KR20140061432A - 모형을 레이어로 제작하는 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모형을 레이어(layer)로 제작하는 장치에 관한 것이다. 모형을 제작하기 위한 영역, 바람직하게는 제작 작업대와 상기 영역에 물질을 분사하기 위한 물질 분사 장치(4, 5)가 제공된다. 물질 분사 장치(4, 5)는 상기 영역의 위에 이동 가능하게 배치된다. 물질 분사 장치(4, 5)는 적어도 상기 영역의 상반(相反) 측면에 배치된 2개의 선형 가이드(2)를 통하여 상기 영역의 위를 이동할 수 있도록 포털(portal: 1, 1')로 설계되고, 물질 분사 장치는 상기 영역에 대해 측방향으로 연장된 적어도 2개의 섹션에 의해 포털(1, 1')이 형성되도록 상기 영역의 둘레에 배치된다. 상기 영역에 추가적인 물질을 분사하기 위한 적어도 하나의 추가적인 물질 분사 장치(4, 5)가 제공된다.
Description
본 발명은 각각 청구항 1 및 청구항 8의 유형의 전제부에 따른 모형을 레이어로 제작하는 장치 및 장치(방법)에 관한 것이다.
컴퓨터 데이터로부터 3차원 물체를 제작하는 방법이 유럽 특허 명세서 EP 0 431 924 B1에 기재되어 있다. 본 경우에는 입자상 물질인 제1의 물질이 필요시에 용기로 둘러싸이는 제작 작업대(building platform) 위에 박막 레이어(thin layer)로 적층되고, 제1의 물질과 함께 고형체를 형성할 수 있는 제2의 물질이 그 위에 뒤이어서 적층된다. EP 0 431 924 B1에 따르면, 입자상 물질이 예를 들면 제1의 물질로 제공되고, 그리고 나서 프린트 헤드를 사용하여 입자상 물질의 위에 선택적으로 결합제 물질이 프린트된다. 결합제가 그 위에 프린트되는 입자 영역은 결합제 및 필요시에 추가적인 경화제에 의해 서로 밀착 및 고형화된다. 그리고 나서 작업대는 하나의 레이어 두께에 해당하는 거리만큼 제작 실린더로 하강되며, 마찬가지로 전술한 바와 같이 프린트되는 새로운 레이어의 입자상 물질이 제공된다. 소정의 원하는 높이의 물체가 완성될 때까지 이러한 단계가 반복된다. 그에 따라 프린트 및 고형화된 영역으로부터 3차원 물체가 제작된다.
전술한 바와 같은 고형화된 입자상 물질로 제작된 물체는 유리된(loose) 입자상 물질 내에 삽입되며 그리고 나서 이로부터 제거된다.
예를 들면, 선택적 레이저 소결(selective laser sintering) 또는 전자 빔 소결과 같은 다른 분말 지원형 고속 프로토타이핑(prototyping) 공정들도 유사한 방식으로 행해지는데, 이러한 공정에서는 유리된 입자상 물질이 또한 레이어로 적층되며 제어식 물리적 방사선원(physical radiation source)에 의해 선택적으로 고형화된다.
이러한 방법 모두는 아래에서 총칭적으로 "3차원 프린팅 방법" 또는 "3D 프린팅 방법"이라 지칭된다.
유리된 입자상 물질로 층상체(layer body)를 제작하는 다른 방법이 독일 특허문헌 DE 10 2006 030 350 A1으로부터 알려져 있다. 이 경우에, 부품들(components)은 외곽 주형틀(molding box) 없이 표면에 형성된다. 대신에, 부품 자체와 마찬가지로 횡단 이동(traverse movement) 중에 표면의 둘레에 벽이 연속적으로 제작되어, 미결합 입자상 물질이 표면 너머로 흐르는 것을 방지하게 된다. 부품이 형성되는 제작 작업대가 수직으로 움직이지 않는 방식으로 전체 공정이 또한 이루어진다. 대신에, 레이어들을 생성하기 위한 부품들이 위치되는 지지 프레임이 수직 방향으로 레이어 별로 이동하게 된다.
