KR102359755B1 - 일련의 대상물을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

일련의 대상물을 제조하는 방법이 개시된다. 본 방법에서, 제조 매체의 층이 제공된다. 매체의 층의 일부분이 적어도 층의 가장자리 영역에서 함께 결합하여 지지부를 형성한다. 층의 가장자리 영역으로 상기 지지부를 잡고 지지부를 하강시킨다. 지지부에 의해 지지되는 매체의 추가 층을 제공한다. 매체의 추가 층의 일부분을 선택적으로 결합하여 적어도 하나의 대상물 부분을 형성한다. 본 방법을 수행기 위한 장치가 또한 개시된다.

Description

일련의 대상물을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING A SERIES OF OBJECTS}
본 발명은 3차원 대상물을 제조하기 위한 방법 및 장치, 특히, 연속 제조 공정에서 일련의 3차원 대상물을 제조할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
3차원 프린팅은 일종의 부가 제조 기술인데, 이러한 기술에서는, 순차적인 재료 층(층의 일 부분이 함께 결합됨)이 빌드 영역 안으로 가해져, 순차적인 층의 결합된 부분에 의해 원하는 대상물이 형성된다. 재료는 증착될 때 액체, 입상 고체 또는 다른 유동성 매체일 수 있다.
통상적으로, 재료 층이 증착 유닛으로부터 가해질 때, 제 1 재료 층이 증착되는 지지 판이 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 병진 이동되어, 추가 재료 층이 그 빌드 영역에 추가될 수 있다. 그래서, 증착된 층은, 정상의 빌드 영역 및 바닥의 지지 판을 갖는 웰 안에 포함된다. 웰의 치수(일반적으로 지지 판의 치수 및 지지 판이 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 병진 이동할 수 있는 최대 거리에 대응함)는 제조에 이용 가능한 부피를 제한한다.
특히, 동일한 제조에서 더 많은 수의 대상물을 제조하는 것이 바람직하면, 제조될 수 있는 대상물의 수는 웰의 부피에 의해 제한된다. 웰 안에 동시에 수용될 수있는 더 많은 대상물을 제조하는 것이 바람직하면, 제 1 대상물 뱃치(batch)를 제 1 작업에서 제조해야 하고, 그 대상물 뱃치를 웰로부터 제거해야 하며, 지지 판을 빌드 영역 바로 아래의 원래의 위치로 복귀시켜야 하고, 또한 제 2 작업 또는 추가 작업에서 제 2 대상물 뱃치 또는 추가 뱃치를 제조해야 한다. 특히 각 대상물이 웰의 최대 치수와 비슷한 최대 치수를 갖는 경우, 제조된 각 대상물은 개별적인 제조 작업을 필요로 할 수 있고, 추가 대상물이 제조될 수 있기 전에 각 대상물은 웰로부터 제거되어야 한다. 이런 식으로 많은 수의 대상물을 제조하는 것은 노동 집약적이고 시간 소모적이다.
따라서, 많은 수의 대상물을 효율적으로 제조할 수 있는 부가 제조 방법이 필요하다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 일련의 대상물을 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 제조 매체의 층을 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 상기 매체의 층의 일부분을 적어도 층의 가장자리 영역에서 함께 결합하여 지지부를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 상기 층의 가장자리 영역으로 상기 지지부를 잡고 지지부를 하강시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 상기 지지부에 의해 지지되는 매체의 추가 층을 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 매체의 추가 층의 일부분을 선택적으로 결합하여 적어도 하나의 대상물 부분을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시에서, 상기 방법은 상기 지지부를 더 하강시키는 단계를 포함한다. 그 실시에서, 상기 방법은 상기 매체의 다른 추가 층을 상기 추가 층에 제공하는 단계를 포함한다. 그 실시에서, 상기 방법은 매체의 다른 추가 층의 일부을 함께 결합하여 추가 지지부를 형성하는 단계를 포함한다. 그 실시에서, 상기 방법은 상기 추가 층의 가장자리 영역으로 상기 추가 지지부를 잡는 단계를 포함한다. 그 실시에서, 상기 방법은 상기 지지부를 해제하는 단계를 더 포함한다.
일 실시에서, 매체의 추가 층은 지지부 위쪽의 위치로부터 제공되고, 그 지지부는 추가 지지부 아래쪽의 위치로부터 해제된다.
일 실시에서, 상기 층 및 추가 층을 포함하는 매체의 층들은 연속적인 기둥을 구성한다.
일 실시에서, 상기 방법은, 상기 추가 층의 일부분을 선택적으로 결합하여 상기 지지부에 연결되는 추가적인 지지부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 그래서 상기 대상물 부분은 층 내에서 상기 추가적인 지지부에 의해 둘러싸인다.
일 실시에서, 상기 지지부 및 추가적인 지지부는 박스를 형성한다.
일 실시에서, 박스는 구멍뚫린 부분을 포함한다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는 빌드(build) 영역을 포함한다. 상기 장치는 층의 일부분이 선택적으로 함께 결합되는 빌드 영역 안으로 제조 매체의 층을 증착하는 분배 유닛을 포함한다. 상기 장치는, 빌드 영역 아래에 배치되어, 상기 층 아래에 있는 하부 층의 가장자리로 상기 하부 층을 지지하고 또한 하부 층을 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 병진 이동시키는 지지 유닛을 포함한다. 상기 장치는, 주변 구조체로 둘러싸인 대상물을 형성하기 위해 빌드 영역 내의 연속적인 층의 일부분을 선택적으로 결합하고 또한 적어도 형성 후에 지지 구조체를 상기 지지 유닛으로 지지하도록 되어 있다.
일 실시 형태에서, 상기 지지 유닛은 서로 반대 방향으로 상기 하부 층에 그립핑력을 가하는 한쌍의 상호 대향 그립퍼를 포함한다.
일 실시 형태에서, 각 그립퍼는 하부 층의 가장자리에서 하부 층을 잡기 위해 주변 벽에 평행하게 배치되어 있는 클램핑 표면을 가지며, 상기 그립퍼는 그립퍼 쌍의 다른 그립퍼와 함께 빌드 영역으로부터 멀어지게 움직여 하부 층을 아래쪽으로 병진 이동시킨다.
일 실시 형태에서, 상기 장치는 그립퍼 쌍의 서로 대향하는 방향에 대해 각도를 이루어 서로 대향하는 방향으로 하부 층에 그립평력을 가하는 추가 쌍의 상호 대향 그립퍼를 포함한다.
일 실시 형태에서, 각 그립퍼는 무단 벨트를 포함하고, 무단 벨트는, 하부 층을 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 점진적으로 병진 이동시키면서 하부 층을 지지하기 위해 주변 벽에 평행하게 배치되는 그립핑 표면을 갖는다.
일 실시 형태에서, 상기 장치는 상기 지지 유닛이 하부 층을 해제한 후에 지지 구조체를 수용하는 수용부를 더 포함한다.
