KR101848073B1 - 예비 소결을 이용한 전자사진 기반 적층 제조 - Google Patents

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Abstract

3차원 부품(74)을 인쇄하는 방법 및 시스템(10)으로서, 상기 방법 및 시스템은 적층 제조 시스템(10)의 하나 이상의 전자사진 엔진(12)으로 부품 재료의 현상 층(64)을 제조하는 단계, 상기 적층 제조 시스템(10)의 상기 하나 이상의 전자사진 엔진(12)으로부터 전사 어셈블리(14)까지 상기 현상 층(64)을 전사하는 단계, 소결 접촉 필름(64f)을 제조하기 위하여 상기 전사 어셈블리(14)에서 상기 현상 층(64)을 소결하는 단계, 상기 소결 접촉 필름(64F)을 전사 온도로 냉각하는 단계, 및 상기 3차원 부품(74)의 중간 생성 표면과 접하도록 상기 냉각된 소결 접촉 층을 낮은 인가 압력으로 가압하는 단계를 포함한다.

Description

예비 소결을 이용한 전자사진 기반 적층 제조{ELETROPHOTOGRAPHY-BASED ADDITIVE MANUFACTURING WITH PRE-SINTERING}
본 발명은 3차원(3D) 부품 및 지지 구조를 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템 및 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자사진과 같은 이미징 프로세스를 이용하여 3D 부품 및 지지구조를 생성하기 위한 적층 제조 시스템 및 공정에 관한 것이다.
적층제조 시스템은 하나 이상의 적층제조 기술을 이용하여 3D 부품의 디지털 표현(예를 들어, AMF 및 STL 포맷 파일)으로부터 3D 부품을 생성하기 위해 사용된다. 상업적으로 이용 가능한 적층 제조 기술은 압출기반 기술, 잉크젯, 선택적 레이저 소결법, 파우더/바인더 분사(jetting), 전자빔 용해법, 및 스테레오리소그래픽 프로세스를 포함한다. 각 기술들에 있어서, 처음에 3D 부품의 디지털 표현은 다수의 수평층으로 분할된다. 다음에 분할된 각 층에 대해 가공경로(tool path)가 생성되는데, 이는 특정한 적층제조 시스템에 해당 층을 형성하기 위한 지침을 제공한다
예를 들어, 압출 기반 적층제조 시스템에서, 3D 부품이나 모델은 유동성 부품 재료를 압출함으로써 적층 방식(layer-by-layer manner)으로 3D 부품의 디지털 표현으로부터 인쇄될 수 있다. 부품 재료는 시스템의 프린트 헤드에 의하여 이동되는 압출 팁(tip)을 통하여 압출되며, x-y 평면의 기판 위에 일련의 로드(a sequence of roads)로 침적된다. 압출된 부품 재료는 앞서 침적된 부품 재료에 융합되고 온도 하강에 따라 고화된다. 이후 기판에 대한 프린트 헤드의 위치는 (x-y평면에 수직한) z축을 따라 상승되고, 이 프로세스가 반복되어 디지털 표현과 닮은 3D 부품을 형성한다.
부품 재료의 적층에 의하여 3D 부품을 제조함에 있어서, 지지 층이나 구조는 보통 돌출부 아래나 제조중인 물품의 동공 내에 구축되고, 부품재료 자체에 의해서는 지지되지 않는다. 지지 구조는 부품 재료를 적층한 것과 동일한 적층기술을 이용하여 구축될 수 있다. 호스트 컴퓨터는 형성되고 있는 3D 부품의 돌출 또는 자유공간 세그먼트, 및 어떤 경우에는 형성되고 있는 3D 부품 측벽의 지지 구조로서 작용하는 추가적인 기하학적 구조(geometry)를 생성한다. 지지 재료는 제작되는 동안 부품 재료에 부착되며, 인쇄 과정이 완료되면 완성된 3D 부품으로부터 제거될 수 있다.
2차원(2D) 인쇄에 있어서, 전자사진(예, 제로그래피(xerography))은 인쇄 용지 및 투명 기판과 같은 평면 기판 상에 2D 이미지를 생성하기 위한 기술이다. 전자사진 시스템은 일반적으로 광전도성 재료층으로 코팅된 전도성 지지 드럼(conductive support drum)을 포함하고, 여기서 정전 잠상 이미지가 정전기 하전에 의해 형성되고 광원에 의한 상기 광전도성 층의 이미지 방향으로의(image-wise) 노출이 뒤따른다. 그 다음 상기 정전 잠상은 가시적인 이미지를 형성하기 위하여 토너가 광전도성 절연체의 하전 영역, 또는 선택적으로 방전 영역에 적용되는 현상 스테이션(development station)으로 이동된다. 이후 상기 형성된 토너 이미지는 기판(예컨대, 인쇄 용지)에 전달되어 열 또는 압력으로 상기 기판에 부착된다.
본 발명은 3D 부품을 인쇄하는 적층 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 3D 부품을 인쇄하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은 3D 부품을 인쇄하는 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 부품 재료로부터 3D 부품의 층들을 현상하도록 구성된 하나 이상의 전자사진 엔진, 및 하나 이상의 전자사진 엔진으로부터 현상 층들을 수신하도록 구성된 전사 어셈블리를 포함한다. 또한, 상기 시스템은 소결 접촉 필름들(sintered contiguous films)을 제공하기 위하여 상기 전사 어셈블리에서 상기 현상 층들을 소결하도록 구성된 예비 소결(pre-sintering) 히터, 생성 플랫폼, 및 상기 생성 플랫폼 상에서 적층 방식으로 상기 3D 부품의 중간 생성 표면과 접하도록 상기 소결 접촉 필름들을 가압하기 위하여 상기 전사 어셈블리와 맞물리도록 구성된 가압부(예, 닙 롤러)를 포함한다. 상기 예비 소결 히터는 바람직하게는 상기 소결 접촉 필름들이 상기 가압부에 이르기 전에 전사 온도로 냉각되도록 상기 가압부로부터 상기 전사 어셈블리를 따라 상류에 위치한다.
본 발명의 다른 측면은 3D 부품을 인쇄하는 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 코폴리머를 포함하는 부품 재료로부터 3차원 부품의 층을 현상하도록 구성된 하나 이상의 전자사진 엔진, 및 상기 하나 이상의 전자사진 엔진으로부터 현상 층을 수신하도록 구성된 전사 벨트를 포함한다. 또한, 상기 시스템은 소결 접촉 필름들을 제공하기 위하여 상기 전사 벨트 상에서 상기 현상 층을 소결하도록 구성된 예비 소결 히터, 및 상기 예비 소결 히터로부터 하류의 위치에서 상기 전사 벨트와 맞물리는 닙 롤러를 포함하고, 상기 소결 접촉 필름은 닙 롤러에 이르기 전에 약 100℃ 내지 약 130℃ 범위의 온도로 냉각된다.
상기 닙 롤러는 낮은 인가 압력(예컨대, 제곱 인치 당 30파운드보다 작은 압력)으로 상기 소결 접촉 필름을 가압하도록 구성되어 3D 부품의 이전에 형성된 층과 접하게 한다. 일부 실시예에서, 상기 인가 압력은 제곱 인치 당 10파운드보다 작거나, 또는 제곱 인치 당 5파운드보다 작다.
본 발명의 또 다른 측면은 3D 부품을 인쇄하는 방법으로서, 상기 방법은 적층 제조 시스템의 하나 이상의 전자사진 엔진으로 부품 재료의 현상 층을 제조하는 단계, 상기 하나 이상의 전자사진 엔진으로부터 상기 적층 제조 시스템의 전사 어셈블리로 상기 현상 층을 전사하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 소결 접촉 필름을 제조하기 위해 상기 전사 어셈블리에서 상기 현상 층을 소결하는 단계, 상기 소결 접촉 필름을 전사 온도로 냉각하는 단계, 및 상기 3D 부품의 상면과 접하도록 상기 냉각된 소결 접촉 필름을 낮은 인가 압력(예컨대, 제곱 인치 당 30파운드보다 작은 압력)으로 가압하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 인가 압력은 제곱 인치 당 10파운드보다 작거나, 또는 심지어 제곱 인치 당 5파운드보다 작다.
<정의>
본원에서 다르게 특정되지 않는 한, 다음의 용어들은 아래의 의미로 사용된다:
"바람직한(preferred)" 및 "바람직하게(preferably)"는 특정 환경에서 특정 이점을 가지는 발명의 실시형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 또는 다른 환경에서 다른 실시형태 역시 "바람직한(preferred)" 것이 될 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시형태라는 기재는 다른 실시형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지는 않으며, 본 발명의 범위에서 다른 실시형태를 배제하고자 하는 의도가 아니다.
