KR20180121580A - 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

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한스 킴블라드
니클라스 말름
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디지털 메탈 아베
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Abstract

본 개시 내용의 제1 양태에 따라, 적층 제조 방법이 제공된다. 방법에서, 과립 구축 재료의 연속적으로-침착된 층의 영역들이 함께 결합되어, 층들을 통해서 그리고 층들 사이에서 연장되는 결합된 재료의 3-차원인 구조물을 형성한다. 그러한 방법은 제1 과립 구축 재료를 층으로서 건축 영역 내에 침착시키는 단계를 포함한다. 방법은 층 내에 결합 영역을 형성하기 위해서 제1 과립형 구축 재료의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키는 단계를 포함한다. 방법은, 층 내에 적어도 하나의 공극을 제공하기 위해서, 결합되지 않은 과립 구축 재료를 층으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 방법은, 적어도 하나의 공극을 충진하기 위해서, 제2 과립 구축 재료를 건축 영역 내에 침착시키는 단계를 포함한다. 방법은 층 내에 결합 영역을 형성하기 위해서 제2 과립 구축 재료의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키는 단계를 포함한다. 방법에서, 제2 과립 구축 재료는 제1 과립 구축 재료와 상이하다. 방법이 반복되어 물체를 형성한다. 방법을 구현하기에 적합한 장치가 또한 개시된다.

Description

제조 방법 및 제조 장치

본 개시 내용은 물체 제조 방법에 관한 것이고, 특히, 물체가 일련의 구축 재료의 층으로부터 구축되고, 각각의 층의 영역이 층의 침착(deposition) 중에 또는 이후에, 그리고 후속 층의 침착 전에 선택적으로 함께 결합되는 물체 제조 방법에 관한 것이다. 본 개시 내용은 또한 그러한 방법을 실행하기에 적합한 제조 장치에 관한 것이다.

3-차원 인쇄는, 재료의 연속적인 층들이 건설 영역(build region) 내로 침착되고, 연속적인 층들의 접합된 부분에 의해서 희망 물체가 구축되도록 각각의 층의 부분들이 함께 접합되는, 적층 제조 기술(additive manufacturing technology) 분야이다.

하나의 3-차원 인쇄 기술은, 분말과 같은 과립 건축 재료의 연속적인 층이, 건축 영역 위에서 그리고 건축 영역을 가로질러 통과하는 인쇄 헤드로부터, 건축 영역 내로 침착되는 프로세스를 이용한다. 층의 침착 후에 또는 도중에, 건축 재료의 부분들이 선택적으로 함께 결합된다. 예를 들어, 잉크-젯 인쇄와 유사한 기술을 이용하여, 액체 결합제가 인쇄 헤드로부터 건축 재료 상으로 분출될 수 있다. 그러한 결합제는, 예를 들어 공기-건조 접착제의 경우에 공기와의 접촉에 의해서, 또는 예를 들어 UV-경화 가능 접착제의 경우에 자외선 광을 이용한 경화 후에, 시간 경과에 따라, 응고되거나 경화되고, 그에 의해서 건축 재료의 과립들을 함께 결합시킬 수 있는 접착제일 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 적절한 고-강도 레이저 빔 또는 포커스된 적외선 복사선을 가함으로써, 복사선이 각각의 층의 일부에 선택적으로 가해져 층의 영역을 국소적으로 소결 또는 용융시킬 수 있고, 그에 의해서, 그러한 영역들을 함께 결합시킬 수 있다.

함께 결합된 선택적인 영역을 가지는 분말의 연속적인 층이 침착될 때, 각각의 층의 결합된 부분이 층을 통해서 하부 층과의 경계까지 연장되어 둘 이상의 층을 통해서 연장되는 연속적인 3-차원적 구조물을 형성하도록, 침착된 분말의 층이 충분히 얇게 만들어진다.

적층 제조 기술이 다른 제조 프로세스와 경쟁할 수 있도록, 적층 제조가, 물체 내의 적절한 영역에서 적절한 성질을 가지도록 희망 물체를 제조할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

본 개시 내용의 제1 양태에 따라, 적층 제조 방법이 제공된다. 방법에서, 과립 구축 재료의 연속적으로-침착된 층의 영역들이 함께 결합되어, 층들을 통해서 그리고 층들 사이에서 연장되는 결합된 재료의 3-차원인 구조물을 형성한다. 그러한 방법은 제1 과립 구축 재료를 층으로서 건축 영역 내에 침착시키는 단계를 포함한다. 방법은 층 내에 결합 영역을 형성하기 위해서 제1 과립 구축 재료의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키는 단계를 포함한다. 방법은, 층 내에 적어도 하나의 공극을 제공하기 위해서, 결합되지 않은 과립 구축 재료를 층으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 방법은, 적어도 하나의 공극을 충진하기 위해서, 제2 과립 구축 재료를 건축 영역 내에 침착시키는 단계를 포함한다. 방법은 층 내에 결합 영역을 형성하기 위해서 제2 과립 구축 재료의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키는 단계를 포함한다. 방법에서, 제2 과립 구축 재료는 제1 과립 구축 재료와 상이하다. 방법이 반복되어 물체를 형성한다.

일 구현예에서, 방법은 침착된 제2 과립 구축 재료를 균일한 두께로 평활화하는 단계를 포함한다. 그러한 평활화 단계는, 제2 과립 구축 재료의 결합 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 전에 실시된다.

일 구현예에서, 방법은 침착된 제1 과립 구축 재료를 균일한 두께로 평활화하는 단계를 포함한다. 그러한 평활화 단계는, 제1 과립 구축 재료의 건축 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 전에 실시된다.

일 구현예에서, 결합되지 않은 과립 구축 재료를 층으로부터 제거하는 단계는 층에 흡입을 가하는 단계를 포함한다.

일 구현예에서, 제1 과립 재료는 제2 과립 재료와 상이한 용해도를 가지며, 상이한 용해도는 i) 극성 용매 또는 ii) 비극성 용매에 관한 것이다.

일 구현예에서, 방법은, 제1 및 제2 과립 구축 재료 중 다른 하나로부터 형성된 구조물의 부분은 용해시키지 않으면서, 제1 및 제2 과립 구축 재료 중 하나로부터 형성된 구조물의 부분을 용해시키기 위해서 3-차원적인 구조물에 용매를 가하는 단계를 더 포함한다.

일 구현예에서, 제1 과립 구축 재료의 침착은, 제1 방향을 따라 건축 영역에 걸쳐 과립 구축 재료를 침착하기 위한 침착 유닛의 통과 시에 발생된다. 일 구현예에서, 제2 과립 구축 재료의 침착은, 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 따라 인쇄 영역에 걸쳐 제2 과립 구축 재료를 침착하기 위한 침착 유닛의 통과 시에 발생된다.

