KR20180054438A - 3차원 물체 프린터에서 다색 압출을 구현하는 단일 압출기 구성 - Google Patents

3차원 물체 프린터에서 다색 압출을 구현하는 단일 압출기 구성 Download PDF

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Abstract

적층식 제조 시스템은 압출기 내에 복수의 매니폴드를 갖는다. 각 매니폴드는 상기 압출기의 적어도 하나의 노즐에 연결되어, 상기 적어도 하나의 노즐이 상기 압출기에 장착된 페이스플레이트의 대응하는 구멍을 통해 열가소성 물질을 압출할 수 있게 한다. 복수의 밸브가 각 매니폴드와 상기 매니폴드에 연결된 각 노즐 사이에 구성되어 매니폴드에 연결된 상기 노즐들이 상기 매니폴드로부터 열 가소성 물질을 선택적으로 압출할 수 있게 한다. 상기 페이스플레이트는 또한 상기 페이스플레이트의 구멍들 내 상기 노즐들의 상이한 배향들을 구현하기 위해 상기 페이스플레이트에 수직인 축 주위로 회전하도록 구성된다. 상기 압출기의 상이한 매니폴드들은 상이한 특성을 갖는 복수의 열가소성 물질이 동시에 압출될 수 있게 하여, 상기 물질들이 상승된 온도에 있는 동안 상기 물질들이 서로 결합될 수 있게 한다.

Description

3차원 물체 프린터에서 다색 압출을 구현하는 단일 압출기 구성{SINGLE EXTRUDER CONFIGURATION THAT ENABLES MULTI-COLOR EXTRUSIONS IN THREE-DIMENSIONAL OBJECT PRINTERS}
본 발명은 3차원 물체 프린터에 사용되는 압출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상이한 색(혹은 컬러)의 다수의 압출을 사용하여 3차원 물체를 제조하는 것에 관한 것이다.
적층식 제조(additive manufacturing)라고도 알려진 3차원 인쇄는 사실상 임의의 형상의 디지털 모델로부터 3차원 입체물을 제조하는 공정이다. 많은 3차원 인쇄 기술은 적층식 제조 디바이스가 이전에 증착된 층들 위에 부품의 연속적인 층들을 형성하는 적층식 공정을 사용한다. 이들 기술 중 일부는 ABS 플라스틱과 같은 압출 물질을 열가소성 물질로 연화시키거나 용융시킨 후 미리 결정된 패턴으로 열가소성 물질을 방출하는 압출기를 사용한다. 프린터는 통상적으로 압출기를 동작시켜 다양한 형상과 구조를 갖는 3차원 인쇄물을 형성하는 열가소성 물질의 연속적인 층들을 형성한다. 3차원 인쇄물의 각 층이 형성된 후에, 열가소성 물질은 냉각되고 경화되어 3차원 인쇄물의 하부 층에 층에 결합시킨다. 이 적층식 제조 방법은 절단 또는 천공과 같은 감산 공정(subtractive process)에 의해 작업물로부터 물질을 제거하는 것에 주로 의존하는 전통적인 물체 형성 기술과 구별된다.
많은 압출기에는 열가소성 물질을 형성하도록 용융되거나 연화되는 압출 물질 필라멘트가 공급된다. 필라멘트가 전 범위의 컬러로 생산된다 하더라도 3차원 물체 프린터의 현재 압출기는 컬러 기능이 매우 제한된다. 통상적으로 서로 다른 컬러의 압출 물질들은 단 하나의 컬러의 물질만을 압출하는 별도의 압출기로 생산된다. 압출된 열가소성 물질은 높은 점도를 가지기 때문에, 상이한 압출된 물질들은 혼합되기가 어렵다. 따라서 이런 유형의 프린터의 대부분은 2개의 상이한 컬러의 물질로 제한된다. 2개의 별개의 압출기로부터의 서로 다른 컬러의 물질들이 물체의 베이스를 하나의 컬러로 인쇄하고 이 베이스의 상부에 제2 컬러로 패턴을 인쇄함으로써 물체 내에 또는 물체 상에 컬러 이미지를 제조하는데 사용될 수 있다. 다수의 압출기를 프린터에 추가하면 프린터의 복잡성이 크게 증가하지만 제한된 컬러 범위만을 제공한다. 다수의 압출기로부터 압출되는 열가소성 물질들을 사용하여 물체의 윤곽을 형성하면 항상 표면에 끊김(break)이 생긴다. 이러한 끊김을 피하기 위해 하나의 층으로부터 다른 층으로 다른 컬러들이 번갈아 형성된다.
상이한 컬러의 압출 물질을 생성하는데 사용되는 또 다른 프린터 구성은 이들 압출 물질을 길이 방향으로 직렬로 조합함으로써 복수의 상이한 컬러의 압출 물질 필라멘트로부터 단일의 다색 필라멘트를 제조하는 필라멘트 스플라이서(splicer)를 사용한다. 단일의 다색 필라멘트는 단일 압출기에 공급하는 히터로 공급된다. 따라서, 압출기에 의해 압출되는 열가소성 물질은 필라멘트의 상이한 컬러 구획이 용융되거나 연화될 때 변한다. 스플라이서는 특정 컬러를 갖는 물체의 부분을 형성하는데 필요한 열가소성 물질의 양을 미리 계산하고, 이 컬러의 압출 물질 필라멘트의 세그먼트가 단일 필라멘트로 접합된다. 다른 컬러의 필라멘트를 적당한 길이로 단일 필라멘트에 계속 접합시킴으로써 압출기는 형성이 완료될 때까지 물체를 계속 생산할 수 있다. 이 스플라이서는 주로 물체에 단색 영역을 형성하는 데 사용된다. 스플라이서의 사용은 단일 필라멘트를 형성하기 위해 상이한 필라멘트 세그먼트의 길이에 관한 정확한 계산을 요구하고 압출기에 의해 압출되는 열가소성 물질의 해상도를 제한한다. 추가적으로, 다색 필라멘트로부터 생성되는 열가소성 물질의 전달은 적절한 물체 부분들이 형성되는 것과 동기화되는지 여부를 검출하는 것은 곤란하다.
알려진 프린터에 비해 더 넓은 범위의 컬러를 3차원 물체 프린터에 제공하고 물체를 형성하기 위한 다양한 기술을 가능하게 하는 것이 유익할 것이다.
