KR20160113242A - 3차원 물체를 제조하기 위한 적층-가공 장치, 및 관련된 방법 - Google Patents

3차원 물체를 제조하기 위한 적층-가공 장치, 및 관련된 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160113242A
KR20160113242A KR1020167023274A KR20167023274A KR20160113242A KR 20160113242 A KR20160113242 A KR 20160113242A KR 1020167023274 A KR1020167023274 A KR 1020167023274A KR 20167023274 A KR20167023274 A KR 20167023274A KR 20160113242 A KR20160113242 A KR 20160113242A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
materials
deposition
induction heating
unit
dimensional object
Prior art date
Application number
KR1020167023274A
Other languages
English (en)
Inventor
세드리크 미쉘
빅토르 루
톰 르루즈
다비드 오세르
Original Assignee
폴렌 에이엠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 폴렌 에이엠 filed Critical 폴렌 에이엠
Publication of KR20160113242A publication Critical patent/KR20160113242A/ko

Links

Images

Classifications

    • B29C67/0059—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/02—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
    • B29B13/022—Melting the material to be shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/336—Feeding of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • B29C67/0085—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0811—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0811—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction
    • B29C2035/0816—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction using eddy currents

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)

Abstract

본 발명의 주된 목적은 3차원 물체를 생산하기 위한 적층-가공 장치(1)로서, 3차원 물체(2)를 제조하기 위한 재료들을 포함하는 재료 선택 유닛(3), 재료들을 가열하기 위한 유도 가열 유닛(4)으로서, 상기 선택 유닛(3)은 재료들이 용융되도록 하는 상기 가열 유닛(4)까지 재료들을 이송할 수 있는, 유도 가열 유닛(4), 및 상기 3차원 물체(2)가 재료의 연속적인 층들로 제조되도록 재료들이 상기 가열 유닛(4)을 통과한 후 지지체(support)(6) 상에 재료들을 토출하는 재료 증착 유닛(5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 물체를 제조하기 위한 적층-가공 장치, 및 관련된 방법{Additive-manufacturing device for creating a three-dimensional object, and associated method}
본 발명은 재료를 연속적인 층들로 선택적으로 증착함에 의해 3차원 물체(three-dimensional object)를 제조하기 위한 장치 및 방법 분야에 관한 것이다. 따라서 이는 특히 적층 가공(additive manufacturing) 또는 쾌속 조형(rapid prototyping)이라고도 부르는 3차원 프린팅 분야에 관련되지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명은 산업용과 특별한 목적을 위해 다양한 분야에 적용된다. 이 영역들은 특히 자동차, 항공우주, 치과와 같은 의료 산업, 군사 산업, 소비재, 보석, 필름 산업, 건축 또는 디자인 연구를 위한 프로젝트 시각화(project visualization), 3D 프린터의 개인적 사용, 또는 3D 프린팅 온라인 서비스를 포함한다.
따라서 본 발명은 2차원 물체를 제조하기 위한 적층 가공 장치, 이러한 장치에 의해 구현되는 3차원 물체를 제조하는 방법, 및 이 장치 또는 방법에 의해 얻어진 3차원 물체를 제공한다.
3D 프린팅으로도 알려진 3차원 프린팅은 쾌속 조형을 위해 개발된 적층 가공 기술이다. 이 기술은 80년대 중반에 CAD 데이터 파일로부터 실제의 물체를 제조하기 위한 새로운 방법으로서 나타났다. CAD는 "컴퓨터 이용 설계(Computer Aided Design)"를 의미한다. 따라서, 오퍼레이터는 컴퓨터 스크린상에 CAD 툴(tool)을 사용하여 표면 또는 부피 모드로 물체를 그린다. 그러면, 얻어진 3D 데이터 파일은 특정한 프린터로 보내지고, 프린터는 최종 물체를 얻기 위해 재료들을 얇은 조각들로 잘라서 다층으로 증착 또는 고체화한다. 이렇게 하여, 3차원 프린팅은 재료의 층들의 적층에 의해 기계가공 없이 실제의 물체를, 전형적으로 프로토타입(prototype)을 제공한다. 층들의 적층은 물체의 부피를 생성한다.
3차원 프린팅의 출현으로 인해 공존하는 다른 기술들이 생기게 되었다. 이는, 그 중에서도, 스테레오리소그라피(stereolithography) (SLA: "Stereolithography Apparatus"), 용융 필라멘트 압출(molten filament extrusion) (또는 FDM: "용융 적층 조형(Fused Deposion Modeling)"), 선택적 레이저 소결(SLS: "Selective Laser Sintering"), 전자빔 용융(또는 EBM: "Electron beam Melting"), 3DP 프린팅("3D Printing") 또는 폴리젯(Polyjet)에 의한 3D 프린팅을 포함한다.
