KR20200016410A

KR20200016410A - 제거 가능한 지지 구조를 갖는 3차원 물체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200016410A
Application number: KR1020207003660A
Authority: KR
Inventors: 유진 길러; 나탈리 피. 오'하라; 토마스 데이비슨
Original assignee: 리즈 인코포레이티드
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2020-02-14
Also published as: EP3507093A1; KR20190039440A; WO2018044399A1; JP2019528203A; US20190193335A1; CN109982848A; JP2020121571A; JP6703192B2; EP3507093A4; KR102077206B1

Abstract

3차원 물체 및 제거 가능한 지지 구조를 제조하기 위한 제조 공정. 물체로부터 지지 구조의 제거는 이형제의 증착 또는 물체와 지지 구조 사이의 이형 레이어의 증착에 의해 가능하게 된다. 지지 구조의 제거는 또한 제조 동안 물체 및/또는 지지 구조에 강제 냉각, 필라멘트 밀도 조절, 또는 증착 압력의 변화를 가함으로써 가능하게 될 수 있다.

Description

제거 가능한 지지 구조를 갖는 3차원 물체의 제조 방법{METHOD OF FABRICATING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT WITH REMOVABLE SUPPORT STRUCTURE}

이 출원은, 2016년 8월 30일자로 출원된, 미국 가출원 번호 62/381,300의 우선권 및 그 이익을 주장한다. 상기 출원의 전체 사상은 본원에서 참고로 편입된다.

컴퓨터 이용 설계 (Computer Aided Design) (CAD) 솔리드 모델링 시스템 (solid modeling systems)의 증가된 사용에 따라, CAD 출력 데이터를 3차원 물리적 물체로의 변환을 가능하게 하는 제조 기술의 새로운 경계가 알려졌다. 이 기술은 통상적으로 부가 제조 (예를 들면, 솔리드 프리폼 제조 (solid freeform fabrication) 또는 레이어 제조 (layer manufacturing))로서 지칭되며, 이는 레이어-바이-레이어 (layer-by-layer) 및 포인트-바이-포인트 (point-by-point) 기준으로 물체를 제작하는 것을 수반한다. 상업적으로 입수 가능한 솔리드 프리폼 제조 시스템의 예는 스테레오 리소그래피 (stereo lithography), 선택적 레이저 소결 (selective laser sintering), 개체 접합 조형 (laminated object manufacturing), 및 용융 증착 모델링 (fused deposition modeling)을 포함한다. 솔리드 프리폼 제조 시스템의 다른 예들은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있다.

3차원에서 자동으로 물체를 형성하는 것은 CAD 데이터베이스 검증 (verifying CAD databases), 미학 평가 (assessing aesthetics), 설계의 인체공학 확인 (checking ergonomics of design), 도구 및 설치물 설계의 지원 (aiding in tool and fixture design), 개념적 모델 및 판매/마케팅 도구의 창작 (creating conceptual models and sales/marketing tools), 투자 캐스팅에 대한 패턴 생성 (generating patterns for investment casting), 생산의 공학적인 변화 감소 또는 제거 (reducing or eliminating engineering changes in production), 및 소규모 생산량 제공 (providing small production runs)에 유용하다.

부가 제조 공정 동안, 제조 공정 중에 건설된 지지 구조를 제거하는데 시간 및 노동력 모두 소모될 수 있다. 지지 구조를 제거하는 다양한 방법은 지지체를 파괴하거나, 지지체 재료를 액체 매질에 용해시키거나, 지지체 재료를 용융하는 것을 포함한다. 이러한 방법들은 부품의 표면에 결함을 발생시킬 수 있다. 또한, 부품들은 연삭 (grinding) 또는 연마 (polishing)와 같은, 후-공정이 필요할 수 있다.

임의의 추가적인 후-공정을 필요로 하지 않으며 지지체로부터 쉽게 제거 가능한, 다양한 3차원 물체를 제조할 수 있는 3차원 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명의 양태는 이러한 3차원 물체의 제조에 관한 것이다. 3차원 물체는 고-해상도의 색상을 가질 수 있다.

본원에서는, (a) (예를 들어, 프로세스를 사용하여) 지지 구조를 필요로 하는 3차원 물체의 영역을 가상으로 식별하는 단계; (b) (예를 들어, 프로세스를 사용하여) 3차원 물체에 대한 지지 구조를 가상으로 생성하는 단계; (c) (예를 들어, 프로세스를 사용하여) 상기 지지 구조 및 상기 3차원 물체를 포함하는 신 (scene)을 레이어들로 가상으로 슬라이싱 (slicing)하는 단계; (d) (예를 들어, 프로세서를 사용하여) 상기 지지 구조가 상기 3차원 물체에 인접한 각 레이어의 영역을 식별하는 단계; (e) (예를 들어, 프린트 장치를 사용하여) 지지 구조 및/또는 물체의 폴리머 레이어를 증착시키는 단계; (f) (예를 들어, 프린트 장치를 사용하여) 상기 지지 구조 또는 상기 물체의 폴리머 레이어의 적어도 일부 상에 이형제 (release agent)를 포함하는 레이어를 증착시키는 단계; 및 (g) (예를 들어, 프린트 장치를 사용하여) 상기 3차원 물체 및/또는 상기 지지 구조의 적어도 하나의 폴리머 레이어를 이형제를 포함하는 레이어 상에 증착시키는 단계를 포함하는 3차원 제조 방법이 개시된다.

특정 양태에서, 이형제는 장치의 적어도 하나의 프린트 헤드 (print head)를 통해 증착된 잉크이다. 특정 구현예에서, 이형제는 실리콘 오일, 오일 및 탄화수소, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에스테르, 계면활성제, 수용성 검 (water soluble gums), 가소제 또는 휘발성 용매의 고체 방출 물질 (solid release matter in plasticizer or volatile solvent), 저 점착성 접착제 (low tack adhesive), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료와 배합된다. 이형제는 비-반응 화학, 반응 화학 또는 상-변화 물질에 기초하여 선택될 수 있다.

특정 구현예에서, 3차원 물체와 지지 구조 사이의 식별된 영역은 2차원 이미지 파일로 변환된다. 일부 양태에서, 지지 구조는 폴리머 재료로부터 형성되고, 지지 구조 폴리머 재료는 3차원 물체를 형성하기 위해 사용되는 폴리머 재료와 유사하거나 동일하다. 다른 양태에서, 지지 구조는 폴리머 재료로부터 형성되고, 지지 구조 폴리머 재료는 3차원 물체를 형성하기 위해 사용되는 폴리머 재료와 상이하다.

특정 양태에서, 지지 구조는 외부 잉크 레이어를 가지고, 상기 외부 잉크 레이어는 3차원 물체를 형성하는 폴리머 재료에 용해되는 적어도 하나의 성분을 포함한다.

본 발명의 특정 양태에 따르면, 외부 잉크 레이어의 적어도 하나의 성분은 지지 구조의 폴리머 재료의 용해를 촉진시킬 수 있다.

일부 양태에서, 가상 스페이스는 지지 구조와 3차원 물체 사이의 신의 슬라이싱 동안 생성된다. 스페이스의 두께는 폴리머 레이어 두께의 0.1% 내지 100%일 수 있다. 택일적으로, 스페이스의 두께는 폴리머 레이어 두께의 약 50%이다. 스페이스의 두께는 3차원 물체의 곡률에 기초하여 조절될 수 있다.

특정 구현예에서, 지지 구조, 3차원 물체, 또는 지지 구조 및 3차원 물체의 필라멘트 밀도는 3차원 제조 공정 동안 조절된다. 필라멘트 밀도 변화는 공칭 (nominal) 필라멘트 밀도의 0.5 내지 1.7 이내일 수 있다.

일부 양태에서, 3차원 물체 및/또는 지지 구조의 적어도 하나의 폴리머 레이어는 이형제를 포함하는 레이어의 증착 전에 강제 냉각된다. 적어도 하나의 폴리머 레이어는 주위 또는 외부 공기를 가하여, 또는 압축된 가스를 가하여 강제 냉각될 수 있다.

특정 양태에서, 3차원 물체는 용융 증착 모델링 (fused deposition modeling)을 이용하여 형성된다. 일부 구현예에서, 이형제를 포함하는 레이어는 자외선 흡수 염료 또는 형광 염료를 포함한다. 일부 양태에서, 이형제를 포함하는 레이어는 지지 구조가 3차원 물체에 인접한 식별된 영역에서, 3차원 물체와 지지 구조 사이에 증착된다. 이형제의 농도는 3차원 물체의 곡률에 기초하여 조절될 수 있다.

또한 본원에서는 (a) 3차원 물체를 형성하는 단계; 및 (b) 3차원 물체의 형성 동안, (예를 들어, 3차원 프린터의 사용에 의해) 3차원 물체에 인접한 지지 구조를 형성하는 단계를 포함하고, 이형제를 포함하는 레이어는 3차원 물체와 지지 구조 사이에 증착되는 3차원 제조 방법이 개시된다.

또한 본원에서는 (a) 3차원 물체를 형성하는 단계; 및 (b) 3차원 물체의 형성 동안, (예를 들어, 3차원 프린터의 사용에 의해) 3차원 물체에 인접한 지지 구조를 형성하는 단계를 포함하고, 강제 냉각이 지지 구조 및/또는 3차원 물체의 적어도 하나의 외부 폴리머 레이어에 가해지는 3차원 제조 방법이 개시된다.

또한 본원에서는 (a) 3차원 물체를 형성하는 단계; 및 (b) 3차원 물체의 형성 동안, (예를 들어, 3차원 프린터의 사용에 의해) 3차원 물체에 인접한 지지 구조를 형성하는 단계를 포함하고, 이형제를 포함하는 레이어는 3차원 물체와 지지 구조 사이에 증착되고, 이형제는 두 개의 연속하는 폴리머 레이어들 사이의 접착을 방지하는 3차원 제조 방법이 개시된다.

