KR102570502B1 - 3차원 인쇄 시스템 및 장비 어셈블리 - Google Patents

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마헨드라 알. 파텔
아밋 에스. 파텔
토마스 제이. 브래드버리
토마스 지. 웨스트
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아프레시아 파마슈티칼즈 엘엘씨
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Abstract

3차원 인쇄된 물품을 제조하는 3차원 인쇄 시스템 및 장비 어셈블리가 제공된다. 장비 어셈블리는 3차원 인쇄 제조 시스템, 옵션인 액체 제거 시스템 및 옵션인 수거 시스템을 포함한다. 제조 시스템은, 컨베이어, 복수의 제조 모듈, 그리고 분말 계층화 시스템과 인쇄 시스템을 구비한 적어도 하나의 제조 스테이션을 포함한다. 장비 어셈블리는 제약, 의료 및/또는 비제약/비의료 물체를 제조하는데 사용될 수 있다. 단일 혹은 복수의 물품을 마련하는데 사용될 수 있다.

Description

3차원 인쇄 시스템 및 장비 어셈블리
본 발명은 캐비티 3차원 인쇄에 의해 물품을 마련하고 가변 층 밀도로 물품을 마련하는 시스템, 장비 어셈블리 및 그 사용에 관한 것이다.
고속 프로토타이핑이란 물체의 컴퓨터 모델로부터 물체의 3차원 프로토타입을 제조하는 다양한 기술을 가리킨다. 한 가지 기술은 3차원 인쇄로, 이로써 프린터를 사용해서 복수의 2차원 층으로부터 3D 프로토타입을 제조한다. 상세하게, 3D 물체의 디지털 표현이 컴퓨터 메모리에 저장된다. 이 물체의 표현을 컴퓨터 소프트웨어가 복수의 개별 2D 층으로 분리(section)한다. 다른 방안으로서, 예컨대, 일련의 이미지와 같이, 각각의 증가 층에 대한 명령어의 스트림(일련의)이 직접 입력될 수도 있다. 이후 3D 프린터가 소프트웨어에 의해 분리된 각각의 2D 이미지 층에 대한 결합 물질의 얇은 층을 제작한다. 아울러 층들이 중첩해서 인쇄되고 서로 접착되어서 소망의 프로토타입을 형성한다.
3차원 분말-액체 프린팅 기술은 제약 제형(pharmaceutical dosage forms), 의료용 프로토타입 및 컨셉 모델, 기계 부품 주조용 주형, 뼈 성장 촉진 임플란트, 전자 회로 기판, 조직 공학의 뼈대, 반응형 생체 합성물, 조직 성장 촉진 임플란트, 치아 복원, 주얼리, 유체 필터 및 다른 물품과 같은 물품을 마련하는데 사용되었다.
3차원 인쇄는 얇은 분말층이 표면에 분사되고, 유체를 통제하에서 증착('인쇄')해서 분말 중 선택된 영역이 서로 결합되는 임의 형상 제작 기술/고속-프로토타이핑 기술이다. 이전에 인쇄된 층 상에 각각의 새로운 층이 인쇄되고 접착되는 방식으로 이러한 기본 동작이 층마다 반복되어서, 최종적으로는 결합되지 않은 분말의 베드(bed) 내에 3차원 물체를 제조한다. 인쇄된 개체가 충분한 응집력을 갖고 있다면, 결합되지 않은 분말로부터 분리될 수 있다.
물품을 3차원 인쇄하는 시스템 및 장치 어셈플리는 그 외에, 메사추세츠 공과 대학교 3차원 인쇄 실험실(메사추세츠 캠브리지), Z 코퍼레이션의 3DP 및 HD3DP™ 시스템(메사추세츠 버링톤), 엑스원사(Ex One Company) L.L.C.(펜실베니아 어윈), 졸링엔(Soligen)(캘리포니아 노스브리지), 스페시픽 서피스 코퍼레이션(메사주세츠 프랭클린), TDK사(일본 치바현), 테릭스 L.L.C. (오하이오 아크론, 현재는 인테그라 생명 과학의 일부), 피닉스 어낼리시스 앤 디자인 테크놀로지(아리조나 템피), 스트라타시스사의 Dimension™ 시스템 (미네소타 에덴프레리), 오브젯 지오메트릭(메사추세츠 빌레리카 혹은 이스라엘 레호보트), Xpress3D (미네소타 미네아폴리스), 및 3D 시스템즈의 Invision™ 시스템 (캘리포니아 발렌시아)에 의해서 구입 혹은 사용할 수 있다.
일부 시스템은 다음 특허 문헌에 개시되어 있다. 미국 공개 제 20080281019호, 제 20080277823 호, 제 20080275181 호, 제 20080269940 호, 제 20080269939 호, 제 20080259434 호, 제 20080241404 호, 제 20080231645 호, 제 20080229961 호, 제 20080211132 호, 제 20080192074 호, 제 20080187711 호, 제 20080180509 호, 제 20080138515 호, 제 20080124464 호, 제 20080121172 호, 제 20080121130 호, 제 20080118655 호, 제 20080110395 호, 제 20080105144 호, 제 20080068416 호, 제 20080062214 호, 제 20080042321 호, 제 20070289705 호, 제 20070259010 호, 제 20070252871 호, 제 20070195150 호, 제 20070188549 호, 제 20070187508 호, 제 20070182799 호, 제 20070182782 호, 제 20070168815 호, 제 20070146734 호, 제 20060268057 호, 제 20060268044 호, 제 20060230970 호, 제 20060141145 호, 제 20060127153 호, 제 20060111807 호, 제 20060110443 호, 제 20060099287 호, 제 20060077241 호, 제 20050054039 호, 제 20060035034 호, 제 20060030964 호, 제 20050247216 호, 제 20050204939 호, 제 20050197431 호, 제 20050179721 호, 제 20050104241 호, 제 20050069784 호, 제 20050061241 호, 제 20050059757 호, 제 20040265413 호, 제 20040262797 호, 제 20040252174 호, 제 20040243133 호, 제 20040225398 호, 제 20040187714 호, 제 20040183796 호, 제 20040145781 호, 제 20040145628 호, 제 20040145267 호, 제 20040143359 호, 제 20040141043 호, 제 20040141030 호, 제 20040141025 호, 제 20040141024 호, 제 20040118309 호, 제 20040112523 호, 제 20040056378 호, 제 20040012112 호, 제 20040005360 호, 제 20040005182 호, 제 20040004653 호, 제 20040004303 호, 제 20040003741 호, 제 20040003738 호, 제 20030207959 호, 제 20030198677 호, 제 20030143268 호, 제 20020125592 호, 제 20020114652 호, 제 20020079601 호, 제 20020064745 호, 제 20020033548 호, 제 20020015728 호, 제 20010028471, 및 제 20010017085 호; 미국 특허 제 5,490,962 호, 제 5,204,055 호, 제 5,121,329 호, 제 5,127,037 호, 제 5,252,264 호, 제 5,340,656 호, 제 5,387,380, 5,490,882 호, 제 5,518,680 호, 제 5,717,599 호, 제 5,851,465 호, 제 5,869,170 호, 제 5,874,279 호, 제 5,879,489 호, 제 5,902,441 호, 제 5,934,343 호, 제 5,940,674 호, 제 6,007,318 호, 제 6,146,567 호, 제 6,165,406 호, 제 6,193,923 호, 제 6,200,508 호, 제 6,213,168 호, 제 6,336,480 호, 제 6,363,606 호, 제 6,375,874 호, 제 6,416,850 호, 제 6,508,971 호, 제 6,530,958 호, 제 6,547,994 호, 제 6,596,224 호, 제 6,772,026 호, 제 6,838,035 호, 제 6,850,334 호, 제 6,905,645 호, 제 6,945,638 호, 제 6,989,115 호, 제 7,220,380 호, 제 7,291,002 No. 7,365,129 호, 제 7,435,368 호, 제 7,455,804 호, 제 7,686,955 호, 제 7,828,022 호, 제 8,017,055 호, 제 8,888,480 호; PCT 국제 공개 번호 WO 00/26026, WO 98/043762, WO 95/034468, WO 95/011007, WO 2014/039378; 및 그 구조상 통형(반지름 또는 극) 좌표 기반 시스템을 사용하는 유럽 특허 제 1,631,440 호.
분말 및 결합 유체를 사용하는 3차원 인쇄 시스템은 일반적으로, 통(receptacle)에 분말 층을 위치시키고 개별 분말 층에 결합 유체를 증착해서 물품을 형성한다. 결합 유체는 각 층의 분말의 영역에 패턴으로 도포되고, 결합되지 않은 분말 물질이 이 패턴의 외주부에 남게 된다. 이후에 결합된 분말을 포함하는 인쇄된 물품이, 상당한 양의 결합되지 않은 분말로부터 분리된다. 이러한 처리는 결합되지 않은 분말을 치우거나 재활용해야 한다는 점에서 바람직하지 않다. 당업계에서는 결합되지 않은 분말을 치우거나 재활용하는 수고를 실질적으로 감소 혹은 제거하는 장비 어셈블리, 시스템 및 방법을 제공하는 것은 상당한 개선이 될 것이다.
3차원 인쇄 시스템은 주로 커스텀 즉 '일회성(one-off)' 부품을 제공하는 것과 연관되었으며, 혹은 일부 경우에는 대량 주문 생산과 연관되었다. 이는 서로 다른 크기 및 형태의 많은 상이한 부품을 일련의 개별 제작 사이클로, 혹은 일부 경우에 동일한 제작 사이클의 상이한 처리 영역 내에서 제조하는 것을 포함할 수 있다. 툴을 사용하지 않는 융통성과 주문 생산이라고 하는 목적으로 인해서 많은 이러한 시스템은 큰 오픈 베드를 사용했고, 이는 분말-액체 3차원 인쇄를 다룰 때 결합되지 않는 분말을 치우거나 재활용해야 한다는 또 다른 잠재적인 문제를 유발했다. 이들 시스템은 많은 수의 동일 부품을 제작하는데는 적합하지 않으며, 결합되지 않은 분말을 치우거나 재활용하는 수고를 감소 혹은 제거하면서 많은 수의 동일한 부품을 제조할 수 있는 장비 어셈블리, 시스템 및 방법을 제공한다면 당업계에서는 상당한 개선점이 될 것이다.
현재까지, 3차원 인쇄된 물품을 형성하는 동안(처리의 인쇄 사이클 동안) 어떤 타입의 압축을 사용하는 시스템을 개시된 적이 없다. 3DP 물품을 압축하는 단 한가지 타입은 냉간 등방압 가압법 혹은 일축 압축으로, 각각의 경우에 물품을 형성한 이후에 즉, 인쇄 사이클 및 건조 사이클이 완료된 이후이다. 일축으로 압축된 3차원 인쇄된 제형(dosage form)이 알려져 있다(미국 특허 제 7,931,914 호, 미국 특허 제 8,758,658 호 및 WO 2003/037607. 이들은 냉간 등방압 가압법에서의 어떤 단점을 해결하고 있다). 이들은 우선 프로세스의 3차원 인쇄 부품을 완성하고, 제형을 건조하며, 이후에 제형을 일축 압축함으로써 만들어진다. 냉각 등방압 가압법이 사용되는 경우에, 모든 표면에 균일하게 압력을 인가하기 위해 사용되는 담겨진 액체로 각 물품이 침전되도록 하기 위해서 일시적인 엘라스토믹 백(elastomic bag)이나 주형이 요구되고, 이후에 각 백이나 주형은 제거된다. 어느 경우든, 이러한 시스템 및 프로세스는, 인쇄된 물품의 각각의 층 사이의 다양한 공극률이 제어되어 있는 3차원 인쇄된 물품을 형성하지는 못하고 있으며, 그 이유는 전체 인쇄 물품에 대해 압축이 수행되기 때문이다. 이러한 시스템 및 프로세스는 더 단단하게 압축된 하부 영역(높은 밀도의 부분) 및 더 성기게(loosely) 압축된 혹은 심지어 압축되지 않은 상부 영역(낮은 밀도의 부분)을 포함하는 3차원 인쇄된 물품을 형성할 수 없다. 밀도(혹은 공극률)가 상이한 상부 부분 및 하부 부분을 포함하는 3차원 인쇄된 물품을 마련하는 장비 어셈블리, 시스템 및 방법을 제공하는 것은 당업계에 상당한 개선점이 될 것이다.
본 발명은 3차원 인쇄에 의해서 물품을 마련하는데 사용될 수 있는 제조 시스템 및 장비 어셈블리를 제공한다. 이 시스템 및 어셈블리는 가요성 물품 설계의 측면에서 최소 제품 손실, 높은 효율 및 높은 제품 재현성의 높은 스루풋의 연속, 반연속 혹은 일괄 제조에 사용될 수 있다.
본 발명은 다른 3차원 인쇄(3DP) 프로세스에 비해서, 낭비되는 결합되지 않은 분말의 상당한 감소 혹은 제거를 제공할 수 있다. 캐비티 3DP는 대응하는 하나의 3DP 물품에 포함될 각각의 캐비티에 들어가는 고체 물질의 대부분, 실질적으로 모두 혹은 모두를 제공한다. 용어 캐비티는 고체 물질을 수용하는 통을 가리킨다. 이 통은 제조 모뷸의 일부가 될 수 있다. 일부 실시예에서 분말화된 고체 물질 및 액체 물질은 결합되어서 캐비티 내에 물품을 형성할 수 있다.
일부 측면에서, 본 발명은 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)를 제공하며, 이는
a) 적어도 하나의 분말 계층화 영역(혹은 시스템),
적어도 하나의 결합 유체 도포 영역(혹은 시스템), 및
영역 사이에서 이동 가능한 적어도 하나의 분말 통
을 포함하는 3차원 인쇄 제조 시스템을 포함하고, 분말 통의 그 상면도에서의 내주부는 제조 시스템 내에 마련되는 물품의 평면도에서의 외주부에 가깝다.
본 발명의 실시예에서, a) 장비 어셈블리는 복수의 분말 통을 포함하고, b) 분말 통은 분말 계층화 시스템에 대한 그 접근 방향에 대해서 순차적으로 배치되고, c) 이 분말 통은 제조 모듈의 일부이고, 및/또는 d) 통 내에는 높이 조정 가능 플랫폼이 배치된다.
일부 측면에서, 본 발명은 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)를 제공하며, 이는
a) 분말 계층화 시스템으로부터 분말을 받아서 일시적으로 유지하는 적어도 하나의 통(캐비티)(이 통은 장비 어셈블리 내에 마련되는 물품의 평면도 상에서의 둘레부에 근사하는 상면도 상에서의 둘레부를 갖는다)를 포함하는 적어도 하나의 제조 모듈을 포함하는 3차원 인쇄 제조 시스템과,
1) 통 내에 분말을 두는 적어도 하나의 분말 계층화 시스템 및 2) 통의 둘레부 부근에서 적어도 분말 층의 둘레부에 결합 유체를 도포하는 적어도 하나의 인쇄 시스템을 포함하는 적어도 하나의 제조 스테이션
을 포함한다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리(혹은 장치)는
a) 액체 제거 시스템, b) 3DP 물품 제진(dedusting) 시스템, c) 패키징 시스템, e) 펀치 시스템, f) 적어도 하나의 상부 펀치 및 적어도 하나의 하부 펀치를 포함한 펀치 시스템, g) 통의 둘레부에 근사하는 둘레부를 가진 바닥 평면도를 가진 상부 펀치를 포함하는 펀치 시스템, h) 통의 둘레부에 근사하는 둘레부를 가진 상면도를 구비한 하부 펀치, i) 이 펀치는 펀치와 통의 내표면 사이의 밀봉부를 더 포함하고, j) 통 및 상부 펀치의 높이 조정 가능 플랫폼; k) 통의 높이 조정 가능 플랫폼, l) 통의 높이 조정 가능 플랫폼(플랫폼의 상면도의 둘레부는 통의 내부 둘레부에 가까움), m) 상부 펀치가 캐비티에 들어갈 때, 변위된 공기를 배출하고 혹은 공기 압력을 동일하게 하는 공기 배출 수단, n) 상부 펀치나 하부 펀치 혹은 모두에 대한 서버 모터 제어, o) 상부 펀치나 하부 펀치 혹은 모두에 대한 포지셔닝 시스템을 더 포함하고, 각각의 경우에, 약 50미크론 이하, 혹은 약 20미크론 이하, 혹은 약 10미크론 이하, 혹은 약 5미크론 이하의 리드 정확도 V300p 값을 특징으로 하는 볼 나사를 포함한다.
일부 실시예에서, 통의 둘레부는 마련되는 하나의 물품의 평면도의 둘레부에 가깝다. 통, 상부 펀치 및 높은 조정 가능 플랫폼의 둘레부는 마련되는 하나의 물품의 상면도의 둘레부에 가깝다.
본 발명은 또한 a) 통은, 마련되는 물품의 상면도 표면적에 가깝거나(20%내, 15%내, 10%내, 5%내, 1%내, 혹은 0.5%내) 혹은 동일한 상면도 표면적을 가지며, b) 이 통은 마련되는 물품의 상면도에 근사하는 혹은 동일한 상면도를 갖고, 및/또는 c) 이 통은 마련되는 물품의 상면도 둘레부에 근사하는 혹은 동일한 상면도 둘레부를 갖는, 실시예를 포함한다.
일부 실시예에서, 대응하는 하나의 최종 물품에 포함되는 각각의 캐비티에 들어가는 분말의 무게 비율은 >80%, >90%, >95%, >98%, >99% 혹은 100%이다. 일부 실시예에서, 프로세스는 고체 물질이 제조 사이클의 완료 이후에 재활용되거나 처분되지 않는 낭비가 없는 프로세스이다.
캐비티 3DP 장치 혹은 장비 어셈블리를 사용한 3DP 제조 사이클 동안 분말의 층은 캐비티(통) 내에 배치되고, 결합 유체의 방울이 분말의 둘레부나 혹은 그 주위에 도포되어서 캐비티의 둘레부에 근사하는 상면도를 가진 증가 층을 형성한다. 도포 단계 이후에 캐비티에 다른 분말 층을 위치시키기 전에 옵션으로서 건조 단계가 수행된다. 처리 단계를 반복해서 캐비티 내에 복수의 증가 층을 형성한다. 제조 사이클이 완료된 이후에, 3DP 물품은 캐비티로부터 배출된다. 옵션으로서 3DP 물품이 건조되고 옵션으로서 제진되며, 및/또는 옵션으로서 패키지화된다.
일부 측면에서, 본 발명은 3차원 인쇄된 물품을 마련하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
통 내에 분말의 층을 형성하는 단계 - 이 통의 상면도의 내주부는 물품의 평면도의 외주부에 근사함 - 와,
통 내의 분말의 층에 혹은 그 주위에 결합 유체를 증착해서 인쇄 패턴에 의해 정의된 증가 층을 형성하는 단계 - 인쇄 패턴의 외주부는 캐비티의 내부주에 근사하는 상면도를 가짐 -
를 포함한다.
본 발명의 실시예는
a) 프로세스가, 상면도가 물품의 평면도의 외주부에 근사하는 내주부에 의해 정의되는 통을 제공하는 단계를 더 포함하는 것,
b) 프로세스가, 인쇄 패턴에 의해 정의된 영역 내에서 분말에 결합 유체를 증착시키는 단계를 더 포함하는 것,
c) 이 분말이 평균 입자 크기를 갖고, 증가 층 내의 인쇄 패턴의 외주부는 통의 내주부로부터 일정 거리 이격되며, 이 거리는 평균 입자 크기의 0.1, 0.5, 1, 2,5, 혹은 10 겹(fold)이거나 혹은 평균 입자 크기의 0.1 내지 1 겹, 0.5 내지 2 겹, 1 내지 5 겹, 혹은 5 내지 10 겹의 범위에서 선택된다는 것, d) 증착 단계 이후에, 증가 층은 평균 입자 크기의 0.1, 0.5, 1, 2,5, 혹은 10 겹이거나 혹은 평균 입자 크기의 0.1 내지 1 겹, 0.5 내지 2 겹, 1 내지 5 겹, 혹은 5 내지 10 겹의 범위에서 선택되는 분말의 밴드(인쇄되지 않은 분말, 분제(loose powder), 결합되지 않은 분말)를 포함하며, 통이 내주부와 인쇄 패턴의 외주부 사이에 밴드가 위치되어 있다는 것, e) 형성 및 증착 단계를 반복해서 3DP 물품을 형성하는 것, f) 증가 층 내의 인쇄 패턴의 외주부가 인쇄된 분말, 인쇄되지 않은 분말 혹은 이들의 조합을 포함하는 영역을 둘러싼다는 점, f) 물품의 평면도는 물품의 사시도의 물품의 측면도, 상면도, 바닥면도 혹은 실루엣인 점, g) 증가 층의 인쇄 패턴의 외주부는 통의 내주부에 인접한다는 점, h) 이상의 것의 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, a) 통(캐비티)의 둘레부는 정사각형이나 직사각형, 혹은 별모양(예컨대, 5점 별), 혹은 복수의 뾰족한 부분, 얇은 에지, 모서리 혹은 통(캐비티)의 중심으로부터 멀리 연장되는 돌출부를 가진 다른 형태로 성형되지 않는다는 점, b) 통의 둘레부는 기하학적 형태, 비기하학적 형태 혹은 이들의 조합을 포함한다는 점, c) 하나의 물품은 각각의 통 내에 형성된다는 점, d) 인쇄 패턴은 단일 물품의 증가 층을 위한 것이라는 점, e) 각인되지 않은(결합되지 않은) 분말이 통 내에 남는다는 점, f) 인쇄되지 않은 분말이 인쇄 패턴의 외주부에 의해 정의된 증가 층의 영역 내에 남는다는 점, g) 분말 층에 결합 유체를 한번 이상 증착함으로써 하나 이상의 증가 층이 형성된다는 점 h) 결합 유체의 도포 혹은 증착 레이트(mL/㎠ 혹은 mL/min 혹은 mL/sec)는 모든 증가 층에서 동일하다는 점 i) 결합 유체의 도포 혹은 증착 레이트는 3DP 물품의 적어도 2개의 증가 층 사이에서 상이하다는 점, j) 각각의 증가 층은 각각의 분말 층에 결합 유체를 한번만 증착함으로써 형성된다는 점, k) 하나 이상의 캐비티가 가장 긴 선형 치수를 갖고 있는 것을 특징으로 하며, 캐비티 혹은 각각의 캐비티의 가장 긴 선형 치수의 길이는 12 인치, 6 인치, 3 인치, 2 인치 혹은 1 인치 이하인 것 l) 캐비티는 터렛(turret) 부재 내의 개구부 내에 하우징되거나 이에 의해 정의되거나, 혹은 하우징되고 이에 의해 정의된다는 것, m) 이 프로세스는 스프레딩 단계 및 인쇄 단계 동안에 하나 이상의 캐비티의 연속 모션을 특징으로 한다는 점, n) 상부 펀치를 사용해서 하나 이상의 증가 인쇄 층을 트랜스레이트(translating), 압축, 마킹 혹은 성형할 수 있도록 하나 이상의 캐비티를 멈춤하는 것을 특징으로 한다는 점을 포함한다.
일부 실시예에서, 본 발명은 3차원 인쇄된 물품을 마련하는 방법을 포함하고, 이 방법은,
a) 하부 높이 조정 가능 플랫폼(혹은 펀치)을 포함하는 통 내에 하나 이상의 분말의 층을 형성하는 단계 - 통의 상면도의 내주부 및 플랫폼(혹은 펀치)의 상면도의 외주부는 물품의 평면도의 외주부에 근사함 - 와,
b) 통 내의 하나 이상의 분말 층의 둘레부에 혹은 그 부근에 결합 유체를 증착해서 인쇄 패턴에 의해 정의된 하나 이상의 증가 인쇄 층을 형성하는 단계 - 그 외주부가 통의 내주부에 근사하는 상면도를 갖고 있음 - 와,
c) 3DP 물품을 완성하기 전에, 통 내의 하나 이상의 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 혹은 성형하는 단계와,
d) 단계 a) 및 b), 옵션으로 단계 c)를 반복해서 3DP 물품의 형성을 완료하는 단계
를 포함한다.
일부 측면에서, 본 발명은 3차원 인쇄된 물품을 마련하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
a) 하부 높이 조정 가능 플랫폼(혹은 펀치)을 포함하는 통 내에 하나 이상의 분말 층을 형성하는 단계와,
b) 하나 이상의 분말 층에 결합 유체를 증착해서, 성긴 인쇄되지 않은 분말 및 하나 이상의 3DP 물품에 대응하는 하나 이상의 증가 인쇄 층을 포함하는 인쇄 베드를 인쇄 패턴에 따라서 형성하는 단계와,
c) 하나 이상의 3DP 물품을 완성하기 전에, 펀치 시스템으로 통 내의 하나 이상의 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 혹은 성형하는 단계와,
d) 단계 a) 및 b), 옵셥으로 단계 c)를 반복해서 하나 이상의 3DP 물품의 형성을 완료하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예는 1) 단계 a)와 b) 사이에 추가 단계 c)가 수행되는 것, 2) 단계 b) 이전에 단계 c)가 수행되는 것, 3) 프로세스가 단계 b) 이후에 건조 단계를 더 포함해서, 하나 이상의 증가 인쇄 층 내의 결합 유체의 양이 단계 c)를 수행하기 전에 감소된다는 것, 4) 3DP 물품을 마련하는 동안에 단계 a) 및 b)를 반복하고 단계 c)가 적어도 한번 수행된다는 것, 5) 3DP 물품을 준비하는 동안 적어도 한번 단계 a), b) 및 c)가 각각 반복된다는 것, 6) 이 프로세스의 최소 단계 시퀀스는 i) 단계 a), 단계 b), 건조, 단계 c) 및 단계 d); ⅱ) 단계 a), 단계 c), 단계 b), 건조, 단계 c) 및 단계 d)이라는 것, 및/또는 7) 단계 c)는 통이 정지되어 있는 동안 수행된다는 것을 포함한다.
