KR20210062705A - 3차원 적층 제조 시스템 및 3차원 물체를 제조하는 방법 - Google Patents

3차원 적층 제조 시스템 및 3차원 물체를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 적층 제조 시스템이 개시된다. 제1 및 제2 프린터 모듈은 제1 및 제2 캐리어 기판 상에 제1 패터닝된 단층 물체 및 제2 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 각각 형성한다. 패터닝된 단층 물체은 조립 스테이션의 조립판 상에서 3차원 물체로 조립된다. 제어기는 프린터 모듈에서 형성된 패터닝된 단층 물체의 시퀀스와 패턴, 및 조립판 상에서 3차원 물체로의 제1 패터닝된 단층 물체와 제2 패터닝된 단층 물체의 조립의 시퀀스를 제어한다. 제1 이송 모듈은 제1 패터닝된 단층 물체를 제1 이송 구역에서 제1 캐리어 기판으로부터 조립 장치로 이송하고 제2 이송 모듈은 제2 패터닝된 단층 물체를 제2 이송 구역에서 제2 캐리어 기판으로부터 조립 장치로 이송한다.

Description

3차원 적층 제조 시스템 및 3차원 물체를 제조하는 방법
우선권
본 출원은 미국 가출원 일련번호 제62/742,505호(발명의 명칭: "MULTI-METHOD three-dimensional PRINTER", 출원일: 2018년 10월 8일)의 이득을 주장하는, 미국 일련번호 제16/595,265호(출원일: 2019년 10월 7일)의 우선권을 주장하며, 상기 기초출원은 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
분야
본 개시내용은 3차원 프린팅을 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다.
3차원 적층 제조(3D 프린팅)는 30년 전에 처음 고안된 이래로 더 빠르고 더 경제적인 제조 방식의 잠재력에 높은 관심을 불러 일으켰다. 그러나, 현재까지 이러한 잠재력은 대부분 달성되지 못하고 있다. 오늘날, 대부분의 3D 프린터는 대부분 최종 부품의 물질 필요조건보다는 프린터와의 호환성을 위해 주로 선택되는 플라스틱 물질로부터, 시연 부품 또는 비기능적 프로토타입을 만드는 데 사용된다.
상업적으로 실행 가능한 제조 방법으로서 3D 프린팅을 폭넓게 수용하는 것을 막는 문제 중 하나는 이 애플리케이션과 호환 가능한 특정 물질에 대한 특정 애플리케이션의 필요조건이다. 또 다른 문제는 부품의 남은 부피에 비해 부품의 일부 부분에서 정밀도를 향상시켜야 한다는 것이다. 현재의 기술로는, 정밀도를 향상시켜야 할 필요성은 요구되는 정밀도를 제공할 수 있는 3D 프린팅 기술이 선택하게 하고, 이는 일반적으로 덜 정밀한 방법보다 구축 속도가 더 느리다. 이 더 느린 구축 속도는 부품의 총 용적에 적용될 경우 최종 부품에 상당한 비용 영향을 줄 수 있다.
3D 프린팅은 물질을 더 효율적으로 사용하고 완성된 물체의 결과적으로 발생된 중량을 감소시켜서 3차원 물체를 제작하는 잠재력을 갖고 있지만, 대부분의 종래의 3D 프린팅 기법은 한 번에 단일 복셀을 제자리에 침착시키거나 또는 고정시킨다. 용융 침착 모델링(fused deposition modeling: FDM) 유형의 가장 일반적인 3D 프린터는 용융된 폴리머의 라인을 압출시킨다. 사용 가능한 물질 세트에 의해 심하게 제한되는 것 외에, FDM은 또한 매우 느리다. 지향성 에너지 프린터는 물질의 층에서 위상 변화를 생성한다. 위상 변화는 레이저 또는 전자 빔의 컴퓨터 유도 적용에 의한 소결 또는 용융, 또는 선택된 전자기 방사선에 대한 직접적인 노출에 의한 중합에 의해 야기될 수도 있다. 지향성 에너지 프린터는 전체로서, 사용 가능한 물질 세트를 상당히 확장하고 이들이 신속하게 배치된 물질층에서 작동한다는 사실에 기인하여, FDM 프린터보다 더 빠를 잠재력을 갖는다. 현재 3D 프린터 기술 중에서, 물질 선택의 융통성이 가장 크고 속도가 가장 빠른 프린터는 분사식 바인더 기술을 채택한 프린터이다. 이 프린터는 신속하게 분말의 전체 층을 침착시키고 이어서 잉크젯 유형의 프린팅 헤드를 통해 결합제를 침착시킴으로써 분말의 패턴을 고정시킨다. 그 결과는 FDM 프린터보다 더 큰 최소 자릿수인 속도로 광범위한 물질로부터 물체를 제작하는 시스템이다.
전반적으로, 분사식 바인더 프린터는 현재 기술 중에서 가장 우수하지만 물체에 단일 물질만을 포함할 수 있다. 이들은 단위 시간당 다량의 물질을 패터닝할 수 있지만, 이러한 시스템으로 달성할 수 있는 최소 실제 층 두께는 일반적으로 약 25㎛이다. 이 제한은 또한 프린팅된 층의 정밀도를 제한한다.
프린팅 기법, 예컨대, 전자 사진술은 매우 높은 정밀도의 큰 영역을 매우 신속하게 프린팅할 수 있지만 매우 얇은 층을 프린팅하는 데 제한된다. 전자 사진술의 상대적으로 낮은 질량 침착 속도 및 부가된 전기 사진 시스템의 복잡성은 물체의 모든 복셀이 전기 사진 방식으로 형성된다면 이들을 3D 프린팅 시스템에 대해 매력적이지 않게 만든다.
본 발명의 실시형태는 다수의-물질, 다수의-방법의 프린터 시스템으로서 본 명세서에서 설명된 3차원 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 프린터 시스템은 프린터 모듈의 시스템을 포함한다. 모든 모듈은 전체 구축 속도를 최대화하면서, 적절한 물질을 요구되는 정밀도로 단일의 구축 위치에 침착시키기 위해 필요에 따라 모듈을 조정하는 중앙 컴퓨터 시스템(때때로 제어기로서 지칭됨)에 의해 지시받는다. 높은 구축 속도가 경제적인 작동을 위해 필수적이기 때문에, 각각의 모듈에 대한 선호되는 기본적인 기술은 분사식 바인더이다. 분사식 바인더 기술이 특정한 복셀에 요구되는 특성을 제공하지 않는 경우에, 프린터 모듈은 더 많은 적합한 기법에 기초할 수도 있다. 예를 들어, 지향성 에너지 빔 프린터 또는 전자 사진 프린터가 사용될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 분사식 바인더 기술을 포함하는 프린터 모듈은 다른 기술에 기초한 프린터 모듈과 결합된다. 미국 특허 가출원 제62/682,067호(발명의 명칭: "Multi-Materials 3D Printer", 출원일: 2018년 6월 7일) 및 미국 특허 출원 제16/167,088호(발명의 명칭: "Multi-Material Three Dimensional Printer", 출원일: 2018년 10월 22일)(상기 기초출원들의 전문은 참조에 의해 본 명세서에 원용됨)에 설명된 다수의-물질의 3D 프린터는 본 발명의 다수의-물질 다수의-방법의 3D 프린터의 프린터 모듈에 통합될 수도 있는 분사식 바인더 기술 중 하나의 기술을 나타낸다.
위에서 설명된 문제에 대한 해결책은 적용을 위해 필요한 물질을 위해 그리고 부품 내 특정한 복셀을 위해 필요한 정밀도를 위해 최적화되는 프린팅 기법을 채용하는 능력이다. 본 발명의 실시형태는 복수의 물질의 프린터 모듈을 포함하는 3D 프린팅 시스템을 제공함으로써 해결책을 제공하고, 이 모듈의 각각은 특정한 물질 또는 물질의 군을 타깃 적용의 특정한 복셀을 위해 요구되는 정밀도로 침착시키는 능력에 대해 선택된다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 다수의 패터닝된 단층 물체가 형성되는 캐리어 기판으로서, 패터닝된 단층 물체가 캐리어 기판 상에서 서로로부터 분리되고, 캐리어 기판이 이동 방향을 따라 변위되는, 캐리어 기판; 유동화된 입자를 캐리어 기판 상으로 디스펜싱하여 물질층을 형성하는 디스펜싱 모듈; 이동 방향을 따라 디스펜싱 모듈로부터 하류에 배치되어, 미리 결정된 압축 범위로 물질층의 압축을 증가시키는 압축 모듈; 이동 방향을 따라 압축 모듈로부터 하류에 배치되어, 바인더 물질을 미리 결정된 패턴에 따라 물질층 상에 프린트하는 바인더 프린터; 이동 방향을 따라 바인더 프린터로부터 하류에 배치되어, 미리 결정된 패턴에 따라 물질층의 선택적인 융합을 유발하는 융합 모듈; 이동 방향을 따라 융합 모듈로부터 하류에 배치되어, 물질층의 비융합된 부분을 제거하여 패터닝된 단층 물체 중 하나의 패터닝된 단층 물체를 형성하는 물질 제거 모듈; 이동 방향을 따라 물질 제거 모듈로부터 하류에 배치되어, 패터닝된 단층 물체 중 하나의 패터닝된 단층 물체를 캐리어 기판으로부터 조립판으로 이송하는 이송 모듈; 조립판을 포함하는 조립 스테이션으로서, 패터닝된 단층 물체가 패터닝된 단층 물체를 포함하는 물체의 미리 결정된 시퀀스에 따라 조립판 상에서 스택으로 조립되는, 조립 스테이션; 및 미리 결정된 시퀀스 및 미리 결정된 패턴을 제어하는 제어기를 포함하는 분사식 바인더 프린팅 시스템이 개시된다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 캐리어 기판은 벨트일 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 캐리어 기판은 물질층이 형성되는 접착력 제어층을 부가적으로 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 디스펜싱 모듈은 캐리어 기판 상에 디스펜싱된 유동화된 입자의 양을 정밀하게 계량하도록 구성된 디스펜싱 제어기를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 디스펜싱 모듈은 유동화된 입자를 캐리어 기판 상에 확산시키는 롤러를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 압축기 모듈은 준수 압력 커프 또는 압력판 조립체를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 압축기 모듈은 유동화된 입자의 침전을 유발하는 진동 에너지원을 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 바인더 프린터는 잉크젯 프린트 헤드를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 융합 모듈은 자외선(ultraviolet: UV) 공급원, 적외선(infrared: IR) 공급원, 전자 빔 공급원, 및 열원으로부터 선택된 에너지원을 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 융합 모듈은 유동화된 입자를 고정화하기 위해 바인더 물질 및 유동화된 입자와 반응하는 반응제를 디스펜싱하는 반응제 디스펜서를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 물질 제거 모듈은 기계적 디스럽터(mechanical disrupter)를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 물질 제거 모듈은 에어 나이프를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 물질 제거 모듈은 진공 포트를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 조립 스테이션은 조립판을 횡방향으로 변위시키는 횡방향 포지셔너를 부가적으로 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 조립 스테이션은 조립판을 수직으로 변위시키는 수직 포지셔너를 부가적으로 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 캐리어 기판은 패터닝된 단층 물체의 각각에 대한 기준 표시기를 포함할 수도 있고; 조립 스테이션은 기준 표시기를 조립판에 대해 정렬시키는 정렬 센서를 포함할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 제어기는 각각의 물질층의 미리 결정된 압축 범위를 부가적으로 제어할 수도 있다.