레이어 형성 공구를 포함하는 지지 프레임이 레이어 별로 상승되는 장치가 이후에 공개된 특허 출원 DE 10 2010 013 733호에 기재되어 있다.
하지만, 이러한 유형의 방식에는 문제가 발생할 수 있는데, 이는 그 포함된 위치 설정부가 레이어 형성 공구뿐만 아니라 수직 위치 설정부와 중량의(heavy) 지지 프레임을 Z 방향으로 들어올림으로써, 지지 프레임은 강성 구조(rigid design)을 가져야 하고 단지 몇 지점(바람직하게는 4개의 갠트리 지점)에서만 적절히 부착될 수 있기 때문이다. 하지만, 지지 프레임의 강성 구조는 지극히 무거운 구조를 초래하며, 이는 다시 Z 축에 엄격한 요건을 부여한다. 소정 거리를 초과하면, 이에 요구되는 기술적 복잡도는 더 이상 경제적이지 않을 수 있다.
또한 지지 프레임의 단부들은 외측으로 상당히 돌출하게 되며 그에 따라 수평 평면 상에서의 이동 거리가 증가함에 따라 흔들리게 됨을 보여준다. 이는 공정 공구(process tool)의 위치 설정부의 가속도 및 물질 공급 체인(material supply chain) 내에서의 물질의 유동을 향상시키기 위한 진동 액추에이터(vibration actuator), 진동식 코팅기(vibrationally excited coater)와 같은 다른 시스템 구성요소들에 의해서 더욱 심하게 된다.
또한, 다중 축 유닛을 갖는 축 시스템은 또한 매우 엄격한 정밀도 요건을 만족해야 한다. 높은 제작 정밀도 또는 비교적 복잡한 조정에 의해서 적절한 구동이 달성되어야 한다.
표면의 위에 배치된 포털형(partal-like)의 프린트 헤드를 사용한 직접 프린팅 방법에 의해 전체 제작 물질을 분사하는 방법이 또한 EP 0 500 225 A1으로부터 알려져 있다.
이에 기반하여, 본 발명의 목적은 전술한 유형의 수월하면서 다목적의 방법 및 더 간단하며, 확장성이 있고 용이하게 조절 가능한 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1과 청구항 12에 매우 상세히 기재된 실시예에 의해 달성된다.
본 발명의 유익한 실시예는 종속항에 기재되어 있다.
일 양태에서, 본 발명은 모형을 레이어로 제작하는 장치에 관한 것으로, 모형을 제작하기 위한 영역, 바람직하게는 제작 작업대(build platform)와 상기 영역에 물질을 분사하기 위한 물질 분사 장치가 제공되며, 물질 분사 장치는 상기 영역의 위에 이동 가능하게 배치되고, 물질 분사 장치는 적어도 상기 영역의 상반(相反) 측면에 위치된 2개의 선형 가이드를 통하여 상기 영역의 위를 이동할 수 있도록 포털(portal)로 설계되며, 물질 분사 장치는 상기 영역에 대해 측방향으로 연장된 적어도 2개의 섹션에 의해 포털이 형성되도록 상기 영역의 둘레에 배치된다. 본 발명에 따르면, 상기 영역에 추가적인 물질을 분사하기 위한 적어도 하나의 추가적인 물질 분사 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 선형 가이드가 제공되며, 물질 분사 장치는 표면에 대해서 측방향으로 연장된 적어도 2개의 섹션에 의해 포털이 형성되도록 표면의 둘레에 배치된다.
표면은 모형을 제작하기 위한 물질이 분사되는 영역으로 이해하면 된다. 이는 별도의 제작 작업대 또는 기초 표면의 단지 일부 영역일 수 있다.
이 표면은 반드시 제작 물질 분사 평면에 일치되거나 또는 이에 평행해야 할 필요는 없다. 예를 들면, 제작 물질 분사 평면은 연속 제작 공정을 위해 표면에 소정의 각도로 경사진 것도 가능하다.
