KR20170124961A - 상이한 빌드 재료로 3-차원으로 인쇄된 물체 내에 통합된 인터페이스를 형성하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

상이한 빌드 재료로 3-차원으로 인쇄된 물체 내에 통합된 인터페이스를 형성하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

적층 제조 시스템은 광중합체 재료 및 열가소성 재료로 3-차원 물체를 형성하도록 적어도 하나의 토출기 및 압출기를 동작시킨다. 시스템은 층별 방식으로 두 개의 재료를 증착시키도록 동작한다. 광중합체 재료는 물체에 고 해상도 마감을 제공하며 열가소성 재료는 물체의 내부 부분의 강하고 안정된 형성을 가능하게 한다.

Description

상이한 빌드 재료로 3-차원으로 인쇄된 물체 내에 통합된 인터페이스를 형성하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR FORMING INTEGRATED INTERFACES WITHIN A THREE-DIMENSIONALLY PRINTED OBJECT WITH DIFFERENT BUILD MATERIALS}
본 문서에 개시된 장치는 3차원 물체를 생성하는 프린터, 특히 상이한 유형의 빌드 재료(build material)로 3차원적으로 인쇄된 물체를 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
디지털 적층 제조(digital additive manufacturing)로도 알려진 디지털 3-차원 제조는 디지털 모형으로부터 가상으로 임의의 형태의 3-차원 고체 물체를 만드는 프로세스이다. 3-차원 인쇄는 하나 이상의 프린트헤드가 상이한 형태로 기판 상에 재료의 연속 층을 토출하거나 또는 증착시키는 적층 프로세스이다. 기판은 플랫폼에 동작 가능하게 연결된 작동기의 동작에 의해 3차원으로 이동될 수 있는 플랫폼 상에서 지원되거나, 또는 프린트헤드 또는 프린트헤드들은 물체를 형성하는 층을 생성하기 위해 프린트헤드 또는 프린트헤드들의 제어된 움직임을 위해 하나 이상의 작동기에 동작 가능하게 연결된다. 3-차원 인쇄는 종래의 물체-형성 기술과 구별 가능하며, 이것은 주로 절단 또는 드릴링과 같은, 절삭 프로세스에 의한 가공부품으로부터의 재료의 제거에 의존한다.
현재의 3-차원 물체 잉크젯 프린터는 토출될 수 있는 광중합체 재료(photopolymer material)의 점성 범위에 관해서 상당한 제한을 가지며, 대부분의 재료는 10 및 20 센티푸아즈(cP) 사이에서의 상한을 가진다. 광중합체 재료가 형성되는 물체로 토출된 후, 재료는 자외선(UV) 또는 다른 적절한 방사선 공급원으로 경화된다. 이들 광중합체 재료는 값비쌀 수 있으며, 강도 및 안정성과 같은 물리적 속성일 수 있고, 이것은 광범위한 기능이 가능한 견고한 물체의 생성에 유용하다. 융합 필라멘트 제작(Fused Filament Fabrication: FFF) 또는 스테레오리소그래피(Stereolithography: SLA)와 같은, 다른 적층 제조 방법은 제품을 생성하기 위해 사용된 재료의 범위를 확대시킨다. 이들 재료는 보다 내구성이 있으며 보통 경화된 광중합체 재료보다 훨씬 더 저렴하다. FFF를 사용하여 만든 부분의 표면 마감은 UV 잉크젯을 사용하여 만든 것만큼 양호하지 않으며 UV 잉크젯은 고 해상도 표면을 가진 부분을 더 쉽게 만들 수 있다. 그러므로, 경화된 광중합체 재료 및 FFF 및 SLA 방법에 의해 사용된 재료를 가진 합성 물체를 생성하는 것이 가능한 시스템이 유리할 것이다.
