KR102466586B1 - 분산형 자동화 적층 제조를 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

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보일 수워노
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스트럭토 피티이. 리미티드.
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Abstract

인쇄할 물품에 대한 데이터를 수신하도록 구성되는 제어기; 상기 물품을 인쇄하기 위한 재료를 제공하도록 구성되는 수지 소스를 포함하는 서브-디바이스; 상기 물품을 인쇄하기 위한 방사선을 지향시키도록 구성되는 방사선 소스; 내부에서 상기 물품이 인쇄되는 인쇄 탱크, 인쇄된 물품을 세척하기 위한 적어도 하나의 세척 스테이션 및 상기 인쇄된 물품의 경화를 적어도 부분적으로 완료시키도록 구성되는 경화 스테이션을 포함하는 복수 개의 스테이션; 및 상기 물품이 인쇄되도록 배치되는 구축면을 포함하고, 상기 제어기는 상기 구축면과 복수 개의 스테이션을 서로에 대해 이동시키도록 구성되는, 디바이스.

Description

분산형 자동화 적층 제조를 위한 방법 및 디바이스
본 발명은, 전처리 작업을 중앙화하는 반면에 자동화된 적층 제조를 분산시키기 위한 방법, 및 이러한 방법이 용이하게 이루어지게 하기 위한 통합되고 자동화된 후처리가 있는 적층 제조가 가능한 디바이스에 관한 것이다.
현재 기술 상태에서는 스테레오리소그래피(stereolithography; SLA) 프로세스를 포함하는(비한정적으로) 적층 제조 프로세스가 통상적으로 세 개의 페이즈(즉 설계 및 전처리, 3D 인쇄 및 후처리)를 포함하는 것이 공통적인 실무인데, 각각의 페이즈는 사람이 많은 부분에서 수반되고, 노력하며 기여하는 것이 필요하다.
제 1 페이즈인 설계 및 전처리는 컴퓨터 보조 설계(CAD) 및 컴퓨터 보조 제작(CAM) 단계 양자 모두를 수반하는데, 이들은 디지털 파일 준비에 내포된다. 제 1 CAD 단계는 적층 제조 프로세스를 위해 디지털 3D 파일을 설계하고 최적화한다. 제 2 CAM 단계는 이용될 예정인 특정 3D 머신에서 인쇄할 3D 모델을 준비하고, 이것은 3D 모델 배향(XYZ 배치 및 회전), 특정한 머신의 빌더블(buildable) 볼륨 내로의 배치, 모델을 다수의 섹션으로 분할하거나 크롭하는 것, 및 모델의 인쇄를 쉽게 하기 위한 희생 지지 구조체를 생성하는 것과 같이, 고통스럽고 시간이 많이 걸리는 프로시저를 포함한다. 디지털 파일 준비는 3D 인쇄의 전체 프로세스에서 중요하고 흔히 노동력이 많이 드는 단계이고, 및 매우 복잡한 3D 오브젝트(들)를 인쇄하기 위해서는 노하우의 수준이 높아져야 한다. 예를 들어 치과 분야와 같은 일부 산업 분야에서, 치과 크라운(crown), 및 브릿지와 같은 복잡한 3D 오브젝트(들)는 특정한 방법으로 인쇄되어야 하고, 디지털 파일이 어떻게 준비되는지가 3D 오브젝트(들)가 최종적으로 성공적으로 그리고 정확하게 인쇄되는지를 결정한다. 제조 프로세스와 같은 3D 인쇄가 이러한 산업 분야에서의 현존하는 제조 프로세스를 개선시킬 수 있는 반면에, 파일 준비 과정은 필요하긴 하지만 이것은 3D 인쇄의 사용자가 수행해야 하는, 가치를 부가하지 않는 활동이다. 더욱이, 전처리 태스크에는 (a) 고가의 복잡한 소프트웨어 프로그램, 및 (b) 엔지니어링 배경 지식 또는, 통상적으로 제조 방법의 프로세스에 정통한, 다른 요구된 분야의 지식을 가진 숙련되고 경험이 많은 사용자가 통상적으로 요구된다. 예를 들어, 디지털 치의학에서, 개인화된 치과(dental) 오브젝트(들)를 얻기 위한 통상적인 작업흐름은, 일 단위가 아니라 주 단위까지 연장되는 회송(turnaround) 시간을 가져서, 환자를 위한 치과적 처치가 지연되고, 여러 번 상담하거나 방문해야 하게 된다. 종래의 디지털 치의학 작업흐름은, (a) 클리닉 스캐닝, (b) 파일의 소프트웨어-기반 처리, 및 (c) 요구되는 기기의 제작 또는 제조의 세 개의 페이즈로 이루어진다(도 1을 참조한다). 통상적으로, 임상의는 환자의 치아, 잇몸 및 교합의 3D 스캔 데이터를 캡쳐하기 시작하는데, 이것은 후속하여 추가적인 처리가 일어나는 외부 실험실 또는 설비로 전송된다. 또한, 임상의는 환자의 해부학적 구조를 물리적 인영(impression)으로 캡쳐하도록 선택할 수 있는데(예를 들어 알지네이트(alginate)를 사용함), 이것은 외부 실험실로 물리적으로 전달되어 3D 스캐닝된다. 인영은, 클리닉 또는 외부 실험실에서 역시 3D 스캐닝될 수 있는 스톤(stone) 또는 석고 모델(인영의 네거티브)을 붓기 위해 사용될 수도 있다.
