KR20190118197A - 볼류메트릭 3d 인쇄의 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20190118197A
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하이코 클라우젠
리비오 댈로로
조슈아 에스. 맥콘키
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 3D 오브젝트들을 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 시스템은, 빌드 볼륨(300) 및 하나 이상의 에너지 소스들(400)에 동작가능하게 연결된 적어도 제어기(200)를 포함한다. 빌드 볼륨은 제작될 오브젝트의 볼류메트릭 빌드가능 크기를 정의하고, 오브젝트를 제작하기 위한 매체들을 빌드 볼륨 내에 포함한다. 에너지 소스(들)는 적어도 제1 및 제2 에너지 빔을 에너지 소스(들)로부터 방출하도록 구성된다. 제어기는, 빌드 볼륨 내에서 매체들을 제작하는 것을 시작하기 위해 빌드 볼륨 내의 교차 포인트를 향해 제1 및 제2 방출된 에너지 빔들을 지향시키도록 구성된다. 제1 및 제2 빔들 각각으로부터의 에너지는 매체들로부터 오브젝트를 제작하기에 충분하지 않다. 집합적으로, 교차하는 빔들의 에너지가 오브젝트를 제작하기에 충분하기 때문에, 오브젝트는 일단 다수의 빔들이 교차하면 제작된다.

Description

볼류메트릭 3D 인쇄의 시스템들 및 방법들
[0001] 본 개시내용은 일반적으로, 적층 제조 프로세스(additive manufacturing process)들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 볼류메트릭 3D 인쇄 시스템(volumetric 3D printing system)들, 및 볼류메트릭 3D 인쇄 시스템들을 사용하는 방법들에 관한 것이다.
[0002] 적층 제조는, 몰드(mold)들 또는 다이(die)들을 필요로 하지 않으면서 신속한 프로토타이핑(prototyping)을 가능하게 한다. 스테레오-리소그래피(stereo-lithography), 융합 증착 모델링(fused deposition modeling), 3D 인쇄, 레이저 소결(laser sintering) 및 레이저 엔지니어링 네트 성형(laser engineered net shaping)을 포함하는 많은 유형들의 적층 제조 접근법들이 존재한다. 적층 제조는, 저비용 적응들 및 구성의 커스터마이징된 제품(customized product)들을 제공하며, 잠재적으로 다수의 재료들로부터 빌드(build)되는 경량의 복잡한 기하학적 구조들을 가능하게 한다. 이러한 유형들의 적층 제조 방법들 각각은 포인트 단위(point by point) 또는 층 단위로 재료들을 빌드업(buildup)하는 것을 필요로 한다.
[0003] 적층 제조가 때때로 제품들이 구성되는 방식에 대변혁을 가져올 것으로 고려되었지만, 이러한 제조 방법은 적층 제조를 사용한, 각각의 컴포넌트(component)의 생산 시간으로 인해 전통적인 제조 방법들을 대체하지 않았다. 예컨대, 위의 유형들의 적층 제조 프로세스들 중 임의의 적층 제조 프로세스에서 각각의 층이 완성된 후에, 예컨대 분말(powder)의 추가의 층이 추가되어 프로세스가 계속될 수 있다. 종종 이러한 프로세스들은, 하나의 층이 다음 층으로 계속되기 전에, 추가된 재료가 경화될 때까지의 대기 기간을 포함한다. 이러한 접근법은 본질적으로, 예컨대 전통적인 소결 또는 사출 성형보다 더 느리다. 이러한 제조 속도 부족은 직접적으로, 더 높은 비용들, 낮은 수량들, 및 그에 따른, 제한된 시장 점유율로 변환된다.
[0004] 제조 속도 부족에 대한 하나의 해결책은, 더 많은 수의 개인들이, 원하는 제품들을 직접 생산하는 것을 가능하게 할 수 있는 다수의 저비용 3D 프린터(printer)들을 제공하는 것이다. 다른 접근법은, 층 및 3D 프린터 당 인쇄되는 재료를 최대화하기 위해, 하나의 프린터에서 다수의 프로토타입(prototype)들을 나란히 그리고 하나의 프로토타입이 다른 프로토타입의 최상부에 놓이는 식으로(besides and on top of each other) 인쇄하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은, 임의의 재료들을 경화시키고, 추가의 분말을 제공하고, 그리고 세정(cleanup)하는 것에 대한 필요성으로 인해 대기 시간들이 증가되는 것으로 알려져 있다.
[0005] 일 실시예에서, 물리적 오브젝트(physical object)를 볼류메트릭적으로(volumetrically) 제작하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 오브젝트를 제작하기 위한 재료들이 내부에 배치된 빌드 볼륨(build volume)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 빌드 볼륨 내의 교차 포인트, 예컨대 너깃(nugget)을 향해 적어도 제1 및 제2 에너지 빔(energy beam)을 지향시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 빔들이 교차할 때, 오브젝트는 재료들로부터 구체화(materialize)되기 시작한다. 제1 및 제2 빔들은, 개별적인 빔이 재료들로부터 오브젝트를 제작하기에 충분하지 않고, 대신에 교차 포인트에서의 제1 및 제2 빔들이 집합적으로, 오브젝트를 제작하는 것을 시작하기에 충분하도록 구성될 수 있다.
[0006] 방법은 에너지 소스(energy source)들 중 하나 이상을 기록 모드(write mode)로부터 판독 모드로 스위칭(switching)하는 단계를 더 포함하며, 기록 모드는 오브젝트를 제작하기 위해 빔들을 방출하기 위한 모드이고, 판독 모드는 작업되고 있는 오브젝트의 진행 또는 상태를 결정하기 위해, 빌드 볼륨의 내부, 예컨대 재료들 및/또는 오브젝트를 스캐닝(scan)하도록 동작가능하다. 상태를 결정하기 위해, 예컨대 스캐닝된(scanned) 정보는 제작되고 있는 부품(part)의 형상 또는 피처(feature)들과 관련된 정보 또는 이미저리(imagery)를 포함할 수 있다. 그 다음으로, 스캐닝된 정보는, 제작 프로세스를 계속하기 위해 에너지 소스들의 하나 이상의 파라미터(parameter)들을 조정하기 위하여, 제어기 또는 다른 디바이스(device)에 송신될 수 있다. 방법은, 음향 부상(acoustic levitation)을 통해 또는 지지 구조 중 하나에 의해, 제작된 오브젝트를 지지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0007] 도 1은 본원에서 제공되는 본 개시내용에 따른, 오브젝트를 볼류메트릭 3D 인쇄하기 위한 시스템의 실시예의 블록 다이어그램(block diagram)을 예시하고;
[0008] 도 2는 본원에서 제공되는 본 개시내용에 따른, 그리고 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 제어기의 예시적인 실시예를 예시하고;
[0009] 도 3은 본원에서 제공되는 본 개시내용에 따른, 그리고 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 에너지 소스 및 빌드 볼륨의 예시적인 실시예를 예시하고;
[0010] 도 4는 본원에서 제공되는 본 개시내용에 따른, 그리고 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 에너지 소스 및 빌드 볼륨의 다른 예시적인 실시예를 예시하고;
[0011] 도 5는 본원에서 제공되는 본 개시내용에 따른, 그리고 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 에너지 소스 및 빌드 볼륨의 또 다른 예시적인 실시예를 예시하고; 그리고
[0012] 도 6은 본원에서 제공되는 본 개시내용에 따른, 부품을 볼류메트릭적으로 제작하는 방법의 예시적인 실시예에 대한 흐름도를 예시한다.
