성 재료 또는 겔(104)을 교반하고 전단 유동화시킴으로써, 겔에 힘을 적용하도록 구성된 펌프(108)를 포함한다. 그러한 목적을 위한 펌프들은 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 겔이 압출되도록 전단력을 적용할 수 있는 어떤 펌프라도 유용하다. 펌프(108)는, 예를 들면, 미국 미네소타주 미니애폴리스에 소재하는 회사 그리코(Graco)로부터 상업적으로 구입 가능한 Graco S20 공급시스템, 또는 독일 도나우 뉴스타드 아.데. 93333에 소재하는 회사 슈겐플루그 아게(Scheugenpflug AG)로부터 상업적으로 구입 가능한 배럴 팔로워(barrel follower) 분배 펌프 시리즈 90일 수 있다. 펌프(108)는, 교반 외에도, 유사가소성 재료(104)가 공급 배관 또는 시스템(112)을 통해 압출 (유닛) 노즐(116)로 유동하도록 대기압보다 더 높은 압력을 발생시킨다. 펌프에 의하여 발생된 대기압보다 더 큰 상기 압력은 분배기로 소통되며 0.1 bar 내지 30.0 bar일 수 있으며 통상적으로 1.0 bar 내지 20.0 bar 그리고 때로는 2.0 bar 내지 10.0 bar일 수 있다.
시스템(100)은 3D 좌표 시스템에서 압출 노즐(116)을 이동시키도록 구성된 X-Y-Z 이동 시스템(124)을 포함한다. 대안으로, 테이블(120)이 3D 좌표 시스템에서 이동하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 3 방향(X-Y-Z)으로의 이동은 압출 노즐(116)과 테이블(120) 사이에서 나누어질 수 있다. 시스템(100)은 또한, 이동 시스템(128)의 동작, 펌프(108)의 유사가소성 재료 조종 동작, 및 대기압보다 더 큰 압력의 크기 또는 값을 제어하도록 구성된 컴퓨터(128)와 같은 제어 유닛을 포함한다. 또한, 제어 유닛인 컴퓨터(128)는 3D 물체(132)의 데이터를 수신하고 수신된 데이터로부터 X-Y-Z 이동 명령과 거리를 생성하여, 유사가소성 재료(104)가 이미지 형태로 압출 유닛(114)과 노즐(116)을 통해 압출되도록 한다. X-Y-Z 이동은 인쇄될 물체에 따라 벡터 모드 또는 래스터 모드로 실행될 수 있다. 컴퓨터(128)는 또한 인쇄 모드에 대한 결정을 최적화하도록 구성될 수 있다.
시스템(100)은 또한 유사가소성 재료를 경화시키기 위한 방사선 소스(radiation source)를 포함한다. 경화를 위해 유용한 방사선을 제공하는 조명기구라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 도 1에서, 이것은 UV LED 기반 방사선 소스(136)이다. 방사선 소스(136)의 일 예는 미국 오레곤주 97124 힐스보로에 소재하는 회사인 포세온 테크놀로지 인코포레이티드(Phoseon Technology, Inc.)로부터 상업적으로 구입 가능한 FireJet FJ200이다. 적절한 방사선 소스(138)는 최대 900W의 총 UV 파워와 보통 230-420nm 범위의 파장을 갖는 UV 방사선을 제공하나, 파장은 360-485 nm일 수도 있으며, 바람직하게는 380-420 nm 범위의 파장일 수 있다. 대안으로, 예컨대, 미국 플로리다주 33445, 델레이(Delray) 비치에 소재하는 회사인 CureUV, Inc.에서 상업적으로 구입 가능한 수은증기 램프 모델 Shot 500이 사용되거나, 또는 구입 가능한 임의의 다른 UV 램프가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, UV 방사선 소스(136)는 연속식으로 동작하고 UV 방사선은 유사가소성 재료(104)를 고화시키도록 선택된다. 컴퓨터(128)는 또한 UV 방사선 소스(136)의 동작을 제어하고 인쇄 모드와 동기화하도록 구성될 수 있다.
