KR102159480B1 - 레벨링 재료 및 기계식 플래너를 이용하는 정전식 3-d 프린터 - Google Patents

레벨링 재료 및 기계식 플래너를 이용하는 정전식 3-d 프린터 Download PDF

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제이. 맥콘빌 폴
제이. 노왁 윌리엄
에프. 조나 미카엘
에이. 클락 로버트
에이. 알바레즈 조지
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Abstract

3차원(3-D) 프린터는 빌드 재료 및 지지 재료의 층을 중간 전사 표면에 전사하도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션 및 지지 재료 현상 스테이션을 포함한다. 평탄한 표면을 가진 압반이 중간 전사 표면과 접촉하도록 위치된다. 중간 전사 표면은 압반이 중간 전사 표면 상의 층들 중 하나와 접촉할 때마다 빌드 재료 및 지지 재료의 층을 압반의 평탄한 표면에 전사한다. 디스펜서는 압반 상의 층 상에 레벨링 재료를 침착시키도록 위치되고, 그리고 기계식 플래너는 압반 상의 층 상의 레벨링 재료와 접촉하여 레벨링시켜서 레벨링 재료의 최상부가 압반의 평탄한 표면에 대해서 평행하게 되도록 위치된다.

Description

레벨링 재료 및 기계식 플래너를 이용하는 정전식 3-D 프린터{ELECTROSTATIC 3-D PRINTER USING LEVELING MATERIAL AND MECHANICAL PLANER}
본 명세서의 시스템 및 방법은 일반적으로 정전식 인쇄 공정을 이용하는 3-차원(3-D) 인쇄 방법에 관한 것이다.
3-차원 인쇄(three-dimensional printing)는 예를 들어 잉크젯 프린터(ink-jet printer)를 사용하여 대상물을 생성할 수 있다. 하나의 예시적인 공정에서, 압반(platen)이 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(electrostatic)(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, 드럼 또는 중간 전사 벨트(intermediate transfer belt: ITB)와 같은 중간 전사 표면, 및 빌드 재료 및 지지 재료를 ITB에 (예컨대, 정전식으로 혹은 기계식으로) 전사하도록 위치된 빌드 및 지지 재료 현상 스테이션을 포함한다. 빌드 및 지지 재료 현상 스테이션은 빌드 재료 및 지지 재료의 층들을 ITB에 전사시킨다.
주입 스테이션(transfuse station)은 ITB에 인접해 있고, 평탄한 표면을 가진 압반은 ITB와 반복해서 접촉하도록 위치된다. 압반은 ITB에 대해서 이동하고, 그리고 ITB는 압반이 주입 스테이션에서 ITB 상의 층들 중 하나에 접촉할 때마다 압반의 평탄한 표면에 빌드 재료 및 지지 재료의 층을 전사하여, 압반의 평탄한 표면 상에 층들의 자립형 스택(freestanding stack)을 연속적으로 형성한다. 또한, 주입 스테이션은 이들 층을 함께 융합시키기 위하여 자립형 스택에 열 및 압력을 가하도록 위치되고, 경화 스테이션은 자립형 스택에 열 및 자외광을 가하도록 (예컨대, 빌드 재료 내의 중합체를 가교결합시키도록) 위치된다.
이러한 구조에 의하면, ITB와는 분리되어 있는 디스펜서(dispenser)(예컨대, 분무기, 호퍼(hopper), 슈트(chute) 등)가 자립형 스택 상의 최상층 상에 레벨링 재료(leveling material)를 침착(deposit)시키도록 위치된다. 또한, ITB와는 또한 분리되어 있는 기계식 플래너(mechanical planer)는, 레벨링 재료의 최상부를 압반의 평탄한 표면에 평행하게 만들기 위하여 자립형 스택 상에 레벨링 재료를 접촉시키고 레벨링(즉, 평탄화)시키도록 위치된다. 기계식 플래너는 자립형 스택 상의 레벨링 재료의 두께를 저감시킨다. 기계식 플래너는 압반의 평탄한 표면에 평행한 방향으로 압반에 대해서 이동하는 세장형 구조(elongated structure)(예컨대, 블레이드, 롤러, 역회전(counter-rotating) 롤러 등)를 포함한다.
압반은 기계식 플래너가 레벨링 재료를 레벨링시킨 후 융합 스테이션으로 이동하여 자립형 스택에 레벨링 재료를 융합시킨다. 레벨링 재료는 빌드 재료와 비교적 더 용이하게 접합되고, 그리고 지지 재료와 비교적 덜 용이하게 접합되도록 선택된다. 즉, 빌드 재료는 레벨링 재료를 공격하는 한편, 지지 재료는 레벨링 재료와 반발한다. 따라서 융합 후에, 레벨링 재료는 빌드 재료와 융합될 것이지만, 오로지 지지 재료의 분산 영역에만 남게 될 것이다. 레벨링 재료의 분산 부분은 지지 재료가 빌드 재료로부터 제거될 경우 제거될 것인 반면 빌드 재료와 융합하는 레벨링 재료의 부분은 빌드 재료와 함께 최종 구조에 남게 될 것이다.
