KR20210073586A - 성형 장치 및 성형체의 제조 방법 - Google Patents

성형 장치 및 성형체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있는 성형 장치를 제공한다.
무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급부 및 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급부를 갖는 공급 유닛과, 상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛과, 상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 유닛과, 상기 제1 조성물의 공급과 가열을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록, 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 성형 장치를 제공한다.

Description

성형 장치 및 성형체의 제조 방법
본 발명은 2018년 12월 25일에 일본특허청에 제출된 일본 특허 출원 제2018-240883의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 성형 장치 및 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 임의의 입체 형상을 갖도록 금속이나 금속 산화물 등의 무기 재료의 조형을 행하기 위한, 주형을 이용하지 않는 3차원 조형법이 개발되고 있다.
대표적인 무기 재료의 3차원 조형법인 광조형법이, 일본 특허 제4800074호 공보(특허 문헌 1) 등에 개시되어 있다. 광조형법에서는, 성형 장치는, 액체상의 광경화성 조성물에 무기 입자가 분산된 액상 전구체를 수용하는 액조와, 액조의 내부에서 승강 가능하게 설치된 스테이지와, 액조의 상측으로부터 광경화성 조성물을 경화시키기 위한 광을 조사하는 광원을 구비한다.
액상 전구체의 액면보다 약간 낮은 위치에 스테이지를 세팅하고, 스테이지 상에 위치하는 액상 전구체에 대해서 소정의 제1층 패턴으로 광을 조사함으로써, 제1층의 경화가 행해진다. 제1층의 전구체를 소정의 패턴에 따라 경화시킨 후, 제1층의 경화되어 있지 않은 액상 전구체가 세정 제거된다(세정 공정). 다음에, 스테이지를 약간 강하시켜, 소정의 제2층 패턴으로 광을 조사함으로써, 제1층의 바로 위에서 제2층의 경화가 행해진다. 이러한 조작을 반복함으로써, 제1층부터 최상층까지 층마다 전구체의 경화가 행해져, 다수의 층으로 이루어지는 소정의 입체 형상을 갖는 성형체가 형성된다.
얻어진 성형체는, 경화된 광경화성 조성물 및 거기에 분산된 무기 입자로 이루어지는 것이다. 이 성형체에 대해서 용매 추출이나 가열 처리를 행함으로써, 광경화성 조성물의 탈지가 행해져, 성형체 중의 유기 재료 성분이 제거된다(탈지 공정). 또한, 탈지 후의 무기 입자로 이루어지는 성형체를 고온 소성함으로써, 성형 체 중의 무기 입자의 소결이 행해져(소결 공정), 소정의 입체 형상을 갖는 무기 재료 성형체가 얻어진다.
그러나, 이 광조형법에서는, 입체 형상이 복잡해지면, 세정 공정이 곤란해짐과 더불어, 세정 공정에 요하는 시간도 증대하고, 형상에 따라서는 충분한 세정이 불가능한 경우도 있어, 그 결과 성형체의 품질 저하가 발생할 우려가 있다. 또, 탈지 공정에서는, 특히 입체 형상이 복잡한 경우, 유기 재료 성분이나 그 분해 성분을 충분히 제거하지 못하여, 성형체 중에 잔류하는 경우가 있어, 이러한 불충분한 제거에 기인하여 성형체의 품질 저하가 발생할 우려가 있다. 또, 탈지에 의해 유기 재료 성분을 제거함으로써, 제거된 유기 재료 성분의 체적분만큼 성형체 중에 간극이 생겨, 소결에 의해 성형체 전체가 이 간극분만큼 압축될 수 있으므로, 완성된 성형체의 치수가 상정한 것보다 작아지는 경우가 있어, 그 결과 성형체의 치수 정밀도가 요구 품질을 만족하지 못하게 될 우려가 있다. 또한, 소결 공정에서는, 성형체의 부위마다의 열팽창률의 차 등에 기인하여, 소결 후에 성형체에 균열이나 파손등의 결함이 생기는 경우가 있어, 성형체의 품질이 확보되지 않을 우려가 있다. 이 때문에, 성형 장치에 의해 제조되는 성형체의 품질의 향상이 요구되고 있었다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 제4800074호 공보
본 발명은, 품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있는 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급부 및 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급부를 갖는 공급 유닛과, 상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛과, 상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 유닛과, 상기 제1 조성물의 공급과 가열을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록, 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 성형 장치이다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 제1 조성물의 공급과 가열을 적어도 동일 평면 내에서 반복하여 행하도록 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 가열 유닛은, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함해도 된다. 또한, 상기 제1 조성물은, 상기 무기 재료가 분산된 유기 바인더를 포함해도 되고, 상기 가열 유닛은, 상기 제1 조성물에 열을 가함으로써 상기 유기 바인더의 탈지를 행하는 탈지용 열원을 더 포함해도 되고, 상기 제어 유닛은, 상기 열 고결용 열원에 의한 열 고결 전에 상기 탈지를 행하도록 상기 탈지용 열원을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 고정화 유닛은, 상기 제1 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화해도 된다.
상기 양태의 성형 장치는, 상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 유닛을 더 구비해도 된다. 또한, 상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되어도 되고, 상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 가열부를 가져도 된다. 혹은, 상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급하는 제거제공급부를 가져도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 무기 재료는, 상기 가열 유닛에 의해 제1 온도 이상의 온도까지 가열되었을 경우에 열 고결되어도 되고, 상기 지지 재료는, 무산소 분위기하에서는, 상기 제1 온도에 있어서 분해되지 않아도 되다. 또한, 상기 지지 재료는, 산소 존재하에서는, 상기 제1 온도에 있어서 분해되어도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제2 조성물은, 광경화성 조성물이어도 되고, 상기 고정화 유닛은, 상기 제2 조성물의 광경화를 행하는 광원을 포함하해도 된다.
본 발명의 다른 양태는, 무기 재료를 포함하는 제1 조성물로부터 성형체를 제조하는 방법으로서, 상기 제1 조성물을 제1 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급 단계와, 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 제2 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급 단계와, 상기 제2 조성물을 상기 스테이지상에서 고정화하는 고정화 단계와, 상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 단계를 포함하고, 상기 제1 공급 단계와, 상기 가열 단계를 포함하는 성형 사이클이 반복되는, 성형체의 제조 방법이다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 성형 사이클이 적어도 상기 스테이지를 따라 반복 실행되어도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 공급 단계와, 상기 가열 단계가 적어도 동일 평면 내에서 반복하여 실행되어도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 가열 단계는, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 열 고결을 행하는 공정을 포함해도 된다. 또한, 상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 열 고결을 행하는 상기 공정 전에, 공급된 상기 제1 조성물을 경화시키는 경화 단계를 더 포함해도 된다. 또한, 상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 상기 경화 단계 후이며 상기 가열 단계 전에, 경화된 상기 제1 조성물의 탈지를 행하는 탈지 단계를 더 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 단계를 더 포함해도 된다. 또한, 상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되어도 되고, 상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 공정을 포함해도 된다. 혹은, 상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급함으로써, 상기 지지 재료의 용해 또는 분해를 행하는 공정을 포함해도 된다. 혹은, 상기 가열 단계는, 상기 지지 재료가 실질적으로 분해되지 않도록 무산소 분위기하에서 실행되어도 되고, 상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 산소에 노출시켜, 상기 지지 재료를 분해시키는 공정을 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 제어 유닛은, 사전에 입력된 성형체의 3차원 형상 데이터에 의거하여, 상기 무기 재료에 의해 상기 성형체가 3차원 형상으로 형성되도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
도 1은, 제1 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 2는, 제1 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3은, 제1 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 제1 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 제1 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 제2 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 7은, 제2 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 8은, 제2 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 제2 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 제3 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 11은, 제3 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 12는, 제3 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은, 제3 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
[부호의 설명]
1, 101, 201 : 성형 장치
10, 110, 210 : 챔버
10a, 110a, 210a : 진공 펌프
11, 111, 211 : 스테이지
11a, 111a, 211a : 스테이지 이동 기구
12, 112, 212 : 공급 유닛
14, 114, 214 : 고정화 유닛
16, 116, 216 : 가열 유닛
18, 118, 218 : 정보 취득 유닛
20, 120, 220 : 제거 유닛
22, 122, 222 : 제어 유닛
30, 130, 230 : 제1 토출기(제1 공급부)
32, 132, 232 : 제2 토출기(제2 공급부)
34, 134, 234 : 제1 토출기 이동 기구
36, 136, 236 : 제2 토출기 이동 기구
40, 140 : 제1 LED
42, 142 : 제2 LED(광원)
44, 144 : 제1 LED 이동 기구
46, 146 : 제2 LED 이동 기구
50, 250 : 탈지용 레이저(탈지용 열원)
52, 252 : 열 고결용 레이저(열 고결용 열원)
54, 254 : 탈지용 레이저 이동 기구
56, 256 : 열 고결용 레이저 이동 기구
70, 170, 270 : 촬영 장치
72, 172, 272 : 촬영 장치 이동 기구
80, 280 : 가열 장치
82, 282 : 제거용 레이저
84, 284 : 제거용 레이저 이동 기구
90, 190, 290 : 입력부
150 : 제1 탈지용 레이저
152 : 제1 열 고결용 레이저
154 : 제2 탈지용 레이저
156 : 제2 열 고결용 레이저
158 : 제1 탈지용 레이저 이동 기구
160 : 제1 열 고결용 레이저 이동 기구
162 : 제2 탈지용 레이저 이동 기구
164 : 제2 열 고결용 레이저 이동 기구
180 : 제거제 공급기
182 : 제거제 공급기 이동 기구
210b : 가스 봄베
210c : 유량 제어부
240 : LED
242 : 융해용 레이저
244 : LED 이동 기구
246 : 융해용 레이저 이동 기구
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 장치 및 성형체의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일 또는 유사한 기능을 갖는 구성에 동일한 부호를 붙인다. 이러한 구성에 대한 중복되는 설명은 적절히 생략한다.
본 명세서에 있어서, 'XX에 의거하는'이란, '적어도 XX에 의거하는' 것을 의미하고, XX에 더해 다른 요소에 의거하는 경우도 포함한다. 또, 'XX에 의거하는'이란, XX를 직접적으로 사용하는 경우에 한정되지 않고, XX에 대해서 연산이나 가공이 행해진 것에 의거하는 경우도 포함한다. 'XX'는, 임의의 요소(예를 들면 임의의 정보)이다.
설명의 편의상, x방향, y방향, 및 z방향에 대해 정의한다. x방향 및 y방향은, 수평면과 평행한 방향이다. y방향은, x방향과 교차하는(예를 들면 대략 직교하는) 방향이다. z방향은, 연직 방향과 평행한 방향이며, x방향 및 y방향과 대략 직교한다.
[제1 실시형태]
도 1~도 5를 참조하여, 제1 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)를 나타내는 도면이다.
[구성]
성형 장치(1)는, 무기 재료로 이루어지는 3차원 성형체(성형체)를 제조할 수 있다. 여기서, '무기 재료'란, 유기 재료 이외의 임의의 재료를 가리키며, 금속 단체, 합금, 금속 원소 및 비금속 원소로 이루어지는 화합물(예를 들면, 금속 산화물이나 금속 질화물, 금속염 등), 비금속 원소로 이루어지는 화합물(예를 들면, 질화붕소 등) 등이 포함된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 성형 장치(1)는, 챔버(10), 스테이지(11), 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 가열 유닛(16), 정보 취득 유닛(18), 제거 유닛(20), 및 제어 유닛(22)(도 2 참조)을 구비한다.
챔버(10)는, 성형 장치(1)의 각 구성 요소를 수용하는 하우징을 갖는다. 챔버(10) 내부에 수용된 성형 장치(1)의 각 구성 요소는, 바깥 환경으로부터 격리될 수 있다. 챔버(10)의 내부 압력은, 챔버(10)에 접속된 진공 펌프(10a)에 의해 변경 가능하다. 또, 챔버(10) 내부의 분위기는, 질소나 아르곤과 같은 불활성 가스나 그 밖의 임의의 가스로 치환될 수 있다.
스테이지(11)는, 수평면을 따라(즉, xy평면에 대해서 평행하게) 배치된 평판이다. 스테이지(11)의 두께 방향은, z방향에 대해서 대략 평행이다. 스테이지(11)는, 스테이지 이동 기구(11a)에 의해, 적어도 z방향으로 이동 가능하다. 스테이지 이동 기구(11a)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 락앤피니언식의 액추에이터이다. 또한, 스테이지(11)의 배치는 반드시 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 스테이지(11)는, 수평면과 교차하는 평면을 따라 배치되어도 된다.