물질 분사 장치는 표면에 물질을 분사하는 장치이다. 이는 예를 들면, 레이어들을 적층하기 위한 물질 코팅기 또는 액체 코팅기일 수 있다. 예를 들면, 선택적으로 물질을 분사하는 프린트 헤드도 또한 이러한 용도(목적)로 고려될 수 있다.
물질 분사 장치는 이용되는 특정 3D 방법에 적합한 물질을 위해 제공된다.
예를 들면, 하나 또는 복수의 물질이 필름 또는 입자상 물질로서 레이어로 액체 및/또는 고체 상태로 분사되거나 그리고/또는 프린트 및/또는 압출되는 것도 가능하다. 예를 들면, 특히 선택적 레이저 공정 또는 소결 공정 또는 단지 경화 공정을 수행하기 위해, 레이저 또는 LED 노광 헤드(exposure head)와 같은 방사선원이 또한 제공될 수 있다.
물질 분사 장치 또는 복수의 물질 분사 장치는 따라서 이용되는 구체적인 제작 공정에 적합하다.
예를 들면, 그래서 물질을 액체 또는 고체 상태로 레이어로 분사하고 그리고 나서 제2의 물질 분사 장치를 사용하여, 제1의 물질과 경화될 수 있는 제2의 물질을 선택적으로 분사하는 것도 또한 가능하다. 제2의 물질 분사 장치는 제1의 물질 분사 장치와 함께 선형 가이드에 맞물려질 수 있거나 또는 제1의 물질 분사 장치와는 별도로 선형 가이드에 맞물려질 수도 있다.
프린트 방법에의 사용도 또한 고려될 수 있는데, 이러한 방법에서는 예를 들면, 폴리젯(polyjet) 모델링 또는 멀티젯(multijet) 모델링과 같이 물질이 프린트 헤드에 의해 직접 분사되거나, 또는 예를 들면 FDM(fused deposition modeling: 융합 적층 방식)과 같이 노즐을 사용하여 물질을 직접 분사함으로써, 압출 방법으로 분사된다. 이러한 경우에는, 물질 분사 장치가 입자상 물질 코팅 장치 및/또는 프린트 헤드 및/또는 압출기 및/또는 필름 코팅기를 포함할 수 있다.
선형 가이드는 포털부를 선형 방향으로 안내하는데 적합한 장치의 부분이다. 예를 들면, 하나의 제작 작업대가 기초 평면에 배치되고 2개의 윤곽부가 반대 측면에 배치되며, 포털부는 윤곽부에 힌지 결합되어 이와 함께 선형 이동할 수 있는 것이 고려될 수 있다.
본 발명의 하나의 이점은 장비의 위치 설정 길이가 증가될 필요가 있는 경우에 지지 프레임 전체의 길이를 늘여서 재구성할 필요가 없는 대신에, 간단히 더 긴 선형 가이드가 선택되면 됨이 입증되었다. 모든 다른 구성요소들은 동일하게 유지된다.
또한, 물질 분사 장치는, 예를 들면 바닥에 고정될 수 있는 안정된 선형 가이드를 통해서 제어되는 포털에 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 구조는 그에 따라 매우 안정적이며 매우 작은 추가 설정 영역만을 필요로 한다.
포털만이 제공되고 복잡한 랙(rack)은 제공되지 않으므로, 생성된 주형(mold)은 제작 공정의 말미에 쉽게 접근할 수 있다.
본 발명의 일례의 바람직한 실시예에 따르면, 전술한 이점이 이에도 또한 적용될 수 있도록 추가적인 물질 분사 장치가 또한 포털에 제공된다.
2개의 물질 분사 장치의 분사 동작을 서로 다소 독립적이 되게 하고 또한 가능케는 시간상 약간 어긋나도록 하면서도 부분적으로는 또한 동시에 이루어지도록 하기 위해, 추가적인 물질 분사 장치가 또한 추가적인 포털에 제공될 수도 있다.
본 발명의 일례의 바람직한 실시예에 따르면, 물질 분사 장치는 입자상 물질 코팅 장치 및/또는 프린트 헤드를 포함한다.
