KR20180111775A - 카트리지 장치를 포함한 스테레오리소그래피 장치 - Google Patents

카트리지 장치를 포함한 스테레오리소그래피 장치 Download PDF

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KR20180111775A
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Abstract

스테레오리소그래피 장치(1)에서, 3차원 객체(2)는 특유의 방사선의 작용을 통해 감광 물질(3)을 경화시킴으로써 생성되며, 본원의 장치는, 캐리어 장치; 방사선을 생성하기 위한 방사선원(8); 및 캐리어 장치 상에 포지셔닝될 수 있으면서 인출될 수도 있는 카트리지 장치(10);를 포함한다. 카트리지 장치(10)는 쉘부(14)에 의해 둘러싸인 내부 챔버(140)를 포함하며, 카트리지 장치의 쉘부는 변형될 수 있으면서 적어도 부분적으로 경화를 개시하는 방사선에 대해 투과성이다. 쉘부에 의해 둘러싸인 내부 챔버(140)는, 그 내부에서 감광 물질(3)이 적어도 조사 및 경화 과정의 기간 동안 포함되어 있으면서 방사선의 접근을 허용하는 수용 챔버(4)를 포함한 체적을 보유한다.

Description

카트리지 장치를 포함한 스테레오리소그래피 장치
본 발명은, 경화를 개시하는 특유의 방사선의 작용을 통해 감광 물질(photosensitive substance)을 층마다, 또는 연속해서 경화시키는 것을 통해 3차원 객체(three-dimensional object)를 제조하기 위한 스테레오리소그래피 장치(stereolithography apparatus)에 관한 것이며, 본원의 장치는
- 캐리어 장치(carrier device);
- 경화를 개시하는 방사선을 생성하기 위한 방사선원(radiation source); 및
- 캐리어 장치 상에 포지셔닝될 수 있으면서 인출될 수도 있는 카트리지 장치(cartridge device);를 포함한다.
상기 유형의 장치들은 충분히 공지되어 있다. 스테레오리소그래피 설비에서는 층들 또는 층 정보들을 층마다 또는 연속해서 나란히 배열하는 것을 통해 감광 물질로 이루어진 3차원 몸체(three-dimensional body)가 생성된다. 본 발명은 상기 유형의 설비 내에 이용될 수 있으면서 제조 대상 객체를 에워싸는 향상된 카트리지 시스템의 이용과 관계가 있다.
스테레오리소그래피란 용어는, 예컨대 디지털 마스크를 통해, 또는 이동되는 레이저 빔을 통해 생성될 수 있는 기하학적 층 정보를 생성하는 것을 통해, 층마다, 사전 설정 가능한 요구되는 형상을 갖는 3차원 몸체("객체")를 생성하기 위해, 광을 통한 조사(irradiation) 동안 경화될 수 있는 감광 물질, 대개는 액상 모노머 제형(liquid monomer formulation)이 이용되는 것인 제조 공정을 지칭한다. 스테레오리소그래피의 기본적인 원리는 고속적층조형법(Rapid Prototyping), 3D 프린팅 등과 같은 개념들에서도 공지되어 있다.
스테레오리소그래피 공정을 위해, 제어 가능한 레이저에 추가로, 픽셀 기반 표시 디스플레이들, 무결맞음성 광원들(incoherent light source) 역시도, 예컨대 제어 가능한 마이크로 미러들(micro mirror)(이른바 MEMS 또는 DLP 칩들)과 함께, 바닥부(bottom) 또는 또 다른 정의된 기준면(reference face) 상에서 층마다 또는 연속해서 감광 물질을 경화["전개(development)"]시키도록 감광 물질 내로 기하학적 층 정보를 투영하기 위해 이용될 수 있다. 층 정보는 특히 픽셀 기반일 수 있다. 기준면[기준 평면(reference plane) 역시]은, 그 상에서 감광 물질의 층의 경화가 수행되는 정의된 면을 나타낸다. 요컨대 상기 면은 바닥부 또는 커버의 내면의 표면일 수 있거나, 또는 적합하게 정의된 또 다른 면일 수 있으며, 그리고 각각의 적용에 따라서 적합한 고체, 유연한, 또는 액체 일관성을 보유할 수 있다. 기준면으로부터 경화된 층을 분리하기 위해, 상기 기준면은, 처음에, 다시 말해 생성 공정의 제1 단계 전에, 기준면의 상면(예컨대 카트리지 바닥면)과 일치할 수 있는 초점 평면(focal plane)에 상대적인 상대 이동을 실행할 수 있는 캐리어 상으로 전달된다[예컨대 중합 과정(polymerization process)을 통해 부착된다]. 후속 방법 단계에서는, 감광 물질의 신규 재료가 마지막에 생성된 층과 기준면 사이로 재유동할 수 있게 하며, 요컨대 이는 예컨대 간단한 상하 이동을 통해 수행될 수 있다. 그에 따라서, 재유동된 감광 물질은 다시 노광(light exposure)을 통해 다시 경화될 수 있다. 이런 방법 단계들은, 형성 대상 객체가 투영된 개별 층 정보들에 따라서 형성 완료될 때까지 여러 번 반복된다.
상기 방법들의 경우, 최대 문제들은, 특히 설비 자체 내부에서 감광 물질의 효과적이면서 가변적인 저장 또는 보관, 그리고 기준면으로로부터 개별 층들의 부드러운 분리, 기준면에 상대적으로 생성된 층들 또는 생성된 객체의 캐리어의 상대 이동의 효과적인 제어, 그리고 설비의 최대 간단한 취급 및 설비 내로 신규 감광 재료(photosenstive material)의 공급에 있다.
종래 기술로부터는, 감광 물질을 위해 적어도 개방된 터브형 용기(tub-shaped container)를 제공하는 다양한 해결책들이 공지되어 있다. 또한, 카트리지들도 기재되었지만, 그러나 상기 카트리지들은 매우 복잡하고 강성이면서 비용이 많이 드는 용기들을 나타낸다.
예컨대 DE 10 2014 215 213 A1호는, 그 내부에 바닥판(bottom plate)과 연결되어 불투명한 부분을 통해 하향 인장되는 필름이 제공되어 있는 곳인 용기를 기재하고 있다. 상기 필름은, 층들을 떼어낼 때, 결과적으로 상대적으로 더 용이하고 더 부드러운 분리를 가능하게 하기 위해, 변형될 수 있다. 용기는, 특히 바닥판; 용기 안쪽으로 돌출된 인장 부재; 및 캐리어 자체와 같은 또 다른 다양한 부재들;을 포함하여 복잡한 구성을 나타내는 조립식의 복잡한 어셈블리이다.
다른 해결책들(DE 101 19 817 A1호 및 JP H06 246 838 A1호 참조)은, 폐쇄된 카트리지 대신, 마찬가지로 인출력(withdrawal force)의 감소를 위한 변형 가능한 필름을 포함하는 개방된 터브형 기하구조를 이용한다.
공지된 해결책들에는, 카트리지 시스템 및 터브들 자체의 구성이 매우 복잡하다는 단점, 그리고 예컨대 터브의 세척과 관련한 감광 물질의 취급, 기계 내로 터브의 삽입 및 정확한 충전량의 결정이 어렵고, 터브 시스템들에서 액위(liquid level)가 덮여 있지 않다는 단점, 그리고 재충전하거나 옮겨 붓는 동안 설비 자체가 오염되거나 감광 물질과 직접 접촉한다는 위험이 있다. 상당한 단점들은, 감광 재료로 충전된 터브를 삽입할 때에도, 그리고/또는 터브를 인출할 때에도, 복잡해진 인장 메커니즘들(tensioning mechanism)이 작동되어야 하거나, 또는 터브가 파지 장치들 내로 삽입되어야 하는 것을 통해 발생한다. 제조된 부품의 인출 시에도, 설비 및/또는 조작 직원이 오염되며, 특히 또 다른 감광 모너모로 교환 시 세척되어야 하는 개별 설비 부품들 또는 부품 그룹들이 오염되는 문제가 존재하며, 이는 힘이 들면서도 시간 소모적이다. 추가 단점은, 종래 해결책들에 의해서는 특정한 분위기, 또는 특정한 분위기 조건들에서 작업하는 점이 허용되지 않는다는 점에 있다. 또한, 생성된 객체의 세척 역시도 문제가 되는데, 그 이유는, 사용자의 가능한 오염을 제외하고도, 기계로부터 객체의 캐리어의 인출 시에 객체를 습윤화시키는, 즉 경화되지 않은 모노머가 기계 및 이 기계의 설치 위치를 오염시킬 수 있기 때문이다. 또한, 감광 물질이 노출된 액위를 통해 어느 정도 노후화되며, 이런 노후화는 화학적 특성들을 변하게 하고 그에 따라 예컨대 요구되는 생체 적합성(biocompatability)과 같은 형성된 객체의 특성들에 불리한 영향을 미친다.
본원에서 제안되는 발명의 과제는, 상술한 단점들을 극복하며, 그리고 간소화되고 방해 없으면서 경제적이며, 바람직하게는 연속적이며, 용이하게 문서화되는 3차원 객체들의 생성을 달성하는 스테레오리소그래피 장치 또는 이 장치를 위한 카트리지 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 최초에 언급한 유형의 스테레오리소그래피 장치에 있어서, 카트리지 장치가 쉘부(shell)에 의해 둘러싸인 내부 챔버를 포함하고, 쉘부의 적어도 하나의 부분 영역은 경화를 개시하는 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투과성이고, 본 발명에 따라서 카트리지 장치의 쉘부는 변형될 수 있으며, 쉘부에 의해 둘러싸인 내부 챔버는 적어도 부분적으로 감광 물질을 위한 수용 챔버에 의해 형성되는 체적을 보유하는 것인, 상기 스테레오리소그래피 장치에 의해 해결된다. 여기서, "수용 챔버"는, 그 내부에 감광 물질의 소정의 양이 적어도 조사 및 경화 과정(irradiation and curing process)의 기간 동안 수용될 수 있으면서 방사선의 접근을 허용할 수 있는 곳인 챔버를 의미한다.
상기에서 기재한 과제는, 상술한 유형의 스테레오리소그래피 장치에서 이용을 위한 카트리지 장치에 있어서, 카트리지 장치는 쉘부에 의해 둘러싸인 내부 챔버를 포함하고, 카트리지 장치의 쉘부는 변형될 수 있으며, 내부 챔버는, 적어도 부분적으로 수용 챔버에 의해 형성되는 체적을 보유하고, 상기 수용 챔버 내에는 감광 물질의 소정의 양이 적어도 조사 및 경화 과정의 기간 동안 수용될 수 있으면서 감광 물질의 경화를 개시하는 방사선의 접근을 허용하는 것인, 상기 카트리지 장치에 의해서도 해결된다.