신규한 압출기는 다양한 특성의 범위를 갖는 압출 물질들을 사용하고, 상이한 압출된 물질들을 보다 유연성 있게 배열하여 물체를 형성한다. 장치는, 복수의 매니폴드(manifold) 및 복수의 노즐을 갖는 압출기로서, 각 매니폴드는 열가소성 물질을 저장하도록 구성되고, 각 매니폴드는 상기 매니폴드로부터 열가소성 물질을 방출할 수 있는 상기 복수의 노즐 내의 적어도 하나의 노즐에 동작 가능하게 연결되고, 상기 매니폴드 중 어느 2개의 매니폴드도 동일한 노즐에 동작 가능하게 연결되지 않는, 상기 압출기, 및 복수의 구멍(aperture)을 갖는 페이스플레이트(faceplate)로서, 상기 페이스플레이트 내의 각 구멍은 압출되는 열가소성 물질이 상기 구멍을 통과할 수 있도록 상기 복수의 노즐 내 노즐로부터 일대일 대응 관계로 압출되는 열가소성 물질을 수용하도록 구성된, 상기 페이스플레이트를 포함한다.
신규한 방법은 압출기를 동작시켜 다양한 특성의 범위를 갖는 압출 물질들을 사용하고 상이한 압출된 물질들을 보다 유연성 있게 배열하여 물체를 형성한다. 상기 방법은, 복수의 열가소성 물질을 압출기 내의 복수의 매니폴드에 일대일 대응 관계로 공급하는 단계로서, 각 매니폴드는 상기 압출기의 상이한 노즐에 동작 가능하게 연결되고, 각 열가소성 물질은 다른 열가소성 물질의 특성과는 상이한 특성을 갖는, 상기 공급하는 단계, 및 페이스플레이트의 복수의 구멍을 통해 상기 압출기의 상기 상이한 노즐들로부터 열가소성 물질을 압출하는 단계를 포함한다.
압출기로부터 압출되는 열가소성 물질로 물체를 형성하는 시스템의 전술한 양태 및 다른 특징은 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명에서 설명된다.
도 1은 압출기에 의해 압출되는 열가소성 물질에 대해 보다 넓은 컬러 범위를 가능하게 하고 압출된 물질들로 물체를 형성할 때 더 많은 유연성을 가능하게 하는 적층식 제조 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템에서 사용될 수 있는 페이스플레이트 및 압출기 노즐의 구성이다.
도 3은 물체에 컬러를 생성하기 위해 도 2에 도시된 구성의 동작을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 페이스플레이트 및 압출기 노즐 구성의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 5는 물체에 다른 컬러를 생성하기 위해 도 2의 페이스플레이트 및 압출기 노즐 구성의 사용을 도시한다.
도 6은 복수의 채널을 갖는 단 하나의 히터만을 구비하는, 도 1에 도시된 시스템의 대안적인 실시예의 블록도이다.
도 7은 종래 기술의 3차원 물체 프린터의 도면이다.
본 명세서에 개시된 디바이스의 환경 및 디바이스의 상세에 대한 일반적인 이해를 위해 도면을 참조한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
본 명세서에 사용된 "압출 물질"이라는 용어는 적층식 제조 시스템에서 압출기에 의해 방출되는 열가소성 물질을 형성하도록 연화 또는 용융되는 물질을 지칭한다. 압출 물질은 3차원 인쇄물의 영구적인 부분을 형성하는 "빌드 물질(build material)", 및 인쇄 공정 동안 빌드 물질의 부분들을 지지하는 임시 구조물을 형성하고, 인쇄 공정 완료 후 선택적으로 제거되는 "지지 물질"을 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다. 빌드 물질의 예는 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS) 플라스틱, 폴리락트산(PLA), 지방족 또는 반-방향족 폴리아마이드(나일론), 현탁된 탄소 섬유 또는 다른 골재를 포함하는 플라스틱, 전기 전도성 중합체, 및 압출기를 통해 방출하기에 적합한 열가소성 물질을 생산하기 위해 열 처리될 수 있는 임의의 다른 형태의 물질을 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다. 지지 물질의 예로는 고-충격 폴리스타이렌(HIPS), 폴리비닐 알코올(PVA) 및 열 처리된 후 압출될 수 있는 다른 물질이 포함되지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 일부 압출 프린터에서, 압출 물질은 일반적으로 "필라멘트(filament)"로 알려진 연속적인 세장형 길이의 물질로서 공급된다. 이 필라멘트는 하나 이상의 롤러에 의해 고체 형태로 제공되며 이 롤러는 스풀(spool) 또는 다른 공급원으로부터 압출 물질 필라멘트를 당기고 이 필라멘트를 압출기 내의 매니폴드에 유체적으로 연결된 히터 내로 공급한다. 히터는 압출 물질 필라멘트를 연화시키거나 용융시켜 매니폴드 내로 흐르는 열가소성 물질을 형성한다. 노즐과 매니폴드 사이에 위치된 밸브가 개방되면 열가소성 물질의 일부가 매니폴드로부터 노즐을 통해 흐르고 열가소성 물질의 스트림으로 방출된다. 본 명세서에 사용된, 압출 물질에 적용되는 "용융"이라는 용어는 3차원 물체 프린터의 동작 동안 압출기 내의 하나 이상의 노즐을 통해 열가소성 물질을 압출할 수 있도록 압출 물질의 온도를 상승시켜 압출 물질의 위상을 변화시키거나 연화시키는 것을 지칭한다. 용융된 압출 물질은 본 명세서에서 "열가소성 물질"이라고도 지칭된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 인식하는 바와 같이, 특정 비정질 압출 물질은 프린터의 동작 동안 순수 액체 상태로 전이하지는 않는다.