이전의 단락의 분사식 바인더 프린팅 시스템에서, 이송 모듈은 압력 롤러 또는 압력판을 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 미리 결정된 시퀀스 및 미리 결정된 패턴에 따라 패터닝된 단층 물체를 반복적으로 형성하는 단계; 및 특정 시퀀스의 패터닝된 단층 물체를 조립판 상에서 3차원 물체로 조립하는 단계를 포함하는 3차원 물체를 제조하는 방법이 개시되고; 패터닝된 단층 물체의 각각을 형성하는 단계는:유동화된 입자를 캐리어 기판 상에 디스펜싱하여 물질층을 형성하는 것; 물질층을 미리 결정된 압축 범위로 압축시키는 것; 미리 결정된 패턴에 따라 바인더 물질을 물질층 상에 프린팅하는 것; 미리 결정된 패턴에 따라 물질층을 선택적으로 융합시키는 것; 물질층의 비융합된 부분을 제거하여 패터닝된 단층 물체 중 하나의 패터닝된 단층 물체를 형성하는 것; 및 패터닝된 단층 물체 중 하나의 패터닝된 단층 물체를 캐리어 기판으로부터 조립판으로 이송하는 것을 포함한다.
본 개시내용은 첨부 도면과 관련하여 본 개시내용의 다양한 실시형태의 다음의 상세한 설명의 고려 시 더 완전히 이해될 수도 있다:
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 3차원 적층 제조 시스템의 주요한 컴포넌트의 일부의 블록도.
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 3차원 적층 제조 시스템의 컴포넌트의 일부 간의 관계 및 통신 경로의 개략도.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 분사식 바인더 프린터 모듈의 컴포넌트 간의 관계 및 통신 경로의 개략도.
도 4는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 일반적인 프린터 모듈의 컴포넌트 간의 관계 및 통신 경로의 개략도.
도 5는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 분사식 바인더 프린터 모듈을 포함하는 3차원 적층 제조 시스템의 일부 컴포넌트를 예시하는 개략도.
도 5a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 분사식 바인더 프린터 모듈을 포함하는 3차원 적층 제조 시스템의 일부 컴포넌트를 예시하는 개략도.
도 6은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 유동화된 물질 제거 모듈을 예시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 이송 모듈을 예시하는 개략도.
도 8은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 이송 모듈을 예시하는 개략도.
도 9는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 이송 모듈을 예시하는 개략도.
도 10은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 이송 모듈을 예시하는 개략도.
도 11은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 3차원 적층 제조 시스템의 하나의 배열을 예시하는 개략도.
도 12는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 3차원 적층 제조 시스템의 또 다른 배열을 예시하는 개략도.
도 13은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 3차원 물체를 제작하는 방법의 흐름도.
도 14는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 분사식 바인더 프린터 모듈에서 패터닝된 단층 물체를 제작하는 방법의 흐름도.
도 15는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 3차원 물체로의 단층 물체의 조립을 예시하는 개략도.
본 발명은 유사한 참조 부호가 유사하거나 또는 등가의 구성요소를 나타내도록 도면 전반에 걸쳐 사용되는, 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 도면은 축척대로 도시되지 않고 도면은 단지 본 발명을 예시하기 위해 제공된다. 본 발명의 수개의 양상은 예시를 위한 예시적인 적용을 참조하여 아래에 설명된다. 수많은 특정한 상세사항, 관계 및 방법이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 하나 이상의 특정한 상세사항 없이 또는 다른 방법을 사용하여 실행될 수 있다는 것을 손쉽게 인지할 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 구조 또는 작동은 본 발명을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 상세히 도시되지 않는다. 본 발명은 일부 작동이 상이한 순서로 그리고/또는 다른 작동 또는 이벤트와 동시에 발생할 수도 있기 때문에, 작동 또는 이벤트의 예시된 순서로 제한되지 않는다. 게다가, 전부 예시되지는 않은 작동 또는 이벤트가 본 발명에 따른 방법론을 구현하기 위해 필요하다.
3차원 적층 제조 시스템이 개시된다. 제1 및 제2 프린터 모듈은 제1 패터닝된 단층 물체 및 제2 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 제1 및 제2 캐리어 기판 상에 각각 형성한다. 패터닝된 단층 물체는 조립 스테이션의 조립판 상에서 3차원 물체로 조립된다. 제어기는 프린터 모듈에서 형성된 패터닝된 단층 물체의 시퀀스 및 패턴, 및 조립판 상에서 3차원 물체로의 제1 패터닝된 단층 물체 및 제2 패터닝된 단층 물체의 조립의 시퀀스를 제어한다. 제1 이송 모듈은 제1 패터닝된 단층 물체를 제1 이송 구역에서 제1 캐리어 기판으로부터 조립 스테이션으로 이송하고 제2 이송 모듈은 제2 패터닝된 단층 물체를 제2 이송 구역에서 제2 캐리어 기판으로부터 조립 스테이션으로 이송한다. 제1 및 제2 프린터 모듈은 각각 제1 및 제2 침착 조건하에서 제1 및 제2 물질을 침착시키도록 구성된다. 제1 물질과 제2 물질이 상이하고/하거나 제1 침착 조건과 제2 침착 조건이 상이하다.
정의
본 개시내용 전반에 걸쳐 이해의 용이성을 개선시키기 위해, 특정한 정의가 아래에 제공된다:
프린터 모듈 - 캐리어 기판 상에서 프린팅된 물체(또한 단층 물체로서 지칭됨)를 생성하도록 구성된 패터닝 및 침착 시스템.
이송 모듈 - 프린터 모듈로부터 프린팅된 물체를 수용하고 이 프린팅된 물체를 프린팅된 부품의 프린팅된 층으로 이송하도록 구성된 수송 시스템.
조립 장치 - 복수의 이송 모듈로부터 프린팅된 물체를 수용하고 미리 결정된 설계에 따라 프린팅된 부품을 형성하는 방식으로 미리 결정된 시퀀스(제어기에 의해 지시됨)에 따라 수용된 프린팅된 물체를 조립하도록 구성된 시스템.
프린팅된 부품 - 미리 결정된 설계를 따르는 부품(3차원 물체)을 형성하기 위해 함께 용융된, 프린팅된 층의 스택.
프린팅된 층 - 하나 이상의 프린팅된 물체로 구성된, 하나의 복셀 두께를 가진, 물질층. 이 프린팅된 물체, 따라서 프린팅된 층은 특정한 프린팅된 부품 설계의 필요조건을 따른다. 예를 들어, 프린팅된 층은 2개의 프린팅된 물체로 구성될 수도 있고, 프린팅된 물체 중 제1 프린팅된 물체는 제1 프린터 모듈에서 제작되고 프린팅된 물체 중 제2 프린팅된 물체는 제2 프린터 모듈에서 제작된다.
프린팅된 물체 - 프린터 모듈에서 형성되는, 하나의 복셀 두께를 가진, 물질층. 단층 물체로서 또한 지칭됨. 미리 결정된 시퀀스에 따라 프린팅된 부품(3차원 물체)으로 조립되고 용융될 때, 결과적으로 발생된 3차원 물체는 특정한 프린팅된 부품 설계의 필요조건을 따른다. 프린팅된 물체(단층 물체)의 패턴은 프린팅된 부품의 미리 결정된 위치에서의 패턴에 따른다.
이전에 이송된 물체 - 프린팅된 물체(단층 물체)가 현재 이송되기 전에 조립 장치에서 조립되는 프린팅된 물체의 전체 조립체. 현재 이송되는 프린팅된 물체가 최상단 층에 부가되는 것이 가능하고, 이 경우에 최상단 층은 프린팅된 부품 설계에 따라 요구되는 모든 프린팅된 물체를 아직 갖지 않을 것이다.
복수의 프린터 모듈
본 발명의 다수의-물질, 다수의-방법의 3D 프린터 시스템은 복수의 프린터 모듈의 배열을 포함한다. 각각의 프린터 모듈은 정밀하고 견고한 프린팅된 물체(단층 물체)를 생성하기 위한 메커니즘을 포함한다. 각각의 프린팅된 물체는 미리 결정된 물질을 포함할 수도 있고 미리 결정된 물리적 필요조건의 세트를 따를 수도 있다. 복수의 프린터 모듈 중 각각의 프린터 모듈은 복수의 수송 모듈 중 하나의 수송 모듈에 결합될 수도 있고 그와 통신할 수도 있다. 복수의 수송 모듈 중 각각의 수송 모듈은 캐리어 기판을 포함할 수도 있고 캐리어 기판 상에서 연관된 프린터 모듈이 3D 프린팅된 물체를 형성할 수도 있다. 각각의 수송 모듈은 프린팅된 물체를 조립 장치로 이송하는 이송 기구를 부가적으로 포함할 수도 있다. 조립 장치는 구축 스테이션을 포함할 수도 있고 포지셔닝 장치를 부가적으로 포함할 수도 있다. 구축 스테이션은 때때로 조립 장치로서 지칭된다.
프린팅된 부품을 형성하도록 적층된 프린팅된 물체
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른, 3차원 적층 제조 시스템(100)을 예시한다. 도 1에 예시된 컴포넌트는 도 2에 예시된, 컴퓨터 시스템(10)(제어기)에 의해 지시받는 바와 같은 컴포넌트의 나머지와 합동으로 기능한다. 컴퓨터 시스템(10)은 3D 다수의-물질, 다수의-방법의 프린터 시스템(100)의 복수의 컴포넌트가 구성될 미리 결정된 다수의-물질의 프린팅된 부품(3차원 물체)을 생성하게 하도록 중앙 처리 장치(320)를 위해 필요한 모든 정보를 포함할 수도 있는 설계 파일(310) 프로그램에 의해 지시받는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 적층 제조 시스템(100)은 다수의 침착 및 패터닝(프린트) 모듈(A), 다수의 이송 모듈(B) 및 다수의 이송 기구(C)를 포함할 수 있다. 이송 기구(C)의 각각은 조립 스테이션(110)에 연결되고, 조립 스테이션은 포지셔닝 모듈(230)에 연결된다. 다수의-물질, 다수의-방법의 프린터 시스템의 프린트 모듈(A)은 미리 결정된 물질로 요구되는 물리적 특성의 프린팅된 물체를 생성하도록 이들의 능력에 대해 선택될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 프린터 시스템에 포함된 프린터 모듈의 적어도 절반은 분사식 바인더 기술에 기초할 수도 있다.
복수의 프린터 모듈 중 하나의 프린터 모듈로부터의 복수의 프린팅된 물체 각각이 조립 스테이션(110)으로 이송되어 프린팅된 층을 형성할 수도 있다. 복수의 프린팅된 층이 하나 위에 다른 하나 식으로 순차적으로 적층되어 하나 또는 복수의 다수의-물질의 프린팅된 부품(3차원 물체)을 형성할 수도 있다.
포지셔닝 모듈(230)은 복수의 이송 기구(C) 중 임의의 지정된 이송 기구에 대해 조립(또는 구축) 스테이션(110)을 배치하도록 사용될 수도 있다. 결합된, 구축 스테이션(110)과 포지셔닝 장치(230)는 조립 장치를 포함한다.
컴퓨터 시스템
도 2는 제조 시스템(100)을 제어하기 위한 예시적인 컴퓨터 시스템을 예시한다. 각각의 프린트 모듈 또는 스테이션(A)은 연관된 프린트 스테이션 제어기(401, 402, 403)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프린트 스테이션 제어기(401, 402, 402)는 인터페이스 버스(350)를 통해 중앙 처리 장치(320)에 의해 지시받는다. 중앙 처리 장치(320)는 또한 조립 장치(C)의 작동을 조정할 수도 있다. 컴퓨터 시스템(10)은 또한 설계 파일(310) 및 다른 작동 명령어를 로딩하기 위한 입력 디바이스(302), 중앙 처리 장치(320)에 의한 직접적인 접근을 위해 설계 파일을 저장하기 위한 메모리(306) 및 출력 디바이스(304)를 포함한다.