실험실에서, 스캔 데이터(구강내 스캔으로부터 또는 3D 스캐닝된 인영 또는 모델로부터 얻어진 데이터)는 환자의 구강 해부학적 구조의 가상 모델로 처리될 것이다. 이러한 가상 모델을 사용하여, 바람직한 부품 또는 기기(예를 들어 치과 크라운)가 CAD 소프트웨어로 설계될 수 있다. CAD 프로세스가 완료되면, 요구되는 부품 또는 기기의 가상 디자인이, 통상적으로 STL 포맷 또는 3D 디지털 데이터를 캡쳐하는 다른 포맷으로 외부로 내보내질 수 있다(exported). 이러한 데이터는 후속하여 인쇄-준비 소프트웨어로 가져오기(import)되고, 이제 사용자는, 선택적으로는 이용가능한 인쇄 공간 내의 다른 오브젝트들과 네스팅(nesting)하고 선택적으로는 희생 지지 구조체를 생성하면서 요구되는 위치, 배향을 결정할 수 있다. 그러면, 결과적으로 얻어지는 인쇄 셋업은 인쇄가능 포맷으로 내보내질 수 있는데, 이것은 g-코드와 같은 머신 코드 또는 인쇄 셋업과 함께 변하는 높이에서 촬영된 단면 이미지(통상적으로 DLP, SLA 또는 MSLA 3D 인쇄 공정에서 사용되는 슬라이스 이미지로 알려져 있음)의 형태를 가질 수 있다. CAD 소프트웨어 및 인쇄-준비 소프트웨어는 가끔 단일 공급자로부터의 동일한 프로그램의 피쳐들이다.
그러면, 내보내진 인쇄가능 데이터는 3D 프린터에 로딩될 수 있고, 거기에서 오브젝트가 통상적으로 광중합체인 소망되는 재료로부터 물리적 오브젝트로 제작될 수 있다. 3D 인쇄 이후에, 오브젝트는 후처리 프로시저를 겪는데, 이것은 3D 인쇄된 오브젝트(들)를 용매로 세정하는 것, 최종 경화를 위해서 추가적 광으로 노광하는 것과 같이 매우 시간이 많이 걸리고 가치를 추가하지 않는 프로세스이다. 후처리 프로시저를 완료한 후에, 3D 오브젝트는 외부 설비로부터 물리적으로 전송되고 다시 클리닉으로 전달되고, 거기에서 최종적으로 환자의 해부학적 구조에 임플란트되거나 설치될 수 있다.
다른 현재의 클리닉 실무에서, 임상의 또는 그의 스태프는 요구된 프로세스 각각을 클리닉 내에서 온-사이트로 수행할 것인데, 이것은 일반적으로 "체어사이드(chairside) 인쇄"라고 불린다(도 2를 참조한다). 그러나, 공간 및 비용의 제약 때문에, 임상의는 통상적으로 제작 단계들 각각을 수행하기 위하여 콤팩트한 머신을 활용할 것이다. 일반적으로, 이러한 목적을 위하여 사용되는 머신은 폼랩스(Formlabs), 아시가(Asiga), 베고(Bego) 프린터, 및 대응하는 소형/저비용 초음파 세척 디바이스 및 광 경화 디바이스이다. 더욱이, 체어사이드 인쇄에는 여러 프로시저가 수반되기 때문에, 이것은 CAD 및 인쇄 소프트웨어, 머신의 동작 및 클리닉 환경에서 통상적으로 바람직한 작업의 범위를 모두 벗어나는 다양한 화학물질들의 취급의 심화 지식을 요구하고, 따라서 이것은 거의 모든 임상의에게 있어서는 이상적인 작업흐름이 아니다. 그러나, 시간 단위로 측정될 수 있는 회송 시간, 및 한 번 방문할 때 환자에게 같은 날 적용할 수 있는 이점이 있어서, 이러한 목적을 위하여 콤팩트한 3D 인쇄 디바이스를 채용하는 긍정적인 경향이 있다.
제 1 양태에서, 본 발명은 인쇄할 물품에 대한 데이터를 수신하도록 구성되는 제어기; 상기 물품을 인쇄하기 위한 재료를 제공하도록 구성되는 수지 소스를 포함하는 서브-디바이스; 상기 물품을 인쇄하기 위한 방사선을 지향시키도록 구성되는 방사선 소스; 내부에서 상기 물품이 인쇄되는 인쇄 탱크, 인쇄된 물품을 세척하기 위한 적어도 하나의 세척 스테이션 및 상기 인쇄된 물품의 경화를 적어도 부분적으로 완료시키도록 구성되는 경화 스테이션을 포함하는 복수 개의 스테이션; 및 상기 물품이 인쇄되도록 배치되는 구축면을 포함하고, 상기 제어기는 상기 구축면과 복수 개의 스테이션을 서로에 대해 이동시키도록 구성되는, 디바이스를 제공한다.
제 2 양태에서, 본 발명은 적층 제조 프로세스를 사용하여 물품을 인쇄하는 방법으로서,
a) 상기 물품의 3D 스캔 데이터를 수집하는 단계;
b) 상기 3D 스캔 데이터를 중앙화된 위치에 디지털적으로 전송하는 단계;
c) 상기 중앙화된 위치에서의 상기 물품의 인쇄를 제어하기 위한 디지털 파일을 준비하는 단계;
d) 상기 디지털 파일을 상기 중앙화된 위치로부터 적층 제조 디바이스에 다운로드하는 단계; 및 최종적으로
e) 상기 물품을 인쇄하는 단계를 포함하는, 물품 인쇄 방법을 제공한다.