펀치 시스템은 높이 조정 가능 플랫폼 상에(혹은 하부 펀치 상에) 배치된 상부 펀치를 포함할 수 있으며, 증가 인쇄 층이 그 사이에 위치한다. 상부 펀치와 동일한(혹은 거의 동일한) 수직 거리로 플랫폼을 낮춤으로써 트랜스레이트 단계가 수행될 수 있다. 압축 단계가, a) 플랫폼을 제 1 수직 거리만큼 낮추고 하부 펀치를 제 1 수직 거리보다 큰 제 2 수직 거리만큼 낮춤으로써, b) 우선 상부 펀치를 낮추고 이후 플랫폼을 낮춤으로써, c) 상부 펀치를 위치에 유지하고 플랫폼을 올림으로써, d) 상부 펀치를 낮추고 플랫폼을 올림으로써, 혹은 e) 우선 플랫폼을 올리고 이후 상부 펀치를 낮춤으로써, 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 공극률(밀도)이 상이한 영역들(하나 이상의 증가 인쇄 층을 포함함)을 가진 3차원 인쇄(3DP) 물품을 제공할 수 있으며, 여기서 하나 이상의 영역은 압축되고 다른 영역은 압축되지 않는다. 3DP 물품은 복수의 증가 인쇄 층을 포함하며, 적어도 하나의 증가 인쇄 층이 압축된다. 일부 실시예에서, 3DP 물품은 복수의 증가 인쇄 층을 포함하며, 적어도 하나의 증가 인쇄 층은 압축된 층이고, 적어도 하나의 증가 인쇄 층은 압축되지 않은(비압축) 층이다. 압축된 층은 압축되지 않은 층보다 낮은 공극률 및 높은 밀도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 3DP 물품은 복수의 압축된 증가 인쇄 층 및 적어도 하나의 압축되지 않은 증가 인쇄 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 3DP 물품은 복수의 압축된 증가 인쇄 층 및 복수의 압축되지 않은 증가 인쇄 층을 포함한다.
일부 실시예에서, 압축된 층은 균일하게 압축되고, 일부 실시예에서 이 층은 불균일하게 압축된다. 본 발명은 적어도 하나의 균일하게 압축된 증가 층 및 적어도 하나의 불균일하게 압축된 증가 층을 포함하는 3DP 물품을 제공한다. 일부 실시예에서, 본 발명은, 제조 사이클(모든 증가 층의 형성)의 완료 이후에 혹은 물품의 건조 이후에 단축 압축에 의해서만 압축된 3DP 물품은 생략된다. 적어도 하나의 압축된 증가 인쇄 층이 제조 사이클의 완료 이전에 제조 랩(build lap) 동안 형성된다.
본 발명은 적어도 하나의 압축된, 마킹된 혹은 성형된 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는 프로세스, 장비 어셈블리/장치를 제공한다. 이 프로세스는 3DP 물품의 형성 동안(제조 사이클 동안) 하나 이상의 증가 인쇄 층을 압축, 마킹 및/또는 성형하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 압축된, 마킹된 및/또는 성형된 영역을 포함하는 3DP 물품은 a) 증가 인쇄 층을 형성하는 단계와, b) 3DP 물품의 형성(인쇄)의 완료 이전에 펀치 시스템으로 증가 인쇄 층을 압축, 마킹 및/또는 성형하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 만들어질 수 있다. 이 프로세스는 단계 a) 이전에 혹은 단계 b) 이후에 다른 증가 인쇄 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 압축, 마킹 및/또는 성형하는 단계는 3DP 물품의 각각의 증가 인쇄 층에 대해서 혹은 3DP 물품의 하나 이상의, 그러나 전체 미만의 증가 인쇄 층에 대해서 수행된다.
본 발명은 적어도 2개의 증가 인쇄 층을 포함하는 3차원 인쇄된(3DP) 물품을 포함하며, 여기서 적어도 증가 인쇄 층은 제 1 영역 및 수평으로 인접한 제 2 영역을 포함하고, 제 1 영역이 제 1 벌크 분말 및 제 1 결합 유체로 마련되고, 제 2 영역은 제 2 벌크 분말 및 제 2 결합 유체로 마련되며, 제 1 벌크 분말은 제 2 벌크 분말과 상이하다. 제 1 결합 유체 및 제 2 결합 유체는 같은 수도 있고 다를 수도 있다. 제 1 결합 유체 및 제 2 결합 유체는 다른 조성을 가질 수 있다. 제 1 벌크 분말 및 제 2 벌크 분말은 같은 조성을 가질 수도 있고 다른 조성을 가질 수도 있다.
일부 실시예에서, 이 프로세스는, 캐비티에 분말 층을 형성하는 단계와, 캐비티 내의 분말 층에 액체를 증착 혹은 인쇄해서 증가 인쇄 층을 형성하는 단계와, 분말 층 및/또는 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세스는, 캐비티에 분말 층을 형성하는 단계와, 캐비티 내의 분말 층에 액체를 증착 혹은 인쇄해서 증가 인쇄 층을 형성하는 단계와, 캐비티 내에 다른 분말 층을 형성하는 단계와, 분말 층 및/또는 증가 인쇄 층을 동시에 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형하는 단계를 포함한다. 이 프로세스는 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형하는 단계 이전에 혹은 이후에 증가 인쇄 층을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계는 필요에 따라서 반복되어서, 그 구조를 완성하는데 필요한 증가 인쇄 층의 전체 보충을 포함한 3DP 물품을 형성한다.
일부 실시예에서, 본 발명은 3차원 인쇄된 물품이 제조 사이클의 완료에 이어서, 물품의 형성(인쇄)의 완료에 이어서, 혹은 물품의 건조에 의해서 단축 압축에 의해서만 압축되는 프로세스는 생략한다.
본 발명은 증가 층의 형성 이후에 하나 이상의 3DP 물품을 형성하는 제조 사이클의 완료 이전에 하나 이상의 증가 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형하는 3DP 장비 어셈블리(혹은 장치) 및 프로세스도 제공한다. 일부 측면에서, 3DP 장비 어셈블리(혹은 장치)는,
적어도 하나의 분말 계층화 영역(혹은 시스템)과,
적어도 하나의 결합 유체 도포 영역(혹은 시스템)과,
적어도 하나의 펀치 영역(혹은 시스템)과
영역 사이에서 이동 가능한 적어도 하나의 분말 통
을 포함한다.
이 장비 어셈블리(혹은 장치)는 건조 영역(혹은 시스템) 및 배출(물품 반송) 영역(혹은 시스템)을 더 포함할 수 있다.
분말 계층화 영역에서 통에 분말 층을 형성할 때 분말 통은 분말을 수용한다. 통이 결합 유체 도포 영역 내에 있을 때 분말 층에 결합 유체가 도포되어서, 통에 증가 인쇄 층을 형성한다. 통 내의 물질(분말 층이나 증가 인쇄 층)은 펀치 영역에서 펀칭되고, 여기서 펀칭의 결과, 펀칭이 수행되는 방법에 따라서, 분말 층 혹은 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 증가 인쇄 층이 펀치 영역에서 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 증가 인쇄 층은 펀치 영역에서 압축되지 않는다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 증가 인쇄 층은 펀치 영역에서 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형되고, 하나 이상의 증가 층은 펀치 영역에서 트랜스레이트, 압축, 마킹 및/또는 성형되지 않는다.
통은 임의의 순서로 영역 사이에서 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 통은 a) 분말 계층화 영역으로부터 결합 유체 도포 영역으로, 그리고 이후에 펀치 영역으로, b) 분말 계층화 영역으로부터 펀치 영역으로, 그리고 이후에 결합 유체 도포 영역으로, c) 분말 계층화 영역으로부터 결합 유체 도포 영역으로, 이후에 다시 분말 계층화 영역으로, 그리고 이후에 펀치 영역으로, 혹은 d) 분말 계층화 영역으로부터 결합 유체 도포 영역으로, 건조 영역으로 및 이후에 펀치 영역으로 이동한다. 배출 영역은 분말 계층화 영역 뒤에, 결합 유체 도포 영역 뒤에, 건조 영역 뒤에 혹은 펀치 영역 뒤에 배치될 수 있다.
일부 측면에서, 본 발명은 3차원 인쇄 장비 어셈블리/장치를 제공하고, 이는
a) 분말 통 및 이 통 내에 배치된 높이 조정 가능 플랫폼(혹은 펀치)을 포함하는 적어도 하나의 제조 모듈,
통 내에서 분말을 증착함으로써 분말 층을 형성하는 적어도 하나의 분말 계층화 시스템,
결합 유체를 분말 층에 증착해서 증가 인쇄 층을 형성하는 적어도 하나의 결합 유체 증착 시스템,
통 내에서 분말 층 혹은 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 혹은 성형하는 적어도 하나의 펀치 시스템
을 포함하는 3차원 인쇄 제조 시스템을 포함한다.
제조 시스템은 증가 인쇄 층을 형성한 이후에 증가 인쇄 층을 처리 중에 건조하는 층 건조 시스템을 더 포함할 수 있다. 장비 어셈블리/장치는 3DP 물품의 형성을 완료한 이후에 3DP 물품을 건조하는 물품 건조 시스템을 더 포함할 수 있다.
펀치 시스템은 적어도 하나의 처리 중인 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 혹은 성형하는데 사용된다. 펀치 시스템은 다음 분말 층을 수용하기 위해서 통 내에 수직 공간을 형성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 펀치 시스템은 통의 내용물의 비압축 수직 트랜스레이트에 영향을 미친다. 일부 실시예에서, 펀치 시스템은 통의 내용물의 압축에 영향을 미친다. 환언하면, 펀칭은 통 내의 분말 층 및/또는 증가 층을 압축할 수도 있고 압축하지 않을 수도 있다. 일부 실시예에서, 펀칭은 눌러넣기(tamp)할 때 통(캐비티) 내에 있는 물질을 거의 혹은 전혀 압축하지 않으며, 이는 통 내의 증가 층 혹은 분말 층을 압축하지 않는다는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 펀칭 단계는 통(내의 높이 조정 가능 플랫폼의 표면)의 바닥을 우선 드롭하고, 펀치를 통 내로 낮춤으로써 수행된다. 여기서, 통 내의 물질은 압축될 수도 있고 압축되지 않을 수도 있다. 상부 펀치가 통으로 낮아지는 거리가 통의 바닥이 낮아지는 거리보다 크면, 물질은 압축될 것이다. 상부 펀치가 통으로 낮아지는 거리가 통의 바닥이 낮아지는 거리와 통(혹은 그 내의 증가 층)에 추가된 분말 층의 두께의 합보다 크면, 물질은 압축될 것이다. 상부 펀치가 통으로 낮아지는 거리가 통의 바닥이 낮아지는 거리와 통(혹은 그 내의 증가 층)에 추가된 분말 층의 두께의 합보다 작으면 물질은 압축되지 않을 것이다.
일부 실시예에서, 플랫폼(혹은 하부 펀치)은 상부 펀치와 동시에 낮아진다. 일부 실시예에서, 플랫폼(혹은 하부 펀치)은 상부 펀치가 낮아진 것보다 일정 시간 지체되어 낮아진다. 일부 실시예에서, 상부 펀치는 플랫폼(혹은 하부 펀치)이 낮아진 것보다 일정 시간 지체되어 낮아진다. 다른 실시예에서, 펀치 단계는, 우선 상부 펀치를 통으로 낮추고 플랫폼을 통 내에서 드롭시켜서, 통 내의 분말 층 혹은 증가 층을 압축함으로써 수행된다. 일부 실시예에서 지체 시간은 1.0초, 0.5초, 0.25초, 0.1초, 혹은 0.05초 미만이다.
본 발명의 실시예는 a) 장비 어셈블리(혹은 장치)가 복수의 제조 모듈을 이동시키기에 적합한 컨베이어 시스템을 더 포함하는 것, b) 컨베이어 시스템이 적어도 하나의 분말 계층화 시스템과 적어도 하나의 인쇄 시스템 사이에서 제조 모듈을 반복해서 전달해서 제조 모듈 내에 적어도 하나의 물품을 형성하는 것, c) 장비 어셈블리가 하나 이상의 3DP 물품을 받고 이로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 액체 제거 시스템(물품 건조 시스템)을 더 포함하는 것, d) 제조 시스템이 제조 사이클의 완료 이전에, 즉 증가 층을 형성하는 사이에 하나 이상의 증가 층으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 액체 제거 시스템(층 건조 시스템)을 더 포함하는 것, e) 컨베이어 시스템이 적어도 하나의 분말 계층화 시스템, 적어도 하나의 인쇄 시스템 및 적어도 하나의 펀치 시스템 사이에서 제조 모듈을 반복해서 이송해서 제조 모듈 내에서 적어도 하나의 물품을 형성하는 것, f) 컨베이어 시스템이 적어도 하나의 분말 계층화 시스템, 적어도 하나의 인쇄 시스템, 적어도 하나의 층 건조 시스템 및 적어도 하나의 펀치 시스템 사이에서 제조 모듈을 반복해서 이송해서 제조 모듈 내에서 적어도 하나의 물품을 형성하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 제조 모듈은 적어도 하나의 통(캐비티) 및 그 안에 배치된 점진적 높이 조정 가능 플랫폼(하부 펀치)를 포함한다. 통 및 플랫폼은 적어도 하나의 증가 분말 층 및 복수의 적층된 증가 분말 층을 받아서 일시적으로 유지한다. 일부 실시예에서, 제조 모듈은 복수의 통 및 복수의 각각의 점진적 높이 조정 가능 플랫폼(하부 펀치)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제조 모듈은 캐비티 내에 상면을 포함하는 본체, 캐비티 내에 배치된 높이 조정 가능 제조 플랫폼, 본체 및 플랫폼과 맞물리는 높이 조정부, 및 맞물림 수단을 포함한다. 일부 실시예에서, 플랫폼은 증가 인쇄 층을 형성하기 이전 혹은 이후에 하나 이상의 증분만큼 하강시키거나(오목부) 및/또는 상승시키기에 적합하다. 플랫폼의 변위는 후속해서 증가 분말 층을 배치하기 이전에 혹은 그 이후에 발생할 수 있으며, 이로써 이미 아래에 놓여져 있던 분말 층으로부터 분말의 일부를 프레스-롤링하거나 제거한다. 일부 실시예에서 증분의 크기는 사전 결정된다.
일부 실시예에서, 맞물림 수단은 제조 모듈을 컨베이어 시스템과 착탈 가능하게 맞물린다. 일부 실시예에서, 복수의 제조 모듈이 컨베이어 시스템과 착탈 가능하게 맞물린다. 일부 실시예에서, 제조 모듈은 캐비티를 둘러싸는 하나 이상의 측벽을 포함하고, 높이 조정 가능 플랫폼 상에 분말을 유지하기에 적합하다.
이 시스템은 3DP 제조 시스템의 영역을 지나는 경로를 따라서 하나 이상의 제조 모듈을 이송하는 컨베이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 경로는 순환 경로, 수평 순환 경로, 수직 순환 경로 혹은 이들의 조합이다. 일부 실시예에서, 이 경로는 원형, 타원형, 계란형(oval), 사각형, 반원형, 정사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 다각형, 평행 사변형, 또는 둥근 모서리 및/또는 에지를 가진 사각형의, 기하학적인, 대칭적인, 비대칭적인 혹은 등가물이다. 컨베이어는 스테이지형 컨베이어, 터렛, 벨트 컨베이어, 휠 컨베이어, 롤러 컨베이어, 체인 컨베이어, 철망 컨베이어, 플레이트 컨베이어, 슬래트 컨베이어, 자기 컨베이어, 버킷 컨베이어, 카트 온 트랙 컨베이어, 혹은 고체 물품을 처리 흐름에 따라서 전달하는 다른 수단이 될 수 있다. 이 컨베이어는 수동형 혹은 전동형(powered)이 될 수 있다. 컨베이어는 홈이 형성될 수도 있고(troughed), 클릿이 형성될 수도 있으며(cleated) 혹은 편평할 수도 있다.
일부 실시예에서, 컨베이어 시스템은 복수의 컨베이어 모듈을 포함하는 모듈형 컨베이어 시스템이다. 이 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 구동 모터, 적어도 하나의 포지셔닝 컨트롤러, 및 복수의 제조 모듈이 반송되는 경로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨베이어 모듈은, 본체, 하나 이상의 제조 모듈 맞물림 수단 및 복수의 컨베이어 모듈이 모듈 컨베이어를 형성하기 위해서 맞물리게 하는 컨베이어 모듈 맞물림 수단을 포함한다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템은 복수의 제조 모듈을 착탈 가능하게 유지하기에 적합한 복수의 부착부를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 부착부는 캠 팔로워와의 복수의 금속 링크를 포함하거나 혹은 제조 모듈에 부착되며 제조 모듈이 반송되는 레일 시스템에 탑재되는 휠, 플레이트 및/또는 베어링을 포함한다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템은 하나 이상의 포지셔닝 컨트롤러를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템은 연속 혹은 불연속 루프 시스템이다. 일부 실시예에서, 컨베이어 및 복수의 모듈은 조합될 수도 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 제조 스테이션은 제조 모듈에 대해서 증가 높이 조정이 가능할 수 있으며, 이로써 제조 모듈과 제조 스테이션 사이의 수직 공간이 하나 이상의 증분만큼씩 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 점진적 높이 조정 가능 제조 스테이션은 제조 모듈 상에 분말 층을 배치한 이후에 제조 모듈에 후속 분말 층을 배치하기 전에 하나 이상의 증분만큼 상승하기에 적합하다. 일부 실시예에서, 높이 변경은 플랫폼의 이전 위치에 대해서 혹은 제조 모듈에 대한 플랫폼의 절대 위치에 대해서 수직 위치를 변경함으로써 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 제조 스테이션은 제조 모듈에 대해서 수직으로 고정되고, 제조 모듈 내의 제조 플랫폼은 제조 모듈에 대해서 수직으로 높이 조정 가능해서, 제조 스테이션과 제조 모듈 사이의 수직 거리는 인쇄 랩(print lap) 혹은 인쇄 사이틀 동안 동일하게 유지된다.
일부 실시예에서, 증분의 크기는 제조 사이클의 각각의 증가 층에 대해서 동일하거나, 제조 사이클의 하나 이상의 증가 층에 대해서 상이하거나 혹은 이들의 조합이다. 제조 사이클은 하나 이상의 제조 랩 혹은 복수의 제조 랩을 포함하며, 이는 3DP 물품을 형성하는데 필요한 제조 랩의 총합으로서 정의된다. 제조 랩은 인쇄된 증가 층을 형성하는 처리로서 즉, 분말형 제조 재료의 증가 층을 배치하고 그 위에 액체를 증착(인쇄)하는 처리로서 정의된다. 따라서, 제조 사이클을 통해서 복수의 인쇄 증가 층이 형성되고, 서로 접착되어서 함께 3차원 인쇄된 물품을 형성한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 분말 계층화 시스템은 적어도 하나의 분말 충진 헤드를 포함한다. 일부 실시예에서, 분말 충진 헤드는 제조 모듈에 분말의 증가 층을 도포할 때 제조 모듈의 상면 표면에 대해서 길이 방향 혹은 횡단 방향으로 이동하지 않는다. 일부 실시예에서, 분말 충진 헤드는 적어도 하나의 분말 충진 헤드 본체, 적어도 하나의 분말 스프레더(spreader) 및 옵션으로 적어도 하나의 분말 높이 제어부를 포함한다. 일부 실시예에서, 분말 계층화 시스템은 분말 충진 헤드, 적어도 하나의 분말 저장부, 및 분말 저장부로부터 분말 충진 헤드로 분말을 반송하기 위한 분말 공급 튜브를 포함한다. 일부 실시예에서, 분말 스프레더는 원통형 롤러, 바, 막대, 판, 외륜(paddle wheel), 슬롯형 휠, 스포크 휠 디스크(spoked wheel disc) 혹은 직선형 완만한 에지이다. 일부 실시예에서, 분말 충진 헤드는 호퍼 혹은 슈트(chute)를 포함한다. 일부 실시예에서, 파워 스프레더는 원통형 롤러로, 그 축은 분말 계층화 시스템을 통해서 제조 모듈의 직선 이동 방향과는 반대인 방사형 이동 방향을 갖거나 정의하고 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 인쇄 시스템은 데카르트 좌표계(Cartesian Coordinate) 알고리즘 및/또는 극(방사형) 좌표 알고리즘(원통형 좌표계, 원형 좌표계 혹은 구형(spherical) 좌표계)에 따라서 분말에 액체를 도포(증착)한다. 일부 실시예에서, 인쇄 시스템은 적어도 하나의 인쇄 헤드 및 적어도 하나의 액체 공급 시스템을 포함한다. 인쇄 헤드는 하나 이상의 인쇄 모듈 혹은 복수의 인쇄 모듈을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명은, 증가 분말 층을 증착하는 동안 분말 충진 헤드가 제조 모듈에 대해서 측 방향 혹은 횡단 방향으로 이동하거나 혹은 고정되어 있는 장비 어셈블리 혹은 방법은 배제한다. 일부 실시예에서, 본 발명은 증가 분말 층에 액체를 도포하는 동안, 인쇄 헤드가 제조 모듈에 대해서 측 방향 혹은 횡단 방향으로 이동하거나 혹은 고정되어 있는 장비 어셈블리 혹은 방법은 배제한다. 일부 실시예에서, 증가 인쇄 층을 형성하는 동안 인쇄 헤드 및 분말 충진 헤드는 모두 고정되어 있거나, 혹은 본 명세서에 개시되어 있는 다른 경우에 고정되어 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 인쇄 시스템은 3차원 액적 패턴으로서 혹은 하나 이상의 물품을 정의하는 복수의 2차원 액적 패턴으로서 액체를 도포(증착)한다. 일부 실시예에서, 이 패턴은 하나 이상의 물품 내에 동일 간격을 두고 배치된 액적을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 패턴은 하나 이상의 물품 내에 상이한 간격으로 배치된 액적을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 패턴은 물품의 상이한 영역 내에 상이한 간격을 가진 액적을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 패턴은 물품의 외부를 정의하는 영역 내에 조밀한 간격을 가진(즉, 높은 인쇄 밀도) 액적을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 패턴은 물품의 내부의 영역에 성긴 간격의(즉, 낮은 인쇄 밀도) 액적을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 패턴이 사용된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 분말(벌크 분말)이 사용된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 액체(결합 유체)가 사용된다. 일부 실시예에서, 이 액체는 순수한 용제, 용제 혼합물, 용액, 서스펜션, 콜로이드, 유제, 용해액 또는 이들의 조합으로 구성된다. 결합 유체는 하나 이상의 결합제 및/또는 기타 첨가제로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 3DP 물품을 한 번에 하나 이상 3D 인쇄 제조 시스템으로부터 멀리 반송하는 물품 반송 시스템도 포함한다. 일부 실시예에서, 물품 반송 시스템은 3DP 물품을 하나 이상의 액체 제거 시스템 및/또는 하나 이상의 수거 시스템으로 전송한다. 일부 실시예에서, 물품 반송 시스템은 컨베이어 시스템, 액체 제거 시스템 또는 두 시스템 모두에 일체화된다.
일부 실시예에서, 액체 제거 시스템은 적어도 하나의 드라이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 액체 제거 시스템은 한 번에 하나 혹은 2개 이상의 3DP 물품을 처리한다. 일부 실시예에서, 액체 제거 시스템은 한 번에 하나 혹은 2개 이상의 제조 모듈을 처리한다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 하나 이상의 3DP 물품으로부터 벌크 분제를 분리하는 하나 이상의 수거 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 수거 시스템은 액체 제거 시스템이 이미 처리한 물품을 처리한다. 일부 실시예에서, 이 수거 시스템은 분제 수집기 및 3차원 인쇄 물품 수집기를 포함한다. 일부 실시예에서, 수거 시스템은 3차원 인쇄 물품을 수용하기에 적합한 진동 표면 혹은 궤도 표면을 포함한다. 일부 실시예에서, 수거 시스템은 분제로부터 물품을 분리하는 스크린을 가진 진공 컨베이어를 포함한다. 진동 표면은 인쇄 물품으로부터 분제의 분리를 가능하게 하도록 천공될 수도, 천공되지 않을 수도 있으며, 혹은 주름이 형성될 수도 있고, 혹은 매끄러울 수도, 매끄럽지 않을 수도 있다. 본 발명의 일부 실시예는 수거 시스템이 생략될 수도 있다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 인쇄 물품으로부터 성긴 입자를 제거하는 제진 시스템을 더 포함한다. 제진 시스템은 하우징을 포함할 수 있으며, 이는 제진 영역, 제진 영역으로 압축 공기를 보내는 예컨대, 하나 이상의 공기 분사기와 같은 하나 이상의 에어 제트, 제진된 하나 이상의 인쇄 물품을 일시적으로 유지하기 위한 제진 영역 내의 하나 이상의 표면 혹은 리테이너, 및 하우징 혹은 제진 영역으로부터 공기 혹은 제거된 입자가 빠져나가는 하나 이상의 배출구를 정의한다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는, 장비 어셈블리의 하나 이상의 시스템으로부터 분말을 수집하고 이를 분말 저장부로 되돌리는 하나 이상의 분말 복원 시스템을 더 포함한다. 이 복원 시스템은 하나 이상의 분제 수집부, 및 하나 이상의 분제 수집부로부터 분말 저장부로 분제를 이동시키는 하나 이상의 도관을 포함할 수 있다. 복원 시스템은 a) 복원된 분제를 최초(virgin) 분제와 혼합하는 하나 이상의 분말 믹서와, b) 어떤 위치에서 다른 위치로의 분제의 반송을 돕는 하나 이상의 압축 공기 분말 핸들링 시스템과, c) 어떤 위치에서 다른 위치로의 분제의 반송을 돕는 하나 이상의 진공 분말 핸들링 시스템과, d) 어떤 위치에서 다른 위치로의 분제의 반송을 돕는 하나 이상의 기계적인 분말 핸들링 시스템과, e) 어떤 위치에서 다른 위치로의 분제를 반송하는 하나 이상의 수동 분말 핸들링 시스템과, f) 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 3DP 장비 어셈블리는 장비 어셈블리의 하나 이상의 시스템으로부터 분말을 수집하고, 이를 분말 저장부로 되돌리는 분말 복원 시스템은 생략된다. 일부 실시예에서, 3DP 장비 어셈블리는 복수의 3DP 물품 및 분제(결합되지 않은, 인쇄되지 않은)를 포함하는 인쇄된 베드로부터 분말을 수집하는 분말 복원 시스템은 생략된다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 하나 이상의 컴퓨터화된 제어부, 하나 이상의 컴퓨터 및 이 하나 이상의 컴퓨터의 하나 이상의 유저 인터페이스를 포함하는 제어 시스템을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 장비 어셈블리의 하나 이상의 컴포넌트는 컴퓨터 제어된다. 일부 실시예에서, 3DP 제조 시스템의 하나 이상의 컴포넌트는 컴퓨터 제어된다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템, 제조 모듈의 높이 조정 가능 플랫폼, 적어도 하나의 분말 계층화 시스템, 적어도 하나의 펀치 시스템, 적어도 하나의 건조 시스템 및/또는 적어도 하나의 인쇄 시스템은 컴퓨터 제어된다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 분말 층을 확산시키고, 이 층에 컴퓨터 제어부가 제공하는 명령어에 따라서 소정의 패턴으로 액체의 액적을 증착(인쇄)한다. 일부 실시예에서, 소정의 패턴은 픽셀을 포함한 하나 이상의 2차원 이미지 파일에 기초한다. 일부 실시예에서, 2차원 이미지 파일은 어떤 픽셀은 액적의 분산(dispensing)을 나타내고 다른 픽셀은 액적의 분산을 나타내지 않는 방식으로 구성된다. 일부 실시예에서, 2차원 이미지 파일은 상이한 액체를 분산하거나 혹은 액체를 분산하지 않는다는 것을 나타내기 위해 상이한 색상의 픽셀을 포함한다. 일부 실시예에서, 액체를 도포하는 소정의 패턴은 각각 증가 층에서 동일하거나, 2개 이상의 증가 층에서 동일하거나, 하나 이상의 증가 층에서 상이하거나, 모든 증가층에서 상이하거나, 혹은 증가 층의 제 1 그룹에서는 동일하고 증가 층의 제 2 그룹에서는 동일하지만 제 1 그룹의 패턴은 제 2 그룹의 패턴과는 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 하나 이상의 작업 표면, 프레임, 지지부, 테이블, 갠트리, 엔클로저, 터렛 및/또는 플랫폼을 더 포함한다.
