KR20160098432A - 입체 물체 생성 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 양태에 따르면, 입체 물체를 생성시키는 장치가 제공된다. 상기 장치는, 축조 재료의 층의 부분들 상에 유착제를 선택적으로 전달하기 위한 제 1 에이전트 분배기; 축조 재료의 층의 부분들 상에 유착 개선제를 선택적으로 전달하기 위한 제 2 에이전트 분배기; 및 상기 유착제와 유착 개선제 각각이, 생성시키려는 입체 물체의 절편을 나타내는 데이터로부터 도출된 각각의 패턴으로, 축조 재료의 층 상으로 선택적으로 전달될 수 있도록, 상기 에이전트 분배기들을 제어하여, 축조 재료의 층에 에너지가 가해질 때에 그 축조 재료가 유착 및 응고되어서 상기 패턴에 따라 입체 물체의 절편이 형성되도록 하는, 제어기를 포함한다.

Description

입체 물체 생성{GENERATING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT}
입체 물체를 소량으로 생산하기 위한 잠재적으로 편리한 방법으로서, 입체 물체를 층층이 생성시키는 적층식 제조 시스템(additive manufacturing system)이 제안되었다.
이러한 시스템에 의해 제조된 물체의 품질은 사용되는 적층식 제조 기술의 유형에 따라 크게 달라질 수 있다. 일반적으로, 저가의 시스템을 사용해서는 저 품질 저 강도의 물체를 제조할 수 있고, 반면에 고가의 시스템을 사용하면 고품질 고강도의 물체를 생산할 수 있다.
본 발명의 목적은 입체 물체를 소량으로 생산하기 위한 잠재적으로 편리한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 입체 물체 생성 장치는, 축조 재료의 층의 부분들 상에 유착제(coalescing agent)를 선택적으로 전달하기 위한 제 1 에이전트 분배기(agent distributor); 축조 재료의 층의 부분들 상에 유착 개선제(coalescence modifier agent)를 선택적으로 전달하기 위한 제 2 에이전트 분배기(agent distributor); 및 상기 유착제와 유착 개선제 각각이, 생성시키려는 입체 물체의 절편을 나타내는 데이터로부터 도출된 각각의 패턴으로, 축조 재료의 층 상으로 선택적으로 전달될 수 있도록, 상기 에이전트 분배기들을 제어하여, 축조 재료의 층에 에너지가 가해질 때에 그 축조 재료가 유착 및 응고되어서 상기 패턴에 따라 입체 물체의 절편이 형성되도록 하는, 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이제부터는 본 발명의 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 단지 비제한적 예로서만 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른, 한정된 물체 특성을 갖는 물체 모델의 도면이다.
도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 축조 재료의 층 또는 층들의 일련의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 입체 물체를 생성하는 방법의 개요를 설명하는 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 적층식 제조 시스템의 단순화된 등각도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 적층식 제조 시스템을 작동하는 방법의 개요를 설명하는 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6b는 다양한 실시예에 따른 적층식 제조 시스템의 부분들의 구성의 일련의 단순화된 등각도이다.
적층식 제조 기술은 축조 재료(build material)의 응고를 통해 입체 물체를 생성시킬 수 있다. 축조 재료는 분말계 재료일 수 있고, 생성되는 물체의 특성은 축조 재료의 유형 및 사용되는 응고 기구의 유형에 따라 달라진다.
적층식 제조 시스템은 구조 설계 데이터에 기초하여 물체를 생성시킬 수 있다. 이는 생성시키려는 물체의 3차원 모델을 설계자가 예를 들어 컴퓨터 지원 설계(CAD) 응용 프로그램을 사용해서 생성시키는 것을 포함할 수 있다. 그 모델은 물체의 고형 부분들을 정의할 수 있다. 적층식 제조 시스템을 사용하여 모델로부터 입체 물체를 생성시키기 위해서는, 모델의 평행한 평면들의 절편(slice)들이 생성될 수 있게 모델 데이터를 처리할 수 있다. 각 절편은 적층식 제조 시스템에 의해 응고될 축조 재료의 각각의 층 부분을 형성할 수 있다. 입체 모델로부터 생성되는 절편의 수는 적층식 제조 시스템이 생성시킬 수 있거나 처리할 수 있는 각 층의 두께와 관련된다. 얇은 축조 재료 층을 생성시킬 수 있는 적층식 제조 시스템은 두꺼운 축조 재료 층을 생성시키는 시스템에 비해서 더 높은 해상도의 물체를 생성시킬 수 있다. 입체 물체를 생성하는 데 걸리는 시간은 층의 수에 따라 크게 달라질 수 있다.
예를 들어 물체 강성과 같은 물체의 일부 특성에 있어서의 변화는 생성시키려는 입체 물체의 모델의 신중한 설계를 통해 얻을 수 있다. 예를 들어, 물체 모델에 구조적 리브와 같은 특정 설계 특징을 포함시킴으로써, 물체의 강성 또는 물체 부분을 그러한 특징이 없는 물체 또는 물체 부분에 비해서 증가시킬 수 있다.
그러나 물체의 많은 특성들은 사용되는 축조 재료의 성질과, 원하는 입체 물체를 형성시키기 위해 축조 재료를 응고시키는 공정에 따라 달라질 수 있다. 그러한 특성에는 예를 들면 표면 거칠기, 정밀도, 및 강도가 포함될 수 있다.
뒤에서 이어지는 설명에서 명백해지는 바와 같이, 본원에 설명된 시스템들은, 하나의 생성된 물체 내에 제어 가능한 변수 또는 상이한 물체 특성들을 가질 수 있는 입체 물체가 생성될 수 있게 한다. 이것은 물체가 예를 들어 하나 이상의 가변 특성, 즉 가변 정밀도 특성; 가변 표면 거칠기 특성; 가변 강도 또는 그 밖의 다른 기계적 또는 물리적 특성을 포함할 수 있는 가변 특성을 가질 수 있게 한다. 예를 들어, 생성된 물체는 제 1 수준의 표면 거칠기를 갖는 한 부분과, 제 2 수준의 표면 거칠기를 갖는 제 2 부분을 포함할 수 있다.
그러나 주지해야 할 점은, 본원에 개시된 시스템들은 가변 물체 특성을 갖는 입체 물체를 생성시키는 것에 한정되지 않을 뿐만 아니라 실질적으로 균일하거나 균질한 물체 특성을 갖는 입체 물체가 생성될 수 있도록 한다는 것이다.
가변적인 물체 특성
가변적인 물체 특성을 갖는 물체는 생성하려는 입체 물체를 정의하는 데이터와 하나 이상의 물체 특성을 정의하는 물체 특성 데이터 모두를 사용하여 생성시킬 수 있다. 물체 특성 데이터는, 예를 들어, 물체 부분을 정의할 수 있으며, 물체가 생성되었을 때에 그러한 정의된 부분이 갖게 되는 원하는 물체 특성을 정의할 수 있다. 물체 특성 데이터는, 예를 들어, 생성하려는 물체 전체에 대해서, 또는 생성하려는 물체의 하나 이상의 부분들에 대해 정의될 수 있다. 물체 특성 데이터는 또한 물체의 일부분 또는 여러 부분들에 대해 다수의 물체 특성을 정의하기 위해서도 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 물체 특성 데이터는 도 1에 도시된 바와 같이 물체 모델(100) 내에서 정의될 수 있다. 생성하려는 물체(100)가 도 1에 도시된 바와 같이 예시되어 있다. 물체(100)는 제 1 물체 특성을 갖도록 정의된 제 1 부분(102)과, 제 2 물체 특성을 갖도록 정의된 제 2 부분(104)을 갖는다.
