KR20160119130A

KR20160119130A - 활성 증착을 포함하는 적층 가공 공정을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160119130A
Application number: KR1020167023867A
Authority: KR
Inventors: 레실 올리버 카라파스; 아론 엠 라이언
Original assignee: 메타메이슨, 인크.
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-10-12
Also published as: US9102099B1; CN105980120A; US20150217520A1; US20150217517A1; US20150321420A1; EP3102379A1; EP3102379A4; WO2015120200A1

Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 시스템 및 방법들은, 제작되어야 하는 물체의 구성 재료가 각각의 증착 공정 전에, 또는 증착 공정 동안 조작되며, 증착된 구성 재료의 상이한 부분들이 상이한 재료 특성을 가지도록 구성될 수 있는 적층 가공 공정을 구현한다. 한 실시예에서, 적층 가공 장치는: 노즐을 통해 구성 재료의 압출을 수용하고 적층 가공 공정에 따라 표면 상에 구성 요소를 증착시켜 제작되어야 하는 물체를 적층시키도록 구성된 노즐; 및 구성 재료의 몇몇 부분의 재료 특성을 조작하도록 구성된 하위조립체를 포함한다.

Description

활성 증착을 포함하는 적층 가공 공정을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR ADDITIVE MANUFACTURING PROCESSES INCORPORATING ACTIVE DEPOSITION}

본 발명은 일반적으로 적층 가공 장치 및 적층 가공을 위한 기술에 관한 것이다.

'적층 가공' 또는 '3D 프린팅'은, 통상적으로, 제작되어야 하는 물체의 3D 모델이 장치(예컨대, 3D 프린터)에 제공되어, 제작되어야 하는 물체의 형태로 구성 재료를 점진적으로 증착하거나, 또는 그 외의 경우 형성함으로써, 자율적으로 물체를 제작하는 제작 공정을 기술하는 용어이다. 예를 들어, 다수의 경우에서, 물체의 횡단면을 나타내는 재료의 일련의 층이 증착되거나 혹은 그 외의 경우 형성되는데; 일반적으로, 재료의 증착된 층들이 융합되어(또는 그 외의 경우 경화되어) 최종 물체를 형성한다. 적층 가공 기술의 상대적인 다재성으로 인해, 이러한 기술들을 많은 관심을 받고 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 시스템 및 방법들은, 제작되어야 하는 물체의 구성 재료가 증착 공정 전에, 또는 증착 공정 동안 활성적으로 조작되며, 증착된 구성 재료의 상이한 부분들이 상이한 재료 특성을 가지도록 구성될 수 있는 적층 가공 공정을 구현한다. 한 실시예에서, 적층 가공 장치는: 노즐을 통해 구성 재료의 압출을 수용하고 적층 가공 공정에 따라 표면 상에 구성 요소를 증착시켜 제작되어야 하는 물체를 적층시키도록 구성된 노즐; 및 증착된 구성 재료의 상이한 부분들이 상이한 재료 특성을 가질 수 있게 되도록 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하도록 구성된 하나 이상의 하위조립체를 포함하되; 하나 이상의 하위조립체는, 구성 재료가 표면 상에 증착되기 전에, 혹은 증착되는 동시에, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 하위조립체는 구성 재료가 노즐을 통해 압출되고 난 뒤 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 하위조립체는: 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하여 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 전자기파 공급원; 구성 재료의 적어도 일부분의 자화(magnetization)를 시작하도록 구성된 자화 공급원; 구성 재료의 적어도 일부분에 가스를 제공하여 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 가스 공급원; 구성 재료의 적어도 일부분을 진동시켜 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 진동 장치; 및 구성 재료의 적어도 일부분을 가열시켜 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 가열 공급원 중 하나 이상을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 적층 가공 장치는 하위조립체를 노즐에 대해 배열시키도록 구성된 공간-배열 메커니즘을 추가로 포함한다.

또 다른 실시예에서, 하위조립체는 하나 이상의 전자기파 공급원을 포함한다.

추가적인 실시예에서, 전자기파 공급원은 노즐에 결합된다.

추가적인 실시예에서, 전자기파 공급원은 노즐과 무관하게 구성되며, 제작되어야 하는 물체의 적층 동안 노즐은 전자기파 공급원에 무관하게 이동할 수 있다.

추가적인 실시예에서, 하위조립체는 전자기파 공급원에 의해 생성된 전자기파를 노즐을 통해 압출되는 구성 재료에 전송하도록 구성된 광섬유 케이블을 추가로 포함한다.

또 다른 추가적인 실시예에서, 하위조립체는 전자기파 공급원에 의해 생성된 전자기파를 노즐을 통해 압출되는 구성 재료 상에 집중시키기(focusing) 위한 광학장치(optics)를 추가로 포함한다.

또 다른 실시예에서, 하나 이상의 하위조립체는 2개 이상의 하위조립체이다.

또 다른 실시예에서, 2개 이상의 하위조립체는 노즐의 주변(perimeter) 주위로 배열되고, 2개 이상의 하위조립체는, 각각, 노즐을 통해 압출되는 구성 재료의 상이한 각각의 부분들 상에서 동일하게 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 각각의 하위조립체는, 다른 각각의 하위조립체와 상이하게, 노즐을 통해 압출되는 구성 재료 상에서 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 노즐은 2개 이상의 구성 재료를 포함하는 구성 재료의 압출을 수용하도록 구성되며, 하위조립체는 구성 재료가 노즐을 통해 압출될 때 구성 재료의 횡단면의 조성(composition)을 조작함으로써 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된다.

추가적인 실시예에서, 하위조립체는, 구성 재료가 표면 상에 증착될 때, 구성 재료의 주어진 횡단면 내에 제2 구성 재료에 대한 제1 구성 재료의 공간 배열을 조작하도록 구성된다.

추가적인 실시예에서, 하위조립체는 제1 구성 재료를 이동시켜 제2 구성 재료와 응집(aggregation)시켜 구성 재료를 형성하도록 구성된 채널을 포함한다.

추가적인 실시예에서, 하위조립체는 노즐을 통해 구성 재료의 압출 전에, 혹은 압출 시에, 제1 구성 재료와 제2 구성 재료를 응집하게 하도록 구성된다.

또 다른 추가적인 실시예에서, 적층 가공 장치는 채널을 공간 배열하여 제1 구성 재료와 제2 구성 재료의 응집을 조절하도록 구성된 공간 배열 메커니즘을 추가로 포함한다.

또 다른 실시예에서, 적층 가공 장치는, 적어도, 제1 채널에 근접하게 배열되고 제2 구성 재료를 이동시키도록 구성된 제2 채널, 및 각각의 채널로부터 배출되는(outflow) 각각의 구성 재료가 조절 가능하게 서로 꼬여서(intertwined) 구성 재료를 형성할 수 있도록 제1 채널과 제2 채널을 원형의 경로로 변환시키기(translating) 위한 회전 메커니즘을 추가로 포함한다.

또 다른 실시예에서, 하위조립체는 노즐을 통해 압출되는 구성 재료의 횡단면의 수치(dimension)를 조절하도록 구성된 셔터 조립체를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 물체를 제작하는 방법은: 적층 가공 공정에 따라, 제작되어야 하는 물체의 형태를 형성하기 위해 구성 재료를 표면 상에 점진적으로 증착시키는 단계; 및 표면 상에 증착된 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하여, 증착된 구성 재료의 적어도 일부분이 증착된 구성 재료의 적어도 다른 몇몇 부분들과 상이한 재료 특성을 가지도록 하는 단계를 포함하며; 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 구성 재료가 표면 상에 증착되기 전에, 혹은 증착과 동시에 시작된다.

추가적인 실시예에서, 구성 재료를 표면 상에 점진적으로 증착시키는 단계는 노즐을 통해 구성 재료를 압출하는 단계를 포함하며, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 구성 재료의 적어도 일부분이 노즐을 통해 압출되고 난 뒤에 시작된다.

추가적인 실시예에서, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는: 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계; 구성 재료의 적어도 일부분을 자화시키는 단계; 구성 재료의 적어도 일부분에 가스를 제공하는 단계; 구성 재료의 적어도 일부분을 진동시키는 단계; 및 구성 재료의 적어도 일부분을 가열시키는 단계 중 하나를 포함한다.