3-차원 물체에서 경화된 광중합체와 압출된 빌드 재료를 통합하는 제조 방법은 구조의 강인성 및 내구성을 증가시킨다. 상기 방법은 제어기를 이용해서 기판을 향해 광중합체 재료의 액적(drop)을 토출시키도록 복수의 토출기(ejector) 중 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계로서, 상기 광중합체 재료의 액적은 둘레 부분과 베이스 부분이 볼륨을 획정하도록 베이스 부분 위에서 연장되는 둘레 부분을 형성하는, 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계, 상기 제어기를 이용해서 상기 광중합체 재료의 액적을 적어도 부분적으로 경화시키도록 자외선(UV) 방사선의 공급원을 동작시키는 단계, 상기 제어기를 이용해서 상기 베이스 부분 및 둘레 부분에 의해 획정된 볼륨 내에서 열가소성 재료를 압출시키도록 압출기를 동작시키는 단계, 상기 제어기를 이용해서 상기 열가소성 재료의 적어도 일부분 위에 표면을 형성하기 위해 상기 열가소성 재료 상에 추가의 광중합체 재료를 토출하도록 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계, 및 상기 제어기를 이용해서 상기 광중합체 재료의 상기 액적 및 상기 추가의 광중합체 재료를 경화시키도록 상기 UV 방사선의 공급원을 동작시키는 단계를 포함한다.
3-차원 물체에서 경화된 광중합체와 압출된 빌드 재료를 통합하는 시스템은 구조의 강인성 및 내구성을 증가시킨다. 상기 시스템은 평면 부재, 상기 평면 부재를 향해 광중합체 재료의 액적을 토출하도록 구성된 적어도 하나의 토출기, 자외선(UV) 방사선의 공급원, 상기 평면 부재를 향해 열가소성 재료를 압출시키도록 구성된 압출기, 및 상기 적어도 하나의 토출기, 상기 UV 방사선의 공급원, 및 상기 압출기에 동작 가능하게 연결된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는, 상기 평면 부재를 향해 광중합체 재료의 액적을 토출하기 위하여 복수의 토출기 중 적어도 하나의 토출기를 동작시키도록(상기 광중합체 재료의 액적은 둘레 부분과 베이스 부분이 볼륨을 획정하도록 상기 베이스 부분 위에서 연장되는 상기 둘레 부분을 형성함), 상기 광중합체 재료의 액적을 적어도 부분적으로 경화시키기 위하여 UV 방사선의 공급원을 동작시키도록, 적어도 부분적으로 경화된 광중합체 재료의 베이스 부분 및 둘레 부분에 의해 획정된 상기 볼륨 내에서 열가소성 재료를 압출시키기 위하여 상기 압출기를 동작시키도록, 상기 열가소성 재료의 적어도 일부분 위에 표면을 형성하기 위해 상기 열가소성 재료 상에 추가의 광중합체 재료를 토출하기 위하여 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키도록, 그리고 상기 광중합체 재료의 상기 액적 및 상기 추가의 광중합체 재료를 경화시키기 위하여 상기 UV 방사선의 공급원을 동작시키도록 구성된다.
적층 제조된 3-차원 물체에서 경화된 광중합체와 압출된 빌드 재료를 통합하는 시스템의 앞서 말한 양상 및 다른 특징이 첨부한 도면과 관련되어 취해진, 다음의 설명에서 설명된다.
도 1은 상이한 재료로 3-차원 물체를 형성하기 위한 시스템을 예시한다.
도 2는 도 1의 시스템으로 형성되는 하이브리드 구조의 예를 예시한다.
도 3은 도 1의 시스템으로 형성되는 경사진 벽을 가진 또 다른 하이브리드 구조의 예를 예시한다.
도 4는 도 1의 시스템으로 형성되는 물체의 최하부 부분을 따르는 돌출부를 갖는 하이브리드 구조의 예를 예시한다.
도 5는 도 1의 시스템으로 형성되는 하이브리드 지지 구조의 예를 예시한다.
도 6은 도 1의 시스템으로 형성되는 서로에 대해 상이하게 배향되는 복수의 열가소성 부재를 갖는 하이브리드 구조의 예를 예시한다.
도 7a는 도 6에서 도시된 것과 유사한 매트릭스 구조의 단면 측면도이며 도 7b는 도 7a에서의 매트릭스 구조의 상면도이다. 도 7a의 뷰는 너무 깊게 매트릭스로의 액체 광중합체의 흐름을 방지하기 위해 매트릭스 구조에서의 재료의 고체 층의 포함을 묘사한다.
