KR102233013B1 - 융합 모듈 - Google Patents

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아서 에이치 바네스
윌리엄 에프 윈터스
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

적층 제조 베이스 유닛과 함께 사용하기 위한 적층 제조 융합 모듈은 하우징, 하우징 내의 반사기, 하우징 내의 융합 유닛, 가열 장치에 연결되며, 전원에 해제 가능하게 연결하기 위한 단자를 갖는 전력 커넥터, 및 하우징을 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정하도록 하우징에 결합되는 리테이너를 포함한다.

Description

융합 모듈
본 개시는 적층 제조 시스템(additive manufacturing system)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적층 제조 베이스 유닛(additive manufacturing base unit)과 함께 사용하기 위한 적층 제조 융합 모듈(additive manufacturing fusing module), 그러한 융합 모듈을 포함한 적층 제조 시스템, 및 방법에 관한 것이다.
3차원(3D) 프린터와 같은 적층 제조 시스템은 플라스틱 또는 기타 재료로 물체를 만드는 적층 제조 공정을 채용한다. 이러한 적층 제조 시스템은 축조 사이클(build cycle) 동안 하나 이상의 물체가 생성되는 축조 베드(build bed) 또는 축조 영역을 포함한다. 몇몇 시스템에서, 조작자는 축조 사이클 동안 생성될 각각의 물체의 디지털 표현들을 포함하는 디지털 파일을 로딩할 수 있다. 디지털 파일에 포함된 물체의 디지털 표현은 디지털적으로 여러 층으로 슬라이스된다. 축조 사이클 동안, 적층 제조 시스템은 그러한 층들을 겹겹이 형성해서 3차원 물체를 생성한다.
적층 제조 시스템은 가열 장치를 사용하여 축조 재료를 융합시켜 3차원 물체의 상이한 층들을 형성할 수 있다. 그러한 가열 장치는 방사선을 분말과 같은 축조 재료에 지향시킨다. 방사선은 3차원 제품의 층들을 형성하기 위해 융제(fusing agent)가 선택적으로 도포된 축조 재료의 부분들을 융합시킨다. 그러한 가열 장치는 그 가열 장치가 적층 제조 시스템의 나머지 구성요소로부터 용이하게 제거 가능하거나 분리 가능하지 않다는 점에서 전체 적층 제조 시스템의 일부로서 통합된다.
본 명세서에는, 적층 제조 시스템을 위한 예시적인 가열 장치가 개시되는데, 이 가열 장치는 적층 제조 시스템의 일부로서 통합되지는 않지만, 적층 제조 시스템의 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결할 수 있는 단일의 독립형 유닛(single self-contained unit) 내에 융합 에너지원, 반사기(reflector) 및 전력 접속부들을 제공하는 융합 모듈의 형태로 제공된다. 본 개시의 목적 상, 2개의 구조체의 부착 또는 결합에 관한 "해제 가능하게(releasably)" 또는 "제거 가능하게(removably)"라는 용어는 2개의 구조체 중 어느 하나에 대한 또는 이들의 작용에 대한 물질적인 손상 없이 2개의 구조체가 서로 반복적으로 연결되거나 분리될 수 있음을 의미한다.
개시된 융합 모듈이 적층 제조 시스템의 나머지 부분에 해제 가능하게 연결되기 때문에, 전체 융합 모듈은 수리 또는 교체를 위해 적층 제조 시스템 베이스 유닛으로부터 용이하게 분리되고 인출될 수 있다. 예컨대, 융합 모듈의 기존 융합 유닛 또는 램프가 고장 나면, 사용자는 단순히 융합 모듈을 베이스 유닛으로부터 분리하고 그것을 새로운 또는 작동하는 융합 모듈로 교환하면 된다. 기존 융합 유닛 또는 램프가 고장 났을 때 작동 중단을 방지하기 위해 여분의 융합 모듈을 보관할 수도 있다. 일 구현예에서, 개시된 융합 모듈은 공구의 사용 없이, 그리고 임의의 패스너(fastener)를 제거할 필요 없이, 공구 없는 방식으로(in a tool less manner) 적층 제조 베이스 유닛으로부터 분리될 수도 있다. 일 구현예에서, 개시된 융합 모듈은 또한 공구의 사용 없이, 그리고 임의의 패스너를 고정할 필요 없이, 공구 없는 방식으로 적층 제조 베이스 유닛에 연결될 수도 있다.
개시된 융합 모듈은 하나의 모듈로서 독립식이며, 기존 융합 모듈의 구성요소가 고장 났을 때 교환되도록 설계되므로, 융합 모듈 자체는 그다지 복잡하지 않고 낮은 비용으로 제조될 수도 있다. 적층 제조 시스템 내에 통합되어 있거나 또는 그의 일부로서 통합되어 있는 기존 가열 장치는 일반적으로 기술자가 가열 장치의 내부 램프 및 다른 내부 구성요소에 접근하여 그것을 교체할 수 있게 하기 위해 접근 도어를 제공한다. 이러한 접근 도어는 가열 장치의 복잡성을 증가시키며, 내부가 수동 진입을 제공하기에 충분히 커야 할 수도 있기 때문에 크기를 증가시킬 수도 있다. 접근 도어를 제공하는 것은 고장의 대상인 다수의 개스킷(gasket) 또는 시일(seal)과 관련될 수도 있다. 또한, 이러한 가열 장치는 그 자체가 더욱 복잡하고 값 비싼 교체 가능한 램프를 포함할 수도 있다. 대조적으로, 개시된 융합 모듈은 이러한 접근 도어를 생략할 수도 있고, 크기가 더욱 소형화될 수도 있고, 보다 작은 공간 내에 더 많은 수의 개별 램프를 포함할 수 있고, 그렇지 않으면 접근 도어와 함께 활용될 대다수의 개스킷 또는 시일을 생략할 수도 있고, 제거 가능하지는 않지만 모듈 내에 통합 또는 배선되는 램프를 채용할 수도 있다. 그 결과, 개시된 융합 모듈은 덜 복잡하고, 보다 저비용으로 제조될 수 있다.
개시된 융합 모듈은 저비용 및 신속한 수리를 가능케 할 뿐만 아니라, 축조 재료 또는 적층 제조 공정의 변화를 수용하기 위해 적층 제조 시스템의 용이한 수정을 가능케 할 수도 있다. 예컨대, 기존의 융합 모듈은 상이한 에너지 출력 또는 성능 특성을 갖는 다른 융합 모듈과 용이하게 교환될 수도 있다. 제 1 파장의 융합 방사선 또는 제 1 와트수를 제공하는 제 1 융합 모듈은 상이한 제 2 파장의 융합 방사선 또는 상이한 제 2 와트수를 제공하는 제 2 융합 모듈과 교환될 수도 있다. 그 결과, 적층 제조 베이스 유닛은 상이한 융합 요구들을 갖는 상이한 축조 재료들을 활용하기 위해 또는 상이한 융합 파라미터들을 포함할 수 있는 상이한 적층 제조 공정들을 활용하기 위해 상이한 융합 모듈들의 교환을 통해 용이하게 수정될 수 있다는 점에서 보다 융통성이 있다. 융합 모듈의 모듈화(modularity)는 추가로 전체 적층 제조 시스템에 대한 보다 편리하고 저비용의 업데이트를 가능케 한다. 예컨대, 적층 제조 시스템은 구형 융합 모듈을 업데이트된 새로운 융합 모듈로 단순히 교환하는 것을 통해 융합 유닛, 반사기 등에서의 보다 새로운 진보로 보다 용이하게 업그레이드될 수 있다.
본 명세서에는 적층 제조 베이스 유닛과 함께 사용하기 위한 예시적인 적층 제조 융합 모듈이 개시된다. 예시적인 적층 제조 융합 모듈은 하우징, 하우징 내의 반사기, 하우징 내의 융합 유닛, 가열 장치에 연결되며, 전원에 해제 가능하게 연결하기 위한 단자를 갖는 전력 커넥터, 및 하우징을 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정하도록 하우징에 결합되는 리테이너(retainer)를 포함할 수도 있다.
몇몇 구현예에서, 융합 모듈을 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결하거나 고정하는 것 이외에도, 리테이너는 또한 융합 모듈의 구성요소들을 적층 제조 베이스 유닛에 자동으로 정렬하고 연결 또는 결합시킨다. 일 구현예에서, 리테이너에 의한 적층 제조 베이스 유닛에 대한 융합 모듈의 해제 가능한 연결은 또한 베이스 유닛의 대응하는 전원 콘센트에 대한 융합 모듈의 전력 커넥터의 정렬을 자동적으로 초래한다.
몇몇 구현예에서, 융합 모듈은 가온 유닛(warming unit)을 추가로 포함할 수도 있다. 가온 유닛은 축조 재료를 예열하여, 융합 유닛에 의한 후속 융합을 위해 축조 재료를 준비시킨다. 융합 모듈이 가온 유닛과 융합 유닛을 모두 포함하기 때문에, 융합 모듈은 적층 제조 시스템에 의해 활용되는 모든 가열 기능을 제공하는 완벽한 패키지이다.
일 구현예에서, 리테이너에 의한 적층 제조 베이스 유닛에 대한 융합 모듈의 해제 가능한 연결은 또한 융합 유닛의 공기 유입 및 유출 포트들과 적층 제조 베이스 유닛의 대응하는 공기 유입 및 유출 포트들과의 결합 및 밀봉을 자동적으로 초래한다. 이러한 포트들은 적층 제조 베이스 유닛으로부터 융합 모듈의 내부로의 공기의 전달을 용이하게 하여, 융합 모듈의 융합 유닛과 같은 융합 모듈의 구성요소를 냉각시킨다.
본 명세서에는, 적층 제조 베이스 유닛 및 그 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되는 융합 모듈을 포함할 수 있는 예시적인 적층 제조 시스템이 개시되어 있다. 적층 제조 베이스 유닛은 프레임, 콘센트를 갖는 전원, 축조 영역, 축조 재료 분배기, 및 유착제(coalescing agent) 분배기를 포함할 수도 있다. 융합 모듈은 하우징, 하우징 내의 반사기, 하우징 내의 융합 유닛, 융합 유닛에 연결되며, 전원의 콘센트에 해제 가능하게 연결되는 단자를 갖는 전력 커넥터, 및 하우징에 결합되며 하우징을 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지에 해제 가능하게 고정하는 리테이너를 포함할 수도 있다.
본 명세서에는 적층 제조 시스템을 수정하기 위한 예시적인 방법이 개시된다. 이 방법은 래치를 사용하여 제 1 융합 모듈을 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지에 해제 가능하게 장착하는 것을 포함할 수도 있으며, 여기에서 제 1 융합 모듈은 제 1 에너지를 적층 제조 베이스 유닛 내의 축조 재료에 지향시킬 것이다. 이 방법은 래치를 풀고 제 1 융합 모듈을 캐리지로부터 인출하는 것을 더 포함할 수도 있다. 이 방법은 또한 제 2 래치를 사용하여 제 2 융합 모듈을 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지에 해제 가능하게 장착하는 것을 포함할 수도 있으며, 여기에서 제 2 융합 모듈은 제 1 에너지와는 상이한 특성을 갖는 제 2 에너지를 적층 제조 베이스 유닛 내의 축조 재료에 지향시킬 것이다.
도 1은 예시적인 융합 모듈의 개략도이다.
도 2는 도 1의 융합 모듈과 함께 사용하기 위한 예시적인 적층 제조 베이스 유닛의 측면의 개략도이다.
도 3은 도 2의 예시적인 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게(releasably) 고정된 도 1의 예시적인 융합 모듈의 상부의 개략도이다.
