KR20190018723A - 3d 프린터 및 대상물의 제조 방법 - Google Patents

3d 프린터 및 대상물의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190018723A
KR20190018723A KR1020197001802A KR20197001802A KR20190018723A KR 20190018723 A KR20190018723 A KR 20190018723A KR 1020197001802 A KR1020197001802 A KR 1020197001802A KR 20197001802 A KR20197001802 A KR 20197001802A KR 20190018723 A KR20190018723 A KR 20190018723A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
printing
printed
print
measurement device
confocal measurement
Prior art date
Application number
KR1020197001802A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102207691B1 (ko
Inventor
클라우스 엘러
막시밀리안 피터
Original Assignee
와커 헤미 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 와커 헤미 아게 filed Critical 와커 헤미 아게
Publication of KR20190018723A publication Critical patent/KR20190018723A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102207691B1 publication Critical patent/KR102207691B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/35—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/379—Handling of additively manufactured objects, e.g. using robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2083/00—Use of polymers having silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only, in the main chain, as moulding material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/20—Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35134—3-D cad-cam
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49007—Making, forming 3-D object, model, surface

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

본 발명은 3D 프린팅 방법에 의해 대상물(22)을 제조하기 위한 3D 프린터(10)에 관한 것으로서, 이러한 3D 프린터는 대상물(22)을 적층 제조하기 위해 목표 포지션에 프린트 재료를 배치하도록 배열된 적어도 하나의 배출 장치(14)를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드(12)를 포함한다. 더욱이, 3D 프린터는, 프린트 재료가 프린트될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드(12)까지의 거리를 무접촉식으로(contactless) 결정하도록 설계된 공초점 측정 장치(20)를 포함하는 시스템을 가진다. 나아가, 본 발명은 이러한 3D 프린터(10)를 사용하여 대상물(22)을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

3D 프린터 및 대상물의 제조 방법
본 발명은 3D 프린팅 방법에 의해 대상물을 제조하기 위한 3D 프린팅 장치에 관한 것이며, 이러한 3D 프린팅 장치는, 대상물을 적층 제조하기 위해 프린트 재료를 목표 포지션에 배치하도록 설정된 적어도 하나의 배출 장치를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드를 가진다. 본 발명의 추가 양태는 이러한 3D 프린팅 장치를 사용하는 대상물의 제조 방법에 관한 것이다.
다수의 상이한 적층 제조 방법은 원형, 쇼트런(short run) 또는 개별 물품의 제조를 위한 선행 기술로부터 공지되어 있다. 3D 프린팅으로도 지칭되는 이들 방법에 공통적인 것은, 컴퓨터 모델을 기초로 직접적으로 제조된다는 점이다. 따라서, 유리하게는, 소비자-맞춤형 컴포넌트를 저렴하고 용이하게 제조할 수 있다. 대상물의 제조를 위해, 예를 들어 분말은 경화제의 적용에 의해 선택적으로 굳혀지며, 이때, 경화제는 제조되는 대상물에 의존적인 패턴으로 분말에 적용된다. 추가의 방법으로는, 분말을 레이저를 이용하여 한정된 패턴에 따라 요망되는 형태로 용융시킴으로써 굳히는 레이저 소결, 및 대상물을 융합 가능한 가소성 재료로부터 층별로 제조하는 융합 필라멘트 제작이 있다. 마찬가지로, 액체가 노즐을 이용하여 적상 방출되고 예를 들어 UV 방사선의 작용에 의해 경화되는 방법이 공지되어 있다.
3D 프린팅 유닛은 제조 시 기계적 공차(tolerance) 및 기계적 마모를 받는다. 기계적 공차는 예를 들어, 프린팅 평면에 대한 프린트헤드의 포지션 및 정렬, 및 프린팅 평면의 평면도(flatness)에 관한 것이다. 이들 공차는 프린팅된 대상물의 품질에 영향을 주고, 따라서 미스프린트(misprint)가 발생할 수 있다. 특히 더 큰 대상물 또는 컴포넌트의 경우, 그 결과는 종종 부적절한 프린팅된 이미지이다.
DE 10 2012 000 664 A1은 3D 프린팅 장치를 기재하고 있으며, 여기서, 기계적 공차의 조정을 위한 프린팅 스테이지는, 조정 가능한 포지션 설정 나사(positioning screw)에 의해 프린팅 평면에 대한 이의 정렬에서 변경될 수 있다.
DE 20 2015 103 932 U1은, 대상물이 적층 제조되는 모판(carrier plate)의 불균일(unevenness)을 측정하기 위한 장비를 기재하고 있다. 모판 또는 프린팅된 마지막 층의 표면을 측정하기 위해, 압출 장치에 대해 고정식 연결을 갖는 센서가 제공된다.
DE 10 2001 106 614 A1은 프린팅 스테이지 또는 컴포넌트 홀더의 가변 정렬, 포지션 설정 및 경사(inclination)에 의해 돌출부(overhang) 또는 자가-지지(self-supporting) 요소의 특정 3D 프린트를 실행하는 3D 프린팅 공정을 기재하고 있다. 여기서, 프린팅 본체는, 프린팅 유닛이 프린트 복셀(voxel)을 프린팅 평면 상에 수직으로 포지션시킬 수 있도록 다축 엑추에이터(actuator)에 의해 정렬된다. 프린트 면의 포지션은 입력 데이터로부터 공지되어 있고, 확인되거나 또는 입증되지 않는다. 이는 폐루프 제어(closed-loop control)가 아니라 완전 개루프 제어(purely open-loop control)를 이용하는 방법이다.
선행 기술로부터 공지된 장치는 프린팅된 파트의 품질에 영향을 미치는 기술적 결함을 가진다. 특히 실리콘 재료의 프린팅의 경우 대상물의 달성 가능한 품질은, 사출 성형에 의해 제조되는 유사한 대상물의 일정한 품질을 달성하지 않는다. 공지된 장치 및 방법으로는, 제조되는 대상물의 산업적 용도에 필수적인, 최종 생성물의 균일한 품질을 보장하는 것이 불가능하다.
본 발명의 목적은 대상물의 적층 제조를 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 이러한 장치 및 방법을 이용하여, 표면 및 형상화 진도(trueness to shape)와 관련하여 고품질의 대상물이 제조 가능하다.
3D 프린팅 방법에 의해 대상물을 제조하기 위한 3D 프린팅 장치가 제공되며, 이러한 3D 프린팅 장치는, 대상물을 적층 제조하기 위해 프린트 재료를 목표 포지션에 배치하도록 설정된 적어도 하나의 배출 장치를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드를 가지며, 여기서, 3D 프린트 장치는, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리를 무접촉식으로(contactlessly) 결정하도록 설정된 적어도 하나의 공초점 측정 장치를 갖는 시스템을 포함한다.
프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리 및 프린트헤드의 포지션은, 프린트 재료가 누적되는 표면 상의 지점의 포지션을 결정하는 데 사용될 수 있다.
3D 프린팅 장치는 전형적으로, 적어도 하나의 프린트헤드의 적어도 하나의 배출 장치로부터 프린트 재료의 배출에 의해 대상물이 구축되는 기초판(baseplate)을 포함한다. 여기서, 기초판 및 프린트헤드는 서로에 대해 상대적으로 이동하고, 이러한 상대적 이동(relative movement)은 X, Y 및 Z라는 3개의 모든 공간적 방향에서 가능하다. 이를 위해, 예를 들어 프린트헤드는 X 및 Y 방향에서 이동할 수 있도록 배열될 수 있고, 기초판은 Z 방향에서 이동할 수 있도록 배열될 수 있다. 본원에서 추가의 구성이 또한, 고려 가능하며; 예를 들어, 기초판은 Y 방향으로 이동할 수 있도록 배열될 수 있고, 프린트헤드는 X 및 Y 방향으로 이동할 수 있도록 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기초판 및/또는 프린트헤드는 회전할 수 있도록 구성될 수 있어서, 임의의 요망되는 공간 배열이 가능하다.
배출된 프린트 재료로 대상물을 구성하기 위해, 프린트 재료는 한정된 방식에 따라 기초판 상에 누적되어 제1 재료층을 형성한다. 제1 재료층이 형성된 후에, 예를 들어 배출 장치와 기초판 사이의 거리가 증가되고, 다음 재료층이 전개된다. 이에 추가 재료층이 뒤따르며, 이들은 각각 요망되는 대상물이 완성될 때까지 한정된 방식에 따라 누적된다. 이를 대상물의 적층 제조라고도 한다.
프린트 재료는 템플릿(template)으로부터 도출된 방식에 따라 배출된다. 템플릿은 일반적으로 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어로 설계되었거나, 물품의 3차원 스캐닝으로 만들어졌다. 재료 배출을 위한 방식의 도출을 위해, 소프트웨어는 전형적으로 템플릿의 수평 섹션을 계산하며, 이들 섹션은 각각 재료층에 대응한다. 후속해서, 프린트 재료가 각각의 층에 어떻게 포지션되어야 하는지에 대한 계산이 수행된다. 여기서 고려되는 것은, 프린트 재료가 복셀의 형태로, 스트랜드의 형태로, 또는 복셀과 스트랜드의 조합으로 배출되는지의 여부이다.
적절하다면, 지지 재료의 배치가 또한 방식의 도출에 허용된다. 프린트 재료가 공간에서 자유롭게 부유하도록 배치될 수 없기 때문에, 제조될 대상물이 공동, 언더컷, 돌출부, 자가-지지 또는 얇은 벽 부분을 갖는 경우에는 지지 재료의 배치가 필요할 수 있다. 지지 재료는 프린팅 공정 중에 공동을 채우고 그 위에 프린팅 재료를 배치시키고 경화시킬 수 있도록 기초 또는 비계의 역할을 한다. 프린팅 공정이 종료된 후, 지지 재료는 다시 제거되고, 대상물의 공동, 언더컷 및 돌출부, 자가-지지 또는 얇은 벽 부분의 기하학적 구조는 비워진다. 일반적으로, 사용된 지지 재료는 프린팅되는 대상물의 재료, 예를 들어 비가교성 및 비점착성 재료와 상이한 재료이다. 대상물의 기하학적 구조에 따라, 지지 재료의 필요한 형상이 계산된다. 지지 재료의 형상의 계산에서, 예를 들어 최소량의 지지 재료를 사용하거나 제품의 스케일 진도를 증가시키기 위해 다양한 전략을 사용하는 것이 가능하다.
배출 장치는 배출축의 방향으로 개별적인 격리된 액적의 형태로, 일련의 액적으로서, 또는 스트랜드(strand)의 형태로 프린트 재료를 방출하도록 설정된다. 이 형태들 사이에서 흐름 전이가 가능하다. 이 설명의 맥락에서, 배출 장치로부터 배출되어 기초판 또는 대상물 상에 배치된 프린트 재료의 액적은 복셀이라고 지칭된다. 스트랜드는, 배출되었지만 아직 배치되지 않은 프린트 재료, 및 스트랜드 형태로 배치된 프린트 재료를 둘 다 지칭한다. 배치된 프린트 재료는 복셀 또는 스트랜드를 의미하는 것으로 이해된다.
개별 액적의 방출을 위해, 배출 장치는 잉크젯 프린터의 노즐 방식과 유사하게, 프린트 재료의 액체 액적을 기초판의 방향으로 발산하는 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있다. 따라서, 이들 노즐은 분사 노즐이라고도 지칭된다.
프린트 재료의 스트랜드의 방출을 위해, 프린트 재료는 저장조 용기, 예를 들어 카트리지, 주사기, 또는 통으로부터 가압에 의해 노즐을 통해 스트랜드로 짜내어지고, 대상물을 형성하기 위해 기초판 상에 선택적으로 누적된다. 이러한 종류의 배출 장치는 본 설명의 맥락에서 디스펜서라고 지칭된다.