또 다른 추가적인 실시예에서, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계는 광섬유 케이블을 이용하여 전자기파 공급원으로부터의 전자기파를 구성 재료의 적어도 일부분에 전송하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계는 광학장치를 이용하여 전자기파를 구성 재료의 적어도 일부분 상에 집중시키는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 물체 제작 방법은 적어도 또 다른 방법으로 표면 상에 증착되는 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계를 추가로 포함한다.

또 다른 실시예에서, 구성 재료는 2개 이상의 구성 재료를 포함하며; 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 표면 상에 증착되는 구성 재료의 횡단면의 조성을 조작하는 단계를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 표면 상에 증착되는 구성 재료의 횡단면의 조성을 조작하는 단계는 제1 구성 재료와 적어도 제2 구성 재료의 응집을 변경시키는 단계를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 제1 구성 재료와 적어도 제2 구성 재료의 응집을 변경시키는 단계는 구성 재료가 표면 상에 증착될 때 제1 구성 재료와 적어도 제2 구성 재료를 서로 꼬는 단계를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 증착되는 구성 재료의 횡단면을 변경시키는 단계를 포함한다.

도 1A-1C는, 종래 기술에 비해, 본 발명의 실시예들에 따라 적층 가공 공정에서 압출될 때 재료를 처리하는 데 있어서의 이점을 예시한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 증착 공정에서 구성 재료가 조작되는 물체를 적층 가공하는 방법을 예시한다.
도 3A-3C는 본 발명의 실시예들에 따라 적층 가공 공정에서 압출될 때 재료에 제공될 수 있는 다양한 처리 방법을 예시한다.
도 4는 구성 재료의 재료 특성을 조작하도록 구성되고 본 발명의 한 실시예에 따라 노즐 주위에서 작동될 수 있도록 구성된 조립체를 포함하는 적층 가공 장치를 예시한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 구성 재료의 재료 특성을 조작하도록 사용될 수 있는 전자기파 공급원을 포함하는 하위조립체의 극성 배열(polar array)을 포함하는 적층 가공 장치를 예시한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 압출될 때 재료를 처리하기 위해 전자기파를 전송하기 위한 광섬유를 사용하는 방법을 예시한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 압출될 때 초점 요소가 전자기파를 구성 재료 위에 집중시키도록 사용되는 적층 가공 장치를 예시한다.
도 8A-8B는 다수의 하위조립체를 포함하는 적층 가공 장치를 예시한 도면으로서, 각각의 하위조립체는 본 발명의 한 실시예에 따라 구성 재료를 독특한 방식으로 처리하도록 구성된다.
도 9A-9C는 본 발명의 실시예들에 따라 균일하게 처리되어 각각의 양태에 상이하게 영향을 미치는 두 양태를 포함하는 구성 재료를 예시한다.
도 10A-10C는 본 발명의 실시예들에 따라 균일하게 처리되어 각각의 양태에 상이하게 영향을 미치며 C-형태를 형성하는 두 양태를 포함하는 구성 재료를 예시한다.
도 11A-11C는 본 발명의 실시예들에 따라 제작되어야 하는 물체의 재료 특성을 맞춤구성하기 위해 상이한 처리 방법을 실시하는 것을 예시한다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따라 적층 가공 기술을 이용하여 제작된 다양한 반투명 레벨을 포함하는 꽃병을 예시한다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따라 적층 가공 기술을 이용하여 제작된 다양한 재료 특성을 가진 구성 재료를 포함하는 한 쌍의 유리를 예시한다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료를 형성하기 위해 각각의 채널로부터 압축될 때 회전하는 한 쌍의 구성 재료를 예시한다.
도 15A-15B는 본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료를 형성하기 위해 3개의 각각의 채널로부터 압축되는 3개의 회전하는 구성 재료를 예시한다.
도 16A-16B는 본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료를 형성하기 위해 제2 구성 재료 내의 제1 구성 재료의 압출을 조작하는 것을 예시한다.
도 17A-17B는 본 발명의 한 실시예에 따라 재료가 증착될 때 노즐의 구멍을 조작하기 위한 셔터를 조절하는 것을 예시한다.
도 18A-18F는 본 발명의 실시예들에 따라 노즐 구멍을 조작함으로써 얻어질 수 있는 상이한 횡단면들을 예시한다.

이제, 도면을 보면, 활성 증착을 포함하는 적층 가공 공정을 구현하기 위한 시스템 및 방법들이 예시된다. 다수의 실시예들에서, 물체를 적층 가공하는 방법은 물체를 형성하기 위해 적층 가공 공정에 따라 증착된 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하여, 증착된 구성 재료의 적어도 일부분이 증착된 구성 재료의 적어도 다른 일부분에 비해 상이한 재료 특성을 가지도록 하는 단계를 포함하며, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 것은 구성 재료를 표면 위에 증착하기 전에, 혹은 증착과 동시에 시작된다. 다수의 실시예들에서, 본 방법은 적층 가공 장치의 노즐을 통해 압출된 후에 구성 재료의 적어도 일부분을 조작하는 것을 시작하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 구성 재료의 적어도 일부분을 조작하는 것을 시작하기 위하여 전자기파가 사용된다. 다수의 실시예들에서, 구성 재료의 특정 부분들은 한 방법으로 조작되고 구성 재료의 다른 특정 부분들은 또 다른 방법으로 조작된다. 다수의 실시예들에서, 구성 재료의 횡단면의 조성(composition)은 구성 재료의 적어도 일부분을 표면 위에 증착시키기 전에 조작된다. 다수의 실시예들에서, 구성 재료를 형성하기 위하여 두 구성 재료를 응집(aggregation)하는 것은 구성 재료의 부분들의 조성이 변경될 수 있도록 조절된다.

위에서부터, 적층 가공, 또는 '3D 프린팅'은 외견상, 이러한 제작 기술들이 제공할 수 있는 무제한의 가능성 때문에, 가공 업체 사이에서 많은 관심을 불러 일으켰다. 예를 들어, 이러한 기술들은 다양한 고유의 복잡한 기하학적 형상(geometry) 중 하나를 제작하도록 시연되어 왔으며, 유일한 입력(input)은 형성되어야 하는 물체의 최종 형태이다. 다수의 경우에서, 물체의 3D 렌더링이 '3D 프린터'에 전자적으로 제공되며, 그 뒤 프린터는 물체를 제작한다. 다수의 경우, 3D 프린터에는 CAD 파일, 3D 모델, 또는 지시사항(예컨대, G-코드를 통해)이 제공되며, 3D 프린터는 그에 따라 물체를 제작한다. 중요하게도, 추론할 수 있듯이, 이러한 가공 기술들은 훨씬 더 원료 집약적이고 비효율적일 수 있는 종래의 제작 기술을 피하고자 사용될 수 있다. 상기 공정의 상대적 간단성 및 다재성은 다양한 시나리오 중 하나, 가령, 예를 들어, 신속한 시제품화를 가능하게 하거나 및/또는 특정 소비자를 위해 잘 맞춤구성된(customized) 구성요소를 제작하는데 실용적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 개인에게 잘 맞도록 특별하게 구성된 신발이 적층 가공 방식으로 제작될 수 있다. 실제로, 미국 가특허출원번호 61/861,376은 적층 가공 기술을 이용하는 의복(apparel) 및 맞춤구성된 의료 장치에 대해 기술하고 있는데; 미국 가특허출원번호 61/861,376 및 그 관련 문헌들은 본 명세서에서 참조문헌들로 통합된다. 또한, 최근 3D 프린터의 비용이 현저하게 낮아져서, 적층 가공 공정이 훨씬 더 실용적인 제작 방법이 된다는 것을 유의해야 한다.