도 4는 도 2의 예시적인 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정된 도 1의 예시적인 융합 모듈의 측면의 개략도이다.
도 5는 다른 예시적인 융합 모듈의 개략도이다.
도 6은 예시적인 적층 제조 베이스 유닛 및 교환 가능한 융합 모듈을 포함하는 예시적인 적층 제조 시스템의 개략도이다.
도 7은 적층 제조 시스템을 수정하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 8은 교환 가능한 융합 모듈 중 하나가 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정된 상태의 도 6의 적층 제조 시스템의 상부의 개략도이다.
도 9는 교환 가능한 융합 모듈 중 하나가 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정된 상태의 도 6의 적층 제조 시스템의 측면의 개략도이다.
도 10은 예시적인 적층 제조 시스템의 전방 사시도이다.
도 11은 도 10의 시스템의 적층 제조 베이스 유닛의 일부의 부분 사시도로서, 예시적인 캐리지를 도시한다.
도 12는 도 10의 시스템의 예시적인 융합 모듈의 전방 사시도이다.
도 13은 도 12의 예시적인 융합 모듈의 단면도이다.
도 14는 도 12의 예시적인 융합 모듈의 횡단면도이다.
도 15는 도 10의 시스템의 부분 확대 사시도이다.
도 16은 예시적인 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정된 예시적인 융합 모듈의 부분 단면도이다.
도 17은 도 12의 예시적인 융합 모듈의 후방 사시도이다.
도 18은 도 12의 예시적인 융합 모듈의 후방 사시도로서, 융합 모듈의 일부분을 단면으로 도시한다.
도 19a 내지 도 19c는 도 12의 예시적인 융합 모듈의 단면도로서, 융합 모듈의 래치(latch)의 작동을 도시한다.
도면 전체에 걸쳐서, 동일한 도면부호는 유사하지만 반드시 동일하지는 않은 요소들을 지칭한다. 도면은 반드시 일정한 축척은 아니며, 도시된 예를 보다 명확하게 설명하기 위해 일부 부품의 크기가 과장되어 있을 수도 있다. 또한, 도면은 설명과 일치하는 예 및/또는 구현예를 제공한다; 그러나, 설명은 도면에 제공된 예 및/또는 구현예에 제한되지는 않는다.
도 1은 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 장착되는 예시적인 융합 모듈(20)의 개략도이다. 융합 모듈(20)은 하우징(24), 열 반사기(thermal reflector)(30), 융합 유닛(32), 전력 커넥터(34) 및 리테이너(36)를 포함한다. 하우징(24)은 반사기(30) 및 융합 유닛(32)을 수용하는 내부를 갖는 외장(enclosure)을 포함한다. 일 구현예에서, 하우징(24)에 의해 제공되는 외장은 실질적으로 밀봉되어, 반사기(30) 또는 융합 유닛(32)의 성능을 손상시킬 수도 있는 오염물의 침입을 방지한다. 융합 모듈(20)에 의해 생성된 에너지는 하우징(24)에 의해 지지된 개구 또는 창 패널을 통과하여 축조 재료를 향한다. 하우징(24)은 기다랗고 직사각형인 것으로 도시되었지만, 다양한 크기 및 형상을 가질 수도 있다.
열 반사기(30)는 융합 유닛(32)에 의해 방출된 열 또는 방사선을 축조 재료 쪽으로 반사시키는 적어도 하나의 구조체를 포함한다. 일 구현예에서, 열 반사기(30)는 알루미늄 또는 금과 같은(다만, 이에 한정되지는 않음) 근적외선, 중적외선 및 원적외선에 대한 고 반사성 재료의 적어도 하나의 패널을 포함한다. 일 구현예에서, 열 반사기(30)는 융합 유닛(32)을 부분적으로 둘러싸서, 반사된 열을 축조 재료를 향해 하향으로 더욱 지향시킨다. 일 구현예에서, 열 반사기(30)는 융합 유닛(32)의 관련된 가열 유닛을 부분적으로 둘러싸거나 또는 수용하는 복수의 타원형 반사기를 포함한다.
융합 유닛(32)은, 융합 모듈(20)이 채용되는 적층 제조 시스템의 축조 재료 및 도포된 유착제를 가열 및 융합하기 위한 장치를 포함한다. 융합 유닛(32)은 방사선을 축조 재료 쪽으로 지향시킨다. 융합 유닛(32)에 의해 후방으로 방출된 방사선은 반사기(30)에 의해 반사되어 창(26)을 통하도록 되돌아간다. 융합 유닛(32)에 의해 방출된 방사선은 충돌한 축조 재료 및 유착제의 온도를 축조 재료를 융합시키기 위한 온도로 상승시키기에 충분하다. 예컨대, 축조 재료가 분말을 포함하는 일 구현예에서, 융합 유닛(32)에 의해 방출되며 분말 및 유착제와 충돌하는 방사선은 분말 및 유착제의 온도를 분말 및 유착제의 유리 전이 온도 이상으로 상승시켜서 분말 및 유착제를 융합 또는 용융시키기에 충분하다.
융합 유닛(32)은 단일 또는 복수의 융합 유닛을 포함할 수도 있다. 예컨대, 일 구현예에서, 융합 유닛(32)은 하우징(24) 내에 서로 평행하게 배열된 다수의 융합 유닛과 같은 다수의 융합 유닛을 포함할 수도 있다. 다른 구현예에서, 융합 유닛(32)은 하우징(24) 내에 단대단(end-to-end) 배열된 다수의 융합 유닛을 포함할 수도 있다. 다른 구현예에서, 융합 유닛(32)은 평행한 열로 단대단 배열된 다수의 융합 유닛을 포함할 수도 있다. 또 다른 구현예에서, 융합 유닛(32)은 단일의 기다란 융합 유닛을 포함할 수도 있다.
융합 유닛(32)은 축조 재료에 에너지를 균일하게 인가하는 에너지원을 포함한다. 융합 유닛(32)은 유착제가 도포된 축조 재료의 온도를 임의의 유착제에 의해 개질된 축조 재료의 유리 전이 온도 이상으로 상승시키기 위해 일정량의 에너지를 축조 재료에 전달한다. 일 구현예에서, 융합 유닛(32)은 적외선 또는 근적외선 광원을 포함한다.
다른 구현예에서, 융합 유닛(32)은 다른 에너지원, 열원 또는 다른 광원을 포함할 수도 있다. 예컨대, 다른 구현예에서, 마이크로파 에너지, 할로겐 광, 자외선 및 초음파 에너지 등과 같은 다른 유형의 에너지가 융합 유닛(32)에 의해 인가될 수도 있다. 에너지의 유형뿐만 아니라 에너지의 인가 지속 시간은 융합 유닛(32)의 특성, 축조 재료의 특성, 및 적층 제조 공정 중에 축조 재료에 적용되는 임의의 유착제 또는 융제의 특성과 같은 인자들에 따라 바뀔 수도 있다.
일 구현예에서, 융합 유닛(32)은 축조 재료의 분말에 균일하고 높은 강도의 조사를 제공하기 위해 복수의 석영 적외선 할로겐 램프를 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 램프는 2750°K의 색온도를 갖는 1400W 램프를 포함한다. 그러한 구현예에서, 융합 유닛으로서 작용하는 램프는 (임의의 유착제와 함께) 축조 재료를 적어도 210℃의 온도, 즉 축조 재료 및 유착제의 용융 온도보다 높은 온도로 가열하도록 작동 가능하다. 다른 구현예에서, 융합 유닛(32)은 유착제가 도포된 축조 재료를 융합시키기 위해 유착제와 함께 축조 재료에 충분한 양의 에너지를 전달하기 위한 다른 공급원을 포함할 수도 있다.
전력 커넥터(34)는 적층 제조 베이스 유닛의 대응하는 전원 콘센트와 전기 접속하여 융합 유닛(32)으로의 전력 전달을 가능케 하는 플러그 또는 포트를 포함한다. 일 구현예에서, 전력 커넥터(34)는 전기 커넥터의 수형 돌기(male prong) 또는 암형 접점(female contact)을 포함하고, 적층 제조 베이스 유닛의 대응하는 전원 콘센트의 대응하는 암형 접점 또는 수형 돌기와 직접 전기 접촉한다. 다른 구현예에서, 전력 커넥터(34)는 적층 제조 베이스 유닛의 전원 콘센트에 연결되는 전기 코드 또는 케이블에 연결 가능하거나, 그 전기 코드 또는 케이블을 활용한다.
리테이너(36)는 융합 모듈(20)의 하우징(24)을 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정 또는 연결하는 구조체 또는 기구를 포함한다. 일 구현예에서, 리테이너(36)는 공구의 사용 없이, 그리고 단순히 나사 또는 볼트인 패스너를 고정 또는 제거하는 일 없이, 공구 없는 방식으로 융합 모듈(20)의 하우징(24)을 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정 또는 연결한다. 일 구현예에서, 리테이너(36)는 잠금 또는 연결 상태와 잠금 해제 또는 분리 상태 사이에서 수동으로 작동 가능한 래치를 포함한다. 예컨대, 일 구현예에서, 리테이너(36)는 슬라이드 바(slide bar), 레버, 회전 가능한 노브(knob) 또는 푸시 버튼(push button)과 같은 수동 작동식 트리거(trigger)의 수동 이동을 통해 연결 상태와 분리 상태 사이에서 작동되는 래치를 포함할 수도 있다. 다른 구현예에서, 리테이너(36)는 다른 기구를 활용하여 융합 모듈(20)을 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결할 수도 있다.
도 2는 예시적인 융합 모듈(20)과 함께 활용될 수 있는 예시적인 적층 제조 베이스 유닛(110)의 측면의 개략도이다. 적층 제조 베이스 유닛(110)는 하우징(112), 축조 영역(116), 축조 재료 분배기(118), 약제 분배기(120) 및 융합 모듈 캐리지(122)를 포함한다. 하우징(112)은 베이스 유닛(110)의 나머지 구성요소들을 지지하기 위한 프레임워크(framework) 또는 구조체를 포함한다.
축조 영역(116)은 축조 재료가 축조 재료 분배기(118)에 의해 분배되는 영역 또는 체적을 포함한다. 일 구현예에서, 축조 영역(116)은 축조 재료의 밑에 있는 지지체(124)를 포함한다. 지지체(124)는, 가장 최근에 쌓인 축조 재료 층의 표면과 약제 분배기(120)의 하부 표면 사이에 소정의 간극이 유지되는 동안 새로운 축조 재료 층이 쌓일 수 있도록 수직으로 상승 및 하강될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 지지체(124)는 수직으로 이동 가능하지 않을 수도 있으며, 약제 분배기(120)가 z축으로 이동 가능할 수도 있다.
축조 재료 분배기(118)는 축조 재료를 축조 영역(116)의 지지체(124)에 걸쳐서 분배하는 장치를 포함한다. 축조 재료 분배기(118)는 지지체(124) 상에 축조 재료 층을 제공한다. 일 구현예에서, 축조 재료 분배기(118)는 트랙, 샤프트 등의 기구와 같은 가이드(126)를 따라 모터 또는 다른 선형 액추에이터에 의해 구동된다. 일 구현예에서, 축조 재료 분배기(118)는 병진 운동 벨트(translating belt)에 의해 운반된다. 축조 재료 분배기의 예에는 와이퍼 블레이드(wiper blade) 및 롤러가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 축조 재료는 호퍼(hopper)와 같은 축조 재료 저장소로부터 분배기(118)에 공급될 수도 있다. 도시된 예에서, 축조 재료 분배기(118)는 지지체(124)의 쌓인 축조 재료 층의 길이에 걸쳐서 이동 가능하다.
