KR20220119685A - 3차원(3d) 구조물들을 리소그래피-기반 적층 가공하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스에 관한 것이며, 이 디바이스는, 빌딩 평면을 규정하는 빌딩 플랫폼; 상기 광 엔진의 노출 필드에서 광의 동적 패턴화를 위해 설계되는 광 엔진, 노출 필드를 가로질러 재료 층을 수송하기 위한 제1 구동 수단을 포함하는 재료 수송 유닛, 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 빌딩 플랫폼과 광 엔진의 상대적인 움직임을 유발시키기 위한 제2 구동 수단, 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 포지션 및/또는 속도를 감지하기 위한 선형 인코더, 및 선형 인코더에 의해 감지되는 포지션 또는 속도에 기초하여 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도를 조절하도록 구성되는 제2 제어 수단을 포함한다.

Description

3차원(3D) 구조물들을 리소그래피-기반 적층 가공하기 위한 시스템들 및 방법들

본 발명은 3차원(3D) 구조물들을 위한 리소그래피 기반 적층 가공(lithography-based additive manufacturing)을 위한 시스템들(systems) 및 방법들을 지칭한다.

폴리머들을 위한 많은 적층 가공(AM) 프로세스들은 높은 표면 품질뿐만 아니라 작은 피처 분해능(feature resolution)을 양호한 열-기계적 재료 특성들과 조합하는 과제를 다룬다. SLA(additive manufacturing)는 높은 정도의 정확도가 요망되는 피처들을 갖는 물품들을 제조하기 위한 유망한 후보이다. 일부 SLA 프로세스들은 대형 포토폴리머 수지 큰 통들을 사용하며, 이 통들에서, 빌딩 플랫폼 및 빌딩 플랫폼 상에 이미 인쇄된 구조물의 층들은 인쇄 프로세스 동안 잠겨진다. 이러한 시스템들에서, 새로운 층들은 액체 수지의 표면에 상하로 부가된다. 액체 포토폴리머 수지 층의 광중합을 유도하기 위해 상이한 광원들이 전형적으로 사용된다. 예로서, DLP(Digital Light Processing), 다른 능동형 마스크 투사 시스템들, 및/또는 레이저-스캐너 기반 시스템들은 포토폴리머 수지의 표면 상에 광 정보를 선택적으로 투사하는 데 사용될 수 있다. 이러한 인쇄 컨셉(들)은 유리하게는, 큰 수지 통들(vats)의 사용을 허용하고, 그리고 종종 큰 빌딩 영역들을 초래한다.

그러나, 잠겨진 구조물과 액체 수지 배스의 자유 표면 사이에 수지의 얇은 층을 생성하는 것은, 사용된 수지 제제의 점도 및/또는 표면 장력 현상을 포함하는 다양한 인자들로 인해 (예컨대, 액체 층 두께에 관한) 정확도에서 제한된다. 추가적으로, 피처 정확도는, 큰 건물 면적들이 사용될 때 ─ 비록 레이저/스캐너 시스템들이 사용된다하더라도 ─ , 전형적으로 제한된다. 스캐닝 필드의 큰 편차 각도들뿐만 아니라 스캐너 렌즈 구성의 광학적 제한들, 전통적으로 사용되는 펄스 레이저 소스들의 타이밍 제한들은 전체 인쇄 프로세스의 정확도 제한들 및 빌딩 영역의 중심과 에지 사이의 정확도 전환들(shifts)을 초래한다. 다른 매우 중요한 쟁점은, 인쇄 작업(예컨대, 통 충전 절차)이 시작될 수 있기 전에 상당한 양들의 포토폴리머 재료에 대한 필요이다. 포토폴리머 수지들이 화학적으로 불안정하게 될 수 있기 때문에, 큰 수지 통의 세정뿐만 아니라 수지 저장 및 열화는 경제적인 문제가 될 수 있고 그리고 시간에 걸쳐 프로세스 안정성을 제한한다.