도 8은 상이한 재료로 3-차원 물체를 제조하기 위한 적층 제조 방법의 흐름도이다.
여기에 개시된 시스템 및 방법을 위한 환경뿐만 아니라 시스템 및 방법에 대한 세부사항의 일반적인 이해를 위해, 참조가 도면에 대해 이루어진다. 도면에서, 유사한 참조 부호는 유사한 요소를 지정한다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, 용어 "압출기"는 반-고체 형태로 열가소성 재료의 연속 스트림을 생성할 수 있는 디바이스를 나타낸다. 용어 "반-고체"는 재료가 가단성 있지만, 액체 상으로 전이되지 않는 재료 상태를 의미한다. 용어 "토출기"는 액체 재료의 액적을 배출하는 디바이스를 나타낸다. 토출기는 액체 액적을 배출하는 디바이스의 어레이를 가진 잉크젯 프린트헤드일 수 있거나 또는 그것은, 그 각각의 것이 액체 액적을 배출하는, 핀 토출기의 어레이일 수 있다. 용어 "레벨링 디바이스"(leveling device)는 연마 표면, 매끄러운 회전 표면을 가진 디바이스, 또는 3-차원 물체에서 재료 형성 구조의 일부분을 제거하는 절단기를 의미한다. 용어 "열가소성"은 그의 유리 전이 온도 아래의 온도에서 확고하게 단단하며 그의 유리 전이 온도 초과에서 반-고체인 재료를 의미한다. 열가소성 수지의 예는, 이에 제한되지 않지만, 폴리메틸 메타크릴레이트, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 폴리아마이드, 폴리 카보네이트 등을 포함한다. 3-차원 물체를 인쇄하기 위해 흔히 사용된 열가소성 수지 중에서, 폴리락트 산(PLA)은 그것이 ABS와 같은 다른 열가소성 재료에 비교하여 비교적 낮은 압출 온도를 갖기 때문에 특히 유용하다. 용어 "광중합체"는 전자기 방사선에 노출될 때 구조적 변화를 겪는 재료를 나타낸다.
다수의 재료로 3-차원 물체를 생성하기 위한 적층 제조 시스템이 도 1에 도시된다. 시스템(10)은 평면 부재(14), 하나 이상의 토출기(18), 레벨링 디바이스(22), 자외선(UV) 방사선의 공급원(26), 하나 이상의 압출기(30), 냉각기(34), 및 제어기(40)를 포함한다. 토출기(18)는 잉크젯 프린트헤드로서 구성될 수 있다. 토출기(18) 중 적어도 하나는 평면 부재(14)를 향해 광중합체 재료의 액적을 토출하도록 구성된다. 압출기(30)는 평면 부재(14)를 향해 열가소성 재료를 압출시키도록 구성된다. 작동기(38)는 평면 부재(14)에 동작 가능하게 연결되며 제어기(34)가 압출기(30), 토출기(18), UV 공급원(26), 냉각기(34), 및 레벨링 디바이스(22)를 동작시키며 평면 부재(14) 상에 3-차원 물체(42)를 형성할 수 있게 하기 위해 이들 구성요소 아래에서 선택적으로 평면 부재(14)를 이동시키도록 구성된다. 대안적으로, 작동기(들)(38)는 제어기가 물체(42)의 제조를 위해 평면 부재(14)를 참조하여 토출기(18), UV 방사선 공급원(26), 레벨링 디바이스(22), 냉각기(34), 및 압출기(30)를 이동시킬 수 있게 하기 위해 이들 구성요소에 동작 가능하게 연결된다. 냉각기(34)는 그것이 경화된 후 광중합체를 냉각시키며 팬으로 구현될 수 있는 디바이스이다.