도 3은 개별적인 분사식 프린터 스테이션 제어기를 예시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙 처리 장치(320)는 분사식 바인더 프린터 모듈의 컴포넌트에 연결된다. 프린트 스테이션 제어 장치(401)는 복수의 프린트 스테이션 제어 장치 중 하나의 프린트 스테이션 제어 장치를 나타내고 디바이스 제어기(420)를 통해 분사식 바인더 프린터 모듈의 캐리어 디바이스(200), 디스펜싱 디바이스(20), 압축 디바이스(30), 프린팅 디바이스(40), 고정 디바이스(50), 및 유동화된 물질 제거 디바이스(60)의 작동을 지시한다.
도 4는 분사식 바인더 프린터 모듈과 다른 3D 프린터 모듈의 제어 구성을 나타낸다. 기본적인 프린팅 기술에 상관 없이, 중앙 처리 장치(320)와 프린트 스테이션 제어 장치(401) 간의 인터페이스는 동일할 수도 있다. 프린트 스테이션 제어 장치와 프린터 모듈의 컴포넌트 1(451), 컴포넌트 2(452) 및 컴포넌트 n(453) 간의 인터페이스는 프린트 모듈 성능의 필요조건에 기초하여 성능을 최적화하도록 맞춤화될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 디바이스 제어기(420)는 프린트 스테이션 제어 장치(401)와 개별적인 컴포넌트(451, 452, 453) 사이의 중간에 있을 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 프린트 스테이션 제어 장치(401)는 개별적인 컴포넌트(451, 452, 453)와 직접적으로 통신할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 프린터 모듈의 각각은 전용 제어기에 의해 제어될 수도 있고 각각의 프린터 제어 모듈은 중앙 처리 장치에 의해 조정되어 프린팅된 층과 프린팅된 부품을 조립하는 데 적절한 시퀀스로 프린팅된 물체를 생성할 수도 있다.
3D 프린터 시스템
도 5는 3D 프린터 시스템의 기본적인 컴포넌트의 일부를 예시한다. 간단함을 위해 복수의 프린터 모듈(A) 중 단 하나의 프린터 모듈 및 이송 모듈(B)이 도 5에 제시된다. 도 5는 프린터 모듈(A), 이송 모듈(B) 및 조립 장치(C) 간의 가능한 관계를 더 예시한다.
분사식 바인더 프린터 모듈
도 5의 프린터 모듈(A)은 분사식 바인더 프린터 모듈(1)로서 제시되고 미리 결정된 물리적 사양을 따르는, 단일 분말형 물질로부터 프린팅된 물체를 생성하는 컴포넌트를 포함한다. 분사식 바인더 프린터 모듈(1)은 이송 모듈(B)의 캐리어 기판(200) 상에 프린팅된 물체를 생성할 수도 있다.
이송 모듈
캐리어 기판(200) 이외에, 이송 모듈(B)은 하나 이상의 버퍼 디바이스(212 및 210) 및 이송 디바이스(76)를 포함할 수도 있다. 캐리어 기판(200)은 예컨대, 강 합금, 구리 합금 또는 폴리머 물질이지만 이들로 제한되지 않는 기계적으로 안정한 물질의 무한 루프(무한 벨트)를 포함할 수도 있다. 캐리어 기판(200)은 또한 캐리어 기판(200)에 대한 프린팅된 물체의 접착력을 제어하는 물질로 코팅된 기계적으로 안정한 물질을 포함할 수도 있다. 캐리어 기판(200) 상에 코팅된 접착력 제어 물질은 현재 프린팅된 물체의 3D 프린팅된 물질에 대한 미리 결정된 범위 내의 프린팅된 물질의 접착력을 제어하도록 선택될 수도 있다. 접착력 제어 물질은 예를 들어, 실리콘 물질, 플루오로폴리머 물질, 또는 박막 금속, 예컨대, 금을 포함할 수도 있다.
도 5a에 도시된 바와 같은 대안적인 실시형태에서, 캐리어 기판(200)은 소스 릴(source reel)(214)로부터 이송 모듈(B)로 이어지는 특정 길이의 기계적으로 안정한 물질을 포함할 수도 있다. 소스 릴(214)은 이송 모듈(A)의 원위 단부에 제공될 수도 있다. 프린팅된 물체가 캐리어 기판(200)에서 벗어나서 이송 영역(240)으로 이송된 후에, 캐리어(200)의 사용된 길이는 테이크-업 릴(take-up reel)(216) 상에 축적될 수도 있다. 도 5a의 캐리어 기판(200)은 캐리어 기판(200)에 대한 프린팅된 물체의 접착력을 제어하는 물질로 코팅된 기계적으로 안정한 물질을 포함할 수도 있다. 캐리어 기판(200) 상에 코팅된 접착력 제어 물질은 현재 프린팅된 물체의 3D 프린팅된 물질에 대한 미리 결정된 범위 내의 프린팅된 물질의 접착력을 제어하도록 선택될 수도 있다. 접착력 제어 물질은 예를 들어, 실리콘 물질, 플루오로폴리머 물질, 또는 박막 금속, 예컨대, 금을 포함할 수도 있다. 임의의 경우에, 캐리어 기판은 프린터 시스템이 작동되는 동안 이동 방향을 따라 변위된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 분사식 바인더 프린터 모듈(1)이 이송 모듈(B)의 캐리어 기판(200)과 통신하여 캐리어 기판(200) 상에 3D 프린팅된 물체를 생성할 수도 있다.
이송 모듈(B)의 원위 단부에서, 디스펜싱 디바이스(20)가 제공될 수 있다. 디스펜싱 디바이스는 때때로 디스펜싱 모듈로서 지칭된다. 디스펜싱 디바이스(20)는 간단히 유동화된 물질을 디스펜싱하도록 구성된 디스펜서일 수 있다. 디스펜싱 디바이스(20)는 물질 저장소(21) 및 디스펜싱 제어기(22)를 포함할 수 있다. 디스펜싱 제어기(22)는 캐리어 기판(200) 상으로 유동화된 물질의 양을 정밀하게 계량하도록 구성될 수 있다. 디스펜싱 제어기(22)는 또한 침착된 유동화된 물질의 균일성을 정밀하게 제어하도록 구성될 수 있다. 디스펜싱 모듈은 캐리어 기판 상에 유동화된 입자를 확산시키는 롤러를 포함할 수 있다.
이송 모듈(B)의 원위 단부의 근방에, 압축 디바이스(30)가 제공될 수 있다. 압축 디바이스는 때때로 압축 모듈로서 지칭된다. 압축 모듈은 이동 방향을 따라 디스펜싱 모듈로부터 하류에 배치된다. 일부 실시형태에서, 압축 디바이스(30)는 원통형 관으로서 설계된 경화된 금속 물질로 구성된 롤러를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 압축 디바이스(30)는 캐리어 기판(200) 및 침착된 유동화된 물질의 평면과 직교하는 제어된 압력을 인가하도록 구성된 준수 압력 커프 또는 또 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 압축 디바이스(30)는 또한 진동을 제공하도록 구성된 침전 디바이스를 포함할 수 있다. 압축 디바이스(30)의 진동은 유동화된 물질의 분포 및 압축을 개선시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 압축 디바이스(30)는 유동화된 물질의 이론적 밀도의 적어도 40%의 고밀도로 유동화된 물질을 압축시키도록 구성될 수 있다.
프린팅 디바이스
캐리어 기판(200)의 원위 단부의 근방에, 프린팅 디바이스(40)(또한 바인더 프린터로서 지칭됨)가 제공될 수 있다. 바인더 프린터는 이동 방향을 따라 압축 모듈로부터 하류에 배치된다. 프린팅 디바이스(40)는 액체 결합 물질을 침착시켜서 미리 결정된 패턴을 유동화된 물질에 고정시키도록 구성될 수 있다. 정밀한 패턴은 유동화된 물질을 연결되고 견고한 덩어리와 결합시킴으로써 유동화된 물질에 고정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 프린팅 디바이스(40)는 도 2 및 도 3의 컴퓨터 시스템의 직접적인 제어하의 잉크젯 유형의 프린트 헤드일 수 있다. 컴퓨터 시스템은 패터닝 명령어의 세트, 예를 들어, 미리 결정된 컴퓨터 보조 설계(computer aided design: CAD) 프로그램을 사용하여 지시받을 수 있다.
프린팅 디바이스(40)는 캐리어 기판(200)의 폭에 걸친 분사 노즐을 가진 잉크젯 유형의 프린트 헤드를 포함할 수 있다. 잉크젯 유형의 프린트 헤드는 목적하는 프린트 해상도를 달성하는 데 충분한 밀도로 제공될 수 있다. 잉크젯 유형의 헤드가 제자리에 고정될 수 있고 각각의 분사 노즐의 기능이 캐리어 기판(200)의 이동과 함께 조정되어 유동화된 물질의 목적하는 패턴을 생성할 수 있다. 프린팅 디바이스(40)에 대한 캐리어 기판(200)의 이동은 제어된 컴퓨터 시스템(10)인 프린팅 디바이스 모터(250) 및 근위 버퍼(212)에 의해 구현될 수 있다. 부가적인 버퍼가 근위 버퍼(212)와 원위 버퍼(210) 사이에 배치되어, 성장하는 3D 프린팅된 물체와 분사식 바인더 프린터 모듈(1)의 컴포넌트 중 임의의 컴포넌트 사이의 상호작용을 더 정밀하게 제어할 수도 있다.
대안적인 실시형태에서, 프린팅 디바이스(40)는 캐리어 기판(200)의 폭에 걸치고, 캐리어 기판(200)의 전체 폭 및 목적하는 해상도의 프린팅된 물체를 또한 달성하기 위해 요구되는 것보다 더 적은 분사 노즐을 포함하는 잉크젯 헤드를 포함할 수 있다. 잉크젯 유형의 헤드는 캐리어 기판(200)의 폭에 걸쳐, 컴퓨터 제어하에서, 이동 가능할 수 있고, 잉크젯 유형의 프린트 헤드와 근위 버퍼(212) 둘 다 그리고 프린팅 구동 모터(250)의 이동은 유동화된 물질의 목적하는 고정된 프린팅된 패턴을 달성하기 위해 조정될 수도 있다.
프린팅 디바이스(40)는 하나 이상의 상업적으로 입수 가능한 프린트 헤드를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 후지필름(Fujifilm)은 예상되는 필요조건의 범위를 수용하기 위해 다양한 특성을 가진 프린트 헤드의 어레이를 공급한다. 바람직한 실시형태에서, 프린팅 디바이스(40)는 바인더의 측정되고 조정 가능한 용적을 프린트 헤드의 모든 펄스를 가진 프린팅된 물체(91)의 타깃 복셀로 전달할 수도 있다. 프린팅 디바이스(40)는 컴퓨터 시스템의 제어하에서 하나 이상의 측정된 용적을 각각의 복셀로 전달할 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 프린트 헤드(40)는 600dpi 해상도를 가질 수도 있고 각각의 제트는 각각의 펄스 동안 최대 200pl(picolitre)을 침착할 수도 있다.
고정 디바이스
캐리어 기판(200)의 중심의 근방에, 고정 디바이스(또는 융합 모듈)(50)가 제공될 수 있다. 융합 모듈 또는 고정 디바이스(50)는 이동 방향을 따라 바인더 프린터로부터 하류에 배치된다. 고정 디바이스(50)는 액체 결합 물질을 고체화하도록 구성될 수 있어서, 따라서 액체 결합 물질에 노출된 유동화된 물질을 견고한 고체 패턴으로 고정시킨다. 고정 디바이스(50)는 액체 결합 물질이 고체가 되게 하기 위해 액체 결합 물질과 상호작용할 수도 있는 방사 에너지의 공급원일 수 있다. 일부 실시형태에서, 방사 에너지는 IR 방사선, UV 방사선, 전자 빔, 또는 다른 알려진 방사선 유형일 수 있다. 대안적으로, 융합 모듈(50)은 열원을 포함할 수 있다. 이 목록이 예시적인 실시형태를 위해 제시되고 총망라한 것으로 의도되지 않으므로, 고정 디바이스(50)는 개시된 방사선 유형으로 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 대안적으로, 고정 디바이스(50)는 반응제를 확산시키기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 반응제는 액체 결합 물질 및 유동화된 물질과 반응하여 유동화된 물질을 견고한 덩어리로 변환시키도록 구성될 수 있다.