이와 같은 적층 가공 공정의 효율성 및 다재성을 고려해 보면, 적층 가공 공정의 잠재력은 지속적으로 발전되고 있다. 예를 들어, 현재의 많은 적층 가공 장치의 작동은, 상응하는 프린팅된 물체의 재료 특성이 전체적인 구성에 있어서 대부분 균질하도록, 원하는 물체의 형태에 있어서 재료의 균일한 증착을 전제로 하는데, 이는, 다수의 경우에서, 다중-재료 물체(multi-material object)를 적층 가공하는 데 바람직할 수 있다. 이에 따라, 적층 가공 장치 및 기술은 최근 들어, 원하는 물체를 적층하는 동안, 복수의 상이한 재료들 중 하나를 선택적으로 증착시킬 수 있어서 프린팅된 물체가 복수의 상이한 재료들로 구성될 수 있도록 발전되어 왔다. 예를 들어, 스트라타시스는, 단일의 프린팅된 물체를 적층하는 동안 복수의 재료들 중 임의의 재료를 증착시킬 수 있는 즉 프린팅된 물체가 복수의 고유 재료를 포함하도록 프린팅될 수 있게 하도록 3D 프린터를 개발하는, 3D 프린팅 업체이다. 예를 들어, 스트라타시스에 의해 개발된 프린터의 오브젝트 커넥스 라인(Objet Connex line)은 이러한 '다중-재료 프린팅'에 꼭 맞도록 구성된다. 또한, 덧붙여 말하면, 스트라타시스는 증착된 재료의 층(layer) 당 .0006"와 같이 선명한 3D 프린팅 해상도가 구현될 수 있게 해 주는 폴리젯 테크놀로지(PolyJet Technology)를 자랑하고 있다. 폴리젯 테크놀로지는 기본적으로 복수의 액체 포토폴리머(liquid photopolymer) 방울을 빌드 트레이(build tray) 위에 증착시키고, 즉시, 상기 증착된 방울을 UV 광으로 균일하게 경화시키는 공정을 포함한다.

하지만, 이러한 괄목한 성취에도 불구하고, 본 기술은 적층 가공 공정에 따라 물체의 증착 동안 보다 더 잘 맞춤구성하고 조절할 수 있도록 실시하기 위한 기능으로부터 이점을 누릴 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다수의 실시예들에서, 적층 가공 공정은 재료가 증착되는 동안 적층 가공된 물체의 구성 재료의 재료 특성이 조절 가능하게 조작되도록 구현된다. 본 명세서에 있어서, 구성 재료는 적층 가공된 물체를 형성하는 재료로 이해하면 된다. 따라서, 적층 가공 공정에 따라 증착된 재료는 적층 가공된 물체의 구성 재료가 될 수 있다. 따라서, 증착된 구성 재료의 재료 특성을 조절 가능하게 조작함으로써, 적층 가공된 물체의 상이한 부분들이 상이한 재료 특성을 가지도록 할 수 있으며, 이에 따라 적층 가공된 물체는 잘 맞춤구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 구성 재료의 재료 특성은 구성 재료의 성분을 변경시킴으로써 조절된다. 이제, 이러한 공정은 밑에서 상세하게 논의될 것이다.

적층 가공 공정에서 활성 증착을 실시하기 위한 방법

다수의 실시예들에서, 활성 증착 기술을 포함하는 적층 가공 공정이 실시된다. 활성 증착은 적층 가공된 구조물의 상이한 부분들이 상이한 재료 특성을 가질 수 있도록 물체를 적층하기 위해 적층 가공 공정으로 증착된 재료의 재료 특성을 활성적으로 조절하는 것으로 이해할 수 있다. 이러한 기술들은, 잘 맞춤구성된 구조물을 제작할 수 있기 때문에, 가령, 예컨대, 구조물의 상이한 부분들도 맞춤구성된 재료 특성을 가질 수 있기 때문에 매우 바람직할 수 있다. 그 외에도, 활성 증착 기술은 물체의 증착에 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들어, 구성 재료는 증착될 때 처리될 수 있어서, 돌출 부분(overhang portion)의 중량이 구성 재료의 기하학적 형상을 비틀지 않도록 신속하게 충분히 강성을 지니게 된다.

도 1A-1C는 본 발명의 실시예들에 따른 활성 증착 기술이 종래 기술의 적층 가공 방법에 비해 가지는 몇몇 이점들을 나타낸다. 특히, 도 1A는 물체(106)를 적층하기 위해 구성 재료(104)를 증착시키는 노즐 헤드(102)를 포함하는 통상적인 적층 가공 장치(100)의 작동을 도시한다. 도 1B는 노즐 헤드(112) 및 노즐 헤드(112)를 통해 압출되는 재료를 처리하도록 구성된 자외선(UV) 전자기파 공급원(114)을 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 적층 가공 장치(110)를 도시한다. 상기 장치는 물체(118)를 적층하기 위해 재료(116)를 증착하고 있다. 상기 물체는 도 1A에 도시된 임의의 물체보다 상대적으로 더 큰 돌출 부분(119)을 포함하며, 상기 부분(119)의 적층 가공은 증착될 때 UV 전자기파 공급원(114)이 재료(116)를 급속하게 경화시킬 수 있기 때문에 가능하고, 증착된 재료(116)는 재료의 중량이 원하는 돌출 부분(119)을 비틀지 않도록 상대적으로 더 견고하다는 것을 유의해야 한다. 기본적으로, 구성 재료(116)는 UV 전자기파 노출에 민감하며 UV 전자기파가 구성 재료의 급속한 경화를 시작한다.

도 1C는 활성 증착 기술로 구현될 수 있는 또 다른 이점을 도시한다. 특히, 도 1C는 노즐 헤드(122)와 자화 공급원(124)을 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 적층 가공 장치(120)를 도시한다. 장치(120)는 물체(128)를 적층하기 위해 재료(126)를 증착하고 있다. 특히, 자화 공급원(124)은 적층 가공된 물체(128) 위에 자극성(magnetic polarity)을 선택적으로 제공할 수 있다. 이런 방식으로, 제작된 물체는 잘 맞춤구성될 수 있으며, 제작된 물체의 어느 영역이 자성 성질을 가지는지, 그리고, 얼마나 가지는 지가 특별히 결정될 수 있다.

위에 기술된 비-제한적인 예들은 적층 가공 기술에 활성 증착을 통합하는 것이 제공될 수 있는 몇몇 이점을 예시한다. 다수의 실시예들에서, 적층 가공 공정은 증착된 특정 구성 재료를 선택적으로 처리함으로써 특징지어지는 활성 증착을 포함한다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따라 증착 동안 구성 재료의 재료 특성을 선택적으로 조작하는 단계를 포함하는 물체의 적층 가공 방법을 예시한다. 특히, 방법(200)은 적층 가공 공정에 따라 제작되어야 하는 물체의 형태를 형성하기 위해 표면 위에 구성 재료를 증착시키는 단계(202)를 포함한다. 구성 재료는 다양한 적층 가공 공정 중 임의의 공정에 따라 증착될 수 있다(202). 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 구성 재료는 융합 증착 모델링(fused deposition modeling) 적층 가공 공정에 따라 증착된다(202). 융합 증착 모델링은, 기본적으로, 보통 플라스틱 필라멘트 또는 금속성 와이어 형태의 구성 재료를 원하는 물체의 형태로 증착시키는 데 관한 것이다. 통상, 구성 재료는 노즐을 통해 압출되고 증착된다. 다수의 실시예들에서, 구성 재료는 레이저 엔지니어링 넷 셰이핑(LENS) 공정에 따라 증착된다(202). LENS 적층 가공에서, 공급원료(feedstock) 금속을 형성되어야 하는 구조물 형태로 증착시키고 가열하는 헤드를 증착하기 위해 공급원료 금속성 분말이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 구성 재료는 전자빔 프리폼 제작(EBF³) 적층 가공 공정에 따라 증착된다. EBF³ 적층 가공 공정은 공급원료 금속이 와이어 형태이며 전자빔은 통상 와이어를 가열하도록 사용된다는 것을 제외하고는 LENS 적층 가공 공정과 비슷하다.

다수의 실시예들에서, 재료는 6-축 3d 프린팅 적층 가공 공정으로 증착된다(202). 통상적인 3d 프린팅 공정은 일반적으로 구성 재료를 하부 방향으로 증착시키도록 하기 위해 수직 방향으로 배열된 빌드 헤드(build head)를 사용하고, 6-축 3d 프린팅 공정은 6개의 자유도를 가지며 이에 따라 구성 재료가 임의의 다양한 방향으로 증착될 수 있도록 하는 빌드 헤드를 사용한다. 이해할 수 있듯이, 6-축 3d 프린팅 공정은 종래의 적층 가공 공정보다 다재성이 더 많다.

