KR20160117503A - 맞춤형 3차원 객체 제조 장비 및 방법 - Google Patents

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Abstract

장비, 방법 및 이 방법으로 생산되는 제품을 공개한다. 이 방법은 중층 첨가 제조법이 개입되는 새로운 제작 단계를 사용한다. 고형 1차 재료 및 (필요할 경우) 2차 재료의 연속 리본을 준비한 후, 가늘고 긴 구멍을 통해 연속 리본을 배분하도록 구성된 피더 카세트 내에 고정된 스풀에 연속 리본을 감고, 각 피더 카세트를 컴퓨터 수치 제어 기기의 인게이지먼트 도크에 적재하며, 기계 베드에서 연속 리본의 첫 띠를 배분하고, 띠를 특정 길이로 잘라서 기계에서 프로그램된 디지털 규격에 따라 신중하게 선택된 종단 프로필을 띠에 부여하며, 디지털 규격에 따라 앞서 배분된 띠 위에 연속 리본 띠를 배분, 절삭 및 추가 분사하여 적층 물체를 만든다. 이 기구는 인게이지먼트 도크에 적재된 피더 카세트로부터 리본 띠를 투입하는 컴퓨터 수치 제어 기계를 포함한다.

Description

맞춤형 3차원 객체 제조 장비 및 방법{DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING CUSTOMIZABLE THREE-DIMENSIONAL OBJECTS}
기술 분야
접착 결합 및 기타 화학 제조 분야에서 최초 2개 이상의 층을 접합시키는 물질의 제조 장치 및 방법.
관련 애플리케이션 교차 참조
본 출원은 2014년 2월 4일 접수된 미국가출원(U.S. Provisional Application) No. 61935821 및 2014년 2월 24일 접수된 미국가출원(U.S. Provisional Application) No. 61943894의 혜택을 주장한다(본 출원서에 참고로 첨부).
배경 기술
가감 제조 기술을 통해 CAD 파일과 같은 컴퓨터 디자인을 3차원("3D") 객체로 만들 수 있다. 적층 제조라고도 하는 3D 인쇄는 통상 퇴적, 양생, 용융 등의 과정으로 특정 재료를 3D 물체의 순차적 단면 층으로 성형한다.압출적층조형(FDM) 기법은 구조 재료의 필라멘트를 용융시켜 프린트 패드에 비례하여 x-, y-1 및 z-축에서 이동하는 디스펜서 밖으로 프린트 재료를 사출시킨다. 일반적으로 원료는 x-, y-축으로 적층되면서 z-축을 따라 적층되는 단면층을 형성하여 3D 물체를 형성한다.
물리적 모델의 3차원 인쇄는 광범위한 분야에서 유용한 것으로 입증되었다. 잠재적 용도로는 연구 및 임상 응용 목적의 뼈와 같은 해부학적 신체 제작, 의료 제품 개발, 기계 설계 및 장비 설계 등을 들 수 있다. 3D 인쇄 또는 급속 조형(rapid prototyping)이란 디지털 묘사로부터 직접 물리적 부분을 제작하기 위한 기술의 집합체를 말한다.
디지털 묘사는 3D 디지털 모델을 생성하는 소프트웨어의 아웃풋을 포함한다. 이러한 소프트웨어의 예로컴퓨터이용설계(CAD) 소프트웨어를 들 수 있다. 3D 이미지 데이터세트로부터 3D 디지털 모델을 생성하려면 전문 이미징 또는 CAD 소프트웨어가 필요하다. 급속 조형 기계는 1990년대 초부터 상용화 되었는데, 이 중 가장 인기있는 버전들은 디지털 입체 구조 모델을 바탕으로 액체 또는 분말을 활용하여 원하는 구조를 제작한다.
지금까지 관례적으로 3D 인쇄 재료는 늘 액상 또는 분말 플라스틱, 수지, 또는 금속이었다. 하지만 고유의 미(美)를 갖춘 "천연" 재료를 사용하고자 하는 바람이 있다. 일례로, 고속 대형 3D 프린터를 제공하는 업체인 VOXELJET는 모래, 세라믹, 시멘트, 목재 분말 등 일련의 신재료를 개발하고 있다. VOXELJET의 프린터는 화학적 결합제를 활용하여 인쇄 대상 재료를 접합시키는 분말 바인딩 기술을 사용한다.
기술적 문제
현재 나와있는 기술은 "유기성 천연 섬유" 재료 측면(즉, 원하는 자연스러운 모양을 얻는 방법)에서 결함이 있다. 수공예 목재 가구는 내구성, 느낌, 그레인 패턴, 색상 등을 포함한 고유의 미(美) 덕분에 인기를 끌어왔다. 또한 목재 가구는 양질의 목재, 숙련된 장인, 그리고 시장의 높은 수요 등으로 인해 항상 가격이 높았다. 따라서 적층 제조 기술로 만드는 목재와 유사한 물체에 대한 관심이 있더라도, 실제 목재와 같은 모양과 거동으로 성형된 물체를 원하는 소비자의 까다로운 요구가 있다. 현재까지 이러한 요구는 충족되지 못했다. 슬러리 목재 펄프 및 용착 목재 분말로 만들어지는 이전의 물건들은 섬유질 특징과 같은 실제 목재의 특성을 갖추고 있지 못하다. 목재에 강도와 시각적 특징을 부여하는 부름켜의 방사 조직 세포가 슬러리로 직접 또는 접착제와 함께 활용되는 목재 분말에 의해 파괴되고 대부분 더 이상 천연 목재의 속성을 간직하지 못한다.
오늘날 모든 천연 목재 물체는 큰 목재 덩어리를 절삭하여 모든 구성요소가 마감된 형상과 크기로 축소된다는 점에서 "감법"으로 만들어진다. 각 구성요소를 별도로 성형, 처리 및 조립하여 최종 형상을 완성해야 하고, 밀링과 소목 등 모든 활동을 각기 다른 기계에서 수행해야 한다.
목공 업계에는 한쪽에서 투입된 목재 블록이 복합 시스템의 다른 쪽으로 토출되고, 사용 또는 조립이 바로 가능하도록 모든 활동이 하나의 체계적 방식으로 수행되는 일관 공정이 다수 존재한다. 성형과 소목 등의 활동은 동시에 이루어지거나 동일한 장비에서 합체되는 경우가 드물기 때문에 각각의 활동은 개별적이다. 또한 각 활동은 모듈식으로 전반적인 공정과 연계되고, 그 과정에서 톱질, 다듬기, 성형(곡면 등), 몰딩(특정 물질 프로필을 달성하기 위해 큰 띠에서 선형물을 제거하는 공정) 등의 감법 공정에 의해 재료가 소실된다.
대규모 목공에서는 효율성과 경제성을 위해 중앙 플랜트에서 대량 제조가 이루어진다. 이 과정에서 대대적인 공장 운반 및 공장으로부터 최종 이용자로의 인도가 개입된다. 다양한 종(種)의 원료(목재)를 현지에서 구할 수 없으므로 중앙 플랜트로 수입한 후 가공하여 최종 목적지로 재 운반해야 한다. 대량 처리 능력을 달성하려면 맞춤형 물건 생산용으로 장비 및 공정을 설계할 수 없다.
동일한 물체에 여러 종의 목재를 동시에 사용하는 경우는 드물며, 제조사에 형태와 크기 변경 또는 기타 맞춤 형식을 요구하기도 어렵다. 따라서 목공 업계는 세 가지 일반 시나리오로 은연 중 구분된다.
재래식 가공은 주로 상당히 거리가 먼 곳(주로 해외)의 중앙 플랜트에서 낮은 가격의 대규모 일반 제조를 활용하는 수입 모델을 사용한다.
또는 소규모 공장 모델의 경우 그보다 훨씬 높은 가격으로 중간 규모의 준 맞춤형 제조를 활용하되 고객으로부터 1000마일 이내에서 생산된다.
또한 극히 높은 가격으로 매우 소규모의 완전 맞춤형 생산을 채택하는 맞춤형 생산 모델도 있으며, 이 경우 작업이 해외에서 이루어질 수도 있고 최종 사용자의 근처에서 이루어질 수도 있다.
기존 시스템의 경우 생산 속도가 바람직하기만 하다면, 일반적으로 수입 모델이 가장 빠른 제조법으로 간주된다. 맞춤 생산 모델이 가장 느리다. 경제적 제조와 관련한 유연성의 경우, 수입 모델의 맞춤 변형 유연성은 최저이고, 맞춤형 모델은 변형 및 디자인 유연성이 가장 높다.
재래식 목공의 경우, 금속 또는 플라스틱 재료는 액세서리로 물체의 외부에만 추가될 수 있다. 접합 또는 내부화된 제품 일부를 형성하려면 목재 구성요소에 삽입된 물체가 제조 과정에서 추가적인 감법 목공과 추가 공정 및 처리를 요한다(예를 들어, 강도를 높이기 위해 의자 다리에 금속 막대를 넣으려면 외부에서 드릴로 구멍을 뚫거나 기존 목재를 대체하는 다른 삽입 방법이 필요하다).
현재 채택되고 있는 감법 제조 방식으로는 천연 목재의 물리적 속성을 변경하거나, 속이 빈 목재 물건의 무게를 낮추거나, 경량 재료의 구성요소만으로 내부 전체를 채우거나, 또는 내부와 외부를 각기 다른 종(種)의 목재로 만들 수 없다. 외부에서 구멍을 뚫은 후(감소 및 폐기 추가) 빈 공간을 남겨두거나 대체 재료로 그 공간을 대체하는 방법으로만 가능하다.
현재의 제조 방식은 비어있는 내부가 필요하거나 단일 물체에 복수의 재료가 필요할 경우 비용 면에서 부정적이다. 추가 시 강도 향상이나 삭감 처리 시 무게 경감을 위한 삽입 방식 모두, 동일한 외형과 크기를 지닌 변형 없는 단단한 목재 물체와 비교했을 때, 상당한 비용이 가중되는 번거로운 추가 단계이다.
현재의 제조 기법은 천연 목재의 시각적/촉각적 특징을 손상시키는 경우가 많다. 제조와 관련된 문제 외에 목재 및 목재의 섬유질 구조 특성 처리 문제도 있다. 원목 슬라브, 원목 플레이트, 또는 원목 패널의 표면에는 전형적인 결(천연 섬유질 구조), 특징(시각적 호소력) 및 질감(감촉)이 있다. 또한 일정한 방식으로 광택 및 마감 물질을 받아들인다(종별로 차이가 있음). 업계에 알려져있는 정해진 처리 및 폐기 비용으로 인해, 그에 대한 대안적 방법들로 강도와 모양 및 느낌을 구현하려는 시도가 있어왔다. 실제 원목을 '안정시키기 위해' 소요되는 처리 비용과 시간 및 에너지를 절감하기 위해 여러 가지 대안들이 창안되어 그것을 중심으로 한 경제 전체가 성장했다.