근래에, 이 기술들이 개인들을 위해 대중화되는 현상을 알 수 있다. 이 현상은 주로 SLA와 FDM 유형의 방법을 단순화하고 소형화하는데에 기초한다. 그러나, 이 방법들은 후처리를 요구함이 없이 소비에 적합한 완성된 물체들이 아니라 프로토타입을 제조하기 위해 개발되었기 때문에 문제점이 있다.
게다가, FDM과 SLA의 두 개 유형의 방법들은 사용되는 재료의 다양성의 면에서 한계가 있다. 실제로, FDM 유형의 방법은 ABS("Acrylonitrile Butadiene Styrene") 유형의 폴리머 또는 PLA("PolyLactic Acid")를 주로 사용하며 SLA 유형의 방법은 레진 수용액을 주로 사용한다. 이 방법들을 사용하는 몇몇의 장치들은 재료의 다양성의 사안에 대해 지원되는 재료들만큼 많은 프린트헤드들(printheads)을 추가하여 부분적으로 대응하며, 이는 그들의 복잡성을 증가시킨다. 더욱이, 이러한 장치들은 재료에 있어서 단지 약간의 변화만 제공하며, 이질적인 재료들은 사용하지 못한다. 그러나, 적층 가공 장치로부터 소비 모델을 얻기 위해서는 다수의 재료들(예를 들어 폴리아미드, 세라믹, 금속, 등)의 지원이 요구되며, 이는 사용되는 상이한 재료들의 접착의 문제점과 그들의 구조적 완전성의 문제점을 증가시킨다.
더욱이, SLA와 FDM의 두 개 유형의 방법들은 또한 신뢰성 면에서 한계가 있다. 실제로, 온도 측정, 제어 또는 확산 각각을 위해, 두 개의 방법들은 정밀성을 얻기 위한 많고 비싼 구성요소들을 요구한다. 특히, FDM 유형의 방법에 있어서의 내열성(thermal resistances)은 개인용 장치의 상대적 수명과 과도한 유지점검을 수반한다. 레이저(들) 또는 방사성 광원(들)을 사용하는 SLA 유형의 방법에서도 마찬가지이다.
보다 일반적으로, 3차원 모델의 적절한 제조를 위해 정밀성에 있어 매우 중요한 프린트헤드 위치의 제어는 이 두 개의 방법들에 있어서 많은 수의 추가적인 센서들을 요구하며, 이는 복잡성과 비용을 추가한다. 다양성과 신뢰성 있는, 특히 개인용의, 시스템의 성취를 돕기 위해, 이 요소들은 제어되어야 한다.
게다가, 재료를 분말 형태로 고체화하기 위해 화학적 바인더(binder)를 사용하는 3DP 프린팅을 제외하고, 기존의 모든 기술들은 실질적으로 에너지를 소비한다: 내열성, 레이저 및 이와 유사한 것은 재료의 면에서 다양한 소비자의 사용을 위해 최적화되어 있지 않다.
마지막으로, 기존의 모든 기술들은 물체를 "클리닝(cleaning)"하기 위한 후처리와 연마(polishing), 코팅 또는 채색(coloring)을 위해 더 높은 강성을 줌으로써 그것을 완전하게 하기 위한 후처리를 요구한다.
이러한 모든 한계들과 제약들은, 이러한 기술의 사용과 소비를 발전시키기 위한 주요한 사안들의 하나임에도 불구하고, 결과만큼 실행가능성에 있어서 사용자 경험에 유해하므로 유감스럽다.
따라서, 무엇보다도, 동일한 과정에서 이질적인 재료들을 처리하는 능력, 동일한 과정에서 코팅, 채색 여부에 의해 최종 물체를 마무리하는 능력, 및 대량 소비 문제에 관련된 에너지와 화학적 제약들에 관한 인식을 가진 적층 가공의 새로운 원리를 제의하기 위한 필요성이 존재한다.
본 발명은 위에서 언급한 종래 기술의 실시예들에 관련된 필요성과 단점들을 적어도 부분적으로 극복하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명의 목적은, 3차원 물체를 제조하기 위한 적층 가공(additive manufacture) 장치로서,
- 상기 3차원 물체를 제조하기 위한 재료들을 포함하는, 재료 선택 유닛,
- 재료들의 유도 가열 유닛으로서, 상기 선택 유닛은 재료들이 용융되도록 하는 상기 가열 유닛으로 재료들을 이송할 수 있는, 유도 가열 유닛,
- 연속적인 재료 층들로 상기 3차원 물체를 제조할 수 있도록 재료들이 상기 가열 유닛을 통과한 후 지지체(support) 상에 재료들을 토출하는 재료 증착 유닛(5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 덕분에, 종래 기술의 구현예들과 관련하여 위에서 언급한 모든 단점들과 문제점들을 감소 또는 해결하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 3차원 물체, 더욱 구체적으로, 물체에 대한 어떠한 후속 공정도 요구함이 없이, 다수의 재료들을 포함할 수 있고, 채색되거나 또는 채색되지 않을 수 있으며, 선택적으로 하나 이상의 코팅을 가질 수 있는 독립적으로 완성된 물체의 제조가 가능할 수 있다. 더욱이, 유도 가열의 사용을 통해, 재료들을 가공하기 위해 에너지원을 사용하는 다른 적층 가공 기술에 비해 현저한 에너지 절약이 성취될 수 있다. 유도(induction)는 또한 처리될 영역의 표적(targeting)을 얻는데 사용될 수 있으며, 이는 에너지가 매우 적게 분산되어 특정한 영역에서 열로 변환되기 때문이다. 게다가, 동일한 유도 가열 방법이 그들의 조성에 따라 특정한 처리를 받는 상이한 재료들을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 장치는 하나 이상의 아래의 특징들을 각각 별도로 또는 어떠한 가능한 기술적 조합들로서 더 포함할 수 있다.
상기 재료의 선택 유닛은 재료를 캡슐들(capsules) 내에 패키징하는 제1 부분과, 재료를, 특히 상기 유도 가열 유닛으로 분배하는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 캡슐들은 교체 가능할 수 있다. 재료들은 액체 또는 고체 형태, 특히 분말 형태를 포함하는 다양한 형태로 패키징될 수 있다.
재료를 패키징하는 상기 제1 부분은, 상기 3차원 물체를 제조하기 위한 제1 재료 캡슐, 및/또는 상기 지지체의 제조 및/또는 처리를 위한 제2 재료 캡슐, 및/또는 상기 지지체 및/또는 3차원 물체의 채색을 위한 제3 재료 캡슐을 포함할 수 있다.
재료를 분배하는 상기 제2 부분은, 상기 3차원 물체의 제조를 위한 제1 재료 분배기(dispenser), 및/또는 상기 지지체의 제조 및/또는 처리를 위한 제2 재료 분배기, 및/또는 상기 지지체 및/또는 3차원 물체의 채색을 위한 제3 재료 분배기를 포함할 수 있다.