유동화된 물질 제거 디바이스
유동화된 물질 제거 디바이스(60)는 고정 디바이스(50)로부터, 캐리어 기판(200)의 이동에 대해, 하류에 제공될 수 있다. 유동화된 물질 제거 디바이스(60)는 때때로 물질 제거 모듈로서 지칭된다. 물질 제거 모듈은 이동 방향을 따라 융합 모듈로부터 하류에 배치된다. 유동화된 물질 제거 디바이스(60)는 캐리어 기판(200) 상에 침착되고 압축된 모든 유동화된 물질을 제거하도록 구성될 수 있다. 유동화된 물질 제거 디바이스(60)는 캐리어 기판 상에 침착되고 압축되지만, 액체 바인더 물질에 의해 제자리에 고정되지 않는 유동화된 물질을 제거할 수 있다.
유동화된 물질 제거 디바이스(60)는 도 6에서 상세히 예시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유동화된 물질 제거 디바이스(60)는 원위 단부 및 근위 단부를 가질 수 있는 인클로저(63)를 포함한다. 프린팅된 물체(91)의 고정된 유동화된 물질(88) 및 압축된 유동화된 물질(85)과 함께, 캐리어 기판(200)은 인클로저(63)의 원위 단부로부터 근위 단부로 수송될 수도 있다. 인클로저(63)는 압축된 분말(84)을 느슨하게 하는, 파괴 디바이스(61)(기계적 디스럽터), 예컨대, 브러시 또는 프로브를 포함할 수도 있다. 파괴 디바이스(61)는 프린팅 디바이스(40)로부터 바인더에 의해 제자리에 고정되지 않은 압축된 분말을 파괴하는 데 충분한 파괴 강도를 갖지만, 프린팅 디바이스(40)로부터 바인더에 의해 처리되고 도 5의 고정 디바이스(50)에 의해 고정되는 압축된 분말을 파괴하는 데 충분한 파괴 강도를 갖지 않도록 설계될 수도 있다. 일단 도 5의 프린팅 디바이스(40)로부터 바인더에 의해 제자리에 고정된 분말에 대한 부착이 느슨하게 된다면, 잔여 분말(86)은 더 변위될 수도 있고 에어 나이프 디바이스(62)에 의해 에어로졸화될 수도 있다. 비-고정된 압축된 분말(84)이 인클로저(63) 내에서 완전히 제거되고 에어로졸화될 때, 고정된 분말(88)이 캐리어 기판(200)에 부착될 수도 있다. 에어로졸화된 압축된 분말(84)은 진공 포트(64)에 부착된 진공 힘에 의해 인클로저(63)로부터 제거될 수도 있다.
이송 모듈
위에서 논의된 바와 같이, 복수의 이송 모듈(B)은 각각의 다수의-방법의 프린터 시스템에 제공될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 하나의 이송 모듈(B)은 프린터 시스템과 연관된 복수의 프린터 모듈(A) 중 각각의 프린터 모듈과 통신하게 제공될 수도 있다. 이송 모듈(B)은 이동 방향을 따라 물질 제거 모듈로부터 하류에 배치된다. 이송 모듈(B)은 프린팅된 물체의 생성을 위해 그리고 기판(캐리어 기판(200))으로부터 조립 장치(C)로의 프린팅된 물체의 이송을 유발하기 위해 기판을 제공할 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이송 모듈(B)은 기판(200), 하나 이상의 버퍼(210 및/또는 212), 하나 이상의 기판 구동부(250, 260), 및 이송 영역(240)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 근위 버퍼(212)는 분사식 바인더 프린트 모듈(1)의 컴포넌트와 함께 이송 영역(240)에 대한 3D 프린팅된 물체의 체류 시간을 조정하기 위해 유동화된 물질 제거 디바이스(60)와 이송 영역(240)(또한 이송 구역으로서 지칭됨) 사이에 제공될 수도 있다.
기판(200)은 기판의 폭이 구축판(80)과 같거나 또는 그보다 더 넓도록 크기 조정될 수도 있는 특정 길이의 가요성 물질을 포함할 수도 있다. 캐리어 기판(200)의 물질은 강 합금 또는 폴리머 물질, 예컨대, 폴리에스터 또는 폴리테트라플루오로에틸렌, 또는 복합 재료일 수도 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 캐리어 기판(200)의 표면은 연관된 프린터 모듈에 의해 프린팅될 물질과 기판(200) 사이의 접착력을 제어하도록 선택될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 기판(200)은 원위 버퍼 디바이스(210)로부터 근위 버퍼 디바이스(212)를 통해 그리고 다시 이송 디바이스(76)를 통해 원위 버퍼(212)로 이송 모듈(B)을 횡단할 수도 있는 물질의 루프를 포함할 수도 있다.
이송 모듈(B)은 구축판(80) 또는 이전에 이송된 물체(90)의 스택의 상단부에 대한 프린팅된 물체의 침착, 패터닝, 이송 간의 상이한 움직임 필요조건을 수용하기 위해 이송 디바이스(76) 및 프린터 모듈(A)의 컴포넌트에 대한 캐리어 기판(200)의 차등 이동을 제공하도록 원위 버퍼(210) 및 근위 버퍼(212) 이외에 버퍼를 포함할 수도 있다.
캐리어 기판(200)은 프린팅 구동 모터(250)에 의해 그리고 이송 구동 모터(260)에 의해 이동될 수도 있다. 프린팅된 물체 형성 및 구축 스테이션(110)으로의 이동의 개별적인 단계의 필요조건에 따라 기판(200)의 이동을 제어하기 위한 부가적인 디바이스가 또한 기판(200)에 제공될 수도 있다. 이송 디바이스(76)는 유동화된 물질 제거 디바이스(60)로부터, 캐리어 기판(200)의 점진적인 이동에 대해, 하류에 구현될 수 있다. 이송 영역(240)을 통한 캐리어 기판(200) 상의 3D 프린팅된 물체의 이동은 도 2 및 도 3의 컴퓨터 시스템에 의해 제어될 수도 있는, 원위 버퍼 디바이스(210) 및 이송 모터 구동부(260)에 의해 조정될 수 있다.
롤러 이송 디바이스
도 7에 도시된 바와 같이, 이송 디바이스(76)는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 프린팅된 물체(91) 간의 접촉 및 압력을 유발함으로써 캐리어 기판(200)으로부터 프린팅된 물체(91)를 이송하도록 구성될 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같은, 이송 디바이스(76)의 실시형태에서, 이송 디바이스(76)는 롤러(79) 및 롤러(79)를 지지하고 수직으로 이동시키는 캐리어를 포함한다. 일부 실시형태에서, 캐리어는 캐리어 기판(200)에 대해 수직으로 그리고 수평으로 롤러(79)를 이동시키는 2-축 캐리어(77)일 수도 있다. 2축 캐리어(77)의 수직 이동은 캐리어 기판(200)을 편향시킬 수도 있고 프린팅된 물체(91)가 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 압력 접촉하게 할 수도 있다. 이어서 2-축 캐리어(77)의 수평 이동은 점진적으로 이동하는 라인 접촉부가 프린팅된 물체(91)의 하나의 단부로부터 프린팅된 물체(91)의 또 다른 단부로 미리 결정된 방향으로 이동하는 것을 유발할 수도 있다. 프린팅된 물체(91)에 걸친 이동하는 라인 접촉부는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부로 프린팅된 물체(91)를 이송할 수 있다. 이송 디바이스(76)는 접착력 변경 디바이스(74)를 더 포함할 수도 있다.
접착력 변경 디바이스
이전에 구축판(80) 또는 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부로의 프린팅된 물체(91)의 방출을 용이하게 하기 위해 캐리어 기판(200)에 대한 프린팅된 물체(91)의 접착 강도를 조정하는 접착력 변경 디바이스(74)가 제공될 수도 있다. 접착력 변경 디바이스(74)는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체의 스택의 상단부의 표면에 대한 프린팅된 물체(91)의 접착력을 더 변경할 수도 있어서 프린팅된 물체(91)와 캐리어 기판(200) 간의 접착 강도는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 프린팅된 물체(91) 간의 접착 강도 미만이다. 접착력 변경 디바이스(74)는 자극을 캐리어 기판(200) 또는 프린팅된 물체(91) 또는 둘 다에 인가함으로써 캐리어 기판(200)과 프린팅된 물체(91) 간의 인터페이스에 영향을 줄 수도 있다. 자극의 인가는 캐리어 기판(200)에 대한 프린팅된 물체(91)의 접착력의 감소를 용이하게 할 수 있다. 접착력 변경기(74)로부터의 접착의 조정을 유발하는 자극은 열 자극, 방사선 자극, 자기 자극, 기계적 자극 또는 입자 빔자극일 수도 있지만 이들로 제한되지 않는다. 프린팅된 물체(91)는 또한 정렬 기준(102)을 포함할 수도 있다.
처리 디바이스
도 8에 도시된 바와 같은, 또 다른 실시형태에서, 이송 디바이스(76)는 처리 디바이스(82)를 포함할 수도 있다. 처리 디바이스(82)의 수직 이동을 제공하는 단일-축 캐리어(78)가 처리 디바이스(82)에 제공될 수 있다. 처리 디바이스(82)의 수직 이동은 캐리어 기판(200)이 수직으로 편향되게 할 수도 있고 프린팅된 물체(91)가 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체의 스택의 상단부에 대해 특정 압력으로 접촉하게 할 수도 있다. 도 8의 이송 디바이스(76)는 또한 도 7의 접착력 변경 디바이스(74)와 유사한 접착력 변경 디바이스(74)를 포함할 수도 있다.
형상 변경기
도 9에 도시된 바와 같은, 본 발명의 또 다른 실시형태에서, 처리 디바이스(82) 및 형상 변경 디바이스(72)가 이송 디바이스(76)에 제공될 수도 있다. 처리 디바이스(82)의 수직 이동을 제공할 수도 있는 단일-축 캐리어(78)가 또한 도 9의 이송 디바이스(76)에 제공될 수 있다. 처리 디바이스(82)의 수직 이동은 캐리어 기판(200)이 수직으로 편향되게 할 수도 있고 프린팅된 물체(91)가 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체의 스택의 상단부에 대해 특정 압력으로 접촉하게 할 수도 있다. 형상 변경기(72)는 성형된 표면에 대해 수직으로 인가된 기계적 압력에 의해 납작해질 수도 있는 탄성 물질로 구성될 수도 있는 미리 형성된 성형된 구조체를 포함할 수도 있다. 단일 축 캐리어(78)가 프린팅된 물체를 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 접촉하게 하므로, 형상 변경기(72)는 점진적으로 납작해질 수 있고 따라서 프린팅된 물체(91)를 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 접촉하게 할 수 있다. 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부 사이의 점진적으로 이동하는 접촉부는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 프린팅된 물체(91) 간의 균일한 부착을 보장할 수도 있다. 도 9의 이송 디바이스(76)는 또한 도 7의 접착력 변경 디바이스(74)와 유사한 접착력 변경 디바이스(74)를 포함할 수도 있다.