본 명세서에서 사용된 "압출기"라는 용어는 단일 유체 챔버 내 압출 물질을 용융시키고 용융된 압출 물질을 하나 이상의 노즐에 연결된 매니폴드에 제공하는 프린터의 부품을 지칭한다. 일부 압출기는 열가소성 물질이 선택적으로 노즐을 통해 흐를 수 있도록 전자적으로 동작될 수 있는 밸브 조립체를 포함한다. 밸브 조립체는 하나 이상의 노즐을 매니폴드에 독립적으로 연결하여 열가소성 물질을 압출할 수 있게 한다. 본 명세서에 사용된 "노즐"이라는 용어는, 압출기 내의 매니폴드에 유체적으로 연결되고 열가소성 물질을 이미지 수용 표면(image receiving surface)을 향해 방출하는 압출기 내의 오리피스를 지칭한다. 동작 동안, 노즐은 압출기의 공정 경로를 따라 열가소성 물질의 실질적으로 연속적인 선형 배열을 압출할 수 있다. 제어기는 밸브 조립체 내의 밸브를 동작시켜 밸브 조립체에 연결된 노즐들 중 열가소성 물질을 압출하는 노즐을 제어한다. 노즐의 직경은 압출되는 열가소성 물질의 라인의 폭에 영향을 미친다. 상이한 압출기 실시예들은 더 좁은 오리피스에 의해 생성된 라인의 폭보다 더 큰 폭을 갖는 라인을 생성하는 더 넓은 오리피스를 갖는 오리피스 크기의 범위를 갖는 노즐을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "매니폴드"라는 용어는 3차원 물체 인쇄 동작 동안 압출기의 하나 이상의 노즐로 전달되는 열가소성 물질의 공급을 유지하는 압출기의 하우징 내에 형성된 공동(cavity)을 의미한다. 본 명세서에 사용된 "압출 물질의 배열"이라는 용어는 3차원 물체 인쇄 동작 동안 압출기가 이미지 수용 표면 상에 형성하는 압출 물질의 임의의 패턴을 지칭한다. 압출 물질의 공통 배열은 압출 물질의 직선 선형 배열 및 압출 물질의 곡선 배열을 포함한다. 일부 구성에서, 압출기는 연속적으로 열가소성 물질을 압출하여 압출 물질의 연속적인 매스(mass)를 갖는 배열을 형성하지만, 다른 구성에서는 압출기는 간헐적으로 동작하여 직선 경로 또는 곡선 경로를 따라 배열된 더 작은 열가소성 물질 그룹을 형성한다. 3차원 물체 프린터는 압출 물질의 상이한 배열들의 조합을 사용하여 다양한 구조를 형성한다. 추가적으로, 3차원 물체 프린터 내의 제어기는, 압출기를 동작시켜 압출 물질의 각 배열을 형성하기 전에, 압출 물질의 상이한 배열들에 대응하는 물체 이미지 데이터 및 압출기 경로 데이터를 사용한다. 후술된 바와 같이, 제어기는 3차원 인쇄 동작 동안 하나 이상의 노즐을 통해 열가소성 물질의 다수의 배열을 형성하도록 밸브 조립체의 동작을 선택적으로 조정한다.
본 명세서에 사용된 "공정 방향(process direction)"이라는 용어는 압출기와 압출기 내의 하나 이상의 노즐로부터 압출되는 열가소성 물질을 수용하는 이미지 수용 표면 사이의 상대적인 움직임 방향을 지칭한다. 이미지 수용 표면은 적층식 제조 공정 동안 3차원 인쇄물 또는 부분적으로 형성된 3차원 물체의 표면을 유지하는 지지 부재이다. 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 액추에이터는 지지 부재 주위로 압출기를 이동시키지만, 대안적인 시스템 실시예는 압출기가 정지 상태로 유지되는 동안 지지 부재를 이동시켜 공정 방향으로 상대적인 운동을 생성한다. 일부 시스템은 다른 동작 축에 대해 두 시스템의 조합을 사용한다.
본 명세서에 사용된 "교차-공정 방향(cross process direction)"이라는 용어는 공정 방향의 평면에서 공정 방향에 수직인 축을 지칭한다. 공정 방향 및 교차-공정 방향은 열가소성 물질을 수용하는 표면과 압출기의 상대적인 움직임 경로를 지칭한다. 일부 구성에서, 압출기는 교차-공정 방향을 따라 연장되는 노즐 어레이를 포함한다. 압출기 내의 인접한 노즐들은 교차-공정 방향으로 미리 결정된 거리만큼 분리된다. 일부 구성에서, 시스템은 압출기를 회전시켜, 압출기 내의 상이한 노즐들을 분리하는 유효 교차-공정 방향 거리를 조정하여, 압출기 내의 노즐들로부터 압출되는 열가소성 물질의 배열들을 분리하는 대응하는 교차-공정 방향 거리를 조정한다.
적층식 제조 시스템의 동작 동안, 압출기는 3차원 물체 인쇄 공정 동안 열가소성 물질을 수용하는 표면에 대해 직선 경로 및 곡선 경로를 따라 공정 방향으로 이동한다. 추가적으로, 시스템 내의 액추에이터는 Z 축 주위로 압출기를 선택적으로 회전시켜, 압출기 내의 노즐들을 분리시키는 유효 교차-공정 거리를 조정하여, 압출기가 열가소성 물질의 각 배열 사이에 미리 결정된 거리를 갖는 열가소성 물질의 2개 이상의 배열을 형성할 수 있게 한다. 압출기는 외부 둘레(perimeter)를 따라 이동하며, 인쇄되는 물체의 층 내 및 둘레 내에서 2차원 구역의 외부 벽을 형성하여, 2차원 구역의 전부 또는 일부를 열가소성 물질로 채운다.