"위에(above)", "아래에(below)", "상부(top)", "하부(bottom)" 등과 같은 방향을 가리키는 용어는 3D 부품의 인쇄 축을 따른 방향을 참조하여 기재된다. 인쇄 축이 수직한 z-축인 실시 형태에서, 상기 층 인쇄 방향은 수직한 z-축을 따라 위쪽을 향한 방향이다. 이들 실시형태에서, "위에(above)", "아래에(below)", "상부(top)", "하부(bottom)" 등과 같은 용어는 수직한 z-축에 근거하고 있다. 그러나 3D 부품의 층들이 다른 축을 따라 인쇄되는 실시형태에서, "위에(above)", "아래에(below)", "상부(top)", "하부(bottom)" 등과 같은 용어는 주어진 축에 대해 상대적인 방향을 의미한다.
"폴리머(polymer)"는 하나 이상의 모노머 종류(species)를 가지는 고분자 재료를 지칭하며, 호모폴리머(homopolymer), 코폴리머(copolymer), 터폴리머(terpolymer) 등을 포함한다.
"재료를 제공하는 단계" 등에서와 같이 "제공하는 단계(providing)"라는 용어는, 청구항에 기재되었을 때 상기 제공되는 아이템에 대해 특별히 전달 또는 수령될 것을 요하는 것은 아니다. 상기 "제공하는 단계"라는 용어는 단지 읽기에 명확하고 용이하도록 할 목적에서 청구항의 후속 요소들에서 언급될 아이템을 인용하는데 사용된다.
다르게 특정되지 않는 한, 여기서 언급되는 온도는 대기압(즉, 1 기압)에 기초한다.
"약(about)" 및 "실질적으로(substantially)"라는 용어는 이 분야의 기술자들에게 알려진 예견되는 변동(예를 들면, 측정 한계 및 가변성)으로 인해 측정가능한 값 및 범위와 관련하여 사용된다.
도 1은 예비 소결(pre-sintering) 단계의 사용으로 3D 부품 및 지지 구조를 인쇄하기 위한 예시적인 전자사진 기반 적층 제조 시스템의 정면도이다.
도 2는 부품 및 지지 재료의 층들을 현상하기 위한 시스템의 한 쌍의 전자사진 엔진에 대한 개략적인 정면도이다.
도 3은 중간 드럼 또는 벨트를 포함하는 선택적인 전자사진 엔진에 대한 개략적인 정면도이다.
도 4는 예비 소결 및 가압 단계를 수행하기 위한 시스템의 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(layer transfusion assembly)에 대한 개략적인 정면도이다.
도 5는 예시적인 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 재료에 대한 소결 시간 대 소결 온도를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 3D 부품의 상면으로 가압되는 레이어 트랜스퓨전 어셈블리의 닙 롤러를 나타내는 개략도로, 인가 압력하의 3D 부품에 대한 왜곡 효과를 나타낸다.
도 8은 예시적인 ABS 재료에 대한 인가 압력 대 온도를 나타내는 그래프로, 왜곡 없는 최대 압력을 온도의 함수로서 나타낸다.
도 9는 예시적인 ABS 재료에 대한 닙 롤러하의 드웰 타임(dwell time) 대 온도를 나타내는 그래프로, 왜곡이 없는 최대 드웰 타임을 온도의 함수로서 나타낸다.
도 10은 예시적인 ABS 재료에 대한 시간 대 온도를 나타내는 그래프로, 층간 결합(interlayer bonding)을 얻기 위해 요구되는 시간을 온도의 함수로서 나타낸다.
도 11은 예시적인 ABS 재료를 이용한 시스템에 대한 예시적인 공정 온도 영역을 나타내는 그래프이다.
도 12는 접촉 롤러들로 수행되는 예비 소결 단계 및 가압 단계를 행하기 위한 시스템의 선택적인 레이어 트랜스퓨전 어셈블리에 대한 개략적인 정면도로, 예비 소결 단계는 접촉 롤러들로 수행되는 것을 나타낸다.
본 발명은 예비 소결(pre-sintering) 단계를 포함한 전자사진 기반 적층 제조 기술을 이용하여 3D 부품 및 지지 구조를 적층 방식으로 인쇄하는 시스템 및 공정에 관한 것이다. 전자사진 인쇄 작업 중에, 하나 이상의 전자사진(electrophotography, EP) 엔진은 전자사진 프로세스를 이용하여 분말 기반 열가소성 재료(예를 들어, 부품 및 지지 재료)의 각 층을 현상 또는 이미지화할 수 있다. 그 다음 상기 현상된 층들은, 전사 매체(예를 들어, 회전 가능한 벨트 또는 드럼)에 의해 EP 엔진으로부터 레이어 트랜스퓨전 어셈블리로 이송되고, 하나 이상의 3D 부품 및 지지 구조를 적층 방식으로 인쇄하기 위하여 상기 현상된 층들은 레이어 트랜스퓨전 어셈블리에서 (예를 들어, 열 및/또는 압력을 이용하여) 트랜스퓨즈(transfuse)된다.
한손 등의 미국 출원공개공보 2013/0077996호 및 2013/0077997호, 콤 등의 미국 출원공개공보 2013/0186549호 및 2013/0186558호에 논의된 바와 같이, 분말 기반 열가소성 재료의 레이어 트랜스퓨전(layer transfusion)은 시간, 온도, 및 압력의 함수이다. 지속 시간이 감소하는 동안에(예를 들어, 더 빠른 인쇄속도로 인해), 온도 및/또는 압력은 충분한 폴리머 렙테이션(reptation)(층간 및 층 내부 렙테이션)을 얻기 위해서 증가될 필요가 있다. 그러나, 이들 요인들이 균형을 이루는 것은 레이어 트랜스퓨전 공정이 현상 층 내의 분말 입자들 사이의 밀접한 상호 접촉 형성, 상기 현상 층과 3D 부품의 상부 표면 사이의 밀접한 계면 접촉 형성, 상기 현상 층 내의 폴리머 렙테이션 레이트(rate), 및 상기 현상 층 및 상기 3D 부품 사이의 폴리머 렙테이션 레이트의 조합이기 때문에 컨트롤하기가 어려울 수 있다.
몇몇 기술들은 양호한 폴리머 렙테이션을 얻기 위한 지배적인 요소로서 인가 압력을 이용하는 것에 초점을 맞추고, 여기서는 상기 현상 층 및 3D 부품이 가열되고 함께 가압된다. 그 의도는 매우 짧은 기간 동안 상기 현상 층을 높은 온도로 가열한 다음, 상기 가열된 층을 짧은 기간 동안 가압함으로써 가압 단계 동안 충분한 폴리머 렙테이션을 얻는 것이다. 상기 인가 압력은 분말 입자들을 꽉 채워진 덩어리로 변형시키기 위한 것이고, 가열은 상기 꽉 채워진 덩어리의 경계면에서 렙테이션 기반 상호 확산(interdiffusion)을 충분히 얻기 위한 것이다.
그러나, 이러한 높은 온도에서, 인가 압력은 재료 흐름 변위로 인해 상기 가압된 층 및 3D 부품을 바람직하지 않게 변형 또는 왜곡시킬 수 있다. 이것은 트랜스퓨전 공정 중에 적합한 평균 부품 온도를 유지하기 위해 요구되는 가열/냉각 진동과 같은, 다른 잠재적인 문제들에 추가된 것이다.
따라서, 이 문제점에 대한 하나의 종래의 해결책은 인쇄 속도를 늦추는 것이고, 그렇게 함으로써 온도 및/또는 압력이 적합한 수준으로 감소되게 하는 것이다. 그러나, 역시 상기 한손 및 콤의 출원공개공보들에 논의된 바와 같이, 트랜스퓨전 온도/압력 및 시간 사이의 관계는 지수 함수이고, 인쇄 속도는 적절한 온도/압력 균형을 이루기 위해 지수적으로 낮아져야 할 것이다. 따라서, 이 종래의 해결책에서, 인쇄 속도는 상당량 낮아져야 할 것이고, 그것은 전자사진의 주요한 장점들 중 하나를 잃게 할 수 있으며, 그것은 빠른 인쇄 속도에 대해서 가능성이 있다.
인쇄 속도를 희생시키지 않고 이 문제를 극복하기 위해서, 여기에 논의된 시스템 및 방법은 높은 온도 및 낮은(또는 제로) 압력에서 열가소성 재료를 소결 접촉 필름(sintered contiguous film)으로 소결시키는 예비 소결 단계를 포함한다. "소결된(sintered)"이라는 용어는 상기 필름을 이전에 형성된 층과 밀접하게 접촉시키는데에 충분하도록 적절한 수준의 인가 압력 및 온도에서의 접합(bond)을 지칭한다. 이 단계에서, 표면 장력은 소결에서 주요 원동력으로 여겨지고, 분말의 표면적은 감소되어 사용 가능한 자유 에너지를 줄인다.