관절형 이송 디바이스
도 10에 도시된 바와 같은, 본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에서, 성형된 처리 디바이스(84) 및 관절형 디바이스(83)가 이송 디바이스(76)에 제공될 수도 있다. 성형된 처리 디바이스(84)의 수평 및 수직 이동을 제공할 수도 있는 2-축 캐리어(77)가 또한 도 10의 이송 디바이스(76)에 제공될 수 있다. 컴퓨터 시스템(10)의 제어하에서, 성형된 처리 디바이스(84)의 수직 및 수평 이동은 캐리어 기판(200)이 수직으로 편향되게 할 수도 있고 프린팅된 물체(91)가 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체의 스택의 상단부에 대해 특정 압력으로 접촉하게 할 수도 있다. 2-축 캐리어의 수직 이동은 성형된 처리 디바이스(84)의 미리 결정된 단부가 캐리어 기판(200)과 압력 접촉하게 할 수도 있어서 프린팅된 물체(91)의 미리 결정된 단부는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 접촉한다. 관절형 디바이스(83)와 2-축 캐리어(77)의 추가의 수직 및 수평 이동의 조정은 성형된 처리 디바이스(84)의 전체 성형된 표면이 캐리어 기판(200)에 대해, 특정 압력으로 점진적으로 라인 접촉하게 할 수 있다. 캐리어(200)에 대한 점진적인 라인 접촉은 캐리어 기판(200)의 편향을 유발하여 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 프린팅된 물체(91) 간의 점진적인 라인 접촉을 유발할 수도 있다. 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부와 프린팅된 물체(91) 간의 점진적인 라인 접촉은 프린팅된 물체(91)를 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부로 이송하는 데 충분하다. 도 10의 이송 디바이스(76)는 또한 도 7의 접착력 변경 디바이스(74)와 유사한 접착력 변경 디바이스(74)를 포함할 수도 있다.
조립 장치
조립 장치(C)(조립 장치의 일부가 도 5에 예시됨)는 X-Y 포지셔너 디바이스(230) 및 구축 스테이션(110)을 포함할 수도 있다. 구축 스테이션(110)은 구축판(80)을 포함할 수도 있다. 구축판(80)의 수직 위치를 조정하여 미리 결정된 수직 위치에서 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 상단부의 레벨을 유지해서 구축판(80) 또는 이전에 이송된 물체(90)의 스택의 상단부로의 프린팅된 물체의 적절한 이송을 용이하게 할 수도 있는 Z 축 포지셔너 디바이스(100)(수직 포지셔너)가 제공될 수도 있다. 구축판 상의 패터닝된 단층 물체의 완성된 조립체는 수반된 물질을 위해 적합한 조건하에서 함께 용융된다.
접착력 감소 디바이스
구축판(80)은 구축판(80)으로부터 프린팅된 물체의 완성된 스택의 제거를 용이하게 하는 접착력 감소 디바이스(68)를 포함할 수도 있다. 접착력 감소 디바이스(68)는 인가된 자극에 의해 이전에 이송된 물체(90)의 스택의 접착력을 감소시키도록 활성화될 수도 있다. 접착력 감소층(68)이 이전에 이송된 물체(90)의 스택을 방출하게 할 수도 있는 자극은 열 자극, 방사선 자극, 자기 자극, 화학적 자극 또는 기계적 자극일 수도 있다.
정렬 시스템
구축판(80)은 정렬 센서(105)를 더 포함할 수도 있다. 프린팅된 물체(91)는 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체의 스택의 상단부와 프린팅된 물체(91)를 정밀하게 정렬하는 하나 이상의 정렬 센서(105)와 상호작용할 수도 있는 하나 이상의 정렬 기준(102)을 포함할 수도 있다. 정렬 센서(105)는 UV 스펙트럼에서 또는 가시광선 스펙트럼에서 또는 IR 스펙트럼에서 또는 자기적으로 또는 기계적으로 정렬 기준(102)과 상호작용할 수도 있다. 컴퓨터 시스템(10)과 함께, 정렬 센서(105)는 실제 위치의 0.01㎜ 내에서 정렬 기준(102)의 위치를 검출할 수도 있고 구축판(80)이 정렬 기준(102)에 대한 미리 결정된 위치의 0.01㎜ 내에 배치되게 할 수도 있다.
조립 장치 포지셔너
조립 장치(C)는 X-Y 포지셔너 디바이스(230) 및 구축 스테이션(110)을 포함할 수도 있다. 구축 스테이션(110)은 Z 포지셔너 디바이스 및 구축판(80)을 포함할 수도 있다. 구축 스테이션(110)이 구축판(80) 및 X-Y 포지셔너 디바이스(230)와 상호작용하여 구축판(80)이 컴퓨터 시스템(10)의 명령 시, 다수의-물질 다수의-모듈 프린터 시스템을 포함하는 복수의 이송 모듈 중 임의의 이송 모듈의 이송 영역(240)에 대한 미리 결정된 위치의 0.01㎜ 내에 배치되게 할 수도 있다.
X-Y 포지셔너 디바이스(230)는 컴퓨터-제어된 X-Y 이동 시스템을 포함할 수 있다. 이동 시스템은 선형 작동기 또는 평면의 선형 모터의 직교하여 연결된 쌍일 수도 있지만 이로 제한되지 않는다. 구축 스테이션(110)이 X-Y 이동 시스템과 통신할 수도 있어서 구축 스테이션(110)은 도 11 및 도 12에 예시된 바와 같이 X-Y 포지셔너 디바이스(230)의 한계 내 임의의 지점으로 이동될 수도 있다. X-Y 이동 시스템은 구축 스테이션(110)이 프린터와 연관된 이송 모듈(B)의 복수의 디바이스 중 임의의 디바이스의 이송 영역(240)으로부터 이송된 프린팅된 층을 수용하기 위해 이동될 수도 있고 정확하게 배치될 수도 있도록 크기 조정될 수도 있다. X-Y 포지셔너 디바이스(230)는 구축 스테이션(110)이 모든 프린터 모듈(A) 및 프린터와 연관된 이송 모듈(B)이 없는, 언로드 위치로 이동하게 하도록 더 크기 조정될 수도 있다. 모듈(A 및 B)로부터의 제거는 X-Y 평면에서 또는 X-Y 평면과 직교하는 분리에 의해 제공될 수도 있다. 구축 스테이션(110)에는 이송 영역(240)과 함께 구축판(80)의 회전 정렬을 제공하는 회전 이동 시스템이 더 제공될 수 있다.
헥사포드(hexapod)
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 구축판(80)의 정밀한 위치는 X, Y 및 Z 축을 따른 이동뿐만 아니라 적어도 하나의 축을 중심으로 한 회전을 제공할 수 있는 헥사포드에 의해 제공될 수도 있다.
조립 장치(C)는 다수의-물질, 다수의-방법의 3D 프린터의 통합 컴포넌트일 수도 있다. 프린터 모듈(A) 및 연관된 이송 모듈(B)의 장착을 수용할 수도 있는 복수의 수용 디바이스가 조립 장치(C)에 제공될 수도 있다. 조립 장치(C)의 수용 디바이스는 미리 결정된 방식으로 프린터 모듈 및 이송 모듈을 조립 장치(C)와 물리적으로 연관시키는 기계적 부착 디바이스를 포함할 수도 있다. 프린터 모듈 처리 장치를 도 2 및 도 3의 중앙 처리 장치와 통합시키는 논리적 부착 디바이스가 또한 조립 장치(C)의 수용 디바이스에 제공될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다수의-방법의 3D 프린터의 하나의 실시형태를 예시한다. 도 11은 조립 장치(C)와 연관된 4개의 프린터 모듈(A) 및 4개의 이송 모듈(B)을 도시한다. 4개의 프린터 모듈은 전부 상이한 패터닝 및 침착 기법을 구현할 수도 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 바인더 분사 모듈(1)은 4개의 프린터 모듈 중 하나의 프린터 모듈을 위해 사용된다. 유형 2의 프린터 모듈(2), 유형 3의 프린터 모듈(3), 및 유형 4의 프린터 모듈(4)은 분사식 바인더와 다른 침착 및 패터닝 기법을 채용할 수도 있다. 프린터 모듈(2, 3 및 4)은 예컨대, 전자 사진술, 오프셋 프린팅, 분사식 물질 프린팅 및 선택적 레이저 용융이지만 이들로 제한되지 않는 침착 및 패터닝 기법을 채용하는 프린터 모듈로부터 선택될 수도 있다.
도 11에서, 4개의 프린터 모듈/이송 모듈은 X-Y 포지셔너 디바이스(230)의 중심을 향하여 이들의 근위 단부와 2개의 행으로 정렬된다. 수평 평면에 프린터 모듈이 없는 프린팅된 부품 제거 영역의 구축 스테이션이 또한 예시된다.
도 11에 도시된 구성이 4개의 프린터 모듈(A)로 제한되지 않고 겨우 2개의 프린터 모듈, 또는 3개의 프린터 모듈, 또는 4개 초과의 프린터 모듈을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 프린팅된 부품 제거 영역이 X-Y 포지셔너 디바이스(230) 상의 임의의 개방된 공간에서 수평 분리에 의해 제공될 수도 있거나 또는 프린터 모듈(A) 및 이송 모듈(B)로부터 구축 스테이션(110)의 수직 분리에 의해 제공될 수도 있다는 것이 더 이해된다.
도 12는 4개의 프린터 모듈이 이들의 가장 가까운 이웃한 것과 90도로 정렬하고, 프린터 모듈 사이의 공간에 또는 X-Y 포지셔너 디바이스(230)의 코너에 가능한 언로드 스테이션을 남기는 다수의-방법의 3D 프린터의 대안적인 구성을 나타낸다. 다른 구성이 당업자에게 명백할 것이다.
복수의 프린터 모듈
본 발명의 다수의-물질 다수의-방법의 3D 프린터는 조립 장치(C)에 의해 전부 통합된, 연관된 이송 모듈(B)과 복수의 프린터 모듈(A)에 기초한다. 각각의 프린터 모듈(A)은 작동 매개변수, 예컨대, 프린트 두께, 바인더 농도, 바인더 유형, 및 물질 유형을 조정할 수도 있다. 작동 매개변수의 조정이 최종의 프린팅된 물체의 특성에 상당히 영향을 줄 수도 있지만, 각각의 프린터 모듈은 특정한 방법에 기초하여 프린팅된 물체를 생성한다. 잠재력 방법의 예의 총망라되지 않은 목록은 분사식 바인더 프린팅, 전자 사진 프린팅, 오프셋 프린팅, 및 분사식 물질 프린팅을 포함한다. 주어진 프린팅된 물체를 생성하는 선호되는 방법은 별개의 방법의 능력, 예컨대, 실제 두께 범위, 최소 특징부 크기, 정밀도, 및 프린트 속도에 기초하여 선택될 수도 있다. 대부분의 프린팅 방법이 하나 이상의 물질과 호환 가능할 수도 있지만, 기본적인 물질은 특정한 방법과 함께 사용되는 특정한 준비를 필요로 할 수도 있다.
실제로, 본 발명의 다수의-물질 다수의-방법의 3D 프린터는 최종의 제조된 부품에서 요구되는 프린터 방법과 물질의 각각의 조합을 위한 하나의 프린터 모듈(A)로 구성될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 다수의-방법의 3D 프린터 시스템으로 구성된 복수의 프린터 모듈 중 적어도 하나의 프린터 모듈은 특정한 최종 부품을 위해 요구될 때 또 다른 모듈로 신속하게 그리고 쉽게 교체될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 프린터 모듈 중 적어도 하나의 프린터 모듈은 다수의-물질의 3D 프린터 적용을 위한 분사식 바인더 기술에 기초할 수도 있다.
실시예로서, 제1 프린터 모듈 및 제2 프린터 모듈을 포함하는 프린터 시스템을 고려한다. 제1 물질(제1 프린터 모듈에 의해 침착됨)과 제2 물질(제2 프린터 모듈에 의해 침착됨)은 상이할 필요가 없다. (1) 분사식 바인더 프린터가 제1 프린터 모듈에서 사용되고 전위기록 프린터가 제2 프린터 모듈에서 사용되는 경우를 고려한다. 분사식 바인더 프린터는 일반적으로 25㎛ 내지 2,000㎛의 범위 내 침착층 두께를 포함하는 물질을 침착 조건하에서 침착할 수 있고 전위기록 프린터는 일반적으로 3㎛ 내지 75㎛의 범위 내 침착층 두께를 포함하는 물질을 침착 조건하에서 침착할 수 있다. 분사식 바인더 프린터 및 전위기록 프린터와 연관된 침착층 두께는 상이하다. 따라서, 프린터 시스템은 상이한 두께를 가진 다수의 단층 물체를 단일의 3차원 물체(프린팅된 부품)로 조립할 수 있을 것이다.