예를 들면, 특정 입자상 물질에 적합한 결합제 물질의 선택적인 분사를 위한 입자상 물질 레이어 형성 장치와 함께 프린트 헤드가 포털에 제공될 수 있다.
포털이 광원(光源), 방사선원, 및/또는 열원(熱源)을 구비하는 것도 또한 가능하다.
본 발명에 따른 장치의 물질 분사 장치가 표면에 실질적으로 수직하게 이동 가능하게 배치되면 유익함이 또한 입증되었다. 이는 물질 분사 장치가 이러한 유형의 장치가 물체가 제작되는 제작 작업대의 높이가 조절 가능하지 않은 시스템에도 또한 사용될 수 있도록 높이가 조절될 수 있음을 의미한다.
이러한 유형의 실시예에서, 물질 분사 장치, 추가적인 물질 분사 장치, 및 광원, 방사선원 및/또는 열원의 이동이 바람직하게는 포털부를 따라서 분사 평면에 실질적으로 수직하게 이루어질 수 있음이 입증되었다.
제1의 포털과 마찬가지로, 추가적인 포털부는 선형 가이드 또는 추가적인 선형 가이드와 맞물려질 수 있다. 하지만, 어느 경우에도 포털부는 바람직하게는 서로 독립적으로 하나 이상의 선형 가이드 상에서 이동할 수 있어야 한다.
이제 2개의 포털이 제공되면, 2개의 물질 분사 장치가 아래로 또는 위로 지나갈 수 있으면 특히 유익할 수 있다. 이는 하나의 포털이 다른 포털의 아래로 지나갈 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 장치가 이러한 방식으로 제공되면, 코팅은 이동 양방향으로 이루어질 수 있다. 그에 따라 무코팅 이동(empty run: 코팅 작업이 행해지지 않는 상태로 장치만 이동하는 경우)가 회피된다. 이는 또한 사용되는 프린트 헤드의 프린트 너비(폭)가 제작 공간의 폭과 일치하게 되면 특히 유익하다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 물질 분사 장치의 적어도 하나의 주변장치가 본 장치에 고정 위치되며 현재의 제작 높이에 관계없이 분사 장치가 접근할 수 있다.
주변장치는 특히, 프린트 헤드의 클리닝 유닛 또는 코팅기의 물질 공급 시스템으로 이해하면 된다. 이들 장치가 포털에 고정 위치되지 않고 장치의 다른 곳에 고정 위치되면, 이들은 포털과 함께 들어올려질 필요가 없다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 모형을 레이어로 제작하는 방법이 또한 제공되며, 모형을 제작하기 위한 표면, 특히 제작 작업대, 및 표면에 물질을 분사하기 위한 적어도 하나의 물질 분사 장치가 제공된다.
물질 분사 장치는 분사 평면의 방향으로, 표면의 상반 측면에 위치된 적어도 2개의 선형 가이드를 따라서 표면의 위를 이동한다.
포털은 물질 분사 장치가 적어도 영역의 상반 측면에 배치된 2개의 선형 가이드를 따라서 영역의 위를 이동하도록 배치되고, 포털은 영역에 대해 측방향으로 돌출한 적어도 2개의 섹션이 포털을 형성하도록 영역의 둘레에 배치된다. 본 발명에 따르면, 가능케는 추가적인 포털에 적어도 하나의 추가적인 물질 분사 장치가 제공되며, 추가적인 물질이 영역에 분사된다.
선형 가이드는 바람직하게는 물질 분사 장치의 아래에 배치되며 적어도 제작 작업대에 대해 실질적으로 수직 방향으로 위쪽으로 연장된 하나의 포털부를 통하여 맞물리며, 2개의 포털부는 적어도 물질 분사 장치를 통하여 서로 연결되고, 물질 분사 장치는 선형 가이드를 따라서 표면 위를 이동한다.
본 발명의 일례의 바람직한 실시예에 따르면, 물질 분사 장치는 또한 표면에 수직하게 이동하는데, 이는 높이가 조절 가능하지 않은 제작 작업대를 사용할 때 특히 유익하다.