또한 본원에서는 외부 폴리머 레이어를 갖는 3차원으로 프린트된 물체; 외부 폴리머 레이어를 갖는 3차원으로 프린트된 지지 구조; 및 3차원 물체의 외부 폴리머 레이어와 지지 구조의 외부 폴리머 레이어 사이에 증착된 이형제를 포함하는 레이어를 포함하는 제조 물품이 개시된다.

상기 논의된, 본 발명의 여러 다른 특징들 및 부수적인 이점들은 이하의 본 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다. 또한, 여기서 기술된 다양한 구현예의 특징은 상호 배타적인 것이 아니며, 다양한 조합 및 치환으로 존재할 수 있음이 이해되어야 한다.

도면에서, 동일한 참조 부호는 일반적으로 상이한 도면 전반에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다. 또한, 도면은 반드시 축척된 것은 아니며, 대신 일반적으로 본 발명의 원리를 설명할 때 강조된다. 이하의 명세서에서, 다양한 본 발명의 구현예들은 하기 도면을 참조하여 기술된다:
도 1은 종래 필라멘트 증착 모델링 (Filament Deposition Modeling) 장치의 개략적 구성을 도시한다;
도 2는 공지의 공정에 따르는 제조 장치의 개략적 구성을 도시한다;
도 3은 본 발명의 일 양태에 따르는 제조 공정의 개략적 구성을 도시한다;
도4a-4d는 지지 구조에 인접한 3차원 물체의 개략적 표시를 도시한다. 숫자는 3차원 프린팅 소프트웨어를 사용하여 생성된다. 도 4a는 계단의 단(stair step) 3차원 물체를 나타낸다. 도 4b는 3차원 물체에 인접한 3차원 물체에 대한 지지 구조를 나타낸다. 지지 구조는 소프트웨어를 사용하여 자동으로 생성될 수 있다. 도 4c는 이형 레이어 (황색)의 비트맵 (bitmap)을 나타낸다. 제조 동안, 이형제는 지정된 위치에 증착된다. 도 4d는 폴리머의 레이어 (분홍색으로)에 의해 덮힌 이형제 레이어를 나타낸다;
도 5는 3차원 물체 및 지지 구조를 레이어들로 슬라이싱하는 개략적 표시를 도시한다. 지지 구조 (점으로 표시된 회색 영역)는 필요한 영역에서 3차원 물체 (단색 청색 영역)의 하부에 만들어진다. 3차원 프린팅 소프트웨어는 지지된 3차원 물체 (즉, 3차원 물체 및 지지 구조)를 하나의 공칭 폴리머 레이어 높이와 동일한 높이를 갖는 레이어들로 수직으로 슬라이스한다. 소프트웨어가 3차원 물체가 지지 구조와 접촉하고 있음을 감지하면, 소프트웨어는 지지 구조와 물체의 두 개의 폴리머 레이어들 사이에 추가적인 스페이스를 생성한다. 그 스페이스는 X와 같을 것이고, 따라서 슬라이스는 1+X의 높이를 가질 것이다;
도 6은 제거 가능한 지지 구조를 갖는 3차원 물체를 제조하는 3차원 제조 공정을 도시하는 플로우 차트 (flowchart)를 제공한다; 그리고
도 7은 본 발명의 양태에 따르는 공정을 구현하기 위한 고 레벨 아키텍처 (a high level architecture)의 개략적인 예이다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 제작된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면을 포함하는 이 특허 또는 특허 출원 공보의 사본은 신청 및 필요한 수수료 지불에 따라 사무국 (Office)에 의해 제공될 것이다.

지지 구조로부터 쉽게 제거 가능한 다양한 3차원 물체를 제조할 수 있는 3차원 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일부 양태에 따르면, 이형 레이어 또는 이형제를 포함하는 레이어는 제조된 3차원 물체와 지지 구조의 사이에 증착된다. 3차원 물체와 지지 구조 사이의 가상 스페이스는 3차원 제조 소프트웨어를 사용하여 생성될 수 있고, 그 스페이스는 제조 중에 식별된 스페이스 내의 이형 레이어를 증착하기 전에 확대되거나 축소될 수 있다. 3차원 물체 및/또는 지지 구조를 형성하기 위해 사용되는 폴리머의 필라멘트 밀도는 공칭 필라멘트 밀도와 관련하여 조절 (예를 들면, 낮아지거나 증가되거나)될 수 있다. 3차원 물체 및/또는 지지 구조의 외부 폴리머 레이어(들)은 강제 냉각될 수 있다.

본 발명의 추가의 양태에 따르면, 기술된 방법 중 하나 이상은 지지 구조로부터 3차원 물체의 이형성을 향상시키기 위해 조합될 수 있다. 예를 들면, 이형 레이어는 지지 구조와 3차원 물체 사이에 증착될 수 있다. 택일적으로, 이형 레이어는 지지 구조와 3차원 물체 사이에 증착될 수 있고, 추가적으로 3차원 물체 및/또는 지지 구조의 적어도 하나의 폴리머 레이어는 강제 냉각될 수 있다. 이형 레이어는 지지 구조와 3차원 물체 사이에 증착될 수 있고, 물체 및/또는 지지 구조를 형성하기 위해 사용된 폴리머의 필라멘트 밀도는 공칭 필라멘트 밀도와 관련하여 조절된다. 여기서 개시된 지지 구조 제거 방법의 일부 또는 전부의 특징 및 이점은 다음의 요약 및 예시적이고, 비-제한적인 실시예의 설명의 이익을 고려할 때, 통상의 기술자에게 명백 할 것이다.

본원에서 사용되는 바와 같이, "3차원 제조"는 3차원 물체 및/또는 지지 구조를 레이어-바이-레이어로 제작하는 방법을 지칭하기 위해 사용된다. 3차원 제조는 3차원 물체를 형성하기 위해, 적어도 하나의 폴리머 레이어를 증착하고, 적어도 하나의 잉크 레이어를 프린트하는 것의 조합을 지칭한다. 폴리머 또는 잉크 레이어는 증착 장치 또는 프린트 장치의 적어도 한 번의 패스 (pass), 예를 들면, 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 또는 그 이상의 패스에 의해 형성된다. 패스의 횟수는 인치당 도트수 (dpi)에 따라 달라질 수 있다. 적어도 하나의 폴리머 레이어와 적어도 하나의 잉크 레이어는 원하는 구조 및 결과에 따라, 임의의 순서로 증착 및 프린트될 수 있고; 그러나, 두 개의 폴리머 레이어들 사이의 이형 레이어의 도입은 분리할 수 있는 2개의 바디 (예를 들어, 지지 구조 및 3차원 물체) 사이를 따라 분기점을 발생시켜야 한다. 예를 들어, 다수의 폴리머 레이어는 잉크 레이어가 프린트 되기 전에 증착될 수 있다. 일부 실시예에서, 폴리머 및 잉크 레이어는 개별 또는 다중 레이어로 교대로 나타난다. 용융 증착 모델링, 개체 접합 조형, 스테레오 리소그래피, 및 선택적 레이저 소결을 포함하나, 이에 제한되지 않는, 다양한 3차원 제조 방법이 이 기술 분야에서 알려져 있다.

다양한 3차원 증착 또는 제조 장치는 본원에서 기술된 혁신적인 진보를 발생시키기 위해, 본 발명의 양태와 관련하여 기술된 제조 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 본원에서 이용되는 3차원 제조 장치는 증착 장치 및 프린트 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 증착 장치는 용융 증착 모델링에 사용되는 것과 유사하다. 일부 구현예에서, 프린트 장치는 레이어-바이-레이어 제작 공정 (a layer-by-layer build process)을 이용하여 3차원 폴리머 물체를 제작하는 임의의 솔리드 프리-폼 제조 장치와 짝을 이룬다. 이러한 장치의 비-제한적인 예는 개제 접합 조형 장치 또는 3차원 포토폴리머 (three-dimensional photopolymer) 장치를 포함한다.

공지의 용융 증착 모델링 장치의 한 예는 도 1에 도시된다. 압출기 조립체 (12)는 3차원 물체 (16)를 형성하기 위해, 레이어-바이-레이어 공정으로, 제작 플랫폼(build platform) (18) 상에 폴리머 (14)를 분배한다. 일단 3차원 물체 (16)가 완성되면, 제작 플랫폼 (18)으로부터 제거될 수 있고, 새로운 프로젝트가 시작될 수 있다.

다른 3차원 제조 장치의 예가 미국 특허 제9,227,366호에 기술되어 있으며, 이는 본원에서 그 전체가 참고로 인용된다. 이 3차원 제조 장치의 개략도가 도 2에서 제공된다. 장치는 용융 증착 모델링에서 사용되는 것과 유사한 증착 장치 (20)와 프린트 헤드와 잉크 전달 시스템 (32)을 갖는 프린트 장치 (30)를 포함한다. 3차원 제조 장치는 레이어-바이-레이어 공정으로, 3차원 물체 (26)를 제작 플랫폼 (28) 상에 형성하기 위해, 폴리머 재료 (24)를 분배하는 압출기 조립체 (22)를 포함한다. 또한, 제조 장치는 프린트 헤드 및 잉크 전달 시스템 (32)을 포함하고, 이는 제작 공정 동안, 레이어-바이-레이어 공정으로, 잉크를 3차원 물체 (26) 상에 분배한다.

증착 장치 (20)는 폴리머 (24)를 분배하는 압출기 조립체 (22)를 포함한다. 압출기 조립체 (22)는 하나 이상의 폴리머 재료 (24) (예를 들면, 폴리머)를 분배하는 하나 이상의 압출기 헤드 (23)를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 폴리머 재료 (24)는 레이어-바이-레이어 공정으로 제작 플랫폼 (28) 상에 3차원 물체 (26)를 형성한다.

