KR20200016348A - 3차원(3d) 프린팅 - Google Patents

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Abstract

본원에는 3차원 물체를 프린팅하기 위한 방법 및 시스템이 설명되어 있다. 일 예에서, 3차원 물체를 프린팅하기 위한 방법은 :(i) 금속성 빌드 재료를 도포하는 것과, (ii) 금속성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 결합제 유체를 도포하는 것과, (iii) 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 금속성 빌드 재료 및 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시킬 수 있는 것을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, (i), (ii) 및 (iii)은 적어도 1회 반복되어 3차원 물체를 형성할 수 있다. 결합제 유체는 액체 전색제 및 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함할 수 있다.

Description

3차원(3D) 프린팅
본 개시는 3차원(3D) 프린팅에 관련된다.
3차원(3D) 프린팅은 디지털 모델로부터 3차원 고체 부품을 제조하는데 사용되는 적층 프린팅 프로세스일 수 있다. 3D 프린팅은 종종 신속한 제품 프로토타이핑(rapid product prototyping), 몰드 생성(mold generation), 몰드 마스터 생성(mould master generation) 및 단기 제조에 사용될 수 있다. 일부 3D 프린팅 기술은 연속적인 재료 층의 도포를 포함하기 때문에 적층 프로세스로 간주된다. 이것은, 종종 최종 부품을 생성하기 위해 재료의 제거에 의존하는 통상적인 기계가공 프로세스와는 다르다. 3D 프린팅은 종종 빌드 재료(building material)의 경화 또는 융합을 사용할 수 있으며, 이는 일부 재료에서는 열-보조 압출, 용융 또는 소결을 사용하여 성취될 수 있다.
본 개시의 예의 특징은 하기의 상세한 설명 및 도면을 참조하여 명백해질 것이며, 여기서 동일한 참조 번호는 유사하지만 아마도 동일하지 않은 구성요소에 대응한다. 간결화를 위해, 이전에 설명된 기능을 갖는 참조 번호 또는 특징은 이들이 나타나는 다른 도면과 관련하여 설명될 수 있거나 설명되지 않을 수도 있다.
도 1은 본원에 개시된 예시적인 3D 프린팅 시스템의 단순화된 등각도이고,
도 2a 내지 도 2f는 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예를 사용하는, 패터닝된 3차원 물체, 3차원 물체, 적어도 실질적인 비중합체 부품 및 3D 금속 부품의 형성을 도시하는 개략도이고,
도 3은 상이한 온도에서의 시간에 대한 오리지널 스티렌-아크릴 라텍스 결합제의 중량%의 그래프이고,
도 4a 내지 도 4c는 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예를 사용하는 3차원 물체의 형성을 도시하는 개략도이고,
도 5a 내지 도 5c는 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예에 의한 조사를 나타내는 예시적인 3D 프린팅 시스템의 단순화된 개략도이고,
도 6a 내지 도 6c는 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예에 의해 형성된 3차원 물체의 개략도이고,
도 7a 및 도 7b는 비교 3D 프린팅 방법(도 7b)과 비교하는, 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예(도 7a)에 의해 형성된 3차원 물체의 개략도이고,
도 8은 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예에 의해 형성된 3차원 물체의 개략도이고,
도 9는 본원에 개시된 3D 프린팅 방법의 예를 나타내는 흐름도이며,
도 10은 중합체 입자와 금속 입자를 융합시켜 3차원 물체를 형성하는데 사용되는 결합제 로딩과 에너지 밀도 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
3차원(3D) 프린팅의 일부 예에서, 결합제 유체(액체 작용제/재료로도 알려짐)가 빌드 재료 층에 선택적으로 도포된 후에, 다른 빌드 재료 층이 그 위에 도포된다. 결합제 유체는 이러한 다른 빌드 재료 층에 도포될 수 있고, 이들 프로세스는 3차원 물체를 형성하기 위해 반복될 수 있다. 결합제 유체는 3차원 물체의 빌드 재료를 함께 유지하는 결합제를 포함할 수 있다. 3차원 물체는 층별 축조 동안 또는 축조 후에 광자 에너지(photonic energy) 및/또는 열에 노출되어, 3차원 물체에서 빌드 재료를 소결하여 소결된 3D 부품을 형성할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "3D 프린팅 부품", "3D 부품", "3D 프린팅 물체", "3D 물체" 또는 "물체"는 완성된 3D 프린팅 부품 또는 물체, 또는 3D 프린팅 부품 또는 물체의 층일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 일부 용어의 끝에 있는 "(들)"은 이러한 용어/어구가 일부 예에서는 단수이거나 일부 예에서는 복수일 수 있다는 것을 나타낸다. "(들)"이 없는 용어도 또한 많은 예에서 단수 또는 복수로 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
패터닝된 3차원 물체에서 중합체 입자를 용융시키기 위해 분말 베드(powder bed) 전체를 가열하는 널리 용인된 방식을 사용하여 3차원 물체를 생성할 때, 열은 일반적으로 몇 초 초과 동안 인가된다. 이것은 3차원 물체를 생성하는데 사용되는 에너지의 양을 증가시킬 뿐만 아니라, 중합체 입자의 용융을 달성하기 위해 적어도 패터닝된 물체가 가열되는 시간 길이로 인해 결합제 내의 중합체 입자의 열 분해를 야기할 수 있다.
따라서, 중합체의 열화 없이 결합을 촉진시키기 위해 에너지의 인가에 의한 결합제 내의 중합체 입자의 신속한 용융에 대한 요구가 존재한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "패터닝된 3차원 물체"는 최종 3D 프린팅 부품을 나타내는 형상을 갖고 결합제 유체로 패터닝된 금속성 빌드 재료를 포함하는 중간 부품을 지칭한다. 패터닝된 3차원 물체에서, 금속성 빌드 재료 입자는 결합제 유체의 적어도 하나의 성분에 의해, 및/또는 금속성 빌드 재료 입자와 결합제 유체 사이의 인력(들)에 의해 서로 약하게 결합될 수 있거나 결합되지 않을 수 있다. 일부 경우에, 패터닝된 3차원 물체의 기계적 강도는 패터닝된 3차원 물체가 빌드 재료 플랫폼으로부터 추출되거나 핸들링될 수 없도록 한다. 또한, 결합제 유체로 패터닝되지 않은 임의의 금속성 빌드 재료는 패터닝된 3차원 물체에 인접하거나 이를 둘러싸는 경우에도 패터닝된 3차원 물체의 일부로 간주되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "3차원 물체"는 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합(flash fusing)시켜 선택적으로 도포된 결합제 유체와 금속성 빌드 재료를 결합시켜서 형성된 패터닝된 3차원 물체를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "소결된 3차원 물체"는 결합제 유체 내의 중합체 입자의 용융을 개시하는 플래시 융합 프로세스에 노출되고, 또한 중합체 입자가 금속성 빌드 재료 입자를 코팅하고 금속성 빌드 재료 입자 사이의 결합부(bond)를 생성 또는 강화시키는 중합체 접착제를 형성하도록 결합제 유체의 액체 성분의 기화에 기여할 수 있는 패터닝된 3차원 물체를 지칭한다. 다시 말해서, "소결된 3차원 물체"는 최종 3D 프린팅 부품을 나타내는 형상을 갖고, 결합제 유체(금속성 빌드 재료를 패터닝함)의 적어도 실질적으로 용융된 중합체 입자에 의해 서로 결합된 금속성 빌드 재료를 포함하는 중간 부품이다. 패터닝된 3차원 물체와 비교하여, 소결된 3차원 물체의 기계적 강도는 더 크다.
본원에 사용된 바와 같이, 또는 용어 "소결된 3차원 물체"는 소결 온도로 가열된 "3차원 물체"를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "3D 프린팅 부품", "3D 부품" 또는 "금속성 부품"은 완성된, 소결된 3차원 물체를 지칭한다.
일부 예에서, 3차원 물체를 프린팅하기 위한 방법은,
(i) 금속성 빌드 재료를 도포하는 것과,
(ii) 금속성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 결합제 유체를 선택적으로 도포하는 것―결합제 유체는 액체 전색제 및 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함함―과,
(iii) 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 금속성 빌드 재료 및 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키는 것과,
(iv) (i), (ii) 및 (iii)을 적어도 1회 반복하여 3차원 물체를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 플래시 융합의 결과로서 결합제 유체 내의 액체의 적어도 부분적인 기화가 일어난다.
일부 예에서, 3차원 물체를 프린팅하기 위한 방법은 (ii-a) 결합제 유체로부터 실질적으로 대부분의 액체를 제거함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 건조시키는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 예에서, 3차원 물체를 프린팅하기 위한 방법은 (v) 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 예에서, 중합체 입자는 약 25℃ 내지 약 125℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있고, 중합체 입자는 약 250℃ 내지 약 600℃의 열 분해 온도를 가질 수 있다.
일부 예에서, 플래시 융합 온도는 약 125℃ 내지 약 400℃, 또는 일부 예에서는 약 125℃ 내지 약 450℃일 수 있다.
일부 예에서, 플래시 융합은 금속성 빌드 재료 및 선택적으로 도포된 결합제 유체에 적어도 하나의 펄스로서 비간섭성 광자 에너지(non-coherent photonic energy)를 인가하는 광자 에너지 방출기를 사용하여 일어날 수 있다.
일부 예에서, 플래시 융합은 금속성 빌드 재료 및 결합제 유체에 조사하는 것일 수 있다.
일부 예에서, 플래시 융합은 가스 방전 광자 에너지 방출기를 사용하여 일어날 수 있고, 가스 방전 광자 에너지 방출기에 이용되는 가스는 크세논, 크립톤, 아르곤, 헬륨, 네온 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일부 예에서, 중합체 입자는 결합제 유체의 총 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 결합제 유체 내에 존재할 수 있다.
일부 예에서, 3차원 물체를 프린팅하기 위한 프린팅 시스템이 설명된다. 프린팅 시스템은, 금속성 빌드 재료의 공급부와, 빌드 재료 분배기와, 액체 전색제 및 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함하는 결합제 유체의 공급부와, 결합제 유체를 선택적으로 분배하기 위한 잉크젯 도포기와, 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 금속성 빌드 재료 및 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키기 위한 광자 에너지 방출기를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 광자 에너지 방출기는 약 0.5 J/㎠ 내지 약 25 J/㎠, 또는 약 20 J/㎠ 미만, 또는 약 10 J/㎠ 미만, 또는 약 5 J/㎠ 미만, 또는 약 2 J/㎠ 미만, 또는 약 1 J/㎠ 미만의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 인가할 수 있다. 이러한 에너지 밀도는 층별로, 또는 2개의 층마다, 또는 3개의 층마다 등등, 또는 패터닝된 3차원 물체가 완전히 패터닝되었을 때 인가될 수 있다.
일부 예에서, 광자 에너지 방출기는 약 1초 미만, 또는 약 0.5초 미만, 또는 약 0.1초 미만, 또는 약 0.01초 미만 동안 에너지 플럭스를 인가할 수 있다. 이러한 기간은 각 층별로, 또는 2개의 층마다, 또는 3개의 층마다 등등, 또는 패터닝된 3차원 물체가 완전히 패터닝되었을 때 적용 가능할 수 있다.
일부 예에서, 프린팅 시스템은 제어기와, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 더 포함할 수 있으며, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에는, 제어기가, 빌드 재료 분배기 및 잉크젯 도포기를 이용하여, 결합제 유체의 선택적인 도포를 갖는 금속성 빌드 재료의 적어도 하나의 층을 반복적으로 형성하는 것과, 광자 에너지 방출기를 이용하여, 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 금속성 빌드 재료 및 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키는 것에 의해, 3차원 물체를 프린팅하게 하는 컴퓨터 실행가능 명령이 저장된다.
일부 예에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에는, 제어기가, 또한 적어도 하나의 열원을 이용하여 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것에 의해, 3차원 물체를 프린팅하게 하는 컴퓨터 실행가능 명령이 저장된다.
일부 예에서, 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것은 약 10분 내지 약 48시간, 또는 약 36시간 미만, 또는 약 24시간 미만, 또는 약 12시간 미만, 또는 약 10시간 미만, 또는 약 8시간 미만, 또는 약 6시간 미만, 또는 약 4시간 미만, 또는 약 2시간 미만, 또는 약 1시간 미만의 소결 기간 동안 수행될 수 있다.
일부 예에서, 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것은 불활성 가스, 저 반응성 가스, 환원 가스, 진공, 전술한 것 중 적어도 하나에 대한 단계적 노출, 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서 일어날 수 있다.
일부 예에서, 중합체 입자는, 스티렌, p-메틸 스티렌, α-메틸 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 옥타데실 아크릴레이트, 옥타데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 비닐벤질 클로라이드, 이소보르닐 아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 에톡실화 노닐 페놀 메타크릴레이트, 에톡실화 베헤닐 메타크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 모노아크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, n-옥틸 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 알콕실화 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 디메틸 말레에이트, 디옥틸 말레에이트, 아세토아세톡시에틸 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, N-비닐 이미다졸, N-비닐카르바졸, N-비닐-카프로락탐, 이들의 조합물, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된(그렇지만 이에 제한되지 않음) 단량체의 자유 라디칼 중합에 의해 생성된 라텍스 중합체 입자일 수 있다.