상기 방법(200)은 표면 위에 증착된 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하여, 증착된 구성 재료의 적어도 일부분이 증착된 구성 재료의 적어도 몇몇의 다른 부분에 비해 상이한 재료 특성을 가지도록 하는 단계(204)를 추가로 포함하며, 상기 조작 단계는 구성 재료가 표면 위에 증착되기 전에 또는 증착과 동시에 시작된다. 재료 특성은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방식으로 조작될 수 있다(204). 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 위에서 도 1C에 대해 논의된 것과 같이, 구성 재료의 자성 성질은 조작되며; 이런 방식으로, 증착된 구성 재료의 특정 부분들이 증착된 구성 재료의 다른 부분들에 비해 상이한 자성 성질을 가질 수 있다. 이에 따라, 적층 가공된 물체의 자성 성질은 물체의 전체 기하학적 형상을 통해 변경될 수 있으며, 자성 성질은 잘 맞춤구성될 수 있다. 예를 들어, 자성을 가진 끝단 부분을 포함하는 스크루 드라이버가 위에 기술된 공정을 이용하여 적층 가공될 수 있다.

다수의 실시예들에서, 구성 재료의 재료 특성을 조작하는 단계(204)는 적층 가공된 물체의 한 부분에서 증착된 구성 재료가 또 다른 부분에 비해 상이한 횡단면을 가지도록 구성 재료의 횡단면(예컨대, 상기 횡단면은 표면 위에 증착될 때 결정됨)을 조작하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 구성 재료는 본 발명의 실시예들에 따라 다양한 방법 중 임의의 방법으로 조작될 수 있으며, 본 발명의 실시예들은 재료의 횡단면 또는 자성 성질을 조작하는 데에만 제한되지 않는다.

게다가, 다양한 기술 중 임의의 기술이 본 발명의 실시예들에 따라 재료를 조작하도록 사용될 수 있다. 도 3A-3C는 본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료의 재료 특성을 조작하도록 사용될 수 있는 몇몇 기술의 예들을 도시한다. 특히, 도 3A는, 증착 공정 동안 노즐(302)을 통해 압출될 때, 구성 재료(306)에 증기가 제공되는 하위조립체(304)를 포함하는 적층 가공 장치의 한 부분을 도시하는데, 증기가 증착될 때 증기는 구성 재료(306)의 재료 변환(material transformation)을 시작한다. 구성 재료가 표면 위에 증착되기 전에 처리되지만, 임의의 변환 과정은 구성 재료가 증착되고 날 때까지 완료되지 않을 것이라는 것을 유의해야 된다. 예를 들어, 하위조립체(304)는 구성 재료(306)가 증착되고 날 때까지 완료되지 않은 상대적으로 느린 반응을 개시할 수도 있다. 도 3A가 증기가 제공된 구성 재료(306)를 도시하지만, 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 비슷한 공정이 구현될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 구성 재료가 증착될 때 구성 재료(예컨대, 색상을 가진)를 코팅하도록 하위조립체가 구성된다. 구성 재료가 증착될 때 구성 재료가 코팅되면, 구성 재료의 주변(periphery)에 재료의 얇은 층이 추가되어, 이에 따라 구성 재료의 재료 특성이 변경된다. 이 기술을 이용하면, 적층 가공된 구조물의 상이한 부분들은 예를 들어 증착 공정 동안 상이하게 착색될 수 있다(colored).

도 3B는 구성 재료가 노즐(312)을 통해 압출될 때 구성 재료(316)를 진동시키도록 구성된 하위조립체(314)를 포함하는 적층 가공 장치의 한 부분을 도시한다. 구성 재료(316)가 진동되면, 예를 들어, 구성 재료(316)의 재료 특성을 변경시킬 수 있는 작업 경화(work hardening)가 개시될 수 있다.

이와 유사하게, 도 3C는 구성 재료가 노즐 헤드(322)로부터 배출될 때 구성 재료(326)를 가열시키도록 구성된 하위조립체(324)를 포함하는 적층 가공 장치의 한 부분을 도시한다. 이러한 가열은, 예를 들어, 가열되는 구성 재료가 어닐링될 수 있는 한, 재료 특성을 조작할 수 있다.

중요하게도, 이해할 수 있듯이, 위에 기술된 하위조립체들 중 임의의 조합은 본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료의 재료 특성을 조작하도록 통합될 수 있다. 실제로, 보다 일반적으로, 임의의 다양한 방법으로 구성 재료의 재료 특성을 조작할 수 있는 임의의 다양한 하위조립체들의 임의의 조합은 본 발명의 실시예들에 따라 통합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 증착된 구성 재료는, 구성 재료에 열 처리가 제공된 하위조립체, 구성 재료에 전자기 처리가 제공된 하위조립체, 및/또는 구성 재료에 자성 처리가 제공된 하위조립체에 의해 조작된다. 몇몇 실시예들에서, 단일의 하위조립체가 복수의 방법으로 구성 재료를 조작할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 단일의 하위조립체가 구성 재료에 자성 처리, 전자기 처리, 및/또는 열 처리를 제공할 수 있다. 일반적으로, 구성 재료는 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 개수의 방법으로 조작될 수 있다.

다수의 실시예들에서, 활성 증착 기술을 통합하도록 구성된 적층 가공 장치는 증착된 구성 재료에 대해 이동될 수 있는 하위조립체를 포함한다. 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 구성 재료가 적층 가공 노즐 헤드를 통해 압출될 때 하위조립체가 구성 재료 주위로, 그리고, 구성 재료 주변에서 작동될 수 있다. 이런 방식으로, 압출된 재료의 원통형 부분들은, 예를 들어, 균일하게 처리되어서는 안 되며; 대신, 하위조립체는 표면 상에 압출된 구성 재료의 오직 특정 부분들만을 처리할 수 있도록 작동될 수 있다. 도 4는 노즐을 통해 압출되는 구성 재료에 대해 작동될 수 있는 하위조립체를 포함하는 적층 가공 장치를 예시한다. 특히, 적층 가공 장치는 노즐(402) 및 상기 노즐(402)을 통해 압출되는 구성 재료(406)에 대해 작동될 수 있는 하위조립체(404)를 포함한다. 이해할 수 있듯이, 하위조립체(404)는 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법으로, 가령, 위에 기술된 방법 중 임의의 방법으로 구성 재료(406)의 특성을 조작할 수 있다. 예시된 도면은 하위조립체(404)가 구성 재료(406)의 오직 특정 부분(408)(압출된 섹션의 전체 부분에 대해 반대인 것과 같이) 만이 처리되도록 충분한 정확성을 가지고 작동될 수 있는 것을 나타낸다. 따라서, 오직 처리된 부분들만이 변환된 재료 특성을 가질 것이다. 기본적으로, 구성 재료의 재료 특성은 더 큰 정확성으로 맞춤구성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따라, 활성 증착 기술이 통합되면, 어떻게 잘 맞춤구성된 물체가 제작될 수 있는 지를 보여줄 수 있다. 재료 특성을 조작하기 위한 몇몇 기술들이 도시되었지만, 재료는 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법으로 저작될 수 있다는 것은 자명할 것이다. 다수의 실시예들에서, 재료 특성의 조작은, 재료 특성의 변환을 개시하는 구성 재료에 전자기파를 제공함으로써 구현되는데, 이는 이제 밑에서 보다 상세하게 논의될 것이다.

재료 특성의 변환을 개시하기 위해 전자기파를 사용하는 방법

다수의 실시예들에서, 구성 재료의 부분들의 재료 특성의 변환을 개시하기 위해 전자기파가 사용된다. 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 구성 재료가 노즐을 통해 압출될 때 구성 재료의 재료 특성의 변환을 개시하기 위해 적외선 또는 자외선이 사용된다. 물론, 구성 재료는 재료 특성의 변환을 개시하는 임의의 적절한 전자기파에 노출될 수 있다. 이해할 수 있듯이, 증착되어야 하는 구성 재료는 특정의 제공된 전자기파에 민감해야 하며, 재료 특성에 노출된 전자기 복사(electromagnetic radiation)의 영향은 알려져야 한다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 구성 재료는 구성 재료의 기계적 성질을 변경시키는 특정 파장의 전자기 복사에 노출된다. 몇몇 실시예들에서, 특정 파장의 전자기 복사에 노출되면, 재료의 불투명도가 변경된다. 예를 들어, 구성 재료는 구성 재료의 불투명도가 튜닝될(tuned) 수 있도록 제공된 전자기 복사에 민감한 안료(pigment)를 포함할 수 있다. 물론, 구성 재료는 다양한 방법들 중 임의의 방법으로 전자기 복사를 제공하는 데 대해 민감할 수 있으며, 이러한 민감성은 본 발명의 실시예들에 따라 재료 특성을 조절 가능하게 튜닝하도록 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료가 노즐을 통해 압출되고 그에 따라 구성 재료를 변경시킬 때 구성 재료를 조사하도록(irradiate) 구성된 하위조립체를 포함하는 적층 가공 장치를 예시한다. 특히, 적층 가공 장치는 노즐(502) 주위에 대칭으로 배열된 복수의 하위조립체(504)를 포함하며; 복수의 하위조립체는 구성 재료가 노즐(502)을 통해 압출될 때 특정 파장의 전자기파로 구성 재료를 조사하여 이에 따라 재료 변환을 시작하도록 구성된다. 증착된 구성 재료(506)의 주변 주위로 하위조립체(506)가 대칭으로 분포되면, 증착된 구성 재료의 선택된 부분들이 조사될 수 있게 된다. 이해할 수 있듯이, 구성 재료는 임의의 적절한 파장의 전자기파로 조사될 수 있다. 예를 들어, 구성 재료는 자외선파, 적외선파, X-레이파, 마이크로파 등으로 조사될 수 있다.