본 발명은 임상의의 작업흐름에서 파일 준비 단계가 제거되고 그 대신에 원격으로 수행되는 방법에 관한 것이다. 이것은, 임상의가 원격으로 파일, 예를 들어 구강내 3D 스캔 데이터를 업로드할 수 있고, 더 나아가 요구 사항의 사양 및/또는 인쇄될 최종 제품의 사양을 제공할 수 있는 시스템을 도입함으로써 달성된다. 이러한 작업흐름에서, 파일은 이제 임상의로부터 멀리 떨어져서 유사한 임상의들 여럿에게 서비스를 제공하는 하나 이상의 중앙화된 위치에서 원격으로 처리된다. 파일 처리는, 래프트(raft) 또는 라벨 또는 요구된 추가적 피쳐를 추가하는 것과 같은 파일 준비 단계, 파일 보수(fixing)(짤리거나 뒤집힌 삼각형 메시, 스캔 데이터 내의 구멍, 및 데이터 레벨에서의 다른 일반적인 결함), 지지체 생성(자동 또는 수동), 부품 배열 및 네스팅, 및 인쇄가능 파일로 슬라이싱하는 것을 포함하지만 이들로 한정되는 것은 아니다. 소프트웨어 준비 페이즈의 다양한 스테이지에서, 임상의는 피드백을(CAD) 설계된 기기에, 또는 원격 처리 이후의 인쇄가능 파일의 상태에 제공할 수 있다. 임상의 와 집중형 파일 준비 운영자 또는 인공 지능 사이의 하나 이상의 전후 통신을 수반하는 반복적인 설계 및 준비 프로세스가 존재할 수 있다. 임상의는 최종 인쇄가능 출력 파일을 선택하고, 심지어는 이것이 원격 액세스 및 인터넷 접속을 통해 직접적으로 3D 프린터에 업로드되도록 선택할 수도 있다.
관련, 본 발명은 3D 인쇄된 오브젝트(들)를 후처리하는 것을 자동화하는 것에 관련되고, 이것은 인쇄, 세척 및 후경화 단계, 및 3D 프린터 자체 내에서의 특정 오브젝트(들)의 제작을 위해 요구되는 임의의 다른 단계(즉 후처리 동작) 각각을 결합, 통합, 및 자동화함으로써 달성된다. 이러한 작업흐름은 인쇄 및 후처리 단계로부터 모든 인간의 노동을 제거하고 임상의를 위해 끊김없는(seamless) 생성하는데, 여기에서 입력(3D 해부학적 구조 스캔) 및 출력(임플란트할 수 있는 오브젝트(들))은 종래의 아웃소싱된 외부 실험실 작업흐름과 동일하다. 본 발명에서 자동화된 적층 제조 디바이스는 사용될 준비가 된 최종 오브젝트(들)를 생성하기 위하여 요구되는 모든 동작 및 프로세스를 관리할 것이다.
이제부터, 시작으로부터 요구되는 3D 오브젝트(들) 또는 기기(들)의 최종 완성까지의 전체 작업 프로세스가, 임상의의 시간이 전혀 들지 않거나 거의 들지 않으면서 완전히 자동화된다. 이러한 방식으로, 3D 인쇄에 관련되지 않은 산업 분야에서 온 임상의는 그들의 산업 분야에 중요한 활동에 집중할 수 있고, 따라서 임상의는, 외부 설비로의 아웃소싱 작업과 연관된 편리함을 유지하면서, 그리고 작업흐름의 일부를 형성하는 실제 기술 프로세스의 고강도 훈련 및 심화 지식을 추가적으로 요구하지 않으면서, 체어사이드 인쇄와 연관된 빠른 회송 시간을 얻을 수 있게 된다. 임상의의 관점으로 보면, 본 발명의 디바이스는 반드시 3D 프린터 또는 적층 제조 디바이스인 것이 아니고, 오히려 맞춤화되거나 해부학적으로 환자에 특유한 오브젝트(들)를 클리닉 내로 직접적으로 단순히 "전달"하는 블랙 박스이다.
본 발명을 본 발명의 가능한 구조를 예시하는 첨부 도면에 대하여 더 설명하는 것이 편리할 것이다. 본 발명의 다른 구조가 가능하며, 결과적으로 첨부 도면의 세부사항은 본 발명의 앞선 설명의 일반성을 대체하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
도 1은 종래의 디지털 치의학에 관련된 작업흐름을 보여준다;
도 2는 체어사이드 인쇄와 관련된 작업흐름을 보여준다;
도 3은 본 발명에 따른 작업흐름을 보여준다;
도 4는 자동화된 적층 제조 디바이스의 캐러셀(carousel) 시스템의 개략도이다;
도 5 가동 트레이가 회전함에 따라 인쇄된 오브젝트(들)가 인쇄 수지 탱크로부터 세척, 세정 또는 수집 용기로 전달되는, 자동화된 적층 제조 디바이스의 캐러셀 시스템의 개략도이다;
도 6은 자동화된 적층 제조 디바이스의 캐러셀 시스템의 개략 단면도이다;
도 7a는 가동 트레이가 선형 방향으로 이동되고 구축면 상에 부착된 인쇄된 오브젝트(들)가 있는 선형 운동 디바이스를 구현하는, 자동화된 적층 제조 디바이스의 선형 시스템의 개략도이다;
도 7b는 구축면에 부착된 인쇄된 부분(들)이 있는 수직 및 수평 선형 운동 디바이스가 양방향성 선형 방식으로 이동하는, 자동화된 적층 제조 디바이스의 선형 시스템의 개략도이다;
도 8a는 플랫폼 플레이트(들) 또는 빌드 플랫폼을 인쇄 구역 내의 z-축 액츄에이터로부터 취출할 수 있는 암을 포함하는, 자동화된 적층 제조 디바이스의 별개의 선형 액츄에이터의 개략도이다.
도 8b는 별개의 선형 액츄에이터의 암이 x-y 방향으로 연장, 수축 또는 이동하여 인쇄 구역으로부터 빌드 플랫폼 또는 플랫폼 플레이트(들)에 도달할 수 있어서, 내부 서브시스템 부품 중 임의의 것과의 충돌 또는 부딪힘을 피할 수 있다는 것을 보여준다.