일 구현예에서, 분배기(118)에 의해 분배된 축조 재료는 분말을 포함한다. 일 구현예에서, 축조 재료는 분말형 반결정질 열가소성 재료를 포함한다. 축조 재료의 일 예는 씨그마알드리치 사(Sigma-Aldrich Co. LLC)에서 시판 중인 나일론 12(Nylon 12)를 포함한다. 다른 예시적인 축조 재료는 일렉트로 옵티컬 시스템 이오에스 게엠베하(Electro Optical System EOS Gmbh)에서 시판 중인 PA2200을 포함할 수도 있다. 축조 재료의 다른 예에는 분말 금속 재료, 분말 합성 재료, 분말 세라믹 재료, 분말 유리 재료, 분말 수지 재료, 분말 폴리머 재료 등이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
약제 분배기(120)는 축조 영역(116) 내의 지지체(124) 상에 있는 축조 재료의 현재 층의 선택된 부분들에 유착제를 선택적으로 전달하는 장치를 포함한다. 일 구현예에서, 약제 분배기(120)는 가이드(126)를 따라 축조 영역(116)에 대해 구동된다. 다른 구현예에서, 약제 분배기(120)는 병진 운동 벨트에 의해 운반될 수도 있다.
일 구현예에서, 그와 같은 유착제의 선택된 전달은 생성될 3차원 물품 또는 물체의 모델에 의해 유도된 데이터에 의해 규정되는 패턴에 따른다. 그러한 유착제는 융합 모듈(20)의 융합 유닛(32)에 의해 인가되는 에너지에 반응하여 현재 축조 재료 층의 어느 부분이 용융되는지를 제어한다. 유착제는, 유착제가 도포된 축조 재료가 융합 유닛(32)으로부터의 인가된 에너지에 반응하여 축조 재료의 용융 온도(유리 전이 온도)보다 높은 온도까지 가열되도록 한다. 유착제를 수용하지 않은 축조 재료 층의 부분들은 유리 전이 온도에 도달하지 않고, 융합 유닛(32)으로부터 인가된 에너지에 반응하여 용융되지 않는다.
일 구현예에서, 유착제는 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 인쇄용 액체 제제이다. 예컨대, 일 구현예에서, 잉크 제제는 휴렛-패커드 컴퍼니(Hewlett-Packard Company)에서 시판 중인 CM997A로 알려진 잉크를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 그러한 잉크는 적외선 흡수제를 추가로 포함할 수도 있다. 예컨대, 일 구현예에서, 그러한 잉크는 근적외선 흡수제를 추가로 포함할 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 그러한 잉크는 가시광 흡수제를 추가로 포함할 수도 있다. 가시광 강화제를 포함하는 잉크의 예에는 염료계 색 잉크 및 안료계 색 잉크가 포함된다. 그러한 잉크의 예는 휴렛-팩커드 컴퍼니에서 시판 중인 CE039A 및 CE042A를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
일 구현예에서, 약제 분배기(120)는, 몇몇 구현예에서는 분말을 포함할 수도 있는 축조 재료 상에 액체 형태의 유착제를 선택적으로 방출하는 액체 이젝터(liquid ejector)를 포함한다. 일 구현예에서, 약제 분배기(120)는 열 저항성 또는 열적 이젝터 또는 피에조 이젝터(piezo ejector)와 같은 프린트 헤드를 포함할 수도 있다. 열적 이젝터는 전기 저항기에 전류를 인가하여 인접한 액체를 기화시키기에 충분한 열을 발생시켜서, 인접한 노즐을 통해 액체를 배출시키는 기포를 생성한다. 피에조 이젝터는 가요성 막을 움직이기 위해 인가된 전류에 반응하여 형상을 변화시키는 피에조-저항 소자를 사용하여 노즐을 통해 액체를 배출한다.
일 구현예에서, 약제 분배기(120)는 300 내지 1200 dpi(dots per inch; 인치당 도트수)의 해상도로 약제의 액적을 전달한다. 다른 구현예에서, 약제 분배기는 더 높은 또는 더 낮은 해상도로 약제의 액적을 전달할 수도 있다. 일 구현예에서, 각각의 액적은 액적당 10 피코리터의 차원(order)일 수도 있다. 다른 구현예에서, 약제 분배기(120)는 더 큰 또는 더 작은 액적 크기를 전달할 수도 있다.
일 구현예에서, 약제 분배기(120)는 때로는 유착 개질제(coalescence modifier agent)로 지칭되는 디테일링제(detailing agent)를 추가로 분배할 수도 있다. 디테일링제는 유착제의 효과를 수정하기 위한 조성을 갖는다. 일 구현예에서, 디테일링제는 유착 블리드(coalescence bleed)의 영향을 감소 또는 관리할 수도 있다. 예컨대, 일 구현예에서, 디테일링제는 물체의 에지(edge) 또는 표면의 명확성 또는 정확도를 개선하거나, 또는 표면 조도를 감소시킬 수도 있다. 일 구현예에서, 디테일링제는 유착제와 함께 산재되도록 전달되어, 물체 특성의 수정을 촉진할 수도 있다.
일 구현예에서, 디테일링제는, 이러한 제품들이 함께 결합하는 것을 방지하고, 그에 따라 그들이 생성되는 3차원 물체의 일부를 형성하도록 응고되는 것을 방지하는 것과 같이, 축조 재료의 개개의 입자 사이의 기계적 분리를 생성하도록 작용할 수도 있다. 그러한 디테일링제의 일 예에는 고형물을 포함하는 액체가 포함될 수도 있다. 그러한 약제는 예컨대 콜로이드 잉크, 염료계 잉크, 또는 중합체계 잉크일 수도 있다.
그러한 약제는, 축조 재료 층에 전달된 후, 얇은 고형물 층이 축조 재료의 일부를 덮거나 적어도 부분적으로 덮게 할 수도 있다. 일 구현예에서, 얇은 고형물 층은 디테일링제의 임의의 캐리어 액체의 증발 후에 형성된다.
다른 구현예에서, 디테일링제는 축조 재료의 입자들의 평균 크기보다 작은 평균 크기를 갖는 고체 입자를 포함할 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 디테일링제의 분자량 및 그의 표면 장력은 디테일링제가 축조 재료 내에 충분히 침투하게 할 수도 있다. 일 구현예에서, 그러한 약제는 또한 디테일링제의 각각의 액적이 고 비율의 고형물을 포함하도록 높은 용해도를 가질 수도 있다. 그러한 디테일링제의 일 예에는 식염수가 포함된다.
다른 구현예에서, 디테일링제는 휴렛-패커드 컴퍼니에서 시판 중인 CM996A로 알려진 잉크를 포함할 수도 있다. 다른 구현예에서, 유착 개질제는 휴렛-패커드 컴퍼니에서 시판 중인 CN673A로 알려진 잉크를 포함할 수도 있다.
또 다른 구현예에서, 디테일링제는 축조 재료가 그의 용융점보다 높은 온도에 도달하는 것을 방지함으로써 유착제의 효과를 수정할 수도 있다. 예컨대, 디테일링제로서 사용될 수도 있는 액체는 적절한 냉각 효과를 나타낼 수 있다. 그러한 약제가 축조 재료에 전달되는 경우, 축조 재료에 인가된 에너지는 디테일링제에 의해 흡수되어 디테일링제의 증발을 일으키며, 이는 유착 개질제가 전달되거나 침투된 축조 재료가 축조 재료의 용융점에 도달하는 것을 억제할 수도 있다. 일 구현예에서, 유착 개질제는 고 비율의 물을 포함할 수도 있다. 또 다른 구현예에서, 다른 유형의 디테일링제가 활용될 수도 있다.
또 다른 구현예에서, 디테일링제는 유착의 정도를 증가시킬 수도 있다. 예컨대, 디테일링제는 축조 재료의 입자들의 습윤성(wettability)을 증가시키는 표면 장력 조절제를 구비할 수도 있다. 일 구현예에서, 그러한 디테일링제는 적절한 가소제를 포함할 수도 있다.
캐리지(122)는 융합 모듈(20)을 적층 제조 베이스 유닛(110)에 해제 가능하게 고정하고 장착하기 위한 인터페이스(interface)를 포함한다. 캐리지(122)는 가이드(130)를 따라 베이스 유닛(110)에 의해 구동되어, 고정된 모듈(20)을 축조 영역(116)에 대해, 그리고 축조 영역(116) 위에 위치시킨다. 가이드(130)는 트랙, 샤프트 등의 장치를 포함하는데, 이 장치를 따라서 캐리지(122)가 축(128)에 따라 이동할 수 있다. 다른 구현예에서, 가이드(130)는, 캐리지(132)에 부착되고 캐리지(122)를 축조 영역(116)에 대해 전후로 병진 운동시키도록 구동되는 병진 운동 엔드리스 벨트를 포함할 수도 있다. 캐리지(122)는 전원 콘센트(132) 및 융합 모듈 마운트(138)를 포함한다.
전원 콘센트(132)는 융합 모듈(20)의 대응하는 전력 커넥터(34)와 전기 접속하여 융합 모듈(20)의 융합 유닛(32)으로의 전력의 전달을 가능케 하는 플러그 또는 포트를 포함한다. 일 구현예에서, 전원 콘센트(132)는 전기 커넥터의 수형 돌기 또는 암형 접점을 포함하고, 융합 모듈(20)의 대응하는 전력 커넥터(34)의 대응하는 암형 접점 또는 수형 돌기와 각각 직접 전기 접촉한다. 다른 구현예에서, 전원 커넥터(34)는 융합 모듈(20)의 전력 커넥터(34)에 연결되는 전기 코드 또는 케이블에 연결 가능하거나 그 전기 코드 또는 케이블을 활용한다.
융합 모듈 마운트(138)는 융합 모듈(20)의 하우징(24)을 캐리지(122)에 해제 가능하게 고정 또는 연결하기 위해 리테이너(36)와 협동하는 구조체 또는 기구를 포함한다. 일 구현예에서, 융합 모듈 마운트(138)는 공구의 사용 없이, 그리고 단순히 나사 또는 볼트인 패스너를 고정 또는 제거하는 일 없이, 공구 없는 방식으로 융합 모듈(20)의 하우징(24)을 캐리지(122)에 고정 또는 연결하기 위해 리테이너(36)와 협동한다. 일 구현예에서, 융합 모듈 마운트(138)는 바, 그로밋(grommet), 후크(hook) 등의 기구를 포함하는데, 이 기구에 리테이너(36)가 해제 가능하게 잠길 수 있다. 몇몇 구현예에서, 이러한 관계는 리테이너(36)가 바, 그로밋, 후크 등의 기구를 포함하고 융합 모듈 마운트(138)가 리테이너(36)에 해제 가능하게 잠기는 래치를 포함하는 경우에 역전될 수도 있다.
도 3 및 도 4는 적층 제조 베이스 유닛(110)에 해제 가능하게 고정된 융합 모듈(20)을 도시한다. 도 3은 베이스 유닛(110) 및 융합 모듈(20)의 상부의 개략도이다. 도 4는 베이스 유닛(110) 및 융합 모듈(20)의 측면의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일 구현예에서, 융합 모듈 마운트(138)는 연결을 위해 전원 콘센트(132) 및 전력 커넥터(34)를 추가로 자동적으로 정렬한다. 환언하면, 리테이너(36)와 융합 모듈 마운트(138)의 상호 연결은 전원 콘센트(132)와 전력 커넥터(34)를 자동적으로 정렬하여 그들을 연결시킨다. 그 결과, 융합 모듈(20)과 베이스 유닛(110)의 캐리지(122)와의 연결이 더욱 간단해진다.
