KR102159479B1 - 에어로졸 살포기를 이용해서 층 지형을 제어하는 정전식 3-d 프린터 - Google Patents

에어로졸 살포기를 이용해서 층 지형을 제어하는 정전식 3-d 프린터 Download PDF

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에이. 클락 로버트
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Abstract

3-D 프린터는 빌드 재료 및 지지 재료를 ITB에 정전식으로 전사시키는 빌드 재료 현상 스테이션 및 지지 재료 현상 스테이션을 포함한다. ITB는 압반이 ITB 상의 층들 중 하나와 접촉할 때마다 빌드 재료 및 지지 재료의 층을 압반에 전사시켜, 압반 상에 층들의 자립형 스택을 연속하여 형성시킨다. 센서는 압반 상의 층의 지형 계측을 야기시키도록 위치되고, 에어로졸 살포기는 빌드 및 지지 재료를 압반 상의 층 상으로 추진시키도록 위치된다. 에어로졸 살포기는, 피드백 루프를 통한 센서로부터의 지형 계측에 의거해서, 추진 중인 빌드 재료 및 지지 재료를 제어해서, 층 상으로 추진된 빌드 재료 및 지지 재료의 양 및 위치를 조정함으로써, 압반 상의 자립형 스택 내 층들의 표면 지형의 평탄도를 제어한다.

Description

에어로졸 살포기를 이용해서 층 지형을 제어하는 정전식 3-D 프린터{ELECTROSTATIC 3-D PRINTER CONTROLLING LAYER TOPOGRAPHY USING AEROSOL APPLICATOR}
본 명세서의 시스템 및 방법은 일반적으로 정전식(electrostatic) 인쇄 공정을 이용하는 3-차원(3-D) 인쇄 방법에 관한 것이다.
3-차원 인쇄는 예를 들어 잉크젯 프린터(ink-jet printer)를 사용하여 대상물(object)을 생성할 수 있다. 많은 시스템에서, 플랫폼이 잉크-젯에 대해서 이동하여 빌드 재료(build material) 및 지지 재료(support material)의 층을 압반 상에 형성하고, 각각의 층은 UV 광원을 이용해서 경화된다. 이러한 단계는 층별로 반복된다. 지지 재료는 일반적으로 산-가용성, 염기-가용성 또는 수용성 중합체를 포함하며, 3-D 인쇄가 완료된 후 빌드 재료로부터 선택적으로 세정될 수 있다.
정전식(전자-사진식) 공정은 재료를 (광 수용체 벨트 또는 드럼과 같은) 중간 표면 상에 전사하는 2-차원 디지털 이미지를 생성하는 잘 알려진 수단이다. 전자-사진 이미지가 전사되는 방식의 발전은 인쇄 시스템의 속도, 효율성 및 디지털 특성을 활용할 수 있다.
예시적인 3-차원(3-D) 프린터는, 다른 구성 요소 중에서, 중간 전사 벨트(intermediate transfer belt: ITB)와 같은 중간 전사 표면(intermediate transfer surface), 빌드 재료 및 지지 재료의 층을 ITB에 전사시키도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션 및 지지 재료 현상 스테이션, 및 ITB에 인접한 주입 스테이션(transfuse station)을 포함한다. 평탄한 표면을 가진 압반(platen)은 ITB와 반복해서 접촉하도록 위치된다. 압반은 ITB에 대해서 이동하고, 그리고 ITB는 압반이 주입 스테이션에서 ITB 상의 층들 중 하나와 접촉할 때마다 압반의 평탄한 표면에 빌드 재료 및 지지 재료의 층을 전사시켜, 압반의 평탄한 표면 상에 층들의 자립형 스택(freestanding stack)을 연속하여 형성시킨다.
또한, 선택적 융합 스테이션(fusing station)은 압반 상에 층들을 함께 융합시키기 위하여 자립형 스택에 열 및 압력을 인가하도록 위치될 수 있고, 그리고 선택적 경화 스테이션은 또한 빌드 재료 내의 중합체들을 가교결합시키기 위하여 자립형 스택에 열 및 자외광을 인가하도록 위치될 수 있다. 센서는 융합 스테이션이 층을 융합시킨 후에 압반 상의 층의 지형 계측을 야기시키도록 위치된다. 나아가, 에어로졸 살포기(aerosol applicator)는 (층이 융합 스테이션에 의해 융합된 후) 융합후 빌드 및 지지 재료를 층 상으로 추진(propel)시키도록 위치된다. (잠재적으로 프로세서를 포함하는) 피드백 루프(feedback loop)는 에어로졸 살포기를 센서에 전기적으로 접속시킨다. 센서는 융합후 층 내의 오목부를 검출하고, 피드백 루프를 통해서 그 오목부(depression)의 깊이 및 위치(location)를 에어로졸 살포기에 공급한다.
에어로졸 살포기는, 피드백 루프를 통한 센서로부터 층의 지형 계측에 기초하여, 추진 중인 빌드 및 지지 재료의 양 및 위치를 제어해서, 융합후 층에 추진된 빌드 및 지지 재료의 양과 위치를 조정하여, 압반 상의 자립형 스택 내의 층들의 표면 지형의 평탄도를 제어한다. 따라서, 에어로졸 살포기는 상이한 양의 빌드 재료 및 지지 재료를 각각의 융합후 층의 상이한 위치에 선택적으로 추진시켜, 층의 표면 지형의 오목부를 채워서 층의 표면 지형을 압반의 평탄한 표면에 대해서 평탄화시키고 평행하게 한다.
에어로졸 살포기는 가압된 가스에 의해 구동된 벤투리(venturi)식의 협소화된 관형 제트 본체를 가진 가스 젯이다. 일례에서 에어로졸 살포기는 빌드 재료 및 지지 재료 둘 다를 선택적으로 추진시킬 수 있는 가스 젯들의 어레이(array of gas jets)이다. 몇몇 구조에서, 각 가스 젯은, 에어로졸 살포기로부터 추진된 빌드 재료 및/또는 지지 재료의 양뿐만 아니라 빌드 재료 또는 지지 재료가 추진될지를 제어하는 전계 게이트(electrical field gate)들을 포함한다. 다른 구조에서, 가스 젯의 일부는 단지 빌드 재료를 추진시키는 한편 다른 가스 젯 전부는 단지 지지 재료를 추진시키며, 어레이 구성은 교호의 빌드 재료 가스 젯 및 지지 재료 가스 젯을 포함한다.
이들 및 다른 특징은 이하의 상세한 설명에 기재되거나 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.
다양한 예시적인 시스템 및 방법이 첨부된 도면을 참조하여 아래에 상세히 설명되며, 도면들에서:
도 1 내지 도 6은 본 명세서에서의 장치를 부분적으로 예시한 개략적인 단면도;
도 도 7A 내지 도 8C는 본 명세서에서의 장치를 예시한 개략적 확대도;
도 9 내지 도 13은 본 명세서에서의 장치를 부분적으로 예시한 개략적인 단면도;
도 14는 본 명세서에서의 장치를 예시한 개략적 확대도;
도 15 내지 도 24는 본 명세서에서의 장치를 부분적으로 예시한 개략적인 단면도;
도 25는 본 명세서에서의 인쇄 장치를 예시한 개략도; 및
도 26 및 도 27은 본 명세서에서의 인쇄 장치의 구성요소를 예시한 개략도.