도 9는 로봇식 암 메커니즘이 있는 자동화된 적층 제조 디바이스의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은, 우선 환자의 해부학적 구조를 임상의가 치과 클리닉에서, 구강내 스캐닝을 이용하거나 역시 3D 스캐닝될 수 있는 물리적 인영을 생성함으로써 일반적으로 수행하는 것과 동일한 방법으로 캡쳐하는 것을 포함한다. 후속하여, 3D 스캔 데이터는 외부 설비, 데이터/정보 지원 서비스, 웹 포털, 지역 네트워크(근거리 또는 원거리) 또는 클라우드-기반 서비스로 전송되어, 실제 작업이 전 세계의 다른 곳에서부터 수행될 수 있게 한다. 또한, 이러한 작업은 부분적으로, 완전히 자동화되거나 완전히 비-자동화되어(즉 하나 이상의 위치에 집중되거나, 또는 분산되도록 탈중앙화될 수 있는 백-엔드에서 사람에 의하여 작동됨), 파일 수정, 지지체 생성(자동 또는 수동), 부품 배열, 인쇄가능 파일로의 슬라이싱, CAD 디자인, 디지털 데이터의 내보내기, 전처리 인쇄 또는 인쇄가능 데이터의 내보내기와 같지만 이들로 한정되는 것은 아닌 아웃소싱된 소프트웨어 프로세스가 클라우드-호스팅된 인공 지능 머신 지능, 외부 설비, 데이터/정보 지원 서비스, 웹 포털 또는 지역 네트워크(근거리 또는 원거리)에 의하여 효과적이고 자동적으로 수행될 수 있게 한다.
3D 스캔 데이터가 웹 포털을 통해 사용자에 의해서 인터페이스로서 전송되거나 3D 스캔 데이터가 클라우드 서비스가 있는 스캐너(구강내 또는 다른 스캐너)의 직접 접속을 통해 업로딩됨으로써 사용자가 스캐닝된 파일을 내보내고 해당 파일을 웹 브라우저를 통해 포털에 업로드할 필요가 없는 일 실시예에서는, 멀리 있을 수 있는 위치에 있는 다른 사람이 입력 파일(들)을 수신하고, 이것을 대응하도록 처리하며, 이것을 동일한 웹 포털을 통해 적절하게 사용자에게 반환한다. 사용자가 파일을 다운로드하는 것에 반대로, 연결된 3D 프린터에 파일이 직접적으로 전달되는 것이 바람직하다. 대안적인 실시예에서, 사용자는 웹 포털에 액세스할 수 있고, 이것을 통해서 다른 사람 및/또는 인공 지능이 해당 파일을 처리할 것이다. 이러한 태스크 또는 프로세스는 위에서 언급된 태스크 중 일부 또는 전부를 자동적으로, 또는 인간의 노력 및 인공 지능/머신 지능 양자 모두의 조합을 통해 수행하는 인공 지능/머신 지능의 형태로 수행될 수 있는데, 머신 지능의 범위는 인공 지능의 성숙도에 따라 달라진다.
디자인 및 전처리 단계(즉 위의 프로세스)를 자동화함으로써, 인쇄가능 데이터를 전달하기까지의 빠른 회송 시간이 환자의 해부학적 구조의 3D 스캔 데이터를 사용하는 입력에 따라서 달성된다. 임상의가 추가적인 피드백을 코멘트, 결정 또는 외부 아웃소싱된 소프트웨어 프로세스 서비스에 의해 제공된 제안된 CAD 디자인 또는 처치 계획에 대한 승인의 형태로 제공하도록 요구되거나 요청되는 하나 또는 여러 중간 스테이지가 존재할 수 있다. 인쇄가능 데이터를 임상의에게 내보내거나 전달한 후에, 임상의는 자동화된 적층 제조 디바이스를 사용하여 3D 오브젝트의 3D 인쇄를 계속하거나 개시하여, 끊김없고 자동화된 디지털 치의학의 프로세스가 능률화된다. 클라우드-기반 서비스, 외부 설비, 데이터/정보 지원 서비스, 웹 포털 또는 지역 네트워크(근거리 또는 원거리)로부터의 내보내진 인쇄가능 데이터는, 대안적으로 인터넷 접속, 무선 통신 또는 원격 액세스를 통해 자동화된 적층 제조 디바이스에 직접적으로 업로딩되어, 전체 작업흐름이 끊김이 없이 핸드오프 상태로 자동화되도록 보장할 수 있다. 업로드 프로세스는 동일한 사람 또는 인공 지능에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 자동화된 적층 제조 디바이스는 부착된 구축면(101)을 z-축에 따라 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상향 및 하향 수직 선형 운동으로 이동시킬 수 있는 수직 선형 운동 디바이스(100)를 포함한다. 수직 선형 운동 디바이스는 선형 모터, 볼 스크류, 리드 스크류 또는 벨트 및 스테퍼 모터 또는 서보 모터가 있는 풀리 시스템, 또는 유압식, 공압식 등 또는 이들의 조합과 같은 임의의 다른 선형 액츄에이터, 또는 구축면을 충분한 정확도 및 속도로 z-축을 따라 이동시킬 수 있는 임의의 다른 수단을 포함할 수 있다. 구축면(101)은 용기 또는 디바이스 각각을 바라보고, 그 위에 인쇄된 오브젝트(들)(110)가 부착될 수 있는 표면을 가지는 플랫폼 플레이트를 포함할 수 있으며, 3D 오브젝트(들)가 층 단위로 인쇄되고 후속하여 일련의 용기 및 디바이스로부터 전달되어 세정, 경화 또는 후경화 및 3D 인쇄된 오브젝트(들)의 수집의 프로세스를 겪게 됨에 따라 수직으로 이동한다. 널리 입수가능하고 당업자에게 공지된 3D 인쇄 또는 적층 제조의 다양한 기술 및 방법이 자동화된 적층 제조 디바이스에서 사용될 수 있다. WO 2015/072921 및 WO2016/122408에 개시된 것들과 같거나 SLA 또는 DLP인 적층 제조 디바이스가 사용될 수 있다. 플랫폼 플레이트는, 예를 들어 강철, 알루미늄, 유리, 또는 3D 인쇄가능 폴리머가 부착될 수 있는 임의의 다른 재료로 제작될 수 있고, 및/또는 인쇄가 일어나는 표면 상의 하나의 재료 및 다른 재료 코팅을 더 포함할 수 있다. 플랫폼 플레이트는 프린터 베드로부터 부분적으로 분리가능하거나 완전히 분리가능할 수 있고, 더 나아가 자기적 릴리스 메커니즘을 포함하거나 다른 릴리스 메커니즘을 사용할 수 있다. 전자기 메커니즘 등과 같은 자기적 릴리스 메커니즘, 또는 릴리스 메커니즘의 다른 변형물이, 구축면이 다른 플랫폼 플레이트를 끊김없는 프로세스로 픽업하고 부착하며, 변경하고 릴리스하게 한다. 일 예에서, 인쇄 사이클의 시작 시에, 구축면은 깨끗한 플랫폼 플레이트의 스택을 보유한 용기 또는 디바이스로부터 깨끗한 플랫폼 플레이트를 픽업하거나 선택하고, 인쇄, 세정, 경화 또는 후경화의 각 사이클 이후에 각각의 플랫폼 플레이트를 수집 용기 또는 디바이스 내에 릴리스한다.