본원에 개시된 일부 예에서, 결합제 유체는 결합제 유체의 액체 전색제 전체에 분산된 중합체 입자를 포함할 수 있다. 금속성 빌드 재료의 층에 도포될 때, 액체 전색제는 빌드 재료를 습윤시킬 수 있고, 중합체 입자는 층의 미세 기공(즉, 금속성 빌드 재료 입자 사이의 공간) 내로 침투할 수 있다. 이와 같이, 중합체 입자는 금속성 빌드 재료 입자 사이의 빈 공간 내로 이동할 수 있다. 결합제 유체 내의 중합체 입자는 결합제 유체 내의 중합체 입자를 플래시 융합시킴으로써 활성화, 경화 및/또는 용융될 수 있다. 플래시 융합 동안, 선택적으로 도포된 결합제 유체는 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 금속성 빌드 재료를 결합시킨다. 활성화, 경화 또는 용융될 때, 결합제 유체 내의 중합체 입자는 적어도 실질적으로 연속적인 네트워크를 형성하여 금속성 빌드 재료 입자를 3차원 물체 형상으로 접착시킨다. 3차원 물체는 유해한 영향을 받지 않고(예를 들어, 형상이 손실되지 않음) 빌드 재료 플랫폼으로부터의 추출을 견딜 수 있기에 충분한 기계적 강도를 갖는다.
일부 예에서, 일단 추출되면, 3차원 물체를 중합체 입자의 열 분해 온도로 가열하여 중합체 입자를 열 분해함으로써 3차원 물체가 탈지(de-binding)될 수 있다. 중합체 입자 중 적어도 일부가 열 분해될 때, 적어도 실질적인 비중합체 부품이 형성될 수 있다. 다음에, 적어도 실질적인 비중합체 부품은 소결 온도로 가열되어 금속성 빌드 재료 입자를 소결하고 금속 부품을 형성할 수 있다.
일부 예에서, 일단 추출되면, 3차원 물체는 소결 온도로 가열되어 금속성 빌드 재료 입자를 소결하고 소결된 3차원 물체 또는 금속 부품을 형성할 수 있다.
본 출원의 도면을 참조하면, 도시된 구성요소 및 스케일은 기능적 및 목표 결과에 영향을 미치지 않는 방식으로 상이한 크기 및 위치로 재배열될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이제 도 1을 참조하면, 3D 프린팅 시스템(10)의 예가 도시되어 있다. 3D 프린팅 시스템(10)은 추가의 구성요소를 포함할 수 있고, 본원에 설명된 구성요소 중 일부가 제거 및/또는 변경될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 도 1에 도시된 3D 프린팅 시스템(10)의 구성요소는 축척으로 도시되지 않을 수 있고, 그에 따라 3D 프린팅 시스템(10)은 본원에 도시된 것과는 상이한 크기 및/또는 구성을 가질 수 있다.
3차원(3D) 프린팅 시스템(10)은 일반적으로 금속성 빌드 재료(16)의 공급부(14)와, 빌드 재료 분배기(18)와, 액체 전색제(liquid vehicle) 및 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함하는 결합제 유체(36)의 공급부와, 결합제 유체(36)를 선택적으로 분배하기 위한 잉크젯 도포기(inkjet applicator)(24)(도 2c)와, 적어도 하나의 광자 에너지 방출기(32, 32')와, 제어기(28)와, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하며, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에는, 제어기(28)가, 빌드 재료 분배기(18) 및 잉크젯 도포기(24)를 이용하여, 빌드 재료 분배기(18)에 의해 도포되고 결합제 유체(36)를 수용한 금속성 빌드 재료(16)의 다수의 층(34)(도 2b)을 반복적으로 형성해서, 패터닝된 3차원 물체(42)(도 2e)를 생성하게 하고, 적어도 하나의 광자 에너지 방출기(32, 32')를 이용하여, 패터닝된 3차원 물체(42) 내의 중합체 입자를 플래시 융합시켜 3차원 물체(42')를 생성하고, 3차원 물체(42')를 열원(48)을 사용하여 소결 온도로 가열해서 금속 부품(50)을 형성하게 하는 컴퓨터 실행가능 명령이 저장된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프린팅 시스템(10)은 빌드 영역 플랫폼(12)과, 금속성 빌드 재료 입자(16)를 수용하는 빌드 재료 공급부(14)와, 빌드 재료 분배기(18)를 포함한다.
빌드 영역 플랫폼(12)은 빌드 재료 공급부(14)로부터 금속성 빌드 재료(16)를 수용한다. 빌드 영역 플랫폼(12)은 프린팅 시스템(10)과 통합될 수 있거나, 프린팅 시스템(10) 내로 개별적으로 삽입 가능한 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 빌드 영역 플랫폼(12)은 프린팅 시스템(10)과 별도로 이용 가능한 모듈일 수 있다. 도시된 빌드 영역 플랫폼(12)은 또한 하나의 예이며, 플래튼(platen), 제작/프린트 베드(fabrication/print bed), 유리 플레이트 또는 다른 빌드 표면과 같은 다른 지지 부재로 대체될 수 있다.
빌드 영역 플랫폼(12)은 화살표(20)로 표시된 방향으로, 예를 들어 z-축을 따라 이동될 수 있고, 그에 따라 금속성 빌드 재료(16)는 플랫폼(12) 또는 금속성 빌드 재료(16)의 사전 형성된 층으로 전달될 수 있다(도 2d 참조). 일 예에서, 금속성 빌드 재료 입자(16)가 전달될 때, 빌드 영역 플랫폼(12)은 빌드 영역 분배기(18)가 금속성 빌드 재료 입자(16)를 플랫폼 상으로 가압하여 그 위에 금속성 빌드 재료(16)의 층(34)을 형성하도록 충분히 (예를 들어, 하향) 전진하도록 프로그래밍될 수 있다(도 12a 및 도 12b 참조). 빌드 영역 플랫폼(12)은 또한, 예를 들어 새로운 부품이 축조될 때, 원래 위치로 복귀될 수 있다.
빌드 재료 공급부(14)는 빌드 재료 분배기(18)와 빌드 영역 플랫폼(12) 사이에 금속성 빌드 재료 입자(16)를 위치시키기 위한 용기(container), 베드 또는 다른 표면일 수 있다. 일부 예들에서, 빌드 재료 공급부(14)는, 예를 들어 빌드 재료 공급부(14) 위에 위치된 빌드 재료 공급원(도시되지 않음)으로부터 금속성 빌드 재료 입자(16)가 공급될 수 있는 표면을 포함할 수 있다. 빌드 재료 공급원의 예는 호퍼(hopper), 오거 컨베이어(auger conveyor) 등을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 빌드 재료 공급부(14)는 금속성 빌드 재료 입자(16)를 저장 위치로부터 빌드 영역 플랫폼(12) 상으로 또는 금속성 빌드 재료(16)의 사전 형성된 층 상으로 스프레딩(spreading)될 위치로 전달하기(이동시키기) 위한 메커니즘(예를 들어, 전달 피스톤)을 포함할 수 있다.
빌드 재료 분배기(18)는 화살표(22)로 표시된 방향으로, 예를 들어 y-축을 따라 빌드 재료 공급부(14) 위로 그리고 빌드 영역 플랫폼(12)을 가로질러 이동되어, 금속성 빌드 재료(16)의 층을 빌드 영역 플랫폼(12) 위로 스프레딩할 수 있다. 빌드 재료 분배기(18)는 또한 금속성 빌드 재료(16)의 스프레딩에 이어서 빌드 재료 공급부(14)에 인접한 위치로 복귀될 수 있다. 빌드 재료 분배기(18)는 블레이드(예를 들어, 닥터 블레이드(doctor blade)), 롤러, 롤러와 블레이드의 조합, 및/또는 빌드 영역 플랫폼(12) 위로 금속성 빌드 재료 입자(16)를 스프레딩할 수 있는 임의의 다른 장치일 수 있다. 예를 들어, 빌드 재료 분배기(18)는 역회전 롤러(counter-rotating roller)일 수 있다.
금속성 빌드 재료(16)는 임의의 미립자 금속 재료일 수 있다. 일 예에서, 금속성 빌드 재료(16)는 분말일 수 있다. 다른 예에서, 금속성 빌드 재료(16)는 소결 온도(예를 들어, 약 850℃ 내지 약 2500℃ 범위의 온도)로 가열될 때, 금속 부품(50)을 형성하기 위해 연속체로 소결되는 능력을 가질 수 있다(예를 들어, 도 2f 참조). "연속체(continuous body)"는 금속성 빌드 재료 입자가 서로 융합되어 기공이 거의 또는 전혀 없고 목표 최종 금속 부품(50)의 조건들을 충족시키기에 충분한 기계적 강도를 갖는 단일 부품을 형성하는 것을 의미한다.
예시적인 소결 온도 범위가 제안되어 있지만, 이러한 온도는 부분적으로 금속성 빌드 재료(16)의 조성 및 상(들)에 따라 달라질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일 예에서, 금속성 빌드 재료(16)는 하나의 원소로 구성된 단일 상 금속 재료이다. 이러한 예에서, 소결 온도는 단일 원소의 융점 미만일 수 있다.
다른 예에서, 금속성 빌드 재료(16)는 단일 상 금속 합금 또는 다중 상 금속 합금의 형태일 수 있는 2개 이상의 원소로 구성될 수 있다. 이러한 다른 예에서, 용융이 일반적으로 다양한 온도에 걸쳐 일어난다. 일부의 단일 상 금속 합금의 경우, 용융은 고상선 온도(용융이 개시되는 온도) 바로 위에서 시작되고, 액상선 온도(모든 고체가 용융된 온도)가 초과될 때까지 완료되지 않는다. 다른 단일 상 금속 합금의 경우, 용융은 포정 온도(peritectic temperature) 바로 위에서 시작된다. 포정 온도는 단일 상 고체가 2 상 고체와 액체 혼합물로 변환되는 지점으로 정의되며, 여기서 포정 온도 위의 고체는 포정 온도 아래의 고체와 상이한 상을 갖는다. 금속성 빌드 재료(16)가 2개 이상의 상(예를 들어, 2개 이상의 원소로 이루어진 다중 상 합금)으로 구성되는 경우, 용융은 일반적으로 공정(eutectic) 또는 포정 온도를 초과할 때 시작된다. 공정 온도는 단일 상 액체가 2 상 고체로 완전히 고화되는 온도로 정의된다. 일반적으로, 단일 상 금속 합금 또는 다중 상 금속 합금의 용융은 고상선, 공정 또는 포정 온도 바로 위에서 시작되고, 액상선 온도를 초과할 때까지 완료되지 않는다. 일부 예에서, 소결은 고상선 온도, 포정 온도 또는 공정 온도 아래에서 일어날 수 있다. 다른 예에서, 소결은 고상선 온도, 포정 온도 또는 공정 온도 위에서 일어난다. 고상선 온도 위에서의 소결은 슈퍼 고상선 소결(super solidus sintering)로 지칭되며, 이러한 기술은 보다 큰 빌드 재료 입자를 사용할 때, 그리고/또는 고밀도를 달성하기 위해 유용할 수 있다. 일 예에서, 빌드 재료 조성물은 금속성 빌드 재료의 적어도 40 체적%가 목표 소결 온도 위의 융점을 갖는 상(들)으로 구성되도록 선택될 수 있다. 소결 온도는 인접한 입자들 사이의 원자 이동성을 허용하기에 충분한 에너지를 제공하기에 충분히 높을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 예에서, 금속성 빌드 입자 크기는 소결 온도가 고상선보다 약 100℃ 내지 150℃ 아래에 있을 수 있도록 충분히 작을 수 있다. 이론에 의해 얽매이지 않고, 금속성 빌드 입자 크기가 작을수록, 소결 프로세스가 보다 빨라질 수 있고, 소결 프로세스 동안에 보다 낮은 온도가 사용될 수 있다.
금속성 빌드 재료(16)로서 단일 원소 또는 합금이 사용될 수 있다. 금속성 빌드 재료(16)의 일부 예는 강철, 스테인리스강, 청동, 티타늄(Ti) 및 그 합금, 알루미늄(Al) 및 그 합금, 니켈(Ni) 및 그 합금, 코발트(Co) 및 그 합금, 철(Fe) 및 그 합금, 니켈 코발트(NiCo) 합금, 금(Au) 및 그 합금, 은(Ag) 및 그 합금, 백금(Pt) 및 그 합금, 및 구리(Cu) 및 그 합금을 포함한다. 일부 특정 예는 AlSi10Mg, 2xxx 시리즈 알루미늄, 4xxx 시리즈 알루미늄, CoCr MP1, CoCr-SP2, MaragingSteel MS1, Hastelloy C, Hastelloy X, NickelAlloy HX, Inconel IN625, Inconel IN718, SS GP1, SS 17-4PH, SS 316L, Ti6Al4V 및 Ti-6Al-4V ELI7을 포함한다. 몇 개의 예시적인 합금이 제안되어 있지만, PbSn 납땜 합금과 같은 다른 합금 빌드 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본원에 개시된 3D 프린팅 방법(들)의 초기에 분말 형태인 임의의 금속성 빌드 재료(16)가 사용될 수 있다. 이와 같이, 금속성 빌드 재료(16)의 융점, 고상선 온도, 공정 온도 및/또는 포정 온도는 3D 프린팅 방법의 패터닝 부분이 수행되는 환경의 온도보다 높을 수 있다(예를 들어, 40℃ 초과). 일부 예에서, 금속성 빌드 재료(16)는 약 850℃ 내지 약 3500℃ 범위의 융점을 가질 수 있다. 다른 예에서, 금속성 빌드 재료(16)는 다양한 융점을 갖는 합금일 수 있다. 합금은 약 -39℃(예를 들어, 수은) 또는 약 30℃(예를 들어, 갈륨) 또는 약 157℃(예를 들어, 인듐)만큼 낮은 융점을 갖는 금속을 포함할 수 있다.