3D 프린팅 장치에서 다양한 프린팅 재료에 대해 기술적으로 상이한 배출 장치를 포함하여 다수의 배출 장치를 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 3D 프린팅 장치는 하나 이상의, 선택적으로 상이하게 구성된 또는 상이하게 작동되는 분사 노즐 및/또는 하나 이상의, 선택적으로 상이하게 구성 가능한 또는 상이하게 작동되는 디스펜서를 가질 수 있다. 배출 장치는 또한, 다수의 액적 또는 스트랜드를 동시에 방출시킬 수 있는 노즐 또는 디스펜서 어레이를 가질 수 있다.
보다 특히, 프린트헤드는 다수의 상이한 배출 장치, 예를 들어 하나 이상의 분사 노즐 및/또는 하나 이상의 디스펜서를 가질 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 프린트 재료는 디스펜서(들)에 의해 대상물의 내부에 빠르게 배치될 수 있고, 대상물의 표면은 분사 노즐(들)을 이용하여 고품질로 제조될 수 있다. 대안적으로, 프린트헤드가 다수의 등가의 배출 장치를 포함하는 것이 고려 가능하다. 이러한 방식으로 예를 들어, 다수의 대상물이 동시에 적층 제조될 수 있거나, 단일 대상물의 구성 시에 병렬로 다수의 배출 장치로 작업하는 것이 가능하다. 두 경우 모두, 전체적으로 필요한 프린팅 시간이 단축된다.
각각의 배출 장치는, 재료가 배출 장치로부터 배출되는 방향을 한정하는 배출축을 갖는다. 전형적으로, 배출축은 기초판에 대해 직각을 이루도록 기초판에 관하여 배향된다. 선택적으로, 3D 프린팅 장치는, 배출축의 정렬이 또한 기초판에 관하여 변경될 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 프린트헤드는 하나 이상의 분사 노즐을 가진다. 분사 노즐은, 이들 노즐이 요구에 따라 제어된 방식으로 액적을 방출하도록 설정된다.
예를 들어, 가열 요소를 분사 노즐 내에 제공하는 것이 가능하며, 이러한 가열 요소를 이용하여 프린트 재료가 가열되고, 발생하는 기포의 액적이 분사 노즐 밖으로 나오며; 이는 버블젯으로 공지되어 있다.
추가 옵션은, 전압으로 인해 변형되고, 그 결과 분사 노즐로부터 액적을 발산할 수 있는 피에조(piezo) 요소의 배열이다. 이러한 종류의 잉크젯 프린팅 방법은 원칙적으로, 종래의 프린팅으로부터, 및 3차원 물품이 광중합 가능한 잉크로부터 층별로 쌓여 올려지는 이른바 3D 프린팅으로부터 당업자에게 공지되어 있다. 잉크젯 프린팅 또는 멀티젯 3D 프린팅에서 사용되는 바와 같은 이러한 종류의 프린트헤드는 또한, 예컨대 점도가 50 mPa.s 미만인 저점도 프린팅 잉크 또는 프린팅 재료를 도스(dose)할 수 있다.
본 발명의 방법의 프린트헤드에서, 피에조 요소를 갖는 제트 밸브에 기초한 배출 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 배출 장치는, 수 피코리터(picoliter, pL)의 액적에 대한 액적 체적(2 pL는 약 0.035 ㎛의 액적 직경에 대응함)이 달성될 수 있는 저점도 재료, 및 노즐 직경이 50 ㎛ 내지 500 ㎛인 피에조 프린트헤드가 바람직하며 나노리터 범위(1 nL 내지 100 nL)의 액적 체적이 생성될 수 있는 실리콘 고무 재료와 같은 중점도 재료와 고점도 재료 둘 다의 배출을 가능하게 한다. 저점도 재료(< 100 mPa·s)의 경우, 이들 프린트헤드는 매우 높은 도시지 진동수(dosage frequency)(약 1-30 kHz)로 액적을 방출할 수 있는 데 반해, 고점도 재료(> 100 Pa·s)의 경우, 유동학적 속성(전단-담화(shear-thinning) 특성)에 따라 약 500 Hz까지의 도시지 진동수가 달성될 수 있다. 적합한 분사 노즐은 예를 들어 DE 10 2011 108 799 A1에 기재되어 있다.
분사 노즐의 바람직한 구현예에서, 프린트 재료의 배출 시, 액적 체적이 영향을 받을 수 있으며, 그로 인해 상이한 크기의 액적이 발생될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 노즐 어레이의 일부 분사 노즐은 상이한 노즐 크기로 구성되는 경우가 있을 수 있다. 소형 액적은, 보다 정확한 가장자리(edge)를 제조하고, 예를 들어 대상물을 회전시킨 후 이러한 대상물의 측면에서 표면 마감을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
디스펜서에서, 압력은 예를 들어, 공기 압력에 의해 또는 기계적 수단에 의해, 예를 들어 소형 압출기, 피스톤 펌프 또는 편심 나사(eccentric screw)에 의해 구축된다. 다양한 구현예가 당업자에게 공지되어 있다.
배출 장치로서의 분사 노즐의 경우, 제어 유닛은, 분사 노즐이 복셀을 배출할 때를 한정한다. 또한, 제어 유닛은 복셀의 크기를 한정할 수 있다. 공초점 측정 유닛으로부터의 측정 결과에 따라, 복셀 크기에 영향을 미치는 분사 노즐의 매개변수가 조정되는 경우가 있을 수 있다. 이러한 종류의 매개변수로는 예를 들어, 분사 밸브의 개방 시간, 또는 노즐이 태핏(tappet) 기술을 가진 경우라면 태핏 전진 속도, 태핏 후진 속도 및 태핏 스트로크 속도(stroke rate)가 있을 수 있다. 복셀 크기에 영향을 미치는 분사 노즐의 매개변수는 또한, 오류로 미배치된 복셀의 임의의 재프린팅의 경우, 예를 들어 결함 부위의 충전 시, 재프린팅을 최적화하기 위해 간단하게 조정될 수 있다.
배출 장치로서의 디스펜서의 경우, 제어 유닛은, 디스펜서가 프린트 재료를 스트랜드 형태로 배출하기 시작할 때, 및 배출이 종료될 때를 한정한다. 또한, 체적 유속, 즉, 단위 시간 당 배출되는 프린트 재료의 체적은 제어 유닛에 의해 한정되는 것이 가능하다. 공초점 측정 유닛으로부터의 측정 결과에 따라, 스트랜드 형태에 영향을 미치는 디스펜서의 매개변수가, 프린트 품질을 증가시키기 위해 조정된다. 디스펜서의 이러한 매개변수는 재료 저장조에서의 유속, 공급 속도 및 공급 압력을 포함할 수 있다.
지지 재료가 사용된다면, 프린트헤드는 지지 재료를 위한 하나 이상의 추가 배출 장치를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적절한 배출 장치를 갖는 추가 프린트헤드가 지지 재료의 배출을 위해 제공되는 것이 또한 가능하다.
프린트 재료는 영구적인 컴포넌트의 제조를 위한 재료, 특히 실리콘일 수 있거나, 일시적으로 제조된 부품 또는 영역에 필요한 재료, 특히 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 폴리비닐 알코올(PVAL) 형태의 지지 재료일 수 있다.
사용되는 프린트 재료는 바람직하게는, 적어도 공정 중에 자유-유동 형태이고 배출 후에 경화될 수 있는 재료이다. 후속 경화성은 미스프린트가 탐지되는 경우에, 예를 들어 프린트헤드의 세정, 및 뒤이어 오류로 미배치된(unplaced) 프린트 재료를 재프린트하는 공정이 수행될 수 있다는 것을 의미하며, 이 경우, 비가교된 재료는 경화될 때까지 자유-유동하는 채로 있어서, 후속해서 배치된 프린트 재료는 세정 전에는, 배치된 프린트 재료에 여전히 결합되게 될 수 있다.
프린트 재료의 경화는 방사선에 의해 또는 열적 수단에 의해 보다 바람직하게는 위치-선택적 방식으로, 또는 방사선 또는 열적 수단에 의해 전체 지역에 걸쳐 행해지는 것이 바람직하다. 따라서, 배치된 후에 방사선 또는 열의 작용을 통해 경화될 수 있는 프린트 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제안된 공정의 경우, 화학 방사선의 작용을 통해, 바람직하게는 UV/VIS 방사선의 작용에 의해 경화될 수 있는 프린트 재료가 사용된다. UV 방사선 또는 UV 광은 100 nm 내지 380 nm 범위의 파장을 가지고, 한편 가시광(VIS 방사선)은 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장을 갖는다.
본 발명의 방법에서, 사용되는 프린트 재료는 보다 바람직하게는 UV/VIS-유도 첨가 반응을 통해 가교하는 실리콘 고무 재료이다. UV/VIS-유도 가교은 열 가교보다 이점이 있다. 첫째로, UV/VIS 방사선의 강도, 작용 시간, 및 작용 장소가 정확하게 판단될 수 있는데 반해, 배출된 프린트 재료의 가열(및 후속하는 냉각)은 상대적으로 낮은 열전도성 때문에 항상 지연된다. 실리콘의 본질적으로 매우 높은 열 팽창 계수로 인하여, 열 가교에서 필연적으로 존재하는 온도 구배는 형성되는 대상물의 스케일 진도에 악영향을 주는 기계적 응력을 야기하며, 이는 극단적인 경우에 허용할 수 없는 형상의 왜곡을 야기할 수 있다.
UV/VIS-유도 첨가 가교 실리콘 고무 재료는 예를 들어 DE 10 2008 000 156 A1, DE 10 2008 043 316 A1, DE 10 2009 002 231 A1, DE 10 2009 027 486 A1, DE 10 2010 043 149 A1, 및 WO 2009/027133 A2에 기재되어 있다. 가교은 감광성 하이드로실릴화 촉매의 UV/VIS-유도 활성화를 통해 일어나며, 감광성 하이드로실릴화 촉매로는 백금 착물이 바람직하다. 선행 기술은 광을 배제한 상태로는 거의 비활성이고, 250-500 nm의 파장을 갖는 광의 조사로 실온에서 활성인 백금 촉매로 전환될 수 있는 다수의 감광성 백금 촉매를 개시하고 있다. 이의 예는(η-디올레핀)(σ-아릴)백금 착물(EP 0 122 008 A1; EP 0 561 919 B1), Pt(II)-β-디케토네이트 착물(EP 0 398 701 B1), 및(η5-클로펜타디에닐)트리(σ-알킬)백금(IV) 착물(EP 0 146 307 B1, EP 0 358 452 B1, EP 0 561 893 B1)이다. 예를 들어 EP 1 050 538 B1 및 EP 1 803 728 B1에 기재된 바와 같이, MeCpPtMe3, 및 백금 상에 존재하는 기의 치환을 통해 이로부터 도출된 착물이 특히 바람직하다. UV/VIS-유도 방식으로 가교하는 프린트 재료는 단일 또는 다중 성분 형태로 제제화될 수 있다.
UV/VIS-유도 첨가 가교의 속도는 많은 인자, 특히 백금 촉매의 성질 및 농도, UV/VIS 방사선의 작용의 강도, 파장, 및 지속 시간, 실리콘 고무 재료의 투명도, 반사율, 층 두께, 및 조성, 및 온도에 의존한다.
백금 촉매는 바람직하게는 실온에서 충분히 빠른 가교를 가능하게 하도록 촉매적으로 충분한 양으로 사용된다. 전체 실리콘 고무 재료에 대한 Pt 금속의 함량을 기준으로 0.1 중량ppm 내지 500 중량ppm, 바람직하게는 0.5 중량ppm 내지 200 중량ppm, 보다 바람직하게는 1 중량ppm 내지 50 중량ppm의 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.
