KR102434623B1 - 회전 3d 프린팅을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

3차원 프린팅을 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 및 트레이 상에서 3차원 객체를 프린팅하는 것과 같이, 회전하는 동안, 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드를 컨트롤하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.

Description

회전 3D 프린팅을 위한 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR ROTATIONAL 3D PRINTING}

본원은 2014년 7월 13일 출원된 미국 임시출원 제62/023,897의 우선권의 이익을 주장하고, 그 내용은 여기에서 그 전체가 참고로서 인용된다. 이러한 출원은 대리인 명세서 63080, 미국 임시출원 "3D 프린팅을 위한 폐기물 처리", 대리인 명세서 63081, 미국 임시출원 "3D 프린팅을 위한 시스템과 방법", 대리인 명세서 63083, 미국 임시출원 "애디티브 메뉴팩쳐 내 프린팅 노즐들의 작동" 및 대리인 명세서 63084, "3D 프린터를 위한 레벨링 장치"와 동시출원 되었다.

위에서 언급된 모든 문헌들의 내용은 마치 본원에서 완전하게 설명된 것처럼 참고로서 인용된다.

본 발명은, 본 발명의 일부 실시예들에서, 3차원 프린팅, 더 구체적으로는, 그러나 배타적이지는 않은, 회전 3차원 프린팅에 관한 것이다.

일반적으로 에디티브 메뉴팩쳐링(Additive manufacturing; AM)은 3차원 객체가 객체들의 컴퓨터 모델을 이용하여 제작되는 과정이다. 이러한 과정은, 시각화, 표현화 및 기계적인 견본의 목적을 위한 디자인 관련 분야들 외에도 빠른 제작과 같은 다양한 분야들에서 이용된다.

임의의 에디티브 메뉴팩쳐링 시스템의 기본 작동은 3차원 컴퓨터 모델을 얇은 단면들로 슬라이싱하는 단계, 그 결과를 2차원 위치 데이터로 변환하는 단계 및 층별로 3차원 구조를 제작하는 제어장비로 데이터를 공급하는 단계로 구성된다.

에디티브 메뉴팩쳐링은 3차원 프린팅, 예를 들어 3차원 잉크젯 프린팅, 적층된 객체 제작, 융합된 축적 모델링(fused deposition modeling) 외의 것들을 포함하는, 제조의 방법에 대한 많은 다른 접근법들을 수반한다.

3차원 프린팅 과정에서, 예를 들어 구축 재료(building material)는 지지 구조(supporting structure) 상에 층(layer)들을 축적(deposit)시키는 일련의 노즐들을 가지는 분사 헤드로부터 분사된다. 구축 재료 상에 분사하는, 층들은 적합한 장치를 이용하여 경화되거나 응고(solidify)될 수 있다. 구축 재료는 객체를 형성하는, 모델링 재료 및 객체가 구축될 때 객체를 지지하는 지지 재료를 포함할 수 있다. 다양한 3차원 프린팅 기술들은, 모두 동일한 양수인인, 미국 특허번호 제 US 20130040091호와 예를 들어 미국 특허번호 제6,259,962호, 제6,569,373호, 제6,658,314호, 제6,850,334호, 제7,183,335호, 제7,209,797호, 제7,225,045호, 제7,300,619호, 제7,364,686호, 제7,500,846호, 제7,658,976호, 제7,962,237호 및 제9,031,680호에서 개시되고 존재하며, 이러한 내용들은 본원에서 참조로서 인용된다.

예를 들어, 미국특허 제9,031,680은 제조 기구로 복수 개의 구축 재료들을 공급하도록 구성되는 구축 재료 공급 기구, 공급 기구들과 제조를 제어하도록 구성되는 컨트롤러 및 복수 개의 분사 헤드들을 가지는 에디티브 메뉴팩쳐링을 포함하는 시스템을 개시한다. 시스템은 일부 작동 모드들을 가진다. 하나의 모드에서, 모든 분사 헤드들은 제조 기구의 단일 빌딩 스캔 사이클 동안 작동한다. 다른 모드에서 하나 또는 이상의 분사 헤드들은 단일 빌딩 스캔 사이클 또는 그것들의 일부 동안 작동하지 않는다.

미국특허 제 7,291,002는 3차원 객체를 제조하기 위한 장치를 개시한다. 회전식 환형 구축 드럼은 파우더조성 재료의 연속하는 층들을 수용하고, 프린트 헤드는 환형 구축 드럼 위체 분사되고 파우더 상에 액체 바인더의 물방울들을 선택적으로 분사하도록 구성된다.

미국특허 제8,172,562는 3차원 객체를 제작하기 위한 장치를 게시한다. 이러한 장치는 구축 컨테이너, 구축 컨테이너 내의 지지대 및 지지대 상으로 구축 재료의 층을 적용하는 정적 재료 적용 장치를 포함한다. 구동기는 회전의 축 주위에 컨테이너의 이동을 생성하고, 수직 구동기는 지지대의 수직 이동을 생성한다.

미국에서 공개된 출원 제20080109102는 3차원 아이템들의 제작을 위한 장치를 개시한다. 이러한 개시의 장치는 컴퓨터 컨트롤러, 제작 하에서 아이템의 운반을 위한 구축 플랫폼 및 재료의 층을 아이템 상에서 형성시키기 위한 구축 스테이션을 포함한다. 구축 스테이션 및 구축 플랫폼 중 하나는 축에 대하여 회전되는 것과 같이 구동되고 장착되어서 제작 하에서 아이템의 표면은 구축 스테이션에 반복적으로 나타난다.

미국에서 공개된 출원 제20080042321호는 3차원 객체들을 생산하기 위한 방법들과 장치들을 개시한다. 이러한 장치들과 방법들은 다중 프린트 헤드들을 이용하는 원형 및/또는 회전식 구축 테이블에 대하여 방사 방향으로 연속적으로 프린팅하는 것을 수반한다. 또한, 다중 구축 테이블들의 이용이 개시된다. 다양한 보조 시스템들도 개시된다. 이는 구축 재료 공급부, 프린트 헤드 클리닝, 다이그노스틱스 및 장치의 작동을 모니터링하는 것을 포함한다.

국제출원 제WO2014092651호는 컨트롤할 수 있는 회전식 표면을 구비하는 3D 프린터를 개시한다. 3D 프린터는 엑추에이터, 엑추에이터에 맞물리는 플레니터리 기어 시스템 및 출력 커플링들을 포함한다. 각각의 출력 커플링은 플레니터리 기어 시스템 중 하나의 기어와 독립적으로 결합하고, 조정 가능한 회전식 표면과 독립적으로 맞물린다. 조정 가능한 회전식 표면을 구비하는 3D 프린팅의 방법도 개시된다.

미국특허 제5,837,960호는 재료들이 레이저 빔에 의해 녹고 바람직한 모양과 치수들의 물품을 형성하도록 도구 경로를 따르는 지점들에서 축적되는 미립자 형태로 재료들로부터 물품들을 형성하기 위한 방법과 장치를 개시한다. 축적 과정의 도구 경로와 다른 변수들은 제작 기술들 및 컴퓨터 지원 디자인을 이용하여 설정된다. 컨트롤러는 도구 경로를 따르는 축적 존의 이동을 지시하고 축적 존으로 파우더와 레이저 빔을 이송하는 축적헤드가 도구 경로를 따라서 이동하는 속도를 조정하도록 컨트롤 신호를 제공한다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면, 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 및 트레이 상에서 3차원 객체를 프린트하는 것과 같이, 회전하는 동안, 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드들을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 헤드의 상이한 노즐들은 축으로부터 상이한 거리들에 있고, 상이한 분사 비율들로 구축 재료를 분사한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 트레이 및 잉크젯 프린팅 헤드들은 트레이와 잉크젯 프린팅 헤드들 사이의 수직 거리를 변화시키기 위하여 수직 축에 평행한 수직 방향을 따라서 이동하도록 구성되고, 여기서 컨트롤러는 수직 방향을 따르는 운동 중에 분사하는 것을 지속하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 잉크젯 프린팅 헤드는 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 왕복 이동하도록 구성된다.

본 발명 시스템의 일부 실시예들에 따르면, 방사 방향을 따르는 운동은 나사(screw)에 의한 것이다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 보상 함수에 따른 헤드의 방사 방향 위치의 에러들을 보상하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 나사는 이중 지지 나사이며, 함수는 선형 함수이다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 나사는 캔틸레버 나사이며 함수는 비선형 함수다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면 적어도 두 개의 잉크젯 프린팅 헤드들을 위하여, 방사 방향을 따르는 왕복 운동은 독립적이고 상이한 방위각(azimuthal angle)에 있다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 왕복 운동 중에 분사를 중지하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 분사가 중지된 곳에서 방위각 좌표에 대하여 오프셋(offset)된 방위각 좌표에서, 왕복 운동에 따라, 분사를 재개하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 분사가 중지된 곳에서 동일한 방위각 좌표에서, 왕복 운동에 따라, 분사를 재개하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에서 컨트롤러는 왕복 운동에 응답하여 프린팅 데이터를 조정하는 동안, 왕복 운동 동안 분사를 계속하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 회전 속도에서 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 및 트레이 상에 3차원 객체를 프린팅 하는 것과 같은, 층들에서 구축 재료의 물방울들을, 회전하는 동안, 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드들을 컨트롤하고 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 왕복적으로 이동하도록 잉크젯 프린팅 헤드들을 컨트롤하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 방사 운동에 응답하는 회전 속도를 변화시키기 위하여 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 왕복 운동 중에 분사하는 것을 중지하고 분사가 중지된 곳에서 방위각 각도에 대하여 오프셋되는 방위각 각도에서 왕복 운동에 따라서 분사하는 것을 재개하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 왕복 운동에 응답하는 프린팅 데이터를 조정하는 동안, 왕복 운동 중에 분사하는 것을 계속하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 회전하는 동안, 컨트롤러는 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드들을 컨트롤하도록 구성되어서, 연속하는 분사된 물방울들 사이에서 방위각 거리는 방사 방향을 따라서 잉크젯 프린팅의 위치의 함수로서 가변된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 방위각 거리의 가변은 상기 방사 방향을 따라서 상기 위치의 확률 함수에 기초한다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면, 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 및 트레이 상에 복수 개의 위치들을 자동적으로 결정하기 위한 및 복수 개의 위치들에서 각각, 트레이 상에 복수 개의 객체들을 3차원적으로 프린트 하는 것과 같이, 회전하는 동안, 구축 재료 물방울들의 층들을 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드들을 컨트롤하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 여기서 자동적인 결정은 객체들이 트레이의 균형을 위하여 배열되는 것을 따르는 제1기준과 많은 객체들이 축으로부터 멀리 보다 축에 가까이에 프린팅되는 것을 따르는 제2기준으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 일련의 기준들 또는 미리 설정된 특징들에 따른 것이다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면, 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공되고, 수직 축에 대하여 회전하도록 구성된 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 트레이 상에 3차원 객체를 프린팅하는 것과 같은, 회전하는 동안, 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드를 컨트롤하도록 구성되는 컨트롤러; 및 프린팅 헤드에 들어가기 전에 구축 재료를 가열시키기 위한 프리 가열 요소(pre-heater element)를 포함하고, 프리 가열 요소는 헤드로부터 이격되며, 도관을 통해서 헤드와 유체 연통한다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면, 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공되고, 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 트레이 상에 3차원 객체를 프린트하는 것과 같은, 층들에서 구축 재료의 물방울들을, 회전 동안, 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드를 컨트롤하도록 구성되는 컨트롤러; 및 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 왕복으로 이동하도록 구성된 방사 소스(radiation source)를 포함하며, 여기서 프린팅 헤드는 또한, 방사 소스와 비동시적으로(non-simultaneously), 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 왕복 이동하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면, 3차원 프린팅을 위한 시스템은 제공되고, 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는, 프린팅 헤드; 프레이 상에서 3차원 객체를 프린트하는 것과 같은, 층들에서 구축 재료의 물방울들을, 회전 동안, 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드를 컨트롤하도록 구성되는 컨트롤러; 및 층들을 조사하도록 구성되는 방사 소스를 포함하여서 상이한 비율들의 에너지는 트레이의 중앙으로부터 다른 거리들에 있는 위치들로 전달된다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공되고 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 트레이 상에 3차원 객체를 프린트 하는 것과 같이, 회전하는 동안, 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하는 잉크젯 프린팅 헤드를 컨트롤하도록 구성된 컨트롤러; 및 방사 소스를 포함하고, 여기서 헤드 및 방사 소스 사이의 방위각의 간격(azimuthal separation)은 대략 0.3w 라디안 내지 대략 0.75w 라디안이며, w는 방사 소스 및 헤드에 대하여 트레이의 평균 각속도이다.

본 발명의 실시예의 일 측에 따르면, 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 및 트레이 상에 3차원 객체를 프린트하는 것과 같이, 회전하는 동안, 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하도록 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 이동하도록 헤드에 신호를 주고 헤드가 상기 트레이의 미리 설정된 영역 위에 있을 때 구축 재료의 임의의 분사를 끝내도록 더 구성되는 반면에, 상기 헤드는 미리 설정된 영역 위에 있는 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공된다.

본 발명의 실시예의 일 측에 따르면 수직 축에 대하여 회전하도록 구성되는 회전식 트레이; 복수 개의 분리 노즐들을 각각 가지는 프린팅 헤드; 및 트레이 상에 3차원 객체를 프린트하는 것과 같이, 회전하는 동안, 층들에서 구축 재료의 물방울들을 분사하도록 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 이동하도록 헤드에 신호를 주고 헤드가 상기 트레이의 미리 설정된 영역 위에 있을 때 구축 재료의 임의의 분사를 끝내도록 더 구성되는 반면에, 상기 헤드는 미리 설정된 영역 위에 있는 3차원 프린팅을 위한 시스템이 제공된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 물방울들을 분사하는 적어도 하나의 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성되어서 연속적으로 분사되는 물방울들 사이 방위각 거리는 방사 방향을 따라서 상기 프린팅 헤드의 위치의 함수로서 변화된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 트레이의 적어도 일 회전 동안 물방울들의 교차된 분사를 실행하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 교차된 분사의 교차 수준은 방사 방향을 따라서 프린팅 헤드의 위치의 함수로서 변화된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 교차된 분사의 교차 수준은 방사 방향을 따라서 프린팅 헤드의 위치의 함수로서 변화된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 비트맵 마스크(bitmap mask)를 저장하고, 비트맵 마스크에 의해 마스킹 되지 않는 트레이 상의 위치들만을 위해서 객체의 모양에 관련한 프린팅 데이터를 얻도록 컴퓨터 판독 가능한 매체에 접근한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 분사된 구축 재료를 정리하기 위하여 원뿔형 롤러를 더 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 트레이는 객체의 형상 전반을 통해 동일한 방향으로 지속적으로 회전한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 트레이 및 잉크젯 프린팅 헤드는 잉크젯 프린팅 헤드 및 트레이 사이의 수직 거리를 변화시키기 위하여 수직 축에 평행한 수직 방향을 따라서 이동하도록 구성되고, 컨트롤러는 수직 방향을 따르는 운동 동안 분사를 지속하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 수직 방향을 따르는 운동은 실행되어서 트레이 및 잉크젯 프린팅 헤드는 트레이의 단일 회전 동안 그것들의 사이에서 적어도 2개의 다른 수직 거리들을 실험한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 수직 방향을 따르는 운동은 실행되어서 트레이의 단일 회전 동안, 수직 거리는 구축 재료의 단일 층의 특징적인 두께와 대략적으로 같은 양만큼 증가된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 수직 방향을 따르는 운동은 일반적으로 지속적으로 실행된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 복수 개의 잉크젯 프린팅 헤드들은 지지 재료를 분사하기 위한 적어도 하나의 지지 재료 헤드, 및 적어도 두 개의 다른 모델링 재료를 개별적으로 분사하기 위한 적어도 두 개의 모델링 재료 헤드를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 지지 구조는 잉크젯 프린팅 헤드들 아래에 위치되어서 트레이는 헤드와 지지 구조 사이에 있고, 지지 구조는 트레이의 진동을 감소 또는 방지하기 위해 트레이와 접촉한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 트레이는 교체 가능하다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 트레이를 자동적으로 교체하기 위해 구성되는 트레이 교체 장치를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 헤드는 진공 수준(vacuum level)들의 미리 설정된 범위(predetermined range) 내의 진공 수준을 유지하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 프린팅 헤드에 들어가기 전에 구축 재료를 가열시키기 위한 프리 가열 요소를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 프리 가열 요소는 헤드로부터 이격되고, 도관을 통해 헤드와 유체연통한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면 시스템은 도관의 뒤로부터 프리 가열 요소 내로 구축 재료를 되돌리는 펌프를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 수평 상태로부터 인클로저의 편향을 표시하기 위해, 시스템의 인클로저의 동봉물 상에 적어도 하나 또는 두 위치들에서 장착되는 적어도 하나의 스피릿 레벨 장치를 더 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 객체를 프린팅 하기 위해 요구되는 구축 재료의 양을 계산하고, 구축 재료의 사용 가능한 상기 양을 비교하여, 객체를 프린팅하기 위하여 요구되는 양이 사용 가능한 양보다 많을 때 경고를 발생시키기 위해 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 방사 방향을 따르는 트레이에 대해 왕복 이동하도록 구성되는 방사 소스를 포함하고, 또한 프린팅 헤드는 방사 소스와 비-동시에, 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 왕복 이동하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 방사 소스는 층들을 조사하도록 구성되어서 다른 비율의 에너지는 상기 트레이로부터 다른 거리에 있는 위치에 이송된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 헤드 및 방사 소스 사이의 방위각의 간격(azimuthal separation)은 대략 0.3w 라디안 내지 대략 0.75w 라디안이며, 는 방사 소스 및 헤드에 대하여 트레이의 평균 각속도이다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 동시에 프린팅 될 때 복수 개의 객체의 제외된 전체 프린팅 시간을 계산하고, 디스플레이 장치 상에 계산된 시간을 표시하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 객체 당 전체 프린팅 시간을 계산하고 객체 당 전체 프린팅 시간을 표시하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 헤드가 트레이의 미리 설정된 영역 위에 있을 때 구축 재료의 임의의 분사를 끝내기 위해 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 미리 설정된 영역은 원형 섹터(circular sector)의 모양을 가진다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 헤드가 미리 설정된 영역 상에 있는 동안, 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 이동하도록 헤드에 신호를 보내기 위하여 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 트레이와 잉크젯 프린팅 헤드 사이의 수직 거리를 변화시키기 위해 수직 축에 평행한 수직 방향을 따라서 이동하는 적어도 하나의 트레이 및 잉크젯 프린팅 헤드에 신호를 보내는 것을 위해 구성되는 반면, 헤드는 상기 미리 설정된 영역 위에 있다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 분사된 구축 재료가 롤러에 먼저 도달할 때 즉시, 트레이와 잉크젯 프린팅 헤드 사이의 수직 거리를 변화시키기 위하여 수직 축에 평행한 수직 방향을 따라서 이동하도록 적어도 하나의 트레이 및 잉크젯 프린팅 헤드에 신호를 보내는 것을 위하여 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러가 트레이와 잉크젯 프린팅 헤드 사이의 수직 거리를 변화시키기 위하여 수직 축에 평행한 수직 방향을 따라서 이동하도록 적어도 하나의 트레이 및 잉크젯 프린팅 헤드에 신호를 보내는 것을 위하여 구성되어서, 수직 운동은 분사된 구축 재료가 롤러에 먼저 도달할 때 즉시 완수된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 컨트롤러는 방위각 스캔이 사용되는 제1 프린팅 모드, 및 벡터 스캔이 사용되는 제2 프린팅 모드를 선택하도록 구성되고, 통로를 따르는 벡터 스캔은 (i) 긴 구조, (ii) 제1 구축 재료로 채워지는 구역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 경계 구조 및 (iii) 층간 연결 구조로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 형성하도록 선택된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 층들을 조사하도록 구성된 방사 소스가 포함되고, 여기서 컨트롤러는 적어도 하나의 층을 위해, 조사가 적어도 하나의 층 바로 앞에 층의 말림의 개시 후에 적어도 t초에서 시작되는 것을 보장하도록 방사 소스가 제어되도록 구성되며, t는 형성을 위해 요구되는 전체 시간보다 길다.

본 발명의 실시예의 일 측에 따른 본 발명의 일부 실시예들에 따르면 장치가 제공되고, 장치는 애디티브 메뉴펙처링 시스템에 의해 선택적으로 분사되는 구축 재료를 수용하도록 구성되는 카트리지; 및 카트리지를 저장하기 위한 카트리지 네스트;를 포함하고, 카트리지는 전방 단부와 후방 단부를 포함하며, 후방 단부는 AM 시스템의 분사 유닛과 카트리지를 연결시키기 위한 유체 연결부를 포함하고, 카트리지는 카트리지의 전방 단부가 후방 단부에 대하여 승강되기 위한 각도에서 네스트 내에 장착되도록 구성된다.

본 발명의 장치의 일부 실시예들에 따르면, 카트리지는 락 스프링을 포함하고 여기서 락 스프링은 각도를 이루어 카트리지 네스트 내로 잠그도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 카트리지는 카트리지 내에 수용되는 구축 재료의 일부를 모으도록 구성되는 유체 연결부(fluidic connection)에 근접한 벽을 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면 각도는 2 내지 5도이다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면 카트리지 네스트(cartridge nest)는 복수 개의 카트리지들을 저장하도록 구성된다.

본 발명의 일부 실시예들의 일 측에 따르면 위에서 설명된 바와 같이 선택적으로 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같은 것을 포함하는, 3차원적인 프린팅을 위한 시스템은 제공된다.

본 발명의 실시예의 일 측에 따르면 객체를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은 객체의 형상에 대응하는 3차원적인 프린팅 데이터를 수용하는 단계, 3차원적인 프린팅을 위한 시스템에 데이터를 공급하는 단계, 및 데이터를 기반으로 객체를 프린트하도록 시스템을 작동시키는 단계;를 포함하고, 시스템은 위에서 소개된 바와 같으며 선택적으로 아래에서 더 상세하게 설명된다.