상기 재료의 선택 유닛은 재료들의 패키징과 분배에 유용한 다른 요소들, 예를 들어, 특히 압전 밸브들(piezoelectric valves), 습도 센서들, 재료 수명 확인 및 재료 수명(material age) 표시 요소들을 포함할 수 있다. 상기 재료들의 유도 가열 유닛은 상기 3차원 물체의 제조를 위한 재료들의 제1 유도 가열부와 상기 지지체의 제조 및/또는 처리를 위한 재료들의 제2 유도 가열부를 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 유닛, 특히 상기 제1 유도 가열부 및/또는 제2 유도 가열부는 적어도 하나의 유도 가열 모듈을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 유도 가열 모듈은:
- 특히 열적 및/또는 전기적으로 절연하는 관형 절연 요소(tubular insulating element),
- 상기 관형 요소 내부에 배치되며, 특히 회전 가능하고 특히 나선형(helical)인 로드,
- 상기 관형 요소의 외벽 위에 연장된 적어도 하나의 유도 코일부를 포함하고,
상기 재료들은 상기 로드와 접촉되어 유도 가열에 의해 용융되도록 상기 관형 요소의 내부로 들어갈 수 있다.
상기 관형 요소는 그것의 점성을 감소시키기 위해, 예를 들어 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene) 코팅 또는 동등한 것으로 처리된 내벽을 가질 수 있다.
상기 로드는 바람직하게는 회전 가능하다. 그러나, 상기 로드는 그 대신에 고정될 수도 있다.
회전 가능한 나선형(helical) 로드인 경우에, 상기 나선형 로드 날개들의 형태는 가변적일 수 있으며, 그 단차(step)도 가변적일 수 있다.
상기 로드는 유도(induction)에 의해 발생된 자기장에 강하게 반응하는 재료를 포함할 수 있다.
상기 유도 가열 유닛은, 특히 회전 가능한 로드인 경우에 이것의 회전을 가능하게 하기 위해 예를 들어 벨트 또는 다른 구동 시스템에 의해 상기 로드에 연결된 변속 모터를 더 포함할 수 있다. 상기 유도 가열 유닛은 하나 이상의 유도 발전기들을 포함할 수도 있다. 상기 유도 가열 유닛은 용융된 성형 재료의 토출 또는 증착의 준비로 용융된 성형 재료의 저장 격실(storage compartment) 또는 갑문(lock)을 포함할 수도 있다.
상기 유도 가열 유닛은 다수의 유도 가열 모듈들을 포함할 수 있으며, 적어도 두 개의 유도 가열 모듈들은 상이한 조성의 재료들의 유도 가열을 가능하게 한다.
상기 재료 증착 유닛은, 상기 3차원 물체의 제조를 위한 제1 재료 증착부와 상기 지지체의 제조 및/또는 처리를 위한 제2 재료 증착부를 포함할 수 있다.
상기 재료 증착 유닛, 특히 상기 제1 증착부 및/또는 제2 증착부는 음파 발생에 의한 적어도 하나의 증착 모듈을 포함할 수 있다. 대체안으로서, 상기 재료 증착 유닛은 다른 유형의 재료 토출 수단에 의한, 예를 들어 공기압 작동에 의한, 압전 셀들의 작동으로부터 압력 발생에 의한, 또는 열적 여기(thermal excitation)에 의한 증착 모듈을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈의 존재 덕분에, 이하에서 명시되는 바와 같이, 드랍-온-디맨드(drop-on-demand) 재료 토출 모듈(즉 액적의 형태로)을 연속 토출 흐름으로, 그리고 반대로 옮기는 것이 가능할 수 있다. 이 외에, 음파의 주파수와 진폭을 조절함으로써 상기 지지체 상에 증착될 재료 부피를 조절하는 것이 가능할 수 있다. 게다가, 상기 3차원 물체 및/또는 지지체를 제조하기 위해 사용되는 다양한 재료들과 접촉함이 없이 상호작용(interact)하는 것이 가능할 수 있다. 마지막으로, 상기 지지체에 대하여, 상기 유도 가열 유닛과 증착 유닛을 포함하는 장치 프렌트헤드의 위치를 끊임없이 결정하는 것이 가능할 수 있다.
유리하게는, 상기 재료 증착 유닛은 다수의 음파 발생 증착 모듈들을 포함한다. 이 음파 발생 증착 모듈들은 모듈식일 수 있다.
상기 음파 발생 증착 모듈 또는 모듈들은 상기 유도 가열 유닛의 용융 성형 재료 저장 격실 또는 갑문 내에 위치할 수 있다.
상기 음파 발생 증착 모듈 또는 모듈들은 압전변환기들(piezoelectric transducers)을 포함할 수 있으며, 이들은 선택적으로 처리될 유체 형태의 용융 성형 재료의 점성에 따라 프레넬 다초점 대역들(Fresnel multifocal zones)과 연관된다.
상기 압전변환기들은 가변 음향 송신기들과 음향 수신기들로서 작용할 수 있다.
상기 재료 증착 유닛은 적어도 하나의 압출 오리피스(extrusion orifice), 특히 상기 음파 발생 증착 모듈들과 같은 수의 압출 오리피스들을 포함할 수 있으며, 이를 통해 용융 성형 재료는 전술한 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈의 영향하에 밀려서 토출된다.
전술한 적어도 하나의 압출 오리피스의 크기는 유체 형태의 용융 성형 재료의 흐름 용량(flow capacity)보다 작을 수 있다.
전술한 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈은 연속적인 또는 액적 재료 증착을 가능하게 할 수 있다.
용융 성형 재료의 하나 이상의 압출 오리피스들과 연관된 상기 음파 발생 증착 모듈 또는 모듈들은, 아래와 같이 기능할 수 있다: 음파 발생 증착 모듈에 의해 수신된 신호는 용융된 성형 재료상에 압력을 증가시키는 음파를 발생시키며, 용융된 성형 재료가 이 음파 발생 증착 모듈과 연관된 압출 오리피스를 통과하도록 강제한다.
음파 발생 증착 모듈에 의해 수신되는 신호는 본 발명에 따른 적층 가공 장치의 컴퓨터 제어 시스템(또는 제어 전자기기)에 의해 송신될 수 있다. 음파 발생 증착 모듈로 송신되는 신호들의 이 컴퓨터 제어 시스템에 의한 제어는 하나 이상의 압출 오리피스들을 선택 가능하게 할 수 있으며, 그래서 토출되는 용융 성형 재료의 흐름과 부피를 제어할 수 있게 한다.
상기 장치는, 특히 교류 전원의 형태로 재료의 흐름 및/또는 온도 제어 요소들을 포함할 수 있다.
상기 장치는 CAD 툴과의 통신 및 장치 작동 제어를 위한 컴퓨터 제어 시스템을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 적층 가공에 의해 3차원 물체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 위에서 정의된 장치에 의해 시행되고, 특히 아래의 단계들 중 하나 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