그리고 이 소결 접촉 필름은 가압 단계에 이르기 전에 더 낮은 전사 온도로 냉각된다. 그 다음에 상기 소결 접촉 필름을 3D 부품 (그리고 어떠한 관련된 지지 구조)의 상부 표면에 밀접하게 덮어씌우기 위해서 적당히 낮은 압력과 함께 상기와 같이 낮은 전사 온도에서 가압 단계가 수행될 수 있다. 여기서 사용되는 "밀접한 접촉(intimate contact)"이라는 용어는 실질적으로 공기 주머니들이 없고, 상기 필름 영역의 90% 이상이 이전에 형성된 층과 10 옹스트롬 이하로 떨어져 있는 접촉을 지칭한다. 바람직하게, 밀접한 접촉으로부터 형성된 접합은 상기 필름의 점도가 차후의 30분 동안 어닐링 및 서로 섞이는 것을 가능하게 하기 전에, 상기 필름의 어닐링되지 않은 스트레인(un-annealed strain)이 필름을 이전에 형성된 층으로부터 당겨 떨어지게 하는 것을 방지하기에 충분하다.
또한, 상기 3D 부품은 바람직하게는 부품 재료의 유리 전이 온도와 가깝지만 유리 전이 온도 미만인, 상승된 온도로 유지된다. 그러므로, 인쇄 작업 기간 동안, 상기 소결된 필름의 폴리머 및 상기 3D 부품은 서로 섞여 양호한 폴리머 렙테이션(층간 및 층 내부)을 달성한다. 상기 소결된 층 및 상기 3D 부품은 적당히 낮은 온도로 유지되기 때문에, 부품의 변형이 거의 또는 전혀 일어나지 않으며, 빠른 인쇄 속도가 유지될 수 있다.
도 1-4는 부품 재료로부터 3D 부품을, 그리고 지지 재료로부터 관련 지지 구조를 인쇄하기 위한 전자사진 기반 적층 제조 시스템의 일 예이며, 아래 설명에 따른 예비 소결 단계를 포함하는 시스템(10)을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 한 쌍의 EP 엔진(12p, 12s), 벨트 전사 어셈블리(14), 바이어싱 매커니즘(16, 18) 및 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)를 포함한다. 시스템(10)에 대한 적절한 구성요소 및 기능적 동작의 예시로는 한손 등의 미국 출원공개공보 2013/0077996호 및 2013/0077997호, 콤 등의 미국 출원공개공보 2013/0186549호 및 2013/0186558호에 개시된 것들이 포함된다.
EP 엔진(12p, 12s)은 부품 및 지지 재료의 층들을 각각 이미징 또는 현상하기 위한 이미징 엔진이다. 하기에 설명되는 바와 같이, 그 다음 상기 이미지화된 층들은 바이어싱 매커니즘(16, 18)을 이용하여 벨트 전사 어셈블리(14)(또는 다른 전사 매체(transfer medium))로 전달되고, 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)로 이송되어 3D 부품 및 관련 지지 구조를 적층 방식으로 인쇄한다.
도시된 실시예에서, 벨트 전사 어셈블리(14)는 전사 벨트(22), 벨트 구동 매커니즘(24), 벨트 드래그 매커니즘(26), 루프 리미트 센서(28), 아이들러 롤러(30) 및 벨트 클리너(32)를 포함하고, 이들은 벨트(22)가 화살표(34)의 회전방향으로 회전하는 동안 벨트(22) 상에 장력을 유지하도록 구성된다. 특히, 벨트 구동 매커니즘(24)은 벨트(22)와 결합하여 벨트를 구동시키며, 벨트 드래그 매커니즘(26)은 브레이크로서 기능할 수 있어, 루프 리미트 센서(28)를 통해 모니터링 된 읽혀진 값에 기초하여, 벨트(22)를 인장응력(tension stress)에 대해 보호하기 위한 서비스 루프 설계를 제공한다.
시스템(10)의 구성요소들은 프레임(36)과 같은 하나 이상의 프레임 구조에 의해 수용될 수 있다. 부가적으로, 시스템(10)의 구성요소들은 바람직하게는, 작업 중에 시스템(10)의 구성요소로 주변의 빛이 전달되는 것을 방지하는 밀폐 가능한 하우징(미도시) 내에 수용된다.
또한, 시스템(10)은 시스템(10)의 구성요소들을 작동하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 기반 시스템이고, 시스템(10)의 내부 또는 외부에 있을 수 있는 컨트롤러 어셈블리(38)를 포함한다. 컨트롤러 어셈블리(38)는 사용자 인터페이스, 메모리 컨트롤러, 프로세서, 저장 매체, 입출력 컨트롤러, 통신 어댑터, 그리고 종래의 컴퓨터, 서버, 미디어 장치, 및/또는 프린터 컨트롤러에 포함된 다양한 추가 구성 요소들과 같은 어떤 적합한 컴퓨터 기반 하드웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 어셈블리(38)는 마이크로프로세서 기반 엔진 컨트롤 시스템 및/또는 디지털 제어 래스터 이미지 프로세서 시스템과 같이, 컨트롤러 어셈블리(38)와 시스템(10)를 작동하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 중앙처리장치를 포함할 수 있다.
컨트롤러 어셈블리(38)는 시스템(10)의 다양한 구성요소들, 예를 들어 EP 엔진(12p, 12s), 벨트 전사 어셈블리(14), 바이어싱 매커니즘(16, 18), 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20), 및 다양한 센서, 칼리브레이션(calibration) 장치, 디스플레이 장치, 및/또는 사용자 입력장치와 통신선(40a)으로 통신할 수 있다. 또한, 컨트롤러 어셈블리(38)는 주변 장치(external devices)와도 통신선(40b)으로 통신할 수 있으며, 예를 들어 다른 컴퓨터 및 서버와 네트워크 연결(예컨대, 근거리 통신망(local area network,LAN) 연결)로 통신할 수 있다. 통신선(40a, 40b)은 각각 단일 신호선으로 나타내었지만, 그것들은 각각 하나 이상의 전기적, 광학적, 및/또는 무선의 신호선들을 포함할 수 있다.
도 2는 EP 엔진(12p, 12s)을 나타내고, 여기서 EP 엔진(12s)(즉, 벨트(22)의 회전 방향에 대해 상류 EP 엔진)은 지지 재료의 층들을 현상하고, EP 엔진(12p)(즉, 벨트(22)의 회전 방향에 대해 하류 EP 엔진)은 부품 재료의 층들을 현상한다. 선택적 실시형태에서, EP 엔진(12p, 12s)은 역으로 배치되어, EP 엔진(12p)이 벨트(22)의 회전 방향에 대해 EP 엔진(12s)으로부터 상류에 배치될 수도 있다. 추가적인 선택적 실시형태에서, 시스템(10)은 추가 재료(예컨대, 다른 색상, 혼탁도, 및/또는 기능적 특성의 재료)로 층들을 인쇄하기 위해 세 개 이상의 EP 엔진을 포함할 수 있다.
도시된 실시형태에서, EP 엔진(12p, 12s)은 전도성 드럼체(44)와 광전도성 표면(46)을 가지는 광전도체 드럼(42) 등 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 전도성 드럼체(44)는 전기적으로 접지되어 있고 샤프트(48) 둘레로 회전하도록 구성된, 전기적으로 전도성인 드럼(예를 들면, 구리, 알루미늄, 주석 등으로 제조됨)이다. 샤프트(48)는 구동 모터(50)에 대응하여 연결되어 있고, 상기 구동 모터는 화살표(52) 방향으로 일정한 속도로 샤프트(48)(및 광전도체 드럼(42))를 회전시키도록 구성된다.
광전도성 표면(46)은 전도성 드럼체(44)의 원주면 둘레로 연장된 얇은 필름이고, 바람직하게는 비정질 실리콘, 셀레늄, 산화아연, 유기 재료 등과 같은 하나 이상의 광전도성 재료로 이루어진다. 하기에 설명되는 바와 같이, 표면(46)은 3D 부품 또는 지지 구조의 분할된 층들에 대한 잠재 하전 이미지(latent-charged images)(또는 네거티브 이미지)를 수용하고, 본 발명의 부품 또는 지지 재료의 하전 입자들을 하전 또는 방전 이미지 영역으로 끌어당기도록 구성됨으로써, 3D 부품 또는 지지 구조의 층들을 생성한다.
더 도시된 바와 같이, EP 엔진(12p, 12s)은 또한 대전유도체(charge inducer)(54), 이미저(imager)(56), 현상(development) 스테이션(58), 클리닝(cleaning) 스테이션(60) 및 방전기(62)를 포함하고, 이들 각각은 통신선(40a)을 통해 컨트롤러 어셈블리(38)와 함께 통신할 수 있다. 구동 모터(50) 및 샤프트(48)가 화살표(52) 방향으로 광전도체 드럼(42)을 회전시킴에 따라, 대전 유도체(54), 이미저(56), 현상 스테이션(58), 클리닝 스테이션(60) 및 방전기(62)는 표면(46)에 대해 이미지 형성 어셈블리를 정의한다.
도시된 실시예에서, EP 엔진(12s)의 표면(46)에 대한 이미지 형성 어셈블리는 지지 재료(지지 재료(66s)로 언급)의 층들(64s)을 형성하는데 사용되고, 여기서 지지 재료(66s) 공급물은 캐리어 입자들과 함께 (EP 엔진(12s)의) 현상 스테이션(58)에 의해 수용될 수 있다. 유사하게, EP 엔진(12p)의 표면(46)에 대한 이미지 형성 어셈블리는 부품 재료(부품 재료(66p)로 언급)의 층들(64p)을 형성하는데 사용되고, 부품 재료(66p) 공급물은 캐리어 입자들과 함께 (EP 엔진(12p)의) 현상 스테이션(58)에 의해 수용될 수 있다.