본 발명의 일례의 바람직한 실시예에서, 복수의 독립적인 포털이 사용되면, 이들 포털은 서로 다른 제작 공정을 동시에 수행할 수 있다. 이는 서로 다른, 독립적인 제작 공정들이 표면 상의 상이한 영역에서 이루어질 수 있음을 의미한다.
또한, 하나의 공통적인 제작 공정이 복수의 독립적인 포털에 의해서 동시에 수행되는 것도 도한 고려될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 2개의 포털이 공정 단계 중에 또는 후에 서로 아래로 또는 위로 지나갈 수 있다.
상세한 설명을 위해, 본 발명은 이하의 도면의 바람직한 예시적인 실시예를 기초로 기재된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 수월하면서 다목적의 방법 및 더 간단하며, 확장성이 있고 용이하게 조절 가능한 장치를 제공하는 등의 효과를 갖는다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일례의 바람직한 실시예에 따른 방법의 순서(sequence)를 도시하며, 분말 물질 코팅기와 프린트 헤드는 그 자체의 포털을 구비한 도면이고,
도 5와 도 6은 제작 높이에 적합하게 조절되는, 다른 바람직한 실시예에 따른 높이 조절식 주변장치를 도시하며,
도 7은 제작 공간의 크기에 적합하게 조절되는, 다른 바람직한 실시예에 따른 높이 조절식 주변장치를 도시하고,
도 8과 도 9는 고정식 주변장치를 도시하며,
도 10은 개별 포털을 포함하는 구조의 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고,
도 11은 2개의 개별 포털이 함께 하나의 부품을 생성하는, 도 10에 따른 실시예를 도시하며,
도 12는 3개의 개별 포털이 독립적인 부품을 생성하는, 일례의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 장치를 도시하고,
도 13은 하나의 개별 포털이 복수의 부품을 제작하는, 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 장치를 도시하며,
도 14 내지 도 18은 특히 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 방법의 순서를 도시하는 도면이다.
도 5와 도 6은 제작 높이에 적합하게 조절되는, 다른 바람직한 실시예에 따른 높이 조절식 주변장치를 도시하며,
도 7은 제작 공간의 크기에 적합하게 조절되는, 다른 바람직한 실시예에 따른 높이 조절식 주변장치를 도시하고,
도 8과 도 9는 고정식 주변장치를 도시하며,
도 10은 개별 포털을 포함하는 구조의 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고,
도 11은 2개의 개별 포털이 함께 하나의 부품을 생성하는, 도 10에 따른 실시예를 도시하며,
도 12는 3개의 개별 포털이 독립적인 부품을 생성하는, 일례의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 장치를 도시하고,
도 13은 하나의 개별 포털이 복수의 부품을 제작하는, 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 장치를 도시하며,
도 14 내지 도 18은 특히 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 방법의 순서를 도시하는 도면이다.
본 발명에 따르면, 표면에 3D 프린팅에 의해 3차원 모형을 제작하는 장치 및 방법이 각각 기재되며, 표면에 특정 물질을 분사하기 위한 목적으로 물질 분사 장치(예를 들면, 입자상 물질 코팅부 또는 프린트 헤드부)가 제공된다. 본 발명에 따르면, 물질 분사 장치는 하나 또는 복수의 포털 상에서 수직으로 이동된다.
도 1 내지 도 4는 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 방법의 순서를 도시한다. 이 경우에, 표면(9)에는 코팅기(4)를 사용하여 입자상 물질이 표면(9)에 분사된다. 코팅기(4)는 포털(1) 내에 포함된다. 포털(1)은 선형 유닛(2) 상에서 표면 위를 이동한다. 그 후에, 포털(1)은 그 초기 위치로 되이동한다(도 2 참조). 프린트 헤드(5)를 포함하는 포털(1')이 그 다음에 바닥에 고정 결합된 선형 유닛(2) 상에서 독립적으로 또한 이동한다(도 3). 두 물질 공급 유닛(4, 5) 모두는 그리고 나서 포털의 측면부를 따라서 하나의 레이어의 높이에 해당하는 거리만큼 위쪽으로 이동되는데, 이는 도 4에 예시되어 있으며 기재된 공정이 재개될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 기재된 실시예는 각 물질 공급 시스템에 대해 개별 포털(1, 1')을 구비한다. 하지만, 단 하나의 포털에 모든 레이어 형성 공구를 장착하는 것도 또한 가능하다(도 10의 부재번호 8 참조).