최근의 혁신(과거 100년)은 제조 기계, 조립식 제품, 전문 넉다운 하드웨어 및 판매 유통 방법을 망라하며, IKEA와 같은 기업들이 성공적으로 이러한 혁신을 실행하고 있다.
이러한 혁신은 상당 부분 구체적으로 천연 목재 작업과 관련된 비용을 절감하기 위해 구상되었다. 오늘날 실제 목재의 느낌과 질감을 재현하기 위한 모든 공정에는 폴리머 필름이나 인쇄지 (라미네이트)가 사용된다. 여기서의 기준은 원목이지 패널 보드 재료가 아니라는 점을 이해하는 것이 중요하다. 이러한 필름 및 페이퍼시트는 원목의 강도를 대체할 수 없고, 목재의 모양을 부여하기 위해 베니어판이나 합판, 또는 중간 밀도의 섬유판(MDF) 등을 덧씌운 것에 불과하다. 오늘날에는 베니어판이나 MDF만큼이나 쉽게 금속이나 플라스틱 시트로 제작할 수 있는 제품이 많이 있지만, 원목의 형태와 흐름은 쉽게 대체할 수 없다.
특히, 자동 제조와 맞춤 제작이 동시에 이루어지며 경제적이기도 한 천연 재료 분야의 경우, 상기의 결함과 재래식 제조의 특성을 없애거나 완화시킬 방법이나 기술은 현존하지 않는다.
문제에 대한 솔루션
앞서 언급한 문제에 대한 솔루션은 중층 첨가 제조법(SAM)으로 설명되는 장치 및 공정이다. 이 공정은 물체를 만들기 위해 재료를 제거하는 재래식 감법과 다르다. 오히려 일련의 리본 재료 띠로부터 온전한 물체를 구축한다. 이들 띠를 서로 층을 이루어 접합시키고 각 층을 이전 층 위에 분사한 후 접착한다. 이 공정은 CAD(컴퓨터이용설계)를 채택하여 일련의 디지털 슬라이스 또는 물체 전체의 레이어를 기록하는 소프트웨어를 활용한다. 3D-빌드 머신에서 디자인된 물체의 각 슬라이스 패턴을 사용하여 기계 상의 각 구성 층을 정의한다. 구성 재료의 연속 리본을 스풀에서 부분적으로 풀어주고 더 작은 띠로 절단하여 3D-빌드 머신의 베드에 깔면 디지털 규격으로 제어되는 물체의 최종 형상에 가깝게 쌓인다.
발명 요약
장비, 방법 및 이 방법으로 생산되는 제품을 공개한다. 이 방법은 중층 첨가 제조법이 개입되는 새로운 제작 단계를 사용한다. 첫 단계는 고형 1차 재료 및 2차 재료의 연속 리본을 준비하는 과정을 포함한다. 1차 재료 리본은 폭이 각기 다르다. 추가 단계에서는 가늘고 긴 구멍을 통해 연속 리본을 배분하도록 구성된 피더 카세트 내에 고정된 스풀에 연속 리본을 감고, 각 피더 카세트를 컴퓨터 수치 제어 기기의 인게이지먼트 도크(engagement dock)에 적재하며, 기계 베드에서 연속 리본의 첫 띠를 배분하고, 띠를 특정 길이로 잘라서 기계에서 프로그램된 디지털 규격에 따라 신중하게 선택된 종단 프로필을 띠에 부여하며, 디지털 규격에 따라 앞서 배분된 띠 위에 연속 리본 띠를 배분, 절삭 및 추가 분사하여 적층 물체를 만든다.
또는 연속 리본의 맞이음부를 층으로 덮어서 직조 연결을 형성한다. 베니어판, 금속, 플라스틱, 코르크, 가죽, 직물, 섬유, 또는 이들 재료의 조합이 리본 재료가 될 수 있다. 접착제를 리본의 바닥면에 추가할 수 있다. 또한 리본뿐 아니라 입자에도 RFID 태그를 추가하여 전도체, 절연체, 페인트, 염료 및 색소, 화학 반응제 및 침투제 속성을 부여할 수 있다. 컴퓨터 수치 제어(CNC)가 적층된 물체를 가공하는 경우 최종 또는 중간 단계가 수행될 수 있다.
이 방법의 실행 장치에는 인게이지먼트 도크에서 적재된 피더 카세트로부터 투입된 띠 위치에 따라 프로그램된 디지털 규격에 의한 CNC 기계가 포함된다. 전동 리본 애플리케이션 헤드가 디지털 규격의 지시에 따라 띠를 배분하고, 블레이드로 절삭한 후 분사한다.
발명의 유익한 효과
공개된 장치 및 방법은 원목, 직물, 섬유, 금속 및 플라스틱(폴리머)을 포함한(단, 이에 국한되지 않음) 재료로 맞춤형 3D 물체 내지 인공물을 제작하기 위한 중층 첨가 제조법을 가르쳐준다. 공개된 절차는 분산 제조를 위한 자동화 기기로 실행되는 컴퓨터 실행 설명서 세트를 채택한다. 독자적인 제작 기법과 접목된 독특한 재료가 사용된다. 독자적인 중층 첨가 제조 시스템을 공개한다.
이 장치 및 방법은 재래식 목공과 관련된 감법 및 복잡한 기계 시스템으로 인해 발생할 수 있는 낭비를 방지함으로써 비용을 줄여준다. 더 이상은 궁극적으로 버려질 원료를 제조 시설까지 운반할 필요가 없다. 다시 말해, 더 이상 감법 제조 과정에서 잘려나간 파편, 톱밥, 버려진 자투리 및 실제 목재의 측면 등을 제조 장소로 운반한 후 폐기할 필요가 없는 것이다. 따라서 폐기 및 운반 관련 탄소 발자국 측면에서 공개된 장치와 방법은 더욱 친환경적이다.
목재의 경우, 기존 방법은 천연 원목을 사용하기 위한 부수적 노력이었던 반면, 신규 방법 및 장치는 천연 원목인 베니어판 사용을 포용한다. 공개된 방법 및 장치를 통해, "전통적 목공"에서 결의 방향을 결정하는 것과 같은 무수히 다양한 효과를 창출할 수 있게 된다. 단, 이 공정을 통해 동일한 츠에서 여러 방향으로 결을 진행시키거나, 디자인 효과를 위해서 일반적인 것과 반대 방향으로 진행시킬 수 있다.
공개된 방법 및 장치는 대규모 플랜트에서 제품을 조립할 숙련 노동력의 필요성을 최소화하거나 없애준다. 더불어, 부티크 공정을 위한 초 숙련 기술이 사실상 필요 없다. 숙련 노동력은 찾기가 어렵고 점점 희소해지고 있으므로, 숙련 인력의 필요성을 피할 수 있다는 것은 대단한 이점이다. 숙련 인력이 필요 없다면 전체적인 목공으로의 회귀에 따르는 막대한 지출도 피할 수 있다.
공개된 방법 및 장치는 목재 또는 기존 재료로 비용을 줄이고 효율은 높일 수 있다. 목재의 경우, 그 동안 목재를 대신한 신재료만이 비용을 줄이고 효율은 높여준다고 당연시되어 왔다.
공개된 방법 및 장치는 목재 제품의 디자인과 제조를 결합시키는 한편 천연 재료와의 긴밀한 관계를 보존할 수 있다. 이전까지 제품들은 디자인과 구조 및 느낌 면에서 목재와 더욱 멀어졌고 천연 재료와의 빈약한 관계만을 유지해왔다.
공개된 방법 및 장치는 모든 목재 용도에 유용한 천연목이나 기타 인조물로 만들어진 가구 제품을 대폭 확대시킬 수 있다. 이전까지 업계는 비 천연 목재에 의존하여 완전히 새로운 디자인과 가구 스타일을 만들었고 천연목 재료 제품의 공백을 남겼다.
공개된 방법 및 장치는 현재 원목 물체의 생산에서는 불가능한 사회적으로 의식 있는 방법을 활용하여 고품질, 가격 합리성, 디자인, 스타일을 제공한다.
현재 발명과 관련한 방법 및 시스템은 폐기물을 성공적으로 줄이고, 운반 및 취급 관련 간접비를 낮추며, 주문부터 배송에 이르는 시간을 단축시키고, 대량 맞춤 물건을 제조하며, (고투자에서 저투자로) 제조 경제성 수학을 변화시키고, 다중 재료 제품을 만들어내며, 물건을 만드는 과정에서 천연 원목의 속성을 크게 증진시키는 한편, 다른 형태의 첨가 제조 방식으로 목재를 분말이나 섬유로 재구성하는 과정에서 가급적 시각 및 촉감 특성이 훼손되지 않도록 한다는 점에서 업계 차원의 변화를 대변한다.
현재의 발명은 인간의 손이 개입되지 않고 각기 다른 장소에서 복제될 경우 생산의 일관성을 확보하는 자동 첨가 제조 공정을 통한 3D 원목 물체의 '성형' 또는 '제작'을 위한 방법, 시스템 및 기구를 제공한다. 본 발명은 방법을 물체와 완제품으로 전환시키는 방법, 기구 및 기계로 구성된다. 이 방법의 목표는 디지털 파일로 전달되는 명령을 통해 '원격으로' 기구/기계를 제어/구동하는 데 있다.
본 발명과 관련된 방법을 통해 분산 제조가 가능해지므로 탄소 면적도 낮출 수 있다. 이 방법을 사용하기 위해 원거리의 중앙 생산 대신 소비자와 가까운 곳에 위치한 비교적 소규모의 기계 네트워크로 물류를 획기적으로 변화시킬 수도 있다. 인터넷을 통해 서버로부터 전달되거나 전용 연결로 제공되는 컴퓨터 코딩 파일로 된 디지털 기구/기계 설명서로 제품을 제작할 것을 권고한다. 이러한 수단을 통해 네트워크와 연결된 모든 기구/기계가 똑같이 기능하여 해당 기구/기계가 위치한 세계 어디서든 일관적인 결과물을 도출할 수 있다. 따라서 이 원격 디지털 분산 방식으로 (완제품의) 운송 및 포장 필요성이 줄어든다. 상품이 해외가 아닌 소비자 근처에서 생산되므로 세심한 포장 및 그에 따른 포장재의 낭비를 줄일 수 있다. 국제 운송 및 현지 입고 절차도 없앨 수 있다.