대전 유도체(54)는 표면(46)이 대전 유도체(54)를 지나 화살표(52) 방향으로 회전할 때, 표면(46) 상에 균일한 정전하를 생성하도록 구성된다. 대전 유도체(54)로 적절한 장치로는 코로트론(corotrons), 스코로트론(scorotrons), 대전 롤러 및 다른 정전기 대전 장치 등이 포함된다.
이미저(56)는 표면(46)이 이미저(56)를 지나 화살표(52) 방향으로 회전할 때, 표면(46) 상의 균일한 정전하를 향하여 전자기 방사선을 선택적으로 방출하도록 구성된, 디지털 제어형 픽셀방식(pixel-wise) 노광 장치이다. 표면(46)에 대한 전자기 방사선의 선택적 노출은 제거(즉, 그라운드로 방전)될 정전하의 비연속 픽셀방식 배치(discrete pixel-wise locations)를 유도함으로써, 표면(46) 상에 잠상 전하 패턴(latent image charge patterns)을 형성한다.
이미저(56)로 적절한 장치로는 스캐닝 레이저(예컨대, 가스 또는 고체 상태 레이저) 광원, 발광다이오드(LED) 어레이 노광장치 및 기타 2D 전자사진 시스템에 사용되는 일반적인 노광장치가 포함된다. 선택적인 실시 형태에 있어서, 대전 유도체(54) 및 이미저(56)로 적절한 장치는 표면(46)에 하전이온 또는 전자를 선택적으로 직접 증착하여 잠상 하전 패턴을 형성하도록 구성된 이온 증착 시스템을 포함한다. 따라서, 여기서 사용되는 "전자사진(electrophotography)"이라는 용어는 이오노그래피(ionography)를 포함한다.
각각의 현상 스테이션(58)은 캐리어 입자와 함께 부품 재료(66p) 또는 지지 재료(66s)의 공급물을, 바람직하게는 분말 형태로 보관하는 카트리지 또는 정전기(electrostatic) 및 자기(magnetic) 현상 스테이션이다. 현상 스테이션(58)은 2D 전자사진 시스템에 사용되는 토너 카트리지 및 단일 또는 이중 컴포넌트 현상 시스템에 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 예를 들면, 각각의 현상 스테이션(58)은 부품 재료(66p) 또는 지지 재료(66s) 및 캐리어 입자를 수용하는 인클로저를 포함할 수 있다. 교반시키면, 상기 캐리어 입자는 마찰 전하를 생성하여 부품 재료(66p) 또는 지지 재료(66s) 분말을 끌어당기고, 상기 끌어 당겨진 분말을 원하는 부호(sign) 및 크기(magnitude)로 대전시킨다.
또한, 각각의 현상 스테이션(58)은 대전된 부품 재료(66p) 또는 지지 재료(66s)를 표면(46)으로 전사하기 위해, 컨베이어, 퍼 브러쉬(fur brushes), 패들 휠(paddle wheels), 롤러 및/또는 마그네틱 브러쉬와 같은 하나 이상의 장비를 포함할 수 있다. 예를 들면, (상기 하전된 잠상을 포함하는) 표면(46)이 이미저(56)로부터 현상 스테이션(58)으로 화살표(52) 방향으로 회전함에 따라, (사용되는 전자사진 모드에 따라) 하전 영역 현상(charged area development) 또는 방전 영역 현상(discharged area development) 중 하나를 이용하여, 대전된 부품 재료(66p) 또는 지지 재료(66s)는 표면(46) 위의 적절히 대전된 잠상 영역으로 끌어 당겨진다.
이것은 광전도체 드럼(42)이 연속하여 화살표(52) 방향으로 회전함에 따라, 연속적인 층들(64p 또는 64s)을 생성시키고, 여기서 상기 연속적인 층들(64p 또는 64s)은 3D 부품 또는 지지 구조에 대한 디지털 표현의 연속적인 분할 층들에 해당한다. 현상된 후에, 그 다음 연속적인 층들(64p 또는 64s)은 화살표(52) 방향으로 표면(46)과 함께 층들(64p 또는 64s)이 광전도체 드럼(42)에서 벨트(22)로 연속적으로 전달되는 전사 영역으로 회전된다. 광전도체 드럼(42)과 벨트(22)가 직접 맞물리는 것으로 설명되었지만, 일부 바람직한 실시형태에서 EP 엔진(12p, 12s)은, 도 3에서 하기에 더 설명되는 바와 같이, 중간 전사 드럼 및/또는 벨트를 포함할 수도 있다.
주어진 층(64p 또는 64s)이 광전도체 드럼(42)에서 벨트(22)(또는 중간 전사 드럼 또는 벨트)로 전사된 후에, 구동 모터(50) 및 샤프트(48)는 광전도체 드럼(42)을 화살표(52) 방향으로 계속 회전시켜 이전에 층(64p 또는 64s)을 유지하였던 표면(46) 영역이 클리닝 스테이션(60)을 통과하도록 한다. 클리닝 스테이션(60)은 잔여물이나 전사되지 않은 부품 또는 지지 재료(66p, 66s) 등을 제거하도록 구성된 스테이션이다. 클리닝 스테이션(60)으로 적절한 장치로는 블래이드(blade) 클리너, 브러쉬 클리너, 정전기 클리너, 진공기반 클리너 및 이들의 조합이 포함된다.
클리닝 스테이션(60)을 통과한 후에, 표면(46)은 다음 사이클을 시작하기 이전에, 화살표(52) 방향으로 계속 회전함으로써 깨끗해진 표면(46) 영역이 방전기(62)를 통과하여 표면(46)상에 남아있을 수 있는 정전하가 제거된다. 방전기(62)로 적절한 장치로는 광학 시스템, 고전압 교류 코로트론(corotrons) 및/또는 스코로트론(scorotrons), 하나 이상의 고전압 교류가 인가되는 전도성 코어를 가지는 하나 이상의 유전체 회전 롤러 및 이들의 조합이 포함된다.
전사 벨트(22)는 현상된 연속적인 층들(64p, 64s)을 광전도체 드럼(42)(또는 중간 전사 드럼 또는 벨트)으로부터 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(16)로 전사하기 위한 전사 매체이다. 벨트(22)로 적절한 전사 벨트의 예시로는 콤 등의 미국 출원공개 2013/0186549호 및 2013/0186558호에 개시된 것들이 포함된다. 벨트(22)는 전면(22a)과 후면(22b)을 포함하고, 전면(22a)은 광전도체 드럼(42)의 표면(46)과 마주하고, 후면(22b)은 바이어싱 매커니즘(16, 18)과 접촉하고 있다.
바이어싱 매커니즘(16, 18)은 EP 엔진(12p, 12s)으로부터 벨트(22)로 층들(64p, 64s)을 정전기적으로 끌어당기기 위해 벨트(22)에 걸쳐 전위를 유도하도록 구성된다. 층들(64p, 64s)은 각각 프로세스 중 해당 시점에서 두께에 있어서 단일의 층 증가분에 해당되므로, 정전기적 인력은 EP 엔진(12p, 12s)으로부터 벨트(22)로 층들(64p, 64s)을 전달하기에 적합하다.
컨트롤러 어셈블리(38)는 바람직하게는 EP 엔진(12p, 12s)의 광전도체 드럼(42)을 벨트(22)의 선속도 및/또는 임의의 중간 전사 드럼 또는 벨트와 동기화된 동일한 회전 속도로 회전시킨다. 이것은 시스템(10)이 층들(64p, 66s)을 각각의 현상 이미지로부터 서로 함께 현상하고 전사하도록 허용한다. 특히, 도시된 바와 같이, 각각의 부품 층(64p)은 적합한 레지스트레이션(registration)으로 각각의 지지 층(64s)과 함께 벨트(22)로 전사될 수 있고, 바람직하게는 결합되거나 복합된 부품 및 지지 재료 층(64)을 형성할 수 있다.
이것은 부품 및 지지 재료가 유사한 또는 실질적으로 동일한 열 특성 및 용융 유동을 가질 것을 필요로 하면서, 층들(64p, 64s)이 함께 트랜스퓨즈되도록 허용한다. 이해될 수 있듯이, 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)로 전달되는 일부 층들은 지지 재료(66s)만을 포함하거나 또는 부품 재료(66p) 만을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 층들(64p, 64s)을 교번하는 것과 같이 부품 층들(64p)과 지지 층들(64s)은 선택적으로 현상되어 벨트(22)를 따라 각각 전사될 수 있다. 이들 연속적인, 교번 층들(64p, 64s)은 그 다음 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)로 전달될 수 있고, 여기서 3D 부품 및 지지 구조를 인쇄하기 위해 각각 트랜스퓨즈될 수 있다.