일 실시 형태에서, 상기 장치는, 층의 다른 부분들을 다른 결합 강도로 결합하는 선택적 결합 유닛을 더 포함하고, 그래서 주변 구조체는 대상물과 비교하여 다른 결합 강도를 갖는 영역들로 형성된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 일련의 대상물을 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 일련의 대상물을 둘러싸는 일련의 지지 구조체를 형성하기 위해 제조 매체의 기둥의 순차적인 층의 일부분을 선택적으로 결합하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 상기 기둥의 정상부에 제조 매체의 추가 층을 추가하고 기둥의 바닥으로부터 지지 구조체를 제거하면서 제조 매체의 기둥을 아래쪽으로 병진 이동시키는 단계를 포함하고, 제조 매체의 기둥은 기둥의 바닥에 위치되는 하나의 지지 구조체에 의해 지지되며, 기둥 자체는 외측에서 지지 구조체의 측면으로 지지된다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 일련의 대상물을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 선택적으로 함께 결합되는 부분을 갖는 제조 매체의 연속적인 층들을 빌드 영역 안으로 증착하여, 적어도 상기 연속적인 층들의 가장자리 영역에 배치되는 제 1 지지 구조체에 의해 둘러싸이는 제 1 대상물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제 1 지지 구조체를 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 병진 이동시키면서, 제 1 지지 구조체를 형성하는 층의 가장자리에서 제 1 지지 구조체를 외측에서 지지하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 선택적으로 함께 결합되는 부분을 갖는 제조 매체의 연속적인 층들을 증착하여, 적어도 상기 연속적인 층들의 가장자리 영역에 배치되는 제 2 지지 구조체에 의해 둘러싸이는 제 2 대상물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제 1 지지 구조체가 외측에서 지지되는 상태에서, 제 2 지지 구조체를 형성하는 층의 가장자리에서 제 2 지지 구조체를 외측에서 지지하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 일단 상기 제 2 지지 구조체가 외측에서 지지되면 상기 제 1 지지 구조체를 해제하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제 1 지지 구조체가 빌드 영역 아래의 제거 위치로부터 해제된 후에, 상기 대상물을 포함하는 제 1 지지 구조체를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는, 선택적으로 함께 결합되는 부분을 갖는 제조 매체의 연속적인 층들을 빌드 영역 안으로 증착하여, 적어도 연속적인 층의 가장자리 영역에 배치되는 지지 구조체에 의해 둘러싸이는 대상물을 형성하는 재료 증착 유닛을 포함한다. 상기 장치는, 상기 빌드 영역 아래에 위치되는 제거 영역 쪽으로 상기 제 1 지지 구조체를 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 병진 이동시키면서, 지지 구조체를 형성하는 층의 가장자리에서 지지 구조체를 지지하는 지지 유닛을 포함한다. 상기 장치에서, 지지 유닛은 수직 방향으로 배치되어 있는 각각의 대상물을 포함하는 적어도 2개의 순차적인 지지 구조체를 동시에 지지하며, 그래서, 하부 지지 구조체가 해제되면, 상부 지지 구조체가 지지된 채로 유지되고 아래쪽으로 병진 이동되어 하부 지지 구조체를 대체할 수 있다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 제조 매체의 다른 부분들은 다른 결합 강도로 결합되어, 주변 구조체가 대상물과 비교하여 다른 결합 강도를 갖는 부분들로 형성된다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 주변 구조체의 결합은 대상물의 결합 보다 약하고, 주변 구조체의 결합은 이후 대상물이 형성된 후에 해제된다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 주변 구조체의 결합은 가용성 결합제로 이루어지고, 이후 결합 해제를 위한 적절한 용제를 가하여 주변 구조체의 결합이 해제된다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 적절한 용제는, 주변 구조체에 상기 적절한 용제를 분사하여 또는 주변 구조체를 적절한 용제에 침지하여 가해진다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 주변 구조체의 결합을 해제하여 대상물을 주변 구조체로부터 해제한다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 지지 구조체를 만드는데 사용되는 제조 매체는 이후 지지 구조체의 결합이 해제된 후에 재생된다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 가용성 결합제는 가용성 폴리머이다.
본 발명의 실시 형태 또는 실시에서, 상기 제조 매체는 금속 분말이다.
본 개시의 더 나은 이해를 위해 또한 본 개시가 어떻게 실시될 수 있는지를 보여주기 위해, 첨부 도면을 단지 예시적으로 참조할 것이다.
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 제조 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 실시 형태의 대안적인 도를 나타낸다.
도 3a 내지 3i는 제조 방법의 일 실시 형태인 도 1의 장치의 일련의 작용을 나타낸다.
도 4a 내지 4c는 대상물이 장치에서 제거되어 있는, 도 1의 장치의 일련의 작용을 나타낸다.
도 5는 벨트를 사용하는 대안적인 공급 기구를 나타낸다.
도 6a 및 6b는 스크류를 사용하는 대안적인 공급 기구를 나타낸다.
도 7a 내지 7d는 치형 구동 롤러를 사용하는 대안적인 공급 기구를 나타낸다.
도 8a 내지 8c는 탄성적인 또는 텍스쳐드 구동 롤러를 사용하는 대안적인 공급 기구를 나타낸다.
도 9a 내지 9f는 공급 기구에 있는 재료의 기둥이 경사져 있는 대안적인 공급 기구를 나타낸다.
도 10a 내지 10c는 복수의 빌드 영역 및 공급 기구가 단일의 제조 시스템과 관련되어 제공되어 있는 대안적인 실시 형태를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11e는 지지 구조체의 다양한 구성을 나타낸다.
도 12는 도 11e의 지지 구조체가 도 8c의, 공급 기구와 관련하여 어떻게 제공될 수 있는지를 보여준다.
본 개시는, 대상물이 일련의 연속적인 증착된 층으로 구성되고 각 층의 일 부분이 층 내에서 함께 결합되고 또한 아래 층의 일 부분과도 결합되는 부가 제조 기술에 관한 것이다. 이러한 공정들은, 예컨대 방향성 UV 광을 이용하여 유체 폴리머의 층을 고화시키거나, 예컨대 레이저로 금속 분말과 같은 입상 재료 층을 선택적으로 소결하거나, 결합제의 액적을 가하여, 예컨대 접착제의 액적을 가하여 세라믹 분말을 결합시켜 입상 재료의 연속적인 층을 선택적으로 결합시키거나, 또는 핫 멜트 또는 광경화성 폴리머를 사용하여 한편으로 강한 구성 재료를 또한 다른 한편으로는 약한 지지 재료를 선택적으로 증착하여 이루어질 수 있다.
아래에 주어진 개시된 예시적인 실시 형태를 분말층 및 잉크 젯 헤드 3D 프린팅과 관련하여 설명할 것인데, 이러한 프린팅에서, 결합제는 스캐닝 잉크 젯 헤드로부터 분말층 상으로 선택적으로 분사된다. 본 개시는, 분배 유닛에 의해 층 형태로 증착되고 이어서 선택적 결합 유닛에 의해 함께 선택적으로 결합되는 입상 제조 재료를 포함하는 구성에 유리하게 적용된다. 그러나, 알 수 있는 바와 같이, 개시된 기술은 예컨대 프린트 헤드와 증착되는 매체의 적절한 선택을 통해 다른 부가 제조 방법에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 제 1 실시 형태를 나타낸다. 도 1의 실시 형태에서, 테이블(4)이 제공되어 있고, 이 테이블은 웰(well)(4a)이 형성되어 있는 상부 표면을 갖는다. 이 상부 표면은 평평할 수 있다. 도 1에는 분말 분배기(1)가 또한 나타나 있는데, 이 분말 분배기는 테이블(4)의 상부 표면을 가로질러 제 1 방향(X)으로 이동하도록 배치된다. 분말 분배기(1)는 적어도 하나의 분배 오리피스를 가지고 있으며, 분말 분배기(1)가 웰(4a)을 횡단할 때 그 분배 오리피스로부터 분말이 층으로서 웰(4a) 안으로 고르게 분배될 수 있다. 분배 오리피스는 제 1 방향에 수직인 제 2 방향(Y)으로 웰(4a)의 폭을 가로질러 웰(4a) 안으로 고른 분말 층을 분배하도록 제 2 방향으로 충분히 넓게 되어 있을 수 있다. 대안적으로, 분배 오리피스는 더 작은 폭을 가질 수 있고, 웰 안으로 분말 층을 고르게 분배하도록 제 2 방향으로 분말 분배기(1)의 길이를 스캔할 수 있다.
