KR102300993B1 - 가동식 측벽을 갖춘 교체 가능한 컨테이너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 모델을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

가동식 측벽을 갖춘 교체 가능한 컨테이너 {INTERCHANGEABLE CONTAINER WITH MOVEABLE SIDE WALLS}
본 발명은 3D 모델을 제조하기 위한 장치 및 그 방법에서의 장치의 용도에 관한 것이다.
컴퓨터 데이터로부터 3D 물체를 제조하기 위한 방법은 유럽 특허 명세서 EP 0 431 924 B1호에 설명되어 있다. 이런 방법에서, 입자 재료가 플랫폼에 박층으로 도포되며, 결합제가 프린트 헤드를 사용하여 입자 재료 상에 선택적으로 프린트된다. 결합제가 프린트되는 입자 구역은 함께 고착되어 결합제 및 필요하다면, 추가의 경화제의 영향하에서 고화된다. 그 후 플랫폼은 일 층 두께의 거리만큼 빌드 실린더(build cylinder) 내측으로 하강되며 전술한 바와 같이 또한 프린트되는 입자 재료의 새로운 층이 제공된다. 이들 단계는 물체의 특정한, 원하는 높이에 도달할 때까지 반복된다. 그에 의해서 3D 물체가 프린트되고 고화되는 구역에서 제조된다.
완료 이후에, 고화된 입자 재료로부터 제조된 이러한 물체는 느슨한 입자 재료 내에 매립되며 그 후에 그로부터 제거된다. 이는 예를 들어, 추출기를 사용하여 수행된다. 분말 부착물이 예를 들어, 수동 솔질에 의해 제거되고 난 후에 원하는 물체가 남아 있게 된다.
모든 레이어링 기법(layering techniques) 중에서, 분말 재료 및 액상 결합제의 공급에 기초한 3D 프린팅이 가장 빠른 방법이다.
이러한 방법은 자연 생물학적 천연 재료, 폴리머, 금속, 세라믹 및 모래(완전한 목록이 아님)를 포함한, 상이한 입자 재료를 처리하는데 사용될 수 있다.
이러한 형태의 방법에 사용되는 기계는 기계 실행시간을 증가시킬 목적으로 3D 프린팅 기계에 삽입되고 그로부터 제거될 수 있는 잡 박스(job box)를 종종 포함한다. 잡 박스는 고화되지 않은 재료의 구성요소들을 유리시킬(freeing) 목적으로, 즉 이들을 언팩(unpack)하기 위해서 기계로부터 제거될 수 있다. 곧이어, 다른 잡 박스가 기계 내측에 즉시 삽입되며, 프린팅이 즉시 계속될 수 있어서 불필요하고 비생산적인 기계 중지 시간을 피할 수 있다. 이러한 형태의 잡 박스는 입자 재료가 도포되는 빌딩 플랫폼(building platform)을 가진다. 빌딩 플랫폼은 일반적으로 높이가 조절될 수 있으며 프린팅 공정이 완료될 때까지 3D 프린팅 중에 하강된다. 원하는 층 두께는 빌딩 플랫폼을 이동시키고 위치선정함으로써 조절된다.
빌딩 플랫폼의 정밀한 위치선정은 치수가 정확한 구성요소의 제조에 극히 중요하고 중대하다. 구동 결합 지점에서의 빌딩 플랫폼의 위치선정이 중요할 뿐만 아니라, 빌딩 플랫폼의 모든 지점의 균일한 위치선정도 또한 시공 정밀도에 영향을 끼친다. 빌딩 플랫폼의 변형 가능성은 구성요소의 정밀하고 정확한 제조에 문제점을 제기한다.
그러나 정밀하고 균일한 위치선정은 대형 기계에서 커다란 난점을 제시한다. 커다란 치수는 빌딩 플랫폼을 변형시키는 높은 굽힘 토크를 초래한다. 그러나 빌딩 플랫폼이 그에 맞춰 보강되면, 무거운 중량도 차례로 정밀하게 위치 선정되어야 한다. 이들 문제점의 다양한 양태는 장치의 달성 가능한 정확도를 감소시키거나 적정한 비용 마진을 방해한다.
힘과 결과적인 굽힘 토크는 다양한 영향에 의해 유발된다. 첫째로, 빌딩 공정 중에 성장하는 분말 공급원료는 평면 하중을 증가시키는 작용을 한다. 둘째로, 성장하는 공급원료는 빌드 컨테이너의 벽을 가압한다. 여기서 반작용력이 야기되며, 이는 차례로 빌딩 플랫폼에 작용한다. 힘은 또한, 이동하는 빌딩 플랫폼을 고정 측벽에 대해 밀봉하는 시일(seal)에 의해서 생성된다.