일부 실시예에서, EP 엔진(12p, 12s) 중 하나 또는 모두는 광전도체 드럼(42)과 벨트(22) 사이에 하나 이상의 중간 전사 드럼 및/또는 벨트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, EP 엔진(12p)은 모터(50a)의 회전력으로 화살표(52a)로 도시된 바와 같이, 화살표(52)로부터 대향하는 회전 방향으로 회전하는 중간 드럼(42a)을 포함할 수도 있다. 중간 드럼(42a)은 광전도체 드럼(42)과 결합하여 현상된 층들(64p)을 광전도체 드럼(42)으로부터 수신하고, 그 다음 상기 수신한 현상 층들(64p)을 운반하여 벨트(22)로 전달한다.
EP 엔진(12s)은 광전도체 드럼(42)으로부터 벨트(22)에 상기 현상층들(64s)을 운반하기 위해 동일한 배열의 중간 드럼(42a)을 포함할 수 있다. EP 엔진(12p, 12s)에 이러한 중간 전사 드럼 또는 벨트를 사용하는 것은 원하는 경우 벨트(22)로부터 광전도체 드럼(42)을 단열하는 데에 유익할 수 있다.
도 4는 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)에 대한 실시예를 보여준다. 나타낸 바와 같이, 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)는 예비 소결(pre-sintering) 히터(68), 생성 플랫폼(70), 및 닙 롤러(72)를 포함한다. 선택적 실시형태에서, 콤 등의 미국 출원공개공보 2013/0186549호 및 2013/0186558호에 기재된 바와 같이, 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)는 하나 이상의 포스트-퓨즈(post-fuse) 히터 및 에어 제트(또는 다른 냉각 유닛), 및/또는 다른 장치(예를 들어, 가압 플레이트, 다중 롤러 등)를 선택적으로 포함할 수도 있다.
예비 소결 히터(68)(위의 도 1에도 묘사됨)는 층들(64)의 분말 기반 재료를 닙 롤러(72)에 이르기 전에 소결하도록 구성된 하나 이상의 가열 장치(예를 들어, 적외선 히터, 가열된 에어 제트, 및/또는 접촉 롤러)이다. 각 층(64)은 층(64)을 가열하기에 충분한 체류시간 동안 예비 소결 히터(68)의 옆을(또는 안을) 통과하는 것이 바람직하고, 그렇게 함으로써 분말 기반 재료는 소결 접촉 필름(sintered contiguous film)(64f)으로 소결된다. 또한 하기에 설명되는 바와 같이, 소결된 필름(64f)이 닙 롤러(72)에 이르기 전에 부분적으로 바람직한 전사 온도로 냉각되도록 닙 롤러(72)로부터 충분한 거리를 두고 상류에 위치하는 것이 바람직하다.
생성 플랫폼(70)은 적층 방식으로, 3D 부품(74p) 및 지지 구조(74s)로 언급된 3D 부품 및 어떠한 관련된 지지 구조를 인쇄하기 위한 소결된 필름(64f)을 받도록 구성된 시스템(10)의 플랫폼 어셈블리 또는 플래튼(platen)이다. 논의의 편이성을 위하여, 여기서 3D 부품(74p) 및 지지 구조(74s)는 중간 생성 표면(76)을 가지는 3D 부품(74)으로 총괄하여 지칭된다. 일부 실시예에서, 생성 플랫폼(70)은 소결된 층들(64f)을 받기 위한 제거 가능한 필름 기판(미도시)을 포함할 수 있는데, 상기 제거 가능한 필름 기판은 어떤 적합한 기술(예, 진공 배기, 제거 가능한 접착제, 기계적 파스너, 자력 등)을 이용하여 생성 플랫폼(70)에 구속될 수 있다.
생성 플랫폼(70)은 갠트리(gantry)(78)에 의해 지지될 수 있는데, 이는 z-축 및 y-축을 따라 생성 플랫폼(70)을 이동시켜서, 바람직하게는 왕복 직사각 패턴을 생성하도록 구성된 갠트리 매커니즘이며, 주된 동작은 y-축을 따라 앞뒤로 움직이는 것이다(파단선(80)으로 표시됨). 왕복 직사각 패턴은 날카로운 축 방향 코너(화살표(80)로 규정됨)를 가지는 직사각형의 패턴으로 기술되었지만, 생성 플랫폼(70)이 가압 단계 동안 y-축을 따라 이동하기만 하면, 갠트리(78)는 원형 또는 타원형으로 규정된 코너를 가진 왕복 직사각 패턴으로 생성 플랫폼(70)을 이동시킬 수 있다. 갠트리(78)는 컨트롤러 어셈블리(38)로부터의 명령을 기반으로 모터(82)에 의해 작동되며, 모터(82)는 전기모터, 유압시스템(hydraulic system), 공압시스템(pneumatic system) 등일 수 있다.
도시된 실시예에서, 생성 플랫폼(70)은 가열부(84)(예, 전기 히터)로 가열될 수 있다. 가열부(84)는 실온(25℃) 보다 높은 상승된 온도, 더 바람직하게는 대략 부품 재료의 유리 전이 온도이거나, 유리 전이 온도에서 근접하게 아래인 온도, 예를 들어 유리 전이 온도에서 약 15℃ 이내로 아래인 온도이거나 약 10℃ 또는 약 5℃ 이내로 아래인 온도로 생성 플랫폼(70)을 가열 및 유지하도록 구성된다.
닙 롤러(72)는 예시적인 가열 가능한 가압 요소이며, 벨트(22)의 움직임을 따라 고정된 축 주위를 회전하도록 구성된다. 특히, 닙 롤러(72)는 벨트(22)가 화살표(34) 방향으로 회전하는 동안 화살표(86)의 방향으로 후면(22b)을 롤링할 수 있다. 도시된 실시예에서, 닙 롤러(72)는 가열부(88)(예, 전기 히터)로 가열될 수 있다. 가열부(88)는 실온(25℃)보다 높은 상승된 온도, 예를 들어 생성 플랫폼(70)과 실질적으로 동일한 온도(예컨대, 대략 부품 재료의 유리 전이 온도이거나, 유리 전이 온도에서 근접하게 아래인 온도, 예를 들어 유리 전이 온도에서 약 15℃ 이내로 아래인 온도이거나 약 10℃ 또는 약 5℃ 이내로 아래인 온도)로 닙 롤러(72)를 가열하고 유지하도록 구성된다.
인쇄 동작 중에, 벨트(22)는 분말 기반 현상 층(64), 열가소성 부품 및/또는 지지 재료를 예비 소결 히터(68)를 지나 이송한다. 이에 따라 예비 소결 히터(68)는 분말 기반 재료를 높은 온도 및 낮은(또는 제로) 인가 압력에서 소결한다.
층(64)의 분말 기반 재료를 소결하기 위한 특정 온도는 분말 기반 재료의 열가소성 특성에 따라 달라질 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 표면 장력은 소결에서 주요 원동력으로 여겨지며, 여기서 분말 입자의 표면적이 감소되어 사용 가능한 자유 에너지가 감소한다. 이것은 수학식 1에 기재된 바와 같이, 구형의 인접한 입자들의 융합 속도에 대한 점성 소결(viscous sintering)의 프렌켈 모델(Frenkel model)에 의해 설명될 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00001
수학식 1은 x/R<0.3으로 제한될 수 있고, 여기서 x는 넥 반지름(neck radius), R은 입자들의 반지름, Γ는 표면 장력, η는 점성, 그리고 t는 소결 시간이다. 수학식 1은 유리와 세라믹 재료에 성공적으로 적용되어 왔지만, 폴리머 재료에 대해서는, 수학식 2가 더 정확한 모델을 제공한다.
Figure 112016099916331-pct00002
여기서, F(T)는 오직 온도의 함수이다. 매개 변수 p=1일 경우, 이것은 수학식 1의 프렌켈 모델로 된다. 또한 수학식 2는 용융이 비뉴톤형(non-Newtonian)이고, 멱법칙 조성 방정식(Power Law constitutive equation)을 따른다고 가정하며, 이는 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112016099916331-pct00003
여기서 n과 m은 멱법칙 모델 상수들이다.
따라서, 수학식 2의 매개 변수 p는 유동학적 의미를 얻는다. n=1일 경우, 위의 식은 수학식 1의 정정된 형태로 된다. 그러나, 융합 공정(coalescence process) 중의 유동 필드(flow field)는 일반적으로 동질(homogeneous)이거나 등온(isothermal)이 아니다. 따라서, 융합 단계는 점탄성 효과(viscoelastic effects)을 고려한 유동 필드의 운동학(kinematics)에 의존한다.
융합 단계(coalescence stage)는 x/R이 0.5의 값에 이를 때 일반적으로 종료되는(terminal) 것으로 여겨진다. 다음에 오는 치밀화(densification) 단계에 대해서는, 수학식 4를 적용할 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00004
여기서, r0는 초기 융합 후에 대략 구형인 캐비티 또는 공극 크기(예컨대, 약 3마이크로미터)의 초기 반지름이고, r은 시간 t에서의 반지름이다. 그러므로 치밀화 단계는 수학식 5에 나타난 바와 같이 시간 상수(τdense)를 가진다.