3D 물체(132)의 형성 또는 제조는 압출에 의하여 이루어진다. 처음에, 시험 명칭 BGA 0에 의하여 아래 설명되는 바와 같은, 고 점성 유사가소성 재료(104)가 탱크(102)에 제공된다. 유사가소성 재료는 압출 유닛으로 재료가 이송되기 전에 제1 점성 또는 출발 점성(starting viscosity)을 가진다. 전단을 가함으로써, 재료는 쉽게 유동하는 범위의 제2 점성을 갖도록 점성이 감소된다. 압출 후에 재료는 정지하고 제1 점성의 적어도 몇 퍼센트를 재획득한다.
유사가소성 재료(104)의 적절한 제1 또는 출발 점성은 낮은 전단 속도(shear rate)에서 약 120,000 내지 500,000 mPa·s 범위이고, 바람직하게는 100,000 내지 40,000 mPa·s 범위일 수 있다. 전단을 가한 후의 점성은 250 mPa·s까지 감소할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 펌프(108)는 재료(104)를 교반하여 공급시스템(112)을 통해 압출 유닛(114)으로 그리고 노즐(116)로 공급하고 재료에 대기압을 초과하는 가변 압력을 적용한다. 시험된 유사가소성 재료 제제(material formulation)는 다양한 압력하에 다양한 정도의 전단 유동화 성질 및 점성을 보였다. 적용된 압력은 통상적으로 1.0 bar 내지 5.0 bar 범위일 것이다. 재료(104)에 교반 및 압력을 적용하면, 전단 유동화 공정에 의해 재료(104)의 점성을 약 250 - 700 mPa·s까지 그리고 통상적으로 약 450 내지 550 mPa·s까지 감소시킨다. 점성이 감소된 유사가소성 재료에 적용된 대기압보다 높은 압력은 유사가소성 재료(104)를 전단하기에 충분하고, 재료를 공급 시스템(112)을 통해 압출 유닛(114)으로 유동시켜 노즐을 통해 압출되도록 한다.
일부 실시예들에서, 교반 강도 및 대기압보다 더 높은 압력의 적용은 변할 수 있다. 압출 유닛(114) 또는 노즐(116)은 이미지 형태로 유사가소성 재료(104)의 부분 또는 스트립을 압출한다. 시스템은 하나 이상의 유닛을 포함할 수 있으며 하나의 유닛은 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있다. 하나 이상의 압출 유닛(114) 또는 노즐(116)이 구비될 수 있으며, 그것들의 직경은 0.5 내지 2.0 mm 직경을 가진 유사가소성 재료(104)의 부분 또는 스트립을 압출하도록 설정될 수 있다. 노즐의 직경은 당해 기술 분야에 알려진 바와 같이 다양한 형태들을 가질 수 있다. 단면이 둥근 노즐(116) 외의 다른 단면이 가능하며, 일반적으로 다양한 단면들을 갖는 한 세트의 교체 가능한 노즐들이 장치(100)에서 사용될 수 있다.
컴퓨터(128)와 같은 제어 유닛은, 이미지 형태로 압출 노즐 (유닛)(116)을 통해 압출된 유사가소성 재료(104)가 물체(132)의 슬라이스와 유사하도록, 3D 물체(132)의 데이터를 수신하고 수신된 데이터로부터 X-Y-Z 이동 명령과 유사가소성 재료의 스트립(204-1, 204-2)(도 2b)의 길이 등을 생성한다. 유사한 방식으로, 유사가소성 재료(104)의 일부 또는 제2 스트립이 압출된다.