3-D 인쇄 기법에 의하면, 각 층의 두께 균일성 및 표면 특성이 잘 형성된 정확한 최종 3-D 부분을 성취하도록 제어되어야 한다. 일단 층들이 서로의 상부 위에 놓이면, 개별의 층의 두께 또는 지형의 임의의 불균일성 또는 상기 부분과 지지 재료 간의 부정합(mis-registration)은 불균일성의 누적된 특성으로 인해 잘못 형성된 그리고/또는 부적당한 최종 부분을 생성한다. 따라서 아래에 논의되는 장치는 부분 강건성(robustness)을 확보하기 위하여 각 층에 대한 레벨링 공정(leveling process)을 제공한다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 부분 및 지지 재료가 현상되어 정전 공정을 이용해서 벨트로 전사된 후에, 층은 주입 조립체에서 이전의 층에 주입된다. 주입된 층의 지형은 부분이 더 두껍게 됨에 따라서 더욱 뜨겁게 유지하는 부분으로 인해 주입 단계에서 인가되는 압력 및 열로 인해 변할 수 있다. 층들 간의 평균 지형 변화에 부가해서, 층 내 지형은 또한 환경적 불안정성, 현상 롤 소진(run out), 드럼 마모 등으로 인해 변할 수 있다.
층 지형의 변화를 방지하기 위하여, 본 명세서에서의 장치 및 방법은 부분에 주입된 후에 각 층의 지형 계측을 행한다. 이 피드백은 각 개별적인 층 내의 교차 공정 및 공정 방향 불균일성으로 인해 최종 부분이 더욱 두껍게 되거나 지형 변형이 생김에 따라서 변화하는 열 용량의 효과를 저감시키는 것을 도울 수 있다.
따라서, 본 명세서에서의 장치 및 방법은, 불균일한 표면 지형을 갖도록 동소에서 계측되고 치수 부정확도가 추가 중인 추가의 레벨 전에 저감되거나 제거되도록 평활하게 될 필요가 있는 이미 융합된 표면에 빌드 및/또는 지지 재료를 부가하기 위하여 에어로졸 살포기(예컨대, 탄도식 에어로졸 마킹(ballistic aerosol marking: BAM) 인쇄 헤드 모듈)를 작동시키도록 각 개별적인 층 지형을 모니터링하고 피드백으로서 그 지형 데이터를 이용함으로써 3-D 인쇄 부분의 전체적인 정확도 및 균일성을 개선시킨다. 불균일성 계측 정보는 에어로졸 살포기로 피드백되고, 그리고 이어서 빌드 및 지지 둘 다의 추가의 재료가, 최상층을 평활화하거나 더욱 균일하게 하고 그 다음 및 후속 층들에 대한 준비가 되도록 하기 위하여, 필요에 따라서, 융합후 부분에 디지털 방식으로 추가된다.
그러므로, 에어로졸 살포기는 새롭게 주입된 층을 레벨링하기 위하여 층 상에 계측된 하부 영역에 지지 재료 및 빌드 재료를 추가한다. 선택된 빌드 재료 및 지지 재료에 따라서, 에어로졸 살포기가 재료를 투사하는 고속은 투사된 빌드 및 지지 재료를 기존의 층에 융합시키도록 작용한다. 다른 빌드 및 지지 재료의 경우, 본 명세서에서의 다른 구조는 투사된 빌드 및 지지 재료를 기존의 층에 융합시키는 에어로졸 살포기에 이웃한 추가의 융합 스테이션을 포함한다. 에어로졸 살포기가 추가의 빌드 및 지지 재료를 투사하여 평탄한 표면을 형성한 후에(그리고 잠재적인 제2 융합 공정 후에), 압반은 주입 닙(transfuse nip)으로 도로 되돌아가고, 여기에서 주입될 그 다음 층에 대한 준비로 예열된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서의 3-D 프린터는, 다른 구성요소 중에서도, 롤러(112)들 상에 지지된 중간 전사 표면(110)(표면, 드럼 또는 벨트일 수 있고, 때로는 본 명세서에서 중간 전사 벨트(ITB)라 지칭됨), 제1 인쇄 구성요소(예컨대, 현상 스테이션(116)), 제2 인쇄 구성요소(예컨대, 현상 스테이션(114)), 및 ITB(110)에 인접한 압반(118)(플랫폼 표면 또는 벨트일 수 있음)을 포함한다. 빌드 및 지지 재료의 패턴은 현상 스테이션(114, 116)으로부터 중간 전사 벨트(110)로, 그리고 중간 전사 벨트로부터 압반(118)으로 전산된다. 또한, 이러한 구조는 주입 히터(120), 선택적 별도의 융합 스테이션(126)(주입 닙(130)에 편입될 수 있음), 선택적 별도의 에어로졸 후 융합 스테이션(164), 및 광원(124)을 이용해서 광(예컨대, UV 광)을 그리고/또는 히터(122)를 이용해서 열을 인가하도록 위치된 선택적 경화 스테이션을 포함할 수 있다. 이 구조는 또한 선택적으로 냉각 스테이션(166) 및 지지 재료 제거 스테이션(148)을 포함할 수 있다.
도 1은 주입 닙(130)이 층을 압반(118)에 주입한 후에(그리고 가능하게는 선택적인 추가의 융합 스테이션(126)이 층을 융합시킨 후에) 센서(144)가 압반(118) 상의 층의 지형 계측을 야기시키도록 위치된 것을 예시한다. 또한, 에어로졸 살포기(160)는 (층(102)이 주입 닙(130)에 의해 주입되고 가능하게는 융합 스테이션(126)에 의해 융합된 후) 융합 후 층 상으로 빌드 및 지지 재료를 추진시키도록 위치된다. (잠재적으로 프로세서(224)를 포함하는) 피드백 루프(146)는 에어로졸 살포기(160)를 센서(144)에 전기적으로 접속시킨다. 센서(144)는 융합 후 층 내 오목부를 검출하고, 그리고 피드백 루프(146)를 통해서 에어로졸 살포기(160)에 지형 계측 내 오목부의 깊이 및 위치를 공급한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 인쇄 부품(116)은 제1 재료(104)(예컨대, (잠재적으로 건조된) 분말 폴리머-왁스 재료(예를 들어, 하전된 3-D 토너)와 같은 빌드 재료)를 ITB(110)에 (예컨대, 벨트와 전사 중인 재료 간의 전하 차이에 의해) 정전식으로 전사시키도록 위치되고, 그리고 (예를 들어, 광 수용체일 수도 있는) 제2 인쇄 부품(114)은 또한 ITB(110) 상에서 제1 재료(104)가 위치하는 ITB(110)의 위치로 제2 재료(105)(예를 들어, 분말 폴리머-왁스 재료(예를 들어, 하전된 3-D 토너)와 같은 지지 재료)를 정전식으로 전사시키도록 위치된다.