도 1에는 선택적 결합 유닛으로서 작용하는 프린트 헤드(2)가 또한 나타나 있는데, 본 실시 형태에서 그 프린트 헤드는 제 1 방향으로 분말 분배기(1)의 전방 가장자리에 배치되며, 제 2 방향으로 분말 분배기(1)의 가장자리를 가로질러 병진 이동하는 잉크-젯 유닛을 포함한다. 대안적으로, 프린트 헤드(2)는 웰(4a)의 폭을 연장하는 단일의 잉크 젯 헤드를 포함할 수 있고, 이 잉크 젯 헤드는 제 2 방향으로 고정된다. 도 1의 실시 형태에서 프린트 헤드는 분말 분배기(1)의 전방 가장자리에 고정되어 있지만, 프린트 헤드는 대안적으로 웰(4a)을 가로질러 제 1 방향으로 분말 분배기(1)에 독립적으로 병진 이동할 수 있도록 제공될 수 있다.
웰(4a)은 테이블(4)의 상부 표면(이 상부 표면 위쪽에서 분말 분배기와 프린트 헤드가 움직이도록 배치됨)에서 열려 있을 뿐만 아니라, 테이블(4)의 하부 표면에서도 열려 있도록 연장되어 있고, 그리하여 테이블(4)의 상부 표면과 하부 표면을 연결한다.
웰(4a) 아래쪽에는 지지 유닛으로 작용하는 공급 기구(5)가 배치되어 있는데, 이 공급 기부는 두 쌍의 그립퍼(5a, 5b; 5c, 5d)를 포함한다. 각 쌍의 그립퍼는, 형상 및 치수에 있어 웰(4a)에 대응하지만 그 웰(4a) 아래쪽에 위치되어 있는 공간을 가로질러 서로 대향한다. 각 쌍의 그립퍼는 서로 대향하는 방향으로 내향 압력을 가하도록 배치되어 있는 그립핑 표면을 가지고 있다. 따라서 그립퍼는, 웰(4a)과 비슷한 형상을 가지고 있고 그 웰(4a) 바로 아래에 위치되는 대상물의 가장자리에 그립핑력을 가할 수 있다.
도 1의 실시 형태에서, 그립퍼 쌍은 웰(4a)의 대향하는 코너에 대응하는 위치에 있고, 형상에 있어서 웰(4a)의 대응 코너에 대응하는 그립핑 표면을 가지고 있다. 도 1의 실시 형태에서, 제 1 쌍의 그립퍼(5a, 5b) 및 제 2 쌍의 그립퍼(5c, 5d)는 서로 동일한 대향 쌍의 코너에 대응하도록 배치된다. 그러나, 대안적인 구성에서, 제 1 쌍의 그립퍼는 제 1 쌍의 코너와 관련될 수 있고 제 2 쌍의 그립퍼는 제 2 쌍의 대향 코너와 관련되며, 그래서 제 1 쌍의 그립퍼와 제 2 쌍의 그립퍼가 웰을 가로질러 서로 대향하는 방향들은 각도를 이루는데, 보다 구체적으로는 직각을 이룬다. 제 1 쌍의 그립퍼와 제 2 쌍의 그립퍼 각각은 독립적으로 내측으로 구동되고 또한 웰 아래의 공간으로부터 외측으로 후퇴되어 그립핑력을 각각 가하고 해제할 수 있고, 제 1 및 2 쌍의 그립퍼 각각은 내측으로 구동된 또는 외측으로 후퇴된 상태에서 독립적으로 웰(4a)에 대해 위아래로 병진 이동할 수 있다.
공급 기구(5) 아래에는 수용 유닛으로 작용하는 제거 기구가 위치하는데, 이 제거 기구는, 각각의 그립핑 표면을 갖는 추가 쌍의 제거 그립퍼(6a, 6b)를 가지며, 이들 제거 그립퍼는 웰(4a)의 대향 코너에 대응하고, 내측으로 삽입되고 외측으로 후퇴되어, 그립퍼 아래에 위치되는 대상물에 그립핑력을 가하고 해제할 수 있다.
마지막으로, 제거 기구(6) 아래에는 컨베이어(7)가 있는데, 이 컨베이어는 그 위에 놓여 있는 물품을 운송하기 위한 운송 유닛으로서 작용한다.
도 1은 제조 시작 전 상태의 장치를 나타낸다. 웰(4a) 안에는 시작 판(3)이 위치해 있는데, 이 판은 분말 분배기(1)로부터 분배될 제 1 분말 층을 위한 초기 지지 구조체로서 작용한다. 제조 시작시에, 테이블(4)이 투명하게 되어 있는 도 2에서 보다 명확히 알 수 있는 바와 같이, 시작 판은 그의 표면이 테이블(4)의 상표 표면과 동일 면을 이루도록 공급 기구의 적어도 제 1 쌍의 그립퍼(5a, 5b)에 의해 잡혀 있다. 사실, 도 1 및 2에서, 제 1 및 2 쌍의 그립퍼 모두가 시작 판을 잡아 지지하고 있다.
도 3a에 나타나 있는 위치로부터, 시작 판(3)의 가장자리에 그립핑력을 가하는 공급 기구(5)는 잡힌 시작 판(3)을 웰(4a)에 대해 아래쪽으로 병진 이동시키도록 제 1 쌍의 그립퍼(5a, 5b) 및 제 2 쌍의 그립퍼(5c, 5d) 각각을 함께 아래쪽으로 병진 이동시킬 수 있다. 이리하여, 웰(4a) 안에 공간이 형성되어, 제 1 층의 분말이 분말 분배기로부터 웰(4a)의 적어도 시작 판(3) 위쪽 부분 안으로 분배될 수 있다. 이 상태가 도 3b에 나타나 있다. 공급 기구(5)는, 제조 공정의 한 단면 층이 형성되기에 충분한 깊이만 제공하도록 판을 매우 작은 거리로 아래쪽으로 병진 이동시키면 된다.
도 3b의 상태로부터, 도 3c에 나타나 있는 바와 같이, 분말 분배기가 제 1 방향으로 웰(4a)을 가로질러 병진 이동하여 웰(4a) 내부의 시작 판(3) 위에 균일한 분말 층을 분배하게 된다. 분말 층이 테이블(4)의 상부 표면까지 채워지면, 스크레이퍼 또는 롤러와 같은 평탄화 유닛(미도시)이 테이블(4)의 상부 표면을 가로질러 병진 이동하여 시작 판(3) 위에 있는 얇은 분말 층의 상부 표면을 평탄화하고 고르게 만든다. 평탄화 유닛은 분배기(1)의 일체적인 부분이거나 개별적으로 제공될 수 있다.
분말이 분배된 후에, 장치의 상태는 도 3d에 나타나 있는 바와 같다.
도 3d에 나타나 있는 위치로부터, 분말 분배기는 후퇴하여 도 3e에 나타나 있는 상태에 있게 된다. 이 상태로부터, 프린트 헤드(2)가 웰(4a)을 가로질러 병진 이동하여 분말 층 상의 선택적 위치에 결합제를 분사하여 그 분말의 일 부분을 선택적으로 함께 결합시킨다. 일 대안적인 구성에서, 프린트 헤드(2)는 제 1 방향으로 분말 분배기(1)의 뒤에서 고정되어 위치될 수 있고, 분말 분배 및 결합제 분사는 결합된 분말 분배기와 프린트 헤드의 제 1 방향으로의 단일 패스에서 수행될 수 있다.