본 발명은 또한
a) 3차원 인쇄 제조 시스템과,
b) 옵션으로, 적어도 하나의 수거 시스템과,
c) 옵션으로, 적어도 하나의 액체 제거 시스템
을 포함하는 3차원 인쇄 장비 어셈블리를 제공하며,
여기서, a) 3차원 인쇄 제조 시스템은,
복수의 제조 모듈을 이동시키며 포지셔닝-컨트롤러 및 복수의 제조 모듈 맞물림부를 포함하는 컨베이어 시스템과,
컨베이어 시스템과 맞물리는 복수의 제조 모듈(제조 모듈은 분말 계층화 시스템으로부터 분말을 받아서 일시적으로 유지하고, 제조 모듈은 1) 캐비티를 정의하는 하나 이상의 측벽과, 2) 캐비티 내에 배치된 점진적 높이 조정 가능 플랫폼(펀치)을 포함함)과,
1) 캐비티 내에 증가 분말 층을 형성하고 적어도 하나의 분말 충진 헤드, 적어도 하나의 분말 스프레더 및 적어도 하나의 분말 저장부를 포함하는 적어도 하나의 분말 계층화 시스템과, 2) 적어도 하나의 소정 패턴에 따라서 액체를 증가 분말 층에 도포하고 적어도 하나의 액체 공급 시스템 및 적어도 하나의 소정 패턴에 따라서 액체를 증착하는 적어도 하나의 인쇄 헤드를 포함하는 적어도 하나의 인쇄 시스템을 포함하는, 적어도 하나의 제조 스테이션과,
적어도 하나의 상부 펀치를 포함하는 적어도 하나의 펀치 시스템
을 포함하고,
여기서 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 분말 계층화 시스템으로부터 적어도 하나의 인쇄 시스템으로 복수의 제조 모듈을 반복해서 이송하며,
3차원 인쇄 제조 시스템은, 1) 적어도 하나의 증가 인쇄 층을 제조 랩(lap)마다 제조 모듈에 형성하거나, 2) 제조 사이클마다 제조 모듈에 단일 3DP 물품을 형성하거나, 3) 제조 사이클마다 제조 모듈에 복수의 3DP 물품을 형성하거나, 혹은 4) 하나 이상의 3차원 인쇄된 물품 및 옵션으로 제조 사이클마다 제조 모듈에 인쇄되지 않는 분제(결합되지 않은 혹은 부분적으로만 결합된)를 포함하는 3DP 베드를 형성하며,
b) 수거 시스템은 1) 하나 이상의 증가 인쇄 층, 2) 하나 이상의 3DP 물품 혹은 3) 하나 이상의 3DP 베드로부터 분제를 분리하고,
c) 액체 제거 시스템은 1) 처리 중인 완전하게 형성되지 않은 3DP 물품의 하나 이상의 증가 인쇄 층, 2) 인쇄 이후의 하나 이상의 3DP 물품, 혹은 3) 하나 이상의 3DP 베드로부터 액체를 제거한다.
본 발명의 일부 실시예는 1) 적어도 하나의 액체 제거 시스템이 제공되는 것, 2) 장비 어셈블리가 하나 이상의 3차원 인쇄된 물품을 패키지화하는 적어도 하나의 패키징 시스템을 더 포함하는 것, 3) 컨베이어 시스템이 적어도 하나의 분말 계층화 시스템으로부터 적어도 하나의 인쇄 시스템으로, 데카르트 좌표 인쇄를 용이하게 하기 위해서 선형 방식으로 혹은 극좌표 인쇄를 용이하게 하기 위해 방사형으로, 복수의 제조 모듈을 반복해서 이송하는 것, 4) 장비 어셈블리가 인쇄되지 않은 분말을 복원하고 옵션으로 재활용하는 분말 복원 시스템을 더 포함하는 것, 5) 장비 어셈블리가 액체 검출기를 더 포함하는 것, 6) 액체 검출기가 하나 이상의 인쇄 증가 층 및/또는 하나 이상의 인쇄 물품에서 액체의 존재를 검출하는 것, 7) 장비 어셈블리가 검사 시스템을 더 포함하는 것, 8) 검사 시스템이, 하나 이상의 증가 인쇄 층 및/또는 하나 이상의 인쇄 물품에서 인쇄의 무결성을 판정하고, 및/또는 분말이 하나 이상의 증가 층에 적절하게 도포되었는지 여부를 판정하는 인쇄 분말 검사 시스템이라는 것, 9) 인쇄의 무결성을 판정하는 것이, 액체가 하나 이상의 소정의 패턴에 따라서 하나 이상의 증가 층에 정확하게 도포되었는지 여부를 판정하는 것 및/또는 액체가 소정의 양에 따라서 하나 이상의 증가 층에 정확하게 도포되었는지 여부를 판정하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것, 10) 검시 시스템이, 하나 이상의 인쇄 물품이 정확한 크기, 형상, 무게, 외관, 밀도, 내용물 및/또는 색상을 갖고 있는지 여부를 판정하는 인쇄 물품 검사 시스템이라는 것, 11) 검사 시스템은 인쇄 헤드가 분말에 도포한 액체의 액적을 모니터하는 액체 도포 검사 시스템이라는 것, 12) 검사 시스템이 하나 이상의 카메라를 포함하는 것, 13) 카메라는 가시 파장 카메라, UV 파장 카메라, 근적외선 파장 카메라, x레이 카메라 및 적외선 파장 카메라로 이루어진 그룹에서 경우에 따라서 독립적으로 선택되는 것, 및/또는 14) 장비 어셈블리가 인쇄되지 않는 분말을 복원하고 재생하는 분말 복원 시스템을 생략한다는 것을 포함한다.
본 발명은, 본 명세서에 개시된 실시예, 부실시예 및 측면들의 모든 조합을 포함한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 상세하게 개시된, 넓게 개시된 혹은 좁게 개시된 실시예 및 측면, 그리고 실시예 및 측면의 개개의 요소의 조합 및 하위 조합을 포함한다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 및 청구항에 명시된 2개 이상의 요소의 조합이 될 수 있다. 본 발명은 실질적으로 본 명세서에 개시된 바와 같다. 일부 실시예에서, 본 발명은 실질적으로 하나 이상의 도면에 개시된 바와 같다.
본 발명의 다른 특징, 이점 및 실시예는 이하 설명, 첨부된 실시예에 의해서 당업자에게 자명할 것이다.
이하의 도면은 본 설명의 일부를 이루며, 청구된 발명의 예시적인 실시예를 나타낸다. 이들 도면은 반드시 실제 축적으로 도시되어 있는 것은 아니며, 대신 본 명세서에서 더 설명되는 본 발명의 기본적인 원리를 나타내고자 했다. 비록 특정한 실시예를 제공되는 도면을 특히 참조해서 설명하지만, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남없이 다른 실시예도 가능하다. 당업자라면 이들 도면 및 상세한 설명의 견지에서, 과도한 실험을 행하지 않고도 본 발명을 실시할 수 있다.
도 1a~1d는 복수의 물품이 단일 분제 베드에서 인쇄되는 미국 특허 제 8,888,480 호에 개시된 종래 기술인 3차원 인쇄 장비 어셈블리의 오픈 베드 제조 모듈을 나타내는 상면도,
도 2a~2g는 본 발명의 제조 모듈의 상면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 상면도,
도 5a~5i는, 캐비티에서 단일 3DP 물품을 마련하기 위한 처리 중에 사용 동안의, 도 3의 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 상면도,
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 사시도,
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 상면도,
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 사시도,
도 9a~9i는 캐비티에서 비압축 3DP 물품을 마련하기 위한 처리 중에 사용 동안의 예시적인 펀치 시스템, 예시적인 분말 계층화 시스템 및 예시적인 액체 증착(인쇄) 시스템의 일부 단면 정면도,
도 10a~10c는 캐비티에서 압축 3DP 물품을 마련하기 위한 처리 중에 사용 동안의 예시적인 펀치 시스템의 일부 단면 정면도,
도 11a~11e는 각각의 캐비티에서 압축 3DP 물품을 마련하기 위한 처리 중 사용 동안의 4가지 다른 예시적인 펀치 시스템의 일부 단면 정면도,
도 12a 및 12b는 캐비티로부터 3DP 물품을 배출하기 위한 처리 중 사용 동안의 예시적인 펀치 시스템의 일부 단면 정면도,
도 13은 미국 특허 제 7,931,914 호 및 미국 특허 제 8,758,658 호에 따른 단축 압축 3DP 제형의 사시도,
도 14a 및 14b는 공극률이 상이한 영역 혹은 증가층을 포함하는 본 발명의 예시적인 3DP 물품을 나타내는 사시도,
도 15a 및 15b는 본 발명의 예시적인 3DP 물품의 측단면 정면도,
도 15c는 본 발명의 예시적인 3DP 물품의 상면도,
도 15d는 본 발명의 예시적인 3DP 물품의 사시도,
도 15e는 본 발명의 예시적인 3DP 물품의 측단면도,
도 16은 본 발명의 예시적인 액체 제거 시스템, 하부 펀치 및 제조 모듈의 일부 단면 정면도,
도 17은 본 발명의 예시적인 액체 제거 시스템, 하부 펀치 및 제조 모듈의 일부 단면 정면도,
도 18은 본 발명의 또 다른 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 사시도,
도 19a는 본 발명의 예시적인 제조 모듈, 높이 조정 가능 플랫폼 및 하부 펀치의 일부 단면 정면도,
도 19b는 본 발명의 예시적인 제조 모듈, 높이 조정 가능 플랫폼 및 하부 펀치의 측부 정면도,
도 20은 본 발명의 예시적인 분말 계층화 시스템 및 제조 모듈의 일부 단면 정면도,
도 21은 복수의 통을 가진 예시적인 분말 계층화 시스템 및 예시적인 터렛의 상면도,
도 22는 본 발명의 3DP 장치의 일부 절결 사시도,
도 23~25는 본 발명의 3개의 서로 다른 예시적인 3DP 장비 어셈블리(혹은 장치)의 사시도,
도 26은 본 발명의 예시적인 펀치 시스템 및 예시적인 제조 모듈의 일부 단면 정면도,
도 27은 본 발명의 예시적인 3DP 장비 어셈블리(혹은 장치)의 상면도,
도 28은 레이스 트랙 컨베이어, 복수의 제조 스테이션 및 물품 반송 시스템을 구비한 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 상면도,
도 29는 선형 컨베이어 및 복수의 제조 스테이션을 구비한 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 상면도,
도 30은 선형 컨베이어, 복수의 제조 스테이션 및 물품 반송 시스템을 구비한 다른 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 상면도,
도 31은 컨베이어, 제조 스테이션 및 물품 반송 시스템을 구비한 또 다른 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 일부의 상면도,
도 32는 수평 변위하는 분할 컨베이어, 복수의 제조 스테이션 및 물품 반송 시스템을 구비한 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 상면도,
도 33은 수직 변위하는 모듈 컨베이어 및 제조 스테이션을 구비한 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 상면도,
도 34는 컨베이어, 복수의 분말 계층화 시스템, 복수의 인쇄 시스템, 복수의 펀치 시스템, 복수의 건조 시스템, 컴퓨터 제어부, 물품 반송 시스템 및 옵션으로 하나 이상의 검사 사스템을 가진 예시적인 연속 3DP 장비 어셈블리의 상면도,
도 35는 장비 어셈블리의 다양한 부분을 지나는 3DP 물품의 이동을 나타내는 전체 처리 흐름도,
도 36은 예시적인 멀티-캐비티 3차원 인쇄 장비 어셈블리의 예시적인 레이아웃의 상면도,
도 37은 예시적인 멀티-캐비티 제조 모듈의 사시도,
도 38은 예시적인 인쇄 시스템의 측부 정면도,
도 39는 인쇄 시스템의 인쇄 헤드의 인쇄 모듈의 예시적인 레이아웃의 바닥 사시도,
도 40은 다양한 인쇄 헤드 내의 인쇄 모듈의 대안의 예시적인 레이아웃의 바닥면도,
도 41은 예시적인 분말 계층화 시스템의 측부 정면도,
도 42는 처리 중 사용 동안에 분말 계층화 시스템 및 멀티-캐비티 제조 모듈의 사시도,
도 43은 예시적인 멀티-캐비티 제조 모듈 및 분말 계층화 시스템 및 인쇄 시스템을 포함하는 제조 스테이션의 일부 상면도,
도 44a~44d는 인쇄 헤드 및 그 구성의 다양한 상이한 실시예의 상면도,
도 45는 예시적인 물품 건조 시스템의 단면 정면도,
도 46은 예시적인 물품 패키징 시스템의 측부 정면도,
도 47~49는 본 발명의 장비 어셈블리의 동작의 예시적인 논리 흐름도를 나타내는 것으로, 도 47은 도 48에 이어지고, 이는 도 49로, 그리고 이는 다시 도 47로 돌아오는 것을 나타내는 도면,
도 50은 분말 계층화 시스템의 동작에 대한 예시적인 논리 흐름도,
도 51은 인쇄 시스템의 동작에 대한 예시적인 논리 흐름도,
도 52는 제형의 설계를 위한 예시적인 논리 흐름도,
도 53은 처리 중 계층 펀치 시스템 및 처리 중 계층 건조 시스템을 가진 3DP 시스템의 일반적인 동작의 예시적인 논리 흐름도,
도 54는 펀치 시스템이 수행할 동작에 따라서 다른 펀치 시스템의 동작의 예시적인 흐름도,
도 55는 펀치 시스템의 트랜스레이트 동작을 수행하는 예시적인 흐름도,
도 56은 펀치 시스템의 압축 동작을 수행하는 예시적인 흐름도,
도 57은 펀치 시스템의 마킹 혹은 성형 동작을 수행하는 예시적인 흐름도,
도 58은 터렛 디스크 어셈블리의 사시도,
도 59는 도 58의 터렛 디스크 어셈블리의 측단면 정면도,
도 60은 착탈 가능 터렛 디스크를 사용하는 3DP 장비 어셈블리의 사시도이다.
본 발명은 3차원 인쇄 처리를 통해서 물품을 제조하는데 유용한 장비 어셈블리 및 시스템을 제공한다. 이 어셈블리 및 시스템은 작은 규모/체적, 중간 규모/체적 및 큰 규모/체적의 물품을 마련하는데 적합하다. 3차원 인쇄(3DP) 처리는, 표면에 분말의 증가 층을 형성하는 것, 이후에 액체를 층에 인쇄/도포하는 것 및 이후에 형성 및 인쇄를 충분한 횟수 반복해서 표면에 3DP 물품을 형성하거나 하나 이상의 3DP 물품 및 분제를 포함하고 있는 인쇄 분말 베드를 형성하는 것을 포함한다. 물품에 남아 있는 임의의 과도한/불필요한 액체는 제거되고, 필요에 따라서 물품으로부터 분리되며, 이후에 수집된다.
본 명세서에서 사용되는 3DP란 3차원 인쇄, 3차원적으로 인쇄된 혹은 다른 그 활용어를 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 '캐비티 3차원 인쇄' 혹은 '캐비티 3DP' 혹은 'c3DP'란, 개개의 물품에 맞춰서 크기가 조절되어 있는 하나 이상의 캐비티에서 층단위(증가 층 단위로) 조립 단계가 수행되는 3차원 인쇄를 의미하되, 여기서 각각의 캐비티 내의 각각의 물품(혹은 증가 층)을 둘러싸는 인쇄되지 않은 분말은 거의 혹은 전혀 없거나, 혹은 각각의 캐비티 내의 각각의 물품(혹은 증가 층)을 둘러싸는 최소의 분제가 있다. 환언하면, 내부 둘레부(에지)에 의해 정의되는 정면도를 가진 캐비티는 분말 층으로 충진되며, 결합 유체가 적어도 내주부에 인접하는 분말 층의 외주부에 도포되어서, 캐비티 표면과 인쇄된 분말 사이에 소량의 인쇄되지 않은 분말만 남도록(존재하는 경우에) 물품을 형성한다.
본 명세서와 관련해서 사용되는 용어 '눌러넣기(tamping)'는 별도로 언급도지 않는 한 용어 '압축'과 바꿔서 사용된다. 눌러넣기는 펀치 시스템에 의해 수행되고, 이는 캐비티 내의 처리 중 3DP 물품의 하나 이상의 증가 층 혹은 분말 층이 압축되는데 사용된다. 펀치 시스템은 캐비티 위에 있는 상부 펀치 및 캐비티 내에 배치된 하부 펀치 혹은 하부 높이 조정 가능 플랫폼을 포함한다. 일부 실시예에서, 눌러넣기는, a) 캐비티 내의 하부 펀치 혹은 플랫폼을 하강시키기 전에 상부 펀치를 캐비티 내로 하강시키거나, b) 상부 펀치를 캐비티 내의 하부 펀치 혹은 플랫폼보다 더 큰 거리만큼 캐비티 내로 하강시키거나, c) 캐비티 내의 상부 펀치를 상승시키기 전에 캐비티 내의 하부 펀치 혹은 플랫폼을 상승시키거나, 혹은 d) 캐비티 내에서 상부 펀치보다 더 큰 거리만큼 하부 펀치 혹은 플랫폼을 상승시킴으로써 수행된다. 본 발명의 프로세스는 하나 이상의 눌러넣기 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '트랜스레이트'(혹은 다른 그 활용어)는 펀치 시스템의 사용에 의해 캐비티 내의 하나 이상의 증가 층을 수직으로(및 선형으로) 변위 혹은 이동시키는 동작 혹은 결과를 가리킨다. 트랜스레이팅 및 트랜스레이트는 비압축의 혹은 기본적으로 비압축의 액션으로 간주되며, 이로써, 캐비티 내의 3DP 물품 혹은 하나 이상의 층이 기본적으로 3DP 물품의 체적을 변경하는 일 없이 펀치 시스템의 사용에 의해서 하방으로 혹은 상방으로 가압된다. 일부 실시예에서, 트랜스레이트는 a) 캐비티 내의 상부 펀치 및 하부 펀치 혹은 플랫폼을 동일한 혹은 거의 동일한 거리만큼 하강시키거나, b) 캐비티 내의 상부 펀치 및 하부 펀치 혹은 플랫폼을 동일한 혹은 거의 동일한 거리만큼 상승시킴으로써 수행된다. 일부 실시예에서, 트랜스레이트의 타이밍은 a) 거의 같은 시간에 이동하는 하부 혹은 상부 펀치, b) 하방 이동을 위해서 상부 펀치 이전에 이동하는 하부 펀치, c) 상방 이동을 위해서 하부 펀치 이전에 이동하는 상부 펀치에 의해 수행된다.
본 명세서에서 사용되는 '마킹'은 증가 층의 표면 상에 적어도 하나의 상승된 혹은 하강된 피쳐를 형성하는 동작을 가리키며, 그 결과 표면은 더 이상 엄격하게 편평한 표면이 아니게 되며, 이는 비편평 표면이라는 것을 의미한다. 마킹은 표면 상에 자국이 형성되도록 펀치(혹은 플랫폼)로 층의 표면에 접촉함으로써 수행된다. 마킹의 의미는, 물품의 선택 외부 영역에서 액적을 제외시킴으로써 오목 피쳐를 생성하는 것과 같은, 3DP에 의해 수행되는 이전의 비접촉 마킹과는 상이하며, 그 결과 결합되지 않은 분말을 비울 수 있다. 비접촉 3DP 마킹은 미국 특허 제 8,828,411 호에 개시되어 있다. 3DP 동안 마킹하는 이러한 비접촉 기술은 단독으로 혹은 본 명세서에 개시된 마킹과 조합해서 옵션으로 간주될 수 있다.
증가 층을 참조해서 본 명세서에서 사용되는 '성형'은 증가 층의 하나 이상의 표면의 형상 또는 전체 층의 형상을 변경해서 증가 층의 상부 표면 및 하부 표면이 모두 편평한 평행면이 아니게 하는 동작을 가리킨다. 증가 층의 반대측 표면은 편평할 수도 있고 편평하지 않을 수도 있지만, 동시에 편평하고 평행한 면은 아니다. 두 표면이 동시에 편평할 수는 있지만, 평행하지는 않을 것이다. 컨투어된(contoured), 엠보스된 혹은 디보스된 표면이 비편평 표면으로 간주된다. 성형은 증가 층의 하나 이상의 표면을 펀치(혹은 플랫폼)과 접촉시켜서 증가 층의 상부 표면 및 하부 표면이 모두 편평한 평행 면이 되지 않게 하고, 컨투어된, 엠보스된 혹은 디보스된 표면 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 프로세스는 하나 이상의 트랜스레이트 단계, 하나 이상의 눌러넣기(압축) 단계, 하나 이상의 마킹 단계 및/또는 하나 이상의 성형 단계를 포함할 수 있다.
일반적으로, 3DP 장비 어셈블리, 장치 혹은 시스템은, 하나 이상의 3차원 인쇄 제조 시스템, 하나 이상의 수거 시스템 및 옵션으로 하나의 액체 제거 시스템을 포함하는 다양한 서브시스템을 포함한다. 장비 어셈블리는 하나 이상의 3차원 인쇄 제조 시스템, 하나 이상의 수거 시스템, 하나 이상의 액체 제거(건조) 시스템 및 옵션으로 하나의 다른 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 또한, 하나 이상의 펀치 시스템, 하나 이상의 배출 시스템, 하나 이상의 분말 복원 시스템, 하나 이상의 제어 시스템, 하나 이상의 제조 혹은 컨베이어 포지셔닝 시스템, 하나 이상의 컨베이어 구동 모터, 하나 이상의 물품 반송 시스템, 하나 이상의 검사 시스템 및 하나 이상의 베드 반송 시스템으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 (서브)시스템을 더 포함한다. 3DP 장비 어셈블리, 장치 혹은 시스템은 이들 시스템 중 일부 혹은 모두를 포함할 수 있다. 예컨대, 캐비티 3DP 장비 어셈블리, 장치 혹은 시스템의 특정 실시예에서, 수거 시스템을 반드시 구비해야 하는 것은 아니며, 이는 캐비티에 들어가는 거의 모든 분말 물질이 분리할 분말이 거의 혹은 전혀 없이 캐비티 내에 형성된 각각의 물품에 포함되기 때문이다.
본 명세서에서 사용되는 '3차원 인쇄 제조 시스템'은 일반적으로 컨베이어 시스템, 적어도 하나의 제조 모듈, 적어도 하나의 제조 스테이션 및 옵션으로 하나 이상의 다른 컴포넌트를 포함한다. 3차원 인쇄 제조 시스템의 기능은 제조 모듈의 다층화된 분말의 베드로부터 하나 이상의 3차원 인쇄 물품을 형성하는 것이다. 일부 실시예에서, 3DP 제조 시스템은 캐비티(통) 내에서 제조 사이클 당 하나의 3DP 물품을 형성한다. 하나 이상의 혹은 복수의 모듈은, 하나 이상의 제조 스테이션을 지나는 소정의 경로를 따라서 제조 모듈을 이동시키기에 적합한 컨베이어 시스템과 맞물린다. 제조 모듈은 분말 계층화 시스템(영역)으로 이동되고, 증가 분말 층이 캐비티 내에 형성된다. 이후에 제조 모듈은 인쇄 시스템(영역)으로 이동되고, 소정의 패턴에 따라서 결합 유체가 증가 분말 층에 도포되어서, 결합 분말 층(증가 인쇄 층)을 부분적으로 혹은 전체적으로 형성한다.
제조 모듈을 이동시키는 단계, 증가 분말 층을 형성하는 단계 및 층에 액체를 도포해서 증가 인쇄 층을 형성하는 단계를 프로세스의 하나의 제조 랩으로 간주한다. 제조 랩은 한 번의 랩으로부터의 증가 인쇄 층은 이전의 혹은 후속하는 랩으로부터의 인쇄 증가 층에 부착된다. 제조 랩이 제조 모듈 내에서 충분한 회수 반복되어서, 제조 모듈에서 사이클당 하나의 3DP 물품을 형성하거나 혹은 하나 이상의 3차원 인쇄 물품 및 분제를 포함하는 3차원 인쇄 베드를 형성하며, 여기서 3차원 인쇄된 물품은 적어도 2개의 인쇄 증가 층을 포함한다.
분말에 도포된 액체는 제조 랩 사이의 대기 조건 하에서 충분히 건조될 수도 있고 혹은 건조되지 않을 수도 있으며, 따라서 제조 랩 사이에 액체 제거 단계가 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 결합 유체의 증착 이후에 처리 중 증가 층을 건조하기 위해서 제조 스테이션에 드라이어가 존재한다. 이러한 실시예에서, 제조 랩은 제조 모듈을 이동하는 단계, 제조 모듈에 증가 분말 층을 형성하는 단계, 분말 층에 액체를 도포해서 증가 인쇄 층을 형성하는 단계 및 인쇄 층을 드라이어에 노출시키는 단계를 포함한다. 그러나, 증가 층이 제조 랩 동안 충분히 건조되지 않으면, 3차원 인쇄 물품의 모든 제조 랩이 완료된 이후에 즉, 제조 사이클이 완료된 이후에 옵션으로 액체 제거 단계가 수행될 수 있다. 환언하면, 제조 사이클을 완료한 3DP 물품은 필요에 따라서 물품 드라이어에서 건조될 수 있다.