다른 실시예에서는, 물체 특성 데이터는 물체에 대해 전체적으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 물체는 사전에 설정된 표면 거칠기 값을 가지도록 정의될 수 있다. 이와 같은 한 예에서, 전체적인 물체 특성 데이터가 물체 설계 데이터 내에서 특정될 수 있다. 다른 실시예에서, 전체적인 물체 특성 데이터는 사용자에 의해서, 예를 들면, 적층식 제조 시스템의 사용자 인터페이스를 통해, 소프트웨어 드라이버를 통해, 기정(default) 또는 사전에 설정된 물체 특성 데이터를 저장한 메모리를 통해, 또는 임의의 다른 적합한 방식을 통해 특정될 수 있다.
본 명세서의 설명에서는 세 가지 주요 가변적인 물체 특성을 기술하고 있지만, 다른 실시예에서는 그 밖의 다른 적절한 물체 특성을 정의할 수 있다. 그 밖의 다른 물체 특성은, 예를 들면, 물체 기공 특성, 층간 강도 특성, 물체 탄성 특성, 밀도 등을 포함할 수 있으며, 축조 재료 또는 물체를 생성하는 데 사용되는 에이전트의 유형에 따라 달라질 수 있다.
공정 개요
이제부터는 일 실시예에 따른 유형의 입체 물체를 생성하는 방법을 도 2a 내지 도 2g 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 축조 재료의 층 또는 층들의 일련의 단면도를 도시하고 있다. 도 3은 일 실시예에 따른 입체 물체를 생성하는 방법의 개요를 설명하는 흐름도이다.
도 3의 방법에 있어서, 단계 302에서, 축조 재료의 제 1 층(202b)이 도 2a에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 축조 재료의 제 1 층은 적합한 지지 부재 위에 제공된다(도시 생략). 일 실시예에서는 제공되는 축조 재료 층의 두께가 약 90 내지 110미크론의 범위이지만, 다른 실시예에서는 이보다 더 얇거나 두꺼운 축조 재료 층이 제공될 수 있다. 얇은 층을 사용하게 되면 생성되는 물체의 해상도를 더 높일 수 있지만, 물체를 생성하는 데 걸리는 시간이 늘어날 수 있다.
도 3의 방법에 있어서, 블록 304에서, 유착제(204) 및 유착 개선제(206)가 축조 재료의 층(202a)의 표면의 하나 이상의 부분들로 선택적으로 전달될 수 있다. 상기 유착제(204) 및 유착 개선제(206)의 선택적인 전달은 생성시키려는 입체 물체의 모델로부터 도출된 데이터에 따라 수행된다.
선택적 전달(selective delivery)은 유착제 및 유착 개선제 모두가 각각의 독립된 패턴으로 축조 재료의 표면층의 선택된 부분들로 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 패턴은 생성시키려는 입체 물체의 모델로부터 도출된 데이터에 의해 정의된다. 일부 실시예에서, 유착제(204)는 제 1 패턴에 따라 축조 재료 부분에 선택적으로 전달될 수 있으며, 유착 개선제(206)는 제 2 패턴에 따라 축조 재료 부분에 선택적으로 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 패턴은 비트맵을 정의한다.
물체의 임의의 부분의 물체 특성은 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 패턴에 따라 제어 가능하게 변경시킬 수 있다.
일 실시예에서, 유착제(204) 및 유착 개선제(206)는 유체, 즉 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 임의의 적합한 유체 분배 기구를 사용하여 전달할 수 있는 유체이다. 일 실시예에서, 상기 에이전트(유착제, 유착 개선제)는 액적 형태로 전달된다. 그러나 도 2a 내지 도 2g는 상기 에이전트의 전달을 개략적인 형태로 보이고 있음을 주지해야 한다.
도 2b는 축조 재료의 표면에 전달되는 유착제(204) 및 유착 개선제(206)가 축조 재료의 층(202a) 안으로 침투하는 것을 보이고 있다. 상기 에이전트(유착제, 유착 개선제)가 침투하는 정도는 그 두 가지의 상이한 에이전트 간에 다를 수 있거나, 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 침투 정도는 예를 들어 전달되는 에이전트의 양과, 축조 재료의 성질과, 에이전트의 성질 등에 따라 달라질 수 있다. 도 2a 내지 도 2g에 도시된 예에서, 에이전트는 축조 재료의 층(202a) 안으로 실질적으로 완전히 침투한 것으로 도시되어 있지만, 이는 순전히 예시를 위한 것이지 결코 제한하려는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 상기 에이전트 중 하나 또는 둘이 층(202a) 안으로 100% 미만으로 침투할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 에이전트 중 하나 또는 둘이 축조 재료의 층(202a) 안으로 완전히 침투할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 에이전트 중 하나 또는 둘이 축조 재료의 층(202a) 안으로 완전히 침투할 수 있으며, 게다가 축조 재료의 기초 층(underlying layer) 안으로 침투할 수 있다.
도 3의 방법의 블록 306에서 유착제 및 유착 개선제가 전달된 때, 축조 재료의 층(202a)에 사전에 설정된 수준의 에너지가 일시적으로 가해진다. 일 실시예에서, 상기 가해지는 에너지는 적외선 또는 근적외선의 에너지이지만, 다른 실시예에서는 마이크로파 에너지, 자외선(UV) 광, 할로겐 등, 초음파 에너지 등등과 같은 다른 유형의 에너지가 가해질 수 있다. 에너지를 가하는 시간 길이 또는 에너지 노출 시간은, 예를 들면, 에너지원의 특성, 축조 재료의 특성, 유착제의 특성, 및 유착 개선제의 특성 중 하나 이상에 의존할 수 있다. 사용되는 에너지원의 종류는 축조 재료의 특성, 유착제의 특성, 및 유착 개선제의 특성 중 하나 이상에 의존할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(400)은 사전에 설정된 시간 길이 동안 에너지를 가하도록 구성된다.
에너지의 일시적인 적용은 유착제가 전달되었거나 침투되어 있는 축조 재료의 부분들을 축조 재료의 융점을 넘어 가열시켜서 유착시킬 수 있다. 냉각하게 되면, 유착된 부분들이 응고되어서, 생성시키려는 입체 물체의 부분을 형성하게 된다. 그러한 부분이 도 2c에 부분(208a)으로 도시되어 있다.
유착제가 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료에 의해 흡수된 에너지는 또한 축조 재료 주변으로 전파될 수 있으며, 축조 재료 주변을 가열시키기에 충분할 수 있다. 이는, 축조 재료를 예컨대 그의 융점을 넘어서까지 가열시키거나, 또는 축조 재료를 예컨대 그의 융점 아래에서 가열시키되 축조 재료의 연화 및 접합을 일으키기에 적합한 온도까지 가열시킬 수 있다. 이것은 축조 재료 중의 응고를 의도하지 않은 부분들이 후속해서 응고되는 결과를 야기하는데, 이러한 효과를 본원에서는 유착 블리드(coalescence bleed)라 칭한다. 예를 들면, 유착 블리드는 생성된 입체 물체의 전체 정밀도가 감소되는 결과를 가져올 수 있다.