성장하는 평면 하중에 대한 접근법이 특허 명세서에 설명되어 있다. 예를 들어, DE 10 2010 013 733 A1호는 빌드 컨테이너가 고정된 작업대로서 디자인되는 장치를 개시한다. 새로운 분말 층을 생성하고 선택적인 고화를 위한 장치는 장치의 빌딩 방향으로 변위될 수 있다. 빌딩 플랫폼의 디자인은 강도 요건에 쉽게 적응될 수 있다. 그러나 상기 장치가 벽 없이 디자인되기 때문에, 상기 장치는 사용될 수 있는 재료의 범위가 제한된다.
밀봉력은 구조적 수단에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 하나의 선택은 밀봉 마찰을 감소시키기 위한 펠트 시일(felt seal)을 갖춘 빌드 컨테이너를 사용하는 것이다. 팽창 가능한 시일이 또한 접촉력을 최소화하는데 사용될 수 있다.
측벽에 대한 공급원료의 측면 마찰 작용(rubbing action)은 종래 기술에 따른 빌드 컨테이너 또는 잡 박스에서 미해결된 문제점이다. 종래 기술에 따라서, 그로부터 초래되는 힘의 효과는 구조적 수단에 의해 완화된다. 구동 지점이 편향을 최소화할 목적으로 선택되는 빌드 컨테이너가 사용된다. 이런 경우에, 평면 하중에는 재료의 중량 및 마찰 효과가 고려될 수 있으며, 선형 하중에는 시일이 고려될 수 있다. 이러한 최적화에도 불구하고, 균형추의 힘을 실제로 지지하는데 필요할 수 있는 것보다 더 대용량의 디자인이 만들어진다.
또한, 힘 효과를 감소시키기 위한 구조적 수단은 장치 내의 역속(flux of force)을 감축시키는 것이다. 빌드 컨테이너 벽을 통한 통행은 예를 들어, DE 100 47 614 C2호에서 실시된다. 이러한 통행은 벨트 또는 플랩(flap)에 의한 입자 재료의 관통-유동에 대해 밀봉된다. 무거운 공급원료를 위해서, 장치에는 대응하는 대용량 디자인이 제공된다. 플랩을 사용하는 접근법은 단지, 매우 작은 압력을 벽에 가하는 경량의 입자 재료에만 적합하다.
빌딩 플랫폼을 이동시킬 때, 특히 마찰이 측면에서 생성되며, 이는 입자 도포 재료에 응력을 초래한다. 이들 응력으로 인해, 입자 도포 재료에서 움직임이 발생할 수 있으며, 그에 의해서 CAD 데이터에 기초하여 프린트되는 미리 결정된 구성요소의 지점이 변위될 수 있다. 그 때 구성요소에 존재하는 공간 지점이 CAD 데이터로부터 결국에는 이탈되며, 프린트된 구성요소는 더 이상 데이터 기록과 1:1 대응하지 않는다. 따라서 프린트된 구성요소는 부정확하다. 이러한 부정확성은 대부분 마찰 문제점에 근거한 것이다.
그러나 이러한 문제점은 상기 문헌과 종래 기술에서 부정확하게 제조되는 구성요소에 대한 문제점과 원인으로 확인되지 않았다. 결과적으로, 이러한 문제점은 만족할만한 정도로 다루어지지 않았으며, 이에 대한 어떠한 접근법도 상기 문헌과 종래 기술에는 없다.
그러므로 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결한 장치, 특히 잡 박스를 제공하고자 하는 것이며, 이의 도움으로 고-품질의 구성요소가 고-재현 정확도로 제조될 수 있으며, 특히 마찰 문제점을 감소시키거나 종래 기술의 단점을 예방하거나 적어도 이를 감소시키는데 도움을 주는 접근법을 갖춘 잡 박스를 이용할 수 있게 하는 것이다.
본 발명은 고-품질의 구성요소를 제조할 수 있게 하고, 특히 마찰 문제점을 감소시킨 빌드 컨테이너 또는 잡 박스에 관한 것이다. 이러한 목적은 바람직하게, 본 발명에 따른 잡 박스 내의 빌딩 플랫폼과 동일한 속도로 이동하는 것이 가능한, 2개, 바람직하게는 3개, 유리하게는 4개의 측면으로(laterally) 위치되는 이동 가능한 측벽에 의해 달성된다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 빌드 컨테이너(잡 박스)가 사용될 수 있는 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.