도 3a-3c는 본 발명의 겔 또는 유사가소성 재료에 의한 3d 물체의 인쇄 또는 제조를 설명하는 예시 도면들이다. 도 3b 도시와 같이, 3d 물체의 수평 방향 세그먼트들을 제조할 때, 유사가소성 재료(204-4 또는 204-5)의 각각의 다음 또는 인접한 스트립 또는 부분이 압출되거나 인쇄된다. 스트립 또는 드롭(204-5)은 이전에 압출된 스트립, 예컨대, 스트립(204-4 또는 204-3)의 경계(304) 둘레에서 화살표(312)로 표시된 방향으로 약간 이동되거나 슬라이딩할 수 있다. 이동 또는 슬라이딩(308)은 압출된 스트립 직경의 1/5 내지 1/35, 바람직하게는 1/10 또는 1/30의 범위에 있을 수 있으며, 이동 또는 슬라이딩 값은 3D 물체의 제조 과정에서 변할 수 있을 것이다. 드롭 또는 스트립(204-5)은 화살표(312)로 표시된 바와 같이 그의 불안정 위치로부터 재료 점성 증가 및 중력에 기인할 수 있는 유사가소성 재료의 응고 속도에 의해 지시된 더 안정된 위치로 슬라이딩한다. 제2 스트립 또는 드롭(204-5)의 단면은 제1 스트립 또는 드롭(204-4)의 단면과 비교해서 중력에 수직인 축으로 이동된다(304).
이론에 구속되지 않는다면, 인접 스트립의 둘레를 따라 드롭 또는 스트립(204-5)의 슬라이딩 이동 동안, 드롭 또는 스트립(204-5)은 인접 스트립(204-4)의 표면을 적시며, 여전히 적어도 부분적으로 액상인 드롭(204-5)이, 이전에 인쇄된 드롭 또는 스트립(204-4)의 세그먼트가 안쪽으로 돌출하는 엔벨로프를 형성한다고 생각된다. 또한, 먼저 인쇄된 드롭/스트립과 나중에 압출된 드롭 또는 스트립 사이의 큰 접촉 표면이 스트립들/드롭들 사이에 큰 강도의 접합을 제공하는 것으로 생각된다. 또한, 압출된 드롭/스트립의 점성은 신속하게 증가하여 어느 정도까지 드롭의 슬라이딩을 제한하고 추가로 접합의 강도에 기여한다. 경화 방사선 소스(136)은, 인쇄 동안 그리고 드롭/스트립(204-5)이 안정 위치에 도달할 때까지 동작하여 드롭/스트립(204-5)이 응고하거나 고화된다. 일부 실시예들에서, 드롭/스트립의 이동은 의도적으로 도입될 수 있다.
유사가소성 재료(104)의 먼저 그리고 나중에 압출된 스트립들 사이의 접합은, 나중에 압출된 유사가소성 재료의 스트립이 유사가소성 재료의 먼저 압출된 스트립의 옆에 수평 위치로 낙하하기까지, 현재의 유사가소성 재료의 나중에 압출된 추가 스트립을 매달린 상태로(suspended state) 지지하기에 충분하도록 강해진다.
이러한 접합은, 적어도 1:5에서 및 최대 1:200의 캔틸레버 비율을 가진 중공의 및/또는 캔틸레버형 구조체 또는 3D 물체의 인쇄를, 심지어 종래의 지지 구조체 없이, 지지하기에 충분히 강하다. 도 2a와 도 2b의 물체들은 1.3mm 직경의 스트립들에 의하여 인쇄되었다. 도 2a와 도 2b의 물체들은 1:5에서 최대 1:200 이상의 캔틸레버 비율을 가졌다. 지지 구조체는 필요하지 않았다.
도 3c는 3D 물체의 수직 세그먼트의 제조 또는 인쇄를 예시한다. 도 3c의 예에서, 드롭(204)들은 서로 상하로 위치되고, 유사가소성 재료가 응고하기 전에, 나중에 인쇄된 드롭 또는 스트립(204-5)이 인접하는 스트립(204-4)의 표면을 적시며, 여전히 적어도 부분적으로 액상인 드롭(204-5)이 먼저 인쇄된 드롭 또는 스트립(204-4)의 세그먼트가 안쪽으로 돌출하는 엔벨로프를 형성하고 있다. 이론에 구속되지 않는다면, 압출된 드롭/스트립의 점성의 증가 및 유사가소성 재료의 응고와 동시에, 접합 강도에 추가로 기여하는 나중에 압출된 드롭/스트립의 표면 장력이 증가하는 것으로 생각된다.