(2) 분사식 바인더 프린터는 일반적으로 25㎛ 내지 4,000㎛의 범위 내 복셀 해상도를 포함하는 물질을 침착 조건하에서 침착할 수 있고 전위기록 프린터는 일반적으로 3㎛ 내지 150㎛의 범위 내 복셀 해상도를 포함하는 물질을 침착 조건하에서 침착할 수 있다. 분사식 바인더 프린터 및 전위기록 프린터와 연관된 복셀 해상도는 상이하다. 따라서, 프린터 시스템은 상이한 복셀 해상도를 가진 다수의 단층 물체를 단일의 3차원 물체(프린팅된 부품)로 조립할 수 있을 것이다.
또 다른 실시예로서, 제1 프린터 모듈 및 제2 프린터 모듈을 포함하는 프린터 시스템을 고려한다. 제1 및 제2 프린터 모듈이 상이할 필요가 없다(둘 다가 분사식 바인더 프린터일 수 있음). 프린터 모듈은 상이한 물질을 침착시키도록 구성된다. 제1 프린터 모듈은 제1 물질 특성을 특징으로 하는 제1 패터닝된 단층 물체를 형성하고 제2 프린터 모듈은 제2 물질 특성을 특징으로 하는 제2 패터닝된 단층 물체를 형성한다. 제1 물질이 무시해도 될 정도의 농도의 구멍-형성제를 가진 세라믹 전구체이고, 농도가 0% 내지 10%의 범위 내 다공성을 가진 세라믹을 생성하도록 구성되며, 제2 물질이 더 높은 농도의 구멍-형성제를 가진 세라믹 전구체이고, 농도가 25% 내지 75%의 범위 내 다공성을 가진 세라믹을 생성하도록 구성되는 경우를 고려한다. 따라서, 프린터 시스템은 상이한 다공성을 가진 다수의 단층 물체를 단일의 3차원 물체(프린팅된 부품)로 조립할 수 있을 것이다.
하나의 실시형태에서, 프린터는 복수의 이송 모듈(B) 중 하나의 이송 모듈과 각각 연관될 수도 있는 복수의 프린터 모듈(A)을 포함하고, 이들 전부는 조립 장치(C)에 의해 조정될 수도 있다. 복수의 프린터 모듈은 적어도 2개의 상이한 침착 및 패터닝 기법을 채용하는 프린터 모듈을 포함할 수도 있고 복수의 프린터 모듈(A) 중 각각의 프린터 모듈은 하나의 물질의 프린팅된 물체를 생성하도록 구성될 수도 있다. 각각의 프린터 모듈(A)은 상이한 물질로 프린팅된 물체를 생성할 수도 있거나, 또는 일부 프린터 모듈(A)은 동일한 물질을 사용할 수도 있거나, 또는 3D 다수의-방법의 프린터 시스템의 모든 프린터 모듈은 동일한 물질을 사용할 수도 있다. 연관된 이송 모듈(B)과 함께, 프린터 모듈(A)은 조립 장치(C)와 쉽게 연결되거나 또는 조립 장치로부터 제거되도록 구성되어, 프린터의 쉬운 맞춤 구성이 구축 필요조건에 맞춰지게 할 수도 있다. 중앙 컴퓨터 시스템(10)(제어기)은 프린터의 모든 컴포넌트의 작동을 조정할 수도 있다.
패턴 생성
위에서 설명된 3D 프린팅 시스템은 복잡한 3차원 패턴으로 2개 이상의 물질의 구조체를 생성하도록 사용되고 구조체는 층으로 구축되고, 각각의 층은 하나 이상의 물질로 구성된다. 각각의 층의 각각의 물질의 패턴은 종래의 3D 프린터의 각각의 층에 대한 패턴 생성과 유사한 방식으로 생성될 수도 있다. 특히, 각각의 층에 대한 패턴은 컴퓨터 보조 설계(computer aided design: CAD) 소프트웨어, 예컨대, SolidWorks의 사용을 통해 전체 구조체의 슬라이스로부터 도출될 수도 있다. 종래의 3D 프린터와 달리, 본 발명의 실시형태에서, 컴퓨터 시스템(10)은 각각의 층의 패턴을 1개 초과의 물질로 그리고 심지어 물질이 다른 복셀에서 동일할 때 상이한 특성을 필요로 하는 복셀로 분할할 수도 있다. 예를 들어, 더 높은 해상도 그리고 따라서 더 작은 복셀 크기를 필요로 하는 복셀은 물질이 근본적으로 동일할지라도 높은 해상도 침착 및 패터닝 기술을 채용하는 프린터 모듈로 전송될 수도 있다.
물질 유형
물질 유형은 적어도 2개의 기본적인 범주: 견고한 물질 및 비산 물질로부터 선택될 수도 있다.
견고한 물질은 최종의 프린팅된 부품의 비압축성 복셀이 되기 위해 프린팅 후 처리 단계에서 살아남은 물질이다. 견고한 물질은 프린팅될 때처럼 물질의 구성 및 구조가 동일하게 후처리 단계를 견뎌낼 수도 있다. 견고한 물질은 또한 최종의 물질의 전구체로서 시작할 수도 있다. 후공정은 견고한 물질의 전구체가 반응하여 새로운 화학적 화합물을 생성하거나 또는 위상을 변경하거나 또는 결정 유형을 변화시킬 수도 있다.
비산 물질은 후처리 단계 직후 기체 또는 진공에 의해 점유되도록 설계되는 프린팅된 부품 내에서 복셀을 점유할 수 있는 물질이다. 비산 물질은 프린팅 과정 동안 그리고 프린팅된 물체를 프린팅된 부품으로 조립하는 과정 동안 고체 또는 반고체 물질로 구성될 수도 있다. 후처리 단계 동안, 비산 물질은 기체 또는 액체와 같이 프린팅된 부품에서 쉽게 탈출할 수 있는 형태로 변환된다. 견고한 물질의 용적 내에 비산 물질의 연속적인 복셀 질량을 포함시킨 결과는 후처리 단계 후, 미리 결정된 구성의 공동부이다. 공동부는 사전 설계된 통로를 통해 프린팅된 부품의 외부와 통신할 수도 있거나 또는 완전히 밀봉될 수도 있다. 밀봉된 공동부는 미리 결정된 기체 또는 진공에 의해 점유될 수도 있다.
과정
3D 프린팅된 부품을 제조하기 위한 기본적인 과정이 도 13에 예시된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 과정은 목적하는 부품의 구조, 물질 및 사양을 완전히 규정하는 설계 파일로 시작된다(310). 설계 파일은 층으로 슬라이드될 수도 있고(510), 각각의 층의 두께는 최종의 두께 및 패턴 허용 오차와 같은, 프린팅된 부품 내 각각의 위치에 대한 사양에 의해 결정된다. 이어서 각각의 층은 상이한 물질 및/또는 상이한 프린팅 기법을 필요로 하는 구역으로 분할될 수도 있다(520). 이어서 상이한 물질/기법 필요조건의 구역의 각각에 대한 프린터 제어 명령어가 프린터 시스템의 적절한 프린터 모듈(A)로 이송될 수도 있다.
중앙 처리 장치, 예컨대, 도 2에 도시된 중앙 처리 장치는 프린터 제어 파일을 생성하고 이들을 각각의 프린터 모듈(A)에 대한 적절한 프린터 제어 장치로 전송하는 능력을 갖는다. 중앙 처리 장치는 또한 도 5의 구축판(80)의 포지셔닝을 유발하는 것을 포함하여, 조립 장치(C)를 직접적으로 제어할 수도 있어서 프린팅된 물체(91)가 캐리어 기판(200)으로부터 미리 결정된 시퀀스로 이송될 수도 있다.
구축 시퀀스는 복수의 프린트 모듈(A) 중 프린트 모듈(A)의 각각에 적절한 물질을 제공함으로써 시작된다. 각각의 상이한 패터닝 및 침착 기법은 예를 들어, 입자 크기, 입자 형태, 바인더 함량 및 캐리어 차량에 대해 상이한 형태의 물질을 필요로 할 수도 있다. 분말 베드 및 분사식 바인더 기술에 기초한 프린터 모듈에 대해, 공급 원료는 0.0001㎜ 내지 0.25㎜ 범위의 입자 크기를 갖고 우수한 흐름과 자가-포장 특성을 나타내는 유동화된 물질일 수도 있다.
도 13을 계속해서 참조하면, 프린팅될 부품이 층으로 슬라이스된 후(510), 제1 2D 층이 선택될 수도 있고(515) 층이 물체로 분할되고(520) 프린트 명령어가 목적하는 프린팅된 물체를 위한 적절한 유동화된 물질이 로딩된 분사식 바인더 프린터 모듈로 전송될 수도 있고(525), 프린팅된 물체가 이송 모듈에서 생성된다(530). 이어서 프린팅된 물체는 구축 스테이션(110)과 정렬될 수도 있다(540). 이어서 프린팅된 물체(91)는 구축 스테이션(110)으로 이송될 수도 있다(550). 각각의 프린팅된 층(580) 상의 각각의 프린팅된 물체가 정렬되고 구축 스테이션(110)으로 이송된 후, 구축 스테이션은 다수의-물질 다수의-방법의 프린터 시스템의 또 다른 프린트 스테이션(1)으로부터 프린팅된 물체를 수용하도록 이동될 수도 있다. 프린팅된 층의 최종 프린팅된 물체가 구축 스테이션(110) 상에 배치될 때, 프린트 스테이션(110)의 구축판(80)은 다음 층의 두께를 증가시킬 수도 있고(590), 다음의 프린팅된 층에 대한 구축 명령어가 선택되고 프린팅된 층 내 상이한 물질로 분할된다(520). 과정은 프린팅된 부품(90)의 최종 프린팅된 물체가 구축 스테이션(110)에서 조립될 때까지 단계(520)로부터 단계(560)를 통해 계속될 수도 있다. 최종 프린팅된 물체(91)가 프린팅된 부품(90)에 추가될 때, 구축 스테이션(110)은 부품 제거 영역으로 이동될 수도 있고(565), 구축 스테이션(110)으로부터 배출될 수도 있다.
도 14는 분사식 바인더 프린터 모듈에 대한 상세한 과정을 예시한다. 프린팅될 부품이 층으로 슬라이스되고(610) 층이 물체로 분할되고(620) 적절한 프린트 스테이션으로 큐잉된 후, 프린트 명령어는 목적하는 프린팅된 물체를 위한 적절한 유동화된 물질이 로딩된 분사식 바인더 프린터 모듈로 전송될 수도 있다. 프린트 스테이션(A)의 각각 상의 프린팅된 물체의 생성은 각각의 캐리어 디바이스(200) 상의 각각의 수반된 프린트 스테이션으로부터 유동화된 물질의 침착(640)에 의해 선택된 프린팅된 층을 완성하도록 요구된다. 이어서 캐리어 디바이스(200)가 인덱싱되어 침착된 유동화된 물질을 각각의 압축 디바이스(30)로 이동시킬 수도 있다(650). 이어서 유동화된 물질이 압축 디바이스(30)에 의해 미리 결정된 레벨로 압축될 수도 있다(660).
이어서 캐리어 디바이스(200)가 프린터 디바이스(40)에 대해 인덱싱될 수도 있고(670), 미리 결정된 패턴이 프린팅 디바이스(40)에 의해 프린팅될 수도 있다(680). 이어서 패터닝된 유동화된 물질은 캐리어 디바이스(200) 상에서 물질 고정 디바이스(50)에 대해 인덱싱될 수도 있고(690) 프린팅된 패턴을 견고하게 만들도록 고정될 수도 있다(700). 이어서 패터닝되고 고정된 유동성 분말이 캐리어 디바이스(200) 상에서 유동화된 분말 제거 디바이스(60)에 대해 인덱싱될 수도 있고(710), 패터닝되지 않고 고정되지 않은 유동화된 분말이 캐리어 디바이스(200)로부터 제거될 수도 있어서(720), 미리 결정된 프린팅된 물체만을 남긴다. 캐리어 디바이스(200)가 캐리어 디바이스(200) 상에서 이송 스테이션(240)에 대해 더 인덱싱되어(730) 프린팅된 물체를 구축 스테이션(110)과 정렬시킨다.