컨베이어 시스템은 제조 랩 동안에 혹은 그 사이에 소정의 코스/경로로 하나 이상의 제조 모듈을 이동시키기에 적합하다. 실질적으로, 제 1 위치로부터 제 2 위치로 혹은 다시 제 1 위치로 고체 물질을 전달하기에 유용한 임의의 시스템이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템은 순환형, 선형, 왕복형 혹은 오실레이팅 컨베이어 시스템이다. 일부 실시예에서, 순환형 컨베이어 시스템은 제조 모듈은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 혹은 다시 제 1 위치로 이동시킨다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템은 하나 이상의 제조 스테이션을 통해서 제조 모듈을 반복해서 이동시키는 순환형 혹은 반복형 컨베이어 시스템이다. 일부 실시예에서, 선형 컨베이어 시스템은 제조 모듈을 제 1 제조 스테이션에서 제 2 제조 스테이션으로, 그리고 옵션으로 하나 이상의 다른 제조 스테이션으로 이동시킨다. 일부 실시예에서, 오실레이션 시스템은 하나 이상의 제조 모듈을 적어도 하나의 제조 스테이션을 통해서 제 1 방향으로 이동시키고, 이후에 하나 이상의 제조 모듈을 적어도 하나의 제조 스테이션을 통해서 반대 방향으로 이동시킨다.
도 1a~1d는 미국 특허 제 8,888,480 호에 개시된 종래 기술인 3차원 인쇄 장비 어셈블리의 오픈 베드 제조 모듈을 나타내는 상면도로, 여기서 복수의 물품이 단일 분제 베드에서 인쇄된다. 도 1a의 오픈 베드 시스템은 제조 모듈(1)을 포함하고, 이는 단일 캐비티(2)를 구비하며, 그 안에서 복수의 3DP 물품(3)이 상당한 양의 인쇄되지 않은 분말(4)을 남기고 인쇄된다. 캐비티의 상면도를 정의하는 내주부(에지)는 인쇄된 분말 베드 내의 3DP 물품의 외주부와 동일하게 성형되지 않는다. 도 1b의 오픈 베드 시스템은 도 1a와 매우 유사하다. 이는 제조 모듈(5) 및 캐비티(6)를 포함하고, 그 안에서 복수의 3DP 물품(7)이 상당한 양의 인쇄되지 않은 분말(8)을 남기고 인쇄된다. 도 1c의 오픈 베드 제조 모듈(10)은 다수의 삼각형 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있지만, 역시 처분되거나 혹은 재활용될 상당한 양의 인쇄되지 않은 분말(11)이 있다. 이는 도 1d의 제조 모듈(12) 및 인쇄되지 않은 분말(13)에도 마찬가지로 적용된다. 도 1c 및 도 1d가 형상 및 패킹에서의 이점으로 인해서 물품 사이의 간격이 더 가까운 것을 나타내고 있지만, 일부 인쇄되지 않은 분말이 결합 사이에 유지되도록 물품 사이에 요구되고 있다. 도 1a 내지 도 1d의 인쇄 패턴은 서로 다르지만, 물품으로부터 분리되어서 재활용 혹은 처분될 상당한 양의 인쇄되지 않은 분말을 남긴다. 이는 각각의 캐비티의 상면도의 내주부가 각각의 3DP 물품의 상면도의 외주부와 인접하지 않기 때문이다. 따라서, 종래 기술의 오픈 베드 시스템은 벌크 분말의 상당한 낭비 혹은 상당한 양의 벌크 분말의 처분 혹은 재활용 요구라는 중요한 단점을 갖고 있다. 오픈 베드 시스템의 다른 중요한 단점은, 2개의 상이한 벌크 분말을 사용해서 층을 형성할 때마다 인쇄되지 않은 분말의 재활용을 허용하지 않고 처분을 요구한다는 것으로, 이는 2개의 상이한 벌크 분말이 프로세스 중 수거 단계 동안에 혼합되기 때문이다. 이러한 중요한 단점은 본 발명의 캐비티 3DP 시스템을 사용해서 극복되며, 이는 상이한 벌크 분말로 이루어진 증가 층을 포함하고 벌크 분말의 처분을 최소화시키거나 제거한다.
그러나, 본 발명의 캐비티 3DP 시스템은 벌크 분말의 처분 혹은 재활용 필요성을 최소화 및 심지어 제거할 수 있다. 도 2a~2g는 본 발명의 제조 모듈 및 각각의 캐비티(통)을 나타내는 상면도이다. 도 2a의 제조 모듈(15)은 캐비티를 포함하고, 그 상면도는 내주부(에지, 17)에 의해 정의된다. 3DP 물품(18)은 캐비티 내에서 인쇄된다. 3DP 물품(18)의 평면도의 외주부는 캐비티의 상면도의 내주부에 근사한다. 제조 사이클 동안, 결합 유체가 캐비티의 내주부에 인접하도록(혹은 이로부터 최소 이격되도록) 각각의 분말 층의 외주부에 도포된다. 그 결과, 벌크 분말은 처분되거나 재활용될 필요가 거의 혹은 전혀 없다. 도 2b의 제조 모듈(20)은 캐비티 및 인쇄 패턴이 원형이 아니라 6각형이라는 점을 제외하면 도 2a와 동일한 방식으로 동작한다. 도 2c의 제조 모듈(21)은 캐비티 및 인쇄 패턴이 원형이 아니라 하트 형상이라는 점을 제외하면 도 2a와 동일한 방식으로 동작한다.
도 2d의 제조 모듈(22)은 캐비티의 외주부를 정의하는 에지(23A)를 구비한 본체(23)를 포함한다. 캐비티 내에 높이 조정 가능 플랫폼이 배치되고, 이는 캐비티의 상면도와 유사한 형상의 상면도를 갖고 있다. 제조 모듈은 또한 스탠드(24, 25)를 포함하며, 이는 높이 조정이 불가능하고 각각의 에지(둘레, 24A, 25A)에 의해 정의되어 있다. 이러한 구성의 결과 3DP 물품(26)은 환형 부분(26B) 및 접속 부분(26A)을 포함한다. 따라서, 본 발명의 캐비티 3DP 시스템은 종래 기술의 3DP 시스템(오픈 베드 3DP 시스템과 같은)보다 샤프한 표면 피쳐를 가진 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있고, 최종 물품에 대한 더욱 높은 캐비티 분말의 포함율로 이를 행한다.
오픈 베드 시스템의 개선된 대안의 예로서, 도 2e의 제조 모듈(30)은 복수의 캐비티(통, 31~34)을 포함하고, 그 안에서 각각의 단일 3DP 물품(35)이 형성된다. 본 발명의 제조 모듈은 본체 및 복수의 캐비티를 포함할 수 있고, 각각의 캐비티의 상면도는 캐비티 내에서 인쇄될 3DP 물품의 정면도에 근사한 에지에 의해 정의되며, 여기서 제조 모듈은 각각의 제조 캐비티 내의 높이 조정 가능 플랫폼(혹은 펀치)을 포함하고, 플랫폼(혹은 펀치)의 상면도는 각각의 캐비티의 상면도에 근사한다. 도 2f의 제조 모듈(36)은 개선된 오픈 베드 시스템에 대한 것이다. 제조 모듈은 캐비티를 포함하고, 이 캐비티의 상면도는, 에지(38)가 캐비티 내에서 인쇄된 물품(37)의 평면도의 외주부에 근사하도록, 에지(38)에 의해 정의된다. 도 2f의 좁은 예에서, 에지(38)의 마주보는 부분(39)은 매우 근사하게 이격되거나 서로 접촉하고 있다.
도 2g의 제조 모듈은 제조 모듈의 본체 내의 에지(41)에 의해 정의된 상면도를 구비한 캐비티를 포함한다. 물품(42)의 평면도의 외주부의 형상은 에지(41)의 형상에 근사한다.
도 2a~2g의 개선된 시스템은 많은 양의 인쇄되지 않은 분말의 처분 혹은 재활용을 요구하지 않는다.
도 3의 3DP 장비 어셈블리(혹은 장치)(45)는 분말 계층화 영역(Z-1), 인쇄 영역(Z-2), 액체 제거 영역(Z-3) 및 펀치 영역(Z-4)을 포함한다. 어셈블리는 고정 본체 및 컨베이어(47)를 포함하고, 이는 각각의 캐비티를 구비한 복수의 제조 모듈(48)을 포함한다. 이 컨베이어는 제조 랩마다 영역(Z-1)으로부터 영역(Z-2)으로, 영역(Z-3)으로, 영역(Z-4)으로의 화살표(A)의 방향으로 제조 모듈을 순환 경로로 이동시킨다. 어셈블리는 또한 펀치 영역과 실질적으로 일체화된 배출 영역을 포함하고, 여기서 3DP 물품이 각각의 캐비티로부터 배출된다.
도 4의 3DP 장비 어셈블리(혹은 장치)(50)는 배출 영역(Z-5)가 펀치 영역(Z-5)으로부터 분리되어 있다는 점을 제외하면 도 3과 유사하다. 이 경우, 어셈블리는 2개(전체 혹은 일부) 펀치 시스템을 포함할 수 있다. 전체 펀치 시스템은, a) 상부 펀치 및 하부 펀치(옵션으로 캐비티 내에 있음), 혹은 b) 캐비티 내의 상부 펀치 및 하부 높이 조정 가능 플랫폼을 포함한다. 일부 펀치 시스템은, a) 상부 펀치, b) 캐비티 내의 하부 펀치, 혹은 c) 캐비티 내의 하부 높이 조정 가능 플랫폼을 포함한다.
도 5a~5i는, 각각의 캐비티(C-1 내지 C-8)에서 단일 3DP 물품을 마련하기 위한 처리 중 사용 동안의, 도 3의 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 상면도를 나타낸다. 도 5a(기간 I)에서, 분말 층이 분말 계층화 영역(Z-1) 내의 캐비티(C-1)에 추가된다. 영역(Z-1)에 캐비티(C-2)를 위치시키도록 컨베이어는 시계 방향으로 진행되고, 이로써 캐비티(C-2)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-1)는 인쇄 영역(Z-1)에 접근한다(도 5b, 기간 Ⅱ). 컨베이어는 시계 방향으로 더 진행되고(도 5c, 기간 Ⅲ), 이로써, 캐비티(C-3)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-2)는 인쇄 영역(Z-2)에 접근하며, 캐비티(C-1) 내에서 층이 인쇄된다. 컨베이어는 시계 방향으로 더 진행하고(도 5d, 기간 Ⅳ), 이로써 캐비티(C-4)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-3)는 인쇄 영역(Z-2)에 접근하며, 캐비티(C-2) 내에 층이 인쇄되고 캐비티(C-1)는 건조 영역(Z-3)에 접근한다. 컨베이어는 다시 시계 방향으로 진행되고(도 5e, 기간 V), 이로써 캐비티(C-5)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-4)는 인쇄 영역(Z-2)에 접근하며, 캐비티(C-3) 내에 층이 인쇄되고 캐비티(C-2)는 건조 영역(Z-3)에 접근하고, 캐비티(C-1) 내의 인쇄된 층은 건조된다. 컨베이어는 다시 시계 방향으로 진행되고(도 5f, 기간 Ⅵ), 이로써 캐비티(C-6)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-5)는 인쇄 영역(Z-2)에 접근하며, 캐비티(C-4) 내에 층이 인쇄되고 캐비티(C-3)는 건조 영역(Z-3)에 접근하고, 캐비티(C-2) 내의 인쇄된 층은 건조되며, 캐비티(C-1)는 펀치 영역(Z-4)에 접근한다. 컨베이어는 다시 시계 방향으로 진행되고(도 5g, 기간 Ⅶ), 이로써 캐비티(C-7)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-6)는 인쇄 영역(Z-2)에 접근하며, 캐비티(C-5) 내에 층이 인쇄되고 캐비티(C-4)는 건조 영역(Z-3)에 접근하고, 캐비티(C-2) 내의 인쇄된 층은 건조되며, 캐비티(C-2)는 펀치 영역(Z-4)에 접근하며, 캐비티(C-1) 내의 증가 층은 하방으로 트랜스레이트되어서, 분말 계층화 영역(Z-1)에 있을 때 추가 분말을 받기 위해서 그 위에 공간을 생성한다. 이 컨베이어는 다시 시계 방향으로 진행되고(도 5g, 기간 Ⅷ), 이로써 캐비티(C-8)는 자신의 분말 층을 받고, 캐비티(C-7)는 인쇄 영역(Z-2)에 접근하며, 캐비티(C-6) 내에 층이 인쇄되고 캐비티(C-5)는 건조 영역(Z-3)에 접근하고, 캐비티(C-4) 내의 인쇄된 층은 건조되며, 캐비티(C-3)는 펀치 영역(Z-4)에 접근하며, 캐비티(C-2) 내의 증가 층은 하방으로 트랜스레이트되고, 캐비티(C-1)는 분말 계층화 영역(Z-1)에 접근한다. 상기 단계는 특정 실시예에 대한 단일 제조 랩을 정의하고 있다. 이 제조 랩은 필요한 회수만큼 반복되어서 복수의 인쇄된 증가 층을 포함하는 3DP 물품을 형성한다. 제조 사이클이 완료된 이후에 각각의 물품은 각각의 캐비티로부터 배출된다. 예컨대, 도 5I는 배출 기간의 시작을 나타낸다. 캐비티(C-8)의 처리 중 (미완성) 물품은 분말 계층황 영역(Z-1)에 접근하지만 캐비티(C-1) 내의 완성 물품은 배출된다는 점에 주의한다. 컨베이어는 다시 시계 방향으로 진행되고(도 5j), 이로써 빈 캐비티(C-1)는 분말 계층화 영역(Z-1)에 접근하고, 다른 3DP 물품의 형성을 개시하기 위해서 다른 분말 층을 받을 준비를 한다.
도 6은 또 다른 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)(55)의 사시도로, 각각의 영역(Z-1) 내의 분말 계층화 시스템(56), 각각의 영역(Z-2) 내의 인쇄 시스템(6), 각각의 영역(Z-3) 내의 건조 시스템(61) 및 각각의 영역(Z-4) 내의 펀치 시스템(63)을 포함한다. 분말 공급 시스템 및 저장부(57)를 포함하는 분말 계층화 시스템은, 적어도 하나의 지지부(58)에 의해서 고정된다. 건조 시스템은 적어도 하나의 지지부(62)에 의해 고정된다. 인쇄 시스템 및 펀치 시스템도 지지부(도시 생략)에 의해 고정된다. 어셈블리는 고정 본체(67)를 포함하고, 그 안에서 모터 구동부(66) 및 각각의 캐비티(68)를 가진 복수의 제조 모듈을 포함하는 컨베이어(69, 이 경우 터렛)가 각각의 프로세스 영역을 통해서 캐비티를 순차적으로 이동시키도록 회전(스핀)된다. 펀치 시스템(63)은 캐비티의 둘레부에 근사한 둘레부를 구비한 팁을 가진 펀치(64)를 포함하며, 이로써 펀치는 캐비티의 안팎으로 슬라이드될 수 있다. 완성된 물품은 배출 포트(65) 혹은 슈트를 통해서 배출된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)(70)의 상면도이다. 이는 분말 계층화 영역/시스템(Z-1), 제 1 펀치 영역/시스템(Z-6), 인쇄 영역/시스템(Z-2), 건조 영역/시스템(Z-3) 및 제 2 펀치 영역/시스템(Z-4)을 포함한다. 어셈블리(70)의 시스템의 순서가 (Z-1), (Z-6), (Z-2), (Z-3), (Z-4)의 순서로 도시되어 있지만, (Z-1), (Z-2), (Z-6), (Z-3), (Z-4)의 순서 혹은 (Z-1), (Z-2), (Z-3), (Z-6), (Z-4)의 순서 혹은 (Z-1), (Z-2), (Z-3), (Z-6)의 순서 혹은 (Z-1), (Z-2), (Z-3), (Z-4)의 순서도 가능하다.
제 1 펀치 시스템은 대응하는 영역 내에서 캐비티 내의 물질을 트랜스레이트하거나 압축하는데 사용될 수 있다. 이는 또한 물질의 표면을 매끄럽게 하는데 사용될 수도 있다. 이는 또한 표면을 형성하거나 성형하는데 즉 인쇄하기 전에 물질의 표면을 컨투어, 엠보스, 디보스 혹은 마킹하는데 사용될 수도 있다.
제 2 펀치 시스템은 대응하는 영역 내에서 캐비티 내의 물질을 트랜스레이트하거나 압축하는데 사용될 수 있다. 이는 또한 표면을 형성하거나 성형하는데 즉 배출하거나 추가 인쇄를 행하기 전에 물질의 표면을 컨투어, 엠보스, 디보스 혹은 마킹하는데 사용될 수도 있다. 인느 또한 캐비티로부터 3DP 물품을 배출하는데 사용될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 예시적인 3차원 인쇄 장비 어셈블리(혹은 장치)의 사시도이다. 이는 각각의 영역/시스템의 구성 혹은 시퀀스의 측면에서 도 7의 어셈블리/장치와 유사하지만, 도 8의 어셈블리는 제 1(Z-6) 및 제 2(Z-4) 펀치 시스템의 대안의 실시예를 나타내고 있다.
제 1 펀치 시스템은 상부 펀치(72) 및 하부 펀치(73)를 포함한다. 이는 2개 중 하나가 없을 수도 있고 모두 존재할 수도 있기 때문에 점선으로 도시되어 있으며, 이는 제 1 펀치 시스템이 상부 펀치 및/또는 하부 펀치를 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.
제 2 펀치 시스템은 상부 펀치(63) 및 하부 펀치(74)를 포함한다. 이는 2개 중 하나가 없을 수도 있고 모두 존재할 수도 있기 때문에 점선으로 도시되어 있으며, 이는 제 2 펀치 시스템이 상부 펀치 및/또는 하부 펀치를 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 제 2 펀치 시스템은 3DP 물품을 상방 혹은 하방으로 밀어내서 각각의 캐비티로부터 배출하는데 사용될 수도 있다.
도 9a~9i는 캐비티에서 비압축 3DP 물품의 증가 층을 마련하기 위한 처리 중 사용 동안의 예시적인 펀치 시스템, 예시적인 분말 계층화 시스템(81), 예시적인 제조 모듈(83)(캐비티 내) 및 예시적인 액체 증착(인쇄) 시스템의 일부 단면 정면도이다.
도 9a에서, 제조 모듈(83)의 캐비티 내에는 제 1 증가 인쇄 층(85)이 이미 형성되어 있다. 분말 계층화 시스템(81)은 인쇄 층의 상부에 분제(86)가 충진된 것으로 도시되어 있다. 캐비티 내에는 하부 펀치(84)가 배치되고, 이는 처리 중 에 물질을 제자리에 유지시킨다. 캐비티는 상부 펀치(86, 도 9b)를 포함하는 옵션인 제 1 펀치 시스템으로 이동되고, 이는 분제로 하강(화살표 J, 도 9c)되어서 표면을 매끄럽게 하거나, 컨투어하게 하거나, 변형하거나 혹은 마킹할 수 있다. 상부 펀치는 상승되고(화살표 K, 도 9d), 캐비티는 인쇄 시스템(90, 도 9e)으로 이동되며, 여기서 결합 유체(91)의 액적을 분말 층에 도포해서 처리 중 (미완성) 3DP 물품(92)은 2개의 증가 인쇄 층을 압축한다. 옵션인 건조 단계(도시 생략) 이후에, 캐비티는 제 2 펀치 시스템(도 9f)으로 이동되고, 이는 처리 중 물품(92)을 캐비티 내에서 하방으로(화살표 J), 캐비티에 추가될 다음 증가 분말 층의 수직 높이(두께)에 대응하는 수직 거리만큼, 트랜스레이트한다. 상부 펀치가 상승된 이후에(화살표 K, 도 9g), 캐비티는 분말 계층화 시스템으로 이동되고, 증가 분말 층(93, 도 9h)이 충진되어서, 캐비티 내에 처리 중 물품(94, 도 9i)을 남긴다.
도 10a~10c는 도 9f~9g에 도시된 단계의 대안의 실시예이다. 여기서 하부 펀치를 하강시키는 일없이 혹은 하강시키기 이전에 상부 펀치(화살표 J, 도 10b)를 캐비티로 하강시킴으로써 처리 중 물품(92, 도 10a)가 압축되고, 이로써 압축된 처리 중 물품(5)을 형성한다. 따라서 다음 층을 받기 위한 공간이 캐비티 내에 생성된다(도 10c). 분말 계층화 기반 3DP 기술에서 우선 3DP의 형성 단계 동안에 펀치를 사용함으로써, 압축된 혹은 비압축의 증가 인쇄 층을 포함한 3DP 물품을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 하나 이상의 압축된 증가 인쇄 층 및 하나 이상의 비압축 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 제공한다.
처리 중 3DP 물품과 접촉하는 상부 및 하부 펀치의 표면이 실시예에서 편평한 것으로 도시되어 있지만, 펀치의 표면은 편평하지 않을 수도 있으며, 이는 소망의 형상이 될 수도 있다(혹은 컨투어)는 것을 의미한다. 상부 펀치(96, 도 11a)는 볼록 하면(97, 표면)을 포함해서, 증가 층에 대응하는 볼록면(98)을 형성한다. 도 11b의 상부(96) 및 하부(99) 펀치가 모두 볼록면을 포함해서 처리 중 물품에 대응하는 볼록면을 형성한다. 상부 펀치(100, 도 11c)는 볼록 하면(101, 표면)을 포함해서, 증가 층에 대응하는 상보적인 볼록면(102)을 형성한다. 도 11d의 상부(100) 및 하부(104) 펀치가 모두 볼록면을 포함해서 증가 층에 대응하는 상보적인 볼록면(103)을 형성한다. 도 11e의 상부(118) 및 하부(119) 펀치가 모두 복합 컨투어면을 갖고 있어서, 증가 층에 상보적인 복합 컨투어면(114)을 형성한다.
분말 계층화 기반 3DP 기술에서 우선 컨투어(비편평)면을 가진 펀치를 사용함으로써, 부분적으로 혹은 전혀 불균일하게 압축된 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품의 형성이 가능하다. 따라서, 본 발명은 또한 하나 이상의 부분적으로 혹은 전혀 불균일하게 압축된 증가 인쇄 층을 포함하는, 혹은 하나 이상의 부분적으로 혹은 전혀 불균일하게 압축된 증가 인쇄 층 및 하나 이상의 비압축 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 제공한다. 본 발명은 하나 이상의 컨투어(비편평) 증가 인쇄 층을 포함하는 혹은 하나 이상의 컨투어 증가 인쇄 층 및 하나 이상의 비컨투어(편평) 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 제공한다.
다른 펀치면도 상정된다. 펀치면은 3DP 물품의 외부 혹은 내부 증가 층에 펀치면의 컨투어를 역으로 반영하는 각인(즉, 증가 층에 음각 피쳐를 생성하는 펀치면 상의 양각 피처 및 그 반대)을 제공하기 위해서 양각(혹은 음각) 레터링, 넘버링 혹은 다른 기호를 포함할 수 있다. 펀치면은 3DP 물품의 내부 혹은 외부 증가 층에 대한 각인을 생성하는 것과 유사한 목적으로 특정 패턴 혹은 텍스쳐를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 펀피면 상의 피쳐의 패턴 혹은 텍스쳐는, 하나 이상의 증가 층으로부터의 분말이 3DP 물품과 동일한 가로 슬라이스 내에서 혼합되는 것을 가능하게 한다. 예컨대, 그 자체 각각의 층 내에 각각의 분말이 상당히 남는 대신에 상이한 각각의 분말을 가진 2개의 순차 증가 층이 존재하는 경우에, 하나 이상의 분말은 양각 혹은 음각 피쳐를 가진 매끄럽지 않은 펀치면의 동작에 의해서 변위될 때 이웃하는 증가 층으로 상방으로 혹은 하방으로 이동할 수 있다. 특정 실시예에서, 이는 제 1 분말로 이루어진 임시 증가 층에 생성된 오목부를 포함할 수도 있고(이후에 다음 분말 확산 단계에서 제 2 분말로 충진됨), 혹은 제 1 분말로 이루어지고 각각의 제 2 분말을 구비한 다음 증가 층을 위해서 할당된 공간으로 연장되는 임시 증가 층에 생성된 양각 영역을 포함할 수도 있으며, 이들 모두를 포함할 수도 있다.
펀치 시스템은 캐비티로부터 3DP 물품을 배출하는데 사용될 수도 있다. 도 12a 및 12b는 하부 펀치를 사용해서 제조 모듈(123) 내의 캐비티로부터 3DP 물품(105)을 상방으로(화살표 K) 밀어내서 캐비티로부터 배출하는 것을 나타낸다. 배출된 물품은 이후에 물품 반송 시스템에 의해서 제조 모듈로부터 멀어지도록 이동될 수 있다.
도 13은 미국 특허 제 7,931,914 호 및 미국 특허 제 8,758,658 호에 따른 종래의 단축 압축 3DP 제형(dosage form)(106B)의 사시도로, 비압축 3DP 제형(106A)은 제조 사이클이 완료된 이후에 및 건조 사이클이 완료된 이후에 단축 압축된다. 전체 단축 압축 제형(106B)은 균일 압축된 인쇄 증가 층만을 포함하며, 전체 제형이 모든 증가 층이 형성된 이후에 균일하게 단축 압축되었기 때문이다. 압축된 증가 인쇄 층 및 비압축 증가 인쇄 층의 조합은 포함하지 않는다. 이는 불균일 압축된 증가 인쇄 층 혹은 불균일 압축된 증가 인쇄 층과 비압축 증가 인쇄 층의 조합은 포함하지 않는다.
그러나, 본 발명의 어셈블리(장치) 및 방법은 복잡한 내부 및 외부 기하학적 형상을 가진 분말 계층화 기반 3DP 물품의 형성을 가능하게 한다. 도 14a의 3DP 물품(107)은 비압축 증가 인쇄 층(108) 및 압축 증가 인쇄 층(109)을 포함한다. 도 14b의 3DP 물품(110)은 비압축 증가 인쇄 층의 제 1 섹션(111)(제 1 최하 밀도 섹션), 약간 압축 증가 인쇄 층의 제 2 섹션(112)(제 2 중간 밀도 섹션) 및 고도 압축 증가 인쇄 층의 제 3 섹션(113)(제 3 최고 밀도 섹션)을 포함한다. 다양한 기하학적 형상을 가진 압축 및 비압축 증가 인쇄 층을 포함하는 다른 3DP 물품이 마련될 수도 있다.
도 15a의 3DP 물품(115)은 상부 및 하부 고밀도 섹션(117) 및 중간 하부 밀도 섹션(116)을 포함한다. 도 15b의 3DP 물품(120)은 제 1 벌크 분말을 포함하는 제 1 섹션(121) 및 제 2 벌크 분말을 포함하는 제 2 섹션(122)을 포함하며, 이 분말의 조성을 서로 다르다.