도 1은 단면 등각 투상도로 분말-기반 3D 프린터의 구성요소에 대한 개략도를 도시하며,
도 2는 분말 공급원료의 힘의 효과에 대한 개략도이며,
도 3은 종래 기술에 따른 장치에서 역속에 대한 다이어그램을 도시하며,
도 4는 강성 및 연성 컨테이너 벽에 대한 도면을 도시하며,
도 5는 공급원료에 대해 이동하지 않는 4개의 강성 벽을 가지는 빌드 컨테이너를 포함한 장치를 도시하며,
도 6은 공급원료에 대해 이동하지 않는 2개의 강성 벽 및 공급원료에 대해 이동하는 2개의 강성 벽을 갖는 빌드 컨테이너의 디자인을 도시하며,
도 7은 연성 벽으로 인해 주입 유닛(dosing unit)과 코터(coater)의 변위 구역에서의 벽의 회피에 대한 다이어그램을 도시하며,
도 8은 연속적으로 연결된 벽을 통해 압축력을 방출하는 것에 대한 다이어그램을 도시하며,
도 9는 마찰식 결합(tribological pairing)의 사용을 통해 힘을 최소화시키고 롤러의 사용을 통해 힘을 최소화시키는 것을 도시하며,
도 10은 공급원료에 대해 이동되지 않는 2개의 연성 벽을 갖는 빌드 컨테이너를 도시하며,
도 11은 공급원료에 대해 이동되지 않는 4개의 연성 벽을 갖는 빌드 컨테이너를 도시하며,
도 12는 공급원료에 대해 이동되지 않는 연성 벽을 갖는 빌드 컨테이너에 대한 단면도를 도시하며,
도 13은 공급원료에 대해 이동되지 않는 연성 벽을 갖는 빌드 컨테이너에 대한 디자인 상세를 도시한다.
본 발명의 다수의 용어들이 아래에서 더 상세하게 설명된다.
본 발명의 의미 내에서, "3D 프린팅 방법"은 3D 모델로 구성요소의 제작을 용이하게 하고 설명된 방법, 구성요소 및 장치와 양립할 수 있는 종래 기술로부터 공지된 모든 방법에 관한 것이다. 특히, 이들은 분말-기반 방법, 예를 들어 SLS(선택적 레이저 소결법)이다.
본 발명의 의미 내에서, "선택적인 결합제 도포" 또는 "선택적인 결합제 시스템 도포"는 각각의 입자 재료 도포 이후에, 또는 성형체(molded body)의 요건에 의존하여 그리고 성형체의 제조를 최적화할 목적으로 불규칙적으로, 즉 각각의 입자 재료 도포 이후에 비선형적으로 그리고 비동기적으로 일어날 수 있다. "선택적인 결합제 도포" 또는 "선택적인 결합제 시스템 도포"는 따라서 개별적으로 그리고 성형체의 제조 과정 중에 설정될 수 있다.
본 발명의 의미 내에서 "성형체" 또는 "구성요소"는 본 발명에 따른 방법 및/또는 본 발명에 따른 장치의 도움으로 제조되고 변형성을 갖지 않는 모든 3D 물체이다.
필요한 구성요소를 포함하는 임의의 공지된 3D 프린팅 장치는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 "장치(device)"로서 사용될 수 있다. 공통의 구성요소는 코터, 빌드 공간, 빌드 공간 또는 다른 구성요소를 이동시키기 위한 수단, 주입 장치와 가열 수단 그리고 당업자에게 공지되었으며 따라서 여기서 더 상세히 목록화할 필요가 없는 다른 구성요소를 포함한다.
분말-기반 3D 프린팅용으로 공지된 모든 재료, 특히 모래, 세라믹 분말, 금속 분말, 플라스틱, 나무 입자, 섬유 재료, 셀룰로오스 및/또는 락토스 분말이 "입자 재료"로서 사용될 수 있다. 입자 재료는 바람직하게, 건조, 자유-흐름 및 응집성의 단단한 분말이다.
"빌드 공간"은 입자 재료 공급원료가 입자 재료의 반복 코팅에 의해 빌드 공정 중에 성장하는 기하학적 장소이다. 빌드 공간은 일반적으로, 기저부, 빌딩 플랫폼, 벽과 개방된 커버 표면, 및 빌드 평면에 의해 획정된다.
본 발명의 의미 내에서 "빌드 컨테이너", 또는 특히 "잡 박스"는 빌드 공간을 제공한다. 결과적으로, 이는 기저부, 벽과 개방된 접근 구역, 그리고 빌드 평면을 가진다. 빌드 컨테이너는 3D 프린팅 장치의 프레임에 대해 이동하지 않는 부분들을 항상 포함한다.