본 발명에 따른 해결책은, (실질적으로 강성인 공지된 유형의 카트리지 대신), 자신의 쉘부 및 자신의 바닥부가 적어도 부분적으로 가요성으로 형성되고 적어도 하나의 재료로 구성되는 카트리지를 제공한다. 쉘부의 가요성 형성을 통해, 카트리지 쉘부의 변형 및 필요한 경우 전체 카트리지 몸체의 변형이 예컨대 카트리지의 압축을 통해 가능해지며, 그럼으로써 객체 캐리어(이하 캐리어) 상에서 층들의 직접적인 생성 및 층들의 점착이 용이해지고 이에 후속하여 기준면으로부터 층들의 분리도 용이하게 수행되며, 그에 반해 감광 물질은 적어도 부분적으로 형성 과정 동안 카트리지의 내부에 위치된다. 이 경우, 생성되는 층들의 개수가 증가함에 따라 카트리지는 확장되고 보다 적게 압축(변형)되며, 그럼으로써 카트리지는 생성 대상 객체의 완성 후에 다시 기계 내로 삽입될 때 의도되는 경우 자신의 원래 형태로 복원된다. 이와 관련하여 고수되는 사항은, 쉘부가 내부 챔버를 바깥쪽을 향해 범위 한정하는 카트리지의 부분들을 의미하지만, 그러나 예컨대 스탬프, 닥터나이프(doctor knife) 또는 밸브 부재들처럼 경우에 따라 제공되어 내부 챔버 내에서 이동 가능한 추가 구성요소들은 본 발명의 문맥에서의 쉘부에 속하지는 않는다.
그러므로 본 발명은, 스테레오리소그래피 설비의 내부에서 감광 물질의 상대적으로 더 효율적이면서 가변적인 보관, 그리고 기준면으로부터 생성된 층들의 부드러운 분리 역시도 허용한다. 또 다른 장점들은 기준면에 상대적인 생성된 층들 또는 생성된 객체의 캐리어의 상대 이동의 제어를 향상시키고 더 간단하게 한다는 점, 그리고 스테레오리소그래피 장치 내에서 감광 재료의 공급 및 취급을 간소화한다는 점에 있다.
또한, 카트리지는, 양, 유형, 상태 및 공정 매개변수를 추론할 수 있게 해주는 정보 캐리어도 구비할 수 있다. 따라서 카트리지 장치는, 감광 물질과 관련한 정보, 특히 감광 물질의 양, 유형 및/또는 상태, 및/또는 3차원 객체의 제조 공정의 공정 매개변수들과 관련한 정보를 보유하고, 그리고/또는 스테레오리소그래피 장치, 예컨대 이 스테레오리소그래피 장치의 제어 장치로 전송하는 정보 캐리어를 포함할 수 있다. 정보 캐리어는 예컨대 각인(imprint), 바코드, RFID 칩, 자기 띠(magnetic strip) 등일 수 있다.
이미 언급한 것처럼, 바람직하게는, 카트리지 장치는 본원에서 개시되는 유형의 스테레오리소그래피 장치 내로 탈착 가능하게(removable) 삽입될 수 있다. 본 발명의 바람직한 개선예에서, 카트리지 장치는, 카트리지의 교체를 수월하게 하기 위해, 객체 캐리어 상에 탈착 가능하게 고정될 수 있거나, 또는 고정되어 있을 수 있다.
쉘부의 변형 가능한 영역은 일체형으로, 바람직하게는 가요성 재료로 형성될 수 있지만, 그러나 필요한 경우 다중 부재형일 수도 있다. 따라서 카트리지의 케이싱부(casing part)는 필름 튜브(예: FEP 또는 PTFE 필름)로 구성될 수 있으며, 그에 반해 예컨대 투명한 기저부(base part)[가장 단순한 경우: 적어도 하나의 유리편(glass piece)]가 그 내에 위치되어 있는 카트리지의 바닥부는, 카트리지의 폐쇄용 상단부(closing upper section)와 동일하게, 적합한 플라스틱으로 이루어진 단순한 사출성형 부품이다. 기저부 또는 상단부는 각각의 유형에 따라서 기준면을 포함할 수 있다.
또한, 내부 챔버의 체적은 대부분, 바람직하게는 전체적으로, 수용 챔버에 의해 형성될 수 있다. 기준면은 수용 챔버의 바닥부(또는 덮개면) 상에 위치되거나, 또는 수용 챔버 내의 적합한 표면을 통해 범위 한정되며, 예컨대 멤브레인, 또는 수용 챔버 내에서 2개의 (예컨대 상하로 적층된) 액체 사이, 또는 서로 상이한 상태들을 갖는 하나 이상의 감광 물질 사이의 경계면을 통해 범위 한정된다. 쉘부는, 바람직하게는, 에워싸인 내부 챔버가 쉘부의 변형 동안 실질적으로 변함없는 체적을 보유하도록 형성될 수 있다. 다수의 실시형태에서, 쉘부의 변형성은, 카트리지 장치의 높이와 관련하여 가역적인 압축(reversible compression)이 허용되도록 구성된다. 대부분의 사례에서, 압축성 변형은 우선적으로 의도되는 변형이며, 그리고 그로 인해 상기 사례들에서 변형성은 상기 가역적인 압축으로 제한될 수 있다. 압축(또는 이에 반대되는 확장)은 예컨대 캐리어 장치의 기저판(base plate)과, 이 기저판에 대향하여 위치하는 카트리지 장치의 단부를 파지하는 파지 장치 간의 상대 이동을 통해 생성될 수 있다. 요컨대 일반적으로 카트리지 장치의 2개의 단부는 캐리어 장치 내에서 각각 하나의 파지 수단(holding means)을 통해 파지되며, 그리고 카트리지 장치의 압축 또는 확장은 파지 수단들 상호 간의 상대 이동을 통해 수행된다.
다수의 실시형태에서, 쉘부는, 절첩(folding)될 수 있는 기하학적 형태를 보유할 수 있다. 이에 추가로, 또는 그 대안으로, 쉘부는 적어도 하나의 기준면을 포함할 수 있으며, 이 기준면은 강성으로, 부분적으로 가요성으로, 그리고/또는 완전하게 가요성으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 쉘부 내에 형성되는 기준면은 챔버 내에서 임의로 이동되거나, 또는 변형될 수 있다.
쉘부는, 바람직하게는 바닥부, 상단부, 및 이 바닥부와 상단부를 연결하는 케이싱(casing)을 포함하도록 형성될 수 있으며, 바람직하게 케이싱은 변형될 수 있다. 쉘부의 바닥부는 적어도 단층으로 강성으로, 또는 가요성으로 형성될 수 있고, 그리고/또는 다수의 재료로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 개선 양태(improved aspect)에 따라서, 쉘부의 바닥부 및/또는 케이싱은, 내부 챔버 내로, 또는 그 외로 감광 물질의 공급 또는 배출, 및/또는 용매의 공급 또는 배출을 위한 적어도 하나의 개구부를 형성하기 위한 적어도 하나의 천공(perforation) 가능한 영역, 바람직하게는 약화 영역(들)(weakened region)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카트리지 장치의 쉘부는 폐쇄되고 감광 물질에 대해 투과성이며 적어도 단일 부재형으로 형성된 바닥부 및 측면 벽부들을 포함할 수 있다. 그러나 상기 측면 벽부들은 가스들 또는 가스 혼합물들에 대해 투과성으로 형성될 수 있다. 이런 문맥에서, 바람직하게는, 언급한 케이싱도 가스들 또는 가스 혼합물들에 대해, 특히 산소 또는 공기에 대해 투과성(permeable)으로서 형성된다. 또한, 바닥부도 상기 유형에서 가스 투과성일 수 있다.
또한, 쉘부는 상면에, 그리고/또는 측면에 폐쇄 가능한 개구부를 포함할 수 있으며, 이 개구부를 통해서는 감광 물질이 내부 챔버 내로 공급될 수 있고 그 내부 챔버로부터 배출될 수 있다. 쉘부는 특히 측면 개구부들 또는 개구 연장부들 역시도 포함할 수 있다. 이런 경우, 쉘부는 개구부를 밀봉하기 위한 실링 부재들을 포함할 수 있다. 그에 따라, 쉘부는 상부 개구부 상에, 그리고 하면 상에 실링 부재들을 포함할 수 있다. 그 밖에도, 개구부는, 바람직하게는 일체형으로 형성된 폐쇄 부재(closing element)를 통해 폐쇄될 수 있으며, 폐쇄 부재는 바람직하게는 감광 물질의 경화된 층들의 캐리어로서 형성된다.
단일 또는 다중 부재형으로 형성된 카트리지는, 고정을 통해, 상대 이동을 실행할 수 있는 적어도 하나의 부재와 연결될 수 있는 기하학적, 기계적 또는 자기 부재들을 포함할 수 있다. 또한, 카트리지 장치의 바람직한 개선예에는 내부 챔버 내에서 이동 가능한 구성요소(component)를 포함할 수 있으며, 이 구성요소는 기하학적, 기계적, 및/또는 자기 유형의 가이드들을 통해서 카트리지 장치 내에서 안내된다. 쉘부 내에서 이동 가능한 상기 유형의 구성요소들은 예컨대 닥터 나이프, 스탬프, 밸브들로서 이용되는 플랩들 등일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라서, 카트리지 장치는 내부 챔버를 상부 방향으로 제한하면서 폐쇄하는 폐쇄부(closing part)를 포함할 수 있으며, 상기 폐쇄부는 교체될 수 있고 바람직하게는 전체적으로 강성일 수 있다. 상기 폐쇄부는, 카트리지의 내부 챔버로 향해 있는 면 내에 적합하게 형성된 기하학적 공동부들, 다시 말해 리세스들 또는 개구부들을 포함할 수 있다. 상기 유형의 공동부들을 통해, 예컨대 감광 액체는 캡슐로부터 쉘부의 내부 챔버 내로 침투될 수 있다. 공동부들의 또 다른 바람직한 적용은, 캐리어로서 이용되는 면 상에 3차원 객체의 점착을 향상시키는 것에 있다. 더 나아가, 폐쇄부는 일체형으로, 또는 다중 부재형으로 형성될 수 있다. 폐쇄 부재의 적합한 기하학적 형상을 통해, 그 내에서 감광 수지 또는 수지들(photosensitive resin)이 직접적으로, 또는 간접적으로 보관될 수 있는 곳인 적어도 하나의 영역이 제공될 수 있다.