결합제가 굳어질 수 있는 정방향 또는 역방향 패스 중의 어느 하나 또는 둘 모두 중에 또는 그 후에, 경화 유닛(예컨대, 자외선 경화성 결합제의 경우에 자외선 광원)이 빌드 영역 위를 지나가면서 그 결합제를 경화시킬 수 있다. 시간이 지남에 따라 결합제가 굳는 경우, 별도의 경화 유닛이 필요 없을 수 있다. 경화 유닛은 빌드 영역 위에서 제 1 방향으로 독립적으로 이동할 수 있고, 또는 분배기(1) 또는 프린트 헤드(2)의 가장자리에 고정될 수 있다.
본 실시 형태에서, 아래에서 더 설명하는 바와 같이 지지 구조체를 형성하기 위해 프린트 헤드는 적어도 웰(4a)의 가장자리 영역에서 분말을 선택적으로 함께 결합시키도록 제어된다.
도 3e의 위치로부터, 분말 분배기(1) 및 프린트 헤드(2)는 도 3a에 나타나 있는 위치로 복귀한다. 그런 다음 공급 기구(5)가 아래쪽으로 추가 증가된 거리로 병진 이동시켜, 도 3b 내지 3d에 차례로 나타나 있는 바와 같이, 이제 시작 판(3) 위에 존재하는 분배된 그리고 적어도 부분적으로 결합된 층 위에 추가 분말 층이 웰 안으로 분배될 수 있다.
명백히, 적어도 이전 층의 가장자리 영역은 결합제의 작용으로 함께 결합되었기 때문에, 이때 시작 판(3)이 테이블(4)의 하부 표면 아래로 하강될 수 있고 또한 그래서 웰(4a)을 완전히 여기시킬 수 있지만, 핀(3)의 정상 표면 위쪽에 있는 분말 층의 고화된 가장자리 부분이 분말 층을 구속하고 그 위에 증착된 하나 이상의 연속적인 분말 층을 지지한다. 그러므로, 시작 판(4)에 형성되어 있는 웰(4a)이 지지 구조체의 전체 깊이에 걸쳐 연장될 필요 없이, 본질적으로 결합되지 않은 분말을 담고 있는 시작 판(3)의 위에 박스형 지지 구조체가 제조될 때까지 도 3a 내지 3e에 나타나 있는 프린팅 판의 움직임 및 시작 판(3)의 하강이 연속적으로 반복될 수 있다.
이 상태에서, 도 3f에서 나타나 있는 바와 같이, 제 1 쌍의 그립퍼(5a, 5b)가 시작 판(3)과 결합한 상태로 유지되고 있을 때, 도 3f에 나타나 있는 바와 같이 제 2 쌍의 그립퍼(5c, 5d)가 해제될 수 있다. 그런 다음 제 2 쌍의 그립퍼는 도 3h에서 보는 바와 같이 위쪽으로 빌드 영역(4a) 쪽으로 병진 이동할 수 있고, 그런 다음 웰(4a)을 통과하는 연속적인 분말 층의 고화된 가장자리 영역에 의해 적어도 부분적으로 형성된 지지 구조체를 잡도록 내측으로 가해질 수 있다. 이 상태가 도 3i에 나타나 있다. 알 수 있는 바와 같이, 이 과정은 박스형 지지 구조체의 임의의 높이에 대해 계속될 수 있고, 지지 구조체 전체가 빌드 영역으로부터 하강할 때, 제 1 및 2 쌍의 그립퍼가 지지 구조체의 벽 상의 연속적으로 더 높은 위치에서 그 지지 구조체를 교대로 잡게 된다.
이 공정의 이점은, 지지 구조체를 제조하는 중에 프린트 헤드를 제어하여, 지지 구조체를 형성하는 부분 외의 연속적인 층의 다른 부분을 선택적으로 고화시켜 원하는 대상물을 또한 제조할 수 있다는 것이다. 제조되는 대상물의 최대 치수는, 결합 강도 및 웰 아래의 가용 깊이에 의해서만 제한되는 지지 구조체의 내부 공간(전술한 바와 같이 본질적으로 임의의 높이를 가질 수 있음)에 의해서만 제한된다.
이 공정을 사용하여, 연속 제조 공정에서 또한 일련의 대상물(동일하거나 다를 수 있음)을 순차적으로 또한 제조할 수 있는데, 연속 제조 공정에서 연속적인 재료 층이 빌드 영역에 부가되고, 연속적인 지지 구조체(각각은 하나 이상의 원하는 대상물을 포함할 수 있음)는 완성된 후에 공급 기구(5) 아래에서 제거된다. 이는 다시 도 3a을 보면 알 수 있다. 그러나, 도 3a에서 설명한 이전의 상황(시작 판(3)이 웰 안에 위치되어 있음) 대신에, 이제 웰은, 웰의 벽에 의해 포함되어 있고 대상물(이의 정상은 이제 시작 판(3)의 기능을 이행하게 됨)을 포함할 수 있는 이전에 제조된 박스형 지지 구조체의 위에 지지되는 실질적으로 결합되지 않은 하나 이상의 분말 층을 포함하는 것으로 생각되어야 한다. 지지 구조체의 정상부는 폐쇄되거나 개방될 수 있다. 지지 구조체가 공급 기구(5)에 의해 연속적으로 하강됨에 따라, 새로운 지지 구조체(대상물을 또한 포함할 수 있음)가 전술한 바와 같이 웰(4a) 안에 증착된 연속적인 층으로 제조된다. 마무리된 하부 지지 구조체는, 마무리되지 않은 그리고 충분한 높이의 상부 지지 구조체가 형성될 때까지 공급 기구(5)의 적어도 한 쌍의 그립퍼(5a, 5b)에 의해 유지되며, 이때 다른 쌍의 그립퍼(5c, 5d)가 가해져 적어도 상부 지지 구조체를 기지할 수 있다. 마무리된 하부 지지 구조체 및 마무리되지 않은 상부 지지 구조체를 포함하는 전체 분말 기둥은, 마무리되지 않은 상부 지지 구조체가 제조될 때, 상부 및 하부 지지 구조체가 포함할 수 있는 각각의 대상물과 함께 웰(4a)로부터 아래쪽으로 병진 이동하게 된다. 마무리되지 않은 상부 지지 구조체가 공급 기구(5)의 적어도 한 쌍의 그립퍼에 의해 지지되면, 마무리된 지지 구조체는 외측으로 제거되어, 마무리된 하부 지지 구조체가 공급 기구(5)로부터 해제될 수 있다.
마무리된 하부 지지 구조체와 마무리되지 않은 상부 지지 구조체 사이에는 적어도 하나의 비결합 분말 층 또는 적어도 부분적으로 결합되지 않은 층이 존재하기 때문에, 하부 지지 구조체, 상부 지지 구조체, 비결합 분말 그 안에 포함되어 있는 대상물으로 이루어진 연속적인 분말 기둥(결합된 그리고 결합되지 않은)이 비결합 분말 층에서 분리될 것이다. 따라서, 마무리된 하부 지지 구조체는 공급 기구로부터 떨어질 수 있다. 도 1의 실시 형태에서, 제거 기구(6)는 제 2 쌍의 그립퍼를 포함하는데, 이 그립퍼는 하부 지지 구조체를 칼럼의 나머지로부터 제어식으로 분리하기 위해 분말 기둥의 마무리된 최하측 지지 구조체에 가해진다. 마무리된 하부 지지 구조체 위에 있는 마무리되지 않은 상부 지지 구조체는 이미 제 1 쌍의 그립퍼(5a, 5b)에 의해 유지되므로, 마무리된 하부 지지 구조체가 제거되더라도, 추가의 분말 층이 웰(4a) 안으로 증착될 수 있고 제조 공정이 계속될 수 있다.