디바이스(100)는 광중합체 재료와 같은 재료로 제작되고 수지 용기(102) 또는 그 내부 용기 내에 보유된 광중합체를 조명 소스(103)로부터의 적절한 파장의 광으로 조사함으로써 생성되는 3D 인쇄 물품(들)(110)을 보유하거나 홀딩하기 위한, 인쇄 탱크(102)와 같은 수지 용기를 더 포함한다. 수지 용기(102)는 조명이 아래로부터 통과하여 후속하여 광중합체 수지에 타게팅하게 하는 실질적으로 반투명 또는 투명한 하부 벽면을 가질 수 있다. 바람직하게는, 수지 용기(102)는 재료를 빠르고 쉽게 교환하게 하기 위하여 외부 용기(122) 및 내부 용기(121)를 포함한다. 외부 용기는, 강철, 알루미늄 또는 엔지니어링 플라스틱으로 제작되어 강성을 가지고 영구적일 수 있는 반면에, 내부 용기는 광중합체와 반응하지 않는 저비용 플라스틱 재료로 제작된 일회용 컨테이너일 수 있다. 또한, 내부 용기(121)는 하부 바닥 내면에 인쇄하는 중에 층의 릴리스를 가능하게 하는 코팅 또는 필름을 더 가질 수 있다. 외부 용기(122)는 바닥 벽면이 없어서, 내부 용기의 바닥면이 광중합체 재료와 아래의 조명 소스(103) 사이의 유일한 경계가 될 수 있다. 내부 용기(121)는 필링(peeling), 절삭 또는 다른 파괴 수단에 의해 제거가능하거나 착탈식 뚜껑 또는 커버가 있는 시일이 있는 사전 실링된 컨테이너 또는 캡슐로서 제공될 수 있다. 내부 용기는 특정 애플리케이션에 대해 요구된 광중합체의 적절한 양을 보유하는 사전 충진된 컨테이너 또는 캡슐로서 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 실질적으로 반투명인 바닥면은 외부 착탈식 뚜껑 또는 커버, 또는 필링 또는 절삭에 의해서 제거가능한 시일로 커버됨으로써, 주변의 소스 또는 조명의 다른 소스가 보유된 광중합체를 반투명인 바닥면을 통해 미숙하게 중합시키는 것(polymerizing)을 방지할 수 있다. 조명 디바이스(103)(도 6에 도시된 바와 같음)는 동반되는 광학기가 있는 레이저 다이오드를 포함하지만, 이것은 DLP 프로젝터 시스템, 또는 광중합체 재료를 중합시킬 수 있는 파장의 광을 방출하는 광 소스 또는 그 복수 개일 수도 있다. 113은 광원(103)이 동작하여, 이미지 또는 다른 조명을 수지 용기 내의 폴리머 재료 상에 투영시킬 때에 표시되는 광 경로이다. 조명 디바이스(103)는 빌드 구역의 영역, 또는 수지 용기(102)의 바닥면의 영역을 선택적으로 지향시키거나 노광하도록 장착될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자동화된 적층 제조 디바이스는 3D 오브젝트(들)의 인쇄 또는 처리 중에 외부 인자로부터의 오염 또는 간섭을 최소화하기 위하여 큐비클, 엔클로저 또는 구획 내에 보유될 수 있다. 더욱이, 디바이스의 외부 보디는 이상적으로는 공기-실링되어야 하고, 수지 및/또는 용매로부터의 악취 또는 증기가 주변 공기와 교환되지 않아서, 클리닉 환경에서의 세척 및 안전한 동작을 용이화하도록 보장하기 위한 공기 필터링 시스템을 포함할 수 있다.