공급 유닛(12)은, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된 제1 토출기(제1 공급부)(30) 및 제2 토출기(제2 공급부)(32)를 갖는다. 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)는, 각각 제1 토출기 이동 기구(34) 및 제2 토출기 이동 기구(36)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능하다. 제1 토출기 이동 기구(34) 및 제2 토출기 이동 기구(36)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
제1 토출기(30)에는, 제1 조성물 P1이 충전되어 있다. 제2 토출기(32)에는, 제2 조성물 P2가 충전되어 있다. 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)는, 각각 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 스테이지(11)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출할 수 있다. 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)의 토출량(예를 들면, 제1 조성물 P1 또는 제2 조성물 P2가 간헐적으로 토출되는 경우에 있어서의 1방울의 체적)이나 토출 속도는, 적절히 조정 가능하다.
제1 토출기(30)에 의해 토출되는 제1 조성물 P1은, 예를 들면 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb를 포함하는 유체이다. 제1 조성물 P1은, 무기 입자 Pa를 바인더 Pb에 분산시킴으로써 조제된다. 제1 조성물 P1은, 무기 입자 Pa가 바인더 Pb에 분산된 상태로 제1 토출기(30)에 충전된다. 제1 조성물 P1의 무기 입자 Pa는, 최종적인 성형체를 형성하기 위해서 사용된다.
제2 토출기(32)에 의해 토출되는 제2 조성물 P2는, 예를 들면 경화 가능한 지지 재료 Ps를 포함하는 유체이다. 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps는, 성형 작업 중에 무기 입자 Pa를 지지하는 지지 구조체를 형성하기 위해서 사용되는 희생 재료이다. 지지 재료 Ps에 의해 형성되는 지지 구조체는, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체 등을 제조하기 위해서 사용할 수 있다.
무기 입자 Pa는, 예를 들면 금속, 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물, 수산화물, 탄산화물, 인산화물 등 임의의 무기 재료 또는 이들의 조합으로 이루어지는 입자이다. 무기 입자 Pa의 재료는 특별히 한정되지 않는다.
금속의 예로는, 알루미늄, 티탄, 철, 구리, 스테인리스강, 니켈크롬강 등을 들 수 있다.
산화물의 예로는, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티탄, 산화철, 산화아연, 산화이트륨, 산화지르코늄, 티탄산바륨 등을 들 수 있다.
질화물의 예로는, 질화규소, 질화알루미늄, 질화티탄, 질화철 등을 들 수 있다.
산질화물의 예로는, 산질화규소, 산질화알루미늄 등을 들 수 있다.
탄화물의 예로는, 탄화규소, 탄화티탄, 탄화붕소, 탄화지르코늄 등을 들 수 있다.
수산화물의 예로는, 수산마그네슘, 수산화철, 수산 아파타이트 등을 들 수 있다.
탄산화물의 예로는, 탄산칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬 등을 들 수 있다.
인산화물의 예로는, 인산철, 인산망간, 인산칼슘 등을 들 수 있다.
제1 조성물 P1의 바인더 Pb 및 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps는, 예를 들면 특정 파장의 광(예를 들면 자외선)을 받아 경화되는 광경화성 조성물을 포함한다. 광경화성 조성물은, 예를 들면 라디칼 중합성 모노머 또는 양이온 중합성 모노머와 광중합 개시제를 포함한다. 라디칼 중합성 모노머는, 예를 들면 (메타)아크릴계 모노머이다. 양이온 중합성 모노머는, 예를 들면 에폭시 화합물이나 환상 에테르 화합물이다. 라디칼 중합성 모노머를 사용하는 경우에는, 광중합 개시제는, 예를 들면 아세토페논 등의 라디칼성 광중합 개시제이다. 또, 양이온 중합성 모노머를 사용하는 경우에는, 광중합 개시제는, 예를 들면 오늄염 등의 양이온성 광중합 개시제이다. 바인더 Pb와 지지 재료 Ps는 같은 종류의 광경화성 조성물을 포함해도 되고, 다른 종류의 광경화성 조성물을 포함해도 된다.
제1 조성물 P1에 있어서의 무기 입자 Pa의 함유율은, 예를 들면 30중량%~90중량%, 바람직하게는 40중량%~80중량%, 보다 바람직하게는 50중량%~70중량%이다.
제1 조성물 P1은, 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb 이외에, 안정제나 분산재, 필러 등 임의의 첨가제를 포함해도 된다. 마찬가지로 제2 조성물 P2도, 지지 재료 Ps 이외에, 안정제나 분산재, 필러 등 임의의 첨가제를 포함해도 된다.
여기서, 조성물 P1, P2가 각각 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)로부터 토출되어 착지하는 착지면은, 스테이지(11), 스테이지(11) 등으로 지지된 기재, 스테이지(11)나 기재 상에서 고정화되거나 고결되거나 한 다른 제1 조성물 P1이나 제2 조성물 P2, 재료막 등, 임의의 것의 표면이어도 된다. 이하에서는, 주로 토출된 조성물 P1, P2가 스테이지(11)에 착지하는 경우에 대해 설명하나, 이하의 설명은 조성물 P1, P2가 다른 조성물 P1, P2의 표면 등 다른 착지면에 착지하는 경우도 마찬가지이다. 또, 본 명세서에서는, 스테이지 상에 기재가 배치되는 경우의 기재도 포함해서 '스테이지'라고 총칭한다. 또한, 본 명세서에서는, '스테이지를 따른 방향'이란, 스테이지의 각 면 중 조성물을 토출하는 토출기에 대향하는 면(도 1에서는 스테이지(11)의 상면)을 따른 방향을 의미하고, '스테이지와 직교하는 방향'이란, 스테이지의 각 면 중 조성물을 토출하는 토출기에 대향하는 면과 직교하는 방향을 의미한다.
고정화 유닛(14)은, 토출된 조성물 P1, P2를 스테이지(11) 상에서 고정화한다. 예를 들면, 조성물 P1, P2가 광경화성 조성물을 포함하는 경우, 고정화 유닛(14)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2가 존재하는 특정 위치에 광(예를 들면 자외광)을 조사한다. 이에 의해, 고정화 유닛(14)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2에 대해서 광자극을 주어, 조성물 P1, P2에 포함되는 광경화성 조성물을 경화시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서 '고정화'란, 외력이 가해지지 않은 경우에 위치가 실질적으로 변화하지 않는 상태로 하는 것을 의미한다.
고정화 유닛(14)은, 광원으로서 제1 LED(발광 다이오드)(40) 및 제2 LED(광원)(42)를 구비한다. 제1 LED(40) 및 제2 LED(42)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치되어 있다. 제1 LED(40) 및 제2 LED(42)는, 각각 제1 LED 이동 기구(44) 및 제2 LED 이동 기구(46)에 의해, 적어도 x방향 및/또는 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. LED 이동 기구(44, 46)는, 각각 LED(40, 42)의 배치(예를 들면 방향이나 위치 등)를 변경함으로써, LED(40, 42)의 조사 위치를 변경한다. LED 이동 기구(44, 46)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
단, LED(40, 42)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, LED(40, 42) 중 적어도 한쪽이 스테이지(11)의 측방 또는 하방으로부터 광을 조사해도 된다. 또, LED 이동 기구(44, 46)가 생략되고, LED(40, 42)의 배치가 영속적으로 고정되어, 조사 광이, 예를 들면 렌즈나 반사판 등을 사용해, 스테이지(11) 상에서 주사되어도 된다. LED 이동 기구(44, 46)가 렌즈나 반사판 등과 병용되어도 된다.
또한, 고정화 유닛(14)의 구성 요소는 LED에 한정되지 않고, 레이저 등 광 조사가 가능한 임의의 소자여도 된다. 광 조사는, 스테이지(11) 상에서, 조성물 P1, P2의 1방울~수 방울 정도의 크기의 스폿에 대해서 국소적으로 행해져도 되고, 스테이지(11)의 일부의 구획 또는 전체에 대해서 행해져도 된다.
여기서, 예를 들면 x방향 또는 y방향을 따른 스테이지(11)의 폭 전체를 커버하도록 배치된 1차원 어레이형의 LED를 사용하는 경우에는, 당해 LED가 x방향 및 y방향 중 어느 한 방향으로만 이동 가능하면 충분하다. 또, 예를 들면, 스테이지(11) 전체에 대해서 광 조사를 행할 수 있는 LED(40, 42)를 사용하는 경우에는, LED 이동 기구(44, 46)나 렌즈, 반사판 등 LED(40, 42)의 광 조사 위치를 제어하는 구성 요소는 불필요하다.
가열 유닛(16)은, 스테이지(11) 상의 특정 위치에, 예를 들면 열선을 조사함으로써, 국소적으로 열을 가한다. 이에 의해, 가열 유닛(16)은, 스테이지(11) 상에서 고정화된 제1 조성물 P1의 탈지나 제1 조성물 P1에 포함되는 무기 재료의 소결 또는 용융 고체화를 행할 수 있다. 여기서, '소결'이란, 무기 재료의 고체 입자(예를 들면, 금속 산화물이나 금속 질화물 등의 분말)를 당해 무기 재료의 융점 미만의 온도까지 가열함으로써, 당해 고체 입자끼리를 결합시키는 것을 말한다. '용융 고체화'란, 무기 재료의 고체 입자(예를 들면, 금속이나 합금 등의 입자)를 당해 무기 재료의 융점 이상의 온도까지 가열함으로써 당해 고체 입자를 용융시킨 후, 자연 냉각 등에 의해 당해 금속 입자 또는 합금 입자를 고체화시키는 것을 말한다. 본 명세서에서는, 소결 및 용융 고체화를 합쳐서 '열 고결'이라고 한다.
가열 유닛(16)은, 열원으로서 탈지용 레이저(탈지용 열원)(50) 및 열 고결용 레이저(열 고결용 열원)(52)를 구비한다. 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치되어 있다. 탈지용 레이저(50)는, 탈지용 레이저 이동 기구(54)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 열 고결용 레이저(52)는, 열 고결용 레이저 이동 기구(56)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 탈지용 레이저 이동 기구(54) 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
탈지용 레이저(50)는, 제1 조성물 P1에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 제1 조성물 P1을 예를 들면 200℃~800℃, 바람직하게는 300℃~500℃까지 가열하여, 제1 조성물 P1의 탈지를 행할 수 있다. 열 고결용 레이저(52)는, 제1 조성물 P1에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 제1 조성물 P1을 예를 들면 500℃~4000℃, 바람직하게는 1000℃~3000℃까지 가열하여, 제1 조성물 P1의 열 고결을 행할 수 있다. 단, 가열 온도는 이에 한정되지 않고, 제1 조성물 P1에 포함되는 무기 입자 Pa나 바인더 Pb의 종류 등에 따라 적절히 변경될 수 있다. 또, 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)로서 같은 종류의 2개의 레이저 장치를 채용하여 출력을 조정함으로써, 탈지용 레이저(50)와 열 고결용 레이저(52)에서 상이한 온도까지의 가열을 행해도 된다. 또, 단일 레이저를 사용해 탈지 및 열 고결 양쪽 모두를 행해도 된다. 이 경우, 당해 단일 레이저의 출력을 탈지 단계와 열 고결 단계에서 변경해도 되고, 탈지 단계를 생략하고, 당해 단일 레이저로 제1 조성물 P1을 열 고결 온도까지 한 번에 승온시킴으로써, 탈지 및 열 고결을 한 번에 행해도 된다.
또한, 가열 유닛(16)의 구성 요소는 레이저에 한정되지 않고, 전자 빔 장치 등 국소적인 가열이 가능한 임의의 소자여도 된다. 또, 가열은, 상방으로부터의 가열에 한정되지 않고, 예를 들면 하방으로부터 국소적인 가열이 행해져도 된다.
정보 취득 유닛(18)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2의 모습을 감시함과 더불어, 조성물 P1, P2의 정보를 취득한다. 정보 취득 유닛(18)은, 예를 들면 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된 촬영 장치(70)를 포함한다.
정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70)에 의해, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2의 촬영을 행한다. 정보 취득 유닛(18)은, 촬영한 화상에 의거하여, 스테이지(11)를 향해 토출된 조성물 P1, P2의 착지 위치 및 타이밍이나, 이미 스테이지(11) 상에 위치하는 조성물 P1, P2의 크기나 위치 등의 기하학적 상태, 나아가서는 조성물 P1, P2의 모습(예를 들면 제1 조성물 P1의 열수축의 모습)에 관한 정보를 취득한다.
촬영 장치(70)는, 촬영 장치 이동 기구(72)에 의해, 적어도 x방향 및/또는 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 촬영 장치 이동 기구(72)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다. 단, 촬영 장치(70)의 배치는 상기 예에 한정되지 않고, 1개 또는 복수의 촬영 장치(70)가 스테이지(11)의 측방 등에 배치되어도 된다.