UV/VIS-유도 방식으로 첨가 가교를 하는 실리콘 고무 재료의 경화를 위해, 파장 240 nm 내지 500 nm, 보다 바람직하게는 250 nm 내지 400 nm, 보다 바람직하게는 350 nm 내지 400 nm, 특히 바람직하게는 365 nm의 광을 사용하는 것이 바람직하다. 20분 미만, 바람직하게는 10분 미만, 보다 바람직하게는 1분 미만의 실온에서의 가교 시간을 의미하는 것으로 이해되는 빠른 가교를 달성하기 위해, 10 mW/cm2 내지 20,000 mW/cm2, 바람직하게는 30 mW/cm2 내지 15,000 mW/cm2의 전력, 및 150 mJ/cm2 내지 20,000 mJ/cm2, 바람직하게는 500 mJ/cm² 내지 10,000 mJ/cm²의 방사선량을 갖는 UV/VIS 방사선원을 사용하는 것이 권장된다. 이러한 전력 및 선량 값의 범위 내에서, 최대 2000 s/cm² 내지 최소 8 ms/cm²의 지역 특정 조사 시간을 달성하는 것이 가능하다.
UV/VIS 하에 경화되는 프린트 재료가 사용된다면, 3D 프린팅 장치는 바람직하게는 UV/VIS 조명 유닛을 가진다. 위치-선택적 노출의 경우, UV/VIS 광원은 기초판에 대해 이동 가능하도록 배열되고, 대상물의 선택된 영역만을 비춘다. 전역(full-area) 노출의 경우, 일 변형예에서, UV/VIS 광원은 전체 대상물 또는 대상물의 전체 재료층이 한꺼번에 노출되도록 구성된다. 바람직한 변형예에서, UV/VIS 광원은 이의 광도 또는 이의 에너지가 가변적으로 조정될 수 있고 UV/VIS 광원이 임의의 시간에 대상물의 하위 영역만 노출시키도록 설계되며, 선택적으로 상이한 강도의 UV/VIS 광으로 전체 대상물을 노출될 수 있는 방식으로 상기 UV/VIS 광원을 대상물에 대해 이동시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 이를 위해, UV/VIS 광원은 UV/VIS LED 바(bar)로 구성되며, 대상물에 대해 또는 프린팅된 대상물 위로 이동된다.
열적 수단에 의해 경화되는 프린트 재료의 경우, 위치-선택적 또는 지역적 열 처리를 수행하기 위해 적외선 광원(IR)을 사용하는 것이 가능하다.
경화를 실시하기 위해, 경화 전략이 사용된다. 바람직하게는, 프린트 재료의 경화는 프린트 재료층의 배치 또는 프린트 재료의 다수의 층의 배치 후에 수행되거나, 프린팅 중에 바로 행해진다.
프린팅 중에 프린트 재료를 바로 경화하는 것은 다이렉트 경화 전략이라고 지칭된다. UV/VIS 방사선에 의해 경화 가능한 프린트 재료가 사용된다면, 다른 경화 전략과 비교하여, UV/VIS 광원은 매우 오랜 기간 동안 활성화되고, 따라서 매우 낮은 강도로 작동할 수 있으며, 이는 대상물을 통한 가교를 느리게 한다. 이는 온도 피크로 인해 대상물의 팽창이 발생하지 않기 때문에, 대상물의 가열을 제한하고 실제 스케일의 대상물을 야기한다.
층별 경화 전략에서, 모든 완전한 재료층의 배치에 뒤이어, 배치된 재료층의 방사선-유도 가교가 수행된다. 이러한 작업 중에, 새로 프린팅된 층은 아래에 있는 경화된 프린팅된 층에 결합된다. 경화는 프린트 재료의 배치 직후에 뒤따르지 않으므로, 프린트 재료는 경화되기 전에 이완할(relax) 시간을 갖는다. 따라서, 프린트 재료가 서로 합쳐질 수 있으며, 이는 다이렉트 경화 전략보다 매끄러운 표면을 달성함을 의미한다.
n번째 층 경화 전략에서, 절차는 n개의 재료층(여기서 n은 자연수)의 배치 후에만 경화가 행해진다는 것을 제외하고는, 층별 경화 전략의 절차와 유사하다. 프린트 재료의 이완에 이용 가능한 시간이 추가로 증가되며, 이는 표면 품질을 더 개선시킨다. 그러나, 프린트 재료의 유동으로 인해, 달성 가능한 가장자리 선명도의 저하가 있을 수 있다.
바람직한 구현예에서, 경화 전략은 오류로 미배치된 프린트 재료의 재프린팅과 부합된다. 예를 들어, 재료층의 프린팅에 이어, 각각의 경우, 배치된 재료층의 가교가 층별 경화 전략 또는 n번째 층 경화 전략에 의해 행해지기 전에, 오류로 미배치된 프린트 재료의 재프린팅이 수행될 수 있다. 오류로 미배치된 프린트 재료는, 예를 들어, 포지션 측정 유닛이 프린트헤드의 이동 경로를 선택적으로 지속적으로 확인한다는 점에서, 배출 장치로부터의 프린트 재료의 배출이 모니터링된다는 점에서, 및/또는 배출된 프린트 재료가 측정된다는 점에서, 인지될 수 있다.
3D 프린트 장치는, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리를 무접촉식으로 결정하도록 설정된 공초점 측정 장치를 갖는 시스템을 포함한다. 이러한 시스템은 크로마틱(chromatic) 공초점 거리 측정을 수행하도록 설정된다.
일반적으로 이를 위해, 시스템은 하나 이상의 센서 및 평가 유닛을 포함한다. 공초점 측정 장치는 시스템의 센서로 지칭되기도 한다. 이러한 센서는, 평가 유닛에 의해 평가되는 측정을 수행한다.
시스템은 광원을 포함한다. 이러한 광원은 바람직하게는, 예를 들어 수 마이크로미터의 직경을 갖는 다공판(perforated plate)에 의해 또는 광섬유에 의해 지점 광원으로서 시행된다. 이는, 폴리크로마틱 광, 예를 들어 고강도 및 균일한 스펙트럼 분포를 갖는 광역 백색광을 렌즈 배열 상으로 발산한다.
공초점 측정 장치는, 렌즈가 공초점으로 배열된 적어도 하나의 렌즈 배열을 포함한다. 렌즈 배열은, 광이 제어된 방식에서 이의 모노크로마틱 파장으로 나눠지도록 구성된다. 이를 위해, 광에 대해 분산 효과를 갖는 하나 이상의 렌즈가 사용되며, 이로써, 청색광 컴포넌트는 렌즈에 더 근접하게 초점을 형성하고, 적색광 컴포넌트는 더 멀리에서 초점을 형성하거나, 또는 그 반대이다.
공초점 측정 장치는 대상물과 접촉하지 않으며; 대상물과의 상호작용은 광을 통해서만 이루어진다. 대상물 상에서 및 대상물 내에서, 공지된 광학 법칙에 따라 광의 반사, 흡수 및 투과가 존재한다. 대상물에 의해 반사된 광, 예를 들어 대상물의 표면으로부터의 반사광, 또는 공기 또는 외래 물질(body)의 혼입으로부터의 반사광은 공초점 측정 장치에 의해 수용되고, 렌즈 배열을 통해 분광계까지 가이드된다.
분광계 측정으로부터, 평가 유닛은 반사된 광의 하나 이상의 주파장 또는 스펙트럼 색상을 평가한다. 주파장은 본 개시내용의 맥락에서 "피크"로서 지칭될 수도 있다. 평가 유닛은, 반사된 광의 모든 파장이 측정 대상물로부터, 예를 들어 대상물 내의 프린팅된 마지막 층으로부터 또는 기초판으로부터 특정 거리가 할당되도록, 보정된다. 개별 파장의 초점 폭(focus width)을 알고 있으면, 모든 주파장은 측정 대상물로부터 거리값이 직접적으로 할당될 수 있다. 보다 특히, 측정에 이용되는 광 파장은, 프린팅된 대상물의 표면 상에(또는 프린팅되기 전에, 및 기초판 상의 프린팅된 대상물 외부에) 정확하게 초점을 형성하는 파장이다. 평가 유닛은, 프린팅되는 추가의 프린팅 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리를 결정하기 위해, 이를 사용할 수 있다. 프린트 재료가 투명하다면, 추가 주파장이 발생할 수 있으며, 이러한 주파장 또한, 추가 "피크"로서 지칭된다. 추가 피크는 광학적으로 더 얇은 매질로부터 광학적으로 더 밀집한 매질까지의 전이(transition)로 인해, 또는 그 반대의 전이로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어 대상물 내에 공기 또는 외래 물질이 포함되는 경우, 추가 주파장은 대상물/기초판 경계에서 발생한다. 프린팅된 대상물의 표면은 단파장으로부터 보이는 첫번째 피크이고, 기초판은 마지막 피크이다. 평가 유닛은 특히, 평가를 위해 소프트웨어-실행 컴포넌트를 가질 수 있다.
거리 측정의 바람직한 분해능(resolution)은 10 내지 500 nm, 바람직하게는 10 내지 200 nm, 더 바람직하게는 20 내지 50 nm, 보다 바람직하게는 약 28 nm의 범위이다. 거리 측정의 측정 범위는 바람직하게는 0.3 내지 30　mm, 바람직하게는 0.5 내지 3　mm의 범위, 보다 바람직하게는 약 1　mm이다. 광점(light spot) 직경의 바람직한 크기는 5 내지 100　μm, 바람직하게는 5 내지 50　μm, 보다 바람직하게는 6 내지 9　μm의 범위, 특히 바람직하게는 약 8　μm이다. X 및 Y 방향에서, 공초점 측정 장치는 바람직하게는 100 내지 200　μm의 정확도를 가진다.
사용되는 재료가 UV/VIS-유도 첨가 반응을 통해 가교하는 실리콘 고무라면, 거리 측정에 사용되는 광이 실리콘 고무 재료의 원치 않는 경화를 초래하는 임의의 구성성분을 함유하지 않는 경우가 바람직하다. 예를 들어, UV/VIS-유도 방식으로 첨가-가교하고 파장 240-500　nm, 바람직하게는 250-400　nm, 보다 바람직하게는 350-400　nm, 특히 바람직하게는 365　nm의 광 하에 가교하는 실리콘 고무 재료라면, 따라서, 제1 구현예에서, 공초점 측정 장치의 광원은 이러한 임의의 광 분획을 발산하지 않으며, 예를 들어 이러한 광 분획을 갖지 않는 백색광인 경우가 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 공초점 측정 장치는 상응하는 광 분획을 여과해 내기 위해 하나 이상의 필터를 가질 수 있다.
측정이 프린트된 층에 영향을 주지 않기 때문에, 하나의 층을 또 다른 층의 상부(top)에 프린트하는 방식으로 다수의 층들을 프린트하고, 각각의 층을 직접 경화시키지 않고 이들 층을 분석하는 것(n-층 전략)이 또한, 가능하다.
프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리는 기초판에 대한 관계에서뿐만 아니라 이미 프린팅된 층에 대한 관계에서 결정되며, 이때, 실리콘 또는 실리콘 엘라스토머의 경우 이들은 종종 투명하다. 따라서, 바람직하게는, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템은, 투명한 프린트 재료로부터 적어도 부분적으로 형성된 층, 특히 실리콘 또는 실리콘 엘라스토머를 포함하는 층 상에서, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 포지션을 결정하도록 설정된다. 유리하게는, 시스템의 분광계 및 평가 유닛은 2개의 상이한 광학적으로 밀집된 매질(예, 공기/실리콘) 사이에서 약한 반사를 탐지하도록 설정된다.
바람직한 구현예에서, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템은 또한, 프린팅된 층 내에서 공기 및 외래 물질의 혼입을 결정하도록 설정된다.
이를 위해, 평가 유닛은, 분광계에서 발생하고 탐지되는 모든 주파장의 포지션을 평가한다. 프린팅된 층 내에서 기포의 경우 및 투명한 외래 물질의 경우, 추가 주파장이 또한, 대상물 표면 및 기초판에서 발생한다. 투명하지 않은, 즉 불투명한 외래 물질이 포함되는 경우, 기초판의 주파장은 예를 들어 이동하거나 또는 사라진다. 따라서, 외래 물질 또는 기포의 혼입과 같은 결함이 인지될 수 있다. 외래 물질 또는 공기의 혼입이 탐지된다면, 미스프린트를 가리키는 상응하는 오류 메세지가 발생될 수 있다. 또한, 시스템은, 예를 들어 결함 부위에서 프린트 재료의 추가 프린팅에 의해, 또는 예를 들어 로봇 팔에 의한 외래 물질의 제거에 의해 오류를 교정하는 컴포넌트를 포함하는 것이 있을 수 있다.