[0013] 다양한 실시예들을 구성하는 것으로서 아래에서 설명되는 컴포넌트들 및 재료들은 예시적인 것으로 의도되며 제한적이지 않다. 본원에서 설명되는 재료들과 동일한 또는 유사한 기능을 수행할 많은 적절한 컴포넌트들 및 재료들은 본 발명의 실시예들의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
[0014] 일반적으로, 본원에서 설명된 컴퓨팅 시스템(computing system)들 및 디바이스들은 다수의 컴퓨팅 컴포넌트들 및 회로소자, 이를테면, 예컨대, 메모리(memory) 또는 다른 저장 매체와 통신하는 하나 이상의 프로세서(processor)들(예컨대, Intel®, AMD®, Samsung®)에 의해 조립될 수 있다. 메모리는, 랜덤 액세스 메모리(RAM; Random Access Memory), 플래시가능한(flashable) 또는 플래시가능하지 않은(non-flashable) 판독 전용 메모리(ROM; Read Only Memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive)들, 플래시(flash) 드라이브들, 또는 당업자들에게 알려져 있으며 저장 능력들을 갖는 임의의 다른 유형들의 메모리일 수 있다. 컴퓨팅 시스템들 및 디바이스들은 또한, 몇몇 기능들, 예컨대, 저장 능력들, 프로그램 명령(program instruction)을 실행하는 것 등을 용이하게 하기 위해, 클라우드 컴퓨팅 기술(cloud computing technology)들을 활용할 수 있다. 컴퓨팅 시스템들 및 디바이스들은, 다른 디바이스들과의 유선 통신을 구현하기 위해 필요한 다른 하드웨어(hardware) 및 소프트웨어(software)에 부가하여, 하나 이상의 통신 컴포넌트들, 이를테면, 예컨대, 유사한 기능성을 갖는 하나 이상의 네트워크 인터페이스 카드(NIC; network interface card)들 또는 유사한 기능성을 갖는 회로소자, 하나 이상의 일방향 또는 다방향 포트(port)들(예컨대, 양방향 보조 포트, 유니버셜 직렬 버스(USB; universal serial bus) 포트 등)을 더 포함할 수 있다. 통신 컴포넌트들은 무선 송신기들, 시스템 내에서의 무선 통신을 구현하기 위한 종류들의 브로드캐스팅 하드웨어(broadcasting hardware)에 커플링될(coupled) 수 있는 수신기(또는 통합형 트랜시버(transceiver)), 예컨대, 적외선 트랜시버, 블루투스(Bluetooth) 트랜시버, 또는 당업자들에게 알려져 있으며 정보의 전송을 용이하게 하는 데 유용한 임의의 다른 무선 통신을 더 포함할 수 있다.
[0015] 이제, 도해(showing)들이 단지 본원의 청구대상의 실시예들을 예시하는 목적들을 위한 것이고, 본원의 청구대상을 제한하기 위한 것이 아닌 도면들을 참조하면, 도 1은 오브젝트를 볼류메트릭 3D 인쇄하기 위한 시스템(100)의 실시예의 블록 다이어그램을 예시한다. 시스템(100)은, 빌드 볼륨(300) 내의 재료들로부터 오브젝트들을 생성하고 그리고/또는 수정하기 위해 에너지 소스들(400)을 동작가능하게 제어하기 위하여, 유선 또는 무선 통신 링크(communication link)(150)를 통해, 시스템(100) 내의 하나 이상의 디바이스들, 예컨대 하나 이상의 빌드 볼륨들(300) 및/또는 에너지 소스들(400)에 동작가능하게 연결된 하나 이상의 제어기들(200)을 포함할 수 있다. 본 발명자들의 신규한 3D 인쇄 프로세스들은 빌드 볼륨 내의 재료들로부터 3D 물리적 오브젝트들 및 부품들을 제작하는 데 사용될 수 있으며, 3D 물리적 오브젝트들 및 부품들의 토폴로지(topology)들 및 기하학적 구조들은 통상적으로, 예컨대 컴퓨터-지원 설계(CAD; computer-aided design) 기술들을 통해 생성된 3D 디지털 모델(digital model)들을 통해 설명될 수 있다.
[0016] 도면들을 계속 참조하면 그리고 이제 도 2를 참조하면, 제어기(200)는 적어도, 메모리(204), 또는 프로세서(202)에 동작가능하게 연결된 다른 데이터 저장 컴포넌트(data storage component)(206), 예컨대 하드 디스크 드라이브, 고체-상태 드라이브 등에 저장된 제어 애플리케이션(control application)(250)의 하나 이상의 명령들 또는 커맨드(command)들을 실행하기 위해 메모리(204)에 동작가능하게 연결된 프로세서(202)를 포함할 수 있다. 제어 애플리케이션(250)은 시스템(100)의 디바이스들 중 하나 이상을 제어하기 위한, 예컨대 제작 프로세스를 용이하게 하기 위해 에너지 소스들(400) 및 에너지 소스들(400)로부터 방출되는 임의의 에너지를 제어하기 위한 명령들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 제어기(200)는 사용자 인터페이스(208)를 더 포함할 수 있으며, 사용자 인터페이스(208)는, 사용자 입력을 수신하고 디스플레이(display)(도시되지 않음) 상에 디스플레이가능한(displayable) 출력을 생성하기 위한 임의의 일반적인 인터페이스일 수 있다. 제어기(200)는 또한, 제어기(200)와 시스템(100)의 다른 디바이스들 사이의 통신을 용이하게 하기 위해 네트워크 어댑터(network adapter)/트랜시버(210)를 포함할 수 있다.
[0017] 도면들을 계속 참조하면 그리고 이제 도 3 내지 도 5를 참조하면, 빌드 볼륨(300)은 빌드 볼륨(300) 내에 적절한 양의 재료들 또는 매체들(MT)을 적어도 부분적으로 포함하도록 설계된 전체 또는 부분 인클로저(enclosure) 또는 컨테이너(container)일 수 있으며, 이는, 예컨대 제작될/제조될 오브젝트 또는 부품(도시되지 않음)의 최대 빌드가능 크기(buildable size)를 나타내는 볼륨을 정의한다. 즉, 대표적인 정의된 볼륨은, 제작 프로세스의 완료 시에 빌드 볼륨(300)이, 제작된 오브젝트를 포함할 수 있게, 되어야 한다. 재료들(MT)은, 제작될 부품 또는 오브젝트에 따라, 예컨대 알루미늄, 강철, 고니켈 합금들, 및 다른 가혹 환경 및/또는 온도 내성 금속들뿐만 아니라 세라믹 및 유리 재료들을 포함할 수 있다.