또한, 정보 취득 유닛(18)의 구성 요소는 촬영 장치(70)에만 한정되지 않고, 스테이지(11)에 설치된 진동 검출 장치나 열 검출 장치 등이어도 되고, 방사선이나 초음파를 스테이지(11) 상에 조사함으로써 스테이지면의 모습을 관찰하는 방사선 분석 장치(예를 들면 X선 회절 장치나 에너지 분산형 X선 분석 장치)나 초음파 분석 장치 등이어도 되고, 이들이 병용되어도 된다.
제거 유닛(20)은, 스테이지(11) 상의 제2 조성물 P2(지지 재료 Ps)의 적어도 일부를 제거한다. 제거 유닛(20)은, 예를 들면 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 갖는다. 가열 장치(80)는, 챔버(10)의 내부의 전체 또는 일부를 가열함으로써, 스테이지(11) 상의 지지 재료 Ps를 광범위하게 분해시킬 수 있다. 제거용 레이저(82)는, 예를 들면 제거해야 할 지지 재료 Ps에 레이저광을 조사하여 열을 가함으로써, 당해 지지 재료 Ps를 국소적으로 분해시킬 수 있다. 단, 제거 유닛(20)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82) 중 한쪽만이 사용되어도 되고, 복수의 제거용 레이저(82)가 설치되어도 되고, 스테이지(11)를 가열하는 가열 수단 등 다른 가열 수단이 설치되어도 되고, 이들이 병용되어도 된다.
제어 유닛(22)(도 2 참조)은, 제조되는 성형체의 3차원 형상 데이터 등의 입력 데이터를 받아, 성형 장치(1)의 각 구성 요소를 제어한다. 제어 유닛(22)은, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit) 또는 GPU(Graphics Processing Unit)와 같은 프로세서에 의해 실현된다. 제어 유닛(22)의 동작에 대해서는 후술한다.
[시스템 구성]
다음에, 도 2를 참조하여, 제1 실시형태의 성형 장치(1)의 시스템 구성에 대해 설명한다.
도 2는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
입력부(90)는, 제조 예정의 성형체의 입력 데이터를 받아들이는 것과 더불어, 당해 입력 데이터를 제어 유닛(22)에 송신한다.
정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70)를 사용해, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2의 정보를 취득함과 더불어, 당해 정보를 제어 유닛(22)에 송신한다. 당해 정보에는, 예를 들면 이미 스테이지(11) 상에 위치하는 조성물 P1, P2의 위치나 크기, 형상, 열수축의 모습 등이 포함된다. 또, 정보 취득 유닛(18)은, 예를 들면 촬영 장치(70)에 의해, 스테이지(11) 상으로의 조성물 P1, P2의 착지 정보(예를 들면 조성물 P1, P2의 착지 위치나 타이밍 등)도 취득 가능하다.
제어 유닛(22)은, 입력부(90)로부터의 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터 취득한 정보 등에 의거하여, 다음에 조성물 P1, P2를 토출해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '토출 위치'라고 총칭한다. )나, 다음에 제1 LED(40), 제2 LED(42), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)의 각각을 조사해야 할 스테이지(11) 상의 각 위치(이하, '조사 위치'라고 총칭한다. )를 결정한다. 이렇게 결정된 토출 위치나 조사 위치에 따라, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)가 적절한 위치로 이동하도록 스테이지 이동 기구(11a)를 제어함과 더불어, 토출기(30, 32), LED(40, 42), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)가 적절한 배치가 되도록 토출기 이동 기구(34, 36), LED 이동 기구(44), 제2 LED 이동 기구(46), 탈지용 레이저 이동 기구(54), 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)를 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보 등에 의거하여, 적절한 양의 조성물 P1, P2를 적절한 타이밍에 토출하도록 토출기(30, 32)를 제어함과 더불어, 바인더 Pb를 경화시키기 위한 광이나 탈지 및 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 적절한 타이밍에 조사하도록, LED(40, 42), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 각각 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보 등에 의거하여, 다음에 촬영 장치(70)로 촬영해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '촬영 위치'라고 한다. )를 결정할 수 있다. 이들 촬영 위치에 의거하여, 제어 유닛(22)은, 촬영 장치(70)가 적절한 배치가 되도록 촬영 장치 이동 기구(72)를 제어한다. 또한, 제어 유닛(22)은, 적절한 타이밍에 촬영을 행하여 정보를 취득하도록, 촬영 장치(70)를 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보(예를 들면 촬영 장치(70)에 의한 화상 데이터 등) 등에 의거하여, 다음에 제2 조성물 P2를 제거해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '제거 위치'라고 한다. )를 결정할 수 있다. 이 위치에 의거하여, 제어 유닛(22)은, 제거용 레이저(82)가 적절한 배치가 되도록 제거용 레이저 이동 기구(84)를 제어함과 더불어, 제2 조성물 P2를 제거하기에 적절한 출력으로 가열 등을 행하도록 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 제어한다.
이렇게, 제어 유닛(22)은, 이미 스테이지(11) 상에서 고정화 및 고착이 행해진 조성물 P1, P2의 상태에 의거하여, 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 가열 유닛(16), 정보 취득 유닛(18), 및 제거 유닛(20)의 피드백 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 토출된 조성물 P1, P2의 위치 어긋남이나 제1 조성물 P1의 열수축 등에 의해, 열 고결된 제1 조성물 P1이나 고정화된 제2 조성물 P2의 실제의 위치가 본래 상정되어 있던 토출 위치와 다른 것이 되었을 경우, 제어 유닛(22)은, 촬영 장치(70)로부터의 화상 데이터 등에 의거하여, 이러한 위치 어긋남을 검출함과 더불어, 다음에 토출되는 조성물 P1, P2의 토출 위치나 고정화 유닛(14) 및 가열 유닛(16) 등의 조사 위치를 수정할 수 있다.
또한, 제어 유닛(22)에 의한 각 제어는 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면 제어 유닛(22)은, 일부 또는 전부의 구성 요소에 대해서 피드백 제어를 행하지 않아도 된다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 3~도 5를 참조하여, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 3 및 도 4는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 당해 제조 방법에 있어서의 제1 조성물 P1의 토출부터 열 고결까지의 일련의 프로세스 (a)~(f)를 나타낸다. 도 3에서는, 제1 조성물 P1에 주목하고 있으며, 제2 조성물 P2는 도시하고 있지 않다.
도 3(a)에서는, 제1 조성물 P1이 제1 토출기(30)로부터 스테이지(11)를 향해 토출된다. 여기서는, 스테이지(11) 상에, 이미 열 고결이 완료된 열 고결체 C와, 경화된 바인더 B로 싸인 무기 입자 Da~Dd가 형성되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 제1 조성물 P1의 토출이 도면의 좌측(-x방향)에서 우측(+x방향)으로 차례로 행해지고 있다. 즉, 프로세스가 진행됨에 따라, 제1 토출기(30)나 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52)는, 스테이지(11)에 대해서 +x방향으로 이동한다.
도 3(b)에서는, 토출된 제1 조성물 P1이, 무기 입자 Dd의 옆에 착지한다. 정보 취득 유닛(18)은, 제1 조성물 P1의 착지 위치 및 타이밍을 취득한다. 착지 직후에는, 토출된 제1 조성물 P1의 바인더 Pb는, 무기 입자 De(Pa)를 싸고 있으며, 유동성을 갖고 있다. 이 바인더 Pb를 향해, 고정화 유닛(14)의 제1 LED(40)가, 바인더 Pb를 경화시키기에 적합한 파장의 광을 조사한다.
도 3(c)에서는, 광경화성 조성물을 포함하는 바인더 Pb가 경화되어, 경화된 바인더 B의 일부를 구성하고 있다. 이에 의해, 토출된 제1 조성물 P1에 포함되는 무기 입자 De가 스테이지(11) 상에 고정화되어 있다. 다음에, 가열 유닛(16)의 탈지용 레이저(50)가, 무기 입자 Da 근방에 레이저광을 조사하여, 바인더 B에 열을 가한다. 또한, 여기서는, 직전에 고정화된 무기 입자 De로부터 어느 정도 떨어진 무기 입자 Da 근방에서 탈지가 행해지고 있으나, 제1 조성물 P1의 고정화가 행해지는 위치와, 그 직후에 탈지(및 열 고결)가 행해지는 위치 사이의 거리는, 제1 조성물 P1의 성질이나 토출 속도, 탈지용 레이저(50)의 강도 등 여러 가지 조건에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 탈지가 행해지는 위치는, 제1 조성물 P1의 고정화가 행해지는 위치와 같아도(즉, 직전에 고정화된 무기 입자 De의 근방) 된다.
도 3(d)에서는, 탈지용 레이저(50)에 의해, 무기 입자 Da 근방의 바인더 B가 탈지되어, 무기 입자 Da가 노출되어 있다. 다음에, 가열 유닛(16)의 열 고결용 레이저(52)가, 열 고결체 C와 무기 입자 Da의 경계 근방에 레이저광을 조사하여, 열 고결체 C 및 무기 입자 Da에 열을 가한다. 이에 의해, 열 고결체 C와 무기 입자 Da의 사이에 열 고결이 일어난다.
도 3(e)에서는, 열 고결체 C와 무기 입자 Da의 열 고결에 의해, 무기 입자 Da가 열 고결체 C에 일체화되어 있다. 다음에, 제어 유닛(22)이, 정보 취득 유닛 (18)으로부터 받은 스테이지(11) 상의 화상 데이터 등에 의거하여, 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 열수축의 모습 등도 고려하여, 다음 제1 조성물 P1의 토출 위치 및 고정화 유닛(14)과 가열 유닛(16)의 조사 위치 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 결정한다. 결정된 토출 위치나 조사 위치에 의거하여, 제1 토출기 이동 기구(34), 제1 LED 이동 기구(44), 탈지용 레이저 이동 기구(54), 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)가, 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 스테이지(11)에 대해서 +x방향으로 이동시킨다(여기서는, 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)는 도시 생략). 이 이동 방향이나 이동 거리는, 다음에 제1 조성물 P1를 토출해야 할 장소에 따라 변경된다. 이 예에서는, 다음 토출 위치는, 무기 입자 De의 바로 우측 옆이다(도 3(f) 참조). 당연히, 제조되는 성형체의 구조에 따라서는, 무기 입자 De부터 다음 토출 위치까지의 사이에 제1 조성물 P1이 토출되지 않는 구간이 존재해도 된다.
도 3(f)에서는, 도 3(a)과 동일하게, 다시 제1 조성물 P1이 제1 토출기(30)로부터 스테이지(11)를 향해 토출된다. 그 후, 도 3(b)~도 3(e)를 참조하여 설명한 동작이 반복된다.
예를 들면, x방향을 따라 스테이지(11)의 일단부터 타단까지 상기 프로세스를 행한 후, 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 y방향을 따라 약간 이동시키고, 다시 x방향을 따라 10의 일단부터 타단까지 상기 프로세스가 행해진다. 이렇게, 토출 위치 및 조사 위치를 y방향으로 조금씩 움직이면서 x방향을 따라 상기 프로세스를 반복함으로써, 스테이지(11) 전체에 걸쳐서 제1 조성물 P1의 토출과 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 단계를 실행할 수 있다.
또한, 스테이지(11)에 대해 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 이동시키는 방법은, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, x방향이 아니라 y방향을 따라 상기 프로세스가 행해져도 된다. 또, 특정 방향을 따른 이동을 반복하는 것이 아니라, 제1 조성물 P1를 토출해야 할 임의의 위치에 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 직접 이동시키는 것을 반복해도 된다. 예를 들면, 제1 조성물 P1을 토출해야 할 각 위치 중 현재의 제1 토출기(30)의 위치로부터의 거리가 가장 짧은 위치가, 다음 토출 위치로서 선택되어도 된다.
제2 조성물 P2의 성형 프로세스도, 기본적으로 도 3과 같은 흐름으로 행해진다. 단, 제2 조성물 P2에 대해서는, 제2 LED(42)에 의한 고정화가 행해지는 한편, 탈지 및 열 고결은 행해지지 않는다. 즉, 도 3에 따르면, 제2 조성물 P2가 제2 토출기(32)로부터 스테이지(11)를 향해 토출되면, 제2 LED(42)의 광 조사에 의해 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps에 포함되는 광경화성 조성물이 경화되고, 이에 의해 제2 조성물 P2(지지 재료 Ps)가 스테이지(11) 상에 고정화된다. 그 후, 탈지 및 열 고결을 행하는 일 없이, 제2 조성물 P2의 다음 토출 위치 및 제2 LED(42)의 다음 조사 위치에 의거하여, 제2 토출기 이동 기구(36) 및 제2 LED 이동 기구(46)가, 각각 제2 토출기(32) 및 제2 LED(42)를 +x방향으로 이동시킨다. 이러한 토출과 고정화를 포함하는 사이클이 반복됨으로써, 무기 재료를 지지하기 위한 지지 구조체 S(도 4 참조)가 형성된다.
도 4는, 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일련의 프로세스 (a)~(j)를 나타낸다. 여기서는, 성형체를 아래에서 위로 1층씩 형성해 나가는 방법을 예로서 설명하나, 성형체의 제조 방법은 이 예에 한정되지 않는다.