도 1의 실시 형태에서, 칼럼 내의 최하측 지기 구조를 잡아 이를 분말 기둥으로부터 분리한 제거 기구(6)가 배치되어 있고 제어되어 지지 구조체를 컨베이어(7) 상에 배치하고, 그래서 지지 구조체 및 이 지지 구조체가 포함할 수 있는 대상물이 장치로부터 병진 이동되어 예컨대 소성(firing) 단계, 소결 단계, 베이킹 단계, 경화 단계, 검사 단계, 페인팅 단계, 다른 추가 제조 단계 또는 포장 단계에 보내질 수 있다.
이러한 작업은 일련의 도 4a 내지 4c에 나타나 있다. 도 4a에서, 제어 기구(6)의 그립퍼(6a, 6b)가 지지 구조체의 벽에 가해진다. 그런 다음 그립퍼(6a, 6b)는 지지 구조체를 아래로 나머지 재료 기둥으로부터 전달하여 그 지지 구조체를 분리시키고 또한 기지 구조물이 포함하고 있는 대상물을 기둥으로부터 분리시킨다. 도 4b에서, 지지 구조체는 제거 기구에 의해 컨베이어(7) 상에 놓여 있고, 그립퍼(6a, 6b)의 후퇴에 의해 해제된다. 도 4c에서, 제거 기구는 도 4a에 나타나 있는 위치에 대응하는 위치에 배치되어 다음 지지 구조체를 받게 된다. 컨베이어(7) 상에 놓여 있는 지지 구조체는 화살표 방향으로 운반되어 다음 단계로 가게 된다.
분말과 결합제의 적절한 공급이 가능하다면, 전술한 공정은 무한정으로 수행될 수 있다. 시작 판(3)은 가장 먼저 증착되는 비결합 분말을 위한 안정적인 베이스를 제공하기 위해 제조 공정의 시작시에만 필요하다. 시작 판(3)이 공급 기구로부터 해제된 후에, 일련의 지지 구조체(각각 제조된 대상물을 포함하고 있음)의 연속적인 제조가 계속될 수 있고, 분말 기둥은 항상 적어도 공급 기구(5)에서 최하측에서 지지되는 제조된 지지 구조체에 의해 지지된다. 그러므로, 완전히 연속적인 제조 공정이 가능하며, 분말과 결합제가 웰(4a)에 추가되어 지지 구조체 및 이 지지 구조체에 포함되어 있는 원하는 대상물을 형성하며, 완성된 지지 구조체는 이 안에 포함되어 있는 대상물과 함께 제거 기구(6)에 의해 공급 기구(5)의 바닥에서 제거되어 컨베이어(7)에 의해 운반된다.
지지 구조체가 분말 기둥을 지지할 수 있고 또한 그 분말이 지지 구조체의 측면에서 흐르거나 베이스를 통과하는 것을 억제할 수 있다면, 지지 구조체의 구성은 특히 중요하지 않다. 많은 분말은 패팅되면 구멍뚫린 표면을 통해 흐르지 못한다. 그러므로, 지지 구조체의 벽과 베이스는 중실일 필요는 없고 구멍일 수 있거나 또는 메쉬로 형성될 수 있다. 이는 지지 구조체 안에 들어 있는 제조된 대상물이 쉽게 해제될 수 있게 하는데 특히 유용하다. 일단 지지 구조체가 공급 기구로부터 해제되어 예컨대 제거 기구(6)의 그립퍼(6a, 6b)에 의해 지지되면, 박스를 부드럽게 흔들어 분말을 교란시키고 그 분말이 박스의 구멍뚫린 부분을 통해 흐를 수 있게 한다. 폐분말 및 선택적으로 지지 구조체 자체는 선택적으로 정화되어 다시 분말 분배기에 보기 위해 사일로(silo)에서 회수될 수 있다.
위의 실시 형태는, 삽입되고 후퇴되어 지지 구조체의 측면 부분을 각각 잡고 해제하는 두 쌍의 그립퍼를 갖는 공급 기구를 갖는 것으로 설명했지만, 대안적인 구성도 가능하다. 이러한 일 구성이 도 5에 나타나 있는데, 여기서 도 1의 제 1 및 2 쌍의 그립퍼는 제 1 및 2 벨트(5a, 5b)로 대체되었다. 벨트(5a, 5b)는 무단이고 탄성적이며 외향 그립핑 표면을 가지며, 이들 그립핑 표면은, 지지 구조체가 웰(4a) 안에서 그의 제조부터 벨트(5a, 5b)의 하단부에서의 해제까지 하강할 때 지지 구조체의 측면을 잡도록 웰(4a)의 아래의 공간을 가로질러 이격 배치되어 있다. 도 5의 실시 형태에서, 제거 기구(6)는 생략될 수 있다. 이 경우, 최하측 지지 구조체는 간단히 해제되어 컨베이어(7) 상으로 떨어지고, 이 컨베이어는 지지 구조체, 그 안에 들어 있는 비결합 분말, 및 지지 구조체 내의 제조된 대상물을 화살표 방향으로 병진 이동시킨다.
다른 형태의 그립퍼도 가능하다. 예컨대, 지지 구조체의 교대적인 코너 쌍에 작용하는 그립퍼 쌍이 제공될 수 있다.
어떤 구성에서, 지지 구조체의 가장자리와 결합하는 요소, 예컨대 벨트의 표면은 기둥의 일 측에만 제공될 수 있다. 기둥의 반대편 면은 평탄한 슬라이딩 표면하고만 대향한다.
지지 구조체는 지지 구조체가 더 쉽게 잡힐 수 있도록 외측면에 형성되는 그립핑 패턴을 갖도록 제조될 수 있고, 이 그립핑 표면은 지지 구조체의 것에 대응하는 그립핑 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.
다른 변형예에서, 필요한 지지 및 병진 이동을 지지 구조체에 제공하도록 웜 구동기의 형태로 지지 구조체의 가장자리와 결합하도록 배치되는 하나 이상의 회전 스크류를 제공할 수 있다. 이러한 스크류는 빌드 영역 안으로 돌출하여, 지지 구조체의 대응적으로 형성된 부분을 잡을 수 있다. 어떤 구성에서, 지지 구조체의 상기 대응적으로 형성된 부분은 적어도 부분적으로 스크류의 적절한 부분, 예컨대 상측 부분 주위에 형성될 수 있다. 기둥의 양측에 배치되는 2개의 스크류(5a, 5b)를 갖는 이러한 구성이 도 6a에 나타나 있다. 스크류(5a, 5b, 5c, 5d)가 더 크게 되어 있고 기둥의 4개의 측면에 제공되고 또한 빌드 영역 안으로 더 연장되어 있는 일 대안적인 구성이 도 6b에 나타나 있다. 어떤 구성에서, 예컨대 특히 회전 테이블과 관련하여, 지지 구조체가 스크류 주위에 배치되도록, 스크류가 빌드 영역의 중심 위치 안으로 또는 그 중심 위치를 통과해 연장되어 있을 수 있다. 중심 위치는 회전 테이블의 재료 분배기의 회전 축선과 일치할 수 있다.