상기 유착 블리드의 영향은 축조 재료의 적절한 부분들에 유착 개선제를 전달함으로써 관리할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 유착 개선제는 그 유착 개선제가 전달되었거나 혹은 침투되어 있는 축조 재료 부분의 유착 정도를 감소시키는 역할을 할 수 있다.
생성된 입체 물체의 품질은 물체가 생성되는 동안 존재하는 환경 조건에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 축조 재료의 온도는 상황에 따라 신중하게 제어 또는 관리될 수 있다. 이와 마찬가지로, 외기 온도, 습도 등과 같은 그 밖의 다른 환경 조건도 몇몇 상황에서 주의 깊게 제어 또는 관리될 수 있다.
유착 개선제는 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 일 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 유착 개선제(206)를 도 2a에 도시된 바와 같이 유착제(204)가 전달된 곳에 인접하게 전달해서, 횡 방향의 유착 블리드의 영향을 감소시키는 데 도움이 되게 할 수 있다. 이는 예를 들면 물체의 가장자리 또는 표면의 선명도(definition) 또는 정밀도를 향상시키고 그리고/또는 표면 거칠기를 감소시키는 데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 유착 개선제를 유착제에 산재되게 전달할 수 있고(이에 대해서는 아래에서 더 설명됨), 이는 앞에서 언급한 바와 같이 물체 특성을 개선하는 데 사용될 수 있다.
공급되는 에너지와, 축조 재료와, 유착제 및 유착 개선제의 조합은, 그 어떤 유착 블리드의 영향도 배제하면서, ｉ) 유착제가 전달되지 않은 축조 재료의 부분들이 그에 에너지가 일시적으로 가해질 때에 유착되지 않도록; ⅱ) 오로지 유착제만 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료의 부분들이 그에 에너지가 일시적으로 가해질 때에 유착되도록; ⅲ) 오로지 유착 개선제만 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료의 부분들이 그에 에너지가 일시적으로 가해질 때에 유착되지 않도록 하여, 선택될 수 있다.
유착제와 유착 개선제가 모두 다 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료의 부분들은 개선된 정도(modified degree)로 유착될 수 있다. 개선의 정도는, 예를 들면, 다음의 것들 중 임의의 하나 또는 그 이상의 것에 따라 달라질 수 있다.
축조 재료의 임의의 부분에서의 유착제 및 유착 개선제의 비율;
유착제가 축조 재료로 전달되는 패턴;
유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 패턴;
유착제의 화학적 특성;
유착 개선제의 화학적 특성;
축조 재료의 화학적 특성;
축조 재료와 유착제 및 유착 개선제 사이의 화학적 상호 작용; 및
에너지가 가해지는 동안의 축조 재료와 유착제 및 유착 개선제 사이의 상호 작용.
일부 실시예에서, 상기 개선의 정도는 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 순서에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 개선의 정도는 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 타이밍에 의존할 수 있다.
축조 재료의 층이 전술한 바와 같이 처리된 후, 새로운 축조 재료 층(202b)이 도 2d에 도시된 바와 같이 앞서서 처리된 축조 재료 층(202a)의 상부에 제공될 수 있다. 이는 도 3의 블록 302에 설명되어 있다. 이러한 방식으로, 앞서서 처리된 축조 재료의 층은 축조 재료의 후속 층을 위한 지지체로서 작용한다.
이어서 입체 물체를 층층이 생성시키기 위해 도 3의 블록 304 내지 블록 306의 처리가 반복될 수 있다. 예를 들어, 도 2e에는, 도 3의 블록 304에 따라서 추가 유착제 및 유착 개선제를 새롭게 제공되는 축조 재료 층에 선택적으로 전달하는 것이 예시되어 있다. 예를 들어, 도 2f는 축조 재료(202b)에 유착제 및 유착 개선제가 침투한 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 2g는, 도 3의 블록 306에 따라 에너지가 가해질 때에, 유착제가 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료(202b)의 부분들과 축조 재료 주변의 축조 재료가 유착 및 응고되는 것을 예시하고 있다.
유착제가 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료 부분으로부터 에너지 적용 중에 흡수된 열은 이전에 응고된 부분, 예컨대 부분(208a)으로 전파되어서, 그 부분의 일부를 그의 융점 이상으로 가열시킬 수 있다. 이러한 효과는 도 2g에 도시된 바와 같이 응고된 축조 재료의 인접하는 층들 사이에 층간 결합이 강한 부분(210)을 생성하는 데 도움이 된다.
제어 가능하게 가변시킬 수 있는 특성을 갖는 입체 물체를 전술한 바와 같이 생성시키는 것은, 물체를 생성하는 데 사용되는 축조 재료의 층에 유착제 및 유착 개선제를 전달하는 방식을 조절함으로써 가능하다.
물체를 생성하는 데 사용되는 축조 재료의 층에 유착제 및 유착 개선제를 전달하는 특정 방식은 물체로 하여금 상이한 물체 특성들을 가질 수 있게 한다.
시스템 개요
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층식 제조 시스템(400)의 단순화된 등각도가 도시되어 있다.
도 5의 흐름도를 참조하여 이하에서 더 설명하는 바와 같이, 상기 시스템(400)은 축조 재료의 연속하는 층들의 부분들을 선택적으로 고화시킴으로써 유형의 입체 물체를 생성시키는 작동을 할 수 있다.
일 실시예에서, 축조 재료는 분말계 축조 재료이다. 본원에 사용된 분말계 재료라는 용어는 건식 및 습식 모두의 분말계 재료, 미립자 재료 및 입상 재료를 포함하는 것으로 의도된다.
그러나 본원에 설명된 예는 분말계 재료로 제한되지 않으며, 적절하다면 적합한 변경을 가해서 그 밖의 다른 적합한 축조 재료와 함께 사용될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 다른 실시예에서, 축조 재료는 페이스트 또는 겔이거나, 또는, 예컨대, 그 밖의 다른 적합한 형태의 축조 재료일 수 있다.
예시적인 시스템 구성
시스템(400)은 시스템 제어기(402)를 포함하고, 이 시스템 제어기는 상기 적층식 제조 시스템(400)의 전반적인 작동을 제어한다. 도 4에 도시된 예에서, 제어기(402)는, 일례로 통신 버스(도시되지 않음)를 통해, 메모리(404)에 연결된 마이크로프로세서 기반의 제어기이다. 메모리는 프로세서가 실행할 수 있는 명령(406)을 저장한다. 제어기(402)는 명령(406)들을 실행할 수 있고, 그래서 상기 명령에 따라 시스템(400)의 작동을 제어할 수 있다.
시스템(400)은 지지 부재(414) 위에 마련된 축조 재료 층에 유착제가 선택적으로 전달될 수 있도록 하는 유착제 분배기(408)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 지지 부재는 약 10㎝ x 10㎝ 내지 약 100㎝ x 100㎝의 범위의 치수를 갖는다. 다른 예에서, 지지 부재는 상기 치수보다 더 크거나 혹은 더 작은 치수를 가질 수 있다.