프린트 장치 (30)는 임의의 3차원 물체 (26)의 제조 동안, 3차원 제조 장치를 사용하여 잉크 (34)를 증착시키기 위한 프린트 헤드 및 잉크 전달 시스템 (32)을 포함한다. 프린트 장치 (30)는 하나 이상의 잉크 (34)를 분배하기 위한 하나 이상의 프린트 헤드 (33)를 포함할 수 있다. 프린트 헤드 및 잉크 전달 시스템 (32)은 제조 공정 동안 레이어-바이-레이어 방식으로 잉크 (34)를 증착시킬 수 있다.

프린트 헤드 및 잉크 전달 시스템 (32)을 갖는 프린트 장치 (30)는 압출기 조립체 (22)를 갖는 증착 장치 (20)와 동일한 메커니즘으로, 증착 장치 (20)와 함께 이동하도록 부착된다. 일부 구현예에서, 프린트 장치 (30)는 3차원 제조 장치에 부착된 독립적인 이동 또는 고정 메커니즘으로 부착된다. 또 다른 구현예에서, 프린트 장치 (30)는 증착 장치 (20)와 정렬되지만, 증착 장치 (20)에 부착되지 않는다.

프린트 장치 (30)는, 예를 들어, 압전 프린트 헤드 (a piezoelectric print head), 열 프린트 헤드 (a thermal print head), MEMS 프린트 헤드, 정전 프린트 헤드 (an electrostatic print head), 또는 이들의 조합인, 프린트 헤드(들) (33)를 포함한다. 일부 양태에서, 프린트 장치 (30)는 플로터 타입 단일 노즐 유닛 (a plotter type single nozzle unit), 연속식 잉크젯 (a continuous ink jet), 또는 드롭 온 디맨드 시스템 (a drop on demand system)인 프린트 헤드 (33)를 포함한다. 특정 양태에서, 하나 이상의 프린트 헤드 (33)는 프린트 장치 (30) 내에 포함된다. 다른 양태에서, 프린트 헤드 (33)는 하나 이상의 채널을 포함한다. 일부 구현예에서, 프린트 장치 (30)는 분사 증착 방법을 이용한다. 택일적으로, 프린트 장치 (30)는 분사하지 않는 증착 방법을 이용한다. 예를 들어, 프린트 장치 (30)는 이형제 증착, 분무기 (a sprayer), 브러싱 (brushing) 또는 모세관 튜빙 (capillary tubing)과 같은, 압출 노즐을 포함 할 수 있다.

본원에서는 3차원 물체 (50) 및/또는 지지 구조 (52)를 제조하기 위한 3 차원 제조 방법의 예가 제공된다. 3차원 제조 방법은 제 1 폴리머 레이어 (42)를 증착시키는 단계, 제 1 잉크 레이어 (40)를 제 1 폴리머 레이어 (42) 상에 프린트하는 단계, 제 2 폴리머 레이어 (42)를 제 1 잉크 레이어 (40) 상에 증착시키는 단계, 및 제 2 잉크 레이어 (40)를 제 2 폴리머 레이어 (42) 상에 프린트하는 단계를 포함한다. 제 2 잉크 레이어 (40)는 제 1 잉크 레이어 (40)에서 사용된 것과 동일한 잉크를 포함할 수 있다.　일부 구현예에서, 제조 공정은 완성된 3차원 물체 (50)가 형성될 때까지 반복된다.　3차원 제조 공정을 설명하는 개략도가 도 3에서 제공되고, 이는 프린트 헤드 및 잉크 전달 시스템 (32)이 폴리머 레이어 (42) 상에, 염료를 선택적으로 포함하는 잉크 (34) 방울을 증착시킴으로써, 폴리머 레이어 (42) 상에 형성되는 잉크 레이어 (40)를 나타낸다. 잉크 (34) 방울은, 잉크가 폴리머 레이어 (42)와 접촉하는 상호 작용 영역 (36)을 형성한다. 택일적인 제조 방법에서, 폴리머 레이어 (42)가 증착되고, 폴리머 레이어 (42)를 증착시키는 공정은 완성된 3차원 물체 (50)가 형성될 때까지 반복된다.

제 1 및 제 2 폴리머 레이어 (42)는 각각 복수의 폴리머 레이어 (42)를 포함 할 수 있다. 제 1 (또는 제 2) 폴리머 레이어 (42)를 형성하는 복수의 폴리머 레이어 (42)는 모두 동일한 폴리머 재료 (24)로 형성될 필요는 없지만, 하나 이상의 별개의 폴리머 재료 (24)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 잉크 레이어 (40)는 각각 복수의 잉크 레이어 (40)를 포함할 수 있다. 제 1 (또는 제 2) 잉크 레이어 (40)를 형성하는 복수의 잉크 레이어 (40)는 모두 동일한 잉크 (34)로 형성될 필요는 없지만, 하나 이상의 별개의 잉크 (34)를 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 본원에서 이후 기술되는 본 발명에 따라, 3차원 물체 (50) 및/또는 지지 구조 (52)를 제조하는 경우, 폴리머 레이어 (42) 및 잉크 레이어 (40)는 다양한 횟수 및 다양한 순서로 증착된다. 또한, 폴리머 레이어 (42) 및/또는 잉크 레이어 (40)는 미리 증착된 레이어 위에 완전히 연장 될 필요는 없다. 일부 예에서, 잉크 레이어 (40)는 이전에 증착된 폴리머 (또는 잉크) 레이어 (42)의 일부 위에만 증착된다.

특정 구현예에서, 폴리머 레이어 (42)는 폴리머 레이어 (42) 상에 프린트되는 잉크 레이어 (40) 이전에 완전히 증착된다. 일부 구현예에서, 폴리머 재료 (24)가 증착되는 공정 동안, 잉크 레이어 (40)는 동일한 폴리머 레이어 (42) 상에 프린트된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 잉크 레이어 (40)의 제 1 부분은 제 1 잉크 (34)를 포함하고, 적어도 하나의 잉크 레이어 (40)의 제 2 부분은 제 2 잉크 (34)를 포함한다. 특정 구현예에서, 적어도 하나의 폴리머 레이어 (42)의 제 1 부분은 제 1 폴리머 재료 (24)를 포함하고, 적어도 하나의 폴리머 레이어 (42)의 제 2 부분은 제 2 폴리머 재료 (24)를 포함한다.

적어도 히나의 폴리머 레이어 (42)는, 예를 들어, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 ("ABS"), 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 환상 올레핀 중합체 및 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 액정 폴리머 수지 ("LCP"), 폴리에테르 에테르 케톤 ("PEEK"), 열가소성 엘라스토머 ("TPE"), 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리설폰, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 셀룰로오스 플라스틱, 로진-개질된 말레산 수지, 이들의 공중합체, 임의의 다른 거대 분자 구조, 및 이들의 조합과 같은, 폴리머 재료 (24)를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 폴리머 재료 (24)는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌이다. 일부 양태에서, 폴리머 레이어 (42)는, 예를 들어, 콜라겐, 엘라스틴 (elastin), 하이드로겔, 크세로겔 (xerogels), 단백질, 펩타이드 (peptides), 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 생체 적합성 또는 생분해성 폴리머 재료를 포함한다. 일부 구현예에서, 폴리머 레이어 (42)는, 예를 들어, 폴리카프로락톤 ("PCL"), 폴리 (D,L,-락타이드-co-글리코라이드) ("PLGA"), 폴리락타이드 ("PLA"), 폴리(락타이드-co-카프로락톤) ("PLCL"), 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 합성 폴리머를 포함한다. 특정 양태에서, 폴리머 재료 (24)는, 무기 또는 유기 충전제, 접착제, 가소제, 착색제 (예를 들면, 염료 또는 안료), 기능성 충전제 또는 이들의 조합과 같은, 하나 이상의 성분으로 보충된다.

특정 구현예에서, 제 1 폴리머 레이어 (42)는 제 1 잉크 레이어 (40)의 도포에 의해 습윤된다. 일부 양태에서, 제 1 잉크 레이어 (40)의 잉크는 가소제를 함유한다. 잉크는 제 1 폴리머 레이어(들) (42) 내로 확산될 수 있다. 향상된 습윤 특성을 얻기 위해, 폴리머 및 잉크 레이어 (42, 40)는 플라즈마 또는 코로나 방전으로 처리 될 수 있다. 일부 구현예에서, 레이어는, 예를 들어, 1 내지 5 mm 거리에서, 레이어의 표면 위로 방전원 (source of the discharge)을 통과시킴으로써 처리된다.

본 발명의 예시적인 구현예에 따르면, 이형 잉크와 같은, 잉크 (34)가 물체 (50)로부터 지지 구조 (52)를 이형시키는 것을 돕기 위해 이용된다. 상술한 바와 같이, 기본적인 증착 공정은 기술을 진보시키고 이로부터 분리 가능한 지지 구조 (52) 및 물체 (50)를 생성하기 위해, 아래 기재에 따라 이형 잉크를 포함하도록 변형될 수 있다. 일부 구현예에서, 이형 잉크 (34)는 물체 (50) 상에 쉘을 제공한다. 일부 양태에서, 이형 잉크는, 예를 들어, 쉘을 형성하는데 이용되는 염료, 또는 촉매를 추가로 포함한다.

특정 구현예에서, 지지 구조 (52)는 3차원 제조 공정 동안 물체 (50)에 인접하게, 또는 부착되어 형성된다. 일부 양태에서, 물체 (50)는 폴리머 재료 (24)로부터 형성된다. 일부 구현예에서, 증착 장치는 지지 구조 (52)를 형성하기 위해 사용된다. 택일적으로, 제 2 증착 장치가 지지 구조 (52)를 형성하기 위해 사용될 수 있다.