비편평 펀치면을 사용함으로써, 엠보싱된 혹은 디보싱된 표면 피쳐를 가진 분말 계층화 기반 3DP 물품의 마련이 가능하다. 도 15c의 3DP 물품(124)은 디보싱된(음각) 피쳐(125)를 가진 면을 포함한다. 도 15d의 3DP 물품(126)은 대응하는 엠보싱된(양각) 피쳐(128)를 가진 반대면을 포함한다.
도 15c의 3DP 물품(124)은 증가 인쇄 층에서 하나 이상의 벌크 분말 조성을 포함하도록 수정될 수 있다. 도 15는 하부(124b) 및 상부(124a) 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품(124)의 단면 정면도를 나타내고 있으며, 각각은 제 1 결합 유체가 증착된 제 1 벌크 분말로 이루어진다. 상부 층은 비편평 표면(엠보싱된 면)을 가진 펀치를 사용해서 생성된 공간(125)을 포함한다. 이 공간은 층(124a, 124b)의 제 1 벌크 분말과는 조성이 상이한 제 2 벌크 분말로 충진된다. 그 결과, 증가 인쇄 층(124a)은 제 1 벌크 분말 및 제 1 결합 유체로 이루어진 적어도 하나의 제 1 부분(영역) 및 제 2 벌크 분말 및 제 2 결합 유체로 이루어진 적어도 하나의 제 2 부분(영역)을 포함한다. 제 1 및 제 2 부분은 가로로 인접한다(바로 인접). 제 1 벌크 분말은 제 2 벌크 분말과 상이하다. 제 1 및 제 2 결합 유체는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 이 차이는 조성 및/또는 물리적인 특성에서의 차이이다.
도 16은 본 발명의 예시적인 액체 제거 시스템(130), 하부 펀치(138) 및 제조 모듈의 일부 단면 정면도이다. 이 액체 제거 시스템(드라이어)은 처리 중 3DP 물품을 마련하는 동안 증가 인쇄 층으로부터 액체를 제거하기에 특히 적합하다. 이는 타깃 증가 층(137)의 표면으로 소스(132)로부터 공기를 이동시키는 덕트(133)를 구비한 본체(131)를 포함한다. 드라이어는 공기의 온도를 측정하기 위해서 옵션으로 온도 센서(135)를 포함한다. 이동된 공기가 사전에 가열되어 있지 않다면, 이는 본체(131) 내의 하나 이상의 가열 요소(134)로 가열될 수 있다. 드라이어의 처리 영역으로부터 습한 공기가 상승해서, 배기 시스템(136)에 의해서 처리 영역으로부터 캡쳐되어 제거될 수 있다.
대안의 액체 제거 시스템(140, 도 17)은 건조 처리 영역 상에 위치된 하나 이상의 가열 요소(141) 및/또는 캐비티에 열전도적으로 인접한 위치에 있는 제조 모듈 내에 매립된 하나 이상의 가열 요소(142)를 포함한다.
본 발명의 3DP 장비 어셈블리/장치는 다양한 실시예에서 제공될 수 있다. 도 18은 분말 계층화 영역/시스템(Z-1), 제 1 펀치 영역/시스템(Z-6), 인쇄 영역/시스템(Z-2), 건조 영역/시스템(Z-3), 배출 영역/시스템(Z-4), 구동 모터/시스템(157), 높이 조정부(154), 조합 회전 컨베이어 및 복수의 캐비티(149)를 구비한 제조 모듈 시스템(146, 147), 및 고정 본체(148)를 포함하는 어셈블리/장치(145)를 나타낸다. 제 1 펀치 시스템은 상부 펀치(150) 및 하부 펀치(159)를 포함한다. 시스템은 또한 3DP 물품을 상방으로 밀어내서 자신의 각각의 캐비티로부터 배출하는 제 2 하부 펀치(158)를 포함하며, 따라서 푸시 메커니즘(161)이 3DP 물품을 슈트(156)를 향하게 할 수 있다. 구동 모터는 한 영역에서 다른 영역으로 캐비티를 이동시키는 컨베이어를 구동한다. 높이 조정부(154)는 각각의 캐비티 내의 높이 조정 가능 플랫폼의 높이를 조정한다.
도 19는 회전 컨베이어 및 각각의 캐비티(163)를 구비한 조합 제조 모듈 시스템(146, 147), 높이 조정부(154) 및 하부 회전 구동부(171)를 나타내는 일부 단면도이다. 컨베이어(147)가 회전함에 따라서, 제조 모듈(146)을 회전시켜서 맞물린다. 특정 실시예에서, 제조 모듈은 상보적으로 홈이 형성된(complementarily threaded) 너트(165) 및 컨베이어(147)의 상보적으로 홈이 형성된 보어(162)와 맞물리는 홈이 형성된 본체(169)를 구비한 높이 조정 가능 플랫폼(168)을 포함한다. 너트(165)의 외주는 높이 조정부(154)의 풋(foot) 혹은 휠(166)과 짧게 접촉하고, 이로써 너트를 회전시켜서 제조 모듈의 상부 표면에 대해서 플랫폼(168)의 높이를 낮춘다(화살표 M). 이와 달리, 플랫폼은 너트(165)를 높이 조정부(154)에 대해서 소망의 방향으로 회전시킴으로써, 혹은 소망의 방향으로 회전되는(화살표 O 혹은 화살표 P) 하부 회전 구동부(171)로 홈이 형성된 본체(169)의 바닥과 맞물림으로써 상승(화살표 N)될 수도 있고, 하강(화살표 M)될 수도 있다.
분말 계층화 시스템은 전형적으로 분말 스프레더, 분말 공급부 및 분말 저장부를 포함한다. 도 20은 저장부(176), 공급부(177), 호퍼(178) 및 본체(181)를 포함하는 분말 계층화 시스템(175)을 나타내며, 이는 스프레더의 역할도 한다. 분말 계층화 시스템은 호퍼를 캐비티로 드롭함으로써 캐비티에 분말 층을 형성한다. 필요에 따라서 스프레더는 캐비티에 분말을 확산시키고, 캐비티로부터 과잉 분말을 제거한다.
도 21은 지지부(187), 외륜 스프레더(189)가 배치되는 공동 본체 혹은 덮개(186)를 포함하는 대안의 계층화 시스템(185)의 상면도를 나타낸다. 사용하는 동안, 호퍼(188)에 충진된 분말은 스프레더로 드롭되고, 이는 분말을 스프레더 아래의 캐비티로 드롭한다. 스프레더가 스핀하면서 캐비티에서 과잉 분말을 제거하고, 캐비티 내의 분말의 표면을 매끄럽게 한다. 캐비티(C-1 내지 C-8)는 이 방식을 반복해서 충진된다.
도 22의 장비 어셈블리/장치(195)는 조합 컨베이어 및 제조 모듈 시스템(200)을 스핀/회전시켜서 캐비티가 분말 계층화 시스템(210), 인쇄 시스템(204), 건조 시스템(205) 및 펀치 시스템(195) 아래로 이동하게 하는 구동 시스템(208)을 포함한다. 분말 계층화 시스템은 저장부(202)를 구비하고, 이는 어셈블리/장치(195)의 커버(197) 내의 포트(203)를 통해서 충진될 수 있다. 커버는 정지 플랫폼(199) 상에 탑재된 지지부(198)에 의해 지지된다. 건조 시스템은 건조 영역으로부터 튜브를 지나서 커버(197) 내의 포트(206)를 통해서 밖으로 습한 공기를 제거하는 배기 시스템을 포함한다. 3DP 물품은 캐비티로부터 슈트(209)로 배출되고, 이는 예컨대, 건조 혹은 제진을 위해서 물품을 프로세스 중에 더 하방으로 향하게 한다. 다양한 컴포넌트는 그 동작을 동기화하는 컴퓨터(207)이다.
어셈블리/장치(195)를 이용한 제조 랩은 컨베이어의 한 번의 완전한 공전(revolution)을 필요로 하며, 그 결과 10개의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품은 컨베이어의 10 제조 랩(10 공전)을 필요로 할 것이다. 그러나, 컨베이어의 공전에 대해서 소망의 처리 단계를 제공하기 위해서, 시스템의 다양한 컴포넌트가 필요에 따라서 배치될 수 있다.
도 23의 어셈블리/장치(210)는 복수의 프로세스 스테이션(점선으로 둘러싸임)을 포함하고, 각각의 스테이션은 일련의 분말 계층화 시스템(214), 인쇄 시스템(215), 건조 시스템(216) 및 펀치 시스템(217)을 포함한다. 이 어셈블리는 컨베이어(212)의 길이에 따라서 차례로 배열된 적어도 10개의 프로세스 스테이션(5개는 도시되어 있고, 5개는 도시 생략됨)을 포함한다. 이는 10개의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는데 컨베이어(구동 시스템(211)에 의해 구동됨)의 한 번의 공전만 필요하다는 것을 의미한다. 이 어셈블리는 또한 각각의 캐비티 아래의 하부 펀치를 포함하지만, 캐비티 상에 10개의 상부 펀치만 포함한다. 환언하면, 본 발명의 어셈블리는 하부 펀치보다 더 적은 상부 펀치를 포함할 수도 있으며, 이는 이들이 일부 혹은 전체 펀치 시스템을 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 24의 어셈블리/장치(220)는 각각의 프로세스 스테이션이 분말 계층화 시스템(214), 펀치 시스템(217), 인쇄 시스템(215), 건조 시스템(216)을 차례로 포한한다는 점에서 도 23과는 상이하며, 이는 펀치 시스템이 도 23의 순서와는 상이한 동작 순서로 배치되었다는 것을 의미한다. 나아가, 이 옵션인 실시예는 각각의 캐비티 아래에 하부 펀치를 필요로 하지 않으며, 하부 펀치(221)는 상부 펀치(217) 아래에만 위치되기 때문이다. 다른 하부 펀치는 옵션이다. 그러나, 이 어셈블리는 10개의 프로세스 시스템을 여전히 포함한다(5개는 도시하고 5개는 도시 생략함).
도 25의 어셈블리/장치는 8개의 프로세스 스테이션을 포함하고, 각각은 분말 계층화 시스템, 제 1 펀치 시스템(228), 인쇄 시스템, 건조 시스템 및 제 2 펀치 시스템(227)을 차례로 포함한다. 도 24에 도시된 바와 같이, 이 어셈블리는 각각의 캐비티 아래의 하부 펀치를 요구하지 않는다.
도 26은 어셈블리(230)의 더 상세한 부분 단면 정면도를 포함하며, 이는 상부 펀치 시스템(231), 상부 펀치 구동부(232), 상부 펀치(233), 지지부(234), 플랫폼(235), 베이스(236), 컨베이어 구동부(244), 컨베이어(240), 제조 모듈(241), 캐비티(242), 하부 펀치 구동부(240), 하부 펀치(245), 하부 펀치 액추에이터(237) 및 결합부(238, 243)를 포함한다. 제조 모듈은 부싱, 샤프트, 콜릿, 시트, 다이 혹은 다른 유사한 장치가 될 수 있으며, 그 결과 컨베이어는 각각의 캐비티를 구비하는 이러한 장치를 복수 포함할 것이다. 제조 모듈은 컨베이어 내의 시트(239) 내에 위치된다. 상부 및 하부 펀치는 서로 및 캐비티와 나란히 배열된다. 이 실시예에서, 하부 펀치는 실질적으로 캐비티 내의 높이 조정 플랫폼에 상당한다. 동작시에, 캐비티는 펀치 사이에 위치된다. 상부 펀치 구동부(232)는 상부 펀치(233)를 상승 및 하강시킨다(화살표 Q). 하부 펀치 구동부는, 축(238)을 연결부(243)에 측방향으로(화살표 T) 맞물리게 함으로써 액추에이터(237)가 구동부(240)와 연결된 이후에, 하부 펀치(245)를 상승 및 하강시킨다(화살표 R). 대안의 실시예에서, 하부 펀치 구동부(240)는 제거되고, 액추에이터(237)는 하부 펀치와 맞물려서 펀치를 직접 상승 및 하강시킨다.
복수의 제조 스테이션을 포함하는 본 발명의 어셈블리/장치는 특히 조성이 상이한 증가 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하기에 적합하다. 일부 실시예에서, 3DP 물품은 a) 제 1 벌크 분말을 포함하는 적어도 제 1 증가 인쇄 층 및 상이한 제 2 벌크 분말을 포함하는 적어도 제 2 증가 인쇄 층, b) 제 1 조성을 포함하는 적어도 제 1 증가 인쇄 층 및 상이한 제 2 조성을 포함하는 적어도 제 2 증가 인쇄 유체, c) 제 1 결합 유체로부터 적어도 하나의 성분을 포함하는 적어도 제 1 증가 인쇄 층 및 제 2 결합 유체와는 상이한 적어도 하나의 성분을 포함하는 적어도 제 2 증가 인쇄 유체, 혹은 d) 이들의 조합을 포함한다.
본 발명은 또한 적어도 제 1 조성을 포함하는 제 1 증가 인쇄 층 및 적어도 상이한 제 2 조성을 포함하는 제 2 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는 프로세스를 제공하고, 이 프로세스는 a) 적어도 하나의 제 1 증가 인쇄 층을 형성하는 단계와, b) 적어도 하나의 제 2 증가 인쇄 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 1) 제 1 증가 인쇄 층을 형성하는데 사용되는 벌크 분말이 제 2 증가 인쇄 층을 형성하는데 사용되는 벌크 분말과 상이하거나, 2) 제 1 증가 인쇄 층을 형성하는데 사용되는 인쇄 유체가 제 2 증가 인쇄 층을 형성하는데 사용되는 인쇄 유체와 상이하거나, 3) 1)과 2)의 조합이며, 여기서 3DP 물품을 형성할 때 이를 둘러싸는 하나 이상의 벌크 분말의 초과분은 실질적으로 없다.
도 27은 본 발명의 대안의 어셈블리/장치(250)의 상면도로, 이는 본체(251), 복수의 모듈 및 각각의 캐비티(253, 일부는 점선 내에 도시되어 있음)를 가진 컨베이어(252), 지지 시스템(254), 배출 시스템(260) 및 복수의 제조 스테이션(261, 그 예가 점선 내에 있음)을 포함하고, 이 제조 스테이션은 분말 계층화 시스템(256), 인쇄 시스템(247), 처리 중 층 건조 시스템(258) 및 펀치 시스템(259)을 포함한다. 어셈블리/장치(250)는 4개의 제조 스테이션을 포함한다. 본 실시예에서, 컨베이어의 한 번의 사이클은 4번의 제조 랩을 제공한다. 각각의 제조 스테이션 내의 벌크 분말은 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 각각의 제조 스테이션의 결합 유체는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 필요에 따라서, 이 어셈블리/장치는 조성이 상이한 2개, 3개, 4개 혹은 그 이상의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있다.
도 28은 순환형 컨베이어(266), 각각의 캐비티(도시 생략)를 구비한 복수의 제조 모듈, 배출부(274) 및 슈트(273)를 포함하는 적어도 하나의 배출 시스템 및 복수의 제조 스테이션(267, 268)을 포함하는 대안의 어셈블리/장치(265)의 상면도로, 각각은 분말 계층화 시스템(269), 인쇄 시스템(270), 처리 중 층 건조 시스템(271) 및 펀치 시스템(272)을 포함한다. 본 실시예에서, 컨베이어의 한 번의 사이클은 2번의 제조 랩을 제공한다. 각각의 제조 스테이션 내의 벌크 분말은 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 각각의 제조 스테이션의 결합 유체는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 필요에 따라서, 이 어셈블리/장치는 조성이 상이한 2개 이상의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있다.
도 29는 선형 컨베이어(276), 각각의 캐비티(도시 생략)를 구비한 복수의 제조 모듈, 적어도 하나의 배출 시스템(도시 생략) 및 복수의 제조 스테이션(277, 278)을 포함하는 대안의 어셈블리/장치(275)의 일부의 상면도로, 각각은 분말 계층화 시스템, 인쇄 시스템, 처리 중 층 건조 시스템 및 펀치 시스템을 포함한다. 제조 모듈은 제조 스테이션을 순차적으로 이동한다(화살표 V). 각각의 제조 스테이션 내의 벌크 분말은 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 각각의 제조 스테이션의 결합 유체는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 필요에 따라서, 이 어셈블리/장치는 조성이 상이한 2개 이상의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있다.
도 30은 왕복형(오실레이팅) 컨베이어(281), 각각의 캐비티(도시 생략)를 구비한 복수의 제조 모듈, 배출부(285) 및 슈트(284)를 포함하는 적어도 하나의 배출 시스템 및 복수의 제조 스테이션(282, 283)을 포함하는 대안의 어셈블리/장치(280)의 상면도로, 각각은 분말 계층화 시스템, 인쇄 시스템, 처리 중 층 건조 시스템 및 펀치 시스템을 포함한다. 본 실시예에서, 컨베이어는 제조 모듈을 제조 스테이션에서 전진 및 후진(화살표 W 및 X)시킨다. 각각의 제조 스테이션 내의 벌크 분말은 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 각각의 제조 스테이션의 결합 유체는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 필요에 따라서, 이 어셈블리/장치는 조성이 상이한 2개 이상의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있다.
도 31은 컨베이어(290), 각각의 캐비티(도시 생략)를 구비한 복수의 제조 모듈, 적어도 하나의 배출 시스템(도시 생략) 및 적어도 하나의 제조 스테이션(292)을 포함하는 대안의 어셈블리/장치(290)의 상면도로, 제조 스테이션(292)은 적어도 2개의 분말 계층화 시스템(293), 적어도 하나의 인쇄 시스템(294), 적어도 하나의 처리 중 층 건조 시스템(295), 적어도 하나의 펀치 시스템(296) 및 적어도 하나의 배출 시스템(297, 298)을 포함한다. 제조 모듈은 제 1 분말 계층화 시스템으로부터, 제 1 인쇄 시스템, 제 2 분말 계층화 시스템, 제 2 인쇄 시스템 및 층 건조 시스템으로 차례로 이동한다. 제 1 인쇄 시스템과 제 2 분말 계층화 시스템 사이에 다른 펀치 시스템(도시 생략)이 배치될 수도 있다. 이 경우 제조 모듈은 제 1 분말 계층화 시스템으로부터 제 1 인쇄 시스템, 제 1 펀치 시스템, 제 2 분말 계층화 시스템, 제 2 인쇄 시스템 및 층 건조 시스템으로 차례로 이동한다.
도 32는 모듈식 컨베이어(301), 각각의 캐비티(도시 생략)를 구비한 복수의 제조 모듈, 적어도 하나의 배출 시스템(313, 314), 적어도 2개의 제조 스테이션(302, 303), 적어도 2개의 제조 모듈 반송 수단(310-312, 316-318)을 포함하는 대안의 어셈블리/장치(300)의 상면도이다. 제조 스테이션은 분말 계층화 시스템(304), 인쇄 시스템(305), 제 1 펀치 시스템(306), 처리 층 건조 시스템(307) 및 제 2 펀치 시스템(308)을 포함한다. 컨베이어의 제 1 부분에서, 제조 모듈은 하나의 제조 스테이션의 각각의 시스템을 지나서 이동되고(화살표 Y), 이후에 반송 수단을 사용해서 컨베이어의 다른 부분으로 반송된다. 완성된 3DP 물품은 배출 시스템 및 펀치 시스템(315)을 통해서 배출된다. 한 번의 컨베이어 사이클은 2번의 제조 랩을 제공한다.
도 33(측부 정면도)의 어셈블리/장치(320)는 조합 선형 및 순환형(화살표 Z) 모듈식 컨베이어를 사용해서 제조 모듈(325a~325e)의 수직 변위를 제공한다. 모듈(325a)은 컨베이어의 순환 부분으로 로딩되고, 제조 스테이션(326)의 분말 계층화 시스템(321), 인쇄 시스템(322), 층 건조 시스템(323) 및 펀치 시스템(324)을 지난다. 이후에 모듈은 수직(325b)으로 및 뒤로 회전(325c, 325d)해서 제조 스테이션의 진입 지점으로 변위된다. 인쇄가 완료되면, 모듈(325e)은 제조 스테이션으로부터 멀어진다. 따라서 본 발명은 적어도 하나의 선형 영역 및 적어도 하나의 순환 영역을 구비하는 조합 모듈식(분할된) 컨베이어 시스템을 포함하는 3DP 어셈블리/장치를 제공한다. 따라서 한 번의 컨베이어 사이클은 한 번의 제조 랩을 제공한다.
도 34은 본체(331), 복수의 캐비티(333)를 구비하는 컨베이어(332), 한 지점으로부터 다른 지점으로 컨베이어를 진행시키는 구동 수단(340), 컴퓨터 제어부(341), 배출 시스템(339) 및 2개의 제조 스테이션을 포함하는 본 발명의 대안의 어셈블리/장치(330)의 상면도를 나타내며, 제조 스테이션 각각은 분말 계층화 시스템(334), 인쇄 시스템(335), 건조 시스템(336) 및 펀치 시스템(337)을 포함한다. 이 시스템은 또한 증가 분말 층 및/또는 인쇄 층의 피쳐를 처리 중 모니터하기 위한 하나 이상의 검사 시스템(338)을 포함한다. 따라서 한 번의 컨베이어 사이클은 2번의 제조 랩을 제공한다. 각각의 제조 스테이션의 벌크 분말은 서로 같은 수도 있고 다를 수도 있다. 각각의 제조 스테이션의 결합 유체는 서로 같은 수도 있고 다를 수도 있다. 필요에 따라서, 이 어셈블리/장치는 조성이 상이한 2개 이상의 증가 인쇄 층을 포함하는 3DP 물품을 마련하는데 사용될 수 있다.
배출부(배출 시스템)은 한 위치에서 다른 위치로, 상세하게는 컨베이어로부터 고체를 제거하기에 적합한 시스템으로 고체 물질을 이동시키는 임의의 수단을 실질적으로 포함할 수 있다. 배출부는, 장치, 시스템 혹은 컴포넌트의 한 섹션을 나가서 옵션으로 다른 섹션으로 들어가도록 물품을 들어 올리거나 누르거나 혹은 다른 방식으로 반송하기 위한, 막대, 바, 판, 다이버터 또는 그 외의 고정된 혹은 연결된 이동 수단을 포함할 수 있다. 제 1 위치에서는, 배출부는 물품을 제조 시스템으로부터 멀리 향하게 하지 않고, 제 2 위치에서는 향하게 한다.
제조 세스템으로부터의 하류에서 3DP 물품은 더 처리된다. 도 35는 3DP 물품 수집 시스템(346), 3DP 물품 건조 시스템(347), 3DP 물품 제진 시스템(348) 및 3DP 물품 패키징 시스템(349)을 포함하는 처리 영역/시스템(345)의 일반화된 시퀀스를 나타낸다. 이들 시스템 각각은 한번에 하나 이상의 물품을 처리할 수 있다. 3DP 물품 수집 시스템(346)이 벌크 저장부를 중략적 충진(gravimetric filling)하는 것처럼 도시되어 있지만, 이는 단지 상징적인 것으로, 모든 다른 수집 수단이 상정될 수 있으며 도 35에 도시된 것과 유사한 시퀀스로 사용될 수 있다.
도 36은, 컨베이어 시스템과 맞물린 복수의 제조 모듈(355)을 하나 이상의 제조 스테이션의 제조 영역을 각각 지나도록 이동시키는 컨베이어(351)를 포함하는 예시적인 멀티 캐비티 3차원 인쇄 장비 어셈블리(350)의 상면도로, a) 제조 모듈 내에서 증가 분말 층을 형성하는 적어도 하나의 분말 계층화 시스템(352)과, b) 제조 모듈 내에서 소정의 패턴에 따라서 증가 분말 층에 액체(결합 유체)를 증착하는 적어도 하나의 인쇄 시스템(352)을 포함한다. 제조 모듈은 분말 계층화 시스템으로부터 분말을 받아서 일시적으로 유지한다. 순환 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 분말 계층화 시스템으로부터 적어도 하나의 인쇄 시스템으로 제조 모듈을 반복적해서 이동/순환시켜서, 3DP 베드를 형성하거나 혹은 제조 모듈의 캐비티 내에 하나 이상의 3DP 물품을 형성하는, 연속 루프 시스템을 형성한다. 예시적인 컨베이어 시스템은 적어도 하나의 구동부(358) 및 복수의 컨베이어 모듈(351a)을 포함하고, 이는 분할된 혹은 모듈식 컨베이어 시스템을 형성한다. 컨베이어 모듈은 대응하는 제조 모듈과 맞물리고, 소정의 경로를 따라서 화살표 A1의 방향으로 이동된다.
도 36의 장비 어셈블리는 캐비티 3DP 프로세스를 통해서 제 1 3DP 물품 집단(batch)의 인쇄를 종료하고 제 2 3DP 물품 집단의 3D 인쇄를 개시하는 것이 도시되어 있다. 제 1 제조 사이클이 종료되어서 막 완성된 3DP 물품은 제조 모듈(351a) 내에 있고, 제 2 집단은 제조 모듈(355L)의 인쇄 증가 층으로 개시된다. 제조 모듈(355a)은 자체의 각각의 캐비티 내에 6개의 3DP 물품을 포함한다. 캐비티 3DP에서, 3DP 물품의 상면도는 각각의 캐비티의 상면도에 근사하고, 이는 특정 실시예에서 사각형으로 도시되어 있다. 제조 모듈(355, 355a~355L)이 소정의 코스를 따라서 이동되기 때문에, 물품 반송 시스템(357)을 지나서 제조 모듈 및 완성된 3DP 물품 혹은 막 완성된 3DP 물품을 3DP 제조 시스템으로부터 멀리 한 번 하나 이상 반송한다. 제조 모듈은 본체(356a) 및 상부 표면(356c)을 포함하며, 그 안에 높이 조정 가능 제조 플랫폼(356b)이 배치되는 복수의 캐비티를 갖고 있다. 제조 모듈(355h)은 분말을 받을 준비가 되었다.
제조 모듈(355j)은 분말 계층화 시스템의 분말 계층화 시스템의 분말 분산 영역을 지나는 것으로 도시되어 있다. 제조 모듈(355k)은 분말 계층화 시스템과 인쇄 시스템 사이에 도시되어 있다. 제조 모듈(355L)은 다음 제조 랩의 제 1 제조 모듈로, 인쇄 시스템의 인쇄 영역을 지나는 것으로 도시되어 있다. 적어도 하나 이상의 컴퓨터 및 하나 이상의 사용자 인터페이스(354)를 포함하는 제어 시스템은 장비 어셈블리의 다양한 컴포넌트 및 시스템의 동작을 제어 및 통합(조정)하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템 각각의 동작, 제조 모듈의 높이 조정 가능 플랫폼, 적어도 하나의 분말 계층화 시스템 및 적어도 하나의 인쇄 시스템은 제어 시스템에 의해 제어된다. 일부 실시에에서, 베드 반송 시스템의 동작은 제어 시스템에 의해 제어된다.