달리 정의되지 않는 한, 모든 기술 및 과학 용어는 본 원에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 원에 기술된 것들과 유사하거나 동등한 방법 및 재료들이 비록 본 발명의 실시예들에서 실행 또는 테스트 하는 데에 이용될 수 있지만, 예시적인 방법들 및/또는 재료들은 아래에 기술된다. 충돌이 있는 경우에, 정의들을 포함하는, 특허 명세서가 우선한다. 또한, 재료들, 방법들 및 예시들은 단지 예시적일 뿐이며 반드시 제한하려는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들의 방법 및/또는 시스템의 구현은 수동적으로, 자동적으로 또는 그것의 조합으로 선택된 작업을 수행하거나 완료시키는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법 및/또는 시스템의 실시예들의 실제 기기 및 장비에 따르면, 몇몇 선택된 작업들은 하드웨어에 의해, 소트프웨어에 의해 또는 펌웨어나 작동 시스템을 이용하는 그것의 조합에 의해 구현될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 선택된 작업을 수행하기 위하여 하드웨어는 칩 또는 회로로서 구현될 수 있다. 소프트웨어로서, 본 발명의 실시예들에 따른 선택된 작업은 임의의 적합한 작동 시스템을 이용하는 컴퓨터에 의해 실행된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 본 원에서 기술된 바와 같은 시스템 및/또는 방법의 예시적인 실시예들에 따른 하나 또는 이상의 작업은 복수의 명령(instructions)을 실행하기 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은, 데이터 프로세서에 의해 수행된다. 선택적으로, 데이터 프로세서는 데이터 및/또는 명령을 저장하기 위한, 예를 들어, 마그네틱 하드-드라이브 및/또는 제거 가능한 매체인, 비-휘발성 스토리지 및/또는 데이터 및/또는 명령을 저장하기 위한 휘발성 메모리를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들은, 첨부된 도면들을 참조로, 예시의 방법으로만, 본 원에서 개시된다. 상세한 설명에서 도면을 이제 구체적으로 참조하면, 특정한 도시는 예로서 그리고 본 발명의 실시예에 대한 설명을 목적으로 한 것임을 강조한다. 이와 관련하여, 도면과 함께 취해진 설명은 본 발명의 실시예가 실행될 수 있는 방법을 당업자에게 명백하게 한다.
도면에서,
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 3차원 프린팅을 위한 시스템의 평면도(도 1a 및 1d), 측면도(도 1b) 및 등각도(도 1c)의 개략적인 도면들이다.
도 2a 내지 도2c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프린팅 헤드들의 개략적인 도면들이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 좌표 변환을 나타내는 개략적은 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 연속적으로 분사된 물방울들 사이의 방위각 방향에 따른 거리가 방사 방향을 따라서 프린팅 헤드의 위치의 함수를 변화시킴에 따른 본 발명의 실시예들을 표시하는 개략적인 도면들이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프린팅 헤드(들)의 방사 운동을 표시하는 개략적인 도면들이다.
도 6은 인접한 축들 사이의 방위각 간격 각도를 위해 배열되는 다른 방사 축 상에 장착되는 프린팅 헤드를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 방사 방향에 따른 교차를 표시하는 개략적인 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 3차원적인 프린팅을 위한 시스템의 트레이 상에 배열되는 객체들(도 8a), 및 객체 수의 함수에 따른, 예상되는 프린팅 시간의 개략적인 도면들이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 방사 좌표의 함수로서 방위각 방향을 따라서 해상도(resolution)에 변화를 줄이거나 제거하기 위한 적합한 기술을 설명하는 개략적인 도면들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 프린팅 헤드의 왕복 운동을 확립하기에 유용한 나사를 가지는 스테이지의 개략적인 도면이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 수행된 계산 및 실험들로부터 얻어진 프린팅 헤드의 방사 방향 위치 에러를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 프린팅 헤드와 재료 공급부 사이의 유체 통로에 위치되는 프리 가열 요소의 개략적인 도면이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 미리 설정된 실험들에서 이용되는 실험적인 설정을 도시한다.
도 14a 내지 도 14i는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 미리 설정된 실험들 동안 얻어진 실험적인 결과를 도시한다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 벡터 스캔에 의해 층 내에 형성되는 구조들의 개략적인 도면들이다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 카트리지를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 카트리지를 포함하는 바람직하게 회전하는 3D 프린팅 시스템이다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 카트리지를 구비하는 바람직한 카트리지 네스트이다.

본 발명은, 그것의 몇몇 실시예에서, 3차원 프린팅, 더 구체적으로, 하지만 한정되는 것은 아닌, 회전적인 3차원 프린팅에 관한 것이다.

상세한 설명에서 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 설명하기 전에, 본 발명이 그것의 적용에 있어서 예시들 및/또는 도면들에서 도시되는 및/또는 다음 기술에서 제시되는 방법들 및/또는 구성요소들의 배열 및 건조의 상세한 설명에 필수적으로 제한되지 않음은 이해된다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하거나 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다.

이제 도면들을 참조하여, 도 1a 내지 도 1d은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 3차원 프린팅을 위한 시스템(10)의 평면도(도 1a 및 도 1d), 측면도(도 1b) 및 등각도(도 1c)를 도시한다. 시스템(10)은 복수 개의 분리된 노즐들을 각각 가지는, 잉크젯 프린팅 헤드(16)들과 트레이(12)를 포함한다. 3차원 프린팅을 위해 이용되는 재료는 구축 재료 공급 시스템(building material supply system; 42)에 의해 헤드들(16)에 공급된다. 일반적으로, 노즐은 충분한 활성 에너지(activation energy)에서 활성 펄스(activation pulse)에 반응하여 구축 재료의 방울(drop)을 분사한다. 방울을 분사하기에 불충분한(insufficient) 에너지의 활성 펄스를 수용하는 노즐은 "자극됨"과 같이 참조된다. 트레이(12)는 디스크의 모양을 가질 수 있거나 그것은 환형일 수 있다. 또한, 비-둥근 모양은 고려되고, 제공된 그것들은 수직축에 대하여 회전될 수 있다.

트레이(12)와 헤드들(16)은 트레이(12)와 헤드(16) 사이의 상대 회전 운동(relative rotary motion)을 허용하도록 장착된다. 이는 (i) 헤드들(16)에 대해 수직축(14)을 중심으로 회전하는 트레이(12)를 구성하고, (ii) 트레이(12)에 대해 수직축(14)을 중심으로 회전하는 헤드들(16)을 구성하며, 또는 (iii) 수직축(14)에 대해 회전하지만 다른 회전 속도들(예를 들어, 반대 방향의 회전)에 있는 트레이(12)와 헤드(16)를 구성함으로써 달성될 수 있다. 아래의 실시예들이 구성(i)에 특히 중점을 두고 설명하는 동안 여기서 트레이는 헤드들(16)에 대하여 수직축(14)을 중심으로 회전하도록 구성되는 회전식 트레이이며, 본 출원서가 또한 구성 (ii) 및 (iii)를 고려하는 것은 이해된다. 본 원에서 기술된 실시예들 중 임의의 하나는 구성들 (ii), (iii) 중 임의의 적을 적용 가능하도록 조정될 수 있고, 본 원에 설명된 상세한 설명이 제공되는, 당업자는 이러한 조정을 어떻게 수행하는지 알 것이다.

다음의 설명에서, 축(14)으로부터 외측 방향으로 향하고 트레이(12)에 수평한 방향은 방사 방향(r)로써 참조되고, 방사 방향(r)에 수직하고 트레이에 평행한 방향은 방위각 방향(φ)으로서 본 원에서 참조되고, 트레이(12)에 수직한 방향은 수직 방향(z)로 본원에서 참조된다.

본 원에서 이용되는 바와 같은 용어 "방사 방향 위치"는 축(14)으로부터 특정 거리에서 트레이(12) 위 또는 상의 위치를 말한다. 용어가 프린팅 헤드에 연결로 이용될 때, 용어는 축(14)으로부터 특정 거리에 있는 헤드의 위치를 가리킨다. 용어가 트레이(12) 상의 지점에 연결로 이용될 때, 이 용어는 반지름이 축(14)으로부터 특정 거리이고 중심이 축(14)에 있는 원들인 지점들의 궤적(locus)에 속하는 임의의 지점에 대응한다.

본원에서 이용되는 바와 같은 용어 "방위각 위치"는 미리 설정된 참조 지점에 대하여 특정한 방위각 각도에서 트레이(12) 상에 또는 위를 말한다.. 따라서, 방사 방향 위치는 참조 지점에 대하여 특정 방위각 각도를 형성하는 직선(straight line)인 지점들의 궤적에 속하는 임의의 지점을 말한다.

본원에서 이용되는 바와 같은 용어 "수직 위치"는 특정 지점에서 수직축(14)을 교차하는(intersects) 평면 위의 위치를 말한다.

트레이(12)는 3차원적인 프린팅을 위한 지지 구조(supporting structure)로서 제공된다. 객체 또는 어떠한 것 상의 작업 구역은 일반적으로, 하지만 필수적이지는 않은, 트레이(12)의 전체 구역보다 작다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 작업 구역은 환형이다. 작업 구역은 26으로 도시된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 트레이(12)는 객체의 형성(formation)을 통해 동일 방향으로 지속적으로 회전하고, 본 발명의 몇몇 실시예들에서 트레이는 객체의 형성 동안 적어도 한번(예를 들어, 진동 방식으로) 회전의 방향을 거꾸로 한다. 트레이(12)는 선택적이고 바람직하게 제거될 수 있다. 제거되는 트레이(12)는 시스템(10)의 유지를 위함일 수 있고, 또는, 만약 원한다면, 새로운 객체를 프린팅 하기 전에 트레이를 교체하기 위함일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 시스템(10)에는 하나 이상의 다른 교체 트레이(예를 들어, 교체 트레이들의 키트)가 제공되고, 여기서 둘 이상의 트레이들은 다른 타입의 객체들(예를 들어 다른 무게), 다른 작동 모드들(예를 들어, 다른 회전 속도) 등을 위해 디자인된다. 트레이(12)의 교체는 바람직하게 수동 또는 자동일 수 있다. 자동 교체가 사용될 때, 시스템(10)은 교체 트레이(미 도시된)에 의해 그것을 교체하고 헤드(16) 아래 그것의 위치로부터 트레이(12)를 제거하기 위해 구성되는 트레이 교체 장치(tray replacement device; 36)를 포함한다. 도 1a의 대표도에서, 트레이 교체 장치(36)는 트레이(12)를 끌도록(pull) 구성된 이동 가능한 아암(movable arm; 40)과 드라이브(drive; 38)로써 도시되지만, 또한 트레이 교체 장치의 다른 타입도 고려된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서 헤드들(16)은 방사 방향(r)을 따라서 트레이에 대하여 왕복적으로 이동하도록 구성된다. 이러한 실시예들은 헤드들(16)의 노즐 배열(arrays)의 길이가 트레이(12) 위의 작업 구역(26)의 방사 방향에 따른 폭(width)보다 짧을 때 유용하다. 방사 방향을 따르는 헤드들(16)의 운동은 컨트롤러(20)에 의해 바람직하고 선택적으로 제어된다. 방사 방향을 따르는 헤드들(16)을 이동시키기 위해 적합한 메커니즘(mechanism)의 대표적인 도면은 도 1d로 도시된다. 도 1d에서 도시된 것은, 방사 방향을 따라서 헤드(16)의 왕복 운동을 확립(establish)하도록 배열되는 스테이지(stage; 52; 도 10) 상에 장착되는 헤드(16)이다.헤드(16)는 54로 도시된 유연한 통신(flexible communication)을 통해 컨트롤러(20; 도 1d에서 미 도시된) 및 공급부(42)와 통신할 수 있다.

프린팅 헤드(16)를 위한 예시되는 실시예들은, 하나(도 2a) 및 두(도 2b) 개의 노즐 배열들(22)을 구비하는 프린팅 헤드(16)를 나타내는, 도 2a와 도 2c로 도시된다. 배열에서 노즐들은 직선을 따라서, 선형으로 바람직하게 정렬된다. 특정 프린팅 헤드가 두 개 또는 이상의 선형 노즐 배열들을 가지는 실시예에서, 노즐 배열들은 서로 선택적이고 바람직하게 평행할 수 있다.

일반적으로, 하지만 필수적이지는 않게, 모든 프린팅 헤드들(16)은 다른 것과 오프셋되는 그것들의 방위각 위치들과 함께 방사 방향으로(방사 방향에 평행한) 배향(oriented)된다. 따라서, 이러한 실시예에서, 다른 프린팅 헤드의 노즐 배열들은 서로로 평행하지 않고 서로 각을 이루며, 이러한 각도는 각각의 헤드들 사이에서 방위각 오프셋과 대략적으로 동일하다. 예를 들어, 하나의 헤드는 방사 방향으로 배향되고 방위각 위치(φ₁)에 위치될 수 있으며, 다른 헤드는 방사 방향으로 배향되고 방위각 위치(φ₂)에 위치될 수 있다. 이러한 예시에서, 두 헤드들 사이의 방위각 오프셋은 φ₁-φ₂이고, 두 헤드들의 선형 노즐 배열 사이의 각도는 또한 φ₁-φ₂이다.

몇몇 실시예들에서, 둘 또는 이상의 프린팅 헤드들은 블록(block)의 프린팅 헤드들이 서로 서로 일반적으로 평행한 경우에, 프린팅 헤드들의 블록에 조립될 수 있다. 몇몇의 잉크젯 프린팅 헤드들(16a, 16b, 16c)를 포함하는 블록은 도 2c에서 도시된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 공기의 미리 설정된 대기보다-낮은(sub-atmospheric) 압력은 헤드(16) 내의 액체 레벨 위에서 유지된다. 노즐들로부터의 중력 누출(gravitational leakage)을 방지하도록, 예를 들어 -60mm 수압인, 주위 대기에 대해 특정한 진공 수준은 헤드(16) 내부에서 연속적으로 유지될 수 있다. 실제로, 압력 차(pressure difference)의 유지를 유한 메커니즘은 예를 들어 ±5%의 오차(tolerance)를 허용할 수 있다. 다른 예시에서, 압력 차의 유지를 위한 메커니즘은 ±5 mm 수압의 오차를 허용할 수 있다.

필요한 진공 수준을 유지하기 위해, 양 방향 펌프(bidirectional pump; 미 도시된)는 대기와 헤드(16)의 재료 챔버(material chamber) 사이에 배치될 수 있다. 펌프는 헤드(16)의 챔버로부터 대기로 공기를 이동시킬 수 있고, 그에 의해 헤드 내부의 진공은 증가한다. 반대로 양방향 펌프는 개시로부터 헤드(16) 내로 공기를 이동시킬 수 있고, 그에 의해 헤드 내부의 압력은 증가되며, 즉 그곳의 진공은 감소한다. 바람직하게, 헤드(16)는 외측 대기와 헤드(16)의 내측 사이의 압력 차이를 측정하는 압력 센서(미 도시된)를 포함한다. 컨트롤러(20)는 압력 센서로부터 현재 압력 데이터를 수용하고, 헤드 내부의 진공의 미리 설정된 레벨을 유지하도록 펌프를 가동시킬 수 있다.

작동 시, 대기의 기준 주변 압력(reference ambient pressure)과 헤드 내부의 압력 사이의 압력 차이는 측정된다. 압력 차이는 바람직한 상대 압력 또는 압력 범위와 선택적이고 바람직하게 비교된다. 비교는 예를 들어 컨트롤러(20)에 의해 수행될 수 있다. 측정된 압력 차이가 바람직한 상대 압력, 또는 바람직한 압력 차이 범위보다 작다면, 펌프는 챔버에 공기를 더하도록 바람직하게 활성화된다. 측정된 압력 차이가 바람직한 상대 압력, 또는 바람직한 압력 차이 범위보다 크다면, 그 후 펌프는 챔버로부터 공기를 제거하도록 활성화될 수 있다. 측정된 압력 차이가 바람직한 상대 압력에 충분히 가깝거나 동일한 것이 발견되면(미리 성정된 압력 차이 범위 내), 그 후 펌프는 선택적이고 바람직하게 비작동성(inoperative)을 유지하고, 그에 의해 밸브의 역할을 하는 펌프가 헤드의 내측 및 주변 대기 사이의 공기의 통로를 막는 것을 효율적으로 야기한다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 구축 재료는 프린팅 헤드와 구축 재료를 위해 적합한 작업 온도로 프린팅 헤드에 들어가기 전에 프리 가열된다. 프리 가열은 당업계에 알려진 바와 같이, 프린팅 헤드들 내부에서 바람직하게 열을 추가하는 효과를 준다. 프리 가열은 도 12 에서 도시되는 바와 같은 헤드(16)와 재료 공급부(42) 사이의 유체 통로에 위치되는 프리 가열 요소(160)에 의해 달성될 수 있다. 프리 가열 요소(160)는 헤드(16)로부터 바람직하게 이격되고, 도관(164)을 통해 헤드(16)와 및 도관(162)을 통해 공급부(42)와 유체 연통한다. 이는 종래의 프리 가열기(pre-heater)가 프린팅 헤드 상에 장착되는 3D 프린팅 시스템과 차이가 있다. 도관(162)에는 공급부(42)로부터 선 가열기(160) 내로 또한 프리 가열기(160)로부터 헤드(16) 내로 구축 재료의 유동을 생성하기 위해 구성되는 펌프(170)가 선택적이고 바람직하게 제공된다. 펌프(170)는 컨트롤러(20)에 의해 바람직하게 제어된다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서, 프리 가열 요소(160)는 예를 들어, 헤드(16)와 함께, 정적, 즉 이동이 허용되지 않는다. 프리 가열 요소(160)는 대류 가열(convective heating), 방사 가열(irradiative heating) 및 저항 가열(resistive heating)에, 제한 없이, 포함하는, 가열 기술의 어떠한 타입도 사용할 수 있다. 바람직한 시스템(10)은 도관(164)로부터 후퇴(retract)하도록 구축 재료를 제어 가능하게 허용하기 위한 유체 후퇴 루프(fluid retraction loop 166)를 포함하고 또한 헤드(16)로부터 공급부(42) 또는 프리 가열 요소(160) 내로 선택적이고 바람직하게 되돌아 간다. 유체 후퇴 루프(166)는 루프(166) 내부의 유동을 제어하기 위한 펌프(168)를 포함할 수 있다. 펌프(168)는 컨트롤러(20)에 의해 바람직하게 컨트롤된다. 또는, 펌프(170)는 양방향 펌프일 수 있고, 이러한 경우에 프리 가열 요소(160) 내로 돌아가는 구축 재료의 후퇴는 펌프(170)의 작동을 역전시킴으로써(reversing) 수행될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 시스템(10)이 펌프(168)를 포함할 필요는 없다.

도 12는 도관(164)으로부터 분리되는 도관을 가지는 바와 같은 유체 후퇴 루프(166)를 도시한다. 이러한 실시예들에서, 구축 재료가 루프(166) 내에서 돌아갈 때, 프리 가열 요소(160) 내로 구축 재료의 엔트리는, 예를 들어 프리 가열기(160)의 배출 포트(outlet port; 172)에서, 도관(164) 상에 장착될 수 있는, 컨트롤 가능한 밸브(미 도시된)에 의해, 바람직하게 방지된다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 구축 재료가 별도 도관(separate conduit)에 의해 후퇴될 필요는 없다. 예를 들어, 펌프(170)가 양 방향일 때, 루프(166)는 도관(164) 내에서 역 유동(reversed flow)으로서 실현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 후퇴를 위한 별도 도관을 가질 필요는 없고, 도관(164) 상에 장착되는 밸브를 가질 필요도 없다.

헤드(16)가 작동할 때, 펌프(170; 또는 만약 사용된다면 펌프(168))는 도관(164)으로부터 후퇴하는 구축 재료를 일반적으로 허용하지 않는다. 펌프(170)가 비 작동(inoperative) 할 때, 예를 들어, 작업자 또는 컨트롤러(20)가 프린팅 과정 (예들 들어 교체식 재료 카트리지의 목적을 위한)을 일시적으로 막을 시, 헤드(16)는 중단(idle)된다. 중단 시간 간격(idle time interval)이 충분히 길면, 이미 도관(164)에 있는 구축 재료는 앞에서 언급된 작동 온도 아래의 구축 재료의 온도의 감소를 초래하는 환경(environment)으로 열을 잃을 수 있다. 중단 시간 간격 끝, 및 헤드(16)의 재-활성화 전에, 컨트롤러(20)는 프리 가열기 내로(160) 도관(164)로부터 구축 재료를 후퇴시키는 펌프(170)의 작동 방향을 역행시키거나 바람직하게 펌프(168)를 활성화 시킨다. 후퇴되는 구축 재료는 프리 가열기(160) 내에서 후퇴된다. 후퇴 과정은 도관(164) 내에 남아있는 구축 재료가 없을 때까지 바람직하게 계속한다. 그 후에, 컨트롤러(20)는 펌프(170)의 작동 방향을 다시 역행시킬 수 있고(또는 후퇴가 펌프(168)에 의해 일어나면, 그것의 작동을 재개하고 펌프(168)의 작동을 끝냄) 후퇴된 구축 재료는 도관(164)을 통해 헤드(16) 내로 공급된다.

몇몇 실시예들에서, 시스템(10)은 헤드들(16) 아래에 위치되는 지지 구조(30)를 포함하여서 트레이(12)는 헤드들(16)과 지지 구조(30) 사이에 있다. 지지 구조(30)는 잉크젯 프린팅 헤드들(16)이 작동하는 동안 발생할 수 있는 트레이(12)의 진동을 감소시키고 방지하기 위해 제공될 수 있다. 프린팅 헤드들(16)이 축(14)에 대해 회전하는 구성에서, 지지 구조(30)는 또한 바람직하게 회전하여서 지지 구조(30)는(트레이(12)와 헤드들(16) 사이의 트레이(12)를 구비하여) 항상 헤드들(16) 바로 아래에 있다.

작동 시, 시스템(10)은 표면 상에 바람직하게 위치되어서, 트레이(12)는 실질적으로 수평(예를 들어 수평 방향으로부터 10°보다 덜, 또는 5°보다 덜, 또는 4° 보다 덜, 또는 3°보다 덜, 또는 2°보다 덜, 또는 1°보다 덜, 또는 0.5°보다 덜 편향)이다. 몇몇 실시예들에서, 시스템(10)은 시스템(10)의 인클로저(46)의 동봉물(enclosure) 상의 하나 이상의 위치들에 장착되는 하나 이상의 스피릿 레벨 장치(spirit level device; 44)를 포함한다. 선택적이고 바람직하게, 스피릿 레벨 장치(들; 44)은 컨트롤러(20)와 통신하는 전자 장치(electronic device)이다. 이러한 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 수평적인 방향으로부터 인클로저(46) 또는 동봉물의 편향(deviation)이 미리 설정된 임계치(threshold) 이상일 때 경고 신호를 낼 수 있다. 또한, 수평적인 방향으로부터의 편향이 탐지될 때 샤시(46) 또는 인클로저를 자동적으로 레벨링 하도록 하는, 스피릿 레벨 장치(들; 44)로부터 수용되는 신호들에 반응하여 드라이브(48)에 신호를 전송하는 실시예는 고려된다.

잉크젯 프린팅 헤드들(16) 및 또한 선택적이고 바람직하게 시스템(10)의 하나 이상의 다른 구성요소들의 작동은, 예를 들어 트레이(12)의 운동은, 컨트롤러(20)에 의해 제어된다. 컨트롤러는 전자 회로(electronic circuit)와 회로(circuit)에 의해 읽힐 수 있는 비-휘발성 메모리 매체들을 가질 수 있고, 여기서 메모리 매체들은, 회로에 의해 읽힐 때, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 제어 작동을 수행하는 회로를 야기하는 프로그램 명령들을 저장한다.

또한, 컨트롤러(20)는 컴퓨터 객체 데이터(computer object data)를 기반으로 하는 제작 명령에 속하는 디지털 데이터를, 예를 들어, 스텐다드 테슬레이션 랭기지(Standard Tessellation Language; STL) 또는 스테레오리토그래피 컨츄어(StereoLithography Contour SLC) 포멧, 버츄얼 리얼리티 모델링 랭기지(Virtual Reality Modeling Language; VRML), 에디티브 메뉴펙쳐링 파일(AMF) 포멧, 드로잉 익스체인지 포멧(Drawing Exchange Format, DXF), 폴리곤 파일 포멧(PLY) 또는 컴퓨터-에이디드 디자인(CAD)을 위한 어떠한 적합한 포멧들의 형성에서, 전송하는 호스트 컴퓨터(host computer; 24)와 통신할 수 있다. 객체 데이터 포멧들은 좌표들(coordinates)의 카트시안 시스템(Cartesian system)에 따라 일반적으로 구성된다. 이러한 경우에, 컴퓨터(24)는 좌표의 카트시안 시스템에서 좌표의 폴라 시스템(polar system)으로 컴퓨터 객체 데이터에서 각각 슬라이스의 좌표들을 변환하기 위한 절차(procedure)를 바람직하게 수행한다. 컴퓨터(24)는 선택적이고 바람직하게 좌표들의 변환 시스템(transformed system)의 용어(terms)로 제작 명령을 전송한다. 또는 컴퓨터(24)는 컴퓨터 객체 데이터에 의해 제공되는 바와 같이 좌표들의 오리지널 시스템(original system)의 용어로 제작 명령을 전송할 수 있고, 이러한 경우에 좌표들의 변환은 컨트롤러(20)의 회로에 의해 수행된다.