일 구현예에서, 제1 과립 구축 재료의 결합은, 제1 방향을 따라 인쇄 영역에 걸쳐 제1 과립 재료를 결합시키기 위한 결합 유닛의 통과 시에 발생된다. 일 구현예에서, 제2 과립 구축 재료의 결합은, 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 따라 인쇄 영역에 걸쳐 제2 과립 구축 재료를 침착하기 위한 침착 유닛의 통과 시에 발생된다.

일 구현예에서, 제거된 과립 구축 재료가 제거 후에 수집된다.

일 구현예에서, 선택적인 결합은, 잉크-젯 방법을 이용한 액체 결합제의 선택적인 도포에 의해서 제1 및 제2 과립 구축 재료에 대해서 실시된다.

본 개시 내용의 제2 양태에 따라, 적층 제조 장치가 제공된다. 그러한 장치는 건축 영역 내에 층을 형성하기 위해서 제1 과립 구축 재료 및 제2 과립 구축 재료를 건축 영역 내에 침착하기 위한 수단을 포함한다 장치는 침착된 층의 건축 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 위한 수단을 포함한다. 장치는 결합되지 않은 과립 구축 재료를 건축 영역으로부터 제거하기 위한 수단을 포함한다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 과립 구축 재료를 침착하기 위한 수단은 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 제1 과립 구축 재료를 건축 영역 내에 침착시키도록 배열된 제1 과립 구축 침착 유닛 및 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 제2 과립 구축 재료를 건축 영역 내에 침착시키도록 배열된 제2 과립 구축 침착 유닛을 포함한다.

일 실시예에서, 침착된 층의 건축 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 위한 수단은 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 액체 결합제를 건축 영역 내에 선택적으로 침착시키도록 배열된 잉크젯 결합 유닛을 포함한다.

일 실시예에서, 장치는 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 침착된 결합제에 UV 복사선을 가하여 침착된 결합제를 경화시키도록 배열된 경화 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에서, 결합되지 않은 과립 구축 재료를 건축 영역으로부터 제거하기 위한 수단은 건축 영역 위에서 왕복하도록 배열된 흡입 유닛을 포함한다.

일 실시예에서, 장치는 침착된 층의 상단 표면을 평활화하기 위해서 건축 영역 위에서 왕복하도록 배열된 평활화 요소를 더 포함한다.

일 실시예에서, 장치는 독립적으로-왕복하는 운반체 상에 각각 배열된 결합 유닛, 경화 유닛, 제거 유닛, 및 흡입 유닛으로부터 선택된 하나 이상의 동작 유닛을 갖는다.

일 실시예에서, 결합 유닛이 위에 배열된 운반체에 대해서 독립적으로 이동 가능한 운반체 상에 제거 유닛이 배열된다.

일 실시예에서, 과립 구축 재료 침착 유닛이 위에 배열된 왕복 운반체에 대해서 독립적으로 이동 가능한 왕복 운반체 상에 제거 유닛이 배열된다.

일 실시예에서, 건축 영역은 건축 테이블의 표면에 형성된 오목부에 의해서 형성된다. 실시예에서, 오목부의 하단 표면이 건축 판에 의해서 형성된다. 실시예에서, 건축 판은 건축 테이블의 표면에 더 근접한 제1 위치로부터 건축 테이블의 표면으로부터 더 먼 제2 위치까지 점진적으로 이동 가능하다.

일 실시예에서, 장치는, 그러한 장치가 제1 양태의 방법을 실시하게 하도록 동작될 수 있는 제어기를 갖는다.

본 발명의 보다 양호한 이해를 위해서 그리고 본 발명이 어떻게 효과적으로 실행되는지를 보여주기 위해서, 단순히 예로서, 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 적층 제조 장치의 제1 상태를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예인 적층 제조 장치의 제2 상태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예인 적층 제조 장치의 제3 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 인쇄 헤드 형성 부분의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예인 적층 제조 장치의 제1 상태를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예인 적층 제조 장치의 제2 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예인 적층 제조 장치의 제3 상태를 도시한다.

본 개시 내용은, 일련의 연속적으로 침착된 층으로부터 물체가 구축되고, 층의 부분들이 층 내에서 그리고 하부 층의 부분과 함께 서로 접합되는, 3D 인쇄 기술에 관한 것이다. 특히, 본 개시 내용은, 분말(또는 다른 과립 구축 재료)의 층이 연속적으로 침착되고, 다음의 연속적인 층이 침착되기 전에 각각의 층의 영역이 함께 결합되어 희망 물체의 부분을 형성하는, 분말 베드(powder bed) 3D 인쇄에 관한 것이다.

본 개시 내용은, 결합제가 스캐닝 잉크젯 해드로부터 과립 구축 재료의 이전에 침착된 베드 상으로 선택적으로 분출되는, 분말 베드 및 잉크젯 헤드 3D 인쇄 시스템과 관련하여 예시될 것이다. 그러나, 개시 내용은 그렇게 제한되지 않고, 본원에서 개시된 개념은, 선택적인 레이저 소결 및 국소적인 용융 제조를 포함하는, 이전에-침착된 분말 층을 함께 결합시키는 것을 포함하는 다른 적층 제조 기술에 적용될 수 있다.

도 1은 분말 베드 및 잉크젯 헤드 적층 제조 장치(10)의 개략도를 도시한다. 장치(10)는 인쇄 테이블(11)을 가지며, 인쇄 테이블(11)의 상부 표면 내로 오목부(12)가 형성된다. 오목부(12) 내에 변위 가능 플랫폼(13)이 제공되고, 그러한 플랫폼은, 도 1의 구성에서 테이블(11)의 표면 평면에 수직인 제1 방향(Z)으로 오목부(12) 내에서 변위될 수 있도록 배열된다. 플랫폼(13)은, 본 구성에서, 오목부(12) 내로의 플랫폼(13)의 하강을 실시하기 위해서 제어된 방식으로 후퇴될 수 있는 후퇴 가능 지지부(13a)에 의해서 지지된다. 예를 들어, 후퇴 가능 지지부는, 랙 및 피티언 구동부의 방식으로, 치형 휠(toothed wheel)의 동작을 통해서 제어된 방식으로 지지부가 후퇴될 수 있게 하는 치형 부분을 구비할 수 있다. 대안적으로, 그리고 단지 예로서, 후퇴 가능 지지부는, 비제한적으로, 유압식으로 후퇴 가능할 수 있고, 전자기적으로 후퇴 가능할 수 있고, 또는 일부 다른 메커니즘에 의해서 후퇴 가능할 수 있다. 하나의 지지부 또는 몇 개의 지지부를 제공하는 것이 또한 고려된다.

장치(10)는 또한 인쇄 헤드(15)를 포함하고, 그러한 인쇄 헤드는 제1 방향(X)으로 오목부(12) 위에서 횡단하도록 배열되는 한편, 병진운동될 때 오목부 위에서 지지된다. 도 1의 실시예에서, 제1 방향(X)은 테이블(11)의 표면 평면에 평행하다. 도 1의 실시예에서, 인쇄 헤드(15)는 레일(16) 상에서 지지되고, 인쇄 헤드는 레일을 따라 이동되도록 배열된다. 인쇄 헤드(15)는, 예를 들어, 구동 벨트, 구동 스크류, 내부 구동 모터 또는 임의의 다른 적합한 수단에 의해서 오목부(12) 위에서 왕복 방식으로 이동될 수 있다. 중요한 것은, 인쇄 헤드(15)가 X-방향으로 오목부(12)의 전체 범위에 걸쳐 횡단할 수 있다는 것이다.