시스템(400)은 또한 지지 부재(414) 위에 마련된 축조 재료 층에 유착 개선제가 선택적으로 전달될 수 있도록 하는 유착 개선제 분배기(410)도 포함한다.
제어기(402)는 제공된 축조 재료 층으로의 유착제 및 유착 개선제의 선택적 전달을 에이전트 전달 제어 데이터(416)에 따라 제어한다.
도 4에 도시된 예에서, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 열 프린트헤드 또는 피에조 잉크젯 프린트헤드 등과 같은 프린트헤드일 수 있다. 일 실시예에서, 시중에서 입수할 수 있는 잉크젯 프린터에서 일반적으로 사용되는 적절한 프린트헤드 등과 같은 프린트헤드가 사용될 수 있다.
프린트헤드(408, 410)는 적절한 유체 형태일 때의 유착제 및 유착 개선제를 선택적으로 전달하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 프린트헤드는 에이전트 액적을 300 내지 1200의 인치 당 도트(DPI)의 해상도로 전달하도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 프린트헤드는 상기 해상도보다 더 높거나 낮은 해상도로 에이전트 액적을 전달할 수 있도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 프린트헤드는 이 프린트헤드가 유체 액적을 선택적으로 배출시킬 수 있는 통로인 다수의 노즐들의 배열을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 액적은 방울 당 약 10 피코 리터(pi) 정도일 수 있지만, 다른 실시예에서는 이보다 크거나 혹은 작은 액적 크기를 전달할 수 있는 프린트헤드가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서는 가변 크기의 액적을 전달할 수 있는 프린트헤드가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 유착제 분배기(408)는 유착 개선제 분배기(410)로부터 전달되는 유착 개선제의 액적보다 큰 유착제 액적을 전달하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 유착제 분배기(408)는 유착 개선제 분배기(410)로부터 전달되는 유착 개선제의 액적과 같은 크기의 유착제 액적을 전달하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 유착제 분배기(408)는 유착 개선제 분배기(410)로부터 전달되는 유착 개선제의 액적보다 작은 유착제 액적을 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 에이전트와 제 2 에이전트는 프린트헤드를 통해 전달될 수 있도록 하기 위해 물 또는 다른 적절한 용매 또는 분산제와 같은 액체 담체를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 프린트헤드는 드롭 온 디맨드(drop-on-demand) 프린트헤드일 수 있다. 다른 실시예에서 프린트헤드는 연속 드롭 프린트헤드일 수 있다.
일부 실시예에서, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 시스템(400)의 일체형 부품일 수 있다. 일부 실시예에서, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 사용자가 교체할 수 있고, 이 경우, 그 분배기들은 적절한 분배기 수용부 또는 인터페이스 모듈(도시되지 않음)에 탈착 가능하게 삽입될 수 있다.
일부 실시예에서 하나의 잉크젯 프린트헤드가 유착제와 유착 개선제 둘 다를 선택적으로 전달하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 프린트헤드의 제 1 세트의 프린트헤드 노즐은 유착제를 전달하도록 구성될 수 있고, 상기 프린트헤드의 제 2 세트의 프린트헤드 노즐은 유착 개선제를 전달하도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 소위 페이지-와이드(page-wide) 배열 구성에서 지지 부재(414)의 전체 폭에 걸쳐질 수 있게 한 길이를 갖는다. 일 실시예에서, 이는 다수의 프린트헤드의 적절한 배치를 통해 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 지지 부재(414)의 폭에 걸쳐질 수 있게 한 길이를 갖는 노즐 배열을 갖는 하나의 프린트헤드가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 상기 길이보다 짧은 길이, 즉 지지 부재(414)의 전체 폭에 걸쳐질 수 없게 한 길이를 가질 수 있다.
유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 도시된 y축을 따라 지지 부재(414)의 길이를 가로질러 양방향으로 이동할 수 있게 한 이동 가능한 캐리지(도시되지 않음)에 장착된다. 이것은 1회 통과로 유착제와 유착 개선제가 지지 부재(414)의 전체 폭과 길이에 걸쳐 선택적 전달될 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 고정될 수 있고, 상기 지지 부재(414)는 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)에 대해 이동할 수 있다.
본원에 사용된 용어 '폭'은 도 4에 도시된 x축과 y축에 평행한 평면에서 가장 짧은 치수를 일반적으로 나타내는 데 사용되며, 본원에서 사용된 용어 "길이"는 상기 평면에서 가장 긴 치수를 일반적으로 나타내는 데 사용되는 점에 주목해야 한다. 그러나, 다른 실시예에서는 "폭"이라는 용어를 "길이"라는 용어로 교체할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 유착제 분배기 및 유착 개선제 분배기는 지지 부재(414)의 전체 길이에 걸쳐질 수 있게 한 길이를 가질 수 있고, 상기 이동 가능한 캐리지는 지지 부재(414)의 폭을 가로질러 양방향으로 이동할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 지지 부재의 전체 폭에 걸쳐질 수 있게 한 길이는 갖지 않지만, 추가적으로, 도시된 x축에서 지지 부재(414)의 폭을 가로질러서 양방향으로 이동할 수 있다. 이 구성은 다수 회 통과를 이용해서 유착제와 유착 개선제가 지지 부재(414)의 전체 폭과 길이에 걸쳐 선택적 전달될 수 있게 한다. 그러나 페이지 와이드 배열 구성 등과 같은 다른 구성은 입체 물체를 더 빠르게 생성시킬 수 있다.
유착제 분배기(408)는 유착제 공급원을 포함하거나, 또는 별도의 유착제 공급원에 연결될 수 있다. 유착 개선제 분배기(410)는 유착 개선제 공급원을 포함하거나, 또는 별도의 유착 개선제 공급원에 연결될 수 있다.
시스템(400)은 축조 재료(202)의 층을 지지 부재(414) 상에 제공하기 위한 축조 재료 분배기(418)를 추가로 포함한다. 적합한 축조 재료 분배기는 예를 들어 와이퍼 블레이드 및 롤러를 포함할 수 있다. 축조 재료가 호퍼 또는 축조 재료 저장소(도시되지 않음)로부터 축조 재료 분배기(418)로 공급될 수 있다. 도시된 예에서, 축조 재료 분배기(418)는 지지 부재(414)의 길이(y축)에 걸쳐 이동하여 축조 재료 층을 부착시킨다. 전술한 바와 같이, 축조 재료의 제 1 층이 지지 부재(414) 상에 부착될 것이고, 후속하는 축조 재료 층들이 앞서 부착된 축조 재료 층 상에 부착될 것이다.
도시된 예에서, 축조 재료의 새로운 층들이 부착될 때에 축조 재료의 가장 최근에 부착된 층의 표면과 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)의 하부 표면 사이에 사전에 설정된 간극이 유지될 수 있도록, 지지 부재(414)는 z축에서 이동 할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서는 지지 부재(414)는 z축으로 이동할 수 없고, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)가 z축으로 이동할 수 있다.