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 12는 본 명세서에서의 인쇄장치(즉, 프린터)를 부분적으로 도시한 개략적인 단면도;
도 13A 내지 도 15B는 본 명세서에서의 장치를 예시한 개략적 확대도;
도 16은 본 명세서에서의 인쇄장치를 부분적으로 예시한 개략적 단면도;
도 17은 본 명세서에서의 장치를 예시하는 개략적 확대도;
도 18 내지 도 26은 본 명세서에서의 인쇄장치를 부분적으로 예시한 개략적 단면도;
도 27은 본 명세서에서의 인쇄장치를 도시하는 개략도;
도 28은 본 명세서에서의 인쇄장치를 부분적으로 도시하는 개략도
도 29은 본 명세서에서의 현상 장치를 예시한 개략도.
전술한 바와 같이, 정전식 인쇄 공정은 2차원(2-D) 디지털 이미지를 생성하는 잘 알려진 수단이고, 본 명세서의 방법과 장치는 그러한 공정을 3-D 항목(3-D 인쇄)의 제작을 위해 사용한다. 그러나, 정전식 공정(특히 ITB를 사용하는 것)을 사용하여 3-D 인쇄를 수행할 때, 각 층의 두께 균일성 및 표면 특성이 잘 형성된 정확한 최종 3-D 부분을 생성하도록 제어되어야 한다. 일단 층들이 서로의 상부 위에 놓이면, 개별의 층의 두께의 임의의 불균일성 또는 상기 부분과 지지 재료 간의 부정합(mis-registration)은 불균일성의 부가적 특성으로 인해 잘못 형성된 그리고/또는 부적당한 최종 부분을 생성한다.
이러한 논점을 감안하여, 본 명세서에서의 장치는 최종 부분의 치수 정확도뿐만 아니라 부분-대-부분 반복성을 확보하기 위하여 레벨링 공정을 수행한다. 본 명세서에서의 장치는 전자사진술을 이용해서 3-D 인쇄 구조의 부분 균일성을 개선시키기 위하여 레벨링 분말 재료 및 대응하는 레벨링 공정을 이용한다.
양호한 현상 및 전사 특성을 제공하기 위하여, 빌드 재료 및 지지 재료의 입자 크기 분포는 균일한 층 두께를 확보하도록 치밀하고 안정적이어야만 한다. 그러나, 보다 큰 크기 입자는 주입 어셈블리에서 다루어야만 하는 각 층에 불균일성 및 공동(void)을 생성한다. 각 개별적인 층의 작은 오차는 수천개의 층이 함께 융합된 후에 보다 큰 치수 오차로 축적된다. 예를 들어, 10㎝ 높이의 부분을 구축하기 위하여 각 층의 단지 1% 오차(예컨대, 10um 두께 정도의 층을 이용)는 최대 1㎜까지의 오차를 도입하게 될 것이다.
본 명세서에서의 장치에 의하면, 빌드 재료 및 지지 재료와는 상이한 제3 분말 재료(레벨링 분말)가 부분적으로 구축/융합된 부분의 최상부에 적용되고, 이어서 정확한 높이에서 (예컨대, 블레이드 또는 롤에 의해) 제거 장치에 적용된다. 따라서, 기계식 장치(예컨대, 기계식 플래너)는 여분의 레벨링 분말을 제거하는데 이용되어, 부분적으로 구축된 부분을 위하여 평탄한 상부 표면을 생성한다. 레벨링 분말은 이어서 후속의 3-D 구축 공정을 위한 준비가 된 구조(빌드 재˜료 및 지지 재료 둘 다)의 부분이 되도록 융합된다.
본 명세서에서의 구조에 의하면, 단계들의 전형적인 수순은 빌드 재료 및 지지 재료의 분말을 이용해서 분말 층을 현상/생성하는 것을 포함한다. 빌드 재료 및 지지 재료는 광전도체 상에 또는 중간 표면 상에 균일한 층을 형성하기 위하여 2개 이상의 별개의 스테이션을 사용해서 현상될 수 있다. 분말 층은 이어서 부분적으로 빌드 부분(또는 제1 층이 있다면 기질)으로 주입된다. 이러한 공정은, 필요에 따라, 표면 불균일이 과도하지 않게 되도록 목적으로 하는 두께에 도달하도록 반복된다.