도 1의 도면이 X-Z 평면을 횡단 단면으로 도시하고 있지만, 오목부(12)가 X 및 Z 방향에 수직이고 예를 들어 지면의 외측으로 연장되는 제3 방향(Y)을 따른 범위를 갖는다는 것을 주목하여야 한다. 테이블(11) 및 플랫폼(13)이 이러한 방향으로 또한 범위를 가지나, 이러한 방향을 따른 형상 또는 치수와 관련한 추가적인 특별한 제한은 없다. 예를 들어, Z-방향을 따라 볼 때, 오목부(12)는 평면도에서 직사각형 또는 정사각형을 가질 수 있으나, 다각형 또는 원형을 포함한 다른 형상을 또한 가질 수 있다. 오목부(12)의 횡단면은 Z 방향을 따른 범위에서 변경되지 않는 한편, 플랫폼(13)은, 그러한 플랫폼(13)이 상대적으로 이동하는, 오목부(12)의 수직 벽에 꼭 끼워 맞춰지는 평면도를 갖는다. 따라서, 오목부(12)의 수직 벽과 플랫폼(13) 사이에서 테이블(11)의 표면 아래 쪽에 부피가 존재할 수 있고, 오목부(12)의 측면과 플랫폼(13)의 연부 사이에서 분말이 실질적으로 누출되지 않도록, 그러한 부피 내로 분말이 분배될 수 있다. 플랫폼(13)의 연부와 오목부(12)의 측벽 사이에서 그러한 누출을 방지하기 위해서, 플랫폼(13)은, 각각의 연부에서, 탄성 와이퍼와 같은 밀봉부를 구비할 수 있다.

인쇄 헤드(15)가 X 방향으로 이동하면서 오목부(12)의 전체 X-Y 횡단면 범위에 걸쳐 통과할 수 있도록, 인쇄 헤드(15)는 또한 Y 방향으로 범위를 갖는다. 이는, Y-방향으로 오목부의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 인쇄 헤드(15)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 이러한 것은, 하나 이상의 구성요소가 래스터(raster) 방식으로 오목부의 표면을 스캔하기 위해서 Y-방향으로 왕복하도록, 그에 따라, 연속적이든 또는 단계적이든 간에, 인쇄 헤드가 X-방향으로 오목부를 횡단할 때, Y-방향으로 왕복하는 인쇄 헤드의 구성요소가 X-Y 평면 내의 오목부의 모든 지점을 가로질러 통과하도록, 배열된 인쇄 헤드를 제공함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 그러한 왕복 인쇄 헤드는, 예를 들어, 통상적인 잉크젯 인쇄기 기술로부터 알려진 바와 같은 왕복 벨트 구동부를 이용하여 제공될 수 있다.

본 발명자가 이미 인지한 바와 같이, 앞서서 개략적으로 설명된 구성은 분말 베드 및 잉크젯 헤드 3D 인쇄기에 공통된다.

도 1의 실시예에서, 인쇄 헤드(15)는 X 방향으로 순차적으로 배열된 2개의 분말 침착 유닛(15a, 15c)을 포함하고, 그 각각은, 인쇄 헤드(15)가 X-방향으로 오목부를 횡단할 때, 오목부(12) 내로 분말의 층을 분배하도록 구성된다. 본 실시예에서, 각각의 분말 침착 유닛(15a, 15c)은, 인쇄 헤드(15)가 오목부(12)를 횡단할 때 분말의 전체 층이 오리피스로부터 분배될 수 있도록, Y-방향으로 오목부(12)의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 각각의 분배 오리피스를 갖는다. 대안적인 구성에서, 각각의 분말 침착 유닛(15a, 15c)은 Y-방향으로 연속적인 분말의 행(row)을 분배하는 스캐닝 구성요소로서 형성될 수 있고, 그러한 행들은 X-방향으로 순차적으로 배열된다.

각각의 분말 침착 유닛(15a, 15c)은 상이한 분말 저장용기에 각각 연결된다.

인쇄 헤드(15)는 또한 X-방향으로 분말 침착 유닛들(15a, 15c) 사이에 배열된 결합 유닛(15b)을 포함한다. 본 실시예에서, 결합 유닛(15b)은, 인쇄 헤드(15)가 오목부(12)를 가로질러 통과할 때, 결합제를 오목부(12) 내로 분출하도록 배열된 잉크젯 헤드를 포함한다. 인쇄 헤드(15)가 오목부(12)를 횡단할 때 결합제를 선택적으로 분출함으로써, 분말 침착 유닛(15b)에 의해서 침착된 분말의 각각의 층의 부분들이 선택적으로 함께 결합되어, 제조하고자 하는 물체의 하나의 층을 형성할 수 있다.

결합 유닛(15b)은, 하나의 구성에서, Y-방향으로 왕복하고, 인쇄 헤드가 X-방향으로 진행하기 전에 또는 진행하는 동안, Y-방향으로 행 내의 미리 결정된 위치에서 결합제의 방울을 침착시키도록 동작될 수 있는 스캐닝 잉크젯 헤드로서 제공될 수 있고, 그에 따라 결합제 분배기는 각각의 연속적인 행 상의 위치들에서 결합제를 선택적으로 침착시킬 수 있다. 대안적으로, 각각의 결합제 분배기는 하나의 잉크젯 헤드를 포함할 수 있고, 그러한 잉크젯 헤드는 Y-방향으로 오목부의 전체 범위에 걸쳐 연장되고 적어도 Y-방향으로 행으로 배열된 복수의 결합제 분배 오리피스를 가지며, 그에 따라, 인쇄 헤드(15)가 X-방향으로 오목부(12)를 가로질러 병진운동하는 동안 결합제 분배기의 개별적인 오리피스를 활성화시킴으로써, 결합제가 오목부의 X-Y 평면 내의 선택된 위치에 침착될 수 있다. 각각의 결합제 분배기가 Y-방향으로 병진운동하도록 배열되나, 적어도 Y-방향으로 배열된 복수의 오리피스를 또한 포함하는, 이러한 장치의 조합이 또한 가능하다. 예를 들어 오리피스들 사이에서 Y-방향으로 더 근접한 간격을 달성하기 위해서, 인쇄 헤드(15)의 오리피스가 또한 X-방향으로, 예를 들어 틸팅된(tilted) 선형 어레이로 배열될 수 있다.