이어서 프린팅된 물체는 프린팅된 부품(90)의 구축판(80) 또는 이전에 프린팅된 물체의 상단부로 이송될 수도 있다(740). 프린팅된 물체가 프린팅된 부품을 위해 요구되는 프린팅된 물체 중 최종 프린팅된 물체가 아니라면(760), 다음의 프린팅된 층이 선택되고 프린트 명령어가 선택된 층을 완성하는 데 필요한 프린트 스테이션으로 전송된다(770). 프린팅된 부품의 나머지를 프린팅하는 것은 최종 프린팅된 물체가 구축 스테이션(110)으로 이송될 때까지 단계(770)로부터 단계(760)를 통한 루프를 통해 계속되고, 구축 스테이션(110)은 부품 제거 영역에 대해 제거된다(780).
타깃 프린팅된 물체를 위해 적절한 유동화된 물질은 디스펜싱 디바이스(20)에 의해 캐리어 기판(200) 상에서 확산될 수도 있다. 디스펜싱 디바이스(20)는 프린터 모듈(A)의 원위 단부에 위치될 수도 있다. 디스펜싱 디바이스(20)는 유동화된 물질의 균일한 층을 미리 결정된 두께의 정밀하게 제어된 층으로 디스펜싱하기 위해 유동화된 물질을 조절할 수도 있는 물질 조절 장치(24)를 포함할 수도 있다.
유동화된 물질의 침착 후, 캐리어 기판(200)은 침착된 유동화된 물질을 프린트 모듈(A)의 근위 단부를 향하여 압축 디바이스(30)로 이동시킬 수도 있다. 압축 디바이스(30)가 활성화되어 자극을 유동화된 물질의 층으로 인가하여 유동화된 물질의 층 내 패킹 밀도를 물질의 이론적 밀도의 적어도 40%로 증가시킬 수도 있다.
유동화된 물질의 압축 후, 캐리어 기판(200)이 프린터 모듈(A)의 근위 단부를 향하여 이동하여, 따라서 압축된 유동화된 층을 프린터 디바이스(40)의 부근으로 수송할 수도 있다. 프린터 디바이스(40)는 생성을 겪는 프린팅된 물체를 포함하는 유동화된 물질의 모든 복셀로 바인더 물질의 정밀하게 측정된 용적을 침착할 수도 있다. 프린터 디바이스(40)에 의해 디스펜싱된 바인더 물질은 유동화된 물질의 입자를 견고한 덩어리와 단단히 결합시키도록 선택될 수도 있다. 프린터 디바이스(40)는 미리 결정된 용적의 바인더 물질을 프린팅된 물체의 모든 복셀로 침착시킬 수도 있다. 분사식 바인더 프린팅된 물체의 복셀 크기는 0.010㎜만큼 작을 수도 있다.
프린팅된 물체의 유동화된 물질 내로의 바인더 물질의 침착 후, 캐리어 기판(200)은 프린터 모듈(A)의 근위 단부를 향하여 고정 디바이스(50)로 이동하게 될 수도 있다. 고정 디바이스(50)는 바인더 물질이 유동화된 물질의 입자를 함께 결합시키고 이들을 미리 결정된 패턴 및 두께의 견고한 덩어리로 고정시킬 수 있는 배출원을 포함할 수도 있다. 고정 디바이스(50)로부터의 배출은 열 방사선, UV 방사선, 가시광선 방사선, IR 방사선, 자기파 또는 입자 빔일 수도 있지만 이들로 제한되지 않는다.
프린팅된 물체가 견고한 덩어리로서 함께 고정되고 캐리어 기판(200)에 부착된다면, 캐리어 기판(200)은 도 6의 유동화된 물질 제거 디바이스(60)로 이동하게 될 수도 있다. 파괴 디바이스(61), 에어 나이프 디바이스(62) 및 진공 포트(64)가 유동화된 물질 제거 디바이스(60)에 제공될 수도 있다. 파괴 디바이스(61)는 고정 디바이스(50)로부터 바인더 물질에 의해 제자리에 고정되지 않은 프린팅된 물체의 부근의 유동화된 물질을 기계적으로 파괴할 수도 있다. 부분적으로 고정되지 않은 유동화된 물질(86)을 더 파괴하기 위해, 에어 나이프 디바이스는 고정된 유동화된 물질(88) 및 캐리어(200)로부터 이격되게 부분적으로 고정되지 않은 유동화된 물질을 블로잉할 수도 있다. 에어 나이프 디바이스(61)는 또한 모든 고정되지 않은 유동화된 물질을 에어로졸화할 수도 있고 이어서 모든 고정되지 않은 유동화된 물질은 인클로저로부터 외부 진공원의 영향하의 진공 포트(64)를 통해 제거될 수도 있다.
프린터 모듈(A)의 원위 단부로부터 캐리어 기판(200)의 이동은 도 5의 프린팅 구동 모터(250) 및 근위 버퍼 디바이스(212)의 조정된 작동에 의해 제어될 수도 있다. 부가적인 버퍼 디바이스가 디스펜싱 디바이스(20)와 근위 버퍼 디바이스(212) 사이에 제공되어 프린터 모듈(A)의 컴포넌트 사이의 프린팅된 물체의 이동을 더 편리하게 조정할 수도 있다.
고정되지 않은 유동화된 물질 및 부분적으로 파괴된 유동화된 물질이 없는 프린팅된 물체(91)는 캐리어 기판(200)에 의해 이송 디바이스(76)로 수송될 수도 있다. 컴퓨터 시스템(10)이 조립 장치(C) 및 이송 디바이스(200)의 작동을 조정한다면, 프린팅된 물체(91)는 정렬 센서(105)의 안내에 의해, 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 스택의 상단부로 이송될 수도 있다. 정렬 센서는 기준 표시기를 구축판(조립판)에 대해 정렬시킨다.
이송
복수의 프린터 모듈(A)의 각각은 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 프린팅된 물체(91)를 생성할 수 있다. 프린팅된 물체는 프린팅된 층의 전부 또는 일부를 포함할 수도 있고, 각각의 프린팅된 물체는 단일의 물질로 구성될 수도 있고 단일의 패터닝 및 침착 기술에 의해 생성될 수도 있다. 프린팅된 물체(91)가 이송 모듈(B)의 캐리어 기판(200) 상에서 완성된 후, 프린팅된 물체는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 이송 영역(240)으로 이동될 수도 있다. 구축 스테이션(110)은 컴퓨터 시스템(10)으로부터 미리 결정된 위치로의 방향하에서, X-Y 포지셔너 디바이스(230)에 의해 이동하게 될 수도 있다. 구축판(80)은 Z 포지셔너 디바이스(100)에 의해 캐리어 기판(200)에 대한 미리 결정된 수직 위치로 이동하게 될 수도 있다. 캐리어 기판(200)에 부착된 프린팅된 물체(91)와 구축판(80)의 최종의 정밀한 정렬은 정렬 기준(102), 컴퓨터 시스템(10), X-Y 포지셔너 디바이스(230), 및 Z 포지셔너 디바이스(100)에 대한 정렬 센서(105) 간의 합동에 의해 달성될 수도 있다. 캐리어 기판은 캐리어 기판 상의 패터닝된 단층 물체의 각각에 대한 기준 표시기(102)를 포함한다.
정밀한 정렬이 프린팅된 물체(91)와 구축판(80) 사이에 확립된다면, 이송 디바이스(76)가 프린팅된 물체(91)로 하여금 구축판(80) 또는 이전에 이송된 프린팅된 물체의 스택의 상단부와 접촉하게 이동되게 할 때 프린팅된 물체의 이송이 달성될 수도 있다. 이송을 완료하기 위해, 이송 디바이스(76)는 미리 결정된 압력을 캐리어 기판(200)에 인가할 수도 있고, 접착력 변경 디바이스(74)는 적절한 자극의 인가에 의해 활성화될 수 있다. 프린팅된 층이 복수의 프린팅된 물체(91)로 구성되는 경우에, 복수 또는 프린팅된 물체(91) 중 각각의 프린팅된 물체가 복수의 프린팅된 물체(91) 중 다른 프린팅된 물체에 대해 상호 보완적일 수도 있어서 프린팅된 층을 포함하는 모든 복셀이 프린팅된 물체(91)의 복셀에 의해 점유될 수도 있다.
각각의 프린팅된 물체가 이전에 이송된 프린팅된 물체로 이송될 때, 접착력 변경 디바이스(74)의 활성화는 프린팅된 물체(91)와 캐리어(200) 간의 접착력이 감소되게 할 수 있다. 접촉된 프린팅된 물체(91) 및 이전에 이송된 프린팅된 물체(90)의 표면은 프린팅된 물체(91)가 캐리어 기판(200)에 부착되는 것보다 더 강하게 서로 부착되도록 준비될 수도 있다. 프린팅된 물체(91) 및 이전에 이송된 프린팅된 물체의 표면의 준비는 프린팅된 물체 및 이전에 이송된 프린팅된 물체를 포함하는 물질의 표면의 공학적 특성에 의해, 또는 방사 공급원에 의한 원 위치 표면 처리에 의해, 또는 화학적 공급원에 의한 원 위치 처리에 의해, 또는 기계적 공급원에 의한 원 위치 처리에 의해, 또는 자기 공급원에 의한 원 위치 처리에 의해 달성될 수도 있지만 이들로 제한되지 않는다.
프린팅된 층 생성
프린팅된 부품의 제1 층은 구축판(80)의 상단면과 연관될 수 있는 접착력 감소 디바이스(68) 상의 하나 이상의 프린팅된 물체(91)로서 이송될 수도 있다. 모든 후속의 층은 하나 이상의 프린팅된 물체로서 이전에 이송된 프린팅된 물체(90) 상으로 이송될 수도 있다. 도 15는 이 실시예에 대해, 5개의 프린팅된 물체의 순차적인 이송에 의한 프린팅된 층(92)의 생성의 가능한 단계를 나타낸다. 시퀀스는 상단부로부터 하단부로 진행된다. 생성 단계(85) 동안, 프린팅된 물체(93)는 이전에 이송된 프린팅된 층의 스택으로 이송될 수도 있다. 생성 단계(86)는 생성 단계(85)의 개방된 영역으로의, 상이한 물질로 구성되고/되거나 프린팅된 물체(93)로부터 상이한 기술에 의해 생성되는, 프린팅된 물체(94)의 이송일 수도 있다. 생성 단계(87)는 생성 단계(86)의 개방된 영역으로의 프린팅된 물체(95)를 이송시킴으로써 생성 단계(86)와 같이 계속될 수도 있다. 생성 단계(88)는 프린팅된 물체(96)를 부가할 수도 있다. 생성 단계(89)는 프린팅된 물체(97)를 이송시킴으로써 프린팅된 층(92)을 완성할 수도 있다. 각각의 층의 각각의 물질이 프린팅되기 때문에, 이것은 목적하는 구조를 3차원으로 그리고 2개 이상의 물질로 생성하는 시퀀스로 이전에 프린팅된 물체 상에 적층된다. 실시예가 프린팅된 층을 포함하는 5개의 상이한 프린팅된 물체를 예시하지만, 프린팅된 층이 경우 하나의 프린팅된 물체 또는 설계 필요조건을 충족시키도록 요구되는 임의의 수를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
다양한 실시예 및 다른 정보가 첨부된 청구범위의 범위 내의 양상을 설명하도록 사용되었지만, 당업자가 매우 다양한 구현예를 도출하기 위해 이 실시예를 사용할 수 있을 것이기 때문에, 청구범위의 제한은 이러한 실시예에서 특정한 특징 또는 배열에 기초하여 암시되어서는 안 된다. 또한 그리고 일부 주제가 구조적 특징 및/또는 방법 단계의 실시예에 특정한 표현으로 설명될 수도 있지만, 첨부된 청구범위에 규정된 주제가 이 설명된 특징 또는 작동으로 반드시 제한되는 것이 아님이 이해된다. 예를 들어, 이러한 기능은 상이하게 분포될 수 있거나 또는 본 명세서에서 식별된 컴포넌트와 다른 컴포넌트에서 수행될 수 있다. 오히려, 설명된 특징 및 단계는 첨부된 청구범위의 범위 내 방법 및 시스템의 컴포넌트의 실시예로서 개시된다. 세트 "중 적어도 하나"를 인용하는 청구범위의 표현은 세트 중 하나의 부재 또는 세트 중 다수의 부재가 청구범위를 충족시킨다는 것을 나타낸다.