바람직한 방식으로, 폐쇄 부재는, 바람직하게는 천공 가능하게 형성되어 감광 수지로 충전된 적어도 하나의 객체가 수용될 수 있는 점을 가능하게 한다. 그에 상응하게, 바람직하게는, 상기 영역은 감광 물질의 용기를 수용하도록 구성될 수 있으며, 바람직하게는 용기를 천공하기 위한 수단들이 제공된다.
더 나아가, 폐쇄부는 적어도 하나의 통합된 피스톤을 포함할 수 있으며, 이 피스톤의 행정 이동을 통해 감광 물질의 유출이 조절될 수 있다. 또한, 피스톤은 폐쇄부 내에 위치하는 용기, 특히 감광 물질을 포함한 용기를 천공하거나, 또는 개봉하기 위한 장치들을 포함할 수 있다. 그러므로 적어도 하나의 피스톤은, 감광 재료를 방출하기 위해, 시간에 따라서 적어도 하나의 주머니 유형의 부재를 손상시킬 수 있다.
추가로, 피스톤은, 용매 및/또는 가스 또는 가스 혼합물, 특히 질소 또는 공기를 공급하기 위한 장치들을 포함할 수 있다.
더 나아가, 카트리지 장치는 바람직한 방식으로 산소에 대해 투과성이고 일체형 또는 다중 편으로 형성된 바닥부를 포함할 수 있다.
제조된 3차원 객체의 분리를 수월하게 하기 위해, 본 발명에 따른 장치 내에는 그 외에 진동의 생성을 위한 장치도 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 스테레오리소그래피 장치는 하나, 2개 또는 그보다 많은 카트리지를 삽입하기 위해 제공될 수 있다. 특히 복수의 카트리지 장치가 본원의 장치 내로 삽입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 세부사항들 및 장점들은 첨부한 도면들에 도시되어 있으면서 본 발명에 대해 제한하지 않는 다수의 실시예들에 대한 하기의 기재내용에서 개시된다. 도면들은 개략적인 형태로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 스테레오리소그래피 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치 내에 삽입될 수 있는 카트리지 장치를 도시한 분해도이다.
도 2a는 도 2의 카트리지 장치를 조립된 상태에서 도시한 도면이다.
도 3은 캐리어 및 그 내에 삽입될 캡슐을 포함한 카트리지 폐쇄부의 제1 실시형태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 폐쇄부를 도시한 종단면도이다.
도 5는 캡슐이 삽입되어 있는 도 1의 폐쇄부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 폐쇄부를 도시한 종단면도이다.
도 7은 폐쇄부의 제2 실시형태를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 폐쇄부를 도시한 종단면도이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 폐쇄부를 도시한 도면이다.
도 10은 복수의 구성요소로 구성되는 폐쇄부의 실시형태를 마개부(stopper)가 제거된 상태에서 도시한 사시도이다.
도 11은 도 10의 폐쇄부를 조립된 상태에서 도시한 종단면도이다.
도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11의 폐쇄부를 피스톤이 작동되는 상태에서 도시한 각각의 도면이다.
도 14a ~ 14d는 본 발명에 따른 카트리지 장치의 쉘부의 다수의 실시 변형예를 도시한 각각의 도면이다.
도 15는 정보 캐리어가 그 상에 부착된 카트리지 폐쇄부를 도시한 도면이다.
도 16a ~ 16d는 4개의 단계의 시퀀스에 따라서 본 발명에 따른 카트리지 장치를 이용하면서 감광 물질의 경화된 층의 생성하는 과정을 도해로 설명한 각각의 도면이다.
도 17은 카트리지 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한 도면이다.
도 18은 카트리지 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한 도면이다.
도 19a 및 19b는 폐쇄부의 캡슐의 교체를 도해로 설명한 각각의 도면이다.
도 1에는, 각각 하나의 카트리지 장치(5, 6)의 내부에서 감광 물질로 경화되는 개별 층들로 이루어진 하나 또는 복수의 3차원 객체(2)(도 16a ~ 16d)의 생성적 제조(generative manufacturing)를 위한 본 발명에 따른 스테레오리소그래피 설비의 일 실시예의 예시적 개요가 도시되어 있다. 이 경우, 감광 물질은 카트리지 장치(5, 6)의 내부의 수용 챔버(4) 내에서 화학 방사선(actinic radiation)을 통해 경화될 수 있다. 본원의 개시의 범위에서, "화학 방사선"은, 감광 물질의 의도되는 경화 반응을 개시하기 위해 적합한 방사선(일반적으로 전자기 방사선), 특히 예컨대 UV 광과 같은 광방사선을 의미한다. 감광 물질은 일반적으로 액상이며, 본원의 개시의 범위에서 "액상"은 현탁액 및 반죽형 물질(pasty substance)을 포함해서 임의의 점도를 갖는 액체에 관련된다.
하나 또는 복수의 카트리지 장치(5, 6)는 각각 할당된 수용 장치(75, 76)들에 의해 파지되며, 그리고 기저판(77) 상에 배치된다. 기저판(77)은, 대응하는 구동부들 및 경우에 따른 추가 (도 1에 미도시한) 구성요소들을 포함하여 수용 장치(75, 76)들과 함께 본 발명의 캐리어 장치(7)를 형성한다.
제어 가능한 광원(8)은 예컨대 기저판(77)의 하부에 배치되며, 그리고 그곳에서 스텝 모터로 작동되는 선형 구동부(81, 82)들에 의해 수평으로, 바람직하게는 2개의 방향(X 및 Y)에서 포지셔닝될 수 있다. 이렇게 광원(8)은 적어도 하나의 카트리지 장치(5, 6)에 상대적으로 이동 가능하게 형성되며, 그리고 이런 방식으로 객체(2)의 형성 과정이 그 내부에서 일어나야 하는 카트리지 장치(6)의 하부에 포지셔닝된다. 일 변형예에서, 스테레오리소그래피 설비는 회전 가능하게 장착된 미러(mirror) 역시도 포함할 수 있으며, 이 미러를 통해서는, 추가 편향 미러에 의해, 광원(8)에서 방출되는 광이, 회전 가능하게 장착된 미러를 편향하는 것을 통해, 복수의 카트리지 장치로 안내될 수 있다.
각각의 수용 장치(75, 76)는, 카트리지 시스템(5, 6)의 바닥부 또는 기저판(77)에 상대적으로, 예컨대 스텝 모터 구동부를 통해 높이와 관련하여 조정될 수 있다. 수용 장치(75, 76)는 바람직하게는 내부에 파지된 카트리지 장치를 수용하고 센터링하며, 그리고 기저판에 상대적인 정해진 위치에서 고정할 수 있도록 구성된다. 요컨대 바람직하게는 수용 장치(75, 76)는 카트리지 장치의 상단부(폐쇄부)를 파지하며, 그리고 이렇게 기저판에 상대적인 이동을 통해 카트리지 장치의 높이를 조정할 수 있고 그에 따라 카트리지 장치를 압축할 수 있다. 또한, 캐리어 장치(7)는 카트리지 장치(5, 6)들 중 하나 또는 각각을 위해 고정 부재(74), 예컨대 형상 결합식 잠금 고정(locking)을 가능하게 하는 몸체를 포함할 수 있다. 요컨대 고정 부재(74)(fixing element)에 의해, 카트리지 시스템(5, 6)의 하단부(lower section)는 적어도 전개 과정(developing process)의 기간 동안 고정될 수 있다. 제어 장치(9), 예컨대 제어 컴퓨터는, 광원(8)의 활동을 포함해서, 장치(75, 76, 81, 82)들의 이동 및 설비(1) 내에서 제조 공정의 시퀀스들을 제어한다. 요컨대 경우에 따라 제어 장치는 카트리지(5, 6)들 내의 센서들로부터 수신되는 측정 및/또는 센서 신호들 역시도 수신하여 처리한다.
도 2에는, 도 1의 스테레오리소그래피 장치 내에서 이용될 수 있는 본 발명에 따른 카트리지 장치의 일 실시예로서 카트리지 시스템(10)이 (Z 방향으로 분해된) 등척 분해도로 도시되어 있다. 그리고 도 2a에는, 카트리지 시스템(10)이 조립된 형태로 도시되어 있다. 도시된 실시형태의 카트리지 시스템(10)은 예컨대 예컨대 하기에서 도 3 ~ 도 6 내에 기재되는 폐쇄부와 구조 유형이 동일할 수 있는 폐쇄부(11); [예컨대 도 14a의 쉘부(141)과 구조 유형이 동일한] 쉘부(14); 그리고 바람직하게는 화학 방사선에 대해 적어도 부분적으로 방사선 투과성인 추가 바닥부(15); 잠금 고정부(16)(locking part); 및 카트리지 보강부(17)(cartridge reinforcing part);를 포함한다. 당연히, 폐쇄부; 바닥부와 함께 쉘부; 및 잠금 고정부;는 본 발명의 범위에서 통상의 기술자라면 찾을 수 있는 본원에 개시된 또 다른 구현예들 또는 또 다른 실시형태들에 따라서도 실현될 수 있다.
잠금 고정부(16)는 쉘부(14)를 추가로 보강하기 위해 이용된다. 또한, 상기 부품(16)은 스테레오리소그래피 장치(1)(도 16) 내에서 적어도 부분적으로 가요성인 카트리지 시스템(10)의 레퍼런싱(referencing), 센터링(centering), 강제 끼워 맞춤식 및/또는 형상 결합식 고정을 가능하게 할 수 있다. 또한, 잠금 고정부(16)는 하부 카트리지 영역의 좌굴(buckling), 변형, 접힘 및/또는 들뜸을 방지한다.