본 실시예에서, 인쇄 헤드(15)는, 균일한 층 두께를 달성하기 위해서 인쇄 헤드(15)가 오목부(12)를 횡단할 때 분배된 분말 층의 상부 표면을 평탄화(level)할 수 있는, 그 위에 배열되고 평활 표면을 제공하도록 구성된, 닥터 블레이드(doctor blade) 또는 평활 롤러와 같은, 적어도 하나의 평활화 요소를 부가적으로 포함한다. 본 실시예에서, 예를 들어, 그러한 제1 평활화 블레이드(15e)가 제1 방향으로 분말 침착 유닛(15a)과 결합 유닛(15b) 사이에 배열되고, 제2 평활화 블레이드(15f)가 제1 방향으로 결합 유닛(15b)과 분말 침착 유닛(15a) 사이에 배열된다. 본 실시예에서, 평활화 요소(평활화 블레이드)는, 평활 표면이 Z-방향으로 적어도 2개의 위치들 사이에서, 그리고 선택적으로 여러 위치들의 세트 사이에서 후퇴되거나 연장될 수 있도록, 그 평활화 표면(하부 평활화 연부)의 위치를 적어도 Z-방향으로 조정할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 평활화 요소 또는 평활화 요소들이 고정 위치를 가질 수 있다.

또한, 예를 들어 UV 광에 의한 능동적 경화를 필요로 하는 결합제와 함께 이용하기 위해서, 인쇄 헤드(15)가, 결합 유닛(15b)과 연관된, UV 램프와 같은 하나 이상의 경화 유닛을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 경화 유닛(15g)이 X 방향으로 결합 유닛(15b)의 일 측면 상에 제공되고, 제2 경화 유닛(15h)은 X 방향으로 결합 유닛(15b)의 타 측면 상에 제공된다. 다른 실시예에서, 예를 들어, 결합 유닛에 의해서 막 분배된 결합제, 또는 주어진 인쇄 통과 시에 결합제가 위에 분배된 층 이전의 층의 결합제를 경화 유닛이 경화시키는 작용을 하도록, 하나의 경화 유닛이 제공될 수 있다.

도 1의 실시예에서, 인쇄 헤드(15)는 또한, 분말 제거 유닛으로서, 흡입 유닛 아래로부터 분말을 흡입하도록 구성된 흡입 유닛(15k)을 포함한다. 본 실시예에서, 흡입 유닛(15k)은 X 방향으로 결합 유닛(15b)의 뒤쪽에 그리고 X 방향으로 분말 침착 유닛(15a)의 전방에 배열된다. 본 실시예에서, 흡입 유닛(15k)은, 밸브를 통해서, 진공 펌프 또는 시설의 진공 라인과 같은 흡입 공급원에 연결되는, 인쇄 헤드(15)의 폭에 걸쳐 연장되는 흡입 오리피스(15x)를 포함한다. 본 실시예에서, 제거된 분말을 수집하기 위해서, 분말 수집기가 흡입 방향과 관련하여 흡입 오리피스(15x)의 하류에 제공된다. 따라서, 제거된 분말이 수집 및 재활용될 수 있고, 제거된 분말이 흡입 공급원으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서, 흡입 유닛(15k)의 동작이 결합 동작 또는 분말 침착 동작을 방해하지 않도록, 흡입 오리피스(15x)는 결합 유닛(15b) 및 분말 침착 유닛(15a)으로부터 충분히 이격된다. 다른 실시예에서, (분말 침착 유닛 또는 결합 유닛과 같은) 특별한 구성요소가 흡입 유닛과 동일한 인쇄 통과 중에 작동되지만 않는다면, 흡입 유닛은 특별한 구성요소와 근접하여 배치될 수 있다.

변형 실시예에서, 흡입 유닛(15k)은 정전기 흡입의 원리로 동작될 수 있거나, 자기 분말의 경우에, 자기 흡입의 원리로 동작될 수 있다. 추가적인 변형 실시예에서, 흡입 유닛(15k)의 대안으로서, 분말 제거 유닛이, 송풍 유닛의 아래로부터 멀리 분말을 송풍하도록 구성된 송풍 유닛으로서 제공될 수 있다. 그러한 실시예에서, 별개의 흡입 장치가, 예를 들어 오목부(12)에 대해서 고정된, 송풍 유닛에 의해서 송풍된 분말을 제거하기 위해서 건축 영역의 근접부 내에 제공될 수 있다.

이제, 도 1의 실시예의 동작을 설명할 것이다. 도 1에서, 도 1의 실시예에서 편평하고 X-Y 평면에 평행한 플랫폼(13)의 상부 표면이 테이블(11)의 표면 아래로 짧은 거리로 후퇴되어, 분말의 층이 내부로 분배될 수 있는 건축 영역(또는 건축 부피)을 제공하였다. 하나의 층이, 바람직하지 못하게 이전 층의 상당한 부분들과 함께 결합되지 않고, 이전 층의 결합된 부분에 결합될 수 있게 하기 위해서, 층의 깊이 전체가 결합 유닛의 작용을 통해서 특별한 위치에서 선택적으로 결합될 수 있도록, 건축 영역의 깊이, 그리고 결과적으로 플랫폼(13) 위로 분배되는 분말의 층의 깊이가 선택될 수 있다.

도 1에 도시된 구성으로부터, 인쇄 헤드(15)는, 분말 침착 유닛(15c)의 분배 오리피스로부터 플랫폼(13) 표면 상의 오목부 내로 제1 분말의 층(2a)을 침착시키기 위해서, 정(X)방향으로 오목부(12)를 횡단한다. 또한, 인쇄 헤드가 정방향으로 횡단할 때, 평활화 블레이드(15f)는 하강 상태이고 평활화 블레이드(15e)는 후퇴 상태이다. 그에 따라, 평활화 블레이드(15f)는 침착된 분말의 상단 표면이 실질적으로 평탄하도록 평활화하는 작용을 하여, 균일한 두께를 층(2a)에 제공한다. 또한, 인쇄 헤드가 정방향으로 횡단할 때, 결합 유닛(15b)은 평활화된, 침착 층의 부분 상으로 결합제를 선택적으로 침착시켜 그러한 층의 부분들을 함께 선택적으로 결합시킨다. 또한, 인쇄 헤드가 정방향으로 횡단할 때, 경화 유닛(15g)은 UV 광을 침착된 결합제에 가하여 결합제를 경화시킨다. 또한, 인쇄 헤드가 정방향으로 횡단할 때, 흡입 유닛(15k)은, 선택적인 결합 영역들이 함께 결합되고 경화된 후에 남아 있는 결합되지 않은 분말을 제거하는 작용을 하고, 그에 의해서 추가적인 분말이 내부로 분배될 수 있는 공극 또는 공극들을 남긴다. 또한, 인쇄 헤드가 정방향으로 횡단할 때, 분말 침착 유닛(15a)은 제2 분말의 부분적인 층(2a')을 흡입 유닛(15k)의 이용에 의해서 생성된 공극 또는 공극들 내로, 그리고 결합되지 않은 분말의 제거 후에 남아 있는 제1 분말의 결합된 영역의 상단에 분배하도록 동작된다. 결과적인 구성이 도 2에 도시되어 있다.