제어기(40)는 토출기(18), 레벨링 디바이스(22), UV 공급원(26), 및 압출기(30)에 동작 가능하게 연결된다. 제어기는 시스템(10)의 구성요소를 동작시키기 위해 제어기에 동작 가능하게 연결된 메모리에 저장된 프로그램된 명령어들로 구성된다. 구체적으로, 제어기(40)는 평면 부재(14) 상에 광중합체 재료의 적어도 하나의 층을 형성하도록 광중합체 재료의 액적을 토출시키기 위해 복수의 토출기 중 적어도 하나의 토출기(18)를 동작시키도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 층은 둘레 부분과 베이스 부분이 볼륨(54)을 획정하도록 베이스 부분(50) 위에서 연장되는 둘레 부분(46)으로 형성된다. 제어기는 또한 광중합체의 적어도 하나의 층을 적어도 부분적으로 경화시키기 위하여 UV 방사선의 공급원(26)를 동작시키며 적어도 부분적으로 경화된 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 볼륨(54) 내에서 열가소성 재료를 압출시키기 위하여 압출기(30)를 동작시키도록 구성된다. 제어기(40)는 또한 물체(42)의 우측 측면의 둘레 부분(46)에서 도시된 바와 같이, 열가소성 재료의 적어도 일부분 위에 표면을 형성하도록 볼륨(54) 내의 열가소성 재료 상에 추가의 광중합체 재료를 토출시키기 위하여 토출기(18) 중 하나 이상을 동작시키도록 구성된다. 제어기는 광중합체 재료 및 추가의 광중합체 재료의 경화를 완료하도록 UV 방사선 공급원(26)을 동작시키기 위해 구성된다. 이러한 방식으로, 물체의 내부는 열가소성 재료로 형성되었으며 외부는 광중합체 재료로 형성되었다. 이전에 주지된 바와 같이, 시스템(10)은 또한 제어기(40)에 동작 가능하게 연결되는 레벨링 디바이스(22)를 포함하며 제어기(34)는 둘레 부분의 상부 표면이 광중합체 재료의 베이스 부분 위에서 미리 결정된 높이에 위치됨을 보장하기 위해 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 일부분을 제거하도록 레벨링 디바이스(26)를 동작시키기 위해 추가로 구성된다. 제어기(40)는 또한 경화된 광중합체로부터 열을 제거하기 위하여 냉각기를 동작시키도록 구성된다.
상기 설명된 바와 같이 시스템(10) 및 그의 제어기의 구성은 제어기가 3-차원 물체에서 특정한 구조를 형성하기 위해 다수의 방식으로 동작할 수 있게 한다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(34)는 t1의 미리 결정된 높이로 볼륨(54)을 형성하도록 토출기(18) 중 하나 이상을 동작시킨다. 제어기(34)는 그 후 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 베이스 부분 위에 있는 둘레 부분의 미리 결정된 높이(t1)보다 작은 미리 결정된 높이(t2)에 열가소성 재료의 상부 표면을 배치하기 위해 광중합체 구조의 볼륨 내에서 열가소성 재료를 압출시키도록 압출기(30)를 동작시킨다. 두 개의 높이 사이에서의 차이 델타(Delta)는 제어기(34)로 하여금 열가소성 재료를 접촉하지 않고 광중합체 재료의 다음 층을 레벨링하도록 레벨링 디바이스(26)를 동작시킬 수 있게 한다. 차이 델타는 약 25 내지 약 150 마이크론의 범위에 있을 수 있지만, 다른 범위가 가능하다.
도 3은 시스템(10)으로 형성될 수 있는 경사진 벽 구조를 도시한다. 이러한 유형의 구조를 형성하기 위해, 제어기(34)는 광중합체 재료의 베이스 부분(50)을 지지하는 평면 부재에 관하여 비-수직 각도로 배치되는 적어도 하나의 표면을 가진 둘레 부분(46)을 형성하도록 적어도 하나의 토출기(18)를 동작시킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 외부 벽(60)은 볼륨(54)으로부터 떨어져 기울어질 수 있다. 마찬가지로, 볼륨(54)의 내부 벽은 열가소성 재료의 상이한 조절을 위해 성형될 수 있다. 예를 들면, 내부 벽(64)은 먼저 베이스 부분(50)에 수직인 것으로 형성되지만, 내부 벽(68)은 볼륨(54)으로부터 떨어져 기울어진다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 열가소성 재료(76)는 상기 설명된 바와 같이 볼륨의 높이보다 작은 높이를 가진 볼륨(54)으로 압출될 수 있다. 벽(64)은 그 후 도면에 제공된 하위 두 개의 묘사에서 도시된 바와 같이 압출된 열가소성 재료에 걸쳐 연장될 수 있다. 제어기(34)는 또한 기울어진 외부 벽(60) 중 하나에 대한 지지대를 형성하기 위해 지지 재료의 액적을 토출하도록 하나 이상의 토출기(18) 또는 압출기(30)를 동작시킬 수 있다. 압출기의 끝의 정도는 벽(64 또는 68)까지 내내 열가소성 재료를 압출하며 차이 델타를 완전히 채우기 위한 능력을 제한할 수 있다. 결과적으로, 이러한 갭은 후속 패스에서 광중합체 재료로 채워질 수 있다.