- 상기 선택 유닛으로부터 상기 가열 유닛으로, 특히 적어도 하나의 재료 분배기(dispenser)를 통해 재료들을 선택적으로 이송하는 단계,
- 상기 가열 유닛에 의해 재료들이 용융될 때까지 재료들을 선택적으로 가열하는 단계,
- 유도 가열 및 재료 흐름의 제어를 위해, 적어도 하나의 로드, 특히 적어도 하나의 회전 가능하며 특히 나선형인 로드를 사용하는 단계,
- 상기 증착 유닛에 의해 상기 지지체 상에 용융 성형 재료의 액적으로 또는 연속적으로 증착하는 단계,
- 증착된 재료를 냉각시키는 단계,
- 재료의 연속적인 층들의 증착을 가능하게 하기 위해 상기 증착 유닛에 대하여 상기 지지체를 이동시키는 단계,
- 상기 가열 유닛에 의해 상이한 온도들까지 가열된 상이한 재료들의 캡슐들의 사용에 의해 다중-재료(multi-material) 3차원 물체를 제조하는 단계,
- 접착 및/또는 채색을 포함하는 코팅 특성들을 주기 위해 상기 재료 증착 유닛에 의해 상기 지지체를 처리하는 단계.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 위에서 정의된 장치 또는 위에서 정의된 방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 적층 가공 3차원 물체에 관한 것이다.
게다가, 본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 3차원 물체의 적층 가공 장치를 제공하며, 이는:
- 3차원 물체를 제조하기 위한 재료들을 포함하는, 재료 선택 유닛,
- 재료 가열 유닛으로서, 상기 선택 유닛은 상기 가열 유닛까지 재료를 이송할 수 있는, 재료 가열 유닛,
- 연속적인 재료 층들에 의해 상기 3차원 물체의 제조를 가능하게 하기 위해, 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈을 포함하며, 상기 가열 유닛을 통과한 재료를 지지체 상에 토출하는 재료 증착 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적층 가공 장치, 방법 및 3차원 물체를 위한 전술한 특징들은 별개로 또는 다른 특징들과의 기술적으로 가능한 조합으로 얻어질 수 있다.
본 발명은 아래의 비제한적인 실시예의 상세한 설명과 첨부된 도면들의 개략적이고 부분적인 도면들의 검토에 의해 더 잘 이해하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 적층 가공 장치를 포함하는 설비의 일 예를 블록 선도의 형태로 도시하며,
도 2는 도 1의 적층 가공 장치의 재료 선택 유닛을 보다 상세하게 도시하며,
도 3은 재료 선택 유닛과, 도 1의 적층 가공 장치의 가열 유닛과 증착 유닛을 포함하는 프린트헤드를 더욱 상세하게 표현한 도면이며,
도 4는 도 1의 그것과 유사한 본 발명에 따른 적층 가공 장치 가열 유닛의 예를 단면도로 보여주며,
도 5는 도 4의 가열 유닛과 본 발명에 따른 적층 가공 장치 증착 유닛의 평면도를 보여주며,
도 6은 도 4의 가열 유닛의 유도 가열 모듈을 부분 단면 처리된 사시도로 보여준다.
이 도면들 모두에서, 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 요소들을 가리킬 수 있다.
더욱이, 도면들을 보다 이해하기 쉽도록 하기 위해, 도면들에서 다른 부분들은 반드시 균일한 척도로 표현되어 있지 않다.
도 1은 본 발명에 따른 적층 가공 장치(1)를 포함하는 설비의 일 예를 블록 선도의 형태로 도시한다.
상기 설비는 예를 들어 박스(B)의 형태로 보이며, 이는 특히 본 발명에 따른 적층 가공 장치(1), 제조될 3차원 물체(2)가 그 위에 놓이는 지지체(support)(6), 및 CAD 툴(tool)(19)과 통신하며 상기 장치(1)의 작동을 제어하기 위한 컴퓨터 제어 시스템(18)을 포함한다.
상기 CAD 툴(19)은, 재료의 다양성을 고려하여, 본 발명에 따른 장치와 방법을 통해 실질적으로 제조될 수 있는 3차원 모델의 슬라이싱 평면(slicing plane)을 컴퓨터로 설계하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 장치(1)는, 3차원 물체(2)를 제조하기 위한 재료들을 포함하는 적층 가공 재료 선택 유닛(3), 상기 선택 유닛(3)에 의해 이송된 재료들이 용융되도록 하는 재료들의 유도 가열 유닛(4), 및 재료들이 상기 가열 유닛(4)을 통과한 후 상기 지지체(6) 상에 재료들을 토출하여 연속적인 층들로 증착함으로써 상기 3차원 물체(2)가 제조되도록 하는 재료들의 증착 유닛(deposition unit)(5)을 포함한다.
구체적으로, 상기 재료 선택 유닛(3)은 재료를 패키징(packaging)하는 제1 부분(3a)과, 특히 상기 유도 가열 유닛(4)으로 재료를 분배(dispensing)하는 제2 부분(3b)을 포함한다. 따라서, 상기 재료 선택 유닛(3)은 3차원 물체(2)를 제조하기 위해 요구되는 재료(들)의 선택을 가능하게 하며 및/또는 상기 지지체(6)를 변경할 수 있고, 재료를 상기 유도 가열 유닛(4)으로 이송할 수 있다.
더욱이, 상기 유도 가열 유닛(4)과 재료들의 증착 유닛(5)은 본 발명에 따른 상기 장치(1)의 프린트헤드(P) 내에 포함되며, 이는 용융된 성형 재료를 상기 유도 가열 유닛(4)으로부터 상기 지지체(6)로 원하는 장소에 토출하기 위해, 수평축(X)을 따라 화살표(F1)을 따라 수평으로 이동이 가능하다.
게다가, 그 위에 제조될 3차원 물체(2)가 위치하는 상기 지지체(6)는, 재료를 연속적인 층들로 증착하는 중에 상기 프린트헤드(P)에 대한 지지체(6)의 거리를 조절하기 위해, 수직축(Z)을 따라 화살표(F2)를 따라 수직으로도 이동 가능하다.
상기 컴퓨터 제어 시스템(18)은 다양한 요소들 및 본 발명에 따른 장치(1)의 유닛들과 차례차례로 연결되어, 제어 및 이 요소들 사이의 통신을 가능하게 하며, 특히 3차원 물체(2)의 제조와 상기 지지체(6)의 가능한 마무리(finishing)를 보장한다.
따라서, 상기 컴퓨터 제어 시스템(18)은 예를 들어 처리 소프트웨어(21) 및 내부 메모리(22)와 관련된 컴퓨터(20)와, 외부 CAD 시스템(19)과 연결되어 제조될 3차원 물체(2)에 관한 컴퓨터 파일을 전송할 수 있는 통신 장치(23)를 포함한다. 더욱이, 에너지원(24)이 상기 컴퓨터 제어 시스템(18) 내에 포함될 수 있다.
도 1의 적층 가공 장치의 재료 선택 유닛(3)은 도 2에 더욱 상세하게 표현되어 있다.