디바이스(100)는, 바람직하게는 회전 방향으로 이동가능하거나 요구되는 위치들의 세트로 이동가능하며, 그 위에서 여러 스테이션들이 영구적으로 또는 비-영구적으로 탑재될 수 있고 수직 선형 운동 디바이스(100) 내에 위치된 (가상의) 축에 대해서 회전되어, 수직으로 이동하는 구축면(101)의 경로를 향해 지향되게 되는 가동 트레이(104)를 더 포함한다. 상기 스테이션들은 전술된 관련 기능을 위한 용기 및/또는 디바이스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 수직 스테이지는 회전 원 밖에, 예를 들어 구석에 장착될 수 있고, 사각형 외부 보디가 프린터 주위에 구축될 수 있다. 이러한 구성의 경우, 스테이지는 머신의 중심일 필요가 없고, 따라서 회전축은 중심과 일치할 필요가 없다. 가동 트레이는 강성이고 충분한 스티프니스 및 평평도를 가져서 빌드 플레이트 표면 및 수지 용기 내부의 바닥 인쇄 표면의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 도 4 및 도 5에서 가동 트레이 상에 탑재된 것으로 도시된 바와 같이, 스테이션들은 수지 용기(102), 두 개의 세척 용기(107 및 111), 및 UV 경화 디바이스(105)를 포함하지만, 더 많거나 더 적은 용기 또는 디바이스가 제공될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 용기 또는 디바이스를 포함하는 복수의 스테이션은 공간에 고정될 수 있는 반면에, 수직 선형 운동 디바이스(100) 및 구축면(101)은 가동 트레이(104) 상에 장착되어, 용기 또는 디바이스들 각각에 상대적인 소망되는 위치로 이동될 수 있게 한다(바람직하게는 회전 방향으로). 예시적인 예에서, 가동 트레이(104)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 90 도의 차이만큼 회전되었고, 결과적으로 구축면(101)이 인쇄 공정 후에 수지 용기(102) 안팎으로 이동하는 것으로부터 세정을 위하여 세척 용기(111) 안팎으로 이동되는 것으로 효과적으로 전달되게 된다. 세정은 통상적으로 이소프로필 알콜 등과 같은 용매 내에서 일어나고, 같거나 다른 용매, 또는 물을 사용한 제 2 세정 스테이지도 역시 수행될 수 있다. 가동 트레이의 이동은 3D 인쇄된 오브젝트(들)의 처리 및 준비를 위해 요구되는 세정 또는 경화 단계 및 프로시저의 다양한 시퀀스에 따라 달라질 수 있다.
다른 실시예에서, 가동 트레이(104)는 전술된 바와 같은 회전 방향에 반대로 선형 방식으로 구현될 수도 있다. 이러한 선형 구조에서 그리고 도 7a를 참조하면, 가동 트레이(104)는 선형 방식으로 이동하고 양방향성일 수 있어서, 다수의 용기 또는 디바이스가 수직 선형 운동 디바이스(100)를 향해 전달되는 것이 가능해지게 한다(z-축). 대안적인 실시예에서, 선형 가동 트레이는 정지된 상태를 유지하고 선형 운동 디바이스(100)는 구축면(101)이 이동하는 축에 수직인 축으로 이동하는 수직 및 수평 선형 운동 디바이스(200)로 교체된다(도 7b). 수직 및 수평 선형 운동 디바이스(200)는 수평 양방향 방식으로 이동함과 동시에, 부착된 구축면(101)을 선형 트레이의 상이한 세그먼트를 따라 전달하여 이를 통하여 세정 또는 경화 단계 및 3D 인쇄된 오브젝트(들)의 처리 및 준비를 위해 요구되는 프로시저의 다양한 시퀀스를 겪도록 한다. 다른 실시예들에서, 자동화된 적층 제조 디바이스는 가동 트레이 및 수직 및 수평 선형 운동 디바이스 양자 모두를 포함하여, 인쇄 및 세정 또는 경화 단계 및 3D 인쇄된 오브젝트(들)에 대해 요구되는 프로시저의 다양한 시퀀스를 더 빨리 처리할 수 있다. 수직 선형 운동 디바이스(100)(z-축)가 있는 상태에서 가동 트레이(104)가 이동하는 실시예는, 그럴 경우 수직 선형 운동 디바이스가 한 축으로만 이동한다면 수직 선형 운동 디바이스의 쉬운 정렬이 가능해지기 때문에 더 유리한 것으로 여겨진다.
다른 실시예에서, 인쇄, 세정, 경화 및 후경화 용기는 수직의 선형 방식으로 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 개별 선형 액츄에이터(300)는 z-방향으로 수직으로 이동하고(도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이), 선형 모터, 볼 스크류, 리드 스크류 또는 벨트 및 스테퍼 모터 또는 서보 모터가 있는 풀리 시스템, 또는 유압식, 공압식 등 또는 이들의 조합과 같은 임의의 다른 선형 액츄에이터, 또는 구축면 또는 플랫폼 플레이트(들)를 충분한 정확도 및 속도로 z-축을 따라 이동시킬 수 있는 임의의 다른 수단의 형태일 수 있다. 개별 선형 액츄에이터는 플랫폼 플레이트(들) 또는 빌드 플랫폼을 인쇄 구역 내의 z-축 액츄에이터로부터 취출할 수 있는 암(301)을 포함한다. 암(301)은 x-y 방향으로 연장, 수축 또는 이동하여 인쇄 구역으로부터 빌드 플랫폼 또는 플랫폼 플레이트(들)에 도달할 수 있어서, 내부 서브시스템 부품 중 임의의 것과의 충돌 또는 부딪힘을 피할 수 있다. 플랫폼 플레이트(들) 또는 구축면은 전자기 수단, 이러한 효과를 낼 수 있는 임의의 다른 수단, 발명자의 선특허 출원에 개시된 것과 같은 것으로 신속하게 고정되고 릴리스될 수 있다. 구축면은 하나 이상의 플랫폼 플레이트를 포함할 수 있다. 후속하여, 암은 다음 용기(들)로 수직으로 이동할 것이고, 이것은 세정 용기(들), 경화 및/또는 후 경화 용기 일 수 있다(도 8b에 도시된 바와 같이). 인쇄, 세정 및 포스트 경화의 전체 프로세스가 완료된 후에, 암은 이제 인쇄된 부품을 포함하는 완성된 빌드 플랫폼 또는 플랫폼 플레이트(들)가 분출 및/또는 수집될 수 있는 처분 구역으로 이동할 것이다. 이러한 실시예의 장점은 무엇보다도, 때로는 치과 의사의 사무소에서 소중한 자원일 수 있는 콤팩트한 풋프린트를 얻는다는 점과, 고정된 정렬에 기인하여 머신의 안정성 및 반복가능성을 보조하는 정지된 인쇄 스테이션을 제공하는 점이다.