[0018] 일 예시적인 실시예에서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 빌드 볼륨(300)은, 예컨대 4개 이상의 면들 또는 측면 패널(side panel)들로 형성된 직육면체 형상을 가질 수 있다. 도 3은 4개의 측벽들(302), 및 적어도 최상부 패널(304) 및 베이스 패널(base panel)(306)을 갖는 빌드 볼륨의 실시예를 예시한다.
[0019] 부가적으로 또는 대안적으로, 빌드 볼륨(300)은, 재료들로부터 인쇄된 부품을 형성하기 위해, 볼륨 내에 재료들, 예컨대 너깃 또는 다른 구조를 현수(suspend)시키기 위해 베이스 패널(406)과 함께 또는 베이스 패널(406) 대신에 사용될 플랫폼(platform), 페디스털(pedestal) 또는 유사한 부재(308)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제어 애플리케이션(250)은, 예컨대 제작 프로세스 동안, 플랫폼의 회전 또는 다른 움직임(예컨대, 진동 움직임)을 제어하기 위한 명령들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 예컨대 빌드 볼륨 내에 너깃 또는 인쇄된 오브젝트의 부분들을 현수시키기 위해, 2개 이상의 와이어(wire)들(310), 코드(cord)들 또는 유사한 구성들이 빌드 볼륨을 통해 연장될 수 있거나 또는 빌드 볼륨 내에 놓일 수 있다(예컨대, 제거가능하게 또는 영구적으로 고정될 수 있음).
[0020] 또 다른 추가의 실시예에서, 인쇄된 오브젝트 또는 부품을 형성하는 재료들은 음향 또는 음파(sound wave) 부상을 통해 빌드 볼륨(300) 내에 포함되거나 현수될 수 있다. 음향 부상은, 고체들, 액체들, 또는 가스(gas)들, 예컨대 헤비 가스(heavy gas)들을 플로팅(float)시키기 위해, 사운드(sound), 또는 더욱 특히, 사운드의 특성들, 예컨대 파(wave)들 또는 진동들을 사용하는 프로세스이다. 파들은 하나 이상의 음향 또는 부상 디바이스들(450), 예컨대 초음파 디바이스, 음향 송신기들, 스피커(speaker)들 등을 통해 재료들(MT) 또는 부품(PT)을 향해 송신 및/또는 지향될 수 있다. 디바이스(들)(450)는, 제어 애플리케이션(250)의 제어 하에, 제작 프로세스 동안에 예컨대 음파의 초점 포인트를 재료들 또는 부품을 향해 지향시키고 제어하여 재료들 또는 부품을 부상시키거나 고정시키기 위해, 또는 프로세스의 완료 시에 부품(PT)을 이송하기 위해, 제어기(200)에 동작가능하게 연결될 수 있다.
[0021] 재료들을 플로팅(floating)시키는 것은 빌드 볼륨(300) 내의 영역으로 한정되거나, 또는 어떤 빌드 볼륨(300)도 제공되지 않는 실시예에서는 정의된 인쇄 영역(도시되지 않음)으로 한정될 수 있으며, 그 다음으로, 방출된 에너지들은, 교차되어 재료들을 작업하도록 지향될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 음향 부상을 통해, 부품을 형성하기 위한 재료들 또는 인쇄된 부품의 부분들을 제 위치에 현수시키거나 또는 홀딩(holding)하는 것은, 빌드 볼륨의 정해진 볼륨을 초과할 수 있는 볼륨을 갖는 오브젝트들의 제작 또는 구성을 가능하게 한다. 부품을 형성하기 위한 임의의 재료들 또는 부품을 빌드 볼륨(300) 내에서 적어도 부분적으로 현수시키기 위해, 베이스, 플랫폼, 와이어들, 부상 디바이스, 또는 압축 공기의 임의의 조합이 사용될 수 있다는 것이 또한 인식되어야 한다.
[0022] 도면들을 계속 참조하면, 직육면체 빌드 볼륨(300), 또는 패널들 또는 벽들 중 하나 이상은, 빌드 볼륨(300) 내에 오브젝트를 구성하기 위해 임의의 방출된 에너지가 그 직육면체 빌드 볼륨(300), 또는 패널들 또는 벽들 중 하나 이상을 통과하는 것을 가능하게 하기 위해 투명 또는 반투명 재료로 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 최상부(304) 및 베이스 패널(306)은, 에너지가 최상부(304) 및 베이스 패널(306)을 통과하는 것을 가능하게 하기 위해, 측면 패널들과 동일한 또는 유사한 재료들로 구성될 수 있다.
[0023] 도 5를 참조하면, 빌드 볼륨(300)은 원통 형상 또는 구 형상을 포함할 수 있다. 원통 형상 또는 구 형상은 빌드 볼륨(300)의 회전 대칭을 제공할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 직육면체와 유사하게, 원통형 또는 구형 빌드 볼륨은, 에너지 소스(400)로부터 방출된 에너지가 그 원통형 또는 구형 빌드 볼륨을 통해 빌드 볼륨(300) 내의 재료들 상으로 송신될 수 있도록, 투명 또는 반투명 재료들로 구성될 수 있다. 빌드 볼륨은, 빌드 볼륨(300)의 적어도 부분적인 인클로저를 형성하여, 적어도, 아치형 프로파일(arcuate profile)을 갖는, 빌드 볼륨의 부분들을 초래하기 위해, 반원형 패널에 부착된 적어도 하나의 패널, 예컨대 평평한 면을 포함하는 임의의 다각형 형상, 예컨대 삼각형 형상 또는 다른 하이브리드 형상(hybrid shape)으로 구성될 수 있다는 것이 추가로 인식되어야 한다.
[0024] 부가적으로 또는 대안적으로, 빌드 볼륨은 빌드 볼륨 내에 놓인 지지 오브젝트를 포함할 수 있다. 지지 오브젝트는, 인쇄된 물품, 예컨대 물리적 오브젝트의 제작 동안에, 인쇄된 물품, 예컨대 물리적 오브젝트가 시프팅(shifting)되는 것, 예컨대 위로 플로팅되는 것 또는 아래로 가라앉는 것을 방지하는 것을 돕기 위해 빌드 볼륨의 패널들 중 임의의 패널에 커플링될 수 있다. 지지 오브젝트의 예들은, 예컨대 하나 이상의 패널들의 내측 부분으로부터 물리적 오브젝트를 향해 연장되는 레버(lever), 로드(rod), 또는 유사한 부재를 포함할 수 있다. 레버들은 그와 같이 빌드 볼륨 내에 힌지되고(hinged) 제작 프로세스 동안에 이동가능하여서 전체에 걸쳐 지지를 제공할 수 있다. 지지 오브젝트는, 빌드 볼륨 내에 생성된 에너지들, 예컨대 열에 내성이 있는 재료들로 제조되어서, 제작 프로세스 동안에 작업되는 재료들을 방해하지 않을 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 음향 열 또는 레이저 가열 에너지들에 민감하지 않은 그러한 재료들의 예들은 소정의 금속들 또는 고온 세라믹들일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 지지 오브젝트의 부분들, 예컨대 인쇄된 물품과 맞물리는 그러한 부분들은, 지지 오브젝트로부터 초래될 수 있는 임의의 손상, 예컨대 표면 손상으로부터, 인쇄된 물품을 보호하기 위한 보호 재료를 포함할 수 있다.