위에서 명시한 바와 같이, 상기 재료 선택 유닛(3)은 재료를 패키징(packaging)하는 제1 부분(3a)과 재료를 분배(dispensing)하는 제2 부분(3b)을 포함한다. 재료들을 패키징하는 상기 제1 부분(3a)은 재료들의 캡슐들(capsules)(3a1, 3a2, 3a3)을 포함하며 재료들을 분배하는 상기 제2 부분(3b)은 재료들의 분배기들(dispensers)(3b1, 3b2, 3b3)을 포함한다. 보다 상세하게는, 재료들을 패키징하는 상기 제1 부분(3a)은 3차원 물체(2)의 제조를 위한 재료들의 제1 캡슐들(3a1)과, 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리 또는 마무리를 가능하게 하는 재료들의 제2 캡슐들(3a2)과, 상기 지지체(6) 및/또는 3차원 물체(2)의 채색을 가능하게 할 수 있는 재료들의 제3 캡슐(3a3)을 포함한다.
3차원 물체(2)의 제조 및 상기 지지체(6)의 가능한 마무리를 위한 필요성에 따라, 이러한 재료들의 캡슐들은 재료들을 분배하는 상기 제2 부분(3b)의 분배기로 보내진다. 재료들을 분배하는 상기 제2 부분(3b)은 3차원 물체(2)의 제조를 위한 재료들의 제1 분배기(3b1)와, 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리를 위한 재료들의 제2 분배기(3b2)와, 상기 지지체(6) 및/또는 3차원 물체(2)의 가능한 채색을 가능하게 하는 재료들의 제3 분배기(3b3)를 포함한다.
상기 제1, 제2 및 제3 재료 분배기들(3b1, 3b2, 3b3) 각각은 상기 선택 유닛(3)으로부터 상기 유도 가열 유닛(4)으로 상기 재료 캡슐의 이송을 가능하게 하는 다양한 요소들을 포함하며, 이 요소들은 특히 밸브들(7), 흐름 제어 요소들(8 및 9), 및 특히 플렉시블한 이송 덕트들(ducts)을 포함한다.
도 3에서 재료 선택 유닛(3)과, 도 1의 적층 가공 장치(1)의 유도 가열 유닛(4)과 증착 유닛(5)을 포함하는 프린트헤드(P)의 다른 상세도가 설명될 것이다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 재료의 유도 가열 유닛(4)은 3차원 물체(2)를 제조하기 위한 재료의 제1 유도 가열부(4a)와 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리를 위한 재료의 제2 유도 가열부(4b)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 선택 유닛(3)의 제1 재료 분배기(3b1)는 상기 유도 가열 유닛(4)의 제1 유도 가열부(4a)에 연결되며, 상기 선택 유닛(3)의 제2 재료 분배기(3b2)는 상기 유도 가열 유닛(4)의 제2 유도 가열부(4b)에 연결된다.
상기 제1 유도 가열부(4a)와 제2 유도 가열부(4b) 각각은 재료들이 용융되도록 하며 유도 가열의 적절한 작동을 제어하는 제어 요소들을 포함한다. 이 제어 요소들은 예를 들어 온도 제어 요소(14)와 재료 흐름 제어 요소(15)를 포함한다.
또한, 상기 제1 유도 가열부(4a)와 제2 유도 가열부(4b) 각각은, 뒤에서 도 4 내지 6을 참조하면서 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 유도 가열 모듈(10)을 포함한다.
또한, 도 3은 상기 가열 유닛(4)을 통과한 후 상기 지지체(6) 상에 용융 성형 재료의 토출을 가능하게 하는 재료 증착 유닛(5)을 보다 상세하게 보여준다.
유리하게는, 상기 재료들의 증착 유닛(5)은 음파 발생(acoustic wave generation)을 통해 용융 성형 재료의 토출을 가능하게 한다. 더욱 구체적으로, 상기 재료 증착 유닛(5)은 3차원 물체(2)를 제조하기 위한 재료들의 제1 증착부(5a)와, 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리를 위한 재료들의 제조를 위한 재료들의 제2 증착부(5b)를 포함한다.
상기 제1 재료 증착부(5a)와 제2 재료 증착부(5b) 각각은 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈(17)을 포함하며, 이는 도시된 바와 같이 상호 연결될(interconnected) 수 있다. 이 음파 발생 증착 모듈(17)의 작동에 대해서는 뒤에서 설명될 것이다.
또한, 상기 제1 재료 증착부(5a)와 제2 재료 증착부(5b) 각각은, 상기 지지체(6) 상에 용융 성형 재료 토출의 적절한 작동을 위해 요구되는 다수의 요소들과, 예를 들어 상기 유도 가열 유닛(4)을 위해 설명된 것과 유사한 재료 흐름 제어 요소들(15)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 토출 챔버들(24)과 용융 성형 재료의 증착을 위한 보조 요소들(assistance elements)(25)이 존재할 수 있다.
또한, 본 발명은, 필요할 경우, 마무리된, 다시 말하면 후처리를 요구하지 않고 사용할 수 있는 3차원 물체(2)를 얻기 위해 상기 지지체(6)의 가능한(possible) 처리를 수행하는 것을 제안하며, 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 변형은 상기 제2 증착부(5b)에 연결된 상기 제2 가열부(4b)에 연결된 상기 제2 재료 분배기(3b2)를 통해 수행될 수도 있다. 이 공정에 추가하여, 상기 제3 재료 캡슐(3a3)의 제3 분배기(3b3)는, 상기 프린트헤드(P) 내에 통합되고 상기 증착 유닛(5)의 제2 증착부(5b)에, 더욱 상세하게는 상기 제2 증착부(5b)의 토출 챔버(24)에 직접 연결된 채색 재료들의 선택적 분사 장치(selective injection device)(26)에 직접 연결될 수도 있다. 상기 지지체(6)의 채색의 실행에 있어서, 선택적인 가열, 복사열(radiation), 또는 채색된 용액 내에 반응제(reactive agent)의 사용과 같이 다양한 해법들이 고려될 수 있다.
이제, 도 4 내지 6을 참조하면서 본 발명에 따른 증착 가공 장치(1)의 유도 가열 유닛(4)과 증착 유닛(5)이 보다 상세하게 설명될 것이다.
구체적으로, 도 4는 본 발명에 따른 적층 가공 장치(1)의 유도 가열 유닛의 예를 단면도로 보여준다. 도 5는 도 4의 유도 가열 유닛과 본 발명에 따른 적층 가공 장치 증착 유닛의 평면도를 보여주며, 도 6은 도 4의 가열 유닛(4)의 유도 가열 모듈(10)의 예를 부분 단면 처리된 사시도로 보여준다.