UV 경화 디바이스(105)는, 인쇄되는 광중합체 재료를 중합시킬 수 있는 파장을 방출하는 다이오드 또는 다른 타입의 전구일 수 있는 적어도 하나이거나 바람직하게는 복수 개의 광 방출기를 가지는 컨테이너를 포함한다. 디바이스(105)는, 특히 세정 처리 이후에 디바이스 내에 배치된 아이템의 온도를 높이기 위한, 열 또는 적외선 방사선의 방출기를 더 포함할 수 있다. UV 경화 디바이스는 조명이 아래로부터 통과하여 후속하여 디바이스 내에 보유된 아이템에 타게팅하게 하는 실질적으로 반투명 또는 투명한 저면을 가질 수 있다. 디바이스(105)는 또한 내부 벽의 빠르고 쉬운 세척을 가능하게 하기 위해서 외부 용기 및 내부 용기(106)로 이루어질 수 있다. 외부 용기는 저면이 없어서, 내부 용기의 바닥면이 광중합체 재료와 아래의 조명 소스 사이의 유일한 경계가 될 수 있다.
세척 용기(107 및 111) 각각은 알콜 또는 다른 세척 용액을 보유하기 위한 용기를 포함한다. 이러한 용기는 알콜 또는 다른 세척 용액의 빠르고 쉬운 교체를 가능하게 하기 위하여 외부 용기 및 내부 용기(108 또는 112)로 이루어질 수 있다. 세척 용기에는 초음파(sonicating) 디바이스 또는 세척 솔루션을 약화시켜서 세척 용기 또는 그 내부 용기 내에 배치된 임의의 아이템의 더 철저하고 빠른 세척을 보장하기 위한 다른 수단이 장착될 수도, 그렇지 않을 수도 있다. 내부 용기(108 또는 112)에는 필링, 절삭 또는 다른 파괴 수단에 의해 제거가능한 시일이 있는 사전-실링된 컨테이너로서 제공될 수 있다. 내부 용기는 특정 애플리케이션에 대해 요구된 광중합체의 적절한 양을 보유하는 사전 충진된 컨테이너 또는 캡슐로서 제공될 수 있다. 추가적으로, 인쇄 공정 중에, 사용자는 자동적 적층 제조 디바이스의 인터페이스와 외부 디스플레이(120)를 통해 상호작용할 수 있고, 이것은 LCD 또는 OLED 타입의 디스플레이일 수 있고 터치-스크린 콘트롤을 가질 수 있다. 외부 디스플레이는 아웃소싱된 소프트웨어 프로세스로부터의 인쇄가능 데이터를 업로드하는 것을 돕는 운영 체제를 포함할 수 있고, 인쇄 및 인쇄된 오브젝트(들)의 처리 과정에 대해서 사용자에게 업데이트할 수 있다. 또한, 사용자는 외부 디스플레이를 통해서, 자동화된 적층 제조 머신의 운영 체제 내의 명령을 세팅할 수 있다. 또한, 이러한 외부 디스플레이(UI) 및 실제 내부의 이동하는 부품 및 조명 또는 투영 시스템 양자 모두를 규율하는, 내부 전자회로 및 운영 체제의 시스템이 존재할 수도 있다.
이제 도 9를 참조하면, 자동화된 적층 제조 디바이스는 관절형 암을 포함할 수 있는데, 상기 관절형 암(400)은 상기 암의 끝에 위치된 엔드 이펙터(end effector)에 6 자유도를 가질 수 있다. 상기 엔드 이펙터는 관절형 암이 여러 자유도를 제공하는 대상인 구축면일 수도 있다. 예를 들어, 관절형 암은, 3 개의 주축과 나란한 병진, 및 상기 3 개의 주축 중심의 회전을 포함하는 최대 6 자유도를 가지는 상기 구축면의 이동을 제공할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 관절형 암은 착탈식 구축면 또는 플랫폼 플레이트(들)(401)를 로봇식 암 주위에 배열된 상이한 섹션들로 전달하는, 신규한 퀵 릴리스 메커니즘 등이 있는 6-축 로봇식 암일 수 있다. 이러한 섹션 각각은 VAT를 수행하기 위하 구역/탱크(402), 세정 구역(403), 후경화(404) 및/또는 취출(405), 또는 인쇄된 3D 오브젝트(들)를 제작하기 위해 요구되는 다른 3D 처리 프로시저를 수행하기 위한 구역을 포함할 수 있다. 암은, 상이한 섹션들의 배치 또는 배열에 있어서 총 자유도를 허용하는 다수의 축을 가진 로봇식 암, 3D 인쇄 공정에서의 층 방출을 용이하게 하기 위한 더 많은 운동 정도, 예컨대 예를 들어 수지 용기의 내부 바닥 벽 상의 인쇄면으로부터 인쇄된 층을 더 점진적으로 제거하기 위한 필링 동작을 허용하기 위한 회전 운동 컴포넌트 일 수 있다.
자동화된 적층 제조 디바이스 내에서의 3D 인쇄된 오브젝트(들)의 세정 및 경화 또는 후경화의 프로세스가 완료된 후에, 맞춤화된 환자에 특유한 3D 오브젝트(들)는 환자에 대한 처치 프로시저의 일부로서 사용되거나 이식될 준비가 되게 된다.