시스템(10)이 트레이(12) 상에 둘 또는 이상의 객체들(또는 둘 또는 이상의 동일한 객체들의 분리된 부품들)을 프린트할 때, 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컴퓨터(24) 또는 컨트롤러(20)의 회로는 트레이(12) 상의 복수 개의 위치를 자동적으로 결정할 수 있다. 그 후 컨트롤러(20)는 미리 설정된 위치들에서 객체들을 프린트는 프린팅 헤드들(16)에 신호를 줄 수 있다. 객체들이 프린트되는 트레이(12) 상의 위치들은 일련의 관성(set of criteria) 또는 미리 설정된 기준(criterion)에 따라, 배열들 중 하나(일반적으로 가장 가능한 배열)을 선택하고 트레이(12) 상에 객체의 다른 배열들을 시뮬레이션 하는(simulates) 최적화 절차(optimization procedure)의 수행에 의해 미리 결정될 수 있다.

예를 들어, 일 기준에 따라서 객체들은 트레이의 균형을 잡기 위해 트레이(12) 상에 배열된다. 이러한 기준은 프린트 되는 객체들이 상대적으로 무거울 때 특히 적용 가능하여서 그것들의 무게가 트레이(12)의 균형에 영향을 미칠 수 있다. 대표적인 예로써, 시스템(10)이 상대적으로 무겁고 비슷한 무게를 가지는 두 객체들을 프린트 할 때, 컨트롤러(20) 또는 컴퓨터(24)는 그것들의 위치들이 일반적으로 트레이의 중심에 대하여 정 반대(antipodal)이고, 일반적으로 작업 구역의 주위(periphery)에 바람직하게 가까운 동일한 방사 방향 위치들(즉, 축(14)으로부터 유사한 거리)인 것을 결정할 수 있고; 시스템(10)이 상대적으로 무겁고 유사한 무게를 가지는 세 개의 객체들을 프린트 할 때, 컨트롤러(20) 또는 컴퓨터(24)는 그것들의 위치가 서로로부터 약 120° 떨어진 세 개의 방위각 위치들에 있고, 일반적으로 작업 구역의 주위에 바람직하게 가까운, 동일한 방사 방향 위치들에 있는 것을 결정할 수 있다.

다른 기준에 따르면, 더 많은 객체들은 축(14)으로부터 멀리 보다 축(14)에 가까이에서 프린트된다. 이러한 기준은 프린트 되는 객체들의 수가 둘 보다 클 때 특히 적용 가능하지만, 또한 두 개의 객체들의 경우를 위해 적용된다. 대표적인 예로써, 시스템(10)이 n 개의 객체를 프린트 할 때, 컨트롤러 또는 컴퓨터는 먼저 인접한 객체들 사이의 충분한 거리를 중복 없이 구비하는 작업 구역의 주위에 모든 객체들을 배열하도록 시도한다. 모든 객체들이 인접한 객체들 사이에 충분한 거리를 구비하는 작업 구역의 주위를 차지하지 않는다면(인접한 객체들 사이의 충분한 거리를 중복 없이 구비함), 컨트롤러 또는 컴퓨터는 작업 구역의 주위에서 n-1개의 객체들 및 축(14)에 더 가까운 1개의 객체, 등을 배열하도록 시도한다.

최적화 절차는 선택적이고 바람직하게 각각의 객체로 하나 또는 이상의 최적의 무게들을(중력에 의해 물리적인 무게들과 혼동되지 않도록) 지정(assign)하고, 객체들의 다른 배열들을 시뮬레이션 하며, 각각의 시뮬레이션된 배열을 위한 전체 최적화 점수(overall optimization score)를 계산하고, 그것의 최적화 점수를 기반으로 배열을 선택할 수 있다. 일반적이지만, 필수적이지는 않게, 무게들은 작업 구역의 주위에서 프린트되도록 특정 객체를 위하여 선호도를 정량화(quantify)하는 수치 값(numerical values)을 가진다. 각각의 특정 배열을 위해, 객체 최적화 점수들은 조합(예를 들어 더해지거나 곱해짐)될 수 있다. 특정 배열을 위한 최적화 점수는, 적어도 일부분이, 조합된 객체 최적화 점수들, 또한 선택적으로 다른 기준(예를 들어, 다른 객체들의 위치들간의 공간적인 관계(spatial relations))을 기반으로 계산될 수 있다.

객체 최적화 점수는 특정 배열을 위해, 축(14)으로부터 객체의 거리를 표현하는 변수(parameter)를 구비하는 각각의 객체들의 수치 무게를 조합함으로써(예를 들어 더함, 곱함) 계산될 수 있다. 따라서, 몇몇 시뮬레이션된 배열에서 높은 무게(작업 구역의 주위에서 객체를 프린트하는 것이 바람직하다는 것을 표시하는)를 가지는 객체는 작업 구역의 주위에 배치되고, 이러한 객체를 위한 객체 최적화 점수는 높다. 반면에, 몇몇 시뮬레이션된 배열들에서 높은 무게를 가지는 객체가 작업 구역의 주위에 배치되지 않을 때, 이러한 객체를 위한 객체 최적화 점수는 낮다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컴퓨터(24) 도는 컨트롤러(20)의 회로는 또한 시스템 내에서(예를 들어, 공급부(42) 내에서) 존재하는 전체 구축 재에 속하는 데이터를 수용하는 최적화 절차를 수행하고, 객체를 프린팅 하기 위해 요구되는 재료의 양을 계산한다. 객체를 프린팅하기 위해 요구되는 재료의 양이 공급부(42) 내에 존재하는 재료의 양보다 클 때, 본 실시예들의 컨트롤러(20)는 경고를 낸다.

좌표의 변환은 회전식 트레이 위에 3차원적인 프린팅을 허용한다. 종래의 3차원적인 프린팅에서, 프린팅 헤드들은 직선을 따라서 정지 트레이(stationary tray) 위에 왕복적으로 이동한다. 이러한 종래의 시스템들에서, 프린팅 해상도는 트레이 위에 임의의 지점과 같고, 헤드의 제공되는 분사 속도는 균일하다. 종래의 3차원적인 프린팅과는 다르게, 헤드 지점들의 모든 노즐들은 동시에 트레이(12) 위에 동일 거리를 커버한다. 좌표들의 변환은 다른 방사 방향 위치들에서 동일한 양의 초과 재료를 보장하기 위하여 선택적이고 바람직하게 수행된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 좌표 변환의 대표적인 예시들은, 객체의 세 슬라이스를 도시(객체의 다른 층의 제조 명령에 대응하는 각각의 슬라이스)하는, 도 3a 내지 도 3f에서 제공되고, 여기서 도 3a, 도 3c 및 도 3e는 도좌표 시스템의 카테시안 시스템 내의 슬라이스들을 도시하며 도 3b, 도 3d 및 도 3f는 각각의 슬라이스에 좌표의 변환 절차의 적용을 따르는 동일 슬라이스들을 도시한다.

일반적으로, 컨트롤러(20)는 아래에서 기술된 바와 같이 저장된 프로그램 명령들과 제조 명령을 기반으로 시스템(10)의 각각 구성요소에 적용되는 전력(voltage)을 제어한다.

일반적으로, 컨트롤러(20)는 트레이(12) 상에 3차원적인 객체를 프린트하는 것과 같은, 층들 내에 구축 재료의 물방울들을, 트레이(12)의 회전 동안, 분사하도록 프린팅 헤드들(16)을 제어한다.

잉크젯 프린팅 헤드들은 잉크젯 기술을 통해 구축 재료의 층들을 분사한다. 각각의 프린팅 헤드들은 다른 구축 재료를 분사하도록 구성될 수 있다. 특정 프린팅 헤드가 두 개 또는 이상의 노즐 배열을 포함할 때, 각각의 노즐 배열은 다른 구축 재료를 분사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 다른 타겟 위치들은 다른 구축 재료들에 의해 점유될 수 있다. 구축 재료들의 타입들은 모델링 재료와 지지재료인 두 주요 카테고리(categories)로 특징될 수 있다.

지지 재료는 제조 과정 및/또는, 예를 들어, 속이 비(hollow)거나 다공성(porous)인 객체를 제공하는, 다른 목적들 동안 객체 또는 객체의 부분들을 지지하기 위한 지지 매트릭스(matrix)로서 작용한다. 지지 재료는 바람직하게 그것의 제거를 용이하게 하는 분산 가능한 물이고 객체의 조성이 완성된다. 지지 재료는 바람직하게 액체 형태로 분사되고 예를 들어 전자기 방사(electromagnetic radiation; 예를 들어 자외선(ultraviolet radiation), 가시광선(visible light radiation), 적외선(infrared radiation)), 및 전자 빔 방사선(electron beam radiation)과 같지만 이에 한정되지는 않는 방사선(radiation)에 의해 경화 가능하다. 또한, 왁스 성분, 및 선택적으로, 또한 점도 조절 성분(viscosity modifying component)을 포함하는 지지 재료들은 고려된다. 지지 재료들의 이러한 타입들은 시스템(10)의 잉크젯 프린팅 온도에서 액체 형태이며, 분배된 후에는 일단 냉각되어 고체화되고, 방사선에 의한 경화는 필요치 않다.

모델링 재료는 일반적으로 잉크젯 기술에서의 이용을 위해 제형(formulated)되고 그 차제로, 즉 임의의 다른 물질(substance)과 조합되거나 혼합될 필요 없이 3차원적인 객체를 형성할 수 있다. 모델링 재료는 바람직하게 액체 형태로 분사되고 예를 들어 전자기 방사선(예를 들어, 자외선, 가시광선, 적외선), 및 전자 빔 방사선과 같지만, 이에 한정되지는 않는, 방사선에 의해 경화 가능하다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 지지 및 모델링 재료들 둘 모두는 동일 타입의 방사선을 이용하여 경화 가능하다.

시스템(10)에 의해 제조되는 최종 3차원적인 객체는 모델링 및 지지 재료의 조합 또는 그것의 변형(예를 들어 경화 후)으로 제작된다.

바람직하지만, 필수적이지는 않은, 분사 노즐들 또는 노즐 배열들의 전체 수는 선택되어서 분사 노즐의 절반은 지지 재료를 분사하도록 디자인되고 분사 노즐의 절반은 모델링 재료를 분사하도록 디자인된다. 도 2c의 대표적인 예에서, 각각의 헤드들(16a, 16b)은 하나의 노즐 배열을 가지는 반면, 헤드(16c)는 두 노즐 배열들을 가진다. 이러한 예시에서, 헤드(16a, 16b)는 모델링 재료를 위해 디자인 될 수 있고 헤드(16c)는 지지 재료를 위해 디자인 될 수 있다. 따라서, 헤드(16a)는 제1 모델링 재료를 분사할 수 있고, 헤드(16b)는 제2 모델링 재료를 분사할 수 있으며, 헤드(16c)는 지지 재료를 분사할 수 있다. 다른 실시예에서, 헤드(16c)는 예를 들어 두 물리적으로 개별 구조를 포함할 수 있고, 각각은 단일 노즐 배열을 가진다. 이러한 실시예에서, 두 구조들 각각은 헤드(16a, 16b)와 물리적으로 유사할 수 있다.

일반적으로 모델링 헤드들의 수, 지지 헤드들의 수 및 각각의 헤드에서 노즐들의 수는 모델링 재료의 최대 분사 속도와 지지 재료의 최대 분사 속도 사이에서, 미리 설정된 비율(a)을 제공하는 것과 같이 선택된다. 미리 설정된 비율(a)의 값은 바람직하게 지지 재료의 높이와 동일한 모델링의 높이인, 각각의 제조된 층에서 보장하도록 선택된다. a를 위한 전형적인 값들은 약 0.6 내지 약 1.5이다.

예를 들어, a=1인 경우, 지지 재료의 전체 분사 속도는 모든 모델링 헤드들 및 지지 헤드들이 작동할 때 모델링 재료의 전체 분사 속도와 일반적으로 같을 수 있다.

바람직한 실시예에서, p개의 노즐들의 m개의 배열을 각각 가지는 M 개의 모델 헤드들 및 q개의 노즐들의 s개의 배열들을 각각 가지는 S개의 지지헤드들이 있으며, M×m×p　= 　S×s×q이다. M×m개의 모델링 배열들과 S×s개의 지지 배열들 각각은, 배열들의 그룹으로부터 조립되고 해체될 수 있는, 개별 물리 유닛(separate physical unit)으로서 제작될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 이러한 배열은 그것 스스로의 재료 레벨 센서 및 온도 컨트롤러를 선택적이고 바람직하게 포함하고, 그것의 작동을 위해 개별적으로 제어되는 전력을 수용한다.

분사를 위해 각각의 프린팅 헤드의 각 노즐 배열에 전달하는 재료의 타입은 컨트롤러(20)에 의해 선택적이고 바람직하게 제어된다. 예를 들어, 컨트롤러(20)는 제1 헤드의 하나의 노즐 배열에 제1 모델링 재료 및 제1 헤드의 다른 노즐 배열에 지지 재료를 공급하는 구축 재료 공급 시스템(building material supply system; 42)에 신호를 줄 수 있다. 또한, 컨트롤러(20)는 제1 헤드의 하나의 노즐 배열에 제1 모델링 재료를, 제1 헤드의 다른 노즐 배열에 지지 재료를, 및 제2 헤드의 일 노즐 배열에 제2 모델링 재료를 공급하도록 시스템(42)에 신호를 줄 수 있다. 또는, 컨트롤러(20)는 다른 헤드의 노즐 배열에 지지 재료를 공급하도록 시스템(42)에 신호를 줄 수 있다. 또한, 컨트롤러(20)는 제1 헤드의 일 노즐 배열에 제1 모델링 재료를, 제1 헤드의 다른 노즐 배열에 지지 재료를, 제2 헤드의 일 노즐 배열에 제2 모델링 재료를, 및 제2 헤드의 다른 노즐 배열에 제 3 모델링 재료, 등을 공급하도록 시스템(42)에 신호를 줄 수 있다.

트레이(12) 및/또는 프린팅 헤드들(16)은 트레이(12)와 프린팅 헤드(16) 사이에 수직 거리를 변화시키기 위하여 수직축(14)에 평행한, 수직 방향(z)을 따라서 이동하도록 구성된다. 수직 거리가 수직 방향을 따라서 이동 트레이(12)에 의해 변화되는 구성에서, 지지 구조(30)는 또한 바람직하게 트레이(12)와 함께 수직 방향으로 변화한다. 수직 거리가 수직 방향을 따라서 헤드들(16)에 의해 변화되는 구성에서, 고정된 트레이(12)의 수직 위치를 유지하는 동안, 지지 구조(30)는 또한 고정된 구직 위치에서 유지된다.

수직 운동은 수직 드라이브(vertical drive; 28)에 의해 확립된다. 일단 층이 완성되면, 트레이(12)와 헤드들(16) 사이의 수직 거리는 그 후 인쇄되는 층의 원하는 두께에 따라서, 미리 설정된 수직적인 단계(predetermined vertical step)에 의해 (예를 들어, 트레이(12)가 헤드들(16)에 대하여 낮아지는) 증가될 수 있다. 절차는 층 별로(layerwise manner) 3차원적인 객체를 형성하도록 반복된다.

본 실시예들의 시스템은, 층 내부에서 (조합되거나 분리된) 그것들의 축적의 '공간 위치(spatial location)'를 정의하고 선택된 재료들의 바람직한 조합들을 정의하도록, 제작되는 객체의 일부를 포함하도록 의도되는 재료들 및/또는 모델링 재료들의 주어진 수로부터 모델링 재료들의 선택을 가능하게 하고, 따라서, 재료 속성 또는 특성들의 범위를 가지는, 재료들의 넓은 범위의 형성(즉, 재료 조합)을 가능하게 하며, 객체의 각 부분을 특징화 하기 위해 요구되는 특성들에 따라, 객체의 다른 부분들에서, 모델링 재료들의 다중의 다른 조합을 구성할 수 있는 객체들의 제작을 가능하게 한다.

3차원적인 객체는 CAD 소프트웨어와 같은 적절한 소프트웨어를 사용하여 생성될 수 있고, 이는 위에서 상세하게 더 설명된 바와 같은, CAD를 위한 적합한, 이동 가능한 파일 포멧에 의해 시스템(10)에 가상 객체를 내보낸다. 사용자는 많은 수의 개별 부품들 또는 영역들로 제작되도록 가상 객체를 분할하거나 쪼갤 수 있다. 따라서, 객체에서의 영역은 서로 교차하지 않는 하나 이상의 가까운 표면들에 한정되는 객체의 하위-부피(sub-volume)이다.

가상 객체의 분할은 다른 영역들에 모델링 재료 조합 또는 구조들 또는 다른 모델링 재료의 할당을 가능하게 하기 위해 수행된다. 몇몇 실시예들에서, 다른 영역들은 다른 데이터 파일들 또는 데이터 파일의 다른 부분들, 모든 파일들 또는 동일한 축 시스템 및 원점을 나타내는 파일들의 부분들로써 저장된다. 분리 영역들 내로 분할의 과정과 데이터 파일들로 그것의 변환은, 예를 들어, Materialise N.V.에 양도된, 미국 특허 번호 제 5,767,134호에서 일반적으로 기술된 바와 같이, 당 기술분야에서 일반적으로 수행될 수 있다. 따라서, 데이터 파일들 또는 영역들의 그룹은 그것의 전체 부분 또는 전체 객체를 구성할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 모델링 재료(들)의 축적은, 예를 들어, 이용되는 특정 모델링 재료와 같이, 정의된 영역들에 따라서 결정되고, 그것들의 조합 및 또는 영역 내의 공간 축적은 최종 객체의 각 부분을 위해 요구되는 미리-정의된 특성들을 따른, 객체 측 내부에 그것 스스로의 영역들의 공간 정의 뿐만 아니라 소프트웨어에서 정의된다. 일반적으로, 예를 들어 주어진 영역 내의 모델링 재료의 타입과 그것의 조합과 같은, 영역 속성(region attributes)의 정의는 영역들 내로 가상 객체의 분할의 시간 후에 또는 에서 소프트웨어에 의해 정의될 수 있다. 임의의 주어진 영역을 위한, 바람직한 실시예에서, 시스템(101)의 작업자 또는 사용자는 예를 들어, 유저 인터페이스(user interface)를 통해 정의들을 도입할 수 있다. 예를 들어 작업자는 특정 영역을 선택할 수 있고, 모델링 재료들 및/또는 각각의 개별적인 영역을 위한 바람직한 특성에 따라서, 정의된 영역에 대한 재료의 조합들을 선택할 수 있다. 이것의 예시는 하나의 모델링 재료 또는 영역의 경계(boundary) 또는 주변을 위한 재료 조합 및 다른 재료 또는 나머지를 위한 재료 조합을 정의하는 것이다. 이러한 유용한 예시는 대량으로 단단한 재료를 구비하지만 스킨(skin) 상에는 부드러운 재료(soft material)를 구비하는 객체들을 프린팅 하는 것이다.

다른 특성을 가지는 다른 모델링 재료들의 조합들은 다른 영역들에 축적되고, 분사된 재료의 것과 다른 특성을 가지는 합성 재료를 생성하도록 선택될 수 있고, 또는 그것의 특성들의 조합을 표출한다. 생성된 특성들은 분사된 재료의 상대적인 양 및/또는 조합에 따라서 다를 수 있다. 다른 조합뿐만 아니라 그것의 조합들의 구조, 예를 들어 공간/상대 축적에서 이용되는 재료들은 객체의 부분들 또는 객체를 형성하는 최종 합성 재료에서 달성되기에 바람직한 특성들에 따라서 미리 설정된다.

따라서, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른, 생성 객체(resulting object)는 객체 스스로의 내부에서 다른 특성, 예를 들어 다른 것과 객체의 일 측면으로부터 증가하거나 감소하는 특성, 또는 객체 내부의 번갈아 나타나는 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 경화 후에 단단한 하나의 모델링 재료 및 경화 후에 유연하거나 탄성있는 다른 것을 선택하는 것은 객체의 몇몇 부분들이 다른 것 보다 더 단단하거나, 다른 것보다 더 유연하거나, 객체가 예를 들어 외측 상 및 중심에서 단단 하지만 다른 어떠한 곳에서는 유연한, 합성 재료 객체를 초래할 수 있다. 예를 들어 단단한 재료의 더 많은 양이 유연한 재료의 양보다 분사된다면, 제작되는 객체의 재료는 선택된 단단한 재료보다 덜 단단하지만, 선택된 유연한 재료 만큼 유연하지는 않다. 따라서, 제작된 객체의 다른 영역들은 다른 재료 특성들을 가질 수 있고, 여기서 영역들은, 예를 들어 층들의 수평블록들, 또는 다른 구조적인 배열들인, 많은 층들, 층의 일부 또는 층일 수 있고, 따라서 재료 특성들은 층들의 다른 블록들 사이 또는 층 내부에서 변화할 수 있다. 또한, 합성 재료는 다수의 다른 색상 재료들(different colored materials)의 공간적인 분사 및 상대적인 양에 따라, 합성 재료를 통하여 다른 색을 가질 수 있다.

모델링 재료들의 다른 타입들은 제작된 객체 내에서 별개 및 분리로 남을 수 있고 그것들은 제작 과정 동안 혼합될(mixed) 수 있다. 단일 재료 모드에서, 예를 들어, 두 모델링 재료들이 이용된다면, 재료들 스스로는 단일 재료로 결합할 수 있거나, 그것들은 축적될 수 있어서 각 재료는 별개로 남지만, 서로의 옆에 있는 재료의 물방울들에서의 그것의 균일한 축적은 균일, 동질 혼합을 형성한다. 다중 재료 모드에서, 둘 또는 이상의 모델링 재료는 영역들 또는 부분들에서 개별적으로 분사되도록 선택될 수 있고, 다른 것으로 조합되며, 여기서 조합은 다른 특정 타겟 위치 또는 타겟 위치들의 그룹들에서 각각 재료의 상대적인 양을 분사함으로써, 또는 타겟 위치들의 동일 그룹 내부에 모델링 재료들의 둘 이상의 타입들을 분사함으로써 만들어질 수 있다.

층 또는 그 일부분에 분사되는 다른 모델링 재료들의 상대적인 양은 객체의 제작 동안, 특히 불 균일 또는 이방성(anisotropic) 특성을 가지는 객체를 제작하기를 원할 때 컨트롤러(20)에 의해 동적으로(dynamically) 변화된다. 컨트롤러(20)는 바람직하게 상대적인 양을 성명하는 컴퓨터 디지털 데이터로부터 수용하고 데이터에 따르는 개별 분사 속도의 분사 속도를 제어한다. 상대적인 양들의 변화는 연속적 또는 독립적 방법 중 하나로 이루어질 수 있다.

둘 이상의 다른 모델링 재료들을 이용하는 본 실시예들의 시스템의 능력은, 종래의 견고한 자유형 제작 기술들에서 가능한 것 보다 견고한 자유 제작으로 더욱더 다양한 많은 재료들을 이용하는 것뿐만 아니라 얻어지기를 원하는 객체 특성들 및/또는 최종 객체에 따라서, 다중 재료들을 조합하기 위한 다른 많은 가능성들을 제공하는 것이 가능하다.