부분적인 층(2a')이 일단 침착되면, 인쇄 헤드(15)는 하강 상태의 평활화 블레이드(15e) 및 후퇴 상태의 평활화 블레이드(15f)와 함께 역(-X)방향으로 이동된다. 그에 따라, 평활화 블레이드(15e)는 침착된 제2 분말의 상단 표면을 충분히 평탄화하고, 그리고 제1 분말의 결합된 영역의 상단으로부터 결합되지 않은 분말을 제거하는 작용을 한다. 그에 따라 전체 층이 또한 균일한 두께를 갖는다. 또한, 인쇄 헤드가 역방향으로 횡단할 때, 결합 유닛(15b)은 평활화된, 침착 층의 부분 상으로 결합제를 선택적으로 침착시켜 그러한 층의 부분들을 함께 선택적으로 결합시킨다. 이는, 결합 유닛(15b)이, 정(+X)방향을 따른 이전의 통과 시에 침착된 제2 분말의 결합되지 않은 분말에 결합제를 도포할 수 있게 한다. 또한, 인쇄 헤드가 역방향으로 횡단할 때, 경화 유닛(15h)은 UV 광을 침착된 결합제에 가하여 결합제를 경화시킨다. 그러한 프로세스에 의해서, 각각 선택적으로 함께 결합된, 2개의 상이한 분말의 영역, 및 제2 분말의 결합되지 않은 영역을 가지는 층이 생성되고, 그에 따라 도 3에 도시된 상태에 도달하게 된다.

변형예에서, 제2 분말을 수용하기 위한 공극이 없는 라인 또는 영역 내의 분말의 침착을 방지하기 위해서, 분말 침착 유닛(15a)은, 제1 분말이 제거된 전술한 영역에만 선택적으로 작용할 수 있다.

만약 상이한 성질들을 가지도록 분말들이 선택된다면, 상이한 분말들로 형성된 층의 상이한 영역들이 그에 상응하는 상이한 성질들을 가질 것이다.

예를 들어, 상이하게 채색된 분말이 이용되는 경우에, 상이하게 채색된 영역들을 가지는 층이 생성될 수 있다. 예를 들어, 희망 색채의 안료를 세라믹 분말에 도포함으로써, 채색된 분말이 생성될 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 상이한 물리적 성질들을 갖는 분말들이 이용되는 경우에, 상이한 물리적 성질들을 갖는 층이 생성될 수 있다. 예를 들어, 분말 형성을 위해서 상이한 합금들이 이용되는 경우에, 상이한 열 전도도들, 상이한 인장 강도들, 또는 상이한 밀도들을 갖는 영역들이 생성될 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 상이한 화학적 성질들을 갖는 분말들이 이용되는 경우에, 상이한 화학적 성질들을 갖는 층이 생성될 수 있다. 예를 들어, 분말 형성을 위해서 상이한 재료들이 이용되는 경우에, 상이한 용해도들, 상이한 반응성들, 또는 상이한 결합제와의 상호작용 세기들을 갖는 영역들이 생성될 수 있다. 예를 들어, 2개의 분말이 용해 가능 중합체와 같은 용해 가능 재료 및 불용성 세라믹과 같은 불용성 재료인 경우에, 주어진 용매에 대해서, 용매 침투 또는 침지에 의해서 용해될 수 있는 부품이 형성될 수 있다. 그러한 접근방식은, 다른 방법에 의해서 형성하기 어려울 수 있는 복합 제품, 특히, 인쇄된 부품의 가공과 같은 추가적인 프로세싱을 포함하는 제조 프로세스 중에 구조적 안정성이 요구되는 지지 영역을 포함하는, 그러나 그러한 지지 영역이 최종 제품에서는 존재하지 않는 것이 바람직한 제품의 형성을 가능하게 한다. 용매는 헥산 또는 톨루엔과 같이 비-극성, 또는 아세톤, 에탄올 또는 물과 같은 극성일 수 있다.

-X 방향을 따른 역방향 통과 후에, 플랫폼(13)은 예를 들어 다음 층의 의도된 두께만큼 더 하강되고, 하나 이상의 추가적인 층이 유사 프로세스에 의해서 부분적인 층(2a) 및 부분적인 층(2b)으로 형성된 제1 전체 층의 상단에 침착된다.

일부 구성에서, 인쇄된 물체가 테이블(11)의 상부 표면으로부터 용이하게 해제될 수 있게 하기 위해서, 결합제는 테이블(11) 상에 침착된 분말의 제1 층 상에 전혀 침착되지 않을 수 있다.

도 4는, 분말 침착 유닛(15a 및 15c), 경화 유닛(15g, 15h), 제거 유닛(15k), 평활화 블레이드(15e, 15f), 및 결합 유닛(15b)을 명확하게 보여주는, 인쇄 헤드(15)의 개략도를 도시한다.

각각의 분말 침착 유닛(15a, 15c)은, 공급 관(15p, 15q)을 통해서 각각의 외부 분말 저장용기에 연결된 각각의 분말-분배 오리피스(15m, 15n)를 갖는다. 각각의 개별적인 분말 저장용기가 인쇄 헤드(15) 상에서 지지되어 제공될 수 있다. 대안적으로, 각각의 개별적인 분말 저장용기가 인쇄 헤드(15)의 외부에 있을 수 있고, 적절하게 유동화될 수 있는 분말이 외부 저장용기로부터 각각의 공급 관(15p, 15q)에 전달될 수 있다. 각각의 분말 침착 유닛(15a, 15c)은 또한 각각의 밸브 유닛(15r, 15s)을 포함하고, 각각의 밸브 유닛은 블레이드 밸브일 수 있고 각각의 공급 오리피스(15m, 15n)를 통해서 각각의 공급 관(15p, 15q)으로부터의 분말 분배를 작동시키는 기능을 한다. 그러나, 각각의 오리피스를 통한 분말의 공급은 당업계에 공지된 것과 같은 다른 수단에 의해서 선택적으로 작동될 수 있다. 각각의 분말 침착 유닛으로부터의 분말의 공급은 독립적으로 작동될 수 있다.

공급 도관(15j)을 통해서 결합제 저장용기에 연결된 잉크젯 오리피스(15i)를 가지는 결합 유닛(15b)이, 분말 침착 유닛(15a) 및 분말 침착 유닛(15c) 사이에 배치된다. 인쇄 헤드(15)는, 예를 들어, 적절한 길이의 가요성 배관에 의해서, 외부 저장용기에 연결될 수 있다. 잉크젯 오리피스는 결합제의 액적을 분배하도록 작동될 수 있다.

결합 유닛(15b)의 양 측면에 경화 유닛(15g, 15h)이 배치되고, 각각의 경화 유닛은 분배된 결합제를 경화시키는데 적합한 파장 및 강도의 UV 램프를 구비한다. 각각의 UV 경화 유닛이 독립적으로 작동될 수 있다.