더불어, 프로젝트 별로 선택된 기구/기계 (예를 들면 소규모 프로젝트를 위한 소형 기계) 에서 원격 생산이 이루어지는 첨가 제조 방식을 통해 같은 속도로 모든 띠를 개별적으로 맞춤화하거나 반복 생산할 수 있다. 따라서 맞춤형 물체의 생산 시간이 단축되고 현지 생산으로 납품 시간도 짧아진다.
낭비가 줄고 운송이 최소화되면 비용도 크게 절감된다. 주문이 접수된 후 각각의 기계가 제품을 생산하므로 재고, 투자, 창고 공간 등이 감소하므로 비용도 낮아진다. 즉, 약간의 부속 장비가 갖춰진 중층 첨가 제조 기계는 8,000 이하의 평방피트의 산업 공간으로 약 1백만 명 규모의 공동체를 커버할 수 있는 미니 공장 역할을 하는 것이다. 많은 비용이 소요되는 공급망 관리가 필요 없고 그와 관련된 문제도 없다.
단일 작업 주문의 일환으로 어떤 물건이든지 동시에 여러 재료를 사용할 수 있다는 점도 맞춤형 제조 모델만의 독자적인 특징이다. 보다 가볍고 튼튼한 구조를 위해 여러 재료를 접목할 수도 있고, 실제 목재의 특징과 결을 살릴 수도 있으며, 유사 제품의 전반적인 강도를 대폭 추가할 수도 있다.
컴퓨터 코드로 기계에 도달하는 디자인 파일은 물건(예: 가구 또는 인공물)의 고객이나 디자이너로부터 얻을 수 있다. 소비자 입장에서는 정밀한 생산을 위해 제품을 스크린에 띄워 주문 생산에 앞서 해당 파일을 쉽게 수정할 수 있다. 이런 식으로 설계와 생산은 심지어 원격으로 원활하고 동적인 공정이 된다.
도면은 공개에 따른 맞춤형 3차원 물체의 제조와 관련한 장치 및 방법의 실시 예를 보여준다. 도면 전반에 걸쳐 참조 번호가 일관적으로 사용된다. 도 2의 신규 참조 번호에는 200개의 일련번호가 부여된다. 마찬가지로 각 후속 도면의 참조 번호 역시 도면 번호로 시작하는 일련번호가 부여된다.
도 1은 적층 추가 제조를 활용한 제품 생산 방법에서 권장되는 공정을 나타낸 다이어그램이다.
도 2는 적층 추가 제조를 활용한 제품 생산 방법에서의 추가 공정을 차트로 보여준다.
도 3은 적층 추가 제조를 활용한 제품 생산 방법에서의 추가 공정을 보여준다.
도 4는 본 발명과 관련된 방법으로 제조된 적층 물체를 보여준다.
도 5는 연속 리본 절단 길이의 맞댐 이음을 보여준다.
도 6은 바닥면에 적용된 접착제 및 RFID 태그를 보여주는 리본 길이의 부감도이다.
도 7은 리본 바닥면의 입자 코팅을 보여주는 리본의 끝단 모습이다.
도 8은 절단된 리본을 분사하여 그릇을 만드는 응용 일러스트이다.
도 9는 도 1~3에 설명된 방법을 실행하기 위해 구성요소를 추가한 CNC 기계의 투시도이다.
도 10은 연속 리본 길이를 분사하여 CNC 기계의 베드에서 물체를 만들기 위한 구성요소를 갖춘 리본 분사 헤드의 측면도이다.
도 11은 통나무가 깎여 베니어판으로 생산된 후 다양한 너비의 연속 리본으로 절삭되는 과정을 보여준다.
도 12는 전형적인 피더 카세트의 투시도이다.
도 13은 리본 분사 헤드를 CNC 기계의 다양한 지점으로 움직이기 위해 채용된 전형적인 스위벨 메커니즘을 보여주는 측면도이다.
도 14는 모션을 보여주는 도 13의 스위벨 메커니즘 측면도이다.
도 15는 도 1~3에 설명된 방법을 실행하기 위해 구성요소를 추가한 CNC 기계의 변경 예이다.
도 16은 도 1~3에 설명된 방법을 실행하기 위해 구성요소를 추가한 CNC 기계의 두 번째 변경예이다.
예시 설명
도 1의 경우, 방법 (105)는 적층 추가 제조를 활용한 제품(800) 생산 공정이다. 적층 추가 제조는 낭비를 최소화하면서 3차원 완제품을 생산하기 위해 잘린 재료 리본을 추가하는 새로이 공개된 공정이다. 적층 프로세스는 물건 자체를 제작하는 반복 공정이라는 점에서 단순한 엣지밴딩과 다르다. 엣지밴딩 공정은 합판, 베니어판, 중간 밀도의 섬유판 또는 유사 재료 등 패널(보드) 재료의 노출 가장자리(두께)를 처리하거나 마감하는 데 그친다.
이 방법(105)은 전처리 단계(110), 롤링 단계(115), 적재 단계(120), 투여 단계(125), 절삭 단계(130) 및 제작 단계(135)를 포함한다.
도 2와 3은 실행 가능한 권장 단계 및 한계를 명시한다. 여기에는 위빙 제한(205), 선별 단계(210), 추가 단계(215), 점착 단계(220), 분사 단계(225), 밀링 단계(230), 2차 전처리 단계(305), 2차 롤링 단계 (310), 2차 적재 단계(315), 2차 분배 단계(320)및 2차 절삭 단계(325)가 포함된다.
도 1, 2, 3은 독립적인 클레임이 적층 물체(405)에 도달할 수만 있다면 어떤 순서로든 단계를 실행할 수 있다는 점에서 흐름도가 아니다. 따라서 이들 그림은 특정 박스에서 다음 박스로 흐르는 화살표로 규정되지 않고, 주장된 방식(105)의 문맥에 따라 단계의 순서가 바뀔 수 있다는 개념을 지지하기 위해, 화살표가 모든 박스를 연결하는 하나의 선을 따라 흐른다.
전처리 단계(110)에서 다수의 1차 재료(835) 연속 리본(1105)을 전처리한다. 본 문서에서 사용되는 연속 리본(1210)이란 이후 공개된 공정에서 사용될 보다 작은 길이로 절단되는 길고 좁은 원료 띠를 의미한다. 연속 리본(1210)의 권장 너비는 약 6 mm 이상 300 mm 이하이고 두께(715)는 약 6 mm 미만이다. 따라서, 전처리 단계(110)는 기본적으로 하나의 재료로 연속 리본(1105)을 만드는 것이다.
재료로 목재가 사용될 경우, 통상 통나무를 깎아 베니어를 만든다. 그런 다음 절삭기(1115)를 사용하여 베니어를 연속 리본으로 자른다. 나무결(415)을 세심하게 관찰해야 한다. 균열 때문에 나무결(415)을 가로질러 스풀에 감기 어려울 것이다. 또한 나무결(415)이 연속 리본(1210)의 길이를 따라 나란히 이어진다면 적층 물체(405)의 모양이 한결 나아질 것이다.
3차원 제품을 제작하기 위해 폭과 길이를 달리 하여 리본을 기계에 넣을 수 있도록 폭 하나 이상의 리본을 전처리한다. 각기 다른 폭(1110)의 리본이 필수는 아니지만, 넓거나 좁은 폭을 공정에서 함께 사용하면 3차원 제품을 제작하는 과정에서 원치 않는 재료의 결합이 최소화되므로 권장한다. 따라서 다량의 연속 리본(1105)에는 다량의 각기 다른 폭(1110)이 포함된다.
연속 리본으로 형성되는 재료의 예로 리본으로 절편되는 베니어판을 들 수 있다. 리본으로 성형될 수 있는 다른 단단한 물질도 리본 재료가 될 수 있다. 따라서 이 방법(105)은 이 과정에서 하나 이상의 재료를 사용하여 다양한 모양과 물리적 속성의 제품을 만들 수 있다. 이 방법(105)의 가장 간단한 실시 예는 도 1과 관련하여 설명되는 1차 재료(835)인 특정 재료가 개입된다.
리본 형태로 된 여느 재료와 마찬가지로, 1차 재료(835)는 천연의 고체 상태이다. 즉 고체, 액체, 기체 등 세 가지 물질 상태 중 이 방법(105)에서 리본으로 채택된 재료는 고체 상태의 분말로 변환하지 않은 고체 상태이며 액체 또는 기체가 아니라는 의미이다.
또는 특정 재료(특히 베니어)의 한 면(바닥면(610))을 표면 처리하고 뒷면은 종이나 합성 섬유를 배접하거나 접착제 격자 형태로 접착제(605)를 사용하거나 바닥면(610)을 접착제로 완전히 코팅한다. 선택은 원료의 궁극적 사용, 목재의 종류 및 기타 스풀링 및 운반 관련 요소에 따라 좌우된다. 필요한 인장 강도를 달성하고 균열, 파열 및 기타 스풀링 과정에서 파손을 피하기 위해 배접된 리본을 건조시키거나 양생하는 것이 좋다. 배접에는 베니어 배접 기계를 사용하거나 연속 공정에서 작용하여 연속 리본(1210)을 생성하는 공업용 접착제 도포 장치를 사용할 것을 권고한다.
배접된 재료는 긴 연속 띠로 잘게 써는 것이 좋다. 그런 다음 목재 종류 별로 분리된 더미로 띠를 쌓은 후 두께 별로 분류하고, 마지막으로 띠 너비 별로 분류한다.
접합을 활용하여 베니어 조각을 같은 두께의 다른 베니어 조각과 이어 붙일 수 있다. 이 부분에서 기존 베니어 조각의 너비를 추가하기 위해 긴 측면을 따라 접합을 실시할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 단, 롤링 머신에서 롤 형태로 형성될 수 있는 결 방향을 따라 베니어 길이를 리본 형태로 늘리기 위해서는 짧은 쪽을 따라 접합을 실시하여 연속 베니어 띠를 연결해야 한다.
예를 들어 긴 쪽과 길이를 따라 접합하여 넓은 베니어 롤을 만들기 위해 접합을 실행할 경우, 접합 및 배접된 베니어의 긴 롤을 형성한 후 스트리핑(리본 생성)을 진행할 수 있다. 기계를 사용하여 넓은 롤을 폭이 균일하거나 임의적인 그보다 좁은 리본으로 변환할 수 있다. 잘게 썰린 롤이 스트리핑 머신으로 투입된 후 실행되는 스트리핑은 되도록 연속된 공정으로 이루어져야 한다. 롤링 되지 않은 재료들을 보다 폭이 좁은 띠로 나누기 위해, 도 10과 같이 폭 넓은 롤을 미리 정해진 간격으로 배치된 날카로운 블레이드 아래에서 풀리게 한다. 그런 다음, 연속된 과정을 통해 폭이 좁은 리본을 다시 따로 롤링한다.