도 5에서 하위조립체(504)가 노즐 헤드(502)에 결합되고 각각의 하위조립체(504)가 전자기 복사 공급원을 포함하는 것으로 도시되었지만, 다수의 실시예들에서, 전자기파 공급원은 노즐 헤드로부터 분리되며; 대신, 전자기파는 다양한 적절한 기술들 중 임의의 기술을 이용하여 구성 재료에 전달된다. 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 구성 재료가 노즐을 통해 압출될 때 구성 재료에 전자기파를 전달하기 위해 광섬유 케이블이 사용된다. 도 6은 구성 재료가 노즐을 통해 압출될 때 구성 재료에 전자기파를 전달하기 위해 광섬유 케이블을 사용하는 적층 가공 장치를 도시한다. 특히, 적층 가공 장치는 노즐(602) 및 상기 노즐을 통해 압출되는 구성 재료(606)를 특정 파장의 전자기 복사에 노출하도록 사용되는 하위조립체(604)를 포함한다. 특히, 하위조립체는 한 공급원(도시되지 않음)으로부터 시작된 전자기파를 하위조립체(604)로 전송하는 광섬유 케이블(608)을 포함한다. 이런 방식으로, 전자기 복사의 공급원은 노즐로부터 분리된다. 전자기 복사 공급원을 노즐 헤드로부터 분리하면, 다양한 이점이 제공될 수 있다. 예를 들어, EM 공급원을 분리함으로써, 노즐 헤드는 적층 가공된 구조물의 적층 동안 작동되는 파워가 덜 필요할 수 있다. 이는 파워를 실질적으로 절약할 수 있게 한다. 게다가, 적층 가공 장치로부터 전자기 복사 공급원을 분리함으로써, 단일의 전자기 복사 공급원은 다수의 적층 가공 장치를 공급할 수 있다. 광섬유를 사용하면, 전자기파 공급원이 임의의 적절한 거리만큼 적층 가공 장치의 본체(body)로부터 분리될 수 있게 한다는 사실에 유의해야 한다. 예를 들어, 전자기파 공급원은 비즈니스 컴플렉스(business complex)의 한 부분에 위치될 수 있으며, 적층 가공 장치의 본체는 비즈니스 컴플렉스의 다른 부분에 위치될 수 있다. 전자기 복사파를 전송하기 위해 광섬유를 사용하는 방법이 예시되었지만, 본 발명의 실시예들에 따라 EM 파는 임의의 적절한 메커니즘을 이용하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 전자기파는 구성 재료가 노즐을 통해 증착될 때 전자기파를 구성 재료를 향해 안내하는 다양한 초점 요소들 중 임의의 초점 요소를 이용하여 공기를 통해 전송된다. 도 7은 적층 가공 장치를 도시하는데, 전자기파 공급원은 노즐 헤드로부터 분리되며, 초점 요소는 전자기파를 전자기파 공급원으로부터 노즐을 통해 압출되는 구성 재료로 전달하도록 사용된다. 특히, 적층 가공 장치(700)는 노즐(702)로부터 분리되는 적외선 파장 공급원(704)을 포함한다. 적층 가공 장치(700)는 적외선 전자기 복사파를 노즐을 통해 압출되는 구성 재료(706)에 투사하도록(project) 구성된 초점 요소(708)를 추가로 포함한다. 앞에서 기술된 것과 같이, 전자기파 공급원으로부터 노즐(702)을 분리하면, 노즐은 보다 빨라지고(nimble), 작동 동안 적층 가공 장치(700)가 파워를 덜 필요로 할 수 있게 된다.

위에 기술된 내용에는 구성 재료의 재료 특성이 조절 가능하게 조작될 수 있는 다양한 방법들이 포함되지만, 다수의 실시예들에서, 구성 재료의 재료 특성은 구성 재료가 증착될 때 다수의 방법으로 변경된다. 따라서, 예를 들어, 다수의 실시예들에서, 적층 가공 장치는 복수의 하위조립체를 포함하며, 이들 각각의 하위조립체는 상이한 방법으로 구성 재료의 선택 부분들을 조절 가능하게 조작될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 적층 가공 장치가, 구성 재료에 적외선 전자기 복사를 조절 가능하게 노출시켜 제1 재료 변환을 시작하도록 구성된 제1 하위조립체, 뿐만 아니라, 구성 재료에 자외선 전자기 복사를 조절 가능하게 노출시켜 상이한 제2 재료 변환을 시작하도록 구성된 제2 하위조립체를 포함한다. 기본적으로, 구성 재료의 제1 재료 특성은 적외선 복사에 노출되도록 하는 기능일 수 있으며, 구성 재료의 제2 재료 특성은 자외선 복사에 노출되도록 하는 기능일 수 있다. 이런 방식으로, 증착 공정 동안, 구성 재료의 다수의 재료 특성이 조절 가능하게 튜닝될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적층 가공 장치가 각각 복수의 상이한 방법으로 증착된 구성 재료를 조절 가능하게 조작할 수 있는 단일의 하위조립체를 포함한다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 적층 가공 장치가 구성 재료에 적외선 전자기 복사를 조절 가능하게 노출시켜 제1 재료 변환을 시작할 수 있게 하고, 구성 재료에 자외선 복사를 조절 가능하게 노출시켜 제2 재료 변환을 시작할 수 있게 하는 하위조립체를 포함한다. 이해할 수 있듯이, 구성 재료에 적외선 복사 및 자외선 복사를 노출시키는 것은 동시에 실시될 필요가 없다. 전자기 복사를 이용하여 재료 변환을 시작하는 방법에 초점을 맞추고 있지만, 본 발명의 실시예들에 따라, 구성 재료가 임의의 적절한 기술을 이용하여 변환될 수 있다는 것은 자명할 것이다.

도 8A-8B는 복수의 하위조립체를 포함하는 적층 가공 장치를 예시하는데, 이들은 각각 구성 재료의 개별적인 각각의 재료 특성을 조절 가능하게 튜닝하도록 구성된다. 특히, 도 8A는 구성 재료가 노즐 헤드(802)를 통해 압출될 때 제1 기술을 구성 재료에 제공하도록 구성된 제1 하위조립체(814), 제2 기술을 구성 재료에 제공하도록 구성된 제2 하위조립체(816), 및 제3 기술을 구성 재료에 제공하도록 구성된 제3 하위조립체(818)를 포함하는 적층 가공 장치를 예시한다. 도 8B는 제1 기술(821)이 제공되어 구성 재료의 제1 재료 특성을 증강하도록(augment) 제1 기술에 민감한 양태; 제2 기술(822)이 제공되어 구성 재료의 제2 재료 특성을 증강하도록 제2 기술에 민감한 양태; 및 제3 기술(823)이 제공되어 구성 재료의 제3 재료 특성을 증강하도록 제3 기술에 민감한 양태를 포함하는 구성 재료(806)를 나타낸다. 이에 따라, 구성 재료의 3개의 재료 특성들은, 각각, 각각의 하위조립체(814, 816, 및 818)에 제공될 수 있는 기술을 이용하여 조절 가능하게 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 제1 기술(821)에 민감한 구성 재료(806)의 양태는 안료일 수 있으며, 상기 안료의 투명도는 적외선 복사 노출에 따라 변경되고; 제2 기술(822)에 민감한 구성 재료(806)의 양태는 자외선 복사에 대한 노출에 따라 경화되는 재료일 수 있으며, 그리고, 제3 기술에 민감한 구성 재료(806)의 양태는 제공된 자기장에 대한 노출에 따라 자화되는 재료일 수 있다. 이에 상응하게, 제1 기술은 적외선 복사에 노출되는 구성 재료(806)를 포함할 수 있고, 제2 기술은 자외선 복사에 노출되는 구성 재료(806)를 포함할 수 있으며, 그리고, 제3 기술은 자기장에 노출되는 구성 재료(806)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 실시예들은 제공된 다양한 기술 중 임의의 기술, 가령, 이들에만 제한되지는 않지만, 위에 기술된 기술 중 임의의 기술에 서로 다르게 민감한 복수의 양태를 포함하는 구성 재료를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 복수의 이러한 양태를 포함하는 단일의 공급원료 구성 재료는 각각의 적층 가공 장치 내에 공급될 수 있으며, 원하는 물체의 적층 동안, 상이하지만 맞춤구성된 재료 특성들로 채워질 수 있다. 물론, 구성 재료가 제공된 기술에 서로 다르게 민감한 임의의 개수의 양태를 포함할 수 있으며; 본 발명의 실시예들은 정확하게 3개의 이러한 양태를 가진 구성 재료에만 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 도 8A-8B는 구성 재료의 각각의 양태를 처리하는 3개의 하위조립체를 도시하지만, 몇몇 실시예들에서, 단일의 하위조립체가 구성 재료의 개별 양태를 처리하기 위해 상이한 기술을 제공할 수 있다는 사실도 이해해야 한다.

다수의 실시예들에서, 구성 재료가 복수의 양태를 포함하는데, 구성 재료에 단일 처리가 균일하게 제공될 때, 구성 재료의 복수의 양태 중 2개 이상의 양태가 상기 처리에 상이하게 반응하고(respond), 복수의 양태 중 2개 이상의 양태는 상이한 재료 특성을 발달시킨다. 도 9A-9C는 복수의 상이한 양태를 포함하는 구성 재료를 도시하는데, 구성 재료에 특정의 균일한 처리가 제공될 때, 각각의 양태는 상이하게 반응하고 이들은 각각 상이한 재료 특성을 발달시킨다. 특히, 도 9A는 2개의 양태(921 및 922)를 포함하는 구성 재료(906)의 횡단면을 나타낸다. 도 9A는 구성 재료(906)가 구성 재료의 횡단면에 균일하게 제공되는 처리(916)에 노출되는 것을 도시한다. 도 9B는 균일한 처리(916)가 제2 양태(922)의 재료 특성을 변화시키고 제1 양태(921)의 존재에 의해 형성되었던 구성 재료의 부분을 제거하도록 작용하는 것을 나타낸다. 물론, 균일한 처리(916)는 본 발명의 실시예들에 따라 다양한 방법들 중 임의의 방법으로 구성 재료(906)에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 9C는 균일한 처리(916)가 각각의 양태(921 및 922)의 재료 특성을 상이한 방법으로 변화시키도록 작용하는 것을 도시한다.

도 9가 본질적으로 원통형의 양태를 도시하지만, 구성 재료 내의 양태는 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 형태로 구성될 수 있다는 것은 자명하다. 실제로, 밑에서 논의되는 것과 같이, 구성 재료의 횡단면은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 10A-10C는 C-형태를 형성하는 양태를 포함하는 구성 재료를 나타낸다. 도 10A-10C는, 구성 재료(1006)가 C-형태를 형성하는 제1 및 제2 양태(1021, 1022)를 포함하는 것을 제외하고는, 도 9A-9C에 예시된 것과 비슷한 도면으로서; 위에서와 같이, 균일한 처리(1016)가 구성 재료(1006)에 제공된다.

활성 증착을 통합하는 제작 기법

다수의 실시예들에서, 적층 가공 공정은 변경된 재료 특성을 포함하는 구조물을 제작하도록 사용되는 활성 증착 기술을 통합한다. 예를 들어, 위에서 시사한 것과 같이, 전자기 복사 노출이 구성 재료의 기계적 성질을 조절 가능하게 튜닝할 수 있는 한, 구성 재료가 특정 파장의 전자기 복사에 민감할 수 있다.

도 11A-11C는 어떻게 활성 증착 기술이 적층 가공된 구조물의 기계적 성질을 나타내도록 사용될 수 있는 지를 도시한다. 특히, 도 11A는, 구성 재료(1106)가 적외선 복사 공급원(1114)으로부터의 적외선 복사에 노출될 때, 그에 따른 구조물(1108)이 상당한 유연성을 가지는 지를 예시한다. 도 11B는 구성 재료(1106)가 자외선 복사 공급원(1116)으로부터의 자외선 복사에 노출될 때, 그에 따른 구조물(1128)이 상당한 강성을 가지는 지를 예시한다. 실질적으로, 적외선 복사에 노출되면 구성 재료(1106)의 유연성이 발달되고, 자외선 복사에 노출되면 구성 재료의 강성이 발달하게 된다. 이에 따라, 구성 재료(1106)가 증착되는 동안, 구성 재료(1106)의 이러한 기계적 성질은 조절 가능하게 튜닝될 수 있다.

따라서, 도 11C는, 적층 가공된 구조물(1138)의 베이스(base)의 구성 재료(1106)가 자외선 복사 공급원(1116)으로부터의 자외선 복사로 처리되며, 적층 가공된 구조물(1138)의 상층 부분은 적외선 복사 공급원(1114)으로부터의 적외선 복사로 처리되는 것을 예시한다. 이에 따라, 적층 가공된 구조물(1138)의 베이스는 상당한 구조적 강성을 가지도록 발달되며, 적층 가공된 구조물(1138)의 상측 부분은 상당한 유연성을 가지도록 발달된다.

물론, 기계적 성질을 튜닝하는 것도 논의되고 예시되지만, 구성 재료 특성 중 임의의 특성은 본 발명의 실시예들에 따라 다양한 처리 방법들 중 임의의 방법을 이용하여 변형될 수 있다는 사실을 자명하다. 예를 들어, 도 12는 본 발명의 실시예들에 따라 변경되는 반투명 레벨을 가진 적층 가공된 꽃병을 예시한다. 특히, 상측 부분(1202)에서는 투명하고, 중간 부분(1206)에서는 반-투명하고, 베이스(1208) 부분에서는 투명하지 않은 꽃병(1200)을 예시한다. 꽃병(1200)은 구성 재료의 투명도가 적외선 복사에 대한 노출에 따르도록 적외선 복사에 민감한 안료를 포함하는 구성 재료로부터 제작된다. 따라서, 꽃병의 적층 가공 동안, 투명도 레벨을 조절 가능하게 결정하기 위하여, 상이한 레벨이 적외선 복사의 상이한 레벨에 노출되는데, 가령, 예컨대, 투명도를 더 많이 원할 때에는 구성 재료에 적외선 복사가 덜 제공되고, 투명도를 더 적게 원할 때에는 구성 재료에 적외선 복사가 더 제공된다.