여기에서 평활화 블레이드인, 각각의 평활화 장치(15e, 15f)가 각각의 분말 침착 유닛(15a, 15c)의 결합-유닛-측면 상에 배치된다. 각각의 평활화 장치(15e, 15f)는, 여기에서 각각의 솔레노이드 유닛으로서 제공된, 각각의 작동 유닛(15v, 15w)에 의해서 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 이동될 수 있다. 각각의 평활화 장치는 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 독립적으로 작동될 수 있다.

흡입 공급원에 연결된 제거 오리피스(15x)를 가지는 분말 제거 유닛(15k)이 분말 침착 유닛(15a)과 분말 침착 유닛(15c) 사이에 배치된다. 도시된 실시예에서, 분말 제거 유닛이 평활화 장치(15e)와 경화 유닛(15g) 사이에 배열되나, 다른 위치가 고려될 수 있다. 분말 제거 유닛(15k)은, 예를 들어 적절한 길이의 배관에 의해서, 공장 진공 서비스 라인과 같은 외부 진공 공급원, 또는 팬과 같은 내부 흡입 공급원에 연결될 수 있다. 예를 들어, 흡입 공급원의 선택적인 작동에 의해서 또는 흡입 공급원과 제거 오리피스(15x) 사이의 밸브의 선택적인 작동에 의해서, 분말 제거 유닛은 제거 오리피스(15x)에서 흡입을 선택적으로 가할 수 있다.

인쇄 헤드(15)는 구동 롤러(15t)의 쌍에 의해서 X-방향으로 레일(16)을 따라 구동될 수 있고, 구동 롤러는 각각 쌍으로 레일(16)을 그 사이에 클램핑하고, 예를 들어, 인쇄 헤드(15)의 정 X-방향 및 역 X-방향을 따른 이동을 실시하도록 전기적으로 구동될 수 있다. 인쇄 헤드(15)의 전체는 개시된 실시예에서 외부 외장(15u)에 의해서 둘러싸이고, 그에 따라 분말 침착 유닛(15a 및 15c), 경화 유닛(15g, 15h), 제거 유닛(15k), 평활화 블레이드(15e, 15f), 및 결합 유닛(15b)이 공통 운반체를 공유한다.

개시된 실시예의 동작은, 본원에서 개시된 방법을 실시하기 위한 제어 로직에 따라 여러 가지 개시된 요소를 구동하는, 제어기(C)에 의해서 제어된다. 제어기는, 예를 들어, 산업용 PC의 형태로 제공될 수 있고, 제어 로직은, 예를 들어, 비-일시적 매체에 저장된 기계-판독 가능 명령어의 형태로 제공될 수 있다. 제어기는 배선 룸(wiring loom)(W)을 통해서 인쇄 헤드에 연결될 수 있다. 제어기(C)는, 예를 들어 연속적인 층의 각각에 대한 래스터 데이터로서 또는 부피에 대한 복셀 데이터(voxel data)로서, 제조하고자 하는 물체를 규정하는 소스 데이터(source data)를 수신할 수 있고, 소스 데이터에 의해서 규정된 물체를 제조하기 위해서 여러 가지 개시된 요소를 구동할 때, 제어 로직뿐만 아니라 소스 데이터를 고려할 수 있다.

그러나, 예를 들어 도 4에 도시된 인쇄 헤드(15)가 몇 개의 분리된 운반체로 분할되는 구현예가 가능하고, 각각의 운반체는 그 자체의 구동 수단을 구비하고, 운반체 각각은 분말 침착 유닛(15a 및 15c), 경화 유닛(15g, 15h), 제거 유닛(15k), 평활화 블레이드(15e, 15f), 및 결합 유닛(15b)과 같은 인쇄 구성요소의 하위세트를 포함한다. X-방향을 따른 분리된 운반체의 각각의 구동이 그에 의해서 독립적으로 실시될 수 있고, 특히, 각각의 운반체로 실시하고자 하는 동작에 적합한, 각각의 상이한 속력들로 실시될 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 인쇄 장치(20)는 5개의 운반체(25a, 25b, 25c, 및 25d)를 가지며, 각각의 운반체는, 이동 가능한 지지 플랫폼(23) 상에 배열된 재료의 층을 침착 및 결합시키기 위해서, 테이블(21) 내에 형성된 오목부(22) 위에서 X-방향으로 공통 레일(26)을 따라서 병진운동하도록 배열된다. 운반체(25a 및 25d)는, 평활화 블레이드(15e 및 15f)뿐만 아니라, 분말 침착 유닛(15a 및 15c)을 각각 구비한다. 운반체(25c)는, X-방향으로 결합 유닛의 양 측면에 배열된 경화 유닛(15g, 15h)을 가지는 결합 유닛(15b)을 구비한다. 운반체(25b)는 흡입 유닛(15k)을 구비한다.

도 5에 도시된 구성으로부터, 운반체(25c 및 25d)는 오목부(22)를 가로질러 정(X)방향으로 함께 횡단하며, 그에 따라 제1 분말 층이 분말 침착 유닛(15d)으로부터 침착되고, 이는 이어서 결합 유닛(15c)에 의해서 선택적으로 결합되고 경화 유닛(15g)에 의해서 경화되어, 도 6에 도시된 상태를 형성한다. 운반체(25c 및 25d)가 동일한 속력으로 그리고 인접한 포메이션으로 함께 이동될 수 있거나, 운반체(25d)가, 희망에 따라, 운반체(25c)보다 더 일찍 출발하거나 그보다 더 빨리 이동될 수 있다.

도 6에 도시된 구성으로부터, 운반체(25b)가 오목부(22)를 가로질러 정방향으로 횡단하고, 그에 따라 흡입 유닛(15k)이 결합되지 않은 분말을 제거하여, 도 3에 도시된 것과 유사한 상태를 형성한다.

그러한 상태로부터, 운반체(25a)는 오목부(22)를 가로질러 정방향으로 횡단하고, 그에 따라 분말 침착 유닛(15a)은 제2 분말의 층(2a')을 흡입 유닛(15k)의 이용에 의해서 생성된 공극 또는 공극들 내로, 그리고 결합되지 않은 분말의 제거 후에 남아 있는 제1 분말의 결합된 영역의 상단에 침착시킬 수 있다.

층(2a')이 일단 침착되면, 운반체(25a, 25b, 25c 및 25d)는 하강 상태의 평활화 블레이드(15e) 및 후퇴 상태의 평활화 블레이드(15f)와 함께 역(-X)방향으로 함께 이동된다. 그에 따라, 평활화 블레이드(15e)는 침착된 제2 분말의 상단 표면을 충분히 평탄화하는 작용을 하고, 그리고 제1 분말의 결합된 영역의 상단으로부터 결합되지 않은 분말을 제거한다. 또한, 운반체(25c)가 역방향으로 횡단할 때, 결합 유닛(15b)은 평활화된, 침착 층의 부분 상으로 결합제를 선택적으로 침착시켜 그러한 층의 부분들을 함께 선택적으로 결합시킨다. 이는, 결합 유닛(15b)이, 정(X)방향을 따른 이전의 통과 시에 침착된 제2 분말의 결합되지 않은 분말에 결합제를 도포할 수 있게 한다.