Figure 112016099916331-pct00005
뉴턴 네킹 시간(Newtonian necking time)이라는 가정에 근거하면, 네킹에서 치밀화로의 이행은 네킹 지름이 입자 지름의 0.3배일 때 일어나고, 그 다음에 치밀화 시간은 네킹 시간의 약 2배이다. 따라서, 네킹 및 치밀화는 수학식 6에 나타난 바와 같이 소결 시간(τ)을 구하기 위해 결합될 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00006
예를 들어, 이러한 값들로, 압력이 적용되지 않은 12마이크로미터 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 입자들에 대하여 온도의 함수로서 소결 시간은 도 5에 나타내었다. 예를 들어, ABS 입자들이 약 200℃로 가열되면, 예비 소결 단계는 압력이 적용되지 않을 때 층(64)을 소결 접촉 필름(64f)으로 소결하기 위해서 적어도 3초 정도를 필요로 할 것이다. 만약 벨트(22)가 약 8in/sec(inches/second)의 선속도로 이동하면, 이것은 압력이 적용되지 않을 때(예컨대, 적외선 가열과 같은 비접촉 가열) 예비 소결 히터(68)가 약 24인치의 길이를 갖도록 요구한다. 이에 따라, 이러한 매개 변수들과 분말 기반 ABS 코폴리머 부품 재료를 이용하여, 예를 들어 예비 소결 히터(68)는 압력이 적용되지 않을 때 층(64)을 약 180℃에서 약 220℃로 가열할 수 있다.
그리고 벨트(22)의 연속된 회전은 소결된 필름(64f)을 닙 롤러(72)로 운반한다. 예비 소결 히터(68) 및 닙 롤러(72) 사이를 이동하는 동안, 바람직하게는 소결된 필름(64f)이 닙 롤러(72)에 이르기 전에 더 낮은 전사 온도로 냉각되고, 바람직하게는 수동 냉각된다. 그러나 능동 냉각(예컨대, 냉각 공기)도 선택적으로 이용될 수 있다. 이것은 소결된 필름(64f)이 차후의 가압 단계 동안 변형 없이 닙 롤러(72)의 닙 압력을 견디는 것을 가능하게 한다.
따라서, 소결된 층(64f)에 대하여 원하는 전사 온도로 냉각될 충분한 시간을 제공할 수 있도록, 예비 소결 히터(68)는 벨트(22)의 움직임 방향에서 닙 롤러(72)로부터 충분한 거리를 두고 상류에 위치하는 것이 바람직하다. 구체적인 전사 온도는 사용되는 부품 재료에 의존할 수 있다. 예를 들어, 분말 기반 ABS 부품 재료에 대해서, 바람직한 전사 온도는 약 110℃ 내지 약 130℃ 범위의 온도이고, 더 바람직하게는 약 105℃ 내지 125℃ 범위의 온도이며, 더욱더 바람직하게는 110℃ 내지 120℃ 범위의 온도이다.
벨트(22)의 회전에 따라, 갠트리(78)는 벨트(22) 상에서 들어오는 소결된 필름(64f)과 3D 부품(74)의 상부 표면이 정렬되도록 생성 플랫폼(70)을 움직일 수 있고, 바람직하게는 x-y 면에서 적절히 오버레이(overlay)되도록 한다. 갠트리(78)는 생성 플랫폼(70)을 y-축을 따라, 화살표(34) 방향의 벨트(22)의 회전 속도와 동기화된 속도(즉, 동일 방향 및 속도)로, 계속하여 이동시킨다. 이것은 벨트(22)의 후면(22b)이 닙 롤러(70) 둘레로 회전하여 벨트(22)와 소결된 필름(64f)을 3D 부품(74)의 생성 표면(76)에 대해 닙(nip)하도록 한다.
따라서 이것은 닙 롤러(72)의 위치에서 3D 부품(74)의 생성 표면(76) 사이에 소결된 필름(64f)을 가압하여 소결된 필름(64f)을 생성 표면(76)에 밀접하게 접촉하도록 한다. 이러한 가압 단계(예비 소결 단계와 결합되어 이용되기 위함)에 대한 적합한 압력의 예시는 제곱 인치 당 약 30파운드(psi) 미만, 더 바람직하게는 20psi 미만, 더욱더 바람직하게는 15psi 미만인 압력을 포함한다. 일부 바람직한 실시형태에서, 이 가압 단계의 압력은 10psi 미만이며, 더욱더 바람직하게는 5psi 미만이다.
소결된 층(64f)이 닙 롤러(72)의 닙을 통과함에 따라, 벨트(22)는 닙 롤러(72)의 둘레를 감싸 생성 플랫폼(70)으로부터 분리 및 결합 해제된다. 이것은 벨트(22)로부터 소결된 층(64f)이 분리되는 것을 도모하여, 소결된 층(64f)이 3D 부품(74)에 부착된 채 남아있도록 허용한다.
그 다음 갠트리(78)는 왕복 직사각형 패턴(80)을 따라, 생성 플랫폼(70)을 하방으로 작동시키고, 생성 플랫폼(70)을 y-축을 따라 후방으로 시작 위치로 이동시킨다. 생성 플랫폼(70)은 바람직하게는 다음 소결된 층(74)과 적절한 레지스트레이션(registration)을 위해 시작 위치에 도달한다. 일부 실시예에서, 갠트리(78)는 다음 소결된 층(64f)과 적절한 오버레이(overlay)를 위해 생성 플랫폼(70)과 3D 부품(74)을 상방으로 작동시킬 수도 있다. 그 다음 동일한 프로세스가 각각의 남아있는 소결된 층(64f)에 대해 반복될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 닙 롤러(72)는 바람직하게는 소결된 필름(64f)을 가압하여 생성 표면(76)에 밀접하게 접촉되도록 하고, 바람직하게는 낮은 인가 압력(예컨대, 2psi)으로 가압한다. 이것은 3D 부품(74)의 내부 기하학적 구조(internal geometries)가 미리 결정된 위치로부터 옮겨질 위험을 줄이고, 실린더 주위의 점성 유동처럼 모델로 만들어질 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 실린더 주위의 점성 유동에 대한 일반적인 해법은 실린더와 평면 사이의 표준 헤르츠 접촉(standard hertzian contact)에 근거할 수 있다. 이 경우, 접촉 닙 롤러(72)의 절반 폭은 수학식 7로 표시될 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00007
여기서, EABS와 Eroll은 3D 부품(76) 및 닙 롤러(72)의 탄성 계수; Vpart와 Vroll은 3D 부품(76) 및 닙 롤러(72)의 프와송의 비(Poisson’s ratios); L은 접촉 길이; 그리고 F는 인가된 힘이다.
또한, 최대 접촉 압력은 수학식 8로 표시될 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00008
이에 따라, 수학식 9-11에서 기재된 바와 같이, 측면 전단(lateral shear)(부품 재료가 y-축에 따른 접촉으로부터 해방되게 함)은 접촉(contact) 아래의 대략 b에서 정점에 도달한다.
Figure 112016099916331-pct00009
Figure 112016099916331-pct00010
Figure 112016099916331-pct00011
예를 들어, 만약 y-축에서 인쇄 방향으로 닙 롤러(72)의 총 길이가 0.4인치이고, 평균 인가 압력이 15psi이면, 측면 전단 응력은 상기 닙 아래의 약 0.16인치에서 약 7psi의 압력으로 정점에 도달한다.
헤르츠 분석(Hertzian analysis)은 여기에 적용할 수 있으며, 그 이유는 형성된 3D 부품(74)이 바람직하게는 닙 롤러(72)가 돌아가는 동안에 상당히 단단해지기 때문이다. 그렇지 않으면, 3D 부품(74)는 파괴적으로 비틀어질(즉, 변형됨) 것이다. 위의 분석은 어떤 점성 뒤틀림은 3D 부품(74)의 생성 표면(76) 아래의 약 닙 절반 폭에서 최대한으로 발생할 것이고, 추진 압력(driving pressure)은 평균 닙 압력의 약 절반이 될 것이라는 것을 나타낸다.
관심있는 경우로, 닙 롤러(72)는 3D 부품(74)에 박히는 것으로 여겨지고, 이것은 닙의 앞과 뒤에서 흐르는 부품 재료의 소스를 제공한다. 헤르츠 분석에 근거하면, 이러한 문제는 하나의 닙 길이 만큼의 간격을 두고 이격되고, 평균 닙 압력의 절반과 동일한 정압(constant pressure)으로 구동되는, 두 개의 고정된 플레이트 사이의 평면 점성 유동과 비슷해질 수 있다. 이것은 도 7에 보여지고, 여기서 하부 가상면은 3D 부품(74)의 상부 표면 아래의 2b 지점이고, 상면은 3D 부품(74)의 생성 표면(76)이다.
간격 2b로 분리된 두 개의 플레이트 사이에서 정압 구동 흐름(constant pressure driven flow) 에 대한 속도 분포는 수학식 12로 나타낼 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00012
이 경우, 최대 공간 운동이 우세하고, 이것은 z=-b에서 발생한다. 뿐만 아니라, 추진 압력은 y=b일 때까지 제로로 감소한다고 가정하고, 수학식 13이 적용된다.