제거 가능한 빌드 컨테이너는 기계가 거의 지속적으로 작동하는 것을 가능하게 한다. 제1 빌딩 작동 중에 있는 부분이 언팩되는 동안에, 새로운 부분이 제2 컨테이너 내에 있는 기계에서 프린트될 수 있다.
"프린팅 및 코터 평면"은 빌딩 공정이 현재 진행 중인 장소의 개념이다. 주입 유닛 및 코터가 거의 한 높이에서 공유된 구성요소와 함께 위치선정 유닛의 장치 내로 구조적으로 이동되기 때문에, "프린팅 및 코터 평면"은 새롭게 도포되는 층의 상부 에지에 위치될 때 이러한 표현으로 간주된다.
"빌딩 플랫폼"은 프린팅 및 코터 평면에 대해 이동한다. 이러한 상대적인 이동은 층 두께에 개입하는 동작으로 빌딩 공정 중에 일어난다. 이는 층 두께를 규정한다.
"컨테이너 벽" 또는 "벽" 또는 "측벽"은 입자 재료에 대한 장벽을 지칭한다. 입자 재료는 벽의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 이동할 수 없다. 본 발명의 의미 내에서의 벽은 연성 또는 강성 디자인을 가질 수 있다. "강성" 기준에 대한 편차는 주어진 재료 시스템에서 가공품 허용오차에 대해 작다.
본 발명의 의미 내에서의 "마찰식 결합(tribological pairing)"은 마찰 계수가 입자 재료와 벽 재료 사이의 접촉시 또는 접촉 중에 두 개의 동일한 재료의 마찰 계수보다 현저히 작은 재료의 접촉이다.
"시일(seal)"은 서로에 대해 또는 벽과 빌딩 플랫폼 사이에서 이동하는 벽들 사이의 접촉 지점을 통한 입자 재료의 통행을 방지하는 두 개의 구조적 요소들을 지칭한다.
본 발명은 그의 바람직한 특정 실시예와 함께, 아래에서 더 상세히 설명된다.
본 발명은 레이어링에 의해서 3D 모델을 제조하기 위한 장치를 위한 빌드 컨테이너, 특히 잡 박스에 관한 것으로서, 이는 빌드 컨테이너 내부에서 높이가 조절될 수 있고 바람직하게 그로부터 제거될 수 있는, 빌딩 플랫폼 상의 빌드 공간, 및 빌딩 플랫폼의 변위 중에 제작되는 층과 측벽 사이의 운동 마찰이 감소되거나 본질적으로 예방되는 방식으로 디자인되는 적어도 두 개의 측벽을 포함하며, 빌딩 플랫폼과 적어도 두 개의 측벽은 동일한 속도로 이동된다.
일 양태에서, 본 발명에서는 빌드 컨테이너 내의 측벽과 입자 재료 사이에서 힘이 직접적으로 감소된다. 상이한 구조적 수단은 이러한 목적에 도움을 줄 수 있다. 상대적인 이동의 예방은 또한, 중력 이외의 어떠한 힘의 효과가 분말에서 유발되지 않게 하며 따라서 분말 케이크의 바람직하지 않은 정착을 예방할 수 있다.
결과적으로, 도포되고 쌓인 층의 안정화에 대한 부정적 효과를 가지는 힘이 전혀 또는 거의 발생하지 않으며, 따라서 프린트된 구성요소에서 재현 정확도가 증가될 수 있음이 유리하게 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 특정 실시예에서, 빌드 컨테이너는 3개 또는 4개의 측벽이 전술한 대로 디자인되는 것을 특징으로 한다. 빌드 컨테이너의 측벽은 바람직하게 빌딩 방향으로 이동할 수 있다. 가동식 측벽은 또한 빌드 컨테이너 내의 두 개의 고정된 측벽에 대해 유리하게 이동할 수 있다.
측벽은 이들이 본 발명의 목적에 유리하게 도움이 되는 방식으로 디자인된다. 측벽은 바람직하게, 공급원료 압력에 대해 강성을 갖도록 디자인된다. 당업자에게 공지된 가로대(cross-braces)와 같은 모든 보강재들이 바람직하게 사용될 수 있다.
하나의 바람직한 특정 실시예에서, 빌드 컨테이너는 측벽이 공급원료 압력에 대해 강성을 갖지 않으며 추가의 측벽을 통해 지지되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 적어도 하나, 바람직하게 2, 3 또는 4개의 측벽(들)이 일 방향으로 연성을 갖도록 디자인된다. 적어도 하나, 바람직하게 2, 3 또는 4개의 측벽(들)이 분절형 벽 및/또는 금속 벽이며 일 방향으로 연성을 갖도록 디자인되는 것이 또한 바람직하다.