롤링 단계(115)에서 각각의 피더 카세트(1010)가 한 개의 연속 리본(1210) 롤(1015)을 담당하고 다수의 피더 카세트(1405)가 존재하도록 다수의 연속 리본(1105) 중 각각의 연속 리본(1210)을 피더 카세트(1010) 안에 고정된 스풀(1005)에 감는다. 이 단계를 스풀링이라고 부른다. 각각의 피더 카세트(1010)는 본질적으로 한 개의 연속 리본 롤(1210)을 스풀(1005)에 감는 박스이다. 적재가 원활하도록 박스에 도어(1225)를 설치할 수 있다.
스풀링은 각 너비와 (예를 들면) 각 베니어 종류마다 맞춤화된 단계이다. 재료(예를 들면 목재 종류)에 따라 너비와 지름이 같은 롤이라도 무게는 다를 것이다. 마찬가지로 베니어 리본이 넓을수록 지름이 일치하더라도 너비가 좁은 리본보다 무거울 것이다. 다시 말해, 카세트를 무게와 부피 별로 관리하고 리본 띠 배분 기계에서 받아들일 수 있도록 하려면 스풀링을 매개변수 내에서 가이드하는 것이 좋다.
피더 카세트(1010)의 주어진 무게 범위를 수용하도록 기계를 설계 또는 보정하는 것이 좋다. 되도록 피더 카세트(1010) 한 개의 무게가 약 30 kg을 넘지 않도록, 다량의 피더 카세트(1405)를 기계에 적재하는 사람이 총 무게를 관리할 것을 권장한다. 전형적인 유도 무게(guiding weight)를 활용하여 피더 카세트(1010)로 감길 특정 너비의 연속 리본(1210) 분량을 결정할 수 있다. 상이한 너비(1110)가 다수일 가능성이 있으므로, 피더 카세트(1010)에 들어있는 각 연속 리본의 길이에 차이가 있을 수 있다.
연속 리본(1210)이 상기 피더 카세트(1010)의 구멍(1205)을 통해 배분되도록 각 피더 카세트(1010)를 구성할 것을 권장한다. 이 구멍(1205)은 필연적으로 연속 리본(1210)의 두께(715)와 너비보다 넓은 단순한 출구 포트로서, 이곳을 통해 연속 리본(1210)이 배분되고 특정 제품에 필요한 길이(810)로 잘린다.
피더 카세트(1010)는 원료 스풀이 들어갈 플라스틱이나 금속제 용기로 할 것이 권장된다. 피더 카세트(1010)의 사이즈는 사용하는 연속 리본(1210)의 스풀 폭과 꼭 들어맞는 내부 너비를 기준으로 차이를 두는 것이 좋고, 총 무게가 약 30 kg 정도로 권장 무게 안에서 유지되도록 안정적으로 원료를 잡기에 충분한 높이와 깊이가 되어야 한다. 따라서 안에서 스풀에 감겨진 연속 리본(1210)의 각 너비마다 피더 카세트(1010) 사이즈가 달라질 것이다. 예를 들어, 스풀이 넓을수록 내부 폭도 넓어야 하며, 총 무게가 제한 요소로 작용할 수 있으므로, 피더 카세트(1010) 또는 연속 리본(1210) 내부 스풀의 높이와 깊이를 그에 맞춰 조정할 수 있다.
되도록, 속 리본(1210) 삽입 후 피더 카세트(1010)를 전기 기계적으로 봉인해야 한다. 되도록, 원료 소스에의 맞춤 잠금 기기에서 해당 봉인을 실행한다. 이러한 잠금 기계는 중앙 서버와 통신하면서 각 피더카세트(1010)에 적재된 재료 정보, 적재 시간, 적재 장소 등을 전달할 수 있다. 피더 카세트(1010)는 잠금 메커니즘을 이용하여 잠긴 후 위조 및 먼지 유입을 피하기 위해 봉인된다. 카세트 잠금 메커니즘의 모든 전자 센서들은 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 적재된 뒤, 통신하면서 내부의 연속 리본(1210)이 배분되기 전 봉인 상태를 확인한다. 이 센서는 무게, 재료 및 길이 등 사전에 정해진 기준을 토대로 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 전자 인터페이스에 해당 피더 카세트(1010)의 사용 또는 거부 여부 및 내용물을 알려준다.
가급적, 피더 카세트(1010)는 i) 피더 카세트(1010) 안에 들어있는 연속 리본(1210)과 관련한 세부 사항을 중계하고, ii) 연속 리본(1210)의 모니터링 레벨을 비롯한 기타 척도를 모니터하며, iii) 전자 인터페이스를 통해 중앙 서버와 통신하여 보충 및/또는 교체를 실행할 목적으로 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 프로세스와 통신하는 전자 스풀 모니터(1230)를 포함하도록 한다. 이 센서는 또한 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 피더 카세트(1010)가 적재될 때마다 중앙 서버를 경유하여 공급처에 정비 전 사용 횟수 등의 정보를 알려줄 수도 있다. 따라서 컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 피더 카세트(1010) 내부의 연속 리본 띠(1210)가 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 의해 피더 카세트(1010)로부터 배분되기 전 전자 핸드쉐이크(electronic handshake)를 실행하는 제어 및 안전 시스템을 통해 피더 카세트(1010)를 수용할 수도 있고 거부할 수도 있다. 또한 피더 카세트(1010) 내부의 연속 리본(1210) 잔량을 시각적으로 모니터하기 위해 피더 카세트(1010) 측면을 따라 투명 플라스틱 또는 폴리카보네이트 보기 창(1235)이 있는 것이 좋다.
어떤 면에서 카세트는 실용성 목적으로 동체의 정확한 형상을 달성하기 위해 맞춤화해야 하는 전체적으로 직각형 박스와 같은 형상으로 여겨질 수 있다. 피더 카세트(1010)와 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 도킹 및 피더 카세트(1010)의 구조적 무결성을 위해 맞춤화 과정에서 크림프(crimp), 폴드(fold), 버트레스(buttress) 및 벌지(bulge)가 포함될 수 있다. 피더 카세트(1010)에는 재료가 구멍(1205)을 빠져나올 수 있도록 하는 피드 아웃(feed-out) 메커니즘이 탑재되며, 피더 카세트(1010) 한쪽 면에서 피더 카세트(1010)의 특정 모서리와 가까울수록 좋다. 이 구멍(1205)에는 각기 다른 연속 리본(1210) 두께에 맞는특수 조정 메커니즘이 있을 수 있다.
가급적이면, 피더 카세트(1010)에는 배분 과정에서 연속 리본(1210)이 끊기거나 구멍(1205)에서 후퇴할 경우 수동으로 조작할 수 있는 보조 리본 추출 메커니즘이 탑재된다. 이러한 보조 리본 추출 메커니즘은 생산 품질 관리를 위해 원료의 위조를 방지하고 각 피더 카세트(1010)나 그 안의 연속 리본(1210)의 반복 결함, 또는 컴퓨터 수치 제어(905) 기계 자체의 부적절한 작동을 위하여 보안 및 모니터링 목적으로도 작용한다. 또는 컴퓨터 제조 설명서에 특수 소프트웨어를 탑재하여 컴퓨터 수치 제어(905) 기계로 추출 및 재보정을 실행하기에 충분한 정도로만 훨씬 천천히 제한적으로 스풀(1005)을 돌려 수동으로 감시되는 파열된 연속 리본(1210)의 추출을 제어할 수 있다.
가급적, 피더 카세트(1010)의 보정 및 재보정은 피더 카세트(1010)가 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 인게이지먼트 도크(910)에 탑재됐을 때 실행해야 한다. 이후 보정 및 재보정은 전자 핸드 쉐이크의 일부가 된다. 보정 및 재보정 과정에서 연속 리본(1210)을 배분하고 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 관련 구성요소가 연속 리본(1210)의 두께(715)와 너비(1110)을 인식하도록 하기 위해 컴퓨터 수치 제어 기계(905)로 정밀하게 제어되는 지점까지 연속 리본(1210)을 인출한다. 피더 카세트(1010)의 작동과 관련되어 있는 것이더라도 그 외 다른 보안 가이드라인을 소프트웨어의 일부로 포함시킨다.
물류 관리 및 선적을 위해 피더 카세트(1010)에 RFID 센서가 부착될 수 있다. 또한 예를 들면 구멍(1205) 근처에 빌트인 절단기(1215)나 피더 카세트(1010) 안팎을 보기 위한 LED 라이트, 또는 원활한 추출을 위한 추가 롤러 등의 다른 구성요소를 장착할 수도 있다.
적재 단계(120)에서 다수의 피더 카세트(1405) 중 각각의 피더 카세트(1010)를 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 인게이지먼트 도크(910)에 적재한다. 중층 첨가 제조 방법(105)을 사용한 적층 물체(405)의 조립은 CNC 기계로 알려진 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 실행된다. 적층 물체(405) 조립을 위한 디지털 규격도 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서프로그램 된다. 각각 스풀에 감긴 너비가 각기 다른 연속 리본을 담고 있는 다수의 피더 카세트(1045)를 인게이지먼트 도크(910)의 베드(925) 위 CNC 기계에 장착한다. 인게이지먼트 도크(910)는 본질적으로 리본 길이가 배분되면서 적층 물체(405)를 쌓을 수 있도록 피더 카세트(1010)를 고정시키는 메커니즘이다.
배분 단계(125)에서는 다수의 피더 카세트(1405) 중 첫 번째 피더 카세트(805)로부터 연속 리본(1210)의 첫 번째 부분(805)이 컴퓨터 수치 제어 기계(905) 위로 배분되는데, 여기서 첫 부분(950)의 고체 상태가 보존된다. 따라서 연속 리본(1210)의 길이를 따라 첫 부분(805)이 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925) 위로 배분된다. 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 의해 적절한 첫 부분(805)의 길이가 결정된다. 배분 단계(125) 또는 다른 어떤 단계(105)에서도, 연속 리본(1210)으로 형성된 재료의 상태가 변하지 않는다. 즉, 적층 물체(405)를 생성하기 위해 고체 상태가 기체나 액체 상태로 변화시키지 않는다는 것이다. 필수적으로, 연속 리본이 되는 재료의 요건은 그 재료가 분말이나 입자 형식 등 다른 고체 상태가 아님을 의미한다. 차후 성형 또는 잉여 리본의 절삭을 최소화하기 위해, 배분 실행시, 적층 물체의 최종 형상이 만들어지는 위치에서 각 리본 길이를 회전시키고 쌓도록 하는 것이 좋다.