지지 구조 (52)의 폴리머 재료 (24)는 물체 (50)를 형성하기 위해 사용되는 폴리머 재료 (24)와 유사하거나, 일부 구현예에서는 동일할 수 있다. 지지 구조의 폴리머 재료 (24)가 물체 (50)를 형성하기 위해 사용되는 폴리머 재료 (24)와 동일한 경우, 지지 구조 (52)의 폴리머 재료 (24)는 물체 (50)의 폴리머 재료 (24)와 유사할 수 있으나, 보충 성분을 포함하거나, 그 반대의 경우도 동일하다. 다른 구현예에서, 지지 구조 (52)의 폴리머 재료 (24)는 물체 (50)를 형성하기 위해 사용되는 폴리머 재료 (24)와 상이하다. 지지 구조 (52) 및/또는 물체 (50)는 하나 이상의 폴리머 재료 (24)로 형성될 수 있다. 일부 양태에서, 지지 구조 (52)는, 예를 들면, 수용성 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드 및 글리콜계 폴리머, 폴리비닐 피롤리돈계 폴리머, 메틸 비닐 에테르, 또는 말레산계 폴리머와 같은, 수용성, 용매 용해성, 또는 알칼리 용해성 폴리머인 폴리머 재료 (24)를 포함한다.

일부 구현예에서, 지지 구조 (52)는 외부 잉크 레이어 (40)를 갖는다. 특정 구현예에서, 외부 잉크 레이어 (40)는 지지 구조 (52)에 포함된 폴리머 재료 (24)에 용해되는 적어도 하나의 성분을 포함한다. 잉크 레이어 (40)의 성분은 폴리머 재료 (24)의 용해를 촉진시킬 수 있다. 일부 양태에서, 적어도 하나의 성분은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리알킬렌 글리콜, 또는 폴리에틸렌 옥사이드와 같은, 저분자량 화합물이다.

일부 구현예에서, 폴리머 재료 (24)에 용해 가능한 적어도 하나의 성분에 외에도, 잉크 레이어는 폴리머 레이어 (42)의 표면 상에 막을 형성하는 적어도 하나의 성분을 함유한다. 일부 양태에서, 적어도 하나의 성분은 염화 칼륨, 옥살산 칼륨, 또는 시트르산 나트륨과 같은 염, 폴리비닐 알코올, 또는 폴리에틸렌 옥사이드와 같은 저분자량 수용성 폴리머, 또는 디메틸 우레아, 또는 프로필렌 글리콜과 같은 수용성 유기 화합물이다.

지지 구조 (52)는 물체 (50)로부터 제거할 수 있고, 일부 실시예에서 제거를 위해 더 작은 조각으로 분해될 수 있다. 물체 (50)로부터 지지 구조 (52)를 제거하기 위한 일부 방법이 본원에서 기술된다.

물체 (50) 및, 지지 구조 (52)가 제거 가능한, 지지 구조 (52)를 제조하는 방법은, 3 차원 프린트를 위한 파일 준비 소프트웨어 (file preparation software)와 같은 소프트웨어 프로그램을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 소프트웨어는 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 필요한 처리 능력을 갖는 적절한 컴퓨터 하드웨어 상에서 작동하는, 제조 방법의 다양한 단계의 수행 (performance)을 실시하거나 보조하기 위해 사용될 수 있다. 도 7은 통상의 기술자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 일반적인 컴퓨팅 (computing) 장치에서의 소프트웨어의 단순한 실행보다 훨씬 더 이상으로, 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어 (firmware)의 변형을 통해, 본원에서 기술된 컴퓨팅 방법/기능을 구현하기 위해 사용되고, 본원에서 기술된 동작과 특징을 실시하기 위한 특정 시스템으로 변환될 수 있는 예시적인 적절한 컴퓨팅 장치 (600)를 도시한다. 이러한 컴퓨팅 장치 (600)의 하나의 예시적인 실시예가 도 7에서 도시된다. 컴퓨팅 장치 (600)는 적절한 컴퓨팅 환경의 단지 예시적인 실시예이며, 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않는다. 도 7에 의해 나타낸 바와 같이, "컴퓨팅 장치"는, 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, "워크 스테이션 (workstation)", "서버 (server)", "랩탑 (laptop)", "데스크탑 (desktop)", "핸드 헬드 장치 (hand-held device)", "모바일 장치 (mobile device)", "태블릿 컴퓨터 (tablet computer)" 또는 다른 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치 (600)가 설명적인 목적으로 도시되면, 본 발명의 구현예들은 본 발명의 단일 구현예를 구현하기 위해 임의의 수의 상이한 방식으로 임의의 수의 컴퓨팅 장치 (600)를 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 구현예들은, 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이, 단일 컴퓨팅 장치 (600)로 제한되지 않을 뿐만 아니라, 예시적인 컴퓨팅 장치 (600)의 단일 유형의 구현 또는 구성으로 제한되지 않는다.

컴퓨팅 장치 (600)는 다음의 예시적인 컴포넌트 (components)의 하나 이상에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있는, 버스 (610)를 포함할 수 있다: 메모리 (612), 하나 이상의 프로세서 (614), 하나 이상의 프리젠테이션 컴포넌트 (616), 입력/출력 포트 (618), 입력/출력 컴포넌트 (620), 및 전원 장치 (624). 통상의 기술자는 버스 (610)가 어드레스 버스 (address bus), 데이터 버스(data bus), 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 하나 이상의 버스를 포함 할 수 있음을 인식할 것이다. 통상의 기술자는 의도된 적용 및 특정 구현예의 용도에 따라, 다수의 이들 컴포넌트가 단일 장치에 의해 구현될 수 있음을 추가적으로 인식할 것이다. 마찬가지로, 일부 예시에서, 단일 컴포넌트는 다수의 장치에 의해 구현될 수 있다. 이와 같이, 도 7은 본 발명의 하나 이상의 구현예를 구현하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 장치의 단지 예시적인 것이며, 본 발명을 결코 제한하지 않는다.

컴퓨팅 장치 (600)는 다양한 컴퓨터-판독 가능 매체를 포함하거나 이와 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터-판독 가능 매체는, 정보를 인코딩 (encode) 하기 위해 사용될 수 있고 컴퓨팅 장치 (600)에 의해 액세스 될 수 있는, 랜덤 액세스 메모리 (Random Access Memory) (RAM); 고정 기억 장치 (Read Only Memory) (ROM); 전자적으로 삭제 가능한 프로그램 가능 고정 기억 장치 (Electronically Erasable Programmable Read Only Memory) (EEPROM); 플래시 메모리 (flash memory) 또는 다른 메모리 기술; CDROM, 디지털 다기능 디스크 (digital versatile disk) (DVD) 또는 다른 광학 또는 홀로그래픽 매체; 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치를 포함할 수 있다.

메모리 (612)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리의 형태의 컴퓨터-저장 매체를 포함할 수 있다. 메모리 (612)는 제거 가능하거나, 제거할 수 없거나, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예시적인 하드웨어 장치는 하드 드라이브, 고체-상태 메모리, 광학-디스크 드라이브 등과 같은 장치이다. 컴퓨팅 장치 (600)는 메모리 (612), 다양한 I/O 컴포넌트 (616) 등과 같은 컴포넌트로부터 데이터를 판독하는 하나 이상의 프로세서를 포함 할 수 있다. 프리젠테이션 컴포넌트(들) (616)는 사용자 또는 다른 장치에 데이터 표시를 나타낸다. 예시적인 프리젠테이션 컴포넌트는 디스플레이 장치, 스피커, 프린팅 컴포넌트, 진동 컴포넌트 등을 포함한다.

I/O 포트 (618)는 컴퓨팅 장치 (600)가, I/O 컴포넌트 (620)와 같은 다른 장치에 논리적으로 연결되도록 할 수 있다. I/O 컴포넌트 (620) 중의 일부는 컴퓨팅 장치 (600)로 제작되도록 할 수 있다. 이러한 I/O 컴포넌트 (620)의 예는 마이크로폰 (microphone), 조이스틱 (joystick), 기록 장치, 게임 패드 (game pad), 위성 방송 수신 안테나, 스캐너, 프린터, 무선 장치, 네트워킹 장치 등을 포함한다.

본 발명의 방법으로 되돌아가면, 예를 들어, 하나 이상의 프로세서 (614)를 갖는 이러한 컴퓨팅 장치 (600) 상에서 작동하는 소프트웨어는, 지지체를 필요로 하는 물체 (50)의 영역을 식별하고, 지지 구조 (52)를 설계 또는 가상으로 생성하고, 신을 가상으로 슬라이스하고, 및/또는 지지 구조 (52)가 물체 (50)에 인접한 각 레이어의 영역을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 파일 준비 소프트웨어를 사용하는 3 차원 제조 방법은, 지지 구조 (52)를 필요로 하는 물체 (50)의 영역을 식별하는 단계 (단계 200), 물체 (50)에 대한 지지 구조 (52)를 가상으로 생성하는 단계 (단계 202), 지지 구조 (52) 및 물체 (52)를 포함하는 신을 레이어들로 가상으로 슬라이싱하는 단계 (단계 204), 지지 구조 (52)가 물체 (50)에 인접한 각 레이어의 영역을 식별하는 단계 (단계 206), 및 소프트웨어에 의해 생성된 가상의 설계를 신뢰하고, 지지 구조 (52) 및/또는 물체 (50)의 폴리머 레이어(들) (42)의 증착 (단계 208 및 212) 및/또는 이형 가능한 잉크에 의해 형성된 이형 레이어 (54)의 증착을 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 제조 방법은 제조 공정 동안 지지 구조 (52)가 물체 (50)에 인접한 것으로 식별된, 물체 (50)의 폴리머 레이어 (42)와 지지 구조 (52)의 폴리머 레이어 (42) 사이의 이형 레이어 (54) (예를 들면, 이형제를 포함하는 레이어)를 증착시키는 것을 포함한다 (단계 210) (도 6 참조).