도 4, 5 및 6를 비교하면서 참조하면, 상기 유도 가열 유닛(4)은 에를 들어 여섯 개의 유도 가열 모듈들(10a-10f)을 포함한다. 상기 가열 유닛(4)의 유도 가열 모듈들의 수는 비제한적이며, 3차원 물체(2)의 제조 및/또는 상기 지지체(6)의 제조 또는 변형을 위한 필요에 따라 결정될 수 있다는 것은 분명하다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 적층 가공 장치(1)는, 대안으로서, 용융 성형 재료의 다수의 증착 유닛들(5)과 관련된 다수의 유도 가열 유닛들(4)을 포함할 수도 있다.
상기 유도 가열 모듈들(10a-10f) 각각은 열적으로 및/또는 전기적으로 절연된 관형 요소(tubular element)(11)를 가지며, 여기에 처리될 재료들이 예를 들어 분말, 액체 또는 고체의 형태로 도입된다. 이 관형 요소(11)는 바람직하게는 점성(viscosity)을 감소시키기 위해 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)으로 만들어진 처리된 내벽을 가진다.
더욱이, 각각의 유도 가열 모듈(10a-10f)은, 특히 나선 형태(helical shape)의, 회전 가능한 로드(rod)(12)를 포함하며, 이는 상기 관형 요소(11)의 내부에 배치된다. 상기 나선형 로드(12)는 가변적인 형태의 날개들을 가질 수 있으며 유도-발생된(induction-generated) 자기장에 강하게 반응하는 재료로 구성될 수 있다. 이 나선형 로드(12)는, 상기 관형 요소(11) 내로 도입된 재료들을 상기 나선형 로드(12)와 접촉하여 가열된 용융 성형 재료를 저장하는 격실(storage compartment) 또는 갑문(lock)(30) 쪽으로 구동시키는 수단으로서 역할을 한다.
게다가, 각각의 유도 가열 모듈(10a-10f)은 상기 관형 요소(11)의 외벽(11a) 상에 연장된 적어도 하나의 유도 코일부(13)를 포함한다.
보다 상세하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 유도 코일(13)이 상기 여섯 개의 유도 가열 모듈들(10a-10f)의 모든 둘레에, 특히 상기 관형 요소(11)의 외벽(11a) 상에 연장될 수 있다. 또한, 도 4와 6에 도시된 바와 같이, 몇몇의 유도 코일들(13)이 상기 유도 가열 모듈들(10a-10f)을 따라 서로 중첩될 수도 있다.
더욱이, 상기 유도 가열 유닛(4)은, 상기 로드(12)의 회전을 가능하게 하기 위해 벨트 또는 다른 구동 시스템에 의해 상기 나선형 로드(들)(12)에 연결된 하나 이상의 변속 모터와 하나 이상의 유도 발전기(들)(미도시)을 포함할 수 있다.
유리하게는, 모두 동일한 유도 공정을 겪는 다수의 나선형 로드들(12)을 포함하는 다수의 유도 가열 모듈들(10a-10f)을 사용하면, 유도-발생된 자기장을 겪으며 상기 관형 요소(11) 내에 존재하는 재료들에 따라 상이한 온도들을 성취할 수 있는 각각의 유도 가열 모듈(10a-10f) 내에 상이한 재료들의 조성을 사용할 수 있게 된다.
또한, 도 5는 예를 들어 상기 가열 유닛(4)의 갑문(lock)(30) 내에 배치된 상기 증착 유닛(5)을 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 증착 유닛(5)은 다수의 압출 오리피스들(extrusion orifices)(16)에 연관된 다수의 음파 발생 증착 모듈들(17)을 포함할 수 있으며, 용융된 성형 재료는 상기 증착 모듈들(17)에 의해 발생된 음파의 영향하에 밀려서 상기 다수의 압출 오리피스들(16)을 통해 토출된다.
상기 압출 오리피스들(16)은 유리하게는 유체 형태의 용융 성형 재료의 흐름 용량(flow capacity)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 상기 음파 발생 증착 모듈들(17)은 특히 압전변환기들(piezoelectric transducers)로 이루어질 수 있으며, 이들은 선택적으로 처리될 용융된 유체의 점성에 따라 다초점 프레넬 대역들(multifocal Fresnel zones)과 연관되고, 가변 음향 송신기들과 음향 수신기들로서 작용할 수 있다.
용융된 성형 재료를 상기 증착 유닛(5)에 의해 상기 지지체(6) 상에 토출하기 위해, 음파 증착 단계는 아래와 같다: 예를 들어 상기 컴퓨터 제어 시스템(18)에 의해 발신되고 상기 음파 발생 증착 모듈들(17) 중 하나에 의해 수신되는 신호는 용융된 성형 재료상에 압력을 증가시키는 음파를 발생시키며, 따라서 용융된 성형 재료가 이 음파 발생 증착 모듈(17)과 연관된 압출 오리피스(16)를 통과하도록 강제한다.
다른 음파 발생 증착 모듈들(17)로 송신되는 다른 신호들의, 특히 상기 컴퓨터 제어 시스템(18)을 통한 컴퓨터 제어는 하나 이상의 압출 오리피스들(16)을 필요한 만큼 선택할 수 있게 하고, 토출되는 재료들의 흐름과 부피를 제어할 수 있게 한다.
또한, 음파 발생 증착 모듈들(17) 내에 압전변환기들을 사용하면, 도 1에 도시된 바와 같이 수직축(Z)을 따른 상기 프린트헤드(P)의 수직 위치를 실시간으로 확인 및 제어할 수 있다.
게다가, 상기 증착 유닛(5)으로부터의 음파에 의한 용융된 성형 재료의 선택적인 증착은, 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 증착을 액적의 형태로 또는 상기 지지체(6) 상에 재료의 연속적인 흐름으로 고려할 수 있게 하며, 이 두 개의 흐름 모드들 중 하나로부터 다른 하나로의 변환이 단순화된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 적층 가공 장치(1)는 상기 CAD 툴(19)의 데이터에 기초한 원하는 3차원 물체(2)를 제공할 수 있다.
유리하게는, 본 발명은 마무리된 3차원 물체(2)의 후처리를 피하는데 도움을 줄 수 있다. 본 발명은 다중-재료(multi-material)로 마무리된 물체를 간단하게 제조할 수 있게 하며 자율적인 마무리를 제공할 수 있다.
분명히, 본 발명은 설명된 제조 예에 한정되지 않는다. 본 기술분야의 기술자에 의해 다양한 변형이 만들어질 수도 있다.
"포함하는(comprising a)"이라는 용어는, 달리 규정되어 있지 않으면, "적어도 하나를 포함하는(comprising at least one)"이라는 용어와 동의어로서 이해되어야 한다.