예를 들어, 중합 과정(polymerization process)의 결과로써 수축하려는(shrink) 큰 경향을 가지는 구축 재료들은 종래의 고체 자유형 제작 장치(solid freeform fabrication apparatus)에서 이용을 위하여는 대게 적합하지 않다. 본 실시예들의 시스템은 이러한 문제 해결을 유용하게 제공한다. 예를 들어, 본 실시예들의 시스템은 객체 또는 부품의 외측 표면들이 하나의 재료로 구성되는 객체들 또는 부품들을 제작할 수 있는 반면, 객체 또는 부품들의 나머지는 다른 재료를 포함한다. 이러한 예시에서, 내부 영역들은 기계적인 강도가 부족한, 예를 들어 겔 또는 액체인, 재료로 제작될 수 있지만, 예를 들어 빈 객체를 생성하기 위해, 쉽게 제거 가능하거나 다른 흔적(traces)이나 재(ash)를 남기는 것 없이 쉽게 타는(burnt) 것과 같은 다른 바람직한 특성들을 가진다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 둘 또는 이상의 모델링 재료는 분사될 수 있고, 여기서 하나 또는 둘의 재료들은 바람직한 객체의 조성을 허용하도록 요구되는 특성을 가질 수 없다.두 재료들의 조합은 기능적인 모델링 재료를 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 재료들은 제조 과정 동안 고체화 될 수 없지만, 액체, 겔(gel), 페이스트(paste) 또는 다른 비-고체 또는 반-고체(semi-solid) 형태로 남는 반면에, 다른 재료는 제조 과정 동안 고체화된다. 고체화된 재료는 비-고체화 재료를 "수용"할 수 있고, 또는 대안적으로, 비-고체화 재료는 과정이 속이 비거나 다공선인 모델을 제공하기 위하여 완성되면 제거되거나 그렇지 않으면 연소된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 둘 또는 이상의 모델링 재료들은 분배되고 하나의 재료는 특정 시스템에서 모델링 재료로서 이용되기에는 너무 낮은 반응성(reactivity)을 가질 수 있지만, 홀로 이용된다면 낮은 프린팅 품질과 저 해상도를 가지는 객체를 제공할 것인, 반면 또 다른 다른 재료는 적당한 반응성을 가진다. 이러한 예시에서, UV 경화 가능한 제형의 기본 특성들 중 하나가 UV 방사선에 대한 그것의 반응성이라는 것은 알 수 있다. 반응성은 모노머들(monomers), 올리고머들(oligomers), 포토이니시에터(photoinitiator), 및 포토이니시에이터 농도(photoinitiator concentration)의 적적한 조합에 의해 일반적으로 얻어진다. (메타크릴에 반대인)아크릴 모노머들 및 올리고머들은, 아크릴 제형들이 포토이니시에이터의 상대적으로 낮은 농도들을 의미하는, 그것들의 상대적으로 높은 고유 반응성에 의해 특히 적합하다. 메타크릴 성분들의 상대적으로 낮은 본질적인 반응성 때문에, 제형의 제조에 이들을 사용하는 것은 다소 어렵다. 제형의 반응성 부족은 그것의 프린팅 품질에 직접 영향을 준다. 낮은 반응성을 구비하는 제형의 이용은 정의되지 않고 부정확한 모서리들 및/또는 표면들을 구비하는 객체가 생성된다.

메타크릴 성분들은 일반적으로 아크릴 성분들보다 높은 Tg(glass transition temperature)와 낮은 수축 비율(shrinkage ratio)과 같은 가치 있는 특성들을 가지지만, 그러나 그것들은 아크릴 성분들보다 낮은 반응성을 가진다. 이러한 문제는 본 발명의 시스템이 이용하여 해결할 수 있고, 여기서 일 모델링 재료가 높은 반응성, 예를 들어 아크릴 제형을, 가지는 것으로 이용되고, 다른 모델링 재료는 낮은 반응성, 예를 들어 메타크릴 제형을, 가지는 것으로 이용된다. 높은 반응성 제형은 각 층에 낮은 반응성 제형을 둘러싸는데 이용될 수 있고 따라서 객체들의 표면들은 민감한 제형과 낮은 반응성 제형의 객체의 코어로 구성된다. 결과적으로 객체의 주변의 품질은; 높은 반응성을 요구하는 이러한 특성 때문에 보장된다(주변의 품질은 벽의 매끈함과 엣지의 날카로움을 포함함). 수축에 의해 발생하는 대량의 변형이 최소화되기 때문에 물체의 정확성도 보장된다. 이러한 방식으로, 낮은 반응성 성분들의 가치 있는 특성들은 활용될 수 있다. 낮은 반응성 제형들의 다른 타입들은, 예를 들어, UV양이온적으로 시작되는 중합할 가능한 제형들(UV cationically initiated polymerizable formulations)을, 포함하여, 이용될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서 하나 이상의 프린팅 헤드들의 노즐 배열은 축(14) 중 다른 거리에 있는 노즐들이 다른 분사 속도로 구축 재료를 분사하는 것을 위해 구성된다. 바람직하게, 축(14; 또는 트레이(12)의 중심)에 더 가까이 있는 노즐들은 축으로부터 더 먼 노즐들 보다 더 낮은 분사 속도로 구축 재료를 분사한다. 이러한 구성은 축(14)으로부터 다른 거리에서 다른 선 속도(near speeds)의 효과를 제거하거나 줄이기 때문에 유리하다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 노즐들의 구멍들의 직경은 동일 노즐 배열의 다른 노즐들 사이에서도 다르다. 예를 들어, 노즐의 구멍의 직경은 축(14)으로부터 노즐의 거리의 증가 함수일 수 있어서, 동일 배열의 임의의 쌍의 노즐들을 위해 축(14)에 더 가까운 노즐의 구멍은 축(14)으로부터 더 먼 노즐의 것보다 작을 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 노즐들의 구멍의 직경들은 동일 노즐 배열의 모든 노들들이 동일하지만, 노즐들은 컨트롤러(20)에 의해 개별적으로 제어된다. 이러한 실시예에서, 컨트롤러(20)는 동일 배열에서 다른 노즐들을 위한 다른 분사 속도를 보장하기 위하여, 동일 배열의 다른 노즐들에 다른 전력 레벨을 적용한다. 바람직하게, 컨트롤러(20)는 적용되는 전력을 선택하여서 축(14)에 더 가까운 노즐들은 축(14)으로부터 더 먼 노즐보다 분사 더 낮은 분사 속도에서 구축 재료를 분사한다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 노즐들의 구멍들의 직경들은 동일 노즐 배열의 다른 노즐들 사이에서 다르고, 노즐들은 컨트롤러(20)에 의해 개별적으로 제어된다. 이러한 실시예들에서, 다른 분사 속도는, 구멍들의 다른 사이즈에 의해 보장되고 컨트롤러(20)에 의해 적용되는 전력의 적절한 선택(judicious selection)에 의해 더 보장된다.

또한, 본 발명자들은 프라이밍 헤드(priming head) 트레이 사이의 상대적인 운동이 직선들을 따르지 않을 때 분사 속도와 관련된 문제를 해결하는 기술을 고안하였다. 아래에서 설명되는 기술은 헤드들(16)의 모든 노즐들이 동일 분사 속도로 구축 재료를 분사할 때 사용될 수 있지만, 이는 프린팅 속도가 변화할 때 사용될 수 있다. 기술은 노즐이 직선을 따르지 않는 궤적(trajectories)을 따르는, 특히 동일한 주파수(frequency)에서 프린팅 헤드의 모든 노즐들이 불-균일 해상도를 결과로 하는 상황에서, 임의의 프린팅 시나리오(printing scenario)를 위해 이용될 수 있다. 기술은 이제 더 상세하기 설명되는 바와 같은 데이터 마스킹(data masking)을 포함한다.

컴퓨터 객체 데이터의 각 슬라이스(slice)는 일반적이지만, 필수적이지는 않은 이진법의 비트맵(binary bitmap)의 형식(form)이다. 또는, 슬라이스 데이터는 객체(예를 들어, 3D 메쉬(mesh))의 3차원적인 컴퓨터 표현(representation)으로부터 즉각적으로 계산될 수 있다.

아래의 실시예가 비트맵(bitmap)을 이용하는 것을 특히 중요하게 설명되지만, 비트맵으로부터 읽히는 정보의 동작이 객체의 3차원적인 컴퓨터 표면 내의 특정 위치에서의 값을 계산하는 작동으로 대리될 수 있고, 둘 모두는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따라서 고려될 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

컴퓨터 객체 데이터의 비트맵으로부터, 노즐 활성화 비트맵은 일반적으로 계산된다. 노즐 활성화 비트맵에서의 각각의 비트맵 요소(예를 들어, 픽셀)은 각 층 상에 타겟 위치에 대응하고 여기서 비트맵 요소의 값은 각각의 물리적인 위치에 도달하는 각각의 노즐이 활성화 되는지 그렇지 않은지의 여부를 결정한다. 예를 들어, "1"은 최종 층에서 구축 재료에 의해 점유되는 위치를 표현하고 "0"은 최종 층에서의 빈 공간을 나타낸다.

본 실시예들에 따라서, 작동 비트맵은 마스킹되(masked)어서 모든 노즐들의 방위각 방향에 따른 해상도는 헤드의 궤적 및 헤드 내에 그것들의 위치에 관계없이 동일하다.이러한 마스킹(masking)의 대표적인 예시는 도 9a에서 도시되고, 이는 헤드(16)의 노즐 배열(22)을 도시한다. 제1 노즐(축(14)에서 가장 먼)은 노즐(104)로서 표시되고 마지막 노즐(축(14)에서 가능 가까운)노즐은 노즐(106)로서 표시된다. 또한, 도 9a에서 트레이(12)와 헤드(16)의 상대적인 운동 동안 노즐들(104, 106)에 의해 상대적으로 뒤따르는 두 예시적인 만곡한 궤적들(102, 108)을 도시한다. 여섯 노즐들은 배열(22)으로 도시되지만, 배열(22)은 임의의 수의 노즐들을 가질 수 있다. 궤적(102, 108) 위의 노즐들(104, 106)의 도시된 위치들은 T₁로서 표현되는 시간 단계(time instance)에 대응한다. 긴 시간 단계 (T₁+dT)에서 노즐(104)은 궤적(102)을 따르는 위치(110)에 도달하고 노즐(106)은 궤적(108)을 따르는 위치(112)에 도달한다. 더 긴 시간 단계(T₁+2dT)에서 노즐(104)은 궤적(102)을 따라서 위치(114)에 도달하고 노즐(106)은 궤적(108)을 따라서 위치(116)에 도달한다.

노즐들(104, 106)은 동일 시간 간격에 걸쳐 궤적들(102, 108) 위에 다른 호 길이들을 커버한다. 구체적으로, 시간 단계들(T_1, T₁+dT, T₁+2dT)에서 노즐(104)에 의해 찾아가지는 세 개의 위치들이 이러한 시간 단계들에서 노즐(106)에 의해 찾아가지는 세 개의 위치들보다 더 이격된다. 도 9a에서 도시된 예시에서, 시간 단계들(T₁, T₁+2dT) 사이의 노즐(106)에 의해 커버되는 호 길이는 시간 단계들(T₁, T₁+dT) 사이 또는, 시간 단계들(T₁+dT,T₁+2dT) 사이의 노즐(106)에 의해 커버되는 호 길이와 대략적으로 동일하다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면 노즐(106)은 시간 단계(T₁) 및 시간 단계(T₁+2dT)에서 활성화 되지만, 시간 단계(T₁+dT)에서는 아니다. 다시 말해서, 각 층에 대응하는 노즐 활성화 비트맵(nozzle activation bitmap)은 노즐 활성화 비트맵 또는 입력 컴퓨터 객체 데이터의 비트맵(input computer object data)이 구축 재료가 분사되도록 하는 위치로서 위치(112)를 지정하는지 여부와 무관하게 위치(112)에서 분사되도록 마스킹된다.

도 9a에서 도시된 것은 50%의 마스킹 비율의 예시를 표현하고, 여기서 궤적(108)을 따르는 위치들의 50%는 노즐(106)을 위해 마스킹되어서, 노즐은 이러한 위치에 도달할 시 재료를 분사하지 않는다. 궤적들의 다른 쌍들을 위해 마스킹 비율이 50%와 다를 수 있는 것은 이해된다. 마스킹 비율은 다른 노즐들의 선형 속도들 사이의 비율을 기반으로 또는 동일 시간 간격(dT) 동안 다른 노즐들에 의해 커버되는 호 길이들 사이의 비율을 기반으로, 각 노즐들의 각 궤적을 위해 계산될 수 있다. 마스킹 비율을 기반으로, 컨트롤러(20)는 각각의 위치에서 각각의 노즐들을 활성화 할지 말지를 선택적이고 바람직하게 결정할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라서, 노즐이 시간 단계에서 마스킹될 때, 프린트 데이터는 해당 노즐에 대한 노즐 활성화 비트맵의 입력 비트맵에서 판독하지 않는다. 또는 이러한 입력은 계산되지 않는다. 이러한 실시예들은 비트맵 레벨에서 처리되는 데이터의 양을 감소시키기 때문에 데이터 희석(data dilution)으로 보일 수 있다. 이러한 실시예들의 이점은 컴퓨팅 시간(computation time and) 및 자원을 절약하는 것이다.

컴퓨팅 시간과 자원을 더 절약하는 것은, 예를 들어, 노즐 배열인, 노즐들의 그룹에 속하는 노즐에 의해 커버되는 궤적의 호 길이를 고려함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 시간 간격 동안 그룹의 가장 긴 궤적 세그먼트(trajectory segment)를 커버하는 노즐이 식별된다. 그 후, 이진법의 마스킹 값은 시간 간격 내에 시간 단계에서 이러한 노즐(예를 들어, 마스킹을 위한 "0"과 그렇지 않으면 "1")을 위해 계산된다. 이러한 노즐이 마스킹 될 때, 그 후 그룹의 모든 다른 노즐들은, 이러한 노즐들 각각을 위한 마스킹 값을 개별적으로 계산함 없이 마스킹된다. 선택적이고 바람직하게, 노즐 활성화 비트맵은 마스킹된 노즐들의 그룹을 위해 접근되지 않는다.

도 9b는 두 헤드들(16a, 16b) 각각의 노즐 배열들(22a, 22b)을 개략적으로 도시한다. 헤드(16a)에 대응하는 표시법은 위의 도9a에서 헤드(16)에 대한 것과 동일하다. 헤드(16b) 내의 마지막 노즐은 122로 표시되고 그 노즐이 따르는 궤적은 120으로 표시된다.

시간 단계에 대응하는 궤적들(102, 108, 120) 위의 노즐들(104, 106, 122)의 위치들은 T₁으로서 참조된다. 단계(T₁+dT)에서 노즐(104)은 궤적(102)을 따르는 위치(110)에 도달하고, 노즐(106)은 궤적(108)을 따르는 위치(112)에 도달하며, 노즐(122)은 궤적(120)을 따르는 위치(124)에 도달한다. 주어진 시간-간격(예를 들어 시간 단계들(T₁, T₁+dT) 사이)을 위해, 노즐(104)에 의해 커버되는 호 길이는 배열(22a)에서 임의의 다른 노즐에 의해 커버되는 호 길이 중에서 가장 길다.

도 9b에서 도시된 예시에서, 시간 단계들(T₁, T₁+dT) 사이의 노즐에 의해 커버되는 호 길이는 시간 단계들(T₁, T₁+2dT) 사이 노즐(104)에 의해 커버되는 호 길이와 대략적으로 같다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라서, 노즐(104)은 시간 단계(T₁)와 시간 단계(T₁+2dT)에서 활성화 되지만, 시간 단계(T₁+dT)에서는 아니고, 노즐(106)은 시간단계(T₁)에서 활성화되지만 시간 단계들(T₁+dT, T₁+2dT)에서는 아니다. 또한, 노즐(104) 보다는 배열(22a)의 임의의 노즐들이 동인 시간간격에서 노즐(104)에 의해 커버되는 호 길이보다 짧은 호 길이를 커버하기 때문에, 배열(22a)의 노즐들이 아닌 것은 시간 단계(T₁+dT)에서 활성화될 필요가 있다. 다시 말해서, 각각의 층에 대응하는 노즐 활성화 비트맵은 재료가 적어도 제1 노즐(104)이 궤적(102)을 따르는 위치(114)에 도달할 때까지 배열(22a)의 임의의 노즐로부터 분사되지 않도록 마스킹된다. 언급한 바와 같이, 이는 비트맵 레벨에서 처리되는 데이터의 양을 줄이기 때문에, 데이터 희석 작동에 대응한다.

제1 노즐(104)이 위치(114)에 도달할 때까지 동안 노즐 활성화 비트맵에 접근하는 것이(또는 그것의 값을 컴퓨팅하는 것) 필요하지 않기 때문에, 이러한 절차가 요구되는 컴퓨팅 자원과 처리 시간을 상당히 감소시키는 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다. 이러한 절약은 도 9c에서 제공되는 도면에 의해 보다 잘 이해될 수 있다.

도 9c는 입력 비트맵 상에 중접되는 노즐 배열(22)을 도시하고, 이러한 예시에서, 이는 직사각형 그리드(rectangular grid) 위에 정의된다. 그리드 위 각각의 위치는 입력 비트맵 요소(예를 들어, 픽셀)을 표시한다. 도 9b에서 도시된 것은 비트맵 요소들(130, 132)이다. 배열(22)은 배열(22)의 처음(104) 및 마지막(106) 노즐들이 입력 비트맵의 요소들(130, 132)위에 대략적으로 중첩하는 시간 단계(T₁)에서 도시된다. 따라서, 요소들(130, 132)에 저장된 값들은 시간 단계(T₁)에서, 노즐들(104, 106)의 비-활성화 또는 활성화를 초래할 수 있다.

종래의 프린팅 시스템들은 특정 시간 단계(T₁; 본 예시에서)에서 관련된 노즐의 위치를 검색하고, 특정 시간 단계에서 노즐들과 공동-위치된 비트맵 요소들을 검색하며, 각각의 비트맵 요소들 내에 수용되는 정보를 얻고, 각각의 노즐들을 활성화 시킬지 말지를 결정한다. 본 발명자들은 그러한 단계들의 적어도 몇몇이 불필요하고 본 실시예들의 마스킹 기술에 의해 생략될 수 있으며, 즉, 노즐들이 밖으로 마스킹된(masked out) 위치에서, 비트맵을 처리할 필요가 없으므로, 처리 시간을 절약할 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서 컨트롤러(20) 또는 데이터 프로세서(24)는 노즐 활성화 비트맵 또는 입력 비트맵에 마스킹을 적용하고 미리-컴퓨팅된 마스킹을 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 접근한다. 미리-컴퓨팅된 마스킹은, 노즐들의 활성화가 마스킹되는 위치들을 표시하는(즉, 노즐들이 각각의 비트맵 요소에 값에 상관없이 재료를 분사하지 않는 노즐들의 위치들), 직사각형의 Boolean matrix의 형상일 수 있다. 마스킹의 치수는 작업 구역(26) 위에(예를 들어, 작업 구역(26)의 최 외각 주변 또는 점유된 구역(90)의 최 외각 주변) 가장 긴 궤적 상에 분사 가능한 물방울들의 수에 의한 헤드 내의 노즐들의 수의 배수와 선택적이고 바람직하게 동일하다.

미리-컴퓨팅된 마스킹의 요소들의 계산은 위에서 이전에 언급된 마스킹 비율을 선택적이고 바람직하게 따른다. 선택적이고 바람직하게 계산은 입력 확률(input probability)로서 마스킹 비율을 이용하는 의사-난수 발생기(pseudo-random number generator)를 적용하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 궤적을 따르는 각 노즐들의 위치는 그러한 위치와 연관된 마스킹 비율과 같은 확률에서 마스킹된다. 의사-난수 발생기의 이러한 적용이 프린트된 객체의 품질을 상당히 개선하는 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다. 임의의 특정 이론에 구애됨 없이, 의사-난수 발생기가 선택적으로 시스템(10)의 다른 구성요소들 및 헤드(16) 내의 방해 이벤트의 감소된 양 때문일 때 개선된 품질은 가정된다.

가장 긴 호 길이를 커버하는 노즐이 시간 간격 동안 노즐들의 그룹(예를 들어, 노즐 배열) 중에서 식별될 때, 그 후 의사-난수 발생기는 그러한 노즐의 궤적에 오직 바람직하게 적용되고, 여기서 그룹의 다른 모든 노즐들은 전체 시간 간격을 위해 마스킹된다. 도 9b를 다시 참조하면, 본 실시예들에 따라서, 의사-난수 발생기는 오직 궤적(102)에서 적용되고 배열(22a)의 모든 다른 노즐들은 시간 단계들(T₁, T₁+dT) 사이 전체 시간 간격을 위해 마스킹된다. 이러한 절차는 1보다 작은 확률로 일 노즐(본 예시에서의, 노즐(104))을 마스킹함으로써, 및 일 노즐이 마스킹되어 주어질 때, 1의 확률로 그룹(본 예시에서의 배열(22a)) 내의 모든 다른 노즐들을 마스킹 함으로써 수학적으로 보여질 수 있다.

또한, 본 발명자들은 3차원적인 프린팅 과정 동안 노즐들의 위치들 중 적어도 몇몇의 각각을 위한 이진법의 마스킹 값들을 계산하는 것을 고려한다. 이는, 예를 들어, 축(14)으로부터 각각의 위치의 호 길이의 미리 설정된 마스킹 함수에 따라서 수행될 수 있다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서 마스킹 함수는 축(14)에 가까이 있는 노즐들의 위치들이 축(14)으로부터 멀리 있는 노즐들의 위치보다 더 가끔 마스킹 되도록 선택된다. 예를 들어, 마스킹 함수는 다른 궤적들을 따르는 다른 노즐들의 선형 속도들 사이의 비율과 같은 마스킹 비율을 계산할 수 있다. 일단 마스킹 비율이 계산되면, 궤적을 따르는 특정 노즐 위치의 마스킹에 관한 결정은 본원의 위에서 더 설명된 바와 같은 확률론적 방식으로 선택적이고 바람직하게 이루어진다. 가장 긴 호 길이가 커버하는 노즐이 시간 간격에 걸쳐 노즐들의 그룹(예를 들어, 노즐 배열) 중에서 식별될 때, 그 후 결정은 위에서 더 상세하게 언급된 바와 같이, 그러한 노즐의 궤적에만 (선택적이고 바람직하게 확률론적 방식으로 이루어짐) 이루어 진다.

또한, 본 발명자들은 프린팅이 원형 세그먼트들을 따르지 않는 상황에서 이진법의 마스킹 값들을 계산하는 것을 고려한다. 이러한 실시예들에서 프린팅 동안 노즐들의 궤적에 속하는 데이터가 수용되고 마스킹 비율은 수용된 궤적들을 기반으로(예를 들어, 위에서 더 상세하게 언급된 바와 같은 호 길이 비율을 기반으로) 계산된다. 그 후, 각 노즐들의 위치는 위에서 더 상세하게 언급된 바와 같은 확률론적 방식으로 선택적이고 바람직하게, 계산된 마스킹 비율에 따라서 마스킹된다. 가장 긴 호 길이를 커버하는 노즐이 시간 간격에 걸처 노즐들의 그룹(예를 들어, 노즐 배열) 중에 식별될 때, 그 후 결정은 위에서 더 상세히 언급된 바와 같이, 그러한 노즐의 궤적에만(확률론적 방식으로 선택적이고 바람직하게 이루어짐) 이루어진다.