렌즈로부터 초점 거리가 매질의 굴절률에 따라 다르기 때문에, 거리 교정은 결함 부위의 거리 및 포함(예를 들어 투명한 대상물에서)의 결정에서 수행된다. 이는, 대상물 또는 매질의 재료-의존적 굴절률을 고려한다.
바람직하게는, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템은 또한, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 재료를 결정하도록 설정된다.
이를 위해, 평가 유닛은, 분광계에서 발생하는 모든 주파장의 강도를 평가한다. 이렇게 할 때, 이는 프린트 재료, 지지 재료 및 기초판 재료를 구별한다. 또한, 평가 유닛은 또한, 예를 들어 이하 기재되는 적용 프린팅에서, 또는 예를 들어 재료가 추가 재료 내에 포매되는 경우, 편평한 면에서 서로 함께 프린팅된 재료들을 구별할 수 있다. 투명한 재료로부터 투명하지 않은 재료로의 전이를 탐지하기 위해, 기초판의 반사가 공초점 측정 장치의 측정 범위 내에 여전히 있다면, 상기 기초판의 반사의 소실(disappearance)을 사용하는 것이 또한 가능하다.
마모 또는 기계적 효과로 인해, 시간 경과에 따라 프린트헤드에 대한 기초판의 정렬에 변화가 있다. 바람직한 구현예에서, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템은 또한, 프린팅될 프린트 재료가 프린팅되는 프린팅 평면의 포지션을 결정하도록 설정된다. 평가 유닛은, 한줄에 있지 않은 다수의 측정된 거리들을 기초로, 프린팅된 면의 포지션을 결정한다.
이를 위해, 예를 들어, 프린팅 지점 매트릭스의 랭크(rank)에 적어도 상응하는 측정 매트릭스가 사용된다. 분배 압력에서, 측정 매트릭스는, 프린트헤드의 포지션 매트릭스의 랭크에서 적어도 부분적으로 얻어진다. 10 내지 200 nm, 예를 들어 약 20 내지 40 nm 범위의 거리 측정의 분해능에서 5 μm 내지 100 μm 범위의 광점 직경의 바람직한 크기는 배치된 모든 개별 복셀의 측정을 허용한다.
재료가 아직까지 프린팅되지 않았다면, 프린팅되는 대상물이 구축되는 기초판이 프린팅 평면이다. 최초의 층이 이미 프린팅되었다면, 프린팅 평면은 대안적으로, 프린팅된 마지막 층의 포지션에 의해 기재될 수 있다.
프린팅 평면의 포지션은 예를 들어, 프린트헤드 또는 프린트헤드 면에 관하여 오프셋(offset) 및 틸트(tilt)의 사양에 의해, 또는 심지어 프린트헤드로부터의 거리 및 공간 내에서의 배향의 사양에 의해 기재될 수 있다. 이를 위해, 평가 유닛은 상응하는 소프트웨어 모듈을 가진다.
프린팅 평면의 포지션을 알고 있어서, 시스템은 예를 들어, 프린트헤드 또는 프린트헤드 면에 관하여 오프셋 및 틸트, 또는 각각의 배출 장치에 관하여 프린팅 평면의 거리 및 공간 내에서의 배향을 조정함으로써 보정될 수 있다. 따라서, 바람직한 구현예에서, 3D 프린팅 장치는, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 기능적으로 연결되고 프린팅 평면의 포지션을 교정하도록 설정된 교정 장치를 가진다.
교정 장치는 프린팅 평면을 조정하기 위한 조정 요소, 예를 들어 조정 나사를 기초판 및 프린트헤드 상에 포함할 수 있다. 프린팅 평면은 수동으로 기계적으로 조정되거나 또는 자동적으로 조정될 수 있다. 바람직하게는, 교정 장치는 작동 가능한 액추에이터를 포함하며, 이러한 액추에이터는 예를 들어 컴퓨터 제어에 의해 틸트 및 오프셋을 자동적으로 조정할 수 있다.
배출 장치가 분사 노즐인 경우, 교정 장치는 또한, 프린트헤드의 정렬을 조정하기 위한 조정 요소, 예를 들어 각도 조정 나사를 가질 수 있다. 기계적 특성 및 노즐 기하학적 특성에서의 공차를 통해, 프린트 복셀을 초래하는 전개된 액적은 수직으로 배출되지 않지만 원뿔형 공차 범위 내에서 배출된다. 원뿔 끝부분은 노즐 유출구, 및 프린팅 평면 상의 영역의 윤곽에 의해 형성되며, 여기서 액적 충격이 발생한다. 프린트헤드의 비-수직 정렬, 노즐 형상의 공차, 및 노즐 또는 공기 흐름 내에서 오염 및 누적물은 액적 궤도의 원치않는 편향(deflection)을 생성할 수 있다. 여기에서 또한, 컴퓨터 제어에 의해 각도를 자동적으로 조정할 수 있도록 하기 위해, 작동 가능한 액추에이터가 바람직하게는 제공된다.
바람직한 구현예에서, 공초점 측정 장치는 프린트헤드와 관련하여 고정된 위치에서 배열된다. 보다 특히, 공초점 측정 장치는 프린트헤드의 수송 슬라이드(transport slide) 상에 고정된 배열로 존재하는 경우가 있을 수 있다.
바람직하게는, 공초점 측정 장치는, 이 장치가 프린팅 동안 프린트헤드 앞에 놓이도록 배열된다. 이러한 경우, 임의의 필요한 교정은 프린팅 전에 계산되며 및/또는 실행될 수 있다. 또한, 프린트헤드 주변으로 또는 배출 장치 주변으로 배열될 수 있는 다수의 공초점 측정 장치를 제공하는 것이 가능하다.
더 바람직하게는, 3D 프린팅 장치는 프린팅된 대상물 또는 외래 컴포넌트의 포지션 설정 또는 조작을 위한 적어도 하나의 조절 가능한 로봇 팔을 가진다.
조절 가능한 로봇 팔은 예를 들어, 어떤 적용이든지 간에 프린팅되거나, 코팅되거나 프린팅된 외래 컴포넌트를 3D 프린터에 자동 장착시킬 수 있다. 외래 컴포넌트 또는 프린팅된 대상물의 회전, 리포지션 설정 및 제거가 또한, 자동적으로 가능하다. 또한, 인지되었던 외래 물질이 로봇 팔에 의해 제거될 수 있다.
3D 프린팅 장치는 프린팅되는 대상물의 모델 또는 컴퓨터 모델을 포함하는 주 제어기를 갖는다. 주 제어기는 예를 들어 이더넷 또는 WLAN과 같은 데이터 네트워크를 통해, 또는 예를 들어 직렬 연결 또는 USB와 같은 연결을 통해, 예를 들어 장치의 제어 유닛과 통신하는 컴퓨터로서 실행될 수 있다.
컴퓨터 모델은 주 제어기에 임의의 파일 포맷으로 기록될 수 있다. 표준 파일 포맷은 예를 들어 STL, OBJ, CLI/SLC, PLY, VRML, AMF, STEP, IGES를 포함한다. 기재된 방법의 실행에서, 주 제어기는 모델을 통해 사실상 수평 슬라이스를 제조한다(슬라이싱이라고 함). 이러한 수평 섹션은 후속하여 프린트 재료가 대상물의 적층 구성을 위해 어떻게 포지션되어야 하는지를 기술하는 방식을 계산하는 데 사용된다. 이러한 방식은 보다 특히, 프린트 재료의 목표 포지션을 포함한다. 여기서 고려되는 것은 프린트 재료가 복셀의 형태로, 스트랜드의 형태로, 또는 복셀과 스트랜드의 조합의 형태로 배출되는지 여부이다. 대상물의 형상이 지지 재료의 배치를 필요로 한다면, 주 제어기는 바람직하게는, 마찬가지로 지지 재료를 배치하기 위한 방식을 생성하도록 설정된다.
주 제어기는 공초점 측정 장치를 갖는 시스템. 예를 들어, 주 제어 시스템에 기능적으로 연결되며, 그 결과, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 포지션에 관한 지식을 수용할 수 있으며, 이로써 이러한 방식은 필요하다면 업데이트될 수 있다. 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 의해 확인되는, 예를 들어 공기 및 외래 물질의 혼입 또는 프린팅되는 재료 또는 프린팅 평면의 포지션에 대한 정보가 또한, 소통될 수 있다.
주 제어기는 추가로, 3D 프린팅 장치의 추가 장치, 프린트헤드, 포지션 설정 유닛, 포지션 측정 유닛, 프린트 재료 측정, 교정 장치 및 로봇 팔에 기능적으로 연결된다.
포지션 설정 유닛은 기초판에 상대적으로, 프린트헤드를 포지션시키도록 설정되며, 여기서 상대 포지션은 적어도 3개의 공간축 X, Y, 및 Z을 따라 조정 가능하고, 가능하게는 또한 회전 가능하다. 포지션 설정 유닛은 적어도 하나의 모터를 포함하며, 전형적으로 적어도 하나의 별도의 모터가 모든 조정 가능한 공간축마다 제공된다. 모터는 예를 들어 전기 모터로서, 특히 스테퍼 모터로서 실행된다.
포지션 측정 유닛은 프린트헤드의 포지션을 지속적으로 결정하도록 설정된다. 이를 위해, 포지션 측정 유닛은 한정된 속도(rate)로 프린트헤드의 포지션의 측정을 행하여 그것을 주 제어기에 송신할 수 있다.
포지션 측정 유닛은 바람직하게는 포지션 설정 유닛에 의해 조정 가능한 모든 축 또는 공간 방향을 기준으로 포지션의 측정을 행하도록 설정된다. 포지션 측정 유닛은 적어도, 기초판에 평행한 평면 내에서 프린트헤드의 포지션을 결정하도록 설정된다. 바람직하게는, 공간 내에서 프린트헤드의 포지션을 결정하도록 설정된다.
포지션 측정 유닛은 바람직하게는, 모터, 로터리 인코더, 광학 스케일, 특히 유리 스케일, GPS 센서, 레이더 센서, 초음파 센서, LIDAR 센서, 및/또는 적어도 하나의 광 배리어에 적어도 하나의 스텝 카운터를 갖는다. 모터 내의 스텝 카운터는 특히 무접촉 스위치, 예를 들어 자기 센서, 특히 홀(Hall) 센서로 구성될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 3D 프린팅 방법을 제공하는 것이다. 기재된 3D 프린팅 장치는 바람직하게는, 이하 기재되는 방법을 실행하도록 설계 및/또는 설정된다. 이에, 상기 방법의 맥락에 기재된 특징은 3D 프린팅 장치에 대해 개시되고, 역으로, 3D 프린팅 장치의 맥락에 기재된 특징은 본 방법에 대해 개시된다.
적어도 하나의 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 의해 대상물을 적층 제조하기 위해, 목표 포지션에 프린트 재료를 배치하도록 설정된 적어도 하나의 배출 장치를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드를 갖는 3D 프린팅 장치를 사용하여 대상물을 제조하는 본 발명의 방법에서, 프린팅 작업 동안에는 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리가 무접촉식으로 결정되거나, 또는 프린팅 작업 전에는 스캐닝 단계에서 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 의해, 프린팅되는 재료가 프린팅될 수 있는 표면의 포지션이 무접촉식으로 결정된다.
프린팅 작업 동안, 프린팅되는 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리는 무접촉식으로 결정될 수 있다. 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지 무접촉식으로 결정된 거리 및 프린트헤드의 포지션은, 예를 들어, 프린트 재료가 누적되는 표면 상의 지점의 포지션을 결정하는 데 사용될 수 있다. 프린트헤드 다음에, 측정 장치가 배치된다. 이러한 방식으로, 프린트 오류, 특히 미프린팅된 프린트 재료, 결함 및 외래 물질 누적을 인지하는 것이 가능하다. 프린트 오류는 교정 및/또는 보고 및/또는 기록될 수 있다.