제거 가능한 지지 구조 (52)를 갖는 3차원 물체 (50)의 제조가 도 4a-4d에 도시된다. 도 4a에서 보이는 바와 같이, 3차원 물체 (50)가 제조된다 (본원에서 상호 교환적으로 이용되는 바와 같이, "물체" 및 "3차원 물체"는 제조 공정의 초점인 3차원 물체를 지칭한다). 지지 구조 (52)는 물체 (50)에 인접하여 제조될 수 있다 (도 4b). 일부 실시예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 이형 레이어 (54)가 증착될 수 있다 (도 4c-4d). 도 4c는 제조 동안, 이형 레이어가 증착 될 영역을 식별하는 이형 레이어 (54) (황색)의 비트맵을 제공한다. 이후, 이형 레이어 (54)는 물체 (50)가 제조됨에 따라, 폴리머 재료 (24)의 다른 레이어에 의해 덮힌다.

파일 준비 소프트웨어의 사용을 설명하는 개략도가 도 5에 제공된다. 예를 들어, 지지 구조 (52) (점으로 표시된 회색 영역)는 가상으로 물체 (50) (단색 청색 영역)의 하부에 제작되거나 생성된다. 소프트웨어는 지지된 물체 (50) (즉, 물체 (50) 및 지지 구조 (52))를 하나의 공칭 폴리머 레이어 높이와 동일한 높이를 갖는 레이어들 (56)로 가상으로 수직으로 슬라이싱하기 위해 사용될 수 있다. 소프트웨어가 물체 (50)가 지지 구조 (52)와 접촉하는 것을 감지하는 경우, 소프트웨어는 추가적인 스페이스 x를 생성할 수 있고, 가상 스페이스 (58)는 지지 구조 (52)와 물체 (50)의 폴리머 레이어 (42) 사이에서 x + 1이 된다. 스페이스는 x와 같고, 소프트웨어에 의해 준비된 슬라이스는 1 + x의 높이를 가질 것이다. 3차원 증착 공정 동안, 이형제 또는 이형 레이어 (54)가 x로 지정된 스페이스에 증착될 수 있고, 폴리머 레이어 (42)의 필라멘트 밀도는 필요에 따라 조절될 수 있다. 필라멘트 밀도의 조절은 일단 물체 (50)가 제작되면, 물리적 간격이 존재하지 않도록 발생한다. 이형제는 두 폴리머 레이어들 (42)를 분리하고 두 폴리머 레이어들 (42)의 접착을 방지하는 얇은 이형 레이어 (54)을 형성하면서, 지지 구조 (52)의 외부 레이어와 물체 (50)의 외부 레이어 모두와 접촉할 수 있다.

특정 구현예에서, 이형 레이어 (54) (본원에서 이형제 레이어로도 지칭됨)은 물체 (50)와 지지 구조 (52) 사이에 증착된다. 이형 레이어 (54)는 물체 (50), 지지 구조 (52), 또는 물체 (50)와 지지 구조 (52) 모두에 증착될 수 있다. 특정 구현예에서, 이형 레이어 (54)는 지지 구조 (52) 상에 증착된다. 일부 구현예에서, 이형 레이어 (54)는 지지 구조 (52)가 물체 (50)에 부착 및/또는 인접한 위치에서만 증착된다.

특정 구현예에서, 지지 구조 (52)를 형성하는 폴리머 레이어 (42)는, 지지 구조 (52)의 폴리머 레이어 (42) 상에 증착되는 것인 이형 레이어 (54) 이전에 완전히 증착된다. 이후, 이형 레이어 (54)가 완전히 증착되면, 물체 (50)를 형성하는 폴리머 레이어 (42)가 이형 레이어 (54) 상에 증착될 수 있다. 일부 구현예에서, 폴리머 재료 (24)가 증착되는 공정에 있는 동안, 이형 레이어 (54)는 지지 구조 (52)의 폴리머 레이어 (42) 상에 프린트된다. 추가의 양태에서, 지지 구조 (52)의 폴리머 재료 (24) 및 이형 레이어 (54)가 증착되는 동안, 물체 (50)의 폴리머 레이어 (42)를 형성하는 폴리머 재료 (24)가 증착된다. 다른 구현예에서, 폴리머 레이어 (42) 사이에 이형 레이어 (54)를 증착시키지 않고, 지지 구조 (52)를 형성하는 폴리머 레이어 (42)가 증착되고, 물체 (50)를 형성하는 폴리머 레이어 (42)가 증착된다. 또 다른 양태에서, 이형 레이어 (54)는 증착된 폴리머 레이어(들) (42) 위에 완전히 연장될 필요는 없다. 이형 레이어 (54)는 이전에 증착된 폴리머 레이어 (42)의 일부 위에만 증착될 수 있다.

본 발명에 의해 이용되는 이형제는 폴리머 재료 (24) (예를 들어, 열가소성 재료)의 두 연속하는 레이어들 사이의 접착을 방지할 수 있다. 일부 양태에서, 이형제는 하나 이상의 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 이형제는 실리콘 오일, 오일 및/또는 탄화수소, 폴리에틸렌 글리콜, 에스테르, 계면활성제, 저 점착성 접착제, 수용성 검, 가소제 또는 휘발성 용매에 용해된 고체 방출 물질, 및 이들의 조합으로부터 선택된 재료와 배합될 수 있다.

이형제는 비-반응 화학, 반응 화학 또는 상-변화 물질 (phase-change materials)에 기초하여 선택될 수 있다. 상-변화는 고체, 액체 및/또는 기체 사이에서 전이하는 물질을 의미한다. 예를 들어, 상-변화 이형제는 액체에서 고체로 또는 고체에서 액체로 전이될 수 있다.　이형제 물질은 특정 온도보다 높을 때 액체 일 수 있고, 따라서 액체 상태로 증착될 수 있다. 이후, 물질은 냉각 시 응고될 수 있다 (예를 들어, 왁스 물질). 반응성 화학 이형제는 개별 잉크 (34)가 혼합 및/또는 서로 접촉하는 경우, 화학 반응이 일어나는 둘 이상의 잉크 (34)의 조합을 포함 할 수 있다. 개별 잉크 (34)는 독자적으로 활성화되지 않을 것이다. 반응성 화학 이형제의 한 예는 두-부분의 에폭시이다. 반응성 화학 이형제의 다른 예는 두 개의 잉크 (34)가 접촉하는 경우, 제 2 잉크 (34)의 중합을 일으키는 촉매를 함유하는 하나의 잉크 (34)와, 두 개의 잉크 (34)의 조합이다. 특정 양태에서, 그 반응성 화학에 기초하여 선택된 이형제를 포함하는 잉크 (34)는 하나 이상의 프린트 헤드 (33)로부터 증착되거나, 택일적으로 다수의 채널을 갖는 단일 프린트 헤드 (33)로부터 증착된다.

일부 구현예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 형성된 이형 레이어 (54)는 잉크 (34)를 포함하며, 잉크 (34)는 이형제를 포함한다. 다른 양태에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 형성된 이형 레이어 (54)는 폴리머 재료 (24)를 포함하며, 폴리머 재료 (24)는 이형제를 포함한다. 　일부 양태에서, 이형제는 저 점착성 접착제이다. 저 점착성 접착제는 낮은 접착 강도 및 두 표면들 (예를 들어, 지지 구조 (52) 및 물체 (50)) 사이의 제거 가능한, 비-영구적인 접합부를 제공한다. 접착제에 의해 형성된 결합은 단시간 동안만 유지될 수 있고, 어느 한 표면에 어떠한 찢김 또는 손상도 일으키지 않고 지지 구조 (52) 및/또는 물체 (50)로부터 제거 및/또는 벗겨질 수 있다.　접착제의 제거는 지지 구조 (52) 또는 물체 (50) 상에 남아있는 어떠한 점성이 있거나 끈적거리는 잔여물도 발생시키지 않는다.

특정 구현예에서, 저-점착성 접착제는 일시적인 접착제 (fugitive glue), 또는 E-Z 이형 접착제 (E-Z release glue) (예를 들어, 다이렉트 메일 마케팅 제품의 뒷면 또는 편지에 부착된 신용 카드에서 발견되는 접착제(glue)의 유형)이다. 일시적인 접착제는 압력에 민감한, 핫 멜트(hot melt), 워터 베이스(water base) 형태로 이용 가능할 수 있다. 일부 구현예에서, 포스트-잇 (post-it) 노트에서 발견되는 것과 같은, 저-점착성 감압 접착제가 이용된다. 이러한 접착제는 표면 상에 잔여물을 남기지 않고 쉽게 제거될 수 있다.

일부 구현예에서, 저-점착성 접착제는 액체 형태의 잉크 (34)로 하나 이상의 프린트 헤드 (33)로부터 분배된다. 접착제는 그 액체 형태로 지지 구조 (52) 상으로 분사될 수 있고, 이로써 지지 구조 (52)와 지지 구조 (52)에 인접하여 프린트된 물체 (50) 사이에 약한 결합을 형성할 수 있다. 일부 양태에서, 저-점착성 시스템은 압출기 헤드 (예를 들어, 지지 구조 (52) 및/또는 물체 (50)의 제조를 위해 폴리머 재료 (24)를 분배하는데 사용되는 것과 상이한 압출기 헤드)로부터 핫 멜트로 분배된다. 일부 양태에서, 물체 (50)는 분사된 접착제를 포함하는 지지 구조 (52)의 상부에 (예를 들어, 지지 구조 (52) 상에 놓여) 제조된다. 지지 구조 (52) 상의 물체 (50)의 제조는 물체 (50)가 지지 구조 (52) 상에 가벼운 압력을 가하게 함으로써, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 일시적 결합을 형성한다.　일부 양태에서, (예를 들어, 결합의 저-점착성, 약한 접착 성질 때문에) 물체 (50)는 지지 구조 (52)로부터 제거 가능하다.