임의의 불균일을 보상하기 위하여, 본 명세서에서의 장치는 레벨링 분말의 두꺼운 층을 적용한다. 레벨링 분말은 변화될 필요가 없고, 많은 경우에, 분무기, 호퍼 등에 인가될 수 있다. 이어서, 레벨링 분말 층은 기계식 장치, 예컨대, 블레이드, 롤, 1쌍의 역회전 롤 등을 이용해서 레벨링된다. 최종적으로, 레벨링 분말은 스택의 나머지에 융합된다. 이것은 최상부 빌드 표면의 임의의 불균일을 보정하고, 그리고 3-D 빌드 공정이 계속해서 양호한 부분 정확성으로 되게 할 수 있다.
공정은 이어서 지지 재료, 및 지지 재료 내의 레벨링 재료를 제거하기 위하여 수행된다. 지지 재료 선택에 기초하여, 용매-기반 공정이 지지 재료를 제거하기 위하여 이용될 수 있다. 레벨링 재료가 지지 재료의 제거에 악역항을 미치는 것을 방지하기 위하여, 레벨링 분말 재료는, 용융될 경우, 빌드 재료와 양립되도록 선택된다. 이것은 부분 강도를 확보하기 위함이다. 일례에서, 레벨링 분말용의 베이스 재료는 빌드 재료의 것과 동일할 수 있다.
지지 재료의 용이한 제거를 용이하게 하기 위하여, 레벨링 재료는 레벨링 재료가 지지 재료 내 필름 또는 커다란 덩어리를 형성하는 것을 방지하기 위하여 선택된다. 재료 설계 관점으로부터, 레벨링 재료는, 용융될 경우, 지지 재료와 양립될 수 없고, 따라서 레벨링 재료는 얇은 필름을 형성하지 못한다.
이것은 비교적 낮은 표면 에너지 및 접촉각을 지니도록 지지 재료를 선택함으로써 달성될 수 있고, 따라서 레벨링 재료는 비교적 높은 표면 장력을 지니며 그리고 표면 장력으로 인해 지지 재료 내에서 이산된 단절된 섬으로 형성된다. 90° 미만의 (영 방정식(Young equation)에 관하여) 접촉각은 표면 젖음성이 바람직하고 유체가 표면 상의 대면적에 걸쳐서 확산될 것임을 나타내는 한편; 90°를 초과하는 접촉각은 일반적으로 포면의 젖음성이 바람직하지 않으므로 유체가 표면과의 그의 접촉을 최소화할 것이고 컴팩트한 액적을 형성할 것임을 의미한다. 레벨링 분말은, 레벨링 재료가 지지 재료에 대해 높은 표면 장력을 지니고 지지 재료에 대해 액적을 형성하며 그리고 지지 재료와 접합되지 않도록(그리고 그 역도 레벨링 재료와 빌드 재료에 대해서 성립함) 지지 재료에 대해서 높은 접촉각(예컨대, 60°, 75°, 90° 등)을 지니도록 선택된다.
지지 재료 및 레벨링 재료의 선택을 통한 이 표면 장력(접촉각) 효과로 인해, 지지 재료 내의 레벨링 재료의 액적(또는 분리된 섬) 형성은 장려될 것이다. 또한, 후속의 층 구축 동안, 레벨링 재료의 분산은 레벨링 재료가 대용적의 양립할 수 없는 지지 재료 유체에 의해 둘러싸이는 영역에서 장려될 것이다. 이것은 지지 재료 내에 있는 레벨링 재료의 부분의 용이한 제거를 가능하게 한다.
레벨링 분말의 입자 크기는 성능을 최적화시키도록 선택되고, 그리고 빌드/지지 재료의 것과는 상당히 상이할 수 있다. 더욱 구체적으로, 레벨링 재료의 입자 크기는 예상된 불균일 및 레벨링 간극에 관하여 선택된다. 레벨링 분말의 입자 크기는 적은 수의 레벨링 분말 입자층(예컨대, 1 내지 3개 층)이 레벨링 간극을 채우게 되도록 선택된다.
대안적으로, 재료들은, 레벨링 장치 표면과 빌드 표면의 피크 간의 간극이 하나의 전체 층(하나의 입자 직경) 미만이 되도록 선택될 수 있다. 이 상황에서, 빌드 표면의 피크보다 상당히 낮은 표면만이 레벨링 재료를 수용할 것이다. 이 과정은 최소량의 레벨링 재료를 사용할 것이고 그리고 지지부 제거에 대한 잠재적인 영향에 관한 최소의 염려를 갖게 될 것이다. 따라서, 보다 큰 입자 크기의 레벨링 재료는 더 적은 레벨링 재료를 사용할 것이지만; 보다 작은 입자 크기의 레벨링 재료는 더 양호한 레벨링 정확도를 확보할 것이다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서의 예시적인 3-차원(3-D) 프린터는, 다른 부품 중에서도, 롤러(112) 상에서 지지되는 중간 전사 벨트(ITB)(110)와 같은 중간 전사 표면, 제1 인쇄 부품(예를 들어, 현상 장치(116)), 및 제2 인쇄 부품(예를 들어, 현상 장치(114))를 포함한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 인쇄 부품(116)은 (예를 들어, 전하 발생기(128)에 의해 생성된) 벨트와 이송되는 재료 사이의 전하 차이에 의해) 분말 폴리머-왁스 재료(예를 들어, 하전된 3-D 토너)와 같은 빌드 재료인 제1 재료(104)를 ITB(110)에 정전식으로 전사하도록 위치한다. (예를 들어, 광 수용체일 수도 있는) 제2 인쇄 부품(114)도 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 전사하도록 위치한다.
지지 재료(105)는, 전체 3-D 물품이 완성된 후에 인쇄된 3-D 구조(104)가 지지 재료(105)로부터 분리되도록, 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 종 "현상된 층"으로 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, 3차원 구조가 현상된 층(102)에 의해 형성된다.
또한, (표면 또는 벨트일 수 있는) 압반(118)이 ITB(110)에 인접한다. 빌드 재료 및 지지 재료의 패턴화된 층(102)은 현상 장치(114, 116)로부터 중간 전사 벨트(110)에 전사되고, 마침내 주입 스테이션(130)에서 압반(118)에 전사된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 주입 스테이션(130)은 ITB(110)에 인접해 있다. 주입 스테이션(130)은 ITB(110)의 일 측에 ITB(110)를 지지하는 롤러(112)를 포함한다. 주입 스테이션(130)은 ITB(110)가 주입 스테이션(130)으로 이동함에 따라 층(102)들을 수용하도록 배치된다. 보다 상세하게는, 빌드 재료 현상 스테이션(116), 지지 재료 현상 스테이션(114) 및 주입 스테이션(130)은 ITB(110)에 대해서 위치되어, ITB(110)가 진행 방향으로 이동할 때, ITB(110) 상의 층(102)이 먼저 빌드 재료 및 지지 재료 현상 스테이션(114, 116)을 통과한 다음에, 주입 스테이션(130)을 통과한다.
도 1에 더욱 도시된 바와 같이, 이러한 구조는 주입 히터(120), 융합 스테이션(126), 경화 스테이션(124) 및 냉각 스테이션(140)을 포함할 수 있다. 융합 스테이션(126)은 가장 최근에 주입된 층(102)을 압반(118)에 또는 압반(118) 상에 존재하는 층들을 융합하기 위하여 압력 및/또는 열을 인가한다. 경화 스테이션(124)은 층들을 경화시키기 위하여 광원을 이용해서 광(예컨대, UV광)을 그리고/또는 히터를 이용해서 열을 인가하도록 위치된다. 냉각 스테이션(140)은 바로 융합되고 경화된 층 상에 잠재적으로 냉각된 공기를 취입한다. 상기 구조는 또한 지지 재료 제거 스테이션(148)을 포함할 수 있다.
도 1은 또한 ITB(110)와는 분리되어 있고 그리고 압반(118) 상의 자립형 스택 상의 최상층 상에 레벨링 재료를 침착시키도록 위치된 디스펜서(142)(예컨대, 분무기, 호퍼, 슈트 등)를 예시한다. 또한, 기계식 플래너(144)는 또한 ITB(110)와는 분리되어 있고, 그리고 레벨링 재료의 최상부를 압반(118)의 평탄한 표면에 대해서 평행하게 만들기 위하여 자립형 스택 상의 레벨링 재료와 접촉하여 레벨링되도록 위치된다. 기계식 플래너(144)는 자립형 스택 상의 레벨링 재료의 두께를 저감시킨다. 기계식 플래너(144)는 세장형 구조(예컨대, 블레이드, 롤러, 역회전 롤러 등)를 포함하고, 압반(118)의 평탄한 표면에 대해서 평행한 방향으로 기계식 플래너(144)와 압반(118) 사이에 상대적 이동이 있다.
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)과 ITB(110)는 히터(120)에 의해 선택적으로 국부적으로 가열되어 현상된 층(102)을 주입 전에 "점착성" 상태로 만드는 것을 더욱 돕는다. 일례에서, 현상된 층(102)은 유리 전이 온도(Tg)보다 높지만 지지 재료(그리고 잠재적으로 빌드 재료)의 용융 또는 융해 온도(Tm)에 미치지 않는 온도로 가열되어 점착성으로 될 수 있다.
압반(118)은 또한 히터(120)에 의해 대략 동일한 온도로 선택적으로 가열될 수 있고, 그 다음 ITB-압반 닙 (주입 닙(130))을 통해 병진 이동될 때 점착층(102)과 동기적으로 접촉될 수 있다. 그리하여, ITB(110)는 압반(118)이 ITB(110)와 접촉할 때마다 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 현상된 층(102)의 하나를 압반(118) 상에 전사하여 압반(118) 상에 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 현상된 층(102)을 연속적으로 형성한다.
따라서, 각각의 분리된 현상 장치(114, 116)에 의해 ITB 상의 패턴으로 정전기적으로 인쇄된 빌드 재료 재료 및 지지 재료는 소정의 길이를 갖는 특정 패턴을 나타내도록 현상된 층(102)에서 함께 배합된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 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)에 전사되지 못한 유일한 부분이다.
다음에, ITB(110)가 진행 방향으로 움직임에 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 융합 스테이션(126)으로 멀리 이동한다. 융합 스테이션(126)은 비접촉(예컨대, 적외선(IR)) 히터, 또는 층(들)(102)을 가열하여 가압하는 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 가열된 롤러(126)) 사이의 이러한 동기적인 이동은 현상 장치(116, 114)에 의해 인쇄되는 지지 및 빌드 재료의 패턴(102)이 왜곡 또는 번짐 없이 ITB(110)로부터 정확하게 전사되어 압반(118) 상의 다른 층(102)에 융합시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 압반은, 3-D 구조에 광 및/또는 열을 가하여 자립형 스택(106)의 현상된 층(102)들을 압반(118) 상에서 서로 결합시키는 경화 스테이션(124)으로 이동한다. 히터, 조명 및 결합 스테이션(124) 내의 다른 구성 요소의 선택적 사용은 현상된 층(102)의 화학적 구성에 따라 달라질 것이다. 일례에서, 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)는 UV 경화성 토너(UV curable toner)일 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 융합 스테이션(124)은 재료(102)를 그 재료의 유리 전이 온도와 용융 온도 사이의 온도로 가열한 다음 재료(102) 내의 중합체를 가교 결합시키기 위해 UV 광을 인가함으로써 이러한 재료(102)를 융합시킴으로써, 단단한 구조를 생성할 수 있다. 당업자들은 다른 빌드 재료 및 지지 재료가 다른 본딩 공정 및 본딩 구성요소를 이용할 것이며, 상기 내용은 단지 하나의 제한된 예로서 제시된다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 장치 및 방법은 현재 공지되어 있거나 장래에 개발될지와 상관없이 모든 결합 방법 및 구성요소에 적용 가능하다.
부가적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각 스테이션(140)(또는 공정 중 냉각 중지에도)은 층(102) 전사 사이에 압반(118) 상의 층(102)을 냉각시키는데 이용될 수 있다. 냉각 스테이션은, 도 6에 도시된 바와 같이, 압반(118) 상의 층(102) 상에 공기(잠재적으로 냉각되고 탈습된 공기)를 취입할 수 있다.
압반(118)은, ITB(110)가 현상된 층(102)들의 각각을 압반(118)에 전사한 후에 융합 스테이션(126), 경화 스테이션(124) 및 냉각 스테이션(140)으로 이동되어, 독립적으로 현상된 층(102)들의 각각을 융합, 경화 및 냉각시킬 수 있다. 다른 대안예에서, 압반(118)은 특정 개수(예컨대, 2, 3, 4 등)의 현상된 층(102)이 압반(118) 상에 배치된 후에 융합 스테이션(126), 경화 스테이션(124), and 냉각 스테이션(140)으로 단지 이동하여 다수의 현상된 층(102)이 동시에 융합, 경화 및 냉각되게끔 할 수도 있다.
이 공정의 이 시점에서 압반(118)은 주입 닙(transfuse nip)(130)으로 되돌아가 ITB(110)로부터 그 다음 층(102)을 수용할 수 있거나, 또는 압반이 디스펜서(142) 및 기계식 플래너(144)(이하에 더욱 상세하게 논의됨)로 이동할 수 있다. 따라서, 도 2 내지 도 6에서의 공정은 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 현상된 층(102)을 스택(106) 내로 융합시키도록 반복된다. 현상된 층(102)들의 스택(106)이 증가함에 따라서, 추가의 현상된 층(102)들이 도 7에 도시된 바와 같이 스택(106)의 최상부에 형성되고, 이러한 추가의 현상된 층(102)들은 융합 스테이션(126)(도 8)에 의해 압력 가열되고, 경화 스테이션(124)(도 9)에 의해 경화되며, 그리고 냉각 스테이션(140)(도 10)에 의해 냉각된다.
도 11 및 도 12에 도시된 공정은 압반(118) 상에 주입된 각 층에 대해서 수행될 수 있거나, 또는 특정 개수의 층(102)(예컨대, 10, 50, 200, 1000개의 층 등)이 압반(118)에 전사된 후에 수행될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, ITB(110)와는 분리된 디스펜서(142)(재차, 분무기, 호퍼, 슈트, 정전식 장치 등일 수 있음)는 압반(118) 상의 자립형 스택(106) 내의 최상층(102) 상에 레벨링 재료(108)를 침착시킨다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 기계식 플래너(144)는 또한 ITB(110)와는 분리되고, 그리고 레벨링 재료(108)의 최상부가 압반(118)의 평탄한 표면에 대해서 평행하게 되도록 자립형 스택(106) 상의 레벨링 재료(108)와 접촉하여 레벨링시킨다.
이러한 공정은 도 13A 내지 도 15B의 확대도에 도시되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 13A는 디스펜서(142)가 자립형 스택(106)의 최상부 상에 레벨링 재료(108)를 침착시키는 것을 예시한다. 재차, 디스펜서(142)는 레벨링 재료(108)을 자립형 스택(106)의 최상부에 분무, 중력 공급, 정전식 전사할 수 있다. 도 13A는 자립형 스택(106)이 하나 이상의 층(102)으로 구성되되, 각 층은 빌드 재료(104)와 지지 재료(105)를 포함할 수 있는 것에 유의해야 한다. 또한 적어도 스택(106) 내 최상층은 도 13A에서의 압반(118)의 최상부(119)에 대해서 평행하지 않음에 유의해야 한다.
도 13A 및 도 13B는 기계식 플래너(144)가 블레이드 또는 다른 돌출부일 수 있는 것을 예시한다. 도 13B는 레벨링 재료(108)의 최상부(109)가 압반(118)의 최상부(119)와 평행하게 되도록 기계식 플래너(144)와 압반(118) 사이의 상대 이동에 기초하여 기계식 플래너(144)가 레벨링 재료(108)의 일부분을 제거하는 것을 예시한다. 도 13B는 압반(118)이 기계식 플래너(144)(고정된 위치에 있을 수 있음)를 지나서 이동할 수 있는 것을 예시한다. 대안적으로, 기계식 플래너(144)는 압반(118)의 평탄한 표면(119)에 평행한 방향으로 기계식 플래너(144)와 압반(118) 사이의 상대 이동을 유발하도록 압반(118)을 지나서 이동할 수 있다.
따라서, 기계식 플래너(144)는 자립형 스택(106) 상의 레벨링 재료(108)의 두께를 저감시킨다. 도 14는 추가적인 층(102)들이 레벨링 재료(108) 위에 침착된 후의 자립형 스택(106)을 예시한다. 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이, 레벨링 재료(108)는 압반(118)의 최상부(119)에 평행한 층(102)들을 이용해서 인쇄 중인 전체 3-D 구조를 성장시키기 위하여 추가적인 층(102)들이 압반(118)의 최상부(119)에 평행한 표면(109) 상에 주입되는 것을 허용한다. 도 13A 내지 도13B에 도시된 바와 같이, 기계식 플래너(144)는 세장형 구조(예컨대, 블레이드)일 수 있거나; 또는 도 15A에 도시된 바와 같이, 기계식 플래너(144)는 롤러일 수 있거나; 또는 도 15B에 도시된 바와 같이 역회전 롤러일 수 있는 등이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 기계식 플래너(144)가 레벨링 재료(108)를 레벨링시킨 후, 압반(118)은 레벨링 재료(108)를 자립형 스택(106)에 융합시키기 위하여 기계식 플래너(144)가 레벨링 재료(108)를 레벨링시킨 후에 융합 스테이션(126)으로 이동한다. 레벨링 재료(108)는 빌드 재료(104)와 비교적 더 용이하게 접합하고 지지 재료(105)와 비교적 덜 용이하게 접합하도록 선택된다. 즉, 빌드 재료(104)는 레벨링 재료(108)를 끌어당기는(attract) 한편, 지지 재료(105)는 레벨링 재료(108)를 밀어낸다(repel).
따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 융합 후에, 레벨링 재료(108)는 빌드 재료(104)와 융합될 것이지만, 지지 재료(105)의 분산 영역에 단지 유지될 것이다. (지지 재료(105)와 접촉하는) 레벨링 재료(108)의 이러한 분산 부분은 지지 재료(105)가 빌드 재료(104)로부터 제거될 때에 제거될 것인 반면, 빌드 재료(104)와 융합된 레벨링 재료(108)의 부분은 빌드 재료(104)와 함께 최종 구조 내에 유지될 것이다.
위에서 기재된 공정은 도 18에 도시된 바와 같이 빌드 재료(104) 및 지지 재료(105)의 자립형 스택(106)을 형성하기 위하여 다수회 반복된다. 도 18은 자립형 스택(106)의 축적 내에 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.
자립형 스택(106)의 3-D 구조는 외부 가열조(heated bath)를 사용하여 지지 재료(105)를 수동으로 제거하도록 출력될 수 있거나; 또는 공정은 도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이 진행될 수 있다. 보다 상세하게는, 도 19에서, 지지 재료 제거 스테이션(148)은 압반(118) 상에 방금 결합된 3-D 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 20은 약 절반의 지지 재료(105)가 잔류하고, 빌드 재료(104)의 일부가 지지 재료(105)의 나머지 스택으로부터 돌출되는 공정을 도시한다. 도 21은 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 22 내지 도 24는 도 1에 도시된 주입 닙(130) 대신에 평면 주입 스테이션(138)을 포함하는 대안적인 3-D 정전식 인쇄 구조를 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 평면 주입 스테이션(138)은 롤러(112)들 사이에 있고 압반(118)에 평행한 ITB(110)의 평면 부분이다. 도 22에 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 23은 디스펜서(142)가 레벨링 재료(108)를 분배하는 것을 예시하고, 도 24는, 위에서 논의된 바와 같이 스택(106) 내의 층(102)들을 압반(118)의 상부 표면(119)과 평행하게 유지하도록 하기 위하여 기계식 플래너가 레벨링 재료(108)를 레벨링시키는 것을 예시한다.