도 7은 압출기(108)를 동작시켜 3차원 인쇄물(140)을 형성하도록 구성된 종래 기술의 3차원 물체 적층식 제조 시스템 또는 프린터(100)를 도시한다. 프린터(100)는 평면 운동을 사용하여 물체를 형성하는 프린터로 도시되어 있으나, 다른 프린터 아키텍처는 본 명세서에 설명된 압출 물질의 기계식 이동자(mechanical mover) 및 압출기와 함께 사용될 수 있다. 이들 아키텍처는 델타 봇(delta-bot), 선택적 유연 조립체 로봇 아암(selective compliance assembly robot arm: SCARA), 다축 프린터, 비-직교형 프린터 등을 포함한다. 프린터(100)는 지지 부재(102), 다중 노즐 압출기(108), 압출기 지지 아암(112), 제어기(128), 메모리(132), X/Y 액추에이터(150), 선택적인 Zθ 액추에이터(154) 및 Z 액추에이터(158)를 포함한다. 프린터(100)에서 X/Y 액추에이터(150)들은 X 및 Y 축을 따라 2차원 평면("XY 평면")의 상이한 위치들로 압출기(108)를 이동시켜 도 7에 도시된 물체(140)와 같은 3차원 인쇄물 내의 하나의 층을 형성하는 열가소성 물질의 배열을 압출한다. 예를 들어, 도 7에서 X/Y 액추에이터(150)들은 지지 아암(112) 및 압출기(108)를 가이드 레일(113)을 따라 병진이동시켜 Y 축을 따라 이동시키는 반면, X/Y 액추에이터(150)들은 지지 아암(112)의 길이를 따라 압출기(108)를 병진이동시켜 X 축을 따라 압출기를 이동시킨다. 압출된 패턴은 층 내의 하나 이상의 구역의 윤곽, 및 열가소성 물질 패턴의 윤곽 내의 구역들을 채우는 열가소성 물질의 구획(swath)을 포함한다. Z 액추에이터(158)는 Z 축을 따라 압출기(108)와 지지 부재(102) 사이의 거리를 제어하여, 인쇄 공정 동안 물체가 형성될 때 압출기(108) 내의 노즐이 열가소성 물질을 물체(140) 위로 압출하기에 적절한 높이로 유지되는 것을 보장한다. Zθ 액추에이터(154)는 Z 축 주위로 회전하는 압출기(108)의 일부 실시예에서 Z 축 주위로의 압출기(108)의 회전 각도(도 4에서 Zθ로 나타냄)를 제어한다. 이러한 움직임은 압출기(108) 내의 노즐들 사이의 분리를 제어하지만, 일부 압출기는 제조 공정 동안 회전을 요구하지 않는다. 시스템(100)에서, X/Y 액추에이터(150), Zθ 액추에이터(154) 및 Z 액추에이터(158)는 전기 모터, 스테퍼 모터 또는 임의의 다른 적절한 전기 기계 디바이스와 같은 전기 기계 액추에이터로서 구현된다. 도 7의 예시적인 실시예에서, 열가소성 물질의 복수의 층으로 형성된 3차원 인쇄물(140)을 형성하는 동안의 3차원 물체 프린터(100)가 도시된다.
지지 부재(102)는 제조 공정 동안 3차원 인쇄물(140)을 지지하는 유리판, 폴리머 판 또는 발포체 표면과 같은 평면 부재이다. 도 6의 실시예에서, Z 액추에이터(158)는 또한 열가소성 물질의 각 층을 도포한 후에 압출기(108)로부터 멀어지는 Z 방향으로 지지 부재(102)를 이동시켜, 압출기(108)가 물체(140)의 상부 표면으로부터 미리 결정된 거리를 유지하는 것을 보장한다. 압출기(108)는 복수의 노즐을 포함하고, 각 노즐은 열가소성 물질을 지지 부재(102)의 표면 상으로 압출하거나 또는 물체(140)와 같은 부분적으로 형성된 물체의 표면 상으로 압출한다. 도 7의 예에서, 압출 물질은 압출 물질을 압출기(108)에 공급하기 위해 스풀로부터 풀려 나오는 ABS 플라스틱 또는 다른 적절한 압출 물질 필라멘트의 스풀인 압출 물질 공급원(110)으로부터 필라멘트로서 제공된다.
지지 아암(112)은 지지 부재, 및 인쇄 동작 동안 압출기(108)를 이동시키는 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 시스템(100)에서, 하나 이상의 액추에이터(150)는 인쇄 동작 동안 지지 아암(112) 및 압출기(108)를 X 및 Y 축을 따라 이동시킨다. 예를 들어, 액추에이터(150)들 중 하나는 지지 아암(112) 및 압출기(108)를 Y 축을 따라 이동시키는 반면, 다른 액추에이터는 지지 아암(112)의 길이를 따라 압출기(108)를 이동시켜 X 축을 따라 이동시킨다. 시스템(100)에서, X/Y 액추에이터(150)들은 직선 경로 또는 곡선 경로를 따라 동시에 X 및 Y 축을 따라 압출기(108)를 선택적으로 이동시킨다. 제어기(128)는 압출기(108) 내의 노즐들이 열가소성 물질을 지지 부재(102) 상으로 압출하거나 또는 물체(140)의 이전에 형성된 층들 상으로 압출할 수 있게 하는 선형 경로 및 곡선 경로 모두에서 압출기(108)의 움직임을 제어한다. 제어기(128)는 선택적으로 X 축 또는 Y 축을 따라 래스터화된 운동으로 압출기(108)를 이동시키지만, X/Y 액추에이터(150)들은 또한 X-Y 평면 내에서 임의의 선형 경로 또는 곡선 경로를 따라 압출기(108)를 이동시킬 수 있다.
제어기(128)는 프린터(100)를 동작시키도록 구성된, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 전계 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 임의의 다른 디지털 로직과 같은 디지털 로직 디바이스이다. 프린터(100)에서 제어기(128)는 지지 부재(102) 및 지지 아암(112)의 움직임을 제어하는 하나 이상의 액추에이터에 동작 가능하게 연결된다. 제어기(128)는 또한 메모리(132)에 동작 가능하게 연결된다. 프린터(100)의 실시예에서, 메모리(132)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스와 같은 휘발성 데이터 저장 디바이스, 및 솔리드-스테이트 데이터 저장 디바이스, 자기 디스크, 광 디스크 또는 임의의 다른 적절한 데이터 저장 디바이스와 같은 비-휘발성 데이터 저장 디바이스를 포함한다. 메모리(132)는 프로그래밍된 명령 데이터(134) 및 3차원(3D) 물체 이미지 데이터(136)를 저장한다. 제어기(128)는 저장된 프로그램 명령(134)을 실행하여 프린터(100) 내의 구성 요소들을 동작시켜 3차원 인쇄물(140)을 형성하고 물체(140)의 하나 이상의 표면 상에 2차원 이미지를 인쇄한다. 3D 물체 이미지 데이터(136)는 예를 들어, 3차원 물체 인쇄 공정 동안 프린터(100)가 형성하는 열가소성 물질의 각 층에 대응하는 복수의 2차원 이미지 데이터 패턴을 포함한다. 압출기 경로 제어 데이터(138)는 X/Y 액추에이터(150)들을 사용하여 압출기(108)의 움직임 경로를 제어하고 Zθ 액추에이터(154)를 사용하여 압출기(108)의 배향을 제어하기 위해 제어기(128)가 처리하는 기하학적 데이터 또는 액추에이터 제어 커맨드 세트를 포함한다. 제어기(128)는 압출기가 열가소성 물질을 압출하여 물체를 형성하는 동안 상기한 바와 같이 액추에이터를 동작시켜 압출기(108)를 지지 부재(102) 위로 이동시킨다.