금속성 빌드 재료(16)는 유사한 크기의 입자 또는 상이한 크기의 입자로 구성될 수 있다. 본원에 도시된 예(도 1 및 도 2a 내지 도 2f)에서, 금속성 빌드 재료(16)는 유사한 크기의 입자를 포함한다. 금속성 빌드 재료(16)와 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "크기"는 실질적으로 구형인 입자(즉, 0.84 초과의 진구도(sphericity)를 갖는 구형 또는 거의 구형인 입자)의 직경, 또는 비구형 입자의 평균 직경(즉, 입자를 가로지르는 다수의 직경의 평균)을 지칭한다. 이러한 입자 크기의 실질적으로 구형인 입자는 우수한 유동성을 가지며, 비교적 용이하게 스프레딩될 수 있다. 예로서, 금속성 빌드 재료(16)의 입자의 평균 입자 크기는 약 1㎛ 내지 약 200㎛의 범위일 수 있다. 다른 예로서, 금속성 빌드 재료(16)의 입자의 평균 크기는 약 10㎛ 내지 약 150㎛의 범위이다. 또 다른 예로서, 금속성 빌드 재료(16)의 입자의 평균 크기는 약 15㎛ 내지 약 100㎛의 범위이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프린팅 시스템(10)은 또한 본원에 개시된 결합제 유체(36)(도 2c에 도시됨)를 수용할 수 있는 도포기(24)를 포함한다.
결합제 유체(36)는 적어도 액체 전색제 및 중합체 입자를 포함한다. 일부 경우에, 결합제 유체(36)는 임의의 다른 성분 없이, 액체 전색제 및 중합체 입자로 구성된다.
중합체 입자는 형성되는 3차원 물체(42, 42')(도 2e에 도시됨)의 다양한 단계에서 존재하고, 다음에 (열 분해를 통해) 궁극적으로 제거되고 최종 소결된 3D 부품(50)(도 2f에 도시됨)에서는 존재하지 않는다는 점에서 희생 중간 결합제이다.
본원에 개시된 예에서, 중합체 입자는 액체 전색제 내에 분산될 수 있다. 중합체 입자는 몇 개의 상이한 모폴로지(morphology)를 가질 수 있다. 예를 들어, 중합체 입자는 IPN(interpenetrating network; 상호 침투 네트워크)에 따라 상호 분산될 수 있는 고 Tg 친수성(경질) 성분(들) 및/또는 저 Tg 소수성(연질) 성분(들)의 중합체 조성물을 함유하는 개별 구형 입자일 수 있지만, 고 Tg 친수성 및 저 Tg 소수성(연질) 성분이 다른 방식으로 상호 분산될 수 있는 것이 고려된다. 다른 예에서, 중합체 입자는 연속 또는 불연속 고 Tg 친수성 쉘의 도메인에 의해 둘러싸이거나 도메인과 부분적으로 유착된 저 Tg 연속 또는 불연속 소수성 코어로 제조될 수 있다. 다른 예에서, 중합체 입자 모폴로지는 라즈베리(raspberry)와 유사할 수 있으며, 저 Tg 소수성 코어는 코어에 부착된 몇 개의 보다 작은 고 Tg 친수성 입자로 둘러싸여 있다. 또 다른 예에서, 중합체 입자는 서로 적어도 부분적으로 부착된 2개, 3개 또는 4개의 입자를 포함할 수 있다.
본원의 예에서, 고 Tg 친수성 성분(들)/쉘/입자 및 저 Tg 친수성 성분(들)/코어/입자는 서로에 대하여 규정될 수 있다(즉, 고 Tg 친수성 성분(들)/쉘/입자는 저 Tg 친수성 성분(들)/코어/입자보다 높은 Tg를 갖고, 저 Tg 친수성 성분(들)/코어/입자는 고 Tg 친수성 성분(들)/쉘/입자보다 낮은 Tg를 가짐). 일부 예에서, 고 Tg 친수성 성분(들)/쉘/입자는 25℃보다 높은 Tg를 갖는다. 다른 예에서, 고 Tg 친수성 성분(들)/쉘/입자는 45℃보다 높은 Tg를 갖는다. 일부 예에서, 저 Tg 친수성 성분(들)/코어/입자는 25℃보다 낮은 Tg를 갖는다. 다른 예에서, 저 Tg 친수성 성분(들)/코어/입자는 5℃보다 낮은 Tg를 갖는다.
중합체 입자는 잉크젯 프린팅(예를 들어, 열 잉크젯 프린팅 또는 압전 잉크젯 프린팅)을 통해 분사 가능한 임의의 라텍스 중합체(즉, 에멀젼 중합 및/또는 미니-에멀젼(mini-emulsion) 중합으로 알려진 기술에 의해 생성될 수 있는 중합체)일 수 있다. 본원에 개시된 일부 예에서, 중합체 입자는 이종 중합체 또는 공중합체이다. 이종 중합체는 보다 소수성 성분 및 보다 친수성 성분을 포함할 수 있다. 이들 예에서, 친수성 성분은 결합제 유체(36) 내에 분산 가능한 입자를 제공하는 반면, 소수성 성분은 광자 에너지에의 노출 시에 유착되어 금속성 빌드 재료 입자(16)를 일시적으로 결합시켜서 3차원 물체(42)를 형성할 수 있다.
소수성 성분을 형성하는데 사용될 수 있는 저 Tg 단량체의 예는 C4 내지 C8 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 스티렌, 치환 메틸 스티렌, 폴리올 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 비닐 단량체, 비닐 에스테르 등을 포함한다. 일부 구체적인 예는, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 옥타데실 아크릴레이트, 옥타데실 메타크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 알콕실화 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 에톡실화 노닐 페놀 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 트리메틸 시클로헥실 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, n-옥틸 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 디메틸 말레에이트, 디옥틸 말레에이트, 아세토아세톡시에틸 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, 펜타에리트리톨 트리-아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라-아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리-메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라-메타크릴레이트, 디비닐벤젠, 스티렌, 메틸스티렌(예를 들어, a-메틸 스티렌, p-메틸 스티렌), 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐벤질 클로라이드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, N-비닐 이미다졸, N-비닐카르바졸, N-비닐-카프로락탐, 이들의 조합물, 이들의 유도체 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
일부 예에서, 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트가 사용될 수 있다.
일부 예에서, 특정 단량체는 쌍을 이루는 단량체에 따라 친수성 또는 소수성으로 간주될 수 있다. 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트는 소수성기 및 친수성기 모두에 속할 수 있다. 일부 예에서, 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴이 사용될 수 있다.
일부 예에서, 2개 이상의 소수성 단량체가 사용될 수 있으며, 이는 서로 비호환성이므로 어느 정도까지 상 분리를 야기하여 입자 내에 작은 도메인을 형성할 수 있다. 대안적으로, 2개 이상의 친수성 단량체가 사용될 수 있다.
일부 예에서, 임의의 중합체 조성물의 친수성을 변경(예를 들어, 증가)시키기 위해 산성 작용기가 사용될 수 있다.
이종 중합체는 이전에 열거된 단량체 중 적어도 2개, 또는 이전에 열거된 단량체 중 적어도 하나 및 고 Tg 친수성 단량체, 예컨대 산성 단량체로 형성될 수 있다. 중합체 입자를 형성할 때 중합될 수 있는 산성 단량체의 예는, 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, 디메틸아크릴산, 무수 말레산, 말레산, 비닐설포 네이트, 시아노아크릴산, 비닐아세트산, 알릴아세트산, 에틸리딘아세트산, 프로필리딘아세트산, 크로톤산, 푸마르산, 이타콘산, 소르브산, 안젤산, 신남산, 스티릴아크릴산, 시트라콘산, 글루타콘산, 아코니트산, 페닐아크릴산, 아크릴옥시프로피온산, 아코니트산, 페닐아크릴산, 아크릴옥시프로피온산, 비닐벤조산, N-비닐숙신아미드산, 메사콘산, 메타크릴로일알라닌, 아크릴로일하이드록시글리신, 설포에틸 메타크릴산, 설포프로필 아크릴산, 스티렌 설폰산, 설포에틸아크릴산, 2-메타크릴로일옥시메탄-1-설폰산, 3-메타크릴로일옥시프로판-1-설폰산, 3-(비닐옥시)프로판-1-설폰산, 에틸렌설폰산, 비닐 황산, 4- 비닐페닐 황산, 에틸렌 인산, 비닐 인산, 비닐 벤조산, 2 아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산, 이들의 조합물, 이들의 유도체, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 고 Tg 친수성 단량체의 다른 예는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 모노하이드록실화 단량체, 모노에톡실화 단량체, 폴리하이드록실화 단량체 또는 폴리에톡실화 단량체를 포함한다.
본원에 개시된 이종 중합체에서, 저 Tg 소수성 성분(들)은 중합체의 약 0% 내지 약 40%를 차지하고, 고 Tg 친수성 성분(들)은 중합체의 약 65% 내지 약 100%를 차지한다.
일 예에서, 선택된 단량체(들)는 이종 중합체를 형성하도록 중합된다. 임의의 적합한 중합 프로세스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 소수성-친수성 중합체 입자는, i) 저 Tg 소수성 중합체를 형성한 후에 고 Tg 친수성 중합체를 생성하는 것, ii) 보다 높은 Tg 친수성을 야기하는 비율을 사용하여 저 Tg 소수성 및 고 Tg 친수성 단량체를 순차적으로 공중합시키는 것, iii) 고 Tg 단량체 조성물의 친수성 특성을 증가시키고 그래서 입자 표면 근처에 보다 높은 농도의 고 Tg가 존재하는 것, 또는 iv) 내부 성분 또는 코어에 비해 더 높은 Tg 친수성 외부 성분 또는 쉘을 생성하는 임의의 다른 일반적인 방법과 같은 임의의 많은 기술에 의해 형성될 수 있다. 이들 소수성-친수성 중합체 입자는 코어-쉘 입자일 수 있다. 그러나, 이들 기술은 또한 본원에 언급된 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 모폴로지를 갖는 중합체 입자를 형성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
중합체 입자는 열 잉크젯 프린팅 또는 압전 프린팅 또는 연속 잉크젯 프린팅을 통해 분사 가능할 수 있는 입자 크기를 가질 수 있다. 일 예에서, 중합체 입자의 입자 크기는 약 10㎚ 내지 약 300㎚의 범위이다.
일부 예에서, 중합체 입자는 주변 온도보다 높은(예를 들어, >) 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 다른 예에서, 중합체 입자는 주변 온도보다 훨씬 높은(예를 들어, >>)(즉, 주변보다 적어도 15℃ 높음) 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 본원에 사용된 바와 같이, "주변 온도"는 실온(예를 들어, 약 18℃ 내지 약 22℃ 범위), 또는 3D 프린팅 방법이 수행되는 환경의 온도를 지칭할 수 있다. 3D 프린팅 환경의 주변 온도의 예는 약 40℃ 내지 약 50℃의 범위일 수 있다. 중합체 입자의 벌크 재료(예를 들어, 보다 소수성인 부분)의 유리 전이 온도(Tg)는 25℃ 내지 약 125℃의 범위일 수 있다. 일 예에서, 중합체 입자의 벌크 재료(예를 들어, 보다 소수성인 부분)의 유리 전이 온도(Tg)는 약 40℃ 이상이다. 벌크 재료의 유리 전이 온도(Tg)는 프린터 작동 온도에서 너무 연화되지 않으면서 중합체 입자가 잉크젯 프린팅될 수 있게 하는 임의의 온도일 수 있다.
중합체 입자는 약 50℃ 내지 약 150℃ 범위의 융점을 가질 수 있다. 일 예에서, 중합체 입자는 약 90℃의 융점을 가질 수 있다.
중합체 입자의 중량 평균 분자량은 약 5,000Mw 내지 약 500,000Mw의 범위일 수 있다. 일부 예에서, 중합체 입자의 중량 평균 분자량은 약 100,000Mw 내지 약 500,000Mw의 범위이다. 일부 다른 예에서, 중합체 입자의 중량 평균 분자량은 약 150,000Mw 내지 300,000Mw의 범위이다.
중합체 입자는 (결합제 유체(36)의 총 중량%를 기준으로) 약 2 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 3 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 5 중량% 내지 약 15 중량% 범위의 양으로 결합제 유체(36) 내에 존재할 수 있다. 다른 예에서, 중합체 입자는 (결합제 유체(36)의 총 체적%를 기준으로) 약 20 체적% 내지 약 40 체적% 범위의 양으로 결합제 유체(36) 내에 존재할 수 있다. 이들 중합체 입자 로딩은 결합 효율과 분사 신뢰성을 갖는 결합제 유체(36) 사이에 밸런스를 제공하는 것으로 여겨진다.
결합제 유체(36)가 금속성 빌드 재료 층 또는 베드 상에 도포될 때, 각각의 패스에 증착된 결합제 유체의 양은 약 0.1 마이크로리터 내지 약 1000 마이크로리터, 또는 약 1 마이크로리터 내지 약 500 마이크로리터, 또는 약 5 마이크로리터 내지 약 100 마이크로리터, 또는 약 10 마이크로리터 내지 약 50 마이크로리터, 또는 약 1000 마이크로리터 미만, 또는 약 500 마이크로리터 미만, 또는 약 100 마이크로리터 미만, 또는 약 0.1 마이크로리터 초과, 또는 약 1 마이크로리터 초과, 또는 약 10 마이크로리터 초과이다.
일부 예에서, 결합제 유체(36)는 중합체 입자에 부가하여 유착 용매(coalescing solvent)를 포함한다. 이들 예에서, 유착 용매는 중합체 입자를 가소화하고 광자 에너지에의 노출 시에 중합체 입자의 유착을 증진시켜 금속성 빌드 재료 입자(16)를 서로 일시적으로 결합시켜서 3차원 물체(42')를 형성한다. 일부 예에서, 결합제 유체(36)는 (다른 성분 없이) 중합체 입자 및 유착 용매로 구성될 수 있다. 이들 예에서, 액체 전색제는 (다른 성분 없이) 유착 용매로 구성되고, 유착 용매는 결합제 유체(36)의 잔부를 구성한다.