일부 구현예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 형성된 이형 레이어 (54)는 계면 활성제를 포함하는 잉크 (34)를 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "계면 활성제"는 두 액체, 고체 및 액체, 또는 두 고체 사이의 계면의 표면 특성을 변화시킬 수 있는 물질을 지칭한다.　일반적으로, 계면 활성제의 각 분자는 친수성 및 친유성 말단을 함유한다. 일부 양태에서, 계면 활성제가 폴리머 레이어 (42) 상에 (예를 들어, 폴리머 표면) 증착될 때 (예를 들어, 계면 활성제를 함유하는 잉크 레이어 (40)를 증착시킴으로써), 계면 활성제 분자는, 친유성 말단은 비-극성 폴리머의 표면을 향하고, 친수성 말단은 극성 폴리머의 표면을 향하도록 직접 배향한다. 잉크에 사용될 수 있는 계면 활성제의 유형의 비-제한적인 예는, 이온 계면 활성제 (예를 들어, 양이온성 또는 음이온성 계면 활성제), 비-이온성 계면 활성제 (예를 들어, 소르비탄 올리에이트(sorbitan oleate) 유화제 80, 폴리소르베이트 (polysorbate) 80, 폴리소르베이트 60), 또는 양쪽성 계면 활성제 등을 포함한다. 일부 구현예에서, 이형 레이어 (54)가 계면 활성제를 포함하는 경우, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 형성된 이형 레이어 (54)는, 물체 (50)로부터 지지 구조 (52)의 용이한 제거가 가능하도록 한다.

제거 가능 지지 구조 (52)를 갖는 물체 (50) 제조의 초기 단계 동안, 파일 준비 소프트웨어는 지지 구조와 3차원 물체 사이의 스페이스 (58) (예를 들어, 공칭 폴리머 높이 + 스페이스 x)를 만들거나 가상으로 생성하기 위해 사용될 수 있다. 스페이스 (58)는 신의 슬라이싱 동안 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이의 스페이스 (58)는 폴리머 레이어 (42) 두께의 0.1 % 내지 100 % 이다.　일부 구현예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이의 스페이스 (58)는 폴리머 레이어 (42) 두께의 100 % 보다 크다. 일부 구현예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이의 스페이스 (58)는 폴리머 레이어 (42) 두께의 약 5%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 90% 또는 95%이다.　다른 구현예에서, 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이의 스페이스 (58)는 폴리머 레이어 (42) 두께의 약 50 %이다. 일부 양태에서, 스페이스 (58)는 물체 (50)의 곡률에 기초하여 조절된다. 일반적으로 지지 구조 (52)의 외부 레이어와 물체 (50)의 제 1 레이어 (또는 물체 (50)의 외부 레이어와, 지지 구조 (52)가 물체 (50) 위에 위치된, 지지 구조 (52)의 제 1 레이어) 사이의 압력은 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이의 스페이스 (58)를 증가시킴으로써 감소될 수 있음이 이해된다. 대조적으로, 스페이스 (58)가 감소되면 압력이 증가될 수 있다.

일부 양태에서, 이형 레이어 (54)는 지지 구조 (52)와 물체 (50) 사이에 증착된다. 이형 레이어 (54)는 지지 구조 (52) 상에, 물체 (50) 상에, 또는 지지 구조 (52) 및 물체 (50) 모두에 증착될 수 있다. 일부 양태에서, 스페이스 (58)는 파일 준비 소프트웨어를 사용하여 지지 구조 (52)의 외부 폴리머 레이어 (42)와 물체 (50) 사이에서 계산 및/또는 형성된다 (예를 들어, 공칭 폴리머 높이 + 스페이스 x). 일부 양태에서, 식별된 스페이스 (58)는 제거 가능한 지지 구조 (52)를 갖는 물체 (50)의 제조 동안 이형 레이어 (54)로 일부 또는 전체가 채워진다.

일부 구현예에서, 폴리머 (42) 및/또는 이형 레이어 (54)의 증착 속도는 변화한다. 일부 양태에서, 증착 속도는 폴리머 레이어 (42)의 증착으로부터 이형 레이어 (54)의 증착으로, 또는 택일적으로, 이형 레이어 (54)의 증착으로부터 폴리머 레이어 (42)의 증착으로 전이할 때 감소되거나 증가될 수 있다. 일부 양태에서, 증착의 느린 속도는 작은 반경 특성, 예를 들어, 크기가 10mm 미만의 특성들에 이용된다. 일부 양태에서, 타이밍(timing) 지연은 폴리머 레이어 (42) 및/또는 이형 레이어 (54)의 증착 사이에서 구현될 수 있다.

특정 구현예에서, 지지 구조 (52) 및/또는 물체 (50)의 필라멘트 밀도는 제조 동안 조절되거나 변경된다. 본원에서 용어 "필라멘트 밀도"는 표준 레이어의 자유 부피에 대한 압출된 재료의 부피의 비를 지칭하기 위해 사용된다. 표준 레이어의 자유 부피는 표준 레이어의 (폭 X 길이 X 높이)로 계산될 수 있다 (도 5A 참조). 일부 양태에서, 필라멘트 밀도 변화는 공칭 필라멘트 밀도의 0.1 내지 2 배 이내이다. 다른 양태에서, 필라멘트 밀도는 공칭 필라멘트 밀도의 0.5 내지 1.7 배 이내이다. 폴리머 재료 (24)의 필라멘트 밀도의 변화는 폴리머 재료 (24)의 유형에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현예에서, 이형 레이어 (54)에 인접한 폴리머 레이어 (42)의 필라멘트 밀도가 조절된다. 　예를 들어, 물체 (50)의 외부 폴리머 레이어 (42)의 필라멘트 밀도는, 외부 폴리머 레이어 (42)가 지지 구조 (52)에 증착된 이형 레이어 (54)에 인접한 경우, 폴리머 레이어 (42)의 공칭 필라멘트 밀도의 0.5 내지 1.7 배 이내에서 변화될 수 있다. 택일적으로 또는 추가적으로, 지지 구조 (52)의 외부 폴리머 레이어 (42)의 필라멘트 밀도는, 외부 폴리머 레이어 (42)가 물체 (50)에 증착된 이형 레이어 (54)에 인접한 경우, 폴리머 레이어 (42)의 공칭 필라멘트 밀도의 0.5 내지 1.7 배 이내에서 변화될 수 있다.　일부 양태에서, 필라멘트 밀도는 물체 (50)의 곡률 및/또는 지지 구조 (52)의 곡률에 기초하여 조절된다.

일부 구현예에서, 물체 (50) 및 지지 구조 (52)의 제조는 폴리머 레이어 (42)의 증착을 포함한다. 물체 (50) 및/또는 지지 구조 (52)는 외부 폴리머 레이어 (42)를 포함 할 수 있다.　일부 양태에서, 물체 (50)의 외부 폴리머 레이어 (42)는 강제 냉각된다. 다른 양태에서, 지지 구조 (52)의 외부 폴리머 레이어 (42)는 강제 냉각된다. 택일적으로, 지지 구조 (52) 및/또는 물체 (50)를 형성하는 다수의 폴리머 레이어 (42), 또는 일부 양태에서 모든 폴리머 레이어 (42)는 강제 냉각된다. 강제 냉각은 폴리머 레이어 (42) 상에 주위 또는 외부 공기를 불어넣거나, 폴리머 레이어 (42)에 압축된 공기 또는 기체를 가함으로써 발생할 수 있다. 일부 양태에서, 지지 구조 (52)의 외부 폴리머 레이어 (42)와 물체 (50) 사이에 이형 레이어 (54)가 증착될 수 있다. 물체 (50)의 외부 폴리머 레이어 (42) 및/또는 지지 구조 (52)의 외부 폴리머 레이어 (42)는 이형 레이어 (54)의 증착 전에 강제 냉각될 수 있다.　다른 양태에서, 외부 폴리머 레이어(들) (42)는 이형 레이어 (54)의 증착 이전, 동안 또는 후에 냉각된다. 일부 양태에서, 이형 레이어 (54)는 높은 열 전도성을 갖는 잉크를 포함하거나, 또는 부분적으로 또는 완전히 증발되는 성분 (예를 들어, 냉각 잉크)을 함유 할 수 있고, 이로써 표면을 냉각시킬 수 있다.

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통상의 기술자는 본 발명이 그 안에 내포 된 것뿐만 아니라, 상기 대상을 수행하고, 언급된 목적 및 이점을 얻기에 충분히 적합하다는 것을 용이하게 인식한다. 본원에서의 상세한 설명 및 실시예는 특정 구현예를 대표하고, 예시적이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본원 내에서의 변형 및 다른 용도가 통상의 기술자에게 발생할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 내에 포함된다. 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 본원에서 개시된 발명에 대해 다양한 대체 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