도 1은, 아래에서 보다 상세히 설명되는, 도 2에 도시된 페이스플레이트의 구멍을 통해 복수의 열가소성 물질을 압출하는 압출기(108)를 갖는 적층식 제조 시스템(100')을 도시한다. 비록 단 하나의 매니폴드(216)만이 도면을 간단히 하기 위해 도 1에 도시되어 있지만, 압출기(108)는 복수의 매니폴드(216)를 갖는다. 일 실시예에서, 압출기(108) 내의 각 매니폴드(216)는 상이한 압출 물질 공급원(110)에 의해 일대일 대응 관계로 공급되는 상이한 히터(208)에 동작 가능하게 연결된다. 대안적으로, 각 매니폴드(216)는 도 6의 실시예(100")에 도시된 바와 같이 복수의 압출 물질 공급원(110)에 의해 공급되는 복수의 채널(232')을 수용하는 단일 히터(208')에 결합될 수 있다. 도 6의 각 채널(232')은, 각 매니폴드가 다른 매니폴드가 수용하는 물질과는 다른 물질을 수용할 수 있도록, 열가소성 물질을 압출기(108) 내의 매니폴드(216)에 공급한다. 압출기(108)에서, 각 노즐(218)은 압출기(108) 내 단 하나의 매니폴드에만 유체적으로 연결되어, 각 노즐이 다른 매니폴드에 연결된 노즐로부터 압출되는 물질과는 다른 열가소성 물질을 압출할 수 있다. 각 노즐로부터의 압출은 밸브 조립체(204) 내 밸브를 동작시키는 제어기(128)에 의해 선택적으로 그리고 독립적으로 활성화 및 비활성화된다. 각 노즐(218)은 또한, 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이 페이스플레이트(260)의 구멍과 정렬되어, 물체 내 물질들의 배열을 보다 유연성 있게 형성하도록 노즐을 구성한다. 도 6의 구성은 도 4b에 도시된 것과 유사한 페이스플레이트의 일 실시예에 대응하지만, 도 4b에 도시된 바와 같이 6개의 매니폴드에 대해 3개의 노즐이 아니라 5개의 매니폴드 각각에 대해 3개의 노즐을 제공한다.
도 1 및 도 6의 실시예에서, 밸브 조립체(204)는 압출기(108) 내의 매니폴드와 압출기(108) 내의 매니폴드에 연결된 각 노즐 사이에 밸브를 위치시킨다. 밸브 조립체(204)는 제어기(128)에 동작 가능하게 연결되어, 제어기는 압출기(108) 내의 복수의 노즐로부터 열가소성 물질을 압출하기 위해 밸브를 개방하고 폐쇄할 수 있다. 구체적으로는, 제어기(128)는, 노즐로부터 열가소성 물질을 압출하고 3차원 인쇄물(140)의 각 층에 상이한 열가소성 물질들의 배열을 형성하기 위해 압출기(108)의 밸브에 연결된 조립체(204) 내의 상이한 액추에이터들을 활성화 및 비활성화시킨다.
도 1의 시스템(100')은 또한 압출기(108) 내의 매니폴드에 연결된 각 히터(208)를 위한 압출 물질 분배 시스템(212)을 포함한다. 압출 물질은 시스템(100')의 동작 동안 히터에 연결된 매니폴드 내 열가소성 물질의 압력을 미리 결정된 범위 내로 유지하는 율(rate)로 각 별개의 공급원(110)으로부터 대응하는 히터(208)로 공급된다. 분배 시스템(212)은 압출기(108)의 각 매니폴드 내 열가소성 물질의 압력을 조절하기에 적합한 일 실시예이다. 도 6의 실시예(100")에서, 복수의 압출 물질 분배 시스템(212)은 복수의 압출 물질 공급원(110)과 히터(208') 내의 채널(232') 사이에 일대일 대응 관계로 동작 가능하게 연결된다. 추가적으로, 두 실시예에서, 제어기(128)는 분배 시스템(212)이 공급원(110)으로부터 공급원에 의해 공급되는 히터로 압출 물질을 전달하는 율을 제어하기 위해 각 분배 시스템(212)의 액추에이터에 동작 가능하게 연결된다. 도 6의 분배 시스템(212)은 도 1의 분배 시스템(212)으로 구성될 수 있다. 히터(208 및 208')들은 구동 롤러(224)(도 1)를 통해 히터(208)에 공급되는 압출 물질(220)을 연화시키거나 용융시킨다. 액추에이터(240)는 롤러(224)를 구동하고 제어기에 동작 가능하게 연결되어, 액추에이터가 롤러(224)를 구동하는 속력을 제어기가 조절할 수 있도록 한다. 롤러(224)의 반대쪽에 있는 다른 롤러는 자유-휠(free-wheeling)이어서 롤러(224)가 구동되는 회전 율을 따라간다. 도 1은 필라멘트(220)를 히터(208 또는 208') 내로 이동시키기 위해 기계식 이동자로서 구동기 롤러(224) 및 전기 기계 액추에이터를 사용하는 공급 시스템을 도시하지만, 분배 시스템(212)의 대안적인 실시예는 하나 이상의 액추에이터를 사용하여 회전 오거(auger) 또는 나사의 형태의 기계식 이동자를 동작시킨다. 이 오거 또는 나사는 공급원(110)으로부터 압출 물질 분말 또는 펠릿 형태의 고체 상태의 압출 물질을 히터(208 또는 208') 내로 이동시킨다.