복수의 포털(1, 1')이 사용되면, 각 포털(1, 1')에 개별 구동부를 제공하고 단 하나의 공통 가이드 레일(2)을 사용하는 것이 가능하다. 하지만, 각 포털에 개별적인 선형 유닛(2)(가이딩 요소를 갖는 구동부)을 할당하는 것도 또한 가능하다.
입자상 물질의 사용 및 이러한 입자상 물질의 선택적인 프링팅에 의해 모형을 제작하는 방법에서, 이하의 이동 방향들 사이에는 구별이 이루어진다:
- 프린트 헤드를 위치 설정하기 위한 이동 방향
- 프린트 헤드의 프린팅 통행(printing pass)을 위한 이동 방향
- 코팅기의 코팅 방향
최장 통행(longest pass)이 위치되는 방향은 방법 또는 프린팅 전략에 따라 달라진다. 최장 축(예를 들면, 코팅 방향의 축)을 바닥에 고정 결합하는 것이 실용적이라 여겨진다.
가이딩 유닛을 바닥에 고정 결합하게 되면 위치 설정 길이에 독립적으로 휘어짐 및 진동을 방지한다.
종래기술로부터 알려진 수직 이동식의 지지 프레임을 제거함으로써, 본 발명에 따른 실시예에서는 장치의 배치, 설계, 제작, 운반 및 조립에 있어서의 비용과 노력이 상당히 저감된다.
기계가 대형화되는 경우에, 이는 비교적 적은 비용과 노력으로 달성될 수 있다.
조립은 단지 선형 유닛의 교체 또는 확장으로만 국한되게 된다. 실용적인 설계에 있어서, 가이딩 요소만이 길이가 연장될 필요가 있다.
분사 유닛 및 주변장치(프린트 헤드 클리닝 시스템, 프린트 헤드 파킹 스테이션, 코팅기 충전(filling) 스테이션)도 선택적으로 이동될 수 있거나 또는 제작 작업대 옆에 고정 위치될 수 있다.
물체를 주형틀 없이 제작함으로써, 제작 공간의 크기가 변경될 수 있다.
제작 시간을 가능한 한 짧게 유지하기 위해, 주변장치에 대한 추가적인 통행이 필요하지 않도록 결부된 주변장치들이 해당 포털(도 10에서 부재번호 8)과 함께 이동할 수 있게 하는 것이 유용할 수 있다.
하지만, 주변장치(6)는 고정 방식으로 제작 공간의 외곽에 배치될 수도 있다. 이들 장치는 현재의 제작 또는 공구 높이에 따라 별도의 리프팅 장치를 사용하여 예를 들면, 수직 방향으로 이 위치에 위치될 수 있다(도 5 및 도 6).
주변장치(6)는 그 자체의 리프팅 장치를 구비하며 그에 따라 현재의 제작 높이 및 그에 따른 물질 분사 장치 또는 경화 장치의 수직 높이에 적합하게 조절될 수 있다. 도 5와 도 6 사이의 차이점은 주변장치 및 부품뿐만 아니라 공구도 도 6에서 더 높이 위치된다는 점이다.
포털 상의 분사 장치는 적어도 두 방향으로 위치될 수 있으므로, 결부된 주변장치(7)들이 움직이지 않도록 적소에 이들을 고정시킬 수 있다.
이 경우에, 주변장치(7)는 분사 유닛(4, 5)에 의해 직접 접근될 수 있다(도 8과 도 9).
주변장치(6)가 또한 포털 상에서 이동하지 않으면, 그 위치는 제작이 개시되기 전에 제작 공간의 크기에 적합하게 조절될 수 있다(도 7).