절삭 단계(130)에서는 첫 부분(805)을 일정 길이(810)로 자르고 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격의 지시대로 종단 프로필(815)을 마무리한다. 종단 프로필(815)은 도 8과 같이 끝단을 비스듬하게 처리하거나 원하는 구성에서 절단할 수 있다. 절단된 첫 부분(805)은 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격으로 결정된 지점에서 베드(925) 위에 쌓인다. 연속 리본(1210)의 일부 또는 띠의 추가 조작이 이루어질 수 있고, 이는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 장착된 조직 모듈을 통해 가능하다. 이 과정에서 블레이드, 칼, 레이저 및 밀링 커터 등을 활용한 추가 절삭으로 원하는 형상과 크기를 만들 수 있다.
생성 단계(135)에서는 다수의 피더 카세트(1405) 중 하나 이상의 피더 카세트로부터 연속 리본(1210)의 추가 부분(806)을 배분, 절단 및 분사하여 적층 물체(405)를 생성한다. 각각의 추가 부분(806)은 앞서 배분된 부분과 맞댐 이음(520)되거나 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 앞서 배분된 부분 위에 첨가된다. 생성 단계(135)는 가급적 최대한 적층 물체(405)가 최종 상태로 생성되도록 X-Y 좌표에 걸쳐 360ㅀ 이내의 임의 각도로 추가 부분(806)을 최대한 분사하여 실행하는 것이 좋다. 이렇게 하면 최종 형상의 제품(800)을 전달하는 과정에서 후속 작업의 필요성을 최소화할 수 있다.
분사 과정에서 가능하면 리본 분사 헤드(965)를 통해 컴퓨터 수치 제어 기계(905) 작동 영역 주변으로 첫 부분(805)이나 추가 부분(806)을 이송해야 한다.
위빙 제한(205)에 따라, 연속 리본(1210)의 추가 부분(806)을 배분할 때, 맞댐 이음(520)이 그 위에 분사되는 맞댐 이음(520)의 다음 층으로 덮이면서 직조 연결(woven connectivity) (820)이 형성되도록 한다. 다시 말해, 맞댐 이음(520)이 추가 부분에 의해 강화되도록 맞댐 이음(520) 위를 추가 재료 부분으로 덮는 것이다.
직조 연결 예시
이 예시는 a) (폭과 길이 측정 사용을 통해) 최적화된 재료 사용 및 b) 겹침을 통한 강화를 위해 선택되는 띠와 띠의 중첩을 구체적으로 명시한 적층 쌓기에 대한 설명이다. 큼직한 원료 블록이나 덩어리를 깎지 않고 리본 띠의 직선 길이로 직선이 아닌 면을 가진 물체를 제작하는 방법을 설명한다. 도 8에 나와있는 제품(800)은 그릇이다. 도 8에 나온 모든 층은 두께 1.00 mm의 베니어판이다. 그릇 바닥의 3겹 층(830)은 단일 조각이 되기에 충분할 정도로 작다. 이 예시에서 3겹 바닥 층(830)은 목재 그릇의 바닥 3.00 mm이다. 이 3겹 바닥 층(830)은 겹층을 이루어 최종적으로 원형으로 밀링되는 3개의 정방형 조각이다. 이 예시는 베니어 조각이 폭 300 mm 이내에서 좁거나 넓을 수 있음을 보여준다. 4, 5, 6층(831)은 여러 개의 조각으로 이루어진다. 7층 이상(832)은 보다 넓은 지름의 제품을 수용하기 위해 연속적 레벨로 확장되는 과정을 보여준다. 제품(800)의 점선은 밀링된 최종 형태의 그릇을 보여준다.
선택 단계(210)는 베니어판, 금속, 플라스틱, 코르크, 가죽, 직물, 섬유, 또는 이들 재료의 조합으로 구성된 그룹에서 1차 재료(835)를 선택하는 추가 제한이다. 따라서, 연속 리본(1210)으로 쉽게 성형될 수 있는 고체 물질들을 조합하여 재료로 사용할 수 있다.
목재 베니어 또는 간단히 '베니어'는 통나무 또는 블록(목재 슬라브)의 표면부터 얇은 층을 깎은 것으로 설명될 수 있다. 이 재료는 깎는 과정에서 낭비가 거의 발생하지 않으며, 보다 큰 조각 (통나무 또는 슬라브)에서 추출된다. 일반적으로 베니어의 길이는 베니어 세이빙 기계(shaving machine)에 의해 결정되며, 기존의 일반적 기계를 사용해 물리적으로 가능한 최대 길이로 만들어진다.
가급적이면 베니어를 기존의 공정에 따라 습도, 수축 등에 대비해 안정화시켜야 하며, 필요에 따라 판자나 합판 형태로 본 발명의 스풀링 전 단계에 대한 준비를 갖춰야 한다. 이 시점에서 베니어를 일반적으로 최대 1.2 mm에 이르는 다양한 두께의 조합으로 깎을 수 있는데, 보통 최대 두께는 약 3.0 mm 정도이다. 전처리된 베니어 묶음은 두께 별로 분리해야 한다. 발명 방법으로 사용하기 위해 전처리된 베니어는 정밀 보정 장비와 필요에 따라 사포질이나 다듬질을 사용하여 필요한 두께를 일관적으로 확보해야 한다.
첨가 단계(215)에서는 먼저, 각 연속 리본(1210)이 상부면(705)과 바닥면(610)으로 구성 되어야 한다고 정의된다. 그 다음 첨가 단계(215)에서는 접착제(605)를 상기 바닥면(610)에 첨가한다. 접착제(605)는 비단 각 추가 부분의 바닥면에 도포하는 방법뿐 아니라 실용적이기만 하다면 어떤 방법으로도 첨가할 수 있다. 예를 들어, 이미 배분된 부분에 접착체를 칠하고 접착제 위에 쌓인 추가 부분을 건조시킬 수도 있다. 본 문서에서, "아교"와 "접착제"는 같은 의미로 사용되며 넓은 의미로 해석되어야 한다. 예를 들어, 접착제(605)는 연속 리본(1210)의 일부 또는 띠 연속 층을 영구적으로 접합시키는 작용을 하는 유기물과 무기물, 천연 또는 합성 재료를 모두 포함할 수 있다. 접착을 위해서 몇 단계를 거치든 물리적 또는 화학적 수단을 이용할 수 있다. 예를 들어, 화학 접착제 배합물을 도포하거나, 사전에 도포된 접착제를 열, 더운 공기, 냉기 또는 냉장, 초음파, 적외선광, 자외선광 및 레이저 등으로 활성화시킬 수 있다. 연속 리본(1210)과 접착제(605) 재료의 선택에 따라 접착제(605)의 활성화 방법도 달라진다.
부착 단계(220)에서는 먼저, 각 연속 리본(1210)이 상부면(705)과 바닥면(610)으로 구성 되어야 한다고 정의된다. 그 다음으로 무선주파수 식별 태그(615)를 바닥면(610)에 부착하는 단계(220)가 이어진다. 따라서 RFID 태그를 적층 물체(405)의 몸통과 접목시킬 수 있게 된다.
이러한 RFID 태그의 바닥면(610) 부착을 통한 리본의 전자 태깅은 접착 및 배접 공정에서 실행되는 것이 좋다. RFID 태그에는 리본 및 원료에 관한 정보를 접목시킬 수 있다. 전처리 과정에서 스프레이온 방법으로 이 기능에 적합한 나노 입자로 덩치가 큰 RFID 태깅을 대체할 수도 있다.
분사 단계(225)에서는 다수의 연속 리본(1105)에서 최소 하나 이상의 연속 리본(1210)에 입자(710)를 분사한다. 입자(710)는 적층 물체(405)의 보존 또는 기능이나 색상 또는 기타 모양 특성을 더하는 데 유용하다. 예를 들어, 전도체, 절연체, 페인트, 염료 및 색소, 화학 반응제 및 침투제 속성으로 이루어진 그룹에서 입자(710)를 선택한다.
밀링 단계(230)에서는 연속 리본의 추가 부분(806)에 대하여 배분, 절단 및 분사를 완료하기 전 적층 물체(405)를 밀링 처리한다. 밀링 단계(230)는 적층 물체(405)로부터 전처리된 제품(800)을 보다 신속하게 전처리할 수 있도록 밀링 헤드(940)를 사용하여 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 수행된다.
2차 전처리 단계(305)를 비롯하여 이어지는 여러 단계에서는 적층 물체(405)를 만들 때 2차 재료(840) 사이에 1차 재료(835)를 배치한다. 2차 재료(840)가 개입되는 단계는 1차 재료(835)가 개입되는 단계와 유사하며 간략히 반복된다.
2차 전처리 단계(305)에서는 2차 재료(840)의 연속 리본을 전처리한다. 상기 2차 재료(840)는 고체 상태이고 1차 재료(835)와 다르다.
2차 롤링 단계(310)에서는 2차 재료(840)를 적층 물체(405)에 첨가한다. 이는 앞서 설명한 롤링 단계(115)와 비슷하다. 2차 롤링 단계(310)에서는 2차 피더 카세트(960)가 2차 재료(840)의 연속 리본(1210)을 담도록 2차 재료(840)의 연속 리본(1210)을 2차 피더 카세트(960)에 고정된 스풀(1005)에 감는다.
2차 적재 단계(315)에서는 2차 재료(840)의 연속 리본(1210)이 들어있는 2차 피더 카세트(960)를 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 인게이지먼트 도크(910)에 적재한다.
2차 배분 단계(320)에서는 상기 피더 카세트(960)의 구멍(1205)을 통해 앞서 배분된 부분에 2차 재료(840) 중 해당 연속 리본 길이(1210)를 배분하는 한편, 2차 재료(840)의 고체 상태를 보존한다.
2차 절단 단계(325)에서는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 종단 프로필(815)까지 측정된 길이를 절단한다.
2차 재료를 사용하여 이 방법(105)으로 생성된 제품(800)은 1차 재료(835)의 층(410)과 최소 하나 이상의 2차 재료(840) 층을 포함한다. 이와 관련하여, 각각의 층은 액체가 기체 상태가 아닌 고체 상태의 1차 재료(835) 또는 2차 재료(840)로 이루어진다. 재료가 연속 리본이 되어야 한다는 요구사항은 또한 재료가 분말이나 입자 형식이 아니라는 것을 의미한다.
한 가지 재료(예를 들면 1차 재료(835))만을 사용하여 이 방법(105)으로 생성된 제품(800) 역시 액체나 기체 상태가 아닌 고체 상태의 1차 재료(835) 층(410)으로 이루어진다.