유사하게, 도 25에 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. 위에서 언급된 바와 같이, 디스펜서(142)는 레벨링 재료(108)를 분배하고, 도 26에 도시된 바와 같이, 기계식 플래너는 위에서 논의된 바와 같이 압반(118)의 상부면(119)과 평행한 스택(106) 내에 층(102)들을 유지하기 위하여 레벨링 재료(108)를 평활화시킨다.
도 27은 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 27에 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 28에 도시된 바와 같이) 중간 전사 벨트(110)를 사용하는 장치를 포함할 수 있다.
따라서, 도 28에 도시된 바와 같이, 도 27에 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 28은 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 29에 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.
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 도시되지 않았지만 (또는 잠재적으로 더 적은) 많은 특징을 포함하지만 일반적으로 그러한 장치 및 시스템과 함께 활용된다. 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 컴퓨터(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 (17)

  1. 3-차원 (3-D) 프린터로서,
    중간 전사 표면;
    상기 중간 전사 표면에 빌드 재료 (build material) 를 전사하도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션;
    상기 중간 전사 표면에 지지 재료 (support material) 를 전사하도록 위치된 지지 재료 현상 스테이션으로서, 상기 빌드 재료 현상 스테이션 및 상기 지지 재료 현상 스테이션은 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층들을 상기 중간 전사 표면에 전사하는, 상기 지지 재료 현상 스테이션;
    상기 중간 전사 표면과 접촉하도록 위치된 평탄한 표면을 갖는 압반으로서, 상기 중간 전사 표면은, 상기 압반이 상기 중간 전사 표면 상의 상기 층들 중 하나와 접촉할 때 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 최상부 층을 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 전사하고, 상기 최상부 층은 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하지 않을 수 있는, 상기 압반;
    상기 최상부 층 상에 레벨링 재료(leveling material)를 디포짓(deposit)시키도록 위치된 디스펜서(dispenser); 및
    상기 압반 상의 상기 최상부 층에 상기 레벨링 재료를 접촉시키고 레벨링시키도록 위치된 기계식 플래너를 포함하고,
    상기 기계식 플래너는, 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행한 방향으로 상기 압반에 대해 이동하여 상기 레벨링 재료의 일부를 제거하고 상기 최상부 층의 최상부 상에 상기 레벨링 재료의 다른 부분을 남겨두고, 상기 레벨링 재료의 최상부를 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하게 만들어서 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하지 않은 상기 최상부 층에 대해 보정하는 구조를 포함하는, 3-D 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨링 재료는 상기 빌드 재료와 비교적 더 용이하게 접합되고, 그리고 상기 지지 재료와 비교적 덜 용이하게 접합되는, 3-D 프린터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빌드 재료는 상기 레벨링 재료를 끌어당기고(attract), 그리고 상기 지지 재료는 상기 레벨링 재료를 밀어내는(repel), 3-D 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계식 플래너는 세장형 구조를 포함하는, 3-D 프린터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계식 플래너는 역회전 롤러들을 포함하는, 3-D 프린터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스펜서는 분무기, 호퍼 (hopper), 슈트 (chute) 를 포함하는, 3-D 프린터.