[0025] 부가적으로 또는 대안적으로, 또 다른 추가의 실시예에서, 지지 오브젝트/구조는, 제작 프로세스 동안에 감소될 수 있는 재료들로 구성된 임시 구조일 수 있다. 이러한 실시예에서, 재료의 감소는 고전력 출력에서 다수의 교차 레이저들을 사용한 증발에 기반할 수 있다. 이러한 실시예에서, 지지 구조들은 미래의 인쇄되는 구역들의 인쇄를 위해 먼저 생성될 수 있고, 그 다음으로, 구조들 또는 지지 구조의 적어도 일부가 더 이상 남아 있지 않도록, 증발 프로세스를 통해 나중에 파괴될(destroyed) 수 있다.
[0026] 빌드 볼륨이 액체 재료들을 포함하는 실시예에서, 지지 오브젝트는, 지지 오브젝트가 제작 프로세스 동안에, 인쇄된 오브젝트가 포지션(position)이 변경되는 것, 예컨대 인쇄된 오브젝트가 플로팅되는 것 또는 가라앉는 것을 방지하도록, 놓여야 한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 본원에 개시된 바와 같이, 빌드 볼륨(300)의 임의의 실시예 내의 제작된 부품 및/또는 재료들을 위한 지지는 음향 부상을 통해 제공될 수 있다. 본원에서 설명된 지지 구조들의 조합이 재료들 및/또는 인쇄된 오브젝트를 지지하는 데 활용될 수 있다는 것이 추가로 인식되어야 한다. 예컨대, 음향 부상은, 인쇄된 오브젝트를 빌드 볼륨 내에서 지지하기 위해, 예컨대 레버와 함께 사용될 수 있다.
[0027] 도면들을 계속 참조하면, 빌드 볼륨(300)의 임의의 실시예는, 빌드 볼륨(300)의 재료들로의 방출된 에너지의 송신을 용이하게 하기 위해, 빌드 볼륨(300)에 영구적으로 또는 선택적으로 부착된 하나 이상의 가이드(guide)들(350)을 포함할 수 있다. 도 3의 실시예에서, 복수의 가이드들(350), 예컨대 도파관(wave guide)들은, 빌드 볼륨 내의 재료들과 에너지 이미터(energy emitter)들 사이에서 빌드 볼륨들에 포함되거나 통합될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 가이드들(350)은, 빌드 볼륨(300) 내의 재료들에 대한 접근(access)을 제공하는, 빌드 볼륨(300)의 벽들 또는 패널들(302) 중 임의의 것의 하나 이상의 개구들(도시되지 않음)을 통해 빌드 볼륨 내의 재료들을 향해 연장될 수 있다. 가이드들(350)은, 가이드들(350)이, 재료들에 대한 접근을 제공하기 위해 패널들의 개구들을 통해 적어도 부분적으로 연장될 수 있도록, 크기가 정해질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 가이드들(350)은, 예컨대 용접에 의해, 또는 당해 기술분야에 알려진 임의의 다른 고정 및 연결 수단에 의해 빌드 볼륨(300)에 부착될 수 있거나, 또는 또 다른 추가의 실시예에서, 가이드들은 하나 이상의 패널들과 일체로 형성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가이드들(350)은 빌드 볼륨(300) 내의 제1 포지션으로부터, 빌드 볼륨(300)의 벽들을 통해 적어도 부분적으로 연장되는 제2 포지션으로 이동가능할 수 있다. 제어기(200)는, 제어 애플리케이션의 제어 하에, 방출된 에너지를 빌드 볼륨(300) 내의 재료들을 향해 가이딩(guiding)하는 것을 돕기 위해, 제작 프로세스에 의해 요구되는 바와 같이, 이동가능 가이드들(350)이 연장 및 수축되게 할 수 있다.
[0028] 부가적으로 또는 대안적으로, 빌드 볼륨(300)은 투명한 윈도우(window) 또는 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 예컨대 가이드들은 빌드 볼륨에 선택적으로 부착될 수 있고, 빌드 볼륨 내의 재료들에 대한 접근을 제공하기 위해 임의의 패널의 투명한 윈도우 또는 인터페이스 위에 놓일 수 있다. 에너지 소스가 음향 에너지 소스들인 경우, 투명한 윈도우는, 에너지 소스의, 또는 가이드들 또는 빌드 볼륨 내에 배치된 임의의 재료들의 음향 임피던스(acoustic impedance)와 유사한 또는 매칭(matching)되는 음향 임피던스를 가질 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0029] 도면들을 계속 참조하면, 에너지 소스(400)는 음향 이미터들의 어레이(array)(도 3) 또는 레이저 에너지 소스(도 4)일 수 있다. 에너지 소스(400)는, 제작 프로세스 동안에 에너지 소스(400)로부터 방출되는 에너지를 제어하기 위해, 예컨대 제어기(200)를 통해 그리고 제어 애플리케이션(250)의 제어 하에 독립적으로 구성되거나 조정될 수 있다.
[0030] 도 3은, 에너지 소스(400)가 복수의 음향 이미터들을 포함하는 실시예를 예시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 각각의 패널 또는 패널들의 서브세트(subset)는, 에너지를 빌드 볼륨(300) 내로 방출하기 위해 전체 패널 또는 패널의 적어도 일부를 커버(cover)하도록 실질적으로 균일한 방식으로 나란히 포지셔닝된(positioned) 작은 음향 소스들을 포함할 수 있다. 각각의 에너지 소스(400), 예컨대 각각의 음향 이미터는 임의의 방출된 에너지를 빌드 볼륨(300) 내의 재료들을 향해 가이딩하기 위한 대응하는 가이드(350)와 정렬될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0031] 나란히 포지셔닝된 복수의 에너지 소스들(400)은 에너지 소스들의 그룹(grouping)을 형성한다. 에너지 소스들의 다수의 그룹들은 빌드 볼륨 주위에 균일하게 배열될 수 있는데, 예컨대 에너지 소스들의 다음 그룹으로부터 등거리로 이격될 수 있다. 음향 소스들 각각은, 전력 및 주파수의 관점에서, 예컨대 제어기(200)를 통해 서로 독립적으로 전력을 공급받고 그리고 제어될 수 있다. 빌드 볼륨(300)의 외측 표면들 주위의 음향 소스들의 강도는 또한, 예컨대 프로세스가 생성하려고 의도하는 볼륨의 3D 형상을 따라 초점 간섭 패턴(focal interference pattern)들을 음향 소스들이 생성하도록, 제어기(200)를 통해 실시간으로 제어될 수 있다.