비록 특정 실시예들이 본 명세서에서 설명되고 예시되지만, 당업자들은 위의 실시예들의 특징들의 다양한 변경 및 조합이 본 발명의 사상 또는 그 본질적인 특징에서 벗어나지 않으면서 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 다른 분야에도 적용가능하고 치과 또는 구강 건강 애플리케이션에 한정되지 않으며, 따라서 "3D 오브젝트(들) 또는 3D 인쇄된 오브젝트(들)"라는 용어도 역시 그 외의 분야에 속하는 애플리케이션들로부터 결과적으로 얻어지는 임의의 3D 부품(들) 또는 기기(들)를 망라할 수 있다. 또한, 임상의라는 용어는 의학적 임상의로 한정되지 않고, 임상적 세팅에서 일하는 임의의 사람, 실험실 기술자, 임상 기술자, 간호사 또는 자동화된 적층 제조 디바이스 및/또는 작업흐름의 사용자를 역시 포함한다. 그러므로, 앞선 실시예들은 본 명세서에서 설명된 발명 및 첨부된 청구항에 의해 표시되는 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라, 모든 측면에 있어서 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 인쇄할 물품에 대한 데이터를 수신하도록 구성되는 제어기;
    상기 물품을 인쇄하기 위한 재료를 제공하도록 구성되는 수지 소스를 포함하는 서브-디바이스;
    상기 물품을 인쇄하기 위한 방사선을 지향시키도록 구성되는 방사선 소스;
    내부에서 상기 물품이 인쇄되는 인쇄 탱크, 인쇄된 물품을 세척하기 위한 적어도 하나의 세척 스테이션 및 상기 인쇄된 물품의 경화를 적어도 부분적으로 완료시키도록 구성되는 경화 스테이션을 포함하는 복수 개의 스테이션; 및
    상기 물품이 인쇄되도록 배치되는 구축면을 포함하고,
    상기 제어기는 상기 구축면과 상기 복수 개의 스테이션을 서로에 대해 이동시키도록 구성되고,
    상기 복수 개의 스테이션은 가동 트레이 상에 위치되고, 상기 가동 트레이는 수직축 중심으로 회전하도록 구성되고, 상기 구축면은 수직으로 배향된 선형 슬라이드 상에 위치됨으로써, 상기 가동 트레이가 관련 스테이션을 순차적으로 회전시키도록 구성되고, 상기 구축면이 상기 물품을 상기 관련 스테이션에 수직으로 전달하도록 구성되는, 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스테이션은: 후경화(post-curing) 스테이션, 제 2 세척 스테이션 및 완성된 인쇄된 물품이 그로부터 언로딩되는 언로딩 스테이션의 임의의 하나 또는 조합을 포함하는, 디바이스.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구축면은 인쇄 사이클의 시작 시에 플랫폼 플레이트에 부착되도록 구성되는, 디바이스.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구축면은 인쇄, 세정, 경화 또는 후경화 사이클의 종료 시에 플랫폼 플레이트를 구속해제하도록 구성되는, 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄 탱크는 반투명 또는 투명 바닥 벽면을 가진 수지 용기를 포함하는, 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄 탱크는 수지 용기를 포함하고,
    상기 수지 용기는 외부 용기를 포함하는, 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인쇄 탱크는 상기 외부 용기 내에 내부 용기를 더 포함하는, 디바이스.
  13. 제 12 항에 따른 디바이스를 적층 제조(additive manufacturing)하는 데에 사용하기 위한 내부 용기로서,
    상기 내부 용기는 상기 외부 용기로부터 선택적으로 제거 가능하도록 구성되는, 내부 용기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 내부 용기는 중합가능(polymerisable) 재료를 함유하도록 구성되는, 내부 용기.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 내부 용기는 상기 내부 용기의 바닥 벽의 내면에 코팅을 포함하는, 내부 용기.
  16. 제 1 항에 따른 디바이스를 적층 제조하는 데에 사용하기 위한 내부 세척 용기로서,
    상기 내부 세척 용기는 상기 적어도 하나의 세척 스테이션으로부터 선택적으로 제거 가능하도록 구성되는, 내부 세척 용기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 내부 세척 용기는 인쇄된 물품을 세척하기 위한 세척액을 함유하도록 구성되는, 내부 세척 용기.
  18. 적층 제조 프로세스를 사용하여 물품을 인쇄하는 방법으로서,
    a) 상기 물품의 3D 스캔 데이터를 수집하는 단계;
    b) 상기 3D 스캔 데이터를 중앙화된 위치에 디지털적으로 전송하는 단계;
    c) 상기 중앙화된 위치에서의 상기 물품의 인쇄를 제어하기 위한 디지털 파일을 준비하는 단계;
    d) 상기 디지털 파일을 상기 중앙화된 위치로부터 적층 제조 디바이스에 다운로드하는 단계;
    e) 상기 물품을 인쇄하는 단계;
    f) 상기 물품을 세정하는 단계;
    g) 상기 물품을 후경화하는 단계; 및
    h) 인쇄된 물품을 방출하는 단계를 포함하고,
    상기 e) 내지 h) 단계는, 상기 적층 제조 디바이스에 의해 수행되며, 상기 적층 제조 디바이스는 상기 e) 내지 h) 단계가 수행되는 복수 개의 스테이션 및 상기 물품이 인쇄되도록 배치되는 구축면을 포함하고, 상기 복수 개의 스테이션은 가동 트레이 상에 위치되고, 상기 e) 내지 h) 단계가 수행되는 동안, 상기 가동 트레이는 수직축 중심으로 회전하도록 구성되고, 상기 구축면은 수직으로 배향된 선형 슬라이드 상에 위치됨으로써, 상기 가동 트레이가 관련 스테이션을 순차적으로 회전시키도록 구성되고, 상기 구축면이 상기 물품을 상기 관련 스테이션에 수직으로 전달하도록 구성되는, 물품 인쇄 방법.
  19. 삭제
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 중앙화된 위치는: 외부 설비, 데이터/정보 지원 서비스, 웹 포털, 지역 네트워크(근거리 또는 원거리 네트워크) 또는 클라우드-기반 서비스 중 하나인, 물품 인쇄 방법.
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