도 4(a)에서는, 제1 조성물 P1이 제1 토출기(30)로부터 스테이지(11)를 향해 토출된다. 다음에, 토출된 제1 조성물 P1에 대해서 제1 LED(40)가 광 조사를 행한다.
도 4(b)에서는, 제1 LED(40)로부터의 광 조사에 의해, 제1 조성물 P1의 바인더 Pb가 경화 바인더 B가 되고, 제1 조성물 P1이 스테이지(11) 상에서 고정화되어 있다. 고정화된 제1 조성물 P1이 탈지용 레이저(50)로 가열됨으로써, 제1 조성물 P1의 바인더 B가 탈지된다. 다음에, 탈지된 제1 조성물 P1이 열 고결용 레이저(52)로 가열됨으로써, 제1 조성물 P1의 열 고결이 행해진다. 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결로 이루어지는 이러한 일련의 공정이 반복된다.
도 4(c)에서는, 상기 공정의 반복에 의해, 성형체의 제1층 중 제1 조성물 P1의 무기 재료로 형성되는 부분에, 열 고결체 C가 형성되어 있다. 다음에, 성형체의 제1층 중 최종적으로는 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 재료 Ps를 포함하는 제2 조성물 P2가 제2 토출기(32)로부터 공급된다. 토출된 제2 조성물 P2에 대해서 제2 LED(42)가 광 조사를 행한다.
도 4(d)에서는, 제2 LED(42)로부터의 광 조사에 의해, 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps가 경화되어 지지 구조체 S를 형성하고, 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화되어 있다. 제2 조성물 P2의 토출 및 고정화로 이루어지는 이러한 일련의 공정이 반복된다.
도 4(e)에서는, 상기 공정의 반복에 의해, 성형체의 제1층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S가 형성되어 있다. 다음에, 제2층의 성형을 행하기 위해서, 다시 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해진다.
도 4(f)에서는, 성형체의 제2층 중 제1 조성물 P1의 무기 재료로 형성되는 부분에, 제1 조성물 P1이 공급되어, 고정화되고, 탈지되고, 열 고결되어 있다. 단, 지지 구조체 S의 근방에 공급된 제1 조성물 P1은, 제1 LED(40)에 의해 경화된 바인더 B에 의해 고정화되어 있을 뿐, 탈지나 열 고결은 행해지지 않았다. 이것은, 지지 구조체 S의 근방에서 탈지나 열 고결의 온도까지 가열을 행했을 경우, 지지 구조체 S를 구성하는 일반적인 광경화성 조성물의 분해가 발생할 우려가 있기 때문이다. 다음에, 도 4(c)와 동일하게, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 제2 조성물 P2가 제2 토출기(32)로부터 공급된다. 토출된 제2 조성물 P2에 대해서 제2 LED(42)가 광 조사를 행한다.
도 4(g)에서는, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S가 형성되어 있다. 계속해서, 제2층과 동일하게, 제3층이 형성된다.
도 4(h)에서는, 제2층 위에, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2로 이루어지는 제3층이 형성되어 있다. 여기서, 제2층과 동일하게, 지지 구조체 S의 근방에서는 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결은 행해지지 않았다. 계속해서, 제4층이 형성된다. 이 예에서는, 제4층은 전체적으로 제1 조성물 P1의 무기 재료로 형성된다.
도 4(i)에서는, 제3층 위에, 제1 조성물 P1로 이루어지는 제4층이 형성되어 있다. 여기서, 제2층 및 제3층과 동일하게, 지지 구조체 S의 근방에서는 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결은 행해지지 않았다. 마지막으로, 지지 구조체 S 및 바인더 B를 제거하기 위해서, 제거 유닛(20)의 가열 장치(80)나 제거용 레이저(82)에 의한 가열 처리가 행해진다.
도 4(j)에서는, 제거 유닛(20)에 의해 지지 구조체 S 및 바인더 B가 가열 제거되어, 공간을 갖는 무기 재료의 성형체 M이 형성되어 있다. 이렇게 해서, 성형 장치(1)에 의해, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체가 제조될 수 있다.
도 5는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
스테이지(11) 상에서 제1층의 형성이 개시되면(S1000), 우선, 제어 유닛(22)은, 입력부(90)로부터 받은 3차원 성형체의 입력 데이터에 의거하여, 최초의 토출 위치 및 조사 위치를 결정한다(S1002). 다음에, 제어 유닛(22)은, 결정된 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여, 제1 토출기(30) 및 제1 LED(40)를 적절한 배치로 이동시키도록, 제1 토출기 이동 기구(34) 및 제1 LED 이동 기구(44)에 지시한다(S1004).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 향해 제1 조성물 P1을 토출하도록 제1 토출기(30)에 지시한다(S1006). 제1 조성물 P1이 토출되어 스테이지(11) 상에 착지하면, 정보 취득 유닛(18)이 제1 조성물 P1의 착지를 검지한다(S1008). 예를 들면 정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70)에 의해 연속적으로 또는 정기적으로 스테이지(11) 상의 촬영을 행하여, 화상 비교를 행함으로써, 제1 조성물 P1의 착지 위치 및 타이밍을 검출한다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 착지한 제1 조성물 P1을 스테이지(11) 상에서 고정화시키기 위한(여기서는 바인더 Pb를 경화시키기 위한) 광을 조사하도록 제1 LED(40)에 지시한다(S1010). 이에 의해, 광경화성 조성물을 포함하는 바인더 Pb가 경화되어, 제1 조성물 P1이 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행할지 여부를 판정한다(S1012). 예를 들면, 제어 유닛(22)은, 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치의 근방에 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps가 경화된 지지 구조체 S가 존재하는지 여부를, 입력 데이터나 촬영 장치(70)에 의한 실제의 촬영 데이터에 의거하여 판정한다. 조사 위치의 근방에 지지 구조체 S가 존재한다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행하지 않는다고 판정하고(S1012:NO), 흐름은 S1002로 돌아온다. S1002에서는, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 정보(예를 들면 촬영 장치(70)에 의해 취득된 스테이지(11)의 촬영 데이터)에 의거하여, 다음 토출 위치 및 조사 위치를 결정한다.
한편, 조사 위치의 근방에 지지 구조체 S가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행한다고 판정한다(S1012:YES). 이 경우, 제어 유닛(22)은, S1002에서 결정된 조사 위치에 의거하여, 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)를 적절한 배치로 이동시키도록, 탈지용 레이저 이동 기구(54) 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)에 지시한다(S1014).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 바인더 Pb의 탈지를 행하기 위한 레이저광을 조사하도록 탈지용 레이저(50)에 지시한다(S1016). 탈지용 레이저(50)의 조사 위치는, 제1 LED(40)의 조사 위치와 같아도 되고, 도 3을 참조하여 설명한 것처럼, 직전에 제1 조성물 P1의 고정화가 행해진 제1 LED(40)의 조사 위치로부터 어느 정도 떨어진 다른 위치여도 된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 무기 입자 Pa의 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 조사하도록 열 고결용 레이저(52)에 지시한다(S1018). 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치는, 탈지용 레이저(50)의 조사 위치와 같아도 되고, 어느 정도 떨어진 다른 위치여도 된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 정보에 의거하여, 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1020). 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S1020:NO), 흐름은 S1002로 돌아온다. 즉, 제어 유닛(22)은, 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 조성물 P의 정보에 의거하여, 다음에 제1 조성물 P1을 토출해야 할 토출 위치를 결정함과 더불어, 제1 LED(40)나 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치를 결정한다. 그 후, 지금까지 설명한 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이라는 성형 프로세스가 다시 실행된다.
여기서, 다음 토출 위치는, 임의의 방법으로 결정된다. 예를 들면, 다음 토출 위치는, 상기와 같이, 우선 x방향을 따라 스테이지(11)의 일단으로부터 타단으로 나아가고, 그 후 y방향으로 약간 나아가고, 다시 x방향을 따라 10의 일단으로부터 타단으로 나아가고, 다시 y방향으로 약간 나아가고, ……와 같은 순서에 따라 결정되어도 되고, 현재의 제1 토출기(30)의 위치로부터의 거리에 의거하여 결정되어도 된다.
한편, 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1020:YES)에는, 제어 유닛(22)은, 성형체의 입력 데이터에 의거하여, 제2 조성물 P2의 토출 위치 및 제2 LED(42)의 조사 위치를 결정한다(S1022). 다음에, 제어 유닛(22)은, 결정된 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여, 제2 토출기(32)및 제2 LED(42)를 적절한 배치로 이동시키도록, 제2 토출기 이동 기구(36) 및 제2 LED 이동 기구(46)에 지시한다(S1024).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 향해 제2 조성물 P2를 토출하도록 제2 토출기(32)에 지시한다(S1026). 제2 조성물 P2가 토출되어 스테이지(11) 상에 착지하면, 정보 취득 유닛(18)이, 촬영 장치(70) 등에 의해 제2 조성물 P2의 착지를 검지한다(S1028).
다음에, 제어 유닛(22)은, 착지한 제2 조성물 P2를 스테이지(11) 상에서 고정화시키기 위한(여기서는 지지 재료 Ps를 경화시키기 위한) 광을 조사하도록 제2 LED(42)에 지시한다(S1030). 이에 의해, 광경화성 조성물을 포함하는 지지 재료 Ps가 경화되어, 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터에 비추어, 제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분(즉, 성형체의 제1층 중 최종적으로는 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분)의 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1032). 제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분의 성형이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S1032:NO), 흐름은 S1022로 돌아온다. 즉, 제어 유닛(22)은, 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 제2 조성물(P2) 등의 정보에 의거하여, 다음에 제2 조성물 P2를 토출해야 할 토출 위치를 결정함과 더불어, 제2 LED(42)의 조사 위치를 결정한다. 그 후, 상기의 제2 조성물 P2의 토출 및 고정화라는 성형 프로세스가 다시 실행된다.
한편, 제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1032:YES)에는, 제어 유닛(22)은, 제1층의 형성이 완료되었다고 판정한다(S1034).
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터 등에 비추어, 현시점에서 스테이지(11)로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2가 존재하는지 여부를 판정한다(S1036). 현시점에서 제거해야 할 제2 조성물 P2가 존재한다고 판정되었을 경우(S1036:YES), 제어 유닛(22)은, 제거해야 할 제2 조성물 P2를 제거하도록 제거 유닛(20)에 지시한다(S1038). 예를 들면, 챔버(10) 내의 모든 제2 조성물 P2가 제거되어야 한다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 챔버(10)의 내부 전체를 제2 조성물 P2가 분해되는 온도까지 가열하도록 가열 장치(80)에 지시할 수 있다. 또, 예를 들면 챔버(10) 내의 일부의 제2 조성물 P2만이 제거되어야 한다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 제거용 레이저(82)를 적절한 배치로 이동하도록 제거용 레이저 이동 기구(84)에 지시함과 더불어, 제거해야 할 제2 조성물 P2를 향해 레이저광을 조사하도록 제거용 레이저(82)에 지시할 수 있다.
상기의 제거 단계가 완료되었을 경우, 또는 현시점에서 스테이지(11) 상으로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우(S1036:NO), 제어 유닛(22)은, 입력 데이터에 비추어, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1040). 성형체의 형성이 완성되지 않았다고 판정되었을 경우(S1040:NO), 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 z방향으로 이동시키도록(예를 들면, z방향으로 1층분만큼 하강시키도록) 스테이지 이동 기구(11a)에 지시한다(S1042). 그 후, 흐름은 S1000으로 돌아와, 제2층의 형성이 개시된다.
한편, 성형체 전체의 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1040:YES), 성형체의 제조가 완료된다. 제1층부터 최종층까지 형성이 완료됨으로써, 임의의 3차원 입체 형상을 갖는 성형체가 얻어진다. S1038의 제거 단계에 의해, 불필요한 지지 구조체 S가 가열 제거되므로, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체를 제조 가능하다.
이렇게 해서 성형 장치(1)는, 제1 조성물 P1에 대해 위치 제어, 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 단계 S1002~S1018을 포함하는 성형 사이클을 반복함과 더불어, 제2 조성물 P2에 대해 위치 제어, 토출, 및 고정화의 각 단계 S1022~S1030을 포함하는 성형 사이클을 반복함으로써, 3차원 성형체의 각 층을 형성하고, 이 층 형성을 제1층부터 최종층까지 반복함으로써, 3차원 성형체를 형성할 수 있다. 본 명세서에 있어서, '성형 사이클'이란, 2개 이상의 단계(예를 들면 토출 단계 및 열 고결 단계)로 이루어지는, 성형체를 제조하기 위해서 반복되는 일련의 공정을 의미한다. 여기서, '반복하는'이란, 연속적으로 또는 단속적으로 적어도 2회 행해지는 것을 의미하고, 예를 들면 어느 반복 단위와 그 다음 반복 단위의 사이에 다른 공정이 끼는 경우도 포함한다.