이러한 옵션은 특히 주변장치와 공정 매체(process media)의 수직 높이 설정이 복잡한 경우에 선호되는, 비용 효과적인 방식을 나타낸다.
일례의 특정 실시예에서는, 하나의 포털이 모든 분사 유닛 및 결부된 주변장치뿐만 아니라 개별적인 선형 구동부도 지지한다. 이는 수 개의 이러한 포털을 서로 전후 관계로 배치할 수 있게 하여 공간을 저감할 수 있게 한다. 복수의 포털은 그에 따라 대규모 부품을 신속하게 제작하는데 사용될 수 있다. 또한, 복수의 부품이 병행으로 생성될 수 있다(도 10 내지 도 12).
도 10은 복수의 포털이 제공된, 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 각 포털은 온전한 세트(complete set)의 분사 유닛 및 해당 주변장치를 구비한다. 각 포털은 독립적인 기계로 동작하며 개별 부품을 생성한다.
도 11은 도 10과 동일한 장치 설정을 도시하고 있으나; 2개의 개별 포털이 함께 하나의 부품을 생성한다.
이러한 설정은 필요에 따라 확장될 수 있는데; 예를 들면, 도 12는 서로 독립적으로 개별 부품들을 생성하는 3개의 개별 포털을 도시한다.
리프팅 축(litfing axes)이 횡단 포털 상에 위치되면, 이들은 제작 영역으로부터 완전히 제거될 수 있다(도 12). 이동 거리가 충분히 큰 경우에, 완성된 부품의 바로 옆에서 새로운 제작 공정이 개시(開始)될 수 있다.
또한, 도 13에 예시된 바와 같이, 하나의 개별 포털이 복수의 부품을 동시에(병행으로) 또는 개별적으로 제작하는 것도 또한 고려해볼 수 있다. 완성된 부품은 그 다음에 다른 처리를 위해 온전히 액세스가 가능하다.
본 방법은 최초로 새로운 제작 전략의 옵션을 또한 제공하는데; 종래의 공정에서는 코팅기와 프린트 헤드가 항상 동일한 높이에 있었으나, 이 둘은 본 명세서에서는 Z 방향으로 서로 상대 이동할 수 있다.
포털의 실용적인 설계 및 배치에 따르면, 하나의 포털은 다른 포털의 아래로 지나갈 수 있다. 종래의 공정에서는, 하나의 분사 장치가 다른 분사 장치를 끊임없이 회피해야만 함으로써, 특정 분사 장치가 비작동 상태로 유지되는 무작업 이동(empty run: 작업이 행해지지 않는 상태로 장치만 이동하는 경우)이 초래되었다.
도 14와 도 15에서는, 프린트 헤드가 코팅기를 따라가며 새로이 코팅된 제작 공간에 프린트하게 된다. 포털은 그리고 나서 코팅기 포털이 그 아래를 지나가고(도 16) 코팅기가 새로운 Z 위치로 이동하여 새로운 레이어를 분사하도록(도 17) 프린트 헤드를 들어올린다. 도 18에서, 프린트 헤드는 그리고 나서 현재의 레이어 높이로 복귀해서는 새로이 코팅된 제작 공간에 프린트한다.
이러한 예시된 바람직한 실시예에서, 가이딩 위치는 능동적으로 뒤바뀔 수 있다. 이는 도 14 내지 도 17에 예시된 순서에서 알 수 있다. 프린트 헤드가 먼저 코팅기를 따라가며 그리고는 새로이 코팅된 제작 공간에 프린트한다.
다음 단계에서, 프린트 헤드 포털은 코팅기 포털이 그 아래를 지나갈 수 있을 때까지 프린트 헤드를 들어올린다. 코팅기는 다시 반대 방향으로 새로운 레이어를 생성하기 시작한다. 이러한 공정 중에, 프린트 헤드는 현재의 높이로 이동하여 새로운 레이어를 생성할 수 있다. 하지만, 코팅기가 프린트 헤드를 따라가는 것도 또한 가능하며, 이 경우에 특정 포털 상의 장치들은 교환되어야 한다.