스테레오리소그래피 설비(1)의 외부 및 내부에서 적어도 부분적으로 가요성인 카트리지 시스템(10)을 안전하게 취급할 수 있도록 하기 위해, 카트리지 시스템(10)은 예컨대 적어도 반쉘(half-shell) 유형으로 형성되어 카트리지 시스템(10)의 가요성 쉘부(14)의 기하구조에 매칭되는 카트리지 보강부(17)를 포함할 수 있다. 카트리지 보강부(17)에 의해, 카트리지 시스템(10)의 의도되는 높이가 결정된다. 또한, 카트리지 보강부(17)는, 카트리지 시스템(10)으로부터의 분리가 용이한 방식으로 가능해지도록 형성될 수 있으며, 이는 예컨대 핸들(handle) 또는 윈도우(window)를 통해 달성될 수 있다. 바람직하게 카트리지 보강부(17)는, 적어도 일 단부에서, 잠금 고정부(16), 쉘부(14) 및/또는 폐쇄부(11)와 함께, 예컨대 클립(clip)의 유형에 따라서 부품(17)을 죔 고정(clampling)하는 것을 통해, 분리 가능한 형상 결합식 또는 강제 끼워 맞춤식 연결부에 관여할 수 있도록 형성된다.
도 3에는, 생성된 층들(이 층들은 언급한 것처럼 캐리어의 하면 상에 형성된다.)의 캐리어(102)를 포함하고, 이 캐리어 내로는 그 외에 적어도 하나의 캡슐(101)이 삽입될 수 있는 것인 폐쇄부(11)의 제1 실시형태가 측면 상부에서 바라본 사시도로 도시되어 있다. 캡슐(101)은 여전히 캐리어(102)의 상부에, 아직 삽입되지 않고 천공되지 않은 상태로 도시되어 있다. 캡슐(101) 내에는, 예컨대 임의의 점도 또는 반죽형 조직감(pasty texture)을 갖는 액체일 수 있는 적어도 하나의 감광 물질이 위치된다. 캡슐(101)은 캡슐 폐쇄 부재(107)에 의해 폐쇄된다. 상기 폐쇄 부재(107)는 초과압 밸브로서도 구현될 수 있거나, 또는 상기 밸브를 포함할 수 있다. 캡슐(101)의 (미도시한) 변형예에서, 상기 캡슐 자체는 초과압 밸브를 포함할 수 있다.
도 4에는, 캡슐(101) 및 캐리어(102)의 단면도(중심축을 따르는 종단면도)가 도시되어 있다. (천공되지 않은) 캡슐(101)은 초기 충진 레벨(HO)로 특정한 양의 감광 물질(3)을 포함한다. 캐리어(102)는 적어도 하나의 개구부(109)를 포함하며, 이 개구부를 통해 캡슐(101)에서 유출되는 감광 물질(3)은 캐리어(102)의 하부 영역에 도할 수 있다. 캡슐(101)은 본 실시형태에서 자신의 하면(110)에 상대적으로 더 얇은 벽 두께를 갖는 하나 또는 복수의 영역(104)을 포함한다. 이런 약화 영역(104)들은 캐리어(102)의 돌출 형상부(105)들을 통한 천공을 위해 제공된다. 상기 돌출부(105)들은 캡슐(101)용 캐리어의 지지면(108) 상에 위치하며, 그리고 예컨대 각각 바깥쪽을 향해 이어지는 개구부(109)를 에워싸는 상승된 테두리들로서 형성된다. 캡슐(101)은 캐리어(102) 내로 삽입될 때 바람직하게는 맞물려 고정되는 하나 또는 복수의 파지 수단(106)을 통해 고정될 수 있으며, 상기 파지 수단들은 예컨대 되튀는 스냅 후크(106)들(snap hook)로서 형성될 수 있다. 그 결과, 캡슐(101)은 상부로부터 캐리어(102) 내로 삽입되고 그와 동시에 천공될 수 있다.
자명한 사실로서, 캡슐(101)은 또 다른 방식으로도, 예컨대 베이어닛 조인트를 통해, 또는 캡슐의 삽입 후에 삽입되어 캐리어 내에 맞물려 고정되는 것을 통해 상기 캡슐을 고정하는 추가 부재를 통해 고정될 수 있으며, 또한, 캡슐(101)은 나사부를 포함하여 캐리어(102) 내로 나사 조임될 수 있다.
또한, 일 실시 변형예에서, 천공은, 지지면(108) 상에 추가로 제공되는 부재, 예컨대 절단 에지부 또는 예리한 바늘을 통해서도 수행될 수 있다. 또 다른 실시 변형예에서, 캡슐은 다중 부재형으로 형성되며, 캡슐(101)의 하면(110)은 적어도 일부 영역에서, 예컨대 필름처럼 쉽게 천공되는 재료로 형성된다. 이런 경우, 캡슐(101)은 필름을 천공하는 것을 통해, 또는 필름으로 코팅된 하면(110)의 영역으로부터 필름을 벗기는 것을 통해 개봉될 수 있다.
미도시한 또 다른 실시형태에서, 캐리어(102)는, 예컨대 측면 표면 상에 (스퍼기어 유형으로) 형성되는 링 기어 또는 치형부(teeth)를 포함한다. 이는 소수의 각도 정도(angular degree)의 작은 각(α)(그리스 알파벳 알파)만큼 카트리지 쉘부의 바닥부에 상대적인 회전을 허용한다. 이런 회전을 통해, 기준면으로부터 제조된 객체를 분리하기 위해 요구되는 힘은 실질적으로 감소될 수 있다.
도 5에는, 캐리어(102)의 사시도가 도시되어 있으며, 캐리어 내에는 캡슐(101)이 삽입되어 있고, 그럼으로써 카트리지 폐쇄부(11)가 형성되어 있다.
도 6은 카트리지 폐쇄부(11)의 단면도(중심축을 따르는 종단면도)이다. 돌출부(105)들을 통한 캡슐(101)의 천공의 결과로서, 감광 물질(3)은 캐리어(102) 내에 제공된 개구부(109)들을 통해 유출될 수 있다. 이 경우, 충진 레벨은 도 6에 도시된 것처럼 초기 충진 레벨(HO)(도 4)에서 레벨(h)로 감소한다.
도 7 및 도 8에는, 캐리어(202)와, 커버(201)와, 마개부(208)를 포함하는 카트리지 폐쇄부(200)의 제2 실시형태가 (도 5 및 도 6의 도면들에 상응하는) 각각의 사시도 및 단면도로 도시되어 있다. 캐리어(202)는 감광 물질(3)을 포함한다. 캐리어(202)의 바닥면 내에 형성된 개구부(209)는 마개부를 통해 폐쇄된다. 마개부(208)는 핸들 부재 또는 섀클을 포함하고 커버(201)의 개구부(207)를 통과하여 상향으로 형성된다. 요컨대 마개부는 삽입된 상태에서 커버(201) 및 캐리어(202)를 밀봉하여 감광 액체(3)가 유출되지 않게 하며, 개구부(207, 209)들 내에서 밀봉 작용은 재료 결합식 삽입을 통해, 나사 조임을 통해, 또는 추가적인 기하학적 형상, 및 O 링들, 밀봉 부재들 등과 같은 추가적인 부품들을 통해 달성될 수 있다. 커버(201)는, 예컨대 강제 끼워 맞춤 및/또는 형상 결합 방식이지만, 그러나 기밀한 연결부(210)를 통해 캐리어(202)의 내부 챔버를 폐쇄한다.
도 9에는, 마개부(208)를 제거한 후에 감광 물질(3)이 바닥 측 개구부(209)를 통해 캐리어에서 어떻게 유출되는지 그 방법이 도시되어 있다. 감광 액체(3)의 유출을 수월하게 하기 위해, 개구부(209)의 기하구조는 상기 목적을 위해 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 추가로, 캐리어(202) 및 커버(201)는, 내면에, 즉, 감광 물질(3)과 접촉하는 면들에, 완전 배출(emptying) 후 캐리어(202)의 내부 챔버 내에 감광 물질(3)이 최대한 적게 잔존하게 하는 재료로 코팅되어 있을 수 있다. 이는 예컨대 FEP, PTFE(테플론), 또는 표면 장력 또는 습윤화를 감소시키는 또 다른 물질들을 이용한 코팅을 통해 달성될 수 있다. 상기 변형예는 중공 챔버의 간단한 재충전 및 간단한 세척을 가능하게 한다. 바람직한 방식으로, 마개부(208)는, 개구부(207)를 통한 재폐쇄 및 충전이 가능하도록 형성될 수 있다.
또한, 마개부(208)는, 마개부를 통한 중공 챔버의 충전을 가능하게 하는 충전 채널들(미도시)을 포함할 수도 있으며, 요컨대 이를 위해 충전 채널들은, 상부에서부터 시작되어 마개부의 하단부의 상부에서 측면 보어 개구부들과 만나는(L자 또는 T자가 뒤집힌 채널의 형태) 보어들로서 형성될 수 있다. 그 대안으로, 커버(201)는 충전을 위해 적합하고 폐쇄 가능한 별도의 개구부(미도시)를 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11에는, 그 내에서 스탬프 또는 피스톤(301)이 캐리어(302)의 내부에서 안내되는 곳인 폐쇄부(300)의 제3 실시형태가 도시되어 있다. 피스톤(301)의 안내는 바람직하게는 캐리어(302)의 내면 상의 가이드 그루브(313)들 내에 맞물리는 돌출부들 또는 노즈부(311)들의 형태인 가이드 부재(311 및 313)들에 의해 실행된다. 이렇게, 상기 가이드 부재들은 센터링부, 가이드부 및 회전 방지부로서 이용될 수 있다. 또한, 피스톤(301)은, 캐리어(302)로부터도 제거될 수 있도록 형성될 수 있다. 본 실시형태는, 폐쇄부(300)에 감광 물질(3)로 충전된 주머니 유형의 용기(312)의 재장착을 가능하게 한다. 용기(312)는, 적어도 부분적으로, 천공 가능한 재료로 구성되며, 이 재료는 바람직하게는 광에 대해서도 투과성이다(예: 플라스틱 필름 또는 코팅된 알루미늄 필름). 피스톤(301)은 용기(312)로 향해 있는 측에서 내부 표면 상에 형성된, 예컨대 바늘들(needle), 치부들(tooth) 또는 절단 에지들의 형태인 부재(305)들을 포함하며, 이 부재들은 주머니 유형의 용기(312)의 천공을 목표한 바대로 가능하게 한다. 이에 보충되어, 또는 그 대안으로, 캐리어(302) 자체 역시도 상기 유형의 천공 수단들을 포함할 수 있다. 천공은, 예컨대 바늘 유형의 몸체를 통해, 제어되면서 외부로부터 수행될 수 있다. 감광 물질(3)로 충전된 용기(312)는, 또 다른 실시형태에서, 복수의 섹션을 포함할 수 있으며, 이들 섹션은 각각 감광 재료로 충전된다. 이렇게, 예컨대 제어되는 외부 천공 몸체를 통해, 목표되는 시퀀스로 개별 섹션들은 천공될 수 있다.
마찬가지로 도 10 및 도 11에서 확인할 수 있는 것처럼, 캐리어(302)는 또한 주머니 유형의 객체(312)를 자체 내에 수용할 수 있으면서 자신의 위치에서 그를 고정하거나 센터링할 수 있는 방식으로 형성될 수 있다. 이를 위해, 주머니(312)의 수용을 위한 영역은 테두리 또는 다수의 섀클로 에워싸일 수 있다. 도 10의 단면도에는, 다중 부재형으로 형성되어, 캐리어(302) 내에 파지된 주머니 유형의 객체(312)를 포함한 폐쇄부(300)가 [캐리어(302)의 상부 에지부로부터의 이격 간격으로서 측정되는] 피스톤 위치의 초기 위치(h1)에서 도시되어 있다.
도 12의 사시도 및 도 13의 상응하는 단면도에는, 피스톤(311)이 자신의 최종 위치(h2)에 있는 상태에서 폐쇄부(300)가 도시되어 있다. 초기 위치(h1)에서 출발하여, 피스톤(301)의 위치(h1)와 위치(h2) 사이의 임의의 위치 및 최종적으로 최종 위치(h2)는 외부 힘(F)이 작용하는 것을 통해 도달될 수 있다. (미도시한) 변형예로서, 피스톤이 캐리어(302) 내에서 회전 가능한 방식으로 예컨대 나사 유형의 가이드 곡선부(guide curve)를 포함하거나, 또는 특정한 피치를 갖는 나사산을 포함한다면, 피스톤은 (회전 이동을 생성하기 위한) 원주방향 힘을 인가하는 것을 통해서도 이동될 수 있다.
초기 위치(h1)에서 위치(h2)로의 이동 동안, 주머니(312)는 천공 부재(305)들을 통해 천공되고 그 결과 개봉된다. 도 12에 도시된 위치(h2)에서 천공된 주머니(312')에서는 감광 물질(3)이 방출된다. 그러므로 상기 감광 물질은 캐리어(302)의 내부 챔버 내로 유출되고, 이 내부 챔버에서부터는 감광 물질이 이를 위해 제공된 개구부(309)들을 통과하여 캐리어(302)에서 유출된다. 바람직한 구현예에서, 피스톤(301)은, 캐리어(302)와 상호작용하면서, 천공에 추가로, 용기(312)의 압축, 및 그에 따른 용기에서의 실질적으로 완전한 배출을 가능하게 하도록 형성된다. 자명한 사실로서, 피스톤(301)은 반드시 폐쇄부(300)의 일부분일 필요는 없다. 요컨대 그 외에, 피스톤은 일반적으로 다중 부재형으로 형성될 수 있으며, 다시 말해 복수의 부분 피스톤으로 분할되며, 그럼으로써 상기 다중 피스톤들은 서로 독립적으로 이동될 수 있게 된다.
도 14a ~ 14d에는, 본 발명에 따른 카트리지 장치의 본 발명에 따라 적어도 부분적으로 가요성인 쉘부의 형상 변형예(141, 142, 143, 144)들의 몇몇 예시가 개략적 사시도로 각각 도시되어 있다. 쉘부는 예컨대 단일 부재형으로 형성되지만, 그러나 2개 또는 그보다 많은 구성요소로도 구성될 수 있다. 쉘부(14, 141 ~ 144)의 기본 기하구조는, 내부 챔버(140)를 에워싸는 각각 요구되는 적용 영역에 따라서 각각의 임의의 기하학적 형상부를 포함할 수 있다. 예컨대 쉘부는, 원형, 타원형, 정방형 또는 장방형 기저 윤곽(base contour)을 갖는 원통형 또는 각기둥 형태를 보유할 수 있다. 또한, 기저 윤곽 다각형의 에지부들은 라운딩될 수 있다. 바람직한 방식으로, 쉘부는 컵 유형의 기본 형태를 포함하며, 쉘부는 바닥부와 케이싱을 포함할 수 있다. 이런 경우, 케이싱은, 바닥부와 상단부를 연결하는 측면 벽부를 형성한다. 이런 경우, 상단부는 쉘부의 일부분일 수 있거나, 또는 예컨대 폐쇄부(11, 200, 300, 400)와 같은 추가 구성요소를 통해 형성될 수 있다. 특히 쉘부의 바람직한 구조는 회전 대칭형으로 형성되거나, 또는 적어도 부분적으로 상자형 기저 윤곽으로 형성될 수 있다.
예컨대 쉘부(141)는 도 14a에 도시된 것처럼 매끄러운 외부 및 내부 표면을 갖는 케이싱을 포함할 수 있다. 상대적으로 더 복잡한 쉘부 기하구조도 마찬가지로 도 14b 및 도 14c에 도시된 것처럼 가능하다. 도 14b에는, 예컨대 쉘부(142)의 케이싱의 벨로우즈 유형의 절첩부가 도시되어 있으며, 이는 쉘부(142)의 상대적으로 더 수월한 절첩을 허용한다. 쉘부(142)는 섹션 별로 벨로우즈의 기능을 보유하는 케이싱 기하구조를 포함한다. 또 다른 (미도시한) 예시들에서, 쉘부의 케이싱은, 쉘부의 절첩을 수월하게 하기 위해, 원추형으로, 사다리꼴 형태로, 오그라드는 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 쉘부는 적어도 하나의 개구부 및/또는 적합하게 형성된 연장부 및/또는 개구부들을 포함한다. 도 14c에는, 본체 내에 회전 대칭형으로 일체형으로 형성된 쉘부(143)의 예시가 도시되어 있으며, 이 쉘부는 하나 또는 복수의 개구부를 구비한 바닥부를 포함하고, 상기 개구부 내로는 추가 부품(145) 및/또는 다층으로, 그리고 서로 상이한 재료들로 구성되는 바닥부 및 경우에 따라 폐쇄하는 투명한 판이 삽입될 수 있으며, 그럼으로써 하기에서 도 17에 따라 추가로 설명되는 것처럼 부품(145)에 의해 충전될 수 있는 중공 챔버가 형성된다. 그 대안으로, 예컨대 유입 포트/유출 포트 등처럼 쉘부 상에 형성되는 구성요소가 쉘부와 일체형으로도 형성될 수 있다. 추가로, 쉘부 기하구조는 [도 14d 및 이 도면에 도시된 쉘부(144)를 참조하여] 적어도 쉘부(144)의 하부 영역 내에 적어도 함몰되고, 그리고/또는 상승된 기하학적 형상부(146)[예: 그루브 또는 리브(rib)]를 구비할 수 있으며, 이 형상부에 의해서는 감광 물질의 경화를 위한 화학 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투과성인[예컨대 플렉시유리(Plexiglass), 아크릴 유리 또는 플로트유리(floatglass)로 형성되는] 추가 바닥부(15, 25)(도 2 또는 도 17)가 고정되어 쉘부(141 ~ 144)의 바닥부의 하부에서 추가 중공 챔버를 형성한다. 또한, 상기 형상부는 쉘부(144)의 정렬 가능성 및/또는 고정 가능성을 제공할 수 있다.
도 15에는, 카트리지 폐쇄부(500)의 예시가 도시되어 있고, 카트리지 폐쇄부의 외면[여기서는 커버(501)의 상면] 상에는 하나 또는 복수의 정보 캐리어(502, 503)가 제공되며, 이 정보 캐리어에는 감광 물질과 관련한 정보, 특히 감광 물질의 양, 유형 및 상태, 및/또는 3차원 객체의 제조 공정의 공정 매개변수와 관련한 정보가 저장된다. 정보 캐리어로부터는, 적합한 송신 경로들에 대한 데이터들이 스테레오리소그래피 장치, 예컨대 제어 장치(9)로 전송될 수 있다. 정보 캐리어는 예컨대 각인, 바코드(503), RFID 칩(502), 자기 띠 등일 수 있다.
도 16a ~ 16d에는, 본 발명에 따른 스테레오리소그래피 설비의 가능한 실시형태에서 [도 2의 카트리지 시스템(10)의 예시에서의] 본 발명에 따른 카트리지 장치의 기능을 도해로 설명하는 개별 단계들 또는 위상들이 각각의 시퀀스로 도시되어 있다. 상기 도들에는, 도면의 더 나은 명확성을 위해, 오직 설비(1)의 광원(8) 및 카트리지 시스템(10)만이 도시되어 있으며, 그에 반해 카트리지 시스템(10)을 파지하고 포지셔닝하며 경우에 따라 변형(압축/확장)시키기 위한 장치들은 도시되어 있지 않다. 도 16a ~ 16d에는, 지금까지 층 B1 내지 Bn-1이 생성된 출발점이 되는 객체(2)의 층(Bn)을 위한 단일의 형성 주기에 따르는 3차원 객체(2)의 제조 순서가 도해로 각각 도시되어 있다. 본원의 개시의 도면들에서, 3차원 객체(2)는 피라미드가 뒤집힌 형태를 갖는 부품으로서 도시되어 있지만, 그러나 이는 오직 예시로서만 생각되어야 하고 제한하는 것이 아니어야 한다. 요컨대 자명한 사실로서, 3차원 객체들의 매우 상이한 형태들도 생성될 수 있다. 감광 물질(3)을 이용하는 층(Bn)을 위한 형성 주기는 하기와 같은 위상들을 포함한다.
위상 1: 높이(A1)를 갖는 초기 위치(도 16a);
위상 2: 높이(A2)로 캐리어 하강(도 16b), 단 A2 < A1;
위상 3: 층(Bn)의 노광 및 생성(도 16c);
위상 4: 캐리어의 분리(도 16d) 및 경우에 따라 성형틀로부터 경화된 층(Bn)의 분리.
그 결과, 초기 위치(위상 1)에 상응하는 최종 위치에 도달되지만, 그러나 높이는 A3 > A2이다. 높이(A3)는 도시된 형성 주기 이전의 높이(A1)와 일치할 수 있거나, 또는 그와 다를 수 있다. 보통 A3 > A1인데, 그 이유는 부품의 크기가 증가하기 때문이다.
도 16a에는, 캡슐(111)이 이미 천공되어, 이 캡슐로부터 감광 물질(3)이 카트리지 시스템(10)의 내부 챔버(140) 내로 유출되어 이 내부 챔버에서 본 발명의 수용 챔버를 나타내는 쉘부(14)의 바닥부에 충전되고 그 바닥부를 덮는 초기 상황이 도시되어 있다. 높이(A1)를 갖는 초기 위치(위상 1)에서, 이미 부품(2)의 n-1개의 부품 층이 생성되며, 그리고 마지막으로 형성되는 층(Bn-1)은 쉘부(14)의 바닥부 위쪽 위치에 위치된다.
그 다음, 도 16b에 도시된 것처럼, 폐쇄부(11)를 통해 형성되는 카트리지 시스템(10)의 상단부는 폐쇄부의 압축 하에 하강된다. 폐쇄부(11)의 하강은 바람직한 방식으로 층(Bn-1)이 감광 물질(3)과 (다시) 접촉할 때까지 수행된다. 층(Bn-1)은 바람직한 방식으로 형성 대상 층(Bn)의 의도되는 층 두께만큼 기준면(41) 위쪽에 위치되도록 포지셔닝된다. 폐쇄부(11)가 하강하는 동안, 경우에 따라 그 밖에도 감광 액체(3)가 캡슐(111)에서 유출되며, 이와 동시에 여전히 층(Bn-1) 아래에 위치하는 액상 감광 물질(3)은 밀려나가면서 층(Bn)의 의도되는 층 두께를 형성한다. 요컨대, 달리 말하면 감광 물질(3)은, 층(Bn-1)과, 쉘부(14)의 바닥부에 의해, 또는 경우에 따라 감광 물질(3)의 비반응성 위상(33)(도 17 참조)을 통해 형성되는 기준 평면(41) 사이의 간극을 충전한다. 변형 가능한 쉘부(14)는 본 발명에 따라서, 그리고 그 구조에 상응하게 압축되고, 요컨대 절첩되고, 그리고/또는 불룩해진 상태를 취하게 된다.
도 16c에 도시된 위상 3에서, 신규 부품 층(Bn)은, 광원(8)으로부터 방출되어 기준면(41) 상의 층(Bn)의 전개 대상 영역들 상으로 집속되는 화학 방사선(80), 예컨대 UV 광에 의해 경화된다. 이런 경우, 종래의 스테레오리소그래피 방법과 일치하여, 층(Bn)의 구조는 층(Bn)의 노광된 영역들의 선택을 통해 생성된다.
위상 4에서는, 위상 3에서 상기와 같이 경화된 층(Bn)이 쉘부(14)의 바닥부로부터, 또는 폐쇄부(11)의 상대 이동을 통한 위상(33)으로부터 떼내어지며, 그에 따라 새로 형성된 층(Bn)은 기준면(41)으로부터 분리된다. 이 경우, 쉘부(14)는 상향 이동하는 행정의 크기에 상응하게 탄성 변형되며, 더욱 정확하게 말하면 일반적으로 부분적으로 이완된다.
도 17에는, 쉘부(24)가 예컨대 실질적으로 도 14c의 쉘부(143)를 모방하여 형성되어 있는 카트리지 시스템(20)의 또 다른 실시형태가 종단면도로 도시되어 있다. 쉘부(24)의 하부에는 쉘부(24)의 하면(23)과 외부 유리 바닥부(25) 사이에 형성되는 중공 챔버(22)가 위치된다. 쉘부(24)의 측면 연장부들, 또는 이를 위해 제공되는 또 다른 개구부들(미도시)을 통해, 중공 챔버(25)는 유체(19)(예: 산소 또는 반응을 억제하는 다른 가스) 또는 다른 억제제들로 과류될 수 있다[체적 유동률(
Figure pct00001
)]. 그리고 쉘부(24)의 투과성 바닥부를 통과하여 카트리지의 내부 챔버(240) 내로 침투하는 억제제를 통해 감광 물질(3)의 비반응성 위상(33)이 형성되며, 이 비반응성 위상의 표면은, 쉘부(24)의 (내부) 바닥면 대신, 상기 실시형태의 기준면(42)을 형성한다. 상기 유형으로 형성된 기준면(42)은, 부품(2)의 생성된 층이 쉘부(24)의 바닥면 상에 점착되지 않으며, 그리고 그로 인해 하부 층이 접착되고 경우에 따라 파열되는 위험은 방지된다는 장점을 제공한다.
카트리지 시스템의 내부 챔버는 상기 실시형태에서, 또는 다른 도시된 실시형태들에서도 추가로 주변 압력(p)보다 더 높거나, 또는 낮은 압력(p1)을 인가받을 수 있으며, 이는, 폐쇄부(21) 및/또는 쉘부(24) 내에서 그를 위해 제공된 개구부들(미도시)을 통해 수행될 수 있다. 이 경우, 카트리지 시스템의 내부 챔버는 예컨대 특유의 보호 가스(예: 질소)로 과류될 수 있는데, 이런 보호 가스는 이미 형성된 층들의 산소 억제를 방지하고 그에 따라 층들의 기계적 강도 및 그 표면 품질에 긍정적인 영향을 미친다.
도 18에는, 카트리지 시스템(30)의 [도 14d의 쉘부 변형예(144)에 상응하게 형성되는] 쉘부(34) 및 그 구성의 또 다른 가능한 실시형태가 도해로 설명되어 있다. 본 실시 변형예에서, 쉘부(34)는 관통된(다시 말해, 완전하게 형성되지 않은) 바닥부(344)를 포함하며, 이 바닥부는 그에 따라 하나의 개구부(18)(또는 상기 개구부를 복수 개)를 포함한다. 상기 개구부는 삽입되는 판형 또는 잎형 부품 또는 복합 부품(35)(composite component)에 의해 폐쇄된다. 상기 부품(35)은 경우에 따라 다중 부재형으로 구성될 수 있다. 따라서 상기 부품은 카트리지 시스템(30)의 폐쇄된 내부 챔버(340)를 제공하며, 그리고 상기 부품의 상부 면은 기준면을 형성한다. 부품(35)은 예컨대, 감광 물질(3)의 경화를 위해 이용되는 화학 방사선 및 가스들에 대해 적어도 부분적으로 투과성일 수 있는 샌드위치 구조를 통해 형성될 수 있다. 예컨대 탄성 필름(31)(예: FEP 필름, 테플론 필름)은, 예컨대 비반응성 위상(33)(도 17에 대해 상술한 사항 참조)의 형성을 위해 이용되는 가스 또는 가스 혼합물에 대해 특히 우수한 투과성을 보유하는 미세 다공성 유리로 구성되는 캐리어부(32) 상에 형성될 수 있다.
또한, 도 18에는, 도 14d의 쉘부(144)의 변형예 상에서 구성되는 쉘부를 실현하는 또 다른 양태가 도시되어 있으며, 쉘부(34)의 케이싱은 복수의 세그먼트(341, 342, 343)로 형성되고 서로 상이한 재료 특성들을 갖는 개별 세그먼트들을 포함할 수 있다. 이는, 예컨대 서로 상이한 가요성 및/또는 서로 상이한 광학 특성들을 보유한 영역들을 포함하는 카트리지 쉘부의 형성을 허용한다. 자명한 사실로서, 케이싱의 세그먼트화는 본원에 도시된 실시형태들 중 각각 또 다른 실시형태에서도 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 도 19a 및 도 19b에 도해로 설명되어 있으며, 다시 말하면, 본 발명에 따른 카트리지 시스템(40)의 단면도들에 따라서, 요컨대 다양한 공정 처리 유형들 간에 전환하기 위해, 예컨대 층 구성에서 세척 공정으로 전환하기 위해 캡슐을 교체하는 점이 도시되어 있다. 도 19a에는, 그 내부에서, 계속해서 상기에서 기재한 공정들에 따라서 객체 또는 부품(2)이 감광 물질(3)에 의해 구성된 후의 카트리지 시스템(40)이 도시되어 있다. 여기서 감광 물질(3)은 카트리지 시스템(40)의 캐리어(402) 내로 삽입되는 캡슐(401)에서 기인한다. 캡슐(401)을 제거하고, 일 실시예의 폐쇄부(400)와 호환될 수 있는 신규 캡슐(404)로 상기 캡슐을 교체하는 것을 통해, 감광 물질(3) 대신, 다른 물질이 공급될 수 있다. 예컨대 캡슐(404)은, 예컨대 이소프로판올과 같은 용매(43)로 충전될 수 있다. 캡슐(404)을 삽입하고, 폐쇄부(400)의 캐리어(402)의 내부 챔버 내로 삽입하는 과정에서 캡슐(404)의 외부 쉘부를 천공하는 것을 통해, 용매(43)가 방출되어, 폐쇄부(400)의 개구부들을 통과하여 카트리지 시스템(40)의 내부 챔버(440) 내에 도달할 수 있다. 도 19b에 도시된 것처럼, 용매(43)는, 부분적으로, 또는 전체적으로 카트리지 시스템(40)의 내부 챔버에 충전되고, 이렇게 부품(2)의 세척, 특히 여전히 부품(2) 상에 점착된 감광 물질(3)의 제거, 및/또는 내부 챔버 내에 위치하면서 여전히 경화되어 있지 않거나 부분적으로만 경화된 나머지 감광 물질(3)의 용해를 가능하게 한다. 용매(43) 내에 감광 물질(3)을 용해하는 것을 통해, 카트리지의 내부 챔버 내에 용액 또는 혼합물(13)이 형성된다. 그리고 상기 용액 또는 혼합물은 카트리지(40)를 경동시키거나 회전시키는 것을 통해 폐쇄부(400) 내의 개구부들을 통해 배출될 수 있다. 예컨대 캐리어(402) 내의 개구부들을 통해, 캡슐 폐쇄부(403)의 제거 동안, 혼합물(13)은 카트리지 시스템(40)의 내부 챔버(440)에서 유출될 수 있다. 그 다음, 의도되는 경우, 액체는 신규 용매로 교체될 수 있다. 이런 경우, 카트리지 장치는, 감광 물질(3)의 용해가 진동, 원심 분리, 휘젓기, 온도 증가 또는 다른 적합한 조치들을 통해 촉진될 수 있도록 형성될 수 있다.
도 19a 및 19b에 도시된 것과 유사한 방식으로, 예컨대 객체(2)가 다양한 재료들로 구성되어야 하고, 그리고/또는 객체(2)를 세척하고, 그리고/또는 재경화하기 위한 다양한 액체들이 의도될 때, 다양한 유형들의 감광 물질들 간의 교체 역시도 실행될 수 있다.
또한, 액체들의 교체 또는 연속적인 교환 역시도, 캐리어(402) 또는 쉘부(44) 내의 제1 개구부를 통해 내부 챔버 내의 물질을 밀어내는 신규 (일반적으로 액상 또는 현탁액 유형의) 물질이 공급되는 것을 통해 달성될 수 있다. 그리고 제2 개구부를 통해서는, 상기와 같이 밀어내진 물질이 배출된다. 적합한 펌프들은 제1 개구부의 공급 라인 및/또는 제2 개구부의 배출 라인 내에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 카트리지 장치 또는 스테레오리소그래피 장치의 상술한 실시형태들은 각각의 적용에 따라서 하기 양태들 및 개선예들을 포함할 수 있다.
카트리지 장치는, 감광 물질을 직접 또는 간접적으로 포함할 수 있으며, 그리고 일체형으로, 또는 복수의 구성요소로 구성된다. 쉘부는 3차원으로 형성되고 바람직하게는 일체형일 수 있으며, (바람직하게는 측면의 외주를 따라 연장되는 케이싱인) 쉘부의 변형 가능한 부분은 가요성 또는 절첩성 재료로 구성될 수 있다. 쉘부의 바닥부는 적어도 부분적으로 광 및 가스 투과성일 수 있으며, 그리고 이를 위해 적합한 재료, 예컨대 실리콘으로, 또는 실리콘층, 유리층 및/또는 플라스틱층을 포함하는 다층 복합 재료로, 예컨대 샌드위치 유형의 구조로 제조될 수 있다. 스테레오리소그래피 장치의 측에는, 바람직하게는 감광 물질의 선택적 노광을 위해 제어 가능하게 이동 및 이송될 수 있는 광원, 및 (캐리어 수용부로서, 또는 간단히 캐리어로서 지칭되는) 적어도 하나의 객체 캐리어가 제공된다. 객체 캐리어는 카트리지 장치의 내부 또는 외부에 배치되고 경우에 따라서 카트리지의 바닥부에 상대적으로 이동될 수 있다.
다른 변형예에서, 카트리지의 케이싱부는 필름 튜브(예: FEP 또는 PTFE 필름)로 구성될 수 있으며, 그에 반해 카트리지의 바닥부 및 카트리지의 폐쇄용 상단부는 적합한 플라스틱 및/또는 적합한 다층 복합 재료들로 이루어진 단순한 사출성형 부품들이다. 상기 실시 변형예의 비용은 실리콘-사출성형 유형의 비용보다 분명히 더 낮으며, 그리고 필름들은 그 외에도 상대적으로 더 얇고 더 용이하게 변형될 수 있다.
감광 재료는 카트리지 내에서 이 카트리지 내에 형성된 하나의(또는 복수의) 수용 챔버 내에 위치될 수 있으며, 예컨대 감광 재료는 여전히 설비 내로 카트리지를 삽입하기 전에 상기 수용 챔버 내에 충전되거나, 또는 감광 재료는 카트리지 내로 삽입되는 하나 또는 복수의 용기 내로, 예컨대 카트리지 몸체, 캐리어(객체 캐리어) 또는 쉘부 자체 내부에 이를 위해 제공된 수용 챔버 내로 공급된다. 추가로 동시에 폐쇄부로서 이용될 수 있으면서 일체형으로, 또는 다수의 부분으로 형성될 수 있는 캐리어는 적어도 하나의 기하학적 공동부를 포함할 수 있으며, 이 공동부 내로는 감광 물질 또는 이 감광 물질을 위한 용기가 수용될 수 있다. 상기 공동부는 그 외에도 특별히 형성된 표면 또는 구조들을 포함할 수 있거나, 또는 상기 공동부 내에 특별히 형성된 표면 또는 구조들을 갖는 구성요소가 삽입될 수 있으며, 상기 표면 또는 구조들은 다른 몸체에 대해 천공 작용을 야기할 수 있다. 그에 따라, 캐리어 또는 공동부는 적어도 하나의 감광 물질을 수용하고, 그리고/또는 보관하고, 직접적으로 포함할 수 있거나, 또는 간접적으로 용기 내에 포함할 수 있다.
이는, 복잡한 재충전 및 계량 장치들, 그리고 캐리어의 복잡한 세척을 불필요하게 한다. 매우 특별한 장점은, 본 발명에 따른 카트리지 시스템(카트리지 장치)으로, 스테레오리소그래피 설비 내로, 또는 그 외로 간단하면서도 오염 없이 삽입하거나 인출하는 것을 통해 달성된다. 이 경우, 신속하면서도 긴 세척 및 장착 시간없이 예컨대 서로 상이한 감광 물질들을 포함하는 다양한 카트리지들이 서로 교체될 수 있다. 그러므로 예컨대 설비 내에서 이미 시작된 구성 공정 동안, 결과적으로 설비의 효율을 높이기 위해, 제2 카트리지를 연결할 수도 있다. 또한, 카트리지 내부의 기지(known)의 물질량을 기반으로, 각각의 요건에 따라서 정확하게 결정된 개수, 또는 정확하게 결정된 객체 체적만이 생성될 수도 있다. 그에 따라, 감광 물질의 보관성은 본 발명에 따른 카트리지 시스템에 의해 정확하게 결정될 수 있으며, 그로 인해 예컨대 의도되는 생체 적합성과 같은 예상 객체 및 재료 특성들 역시도 경화된 상태에서 결정된다. 본 발명에 따른 카트리지 시스템은, 간단하게 설비로부터 캐리어 상에 형성된 객체를 포함하여 인출되며, 그리고 그런 후에 카트리지 시스템을 수용하도록, 그리고 경우에 따라 개구부들을 통해, 또는 적합한 위치들에서 카트리지 자체를 천공하는 것을 통해 세척제, 예컨대 이소프로판올과 같은 용매를 유입시키고, 그리고/또는 배출시키도록 구성되는 (예컨대 세척 및/또는 재노광을 위한) 재가공 설비 내로 삽입될 수 있다.
또한, 카트리지의 부재들 내의 동일한 개구부들 및/또는 이를 위해 제공되거나 적합한 다른 개구부들을 경유하여, 특별한 분위기(atmosphere)가 유입될 수 있다. 그에 따라, 이제는 세척되거나 부분적으로 세척된 카트리지는, 캐리어 상에서 그 내에 위치하는 세척된 객체와 함께, 보호 가스로 충전된 벨(bell)로서 이용될 수 있다. 바람직하게는, 쉘부는 적어도 부분적으로 광 투과성이며, 특히 바람직하게는 카트리지의 바닥부 및 쉘부는 광 투과성이고 동일한 가요성 재료, 예컨대 실리콘으로 제조된다. 다수의 바람직한 실시형태는, 카트리지의 바닥부 및 쉘부가 광 투과성이고 가요성이며 화학적으로 안정되고 산소 투과성인 재료, 예컨대 실리콘으로, 특히 바람직하게는 액상 실리콘 고무(LSR) 재료로 일체형으로 구성되고, 폐쇄부, 그리고 만일의 다른 부재들, 또는 예컨대 캐리어 및/또는 피스톤(들) 및/또는 감광 재료로 충전된 캡슐(들)과 같은 폐쇄부의 부재들은 광 비투과성 재료로 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다. 캐리어는 적어도 하나의 기하학적 공동부를 포함할 수 있고, 이 공동부를 통해서는 감광 물질이 피스톤을 통과하여, 또는 피스톤의 옆을 스쳐서, 중력을 기반으로, 또는 캐리어를 통해 가해지는 압력에 의해, 노광을 위해 제공된 카트리지의 영역 내로, 또는 카트리지 바닥부 쪽으로 침투될 수 있다.
본 발명은 폐쇄부 내에서, 또는 폐쇄부 내에 구조적으로 형성된 중공 챔버 내에서 감광 물질의 별도의 보관 가능성을 가능하게 하기 때문에, 카트리지의 민감한 영역들 내로 물질의 유동 또는 확산은 구조적으로 배제될 수 있다. 이런 경우, 바람직하게는, 감광 물질은, 추가로, 바람직하게 캐리어 내에 위치되거나, 또는 캐리어 내로 삽입될 수 있는 (예컨대 주머니 유형의) 용기 또는 특별히 형성된 용기 몸체 내에 포함된다. 폐쇄부, 더 구체적으로 말하면 예컨대 캐리어의 배면과 같은 폐쇄부의 부분들은, 구조적으로, 그리고/또는 표면 구조를 기반으로, 결과적으로 감광 물질을 방출시키기 위해, 감광 물질의 용기(예: 주머니)를 천공하도록 구성된다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 감광 물질로 충전된 1회용 캡슐은 특별히 형성된 캐리어의 부분을 통해 천공될 수 있으며, 그럼으로써 감광 물질은 방출되게 된다.
카트리지 시스템은 1회 이용될 수 있거나, 또는 수회 이용될 수 있도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 카트리지 시스템은 1회용 시스템으로서 구성될 수 있거나, 또는 재충전 가능하게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 카트리지 장치는, 각각의 구성에 따라서 가스 혼합물의 더 간단하면서도 더 정확한 측정; 더 적은 가스량; 감광 물질의 양이 예컨대 캡슐의 충전을 통해 정확하게 알려져 있으므로 가스의 체적 유량의 더 정확한 구성; 더 안전하면서도 더 간단한 감광 물질의 취급; 안전하고 안정된 공정; 그리고 오염의 방지;를 가능하게 한다. 또한, 본 발명은, 설비의 완전한, 또는 부분적인 기밀한 형성을 불필요하게 하는데, 그 이유는 가스가 카트리지로만 제한될 수 있기 때문이다.
또 다른 바람직한 구현예에서, 카트리지의 쉘부는, 단일 부재형으로, 또는 다중 부재형으로 형성될 수 있는 이중 바닥부를 포함한다. 이 경우, 기준 평면(및 가장 단순한 경우에 카트리지 시스템의 바닥부 역시도)을 형성하면서 쉘부를 (예컨대 하부 방향으로) 폐쇄하는 부분은 비가요성이거나, 또는 부분적으로만 가요성이면서 다층으로 형성된 바닥부로 구성될 수 있되, 이 바닥부는 화학 방사선에 대해 투과성으로, 그리고 특별한 가스들 또는 가스 혼합물들에 대해 투과성으로 형성된다. 카트리지 쉘부의 하부에는 마찬가지로 가스들에 대해 투과성인 지지 부재가 위치될 수 있다.
상술한 바닥면과 쉘부 간의 결합부는, 가스 기밀한 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 쉘부 자체는 특별한 비드부들(bead)과 같은 밀봉 부재들을 포함할 수 있다. 카트리지의 쉘부는, 다른 바람직한 실시 변형예에서, 맨 먼저 본 발명에 따른 설비 내로 삽입하는 것을 통해, 쉘부에 대해 이중 바닥부가 형성되도록 형성될 수 있으며, 전이부는 완전하게, 또는 부분적으로 가스에 대해 기밀하게 형성된다. 또한, 카트리지 장치는 자체적으로도 예컨대 튜브와 같은 설비 내의 기밀한 케이싱 내에서 보관될 수 있다. 그 결과, 기하학적으로 임의로 형성된 중공 챔버가 형성되며, 이 중공 챔버는 적용의 각각의 요건들 및 가능성들에 따라서 적어도 하나의 접근 개구부 및/또는 적어도 하나의 유출 개구부를 포함할 수 있으며, 이 개구부를 통해서는 특별한 가스, 또는 가스 혼합물이 유입될 수 있거나, 또는 이미 유입되어 있다. 이 경우, 카트리지 시스템의 쉘부의 제1 바닥부는 적어도 가스 또는 가스 혼합물에 대해 부분적으로, 또는 완전하게 투과성인 재료로 구성되며, 그리고 바람직하게는 실리콘으로, 또는 실리콘 및/또는 예컨대 PTFE 또는 유리와 같은 투과성 재료를 함유한 재료 조성물로 형성된다. 쉘부의 폐쇄용 부분은 이미 기재한 것처럼 마찬가지로 가스에 대해 투과성인 미세 다공성 유리로 구성될 수 있다. 그에 따라, 하부로부터 직접적으로, 또는 간접적으로 가스 또는 가스 혼합물은 카트리지의 내부 체적 내로 공급되고, 그리고/또는 배출될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 카트리지 시스템은, 결과적으로 공정 기간에 걸쳐서 가스, 또는 가스 혼합물의 성분들의 체적 유량을 제어하기 위해, 가스 또는 가스 혼합물의 확산을 시간 분해능으로 측정할 수 있는 센서 또는 측정 부재를 포함한다. 이 경우, 센서는 이미 카트리지 내에, 예컨대 캐리어 내에 제공되어 있을 수 있다. 예컨대 센서는, 카트리지 시스템을 삽입할 때 삽입될 수 있으며, 그리고 경우에 따라 특별히 사전에 밀봉된 개구부를 통한 카트리지의 잠금 고정 또는 센터링 절차를 통해, 또는 카트리지를 천공하는 것을 통해 포지셔닝될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 센서의 위치는, 센서가 감광 수지와 접촉하지 않도록 선택되거나, 또는 센서는, 오염이 측정의 왜곡 및 증가된 측정 불확실성을 야기하지 않도록 구성된다. 이 경우, 카트리지 내부의 분위기의 측정 방법은 직접적인 또는 간접적인 방법들을 통해 수행될 수 있다. 특히 바람직한 경우는 센서 또는 측정 부재가 카트리지 또는 쉘부의 외부에 배치되어 카트리지 내부의 조성 또는 가스 농도의 측정을 가능하게 하는 측정 방법일 수 있다. 이런 경우, 특별한 영역들 내의 가스 농도에 대한 추론을 가능하게 하기 위해, 쉘부의 투과성 역시도 활용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예들에서, 카트리지 내부에는 서로 상이한 가스들 또는 가스 혼합물들이 공급될 수 있다. 예컨대, 결과적으로 감광 수지의 특성들 또는 감광 수지의 공정 처리, 그리고 최종적으로는 형성된 몸체의 특성들에 목표한 바대로 영향을 주기 위해, 하부로부터 카트리지의 바닥부들을 통과하여 산소가 정상적인 대기에서보다 더 높은 농도로 공급될 수 있고 상부로부터는 캐리어를 통과하여 질소가 공급될 수 있다.
자명한 사실로서, 통상의 기술자는, 본원에서 개시되는 본 발명의 실시형태들에서, 하기의 특허청구범위의 보호 범위에 속하는 한, 다양한 변형 및 보충을 간단히 실행할 수 있다.

Claims (27)

  1. 경화를 개시하는 특유의 방사선의 작용을 통해 감광 물질(3)을 층마다, 또는 연속해서 경화시키는 것을 통해 3차원 객체(2)를 제조하기 위한 스테레오리소그래피 장치(1)로서, 상기 스테레오리소그래피 장치는
    - 캐리어 장치(7);
    - 경화를 개시하는 방사선(80)을 생성하기 위한 방사선원(8): 및
    - 쉘부(14)에 의해 둘러싸인 내부 챔버를 포함하여 상기 캐리어 장치 상에 포지셔닝될 수 있으면서 인출될 수도 있는 적어도 하나의 카트리지 장치(5, 6);를 포함하며, 상기 쉘부의 적어도 하나의 부분 영역은 경화를 개시하는 방사선에 대해 투과성인 것인, 상기 스테레오리소그래피 장치에 있어서,
    상기 카트리지 장치(5, 6, 10, 20, 30, 40)의 쉘부(14, 141, 142, 143, 144, 24, 34, 44)는 변형될 수 있고, 상기 쉘부에 의해 둘러싸인 상기 내부 챔버(140, 240, 340, 440)는 적어도 부분적으로 수용 챔버(4)에 의해 형성되는 체적을 보유하며, 상기 수용 챔버 내에는 상기 감광 물질(3)의 소정의 양이 적어도 조사 및 경화 과정의 기간 동안 수용될 수 있으면서 방사선의 접근을 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 카트리지 장치(5, 6)는 상기 캐리어 장치(7) 상에 탈착 가능하게 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 쉘부의 변형 가능한 영역은 일체형으로, 바람직하게는 가요성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 챔버(140)의 체적은 대부분, 바람직하게는 전체적으로 상기 수용 챔버(4)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘부에 의해 둘러싸인 상기 내부 챔버(140)는 상기 쉘부의 변형 동안 실질적으로 변함없는 체적을 보유하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘부는 상기 카트리지 장치의 높이와 관련하여 가역적인 압축을 허용하는 방식으로 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘부(14, 24, 34, 141, 142, 143, 144)는, 절첩될 수 있으면서 적어도 하나의 기준면(41, 42)을 포함하는 기하학적 형태를 보유하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘부는 바닥부, 상단부, 및 상기 바닥부와 상기 상단부를 포함하는 케이싱을 포함하며, 바람직하게 상기 케이싱은 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 쉘부의 바닥부 및/또는 상기 케이싱은 상기 내부 챔버 내로 또는 그 외로 감광 물질의 공급 또는 배출, 및/또는 용매의 공급 또는 배출을 위한 적어도 하나의 개구부를 형성하기 위한 적어도 하나의 천공 가능한 영역, 바람직하게는 약화 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 케이싱 및/또는 상기 바닥부는 가스들 또는 가스 혼합물(19)들에 대해, 특히 산소 또는 공기에 대해 투과성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘부는 상면에, 그리고/또는 측면에 폐쇄 가능한 개구부를 포함하며, 상기 개구부를 통해 감광 물질은 상기 내부 챔버 내로 공급될 수 있고 그로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 쉘부는 상기 개구부를 밀봉하기 위한 실링 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 개구부는 바람직하게는 일체형으로 형성된 폐쇄 부재(11, 21, 100, 200, 300, 400, 500)를 통해 폐쇄될 수 있으며, 상기 폐쇄 부재는 바람직하게는 감광 물질의 경화된 층들의 캐리어로서 형성되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카트리지 장치는 상기 내부 챔버 내에서 이동 가능한 구성요소를 포함하며, 상기 구성요소는 기하학적, 기계적, 및/또는 자기 유형의 가이드들을 통해서 상기 카트리지 장치 내에서 안내되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카트리지 장치는 상기 내부 챔버를 상부 방향으로 제한하면서 폐쇄하는 폐쇄부(100, 200, 300, 400, 500, 11, 21)를 포함하며, 상기 폐쇄부는 교체될 수 있고 바람직하게는 전체적으로 강성인 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 폐쇄부는, 상기 내부 챔버로 향해 있는 면 내에 형성되는 기하학적 공동부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 폐쇄부는 다중 부재형으로 형성되며, 그리고 그 내에서 하나 또는 복수의 감광 물질이 보관될 수 있는 곳인 적어도 하나의 영역(101)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 영역은 감광 물질의 용기(101, 312, 401, 404)를 수용하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 용기를 천공하기 위한 수단(105, 305)들이 제공되는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐쇄부는 적어도 하나의 통합된 피스톤(301)을 포함하며, 상기 피스톤의 행정 이동을 통해 상기 감광 물질의 유출이 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 피스톤(301)은 상기 폐쇄부 내에 위치하는 용기(312), 특히 감광 물질의 용기를 천공하거나, 또는 개봉하기 위한 장치(305)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 피스톤은, 용매 및/또는 가스 또는 가스 혼합물, 특히 질소 또는 공기를 공급하기 위한 장치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카트리지 장치는, 산소에 대해 투과성이면서 적어도 일체형으로 형성된 바닥부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제조된 3차원 객체의 분리를 수월하게 하는 진동의 생성을 위한 장치를 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 카트리지 장치(5, 6)가 상기 스테레오리소그래피 장치 내로 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테레오리소그래피 장치.
  25. 스테레오리소그래피 장치(1) 내에서의 이용을 위한 카트리지 장치(5, 6, 10, 20, 30, 40)로서, 쉘부(14, 141, 142, 143, 144, 24, 34, 44)에 의해 둘러싸인 내부 챔버(140, 240, 340, 440)를 포함하는 상기 카트리지 장치에 있어서, 상기 카트리지 장치의 쉘부는 변형될 수 있고, 상기 내부 챔버(140, 240, 340, 440)는, 적어도 부분적으로 수용 챔버(4)에 의해 형성되는 체적을 보유하며, 상기 수용 챔버 내에는 상기 감광 물질(3)의 소정의 양이 적어도 조사 및 경화 과정의 기간 동안 수용될 수 있으면서 상기 감광 물질의 경화를 개시하는 방사선(80)의 접근을 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 카트리지 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 카트리지 장치는 스테레오리소그래피 장치(1) 내로 탈착 가능하게 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 카트리지 장치.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 감광 물질과 관련한 정보, 특히 상기 감광 물질의 양, 유형 및/또는 상태, 및/또는 3차원 객체의 제조 공정의 공정 매개변수들과 관련한 정보를 보유하는 정보 캐리어(502, 503)를 특징으로 하는 카트리지 장치.
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