Figure 112016099916331-pct00013
더욱이, 벨트(22) 속도를 Vbelt로 가정하면, 비틀림 흐름이 시작된 시점(일 지점(point)이 닙의 앞 가장자리 아래일 때) 부터 멈춘 시점(상기 지점이 닙의 중앙 아래일 때)까지 닙 롤러(72)가 움직이는 시간에 대한 속도의 적분은 수학식 14로 나타낼 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00014
비틀림 거리가 3D 부품(76)의 하나의 복셀 사이즈보다 작거나 같다고 가정하면(즉, dvoxel>ydist), 상기 닙 사이즈, 벨트 속도, 부품 재료 점도(η), 및 복셀 사이즈의 함수로서 최대로 허용되는 평균 닙 압력(Pave)은 수학식 15로 나타낼 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00015
예를 들어, ABS 부품 재료, 600dots-per-inch(dpi) 복셀, 8in/sec인 벨트(22) 선속도, 및 길이가 0.4 인치인 닙을 갖는 닙 롤러(72)에 대해서, 하나의 복셀 이상으로 3D 부품(76)을 왜곡시키지 않는 닙에서의 최대 압력의 근사치는 온도의 함수로서 도 8에 표시된다.
이것은 138℃가 8in/sec의 선속도에서 30psi의 인가된 닙 압력을 견딜 것으로 예상될 수 있는 가장 뜨거운 부품 온도라는 것을 제시한다. 상기 벨트 속도가 더 느려지면, 최대 압력은 더 낮아질 수 있고, 및/또는 최대 부품 온도는 더 낮아질 수 있다.
다른 예로는, 만약 15psi가 최소의 적절한 평균 닙 압력이라고 설정된다면, 위에서 논의된 관계는 3D 부품(76)의 일 부분에 걸쳐서 최대로 허용되는 닙의 드웰 타임(dwell time)으로서 다시 표현될 수 있고, 수학식 16에서 표시된 바와같이, 부품은 두드러지게 비틀어지지 않는다.
Figure 112016099916331-pct00016
예를 들어, 절반 폭이 0.2인치, 600 dpi 복셀 해상도, 및 15psi 평균 압력을 갖는 닙에 대해서, 최대 허용되는 드웰 타임(τdist)(time-to-distort)은 도 9에 나타내져 있다. 비교해 볼 때, 두 개의 ABS 표면들이 상호 확산되는 렙테이션(reptation) 시간은 수학식 17로 표현될 수 있다.
Figure 112016099916331-pct00017
여기서 Gn은 플래토(plateau) 계수이다(예컨대, ABS는 400,000파스칼초(Pascal-seconds)).
두 개의 층들이 충분히 상호 확산 되는데에 필요한 시간은 대략 3의 렙테이션 시간(three reptation time)으로 여겨지고, 이것은 도 10에 나타내져 있다. 도시된 바와 같이, 층들에 대해 단일 레이어 트랜스퓨전 단계 동안 이러한 정도의 렙테이션이 얻어질 것으로 예상된다면, 약 140℃ 또는 더 높은 부품 온도가 요구된다. 그러나, 이에 비하여, 만약 3D 부품(74)이 약 100℃ 또는 더 높은 온도로 유지된다면, 상기 층들은 2분 이내로 충분히 확산될 것이다.
따라서, 만약 분말 기반 재료의 층들(64)이 3D 부품(74) 위로 오버레이되기 전에 충분히 소결된다면, 일차적인 공정 조건은, 3D 부품(74)이 충분히 식어서 닙 롤러(72)가 그것을 비틀지 않게 하고, 3D 부품(74)이 충분히 뜨거워서 비틀림이 제어되고 오버레이된 소결된 필름들(64f)의 폴리머가 양호한 렙테이션을 얻도록 하는 것이다.
도 11은 시스템(10)에 대한 예시적인 공정 온도 영역을 보여준다. 도시된 바와 같이, 오른쪽 상단 구석에 있는 영역(90)은 현상된 분말 상태에서 소결된 접촉 필름(예컨대, 소결된 필름(64f))으로 분말 기반 재료를 소결하기 위한 시간 및 온도 영역을 나타낸다. 도 11로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 낮은 온도(예컨대, 약 150℃ 아래) 및 압력이 적용되지 않을 때, 지속 기간이 터무니없이 증가하지 않는 한(즉, 인쇄 속도가 제로에 가까워지지 않는 한) 분말 기반 재료는 소결하지 않을 것이다.
그러나, 이에 비하여, 영역(90)에 인접한 예비 소결 영역(92)은 사용 가능한 온도 영역을 관리할 수 있는 범위로 이동시킨다. 영역(92)은 압력이 전혀 또는 거의 인가되지 않은 상태에서 서로 밀접하게 접촉하도록 배치된 소결된 층들(64f)이, 충분한 층간 렙테이션을 얻도록 상호 확산될 수 있는 공정 영역을 나타낸다. 예를 들어, 만약 소결된 층(64f) 및 3D 부품(74)이 인가 압력 없이 각각 약 120℃인 온도를 가진다면, 층간 접합은 접합선(94)에 나타난 바와 같이 약 5초 이내에서 일어날 것이다.
마지막으로, 영역(96)은 닙 롤러(72)가 3D 부품(74)을 30psi에서 두드러진 부품 비틀림없이 가압할 수 있는 공정 영역을 나타낸다. 선(98)은 8in/sec(ips)의 인쇄 속도를 나타내고, 접합선(94)과 겹쳐질 때, 닙 롤러(72)로 가압 단계를 수행하기 위한 왼쪽 하단 구석에 있는 바람직한 공정 영역(100)을 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 사실상 인가 압력을 필요로 하지 않으면서, 압력을 적당한 양으로 증가시키는 것과 마찬가지로, 현상 층(64)을 예비 소결하는 것은 효과적으로 사용 가능한 온도 영역을 아래로 이동시킨다.
따라서, 층(64)은 바람직하게는 표면 장력에 의해, 소결 접촉 필름(64f)을 형성하도록 충분한 기간 동안 높은 온도에서 소결될 수 있다. 그 다음에 이러한 소결된 필름(64f)은 닙 롤러(72)에서 가압 단계에 이르기 전에 더 낮은 전사 온도로의 냉각이 허용된다. 그 다음에 닙 롤러(72)는 소결된 필름(64f)을 가압하거나 또는 소결된 필름(64f)이 3D 부품(74)의 생성 표면(76)과 밀접하게 접촉하게 할 수 있고, 적절한 온도, 예를 들어 3D 부품(74)의 유리 전이 온도와 아주 근접하지만 상기 온도보다 낮은 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 위에서 논의된 바와 같이 닙 롤러(72)는 낮은 압력으로 가압할 수 있다.
따라서, 인쇄 작업 기간 동안, 그 다음의 소결된 필름들(64f)이 덮일 때, 주어진 소결 필름(64f) 및 3D 부품(74)의 폴리머는 인쇄 작업이 완료될 때까지 양호한 폴리머 렙테이션(층 내부 및 층간)을 얻도록 계속해서 상호 확산된다. 게다가, 소결된 필름(64f) 및 3D 부품(74)은 적당히 낮은 온도로 유지되기 때문에, 부품 변형이 거의 또는 전혀 일어나지 않고, 빠른 인쇄 속도, 예를 들어 y-축의 인쇄 방향에서 약 2in/sec 내지 8in/sec의 범위인 인쇄 속도 또는 더 빠른 인쇄 속도로 유지될 수 있다.
게다가, 가압 단계를 더 낮은 온도와 압력에서 행함으로써, 추가적인 시스템 하드웨어, 예를 들어 3D 부품(74)를 평균 부품 온도로 유지하기 위한 전열처리기(pre-heaters), 후열처리기(post-heaters), 냉각 유닛 등을 줄일 수 있거나, 일부 실시 형태에서는 시스템(10)에서 완전히 없앨 수 있다. 이것은 3D 부품(74)의 가열/냉각 진동을 줄이고, 빠른 열 사이클을 벨트(22) 상의 소결된 필름(64f)에 국한시킨다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 일부 선택적 실시형태에서, 콤 등의 미국 출원공개공보 2013/0186549호 및 2013/0186558호에 기재된 바와 같이, 레이어 트랜스퓨전 어셈블리(20)는 하나 이상의 포스트-퓨즈 히터 및 에어 제트(또는 다른 냉각 유닛), 및/또는 다른 장치(예를 들어, 가압 플레이트, 다중 롤러 등)를 선택적으로 포함할 수도 있다.
뿐만 아니라, 소결된 필름(64f)은 원하는 전사 온도로 냉각된 접촉 층이기 때문에, 소결된 필름(64f)이 3D 부품(74)의 생성 표면(76)과 밀접하게 접촉하도록 가압될 때, 소결된 필름(64f)의 접촉 성질은 지지(underlying support)의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다. 다시 말해서, 소결된 필름(64f)은 효과적으로 3D 부품(74)의 숨겨진 간극을 메우고, 그것은 많은 응용에서 지지 재료의 필요를 줄일 수 있다.