본 발명의 다양한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 실시형태가 제한이 아닌 오직 실시예로서 제시되었다는 것이 이해되어야 한다. 개시된 실시형태에 대하나 수많은 변화가 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어나는 일 없이 본 명세서의 개시내용에 따라 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 위에서 설명된 실시형태 중 임의의 실시형태에 의해 제한되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위 및 이들의 등가물에 따라 규정되어야 한다.
본 발명이 하나 이상의 구현예에 대해 예시되고 설명되었지만, 등가의 대안 및 변경은 본 명세서 및 부속 도면을 읽고 이해할 때 당업자에 의해 발생할 것이다. 또한, 본 발명의 특정한 특성이 수개의 구현예 중 단 하나의 구현예에 대해 개시되었을 수도 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어지거나 또는 특정한 적용에 대해 목적할 수도 있고 유리할 수도 있는 바와 같은 다른 구현예의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 오직 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것이고 본 발명을 제한하려고 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용될 때, 단수 형태는 문맥이 달리 분명히 나타내지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하는 것으로 의도된다. 게다가, 용어 "포함하는(including)", "포함하다(includes)", "가진(having)", "갖는다(has)", "구비한(with)" 또는 이들의 변형이 상세한 설명 및/또는 청구범위에서 사용되는 한, 이러한 용어는 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다.
달리 규정되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술적 용어와 과학적 용어를 포함함)는 본 발명에 속하는 당업자에 의해 흔히 이해되는 바와 같은 동일한 의미를 갖는다. 용어, 예컨대, 흔히 사용되는 사전에서 정의된 용어가 관련 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상화되거나 또는 지나치게 공식적인 의미로 해석되지 않는다는 것이 더 이해될 것이다.

Claims (24)

  1. 3차원 적층 제조 시스템으로서,
    제1 캐리어 기판;
    제2 캐리어 기판;
    상기 제1 캐리어 기판 상에 제1 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 형성하는 제1 프린터 모듈;
    상기 제2 캐리어 기판 상에 제2 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 형성하는 제2 프린터 모듈;
    조립판을 포함하는 조립 스테이션으로서, 상기 제1 패터닝된 단층 물체와 상기 제2 패터닝된 단층 물체는 상기 조립판 상에서 3차원 물체로 조립되는, 상기 조립 스테이션;
    상기 제1 패터닝된 단층 물체를 제1 이송 구역에서 상기 제1 캐리어 기판으로부터 상기 조립 스테이션으로 이송하는 제1 이송 모듈;
    상기 제2 패터닝된 단층 물체를 제2 이송 구역에서 상기 제2 캐리어 기판으로부터 상기 조립 스테이션으로 이송하는 제2 이송 모듈; 및
    (1) 상기 제1 프린터 모듈에서 형성된 상기 제1 패터닝된 단층 물체의 시퀀스 및 패턴, (2) 상기 제2 프린터 모듈에서 형성된 상기 제2 패터닝된 단층 물체의 시퀀스 및 패턴, 및 (3) 상기 조립판 상에서 상기 3차원 물체로의 상기 제1 패터닝된 단층 물체와 상기 제2 패터닝된 단층 물체의 조립의 시퀀스를 제어하는 제어기
    를 포함하되;
    상기 제1 프린터 모듈은 제1 침착 조건하에서 제1 물질을 침착시키도록 구성되고;
    상기 제2 프린터 모듈은 제2 침착 조건하에서 제2 물질을 침착시키도록 구성되고, 상기 제2 물질 중 적어도 하나의 물질이 상기 제1 물질과 상이하고 상기 제2 침착 조건이 상기 제1 침착 조건과 상이한, 3차원 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 프린터 모듈은 분사식 바인더 프린터를 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 프린터 모듈은 분사식 바인더 프린터를 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 프린터 모듈은 전자 사진 프린터를 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 침착 조건이 상기 제1 침착 조건과 상이할 때, 상기 제1 침착 조건은 25㎛ 내지 2,000㎛의 범위 내 침착층 두께를 포함하고, 상기 제2 침착 조건은 3㎛ 내지 75㎛의 범위 내 침착층 두께를 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 침착 조건이 상기 제1 침착 조건과 상이할 때, 상기 제1 침착 조건은 25㎛ 내지 4,000㎛의 범위 내 복셀 해상도를 포함하고, 상기 제2 침착 조건은 3㎛ 내지 150㎛의 범위 내 복셀 해상도를 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 물질이 상기 제1 물질과 상이할 때, 상기 제1 패터닝된 단층 물체는 제1 물질 특성을 특징으로 하고, 상기 제2 패터닝된 단층 물체는 상기 제1 물질 특성과 값이 상이한 제2 물질 특성을 특징으로 하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 물질 특성과 상기 제2 물질 특성 중 하나는 0% 내지 10%의 범위 내 다공성이고, 상기 제1 물질 특성과 상기 제2 물질 특성 중 또 다른 하나는 25% 내지 75%의 범위 내 다공성인, 3차원 적층 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    제3 캐리어 기판 상에 제3 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 형성하는 제3 프린터 모듈; 및
    상기 제3 패터닝된 단층 물체를 제3 이송 구역에서 상기 제3 캐리어 기판으로부터 상기 조립 스테이션으로 이송하는 제3 이송 모듈을 더 포함하되;
    상기 제1 패터닝된 단층 물체, 상기 제2 패터닝된 단층 물체, 및 상기 제3 패터닝된 단층 물체는 상기 조립판 상에서 상기 3차원 물체로 조립되고;
    상기 제어기는, (1) 상기 제3 프린터 모듈에서 형성된 상기 제3 패터닝된 단층 물체의 시퀀스 및 패턴, 및 (2) 상기 제1 패터닝된 단층 물체, 상기 제2 패터닝된 단층 물체의 조립의 시퀀스, 및 (3) 상기 조립판 상에서 상기 3차원 물체로의 상기 제3 패터닝된 단층 물체를 부가적으로 제어하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 캐리어 기판 및 상기 제2 캐리어 기판 중 적어도 하나는 벨트인, 3차원 적층 제조 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 조립 스테이션은 상기 제1 이송 구역 및 상기 제2 이송 구역과 연관된 각각의 횡방향 위치로 상기 조립판을 횡방향으로 변위시키는 횡방향 포지셔너를 부가적으로 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조립 스테이션은 상기 조립판을 수직으로 변위시키는 수직 포지셔너를 부가적으로 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 캐리어 기판 및 상기 제2 캐리어 기판은 상기 제1 패터닝된 단층 물체 및 상기 제2 패터닝된 단층 물체의 각각에 대한 기준 표시기를 각각 포함하고;
    상기 조립 스테이션은 상기 기준 표시기를 상기 조립판에 대해 정렬시키는 정렬 센서를 포함하는, 3차원 적층 제조 시스템.
  14. 3차원 물체를 제조하는 방법으로서,
    제어기에 의해 지시받는 시퀀스 및 패턴에 따라, 제1 프린터 모듈에서 제1 캐리어 기판 상에 제1 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 형성하는 단계;
    상기 제어기에 의해 지시받는 시퀀스 및 패턴에 따라, 제2 프린터 모듈에서 제2 캐리어 기판 상에 제2 패터닝된 단층 물체의 시퀀스를 형성하는 단계;
    상기 제1 패터닝된 단층 물체를 제1 이송 구역에서 상기 제1 캐리어 기판으로부터 조립 스테이션으로 이송하는 단계;
    상기 제2 패터닝된 단층 물체를 제2 이송 구역에서 상기 제2 캐리어 기판으로부터 조립 스테이션으로 이송하는 단계; 및
    상기 제어기에 의해 지시받는 조립 시퀀스에 따라, 상기 조립 스테이션의 조립판 상에서 상기 제1 패터닝된 단층 물체 및 상기 제2 패터닝된 단층 물체를 상기 3차원 물체로 조립하는 단계
    를 포함하되;
    상기 제1 프린터 모듈은 제1 침착 조건하에서 제1 물질을 침착시키고;
    상기 제2 프린터 모듈은 제2 침착 조건하에서 제2 물질을 침착시키고, 상기 제2 물질 중 적어도 하나의 물질이 상기 제1 물질과 상이하고 상기 제2 침착 조건이 상기 제1 침착 조건과 상이한, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 프린터 모듈은 분사식 바인더 프린터를 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 프린터 모듈은 분사식 바인더 프린터를 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제2 프린터 모듈은 전자 사진 프린터를 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제2 침착 조건이 상기 제1 침착 조건과 상이할 때, 상기 제1 침착 조건은 25㎛ 내지 2,000㎛의 범위 내 침착층 두께를 포함하고, 상기 제2 침착 조건은 3㎛ 내지 75㎛의 범위 내 침착층 두께를 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제2 침착 조건이 상기 제1 침착 조건과 상이할 때, 상기 제1 침착 조건은 25㎛ 내지 4,000㎛의 범위 내 복셀 해상도를 포함하고, 상기 제2 침착 조건은 3㎛ 내지 150㎛의 범위 내 복셀 해상도를 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 제2 물질이 상기 제1 물질과 상이할 때, 상기 제1 패터닝된 단층 물체는 제1 물질 특성을 특징으로 하고, 상기 제2 패터닝된 단층 물체는 상기 제1 물질 특성과 값이 상이한 제2 물질 특성을 특징으로 하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 물질 특성과 상기 제2 물질 특성 중 하나는 0% 내지 10%의 범위 내 다공성이고, 상기 제1 물질 특성과 상기 제2 물질 특성 중 또 다른 하나는 25% 내지 75%의 범위 내 다공성인, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 제1 패터닝된 단층 물체를 제1 이송 구역에서 상기 제1 캐리어 기판으로부터 조립 스테이션으로 이송하는 것은 상기 제1 이송 구역과 연관된 횡방향 위치로 상기 조립판을 횡방향으로 변위시키는 것을 포함하고;
    상기 제2 패터닝된 단층 물체를 제2 이송 구역에서 상기 제2 캐리어 기판으로부터 조립 스테이션으로 이송하는 것은 상기 제2 이송 구역과 연관된 횡방향 위치로 상기 조립판을 횡방향으로 변위시키는 것을 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  23. 제14항에 있어서, 상기 조립 시퀀스는 적어도 하나의 제1 패터닝된 단층 물체 및 적어도 하나의 제2 패터닝된 단층 물체를 상기 3차원 물체의 단일의 층으로 조립하는 것을 포함하는, 3차원 물체를 제조하는 방법.
  24. 3차원 물체로서,
    복수의 층을 포함하되, 상기 층 중 적어도 하나의 층은,
    제1 물질 특성을 특징으로 하는 제1 패터닝된 단층 물체; 및
    상기 제1 물질 특성과 값이 상이한 제2 물질 특성을 특징으로 하는 제2 패터닝된 단층 물체를 포함하는, 3차원 물체.
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