이는 코팅기가 최초로 각 이동 방향에서, 즉 각 통행시에 코팅할 수 있음을 의미한다. 마찬가지로, 최초로, 그 프린트 폭이 제작 공간의 폭과 동일한 프린트 헤드는 또한 각 이동 방향에서 및 각 통행시에 코팅할 수 있다. 이는 전체 시스템의 효율을 크게 향상시킨다.
1, 1', 8: 포털 2: 선형 유닛
4: 코팅기 5: 프린트 헤드
6, 7: 주변장치 9: 표면
4: 코팅기 5: 프린트 헤드
6, 7: 주변장치 9: 표면
Claims (16)
- 모형을 레이어(layer)로 제작하는 장치로서,
모형을 제작하기 위한 영역, 바람직하게는 제작 작업대(build platform)와 상기 영역에 물질을 분사하기 위한 물질 분사 장치가 제공되며, 물질 분사 장치는 상기 영역의 위에 이동 가능하게 위치되고, 물질 분사 장치는 적어도 상기 영역의 상반(相反) 측면에 배치된 2개의 선형 가이드(linear guides)를 통하여 상기 영역의 위를 이동할 수 있도록 포털(portal)로 배치되며, 물질 분사 장치는 상기 영역에 대해 측방향으로 연장된 적어도 2개의 섹션에 의해 포털이 형성되도록 상기 영역의 둘레에 배치되고,
상기 영역에 추가적인 물질을 분사하기 위한 적어도 하나의 추가적인 물질 분사 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치. - 제1항에 있어서, 추가적인 물질 분사 장치는 또한 상기 포털에 제공되는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 물질 분사 장치는 추가적인 포털에 제공되는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 광원(光源), 방사선원(radiation source), 및/또는 열원(熱源)이 포털들 중 어느 하나 또는 추가적인 포털에 제공되는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 포털 또는 모든 포털들은 선형 가이드와 맞물리는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 포털은 추가적인 선형 가이드와 맞물리는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 물질 분사 장치는 입자상 물질 코팅 장치 및/또는 프린트 헤드 및/또는 압출장치 및/또는 필름 코팅기를 포함하는것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 물질 분사 장치, 광원, 방사선원 및/또는 열원은 상기 영역에 실질적으로 수직하게 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제8항에 있어서, 물질 분사 장치, 광원, 방사선원, 및/또는 열원의 이동은 측방향의 포털부를 따라서 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 포털들은 서로 아래로 또는 위로 지나갈 수 있는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 주변장치가 또한 상기 장치에 배치되며 제작 높이에 독립적으로 포털들에 의해 접근될 수 있는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 장치.
- 모형을 레이어로 제작하는 방법으로서,
모형을 제작하기 위한 영역, 바람직하게는 제작 작업대와 상기 영역에 물질을 분사하기 위한 적어도 하나의 물질 분사 장치가 제공되며, 물질 분사 장치는 상기 영역의 위를 이동하며, 물질 분사 장치는 적어도 상기 영역의 상반 측면에 배치된 2개의 선형 가이드를 따라서 상기 영역의 위를 이동할 수 있도록 포털로 배치되고, 물질 분사 장치는 상기 영역에 대해 측방향으로 연장된 적어도 2개의 섹션에 의해 포털이 형성되도록 상기 영역의 둘레에 배치되며,
필요에 따라 적어도 하나의 추가적인 물질 분사 장치가 추가적인 포털에 제공되고, 추가적인 물질이 상기 영역에 분사되는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 방법. - 제12항에 있어서, 공정 단계 중에 또는 후에 적어도 2개의 포털이 서로 아래로 또는 위로 지나갈 수 있는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 물질 분사 장치는 또한 표면에 실질적으로 수직으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 독립적인 포털이 동시에 서로 다른 제작 공정들을 수행하는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 방법.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 독립적인 포털이 동시에 공통의 제작 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 모형을 레이어로 제작하는 방법.
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