반드시 각 성형 사이클에 있어서 상기 단계를 모두 행할 필요는 없고, 일부 또는 전부의 성형 사이클에 있어서 상기의 각 단계의 1개 이상이 생략되어도 된다. 예를 들면, 일부의 성형 사이클에서는 제1 토출기(30) 및 제1 LED(40)의 위치 제어(S1002, S1004), 조성물 P의 토출(S1006, S1008), 및 고정화(S1010)만이 행해져도 되고, 다른 성형 사이클에서는 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)의 위치 제어(S1002, S1014), 조성물 P의 탈지(S1016), 및 열 고결(S1018)만이 행해져도 된다. 예를 들면, 일부의 성형 사이클에서는 열 고결(S1018)만이 행해져도 되고, 일부의 성형 사이클에서는 열 고결이 행해지지 않아도 된다.
또, 각 단계의 순서나 횟수가 임의로 변경되어도 되고, 임의의 다른 단계가 추가되어도 된다. 예를 들면, 제1 LED(40)의 이동은, 제1 조성물 P1의 토출(S1006) 뒤에 행해져도 되고, 제2 LED(42)의 이동은, 제2 조성물 P2의 토출(S1026) 뒤에 행해져도 된다. 또, 정보 취득 유닛(18)에 의한 정보 취득의 타이밍은 토출 위치 및 조사 위치를 결정할 때에 한정되지 않고, 임의의 타이밍에 정보 취득이 행해져도 된다.
상기의 성형 사이클은, 적어도 스테이지(11)를 따라 반복될 수 있다. 여기서, '스테이지를 따라'란, '스테이지의 각 면 중 조성물을 토출하는 토출기에 대향하는 면을 따라'라는 의미이다. 또, '적어도 스테이지를 따라 반복되는'이란, 성형 사이클이 스테이지와 교차하는 방향을 따라 반복되는지 여부에 관계없이, 복수 회의 성형 사이클이 스테이지를 따라 행해지는 것을 의미한다. 즉, 2회 이상의 성형 사이클이 스테이지를 따라 연속적으로 또는 단속적으로 행해지는 한, 성형 사이클이 스테이지를 따라 반복될 뿐만 아니라 스테이지와 교차하는 방향을 따라서도 반복되는 경우여도, '적어도 스테이지를 따라 반복되는'에 해당한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 성형 사이클이 행해지는 위치는, 예를 들면 성형 사이클이 토출 단계 및 열 고결 단계를 포함하는 경우에는, 토출된 조성물이 착지하는 위치 및 열 고결이 일어나는 위치에 상당한다. 따라서, '성형 사이클이 스테이지를 따라 행해지는'이란, 예를 들면 성형 사이클이 토출 단계 및 열 고결 단계를 포함하는 경우에는, 복수 회의 성형 사이클에 있어서의 조성물이 착지하는 위치 및 열 고결이 일어나는 위치가 스테이지를 따르고 있는 것을 의미한다.
상기의 성형 사이클은, 동일 평면 내에서 반복될 수 있다. 여기서, '동일 평면 내에서 반복되는'이란, 3차원 공간에 있어서 평면을 획정하기에 충분한 4회 이상의 성형 사이클이 당해 평면 상에서 반복되는 것을 의미한다.
상술한 흐름에서는, 성형체의 각 층에 대해, 우선 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 한번 행해져 제1 조성물 P1의 층 형성이 완료된 후, 제2 조성물 P2의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해지나, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 각 처리는 임의의 순서로 행해질 수 있다. 예를 들면, 제1 조성물 P1의 층 형성이 완료되기 전에 제2 조성물 P2의 처리(토출, 고정화, 탈지, 또는 열 고결)가 행해져도 된다. 예를 들면, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 처리가 병행하여 행해져도 된다.
[효과]
이상 설명한 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)에 의하면, 제1 조성물 P1의 공급과 제1 조성물 P1의 열 고결을 포함하는 성형 사이클이 반복하여 행해진다. 즉, 제1 조성물 P1의 열 고결이 국소적으로 행해지고, 열 고결 조작이 행해진 후라도 다음 제1 조성물 P1이 더 공급된다. 예를 들면, 공급 유닛(12)으로부터의 제1 조성물 P1의 공급을 뒤따라가도록, 제1 조성물 P1의 고정화(바인더 Pb의 경화), 바인더 Pb의 탈지, 및 무기 입자 Pa의 열 고결이 순차적으로 행해지므로, 이들 공정이 세분화될 수 있다.
탈지 공정이 세분화되어, 소량의 제1 조성물 P1에 대해서 탈지가 행해지므로, 종래의 광조형법처럼 무기 입자가 분산된 바인더의 입체 성형을 행한 후에 성형체 전체에 대해서 한 번에 탈지를 행하는 경우와 비교하면, 탈지 조작마다 바인더 Pb가 제거되어, 바인더 Pb 및 바인더 Pb의 분해 성분 등이 성형체 중에 잔류하는 것을 억제하는 것이 가능하다. 또, 종래의 광조형법처럼 성형체 전체의 탈지를 행하는 경우에는 바인더의 체적분의 간극이 성형체의 내부에 생길 수 있으므로, 완성된 성형체는 그 간극분만큼 수축되어 버리는 경우가 있으나, 본 실시형태처럼 탈지 공정이 세분화되면, 이러한 간극이 발생해도, 계속해서 제1 조성물 P1의 공급이 행해지므로, 다음 제1 조성물 P1에 의해 간극을 메울 수 있어, 이러한 수축을 억제하는 것이 가능하다.
또, 열 고결 공정이 세분화되어, 소량의 제1 조성물 P1에 대해서 열 고결이 행해지로, 종래의 광조형법처럼 일단 입체 성형을 행한 후에 탈지된 성형체 전체에 대해서 열 고결을 행하는 경우와 비교하면, 성형체의 부위마다의 열팽창률의 차 등에 의한 열 고결체의 균열이나 파손의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 만일 열팽창 및 열수축에 의한 균열 등이 생겼을 경우에도, 계속해서 제1 조성물 P1의 공급이 행해지므로, 다음 제1 조성물 P1에 의해 이러한 결함을 메울 수 있어, 이러한 결함의 악영향을 억제하는 것이 가능하다. 이렇게 열 고결의 결과에 의거하여 피드백적으로 제1 조성물 P1의 토출을 제어하면, 원하는 형상 및 크기를 갖는 속이 찬 성형체를 제조하는 것이 가능하다.
또한, 종래의 광조형법처럼 액조에 수용된 전구체를 1층마다 경화시켜 입체 성형을 행하는 경우에는, 1층마다, 필요한 부분만을 경화시킨 후 경화되어 있지 않은 바인더를 제거할 필요가 있으나, 본 실시형태에 따른 성형 장치(1)는, 이러한 공정을 필요로 하지 않는다. 이 때문에, 성형 프로세스의 비용을 저감함과 더불어 효율성을 향상시킬 수 있다. 또, 종래의 광조형법에 있어서의 제약을 경감함으로써, 무기 재료의 입체 조형에 있어서의 자유도를 향상시킬 수 있다.
이에 의해, 품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 제1 조성물 P1과는 별도로, 지지 재료 Ps를 포함하는 제2 조성물 P2를 사용함으로써, 지지 재료 Ps로 이루어지는 지지 구조체를 사용하는 것이 가능해진다. 이러한 지지 구조체에 의해, 스테이지(11) 상에서 제1 조성물 P1을 보텀업식으로 쌓아올려 가는 프로세스에 있어서도, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체 등이 제조 가능해져, 3차원 조형의 자유도가 비약적으로 향상될 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 성형 장치(1)는, 고정화 유닛(14)으로서 제1 LED(40) 및 제2 LED(42)를 구비하고, 가열 유닛(16)으로서 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)를 구비한다. 이에 의해, 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 공정의 실행 위치나 타이밍 등을 별도로 제어하는 것이 가능해져, 상술한 것과 같은 순차적인 성형 처리를 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 상기 예에서는, 제1 조성물 P1의 바인더 Pb 및 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps로서 광경화성 조성물을 사용했으나, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps로서 페놀 수지나 폴리우레탄 등의 열경화성 조성물을 채용하고, 고정화 유닛(14)의 구성 요소로서 LED 대신에 열경화성 수지를 경화시키기 위한 열원(예를 들면 레이저)을 사용해도 된다. 이 경우, 열경화성 수지로 이루어지는 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps가 열원으로부터의 열로 경화됨으로써, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화된다. 혹은, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps로서 폴리에틸렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 열가소성 조성물을 채용함과 더불어, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 미리 가열하여, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps가 융해된 상태로 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 스테이지(11)를 향해 공급해도 된다. 이 경우, 열가소성 수지로 이루어지는 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps가 스테이지(11) 상에서 자연 냉각됨으로써, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
또, 상기 예에서는, 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 포함하는 제거 유닛(20)이 이용되고 있으나, 지지 구조체 S를 제거하기 위해서 탈지용 레이저(50)나 열 고결용 레이저(52)가 이용되어도 된다. 이 경우, 제거 유닛(20)은 생략 가능하다.
[제2 실시형태]
다음에, 도 6~도 9를 참조하여, 제2 실시형태에 대해 설명한다. 제2 실시형태에서는, 지지 재료가 제거제에 의해 제거되는 점에서, 제1 실시형태와는 다르다. 또한, 이하에 설명하는 이외의 구성은, 제1 실시형태와 같다.
[구성]
도 6은, 제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)를 나타내는 도면이다. 도 7은, 제2 실시형태의 성형 장치(101)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)는, 챔버(110), 스테이지(111), 공급 유닛(112), 고정화 유닛(114), 가열 유닛(116), 정보 취득 유닛(118), 제거 유닛(120), 및 제어 유닛(122)(도 6 참조)을 구비한다.
제1 실시형태의 공급 유닛(12)이, 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb를 포함하는 제1 조성물 P1을 토출하는 제1 토출기(30)와 광경화성 조성물을 포함하는 제2 조성물 P2를 토출하는 제2 토출기(32)를 갖는 것에 비해, 공급 유닛(112)은, 제1 무기 입자 Pa1' 및 제1 바인더 Pb1'를 포함하는 제1 조성물 P1'를 토출하는 제1 토출기(130)와, 제2 무기 입자 Pa2' 및 제2 바인더 Pb2'를 포함하는 제2 조성물 P2'를 토출하는 제2 토출기(132)를 포함한다. 제1 토출기(130)는, 제1 조성물 P1'를 스테이지(111)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출한다. 제2 토출기(132)는 제2 조성물 P2'를 스테이지(111)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출한다. 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)는, 각각 제1 토출기 이동 기구(134) 및 제2 토출기 이동 기구(136)에 의해 이동 가능하다. 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'는, 무기 입자 Pa1', Pa2'가 바인더 Pb1', Pb2'에 분산된 상태로 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)에 각각 충전된다.
제1 조성물 P1'는, 예를 들면 제1 실시형태의 제1 조성물 P1과 동일하게, 성형체를 형성하는 제1 무기 입자 Pa1' 및 제1 바인더 Pb1'를 포함하는 유체이다. 제1 무기 입자 Pa1은, 제1 실시형태의 무기 입자 Pa와 동일하게, 예를 들면 금속, 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물, 수산화물, 탄산화물, 인산화물 등 임의의 무기 재료 또는 이들의 조합으로 이루어지는 입자이다.
제2 조성물 P2'는, 예를 들면 제1 무기 입자 Pa1'와 다른 제2 무기 입자 Pa2' 및 제2 바인더 Pb2'를 포함하는 유체이다. 제2 무기 입자 Pa2' 또는 제2 무기 입자 Pa2'를 가열함으로써 얻어지는 재료는, 물 등의 용매에 대한 높은 용해성 또는 산 등의 시약에 대한 높은 반응성을 가질 수 있다. 즉, 제2 조성물 P2'는, 열 고결 후에 물이나 산 등의 제거제를 첨가함으로써 제거 가능한 조성물이다. 또, 제2 무기 입자 Pa2'가 분해되는 온도는, 예를 들면 제1 무기 입자 Pa1'의 열 고결을 행하기 위한 온도보다 높다.
제1 바인더 Pb1'는, 예를 들면 제1 실시형태의 바인더 Pb와 동일하게, 특정 파장의 광(예를 들면 자외선)을 받아 경화되는 광경화성 조성물을 포함한다. 마찬가지로 제2 바인더 Pb2'도, 광경화성 조성물을 포함한다. 제1 바인더 Pb1'의 광경화성 조성물 및 제2 바인더 Pb2'의 광경화성 조성물은, 동일한 것이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.