Claims (11)

  1. 3차원 물체(2)를 제조하기 위한 적층 가공(additive manufacture) 장치(1)로서,
    - 상기 3차원 물체(2)를 제조하기 위한 재료들을 포함하는, 재료들의 선택 유닛(3),
    - 재료들의 유도 가열 유닛(4)으로서, 상기 선택 유닛(3)은 재료들이 용융되도록 하는 상기 가열 유닛(4)까지 재료들을 이송할 수 있는, 유도 가열 유닛(4),
    - 상기 3차원 물체(2)를 연속적인 재료 층들로 제조할 수 있도록 재료들이 상기 가열 유닛(4)을 통과한 후 지지체(support)(6) 상에 재료들을 토출하는 것으로서, 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈(17)을 포함하는 재료들의 증착 유닛(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 재료의 선택 유닛(3)은 재료를 캡슐들(capsules)(3a1, 3a2, 3a3) 내에 패키징하는 제1 부분(3a)과, 재료를, 특히 상기 유도 가열 유닛(4)으로 분배하는 제2 부분(3b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    재료를 분배하는 상기 제2 부분(3b)은, 상기 3차원 물체(2)의 제조를 위한 재료들의 제1 분배기(dispenser)(3b1), 및/또는 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리를 위한 재료들의 제2 분배기(3b2), 및/또는 상기 지지체(6) 및/또는 3차원 물체(2)를 위한 채색 재료들의 제3 분배기(3b3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  4. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료들의 유도 가열 유닛(4)은 상기 3차원 물체(2)의 제조를 위한 재료들의 제1 유도 가열부(4a)와 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리를 위한 재료들의 제2 유도 가열부(4b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  5. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 가열 유닛(4), 특히 상기 제1 유도 가열부(4a) 및/또는 제2 유도 가열부(4b)는 적어도 하나의 유도 가열 모듈(10; 10a-10f)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 유도 가열 모듈은:
    - 특히 열적 및/또는 전기적으로 절연하는 관형 요소(tubular element)(11),
    - 상기 관형 요소(11) 내부에 배치되며, 특히 회전 가능하고 특히 나선형(helical)인 로드(12),
    - 상기 관형 요소(11)의 외벽(11a) 상에 연장된 적어도 일부의 유도 코일(13)을 포함하고,
    상기 재료들은 상기 로드(12)와 접촉되어 유도 가열에 의해 용융되도록 상기 관형 요소(11)의 내부로 들어갈 수 있는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유도 가열 유닛(4)은 다수의 유도 가열 모듈들(10a-10f)을 포함하며, 상기 유도 가열 모듈들(10a-10f)의 적어도 두 개는 상이한 조성의 재료들의 유도 가열을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  7. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착 유닛(5)은 상기 3차원 물체(2)의 제조를 위한 재료들의 제1 증착부(5a)와 상기 지지체(6)의 제조 및/또는 처리를 위한 재료들의 제2 증착부(5b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 증착부(5a) 및/또는 제2 증착부(5b)는 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈(acoustic wave generation deposition module)(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  9. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료들의 증착 유닛(5)은 적어도 하나의 압출 오리피스(extrusion orifice)(16)를 포함하며, 상기 음파 발생 증착 모듈들(17)과 같은 수의 압출 오리피스들(16)을 포함하고, 용융 성형 재료는 상기 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈(17)의 영향하에 밀려나서 상기 압출 오리피스들(16)을 통해 토출되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  10. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 음파 발생 증착 모듈(17)은 재료의 연속적인 증착 또는 액적들로 증착을 가능하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
  11. 적층 가공(additive manufacturing)에 의해 3차원 물체를 제조하는 방법으로서, 전기한 항들 중 어느 한 항에 따른 장치(1)에 의해 시행되며, 특히 상기 제조 방법은,
    - 상기 선택 유닛(3)으로부터 상기 가열 유닛(4)으로, 특히 적어도 하나의 재료 분배기(dispenser)(3b1, 3b2, 3b3)에 의해 재료들을 선택적으로 이송하는 단계,
    - 상기 가열 유닛(4)에 의해 재료들의 용융까지 재료들을 선택적으로 가열하는 단계,
    - 유도 가열 및 재료 흐름의 제어를 위해, 적어도 하나의 로드(12), 특히 적어도 하나의 회전 가능하며 특히 나선형인 로드(12)를 사용하는 단계,
    - 상기 증착 유닛(5)에 의해 상기 지지체(6) 상에 용융 성형 재료들로부터 액적들로서 또는 연속적으로 증착하는 단계,
    - 증착된 재료를 냉각시키는 단계,
    - 재료의 연속적인 층들의 증착을 가능하게 하기 위해 상기 증착 유닛(5)에 대하여 상기 지지체(6)를 이동시키는 단계,
    - 상기 가열 유닛(4)에 의해 상이한 온도들까지 가열된 상이한 재료들의 캡슐들(3a1, 3a2, 3a3)의 사용에 의해 3차원 다중-재료 물체(2)를 제조하는 단계,
    - 접착 및/또는 채색 특성들을 포함하는 코팅 특성들을 주기 위해 상기 재료들의 증착 유닛(5)을 통해 상기 지지체(6)를 처리하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 물체 제조방법.
KR1020167023274A 2014-01-24 2015-01-26 3차원 물체를 제조하기 위한 적층-가공 장치, 및 관련된 방법 KR20160113242A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1450621A FR3016826B1 (fr) 2014-01-24 2014-01-24 Dispositif de manufacture additive pour la realisation d'un objet tridimensionnel et procede associe
FR1450621 2014-01-24
PCT/EP2015/051461 WO2015110625A1 (fr) 2014-01-24 2015-01-26 Dispositif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel et procédé associé