장비 어셈블리는 3DP 물품(및 옵션으로 대응하는 제조 모듈)을 한 번에 하나 이상 3DP 제조 시스템으로부터 멀어지도록 반송하는 물품 및/또는 제조 모듈 반송 시스템(357)을 더 포함할 수 있다. 예시적인 반송 시스템은 물품 반송 영역 내의 2개 이상의 3DP 물품 혹은 제조 모듈을 동시에 제거한다.
일부 실시예에서, 3차원 인쇄 장비 어셈블리는,
a) 복수의 제조 모듈을 이동시키기에 적합한 컨베이어 시스템을 포함하는 3차원 인쇄 제조 시스템과,
b) 완성된 3DP 물품(및/또는 제조 모듈)을 한 번에 하나 이상 3DP 제조 시스템으로부터 멀어지도록 반송하는 적어도 하나의 물품(및/또는 제조 모듈) 반송 시스템과,
c) 장비 어셈블리의 하나 이상의 시스템의 동작을 제어하는 적어도 하나의 제어 시스템과,
d) 옵션으로서, 적어도 하나의 액체 제거 시스템과,
e) 옵션으로서, 하나 이상의 3DP 물품을 한 번에 패키징하기에 적합한 적어도 하나의 패키징 시스템
을 포함하고,
복수의 제조 모듈은 컨베이어 시스템과 맞물리고, 제조 모듈은 분말 계층화 시스템으로부터 분말을 받아서 일시적으로 유지할 수 있으며, 각각의 제조 모듈은 하나 이상의 캐비티를 포함하고,
적어도 하나의 제조 스테이션은, 1) 제조 스테이션의 분말 분산 영역 내에 일시적으로 배치된 제조 모듈 내에서 증가 분말 층을 형성하기에 적합한 적어도 하나의 분말 계층화 시스템과, 2) 제조 스테이션의 인쇄 영역 내의 제조 모듈 내에 일시적으로 배치된 증가 분말 층에 소정의 패턴에 따라서 유제를 도포하기에 적합한 적어도 하나의 인쇄 시스템을 포함하며,
컨베이어 시스템은 적어도 하나의 분말 계층화 시스템의 분말 분산 영역으로부터 적어도 하나의 인쇄 시스템의 인쇄 영역으로 제조 모듈을 반복해서 이송해서 제조 모듈 내에 하나 이상의 3DP 물품을 형성한다.
제조 모듈은 분말 계층화 시스템에 의해 증착된 분말을 받아서 유지한다. 일부 실시예에서, 제조 모듈은 그 상부 표면 내의 캐비티 내에 배치된 높이 조정 가능 플랫폼을 포함하고, 여기서 캐비티는 측벽 및 에지에 의해 정의된다. 높이 조정 가능 플랫폼은 측벽과 조합해서 분말용 캐비티를 형성한다. 플랫폼은 점진적으로 상승 혹은 하강한다. 분말은 캐비티 내에 배치되고 플랫폼 상에 배치된다.
도 37은 본체(361), 하나 이상의 캐비티(362) 및 높이 조정부(364)를 포함하는 예시적인 제조 모듈(365)을 나타내며, 높이 조정부(364)는 각각의 캐비티에 배치된 하나 이상의 높이 조정 가능 플랫폼(펀치)(365)에 맞물려서 이를 상승 및 하강시키기에 적합하다. 제조 모듈은 컨베이어 시스템에 영구적으로 맞물릴 수도 있고 착탈가능하게 맞물릴 수도 있다. 제조 모듈의 본체 및 캐비티는 사각형으로 도시되어 있지만, 필요에 따라서 형상이 변경될 수도 있다. 캐비티 3DP 시스템에서, 캐비티의 상면도는 캐비티에서 인쇄될 3DP 물품의 평면도에 근사한다. 높이 조정부는 하나 이상의 높이 조정부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 높이 조정부는 점진적으로 높이 조정이 가능하고, 이로써 높이 조정 가능 플랫폼은 점진적으로 높이 조정이 가능하다. 일부 실시예에서, 점진적으로 높이 조정 가능한 컴포넌트 혹은 시스템은 제조 모듈에 분말 층을 배치하기 전에 및/또는 후에 그리고 제조 모듈에 후속 분말 층을 배치하기 전에 하나 이상의 증분만큼 상승된다.
증분의 높이(따라서 증가 층의 두께)는 다양한 방식으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 높이 조정부는 컴퓨터 제어되고 이로써, 컴퓨터는 증분의 크기 및/또는 증분의 수만큼 높이 조정 수단의 상승 혹은 하강을 제어한다. 증분의 크기(높이, 수직 변위)는 증가 층마다 다를 수도 있고, 증가 층마다 같을 수도 있으며, 혹은 이들의 조합도 가능하다. 일부 실시예에서, 증분의 크기는 제조 사이클의 각각의 증가층마다(제조 랩) 같을 수도 있고, 제조 사이클의 하나 이상의 증가층마다 다를 수도 있으며, 혹은 이들의 조합도 가능하다.
수직 증분의 크기는 제조 플랫폼의 이전 초기 위치나 분말 충진 헤드의 높이 조정부 혹은 이들 모두에 상대적일 수 있다. 예컨대, 플랫폼은 제 1 증분만큼 캐비티 내에서 제조 모듈의 상부 표면에 대해서 제 1 위치로 하강된다. 인쇄 증가 층은 제 1 제조 랩 동안 제 1 위치에서 플랫폼 상에 형성된다. 플랫폼은 이후에, 제 1 위치에서 있었던 것에 비해서 제 2 위치로 제 2 증분만큼 하강된다. 또 다른 인쇄 증가 층이 제 2 제조 랩 동안 제 2 위치에 있으면서 플랫폼 상에 형성된다. 이 프로세스는 제조 사이클이 완료될 때까지 반복된다.
수직 증분의 크기는 제조 모듈의 캐비티 내의 플랫폼의 하나 이상의 절대 위치에 상대적일 수 있다. 예컨대, 제조 모듈은, 캐비티 내에 혹은 이에 인접해서 수직으로 분산된 복수의 인코더를 포함할 수 있다. 이후에 제 1 수직 증분의 크기는 제 1 인코더에 대한 플랫폼의 절대 위치(절대 수직 거리)에 의해서 정의된다. 이 플랫폼은 타깃 제 2 수직 위치로 제 2 증분만큼 하강되고, 이는 제 2 디코더에 대한 플랫폼의 절대 수직 거리에 따라서 결정되거나 이에 의해 정의된다. 이러한 타입의 절대 위치 결정을 이하에서 예시한다. 타깃 증분이 제조 모듈의 상부 표면 아래 0.50mm이면, 플랫폼은 0.50mm 드롭하도록 명령받는다. 다음 타깃 증분이 추가 0.25mm이면, 초기 0.5mm 증분에 비해서 0.25mm만큼 드롭하라고 명령하지 않고, 플랫폼이 제조 모듈의 상부 표면 아래 0.75mm 깊이로 드롭하도록 명령받는다. 이 방식은 임의의 약간의 위치 결정 에러가 해결되거나 혹은 적어도 감소된다는 점에서 일반적으로 상대적인 이동(0.500, 이후 0.250)을 이용하는 것보다 우수하다.
증분의 높이는 펀치 시스템의 하부 및/또는 하부 펀치의 상대적인 수직 변위에 의해서 제어될 수도 있다. 일부 실시예에서, 상부 및 하부 펀치(플랫폼)는 동일 방향으로 동일 거리만큼 하강되며, 여기서 수직 거리는 증분의 높이에 대응한다. 일부 실시예에서, 상부 펀치는 제 1 거리만큼 하강하고, 하부 펀치는 제 2 거리만큼 하강하며, 여기서 거리의 차가 증분의 높이에 대응하도록 제 1 거리는 제 2 거리보다 크다. 일부 실시예에서, 상부 펀치는 제 1 거리만큼 하강되고 제 2 펀치는 제 2 거리만큼 하강되며, 여기서 제 1 거리는 제 2 거리보다 크고, 증분의 높이가 하부 펀치에 의해 이동되는 수직 거리의 순 변화에 대응하도록 하부 펀치 및 상부 펀치 모두가 실질적으로 상승된다. 일부 실시예에서, 상부 펀치 및 하부 펀치에 의해서 하나 이상의 수직 이동이 행해지고, 증분의 높이는 캐비티 내의 고체 물질의 상면으로부터 캐비티의 측벽의 상면의 높이로의 상대적인 수직 거리에 대응한다. 일부 실시예에서, 증가 층의 높이(두께)는 캐비티의 상부와 캐비티 내의 고체 물질(즉, 이전 분말 층 혹은 이전 증가 층)의 상부 사이의 수직 거리와 동일하다.
캐비티 내의 플랫폼(혹은 하부 펀치)의 높이는 서보 모터 혹은 다른 유사한 수단으로 제어, 변경 혹은 조정될 수 있다.
도 41에 도시된 예시적인 분말 계층화 시스템(381)은 지지부(테이블, 프레임, 본체, 384) 상에 탑재되고, 적어도 하나의 분말 층진 헤드(381), 적어도 하나의 분말 저장부(387) 및 분말 공급부 구동부(384)에 의해 구동되는 적어도 하나의 분말 공급부 튜브(383)를 포함한다. 이는 분말 저장부로부터 분말 충진 헤드로 분말을 반송한다. 분말 공급부 튜브는 구동 모터 및 예컨대, 나선형 블레이드/베인을 가진 오거(auger) 혹은 샤프트와 같은 나사형 샤프트를 포함할 수 있으며, 이는 솅크(Schenk) 공급부에서 찾을 수 있다. 분말 계층화 시스템은 제조 모듈이 분말 분산 영역(386, 계층화 영역이라고도 함)을 지날 때 분말을 증가 분말 층에 공급하고 옵션으로서 형성한다.
일부 실시예에서, 분말 충진 헤드는 분말 충진 헤드 본체, 적어도 하나의 분말 충진 헤드 호퍼 및 적어도 하나의 분말 스프레더를 포함한다. 호퍼는 분말 공급부 튜브로부터 재료를 받아서 분말의 임시 서플라이를 형성하고, 이는 옵션으로 분말 충진 헤드 교반기에 의해 교반되며, 교반기는 분말 충진 헤드 분포 플레이트가 될 수도 있다. 일부 실시예에서, 호퍼는, 표면의 폭을 따라서 제조 모듈 쪽으로 하방으로 균일하게 분말을 분포시키는 관통 내부 표면을 가진 슈트(도시 생략, 혹은 분포 플레이트)로 대체된다. 일부 실시예에서, 분말 충진 헤드는 분말 스프레더와 분말 스프레더 아래의 표면(제조 모듈의 상부 표면, 높이 조정 가능 플랫폼 혹은 이전 분말 층과 같은) 사이의 상대적인 거리를 제어하기에 적합한 적어도 하나의 분말 높이 제어부를 더 포함한다. 옵션인 분포 바(혹은 플레이트, 도시 생략)는 충진 헤드 본체의 출구와 분말 스프레더(롤러) 사이에 위치될 수 있다. 분포 바는 분말 스프레더와 접촉하기 전에 분말 층에 분말을 양호하게 분포시키는 역할을 하며, 이로써 증분 분말 층이 형성된다.
분말 높이 조정부는 분말 스프레더를 상승 혹은 하강시켜서 플랫폼(하부 펀치)에 위치된 분말 층 혹은 플랫폼 상의 이전 분말 층의 두께를 증가 혹은 감소시킨다. 예컨대, 플랫폼(하부 펀치)이 제 1 증분만큼 하강되고, 분말-높이 제어부가 동일한 혹은 다른 제 2 증분만큼 상승되면, 축적된 분말의 두께는 제 1 증분과 제 2 증분의 합에 근사할 것이다. 플랫폼이 제 1 증분만큼 하강되고 분말 높이 제어부가 제 2 증분만큼 하강되면, 축적된 분말의 높이는 제 1 증분과 제 2 증분의 차에 근사할 것이다. 이와 달리, 분말 스프레더는 분말 높이 제어부와 조합해서, 이전에 축적된 분말 층을 압축하는데 함께 작용할 수 있다. 이는 제 1 제조 랩 동안 제 1 두께의 분말 층을 먼저 축적하고, 분말 높이 제어부 및 분말 스프레더를 하강시키며, 이후 분말 층을 하강되는 분말 스프레더 아래로 이동시켜서 분말 층을 압축함으로써 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 분말 스프레더는, 분말 계층화 시스템을 지나는 제조 모듈의 선형 움직임 방향과는 반대인 방사형 움직임 방향을 가진 축을 갖고 있는 원통형 롤러이다. 예컨대, 원통의 표면은, 아래에 있는 제조 모듈이 원통 아래를 지나는 제 2 방향과는 반대인 제 1 선형 방향을 갖고 있다. 일부 실시예에서, 분말 스프레더는 원통형 롤러, 바, 막대, 판 혹은 직선의 매끄러운 에지이다. 다른 구성의 분말 충진 헤드가 사용될 수도 있다.
분말 충진 헤드로부터 배출되는 분말의 양 혹은 속도는 하나 이상의 제어부를 사용해서 조절될 수 있다. 분말이 분말 충진 헤드로부터 배출되고 확산되어서 증가 분말 층을 형성하는 것에 따라서 분말 배출 피드백 제어부가 분말 스프레더에서의 분말의 축적량을 모니터할 수 있다. 분말이 배출되는 속도가 너무 빠르면, 과도한 양의 분말이 분말 스프레더에 축적되어서 분말이 부적절하게 확산될 수 있다. 피드백 제어부는 신호를 보내서 분말 충진 헤드로부터의 분말 배출 속도를 낮춘다. 반대로, 피드백 제어부가 분말 배출 속도가 너무 느린 것을 검출하면 신호를 보내서 분말 배출 속도를 높인다. 피드백 제어부는 하나 이상의 비주얼, 레이저, 음향적이나 기계적인 센서, 혹은 이들의 조합을 사용할 수 있다. 분말 공급원으로부터의 중량 제어를 단독으로 혹은 상기 방식과 조합하는 것과 같은, 다른 제어 방식이 사용될 수도 있다.
컨베이어 모듈은 본체, 맞물림 수단(암컷 및/또는 수컷) 및 제조 모듈에 착탈 가능하게 혹은 영구적으로 맞물리기에 적합한 하나 이상의 제조 모듈 맞물림 수단을 포함한다. 일부 실시예에서, 컨베이어의 인접 세그먼트(모듈)는 축 주위를 피봇할 수 있도록 맞물림 수단을 통해서 피봇 방식으로 맞물린다. 맞물림 수단이 힌지형 결합부가 될 수 있지만, 다른 맞물림 방식도 사용될 수 있다.
도 42는 벌크 분말을 복수의 캐비티를 포함하는 제조 모듈의 개개의 캐비티(394)로 증착하는 분말 계층화 시스템(390)을 나타낸다. 벌크 분말은 도관(392)을 통해서 호퍼(391)로 충진된다. 계층화 시스템은 분말을 캐비티로 증착하지만, 옵션으로 이 시스템은 제조 모듈의 상부 표면으로부터 과잉 분말을 제거해서 제조 모듈의 캐비티 내에만 분제를 남기는 분말 제거 시스템을 더 포함할 수도 있다.
도 43은 분말 충진 헤드(397) 및 인쇄 헤드(399)를 포함하는 부분 제조 스테이션의 상면도를 나타내며, 컨베이어 모듈(395) 및 대응하는 제조 모듈(396)이 그 아래에서 분말 분산 영역 및 인쇄 영역을 각각 지나도록 화살표 Q1 방향으로 이동한다. 증가 분말 층(401)을 하나 이상의 캐비티로 폭을 가로질러서 배치함으로써, 충진 헤드는 제조 모듈의 움직임 방향을 가로질러서 배치되고, 복수의 캐비티를 포함하며, 횡단 방향으로 및 길이 방향으로 고정된다(제조 모듈의 상부 표면을 정의하는 평면에 대해서 제조 모듈의 상부 표면을 정의하는 평면 쪽으로 혹은 이로부터 멀어지는 쪽으로 수직으로 이동할 수도 있음). 충진 헤드(397)는 스프레더(398. 점선으로 도시되어 있음) 및 호퍼를 포함한다. 제조 모듈은 화살표 Q1 방향으로 이동하고, 이로써 제조 모듈의 이동 방향을 가로질러서 배치된 인쇄 헤드(399) 및 인쇄 모듈(400) 아래의 인쇄 영역을 지난다. 인쇄 헤드는 제조 모듈의 상부 표면을 정의하는 평면에 대해서 횡단 방향, 길이 방향 및 수직 방향으로 고정되어 유지된다. 인쇄 모듈은 액체를 소정 패턴에 따라서 증가 분말 층에 도포하고, 이로써 각각의 캐비티에 증가 인쇄 층(402)을 형성한다. 예시적인 인쇄 헤드는, 제조 모듈의 캐비티의 폭을 가로지르는 하나의 인쇄 모듈(400:점선으로 도시됨)을 포함하고 있다.
도 38은 인쇄 시스템의 인쇄 영역에서 액체(결합 유체)를 분말 층에 도포하는 예시적인 인쇄 시스템을 나타내고 있다. 일부 실시예에서, 액체는 데카르트 좌표계에 따라서 혹은 극 좌표계(방사형 계, 원통형 좌표계, 원형 좌표계 혹은 구형 좌표계)에 따라서 도포된다. 예시적인 인쇄 시스템은 액체를 제조 모듈의 증가 분말 층에 증착하는 적어도 하나의 인쇄 헤드(372)와, 하나 이상의 액체 저장부로부터 적어도 하나의 인쇄 헤드로 이동시키는 적어도 하나의 액체 공급 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 인쇄 시스템은 복수의 인쇄 헤드, 복수의 액체 공급 시스템, 복수의 저장부 혹은 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 인쇄 시스템은 단일 인쇄 헤드, 복수의 액체 공급 시스템 및 복수의 저장부를 포함한다.
도 38의 인쇄 헤드는, 액체의 액적이, 제조 모듈이 지나는 인쇄 영역(374)으로 흐르게 한다. 예시적인 시스템은 프레임 혹은 갠트리(371)를 포함하고, 이를 통해서 인쇄 헤드(372)는 인쇄 중에 제조 모듈의 움직임 방향을 가로지르는 화살표 D1의 방향으로 트랜스레이트된다/이동한다. 인쇄 시스템은 지지부(373)에 탑재될 수 있다. 인쇄 헤드를 트랜스레이트하는 것은 수동으로 수행될 수도 있고 혹은 컴퓨터 제어 동작을 통해서 수행될 수도 있다. 일부 실시예에서, 인쇄 헤드는 액체를 증가 분말 층에 도포하는 동안 고정되고, 이는 액체가 인쇄 랩 동안에 분말 층에 도포될 때, 인쇄 헤드(특히 인쇄 모듈)가 제조 평면에 대해서, 제조 모듈의 인쇄 중의 즉, 액체 도포 동안의 움직임 방향에 가로지르는 방향으로는 이동하지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 인쇄 수단은, 인쇄 헤드(특히 인쇄 모듈)이 인쇄 중에 제조 모듈의 움직임 방향에 가로지르는 방향을 따라서 전후로 이동하는 이전 시스템과는 상이하다.
인쇄 헤드는 분말 층에 액체를 증착하는 하나 이상의 인쇄 모듈을 포함한다. 이 인쇄 헤드는 대응하는 인쇄 영역을 형성하는 복수의 인쇄 모듈을 포함할 수 있다. 인쇄 헤드가 복수의 인쇄 모듈을 포함하는 경우에, 인쇄 모듈의 배치/레이아웃이 요구되는 대로 될 수 있다. 도 39의 인쇄 헤드(375)는 복수의 열로 배열된 복수의 인쇄 모듈(376)을 포함하고, 각각의 열은 복수의 인쇄 모듈을 포함하고 있다. 분말은 화살표 E1 방향으로 인쇄 모듈을 가로질러 이동할 수 있으며, 인쇄 방향은 인쇄 모듈의 가로 형상을 가로지르고 있다.
인쇄 모듈의 다른 적절한 배치가 도 40에 도시되어 있다. 인쇄 헤드(379)는 하나의 인쇄 모듈을 포함한다. 인쇄 헤드(380)는 4개의 인쇄 모듈을 포함하며, 이는 가로 방향으로 서로 어긋나 있는 2개의 그룹(380a, 380b)으로 쌍을 이루고 있다. 인쇄 헤드(378)는 헤드(380)와 거의 유사하지만, 인쇄 모듈(380a, 380b)은 가로 방향으로 더 넓고 인쇄 모듈(378a)보다 가로 방향으로 더 어긋나 있으며, 나아가, 인쇄 모듈은 가로 방향으로 서로 어긋나 있다. 인쇄 헤드(377)는 인쇄 모듈의 2개의 선형의 횡단 방향으로 어긋나 있는 그룹(377a, 377b)을 포함한다. 화살표 E1의 방향에서 보면, 2개의 그룹의 인접하는 에지는 중첩된다(각각의 그룹은 점선에서 중첩된다).
모듈(378)에 대해 도시된 바와 같이 인쇄 모듈을 어긋나게 함으로써, 인쇄 헤드의 분명한 전체 인쇄 해상도가 증가될 수 있다. 인쇄 모듈은 전체 인쇄 밀도/해상도를 증가시키기 위해서 인쇄 헤드에 대해서 지그재그형, 인터레이스형, 사브르형 혹은 앵글형 구성으로 오프셋될 수 있다. 예컨대, 각각의 인쇄 모듈의 인쇄 해상도가 75 dpi(drops per inch)라면, 인쇄 헤드(378)의 분명한 전체 인쇄 해상도는 75dpi, 150dpi, 225dpi, 300dpi, 375dpi, 450 dpi 혹은 심지어 그 이상이 될 수도 있다. 각각의 인쇄 모듈의 인쇄 해상도가 100 dpi이면, 인쇄 헤드(378)의 분명한 전체 인쇄 해상도는 100dpi, 200dpi, 300dpi, 400dpi 혹은 심지어 그 이상이 될 수도 있다. 일부 실시예에서, 인쇄 헤드의 인쇄 해상도는 인쇄 헤드에 포함된 인쇄 모듈의 인쇄 해상도 이상이다. 일부 실시예에서, 인쇄 헤드의 인쇄 해상도는 인쇄 헤드 내에 포함된 하나 이상의 인쇄 모듈의 인쇄 해상도의 배수이다. 일부 실시예에서, 인쇄 헤드의 인쇄 해상도는 인쇄 헤드 내에 포함된 인쇄 모듈의 인쇄 해상도미만이다.
인쇄 헤드 내에서의 하나 이상의 인쇄 모듈의 배치는 소망의 인쇄 결과를 제공하기 위해서 필요에 따라서 수정될 수 있다. 도 44에 도시된 인쇄 헤드(405)는 횡단 방향 및 길이 방향(인쇄 헤드의 움직임 방향에 대해) 변위로 배열된 4개의 인쇄 모듈(406)을 포함한다. 4개의 인쇄 모듈이 함께 제조 모듈의 캐비티의 폭에 걸쳐있다. 도 44b의 실시예(407)는 4개의 인쇄 모듈(408)이 횡단 방향으로만 변위되고 길이 방향으로는 변위되지 않는다는 점에서 도 44a와 상이하다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 인쇄 헤드는 증가 층에 액체를 도포할 때 즉, 인쇄 중에 고정된다. 하나 이상의 인쇄 헤드는 인쇄 중에 제조 모듈(및 증가 분말 층)의 직선 움직임 방향에 대해서 특히 횡단 방향으로 및 길이 방향으로 고정될 수 있다. 특정 실시예는 a) 데카르트 좌표 알고리즘에 따라서 인쇄가 수행된다는 것, b) 제조 모듈(및 하나 이상의 인쇄 헤드)이 인쇄 중에 인쇄 모듈의 배치에 수직인 직선 방향으로 이동한다는 것, c) 인쇄 중에(액체를 증가 분말 층에 도포할 때) 인쇄 헤드 및 하나 이상의 인쇄 모듈이 고정되고, 제조 모듈의 움직임 방향에 대해서 횡단 방향 혹은 가로 방향으로 이동하지 않는다는 것, 및/또는 d) 인쇄가 극 좌표 알고리즘에 따라서 수행된다는 것을 포함한다.
본 발명의 3차원 인쇄 시스템/어셈블리는 데카르트 좌표 및/또는 극 좌표 기반 인쇄 시스템 및 알고리즘을 사용한다. 인쇄할 때 횡단 방향 및/또는 길이 방향으로 인쇄 헤드를 이동시키는 다른 시스템과 달리, 본 발명의 인쇄 헤드는 인쇄할 때 실질적으로 고정된다(그러나 반드시 그런 것은 아니다). 용어 '횡단 방향'이란 인쇄 헤드 아래의 제조 모듈의 움직임 방향과 관련해서 결정되며, 실질적으로 제조 모듈이 인쇄 영역을 지나서 이동되는 방향에 수직인 방향을 의미한다. 용어 '길이 방향'이란 인쇄 헤드 아래의 제조 모듈의 움직임 방향과 관련해서 결정되며, 실질적으로 제조 모듈이 인쇄 영역을 지나서 이동되는 방향에 평행한 방향을 의미한다. 인쇄 헤드 아래에서 분말 층의 폭을 가로질러서 액체를 도포하는 것은 개별적으로 혹은 함께 분말 층의 폭의 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 97.5% 혹은 적어도 99%를 횡단하는 하나 이상의 인쇄 모듈을 이용해서 수행된다. 이 경우, 분말 층의 '폭'은 인쇄 헤드 아래의 제조 모듈의 움직임 방향을 횡단하는 방향을 따라서 결정되고, 용어 '길이'는 인쇄 헤드 아래의 제조 모듈의 움직임 방향에 평행한 방향을 따라서 결정된다. 환언하면, 단일 인쇄 헤드가 폭을 가로질러서 횡단할 수도 있고, 횡단 방향으로 서로 인접한 복수의 인쇄 헤드가 분말 층의 폭을 횡단할 수도 있다.