본 발명의 방법과 시스템은, 지지 구조체 없이 이제까지 사용할 수 없는 크기의 중공의 물품을 제조하는 데 유용하다. 신규 시스템에 의하여, 안정된 큰 크기의 중공의 피규어들을 제조할 수 있다. 도 4는 90°각도를 가지는 중공의 직사각형 프리즘의 일 실시예이다. 프리즘(404) 단면의 치수는 150x150 ㎟이다. 압출된 스트립(408)은 1.8x1.8 ㎟ 치수의 정사각형 단면을 가진다. 어떤 내부 지지 구조체도 필요하지 않다.
본 발명에 따라 사용된 방사선 소스는 연속 모드 또는 불연속 모드로 사용될 수 있다. 통상의 기술자는 특정 물체 및 재료에 각각 가장 적합한 모드를 선택할 수 있다. 연속 모드에서, 방사선 소스(136)는 압출된 재료(104)를 고화시키기 위하여, 제조되는 3D 물체(132)의 스트립들에 방사선을 조사한다. 동시에, 압출 유닛(114)은 이미지 형태로 유사가소성 재료를 계속하여 압출할 수 있으며, 방사선 소스(136)는 3D 물체를 형성하기 위하여, 압출된 유사가소성 재료(104)에 방사선을 연속으로 조사(illumination)하거나 방사(irradiation)하도록 동작할 수 있다. 불연속 모드에서, 방사선 소스는 필요할 때 압출된 재료에 방사선을 조사하도록 구성된다.
유사가소성 재료는 대기압에서 제1 점성을 가지며, 대기압보다 더 높은 압력에서 제2 점성을 가진다. 제2 점성은 제1 점성보다 낮으며, 재료(104)가 압출 유닛(노즐)에서 배출되면 거의 바로 제1 점성의 상당한 부분, 적어도 제1 점성의 30%, 바람직하게는 적어도 40%, 더 바람직하게는 적어도 50%를 회복한다. 바람직한 실시예에서는, 회복된 점성이 제1 점성의 60~90% 또는 그 이상이다.
이제 유사가소성 또는 겔 재료의 제제가 설명될 것이다. 본 발명에 사용된 유사가소성 재료 또는 겔은 적어도 하나의 경화성 올리고머(curable oligomers), 적어도 하나의 반응성 희석제, 적어도 하나의 경화제, 적어도 하나의 유동성 조절제, 및 선택적으로 적어도 하나의 성능 향상 첨가제 및/또는 추가적인 첨가제를 포함한다.
본 발명의 경화성 조성물에 사용되는 경화성 올리고머는 적어도 하나의 에틸렌 불포화 그룹을 갖는 올리고머일 수 있으며, 예컨대 우레탄, 에폭시, 에스테르 및/또는 에테르 유닛들을 포함할 수 있다. 아크릴레이트화 및 메타크릴레이트 올리고머, 예컨대 아크릴레이트 에폭시, 폴리에스테르, 폴리에테르, 및 우레탄과 같은 올리고머들이 유용하다. 본 발명에서 유용한 올리고머들의 예는 아크릴계 또는 메타아크릴계 올리고머, 올레핀계 올리고머, 비닐계 올리고머, 스티렌 올리고머, 비닐 알코올 올리고머, 비닐 피롤리돈 올리고머, 부타디엔 또는 펜타디엔 올리고머와 같은 디엔계 올리고머, 올리고에스테르 아크릴레이트계 올리고머 예컨대, 올리고에스테르 (메타)크릴레이트 또는 올리고에스테르 아크릴레이트와 같은 첨가 중합형 올리고머, 폴리이소시아네이트 올리고머, 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 또는 폴리에테르 우레탄 메타크릴레이트 올리고머, 에폭시 올리고머이다. 이 올리고머들은 당해 기술 분야에 공지되어 있고 상업적으로 구입 가능하다.
본 발명에서 올리고머로서 유용한 지방족 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 화합물은, 지방족 디이소시아네이트와 하나 이상의 폴리에테르 또는 폴리에스테르 디올을 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 올리고머 또는 반응성 희석제로서 유용한 것은, 폴리에테르 디올과 같이 분자당 두 개 이상의 하이드록시기를 가지는 폴리올이다. 또 다른 그룹은 이염기산(dibasic acid) 및 이염기 알코올, 즉, 글리콜로부터 수득될 수 있는 폴리에스테르 디올이다. 이염기산은 공지되었고 상업적으로 구입 가능하며, 예로는 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산 및 수베르산 또는 프탈산과 이들 산의 유도체들이 있다. 적절한 글리콜의 예들은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 이소부틸렌 글리콜 및 이것들의 혼합물이다.