임의의 위에서 언급된 실시예들에서, 노즐 활성화 비트맵은 이러한 비마스킹된(unmasked) 위치들에서 노즐들을 활성화 할지 말지 결정하는, 마스킹되지 않는 노즐 위치를 위해서만 선택적이고 바람직하게, 접근된다.

임의의 위에서 언급된 실시예들에서, 활성화 되지 않는 노즐들(예를 들어 비 마스킹된 노즐들)은 선택적이고 바람직하게 자극되고, 즉 그것들은 구축 재료를 분사하는 노즐들을 활성화하도록 요구되는 에너지보다 적은 활성화 에너지를 수용한다.

특정 진동수(certain frequencies)에서 노즐들이 작동하는 것은, 몇몇의 경우에, 방출되는 물방울의 상승 또는 무게와 같은 그것의 작동 특성들을 변화시키거나 작동을 중지시키는 노즐을 초래할 수 있는 것으로써, 노즐들의 장 기간 안정(health)에 해로울 수 있음은 본 발명자들에 의해 발견되었다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예들에서 특정 진동수들은 의사-난수 마스킹(pseudo-random mask)으로부터 제거된다. 예를 들어, 가장 높은 진동수들은 마스킹으로부터 제거될 수 있어서, 오프-온-오프 시퀀스(off-on-off sequence)는 나타나지 않는 반면, 오프-온-온-오프(off-on-on-off sequence)는 나타난다.

시스템(10)은 예를 들어, 이용되는 모델링 재료에 따라서, 자외선 또는 가시광선 또는 적외선 램프 또는 전자기 방사선의 다른 소스들, 또는 전자 빔 소스일 수 있는, 하나 이상의 방사 소스들(18)을 선택적이고 바람직하게 포함한다. 방사 소스(18)는 라이트 에미팅 다이오드(light emitting diode; LED), 디지털 라이트 프로세싱(digital light processing; DLP) 시스템, 저항성 램프 등에 제한 없이, 포함하는, 임의의 타입의 방사 방출 장치(radiation emitting device)를 포함한다. 방사 소스(18)는 모델링 재료를 고체화하거나 경화시키기 위해 제공된다. 본 발명의 다양한 실시예들에서 방사 소스(18)의 작동은 방사 소스(18)를 활성 및 비활성 시킬 수 있고 또한 방사 소스(18)에 의해 생성되는 방사선의 양을 선택적으로 제어할 수 있는 컨트롤러(20)에 의해 제어된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 방사 소스(18)는 방사 방향(r)을 따라서 트레이에 대하여 왕복으로 이동하도록 구성된다. 이러한 실시예들은 방사 소스(18)의 길이가 트레이(12) 상의 작업 구역(26)의 방사 방향에 따르는 폭보다 짧을 때 유용하다. 방사 방향을 따르는 방사 소스(18)의 운동은 컨트롤러(20)에 의해 선택적이고 바람직하게 제어된다. 방사 방향을 따르는 방사 소스(18)를 이동시키기 위해 적절한 메커니즘의 대표적인 도면은 도 1d로 도시된다. 도 1d에서 도시된 것은 방사 방향을 따라서 방사 소스(18)의 왕복 운동을 확립하도록 배열되는 스테이지(56) 상에 장착되는 방사 소스(18)이다. 따라서 본 실시예는 별개 운동 스테이지를 따라서 방사 방향으로 이동하도록 독립적으로 각각 제어 가능한, 프린팅 헤드 및 방사 소스를 고려한다. 이는 프린팅 헤드 및 방사 소스가 동일 프린팅 블록 상에 장착되고 따라서 동시에 이동하도록 강제되는 3차원적인 종래의 프린팅 시스템들과 다르다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 컨트롤러(20)는 시스템(10)의 작동 동안 방사 방향을 따라서 비-동시에 방사 소스(18) 및 헤드(들; 18)을 이동시키도록 구성된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 컨트롤러(20)는 시스템(10)의 작동 동안 방사 방향을 따라서 독립적으로 비-동시에 헤드(들; 18)과 방사 소스(18)를 이동시키도록 구성된다. 이러한 실시예들은 예를 들어 아래에서 더 상세히 기술된 바와 같이 경화가 지연되도록, 경화를 시작하는 시간을 선택하는 것을 원할 때 특히 유용하다.

방사 소스(18) 및/또는 컨트롤러(20)는 분사된 건축 재료의 말림 속도가 다른 방사 방향 위치들에서 분사되는 물방울들과 일반적으로(예를 들어, 20% 내 또는 10% 내 또는 5% 내 또는 1%내) 동일한 것을 보장하도록 선택적이고 바람직하게 구성된다. 일반적으로, 이는 축(14)으로부터 다른 거리에 있는 위치들로 다른 속도로 에너지를 이송하는 방사 소스(18)를 제어 또는 구성함으로써 달성된다. 바람직하게, 에너지가 소스(18)에 의해 이송되는 속도는 축(14)으로부터 거리에 따라서 선형적으로 감소한다. 구체적으로, P ₁에 의해 축(14)으로부터의 거리(r ₁)에서 위치로 이송되는 에너지의 비율(rate of energy), P ₂에 의해 축(14)으로부터의 거리(r ₂)에서 위치로 이송되는 에너지의 비율을 표시하는 경우, 비율 P₁와 P₂은 관계식 P₁/P₂　

　r₁/r₂을 바람직하게 만족한다.

축(14)로부터의 다른 거리에 있는 위치들에 다른 에너지 도즈(different energy)를 이송하는 것은 하나 이상의 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 방사 소스(18)가 테이퍼드(tapered) 모양을 가져서, 일반적으로 방위각 방향을 따르는 그것의 폭은 그것의 내부방향 단부(축(14)에 더 가까운)에서 그것의 외부 방향 포인팅 단부(축(14)으로부터 더 먼) 좁다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 방사 소스(18; 예를 들어 LED 등) 내부의 방사선 방출 요소들(radiation emitting elements)은 동일 방출 파워(same emission power)에 의해 모두 특성화 되지는 않는다. 이러한 실시예들에서 방출 요소들은 방사 소스(18)를 따라서 방사 방향으로 바람직하게 분포되어서 낮은 방출 파워를 구비하는 요소들은 내부방향 단부에 가깝고, 높은 방출 파워를 구비하는 요소들은 외부방향 단부에 가깝다. 바람직하게, 방출 요소들은 분포되어서 방출 파워는 내부방향 단부로부터의 거리에 따라 선형적으로 감소한다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 방사 소스(18; 예를 들어 LED 등) 내부의 방사선 방출 요소들은 동일 방출 파워로 모두 특성화 되지만, 컨트롤러(20)는 다른 파워에서 방사선을 방출하도록 방사선 방출 요소들의 각 그룹 또는 각각의 방사선 방출 요소를 개별적으로 제어한다. 이는 방사선 방출 요소들의 다른 그룹들 또는 다른 방사선 방출 요소들 내부에 다른 전기장(electric fields)을 생성함으로써 수행될 수 있다. 위의 실시예들의 조합(예를 들어, 방사선 방출 요소들을 구비하는 테이퍼드 소스는 동일 방출 파워로 모두 방출하지는 않음)은 또한 고려된다.

구축 재료가 분사되는 이벤트(event)와 새로이 분사된 재료가 소스(18)로부터의 방사선에 노출되는 이벤트 사이의 시간 간격이 프린트된 객체의 일반적인 프린트 품질, 표면 마감 및 정확도에 영향을 줄 수 있음은 본 발명자에 의해 알려졌다. 일반적으로 더 짧은 시간 간격들은 프린트된 객체의 더 나은 품질과 더 적은 도트-게인(dot-gain)을 초래한다. 다른 한편으로, 헤드(들; 16)에 매우 근접하게 소스(18)를 위치시키는 것이 헤드(들; 16)로부터 분사되는 제트(jets)에 악영향을 미칠 수 있는 것은 본 발명자들에 의해 밝혀졌다. 어떠한 특정 이론에 구애됨 없이, 이러한 효과가 헤드(들; 16)의 노즐들의 방향으로 트레이(12) 상에 구축 재료로부터 또는 트레이(12)로부터 반영되는 방사선 때문인 것은 생각된다.

본 발명자들은 충분한 프린팅 품질은 노즐에 손상을 최소화하거나 줄이는 동안 달성하기 위하여 소스(18)와 헤드(들; 16)의 바람직한 기하학적 배열을 결정하도록 실험을 수행하였다. 실험은 다음의 예시 섹션(examples section)에서 설명된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라서 얻어진 실험적인 데이터를 기반으로, 충분한 프린트 품질은 경화하는 시간이 약 0.5초, 바람직하게는 0.75초를 넘지 않을 때 달성된다. 따라서, 소스(18) 및 헤드(들; 16) 사이의 방위각 간격은 바람직하게 0.3ω 라디안 내지 0.75ω 라디안 사이에 있고, 여기서 ω 는 헤드(들; 16) 및 소스(18)에 대한 트레이(12)의 평균 각속도이다. 일반적이지만, 필수적이지는 않은, 헤드(들; 16) 및 소스(18) 사이의 방위각 분리는 약 30° 내지 약 120°, 더 특히 약 40° 내지 약 110°, 더 특히 약 45° 내지 약 100°, 더 특히 약 45° 내지 약 90°, 더 특히 약 55° 내지 약 90°이다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 시스템(10)은 롤러(roller) 또는 블레이드(blade)로서 제작될 수 있는 하나 또는 이상의 레벨링 장치(leveling devices; 32)를 더 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 레벨링 장치(32)는 그것의 대칭 축(symmetry axis; 34)이 트레이(12)의 표면에 대하여 기울어지고 그것의 표면이 트레이의 표면에 평행하도록 위치되는 원뿔형 롤러(conical roller)의 모양을 가진다. 이러한 실시예는 시스템(10)의 측면도에서 도시된다(도 1b).

원뿔형 롤러는 원뿔형 절두체(conical frustum) 또는 콘(cone) 모양을 가질 수 있다.

원뿔형 롤러의 개방 각도(opening angle)는 그것의 축(34)을 따르는 어떠한 위치에서 콘의 반지름 사이의 일정 비율(constant ratio) 및 축(14)과 위치 사이의 거리로 바람직하게 선택된다. 이러한 실시예는, 롤러가 회전하는 동안, 롤러의 표면 상에 지점(p)이 지점(p)의 수직 방향으로 바로 아래의 지점에 트레이의 선형 속도에 비례하는(예를 들어, 동일한) 선형 속도를 가지기 때문에, 층들의 효율적으로 레벨링하는 것을 허용한다. 몇몇 실시예들에서, 롤러는, 축(14)으로부터 그것의 가장 가까운 거리에서, 높이 h, 반지름 R₁ 및 축(14)으로부터 그것의 가장 먼 거리에서 반지름 R₂를 가지는 원뿔 절두체의 모양을 가지며, 여기서 변수들(h, R _1, R ₂)은 관계식 R ₁/R ₂=(R-h)/h을 만족하고 여기서 R은 축(14)으로부터 롤러의 가장 먼 거리이다(예를 들어, R은 트레이(12)의 반지름일 수 있음).

레벨링 장치(32)의 작동은 레벨링 장치(32)를 활성화하고 비활성화할 수 있고 또한 방사 방향(축(14)으로부터 떨어지거나 전방에 위치하고 트레이(12)에 평행함) 및/또는 수직 방향(축(14)에 평행한)을 따라서 그것의 위치를 선택적으로 제어하는 컨트롤러(20)에 의해 선택적이고 바람직하게 제어된다.

전술된 바와 같이, 헤드들(16)은 방사 방향을 따라서 트레이에 대하여 왕복으로 이동할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 컨트롤러(20)는 각각의 프린팅 헤드들을 위해 독립적으로 방사 방향을 따라서 헤드들(16)의 운동을 제어한다. 예를 들어, 둘 또는 이상의 헤드들은 인접한 축들을 따라서 방위각 분리 각도가 있도록 배열되는 다른 방사 축들 상에 장착될 수 있다. 이러한 실시예는, 세 개의 방사 축들(62a, 62b, 62c) 상에 각각 장착되는 세 개의 헤드들(16a, 16b, 16c)을 도시하는, 도 6에서 도시된다. 도시된 바와 같이, 축(62b, 62c) 사이의 방위각 간격 각도는 Δω₁이다. 임의의 수의 헤드들 및 임의의 수의 축들은 사용될 수 있다.

트레이(12)가 동일 방향으로 지속적으로 회전할 때, 예측된 전체 프린팅 시간이 방사 방향을 따라서 헤드들(16)의 통과 단계(passes) 횟수에 따라 증가하고, 프린트되는 객체들의 수에 따라서 반드시 증가하지 않는 다는 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다.

가정으로, 예를 들어, N개의 객체들은 축(14)으로부터 유사한 거리에서 프린트될 수 있어서, 헤드들(16)은, 예를 들어 N 개의 객체들이 트레이(12)의 최외곽(outermost) 영역 상에 프린트되는, 방사 방향을 따라서 이동함 없이 이러한 모든 객체들을 형성할 수 있다. 다른 가정으로, M개의 추가적인 객체들은 또한 축(14)으로부터 유사한 거리에서 프린트 될 수 있지만, M개의 객체들의 거리는 N개의 객체들의 거리와 다르다. 이러한 시나리오는 도 8a 로 도시되며, 여기서 N개의 객체들은 사각형으로 표시되며, 추가적인 M개의 개체들은 삼각형(triangles)으로 표시된다. 예상되는 전체 프린팅 시간은, 이러한 시나리오에서 객체들의 수의 함수로써 도 8b에서 도시된다. N 또는 더 적은 객체들의 임의의 수를 위한, 전체 프린팅 시간은, 그것들이 방사 방향을 따라서 헤드가 이동함 없이 프린트되기 때문에, 일반적으로 동일하다. N+1 내지 M 인 임의의 객체수를 위한, 전체 프린팅 시간은 또한, 일반적으로 동일하지만, N 개의 객체들을 프린팅 하기 위해 요구되는 시간보다 더 길다.

몇몇 실시예에서, 컴퓨터(24) 또는 컨트롤러(20)의 회로는 모든 객체들의 예상되는 전체 프린팅 시간을 계산하고, 디스플레이 장치에 계산된 시간을 디스플레이 한다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서 컴퓨터(24) 또는 컨트롤러(20)의 회로는 전체 프린팅 시간을 상당히 증가시키는 것 없이 프린트될 수 있는 객체들의 수를 계산하는 최적화 과정을 수행한다. 객체들의 계산된 수는 디스플레이될 수 있고, 시스템(10)은 최적화 과정을 기반으로 객체들의 계산된 수를 프린트할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 컴퓨터(24) 또는 컨트롤러(20)의 회로는 몇몇 프린팅 시나리오를 위해 객체당 전체 프린팅 시간을 계산하고, 계산의 결과를 디스플레이한다. 프린트되는 객체들의 수는 계산의 결과(예를 들어, 객체당 전체 프린팅 시간이 가장 짧은 숫자를 선택함)를 기반으로 선택될 수 있다. 대표적인 예시와 같이, 특정 배열에서 N₁개의 객체를 위한 예상되는 전체 프린팅 시간이 T₁라면, 객체 당 전체 프린팅 시간은 T₁/N₁이다. 또한, N₂<N₁이라면 예상되는 전체 프린팅 시간은 T₂이다. T₁/N₁ < T₂/N₂일 때 시스템(10)은 N₁개의 객체들의 동시에 프린팅하는 것을 위해 이용되고 T₁/N₁ > T₂/N₂일 때 시스템(10)은 N₂개의 객체들의 동시에 프린팅하는 것을 위해 이용된다.

또한, 인쇄되는 객체들의 수를 계산하는 최적화 과정은 시스템 내에(예를 들어 공급부(42) 내에) 존재하는 전체 구축 재료에 속하는 데이터를 수용할 수 있다. 객체를 프린팅 하기 위해 요구되는 재료이 양이 공급부(42) 내에 존재하는 재료의 양보다 많은 때, 컨트롤러(20)는 경보를 낼 수 있다. 대안 또는 추가적으로, 컨트롤러(20)는 공급부(42) 내에서 이용 가능한 재료를 이용하여 프린트될 수 있는 객체들의 감소된 수에 관한 출력(output)을 생성할 수 있고, 이러한 경우에 시스템10)은 비록 그 수가 도 8b에서 도시된 예시적인 그래프의 관점(stand point)에서 최적이 아닐지라도, 객체들의 감소된 수를 프린팅하기 위해 이용될 수 있다.

방사 방향에 따라 프린팅의 재배치가 회전의 축과 헤드들의 노즐 배열 내 각각의 노즐들 사이의 거리의 변화를 초래하기 때문에 방사 방향을 따르는 프린팅 헤드의 재배치(relocation)가 프린팅 해상도에 영향을 미칠 수 있는 것은 발명자들에 의해 발견되었다.

본 발명의 발명자들은 이러한 문제에 대한 하나 이상의 해결책을 발견하였다.

몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 프린팅 헤드(16)의 방사 방향 위치에 반응하여 트레이(12)의 회전 속도를 변화시킨다. 바람직하게, 프린팅 헤드(16)가 축(14)에 가까이에 재배치될 때, 컨트롤러(20)는 트레이의 회전 속도를 증가시키고, 프린팅 헤드(16)가 축(14)으로부터 더 멀리로 재배치될 때, 컨트롤러(20)는 프레이의 회전 속도를 줄인다. 회전 속도에서 변화의 양은 바람직하게 프린팅 헤드(16)가 동일한 분사 속도로 작동할 때, 방사 방향을 따르는 재배치 전의 헤드(16)의 프린팅 해상도가 방사 방향을 따르는 재배치 후의 헤드의 프린팅 분해들과 같도록 선택된다. 대표적인 예시로써, 축(14)으로부터 거리(r ₁)에서 구축 재료를 처기에 분사하는 프린팅 헤드를 고려하는 반면에, 트레이(12)의 회전 속도는 ω₁이다. 프린팅 헤드는 그 후에 축(14)로부터 거리(r ₂)에서 구축 재료를 분사하도록 방사 방향을 따라서 재배치되고, 컨트롤러는 ω ₂≠ω ₁로 트레이(12)의 회전 속도를 변화시킨다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서 ω ₂는 관계식 ω ₁/ ω ₂=r ₂/r ₁을 만족하도록 선택된다.

몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 프린팅 헤드(16)의 방사 방향 위치에 반응하여 프린팅 헤드(16)의 분사 속도를 변화시킨다. 바람직하게 프린팅 헤드(16)가 축(14)에 더 가까이에 재배치될 때, 컨트롤러(20)는 분사 속도를 줄이고, 프린팅 헤드가 축(14)으로부터 더 멀리 재배치될 때, 컨트롤러(20)는 분사 속도가 증가된다. 분사 속도 내의 변화의 양은, 방사 방향을 따르는 재배치 전에 헤드(16)의 프린팅 해상도가 방사 방향을 따르는 재배치 후에 헤드(16)의 프린팅 해상도와 같도록, 바람직하게 선택된다.

몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 연속적으로 분사되는 물방울들 사이의 방사방위각 거리가 방향을 따르는 프린팅 헤드의 위치의 함수로써 변화시키도록 물방울들을 분사시키는 하나 이상의 프린팅 헤드들(16)을 제어한다. 이러한 실시예들은 도 4a 및 도 5b에서 도시된다. 도 4a에서 도시된 것은 프린팅 헤드(미 도시된)가 회전 축(14)으로부터 다른 세 거리(Δr₁, Δr_2, Δr₃)에 있는 동안 트레이(12) 상에 배치된 몇몇 물방울들(채워진 원들)이다. 네 개의 물방울들은 각각의 거리를 위해 도시된다. 축(14)으로부터 가장 짧은 거리(Δr₁)에서, 물방울들은 방위각 방향을 따라서 서로 가까운 거리에 있고, 다음으로 짧은 거리(Δr₂)에서, 물방울들은 방위각 방향을 따라서 서로로부터 멀리 떨어지며, 가장 긴 거리(Δr₃)에서, 물방울들은 방위각 방향을 따라서 서로로부터 가장 멀리 떨어져 있다. 이러한 분사 프로토콜(dispensing protocol)은 트레이(12)의 회전 동안 물방울들의 연속적인 분사들 사이에 하나 이상의 빈 위치들을 남기도록 프린팅 헤드들에 신호를 줌으로써 보장될 수 있다.

상기 분사 프로토콜은 교차된 분사로 수행될 수 있다. 이러한 실시예는 도 4b에서 도시된다. 도 4b에서 도시되는 것은 프린팅 헤드들의 상대적인 위치들을 위한 트레이의 추가적인 통과단계 동안 분사되는 추가적인 물방울들이다. 물방울들은 채워진 원들, 개방된 원들, 크로스된 원들로 도시된다. 물방울들의 몇몇은 방위각 방향을 따라서 교차된다.

구체적으로, 도 4b는 프린팅 헤드가 거리(Δr₂, Δr₃)에 있는 동안 분사되는 추가적인 물방울들(개방된 원들), 및 프린팅 헤드가 거리(Δr₃)에 있는 동안 분사되는 추가적인 물방울들(크로스된 원들)을 도시한다. 프린팅 헤드가 거리(Δr₁)에 있을 때에는 트레이의 단일 통과단계 동안 모든 물방울들(채워진 원들)을 분사한다. 프린팅 헤드가 거리(Δr₂)에 있을 때에는 트레이의 제1 통과단계 동안 제1 물방울들(채워진 원들)을, 및 트레이의 제2 통과단계 동안 제2 물방울들(열린 원들)을 분사한다. 프린팅 헤드가 거리(Δr₃)에 있을 때에는 트레이의 제1 통과단계 동안 제1 물방울들(채워진 원들), 트레이가 제2 통과단계 동안 제2 물방울들(열린 원들), 및 트레이의 제3 통과단계 동안 제3 물방울들(크로스된 원들)을 분사한다. 따라서, 이러한 실시예들에서 프린팅 헤드는 교차된 분사를 수행하도록 컨트롤러(20)에 의해 제어되고, 여기서 적어도 하나의 물방울은 두 개의 이전에 분사된 물방울들 사이에서 및 그것과 동일한 수직 위치에서 분사된다.

교차된 분사는 일반적으로 많은 통과단계들이 윤곽을 어떻게 채우는지 표시하는 교차 수준을 특징으로 한다. 제한으로써 고려되지 않도록 하는, 도 4b에서 도시된 예시적인 실시예에서, 원의 호와 같이 각각 형성된, 세 개의 윤곽이 프린트 된다. 거리(Δr₁)에서의 윤곽은 교차함 없이 분사된다. 거리(Δr₂)에서의 윤곽은 2-통과 교차 수준에서(트레이의 두 통과단계들이 윤곽을 채우도록 요구되는 것을 표시하는), 또는, 동등하게, 50% 교차 수준(각각의 통과단계에서, 윤곽의 50%가 채워지는 것을 표시하는)에서 분사된다고 말해진다. 거리(Δr₃)에서 윤곽은 3-통과 교차 수준에서(트레이의 세 개의 통과단계가 윤곽을 채우도록 요구되는 것을 표시하는) 또는, 동등하게, 33.33% 교차 수준(각 통과단계에서, 윤곽의 33.33%가 채워지는 것을 표시하는)에서 분사되도록 말해진다. 흔히(Oftentimes), 용어(교차된 분사)는 윤곽이 단일 통과 단계 동안 채워지는 상황도 포괄하도록 일반화된다. 이러한 용어의 일반화로, 거리(Δr₁)에서의 윤곽은 1-통과 교차 수준에서, 또는, 동등하게, 100% 교차 수준에서 분사된다고 말해진다.