지지 재료(105)는, 인쇄된 3-D 구조(104)가 인쇄 공정에서 사용된 지지 재료(105)로부터 분리될 수 있도록, 빌드 재료(104)에 영향을 미치지 않는 용매에 용해된다. 도면에서, 빌드 재료(104)와 지지 재료(105)의 조합은 요소(102)로 도시되어 있고, 때로는 현상된 층으로 불린다. 빌드 재료(104)와 지지 재료(105)의 현상된 층(102)은 ITB(110)의 이산적 영역 상에 있고, 그 층 (및 그와 관련된 지지 요소) 내의 3-D 구조의 구성요소에 대응하는 패턴으로 존재하며, 여기서 3차원 구조가 현상된 층(102)에 의해 구축된다.
도 2에서 수직 화살표로 나타낸 바와 같이, 압반(118)은 당해 압반(118)을 ITB(110)와 접촉시키기 위해 (모터, 기어, 풀리, 케이블, 가이드 등(모두 일반적으로 항목 118로 표시됨)을 사용하여) ITB(110)를 향해 이동한다. 현상된 층(102)은 ITB(110)에 정전식으로 전사될 수 있고/있거나 현상된 층(102)과 ITB(110)는 히터(120)에 의해 국부적으로 가열되어 현상된 층(102)을 주입 전에 (즉, 토너 수지의 유리 전이 온도(Tg)보다 높지만 용융 또는 융해 온도(Tm)에 미치지 않는 온도로) "점착성" 상태로 되게 할 수 있다. 압반(118)은 또한 히터(120)에 의해 대략 동일한 온도로 가열될 수 있고, 그리고 그 다음 ITB-압반 닙(주입 닙(130))을 통해 병진 이동될 때 점착층(102)과 동기적으로 접촉될 수 있다. ITB(110)는 압반(118)이 (재료들의 정전기력 및/또는 점착 특성에 의거해서) ITB(110)와 접촉할 때마다 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 현상된 층(102) 중 하나를 압반(118) 상에 전사시켜 압반(118) 상에 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 현상된 층(102)을 연속하여 형성시킨다.
이러한 빌드 재료 재료 및 지지 재료는 각각의 분리된 현상 스테이션(114, 116)에 의해 ITB 상의 패턴으로 인쇄되고, 그리고 소정의 길이를 갖는 특정 패턴을 나타내도록 현상된 층(102)에서 함께 배합된다. 따라서, 각각의 현상된 층(102)은 (ITB(110) 옆의 화살표로 표시된) ITB(110)가 이동하는 진행 방향을 향하는 선두 에지(134) 및 선두 에지(134)에 대향하는 후미 에지(136)를 갖는다.
더욱 상세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 주입 닙(130)에서, 주입 닙(130) 내의 현상된 층(102)의 선두 에지(134)는 압반(118)의 대응하는 위치에 전사되기 시작한다. 따라서, 도 2에서, 압반(118)은 현상된 층(102)의 선두 에지(134)가 주입 닙(130)의 롤러의 가장 낮은 곳에 있는 위치에서 ITB(110) 상의 현상된 층(102)과 접촉하도록 이동한다. 그리하여, 이 예에서, 현상된 층(102)의 후미 에지(136)는 아직 주입 닙(130)에 도달하지 않았고, 따라서, 아직 압반(118)에 전사되지 않았다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압반(118)은 압반 진공 벨트를 이동 또는 회전시켜 ITB(110)와 동기적으로 이동하여(ITB(110)와 같은 속도 및 같은 방향으로 이동하여) 현상된 층(102)이 압반(118)에 번짐 없이 깨끗하게 전사되게 한다. 도 3에서, 현상된 층(102)의 후미 에지(136)는 아직 주입 닙(130)에 도달하지 못하였고 따라서 압반(118) 또는 현상된 층(106)들의 자립형 스택에 전사되지 못한 유일한 부분이다.
다음에, ITB(110)가 진행 방향으로 이동함에 따라, 압반(118)은 현상된 층(102)의 후미 에지(136)가 주입 닙(130)의 롤러의 바닥에 도달할 때까지 ITB(110)와 동일한 속도 및 동일한 방향으로 움직이고, 이때 압반(118)은 도 4에 도시된 바와 같이 ITB(110)로부터 선택적 융합 스테이션(126)으로 멀리 이동한다(재차 융합 스테이션(126)은 생략될 수 있고 주입 닙(130) 내에 통합될 수 있다). 융합 스테이션(126)의 히터는 비접촉(예컨대, 적외선(IR)) 히터, 또는 퓨저 롤러(fuser roller)와 같은 압력 히터일 수 있다. 융합 스테이션(126)이 압력 롤러이면, 압반(118)은 롤러가 회전하여 가열 및 가압함에 따라서 동기적으로 이동해서 현상된 층(102)을 압반(118)에 융합시킨다. 압반(118)과 ITB(110)(및 히터 롤러(126)) 사이의 이러한 동기적인 이동은 현상 스테이션(116, 114)에 의해 인쇄되는 지지 재료 및 빌드 재료의 패턴(102)을 왜곡 또는 번짐 없이 ITB(110)로부터 압반(118)에 정확하게 전사시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 센서(144)는, 융합 스테이션(126)이 층(102)을 융합시킨 후에(또는 별도의 융합 스테이션(126)이 생략된다면, 주입 스테이션(130)이 층(102)을 압반(118)에 주입시킨 직후에), 압반(118) 상의 층(102)의 지형을 검출하도록 위치된다. 재차, 피드백 루프(146)는 센서(144) 및 에어로졸 살포기(160)에 전기적으로 접속된다. 센서(144)는 접촉 장치 및 비접촉 장치를 포함하는 임의의 형태의 지형 계측 장치일 수 있고, 단지 압반(118) 상의 가장 최상층의 두께 및/또는 지형을 검출하도록 교정된다.
예를 들어, 센서(144)는 레이저 및 카메라를 포함할 수 있고, 그리고 레이저 프로파일링(레이저 삼각측량)을 이용할 수 있으며, 이때 대상물 프로파일은 레이저 시트-오브-라이트(laser sheet-of-light)(삼각측량) 기법을 이용해서 측정된다. 레이저 프로파일링 센서(144)에 의하면, 레이저 선이 대상물 상에 투사되고, 얻어지는 센서 이미지가 카메라 코어에 의해 평가되고 그리고 대상물 위로 레이저 선을 스캐닝함으로써 단일 높이 프로파일로 변환된다. 따라서, 대상물의 완전한 높이 및 지형 이미지가 획득될 수 있다. 센서(144)는 프로파일 속도를 희생시키는 일 없이 위치 데이터뿐만 아니라 추가의 특성(예컨대, 강도, 선폭)을 전달할 수 있다.
다른 예에서, 센서(144)는 전체 "장면"이 (재차 레이터 공급원 및 카메라를 이용해서) 각 레이저 또는 광 펄스로 캡처되는 원리를 이용해서 거리 데이터를 생성하는 비행 시간(time-of-flight) 지형 계측을 이용할 수 있다. 여기서, 3-D 카메라 시스템은, 이용되는 검출기 재료에 따라서, 아주 작은 미터에서 수 미터까지의 거리를 커버한다. 카메라의 진수는 카메라의 내부 조명원으로부터의 적외광이 장면 내의 대상물에 의해 반사되어 그의 정확한 도착 시간이 수만개의 센서 화소의 각각에 의해 독립적으로 측정되는 카메라로 도로 주행하는 비행 시간 거리 측정 원리를 이용하는 진보된 센서 기법이다.
