KR20180081489A - 조명 패널을 갖는 연속적인 액체 상간 프린팅을 위한 빌드 플레이트 조립체 및 이와 관련된 방법, 시스템 및 장치 - Google Patents

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밥 이. 펠러
존 알. 텀블스톤
데이빗 무어
세컨드 그레고리 더블유. 닥스
에어리얼 엠. 허먼
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카본, 인크.
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Abstract

삼차원 프린터를 위한 빌드 플레이트 조립체는 선택적으로 광을 방출 및/또는 하부의 조명으로부터 상면까지 광을 전송하도록 구성된 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 갖는 조명 패널; 불균일한 표면 토폴로지를 갖는 상부 표면 및 상기 조명 패널의 상기 상면에 부착되는 하부 표면을 갖는 단단하고, 광학적으로 투명하며, 가스-불투과성의 평탄한 스크린 또는 베이스; 및 삼차원 물체를 형성하기 위한 빌드면을 포함하는 상부 표면 및 상기 베이스의 반대편에 위치하는 하부 표면을 갖는 플렉서블하고, 광학적으로 투명하며, 가스-투과성의 시트를 포함하며, 상기 빌드 플레이트는 상기 빌드면에 가스 흐름을 허용하도록 구성된다.

Description

조명 패널을 갖는 연속적인 액체 상간 프린팅을 위한 조립식 어셈블리 및 이와 관련된 방법, 시스템 및 장치
본 발명은 액체 물질로부터 고체 삼차원 물체를 제작하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 가산적 또는 삼차원 제작 기술에서, 삼차원 물체의 제조는 계단식(step-wise) 또는 층별(layer-by-layer) 방식으로 수행되었다. 특히, 층 형성은 가시 광 또는 UV 광 조사의 작용 하에서의 광 경화 수지의 고체화를 통해 수행된다. 두 가지 기술이 알려져 있다. 하나는 성장하는 물체의 상면에 새로운 층을 형성하는 것이고, 다른 하나는 성장하는 물체의 바닥면에 새로운 층을 형성하는 것이다.
성장하는 물체의 상면에 새로운 층이 형성되는 경우, 각 조사 단계 후에 제조 중인 물체가 수지 "풀(pool)"로 낮춰져 새로운 층이 상부에 코팅되며, 새로운 조사 단계가 수행된다. 이러한 기술의 초기 예는 미국 특허 제5,236,637호, Hull의 도 3에 나와 있다. 이러한 "하향식(top down)" 기술의 단점은 성장하는 물체를 액상 수지의 (잠재적으로 깊은) 풀에 잠기게 하고 액상 수지의 정밀한 상부층을 재구축해야 된다는 것이다.
성장하는 물체의 바닥면에 새로운 층이 형성되는 경우, 각 조사 단계 후에 제조 중인 물체는 제작 우물(well) 내의 바닥 플레이트로부터 분리되어야 한다. 이러한 기술의 초기 예는 미국 특허 제5,236,637호, Hull의 도 4에 나와 있다. 이러한 "상향식(bottom up)" 기술은 물질을 잠기게 하는 대신 상대적으로 얕은 우물 또는 풀로부터 물체를 들어내므로 깊은 우물의 필요성을 제거할 수 있다는 가능성을 갖는 반면, 상업적으로 구현되는 이러한 "상향식" 제작 기술의 문제는 바닥 플레이트로부터 고체화된 층을 분리할 때 이들 사이의 물리적 및 화학적 상호작용으로 인해 극도의 주의를 기울여야 하며 추가적인 기계적 요소가 필요하다는 것이다. 예를 들어, 미국 특허 7,438,846호에서, 탄성 분리층이 하부 제조 면에서 고체화된 물질의 "비파괴적" 분리를 달성하기 위해 사용된다. 미국 South Dakota, Deadwood의 B9Creations에서 판매되는 B9CreaterTM 삼차원 프린터와 같은 다른 접근법은 슬라이딩 빌드 플레이트(sliding build plate)를 사용한다. M. Joyce 등의 미국 특허 출원 2013/0292862 및 Y.Chen 등의 미국 특허 출원 2013/0295212 (둘 모두 2013년 11월 7일 출원)을 참고해라. Y.Pan 등의 J. Manufacturing Sci . and Eng . 134, 051011-1 (2012년 10월) 또한 참고해라. 이러한 접근법은 장치를 복잡하게 하고, 방법을 느리게 하며, 및/또는 잠재적으로 최종 제품을 왜곡시킬 수 있는 기계적인 단계를 도입한다.
미국 특허 제7,892,474호에서는 "하향식" 기술과 관련하여 삼차원 물체를 생산하기 위한 연속적인 공정이 제안되었지만, 해당 참조문헌은 생산되는 물품에 대하여 어떻게 비파괴적인 방법으로 "상향식" 시스템을 구현할 수 있는지 설명하고 있지 않다.
본 발명은 가산적(additive) 제작에 의해 삼차원 물체를 생산하기 위한, (관련된 제어 방법, 시스템 및 장치를 포함하는) 방법, 시스템 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 가산적(additive) 제작에 의해 삼차원 물체를 생산하기 위한, (관련된 제어 방법, 시스템 및 장치를 포함하는) 방법, 시스템 및 장치를 개시한다. 바람직한 (그러나 반드시 필수는 아닌) 실시예들에서, 상기 방법은 연속적으로 수행된다. 바람직한 (그러나 반드시 필수는 아닌) 실시예들에서, 상기 삼차원 물체는 액체 계면으로부터 생성된다. 따라서, 본 명세서에서 이를 제한의 목적이 아닌 편의 상 "연속 액체 상간 프린팅(continuous liquid interphase printing)" 또는 "연속 액체 계면 제조(continuous liquid interface production)"("CLIP")라고 일컫는다(이 둘은 상호 교환적으로 사용된다). 예를 들어, J. Tumbleston 등의 Continuous liquid interface production of 3D objects, Science 347, 1349-1352 (2015년 3월 16일 온라인 발행)를 참고해라. 일 실시예에 대한 개략적인 대표도는 본 명세서에서 도 1에 개시된다. 상술한 및 하기에 기재된 방법 및 조성물에 대한 일부 실시예들에서, 중합성 액체는 상온에서 및/또는 방법의 동작 조건 하에서 500 또는 100 센티포아즈(centipoise) 이상의 점도를 가지며, 상온 및/또는 방법의 동작 조건 하에서 10,000, 20,000, 또는 50,000 센티포아즈 이상의 점도까지 갖는다.
일부 실시예에서, 삼차원 프린터를 위한 빌드 플레이트 조립체는, 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 갖는 조명 패널로서, 상기 픽셀들은 선택적으로 광을 방출 및/또는 상기 픽셀들 하부의 조명으로부터 상기 조명 패널의 상면까지 광을 전송하도록 구성되며; 불균일한 표면 토폴로지를 갖는 상부 표면 및 상기 조명 패널의 상기 상면에 부착되는 하부 표면을 갖는 단단하고, 광학적으로 투명하며, 가스-불투과성의 평탄한 스크린 또는 베이스; 및 삼차원 물체를 형성하기 위한 빌드면을 포함하는 상부 표면 및 상기 베이스의 반대편에 위치하는 하부 표면을 갖는 플렉서블하고, 광학적으로 투명하며, 가스-투과성의 시트를 포함하며, 상기 빌드 플레이트는 상기 빌드면에 가스 흐름을 허용하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 가스-투과성 시트와 상기 베이스 사이에 배치된 접착층 및 내부에 채널을 정의하는 채널층을 포함한다. 상기 채널층은 투과성 중합체(예를 들어, PDMS(poly(diethylsiloxane)))와 같은 투과성 물질을 포함한다. 상기 채널층은 상기 접착층 반대편의 바닥면 상의 채널을 정의한다. 상기 채널층은 화학적 결합(예를 들어, 산소 플라즈마 처리, UV 오존 처리 및/또는 습식 화학 처리를 포함하는 산화 처리)에 의해 상기 베이스에 부착된다. 상기 접착층은 가스-투과성 접착제를 포함한다. 상기 접착층은 PDMS(poly(dimethylsiloxane)) 필름(예를 들어, 실리콘 전사 필름 접착제)를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 베이스는 상부 및 바닥부를 포함하며, 상기 상부는 상기 표면 토폴로지를 제공하는 패턴화된 강성 중합체를 포함하고 상기 상부는 상기 바닥부에 부착된다. 상기 상부는 제1물질을 포함하고, 상기 바닥부는 상기 제1물질과 다른 제2물질을 포함한다. 상기 제2물질은 사파이어, 유리 및/또는 석영을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 채널층과 상기 베이스 사이에 상기 빌드면의 탄성력을 증가시키도록 구성된 엘라스토머층을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 투과성 시트 및/또는 채널층은 산소를 감지하기 위한 형광성, 산소-감지 입자를 포함하는 PDMS 복합체를 포함한다.
일부 실시예에서, 투과성 시트, 엘라스토머층 및/또는 채널층은 상기 빌드 플레이트의 일부를 가열하기 위한 전기적 전도성 입자를 포함하는 PDMS 복합체를 포함
일부 실시예에서, 상기 조명 패널은 LCD 패널을 포함한다. 상기 조명 패널은 OLED 패널, 자외선 LED 광 소스 어레이, 및/또는 회색조(grayscale) 조명 패널일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 빌드 플레이트 내의 광 가이드는 상기 조명 패널의 상기 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들에 대응된다.
일부 실시예에서, 상기 표면 토폴로지는 상기 평탄한 베이스와 상기 가스-투과성 시트의 부분들 사이에 소정의 갭을 유지하도록 구성된 랜덤 또는 패터닝된 특징부들(features)을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 가스-투과성 시트는 두께를 포함하고, 상기 갭은 상기 시트의 상기 두께의 5배 이하이다.
일부 실시예에서, 상기 평탄한 베이스와 상기 가스-투과성 시트 사이의 영역은 상기 평탄한 베이스와 상기 가스-투과성 시트 사이의 갭 영역들을 포함하며, 가스 흐름을 증가시키고 상기 가스-투과성 시트 상의 습윤 영역을 감소시키기에 충분한 갭이 유지된다. 일부 실시예에서, 상기 표면 토폴로지는 불규칙 및/또는 랜덤 특징부들을 갖는 거친 표면을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 평탄한 베이스는 산소-투과성이다. 일부 실시예에서, 상기 가스-투과성 시트는 산소-투과성이다. 일부 실시예에서, 상기 평탄한 베이스의 상기 표면 토폴로지는 기계적 연마, 화학적 에칭 및/또는 레이저 절단에 의해 형성된다. 일부 실시예에서, 상기 표면 토폴로지는 상기 평탄한 베이스 면적의 약 1% 내지 약 20%를 덮는 함몰부 또는 돌출부를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 표면 토폴로지는 0.1 내지 5 μm 깊이의 높이 또는 깊이를 갖는 함몰부 또는 돌출부를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 표면 토폴로지는 약 1 내지 약 10 μm의 지름을 갖는 함몰부 또는 돌출부를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 빌드면에 가스 흐름을 증가시키는 상기 표면 토폴로지는 상기 베이스 상부 표면 상에 있다. 일부 실시예에서, 상기 빌드면에 가스 흐름을 증가시키는 상기 표면 토폴로지는 상기 시트 하부 표면 상에 있다. 상기 시트의 두께는 약 150 μm 미만이다. 일부 실시예에서, 상기 베이스는 사파이어, 유리, 석영 또는 중합체를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 시트는 플루오로 중합체(예를 들어, 퍼플루오로폴리에테르 (perfluoropolyether) 중합체)를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 표면 토폴로지는 20% 미만, 15% 미만 또는 10% 미만의 광 산란 각도를 갖는다.
일부 실시예에서, 삼차원 물체를 형성하는 방법은, 캐리어 및 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재를 제공하는 단계로서, 상기 캐리어와 상기 빌드면은 그들 사이에 빌드 영역을 정의함; 상기 빌드 영역을 중합성 액체로 충진(filling)하는 단계; 상기 중합성 액체로부터 고형 중합체를 형성하도록, 상기 광학적으로 투명한 부재를 통해 상기 빌드 영역에 광을 연속적으로 또는 간헐적으로 조사하는 단계; 상기 고체 중합체로부터 상기 삼차원 물체를 형성하도록, 상기 빌드면으로부터 멀어지는 상기 캐리어를 연속적 또는 간헐적으로(예를 들어, 순차적으로 또는 상기 조사 단계와 동시에) 전진시키는 단계를 포함하며, 상기 광학적으로 투명한 부재는 본 명세서에 기술된 빌드 플레이트를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 충진하는 단계, 조사하는 단계, 및/또는 전진시키는 단계는 또한 동시에: (i) 상기 빌드면과 접촉하는 중합성 액체의 데드 구역을 연속적으로 유지하는 단계, 및 (ii) 상기 데드 구역 및 상기 고체 중합체 사이에, 이들과 각각 접촉하는 중합 구역의 구배(gradient)를 연속적으로 유지하는 단계를 포함하며, 상기 중합 구역의 구배는 부분적으로 경화된 형태의 상기 중합성 액체를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 중합된 영역이 부착된 상기 캐리어는 상기 고정된 빌드 플레이트 상의 상기 빌드면으로부터 멀어지도록 단방향으로 전진한다.
일부 실시예에서, 상기 충진하는 단계는 상기 중합성 액체를 갖는 상기 빌드 영역의 재충진을 향상시키거나 촉진시키기 위해, 상기 빌드면에 대하여 상기 캐리어를 수직으로 왕복 운동시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 수직 왕복 운동 단계는 상향 스트로크(upstroke) 및 하향 스토로크(downstroke)를 포함하며, 상기 상향 스트로크의 거리는 상기 하향 스트로크의 거리보다 크고 상기 전진 단계를 부분적으로 또는 전체적으로 동시에 수행한다.
일부 실시예에서, 상기 수직 왕복 운동 단계는 상향 스트로크를 포함하며, 상기 상향 스트로크의 속도는 상기 상향 스트로크 동안 일정 기간에 걸쳐 가속한다.
일부 실시예에서, 상기 상향 스트로크는 점진적으로 시작한다. 일부 실시예에서, 상기 수직 왕복 운동 단계는 하향 스트로크를 포함하며, 상기 하향 스트로크의 속도를 상기 하향 스트로크 동안 일정 기간에 걸쳐 감속한다. 일부 실시예에서, 상기 하향 스트로크는 점진적으로 종료된다.
일부 실시예에서, 상기 수직 왕복 운동 단계는 0.01 또는 0.1초에서 1 또는 10초까지의 총 시간에 걸쳐 및/또는 0.02 또는 0.2 밀리미터에서 1 또는 10 밀리미터까지의 상향 스트로크 이동 거리에 걸쳐 수행된다.
일부 실시예에서, 상기 전진은 분당 1, 2, 5 또는 10 개별 전진에서 분당 300, 600 또는 1000 개별 전진 속도로 간헐적으로 수행되며, 상기 조사 단계가 수행되는 동안 정지(pause)가 각각 뒤따른다.
일부 실시예에서, 상기 개별 전진 각각은 10 또는 50 미크론에서 100 또는 200 미크론의 각각의 전진에 대한 평균 이동 거리에 걸쳐 수행된다.
일부 실시예에서, 상기 빌드면은 측면(예를 들어, X 및 Y) 차원에서 고정 및 정지된다.
일부 실시예에서, 상기 빌드면은 수직(또는 Z) 차원에서 고정 및 정지된다.
일부 실시예에서, 상기 광학적으로 투명한 부재는 반투명 부재를 포함하며, 데드 구역을 상기 연속적으로 유지하는 단계는 상기 데드 구역 및 상기 중합 구배를 유지하기에 충분한 양으로 상기 광학적으로 투명한 부재를 통해 중합 억제제를 제공함으로써 수행된다.
일부 실시예에서, 상기 상기 광학적으로 투명한 부재는 반투과성 플로우로 중합체, 강성 가스-투과성 중합체, 다공성 유리, 또는 이들의 조합으로 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 중합 구역 구배 및 상기 데드 구역은 함께 1 내지 1000 미크론의 두께를 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 중합 구역 구배는 적어도 5, 10, 20, 또는 30초, 또는 적어도 1 또는 2분의 시간동안 유지된다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 삼차원 물체 내에 절단선을 형성하기 위해 충분한 시간 동안 상기 중합 구역의 구배를 방해(disrupting)하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 빌드 영역에서 점도를 감소시키기 위해 상기 중합성 액체를 가열하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 반투과성 부재는 0.1 내지 100 밀리미터의 두께를 가지고; 및/또는 상기 반투과성 부재는 적어도 7.5x10-17m2s-1Pa-1 - (10 Barrers)의 산소 투과성을 가지고; 및/또는 상기 반투과성 투재는 반투과성 플루오로 중합체, 강성-가스 투과성 중합체, 다공성 유리, 또는 이들의 조합으로 형성된다.
일부 실시예에서, 상기 중합성 액체는 자유 라디칼 중합성 액체를 포함하고 상기 억제제는 산소를 포함하며; 또는 상기 중합성 액체는 산-촉매 또는 양이온 중합성 액체를 포함하며, 상기 억제제는 염기를 포함한다.
일부 실시예에서, 중합성 액체로부터 삼차원 물체를 형성하는 장치는, (a) 지지체; (b) 상기 지지체와 동작적으로 연관되고 상부에 삼차원 물체가 형성되는 캐리어; (c) 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재로서, 상기 빌드면과 상기 캐리어는 그들 사이에 빌드 영역을 정의; (d) 상기 빌드면과 동작적으로 연관되고 고체화 또는 중합을 위한 상기 빌드 영역 내로 액체 중합체를 제공하도록 구성된 액체 중합체 공급원(예를 들어, 웰(well)); (e) 상기 중합성 액체로부터 고체 중합체를 형성하기 위해 상기 광학적으로 투명한 부재를 통해 상기 빌드 영역에 조사하도록 구성된 방사선 소스; (f) 상기 투명 부재 또는 상기 캐리어 중 하나와 동작적으로 연관된 선택적인 적어도 하나의 구동부; (g) 상기 고체 중합체로부터 상기 삼차원 물체를 형성하기 위해 상기 빌드면으로부터 상기 캐리어를 전진하기 위하여, 상기 캐리어, 및/또는 선택적인 상기 적어도 하나의 구동부, 및 상기 방사선 소스와 동작적으로 연관된 제어부를 포함하며, 상기 선택적 투명 부재는 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항의 광학적으로 투명한, 가스-불투과성 평탄한 스크린 또는 베이스를 갖는 빌드 플레이트를 포함하며, 상기 방사선 소스는 상기 평탄한 스크린을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 제어부는 상기 중합성 액체로 상기 빌드 영역을 재충진하는 것을 향상시키거나 촉진하기 위해 상기 빌드면에 대하여 상기 캐리어를 진동 또는 왕복 운동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 제어부는 상기 충진, 전진 및/또는 조사 단계와 동시에 상기 고체 중합체로부터 상기 삼차원 물체를 형성하도록 추가적으로 구성되며, (i) 상기 빌드면과 접촉하는 중합성 액체의 데드 구역을 연속적으로 유지하는 단계, 및 (ii) 상기 데드 구역 및 상기 고체 중합체 사이에, 이들과 각각 접촉하는 중합 구역의 구배를 연속적으로 유지하는 단계를 포함하고, 상기 중합 구역의 구배는 부분적으로 경화된 형태의 상기 중합성 액체를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 빌드 플레이트는 실질적으로 고정 또는 정지되어 있다.
일부 실시예에서, 상기 반투과 부재는 상면부, 바닥면부, 및 에지면부를 포함하고, 상기 빌드면은 상기 상면부 상에 있으며, 상기 공급면은 적어도 상기 상면부, 상기 바닥면부, 및 상기 에지면부 중 적어도 하나의 상부이다.
일부 실시예에서, 상기 선택적 투명 부재는 반투과성 부재를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 반투과성 부재는 0.1 내지 100 밀리미터 두께를 가지고, 및/또는 상기 반투과성 부재는 적어도 7.5x10-17m2s-1Pa-1 (10 Barrers)의 산소 투과성을 가지며, 및/또는 상기 반투과성 부재는 반투과성 플루오로 중합체, 강성 가스-투과성 중합체, 다공성 유리, 또는 이들의 조합으로 형성된다.
본 발명의 비-제한적 예시 및 특정 실시예는 본 명세서의 도면 및 하기에 기술된 명세서에서 보다 상세하게 설명된다. 본 명세서에서 인용된 모든 미국 특허 문헌의 개시는 전체적으로 본 명세서에 참고로 인용된다.
본 발명은 가산적(additive) 제작에 의해 삼차원 물체를 생산하기 위한, (관련된 제어 방법, 시스템 및 장치를 포함하는) 방법, 시스템 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명을 수행하기 위한 제어 시스템 및 방법을 나타내는 제1흐름도이다.
도 4는 본 발명을 수행하기 위한 제어 시스템 및 방법을 나타내는 제2흐름도이다.
도 5는 본 발명을 수행하기 위한 제어 시스템 및 방법을 나타내는 제3흐름도이다.
도 6은 캐리어의 전진 및 빌드 영역의 조사가 연속적으로 수행되는, 빌드면 또는 플레이트에 대한 캐리어의 위치를 나타내는 본 발명의 공정을 나타내는 그래프이다. 상기 캐리어의 전진은 수직축 상에 도시되며, 시간은 수평축 상에 도시된다.
도 7은 캐리어의 전진 및 빌드 영역의 조사가 단계적으로 수행되며 여전히 데드 구역(dead zone) 및 중합 구배(gradient)를 유지하는, 빌드면 또는 플레이트에 대한 캐리어의 위치를 나타내는 본 발명의 다른 공정을 나타내는 그래프이다. 상기 캐리어의 전진은 수 축 상에 도시되며, 시간은 수평축 상에 도시된다.
도 8은 캐리어의 전진 및 빌드 영역의 조사가 단계적으로 수행되며, 여전히 데드 구역 및 중합 구배를 유지하고, 중합성 액체의 빌드 영역으로의 흐름을 향상시키기 위하여 조사 단계 사이에 왕복 운동 단계가 도입되는, 빌드면 또는 플레이트에 대한 캐리어의 위치를 나타내는 본 발명의 또 다른 공정을 나타내는 그래프이다. 상기 캐리어의 전진은 수직축 상에 도시되며, 시간은 수평축 상에 도시된다.
도 9는 상향 스트로크(upstroke) 동안 발생하는 가속 기간(즉, 상향 스트로크의 점진적 시작) 및 하향 스트로크 동안 발생하는 감속 기간(즉, 하향 스트로크로의 점진적 종료)을 나타내는, 도 8의 왕복 운동 단계의 상세도이다.
도 10은 제1베이스(또는 "접착") 구역, 제2전이 구역, 및 제3본체 구역을 통해 본 발명의 공정에 의해 삼차원 물체를 제작하는 과정에서 시간(t)에 걸친 캐리어의 이동(z)을 개략적으로 나타낸다.