추가 변형예에서, 설명한 각각의 그립퍼 대신에, 필요한 지지와 병진 이동을 지지 구조체에 제공하도록 랙-피니언 구동기의 형태로 지지 구조체의 하나의 또는 2개 이상의 가장자리와 맞물리는 하나 이상의 구동 기어 또는 치형 롤러를 제공할 수 있다. 형성될 지지 구조체를 구성하는 층의 가장자리 영역은 각 기어와 대향하록 형성된 가장자리 또는 벽에서 대응하는 치형 부분 또는 리지형 부분을 갖는 것이 바람직하다. 서로 대항하는 한쌍의 롤러(5a, 5b)를 갖는 이러한 구성이 도 7a에 나타나 있다. 서로 대항하는 두 쌍의 롤러(5a, 5b, 5c, 5d)가 서로 직각으로 배치되고 한 상의 롤러(5a, 5b)는 다른 쌍의 롤러(5c, 5d) 아래에 배치되는 대안적인 구성이 도 7b에 나타나 있다. 도 7c는 치형 롤러(5a)가 기둥의 일 측면에만 배치되고, 그 기둥의 다른 측면은 평탄한 표면(5b)과 대향한다. 도 7d는 여러 쌍의 치형 롤러(5a, 5b, 5c, 5d)가 회전 테이블(4) 아래에 배치되어 있는 구성을 추가 대안예로서 나타내고 있다. 기둥을 따라 직렬로 있는 이러한 복수 세트의 기어 또는 치형 롤러가 공급 영역을 구성하여, 하측 지지 구조체가 해제되어 있을 때 상측 지지 구조체는 지지되는 상태로 유지될 수 있다. 직렬로 배치되는 이러한 기어 또는 롤러 중의 둘 이상의 기어 또는 롤러 또는 세트가 그러한 공급 기구에 제공될 수 있다.
또 다른 변형예에서, 필요한 지지 및 병진 이동을 지기 구조체 제공하도록 지지 구조체의 가장자리에 압력을 가하는 일련의 탄성 롤러, 또는 대안적으로 텍스쳐드(textured) 롤러를 제공할 수 있다. 서로 대향하는 한쌍의 롤러를 갖는 이러한 구성이 도 8a에 나타나 있다. 또한 이러환 방안에 대해, 직각으로 배치되며 서로 대향하는 두 쌍의 롤러(한 쌍은 다른 쌍의 아래에 배치됨)를 갖는 대안적인 구성이 도 8b에 나타나 있다. 도 8c는 탄성 롤러(5a)가 기둥의 일 측면에만 배치되고 기둥의 다른 측면은 평탄한 표면(5b)과 대향하는 구성을 나타낸다. 여기서도, 기둥을 따라 직렬로 있는 복수의 그러한 세트의 롤러가 공급 영역을 구성하여, 하측 지지 구조체가 해제될 때 상측 지지 구조체는 지지된 상태로 유지될 수 있다. 직렬로 배치되는 둘 이상의 롤러, 또는 이러한 롤러의 세트가 그러한 공급 기구에 제공될 수 있다.
개시된 구성에서, 공급 기구는 층을 수직 방향, 즉 아래쪽 방향으로만 병진 이동시킬 필요는 없다. 예컨대 도 5의 벨트로 알 수 있는 바와 같이, 공급 기구는 분말 기둥을 형성하는 층들을 수직에 대해 각도를 이루어 병진 이동시키도록 경사질 수 있고, 그래서 층의 운동에 횡방향 성분도 주어지게 된다. 특히, 이러한 구성에서, 지지 구조체의 가장자리와 결합하는 요소, 예컨대 벨트의 표면은 그러한 경자진 기둥의 일 측면, 바람직하게는 저부측에만 제공될 수 있다. 경사진 기둥의 반대측 면은 비결합 분말만 포함하기 위한 평탄한 슬라이딩 표면과 대향할 수 있다. 이러한 구성의 예가 도 9a 내지 9f에 나타나 있다.
도 9a에서, 치형 그립핑 표면을 갖는 그립퍼(5a, 5b)는 경사진 기둥의 일 측에만 배치된다. 경사진 기둥의 반대측 면은 평탄한 슬라이딩 표면과 대향한다. 도 9b에서, 스크류(5a, 5b)는 경사진 측이 아닌 경사진 기둥의 두 측에 배치되어 있다. 적어도 경사진 저부측, 및 선택적으로 기둥의 경사진 저부측의 반대쪽에 있는 면은 평탄한 슬라이딩 표면과 대향한다. 도 9c에서, 치형 기어(5a, 5b)는 경사진 기둥의 두 측에 배치되어 있다. 적어도 경사진 저부측, 및 선택적으로 기둥의 경사진 저부측의 반대쪽에 있는 면은 평탄한 슬라이딩 표면과 대향한다. 도 9d에서, 치형 롤러(5a, 5b)는 경사진 기둥의 2개의 경사진 측에 배치된다. 도 9e에서, 치형 롤러(5a, 5b)는 경사진 기둥의 저부측과 대향하도록 배치된다. 선택적으로, 기둥의 경사진 저부측의 반대쪽에 있는 면은 평탄한 슬라이딩 표면과 대향할 수 있다. 도 9f에서, 평탄한 슬라이딩 표면(5c)은 경사진 기둥의 저부측과 대향하도록 배치된다. 치형 롤러(5a, 5b)는 기둥의 경사진 저부측의 반대쪽에 있는 면과 대향하도록 배치된다. 다양한 지지 및 그립핑 요소의 수와 배치는 제한 없이 변경될 수 있다.
어떤 구성에서, 복수의 테이블이 제공될 수 있는데, 공통적인 프린트 헤드, 재료 분배기, 평탄화 유닛 등이 필요에 따라 상기 테이블 위쪽에서 움직이도록 배치될 수 있다. 어떤 변형예는 공통의 면에 배치되는 수개의 빌드 영역을 제공할 수 있다. 예컨대, 빌드 영역을 형성하는 복수의 웰이 공통 테이블의 정상 표면에 형성될 수 있다. 각 빌드 영역은 그 자신의 공급 기구와 관련될 수 있고 또한 자신의 컨베이어와 선택적으로 관련될 수 있다. 이러한 구성은, 연속 공정에서 지지 구조체 안에 개별적으로 포함되는 복수의 대상물을 동시에 제조할 수 있다. 각각의 웰과 관련된 공급 기구는 단순성을 위해 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러한 변형예의 예가 도 10a 내지 10c에 나타나 있다.
도 10a는 공통의 고정된 테이블(4)에서 6개의 빌드 영역을 갖는 회전 테이블에 대한 용례를 나타내는데, 각 빌드 영역은 랙-피니언 공급 기구(5)를 포함하고, 이 공급 기구는 테이블의 중심(이 중심 주위로 공통의 프린트 헤드, 재료 분배기,평탄화 유닛 등이 회전하게 됨)에 대해 반경 방향 외측으로 아래쪽으로 연장되어 있다. 각 공급 기구는 관련된 컨베이어(7)에서 끝나 있고, 나타나 있는 구성에서 그 컨베이어는 해제된 지지 구조체를 테이블로부터 반경 방향으로 병진 이동시킨다.
도 10b는 3개의 빌드 영역을 갖는 선형 테이블(4)에 대한 용례를 나타내는데, 각 빌드 영역은 랙-피니언 공급 기구(5)를 포함하고, 이 공급 기구는 공통의 프린트 헤드, 재료 분배기, 평탄화 유닛 등이 병진 이동할 때 따르는 라인으로부터 동일한 방향으로 옆으로 멀어지게 아래쪽으로 연장되어 있다. 각 공급 기구는 공통의 컨베이어(7)에서 끝나 있고, 나타나 있는 구성에서 그 컨베이어는 해제된 지지 구조체를 재료 분배기의 병진 이동 방향에 평행하게 테이블로부터 멀어지게 병진 이동시킨다. 대안적으로, 각 공급 기구는 개별적인 관련된 컨베이어에서 끝날 수 있다.