본 발명의 유사가소성 조성물에 사용되는 반응성 희석제는, 경화 반응에서 반응할 수 있는 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 관능기들을 보유하는, 모노머들 또는 올리고머들과 같은 단일- 또는 다중 관능성 화합물이다. 유용한 반응성 희석제는 예컨대 경화제의 존재하에 올리고머와 반응하는 적어도 하나의 관능기를 갖는 저 분자량 화합물이다. 통상적인 예는 모노-, 디-, 및 트리-메타크릴레이트, 모노아크릴레이트, 디아크릴레이트 및 트리아크릴레이트, 또는 이것들의 혼합물을 포함하는 저 분자량 아크릴레이트 에스테르이다.
유동성 조절제(rheology modifier)는 증점제로 작용하며, 당해 기술 분야에서 공지된 유기 또는 무기 유동 조절제일 수 있다. 본 발명에 유용한 가장 흔한 유형의 개질 또는 비개질 무기 유동 조절제는, 아타풀자이트 클레이, 벤토나이트 클레이, 오가노클레이, 및 흄드 실리카와 같은 처리(treated) 및 비처리(untreated) 합성 실리카들이다. 대부분의 무기 증점제 및 유동 조절제는 분말로서 공급된다. 그것들이 코팅으로 적절하게 분산되면, 그것들은 보통 현탁제 또는 겔화제로서 작용하며, 따라서 침강을 피하도록 돕는다. 무기 유동 조절제는 높은 수율을 가지며, 틱소트로피성(thixotropes)을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 유용한 유기 유동 조절제들은, 셀룰로오스 또는 잔탄과 같은 천연 원료계의 제품과, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 또는 폴리아미드와 같은 합성 유기 화학계의 제품으로 구분될 수 있다. 폴리아미드, 오가노클레이 등과 같은 다른 유동 조절제들 및 증점제도 사용될 수 있다.
본 발명에서 적절하게 사용되는 경화제는, 적어도 하나의 광 개시제이다. 이런 유형의 반응들을 위해 공지된 또 다른 광 개시제는, 소정의 조건하에서 라디칼들을 생성하는 화합물일 수 있다. 유용한 경화제는 예컨대 UV 소스 또는 다른 반응 조건에 따라 선택될 수 있다. α-하이드록시케톤, α-아미노케톤, 페닐글리옥실레이트, 벤질디메틸-케탈 등과 같은 광 개시제들이 적절한 것으로 발견되었다. 특정 제제에 대한 위한 일 실시예에서는 포스핀 산화물이 사용된다.
본 발명에 적합한 광개시제의 예는, 독일 바스프(BASF) 루드비히샤펜(Ludwigshafen)사으로부터, Irgacure 184(CAS 94719-3)으로 구입 가능한 1-하이드록시-시클로헥실-페닐케톤, Irgacure 369(CAS 119313-12-1)로서 구입 가능한 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1, TPO(CAS 75980-60-8)로서 구입 가능한 디페닐-(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀옥사이드, 및 Irgacure 819(CAS 162881-26-7)로서 구입 가능한 bis-(2,4,6-트리메틸벤조일)- 페닐포스핀옥사이드가 있다.
일 예에서, 유사가소성 재료 또는 겔(104)은:
경화성 올리고머 30-70%;
반응성 희석제 30-70%;
경화제 0.2-7%;
유동 조절제 1-10%;
성능 향상 첨가제/필러 0-30%;
로 이루어진다.
올리고머는 통상적으로 위에 설명된 바와 같은 경화성 올리고머들 중 하나이며, 예컨대, 아크릴화 및 메타크릴화된 올리고머, 및 특히 아크릴화된 에폭시, 폴리에스테르, 폴리에테르 및 우레탄과 같은 적어도 하나의 에틸렌 불포화 결합을 갖는 올리고머이다. 올리고머는 통상 30-70 중량% 비율로 존재한다.