따라서, 본 실시예들은 방사 방향을 따라서 프린팅 헤드의 위치의 함수로써 변화하는 교차 수준을 고려한다.

또한, 본 실시예들은 교차된 분사를 고려하고, 여기서 분사된 물방울들은 방사 방향을 따라서 교차된다. 이러한 실시예들에서, 헤드는 동시에 분사된 물방울들 사이에는 갭이 있도록 물방울들을 분사하고, 여기서 방사 방향을 따르는 갭(방사 방향 갭으로서 본 원에서 참조되는)의 길이는 하나의 분사된 물방울의 적어도 직경이고, 바람직하게 일 분사된 물방울의 직경의 정수 배(integer multiplication)이다. 그 후에, 헤드는 트레이의 후속 통과 단계에서와 같이(so as in) 방사 방향을 따라서 전환(shifted)되며, 헤드는 방사 방향 갭들을 채우거나 부분적으로 채우도록 물방울들을 분사한다. 방사 방향을 따라서 교차된 분사의 이점은 그것이 헤드의 노즐 배열에 노즐들 사이의 공간에 의해 나타나는 해상도를 넘어서 방사 방향을 따라서 해상도를 증가시키는 것을 허용하는 것이다.

시스템(10)이 둘 또는 이상의 모델링 재료 프린팅 헤드들을 포함할 때, 방사 방향을 따라서 교차하는 것은 또한 프린팅 헤드들의 적절한 정렬에 의해 달성될 수 있다. 이러한 실시예에서 둘 또는 이상의 모델링 재료 프린팅 헤드들은 그것들의 노즐 배열이 교차되는 방법으로 배열되도록 정렬된다. 이어한 실시예의 대표적인 예시는 도 7에서 도시되고, 이는 다른 잉크젯 프린팅 헤드(미 도시된)에 각각 대응하는, 두 개의 노즐 배열들을 이용하는, 트레이(12) 상에 두 원들(72, 74)의 교차된 분사를 도시하고, 여기서 방사 방향을 따르는 원들(72, 74) 사이의 거리는 각 배열 내에 가까이서 이웃하는 노즐들 사이 거리보다 작다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서 컨트롤러(20)는 방사 방향을 따라서 프린팅 헤드들의 왕복 운동 동안 분사를 중지시킨다. 프린팅 헤드가 새로운 방사 방향 위치에서 정지하게 된 후에, 컨트롤러(20)는 분사를 재개하도록 프린팅 헤드를 제어한다. 이는 한 가지 이상의 방법으로 수행될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 분사가 중지되었던 동일한 방위각 좌표에서 분사를 재개할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 분사가 중지되는 시간 주기는 트레이의 회전 주기 또는 그것의 정수 배와 같다. 따라서, 분사 프로토콜은 프린팅 헤드가 새로운 방사 위치에 주둔한 후에, 컨트롤러(20)가 동일 방위각 위치가 프린팅 헤드들 바로 아래에 있을 때까지 기다리고 그 후 프린팅을 재개시키는 것이다.

몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 분사가 중지되는 방위각 좌표에 대하여 오프셋되는 방위각 좌표로 분사를 재개시킨다.이는 하나 이상의 방법으로 수행되며, 이제 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명될 것이다.

도 5a는 프린팅 헤드(16; 검은 바로써 간단하게 도시되는)가 제1 방사 방향 위치(r₁)와 제2 방사 방향 위치(r₂) 사이에서 왕복적으로 이동하는 상황을 도시한다. 방사 방향을 따라서 왕복 운동하는 동안, 트레이(12)는 회전되어서, 트레이(12)는 다른 방위각 진로(azimuthal orientation)를 취한다. 대표적인 도면에서, 헤드(16)는 트레이(12)가 φ₀와 φ ₂로 표시된 방위각 진로를 취할 때 제1 방사 방향 위치(r₁)에 있고, 트레이(12)가 φ₁와 φ ₃로 표시된 방위각 진로를 취할 때 제2 방사 방향 위치(r₂)에 있다. 각각의 방위각 진로는 헤드(16) 아래 트레이의 방위각 위치에 대응한다. 본 실시예들에 따르면, 헤드(16)가 처음 r₂에 도달할 때, 그것은 φ ₀에 대해 오프셋되는 방위각 위치(φ ₁)에서 분사를 재개하고, 헤드(16)가 r₁으로 돌아갈 때, 그것은 φ ₁에 대하여 오프셋되는 방위각 위치(φ ₂)에 분사를 재개하며, 헤드(16)가 두 번째로 시간에 r₂에 도달할 때, 그것은 φ ₂에 대하여 오프셋되는 방위각 위치(φ ₃)에서 분사를 재개한다.

도 5b는 객체들이 트레이(12) 위에 방위각 각도의 미리 설정된 범위를 점유하도록 프린트되는 바람직한 실시예를 도시한다. 미리 설정된 범위는 바람직하게 적어도 5°이지만 350° 보다 적거나 340° 보다 적거나 330° 보다 적거나 320° 보다 적거나 310° 보다 적거나 300° 보다 적거나 290° 보다 적거나 280° 보다 적거나 예를 들어 270°이다. 도 5b에서 도시된 것은 트레이(12) 상의 제1 영역(90) 및 제2 영역(92)이고, 여기서 영역(90)은 객체들이 프린트되는 방위각 각도들의 미리 설정된 범위를 표현한다. 영역들(90, 92) 각각은 원형 부채꼴의 모양을 가진다. 바람직하게, 영역(92)의 호 길이(arc length)는 영역(90)의 호 길이보다 짧다. 따라서, 하나 이상의 객체들은 트레이(12)의 영역(90) 상에 프린트되고 영역(92)은 바람직하게 항상, 그 위에 프린트된 객체들이 없는 채로 남아있다. 영역(90)은 점유된 영역(occupied region)으로써 참조되고 영역(92)은 비점유된 영역(unoccupied region)으로써 참조된다. 점유된 영역과 비점유된 영역의 사용은 방사 방향을 따라서 헤드들(16)의 운동을 시간선택(timing)하기에 유용하다. 이러한 실시예들에서 컨트롤러(20)는 그것들이 예를 들어 영역(92)인, 비점유된 영역일 위에 있을 때에만 방사 방향을 따라서 이동하도록 헤드들(16)에 신호를 준다.

도 5c 내지 도 6f는 헤드가 그것들이 비점유된 영역 위에 있을 때에만 방사 방향으로 이동하는 분사 프로토콜을 도시한다. 도 5c 내지 도 5f에서 채워진 아치형 화살표(solid arced arrows)는 헤드들(16)이 구축 재료를 분사하도록 허용되는 것에 따른 궤적을 표현하는 반면에, 방사 방향을 따르는 트레이(12)에 대한 헤드들(16)의 상대 움직임은 아니다. 채워진 원은 다른 궤적의 원폭(different swaths of trajectories)을 가리킨다. 트레이(12)가 회전하는 동안, 방사 방향을 따르는 헤드들(16)의 운동은 점선 화살표(dotted arrows)로 도시된다. 영역(92; 및 결과적으로 영역(90)에도)에 대응하는 방위각 좌표들은 φ₁과 φ ₂으로 표시된다.

도 5c 내지 도 5f에서 도시된 것은 6개의 궤적들이며 94a 내지 98b로 표시된다. 동일한 원폭(swath) 내의 궤적 각각은 헤드(16)의 다른 노즐 또는 동일한 노즐에 대응할 수 있지만, 본 원의 위에서 더 기술된 바와 같이 방사 방향을 따라서 교차된 분사를 효과적이게 방사 방향을 따라서 전환된다. 따라서, 방사 방향을 따라서 교차된 분사가 사용될 때, 동일 원폭(궤적들 94a와 94b, 궤적들 96a와 96b, 궤적들 98a와 98b) 내부에 인접한 궤적들의 방사 방향 위치들 사이의 차이는 분사된 하나의 분사된 물방울들의 직경일 수 있고, 방사 방향에 따라서 교차된 분사가 사용되지 않을 때, 동일 원폭 내부에서 인접한 궤적들의 방사 방향 위치들 사이의 차이는 배열의 인접한 노즐들 사이 거리일 수 있다.

궤적들의 다른 원폭들은 노즐 배열의 길이의 정수 배인 양에 의해 헤드들(16)의 방사 변위(displacements)에 일반적으로 대응한다. 따라서, 인접한 두 원폭들 에 대응하는 궤적들(예를 들어, 궤적들 94a와 96b, 궤적들 96a와 98b, 궤적들 94a와 96b, 궤적들 96a와 98b 사이)의 방사 방향 위치들 사이의 차이는 헤드(16)의 노즐 배열의 길이일 수 있지만, 필수적인 것은 아니다.

도 5c 내지 도 5f에서 궤적의 수가 감소된 것과 이것이 본 발명의 범위를 6 개의 궤적으로 제한하려는 제한하려는 의도는 아닌 것을 이해 하여야 한다. 일반적으로, 궤적의 방사 원폭의 수는 대게(most) W/L이고, 여기서 W는 트레이(12) 상의 작업 구역(26)의 방사 방향에 따른 폭이며, L은 헤드(16)의 노즐 배열의 길이이다. 방사 방향에 따른 교차되는 분사가 사용될 때, 궤적들의 전체 수는 대게 W/D이고, 각 원폭에서 궤적들의 수는 바람직하게 대략 L/D이며, 여기서 D는 하나의 분사된 물방울들 특징적인 직경이다. 방사 방향에 따른 교차되는 분사가 사용되지 않을 때, 각 원폭에서 궤적들의 수는 대게 배열에 있는 노즐들의 수와 바람직하게 동일하다. 바람직하게, 그것들은 궤적들의 적어도 둘 또는 적어도 세 개의 원폭들이며, 각 원폭에서 적어도 둘 또는 적어도 셋 또는 적어도 네 개의 궤적들이다.

도 5c 및 도 5d는 방사 방향을 따라 교차되는 분사가 사용되는 분사 프로토콜을 도시한다. 도 5c를 참조하여, 헤드(16)는 궤적(84a)에 대응하는 방사 방향 위치에서 구축 재료를 분사한다. 트레이가 방위각 위치(φ₁)에 도달할 때, 헤드(16)는 영역(92) 위에 여전히 있고, 분사는 일시적으로 중지된다. 헤드(16)가 여전히 영역(92) 위에 있는 동안, 헤드(16)는 궤적(94b)에 대응하는 방사 방향 위치에 외측방향으로 이동한다. 헤드(16)는 적어도 트레이가 방위각 위치(φ ₂)에 도달할 때까지, 즉 헤드(16)가 영역(90) 위에 있을 때, 분사를 재개하지 않는다. 과정은 원폭(94)에서 헤드들이 몇몇 또는 전체 궤적들을 찾아갈 때까지 계속한다. 일 원폭으로부터 다른 것으로의 방사 운동은 또한, 예를 들어, 궤적(94b)에 대응하는 방사 방향 위치로부터 궤적(96a)에 대응하는 방사 방향 위치로 헤드(16)의 방사 이동, 및 궤적(96b)에 대응하는 방사 방향 위치로부터 궤적(98a)에 대응하는 방사 방향 위치로 헤드(16)의 방사 운동을 표현하는 점선들에 의해, 도시된 바와 같이, 헤드(16)가 영역(92) 위에 있는 기간 동안 수행된다.

방사 방향을 따르는 교차되는 분사가 사용될 때, 분사 프로토콜은 동일 원폭 내에 있는 인접한 궤적들의 방사 방향 위치들 사이의 차이와 동일한 양으로 방사 변위를 포함하지 않는다. 이러한 실시예들에서, 방사 변위는 헤드(16)의 노즐 배열의 길이와 동일한 양인 양이다. 이러한 실시예들은 도 5e 및 도 5f에서 도시된다. 도 5e를 참조하여, 헤드(16)는 두 다른 노즐들로부터 궤적(94a, 94b)에 대응하는 방사 방향 위치에 구축 재료를 분사한다. 트레이가 방위각 위치(φ ₁)에 도달할 때, 헤드(16)는 영역(92) 위에 있고, 분사는 일시적으로 중지된다. 헤드(16)가 여전히 영역(92) 위에 있는 동안, 헤드(16)는 궤적(96a)에 대응하는 방사 방향 위치에 외측 방향으로 이동한다. 헤드(16)는 적어도 트레이가 방위각 위치(φ ₂)에 도달할 때까지, 즉 헤드(16)가 영역(90) 위에 있을 때, 분사를 재개하지 않는다. 과정은 원폭(98)과 원폭(96)에 연속한다.

도 5d 및 도 5f는, 영역(92) 위에서 내측 방향으로 이동하는 헤드를 제외하고, 각각, 도 5c 및 도 5d와 유사한 분사 프로토콜들을 도시한다. 도 5c 및 도 5d로 도시되는 분사 프로토콜들, 또는 도 5e 및 도 5f로 도시되는 프로토콜들의 조합은 또한 고려된다. 예를 들어, 이러한 프로토콜들은 교대로 수행될 수 있다.

또한, 분사가 중지되는 방위각 좌표로써 실질적으로 동일한(예를 들어, 1°보다 적거나 0.1°보다 적거나 0.01°보다 적은) 방위각 좌표에서 컨트롤러(20)가 분사를 재개하는 것은 고려된다.

도 5g 및 도 5h는 본원의 위에서 더 상세하게 설명된 바와 같이, 분사가 중지된 동일 방위각 좌표에서 분사가 재개되는 분사 프로토콜들을 도시한다. 도 5g는 헤드가 외측 방향으로 이동하는 분사 프로토콜을 도시하고, 도 5h는 헤드가 내측 방향으로 이동하는 분사 프로토콜을 도시한다. 도 5g 및 도 5h에서 도시된 프로토콜들의 조합들은 또한 고려된다. 예를 들어 이러한 프로토콜들은 교대로 수행될 수 있다. 도 5g 및 도 5h 내의 표시법(notations)은 위의 도 5c 내지 도 5e와 같은 것이다.

컨트롤러(20)가 방위각 좌표에서 분사를 재개하는 실시예들에서, 프린팅 데이터는 다른 방사 방향 위치들에 대응하는 객체의 다른 일부들의 대응하는 극 좌표들(polar coordinates)이 또한 오프셋 되도록 조정된다. 데이터의 이러한 배열은 컨트롤러(20) 또는 컴퓨터(24)에 의해 수행될 수 있다.

도 5a에서 도시된 가르침(teachings)에 따른 분사 프로토콜은 프린팅 처리량(printing throughput)의 관점에서 도 5b 내지 도 5h에 도시된 가르침에 따른 분사 프로토콜 보다 바람직하다. 도 5b내지 도 5f 에서 도시된 가르침에 따른 분사 프로토콜은 데이터 조작 단순성(data manipulation simplicity)의 관점에서 도 5a에서 도시된 가르침에 따른 분사 프로토콜 보다 바람직하다. 도 5g 내지 도 5h에서 도시된 가르침에 따른 분사 프로토콜은 데이터 조작 단순성의 관점에서 도 5a 내지 도 5f에서 도시된 가르침에 따른 분사 프로토콜보다 바람직하다.

본 발명자들은 컨트롤러가 또한 왕복 운동 동안 구축 재료의 분사를 계속하는 실시예를 추가적으로 고려한다. 이러한 실시예들에서, 프린팅 데이터는 헤드의 왕복 운동에 반응하여 조정된다. 이러한 분사 프로토콜은 비-원형 세그먼트들(non-circular segments)에 따라 분사 물방울들을 허용한다.

위에서 기술한 바와 같이, 트레이(12)와 헤드들(16) 사이 수직 거리는 층별로 3차원적인 객체를 형성하는 것을 허용하도록 변할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 수직 운동 동안 구축 재료의 분사를 중지시킨다. 이러한 실시예들은 분사 프로토콜을 간단화하는 관점에서 바람직하다.

수직 운동의 시간선택이 프린트된 객체의 품질에 영향을 주는 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다. 따라서, 본 발명자들은 프린트된 객체의 품질을 개선하는 3차원적인 프린팅 프로토콜을 고안하였다. 일반적으로 층의 제작 동안 시스템(10)에 의해 수행되는 몇몇 작동들이 있다. 이는 예를 들어, 헤드들(16)에 의한 구축 재료들의 분사, 레벨링 장치(32)에 의해 새로 프린트된 층을 레벨링 함 및 방사 소스들(18)에 의한 층의 경화를 포함한다. 이러한 작동들은 트레이(12) 상의 다른 방위각 위치들에서 일반적으로 수행되고 따라서 주어진 객체를 위해 잇달아 일어난(sequential)다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 수직 운동의 시간 선택은 이러한 잇달아 일어나는 작동들의 시간 선택들과 동기화(synchronized)된다. 예를 들어, 수직 운동은 새로 형성된 층에 적용되는 마지막 작동 후에(예를 들어, 방사 소스들(18)에 의한 층의 경화 후에) 및 다음 층이 분사되기 전에 시작될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 수직 운동은 새로이 형성된 층이 레벨링 장치(32)에 도달할 때, 즉시(예를 들어, 1초 보다 적은 시간 이내에) 시작된다. 또는, 수직 운동은 수직 운동이 새로 형성된 층이 레벨링 장치(32)에 도달할 때 즉시(예를 들어, 1초 보다 짧은 시간 이내에) 완료되도록 시작될 수 있다. 이러한 실시예들은 트레이(12) 상에서 비점유된 영역을 남겨두는(reserve) 것이 바람직하기 않은 프린팅 시나리오에서(예를 들어, 프린트 되는 객체의 층들의 구역은 도 5b의 영역(90)의 구역보다 클 때) 특히 유용하다.

객체들이 트레이(12) 위에서 방위각 각도의 미리 설정된 범위를 점유하도록 프린트 되는 실시예에서, 여기서, 미리 설정된 점유된 및 비점유된 영역들은 트레이(도 5b) 상에서 정의되고, 수직 운동은 영역(90)이 레벨링 장치(32) 바로 밑에(beneath)있거나 방사 소스(18) 바로 밑에 있는 동안, 더 바람직하게 레벨링 장치(32)에 있는 동안 선택적이고 바람직하게 수행된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 수직 방향을 따르는 헤드들(16) 및/또는 트레이(12)의 운동 동안 또한 구축 재료를 분사하는 것을 지속시킨다. 헤드들은 수직 운동 동안 구축 재료를 분사하는 것을 지속한다. 이러한 실시예의 이점은 시스템이 재료를 분사하지 않는 시간이 적기 때문에 전체 프린팅 시간이 줄어드는 것이다. 분사가 지속하는 실시예들에서, 좌표의 변환은 바람직하게 나선형 좌표 시스템(helical coordinate system)으로 컴퓨터 객체 데이터의 적어도 일부의 좌표를 변환하는 것을 포함한다.

수직 방향을 따르는 운동은 프린팅 헤드들(16)이 구축 재료들을 분사하도록 선택적이고 바람직하게 수행되고, 트레이(12)와 프린팅 헤드들(16)은 트레이의 단일 회전 동안 그것들 사이의 적어도 두 다른 수직 거리들을 실험한다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 수직 방향을 따르는 운동은 트레이(12)의 단일 회전 동안 이렇게(such) 수행되고, 수직 거리는 구축 재료의 단일 층의 특정 두께와 대략적으로 동일한 양에 의해 증가된다. 예를 들어 단일 층의 두께가 t마이크론(microns)이고 트레이(12)의 회전의 각 속도가 초 당 ω라디안일 때, 수직 거리는 t×w/2π 초당 마이크론의 속도로 증가될 수 있고, 이는 트레이(12)의 회전의 t/360 각도당 마이크론에 동등하다. 수직 방향을 따르는 운동은 원하는 데로, 지속되거나 중단될 수 있다.

시스템(10)이 모델링 재료들을 분사하기 위한 둘 또는 이상의 프린팅 헤드들(16)을 포함할 때, 이러한 헤드들은 프린팅 모드에 따라서 트레이(12) 위에 배열될 수 있다. 예를 들어, 동일 모델링 재료가 둘 이상의 모델링 재료 헤드들로부터 분사될 때, 이러한 헤드들은 다른 방사 방향 위치, 예를 들어 세 개의 모델링 재료 프린팅 헤드들(16a, 16b, 16c)의 경우를 위해 도 6에서 도시된 바와 같은 방사 방향 위치들(r₁, r₂, r₃)에 배열될 수 있고, 이에 의해 방사 방향을 따르는 이러한 헤드들의 이동의 필요가 줄어든다. 모델링 재료 헤드들의 수들은 그것들이 다른 방사 방향 위치에서 전개될(deployed) 때, 그것들이 방사 방향을 따르는 작업 구역(26)의 전체 폭을 커버하도록 선택될 수 있다.

둘 또는 이상의 다른 모델링 재료 헤드들이 다른 모델링 재료들을 분사할 때, 이러한 헤드들의 방사 방향 위치들은, 다른 모델링 재료들이 분사되는 트레이 상의 위치에 의존하여, 컨트롤러(20)에 의해 독립적으로 제어된다.

위에서 표시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서 헤드들은 방사 방향을 따라 헤드들(16)의 왕복 운동을 확립하도록 배열되는 스테이지에 의해 방사 방향(r)을 따르는 트레이에 대하여 왕복적으로 이동한다. 본 발명을 위해 적합한 스테이지(52)의 대표적인 예시는 도 10에서 도시된다. 본 예시에서, 헤드들(16)의 방사 운동은 모터(132)에 의해 회전적인 운동하게 되는 나사(130)에 영향을 받는다. 모터(132)는 축(14)에 가장 가까운(미 도시된, 예시적으로 도 1d에서 보이는) 스테이지(52)의 단부에서 선택적이고 바람직하게 장착된다. 다른 단부는 지지되지 않을 수 있고, 이러한 경우에 나사(130)는 나사 지지 구조(screw support structure; 138)에 의해 지지되거나 켄틸레버 나사(cantilever screw)로써 제공된다.

헤드(16)가 스테이지(52)를 따라 이동할 때, 구체적으로 회전하는 스크류에 의해, 헤드의 방사 방향 위치는 방사 방향 위치의 함수로써 변화하는 부정확성(inaccuracies)에 취약(susceptible)하다는 것이 본 발명자들에 의해 발견되었다. 부정확성은 본 원에서 오차로 상호변경 가능하게 참조된다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따라 보상 함수(compensation function)는 방사 방향 위치의 함수로써 부정확성의 변화를 위해 적어도 부분적으로 보상하도록 적용된다. 바람직하게, 보상 함수는 부정확성의 비-진동변화(non-oscillatory variations)를 위해 적어도 부분적으로 보상하도록 선택된다. 보상 함수는 컨트롤러(20)에 의해 적용될 수 있고, 여기서 일 방사 방향 위치에서 다른 곳으로의 헤드(16)의 임의의 변위를 위해, 컨트롤러(20)는, 보상 함수를 기반으로, 계산하고, 부정확성은 목표 지점(destination point)에서 예상되고 계산된 부정확성을 위하여 보상하기 위한 목표 지점의 방사 방향 위치를 재-계산한다. 그 후 컨트롤러(20)는 재-계산된 방사 방향 위치로 헤드(16)를 이동시킨다. 예를 들어, 헤드(16)가 방사 방향 위치(r₁)에서 방사 방향 위치(r₂)로 이동할 때, 컨트롤러(20)는 r₂에서 예상되는 부정확성 Δr₂를 계산하도록 보상 함수를 이용하여 계산하고 방사 방향 위치(r₂-Δr₂)로 헤드(16)를 이동시키며, 여기서 Δr₂는 양수, 영 또는 음수일 수 있다.

보상 함수는 일반적으로 스테이지(52) 및 나사(130) 사이의 연결의 강성(rigidity) 및 나사(130)의 기계적인 특성들에 의존한다.