도 10c는 3개의 빌드 영역을 갖는 선형 테이블(4)에 대한 용례를 나타내는데, 각 빌드 영역은 랙-피니언 공급 기구(5)를 포함하고, 이 공급 기구는 공통의 프린트 헤드, 재료 분배기, 평탄화 유닛 등이 병진 이동할 때 따르는 라인으로부터 옆으로 아래쪽으로 연장되어 있다. 공급 기구 중의 2개는 상기 라인으로부터 일 방향으로 연장되어 있고, 한 공급 기구는 반대 방향으로 연장되어 있다. 각 공급 기구는 관련된 컨베이어(7)에서 끝나 있고, 나타나 잇는 구성에서 그 컨베이어는 해제된 지지 구조체를 재료 분배기의 병진 이동 방향에 평행하게 테이블로부터 멀어지게 병진 이동시킨다. 공급 기구 중의 2개는 공통의 컨베이어를 공유하고, 다른 공급 기구는 다른 컨베이어와 관련되어 있고, 이 변형예에서 공통의 컨베이어와 동일한 방향으로 연장되어 있다.
지지 구조체 구성은 특별히 한정되지 않는다. 도 1 내지 5의 실시 형태는 예컨대 모든 측면에서 또한 바닥면에서도 완전히 폐쇄되어 있고 정상부는 개방되어 있는 입방형 박스를 사용할 수 있다. 그러나, 대안적인 구성도 가능하다. 예컨대 도 11a는 입방형 박스의 형태로 되어 있는 지지 구조체를 나타내는데, 여기서 정상면 및 서로 반대쪽에 있는 2개의 측벽은 메쉬로 형성되어 있다. 도 11b는 예컨대 일련의 입방형 박스 지기 구조체(Ⅰ∼ Ⅳ), 즉, 정상부가 개방된 지지 구조체(Ⅰ); 정상부 및 일 측벽이 개방되어 있는 지기 구조체(Ⅱ); 일 측벽이 개방되어 있고 분리 가능한 정상부를 갖는 지지 구조체(Ⅲ); 일 측벽이 개방되어 있고 한쌍의 상호 대향 측벽을 따라 부분적으로 연장되어 있는 분리 가능한 정상부를 갖는 지지 구조체(Ⅳ)를 나타낸다. 분리 가능한 부분을 갖는 지기 구조체에는, 그 분리 가능한 부분과 지지 구조체의 나머지 사이에서 결합되지 않은 또는 느슨하게 결합된 재료의 작은 영역이 형성될 수 있고, 그래서 지지 구조체는 결합되지 않은 또는 느슨하게 결합된 재료에서 파단되어 지지 구조체가 열릴 수 있고 그리하여 동봉된 대상물에 쉽게 접근할 수 있다. 결합되지 않은 또는 느슨하게 결합된 이러한 영역은, 비결합 영역에 공급되는 결합제의 양을 줄이거나 또는 다공성 영역(결합된 연결 부분이 상기 분리 가능한 부분으로부터 지기 구조체의 나머지까지 연장되어 있지만 그 자체는 비결합 재료에 의해 분리됨)에 의해 상기 분리 가능한 부분을 지지 구조체의 나머지에 연결하여 생성될 수 있다. 후자의 방안은, 종이에 구멍을 제공하여 그 구멍을 따라 용이하게 분리할 수 있게 해주는 를 가능하게 해주는 것과 유사하다.
또한, 도 11c는 입방형의 지지 구조체(Ⅰ)와 경사진 평행육면체 형태의 지지 구조체(Ⅱ) 사이의 비교를 나타낸다. 경사진 평행육면체형 구조체는 도 9a 내지 9e에 나타나 있는 것과 같은 경사진 공급 기구에 특히 유용하다.
추가 가능성으로서, 도 11d는 내부가 격실(Ⅱ)로 분할되어 있는 지기 구조체(Ⅰ)를 나타내는데, 각 격실에서 대상물이 형성될 수 있다. 이러한 구성은 취급에 대한 개선된 강도를 가질 수 있다.
마지막으로, 도 11e는 환형의 대안적인 분할된 지지 구조체(Ⅰ)를 나타내는데, 이 지지 구조체는 결합되지 않은 또는 약하게 결합된 영역을 따라 예컨대 5개의 더 작은 용기(Ⅱ)로 분할되어 있는데, 각 용기는 예컨대 고리의 일 섹터를 나타낸다. 이러한 구성은 도 12에 나타나 있는 바와 같이 도 8d에 나타나 있는 회전 테이블과 관려하여 특히 유용할 수 있다.
분말과 결합제에 대해서는 특정한 요건이 없다. 고려되는 일 변형예에서, 대상물과 비교하여 다른 결합제를 사용하여 지지 구조체를 형성할 수 있다. 대안적으로, 대상물가 비교하여 다른 접합 또는 결합 기술을 사용하여 지지 구조체를 형성할 수 있다. 이리하여, 지지 구조체는 일시적인 또는 약한 결합에 의해 예컨대 가용성 폴리머 결합 금속 분말과 함께 제조될 수 있고, 금속 분말 내에 들어 있는 제조된 대상물은 레이저 소결과 같은 더 강한 결합으로 제조될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 지지 구조체를 만들 때 사용되는 금속 분말은 분말의 결합을 푸는 적절한 용제를 사용하여 세척하여 재생될 수 있고, 제조된 대상물은 이러한 세척에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 또한, 이러한 방안에 의해, 지지 구조체 내에 들어 있는 대상물은 예컨대 적절한 용제를 분사하거나 지지 구조체를 그 용제에 침지시켜 쉽게 해제될 수 있는데, 그 용제는 지지 구조체의 분말 및 대상물 주위의 비결합 분말을 결합 해제하고 세척하여, 제조된 대상물이 영향을 받지 않고 남게 된다.
상기 기술은, 제한 없이 레이저 소결, 열 소결, 액체의 광중합 또는 구성 재료와 지지 재료의 층 형태 압출을 포함한 다른 종류의 3D 프린팅 및 관련된 제조 기술에 마찬가지로 적용될 수 있다. 당업자는 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 프린트 헤드 및/또는 분배기에 대한 적절한 수정만 필요할 뿐이다.
위의 개시는 분말 분배기와 프린트 헤드가 적어도 제 1 방향으로 선형으로 앞뒤로 이동하는 정사각형 또는 직사각형 영역과 관련하여 설명했지만, 상기 기술은, 원형 빌드 영역(연속적으로 회전하는 반경 방향 분말 분배기 및 연속적으로 회전하는 반경 방형 프린트 헤드가 차례로 그 원형 빌드 영역 위쪽을 지나감)을 형성하는 원형 벽을 갖는 장치에도 적용될 수 있다. 이러한 구성은 도 7d에 나타나 있다. 사실, 이러한 상황이 더욱더 바람직한데, 왜냐하면, 지지 구조체는 제조된 대상물의 일 부분이 아니고, 그래서 그러한 원형 프린팅 장치의 가장자리에서 저해상도로 프린트되면 되고, 대상물은 웰 안에서 중심에 위치될 수 있고 그래서 비교적 더 높은 공간적 해상도로 프린트될 수 있다.