본원의 명세서 및 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 문구 "a" 및 "an"은, 명확하게 반대로 명시되지 않는 한, 복수의 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 반대로 명시되거나 달리 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 그룹의 하나 이상의 구성원 (members) 사이의 "또는"을 포함하는 청구 범위 또는 기재는 하나, 하나 이상, 또는 모든 그룹 구성원들이 특정 제품 또는 공정에 존재하거나, 이용되거나, 또는 기타 관련되는 경우 만족되는 것으로 간주된다. 본 발명은 그룹의 정확히 하나의 구성원이 특정 제품 또는 공정에 존재하거나, 이용되거나, 또는 기타 관련된 구현예들을 포함한다. 본 발명은 또한 하나 이상, 또는 모든 그룹 구성원이 특정 제품 또는 공정에 존재하거나, 이용되거나, 또는 기타 관련된 구현예들을 포함한다. 또한, 달리 명시되지 않거나 모순 또는 불일치가 발생할 것임이 통상의 기술자에게 명백하지 않는 한, 본 발명이 하나 이상의 열거된 청구항들로부터 하나 이상의 제한, 요소, 절 (clauses), 설명적인 용어 등이 동일한 기본 청구항 (또는, 관련된, 임의의 다른 청구항)에 종속하는 다른 청구항에 도입되는 모든 변형, 조합, 및 치환을 제공하는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 기술된 모든 구현예들은 적절한 경우 본 발명의 모든 상이한 양태에 적용 가능하다는 것이 예상된다. 또한, 임의의 구현예들 또는 양태들은 적절한 때마다 하나 이상의 다른 이러한 구현예들 또는 양태들과 자유롭게 조합될 수 있다는 것이 예상된다. 요소들이 리스트로, 예를 들어, 마쿠쉬 그룹 (Markush group) 또는 유사한 포맷으로 존재하는 경우, 요소들의 각각의 서브 그룹 (subgroup)이 또한 개시되고, 임의의 요소(들)가 그룹으로부터 제거될 수 있음이 이해되어야 한다. 일반적으로, 본 발명, 또는 본 발명의 양태가, 특정 요소, 특징 등을 포함하는 것으로 언급되는 경우, 본 발명의 특정 구현예들 또는 본 발명의 양태들은, 이러한 요소, 특징 등으로 이루어지거나, 또는 필수적으로 이루어지는 것으로 이해되어야 한다. 단순화를 위해, 본원에서 이들 구현예는 모든 경우에 단어 그대로 구체적으로 설명되지는 않는다. 본 발명의 임의의 구현예 또는 양태는 특정 배제가 본 명세서에서 인용되는지 여부에 관계없이, 청구 범위로부터 명시적으로 배제될 수 있음이 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 임의의 하나 이상의 활성제, 첨가제, 성분, 선택적 물질 (optional agents), 유기체의 유형, 무질서, 연구 대상, 또는 이들의 조합이 배제될 수 있다.

청구 범위 또는 명세서가 재료의 조성물과 관련된 경우, 본원에 개시된 임의의 방법에 따른 재료의 조성물을 제조 또는 사용하는 방법, 그리고 본원에서 개시된 임의의 목적에 따른 재료의 조성물을 사용하는 방법은, 달리 명시되지 않거나 모순 또는 불일치가 발생할 것임이 통상의 기술자에게 명백하지 않는 한, 본 발명의 양태들임이 이해된다. 청구 범위 또는 명세서가 방법과 관련된, 예를 들어, 상기 방법을 수행하는데 유용한 조성물을 제조하는 방법, 및 상기 방법에 따라 제조된 제품임이 이해되는 경우, 달리 명시되지 않거나 모순 또는 불일치가 발생할 것임이 통상의 기술자에게 명백하지 않는 한, 본 발명의 양태들이다.

본원에서 범위가 주어지면, 본 발명은 종점이 포함되는 구현예, 양 종점이 배제되는 구현예, 및 하나의 종점이 포함되고 다른 종점이 배제되는 구현예를 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 양 종점이 포함되는 것으로 추정되어야 한다. 또한, 문맥 및 통상의 기술자의 이해로부터 달리 명시되거나 달리 명백하지 않는 한, 범위로 표현된 값은 본 발명의 상이한 구현예에서 언급된 범위 내의 임의의 특정 값 또는 부분 범위를, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 범위의 하한 단위의 10분의 1까지 취할 수 있다는 것이 추정되어야 한다. 본원에서 일련의 수치 값이 언급되는 경우, 본 발명은 임의의 개재 값 또는 일련의 임의의 두 값에 의해 정의된 범위와 유사하게 관련된 구현예를 포함하며, 가장 낮은 값은 최소값으로 취해질 수 있고, 가장 큰 값은 최대값으로 취해질 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 수치 값은 백분율로 표시된 값을 포함한다. 수치 값이 "약" 또는 "대략"으로 시작되는 본 발명의 임의의 구현예에 있어서, 본 발명은 정확한 값이 열거된 구현예를 포함한다. 수치 값이 "약" 또는 "대략"에 의해 시작되지 않는 본 발명의 임의의 구현예에 있어서, 본 발명은 그 값이 "약" 또는 "대략"에 의해 시작되는 구현예를 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, A 및 B가 상이한 청구항 용어인 경우, "A 및/또는 B"는 일반적으로 A, B, 또는 A 및 B 중 적어도 하나를 의미한다. 예를 들어, 다른 순서에 보완적인 및/또는 혼성화하는 하나의 순서는 (i) 모든 조건 하에서 하나의 순서가 다른 순서에 반드시 혼성화하지 않을지라도 다른 순서에 보완적인 하나의 순서, (ii) 하나의 순서가 다른 순서에 완전히 보완적이지 않더라도 다른 순서에 혼성화하는 하나의 순서, 및 (iii) 다른 순서에 보완적이고 또한 혼성화하는 순서를 포함한다.

달리 언급되지 않거나 달리 문맥으로부터 명백하지 않는 한 (이러한 숫자가 가능한 값의 100%를 초과하는 것을 허용하지 않는 경우를 제외하고), "대략" 또는 "약"은 일반적으로 1 %의 범위 내, 또는 일부 구현예에서 5 %의 범위 내, 또는 일부 구현예에서 어느 방향의 수의 10 %의 범위 내에 있는 수 (수를 초과하거나 미만이거나)를 포함한다. 반대로 명확하게 명시되지 않는 한, 하나 이상의 행위를 포함하는 본원에서 청구된 임의의 방법에서, 방법의 행위의 순서는 반드시 방법의 행위가 열거된 순서에 제한되는 것은 아니나, 본 발명은 그 순서가 매우 제한된 구현예들을 포함하는 것이 이해되어야 한다. 달리 명시되거나 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 본원에서 기술된 임의의 제품 또는 조성물은 "단리된 (isolated)"으로 간주될 수 있음이 또한 이해되어야 한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는 (comprising)" 또는 "포함하다 (comprises)"는 본 발명에 필수적이지만, 필수적이든 아니든, 불특정 요소의 포함에 개방된, 조성물, 방법 및 이들의 각 구성 요소(들)와 관련하여 사용된다.

본원에서 사용 된 바와 같이, 용어 "본질적으로 이루어진 (consisting essentially of)"은 특정 구현예에 요구되는 요소를 지칭한다. 상기 용어는 본 발명의 그 구현예의 기본적이고 신규한 또는 기능적 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 추가적인 요소의 존재를 허용한다.

용어 "이루어진 (consisting of)"은, 구현예의 기재에 있어서 열거되지 않은 임의의 요소를 제외하고는, 본원에 기재된 바와 같은 조성물, 방법 및 이들 각 성분을 나타낸다.

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실시예

다음의 비-제한적인 실시예는 본 발명의 잉크의 제조를 설명한다. 이들 실시예는 단지 설명의 목적이다. 각각의 개별 제조법의 변형이 가능하다는 것이 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 다른 잉크 화학 물질이 유사한 이형 효과를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 플라스틱 필라멘트의 성질에 따라, 다른 종류의 물질이, 예를 들어, 오일 및/또는 탄화수소, 에스테르, 상 변화 잉크, 반응성 잉크, 가소제 또는 휘발성 용매에 용해된 고체 방출 물질을 함유한 잉크, 수용성 검, 이형제로서 계면 활성제를 함유한 잉크, 및 일시적인 접착제와 같은 저 점착성 시스템이 이형제로서 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

모든 시험은 내부적으로 제작된 Rize, Inc.의 3차원 프린팅 기계 프로토 타입 (prototypes)을 사용하여 수행되었다. 프로토 타입에는 독점 (proprietary) 압출기 헤드와 하나 이상의 Ricoh Gen4 압전 프린트 헤드가 장착되었다. 또한, 독점 소프트웨어 및 펌웨어는 CAD 모델을 슬라이싱하고, 프린터를 구동하는데 사용되었다.

실시예에 기재된 모든 백분율은 중량으로 표시된다.

실시예 1 - 저 점도 실리콘 오일계 잉크

74% DMS-T05 폴리디메틸실록산 (Gelest), 25% DMS-T21 폴리디메틸실록산 (Gelest) 및 1%의 상용성 액체 염료를 함유하는 잉크가 제조되었다. 염료는 프린트 공정에서 잉크의 가시성을 제공하기 위해 첨가되었으며, 조성물의 필수 성분은 아니다. 모든 성분이 함께 첨가되고 혼합물이 균질해질 때까지 교반되었다. 이후, 혼합물은 1.0 마이크론 (micron) 유리 섬유 필터를 통해 진공 여과되었다. 생성된 잉크는 20℃에서 13 cps의 점도를 가졌다.

잉크는 TOPAS Advanced Polymers, Inc.로부터 구입한 Topas 7010F-600으로 Rize의 알파 프린터 프로토 타입 (Rize's alpha printer prototype)을 사용하여 평가되었다. 잉크는 다양한 형상에 대해 우수한 이형 특성을 제공하였다.

실시예 2 - 고 점도 실리콘 오일계 잉크

57.5% DMS-T05 폴리디메틸실록산, 40% DMS-T21 폴리디메틸실록산 (Gelest), 2% DMS-T31 폴리디메틸실록산 (Gelest) 및 0.5% 상용성 액체 염료를 함유하는 잉크가 제조되었다. 염료는 프린트 공정에서 잉크의 가시성을 제공하기 위해 첨가되었으며, 조성물의 필수 성분은 아니다. 모든 성분이 함께 첨가되고 혼합물이 균질해질 때까지 교반되었다. 이후, 혼합물은 1.0 마이크론 유리 섬유 필터를 통해 여과되었다. 생성된 잉크는 22℃에서 24 cps의 점도를 가졌다.

잉크의 우수하고 신뢰성 있는 분사를 제공하기 위해 프린트 헤드의 분사 매개 변수가 조절되었다. 잉크는 TOPAS Advanced Polymers, Inc.로부터 구입한 Topas 7010F-600을 사용하여 Rize의 알파 프린터 프로토 타입을 사용하여 평가되었다. 잉크는 다양한 형상에 대해 우수한 이형 특성을 제공 하였다.