시스템(400)은 유착제가 전달되었거나 혹은 침투되어 있는 곳을 따라서 축조 재료의 부분들을 응고시키기 위해 축조 재료에 에너지를 가하기 위한 에너지원(420)을 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 상기 에너지원(420)은 적외선(IR) 또는 근적외선 광원이다. 일 실시예에서, 상기 에너지원(420)은 지지 부재(414) 상에 부착된 축조 재료에 에너지를 균일하게 가할 수 있는 단일의 에너지원일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 에너지원(420)은 다수의 에너지원들의 배열을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 에너지원(420)은 에너지를 축조 재료 층의 전체 표면에 실질적으로 균일하게 적용시킬 수 있도록 구성된다. 이러한 실시예들에서, 상기 에너지원(420)은 비집속형 에너지원(unfocused energy source)이라고 말할 할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나의 층 전체에 에너지가 동시에 가해질 수 있는데, 이는 입체 물체가 생성될 수 있는 속도를 증가시키는 데 도움이 될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 에너지원(420)은 에너지를 축조 재료 층의 전체 표면 부분에 실질적으로 균일하게 적용시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 상기 에너지원(420)은 에너지를 축조 재료 층의 전체 표면 중의 한 조각(strip)에 적용시키도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 실질적으로 동일한 양의 에너지가 궁극적으로는 축조 재료 층의 전체 표면에 걸쳐 적용될 수 있도록, 에너지원이 축조 재료의 층을 가로질러 이동되거나 스캐닝될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 에너지원(420)은 이동 가능한 캐리지 상에 장착될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 에너지원은 예를 들어 에이전트 전달 제어 데이터에 따라 축조 재료 층을 가로질러 이동할 때에 가변량의 에너지를 가할 수 있다. 예를 들어, 제어기(402)는 유착제가 가해진 축조 재료의 부분들에 에너지를 적용하기 위해서만 에너지원을 제어할 수 있다.
추가 실시예에서, 에너지원(420)은 레이저 빔 등의 집속형 에너지원(focused energy source)일 수 있다. 이 실시예에서, 레이저 빔은 축조 재료 층의 전체 또는 일부를 가로질러 주사하도록 제어될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 레이저 빔은 에이전트 전달 제어 데이터에 따라 축조 재료의 층을 가로질러 스캐닝하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔은 유착제가 전달되는 층의 부분들에 에너지를 적용하도록 제어 될 수 있다.
도 4에는 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서, 시스템(400)은 지지 부재(414) 상에 부착된 축조 재료를 사전에 설정된 온도 범위 내로 유지시키기 위한 예열기를 추가로 포함한다. 예열기를 사용함으로써, 유착제가 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료의 유착 또는 후속하는 응고가 일어날 수 있도록 하기 위해 에너지원(420)에 의해 가해져야 하는 에너지의 양을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 지지 부재(414)는 시스템(400)의 고정 부품이 아닐 수 있지만, 예를 들어 탈착식 모듈의 부품일 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 부재(414)와 축조 재료 분배기는 시스템(400)의 고정 부품이 아닐 수 있지만, 예를 들어 탈착식 모듈의 부품일 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(400)의 다른 요소들은 탈착식 모듈의 부품일 수 있다.
시스템 작동
입체 물체를 생성하기 위해, 제어기(402)는 에이전트 전달 제어 데이터(416)를 취득한다. 이는 도 5의 블록 502에 설명되어 있다. 에이전트 전달 제어 데이터(416)는, 생성되는 입체 물체의 각각의 절편(slice)에 대해서, 유착제 및 유착 개선제 중 적어도 하나가 전달되는 축조 재료(축조 재료가 있는 경우)의 부분들 또는 위치들을 정의할 수 있다.
에이전트 전달 제어 데이터는 예를 들면 적절한 입체 물체 처리 시스템(도시되지 않음)에 의해 도출될 수 있다. 일부 실시예에서, 입체 물체 처리 시스템은 적층식 제조 시스템(400) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리(404)는, 제어기(402)에 의해 실행될 때에 그 제어기(402)로 하여금 본원에 설명된 것과 같은 입체 물체 처리 장치로서 작동하도록 하는 명령(406)을 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 입체 물체 처리 시스템은 적층식 제조 시스템(400)의 범위 밖에 있을 수 있다. 예를 들어, 입체 물체 처리 시스템은 상기 시스템(400)과는 별개인 컴퓨터 장치에서 실행될 수 있는 소프트웨어 애플리케이션 또는 소프트웨어 애플리케이션의 일부일 수 있다.
예를 들어, 상기 물체 처리 시스템은 생성시키려는 입체 모델을 나타내는 물체 설계 데이터를 얻을 수 있다. 물체 처리 시스템은 물체 특성 데이터를 추가로 얻을 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 물체 특성 데이터는 물체 설계 데이터로부터 얻을 수 있거나, 또는, 예를 들어, 사용자 인터페이스를 거쳐 사용자로부터, 소프트웨어 드라이버로부터, 소프트웨어 애플리케이션으로부터 얻거나, 또는 디폴트 또는 사용자 정의 전체 물체 특성 데이터를 저장하는 메모리로부터 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, 물체 처리 시스템은 적층식 제조 시스템(400)의 특성과 관련된 데이터를 얻을 수 있다. 이러한 특성은, 예를 들면, 축조 재료의 층 두께, 유착제의 특성, 유착 개선제의 특성, 축조 재료의 특성, 및 에너지원의 특성을 포함할 수 있다.
이러한 특성, 물체 설계 데이터, 및 물체 특성 데이터를 사용함으로써, 물체 처리 시스템은 에이전트 전달 제어 데이터(416)를, 즉 처리되는 축조 재료의 각 층에 대해서, 유착제 및 유착 개선제 중 적어도 하나가 전달되는 축조 재료 상의 위치들 또는 부분들을 묘사할 수 있는, 에이전트 전달 제어 데이터를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 유착제 및 유착 개선제가 전달되는 축조 재료의 위치들 또는 부분들은 각각의 패턴에 의해 한정된다.
일부 실시예에서, 물체 처리 시스템은 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 순서를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 물체 처리 시스템은 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 순서 및 이에 대응하는 타이밍 데이터를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 타이밍 데이터는 유착제 전달과 유착 개선제 전달과의 사이를 참작하기 위해 시간 지연을 정의할 수 있다.
일부 실시예에서, 물체 처리 시스템은 축조 재료의 각각의 위치 또는 부분에 전달할 유착제의 체적 및 유착 개선제의 체적을 나타내는 체적 데이터를 추가로 생성할 수 있다.
유착제 및 유착 개선제가 전달되는 밀도는 전술한 특성에 따라 변동될 수 있다. 예를 들어, 유착제가 전달되었거나 침투된 축조 재료 부분이 그에 가해지는 에너지를 받을 때에, 그 부분에 의해 흡수된 에너지는 다른 주변 영역으로 전파된다. 일 실시예에서, 유착제의 특성 및 전달되는 유착제의 양은, 층 두께의 약 1.5배 범위의 구 안에서 에너지가 방사될 수 있도록, 선택될 수 있다. 이것은 충분한 층간 접합뿐만 아니라 축조 재료의 측 방향으로 인접하는 부분들 간의 충분한 접합도 보장하는 데 도움이 될 수 있다.
이러한 방식으로, 물체 처리 시스템은, 예를 들면, 물체의 충분한 강도는 여전히 유지하면서 유착제의 인접하는 방울들 간의 횡 방향 간격을 증가시킬 수 있는지를 결정할 수 있다. 그렇게 결정함으로써, 축조 재료의 층에 전달될 수 있는 유착제의 평균 밀도를 감소시키고, 그에 따라 물체의 강도에는 영향을 주지 않으면서 유착제 소비를 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 에이전트 전달 제어 데이터는, 축조 재료의 임의의 부분에 대해서, 유착 개선제 전달 전에 전달되어야 할 유착제를 한정할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 에이전트 전달 제어 데이터는, 축조 재료의 임의의 부분에 대해서, 유착 개선제 전달 후에 전달되어야 할 유착제를 한정할 수 있다.
에이전트에 전달 제어 데이터(416)에 따라 시스템(400)의 작동을 제어함으로써, 전술한 바와 같이 제어 가능하게 변동시킬 수 있는 물체 특성을 가질 수 있는 입체 물체를 생성시킬 수 있다.
블록 504에서, 제어기(402)는 지지 부재(414) 상에 축조 재료의 제 1 층이 제공될 수 있도록 축조 재료 분배기(418)를 제어한다. 일부 실시예에서, 축조 재료 분배기(418)에 의해 제공되는 축조 재료 층의 두께는 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 축조 재료 분배기(418)에 의해 제공되는 축조 재료 층의 두께는 일례로 제어기(402)의 제어 하에서 변경될 수 있다. 축조 재료의 전달을 제어하기 위해, 제어기(402)는 축조 재료 분배기(418)가 장착되어 있는 캐리지를 y축에서 일례로 도 4에 도시된 바와 같이 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 지지 부재(414)의 길이를 가로질러 이동시킨다.
일부 실시예에서, 제어기(402)는, 축조 재료의 층에 유착제와 유착 개선제가 선택적으로 전달될 수 있도록 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)를 제어하기 전에, 축조 재료의 완전한 층이 제공될 수 있도록 축조 재료 분배기(418)를 제어한다. 이러한 실시예들에서, 유착제 분배기 및 유착 개선제 분배기가 도 4에 도시된 바와 같이 y축을 따라 좌측에서 우측으로 이동하는 동안에 유착제와 유착 개선제가 전달된다.
다른 실시예에서, 제어기(402)는 축조 재료 분배기(418)가 축조 재료 층을 제공하는 동안에 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료에 선택적으로 전달될 수 있도록 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)를 제어한다. 즉, 축조 재료 분배기(418)가 축조 재료 층을 제공해서 새로운 축조 재료 층이 형성됨에 따라, 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)는 유착제 및 유착 개선제를 축조 재료 분배기(418)에 의해 지금 막 제공되어 있는 축조 재료 층으로 선택적으로 전달할 수 있다. 도시된 구성에서, 유착제와 유착 개선제가 전달되는 동안에 새로운 축조 재료 층을 분포시킬 수 있도록 하기 위해, 유착제 분배기 및 유착 개선제 분배기와 축조 재료 분배기(418)가 지지 부재(414)의 우측으로 복귀한다.
속도와 효율의 증가는 일례로 도 6a에 도시된 바와 같이 캐리지에 추가 에이전트 분배기를 추가함으로써 달성될 수 있다. 도 6a에, 축조 재료 분배기(418)의 한 쪽에 배치된 한 쌍의 유착제 분배기(408a, 408b)와 축조 재료 분배기(418)의 다른 한 쪽에 배치된 한 쌍의 유착 개선제 분배기(410a, 410b)를 구비하는 구성이 도시되어 있다. 이 구성은 캐리지가 y축을 따라 어느 방향으로든지 이동하는 동안에 축조 재료 층이 부착될 수 있게 하고 유착제 및 유착 개선제가 상기 부착된 층에 전달될 수 있게 하고, 이에 의해 양방향 작동이 가능해진다.
도 6b는 또 다른 예에 따른 다른 구성을 예시한다. 도 6b에, 유착제 분배기(408)의 한 쪽과 유착 개선제 분배기(410)의 한 쪽에 배치된 한 쌍의 축조 재료 분배기(418a, 418b)를 갖는 구성이 도시되어 있다. 다시 설명하면, 이 구성은 캐리지가 y축을 따라 어느 방향으로든지 이동하는 동안에 축조 재료 층이 부착될 수 있게 하고 유착제 및 유착 개선제가 상기 부착된 층에 전달될 수 있게 하고, 이에 의해 양방향 작동이 가능해진다.
이러한 구성은 축조 재료 분배기나 혹은 유착제 분배기 및 유착 개선제 분배기의 중복을 희생해서 도 4에 도시된 구성에 비해 속도를 향상시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 축조 재료 분배기(418)는 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)로부터 분리될 수 있다. 예를 들면, 축조 재료 분배기(418)는 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)가 위치하는 캐리지들과는 별개인 캐리지 상에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 축조 재료 분배기(418)는 유착제 분배기(408) 및 유착 개선제 분배기(410)가 위치하는 것과 동일한 캐리지 상에 위치될 수 있지만, 짧은 거리만큼 떨어져 있을 수 있다.
대안적인 구성
본원에 기재된 실시예들은 하나의 유착제와 하나의 유착 개선제를 사용하는 것을 참조하지만, 다른 실시예에서는 다수의 유착제를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서는 다수의 유착 개선제를 사용할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서는, 제 1 유착제가 제 1 유착제 분배기로부터 선택적으로 전달될 수 있고, 제 2 유착제가 제 2 유착제 분배기로부터 선택적으로 전달될 수 있다. 상기 제 1 유착제는 상기 제 2 유착제와는 다른 화학적 특성들 및/또는 농도를 가질 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서는, 제 1 유착 개선제가 제 1 유착 개선제 분배기로부터 선택적으로 전달될 수 있고, 제 2 유착 개선제가 제 2 유착 개선제 분배기로부터 선택적으로 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 유착 개선제는 상기 제 2 유착 개선제와는 다른 화학적 특성들을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제 1 유착 개선제는 상기 제 2 유착 개선제와는 다른 농도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제 1 유착 개선제는 상기 제 2 유착 개선제와는 다른 화학적 특성들 및 농도를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 1 유착 개선제는 제 1 인자에 의해 유착을 개선할 수 있고, 반면에 제 2 유착 개선제는 제 2 인자에 의해 유착을 개선할 수 있다. 일부 실시예에서, 두 유착 개선제가 유착 정도를 각기 다른 양만큼 줄일 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 유착 개선제는 유착 정도를 감소시킬 수 있는 반면에, 다른 하나의 유착 개선제는 유착 정도를 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 두 유착 개선제가 유착 정도를 증가시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 유착제 및 유착 개선제에 더하여 추가 에이전트들이 사용될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 축조 재료 층에 착색 안료 또는 염료 등의 착색제를 포함하는 에이전트를 선택적으로 전달하기 위한 추가 에이전트 분배기가 제공될 수 있다.
추가 실시예에서, 생성된 입체 물체에 사전에 설정된 기능을 추가하기 위한 기능제를 포함하는 에이전트를 선택적으로 전달하기 위한 추가 에이전트 분배기가 제공될 수 있다. 예를 들어, 위와 같은 에이전트는 생성된 입체 물체 부분이 전기 전도성을 띠게 할 수 있는 전기 도전성 요소들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 유착제는 입체 물체의 부분들이 사전에 설정된 색을 가질 수 있게 하기에 적합한 착색제를 포함할 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 축조 재료의 각 층이 처리될 수 있는 속도는 입체 물체가 생성될 수 있는 속도에 영향을 미친다. 프린트헤드를 사용하게 되면, 예를 들어, 작은 방울의 유착제 및 유착 개선제를 축조 재료 층에 고정밀도 및 고속으로 전달할 수 있게 된다.
다른 실시예에서, 유착제 및 유착 개선제는 프린트헤드가 아닌 스프레이 노즐을 통해 전달될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 잉크젯 프린트헤드를 사용할 때에 얻을 수 있는 것보다는 정밀도는 낮지만 짧은 시간 내에 큰 물체를 생성시킬 수 있게 한다. 이것은, 예를 들어 큰 축조 재료 층, 일례로 약 200㎝ x 100㎝보다 큰 축조 재료 층을 처리할 때에, 특히 편리할 수 있다.
재료에 대한 설명
입체 물체를 본원에 설명된 바와 같이 제조하기 위한 방법 및 시스템이 설명된 바와 같이 기능할 수 있도록 하기 위해서는, 축조 재료, 유착제, 및 유착 개선제의 특성들을 신중하게 선택해야 한다.
적합한 재료들의 예를 아래에 제공한다.
축조 재료
일 예에 따르면, 적합한 축조 재료는 분말상 반결정질 열가소성 재료일 수 있다. 한 가지 적합한 재료는 일례로 시그마-알드리치 캄파니 엘엘시(Sigma-Aldrich Co. LLC)에서 입수할 수 있는 나일론 12일 수 있다. 또 다른 적합한 재료는 엘렉트로 옵티칼 시스템즈 에오에스 게엠베하(Electro Optical Systems EOS GmbH)에서 입수할 수 있는 PA 2200일 수 있다.
다른 실시예에서는, 임의의 다른 적합한 축조 재료가 사용될 수 있다. 그러한 재료에는, 예를 들면, 분말상 금속 재료, 분말상 합성 재료, 분말 세라믹 재료, 분말상 유리 재료, 분말상 수지 재료, 분말상 고분자 재료 등이 포함될 수 있다.
유착제
비제한적인 한 예에 따르면, 적합한 유착제는, 예컨대 휴렛팩커드 캄파니(Hewlett-Packard Company)에서 입수할 수 있는 CM997A라고 시중에 알려져 있는 잉크 제형과 같은, 카본 블랙을 포함하는 잉크 형태의 제형일 수 있다. 일 예에서 이러한 잉크는 적외선 흡수제를 추가로 포함할 수 있다. 일 예에서 이러한 잉크는 근적외선 흡수제를 추가로 포함할 수 있다. 일 예에서 이러한 잉크는 가시광 흡수제를 추가로 포함할 수 있다. 가시광 증진제를 포함하는 잉크의 예로는 휴렛팩커드 캄파니에서 입수할 수 있는 것으로서 CE039A 및 CE042A라고 시중에 알려져 있는 잉크 등과 같은 염료계 컬러 잉크 및 안료계 컬러 잉크가 있다.
유착 개선제
위에서 설명한 바와 같이, 유착 개선제는 유착제의 효과를 변화시키는 역할을 한다. 유착제의 효과를 변화시키는 데에 상이한 물리적 및/또는 화학적 효과가 사용될 수 있다는 것이 증명되었다.
어떤 이론에도 얽매임이 없이 예를 들면, 일 실시예에서, 유착 개선제는 축조 재료의 각 입자들 간의 기계적 분리를 일으키는 작용을 하여, 일례로 상기 입자들이 서로 결합되는 것을 방지하여서 그 입자들의 응고를 방지함으로써, 생성되는 입체 물체 부분이 형성될 수 있게 한다. 예시적인 유착 개선제는 고체를 포함하는 액체를 포함할 수 있다. 이와 같은 유착 개선제는, 예를 들어, 콜로이드 잉크, 염료계 잉크, 또는 폴리머계 잉크일 수 있다.
그와 같은 유착 개선제는 축조 재료 층에 전달된 후에는 고체의 얇은 층이 예를 들어 모든 담체 액체의 증발 후에 축조 재료 부분을 덮거나 혹은 부분적으로 덮도록 하고, 그에 따라 본원에 기술된 바와 같이 유착 개선제로서 작용할 수 있다.
일 실시예에서, 그러한 유착 개선제는 그 유착 개선제가 전달되는 축조 재료의 입자의 평균 크기보다 작은 평균 크기를 갖는 고체 입자를 포함할 수 있다. 더욱이, 유착 개선제의 분자량 및 그의 표면 장력은 그 유착 개선제가 축조 재료 내로 충분히 침투할 수 있도록 해야 한다. 일 실시예에서, 그와 같은 유착 개선제는 또한 그의 방울 각각이 고체를 높은 백분율로 포함하도록 높은 용해도를 가져야 한다.
일 실시예에서, 염 용액이 유착 개선제로 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 휴렛팩커드 캄파니(Hewlett-Packard Company)에서 입수할 수 있는 것으로서 CM996A라고 시중에 알려져 있는 잉크를 유착 개선제로 사용할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 휴렛팩커드 캄파니에서 입수할 수 있는 것으로서 CN673A라고 시중에 알려져 있는 잉크도 유착 개선제로 작용할 수 있음이 입증되었다.
또 다른 실시예에서, 어떠한 이론에도 구속됨이 없이, 유착 개선제는 축조 재료가 그의 융점을 넘는 온도에 도달하지 못하게 함으로써 유착제의 효과를 변화시키는 작용을 할 수 있다. 예를 들면, 적합한 냉각 효과를 나타내는 유체를 유착 개선제로서 사용할 수 있음이 입증되었다. 예를 들어, 그러한 유착 개선제가 축조 재료로 전달된 때에, 축조 재료에 가해지는 에너지가 그 유착 개선제에 의해 흡수되어 유착 개선제의 증발이 일어나고, 이는 유착 개선제가 전달되었거나 침투해 있는 축조 재료가 그 축조 재료의 융점에 이르는 것을 방지하는 데 도움을 줄 수 있다.
일부 실시예에서, 물을 높은 백분율로 포함하는 에이전트가 적합한 유착 개선제로 입증되었다.
다른 실시예에서는 그 밖의 다른 형태의 유착 개선제가 사용될 수 있다.
유착 정도를 증가시킬 수 있는 일례의 유착 개선제는 예를 들어 적합한 가소제를 포함할 수 있다. 유착 정도를 증가시킬 수 있는 다른 예의 유착 개선제는 예를 들어 축조 재료의 입자들의 습윤성을 증가시키기 위한 표면 장력 개선제를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 실시예들은 하드웨어의 형태, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 임의의 그러한 소프트웨어는, 소거 가능한 것이든지 또는 재기록 가능한 것이든지 간에 예를 들어 ROM과 같은 저장 장치 등의 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치 형태로, 또는 예를 들어 RAM, 메모리 칩, 소자 또는 집적 회로 등의 메모리 형태로, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크, 또는 자기 테이프 등의 광학적 또는 자기적으로 판독 가능한 매체 상에, 저장될 수 있다. 상기 저장 장치 및 저장 매체는, 실행될 때에 본원에 기재된 실시예를 구현하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계 판독 가능 저장 장치의 예라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 여러 실시예들은 청구범위의 임의의 청구항에서 청구되는 시스템 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램과, 이러한 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 장치를 제공한다.
본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서, 도면을 포함)에 개시된 모든 특징들 및/또는 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계들은, 그러한 특징들 및/또는 단계들의 적어도 일부가 서로 양립할 수 없는 경우의 조합을 제외하고는, 그 어떠한 조합으로도 결합될 수 있다.
본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서, 도면을 포함)에 개시된 각각의 특징부는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한은 동일, 균등 또는 유사한 목적에 이바지하는 대안적인 특징부들로 대체될 수 있다. 따라서, 개시된 각 특징부는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한은 일반적인 계열의 동등 또는 유사한 특징부들 중의 한 예에 불과하다.

Claims (15)

  1. 입체 물체 생성 장치에 있어서,
    축조 재료의 층의 부분들 상에 유착제(coalescing agent)를 선택적으로 전달하기 위한 제 1 에이전트 분배기(agent distributor);
    축조 재료의 층의 부분들 상에 유착 개선제(coalescence modifier agent)를 선택적으로 전달하기 위한 제 2 에이전트 분배기(agent distributor); 및
    상기 유착제와 유착 개선제 각각이, 생성시키려는 입체 물체의 절편을 나타내는 데이터로부터 도출된 각각의 패턴으로, 축조 재료의 층 상으로 선택적으로 전달될 수 있도록, 상기 에이전트 분배기들을 제어하여, 축조 재료의 층에 에너지가 가해질 때에 그 축조 재료가 유착 및 응고되어서 상기 패턴에 따라 입체 물체의 절편이 형성되도록 하는, 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는, 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료로 전달되는 패턴과 관련된 물체 특성을 갖는 입체 물체를 생성시키기 위한 것임을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    축조 재료 지지체 상에 축조 재료의 제 1 층을 제공하고 또한 이전에 제공된 축조 재료 층 상에 후속하는 축조 재료 층들을 제공하기 위한 축조 재료 분배기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 에이전트 분배기 및 상기 제 2 에이전트 분배기는 상기 지지체에 걸쳐지게 하는 길이를 가지며, 상기 지지체와 상기 분배기 중 적어도 하나는, 유착제와 유착 개선제가 축조 재료 층의 임의의 부분의 표면으로 선택적으로 전달될 수 있도록, 다른 하나에 대해 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에이전트 분배기는 제 1 프린트헤드이고, 상기 제 2 에이전트 분배기는 다른 제 2 프린트헤드인 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에이전트 분배기는 프린트헤드의 제 1 배열의 노즐들이고, 상기 제 2 에이전트 분배기는 상기 프린트헤드의 제 2 배열의 노즐들인 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 생성시키려는 입체 물체의 절편을 나타내는 데이터와 생성시키려는 입체 물체의 적어도 한 부분의 적어도 한 가지 원하는 물체 특성을 나타내는 데이터의 조합으로부터 도출된 제어 데이터에 따라서, 상기 유착제 및 유착 개선제가 축조 재료 층의 표면에 선택적으로 될 수 있도록, 상기 에이전트 분배기들을 제어하기 위한 것임을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 축조 재료 분배기는 약 90 내지 110미크론 범위의 층 두께를 가지는 축조 재료 층을 제공하기 위한 것이고, 상기 에이전트 분배기들은 액적 당 약 10피코리터의 에이전트 액적들을 제공하기 위한 것임을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    축조 재료의 층 상에 제 2 유착제를 선택적 전달하기 위한 제 3 에이전트 분배기 및/또는 축조 재료의 층 상에 제 2 유착 개선제를 선택적 전달하기 위한 제 4 에이전트 분배기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 입체 물체를 나타내는 데이터와 물체 특성 데이터로부터 제어 데이터를 생성하기 위한 것임을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지체를 가로질러 양방향으로 이동할 수 있는 캐리지로서, 유착제를 선택적으로 전달하기 위한 한 쌍의 제 1 에이전트 분배기와, 유착 개선제를 선택적으로 전달하기 위한 한 쌍의 제 2 에이전트 분배기와, 축조 재료 분배기가 장착되었거나 장착될 수 있는, 캐리지를 추가로 포함하고, 상기 에이전트 분배기들과 상기 축조 재료 분배기는 상기 캐리지가 어느 방향으로 이동하는 동안에 축조 재료, 유착제, 및 유착 개선제를 전달할 수 있게 배치된 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지체를 가로질러 양방향으로 이동할 수 있는 캐리지로서, 유착제를 선택적으로 전달하기 위한 상기 제 1 에이전트 분배기와, 유착 개선제를 선택적으로 전달하기 위한 상기 제 2 에이전트 분배기와, 한 쌍의 축조 재료 분배기가 장착되었거나 장착될 수 있는, 캐리지를 추가로 포함하고, 상기 에이전트 분배기들과 상기 축조 재료 분배기는 상기 캐리지가 어느 방향으로 이동하는 동안에 축조 재료, 유착제, 및 유착 개선제를 전달할 수 있게 배치된 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    유착제 및 유착 개선제가 전달되는 곳을 따라서 입체 물체의 절편이 형성되도록, 축조 재료 부분이 유착 및 응고될 수 있게, 축조 재료에 에너지를 가하기 위한 비집속식 에너지원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
  14. 입체 물체를 생성하기 위한 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    생성시키려는 입체 물체 부분을 나타내는 데이터로부터 도출되는 제어 데이터를 얻는 단계;
    축조 재료의 층을 부착시키는 단계;
    부착된 축조 재료의 층 상에 유착제 및 유착 개선제를 얻어진 제어 데이터에 따라 선택적으로 부착시키는 단계; 및
    유착제 및 유착 개선제가 부착되는 곳을 따라서 입체 물체 부분이 형성되도록, 축조 재료의 부분들이 유착 및 응고될 수 있게, 부착된 축조 재료에 에너지를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    입체 물체를 생성하기 위한 시스템을 제어하는 방법.
  15. 입체 물체 생성 장치에 있어서,
    축조 재료의 층 상의 제 1 세트의 선택 가능한 부분들에 유착제를 선택적으로 전달하기 위한 제 1 탈착식 삽입형 에이전트 분배기를 수용하기 위한 인터페이스;
    축조 재료의 층 상의 제 2 세트의 선택 가능한 부분들에 유착 개선제를 선택적으로 전달하기 위한 제 2 탈착식 삽입형 에이전트 분배기를 수용하기 위한 인터페이스; 및
    제어기를 포함하며,
    상기 제어기가,
    상기 에이전트 분배기들을 그들 각각의 인터페이스에 삽입될 때에 제어하되, 생성시키려는 입체 물체 부분을 나타내는 데이터로부터 도출된 제어 데이터에 의해 결정된 위치들에서 축조 재료의 연속 층들 상에 상기 유착제 및 유착 개선제가 선택적으로 전달되도록 제어하며,
    유착제 및 유착 개선제가 전달되는 곳을 따라서 입체 물체의 절편이 형성되도록, 축조 재료 부분이 유착 및 응고될 수 있게, 축조 재료에 에너지가 가해지도록 에너지원을 제어하는 것을 특징으로 하는
    입체 물체 생성 장치.
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