열가소성 층의 에지에 개구를 남기는 것은 깍지형 광중합체의 인쇄를 허용한다. 깍지형 광중합체는 층이 인터로킹하며 벽에서 개선된 부착을 보장하도록 허용한다. 또한 상이한 높이에서 광중합체 재료 및 열가소성 재료 사이에서의 경계의 방향 및 위치를 변경함으로써, 재료의 인터로킹은 인터페이스 및 그에 따른 부분의 품질을 개선할 수 있다.
시스템(10)은 또한 도 4에 도시된 유용한 구조를 형성할 수 있다. 도 4에서, 제어기(34)는 베이스 부분(50)으로부터 둘레 부분(46) 및 베이스 부분(50)에 의해 형성된 볼륨으로 연장되는 돌출부(80)를 갖거나 또는 베이스 부분(50)의 표면에 형성된 압입부를 갖는 베이스 부분(50)을 형성하도록 적어도 하나의 토출기(18)를 동작시킨다. 제어기(34)는 그 후 열가소성 재료(76)로 돌출부 사이에서의 영역을 채우도록 압출기(30)를 동작시킨다. 이러한 유형의 구조는 베이스 부분(50)을 형성하는 광중합체를 이용해서 볼륨 내 열가소성 재료 사이에서의 접착력을 개선하도록 돕는다. 도 5는 열가소성 재료 및 광중합체 재료로 함께 보다 경제적으로 형성되는 지지 구조를 묘사한다. 제어기(34)는 지지 열가소성 재료를 압출시키도록 또 다른 압출기(30)를 동작시키며 그 후 또 다른 지지 재료(104)의 액적을 토출하도록 토출기 중 하나를 동작시킨다. 토출된 지지 재료(104)는 압출된 열가소성 지지 재료(100)와는 상이하다. 압출된 지지 재료는 둘레 부분(46)의 외부 벽에 인접한 영역에 배치되며 토출된 지지 재료는 압출된 지지 재료 위에 표면을 형성하기 위해 열가소성 지지 재료를 커버한다. 제어기(34)는 그 후 다른 토출된 지지 재료(104) 위에 형성된 표면에 걸쳐 둘레 부분(46)을 연장시키기 위해 토출된 지지 재료(104) 상에서 광중합체 재료(108)의 액적을 토출하도록 토출기(18) 중 하나를 동작시킨다. 이러한 하이브리드 구조는 토출된 지지 재료 단독으로 형성된 것보다 더 경제적이다. 3-차원 물체 내에 형성될 수 있으며 광중합체 재료가 압출된 열가소성 수지의 최상부 상에 증착되는 물체의 상부 부분에 유용한 또 다른 유용한 하이브리드 구조가 도 6에 도시된다. 상기 도면에서, 제어기(34)는 제1 배향을 가진 제1 복수의 열가소성 부재(110)를 형성하도록 및 제1 복수의 열가소성 부재에 걸쳐 제1 배향과 상이한 제2 배향을 가진 제2 복수의 열가소성 부재(114)를 형성하도록 압출기(30)를 동작시킨다. 제1 복수 및 제2 복수의 열가소성 부재는 제1 복수의 열가소성 부재에서의 열가소성 부재 및 제2 복수의 열가소성 부재에서의 열가소성 부재 사이에 격자간 공간을 형성한다. 제어기(34)는 또한 압출된 열가소성 재료에 걸쳐 광중합체 재료로 표면을 형성하기 전에 제1 복수의 열가소성 부재(110)에서의 열가소성 부재 및 제2 복수의 열가소성 부재(114)에서의 열가소성 부재 사이에서의 격자간 공간 중 적어도 일부로 광중합체 재료의 액적을 토출하도록 토출기 중 하나를 동작시킨다. 광중합체 재료의 액적은 액적의 직경이 압출된 열가소성 부재의 폭보다 작기 때문에 이들 격자간 공간으로 토출될 수 있다. 광중합체가 경화되기까지 유체이기 때문에, 그것은 열가소성 수지 주위에서 흐르는 경향이 있다. 광중합체가 열가소성 부재 사이에서의 격자간 공간의 매트릭스로 너무 깊게 침투한다면, 그것은 경화하기에 어려울 수 있다. 이러한 과도한 침투를 방지하기 위해, 고체 층이 열가소성 매트릭스로 극단적으로 흐르는 것을 금지하기 위해 공간 내에 형성될 수 있다. 