[0032] 예컨대, 에너지 소스의 조정들은, 예컨대 에너지 소스로부터 방출되는 음향 에너지의 위상, 진폭 및/또는 주파수를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 음향 이미터들의 어레이는 빔 조향(beam steering) 및 빔 형성(beam forming)(BF)(도 3)을 할 수 있는 조정 위상 어레이 이미터(coordinated phased array emitter)일 수 있다. 음향 이미터들의 위상, 진폭 및 주파수 중 하나 이상의 조정은, 오브젝트를 생성하기 위한, 빌드 볼륨(300) 내에서의 음향 에너지의 조향 또는 가이딩을 가능하게 할 수 있다.
[0033] 조정은, 단일 에너지 소스(400)로부터 방출된 에너지가 빌드 볼륨 내의 재료들에 작용하여 빌드 볼륨 내에 오브젝트, 즉, 인쇄된 부품을 생성하기에 충분하지 않을 수 있게, 되어야 한다. 대신에, 다수의 에너지 소스들, 예컨대 2개 이상의 에너지 소스들로부터 방출된 에너지는, 빌드 볼륨 내에서, 에너지 소스들로부터 방출된 에너지가 교차하는 교차 포인트(IP)에서 오브젝트를 구성하기 시작하도록 요구될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 즉, 방출된 에너지들이 교차하는 포인트(IP)는 제작 프로세스 동안 오브젝트를 인쇄하기 위해 재료들을 작업하는 것을 시작하기에 충분한 에너지를 생성한다.
[0034] 도면들을 계속 참조하면, 에너지 소스(400)가 레이저 에너지 소스인 실시예에서, 레이저 에너지 소스로부터 방출된 레이저 에너지는 연속적이거나(예컨대, 연속적인 레이저 빔) 또는 펄스형(pulsed)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 그리고 음향 에너지 실시예와 유사하게, 단일 레이저 에너지 소스(400)로부터 방출된 에너지, 예컨대 에너지 빔은 빌드 볼륨 내의 재료들을 작업하기에 충분하지 않을 수 있으며, 대신에, 빌드 볼륨(300) 내에서 오브젝트를 제작하기 위한 재료들을 작업하기 위해, 다수의 에너지 소스들(400)로부터의 교차 포인트(IP)에서 생성된 에너지가 요구될 수 있다. 또 다른 추가의 예시적인 실시예에서, 상이한 에너지 소스들(400)의 조합이 제작 프로세스 동안 오브젝트를 생성하는 데 활용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0035] 또 다른 추가의 실시예에서, 단일 에너지 소스(400)는, 어떤 의미로는 2개 이상의 에너지 소스들로서 기능하도록 동작가능하게 구성될 수 있다. 즉, 단일 에너지 소스는 부품을 제작하기 위해 빌드 볼륨 내의 재료들을 향해 다수의 빔들을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 재료들은, 다수의 빔들이 교차할 때에만 작업될 수 있다. 즉, 단일의 방출된 빔은 재료들을 용융시키기에는 충분하지 않을 것이다. 대신에, 부품을 형성하기 위해 재료들을 용융시키기 위하여, 단일 에너지 소스(400)로부터의 다수의 교차하는 빔들이 요구될 수 있다.
[0036] 부가적으로 또는 대안적으로, 에너지 소스(400)의 임의의 실시예는, 방출된 에너지가 빌드 볼륨 내의 재료들, 예컨대 초기 제작 포인트를 정의하는 너깃으로 지향될 수 있도록, 빌드 볼륨(300)에 통합되거나 또는 선택적으로 빌드 볼륨의 외측 부분에 부착되고 놓일 수 있다.
[0037] 본원에서 사용되는 바와 같은 너깃은 물품이 제조되기 시작하는 초점 빌드 포인트(focal build point)를 설명할 수 있다. 일 실시예에서, 너깃은, 방출된 에너지가 교차하는 포인트에서 형성되는, 또는 빌드 볼륨 내에 선택적으로 배치되거나 증착된, 작업될 재료들의 클러스터(cluster)일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 너깃은, 예컨대 제어 애플리케이션의 제어 하에, 제어기를 통해, 방출된 에너지들의 초기 교차 포인트, 즉, 다수의 빔들이 교차하고 그리고 부품이 재료들로부터 성장하기 시작하는 초기 포인트에서의 재료들로서 식별될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 너깃은 오브젝트, 또는 제작되는 오브젝트에 대해 특정한 다른 구조일 수 있다. 예컨대, 일 예시적인 실시예에서, 너깃은 프로세서, 예컨대 실리콘 기반 프로세싱 회로(silicon based processing circuit)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 너깃은 그리퍼(gripper)(도시되지 않음) 또는 유사한 툴(tool)을 사용하여 빌드 볼륨의 최상부의 하나 이상의 개구들을 통해 빌드 볼륨 내로 하강될 수 있다. 너깃을 하강시킬 때, 너깃으로부터 구조를 성장시키기 위해, 너깃의 표면은, 교차하는 방출된 에너지 빔들을 통해 가열될 수 있다.
[0038] 부가적으로 또는 대안적으로, 시스템(100)은 빌드 볼륨(300) 내에 재료들(MT)을 보충하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 재료들(MT)을 보충하기 위한 수단은, 재료들(MT)을 포함하는, 그리고 재료들(MT)을 예컨대 빌드 볼륨(300) 내의 인쇄 영역에 피딩(feed)하도록 적응되고 크기가 정해진 예컨대 하나 이상의 튜브(tube)들 또는 유입구들을 통해 빌드 볼륨(300)에 동작가능하게 연결되는 외부 디바이스, 컨테이너, 또는 유사한 구성일 수 있다. 재료들을 보충하기 위한 수단은, 컨테이너로부터 인쇄 영역으로 전달되는 재료들(MT)의 유동을 제어하기 위한 명령들을 포함할 수 있는 제어 애플리케이션(250)의 제어 하에, 예컨대 제어기(200)를 통해 제어될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 보충 소스 또는 컨테이너는 빌드 볼륨(300) 내에 그리고 인쇄 영역 외측에 놓일 수 있고, 부품을 제작하기 위해 작업되는 임의의 재료들을 실질적으로 방해하지 않는 재료들로 구성될 수 있다.
[0039] 도면들을 계속 참조하면, 시스템(100)은 빌드 볼륨(300) 또는 인쇄 영역 내의 분말형 재료(powdered material)들을 순환시키기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 분말형 재료들을 순환시키기 위한 수단은 빌드 볼륨(300) 내의 분말형 재료들의 순환을 향상시키고 집중시키도록 동작가능한 에어 제트 스트림(air jet stream)(도시되지 않음) 또는 유사한 디바이스일 수 있다.