다른 바람직한 특정 실시예에서, 빌드 컨테이너는 마찰 효과를 감소시키기 위한 금속/플라스틱 마찰식 결합을 갖는 것을 특징으로 한다. 빌드 컨테이너는 바람직하게, 마찰 효과를 감소시키기 위한 적어도 하나의 롤러 베어링을 포함한다. 빌드 컨테이너는 또한 바람직하게, 모든 방향으로 연성을 갖는, 측벽으로서의 지지 벨트를 포함한다.
빌드 컨테이너는 또한 바람직하게, 마찰방지 층을 갖는 다중 재료로 만들어지는 벨트를 포함할 수 있다. 연속적인 벨트는 바람직하게 측벽으로서 사용된다. 이러한 벨트는 특히 바람직하게 유한 벨트이며, 이는 스프링에 의해 또는 균형추의 힘에 의해 인장된다. 유한 벨트는 바람직하게, 빌드 컨테이너의 상부 구역에서 감긴다.
다른 바람직한 특정 실시예에서, 본 발명은 특히, 구성요소(3D 성형체)를 제조하기 위한 장치에 관한 것이며, 여기서 (a) 입자 층은 분말 코터(101)의 도움으로 제1 단계에서 빌딩 플랫폼(102)에 도포되며, (b) 결합제(400)가 결합제 주입 장치(100)의 도움으로 제2 단계에서 선택적으로 도포되며, (c) 도포된 층 또는 층들은 가열원(600)의 도움으로 다른 단계에서 열처리되며, (d) 빌딩 플랫폼(102)은 일 층의 두께만큼 하강되거나, 분말 코터(101) 및 가능하다면 추가 장치의 구성요소가 일 층의 두께만큼 상승되며, 구성요소가 쌓아 올려질 때까지 (a) 내지 (d)가 반복된다.
입자 재료(300)의 성질에 따라서, 결과적인 공급원료는 빌드 컨테이너와 빌딩 플랫폼에 대한 하중을 야기한다. 정수압과 유사한 특징적인 압력 프로파일(201)이 벽(200)에서 발생한다. 빌드 높이에 대한 압력의 선형적 특징은 정적 상황에서 발생하지 않는다. 그러나 분말이 기계 진동에 의해 여기되면, 거의 정수압, 즉 선형 압력 특징이 발생한다.
분말에 의해 유발되는 컨테이너 벽에 대한 압력 하중은 벽에 수직한 힘을 제공한다. 일단 힘의 방향에 수직한 이동이 발생하면, 반작용력이 마찰을 통해 생긴다.
역속은 보통 장치의 넓은 부분 위에 덮여져 있다. 도 3은 가능한 장치의 단면도를 도시한다. 힘은 컨테이너 벽(200)과 공급원료(300) 사이에서 생긴다. 공급원료로 인해서, 힘은 컨테이너 기저부(102)로 전달된다. 그 과정은 구동 지점(301)과 커플링(302)을 통해서 보통 리프팅 스핀들(lifting spindle)(303)로 디자인되는 Z-축 구동기까지 계속된다. 리프팅 스핀들은 보통 베어링(304)을 통해 장치의 주 프레임에 지지된다. 역속은 빌드 컨테이너 유지 볼트 위에 덮여져 있으며, 볼트는 차례로 빌드 컨테이너 벽을 통해 장치의 프레임에 장착된다.
구조적 디자인에 따라서, 장치의 정밀도에 영향을 주는 굽힘 및 신장이 역속으로 인해 발생한다. 본 발명에 따라서, 역속은 대부분 구조적으로 단축되지 않으며 장치는 하중-최적화 디자인을 갖지 않지만, 대신에 마찰 힘의 효과가 상대 이동 중에 최소화된다.
벽과 입자 재료 사이의 직접적인 접촉으로 인한 마찰은 코팅에 의해 최소화될 수 있다. 그러나 연마 입자 재료는 상대 이동 중에 이러한 코팅을 빠르게 비효과적으로 만든다. 심지어 플라스틱 분말도 연마 효과를 가진다.
빌드 컨테이너 내측에서 모델을 제조하기 위한 전술한 단계를 수행하는 장치는 상대 이동을 예방하는 하나의 접근법이다. 빌딩 공정 중에, 코팅 및 프린팅 유닛(100,101)은 빌드 컨테이너로부터 이동한다. 빌드 컨테이너는 그 후에 상단부 위치로 대체될 수 있다. 이러한 형태의 장치는 코팅 유닛(101) 및 주입 유닛(100) 부분이 유한 치수를 가지며 겨우 작업 구역도 커버하지 못하는 단점을 가진다. 이는 장치를 불필요하게 크게 할 수 있다. 또한, 구성요소의 가속 램프(acceleration ramps)도 고려되어야 하는데, 이는 이들의 기능이 단지 선형 이동인 경우에만 완전하게 수행되기 때문이다.
이러한 기술적으로 선호되지 않는 디자인은 또한, 본 발명에 따라서 공급원료에 대해 위치되는 두 개의 벽으로 감소될 수 있다. 도 6은 이러한 형태의 장치의 빌드 컨테이너 디자인의 예를 도시한다.
이런 목적을 위해서, 두 개의 강성 벽(400) 및 빌드 플랫폼(102)을 포함하는 U-형상 몸체가 형성된다. 이러한 몸체는 U-형상 몸체의 벽에 수직하게 위치되는, 두 개의 강성, 프레임-고정 벽(400) 사이에서 이동된다. 입자 재료의 넘침을 방지하는 시일(401)은 U-형상 몸체의 단부 면에 장착된다. 이러한 장치에서, 형성될 새로운 층의 평면(701)은 항상 프레임-고정 벽의 상부 에지에 있다.
이러한 장치에서 코터와 주입 유닛은 결과적인 "샤프트"를 통해 이동될 수 있으며 가속될 수 있다. 다른 기능적 특징은 종래 빌드 컨테이너를 갖는 장치의 특징과 동일하다.
이러한 디자인에서, 이동하는 벽 상의 힘은 어떠한 마찰 효과도 초래하지 않는다. 직립 벽 상의 힘은 종래의 디자인에서 또한 생기는 동일한 마찰력을 생성한다. 그러나 본 발명에 따른 전체 구성의 배열에서, 빌딩 플랫폼 상의 힘과 특히 유해한 굽힘 토크는 현저히 감소될 수 있다.
주입 유닛과 코터의 변위 구역에서의 제약은 이러한 형태의 장치에서 불편하다. 이를 예방하기 위해서, 벽은 개념상, 빌딩 플랫폼의 하향 이동 중에 주입 평면과 코터 평면에 제공되어야 한다.
이러한 형태의 효과는 제1 접근 중에 연성 벽(402)을 갖는 롤러(700)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 롤러는 빌딩 플랫폼(102)의 이동으로 인해 벽을 따라 움직인다.
연성 벽(402)은 공급원료의 압력에 의해 변형된다. 빌딩 공정을 위태롭게 하는 것을 예방하기 위해서, 그 변형은 구조적 수단에 의해 최소화되어야 한다. 본 발명에 따라서, 연성 벽(402)은 강성 벽(400)에 의해 지지된다. 본 발명에 따라서, 접촉 재료들 사이의 마찰 계수는 강성 벽과 입자 재료 사이의 마찰 계수보다 더 작아야 한다.
본 발명에 따른 전형적인 재료 결합은 금속/플라스틱 접촉 또는 상이한 금속들의 결합이다. 예를 들어, 금속으로 만들어진 연성 벽(402)은 얇은 판금 밴드로 디자인될 수 있다. 이러한 디자인에서 강성 벽(400)은 플라스틱 또는 황동 스트립(900)으로 코팅된다. 벽은 또한, 금속 표면에서 주행하는 플라스틱 벨트로 디자인될 수 있다.
벨트는 바람직하게, 다중 재료로 또한 만들어질 수 있다. 예를 들어, 입자 재료와의 접촉 재료는 특별 저항 디자인(resistant design)을 가질 수 있다. 강성은 특별한 스트랩에 의해 제공될 수 있다. 마찰방지 코팅이 뒷면에 도포될 수 있다.
유사하게, 연성 벽(402)이 또한 롤러(901) 상에서 활주할 수 있다. 이러한 목적을 위해서 분말-불투과성 링크 체인(link chains)이 적합하다. 그 마찰력은 마찰식 결합에 대해 더욱 감소될 수 있다. 그러나 디자인 측면에서, 이러한 형태의 롤러는 단지 대형 장치에 사용될 때만 합리적일 수 있다.
공급원료에 대해 이동하지 않는 두 개의 벽을 갖는 전술한 장치는 또한, 4개의 부동식 벽을 갖도록 디자인될 수 있다. 이러한 형태의 장치는 본 발명에 따라 4개의 강성, 직립 벽을 갖는 전술한 장치와 유사하게 마찰력을 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 양태뿐만 아니라, 본 발명의 하나의 바람직한 특정 실시예에 대한 예 및 장점이 아래에서 논의된다.
본 발명에 따른 바람직한 잡 박스의 예
도 12 및 도 13은 본 발명에 따라 특히 유리한 빌드 컨테이너를 도시한다.
컨테이너는 대략 2,000 리터의 빌드 용적용으로 디자인된다. 입자 재료로서 모래 또는 크롬 광석과 같은 주물용 몰딩 재료를 사용할 때, 공급원료의 중량은 최대 4,500 ㎏일 수 있다. 빌딩 공정 중에, 공통 층 두께로서 300㎛가 빌딩 플랫폼에 공급되어야 한다. 위치선정의 불확실성은 공정의 안전한 제작을 위해서 ±30㎛ 미만이어야 한다.
정적 변형을 감소시키고 반작용 효과를 최소화하기 위해서, 층 도포의 순서는 다음과 같다. 빌딩 플랫폼이 먼저, 선택적으로 고화되는 최종 층의 위치로부터 시작되는 목표 층 두께보다 훨씬 큰 양만큼 하강된다. 단지 그런 이후에만 빌딩 플랫폼이 원하는 위치에 놓인다. 이러한 위치는 이미 도포되고 고화된 최종 층보다 일층 두께만큼 더 낮다.
위치선정 중에, 기계 프레임 또는 빌딩 플랫폼과 같은 다른 구성요소가 액티브한 힘에 의해 변형된다. 그 후 빌딩 플랫폼은 빌딩 플랫폼이 분말 공급원료에 의해 충분한 하중을 받지 않으면 빌드 컨테이너에 고착될 수 있으며, 위치선정 이동은 모든 반작용이 해결되고 구성요소의 변형 반작용력이 마찰력을 극복한 이후에만 뒤따라 수행된다. 이러한 거리는 적어도 하강 중에 제공되어야 한다.
빌딩 플랫폼은 그 후에 미리 결정된 위치로 상향으로 이동되어야 한다. 여기서 또한 그러한 이동 거리에서는 적어도 안정한 조건이 달성되는 범위에서 장치에 선-장력(pretension)을 가해야 한다.
이러한 위치선정의 불확실성을 순조롭게 설명하기 위해서, 빌딩 공정 중에 꾸준히 증가하는 균형추의 힘은 공급원료에 의해 유발되는 힘보다 큰 문제가 아니다. 이들 힘은 균형추의 힘과 함께 증가할 뿐만 아니라, 이들은 공급원료의 정착 및 공지된 스틱-슬립(stick-slip) 효과로 인해 예측할 수 없는 성질을 가진다. 그러므로 위치선정 불확실성은 이들 힘으로 인해 현저히 증가한다.
도 12에 따른 장치는 2개의 고정 벽(400)을 가진다. 이들 벽은 중량을 감소시킬 목적으로 외부 쪽에 오목부를 가지는 고체 알루미늄 판으로 만들어진다. 이러한 빌드 컨테이너의 벽의 내부 구역은 매끄럽게 밀링 가공된 표면을 가진다.
빌딩 플랫폼(102)은 커다란 균형추의 힘으로 인해 대형 리브 디자인(ribbed design)을 가진다. 구동 결합은 각각의 경우에 짧은 측면에서 발생한다. 긴 측면에는 시일이 갖춰진다. 시일은 두-부분(two-part)의 디자인을 가진다. 균일한 접촉 압력을 설정하고 따라서 안전한 시일의 형성을 위해서, 빌드 컨테이너의 벽을 따라서 부드럽게 활주할 수 있는 스프링 요소와 시일이 존재한다. 스프링 요소는 직사각형 횡단면을 가지며 실리콘 발포제로 만들어지는 코드(cord)이다. 시일은 직사각형 횡단면을 갖는 펠트 코드이다.
그의 하단부 위치에서, 빌딩 플랫폼은 빌드 컨테이너 내에 있다. 이는 구동 결합이 해제될 때 빌드 컨테이너가 기계로부터 제거될 수 있게 하는 것을 보장한다.
짧은 측면은 연성 컨테이너 벽(402)에 고정적으로 연결된다.
이러한 빌드 컨테이너에서, 연성 벽(402)은 알루미늄 링크 체인(1202)으로 만들어진다. 알루미늄 링크 체인은 고무 스트립에 의해 서로 연결되고 폭이 20mm인 판을 포함한다.
짧은 측벽은 안쪽에 강성 벽(400)을 가진다. 강성 벽은 직사각형 튜브 프로파일로 만들어지는 용접 프레임으로 디자인된다. 이들 프로파일은 빌드 컨테이너의 안쪽에 있는 플라스틱 레일(900)을 지지한다. 이들 레일은 마찰을 최소화한다.
이러한 벽은 그의 상단부에 있는 리턴 롤러(700)를 지지한다. 알루미늄 링크 체인(1202)은 이러한 롤러 위로 안내된다. 균형추(1300)는 컨테이너 내부와 반대인 쪽으로 향하는 벽 쪽에 있는 알루미늄 링크 체인(1202)에 장착된다. 이들 균형추는 상향 이동 중인 체인의 안내(taught chain)를 보장한다.
구동 결합은 외부 링크 체인 주위로 안내된다. 결과적으로, 이들은 3D 프린팅 장치에 의해 쉽게 접촉된다.
빌드 컨테이너의 긴 측면에 있는 강성 벽(400)과 알루미늄 링크 체인 사이의 밀봉 작용은 펠트 코드에 의해 한 번 더 달성된다. 밀봉 코드를 안내하는 오목부는 긴 측면의 판에 존재한다.
빌드 컨테이너의 상부 에지는 컨테이너 내부를 직사각형으로 형성한, 리턴 롤러의 구역에 프로파일을 갖추고 있다. 여기서 발생하는 마찰은 무시될 수 있는데, 이는 공급원료 압력이 이러한 위치에서 여전히 매우 낮기 때문이다.
긴 벽과 짧은 벽은 빌딩 플랫폼과 함께 컨테이너를 나타내는 프레임을 형성한다. 후자는 바닥 구조물(1201)에 의해 보강된다. 스키드(skids)는 컨테이너가 롤러 운송 시스템의 도움으로 이동할 수 있게 하기 위해서 그의 하부에 추가로 장착된다.
컨테이너와 3D 장치를 연결하는 장치는 짧은 벽에 존재한다. 이들 장치는 컨테이너가 삽입된 이후에 로크될 수 있다. 따라서 컨테이너는 제 위치에 위치되고 로크된다.
빌드 컨테이너는 외부 오염에 대한 밀봉을 위해서 추가의 판금(1200)으로 덧대질 수 있다.
100 : 결합제 주입 장치
101 : 분말 코터
102 ; 빌딩 플랫폼
103 : 구성요소(3D 성형 부분)
104 : 빌드 공간 경계
107 : 분말 층
200 : 벽
201 : 힘 프로파일
300 : 입자 재료
301 : 구동 지점
302 : 커플링
303 : 리프팅 스핀들
304 : 베어링
400 : 강성 벽
401 : (펠트) 시일
402 : 연성 벽
500 : 위치선정 유닛
501 : 가이드
700 : 리턴 롤러
701 : 프린팅 및 코터 평면
800 : 자유 편향
900 : 활주 표면
901 : 롤러
1200 : 하우징
1201 : 기저부
1202 : 알루미늄 링크 체인
1300 : 균형추

Claims (10)

  1. 레이어링(layering)에 의해서 3D 모델을 제조하기 위한 장치를 위한 빌드 컨테이너에 있어서,
    상기 빌드 컨테이너 내부에서 높이가 조절될 수 있는, 빌딩 플랫폼(102) 상의 빌드 공간, 및
    상기 빌딩 플랫폼의 변위 중에 제작된 층과 측벽 사이의 운동 마찰이 감소되거나 본질적으로 예방되는 방식으로 디자인되는 적어도 두 개의 상기 측벽을 포함하며,
    상기 빌딩 플랫폼과 상기 적어도 두 개의 측벽은 동일한 속도로 이동되고,
    측면으로(laterally) 위치되는 적어도 하나의 연성 벽(402)은 측면으로 위치되는 적어도 하나의 강성 벽(400)에 의해 상기 빌드 컨테이너 내에서 지지되고, 이러한 벽들의 배치는 상기 빌드 컨테이너의 적어도 두 개의 측면(sides)에 존재하고, 상기 연성 벽(402)은 적어도 하나의 편향 롤러(700)에서 편향되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빌드 컨테이너 내에서 높이가 조절되어 제거될 수 있는, 상기 빌딩 플랫폼(102) 상의 빌드 공간인 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 3개 또는 4개의 측벽이 일 방향으로 연성을 갖도록 디자인되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 2, 3 또는 4개의 측벽들이 분절형 벽 또는 금속 벽이며 일 방향으로 연성을 갖도록 디자인되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    금속과 플라스틱 간의 마찰 결합이 마찰 효과를 감소시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    모든 방향으로 연성을 갖는 지지 벨트가 측벽으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  7. 제 6 항에 있어서,
    마찰방지 층을 갖는 다중 재료로 만들어진 벨트가 사용되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    연속 벨트가 측벽으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 빌드 컨테이너.
  9. 삭제
  10. 삭제
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