제1 실시형태의 고정화 유닛(14)의 제2 LED(42)가 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps를 고정화하는 것에 비해, 고정화 유닛(114)의 제2 LED(142)는, 제2 조성물 P2'의 제2 바인더 Pb2'를 경화시킴으로써, 스테이지(111) 상에서 제2 조성물 P2'를 고정화한다.
제1 실시형태의 가열 유닛(16)이 단일 탈지용 레이저(50) 및 단일 열 고결용 레이저(52)를 포함하는 것에 비해, 가열 유닛(116)은, 제1 조성물 P1'를 위한 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1 열 고결용 레이저(152)와, 제2 조성물 P2'를 위한 제2 탈지용 레이저(154) 및 제2 열 고결용 레이저(156)를 포함한다. 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1열 고결용 레이저(152)는, 모두 제1 조성물 P1'에 대해서 레이저 조사를 행하여 제1 조성물 P1'를 가열함으로써, 각각 제1 조성물 P1'의 탈지 및 열 고결을 행한다. 제2 탈지용 레이저(154) 및 제2 열 고결용 레이저(156)는, 모두 제2 조성물 P2'에 대해서 레이저 조사를 행하여 제2 조성물 P2'를 가열함으로써, 각각 제2 조성물 P2'의 탈지 및 열 고결을 행한다. 제1 탈지용 레이저(150), 제1 열 고결용 레이저(152), 제2 탈지용 레이저(154), 및 제2 열 고결용 레이저(156)는, 각각 제1 탈지용 레이저 이동 기구(158), 제1 열 고결용 레이저 이동 기구(160), 제2 탈지용 레이저 이동 기구(162), 및 제2 열 고결용 레이저 이동 기구(164)에 의해 이동 가능하다.
제1 실시형태의 제거 유닛(20)이 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 갖는 것에 비해, 제거 유닛(120)은, 제2 조성물 P2'를 제거하기 위한(예를 들면 용해 또는 분해시키기 위한) 제거제(예를 들면 물 또는 산)를 공급하는 제거제 공급기(180)를 갖는다. 제거제 공급기(180)는, 예를 들면 성형 작업 중 또는 성형 작업 후에 지지 재료로서의 제2 조성물 P2'가 불필요하게 되었을 경우에, 당해 제2 조성물 P2'를 제거하기 위해서, 소정의 위치를 향해 제거제를 분사할 수 있다. 제거제 공급기(180)는, 제거제 공급기 이동 기구(182)에 의해 적절히 이동 가능하다. 여기서, 제1 조성물 P1'는, 제거제 공급기(180)에 의해 공급되는 제거제에는 실질적으로 용해되지 않고, 당해 제거제에 의해서는 실질적으로 분해되지 않는다. 여기서, '실질적으로 용해되지 않는' 및 '실질적으로 분해되지 않는'이란, 제거제에 1분간 담겼을 때에 90중량% 이상이 용해 또는 분해를 일으키지 않고 잔존하는 것을 의미한다.
또한, 제거제 공급기(180)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제거제 공급기(180)는, 제2 조성물 P2'를 분해시키는 반응성 가스를 공급해도 된다. 또, 제거제 공급기(180)는, 챔버(110) 내부 또는 외부에 설치된 물이나 산이 든 욕조 등이어도 된다. 이 경우, 지지 재료로서 기능하는 제2 조성물 P2'를 제거하지 않고 성형 작업을 완료한 후, 얻어진 성형체(지지 재료를 포함한다)를 당해 욕조에 담금으로써, 지지 재료로서의 제2 조성물 P2'가 제거될 수 있다.
제1 실시형태와 동일하게, 제어 유닛(122)(도 7 참조)은, 정보 취득 유닛(118)에 의해 취득된 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 정보에 의거하여, 공급 유닛(112), 고정화 유닛(114), 가열 유닛(116), 정보 취득 유닛(118), 및 제거 유닛(120)의 피드백 제어를 행할 수 있다. 또, 제어 유닛(122)은, 필요에 따라, 제거제 공급기(180)를 적절한 배치로 이동하도록 제거제 공급기 이동 기구(182)에 지시함과 더불어, 스테이지(111) 상의 제2 조성물 P2'에 대해서 제거제(예를 들면 물 또는 산)를 공급하도록 제거제 공급기(180)에 지시할 수 있다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 8 및 도 9를 참조하여, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 8은, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이며, 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일련의 프로세스 (a)~(k)를 나타낸다.
도 8(a)~도 8(c)의 프로세스는, 실질적으로 도 4(a)~도 4(c)와 같다. 즉, 도 8(a)에서는, 제1 조성물 P1'가 제1 토출기(130)로부터 스테이지(111)를 향해 토출됨과 더불어, 제1 LED(140)에 의해 제1 조성물 P1'의 광 조사가 행해진다. 도 8(b)에서는, 제1 조성물 P1'의 제1 바인더 Pb1'가 광경화되어 제1 바인더 B1'가 되어 있고, 고정화된 제1 조성물 P1'에 대해서, 제1 탈지용 레이저(150)에 의한 제1 바인더 B1'의 탈지 및 제1 열 고결용 레이저(152)에 의한 제1 무기 입자 Pa1'의 열 고결이 행해진다. 도 8(c)에서는, 이 일련의 공정이 반복됨으로써, 성형체의 제1층 중 제1 조성물 P1'의 무기 재료로 형성되는 부분에, 열 고결체 C'가 형성되어 있다.
또한, 도 8(c)에서는, 제2 조성물 P2'가 제2 토출기(132)로부터 스테이지(111)를 향해 토출되고, 제2 LED(142)에 의해 광이 조사된다.
도 8(d)에서는, 광 조사에 의해 제2 조성물 P2'의 제2 바인더 Pb2'가 경화되어 제2 바인더 B2'가 되어 있다. 이 고정화된 제2 조성물 P2'에 대해서, 제2 탈지용 레이저(154)에 의한 제2 바인더 B2'의 탈지 및 제2 열 고결용 레이저(156)에 의한 제2 무기 입자 Pa2'의 열 고결이 행해진다.
도 8(e)에서는, 제2 조성물 P2'가 열 고결된 지지 구조체 S'가 형성되어 있다. 그 후, 제1 조성물 P1'와 동일하게, 제2 조성물 P2'에 대해 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이라는 일련의 프로세스가 반복된다.
도 8(f)에서는, 상기 공정의 반복에 의해, 성형체의 제1층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S'가 형성되어 있다. 다음에, 제2층의 성형을 행하기 위해서, 다시 제1 조성물 P1'의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해진다.
도 8(g)에서는, 성형체의 제2층 중 제1 조성물 P1'의 무기 재료로 형성되는 부분에, 제1 조성물 P1'가 공급되어, 고정화되고, 탈지되고, 열 고결되어 있다. 여기서, 제1 실시형태에서는, 도 4(f)에 나타내는 바와 같이, 지지 구조체 S의 분해를 억제하기 위해서, 지지 구조체 S의 근방에서는, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결이 행해지지 않는 것에 비해, 제2 실시형태에서는, 제2 조성물 P2'의 지지 구조체 S'가 분해되는 온도는, 제1 조성물 P1'의 탈지 및 열 고결이 행해지는 온도보다 높기 때문에, 제1 조성물 P1'가 공급되는 위치가 지지 구조체 S'의 근방인지 여부에 관계없이, 스테이지(111) 상에 공급된 모든 제1 조성물 P1'에 대해서 탈지 및 열 고결이 행해질 수 있다. 다음에, 도 8(c)와 동일하게, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 제2 조성물 P2'가 제2 토출기(132)로부터 공급됨과 더불어, 제2 LED(42)에 의해 제2 조성물 P2'로의 광 조사가 행해진다.
도 8(h)에서는, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S'가 형성되어 있다. 계속해서, 도 8(i)에서는, 제2층과 동일하게, 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'로 이루어지는 제3층이 형성된다. 도 8(j)에서는, 전체적으로 제1 조성물 P1'의 무기 재료로 형성되는 제4층이 형성된다.
마지막으로, 지지 구조체 S'를 제거하기 위해서, 제거 유닛(120)의 제거제 공급기(180)에 의한 가열 처리가 행해진다. 이에 의해, 도 8(k)에 나타내는 것 같은 공간을 갖는 무기 재료의 성형체 M'가 얻어진다.
도 9는, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
제2 실시형태에 의한 성형체의 제조 방법의 흐름은, 지지 재료로서 제거제에 의해 화학적으로 제거 가능한 무기 재료를 사용하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시형태와 같다.
층 형성의 개시(S2000)부터 제1 LED(140)의 조사(S2010)까지는, 제1 실시형태와 같다. 도 9의 S2000~S2010는, 도 5의 S1000~S1010에 대응한다.
제1 실시형태에서는, 제1 LED(40)의 조사 후, 제어 유닛(22)이 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행할지 여부를 판정한다(S1012). 이에 비해, 제2 실시형태에서는, 상기와 같이, 지지 구조체 S'의 근방에서도 제1 조성물 P1'의 탈지 및 열 고결을 행할 수 있으므로, 제1 실시형태에 있어서의 판정 단계 S1012는 생략될 수 있다. 이 때문에, 제2 실시형태에서는, S2002에서 결정된 조사 위치에 따라서, 제1 토출기(130) 및 제1 LED(140)의 이동과 함께, 가열 유닛(116)(여기서는 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1열 고결용 레이저(152))의 이동도 행해진다(S2004). 단, 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1 열 고결용 레이저(152)의 이동 타이밍은 상기 예에 한정되지 않고, 예를 들면 제1 LED(140)의 조사 후에 행해져도 된다.
제1 LED(140)의 조사 후, 탈지 단계(S2012) 및 열 고결 단계(S2014)가 행해진다. 그 후, 제어 유닛(122)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(118)에 의해 취득된 스테이지(111) 상의 제1 조성물 P1'의 정보에 의거하여, 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(S2016). 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정될 때까지, 제1 조성물 P1'의 성형 사이클(S2002~S2016)이 반복된다.
제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되면, 제2 조성물 P2'의 성형이 개시된다. 제2 조성물 P2'는 열 고결 가능한 제2 무기 입자 Pa2'를 포함하므로, 제1 실시형태와는 달리, 제2 조성물 P2'에 대해서도 탈지 단계(S2028) 및 열 고결 단계(S2030)가 행해진다. 이 점 이외는, 제1 실시형태와 같다.
제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되면(S2032:YES), 제어 유닛(122)은, 제1층의 형성이 완료되었다고 판정한다(S2034).
다음에, 제1 실시형태와 동일하게, 제어 유닛(122)은, 현시점에서 스테이지(111) 상으로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2'가 존재하는지 여부를 판정한다(S1036). 제거해야 할 제2 조성물 P2'가 존재한다고 판정되었을 경우(S1036:YES), 제어 유닛(122)은, 당해 제2 조성물 P2'를 향해 제거제를 공급하도록 제거제 공급기(180)에 지시한다(S2038).
상기 제거 단계가 완료되었을 경우, 또는 현시점에서 스테이지(111) 상으로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2'가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우(S2036:NO), 제어 유닛(122)은, 입력 데이터에 비추어, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S2040). 이후의 흐름은, 제1 실시형태와 같다.
또한, 제2 조성물 P2'를 제거제가 든 욕조에 담그는 것에 의해 불필요한 지지 구조체 S'(제2 조성물 P2')를 제거하는 경우에는, 상기의 제거 단계(S2036 및 S2038)는 생략될 수 있다. 예를 들면, 성형체는 일단 지지 구조체 S'를 포함하는 상태로 형성된 후, 챔버(110)로부터 꺼내져 욕조에 담겨도 되고, 챔버(110) 내부에서 욕조에 담겨도 된다.
[효과]
제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)에 의하면, 지지 구조체 S'의 근방에서도 탈지 및 열 고결을 행할 수 있으므로, 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)에 대해 설명한 이점을 제1 실시형태보다도 누릴 수 있다. 즉, 제1 실시형태에서는, 지지 구조체 S의 근방의 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결은 나중에 일괄적으로 행해질 수 있으므로, 지지 구조체 S의 근방에서는 탈지 공정 및 열 고결 공정이 충분히는 세분화되지 않는 경우도 있지만, 제2 실시형태에서는, 제1 조성물 P1'의 모든 탈지 공정 및 열 고결 공정이 세분화 가능하다. 이에 의해, 제1 실시형태와 비교해, 바인더의 탈지에 의해 발생한 공극에 기인하는 성형체의 수축을 더욱 억제함과 더불어, 열 고결체의 균열이나 파손의 발생을 더욱 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기 예에서는, 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 각각에 대해서 LED, 탈지용 레이저, 및 열 고결용 레이저가 1개씩(즉, 전체적으로는 LED, 탈지용 레이저, 및 열 고결용 레이저가 2개씩) 설치되어 있으나, 이들의 일부가 생략되어도 된다. 즉, 단일 LED를 사용해 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 양쪽 모두의 고정화가 행해져도 되고, 마찬가지로 단일 탈지용 레이저나 단일 열 고결용 레이저에 의해 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 양쪽 모두의 탈지나 열 고결이 행해져도 된다.