이 방법(105)을 실행하기 위한 기구로는 컴퓨터 수치 제어 기계(905), 인게이지먼트 도크(910), 리본 분사 헤드(965), 모터(1020) 및 블레이드(1025)가 포함된다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 적층 물체(405)의 조립이 실행되는 베드(925)를 포함한다. 여느 CNC 기계와 마찬가지로, 컴퓨터 수치 제어 기계(905) 역시 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 작동한다. 컴퓨터 수치 제어 기계(905)를 구동하여 디지털 규격에 따라 연속 리본(1210)의 첫 번째 부분(805)과 연속 리본(1210)의 추가 부분을 포지셔닝 할 수 있다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 전자 인터페이스 및 모니터링을 활용하여 구동하는 것이 좋다. 이러한 전자 인터페이스 및 모니터링 과정에서 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 거동 제어 및 모니터링, 서버와의 통신, 조업 및 구동 시각적 기록, 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 추가된 부속 장치 및 확장 제어를 전담하는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 것이 좋다. 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 전자 인터페이스 및 모니터링은 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 근본적 성격과 물리적 또는 화학적 거동에 영향을 주지 않고 유지보수 또는 개량 목적이나 정밀 제어 목적으로 교체, 보완 및 업그레이드 가능하다. 모든 컴퓨터 수치 제어 기계에는 컴퓨터이용설계/컴퓨터이용제작 (CAD / CAM) 소프트웨어 사용 능력, 제어 장치, 모니터링, 디스플레이 및 상호작용 시스템 등과 같이 내재적이고 표준화된 측면이 있다.
CAD / CAM 소프트웨어란 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 근본적 성격에 맞게 생성된 맞춤화된 소프트웨어를 지칭한다. 여기에는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 구동 가능한 특수 암호화-해독 소프트웨어가 포함된다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 소프트웨어를 실행하는 구동 제어 장치를 포함하고 있다. 이러한 구동 제어 장치에는 통상 a) 기기에서 개별적으로 기능하거나 마더보드에서 집합적으로 사용되거나, b) 컴퓨터 수치 제어 기계(905) 자체의 일부를 구성하는 한편 독립적인 연산 장치에서 기능하는 하드웨어 형태의 소프트웨어 프로세서가 포함된다.
권장 컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 비디오 카메라(930), 비디오 모니터링, 디스플레이 및 컴퓨터 수치 제어 기계(905)와의 상호작용을 제어할 수 있는 전자 제어 장치(915)를 포함한다. 전자 제어 장치(915)는 인간과 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 상호작용을 통해 정보를 수신하고 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 지시를 내리는 한편 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격을 실행할 때 수행되는 거동을 관찰할 수 있는 모니터(스크린)를 포함한다. 이러한 모니터는 비 연산 스크린이나 영사 필름, 또는 태블릿과 같이 독자적인 연산 장치가 될 수 있다. 인간과 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에는 인간과 컴퓨터 수치 제어 기계(905)를 관찰하고 보정하기 위한 비디오 카메라(930)나 스틸 카메라를 장착하는 것이 좋다.
전자 제어 장치(915) 및 그것과 접하는 구성요소를 통해 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 원격 진단 및 유지보수 감독이 가능하도록 할 것을 권장한다.
전자 제어 장치(915)를 통해 원격 상호작용 시스템으로 컴퓨터 수치 제어 기계(905)를 제어할 수 있다. 이러한 원격 상호작용 시스템은 원격 서버를 통해 접속하고 제어 가능해야 한다. 하드웨어 및 소프트웨어 역시 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 제어할 수 있어야 한다. 단, 이는 가급적 원격 서버로부터 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 오버라이딩 컨트롤을 가능하게 하기 위한 것이다. 오버라이딩 컨트롤 과정에서 마스터 트립 스위치, 피더 카세트(1010) 제어, 비디오 카메라(930) 및 거동 레코더, 전송 장치 및 진단 소프트웨어를 구동할 것을 권장한다. 진단 소프트웨어의 기능 및 구동을 원격 서버로 시작하고 제어할 수 있다면 비디오 모니터링, 디스플레이 및 상호작용 장치를 통한 지시의 오버라이딩도 실행될 수 있어야 한다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905) 소프트웨어는 기술자 및 관리자를 활용하여 비디오 모니터링, 디스플레이 및 상호작용 장치를 통해 유지보수 지시를 접수하거나 향후 예상 유지보수 요건을 조회할 수 있는 유지보수 가이드 시스템을 포함하는 것이 좋다. 이러한 소프트웨어는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 사용되는 소모품과 상호작용하고 마모와 마손, 사용량, 성능의 정밀도, 교체 부품의 정확도 등을 모니터할 수 있다. 이러한 소프트웨어가 구동을 취소시키는 것은 좋지 않지만, 승인을 위해 원격 서버와 통신하고 승인을 획득한 후 전자 제어 장치(915)에 의해 구동하는 구성요소에 허가를 전송하도록 하는 것이 좋다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 기타 권장 요소에는 물류 지원 소프트웨어, 고객 관계 관리(CRM) 및 기업 자원 계획(ERP) 소프트웨어가 포함된다. CRM 및 ERP 소프트웨어는 기업의 고객 데이터 및 고객 상호작용 관리, 사업 정보 이용, 판매 자동화, 마케팅 및 고객 지원을 지원하기 위한 광범위한 애플리케이션을 망라한 기업용 소프트웨어 카테고리이다.
또한 일반적으로 컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 기타 연산 장치 및 하나 이상의 메모리 장치, 마더보드 및 하드드라이브를 포함한다. 더불어, 특정 케이블과 데이터 통신선, 모뎀 등의 전송 장치, 블루투스 모듈 및 무선 신호 수신 장치도 통상적으로 포함된다.
인게이지먼트 도크(910)는 연속 리본(1210)이 피더 카세트(1010)에서 배분되는 동안 다수의 피더 카세트(1405)를 베드(925) 위에서 지탱시키는 데 적합한 일종의 브래킷이다.
리본 분사 헤드(965)는 각각의 띠(첫 부분 (805) 또는 추가 부분(806)) 분사를 유도한다. 필요할 경우 리본 분사 헤드(965)를 연속 리본(1210) 인출 지점으로 움직여 연속 리본(1210)을 종단 프로필 절단 위치로 유도하고 띠를 수직 또는 수평 지점에서 분사하여 적층 물체(405)의 모든 층을 완성한다. 분사할 띠의 최적 이동을 제공하기 위해 리본 분사 헤드(965)의 수직 이동뿐 아니라 베드(925) 위 수직 이동도 지시할 수 있다. 따라서 모든 적층 물체(405)의 전체 층이 같은 레벨에서 동시에 분사된 후, 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925) 또는 리본 분사 헤드(965)는 최소한 다음 분사 층의 두께만큼 Z-축(수직) 이동하고 적층 물체(405)가 완성될 때까지 이 프로세스는 계속 진행된다.
리본 분사 헤드(965)를 사용하여 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925)에서 한 개 이상의 물체를 동시에 완성할 수 있다.
모터(1020)는 리본 분사 헤드(965)의 동력 장치이다. 피더 카세트(1010) 내의 2차 모터를 활용하여 피더 카세트(1010)로부터 연속 리본(1210)을 투입할 수도 있다. 따라서 모터(1020)는 디지털 규격에 따라 피더 카세트(1010)의 해당 모터(1020)로부터 연속 리본(1210)의 첫째 부분을 배분하도록 구성된다.
블레이드(1025)는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925)에서 연속 리본(1210)을 분사 부분만큼 자른다. 블레이드(1025)는 연속 리본(1210)의 첫째 부분(805)과 연속 리본(1210)의 추가 부분(806)을 각각 디지털 규격으로 정해진 길이(810)와 종단 프로필(815)로 절단한다.
이 방법(105)을 실행하기 위한 기구는 배분된 연속 리본(1210) 띠를 통한 층 형성과 관련된 단계를 실행한다. 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925)에 의해 또는 그 위에서 실행되는 거동은 분사 + 추가 적층 제조 + 마이크로 라미네이션으로 설명될 수 있는 활동을 조정한다. 중층 첨가 제조법은 '레이어링'이라고도 하며, 이 방법(105)을 실행하기 위한 기구에서 실행될 경우 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 X-Y-Z 축에서 배분 단계(125)와 생성 단계(135)가 진행되는 곳을 제어함으로써 해당 레이어링이 이루어진다. 이 과정에서 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 물체 전체가 최종 형상에 가까운 모양을 취한다.
기계 구동 예시
이어서 본 문서에 공개된 기구 및 방법(105)의 실행 예를 제시한다.
이 방법(105)을 실행하기 위한 기구의 일부인 컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 컴퓨터로 생성된 지시를 접수하여 분사할 재료를 선택한다.
이 재료는 다양한 폭의 연속 리본(1210)으로 나와있다. 각각의 폭은 피더 카세트(1010)에서 배분될 수 있는 폭이다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 비디오 모니터링, 디스플레이 및 상호작용 장치를 통해 필요한 다수의 피더 카세트(1405)를 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 인게이지먼트 도크(910)에 적재하도록 사람을 가이드한다. 컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 전자 핸드쉐이크를 통해 특정 너비의 연속 리본(1210)이 들어있는 각 피더 카세트(1010)의 위치를 계속 추적하여 정확한 재료가 사용되도록 한다.
다수의 피더 카세트(1405)는 컴퓨터 수치 제어 기계(905), 운전자 및 원격 서버에 다수의 피더 카세트(1405) 안에 들어있는 재료의 종류와 수량을 알려준다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 어느 제작 단계에서든 변경된 또는 추가적인 피더 카세트에 생산을 완료할 것을 요구할 수 있다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)로 추출된 연속 리본(1210)은 레이어링을 위해 절단, 성형 및 전처리를 거친다. 이 과정에서 적층 물체 가공을 위해 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 정확한 종류의 재료가 정확한 너비와 정확한 두께로 배분되도록 적합한 피더 카세트를 선택한다.
연속 리본(1210) 띠 또는 부분은 적절한 접합 공정 선택, 접착제(605) 도포, 또는 이미 연속 리본(1210)의 밑면이나 바닥면(610)에 이미 도포된 접착제 활성화를 포함한 접착 전처리를 거친다.
원래 위치에서 접착이 이루어질 경우, 접착제(605)는 컴퓨터로 제어되는 통 또는 마찬가지로 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 장착된 호퍼로부터, 또는 도포에 앞서 화학물질을 사전배합해야 할 경우, 일련의 통이나 호퍼로부터 연속 리본(1210) 위에 적절한 방식으로 균일하게 배분된다.
각각의 띠 또는 그 일부가 분사된 후, 리본 분사 헤드(965)가 후퇴하고 다음으로 분사할 띠를 취하며, 적층 물체(405)의 모든 층이 완성될 때까지 이 공정이 계속된다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925)에서 한 개 이상의 적층 물체(405)를 동시에 생성할 경우, 리본 분사 헤드(965)는 계속 띠를 분사하여 각 적층 물체(405)의 층을 가공한다.