도 1 및 도 6의 실시예에서, 각 히터는 스테인레스 스틸로 형성되고, 제어기(128)에 동작 가능하게 연결된 전기 저항성 가열 소자와 같은 하나 이상의 가열 소자(228)를 포함한다. 제어기(128)는 가열 소자(228)를 선택적으로 전기 전류에 연결하여, 히터(208 또는 208') 내의 채널 또는 채널들 내의 압출 물질(220)의 필라멘트를 연화시키거나 용융시키도록 구성된다. 도 1 및 도 6은 고체 필라멘트(220)로서 고체 상태로 압출 물질을 수용하는 히터(208) 및 히터(208')를 도시하지만, 대안적인 실시예에서는, 히터는 분말 상태 또는 펠릿화된 압출 물질로서 고체 상태로 압출 물질을 수용한다. 냉각 핀(236)은 히터의 상류에서 채널 내에서 열을 감쇠시킨다. 냉각 핀(236)에서 또는 냉각 핀 근처에서 채널 내에 고체로 남아있는 압출 물질의 부분은 채널 내에 밀봉부를 형성하여, 매니폴드(216)와 연결된 개구(opening)가 아닌 임의의 다른 개구로부터 열가소성 물질이 히터를 빠져 나가는 것을 방지한다. 압출기(108)는 또한 압출기 내의 각 매니폴드 내의 열가소성 물질이 상승된 온도를 유지하기 위해 추가적인 가열 소자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단열재는 압출기(108)의 외부 부분을 덮어서 압출기 내의 매니폴드 내의 온도를 유지한다. 독자(reader)라면 도 6의 노즐의 길이가 도 1에 도시된 것만큼 짧아서 열가소성 물질이 페이스플레이트의 구멍으로 이동하는 동안 응고되기 시작하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
매니폴드(216) 내의 열가소성 물질의 유체 압력을 미리 결정된 범위 내로 유지하고, 압출 물질에 대한 손상을 피하고, 노즐을 통한 압출 율을 제어하기 위해, 슬립 클러치(slip clutch)(244)가 공급원(110)으로부터 히터로 필라멘트를 공급하는 각 액추에이터(240)의 구동 샤프트에 동작 가능하게 연결된다. 본 명세서에 사용된 "슬립 클러치"라는 용어는 이동하려는 물체에 마찰력을 미리 결정된 설정점(set point)까지 가하는 디바이스를 지칭한다. 미리 결정된 설정점 범위의 마찰력을 초과하면, 디바이스는 슬립하여 물체에 더 이상 마찰력을 가하지 않는다. 슬립 클러치는 조립체(204) 내의 밸브가 얼마나 자주 또는 얼마나 오랫동안 개방되는지 또는 액추에이터(240)가 롤러(224)를 얼마나 빨리 구동하는지에 상관 없이 필라멘트(220) 상에 가해진 힘이 일정하게 유지되도록 한다. 이 일정한 힘은 필라멘트 구동 롤러(224)의 가장 빠른 예상된 회전 속력보다 더 높은 속력으로 액추에이터(240)를 구동하는 것에 의해 또는 인코더 휠(248)을 롤러(224) 상에 놓고 센서(252)로 회전 율을 감지하는 것에 의해 유지될 수 있다. 센서(252)에 의해 생성된 신호는 롤러(224)의 각도 회전을 나타내고, 제어기(128)는 이 신호를 수신하여 롤러(224)의 속력을 식별한다. 제어기(128)는 액추에이터(240)에 제공된 신호를 조정하여 액추에이터의 속력을 제어하도록 더 구성된다. 제어기가 액추에이터(240)의 속력을 제어하도록 구성될 때, 제어기(128)는 액추에이터(240)를 동작시켜, 그 속력이 롤러(224)의 회전보다 약간 더 빠르도록 한다. 이 동작은 구동 롤러(224) 상의 토크가 항상 슬립 클러치 토크의 함수임을 보장한다.
제어기(128)는 롤러(224)의 회전 속력보다 액추에이터 출력 샤프트의 속력이 약간 더 높은 것을 식별하는 제어기에 연결된 메모리에 저장된 설정점을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 "설정점"이라는 용어는 설정점에 대응하는 파라미터를 설정점에 대해 미리 결정된 범위 내로 유지하도록 제어기가 구성 요소들을 동작시키는데 사용하는 파라미터 값을 의미한다. 예를 들어, 제어기(128)는 출력 신호에 의해 식별되는 속력의 출력 샤프트를 설정점에 대해 미리 결정된 범위 내로 회전시키도록 액추에이터(240)를 동작시키는 신호를 변화시킨다. 액추에이터에 커맨드된 속력에 더하여, 밸브 조립체(204)에서 개방되거나 폐쇄된 밸브의 수 및 클러치의 토크 설정점은 또한 필라멘트 구동 시스템(212)의 동작에 영향을 미친다. 롤러(224)의 최종 회전 속력은 센서(252)에 의해 생성된 신호에 의해 식별된다. 제어기(128) 내의 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative: PID) 제어기는 메모리에 저장된 차분 설정점을 참조하여 이 신호로부터의 오차를 식별하고, 액추에이터(240)를 동작시키기 위해 제어기에 의해 출력된 신호를 조정한다. 대안적으로, 제어기(128)는 슬립 클러치에 대한 토크 레벨을 변경할 수 있고 또는 제어기(128)는 제어기가 액추에이터를 동작시키는 신호를 조정하고 토크 레벨을 변경하는 것을 모두 수행할 수 있다.
슬립 클러치(244)는 고정되거나 조정 가능한 토크 마찰 디스크 클러치, 자성 입자(magnetic particle) 클러치, 자기 히스테리시스(magnetic hysteresis) 클러치, 자성-유체(ferro-fluid) 클러치, 공기 압력 클러치, 또는 영구 자석 클러치일 수 있다. 자기적으로 동작하는 클러치 유형은 클러치에 전압을 인가하는 것에 의해 토크 설정점을 조정할 수 있다. 이러한 특징을 사용하면 클러치의 토크 설정점을 인쇄 상태(print condition)를 참조하여 변경할 수 있다. "인쇄 상태"라는 용어는 물체를 적절히 형성하기 위해 매니폴드 내에 필요한 열가소성 물질의 양에 영향을 미치는 현재 진행 중인 제조 동작의 파라미터를 지칭한다. 이러한 인쇄 상태는 압출기에 공급되는 압출 물질의 유형, 압출기로부터 방출되는 열가소성 물질의 온도, 압출기가 XY 평면에서 이동되는 속력, 물체에 형성되는 특징부의 위치 등을 포함한다.
도 2는 페이스플레이트(260), 및 이 페이스플레이트 내 6개의 구멍(268)과 정렬된 6개의 노즐(264a, 264b, 264c, 264d, 264e 및 264f)의 구성을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 "페이스플레이트"라는 용어는 열가소성 물질이 복수의 압출기의 노즐로부터 압출될 수 있도록 복수의 구멍을 갖는 단일 평면 부재를 지칭한다. 압출기에서 복수의 노즐에 대해 단일 페이스플레이트를 사용하면 상이한 물질들이 동시에 인쇄될 수 있어서 상승된 온도에 있는 동안 이 물질들이 함께 결합될 수 있다. 이렇게 서로 다른 물질들을 결합하면 형성되는 물체의 약한 지점을 방지할 수 있지만, 서로 다른 물질들이 결합된다는 것은 이 물질들이 서로 혼합되는 것을 의미하는 것은 아니다. 따라서, 상이한 물질들의 순서 및 배치는 물체의 층 및 표면에 실질적으로 영향을 미친다.
이하의 설명에서, 복수의 히터(208) 또는 단일 히터(208')에 공급되는 상이한 압출 물질들은 상이한 컬러를 갖는다. 층들 내에서 배열을 선택적으로 형성하면 물체가 물체의 표면과 에지(edge)에서 다양한 컬러와 컬러 명암(shade)을 갖게 형성될 수 있다. 독자라면 다양한 압출 물질들이 컬러 이외의 다른 특성을 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 이 상이한 특성은 물체가 물체의 상이한 부분들에서 다양한 경도를 갖게 형성될 수 있도록 물질의 경도일 수 있다. 그러나, 이하의 설명에서, 컬러는, 다양한 실시예의 동작을 설명하고 이 실시예들이 물체의 부분들에서 변화를 생성하는 방식을 설명하는데 사용되는 특성이다. 본 명세서에 사용된 "특성"이라는 용어는 적층식 제조 시스템에 사용되는 각 압출 물질에 따라 다를 수 있는 압출 물질의 특성을 지칭한다.
물체의 에지에서는 에지 외부 쪽으로 압출되는 물질의 컬러가 지배적인 반면, 상부 표면에서는 압출되는 물질들이 서로 인접하거나 또는 압출되는 물질이 다른 물질들 중 하나의 물질 위에 위치되어 컬러를 결정할 수 있다. 하나의 노즐이 페이스플레이트의 이동 방향으로 다른 노즐과 정렬되면, 나중에 압출되는 물질이 먼저 압출된 물질 위에 놓이게 되므로, 나중에 압출된 물질은 상부 표면의 컬러 외관을 지배하는 경향이 있다. 예를 들어, 도 2에서, 페이스플레이트가 좌측에서 우측으로 또는 우측에서 좌측으로 이동할 때 노즐(264a 및 264b)들이 정렬된다. 그리하여, 페이스플레이트가 우측으로 이동할 때에는, 노즐(264a)로부터 나오는 물질의 컬러가 상부 표면의 외관을 지배하는 경향이 있고, 페이스플레이트가 좌측으로 이동할 때에는, 노즐(264b)로부터 나오는 물질의 컬러가 지배하는 경향이 있다. 노즐로부터 나오는 열가소성 물질의 흐름을 조작하고 페이스플레이트를 회전시켜 노즐을 다르게 배향시킴으로써, 물체의 가시적인 부분에서 인식되는 컬러가 제어될 수 있다. 물체의 내부와 같이 컬러를 인식할 수 없는 경우 모든 노즐을 동작시켜 물체의 배열을 형성하고 인쇄 속력을 최대화할 수 있다.
도 2에서, 예를 들어, 노즐(264a)은 청록색(cyan) 컬러의 물질을 방출하고, 노즐(264b)은 자홍색(magenta) 컬러의 물질을 방출하고, 노즐(264d)은 황색(yellow) 컬러의 물질을 방출하고, 노즐(264f)은 흑색 컬러의 물질을 방출한다. 백색이 또한 다양한 컬러에 유용하고, 그래서 노즐(264c)이 적색 컬러의 물질을 압출하는 동안 노즐(264e)은 백색 컬러의 물질을 압출한다. 압출기(108) 내 다양한 매니폴드를 위한 히터(208)에 공급되는 필라멘트가 임의의 알려진 필라멘트 컬러일 수 있기 때문에 이러한 컬러의 선택은 단지 예시적인 것이다. 도 3은 직사각형 물체(304)의 녹색 에지를 형성하도록 동작되는 도 2의 구성의 사용을 도시한다. 노즐(264b, 264d, 264e 및 264f) 내의 "X"는 이들 노즐에 물질을 공급하는 밸브가 폐쇄되어 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 노즐(264a)로부터 청록색 물질 및 노즐(264c)로부터 황색 물질만이 압출된다. 페이스플레이트(260)가 이동되는 방향에 관계 없이, 즉 우측에서 좌측으로 이동되는지 또는 좌측에서 우측으로 이동되는지에 관계 없이, 페이스플레이트(260)는 이 도면에 도시된 바와 같이 배향(1)과 배향(2) 사이에서 페이스플레이트(260)에 수직인 축 주위로 회전된다. 배향(1)에서는 청록색이 지배적이지만 배향(2)에서는 황색이 지배적이다. 두 배향을 번갈아 동작시킴으로써, 인간 관찰자가 녹색으로 인식하는 에지가 형성된다. 하나의 배향이 다른 배향에 비해 사용되는 시간의 양은 관찰자가 인식하는 녹색의 명암을 결정한다. 독자라면 또한 청록색 물질과 황색 물질이 상대적으로 불투명한 경우 청록색 물질과 황색 물질을 압출하는 노즐들이 물체의 외부에 유지되기 때문에, 노즐(264b, 264d, 264e 및 264f)은 에지의 컬러를 손상시킴이 없이 개방된 상태로 유지될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 청록색 물질과 황색 물질이 상대적으로 매우 반투명하다면, 형성되는 컬러의 저하(degradation)를 피하기 위해 백색 물질이 요구될 수 있다. 코너를 형성하는데에는 페이스플레이트가 코너를 돌기 전 또는 동안 청록색 물질 또는 황색 물질을 압출하지 않고 노즐을 닫아야 할 것을 요구할 수 있지만, 일부 경우에 이러한 노즐을 사용하면 점진적으로 곡선을 형성하는 데 유용할 수 있다.
도 3을 참조하여 논의된 예는 단 2개의 컬러만을 사용하지만 물체의 에지 또는 표면에 컬러를 형성하는 데 임의의 개수의 컬러 및 배향이 사용될 수 있다. 또한 백색 또는 흑색 압출 물질을 각각 포함함으로써 더 밝은 컬러 또는 더 어두운 컬러의 명암을 생성할 수도 있다. 이젝터(ejector)들을 번갈아 동작하는 율, 및 물체의 표면에서 물질을 압출하는 노즐들을 선택적으로 활성화하는 것을 통해, 컬러들 사이의 변화가 얼마나 정밀하게 구현될 수 있는지, 및 요구되는 컬러 변화가 물체의 에지와 표면에서 얼마나 정확하게 생성될 수 있는지가 결정된다.
페이스플레이트(260)의 대안적인 실시예 및 복수의 압출기의 다른 구성이 도 4a 및 도 4b에 도시된다. 이들 실시예에서, 도 2의 페이스플레이트(260)의 노즐에 의해 제공되는 열가소성 물질의 각 컬러는 복수의 노즐을 통해 압출된다. 예를 들어, 청록색, 자홍색, 황색, 흑색, 백색 및 적색 컬러의 물질 각각은 도 4a의 페이스플레이트(260')의 2개의 노즐을 통해 제공되는 반면, 물질들의 각 컬러는 도 4b의 페이스플레이트(260")의 3개의 노즐을 통해 제공된다. 동일한 컬러를 압출하는 각 노즐은 압출기(108)에서 동일한 매니폴드에 연결되고, 조립체(204) 내의 다른 밸브는 이 매니폴드와 각 노즐 사이에 위치된다. 따라서, 제어기(128)는 밸브 조립체(204)를 동작시켜 특정 컬러를 위한 모든 노즐 또는 이를 위해 선택된 노즐만을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있다. 추가적으로, 단일 컬러를 위한 각 노즐은 동일한 직경 또는 상이한 직경을 가질 수 있다. 따라서, 도 4a 및 도 4b의 실시예들은, 이들 실시예의 페이스플레이트를 통해 압출되는 열가소성 물질의 배열의 유연성 및 해상도를 향상시킨다. 또한, 노즐들이 상이한 컬러들이 균일하게 겹쳐지도록 페이스플레이트에 배열되면, 단일 컬러를 위한 각 노즐은 이 노즐을 위한 밸브를 독립적으로 동작시킴으로써 순서화되어 도 3을 참조하여 전술한 것과 유사한 효과를 생성할 수 있다. 추가적으로, 밸브의 동작은 페이스플레이트의 다른 회전과 결합하여 물체의 컬러를 형성하는데 추가적인 유연성을 추가할 수 있다.
도 3에 도시된 배향(1)과 배향(2)은 물체의 표면을 내려다 보는 관점에서 보았을 때 물체의 표면 상에 상이한 컬러 효과를 생성하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 이 도면의 좌측에 있는 배향(1)은 페이스플레이트가 이동하는 방향에 관계 없이 황색 열가소성 물질에 인접한 청록색 열가소성 물질을 생성한다. 유사하게, 배향(2)이 사용되었다면 두 물질은 반전되지만 페이스플레이트 이동 방향에 관계없이 여전히 서로 인접한다. 우측에는 노즐(264a)과 노즐(264c)을 정렬시키는 배향이 도시되어 있다. 페이스플레이트가 우측 상부 그림에서 화살표로 표시된 것처럼 오른쪽으로 이동하면 청록색 열가소성 물질이 황색 열가소성 물질을 덮지만, 동일한 배향이 하부 우측 도면에서 화살표로 표시된 것처럼 좌측으로 이동하면 황색 물질이 청록색 물질을 덮는다. 따라서, 물체에 컬러를 형성하는 것은, 페이스플레이트를 회전시키고, 매니폴드와 노즐 사이에서 밸브를 제어하며, 페이스플레이트를 특정 방향으로 이동시키는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.

Claims (10)

  1. 장치로서,
    복수의 매니폴드와 복수의 노즐을 구비하는 압출기로서, 각 매니폴드는 열가소성 물질을 저장하도록 구성되고, 각 매니폴드는 상기 매니폴드로부터 열가소성 물질을 방출할 수 있는 상기 복수의 노즐 내의 적어도 하나의 노즐에 동작 가능하게 연결되고, 상기 매니폴드 중 어느 2개의 매니폴드도 동일한 노즐에 동작 가능하게 연결되지 않는, 상기 압출기; 및
    복수의 구멍을 갖는 페이스플레이트(faceplate)로서, 상기 페이스플레이트 내의 각 구멍은 압출되는 열가소성 물질이 상기 구멍을 통과할 수 있도록 일대일 대응 관계로 상기 복수의 노즐 내 노즐로부터 압출되는 열가소성 물질을 수용하도록 구성된, 상기 페이스플레이트를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 밸브로서, 각 밸브는, 상기 노즐이 상기 압출기에서 동작 가능하게 연결된 상기 매니폴드와 상기 복수의 노즐 내의 노즐 사이에 동작 가능하게 연결되고, 각 밸브는 상기 노즐을 선택적으로 개방하고 폐쇄하도록 구성된, 상기 복수의 밸브; 및
    각 노즐로부터 열가소성 물질을 선택적으로 압출하기 위해 각 밸브를 동작시키도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 매니폴드는 적어도 2개의 노즐에 동작 가능하게 연결된, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압출기 및 상기 페이스플레이트는 하나를 초과하는 방향으로 물체에 대해 이동하도록 구성된, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 페이스플레이트 및 상기 복수의 노즐은 상기 페이스플레이트에 수직인 축 주위로 회전하도록 구성된, 장치.
  6. 방법으로서,
    압출기 내 복수의 매니폴드에 복수의 열가소성 물질을 일대일 대응 관계로 공급하는 단계로서, 각 매니폴드는 상기 압출기의 상이한 노즐에 동작 가능하게 연결되고, 각 열가소성 물질은 다른 열가소성 물질의 특성과는 상이한 특성을 갖는, 상기 열 가소성 물질을 공급하는 단계; 및
    페이스플레이트 내 복수의 구멍을 통해 상기 압출기의 상이한 노즐들로부터 열가소성 물질을 압출하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 제어기로 복수의 밸브를 동작시키는 단계를 더 포함하되, 각 밸브는, 상기 노즐이 상기 압출기에서 동작 가능하게 연결된 상기 매니폴드와 상기 노즐들 중 하나의 노즐 사이에 동작 가능하게 연결되고, 상기 제어기는 상기 노즐을 선택적으로 개방하고 폐쇄하도록 상기 밸브들을 동작시키는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기로 적어도 하나의 액추에이터를 동작시켜, 상기 압출기 및 상기 페이스플레이트를 하나를 초과하는 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기로 상기 적어도 하나의 액추에이터를 동작시켜, 상기 페이스플레이트 및 상기 복수의 압출기를 상기 페이스플레이트에 수직인 축 주위로 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기로 상기 복수의 밸브를 동작시켜, 상기 매니폴드에 동작 가능하게 연결된 복수의 노즐을 통해 상기 매니폴드 중 적어도 하나의 매니폴드로부터 열가소성 물질을 압출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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