고체 층은 열가소성 재료로 고체 층을 형성하도록 압출기를 동작시킴으로써 또는 열가소성 부재가 그것들 위에 형성되기 전에 경화되는 광중합체 재료로 고체 층을 형성하도록 토출기를 동작시킴으로써 형성될 수 있다. 열가소성 부재로 형성된 볼륨의 측면도는 도 7a에 도시되며 상기 구조의 상면도가 도 7b에 도시된다. 열가소성 부재(604)는 도면의 평면으로 및 그 밖으로 연장되며 열가소성 부재(608)는 일반적으로 또 다른 다른 각도 배향이 사용될 수 있는 부재(604)에 직교한다. 층(612)은 너무 깊게 매트릭스 구조로의 광중합체의 유입을 방지하는 열가소성 재료의 고체 층을 예시한다. 액체 광중합체가 고체 층을 초과하지 않고 침투하기 때문에, 그것은 직접 노출되지 않는다면 산란된 또는 투과된 광으로 경화되도록 표면에 충분히 가까이 있다. 경화를 위해 사용된 광을 흡수하는 착색제 없이 열가소성 수지를 선택하는 것이 또한 유리하다.
상이한 유형의 재료 도포기로부터 상이한 재료로 물체를 형성하는 적층 제조 방법(200)이 도 8에 도시된다. 이러한 방법의 설명에서, 프로세스가 몇몇 태스크 또는 기능을 수행하고 있다는 서술은 제어기 또는 범용 프로세서가 데이터를 조작하기 위해 또는 태스크 또는 기능을 수행하도록 프린터에서의 하나 이상의 구성요소를 동작시키기 위해 제어기 또는 프로세서에 동작 가능하게 연결된 메모리에 저장된 프로그램된 지시를 실행한다는 것을 나타낸다. 상기 주지된 제어기(34)는 이러한 제어기 또는 프로세서일 수 있다. 대안적으로, 제어기(34)는 하나 이상의 프로세서 및 연관된 회로 및 구성요소로 구현될 수 있으며, 그 각각은 여기에서 설명된 하나 이상의 태스크 또는 기능을 형성하도록 구성된다.
방법은 제어기가 기판을 향해 광중합체 재료의 액적을 토출시키도록 복수의 토출기 중 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 것으로 시작한다(블록 204). 광중합체 재료는, 도 2에 도시된 바와 같이 둘레 부분과 베이스 부분이 볼륨을 획정하도록 베이스 부분 위에서 연장되는 둘레 부분을 형성시킨다. 제어기는 둘레 부분이 베이스 부분에 대해 미리 결정된 높이에 위치된 상부 표면을 가질 수 있게 하기 위해 기판 상에 광중합체 재료의 액적의 일부분을 제거하도록 레벨링 디바이스를 동작시킨다(블록 208). 제어기는 광중합체의 하나 이상의 층을 부분적으로 경화시키도록 자외선(UV) 방사선 공급원을 동작시킨다(블록 212). 본 문서에서 사용된 바와 같이, "UV 방사선 공급원을 동작시키는"은 그것이 방사하도록 공급원을 활성화시키고, 공급원으로부터의 방사선이 광중합체 재료에 충돌하도록 공급원을 이동시키거나, 또는 방사선의 방출을 선택적으로 가능하게 하는 셔터를 개방하며 폐쇄하는 것을 의미한다. 제어기는 그 후 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 베이스 부분 위에 있는 둘레 부분의 미리 결정된 높이보다 작은 높이에 열가소성 재료의 상부 표면을 배치하기 위해 부분적으로 경화된 광중합체 재료의 볼륨 내에서 열가소성 재료를 압출시키도록 압출기를 동작시킨다(블록 216). 하나 이상의 토출기는 열가소성 재료의 적어도 일부분 위에 표면을 형성하기 위해 열가소성 재료 상에 추가의 광중합체 재료를 토출하도록 제어기에 의해 동작된다(블록 220). UV 방사선 공급원은 다시 이전 토출된 광중합체 재료 및 추가의 광중합체 재료를 경화시키도록 제어기에 의해 동작된다(블록 224).