대안적으로는, 프린팅 작업 전에, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면의 포지션을, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 의해 무접촉식으로 결정하는 것이 가능하다. 보다 특히 예를 들어, 프린트헤드에 관한 표면의 포지션이 본원에서 결정된다. 본원에서 3D 프린팅 장치는 프린팅되는 표면의 독립적인 스캐닝 단계를 수행한다. 마찬가지로 이러한 방식으로, 프린트 오류, 특히 미프린팅된 프린트 재료, 결함 및 외래 물질 누적을 인지하는 것이 가능하다. 프린트 오류는 교정 및/또는 보고 및/또는 기록될 수 있다.
본 발명에 의한 프린팅 오류의 교정은, 특히 형상화 진도인 대상물의 프린팅을 초래할 수 있다. 형상화 진도는, 대상물의 기하학적 치수가 스케일 진도이라는 것, 즉, 이들 치수가 템플릿 치수로부터 작은 편차가 있다면 단지 이러한 작은 편차를 가진다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
표면으로부터 프린트헤드까지 무접촉식으로 결정된 거리, 또는 표면의 무접촉식으로 결정된 포지션을 사용하면, 3D 프린팅 장치가 보정될 수 있다. 마찬가지로 그 결과, 특히 형상화 진도인 대상물을 프린트하는 것이 가능하다.
보정은 상기 기재된 바와 같이, 기초판의 조정, 또는 시험 대상물의 프린팅 및 후속적인 측정 후 배출 장치, 예를 들어 노즐 각도의 조정에 관한 것일 수 있다.
교정 장치는 예를 들어, 기계적 마모 결과 발생하는 프린팅 평면의 포지션에서의 편차를 교정할 뿐만 아니라, 부적절하거나 또는 아직 완료되지 않은 경화의 경우 프린트 재료의 진행으로 인한 편차를 교정한다. 교정 장치는 특히, 경화가 지연된 다층 구축의 경우 층의 진행 효과를 교정한다(n-층 전략).
프린팅 평면의 목표 포지션으로부터 프린팅 평면의 실제 포지션에서의 관용 편차(tolerable deviation)는 예를 들어 역치값에 의해 한정되며, 이러한 역치값은 예를 들어 50 내지 500　μm, 바람직하게는 100 내지 200　μm의 범위이다. 대안적으로, 관용 편차의 역치값은 프린팅된 복셀의 크기에 의해 또는 스트랜드 직경에 의해 결정될 수 있으며, 이때, 관용 편차는 예를 들어 복셀 크기의 1/2 미만으로 고정되거나 또는 스트랜드 단면적의 1/2 미만으로 고정된다. 관용 편차는 프린팅 평면의 오프셋 및 틸트에 상응하게 한정되며, 상이한 값들을 가질 수 있다.
초기 조정을 위해, 예를 들어 스캐닝 단계에서, 시험 표본은 기초판 상에 배치될 수 있다. 틸트 및 기계적 오프셋은 시험 표본의 표면의 측정 포지션으로부터 예를 들어 시험 표본의 코너 및/또는 가장자리의 결정에 의해 확인된다.
프린트헤드의 정렬의 초기 조정을 위해, 한정된 프린트 도면 및 프린트 패턴이 프린팅될 수 있고, 프린팅된 프린트 도면이 분석될 수 있다.
재조정을 위해, 추가 스캐닝 단계가 제공될 수 있다. 개별 미프린팅된 재료는 기초판의 재조정을 즉시 자동적으로 필요로 하지는 않지만, 통상 시스템에 의해 인지된다. 이러한 경우, 기초판은 바람직하게는, 예를 들어 연장된 기간에 걸쳐 또는 예를 들어 특정 수의 복셀, 예를 들어 10개 초과의 복셀 또는 50개 초과의 복셀에 걸쳐 탐지된 편차의 경우 시스템 오류가 시스템에 의해 인지되었을 때 재조정된다.
바람직한 구현예에서, 스캐닝 단계에서, 프린팅 작업 전에, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면의 포지션은 무접촉식으로 결정되고, 확인된 표면의 CAD 모델이 생성된다. 데이터가 생성되고, 본원에서 공지된 처리 가능한 포맷으로 저장된다.
따라서, 임의의 형상의 본체 상에 코팅, 부속물(appendage) 또는 어플리케이션을 프린트하는 것이 가능하다. 예를 들어, 불균일한 형상의 본체, 예컨대 렌즈에는 프린팅-온 홀더(printed-on holder)가 제공될 수 있다. 또한, 코팅제 또는 버퍼 요소가 금속성 컴포넌트 상으로 프린팅될 수 있다. 또한, 실리콘 내에서 전극, 전기 액추에이터 또는 센서의 포매 프린트가 수행될 수 있다. 포매는 예를 들어, 이들 이식물을 인간 또는 동물 신체에 융화 가능한 방식으로 제조하기 위해 필요할 수 있다. 어플리케이션은 의료용 이식물, 예를 들어 보청기 이식물 또는 의료용 센서에 존재한다. 예를 들어, 전기 액추에이터 또는 센서는 전기활성 중합체를 실리콘 내로 포매함으로써 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 의해, 기존의 구조물 또는 컴포넌트의 이미지, 특히 투명한 컴포넌트의 이미지가 생성될 수 있다. 기존의 구조물 또는 컴포넌트가 스캐닝되며, CAD 모델에서 판독되고, 재프린팅된다. 유리하게는, 2개의 별도 장비가 필요하지 않으며, 따라서 별개의 스캐닝 유닛이 생략된다.
일 구현예에서, 적어도 하나의 외래 컴포넌트는 기초판 또는 프린팅된 층 상에 배치되며, 외래 컴포넌트의 프린트 가능한 표면의 포지션은 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 의해 확인된다.
따라서, 외부 요소는 또한, 프린팅 동안 기존의 프린팅된 본체 내로 삽입되고, 프린팅된 본체 내에 들어가 있을 수 있다. 높이의 측정은 외래 컴포넌트의 포지션 및 위치를 확인시켜 주고, 이들 데이터는 프린팅 공정에서 소프트웨어에 의해 추가로 처리된다. 외래 컴포넌트는 프린팅 작업 도중에 프린트 재료에 의해 완전히 또는 부분적으로만 코팅될 수 있거나, 또는 프린트 재료에 의해 밀폐될 수 있다.
기초판 또는 프린팅된 층 상에서 외래 컴포넌트의 배열은 바람직하게는, 예를 들어 로봇 팔에 의해 자동적으로 실시된다. 부정확성이 인지된다면, 이들은 리포지션될 수 있다.
외래 컴포넌트는 예를 들어, 전시 센서, 엑추에이터, 신호 변환기 또는 마이크로칩이다.
추가의 구현예에서, 프린팅 작업 후, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템에 의해, 프린팅된 프린트 재료의 포지션이 또한, 무접촉식으로 결정될 수 있다.
예를 들어 층별로 실행된 측정은 예를 들어 품질 관리의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, CAD 모델에서 실제 모델로부터 목표 모델의 차이가 제시된다. 특히, 접근이 어려운 대상물의 언더컷 및 내부 공간의 경우, 이러한 유형의 품질 문서화가 유리하다. 이후의 검사는 종종, 어렵게 가능하거나 또는 제한된 정도로만 가능할 것이다.
본 방법의 바람직한 구현예에서, 공초점 측정 장치를 갖는 시스템으로부터의 데이터는, 프린팅된 대상물의 품질-결정 지수, 특히 표면 거칠기, 표면 품질, 표면 텍스처, 포지션(특히 높이) 및 평면도 공차를 결정하고 표현하는 데 사용된다. 수득된 CAD 데이터에 의해, 스캔 또는 프린트 직후 품질-결정 지수의 표현이 실행 가능하다. 또한, 적절한 표준, 예를 들어 2010-2013 에디션의 EN ISO 25178에 따라, 3D 프린팅 유닛으로부터 표면 거칠기에 관한 즉시 데이터(immediate data)를 표현하는 것이 가능하다.
투명한 재료의 프린팅은 특히, 광학 렌즈와 같이 다수의 사용 분야를 가진다. 재료가 프린팅되는 층은 바람직하게는, 투명한 프린트 재료로부터 적어도 부분적으로 형성된다.
바람직하게는, 제안된 방법은 엘라스토머 부품, 특히 실리콘 엘라스토머 부품인 대상물의 제조에 사용된다. 엘라스토머 부품의 제조를 위해, 상기 기재된 프린트 재료 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 엘라스토머, 특히 실리콘 엘라스토머는 3D 프린트 공정에 특정 요구를 부과하는데, 이들 재료가 예를 들어 열가소성 플라스틱과는 대조적으로 탄성이 있어, 대상물의 제조 중에 변형될 수 있기 때문이다. 또한, 가교되지 않은 재료는 경화될 때까지 자유 유동한다.
본 발명은 또한 제안된 공정에 의해 제조되는 엘라스토머 부품, 특히 실리콘 엘라스토머 부품에 관한 것이다. 엘라스토머 부품은 바람직하게는 전술한 프린트 재료 중 하나를 사용하여 구성된다.
제안된 공정에 의해 제조된 대상물은 사출 성형에 의해 제조된 엘라스토머 부품의 품질에 상응하거나 심지어 초과할 수 있는 품질에 있어서 주목할 만하다. 동시에, 대상물의 표면은 원하는 대로 조정될 수 있다. 표면은 예를 들어 특히 규칙적인 구조를 고려하여 구조화될 수 있거나, 매끄럽고 및/또는 완전히 연속적일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 대상물은 오류로 미배치된 프린트 재료의 재프린팅으로 인해, 또한 임의의 포획된 공기 또는 기포를 갖지 않는다. 따라서, 예를 들어 의료용으로도 적합한, 신뢰 가능한 물리적 속성을 갖는 기계적으로 응력을 가할 수 있는 대상물이 제조될 수 있다. 예를 들어, 프린팅된 대상물에, 균질한 탄성 또는 매끄러운 속성이 제공될 수 있거나, 또는 광학 렌즈의 경우에는 등방성 광학 투명성이 제공될 수 있다. 또한, 기하학적 구조가 주조 방법에 사용되는 몰드에 의해 제한되지 않는다는 것이 프린팅된 대상물의 특징이다. 따라서, 프린팅된 대상물은 언더컷 및/또는 밀폐된 공동을 가질 수 있다. 프린팅된 대상물은 또한, 특히 몰드 절반의 분리 시에 그리고 러너(runner) 시스템에서 사출 성형 부품에서 발생하는 버(burr)가 없다.
시스템은 재료와 환경의 경계면(interface)에서 반사를 평가한다. 유리하게는, 공초점 측정 장치는 프린팅된 대상물과 접촉하지 않게 되고, 정전기 문제가 없다. 원치 않는 오염 및 변형이 피해진다. 광학 측정으로 인해 제시된 해결방안은 또한, 높은 분해능을 제공한다.
프린팅 평면으로부터 또는 프린팅된 대상물로부터 배출 장치까지의 거리의 연속적인 무접촉 탐지는, 프린트 재료의 최적 누적 높이를 준수할 수 있게 한다. 측정 결과를 취급하는 적합한 전략은, 대상물, 특히 또한 투명한 대상물을 높은 형상화 진도로 프린트하는 것을 가능하게 한다. 프린팅된 대상물의 스케일 진도 및 품질-결정 지수는 빈번하게 입증될 수 있다.
공초점 측정은 임의의 경도 및 임의의 점도를 갖는 성분 상에서, 및 또한 투명한 기판 상에서 거리 결정을 가능하게 한다. 따라서, 3D 어플리케이션 프린팅은 임의의 형상, 임의의 경도 및 임의의 점도를 갖는 본체 및 투명한 본체, 및 또한 지지 재료를 갖는 자가-지지 구조물 및 갖지 않는 자가-지지 구조물 상에서 가능하다. 또한, 임의의 형상, 임의의 경도 및 임의의 점도를 갖는 본체 및 투명한 본체를 3D-프린팅된 대상물 내로 포매시키는 것이 가능해진다.