특정 실시예에서, 인쇄 헤드는 개별적으로는 아니지만 함께 증가 분말 층의 및/또는 제조 모듈의 캐비티의 폭을 가로지르는 복수의 인쇄 모듈을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 인쇄 헤드는 함께 제조 모듈의 캐비티의 폭의 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 75%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99% 혹은 모두에 걸쳐 있다. 특정 실시예에서, 액체가 증가 분말 층에 도포될 때 제조 모듈은 제 1 방향으로 이동하고, 인쇄 헤드는 고정되어 있다. 특정 실시예에서, 인쇄는 주로 혹은 단독으로 데카르트 좌표 알고리즘을 따르고 있다. 예컨대, 알고리즘은 인쇄 헤드가 컨베이어의 선형 움직임 방향에 대해서 평행(길이 방향)하거나 혹은 수직(횡단 방향)인 방향으로 액적을 도포하도록 컨베이어의 선형(비방사형, 직선) 방향과 관련해서 인쇄 액체의 액적의 도포를 제어한다. 컨베이어 및 대응하는 제조 모듈은 인쇄 헤드 및 제조 헤드 아래의 직선형 방향으로만 이동한다.
본 발명의 다른 실시예가 도 44c에 도시되어 있으며, 여기서 인쇄 헤드(409)는 증가 분말 층의 폭 및/또는 제조 모듈의 캐비티의 폭에 걸쳐있지 않은 하나 이상의 즉 복수의 인쇄 모듈을 포함한다. 이 인쇄 헤드는 인쇄할 때(증가 분말 층에 액체를 도포할 때) 고정되거나, 혹은 액체를 분말에 도포하는 동안 제조 모듈의 움직임 방향에 대해서 가로 방향으로 이동한다. 인쇄 헤드(도 40 및 44c의 377, 378, 380, 409)의 인쇄 모듈은 복수의 인쇄 헤드의 분출구가 인터리브되어서 인쇄 베트의 인쇄 밀도를 증가시키도록 배치된다. 예컨대, 100dpi의 고유 인쇄 밀도를 가진 개개의 인쇄 모듈은 함께 인터리브되어서 4개의 인쇄 헤드가 400dpi 인쇄 밀도를 제공한다.
일부 실시예에서, 도 44d에 도시된 인쇄 모듈의 클러스터는 이들 전체가 분말 층의 폭의 일부에만 걸치도록 배열되어서, 분말 층의 전체 폭을 커버하는데 복수의 인쇄 헤드(각각이 인터리브된 분출구를 가진 인쇄 모듈의 클러스터를 포함함)가 필요하다. 예컨대, 3개의 인쇄 헤드(410)는 각각이, 함께 2.5"만 걸쳐 있는 인쇄 모듈의 클러스터를 구비하고 있으며, 이는 5 내지 7.5인치 폭인 분말 베드 혹은 층의 폭을 커버하기 위해서 수평 방향으로 오프셋되어서 배열되어야 한다.
적어도 하나의 인쇄 시스템이 임의의 소정의 인쇄 패턴에 따라서 혹은 랜덤하게 증가 분말 층에 액체를 도포할 수 있다. 이 패턴은 증가 층 사이에 같을 수도 있고 혹은 인쇄된 물품의 하나 이상의 증가 층마다 다를 수도 있다. 일반적으로, 2개의 인접하는 인쇄 패턴(즉, 동일한 3DP 물품 설계 내에서 수직으로 이웃하는)은, 서로 중첩해서 형성될 때 하나의 인쇄된 증가 층 내의 인쇄/결합 분말의 적어도 일부가 인접하는 인쇄 증가 층의 인쇄/결합 분말의 적어도 일부에 부착되도록, 적어도 2개의 중첩 인쇄 부분을 포함할 것이다. 이로써, 복수의 적층된 인접 인쇄 증가 층이 서로 부착되고, 이로써 완전하게 혹은 부분적으로 결합 분말의 복수의 인접 인쇄 증가 층을 포함하는 3차원 인쇄 물품을 형성한다. 3차원 인쇄 물품이 언더컷, 돌출부, 캐비티, 구멍 및 다른 피처를 포함할 수 있지만, 물품의 합성 볼륨을 형성하고 충진하기 위해서 인접하는 인쇄 증가 층의 인쇄 부분의 적어도 일부는 서로 접착되어야 한다.
액체를 증가 분말 층에 도포할 때 인쇄 시스템은 데카르트 좌표 기반 및/또는 극 좌표 기반 인쇄 알고리즘을 사용한다. 이 시스템은 컴퓨터 및 하나 이상의 인쇄 작업을 포함하는 관련 소프트웨어를 포함한다. 인쇄 작업은 특히, 증가 층의 두께 및 인쇄 물품의 증가 층에 인쇄될 소정의 패턴에 대한 정보를 포함한다. 인쇄 작업은 액체의 액적을 생성해서 증가 분말 층에 배치하는 것에 관한 층간 명령어를 인쇄 헤드(인쇄 모듈)에 제공한다. 인쇄 작업은 일련의 2차원 이미지(슬라이스)에 기초하고, 이들은 적층될 때 소정의 3차원 이미지(개체)를 형성한다.
특정 메커니즘으로 한정되는 일 없이, CAD 프로그램 등을 이용해서 타깃 3차원 물품이 설계된다. 타깃 물품의 가상 이미지는 가상으로 복수의 적층되는 박형 슬라이스 이미지(이를 '2차원' 이미지라고도 함)로 슬라이스되고, 여기서 각각의 2차원 이미지는 실제로는 증가 분말 층의 두께이다. 이미지 슬라이스의 전체 두께는 타깃 물품의 전체 '높이'이다. 각각의 2차원 '이미지'는 이후에 인쇄 명령어의 서브셋으로 분할되고, 이는 함께 그 이미지의 소정의 인쇄 패턴을 정의한다. 인쇄 명령어의 모든 서브셋이 합쳐져서 컴퓨터가 인쇄를 제어하는데 사용할 인쇄 명령어의 최종 세트를 형성한다. 증가 층 두께, 소정 패턴의 2차원 형상 및 타깃 물품의 형상 이외에, 인쇄 명령어의 최종 세트는, 인쇄 헤드 아래의 제조 모듈의 선형 속도, 증가 분말 층으로의 액체 도포 속도, 증가 분말 층의 길이 및 폭, 제조 모듈의 캐비티의 치수, 제조 모듈의 높이 조정 가능 플랫폼의 증가 높이 조정, 분말 충진 헤드에 대한 분말 로딩 속도, 증가 층을 형성하기 위해 제조 모듈에 분말을 로딩하는 속도, 공급 저장부로부터 충진 헤드로 분말을 반송하는 속도, 각각의 증가 층에 인쇄될 2차원 이미지의 해상도, 각각의 증가층에 액체를 도포하는 횟수, 증가 층의 하나 이상의 특정 위치로의 하나 이상의 특정 액체의 도포, 각각의 제조 모듈에 대한 액체 도포의 개시 및 정지, 인쇄될 물품의 수, 장비 어셈블리 내의 제조 모듈의 수, 인쇄될 제조 모듈의 수, 제조 모듈의 플랫폼이 이동하는 속도, 전체 제조 사이클에 대한 분말 전달의 개시 및 정지 타이밍, 평탄화 장치(롤러)의 회전 속도 및 다른 파라미터와 같은 사양 혹은 고려점을 포함한다.
장비 어셈블리는 하나 이상의 제어부를 포함하는 제어 시스템을 포함한다. 특정 메커니즘으로 한정되는 일 없이, 컨베이어의 고정 지점에 위치된 홈 스위치는 제조 모듈의 그룹 중 '제 1' 제조 모듈의 위치에 관한 기준점을 제공한다. 이로부터, 컴퓨터는 컨베이어의 크기, 제조 모듈의 간격 및 제조 모듈의 치수를 인식함으로써 그룹 내의 나머지 제조 모듈의 위치를 결정할 수 있다. 제어 시스템은 또한 컨베이어에 비한 하나 이상의 제조 모듈의 위치를 나타내는 근접 센서를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 장비 어셈블리의 다양한 컴포넌트의 동작의 동기화를 돕는 동기화기를 포함한다. 컨베이어의 트랙(선형) 속도 및 증가 층의 타깃 두께와 폭을 고려함으로써, 컴퓨터는 특정 공급 속도로 제조 모듈에 분말을 충진하도록 분말 계층화 시스템에 명령할 수 있다. 랩 중 일부 이후에 혹은 한번 또는 2번의 교정 랩 이후에, 분말 공급 속도는 계속될 수 있다. 적절한 증가 분말 층이 일단 형성되면, 증가 층에 대한 액체의 증착이 개시될 수 있다. 근접 센서는 제조 모듈의 최선단을 검지하고 인쇄 시스템에 명령어를 송신한다. 인쇄 시스템을 제어하는 컴퓨터는 인쇄 명령어의 세트(타깃 인쇄 해상도(밀도), 증가 층에 인쇄될 이미지(패턴), 액체 증착의 타깃 속도, 증착될 액체의 수, 인쇄 헤드와 인쇄 모듈의 치수, 트랙 속도, 타깃 3D 인쇄 물품을 형성하기 위해서 인쇄될 이미지(패턴)의 세트, 타깃 물품 공극률이나 밀도, 혹은 다른 파라미터를 포함할 수 있음) 및 휠 인코더가 생성한 신호를 고려해서, 예컨대 인쇄 명령어에서 이미지 파일을 소비하는 인쇄 속도 및 이미지 파일을 인쇄하는 해상도를 설정하는 펄스를 제공한다. 인쇄 명령어마다 계층화 및 인쇄가 완료된 이후에, 제조 사이클이 완료된다.
상술한 바와 같이, 분말 시스템은 분말 공급부로의 및 제조 모듈로의 적절한 분말 공급 속도를 결정하는 하나 이상의 피드백 제어부를 포함할 수 있다. 유사하게, 인쇄 시스템은 인쇄 유체(액체)가 도포 및/또는 소모되는 속도를 결정하고, 따라서 액체 도포 속도를 제어할 수 있으며 또한 액체 저장부의 리로딩 속도를 결정할 수 있는 하나 이상의 피드백 제어부를 포함할 수 있다.
드라이어와 같은 액체 제거 시스템은, 하나 이상의 상대 습도 제어부, 온도 제어부 및 컨베이어 속도 제어부를 포함할 수 있다. 따라서, 이 시스템은 소망 레벨의 습기를 포함하는 인쇄 물품을 제공하기 위해 건조 시간 및 조건을 조정할 수 있다. 액체 제거 시스템은 전도, 대류 혹은 방사와 같은 하나 이상의 열전달 메커니즘을 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리의 하나 이상의 컴포넌트는 컴퓨터 제어된다. 제어부는 각 경우에 컴퓨터화된 제어부, 전자 제어부, 기계 제어부 혹은 이들의 조합 중에서 독립적으로 선택된다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 하나 이상의 컴퓨터화된 제어부, 하나 이상의 컴퓨터, 하나 이상의 컴퓨터에 대한 하나 이상의 사용자 인터페이스를 포함한다. 일부 실시예에서, 3차원 인쇄 제조 시스템의 하나 이상의 컴포넌트는 컴퓨터 제어된다. 일부 실시예에서, 컨베이어 시스템, 제조 모듈의 높이 조정 가능 플랫폼, 적어도 하나의 분말 계층화 시스템 및 적어도 하나의 인쇄 시스템은 컴퓨터 제어된다. 일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 분말 층을 확산하고, 컴퓨터화된 제어부가 제공하는 명령어에 따라서 액체의 액적을 소정 패턴으로 인쇄한다. 일부 실시예에서, 소정의 패턴은 픽셀을 포함하는 하나 이상의 2차원 이미지 파일에 기초한다. 일부 실시예에서, 2차원 이미지 파일은 특정 픽셀이 액적의 확산을 나타내도록 구성되고, 다른 픽셀은 액적의 확산을 나타내지 않는다. 일부 실시예에서, 2차원 이미지 파일은 상이한 액체의 확산을 나타내거나 혹은 액체가 확산되지 않는다는 것을 나타내도록 상이한 색의 픽셀을 포함한다.
도 47~49는 본 발명의 예시적인 실시예의 동작의 흐름도이다. 프로세스는 예컨대, 운영자에 의해 혹은 컴퓨터와 같은 전자 컴포넌트에 의해 개시된다. 운영자는 시스템 및 어셈블리 컴포넌트를 가동하고 그 상태를 체크하며, 이는 동기화되고, 그 이후에 시스템(어셈블리)는 동작을 준비한다. 인쇄 유체 및 분말은 3차원 인쇄될 제품의 요구에 따라서 이들의 각각의 시스템으로 로딩된다. 인쇄 유체 및 분말의 레벨이 체크되고, 소망의 양이 존자하면 컨베이어 동작이 개시된다.
도 48로 넘어가서, 분말 공급 속도 및 제조 모듈의 이송 속도(컨베이어 속도)가 작용되어서, 제조 모듈이 분말을 받을 것인지에 대한 질의가 행해진다. 받는 경우에, 플랫폼은 하강되고, 분말 층이 분말 충진 헤드 아래를 지날 때 제조 모듈에 증착된다. 받지 않는 경우에, 제조 모듈은 분말을 받지 않는다. 분말 층이 인쇄 이미지를 받을 것인지 판정하기 위해서 질의가 행해진다. 받는 경우에, 제조 모듈이 인쇄 헤드 아래를 지나면 2차원 패턴이 층에 인쇄된다. 받지 않는 경우에, 제조 모듈은 인쇄 용제를 받지 않는다. 컨베이어 상에 탑재된 제조 모듈 전체가 처리되었는지 여부 즉, 제조 랩이 완료되었는지 여부 혹은 제조 모듈이 추가 분말 층을 받을지 여부를 판정하기 위해 질의가 행해진다. 받지 않는 경우에, 미처리 제조 모듈은 처리된다. 제조 모듈 전체가 처리된 경우에, 즉 제조 랩이 완료된 경우에, 제조 사이클이 완료되었는지 여부를 판정하기 위해 질의가 행해진다. 완료되지 않았다면, 한 번 이상의 추가 제조 랩이 수행된다. 완료되었다면 제조 모듈은 도 49에 도시된 바와 같은 3DP 물품(및/또는 모듈)의 언로딩을 위해서 준비된다. 완성된 3DP 물품은 언로딩되고 건조 시스템으로 반송된다. 모든 3DP 물품이 언로딩된 이후에, 추가 제조 사이클이 수행될지 여부를 판정하기 위해서 도 47에 따라서 질의가 행해진다. 수행되지 않는다면, 프로세스는 종료된다. 수행된다면 다음 제조 사이클 프로세스가 개시된다.
도 50은 제조 랩 및 제조 사이클 내에서 플랫폼 층 증분이 제어되는 방법을 상세하게 나타내는 예시적인 서브루틴을 나타내고 있다. 이 예에서, 층 두께(증분)은 제품 정의에 의해 제공된다. 누적 두께는 이미 축적되어 있는 분말 층의 수에 따라 계산된다. 플랫폼(펀치)는 계산된 두께로 드롭되고, 소정의 허용 오차 내에서 정확한 위치에 있는지 확인하는 판정이 행해진다. 특정 제조 랩에서 모든 제조 모듈의 다른 플랫폼이 정확한 위치로 드롭되었는지 판정하기 위해 질의가 행해진다. 드롭되지 않았다면 플랫폼은 필요에 따라서 조정된다. 드롭되었다면, 제조 사이클의 모든 층이 완료되었는지 여부를 판정하기 위해 질의가 행해진다. 드롭되지 않았다면, 제조 사이클이 완료될 때까지 제조 층 각각에 대해서 필요에 따라서 이 도면의 처리가 반복된다.
도 51은 인쇄 시스템의 동작을 상세하게 나타내는 예시적인 서브루틴을 나타낸다. 제조 프로세스가 개시되고, 필요한 양의 인쇄 유체가 저장부로 로딩된다. 이미지 파일의 세트가 식별되고 컨베이어 동작이 개시된다. 동작 시에, 인쇄 유체의 레벨이 모니터되어서, 필요에 따라서 보충될 수 있다. 제조 모듈이 인쇄 헤드의 아래를 지날 때, 제조 모듈이 인쇄 이미지를 받을지 여부를 판정하는 질의를 촉진하는 트리거 신호가 생성된다. 받지 않는다면, 트리거 신호는 무시된다. 받는다면, 인쇄 이미지 파일을 받고, 이는 인쇄 헤드의 특정 분출구로 이미지 픽셀의 열(제조 모듈의 움직임 축을 따라서 정렬된 픽셀)이 할당되도록 처리된다. 나아가, 컨베이어의 선형 속도 및 인쇄될 이미지의 의도 인쇄 밀도를 고려하면서 이미지 픽셀의 행이 인쇄 헤드로 송신된다. 인쇄 헤드는 인쇄 명령어마다 인쇄 유체 액적을 제조 모듈의 분말 층으로 전달한다. 이후에 모든 제조 모듈이 처리되었는지 여부를 판정하기 위해 질의가 행해진다. 이 질의는 제조 랩 및/또는 제조 사이클 레벨에서 반복될 수 있다. 제조 사이클이 완료되면 프로세스는 종료될 수 있다. 필요에 따라서 인쇄 헤드는 철회되서 클리닝될 수 있다.
도 52는 제형을 설계하고, 그 층 두께 및 그 이미지 파일(2차원 인쇄 패턴)을 결정하는 예시적인 프로세스의 흐름도이다. 이 프로세스는 컴퓨터를 사용해서 수행될 수도 있고 사용하지 않고 수행될 수도 있다. 특정한 3차원 구조를 갖고 있으며, 목표 복용량을 포함하고 있는 제형(dosage form)이 설계된다. 근사한 타깃 분말 층 두께가 선택되고, 제형의 높이를 타깃 증가 분말 층 두께로 나누어서 제형을 마련하는데 필요한 분말 층의 수를 제공한다. 제형 내의 층 및 그 위치에 기초해서, 각각의 층에는 필요한 초기 2차 패턴 즉 이미지 파일이 할당되고, 궁극적으로는, 인쇄 시스템이 대응하는 인쇄 증가 층을 생성하는데 이용하는 인쇄 명령어의 세트가 만들어진다. 각 층에 할당된 이미지 파일이 입력될 수도 있고 혹은 혹은 이미지 라이브러리로부터 취득될 수도 있다. 이미지 라이브러리로부터의 보관된 이미지가 요구되는지 판정하기 위해서, 시스템은 모든 층이 필요한 이미지 파일을 할당받았는지 여부를 질의한다. 할당받았다면, 제형의 설계가 완료되고 프로세스가 종료된다. 할당받지 않았다면, 시스템은 특정 층에 필요한 이미지가 이미지 라이브러리에 존재하는지 질의한다. 존재한다면 이미지 파일이 라이브러리로부터 취득되어서 각각의 분말 층으로 할당된다. 이후 시스템은 다시 모든 층이 필요한 이미지 파일을 할당받았는지 질의하고 제형 설계가 완료될 때까지 필요한 로직 루프가 계속된다. 이미지 파일이 이미지 라이브러리에 존재하지 않는다면, 새로운 이미지 파일이 생성되고, 옵션으로 이미지 파일에 저장되며, 각각의 층에 할당되고, 제형 설계를 완료할 때까지 필요한 로직의 루프가 계속된다. 하나 이상의 층이 임의의 이미지 파일을 전혀 요구하지 않을 수도 있다는 것을 이해할 것이며, 이는 제형을 마련하는 중에 특정 층은 인쇄되지 않을 수도 있다는 것을 의미한다.
처리 중인 펀치 시스템 및 처리 중인 건조 시스템을 포함하는 3DP 시스템의 동작에 대한 일반화된 흐름도가 도 53에 도시되어 있다. 이 시스템은 (다른) 증가 층이 형성되어야 하는지 판정한다. 형성되어야 하지 않는다면, 제조 동작이 종료되고, 3DP 물품은 배출된다. 형성되어야 한다면, 시스템은 통 내에 분말 층을 형성하고, 결합 유체가 분말 층에 증착(인쇄)되어야 하는지 판정한다. 증착(인쇄)되어야 한다면, 결합 유체를 증착하고 제조 동작을 계속한다. 증착(인쇄)되어야 하지 않는다면, 제조 동작을 계속하고 처리 중 건조 시스템으로 층이 건조되어야 하는지 판정한다. 건조되어야 한다면, 층을 건조하고 제조 동작을 계속한다. 건조되어야 하지 않는다면, 제조 동작을 계속하고 층은 펀칭되어야 하는지 판정한다. 펀칭되어야 한다면, 이 층을 펀칭하고 제조 동작을 계속한다. 펀칭되어야 하지 않는다면, (다른) 증가 층이 형성되어야 하지 여부를 판정한다. 더 이상 증가 층이 형성되지 않아도 될 때까지 동작 루프가 계속된다.
하나 이상의 층이 처리 중에 펀칭되어야 한다면, 도 54의 일반화된 흐름도는 펀치 시스템의 전체 동작에 대해서 사용될 수 있다. 여기서 이 시스템은 층이 트랜스레이트되고, 압축되며, 마킹 혹은 성형되어야 하는지 판정한다. 이들 동작 중 하나 이상이 완료된 이후에 제조 동작은 계속된다.
트랜스레이트 중인 펀치 시스템의 동작의 일반화된 흐름도가 도 55에 도시되어 있다. 펀치 시스템은 층이 캐비티 내에서 트랜스레이트될 타깃 수직 거리를 포함한 정보를 수신한다. 하부(옵션으로 상부 펀치)는 이후 층을 캐비티 내에서 층을 트랜스레이트할 타깃 수직 거리만큼 이동된다. 상부 펀치는 필요하다면 수직으로 들어가고 제조 동작이 계속된다.
압축 중인 펀치 시스템의 동작의 일반화된 흐름도가 도 56에 도시되어 있다. 펀치 시스템은 캐비티 내의 하나 이상의 층이 압축될 타깃 압축 두께를 포함하는 정보를 수신한다. 하부 및/또는 상부 펀치가 이동해서 타깃 두께를 달성한다. 이 시스템은 층이 캐비티 내에서 수직으로 트랜스레이트되어야 하는지 판정한다. 트랜스레이트되어야 한다면, 트랜스레이트가 수행되고 동작이 계속된다. 그렇지 않다면 동작은 계속되고, 상부 펀치(사용되는 경우)는 수직으로 철회되고 제조 동작이 계속된다.
마킹 혹은 성형 중인 펀치 시스템의 동작의 일반화된 흐름도가 도 57에 도시되어 있다. 펀치 시스템은 상부 펀치의 타깃 수직 드롭 및/또는 하부 펀치의 타깃 수직 리프트를 포함하는 정보를 수신한다. 하부 및/또는 상부 펀치가 이동해서 타깃 거리를 달성한다. 시스템은 층이 캐비티 내에서 수직으로 트랜스레이트되어야 하는지 판정한다. 트랜스레이트되어야 한다면, 트랜스레이트가 수행되고 동작이 계속된다. 그렇지 않다면 동작은 계속되고, 상부 펀치(사용되는 경우)는 수직으로 철회되고 제조 동작이 계속된다.
일부 실시예에서, 베드 반송 시스템 혹은 물품 반송 시스템은 3DP 베드(3DP 물품)을 하나 이상의 액체 제거 시스템, 하나 이상의 수거 시스템 및/또는 하나 이상의 패키징 시스템으로 반송하기에 적합하다. 일부 실시예에서, 반송 시스템은 컨베이어 시스템이나 액체 제거 시스템과, 혹은 이들 모두와 일체화된다.
액체 제거 시스템은 하나 이상의 제조 모듈, 하나 이상의 완성된 3DP 물품 및/또는 하나 이상의 처리 중 3DP 물품을 받아서, 이로부터 액체를 제거한다. 액체 제거 시스템은 제조 모듈 중 하나 이상이 지나는 처리 영역이 될 수 있다. 예컨대, 도 6의 액체 제거 시스템(61)은 처리 중 3DP 물품의 증가 인쇄 층으로부터 액체를 제거 혹은 감소시킬 수 있다. 다른 방안으로 액체 제거 시스템은, 3차원 인쇄된 베드가 배치되고 대기 조건 중에서 건조되는 온도 유지 혹은 저장 영역과 같은, 3차원 인쇄 제거 시스템과 직접 관련되지 않은 다른 처리 영역이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 제거 시스템은 하나 이상의 드라이어이다.
도 45는 액체 제거 시스템으로서 적절한 드라이어(415)의 대안의 실시예를 나타내고 있다. 드라이어는 복수의 가열 요소(417) 및 컨베이어 시스템(418)이 포함되는 하우징(416)을 포함한다. 하우징은 입구(420) 및 배출구(419)를 포함하며, 이를 통해서 3DP 물품이, 그리고 옵션으로 이들의 각각의 제조 모듈이 컨베이어에 의해서 이동된다. 일부 실시예에서, 드라이어는 입구 및/또는 배출구의 하나 이상의 커버(421)를 포함한다. 드라이어는 옵션으로서 증기를 제거하는 배기 시스템(423) 및/또는 가열된 공기를 드라이어에 제공하는 공기 소스(424)를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 3차원 인쇄된 베드는 분제 및 하나 이상의 3차원 인쇄된 물품을 포함한다. 본 발명의 장비 어셈블리는 하나 이상의 3차원 인쇄 물품으로부터 분제를 분리하기에 적합한 하나 이상의 수거 시스템을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수거부는 분제 수집 수단 및 3차원 인쇄된 물품 수집 수단을 포함한다. 일부 실시예에서, 수거부는 3차원 인쇄된 베드를 받기에 적합한 진동 및/또는 궤도 표면을 포함한다. 일부 실시예에서, 수거부는 하나 이상의 집단화기(eagglomerator)를 포함한다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 수거된 물품으로부터 분제를 제거하기에 적합한 하나 이상의 제진기를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 제진기는 하나 이상의 에어 브러시를 포함한다. 제진기 시스템은 프레임, 공기 디스펜서를 구비한 리시빙 플랫폼, 프레임과 이동 가능하게 맞물리고 베드 반송 영역 위에 놓인 베드 반송 메커니즘, 흡인기, 집단화기, 제진기, 인쇄 물품 수집기 및 분말 수집기를 포함한다. 이는 또한 적어도 하나의 에어 브러시를 포함한다. 물품(혹은 제조 모듈) 반송 메커니즘은 트랙을 따라서 트랜스레이트에 적합한 탑재부를 포함할 수 있다. 베드 반송 메커니즘은 3DP 물품을 받아서 일시적으로 유지하기에 적합한 캐비티를 포함하는 통을 포함할 수 있다. 이 통은, 물품 반송 메커니즘의 통 및 본체와 맞물리는 왕복 기관을 이용해서 수직 방식으로 왕복할 수 있다. 동작시에, 컨베이어는 통 아래의 하나 이상의 물품을 이동시키고 물품 반송 영역 내에 위치시켜서 물품을 캐비티와 정렬시킨다. 통은 캐비티에 실질적인 모든 3차원 인쇄된 베드를 유지하기에 충분한 양만큼 이송 트레이로 하강된다. 흡인기는 캐비티 내 및 물품 상에서 도관 및 천공판을 이용해서 물품을 흡인하고, 이로써 통의 캐비티 내에 하나 이상의 인쇄 물품을 남기고 대부분의 분제를 제거한다. 베드 반송 메커니즘은, 캐비티 내의 인쇄 물품에 공기 흐름을 보내서 인쇄 물품으로부터 추가 분제를 배출하는 것을 돕기에 적합한 하나 이상의 에어 브러시 상으로 인쇄 물품을 슬라이드/트랜스레이트한다. 분말 수집기는 흡인기가 수집하지 못한 분제 및 다른 고체 물질을 받기에 적합하다. 이 물품 판송 메커니즘은 집단화기 상부에 놓일 때까지 계속해서 이동한다. 이후 흡인기는 턴오프되어서 인쇄 물품을 조제기의 처리 트레이로 떨어뜨리며, 조제기는 인쇄 물품으로부터 집단(agglomerate)을 받아서 수집해서, 집단화된 인쇄 물품을 제공하기에 적합한 것이다. 물품 반송 메커니즘은 이후에 이를 원래의 위치로 되돌려서 추가 물품의 적제 및 처리에 대비한다.