모든 적층 물체(405)의 전체 층이 같은 레벨에서 동시에 분사된 후, 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925) 또는 리본 분사 헤드(965)는 최소한 다음 분사 층의 두께만큼 Z-축(수직) 이동하고 적층 물체(405)가 완성될 때까지 이 프로세스는 계속 진행된다.
기계 구동 예시
이어서 본 문서에 공개된 기구 및 방법(105)의 실행예를 제시한다. 전형적인 프로세스에서는 각 재료 간에 서로 층을 쌓는다.
리본 분사 헤드(965)를 유도하여 너비, 소재, 종류, 두께, 길이, 최종 형상이 각기 다른 정확한 연속 리본(1210) 띠를 이송한다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 프로그램되어 있는 디지털 사양은 각 층의 앞과 뒤에 올 재료를 결정하는 소프트웨어 제어 및 설계이다. 연속적인 층을 쌓아 고체 물체가 만들어지도록, 선택된 연속 리본(1210)의 개별 또는 복수의 조각들을 모든 압착 (마이크로라미네이션)을 포함한 자리에 위치 및 접착시킨다.
리본 분사 헤드(965)를 이동시키기 위해 전자 제어 장치(915)를 사용하여, 연속 리본(1210)의 띠를 X-Y-Z 축에서 정확하게 위치 및 정렬시킨다. 이것은 엣지밴딩 머신 헤드, 롤러 및 도포 장치에 사용되던 기존의 재래식 기술과 매우 유사하게 실행된다. 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 프로그램된 디지털 사양은 접착제(605)를 활성시키거나 도포 시키며 신속하게 양생시킨다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격은 갠트리(970), 수직 기어 랙(1605) 또는 필라(1505) 등의 이동 장치를 통해 리본 분사 헤드(965)를 비롯한 기타 분사 빔(1310)을 정확하게 제어된 3차원 지점으로 유도한다.
선회 메커니즘(1305)은 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 분사 빔(1310)을 회전시켜 연속 리본(1210) 띠를 정확한 지점에 추가로 포지셔닝한다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925)를 고정시키거나 이동하여 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 리본 분사 헤드(965)를 정확한 지점으로 추가 동기화시킬 수 있다.
컴퓨터 수치 제어 기계(905)는 모양과 크기가 다양하고 종류도 각기 다른 여러 물체의 중층 첨가 제조법을 각기 다른 베드(925) 부분에 걸쳐 동시에 수용할 수 있다. 동시에 생성되는 모든 물체에 대한 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 거동은 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 동일한 디지털 규격을 통해 제어된다.
레이어링을 통해 단면이 보셀화된 단순하거나 복잡한 형상을 만들 수 있다. 따라서, 모든 지점에서 단면이 최종적으로 요구되는 형상 및 크기보다 아주 약간 커지는데, 이후 최총 형상 및 크기에 맞게 밀링 및 사포질 할 수 있다.
연속 층이 "접합부"를 엮도록 연속 리본(1210) 띠가 십자형 경로를 따라 겹쳐지면서 위빙이 실행된다. 틀이 있는 물체의 경우, 재료 층이 교대로 실행되어 도 5와 같이 직조 연결을 형성한다. 예를 들어, 띠 A(505)-1층은 띠 B(510)-1층에서 끝나고, 띠 B- (511) 층은 띠 A- (506) 층에서 끝나고, 띠 A(507)는 2층 상단 3층의 띠 B(512)에서 끝난다. 이 균열 덧씌우기 공정은 조립을 요하는 두 개의 개별 구성요소를 종전과 같이 접합하는 대신 레이어링을 통해 X로 보여지는 모서리 접합부(525) 전체가 직조될 때까지 층 별로 교대하면서 반복된다.
이미 분사된 층의 마이크로 라미네이션이 동시에 진행되고, 각 적층 물체(405)가 완성될 때까지 이 과정은 계속된다. 마이크로 라미네이션은 특정 물체 전체의 최종 적층 단면을 생성하기 위해 실시되는 일련의 박편 적층 단계이다. 재료의 개별 띠가 생성되는 전체 물체 중 극히 일부를 형성할 정도로만 적층되므로 '마이크로'라는 단어가 붙는다. 라미네이션은 아래 층 위에 한 층을 압착하는 방식이다. 베드(925) 또는 롤러 네트워크(920)의 도움을 받거나 도움 없이 라미네이션을 달성할 수 있다. 다시 말해, 베드(925)는 다른 기능을 일체 실행하지 않고 정지된 상태로 유지되거나, 베드(925)가 롤러 네트워크(920) 및 다른 제어를 통해 라미네이션 과정에 관여할 수도 있다.
도 4는 지름 5 mm, 길이 60 cm 원형 단면을 가진 목재 널빤지인 적층 물체(405)를 보여준다. 재래식 방법이라면 통상 선반을 사용하여 최소 지름 5.25 mm, 길이 65 mm 이상의 조각을 밀링 가공해야 이러한 널빤지를 얻을 수 있었을 것이다. 마감된 원형 널빤지 이외의 단면 재료는 모두 제거하고 필요한 최종 크기만을 남겨야 한다.
중층 제조 과정에서, 조각을 쌓는 층의 너비는 컴퓨터 알고리즘을 통해 선택하고 최종 형상이 원형 프로필의 '디지털화 버전'이 되고 각각의 층이 원형 프로필 밖으로 약간 돌출하도록 최적화한다. 이런 식으로 기존에 버려지던 재료를 아낄 수 있고 완성된 치수에서 극소량만을 덜어내면 된다. 또한 선반 머시닝을 위해 널빤지 길이가 더 길 필요가 없고 최종 밀링이 가능하기 위해 길이 60 cm보다 약간 길면 된다.
레이어링 만으로는 최종 형상을 정확하게 생성할 수 없으며, 공정을 완료하려면 밀링, 트리밍, 절삭, 또는 깎기 공정이 이어져야 한다. 이러한 마감 방식은 전형적인 컴퓨터 수치 제어 활동이다. 밀링 헤드(940)를 사용하는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 선택적 부분으로 포스트프로덕션 컴퓨터 수치 제어 기계 밀링이 바람직할 수 있다.
물체 생산 과정에서 두 번째 층이 분사된 후, 두 번째 층을 단단히 고정시켜 단일체를 형성하기 위해 압착 또는 접착이 진행된다. 각각의 물체, 또는 전반적 요구사항의 변화에 따라 하나 또는 그 이상의 층 압착 방법이 결정될 수 있다.
현재 예시에서는 리본 분사 헤드(965)의 롤러(1030)로 층을 함께 압착시킨다. 분사 및 분사된 재료 띠 롤링의 일환으로 롤러(1030)가 사용된다. 연속 리본(1210) 띠가 분사된 직후 국지적으로 이것이 진행된다. 롤러는 리본 분사 헤드(965)와 함께 이동하며 전체 메커니즘의 일부이다. 이것은 리본 분사 헤드(965)가 특정 접착제로 아래층과 단단히 접착되도록 하기에 충분한 압력을 발휘할 수 있을 때 진행된다. 이 예시에서 롤러(103)는 특정 공정에서 필요하지 않을 경우 분리할 수 있다(예를 들면 압착 없이 레이저 양생으로 층을 급속 접합시킬 수 있을 경우).
이 예시에서, 베드 전체에 걸쳐 구르도록 설계되어 측면에 탑재된 넓고 무거운 롤러로 블랭킷 롤링이 진행된다. 이 무거운 롤러의 목적은 리본 분사 헤드(965)에 장착된 것보다 훨씬 무거운 압력을 발휘하는 데 있다. 이 무거운 롤러들은 금속 또는 고무 재질로 제작될 수 있으며, 롤러가 베드(925) 위로 굴려질 때마다 베드(925)에 생성되는 모든 물체 위를 구르게 된다. 각각의 층이 분사된 후에는 블랭킷 롤링이 진행되지 않고 다수의 층에 걸쳐 진행되거나 레이어링 프로세스가 끝나고 진행된다. 이 예시에서, 블랭킷 롤러는 활판 인쇄기에서 롤링 과정 중 접착제 양생을 위해 내부적으로 가열되는 롤러들과 비슷하다. 대체 예시에서, 과정에서 접착제 양생을 위해 필요할 경우 블랭킷 롤러를 냉장시키거나 초음파를 방출할 수 있다.
이 예시에서, 진공에 의해 베드(925)로 빨려 내려가는 베드(925) 위 플렉시블 멤브레인을 사용하여 멤브레인 압착을 가할 수 있다. 베드(925)의 작은 구멍을 통해 공기를 모두 빨아내서 진공을 발생시킨다. 이를 통해 멤브레인은 기계 베드의 모든 물체 형상에 걸쳐 휠 수 있고, 필요할 경우 재래식 기술을 수정하여 사용한다.
이 예시에서는 압력이 집중되어야 하는 베드(925) 부분 위에 무거운 판을 놓고 수동 클램핑 또는 유압으로 판 압력을 가한다. 이를 위한 하드웨어도 기계 베드의 일부이다.
베드 구동 및 거동 예시
컴퓨터 수치 제어 기계(905)의 베드(925)는 적층 물체(405)가 생성되는 구성요소이다. 베드(925)는 자체 부속 요소를 가지는 복잡한 구성요소이다. 다른 예시에서는, 도록 부속 요소를 선택적으로 사용하거나 각 물체의 원활한 생성을 위해 다양한 조합으로 사용할 수 있다. 수평 X, Y 축 공간의 외부 지름이 베드(925)의 작업 영역을 정의한다.
이 예시에서 베드(925)는 리본 분사 헤드(965)와 조율된 X & Y 축으로 횡단할 수 있다. 다른 예시에서는 베드(925)가 고정될 수도 있다. 베드(925)는 간격을 설정하기 위해 수직으로 주행하는데, 여기서, 다수의 피더 카세트(1405)에서 배분되는 연속 리본과 리본 형태의 재료에 대한 마이크로 라미네이션 요구사항과 함께 작용하도록 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에 프로그램된 디지털 사양으로 수직 간격을 조정할 수 있다.
이 예시에서 베드(925)는 파열되지 않은 판의 면이지만, 다른 예시에서는 전체 베드(925) 작업 영역의 각기 다른 파트의 여러 구성요소로 형성된 판의 표면을 구성될 수 있다. 베드(925) 표면의 구성요소에는 플랫 핀 헤드를 사용하여 적층 물체(405)의 핀 컨트롤(945)을 제공하는 보조 영역이 포함된다.