[0040] 도면들을 계속 참조하면, 그리고 이제 도 6을 참조하면, 볼류메트릭 3D 인쇄를 위한 방법(1000)이 제공된다. 방법(1000)의 예시적인 실시예에서, 빌드 볼륨은 작업될 재료들로 채워진다(1005). 하나 이상의 가이드들을 포함하는 빌드 볼륨의 실시예들에서, 하나 이상의 가이드들은 또한, 빌드 볼륨 내의 재료들과 동일한 또는 유사한 재료들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 가이드들의 재료들은, 제작 동작 동안에 어떤 반사도 초래되지 않도록, 빌드 볼륨 내의 재료들과 동일한 또는 유사한 음향 임피던스를 가질 수 있다. 예컨대, 빌드 볼륨이 알루미늄 분말형 재료들을 포함하는 실시예에서, 강철은 알루미늄의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 것으로 알려져 있기 때문에, 가이드는 철 또는 강철 분말형 재료들로 채워질 수 있다. 가이드들 내의 재료들, 예컨대 강철 분말형 재료들의 크기는 빌드 볼륨 내의 재료들의 크기에 비해 감소될 수 있다는 것이 추가로 인식되어야 한다. 부가적으로, 빌드 볼륨(300) 내의 재료들(MT)보다 온도 내성이 더 높은 가이드 재료들에 기반하여, 가이드(350)에서 더 높은 에너지 밀도가 획득될 수 있다.
[0041] 도면들을 계속 참조하면, 재료들은, 특정 유형들/스펙트럼(spectrum)들의 방사, 예컨대, 열, 자외선 광 등을 통해 경화될 수 있는, 예컨대 액체, 수지 또는 분말형 재료를 포함할 수 있다. 음향 에너지를 사용하는 실시예들에서, 액체 충전제 재료(liquid filler material)들은 더 양호한 파 전파(wave propagation)를 가능하게 할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 재료들은, 예컨대 실온에서 고체상일 수 있고 그리고 제어된 고온들에 노출 시에 액체상(예컨대, 용융물)으로 변화되는 금속들, 합금들, 및 폴리머(polymer)들을 포함할 수 있다.
[0042] 부가적으로 또는 대안적으로, 빌드 볼륨(300)은 가스로 채워질 수 있는데, 즉, 가스들은 빌드 볼륨(300) 내에서 재료들, 예컨대 분말형 재료와 함께 또는 그 대신에 사용될 수 있다. 가스들의 유형들은, 예컨대 헬륨, 아르곤, 질소를 포함할 수 있다.
[0043] 제작 프로세스를 위해 일단 빌드 볼륨이 준비되면, 즉, 빌드 볼륨이 작업될 재료들(MT)을 포함하면, 에너지 소스(400)는 빌드 볼륨(300) 또는 더 구체적으로는 인쇄 영역 내의 재료(MT)를 향해 지향될 수 있다(1010). 그 후에, 에너지 소스(400)로부터 방출된 임의의 에너지는 중심 포인트, 예컨대 빌드 볼륨 내의 너깃 상으로 지향될 수 있으며, 그 중심 포인트는 또한, 제작될 오브젝트/부품의 중심 포인트일 수 있다(1015). 빌드 볼륨 내의 재료들은, 일단 2개 이상의 에너지 소스들로부터 방출된 에너지가 교차하면 작업된다. 즉, 방출된 빔들은 빌드 볼륨 내에서 교차하도록 조향되고(steered) 지향되어, 재료들로부터 부품을 인쇄하기 시작한다(1020). 이러한 실시예에서, 방출된 에너지를 중심 포인트를 향해 지향시키거나 조향하는 것은, 부품이 내부에서 외부로, 예컨대 내측 표면들로부터 외측 표면들로(또는 적합한 경우, 그 반대의 경우도 가능함) 제작되는 것을 가능하게 한다. 방출된 에너지가 교차하는 경우, 교차 포인트(IP)는, 경화된 또는 소결된 재료(예컨대, 분말, 액체, 수지, 또는 가스)로부터 하나 이상의 복셀(voxel)들이 형성되어, 고체 인쇄된 제품이 초래될 수 있도록, 래스터링될(rastered) 수 있다.
[0044] 인쇄되는 재료가, 예컨대 분자 수준에서 가스 또는 액체에 용해되는 실시예에서, 방출된 레이저 에너지는 인쇄되는 재료를 성장시키는 것을 목표로 하는 핫 스팟(hot spot)들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 인쇄되는 재료는, 예컨대 할로겐에 용해되어, 인쇄되는 영역에 공급될 수 있다. 레이저들은, 재료가 추가될 필요가 있는 영역에 핫 스팟들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 핫 스팟들은 용해된 재료가 할로겐으로부터 분리되어, 그 재료가 그 자체로, 가열된 재료에 부착되는 것을 초래할 수 있다. 재료는 매우 미세하고 제어된 방식으로 성장될 수 있다. 분자 용해된 재료보다는 미세 분말을 사용하는 경우, 표면은, 분말 입자들이 관심 표면 포인트에 소결되는 포인트까지 가열될 수 있다. 빌드 볼륨(300) 내의 분말형 재료들은 제작 프로세스 동안, 예컨대 먼지 구름(dust cloud)과 같은 인쇄 영역에서 연속적으로 호버링(hover)될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0045] 논의된 바와 같이, 각각의 에너지 소스(400)는, 단일 소스로부터 방출된 에너지가 빌드 볼륨 내의 재료들을 구성 최종 부품으로 가공(예컨대, 용융)하기에 충분하지 않도록, 구성되어야 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 충분하지 않다는 것은, 단일의 방출된 에너지가 베이스 재료에 어떤 영향도 미치지 않거나 단지 제한된 영향만을 미친다는 것을 의미한다. 부가적으로, 재료는 방출된 에너지의 충분한 전파 깊이를 가능하게 해야 한다.
[0046] 종래의 층 단위 프로세스 대신에, 이러한 방식으로 부품을 제작하는 것은, 볼륨 내의 재료들이, 부품의 볼륨의 등위면(iso-surface)들에 따라 포지셔닝될 수 있는, 예컨대 복잡한 3D 표면 윤곽들로 성장, 즉, 구성되는 것을 가능하게 한다. 이러한 프로세스로부터 생산된 제품/부품은, 그 제품/부품이 부품 볼륨의 토폴로지를 따르기 때문에, 응력에 대해 더 높은 내성을 갖는 제품들이 된다. 볼륨들의 내측 부분들로부터 외측 부분들로 제작을 실현함으로써, 프로세스는, 최종 부품의 부분으로서 고체화되지 않지만, 최종 제품으로부터 제거될 필요가 있는 임의의 분말에 대한 컴퓨터 지원 제조(CAM; Computer Aided Manufacturing) 페이즈 이스케이프 루트(phase escape route)들에 대한 필요성을 감소시킨다는 것이 인식되어야 한다. 이스케이프 루트들은, 예컨대 제작이 완료된 후에 과잉 재료를 제거하기 위해 분말 기반 적층 제조에서 사용된다. 부가적으로, 본 발명자들의 본원의 개시내용에 따라 제작된 부품의 외측 표면들은 품질이 더 높을 것인데, 왜냐하면, 등위면들이 부품의 외측 표면들의 기하학적 구조에 대해 정렬되기 때문이다.