도 5는 다른 예시적인 융합 모듈(220)의 개략도이다. 융합 모듈(220)은 가온 유닛(231)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 전술한 융합 모듈(20)과 유사하다. 융합 모듈(20)의 구성요소들에 대응하는 융합 모듈(220)의 나머지 구성요소들은 유사하게 넘버링된다.
가온 유닛(231)은 축조 재료를 가온시켜, 후속 융합을 위해 축조 재료를 준비시킨다. 가온 유닛(231)은 축조 재료의 융합 전에 축조 재료를 예열하는 램프 또는 다수의 램프를 포함한다. 가온 유닛(231)은 축조 재료를 그의 유리 전이 온도(용융 온도) 미만의 온도로 가온시키기 위해 축조 재료에 에너지를 전달한다. 예컨대, 일 구현예에서, 그러한 가온 유닛은 축조 재료를 145℃ 내지 175℃의 온도 및 공칭적으로(nominally) 155℃ 내지 165℃의 온도로 가온시킬 수도 있다. 일 구현예에서, 가온 장치(434)의 가온 유닛 또는 유닛들은 융합 유닛(32)의 색온도보다 낮은 색온도를 갖는 석영 적외선 할로겐 램프를 포함할 수도 있다. 일 구현예에서, 각 가온 유닛은 1800°K의 색온도를 갖는 램프를 포함할 수도 있다.
도 6은 예시적인 적층 제조 시스템(300)의 개략도이다. 시스템(300)은 적층 제조 베이스 유닛(310) 및 교환 가능한 융합 모듈(320A, 320B)(일괄하여 융합 모듈(320)이라 함)을 포함한다. 적층 제조 베이스 유닛(310)은, 적층 제조 베이스 유닛(310)의 캐리지(122)가 공기 유출 포트(312) 및 공기 유입 포트(314)를 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 적층 제조 베이스 유닛(110)과 유사하다. 적층 제조 베이스 유닛(110)의 구성요소들에 대응하는 적층 제조 베이스 유닛(310)의 나머지 구성요소들은 유사하게 넘버링된다.
공기 유출 포트(312)는 가스 전송 포트를 포함하는데, 이 가스 전송 포트를 통해 공기와 같은 가스가 베이스 유닛(310)의 일부일 수도 있는 팬(316)(도 8에 도시됨)에 의해 융합 모듈(320A, 320B)에 공급될 수 있다. 일 구현예에서, 공기 유출 포트(312)는 주변 공기, 실온의 공기, 또는 20℃ 내지 30℃의 공기를 융합 모듈(320A, 320B) 내로 전달하여 융합 유닛(32)의 내부 구성요소를 냉각시킨다. 공기 유출 포트(312)는 캐리지(122)와 함께 축조 영역(116)을 횡단하도록 캐리지(122)에 의해 운반된다. 그 결과, 융합 모듈(320A, 320B)이 축조 영역(116) 위에 있고 융합 유닛(32)이 축조 영역(116) 내의 축조 재료에 에너지를 제공하는 동안 공기가 융합 유닛(32)에 공급될 수도 있다.
공기 유입 포트(314)는 가스 전송 포트를 포함하는데, 이 가스 전송 포트를 통해 공기와 같은 가스가 융합 모듈(320A, 320B)로부터 토출되고, 베이스 유닛(310)에 의해 주변 환경 또는 더 먼 위치와 같은 토출 위치로 지향된다. 공기 유입 포트(314)는 융합 모듈(320A, 320B)을 통과하는 그리고 가로지르는 공기의 순환을 가능케 한다. 공기 유입 포트(314)는 캐리지(122)와 함께 축조 영역(116)을 횡단하도록 캐리지(122)에 의해 운반된다. 그 결과, 융합 모듈(320A, 320B)이 축조 영역(116) 위에 위치되고 융합 유닛(32)이 축조 영역(116) 내의 축조 재료에 에너지를 전달하고 있는 동안, 융합 모듈(320A, 320B)로부터 공기가 토출될 수도 있다.
융합 모듈(320)은 각각 캐리지(122)에 제거 가능하게 연결 가능하거나 또는 해제 가능하게 고정 가능하다. 융합 모듈(320)은 각각 공기 유입 포트(322), 공기 유출 포트(324) 및 창(326)을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 전술한 융합 모듈(220)과 각각 유사하다. 융합 모듈(220)의 구성요소들에 대응하는 융합 모듈(320)의 나머지 구성요소들은 유사하게 넘버링된다.
공기 유입 포트(322)는 하우징(24)을 관통하는 개구를 포함하는데, 그 개구를 통해 공기가 융합 모듈(320A, 320B)의 내부로 유입될 수도 있다. 공기 유출 포트(324)는 하우징(24)을 관통하는 개구를 포함하는데, 이 개구를 통해, 융합 모듈(320A, 320B)의 구성요소의 냉각을 통해 가온된 공기가 융합 모듈(320A, 320B)로부터 토출될 수 있다. 일 구현예에서, 공기 유입 포트(322)는 공기가 공기 유출 포트(324)를 통해 토출되기 전에 반사기(30)를 가로질러 그리고 융합 유닛(32)과 가온 유닛(231) 모두를 가로질러 공기를 인도하는 하우징(24) 내의 내부 공기 통로에 연결된다.
도시된 예에서, 공기 유입 포트(322) 및 공기 유출 포트(324)는 융합 모듈(320A, 320B)의 동일 단부 상에 위치되고, 융합 모듈(320A, 320B)의 대향 단부는 U턴 공기 통로 커넥터를 포함하고, 공기는 반사기(30)의 배면을 따라 융합 모듈(320A, 320B)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐서, 그리고 반사기(30)의 전면을 따라 융합 모듈(320A, 320B)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐서, 융합 유닛(32) 및 가온 유닛(231)을 따라 유동한다. 다른 구현예에서, 공기 유입 포트(322)는 다른 방식으로 융합 모듈(320A, 320B)의 내부를 통해 공기 유출 포트(324)로 지향될 수도 있다.
창(326)은 가온 유닛(231) 및 융합 유닛(32)에 의해 방출된 적외선과 같은 방사선이 베이스 유닛(310)의 축조 영역(116) 내의 축조 재료를 향해 통과할 수 있는 반투명 또는 투명 패널을 포함한다. 창(326)은 하우징(24)과 협동하여 하우징(24)의 내부를 밀봉하고 둘러싸서, 융합 유닛(32) 또는 가온 유닛(231)의 성능에 악영향을 미칠 수도 있는 오염물의 유입을 방지한다. 또한, 창(326)은 융합 모듈(320A, 320B) 내부에서의 냉각 기류의 인도를 돕는다.
일 구현예에서, 창(326)은 선택된 파장의 방사선 또는 광을 차단하는 재료 또는 재료들로 형성된 패널을 포함한다. 필터로서의 역할을 하는 창(326)은 축조 재료로 향하는 방사선(및 에너지)을 튜닝한다. 몇몇 구현예에서, 창(326)은 상이한 광 투과 특성들을 갖는 상이한 더 작은 창들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 일 구현예에서, 창(326)은 가온 유닛(231)에 대체로 대향하는 제 1 부분(327A) 및 융합 유닛(32)에 대체로 대향하는 제 2 부분(327B)을 포함할 수도 있다. 제 1 부분(327A) 및 제 2 부분(327B)에는 상이한 광 투과 특성들이 제공될 수도 있다. 제 1 부분(327A)은 가온 유닛(231)에 의해 제공되는 파장의 광의 투과에 가장 적합한, 특정 범위의 파장의 광을 투과하는 등의 광 투과 특성을 가질 수도 있다. 마찬가지로, 제 2 부분(327B)은 융합 유닛(32)에 의해 제공되는 파장의 광의 투과에 가장 적합한, 특정 범위의 파장의 광을 투과하는 등의 광 투과 특성을 가질 수도 있다.
일 구현예에서, 융합 모듈(320)은 모든 기능 및 성능 측면에서 서로 유사하다. 각각의 융합 모듈(320)이 적층 제조 시스템의 나머지 부분에 해제 가능하게 연결되기 때문에, 전체 융합 모듈(320A, 320B)은 수리 또는 교체를 위해 적층 제조 시스템 베이스 유닛으로부터 용이하게 분리되고 인출될 수도 있다. 예컨대, 융합 모듈(320A)의 기존 융합 유닛 또는 램프가 고장 나면, 사용자는 그 모듈을 베이스 유닛으로부터 쉽게 분리하고 이를 새로운 또는 작동하는 융합 모듈(320B)과 교환할 수 있다. 기존 융합 유닛 또는 램프가 고장 날 때 작동 중단을 방지하기 위해 여분의 융합 모듈을 보관할 수도 있다. 일 구현예에서, 교체되는 융합 모듈(320A)은 공구의 사용 없이, 그리고 임의의 패스너를 제거할 필요 없이, 공구 없는 방식으로 적층 제조 베이스 유닛으로부터 분리될 수도 있다. 일 구현예에서, 대체 융합 모듈(320B)은 또한 공구의 사용 없이, 그리고 임의의 패스너를 고정할 필요 없이, 공구 없는 방식으로 적층 제조 베이스 유닛(310)에 연결될 수도 있다. 그 결과, 융합 모듈(320)은 기술자와 접촉할 필요 없이, 기술자가 도착하기를 기다릴 필요 없이, 그리고 기술자가 적층 제조 시스템(300)의 개별 램프 또는 내부 통합 구성요소를 수리 또는 교체하기 위해 적층 제조 시스템(300)을 분해하는 것을 기다릴 필요 없이 적층 제조 시스템(300)의 연속된 작동을 가능케 한다.
다른 구현예에서, 융합 모듈(320)은 리테이너(36)와 유사한 방식으로 캐리지(122)에 장착되고 전력 커넥터(34) 및 포트(322, 324)와 유사한 방식으로 캐리지(122)의 구성요소에 연결되지만, 융합 모듈(320)은 상이한 에너지 방출 특성들을 가질 수도 있다. 예컨대, 융합 모듈(320)은 상이한 전력 레벨들에서 또는 상이한 파장 범위의 광으로 에너지를 방출하는 상이한 가온 유닛(231)들을 가질 수도 있다. 융합 모듈(320)은 상이한 전력 레벨들에서 또는 상이한 파장 범위의 광으로 에너지를 방출하는 상이한 융합 유닛(32)들을 가질 수도 있다. 융합 모듈(320)은 상이한 창(326)들을 가질 수 있으며, 상이한 창들은 상이한 파장 범위의 광을 투과한다.
그 결과, 융합 모듈(320)은 축조 재료 또는 적층 제조 공정의 변화를 수용하기 위해 적층 제조 시스템(300)의 용이한 수정을 가능케 한다. 예컨대, 기존의 융합 모듈(320A)은 사용 중인 축조 재료 또는 채용 중인 적층 제조 축조 공정의 변화를 더 잘 수용하기 위해 다른 융합 모듈(320B)과 쉽게 교환될 수 있다. 그 결과, 적층 제조 베이스 유닛(310)은 상이한 융합 요구들을 갖는 상이한 축조 재료들을 활용하기 위해 또는 상이한 융합 파라미터들을 포함할 수 있는 상이한 적층 제조 공정들을 활용하기 위해 상이한 융합 모듈(320)들의 교환을 통해 용이하게 수정될 수 있다는 점에서 보다 융통성이 있다.