이 예시에서 베드(925)에는 축 당 0.1 mm 정확도까지 수평으로 X&Y 축 모드를 활주할 수 있는 횡단 베드가 있다. 활주 한계는 각 축의 베드(925) 폭 또는 길이의 범위까지이다. 이 경우 이 예시의 베드(925) 폭은 X 축에서 0 ~ ㅁ600 mm를 활주할 수 있는 1200 mm이다. 사선 활주는 양 축 동시 활주에 의해 실행된다. 이 공정은 활주 운동을 제어하는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 실행된다. 양방향 또는 사선 이동을 위해 X 및 Y 축의 원활하고 방해 없는 이동을 조작할 수 있도록 롤러(920) 네트워크를 통해 베드(925) 밑에 위치한 가이드 위를 활주하는 정밀 베어링이 베드(925)에 장착된다. 활주는 리본 분사 헤드(965)로부터 독립적으로 동시에 이루어질 수 있다.
베드(925) 메커니즘 전체, 그 아래 가이드와 롤러가 모두 순수하게 Z 축에서 필요에 따라 위아래로 움직일 수 있을 경우 베드(925)의 수직 주행이 실현된다. 이 움직임은 정확도 0.1 mm까지 제어할 수 있다. 전체 공정을 가이드 및 제어하는 메인 소프트웨어를 통해 유압, 공압, 또는 순수 기계식 메커니즘을 선택할 수 있다.
베드(925)는 에어 쿠션 및 진공을 통해 에어 컨트롤 시스템이 표면에 장착된다. 에어 쿠션 및 진공을 동시에 사용할 수는 없지만, 어떤 공정이든 필요에 따라 교차 사용하여 에어 쿠션 및 진공을 유지시킬 수 있다. 진공 유지는 마이크로 라미네이션을 위한 멤브레인 압착에 유용하다.
베드(925) 표면의 구멍으로 공기를 불어넣거나 빼는 시스템을 통해 에어 쿠션 및 진공 기능을 구현할 수 있다. 압축기(935)는 일련의 밸브 및 압력 가이드를 통해 마스터 공정을 제어하여 정확한 양의 공기 압력 또는 정확한 진공 부압(負壓)이 유지되도록 하거나 마이크로 라미네이션을 위한 압착이 이루어지도록 한다. 베드 전체에 두 기능을 위한 구멍이 있지만, 다른 실행예에서는 베드(925) 일부에만 구멍이 있을 수 있다. 구멍과 연결된 완전 봉인 영역에서는 베드(925) 아래쪽으로 배관을 전달하는 탄력적이고 캐터필러 스타일 연속 트랙을 거쳐 전달되는 배관을 통해 공기 압력이 발생한다. 배관은 베드(925)의 주행 및 활주와 함께 움직이며 끊김 없는 제어를 유지한다. 멤브레인 압착의 경우, 베드(925)에서 제작되는 물체 위로 멤브레인에서 발생하는 원하는 압력에 적합하도록 진공 압력의 양이 가중된다.
이 예시의 경우, 핀 베드가 전체 베드 표면의 일부를 차지한다. 특정 면에서 핀헤드가 평평해지면 연속 평면을 형성하도록 멀티 핀 헤드로 이루어진다. 하지만 각 핀헤드를 개별적으로 동작시켜 정확도 0.1 mm까지 위아래로 움직일 수 있다. 따라서, 이들 핀헤드의 상대적 높이를 이용해, 기계적 압력을 통해 표면을 형성하는데 사용되는 핀-베드 토이와 비슷한 보셸화된 3D 연속면을 형성할 수 있다. 핀-베드 토이에서 핀은 손가락으로 가해지는 압력 변화에 따라 쉽게 움직일 수 있지만, 이 핀 베드의 경우, 마이크로 라미네이션을 위한 가압 방법으로 생성되는 압력을 견디도록 하기 위해, 핀 헤드로 형성되는 베드 영역을 단단하게 고정시킬 수 있다. 마찬가지로 핀헤드도 마이크로 라미네이션 과정에서 압력에 의해 움직이지 않고 가변 높이에서 단단하게 고정될 수 있다. 이러한 단단함은 유압 제어로 구현되지만, 다른 실행 예에서는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격으로 관리되는 공압 또는 기계적으로 실행되는 통제가 될 수도 있다.
이 예시에서, 각각의 플랫 핀헤드는 정방형이고 특정 면에서 평평해지면 주변의 다른 핀 헤드와 간극 없이 들어맞는다. 핀헤드 면적은 100제곱 센티미터(10 cm. x10 cm.)를 초과하지 않는다. 다른 예시에서는 컴퓨터 수치 제어 기계(905)에서 프로그램 된 디지털 규격을 실행하기 위해 필요에 따라 핀헤드 면적이 더 작은 정방형 모듈로 축소될 수 있다. 핀헤드에는 구멍이 포함되어 있으며, 필요에 따라 에어 쿠션이나 진공을 위한 에어컨트롤 시스템으로의 접근이 봉인되어 있을 수 있다.
베드 구동 및 거동 예시
이 예시에서는 베드(925)에 스트레칭으로 단단해진 막 소재가 있다. 베드(925) 위의 제어된 형상을 규정하기 위해, 베드(925)에 요구된 것과 같이 이 막 소재를 위로 올리거나 팽창시킨다. 막 소재는 여러 개의 멤브레인으로 이루어진 풍선과 같다. 팽창 수축 모양, 팽창 정도 및 팽창 경도 등은 압축기(935)를 통해 유압으로 조절한다. 전형적인 대체 실행 예에서는 막 소재가 베드 전체를 대체할 수도 있다.
도면을 포함해 위에 설명된 실행예는 본 발명의 예시이며, 단순히 발명에 대한 설명을 제공해줄 뿐이다. 숙련자들에게는 다른 실행 예도 확실하게 이해가 될 것이다. 따라서 발명 범위는 제시된 예시보다는 첨부된 특허청구범위 및 그에 준하는 법적 주장으로 결정된다.

Claims (11)

  1. 중층 첨가 방법을 사용한 제품 생산 방법, 다음과 같은 단계로 이루어진 방법:
    다수의 1차 재료 연속 리본 준비. 상기 1차 재료는 고체 상태이고 다수의 연속 리본이 각기 다른 폭의 다수를 구성
    각각의 피더 카세트마다 한 개의 연속 리본 롤이 들어가고 다수의 피더 카세트가 있도록 다수의 연속 리본에서 각 연속 리본을 피더 카세트 내에 고정된 스풀에 감기. 각 피더 카세트는 상기 피더 카세트의 구멍을 통해 연속 리본을 배분하도록 구성
    다수의 피더 카세트에서 각 피더 카세트를 컴퓨터 수치 제어 기계의 인게이지먼트 도크에 적재
    컴퓨터 수치 제어 기계 위에 첫 번째 피더 카세트의 다수의 연속 리본에서 연속 리본 중 첫 부분을 배분하는 한편 첫 부분의 고체 상태 보존
    컴퓨터 수치 제어 기계에서 프로그램 된 디지털 규격과 맞는 길이와 종단 프로필로 첫 부분 절단
    다수의 피더 카세트 중 하나 이상의 피더 카세트로부터 연속 리본의 추가 부분을 배분, 절단 및 분사하여 적층 물체 생성. 각각의 추가 부분은 앞서 배분된 부분과 맞댐 이음되거나 컴퓨터 수치 제어 기계에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 앞서 배분된 부분 위에 첨가
  2. 맞댐 이음이 그 위에 분사되는 다음 층으로 덮이면서 직조 연결이 형성되도록 연속 리본의 추가 부분을 배분하는 단계로 이루어진 특허청구범위 방법 1
  3. 베니어판, 금속, 플라스틱, 코르크, 가죽, 직물, 섬유, 또는 이들 재료의 조합으로 구성된 그룹에서 1차 재료를 선택하는 단계로 이루어진 특허청구범위 방법 1
  4. 각각의 연속 리본이 윗면과 바닥면을 구성하고, 상기 바닥면에 접착제를 첨가하는 단계로 이루어진 특허청구범위 방법 1
  5. 각각의 연속 리본이 윗면과 바닥면을 구성하고, 상기 바닥면에 무선 주파수 식별 태그를 부착하는 단계로 이루어진 특허청구범위 방법 1
  6. 다수의 연속 리본에서 최소 하나 이상의 연속 리본에 입자를 분사. 전도체, 절연체, 페인트, 염료 및 색소, 화학 반응제 및 침투제 속성으로 이루어진 그룹에서 상기 입자를 선택하는 단계로 이루어진 특허청구범위 방법 1
  7. 연속 리본 중 추가 부분의 배분, 절단 및 분사 공정을 완료하기 전 적층 물체를 밀링하는 단계로 이루어진 특허청구범위 방법 1
  8. 더불어, 특허청구범위 방법 1은 다음과 같이 구성된다.
    2차 재료의 연속 리본 준비, 상기 2차 재료는 고체 상태 유지, 2차 재료는 1차 재료와 다를 것
    2차 피더 카세트가 2차 재료의 연속 리본 롤을 담도록 2차 재료의 연속 리본을 2차 피더 카세트에 고정된 스풀에 감기
    2차 재료의 연속 리본이 들어있는 2차 피더 카세트를 컴퓨터 수치 제어 기계의 인게이지먼트 도크에 적재
    상기 2차 피더 카세트의 구멍을 통해 앞서 배분된 부분에 2차 재료 중 해당 연속 리본 길이를 배분하는 한편, 2차 재료의 고체 상태를 보존
    컴퓨터 수치 제어 기계에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 종단 프로필까지 측정된 길이를 절단
  9. 특허청구범위 방법 8로 생산된 제품, 1차 재료 및 최소 하나 이상의 2차 재료 층으로 이루어진 제품, 각 층은 고체 상태로 구성
  10. 특허청구범위 방법 1로 생산된 제품, 1차 재료 층으로 구성된 제품, 각 층은 고체 상태로 구성
  11. 특허청구범위 방법 1의 실행 기구는 다음과 같이 구성된다.
    베드로 이루어진 컴퓨터 수치 제어 기계, 컴퓨터 수치 제어 기계에서 프로그램 된 디지털 규격에 따라 구동, 디지털 규격에 따라 연속 리본의 첫 번째 부분 및 연속 리본의 추가 부분까지 컴퓨터 수치 제어 기계 구동
    베드 위 지점에서 다수의 피더 카세트를 지지하는 인게이지먼트 도크
    피더 카세트로부터 연속 리본의 첫 번째 부분 및 연속 리본의 추가 부분을 배분, 절단 및 분사하도록 구성된 리본 분사 헤드, 상기 리본 분사 헤드는 디지털 규격에 의해 제어에 반응
    리본 분사 헤드를 구동하도록 구성된 모터, 상기 모터는 디지털 규격에 의해 제어에 반응
    연속 리본의 첫째 부분과 연속 리본의 추가 부분을 각각 디지털 규격으로 정해진 길이와 종단 프로필로 절단하도록 구성된 블레이드.
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