또한, 센서(144)는 구조화된 광을 이용하는 광 센서일 수 있고, 이때 광원은 프로젝터와는 다른 관점으로부터 왜곡되게 보이는 조명 라인을 생성하도록 3차원적으로 형상화된 표면 상에 좁은 대역의 광을 투사하고, 그리고 표면 형상(광 단면)의 정확한 기하학적 재구성을 위하여 이용될 수 있다. 구조화된 광 센서(144)는 또한 한번에 많은 스트립 또는 임의의 줄무늬로 구성된 패턴을 투사함으로써 더 빠르고 더 다양한 공정을 제공할 수 있는데, 이것은 동시에 다수의 샘플의 획득을 허용하기 때문이다. 다른 관점에서 보면, 패턴은 대상물의 표면 형상으로 인해 기하학적으로 왜곡되게 보인다.
또한, 센서(144)는 서로 수평 방향으로 변위된 2개의 카메라를 이용하는 입체(stereoscopic) (입체시(stereo vision)) 시스템일 수 있다. 종합하면, 이들 카메라는 3-D 이미지가 재구성될 수 있는 장면의 두 상이한 뷰를 획득한다.
다른 대안예에서, 센서(144)는 반사성 표피로 덮인 투명한 엘라스토머의 슬래브를 가진 접촉-기반 겔사이트(gelsight) 감지 장치일 수 있다. 대상물이 반사성 표피 상에서 가압된 경우, 반사성 표피는 대상물의 표면의 형상을 취하도록 왜곡된다. 뒤쪽으로부터 (엘라스토머 슬래브를 통해서) 볼 경우, 반사성 표피는 표면의 양각 모형(relief replica)으로서 보인다. 카메라는, 3가지 상이한 위치에서 적색, 녹색 및 청색 광원으로부터의 조명을 이용해서 이 양각의 이미지를 기록하기 위하여 센서(144) 내에 포함된다. 이 장치에 맞춤화된 측광용 입체 알고리즘이 이어서 이 표면을 재구성하기 위하여 이용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 에어로졸 살포기(160)는 (층(102)이 융합 스테이션(126)에 의해 또는 단순히 주입 닙(130)에 의해 융합된 후) 융합후 층(102) 상에 빌드 및 지지 재료를 추진시키도록 위치된다. 도시된 바와 같이, (잠재적으로 프로세서(224)를 포함하는) 피드백 루프(146)는 에어로졸 살포기(160)를 센서(144)에 전기적으로 접속한다. 센서(144)는 융합 후 층(102) 내의 오목부를 검출하고, 그리고 피드백 루프(146)를 통해서 에어로졸 살포기(160)에 위성 계측에서의 오목부의 깊이 및 위치를 공급한다. 에어로졸 살포기(160)는, 피드백 루프(146)를 통한 센서(144)로부터의 층(102)의 지형 계측에 기초하여, 추진 중인 빌드 및 지지 재료의 양 및 위치를 제어해서, 융합후 층(102) 상으로 추진된 빌드 및 지지 재료의 양 및 위치를 조정하여 압반(118) 상의 자립형 스택(106) 내 층(102)들의 표면 지형의 평탄도를 제어한다.
예를 들어, 빌드 재료(104)의 일부 및 지지 재료(105)의 일부를 포함하는 층(102)들 중 하나의 일부를 예시하는 도 7A에 도시된 바와 같이, 지형 표면 규칙성(예컨대, 오목부(145))이 각종 인쇄/주입 불규칙성으로 인해 층(102) 내에 존재할 수 있다. 층(102)의 표면 지형을 평탄화시키기 위하여, 도 7B에 도시된 바와 같이, 에어로졸 살포기(160)는 상이한 양의 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)를 노즐(182)들의 어레이로부터 각 융합후 층(102)의 상이한 위치(145)에 선택적으로 추진시켜, 오목부(145)를 충전시킨다. 이러한 공정은, 도 7C에 도시된 바와 같이, 모든 층(102)들의 최상부(103)의 표면 지형을 압반(118)의 평탄한 표면(119)에 대해서 평탄하게 하고 그리고 평행하게 한다..
더욱 상세하게는, 도 8A는 에어로졸 살포기(160)가 유입구(182)에 공급된 가압된 가스에 의해 구동된 벤투리(184)식의 협소화된 관형 젯 본체(180)를 가진 적어도 하나의 가스 젯인 것을 예시한다. 벤투리(184)는 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 입자를 공급 용기로부터 관형 젯 본체(180)의 협소화된 구획부(184)를 통과한 고속 가스의 작용을 통해 선택적으로 인출시킨다. 유입구에 공급된 가스(예컨대, CO2, N2 등)의 압력은 고압(예컨대, 1기압, 10기압, 50기압, 100기압 등)이고, 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 입자를 노즐(186)로부터 매우 고속(예컨대, 2 m/s, 10 m/s, 25 m/s, 75 m/s, 100 m/s 등)으로 추진시킨다.
도 8A 및 도 8B에 도시된 전계 게이트(190, 192)는 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 입자가 벤투리(184)를 통과한 고속 가스의 흐름으로 통과하는지의 여부를 제어하는 자계를 생성한다. 구체적으로는, 전계 게이트(190)들 중 하나는 빌드 재료(104)가 고속 가스의 흐름으로 통과하는지의 여부를 제어하고; 그리고 다른 전계 게이트(192)는 지지 재료(105)가 동일 노즐(186)로부터 고속 가스의 흐름으로 통과하는지의 여부를 제어한다.
도 8B에 도시한 예에서, 전압 펄스가, 빌드 또는 지지 재료(104, 105)가 가스의 흐름(화살표 (196)으로 표시됨)으로 통과하는 것을 허용할지 또는 빌드 또는 지지 재료(104, 105)의 이러한 입자가 반대 방향(화살표 (198)로 표시됨)으로 지향될 것인지를 제어하는 3상 진행파 그리드(194)의 상이한 전극에 인가된다. 이러한 전계 게이트(190, 192)는 빌드 재료(104) 또는 지지 재료(105)가 추진될지뿐만 아니라, 에어로졸 살포기(160)의 노즐(186)로부터 추진된 빌드 재료(104) 및/또는 지지 재료(105)의 양을 제어한다.
도 8C에 예시된 예에서, 에어로졸 살포기(160)는 가스 젯(180)들의 어레이이고, 가스 젯의 각각은 입구(182), 벤투리(184) 및 노즐(186)을 포함한다. 어레이 내의 가스 젯(180)의 각각은 전계 게이트(190, 192)에 의해 제어된 바와 같은 빌드 및 지지 재료 둘 다를(그러나 둘 다 동시는 아님)를 선택적으로 추진시킬 수 있다. 다른 구조에서, 가스 젯(180)의 일부는 단지 빌드 재료(104)를 추진시키는 한편, 다른 가스 젯은 단지 지지 재료(105)를 추진시키며, 이러한 어레이 구성은 교호의 빌드 재료 가스 젯과 지지 재료 가스 젯을 포함한다.
이때 압반(118)은 추진된 빌드 및 지지 재료를 층(102)의 기존의 빌드 및 지지 재료에 융합시키기 위하여 선택적인 추가의 융합 스테이션(164)(도 9)으로 이동될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 선택적 경화 스테이션(122, 124)은 3-D 구조에 광 및/또는 열을 가하여 자립형 스택(106) 내의 현상된 층(102)들을 압반(118) 상에서 (예컨대, 스택(106) 내의 중합체를 가교결합시킴으로써) 서로 결합시키도록 구성되고 위치된다. 경화 스테이션 내의 히터, 조명 및 다른 구성 요소(122, 124)의 선택적 사용은 현상된 층(102)들의 화학적 구성에 따라 달라질 것이다.