일부 스테레오리소그래픽 접근법들은 통-기반 개념들을 사용하며, 여기서 액체 수지는 투명한 재료 통 내로 충전된다. 이러한 접근법들에 따르면, 액체 수지의 층은 아래로부터, 예컨대, 재료 통의 저부를 통해 선택적 광 정보에 의해 조사되어서, 인쇄된 구성요소들은 소위, 빌딩 플랫폼에 달라붙데 뒤집혀서(upside-down) 생성된다. 이러한 시스템들은, 빌딩 플랫폼을 수지 큰 통 내로 하강시킴으로써 수지 층 높이를 기계적으로 조절하는 가능성과 같은 일부 이점들을 나타낸다. 이렇게 함으로써, 요망되는 두께들을 갖는 수지의 층들(예컨대, 수지의 얇은 층들) 및/또는 요망되는 분해능들의 피처들을 갖는 제품들이 가능하게 되고 있다. 그러나, 많은 이러한 시스템들은 이들의 최대 인쇄 영역에서 제한된다. 빌딩 플랫폼이 수지 배스 내로 하강되어, 요망되는 층 두께를 생성함에 따라, 잔여 수지가 좁아지는 갭(gap) 밖으로 가압되어야 한다. 이러한 프로세스가 2차원 플레이트-투-플레이트(plate-to-plate) 프레스 현상에 의해 특징화되기 때문에, 갭에서의 압력은 인쇄 영역(예컨대, 이의 제곱만큼)에 대해 종종 상승한다. 또한, 많은 예들에서, 이러한 층은 광중합 후에 재료 통의 저부로부터 분리되어야 할 수 있다. 이러한 프로세스는 다시 인쇄된 영역의 크기에 따라 강한 힘들을 생성할 수 있다. 개념 자체는 인쇄된 구성요소들의 물리적인 치수들에 제한될 수 있다.

플레이트-투-플레이트(plate-to-plate) SLA 개념들과 연관된 문제들을 적어도 부분적으로 극복하기 위해, 상이한 해결책들이 제안되었다: Gmeiner 등의 발명의 명칭이 "Method and Device for Lithography-Based Generative Production of Three-Dimensional Forms"인 유럽 특허 공보 EP 3418033 A1은, 투명한 재료 지지 요소가 포토폴리머 수지의 얇은 층으로 코팅되어서, 빌딩 플랫폼이 액체 재료 층 내로 하강됨에 따라 보다 적은 재료가 층 갭 밖으로 밀려져야 하는 프로세스를 설명한다. 이러한 재료 지지 요소를 정밀하게 가열함으로써, 심지어 다양한 점도들의 포토폴리머 제제들(예컨대, 고점성 포토폴리머 제제들)이 처리될 수 있다. 이러한 재료 지지 요소를 위해 최적화된 표면 재료들 또는 라이닝들(linings)을 사용함으로써, 새로 인쇄된 층과 지지 요소 사이의 분리력들이 추가적으로 감소될 수 있다.

일부 개념들(예컨대, Ermoshkin 등의 발명의 명칭이 "Method and apparatus for three-dimensional fabrication"인 미국 특허 공보 번호 US 2017/0066185 A1에 설명된 개념들)은 재료 지지 요소와 수지 사이에 소위 '데드 구역(dead zone)’을 생성하기 위해 산소 투과성 멤브레인(oxygen permeable membrane)을 포함하며, 여기서 광중합은 산소 분자들로 인해 화학적으로 방지된다. 그러나, 이러한 데드 구역들의 화학적 안정성은 제어하기 어려울 수 있어서, 이러한 기술은 많은 산업적 제조 프로세스들에 적합하지 않으며, 여기서 조성물이 시간에 걸쳐 그의 품질에서 안정적인 것이 요망가능할 수 있다.