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160113242A true KR20160113242A (ko) 2016-09-28

Family

ID=50483147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167023274A KR20160113242A (ko) 2014-01-24 2015-01-26 3차원 물체를 제조하기 위한 적층-가공 장치, 및 관련된 방법

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20170001370A1 (ko)
EP (1) EP3046750A1 (ko)
JP (1) JP2017505727A (ko)
KR (1) KR20160113242A (ko)
CN (1) CN106414042A (ko)
AU (1) AU2015208078A1 (ko)
CA (1) CA2937266A1 (ko)
FR (1) FR3016826B1 (ko)
IL (1) IL246868A0 (ko)
RU (1) RU2016134536A (ko)
WO (1) WO2015110625A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019078639A1 (ko) * 2017-10-20 2019-04-25 이화여자대학교 산학협력단 음파 부양을 이용한 프린터 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200331198A1 (en) * 2017-10-31 2020-10-22 Ihi Corporation Additive manufacturing device and additive manufacturing method
WO2021061116A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. 3d printer device fleet monitoring
CN111873405B (zh) * 2020-07-08 2021-11-19 西安交通大学 一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法及打印装置和成形设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6030199A (en) * 1998-02-09 2000-02-29 Arizona Board Of Regents, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Apparatus for freeform fabrication of a three-dimensional object
JP3784404B1 (ja) * 2004-11-24 2006-06-14 株式会社神戸製鋼所 溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置
US7897074B2 (en) * 2008-04-30 2011-03-01 Stratasys, Inc. Liquefier assembly for use in extrusion-based digital manufacturing systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019078639A1 (ko) * 2017-10-20 2019-04-25 이화여자대학교 산학협력단 음파 부양을 이용한 프린터 장치

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016134536A (ru) 2018-03-01
CA2937266A1 (en) 2015-07-30
EP3046750A1 (fr) 2016-07-27
FR3016826A1 (fr) 2015-07-31
FR3016826B1 (fr) 2016-08-26
JP2017505727A (ja) 2017-02-23
CN106414042A (zh) 2017-02-15
AU2015208078A1 (en) 2016-08-04
IL246868A0 (en) 2016-08-31
WO2015110625A1 (fr) 2015-07-30
US20170001370A1 (en) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11898804B2 (en) Fluid routing methods for a spiral heat exchanger with lattice cross section made via additive manufacturing
US10836090B2 (en) Three-dimensional fabrication with cavity filling
KR20160113242A (ko) 3차원 물체를 제조하기 위한 적층-가공 장치, 및 관련된 방법
US6030199A (en) Apparatus for freeform fabrication of a three-dimensional object
US10040249B2 (en) Method for producing a three-dimensional object by means of generative construction
Gibson et al. Extrusion-based systems
CN101815607A (zh) 选择性沉积熔态塑性材料的设备及装置和通过选择性沉积的制造方法
JP2013536771A5 (ko)
Gibson et al. Material extrusion
US11413813B2 (en) Electrostatic polymer aerosol deposition and fusing of solid particles for three-dimensional printing
CN109952190B (zh) 熔融沉积建模方式的三维打印机
CN113997562A (zh) 三维造型装置以及三维造型物的制造方法
WO2017109144A1 (en) Colour 3d printing apparatus and a corresponding colour 3d printing method
US20180104744A1 (en) Method for producing a container for a medium
Brooks et al. Research towards high speed extrusion freeforming
KR20160109099A (ko) 3d 프린팅 장치
TWM513121U (zh) 三維全彩複合列印裝置
JP7137229B2 (ja) 樹脂成形方法
JP2012126059A (ja) ３次元物体を製造する装置
KR101980611B1 (ko) 이종소재를 이용한 다챔버 3d 프린터
KR20150049736A (ko) 프린팅 속도가 개선된 3차원 프린터
Barbosa et al. Development of an open-source large 3D printer for PLA and ABS
KR20190016725A (ko) 3d 프린터의 하부 베드
TWI614123B (zh) 三維全彩複合列印裝置
OA17877A (fr) Disposilif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel et procédé associé.

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid