KR102163831B1 - 3d 인쇄 - Google Patents

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아라멘디아 세르지오 푸이가르데우
패스터 파블로 도밍게즈
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

하나의 양태에 따르면, 3 차원 프린터가 제공된다. 이 프린터는 빌드 모델의 레이어에 관한 데이터를 얻기 위한, 제 1 동작 모드에 따라 비어 있지 않은 레이어를 처리하기 위한, 그리고 제 2 동작 모드에 따라 빈 레이어를 처리하기 위한 제어기를 포함한다.

Description

3D 인쇄
본 발명은 3D 인쇄에 관련된다.
전형적으로 3D 인쇄 시스템으로 불리는 적층식 조형 시스템(additive manufacturing system)은 소량의 특정 유형의 물체를 생성하는 것에 일반적으로 유용하다. 이러한 시스템의 높은 생산성 환경으로의 이행을 돕기 위해, 이러한 시스템은 효율적인 방법으로 물체를 생성할 수 있어야 한다.
본원 발명의 3 차원 프린터는,
빌드 모델(build model)의 레이어에 관련된 데이터를 획득하기 위한;
제 1 동작 모드에 따라 비어 있지 않은 레이어를 처리하기 위한; 그리고
제 2 동작 모드에 따라 빈 레이어를 처리하기 위한, 제어기를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 단지 비제한적인 예로서 실시예를 설명한다.
도 1은 예시적인 3D 인쇄 시스템의 간략도이고;
도 2는 빌드 모델 내의 물체의 예시적인 공간 배치이고;
도 3은 예시적인 3D 인쇄 시스템의 블록도이고;
도 4는 3D 인쇄 시스템을 작동시키는 예시적인 방법을 개설하는 흐름도이고;
도 5는 하나의 실시예에 따른 일련의 물체 모델 슬라이스(slice)를 보여주는 도면이고;
도 6은 3D 인쇄 시스템을 작동시키는 예시적인 방법을 개설하는 흐름도이고;
도 7은 3D 인쇄 시스템을 작동시키는 예시적인 방법을 개설하는 흐름도이다.
일부의 3D 인쇄 시스템은 빌드 플랫폼(build platform) 상에 분말상 빌드 재료와 같은 빌드 재료의 연속 레이어를 형성하고, 적절한 메커니즘을 통해 각 레이어의 일부를 선택적으로 고화시켜 레이어 바이 레이어(layer by layer)로 물체를 형성하여 3 차원 물체를 생성한다.
이러한 3D 인쇄 기법은 빌드 플랫폼 상에 분말상 빌드 재료의 레이어를 형성하고, 그 융점에 접근하도록 빌드 재료의 레이어를 예열한다. 다음에, 생성될 물체의 3D 모델로부터 도출되는 패턴으로 빌드 재료의 형성된 레이어 상에 용융제가 선택적으로 인쇄될 수 있다. 다음에, 예를 들면, 용융 램프로부터의 용융 에너지가 빌드 재료의 형성된 레이어에 가해진다. 용융제가 적용된 곳에 에너지가 보다 쉽게 흡수되고, 이로 인해 용융제가 적용된 빌드 재료의 일부는 용융 및 합체, 또는 융합되고, 그 후 냉각 시에 고화되어 3D 물체의 레이어가 형성된다. 이러한 시스템은 표면 디테일을 개선시키거나, 인쇄된 물체의 다른 기계적 특성을 제어하거나, 또는 사전결정된 방식으로 용융제와 상호작용하도록 디테일링제(detailing agent) 또는 냉각제의 패턴을 추가로 인쇄할 수 있다.
예시적인 3D 인쇄 시스템(100)의 단순도가 도 1에 도시되어 있다. 인쇄 시스템(100)은 분말상 빌드 재료와 같은 밸드 재료의 레이어가 형성되는 빌드 플랫폼(102)을 포함한다. 빌드 플랫폼(102)은 z축에서 (즉, 수직으로) 이동가능하다. 빌드 재료의 레이어는 y축으로 이동가능한 캐리지 상에 장착되는 빌드 재료 분배기(106)에 의해 형성될 수 있다. 빌드 재료 분배기(106)는, 예를 들면, 빌드 플랫폼을 가로질러 빌드 재료의 미리 준비된 파일(pile)을 펼치는 리코터 롤러(re-coater roller)일 수 있다. 다른 실시예에서, 빌드 재료 분배기(106)는 호퍼(미도시)로부터의 빌드 재료를 펼치거나 적층하여 빌드 플랫폼(102) 상에 빌드 재료의 레이어를 형성할 수 있다. 빌드 재료의 최초의 레이어는 빌드 플랫폼(102)의 상면에 직접 형성되고, 반면에 빌드 재료의 후속 레이어는 이전에 형성된 빌드 재료의 레이어 상에 형성된다.
도 1에 도시되지 않았지만, 빌드 플랫폼(102)은 3D 인쇄 프로세스 중에 빌드 분말 및 생성된 3D 물체를 수용하기 위한 베이스 및 측벽을 갖는 빌드 유닛(미도시) 내에 수용될 수 있다.
다음에 용융제 및 디테일링제와 같은 하나 이상의 인쇄가능한 작용제가, 예를 들면, 또한 캐리지 상에 장착되는 프린트헤드(108)로부터 최신 형성된 빌드 재료의 레이어 상에 독립된 패턴으로 선택적으로 인쇄될 수 있다. 다른 실시예에서, 프린트헤드, 용융 램프, 및 리코터는 다른 구성으로, 예를 들면, 다수의 캐리지 상에, 또는 동일 축에, 또는 직교축의 다수의 캐리지 내에, 또는 임의의 다른 적절한 구성으로 배치될 수 있다.
다음에, 예를 들면, 용융 램프(110)로부터 빛 또는 적외선과 같은 용융 에너지가 빌드 재료의 상부 레이어에 가해져서, 전술한 바와 같은 작용제의 인쇄된 패턴에 따라 빌드 재료를 용융시킬 수 있다.
형성된 빌드 재료의 레이어의 예열은 용융을 유발하기 위해 용융 램프에 의해 공급되는 에너지의 양을 저감시킬 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들면, 빌드 재료의 개선된 결정화로 인해, 3D 인쇄된 물체의 물리적 특성을 개선하는데 도움을 줄 수도 있다.
용융 후, 빌드 플랫폼(102)은 사전결정된 양만큼 하강되고, 이 프로세스는 3D 물체가 레이어 바이 레이어로 생성될 때까지 반복된다.
일반적으로 이러한 3D 인쇄 시스템은 빌드 재료의 형성된 레이어의 다양한 부분들 사이의 열적 불균형에 비교적 민감하다. 또한, 용융 램프 및 예열 램프와 같은 이러한 시스템의 요소는 높은 열관성(thermal inertia)을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 에너지 공급원의 순간적 온 및 오프는 인쇄 시스템 내의 열적 상태의 순간적 변화를 유발하지 않을 수 있다. 결과적으로, 이러한 시스템은 생성되는 3D 물체의 성질에 무관하게 (예를 들면, 규칙적인 레이어 두께의 빌드 재료의 레이어를 형성하고, 예열 에너지를 가하고, 용융 에너지를 가하는 등의) 동일한 동작을 수행하도록 제어될 수 있다.
최근까지, 3D 인쇄 기술은 프로토타이핑 환경에서 사용하기 위한 소량의 물체를 생산하는 것에 주로 한정되어 왔다. 그러나, 기술이 향상됨에 따라, 생산 환경에서 사용하기 위한 더 많은 양의 물체를 생산하는데 일부의 3D 인쇄 시스템(100)을 사용할 수 있게 되었다.
그러나, 프로토타이핑 환경으로부터 생산 환경으로 이동하기 위해서는 이러한 시스템이 효율적이어야 한다.
경우에 따라 효율은 단일 인쇄 작업으로 다수의 물체를 인쇄하는 3D 인쇄에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 고객은 일련의 동일하거나 동일하지 않은 3D 인쇄된 물체를 주문할 수 있다. 주문된 물체들은 3D 프린터의 빌드 체적을 효율적으로 사용하기 위해 일괄처리(batching)될 수 있으므로 일괄처리된 물체의 3D 인쇄를 유발하는 3D 인쇄 작업이 생성된다.
전형적으로 물체들의 배치(batch) 내의 물체는 배치 내의 다른 물체로부터 적절한 공간으로 분리된다. 이 공간은 인쇄 후에 각각의 3D 물체를 용이하게 분리할 수 있게 해주며, 하나의 물체가 다른 물체에 영향을 주는 열 블리드(thermal bleed)를 방지하도록 돕는다. 이 공간의 크기는 사용되는 빌드 재료의 유형, 열 블리드의 특성, 및 디테일링제 또는 냉각제의 사용을 포함할 수 있는 3D 인쇄 시스템의 특성에 의존할 수 있다.
물체의 일괄처리는 예를 들면, 3D 인쇄될 물체의 3D 모델을 수취하는, 그리고 3D 빌드 모델 내에서 이들 물체의 공간 배치를 결정하는 전처리 시스템에 의해 수행될 수 있다. 하나의 실시예에서, 빌드 모델은 다수의 3D 물체 모델로 형성될 수 있으며, 각각의 물체 모델은 3D 생성될 물체를 나타낸다. 또한 디자이너는 다수의 물체를 하나의 빌드 모델로 수작업으로 일괄처리할 수 있다.
빌드 모델 내의 물체의 예시적인 공간 배치(200)가 도 2에 예시되어 있다. 도 2는 빌드 모델의 외부 한계(202)를 보여준다. 이 빌드 모델은 3D 프린터에 의해 물체를 생성할 수 있는 물리적 빌드 체적에 해당할 수 있다. 빌드 모델(202) 내에는 다수의 물체(204a 내지 204n)가 배치되어 있다. 이 실시예에서, 물체(204)는 서로 동일하지만, 다른 실시예에서는 적어도 일부의 물체가 상이할 수 있다.
빌드 모델(202) 내에서, 물체(204)는 z축(즉, 수직축)에서 거리 dv만큼 서로 수직으로 분리되도록 공간적으로 배치되어 있다. 각각의 물체는 또한 거리 dh만큼 서로 수평으로 분리되어 있다. 물체(204a 내지 204n)의 분리는 전처리 시스템에 의해 수행될 수 있거나, 예를 들면, 적절한 CAD(computer aided design) 소프트웨어의 어플리케이션을 사용하여 조작자가 결정할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 하나의 실시예에 따른 3D 인쇄 시스템(300)의 개략도가 도시되어 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이 3D 인쇄 시스템(300)은 용융되지 않은 빌드 재료의 빈 레이어를 포함하는 3D 인쇄 작업을 처리하는데 특히 효율적으로 구성된다.
이 3D 인쇄 시스템(300)은 전술한 그리고 도 1에 도시된 바와 같은 3D 프린터 시스템과 같은 3D 프린터 모듈(302)을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 3D 프린터 모듈(302)은 SLS(selective laser sintering) 3D 프린터, SLA(stereo lithography printer) 등과 같은 임의의 다른 적절한 종류의 3D 인쇄 시스템일 수 있다.
3D 인쇄 시스템(300)의 동작은 3D 프린터 제어기(304)에 의해 제어된다. 제어기(304)는 마이크로프로세서와 같은 프로세서(306)를 포함한다. 프로세서(306)는, 예를 들면, 적절한 통신 버스(미도시)를 통해 메모리(308)에 연결된다. 메모리(308)는, 프로세서(306)에 의해 실행될 때, 본 명세서에 기술된 바와 같이 제어기(304)로 하여금 3D 프린터를 제어하게 하는 프로세서 이해가능 3D 프린터 제어 명령(310)을 저장한다. 이제, 도 4, 도 5 및 도 6을 추가로 참조하여 3D 인쇄 시스템(300)의 예시적인 동작을 설명한다.
도 4를 참조하면, 블록 402에서 3D 프린터 제어기(304)의 프로세서(306)는 빌드 모델의 슬라이스 데이터를 획득하기 위해 프로세서(306)를 제어하도록 3D 프린터 제어 명령(310)을 실행한다. 슬라이스 데이터는, 예를 들면, 빌드 모델을 다수의 2차원 이미지로 변환함으로써 획득될 수 있고, 각각의 이미지는, 도 5에 도시된 바와 같이, 평행한 평면으로 빌드 모델의 슬라이스를 나타낸다. 각각의 슬라이스 이미지는 이 슬라이스로 발현되는 임의의 물체의 횡단면(있는 경우)을 나타낸다. 각각의 슬라이스 이미지는 3D 프린터(302)에 의해 처리될 빌드 재료의 레이어를 나타낼 수 있다.
빌드 모델의 각각의 슬라이스는 3D 프린터에 의해 처리될 빌드 재료의 레이어를 나타낸다. 각각의 슬라이스는, 예를 들면, 도 5에 예시된 바와 같이, 그 슬라이스로 임의의 물체의 횡단면을 나타내거나 이것을 기반으로 할 수 있다.
빌드 모델이 분할된 슬라이스 이미지의 개수는 여러가지 요인에 의존한다. 하나의 요인은 3D 인쇄 시스템에 의해 형성가능한 각각의 빌드 재료의 레이어의 두께이다. 사용되는 3D 인쇄 시스템의 유형에 따라, 각각의 형성된 빌드 재료의 레이어의 두께는 약 50 마이크론 내지 200 마이크론의 범위일 수 있다. 각각의 빌드 재료의 레이어가 얇을수록 인쇄된 3D 물체의 해상도가 높아진다. 그러나, 물체를 생성하기 위한 처리가 필요한 빌드 재료의 레이어의 수는 3D 인쇄 작업을 처리하는데 걸리는 시간을 증가시킬 수 있다.
각각의 슬라이스 이미지는, 예를 들면, 적절한 비트 깊이(bit-depth)를 갖는 래스터(raster) 이미지에 의해 표현될 수 있는데, 여기서 비트 깊이는 3D 인쇄 시스템에 의해 생성될 수 있는 특성(컬러, 기계적 특성 등)의 유형에 기초한다. 하나의 실시예에서, 각각의 슬라이스 이미지는 1 비트 깊이를 가질 수 있고, 이미지의 각각의 픽셀은 응고될 빌드 재료의 레이어의 일부 또는 응고되지 않을 빌드 재료의 레이어의 일부를 나타낼 수 있다.
각각의 슬라이스 이미지는 3D 인쇄 시스템에 의해 순차적으로 처리되어, 각각의 형성된 빌드 재료의 레이어의 일부를 선택적으로 응고시키도록 3D 프린터(302)를 제어하는데 사용되는 데이터를 생성한다. 예를 들면, 슬라이스 데이터는 프린트헤드 제어 데이터로 변환되어, 적절한 패턴의 인쇄 물질이 빌드 재료의 레이어 상에 인쇄되도록 할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 슬라이스(502)는 각각 빌드 재료의 레이어의 일부가 3D 물체의 일부를 생성하기 위해 선택적으로 응고되어야 함을 보여준다. 그러나, 추가 세트의 빈 슬라이스(504)는 어떤 물체의 단면도 갖지 않으며, 따라서 빌드 재료가 응고되지 않을 빌드 재료의 빈 레이어를 나타낸다. 이 실시예에서, 일련의 레이어(504)는 도 2에 도시된 수직 공간(dv)을 나타낼 수 있다. 3D 프린터(302)에 의해 형성되는 각각의 빌드 재료의 레이어의 두께 및 수직 공간(dv)에 따라, 빈 슬라이스(504)의 개수는 변할 수 있다. 예를 들면, 수직 공간(dv)이 5 mm이고, 3D 프린터(302)에 의해 형성된 각각의 레이어의 두께가 0.1 mm이면, 50 개의 빈 레이어(504)가 존재할 수 있다.
블록 404에서, 프로세서(306)는 처리 중인 현재 레이어에 대한 슬라이스 이미지가 빈 것인지 또는 비어 있지 않은 것인지의 여부를 결정하기 위해 프로세서(306)를 제어하기 위한 3D 프린터 제어 명령(310)을 실행한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 빈 레이어는 응고될 부분이 없는 빌드 재료의 레이어를 나타낸다.
현재 레이어가 비어 있지 않으면, 블록 406에서, 프로세서(306)는 정규 동작 모드에 따라 레이어를 처리하도록 프로세서(306)를 제어하는 3D 프린터 제어 명령(310)을 실행한다. 정규 동작 모드는 각각의 빌드 재료의 레이어를 처리하는 동안에 수행되는 일련의 '정규' 처리 동작을 포함할 수 있다. 예를 들면, 정규의 처리 동작의 세트는 전술한 바와 같이 다음을 포함할 수 있다.
a. 빌드 플랫폼(102)을 규칙적인 레이어 높이만큼 수직으로 이동시키는 것;
b. 빌드 플랫폼 상에 펼쳐질 대응하는 체적의 빌드 재료를 준비하는 것;
c. 빌드 플랫폼 상에 빌드 재료의 레이어를 형성하기 위해 빌드 플랫폼 상에 준비된 체적의 빌드 재료를 펼치는 것;
d. 형성된 레이어에 예열 에너지를 가하는 것;
e. 슬라이스 데이터에 따라 인쇄제의 패턴을 인쇄하도록 프린트헤드를 제어하면서 형성된 레이어 위에서 프린트헤드를 이동시키는 것; 및
f. 형성된 레이어의 일부를 용융시키도록 용융 에너지를 가하고, 슬라이스 이미지에 따라 형성된 레이어의 일부를 응고시키는 것.
블록 404에서, 이 프로세스는 반복된다.
그러나, 블록 406에서, 프로세서(306)가 현재 슬라이스 이미지가 비어 있다고 결정하면, 블록 408에서, 프로세서(306)는 다음 슬라이스 이미지가 또한 비어 있는지의 여부를 결정한다. 이 프로세스는 연속적인 빈 슬라이스의 개수가 결정될 때까지 반복된다. 하나의 실시예에서, 프로세서(306)는 특정의 사전결정된 픽셀 값의 존재 또는 부재에 대해 슬라이스 이미지를 체크함으로써 슬라이스 이미지가 비어 있는지의 여부를 결정한다. 예를 들면, 슬라이스 이미지가 2치 이미지인 경우, 프로세서(306)는 이미지의 모든 픽셀이 0의 값을 갖는다면 슬라이스 이미지가 비어 있다고 결정할 수 있다.
블록 410에서, 3D 프린터 제어기(112)는 정규 동작 모드와 다른 제 2 동작 모드에 기초하여 대응하는 빈 레이어를 처리하도록 3D 프린터(100)를 제어한다. 하나의 실시예에서, 제 2 동작 모드로 수행되는 동작은 결정된 빈 슬라이스의 개수에 기초하여 결정될 수 있다.
처리될 빈 레이어의 유무에 기초한 상이한 동작 모드를 사용함으로써, 일부의 3D 인쇄 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 물체 생성 시간을 보다 신속화할 수 있다. 예를 들면, 다수의 연속적인 빈 레이어가 처리될 때 위에서 언급한 "정규" 처리 동작의 전부를 계속 수행하는 것은 비효율적일 수 있다. 제 1 동작 모드 및 제 2 동작 모드로 수행되는 동작의 정확한 특성은 사용되는 3D 인쇄 기술의 유형에 따라 다를 수 있다. 그러나, 빈 슬라이스의 유무에 따라 상이한 처리 모드를 사용하는 이 일반적인 원칙은 작용제 및 분말에 기초한 3D 인쇄 시스템, SLS, SLP(stereo lithography printing), 및 DMS(direct metal sintering) 시스템을 포함할 수 있는 상이한 종류의 3D 인쇄 기술에 적용될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 빈 레이어를 처리하는 예시적인 방법이 도시되어 있다.
602에서, 프로세서(306)는 슬라이스 데이터에서 빈 슬라이스의 개수를 결정한다. 604에서, 프로세서(306)는 빈 레이어의 개수에 기초하여 대응하는 빈 레이어를 어떻게 처리할지를 결정한다. 도시된 실시예에서, 빈 레이어의 개수가 빈 레이어의 사전결정된 임계 개수 미만인 경우, 606에서 프로세서(306)는 제 1 세트의 처리 동작을 사용하여 빈 레이어의 전부를 처리하도록 3D 프린터(302)를 제어한다. 하나의 실시예에서, 제 1 세트의 처리 동작은 전술한 "정규" 처리 동작의 모두를 포함할 수 있다. 빈 레이어의 개수가 빈 레이어의 사전결정된 임계 개수 이상인 경우, 608에서 프로세서(306)는 제 1 세트의 처리 동작을 사용하여 빈 레이어의 제 1 부분을 처리하도록 3D 프린터(302)를 제어한다. 610에서 프로세서(306)는 제 2 세트의 처리 동작을 사용하여 빈 레이어의 제 2 부분을 처리하도록 3D 프린터(302)를 제어한다. 612에서 프로세서(306)는 제 3 세트의 처리 동작을 사용하여 빈 레이어의 제 3 부분을 처리하도록 3D 프린터(302)를 제어한다. 하나의 실시예에서, 빈 레이어의 각각의 부분은 연속적인 일련의 빈 레이어이다.
레이어의 사전결정된 임계 개수는, 예를 들면, 3D 인쇄 시스템의 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 5 개 레이어의 임계값, 또는 10 개 레이어의 임계값, 또는 20 개 레이어의 임계값이 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 상이한 사전결정된 임계값이 선택될 수 있다.
이제 보다 더 상세한 실시예를 설명한다. 아래에 제시된 실시예는 전술한 바와 같은 분말 및 용융제 유형의 3D 인쇄 시스템을 기반으로 한다. 그러나, 다른 실시예에서, SLS 시스템과 같은 다른 적절한 3D 인쇄 시스템에서 사용하기 위해 적절한 변경이 이루어질 수 있다.
606에서, 빈 레이어의 개수가 사전결정된 임계값 미만인 경우, 제 1 빈 레이어 처리 모드는 전술한 정규 레이어 처리 동작에 약간의 변경을 가할 수 있다. 예를 들면, 제 1 빈 레이어 처리 모드는 단지 다음의 레이어 처리 동작만을 수행할 수 있다.
a. 빌드 플랫폼(102)을 규칙적인 레이어 높이만큼 수직으로 이동시키는 것;
b. 빌드 플랫폼 상에 펼쳐질 대응하는 체적의 빌드 재료를 준비하는 것;
c. 빌드 플랫폼 상에 빌드 재료의 레이어를 형성하기 위해 빌드 플랫폼 상에 상기 체적의 빌드 재료를 펼치는 것;
d. 형성된 레이어에 예열 에너지를 가하는 것;
이러한 방식으로, 3D 인쇄 시스템(100)은 다음의 정규 레이어 처리 동작을 수행하지 않을 수 있다.
e. 슬라이스 데이터에 따라 인쇄제의 패턴을 인쇄하도록 프린트헤드를 제어하면서 형성된 레이어 위에서 프린트헤드를 이동시키는 것; 및
f. 형성된 레이어의 일부를 용융시키도록 용융 에너지를 가하고, 슬라이스 이미지에 따라 형성된 레이어의 일부를 응고시키는 것. 블록 404에서, 이 프로세스는 반복된다.
이 모드에서, 용융 에너지가 가해지지 않으므로, 처리되는 각각의 빈 레이어에 대해 소량의 절전이 발생한다. 일부의 실시예에서, 프린트헤드는 정규 레이어 처리 동작이 수행될 때보다 더 오랜 시간 동안 비활성화(즉, 이동되지 않음)될 수 있고, 이로 인해 프린트헤드 상에서 수리 작업을 수행할 수 있다. 이는 또한 인쇄 작업을 처리하는 동안 통상적으로 수행할 시간이 없는 프린트헤드의 수리 작업을 가능하게 할 수 있다.
일단 빈 레이어가 처리되면, 도 4의 블록 402에서 동작이 계속된다.
608에서, 빈 레이어의 개수가 사전결정된 임계값 이상인 경우, 제 1 세트의 처리 동작을 사용하여 빈 레이어의 제 1 부분을 처리할 수 있다.
하나의 실시예에서, 빈 레이어의 제 1 부분은 빈 레이어의 20%이고, 빈 레이어의 제 2 부분은 빈 레이어의 80%이고, 빈 레이어의 제 3 부분은 20%이다. 다른 실시예에서, 그러나, 이들 부분은, 예를 들면, 3D 인쇄 시스템(100)의 특성에 기초하여 수정될 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 전술한 분말 및 용융제 유형의 3D 인쇄 시스템에서, 빌드 재료의 레이어의 온도 균일성은 고품질의 3D 인쇄된 물체를 생성하는데 중요하다. 또한 앞에서 언급한 바와 같이, 3D 인쇄 시스템의 요소의 열관성으로 인해 3D 인쇄 시스템 내의 동작이 수행되는 방식이 급격하게 변화되는 것은 현실적이지 않다. 따라서, 이 실시예에서, 제 1 세트의 처리 동작은 빌드 재료의 레이어의 목표 온도의 완만한 하강 또는 감소를 가능하게 하는 모드로 간주될 수 있다. 제 2 세트의 처리 동작은 빌드 재료의 레이어의 신속한 형성을 가능하게 하는 모드로 간주될 수 있고, 제 3 세트의 처리 동작은 빌드 재료의 레이어의 목표 온도의 완만한 상승 또는 증가를 가능하게 하는 모드로 간주될 수 있다.
정규 동작 모드에서, 빌드 플랫폼은 각각의 형성된 빌드 재료의 레이어가 동일한 두께를 가질 수 있도록 균일한 단계로 하방으로 이동된다. 이는 생성된 3D 물체의 품질 및 기계적 특성을 보장하는데 배우 중요하다. 그러나, 610에서 제 2 세트의 처리 동작에서, 빌드 플랫폼이 하방으로 이동되는 거리는 제 1 세트의 처리 동작을 사용하여 생성되는 경우보다 빈 레이어가 신속하게 생성될 수 있도록 증가될 수 있다. 예를 들면, 제 1 세트의 처리 동작에서 빌드 플랫폼이 50 마이크론의 단위로 하방으로 이동되면, 전술한 a), b), c) 및 d) 동작의 수행에 비해 20 배인 20 개의 빈 레이어가 형성된다. 그러나, 610에서 제 2 세트의 처리 동작은 빈 레이어의 개수를 보다 신속하게 생성하기 위해 상이한 일련의 처리 동작을 수행한다.
예를 들면, 정규 레이어 두께보다 큰 거리만큼 빌드 플랫폼을 이동시키면 더 두꺼운 빌드 재료의 레이어가 형성될 수 있고, 따라서 요구되는 레이어 개수를 형성하는데 소요되는 시간을 상당히 단축시킬 수 있다. 예를 들면, 빌드 플랫폼이 100 마이크론의 거리만큼 이동되면, 감소된 개수의 더 두꺼운 빌드 재료의 레이어가 형성될 수 있고, 이것은 완성되었을 때 빈 레이어의 정규 처리와 동등한 두께의 빌드 재료를 제공한다. 빌드 플랫폼(102)이 더 먼 거리만큼 이동하면, 시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 따라서, 610에서 제 2 세트의 처리 동작은 다음의 동작을 포함할 수 있다.
a. 빈 레이어의 제 2 부분의 결합된 두께를 결정하는 것;
b. 정규 레이어 두께보다 큰 두께만큼 빌드 플랫폼(102)을 수직으로 이동시키는 것;
c. 빌드 플랫폼 상에 펼쳐질 대응하는 체적의 빌드 재료를 준비하는 것;
d. 빌드 플랫폼 상에 빌드 재료의 레이어를 형성하기 위해 빌드 플랫폼 상에 상기 체적의 빌드 재료를 펼치는 것;
전술한 다른 동작은 제 2 세트의 처리 동작의 일부가 아닐 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 세트의 처리 동작은 비어 있지 않은 레이어를 처리할 때, 상기 빌드 재료 분배기 및 이동가능한 빌드 플랫폼이 형성된 레이어보다 두꺼운 빌드 재료의 레이어를 형성하게 할 수 있다.
빌드 플랫폼(102)이 정규 레이어 두께보다 큰 양만큼 이동되면, 빌드 플랫폼 상에 펼쳐지도록 준비되는 빌드 재료의 체적도 대응하는 양만큼 증가되어야 한다. 예를 들면, 100 마이크론 두께의 레이어를 형성하는 것은 50 마이크론 두께의 레이어보다 2 배 많은 빌드 재료를 필요로 한다.
612에서, 제 3 세트의 처리 동작은 빈 레이어의 제 3 부분을 처리하는 데 사용될 수 있다. 제 3 세트의 처리 동작에 의해 수행되는 동작의 말기에, 처리된 빈 레이어의 특성은 정규 처리 모드가 사용된 특성과 동일하거나 적어도 매우 근접해야 한다. 예를 들면, 최종 빈 레이어의 온도 및 온도 균일성은 예상 온도 및 예상 온도 균일성으로부터 과도하게 벗어나서는 안된다.
이러한 방식으로, 612에서 제 3 세트의 처리 동작은 전술한 제 1 세트의 처리 동작과 동일한 처리 동작을 포함할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 전술한 원칙에 기초하여 3D 인쇄 시스템(300)을 작동시키는 추가의 예시적인 방법을 묘사하는 흐름도가 도시되어 있다.
블록 702에서 프로세서(306)는 3D 프린터(302)에 의해 처리되는 현재 슬라이스의 현재 개수 또는 인덱스(index)를 결정한다. 프로세서(306)는 현재 슬라이스 위의 빈 슬라이스의 개수 뿐만 아니라 현재 슬라이스 아래의 빈 슬라이스의 개수를 결정한다. 처리되는 현재 슬라이스의 위 및 아래의 빈 슬라이스의 개수에 기초하여 전술한 정규 처리 동작에 대한 수정이 이루어질 수 있다.
예를 들면, 704에서, 현재 슬라이스의 위 및 아래의 5 개를 초과하는 빈 슬라이스가 있는 동안에, 706에서 프로세서(306)는 용융 램프에 급전하지 않도록 정규 처리 동작을 수정한다.
예를 들면, 706에서, 현재 슬라이스의 위 및 아래에 15 개를 초과하는 빈 슬라이스가 있는 동안에, 708에서 프로세서(306)는 프린트헤드 캐리지를 이동시키지 않도록 정규 처리 동작을 추가로 수정한다.
예를 들면, 710에서, 현재 슬라이스 위 및 아래에 20 개를 초과하는 빈 슬라이스가 있는 동안에, 712에서 프로세서(306)는 정규 처리 동작을 더욱 수정하여, 형성되는 각각의 레이어의 두께를 증가시키고, 프린트헤드에 대해 수행되는 프린트헤드 유지보수 작업을 연장시킬 수 있고, 형성된 빌드 재료의 레이어의 목표 온도를 사전결정된 양만큼 저하시킬 수 있다.
도 6 및 도 7에 관련하여 설명된 방법들은 도 4와 관련하여 기술된 방법의 예시적인 구현형태임이 이해될 것이다. 추가의 예시적인 방법이 또한 고려될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
전술한 실시예는 용융제 및 용융 에너지를 사용하는 3D 인쇄 시스템을 참조하지만, 빌드 재료의 연속 레이어를 처리하는 임의의 3D 인쇄 기법이 사용될 수 있다. 빌드 재료의 레이어의 일부를 선택적으로 응고시키는 다른 3D 인쇄 기술은 SLS(selective laser sintering)이다.
본 명세서에 설명된 실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 실현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 소거가능 또는 재기록 가능 또는 소거불가능 또는 재기록 불가능한 ROM과 같은 저장장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장장치의 형태 내에, 또는 RAM, 메모리 칩, 디바이스 또는 집적 회로 또는 광학 판독가능 매체 또는 자기 판독가능 매체(예를 들면, CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프)와 같은 메모리의 형태 내에 저장될 수 있다. 이 저장 장치 및 저장 매체는 실행 시에 본 명세서에서 설명되는 실시예를 구현하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적절한 기계판독가능 저장장치의 일예임이 이해될 것이다. 따라서, 일부의 예는 임의의 선행 청구항에서 청구된 시스템 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계판독가능 저장장치를 제공한다. 또한, 일부의 실시예는 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 전달될 수 있다.
첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함하는 본 명세서에서 설명되는 모든 특징, 및/또는 개시된 임의 방법의 단계 또는 프로세스의 모두는 임의의 조합으로 조합될 수 있으나, 이러한 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부는 상호 배타적이다.
본 명세서(첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함함)에 기재된 각각의 특징은 다르게 명시되지 않는 한 동일한 목적, 등가의 목적 또는 유사한 목적을 위한 대안적 특징으로 대체될 수 있다. 따라서, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 일반적인 일련의 등가의 특징 또는 유사한 특징의 하나의 예이다.

Claims (15)

  1. 3 차원 프린터로서,
    빌드 모델(build model)의 레이어에 관련된 데이터를 획득하기 위한;
    제 1 동작 모드에 따라 비어 있지 않은 레이어를 처리하기 위한;
    제 2 동작 모드에 따라 빈 레이어를 처리하기 위한; 그리고
    연속적인 빈 레이어의 개수를 결정하기 위한
    제어기를 포함하고,
    상기 제 2 동작 모드의 처리 동작은 상기 연속적인 빈 레이어의 결정된 개수에 기초하여 변경되는
    3 차원 프린터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    제 1 세트의 처리 동작을 사용하여 일련의 연속적인 빈 레이어의 제 1 부분을 처리하고;
    제 2 세트의 처리 동작을 사용하여 일련의 연속적인 빈 레이어의 제 2 부분을 처리하기 위한 것인
    3 차원 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    이동가능한 빌드 플랫폼(build platform) 상에 빌드 재료의 레이어를 형성하기 위한 빌드 재료 분배기;
    형성된 빌드 재료의 레이어 상에 인쇄가능한 용융제(fusing agent)의 패턴을 선택적으로 인쇄하는 프린트헤드;
    후에 형성된 빌드 재료에 용융 에너지를 가하여 용융제가 적용된 빌드 재료의 부분이 용융 및 고화하도록 하는 용융 램프를 더 포함하는
    3 차원 프린터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 동작 모드에서 작동하는 동안, 제 1 두께의 빌드 재료의 레이어를 형성하도록 상기 빌드 재료 분배기 및 이동가능한 빌드 플랫폼을 제어하기 위한 것이고, 그리고 상기 제 2 동작 모드에서 작동하는 동안, 상기 제 1 두께보다 두꺼운 제 2 두께의 빌드 재료의 레이어를 형성하도록 상기 빌드 재료 분배기 및 이동가능한 빌드 플랫폼을 제어하기 위한 것인
    3 차원 프린터.
  6. 제 3 항에 있어서,
    적어도 상기 제 2 세트의 처리 동작은, 비어 있지 않은 레이어를 처리할 때, 상기 빌드 재료 분배기 및 이동가능한 빌드 플랫폼이 형성된 레이어보다 두꺼운 빌드 재료의 레이어를 형성하게 하는
    3 차원 프린터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 연속적인 빈 레이어의 개수에 기초하여 상기 제 2 두께를 결정하는
    3 차원 프린터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    현재 슬라이스의 인덱스(index)를 결정하고;
    상기 현재 슬라이스 위의 빈 슬라이스의 개수를 결정하고;
    상기 현재 슬라이스 아래의 빈 슬라이스의 개수를 결정하고; 그리고
    상기 현재 슬라이스의 위 및 아래의 빈 슬라이스의 개수에 기초하여 사전결정된 동작을 수행하기 위한 것인
    3 차원 프린터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기가 현재 슬라이스 위 및 아래의 빈 슬라이스의 개수가 제 1 임계값을 초과한다고 결정한 경우, 상기 제어기는 제 1 동작을 수행하고,
    상기 제어기가 상기 현재 슬라이스 위 및 아래의 빈 슬라이스의 개수가 제 2 임계값을 초과한다고 결정한 경우, 상기 제어기는 제 2 동작을 수행하고, 또한
    상기 제어기가 상기 현재 슬라이스 위 및 아래의 빈 슬라이스의 개수가 제 3 임계값을 초과한다고 결정한 경우, 상기 제어기는 제 3 동작을 수행하는
    3 차원 프린터.
  10. 3 차원 프린터의 동작을 제어하는 방법으로서,
    빌드 모델의 슬라이스에 관한 데이터를 획득하고;
    슬라이스가 빈 슬라이스인지 또는 비어 있지 않은 슬라이스인지의 여부를 결정하고;
    제 1 동작 모드에 따라 비어 있지 않은 슬라이스를 처리하도록 상기 프린터를 제어하고;
    상기 제 1 동작 모드와 상이한 제 2 동작 모드에 따라 빈 슬라이스를 처리하도록 상기 프린터를 제어하고;
    연속적인 빈 슬라이스의 개수를 결정하는 것을 포함하고,
    상기 제 2 동작 모드의 처리 동작은 상기 연속적인 빈 슬라이스의 결정된 개수에 기초하여 변경되는
    3 차원 프린터의 동작을 제어하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 동작 모드에 따라 사전결정된 두께의 빌드 재료의 레이어를 형성하는 것 및 상기 제 2 동작 모드에 따라 상기 사전결정된 두께보다 큰 두께를 갖는 빌드 재료의 레이어를 형성하는 것을 더 포함하는
    3 차원 프린터의 동작을 제어하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 동작 모드에 따라 형성된 레이어의 두께는 상기 연속적인 빈 슬라이스의 결정된 개수에 기초하는
    3 차원 프린터의 동작을 제어하는 방법.
  14. 분말 기반의 3D 인쇄 시스템에서 레이어 바이 레이어(layer-by-layer)로 3 차원 물체를 생성하는 방법으로서,
    빌드 플랫폼 상에 형성된 용융되지 않은 분말의 연속 레이어 상에의 용융제의 선택적 적용을 제어하기 위한 데이터를 획득하는 것;
    사전결정된 두께의 분말을 갖는 연속 레이어를 형성하기 위해; 획득된 데이터에 따라 각각의 레이어에 선택적으로 용융제를 가하기 위해; 그리고 각각의 레이어에 용융 에너지를 가하기 위해 정규 동작 모드에서 상기 인쇄 시스템을 제어하는 것;
    일련의 연속적인 빈 레이어를 식별하고, 상이한 동작 모드로 상기 빈 레이어를 처리하기 위해 상기 인쇄 시스템을 제어하는 것; 및
    연속적인 빈 레이어의 개수를 결정하는 것을 포함하고,
    상기 상이한 동작 모드의 처리 동작은 상기 연속적인 빈 레이어의 결정된 개수에 기초하여 변경되는
    3D 인쇄 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상이한 동작 모드로 상기 빈 레이어를 처리하기 위한 상기 인쇄 시스템을 제어하는 것은 식별된 연속적인 빈 레이어의 개수에 기초하는
    3D 인쇄 시스템.
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