실시예 3 - 폴리에틸렌 글리콜계 잉크

60% 폴리에틸렌 글리콜 400 (Sigma), 38% 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 (Spectrum Chemicals), 1% BYK333 계면 활성제 (BYK Chemie) 및 1% 상용성 액체 염료를 함유하는 잉크가 제조되었다. 염료는 프린트 공정에서 잉크의 가시성을 제공하기 위해 첨가되었으며, 조성물의 필수 성분은 아니다. 폴리에틸렌 글리콜 400, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 및 계면 활성제가 먼저 함께 첨가되고, 균질 용액을 형성할 때까지 교반되었다. 이어서, 염료가 첨가되고 혼합물이 균질해질 때까지 교반되었다. 이후 혼합물은 1.0 마이크론 유리 섬유 필터를 통해 여과되었다. 생성된 잉크는 22℃에서 26 cps의 점도를 가졌다.

잉크는 TOPAS Advanced Polymers, Inc.로부터 구입한 Topas 7010F-600으로 Rize의 알파 프린터 프로토 타입을 사용하여 평가되었다. 잉크는 다양한 형상에 대해 우수한 이형 특성을 제공하였다.

실시예 4 - 계면 활성제 잉크의 평가

39.5% Dowanol PPh, 39.5% Dowanol TMP, 20.7% Span 80 및 0.3% 상용성 염료를 함유한 잉크가 제조되었다. 염료는 프린트 공정에서 잉크의 가시성을 제공하기 위해 첨가되었으며, 조성물의 필수 성분은 아니다. 모든 성분이 함께 첨가되고 혼합물이 균질해질 때까지 교반되었다. 이후 혼합물은 1.0 마이크론 유리 섬유 필터를 통해 진공 여과되었다. 생성된 잉크는 20℃에서 17 cps의 점도를 가졌다.

잉크는 TOPAS Advanced Polymers, Inc.로부터 구입한 Topas 7010F-600으로부터 제조된 필라멘트를 갖는 Rize의 프린터 프로토 타입에서 평가되었다. 냉각 효과 및 프린트 공정 동안 레이어 높이 조절을 평가하기 위해 여러 시험이 수행되었다.

먼저, 픽셀 당 2 방울의 잉크 포화 (ink saturation) 및 90mm/초 압출 속도를 이용하여 3 단 (three steps) 계단 구조가 프린트되었다. 일부 이형은 첫 번째 단에서 이루어졌고, 두 번째 및 세 번째 단에서는 이형이 이루어지지 않았다.

둘째, 첫 번째 실험이 반복되었으나, 지지 구조와 이형 레이어 사이의 경계 영역에서 레이어 높이가 50%까지 증가되었다. 모든 세 단은 약간의 노력으로 이형되었지만, 이형 위의 레이어의 표면은 완벽하지 않았다.

셋째, 두 번째 실험이 반복되었으나, 이형 잉크 레이어의 증착과 이형 위의 레이어 압출 사이의 10초의 지연이 사용되었다. 이는 용이한 이형을 발생시켰고, 우수한 표면을 제공한다.

넷째, 두 번째 실험이 다시 반복되었으나, 프린트 동안 압출된 레이어를 냉각시키기 위해 송풍기가 사용되었다. 레이어들 사이에 지연은 발생하지 않았다. 결과는 우수한 이형 및 우수한 표면이었다.

다섯째, 네 번째 실험이 반복되었으나, 지지체 표면의 상부에 이형 잉크가 프린트되지 않았다. 어떠한 레이어에서도 이형이 시연되지 않았다.

여섯째, 다양한 복합적인 부분을 프린트하기 위해 네 번째 실험이 반복되었다. 모든 부분은 지지체 위의 부분 영역에서 용이한 이형 및 우수한 표면을 나타내었다.

마지막으로, 필라멘트 밀도가 이형 레이어 위 및 아래에서 변화되는 다수의 실험이 수행되었다. 이형 레이어 위 또는 아래의 낮은 필라멘트 밀도는 레이어들 사이의 거리의 추가적인 변화와 유사한 효과를 제공한다.

Claims

프로세서(processor)를 사용하여, 3차원 물체용 지지 구조를 가상으로 생성하는 단계;
프로세서를 사용하여, 상기 지지 구조 및/또는 상기 3차원 물체를 포함하는 신(scene)을 레이어들로 가상으로 슬라이싱(slicing)하는 단계;
프로세서를 사용하여, 상기 지지 구조가 상기 3차원 물체에 인접한 신(scene) 내의 임의의 레이어의 영역을 식별하는 단계;
프로세서를 사용하여, 임의의 가상으로 슬라이스된 레이어의 식별된 영역에서 상기 지지 구조와 상기 3차원 물체 사이의 스페이스(space)를 가상으로 생성하는 단계;
제 1 프린트 장치에 의해, 상기 지지 구조 및/또는 상기 3차원 물체 중 하나의 적어도 하나의 제 1 폴리머 레이어를 형성하는 폴리머 필라멘트를 증착시키는 단계;
제 2 프린트 장치에 의해, 임의의 가상으로 생성된 스페이스의 위치에서 제 1 폴리머 레이어의 적어도 일부 상에 이형제를 포함하는 레이어를 증착시키는 단계; 및
제 1 프린트 장치에 의해, 이형제를 포함하는 레이어 상에 상기 지지 구조 및/또는 상기 3차원 물체 중 다른 하나의 적어도 하나의 제 2 폴리머 레이어를 형성하는 폴리머 필라멘트를 증착시키는 단계;
를 포함하고,
상기 스페이스의 두께는 3차원 물체의 곡률에 기초하여 조절되는, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 이형제는 실리콘 오일, 오일 및 탄화수소, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에스테르, 계면활성제, 수용성 검(water soluble gums), 가소제 또는 휘발성 용매의 고체 방출 물질(solid release matter in plasticizer or volatile solvent), 저 점착성 접착제(low tack adhesive), 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료와 배합된, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 가상으로 슬라이스된 레이어의 식별된 영역은 공칭 레이어 높이와 스페이스의 두께를 더한 것과 동일한 높이를 가지고, 잔여 가상으로 슬라이스된 레이어는 공칭 레이어 높이와 동일한 높이를 갖는, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 이형제는 비-반응 화학에 기초하는, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 이형제는 혼합 시 서로 반응하도록 구성된 2 이상의 잉크의 조합을 포함하는 반응 화학 이형제에 기초하는, 3차원 제조 방법.
제5항에 있어서, 2 이상의 잉크 중 제 1 잉크는, 접촉된 2 이상의 잉크 중 제 2 잉크의 중합을 일으키는 촉매를 함유하는, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 이형제는 증착 시 제 1 상(phase)을 가지고, 증착 후 제 2 상으로 전이되도록 구성된 상-변화 이형제에 기초하는, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 스페이스의 두께는 제 1 폴리머 레이어 두께의 0.1% 내지 100%인, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 스페이스의 두께는 제 1 폴리머 레이어 두께의 50%인, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 지지 구조 또는 3차원 물체 중 적어도 하나의 필라멘트 밀도는 3차원 제조 공정 동안 공칭 필라멘트 밀도의 0.1 내지 2.0 내에서 변하고, 상기 필라멘트 밀도는 사전에 결정된 레이어 부피에 대한 증착된 재료의 부피의 비인, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 3차원 물체는 용융 증착 모델링(fused deposition modeling)을 이용하여 형성되는, 3차원 제조 방법.
제1항에 있어서, 이형제를 포함하는 레이어는 자외선 흡수 염료 또는 형광 염료를 포함하는, 3차원 제조 방법.
프로세서를 사용하여, 3차원 물체용 지지 구조를 가상으로 생성하는 단계;
프로세서를 사용하여, 상기 지지 구조 및/또는 상기 3차원 물체를 포함하는 신(scene)을 레이어들로 가상으로 슬라이싱하는 단계;
프로세서를 사용하여, 상기 지지 구조가 상기 3차원 물체에 인접한 임의의 레이어의 영역을 식별하는 단계;
제 1 프린트 장치에 의해, 상기 지지 구조 및/또는 상기 3차원 물체 중 하나의 적어도 하나의 제 1 폴리머 레이어를 형성하는 폴리머 필라멘트를 증착시키는 단계;
제 2 프린트 장치에 의해, 제 1 폴리머 레이어의 적어도 일부 상에 이형제를 포함하는 레이어를 증착시키는 단계; 및
제 1 프린트 장치에 의해, 이형제를 포함하는 레이어 상에 상기 지지 구조 및/또는 3차원 물체 중 나머지의 적어도 하나의 제 2 폴리머 레이어를 형성하는 폴리머 필라멘트를 증착시키는 단계,
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 제 1 폴리머 레이어는 이형제를 포함하는 레이어의 증착 전에 강제 냉각되는, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 이형제는 일시적인 접착제(fugitive glue)인, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 이형제는 제 1 폴리머 레이어의 표면 상에 막을 형성하는 적어도 하나의 성분을 포함하는, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 제 1 폴리머 레이어 및 제 2 폴리머 레이어는 단일 폴리머, 공중합체, 폴리머 혼합물, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나, 및 무기 충전제 또는 유기 충전제 중 적어도 하나를 포함하는, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 이형제는 비-반응 화학에 기초하는 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 이형제는 혼합 시 서로 반응하도록 구성된 2 이상의 잉크의 조합을 포함하는 반응 화학 이형제에 기초하는, 3차원 제조 방법.
제18항에 있어서, 2 이상의 잉크 중 제 1 잉크는, 접촉된 2 이상의 잉크 중 제 2 잉크의 중합을 일으키는 촉매를 함유하는, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 이형제는 증착 시 제 1 상을 가지고, 증착 후 제 2 상으로 전이되도록 구성된 상-변화 이형제에 기초하는, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 제 1 폴리머 레이어는 주위 또는 외부 공기를 가하여 강제 냉각되는, 3차원 제조 방법.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 제 1 폴리머 레이어는 압축된 가스를 가하여 강제 냉각되는, 3차원 제조 방법.