도 11a는 나사(130)의 단부(end; 136)가 지지 구조에 의해 지지될 때 단부(134)로부터의 거리의 함수로써 예상되는 부정확성을 도시한다. 도 11a에서, 그래프(140)는 단부(134)로부터 거리의 함수로써 방사 방향 위치의 오차의 변화를 도시한다. 도시된 바와 같이, 오차는 단부(134)로부터의 거리에 따라 증가하는 평균을 구비하는 진동 동작(oscillatory behavior)을 나타낸다. 평균의 변화는 대략적으로 선형이다. 따라서 이러한 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 선형(예를 들어, 20% 보다 덜 또는 10% 보다 덜 또는 5% 보다 덜 또는 1%보다 덜 선형으로부터 벗어나는) 보상 함수를 일반적으로 사용한다. 선형 함수의 교차(intersection)와 경사(slope)는, 예를 들어, 그것의 탄성의 계수 및 그것의 면적 이차 모멘트(second moment of area)인, 나사(130)의 기계적인 특성을 기반으로 계산될 수 있다. 또는, 경사와 교차는 선(140)이 예시적으로 얻어지는 방사 방향 위치의 함수로써 오차를 측정하고, 예시적으로 선형 함수로 얻어진 선의 평균에 맞춤으로써 계산될 수 있다. 본 실시예들을 위한 적합한 보상 함수의 대표적인 예는 142로 도시되고, 보상의 결과는 144(도 11a에서)로 도시된다. 도시된 바와 같이, 오차는 여전히 진동하지만 평균 오차는 실질적으로 영이다.

도 11b는 나사(130)가 캔틸레버 나사일 때, 즉 단부(136)가 비 지지될(unsupported) 때, 단부(134)로부터 거리의 함수로써 예상된 부정확성들(146)을 도시한다. 또한 비교를 위한, 예상된 부정확성들(140)은 단부(136)가 지지될 때 도시된다. 도시된 바와 같이, 부정확성들(146)의 평균은 단부(134)로부터 거리의 함수로써 비-선형으로 증가하고, 단부(136) 주위 부정확성들(140)의 평균에 비교하여 상당히 높다. 이러한 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 비-선형 보성 함수를 바람직하게 사용한다. n>1에서, 비=선형 보상 함수는 각도(n)의 다항 함수(polynomial function) 를 포함한다. 다항 함수의 계수들은 예시적으로 얻은 라인(146)에 방사 방향 위치의 함수로써 오차를 측정하고, 각도(n)의 다항 함수에 예시적으로 얻어진 선의 평균을 맞춤으로써 계산될 수 있다.

이론적으로, 방향 x를 따르는 일-차원적인 빔(one-dimensional beam)이, x=0에서 지지되고 x=L에서 그것의 자유 단부에 집중된 로드(P)가 가해질 때, 빔은 y=Px ²(3L-x)/(6EI)에 의해 주어진 3차 다항식으로써 근사 될 수 있는 곡선 모양을 보여주며, 여기서 E와 I는 각각 빔의 탄성 계수와 면적의 2차 모멘트이고, y는 x에 수직하게 측정된다. 따라서, 비-선형 봉상 함수는 바람직하게 3차 다항식을 포함한다.

본 실시예들을 위한 적합한 3차 각도 다항 보상 함수(third degree polynomial compensation)의 대표적인 예시는 도 11c에서 148로 도시된다. 보상의 결과는 150으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 오차는 여전히 진동하지만 오차의 평균은 영에 가깝다. 본 발명자들에 의해 이행된 실험들에서, 보상의 부재(선 146)에서 최고 오차는 대략 119νm 였으며, 보상(선 150)에 따른 최고 오차는 대략 30m였다.

일반적으로, 구축 재료는, 미리 채워진 카트리지들을 구비하는, 시스템(10)과 같은, AM시스템으로 적용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 카트리지들은 AM 시스템에 설치되고 구축 재료가 프린팅을 위해 축적되는 것을 통해서 이송 시스템(delivery)에 연결된다. 카트리지들은 일단 구축 재료가 고갈(exhaustion)에 가까워지면 교체된다. 카트리지들의 설치와 제거가 추가적인 장비들(additional tools)없이 쉽게 이행될 수 있는 것은 바람직하다.

일반적으로 카트리지들은 일회용(disposable)이지만 안전한 처분(safe disposal)을 위해 버리기 이전에 비워는 것이 요구된다. 일반적으로 제조 과정을 방해함 없이 작동하는 동안 카트리지들의 내용물을 고갈시키는 것은 어렵다(challenging). 그러나, 카트리지를 완전히 또는 거의 완전히 고갈시키는 것은 카트리지를 위한 프린팅 능력을 극대화하고 비싼 구축 재료의 낭비를 최소화하기 때문에 바람직하다.

본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 복수 개의 카트리지들은 추가적은 제작, 예를 들어 프린팅 동안 구축 재료를 이송시키기 위해 이용되는 유체 연결부(fluidic connection) 방향으로 내용물들의 흐름을 촉진시키기 위해 제공되는 각도에서 카트리지 네스트 내에 설치된다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 카트리지는 카트리지의 가장 낮은 영역에서 또는 근처에서 카트리지의 벽에 리세션(recession) 또는 웰(well)로 형성되어서 구축 재료의 방출구는 예를 들어, 중력(gravity)에 대하여 가장 낮은, 가장 낮은 영역에 가까이 있다. 선택적으로, 2 내지 10 또는 2 내지 5 도의 각도는 벽 방향으로 유동을 증진하기에 충분하다, 선택적으로 네스트는 4 내지 10, 예를 들어 6개의 카트리지들을 수용하고 그것이, 예를 들어 시스템(10)인, AM 시스템의 작동 동안 카트리지들에 연결되지 않으면 구축 재료 이송 시스템을 제공하기 위한 접근을 허용하도록 프린터의 밖으로 쉽게 빠져나올 수 있도록 구성된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 각각의 카트리지들은 설치 후에 제자리에 카트리지를 고정하는 스프링 락으로 설치되고 카트리지가 교체될 필요가 있을 때, 쉽게 해제된다.

이제 도 16을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 예시적인 카트리지는 도시된다.본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 시스템(10)과 같지만, 이에 한정되는 것은 아닌, AM시스템을 위한 카트리지(300)는 구축 재료, 예를 들어 구축재료를 저장하기 위한 하우징(305), AM 시스템의 이송 유닛에 카트리지(300)를 연결하기 위한 유체 연결부(fluidic connection; 340), 카트리지(300)내의 내용물의 존재를 센싱하기 위한 및/또는 내용물들을 확인하는 하나 이상의 센서들(350), 및 대기로의 구멍(360)을 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 카트리지(300)는 추가적으로 안정된 연결(stable connection)이 AM 시스템의 분사 유닛 및 카트리지 사이에 확립될 수 있도록 AM 시스템 내에 카트리지를 잠가두기 위한 핸들(handle; 330)을 구비하는 락 스프링을 추가적으로 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 카트리지(300)는 AM시스템 내에 설치될 때, 각도 'a'로 각을 이룬다. 각을 이루는 카트리지(300, Angling cartridge)는 유체 연결부(340) 방향으로 내용물의 유동을 증진시킨다. 선택적으로 각도'a'는 2 내지 10도 사이에 있으며, 예를 들어 2도이다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 하우징(305)은 카트리지의 최고 아래 지점에서 벽 또는 리세션(recession; 340)으로 형성되고 유체 연결(340)을 통한 출력(output)은 내용물이 배출구 근처에서 모이도록 벽(320)에 가까이에 배열된다.

이제 도 17을 참조하여, 카트리지들을 구비하는 예시적인 회전식 3D 프린팅 시스템을 도시하고, 도 18을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 예시적인 카트리지 네스트를 도시한다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 카트리지들(300)은 회전식 AM 시스템(400)으로 설치된다. 시스템(400)의 원리(principles) 및 작동은 아래에서 원하는 바와 같은 카트리지 및 카트리지 네스트의 추가를 구비하는, 시스템(10)의 작동 및 원리들에 유사할 수 있다. 또는 카트리지(300)는 예를 들어 선형 AM 시스템들인, 다른 AM 시스템들에서도 이용될 수 있다. 일반적으로 회전식 AM 시스템(400)은 객체가 하나 이상의 카트리지(300)를 수용하기 위한 카트리지 챔버(cartridge chamber; 455)와 층-와이즈 방식(layer-wise manner)으로 구축 트레이(12) 위에 재료를 분사함으로써 제작되는 프린팅 챔버(printing chamber; 420)를 포함한다.

일반적으로, 카트리지들(300)은 트레이(12)가 회전하는 동안, 트레이(12) 위에 재료를 선택적으로 분사하기 위한 분사 유닛에 연결된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 복수 개의 카트리지들, 예를 들어 4 내지 10 개의 카트리지들은 카트리지 네스트(420)에 수용되고 락 스프링(410)에 의해 제 자리에 잠겨진다. 도 16을 다시 참조하여, 락 스프링(410)은 그것이 네스트(420) 내로 설치됨으로써 카트리지 바디에 의해 강제로 내려간다. 카트리지가 완전치 설치될 때, 락 스프링은 제자리에 그것을 잠그도록 카트리지 뒤로 올라온다. 이는 프린터 내로 카트리지의 원-핸디드 설치(one-handed installation)를 허용한다. 잠금을 해제하기 위해, 락 스프링은 네스트(420)의 밖으로 빠진 카트리지를 아래로 누를 수 있다. 각각의 카트리지들은 다른 것으로부터 독립적으로 교체될 수 있다. 제 자리에 카트리지(300)를 잠그는 것은 AM시스템의 분사 헤드들(예를 들어, 헤드들(16))과 카트리지(300) 사이의 유체 연통을 확립시킨다.

다음은 위에서 언급된 임의의 실시예들에서 고려되는 몇몇 프린팅 모드들이다.

본 원에서 이용된 바와 같은 "방위각 스캔(azimuthal scan)"은 트레이(12)와 헤드(16) 사이의 상대 운동(relative motion)이 방위각 방향에 항상 평행한 프린팅 모드를 말한다. 이러한 스캐닝 모드(scanning mode)에서 구축 재료는 축(14)으로부터 등거리(equidistant)에 있는 통로(path)를 따르는 상대 운동 동안 오직 바람직하게 분사된다. 이러한 통로는 원호(circular arc)로써 본 원에서 참조된다.

방위각 스캔의 대표적인 예시는 다음과 같다. 헤드가 정적인 반면 트레이는 회전한다. 트레이가 회전하는 동안, 복수 개의 각각의 노즐은 원호를 따르는 트레이의 표면 또는 이전에 형성된 층 상에 복수 개의 타겟 위치들을 찾아간(visits)다. 컨트롤러는, 타겟 위치들의 그룹 또는 각각의 타겟 위치를 위해, 타겟 위치들의 그룹 또는 타겟 위치가 구축 재료로 점유되는지 아닌지를 결정하고, 구축 재료의 어떠한 타입이 그곳에 이송되는지 결정한다. 결정은 표면의 컴퓨터 이미지에 따라 이루어진다. 선택적으로, 그 후 분사 헤드는 구축 재료를 분사함 없이 방사 방향으로 이동한다.

본 원에서 이용된 바와 같은 "벡터 스캔"은 헤드(들; 16)와 트레이 사이의 상대적인 운동이 층의 컴퓨터 이미지에 따라 컨트롤러에 의해 동적으로 선택되는 통로를 따르는 스캐닝 모드를 말한다. 선택적으로, 통로는 원호와 다른 것이다. 선택적으로, 통로의 적어도 일부는 분사가 이루어지는 작업 표면의 경계들(boundaries)에 평행하지 않다.

따라서, 헤드의 어떠한 운동도 φ 또는 r 방향들에 평행한 방위각 스캔과는 달리, 벡터 스캔에서의 운동은 φ 또는 r 방향들에 평행할 필요가 없는, 임의의 통로를 따를 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 구축되는 층에 대응하는 이-차원적인 위치 데이터(two-dimensional position data)를 기반으로 스캐닝 모드를 선택한다. 벡터 스캔에서, 주어진 층의 처리량은 지지 또는 구축 재료들에 의해 커버되도록 구역 크기에 의해 관리(governed)되고, 따라서 비-대량(non-bulky) 객체는 대량 객체들 보다 구축이 빠르다. 다른 한편으로는, 방위각 스캔에서, 처리량은 재료가 축적되는 것이 필요한 구역에 의해 반드시(necessarily) 관리되지만, 이는 헤드가 이러한 재료들을 축정하기 위하여 실행하도록 요구되는 스캐닝 통과단계의 수에 의해 관리된다. 예시의 문제와 같이, Z축에 평행한 축이 있는 바(bar)를 구축하는 것은 방위각 스캐닝 모드를 이용하여 프린트된다면, 동일 길이 및 직경의 파이프를 구축하는 것과 같이 동일한 시간이 걸리는 반면, 동일 바를 구축하는 것은 벡터 스캐닝 모드가 이용되면 동일 파이프를 구축하는 것보다 더 긴 시간이 걸린다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 방위각 스캐닝은 얻어진 처리량이 벡터 스캐닝에 의해 대안적으로 얻어진 처리량보다 크거나 같을 때 사용된다. 이는 회전 속도, 방사 방향 운동의 속도(speed of radial motion), 층 두께, 등과 같은 시스템 특징들에 의존된다.

몇몇 실시예들에서, 축적되는 재료들의 특성 또는 속성에 따라서, 축적을 위해 선택되는 측정 재료들의 특정 위치 및 또는 이용에 의해, 방위각 축적은 하나 이상의 재료들을 축적하기 위해 사용되고 벡터 축적은 하나 이상의 다른 재료들의 축적을 위해 사용되며, 축적되는 재료들의 특성 또는 속성에 따라서, 축적을 위해 선택되는 측정 재료들의 특정 위치 및 또는 이용에 의해

벡터 스캐닝은 벡터 축적이 트레이에 평행한 그것의 이동으로 전도성 재료(conductive material)을 지속적으로 축적할 수 있는 바와 같이, 연속하는 긴 구조들(elongated structures)과 같은, 전도성 "트랙"들을 프린팅하기 위한 이점이 있다. 벡터 스캔은 층 내에 적어도 하나의 구조를 형성하도록 선택되는 통로를 선택적이고 바람직하게 따른다. 구조는, 예를 들어 긴 구조일 수 있다.

용어 "긴 구조(elongated structure)"는 그것의 치수가, 예를 들어 다른 어떠한 두 치수들보다 적어도 2배, 더 바람직하게 적어도 10배, 더 바람직하게 적어도 100배 큰, 3차원적인 바디를 말한다. 긴 고체 구조(elongated solid structure)의 가장 큰 치수는 길이방향 치수로써 본원에서 참조되고, 치수들은 횡 방향 치수들로써 본원에서 참조된다.

벡터 스캔들에 의해 층(260)에서 형성되는 복수 개의 긴 구조들(262)의 대표적인 예시는 도 15a에서 도시된다. 또한, 구조는 제1 구축 재료로 채워진 구역에 적어도 부분적으로 주위에 경계일 수 있다. 벡터 스캔들에 의해 층(260) 내에 형성되는 경계 구조(boundary structure; 266)의 대표적인 예는 도 15b에서 도시된다. 또한, 구조는 층-간 연결 구조(inter-layer connecting structure.)일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 구조는 층의 전체 사이즈에 상대적으로 바람직하게 작다(예를 들어, 1%보다 작음). 두 층들(260, 270)을 연결하는 층-간 구조(inter-layer structure; 268)의 대표적인 예시는 도 15c에서 도시된다. 또한, 구조는 방위각 스캔에 의해 형성되는 구역 내부에서 끼워질(embedded) 수 있다. 예를 들어, 도 15a를 다시 참조하여, 층(260)의 주요 구역(272)은 방위각 스캔에 의해 형성될 수 있고, 여기서 구조들(262)은 구역(272) 내부에 끼워질 수 있다. 또한, 구조는 층에 대하여 주변에 있을 수 있다. 이러한 실시예는 층(260) 및 그것 주위의 구조(274)를 도시하는 도 15d에서 도시된다.

방위각과 벡터 스캔들의 조합은 객체를 형성하는 임의의 층들에 있을 수 있다. 명확하게, 몇몇 실시예들에서 방위각 및 벡터 스캔의 조합은 복수 개의 층들 내부에서 내부 층을 위해 이행되고, 몇몇 실시예들에서 방위각 및 벡터 스캔들의 조합은 최상위 층을 위해 이행되며, 몇몇 실시예들에서 방위각 및 벡터 스캔들의 조합은 최하위 층을 위해 이행된다. 또한, 방위각 및 벡터 스캔의 조합은 원하는 바와 같이, 복수 개의 층들 내에서 이행될 수 있다.

구축 재료가 분사 헤드들 내에 여전히 있는 동안 조기(premature) 솔밴트(solvent) 증발(evaporation)에 의해 고온으로 저 점도(low viscosity) 솔밴트를 노출시키는 것이 문제인 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다. 또한, 고온이 예를 들어 기판이 중합체(polymer)일 때, 객체가 구축되는 기판에 또한 손상을 줄 수 있는 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다.

따라서, 본 발명자들은 휘발성 솔밴트들(volatile solvents)을 포함하는 구축 재료들과 낮은 온도에서 너무 끈적거리는 UV 경화 가능한 재료들 둘 모두 동일 온도에서 분사하는 것이 문제인 것을 이해했다.

위에서 언급된 문제는 하나의 구축 재료가 높은 온도(예를 들어 60°C 이상 또는 65°C 이상 또는 70°C 이상 또는 75°C 이상 또는 적어도 80°C) 분사되고 다른 구축 재료는 낮은 온도(40°C 이하 또는 35°C 이하 또는 30°C 이하)에서 분사되는 기술에 의해 창의적으로 해결되었다.

이는 각각의 분사 헤드에 로드(loaded)되는 동안 각 구축 재료의 온도를 독립적으로 조절함으로써 이행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서 컨트롤러는 다른 온도에서 적어도 두 분사 헤드들을 유지한다. 선택적으로 바람직하게, 컨트롤러는 더 높은 온도들에서 구축 재료들의 분사를 위한 방위각 스캔, 및 더 낮은 온도에서 구축 재료들을 의해 분사하디 위한 벡터 스캔에 영향을 준다.

본 발명자들은 몇몇 모델링 재료들, 특히 UV 중합 가능한(polymerizable) 재료들이 객체의 제작 동안 말리는 것과 같은 바람직하지 않은 변형을 보여주는 것을 발견했다. 이러한 말림 경향(curling tendency)은 액체로부터 고체로 상 변이(phase transition) 동안 재료의 수축(shrinkage)을 초래하는 것으로 발견되었다.

말림의 정도는 측정 가능한 양이다. 말림의 정도를 측정하기 위해 적합한 과정은, 예를 들어 수평 표면 및 평면 상에서, 정사각형 또는 직사각형 단면을 가지고, 객체의 일 단부 상에 미리 설정된 로드를 적용하며, 상기 표면 위체 반대 단부의 높이를 측정하는 긴 바(elongated bar) 같은, 미리 설정된 모양의 객체의 제작을 포함할 수 있다.

말림의 문제의 해결책을 위한 본 발명의 발명자들에 의해 이루어진 연구에서, 말림의 정도가 재료가 중합 과정 동안 겪는 부피 수축(volumetric shrinkage)의 정도 및 재료의 가열 변형 온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 제작 동안 시스템 내부의 온도 사이의 온도 차이에 비례하는 것은 알려져 있다. 본 발명자들은 말림이 상대적으로 높은 HDT (예를 들어, 중합 온도의 범위 내에서) 와 상대적으로 높은 부피 수축을 구비하는 재료들을 위하여 특히 두드러지는 것은 발견되었다. 본 발명자들은 말림을 위한 경향과 HDT 사이의 단조로운 연관성(monotonic relation)이 있는 것은 더 발견되었다. 임의의 이론에 구속되기를 원치는 않지만, 제작 동안 시스템 내부의 온도에 가까운 경화 HDT 동안 발달(develop)시키는 재료들이, 유사한 수축을 구비하지만 더 높은 HDT를 개발시키는 재료들보다 더 쉽게, AM 과정 동안 응력 완화(stress relaxation) 또는 플라스틱 변형을 겪을 수 있는 것은 가정된다.

본원에서 이용된 바와 같이, 용어 "가열 변형 온도"(HDT)는 재료들의 조합 또는 각각의 재료가 몇몇 특정 온도에 미리 설정된 로드(predetermined load) 하에서 변형하는 온도를 참조로 한다. 재료 또는 재료들의 조합의 HDT를 결정하기 위한 적합한 테스트 절차는 ASTM D-648 시리즈, 구체적으로 ASTM D-648-06과 ASTM D-648-07 방법이다.

예를 들어, 이스라엘의, Stratasys Ltd에 시판되는, PolyJet^tm시스템에서, UV 조사 시에 교차-결합된 중합체 재료들(cross-linked polymer material)을 생성하는 제형(formulations)이 이용된다. 이러한 재료들을 구비하여 제작되는 객체들은, 예를 들어 대략 50°C 또는 이상의, 실내 온도(room temperature)보다 높은 HDT와 상대적으로 높은 강도를 가진다. 이러한 상승된 HDT 값은 낮은 치수적인 정확성(높은 말림 효과)을 제공하는 것으로 발견되었다. 따라서, 높은 HDT 및 낮은 말림 상반되는(conflicting) 특성인 것은 발견되었다. 본 발명자들은 제작이 완료된 후에 즉시 높은 치수적인 정확성(낮은 말림 효과)와 높은 HDT를 동시에 갖는 3차원적인 객체의 애디티브 메뉴팩쳐링을 위한 기술을 제공하는 목적을 위해, 그 중에서도, 예시적인 연구를 수행하였다.

말림 효과의 존재 또는 그것의 부족은 연속적인 층들의 경화 사이의 경과 시간에 의존한다. 구체적으로, 최종 객체의 말림 효과는 연속적인 층들의 경화의 시작들 사이에 상당히 긴 시간 간격을 설정함으로써 감소되거나 제거될 수 있음은 발견되었다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 방사 소스(18)와 헤드(들; 16)을 작동시키기 위해 구성되어서, 적어도 하나 또는, 예를 들어 대부분 또는 모든 층들인, 객체를 형성하는 적어도 둘 또는, 적어도 세 개의 층들을 위한, 각 층의 경화는 각각 층 바로 앞에 있는 층의 경화 개시 후 적어도 t 초 후에 시작된다. 일반적이지만, 필수적이지는 않게, 각각의 층은 대략 15 마이크론인 두께를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 층은, 예를 들어 대략 5마이크론, 또는 대략 10 마이크론, 또는 대략 15 마이크론 또는 대략 30 마이크론인, 적어도 5 마이크론인 두께를 가진다. 다른 두께들도 본 발명의 범주에서 배제되지는 않는다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서, t는 집계(aggregate)에서 취한 분사 및 경화 시간을 포함하는, 단일 층이 형성된 전체 시간보다 길다. 예를 들어, 주어진 층의 전체 형성 시간이 5초일 때, t는 5초보다 길다. 전체 형성 시간과 t 사이의 차이는 "지연(delay)"으로써 정의된다. 따라서, 각 층이 이전 층의 경화 바로 다음에 축적되고 경화되는 종래의 시스템들과는 다르게, 컨트롤러(20)는 바로 이전의 측의 말림의 시작으로부터 경과된 기산이 t 또는 이상의 초일 때까지 층의 경화 및/또는 축적을 지연시킨다.

t를 위한 일반적인 값은, 제한 없이, 적어도 6, 적어도 7, 또는 적어도 8, 또는 적어도 9, 또는 적어도 10을 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 t는 대게 25이다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, t는 적어도 6이다.