  7. 3-차원 (3-D) 프린터로서,
    중간 전사 표면;
    상기 중간 전사 표면에 빌드 재료를 정전식으로 전사하도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션;
    상기 중간 전사 표면에 지지 재료를 정전식으로 전사하도록 위치된 지지 재료 현상 스테이션으로서, 상기 빌드 재료 현상 스테이션 및 상기 지지 재료 현상 스테이션은 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층들을 상기 중간 전사 표면에 전사하는, 상기 지지 재료 현상 스테이션;
    상기 중간 전사 표면에 인접한 주입 스테이션(transfuse station);
    상기 중간 전사 표면과 반복적으로 접촉하도록 위치된 평탄한 표면을 갖는 압반으로서, 상기 압반은 상기 중간 전사 표면에 대해 이동하고, 상기 중간 전사 표면은, 상기 압반이 상기 압반의 상기 평탄한 표면 상의 상기 층들의 자립형 스택 (freestanding stack) 을 연속적으로 형성시키기 위해 상기 주입 스테이션에서 상기 중간 전사 표면 상의 상기 층들 중 하나와 접촉할 때마다 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 최상부 층을 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 전사하고, 상기 최상부 층은 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하지 않을 수 있는, 상기 압반;
    상기 층들을 함께 융합시키기 위해 상기 자립형 스택에 열 및 압력을 가하도록 위치된 융합 스테이션;
    상기 최상부 층 상에 레벨링 재료를 디포짓시키도록 위치된 디스펜서; 및
    상기 자립형 스택 상에 상기 레벨링 재료를 접촉시키고 레벨링시키도록 위치된 기계식 플래너를 포함하고,
    상기 기계식 플래너는, 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행한 방향으로 상기 압반에 대해 이동하여 상기 레벨링 재료의 일부를 제거하고 상기 최상부 층의 최상부 상에 상기 레벨링 재료의 다른 부분을 남겨두고, 상기 레벨링 재료의 최상부를 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하게 만들어서 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하지 않은 상기 최상부 층에 대해 보정하는 구조를 포함하고,
    상기 압반은 상기 기계식 플래너가 상기 레벨링 재료를 상기 자립형 스택에 융합시키도록 상기 레벨링 재료를 레벨링한 후에 상기 융합 스테이션으로 이동하는, 3-D 프린터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레벨링 재료는 상기 빌드 재료와 비교적 더 용이하게 접합되고, 그리고 상기 지지 재료와 비교적 덜 용이하게 접합되는, 3-D 프린터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 빌드 재료는 상기 레벨링 재료를 끌어당기고, 그리고 상기 지지 재료는 상기 레벨링 재료를 밀어내, 3-D 프린터.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 기계식 플래너는 세장형 구조를 포함하는, 3-D 프린터.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기계식 플래너는 역회전 롤러들을 포함하는, 3-D 프린터.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 디스펜서는 분무기, 호퍼, 슈트를 포함하는, 3-D 프린터.
  13. 3-차원 (3-D) 프린터로서,
    중간 전사 벨트 (ITB);
    상기 ITB 에 빌드 재료를 정전식으로 전사하도록 위치된 빌드 재료 현상 스테이션;
    상기 ITB 에 지지 재료를 정전식으로 전사하도록 위치된 지지 재료 현상 스테이션으로서, 상기 빌드 재료 현상 스테이션 및 상기 지지 재료 현상 스테이션은 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 층들을 상기 ITB 에 전사하는, 상기 지지 재료 현상 스테이션;
    상기 ITB 에 인접한 주입 스테이션;
    상기 ITB 와 반복적으로 접촉하도록 위치된 평탄한 표면을 갖는 압반으로서, 상기 압반은 상기 ITB 에 대해 이동하고, 상기 ITB 는, 상기 압반이 상기 압반의 상기 평탄한 표면 상의 상기 층들의 자립형 스택을 연속적으로 형성시키기 위해 상기 주입 스테이션에서 상기 ITB 상의 상기 층들 중 하나와 접촉할 때마다 상기 빌드 재료 및 상기 지지 재료의 최상부 층을 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 전사하고, 상기 최상부 층은 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하지 않을 수 있는, 상기 압반;
    상기 층들을 함께 융합시키기 위해 상기 자립형 스택에 열 및 압력을 적용하도록 위치된 융합 스테이션;
    상기 빌드 재료에서 폴리머들을 가교결합시키기 위해 상기 자립형 스택에 열 및 자외선 광을 적용하도록 위치된 경화 스테이션;
    상기 ITB 로부터 별개로 위치되고 상기 최상부 층 상에 레벨링 재료를 디포짓시키도록 위치된 디스펜서; 및
    상기 ITB 로부터 별개로 위치되고 상기 자립형 스택 상에 상기 레벨링 재료를 접촉시키고 레벨링시키도록 위치된 기계식 플래너를 포함하고,
    상기 기계식 플래너는 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행한 방향으로 상기 압반에 대해 이동하여 상기 레벨링 재료의 일부를 제거하고 상기 최상부 층의 최상부 상에 상기 레벨링 재료의 다른 부분을 남겨두고, 상기 레벨링 재료의 최상부를 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하게 만들어서 상기 압반의 상기 평탄한 표면에 평행하지 않은 상기 층에 대해 보정하는 구조를 포함하고,
    상기 압반은 상기 기계식 플래너가 상기 레벨링 재료를 상기 자립형 스택에 융합시키도록 상기 레벨링 재료를 레벨링한 후에 상기 융합 스테이션으로 이동하는, 3-D 프린터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 레벨링 재료는 상기 빌드 재료와 비교적 더 용이하게 접합되고, 그리고 상기 지지 재료와 비교적 덜 용이하게 접합되는, 3-D 프린터.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 빌드 재료는 상기 레벨링 재료를 끌어당기고, 그리고 상기 지지 재료는 상기 레벨링 재료를 밀어내는, 3-D 프린터.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 기계식 플래너는 세장형 구조를 포함하는, 3-D 프린터.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 기계식 플래너는 역회전 롤러들을 포함하는, 3-D 프린터.
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