제진기는 또한 집단화된 인쇄 물품으로부터 먼지를 제거하고 수집해서, 제진된 인쇄 물품을 제공하기에 적합한 진동 처리 트레이를 포함할 수 있다. 종료된 인쇄 물품은 인쇄 물품 수집기로 이동된다. 제진기 및/또는 집단화기는 분제 및/또는 집단을 수집하는 고체 수집기를 더 포함할 수 있다.
제진기는 하우징, 통, 서랍, 용기, 이 용기 내의 하나 이상의 에어 제트(예컨대 에어 나이프), 용기 입구 및 용기 배출구를 포함할 수 있다. 천공된 제조 트레이에서는, 이후에 입구를 통해서 용기 내로 밀어 넣어지는 서랍에 수거된 하나 이상의 인쇄 물품을 구비하고 있고, 이로써 실질적으로 폐쇄된 제진 영역을 형성한다. 하나 이상의 에어 제트는 가압 공기를 인쇄 물품을 향하게 하고, 이로써 인쇄 물품에 붙어 있는 거친 분제와 미세한 분제가 모두 제거된다. 분제는 통으로 떨어지고 에어 제트가 방출하는 공기 흐름을 따라서 배출구로 이동된다. 제진된 인쇄 물품은 서랍 개구부에 의해 취득된다. 회복된 분제는 용기에 수집된다. 분제 수집은 수동으로, 기계적으로 및/또는 진공 시스템 및/또는 에어-핸들링 시스템을 이용해서 행해질 수 있다. 제진기 시스템 및/또는 수거기 시스템은 처리 영역에서 먼지의 확산을 최소화하기 위해서 더 큰 용기 내에 배치될 수도 있다.
제조 사이클, 건조, 수거, 집단화 및/또는 제진 동안 수집된 분제, 집단 혹은 입자는 최초의 인쇄되지 않은 벌크 물질의 공급부로 밀링될 수도 있고(옵션) 혹은 다시 재활용될 수 있는 복원된 벌크 물질을 형성하도록 배치될 수도 있고 블렌딩될 수도 있다. 이러한 벌크 물질 복원 시스템은 벌크 물질을 한 위치에서 다른 위치로 반송하기 위한 하나 이상의 진공 시스템, 하나 이상의 가압 공기 시스템, 하나 이상의 비진공 기계 시스템, 하나 이상의 수동 시스템 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐비티 3DP 어셈블리는 수집기 및 분말 재활용 시스템은 생략될 수 있다.
고체 물질을 한 위치에서 다른 위치로 이동시키기에 유용한 컨베이어 시스템은 예컨대, 모듈식 컨베이어, 비모듈식 컨베이어, 연속 컨베이어, 근접 컨베이어, 컨베이어 벨트, 캠, 파레트 캐비티 혹은 링크 컨베이어를 포함한다. 이들의 조합도 사용될 수 있다.
도 46은 하나 이상의 3차원 인쇄된 물품(430)을 패키징하기에 적합한 예시적인 패키징 시스템(425)의 측부 정면도이다. 이 시스템은 컨베이어(428) 상에 배치된 3차원 인쇄된 물품을 제공하는 호퍼(426)를 포함한다. 이 물품은 하나 이상의 물품을 패키지(429)에 배치하는 패키징 모듈(427)을 통해서 이동된다. 적절한 패키징 시스템은 보틀, 블리스터 팩, 튜브, 박스 및 다른 적절한 용기를 이용할 수 있다.
장비 어셈블리의 다양한 컴포넌트 및 시스템은, 금속, 플라스틱, 고무 혹은 이들의 조합과 같은 내구성 물질로 이루어진 부품을 포함할 것이다. 일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 304 혹은 316 스테인리스 강을 가능한 지점에 포함한다.
도 58은, 상부 디스크의 각각의 캐비티와 수직으로 정렬된, 복수의 통(캐비티)(442)을 구비한 착탈 가능 상부 터렛 디스크 및 복수의 하부 펀치(높이 조정 가능 플랫폼(444))를 구비한 하부 터렛 디스크(혹은 플레이트(443))를 포함하는 터렛 디스크 어셈블리(440)의 사시도이다. 상부 플레이트는 하부 플레이트(화살표 R)와 착탈 가능하게 맞물리고, 이로부터 제거될 수도 있고 혹은 여기에 인스톨될 수도 있다. 하부 플레이트는 옵션으로 착탈 가능하다.
도 59는 터렛 디스크 어셈블리(440)의 횡단면 측부 정면도를 나타내고 있다. 하부 디스크는 상부 디스크와 맞물리고, 동작시에 전체 터렛 어셈블리를 회전(스핀)시키는 구동축(445)과 맞물린다. 구동축이 도시되어 있지만, 터렛 어셈블리를 가동시키고 회전시키는 다른 수단이 사용될 수도 있다. 합 디스크는 동작시에 상부 디스크에 있는 각각의 통으로 올리는 펀치(점진적으로 높이 조정 가능한 플랫폼)를 구비하고 있다.
상부 디스크 및/또는 하부 디스크가 착탈 가능하기 때문에, 장비 어셈블리는 터렛 디스크 교체 시스템을 더 포함할 수 있다. 도 60은 터렛 디스크(451)를 제거 및 장착(화살표 S)하는 터렛 디스크 교체 시스템(452)을 포함하는 3DP 장비 어셈블리(450)를 나타내고 있다. 일부 실시예에서, 교체 시스템(452)은 또한 축 주위로 회전(화살표 T)해서 터렛 디스크를 제거 및 재장착한다.
분말은 제약용으로 혹은 비제약용으로 사용하기에 적합한 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 분말은 하나 이상의 제약용 첨가물, 하나 이상의 제약 활성제 혹은 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 3차원 인쇄된 물품은 제약용 제형, 의료용 장치, 의료용 임플란트, 혹은 상술한 다른 물품이다.
3차원 인쇄된 물품에 포함될 수 있는 제약용 첨가물의 예시적인 타입은 예컨대, 킬레이트 시약, 방부제, 흡착제, 산성화 작용제, 알칼리화 작용제, 소포제, 완충제, 착색제, 전해액, 향신료, 광택제, 소금, 안정제, 감미료, 강장 변형제, 부착 방지제, 결합제, 희석제, 직접 압축 첨가제, 분해제, 활택제, 윤활제, 불투명제, 가소제, 다른 제약 첨가제, 혹은 이들의 조합을 포함하지만 이것으로 한정되는 것은 아니다.
3차원 인쇄된 물품에 포함될 수 있는 제약용 첨가물의 예시적인 타입은 예컨대, 재(ash), 점도, 세라믹, 금속, 중합체, 생물학적 시료, 플라스틱, 무기 재료, 소금, 다른 물질이나 이들의 조합을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 분말은 경우에 따라서 독립적으로 선택되는 각각의 성분을, 하나 혹은 둘, 둘 혹은 셋, 셋 이상, 넷 이상, 다섯 이상, 여섯 이상, 일곱 이상, 여덟 이상, 아홉 이상, 열 이상 혹은 복수 포함한다. 일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 하나 혹은 둘, 둘 혹은 셋, 셋 이상, 넷 이상, 다섯 이상, 여섯 이상, 일곱 이상, 여덟 이상, 아홉 이상, 열 이상 혹은 복수의 분말(혹은 고체 성분) 저장부를 포함한다.
제약 활성제는 일반적으로 일반적으로 신체적 또는 국소적으로 동물, 세포 및 비인간 및 인간 동물에게 침투성으로 혹은 국부적으로 영향을 미치는 생리학적 또는 약리학적 활성 물질을 포함한다. 활성제가 존재한다면, 사용될 수 있다. 활성제의 예시적인 분류는 농약, 제초제, 살충제, 산화 방지제, 식물 생장 촉진제, 살균제, 촉매, 화학 시약, 식품, 영양제, 화장품, 비타민, 불임 억제제, 생식 촉진제(instigator), 미생물, 향료, 감미료, 세정제, 그리고 제약, 수의학, 원예, 가정용, 식품, 요리, 농업, 화장품, 산업용, 청소용, 제과용 및 향신료 응용분야용 화합물을 포함한다.
용어 '활성제'는 별도로 언급되지 않는 한, 중성, 이온성, 염기성, 산성, 천연, 합성, 부분 입체 이성질체, 이성질체, 거울상 이성질체적으로 퓨어, 라세미산, 수화물, 킬레이트, 유도체, 유사체, 광학 활성체, 광학적 농축, 유리 염기, 유리 산, 위치 이성질체, 무정형, 무수물 및/또는 결정질 형태를 모두 포함한다.
3차원 인쇄된 제형은 하나 혹은 둘 이상의 상이한 활성제를 포함할 수 있다. 활성제의 특정한 조합이 제공될 수 있다. 활성제 중 일부 조합은, 1) 제 1 치료 분류의 제 1 약 및 제 2 치료 분류의 제 2 약, 2) 제 1 치료 분류의 제 1 약 및 다른 치료 분류의 다른 제 2 약, 3) 제 1 타입의 생물학적 작용을 가진 제 1 약 및 동일 생물학적 작용을 가진 다른 제 2 약, 4) 제 1 타입의 생물학적 작용을 가진 제 1 약 및 다른 제 2 타입의 생물학적 작용을 가진 다른 제 2 약을 포함한다. 활성제의 예시적인 조합을 설명한다.
활성제는 경우에 따라서 항균제, 항히스타민제, 충혈 완화제, 항염증제, 항기생충제, 항바이러스제, 국소 마취제, 항곰팡이제, 살균제, 트리코모나시드제, 진통제, 항관절염제, 항천식제, 항혈액응고제, 항경련제, 항우울제, 항당뇨병제, 항종양제, 항정신병제, 신경 이완제, 항고혈압제, 최면제, 진정제, 항불안제 항울제, 항파키슨제, 근육이완제, 항말라리아제, 호르몬제, 피임제, 교감 신경 흥분제, 혈당 강하제, 항혈증제, 안과용 제제, 전해질제, 진단제, 위장 운동 촉진제, 위산 분비 억제제, 항궤양제, 항팽만제, 항실금제, 심혈관제 혹은 이들의 조합과 같은 활성제로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 유용한 약의 이러한 분류 및 다른 분류에 대한 설명 및 각각의 분류 내에서의 종의 리스트는 Martindale, The Extra Pharmacopoeia, 31쇄(The Pharmaceutical Press, London 1996)에 개시되어 있으며, 그 모든 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
상기 나열한 리스트는 배타적인 것이 아니며, 본 발명의 범주 내라고 생각되는 많은 실시예의 예시에 지나지 않는다. 많은 다른 활성제가 본 발명의 분말에 포함될 수 있다.
분말에 도포되는 액체는 용액이 될 수도 있고 현탁액이 될 수도 있다. 이 용액은 수성 담체, 비수성 담체, 유기성 담체 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다. 수성 담체는 물 또는 수성 완충액이 될 수 있다. 비수성 담체는 유기 용제, 저분자량 중합체, 오일, 실리콘, 다른 적합한 물질, 알콜, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 폴리(에틸렌 글리콜), 글리콜, 다른 물질 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 용어 유체, 인쇄 유체, 결합 유체 및 액체는 3DP의 일부로서 전달되는 액체로 환언될 수 있다.
일부 실시예에서, 장비 어셈블리는 하나 이상, 둘 이상, 셋 이상, 넷 이상 혹은 복수의 액체 보관소를 포함한다. 액체는 착색될 수도 있고 착색되지 않을 수도 있다. 액체는 안료, 페인트, 염료, 염색약, 잉크 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
액체에는 하나 이상의 용질이 용해될 수 있다. 분말 및/또는 액체는 하나 이상의 결합제를 포함할 수 있다.
본 명세서의 예시적인 실시예는 배타적인 것이 아니며, 본 발명에서 상정되는 많은 실시예 중 일부를 나타내는 것에 지나지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '약'은 나타내는 값의 ±10%, ±5% 혹은 ±1% 이내의 값을 나타내는 것이다.
본 명세서에서 사용되는 볼 나사의 '리드 정확도'는 관련 기술에서 인식되는 바와 같이 리드 나사 너트의 명시된 거리와 실제 이동 거리 사이의 차이를 의미한다. 이는 특정 이동 거리에서의 에러를 나타내는 것으로, 볼 나사의 정확도를 판정하는데 도움을 준다. '리드 정확도 V300p'는 300mm의 이동 거리에 대한 변동율을 의미한다.
본 명세서에 개시된 모든 문헌의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
예시 1
타액에서 빠르게 용해되는 3차원 인쇄된 제형을 마련하는데 이하의 물질 및 과정이 사용된다.
적어도 하나의 제약용 담체를 포함하는 분말이 분말 저장부에 로딩된다. 액체 및 적어도 하나의 성분을 포함하는 유체는 유체 저장부에 로딩된다. 장비 어셈블리가 가동되어서, 제조 모듈이 하나 이상의 제조 스테이션을 반복해서 지나게 함으로써, 인쇄된 분말의 복수의 적층된 증가 층이 제조 모듈에 순차적으로 형성된다. 전형적으로 4개 내지 50개의 증가 인쇄 분말 층이 형성되고 서로 접착되어서, 분제로 둘러싸인 혹은 그 안에 매립된 하나 이상의 물품을 가진 인쇄 베드를 형성한다. 인쇄된 베드는 드라이어에서 건조된다. 인쇄된 물품은 수집기로 분제로부터 분리된다. 옵션으로 인쇄된 물품은 이후에 제진기로 제진된다. 옵션으로 인쇄된 물품은 이후에 패키징된다.
이상은 본 발명의 특정한 실시예의 상세한 설명이다. 본 발명의 특정 실시예를 예시의 목적으로 설명했지만, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남 없이 다양한 변형예가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 상세한 설명에 개시된 모든 실시예 및 청구항은 본 개시의 견지에서 과도한 실험을 행하지 않고도 가능하며 실행될 수 있다.

Claims (47)

  1. 3차원 인쇄된 물품을 제조하는 방법으로서,
    a) 내부에 하부 높이 조정이 가능한 플랫폼(또는 펀치)을 포함하는 통(receptacle)의 캐비티 내에 하나 이상의 분말 층을 형성하는 단계로서, 상기 분말은 적어도 하나의 결합제를 포함하는, 하나 이상의 분말 층을 형성하는 단계;
    b) 상기 통의 캐비티 내의 하나 이상의 분말 층에 결합 유체(binding fluid)를 증착하여 상기 적어도 하나의 결합제의 입자를 결합시키고 하나 이상의 증가 인쇄 층(incremental printed layers)을 형성하는 단계;
    c) 3DP 물품을 완성하기 전에, 상기 통 안으로 하강해 수직으로 변위되도록 구성된 적어도 하나의 상부 펀치를 포함하는 펀치 시스템으로, 상기 통의 캐비티 내의 하나 이상의 증가 인쇄 층을 트랜스레이트(translating), 압축, 마킹 또는 성형하는 단계; 및
    d) 상기 단계 a) 및 단계 b), 그리고 옵션으로 단계 c)를 반복해서, 3DP 물품의 형성을 완료하는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1) 상기 단계 a)와 단계 b) 사이에 추가 단계 c)가 수행되고,
    2) 단계 b) 이전에 단계 c)가 수행되며,
    3) 프로세스가 단계 b) 이후에 건조 단계를 더 포함하여, 상기 하나 이상의 증가 인쇄 층 내의 결합 유체의 양이 단계 c)를 수행하기 전에 감소되고,
    4) 3DP 물품을 제조하는 동안에, 단계 a) 및 단계 b)가 반복되고 단계 c)가 적어도 한번 수행되며,
    5) 3DP 물품을 준비하는 동안에, 단계 a), 단계 b) 및 단계 c)가 각각 적어도 한 번 반복되는, 방법.
  3. 적어도 하나의 압축된, 마킹된 또는 성형된 영역을 포함하는 3DP 물품을 제조하는 방법으로서,
    a) 통의 캐비티 내에, 결합 유체 및 적어도 하나의 결합제를 포함하는 분말로부터 증가 인쇄 층을 형성하는 단계; 및
    b) 3DP 물품의 형성(인쇄)의 완료 이전에, 상기 통 안으로 하강해서 수직으로 변위되도록 구성된 적어도 하나의 상부 펀치를 포함하는 펀치 시스템으로 상기 증가 인쇄 층을 압축, 마킹 또는 성형하는 단계;를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계 a) 이전에 또는 단계 b) 이후에, 다른 증가 인쇄 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축, 마킹 또는 성형하는 단계는,
    a) 3DP 물품의 각각의 증가 인쇄 층에 대해서; 또는 b) 3DP 물품의 적어도 하나의 그러나 전체 미만의 증가 인쇄 층에 대해서 수행되는, 방법.
  6. 3DP 물품을 제조하는 방법으로서,
    a) 통의 캐비티 내에 적어도 하나의 결합제를 포함하는 분말 층을 형성하는 단계;
    b) 상기 캐비티 내의 분말 층에 액체를 증착 또는 인쇄하여, 상기 적어도 하나의 결합제의 입자를 결합시키고, 증가 인쇄 층을 형성하는 단계;
    c) 상기 캐비티에 다른 분말 층을 형성하는 단계; 및
    d) 상기 통 안으로 하강해 수직으로 변위되도록 구성된 적어도 하나의 상부 펀치를 포함하는 펀치 시스템으로, 상기 분말 층 및 증가 인쇄 층을 동시에 트랜스레이트, 압축, 마킹 또는 성형하는 단계;를 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 a) 및 단계 b)를 반복하여 복수의 증가 인쇄 층을 형성하는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 d)는 적어도 한 번 반복되는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스레이트, 압축, 마킹 또는 성형하는 단계 이전에 또는 이후에, 상기 증가 인쇄 층을 건조하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 공극률(밀도)이 상이한 영역들을 가진 3차원 인쇄된(3DP) 물품으로서,
    각각의 영역은 하나 이상의 증가 인쇄 층을 포함하고,
    적어도 하나의 영역은 압축되고 다른 영역은 압축되지 않는, 물품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    a) 복수의 증가 인쇄 층이 존재하며, 적어도 하나의 증가 인쇄 층이 압축되거나;
    b) 복수의 증가 인쇄 층이 존재하며, 적어도 하나의 증가 인쇄 층은 압축된 층이고, 적어도 하나의 증가 인쇄 층은 압축되지 않은(비압축) 층이거나; 또는
    c) 복수의 증가 인쇄 층이 존재하며, 복수의 압축되지 않은 증가 인쇄 층이 존재하는, 물품.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 압축된 층이 균일하게 압축되거나, 적어도 하나의 압축된 층이 불균일하게 압축되거나, 또는 이들의 조합인, 물품.
  13. 3차원 인쇄 장비 어셈블리로서,
    복수의 제조 모듈을 이동시키는 컨베이어 시스템으로서, 상기 복수의 제조 모듈 중 각각의 제조 모듈은 상면 및 복수의 통을 포함하는 본체, 및 높이 조정이 가능한 복수의 플랫폼을 포함하고, 각각의 높이 조정이 가능한 플랫폼은 통 내부에 캐비티를 형성하기 위해 상기 복수의 통 중 어느 하나의 통 안에 배치되고 수직으로 변위할 수 있는, 컨베이어 시스템;
    상기 복수의 제조 모듈 중 각각의 제조 모듈의 복수의 통 중 각각의 통의 캐비티 안에 하나 이상의 분말 층을 형성하는 적어도 하나의 분말 계층화 시스템;
    하나 이상의 통의 캐비티 안에 형성된 상기 하나 이상의 분말 층 위로 결합 유체를 증착하여, 상기 하나 이상의 통의 캐비티 안에 증가 인쇄 층을 형성하는 적어도 하나의 결합 유체 도포 시스템; 및
    상기 하나 이상의 통 안으로 하강해서 수직으로 변위되도록 구성된 적어도 하나의 상부 펀치를 포함하는 적어도 하나의 펀치 시스템;을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 펀치 시스템은 상기 하나 이상의 통의 캐비티 안에 분말 층 또는 증가 인쇄 층을 트랜스레이트, 압축, 마킹 또는 성형하도록 구성되는, 장비 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    건조 시스템 및 물품 반송 시스템을 더 포함하는, 장비 어셈블리.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    a) 상기 장비 어셈블리는 복수의 제조 모듈을 이동시키도록 구성된 컨베이어 시스템을 더 포함하거나;
    b) 상기 장비 어셈블리는 하나 이상의 3DP 물품을 받아서 이로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 액체 제거 시스템을 더 포함하거나;
    c) 상기 장비 어셈블리는 3DP 물품으로부터 유리된(loose) 입자를 제거하는 제진 시스템을 더 포함하거나;
    d) 상기 장비 어셈블리는 하나 이상의 제어 시스템을 더 포함하거나; 또는
    e) 상기 장비 어셈블리는 하나 이상의 검사 시스템을 더 포함하는, 장비 어셈블리.
  16. 3차원 인쇄 장비 어셈블리로서,
    a) 3차원 인쇄 제조 시스템을 포함하고,
    상기 3차원 인쇄 제조 시스템은:
    복수의 제조 모듈을 이동시키며 포지셔닝-컨트롤러 및 복수의 제조 모듈 맞물림부를 포함하는 컨베이어 시스템;
    상기 컨베이어 시스템과 맞물리는 복수의 제조 모듈로서, 상기 제조 모듈은 분말 계층화 시스템으로부터 분말을 받아서 일시적으로 유지하도록 구성되고, 상기 제조 모듈은 1) 상면 및 복수의 통을 포함하는 본체; 및 2) 점진적으로 높이 조정이 가능한 복수의 플랫폼(하부 펀치)을 포함하고, 각각의 통은 하나 이상의 측벽을 포함하고, 점진적으로 높이 조정이 가능한 각각의 플랫폼은 상기 복수의 통 중 어느 하나의 통 안에 배치되어 그 통 안에 캐비티를 정의하는, 복수의 제조 모듈;
    적어도 하나의 제조 스테이션으로서, 1) 상기 복수의 통의 캐비티 안에 증가 분말 층을 형성하고 적어도 하나의 분말 충진 헤드, 적어도 하나의 분말 스프레더 및 적어도 하나의 분말 저장부를 포함하는 적어도 하나의 분말 계층화 시스템; 및 2) 적어도 하나의 소정 패턴에 따라서 액체를 상기 복수의 통의 캐비티 안의 상기 증가 분말 층에 도포하고, 적어도 하나의 액체 공급 시스템 및 적어도 하나의 소정 패턴에 따라서 액체를 증착하는 적어도 하나의 인쇄 헤드를 포함하는 적어도 하나의 인쇄 시스템;을 포함하는 적어도 하나의 제조 스테이션; 및
    적어도 하나의 상부 펀치를 포함하는 적어도 하나의 펀치 시스템;을 포함하고,
    상기 컨베이어 시스템은 상기 적어도 하나의 분말 계층화 시스템으로부터 상기 적어도 하나의 인쇄 시스템으로 상기 복수의 제조 모듈을 반복해서 이송하며,
    상기 3차원 인쇄 제조 시스템은, 1) 적어도 하나의 증가 인쇄 층을 제조 랩(lap)마다 제조 모듈에 형성하거나, 2) 제조 사이클마다 제조 모듈에 단일 3DP 물품을 형성하거나, 3) 제조 사이클마다 제조 모듈에 복수의 3DP 물품을 형성하거나, 또는 4) 하나 이상의 3차원 인쇄된 물품 및 옵션으로 제조 사이클마다 제조 모듈에 인쇄되지 않은, 결합되지 않은 또는 부분적으로만 결합된 분말을 포함하는 3DP 베드를 형성하는, 장비 어셈블리.
  17. 제 13 항, 제 14 항 또는 제 16 항에 있어서,
    a) 적어도 하나의 수거 시스템으로서, 1) 하나 이상의 증가 인쇄 층으로부터, 2) 하나 이상의 3DP 물품으로부터, 또는 3) 하나 이상의 3DP 베드로부터 분제를 분리하는 적어도 하나의 수거 시스템; 또는
    b) 적어도 하나의 액체 제거 시스템으로서, 1) 처리 중인 완전하게 형성되지 않은 3DP 물품의 하나 이상의 증가 인쇄 층으로부터, 2) 인쇄 이후의 하나 이상의 3DP 물품으로부터, 또는 3) 하나 이상의 3DP 베드로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 액체 제거 시스템;을 더 포함하는, 장비 어셈블리.
  18. 제 13 항, 제 14 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 컨베이어는 스테이지형 컨베이어, 터렛 어셈블리, 벨트 컨베이어, 휠 컨베이어, 롤러 컨베이어, 체인 컨베이어, 철망 컨베이어, 플레이트 컨베이어, 슬래트 컨베이어, 자기 컨베이어, 버킷 컨베이어, 카트 온 트랙 컨베이어인, 장비 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 터렛 어셈블리는, 복수의 통을 포함하는 착탈 가능 상부 디스크와, 상기 상부 디스크의 각각의 통과 수직으로 정렬되는 복수의 하부 펀치(점진적으로 높이 조정이 가능한 플랫폼)를 포함하는 하부 디스크를 포함하는, 장비 어셈블리.
  20. 제 18 항에 있어서,
    터렛 디스크 교체 시스템을 더 포함하는, 장비 어셈블리.
  21. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 유체는 적어도 하나의 결합제를 포함하는, 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 분말은 적어도 하나의 결합제를 포함하는, 방법.
  23. 제 13 항, 제 14 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 결합 유체는 적어도 하나의 결합제를 포함하는, 장비 어셈블리.
  24. 제 13 항, 제 14 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 분말은 적어도 하나의 결합제를 포함하는, 장비 어셈블리.
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