[0047] 도면들을 계속 참조하면, 부가적으로 또는 대안적으로, 방법(1000)은, 예컨대 제작 프로세스 동안에 에너지 소스를 기록 모드로부터 판독 모드로 스위칭하는 단계(1025)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 에너지 소스들이 음향 어레이들인 실시예에서, 음향 어레이들 중 하나 이상 또는 음향 어레이들 각각은 기록 모드 또는 판독 모드로 동작가능할 수 있다. 기록 모드는 빌드 볼륨 내에서 분말을 일시적으로 용융시켜 원하는 형상으로 고체화시키는, 사운드 보강 간섭(constructive interference of sound)일 수 있다. 판독 모드는, 어레이들에 의해 생성될 수 있고 그리고 원통의 외측 표면 상의 동일한 또는 상이한 어레이들에 의해 판독될 수 있는, 훨씬 더 낮은 전력의 음향 신호들의 반사 또는 횡방향 판독을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 그리고 관심 음향 경로 길이들이 기록 모드 동안 변화될 수 있기 때문에, 개재 및 반사 재료들이, 예컨대 분말로부터 고체로 특성들을 변화시킴에 따라, 미리-결정된 시간 기간 이후에 기록 모드를 중지시키고 판독 모드를 시작하는 것은, 빌드 볼륨 내부의 실시간 음향 3D 환경을 특징화하는 것을 가능하게 한다. 그 후에, 이러한 특징화는, 예컨대 제어기(200), 에너지 소스(400), 또는 어레이들을 제어하도록/구동시키도록 동작가능하게 구성된 다른 디바이스에 다시(back) 송신될 것이다. 특징화, 즉, 판독 정보를 수신 시에, 어레이들을 구동시키는 디바이스는 기록 빔들, 예컨대 음향 빔들을 더 정확하게 제어하기 위해 조정될 수 있다(1030).
[0048] 부가적으로 또는 대안적으로, 제작 프로세스 동안에 실시간 피드백(feedback)을 제공하기 위해, 카메라(camera)(500)(도 5), 비디오 레코더(video recorder), 또는 유사한 디바이스가 시스템(100) 내에, 예컨대 빌드 볼륨(300) 내에 제공되거나 또는 그에 동작가능하게 연결될 수 있다. 이러한 실시예에서, 예컨대, 에너지 소스(400)가 레이저 에너지 소스인 경우, 카메라(500)는, 필드(field)를 통해 광이 어떻게 전파될 수 있는지에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 이러한 정보에 기반하여, 기록 빔들을 더 정확하게 제어하기 위해, 방출된 에너지 특성들, 예컨대 전자기 빔의 강도 및/또는 깊이에 대한 조정들이 이루어질 수 있다.
[0049] 또 다른 추가의 실시예에서, 방법(1000)은, 제작 프로세스 동안에 경화되지 않은 과잉 재료가 이탈(escape)하는 것을 가능하게 하기 위해, 인쇄된 오브젝트에 하나 이상의 공동(cavity)들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 방법(1000)은, 과잉 재료 또는 잔류물을 제거하는 것을 돕기 위해 용매를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 미세 내수성 분말(fine water resistant powder)이 베이스 재료인 실시예에서, 물은 임의의 공동들에 삽입될 수 있고, 예컨대 미세 입자들의 용액이 물에서 생성되어, 예컨대 초음파 믹서(ultrasonic mixer)를 통해 적용될 수 있다. 그 다음으로, 용액은 인쇄된 오브젝트로부터 세척될 수 있고, 표면 공동은 폐쇄될 수 있다. 용액을 침전시킴으로써 또는 여과에 의해, 임의의 나머지 재료가 회수될 수 있다.
[0050] 본 발명자들이 이제, 임의의 오브젝트가, 알려진 3D 인쇄 기술들에서와 같이 슬라이스 단위(slice-by-slice)로 인쇄되기보다는 볼류메트릭적으로 인쇄될 수 있게 하는 수단을 개발하였다는 것이 인식되어야 한다. 본원에서 제공된 본 개시내용에 따른 디바이스들 및 오브젝트들의 인쇄 시간들은 수 배 더 신속할 것이다. 고체가 될 필요가 있는 빌드 볼륨 내의 모든 포인트들을 가열하고 용융시키기 위해, 많은 후속적인 간섭 패턴들이 생성되어야 할 수 있다는 것이 추가로 인식되어야 한다. 본원에서 개시된 실시예들에 따라 간섭 패턴들을 생성할 때, 다수의 열 포인트들이 동시에 생성되어, 필요한 경우, 전체 빌드 볼륨의 더 신속한 커버리지(coverage)를 초래할 수 있다. 따라서, 동일한 간섭 패턴 내에서, 볼륨의 다수의 포인트들을 동시에 용융시켜 고체로 만들 수 있다.
[0051] 특정 실시예들이 상세히 설명되었지만, 당업자들은, 본 개시내용의 전체 교시들을 고려하여, 그러한 세부사항들에 대한 다양한 수정들 및 대안이 개발될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예컨대, 상이한 실시예들과 연관하여 설명된 엘리먼트(element)들은 결합될 수 있다. 그에 따라서, 개시된 특정 어레인지먼트(arrangement)들은 단지 예시적인 것으로 여겨지며, 청구항들 또는 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 이러한 청구항들 또는 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구항들 및 이 청구항들의 임의의 그리고 모든 등가물들의 최대 폭인 것으로 주어져야 한다. "포함하는", "구비하는", 그리고 "갖는"이란 용어들이 확장-가능(open-ended)하고, 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며; 단수형의 사용이 복수형을 배제하지 않는다는 것이 주목되어야 한다.

Claims (29)

  1. 물리적 오브젝트(physical object)를 볼류메트릭적으로(volumetrically) 제작하기 위한 방법으로서,
    적어도 2개의 에너지 빔(energy beam)들이 교차 포인트(intersecting point)에서 교차하여 빌드 볼륨(build volume)(300) 내의 매체들(media)로부터 상기 물리적 오브젝트를 제작하도록, 복수의 에너지 빔들(1010)을 상기 빌드 볼륨(300) 내의 상기 교차 포인트를 향해 지향시키는 단계를 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨은, 상기 오브젝트의 최대 빌드가능 크기(buildable size)를 나타내고, 그리고 상기 지향된 에너지 빔들이 상기 빌드 볼륨을 통과하고 그리고 상기 매체들 상으로 전달되는 것을 가능하게 하기 위해 투명한 부분들을 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 에너지 빔들은 단일 에너지 소스(energy source)로부터 지향되는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 에너지 빔들은 다수의 에너지 소스들(400)로부터 지향되는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 에너지 소스들은 복수의 위상-어레이 음향 트랜스듀서(phased-array acoustic transducer)들 또는 레이저 에너지 소스(laser energy source)들 중 하나인,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨은 상기 에너지 소스들로부터 방출된 에너지 빔들을 지향시키기 위해 상기 빌드 볼륨 내의 매체들과 상기 에너지 소스들 사이에 복수의 가이드(guide)들(350) 포지션(position)을 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 에너지 소스는 복수의 위상-어레이 음향 트랜스듀서들이고, 그리고 각각의 가이드는 상기 빌드 볼륨 내의 매체들과 동일하거나 또는 유사한 음향 임피던스(acoustic impedance)들을 갖는 매체들을 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    각각의 에너지 소스는 상기 방출된 에너지를 상기 빌드 볼륨 내의 매체들을 향해 지향시키기 위해 개개의 가이드와 정렬되는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제작된 오브젝트의 상태를 결정하기 위해 적어도 상기 빌드 볼륨의 내부를 스캐닝(scanning)하고, 그리고 상기 오브젝트를 제작하는 것을 계속하기 위해 상기 결정된 상태에 기반하여 하나 이상의 에너지 소스들의 하나 이상의 파라미터(parameter)들을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제작된 오브젝트의 상태를 결정하기 위해 적어도 상기 빌드 볼륨의 내부를 스캐닝하고, 그리고 상기 오브젝트를 제작하는 것을 계속하기 위해 상기 결정된 상태에 기반하여 상기 에너지 소스들의 하나 이상의 파라미터들을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 내부를 스캐닝하고, 그리고 스캐닝된(scanned) 정보를 제어기(200)에 송신하여 상기 하나 이상의 파라미터들을 조정하기 위해, 카메라(camera)(500)가 상기 빌드 볼륨 및 상기 제어기(200)에 동작가능하게 연결되는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨 내의 매체들은 세립 분말형 재료(fine-grained powdered material), 액체 재료, 및 가스(gas) 중 하나 이상을 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨은 직육면체 형상을 포함하고 그리고 복수의 페이스 패널(face panel)들(302, 304, 306)을 포함하고, 그리고 상기 복수의 가이드들은 적어도 2개의 상이한 페이스 패널들로부터 연장되는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨은 원통 형상 또는 구 형상을 포함하고, 그리고 상기 가이드들은 상기 빌드 볼륨의 둘레 주위에 균일하게 배열되는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 에너지 소스들은 복수의 위상-어레이 음향 트랜스듀서들이고, 그리고 상기 복수의 위상-어레이 음향 트랜스듀서들 중 하나 이상은, 상기 빌드 볼륨의 내부를 스캐닝(scan)하고 그리고 상기 제작된 오브젝트의 상태를 결정하기 위해 판독 모드(read mode)에서 동작가능한,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨에 배열된 지지 구조; 상기 제작된 오브젝트 아래의 이동가능 플랫폼(moveable platform); 상기 빌드 볼륨의 내부로부터 현수되거나(suspended) 또는 상기 빌드 볼륨을 통해 적어도 부분적으로 연장되는 하나 이상의 와이어(wire)들; 및 음향 부상(acoustic levitation) 중 하나 이상에 의해, 상기 제작된 오브젝트의 적어도 일부 또는 상기 빌드 볼륨의 매체들을 지지하는 단계를 더 포함하는,
    물리적 오브젝트를 볼류메트릭적으로 제작하기 위한 방법.
  17. 3D 볼류메트릭 인쇄 시스템(volumetric printing system)으로서,
    빌드 볼륨(300) ― 상기 빌드 볼륨(300)은, 제작될 오브젝트의 빌드가능 크기를 나타내고 그리고 상기 오브젝트를 제작하기 위한 매체들을 상기 빌드 볼륨(300) 내에 포함함 ―;
    제어기(200)를 포함하며,
    상기 제어기(200)는, 하나 이상의 에너지 소스들(400)에 동작가능하게 연결되고, 그리고 상기 하나 이상의 에너지 소스들로 하여금, 상기 매체들에서의 교차 포인트를 향해 적어도 제1 및 제2 에너지를 방출하게 하여, 상기 제1 및 제2 방출된 에너지들이 집합적으로, 상기 매체들로부터 상기 오브젝트를 제작하기에 충분하도록 구성되는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방출된 에너지들은 단일 에너지 소스로부터 비롯되는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에너지 소스들은 복수의 위상-어레이 음향 트랜스듀서들 또는 레이저 에너지 소스들 중 하나 이상인,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨으로부터 연장되고 그리고 상기 빌드 볼륨 내의 매체들과 상기 하나 이상의 에너지 소스들 사이에 배열되는 하나 이상의 가이드들(350)을 더 포함하는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 에너지 소스들은 복수의 위상-어레이 음향 트랜스듀서들이고, 그리고 상기 하나 이상의 가이드들은 상기 빌드 볼륨 내의 매체들과 동일하거나 또는 유사한 음향 임피던스를 갖는 매체들을 포함하는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  22. 제17 항에 있어서,
    상기 제작된 오브젝트의 상태를 결정하기 위해 적어도 상기 빌드 볼륨의 내부를 스캐닝하고 그리고 상기 오브젝트를 제작하는 것을 계속하기 위해 상기 결정된 상태에 기반하여 상기 하나 이상의 에너지 소스들의 하나 이상의 파라미터들을 조정하기 위해, 상기 빌드 볼륨 및 상기 제어기에 동작가능하게 연결된 카메라(500)를 더 포함하는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  23. 제17 항에 있어서,
    상기 에너지 소스들 중 적어도 하나는 판독 모드에서 동작가능하고, 그리고 상기 판독 모드를 활성화할 시에, 판독 모드 에너지 소스는 제작되고 있는 오브젝트의 상태를 결정하기 위해 상기 빌드 볼륨의 내부를 스캐닝하도록 구성되고, 그리고
    상기 제어기는, 상기 오브젝트를 제작하는 것을 계속하기 위해 상기 결정된 상태에 기반하여 상기 하나 이상의 에너지 소스들의 하나 이상의 파라미터들을 조정하도록 구성되는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  24. 제17 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨 및 상기 제어기에 동작가능하게 연결된, 상기 빌드 볼륨 내의 매체들을 보충(replenishing)하기 위한 수단을 더 포함하는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 보충하기 위한 수단은 하나 이상의 피딩 라인(feeding line)들을 통해 상기 빌드 볼륨에 동작가능하게 연결된 저장 디바이스(storage device)이며,
    상기 저장 디바이스는 상기 빌드 볼륨 내의 매체들과 동일한 또는 유사한 매체들을 포함하고, 그리고 상기 매체들을 보충하기 위한 수단은 상기 동일한 또는 유사한 매체들을 상기 저장 디바이스로부터 상기 빌드 볼륨의 정의된 인쇄 영역으로 지향시키는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  26. 제17 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨 및 상기 제어기에 동작가능하게 연결된, 상기 빌드 볼륨 내의 매체들을 순환시키기 위한 수단을 더 포함하며,
    상기 매체들을 순환시키기 위한 수단은 상기 빌드 볼륨의 정의된 인쇄 영역에서 상기 매체들을 순환시키는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  27. 제17 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨은 상기 오브젝트의 최대 빌드가능 크기를 나타내는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  28. 제17 항에 있어서,
    상기 빌드 볼륨은 직육면체 형상, 원통 형상, 또는 구 형상 중 하나를 포함하는,
    3D 볼류메트릭 인쇄 시스템.
  29. 제1 항의 방법에 의해 제작된 부품.
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