상기 설명된 바와 같이, 둘레 부분의 내부 벽과 외부 벽은 경사질 수 있으며 베이스 부분의 상부 표면에는 베이스 부분으로부터 둘레 부분 및 베이스 부분에 의해 형성된 볼륨 내로 연장되는 돌출부가 형성될 수 있다. 제어기는 그 후 열가소성 재료로 돌출부 사이에서의 영역을 채우도록 압출기를 동작시킨다. 이러한 프로세스는 또한 둘레 부분의 외부 벽에 인접한 영역에서 지지 재료를 압출시키고, 압출된 지지 재료 위에 표면을 형성하기 위해 압출된 지지 재료 위에 토출된 지지 재료와 상이한 또 다른 지지 재료를 토출하며, 다른 토출된 지지 재료 위에 형성된 표면 위에서 둘레 부분을 연장시키기 위해 토출된 지지 재료 위에서 광중합체 재료의 액적을 토출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 프로세스는 또한 제어기로 하여금 제1 배향을 가진 제1 복수의 열가소성 부재를 형성하도록 그리고 제1 복수의 열가소성 부재 위에서 제1 배향과는 상이한 제2 배향을 가진 제2 복수의 열가소성 부재를 형성하도록 압출기를 동작시킬 수 있게 한다. 제1 복수의 열가소성 부재 중의 열가소성 부재와 제2 복수의 열가소성 부재 중의 열가소성 부재 사이에서의 격자간 공간은 물체의 무게를 감소시키기 위해 광중합체 재료로 채워지거나 또는 빈 채로 있을 수 있다.

Claims (10)

  1. 다수의 재료로 3-차원 물체를 생성하기 위한 적층 제조 방법(additive manufacturing method)으로서,
    제어기를 이용해서 기판을 향해 광중합체 재료(photopolymer material)의 액적(drop)을 토출시키도록 복수의 토출기(ejector) 중 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계로서, 상기 광중합체 재료의 액적은, 둘레 부분과 베이스 부분이 볼륨을 획정하도록 상기 베이스 부분 위에서 연장되는 상기 둘레 부분을 형성하는, 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계;
    상기 제어기를 이용해서 상기 광중합체 재료의 액적을 적어도 부분적으로 경화시키도록 자외선(UV) 방사선의 공급원을 동작시키는 단계;
    상기 제어기를 이용해서 상기 베이스 부분과 상기 둘레 부분에 의해 획정된 상기 볼륨 내에서 열가소성 재료를 압출시키도록 압출기를 동작시키는 단계;
    상기 제어기를 이용해서 상기 열가소성 재료의 적어도 일부분 위에 표면을 형성하기 위해 상기 열가소성 재료 상에 추가의 광중합체 재료를 토출하도록 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계; 및
    상기 제어기를 이용해서 상기 광중합체 재료의 상기 액적 및 상기 추가의 광중합체 재료를 경화시키도록 상기 UV 방사선의 공급원을 동작시키는 단계를 포함하는, 적층 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 둘레 부분이 상기 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 상기 베이스 부분에 대해 미리 결정된 높이에 위치된 상부 표면을 가질 수 있게 하기 위해 상기 광중합체 재료의 상기 액적의 일부분을 제거하도록 레벨링 디바이스(leveling device)를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압출기의 상기 동작은,
    상기 제어기를 이용해서 상기 베이스 부분 위에 있는 상기 둘레 부분의 미리 결정된 높이보다 낮은 높이에 상기 열가소성 재료의 상부 표면을 배치하기 위해 상기 베이스 부분과 상기 둘레 부분에 의해 획정된 상기 볼륨 내에서 상기 열가소성 재료를 압출시키도록 상기 압출기를 동작시키는 것을 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 토출기의 상기 동작은,
    상기 제어기를 이용해서 상기 광중합체 재료의 상기 베이스 부분을 지지하는 평면 표면에 대하여 비-수직 각도로 배치되는 적어도 하나의 표면을 갖는 상기 둘레 부분을 형성하도록 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 것을 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 토출기의 상기 동작은,
    상기 제어기를 이용해서 상기 광중합체 재료의 상기 베이스 부분을 지지하는 평면 표면에 대하여 수직 각도로 배치되는 적어도 하나의 표면을 갖는 상기 둘레 부분을 형성하도록 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 적층 제조 방법.