물론, 프린트 헤드 및 분말 분배기와 빌드 영역의 운동은 상대적이면 되고, 실제로는 프린트 헤드와 분말 분배기가 베이스 프레임과 같은 외부 기준 프레임에 대해 고정될 수 있고, 테이블, 빌드 영역 및 공급 기구는 그 외부 기준 프레임에 대해 움직이게 된다. 실제로, 대부분의 용례에서, 프린트 헤드와 분말 분배기는 임의의 외부 기준 프레임에 대해 움직일 수 있기 때문에 배치하기 더 쉽다.
도 1의 실시 형태는 유리하게는 고정된 높이의 박스형 지지 구조체를 사용하는데, 그립퍼의 제 1 및 2 쌍의 간격을 적절히 조절하여 순차적인 지지 구조체가 항상 안정적으로 유지되도록 할 수 있기 때문이다. 이와는 달리, 도 4의 벨트형 구성은 연속적인 분말 기둥 내에 다양한 높이의 박스를 수용할 수 있다.
최소한으로, 어떤 분말에 대해서는, 박스는 측벽 지지 부분을 가지면 된다. 그러나, 분말의 개선된 수용을 위해, 바닥부 및 선택적으로 정상부를 갖는 지지 구조체를 선택할 수 있다. 바닥부와 정상부는 유리하게도 서로 평행하여 지지 구조체의 취급을 용이하게 해주며, 측면부는 일반적으로 평면도에서 빌드 영역의 치수와 기하학적 구조에 대응한다.
위의 개시는 개시된 발명에 대해 비제한적인 것이며, 따라서 첨부된 청구 범위는 위의 개시를 실시할 때 당업자에 의해 얻을 수 있는 모든 변화, 수정, 대체, 및 균등물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 개시된 모든 구성들은 제한 없이 조합될 수 있고, 개시된 일 구성의 적용 가능한 개념은 개시된 다른 구성에 제한 없이 적용될 수 있다.

Claims (31)

  1. 일련의 대상물을 제조하는 방법으로서,
    제조 매체의 층을 제공하는 단계;
    상기 매체의 층의 일부분을 적어도 층의 가장자리 영역에서 함께 결합하여 지지부를 형성하는 단계;
    상기 층의 가장자리 영역으로 상기 지지부를 잡고 지지부를 하강시키는 단계;
    상기 지지부에 의해 지지되는 매체의 추가 층을 제공하는 단계; 및
    매체의 추가 층의 일부분을 선택적으로 결합하여 적어도 하나의 대상물 부분을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제조 매체의 다른 부분들은 다른 결합 강도로 결합되어, 상기 대상물을 둘러싸는 주변 구조체가 대상물과 비교하여 다른 결합 강도를 갖는 부분들로 형성되고, 상기 주변 구조체의 결합은 대상물의 결합 보다 약하고, 주변 구조체의 결합은 이후 대상물이 형성된 후에 해제되는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부를 더 하강시키는 단계;
    상기 추가 층 상에 상기 매체의 다른 추가 층을 제공하는 단계;
    상기 매체의 다른 추가 층의 일부분을 함께 결합하여 추가 지지부를 형성하는 단계;
    상기 추가 층의 가장자리 영역으로 상기 추가 지지부를 잡는 단계; 및
    상기 지지부를 해제하는 단계를 더 포함하는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 층 및 추가 층을 포함하는 매체의 층들은 연속적인 기둥을 구성하는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 추가 층의 일부분을 선택적으로 결합함으로써 상기 지지부에 연결되는 추가적인 지지부를 형성하여 상기 대상물 부분은 층 내에서 상기 추가적인 지지부에 의해 둘러싸이도록 하는 단계를 더 포함하는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지부 및 추가적인 지지부는 박스를 형성하는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 구조체의 결합은 가용성 결합제로 이루어지고, 이후 결합 해제를 위한 용제를 가하여 주변 구조체의 결합이 해제되는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용제는, 주변 구조체에 상기 용제를 분사하거나 또는 주변 구조체를 상기 용제에 침지하여 가해지는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 구조체의 결합을 해제하여 대상물을 주변 구조체로부터 해제하는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 구조체를 구성하는 데 사용된 제조 매체는 이후 주변 구조체의 결합이 해제된 후에 재생되는, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 가용성 결합제는 가용성 폴리머인, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제조 매체는 금속 분말인, 일련의 대상물을 제조하는 방법.
  14. 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치로서,
    빌드(build) 영역;
    층의 일부분이 선택적으로 함께 결합되는 상기 빌드 영역 안으로 제조 매체의 층을 증착하도록 배치되어 있는 분배 유닛; 및
    상기 빌드 영역 아래에 배치되어, 상기 층 아래에 있는 하부 층의 가장자리로 상기 하부 층을 지지하고 또한 상기 하부 층을 상기 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 병진 이동시키는 지지 유닛을 포함하고,
    상기 장치는 주변 구조체로 둘러싸인 대상물을 형성하기 위해 빌드 영역 내의 연속적인 층의 일부분을 선택적으로 결합하고 또한 적어도 형성 후에 상기 주변 구조체를 상기 지지 유닛으로 지지하도록 구성되어 있고,
    상기 장치는 제조 매체의 다른 부분들을 다른 결합 강도로 결합하여 주변 구조체가 대상물과 비교하여 다른 결합 강도를 갖는 부분들로 형성되도록 하고, 상기 주변 구조체의 결합은 대상물의 결합 보다 약하고, 주변 구조체의 결합은 이후 대상물이 형성된 후에 해제되는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 유닛은 서로 반대 방향으로 상기 하부 층에 그립핑력을 가하도록 배치되는 한쌍의 상호 대향 그립퍼를 포함하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    각 그립퍼는 상기 하부 층의 가장자리에서 하부 층을 잡기 위해 주변 벽에 평행하게 배치되어 있는 클램핑 표면을 가지며, 그립퍼는 그립퍼 쌍의 나머지 그립퍼와 함께 빌드 영역으로부터 멀어지게 이동 가능하여 하부 층을 아래쪽으로 병진 이동시키는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 장치는 그립퍼 쌍의 서로 반대 방향에 대해 각도를 이루어 서로 반대 방향으로 하부 층에 그립평력을 가하도록 배치되는 추가 쌍의 상호 대향 그립퍼를 포함하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    각 그립퍼는 무단 벨트를 포함하고, 무단 벨트는, 하부 층을 빌드 영역으로부터 멀어지게 아래쪽으로 점진적으로 병진 이동시키면서 하부 층을 지지하기 위해 주변 벽에 평행하게 배치되는 그립핑 표면을 갖는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  19. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 유닛이 하부 층을 해제한 후에 주변 구조체를 수용하도록 배치되는 수용부를 더 포함하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  20. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 층의 다른 부분들을 다른 결합 강도로 결합하여 주변 구조체가 대상물과 비교하여 다른 결합 강도를 갖는 영역들로 형성되도록 하는 선택적 결합 유닛을 더 포함하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 주변 구조체의 결합은 가용성 결합제로 이루어지고, 상기 장치는 이후 결합 해제를 위한 용제를 가하여 주변 구조체의 결합을 해제하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 장치는, 주변 구조체에 상기 용제를 분사하거나 또는 주변 구조체를 상기 용제에 침지하여 상기 용제를 가하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  25. 제 14 항에 있어서,
    상기 주변 구조체의 결합을 해제하여 대상물을 주변 구조체로부터 해제하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  26. 제 14 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 주변 구조체를 구성하는 데 사용된 제조 매체를 주변 구조체의 결합이 해제된 후에 재생하는, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 가용성 결합제는 가용성 폴리머인, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  28. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제조 매체는 금속 분말인, 일련의 대상물을 제조하기 위한 장치.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
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