융합 모듈(320)의 모듈화는 추가로 전체 적층 제조 시스템(300)에 대한 보다 편리하고 저비용의 업데이트를 가능케 한다. 적층 제조 시스템은 구형 융합 모듈을 업데이트된 새로운 융합 모듈로 단순히 교환하는 것을 통해 융합 유닛, 반사기 등에서의 보다 새로운 진보로 보다 용이하게 업그레이드될 수 있다.
도 6에 의해 추가로 도시된 바와 같이, 몇몇 구현예에서, 융합 모듈(320A, 320B)은 각각 식별자(329A, 329B)(일괄하여 식별자(329)라고 함)를 추가로 포함하는 반면에, 캐리지 마운트(122)가 판독기(331)를 추가로 포함할 수도 있다. 식별자(329)는 융합 모듈 베이스 유닛(310)의 판독기(331)에 의해 특정 융합 모듈(320A, 320B)의 식별을 용이하게 하는 구조, 그래픽 또는 전자장치를 포함한다. 식별자(329A, 329B)는 베이스 유닛(310)에 의한 모듈(320A 및 320B)의 구별 및 식별을 용이하게 하기 위해 서로 상이하다. 판독기(331)는 상이한 식별자(329)들을 구별하는 방식으로 상이한 식별자(329)들을 판독하거나 그들과 상호 작용하는 장치를 포함한다. 연관된 융합 모듈(320A, 320B)이 베이스 유닛(310)의 캐리지(122)에 해제 가능하게 장착될 때, 판독기(331)는 식별자(329)에 근접하게 또는 그와 정렬되게 위치된다. 그 결과, 베이스 유닛(310)은 기존의 융합 모듈이 언제 새로운 융합 모듈로 교체되었는지를 자동으로 결정할 수 있고, 새로운 융합 모듈은 구형 융합 모듈과 비교하여 상이한 성능 특성들을 갖는다.
일 구현예에서, 베이스 유닛(310)은 로컬 룩업 테이블(local look up table) 또는 데이터베이스를 포함할 수도 있고, 또는 베이스 유닛(310)에 해제 가능하게 장착될 수 있는 다수의 상이한 융합 모듈들 각각에 대해 성능 특성, 성능 설정 등을 제공하는 원격 룩업 테이블 또는 데이터베이스와 유선 또는 무선 방식으로 통신할 수도 있다. 일 구현예에서, 새로운 융합 모듈이 베이스 유닛(310)에 장착되었다는 것을 결정할 때, 베이스 유닛(310)은 데이터베이스 또는 룩업 테이블을 자동으로 참조하고, 식별된 융합 모듈에 대한 데이터베이스 또는 룩업 테이블로부터 획득된 현재 융합 모듈의 구체적인 특성에 기초하여 베이스 유닛(310)의 작동 파라미터를 자동으로 조정할 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 데이터베이스 룩업 테이블은 베이스 유닛(310)에 장착될 수 있는 다수의 상이한 실현 가능한 융합 유닛들 각각에 대한 베이스 유닛(310)에 대한 설정을 포함할 수 있으며, 베이스 유닛(310)은 베이스 유닛(310)에 장착된 현재 융합 모듈의 식별에 기초하여 베이스 유닛(310)에 대한 적절한 설정을 자동적으로 구현한다.
일 구현예에서, 식별자(329)는 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 포함하는 반면, 판독기(331)는 RFID 판독기를 포함한다. 다른 구현예에서, 식별자(329)는 바코드 또는 다른 스캔 가능한 코드를 포함하며, 판독기(331)는 이미지 캡처 장치 또는 코드 판독기를 포함한다. 다른 구현예에서, 식별자(329)는 베이스 유닛(310)이 특정 융합 모듈을 식별할 수 있는 상이한 방식들로 판독기(331)의 대응 구조체와 기계적으로 상호 작용하는 구조체를 포함한다. 예컨대, 상이한 융합 모듈들은 판독기(331)의 대응 스위치와 상이하게 상호 작용하거나 상호 작용하지 않을 수도 있는 상이한 핀(pin)들 또는 핀 길이들을 가질 수 있으며, 이러한 상호 작용 차이는 특정 대체 융합 모듈을 식별하는 상이한 출력 신호들을 초래한다. 다른 구현예에서, 식별자(329) 및 판독기(331)는 베이스 유닛(310)에 의한 상이한 융합 모듈(320)들의 식별을 용이하게 하기 위해 협동하는 다른 기구들을 포함할 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 식별자(329) 및 판독기(331)는 생략될 수도 있으며, 베이스 유닛(310)은 사람이 융합 모듈의 변화 및 베이스 유닛(310)에 대한 대체 융합 모듈의 식별을 입력 또는 통신할 수 있는 입력 장치를 갖는다.
도 7은 적층 제조 시스템을 수정하기 위한 예시적인 방법(400)의 흐름도이다. 방법(400)은 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결할 수 있는 융합 모듈을 활용한다. 일 구현예에서, 방법(400)은 공구의 사용 없이 그리고 임의의 패스너의 고정 없이 공구 없는 방식으로 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되고 분리될 수 있는 융합 모듈을 활용한다. 방법(400)이 시스템(300)에 의해 실행되는 것으로 설명되었지만, 방법(400)은 다른 적층 제조 베이스 유닛 및 다른 교환 가능한 융합 모듈에 의해 실행될 수도 있음을 알아야 한다.
블록(410)에 의해 표시된 바와 같이, 모듈(320A)과 같은 제 1 융합 모듈은 래치를 포함하는 리테이너(36)/융합 모듈 마운트(138)를 사용하여 적층 제조 베이스 유닛(310)의 캐리지(122)에 해제 가능하게 장착된다. 래치는 스프링-로딩되거나(spring-loaded), 잠금 상태로 탄성적으로 편향될 수 있다. 래치는 공구의 사용 없이 수동으로 작동 가능할 수도 있다. 제 1 융합 모듈은 제 1 에너지를 적층 제조 베이스 유닛 내의 축조 재료에 지향시킬 것이다.
블록(412)에 의해 표시된 바와 같이, 래치가 잠금 해제되어, 캐리지(122)로부터의 제 1 융합 모듈(320A)의 인출을 가능케 한다. 일 구현예에서, 사용자는 래치의 위치를 수동으로 쉽게 바꾸고, 융합 모듈(320A)을 캐리지(122)로부터 단순히 잡아당기거나 인출할 수 있다.
블록(414)에 의해 표시된 바와 같이, 모듈(320B)과 같은 제 2 융합 모듈은 제 2 래치를 사용하여 적층 제조 베이스 유닛(310)의 캐리지(122)에 해제 가능하게 장착된다. 일 구현예에서, 제 2 래치는 스프링-로딩될 수도 있고, 또는 융합 모듈이 단순히 캐리지(122)에 접하게 위치될 때 래치가 자동으로 개방되며 캐리지(122)에 잠기도록 잠금 상태로 탄성적으로 편향될 수도 있다. 제 2 융합 모듈은 제 1 에너지와는 상이한 제 2 에너지를 적층 제조 베이스 유닛 내의 축조 재료에 지향시킬 것이다. 그 결과, 적층 제조 시스템(300)은 상이한 축조 재료 또는 상이한 적층 제조 공정 파라미터들을 보다 잘 수용하도록 수정될 수도 있다.
도 8 및 도 9는 적층 제조 베이스 유닛(310)의 캐리지(122)에 해제 가능하게 장착되거나 해제 가능하게 연결되는 융합 모듈(320A)을 도시하는 개략도이다. 도 8은 시스템(300)의 상부의 개략도이다. 도 9는 융합 모듈(320A)을 축조 영역(116) 위에 위치시키거나 배치하기 위해 가이드(130)를 따라 구동되는 캐리지(122)를 도시하는, 시스템(300)의 측면의 개략도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 리테이너(36) 및 융합 모듈 마운트(138)는 융합 모듈(320A) 및 캐리지(122)의 다양한 전력 또는 유체 계면들을 자동으로 정렬하도록 크기 및 위치가 설정된다. 도시된 예에서, 캐리지(122)의 융합 모듈 마운트(138)에 리테이너(36)를 해제 가능하게 장착하면, 포트(312) 및 포트(322)가 자동으로 정렬, 결합 및 밀봉되고, 포트(314) 및 포트(324)가 결합 및 밀봉된다. 리테이너(36) 및 융합 모듈 마운트(138)는 모듈(320A)과 같은 모듈이 베이스 유닛(310)에 연결되고 있을 때 이러한 포트들의 개별적인 연결의 제거를 가능케 한다.
도 8에 의해 추가로 도시된 바와 같이, 도시된 예에서, 캐리지(122)의 융합 모듈 마운트(138)에 리테이너(36)를 해제 가능하게 장착하면, 전력 커넥터(34)와 전원 콘센트(132)가 자동으로 정렬 및 연결된다. 리테이너(36) 및 융합 모듈 마운트(138)는 모듈(320A)과 같은 모듈이 베이스 유닛(310)에 연결되고 있을 때 전력 커넥터 및 전원 콘센트의 개별적인 연결의 제거를 가능케 한다. 그 결과, 모듈(320A)과 같은 융합 모듈의 교체 또는 교환이 사용자에게 더욱 간단해진다.
도 10은 다른 예시적인 적층 제조 시스템(500)을 도시한다. 시스템(500)은 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결 가능한 융합 모듈을 활용함으로써, 시스템의 가열 장치의 비용 및 복잡성을 낮추고, 시스템의 용이한 유지보수, 수리 및 중단 없는 사용을 가능케 할 뿐만 아니라, 시스템의 용이한 업데이트 및 성능 수정을 가능케 한다. 시스템(500)은 적층 제조 베이스 유닛(510) 및 융합 모듈(520)을 포함한다. 적층 제조 베이스 유닛(510)은 하우징(501), 축조 영역(502), 축조 재료 공급 시스템(BMS)(503), 축조 재료 분배기(BMD)(504), 약제 공급 시스템(ASS)(505), 약제 분배기(506) 및 캐리지(522)를 포함한다. 하우징(501)은 시스템(500)의 나머지 구성요소들을 지지한다.
축조 영역(502)(개략적으로 도시됨)은 축조 재료가 축조 재료 분배기(504)에 의해 분배되는 영역 또는 체적을 포함한다. 일 구현예에서, 축조 영역(502)은 축조 재료 밑에 있는 지지체(524)를 포함한다. 지지체(524)는 가장 최근에 쌓인 축조 재료 층의 표면과 약제 분배기(506)의 하부 표면 사이에 소정의 간극이 유지되는 동안에 새로운 축조 재료 층이 쌓일 수 있도록 (z축에서) 수직으로 상승 및 하강될 수 있다.
축조 재료 공급 시스템(503)(개략적으로 도시됨)은 분말과 같은 축조 재료를 축조 재료 분배기(504)에 공급한다. 시스템(500)에서 활용될 수 있는 축조 재료의 예는 적층 제조 베이스 유닛(110)과 관련하여 위에서 기술하였다.
축조 재료 분배기(504)(개략적으로 도시됨)는 축조 재료를 축조 영역(502)의 지지체(524)를 가로질러 분배하는 장치를 포함한다. 축조 재료 분배기는 지지체 위에 축조 재료 층을 제공한다. 축조 재료 분배기의 예는 와이퍼 블레이드 및 롤러를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 도시된 예에서, 축조 재료 분배기(504)는 캐리지에 의해 이동 가능하게 지지되고, 하우징(501)의 길이(y축)에 걸쳐서 이동 가능하다.