도 11a는 연속적인 전진 및 연속 노광에 의해 삼차원 물체를 제작하는 과정에서 시간(t)에 걸친 캐리어의 이동(z)을 개략적으로 나타낸다.
도 11b는 조명이 간헐적(또는 "스트로브(strobe)") 패턴인 것을 제외하고, 도 11a와 유사한 방식의 삼차원 물체의 제작을 나타낸다.
도 12a는 간헐적(또는 "계단식") 전진 및 간헐적 노출에 의해 삼차원 물체를 제작하는 과정에서 시간(t)에 걸친 캐리어의 이동(z)을 개략적으로 나타낸다.
도 12b는 조명이 간헐적(또는 "스트로브") 패턴으로 단축된다는 것을 제외하고, 도 12a와 유사한 방식의 삼차원 물체의 제작을 나타낸다.
도 13a는 진동 전진 및 간헐적 노출에 의해 삼차원 물체를 제작하는 과정에서 시간(t)에 걸친 캐리어의 이동(z)을 개략적으로 나타낸다.
도 13b는 조명이 간헐적(또는 "스트로브") 패턴으로 단축된다는 것을 제외하고, 도 13a와 유사한 방식의 삼차원 물체의 제작을 나타낸다.
도 14a는 캐리어의 정적(static) 부분의 지속 시간이 "스트로브" 노광의 지속 시간 근처로 단축된, "스트로브" 제작 패턴의 하나의 세그먼트를 개략적으로 나타낸다.
도 14b는 캐리어가 스트로브의 조명 기간 동안 천천히 상향으로 이동하는 것을 제외하고, 도 14a에 유사한 스트로브 제작 패턴의 일 세그먼트의 개략도이다.
도 15a는 본체 세그먼트가 두 개의 연속 세그먼트로 제작되고, 제1세그먼트가 진동 동작 모드에서 수행되며 제2세그먼트가 연속 동작 모드에서 수행된다는 것을 제외하고, 도 13a와 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 15b는 진동 동작 모드가 계단식 동작 모드로 대체된다는 것을 제외하고, 도 15a에 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 16a는 본체 세그먼트가 3개의 연속 세그먼트에서 제작되고, 제1 및 제3세그먼트는 연속 동작 모드에서 수행되고, 제2세그먼트는 진동 작동 모드에서 수행된다는 것을 제외하고, 도 11a와 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 16b는 진동 동작 모드가 계단식 동작 모드로 대체된다는 것을 제외하고, 도 16a와 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 17a는 베이스 구역, 전이 구역, 및 본체 구역의 제1세그먼트가 스트로브 연속 동작 모드에서 수행되고, 본체 구역의 제2세그먼트가 진동 동작 모드에서 제작되며, 본체 구역의 제3세그먼트가 연속 동작 모드에서 제작된다는 것을 제외하고, 도 16a와 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 17b는 본체 구역의 제2세그먼트가 계단식 동작 모드에서 제작된다는 것을 제외하고 도 17a와 유사하다.
도 18a는 광 세기가 베이스 및 전이 구역을 제작하는 과정에서 변화되며, 광 세기 및 전진 속도가 본체 구역을 제작하는 과정에서 변화된다는 점을 제외하고, 도 11a와 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 18b는 광이 간헐적 방식으로 중단된다는 점을 제외하고, 도 17a와 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다. (중단된 세그먼트 동안의 광 세기를 나타내는 파선은 도 17a와의 비교를 위한 것이다.)
도 19는 본체 세그먼트의 제작 동안 작동 모드가 연속적, 왕복으로, 및 뒤로 여러 번 변경된다는 것을 제외하고, 도 11a에 유사한 삼차원 물체 제작에 대한 개략도이다.
도 20은 왕복 또는 계단식 동작 모드에서 변경될 수 있는 파라미터를 개략적으로 나타낸다.
도 21a는 일정한 슬라이스 두께 및 일정한 캐리어 속도를 갖는, 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 21b는 가변 슬라이스 두께 및 일정한 캐리어 속도를 갖는, 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 21c는 일정한 슬라이스 두께 및 가변 캐리어 속도를 갖는, 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 21d는 가변 슬라이스 두께 및 가변 캐리어 속도를 갖는, 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 21e는 일정한 슬라이스 두께를 갖는, 왕복 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 21f는 가변 슬라이스 두께를 갖는, 왕복 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 22는 일부 실시예들에 따른 내부에 채널을 갖는 투과성 시트를 갖는 빌드 플레이트의 측 단면도이다.
도 23은 일부 실시예들에 따른 패턴화된 베이스층과 조명 패널을 갖는 빌드 플레이트의 측 단면도이다.
도 24는 일부 실시예들에 따른 채널층 및 조명 패널을 갖는 빌드 플레이트의 측 단면도이다.
도 25는 일부 실시예들에 따른 채널층 및 조명 패널을 갖는 빌드 플레이트의 측 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구체화될 수 있으며 여기에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 한정되어서는 안 된다. 오히려 이러한 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하며 통상의 기술자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달할 수 있도록 하기 위해 제공된다.
동일한 번호는 동일한 요소를 지칭한다. 도면에서, 특정 라인, 층, 성분, 요소 또는 특징부(feature)의 두께는 명확성을 위해 과장될 수 있다. 점선은, 사용된 경우, 별도로 지정하지 않는 한 선택적 특징부 또는 동작을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 용어는 오직 특정 실시예를 설명하기 위한 목적이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된, 단수 형태 "일(a)", "일(an)" 및 "그(the)"는 문맥상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함하는 것을 의도한다. 본 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"이라는 용어는 명시된 특징부, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹 또는 조합의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹 또는 조합의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 임의의 모든 가능한 조합 또는 하나 이상의 연관된 열거 항목뿐만 아니라 대안("또는")으로 해석될 때에는 조합이 아닌 것을 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 명세서 및 청구 범위의 맥락에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 간략성 및/또는 명확성을 위해 잘 알려진 기능 또는 구성은 상세히 기술하지 않을 수 있다.
어떤 요소가 다른 요소 "위에", 다른 요소에 "부착된", "연결된" 또는 "결합된", "접촉하는" 등의 용어로 지칭될 때, 그것은 다른 요소 바로 상에, 다른 요소에 직접 부착된, 연결된, 결합된 및/또는 접촉하는 것일 수 있거나 또한 개재된 요소가 존재할 수도 있음을 의미한다. 반대로, 어떤 요소가 예를 들어, 다른 요소 "바로 위에", 다른 요소에 "직접 부착된", "직접 연결된", "직접 결합된" 또는 "직접 접촉하는"으로 지칭될 때, 다른 개재 요소가 존재하지 않음을 의미한다. 통상의 기술자는 다른 특징에 "인접하게" 배치된 구조체 또는 특징부는 인접한 특징부와 중첩하거나 하부에 있는 부분을 가질 수 있음을 이해할 것이다.
본 명세서에서 "밑에(under)", "아래(below)", "하부에(lower)", "상에(over)", "위에(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 다른 요소(들) 또는 특징부(들)과 일 요소 또는 특징부의 관계를 기술하기 위한 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 사용 또는 동작 시 장치의 상이한 방향을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 만약 도면에서 장치가 반전된 경우, 다른 요소들 또는 특징부들의 "밑에(under)" 또는 "아래(beneath)"로서 설명된 요소들은 다른 요소들 또는 특징부들 "상에(over)" 위치될 것이다. 따라서, 예시적 용어 "아래"는 아래 방향 또는 위 방향 모두를 포함할 수 있다. 그 외에, 장치는 (90도 회전 또는 다른 방향으로) 지향될 수 있으며 공간적으로 상대적인 설명은 본 명세서에서 그에 따라 해석될 수 있다. 유사하게, 용어 "위쪽으로", "아래쪽으로", "수직", "수평" 등의 용어는 달리 명시하지 않는 한 본 명세서에서 오직 설명의 목적으로만 사용된다.
제1, 제2 등의 용어가 본 명세서에서 다양한 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 용어는 본 명세서에서 오직 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션과 구분하기 위해서만 사용된다. 따라서, 본 명세서에서 논의된 제1요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 제2요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수도 있다. 동작(또는 단계)의 순서는 달리 명시하지 않는 한 청구 범위 또는 도면에 제시된 순서로 제한되지 않는다.
1. 중합성 액체 / 파트 A 성분
임의의 적합한 중합성 액체는 본 발명을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 액체(본 명세서에서 때때로 "액상 수지", "잉크", "또는 간단하게 "수지"라고도 함)는 단량체, 특히 광 중합성 및/또는 유리(free) 라디칼 중합성 단량체, 및 유리 라디칼 개시제와 같은 적합한 개시제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예들은, 이에 제한되지는 않지만 아크릴(acrylics), 메타크릴산(methacrylics), 아크릴아미드(acrylamides), 스티렌(styrenics), 올레핀(olefins), 할로겐화 올레핀(halogenated olefins), 고리형 알켄(cyclic alkenes), 말레산 무수물(maleic anhydride), 알켄(alkenes), 알킨(alkynes), 일산화탄소(carbon monoxide), 작용화 올리고머(functionalized oligomers), 다작용성 경화 부위 단량체(multifunctional cure site monomers), 작용화 PEG(functionalized PEGs) 등 및 이들의 조합을 포함한다. 액상 수지, 단량체 및 개시체는 이에 대한 예들은, 이에 제한되진 않지만 US 특허 번호 8,232,043; 8,119,214호; 7,935,476; 7,767,728; 7,649,029; WO 2012129968 A1; CN 102715751 A; JP 2012210408 에 개시되어 있다.
산 촉매 중합성 액체. 전술한 바와 같이 일부 실시예들에서, 중합성 액체는 유기 라디칼 중합성 액체(이 경우 억제제는 후술하는 바와 같이 산호일 수 있음)를 포함하고, 다른 실시예에서 중합성 액체는 산 촉매 또는 양이온 중합된, 중합성 액체를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 중합성 액체는 에폭사이드기(epoxide groups), 비닐 에테르기(vinyl ether groups) 등과 같은 산 촉매에 적합한 그룹을 함유한다. 따라서, 적합한 단량체는 메톡시에틴(methoxyethene), 4-메톡시스티렌(4-methoxystyrene), 스티렌(styrene), 2-메틸프로프-1-엔(2-methylprop-1-ene), 1,3-부타디엔(1,3-butadiene) 등과 같은 올레핀(olefins); 옥시란(oxirane), 티에탄(thietane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 옥사졸린(oxazoline), 1,3 다이옥세파인(1,3, dioxepane), 옥세탄-2-원(oxetan-2-one) 등과 같은 헤테로사이클로 단량체(락톤(lactones), 락탐(lactams), 및 사이클릭 아민(cyclic amines) 포함), 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 (일반적으로 이온성 또는 비-이온성) 광산 발생제(PAG)가 산 촉매화된 중합성 액체에 포함되며, 예들은 이에 제한되진 않지만, 디페닐 요오다이드 헬사플루오로포스페이트(diphenyl iodide hexafluorophosphate), 디페닐 요오다이드 헥사플루오로아세네이트(diphenyl iodide hexafluoroarsenate), 디페닐 요오다이드 헥사플루오로안티모네이트(diphenyl iodide hexafluoroantimonate), 디페닐 p-메톡시페닐 트리플레이트(diphenyl p-methoxyphenyl triflate), 디페닐 p-톨레닐 트리플레이트(diphenyl p-toluenyl triflate), 디페닐 p-이소부틸페닐 트리플레이트(diphenyl p-isobutylphenyl triflate), 디페닐 p-터트-부틸페닐 트리플레이트(diphenyl p-tert-butylphenyl triflate), 트리페닐술포늄 헥사플루오로 포스페이트(triphenylsulfonium hexafluororphosphate), 트리페닐술포늄 헥사플루오로아세네이트(triphenylsulfonium hexafluoroarsenate), 트리페닐술포늄 헥사플루오로안티모네이트(triphenylsulfonium hexafluoroantimonate), 트리페닐술포늄트리플레이트(triphenylsulfonium triflate), 디부틸나프틸술포늄 트리플레이트(dibutylnaphthylsulfonium triflate) 등과 같은 오늄 연(onium salts), 설포늄(sulfonium) 및 요오도늄 염(iodonium salts) 등을 포함한다. US 특허 번호 7,824,839; 7,550,246; 7,534,844; 6,692,891; 5,374,500; 및 5,017,461를 참고해라; 또한, Photoacid Generator Selection Guide for the electronics industry and energy curable coatings (BASF 2010)을 참고해라.
하이드로 겔. 일부 실시예에서, 적합한 수지는 폴리(에텔렌 글리콜)(PDG) 및 젤라틴과 같은 광 경화성 하이드로 겔을 포함한다. PEG 하이드로 겔은 성장 인자(Growth factors)를 포함한 다양한 생물학적 제재를 전달하는 데 사용되어 왔다. 그러나, 사슬 성장 중합에 의해 가교 결합된 PEG 하이드로 겔이 직면하는 큰 문제는 돌이킬 수 없는 단백질 손상의 가능성이다. 광중합된 PEG 디아크릴레이트 하이드로 겔로부터 생물학적 물질의 방출을 최대화하기 위한 조건은 지속된 전달을 허용하는 광중합 전에, 단량체 수지 용액에 친화성 결합 펩타이드 서열을 포함시킴으로써 향상될 수 있다. 젤라틴은 식품, 화장품, 제약 및 사진 산업에서 자주 사용되는 생체고분자이다. 그것은 콜라겐의 열 변성 또는 화학적 및 물리적 분해에 의해 얻어진다. 동물, 물고기 및 인간에서 찾아낸 것들을 포함하여, 젤라틴은 3개의 종류가 있다. 찬물 물고기의 피부로부터 얻어진 젤라틴은 의약품에 사용하기에 안전하다. UV 또는 가시광선은 적절하게 변형된 젤라틴을 가교 결합시키는 데 사용될 수 있다. 젤라틴을 가교 결합시키는 방법은 로즈 벵갈(Rose Bengal)과 같은 염료로부터 유도체를 경화하는 것을 포함한다.
광경화성 실리콘 수지. 적합한 수지는 광경화성 실리콘을 포함한다. SiloprenTM UV 경화 실리콘 고무와 같은 UV 경화 실리콘 고무는 LOCTITETM 경화 실리콘 접착제 밀봉재와 같이 사용될 수 있다. 응용 분야에는 광학 기기, 의료 및 수술 장비, 외장 조명 및 인클로저, 전기 커넥터/센서, 광섬유 및 개스킷(gaskets)이 포함된다.
생분해성 수지. 생분해성 수지는 약물을 전달하기 위한 이식 가능한 장치 또는 생분해성 나사 및 스텐트(US 특허 7,919,162; 6,932,930)와 같은 일시적 수술 응용에서 특히 중요하다. 젖산 및 클리콜산(PLGA; glycolic acid)의 생분해성 공중합체는 PEG 디메타크릴레이트에 용해되어 사용하기에 적합한 투명 수지를 산출할 수 있다. 폴리카프로락톤 및 PLGA 올리고머는 아크릴 또는 메타크릴기로 작용화되어 이들이 사용하기에 효과적인 수지가 될 수 있다.
광경화성 폴리우레탄. 특히 유용한 수지는 광경화성 폴리우레탄이다. 광중합성 폴리우레탄 조성물은, (1)지방족 디이소시아네이트(aliphatic diisocyanate), 폴리(헥사메틸렌 이소프탈레이트 글리콜)(poly(hexamethylene isophthalate glycol) 및 선택적으로, 1,4-부탄디올(1,4-butanediol)을 기재로 한 폴리우레탄; (2)다작용성 아크릴산 에스테르(polyfunctional acrylic ester); (3)광개시제(photoinitiator); 및 (4)항산화제는, 강성, 내마모성 및 내오염성 물질을 제공하도록 제형화될 수 있다(US 특허 4,337,130). 광경화성 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머는 사슬 연장제로서 광반응선 디아세틸렌 디올(diacetylene diols)을 혼입한다.
고성능 수지. 일부 실시예에서, 고성능 수지가 사용된다. 이러한 고성능 수지는 상술하였으며 하기에 추가적으로 논의하는 바와 같이, 때때로 가열을 사용하여 용융 및/또는 점도를 감소시킬 필요가 있다. 이러한 수지의 예로는 US 특허 번호 7,507,784; 6,939,940에 기재된 에스테르, 에스테르-이미드, 및 에스테르-아미드 올리고머의 액체 결정성 중합체(liquid crystalline polymers)로서 지칭되는 물질들을 위한 수지를 포함하지만, 이에 제한되진 않는다. 이러한 수지는 때때로 고온 열경화성 수지로서 사용되기 때문에, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 벤조페논(benzophenone), 안트라퀴논(anthraquinone), 플루오로에논(fluoroenone) 개시제(이의 유도체 포함)와 같은 적합한 광 개시제를 추가로 포함하여 조사 시 가교 결합을 개시하도록 한다.
추가적인 예시적 수지. 치과용으로 특히 유용한 수지는 EnvisionTEC의 Clear Guide, EnvisionTEC의 E-Denstone 물질을 포함한다. 보청기 산업에 특히 유용한 수지는 EnvisionTEC의 e-Shell 300 시리즈 수지를 포함한다. 성형(molding)/주조(casting) 분야에서 특히 유용한 수지로는 직접적으로 가황 고무와 함께 사용하기 위한 Envision TEC의 HTM140IV 고온 금형 물질이 있다. 견고하고 튼튼한 부품을 만들기에 특히 유용한 물질로는 Envision TEC의 RC31 수지가 있다. 물품 주조 분야에서 특징 유용한 수지는 Envision TEC의 Easy Cast EC500을 포함한다.
추가적인 수지 성분. 액상 수지 또는 중합성 물질은 그 안에 현탁되거나 분산된 고체 입자를 가질 수 있다. 임의의 적합한 고체 입자가 제조되는 최종 생성물에 따라 사용될 수 있다. 입자는 금속, 유기/중합체, 무기 또는 이들의 복합체 또는 혼합물일 수 있다. 입자는 비전도성, 반전도성 또는 전도성(금속 및 비금속 또는 중합체 도전체 포함)일 수 있으며, 입자는 자성, 강자성, 상자성 또는 비자성일 수 있다. 입자는 구형, 타원형, 원통형 등을 포함하는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 입자는 하기에 기술된 바와 같이 활성제 또는 검출 가능한 화합물을 포함할 수 있지만, 이들은 또한 하기에서 논의되는 바와 같이 액상 수지에 녹아 용해될 수 있다. 예를 들어, 자성 또는 상자성 입자 또는 나노 입자가 사용될 수 있다. 수지 또는 중합성 물질은 이온성 계면 활성제, 비이온성 계면 활성제, 블록 공중합체 등과 같은 분산제를 함유할 수 있다.
액상 수지는 제작하고자 하는 생산물의 특정 목적에 따라, 안료, 염료, 활성 화합물 또는 약제 화합물, 검출 가능한 화합물(예를 들어, 형광, 인광, 방사성) 등을 포함하며, 그 안에 가용화된 추가 성분을 가질 수 있다. 이러한 부가적인 성분의 예들은 단백질, 펩타이드, siRNA와 같은 핵산(DNA, RNA), 당, 작은 유기 화학물(약제 및 약제 유사 화합물) 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
중합 억제제. 본 발명에서 사용하기 위한 억제제 또는 중합 억제제는 액체 또는 기체 형태일 수 있다. 일부 실시예에서는, 가스 억제제가 바람직하다. 특정 억제제는 중합되는 단량체 및 중합 반응에 의존할 것이다. 자유 라디칼 중합 단량체의 경우, 억제제는 공기와 같은 기체, 산소가 풍부한 기체(선택적으로 일부 실시예에서 가연성을 감소시키기 위해 추가적인 불활성 기체를 함유하는 것이 바람직함)의 형태로 편리하게 제공될 수 있는 산소이거나, 일부 실시예에서는 순수한 산소 가스일 수 있다. 다른 실시예에서, 단량체가 광산 발생기(photoacid generator) 개시제에 의해 중합되는 경우, 억제제는 암모니아(ammonia), 트레이스 아민(trace amines) (예를 들어, 메틸 아민(methyl amine), 에틸 아민(ethyl amine), 디메틸 아민(dimethyl amine), 디에틸 아민(diethyl amine), 트리메틸 아민(trimethyl amine), 트리에틸 아민(triethyl amine) 등과 같은 디 및 트리알킬 아민(di and trialkyl amines)), 또는 이산화탄소, 이들의 혼합 또는 조합과 같은 염(base)일 수 있다.
살아있는 세포를 운반하는 중합성 액체. 일부 실시예에서, 중합성 액체는 살아있는 세포를 "입자"로 운반할 수 있다. 이러한 중합성 액체는 일반적으로 수성이고 산소가 공급될 수 있으며, 살아있는 세포는 불연속적인 상(phase)인 "에멀전(emulsions)"으로 간주될 수 있다. 적합한 살아있는 세포는 식물 세포(예를 들어, 단구, 쌍떡잎), 동물 세포(예를 들어, 포유 동물, 조류, 양서류, 파충류 세포), 미생물 세포(예를 들어, 원핵 생물, 진핵 생물, 원충 등) 등일 수 있다. 세포는 임의의 유형의 조직(예를 들어, 혈액, 연골, 뼈, 근육, 내분비선, 외분비선, 상피 세포, 내피 세포 등)에 대응되거나 이들로부터 분화된 세포이거나, 줄기 세포 또는 선조(progenitor) 세포와 같은 미분화 세포일 수 있다. 이러한 실시예에서, 중합성 액체는 하이드로 겔을 형성하는 것일 수 있으며, 미국 특허 번호 7,651,683; 7,651,682; 7,556,490; 6,602,975; 5,836,313; 등에 개시된 것을 포함하나 이에 한정되진 않는다.
2. 장치
본 발명의 비한정적 실시예가 도 2에 도시된다. 실시예는 전자기장 방사선(12)을 제공하는 디지털 광 프로세서(DLP)와 같은 방사선 소스(11)를 포함하며, 이를 통해 반사 거울(13)은 벽(14) 및 빌드 챔버 하부에 형성된 강성 빌드 플레이트(15)에 의해 정의된 빌드 챔버를 조명한다. 챔버(15)의 바닥은 이하에 더 상세히 설명되는 반투과 부재를 포함하는 빌드 플레이트로 구성된다. 구축 중인 물체(17)의 상부는 캐리어(18)에 부착된다. 캐리어는 선형 스테이지(19)에 의해 수직 방향으로 구동되지만, 후술하는 바와 같이 다른 구조가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서는 간단한 중력 공급이 사용될 수 있지만, 액체 수지 저장소(reservoir), 튜빙(tubing), 펌프 액체 레벨 센서 및/또는 밸브가 빌드 챔버(미도시)에 액상 수지 풀을 보충하기 위해 포함될 수 있다. 연관된 배선과 함께, 캐리어 또는 선형 스테이지를 위한 구동/액추에이터가 공지된 기술(미도시)에 따라 포함될 수 있다. 구동/액추에이터, 방사선 소스 및 일부 실시예에서 펌프 및 액체 레벨 센서는 모두 공지된 기술에 따라 적절한 제어기와 동작적으로 연관될 수 있다.