또한, t의 값은 객체가 제조되는 온도 상에서 선택적이고 객체를 제작하기 위해 이용되는 각각의 재료들의 특성을 기반으로 할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 이용되는 구축 재료를 특정 짓는 HDT 데이터를 수용한다. HDT 데이터는 일반적으로 재료가 일단 경화되면 얻는 HDT에 대응한다. 이러한 데이터는, 예를 들어, 데이터 프로세서(24)에 의해 작업자에 의해 제공될 수 있다. 작업자를 위해 HDT 데이터(비록 이 또한 고려되지만)를 입력시키는 것은 사실상 필수적이지 않은 것은 이해된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러 또는 데이터 프로세서는 작업자에 의해 이루어진 다른 타입의 입력을 기반으로 HDT 값을 선택하고 메모리 매체(미 도시된) 내에 저장될 수 있는 HDT삽들의 데이터베이스에 접근한다. 예를 들어, 이러한 데이터 베이스는 구축 재료 타입과 대응하는HDT 값을 각각 가지는 복수 개의 엔트리들(entries)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예들에서, 작업자는 구축 재료의 타입을 입력하거나 옵션의 리스트(list of options)로부터 그것을 선택할 수 있고, 작업자 또는 데이터 프로세서는 데이터베이스로부터 각각의 HDT 값을 얻는다. 또한, 컨트롤러 또는 데이터 프로세서가 공급 시스템(42) 내로 로드 되는 구축 재료들의 타입(들)을 기반으로 데이터베이스로부터 HDT값을 얻는 실시예들은 고려된다.

컨트롤러가 HDT 데이터를 수용하면 이는 HDT에 반응하여 t의 값을 선택적으로 선택한다. 이는 하나 이상의 방법으로 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 색인 테이블(lookup table)은 이용된다. 이러한 색인 테이블은 컨트롤러에 의해 접근 가능한 메모리 매체 내에 저장될 수 있다. 색인 테이블은 HDT 값 및 대응하는 t 값을 각각 가지는 복수 개의 엔트리들을 포함할 수 있다. 컨트롤러는 최고로 매치되는 엔트리 또는 엔트리들을 기반으로 각각의 t값 또는 대략적인 t값을 선택하고 수용된 HDT값에 최고로 매치시키는 인트리를 위해 테이블을 검색할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 HDT의 주어진 값을 위해 t의 값을 결정하기 위한 미리 프로그래밍된(preprogrammed) 함수 t(HDT)를 사용할 수 있다. 이러한 함수는 바람직하게 HDT의 단조롭게 증가하는 함수(예를 들어, 양 경사를 가지는 선형 함수)일 수 있다. 바람직하게, HDT=50°C를 위한 함수의 반환 값(returned value)은 적어도 6일 수 있다.

HDT의 값을 기반으로 t의 값을 선택하는 것이 컨트롤러(20)를 위해 필수적이지 않은 것은 이해된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 객체를 제작하기 위해 이용되는 구축 재료의 타입으로부터 바로 t값을 선택한다. 이는 본 발명의 몇몇 실시예에서 컨트롤러(20)에 의해 접근 가능한 메모리 매체 내에 저장되는 색인 테이블에 의해 일반적으로 수행된다. 이러한 색인 테이블은 구축 재료 타입 또는 구축 재료 패밀리 타입(building material family type)과 대응하는 t값을 각각 가지는 복수 개의 엔트리들을 포함할 수 있다. 컨트롤러(20)는 구축 재료의 타입 또는 구축 재료의 패밀리 타입에 최고로 매치시키는 엔트리를 위해 케이블을 검색할 수 있고, 각각의 t값을 선택할 수 있다.

또한, t의 값이 제작 과정의 작동 온도(operational temperature)를, 바람직하지만, 필수적이지는 않은, 작동 온도와 HDT 값 사이의 차이를 또한 기반으로 하는 실시예들을 고려한다.

t의 값이 가장 최근에 형성된 층에 이송되는 에너지 도즈 상에 적어도 부분적으로, 선택적이고 바람직하게 기초될 수 있다. 단위 체적 당 에너지 도즈(energy dose per unit volume)는, 원칙적으로, 방사 소스(18)에 의해 방사되는 방사선의 세기(intensity), 및 재료가 분사되는 속도에 따른다. 차례로(in turn), 분사 속도는 트레이(12)의 상대적인 회전 속도와 헤드(16)의 노즐들 밖으로 구축 재료의 흐름을 따른다. 예를 들어, 주어진 모델링 재료, 노즐들의 밖으로 구축 재료의 주어진 흐름 및 주어진 방사선 세기를 위해, 회전 속도는, 그것들 위의 다음 층들이 말리는 동안 중합을 계속하는 층을 구비하는, 형성과정에서 층 당 낮은 중합 정도를 초래한다. 이전에 형성된 층들의 이러한 중합이 말림 효과를 증가시킨다는 것은 본 발명자들에 의해 발견되었다.

따라서, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서, t의 값은 하나 또는 이상의 다음의 변수들을 기반으로 계산된다. (i) 층 두께, (ii) 분사 속도, (iii) 방사선 세기, (iv) 단위 에너지 도즈 당 중합 속도, 및 (v) 경화되는 재료의 HDT. 몇몇 실시예들에서 t의 값은 위에서 적어도 두 개의 언급된 변수들을 기반으로 하고, 본 발명의 몇몇 실시예들에서 t의 값은 적어도 세 개의 위에서 언급된 변수들을 기반으로 계산되며, 본 발명의 몇몇 실시예들에서 t의 값은 위에서 언급된 모든 변수들을 기반으로 계산된다.

본 실시예들의 방법과 시스템은 구축 재료들의 많은 타입들을 이용할 수 있다. 대표적인 예시들은, 하나 이상의 일련의 ASTM D-648절차, 특히 ASTM D-648-06 과 ASTM D-648-07에 의해, ASTM D-648-06 및 ASTM D-648-07 둘 모두의 방법으로 선택적으로, 측정되는 바와 같이, 약 0.45Mpa의 압력에서 HDT를 후 경화(post curing)가 형성되는 동안 층들의 온도 보다 높은, 구체적으로 HDT가 대략 50°C이거나 더 높은, 구축 재료들을, 제한함 없이, 포함한다.

적합한 구축 재료들은 아크릴(acrylic) 또는 메타크릴 작용기(methacrylic functionalities)를 포함하는 구조를 포함할 수 있고, 이는, 예를 들어, 아크릴 작용 그룹들(acrylic functional groups)의 추가적인 반응인, 방사선 메커니즘(radical mechanism)에 의해 UV중합 가능하다. 다른 예시는, 모노 아크릴(mono acrylic) 또는 모노 메타크릴 작용기 모노머(mono methacrylic functional monomer)의 중량에 적어도 30%를 포함하는 UV 중합 가능 구성을, 제한 없이, 포함하며, 여기서 각각의 모노머의 각각의 중합체는 대략 50°C보다 높은 유리 전이 온도(Glass Transition Temperature; Tg)를 가진다. 몇몇 실시예에서, Tg는 60°C 보다 높거나 70°C보다 높다.

본 원에서 "Tg"는 "E" 곡선의 국소 최대치의 위치로서 정의되는 유리 전이 온도를 참조하며, 여기서 "E"는 온도의 함수로써 재료의 손실 계수(modulus)이다.

본 실시예들을 위해 적합한 재료들의 몇몇 대표적인 타입들은 Objetβ VeroBlue RGD840, Objetβ VeroGrey RGD850, Objetβ VeroBlack RGD870 and Objetβ RGD525을 포함하며, 이는 Stratasys Ltd의 상업적으로 사용가능한 모델링 물질들이다.

본 원에서 이용된 바와 같이, 용어 "대략"은 ±10% 및 대게 10%의 오차와 동일하게 표시되는 심볼"

"을 나타낸다.

단어 "예시적인"은 본 원에서 "예시, 보기, 도시와 같은 제공"을 의미하는 것으로 이용된다. "예시적인"과 같이 기술되는 임의의 실시예는 다른 실시예들에서의 특징들의 통합을 배제 및/또는 다른 실시예들보다 바람직하게나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다.

단어 "선택적으로"는 "다른 실시예들에서 제공되지 않고 몇몇 실시예들에서 제공되는" 의미로 본 원에서 이용된다. 본 발명의 임의의 특정 실시예는 그러한 특징의 충돌이 없는 한 복수 개의 "선택적인" 특징들을 포함할 수 있다.

용어 "포함하다", "포함하는", "포함하여", "포함", "가지는" 및 그것들의 활용은 "포함하지만 이에 한정되는 것은 아님"을 의미한다.

용어 "구성하는"은 "포함하고 제한됨"을 의미한다.

용어 "본질적으로 구성하는"은 구성, 방법 또는 구조가 추가적인 구성요소, 단계들 및/또는 부품을 포함할 수 있지만, 추가적인 구성요소, 단계들 및/또는 부품들이 요구된 구성, 방법 또는 구조의 기본 및 새로운 특성들을 실질적으로 바꾸지 않는 것을 의미한다.

본 원에서 이용된 바와 같이, 단수 형태인 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명확하게 지시하지 않는 한 복수의 의미를 포함한다. 예를 들어, "a compound(일 컴파운드)" 또는 "at one compound(적어도 하나의 컴파운드)"는 그것의 혼합을 포함하는, 복수 개의 컴파운드들을 포함할 수 있다.

이 출원서 전반에서, 본 발명의 다양한 실시예들은 범위 포멧(range format)으로 존재할 수 있다. 범위 형식에서의 설명이 편의상, 및 간략화를 위한 것으로 이해되어야 하며 본 발명의 범위를 비 유연하게 제한하는 것으로 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 범위에 대한 설명은 모든 가능한 하위 범위 뿐만 아니라 범위 내에 개별 수치를 구체적으로 개시하는 것으로 고려되어야 한다. 예를 들어, 1부터 6으로와 같은 범위의 설명은 1부터 3으로, 1부터 4로, 1부터 5로, 2부터 4로, 2부터 6으로, 3부터, 6으로뿐만 아니라, 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5 및 6인 범위 내에 개별적인 숫자인 하위 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 고려되어야 한다. 이는 범위의 폭에 관계없이 적용된다.

본원에서 수치 범위가 표시될 때마다, 표시된 범위 내에서 인용된 숫자(분수 또는 정수)를 포함하는 것을 의미한다. 어구 제1 참조 번호와 제2 참조 번호 "사이 범위/범위에 있는" 및 제1 참조 번호 "로" 제2 참조 번호 "로부터의 범위/범위에 있는"어구는 본 원에서 상호 교환적으로 이용되며 제1 및 제2 참조 번호들과 그 사이의 모든 소수 및 정수들을 포함하는 것을 의미한다.

명백하게, 개별 실시예들의 문맥에서 기술되는, 본 발명의 특정한 특징이 또한, 단일 실시예에서 조합으로 제공될 수 있는 것은 인식된다. 대조적으로, 간략하게, 단일 실시예의 문맥에서 기술되는, 본 발명의 다양한 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 부조합(subcombination)으로 또는 본 발명의 임의의 다른 기술된 실시예들에 적합하게 제공될 수 있다. 다양한 실시예들의 문맥에서 기술되는 특정 특징들은, 실시예가 이들 요소들 없이 작동하지 않는 한, 이러한 실시예들의 필수적인 특징으로 간주되어서는 안된다.

아래의 청구범위 섹션 내에 청구된 바와 같이 및 본원의 위에서 언급된 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예들과 양태들은 다음의 예시들에서 실험적인 받침를 발견하였다.

예시

이제, 이하의 예시들을 참조하면, 이는 위에서 언급된 실시예와 함께 본 발명의 몇몇 실시예들을 비 제한적인 방법으로 설명한다.

방사선 소스와 프린팅 헤드(들)의 바람직한 기하학적 배열을 결정하는 실험들이 수행되었다. 실험 장비(experimental set up)는 프레임(frame; 180) 상에 장착된 방사선 소스(18)와 헤드(16)를 도시하는, 도 13에서 도시된다. 방사선 소스는 UV램프였다.

프린팅 과정은 352.8mm의 직경에서 수행되었고, 이는 약 100 deg/s의 각 속도를 허용했다. 방사 소스와 헤드 사이의 각 간격은 약 52°였고, 재료 분사부터 경화의 대응하는 시간 간격은 약 0.52초였다.

베이스라인(Baseline) 테스팅은 다른 파워 레벨들에서 수행되었다. UV 라디오미터(UV Radiometer)는 안정기(ballast)에 다른 전력 입력에서 램프의 파워 출력을 측정하도록 이용되었다. 적용된 전력의 함수로써 램프 파워는 도 15a에서 도시되고, 2.2V, 3.2V 및 4.5V의 입력 볼트들을 위하여 생성된 프린트된 패턴(pattern)의 이미지는 도 14b, 14c, 및 14d에서 도시된다. 라디오미터는 파워 방출의 증가를 확인했다. 프린트된 패턴의 충진 레벨(fill level) 상에 파워의 영향은 중요하지 않다.

다른 프린팅 과정은 4.98mm의 직경에서 수행되었고, 이는 약 80 deg/s의 각 속도를 위해 허용되었다. 방사 소스 및 헤드 사이의 각 간격은 약 180°였으며, 재료 분사로부터 경화까지의 대응하는 시간 간격은 약 2.25초였다. 얻어진 프린트된 패턴의 충진 레벨은 도 14b 내지 도 14d에서 도시된 베이스라인들에 비해 상당히 높았다. 모델의 표면 처리(surface finish)는 크게 영향을 받았다. 모서리들과 코너들은 날카롭지 않고 물결 마감으로 생성되었다. 또한, 치수 정확도는 약 2% 오차 공칭 치수(error nominal dimension)로 감소되었다. 이러한 실험들을 위해 생성된 프린트된 패턴의 이미지는 도 14e 및 도 14f에서 도시되었다.

프린트 품질이 터 큰 지름으로 이동하는 것에 의해 영향을 받지 않는 것을 확인하기 위해, 램프는 트레이 주위의 다른 위치들로 이동되었다. 도 14g 및 도 14h는 약 80° 및 약 60°의 헤드와 방사 소스 사이의 각도 간격을 위해 생성된 프린트된 패턴의 이미지들을 보여준다. 도시된 바와 같이, 램프가 프린트 헤드에 더 가까이로 이동되었고, 충진 레벨은 감소되었다.

다른 인쇄 공정에서, 도트 게인(dot gain)은 증가되었다. 표면 마감과 치수 정확성이 개선되었다. 치수 오차는 공칭 치수의 0.5%보다 적게 감소되었다. 80°의 각 간격을 위해 생성된 프린트된 패턴의 대표적인 이미지는 도 14i에서 도시된다. 이러한 프린트 품질은 베이스라인을 위해 수행된 더 작은 직경 프린팅과 일치한다.

충진 레벨이 앰프 파워에 의해 적게 영향을 받은 것을 확인하기 위해, 추가적인 실험은 더 큰 프린트 직경들에서 다른 파워 레벨들에서 수행되었다. 충진 레벨과 치수 정확성의 충분한 변화는 관찰되지 않았다(데이터는 도시되지 않음).

프린트 직경 (mm)	352.8	352.8	352.8	497.8	497.8	497.8	497.8
각도 간격 (deg)	52	52	52	180	80	60	60
램프 파워 (Volts)	2.2	3.2	4.5	4.5	4.5	4.5	2.5
프린트 해상도 (프린트 직경에서의 DPI)	1833	1833	1833	1797	1797	1797	1797
트레이 속도 (deg/s)	100	100	100	80	80	80	80
경화 시간 (s)	0.52	0.52	0.52	2.25	1.00	0.75	0.75
결과를 보여주는 대표적인 도면	14b	14c	14d	14e-f	14g	14h	-

변수들과 실험들의 결과를 요약본 발명이 그것의 특정 실시예들과 연결하여 기술되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형들이 당업자에게 명백할 것이라는 것은 분명하다. 따라서, 첨부된 청구범위들의 넓은 범위 및 사상 내에 있는 이러한 모든 대안, 수정, 변형을 포용하고자 의도한다.

본 명세서에서 언급된 모든 발행물, 특허 및 특허 출원서들은 각각의 개별적인 발행물, 특허, 또는 특허 출원서가 본 명세서 내에 참조로써 본 원에서 인용되도록 독립적이고 구체적으로 표시되는 것과 동일한 정도로, 출원서 내로 참조로써 그 전체가 본 원에 인용된다. 또한, 본 출원서에서 임의의 참조의 인용 또는 식별은 이러한 참조가 본 발명의 선행기수로써 이용 가능한 승인으로써 해석되어서는 안된다. 섹션의 표제가 이용되는 범위에서, 그것들은 필수적인 제한으로써 해석되어서는 안된다.

Claims (20)

1. 3차원 프린팅을 위한 시스템에 있어서,
   수직 축에 대해 회전하도록 구성된 회전식 트레이;
   복수 개의 분리 노즐들을 갖고, 방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복 이동하도록 구성된 잉크젯 프린팅 헤드; 및
   상기 트레이 상에 3차원 객체를 프린팅하도록 그리고 상기 잉크젯 프린팅 헤드의 방사상 위치에 반응하여 상기 트레이의 회전 속도를 가변시키도록, 상기 트레이의 회전 중에, 층들에서의 구축 재료의 방울들을 분사하게 상기 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성된 컨트롤러로서, 상기 잉크젯 프린팅 헤드가 상기 수직 축에 가까워지도록 재위치될 때 상기 회전 속도가 증가되고, 상기 잉크젯 프린팅 헤드가 상기 수직 축으로부터 멀어지도록 재위치될 때 상기 회전 속도가 감소되도록 상기 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성된 상기 컨트롤러;
   를 포함하는 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   에너지가 상이한 비율들로 상기 트레이의 중심으로부터 상이한 거리들로 이격된 위치들에 전달되게 층들을 조사하도록 구성된 방사 소스를 더 포함하는 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 방사 소스는, 상기 잉크젯 프린팅 헤드와 함께 비동시적으로, 방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복 이동하도록 구성된 시스템.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상이한 노즐들은 상기 축으로부터 상이한 거리들로 존재하며 상이한 분사 비율들로 상기 구축 재료를 분사하는 시스템.
   
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 2개의 잉크젯 프린팅 헤드들을 포함하고, 각각의 잉크젯 프린팅 헤드에 대해, 상기 방사 방향에 따른 왕복 운동은 독립적이며 상이한 방위각으로 이루어지는 시스템.
   
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 순차적으로 분사된 방울들 사이의 방위각 거리가 상기 방사 방향을 따라 상기 잉크젯 프린팅 헤드의 위치의 함수에 따라 가변하도록, 상기 방울들을 분사하게 상기 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성되는 시스템.
   
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 비트맵 마스크를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 접근하도록 구성되고, 상기 비트맵 마스크에 의해 마스킹되지 않는 상기 트레이 상의 위치들만을 위한 상기 객체의 형상에 관한 프린팅 데이터를 획득하도록 구성되는 시스템.
   
8. 3차원 프린팅을 위한 시스템에 있어서,
   수직 축에 대해 회전하도록 구성된 회전식 트레이;
   복수 개의 분리 노즐들을 갖는 잉크젯 프린팅 헤드;
   상기 트레이 상에 3차원 객체를 프린트하도록, 상기 트레이의 회전 중에, 층들에서의 구축 재료의 방울들을 분사하게 상기 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성된 컨트롤러; 및
   에너지가 상이한 비율들로 상기 트레이의 중심으로부터 상이한 거리들에 있는 위치들로 전달되게 층들을 조사하도록 구성된 방사 소스로서, 에너지가 전달되는 비율은 상기 수직 축으로부터 거리에 따라 선형적으로 감소하는, 상기 방사 소스;
   를 포함하는 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상이한 노즐들은 상기 축으로부터 상이한 거리들로 존재하며 상이한 분사 비율들로 상기 구축 재료를 분사하는 시스템.
   
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    적어도 2개의 잉크젯 프린팅 헤드들을 포함하고, 각각의 잉크젯 프린팅 헤드는 방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복적으로 이동하도록 구성되고, 각각의 잉크젯 프린팅 헤드에 대해, 상기 방사 방향에 따른 왕복 운동은 독립적이며 상이한 방위각으로 이루어지는 시스템.
    
11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 헤드는 방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복적으로 이동하도록 구성되고, 상기 컨트롤러는, 순차적으로 분사되는 방울들 사이의 방위각 거리가 상기 방사 방향을 따라 상기 잉크젯 프린팅 헤드의 위치의 함수에 따라 가변하도록, 상기 방울들을 분사하게 상기 잉크젯 프린팅 헤드를 제어하도록 구성되는 시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 방위각 거리의 가변은 상기 방사 방향을 따른 상기 위치의 확률 함수에 기초하는 시스템.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 트레이의 적어도 하나의 회전 중에, 상기 방울들의 교차된 분사를 실행하도록 구성되는 시스템.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 교차된 분사의 교차 수준은 상기 방사 방향에 따른 상기 잉크젯 프린팅 헤드의 위치의 함수에 따라 가변하는 시스템.
    
15. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 비트맵 마스크를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 접근하도록 구성되고, 상기 비트맵 마스크에 의해 마스킹되지 않는 상기 트레이 상의 위치들만을 위한 상기 객체의 형상에 관한 프린팅 데이터를 획득하도록 구성된 시스템.
    
16. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 헤드에 진입하기 전에 상기 구축 재료를 가열하기 위한 프리 가열 요소를 더 포함하는 시스템.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 프리 가열 요소는 상기 헤드로부터 이격되고, 도관을 통해 상기 헤드와 유체 연통하는 시스템.
    
18. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 방사 소스는 방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복 이동하도록 구성되고, 상기 잉크젯 프린팅 헤드는, 상기 방사 소스와 비동시적으로, 상기 방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복 이동하도록 구성되기도 하는 시스템.
    
19. 객체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 객체의 형상에 대응하는 3차원 프린팅 데이터를 수신하는 단계;
    3차원 프린팅을 위한 시스템에 상기 데이터를 공급하는 단계; 및
    상기 데이터에 기초하여 상기 객체를 프린팅하도록 상기 시스템을 작동시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 시스템은
    회전식 트레이; 및
    방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복 이동하는 잉크젯 프린팅 헤드;
    를 포함하고,
    상기 작동시키는 단계는, 상기 잉크젯 프린팅 헤드의 방사상 위치에 반응하여 상기 트레이의 회전 속도를 가변시키는 단계로서, 상기 잉크젯 프린팅 헤드가 수직 축에 가까워지도록 재위치될 때 상기 회전 속도가 증가되고, 상기 잉크젯 프린팅 헤드가 상기 수직 축으로부터 멀어지도록 재위치될 때 상기 회전 속도가 감소되도록 상기 트레이의 회전 속도를 가변시키는 단계를 포함하는 방법.
    
20. 객체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 객체의 형상에 대응하는 3차원 프린팅 데이터를 수신하는 단계;
    3차원 프린팅을 위한 시스템에 상기 데이터를 공급하는 단계; 및
    상기 데이터에 기초하여 상기 객체를 프린팅하도록 상기 시스템을 작동시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 시스템은
    회전식 트레이;
    방사 방향을 따라 상기 트레이에 대해 왕복 이동하는 잉크젯 프린팅 헤드; 및
    에너지가 상이한 비율들로 상기 트레이의 중심으로부터 상이한 거리들에 있는 위치들에 전달되게 층들을 조사하는 방사 소스로서, 에너지가 전달되는 비율은 수직 축으로부터 거리에 따라 선형적으로 감소하는, 상기 방사 소스;
    를 포함하는 방법.

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