[제3 실시형태]
다음에, 도 10~도 13을 참조하여, 제3 실시형태에 대해 설명한다. 제3 실시형태에서는, 지지 재료가 높은 내열성을 갖는 유기 재료인 점에서, 제1 실시형태와는 다르다. 또한, 이하에 설명하는 이외의 구성은, 제1 실시형태와 같다.
[구성]
도 10은, 제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)를 나타내는 도면이다. 도 11은, 제3 실시형태의 성형 장치(201)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)는, 챔버(210), 스테이지(211), 공급 유닛(212), 고정화 유닛(214), 가열 유닛(216), 정보 취득 유닛(218), 제거 유닛(220), 및 제어 유닛(222)(도 11 참조)을 구비한다.
제1 실시형태의 지지 재료 Ps가, 제1 조성물 P1의 탈지 온도 및 열 고결 온도에 있어서 분해되는 재료인데 비해, 제3 실시형태에서는, 제2 조성물 P2"는, 무산소 분위기하에서는 제1 조성물 P1"의 탈지 온도 및 열 고결 온도에 있어서 분해되지 않는 지지 재료 Ps"를 포함한다. 예를 들면, 지지 재료 Ps"는, 산소 존재하에서는, 제1 조성물 P1"의 탈지 온도 및 열 고결 온도에 있어서 분해된다. 본 명세서에 있어서, '무산소 분위기하'란, 분위기 중의 산소가 발명의 작용 효과에 실질적인 영향을 미치지 않는 상태를 의미하고, 예를 들면 제1 조성물 P1"의 열 고결 온도에 있어서 지지 재료 Ps"가 제1 조성물 P1"의 열 고결체를 지지할 수 있을 정도의 양의 산소가 존재하는 상태를 포함한다. 예를 들면, 무산소 분위기하의 산소 농도는, 0체적%~0.1체적%이고, 바람직하게는 0체적%~0.05체적%이며, 더욱 바람직하게는 0체적%~0.01체적%이다. 또, '산소 존재하'란, 300℃~500℃ 정도의 고온에서 일반적인 유기물의 연소가 발생할 정도의 양의 산소가 존재하는 상태를 의미한다.
지지 재료 Ps"는, 예를 들면 전방향 폴리아미드계 수지(아라미드 수지) 등 높은 내열성을 갖는 엔지니어링 플라스틱이다. 예를 들면, 지지 재료 Ps"는, 폴리-m-페닐렌이소프탈아미드이다.
제1 실시형태와 동일하게, 챔버(210)의 내부 압력은, 챔버(210)에 접속된 진공 펌프(210a)에 의해 변경 가능하다. 또, 챔버(210) 내부의 분위기는, 가스 봄베(210b)에 수용된 가스(예를 들면 질소나 아르곤 등의 불활성 가스)로 치환될 수 있다. 가스 봄베(210b)로부터의 가스의 유량 등은, 유량 제어부(210c)에 의해 제어 될 수 있다. 또한, 필요에 따라 복수의 종류의 가스가 챔버(210)에 공급되어도 된다.
통상적으로, 상기의 조건을 만족하는 지지 재료 Ps"는 열가소성을 가지므로, 제3 실시형태에서는, 고정화 유닛(214)은, 제1 실시형태의 제2 LED(42) 대신에, 융해용 레이저(242)를 갖는다. 융해용 레이저(242)는, 융해용 레이저 이동 기구(246)에 의해 적절히 이동 가능하다. 융해용 레이저(242)는, 열가소성 조성물인 지지 재료 Ps"에 레이저광을 조사함으로써, 당해 지지 재료 Ps"를 가열 융해시킬 수 있다. 그 후, 지지 재료 Ps"가 스테이지(211) 상에서 자연 냉각됨으로써, 제2 조성물 P2"가 스테이지(211) 상에서 고정화된다. 단, 고정화 유닛(214)의 구성은 상기 예에 한정되지 않고, 지지 재료 Ps"의 성질에 따라 적절히 변경될 수 있다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 12 및 도 13을 참조하여, 제3 실시형태의 성형 장치(201)의 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 12는, 제3 실시형태의 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이며, 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일련의 프로세스 (a)~(j)를 나타낸다.
도 12(a)~도 12(i)의 프로세스는, 무산소 분위기하에서 행해진다. 이 때문에, 도 12(a) 전에, 챔버(210)의 내부가 진공화 또는 가스 치환에 의해 무산소 분위기가 된다.
도 12(a)~도 12(e)의 프로세스는, 제2 조성물 P2"의 고정화에 LED가 아니라 융해용 레이저(242)를 사용하는 점을 제외하고, 실질적으로 도 4(a)~도 4(e)와 같다. 즉, 제1 조성물 P1"가 토출기(230)로부터 토출되어 LED(240)에 의해 고정화되고(도 12(a)), 탈지용 레이저(250) 및 열 고결용 레이저(252)에 의해 탈지 및 열 고결이 행해진다(도 12(b)). 성형체의 제1층 중 제1 조성물 P1"의 무기 재료로 형성되는 부분에 열 고결체 C"가 형성된 후, 제2 조성물 P2"가 융해용 레이저(242)로부터 토출된다(도 12(c)). 제2 조성물 P2"는, 융해용 레이저(242)에 의해 일단 융해된 후, 자연 냉각에 의해 고체화되고, 스테이지(211) 상에서 고정화되어 지지 구조체 S"를 형성한다. 제2 조성물 P2"의 토출 및 고정화가 반복되어(도 12(d)), 열 고결체 C" 및 지지 구조체 S"로 이루어지는 제1층이 형성된다. 다음에, 제2층의 형성이 개시되어, 제2층을 구성하는 제1 조성물 P1"의 토출 및 고정화가 행해진다(도 12(e)).
도 12(f)에서는, 성형체의 제2층 중 제1 조성물 P1"의 무기 재료로 형성되는 부분에, 제1 조성물 P1"가 공급되어, 고정화되고, 탈지되고, 열 고결되어 있다. 여기서, 제1 실시형태에서는, 도 4(f)에 나타내는 바와 같이, 지지 구조체 S의 분해를 억제하기 위해서, 지지 구조체 S의 근방에서는, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결이 행해지지 않는 것에 비해, 제3 실시형태에서는, 무산소 분위기하에서 제2 조성물 P2"의 지지 구조체 S"가 분해되는 온도는, 제1 조성물 P1"의 열 고결 온도보다 높기 때문에, 제2 실시형태와 동일하게, 제1 조성물 P1"가 공급되는 위치가 지지 구조체 S"의 근방인지 여부에 관계없이, 스테이지(211) 상에 공급된 모든 제1 조성물 P1"에 대해서 탈지 및 열 고결이 행해질 수 있다. 또한, 탈지나 열 고결을 위해서 제1 조성물 P1"를 가열하면, 당해 제1 조성물 P1"의 근방의 지지 구조체 S"는 일단 융해될 수 있으나, 상기한 바와 같이 지지 구조체 S"는 무산소 분위기하에서는 분해되지 않기 때문에, 자연 냉각에 의해 다시 고체화되게 된다. 다음에, 도 12(c)와 동일하게, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 제2 조성물 P2"가 제2 토출기(232)로부터 공급됨과 더불어, 융해용 레이저(242)에 의해 제2 조성물 P2"의 융해가 행해진다.
도 12(g)에서는, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S"가 형성되어 있다. 계속해서, 도 12(h)에서는, 제2층과 동일하게, 제1 조성물 P1" 및 제2 조성물 P2"로 이루어지는 제3층이 형성된다. 도 12(i)에서는, 전체적으로 제1 조성물 P1"의 무기 재료로 형성되는 제4층이 형성된다.
마지막으로, 지지 구조체 S"를 제거하기 위해서, 대기나 산소 가스 등의 도입에 의해 챔버(210)의 내부에 산소가 도입된 후, 제거 유닛(220)의 가열 장치(280)나 제거용 레이저(282)에 의한 가열 처리가 행해진다. 지지 구조체 S"는, 무산소 분위기하에서 높은 내열성을 갖는 한편, 산소 존재하에서는 무산소 분위기하보다 낮은 내열성을 가지므로, 이러한 산소 존재하의 가열 처리에 의해 지지 구조체 S"를 제거하는 것이 가능하다. 이에 의해, 도 12(j)에 나타내는 것 같은 공간을 갖는 무기 재료의 성형체 M"가 얻어진다.
도 13은, 제3 실시형태의 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5에 나타낸 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법과 비교하면, 챔버(210) 내부의 분위기를 변경함으로써 지지 구조체 S"의 제거를 행하는 점과, 제2 조성물 P2"의 고정화에 LED가 아니라 융해용 레이저(242)를 사용하는 점이 상이하다.
제3 실시형태에서는, 우선 챔버(210)의 내부의 무산소화가 행해진다(S3000). 예를 들면, 제어 유닛(222)은, 챔버(210) 내를 불활성 가스로 치환하도록 진공 펌프(210a)나 유량 제어부(210c)에 지시한다.
다음에, 제1층의 형성이 개시된다(S3002). 제1 조성물 P1"의 층 형성은, 제1 실시형태와 동일하게 행해진다. 도 13의 S3004~S3018은, 도 5의 S1002~S1020에 대응한다.
제1 조성물 P1"의 층 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S3018:YES), 흐름은 제2 조성물 P2"의 층 형성(S3020~S3030)으로 진행된다. 도 13의 S3020~S3030은, 제2 조성물 P2"의 고정화를 행하기 위해서 LED(42)가 아니라 융해용 레이저(242)를 사용하는 점을 제외하고, 도 5의 S1022~S1032에 대응한다.
제2 조성물 P2"의 층 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S3030:YES), 제어 유닛(222)은, 제1층의 형성이 완료되었다고 판정한다(S3032).
다음에, 제어 유닛(222)은, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S3034). 성형체 전체의 형성이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S3034:NO), 제어 유닛(222)은, 스테이지(211)를 z방향으로 이동시키도록 스테이지 이동 기구(211a)에 지시한다(S3036). 그 후, 흐름은 S3002로 돌아와, 제2층의 형성이 개시된다.
한편, 성형체 전체의 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S3034:YES), 제어 유닛(222)은, 챔버(210)의 내부에 예를 들면 대기를 도입하도록 진공 펌프(210a)나 유량 제어부(210c)에 지시함과 더불어, 제거해야 할 지지 구조체 S"를 가열하도록 가열 장치(280)나 제거용 레이저(282)에 지시한다(S3038). 이에 의해 지지 구조체 S"가 제거되어, 원하는 형상의 성형체가 얻어진다.
[효과]
제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)에 의하면, 제2 실시형태와 동일하게, 지지 구조체 S"의 근방에서도 탈지 및 열 고결을 행할 수 있으므로, 제1 실시형태와 비교하여, 바인더의 탈지에 의해 발생한 공극에 기인하는 성형체의 수축을 더욱 억제함과 더불어, 열 고결체의 균열이나 파손의 발생을 더욱 억제하는 것이 가능하다. 또, 제3 실시형태에서는, 제2 실시형태와 달리, 제2 조성물 P2"의 탈지 및 열 고결을 행할 필요가 없기 때문에, 제2 실시형태와 비교해, 성형 장치(201)의 구성 및 성형 작업을 간소화하는 것이 가능하다. 이에 의해, 자유도가 향상된 3차원 조형을 보다 저비용 또한 고속으로 실행할 수 있다.
[변형예]
상기 예에서는, 조성물의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 완료된 후에, 스테이지가 x방향 또는 y방향으로 이동하여, 다음 조성물의 토출이 행해지나, 성형 프로세스는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물의 고정화 후, 탈지 단계 전에 스테이지의 이동이 행해져, 탈지나 열 고결과 병행하여 다음 조성물의 토출이나 고정화가 행해져도 된다. 또, 조성물의 고정화와 병행하여 다음 조성물의 토출이 행해져도 된다. 예를 들면, 토출기로부터의 조성물의 토출이 간헐적이 아니라 연속적으로 행해지는 경우에는, 조성물은 끊임없이 계속 공급되므로, 조성물의 공급과 병행하여, 공급된 조성물의 고정화, 탈지, 및 열 고결, 및 스테이지나 레이저 등의 각 구성 요소의 이동이 행해질 수 있다.
상기 예에서는, 조성물이 스테이지 상에 착지한 후에, LED나 융해용 레이저에 의한 고정화를 위한 광 조사가 행해지나, 이 고정화 처리의 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물이 토출되어 낙하하고 있는 동안에 광 조사가 행해져도 된다.
상기 예에서는, 탈지용 레이저 및 열 고결용 레이저가 거의 같은 영역에 레이저광을 조사하고 있으나, 이들의 조사 위치는 반드시 같지 않아도 된다. 예를 들면, 열 고결용 레이저의 조사 위치가 탈지용 레이저의 조사 위치로부터 일정 거리(예를 들면 1mm 정도) 떨어지도록 해, 탈지용 레이저에 의한 조사를 추종하도록 열 고결용 레이저의 조사를 제어해도 된다.