본 발명을 수행하기 위해 사용되는 빌드 플레이트(15)는 일반적으로 (보통 강성 또는 고체, 정지된, 및/또는 구성된) 반투과성 (또는 가스 투과성) 부재를 혼자 또는 하나 또는 그 이상의 (예를 들어, 가요성 반투과 물질을 경화시키기 위한 클램프 또는 인장 부재와 같은) 추가적인 지지 기판과 결합된 상태로 포함할 수 있다. 반투과성 부재는 관련 파장에서 광학적으로 투명한 (또는 인간의 눈에 의해 감지될 때 시각적으로 투명한지 아닌지 무관하게, 방사선 소스에 대해 투명한 - 즉, 광학적으로 투명한 윈도우는 일부 실시예에서 시각적으로 불투명할 수 있음) 적절한 물질로 제조될 수 있으며, 다공성 또는 미세다공성 유리, 및 강성 유리 투과성 콘택트 렌즈의 제조에 사용되는 강성 가스 투과성 중합체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되진 않는다. 예를 들어, Norman G. Gaylord, US 특허 번호 RE31,406를 참고해라; 또한, US 특허 번호 7,862,176; 7,344,731; 7,097,302; 5,349,394; 5,310,571; 5,162,469; 5,141,665; 5,070,170; 4,923,906; 및 4,845,089를 참고해라. 일부 실시예에서, 그러한 물질은 유리 및/또는 비결정성 중합체 및/또는 실질적으로 가교 결합된 것으로 특정되며, 본질적으로 비-팽창성을 갖는다. 바람직하게는, 반투과성 부재는 중합될 액체 수지 또는 물질에 접촉될 때 팽창되지 않는 (즉, "비-팽창성")인 물질로 형성된다. 반투과성 부재에 적합한 재료는 US 특허 번호 5,308,685 및 5,051,115에 기재된 것과 같은 비정질 플루오로 중합체를 포함한다. 예를 들어, 이러한 플루오로 중합체는 유기 액체 수지 잉크와 함께 중합될 때 잠재적으로 팽창될 수 있는 실리콘보다 특히 유용하다. 보다 많은 수성-기재 단량체 시스템 및/또는 낮은 팽창 경향을 갖는 일부 중합 수지 잉크 시스템과 같은 몇몇 액상 수지 잉크에 대해서는, 실리콘 기반의 윈도우 물질이 적합할 수 있다. 유기 액상 수지 잉크의 용해도 또는 투과율은 윈도우 재료의 가교 결합 밀도를 증가시키거나 액상 수지 잉크의 분자량을 증가시키는 것을 포함한 다수의 공지된 파라미터에 의해 크게 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 빌드 플레이트는 본 발명의 장치로부터 분리될 때 가요성이지만 (예를 들어, 인장 링으로) 장치에 설치될 때 장치에 고정되거나 단단해지도록 클램프되고 인장되는 재료의 박막 또는 시트로 형성될 수 있다. 특정 물질은 듀퐁(DuPont)으로부터 상업적으로 입수 가능한 TEFLON AF® 플루오로 중합체를 포함한다. 추가적인 물질은 US 특허 번호 8,268,446; 8,263,129; 8,158,728; 및 7,435,495에 개시된 것과 같은 퍼플루오로폴리에테르(perfluoropolyether) 중합체를 포함한다.
본질적으로 모든 고체 물질 및 전술한 대부분의 물질들은 본래 "유연성"을 갖지만, 그 형상, 두께 및 그들이 종속되어 있는 압력 및 온도와 같은 환경 인자와 같은 요인들에 따라 "강성"으로 간주될 수도 있다. 또한, 빌드 플레이트와 관련하여 "정지된" 또는 "고정된"이란 용어는, 후술하는 바와 같이, 빌드 플레이트의 증가분(incremental) 조정을 위한 메커니즘(예를 들어, 중합 구역의 구배의 붕괴를 유도하거나 일으키지 않는 조정)이 제공되거나 빌드면이 중합성 액체의 공급을 돕기 위해 왕복 운동에 기여하더라도, 공정의 어떠한 기계적 중단(interruption)이 없거나 (예를 들어, 층별 방법 또는 장치와 같은) 공정의 기계적 중단을 위한 메커니즘 또는 구조체가 제공되지 않는 것을 의미한다.
반투과성 부재는 일반적으로 상면부, 바닥면부, 및 에지면부를 포함한다. 빌드 면은 상면부 상이며; 공급면은 상변부, 바닥면부, 및/또는 에지면부 중 하나, 둘, 또는 셋 모두일 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 공급면은 바닥면부 상이지만, 공급면이 (빌드면에 가깝지만 분리되거나 떨어져있는) 에지, 및/또는 상면부 상에 제공되는 다른 구성이 일상적인 기술로 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 반투과성 부재는 (제조되는 품목의 크기에 따라, 유리 등과 같은 추가적인 지지 플레이트에 적층되어 있는지 또는 접촉하고 있는지와 무관하게) 0.01, 0.1 또는 1 밀리미터에서부터 10 또는 100 밀리미터, 또는 그 이상의 두께를 가지며, 추가적인 설명은 후술한다.
중합 억제제에 대한 반투과성 부재의 투과성은 대기 및/또는 억제제의 압력, 억제제의 선택, 제작 속도(rate or speed)와 같은 조건에 의존할 것이다. 일반적으로, 억제제가 산소일 때, 산소에 대한 반투과성 부재의 투과율은 10 또는 20 Barrers에서 1000 또는 2000 Barrers일 수 있다. 예를 들어, 150 PSI의 압력 하에서 순수 산소 또는 고농축 산소 분위기에서 사용되는 10 Barrers의 투과율을 갖는 반투과성 부재는 산소가 대기 조건 하의 주변 대기로부터 공급될 때 500 Barrers의 투과율을 갖는 반투과성 부재와 실질적으로 동일한 성능을 가질 수 있다.
따라서, 반투과성 부재는 (0.001, 0.01, 0.05, 0.1 또는 1 밀리미터 내지 1, 5, 10 또는 100 밀리미터, 또는 그 이상의 임의의 적절한 두께를 갖는) 가요성 중합체 필름을 포함할 수 있으며, 빌드 플레이트는 중합체 필름과 연결되어 필름을 (대상체가 전진되고 그것으로부터 탄성적으로 리바운드될 때 필름이 물체에 붙지 않도록 적어도 충분히) 고정시키고 단단하게 하기 위한 (예를 들어, "드럼 헤드(drum head)"와 같은 주변 클램프 및 동작적으로 연관된 변형 부재 또는 신축 부재; 복수의 주변 클램프 등, 이들의 조합과 같은) 인장 부재를 더 포함할 수 있다. 필름은 상면 및 바닥면을 가지며, 상면 상에는 빌드면 및 바닥면 상에는 공급면을 갖는다. 다른 실시예에서, 반투과성 부재는 (i) (예를 들어, 0.001, 0.01, 0.1 또는 1 밀리미터 내지 5, 10 또는 100 밀리미터, 또는 그 이상의 임의의 적절한 두께를 가지며) 상기 중합성 액체와 접하도록 위치한 상면 및 바닥면을 갖는 중합체 필름층, (ii) (0.01, 0.1 또는 1 밀리미터 내지 10, 100 또는 200 밀리미터, 또는 그 이상의 임의의 적절한 두께를 가지며) 상기 필름층 바닥면과 접촉하는 상면을 갖는 강성, 가스 투과성, 광학적으로 투명한 지지 부재. 지지 부재는 필름층 바닥면과 접촉하는 상면을 가지며, 지지 부재는 중합 억제제의 공급면으로 기능할 수 있는 바닥면을 갖는다. 반투과성(즉, 중합 억제제에 대해 투과성)인 임의의 적절한 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 중합체 필름 또는 중합체 필름층은 예를 들어, TEFLON AF 1600TM 또는 TEFLON AF 2400TM 플루오로 중합체 필름과 같은 비정질 열가소성 플루오로 중합체, 또는 퍼플루오로폴리에테르(PFPE; perfluoropolyether), 특히 가교 결합된 PFPE 필름과 같은 플루오로 폴리머 필름, 또는 가교 결합된 실리콘 폴리머 필름일 수 있다. 지지 부재는 실리콘 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylxiloxane) 부재, 강성 가스 투과성 중합체 부재, 또는 다공성 또는 미세 다공성 유리 부재와 같은 가교 결합된 실리콘 중합체 부재를 포함한다. 필름은 접착제 없이 (예를 들어, PFPE 및 PDMS 물질을 사용하여) 강성 지지 부재에 직접 적층되거나 클램핑되거나, PDMS층의 상면에 결합된 실란(silane) 커플링제가 제1중합체 필름층에 접착하는 데 사용될 수 있다. UV-경화성, 아크릴레이트-작용성 실리콘은 또한 UV-경화성 PFPE 및 강성 PDMS 지지층 사이의 연결층으로서 사용될 수 있다.
장치에 배치되도록 구성될 때, 캐리어는 빌드면의 전체 영역 내에서, 빌드면 상에 "빌드 영역"을 정의한다. 본 발명에서는, 앞서 언급된 Joyce 및 Chen 장치에서와 같이, 연속적인 층들 사이의 접착을 파괴하기 위한 (예를 들어, X 및/또는 Y 방향으로의) 측면 "드로우(throw)"가 요구되지 않기 때문에, 빌드면 내에 빌드 영역의 면적을 최대화 (또는 반대로, 빌드 영역으로 할당되지 않은 빌드면의 면적을 최소화)할 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, 빌드 영역의 전체 표면적은 빌드면의 전체 표면적의 적어도 50, 60, 70, 80 또는 90 퍼센트를 차지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 구성요소들이 지지부 또는 프레임 조립체(20) 상에 장착된다. 지지부 또는 프레임 조림체의 특정 디자인은 중요하지 않으며 다수의 구성을 취할 수 있지만, 도시된 실시예에서는 방사선 소스(11)가 단단히 또는 견고하게 부착되어 있는 베이스(21), 선형 스테이지가 동작적으로 연관된 수직 부재(22), 및 벽(14)이 제거 가능하게 또는 안전하게 부착되는 (또는 벽이 놓여지는) 수평 테이블(23)을 포함하며, 상술한 바와 같이 빌드 챔버를 형성하기 위해 빌드 플레이트는 영구적으로 또는 제거 가능하게, 단단히 고정된다.
상기한 바와 같이, 빌드 플레이트는 강성 반투과성 부재의 단일 일체형 부품으로 구성되거나 추가적인 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다공성 또는 미세 다공성 유리는 강성 반투과성 물질에 적층되거나 고정될 수 있다. 또는, 상부로서의 반투과성 부재는 중합 억제제를 운반하는 기체를 반투과성 부재에 공급하기 위한 퍼지 채널을 갖는 투명 하부 부재에 고정될 수 있다. (위에서 및 하기에서 기술하는 바와 같이, 중합되지 않은 액체 물질의 박리층(release layer)의 형성을 용이하게 하기 위해 퍼지 채널을 통해 빌드면을 통과한다) 이러한 퍼지 채널은 베이스 플레이트를 통해 완전히 또는 부분적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 채널은 베이스 플레이트 내로 부분적으로 연장될 수 있지만, 왜곡이 생기는 것을 피하기 위해 빌드면 바로 밑의 영역에서 끝난다. 특정 기하학적 구조는 반투과성 부재 내로의 억제제의 공급면이 빌드면과 동일측 또는 반대측, 에지부, 또는 이들의 몇몇 조합 상에 위치하는지 여부에 의존할 것이다.
전자 빔 및 이온화 방사선 소스를 포함하여, 사용된 특정 수지에 따라 임의의 적절한 방사선 소스 (또는 소스들의 조합)이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 방사선 소스는 하나 이상의 광 소스, 특히 하나 이상의 자외광 소스와 같은 화학선(actinic) 방사선 소스이다. 백열등(incandescent lights), 형광등(fluorescent lights), 인광(phosphorescent) 또는 발광등(luminescent lights), 레이저, 발광다이오드 등 및 이들의 어레이와 같은 임의의 적절한 광 소스가 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 광 소스는 제어기와 동작적으로 연관된 패턴 형성 요소를 포함한다. 일부 실시예에서, 광 소스 또는 패턴 형성 요소는 디지털 광 프로세싱(DLP), 공간 광변조기(SLM), 또는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 미러 어레이를 갖는 디지털(또는 변형 가능한) 마이크로미러 장치(DMD), 마스크(일명 레티클), 실루엣, 또는 이들의 조합을 포함한다. 미국 특허 번호 7,902,526을 참고해라. 바람직하게, 광 소스는 액정 광 밸브 어레이 또는 마이크로미러 어레이 또는 (예를 들어, 전형적으로 적절한 제어기의 제어 하에 동작적으로 연관된 디지털 광 프로세서를 갖는) DMD와 같은 공간 광 변조기 어레이를 포함하며, 마스크 없이, 예를 들어 마스크없는 포토리소그래피에 의해 중합성 액체의 노광 또는 조사를 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 미국 특허 번호 6,312,134; 6,248,509; 6,238,852; 및 5,691,541를 참고해라.
일부 실시예에서, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, X 및/또는 Y 방향으로의 이동이 중합성 액체의 중합 중에 발생하면서, Z 방향으로의 이동과 동시에 X 및/또는 Y 방향으로의 이동이 있을 수 있다(이것은 중합성 액체를 보충하기 위한 선행 및 후속 중합 단계 사이의 이동인 Y. Chen 등, 또는 M. Joyce, supra에 개시된 이동과는 대조적이다.). 본 발명에서, 그러한 이동은 "번 인(burn in)" 또는 빌드면의 특정 구역에서의 파울링(fouling)을 감소시키는 것과 같은 목적을 위해 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예의 장점은 반투과성 부재(즉, 빌드 플레이트 또는 윈도우) 상의 빌드면의 크기가 상술한 Joyce 또는 Chen 장치에서의 과도한 측면 "스로우(throw)"가 필요없기 때문에 감소될 수 있다는 것이며, 본 발명의 방법, 시스템 및 장치에서 캐리어 및 대상체의 (X 및/또는 Y 방향 또는 이들의 결합으로의 이동을 포함하는) 측면 이동은 (만약 그러한 측면 이동이 존재한다면) 빌드 영역의 (측면 이동 방향으로의) 너비의 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 또는 심지어 10 % 이하인 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 캐리어는 엘리베이터에 장착되어 정지된 빌드 플레이트로부터 위로 멀어지도록 전진하지만, 다른 실시예에서는 반대의 배열이 사용될 수 있다. 즉, 캐리어를 고정시키고 빌드 플레이트를 하강시킴으로써 캐리어로부터 멀어지도록 전진시킬 수 있다. 다수의 상이한 기계적 구성이 동일한 결과를 달성할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
캐리어가 제작되는 물질의 선택 및 제품(article)이 제조되는 중합체 또는 수지의 선택에 따라, 캐리어에 대한 제품의 접착력은 때로 완제품 또는 "빌드"의 완성까지 캐리어 상에 제품을 유지하기에 불충분할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 캐리어는 폴리(비닐 클로라이드) (또는 "PVC") 캐리어보다 낮은 접착력을 가질 수 있다. 따라서, 하나의 해결책은 제작되는 제품이 중합되는 표면 상에 PVC를 포함시켜 사용하는 것이다. 이것이 완성된 부분을 캐리어로부터 편리하게 분리하기에 너무 큰 접착력을 촉진하는 경우, 다양한 기술 중 임의의 것을 사용하여 덜 접착된 캐리어에 제품을 더 고정시킬 수 있으며, 제작 중 캐리어에 물품을 더 고정하기 위하여 "기본 페인팅 #2025 고 접착성을 위한 친환경 마스킹 테이프(Greener Masking Tape for Basic Painting #2025 High adhesion)"와 같은 접착 테이프를 적용할 수 있지만, 이에 제한되진 않는다.
3. 제어기 및 공정 제어.
본 발명의 방법 및 장치는 예를 들어 방법의 속도 및/또는 신뢰성을 향상시키기 위해, 피드백 및 피드-포워드 제어를 포함하는 공정 제어를 구현하기 위한 처리 단계 및 장치 특징을 포함할 수 있다.
본 발명을 수행하는 데 사용하기 위한 제어기는 하드웨어 회로, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로써 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기는 적절한 인터페이스 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 통해 모니터, 드라이브, 펌프 및 다른 구성 요소와 동작적으로 연관된 소프트웨어를 실행하는 범용 컴퓨터이다. 여기에 설명된 3차원 인쇄 또는 제작 방법 및 장치의 제어에 적절한 소프트웨어는 ReplicatorG 오픈 소스 3D 인쇄 프린팅 프로그램, 3D 시스템의 3DPrintTM 제어기 소프트웨어, Slic3r, Skeinforge, KISSlicer, Repetier-Host, PrintRun, Cura 등 및 이들의 조합을 포함한다.
공정 중 (예를 들어, 상기 충진, 조사 및 전진 단계 중 하나, 일부 또는 전체 동안) 연속적으로 또는 간헐적으로, 직접적으로 또는 간접적으로 모니터링하기 위한 공정 파라미터는 조사 세기, 캐리어 온도, 빌드 구역 내의 중합성 액체, 성장하는 제품의 온도, 빌드 플레이트의 온도, 압력, 전진 속도, 압력, (예를 들어, 캐리어 및 제품 제작 시 빌드 플레이트에 가해지는) 힘, (예를 들어, 제작 중인 성장하는 제품에 의해 캐리어에 가해지는) 스트레인(strain), 이형층의 두께 등이지만, 이에 제한되진 않는다.
피드백 및/또는 피드-포워드 제어 시스템에 사용될 수 있는 공지된 파라미터는 (예를 들어, 제작 중인 제품의 공지된 기하학적 구조 또는 부피로부터) 중합성 액체의 예상 소비량, 중합성 액체로부터 형성되는 중합체의 열화 온도 등을 포함하지만, 이에 제한되진 않는다.
(예를 들어, 상술한 공정 단계 중 일부 또는 전체 동안) 모니터링된 파라미터 및/또는 공지된 파라미터에 대한 응답으로, 직접 또는 간접적 제어, 연속적으로 또는 계단식으로 제어하는 공정 조건은 중합성 액체의 공급 속도, 캐리어의 온도, 압력, 전진 속도, 조사 세기, (예를 들어, 각각의 "슬라이스(slice)" 동안) 조사 지속시간 등을 포함하지만, 이에 제한되진 않는다.
예를 들어, 빌드 구역 내의 중합성 액체의 온도, 또는 빌드 플레이트의 온도는, 온도가 중합된 제품의 열화 온도를 초과하는지 여부를 결정하기 위하여, 적절한 열전대(thermocouple), 비접촉 온도 센서 (예를 들어, 적외선 온도 센서), 또는 다른 적절한 온도 센서로 직접 또는 간적접으로 모니터링될 수 있다. 만약 그렇다면, 공정 파라미터는 제어기를 통해 조절되어 빌드 구역 및/또는 빌드 플레이트의 온도를 감소시킬 수 있다. 이러한 조정을 위한 적절한 공정 파라미터는 냉각기로 온도를 감소시키는 것, 캐리어의 전진 속도를 감소시키는 것, 조사 세기를 감소시키는 것, 방사선 노출 기간을 줄이는 것 등을 포함할 수 있다.
또한, 발광 소스(예를 들어, 수은 램프와 같은 자외선 광 소스)의 세기는 (예를 들어, 사용 중 통상적인 저하를 통한) 발광 세기로부터 세기 저하를 검출하기 위해 광 검출기로 모니터링할 수 있다. 만약 검출된 경우, 공정 파라미터는 세기 손실을 수용하기 위해 제어부를 통해 제어될 수 있다. 그러한 조정을 위한 적절한 공정 파라미터는 히터의 온도 증가, 캐리어의 전진 속도의 감소, 광 소스로의 전력 증가 등을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 제작 시간을 향상시키기 위한 온도 및/또는 압력의 제어는 (개별적으로, 또는 서로 조합되고 제어기에 개별적으로 응답하는) 히터 및 냉각기 및/또는 (예를 들어, 펌프 압력관, 밸브 및 그 조합과 같은) 압력 공급 장치 및/또는 (개별적으로, 또는 서로 조합되고 제어기에 개별적으로 응답하는) 제어 가능한 밸브와 같은 압력 해제 메커니즘으로 달성될 수 있다. 히터 및 냉각기의 예는 유체 순환 도관, 장치의 인접한 요소에 위치하거나 장치에 내장된 히터/냉각기, 열전 장치(thermoelectric devices) 등을 포함한다.
일부 실시예에서, 제어기는 최종 제품의 일부 또는 전부의 제작에 걸쳐 본 명세서에 기재된 중합 구역의 구배를 유지하도록 구성된다(예를 들어, 도 1 참고). 특정 구성 (예를 들어, 전진 시간, 속도, 방사선 세기, 온도 등)은 특정 중합성 액체 및 생성되는 제품의 성질과 같은 요인에 의존할 것이다. 중합 구역의 구배를 유지하기 위한 구성은 미리 결정된 일련의 공정 파라미터 또는 명령을 입력함으로써 경험적으로 수행되거나 일련의 시험 실행 또는 "시행 착오"를 통해 결정될 수 있다. 상기 구성은 소정의 명령을 통해 제공될 수 있다. 상기 구성은 (상술한 바와 같이) 적절한 모니터링 및 피드백, 이들의 조합 또는 임의의 다른 적절한 방식에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, 상술한 바와 같은 방법 및 장치는 상술한 컴퓨터와 장치 사이의 적절한 인터페이스 하드웨어를 갖는 범용 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어 프로그램에 의해 제어될 수 있다. 많은 대안들이 상업적으로 이용 가능하다. 구성요소의 일 조합에 대한 비-제한적 예들이 도 3 내지 도 5에 도시되어 있으며, "마이크로제어기(Microcontroller)"는 Parallax Propeller, 스테퍼 모터 드라이버(Stepper Motor Driver)는 Sparkfun EasyDriver, LED 드라이버는 Luxeon Single LED 드라이버, 직렬 USB는 Parallax USB to Serial converter, 및 DLP 시스템은 Texas Instruments LightCrafter system이다.
4. 일반적 방법.
상술한 바와 같이, 본 발명은 (a) 캐리어 및 빌드 플레이트를 제공하는 단계로서, 상기 빌드 플레이트는 반투과성 부재를 포함하고 상기 반투과성 부재는 빌드면 및 상기 빌드면과 분리된 공급면을 가지며, 상기 빌드면과 상기 캐리어는 그 사이에 빌드 영역을 정의하고 상기 피드면은 중합 억제제와 유체 접촉하며, (동시에 및/또는 순차적으로) (b) 상기 빌드 영역을 중합성 액체로 충진(filling)하는 단계로서, 상기 중합성 액체는 상기 빌드 세그먼트와 접촉하고, (c) 상기 빌드 영역에 고체 중합 영역을 형성하기 위해 상기 빌드 플레이트를 통해 상기 빌드 영역을 조사하는 단계로서, 액체 필름 박리층은 상기 고체 중합 영역과 상기 빌드면 사이에 형성된 상기 중합성 액체를 포함하며, 액체 필름의 중합은 상기 중합 억제제에 의해 억제되며, (d) 상기 중합 영역과 상기 상부 구역 사이에 연속적인 빌드 영역을 생성하기 위해 상기 정지된 빌드 플레이트 상에 상기 빌드면으로부터 멀어지도록 상기 중합 영역이 부착된 상기 캐리어를 전진시키는 단계를 포함한다. 일반적으로, 상기 방법은 (e) 서로 부착된 중합 영역의 연속적 또는 반복적 증착이 상기 3차원 물체를 형성할 때까지 이전 중합 영역에 부착된 후속 중합 영역을 형성하기 위해 단계 (b) 내지 (d)를 계속 및/또는 반복하는 단계를 포함한다.
박리층의 기계적 박리가 요구되지 않거나 또는 산소를 보충하기 위한 빌드면의 기계적 이동이 요구되지 않기 때문에, 상기 방법은 연속적인 방식으로 수행될 수 있지만, 상기 언급된 개별적인 단계는 순차적으로, 동시에 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 실제로, 단계 속도는 제조 중인 영역의 밀도 및/또는 복잡성과 같은 요인에 의존하여 시간에 따라 변할 수 있다.
또한, 윈도우 또는 박리층으로부터의 기계적 박리는 일반적으로 윈도우가 재코팅될 수 있도록 다음 조사 단계를 위해 필요 이상으로 캐리어가 빌드 플레이트로부터 더 멀리 전진될 것이 요구되기 때문에, 캐리어를 빌드 플레이트에 가깝게 다시 복귀시키며(예를 들어, "2 스텝 전진 1스텝 후진" 동작), 일부 실시예에서 본 발명은 이러한 "백업(back-up)" 단계의 제거를 가능하게 하고 캐리어가 재코팅을 위한 윈도우 이동의 개입 또는 미리 형성된 탄성 박리층의 "스냅핑(snapping)" 없이 단일 방향으로 전진될 수 있도록 한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 왕복 운동을 박리를 위한 목적이 아니라, 중합성 액체를 보다 신속하게 충진 또는 펌핑할 목적으로 이용된다.
일부 실시예에서, 전진 단계는 각 단계 또는 증가분에 대해 균일한 증가분(예를 들어, 0.1 또는 1 미크론에서 10 또는 100 미크론까지, 또는 그 이상)으로 순차적으로 수행된다. 일부 실시예에서, 전진 단계는 각 단계 또는 증가분에 대해 가변 증가분(예를 들어, 0.1 또는 1 미크론의 범위에서 10 또는 100 미크론까지, 또는 그 이상 범위의 각 증가분)으로 순차적으로 수행된다. 증가분의 크기는 전진 속도와 함께, 온도, 압력, 생성되는 물품의 구조(예를 들어, 크기, 밀도, 복잡성, 형상 등)와 같은 요인에 부분적으로 의존할 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전진 단계는 균일한 또는 가변 속도로 연속적으로 수행된다.
일부 실시예에서, (순차적 또는 연속적으로 수행되는) 전진 속도는 약 0.1, 1, 10 미크론/초에서 약 100, 1,000, 또는 10,000 미크론/초까지이며, 다시 온도, 압력, 생성되는 물품의 구조, 방사선 세기 등의 요인에 의존한다.
후술하는 바와 같이, 일부 실시예에서 충진 단계는 압력 하에서 중합성 액체를 상기 빌드 영역 내에 밀어 넣음으로써 수행된다. 이러한 경우, 전진하는 단계 또는 단계들은 적어도 0.1, 1, 10, 50, 100, 500 또는 1000 미크론/초 이상의 속도 또는 누적 또는 평균 속도로 수행될 수 있다. 일반적으로, 상기 압력은 상기 압력이 없는 상태에서의 상기 전진 단계의 최대 반복 속도와 비교하여 적어도 2, 4, 6, 8 또는 10배로 상기 전진 속도를 증가시키기에 충분한 정도일 수 있다. 압력은 상술한 바와 같이 압력관 내에 장치를 밀봉하고 (예를 들어, 공기, 산소로 농축된 공기, 기체 혼합물, 순수한 산소 등의) 압력화된 대기에서 공정을 수행하는 곳에서, 10, 20, 30 또는 40 PSI(pounds per square inch)에서 200, 300, 400 또는 500 PSI 또는 그 이상의 압력이 사용될 수 있다. 크고 불규칙한 물체의 제작을 위해, 더 큰 압력은 큰 고압관의 비용 때문에 더 느린 제작 시간과 비교하여 덜 선호될 수 있다. 이러한 실시예에서, 공급면 및 중합성 액체 둘 모두는 동일한 압축 가스(예를 들어, 중합 억제제로 기능하는 20 내지 95 부피 %의 산소를 포함하는 가스)와 유체 접촉할 수 있다.
반면, 더 작은 물품이 제작되거나 또는 포트(port) 또는 오리피스(orifice)를 통해 생성될 때 압력관으로부터 제거 또는 배출될 수 있는 막대(rod) 또는 섬유가 제조될 때, 압력관의 크기는 제조되는 제품의 크기에 비하여 더 작게 유지될 수 있으며 더 높은 압력을 (필요한 경우) 더 용이하게 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 조사 단계는 일부 실시예에서 패턴화된 조사로 수행된다. 패터닝된 조사는 고정된 패턴일 수 있거나 또는 제조되는 특정 물품에 따라 상술한 바와 같이 패턴 발생기(예를 들어, DLP)에 의해 생성된 가변 패턴일 수 있다.
패턴화된 조사는 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되는 패턴보다는 가변적인 패턴일 때, 각각의 조사 단계는 조사 세기, 중합성 물질 내의 염료의 유무, 성장 속도 등과 같은 요인에 따라 임의의 적절한 시간 또는 지속 시간을 가질 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서 각각의 조사 단계는 0.001, 0.01, 0.1, 1 또는 10 마이크로초에서 1, 10, 또는 10 분까지, 또는 그 이상의 지속 시간을 가질 수 있다. 각각의 조사 단계 사이의 간격은 바람직하게는 가능한 한 짧게, 예를 들어 0.001, 0.01, 0.1 또는 1 마이크로초에서 0.1, 1 또는 10초까지이다.
데드 구역 및 중합 구역의 구배는 (두 개가 만나는 위치인) 이들 사이의 엄격한 경계를 갖지 않지만, 중합 구역의 구배의 두께는 일부 실시예에서 적어도 데드 구역의 두께만큼 크다. 따라서, 일부 실시예에서, 데드 구역은 0.01, 0.1, 1, 2, 또는 10 미크론에서 100, 200 또는 400 미크론, 또는 그 이상의 두께를 가지며, 및/또는 상기 중합 구역의 구배 및 상기 데드 구역은 함께 1 또는 2 미크론에서 400, 600, 또는 1000 미크론, 또는 그 이상의 두께를 갖는다. 따라서, 중합 구역의 구배는 그 때의 특정 공정 조건에 따라 두껍거나 얇을 수 있다. 중합 구역의 구배가 얇은 경우, 성장하는 삼차원 물체의 바닥 상부가 활성면으로서 기술될 수 있으며, 단량체는 성장하는 중합체 사슬과 반응 및 중합체 사슬의 형성을 계속할 수 있다. 일분 실시예에서, 중합 구역의 구배 또는 활성면은 적어도 5, 10, 15, 20 또는 30초에서 5, 10, 15 또는 20분 또는 그 이상의 시간 동안, 또는 삼차원 제품의 완료까지 (중합 단계가 계속되는 동안) 지속된다.
상기 방법은 (예를 들어, 의도적인 절단을 위한 소정의 원하는 위치에서 또는 절단의 방지 또는 절단의 감소가 중요하지 않은 상기 물체 내의 위치에서) 삼차원 물체에 절단선을 형성하기에 충분한 시간 동안 상기 중합 구역/활성면의 구배를 방해(disrupting)하는 단계 및 그 다음 (예를 들어, 일시 정지 및 재개, 전진 단계, 증가 후 감소, 조사 세기, 및 이들의 조합에 의해) 상기 중합 구역의 구배를 회복시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 빌드면은 편평하다; 다른 빌드면은 볼록하게 또는 오목하게 만곡된 것과 같이 불규칙하거나 그 안에 형성된 벽 또는 트랜치를 갖는다. 두 경우 모두 빌드면은 매끄럽거나 질감이 있을 수 있다.
만곡된 및/또는 불규칙한 빌드 플레이트 또는 빌드면은 제작되는 단일 물체에 상이한 재료를 제공(즉, 빌드면에 형성된 채널 또는 트랜치를 통해 동일한 빌드면에 상이한 중합성 액체를 제공하며, 각각은 별도의 액체 공급원 연관)하기 위해 섬유 또는 막대 형성에 사용될 수 있다.
중합성 액체를 위한 캐리어 공급 채널. 중합성 액체는 액체 도관 및 저장 시스템으로부터 빌드 플레이트에 직접 제공될 수 있지만, 일부 실시예에서는 캐리어가 그 안에 하나 이상의 공급 채널을 포함한다. 캐리어 공급 채널은 중합성 액체 공급원, 예를 들어 저장소(reservoir) 및 관련 펌프와 유체 통신한다. 상이한 캐리어 공급 채널들은 동일한 공급원과 유체 통신하며 서로 동시에 작동하거나, 상이한 캐리어 공급 채널들은 (예를 들어, 각각의 펌프 및/또는 밸브의 공급을 통해) 서로 개별적으로 제어될 수 있다. 개별적으로 제어 가능한 공급 채널은 동일한 중합성 액체를 함유하는 저장소와 유체 통신할 수 있거나, 상이한 중합성 액체를 함유하는 저장소와 유체 통신할 수 있다. 밸브 조립체의 사용을 통해, 다른 중합성 액체는 일부 실시예에서 필요에 따라 동일한 공급 채널을 통해 교대로 공급될 수 있다.
5. 중합성 액체의 왕복 운동 공급.
본 발명의 실시예에서, 캐리어는 중합성 액체로 빌드 영역의 재충진을 향상시키거나 가속시키기 위해 빌드면에 대해 수직으로 왕복 운동 (또는 진동) (즉, 두 개가 서로에 대해 수직적으로 왕복 운동)한다. 이러한 왕복 운동 또는 진동(이 두 용어는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용됨)은 이들이 빌드면에 중합성 액체를 공급하는 것을 향상시키도록 구성되는 한, 서로에 대해 균일 및 비균일, 및/또는 주기적 또는 비주기적인 것을 포함하는 임의의 적절한 구성일 수 있다.
일부 실시예에서, 상향 스트로크 및 하향 스트로크를 포함하는 수직 왕복 운동 단계는, 상향 스트로크의 이동 거리가 하향 스트로크의 이동 거리보다 크며, 그에 따라 부분적으로 또는 전체적으로 전진 단계(즉, Z 차원으로 캐리어가 빌드 플레이트로부터 멀어지도록 구동)를 동시에 수행한다.
일부 실시예에서, 상향 스트로크의 속도는 점진적으로 가속된다. 즉, 상향 스트로크의 종료까지 또는 하향 스트로크의 시작을 나타내는 방향의 변화까지, 상향 스트로크의 총 시간의 적어도 20, 30, 40 또는 50 퍼센트의 기간 동안 상향 스트로크의 점진적 시작 및/또는 점진적 가속이 제공된다. 달리 말하면, 하향 스트로크가 부드럽게 또는 점진적으로 시작된다.
일부 실시예에서, 다운 스트로크의 속도는 점진적으로 감속된다. 즉, 하향 스트로크의 전체 시간의 적어도 20, 30, 40 또는 50 퍼센트의 기간에 걸쳐 다운 스트로크의 점진적 종료 및/또는 점진적 감속이 제공된다. 달리 말하면, 하향 스트로크가 부드럽게 또는 점진적으로 종료된다.
일부 실시예에서는 상향 스트로크의 급격한 종료 또는 급격한 감속 및 하향 스트로크의 급격한 시작 또는 가속(예를 들어, 상향 스트로크에서 하향 스트로크로의 이동 벡터 또는 방향의 급격한 변화)이 있지만, (예를 들어, 상향 스트로크와 하향 스트로크 사이 이동의 "정체(plateau)" 또는 일시 정지의 도입을 통해) 점진적인 전이가 또한 여기에 도입될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 각각의 왕복 운동 단계는 단일 상향 스트로크 및 하향 스트로크로 구성될 수 있지만, 왕복 운동 단계는 동일 또는 상이한 빈도 및/또는 진폭을 가질 수 있는 복수의 2, 3, 4 또는 5 이상의 연결된 왕복 운동 세트를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 수직 왕복 운동 단계는 (예를 들어, 상향 스트로크와 하향 스트로크의 사이클 당) 0.01 또는 0.1초 내지 1 또는 10초의 총 시간에 걸쳐 수행된다.
일부 실시예에서, 상향 스트로크 이동 거리는 0.02 또는 0.2 밀리미터(또는 20 또는 20 미크론) 내지 1 또는 10 밀리미터(또는 1000 또는 10,000 미크론)이다. 하향 스트로크의 이동 거리는 상향 스트로크의 이동 거리와 같거나 그보다 작을 수 있으며, 하향 스트로크에 대한 이동 거리가 작아진다는 것은 삼차원 물체가 점진적으로 형성됨에 따라 빌드면으로부터 캐리어가 멀어지도록 전진한다는 것을 의미한다. 왕복 운동 단계가 다수의 연결된 왕복 운동을 포함하는 경우, 그 세트 내의 모든 상향 스트로크의 총 이동 거리는 바람직하게, 삼차원 물체가 점진적으로 형성됨에 따라 빌드면으로부터 캐리어가 멀어지게 전진하도록, 그 세트 내의 모든 하향 스트로크의 총 이동 거리보다 더 크다.
바람직하게 수직 왕복 운동 단계, 특히 상향 스트로크는 빌드 영역 내에 가스 버블 또는 가스 포켓의 형성을 일으키지 않지만, 대신에 왕복 운동 단계를 통해 중합성 액체로 빌드 영역을 채우고 중합 구역 또는 영역의 구배는 "데드 구역(dead zone") 및 왕복 운동 단계를 통해 제작되는 성장 중인 물체와 접촉한다. 이해할 수 있는 바와 같이, 왕복 운동의 목적은, 특히 빌드 영역이 왕복 운동 단계없이 재충진(refilling)될 수 있는 속도에 비하여, 중합성 액체로 재충진되는 더 큰 빌드 영역으로의 재충진 속도를 높이거나 향상시키는 것이다.
일부 실시예에서, 전진 단계는 1, 2, 5 또는 10 분당 개별 전진의 속도에서 300, 600, 또는 1000 분당 개별 전진 속도까지 간헐적으로 수행되며, 각각은 조사 단계가 수행되는 중에 일시 정지에 의해 뒤따른다. 하나 이상의 왕복 운동 단계(예를 들어, 상향 스트로크 및 하향 스트로크)는 각각의 전진 단계 내에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 달리 말하면, 왕복 운동 단계는 전진 단계 내에 중첩될 수 있다.
일부 실시예에서, 개별 전진은 10 또는 미트론 내지 100 또는 200 미크론의 각각의 전진에 대한 평균 이동 거리에 걸쳐 수행된다. (선택적으로 각각의 수직 왕복 운동 단계에 대한 총 이동 거리, 예를 들어 상향 스트로크 거리 빼기 하향 스트로크 거리의 합을 포함한다.)
본 명세서에서 기술한 왕복 운동 단계를 포함하는 본 발명을 수행하기 위한 장치는 실질적으로 상술한 바와 같이, 캐리어와 연관된 드라이브 및/또는 투명 부재와 동작적으로 연관된 추가적인 드라이브, 및 둘 중 하나 또는 둘 모두와 동작적으로 연관되어 캐리어 및 투명 부재를 상술한 바와 같이 서로에 대해 왕복 이동시키도록 구성된 제어부를 갖도록 구현된다.
대안으로서, 수직 왕복 운동은 캐리어가 수직 또는 "Z" 차원으로 빌드 플레이트로부터 멀어지도록 (예를 들어, 연속적으로 또는 계단식으로) 전진하는 동안, 빌드면이 수직 또는 "Z" 차원으로 상부 및 하부 이동의 제한범위를 가질 수 있도록 빌드면(및 이에 대응되는 빌드 플레이트)을 구성함으로써 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 이동 제한 범위는 점성의 중합성 액체를 통해 빌드 플레이트를 성장하는 물체에 부분적으로 접착시킴으로써 달성되는 상방 이동과 같이 수동적으로 부여될 수 있으며, 웨이트(weight), 탄성(resiliency) 등에 의해 달성되는 하방 이동이 뒤따른다. (선택적으로, 스프링, 버퍼, 쇼크 흡수 장치 등을 포함하여 빌드 플레이트 및 빌드면의 상향 또는 하향 이동에 영향을 주도록 구성됨) 다른 실시예에서, 빌드면의 이러한 이동은 별도의 구동 시스템을 빌드 플레이트에 동작적으로 연관시킴으로써 활성적으로 달성될 수 있으며, 구동 시스템은 또한 수직 왕복 운동을 개별적으로 달성하기 위한 제어기와 동작적으로 연관된다. 또 다른 실시예에서, 수직 왕복 운동은 상향 이동은 점성 중합성 액체를 통해 성장하는 물체에 빌드면이 부분적으로 접착함으로써 달성되고, 이어서 그것을 편향시키거나 이전 위치로 되돌리는 빌드면의 고유한 강성에 의해 달성된 하향 이동을 갖는, 상향 및 하향으로 구부리기 위하여 빌드 플레이트 및/또는 빌드면을 구성함으로써 수행될 수 있다.
간헐적인 경우 조명 또는 조사 단계는 왕복운동이 활성적으로 또는 수동적으로 달성되는지에 여부와 같은 요인에 따라, 수직 왕복 운동과 동기화되거나 수직 왕복 운동과 동기화되지 않는 방식으로 수행될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
수직 왕복 운동은 캐리어와 빌드면의 모든 영역들 사이 (예를 들어, 빌드면이 강성인 곳)에서 동시에 수행될 수 있거나, 캐리어와 빌드면의 상이한 영역들 사이(예를 들어, 빌드면이 인장된 중합체 필름과 같은 플렉서블 재료인 곳)에서 상이한 시간에 수행될 수 있다.
6. 광 세기를 증가시킴으로써 증가된 제작 속도.
일반적으로, 제작 속도는 증가된 광 세기에 따라 증가할 수 있다는 것이 관찰되었다. 일부 실시예에서, 광은 제작 속도를 증가시키기 위해 빌드 영역에 집중 또는 "포커싱")된다. 이는 대물 렌즈와 같은 광학 소자를 사용하여 달성될 수 있다.
제작 속도는 일반적으로 광 세기에 비례할 수 있다. 예를 들어, 시간 당 밀리미터 단위의 빌드 속도는 밀리와트/평방 센티비터 단위의 광 세기와 승수(mutiplier)를 곱하여 계산할 수 있다. 승수는 하기에 기술된 것들을 포함하여 다양한 요인에 의존할 수 있다. 로우(low)부터 하이(high)까지의 범위의 승수가 사용될 수 있다. 범위의 하단(low end)에서, 승수는 약 10, 15, 20 또는 30일 수 있다. 승수 범위의 상단(high end)에서, 승수는 약 150, 300, 400 이상일 수 있다.
상술한 관계는, 일반적으로 평방 센티미터 당 1, 5 또는 10 밀리와트에서 평방 센티미터 당 20 또는 50 밀리와트의 광 세기에 대해 고려된다.
특정 광의 특성은 제작 속도의 증가를 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, FWHM(Full Width Half Maximum)에서 측정된 365 ± 10 nm 광을 제공하도록 수은 전구 광 소스와 함께 대역 통과 필터를 사용할 수 있다. 또 다른 예로서, 대역 통과 필터는 FWHM에서 측정된 375 ± 15 nm 광을 제공하기 위해 LED 광 소스와 함께 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이러한 공정에 사용되는 중합성 액체는 일반적으로 억제제로서 산소를 갖는 자유 라디칼 중합성 액체 또는 억제제로서 염기를 갖는 산-촉매 또는 양이온 중합성 액체이다. 일부 특정 중합성 액체는 다른 것보다 더 신속하게 또는 효율적으로 경화할 것이고, 따라서 더 빠른 광 강도에 의해 적어도 부분적으로는 상쇄될 수 있지만 더 빠른 속도에 보다 잘 맞을 수 있다.
더 높은 광 세기와 속도에서는 억제제가 소비됨에 따라 "데드 구역"이 더 얇아질 수 있다. 데드 구역이 손실되면 공정이 중단될 것이다. 그러한 경우에, 억제제의 공급은 억제제의 강화된 및/또는 가압된 대기, 보다 다공성인 반투과성 부재, (특히 베이스가 사용된 곳에 있는) 보다 강력한 억제제 등을 포함하는 임의의 적절한 수단에 의해 향상될 수 있다.
일반적으로, 보다 낮은 점도의 중합성 액체는 (광 세기를 증가시킴으로써 적어도 부분적으로 상쇄될 수 있지만, 특히 큰 단면 및/또는 조밀한 단면을 갖는 제품을 제작하는 경우에 고속인 것이 선호될 수 있다. 중합성 액체는 (실온 및 대기압에서 (Hydramotion Ltd, 1 York Road Business Park, Malton, York YO17 6YA 영국으로부터 이용가능한) HYDRAMOTION REACTAVISCTM 점도계와 같은 적절한 장치를 이용하여 측정된) 50 또는 100 센티포아즈에서 600, 800 또는 1000 센티포아즈 이상까지의 범위의 점도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 필요에 따라 중합성 액체의 점도는 상술한 바와 같이 중합성 액체를 가열함으로써 유리하게 감소될 수 있다.
큰 단면 및/또는 조밀한 단면을 갖는 제품의 제작과 같은 일부 실시예에서, 제작 속도는 상술한 바와 같이 중합성 액체를 "펌핑"하도록 왕복 운동을 도입하고 및/또는 상술한 바와 같이 캐리어를 통해 중합성 액체를 공급하고, 및/또는 상술한 바와 같이 중합성 액체를 가열 및/또는 가압함으로써 향상될 수 있다.
7. 틸팅 .
더 큰 빌드 크기의 경우 해상도와 세기를 보존하기 위해 하나 이상의 광 엔지를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 각각의 광 엔진은 복수의 "타일링된" 이미지가 빌드 영역으로 투영되도록 이미지(예를 들어, 픽셀 어레이)를 빌드 영역에 투영하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "광 엔진"은 광 소스, 디지털 마이크로미터 장치와 같은 DLP 장치 및 대물 렌즈와 같은 광학 소자를 포함하는 조립체를 의미할 수 있다. "광 엔진"은 또한 하나 이상의 다른 구성 요소와 동작상 연관된 제어기와 같은 전자 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 중첩된 이미지를 갖는 구성은 예를 들어, 미국 특허 번호 7,292,207, 8,102,332, 8,427,391, 8,446,431 및 미국 특허 출원 공개 번호 2013/0269882, 2013/0278840 및 2013/0321475에서 일반적으로 논의된 중첩 영역의 "혼합" 또는 "다듬기(smoothing)"의 일부 형태로 사용되며, 그 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
타일식으로 배열된 이미지는 광 세기를 희생시키기 않고 더 큰 빌드 영역을 허용할 수 있으므로, 더 큰 물체의 빌드 속도를 더 빠르게 할 수 있다. 3개 이상의 광 엔진 조립체 (및 대응하는 타일 이미지)가 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들은 적어도 4, 8, 16, 32, 64, 128 이상의 타일링된 이미지를 사용한다.
8. 다중 구역에서의 제작.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다중 구역 또는 동작 세그먼트를 통해 삼차원 물체의 형성을 수행할 수 있다. 그러한 방법은 일반적으로 다음을 포함한다.
(a) 캐리어 및 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재를 제공하는 단계로서, 상기 캐리어와 상기 빌드면은 그 사이에 빌드 영역을 정의하고, 상기 캐리어는 시간 위치에 빌드면에 인접 및 이격되어 배치; 다음으로,
(b) 삼차원 물체의 접착 세그먼트를 다음의 단계에 의해 형성하는 단계;
(i) 빌드 영역을 중합성 액체로 충진하는 단계,
(ii) (예를 들어, 단일 노출에 의해) 광학적으로 투명한 부재를 통해 광을 빌드 영역에 조사하는 단계,
(iii) 캐리어를 정지 상태로 유지하거나 캐리어를 제1누적 전진 속도로 빌드 영역으로부터 멀어지도록 전진시켜서, 중합성 액체로부터 캐리어에 부착된 대상물의 고체 중합체 접착 세그먼트를 형성하는 단계; 다음으로,
(c) 선택적이지만 바람직하게 다음에 의해 삼차원 물체의 전이(transition) 세그먼트를 형성하는 단계;
(i) 빌드 영역을 중합성 액체로 충진하는 단계,
(ii) 연속적으로 또는 간헐적으로 광학적으로 투명한 부재를 통해 광을 빌드 영역에 조사하는 단계, 및
(iii) (예를 들어, 순차적으로 또는 조사 단계와 동시에) 상기 캐리어는 제2누적 전진 속도로 빌드 영역으로부터 멀어지도록 연속적으로 또는 간헐적으로 전진시켜서, 중합성 액체로부터 상기 접착 세그먼트와 상기 빌드면 사이에 물체의 전이 세그먼트를 형성하는 단계;
여기서, 제2누적 전진 속도는 제1누적 전진 속도보다 크다; 그 다음으로,
(d) 삼차원 물체의 본체 세그먼트를 다음의 단계에 의해 형성하는 단계;
(i) 빌드 영역을 중합성 액체로 충진하는 단계,
(ii) 광학적으로 투명한 부재를 통해 광을 빌드 영역에 연속적으로 또는 간헐적으로 조사하는 단계, 및
(iii) (예를 들어, 순차적으로 또는 조사 단계와 동시에) 상기 캐리어는 제3누적 전진 속도로 빌드 영역으로부터 멀어지도록 연속적으로 또는 간헐적으로 전진시켜서, 중합성 액체로부터 상기 전이 세그먼트와 상기 빌드면 사이에 본체 세그먼트를 형성하는 단계;
여기서, 제3누적 전진 속도는 제1 및/또는 제2누적 전진 속도보다 크다.
개시 위치는 위치 범위(예를 들어 5 또는 10 밀리미터 이상까지의 범위) 중 임의의 위치일 수 있으며, 조사 단계 (b)(ii)는 상기 캐리어가 위치 범위 내의 어느 위치에 있을 때 캐리어에 고형 중합체를 부착하기에 충분한 세기에서 수행된다. 이는 캐리어 및/또는 빌드면의 균일성 변화, 빌드면에 인접한 캐리어의 위치 설정에 있어서의 구동 시스템 고유의 변동 등에 기인하여 삼차원 물체가 캐리어에 접착하는 데 실패할 가능성을 유리하게 감소시킨다.
9. 간헐적 (또는 " 스트로브 ") 조명으로 제작.
상술한 바와 같이, 일부 실시예에서 본 발명은 간헐적인 주기 또는 버스트(burst)에서의 조명으로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 그러한 방법은 다음을 포함한다.
캐리어 및 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재를 제공하는 단계로서, 캐리어 및 빌드면은 그들 사이에 빌드 영역을 정의;
빌드 영역을 중합성 액체로 충진하는 단계,
상기 중합성 액체로부터 고체 중합체를 형성하기 위해 광학적으로 투명한 부재를 통해 광을 빌드 영역에 간헐적으로 조사하는 단계,
상기 고체 중합체로부터 삼차원 물체를 형성하기 위해 캐리어를 빌드면으로부터 멀어지도록 연속적으로 전진시키는 단계.
그러한 동작 모드의 다른 실시예는 다음을 포함한다.
캐리어 및 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재를 제공하는 단계로서, 캐리어 및 빌드면은 그들 사이에 빌드 영역을 정의;
빌드 영역을 중합성 액체로 충진하는 단계,
상기 중합성 액체로부터 고체 중합체를 형성하기 위해 광학적으로 투명한 부재를 통해 광을 빌드 영역에 간헐적으로 조사하는 단계,
상기 고체 중합체로부터 삼차원 물체를 형성하기 위해 캐리어를 빌드면으로부터 멀어지도록 (예를 들어, 순차적으로 또는 상기 조사 단계와 동시에) 연속적으로 또는 간헐적으로 전진시키는 단계.
일부 실시예에서, 간헐적 조사는 활성 및 비활성 조명의 교대적인 주기를 포함하며, 활성 조명 기간의 평균 지속 기간은 비활성 조명 기간의 평균 지속 기간보다 (예를 들어, 50, 60 또는 80 퍼센트 이하만큼) 짧다.
다른 실시예에서, 간헐적 조사는 활성 및 비활성 조명의 교대적인 주기를 포함하며, 활성 조명 기간의 평균 지속 기간은 비활성 조명 기간의 평균 지속 기간 이상 (예를 들어, 적어도 100, 120, 160 또는 180 퍼센트)이다.
그러한 작동 모드의 예는 하기에 더 주어진다. 이러한 특징들은 여기에 설명된 다른 기능 및 동작 단계 또는 파라미터와 결합될 수 있다.
10. 다중 작동 모드에 의한 본체 세그먼트의 제작.
동작 모드(즉, 조사 및 전진 방식을 정의하는 패턴)는, 삼차원 물체의 각 인접 세그먼트의 특정 기하학적 구조, 특히 제작 공정 중에 변화하는 기하학적 구조 변화에 가장 잘 맞도록 삼차원 물체(즉, 주요부 또는 "몸체부")를 제작하는 과정에서 변경될 수 있다.
일반적으로, 베이스 및 전이 구역은 상술한 바와 같이, 제작 중에 그 물체의 본체를 위한 바람직한 기초로서 여전히 제작될 수 있다.
삼차원 물체의 수평부들, 삼차원 물체의 단면, 및 수렴 또는 발산 요소의 급격한 변화는 예를 들어, 피팅(pitting)과 같은 표면 결함을 제거하고 빌드 영역에 수지 보충 속도를 높이거나 강화하기 위해 왕복 운동 또는 진동 동작 모드로 제작될 수 있다.
삼차원 물체의 수직 및 얇은 벽 섹션들, 취약한 요소 또는 미세한 특징들은, 연속 동작 모드에서 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 연속 모드는 다양한 동작 모드의 영향을 가장 적게 받기 때문에 (이는 빌드면에 대한 재료의 선택에 의해 영향을 받을 수 있지만 - 즉, 강성 대 유연성) 복잡하거나 섬세한 형상을 갖는 삼차원 물체의 세그먼트를 제작하는 데 더 적합하다.
동작 모드 파라미터의 페더링(feathering), 또는 점진적 전이는 변화하는 동작 모드 (즉, 하나의 동작 모드 및 후속 동작 모드 사이)의 과정에 포함될 수 있다. 예를 들어, 내부 진동 빌드에서, 진동 파라미터는 수지 흐름을 가능하게 하고 빌드 영역의 수지 레벨이 평형을 이룰 수 있게 함으로써 구동되며, 더 얇은 단면의 경우, 낮은 진동 높이, 더 빠른 진동 속도, 및/또는 수지를 보충하기 위한 더 짧은 지연 시간을 사용할 수 있는 반면, 두꺼운 단면의 경우 그 반대가 된다.
왕복 운동 (또는 진동)으로부터 연속적인 동작 모드로의 페더링에서, 진동 모드 후 일시 정지, 10 mm/hr로부터 아날로그에서 전이 구역까지의 표준 연속 속도까지 연속적인 속도로 램프(ramp), 초기 슬라이스에 대한 효과적인 주입량(dosage)은 (적절한 접착을 허용하는) "과다-노출"에서 권장 주입량까지 떨어진다.
연속으로부터 진동으로의 페더링에서, 전이 후의 초기 진동 변위는 최후의 노출된 연속 프레임의 면적, 예를 들어 큰 단면적 및 이의 반대의 경우에서의 고진동 변위를 고려한다. 초기 프레임의 주입량은 하이(high)에서 로우(low)까지 일정하거나 경사를 가질 수 있다.
동작 모드를 변경하는 대신 (또는 동작 모드를 변경하는 것과 함께), 동작 모드의 파라미터는 삼차원 물체의 형성 동안 변화될 수 있다. 변화될 수 있는 파라미터의 예들은 예를 들어, 조사 주파수, 조사 세기, 조사 지속 시간, 조사 듀티 사이클(duty cycle), 전진 속도, 조사 전의 리드 타임, 조사 후의 지연 시간, 스텝 높이, 펌프 높이, 스텝 또는 펌프 지속 시간, 또는 계단식 또는 왕복 운동 전진의 빈도를 포함한다. 예를 들어:
더 큰 펌프 높이는 (완전한 고체부, 또는 조밀한 발포체(foam) 또는 격자부와 같은) 고밀도부 또는 물체의 세그먼트를 제작하기 위한 바람직할 수 있다.
더 큰 펌프 속도는 물체의 비어 있는, 메쉬-충진된, 개방 발포체 또는 개방 격자부와 같은 물체의 드문드문한 (또는 덜 조밀한) 세그먼트 또는 부분을 위해 바람직할 수 있다.
전반적인 형성 속도가 증가될 때 리드 및 지연 시간이 감소되는 것이 바람직할 것이다.
그러한 파라미터가 변화하는 추가적인 이유는 상기 및 하기에 기재되어 있다.
노광 패턴은 제작 과정에서, 예를 들어, 슬라이스에서 슬라이스로, 삼차원 물체의 외부 표면의 기하학적 구조를 변경하기 위해, 구조적 목적을 위한 삼차원 물체의 내부 표면의 기하학적 구조를 변경하기 위해, (예를 들어, 규칙 또는 불규칙 메쉬, 격자 또는 (개방 또는 폐쇄 셀 폼을 포함하는) 발포체의 형성에서) 물체의 미세-구조체 또는 물질 특성을 변화시키기 위한 물체의 내부 표면의 기하학적 구조를을 변경하기 위해, 빌드 영역에 중합성 액체의 흐름을 유지하거나 변경하는 등을 위해 변경될 수 있다. 또한, 본 발명에서 슬라이스 두께는 하기에 더 설명하는 바와 같이 유리하게 변경될 수 있다.
11. 다양한 슬라이스 두께.
상술한 바와 같이, 본 명세서에서 기술된 방법 및 공정은 삼차원 물체의 형성 중에 고정된 슬라이스 두께가 아닌 다양한 슬라이스 두께의 입력을 수용하여 방법 및 장치의 동작이 단순화되도록 하며, 특히 전자 또는 컴퓨터에 의해 생성된 명령을 단순화된 방법을 수행하기 위한 장치에 제공한다. 예를 들어, 세밀한 부분뿐만 아니라 덜 세밀한 부분 또는 상대적으로 일정한 부분을 모두를 포함하는 물체에 대하여, 슬라이스 두께는 세밀한 부분에서 더 얇고, 상대적으로 일정한 부분에서 더 두꺼울 수 있다.
슬라이스 두께가 변경되는 횟수는 물체 재료 및 특성, 기하학적 구조, 인장 또는 다른 물질 특성, 공차 등과 같은 요인에 따라 달라질 것이다. 특별한 제한이 없으므로, 일부 실시예에서 슬라이스 두께는 물체 또는 물체 몸체 부분의 형성 동안, 적어도 2, 4, 8 또는 10회 (선택적으로, 100 또는 1000회 이상까지) 변화할 수 있다. 모든 변경이 상이한 슬라이스 두께가 되는 것은 아닐 수도 있지만, 일부 경우에는 (직전은 아니지만) 이전 슬라이스 두께로 되돌아갈 수도 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 변경은 2 또는 4 미크론보다 작은 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스; 40 및 80 미크론 사이의 두께를 갖는 적어도 하나의 선택적인 슬라이스; 및 200, 400 또는 600 미크론보다 큰 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스 사이일 수 있다.
일부 실시예에서, 변경은 2 또는 4 미크론보다 작은 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스; 및 40 또는 80 미크론보다 큰 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스 사이일 수 있다.
일부 실시예에서, 변경은 20 또는 40 미크론보다 작은 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스; 60 및 80 미크론 사이의 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스; 및 200, 400, 600 미크론보다 큰 두께를 갖는 적어도 하나의 슬라이스 사이일 수 있다.
일부 실시예에서, 변경은 적어도 얇은 제1슬라이스 및 두꺼운 제2슬라이스 사이일 수 있으며, 상기 제2슬라이스는 제1슬라이스보다 적어도 5, 10, 15 또는 20배 큰 두께를 갖는다.
일부 실시예에서, 변경은 적어도 (예를 들어, 적어도 2, 5, 10 또는 20의) 복수의 연속적인 얇은 제1슬라이스 및 두꺼운 제2슬라이스 사이이며, 상기 얇은 슬라이스 각각은 서로 상이하고 상기 두꺼운 제2슬라이스는 복수의 얇은 슬라이스 각각보다 적어도 5, 10, 15 또는 20배의 두께를 갖는다.
슬라이스 두께의 변화는 하기에 추가로 논의되는 바와 같이, 임의의 동작 모드에서 및 이하에 논의되는 바와 같이 특정 삼차원 액체를 제작하는 과정에서 동작 모드를 변경하는 것과 조합하여 구현될 수 있다.
12. 제조 제품.
본 발명의 방법 및 공정에 의해 제조된 삼차원 제품은 최종, 마무리 또는 실질적으로 완제품이거나, 표면 처리, 레이저 절단, 방전 가공 등과 같은 추가적인 제조 단계를 더 거쳐야 하는 중간 제품일 수 있다. 중간 제품은 동일한 또는 상이한 장치에서 추가적인 제조를 더 수행할 수 있는 제품을 포함한다. 예를 들어, 결함 또는 절단선은 완제품의 한 영역을 종결시키기 위해 또는 단순히 완제품 또는 "빌드"의 특정 영역이 다른 영역보다 덜 부서지기 쉽게 하기 위하여, 중합 구역의 구배를 방해하고 복원시킴으로써 진행 중인 "빌드"에 의도적으로 도입될 수 있다.
대형 모델 또는 프로토타입, 소형 맞춤 제품, 초형 또는 초소형 제품 또는 장치 등을 포함하는 다수의 상이한 제품이 본 발명의 방법 및 장치에 의해 제조될 수 있다. 예로는 스텐트, 약물 전달 약물 전달 저장소, 기능 구조, 미세바늘 어레이, 광섬유, 도파관, 마이크로기계 장치, 마이크로유체 장치와 같은 막대(rod) 등과 같은 의료 장치 및 이식가능한 의료 장치를 포함할 수 있지만, 이에 제한되진 않는다.
따라서, 일부 실시예에서 제품은 0.1 또는 1 밀리미터 내지 10 또는 100 밀리미터 이상의 높이 및/또는 0.1 또는 1 밀리미터 내지 10 또는 100 밀리미터 이상의 최대 폭을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제품은 10 또는 100 나노미터 내지 10 또는 100 미크론 이상의 높이, 및/또는 10 또는 100 나노미터에서 10 또는 100 미크론 이상의 최대 폭을 가질 수 있다. 이러한 것으로 단시 예시일 뿐이다. 최대 크기 및 폭은 특정 장치의 구조 및 광 소스의 해상도에 의존하며, 제작되는 실시예 또는 물품의 특정 목적에 따라 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제품의 폭에 대한 높이의 비는 적어도 2:1, 10:1, 50: 1 또는 100:1 이상, 또는 높이에 대한 너비의 비는 1:1, 10:1, 50:1, 또는 10:1 이상이다.
일부 실시예에서, 제품은 적어도 하나 또는 내부에 형성된 복수의 구멍 또는 채널을 가질 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
본 명세서에 기재된 공정은 다양한 상이한 특정을 갖는 제품을 생성할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 제품은 단단하고; 다른 실시예에서 제품은 가요성 및 탄성을 갖는다. 일부 실시예에서, 제품은 고체이고; 다른 실시예에서, 제품은 하이드로겔과 같은 겔(gel)이다. 일부 실시예에서, 제품은 (구조적 파괴 지점까지 변형되지 않는 한, 변형된 후에 이전 형상을 실질적으로 회복하는) 형상 메모리를 갖는다. 일부 실시예에서, 제품은 단일체(즉, 단일 중합성 액체로 형성)이고; 일부 실시예에서, 제품은 복합체(즉, 둘 이상의 상이한 중합성 액체로 형성)이다. 특정 특성은 사용된 중합성 액체(들)과 같은 요인에 의해 결정될 것이다.
일부 실시예에서, 생성된 제품(product or article)은 2개의 지지체 사이에 브릿지(bridging) 요소, 또는 하나의 실질적으로 수직인 지지체로부터 투영된 캔틸레버(cantilevered) 요소와 같은, 적어도 하나의 돌출(overhanging) 특징부(또는 "돌출")를 갖는다. 본 발명의 공정의 일부 실시예의 단방향성, 연속성으로 인해, 각 층이 중합을 실질적으로 완료하고 다음 패턴이 노출되기 전에 발생하는 실질적인 시간 간격이 발생할 때 층들 사이에 형성되는 결함 또는 절단선의 문제는 실질적으로 감소된다. 따라서, 일부 실시예에서, 상기 방법은 제품과 동시에 제작되는 그러한 돌불을 위한 지지 구조체의 수를 감소, 또는 제거하는 것이 특징 유리하다.
13. 추가적인 빌드 플레이트 물질.
임의의 적절한 재료는 다층 빌드 플레이트 및/또는 하나 이상의 물질로 형성된 빌드 플레이트를 포함하는 본 명세서에 기술된 빌드 플레이트를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, (단독으로 또는 추가적인 지지체 또는 층으로 사용되는) 가요성층은 (실온 가황화(RTV; room temperature vulcanized) 실리콘과 같은) 가교 결합된 실리콘 엘라스토머 코팅을 갖는 직조된 유리 직물(광섬유 유리 또는 e-유리)을 포함할 수 있으며, 이는 유리 섬유 직물에 가볍에 침투되어 기계적 내구성을 제공할 수 있다. 실리콘 엘라스토머 (고무)의 산소 투과도는 Teflon® AF-2400과 유사하다. 이러한 구성은 단독으로 사용되거나 공기(산소) 흐름에 이용할 수 있는 직물의 채워지지 않은 영역과 함게 유리 플레이트에 부착(접착제로 접착)될 수 있다. 듀퐁(Dupont)의 Nafion®과 같은 술폰화 테트라플루오로에틸렌(sulfonated tetrafluoroethylene) 기반의 플루오로중합체-공중합체가 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 정수 용도를 위한 현재 매우 많은 양으로 사용되는 비대칭 편평한 시트막이 사용될 수 있다. (US 특허 공개 번호 2014/0290478 참고) 이러한 막은 일반적으로 폴리술폰(polysulfone) 또는 폴리에테르술폰(polyethersulfone)이며, 내화학성을 증가시키기 위한 퍼플루오로중합체(perfluoropolymers) 또는 가교 결합된 실리콘 엘라스토머로 코팅될 수 있다. 또한, 예를 들어 내화학성이 문제가 되는 경우, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(poly(vinylidene fluoride)) 및 가능한 폴리이미드(polyimide) 비대칭 (다공성) 막이 사용될 수 있다. 막의 일부는 코팅없이 그대로 사용될 수 있다. 그러한 막의 예들은 FilmTec® 막((Dow Chemical, Midland, Michigan (USA))을 포함한다. 이들은 (약 0.1 미크론의 코팅 두께를 갖는) 가교 결합된 높은 Tg 폴리아미드(polyamide)로 코팅된 다공정 폴리술폰(polysulfone) 비대칭 막이다. 가교 결합된 폴리아미드 코팅은 내화학성을 제공해야만 한다. 폴리아미드의 산소 투과성은 낮지만, 코팅 두께가 낮아서 유효 산소 투과율이 높을 수 있다. 폴리아미드층이 없는 폴리술폰 지지체는 실리콘 고무(AF-2400)와 같은 다양한 중합체로 코팅되어 매우 높은 산소 투과율을 얻을 수 있다. FilmTec® 막은 담수화 플랜트에 사용되는 주요 재료이기 때문에 대량 생산된다. PVDF 다공성 막은 반복 사용될 수 있다.
14. 추가적인 빌드 플레이트 물질들
일부 실시예에서, 대기를 산소와 같은 중합 억제제로 농축할 수 있다. 예를 들어, 산소 농축 소스는 예를 들어, 빌드 플레이트 아래의 감소된 전체 가스 압력에도 불구하고 높은 산소 분압을 유지시키거나 또는 충분한 산소 또는 다른 중합 억제제가 여전히 빌드 영역에 존재할 수 있게 하면서 침투성이 적은 빌드 윈도우를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다.
15. 빌드 플레이트 코팅
초소수성 표면이 빌드 플레이트 표면 또는 빌드 영역 상에 사용될 수 있다. 예를 들어, 모세관 힘에 의해 표면에 고정되거나 유지되는 비-혼합성 유체를 함유하는 패턴화된 표면 (입자의 랜덤 어레이 또는 미세 패턴 표면)이 사용될 수 있다. 이러한 표면의 예는 US 특허 번호 8,535,779 및 8,574,704에 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용은 전체적으로 본원에 참고로 인용된다.
16. 빌드 플레이트 유연층
본 발명에 따른 실시예가 반투과성 (또는 기체 투과성) 부재(예를 들어, TEFLON AF® 플루오로중합체와 같은 퍼플루오로중합체)를 포함하는 빌드 플레이트 상의 유연층에 대하여 기술되었지만, 임의의 적절한 유연성 물질이 (인장 부재 또는 "드럼 헤드(drum head) 구성을 갖도록) 단독으로 또는 클래스 같은 다른 강화된 기재의 상부에 놓인 상태로 사용될 수 있다. 예를 들어, 글라신(glassine)과 같은 투명한, 탄성 페이퍼가 사용될 수 있다. 글라신은 고광택인 잘-수화된(well-hydrated) 셀룰로오스 광섬유로 형성된 상대적으로 투명한, 기름오염방지 종이이다. 글라신은 왁스 또는 유약으로 가소화(plasticized) 및/또는 코팅될 수 있다. 글라신은 가스 투과성일 수 있다. 일부 실시예에서, 글라신은 TEFLON AF® 플루오로중합체와 같은 가교 결합된 실리콘 엘라스토머 또는 퍼플루오로중합체의 얇은 층으로 코팅될 수 있다. 글라신 페이퍼는 실질적으로 내기름성이며, 본 명세서에 기재된 중합성 액체에 대한 접착성이 제한될 수 있다.
17. 조명 패널을 갖는 빌드 플레이트
도 2는 광 소스로서 디지털 광처리(DLP; digital light processing) 시스템을 갖는 3D 프린팅 장치를 나타내지만, 일부 실시예에서 조명 패널 광 소스가 사용될 수 있다. 특히, 도 22 내지 도 25에 도시된 빌드 플레이트 내의 베이스층과 같은 빌드 플레이트의 바닥층은 빌드 영역 내의 수지에 광을 조사하기 위한 조명 패널의 표시 스크린으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 형성된 빌드 플레이트의 베이스층은 조명 패널의 스크린을 형성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스층은 생략될 수 있으며, 조명 패널은 베이스층과 유사한 기능 및 지지부를 제공할 수 있다. 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 조명 패널(900)은 베이스층의 바닥부에 위치될 수 있으며, 광 소스 제어기(950)에 연결될 수 있다.
도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 빌드 플레이트는 조명 패널, 베이스층, 접착층 및 투과성 시트를 포함할 수 있다. 채널은 빌드면에 산소 흐름을 증가시키기 위해 투과성 시트(도 22) 또는 베이스층(도 23) 내에 형성될 수 있다. 특히, 빌드 플레이트는 상부 및 하부 표면을 갖는 강성의, 광학적으로 투명한, 가스-불투과성 평탄한 베이스를 포함하며, 시트 하부 표면은 베이스 상부 표면 상에 위치된다. 베이스 상부 표면 및/또는 시트 하부 표면은 가스 투과성 시트에 가스 흐름을 증가시키는 표면 토폴로지를 갖는다. 예를 들어, 표면 토폴로지는 베이스와 시트 사이에 충분한 갭을 유지하는 표면 거칠기(임의의 "거친" 표면 또는 특징부 또는 채널의 패턴)을 포함할 수 있어서, 중합 억제제가 투과성 시트를 를 통한 갭을 통해 빌드면으로 흐를 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 토폴로지는 베이스와 시트 사이의 표면 습윤 또는 부착을 감소 또는 방지할 수 있다. 이러한 구성에서, 상대적으로 얇고, 유연한 투과성 시트가 사용될 수 있다. 강성 베이스는 삼차원 물체 제작 중에, 가요성 시트를 안정화시키고 및/또는 특히 하부 방향으로 휨 또는 휘어짐을 감소 또는 방지하도록 작용할 수 있다. 표면 토폴로지는 삼차원 물체 제작의 분해능에 대한 영향을 최소화하도록 윈도우를 통과하는 방사선의 광학 경로를 (임의의 광학적 차단 또는 산란을 제한함으로써) 충분히 유지하도록 구성될 수 있다. 시트는 주변부 또는 "드럼 헤드" 구성을 따라 하나 이상의 클램프에 의해 플레이트에 대해 유지될 수 있다. 표면이 거친 표면은 일반적으로 표면이 매끄럽지 않으며 산란각은 커진다. 일부 실시예에서 (예를 들어, 채널 또는 다른 특징부의 불균일한 표면 토폴로지에 기인한) 시트의 종방향 영역을 따른 모든 지점에서의 광학 산란각은 20%, 10%, 5.0% 또는 1.0% 미만이다.
강성 베이스 및 유연성 시트는 관련 파장에서 광학적으로 투명한 (또는 인간의 눈에 의해 시각적으로 투명한 것인지와 무관하게 방사선 소스에 대해 투명한 - 즉, 일부 실시예에서 광학적으로 투명한 윈도우는 시각적으로 불투명할 수 있음) 임의의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 강성 베이스는 중합성 억제제에 대해 불투과성이다.
일부 실시예에서, 가요성 시트는 본 발명의 장치로부터 분리될 때 가요성이지만 장치 내에서 강성으로 만들어지도록 장치에 (예를 들어, 인장 링과 함께) 설치될 때 클램프되고 인장되는 물질의 박막 또는 시트로 형성될 수 있다. 중합체 필름은 바람직하게는 0.01 또는 0.05 밀리미터 내지 0.1 또는 1 밀리미터 이상의 두께를 갖는 비정질 열가소성 플루오로중합체와 같은 플로오로중합체 필름이다. 일부 실시예에서, 0.0035 인치(0.09 밀리미터) 두께의 Biogeneral Teflon AF 2400 중합체 필름 및 0.004 인치(0.1 밀리미터) 두께의 Random Technologies Teflon AF 2400 중합체 필름이 사용될 수 있다. 필름의 장력은 바람직하게는 제작 속도와 같은 동작 조건에 따라 약 10 내지 100 파운드의 인장 링으로 조절된다.
특정 물질은 듀퐁(DuPont)으로부터 상업적으로 입수 가능한 TEFLON AF® 플루오로중합체를 포함한다. 추가적인 물질은 US 특허 번호 8,268,446; 8,263,129; 8,158,728; 및 7,435,495에 개시된 것과 같은 퍼플루오로폴리에테르 중합체를 포함한다. 예를 들어, 시트는 TEFLON AF 1600TM 또는 TEFLON AF 2400TM 플르오로중합체 필름, 또는 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 특히 가교 결합된 PFPE 필름, 또는 가교 결합된 실리콘 중합체 필름과 같은 비정질 열가소성 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 중합 억제제의 플럭스가 광중합을 감쇠시켜 데드 구역을 생성하기에 적합한 한 많은 다른 물질이 또한 사용 가능하다. 다른 물질은 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP; fluorinated ethylene propylene), 파라포름알데히드(PFA; paraformaldehyde), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF; polyvinylidene fluoride) 또는 공지된 다른 물질의 박막(10-50 미크론 두께)과 같은 반결정질 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 중합 억제제 산소에 대한 이들 물질(FEP, PFA, PVDF)의 투과성은 TEFLON AF보다 낮지만, 산소 농도, 산소 압력, 온도 및 광 특성(파장, 세기)에서 적합한 데드 구역 생성을 달성할 수 있다.
본 명세서에 기술된 접착층은 폴리(디메틸실록산)(PDMS; poly(dimethylsiloxane)) 필름(예를 들어, ARsealTM8026(Adhesives Research, Glen Rock, PA (USA))와 같은 폴리에스테르 박리 라이너를 사용하여 도포될 수 있는 실리콘 전이 필름 접착제)과 같은 가스-투과성 접착제일 수 있다. 접착층은 바람직하게 기체 투과성이고 베이스 물질(예를 들어, 유리, 실리콘, 석영, 사파이어, 중합체 물질) 및 시트 물질(예를 들어, 하기에 기술된 중합체)에 대하여 좋은 접착 품질을 가진다. 이러한 구성에서, 공기 흐름은 베이스의 불균일 표면 포톨로지(채널) 및 가스 투과성 접착제 및 시트를 통해 허용될 수 있다.
도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 조명 패널은 베이스층에 통합되거나 베이스층이 조명 패널의 표시 스크린일 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 삼차원 프린터용 빌드 플레이트(700)가 도시되어 있다. 빌드 플레이트(700)는 광학적으로 투명한 제1채널층(702), 제1채널층 상에 배치된 광학적으로 투명하며 가스 투과성인 제2채널층(704), 및 상부 표면 및 하부 표면을 가지며 유연하고 광학적으로 투명한 가스 투과성 시트(706)를 포함한다. 시트 상부 표면은 삼차원 물체를 형성하기 위한 빌드면(706)을 형성한다. 접착층(712, 714)는 채널층들(702, 704) 사이 및 채널층(704)과 시트(706) 사이에 배치된다. 채널층(702)은 압력 제어기(720)에 유체적으로 연결된 채널(702A)을 포함하며, 채널층(704)은 일측에 가스 소스(760) 및 타측에 진공 또는 배출구(770)에 유체적으로 연결된 채널(704A)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 채널층(704)은 접착층(714)에 의해 채널층(704)에 부착된 바닥면 및 상면을 갖는 평탄부(704B)를 포함한다. 채널층(704)은 또한 평탄부(704B)의 상면 상에 채널-정의부(704C)를 포함한다.
시트(706)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 비정질 플루오로중합체를 포함하는 임의의 적절한 반투과성 또는 투과성(즉, 중합 억제제에 대해 투과성을 갖는) 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중합체 필름 또는 중합체 필름층은 예를 들어, TEFLON AF 1600TM 또는 TEFLON AF 2400TM 플루오로중합체 필름과 같은 비정질 열가소성 플루오로중합체, 또는 퍼플루오로폴리에테르(PEPE), 특히 가교 결합된 PFPE 필름과 같은 플루오로중합체 필름 또는 가교 결합된 실리콘 중합체 필름일 수 있다. 채널층(704)은 투과성 중합체(예를 들어, 폴리(디메틸실로잔)(PDMS))와 같은 가스 투과성 또는 반투과성 물질을 포함할 수 있다. 시트(706)의 두께는 약 150 μm 이하일 수 있다. 평탄부(704B) 및 채널-정의부(704C)는 산소 플라즈마 처리, UV 오존 처리 및/또는 습식 화학 처리를 포함하는 산화 처리를 포함하는 화학 결합에 의해 함께 부착될 수 있다. 접착층(714)은 폴리(디메틸실로잔)(PDMS) 필름과 같은 가스-투과성 접착제일 수 있다. 이러한 구성에서, 가스 소스(760)는 채널(704A)을 통해 진공/배출구(770)로의 흐름을 증가시킬 수 있다. 채널(704A)에서 증가된 가스 흐름은 가스 투과성인 채널층(704), 접착층(712) 및 시트(706)를 통한 가스 흐름을 증가시킬 수 있으며, 빌드면(710)에 존재하는 가스 중합 억제제를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 가스 소스(760)는 빌드면(710)에서 중합을 억제하기 위한 산소 가스 소스 또는 다른 가스일 수 있다. 채널(702A, 704A)이 서로 평행한 것으로 도시되었지만, 채널(702A, 704A)은 빌드 플레이트(700)의 광학 품질을 향상시키기 위해 서로 일반적으로 직교할 수 있음을 이해해야 한다.
빌드 플레이트(700)는 충분히 얇고 및/또는 가요성을 가지므로 빌드 플레이트(700)는 만곡되거나 구부러질 수 있다. 일부 실시예에서, 빌드 플레이트(700)는 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 미크론과 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 밀리미터 사이의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 빌드 플레이트(700)는 약 70-80 GPa의 영률 및/또는 약 500-750 kgf/mm2의 비커스(Vickers) 경도를 갖는다.
일부 실시예에서, 압력 제어기(750)는 빌드 플레이트(700)가 상향(증가된 압력) 또는 하향(감소된 압력)으로 구부러질 수 있도록 채널층(702)의 채널(702A) 내에 압력을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 압력 제어기(750)는 하기의 도 25에 대하여 논의되는 바와 같이 채널(702A)을 포함하는 챔버에 의해 채널(702A)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 채널(702a)은 예를 들어 채널 또는 채널들을 연결함으로써 서로 유체적으로 연결될 수 있으며, 압력 제어기(750)와 채널(702a) 중 임의의 하나 사이의 유체 연결은 채널(702A) 모두에서 압력을 제어하기에 충분할 수 있다. 따라서, 채널(702A) 내의 압력은 압력 제어기(750)에 의해 제어될 수 있다. 상술한 바와 같이, 빌드 플레이트(700)는 가요성을 가질 수 있다. 빌드 동안, 빌드면(710)으로부터 캐리어/물체가 멀어지도록 이동함에 따라, 빌드 플레이트(700)는 돔 형태와 같은 상향 방향으로 구부러진다. 빌드 플레이트(700)가 상향으로 휘어지는 동안, 압력 제어기(750)는 채널(702A) 내의 압력을 감소시켜 빌드 플레이트(700)가 대체로 평탄한 위치로 되돌아갈 때까지 빌드 플레이트(700)에 하향의 힘을 가할 수 있다. 빌드 플레이트(700)가 평탄한 위치로 되돌아갔을 때, 빌드 플레이트(700)의 이동은 추가적인 중합성 액체(예를 들어, 수지)를 물체/캐리어 아래의 빌드 영역 내로 당기는 것을 도울 수 있다. 따라서, 빌드 플레이트(700)의 진동은 중합성 액체로 빌드 영역을 재충진하는 것을 향상시키거나 속도를 높이기에 충분할 수 있다. 또한, 압력 제어기(750)는 진동 속도 및/또는 빌드 플레이트(700)가 돔-형태 또는 구부러진 위치로부터 평탄한 위치로 이동하는 힘을 증가시킬 수 있으며, 이것은 중합성 액체의 흐름을 빌드면(710) 상의 빌드 영역으로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 제어기(750)는 대기압 위 및 아래의 채널(702A) 내의 압력을 증가 및 감소시킬 수 있다; 그러나, 압력 제어기(750)는 채널(702A) 내의 압력을 감소시키는 진동 펌프에 의해 제공될 수도 있는데, 이는 빌드 플레이트(700)의 바닥에 감소된 압력을 가하여 진동 속도 및/또는 빌드 플레이트(700)를 상향으로 휘어진 위치로부터 평탄한 위치로 되돌리는 힘을 증가시킬 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 빌드 플레이트(700)는 하우징(800)에 의해 삼차원 프린터용 빌드면(710)을 제공하도록 제 위치에 유지될 수 있다. 도시된 바와 같이, 채널층(702)은 채널층(702)이 하우징(800) 내에 클램프에 의해 인장 상태로 유지되도록 빌드 플레이트(700)의 다른 층보다 넓다. 빌드 플레이트(700)가 하우징(800)에 있을 때, 하우징(800)은 압력 제어기(750)에 유체적으로 연결된 하부 챔버(802) 및 가스 소스(760) 및 진공/배출구(770)에 유체적으로 연결된 상부 챔버(804)를 형성한다. 상부 및 하부 챔버(802, 804)는 채널층(702)에 의해 분리된다. 코크(caulk) 또는 다른 밀봉 물질과 같은 밀봉 부재(806)는 중합성 유체(예를 들어, 수지)가 챔버(804)로 들어가는 것을 감소 또는 방지하기 위해 하우징(800)과의 교차부에서 빌드 플레이트(700)의 상부 표면의 가장자리 상에 제공될 수 있다. 베이스(810)는 추가적인 평탄한 지지부를 빌드 플레이트(700)에 제공하도록 하부 챔버(802) 내에 포함될 수 있다. 베이스(810)는 사파이어, 유리, 중합체 및/또는 석영으로 형성될 수 있으며, 상기 채널층(702)의 바닥면 상에 위치할 수 있다.
이러한 구성에서, 채널(704)을 통해 가스 소스(760)로부터 진공/배출구(770)로 중합 억제제 가스의 흐름이 증가될 수 있으며, 및/또는 추가적인 중합 억제제가 빌드면(710)에 도달하도록 가스의 압력이 증가될 수 있다. 또한, 빌드 동안 빌드 플레이트(700)의 구부림은 진동이 빌드면(710)에 대한 중합성 유체의 흐름을 증가시키기 위해 주파수로 제어되거나 증가될 수 있도록 압력 제어기(750)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 특징들은 빌드면에서의 중합 억제제 가스의 증가된 존재 및 보다 중합 가능한 유체를 빌드면(710)으로 끌어들이기 위한 진동의 증가로 인해 삼차원 물체의 빌드 속도를 증가시킬 수 있다.
조명 패널(900)은 개별적으로 어드레스 가능한 방사선 전달 요소 또는 픽셀을 갖는 조명 패널일 수 있고, 조명 패널은 조명 패널 제어기에 의해 제어되어 빌딩면 상에 원하는 조명 패턴을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 패턴은 LCD 패널 또는 OLED 패널이다. 플라즈마 또는 CRT 스크린 또한 사용될 수 있다. 조명 패널은 전통적인 컬러 LCD의 서브-픽셀 컬러 필터(R, G 및 B)가 제거되어 광 세기가 증가되고 빌드 속도가 증가된 단색 또는 회색조(grayscale) LED와 같은 단색 패널일 수 있다. 조명 패널의 광 소스는 LED 어레이 또는 다른 적절한 광 소스를 포함할 수 있으며, 약 300 내지 450 nm 또는 약 400 nm와 같은 자외선 범위의 광을 생성할 수 있다. 종래의 LCD 스크린은 일반적으로 백색광 LED를 사용하지만, 일부 실시예에서 LED 밸라이트 소스는 UV LED일 수 있다. 디퓨저(Diffuser) 및 컬러 필터가 또한 그러한 조명 패널에서 UV 광의 높은 투과도를 위해 사용될 수 있다.
따라서, 광 패널 광 소스는 3D 프링팅 장치의 빌드 플레이트에 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 패널은 광이 실질적으로 배율없이(예를 들어, 약 1:1 배율로) 빌드면에 직접적으로 또는 거의 직접적으로 투영됨에 따라 빌드면을 조사할 수 있으며, 이는 투영 시스템에 비해 증가된 해상도 및 조도 세기를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 추가적인 광 가이드가 빌드 플레이트에 추가되어 빌드면 상의 분해능을 증가시킬 수 있다. 특히, 마이크로-렌즈 어레이 또는 허니콤 구조와 같은 광 가이드 또는 시준(collimating) 구조체가, 엘라스토머층 또는 다른 층이 빌드면 또는 광 왜곡이 개입될 수 있는 (예를 들어 약 1-10 밀리미터보다 큰) 더 두꺼운 빌드 플레이트에서 빌드 플레이트의 추가 준수(compliance)를 제공하기 위해 사용되는 실시예에서 사용될 수 있다. 광 가이드는 엘라스토머층과 같은 빌드 플레이트 층에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 빌드 플레이트 내의 광 가이드는 조명 패널의 개별 픽셀에 대응되어 빌드면에 광을 추가적으로 가이드할 수 있다. 달리 말하면, 개개의 광 가이드는 조명 패널의 픽셀과 정렬되도록 빌드 플레이트에 형성될 수 있다.
본 명세서에서 기술된 조명 패널은 임의의 적절한 구조의 빌드 플레이트와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 패널은 빌드 플레이트 바닥면이 적어도 조명 패널 표시 스크린을 형성하도록 또는 조명 패널 스크린이 빌드 플레이트의 바닥면에 고정되도록 빌드 플레이트에 통합될 수 있다. 산소 또는 다른 중합 억제제는 도 22 내지 도 25에 도시된 바와 같이 빌드 플레이트 내의 흐름 채널에 의해 또는 메쉬층 또는 투과성층과 같은 다른 흐름 구조체 또는 물질에 의해 빌드면에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 감소된 압력 영역은 빌드 플레이트의 하부에 형성될 수 있다. 감소된 압력 영역은 빌드 플레이트의 일측에서 더 클 수 있으며, 및/또는 빌드면의 상면의 이동을 잠재적으로 유발하여 빌드 영역으로의 수지 흐름을 증가시키고 및/또는 빌드면으로의 공기/산소/중합 억제제 흐름을 증가시키기 위해 진동할 수 있다.
일부 실시예에서, 가열/냉각 요소가 빌드 공정의 추가적인 제어를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도전성 나노입자와 같은 도전 물질이 하나 이상의 층(투과성 시트, 접착제, 투과성 채널층, 엘라스토머층 및/또는 베이스)에서 빌드 플레이트의 활성적 가열을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 빌드 플레이트의 가열은 수지를 가열시켜 수지의 점도를 감소시킬 수 있다. 도전성 투명 물질에 전압을 인가하여 전류를 구동할 수 있으며, 도전 물질은 저항성 히터로서 기능할 수 있다. X. Gong, W. Wen, Polydimethylsiloxane -based Conducting Composites and their Applications in Microfluidic Chip Fabrication, Biomicrofluidics, 3, 012007 (2009) 및 U.S. 특허 번호 8,243,358를 참고해라. 이들의 개시는 그 전체가 본원에 참고로서 포함된다.
일부 실시예에서 도 22 내지 도 25의 빌드 플레이트와 관련하여 설명되었지만, 조명 패널은 임의의 적절한 빌드 플레이트(예를 들어, 빌드 플레이트 베이스가 조명 패널의 스크린으로서 작용할 수 있음)에 통합되거나, 조명 패널이 빌드 플레이트 아래에 별도의 유닛으로 제공될 수 있다. 빌드 플레이트의 추가적인 예는 미국 특허 공개 번호 2016/0200052 및 2016/0193786 및 국제 공개 번호 WO2016/025579; WO2016/123506; 및 WO2016/123499에 개시되어 있으며, 이들의 개시 내용은 그 전체가 본원의 참고로서 포함된다.
중합 억제제는 본 명세서에 기재된 바와 같이 다양한 형태로 광학적으로 투명한 부재를 통해 중합성 액체에 공급될 수 있다.
광학적으로 투명한 부재를 통해 중합성 액체에 인가된 감소된 압력의 양 및 지속 시간은 바람직하게 중합성 액체 내의 가스 농도를 감소시키기에 충분하다. 압력은 대기 압력의 0%, 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40% to 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 100%일 수 있다.
일부 실시예에서, 중합성 유체는 중합성 액체를 경화시키기 위한 조사량 또는 "도즈(dose")를 결정하는 기체 농도의 구배를 갖는다. 예를 들어, 중합성 유체는 광학적으로 투명한 부재 상에 하부 영역 및 하부 영역과 반대되는 광학적으로 투명한 부재 상에 상부 영역을 가질 수 있으며, 하부 영역은 상부 여역보다 더 높은 경화량을 갖는다. 광학적으로 투명한 부재를 통해 중합성 액체에 인가되는 감소된 압력은 하부 영역에서 중합 억제제를 유지하면서 상부 영역에서 가스 농도를 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 데드 구역의 두께를 감소시킨다. 일부 실시예에서, 하부 영역의 두께는 약 1000 미크론보다 작거나 약 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300 내지 400, 500, 600, 700, 800, 900 또는 1000 미크론 사이일 수 있다.
일부 실시예에서, 산소 가스는 중합 억제제로 사용될 수 있다. 산소는 임의의 적절한 압력으로 공급될 수 있고, 바람직하게는 대기압보다 낮은 압력으로 공급된다. 특정 실시예에서, 산소의 압력은 대기압에서 공기 중의 산소 분압과 실질적으로 동일한다. 중합 억제제는 또한 실질적으로 데드 구역에서 중합 억제제에 기여하지 않는 질소 또는 다른 가스가 실질적으로 존재하지 않을 수 있다.
특정 이론에 구애되지 않고, 가스로 포함된 수지는 국부 압력이 떨어지면 가스 제거가 쉽다. 빌드 플랫폼 이동 및 수지 재충진 중에 큰 압력 강하가 발생할 수 있다. 인쇄된 부분과 윈도우의 분리는 가스 유착(coalescence)을 야기하며, 공극(voids)이 인쇄된 부분에서 형성될 수 있다. 따라서, 가스의 압력 제어 또는 가스 투과성 빌드 플레이트를 통한 진공의 인가는 압력 변화 이전에 용해된 기체의 수준을 감소시킬 수 있으며, 용해된 기체의 양을 감소시키는 것은 수지가 공극 형성 전에 형성할 수 있는 압력차를 증가시킬 수 있다. 빌드 플레이트는 가스에 대해 투과성이 있으며, 평형이 빌드 플레이트/수지 경계에서 상대적으로 빠르게 이루어질 수 있다. 인쇄 형성 및 부품 이동을 위해 공기(또는 산소)와 진공 사이를 순환하는 것은, 부품에 공극이 형성되기 전에 수지에 최대의 압력차로 CLIP 공정이 수행될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 중합 억제의 활성 성분이 아닌 질소의 제거는 전체적인 기체 수준을 감소시키고 인쇄된 부분에 기포 또는 공극의 형성을 더욱 감소시킬 수 있다.
또한, 중합성 유체와 빌드 플레이트 사이의 계면으로의 산소 전달이 바람직하지만, 계면으로부터 더 멀리 떨어져있는 중합성 유체 영역의 산소는 중합성 유체를 경화시키기 위한 더 많은 조사량을 야기할 수 있으며, 이는 노출 시간이 길어지고 인쇄 속도가 느려지는 결과를 초래한다. 전체 산소 수준을 감소시키는 것을 경화 시간이 빨라지므로 CLIP 공정을 위한 경계에서 충분한 산소를 유지하기가 어려워질 수 있다. 또한, 광 세기가 중합성 유체를 통과함에 따라 감소하기 때문에, 단량체에 대한 중합체 전환 퍼센트는 노출된 영역 전체에 걸쳐 일정하지 않을 수 있다. 산소 농도 수준을 제어하면 빌드 플레이트 및 중합성 유체 계면에서 산소 수준을 효과적으로 유지함으로써 노광 시간을 단축시키고 인쇄 속도를 증가시킬 수 있다. 산소 농도 프로파일은 또한 광 세기의 변화 관점에서 중합체 전화에 대한 보다 일정한 퍼센트의 단량체를 제공하도록 제어될 수 있다.
본 발명은 중합성 액체와 관련하여 설명되었지만, 통상의 기술자는 본 명세서에 기재된 방법 및 장치가 유기 및 무기 물질을 포함하는 임의의 적합한 고체화 가능한 액체와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, "이중 경화(dual cure)" 중합성 액체(또는 "수지") 및 본 발명을 수행하는 데 사용될 수 있는 방법은 J. Rolland et al., Method of Producing Polyurethane Three-Dimensional Objects from Materials having Multiple Mechanisms of Hardening, PCT 공개 번호 WO 2015/200179 (2015년 12월 30일 발행); J. Rolland 등, Methods of Producing Three-Dimensional Objects from Materials Having Multiple Mechanisms of Hardening, PCT 공개 번호WO 2015/200173 (2015년 12월 30일 발생); J. Rolland 등, Three-Dimensional Objects Produced from Materials Having Multiple Mechanisms of Hardening, PCT 공개 번호WO/2015/200189 (2015년 12월 30일 발행); J. Rolland 등, Polyurethane Resins Having Multiple Mechanisms of Hardening for Use in Producing Three-Dimensional Objects (2015년 12월 30일 발행); 및 J. Rolland 등, Method of Producing Three-Dimensional Objects from Materials having Multiple Mechanisms of Hardening 미국 특허 출원 번호14/977,822 (2015년 12월 22일 출원); J. Rolland 등, Method of Producing Polyurethane Three-Dimensional Objects from Materials having Multiple Mechanisms of Hardening, 미국 특허 출원 번호14/977,876 (2015년 12월 22일 출원), J. Rolland 등, Three-Dimensional Objects Produced from Materials having Multiple Mechanisms of Hardening 미국특허 출원 번호14/977,938 (2015년 12월 22일 출원), 및 J. Rolland 등, Polyurethane Resins having Multiple Mechanisms of Hardening for Use in Producing Three-Dimensional Objects, 미국특허 출원 번호 14/977,974 (2015년 12월 22일 출원)에 기재되어 있는 것들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이들 모두의 개시는 전체적으로 본 명세서의 참조로서 포함된다.
본 발명은 바람직하게 상술한 바와 같이 연속 액체 상간 중합에 의해 수행되지만, 일부 실시예에서 층별 제조를 포함하여 바텀-업(bottom-up) 삼차원 제조를 위한 다른 방법 및 장치가 상요될 수 있다. 이러한 방법 및 장치의 예는 John의 미국 특허 번호 7,438,846 및 El-Siblani의 미국 특허 번호 8,110,135 to El-Siblani, 및 Joyce의 미국 출원 공개 번호 2013/0292862 및 Chen 등의 2013/0295212에 개시된 것들을 포함하지만, 이에 제한되진 않는다. 이러한 특허 및 출원의 개시는 전체적으로 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 이하의 비-한정적 예들에서 더 자세히 설명된다.
예시 1
간헐적 조사 및 전진을 통합 연속 제작
본 발명의 공정은 도 6에 도시되어 있으며, 수직축은 빌드면으로부터 캐리어의 이동을 나타낸다. 이러한 실시예에서, (캐리어 또는 빌드면 중 하나, 바람직하게는 캐리어를 구동함으로써 달성할 수 있는) 수직 이동 또는 전진 단계는 연속적이고 단방향이며, 조사 단계는 연속적으로 수행된다. 제작된 제품의 중합은 중합 또는 활성 표면의 구배로부터 발생하고, 따라서 물품 내의 "층별" 결함 라인의 생성이 최소화된다.
본 발명의 다른 실시예는 도 7에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 전진 단계는 서로에 대해 멀어지는 캐리어와 빌드면의 활성적인 전진 사이에 도입된 일시 정지(pauses)에 의해 단계적으로 수행된다. 또한, 조사 단계는 간헐적으로, 이 경우에는 전진 단계에서 일시 정지 동안에 수행된다. 조사의 일시 정지 및/또는 전진 동안 중합 억제제가 데드 구역 및 중합의 인접한 구배(gradient) 또는 활성면을 유지하도록 충분한 양으로 데드 구역에 공급되는 한, 중합의 구배는 유지되고 제품 내의 층들의 형성이 최소화되거나 회피된다. 달리 말하면, 조사 및 전진 단계가 아니더라도 중합은 연속적이다. 충분한 억제제는 임의의 다양한 기술에 의해 제공될 수 있으며, 억제제에 충분히 투과성인 투명 부재를 사용하여, 억제제를 농축(예를 들어, 억제제-농축된 및/또는 가압된 대기로부터 억제제를 공급)하는 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되진 않는다. 일반적으로, 삼차원 물체의 제작이 더 빨라짐에 따라(즉, 전진의 누적 속도가 더 빨라짐에 따라), 데드 구역 및 중합의 인접한 구배를 유지하기 위해 더 많은 억제제가 요구될 것이다.
예시 2
중합성 액체를 갖는 빌드 영역의 충진을 향상시키기 위한 전진 동안 왕복 운동을 이용한 연속 제작
본 발명의 또 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 상기 예시 1에서와 같이, 본 실시예에서 전진 단계는 서로에 대해 멀어지는 캐리어와 빌드면의 활성적인 전진 사이에 도입된 일시 정지(pauses)에 의해 단계적으로 수행된다. 또한, 상기 도 1에서와 같이, 조사 단계는 간헐적으로, 다시 전진 단계에서 일시 정지 동안에 수행된다. 그러나, 본 실시예에서 전진 및 조사의 일시 정지 동안 데드 구역 및 중합을 유지하는 능력은 조사의 일시 정지 동안 수직 왕복 운동을 도입함으로써 유리할 수 있다.
우리는 특히 조사의 일시 정지 동안, (멀리 떨어진 캐리어 및 빌드면을 다시 서로 방향으로 돌아가도록 구동하는) 수직 왕복 운동이 중합성 액체를 빌드 영역으로 확실히 주입함으로써, 중합성 액체를 갖는 빌드 영역의 충진을 향상시키는 것을 발견했다. 이는 더 큰 영역이 조사되거나 더 큰 부분이 제조될 때 유리하며, 빌드 영역의 중앙부를 충진하는 것은 빠른 제작의 속도를 제한할 수 있다.
수직 또는 Z축으로의 왕복 운동은 양 방향에서 임의의 적절한 속도로 수행될 수 있고(속도는 양 방향에서 동일할 필요는 없음), 왕복 운동이 빌드 영역 내에 가스 거품의 형성을 야기하는 데 불충분할 때의 속도가 바람직하다.
도 8의 조사에서 각각의 일시 정지 동안 왕복 운동의 단일 사이클이 도시되어 있지만, (서로 동일하거나 상이할 수 있는) 다수의 사이클이 각각의 일시 정지 동안 도입될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상술한 예시 1에서와 같이, 중합 억제제가 데드 구역 및 왕복 운동 중에 인접한 중합 구배를 유지하기에 충분한 양으로 데드 구역에 공급되는 한, 중합의 구배가 유지되고, 제품 내의 층 형성이 최소화 또는 회피되고, 조사 및 전진 단계가 아니더라도 중합/제작이 연속적으로 유지된다.
예시 3
부품 품질 향상을 위한 왕복 운동 상향 스트로크 중 가속 및 왕복 운동 하향 스트로크 중 감속
우리는 상향 스트로크 및 대응되는 다운 스트로크의 제한 속도가 존재하며, 이를 초과하는 경우 (아마도 횡방향 전단력에 의한 수지 흐름에 의해 유발된 중합 구배 내의 연질 영역의 열화로 인한) 제작되는 부분 또는 물체의 품질 저하를 야기할 수 있음을 관찰했다. 이러한 전단력을 감소시키고, 및/또는 제작되는 부분의 품질을 향상시키기 위해, 우리는 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이 상향 스트로크 동안 일어나는 점진적 가속 및 하향 스트로크 동안 일어나는 점진적 감속을 갖는 상향 스트로크 및 하향 스트로크 내의 다양한 속도를 도입하였다.
예시 4
다중 구역에서의 제작
도 10은 제1베이스(또는 "접착") 구역, 선택적인 제2전이 구역, 및 제3 본체 구역을 통해, 상술한 바와 같은 방법에 의해 삼차원 물체를 제작하는 과정에서 시간(t)에 대한 캐리어의 이동(z)을 개략적으로 나타낸다. 삼차원 물체를 전체적으로 형성하는 공정은 따라서 3개(또는 2개의) 순차적인 세그먼트 또는 구역으로 나뉘어진다. 구역은 중합의 구배가 구역들 사이에서 분열되지 않도록 3개의 구역 사이에서 실질적인 지연(예를 들어 5 또는 10초 초과)없이 연속적으로 수행된다.
제1베이스(또는 "접착") 구역은 순차적인 후속 전이 및/또는 본체 구역에 사용되는 것보다 더 높은 도즈(더 긴 지속 시간 및/또는 더 큰 세기)에서의 초기 광 또는 조사 노출을 포함한다. 이는 캐리어가 빌드면에 완벽하게 정렬되지 않는 문제, 및/또는 빌드면으로부터 캐리어의 위치 변화 문제를 수지가 캐리어에 확실하게 중합되도록 보장함으로써 제거된다. 캐리어가 초기, 시작 위치에 위치되기 전에 (빌드 영역 내에 중합성 액체의 초기 분포 또는 펌핑을 위한) 선택적인 왕복 운동 단계가 나타난다. 원할 경우, 가용성 박리층과 같은 박리층(미도시)이 여전히 캐리어와 초기 중합된 물질 사이에 포함될 수 있음을 주목해라. 일반적으로, 삼차원 물체의 작은 부분은 베이스 구역 동안 생성된다(예를 들어, 1, 2 또는 5 퍼센트 체적 미만). 유사하게, 이러한 베이스 구역의 지속 시간은 일반적으로 베이스 구역, 선택적인 전이 구역 및 바디 구역의 지속 시간의 합의 작은 부분(예를 들어, 1, 2, 또는 5 퍼센트 미만)이다.
공정의 제1베이스 구역 다음에, 선택적인 (그러나 바람직한) 전이 구역이 있다. 이러한 실시예에서, 조명의 지속 시간 및/또는 세기는 상술한 바와 같이 베이스 구역에 사용된 것과 비교하여 조명의 지속 시간 및/또는 세기가 더 적고, 진동 단계의 변위가 더 적다. 전이 구역은 (도시되 실시예에서) 2개 또는 5개에서 50 이상까지의 진동 단계 및 대응되는 조명을 통해 진행할 수 있다. 일반적으로, 삼차원 물체의 중간 부분(베이스 구역 동안 형성된 것보다 크지만, 본체 구역 동안 형성된 것보다 작음)은 전이 구역 동안 (예를 들어, 1, 2, 또는 5 퍼센트 체적에서 10, 20 또는 40 퍼센트 체적까지) 생성된다. 유사하게, 이러한 전이 구역의 지속 시간은 일반적으로 베이스 구역의 지속 시간보다 크지만 본체 구역의 지속 시간보다 짧다. (예를 들어, 베이스 구역, 전이 구역 및 본체 구역의 지속 시간의 합의 1, 2 또는 5 퍼센트 내지 10, 20 또는 40 퍼센트의 지속 시간, 1, 2 또는 5 퍼센트 미만)
공정의 전이 구역 바로 다음(또는 전이 구역이 포함되지 않는 경우, 공정의 베이스 구역 바로 다음)에, 삼차원 물체의 나머지 부분이 형성되는 본체 구역이 존재하다. 도시된 실시예에서, 본체 구역은 베이스 구역보다 낮은 도즈(전이 구역이 존재한다면, 바람직하게 전이 구역보다 낮은 도즈)에서 조명을 수행하며, 왕복 운동 단계는 베이스 구역에서 보다 (선택적이지만 일부 실시예에서 바람직하게) 더 작은 변위(전이 구역이 존재한다면, 선택적이지만 바람직하게 전이 구역보다 낮은 변위)에서 수행된다. 일반적으로, 삼차원 물체의 체적에 대해 60, 80 또는 90 퍼센트보다 더 큰 주요 부분이 전이 구역 동안 생성된다. 유사하게, 이러한 본체 구역의 지속 시간은 일반적으로 베이스 구역 및/또는 전이 구역보다 크다. (즉, 베이스 구역, 전이 구역, 및 본체 구역의 지속 시간의 합의 적어도 60, 80 또는 90 퍼센트의 지속 시간)
본 실시예에서, 다중 구역은 진동 제작 모드와 관련하여 도시되었지만, 본 명세서에서 개시된 다중 구역 제작 기술은 또한 (전이 구역이 포함된 것으로 도시되지만, 선택 사항인) 하기의 예들에서 설명하는 다른 제작 모드에서도 구현될 수 있다.
예시 5
간헐적(또는 " 스트로브 ") 조명으로 제작
"스트로브(strobe)" 동작 모드의 목적은 광 또는 방사선 소스가 켜져 있거나 활성 상태에 있는 시간을 (예를 들어, 삼차원 물체의 제작을 완성하는 데 요구되는 총 시간의 80, 70, 60, 50, 40 또는 30 퍼센트를 초과하지 않도록) 감소시키고 이의 세기를 (활성 조명 또는 방사선의 그러한 감소된 시간없이 동일한 누적 속도로 전진이 수행될 때 요구되는 세기와 비교하여) 증가시키는 것이며, 이를 통해 광 또는 방사선의 전체 주입량(dosage)은 실질적으로 동일하게 유지된다. 이렇게 하면, 수지를 동시에 경화시키지 않고 빌드 영역으로 수지가 흘러들어가는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있다. 스트로브 모드 기술은 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 연속 모드, 계단 모드 및 진동 모드를 포함하며, 상술한 본 명세서에 기술된 임의의 기존의 일반적인 동작 모드에 적용될 수 있다.
도 11a는 연속 모드의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 종래의 연속 모드에서는 이미지가 투영되고 캐리어가 위쪽으로 움직이기 시작한다. 빌드 플랫폼의 높이에 대응하여 생성되는 삼차원 물체의 횡단면을 나타내기 위해 간격을 두고 이미지가 변경된다. 빌드 플랫폼의 동작 속도는 여러 가지 이유로 변화될 수 있다. 도시된 바와 같이, 종종 주요 목적이 빌드 플랫폼에 대상체를 부착하는 것인 베이스 구역, 생성되는 전체 물체에 적합한 속도를 갖는 본체 구역, 및 베이스 구역의 속도 및/또는 주입량으로부터 본체 존의 속도 및/또는 주입량까지 점진적으로 전이하는 전이 구역이 존재한다. 경화가 여전히 수행되어, 빌드 영역 내의 중합성 액체에서 층별 결함 라인의 형성을 방지하는 중합 구배가 바람직하게 유지되며, 캐리어(또는 성장하는 물체)가 상술한 바와 같이 중합성 액체와 접촉하는 액체 내에 남아 있음을 주목해라.
도 11b는 스트로브 연속 모드의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 스트로브 연속에서, 광 세기는 증가하지만 이미지는 짧은 섬광 또는 간헐적 세그먼트로 투영된다. 증가된 세기는 수지가 더욱 신속하게 경화되도록 하여 경화 중 흐름의 양을 최소화한다. 섬광 사이의 시간은 동시에 경화되지 않고 수지가 흐르도록 한다. 이는 피팅(pitting)과 같이 이동하는 수지를 경화함으로써 발생하는 문제를 감소시킬 수 있다.
또한, 스트로브 모드에서 달성된 광 소스의 감소된 듀티 사이클은 증가된 간헐적 파워의 사용을 허용할 수 있다. 예를 들어: 종래의 연속 모드의 세기가 5mW/cm2였다면 세기가 10mW/cm2로 두 배가 될 수 있고 이미지가 투영되는 시간을 반으로 줄일 수 있으며, 또는 세기가 25mW/cm2 5배로 증가되고 시간은 이전 점등 시간의 1/5로 감소될 수 있다.
도 12a는 계단식 모드의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 종래의 계단식 모드에서, 빌드 플렛폼이 고정되어 있는(또는 조명 사이에서 더 빠른 이동과 비교하여 천천히 움직이는) 동안 이미지가 투영된다. 하나의 높이 증가분이 충분히 노출되면, 이미지는 꺼지고 빌드 플랫폼이 몇몇 증가분에 의해 상향으로 이동된다. 이러한 이동은 하나의 속도로 이루어지거나, 경화되지 않은 수지의 두께가 얇을 때 느린 속도에서 경화되지 않은 수지의 두께가 두꺼울수록 더 빠르게 가속하는 것과 같이 속도가 변화될 수 있다.
도 12b는 스트로브 계단식 모드의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 스트로브 계단식 모드에서, 광 세기는 증가하고 이미지가 투영되는 시간의 양은 감소된다. 이는 수지 흐름에 더 많은 시간을 허용하여 인쇄의 전체 속도를 감소시키거나 이동 속도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어: 종래의 계단식 모드의 세기가 5mW/cm2이고 빌드 플랫폼이 1초에 100 um씩 이동하고 이미지가 1초동안 투영되었다면, 세기가 10mW/cm2로 두 배가 될 수 있고 이미지가 투영되는 시간을 0.5초로 감소시킬 수 있으며, 이동 속도는 50 um/초로 감소되거나 스테이지가 이동하는 시간이 0.5초로 감소할 수 있다. 이미지 투영에 할당된 시간이 1/5 이하로 감소될 수 있도록 증가된 세기는 5배 이상이 될 수 있다.
도 13a는 진동 모드의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 진동 모드에서 이미지는 빌드 플랫폼이 정지(또는 조명 중 및 조명 사이에서 더 빠른 이동에 비하여 천천히 이동)되어 있는 동안 다시 투영된다. 하나의 높이 증가분이 경화될 때, 이미지가 꺼지며 빌드 플랫폼은 위쪽으로 이동하여 추가 수지를 빌드 영역으로 가져온 다음 마지막으로 경화된 높이 이상의 다음 높이 증가분으로 다시 이동한다. 이러한 이동은 하나의 속도로 이루어지거나, 경화되지 않은 수지의 두께가 얇을 때 느린 속도에서 경화되지 않은 수지의 두께가 두꺼울수록 더 빠르게 가속하는 것과 같이 속도가 변화될 수 있다. 일단 빌드 플랫폼이 새로운 위치에 있게 되면, 다음 단면의 이미지가 다음 높이 증가분을 경화하기 위해 투영된다.
도 13b는 스트로브 진동 모드의 일 실시예를 나타낸다. 스트로브 진동 모드에서, 광 세기는 증가되며 이미지가 투영되는 시간은 감소된다. 이는 수지 흐름에 더 많은 시간을 허용하여 인쇄의 전체 속도를 감소시키거나 이동 속도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어: 종래의 진동 모드의 세기가 5mW/cm2이고 빌드 플랫폼이 1 mm 위로 이동하고 1초 후에 이전 높이보다 100 um증가하여 이미지가 1초동안 투영되었다면, 세기가 10mW/cm2로 두 배가 될 수 있고 이미지가 투영되는 시간을 0.5초로 감소시킬 수 있으며, 이동 속도가 반으로 감소되거나 스테이지가 이동하는 시간이 0.5초로 감소할 수 있다. 이미지 투영에 할당된 시간이 1/5 이하로 감소될 수 있도록 증가된 세기는 5배 이상이 될 수 있다. 도 13의 세그먼트 "A"는 이하에서 더 설명된다.
도 14a는 스트로브 진동 모드의 다른 실시예에서 동작하는 제조 방법의 세그먼트를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 캐리어가 정지되어 있는 동안의 세그먼트 지속 시간은 스트로브 조명의 지속 시간에 가깝게 단축되어, 진동 세그먼트의 지속 시간은 전진 누적 속도 및 제작 속도를 변화시키기 않으면서 -원한다면- 길어질 수 있다.
도 14b는 캐리어가 조명 세그먼트 동안 (진동 세그먼트의 상향 스트로드에 비하여 상대적으로 느리게) 전진하는 것을 제외하고, 도 14a와 유사한 스트로브 진동 모드의 다른 실시예의 세그먼트를 나타낸다.
예시 6
제작 동안 공정 파라미터의 변화
상술한 예들의 방법에서, 본체 구역 동안의 동작 조건은 해당 구역에 걸쳐 일정한 것으로 표시된다. 그러나, 다양한 파라미터가 후술하는 바와 같이, 본체 구역 또는 세그먼트에서 변경 또는 변형될 수 있다.
생산 중에 파라미터를 변경하는 주된 이유는 삼차원 물체의 단면 형상, 즉, 동일한 삼차원 물체의 더 작은(충진하기 쉬운), 및 더 큰(충진하기 어려운) 세그먼트 또는 부분의 변화이다. 세그먼트(예를 들어, 1-5 mm 직경의 등가물)를 충진하기 더 쉽게 하기 위해, 상향 이동의 속도는 빠를 수 있으며(최대 50-1000 m/hr), 및/또는 펌프 높이는 최소(예를 들어, 100 내지 300 um만큼 작은)가 될 수 있다. 더 큰 세그먼트(예를 들어, 5-500 mm 직경의 등가물)의 경우 상향 운동의 속도는 더 느릴 수 있으며(예를 들어, 1-50 mm/hr), 및/또는 펌프 높이는 더 클 수 있다. (예를 들어, 500 내지 5000 um) 특정 파라미터는 물론 조사 강도, (염료 및 충진제 농도와 같은 성분을 포함하는) 특정 중합성 액체, 사용된 특정 빌드면 등과 같은 요인에 의해 달라질 수 있다.
일부 실시예에서, 조사되는 단면의 "벌크(bulk)"가 증가됨에 따라 (시간 및 세기에 의해 결정되는) 전체 광 주입량은 감소될 수 있다. 다른 말로 하면, 광의 작은 부분은 더 넓은 영역의 광보다 단위 주입량 당 더 많은 광을 필요로 할 수 있다. 특정 이론에 구애되지 않고, 이는 중합성 액체의 화학적 운동학과 관련될 수 있다. 이 효과는 우리에게 더 작은 단면 직경의 등가물에 대한 전체 광 주입량을 증가시킬 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 단계 또는 펌프 사이의 각각의 높이 증가분의 두께는 변화될 수 있다. 이는 분해능 요구 사항이 감소함에 따라 (즉, 더 큰 정밀도를 요구하거나 더 정밀한 또는 작은 허용 오차를 요구하는 물체의 부분에 비하여 정밀도가 더 낮거나 변동성이 큰 부분을 가공하는 경우) 속도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 100 um 증가분 내지 200 um 또는 400 um 증가분으로 변경하고 증가된 두께에 대한 경화를 모두 한번의 주기로 그룹화할 수 있다. 이러한 시간 주기는 동등한 작은 증가분에 대하여 결합 시간보다 더 짧은, 동일한 또는 더 길 수 있다.
일부 실시예에서, 전달된 광 주입량(시간 및/또는 세기)는 특정 단면(물체의 수직 영역) 또는 동일한 단면 또는 수직 영역 내의 다른 영역들에서조차 다양할 수 있다. 이는 특정 기하학적 구조의 강성 또는 밀도를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 이는 서로 다른 높이 증가분에서의 주입량을 변경하거나 각 높이 증가분 조명의 상이한 구역의 회색조(grayscale) 퍼센트를 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
다중 구역을 통한 본체 영역 제작의 예는 도 15a 내지 도 19에 주어진다.
도 15a는 본체 세그먼트가 두 개의 연속 세그먼트로 제작되고, 제1세그먼트가 진동 동작 모드로 수행되고 제2세그먼트가 연속 동작 모드에서 수행된다는 것을 제외하고 도 13a와 유사한 삼차원 물체의 제작에 대한 개략도이다. 도 16a는 본체 세그먼트가 세 개의 연속 세그먼트로 제작되고, 제1 및 제3세그먼트가 연속 동작 모드로 수행되고 제2세그먼트가 진동 동작 모드에서 수행된다는 것을 제외하고 도 11a와 유사한 삼차원 물체의 제작에 대한 개략도이다. 도 17a는 베이스 구역, 전이 구역, 및 본체 구역의 제1세그먼트가 스트로브 연속 동작 모드에서 수행되고, 본체 구역의 제2세그먼트는 진동 동작 모드에서 제작되고, 본체 구역의 제3세그먼트는 연속 동작 모드에서 제작된다는 것을 제외하고 도 16a와 유사한 삼차원 물체의 제작에 대한 개략도이다.
도 15b, 도 16b 및 도 17b는 계단식 모드가 진동식 또는 "왕복 운동" 모드 대신에 사용된다는 것을 제외하고, 전술한 것과 유사하다. 일반적으로, 왕복 운동 또는 진동 모드는 계단식 모드보다 선호되며, 왕복 운동은 캐리어의 이동 또는 유연한 또는 움질일 수 있는 빌드면의 결합된 이동을 통해 전적으로 달성될 수 있다.
도 18a는 광 세기가 베이스 구역 및 전이 구역을 제작하는 과정에서 변화되며, 광 세기 및 전진 속도가 둘 모두 본체 구역을 제작하는 과정에서 변화된다는 것을 제외하고, 도 11a와 유사한 삼차원 물체의 제작에 대한 개략도이다. 도 18b는 광이 간헐적인 방식으로 차단된다는 것을 제외하고 도 17a와 유사한 삼차원 물체의 제작에 대한 개략도이다. (차단된 세그먼트 동안 광 세기를 나타내는 파선은 도 17a와의 비교를 위한 것이다.)
도 19는 본체 세그먼트의 제작 동안의 동작 모드가 연속, 왕복 운동 및 후방으로 여러 번 변화한다는 것을 제외하고 도 11a와 유사한 삼차원 물체의 제작에 대한 개략도이다. 이는 제작 동안 삼차원 물체의 기하학적 구조의 변화를 수용하는 것뿐만 아니라, 부분이 중공(hollow)인 상대적으로 일정한 기하학적 구조를 가지기 때문에 빌드 영역 내의 중합성 액체의 보충을 용이하게 한다.
도 20은 왕복 운동(또한 "진동"이라고도 함) 동작 모드(전체적으로 실선) 또는 계단식 동작 모드(실선 수평선 및 파선) 내에서 변화할 수 있는 파라미터를 개략적으로 나타낸다. 계단식 모드에서 펌프 높이 파라미터가 없는 경우를 제외하면 이러한 두 가지 모드에서 변화될 수 있는 파라미터를 주목해라.
예시 7
제작 동안 슬라이스 두께의 변화
본 발명의 방법에서, 슬라이스 두께는 임의의 동작 모드에서 일정하게 유지되거나 변경될 수 있다. 예들은 도 21a 내지 도 21f에 주어지며, 여기서 수평 점선은 삼차원 물체의 형성 동안 (상이한 노광 또는 조명 프레임 또는 패턴에 대응되는) 각각의 인접한 슬라이스로부터의 전이를 나타낸다.
도 21a는 일정한 슬라이스 두게 및 일정한 캐리어 속도를 갖는 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타내며, 반면 도 21b는 일정한 캐리어 속도에서 가변 슬라이스 두께를 갖는 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다. 두 경우 모두, 조명 또는 노출은 연속적이며, 시간에 따라 변화하는 슬라이스를 갖는다. 슬라이스 두께는 (스트로브 모드를 포함하는) 간헐적 노출 동작 모드에서 유사하게 변화될 수 있다.
도 21c는 일정한 슬라이스 두께 및 가변 캐리어 속도를 갖는 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명이 방법을 개략적으로 나타내는 반면, 도 21d는 가변 슬라이스 두께 및 가변 캐리어 속도를 갖는 연속 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다. 다시 두 경우 모두, 조명 또는 노출은 연속적이며, 시간에 따라 변화하는 슬라이스를 갖는다. 슬라이스 두께는 간헐적 노출 동작 모드에서 유사하게 변화될 수 있다.
도 21e는 일정한 슬라이스 두께를 갖는 왕복 운동 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타내며, 반면 도 21f는 가변 슬라이스 두께를 갖는 왕복 운동 동작 모드에서 수행되는 본 발명의 방법을 개략적으로 나타낸다. 노광 기간 동안 굵은 대각선 해시(hash) 패턴은 도 21f에서 슬라이스 두께 및 가변성을 강조하는 것이다. 두 경우 모두, 왕복 운동 동작 모드 대신 계단식 동작 모드가 사용될 수 있다. (예를 들어, 도 20 참조)
전술한 내용은 본 발명의 예시이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명은 다음의 청구 범위에 의해 정의되며, 청구 범위에 포함되는 등가물을 포함한다.

Claims (63)

  1. 삼차원 프린터를 위한 빌드 플레이트 조립체에 있어서,
    개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 갖는 조명 패널로서, 상기 픽셀들은 선택적으로 광을 방출 및/또는 상기 픽셀들 하부의 조명으로부터 상기 조명 패널의 상면까지 광을 전송하도록 구성되며;
    불균일한 표면 토폴로지를 갖는 상부 표면 및 상기 조명 패널의 상기 상면에 부착되는 하부 표면을 갖는 단단하고, 광학적으로 투명하며, 가스-불투과성의 평탄한 스크린 또는 베이스; 및
    삼차원 물체를 형성하기 위한 빌드면을 포함하는 상부 표면 및 상기 베이스의 반대편에 위치하는 하부 표면을 갖는 플렉서블하고, 광학적으로 투명하며, 가스-투과성의 시트를 포함하며,
    상기 빌드 플레이트는 상기 빌드면에 가스 흐름을 허용하도록 구성된, 빌드 플레이트 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스-투과성 시트와 상기 베이스 사이에 배치된 접착층 및 내부에 채널을 정의하는 채널층을 더 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 채널층은 투과성 중합체(예를 들어, PDMS(poly(diethylsiloxane)))와 같은 투과성 물질을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널층은 상기 접착층 반대편의 바닥면 상의 채널을 정의하는, 빌드 플레이트 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널층은 화학적 결합(예를 들어, 산소 플라즈마 처리, UV 오존 처리 및/또는 습식 화학 처리를 포함하는 산화 처리)에 의해 상기 베이스에 부착되는, 빌드 플레이트 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착층은 가스-투과성 접착제를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착층은 PDMS(poly(dimethylsiloxane)) 필름(예를 들어, 실리콘 전사 필름 접착제)를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스는 상부 및 바닥부를 포함하며, 상기 상부는 상기 표면 토폴로지를 제공하는 패턴화된 강성 중합체를 포함하고 상기 상부는 상기 바닥부에 부착되는, 빌드 플레이트 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부는 제1물질을 포함하고, 상기 바닥부는 상기 제1물질과 다른 제2물질을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2물질은 사파이어, 유리 및/또는 석영을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널층과 상기 베이스 사이에 상기 빌드면의 탄성력을 증가시키도록 구성된 엘라스토머층을 더 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과성 시트 및/또는 채널층은 산소를 감지하기 위한 형광성, 산소-감지 입자를 포함하는 PDMS 복합체를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과성 시트, 엘라스토머층 및/또는 채널층은 상기 빌드 플레이트의 일부를 가열하기 위한 전기적 전도성 입자를 포함하는 PDMS 복합체를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 패널은 LCD 패널을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 패널은 OLED 패널을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 패널은 자외선 LED 광 소스 어레이를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 패널은 회색조(grayscale) 조명 패널인, 빌드 플레이트 조립체.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 패널의 상기 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들에 대응되는 상기 빌드 플레이트 내의 광 가이드를 더 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 토폴로지는 상기 평탄한 베이스와 상기 가스-투과성 시트의 부분들 사이에 소정의 갭을 유지하도록 구성된 랜덤 또는 패터닝된 특징부들(features)을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스-투과성 시트는 두께를 포함하고, 상기 갭은 상기 시트의 상기 두께의 5배 이하인, 빌드 플레이트 조립체.
  21. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 평탄한 베이스와 상기 가스-투과성 시트 사이의 영역은 상기 평탄한 베이스와 상기 가스-투과성 시트 사이의 갭 영역들을 포함하며, 가스 흐름을 증가시키고 상기 가스-투과성 시트 상의 습윤 영역을 감소시키기에 충분한 갭이 유지되는, 빌드 플레이트 조립체.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 토폴로지는 불규칙 및/또는 랜덤 특징부들을 갖는 거친 표면을 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평탄한 베이스는 산소-투과성인, 빌드 플레이트 조립체.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스-투과성 시트는 산소-투과성인, 빌드 플레이트 조립체.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평탄한 베이스의 상기 표면 토폴로지는 기계적 연마, 화학적 에칭 및/또는 레이저 절단에 의해 형성된, 빌드 플레이트 조립체.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 토폴로지는 상기 평탄한 베이스 면적의 약 1% 내지 약 20%를 덮는 함몰부 또는 돌출부를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 토폴로지는 0.1 내지 5 μm 깊이의 높이 또는 깊이를 갖는 함몰부 또는 돌출부를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 토폴로지는 약 1 내지 약 10 μm의 지름을 갖는 함몰부 또는 돌출부를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빌드면에 가스 흐름을 증가시키는 상기 표면 토폴로지는 상기 베이스 상부 표면 상에 있는, 빌드 플레이트 조립체.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빌드면에 가스 흐름을 증가시키는 상기 표면 토폴로지는 상기 시트 하부 표면 상에 있는, 빌드 플레이트 조립체.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트의 두께는 약 150 μm 미만인, 빌드 플레이트 조립체.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스는 사파이어, 유리, 석영 또는 중합체를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트는 플루오로 중합체(예를 들어, 퍼플루오로폴리에테르 (perfluoropolyether) 중합체)를 포함하는, 빌드 플레이트 조립체.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 토폴로지는 20% 미만, 15% 미만 또는 10% 미만의 광 산란 각도를 갖는, 빌드 플레이트 조립체.
  35. 삼차원 물체를 형성하는 방법에 있어서,
    캐리어 및 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재를 제공하는 단계로서, 상기 캐리어와 상기 빌드면은 그들 사이에 빌드 영역을 정의함;
    상기 빌드 영역을 중합 성 액체로 충진(filling)하는 단계;
    상기 중합성 액체로부터 고형 중합체를 형성하도록, 상기 광학적으로 투명한 부재를 통해 상기 빌드 영역에 광을 연속적으로 또는 간헐적으로 조사하는 단계;
    상기 고체 중합체로부터 상기 삼차원 물체를 형성하도록, 상기 빌드면으로부터 멀어지는 상기 캐리어를 연속적 또는 간헐적으로 (예를 들어, 순차적으로 또는 상기 조사 단계와 동시에) 전진시키는 단계를 포함하며,
    상기 광학적으로 투명한 부재는 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항의 빌드 플레이트를 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 충진하는 단계, 조사하는 단계, 및/또는 전진시키는 단계는 또한 동시에,
    (i) 상기 빌드면과 접촉하는 중합성 액체의 데드 구역을 연속적으로 유지하는 단계, 및
    (ii) 상기 데드 구역 및 상기 고체 중합체 사이에, 이들과 각각 접촉하는 중합 구역의 구배(gradient)를 연속적으로 유지하는 단계를 포함하며, 상기 중합 구역의 구배는 부분적으로 경화된 형태의 상기 중합성 액체를 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 중합된 영역이 부착된 상기 캐리어는 상기 고정된 빌드 플레이트 상의 상기 빌드면으로부터 멀어지도록 단방향으로 전진하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 충진하는 단계는 상기 중합성 액체를 갖는 상기 빌드 영역의 재충진을 향상시키거나 촉진시키기 위해, 상기 빌드면에 대하여 상기 캐리어를 수직으로 왕복 운동시키는 단계를 더 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 수직 왕복 운동 단계는 상향 스트로크(upstroke) 및 하향 스토로크(downstroke)를 포함하며, 상기 상향 스트로크의 거리는 상기 하향 스트로크의 거리보다 크고 상기 전진 단계를 부분적으로 또는 전체적으로 동시에 수행하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  40. 제35항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 왕복 운동 단계는 상향 스트로크를 포함하며, 상기 상향 스트로크의 속도는 상기 상향 스트로크 동안 일정 기간에 걸쳐 가속하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 상향 스트로크는 점진적으로 시작하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  42. 제35항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 왕복 운동 단계는 하향 스트로크를 포함하며, 상기 하향 스트로크의 속도를 상기 하향 스트로크 동안 일정 기간에 걸쳐 감속하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 하향 스트로크는 점진적으로 종료되는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  44. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 왕복 운동 단계는 0.01 또는 0.1초에서 1 또는 10초까지의 총 시간에 걸쳐 및/또는 0.02 또는 0.2 밀리미터에서 1 또는 10 밀리미터까지의 상향 스트로크 이동 거리에 걸쳐 수행되는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  45. 제18항 내지 제27항에 있어서,
    상기 전진은 분당 1, 2, 5 또는 10 개별 전진에서 분당 300, 600 또는 1000 개별 전진 속도로 간헐적으로 수행되며, 상기 조사 단계가 수행되는 동안 정지(pause)가 각각 뒤따르는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  46. 제28항에 있어서,
    상기 개별 전진 각각은 10 또는 50 미크론에서 100 또는 200 미크론의 각각의 전진에 대한 평균 이동 거리에 걸쳐 수행되는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  47. 제18항 내지 제29항에 있어서,
    상기 빌드면은 측면(예를 들어, X 및 Y) 차원에서 고정 및 정지되어 있는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  48. 제18항 내지 제30항에 있어서,
    상기 빌드면은 수직(또는 Z) 차원에서 고정 및 정지되어 있는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  49. 제18항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 부재는 반투명 부재를 포함하며, 데드 구역을 상기 연속적으로 유지하는 단계는 상기 데드 구역 및 상기 중합 구배를 유지하기에 충분한 양으로 상기 광학적으로 투명한 부재를 통해 중합 억제제를 제공함으로써 수행되는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  50. 제18항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 부재는 반투과성 플로우로 중합체, 강성 가스-투과성 중합체, 다공성 유리, 또는 이들의 조합으로 구성되는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  51. 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합 구역 구배 및 상기 데드 구역은 함께 1 내지 1000 미크론의 두께를 갖는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  52. 제18항 내지 제34항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합 구역 구배는 적어도 5, 10, 20, 또는 30초, 또는 적어도 1 또는 2분의 시간동안 유지되는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  53. 제18항 내지 35항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 삼차원 물체 내에 절단선을 형성하기 위해 충분한 시간 동안 상기 중합 구역의 구배를 방해(disrupting)하는 단계를 더 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  54. 제18항 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빌드 영역에서 점도를 감소시키기 위해 상기 중합성 액체를 가열하는 단계를 더 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  55. 제18 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반투과성 부재는 0.1 내지 100 밀리미터의 두께를 가지고; 및/또는
    상기 반투과성 부재는 적어도 7.5x10-17m2s-1Pa-1(10 Barrers)의 산소 투과성을 가지고; 및/또는
    상기 반투과성 투재는 반투과성 플루오로 중합체, 강성-가스 투과성 중합체, 다공성 유리, 또는 이들의 조합으로 형성된, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  56. 제18항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합성 액체는 자유 라디칼 중합성 액체를 포함하고 상기 억제제는 산소를 포함하며; 또는
    상기 중합성 액체는 산-촉매 또는 양이온 중합성 액체를 포함하며, 상기 억제제는 염기를 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 방법.
  57. 중합성 액체로부터 삼차원 물체를 형성하는 장치에 있어서,
    (a) 지지체;
    (b) 상기 지지체와 동작적으로 연관되고 상부에 삼차원 물체가 형성되는 캐리어;
    (c) 빌드면을 갖는 광학적으로 투명한 부재로서, 상기 빌드면과 상기 캐리어는 그들 사이에 빌드 영역을 정의;
    (d) 상기 빌드면과 동작적으로 연관되고 고체화 또는 중합을 위한 상기 빌드 영역 내로 액체 중합체를 제공하도록 구성된 액체 중합체 공급원(예를 들어, 웰(well));
    (e) 상기 중합성 액체로부터 고체 중합체를 형성하기 위해 상기 광학적으로 투명한 부재를 통해 상기 빌드 영역에 조사하도록 구성된 방사선 소스;
    (f) 상기 투명 부재 또는 상기 캐리어 중 하나와 동작적으로 연관된 선택적인 적어도 하나의 구동부;
    (g) 상기 고체 중합체로부터 상기 삼차원 물체를 형성하기 위해 상기 빌드면으로부터 상기 캐리어를 전진하기 위하여, 상기 캐리어, 및/또는 선택적인 상기 적어도 하나의 구동부, 및 상기 방사선 소스와 동작적으로 연관된 제어부를 포함하며,
    상기 선택적 투명 부재는 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항의 광학적으로 투명한, 가스-불투과성 평탄한 스크린 또는 베이스를 갖는 빌드 플레이트를 포함하며, 상기 방사선 소스는 상기 평탄한 스크린을 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 중합성 액체로 상기 빌드 영역을 재충진하는 것을 향상시키거나 촉진하기 위해 상기 빌드면에 대하여 상기 캐리어를 진동 또는 왕복 운동시키도록 구성된, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
  59. 제57항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충진, 전진 및/또는 조사 단계와 동시에 상기 고체 중합체로부터 상기 삼차원 물체를 형성하도록 추가적으로 구성되며, (i) 상기 빌드면과 접촉하는 중합성 액체의 데드 구역을 연속적으로 유지하는 단계, 및 (ii) 상기 데드 구역 및 상기 고체 중합체 사이에, 이들과 각각 접촉하는 중합 구역의 구배를 연속적으로 유지하는 단계를 포함하고, 상기 중합 구역의 구배는 부분적으로 경화된 형태의 상기 중합성 액체를 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
  60. 제57항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빌드 플레이트는 실질적으로 고정 또는 정지되어 있는, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
  61. 제57항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반투과 부재는 상면부, 바닥면부, 및 에지면부를 포함하고,
    상기 빌드면은 상기 상면부 상에 있으며,
    상기 공급면은 적어도 상기 상면부, 상기 바닥면부, 및 상기 에지면부 중 적어도 하나의 상부인, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
  62. 제57항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택적 투명 부재는 반투과성 부재를 포함하는, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 반투과성 부재는 0.1 내지 100 밀리미터 두께를 가지고, 및/또는
    상기 반투과성 부재는 적어도 7.5x10-17m2s-1Pa-1(10 Barrers)의 산소 투과성을 가지며, 및/또는 상기 반투과성 부재는 반투과성 플루오로 중합체, 강성 가스-투과성 중합체, 다공성 유리, 또는 이들의 조합으로 형성된, 삼차원 물체를 형성하는 장치.
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