그러한 프로세스에 의해서, 각각 선택적으로 함께 결합된, 2개의 상이한 분말의 영역, 및 제2 분말의 결합되지 않은 영역을 가지는 층이 생성된다.

운반체(25a, 25b, 25c 및 25d)가 동일한 속력으로 그리고 인접한 포메이션으로 함께 이동될 수 있거나, 희망에 따라, 또한 운반체(25b) 및 운반체(25c), 및 운반체(25c) 및 운반체(25d)에 해당될 수 있는 바와 같이, 운반체(25a)가 운반체(25b)보다 더 일찍 출발하거나 그보다 더 빨리 이동될 수 있다.

운반체(25d)가 오목부(22)의 이동을 완료한 후에, 도 7에 도시된 상태가 달성되고, 여기에서 운반체(25a, 25b, 25c 및 25d)는 오목부(22)의 일 측면 상에 함께 배열된다.

물론, 도 5에 도시된 위치로부터, 운반체(25b)가 그 이동을 시작하기 전에, 운반체(25c 및 25d)가 오목부(22)의 다른 측면에 도달할 때까지 대기할 필요가 없다. 유사하게, 운반체(25a)가 그 이동을 시작하기 전에, 운반체(25b)가 오목부(22)의 다른 측면에 도달할 때까지 대기할 필요가 없다. 사실상, 예를 들어 침착하고자 하는 분말의 균일한 층 또는 충분한 깊이를 허용하기 위해서, 결합 유닛(25b)을 가지는 운반체(25c)이 이동 속력에 비해서, 예를 들어 분말 침착 유닛(25c)을 갖는 운반체(25d)의 이동 속력이 감소되는 일부 상황에서, 운반체(25d)가 그 이동을 완료하기 전에, 결합 유닛(15b)을 가지는 운반체(25c)가 그 이동을 시작하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 구성에서, 운반체(25d)가 그 이동을 완료하는 것과 같은 시간에, 또는 그보다 약간 후에, 운반체(25c)가 그 이동을 완료하는 것을 선택할 수 있다. 유사하게, 제거 유닛(15k)의 작동이 분말 침착 또는 결합제 침착을 방해하지 않도록, 제거 유닛(15k)을 가지는 운반체(25b)의 이동이 운반체(25a 및 25c)의 이동에 대해서 제어될 수 있다.

앞서서 개시된 운반체가 다른 운반체와 함께 이동되어야만 할 필요가 있을 때, 그러한 운반체들이 하나의 운반체 내로 조합될 수 있다. 역으로, 일부 상황에서, 경화 유닛 및 평활화 장치와 같은 다른 부분을 독립적인 운반체에 제공하는 것이 결정될 수 있다.

또한, 전술한 개시 내용을 확장하여, 몇 개의 분말 침착 유닛을 제공함으로써, 최종 물품을 형성하기 위해서 이용되는 3개, 4개 또는 그 초과까지의 분말을 제공할 수 있다.

다른 변형예에서, 스위칭 밸브에 의해서 몇 개의 상이한 분말 저장용기에 연계되는 분배 오리피스를 가지는 단지 하나의 분말 침착 유닛이 제공되고, 그에 따라, 스위칭 밸브의 적절한 선택에 의해서, 상이한 분말들이 상이한 시간들에서 하나의 층 내로 도포될 수 있다. 그에 따라, 예를 들어, 제1 침착 통과 시에, 선택적으로 결합되는 분말의 제1 층이 분말 침착 유닛을 이용하여 침착될 수 있고, 그러한 층은 선택적으로 결합될 수 있고, 이어서 그러한 층의 결합되지 않은 영역이 제거될 수 있다. 이어서, 제2 침착 통과 시에, 상이한 분말이 층에 도포될 수 있고, 필요에 따라 다시 결합될 수 있다. 이어서, 플랫폼(13)이 예를 들어 다음 층의 의도된 두께만큼 더 하강되고, 하나 이상의 추가적인 층이 침착된다. 희망에 따라, 제2 침착 통과가 정방향(X) 또는 역방향(-X) 침착 통과일 수 있다.

추가적인 변형예에서, 예를 들어 적절한 결합 방법으로 다양한 구축 재료의 결합을 제공하기 위해서, 하나 초과의 결합 유닛이 제공될 수 있다. 단지 하나의 예로서, 금속 분말 구축 재료가, 금속 분말을 국소적으로 가열하기 위해서 레이저 빔을 선택적으로 가하는 결합 유닛에 의한 선택적인 레이저 소결로 결합될 수 있는 반면, 세라믹 분말 구축 재료는 잉크젯 헤드를 통한 UV-경화 가능 액체 결합제의 도포에 의해서 결합될 수 있다.

제거 세기, 예를 들어 제거 유닛의 흡입 세기에 따라서, 예를 들어 다음 층이 침착되기 전에 적어도 결합되지 않은 영역에 약한 결합을 가하는 것에 의해서, 달리-마감된 층의 임의의 결합되지 않은 영역을 결합시킬 필요가 있을 수 있다. 그러한 약한 결합은, 예를 들어, 수용성 결합제, 또는 적은 양의 UV-경화 가능 결합제의 도포에 의해서 달성될 수 있다. 이는, 제거 유닛으로부터의 강력한 흡입으로 인해서, 이전의 층으로부터의 결합되지 않은 분말의 영역이 방해 받는 상황을 방지할 수 있다. 그렇게 약하게-결합된 영역은, 예를 들어 물과 같은 적절한 용매의 도포에 의해서, 또는 예를 들어 기계적 솔질(brushing)에 의해서, 제조 후에 마감된 물체로부터 제거될 수 있다.

전술한 개시 내용이, 정방향 통과 시에 특정 동작을 제공하고 역방향 통과 시에 특정의 다른 동작을 제공하는 인쇄 헤드와 관련하여 작성되었지만, 전술한 개시 내용은 또한, 예를 들어, 정방향 통과 시에만 하나 이상의 동작을 적용하는 인쇄 헤드 상에서 구현될 수 있다. 그러한 경우에, 모든 필요 동작이 한번의 통과 시에 달성될 수 있게 하기 위해서, 추가적인 결합 유닛, 경화 유닛, 평활화 요소, 분말 제거 유닛 및 분말 침착 유닛과 같은 부가적인 구성요소를 적절한 순서로 인쇄 헤드 상에 제공하는 것이 필요할 수 있다. 그러한 것은 인쇄 헤드의 복잡성을 증가시키나, 요구되는 제어의 복잡성을 감소시킬 수 있다.

또한, 전술한 개시 내용이, 인쇄 영역을 형성하는 오목부 위에서 적어도 제1 선형 방향으로 왕복하는 인쇄 헤드와 관련하여 기재되었지만, 전술한 개시 내용은 또한, 건축 영역의 중앙 축으로부터 반경방향으로 연장되도록 그리고 원형 건축 영역 내에 분말을 침착시키기 위해서 축 주위로 원형으로 통과하도록 그리고 분말의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키도록 인쇄 헤드가 배열되는 적용예에 적용될 수 있다.

특히, 전술한 개시 내용은, 구체적으로 설명된 것 이외의, 세라믹, 중합체, 및 금속 분말 구축 재료, 반응성, UV-경화성, 접촉-경화성 또는 다른 분출된 결합제, 또는 레이저나 열적 결합과 같은 다른 결합 기술의 이용을 포함하는 매우 다양한 3D 인쇄 기술에 적용될 수 있다. 하나의 특별한 실시예는 금속 분말 및 중합체 결합제를 이용한다. 그러한 구현예에서, 소결 프로세스는, 물체가 인쇄 장치로부터 제거된 후에, 금속 분말에 도포될 수 있다.

전술한 개시 내용은 단지 예시적인 것으로 간주된다. 당업자가, 과도한 부담이 없이 특별한 공학적 요건에 맞추기 위해서 요구되는 바에 따라, 그러한 수정, 치환 대안 또는 변경으로 전술한 개시 내용을 구현할 수 있는 것이 예상된다.

Claims (21)

  1. 과립 구축 재료의 연속적으로-침착된 층의 영역들이 함께 결합되어, 층들을 통해서 그리고 층들 사이에서 연장되는 결합된 재료의 3-차원인 구조물을 형성하는 적층 제조 방법으로서:
    제1 과립 구축 재료를 층으로서 건축 영역 내에 침착시키는 단계;
    상기 층 내에 결합 영역을 형성하기 위해서 상기 제1 과립 구축 재료의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키는 단계;
    상기 층 내에 적어도 하나의 공극을 제공하기 위해서, 결합되지 않은 과립 구축 재료를 상기 층으로부터 제거하는 단계
    상기 적어도 하나의 공극을 충진하기 위해서, 제2 과립 구축 재료를 상기 건축 영역 내에 침착시키는 단계; 및
    상기 층 내에 결합 영역을 형성하기 위해서 제2 과립 구축 재료의 영역들을 함께 선택적으로 결합시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 과립 구축 재료는 상기 제1 과립 구축 재료와 상이한, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 과립 구축 재료의 결합 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 전에, 상기 침착된 제2 과립 구축 재료를 균일한 두께로 평활화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 과립 구축 재료의 결합 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 전에, 상기 침착된 제1 과립 구축 재료를 균일한 두께로 평활화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    결합되지 않은 과립형 구축 재료를 상기 층으로부터 제거하는 단계는 상기 층에 흡입을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 과립형 재료는 상기 제2 과립형 재료와 상이한 용해도를 가지며, 상기 상이한 용해도는 i) 극성 용매 또는 ii) 비극성 용매에 관한 것인, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 과립형 구축 재료 중 다른 하나로부터 형성된 구조물의 부분은 용해시키지 않으면서, 상기 제1 및 제2 과립형 구축 재료 중 하나로부터 형성된 구조물의 부분을 용해시키기 위해서 3-차원적인 구조물에 용매를 가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 과립형 구축 재료의 침착은, 제1 방향을 따라 상기 건축 영역 에 걸쳐 상기 과립형 구축 재료를 침착하기 위한 침착 유닛의 통과 시에 발생되고,
    상기 제2 과립 구축 재료의 침착은, 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 따라 상기 인쇄 영역에 걸쳐 상기 제2 과립 구축 재료를 침착하기 위한 침착 유닛의 통과 시에 발생되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 과립 구축 재료의 결합은, 상기 제1 방향을 따라 상기 인쇄 영역에 걸쳐 상기 제1 과립 재료를 결합시키기 위한 결합 유닛의 통과 시에 발생되고, 그리고
    상기 제2 과립 구축 재료의 결합은, 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향을 따라 상기 인쇄 영역에 걸쳐 상기 제2 과립 구축 재료를 침착하기 위한 침착 유닛의 통과 시에 발생되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거된 과립 구축 재료가 제거 후에 수집되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택적으로 결합시키는 단계는, 잉크-젯 방법을 이용한 액체 결합제의 선택적인 도포에 의해서 제1 및 제2 과립 구축 재료에 대해서 실시되는, 방법.
  11. 적층 제조 장치로서,
    건축 영역 내에 층을 형성하기 위해서 제1 과립 구축 재료 및 제2 과립 구축 재료를 상기 건축 영역 내에 침착하기 위한 수단;
    상기 침착된 층의 건축 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 위한 수단;
    결합되지 않은 과립 구축 재료를 상기 건축 영역으로부터 제거하기 위한 수단을 포함하는, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 과립 구축 재료를 침착하기 위한 수단은, 상기 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 상기 제1 과립 구축 재료를 상기 건축 영역 내에 침착시키도록 배열된 제1 과립 구축 침착 유닛과, 상기 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 상기 제2 과립 구축 재료를 상기 건축 영역 내에 침착시키도록 배열된 제2 과립 구축 침착 유닛을 포함하는, 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 침착된 층의 건축 영역들을 함께 선택적으로 결합시키기 위한 수단은 상기 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 액체 결합제를 상기 건축 영역 내에 선택적으로 침착시키도록 배열된 잉크젯 결합 유닛을 포함하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 건축 영역 위에서 왕복하도록 그리고 상기 침착된 결합제에 UV 복사선을 가하여 침착된 결합제를 경화시키도록 배열된 경화 유닛을 더 포함하는, 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합되지 않은 과립 구축 재료를 건축 영역으로부터 제거하기 위한 수단은 상기 건축 영역 위에서 왕복하도록 배열된 흡입 유닛을 포함하는, 장치.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침착된 층의 상단 표면을 평활화하기 위해서 상기 건축 영역 위에서 왕복하도록 배열된 평활화 요소를 더 포함하는, 장치.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    독립적으로-왕복하는 운반체 상에 각각 배열된 결합 유닛, 경화 유닛, 제거 유닛, 및 흡입 유닛으로부터 선택된 하나 이상의 동작 유닛을 갖는, 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    결합 유닛이 위에 배열된 운반체에 대해서 독립적으로 이동 가능한 운반체 상에 제거 유닛이 배열되는, 장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    과립 구축 재료 침착 유닛이 위에 배열된 왕복 운반체에 대해서 독립적으로 이동 가능한 왕복 운반체 상에 제거 유닛이 배열되는, 장치.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건축 영역은 건축 테이블의 표면에 형성된 오목부(well)에 의해서 형성되고, 상기 오목부의 하단 표면이 건축 판에 의해서 형성되고, 상기 건축 판은 상기 건축 테이블의 표면에 더 근접한 제1 위치로부터 상기 건축 테이블의 표면으로부터 더 먼 제2 위치까지 점진적으로 이동 가능한, 장치.
  21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치가 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하게 하도록 동작될 수 있는 제어기를 갖는, 장치.
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