  6. 다수의 재료로 3-차원 물체를 생성하기 위한 적층 제조 시스템으로서,
    평면 부재;
    상기 평면 부재를 향해 광중합체 재료의 액적을 토출하도록 구성된 적어도 하나의 토출기;
    자외선(UV) 방사선의 공급원;
    상기 평면 부재를 향해 열가소성 재료를 압출시키도록 구성된 압출기; 및
    상기 적어도 하나의 토출기, 상기 UV 방사선의 공급원, 및 상기 압출기에 동작 가능하게 연결된 제어기를 포함하되, 상기 제어기는,
    상기 평면 부재를 향해 광중합체 재료의 액적을 토출시키도록 복수의 토출기 중 적어도 하나의 토출기를 동작시켜서, 상기 광중합체 재료의 액적이 둘레 부분과 베이스 부분이 볼륨을 획정하도록 상기 베이스 부분 위에서 연장되는 상기 둘레 부분을 형성하고;
    상기 광중합체 재료의 액적을 적어도 부분적으로 경화시키기 위하여 상기 UV 방사선의 공급원을 동작시키고;
    상기 적어도 부분적으로 경화된 광중합체 재료의 상기 베이스 부분과 상기 둘레 부분에 의해 획정된 상기 볼륨 내에서 열가소성 재료를 압출시키기 위하여 상기 압출기를 동작시키고;
    상기 열가소성 재료의 적어도 일부분 위에 표면을 형성하도록 상기 열가소성 재료 상에 추가의 광중합체 재료를 토출하도록 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키고; 그리고
    상기 광중합체 재료의 상기 액적 및 상기 추가의 광중합체 재료를 경화시키기 위하여 상기 UV 방사선의 공급원을 동작시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    레벨링 디바이스를 더 포함하며; 그리고
    상기 제어기는 상기 레벨링 디바이스에 동작 가능하게 연결되고, 상기 제어기는,
    상기 둘레 부분이 상기 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 상기 베이스 부분에 대해 미리 결정된 높이에 위치된 상부 표면을 가질 수 있도록 상기 광중합체 재료의 적어도 하나의 층의 일부분을 제거하기 위하여 상기 레벨링 디바이스를 동작시키도록 더 구성되는, 적층 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 베이스 부분 위에 있는 상기 둘레 부분의 미리 결정된 높이보다 작은 높이에 상기 열가소성 재료의 상부 표면을 배치하기 위해 상기 적어도 하나의 광중합체 층의 볼륨 내에 상기 열가소성 재료를 압출시키기 위하여 상기 압출기를 동작시키도록 더 구성되는, 적층 제조 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 베이스 부분을 지지하는 상기 평면 부재에 대하여 비-수직 각도로 배치되는 적어도 하나의 표면을 갖는 상기 둘레 부분을 형성하기 위하여 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키도록 더 구성되는, 적층 제조 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 베이스 부분을 지지하는 평면 부재에 대하여 수직 각도로 배치되는 적어도 하나의 표면을 갖는 상기 둘레 부분을 형성하기 위하여 상기 적어도 하나의 토출기를 동작시키도록 더 구성되는, 적층 제조 시스템.
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