반응성 희석제는 위에 설명된 바와 같은 물질일 수 있는데, 통상 모노-, 디(di)- 및 트리-관능성 모노머일 수 있으며, 그 비율은 약 30-70 중량%일 것이다. 반응성 희석제 또는 모노머들은, 통상 메타크릴레이트, 모노아크릴레이트, 디아크릴레이트 및 트리아크릴레이트를 포함하는 저 분자량 아크릴레이트 에스테르일 것이다.
유동성 조절제는 위에 설명된 물질들 중 하나 이상일 수 있는데, 현재 재료 구성에서 사용하기 적합한 것은, 흄드 실리카 또는 클레이와 같은, 압출될 재료에 적절한 점성을 제공하고 전단-유동화 특성을 향상시키는 필러이다.
경화제는 위에 설명된 바와 같은 화합물, 특히 광 개시제일 수 있는데, 유용한 개시제는, 230 내지 420nm의 광을 흡수하여 자유 라디칼(들)을 생성하는 알파-분할형(cleavage type) 단분자 분해공정의 광 개시제일 수 있다. 이러한 알파-분할형 광 개시제의 예는, 독일의 바스프 루드비히샤펜사으로부터 구입할 수 있는 Irgacure 184 (CAS 947 19-3), Irgacure 369 (CAS 119313-12-1), Irgacure 819 (CAS 162881-26-7) 및 TPO (CAS 75980-60-8)일 수 있다.
추가의 유용한 첨가제들의 예는 성능 향상 첨가제 및/또는 필러들이다. 필러들은 당해 기술 분야에서 공지되어 있으며 통상 사용되는 양으로 사용될 수 있다. 적절한 성능 향상 첨가제 및 필러들은, 예컨대 안료(pigment), 유리 비드, 유리 섬유, 계면 활성제, 습윤 및 분산 첨가제, 충격 완화제(impact modifier), 및/또는 난연제(flame retardants)이다.
실시예 1
이하의 실시예에서 시판되는 몇몇 재료들이 사용되었다: BR 144 및 BR 441-B는 미국 코네티컷주 06790 토링톤에 위치한 회사인 다이맥스 코포레이션(Dymax Corporation)사와 다수의 다른 공급자들로부터 구입 가능한 폴리에테르 및 폴리에스테르 우레탄 아크릴레이트이다. CN 981은 미국 펜실베이니아주 19341 엑스톤에 소재한 회사인 사토머 어메리카(Sartomer Americas)사로부터 구입 가능한 우레탄 아크릴레이트이다. Ebecryl 3300은 벨기에 B-1070 안더레히트에 소재한 회사인 올넥스 에스. 아.(Allnex S.A.)사로부터 구입 가능한 에폭시 아크릴레이트이다. 03-849는 스위스 츄리히 AGCH-8050 Rahn사제의 폴리에스테르 아크릴레이트이다. TPO는 바스프사제 포스핀 옥사이드 광 개시제이다. SR 506D, SR 238, SR 833S, SR 351은 사토머사로부터 구입 가능한 모노-, 디-, 트리-관능성 반응 희석제들이다. Aerosil 200은 미국 뉴저지주 07054, 퍼시패니 소재의 에보닉 코포레이션사로부터 상업적으로 구입 가능한 Evonic-Aerosil 200과 같은 흄드 실리카이다.
아래의 표는 유사가소성 재료 또는 겔(104)의 4가지 시험된 조성을 제공한다. 모든 백분율은 전체 조성물의 중량당 성분 또는 화합물의 중량부를 나타낸다.
제제 제제 1 제제 2 제제 3 제제 4
폴리에테르 및
폴리에스테르
우레탄
아크릴레이트		 36% 16 35
우레탄
아크릴레이트		 20
폴리에테르 및
폴리에스테르
우레탄
아크릴레이트		 16
에폭시 아크릴레이트 20
폴리에스테르
아크릴레이트		 12
포스핀 산화물
광 개시제		 0.5 1 2 3
모노,디, 및 트리-
관능성의 반응성 희석제		 56% 55 10
모노,디, 및 트리-
관능성의 반응성 희석제		 20
모노,디, 및 트리-
관능성의 반응성 희석제		 45 12.5
모노,디, 및 트리-
관능성의 반응성 희석제		 10
흄드 실리카 7.5 8 7 7.5
우레탄 아크릴레이트 36% 36% 37.5% 35
에폭시 아크릴레이트 20
폴리에스테르
아크릴레이트		 12
광 개시제 0.5% 3% 2%
모노,디, 및 트리-
관능성의 반응성 희석제		 56% 33% 37.5% 45.5
필러(난연제) 15
흄드 실리카 7.5% 8% 6 7
계면활성제 2
기계적 강도 첨가제 0.5
상기 조성은, 광 개시제일 수 있는 경화제를 반응성 희석제에 용해하고 이어서 올리고머에 용액을 첨가함으로써, 준비되었다. 계면활성제, 필러, 및 염료와 같은 성능 첨가제들이 혼합 단계에서 첨가될 수 있으며, 유동 조절제는 혼합 단계의 종기에 인접해서 첨가될 수 있다. 다른 혼합 순서들이 시험될 수 있으나, 유사가소성 재료의 특성의 중대한 변화는 발견되지 않았다. 플래니터리 믹서(planetary mixer)를 이용하여 감소된 압력 또는 진공에서 동시적인 제조물의 탈가스를 달성하도록 혼합물이 준비되었다.
유사가소성 재료의 준비된 조성은 대기압에서 약 200,000.00 mPa·s 내지 400,000 mPa·s의 점성을 가진다. 점성은, 미국 델라웨어주 19720, 뉴캐슬의 TA 인스트루먼트로부터 상업적으로 구입 가능한 회전 점도계 모델 AR2000을 사용하여 실온(25℃)에서 측정되었다.
유사가소성 재료의 조성은 다양한 정도의 교반 및 압력하에서 다양한 정도의 전단 유동화 특성을 보여주었다. 도 5는 다양한 전단 속도와 점성 변화를 보여주는 그래프이다.

Claims (19)

  1. 3D 물체를 형성하는 방법에 있어서:
    (a) 제1의 점성을 갖는 고 점성의 유사가소성 재료를 제공하고, 상기 유사가소성 재료를 전단하여 점성을 제2 점성으로 감소시키고 상기 유사가소성 재료를 공급시스템을 통해 압출 유닛으로 유동시키기 위해 상기 재료를 교반하는 단계;
    (b) 소정 직경의 단면을 가진 상기 유사가소성 재료의 제1 부분을 이미지 형태로 압출하기 위해 압출 유닛을 채용하는 단계;
    (c) 상기 유사가소성의 재료를 고화시키기 위해 압출된 상기 제1 부분을 조사하는 단계;
    (d) 상기 제1 부분에 인접하고 적어도 하나의 접촉 지점에서 상기 제1 부분과 접촉하는 상기 유사가소성 재료의 제2 부분을 압출하는 단계;
    (e) 상기 제1 부분의 세그먼트가 단계 (c)에서 고화된 상기 제1 부분의 표면의 둘레를 따라 중력에 기인한 상기 제2 부분의 슬라이딩에 의하여 안쪽으로 돌출하는 엔벨로프를 형성함으로써 압출된 상기 제1 부분 및 제2 부분들의 표면들 사이에 공통 접촉 섹션을 획득하는 단계;
    (f) 상기 유사가소성 재료를 경화시키고 또한 상기 공통 접촉 섹션에서 상기 유사가소성의 제1 및 제2 부분들 사이에 접합을 형성하기 위해 상기 압출된 제2 부분을 조사하는 단계;
    (g) 상기 제2 부분이 단계 (b)의 압출된 제1 부분의 위치를 획득하도록 압출 유닛과 압출된 제2 부분 사이의 상대 위치를 조정하는 단계; 및
    (h) 3D 물체가 형성되기까지 단계 (d) 내지 단계 (g)를 반복하는 단계;를 포함하고,
    상기 단계 (d)에서, 상기 제2 부분의 단면은 상기 제1 부분의 단면에 비교해서 중력에 수직인 축으로 이동되고;
    상기 단계 (e)에서, 상기 제2 부분의 표면은 상기 공통 접촉 섹션에서 상기 제1 부분의 표면을 적시는, 3D 물체 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유사가소성 재료는 상기 압출 유닛에서 배출되는 즉시 상기 제1 점성의 적어도 50% 회복하는, 3D 물체 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유사가소성 재료는 상기 압출 유닛에서 배출되는 즉시 상기 제1 점성의 50% 내지 90% 회복하는, 3D 물체 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유사가소성 재료의 제1 부분 또는 스트립은 상기 유사가소성 재료의 제2 및 추가 부분들 또는 스트립들을 지지하는, 3D 물체 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 부분 또는 스트립의 단면은 상기 제1 부분의 단면에 비해 상기 유사가소성 재료의 압출된 부분 또는 스트립의 직경의 적어도 1/20만큼 이동되는, 3D 물체 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 물체는 적어도 1:5의 캔틸레버 비를 갖는 구조체를 포함하는, 3D 물체 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유사가소성 재료는 적어도 하나의 경화성 올리고머, 적어도 하나의 반응성 희석제, 적어도 하나의 유동성 조절제, 적어도 하나의 경화제, 및 적어도 하나의 선택적 성능 첨가제 또는 필러를 포함하는 조성물을 포함하는, 3D 물체 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출 유닛으로부터 압출된 상기 유사가소성 재료는 연속적으로 조사되고,
    선택적으로, 360 내지 485nm 범위의 파장을 가진 자외선 방사선에 의해 조사가 실행되는, 3D 물체 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출 유닛으로부터 압출된 상기 유사가소성 재료는 연속적으로 조사되고,
    선택적으로, 380 내지 420nm 범위의 파장을 가진 자외선 방사선에 의한 조사가 실행되는, 3D 물체 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유사가소성 재료는:
    30-56 중량%의 적어도 하나의 경화성 올리고머,
    30-56 중량%의 적어도 하나의 반응성 희석제,
    0.2-7 중량%의 적어도 하나의 경화제,
    1-10 중량%의 적어도 하나의 유동성 조절제, 및
    0-30 중량%의 적어도 하나의 성능 첨가제/필러를 포함하는, 3D 물체 형성 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 경화성 올리고머는 우레탄, 에폭시, 에스테르 및 에테르 유닛 중 적어도 하나로 이루어지는 하나 이상의 에테르 불포화 그룹을 가지는 올리고머 그룹 중 하나 이상의 경화성 올리고머이고;
    상기 반응성 희석제는 경화제의 존재하에 올리고머와 반응하는 적어도 하나의 관능기를 갖는 저 분자량 화합물들의 그룹의 하나이고, 선택적으로, 상기 반응성 희석제는 모노아크릴레이트, 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 모노-메타크릴레이트, 디-메타크릴레이트, 또는 트리-메타크릴레이트로 이루어지는 아크릴레이트 에스테르로부터 선택되며;
    상기 경화제는 230과 420 nm 사이의 광을 흡수하는 알파 분할형 광 개시제이고, 선택적으로, 상기 경화제는 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐케톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부타논-1, bis(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 또는 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀옥사이드에서 선택되며;
    상기 유동성 조절제는 흄드 실리카인, 3D 물체 형성 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    압출 전 상기 재료의 제1 점성은 대기압에서 120,000.00 mPa·s 내지 500,000.00 mPa·s의 범위이고;
    힘이 가해질 때, 상기 재료의 제2 점성은 250 내지 700mPa·s 범위인, 3D 물체 형성 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유사가소성 재료는 안료, 유리 비드와 같은 필러, 유리 섬유, 계면활성제, 습윤 및 분산 첨가제, 충격 완화제, 및 난연제 중 적어도 하나로 이루어지는 첨가제들의 그룹으로부터 선택된 성능 첨가제를 포함하는, 3D 물체 형성 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 물체는 어떠한 지지 구조체가 필요없는, 3D 물체 형성 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    360 내지 485nm 범위의 파장을 가진 자외선 방사선에 의해 조사가 실행되는, 3D 물체 형성 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    380 내지 420nm 범위의 파장을 가진 자외선 방사선에 의해 조사가 실행되는, 3D 물체 형성 방법.
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