약제 공급 시스템(505)(개략적으로 도시됨)은 적어도 하나의 융합 제어 약제를 분배기(506)에 공급한다. 일 구현예에서, 약제 공급 시스템(505)은 유착제를 분배기(506)에 공급한다. 그러한 유착제의 예는 시스템(400)과 관련하여 위에서 기술하였다. 일 구현예에서, 약제 공급 시스템(505)은 분배기(506)에 의해 축조 영역(502) 내의 축조 재료에 선택적으로 적용하기 위한 유착 개질제를 추가로 공급할 수도 있다. 이러한 유착 개질제의 예는 적층 제조 베이스 유닛(510)과 관련하여 위에서 기술하였다.
약제 분배기(506)(개략적으로 도시됨)는 유착제 및 몇몇 구현예에서는 유착 개질제를, 축조 영역(502) 내의 지지체(524) 상에 존재하는 현재의 축조 재료 층의 선택된 부분에 선택적으로 전달하는 적어도 하나의 장치를 포함한다. 일 구현예에서, 유착제 또는 디테일링제의 선택된 전달은 생성될 3차원 물품 또는 물체의 모델에 의해 유도된 데이터에 의해 규정되는 패턴에 따른다. 이러한 융합 제어 약제는 융합 모듈(520)에 의해 인가된 에너지에 반응하여 현재의 축조 재료 층의 어느 부분이 용융되는지를 제어한다. 일 구현예에서, 약제 분배기(506)는 액체 형태의 약제를 축조 재료에 선택적으로 방출하는 액체 이젝터를 포함한다.
일 구현예에서, 약제 분배기(506)는 열 저항성 또는 열적 이젝터 또는 피에조 이젝터와 같은 프린트 헤드를 포함할 수도 있다. 열적 이젝터는 전기 저항기에 전류를 인가하여, 인접한 액체를 기화시키기에 충분한 열을 발생시켜서, 인접한 노즐을 통해 액체를 배출시키는 기포를 생성한다. 피에조 이젝터는 가요성 막을 움직이기 위해 인가된 전류에 반응하여 형상을 변화시키는 피에조-저항 소자를 사용하여 노즐을 통해 액체를 배출한다.
일 구현예에서, 약제 분배기(506)는 300 내지 1200 dpi의 해상도로 융합 제어 약제의 액적을 전달한다. 다른 구현예에서, 약제 분배기는 더 높은 또는 더 낮은 해상도로 융합 제어 약제의 액적을 전달할 수도 있다. 일 구현예에서, 각각의 액적은 액적당 10 피코리터의 차원(order)일 수도 있다. 다른 구현예에서, 약제 분배기(506)는 더 큰 또는 더 작은 액적 크기를 전달할 수도 있다. 도시된 예에서, 약제 분배기(506)는 Y축으로 이동 가능한 캐리지에 의해 지지된다. 몇몇 구현예에서, 약제 분배기(506)는 추가로 유착 개질제를 축조 재료 상에 선택적으로 도포하거나 쌓을 수도 있다.
캐리지(522)는 y축 방향으로 축조 영역(502) 위로 그리고 축조 영역(502)을 가로질러 이동 가능하다. 캐리지(522)는 융합 유닛(520)을 지지체(524) 위의 축조 영역(502) 위에 제어 가능하게 위치시킨다. 도 11은 모듈(520)의 인출 및 분리 후의 시스템(500)을 도시하며, 캐리지(522)를 상세히 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 캐리지(522)는 가이드(530)를 따라 이동하는 후방부, 및 모듈(520)과 나란히 연장되도록 후방부로부터 돌출하며 후방부에 의해 지지되는 연장부(531)를 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 캐리지(522)는 전원 콘센트(532), 공기 유출 포트(534) 및 융합 모듈 마운트(538)를 포함한다.
전원 콘센트(532)는 융합 모듈(520)의 대응하는 전력 커넥터와 전기 접속을 하여 모듈(520)의 가온 유닛 및 융합 유닛에 대한 전력 전달을 가능케 하는 플러그 또는 포트를 포함한다. 전원 콘센트(532)는 전력원에 연결되고 캐리지(522)에 의해 운반된다. 콘센트(532)는 융합 모듈(520)의 가온 유닛 및 융합 유닛에 대한 전력 공급을 유지하기 위해 캐리지(522)와 함께 이동한다. 일 구현예에서, 전원 콘센트(532)는 전기 커넥터의 수형 돌기 또는 암형 접점을 포함하고, 융합 모듈(520)의 대응하는 전력 커넥터의 대응하는 암형 접점 또는 수형 돌기와 각각 직접 전기 접촉한다. 다른 구현예에서, 전원 콘센트(532)는 융합 모듈(520)의 전력 커넥터에 연결되는 전기 코드 또는 케이블에 연결 가능하거나 그 전기 코드 또는 케이블을 활용한다.
공기 유출 포트(534)는 가스 전송 포트를 포함하는데, 이 가스 전송 포트를 통해 공기와 같은 가스가 팬(316)(도 8에 도시됨)과 같은, 베이스 유닛(510)과 관련된 팬에 의해 융합 모듈(520)에 공급될 수 있다. 일 구현예에서, 공기 유출 포트(534)는 주변 공기, 실온의 공기, 또는 20℃ 내지 30℃의 공기를 융합 모듈(520) 내로 전달하여 융합 모듈(520)의 내부 구성요소를 냉각시킨다. 공기 유출 포트(534)는 캐리지(522)와 함께 축조 영역(502)을 횡단하도록 캐리지(522)에 의해 운반된다. 그 결과, 융합 모듈(520)이 축조 영역(502) 위에 있고 융합 모듈(520)의 가온 유닛 및 융합 유닛이 축조 영역(502) 내의 축조 재료에 에너지를 제공하는 동안 공기가 융합 모듈(520)에 공급될 수도 있다.
공기 유입 포트(536)는 가스 전송 포트를 포함하는데, 이 가스 전송 포트를 통해 공기와 같은 가스가 융합 모듈(520)로부터 토출되고, 베이스 유닛(510)에 의해 주변 환경 또는 더 먼 위치와 같은 토출 위치로 지향된다. 공기 유입 포트(536)는 융합 모듈(520)을 통과하는 그리고 가로지르는 공기의 순환을 가능케 한다. 공기 유입 포트(526)는 캐리지(522)와 함께 축조 영역(502)을 횡단하도록 캐리지(522)에 의해 운반된다. 그 결과, 융합 모듈(520)이 축조 영역(116) 위에 있고, 융합 모듈(520)의 가온 유닛 및 융합 유닛이 축조 영역(502) 내의 축조 재료에 에너지를 전달하고 있는 동안, 융합 모듈(520)로부터 공기가 토출될 수도 있다.
융합 모듈 마운트(538)는 융합 모듈(520)을 캐리지(522)에 대해 해제 가능하게 고정, 연결 및 지지하기 위해 융합 모듈(520)의 리테이너와 협동하는 구조체 또는 기구를 포함한다. 도시된 예에서, 융합 모듈 마운트(538)는 공구의 사용 없이, 그리고 나사 또는 볼트와 같은 패스너를 고정 또는 제거하는 일 없이, 공구 없는 방식으로 융합 모듈(520)을 캐리지(522)에 해제 가능하게 연결하기 위해 융합 모듈(520)의 리테이너와 협동한다. 일 구현예에서, 융합 모듈 마운트(538)는 바, 그로밋, 후크 등의 기구를 포함하는데, 이 기구에 리테이너가 해제 가능하게 잠길 수 있다. 몇몇 구현예에서, 이러한 관계는 리테이너가 바, 그로밋, 후크 등의 기구를 포함하고 융합 모듈 마운트(538)가 리테이너에 해제 가능하게 잠기는 래치를 포함하는 경우에 역전될 수도 있다.
도시된 예에서, 캐리지(522)의 융합 모듈 마운트(538)는 이격된 위치들에서 융합 모듈(520)과 맞물리는 2개의 별개의 구조체를 포함한다. 융합 모듈 마운트(538)는 바(540) 및 키(key)(542)를 포함한다. 바(540)는 캐리지(522)의 후방부를 따라 연장되며, 가이드(530)에 평행하게 연장된다. 바(540)는 캐리지(522)에 의해 운반되고, 융합 모듈(520)의 리테이너 래치에 의해 잠길 것이다. 키(542)는 융합 모듈(520)의 측면과 맞물리는 연장부(531)로부터 연장되는 돌출부를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 키(542)는 더 큰 헤드부와 더 좁은 네크부를 가지며, 큰 헤드부는 융합 모듈(520)의 측면에 있는 키 홈을 통과하여, 융합 모듈(520)의 전단을 지지하는 것을 돕는다. 몇몇 구현예에서, 키(542)는 생략될 수도 있다.
도 12 내지 도 14는 융합 모듈(520)을 도시한다. 융합 모듈(520)은 하우징(624), 핀(fin)(625), 창(626), 열 반사기(630), 가온 유닛(631), 융합 유닛(632) 및 리테이너(636)를 포함한다.
하우징(624)은 반사기(630) 및 융합 유닛(632)을 수용하는 내부(641)를 갖는 외장을 포함한다. 일 구현예에서, 하우징(624)에 의해 제공되는 외장은 실질적으로 밀봉되어, 반사기(630) 또는 융합 유닛(632)의 성능을 손상시킬 수도 있는 오염물의 침입을 방지한다. 하우징(624)은 기다랗고 직사각형으로 도시되어 있지만, 다양한 크기 및 형상을 가질 수도 있다.
도시된 예에서, 하우징(624)은 공기 유입 포트(642), 공기 유출 포트(644) 및 유동 커넥터(658)를 포함한다. 공기 유입 포트(642)는 하우징(624)을 관통하는 개구를 포함하는데, 그 개구를 통해 공기가 융합 모듈(520)의 내부로 진입할 수도 있다. 공기 유출 포트(644)는 하우징(624)을 관통하는 개구를 포함하는데, 이 개구를 통해, 융합 모듈(520)의 구성요소의 냉각을 통해 가온된 공기가 융합 모듈(520)로부터 토출될 수 있다. 일 구현예에서, 공기 유입 포트(642)는 공기가 공기 유출 포트(644)를 통해 토출되기 전에 공기를, 반사기(630)를 가로질러 그리고 융합 유닛(632)과 가온 유닛(631) 모두를 가로질러 인도하는 하우징(624) 내의 내부 공기 통로에 연결된다.
도시된 예에서, 공기 유입 포트(642) 및 공기 유출 포트(644)는 융합 모듈(520)의 동일 단부 상에 배치되고, 융합 모듈(520)의 대향 단부는 U턴 유동 커넥터(658)를 포함하고, 공기는 반사기(630)의 배면을 따라 융합 모듈(520)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐서, 그리고 반사기(630)의 전면을 따라 융합 모듈(520)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐서, 가온 유닛(631) 및 융합 유닛(632)을 따라 유동한다. 일 구현예에서, 커넥터 통로(658)는 후방 내부(652)로부터 전방 내부(656)로 적어도 50CFM(cubic feet per minute; 분당 입방피트) 그리고 공칭적으로는 적어도 100CFM의 속도의 공기 유동을 허용하기에 충분한 단면적을 갖는다. 다른 구현예에서, 공기 유입 포트(642)는 다른 방식으로 융합 모듈(520)의 내부를 통해 공기 유출 포트(644)로 지향될 수도 있다.
핀(fin)(625)은 알루미늄과 같은 금속으로 형성되며 하우징(624)과 반사기(630) 사이의 내부(641)에서 하우징(624)으로부터 내측으로 돌출하는 열 전도성 구조체를 포함한다. 핀(fin)(625)은 내부(641)의 공기로부터 하우징(624)으로 열을 전도한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 도시된 예에서, 핀(fin)(625)은 하우징(624)의 종축에 평행한 축을 따라 연장되도록 배향된다. 그 결과, 핀(fin)(625)은 또한 공기 유동을 하우징(624)의 종방향 길이를 따라 안내 및 인도한다. 다른 구현예에서, 핀(fin)(625)은 생략될 수도 있다.
창(626)은 광학 개구를 포함하는데, 가온 유닛(631) 및 융합 유닛(632)으로부터의 방사선이 이 광학 개구를 통과하여, 축조 재료에 충돌함으로써, 가온 유닛(631)으로부터의 에너지로 축조 재료를 가열하고, 또한 융합 유닛(632)으로부터의 에너지로 유착제가 도포된 축조 재료를 융합시킬 수도 있다. 일 구현예에서, 창(626)은 하우징(624)의 내부(641)로부터 축조 재료를 향해 방사선을 투과하는 반투명 또는 투명 패널을 포함한다. 그러한 구현예에서, 창(626)은, 그렇지 않으면 오염물이 반사기(630), 가온 유닛(631) 및/또는 융합 유닛(632)에 쌓이게 될 수도 있는 내부(641)에 오염물이 들어가는 것을 더욱 억제하거나 방해한다. 일 구현예에서, 창(626)은 광학 필터를 포함하여, 그를 통한 선택된 파장의 방사선 또는 광의 투과를 가능케 한다.
열 반사기(630)는 융합 유닛(632)에 의해 방출된 열 또는 방사선을 창(626) 쪽으로 반사시키는 구조체를 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 열 반사기(630)는 전자기 스펙트럼의 근적외선, 중적외선 및 원적외선 영역에서의 고 반사성 재료의 패널을 포함한다. 도시된 예에서, 열 반사기(630)는 융합 유닛(632)을 부분적으로 둘러싸서, 반사된 열을 창(626)을 통해 하향으로 더욱 지향시킨다. 도시된 예에서, 열 반사기(630)는 가온 유닛(631)으로부터의 방사선을 반사하는 제 1 반사기, 및 융합 유닛(632)으로부터의 방사선을 반사하는 제 2 반사기를 포함한다.
열 반사기(630)는 하우징(624)의 내부(641) 내에 지지되고, 내부(641)를 후방 내부(652) 및 전방 내부(656)로 구획한다. 후방 내부(652)는 반사기(630)와 하우징(624) 사이에서 반사기(630) 뒤로 연장된다. 전방 내부(656)는 반사기(630)와 창(626) 사이에서 반사기(630)의 전방으로 연장된다. 후방 내부(652)는 공기 유입 포트(642)에 연결된다. 전방 내부(656)는 공기 유출 포트(644)에 연결된다.
가온 유닛(631)은 축조 재료를 가온 또는 예열하여, 융합 유닛(632)에 의한 후속하는 융합을 위해 축조 재료를 준비시킨다. 가온 유닛(631)은 축조 재료의 융합 전에 축조 재료를 예열하는 램프 또는 다수의 램프를 포함한다. 가온 유닛(631)은 에너지를 축조 재료에 전달하여 축조 재료를 그 유리 전이 온도 미만의 온도로 가온시킨다. 예컨대, 일 구현예에서, 가온 유닛(631)은 축조 재료를 145℃ 내지 175℃의 온도, 그리고 공칭적으로는 155℃ 내지 165℃의 온도로 가온시킬 수도 있다. 일 구현예에서, 가온 유닛(631)은 개별적인 융합 유닛(632)의 색온도보다 낮은 색온도를 갖는 석영 적외선 할로겐 램프를 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 가온 유닛(631)은 1800°K의 색온도를 가질 수도 있다. 또 다른 구현예에서, 가온 유닛(631)은 다른 유형의 가온 유닛을 포함할 수도 있고, 생략될 수도 있다.
융합 유닛(632)은 분배기(508)로부터의 유착제가 도포된 축조 재료의 융합 또는 용융을 가능케 하는 에너지원을 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 융합 유닛(632)은 적외선 또는 근적외선 광원을 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 융합 유닛(632)은 2750°K의 색온도를 갖는 적어도 하나의 에너지원을 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 융합 유닛(632)은 축조 재료의 분말에 균일하고 높은 강도의 조사를 제공하는 석영 적외선 할로겐 램프를 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 램프는 2750°K의 색온도를 갖는 1400 와트 램프를 포함한다. 그러한 구현예에서, 램프는 (임의의 유착제와 함께) 축조 재료를 적어도 210℃의 온도, 즉 유착제가 도포된 축조 재료를 용융 및 융합시키기 위해 축조 재료의 유리 전이 온도보다 높은 온도로 가열하도록 작동 가능하다.
다른 구현예에서, 융합 유닛(632)은 축조 재료를 융합시키기에 충분한 양의 에너지를 축조 재료에 전달하기 위한 다른 공급원을 포함할 수도 있다. 예컨대, 일 구현예에서, 융합 유닛(632)은 하우징(624) 내에 단대단 배열된 다수의 융합 유닛을 포함할 수도 있다. 다른 구현예에서, 융합 유닛(632)은 평행한 열로 단대단 배열된 다수의 융합 유닛을 포함할 수도 있다. 또 다른 구현예에서, 융합 유닛(632)은 단일의 기다란 융합 유닛을 포함할 수도 있다.
다른 구현예에서, 융합 유닛(632)은 다른 에너지원 또는 다른 광원을 포함할 수도 있다. 예컨대, 다른 구현예에서, 마이크로파 에너지, 할로겐 광, 자외선 및 초음파 에너지 등과 같은 다른 유형의 에너지가 융합 유닛(632)에 의해 인가될 수도 있다. 에너지의 유형뿐만 아니라 에너지의 인가 지속 시간은 융합 유닛(632)의 특성, 축조 재료의 특성, 및 적층 제조 공정 중에 축조 재료에 적용되는 임의의 유착제 또는 융제의 특성과 같은 인자들에 따라 바뀔 수도 있다.
전력 커넥터(634)는 적층 제조 베이스 유닛(510)의 대응하는 전원 콘센트(532)와 전기 접속하여 융합 모듈(520)에의 전력 전달을 가능케 하는 플러그 또는 포트를 포함한다. 일 구현예에서, 전력 커넥터(634)는 전기 커넥터의 수형 돌기 또는 암형 접점을 포함하고, 적층 제조 베이스 유닛의 대응하는 전원 콘센트의 대응하는 암형 접점 또는 수형 돌기와 직접 전기 접촉한다. 다른 구현예에서, 전력 커넥터(634)는 적층 제조 베이스 유닛(510)의 전원 콘센트(532)에 연결되는 전기 코드 또는 케이블에 연결 가능하거나 그 전기 코드 또는 케이블을 활용한다.
리테이너(636)는 융합 모듈(520)의 하우징(624)을 적층 제조 베이스 유닛(510)의 캐리지(522)에 해제 가능하게 고정 또는 연결하는 구조체 또는 기구를 포함한다. 일 구현예에서, 리테이너(636)는 공구의 사용 없이, 그리고 나사 또는 볼트와 같은 패스너를 고정 또는 제거하는 일 없이, 공구 없는 방식으로 융합 모듈(520)의 하우징(624)을 적층 제조 베이스 유닛(510)의 캐리지(522)에 해제 가능하게 고정 또는 연결한다.
도 12 및 도 15 내지 도 19c는 리테이너(636)를 상세히 도시한다. 도시된 예에서, 융합 모듈(520)의 리테이너(636)는 키 홈(660) 및 래치(670)를 포함한다. 도 12 및 도 16은 키 홈(660)을 도시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 키 홈(660)은 키(542)의 헤드부가 통과할 수 있는 확폭 개구(662), 및 키(542)의 좁은 부분이 통과할 수 있으며 그 뒤에 확대 부분이 포착되는 협폭 개구(664)를 갖는 비대칭 개구를 포함한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 키(542)의 확대된 헤드부는 개구(662)를 통해 삽입된다. 모듈(520)의 후방에의 위치 설정은 확대된 헤드부를 포착 상태로 이동시켜서 개구부(664) 뒤의 상태를 유지시킨다. 키(542)는 키 홈(660)의 에지와 맞물려서 모듈(520)의 단부를 지지한다. 다른 구현예에서, 리테이너(636)는 키(542) 및 키 홈(660)을 생략할 수도 있다.
도 12, 도 15 및 도 17 내지 도 19c는 래치(670)를 도시한다. 래치(670)는 캐리지(522)의 샤프트(540)와 해제 가능하게 맞물려서 융합 모듈(520)을 캐리지(522)에 잠그고 유지시킨다. 도시된 예에서, 래치(670)는 모듈(520)의 캐리지(522)에의 공구 없는 장착을 제공하고, 또한 모듈(520)의 캐리지(522)로부터의 공구 없는 분리를 제공한다. 도시된 예에서, 사용자는 모듈(520)의 후단을 샤프트(540)와 맞물리도록 용이하게 위치시킬 수 있으며, 이에 의해 래치(670)가 자동으로 샤프트(540)에 잠기게 된다. 사용자는 푸시 버튼을 수동으로 작동시킴으로써 래치를 쉽게 맞물림 해제시켜서, 융합 모듈(520)의 캐리지(522)로부터의 용이한 인출 및 분리를 가능케 할 수도 있다.
도 17 내지 도 19a에 도시된 바와 같이, 래치(670)는 폴(pawl)(672), 폴 액추에이터(674), 스프링(678) 및 푸시 버튼(680)을 포함한다. 폴(672)은 하우징(624)에 의해 지지되는 샤프트(682) 주위에 피벗식으로(pivotally) 지지되는 귀 형상의 걸쇠를 포함한다. 폴(672)은, 폴(672)이 샤프트(540)에 접촉하여 꼭 끼워져서 샤프트(540)를 유지 공동(692) 내에 유지시키는 잠금 위치(도 19a에 도시됨)와, 폴(672)이 샤프트(540)로부터 인출되어, 유지 공동(692)에 이르는 입구부를, 샤프트(540)가 공동(692)으로부터 빠져나올 정도로 확대시키는 잠금 해제 위치(도 19b에 도시됨) 사이에서 피벗한다.
폴 액추에이터(674)는 샤프트(682)의 축으로부터 이격된, 제 2 샤프트(684)에 의해 형성되는 축을 중심으로 제 1 단부에서 폴(672)에 피벗식으로 연결된다. 폴 액추에이터(674)는 모듈(520)의 후방 단부로부터 전방 단부까지 연장되는 기다란 샤프트 부분(686)을 포함하며, 샤프트 부분(686)은 푸시 버튼(680)의 움직임을 수용하도록 푸시 버튼(680)에 연결된다.
스프링(678)은 하우징(624)과 푸시 버튼(680) 사이에 포착된 압축 스프링을 포함한다. 스프링(678)은 푸시 버튼(680)을 화살표(687)로 표시된 방향으로 탄성적으로 압박한다. 그 결과, 스프링(678)은 또한 액추에이터(674)를 동일한 방향으로 탄성적으로 압박하여, 폴(672)을 (도 19a에 도시된 바와 같이) 반시계 방향으로 피벗시켜서 샤프트(540)와 맞물리게 함으로써, 샤프트(540)를 유지 공동(692) 내에 유지시키고 모듈(520)을 캐리지(522)의 샤프트(540)에 잠근다.
푸시 버튼(680)은 액추에이터(674)의 샤프트 부분(686)에 연결되는, 융합 모듈(520)의 전단부 상의 버튼을 포함한다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 스프링(678)의 편향에 대항하여 푸시 버튼(680)을 누르면, 액추에이터(674)가 화살표(690)로 표시된 방향으로 이동한다. 그 결과, 폴(672)이 샤프트(682)의 축을 중심으로 시계 방향으로 회전하여, 샤프트(540)와의 맞물림 상태로부터 벗어 나서, 유지 공동(692)의 입구부를 개방한다. 도 19c에 도시된 바와 같이, 푸시 버튼(680)이 눌려져 있고 유지 공동(692)의 입구부가 개방되어 있는 동안, 모듈(520)이 당겨져서 샤프트(540)로부터 분리될 수 있으며, 샤프트(540)는 단순히 유지 공동(692)의 입구부를 통과한다. 이러한 분리는 나사 또는 볼트와 같은 패스너가 분리될 필요 없이 공구 없는 방식으로 달성된다.
일단 모듈(520)이 캐리지(522)로부터 인출되면, 푸시 버튼(680)의 해제는 스프링(678)이 푸시 버튼(682)을 도 19a에 도시된 위치로 복귀시키는 결과를 가져온다. 이는 또한 폴(672)이 (도 19a에 도시된 바와 같이) 반시계 방향으로 피벗되어, 폴(672)이 유지 공동(692)의 입구부에 걸쳐서 연장되어 그 입구부를 적어도 부분적으로 차단하는 위치로 되돌아가게 한다. 모듈(520)의 캐리지(522)에의 재연결은 단순히 유지 공동(692)의 입구부를 캐리지(522)의 샤프트(540)에 접하게 위치시키고 샤프트(540)를 유지 공동(682) 내에 다시 삽입하도록 힘을 가하는 것을 포함한다. 이러한 삽입 동안, 폴(672)은 샤프트(540)로부터 힘을 받아, 스프링(678)의 힘에 대항해서 시계 방향으로 피벗하여, 샤프트(540)의 수용을 위해 유지 공동(692)을 다시 한번 개방한다. 일단 샤프트(540)가 유지 공동(692)에 완전히 삽입되면, 폴(672)은 스프링(672)의 힘에 의해 반시계 방향으로 피벗되어 다시 도 19a에 도시된 잠금 상태로 될 수 있다. 그 결과, 모듈(520)은 공구 없는 방식으로 캐리지(522)에 해제 가능하게 연결될 수도 있다. 도시된 예에서, 모듈(520)은 사용자가 푸시 버튼(680)을 결합시킬 필요 없이 캐리지(522)에 해제 가능하게 연결될 수도 있다. 다른 구현예에서, 래치(670)는 다른 래칭 기구를 활용할 수도 있다.
본 개시가 예시적인 구현예를 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항이 변경될 수 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 비록 상이한 예시적인 구현예들이 하나 이상의 이점을 제공하는 하나 이상의 특징을 포함하는 것으로 기술되었을지라도, 기술된 특징들은 서로 상호 교환되거나, 선택적으로, 기술된 예시적인 구현예에서 또는 다른 대안 구현예에서 서로 결합될 수도 있다는 것이 고려된다. 본 개시의 기술은 비교적 복잡하기 때문에, 기술의 모든 변화들이 예측될 수 있는 것은 아니다. 예시적인 구현예를 참조하여 기술되고 하기의 청구범위에 설명된 본 개시는 가능한 한 광의인 것으로 명백하게 의도된다. 예컨대, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 단일의 특정 구성요소를 인용하는 청구항들은 복수의 그러한 특정 구성요소를 포함한다. 청구범위에서의 "제 1", "제 2", "제 3" 등의 용어는 단지 상이한 요소들을 구별할 뿐이며, 달리 언급되지 않는 한, 본 개시의 요소들의 특정 순서 또는 특정 넘버링과 구체적으로 연관되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 적층 제조 베이스 유닛(additive manufacturing base unit)과 함께 사용하기 위한 적층 제조 융합 모듈(additive manufacturing fusing module)에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내의 반사기;
    상기 하우징 내의 융합 유닛;
    상기 융합 유닛에 연결되며, 전원에 해제 가능하게 연결하기 위한 단자를 갖는 전력 커넥터;
    상기 하우징을 상기 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 고정하도록 상기 하우징에 결합되는 리테이너(retainer)를 포함하고,
    상기 융합 모듈은, 공구 없는 방식으로 상기 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되고 그로부터 분리되도록 구성되며,
    상기 리테이너는,
    상기 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지 마운트(carriage mount)에 연결되는, 상기 하우징의 제 1 측면 상의 래치(latch)로서, 상기 래치는 상기 캐리지 마운트에 대해 잠금 상태와 잠금 해제 상태 사이에서 작동 가능한, 상기 래치; 및
    상기 제 1 측면에 대향하는 상기 하우징의 제 2 측면에 있으며, 상기 래치를 잠금 해제 상태로 작동시키도록 상기 래치에 작동 가능하게 결합되는 수동 작동식 트리거(trigger)를 포함하며,
    상기 융합 모듈은, 상기 수동 작동식 트리거가 작동된 동안 상기 융합 모듈이 이동되는 것에 의해 상기 적층 제조 베이스 유닛으로부터 분리되도록 구성되는
    적층 제조 융합 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내에 가온 유닛(warming unit)을 더 포함하는
    적층 제조 융합 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 결합된 모듈 공기 유입 포트를 더 포함하고,
    상기 모듈 공기 유입 포트는 상기 적층 제조 베이스 유닛의 공기 유출 포트에 해제 가능하게 연결되는
    적층 제조 융합 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리테이너는 상기 모듈 공기 유입 포트를 상기 적층 제조 베이스 유닛의 상기 공기 유출 포트에 밀봉 연결된 상태로 유지하는
    적층 제조 융합 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 결합된 모듈 공기 유출 포트를 더 포함하고,
    상기 모듈 공기 유출 포트는 상기 적층 제조 베이스 유닛의 토출 포트에 해제 가능하게 연결되는
    적층 제조 융합 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리테이너는 상기 모듈 공기 유출 포트를 상기 적층 제조 베이스 유닛의 상기 공기 유입 포트에 밀봉 연결된 상태로 유지하는
    적층 제조 융합 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모듈 공기 유출 포트와 상기 모듈 공기 유입 포트는 서로 인접해서 동일한 방향을 향하는
    적층 제조 융합 모듈.
  8. 삭제
  9. 적층 제조 시스템에 있어서,
    적층 제조 베이스 유닛으로서,
    프레임;
    콘센트를 갖는 전원;
    축조 영역;
    축조 재료 분배기; 및
    유착제 분배기를 포함하는, 상기 적층 제조 베이스 유닛; 및
    상기 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되는 융합 모듈을 포함하고,
    상기 융합 모듈은,
    하우징;
    상기 하우징 내의 반사기;
    상기 하우징 내의 융합 유닛;
    상기 융합 유닛에 연결되며, 상기 전원의 상기 콘센트에 해제 가능하게 연결되는 단자를 갖는 전력 커넥터; 및
    상기 하우징에 결합되며, 상기 하우징을 상기 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지에 해제 가능하게 고정하는 리테이너를 포함하고,
    상기 융합 모듈은, 공구 없는 방식으로 상기 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되고 그로부터 분리되도록 구성되며,
    상기 적층 제조 베이스 유닛은 상기 융합 모듈을 이동시키는 캐리지를 더 포함하고, 상기 캐리지는 캐리지 마운트를 갖고, 상기 리테이너는,
    상기 적층 제조 베이스 유닛의 상기 캐리지 마운트에 연결되는, 상기 하우징의 제 1 측면 상의 래치로서, 상기 래치는 상기 캐리지 마운트에 대해 잠금 상태와 잠금 해제 상태 사이에서 작동 가능한, 상기 래치; 및
    상기 제 1 측면에 대향하는 상기 하우징의 제 2 측면에 있으며, 상기 래치를 잠금 해제 상태로 작동시키도록 상기 래치에 작동 가능하게 결합되는 수동 작동식 트리거를 포함하고,
    상기 융합 모듈은, 상기 수동 작동식 트리거가 작동된 동안 상기 융합 모듈이 이동되는 것에 의해 상기 적층 제조 베이스 유닛으로부터 분리되도록 구성되는
    적층 제조 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 융합 모듈은 상기 하우징 내에 가온 유닛을 더 포함하는
    적층 제조 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 적층 제조 베이스 유닛은 팬(fan) 및 공기 유출 포트를 더 포함하고, 상기 융합 모듈은 상기 하우징의 내부에 결합되는 모듈 공기 유입 포트를 더 포함하고, 상기 모듈 공기 유입 포트는 상기 리테이너에 의해 상기 적층 제조 베이스 유닛의 상기 공기 유출 포트에 대해 밀봉된 상태로 해제 가능하게 유지되는
    적층 제조 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적층 제조 베이스 유닛은 공기 유입 포트를 더 포함하고, 상기 융합 모듈은 상기 하우징의 내부에 결합되는 모듈 공기 유출 포트를 더 포함하고, 상기 모듈 공기 유출 포트는 상기 리테이너에 의해 상기 적층 제조 베이스 유닛의 상기 공기 유입 포트에 대해 밀봉된 상태로 해제 가능하게 유지되는
    적층 제조 시스템.
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 융합 모듈과 교환 가능한 제 2 융합 모듈을 더 포함하고,
    상기 제 2 융합 모듈은 상기 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되고, 상기 융합 모듈의 특성과는 상이한 특성을 갖는 에너지를 제공하고,
    상기 제 2 융합 모듈은,
    제 2 하우징;
    상기 하우징 내의 제 2 반사기;
    상기 제 2 하우징 내의 제 2 융합 유닛;
    상기 제 2 융합 유닛에 연결되며, 상기 전원의 상기 콘센트에 해제 가능하게 연결되는 단자를 갖는 제 2 전력 커넥터; 및
    상기 제 2 하우징에 결합되며, 상기 제 2 하우징을 상기 적층 제조 베이스 유닛의 상기 캐리지에 해제 가능하게 고정하는 제 2 리테이너를 포함하는
    적층 제조 시스템.
  15. 방법에 있어서,
    제 1 융합 모듈의 제 1 측면 상의 제 1 래치를 사용하여 상기 제 1 융합 모듈을 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지에 해제 가능하게 장착하는 것― 상기 제 1 융합 모듈은 제 1 에너지를 상기 적층 제조 베이스 유닛 내의 축조 재료에 지향시키며, 상기 제 1 래치는 상기 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지 마운트에 연결되고 상기 캐리지 마운트에 대해 잠금 상태와 잠금 해제 상태 사이에서 작동 가능함 ―;
    수동 작동식 트리거를 작동시키는 것에 의해 상기 제 1 래치를 풀고 상기 수동 작동식 트리거가 작동된 동안 상기 제 1 융합 모듈을 이동하는 것에 의해 상기 제 1 융합 모듈을 상기 캐리지로부터 인출하는 것-- 상기 수동 작동식 트리거는 상기 제 1 측면에 대향하는 상기 제 1 융합 모듈의 제 2 측면에 있으며, 상기 제 1 래치를 잠금 해제 상태로 작동시키도록 상기 제 1 래치에 작동 가능하게 결합됨 --; 및
    제 2 래치를 사용하여 제 2 융합 모듈을 적층 제조 베이스 유닛의 캐리지에 해제 가능하게 장착하는 것― 상기 제 2 융합 모듈은 상기 제 1 에너지와는 상이한 특성을 갖는 제 2 에너지를 상기 적층 제조 베이스 유닛 내의 축조 재료에 지향시킴 ―을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 융합 모듈은, 공구 없는 방식으로 상기 적층 제조 베이스 유닛에 해제 가능하게 연결되고 그로부터 분리되도록 구성되는
    방법.
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