예를 들어, 도 13은 본 발명의 실시예들에 따라 활성 증착을 통합하는 적층 가공 공정을 이용하여 제작될 수 있는 안경 쌍을 도시한다. 특히, 안경(1300) 쌍은 3개 부분을 형성하는데: 프레임 골격(1304), 프레임의 표면(1306), 및 렌즈(1308)를 형성한다. 구성 재료는 자외선 복사 뿐만 아니라 적외선 복사에도 민감하다. 특히, 자외선 복사에 노출되면 구성 재료의 경도가 발달하게 되고, 적외선 복사에 노출되면 구성 재료는 반투명도를 잃게 된다. 따라서, 구성 재료가 증착되어 프레임의 표면(1304)의 부분들을 형성할 때, 구성 재료에는 적외선 복사가 제공되고 UV 복사는 제공되어, 프레임의 표면(1304)이 부드럽고 비-투명하게 된다. 이와 반대로, 구성 재료가 증착되어 렌즈를 형성할 때, 100% UV 복사 및 0% 적외선 복사로 처리되고, 구성 재료는 증착된 구성 재료가 경화되며 투명하게 된다. 구성 재료가 증착되어 프레임의 골격(1302)을 형성할 때, 구성 재료는 100%의 UV 복사로 처리하여 프레임의 골격(1302)은 강성을 지니도록 발달된다. 프레임의 골격(1302)의 반투명도는 안경의 작동에 영향을 미치지 않아서, 임의의 레벨의 적외선 복사에 노출될 수 있다. 변경된 재료 특성을 가진 구조물의 몇몇 예가 예시되지만, 논의된 예들은 단지 예시적인 것이며 제한하려는 것이 아니라는 것을 의미한다. 본 발명의 실시예들에 따라 적층 가공 공정에서 구성 재료의 증착 동안, 다양한 재료 특성 중 임의의 재료 특성이 튜닝될 수 있다. 보다 일반적으로는, 위에서 언급한 개념들이 보다 더 다양하며; 따라서, 본 발명의 실시예들에 따라, 예를 들어, 위에 기술된 기술 중 임의의 조합 및 임의의 순서대로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 위에 기술된 개념들은 단지 예시적인 것이며 제한하려는 것이 아니라는 것을 의미한다. 그 외에도, 또한, 위에 기술된 내용이 노즐 헤드와 함께 작동되는 하위조립체를 포함하는 적층 가공 장치에 관한 것이지만, 다수의 실시예들에서, 하위조립체들은 노즐-헤드에 무관하게 작동될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 하위조립체들은 이미 증착된 구성 재료를 처리하도록 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 하위조립체들은 본 발명의 실시예들에 따라 이미 증착된 구성 재료의 재료 특성을 개질하도록(refine) 사용될 수도 있다.

위에 기술된 예시 및 논의사항들이 구성 재료의 고유한 재료 특성을 전체적으로 변환시키도록 제안하고 있지만, 다수의 실시예들에서, 압출된 구성 재료의 횡단면이 조작되는 한, 재료 특성이 조작된다. 이제, 이러한 양태들은 밑에서 보다 상세하게 논의된다.

증착된 구성 재료의 횡단면 조작

다수의 실시예들에서, 구성 재료가 증착 공정에 따라 표면 위에 증착될 때, 구성 재료의 횡단면이 조작되는 한, 구성 재료는 조작된다. 구성 재료의 횡단면은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법으로 조작될 수 있다. 예를 들어, 증착된 구성 재료는 전체 구성 재료가 증착되는 동안 서로 꼬이는(intertwined) 제1 구성 재료와 제2 구성 재료를 포함할 수 있다.

도 14는, 구성 재료(1406)가 본 발명의 실시예들에 따라 증착되는 동안, 제1 구성 재료(1412)를 제2 구성 재료(1414)와 서로 꼬음으로써 구성 재료(1406)가 조작되는 것을 도시한다. 2개의 구성 재료(1412, 1414)를 가진 구성 재료(1406)가 증착되지만, 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 개수의 구성 재료를 가진 구성 재료가 증착될 수 있다는 것은 자명하다. 예를 들어, 도 15A-15B는, 구성 재료가 증착되는 동안, 제1, 제2, 및 제2 구성 재료를 서로 꼬음으로써 구성 재료가 조작되는 것을 도시한다. 구성 재료는 본 발명의 실시예들에 따라, 임의의 개수의 전체 구성 재료일 수도 있다.

증착된 구성 재료의 횡단면은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법으로 변경될 수 있으며, 서로 꼬인 구성 재료들에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 제1 구성 재료는 제2 구성 재료에 의해 둘러싸인다(enveloped). 다수의 실시예들에서, 제1 구성 재료와 제2 구성 재료 사이의 공간 관계(spatial relationship)는 임의의 적절한 방법으로 조절 가능하게 변경될 수 있다. 도 16A-16B는 어떻게 구성 재료가 제2 구성 재료 내에 배열된 제1 구성 재료를 포함하는지를 보여주는데, 여기서, 제1 구성 재료가 제2 구성 재료 내에 위치되는 것은 조절 가능하게 변경될 수 있다. 특히, 도 16A는 제1 구성 재료(1612)가 제2 구성 재료(1614) 내에서 나선 경로(spiraling path)를 형성하는 것을 도시한다. 이는, 예를 들어, 전체 구성 재료가 표면 위에 증착될 때 원형 경로로, 제1 구성 재료(1612)를 제2 구성 재료(1614) 내에서 회전시킴으로써 구현될 수 있다. 이러한 결과를 위해, 조절형 채널(controllable channel)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 16B는 제1 구성 재료(1612)를 제2 구성 재료(1614) 내에 배출하는(emit) 조절형 채널(1630)을 도시한다. 제2 구성 재료(1614) 내의 채널(1630)의 상대 위치가 조절되어, 제2 구성 재료 내에 제1 구성 재료가 배출되는 것이 조절되며; 이런 방식으로, 구성 재료의 횡단면의 구성이 조절될 수 있다.

이러한 기술은 본 발명의 실시예들에 따라 다양한 구조물 중 임의의 구조물을 적층 가공하는 데 이점을 줄 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 제1 구성 재료가 전도성을 지니고 제2 전도성 재료가 절연될 때, 와이어가 적층 가공된다. 이에 따라, 구성 재료의 횡단면은 와이어의 횡단면을 형성하며; 와이어가 노출된 납(lead)을 포함하는 경우, 전도성을 지닌 제1 구성 재료를 배출하기 위한 채널은 제1 전도성의 구성 재료가 노출되도록 구성 재료의 주변(periphery)으로 이동되게끔 조절 가능할 수 있다. 물론, 위에서 기술된 기술들은 와이어의 제작에만 제한되는 것이 아니며; 실제로, 다수의 실시예들에서, 이러한 기술들은 다양한 구조물 중 임의의 구조물을 제작하도록 사용된다는 것을 이해해야 한다.

구성 재료의 횡단면은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법들로 변환될 수 있으며, 구성 재료 내에서 구성 재료들의 공간 관례를 변형하는 데에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 위에 기술된 것과 같이, 몇몇 실시예들에서, 증착된 구성 재료는 증착 전에 착색된 재료로 코팅되며, 이런 방식으로, 착색된 코팅의 얇은 층이 구성 재료에 제공되는 한, 구성 재료의 횡단면은 조작된다. 실제로, 구성 재료의 횡단면은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법으로 변형될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 횡단면의 기하학적 형상은 변환되며, 이제, 상기 양태는 밑에서 보다 상세하게 논의될 것이다.

본 발명의 실시예들에 따라 구성 재료의 횡단면의 기하학적 형상의 조작

다수의 실시예들에서, 구성 재료의 횡단면의 기하학적 형상은 증착 공정 동안 조절 가능하게 조작된다. 상기 기하학적 형상은 다양한 기술 중 임의의 기술을 이용하여 임의의 방법으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 압출된 구성 재료의 기하학적 형상을 변경시키기 위해 셔터 메커니즘(shutter mechanism)이 노즐에 결합되며(adjoined); 상기 셔터 메커니즘은 압출된 구성 재료의 기하학적 형상을 조절 가능하게 조작할 수 있다. 도 17A-17B는 본 발명의 실시예들에 따라 셔터 조립체의 작동을 도시한다. 특히, 도 17A는 노즐(1702)에 결합되고 제1 비-작동 위치에 있는 셔터 조립체(1720)를 도시하는데, 이때, 구성 재료(1706)는 베이스 형상으로 압출되며, 도 17B는 제1 작동 위치에 있는 셔터 조립체(1720)를 도시하는데, 횡단면의 기하학적 형상은 제2 조절된 위치에 있다. 이에 따라, 다양한 횡단면 중 임의의 횡단면이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 18A-18F는 본 발명의 실시예들에 따라 셔터 조립체를 이용하여 형성될 수 있는 증착된 구성 재료의 다양한 횡단면을 나타낸다. 특히: 도 18A는 정사각형의 횡단면이 형성될 수 있는 것을 보여주며; 도 18B는 증가된 삼각형의 횡단면이 형성될 수 있는 것을 보여주고; 도 18C는 6개-지점의 스타(star)가 형성될 수 있는 것을 보여주며; 도 18D는 삼각형의 횡단면이 형성될 수 있는 것을 보여주고; 도 18E는 사다리꼴이 형성될 수 있는 것을 보여주며; 그리고, 도 18F는 원형의 횡단면이 형성될 수 있는 것을 보여준다. 몇몇의 예시적인 횡단면이 도시되고 논의되지만, 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 다양한 기하학적 형상의 횡단면이 실시될 수 있는 것은 자명하다.

위에 기술된 논의 사항이 압출 전의 증착된 구성 재료의 횡단면을 조작하는 데 관한 것이지만, 구성 재료는 본 발명의 실시예들에 따라 다양한 방법들 중 임의의 방법을 이용하여 압출 전에 조작될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 노즐 헤드는 특정 전자기파장, 예컨대, 적외선 복사에 대해 투명한 재료로 제작되는데; 이와 동시에, 구성 재료는 적외선 복사 노출에 대해 민감할 수도 있다. 따라서, 구성 재료를 압출하기 전에, 노즐 헤드는 적외선 복사에 노출될 수 있는데, 적외선 복사에 대해 투명하기 때문에, 노즐 헤드 내에 있는 구성 재료의 재료 특성이 적외선 복사 노출에 의해 변환될 수 있다. 이런 방식으로, 구성 재료의 재료 특성의 변환의 개시는 압출 전에 시작될 수 있다. 물론, 위에 기술된 예가 적외선 복사에 관해 논의되고 있지만, 임의의 적절한 전자기 파장 범위가 구현될 수도 있다. 보다 일반적으로, 구성 재료의 재료 특성의 몇몇 조작 예가 제공되지만, 구성 재료의 재료 특성은 본 발명의 실시예들에 따라 임의의 적절한 방법으로 압출 전에 조작될 수 있다. 논의된 예들은 예시적인 것이며 이들에만 제한되는 것이 아니라는 것을 의미한다.

일반적으로, 위에 기술된 논의로부터 추론할 수 있듯이, 위에 언급된 개념들은 본 발명의 실시예들에 따라 다양한 장치들로 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 특정의 구체적인 양태에 대해 기술하고 있지만, 당업자들에게는 그 외의 추가적인 다수의 변형예 및 개선예들이 가능하다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 그 외에 특별히 기술되지 않는 한 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모두 예시적인 것이지 제한하려는 것이 아닌 것으로 고려되어야 한다.

Claims

적층 가공 장치에 있어서, 상기 장치는:
노즐을 통해 구성 재료의 압출을 수용하고 적층 가공 공정에 따라 표면 상에 구성 요소를 증착시켜 제작되어야 하는 물체를 적층시키도록 구성된 노즐; 및
증착된 구성 재료의 상이한 부분들이 상이한 재료 특성을 가질 수 있게 되도록 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하도록 구성된 하나 이상의 하위조립체를 포함하되;
하나 이상의 하위조립체는, 구성 재료가 표면 상에 증착되기 전에, 혹은 증착되는 동시에, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제1항에 있어서, 하위조립체는 구성 재료가 노즐을 통해 압출되고 난 뒤 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제2항에 있어서, 하위조립체는: 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하여 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 전자기파 공급원; 구성 재료의 적어도 일부분의 자화를 시작하도록 구성된 자화 공급원; 구성 재료의 적어도 일부분에 가스를 제공하여 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 가스 공급원; 구성 재료의 적어도 일부분을 진동시켜 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 진동 장치; 및 구성 재료의 적어도 일부분을 가열시켜 구성 재료의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성된 가열 공급원 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제3항에 있어서, 하위조립체를 노즐에 대해 배열시키도록 구성된 공간-배열 메커니즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제3항에 있어서, 하위조립체는 하나 이상의 전자기파 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제5항에 있어서, 전자기파 공급원은 노즐에 결합되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제5항에 있어서, 전자기파 공급원은 노즐과 무관하게 구성되며, 제작되어야 하는 물체의 적층 동안 노즐은 전자기파 공급원에 무관하게 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제7항에 있어서, 하위조립체는 전자기파 공급원에 의해 생성된 전자기파를 노즐을 통해 압출되는 구성 재료에 전송하도록 구성된 광섬유 케이블을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제7항에 있어서, 하위조립체는 전자기파 공급원에 의해 생성된 전자기파를 노즐을 통해 압출되는 구성 재료 상에 집중시키기 위한 광학장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제2항에 있어서, 하나 이상의 하위조립체는 2개 이상의 하위조립체인 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제10항에 있어서,
2개 이상의 하위조립체는 노즐의 주변 주위로 배열되고; 및
2개 이상의 하위조립체는, 각각, 노즐을 통해 압출되는 구성 재료의 상이한 각각의 부분들 상에서 동일하게 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제10항에 있어서, 각각의 하위조립체는, 다른 각각의 하위조립체와 상이하게, 노즐을 통해 압출되는 구성 재료 상에서 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제1항에 있어서,
노즐은 2개 이상의 구성 재료를 포함하는 구성 재료의 압출을 수용하도록 구성되며; 및
하위조립체는 구성 재료가 노즐을 통해 압출될 때 구성 재료의 횡단면의 조성을 조작함으로써 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성의 조작을 시작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제13항에 있어서, 하위조립체는, 구성 재료가 표면 상에 증착될 때, 구성 재료의 주어진 횡단면 내에 제2 구성 재료에 대한 제1 구성 재료의 공간 배열을 조작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제14항에 있어서, 하위조립체는 제1 구성 재료를 이동시켜 제2 구성 재료와 응집(aggregation)시켜 구성 재료를 형성하도록 구성된 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제15항에 있어서, 하위조립체는 노즐을 통해 구성 재료의 압출 전에, 혹은 압출 시에, 제1 구성 재료와 제2 구성 재료를 응집하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제15항에 있어서, 채널을 공간 배열하여 제1 구성 재료와 제2 구성 재료의 응집을 조절하도록 구성된 공간 배열 메커니즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제15항에 있어서, 적어도, 제1 채널에 근접하게 배열되고 제2 구성 재료를 이동시키도록 구성된 제2 채널, 및 각각의 채널로부터 배출되는 각각의 구성 재료가 조절 가능하게 서로 꼬여서 구성 재료를 형성할 수 있도록 제1 채널과 제2 채널을 원형의 경로로 변환시키기 위한 회전 메커니즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
제1항에 있어서, 하위조립체는 노즐을 통해 압출되는 구성 재료의 횡단면의 수치를 조절하도록 구성된 셔터 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공 장치.
물체를 제작하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
적층 가공 공정에 따라, 제작되어야 하는 물체의 형태를 형성하기 위해 구성 재료를 표면 상에 점진적으로 증착시키는 단계; 및
표면 상에 증착된 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하여, 증착된 구성 재료의 적어도 일부분이 증착된 구성 재료의 적어도 다른 몇몇 부분들과 상이한 재료 특성을 가지도록 하는 단계를 포함하며;
구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 구성 재료가 표면 상에 증착되기 전에, 혹은 증착과 동시에 시작되는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제20항에 있어서,
구성 재료를 표면 상에 점진적으로 증착시키는 단계는 노즐을 통해 구성 재료를 압출하는 단계를 포함하며; 및
구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 구성 재료의 적어도 일부분이 노즐을 통해 압출되고 난 뒤에 시작되는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제21항에 있어서, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는: 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계; 구성 재료의 적어도 일부분을 자화시키는 단계; 구성 재료의 적어도 일부분에 가스를 제공하는 단계; 구성 재료의 적어도 일부분을 진동시키는 단계; 및 구성 재료의 적어도 일부분을 가열시키는 단계 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제22항에 있어서, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제23항에 있어서, 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계는 광섬유 케이블을 이용하여 전자기파 공급원으로부터의 전자기파를 구성 재료의 적어도 일부분에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제23항에 있어서, 구성 재료의 적어도 일부분에 전자기파를 제공하는 단계는 광학장치를 이용하여 전자기파를 구성 재료의 적어도 일부분 상에 집중시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제20항에 있어서, 적어도 또 다른 방법으로 표면 상에 증착되는 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제20항에 있어서,
구성 재료는 2개 이상의 구성 재료를 포함하며; 및
구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 표면 상에 증착되는 구성 재료의 횡단면의 조성을 조작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제27항에 있어서,
표면 상에 증착되는 구성 재료의 횡단면의 조성을 조작하는 단계는 제1 구성 재료와 적어도 제2 구성 재료의 응집을 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제28항에 있어서, 제1 구성 재료와 적어도 제2 구성 재료의 응집을 변경시키는 단계는 구성 재료가 표면 상에 증착될 때 제1 구성 재료와 적어도 제2 구성 재료를 서로 꼬는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.
제20항에 있어서, 구성 재료의 적어도 일부분의 재료 특성을 조작하는 단계는 증착되는 구성 재료의 횡단면을 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 제작 방법.