따라서 보다 특히, 예를 들어 의료용 어플리케이션을 가능하게 하는 스케일 진도에 대한 요구를 충족시키는 것이 가능해지도록, 실리콘 프린트 및 실리콘을 이용한 어플리케이션 프린트를 실행하는 것이 가능하다.
도면이 단지 개략적인 형태로 본 발명의 요지를 도시지만, 도면은 본 발명의 실례를 도시한다. 도면을 참조하여 이하에 도시되고 설명된 실례는 본 발명의 요지에 대해 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 청구항의 범위 내에서 가능한 다수의 변형은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 제1 구현예에서 3D 프린팅 장비의 상면도이며,
도 2는 본 발명의 추가 구현예에서 3D 프린팅 장비의 상면도이며,
도 3은 본 발명의 제1 구현예에서 높이 측정의 측면도이며,
도 4는 본 발명의 추가 구현예에서 높이 측정의 측면도이며,
도 5는 분사 시 각도 공차를 나타내는 측면도이며,
도 6은 틸트 및 오프셋 기초판의 측면도이고,
도 7은 본 발명의 일 구현예에서 3D 장치의 기초판의 투과도이다.
다음의 본 발명의 실례에 대한 설명에서, 동일하거나 유사한 구성 요소 및 요소는 동일하거나 유사한 참조 번호로 제공되며, 이 경우 이러한 구성 요소 또는 요소에 대한 반복된 설명은 개별적인 경우에 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에서 3D 프린팅 장치(10)의 상면도를 도시한다. 3D 프린팅 장치(10)는, 주 제어기(마찬가지로 도시되지 않음)를 통해 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 작동되는 프린트헤드(12)를 포함한다. 도시된 작동예에서, 프린트 헤드(12)는 2개의 배출 장치(14)를 포함한다. 하나의 배출 장치(14)는 분사 노즐(16)로서 실행된다. 분사 노즐(16)은 프린트 재료를 개별 액적으로서 방출하고, 복셀 형태의 프린트 재료를 배치한다. 다른 배출 장치(14)는 디스펜서(18)로서 구성되고, 스트랜드 형태로 프린트 재료를 배치한다.
도 1에 도시된 예에서, 분사 노즐(16) 및 디스펜서(18)는 둘 다, 대상물(22)의 적층 구성에 사용된다. 예를 들어, 분사 노즐(16)의 도움으로, 대상물(22)의 표면을 형성하는 복셀이 배치되고, 대상물(22)의 내부를 채우기 위해 디스펜서(18)가 스트랜드를 배치한다. 대상물(22)은 기초판(24) 상에 구성된다.
3D 프린팅 장비(10)는 공초점 측정 장치(20)를 가지며, 이러한 공초점 측정 장치(20)는 본원에서 예를 들어 프린트헤드(12)에 관하여 고정된 위치에서 수송 슬라이드(32) 상에 상기 프린트헤드(12)와 동일한 면 상에 배치되고, 상기 수송 슬라이드(32)는 Y 축을 따라 프린트헤드(12)를 이동시킨다.
UV/VIS 방사선의 작용에 의해 경화되는 프린트 재료가 사용된다면, UV/VIS 광원이 제공된다. 도 1의 구현예에서, 이를 위해, UV/VIS 광을 위치-선택적 방식으로 발산하는 LED 바(26)가 제공된다. UV/VIS 광으로 기초판(24)의 영역을 커버할 수 있도록 하기 위해, LED 바(26)는 이동 가능하도록 설계된다.
열 경화성 프린트 재료의 경우에는, 대안적으로, 프린트 재료의 위치-선택적 가열을 위해 설정된 IR 광원이 제공된다. 이를 위해, IR 광원은 특히 프린트헤드(12)에 고정되어 있을 수 있다. 대안적으로, 가열 경화성 프린트 재료의 경화를 위해, 3D 프린팅 장비(10)가 가열 가능한 공간에서 작동될 수 있다.
기초판(24)에 대한 프린트헤드(12)의 포지션 설정을 위해, 3D 프린팅 장비(10)는 3개의 포지션 설정 유닛(28)을 또한 가지며, 이들 포지션 설정 유닛(28) 은 각각 3개의 공간 축 X, Y, 및 Z 중 하나에서 프린트헤드(12)의 이동을 가능하게 한다. 이를 위해, 포지션 설정 유닛(28)은 각각 축(30)에 연결되고, 이 축(30)을 따라 이동이 가능하게 된다. 제3 포지션 설정 유닛(도시되지 않음)이 기초판(24)에 할당되고, 도면의 평면 내에서 공간 방향에서 기초판(24)의 이동을 가능하게 한다. 도시된 2개의 포지션 설정 유닛(28)은 프린트헤드(12)에 할당되고, 프린트헤드(12)가 "X" 및 "Y"로 지정된 공간 방향으로 이동하는 것을 가능하게 한다. 3개의 포지션 설정 유닛(28)은 모두, 기초판(24)에 대해 3개의 공간 방향 중 임의의 방향으로 프린트헤드(12)의 포지션 설정을 가능하게 한다. 제시된 해결방안은 순전히 예시적이다. 당업자는 추가의 옵션을 알고 있다.
프린트헤드(12)의 포지션을 확인하기 위해, 3D 프린팅 장치(10)는 포지션 측정 유닛(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 포지션 측정 유닛은 예를 들어 각각, 3개의 공간 방향 X, Y 및 Z 중 하나에 할당되고, 프린트헤드(12) 또는 기초판(24)의 이동을 탐지할 수 있으며, 따라서 기초판(24)에 대한 프린트헤드(12)의 상대 포지션이 바람직하게는 지속적으로 결정된다.
도 2는 본 발명의 추가 구현예에서 3D 프린팅 장치(10)의 상면도를 도시한다. 3D 프린팅 장치(10)는 본질적으로, 도 1을 참조로 기재된 바와 같이 구성된다. 그러나, 3D 프린팅 장치(10)는, 프린트 재료용의 3개의 배출 장치(14), 및 3개의 공초점 측정 장치(20)가 제공된다는 점에서, 기재된 구현예와 상이하다.
2개의 제1 배출 장치(14)는 도 1을 참조로 하여 기재된 바와 같이 구성된다. 제3 배출 장치(14)는 추가 분사 노즐(34)로서 구성되고, 지지 재료의 배치를 위해 제공된다.
공초점 측정 장치(20)는 각각, 배출 장치(14) 중 하나에 할당된다. 공초점 측정 장치(20) 및 배출 장치(14)는 수송 슬라이드(32) 상에서 서로 반대면에 배열되고, 상기 수송 슬라이드(32)는 Y 축을 프린트헤드(12)를 이동시킨다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에서 높이 측정의 측면도를 보여준다. 도시된 것은, 기초판(24)보다 높이 있는 분사 노즐(16) 및 공초점 측정 장치(20)이다. 분사 노즐(16)은 액적(36)을 배치시키며, 이러한 액적(36)은 대상물(22) 또는 기초판(24)과 부딪힌 후, 프린팅된 복셀을 형성한다.
분사 노즐(16)은 공초점 측정 장치(20) 뒤에 배열되어, 프린팅 도중에, 공초점 측정 장치(20)에 의해 높이 측정이 처음으로 존재하고, 따라서 린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 포지션이 무접촉식으로 결정될 수 있다.
공초점 측정 장치(20)는 또한, 사전(prior) 스캐닝에 사용될 수 있다. 공초점 측정 장치(20)는 대안적으로, 예를 들어 프린팅된 대상물(22)의 CAD 모델을 얻기 위해, 프린팅된 프린트 재료의 포지션이 프린팅 이후에 무접촉식으로 결정되도록 사용될 수 있다.
다수의 프린트 오류가 대상물(22) 상에 보여진다. 제1 프린트 오류는, 공초점 측정 장치(20)에 의해 이미 분석되었으며 현재 층의 프린팅 동안 본 발명의 프린팅 장치(10)에 의해 교정될 수 있는 결함 부위(38)이다. 3D 프린팅 장치(10)는, 단지 하나 또는 몇 개의 미프링팅된 복셀이 관련되어 있으며 따라서 결함 부위(38)는 특정 재프린팅에 의해 즉시 수정될 수 있음을 결정한다.
프린팅된 대상물(22)은 공기 혼입부(40) 형태의 추가의 프린트 오류, 즉 프린트 재료에 의해 이미 완전히 둘러싸인 결함 부위(38)를 가진다. 프린트 재료와 공기의 다수의 경계면이 측정 광속(light beam)에서 발생하고 따라서 공기 혼입부(40)가 공초점 측정 장치(20)의 측정 영역 내에 여전히 존재한다면, 수신된 신호에 다수의 주파장이 존재하기 때문에, 공기 혼입부(40)는 공초점 측정 장치(20)에 의해 인지될 수 있다. 공기 혼입부(40)가 인지된다면, 예를 들어 오류 메세지가 발생될 수 있거나, 또는 프린팅된 대상물(22)이 거절되거나 예를 들어 추가의 품질 시험을 받을 수 있는 메세지가 주 제어기로 보내질 수 있다. 특히, 광학 및 의료 기술 분야에서, 공기 혼입부(40)와 같은 이러한 오류는 종종 허용 불가하며, 따라서 이들의 탐지가 필수적이다. 교정 불가능한 오류의 경우, 오류 인지 시간은 최소까지 단축된다.
추가의 프린트 오류는 대상물(22) 위로 상승부 형태로 보여지며, 예를 들어 환경, 예를 들어 먼지 입자로부터 기원하거나 또는 분사 노즐(16)로부터 분리되어 나온 경화된 재료로 구성될 수 있는 외래 물질의 가능한 혼입(42)을 보여준다. 외래 물질의 혼입(42)은, 대상물(22)로부터의 거리가 짧은 범위 내에서 변하기 때문에 공초점 측정 장치(20)에 의해 인지될 수 있다. 제시된 3D 프린팅 장치는, 외래 물질의 혼입(42)이 대상물(22) 내의 동일한 재료인지, 즉 프린트 재료 또는 지지 재료인지, 아니면 또 다른 재료인지 탐지할 수 있는데, 외래 물질의 환경/혼입(42)의 경계면의 반사 특성이 환경/대상물(22)의 경계면의 반사 특성과 상이하기 때문이다. 외래 물질의 혼입(42)의 탐지 후, 이러한 혼입(42)이 대상물(22)의 표면에 존재한다는 것을 즉, 대상물(22)의 프린팅된 층을 통해 탐지할 수 있다면, 사용자가 개입할 수 있거나 또는 외래 물질의 혼입(42)이 예를 들어 로봇 팔에 의해 자동적으로 제거될 수 있도록 하기 위해 상응하는 경고 메세지가 생성될 수 있다.
도 3은 또한, 프린팅된 대상물(22) 상에 예를 들어 로봇 팔의 도움으로 또는 수동적으로 포지션된 외래 컴포넌트(44)를 보여준다. 외래 컴포넌트(44)는 하나 이상의 프린트 재료 층으로 과다프린팅될 수 있으며, 따라서 이러한 외래 컴포넌트(44)는 결국 대상물(22) 내로 포매된다. 외래 컴포넌트(44)는 도 3에서는 직육면체로서 표시되어 있지만, 매우 편평한 외래 컴포넌트(44), 예를 들어 전자 프린팅된 회로판 또는 마이크로칩일 수도 있다. 외래 컴포넌트(44)가 대상물(22) 상에 포지션된 후, 외래 컴포넌트(44)의 포지션이 확인된다. 이를 위해, 스캐닝 단계에서 공초점 측정 장치(20)에 의해, 외래 컴포넌트(44)가 포지션되어 있는 대상물(22)의 표면이 분석되고, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면 상의 위치가 결정된다. 확인된 데이터는 예를 들어, 이로부터 CAD 모델을 생성하기 위해 또는 대상물(22)의 CAD 모델을 업데이트하기 위해 제어 시스템으로 전송될 수 있다.
프린팅된 마지막 층으로부터 분사 노즐(16)까지의 거리는 배출 높이 h1로서 나타나 있다. 프린팅된 마지막 층으로부터 공초점 측정 장치(20)까지의 거리는 배출 높이 h로서 나타나 있다. 2개의 매개변수는 고정된 기하학적 특성으로 인해 호환성이 있다. 외래 컴포넌트(44)가 높이의 측면에서 공초점 측정 장치(20)에 의해 측정된 규모(magnitude)만큼 프린팅된 대상물(22) 위로 돌출되어 있기 때문에, 외래 컴포넌트(44)의 과다프린팅에서, 기초판(24)으로부터 분사 노즐(16)까지의 거리는, 대상물(22) 위의 배출 높이 h1을 프린팅 동안 일정하게 유지시켜 프린팅된 대상물(22)의 품질을 일정하게 유지하기 위해, 상응하는 규모만큼 증가될 수 있다.
도 4는 본 발명의 추가의 구현예에서 높이 측정의 측면도를 보여준다. 이 도면은, 대상물(22)의 프린팅 동안 기초판(24) 상에서 앞서 진행하는 공초점 측정 장치(20)와 함께 디스펜서(18)를 보여준다. 디스펜서(18)는 기초판(24) 상에 프린트 재료의 스트랜드(46)를 누적시켜, 층(48)을 형성한다. 프린팅된 마지막 층으로부터 디스펜서(18)까지의 거리 역시, 배출 높이 h1로서 나타나 있다. 충분한 배출 높이 h1이 주어진다면, 최적의 경우 프린팅된 스트랜드(46)는 원통형 스트랜드 단면을 가진다. 디스펜서(18)의 이동은 스트랜드(46)를 약간 변형시킨다. 대안적으로, 스트랜드(46)의 추가 변형은 배출 높이 h1이 너무 작은 경우에 발생한다. 공초점 측정 장치(20)에 의한 배출 높이 h1의 연속 측정 또는 계산은 변형이 예를 들어 배출 높이 h1의 조정에 의해 교정될 수 있게 한다.
도 4는 또한, 공초점 측정 장치(20)를 갖는 시스템(21)의 일 구현예를 보여준다. 시스템(21)은 공초점 측정 장치(20) 및 평가 유닛(58)과, 서로 기능적으로 연결된 연결을 지칭한다. 이러한 작업예에서, 평가 유닛(58)은 제어기(23)에서 통합된 실행으로 존재한다. 제어기(23)는 외부 광원(50), 분광계(52) 및 평가 유닛(58)을 공통의 하우징에 포함한다. 대안적인 구현예에서, 예를 들어 평가 유닛(58) 및/또는 광원(50)은 적합한 접속기에 의해 외부 구성 유닛으로서 제공될 수 있다.
도식 형태로 제시된 이러한 구현예에서, 공초점 측정 장치(20)는 광원(50)을 가지며, 이러한 광원(50)은 예를 들어 균질한 광 스펙트럼을 갖는 백색 광원, 예를 들어 백색광 LED이다. 광원(50)으로부터의 광은 광섬유(25)에 의해 공초점 렌즈 배열(54)까지 가이드되며, 이러한 배열(54)은 도면에서 4개의 시준 렌즈(collimator lens)에 의해 표시되어 있다. 공초점 렌즈 배열(54)의 결과, 광원(50)으로부터 발산되는 광은 색수차(chromatic aberration)를 겪으며, 따라서 청색광은 적색광보다 강하게 굴절된다. 도시된 구현예에서 공초점 렌즈 배열(54) 이후로, 필터(56)가 배치되며, 이러한 필터(56)는, 프린팅되었지만 아직 경화되지 않은 층(48)의 원치않는 경화를 초래하는 광원(50)의 스펙트럼 컴포넌트를 여과해 낸다. 광원(50)으로부터의 광이 프린팅된 마지막 층(48), 또는 도 3을 참조로 하여 기재된 결함부(38), 공기 혼입부(40) 및 외래 컴포넌트(44)의 표면과 부딪히는 경우, 이러한 광은 이들에서 반사되고 동일한 광 경로를 통해, 즉, 필터(56), 공초점 렌즈 배열(54) 및 광섬유(25)를 통해 다시 제어기(23)까지 진행되며, 여기서, 반사된 광이 측정된다.
사용된 분광계(52)는 반사된 광을 이의 스펙트럼으로 나누는 임의의 분광계일 수 있다. 분광계(52)는 평가 유닛(58)에 연결된다. 평가 유닛(58)은 전형적으로 CPU 및 저장 수단, 및 추가의 계산 유닛 또는 출력 유닛, 예컨대 프린터, 모니터 등까지의 적합한 접속기를 포함한다. 보다 특히, 이러한 평가 유닛(58)은 분광계(52)에 의해 탐지된 스펙트럼에서 주파장을 결정하기 위한 모듈, 및 주파장의 주파수, 파장 강도 및 재료의 지정(assignment)을 포함하는 데이터베이스를 가진다. 따라서, 분광계(52) 및 평가 유닛(58)은 단층 또는 다층 재료를 분석하도록 설정되며, 따라서, 배출 높이 h1이 계산될 수 있고 예를 들어 도 3을 참조로 기재된 결함부(38), 공기 혼입부(40) 및 외래 컴포넌트(44)의 표면이 또한 탐지 가능하다.
공초점 측정 장치(20)는 초점 영역 내에서, 즉, 대상물(22)의 표면에서, 5 μm 내지 100 μm 범위, 바람직하게는 약 50 μm의 광점 직경을 가진다. 표면으로부터 프린트헤드(12) 또는 공초점 측정 장치(20) 사이의 거리의 결정에서 시스템(21)의 분해능은 10　nm 내지 0.5　μm, 바람직하게는 20　nm 내지 50　nm의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 공초점 측정 장치(20)는, 이러한 장치(20)가 적어도 X 및 Y 방향에서 복셀의 크기에 대략적으로 상응하는 100 내지 200 μm의 정확도를 갖도록 설계된다. 정확도는 또한, 기계적 특성에서 측정 공차에 의해, 즉, 수송 슬라이드(32) 상에서 공초점 측정 장치(20) 및 배출 장치(14)의 고정의 강성도(rigidity)에 의해 제약을 받는다.
도 5는 기초판(24) 위로 분사 노즐(16)을 측면에서 보여주며, 이때, 도시된 기초판(24)은 분사 노즐(16)에 대해 2개의 상이한 배출 높이 h1에 존재한다. 기계적 특성 및 노즐 기하학적 특성에서의 공차를 통해, 도면에서 프린트 제트(37)로서 도시된 전개된 액적은 수직으로 분출되지 않으며, 소정의 공차 범위 내에 존재하여, 원뿔(70)을 형성한다. 원뿔(70)은 원뿔 개구부 △Ω로 표시된다. 원뿔(70)의 끝부분은 분사 노즐(16)의 출구 개구부(68)를 형성한다. 한정된 프린트 도면 또는 프린트 패턴의 프린팅에 의해 및 프린트 도면의 포지션 또는 표면의 측정에 의해, 도 5에서 △X1(h1) 및 △X2(h1)로 표시된 궤도 공차의 결정이 배출 높이 h1의 함수로서 실행 가능하다. 후속해서 얻어진 값을 사용하여, 분사 노즐의 배출각(discharge angle) ω를 고정하거나, 또는 분사 노즐(16)의 마모 지표에 대한 가이드 값을 제공할 수 있다.
도 6은 기초판(24)을 측면도에서 2회 보여주며, 여기서, 시험체(62)(순전히 예로서 3개)는 기초판(24) 상에서 특정 거리의 간격을 두고 놓여 있다. 스캐닝 작업에서, 공초점 측정 장치(20)에 의한 시험체의 포지션 및 기하학적 특성의 측정에 의해, 기초판(24)의 오프셋 △X 및 틸트 α가 정상 포지션(74)에 관하여 확인될 수 있다. Y 방향에서의 기초판(24)의 틸트 및 오프셋이 또한, 측정된다. 틸트 및 오프셋의 사양은 프린팅 평면(60)의 포지션을 설명할 수 있다. 틸트 및 오프셋의 결정 후, 프린팅 평면(60)의 포지션을 수동으로 또는 자동적으로 조정하여, 정상 포지션(74)을 추정할 수 있다.
도 7은 기초판(24) 상에서 작동하는 교정 장치(72)와 함께 기초판(24)의 투시도를 보여준다. 교정 장치(72)는 예를 들어 주 제어기를 통해 공초점 측정 장치(20)를 갖는 시스템(21)에 기능적으로 연결되고, 프린팅 평면(60)의 포지션을 교정하도록 설정된다. 도시된 작업예에서, 교정 장치(72)는 오프셋 액추에이터(64) 및 틸트 액추에이터(66)를 가지며, 이들 액추에이터에 의해, 도 6을 참조로 하여 기재된 기초판(24)의 오프셋 △X, △Y 및 △Z 및 틸트 α가 조정될 수 있다.

Claims (15)

  1. 3D 프린팅 방법에 의해 대상물(22)을 제조하기 위한 3D 프린팅 장치(10)로서, 상기 3D 프린팅 장치(10)는 대상물(22)을 적층 제조하기 위해 목표 포지션에 프린트 재료를 배치하도록 설정된 적어도 하나의 배출 장치(14)를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드(12)를 가지고,
    상기 3D 프린트 장치(10)는, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드(12)까지의 거리를 무접촉식으로(contactlessly) 결정하도록 설정된 적어도 하나의 공초점 측정 장치(20)를 갖는 시스템(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프린트헤드(12)가 하나 이상의 분사 노즐(16)을 갖는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공초점 측정 장치(20)가, 프린트 재료의 경화를 유도하는 광 분획(fraction of light)을 발산하지 않는, 특히 240 내지 500　nm, 바람직하게는 250 내지 400　nm, 보다 바람직하게는 350 내지 400　nm, 특히 바람직하게는 365　nm 파장의 광을 발산하지 않는 광원(50)을 포함하거나, 또는
    상기 공초점 측정 장치(20)가, 프린트 재료의 경화를 유도하는 광 분획, 특히 240 내지 500　nm, 바람직하게는 250 내지 400　nm, 보다 바람직하게는 350 내지 400　nm, 특히 바람직하게는 365　nm 파장의 광을 여과해 내기 위해 하나 이상의 필터(56)를 갖는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공초점 측정 장치(20)를 갖는 상기 시스템(21)이 또한, 프린팅된 층(48) 내에서 공기(40)의 혼입 및 외래 물질(42)의 혼입을 결정하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공초점 측정 장치(20)를 갖는 상기 시스템(21)이 또한, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 재료를 결정하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 장치(10)가 상기 공초점 측정 장치(20)를 갖는 상기 시스템(21)에 기능적으로 연결되고 프린팅 평면(60)의 포지션을 교정하도록 설정된 교정 장치(72)를 갖는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 장치(10)가 프린팅된 대상물(22) 또는 외래 컴포넌트(44)의 포지션 설정 또는 조작을 위해 적어도 하나의 제어 가능한 로봇 팔(robot arm)을 갖는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 장치(10).
  8. 3D 프린팅 장치(10)를 사용하여 대상물(22)을 제조하는 방법으로서, 상기 3D 프린팅 장치(10)는 대상물(22)을 적층 제조하기 위해 목표 포지션에 프린트 재료를 배치하도록 설정된 적어도 하나의 배출 장치(14)를 갖는 적어도 하나의 프린트헤드(12)를 가지고,
    프린팅 작업 동안, 적어도 하나의 공초점 측정 장치(20)를 갖는 시스템(21)에 의해, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드까지의 거리가 무접촉식으로 결정되거나, 또는
    스캐닝 단계에서, 프린팅 작업 전에, 공초점 측정 장치(20)를 갖는 시스템(21)에 의해, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면의 포지션이 무접촉식으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    프린트 오류, 특히 미프린팅된 프린트 재료 및 외래 물질 누적물이 인지되고 교정되며, 및/또는 보고되며, 및/또는 기록되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 장치(10)가, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면으로부터 프린트헤드(12)까지 무접촉식으로 결정된 거리를 사용하여 보정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    스캐닝 단계에서, 프린팅 작업 전에, 프린팅되는 프린트 재료가 프린팅될 수 있는 표면의 포지션이 무접촉식으로 결정되고, 확인된 표면의 CAD 모델이 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 외래 컴포넌트(44)가 기초판(24) 또는 프린팅된 층(48) 상에 배치되며, 상기 외래 컴포넌트(44)의 프린트 가능한 표면의 포지션이 공초점 측정 장치(20)를 갖는 시스템(21)에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    프린팅 작업 후, 상기 공초점 측정 장치(20)를 갖는 상기 시스템(21)에 의해, 프린팅된 프린트 재료의 포지션이 또한, 프린팅 작업 후에 무접촉식으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공초점 측정 장치(20)를 갖는 상기 시스템(21)으로부터의 데이터가, 프린팅된 대상물(22)의 품질-결정 지수(index), 특히 표면 거칠기(roughness), 표면 텍스처, 포지션 및 평면도 공차(flatness tolerance)를 결정하고 표현하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료가, 투명한 프린트 재료로부터 적어도 부분적으로 형성된 층 상에 프린팅되는 것을 특징으로 하는, 방법.
KR1020197001802A 2016-07-20 2016-07-20 3d 프린터 및 대상물의 제조 방법 KR102207691B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2016/067286 WO2018014948A1 (de) 2016-07-20 2016-07-20 3d-druckvorrichtung und verfahren zum herstellen von objekten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190018723A true KR20190018723A (ko) 2019-02-25
KR102207691B1 KR102207691B1 (ko) 2021-01-26

Family

ID=56464215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197001802A KR102207691B1 (ko) 2016-07-20 2016-07-20 3d 프린터 및 대상물의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190217545A1 (ko)
EP (1) EP3487687B1 (ko)
JP (1) JP6801078B2 (ko)
KR (1) KR102207691B1 (ko)
CN (1) CN109476079B (ko)
WO (1) WO2018014948A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10291816B2 (en) * 2015-01-23 2019-05-14 Xerox Corporation System and method for identification and control of z-axis printhead position in a three-dimensional object printer
KR102365745B1 (ko) * 2017-06-01 2022-02-22 한국전자통신연구원 3d 객체의 출력 위치 보정 장치 및 방법
US11327464B2 (en) * 2018-03-08 2022-05-10 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Systems and methods of three-dimensional printing of collimators using additive approaches
FR3079443B1 (fr) * 2018-03-29 2021-05-14 Association Pour Les Transferts De Tech Du Mans Procede de fabrication additive d'une piece en elastomere, installation de fabrication et piece associees
DE102018109408A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-24 Siteco Beleuchtungstechnik Gmbh Led-modul mit silikonlinse in 3d druck
JP2020114630A (ja) * 2019-01-17 2020-07-30 株式会社リコー 造形装置、システム、方法およびプログラム
CN110186391A (zh) * 2019-05-22 2019-08-30 浙江大学 一种三维模型梯度扫描方法
CN112008976B (zh) * 2019-05-31 2023-01-31 西门子股份公司 增材制造装置及方法
KR20200144198A (ko) * 2019-06-17 2020-12-29 삼성디스플레이 주식회사 잉크 액적 부피 측정장치와, 그것을 이용한 잉크 액적 부피 측정방법과, 그 잉크 액적 부피 측정장치를 활용하는 박막층 형성장치 및, 상기 박막층 형성장치를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법
US20210154950A1 (en) * 2019-11-21 2021-05-27 Divergent Technologies, Inc. Fixtureless robotic assembly
US20230105584A1 (en) * 2019-12-31 2023-04-06 Elkem Silicones Shanghai Co., Ltd. Soluble support materials for additive manufacturing
IT202000010423A1 (it) * 2020-05-08 2021-11-08 Graf Synergy Srl Procedimento per la stampa tridimensionale di manufatti cavi
WO2022054144A1 (ja) * 2020-09-08 2022-03-17 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 積層造形におけるパウダーベッド評価方法、積層造形システム、情報処理装置およびその制御方法と制御プログラム
EP4217181B1 (de) 2020-09-22 2024-03-06 Wacker Chemie AG Verfahren und 3d-druckvorrichtung zur schichtweisen herstellung von objekten mittels lasertransferdruck
CN112622273A (zh) * 2021-01-15 2021-04-09 东莞市精诚世中智能装备有限公司 一种基于压电陶瓷的全彩树脂比例喷射阀
FR3126332A1 (fr) * 2021-08-27 2023-03-03 Saint-Gobain Weber France Contrôle d’impression 3D
WO2024100248A1 (en) * 2022-11-11 2024-05-16 Create It Real A/S Removal of printed articles from a 3d printer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007106070A (ja) * 2005-10-17 2007-04-26 Kokusai Kiban Zairyo Kenkyusho:Kk ３次元積層造形方法とその装置
US20100256300A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-07 Wacker Chemie Ag PT-Catalyzed, Addition-Crosslinking Silicone Compositions Self-Adhesive At Room Temperature
US20100292361A1 (en) * 2008-01-25 2010-11-18 Wacker Chemie Ag Hydrosilylation reactions activated through radiation
JP2013180120A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Olympus Corp 撮像装置及び撮像方法
US20140197576A1 (en) * 2011-06-16 2014-07-17 Arburg Gmbh + Co. Kg Device and method for the production of a three-dimensional object

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4530879A (en) 1983-03-04 1985-07-23 Minnesota Mining And Manufacturing Company Radiation activated addition reaction
US4510094A (en) 1983-12-06 1985-04-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Platinum complex
US4916169A (en) 1988-09-09 1990-04-10 Minnesota Mining And Manufacturing Company Visible radiation activated hydrosilation reaction
CA2014996A1 (en) 1989-05-19 1990-11-19 Joel D. Oxman Radiation activated hydrosilation reaction
US6376569B1 (en) 1990-12-13 2002-04-23 3M Innovative Properties Company Hydrosilation reaction utilizing a (cyclopentadiene)(sigma-aliphatic) platinum complex and a free radical photoinitiator
US6046250A (en) 1990-12-13 2000-04-04 3M Innovative Properties Company Hydrosilation reaction utilizing a free radical photoinitiator
JPH07120401A (ja) * 1993-09-03 1995-05-12 Olympus Optical Co Ltd 透明物体内の気泡検出装置
US6127446A (en) 1999-05-03 2000-10-03 General Electric Company Irradiation-curable silicone compositions, photo-active platinum (IV) compounds, and method
US6150546A (en) 1999-05-03 2000-11-21 General Electric Company Irradiation-curable silicone compositions, photo-active platinum (IV) compounds, and method
WO2006020685A2 (en) * 2004-08-11 2006-02-23 Cornell Research Foundation, Inc. Modular fabrication systems and methods
US20090062417A1 (en) 2007-08-31 2009-03-05 Momentive Performance Materials Gmbh Process For The Continuous Manufacturing Of Shaped Articles And Use Of Silicone Rubber Compositions In That Process
DE102008043316A1 (de) 2008-10-30 2010-05-06 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von Siliconformkörpern aus durch Licht vernetzbaren Siliconmischungen
DE102009027486A1 (de) 2009-07-06 2011-01-13 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von Siliconbeschichtungen und Siliconformkörpern aus durch Licht vernetzbaren Siliconmischungen
CN201780274U (zh) * 2010-09-03 2011-03-30 西安工业大学 一种光学表面亚表层损伤测量装置
DE102010043149A1 (de) 2010-10-29 2012-05-03 Wacker Chemie Ag Hochtransparente durch Licht vernetzbare Siliconmischungen
DE102011108799A1 (de) 2011-07-29 2013-01-31 Vermes Microdispensing GmbH Dosiersystem und Dosierverfahren
DE102012000664B4 (de) 2012-01-17 2014-07-10 Mirjana Jovanovic Vorrichtung zur Erzeugung von dreidimmensionalen Objekten
US9664625B2 (en) * 2012-09-28 2017-05-30 Rudolph Technologies, Inc. Inspection of substrates using calibration and imaging
BR112016002149A2 (pt) * 2013-07-31 2017-08-01 Organovo Inc métodos, sistemas e dispositivos automatizados para a fabricação de tecido
US9233507B2 (en) * 2013-11-22 2016-01-12 Charles Bibas 3D printing apparatus with sensor device
US9764515B2 (en) * 2014-05-01 2017-09-19 Musc Foundation For Research Development Multidispensor cartesian robotic printer
US10252466B2 (en) * 2014-07-28 2019-04-09 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods of machine vision assisted additive fabrication
US20160098824A1 (en) * 2014-10-03 2016-04-07 Tyco Electronics Corporation Three dimensional printing inspection apparatus and method
CN104290330B (zh) * 2014-10-31 2017-07-04 珠海天威飞马打印耗材有限公司 一种3d打印机及打印方法
DE102014222685A1 (de) * 2014-11-06 2016-05-12 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von Siliconelastomerteilen
DE202015103932U1 (de) 2015-07-28 2015-09-24 BigRep GmbH Ausgleich der Unebenheit einer Grundplatte beim 3D-Druck

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007106070A (ja) * 2005-10-17 2007-04-26 Kokusai Kiban Zairyo Kenkyusho:Kk ３次元積層造形方法とその装置
US20100292361A1 (en) * 2008-01-25 2010-11-18 Wacker Chemie Ag Hydrosilylation reactions activated through radiation
US20100256300A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-07 Wacker Chemie Ag PT-Catalyzed, Addition-Crosslinking Silicone Compositions Self-Adhesive At Room Temperature
US20140197576A1 (en) * 2011-06-16 2014-07-17 Arburg Gmbh + Co. Kg Device and method for the production of a three-dimensional object
JP2013180120A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Olympus Corp 撮像装置及び撮像方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109476079B (zh) 2021-04-06
EP3487687B1 (de) 2019-12-25
CN109476079A (zh) 2019-03-15
KR102207691B1 (ko) 2021-01-26
JP6801078B2 (ja) 2020-12-16
US20190217545A1 (en) 2019-07-18
WO2018014948A1 (de) 2018-01-25
EP3487687A1 (de) 2019-05-29
JP2019525856A (ja) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102207691B1 (ko) 3d 프린터 및 대상물의 제조 방법
CN108367491B (zh) 3d打印装置以及使用3d打印装置制造物体的方法
JP6909891B2 (ja) 三次元物体プリンタにおけるｚ軸の印字ヘッド位置を特定および制御するシステムおよび方法
KR102353098B1 (ko) 적층 가공에서의 인쇄 노즐의 동작 및 인쇄 노즐을 청소하기 위한 장치
JP6314991B2 (ja) 三次元造形装置および三次元造形方法
JP6720137B2 (ja) 容器アセンブリを有する光造形装置
JP2016111367A (ja) 塗布装置、インプリント装置、および物品の製造方法
US11798831B2 (en) Method for substrate registration and anchoring in inkjet printing
WO2020264314A1 (en) Method for substrate registration and anchoring in inkjet printing
WO2021073717A1 (de) 3d-druckvorrichtung und verfahren zur herstellung von objekten mit erhöhter druckqualität
WO2017099163A1 (ja) 三次元造形物の製造方法及び製造装置
JP2017109324A (ja) 立体物造形装置および調整方法
WO2017094563A1 (ja) インプリント装置、インプリント方法、および物品の製造方法
KR101518406B1 (ko) 광투과영역의 조절이 가능한 마스크를 이용한 3차원 인쇄 장치
Hsu et al. Technical development of multi-resin three-dimensional printer using bottom-up method
US20230067468A1 (en) 3d printing system and method
JP6552392B2 (ja) インプリント装置、計測方法、インプリント方法、および物品の製造方法
Mondal Calibration of the nozzles of 3D print heads
JP2017103314A (ja) インプリント装置、計測方法、インプリント方法、および物品の製造方法
US20190057881A1 (en) Imprint apparatus, imprinting method, and method of manufacturing article
KR20180118040A (ko) 비구면 광학 부재 제조방법
WO2016086207A1 (en) Method for manufacturing an optical element

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant