KR20210110565A - 3차원 인쇄된 기능성 요소를 갖는 일회용 용기, 그것을 위한 인쇄 방법 및 조립체 - Google Patents

Abstract

일회용 용기, 특히 일회용 생물반응기, 조립 시스템, 및 일회용 용기, 특히 일회용 생물반응기와 같은 일회용 백을 제조하는 방법으로서, 기재(2); 및 적어도 하나의 기능성 요소(3) - 베이스 재료(2)와 적어도 부분적으로 연결되고, 적어도 하나의 인쇄가능한 재료(5)로부터 3차원 인쇄 기술에 의해 얻어지며, 인쇄가능한 재료(5)는 3차원 인쇄 동안 가열되어 인쇄된 기능성 요소(3)를 베이스 재료(2)에 적어도 부분적으로 연결함을 포함한다.

Description

3차원 인쇄된 기능성 요소를 갖는 일회용 용기, 그것을 위한 인쇄 방법 및 조립체

본 발명은 일회용 용기, 예를 들면 일회용 생물반응기(bioreactor), 이러한 용기를 제조하는 방법과 물품들, 특히 일회용 용기 및/또는 그것의 요소들을 제조하는 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 구체적으로는 바이오 기술, 바이오 프로세싱, 화학 및/또는 생물학 플랜트 건설, 식음료 프로세싱 및/또는 화학 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 바이오의약품 산업에서 유체 관리(fluid management)에 관한 것이다.

서로 독립적으로 생산되는 단일 요소들(single elements)로 구성되는 일회용 용기와 같은 물품의 생산에서는, 예를 들어 용접 및/또는 접착(gluing) 및/또는 장착과 같은, 단일 요소들을 서로 연결하는 생산 단계가 필요하다. 전형적으로, 요소들은 접착제가 도포될 수 있거나 용접 단계가 수행될 수 있는 과잉 표면(excess surface)을 제공하기 위해 요소의 본체로부터 연장되는 돌출부 및/또는 영역을 포함한다. 도 1a에 종래의 생산 과정의 예가 도시되어 있고 이하에서 더 논의된다.

예를 들면, EP177882B1은 백(bag)으로 구현된 리액터 용기(vessel)을 포함하는 생물반응기를 개시하는데, 수용 포트가 리액터 백의 상부 측에 배열되고, 용기 벽에 단단히 밀봉된 플랜지 피스(flange piece)가 제공된다, 센서 피스가 위로부터 반응물 내로 도달하도록 관형 커넥터 피스를 통해 플랜지 피스에 연결된다. 또한 EP270769A1에는 센서 헤드를 일회용 백의 가요성 벽에 고정하기 위한 고정 플랜지를 포함하는 가요성 벽을 갖는 일회용 백이 개시된다. 상기 고정 플랜지는 상기 가요성 벽에 접착, 용접, 나사 체결, 클램핑 또는 래치되어 설치될 수 있다.

일 양태에 따르면, 특히 연결될 수 있는 재료들의 수와 일회용 백 상의 기능성 요소들의 배치를 고려하여, 일회용 용기, 이러한 용기의 제조 방법, 그리고 물품들을 제조하기 위한 조립체의 다양성 정도를 증가시키는 것이 필요하다.

이러한 문제는 독립항들에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항의 대상이다.

본 발명의 다음의 양태는 복수의 재료가 결합 및/또는 연결될 수 있게 하는 일회용 용기와 같은, 일회용 용기, 이 용기를 제조하는 방법 및 물품들을 제조하기 위한 조립체를 제공한다. 또한 기능성 요소들의 구조 및 일회용 백 상의 배치가 개선될 수 있다.

일 양태에 따르면, 다음을 포함하는 일회용 용기, 예를 들면 일회용 생물반응기가 제공된다.

- 기재(a base material) - 기재는 특히 일회용 용기의 벽 요소 및/또는 벽 및/또는 스킨이며, 일회용 용기는 특히 일회용 백일 수 있는 일회용 생물반응기가고, 기재의 예는 호일(foil), 박판(thin sheet) 및/또는 스톡 시트(stock sheet)임;

- 적어도 하나의 기능성 요소 - 기능성 요소는 예를 들어 포트(port), 센서 홀더(sensor holder), 센서 부분(sensor part) 등이고, 상기 기재에 또는 기재와 적어도 부분적으로 바람직하게는 영구적으로 연결되며, 상기 기능성 요소는 적어도 하나의 인쇄가능한 재료로부터 3차원(3D) 인쇄 기술에 의해 얻어지고, 상기 인쇄가능한 재료 및/또는 상기 기재는 인쇄 동안 가열되어 인쇄된 상기 기능성 요소를 상기 기재에 적어도 부분적으로 연결함.

달리 말해, 일회용 백일 수 있는 일회용 용기는 적어도 두 부분으로 구성된다. 제 1 부분, 즉 기재는 예들 들어 스톡 재료(stock material) 및/또는 미리 제조된 물품 및/또는 미리 제조된 백 또는 그 미리 제조된 파트이다. 기재는 적어도 하나의 제 2 부분에 또는 제 2 부분과 연결된다. 상기 적어도 하나의 제 2 부분은 기능성 요소로서, 특히 기재에 직접 인쇄되어 제조된다. 상기 기능성 요소의 적어도 일부(a portion) 또는 부분(a part)은 물리적 접촉이 이루어지도록 기재와 직접 연결되어 기재와 직접 접촉할 수 있다. 두 부분, 즉 기재와 적어도 하나의 기능성 요소의 연결은 3차원 인쇄 및 가열에 의해 수행되는 기능성 요소의 제조에 필요한 시간의 적어도 일부 또는 기간 동안 성립된다. 상기 기능성 요소는 한 단계 또는 특히 시간적으로 분리되어 있는 복수의 단계 또는 스테이지로 기재 상에 3차원 인쇄되어 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 즉, 기능성 요소는 기재 상에 이전에 3차원 인쇄된 다른 서브 요소 상에 서브 요소를 순차적으로 3차원 인쇄하여 형성될 수 있다.

달리 말해, 상기 일회용 용기는 기재와 인쇄가능한 재료로부터의 3차원 인쇄로부터 얻어진 적어도 하나 이상의 기능성 요소를 포함한다. 인쇄가능한 재료는인쇄가능한 재료가 3차원 인쇄 동안 가열되고 가열된 인쇄가능한 재료가 기재의 적어도 일부를 중합 및/또는 융합(fuse) 및/또는 연결할 수 있기 때문에, 바람직하게는 기재와 연결 및/또는 기재에 부착되고, 특히 영구적으로 기재와 연결 및/또는 기재에 부착된다. 인쇄가능한 재료는 3차원 인쇄 공정 동안 가열되며 이는 FDM(fused deposition modelling, 융합 증착 모델링)또는 FFF(fused filament fabrication, 융합 필라멘트 제조)와 같은 인쇄 기술의 "재료 압출(material extrusion)" 그룹으로 언급된다.

3차원 인쇄된 요소와의 적절한 결합을 위한 계면의 적절한 용융 온도에 도달하기 위해, 기재는 외부 수단에 의해 예열될 수 있다. 예열은, 예를 들어, 기재 상에 고온 공기를 송풍하고/하거나 컨베이어 벨트로서 가열된 플레이트를 사용하고/하거나 열 복사원(thermal radiation source)에 의한 적외선과 같은 열 복사선을 제공하고, 그 후 작동 시간 동안 열을 유지함으로써 행해질 수 있다. 상기 기재는 예열되는 것이 바람직하다. 두 요소 사이의 영구적인 연결은 중합체 물질을 가열할 때, 이음매(seam)와 같은 특정 위치에서 두 요소의 중합체 융합에 의해 달성될 수 있다. 금속 잉크와 같은 비-고분자 물질(non-polymeric materials) 또한 기재에 도포하여 두 요소, 즉 기재와 기능성 요소 사이의 접착을 확립하기 위해 가열될 수 있다.

두 부분 또는 요소, 즉 기재와 기능성 요소 사이의 융합은 특히 기능성 요소의 제1 층이 기재 상에 인쇄되는 바로 그 순간에 확립될 수 있다. 인쇄가능한 재료 및/또는 기재에 제공되는 열 공급의 온도 또는 양은 전체 생산 시간 동안 유지될 수 있거나, 공정에 의해 요구되는 바에 따라 변화될 수 있다.

하나 또는 여러 기능성 요소가 3차원 인쇄의 하나의 단일 단계에서 기재 및/또는 미리 만들어진 백에 및/또는 상에 접합될 수 있기 때문에 상기 일회용 용기는 유리하다. 기능성 요소의 3차원 인쇄는 종래의 생산 과정에서 일반적으로 요구되던 다수의 생산 단계를 대신한다.

또한, 본 명세서에 기재된 일회용 용기는, 일회용 백일 수 있으며, 기능성 요소로부터 튀어나오는 과잉 돌출부, 영역 또는 표면을 반드시 필요로 하지 않는 기능 요소를 포함한다. 일반적으로, 용접 단계와 같은 종래의 접합 기술을 적용할 때, 기능성 요소는 기재에 연결되기 위해 과잉(excess) 및/또는 돌출 표면(protruding surface)을 필요로 한다. 이러한 표면, 특히 기능성 요소로부터 튀어나온 과잉된 및/또는 돌출된 표면은, 예를 들어, 기재가 매우 얇고 민감한 시트 층을 포함하는 경우, 기재에 해를 끼칠 수 있다. 본 명세서에 기재된 제조 방법에 따르면, 전형적으로 기능성 요소로부터 튀어나온 이러한 과잉된 및/또는 돌출 표면이 요구되지 않으며, 따라서 얇은 시트와 같은 기재가 기능성 요소에 의해 손상될 가능성이 감소 또는 제거된다. 이에 따라, 일회용 용기는 인접한 위치에 복수의 기능성 요소가 배치될 수 있다. 또한 섬세한 구조 및/또는 미세한 구조 및/또는 복잡한 구조가 지지 리브 또는 보강 구조와 같은 기능 요소(들)로서 쉽게 적용될 수 있다. 기재와 기능성 요소 사이의 견고한 연결은 안정성과 안전성을 보장하며, 이는 일회용 용기의 발송과 운송과 관련하여 복잡하지 않은 취급을 가능하게 한다. 이 기술을 이용하면 얇은 플라스틱 일회용 용기 벽에 용접하기 매우 어려운 거대한 기능성 요소들을 일회용 용기에 통합할 수 있다. 더욱이, 이 기술은 일회용 용기 벽 재료만 백에 함유된 바이오의약품 용액과 접촉하게 유지할 수 있게 하고, 3차원 인쇄된 기능성 요소들은 용기 벽의 외부 표면 상에 접합되도록 한다.

그 결과, 그 위에 위치하는 기능성 원소의 공간밀도가 높아지는 일회용 용기를 제공할 수 있다. 즉, 종래의 기술에서 제조되던 것과는 달리, 기재의 작은 면적에 서로에 대해 더 작은 거리를 갖는 기능성 요소들이 제공될 수 있다.

또한, 예를 들면 기재와 같은 물질에 화학적으로 해를 끼칠 수 있는 접착제와 같은 접착성 물질의 사용 및 적용이 방지될 수 있다. 또한 연결이 끊김 없어서, 특히 융착 연결되어서, 접착 이음매의 열화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 부분들 또는 요소들을 연결하기 위해, 여러 단계의 공정을 자동화하고, 단순화하고, 축소하거나, 피하는 것이 가능하여, 일회용 용기가 효율적이고, 특히 비용 효율적이고, 용이하게 제조될 수 있다.

선택적으로, 제1 기능성 요소가 기재에 연결되고 제2 기능성 요소가 제1 기능성 요소에 연결되는 여러 기능성 요소가 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 기능성 요소로서 작용하는 보강 구조물 및/또는 패드 및/또는 지지층이 기재 상에 인쇄될 수 있다. 상기 보강 구조물 및/또는 패드 및/또는 지지층의 표면에 제2 기능성 요소로서의 핸들이 인쇄될 수 있다. 개시된 기능성 요소들 중 임의의 두 개 및/또는 개시된 기능성 요소들 중 셋 이상이 서로 연결될 수 있다는 것은 자명하다.

다른 대안적 양태에 따르면, 다음을 포함하는 일회용 용기, 예를 들어 일회용 생물반응기가 제공된다

기재 - 기재는 특히 일회용 용기의 벽 요소 및/또는 벽 및/또는 스킨이며, 일회용 용기는 특히 일회용 백일 수 있는 일회용 생물반응기가고, 기재의 예는 호일(foil), 박판(thin sheet) 및/또는 스톡 시트(stock sheet)임;

- 적어도 하나의 기능성 요소 - 기능성 요소는 예를 들어 포트(port), 센서 홀더(sensor holder), 센서 부분(sensor part) 등이고, 상기 기재에 또는 기재와 적어도 부분적으로 바람직하게는 영구적으로 연결되며, 상기 기능성 요소는 적어도 하나의 인쇄가능한 재료로부터 3차원(3D) 인쇄 기술에 의해 얻어지고, 상기 인쇄가능한 재료는 상기 적어도 하나의 기능성 요소를 구성하기 위해 상기 기재 상에 재료 분출(material jetting)에 의해 인쇄됨.

인쇄 과정에서 가열이 필요하지 않은 인쇄 기술은 인쇄 기술의 "재료 분사" 그룹에 속하는 것으로 여겨진다. 재료 분사 기술은 예를 들어 폴리 젯(polyJet) 인쇄, 에어로솔 분사(aerosole jetting), 그리고 SLA(stereolithography, 스테레오리소그래피) 또는 DLP(digital light processing, 디지털광처리)와 같은 "VAT 중합(Vat polymerization)"에 의한 분사를 포함할 수 있다.

재료 분사 기술은 기능성 요소를 기재에 인쇄하는 과정에서 열이 공급되지 않기 때문에 유리하다. 접합은 부품들, 즉 기재 물질과 인쇄가능한 물질 간의 중합에 의해 실현될 수 있다.

상기 기재는 다음 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다: 본질적으로 2차원 필름, 즉 매우 얇은 층 또는 필름, 스톡 시트(stock sheet), 프리-컷 백(pre-cut bag), 프리-메이드 백(pre-made bag), 특히 일회용 백, 백 또는 용기의 벽 요소 및/또는 스킨.

본 발명의 일회용 용기는, 기재 자체가 쉽게 파손될 수 있는 매우 섬세한 재료임에도 불구하고, 본질적으로 2차원 필름, 스톡 시트(stock sheet), 프리-컷 백(pre-cut bag), 프리-메이드 백(pre-made bag)과 같은 기재를 포함하는 일회용 용기는 기능성 요소에 쉽고 신뢰성 있게 연결될 수 있다. 일회용 용기는 다양한 일회용 응용을 위해 사용될 수 있기 때문에, 비용 효율성과 용기 구성의 유연성이 매우 중요하다.

매우 섬세하고/하거나 복잡하고/하거나 미세한 기능성 요소(functional element)를 기재 상에 인쇄하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 또한 매우 섬세하고/하거나 민감할 수 있다. 본 실시예에 따른 일회용 용기는 간단하게 제조할 수 있으며, 이들의 제조 및 연결시 문제점들을 용이하게 처리할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 일회용 용기는 매우 미세한 구조물과 재료로 구성될 수 있다.

SU 백 역할을 하는 미리 만들어진 백과 같은 미리 만들어진 기재를 제공하면, 단순히 기능성 요소만 기재에 인쇄되어 생산이 완료되는 장점이 있다. 즉, 기능성 요소가 기재에 인쇄된 후, 물품, 즉 생물반응기, 특히 SU 백이 사용될 준비가 될 수 있다. 이러한 가능성을 통해 매우 유연한(versatile) 제작이 가능하다.

바람직하게는, 상기 기능성 요소는 다음 중 적어도 하나를 포함한다: 플랜지(flange), 포트(port), 입구/출구 지점(inlet/outlet point), 센서 홀더, 센서 또는 센서의 일부, 창 또는 창 프레임, 커넥터, 라벨 및/또는 라벨 정보, 실질적으로 3차원 텍스트, 예를 들어 점자 텍스트, 기준 마커 또는 기점(fiducial), 3차원 구조 및/또는 3차원 패턴, 특히 안정화(stabilizing) 및/또는 경화(stiffening) 및/또는 보강(reinforcement) 요소, 튜브 홀더, 핸들, 금속제 요소, 즉 금속 요소, 특히 전자 부품. 특히, 플랜지는 다른 요소, 특히 파이프 및/또는 튜브 및/또는 용기와 연결되도록 의도된 외부 또는 내부 리지(ridge) 및/또는 림(rim) 및/또는 립(lip)과 같은 기재와의 임의의 인터페이스로서 이해될 수 있다. 포트는 예를 들어 입구 및/또는 출구 지점(outlet point)과 같이 백으로의 통로로서 이해될 수 있다.

일회용 용기의 용기 내부 및/또는 백 내부로 접근하기 위해, 플랜지(flange), 포트, 입구/출구 포인트, 센서 홀더, 센서 또는 센서의 일부, 창 또는 창틀, 하수구(sewer) 포트, 커넥터 등이 일회용 용기에 요구될 수 있다. 이 액세스는 물리적 액세스 및/또는 광학적 액세스일 수 있다. 센서를 제공하면 일회용 용기 내의 프로세스를 영구적으로 및/또는 일시적으로 모니터링할 수 있다. 포트, 입/출구 위치 등을 제공함으로써, 일회용 용기의 내부 또는 내부 용적에 도달하도록 임시적 또는 영구적 접근(temporary access)이 설정될 수 있다.

사용이 용이하도록 잘 배치된 시스템을 제공하기 위해 단일 사용 용기에 가까이 유지될 수 있는 케이블, 튜브, 센서 및/또는 다른 장비를 일회용 용기에 장착하는데 홀더(holder) 등이 유리할 수 있다.

라벨 및/또는 라벨 정보, 기준 마커 또는 기점은 각각 일회용 용기 벽에 정보를 기록하거나 충전 상태의 표시를 달성하기 위해 제공될 수 있다. 기재 상의 기준 마커는 요소가 위치 및/또는 인쇄되어야 하는 위치를 표시하기 위해 사용될 수 있다. 기재 상의 기준 라인은 추가 절차 단계에서 컷이 배치되어야 하는 위치를 나타낼 수 있다. 즉, 정확한 조립을 위해 3차원 인쇄될 수 있는 패턴들로 스톡 시트를 절단하는 단계를 지지 및/또는 돕기 위해 기준 마커들 또는 기점들이 제공될 수 있다.

기점 표시의 추가는 구성 및/또는 기능 요소의 배치의 정확도를 증가시킬 수 있다. 기점의 적용은 종래 기술에 비해 본 개시에 따른 3차원 인쇄 기술을 이용하여 용이하게 이루어질 수 있다. 3차원 인쇄를 통해 기점을 적용하면 다운스트림 조립 공정의 컴포넌트 수를 효과적으로 줄일 수 있다

라벨 및/또는 라벨 정보는 3차원 인쇄된 라벨일 수도 있다. 이 경우, 전통적으로 일회용 용기 벽에 라벨을 붙일 때 자주 발생하는 잉크 및/또는 접착 물질의 이동(migration) 또는 크리핑(creeping) 문제를 피할 수 있다.

3차원 구조 및/또는 패턴, 특히 안정화 및/또는 경화 및/또는 보강 요소는 기재의 개선된 안정성을 제공할 수 있다. 상기 기재 상에 패턴 및/또는 보강 구조물 및/또는 패드 및/또는 지지 시트를 직접 인쇄할 수 있다. 케이블 및/또는 센서 및/또는 튜브를 위한 핸들, 플랜지(flange) 또는 홀더(holder)와 같은 추가 기능 요소가 패턴 및/또는 보강 구조물 및/또는 패드 및/또는 지지 시트 상에 인쇄될 수 있다. 이에 의해, 보다 안정적이고, 열화나 손상에 강할 수 있는 구조를 제공할 수 있는 장점이 있다. 특히 기재가 매우 민감하고/또는 깨지기 쉽고/또는 섬세한 경우, 또는 일회용 용기 설치를 돕기 위해서 스테인레스 스틸 지지 용기 내에 일회용 용기슬 설치하는 것이 도움이 될 수 있다.

적어도 하나의 보강 구조물은 또한, 특히 SU 백의 모서리를 따라 또는 SU 백의 바닥에 제공되어, 특히 충전 상태에서 안정성을 지지할 수 있다. SU 백이 충전 상태에서 형태를 유지하지 못할 수 있으므로 안정적인 형태를 제공하기 위해 보강 구조가 필요할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기능성 요소 및/또는 상기 기재가 적어도 부분적으로 구성되는, 상기 기재 및/또는 상기 기능성 요소 및/또는 인쇄가능한 재료는, 적어도 부분적으로 다음 중 어느 하나로 구성된다: PE (폴리에틸렌), PP (폴리프로필렌), PC (폴리카보네이트), TPE (열가소성 엘라스토머), EVA (에틸렌-비닐 아세테이트), 플루오로폴리머, PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트), POM (폴리옥시메틸렌), ABS (아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌), PLA (폴리락트산), PA (폴리아미드), PSU (폴리술폰), PES (폴리에테르 술폰), PEEK (폴리에테르 에테르 케톤), 코폴리에스테르, PMMA (폴리(메틸 메타크릴레이트)), PEI (폴리에틸렌이민), PPO (폴리(페닐렌 옥사이드)), PS (폴리스티렌), PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌), PU (폴리우레탄), 실리콘, 아크릴(예들 들어, 아크릴 수지), 충전재를 갖는 복합 수지(예를 들어, 유리 섬유를 갖는 PLA), 의약, 약학 및 생물약학 용도에 적합하도록 개발되고 검증된 임의의 새로운 물질, 및 상기에서 언급된 재료 중 적어도 하나로부터의 복합 재료(composite materials). 다른 가능한 물질은 HOPE (고밀도 폴리에틸렌), LLDPE (선형 저밀도 폴리에틸렌), LDPE (저밀도 폴리에틸렌), PVC (폴리비닐 클로라이드이다.

외부 보강재(external stiffeners)와 같은 백 또는 용기의 내부 부피 및/또는 용기의 유체 내용물과 접촉하고자 하지 않는 기능 요소는 또한 비의료용 등급 인쇄가능 재료, 즉 관련 표준(들)에 따른 의료용 등급이 아닌 재료, 예를 들어 살균에 적합하지 않은 재료로 구성될 수 있다.

즉, 상기 기능성 요소 및/또는 기재를 제작 및/또는 인쇄하기 위하여 사용되는 기능성 요소 및/또는 기재 및/또는 인쇄가능한 물질은 상기 물질 중 어느 하나 이상을 포함한다. 상기 재료들은 실질적으로 균질하게, 블렌딩되거나 또는 기능성 요소 및/또는 기재의 상이한 및/또는 별개의 부품들에 사용될 수 있다.

상기 재료는 인쇄가능한 재료로서 특히 유용하다. 특히, 열가소성 물질은 인쇄가능한 물질로서 유용하다. SU 백(bag), 특히 생물반응기의 요소 및/또는 화합물로 사용될 때 중요한 재료가 살균될 수 있기 때문에 특별한 이점이 제공된다. 따라서, 오염 위험성이 감소될 수 있으며, 이는 충전 물질, 예를 들어 생체 물질이 오염에 매우 민감할 수 있기 때문에 중요하다.

인쇄가능한 재료는 심지어 금속, 특히 3차원 인쇄가 금속의 용융을 포함하는 경우 금속 분말 또는 과립화된 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 일회용 용기, SU 백, 기능성 요소, 기재 및/또는 이의 하나 이상의 구성요소는 멸균 및/또는 멸균될 수 있어서, 일회용 용기의 잠재적 함량의 오염이 방지될 수 있다.

바람직하게는, 상기 3차원 인쇄 기술은 융합 필라멘트 제조(Fused Filament Fabrication: FFF), 상기 인쇄가능한 물질의 드롭-바이-드롭(drop-by-drop) 도포 및/또는 상기 인쇄가능한 물질의 층별 도포 및/또는 융합 증착 모델링 방법(Fused Deposition Modeling Method: FDM)을 포함한다.

3D 인쇄 공정은 특히, 필수적으로 연속적인 필라멘트, 바람직하게는 열가소성 물질 및/또는 융합 증착 모델링 방법(FDM)을 이용하는 소위 융합 필라멘트 제조(FFF)를 포함할 수 있다. 필라멘트는 코일 또는 롤로부터 프린터 압출기 헤드(printer extruder head)일 수 있는 이동 및 가열된 프린터 헤드를 통해 공급될 수 있다. 용융물은 프린터 헤드의 노즐로부터 구동 및/또는 강제(forced)될 수 있고, 기재 및 성장 기능 요소 상에 증착(deposit)된다. 프린터 헤드는 기능성 요소의 원하는 인쇄된 형상을 정의하고 구현하기 위해, 예를 들어 컴퓨터 제어 하에서 이동될 수 있다. 일반적으로, 프린터 헤드는 2차원 적층 층들의 관점에서 이동한다. 즉, 새로운 층을 시작하기 위해, 2차원 층에 수직한 방향(바람직하게는 상부)으로 이동하기 전에, 한 번에 하나의(바람직하게는 수평) 평면(특히, 기능성 요소가 3차원 인쇄될 기재의 표면의 평면에 대응함)을 증착하기 위해 2차원적으로 방향들을 따라 이동한다. 프린터 압출기 헤드의 속도는 인쇄가능한 재료의 증착을 중지하고 시작하고 섹션 사이에 스트링잉(stringing)이나 드리블(dribbling) 없이 중단된 평면을 형성하도록 제어될 수 있다.

인쇄가능한 재료의 드롭-바이-드롭(drop-by-drop) 도포 및/또는 인쇄가능 재료의 층-바이-층(layer-by-layer) 도포는 특히 효율적이고 간단한 3차원 인쇄에 사용되는 기술이다.

바람직하게는, 3차원 인쇄 기술은 나노입자 잉크로부터 인쇄 및/또는 미립화 금속(atomized metal)을 분무(spraying)하고 및/또는 금속 분말을 용융하고 및/또는 전자 부품을 에어로졸 분사(aerosol jetting)하는 것을 포함한다.

특히, 3차원 인쇄 기술은 금속 분말을 용융하여 기재에 인쇄하는 단계를 기반으로 할 수 있다. 이 경우, 상기 금속 분말은 인쇄가능한 재료로 볼 수 있다. 상기 기재와 상기 기능성 요소 간의 연결은 상기 가열에 의해 형성되며, 상기 기능성 요소는, 예를 들면, 전자 부품일 수 있다. 또한, 기능성 요소에 금속 분말을 가열 및 용융하여 인쇄함으로써 기능성 요소에 구현함과 동시에 기능성 요소와 용융된 분말의 연결을 형성할 수 있다. 일 예로, 기능성 요소를 열가소성 소재로 구성하고, 상기 열가소성 소재의 표면에 금 층을 인쇄하여 전자 커넥터를 제공할 수 있다.

또한, 3D 인쇄 기술은 - 인쇄가능한 재료로부터 인쇄하고 이를 가열하는 것 이외에 - 예를 들어, 열 공급을 반드시 필요로 하지 않을 수 있는 나노입자 잉크 및/또는 미립화 금속 분무(spraying atomized metal) 및/또는 에어로졸 분사(aerosol jetting)와 같은 금속 조성물로부터 전자 요소의 인쇄를 또한 포함할 수 있다.

금속으로부터의 인쇄와 관련된 상기 특징은, 적어도 부분적으로 기능성 요소 상에 및/또는 기능성 요소 내에, 전자 커넥터, 전도성 경로, 칩, RFID 안테나 등과 같은 전자 장치를 용이하게 구현할 수 있게 한다. 이는 센서를 다른 전자 요소 및/또는 일회용 용기의 내용물 또는 요소들과 쉽게 연결할 수 있게 한다. 일반적으로, 전자 요소의 구현은 복잡할 수 있고, 조립 동안 다수의 단계들이 수행되어야 하기 때문에, 생산에 많은 노력이 필요할 수 있다. 3차원 인쇄 단계에 전자 요소 인쇄 단계를 포함 및/또는 추가함으로써, 제품의 고품질을 달성하면서 생산을 단순화할 수 있다. 이로 인해, 생산비용과 생산단계 수가 근본적으로 감소될 수 있다.

다른 양태에 따르면, 기능성 요소를 생산하는 단계 및 상기 기능성 요소를 상기 일회용 용기, 특히 생물반응기의 기재와 연결하는 것에 기초하여, 일회용 용기, 특히 가요성 또는 반가요성 용기를 생산하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다

- 예를 들어 실질적으로 2D 형상 시트, 3D 형상 재료 또는 미리 제조된 SU 백과 같은 미리 제조된 품목을 제공하는 것;

- 예를 들어, 융합 필라멘트 제조(FFF) 및/또는 드롭-바이-드롭 인쇄 방법 및/또는 층-바이-층(layer-by-layer) 인쇄 방법 및/또는 융합 증착 모델링 방법(FDM)을 사용하여, 백 벽 또는 스킨의 외부 표면과 같은 기재의 표면 상에 인쇄가능한 재료로부터 기능성 요소를 3차원 인쇄하는 단계; 및

- 적어도 하나의 주기 또는 인터벌, 즉 3차원 인쇄 단계의 시간적 부분(temporal part) 동안, 기재 요소 및/또는 인쇄가능 물질에 열을 동시에 공급함으로써 기능성 요소의 적어도 일부 및/또는 영역 및/또는 일부를 기재 요소의 적어도 일부 및/또는 영역 및/또는 일부와 연결하며, 특히 상기 기재와 상기 인쇄가능 물질을 예열함.

달리 말해, 기능성 요소가 인쇄된 기재가 제공된다. 기능성 요소와 기재 사이의 연결은, 특히 기능성 요소가 생성되는 인쇄가능한 재료를 적어도 일시적으로 가열함으로써 확립된다. 또한, 상기 기재도 가열될 수 있다. 특히, 기능성 요소의 제1층 및/또는 일부를 기재에 인쇄하는 경우, 제1층 및/또는 일부가 기재의 접촉 영역의 적어도 일부와 융합 및/또는 중합 및/또는 연결되도록 열을 공급할 수 있다.

상기 인쇄와 가열은 적어도 일정시간 동안 동시에 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 가열은 상기 기재와 상기 기능성 요소를 적어도 부분적으로 서로 연결시킨다. 가열은 또한 인쇄가능한 재료 및/또는 기재의 예열(pre-heating)을 포함할 수 있다. 예열이란 3차원 인쇄 단계 이전의 가열을 의미한다. 예를 들어 3D 프린터를 통과하기 이전이나 3D 프린터를 통과하기 이전 및 동안 컨베이어 벨트의 기재를 가열한다. 또 다른 예는, 기능성 요소를 인쇄하는 단계 이전 또는 이전 및 동안 압출기 내부에서 인쇄가능한 재료를 가열하는 것일 것이다. 즉, 특히 일회용 백의 제조시에 기능성 요소를 기재 상에 인쇄하는 단계에서 기능성 요소를 3차원으로 인쇄하고 적어도 부분적으로 연결하는 단계를 포함한다. 3차원 인쇄, 바람직하게는 융합 필라멘트 제조(FFF) 및/또는 융합 증착 모델링 방법(FDM)은 3차원 특징부 및 기능 구조, 예를 들어 플랜지, 포트, 충전점, 센서 홀더, 센서 부품 등을 갖는 기능성 요소들을 생성 또는 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 새로운 접근 방식은 제조 과정에서 별도의 요소를 연결하기 위한 용접 단계를 피할 수 있는 가능성을 제공하는 장점이 있다.

또한, 기능성 요소를 제작함과 동시에 이를 적어도 부분적으로 기재 요소에 연결함으로써 별도의 개별 제작 단계를 피할 수 있는 장점이 있다.즉, 기능성 요소는 벽 요소, (스톡) 시트 또는 유용한 것으로 보이는 다른 임의의 표면과 같은 기재에 직접 인쇄될 수 있다.

본 방법의 추가적인 이점은 종래의 제조 기술(예를 들어, 도 1 참조)의 경우에 종종 그러하였던, 표면에 요소를 개별적으로 접착 또는 용접할 때 요구되는 돌출 및/또는 연장 표면(extending surface)이 필요하지 않다는 사실에 의해 지지된다.

결과적으로, 기능성 요소는 접촉을 설정하기 위한 추가적인 영역 및/또는 부분 및/또는 표면에 대한 필요 없이, 단지 그 자체의 치수에 의해 제한되는, 즉, 기재와 접촉하기 위해 사용되는 기능성 요소의 형상에 의해 제공되는 표면에 의해 제한되는, 기재의 표면 상의 공간 또는 영역만을 필요로 한다. 또한, 기능성 요소의 윤곽으로부터 과도한 면적 및/또는 일부가 튀어나오지 않고 기능성 요소들이 고유의 형상에 의해서만 그들의 거리가 제한되기 때문에, 충분한 기능성 요소가 기재의 표면 상에 서로 가깝게 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 기능성 요소는 상기 기재를 나타내는 실질적으로 2차원(2D) 구조 또는 3차원(3D) 미리 제조된 백 챔버(bag chamber) 중 어느 하나의 표면 상에 3차원 인쇄될 수 있다. 즉, 상기 기재는 기능성 요소가 3D 인쇄되는 미리 만들어진 백 챔버일 수 있다. 미리 제조된 백 챔버는 실질적으로 2D 구조 또는 실질적으로 3D 구조를 가질 수 있다. 실질적으로 2D 구조는 3D 구조로 펼쳐지도록 구성될 수 있고, 3D 구조는 2D 구조로 접혀지도록 구성될 수 있다. 기능성 요소를 접힌 본질적으로 2D 구조 상에 인쇄하는 것이 유리하지만, 기능성 요소를 또한 펼쳐진 본질적으로 3D 구조 상에 인쇄하는 것도 가능할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 열을 공급하는 단계는 예를 들어 가열된 컨베이어 벨트 상에서, 및/또는 램프 및/또는 열풍 건(hot air gun)과 같은 열원에 의해서 기재를 예열하는 단계를 포함한다.

기능성 요소의 재료와 기재 사이의 신뢰성 있는 중합 및 연결 측면에서 기재를 가열하는 것이 유리하다. 특히, 인쇄가능한 재료를 용융시키기 위해 제공되는 열 외에, 기재에 공급되는 열이 제공된다.

바람직하게는, 상기 기능성 요소의 3차원 인쇄 단계는 열가소성 물질 및/또는 다음 중 적어도 어느 하나로부터 인쇄하는 단계를 포함한다:아크릴(예: 아크릴 수지), EVA, ABS, PC, PE(예: HOPE, LDPE, LLDPE), PMMA, PLA, PES, POM, PEEK, PEI, PP, PS, PTFE, TPE.

다른 적합한 고분자 또는 물질은 덜 바람직하지만 적용이 가능할 수 있다.

달리 말해, 그로부터 상기 기능성 요소가 적어도 일부 형성되는 인쇄가능한 물질은 상기 물질 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 물질들은, 예를 들면, 가열 및 용융 및/또는 블렌딩되기 전에 그리고 3D 인쇄가 수행되기 전에 과립화된 물질로서 혼합 및/또는 블렌딩될 수 있다. 또는, 서로 다른 부분, 특히 층이 서로 다른 물질로 구성될 수 있도록, 3D 인쇄는 한 번에 서로 다른 물질을 사용하여 수행될 수 있다. 인쇄가능한 물질로 적합한 물질에서 객체를 인쇄하는 것이 좋다. 이러한 재료를 사용하는 다른 장점들은 이전에 언급되었다. 인쇄가능한 물질은 스톡으로부터 제공될 수 있고, 필라멘트(filament), 과립화 및/또는 분획화된 물질, 분말 및/또는 바를 포함할 수 있다.특히, 인쇄가능한 재료는 기능성 요소로부터 및/또는 기재로부터 과잉 재료(excess material)를 제거 및/또는 절단함으로써 얻어질 수 있는 재생 재료일 수 있다. 예를 들면, 용융 필라멘트 가공은 일반적으로 인쇄가능한 재료의 필라멘트가 공급되어야 한다.

바람직하게는, 3차원 인쇄 단계는 나노입자 잉크로부터 인쇄 및/또는 미립화 금속(atomized metal) 및/또는 세라믹 물질을 분무 및/또는 금속 분말을 용융 및/또는 전자 부품을 에어로졸 분사하는 단계를 포함한다.

즉, 기능성 요소가 그로부터 적어도 부분적으로 형성되는 인쇄가능한 재료는 금속 화합물을 포함할 수 있으며, 특히 금속 분말의 용융이 상기 방법에 포함되는 경우 더욱 그러하다. 금속은 전자 부품을 기능성 요소 상에 및/또는 기능성 요소 안에 생산 및/또는 인쇄하는 데 사용될 수 있다. 기능성 요소는 센서 홀더 또는 센서 포트일 수 있다. 그 다음 상기 기능성 요소는 그 센서를 다른 잠재적 전자 장치와 연결하기 위한 전자 연결 및/또는 접지를 제공받을 수 있다.

전자 부품을 손으로 직접 조립하거나 자동으로 조립하는 대신 기능성 요소 상에 또는 기능성 요소 내에 인쇄하는 것이 유리하다. 전자 부품을 조립하는 단계는 매우 어렵고 번거로울 수 있다. 그러나, 기능성 요소를 인쇄시, 예를 들어 층-바이-층(layer-by-layer)으로 인쇄시, 전자 부품을 생산하는 단계를 통합하는 것은 간단하며, 작업량(effort)뿐만 아니라 단계의 수를 감소시킨다. 또한 인쇄 기술을 이용하여 전자 접점을 안정적으로 구축할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 기재의 일부를 제거, 특히 절단(cutting away)하는 단계 및/또는 상기 기능성 요소의 과잉 부분을 제거, 특히 절단(cutting away)하는 단계를 더 포함한다. 과잉 부분은 기재에 의해 본질적으로 밀폐된 체적(volume)과 기능성 요소에 의해 본질적으로 밀폐된 체적 사이에 위치되는 기재의 일부일 수 있다. 기능성 요소에 의해 주로 감싸지는 부피와 SU 백의 내부 부피와 같이 기재에 의해 주로 감싸지는 부피 사이에 유체 연결이 이루어져야 할 수도 있다. 두 부피 사이에 유체 연결(fluidic connection)을 제공하기 위해, 기재의 과잉 부분은 적어도 부분적으로 제거되도록 요구될 수 있다. 과잉부는 또한 기능성 요소의 표면의 일부일 수 있으며, 예를 들어 거친 층-바이-층 인쇄(coarse layer-by-layer printing) 동안 생성된 거친 표면(rough surface)일 수 있다. 매끄러운 표면을 제공하기 위하여, 거친 표면은 그 일부 층을 빼앗아 매끄럽게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기능성 요소의 3D 인쇄는 융합 필라멘트 제조(fused filament fabrication), 드롭-바이-드롭(drop-by-drop) 및/또는 층-바이-층(layer-by-layer) 도포를 포함한다.

표준 3D 인쇄 방법은 융합 필라멘트 제조, 드롭-바이-드롭(drop-by-drop) 및/또는 층-바이-층(layer-by-layer) 도포에 기초할 수 있다. 이러한 방법들은 3D 구조를 인쇄하기 위한 간단하고 신뢰성 있는 방법들임이 입증되었다.

바람직하게는, 상기 방법은:

- 기능성 요소 및/또는 기재로부터 과잉 재료를 제거, 특히 절단하는 것; 및

- 3차원 인쇄 단계 및/또는 기재를 제조하는 단계에서 특히 재사용함으로써 제거되는 과잉 재료를 적어도 부분적으로 재활용하는 단계로서, 상기 재활용은 바람직하게는 밀(mill) 및/또는 그라인더(grinder)에 의해 상기 과잉 재료를 수집 및 분쇄하고 및/또는 가열 장치에 의해 상기 과잉 재료를 가열하고 및/또는 압출기에 의해 상기 과잉 재료로부터 필라멘트를 생성하고 및/또는 상기 과잉 재료를 3차원 인쇄기에 공급하는, 특히 상기 필라멘트를 공급하는 것을 포함한다.

사용되지 않거나 및/또는 불필요하거나 및/또는 버려지는 재료를 재활용하는 단계는, 필요한 재료의 양 및 버려지는 재료의 양을 줄일 수 있어, 친환경적이고 비용 효율적이기 때문에 특히 유리하다. 다른 양태에 따르면, 기능성 요소를 생산하고 기능성 요소를 기재와 연결하기 위한 조립 장치는 다음을 포함한다.

- 기능성 요소(functional element), 예를 들어 플랜지(flange), 핸들, 포트(port), 홀더(holder), 마커(marker), 기점(fiducial) 등을 SU 백의 벽 및/또는 스킨과 같은 기재 표면에 인쇄하기 위한 3차원 인쇄 장치;및

- 3차원 인쇄 이전 및/또는 3차원 인쇄의 적어도 하나의 인터벌 동안 기능성 요소에 열을 공급하고 인쇄된 기능성 요소를 기재에 적어도 부분적으로 연결하는, 즉 기능성 요소의 적어도 일부와 기재 사이에 연결을 설정하는 가열 장치 및/또는 히터; 그리고 선택적으로

- 기재를 예열하는 가열장치.

즉, 일회용 용기 또는 그의 일부, 특히 SU 백 및/또는 그의 적어도 일부를 제조하기 위한 조립 장치는, 컨베이어 벨트(conveyor belt)와 같은 기재를 유지하기 위한 수단인, 기재 홀더, 인쇄가능한 재료로부터 SU 백의 벽의 외부 표면과 같은 기재의 표면 상으로 기능성 요소를 인쇄하기 위한 3D 프린터, 그리고 적어도 일시적으로 기재 및/또는 기능성 요소 및/또는 기능성 요소가 인쇄되는 인쇄가능한 물질을 가열하기 위한 히터를 포함한다.

상기한 조립 장치는 평소에는 연결되기 어려운 재료들을 일회용 용기로 만들 수 있는 장점이 있다. 또한 기능성 요소의 높은 표면 밀도를 갖는 일회용 용기를 제조할 수 있다. 상기 조립 장치는 또한 효율적일 수 있다. 하나의 기능성 요소 또는 다수의 기능성 요소는 접착, 용접, 조립, 배열 등과 같은 번거로운 단계를 필요로 하지 않고 기재의 표면에 한 번에 인쇄할 수 있다. 또한, 3D 프린터는 품목, 즉 일회용 용기, 특히 생물반응기 및/또는 기능성 요소의 설계를 정의하는 입력 데이터를 수신할 수 있다. 사용자는 단지 최종 제품, 즉, 일회용 용기, 특히 생물반응기, 특히 SU 백 및/또는 컴퓨터 상의 기능성 요소를 디지털적으로 설계하도록 요구될 수 있다. 데이터는 3D 프린터로 전송될 수 있고, 정보에 기초하여 3D 프린터는 원하는 기능성 요소들을 인쇄할 수 있다. 따라서 조립 장치는 수동 또는 자동으로 수행되는 추가 단계를 필요로 하지 않으면서, 매우 짧은 시간에 많은 수의 일회용 용기, 특히 생물반응기를 생산할 수 있다.

바람직하게는, 상기 조립 장치는 상기 기재를 제공하고 위치시키기 위한 수단, 바람직하게는 컨베이어 벨트(conveyor belt)를 더 포함하고, 선택적으로 상기 조립 장치는 롤로부터 상기 기재를 제공하도록 구성된다.

컨베이어 벨트는 벌크 스톡 재료(bulk stock material)일 수 있는, 즉 예를 들어 매우 긴 시트가 롤업(rolling up)되어 롤(roll)로 된, 기재를 운반하는데 유용하고 효율적이다. 컨베이어 벨트는 매우 효율적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 스톡 파일(pile) 및/또는 스톡 롤(roll)로부터 기재를 당김(pull) 및/또는 펼침(unfold) 및/또는 언롤(unroll)할 수 있다. 컨베이어벨트의 속도는 다른 위치나 생산라인에서 필요로 하는 시간으로 조절이 가능하다. 본질적으로, 대부분의 또는 모든 생산 단계, 즉 방법 단계는 컨베이어 벨트에서 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 조립 장치는:

- 기능성 요소 및/또는 기재에서 과잉 재료를 제거, 특히 절단하는 수단, 특히 레이저 커터 또는 기존 커터; 및

- 제거되는 과잉 재료를 적어도 부분적으로 재활용하기 위한 수단, 특히, 바람직하게는 제거된 물질을 가열하기 위한 수단, 즉 절단된 과잉 재료를 포함, 제거된 과잉 재료를 3차원 인쇄 장치 및/또는 기재를 제조하는 시스템에 제공하기 위한 수단을 포함한다.

즉, 조립 장치는 바람직하게는 제1 단계에서, 기재 및/또는 기능성 요소의 제거된, 특히 절단된 과잉 재료를 수집하는 재활용 시스템(recycling system)을 포함할 수 있다. 상기 재활용 시스템은 선택적으로 후속 단계에서 제거된 과잉 재료를 녹이는 히터를 포함할 수 있다. 선택적으로, 재활용 시스템은 재생 및/또는 수집된 제거된 과잉 재료를 3D 프린터에 재공급하는 시스템을 포함할 수 있다. 선택적으로, 재활용 시스템은 제거된 과잉 재료로부터 새로운 기재 재료를 생산할 수 있는 압출기와 같은 시스템을 포함할 수 있다. 조립 장치의 상기한 단일 요소는 서로 종속되지 않을 수 있으며 모두 선택적으로 조립 장치에 구현될 수 있다.

기능성 요소 및/또는 기재 중 어느 하나로부터 제거된 과잉 재료를 재활용하기 위한 재활용 시스템은, 제거된 과잉 재료를 가열하도록 구성된 가열 수단을 포함할 수 있다. 또한, 재활용을 위한 수단, 즉 제거된 과잉 재료를 재활용하기 위한 시스템은 또한 시스템, 예를 들어 기능성 요소 및/또는 기재 중 어느 하나로부터 제거된 과잉 재료로부터 적어도 부분적으로 기재를 제조하는 압출기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 과잉 재료를 재활용하기 위한 수단은 기재를 제조하는 시스템을 포함하지 않는다.

즉, 제거된 시트 백 재료 및/또는 제거된 3D 인쇄된 기능성 요소의 재료는 필라멘트 스톡(filament stock)으로 재활용되고, 예를 들어 필라멘트로서 3D 프린터로 피드백될 수 있다. 이것은 매우 효율적일 수 있고, 특히 비용 효율적이고 친환경적일 수 있는데, 폐기물은 피할 수 있고 더 적은 재료가 필요하기 때문이다.

실시예에 따르면, 3D 인쇄 공정, 예를 들어, 용융 필라멘트 제조(Fused Filament Fabrication) 및/또는 재료 제팅(material jetting)을 사용하여 플라스틱 구성요소 사이 및/또는 금속과 플라스틱 구성요소 사이의 신뢰성 있고 및/또는 친밀한 결합을 달성할 수 있다. 플라스틱 및/또는 금속의 용융점 이상의 드롭-바이-드롭(drop-by-drop) 또는 층-바이-층(layer-by-layer) 증착은 기재, 예를 들어 필름이 열화되지 않고 신뢰성 있는 접착을 달성하기에 충분하게 그의 접촉한 표면을 용융시키게, 기재, 예를 들어 비닐 필름 및/또는 다른 플라스틱 표면을 가열할 수 있다.

설명된 실시예들은 백들을 보강하는데 특히 이점이 있고, 상표나 심지어 점자로 된 경고까지 포함하여 지시를 포함하는 마크를 백들에 제공할 수 있다. 마운팅 및 위치 기능이 추가되어 완료되면 가방을 제자리에 고정시킬 수 있다. 조립을 돕기 위한 빌트인 특징부(inbuilt feature) 또는 지그 포인트(jig point)가 백의 구조에 인쇄될 수 있다. 패키징을 돕기 위한 기능이 추가될 수 있다. 용접 개선을 위해 특정 위치에서의 증가된 재료 두께가 제공될 수 있다. 센서 또는 센서 부품은 백에 직접(또는 간접적으로) 인쇄될 수 있다. 또한, 본 발명은 일회용 용기 제조를 위한 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 조립 공정이 효율적으로 이루어질 수 있도록 제조공정, 특히 전체 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

다른 양상에 따르면, 다음을 포함하는 다회용 용기, 예를 들면 다회용 생물반응기(multiple-use bioreactor)가 제공된다.

- 다회용 용기, 특히 다회용 생물반응기의 기재, 특히 벽 요소 및/또는 벽 및/또는 스킨; 및

- 적어도 하나의 기능성 요소, 예를 들어 포트(port), 센서 홀더(sensor holder), 센서 부분(sensor part) 등이 상기 기재와 또는 상기 기재에 적어도 부분적으로 연결되며, 상기 기능성 요소는 적어도 하나의 인쇄가능한 재료로부터 3차원(3D) 인쇄 기술에 의해 얻어지고, 상기 인쇄가능한 재료는 인쇄 동안 가열되어 상기 인쇄된 기능 요소를 상기 기재에 적어도 부분적으로 연결함.

상기한 구성에 따라 일회용 용기에 대해 설명된 모든 선택적 실시예들이, 모순이 아니라면, 다회용 용기와 결합될 수 있다는 것은 자명하다.

이하, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 특정 실시예에서 기술되는 특징부들(features)은 서로 배제되지 않는 범위에서 임의로 조합될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에서 함께 제공되는 상이한 특징부들은 본 발명에 대한 제한적인 것으로 간주되지 않는다.

도 1a는 용접을 이용하여 기능성 요소와 기재를 연결하는 종래의 기술을 나타내는 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기재와 연결된 3차원 인쇄된 기능성 요소를 나타내는 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 일회용 생물반응기, 즉 일회용 백(bag)의 개략 측면도(schematic side view)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 용기 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 요소를 기재에 인쇄하는 3D 프린터의 개략적인 사시도이다.
도 6a는 실질적으로 2D 구조로 접혀진, 예시적인 실시예에 따른 기능성 요소들을 갖는 미리 제조된 일회용 용기 즉 일회용 백의 평면도이다.
도 6b는 실질적으로 3D 구조로 펼쳐진, 도 6a의 실시예에 따른 기능성 요소들을 갖는 미리 제조된 일회용 용기 즉 일회용 백의 사시도이다.

이하, 본 실시예들의 제조 기술과 종래의 제조 기술의 차이점을 일반적으로 설명한다. 보다 상세한 비교가 특히 도 1a 및 도 1b을 참조하여 다음에 제공된다.

종래 일회용 용기 등의 제조 기술은 통상적으로 제조되는 기능성 요소와 기재 등의 요소 및/또는 부품들을 서로 연결시킬 필요가 있을 때 용접하는 단계를 포함한다. 본 실시예들은, 특히 종래의 용접 단계를 대체하여, 기능성 요소를 기재 위에 직접 3D 인쇄하는 동시에 서로 연결하는 단계를 포함한다.

일반적으로, 통상적인 제조 과정에서, 구성 요소는 별도로 생산된 다음 별도의 단계에서 백 표면에 용접된다. 백 챔버는 종종 플라스틱 및/또는 합성 재료(들)의 얇은 모노 또는 다층 필름(일반적으로 약 80 pm 내지 약 400 pm)으로 제조된다. 플라스틱 부품을 백 필름에 열 융착하는 것은, 얇은 백 필름과 보다 큰 부품 계면 사이에 적절한 용융을 달성하기 위해, 부품 재료 선택 및 계면 설계에 강한 영향을 미친다. 주된 위험은 더 차가운 부품 계면이 적절한 융점(melting point)에 도달하기 전에 필름이 완전히 융합하거나 열화되는 것이다. 유리하게도, 플라스틱 몰딩 화합물의 용융점 이상의 드롭-바이-드롭(drop-by-drop) 또는 층-바이-층 도포는 필름을 열화하지 않으면서 플라스틱 부품과 필름 사이의 양호한 접착을 달성하도록, 플라스틱 백 필름, 즉, 기재 표면을 충분히 가열시킬 수 있다. 결과적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들의 범위는 부품이 목표하는 기능, 즉 기능성 요소의 기능에 더 잘 맞도록 가능한 부품 재료들 및 설계 옵션들의 수를 확장하는 것을 허용할 수 있다.

또한, 조립체들의 용접을 요구하는 그러한 단계들에서 일반적으로 사용 및/또는 처리되는 것이 어렵거나 심지어 불가능한 재료들이 본 명세서에 설명된 실시예들에 의해 사용 및/또는 처리될 수 있다. 이러한 재료는 예를 들어 EVA 및/또는 LLDPE 필름 층(기재일 수 있음)에 연결되는 HOPE 구성요소(기능성 요소일 수 있음)를 포함하고; ABS 및/또는 PC 부품(기능성 요소일 수 있음)가 PE 필름 층(기재일 수 있음)에 연결된다. 즉, 본 실시예에 따른 3D 인쇄 등의 방법을 이용하여 상기한 재료 조합을 구현할 수 있다. 그러나, 종래 기술들, 특히 구성 요소들을 용접하는 단계를 포함하는 기술들은 상기 재료들을 조합하는 것을 거의 또는 전혀 허용하지 않을 수 있다.

플라스틱 부품, 예를 들어 기능성 요소의 SU 백 필름, 예를 들어 기재 상의 용접 공정은 가열 동안, 즉 열이 공급되는 시간 동안 필름-부품 계면에서 신뢰성 있는 접촉을 달성하기 위해 조립체 상에 압력을 가할 것을 요구한다. 이는 잠재적으로 필름 두께 및/또는 용접 조립체의 저항에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 3D 인쇄 공정은 용융된 계면에 압력이 가해지지 않아 보다 온화하고(gentle) 신뢰성 있는 기술을 제공할 수 있다.

용접을 가능하게 하기 위해, 플라스틱 부품, 즉 기능성 요소는 용접 공구, 즉 용접 기계의 접근을 허용하기 위해 상당히 큰 연장(extension), 즉 긴 부분(elongated portion)으로 설계되어야 한다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 본질적으로, 목표 저항에 도달하도록 적절한 접착 표면을 여전히 가지면서, 더 컴팩트한 부품들을 설계하는 것을 허용한다. 이와 관련된 잠재적 혜택은, 백 무게의 감소, 작은 SU 백 표면에 더 많은 기능성 요소와 기능성들을 배치할 가능성, 필요한 경우 SU 백의 가장자리에 더 가깝게 기능성 요소를 위치시키는 것 등이다.

SU 백 상의 기능성 요소 및 부품의 위치, 구성 및 개수는 일반적으로 용접 기계의 치수 및 용접 부품, 특히 기능성 요소의 설계에 따라 다르다. 따라서 최종 SU 백 조립체는 정의된 부품 세트, 즉 기능성 요소를 고려하여 설계된다. 용접 매개변수 및 기능성 요소가 적용될 수 있는 백 상의 위치는 일반적으로 사전 검증이 필요하다. 이와 관련하여, 본 명세서에 기재된 구체예들은 또한 특히 SU 백의 맞춤화 및 표준 백 챔버들의 후기 및/또는 자발적 및/또는 개별적인 분화의 관점에서 더 높은 정도의 유연성을 허용할 수 있다.이러한 백 챔버들의 "후기(late)" 및/또는 자발적인 분화는 기능성 요소가 필름 롤뿐만 아니라 백 챔버 상에 3D 인쇄되는 경우에 가능할 수 있다. "후기"라는 용어는 SU 백이 이미 생산되었지만, 기능성 요소들이 SU 백에 적용 및/또는 연결되어야만 하는 후기 단계를 의미할 수 있다. 또한, 3D 인쇄는 예를 들어 사출 성형 기술에 비해 부품에 대한 상당히 확장된 설계 가능성을 열어 준다.

3D는 기능성 요소와 같은 플라스틱 부품을 SU 백 필름과 같은 기재 상에 직접 인쇄하여, 기능성 요소와 같은 매우 크거나 심지어 거대 구성품이 처리 및/또는 연결될 필요가 있기 때문에, 맞춤형 용접 툴뿐만 아니라 매우 구체적이고 어려운 용접 공정을 필요로 하는 플라스틱 부품을 기재 및/또는 SU 백 표면 상에 접합시킬 수도 있다.또한, 용접 공구에 의해 접근 가능하지 않은 SU 백 영역 내에 위치 및/또는 연결되어야 하는 구성요소는 또한 종래의 생산을 제한할 수 있다.예를 들어, 이러한 부품이 필름에 구멍 및/또는 개구를 포함하지 않는 외부 백 표면 상에 위치되어야 하는 경우, 미리 제조된 백 챔버(bag chamber)의 내부에 용접 도구를 위치시키기 어려운 문제가 발생할 수 있다.본 명세서에 기재된 일부 실시 예들로 구현될 수 있는 (새로운) 응용들에 대한 일부 예들은 다음과 같다:강력한 보강재, 튜브와 구성 요소용 홀더, 가방을 하드 용기 안에 넣는 기능.

기능성 요소와 같은 플라스틱 부품을 SU 백 필름과 같은 기재 상에 직접 3D 인쇄하는 것은 또한, 매우 크거나 심지어 거대한 기능성 요소와 같은 부품이 처리 및/또는 연결될 필요가 있어서 매우 특별하고 어려운 용접 공정뿐만 아니라 맞춤화된 용접 공구를 필요로 하는 플라스틱 부품을 기재 및/또는 SU 백 표면 상에 접합하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 용접 툴에 의해 접근가능하지 않은 SU 백 영역들에 위치 및/또는 연결되어야 하는 부품은 또한 종래의 생산을 제한할 수 있다.예를 들어, 이러한 부품이 필름에 구멍 및/또는 개구를 포함하지 않는 외부 백 표면 상에 위치되어야 한다면, 미리 제조된 백 챔버의 내부에 용접 공구를 위치시키는 것이 어려울 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들 중 일부로 실현될 수 있는 (새로운) 애플리케이션들에 대한 일부 예들은 강력한 보강재, 튜브 및 구성 요소용 홀더, 단단한 용기에 백을 위치시키기 위한 특징부(feature) 등이다.

일반적으로, 대부분의 SU 백들은 백 볼륨(bag volume), 제품 설명(product description), 브랜딩 정보(branding info), 로고(logo), 배치 번호(batch number) 등과 같은 정보를 그들의 수명 주기 동안 지닐 필요가 있다. 일부 경우에, SU 백의 외부 층 재료 및 표면 처리는 이러한 정보를 SU 백 상에 직접 인쇄하는 것을 허용한다. 그렇지 않으면 플라스틱 층과 같은 라벨이 SU 백의 표면에 적용된다. 라벨 뿐만 아니라 정보는 본 명세서에 설명된 실시예에 따른 3D 인쇄 기술을 사용하여 SU 백의 표면 상에 인쇄될 수 있다. 그러나, 종래의 방법은 라벨 접착제에 의해 야기되는 잉크 이동 및/또는 SU 백의 손상의 위험성, 뿐만 아니라 백 필름을 통한 라벨 접착제에 의한 SU 백의 내용물의 오염 및 가능한 원치 않는 화학 반응 및/또는 백 내에 함유된 내용물과의 상호작용의 관점에서 위태로울 수 있다.따라서, 본 명세서에 기술된 실시예들은 또한 생체공정 유체(bioprocess fluid)와의 생체적합성(biocompatibility)에 대해 검증된 특성화된 물질을 사용하여 SU 백 필름 또는 다른 플라스틱 구성요소 상에 정보를 포함하거나 포함하지 않는 정보 및/또는 라벨을 인쇄하는데 유용하다.

부가적으로 또는 대안적으로, 금속의 하나의 층 또는 다수의 층들은 접착, 용접, 납땜 등과 같은 종래의 기술들에 대한 필요 없이 기능성 요소 및/또는 기재와 같은 플라스틱 부품 상에 적용될 수 있다.종래에는 플라스틱 사출금형에 금속 부품을 삽입하여 플라스틱 내에 가두는 것이 가능하였다. 금속 코팅을 사용하여 플라스틱 부분에 얇은 금속 층들을 증착하는 것도 가능하다. 그러나, 이는 부품이 화학조에 침지되거나, 금속 증발에 의해 스퍼터링 및/또는 처리될 것을 요구한다. 이와 관련하여, 본 명세서에 설명된 실시예들은 전자 부품들, 특히 얇은 전자 경로들을 기능성 요소 및/또는 기재와 같은 플라스틱 부품들에 접합시키고, 및/또는 SU 백 표면(백의 내부 또는 외부) 상에 또는 기능성 요소와 같은 플라스틱 부품들 상에 작은 센서를 캡슐화하는(encapsulate) 것을 허용할 수 있다.

이하에서, 종래의 (용접) 생산 기술의 구체적인 예가 이 기술에 따른 제품과 함께 도 1a을 참조하여 논의되고, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 기능성 요소(3)를 기재(2) 상에 3D 인쇄하는 단계를 포함하는 기술과 비교된다.

도 1a는 종래의 제조 단계의 일 예를 나타내는 개략도이다. 종래의 제조는 용접 단계를 사용하여 기능성 요소(9)를 기재(2)와 및/또는 기재(2)에 연결하는 단계를 포함한다. 종래에 제조된 기능성 요소(9)는 부품들을 서로 연결하는 단계 이전에 별도의 단계로 제작되었다. 가능하게는, 종래의 기능성 요소(9)는 심지어 생산자로부터 구매되었다. 종래의 기능성 요소(9)를 기재(2)와 및/또는 기재(2)에 연결하기 위해, 종래의 기능성 요소(9)는 종래의 기능성 요소(9)의 본체(9b)로부터 돌출하는 과잉 표면(9c)을 갖는 세장부(elongated portion)(9a)를 포함하고, 세장부(9a)는 부품들을 함께 용접하는 단계를 위한 표면, 즉 실질적으로 과잉 표면(9c)을 제공하기 위해 요구된다. 세장부(9a)는 또한 '조립 플랜지'(튜브들 또는 튜브와 같은 부품들을 용기와 연결하기 위해 본 명세서에 정의된 바와 같은 '플랜지'와 혼동되지 않아야 함)로 지칭될 수 있다.

용접 기계(8)가 세장부(9a)에 도달하기 위해 종래의 기능성 요소(9)의 본체(9b) 위에 놓일 필요가 있기 때문에, 세장부(9a)는 종래의 기능성 요소(9)의 본체(9b)의 치수에 걸쳐 연장하여, 용접 단계가 과잉 표면에서 또는 그 부근에서, 특히 용접 기계(8)가 기재(2)와 접촉하는 접촉 표면(2a)에서 수행될 수 있다.

기재(2)는 개구(2b)를 포함하며, 이 개구를 통해 종래의 기능성 요소(9)의 본체(9b)가 밀리거나 당겨지거나 구동될 수 있어서, 세장부(9a)는 적어도 부분적으로 기재(2)의 일 표면, 즉 도면에서 기재(2)의 하부 표면(L)에 위치된다. 종래의 기능성 요소(9)의 본체(9b)는 적어도 부분적으로 기재(2)의 하부 표면(L)의 반대측에 위치되어 기재(2)의 상부 표면(U)으로부터 연장된다.

용접 기계(8)는 종래의 기능성 요소(9)의 본체(9b) 위에 놓이고, 기재(2)의 상부 표면(U)의 적어도 일부와 접촉한다. 표면(2a)에서, 연결이 용접 기계(8)에 의해 확립된다. 용접 기계(8)는 하부 재료, 즉 기재(2)의 상부 표면(U)의 일부인 표면(2a)에 열을 제공하도록 구성된다. 열은 기재의 층 두께를 따라 기재를 통해 종래의 기능성 요소(9)의 세장부(9a)의 상부 표면 내로 이동하여, 융합 및/또는 연결이 확립될 수 있다. 특히, 중합 및/또는 중합 반응에 기초한 융합은 부품들을 연결시킨다.

용접하는 단계는 도시된 바와 같이 여러 단계를 포함한다. 기재(2)에 개구(2b)가 요구되고, 연결되기 전에 만들어질 필요가 있다. 연결하는 단계 전에 및 개구(2b)가 만들어진 후에 기재(2) 및 개구(2b)에 대한 종래의 기능성 요소(9)의 배열이 또한 요구된다. 용접 기계(8)는, 특히 종래의 기능성 요소(9) 위에 위치되어야 한다. 상기 단계들이 수행된 경우에만, 용접의 단계가 수행될 수 있다. 또한, 용접 기계(8)를 상이한 종래의 기능성 요소(9)의 형상으로 제공 및/또는 조정하는 것이 요구될 수 있다.

도 1b는 본 개시에 따른 기재와 연결된 예시적인 3D 인쇄된 기능성 요소를 도시하는 개략도이다. 기능성 요소(3)는 표면 및/또는 계면(2a)에서 기재(2)와 연결된 보강 구조물(3f)을 포함한다.기능 요소(3)의 본체는 보강 구조물(3f)의 상부에 인쇄된다.

대안적으로, 보강 구조물(3f)을 제공하지 않고 기능성 요소(3)를 기재(2) 상에 직접 인쇄하는 것도 가능할 수 있다. 도 1a 및 도 1b의 도면을 비교하면, 종래의 기능성 요소(9)의 세장부(9a)가 보강 구조물(3f)보다 긴 것을 알 수 있다.또한, 상기 보강 구조물(3f)은 종래의 기능성 요소(9)의 세장부(9a)에 비하여 훨씬 더 짧고 얇게 구현될 수 있으며, 상기 3D 인쇄된 기능성 요소(3)는 보강 구조물(3f)이 없이도 구현될 수 있다. 도 1a 및 도 1b의 선(L1)은 음영, 즉, 하부 평면, 즉 본 도면에서 기본적으로 기재(2)의 평면 상으로의 기능성 요소(3)의 형상의 직교 투영을 나타낸다. 용접 단계(도 1a)를 적용할 때 종래의 기술에 필요한 세장부(9a), 즉 조립 플랜지는 투영 선(L1) 위로 연장된다. 세장부(9a)는 용접 기계(8)가 라인(L2)을 따라 압력 및 열을 가할 수 있도록 더 길며, 이는 음영, 즉 용접 기계(8)의 형상의 하부 평면, 즉 본 도면들에서 기본적으로 기재(2)의 평면 상으로의 돌출을 나타낸다. 즉, 세장부(9a)의 길이(d2)는 용접 기계(8)가 그의 표면(9c)에 압력 및 열을 가할 수 있을 정도로 충분히 길도록 하기 위해 라인(L1)을 초과하도록 요구된다. 길이(d2)는 기능성 요소(3)의 구조에 의존하며, 기능성 요소(3)가 기재의 평면 상으로의 투영/음영 측면에서 큰 구조를 갖는 경우, 세장부(9a) 또한 클 필요가 있다. 도 1b에 도시된 예에 따른 세장부(9a)의 길이는 종래의 (용접) 기술에서 요구되는 길이(d2)에 비해 더 짧을 수 있다. 도 1b에 도시된 예에 따른 세장부(9a)의 길이는 라인(L1)을 초과하지/교차하지 않도록 특히 짧을 수 있다. 세장부(9a)는 기능성 요소(3)와 기재(2)를 접촉시키기 위한 표면을 제공한다. 따라서, 이 표면은 기능성 요소(3)가 기재(2) 상에 직접 인쇄되기 때문에, 도 1b에 도시된 예에 따라 감소될 수 있다. 특히, 기다란 부분(9a)은 그의 실질적으로 전체 표면에 걸쳐서 기재(2)에 용접된다.

다음에서, 기능성 요소(3)를 갖는 바람직한 SU 백(1)의 예가 논의된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물반응기, 즉 본질적으로 일회용(SU) 백(1)의 개략도이다. SU 백(1)은 SU 백(1)의 전구체(precurosr)인 기재(2) 상에 또는 SU 백 벽 또는 스킨의 외부 표면(2a) 상에 3D 인쇄된 하나 이상의 기능성 요소(3)를 포함하며, SU 백은 미리 제조된 제품일 수 있다. 일반적으로, 기재(2)는 기능성 요소(3)가 그 위에 인쇄되는 SU 백(1)의 복합 재료이다. 대안적으로, 기능성 요소(3)는 또한 미리 제조된 SU 백 상에 인쇄될 수 있다. 기재(2), 즉 SU 백의 전구체는 SU 백(1)의 표면(2a)이기도 한 표면(2a)을 가지며, 기능성 요소들(3)은 표면(2a) 상에 인쇄된다. 본 도면에서, 이 표면(2a)은 SU 백(1)의 벽 및/또는 스킨의 외부측 면으로 표현된다.

SU 백(1)은 SU 백(1)을 홀딩, 리프팅, 걸기 및/또는 운반하기 위해 사용될 수 있는 핸들(3a)을 포함한다. SU 백(1)은 튜브와 SU 백(1)의 내부 체적 사이에 유체 연결을 설정하기 위한 접속부(3b) 및/또는 플랜지 및/또는 포트인 기능성 요소(3)를 더 포함한다. 접속부(3b)는 튜브와 SU 백(1) 사이에 견고한 연결을 제공하도록 나사산이 형성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 플러그 및/또는 브래킷 등을 포함하는 다른 연결 유형들이 제공될 수 있다.

또한, SU 백(1)은, 예를 들어, 본 도면에 도시되지 않은 윈도우를 포함하는 광학 포트일 수 있는 포트(3c)를 포함한다. 상기 윈도우를 통해 분광 측정과 같은 광학 측정을 수행할 수 있다. 포트(3c)는 예를 들어, 광 센서를 적어도 부분적으로 호스팅하도록 구성될 수 있다. 포트(3c)는 부분적으로만 3D 인쇄될 수 있는데, 예를 들어, 윈도우는 포트(3c)의 3D 인쇄가 완료된 후에 배열될 수 있다. 전형적으로, 광학 윈도우로서 사용되는 유리 또는 다른 재료는 인쇄가능한 재료로서 적합하지 않으며, 따라서 별도로 윈도우를 조립하는 것이 요구될 수 있다. 윈도우를 호스팅하기 위한 프레임은 기능성 요소(3)로서 인쇄될 수 있다. 그러나, 중합체 윈도우 재료는 포트(3c)를 3D 인쇄하는 단계 동안 인쇄될 수도 있다. 대안으로서 또는 부가적으로, 포트(3c)는 또한 SU 백(1)의 내부로의 접근을 설정하기 위한 개구를 포함할 수 있지만, 이는 본 도면에 명시적으로 도시되지 않는다.

생물반응기(1), 즉 본질적으로 도 2의 본 실시예에 따른 SU 백은 센서(4)를 갖는 센서 홀더(3d)를 포함한다. 센서 홀더(3d)는 또한 본 도면에 도시되지 않은 보강 구조물과 결합될 수 있다. 예를 들어, 보강 또는 지지 구조물이 SU 백 벽 상에 인쇄될 수 있다. 센서 홀더(3d)는 보강 구조물 상에 적어도 부분적으로 인쇄될 수 있다. 센서 홀더(3d)는 본 도면에 도시되지 않은 전자 부품들을 구비할 수도 있다.전자 부품들은 특히 센서 홀더(3d)를 3D 인쇄할 때 인쇄되어 구현될 수 있다.

도 2에 따르면, 센서 홀더(3d)는 SU 백(1) 내부의 매체와 접촉할 수 있는 센서(4)를 적어도 부분적으로 호스팅한다. 이 경우, 센서 홀더(3d)는 바람직하게는 SU 백(1)의 내부 체적에 대한 물리적 접근을 제공한다. 대안적으로, 센서(4)는 SU 백(1)의 내부 체적 내의 임의의 매체와 접촉할 필요가 없다. 예를 들어, 센서(4)는 단지 SU 백(1)의 벽의 외부 표면(2a)에서의 온도를 조사하는 온도 센서일 수 있다.

SU 백(1)은 라벨(3e), 즉 SU 백의 벽의 외부 표면 상에 3D 인쇄되는 물질의 층 및/또는 필드를 더 포함한다. 본 도면에서는 라벨에 바코드도 인쇄되어 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 라벨은 안테나 요소를 갖는 RFID 코드(본 도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 또한, 라벨은 SU 백(1) 내의 내용물을 표시하는 다른 유형의 정보를 포함할 수 있다.

본 생물반응기, 즉 본질적으로 도 2의 SU 백(1)은 또한 SU 백(1)이 직립하게 하는 안정화 및/또는 보강 요소(3f)인 적어도 하나의 기능성 요소(3)를 포함한다.보강 요소(3f)는 본 경우에 바스켓의 형상을 가지며, 기본적으로 리브를 갖는 필라멘트 구조, 예를 들어 바스켓 형태의 두껍고/강한 필라멘트 리브 구조로 구성된다.

그러한 보강 요소(3f)는 SU 백(1)의 벽이 예를 들어 SU 백(1)의 바닥에서와 같은, 손상을 피하기 위한 지지를 필요로 하는 모서리들을 따라 또는 손상을 피하기 위한 지지를 필요로 하는 영역들에 적용될 수 있다는 것은 자명하다. 리브형 보강 요소(3f)는 또한 예를 들어 특히 강한 안정성 및 지지를 제공하기 위해 SU 백(1)의 벽 또는 스킨의 표면(2a) 본질적으로 전체에 걸쳐 적용될 수 있다.

바람직하게는, 핸들(3a), 접합부(3b) 및 센서 홀더(3d)와 같은 기능성 요소(3)는 본 도면에 명시적으로 도시되지 않은 보강 구조를 구비한다. 상기 보강구조는 기능성 요소(3)를 인쇄할 때 기재(2)에 인쇄된 3D 인쇄층일 수 있으며, 이 인쇄층은 기재(2)의 안정성을 국부적으로 강화시키고 지지하기 위하여 기능성 요소(3)를 인쇄할 때 기재(2)에 인쇄되는 층이 될 수 있으며, 손잡이(3a), 접합부(3b), 센서홀더(3d) 등의 기능성 요소와 기재 사이의 접촉부위를 감싸게 되어 상기 기능성 요소(3)와 기재(2)의 연결이 쉽게 파손 및/또는 열화되는 것을 방지한다.

도 3은 SU 백(1) 또는 그 부품을 제조하기 위한 예시적인 조립 장치(10)에 대한 개략도이다. 조립 장치(10)는 기재(2)를 제공하고 위치시키기 위한 수단(12), 즉 본 경우에는 컨베이어 벨트를 구비한다. 기재(2)의 롤(14)은 컨베이어 벨트(12)에 의해 방향(14a)으로 풀린다.

예시적인 생산 라인이 본 도면에 도시되어 있다. 특히 프린터 압출기 헤드일 수 있는 프린터 헤드를 포함하는 3D 인쇄 장치(11)는 기능성 요소(3)가 인쇄될 기재(2)의 표면(2a) 위에 위치된다. 프린터 헤드는 인쇄가능한 재료를 실질적으로 용융시키기 위한 히터(13)를 포함한다. 3D 인쇄 장치(11), 특히 프린터(압출기) 헤드는 도면에서 화살표로 표시된 x-y 치수로 층을 스캔한다. 다시 말해서, 3D 인쇄 장치(11)의 프린터 헤드는 표면(2a) 상에 또는 이미 인쇄된 하나의 층(3g) 또는 층들(3g)의 스택 상에 인쇄가능한 재료(5)의 실질적으로 2차원 층 또는 시트(3g), 즉 매우 얇은 층을 인쇄하면서 수평 평면(x-y 차원에서)을 스캔한다. 인쇄가능한 재료(5)를 가열함으로써, 재료는 기재(2)의 표면(2a) 상에 증착될(deposited) 수 있고, 이에 의해 기재(2)를 부분적으로 용융시켜 인쇄가능한 재료(5)를 기재(2)에 고정시키고, 특히 함께 용융하는 것처럼, 인쇄가능한 재료(5)와 기재(2)를 융합시켜 이들을 전체적으로 결합시키거나(unite) 블렌딩한다. 다시 말해서, 인쇄가능한 재료(5)를 기재(2)의 표면(2a) 상에 직접 3D 인쇄함으로써, 별도의 용융 단계가 필요하지 않으며, 따라서 생성될 기능성 요소(3)와 기재(2)의 효율적인 연결이, 특히 종래의 용접(예를 들어, 도 1a 참조)에 비해 작은 풋프린트(예를 들어, 도 1b 참조)를 허용하는 것이 가능하다. 이러한 연결에서, 기재(2)와 함께 인쇄되는 기능성 요소(2)의 개선된 기계적 연결을 허용하기 위해 기재(2)가 (예를 들어, 도시되지 않은 히터에 의해) 추가로 가열될 수 있는 것이 고려될 수 있다. 상기의 결과로서, 인쇄가능한 재료(5)는 3차원 인쇄 동안 가열되어, 인쇄된 기능성 요소(3)를 기재(2)(의 표면(2a))에, 특히 밀봉 또는 유체 기밀 방식으로 적어도 부분적으로 연결하거나 기계적으로 고정하도록 된다.

일단 층(3g)이 완료되면, 3D 인쇄 장치(11)의 프린터 헤드는 x-y 평면의 실질적으로 수직 방향의 상이한 위치로 이동한다. x-y-평면이 실질적으로 수평 평면이기 때문에, 수직 방향은 화살표 및 부호 "z"로 표시된 수직 방향이다.

다시, 3D 인쇄 장치(11)의 프린터 헤드는 수평면을 (x-y 차원에서) 스캔하면서, 이전의 층(3g) 상에 추가의 실질적으로 2차원 층 또는 시트(3g)를 인쇄한다.설명된 단계들은 기능성 요소(3)가 완료될 때까지 반복되거나 반복될 수 있다.기능성 요소(3)가 어떻게 보일 수 있는지 및 방법 단계들이 어떻게 수행되어야 하는지에 대한 명령어들은 컴퓨터 제어될 수 있고, 특히 3D 프린터(11)가 연결될 수 있는 컴퓨터 상에서 실행되는 소프트웨어 프로그램으로부터 제공될 수 있다.

바람직하게는, 3D 인쇄는 융합 필라멘트 제조(FFF) 및/또는 융합 증착 모델링 방법(FDM) 및/또는 층-바이-층 적용 및/또는 드롭-바이-드롭 적용을 사용하여 수행된다. 3D 인쇄 장치(11)에는 롤(5b)로부터 제공되는 인쇄가능한 재료(5)(금속 또는 열가소성 필라멘트와 같은)의 필라멘트(5a)가 공급된다. 대안적으로, 인쇄가능한 재료(5)는 분말 또는 과립과 같은 분절된(fractioned) 및/또는 분쇄된(grinded) 및/또는 단편화된(fragmented) 재료일 수 있다. 인쇄가능한 재료(5)는 특히 3D 인쇄에 의해 그로부터 형성된 기능성 요소(3)가 기재(2)(예를 들어, SU 생물반응기(1)로 형성됨)와 함께 특히 감마 조사 또는 스팀 살균과 같은 살균 공정에 의해 예비 살균될 수 있도록 선택될 수 있다.

즉, 3D 인쇄 장치(11)는 (예를 들어, 융합된 필라멘트 제조, FFF, 기술 및/또는 융합된 증착 모델링 방법(FDM)을 사용하여) 기능성 요소(3)를 층-바이-층 및/또는 드롭-바이-드롭 기술로 기재(2)의 표면(2a) 상에 직접 인쇄할 수 있고, 이에 의해 기능성 요소(3)를 기재(2)에 기계적으로 고정시킬 수 있다. 열(19)은 기재(2)의 재료 및 이미 인쇄되었을 수 있는 층들(3g)로 인쇄되는 기능성 요소(3)를 위한 인쇄가능한 재료(5)를 융합(fuse) 및/또는 연결(connect) 및/또는 용융(melt)시키기 위해, 예를 들어 열 공급기(18), 특히 압출기 헤드의 열 공급기에 의해 공급된다. 전형적으로, 표면(2a)과 접촉하는 첫번째 인쇄 층(3g)은 기재(2)의 표면(2a)에 적어도 부분적으로 연결되는 반면, 추가의 다음 층(3g)은 이미 인쇄된 층(3g)에 적어도 부분적으로 연결된다.

열(19)은 또한 예를 들어 가열된 컨베이어 벨트, 열풍, 적외선 방사원 등 중 임의의 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 열 공급 수단(도시되지 않음)에 의해 기재(2)에 공급될 수 있다. 열(19)은 기재(2)의 상부에 적용(도시된 바와 같음) 또는 하부에 적용될 수 있다. 즉, 기재(2)는 전체 공정 중에 영구적으로 가열되거나, 3D 인쇄 공정 전에 및/또는 3D 인쇄 공정 중에 예열될 수 있다.

온도를 조절하여 주의한다. 계면에서만 접합하도록 뒤쪽 시트 재료의 하나 이상의 층이 완전히 용융되기 전에 2개의 재료의 용융점에 도달하는 것이 유리하다. 온도는 예를 들어 기재 시트의 포뮬레이션, 기재 시트 두께, 목표 사이클 시간, 및 부품 재료 포뮬레이션 및 두께에 의존한다.

전형적으로, 3D 인쇄 장치(11)는 기능성 요소(들)(3)의 구조를 실현하기 위해 3차원(예를 들어 xyz 차원)으로 이동되도록 (특히 컴퓨터-제어될) 수 있다. 따라서, 3D 인쇄 장치(11)는 설계자로부터 입력된 데이터 또는 설계 입력에 기초하여 (예를 들어, 디지털 프로그램 또는 소프트웨어에 기초하여) 컴퓨터에 의해 안내되거나 제어될 수 있다. 따라서, 설계자인 사용자는 기능성 요소(들)(3) 및/또는 SU 백(1)의 구조를 가상으로 및/또는 디지털적으로 구성 및/또는 설계할 수 있다. 그로부터 생성되는 데이터는 컴퓨터 명령에 따라 기능성 요소(들)(3)를 구현하는 3D 프린터(11)로 전달될 수 있다. 대안으로서 또는 부가적으로, (본 도면에는 도시되지 않음) 기재(2)를 제공하고 위치시키기 위한 수단(14), 특히 스테이지 및/또는 컨베이어 벨트가 3차원으로 이동하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 3D 프린터(11)는 인쇄 프로세스 동안 반드시 이동할 필요는 없지만, 스테이지는 3D 인쇄 장치(11)로부터의 층이 기재(2)의 올바른 위치에 적용되도록 컴퓨터에 의해 제공된 명령을 따른다.

기능성 요소(3)는 과잉 재료(7)를 지칭하는 부분들(parts) 및/또는 부들(portions)을 포함한다. 상기 3D 인쇄 장치(11)는 인쇄가능한 재료(5), 예를 들어 필라멘트, 그래뉼레이트, 분말, 분절(fractionated) 물질 등이 공급될 수 있다.인쇄가능한 재료(5)는 또한 적어도 부분적으로 과잉 재료(7a, 7b) 또는 이들의 파생물(derivatives)을 포함할 수 있다.

본 예시적인 조립 장치(10)에 따른 예시적인 생산 라인의 다음 단계는 (적어도 일부의) 인쇄가 완료된 후 기능성 요소(3)의 과잉 재료(7)를 절단하는 단계이다. 따라서, 조립 장치(10)는 바람직하게는 레이저 커터를 포함할 수 있는 과잉 재료(7)를 제거, 특히 절단하기 위한 수단(15)을 포함한다. 도시된 예에서, 단지 기능성 요소(3)로부터의 과잉 재료(7)만이 제거되지만, 또한 기재(2)로부터의 과잉 재료가 제거될 수 있다.

도 3의 예시적인 생산 라인의 후속 단계에서, 제거된 과잉 재료(7a)는 과잉 재료(7a)를 재순환시키기 위한 수단(16), 즉 제거된 재료(7a)를 재순환시키기 위한 시스템에 의해 수집된다. 밀링기(mill) 및/또는 분쇄기(grinder)(16a)가 제공되며, 이는 단편화된 제거된 과잉 물질(7a)을 분쇄하고(grind) 및/또는 파쇄(pulverize)한다. 분쇄된 과잉 재료(7b)는 제거된 재료(7b)를 3D 프린터(11)에 제공하는 시스템(17)으로 이송된다. 시스템(17)은 제거된 재료(7b)로부터 필라멘트(5a)를 압출하도록 구성된 히터(18)를 갖는 압출기를 포함할 수 있다. 따라서, 필라멘트(5a)를 제조하고 필라멘트 롤(5b)로 압연할 수 있다.필라멘트 롤(5b)은 융합 필라멘트 제조(FFF) 및/또는 융합 증착 모델링 방법(FDM)을 이용하여 3D 프린팅을 수행하기 위한 인쇄가능한 재료(5)의 필라멘트(5a)를 3D 프린터(11)에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 시스템은 (대안적으로 또는 추가적으로) 과잉 재료(7a, 7b)로부터 시트(도시되지 않음)와 같은 새로운 기재(2)를 제조하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제거된 재료(7a)를 재순환시키기 위한 시스템(16)은 분쇄된 제거된 재료(7a, 7b)를 용융시키도록 구성된 가열용 수단을 또한 포함할 수 있다. 제거된 재료(7a, 7b)를 재활용하기 위한 시스템(16)은 폐기물이 방지될 수 있고 생산에 필요한 재료의 양이 감소될 수 있기 때문에 유리하다.

본질적으로, 도 3의 조립 장치(10)와 함께 제공되는 생산 라인에서 수행되는 방법 단계들이 도 4에 개략적으로 요약된다. 그 방법(100)은 시트 및/또는 기판 및/또는 미리 제조된 백 및/또는 백 벽 및/또는 백 스킨과 같은 기재(2)를 제공하는 단계(101)를 포함한다.

기능성 요소(3)를 기재(2)의 표면 상에 3D 인쇄(102)하는 단계는 적어도 부분적으로 동시에 발생할 수 있는(즉, 시간적으로 분할되지 않을) 2개의 단계로 분리된다. 특히, 분리는 단지 3D 인쇄 단계(102) 동안 취해지는 2개의 상이한 동작을 설명하기 위한 것이다. 단계(102a)에서, 기능성 요소(3)의 기재(2) 상으로의 3D 인쇄가 다루어진다. 단계(102b)에서, 기능성 요소(3) 및/또는 기재(2) 중 어느 하나에 대한 열(19)의 공급이 그들 사이의 연결 및/또는 융합을 확립하기 위해 다루어진다. 하나의 특정한 경우에, 열(19)은 3D 인쇄시에 이미 공급되는데, 그 이유는 인쇄가능한 재료(5)가 가열되고 용융되어, 기재의 표면(2a)과 첫 번째로 접촉할 때 기재(2)와 융합하기에 충분히 고온이기 때문이다. 다른 예들에서, 열(19)은 예를 들어 별개의 히터(도시되지 않음)에 의해 취해지는 별개의 작용으로서 (적어도 부분적으로) 공급될 수 있다.

요약하면, 단일 층 또는 다중 층 기재(2)일 수 있는 2차원 시트는, 특히 최적의 환경에서 제 위치에 견고하게 유지되는, 적어도 하나의 인쇄 헤드 또는 3D 인쇄 장치(11)에 대응하여(예를 들어, 아래에) 직접 로딩 및/또는 공급될 수 있다. 프린터 헤드는 2D 재료 및/또는 미리 제조된 SU 백 및/또는 시트 및/또는 SU 백 필름의 일부분과 같은 기재(2)의 표면에 접근(예를 들어 하강)하고, 인쇄가능한 재료(5)를 시트(2)의 상부 표면(2a) 상에 증착시켜, 2개의 재료들 사이에 결합을 형성하거나 또는 2개의 재료들을 융합시키고, 모두가 기재(2)에 기계적으로 고정되고 나서 기능성 요소(3)를 생성할 수 있다. 이 프로세스는 기능성 요소(3)의 3D 형태를 구성하기 위해 층별로 반복적으로 계속될 수 있다.

완성된 특징부들 및/또는 구조물들 및/또는 형상들(즉, 하나 이상의 기능성 요소(3))이 기재(2)의 표면(2a)에 추가되면, 시트, 즉 기능성 요소(3)를 갖는 기재(2)는 제2 스테이지로 추가로 운반될 수 있고 거기에서 절단선을 나타내는 하나 이상의 기준 마크가 판독될 수 있고/있거나 SU 백 섹션(들)의 적어도 하나의 패턴이 절단될 수 있다.

하나 이상의 부품이 절단될 때, 이들은 컨베이어 벨트로부터 제거되고 SU 백 내로 용접될 수 있다.이 단계에서, 폐기물 및/또는 제거된 과잉 물질(7a)이 분쇄 단계, 즉 밀(16a) 또는 분쇄기에 공급되고, 펠릿화되고, 압출기 및/또는 특히 제거된 물질(7a)을 3D 프린터(11)에 제공하는 시스템(17)으로 특히 필라멘트(5a)의 형태로 이동되는 것이 가능할 수 있다. 시스템(17)은 압출기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제거된, 특히 절단된 과잉 재료(7a)는 필라멘트(5a)로서 압출될 수 있고, 다른 응용을 위해 및/또는 이 공정의 초기에 3D 프린터(11)에 공급하기 위해 및/또는 새로운 기재(2)를 제조하기 위해 사용될 수 있다.

대안적인 또는 부가적인 옵션은 3D 인쇄 장치(11)의 적어도 하나의 프린팅 헤드에 대응하여(예를 들어, 바로 아래에) 기재(2)를 나타내는 2D 또는 3D의 미리 제조된 SU 백 챔버를 위치시키는 것이다. SU 백 표면의 예열이 유리할 수 있는 경우에, 이는 특히 기능성 요소(3)를 3D 프린팅하기 전에 펄스형 고온 여과 공기와의 열 대류 및/또는 적외선 복사에 의해 수행될 수 있다.

본 명세서에 개시된 3D 인쇄 기술은 본 명세서에 설명된 바와 같은 SU 백(1) 또는 기능성 요소(3)에 명시적으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 임의의 플라스틱 요소가 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 기술을 사용하여 기재에 연결될 수 있다.

도 4에 도시된 방식의 예시적인 방법(100)은 또한 기재(2) 및/또는 기능성 요소(3)로부터 과잉 재료(7)를 탈거(taking off) 및/또는 제거(removing) 및/또는 절단(cutting off) 및/또는 절단(cutting away)하는 단계(103)를 포함한다. 제거된, 특히 절단된 과잉 재료(7a)는 도 3에 도시된 예에 따른 재순환 시스템(16)에 의해 후속 선택적인 단계(본 도면에 도시되지 않음)에서 처리될 수 있다.

도 5는 기능성 요소(3)를 기재(2)의 표면(2a) 상에 3D 인쇄하는 단계 동안의 인쇄 장치(11)의 상세도이고, 기재(2)는 3D 인쇄의 단계를 위한 방향(14a)으로 풀리는 스톡 롤(14)로부터 제공된다. 3D 프린터(11)는 특히, 예를 들어, 안내 라인을 따라 절단하기 위해 요구되는 커터를 안내하기 위한 하나 이상의 마커(3e)(예를 들어, 기준 마크)를 인쇄하였다. 3D 프린터는 또한 기재(2)의 표면(2a)에 직접 접촉하는 보강 구조물(3f)을 인쇄하였다. 도면은 3D 프린터(11)가 기능성 요소(3)를 보강 구조물(3f) 상에 인쇄하려고 하는 순간을 도시한다. 보강 구조물(3f) 상에 인쇄된 기능성 요소(3)는 기재(2)의 표면(2a)과 직접 접촉하지 않을 수 있다.

보강 구조물(3f)과 기능성 요소(3)의 조합은 하나의 단일 기능성 요소로 간주될 수 있으며, 여기서 기재(2)의 표면(2a)과 접촉하는 부분이 본질적으로 보강 구조물(3f)이다. 대안적으로, 그러나 덜 직관적으로는, 보강 구조물(3f)은 대신에 기능성 요소(3)가 3D 인쇄되는 기재(2)로 간주될 수 있다.

기재(2)와 기능성 요소(3) 사이에 보강 구조물(3f)을 제공하는 이점은 안정성 및 저항이 개선된다는 것이다. 두 부분 사이에 보강 구조물(3f)이 제공됨에 따라 기능성 요소(3)의 굽힘 시에 기재(2)를 손상시킬 위험이 감소된다. 기능성 요소(3)에 가해지는 힘은 이 특정 경우에 더 큰 영역에 걸쳐 분포될 수 있다. 따라서, 기능성 요소(3)와 기재(2) 사이의 연결 영역 또는 이음매의 파열이 방지될 수 있다. 보강 구조물(3f)은 예를 들어 약 0.01 cm 내지 약 0.4 cm, 바람직하게는 약 0.02 cm 내지 약 0.1 cm의 특정 두께의 폐쇄 및/또는 구조화된 지지 층일 수 있다. 인쇄 단계 이전에, 기재(2)는 열 공급 수단(미도시)에 의해 예열(19)될 수 있다. 또는, 3D 프린팅 공정 동안 기재(2)를 가열할 수도 있다. 열 공급 수단은 가열된 컨베이어 벨트, 열 전구, 열풍 건, 오븐 및/또는 적외선 방사원 등을 포함할 수 있다.

도 6a는 기능성 요소(3)가 실질적으로 2차원(2D) 구조로 접힌 예시적인 미리 제조된 SU 백(1)의 평면도이다. 이 구성에서, 기능성 요소(3)는 바람직하게는 SU 백(1) 상에 3D 인쇄될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기능성 요소(3)는 SU 백(1)의 전구체인 기재(2) 상에 3D 인쇄되고, 기능성 요소(3)가 기재(2)의 표면(2a)에 도포된 후에 SU 백(1)의 벽이 스테이지에서 함께 용접된다.

본 도면에서, SU 백(1)은 포트(3b)를 포함하고, 이는 파이프 및/또는 튜브와 이를 연결하기 위한 나사산을 가질 수 있다. 또한, SU 백(1)은 예를 들어 튜브, 파이프 및/또는 다른 요소들을 유지하기 위한 홀더 요소들(3d)의 세트를 포함한다. 홀더 요소(3d)는 적어도 하나의 보강 요소를 포함할 수 있는 필드 상에 인쇄될 수 있다. SU 백(1)은 또한 특히 펼쳐지고 충전된 상태에서 안정성을 제공하기 위해 적어도 하나의 보강 구조물(3f)을 갖는 지지된 바닥을 포함한다. 점선은 펼쳐진 상태의 SU 백(1)의 가장자리를 나타내는 미리 접힌 가장자리를 나타낸다.

도 6a에 도시된 SU 백(1)의 상태는 SU 백(1)이 구매, 운송 및/또는 보관된 상태일 수 있다. 바람직하게는, SU 백(1)은 이러한 상태(특히 사전 멸균되었을 수 있음)에서 사용될 준비가 되어 있으며, 단지 사용 전에 펼쳐지기만 하면 된다.

도 6b는 도 6a의 예에 따른 기능성 요소들을 구비한 미리 제조된 SU 백(1)이 실질적으로 3D 구조로 펼쳐진 것을 보인 사시도이다. 펼치는 것은, 예를 들어, 층들로부터 떨어지게 가장자리들을 당김으로써 및/또는 적어도 하나의 포트(3b)를 통해 SU 백(1)의 내부로 유체(예를 들어, 공기)를 펌핑함으로써 수행될 수 있다. 튜브(4b)는 도 6b의 SU 백(1)의 포트(3b)에 연결된다. 튜브는 홀더 요소(3d) 중 하나에 의해 유지될 수 있다. 도면은 보강 구조물(3f)에 의해 SU 백(1)의 하부가 가장자리 및 바닥면을 따라 어떻게 지지되는지를 보여준다. 보강 구조물(3f), 포트(3b) 및 홀더 요소(3d)는 강성 재료로 제조된다. SU 백(1)의 측벽 및 상부 벽은 가요성 재료로 제조된다. 이러한 재료들의 조합은 SU 백(1)을 반유연하게 만든다. SU 백(1)은 사용 준비(특히, 사전 멸균)되어 있으며, 현재 상태에서 매질이 채워질 수 있다.

이하에서, 특히 예시적인 실시예 중 임의의 것과 조합될 수 있는 더 가능한 특징부들을 제공하기 위해, 일부 일반적인 고려사항들이 이루어진다.

일회용 용기(1)라는 용어는 생물반응기 SU 백(1) 또는 단순히 SU 백(1)의 특정 형태의 의미를 포함하는 일반적인 표현이다. 용어 생물반응기(1)는 또한 다중 사용을 위한 용기의 의미를 포함할 수 있지만, 본질적으로 본 실시예는 SU 백(1)을 주로 포함한다. 이러한 이유로, 동일한 참조 부호 "1"이 생물반응기 및 SU 백 둘 모두에 사용된다.

SU 백(1) 및 특히 생물반응기(1)는 일반적으로 단지 단일 사용, 즉 아이템(SU 백, 특히 생물반응기(1))의 일회의 사용을 위해 구성될 수 있지만, 이에 의해 반드시 제한되는 것은 아니다. 일회용 백, 특히 일회용 생물반응기는 사용자의 요구에 따라 여러 번 또는 특정 기간에 걸쳐 사용될 수도 있다. 본 명세서에 개시된 모든 실시예들은 또한 다회 사용을 위한 생물반응기(1)에서 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

기능성 요소(3)는, 예를 들어 측정, 화학적 및/또는 물리적 반응, 및/또는 처리 단계를 구현하기 위한 특정 기능을 용기, 특히 일회용 백에 제공하는 실질적으로 3차원(3D)인 요소이다. 일반적으로, 기능성 요소는 실질적으로 2차원(2D) 요소가 아니다.

보다 상세하게, 기능 부품(들), 특히 기능 요소(들)(3)은, 라벨들(3e) 또는 마커들과 같은 라벨링을 위한 부품들, 스티프너들 및/또는 보강 구조물들 및/또는 패턴(들)(3f)과 같은 안정성을 위한 부품들, 센서 포트들(3b) 또는 센서 홀더들(3d)과 같은 센서(들)(4)을 위한 부품들, 포트들(3b) 또는 플랜지들과 같은 유체 전달을 위한 부품들일 수 있다. 융합 파라미터 및 기능에 의존하는 필름 재료와의 상용성에 따라, 기능성 요소(3)의 적어도 일부가 형성될 수 있는 3D 인쇄가능한 재료(5)는 다음 재료 중 하나 이상일 수 있고/있거나 이를 포함할 수 있다: PE(폴리에틸렌), HOPE(고밀도 폴리에틸렌), LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌), LDPE(저밀도 폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PC(폴리카보네이트), TPE(열가소성 엘라스토머), EVA(에틸렌-비닐 아세테이트), 플루오로 중합체, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌), PVC(폴리비닐 클로라이드), PLA(폴리락트산), PA(폴리아미드), PSU(폴리술폰), PES(폴리에테르 술폰), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), 코폴리에스테르, PMMA(폴리(메틸 메타크릴레이트), PBI(페닐벤즈이미다졸 술폰), PEI(폴리에틸렌이민), PPO(폴리(페닐렌 옥사이드)), PS(폴리스티렌), FIFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PU(폴리우레탄), 실리콘, 아크릴 수지, 충전재를 함유한 복합 수지(예를 들어, 유리 섬유를 갖는 PLA), 의약, 약학 및 생물약학 용도에 적합하도록 개발되고 검증된 임의의 새로운 물질, 및 상기에서 언급된 재료 중 적어도 하나로부터의 복합 재료(composite materials). 기재(2)와 같은 일회용 백(1)의 다른 요소, 특히 벽 요소(2a) 또한 상기 재료 목록의 재료를 적어도 부분적으로 포함하거나 그로부터 구성될 수 있다.

기능성 요소(3)의 적어도 일부가 3D 프린팅되는, 즉 구축 및/또는 형성되는 인쇄가능한 재료(5)는 특히 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 복수의 재료, 특히 상기 재료들의 혼합물 또는 블렌드는 또한 인쇄가능한 재료(5)로서 사용될 수 있다. 따라서, 기능성 요소(3)는 적어도 2개의 실질적으로 상이한 재료들의 블렌드로 구성될 수 있다. 이는 기능성 요소(3)를 인쇄하는 단계 전에 두 물질이 함께 혼합될 수 있음을 의미하며, 기능성 요소(3)는 본질적으로 균질하게 혼합된 블렌드 물질을 포함한다. 대안적으로, 기능성 요소(3)는 제1 재료로부터의 일 부분 및 다른 재료로부터의 다른 부분에 형성되면서, 제1 및 제2 재료들은 순수하거나 블렌딩되거나 본질적으로 균질하게 혼합될 수 있다. 즉, 재료의 블렌드는 기능성 요소(3)의 일부 또는 부분이고, 예를 들어 기재(2)와 직접 접촉하여 배치되고 기능성 요소(3)를 인쇄하는 공정이 시작되거나 개시되는 전이 필라멘트일 수 있다. 예를 들어, 기능성 요소(3)의 인쇄는 순수 재료, 예를 들어 LDPE 또는 기재(2)와 융합되는 임의의 다른 재료로부터 시작될 수 있고, 필라멘트 및/또는 기능성 요소(3)의 길이에 걸쳐, 기능성 요소(3)의 다른 부분 또는 다른 일부 예를 들어 센서(4) 또는 보강제(3f) 또는 다른 유형의 기능성 요소(3)를 구축하기 위해서 그에 보다 적합한 제 2재료 내로 블렌딩된다. 바람직하게는, 다중 재료 필라멘트, 즉 상이한 재료를 포함하는 부분을 갖는 기능성 요소(3)는 상이한 영역에서, 특히 필라멘트의 직경에 관해서, 예를 들어 코어시스(core-sheath)에 관해서, 또는 필라멘트의 길이에 대해 상이한 재료 특성을 제공한다.

일회용 용기는 필름 기반 용기일 수 있다. 필름 기반 용기는 얇은, 실질적으로 2D 시트를 포함하는 벽을 적어도 부분적으로 포함하는 용기일 수 있다.

SU 백(1)은, 적어도 부분적으로 기재(2)를 지칭할 수 있는 백 챔버 필름이라고 통상 불리는 플라스틱 시트로 종종 구성되는 가요성 또는 반강성 바이오프로세싱 용기일 수 있다. 필름 두께는, 예를 들어 대략 40 ㎛ 내지 대략 800 ㎛, 바람직하게는 대략 80 ㎛ 내지 대략 400 ㎛일 수 있다. 필름은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다.전형적으로 필름은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: EVA, PE, PET, PA, EVOH(에틸렌-비닐알코올-공중합체), 플루오로중합체, PP, TPE. 일회용 용기라고도 불리는 SU 백(1)은 반강성 또는 강성 일회용 플라스틱 용기, 실험실 응용을 위한 SU 백 및/또는 용기 및 식품 및 음료 산업을 위한 SU 백 및/또는 용기를 포함할 수 있다.

가요성 용기는 가요성 시트 및/또는 가요성 필름과 같은 가요성 재료로 제조된다. 반가요성 용기는 부분적으로 가요성 재료로 제조되고 부분적으로 강성 재료(예를 들어, 용기의 한 측면 또는 측면의 일부)로 제조된다. 강성 요소(3b, 3d, 3f)와 가요성 재료로 만들어진 측벽 및 상부 벽을 갖는 반가요성 용기의 예가 도 6b에 도시되어 있다..

백(1)과 같은 전형적인 SU 용기는 약 5 mL 내지 약 5000 L, 특히 약 1 L 내지 약 2000 L의 크기를 가질 수 있다. 용기는 특히 임의의 내용물(예컨대, 생물약제 용액)의 생산, 저장, 혼합, 시험 안정성, 검증, 가공 및/또는 수송을 위한 용기일 수 있다. 용기는 특히, 예를 들어 생물의약품의 생산을 위한 일회용 생물반응기와 같은 일회용 용기일 수 있다. 일회용 용기는 적어도 부분적으로 가요성 및/또는 반가요성일 수 있고, 2D- 및/또는 3D-구조일 수 있다.

1:일회용 백 및/또는 생물반응기 일회용 백과 같은 일회용 용기(일회용 백을 SU 백으로 약칭하기도 함)
2:기재, 특히 본질적으로 2차원이고 및/또는 일회용 백의 벽인 시트.
2a:기능성 요소가 인쇄된 기재의 표면 및/또는 접착면
2b:기재의 개구
3:3D 인쇄된 기능성 요소
3a:기능성 요소인 핸들
3b:기능성 요소인 접합부 및/또는 플랜지
3c:기능성 요소인 포트
3d:기능성 요소인, 센서를 갖거나 갖지 않는 센서 홀더 및/또는 튜브 홀더
3e:기능성 요소인, 라벨 및/또는 참조 마커 및/또는 기준물
3f:기능성 요소인 구조, 패턴, 안정화 및/또는 보강 요소
3g:기능성 요소의 일부로서의 인쇄가능한 재료층
4:센서
4a: 튜브 및/또는 파이프
5:인쇄가능 재료
5a:필라멘트
5b:필라멘트 롤
6:기본 요소와 연결되는 기능성 요소의 일부
7:제거/절단될 기능성 요소의 과잉 재료
7a:제거/절단되는 기능성 원소의 과잉 재료
7b:기능성 요소의 분쇄 및 분절된 과잉 재료
6:용접 수단
9:종래 기능성 요소
9a:기능성 요소의 세장부/조립 플랜지
9b:종래 기능성 요소의 본체
9c:과잉 표면
10:조립 장치
11:3차원 인쇄 장치, 특히 프린터(압출기) 헤드
12:기재를 제공하고 유지하기 위한 수단, 특히 컨베이어 벨트
13:가열 장치
14:기재의 롤
14a:롤이 풀리는 방향
15:기능성 요소 및/또는 기재의 과잉 재료를 제거하기 위한 수단, 예를 들어 레이저 커터
16:제거된, 특히 절단된 과잉 재료를 재활용하기 위한 수단
16a:제거된, 특히 절단된 과잉 재료의 부품 크기를 감소시키기 위한 밀
17:제거된 재료, 특히 절단된 과잉 재료를 3D 프린터에 제공하거나 과잉 재료로부터 새로운 기재를 제조하는 시스템
18:가열수단
19:열
100:일회용 생물반응기, 특히 일회용 백의 제조방법
101:기재를 제공하는 단계
102:3차원 인쇄 단계
102a:기재의 표면에 기능성 요소를 3차원 인쇄하는 단계
102b:열을 제공하여 기능성 요소를 기재의 표면에 연결하는 단계
103:기능성 요소 및/또는 기재의 과잉 재료 및/또는 과잉 부분들을 제거 및/또는 절단하는 단계
U:기재의 상면, 특히 2D 시트의 상면
L:기재의 하면, 특히 2D 시트의 하면
L1:기재에 대한 기능성 요소 형상의 투영/음영을 정의하는 선
L2:기재에 대한 용접 기계 형상의 투영/음영을 정의하는 선
d1:실시예들에서 잠재적으로 사용되는 조립 플랜지/세장부의 길이
d2:종래 기술인 용접 단계에 필요한 조립 플랜지/세장부의 길이

Claims (16)

1. 일회용 용기(1), 특히 일회용 생물반응기와 같은 일회용 백으로서,
   - 기재(2); 및
   - 적어도 하나의 기능성 요소(3) - 적어도 부분적으로, 바람직하게는 영구적으로 상기 기재(2)와 연결되고, 적어도 하나의 인쇄가능한 재료(5)로부터 3차원 인쇄 기술에 의해 얻어지고, 상기 인쇄가능한 재료(5) 및/또는 상기 기재(2)가 3차원 인쇄 동안 가열되어 인쇄된 상기 기능성 요소(3)를 상기 기재(2)에 적어도 부분적으로 연결함;
   을 포함하는 일회용 용기.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 기재(2)는,
   2차원 필름;
   스톡 시트;
   프리-컷 백;,
   프리-메이드 백, 특히 일회용 백; 및
   백 또는 용기의 벽 요소;
   중에서 적어도 하나인 일회용 용기.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기능성 요소(3)는,
   플랜지(3b); 포트(3c); 입구 및/또는 출구 지점; 센서 홀더(3d); 센서(4) 또는 센서의 일부; 윈도우 또는 윈도우 프레임; 커넥터; 라벨(3e) 및/또는 라벨 정보; 실질적으로 3차원 텍스트; 기준 마커 또는 기점; 3차원 구조물 및/또는 3차원 패턴(3f), 특히 안정화 및/또는 경화 및/또는 보강 요소; 튜브 홀더; 핸들(3a); 금속제 요소, 특히 전자 부품;
   중에서 적어도 하나를 포함하는 일회용 용기
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기재(2) 및/또는 기능성 요소(3) 및/또는 인쇄가능한 재료(5)는,
   PE, EVA, ABS, PC, PMMA, PLA, PES, PSU, POM, PEEK, PEI, PPO, PP, PET, PS, PA, PTFE, PU, TPE, 실리콘, 불소 중합체, 코폴리에스테르, 아크릴,
   적어도 하나를 포함하는 일회용 용기.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 인쇄 기술은,
   융합 필라멘트 제조, 인쇄가능한 재료(5)의 드롭-바이-드롭 적용 및/또는 인쇄가능한 재료(5)의 층-바이-층 적용,
   을 포함하는 것인 일회용 용기.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 인쇄 기술은,
   나노입자 잉크로부터 인쇄 및/또는 미립화 금속의 분무 및/또는 금속 분말의 용융 및/또는 전자 부품을 에어로졸 분사하는 것,
   을 추가로 포함하는 일회용 용기.
   
7. 기능성 요소(3)를 제조하고 기능성 요소(3)를 용기(1)의 기재(2)와 연결함으로써 일회용 용기(1)를 제조하는 방법(100)으로서,
   - 기재(2)를 제공하는 단계(101);
   - 기재(2)의 표면(2a) 상에 기능성 요소(3)를 인쇄가능한 재료(5)로부터 3차원 인쇄하는 단계(102a);및
   - 3차원 인쇄 단계(102)의 적어도 하나의 인터벌과 동시에 및/또는 그 전에 인쇄가능한 재료(5) 및/또는 기재(2)에 열(19)을 공급함으로써 기능성 요소(3)의 적어도 일부(6)를 기재(2)의 적어도 일부와 연결하는 단계(102b);
   를 포함하는 일회용 용기 제조방법.
   
8. 제7항에 있어서, 열(19)을 공급하는 단계는 기재(2)를 예열하는 단계를 포함하는 방법 일회용 용기 제조방법.
   
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 기능성 요소(3)의 3차원 인쇄 단계(102)는,
   아크릴, EVA, ABS, PC, PE, PMMA, PLA, PES, POM, PEEK, PEI, PP, PS, PTFE,
   중 적어도 하나의 인쇄가능한 재료(5)로부터 인쇄하는 단계를 포함하는 일회용 용기 제조방법.
   
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3차원 인쇄 단계(102)는,
    나노입자 잉크로부터 인쇄하는 단계 및/또는 미립화 금속을 분무하는 단계 및/또는 금속 분말을 용융하는 단계 및/또는 전자 부품을 에어로졸 분사하는 단계를 포함하는 일회용 용기 제조방법.
    
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 기재의 일부를 제거하는 단계(103) 및/또는 기능성 요소(3)의 과잉 부분을 제거하는 단계(103)를 추가로 포함하는 일회용 용기 제조방법.
    
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 기능성 요소(3)의 3차원 인쇄는 융합된 필라멘트 제조, 인쇄가능한 재료(5)의 드롭-바이-드롭 적용 및/또는 인쇄가능한 재료(5)의 층-바이-층 적용을 포함하는 일회용 용기 제조방법.
    
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제거, 특히 기능성 요소(3) 및/또는 기재(2)로부터 과잉 재료(7)를 절단하기 위해 제거하는 단계; 및
    - 특히 3차원 인쇄 단계 및/또는 기재(2)를 제조하는 단계에서 재사용함으로써 제거되는 과잉 재료(7a)를 적어도 부분적으로 재활용하는 단계;
    를 포함하는 일회용 용기 제조방법.
    
14. 기능성 요소(3)를 제조하고 기능성 요소(3)를 기재(2)와 연결하여 일회용 용기를 제조하기 위한 조립 장치(10)로서,
    - 기재(2)의 표면(2a)에 기능성 요소(3)를 인쇄하는 3차원 인쇄 장치(11); 및
    - 3차원 인쇄 동안 인쇄가능한 재료(5) 및/또는 기재(2)에 열(19)을 공급하여 인쇄된 기능성 요소(3)를 기재(2)에 적어도 부분적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 가열 장치(13);
    를 포함하는 일회용 용기 조립 장치.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 기재(2)를 제공하고 위치시키기 위한 수단, 바람직하게는 컨베이어 벨트를 더 포함하고, 선택적으로 상기 조립 장치(10)는 롤(14)로부터 상기 기재(2)를 제공하도록 구성되는, 일회용 용기 조립 장치.
    
16. 제14항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제거하기 위한, 특히 기능성 요소(3) 및/또는 기재(2)로부터 과잉 재료(7)를 절단하기 위한 제거 수단(15); 및
    - 특히 제거되는 초과 재료(7a)를 가열하여 3차원 인쇄 장치 및/또는 기재(2)를 제조하는 시스템(18)에 제공하는 수단(17)을 포함하는, 제거되는 과잉 재료(7a)를 적어도 부분적으로 재활용하기 위한 수단(16);
    을 더 포함하는 일회용 용기 조립 장치.

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