일부 예에서, 유착 용매는 락톤, 예컨대 2-피롤리디논 또는 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈일 수 있다. 다른 예에서, 유착 용매는 글리콜 에테르 또는 글리콜 에테르 에스테르, 예컨대 트리프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노 프로필 에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노 n-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 헥실 에테르, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 n-부틸 에테르 아세테이트 또는 에틸렌 글리콜 모노 n-부틸 에테르 아세테이트일 수 있다. 또 다른 예에서, 유착 용매는 수용성 다가 알코올, 예컨대 2-메틸-1,3-프로판디올일 수 있다. 또 다른 예에서, 유착 용매는 상기 예들 중 임의의 예의 조합일 수 있다. 또 다른 예에서, 유착 용매는 2-피롤리디논, 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈, 트리프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노 프로필 에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노 n-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 헥실 에테르, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 n-부틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노 n-부틸 에테르 아세테이트, 2-메틸-1,3-프로판디올 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
유착 용매는 (결합제 유체(36)의 총 중량%를 기준으로) 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 결합제 유체(36) 내에 존재할 수 있다. 일부 예들에서, 부분적으로 도포기(24)의 분사 아키텍처(jetting architecture)에 따라, 보다 많거나 적은 양의 유착 용매가 사용될 수 있다.
일 예에서, 중합체 입자는 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 결합제 유체 내에 존재하고, 유착 용매는 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 결합제 유체 내에 존재한다.
상기에 언급된 바와 같이, 결합제 유체(36)는 중합체 입자 및 액체 전색제를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, "액체 전색제"는 결합제 유체(36)를 형성하기 위해 중합체 입자가 분산되는 액체 유체를 지칭할 수 있다. 수성 및 비수성 전색제를 포함하는 다양한 액체 전색제가 결합제 유체(36)와 함께 사용될 수 있다. 일부 예에서, 액체 전색제는 다른 성분 없이 일차 용매로 구성된다.
다른 예에서, 결합제 유체(36)는, 부분적으로 결합제 유체(36)를 분배하는데 사용될 도포기(24)에 따라, 다른 성분을 포함할 수 있다. 다른 적합한 결합제 유체 성분의 예는 공용매(들), 계면활성제(들), 항균제(들), 코게이션(kogation) 방지제(들), 점도 조절제(들), pH 조절제(들) 및/또는 금속이온 봉쇄제(들)(sequestering agent(s))를 포함한다. 결합제 유체(36) 내에 공용매 및/또는 계면활성제의 존재는 금속성 빌드 재료(16)와의 특정 습윤 거동을 얻는 것을 도울 수 있다.
일차 용매는 물 또는 비수성 용매(예를 들어, 에탄올, 아세톤, n-메틸 피롤리돈 또는 지방족 탄화수소)일 수 있다. 일부 예에서, 결합제 유체(36)는 (다른 성분 없이) 중합체 입자 및 일차 용매로 구성된다. 이들 예에서, 일차 용매는 결합제 유체(36)의 잔부를 구성한다.
수성 결합제 유체(36)에 사용될 수 있는 유기 공용매의 부류는 지방족 알코올, 방향족 알코올, 디올, 글리콜 에테르, 폴리글리콜 에테르, 락탐, 예컨대 2-피롤리돈, 카프로락탐, 포름아미드, 아세트아미드, 글리콜 및 장쇄 알코올을 포함한다. 이들 공용매의 예는 일차 지방족 알코올, 이차 지방족 알코올, 1,2-알코올, 1,3-알코올, 1,5-알코올, 에틸렌 글리콜 알킬 에테르, 프로필렌 글리콜 알킬 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 알킬 에테르의 고급 동족체(C6-C12), N-알킬 카프로락탐, 비치환 카프로락탐, 치환 및 비치환 포름아미드 모두, 치환 및 비치환 아세트아미드 모두 등을 포함한다.
일부 적합한 공용매의 예는 약 120℃ 이상의 비점을 갖는 수용성 고비점 용매(즉, 습윤제)를 포함한다. 고비점 용매의 일부 예는 2-피롤리돈(약 245℃의 비점), 2-메틸-1,3-프로판디올(약 212℃의 비점) 및 이들의 조합을 포함한다. 공용매(들)는, 도포기(24)의 분사 아키텍처에 따라, 결합제 유체(36)의 총 중량%를 기준으로 약 1 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 총량으로 결합제 유체(36) 내에 존재할 수 있다.
계면활성제(들)는 결합제 유체(36)의 습윤 특성 및 분사성을 향상시키는데 사용될 수 있다. 적합한 계면활성제의 예는 아세틸렌계 디올 화학적 성질(예를 들어, Air Products and Chemicals, Inc.의 SURFYNOL® SEF)에 기초한 자기-유화성의 비이온성 습윤제, 비이온성 불소계 계면활성제(예를 들어, 이전에 ZONYL FSO로 알려진, DuPont의 CAPSTONE® 불소계 계면활성제), 및 이들의 조합을 포함한다. 다른 예에서, 계면활성제는 에톡실화 저발포 습윤제(예를 들어, Air Products and Chemical Inc.의 SURFYNOL® 440 또는 SURFYNOL® CT-111) 또는 에톡실화 습윤제 및 분자 소포제(예를 들어, Air Products and Chemical Inc.의 SURFYNOL® 420)이다. 또 다른 적합한 계면활성제는 비이온성 습윤제 및 분자 소포제(예를 들어, Air Products and Chemical Inc.의 SURFYNOL® 104E) 또는 수용성의 비이온성 계면활성제(예를 들어, The Dow Chemical Company의 TERGITOL™ TMN-6 또는 TERGITOL™ 15-S-7)를 포함한다. 일부 예에서, 10 미만의 친수성-친유성 밸런스(hydrophilic-lipophilic balance; HLB)를 갖는 계면활성제를 이용하는 것이 유용할 수 있다.
단일 계면활성제가 사용되는지 또는 계면활성제의 조합이 사용되는지에 관계없이, 결합제 유체(36) 내의 계면활성제(들)의 총량은 결합제 유체(36)의 총 중량%를 기준으로 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 결합제 유체(36) 내의 계면활성제(들)의 총량은 결합제 유체(36)의 총 중량%를 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 2.5 중량%의 범위일 수 있다.
액체 전색제는 또한 항균제(들)를 포함할 수 있다. 적합한 항균제는 살생물제 및 살진균제를 포함한다. 예시적인 항균제는 NUOSEPT™(Troy Corp.), UCARCIDE™(Dow Chemical Co.), ACTICIDE® M20(Thor) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 살생물제의 예는 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온의 수용액(예를 들어, Arch Chemicals, Inc.의 PROXEL® GXL), 사차 암모늄 화합물(예를 들어, 모두가 Lonza Ltd. Corp.제인 BARDAC® 2250 및 2280, BARQUAT® 50-65B, 및 CARBOQUAT® 250-T) 및 메틸이소티아졸론의 수용액(예를 들어, Dow Chemical Co.의 KORDEK® MLX)을 포함한다. 살생물제 또는 항균제는 결합제 유체(36)의 총 중량%에 대하여 (규정 사용 레벨로 지시된 바와 같이) 약 0.05 중량% 내지 약 0.5 중량%의 범위인 임의의 양으로 첨가될 수 있다.
결합제 유체(36)에는 코게이션 방지제가 포함될 수 있다. 코게이션은 열 잉크젯 프린트헤드의 가열 요소 상에 건조된 결합제 유체(36)의 증착을 지칭한다. 코게이션의 축적을 방지하는 것을 돕기 위해, 코게이션 방지제(들)가 포함된다. 적합한 코게이션 방지제의 예는 올레스-3-포스페이트(예를 들어, Croda로부터 CRODAFOS™ 03A 또는 CRODAFOS™ N-3 산으로 상업적으로 입수 가능함), 또는 올레스-3-포스페이트와 저분자량(예를 들어, < 5,000) 폴리아크릴산 중합체의 조합(예를 들어, Lubrizol로부터 CARBOSPERSE™ K-7028 폴리아크릴레이트로 상업적으로 입수 가능함). 단일 코게이션 방지제가 사용되든지 또는 코게이션 방지제의 조합이 사용되는지에 관계없이, 결합제 유체(36) 내의 코게이션 방지제(들)의 총량은 결합제 유체(36)의 총 중량%를 기준으로 0.20 중량% 초과 내지 약 0.62 중량%의 범위일 수 있다. 일 예에서, 올레스-3-포스페이트는 약 0.20 중량% 내지 약 0.60 중량% 범위의 양으로 포함되고, 저분자량 폴리아크릴산 중합체는 약 0.005 중량% 내지 약 0.03 중량% 범위의 양으로 포함된다.
중금속 불순물의 유해한 영향을 제거하기 위해 EDTA(에틸렌 디아민 테트라 아세트산)와 같은 금속이온 봉쇄제가 포함될 수 있으며, 결합제 유체(36)의 pH를 제어하기 위해 완충 용액이 사용될 수 있다. 예를 들어 이들 성분들 각각의 0.01 중량% 내지 2 중량%가 사용될 수 있다. 결합제 유체(36)의 특성을 변경시키기 위해 점도 조절제 및 완충제뿐만 아니라, 다른 첨가제가 또한 존재할 수 있다. 그러한 첨가제는 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
도포기(24)는 화살표(26)로 표시된 방향으로, 예를 들어 y-축을 따라 빌드 영역 플랫폼(12)을 가로질러 스캐닝될 수 있다. 도포기(24)는 예를 들어 열 잉크젯 프린트헤드 또는 압전 프린트헤드와 같은 잉크젯 도포기일 수 있고, 빌드 영역 플랫폼(12)의 폭을 연장할 수 있다. 도 1에는 도포기(24)가 단일 도포기로서 도시되어 있지만, 도포기(24)는 빌드 영역 플랫폼(12)의 폭에 걸쳐 있는 다수의 도포기를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 추가적으로, 도포기(24)는 다수의 프린트 바아(printbar)에 위치될 수 있다. 도포기(24)는 또한, 예를 들어 도포기(24)가 금속성 빌드 재료(16)의 층의 넓은 영역에 걸쳐 결합제 유체(36)를 증착할 수 있게 하기 위해 도포기(24)가 빌드 영역 플랫폼(12)의 폭에 걸쳐 있지 않는 구성으로, x-축을 따라 스캐닝될 수 있다. 따라서, 도포기(24)는 본원에 개시된 방법(들)에 따라 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 형성된 금속성 빌드 재료(16)의 층의 사전결정된 영역에 결합제 유체(36)를 증착시키기 위해 빌드 영역 플랫폼(12)에 인접하게 도포기(24)를 이동시키는 가동 XY 스테이지 또는 병진 캐리지(모두 도시되지 않음)에 부착될 수 있다. 도포기(24)는 결합제 유체(36)를 토출하는 복수의 노즐(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도포기(24)는 약 150 도트/인치(DPI) 내지 약 1200 DPI 범위의 해상도로 결합제 유체(36)의 액적을 전달할 수 있다. 다른 예에서, 도포기(24)는 보다 높거나 낮은 해상도로 결합제 유체(36)의 액적을 전달할 수 있다. 액적 속도(drop velocity)는 약 2 m/s 내지 약 24 m/s의 범위일 수 있고, 점화 주파수(firing frequency)는 약 1 kHz 내지 약 100 kHz의 범위일 수 있다. 일 예에서, 각각의 액적은 액적당 약 10 피코리터(pl) 정도일 수 있지만, 보다 크거나 작은 액적 크기가 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 액적 크기는 약 1pl 내지 약 400pl의 범위일 수 있다. 일부 예에서, 도포기(24)는 결합제 유체(36)의 가변 크기의 액적을 전달할 수 있다.
전술한 물리적 요소들 각각은 프린팅 시스템(10)의 제어기(28)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제어기(28)는 빌드 영역 플랫폼(12), 빌드 재료 공급부(14), 빌드 재료 분배기(18) 및 도포기(24)의 작동을 제어할 수 있다. 예로서, 제어기(28)는 3D 프린팅 시스템(10) 구성요소의 다양한 작동을 제어하도록 액추에이터(actuator)(도시되지 않음)를 제어할 수 있다. 제어기(28)는 컴퓨팅 장치, 반도체-기반 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛(CPU), 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 다른 하드웨어 장치일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제어기(28)는 통신 라인을 통해 3D 프린팅 시스템(10) 구성요소에 연결될 수 있다.
제어기(28)는 3D 부품(50)을 생성하도록 물리적 요소를 제어하기 위해, 프린터의 레지스터 및 메모리 내에서 물리적(전자적) 양으로 표현될 수 있는 데이터를 조작 및 변환한다. 이와 같이, 제어기(28)는 데이터 저장소(data store)(30)와 통신하는 것으로 도시되어 있다. 데이터 저장소(30)는 3D 프린팅 시스템(10)에 의해 프린팅될 3D 부품(50)에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 금속성 빌드 재료 입자(16) 및/또는 결합제 유체(36)의 선택적 전달을 위한 데이터는 형성될 3D 부품(50)의 모델로부터 도출될 수 있다. 예를 들어, 데이터는 도포기(24)가 결합제 유체(36)를 증착시키는 금속성 빌드 재료 입자(16)의 각 층 상의 위치를 포함할 수 있다. 일 예에서, 제어기(28)는 데이터를 사용하여 도포기(24)를 제어해서 결합제 유체(36)를 선택적으로 도포할 수 있다. 데이터 저장소(30)는 또한 제어기(28)가 빌드 재료 공급부(14)에 의해 공급되는 금속성 빌드 재료 입자(16)의 양, 빌드 영역 플랫폼(12)의 이동, 빌드 재료 분배기(18)의 이동, 또는 도포기(24)의 이동을 제어하게 하는 기계 판독가능 명령(비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장됨)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프린팅 시스템(10)은 또한 광자 에너지 방출기(32, 32')를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광자 에너지 방출기(32)는 금속성 빌드 재료 입자(16) 및 선택적으로 도포된 결합제 유체(36) 상에 광자 에너지(46)를 방출할 수 있는 스트로브 램프(strobe lamp)와 같은 적어도 하나의 에너지원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 에너지원은 빌드 재료 입자16) 및 선택적으로 도포된 결합제 유체(36)의 각 층 상에 짧은 광 펄스를 인가하는 Xe 스트로브 램프일 수 있다. 일부 예에서, 광자 에너지 방출기(32)는 빌드 재료 입자(16) 및 선택적으로 적용된 결합제 유체(36)의 층에 대해 이동 가능할 수 있다.
어떤 점에서든, 제어기(28)는 다양한 에너지 레벨로 짧은 버스트(burst)의 에너지(46)를 인가하도록 광자 에너지 방출기(32)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(28)는 약 15ms 동안 특정의 저에너지 레벨로 1회 플래싱하도록 적어도 하나의 에너지원을 제어할 수 있다. 유사하게, 제어기(28)는 약 15ms 동안 특정의 추가 에너지 레벨로 1회 플래싱하도록 적어도 하나의 에너지원을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제어기(28)는 약 15ms 동안 특정의 고에너지 레벨로 1회 플래싱하도록 적어도 하나의 에너지원을 제어할 수 있다. 다른 예에서, 제어기(28)는 광자 에너지 방출기(32)가 다양한 에너지 레벨로 플래싱되는 횟수 및/또는 지속시간을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 지속시간은 금속의 유형, 입자 크기 및/또는 금속성 빌드 재료(16)의 분포에 따라 달라질 수 있다.
예에 따르면, 광자 에너지 방출기(32)는 다수의 에너지 레벨, 예를 들어 특정의 저에너지 레벨, 특정의 추가 에너지 레벨 또는 특정의 고에너지 레벨로 작동될 수 있는 단일 에너지원일 수 있다. 다른 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 복수의 에너지원일 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(28)는 특정의 저에너지 레벨로 에너지를 인가하도록 제 1 에너지원을 제어할 수 있고, 특정의 추가 에너지 레벨로 에너지를 인가하도록 제 2 에너지원을 제어할 수 있으며, 특정의 고에너지 레벨로 에너지를 인가하도록 제 3 에너지원을 제어할 수 있는 등등이다. 이들 예들 중 임의의 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 크세논(Xe) 스트로브 램프와 같은 광자 융합원(photonic fusing source)일 수 있지만, 다른 유형의 스트로브 램프가 구현될 수 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 크세논, 아르곤, 네온, 크립톤, 나트륨 증기, 금속 할라이드(metal halide) 또는 수은 증기를 포함하는 연속파 방전 램프일 수 있다. 다른 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 펄스 레이저, 연속파 레이저, 발광 다이오드(LED) 또는 이들의 조합의 어레이일 수 있다. 이러한 예에서, 어레이는 균일하게 분산된 빔을 생성할 수 있다. 또 다른 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 크세논 또는 크립톤을 포함하는 플래시 방전 램프일 수 있다. 또 다른 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 텅스텐-할로겐 연속파 램프일 수 있다. 또 다른 예에서, 적어도 하나의 에너지원은 200㎚ 초과의 파장을 갖는 광을 방출하는 싱크로트론 광원(synchrotron light source)일 수 있다.
광자 에너지 방출기(32)는 결합제 유체(36) 내의 중합체 입자를 플래시 융합시킴으로써 금속성 빌드 재료(16)를 융합시키기에 충분한 에너지를 방출할 수 있다. 적어도 하나의 에너지원이 단일 펄스 광원인 경우, 적어도 하나의 에너지원은 약 0.5 J/㎠ 내지 약 25 J/㎠를 전달 가능할 수 있다. 적어도 하나의 에너지원이 전달할 수 있는 에너지의 양은 적어도 하나의 에너지원이 다중 펄스 광원인 경우에 약 20 J/㎠ 미만이거나, 적어도 하나의 에너지원이 다중 펄스 광원인 경우에 약 10 J/㎠ 미만이거나, 적어도 하나의 에너지원이 다중 펄스 광원인 경우에 약 5 J/㎠ 미만이거나, 적어도 하나의 에너지원이 다중 펄스 광원인 경우에 약 2 J/㎠ 미만이거나, 적어도 하나의 에너지원이 다중 펄스 광원인 경우에 약 1 J/㎠ 미만일 수 있다.
적어도 하나의 에너지원을 포함하는 이러한 유형의 광자 에너지 방출기(32)는 프린팅이 완료된 후에 전체 빌드 재료 케이크(44)(도 2e 참조)를 플래시 융합시킴으로써 및/또는 층별로 금속성 빌드 재료(16)를 결합시키기 위해 결합제 유체(36) 내의 중합체 입자를 플래시 융합시키는데 사용될 수 있다.
이제 도 2a 내지 도 2f를 참조하면, 3D 프린팅 방법의 일 예가 도시되어 있다. 방법(100)의 실행 이전에 또는 방법(100)의 일부로서, 제어기(28)는 프린팅될 3D 부품(50)에 관한, 데이터 저장소(30)에 저장된 데이터에 액세스할 수 있다. 제어기(28)는 형성될 금속성 빌드 재료 입자(16)의 층의 수, 및 도포기(24)로부터의 결합제 유체(36)가 각각의 층들 각각 상에 증착될 위치를 결정할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 방법(100)은 금속성 빌드 재료(16)를 도포하는 것을 포함한다. 도 2a에서, 빌드 재료 공급부(14)는 빌드 영역 플랫폼(12) 상으로 스프레딩될 준비가 되도록 금속성 빌드 재료 입자(16)를 소정 위치에 공급할 수 있다. 도 2b에서, 빌드 재료 분배기(18)는 공급된 금속성 빌드 재료 입자(16)를 빌드 영역 플랫폼(12) 상으로 스프레딩할 수 있다. 제어기(28)는 금속성 빌드 재료 입자(16)를 적절하게 위치시키도록 빌드 재료 공급부(14)를 제어하는 빌드 재료 공급부 제어 명령을 실행할 수 있고, 공급된 금속성 빌드 재료 입자(16)를 빌드 영역 플랫폼(12) 위로 스프레딩하여 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 금속성 빌드 재료 입자(16)의 층(34)을 형성하도록 빌드 재료 분배기(18)를 제어하는 스프레더 제어 명령을 실행할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속성 빌드 재료 입자(16)의 하나의 층(34)이 도포되었다.
층(34)은 빌드 영역 플랫폼(12)에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 일 예에서, 층(34)의 두께는 약 30㎛ 내지 약 300㎛의 범위이지만, 보다 얇거나 두꺼운 층이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 층(34)의 두께는 약 20㎛ 내지 약 500㎛의 범위일 수 있다. 층 두께는 보다 미세한 부품 규정을 위해 최소한도로 입자 직경의 약 2x일 수 있다(도 2b에 도시됨). 일부 예에서, 층 두께는 입자 직경의 약 1.2x(즉, 1.2배)일 수 있다.
이제 도 2c를 참조하면, 방법(100)은 금속성 빌드 재료(16)의 일부분(38) 상에 결합제 유체(36)를 선택적으로 도포함으로써 계속된다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 결합제 유체(36)는 도포기(24)로부터 분배될 수 있다. 도포기(24)는 열 잉크젯 프린트헤드 또는 압전 프린트헤드일 수 있고, 결합제 유체(36)의 선택적인 도포는 관련 잉크젯 프린팅 기술에 의해 성취될 수 있다. 이와 같이, 결합제 유체(36)의 선택적인 도포는 열 잉크젯 프린팅 또는 압전 잉크젯 프린팅에 의해 성취될 수 있다.
제어기(28)는 패터닝된 3차원 물체(42)의 일부가 되고 궁극적으로 3D 부품(50)을 형성하도록 소결될 금속성 빌드 재료(16)의 사전결정된 부분(들)(38) 상에 결합제 유체(36)를 증착시키도록 (예를 들어, 화살표(26)로 표시된 방향으로) 도포제(24)를 제어하는 명령을 실행할 수 있다. 도포기(24)는 제어기(28)로부터 명령을 수신하고 형성될 3D 부품(50)의 층에 대한 단면의 패턴에 따라 결합제 유체(36)를 증착하도록 프로그래밍될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 형성될 3D 부품(50)의 층의 단면은 빌드 영역 플랫폼(12)의 표면에 평행한 단면을 지칭한다. 도 2c에 도시된 예에서, 도포기(24)는 3D 부품(50)의 제 1 층이 되도록 융합될 층(34)의 부분(들)(38) 상에 결합제 유체(36)를 선택적으로 도포한다. 예를 들어, 형성될 3D 부품이 정육면체 또는 원통체와 같은 형상인 경우, 결합제 유체(36)는 금속성 빌드 재료 입자(16)의 층(34)의 적어도 일부 상에 (상면도에서) 정사각형 패턴 또는 원형 패턴으로 각각 증착될 것이다. 도 2c에 도시된 예에서, 결합제 유체(36)는 부분(40)이 아니라 층(34)의 부분(38) 상에 정사각형 패턴으로 증착된다.
상기에 언급된 바와 같이, 결합제 유체(36)는 중합체 입자 및 액체 전색제를 포함한다. 상기에 또한 언급된 바와 같이, 일부 예에서 결합제 유체(36)는 또한 (액체 전색제로서 또는 액체 전색제에 부가하여) 유착 용매를 포함한다. 단일 결합제 유체(36)가 층(34)을 패터닝하도록 선택적으로 도포될 수 있거나, 다중 결합제 유체(36)가 층(34)을 패터닝하도록 선택적으로 도포될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도시되지는 않았지만, 방법(100)은 결합제 유체(36)를 선택적으로 도포하기 전에 결합제 유체(36)를 준비하는 것을 포함할 수 있다. 결합제 유체(36)를 준비하는 것은 중합체 입자를 준비한 후에, 중합체 전색제에 중합체 입자를 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
중합체 입자 각각이 저 Tg 소수성 성분 및 고 Tg 친수성 성분을 함유하는 경우, 중합체 입자는 임의의 적합한 방법에 의해 준비될 수 있다. 예로서, 중합체 입자는 하기 방법 중 하나에 의해 준비될 수 있다.
일 예에서, 각각의 중합체는 저 Tg 소수성 단량체를 중합하여 저 Tg 소수성 성분을 형성한 후에, 고 Tg 친수성 단량체를 중합하여 고 Tg 친수성 성분을 형성함으로써 독립적으로 준비될 수 있다. 에멀젼 중합에서, 제 1(저 Tg) 성분은 제 2(고 Tg) 성분이 그 내로 및 그 위로 중합되는 시드 중합체(seed polymer)로서 작용한다.
다른 예에서, 중합체 입자 각각은 저 Tg 소수성 단량체 및 이어서 고 Tg 친수성 단량체를, 5:95 내지 30:70의 범위인 저 Tg 소수성 단량체 대 고 Tg 친수성 단량체의 비율로 먼저 중합함으로써 준비될 수 있다. 이러한 예에서, 연질 저 Tg 소수성 중합체는 경질 고 Tg 친수성 중합체에 용해될 수 있다.
또 다른 예에서, 중합체 입자 각각은 저 Tg 소수성 단량체로 중합 프로세스를 시작한 후에, 고 Tg 친수성 단량체를 첨가한 후에, 중합 프로세스를 완료함으로써 준비될 수 있다. 이러한 예에서, 중합 프로세스는 보다 높은 농도의 고 Tg 친수성 단량체가 저 Tg 소수성 성분의 표면에서 또는 그 근처에서 중합되게 할 수 있다. 이러한 프로세스는 흔히 급전(power feed)으로 지칭된 기술의 하나의 구현예이다.
또 다른 예에서, 중합체 입자 각각은 저 Tg 소수성 단량체 및 고 Tg 친수성 단량체로 공중합 프로세스를 시작한 후에, 고 Tg 친수성 단량체를 첨가한 후에, 공중합 프로세스를 완료함으로써 준비될 수 있다. 이러한 예에서, 공중합 프로세스는 보다 높은 농도의 고 Tg 친수성 단량체가 저 Tg 소수성 성분의 표면에서 또는 그 근처에서 공중합되게 할 수 있다. 이러한 프로세스는 급전의 다른 구현예이다. 이러한 프로세스는 급전의 다른 구현예이다.
이들 예 중 임의의 예에서 사용되는 저 Tg 소수성 단량체 및/또는 고 Tg 친수성 단량체는 (각각) 상기에 열거된 저 Tg 소수성 단량체 및/또는 고 Tg 친수성 단량체 중 임의의 것일 수 있다. 일 예에서, 저 Tg 소수성 단량체는 C4 내지 C8 알킬 아크릴레이트 단량체, C4 내지 C8 알킬 메타크릴레이트 단량체, 스티렌 단량체, 치환 메틸 스티렌 단량체, 비닐 단량체, 비닐 에스테르 단량체 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되고; 고 Tg 친수성 단량체는 산성 단량체, 비치환 아미드 단량체, 알코올 아크릴레이트 단량체, 알코올 메타크릴레이트 단량체, C1 내지 C2 알킬 아크릴레이트 단량체, C1 내지 C2 알킬 메타크릴레이트 단량체 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
생성된 중합체 입자는 코어-쉘 구조, 부분적으로 폐색된 구조 또는 혼합된 중합체 구조, 또는 일부 다른 모폴로지를 나타낼 수 있다.
결합제 유체(36)가 목표 부분(들)(38)에 선택적으로 도포될 때, 중합체 입자(결합제 유체(36) 내에 존재함)는 금속성 빌드 재료 입자(16) 사이의 입자간 공간에 침투한다. 패터닝된 부분(38)에서 금속성 빌드 재료(16)의 단위당 도포된 결합제 유체(36)의 체적은 층(34)의 부분(38)의 두께 내에 존재하는 대부분의 기공, 또는 주요 부분을 충전하기에 충분할 수 있다.
결합제 유체(36)가 도포되지 않은 금속성 빌드 재료(16)의 부분(40)은 또한 중합체 입자가 도입되지 않은 것으로 이해되어야 한다. 이와 같이, 이들 부분은 궁극적으로 형성되는 패터닝된 3차원 물체(42)의 일부가 되지 않는다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 프로세스는 몇 개의 패터닝된 층을 반복적으로 축조하고 패터닝된 3차원 물체(42)(도 2e 참조)를 형성하도록 반복될 수 있다.
도 2d는 결합제 유체(36)로 패터닝된 층(34) 상에 금속성 빌드 재료(16)의 제 2 층의 초기 형성을 도시하고 있다. 도 2d에서, 금속성 빌드 재료(16)의 층(34)의 사전결정된 부분(들)(38) 상에의 결합제 유체(36)의 증착에 이어서, 제어기(28)는 빌드 영역 플랫폼(12)이 화살표(20)로 표시된 방향으로 비교적 작은 거리만큼 이동되게 하는 명령을 실행할 수 있다. 다시 말해서, 빌드 영역 플랫폼(12)은 금속성 빌드 재료(16)의 다음 층이 형성될 수 있게 하도록 하강될 수 있다. 예를 들어, 빌드 재료 플랫폼(12)은 층(34)의 높이와 동등한 거리만큼 하강될 수 있다. 또한, 빌드 영역 플랫폼(12)의 하강에 이어서, 제어기(28)는 (예를 들어, 엘리베이터, 오거 등의 작동을 통해) 추가의 금속성 빌드 재료(16)를 공급하도록 빌드 재료 공급부(14)를 제어하고, 추가의 금속성 빌드 재료(16)로 이전에 형성된 층(34)의 상부 상에 금속성 빌드 재료 입자(16)의 다른 층을 형성하도록 빌드 재료 분배기(18)를 제어할 수 있다. 새롭게 형성된 층은 결합제 유체(36)로 패터닝될 수 있다.
도 2c를 다시 참조하면, 다른 예에서, 결합제 유체(36)가 층(34)에 적용된 후에, 그리고 다른 층이 형성되기 전에, 층(34)이 광자 에너지 방출기(32')를 사용한 플래시 융합에 노출될 수 있다. 적어도 하나의 에너지원을 포함하는 광자 에너지 방출기(32')는 층별로 프린팅하는 동안에 결합제 유체(36)를 활성화시키고, 안정화된 3차원 물체 층을 생성하는데 사용될 수 있다. 3차원 물체 층을 형성하기 위한 플래시 융합은 결합제 유체(36)를 활성화(또는 경화)시킬 수 있지만 금속성 빌드 재료(16)를 용융시키거나 소결시킬 수 없는 온도에서 일어날 수 있다. 이러한 예에서, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 프로세스(층(34)의 플래시 융합을 포함함)는 몇 개의 플래시 융합 층을 반복적으로 축조하고, 3차원 물체(42')를 생성하도록 반복될 수 있다. 다음에, 3차원 물체(42')는 도 2f를 참조하여 설명된 프로세스에 노출될 수 있다.
일부 예에서, (각 층을 플래시 융합하지 않고) 새로운 층을 반복적으로 형성 및 패터닝하는 것은 도 2e에 도시된 바와 같이, 금속성 빌드 재료(16)의 층(34) 각각의 패터닝되지 않은 부분(40) 내에 있는 패터닝된 3차원 물체(42)를 포함하는 빌드 재료 케이크(44)의 형성을 초래한다. 패터닝된 3차원 물체(42)는 입자간 공간 내에 금속성 빌드 재료(16) 및 결합제 유체(36)로 충전된 빌드 재료 케이크(44)의 체적부(volume)이다. 빌드 재료 케이크(44)의 나머지부는 패터닝되지 않은 금속성 빌드 재료(16)로 구성된다.
또한 도 2e에 도시된 바와 같이, 빌드 재료 케이크(44)는 에너지 플럭스(46)를 통해 플래시 융합하기 위해 적어도 하나의 에너지원을 포함하는 광자 에너지 방출기(32)에 노출될 수 있다. 인가된 에너지는 패터닝된 3차원 물체(42)에서 결합제 유체(36) 내의 중합체 입자를 용융시키고 3차원 물체(42')를 생성하기에 충분할 수 있다. 일 예에서, 광자 에너지 방출기(32)는 에너지를 빌드 재료 케이크(44)에 인가하는데 사용될 수 있다. 도 2e에 도시된 예에서, 빌드 재료 케이크(44)는 광자 에너지 방출기(32)에 의해 플래시 융합되는 동안에 빌드 영역 플랫폼(12) 상에 유지될 수 있다. 다른 예에서, 빌드 재료 케이크(44)를 그 위에 갖는 빌드 영역 플랫폼(12)은 도포기(24)로부터 분리되고 광자 에너지 방출기(32)에 배치될 수 있다.
활성화/경화 온도는 중합체 입자의 Tg, 중합체 입자의 용융 점도, 및/또는 유착 용매가 사용되는지 여부 및 어떤 유착 용매가 사용되는지 중 적어도 하나에 부분적으로 의존할 수 있다. 일 예에서, 3차원 물체(42')를 형성하기 위한 플래시 융합은 결합제 유체(36)를 활성화(또는 경화)시킬 수 있지만, 금속성 빌드 재료(16)를 소결시킬 수 없거나 결합제 유체(36)의 중합체 입자를 열 분해시킬 수 없는 온도에서 일어날 수 있다. 일 예에서, 활성화 온도는 결합제 유체(36)의 중합체 입자의 벌크 재료의 융점 부근이고, 중합체 입자의 열 분해 온도 미만(즉, 열 분해가 일어나는 온도 임계치 미만)이다. 대부분의 적합한 라텍스계 중합체 입자의 경우, 활성화/경화 온도의 상한은 약 250℃ 내지 약 270℃의 범위이다. 이러한 온도 임계치를 초과하면, 중합체 입자는 휘발성 종으로 화학적으로 분해되고 패터닝된 3차원 물체(42)를 남기며, 그에 따라 그 기능 수행을 중단할 것이다. 다른 예에서, 결합제 유체(36) 활성화 온도는 중합체 입자의 융점보다 클 수 있다. 예로서, 결합제 유체 활성화 온도는 약 40℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있다. 다른 예로서, 결합제 유체 활성화 온도는 약 100℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있다. 또 다른 예로서, 결합제 유체 활성화 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있다. 또 다른 예로서, 결합제 유체 활성화 온도는 약 50℃ 내지 약 150℃의 범위일 수 있다. 또 다른 예로서, 결합제 유체 활성화 온도는 약 90℃일 수 있다.
에너지 플럭스(46)가 인가되는 시간의 길이 및 패터닝된 3차원 물체(42)가 플래시 융합되는 속도는, 예를 들어 광자 에너지 방출기 소스(32, 32')의 특성, 중합체 입자의 특성, 금속성 빌드 재료(16)의 특성(예를 들어, 금속 유형 및/또는 입자 크기), 및/또는 3D 부품(50)의 특성(예를 들어, 벽 두께) 중 적어도 하나에 의존할 수 있다. 패터닝된 3차원 물체(42)는 약 1초 미만 범위의 활성화/경화 기간 동안 결합제 유체 활성화 온도에서 플래시 융합될 수 있다.
일부 예에서, 패터닝된 3차원 물체(42)는 층별로, 또는 2개의 층마다, 또는 3개의 층마다 등으로 플래시 융합될 수 있다. 일부 예에서, 패터닝된 3차원 물체(42)는 패터닝의 종료시에 플래시 융합될 수 있다.
중합체 입자의 융점 부근에서의 플래시 융합은 중합체 입자가 패터닝된 3차원 물체(42)의 금속성 빌드 재료 입자(16) 사이에서 연속 중합체 상으로 유착하게 한다. 상기에 언급된 바와 같이, 유착 용매(결합제 유체(36) 내에 포함된 경우)는 중합체 입자를 가소화하고 중합체 입자의 유착을 증진시킨다. 연속 중합체 상은 안정화된 3차원 물체(42')를 형성하기 위한 금속성 빌드 재료 입자(16) 사이의 접착제로서 작용할 수 있다.
3차원 물체(42')를 형성하기 위한 플래시 융합은 또한 패터닝된 3차원 물체(42)로부터 유체의 상당한 부분의 기화를 야기할 수 있다. 기화된 유체는 임의의 결합제 유체 성분을 포함할 수 있다. 유체 기화는 모세관 작용을 통한 3차원 물체(42')의 일부 치밀화를 야기할 수 있다.
안정화된 3차원 물체(42')는 핸들링 가능한 기계적 내구성을 나타낸다.
다음에, 3차원 물체(42')는 빌드 재료 케이크(44)로부터 추출될 수 있다. 3차원 물체(42')는 임의의 적합한 수단에 의해 추출될 수 있다. 일 예에서, 3차원 물체(42')는 패터닝되지 않은 금속성 빌드 재료 입자(16)로부터 3차원 물체(42')를 들어올림으로써 추출될 수 있다. 피스톤 및 스프링을 포함하는 추출 공구가 사용될 수 있다.
3차원 물체(42')가 빌드 재료 케이크(44)로부터 추출될 때, 3차원 물체(42')는 빌드 영역 플랫폼(12)으로부터 제거되고 가열 메커니즘에 배치될 수 있다. 가열 메커니즘은 히터(48)일 수 있다.
일부 예에서, 3차원 물체(42')는 그 표면으로부터 패터닝되지 않은 금속성 빌드 재료 입자(16)를 제거하도록 세정될 수 있다. 일 예에서, 3차원 물체(42')는 브러시(brush) 및/또는 에어 제트(air jet)로 세정될 수 있다.
3차원 물체(42')의 추출 및/또는 세정 후에, 일부 예에서 3차원 물체(42')는 활성화된 중합체 입자(연속 중합체 상으로 유착됨)를 제거하도록 가열되어 적어도 실질적인 비중합체 부품을 생성할 수 있다.
일부 예에서, 3차원 물체(42')의 추출 및/또는 세정 후에, 3차원 물체(42')는 히터(48)를 사용하여 소결 온도로 가열되어(즉, 소결되어), 또한 도 2f에 도시된 바와 같이 최종 3D 부품(50)을 형성할 수 있다.
일부 예에서, 탈지(de-binding)를 위한 가열 및 소결을 위한 가열은 2개의 상이한 온도에서 일어나며, 여기서 탈지를 위한 온도는 소결을 위한 온도보다 낮다. 탈지 및 소결 가열 단계 모두는 일반적으로 도 2f에 도시되어 있으며, 여기서 열 또는 열을 발생시키기 위한 방사선이 화살표(46)로 표시된 바와 같이 열원(48)으로부터 인가될 수 있다.
일부 예에서, 탈지를 위한 가열은 연속 중합체 상을 열 분해하기에 충분한 열 분해 온도에서 성취될 수 있다. 이와 같이, 탈지를 위한 온도는 결합제 유체(36)의 중합체 입자의 재료에 따라 달라진다. 일 예에서, 열 분해 온도는 약 250℃ 내지 약 600℃의 범위이다. 다른 예에서, 열 분해 온도는 약 280℃ 내지 약 600℃ 또는 약 500℃의 범위이다. 연속 중합체 상은 클린 열 분해 메커니즘을 가질 수 있다(예를 들어, 초기 결합제의 < 5 중량%의 고형 잔류물, 일부 경우에 초기 결합제의 < 1 중량%의 고형 잔류물을 남김). 보다 작은 잔류물 비율(예를 들어, 0%에 근접)이 보다 적합하다. 탈지 단계 동안에, 연속 중합체 상의 장쇄(long chain)는 먼저 보다 짧은 분자 조각(molecular fragment)으로 분해되어, 보다 낮은 점도의 액체 상으로 변한다. 이러한 액체의 기화 동안에 발생된 모세관 압력은 금속성 빌드 재료 입자(16)를 함께 끌어당겨서 적어도 실질적인 비중합체 부품의 추가 치밀화 및 형성을 야기한다.
어떠한 이론에도 얽매이지 않지만, 적어도 실질적인 비중합체 부품은 예를 들어 하기 중 적어도 하나로 인해 그 형상을 유지할 수 있는 것으로 여겨진다: i) 물리적으로 핸들링되지 않기 때문에, 적어도 실질적인 비중합체 부품에 의한 적은 양의 응력 경험, ii) 중합체 입자의 열 분해 온도에서 금속성 빌드 재료 입자(16) 사이에서 일어나는 낮은 레벨의 넥킹(necking), 및/또는 iii) 연속 중합체 상의 제거에 의해 발생된, 금속성 빌드 재료 입자(16)를 함께 가압하는 모세관력. 적어도 실질적인 비중합체 부품은 연속 중합체 상이 적어도 실질적으로 제거되고 금속성 빌드 재료 입자(16)가 아직 소결되지 않더라도 그 형상을 유지할 수 있다. 실질적인 비중합체 부품을 형성하기 위한 가열은 소결의 초기 단계를 시작할 수 있으며, 이는 최종 소결 동안에 강화되는 약한 결합부의 형성을 초래할 수 있다.
소결을 위한 가열은 잔류하는 금속성 빌드 재료 입자(16)를 소결하기에 충분한 소결 온도에서 성취된다. 소결 온도는 금속성 빌드 재료 입자(16)의 조성에 따라 크게 달라진다. 가열/소결 동안에, 3차원 물체(42') 또는 적어도 실질적인 비중합체 부품은 히터(48)를 사용하여 금속성 빌드 재료(16)의 융점 또는 고상선, 공정 또는 포정 온도의 약 80% 내지 약 99.9% 범위의 온도로 가열될 수 있다. 다른 예에서, 3차원 물체(42')는 금속성 빌드 재료(16)의 융점 또는 고상선, 공정 또는 포정 온도의 약 90% 내지 약 95% 범위의 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 예에서, 3차원 물체(42')는 금속성 빌드 재료(16)의 융점 또는 고상선, 공정 또는 포정 온도의 약 60% 내지 약 85% 범위의 온도로 가열될 수 있다. 소결 가열 온도는 또한 입자 크기 및 소결 시간(즉, 고온 노출 시간)에 따라 달라질 수 있다.
예로서, 소결 온도는 약 850℃ 내지 약 2500℃의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 소결 온도는 적어도 900℃이다. 청동에 대한 소결 온도의 예는 약 850℃이고, 스테인리스강에 대한 소결 온도의 예는 약 1300℃이다. 이들 온도는 소결 온도 예로서 제공되지만, 소결 가열 온도는 사용되는 금속성 빌드 재료(16)에 따라 달라지고, 본원의 예보다 높거나 낮을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 적합한 온도에서의 가열은 금속성 빌드 재료 입자(16)를 소결 및 융합시켜 완성된 3D 부품(50)을 형성하며, 이 3D 부품(50)은 3차원 물체(42')에 비해 훨씬 더 치밀화될 수 있다. 예를 들어, 소결의 결과로서, 밀도는 50% 밀도로부터 90% 이상으로 되고, 일부 경우에는 이론 밀도의 100%에 매우 근접할 수 있다.
(소결을 위한) 열(52)이 인가되는 시간의 길이 및 3차원 물체(42')가 가열되는 속도는, 예를 들어 열원 또는 방사선원(48)의 특성, 중합체 입자의 특성, 금속성 빌드 재료(16)의 특성(예를 들어, 금속 유형 및/또는 입자 크기) 및/또는 3D 부품(50)의 특성(예를 들어, 벽 두께) 중 적어도 하나에 의존할 수 있다.
일부 예에서, 3차원 물체(42')는 열 분해 온도에서 약 10분 내지 약 72시간 범위의 열 분해 기간 동안 가열될 수 있다. 일 예에서, 열 분해 기간은 60분이다. 다른 예에서, 열 분해 기간은 180분이다. 3차원 물체(42')는 약 0.5 ℃/분 내지 약 20 ℃/분 범위의 속도로 열 분해 온도까지 가열될 수 있다. 가열 속도는 3차원 물체(42') 내의 연속 중합체 상의 양, 3차원 물체(42')의 기공률 및/또는 3차원 물체(42')/3D 부품(50)의 특성(예를 들어, 크기 또는 벽 두께) 중 적어도 하나에 부분적으로 의존할 수 있다.
3차원 물체(42')는 소결 온도에서 약 20분 내지 약 15시간 범위의 소결 기간 동안 가열될 수 있다. 일 예에서, 소결 기간은 240분이다. 다른 예에서, 소결 기간은 360분이다. 3차원 물체(42')는 약 1 ℃/분 내지 약 20 ℃/분 범위의 속도로 소결 온도까지 가열될 수 있다. 일 예에서, 3차원 물체(42')는 약 10 ℃/분 내지 약 20 ℃/분 범위의 속도로 소결 온도까지 가열된다. 소결 온도까지의 높은 온도 조절 속도(ramp rate)는 보다 호적한 결정립 구조 또는 미세구조를 생성하는데 효과적일 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 보다 느린 온도 조절 속도가 보다 효과적일 수 있다. 이와 같이, 다른 예에서, 3차원 물체(42')는 약 1 ℃/분 내지 약 3 ℃/분 범위의 속도로 소결 온도까지 가열된다. 또 다른 예에서, 3차원 물체(42')는 약 1.2 ℃/분의 속도로 소결 온도까지 가열된다. 또 다른 예에서, 3차원 물체(42')는 약 2.5 ℃/분의 속도로 소결 온도까지 가열된다.
일부 예에서, (탈지 및 소결 각각을 위한) 열(52)은 불활성 가스, 저 반응성 가스, 환원 가스, 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서 인가된다. 다시 말해서, 소결 온도로의 3차원 물체(42')의 가열은 불활성 가스, 저 반응성 가스, 환원 가스 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서 성취된다. 소결은 불활성 가스, 저 반응성 가스 및/또는 환원 가스를 포함하는 환경에서 성취될 수 있고, 그에 따라 금속성 빌드 재료(16)는 금속 3D 부품(50)을 생성하지 못하게 하는 대체 반응(예를 들어, 산화 반응)을 겪지 않고 소결될 수 있다. 불활성 가스의 예는 아르곤 가스 및 헬륨 가스를 포함한다. 저 반응성 가스의 예는 질소 가스를 포함하고, 환원 가스의 예는 수소 가스 및 일산화탄소 가스를 포함한다.
일부 예에서, 낮은 가스압에서 또는 진공 하에서의 소결은 보다 완전하거나 보다 빠른 기공 붕괴(pore collapse), 및 그에 따라 보다 높은 밀도 부품을 허용할 수 있다. 그러나, 금속성 빌드 재료(16)(예를 들어, Cr)가 그러한 조건에서 기화할 수 있는 경우, 진공이 소결 동안에 사용될 수 없다. 일 예에서, 저압 환경은 약 1E-5 torr(1*10-5 torr) 내지 약 10 torr 범위의 압력에 있다.
도시되지는 않았지만, 도 2e 및 도 2f에 도시된 작동은 자동화될 수 있고, 제어기(28)가 작동을 제어할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 그래프는 스티렌-아크릴 라텍스 결합제의 열 분해에 대한 온도의 영향을 나타내고 있다. 그래프에 나타난 바와 같이, 보다 높은 중량 손실률은 보다 빠른 열 분해에 대응한다. 이론에 의해 얽매이지 않고, 이것은 중합체 입자의 열 분해 온도로의 가열이 높은 기계적 강도를 갖지 않는 3차원 물체를 초래할 수 있다는 것을 시사한다. 따라서, 짧은 버스트의 시간 동안 높은 에너지 밀도의 결과로서 용융시킴으로써 중합체 입자를 플래시 융합하는 것이 보다 효과적이며, 이는 중합체 입자가 중합체 분해를 유발하기에 충분한 시간 길이 동안 광자 에너지에 노출되지 않기 때문이다.
도 4a 내지 도 4c는 결합제 유체(410)가 결합제 유체(410)를 금속성 빌드 재료 층(420)과 함께 적층함으로써 빌드 재료의 베드(430)에 도포되는 것을 도시하고 있다(도 4a). 다음에, 광자 에너지 방출기(440)는 패터닝이 완료된 후 또는 결합제 유체(410)의 각 층이 금속성 빌드 재료 층(420)에 도포된 후에 빌드 재료의 베드(430) 상으로 에너지 플럭스(450)를 방출하는데 사용되어, 결합체 유체(410) 내의 중합체 입자를 금속성 빌드 재료(420)와 결합시키도록 플래시 융합시켜서 3차원 물체를 형성한다(도 4b). 다음에, 3차원 물체(460)가 빌드 재료의 베드(430)로부터 제거된다(도 4c).
도 5a 내지 도 5c는 금속성 빌드 재료 베드(510)의 조사된 상부 층(520)을 형성하는 광자 에너지 방출기(530)의 개략도를 도시하고 있다(도 5a). 도 5b는 빌드 재료 베드(510)의 상부 층에 조사하기 위해 화살표(540) 방향으로 이동하는 광자 에너지 방출기(530)를 도시하고(도 5b), 그에 따라 빌드 재료 베드(510)의 상부 층의 실질적으로 대부분이 조사(520)된다(도 5c).
도 9에서, 흐름도는 3차원 물체(900)를 프린팅하기 위한 방법을 도시하고 있으며, 상기 방법은,
(i) 금속성 빌드 재료를 도포하는 것(910)과,
(ii) 금속성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 결합제 유체를 선택적으로 도포하는 것(920)―결합제 유체는 액체 전색제 및 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함함―과,
(iii) 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 금속성 빌드 재료 및 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키는 것(930)과,
(iv) (i), (ii) 및 (iii)을 적어도 1회 반복하여 3차원 물체(940)를 형성하는 것(940)을 포함한다.
달리 기술되지 않는 한, 전술한 임의의 특징은 본원에 설명된 임의의 예 또는 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다.
본원에 개시된 예를 설명 및 청구함에 있어서, 단수 형태 "일"("a", "an" 및 "the")은 문맥상 명백하게 달리 지시되지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다.
농도, 양 및 다른 수치 데이터는 본원에서 범위 형식으로 표현되거나 제시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러한 범위 형식은 단지 편의성 및 간결화를 위해 사용되고, 그에 따라 범위의 종점으로 명시적으로 기재된 수치 값을 포함할 뿐만 아니라, 각 수치 값 및 하위 범위가 명시적으로 기재된 것처럼 해당 범위 내에 포함된 모든 개별 수치 값 또는 하위 범위를 포함하도록 유연하게 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 예시로서, "약 1 중량% 내지 약 5 중량%"의 수치 범위는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 명시적으로 언급된 값을 포함할 뿐만 아니라, 표시된 범위 내의 개별 값 및 하위 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 이러한 수치 범위에는, 2, 3.5 및 4와 같은 개별 값과, 1 내지 3, 2 내지 4 및 3 내지 5 등과 같은 하위 범위가 포함된다. 이것은 단일 수치 값을 기재하는 범위에도 적용된다.
명세서 전체에 걸친 "하나의 예", "일부 예", "다른 예", "일 예" 등의 언급은, 이 예와 관련하여 설명된 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조 및/또는 특성)가 본원에 설명된 적어도 하나의 예에 포함되고, 다른 예에 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 임의의 예에 대해 설명된 요소는 문맥상 명백하게 달리 지시되지 않는 한, 다양한 예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
달리 기술되지 않는 한, 성분의 "중량%"에 대한 본원의 언급은 해당 성분을 포함하는 전체 조성물의 백분율로서의 해당 성분의 중량에 대한 것이다. 예를 들면, 예컨대 액체 조성물 내에 분산된 폴리우레탄(들) 또는 착색제(들)와 같은 고체 재료의 "중량%"에 대한 본원의 언급은 조성물에서의 이들 고체의 중량 백분율에 대한 것이며, 조성물의 총 비휘발성 고체의 백분율로서의 해당 고체의 양에 대한 것은 아니다.
표준 시험이 본원에 언급된 경우, 달리 기술되지 않는 한, 언급되는 시험의 버전은 본 특허 출원을 출원할 당시의 가장 최신 버전이다.
본원 및 하기의 예에 개시된 모든 양은 달리 지시되지 않는 한 중량%이다.
본 개시를 추가로 예시하기 위해, 예가 본원에 제공된다. 이들 예는 예시적인 이유로 제시된 것이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다.
[예]
조성물 예 1
예시적인 3D 금속 부품("예시 부품 1"로 지칭됨)이 프린팅되었다. 예시 부품 1을 프린팅하는데 사용된 결합제 유체는 중합체 입자로서 아크릴 결합제 라텍스 분산액과, 유착 용매로서 2-메틸-1,3-프로판디올 및 2-피롤리디논을 함유하였다. 예시 부품 1을 프린팅하는데 사용된 결합제 유체의 일반적인 제제는 사용된 각 성분의 중량%로 표 1에 나타나 있다. 아크릴 결합제 라텍스 분산액의 중량 백분율은 % 활성제(actives), 즉 최종 제제에 존재하는 총 아크릴 결합제 라텍스 고체를 나타낸다.
성분 특정 성분 예시적인 결합제
유체(중량%)
유착 용매 2-메틸-1,3-프로판디올 9.00
2-피롤리디논 16.00
계면 활성제 TERGITOL™ 15-S-7 1.00
CAPSTONE® FS-35
(25 중량% 용액)		 1.98
중합체 입자 아크릴 결합제
라텍스 분산액
(고체 - 31.3 중량%)		 38.65
물 잔부
예시 부품을 프린팅하는데 사용된 금속성 빌드 재료는 42㎛의 D50(즉, 입자 크기 분포의 중간값, 여기서 모집단의 1/2이 이러한 값 위에 있고, 1/2이 이러한 값 아래에 있음)을 갖는 구형 스테인리스강(316L) 분말이었다. 상기 표 1에 설명된 결합제 유체는 하기 예에서 예시 부품을 프린팅하는데 사용되었다.예시 부품은 스테인리스강 분말 및 결합제 유체의 층을 도포하여 패터닝된 3차원 물체를 형성함으로써 프린팅되었다. 각 층의 두께는 약 50㎛ 내지 약 200㎛이었다. 결합제 유체는 10 피코리터의 결합제 유체 액적을 생성하는 열 잉크젯 프린터에 의해 스테인리스강 분말 층 상에 스트립 형태로 선택적으로 증착되었다. 금속 입자의 효과적인 결합을 달성하는데 사용된 결합제 유체의 양을 특성화하기 위해, 프린터의 2 또는 6 패스(이하, 각각 2X 및 6X로 불림)가 목표량의 결합제 유체를 증착시키는데 사용되었다. 각각의 패스에서, 약 10 마이크로리터의 결합제 유체가 스트립의 형태로 증착되었다.
스테인리스강 분말 상에 증착된 결합제 유체의 공기 건조 후에, 스테인리스강 분말 상에 선택적으로 증착된 결합제 유체는 상업적인 Xe 스트로브 램프를 사용하여 펄스 조사(즉, 플래시 융합)에 노출되었다. 각각의 경우에, 단일의 15 밀리초 펄스가 사용되었다. 램프 방전 전압을 변화시킴으로써 분말 표면으로 전달되는 에너지가 조정되었다.
플래시 융합 후에, 결합제 유체 용융에 있어서의 중합체 입자의 실증으로서, 아크릴계 결합제 라텍스 중합체 입자가 존재하는 영역 내의 금속 입자가 스트립의 "고체" 3차원 피스로서 리프트 오프(lift off)되었다. 대조적으로, 이러한 영역(결합제 유체가 증착되지 않았기 때문에 중합체 입자가 존재하지 않음)의 외부에서, 스테인리스강 분말은 하기에서 논의되는 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 느슨한 상태로 유지되었다.
3차원 프린팅 물체 - 예 1
도 6a 내지 도 6c는 상기 조성물 예 1에 설명된 조성물을 사용하는 방법에 의해 형성된 3차원 물체의 개략도이다.
도 6a는 플래시 융합 전의 스테인리스강 분말(610)을 도시하고 있다. 스테인리스강 분말(610)의 200㎛ 두께의 하나의 층이 석영 기판(600) 상에 스프레딩되었다. 다음에, 결합제 유체의 스트립(620)이 스테인리스강 분말(610) 위에 증착되었다. 6 패스의 결합제 유체가 증착되었다. 각각의 패스에서, 약 10 마이크로리터의 결합제 유체가 스트립(620)의 형태로 증착되었다.
도 6b는 69.74 J/㎠의 에너지 플럭스가 전체 분말(610) 및 스트립 영역(620)에 인가된 후에 도 6a에 증착된 재료에 무슨 일이 일어났는지를 도시하고 있다. 에너지 플럭스는 결합제 유체가 증착된 스테인리스강 분말 영역(620)의 약 상부 60%를 플래시 융합시켰다. 플래시 융합 후에, 이러한 스트립 영역(620)의 약 상부 60%가 고화되었고, 이러한 고화된 스트립은 스테인리스강 분말(610)의 하부 영역에서의 충분한 결합제 유체의 결핍으로 인해 결합하지 않은 느슨한 스테인리스강 분말(630)을 남기고 고체 피스(640)로서 리프트 오프되었다.
도 6c는 도 6b와 모두 동일한 요소 및 동일한 3차원 물체를 도시하고, 또한 스트립 형태로 증착된 어떠한 결합제 유체(620)도 수용하지 않은 스테인리스강 분말(610)이 쉽게 긁혀진다는 것(650)을 보여주며, 이는 전체 분말(610) 및 스트립 영역(620)이 에너지 플럭스에 노출되더라도 이러한 영역에는 결합제 유체가 존재하지 않기 때문이다.
3차원 프린팅 물체 - 예 2
도 7a 및 도 7b는 상기 조성물 예 1에 설명된 조성물을 사용하는 방법에 의해 형성된 3차원 물체의 개략도이다.
도 7a는 석영 기판(700) 상에 200㎛ 두께의 하나의 층으로 증착된 스테인리스강 분말(710)을 도시하고 있다. 다음에, 결합제 유체의 스트립(720)이 6 패스(즉, 6X)로 스테인리스강 분말(710) 위에 증착되었다. 각각의 패스에서, 약 10 마이크로리터의 결합제 유체가 스트립(720)의 형태로 증착되었다. 전체 스테인리스강 분말(710) 및 결합제 유체 스트립(720)에 7.47 J/㎠을 조사하여, 고체 3차원 스트립을 형성시켰다. 이러한 고화된 스트립(740)은 일부의 느슨한 스테인리스 분말(730)을 남기고 리프트 오프되었다.
도 7b는 도 7a와 모두 동일한 요소 및 동일한 3차원 물체를 도시하고, 또한 석영 기판(700) 상에 200㎛ 두께의 하나의 층으로 증착된 스테인리스강 분말(710)을 도시하고 있다. 다음에, 결합제 유체의 스트립(720)이 2 패스(즉, 2X)로 스테인리스강 분말(710) 위에 증착되었다. 각각의 패스에서, 약 10 마이크로리터의 결합제 유체가 스트립(720)의 형태로 증착되었다. 전체 스테인리스강 분말(710) 및 결합제 유체 스트립(720)에 12.98 J/㎠의 보다 높은 에너지 플럭스를 조사하였다. 스트립(720)은 스트립의 피스를 리프트 오프할 수 있도록 고화되지 않았다. 대신에, 스트립(720)은 쉽게 긁혀졌다(750).
도 10은 도 7a 및 도 7b와 비교하여 3차원 물체를 형성하기 위해 중합체 입자와 금속 입자를 융합시키는데 사용되는 결합제 로딩(binder loading) 및 에너지 밀도 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 이러한 그래프는 2 패스의 결합제 유체가 증착된 경우, 보다 높은 에너지 플럭스가 금속 입자와 중합체 입자를 결합시키기 위한 융합을 달성하는데 사용되었다는 것을 보여준다. 6 패스의 결합제 유체가 증착된 경우, 보다 낮은 에너지 플럭스가 금속 입자와 중합체 입자를 결합시키기 위한 융합을 달성하는데 사용되었다.
약 3.12 J/㎠의 광자 에너지가 라텍스 중합체 입자의 용융을 개시하는데 사용되었고, 약 21.1 J/㎠ 초과의 광자 에너지가 결합제의 신속한 비등 및 분해를 일으켰다는 것으로 밝혀졌다.
3차원 프린팅 물체 - 예 3
도 8은 상기 조성물 예 1에 설명된 조성물을 사용하는 방법에 의해 형성된 3차원 물체의 개략도이다.
도 8은 석영 기판(800) 상에 스프레딩된 약 50㎛의 두께를 갖는 스테인리스강 분말(810)의 3개의 층을 도시하고 있다. 다음에, 결합제 유체의 스트립(820)은 6 패스(6X)로 스테인리스강 분말(810) 위에 증착되고, 이에 의해 스테인리스강 분말(810)의 각 층의 상부 상에 결합제 유체의 2개의 층을 증착시켰다. 각각의 패스에서, 약 10 마이크로리터의 결합제 유체가 스트립(820)의 형태로 증착되었다.
9.74 J/㎠의 에너지 플럭스가 전체 분말(810) 및 스트립 영역(820)에 인가되었다. 에너지 플럭스는 결합제 유체가 증착된 실질적으로 모든 스테인리스강 분말 영역(820)을 플래시 융합시켰다. 플래시 융합 후에, 이러한 스트립 영역(820)은 고화되고, 고화된 전체 스트립은 일부의 느슨한 스테인리스강 분말(830)을 남기고 고체 피스(840)로서 리프트 오프되었다.
상기 예는 금속성 빌드 재료 분말 위에 증착된 결합제 유체 내에 충분한 중합체 입자가 존재하고 광자 에너지 방출기를 사용하여 충분한 에너지 플럭스가 인가되는 경우 강한 3차원 물체가 준비될 수 있다는 것을 보여준다.
상기 예는 또한 플래시 융합 동안 에너지 플럭스의 인가에 의한 중합체 입자의 신속한 용융이 중합체의 열 분해를 야기하지 않고 결합제 유체 내의 중합체 입자를 약 1초 미만에서 고온(즉, 섭씨 수백도 이하)으로 용융시키는 것을 촉진한다는 것을 보여준다.
상기 예는 또한 플래시 융합이 용융된 중합체 입자를 금속 분말과 결합시키기 위해 중합체 입자를 층별로 융합시키는 것을 촉진할 수 있다는 것을 보여준다. 이것은 패터닝된 3차원 물체의 형성 종료시까지 내내 별도의 경화 프로세스를 필요로 하지 않고 3차원 물체를 제조하는데 사용되는 시간의 양을 감소시킬 수 있다.
강한 3차원 물체가 층별로 플래시 융합함으로써 준비될 수 있기 때문에, 3차원 물체를 형성하는 이러한 방법은 3차원 물체의 형성 동안에 사용되는 열 에너지가 없을 뿐만 아니라, 전기 에너지 사용량도 통상의 석영-텅스텐-할로겐 가열 램프와 플래시 융합(예를 들어, Xe 램프 플래시 융합)을 위한 광자 에너지 방출기 사이의 차이가 약 3 자릿수(orders of magnitude) 감소된 것으로 나타나는 것으로 계산될 수 있으므로, 보다 경제적이다. 3차원 물체를 형성하기 위한 이러한 에너지 감소는 증가된 효율의 에너지 플럭스 발생, 금속 분말 흡수와 램프 방출 스펙트럼 사이의 향상된 매칭, 및 전체 빌드 재료 베드를 가열할 필요성의 제거 중 적어도 하나에서 기인할 수 있다.
몇 개의 예들이 상세하게 설명되었지만, 개시된 예들은 변형될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 설명은 비제한적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 3차원 물체를 프린팅하기 위한 방법에 있어서,
    (i) 금속성 빌드 재료를 도포하는 것과,
    (ii) 상기 금속성 빌드 재료의 적어도 일부 상에 결합제 유체를 선택적으로 도포하는 것―상기 결합제 유체는 액체 전색제 및 상기 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함함―과,
    (iii) 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 상기 금속성 빌드 재료 및 상기 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키는 것과,
    (iv) (i), (ii) 및 (iii)을 적어도 1회 반복하여 3차원 물체를 형성하는 것을 포함하는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (ii-a) 상기 결합제 유체로부터 실질적으로 대부분의 액체를 제거함으로써 상기 선택적으로 도포된 결합제 유체를 건조시키는 것을 더 포함하는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (v) 상기 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것을 더 포함하는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체 입자는 약 25℃ 내지 약 125℃의 유리 전이 온도를 가지며,
    상기 중합체 입자는 약 250℃ 내지 약 600℃의 열 분해 온도를 갖는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    플래시 융합 온도는 약 125℃ 내지 약 400℃인
    3차원 물체 프린팅 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플래시 융합은 상기 금속성 빌드 재료 및 상기 선택적으로 도포된 결합제 유체에 적어도 하나의 펄스로서 비간섭성 광자 에너지를 인가하는 광자 에너지 방출기를 사용하여 일어나는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플래시 융합은 상기 금속성 빌드 재료 및 상기 결합제 유체에 조사하는 것인
    3차원 물체 프린팅 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플래시 융합은 가스 방전 광자 에너지 방출기를 사용하여 일어나고,
    상기 가스 방전 광자 에너지 방출기에 이용되는 가스는 크세논, 크립톤, 아르곤, 헬륨, 네온 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체 입자는 상기 결합제 유체의 총 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 상기 결합제 유체 내에 존재하는
    3차원 물체 프린팅 방법.
  10. 3차원 물체를 프린팅하기 위한 프린팅 시스템에 있어서,
    금속성 빌드 재료의 공급부와,
    빌드 재료 분배기와,
    액체 전색제 및 상기 액체 전색제 내에 분산된 중합체 입자를 포함하는 결합제 유체의 공급부와,
    상기 결합제 유체를 선택적으로 분배하기 위한 잉크젯 도포기와,
    약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 상기 금속성 빌드 재료 및 상기 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키기 위한 광자 에너지 방출기를 포함하는
    프린팅 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제어기와,
    비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 더 포함하며,
    상기 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에는, 상기 제어기가,
    상기 빌드 재료 분배기 및 상기 잉크젯 도포기를 이용하여, 상기 결합제 유체의 선택적인 도포를 갖는 금속성 빌드 재료의 적어도 하나의 층을 반복적으로 형성하는 것과,
    상기 광자 에너지 방출기를 이용하여, 약 0.5 J/㎠ 내지 약 20 J/㎠의 에너지 밀도를 갖는 에너지 플럭스를 약 1초 미만 동안 인가함으로써 상기 선택적으로 도포된 결합제 유체를 플래시 융합시켜 상기 금속성 빌드 재료 및 상기 선택적으로 도포된 결합제 유체를 결합시키는 것에 의해, 3차원 물체를 프린팅하게 하는 컴퓨터 실행가능 명령이 저장되는
    프린팅 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에는, 상기 제어기가, 또한 적어도 하나의 열원을 이용하여 상기 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것에 의해, 상기 3차원 물체를 프린팅하게 하는 컴퓨터 실행가능 명령이 저장되는
    프린팅 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것은 약 10분 내지 약 48시간 범위의 소결 기간 동안 수행되는
    프린팅 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 3차원 물체를 소결 온도로 가열하는 것은 불활성 가스, 저 반응성 가스, 환원 가스 또는 이들의 조합을 포함하는 환경에서 일어나는
    프린팅 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 중합체 입자는, 스티렌, p-메틸 스티렌, α-메틸 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 옥타데실 아크릴레이트, 옥타데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 비닐벤질 클로라이드, 이소보르닐 아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 에톡실화 노닐 페놀 메타크릴레이트, 에톡실화 베헤닐 메타크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 모노아크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, n-옥틸 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 알콕실화 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 디메틸 말레에이트, 디옥틸 말레에이트, 아세토아세톡시에틸 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, N-비닐 이미다졸, N-비닐카르바졸, N-비닐-카프로락탐, 이들의 조합물, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 라텍스 중합체 입자를 포함하는
    프린팅 시스템.
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