일례에서, 빌드 재료(104)는 UV 경화성 토너(UV curable toner)일 수 있다. 경화 스테이션(122, 124)은 이러한 재료를 그의 유리 전이 온도와 용융 온도 사이의 온도로 가열함으로써 이러한 재료를 결합시키고, 이어서 UV 광을 인가하여 재료 내의 중합체를 가교 결합시킴으로써, 단단한 구조를 생성시킨다. 당업자들은 다른 빌드 재료 및 지지 재료가 다른 결합 공정 및 결합 구성요소를 이용할 것이며, 상기 내용은 단지 하나의 제한된 예로서 제시된 것이며; 그리고 본 명세서에서의 장치 및 방법은 현재 공지되어 있거나 장래에 개발될지와 상관없이 모든 결합 방법 및 구성요소에 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
부가적으로, 압반(118)은 추가의 층이 주입되기 전에 층(102)을 냉각시키는 냉각 공기를 (예컨대, 팬 또는 덕트 설비를 이용해서) 공급하는 선택적 냉각 스테이션(166)(도 11)으로 이동될 수 있다. 대안적으로, 공정 중 냉각 정지는 층(102) 전사 간에 압반(118) 상의 층(102)들을 냉각시키는데 이용될 수 있다.
각종 구성요소의 일부가 위에서 기재된 도면에서 특정 위치에 도시되어 있었지만, 전술한 구성요소의 다수는 선택적이며, 제거될 수 있거나 재배치될 수 있다. 따라서, 다른 대안적인 구조에 있어서, 융합 스테이션(126), 냉각 스테이션(166) 및 지지 재료 제거 스테이션(148)(이하에 논의됨)은 제거될 수 있고, 그리고 경화 스테이션(122, 124)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 융합 스테이션(164)이 층(102)을 융합시킨 후에 빌드 및 지지 재료를 경화시킬 수 있다.
다른 구조에 있어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 추가의 융합 스테이션(126 및 164), 경화 스테이션(122, 124), 냉각 스테이션(166), 및 지지 재료 제거 스테이션(148)(이하에 논의됨)은 제거될 수 있다. 도 13에 도시된 구조에 의하면, 주입 닙(130)은 필요한 모든 주입 작용을 수행하고, 그리고 에어로졸 살포기(160)가 빌드 및 지지 재료를 추진시키는 속도는 입자가 층(102)을 강타할 때 가열되며, 그러한 열은, 추가의 융합 스테이션을 필요로 하는 일 없이, 단독으로 그러한 재료를 기존의 층(102)에 융합시킨다. 또한, 도 13에서, 빌드 재료 및 지지 재료는 UV 경화를 필요로 하지 않도록 선택되며, 이는 경화 스테이션(122, 124)이 또한 구조로부터 제거될 수 있게 한다. 몇몇 배열 및 대안적인 구조가 위에서 도시되었지만, 당업자라면 많은 다른 배열 및 구조가 이용 가능하며 이하에 제시된 청구범위 내에 포함되도록 의도된 것임을 이해할 것이다.
따라서, 도 2 내지 도 13의 공정은 다수의 현상된 층(102)을 압반(118)에 (그리고 서로에) 융합시키도록 반복된다. 도 14는 현상된 층(102)들이 어떻게 빌드 재료(104)의 일부 및 지지 재료(105)의 일부를 포함할 수 있는지, 그리고 가장 아래쪽의 현상된 층(102)이 어떻게 압반(118)에 접합되는지, 그리고 각 연속적인 현상된 층(102)이 압반(118) 상의 현상된 층(102)들의 스택(106)을 형성하도록 아래쪽에 있는 바로 선행하는 인접한 현상된 층(102)에 어떻게 접촉하고 접합되는지를 나타내는 확대도이다. 위에서 주지된 바와 같이, 현상된 층(102)(참조 부호 (102)를 이용해서 도 14에서 (일정 척도로 묘사되지 않은) 입자로서 도시됨) 내의 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 입자는 가열된 점착성의 최상부의 현상된 층(102)을 접합하는 분말의 가열된 점착성 입자일 수 있고/있거나, 전하 발생기(128)에 의해 발생된 전하(152)에 의해 끌리는 정전식으로 끌리는 입자일 수 있다.
현상된 층(102)들의 스택(106)이 증가함에 따라서, 추가의 현상된 층(102)들이 도 15에 도시된 바와 같이 스택(106)의 최상부에 형성되고, 그리고 그러한 추가의 현상된 층(102)들은 융합 스테이션(126)에 의해 융합되고, 단지 최상층의 지형이 도 16에 도시된 바와 같이 센서(144)에 의해 계측되어, 에어로졸 살포기(160)가 빌드 및 지지 재료를 추진시켜서 도 17에 도시된 바와 같이 압반(118) 상의 자립형 스택(106) 내의 층(102)들의 표면 지형의 평탄도를 제어할 수 있게 한다. 지형 계측 센서(144)는 층(102)의 정확한 지형 정보를 제공하도록(궁극적으로 고도로 균일한 층(102) 지형을 얻게 됨), 스택(106)의 가장 최상층의 지형을 단지 계측하도록 교정된다. 또한, 도 17은 자립형 스택(106)의 내의 지지 재료(105) 및 빌드 재료(104)의 일부를 보여주는 오버레이를 도시한다. 그러한 것들은 보이거나 보이지 않을 수도 있으며, 그러한 빌드 재료 및 지지 재료가 배치될 수 있는 하나의 예시적인 방법만을 보여주기 위해서 예시되어 있다.
압반(118)은, ITB(110)가 현상된 층(102)들의 각각을 압반(118)에 전사시킨 후에 매번, 융합 스테이션(126), 경화 스테이션(122, 124), 에어로졸 살포기(160), 추가의 융합 스테이션(164) 및 냉각 스테이션(166)의 임의의 것 또는 전부에 대해서 이동될 수 있다. 다른 대안예에서, 압반(118)은, 다수의 현상된 층(102)들이 동시에 융합, 경화, 레벨링, 냉각 등 되는 것을 허용할 수 있도록, 특정 수(예컨대, 2, 3, 4개 등)의 현상된 층(102)들이 압반(118) 상에 배치된 후에 융합 스테이션(126), 경화 스테이션(122, 124), 에어로졸 살포기(160), 추가의 융합 스테이션(164) 및 냉각 스테이션(166)의 임의의 것 또는 전부에 대해서 단지 이동될 수 있다.
자립형 스택(106)의 3-D 구조는 외부 용매조(solvent bath)를 사용하여 지지 재료(105)의 수동 제거를 허용하도록 출력될 수 있거나; 또는 공정은 도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이 진행될 수 있다. 보다 상세하게는, 도 18에서, 지지 재료 제거 스테이션(148)은 압반(118) 상에 방금 결합된 3-D 구조의 자립형 스택(106)을 수용하도록 위치된다. 지지 재료 제거 스테이션(148)은 빌드 재료(104)에 영향을 미치는 일 없이 지지 재료(105)를 용해시키는 용매(156)를 인가한다. 재차, 전술한 바와 같이, 이용되는 용매는 빌드 재료(104)와 지지 재료(105)의 화학적 조성에 따라 달라질 것이다. 도 19는 약 절반의 지지 재료(105)가 잔류하고, 빌드 재료(104)의 일부가 지지 재료(105)의 나머지 스택으로부터 돌출되는 공정을 도시한다. 도 20은 지지 재료 제거 스테이션(148)이 모든 지지 재료(105)를 용해시키기에 충분한 용매(156)를 인가한 후 빌드 재료(104)만을 남겨두는 과정을 도시하며, 이에 의해 빌드 재료(104)만으로 이루어진 완성된 3-D 구조가 남는다.
도 21 내지 도 23은 도 1에 도시된 주입 닙(130) 대신에 평면 주입 스테이션(138)을 포함하는 대안적인 3-D 정전식 인쇄 구조를 도시한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 평면 주입 스테이션(138)은 롤러(112)들 사이에 있고 압반(118)에 평행한 ITB(110)의 평면 부분이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 이러한 구조로, 평면의 주입 스테이션(138)에 접촉하도록 압반(118)이 이동하면, 현상된 층(102)의 전부는 도 2 및 도 3에 도시된 롤링 주입 공정을 피하면서 압반(118) 또는 부분적으로 형성된 스택(106)에 동시에 전사된다. 도 22는 층(102)의 지형을 검출하는 센서(144)를 도시하고, 그리고 도 23은 층(102)의 오목부에 충전시키도록 빌드 및 지지 재료(104, 105)를 추진시키는 에어로졸 살포기(160)를 도시한다.
대안적으로, 도 24에 도시된 바와 같이, 드럼(158)은 ITB(110) 대신에 본 명세서에 기술된 바와 같이 동작하는 다른 모든 구성요소와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 드럼(158)은 전술한 바와 같이 현상 스테이션(114, 116)으로부터 재료를 수용하는 중간 전사 표면일 수 있거나 또는 광 수용체일 수 있으며, 현상 장치(254)로부터 전하의 잠상을 유지하거나 재료를 수용함으로써, 후술하는 광 수용체(256)가 작동할 때 작동한다.
도 25는 본 명세서에서의 3-D 프린터 구조(204)의 많은 구성요소를 도시한다. 3-D 인쇄장치(204)는 컨트롤러/유형의(tangible) 프로세서(224) 및 유형의 프로세서(224) 및 인쇄장치(204) 외부의 전산화 네트워크에 작동 가능하게 연결된 (입력/출력) 통신 포트(214)를 포함한다. 또한, 인쇄장치(204)는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 어셈블리(212)와 같은 적어도 하나의 부속 기능적 요소를 포함할 수 있다. 사용자는 그래픽 사용자 인터페이스 또는 제어 패널(212)로부터 메시지, 명령, 및 메뉴 옵션을 수신하거나 그들을 통해 명령을 입력할 수 있다.
입력/출력 장치(214)는 3-D 인쇄장치(204)와의 통신을 위해 사용되고 (미래에 개발되거나 현재 알려진 임의의 형태의) 유선장치 또는 무선장치를 포함한다. 유형의 프로세서(224)는 인쇄장치(204)의 다양한 동작을 제어한다. (광학적, 자기적, 커패시터 기반 등일 수 있고 일시적인 신호와는 다른) 비-일시적, 유형의 컴퓨터 저장 매체 장치(210)는 유형의 프로세서(224)에 의해 판독 가능하고, 유형의 프로세서(224)가 실행하는 명령을 저장하여 전산화된 장치가 여기에 설명된 것과 같은 다양한 기능을 수행하게 한다. 따라서, 도 25에 도시된 바와 같이, 본체 하우징은 전원(218)에 의해 교류(AC) 전원(220)으로부터 공급된 전력으로 작동하는 하나 이상의 기능적 구성요소를 갖는다. 전원 공급 장치(218)는 공통 전력 변환 유닛, 전력 저장 요소(예를 들어, 배터리 등) 등을 포함할 수 있다.
3-D 인쇄장치(204)는 전술한 바와 같이 압반 상에 빌드 재료 및 지지 재료의 연속적인 층을 침착시키며 (이미지 데이터를 처리하기 위해 특수화되기 때문에 범용 컴퓨터와는 다른) 특수 이미지 프로세서(224)에 동작 가능하게 연결되는 적어도 하나의 마킹 장치(인쇄 엔진(들))(240)를 포함한다. 또한, 인쇄장치(204)는 (전원(218)을 통해) 외부 전원(220)으로부터 공급되는 전원에 대해서도 작동하는 적어도 하나의 (스캐너(232)와 같은) 부속 기능적 구성요소를 포함할 수 있다.
하나 이상의 인쇄 엔진(240)은 현재 공지되었거나 미래에 개발될지에 관계없이 빌드 재료 및 지지 재료(토너 등)를 인가하는 임의의 마킹 장치를 예시하기 위한 것이며, 예를 들어 (도 26에 도시된 바와 같이) 중간 전사 벨트(110)를 사용하는 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 도 26에 도시된 바와 같이, 도 25에 도시된 각각의 인쇄 엔진(들)(240)은 하나 이상의 잠재적으로 상이한 (예를 들어, 상이한 컬러, 상이한 재료 등) 빌드 재료 현상 스테이션(116), 또는 하나 이상의 잠재적으로 상이한 (예를 들어, 상이한 컬러, 상이한 재료 등) 지지 재료 현상 스테이션(114) 등을 이용할 수 있다. 현상 스테이션(114, 116)은 개별 정전기 마킹 스테이션, 개별 잉크젯 스테이션, 개별 건식 잉크 스테이션 등과 같이 현재 공지되었거나 미래에 개발될지에 관계 없이 임의의 형태의 현상 스테이션일 수 있다. 각각의 현상 스테이션(114, 116)은 단일 벨트 회전 동안 (잠재적으로 중간 전사 벨트(110)의 조건과 무관하게) 순차적으로 중간 전사 벨트(110)의 동일한 위치에 재료의 패턴을 전사하여, 전체적이고 완전한 화상이 중간 전사 벨트(110)에 전사되기 전에 중간 전사 벨트(110)가 이루어야 하는 패스의 수를 감소시킨다. 도 26은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, 회전 벨트(110)에 인접하거나 접촉하는 다섯 개의 현상 스테이션을 도시하고 있지만, 그러한 장치는 임의의 수(예를 들어 2, 3, 5, 8, 11 등)의 마킹 스테이션을 사용할 수 있었다.
하나의 예시적인 개별 정전기 현상 스테이션(114, 116)이 중간 전사 벨트(110)에 인접하여 위치되어 (또는 잠재적으로 접촉하여) 도 27에 도시되어 있다. 각각의 개별 정전기 현상 스테이션(114, 116)은 내부 광 수용체(256) 상에 균일한 전하를 생성하는 그 자체의 충전 스테이션(258), 균일한 전하를 대전 잠상으로 패턴화하는 내부 노광 장치(260), 및 빌드 또는 지지 재료를 대전 잠상과 일치하는 패턴으로 광 수용체(256)에 전사하는 내부 현상 장치(254)를 포함한다. 빌드 또는 지지 재료의 패턴은 그 후 빌드 또는 지지 재료의 전하에 대한 중간 전사 벨트(110)의 반대 전하에 의해 광 수용체(256)로부터 중간 전사 벨트(110)로 당겨지는데, 이는 일반적으로 중간 전사 벨트(110)의 반대 측의 전하 발생기(128)에 의해 생성된다.
몇몇 예시적인 구조가 첨부된 도면에 예시되어 있지만, 당업자라면 도면이 간략화된 개략도이고 아래에 제시된 청구범위는 도시되지 않았지만 (또는 잠재적으로 많이는 아니지만) 그러한 장치 및 시스템에 공통으로 이용되는 많은 특징으로 포함함을 이해할 것이다. 따라서, 출원인은 아래에 제공된 청구범위가 첨부된 도면에 의해 한정되는 것을 의도하지 않고 대신 첨부된 도면은 단지 청구된 특징이 구현될 수 있는 몇 가지 방법을 설명하기 위해 제공된다.
미국 특허 제8,488,994호에 나타낸 바와 같이, 전자 사진(전자사진술)을 이용하여 3-D 부품을 인쇄하기 위한 적층 가공 시스템(additive manufacturing system)이 공지되어 있다. 상기 시스템은 표면을 갖는 광전도체 구성요소, 및 광전도체 구성요소의 표면 상에 재료의 층을 현상하도록 구성된 현상 스테이션을 포함한다. 상기 시스템은 또한 화전 가능한 광전도체 구성요소의 표면으로부터 현상된 층을 수용하도록 구성된 전사 매체와, 수용된 층의 적어도 일부로부터 3-D 부분을 인쇄하기 위해 층별로 전사 구성요소로부터 현상된 층을 수용하도록 구성된 압반을 포함한다.
UV 경화성 토너에 대해서, 미국 특허 7,250,238호에 개시된 바와 같이, 인쇄 공정에서 UV 경화성 토너 조성물을 이용하는 방법으로서, UV 경화성 토너 조성물을 제공하는 것이 공지되어 있다. 미국 특허 제7,250,238호는 UV 방사선, 예컨대, 약 100㎚ 내지 약 400㎚의 UV 광에의 노광에 의해 경화될 수 있는 토너의 생성을 허용하는 다양한 토너 에멀전(toner emulsion) 응집 방법을 개시한다. 미국 특허 제7,250,238호에서, 제조된 토너 조성물은 온도 감응 포장(temperature sensitive packaging) 및 호일 밀봉(foil seal)의 제조와 같은 다양한 인쇄 용도에 사용될 수 있다. 미국 특허 제7,250,238호에서, 실시예는 임의의 착색제, 임의의 왁스, 스타이렌으로부터 생성된 중합체, 및 부틸 아크릴레이트, 카복시에틸아크릴레이트 및 UV 광 경화성 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군으로부터 선택된 아크릴레이트를 포함하는 UV 경화성 토너 조성물에 관한 것이다. 또한, 이들 양태는 안료 등과 같은 착색제, 임의의 왁스 및 UV 경화성 지환족 에폭사이드로부터 생성된 중합체로 구성된 토너 조성물에 관한 것이다.
또한, 미국 특허 제7,250,238호는 스타이렌, 부틸 아크릴레이트, 카복시메틸아크릴레이트 및 UV 경화성 아크릴레이트로 형성된 중합체를 함유하는 라텍스를 착색제 및 왁스와 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 응집제(flocculant)를 첨가하여 선택적으로 응집을 유도하고 제2 혼합물에 분산된 토너 전구체 입자를 형성하는 단계; 상기 토너 전구체 입자를 상기 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 이상의 온도로 가열하여 토너 입자를 형성하는 단계; 토너 입자를 선택적으로 세척하는 단계; 및 토너 입자를 선택적으로 건조시키는 단계를 포함하는 UV 경화성 토너 조성물을 형성하는 방법을 개시한다. 추가의 양태는 이 방법에 의해 제조된 토너 입자에 관한 것이다.
몇몇 예시적인 구조가 첨부된 도면에 예시되어 있지만, 당업자는 도면이 간략화된 개략적인 예시이고 아래에 제시된 청구범위는 예시되지 않은 (또는 잠재적으로 더 적은) 많은 특징을 포함하지만 일반적으로 그러한 장치 및 시스템과 함께 활용되는 것임을 이해할 것이다. 그러므로, 출원인은 아래에 제시된 청구범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것을 의도하지 않고, 첨부된 도면을 단지 청구된 특징이 구현될 수 있는 몇 가지 방법을 설명하기 위해 제공된다.
많은 전산화 장치들이 위에서 논의되어 있다. 칩 기반 중앙처리장치(CPU), 입출력장치(그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 메모리, 비교기, 유형 프로세서 등)가 포함된 전산화 장치는 델 컴퓨터(Dell Computers)(미국 텍사스주 라운드록시에 소재) 및 애플 컴퓨터사(Apple Computer Co.)(미국 캘리포니아주의 쿠퍼티노시에 소재)와 같은 제조업체에서 제조한 잘 알려진 장치이다. 이러한 전산화 장치는 일반적으로 여기에 설명된 시스템 및 방법의 두드러진 측면에 집중할 수 있도록 상세한 설명이 생략된 입력/출력 장치, 전원 공급장치, 유형의 프로세서, 전자 저장 메모리, 배선 등을 포함한다. 유사하게, 프린터, 복사기, 스캐너 및 기타 유사한 주변장치는 제록스 코포레이션(Xrox Corporation)(미국 코네티컷주의 노워크시에 소재)에서 입수할 수 있으며, 간결함과 독자의 초점을 위해 이러한 장치의 세부 사항은 논의되지 않았다.
본 명세서에서 사용되는 프린터 또는 인쇄장치라는 용어는 임의의 목적을 위해서 인쇄 출력 기능을 수행하는 디지털 복사기, 북메이킹 머신, 팩시밀리 장치, 복합기 등과 같은 임의의 장치를 포함한다. 프린터, 인쇄 엔진 등의 세부 사항은 잘 알려져 있으며 본 명세서에서 제시된 두드러진 특징에 초점을 맞추기 위해 본 명세서에서 상세히 설명하지 않는다. 본 명세서의 시스템 및 방법은 컬러, 흑백 또는 컬러 또는 흑백 이미지 데이터를 인쇄하는 시스템 및 방법을 포함할 수 있다. 전술한 모든 시스템 및 방법은 정전식 및/또는 건식 인쇄기계 및/또는 공정에 특히 적용 가능하다.
본 발명의 목적을 위해, 고착이라는 용어는 코팅의 건조, 경화, 중합, 가교결합, 결합 또는 부가 반응 또는 다른 반응을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "좌", "우", "수직", "수평", "최상", "바닥", "상부", "하부", "아래", "밑", "밑에 있는", "상부", "위에 있는", "평행", "수직", 등의 용어는 "다른 언급이 없는 한) 도면에서 지향되고 예시되는 바와 같이 상대적 위치로 이해된다. "접촉", "위", "직접 접촉", "인접", "바로 옆에" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 요소가 (설명된 요소를 분리하는 다른 요소 없이) 물리적으로 다른 요소와 접촉함을 의미한다. 또한, 자동화된 또는 자동적이라는 용어는 공정이 (기계 또는 사용자에 의해) 시작되면, 하나 이상의 기계가 임의의 사용자로부터 더 이상의 입력 없이 공정을 수행한다는 것을 의미한다. 본 명세서의 도면에서, 동일한 참조부호는 동일하거나 유사한 항목들을 식별한다.
위에서 개시된 그리고 기타 특성 및 기능, 또는 이들의 대안예는 바람직하게는 많은 다른 상이한 시스템 또는 적용분야에 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에서의 각종 현재 예기치 못한 또는 예상치 못한 대안, 변형, 변경 또는 개선이 당업자에 의해 후속적으로 이루어질 수 있고, 이들은 또한 이하의 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다. 특정 청구항 자체에 구체적으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서의 시스템 및 방법의 단계들 또는 구성요소들은 임의의 특정 수순, 번호, 위치, 크기, 형상, 각도, 색 또는 재료에 대한 제한으로서 임의의 상기 예로부터 암시되거나 도입될 수는 없다.

Claims (13)

  1. 3차원(3-D) 프린터로서,
    중간 전사 벨트(intermediate transfer belt: ITB);
    빌드 재료를 상기 ITB에 정전식으로 전사시키도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션;
    지지 재료를 상기 ITB에 정전식으로 전사시키도록 위치된 지지 재료 현상 스테이션으로서, 상기 빌드 재료 현상 스테이션과 상기 지지 재료 현상 스테이션은 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층들을 상기 ITB에 전사시키는, 상기 지지 재료 현상 스테이션;
    상기 ITB와 반복해서 접촉하도록 위치된 평탄한 표면을 가진 압반으로서, 상기 압반은 상기 ITB에 대해서 이동하고, 상기 ITB는 상기 압반이 상기 ITB 상의 상기 층들 중 하나와 접촉할 때마다 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층을 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 전사시켜, 상기 층들의 자립형 스택을 상기 압반의 상기 평탄한 표면 상에 연속하여 형성시키는, 상기 압반;
    상기 압반 상의 상기 층의 지형 계측을 야기시키도록 위치된 센서;
    상기 센서에 전기적으로 접속된 피드백 루프(feedback loop); 및
    상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료를 상기 압반 상의 상기 층 상으로 추진시키도록 위치된 에어로졸 살포기를 포함하고,
    상기 에어로졸 살포기는, 상기 피드백 루프를 통한 상기 센서로부터의 상기 지형 계측에 의거해서, 상이한 양의 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료를 상기 층들의 상이한 위치에 선택적으로 추진시켜, 상기 층 상으로 추진된 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 양 및 위치를 조정하여, 상기 압반 상의 상기 자립형 스택 내 상기 층들의 표면 지형의 평탄도를 제어하고, 상기 센서는 상기 층들의 표면 지형의 오목부(depression)들을 검출하고 상기 피드백 루프를 통해서 상기 오목부들의 깊이 및 위치(location)를 상기 에어로졸 살포기에 공급하는, 3-D 프린터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 가스 젯들의 어레이를 포함하는, 3-D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어로졸 살포기는 상기 에어로졸 살포기로부터 추진된 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 양을 제어하는 전계 게이트들을 포함하는, 3-D 프린터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 상이한 양의 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료를 상기 층들의 상이한 위치에 선택적으로 추진시켜, 상기 층들의 상기 표면 지형의 오목부들을 채워서 상기 층들의 상기 표면 지형을 상기 압반의 평탄한 표면에 대해서 평탄화시키고 평행하게 하는, 3-D 프린터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 센서는 상기 오목부들을 검출하고 상기 피드백 루프를 통해서 상기 오목부들의 깊이 및 위치를 상기 에어로졸 살포기에 공급하는, 3-D 프린터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 가압된 가스에 의해 구동된 벤투리(venturi)식의 협소화된 관형 제트 본체를 포함하는, 3-D 프린터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압반으로부터 상기 자립형 스택을 수용하도록 위치된 지지 재료 제거 스테이션을 더 포함하고, 상기 지지 재료 제거 스테이션은 제 1 재료에 영향을 미치는 일 없이 제 2 재료를 제거하여, 상기 제 1 재료만으로 제조된 3-D 구조를 남기는, 3-D 프린터.
  8. 3차원(3-D) 프린터로서,
    중간 전사 벨트(ITB);
    빌드 재료를 상기 ITB에 정전식으로 전사시키도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션;
    지지 재료를 상기 ITB에 정전식으로 전사시키도록 위치된 지지 재료 현상 스테이션으로서, 상기 빌드 재료 현상 스테이션과 상기 지지 재료 현상 스테이션은 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층들을 상기 ITB에 전사시키는, 상기 지지 재료 현상 스테이션;
    상기 ITB와 반복해서 접촉하도록 위치된 평탄한 표면을 가진 압반으로서, 상기 압반은 상기 ITB에 대해서 이동하고, 상기 ITB는 상기 압반이 상기 ITB 상의 상기 층들 중 하나와 접촉할 때마다 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층을 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 전사시켜, 상기 층들의 자립형 스택을 상기 압반의 상기 평탄한 표면 상에 연속하여 형성시키는, 상기 압반;
    상기 압반 상의 상기 층의 지형 계측을 야기시키도록 위치된 센서;
    상기 센서에 전기적으로 접속된 피드백 루프; 및
    상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료를 상기 압반 상의 상기 층 상으로 추진시키도록 위치된 에어로졸 살포기를 포함하고,
    상기 에어로졸 살포기는, 상기 피드백 루프를 통한 상기 센서로부터의 상기 지형 계측에 의거해서, 상이한 양의 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료를 상기 층들의 상이한 위치에 선택적으로 추진시켜, 상기 층 상으로 추진된 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 양 및 위치를 조정하여, 상기 층들의 표면 지형의 오목부들을 채우고 상기 압반 상의 상기 자립형 스택 내 상기 층들의 표면 지형의 평탄도를 제어하고, 상기 센서는 상기 오목부들을 검출하고 상기 피드백 루프를 통해서 상기 오목부들의 깊이 및 위치를 상기 에어로졸 살포기에 공급하는, 3-D 프린터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 가스 젯들의 어레이를 포함하는, 3-D 프린터.
  10. 제8항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 상기 에어로졸 살포기로부터 추진된 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 양을 제어하는 전계 게이트(electrical field gate)들을 포함하는, 3-D 프린터.
  11. 제8항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 상이한 양의 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료를 상기 층들의 상이한 위치에 선택적으로 추진시켜, 상기 층들의 상기 표면 지형의 오목부들을 채워서 상기 층들의 상기 표면 지형을 상기 압반의 평탄한 표면에 대해서 평탄화시키고 평행하게 하는, 3-D 프린터.
  12. 제8항에 있어서, 상기 에어로졸 살포기는 가압된 가스에 의해 구동된 벤투리식의 협소화된 관형 제트 본체를 포함하는, 3-D 프린터.
  13. 제8항에 있어서, 상기 압반으로부터 상기 자립형 스택을 수용하도록 위치된 지지 재료 제거 스테이션을 더 포함하고, 상기 지지 재료 제거 스테이션은 제 1 재료에 영향을 미치는 일 없이 제 2 재료를 제거하여, 상기 제 1 재료만으로 제조된 3-D 구조를 남기는, 3-D 프린터.
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