위에서 논의된 실시형태에서, 예비 소결 히터(68)는 바람직하게는 비접촉 히터(예컨대, 적외선 히터)를 포함하고, 그것은 현상 층(64)에 어떠한 압력도 적용하지 않는다. 선택적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 예비 소결 히터(68)는 가압 롤러(68a), 후방 롤러(68b), 및 가열 요소(68c)의 롤러 배치를 포함할 수 있다.
이러한 실시형태에서, 가열 요소(68c)는 벨트(22) 및 현상 층(64)을 가열하도록 후방 롤러(68b)를 상승된 온도로 가열할 수 있다. 또한, 가압 롤러(68a)는 낮은 압력을 현상 층(64)에 적용하여, 상승된 온도와 낮은 인가 압력의 조합은 현상 층(64)의 분말 기반 재료를 소결 접촉 필름(64f)으로 소결할 수 있다.
가열된 롤러(즉, 후방 롤러(68b))를 벨트(22)의 후면(22b) 상에 위치시키는 것은 가압 롤러(68a)에 대향될 때, 벨트 표면 에너지가 두드러지게 끈적거리는 표면이 되게 한다. 게다가, 가압 롤러(68a) 및 후방 롤러(68b)의 닙(nip) 내에서 벨트(22)의 표면 굴곡(curvature)은 소결된 필름(64f)을 벨트(22) 상에 유지하는 경향도 있다.
따라서, 이러한 롤러의 실시형태는 소결된 필름(74)이 도 4에 도시된 실시형태보다 더 낮은 온도에서 예비 소결 히터(68)를 떠나는 것을 허용한다. 이것은 상대적으로 이러한 롤러의 실시형태가 닙 롤러(72)에 더 가깝게 배치되는 것을 허용하는데, 그 이유는 소결된 필름(64f)이 원하는 전사 온도로 길게 냉각되는 것을 필요로 하지 않을 것이기 때문이다. 게다가, 적외선 가열은 이러한 롤러 실시형태에 대해서는 필요하지 않기 때문에, 분말 기반 재료는 선택적으로 적외선 흡수 재료(예컨대, 카본 블랙(carbon black))를 포함하지 않아도 되며, 여러가지 색깔의 색소와 염료가 구성 요소에 포함되는 것을 허용한다.
시스템(10)은 다양한 분말 기반 열가소성 부품 및 지지 재료에 사용하기에 적절하다. 적절한 재료의 예시는 마틴의 미국 특허출원 13/944,472호; 13/944,478호; 및 13/944,483호; 제이크 등의 미국 특허출원 13/951,629호; 및 로저의 미국 특허 14/077,703호에 개시된 것들이 포함된다. 일부 실시형태에서, 시스템(10)은 폴리카프로락탐(polycarpolactum)(PA6), 폴리헥사메틸레네이드파마이드(polyhexamethyleneaidpamide)(PA6,6), 폴리헥사메틸레논아미드(polyhexamethylenenonamide)(PA6,9), 폴리헥사메틸렌세바카미드(polyhexamethylenesebacamide)(PA6,10), 폴리에난토락텀(polyenantholactum)(PA7), 폴리운데카노락텀(polyundecanolactum)(PA11), 폴리라우로락탐(polylaurolactam)(PA12) 및 이들의 조합과 같은 폴리아미드 나일론 타입(polyamide nylon-type) 재료를 사용하기에 특히 적합하다.
본 발명이 바람직한 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 이 분야의 숙련된 기술자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항이 변경될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 3차원 부품을 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템으로서,
    부품 재료로부터 상기 3차원 부품의 층들을 현상하도록 구성된 하나 이상의 전자사진 엔진;
    상기 하나 이상의 전자사진 엔진으로부터 현상 층들을 수신하도록 구성된 전사 벨트;
    소결 접촉 필름들을 제공하기 위하여, 상기 현상 층들을 소결 온도로 가열하여 상기 현상 층들을 상기 전사 벨트 상에서 소결하도록 구성된 예비 소결 히터;
    생성 플랫폼; 및
    상기 소결 접촉 필름들을 상기 생성 플랫폼 상에서 적층 방식으로 상기 3차원 부품의 중간 생성 표면과 접하도록 가압하기 위하여, 상기 예비 소결 히터의 하류에서 상기 전사 벨트와 맞물리도록 구성된 가압부를 포함하고,
    상기 예비 소결 히터는 상기 소결 접촉 필름들이 상기 가압부에 이르기 전에 상기 소결 온도보다 50℃ 에서 120℃ 낮은 전사 온도로 냉각되도록, 상기 가압부로부터 거리를 두고 떨어져 상기 전사 벨트를 따라 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압부는 닙 롤러를 포함하는 적층 제조 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가압부는 상기 닙 롤러를 상기 부품 재료의 유리 전이 온도 아래로 15℃ 이내의 온도로 가열하도록 구성된 가열부를 더 포함하는 적층 제조 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압부는 상기 소결 접촉 필름들을 제곱 인치 당 30파운드보다 적은 인가 압력으로 가압하도록 구성된 적층 제조 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인가 압력은 제곱 인치 당 10파운드보다 적은 적층 제조 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 예비 소결 히터는 비접촉 히터를 포함하는 적층 제조 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 예비 소결 히터는 가압 롤러, 후방 롤러 및 상기 후방 롤러를 가열하도록 구성된 가열 요소를 포함하고,
    상기 가압 롤러 및 상기 후방 롤러는 상기 현상 층들 및 상기 전사 벨트와 맞물리는 적층 제조 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 전자사진 엔진의 각각은 부품 재료 공급물을 유지하는 현상 스테이션을 포함하고,
    상기 부품 재료는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 코폴리머를 포함하고,
    상기 전사 온도는 100℃ 내지 130℃의 범위인 적층 제조 시스템.
  9. 3차원 부품을 인쇄하기 위한 적층 제조 시스템으로서,
    아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 코폴리머를 포함하는 부품 재료로부터 상기 3차원 부품의 층을 현상하도록 구성된 하나 이상의 전자사진 엔진;
    상기 하나 이상의 전자사진 엔진으로부터 상기 현상 층을 수신하도록 구성된 전사 벨트;
    소결 접촉 필름들을 제공하기 위하여 상기 전사 벨트 상에서 상기 현상 층을 소결하도록 구성된 예비 소결 히터; 및
    상기 예비 소결 히터로부터 하류의 위치에서 상기 전사 벨트와 맞물리는 닙 롤러를 포함하며,
    상기 닙 롤러는 상기 소결 접촉 필름이 상기 닙 롤러에 이르기 전에 100℃ 내지 130℃ 범위의 온도로 냉각되도록 상기 예비 소결 히터로부터 하류에 위치하며, 상기 닙 롤러는 제곱 인치 당 30파운드보다 작은 인가 압력으로 상기 소결 접촉 필름을 가압하여 이전에 형성된 3차원 부품의 층과 접하게 하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 닙 롤러를 상기 부품 재료의 유리 전이 온도 아래로 15℃ 이내의 온도로 가열하도록 구성된 가열부를 더 포함하는 적층 제조 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 예비 소결 히터는 상기 현상 층을 180℃ 내지 220℃ 범위의 온도로 가열하여 상기 현상 층을 소결하도록 구성된 적층 제조 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 예비 소결 히터는 상기 현상 층에 압력을 가하지 않고 상기 현상 층을 소결하도록 구성된 적층 제조 시스템.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 닙 롤러의 인가 압력은 제곱 인치 당 10파운드보다 작은 적층 제조 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 닙 롤러의 인가 압력은 제곱 인치 당 5파운드보다 작은 적층 제조 시스템.
  15. 적층 제조 시스템으로 3차원 부품을 인쇄하는 방법으로서,
    상기 적층 제조 시스템의 하나 이상의 전자사진 엔진으로 부품 재료의 현상 층을 제조하는 단계;
    상기 현상 층을 상기 적층 제조 시스템의 하나 이상의 전자사진 엔진으로부터 전사 어셈블리로 전사하는 단계;
    소결 접촉 필름을 제조하기 위해 상기 전사 어셈블리에서 상기 현상 층을 소결하는 단계;
    상기 소결 접촉 필름을 소결 온도 보다 50℃ 에서 120℃ 낮은 전사 온도로 능동적으로 냉각하는 단계; 및
    상기 3차원 부품의 중간 생성 표면과 접하도록 상기 냉각된 소결 접촉 필름을 제곱 인치 당 30파운드보다 작은 인가 압력으로 가압하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 부품 재료는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 코폴리머를 포함하고,
    상기 현상 층을 소결하는 단계는 상기 현상 층을 180℃ 내지 220℃ 범위의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 전사 온도는 100℃ 내지 130℃의 범위인 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 인가 압력은 제곱 인치 당 10파운드보다 작은 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 인가 압력은 제곱 인치 당 5파운드보다 작은 방법.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 전사 어셈블리는 선속도(line speed)가 2 in/sec(inches/second) 내지 8 in/sec(inches/second)의 범위인 전사 벨트를 포함하는 방법.
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