상기 예에서는, 탈지 단계 전에 LED 또는 융해용 레이저를 사용하여 스테이지 상에 조성물을 잠정적으로 고정화함으로써 성형 장치의 동작이 안정화될 수 있으나, 예를 들면 이 고정화 단계를 생략하고, 스테이지로의 조성물의 착지가 검지되었을 경우에 탈지용 레이저의 조사를 행하여, 바인더의 탈지를 행해도 된다.
상기 예에서는, 고정화 유닛과 가열 유닛이 별도의 구성 요소로서 설치되어 있으나, 예를 들면 조성물 중의 광경화성 조성물을 경화시키기 위한 광원으로서 가열 유닛의 탈지용 레이저나 열 고결용 레이저를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 고정화시에는 당해 레이저의 출력을 약하게 해서 사용하고, 탈지 및 열 고결을 행할 때는 당해 레이저의 출력을 높여 사용하게 된다. 이에 의해, 성형 장치의 구성을 간략화할 수 있다.
상기 예에서는, 열 고결 단계를 실행한 후 또한 조성물의 착지를 검지하기 전에, 제어부에 의해 토출기의 토출 위치 및 고정화 유닛과 가열 유닛의 조사 위치가 결정됨과 더불어 이들의 배치가 변경될 수 있으나, 이러한 토출 위치 및 조사 위치의 결정 및 배치 변경의 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 제어부는, 임의의 타이밍에 토출기의 토출 위치 및 고정화 유닛과 가열 유닛의 조사 위치를 결정함과 더불어, 임의의 타이밍에 이들의 배치의 변경을 토출기 이동 기구, LED 이동 기구, 탈지용 레이저 이동 기구, 및 열 고결용 레이저 이동 기구 등에 지시할 수 있다.
상기 예에서는, 정보 취득 유닛에 의해 취득된 정보에 의거하여 토출 위치 및 조사 위치가 결정되나, 이러한 정보를 사용하지 않고, 미리 설정된 토출 위치 및 조사 위치의 시퀀스에 따라 조성물의 토출 및 각 단계가 실행되어도 된다. 마찬가지로 상기 예에서는, 정보 취득 유닛에 의해 취득된 정보에 의거하여 고정화 유닛이나 가열 유닛의 조사 타이밍 등이 결정되나, 이러한 정보를 사용하지 않고, 토출기가 실제로 토출을 행하는 타이밍이나 조성물의 밀도, 토출량, 토출기와 스테이지 사이의 거리 등에 의거하여, 고정화 유닛이나 가열 유닛의 조사 타이밍이 결정되어도 된다.
상기 예에서는, 성형 사이클마다 제어 유닛이 다음 토출 위치 및 조사 위치를 결정하고 있으나, 제어 유닛은, 예를 들면 제1 토출기 및 제2 토출기를 소정의 방향으로 일정한 스피드로 계속 움직이면서, 각 위치에서 제1 토출기 및 제2 토출기의 토출 유무, 탈지나 열 고결의 유무 등을 결정해도 된다. 이 경우, 어느 정도의 토출 작업이 완료된 단계에서, 정보 취득 유닛에 의해 취득된 정보에 의거하여, 그때까지 제1 조성물 및 제2 조성물이 토출되었지만 탈지나 열 고결이 적절히 행해지지 않았다고 판정된 위치에 있어서, 추가로 토출이나 열 고결을 행하는 것이 가능하다.
상기 예에서는, 스테이지를 z방향으로 단계적으로 강하시켜, 성형체를 아래로부터 1층씩 형성해 나가는 프로세스를 설명했으나, 반드시 층 단위로 성형을 행할 필요는 없다. 예를 들면, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛의 높이나 방향을 적절히 변경함으로써, 스테이지를 z방향으로 움직이지 않고, 스테이지 상에서 조성물을 쌓아올려 감으로써 성형체를 성형하는 것도 가능하다. 이 경우, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛은, 토출기 이동 기구, LED 이동 기구, 탈지용 레이저 이동 기구, 및 열 고결용 레이저 이동 기구에 의해, z방향으로도 이동 가능해도 된다.
또, 상기 예에서는, 결정된 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛을 이동시키고 있으나, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛을 이동시키는 대신에, x방향 및 y방향에 있어서 스테이지를 이동시켜도 된다. 즉, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛의 위치를 고정하고, 스테이지를 x방향, y방향, 및 z방향으로 이동시켜도 된다. 혹은, 스테이지, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛이 모두 x방향 및 y방향으로 이동 가능해도 된다.
상기 예에서는, 성형체를 구성하는 재료로서 1종류의 무기 재료(무기 입자 Pa, Pa1', Pa")가 사용되고 있으나, 2종류 이상의 무기 재료가 사용되어도 된다. 상이한 종류의 무기 재료의 수에 따라, 토출기 등의 공급 수단, LED 등의 고정화 수단, 탈지용 레이저나 열 고결용 레이저 등의 가열 수단 등의 수도 적절히 변경될 수 있다.
상기 예에서는, 조성물을 공급하는 공급기로서 토출기가 사용되고 있으나, 공급기는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물이 일정 이상의 크기의 고체인 경우에는, 물리적인 파지나 자기적 작용 등에 의한 흡착에 의해 조성물을 유지함과 더불어 스테이지 상의 임의의 장소에 배치할 수 있는 미세 아암 기구가 공급기로서 사용되어도 된다.
상기 예에서는, 제1 조성물 P1 등 무기 입자를 포함하는 조성물로서 무기 입자가 바인더에 분산된 것에 대해 설명했으나, 당해 조성물의 구성은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 입자를 유기 바인더(예를 들면 열가소성 수지)로 코팅 한 것도 이용 가능하다. 이 경우, 예를 들면, 고정화 유닛은, LED 대신에 융해용 레이저를 갖고, 토출된 조성물의 유기 코팅을 융해용 레이저로 융해시키고 자연 냉각에 의해 고체화시켜, 당해 조성물을 스테이지 상에서 고정화할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명을 한정된 실시예와 도면에 의해 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 사람에 의해 본 발명의 기술 사상과 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

Claims (19)

  1. 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급부 및 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급부를 갖는 공급 유닛;
    상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛;
    상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 유닛; 및
    상기 제1 조성물의 공급과 가열을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록, 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛;
    을 구비하는 성형 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는, 성형 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 유닛은, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는, 성형 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 조성물은, 상기 무기 재료가 분산된 유기 바인더를 포함하고,
    상기 가열 유닛은, 상기 제1 조성물에 열을 가함으로써 상기 유기 바인더의 탈지를 행하는 탈지용 열원을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 열 고결용 열원에 의한 열 고결 전에 상기 탈지를 행하도록 상기 탈지용 열원을 제어하는, 성형 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정화 유닛은, 상기 제1 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는, 성형 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 유닛을 더 구비하는, 성형 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되고,
    상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 가열부를 갖는, 성형 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급하는 제거제 공급부를 갖는, 성형 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기 재료는, 상기 가열 유닛에 의해 제1 온도 이상의 온도까지 가열되었을 경우에 열 고결되고,
    상기 지지 재료는, 무산소 분위기하에서는, 상기 제1 온도에 있어서 분해되지 않는, 성형 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 조성물은 광경화성 조성물이고,
    상기 고정화 유닛은, 상기 제2 조성물의 광경화를 행하는 광원을 포함하는, 성형 장치.
  11. 무기 재료를 포함하는 제1 조성물로부터 성형체를 제조하는 방법으로서,
    상기 제1 조성물을 제1 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급 단계;
    상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 제2 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급 단계;
    상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 단계; 및
    상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 공급 단계와 상기 가열 단계를 포함하는 성형 사이클이 반복되는, 성형체의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 성형 사이클이 적어도 상기 스테이지를 따라 반복 실행되는, 성형체의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 가열 단계는, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 열 고결을 행하는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    열 고결을 행하는 상기 공정 전에, 공급된 상기 제1 조성물을 경화시키는 경화 단계를 더 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 경화 단계 후이며 상기 가열 단계 전에, 경화된 상기 제1 조성물의 탈지를 행하는 탈지 단계를 더 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 단계를 더 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되고,
    상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급함으로써, 상기 지지 재료의 용해 또는 분해를 행하는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 가열 단계는, 상기 지지 재료가 실질적으로 분해되지 않도록 무산소 분위기하에서 실행되고,
    상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 산소에 노출시켜, 상기 지지 재료를 분해시키는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113001049B (zh) * 2021-02-09 2023-03-24 南方科技大学 一种电辅助增材制造装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4800074B2 (ja) 2006-03-10 2011-10-26 国立大学法人大阪大学 光造形物の製造方法
KR20160018910A (ko) * 2014-08-07 2016-02-18 삼성전자주식회사 조형물 형성 장치 및 조형물 형성 장치의 제어 방법
KR20170028746A (ko) * 2015-09-04 2017-03-14 한국전자통신연구원 3d 스캐닝 기능과 3d 프린팅 기능을 구비한 3d 복합기 및 그 동작 방법
KR20180114593A (ko) * 2017-04-11 2018-10-19 울산과학기술원 3차원 구조체의 제조방법 및 그를 이용한 3차원 구조체
KR20180134700A (ko) * 2017-06-09 2018-12-19 한국광기술원 유리섬유를 이용한 3d프린터

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854379A (en) * 1994-03-14 1998-12-29 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Thermal decomposition degreasing method and molded products thereof
DE69700945T2 (de) * 1996-04-17 2000-07-20 Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven Verfahren zur herstellung einer gesinterten struktur auf einem substrat
JP5774825B2 (ja) * 2010-08-19 2015-09-09 ソニー株式会社 ３次元造形装置及び造形物の製造方法
CN105849208A (zh) * 2013-10-17 2016-08-10 Xjet有限公司 用于3d喷墨打印的碳化钨/钴油墨组合物
JP6547262B2 (ja) * 2014-09-25 2019-07-24 セイコーエプソン株式会社 ３次元形成装置および３次元形成方法
JP2016074956A (ja) * 2014-10-08 2016-05-12 セイコーエプソン株式会社 ３次元形成装置および３次元形成方法
JP6536199B2 (ja) * 2015-06-16 2019-07-03 セイコーエプソン株式会社 ３次元形成装置
JP2017057427A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
KR101806252B1 (ko) * 2015-10-02 2017-12-07 주식회사 쓰리디컨트롤즈 금속 분말 함유 조성물을 원료로 하는 3차원 프린팅 방법
JP6770245B2 (ja) * 2015-10-15 2020-10-14 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP6718132B2 (ja) * 2015-11-06 2020-07-08 セイコーエプソン株式会社 三次元構造物の製造方法及びその製造装置
JP6669985B2 (ja) * 2015-11-12 2020-03-18 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法
JP2017136712A (ja) * 2016-02-02 2017-08-10 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法、三次元造形物製造装置および三次元造形物
JP2017177510A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法、三次元造形物製造装置および三次元造形物
KR20180003953A (ko) * 2016-07-02 2018-01-10 주식회사 렉스전자 3d 프린터 시스템 장치
KR101923490B1 (ko) * 2016-07-19 2019-02-27 진광식 필라멘트 감기 장치, 이를 이용한 3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치 및 3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치 제어 시스템
JP6826321B2 (ja) * 2016-07-26 2021-02-03 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の造形ステージ、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法
CN206276911U (zh) * 2016-09-30 2017-06-27 珠海天威飞马打印耗材有限公司 一种熔融沉积成型的金属三维打印机
EP3321074A1 (en) * 2016-11-11 2018-05-16 Dow Corning Corporation A device for formfree printing a three-dimensional object in layers
JP6844225B2 (ja) * 2016-11-30 2021-03-17 セイコーエプソン株式会社 焼結用粉末および焼結体の製造方法
JP6855846B2 (ja) * 2017-03-06 2021-04-07 セイコーエプソン株式会社 ペースト及び三次元造形物の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4800074B2 (ja) 2006-03-10 2011-10-26 国立大学法人大阪大学 光造形物の製造方法
KR20160018910A (ko) * 2014-08-07 2016-02-18 삼성전자주식회사 조형물 형성 장치 및 조형물 형성 장치의 제어 방법
KR20170028746A (ko) * 2015-09-04 2017-03-14 한국전자통신연구원 3d 스캐닝 기능과 3d 프린팅 기능을 구비한 3d 복합기 및 그 동작 방법
KR20180114593A (ko) * 2017-04-11 2018-10-19 울산과학기술원 3차원 구조체의 제조방법 및 그를 이용한 3차원 구조체
KR20180134700A (ko) * 2017-06-09 2018-12-19 한국광기술원 유리섬유를 이용한 3d프린터

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