미국 특허 공보 번호 US 2017/0066185 A1에 따르면, 캐리어 필름은 액체 수지의 층을 프로세스 구역으로 수송하는 데 사용되며, 캐리어 필름은 수지 층을 중합하기 위해 사용되는 방사에 대해 투명하다. 수지 층을 조사하기 위해 사용되는 방사 소스는, 캐리어 필름에 의해 운반되는 액체 재료의 층이 빌딩 플랫폼과 점차적으로 접촉함에 따라 빌딩 플랫폼의 길이를 따라 이동된다. 따라서, 방사선 소스의 노출 구역과 함께 접촉하는 구역은, 큰 영역이 비교적 작은 이동가능한 프린트 헤드에 의해 인쇄될 수 있도록 빌딩 플랫폼의 길이를 따라 이동한다. 빌딩 플랫폼에 대해 이동되고 있는 프린트 헤드로 인해, US 2017/0066185 A1에서 개시된 시스템은, 프린트 헤드의 변위 경로를 따라 위치결정 오차들의 위험을 수반하여, 중첩된 층들 사이의 오정렬들의 위험뿐만 아니라 개개의 구조화 오차들을 초래한다. 추가적으로, 이러한 동적 시스템은 포토폴리머 수지 재료의 고형화를 획득하기 위해 충분한 노출을 제공하도록 노출 시간의 제어를 복잡하게 한다.

이는, 다양한 포토폴리머들에 의해 제기되는 특정 요건들을 또한 고려할 때 적용될 수 있다. 개선된 열기계적 특성들을 갖는 포토폴리머들을 인쇄할 때의 추가의 과제는, 이러한 수지들의 상대적으로 낮은 반응성에 관한 것이다. 대부분의 SLA 수지 제제들은 많은 분율의 이관능성 또는 다관능성 단량체들 또는 올리고머들을 보유한다. 반응성 기들(예컨대, 아크릴레이트- 또는 메타크릴레이트 기들에서의 이중 결합들)의 높은 함량은 제제의 조기 겔점(gel-point)으로 이어질 수 있다. 이는, 심지어 이중 결합-전환율(때때로 15% 내지 30%)의 상대적으로 낮은 속도에서, (예컨대, 이전 층을 파괴하고 그리고/또는 변형시키지 않으면서) 신선한 층이 종래 층의 구조적 무결성을 손상시키지 않고 재코팅될 수 있도록, 액체 수지가 겔화되고 그리고 충분히 단단하고 그리고 강하게 되는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 재료가 특정된 양을 넘어 경화될 때까지 노출(예컨대, 충분한 양의 고형화를 위한 노출)을 제공하기 위해 (예컨대, 표면에 걸쳐 레이저 빔을 스캐닝함으로써) 매우 짧은 광 펄스만이 필요하다. 나머지 경화되지 않은 이중 결합들은 후-경화 단계에 의해 변환될 수 있어, 최종적으로 고도로 가교결합된 폴리머로 이어진다. 이러한 고도로 가교결합된 폴리머들은 높은 유리전이온도(Tg)를 나타낼 수 있지만, 공유 네트워크로 인해 낮은 인성을 겪을 수 있으며, 그리고 이에 따라 산업적 그리고/또는 대량 제조 적용들에 대해 단지 제한적으로 사용된다.

이에 반해, 보다 낮은 양의 다관능성 단량체들을 갖는 수지들은, 보다 적은 가교들을 갖는 폴리머 네트워크들을 산출하여, 폴리머의 인성을 개선시키지만, 유리전이온도를 보다 낮은 온도들로 감소시킨다. 높은 유리전이온도뿐만 아니라 높은 인성을 획득하기 위해, 포토폴리머 제제들은, 강한 2차 결합들(예컨대, 수소 결합들, 반 데르 발스(Van der Waals) 결합들) 및 큰 분자량을 갖는 단량체들 또는 올리고머들과 조합하여 낮은 양의 다관능성 단량체들이 사용될 수 있다. 강한 2차 결합들은 최종적인 폴리머 네트워크의 유리전이온도 및 강성도를 증가시키며, 그리고 고분자량(긴 사슬들)을 갖는 올리고머들은 파단시의 연신율 및 추가의 결과에서 재료의 인성을 증가시킨다. 따라서, 이러한 포토폴리머 네트워크는, 사출 성형에 의해 현재 처리되고 그리고 매우 다양한 엔지니어링 적용들에서 사용되는 열가소성 재료들과 같은 유사한 열-기계적 특성들을 제공한다.

강한 2차 결합들을 갖는 이러한 낮게 가교결합된 포토폴리머 네트워크들을 처리하기 위한 과제는 두 가지이다: 반응기들의 낮은 함량은 지연된 겔점으로 이어질 수 있으며, 그리고 고분자량 올리고머들과 조합하는 강한 2차 결합들은 제제의 점도를 상당히 증가시켜, 리소그래피 기반 AM을 위한 종래 기술의 시스템들로 처리될 수 없는 제제들로 이어진다.

따라서, 본 발명의 목적은, 강한 2차 결합들을 갖는 낮게 가교결합된 포토폴리머 네트워크들을 처리하기 위해 적합한 3차원(3D) 구조물들의 리소그래피-기반 적층 가공을 위한 개선된 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본원에 설명되는 디바이스(들) 및/또는 방법(들)은 큰 빌딩 플랫폼 상에서 3D-구조물들의 정확한 제조를 가능하게 할 것이며, 이의 인쇄 영역은 광 엔진의 노출 필드의 배수이다. 추가적으로, 본원에 설명된 디바이스(들) 및/또는 방법들은 포토폴리머 수지 재료의 고형화를 획득하기에 충분한 노출을 제공하도록 노출 시간(들)의 정확한 제어를 허용할 것이다. 예를 들어, 노출 시간은, 재료가 특정된 양을 넘어 경화될 때까지의 노출(예컨대, 충분한 양의 고형화를 위한 노출)을 제공할 것이다. 이 노출은, 재료를 고체 상태가 되게 하기 위한 노출, 재료가 임계치를 넘어 완전히 및/또는 부분적으로 경화되는 것을 유발시키기 위한 노출 등일 수 있다.

본 발명의 추가의 목적은, 포토폴리머 물질들(충전되지 않은 그리고 충전된 포토폴리머 수지들)을 위한 안정적인 그리고 연속적인 적층 가공 프로세스를 제공하는 것이며, 본 발명은 동시에, 높은 인쇄 정확도, 포토폴리머 수지의 화학 조성에 관련하여 큰 프로세스 유연성, 높은 제조 안정성, 높은 자율성, 및 인쇄 매개변수들을 상당히 변경시키지 않고 물리적으로 스케일가능한(scalable) 전체적인 프로세스 개념을 제공한다. 표적화된 포토폴리머들은 우수한 열-기계적 특성들을 제공해서, 낮은 반응성, 낮은 가교결합-밀도, 지연된 겔점, 및 높은 점도를 갖는 수지들을 처리할 수 있는 인쇄 프로세스를 지원해야 한다.

이러한 그리고 다른 목적들을 해결하기 위해, 본 발명은 3차원 구조물들의 리소그래피-기반 적층 가공을 위한 디바이스를 제공하며, 이 디바이스는,

- 빌딩 평면(building plane)을 규정하는 빌딩 플랫폼(building platform),

- 광 엔진의 노출 필드(exposure field)에서 광의 동적 패턴화(dynamic patterning)를 위해 설계되는 광 엔진(light engine),

- 노출 필드를 가로질러 재료 층을 수송하기 위한 제1 구동 수단을 포함하는 재료 수송 유닛(material transport unit),

- 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 빌딩 플랫폼과 광 엔진의 상대적인 움직임을 유발시키기 위한 제2 구동 수단,

- 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 상대적인 움직임 동안 상기 노출 필드에서 재료 층 및 빌딩 플랫폼의 상기 상대적인 움직임을 최소화하도록 상기 제1 및/또는 제2 구동 수단을 제어하도록 구성되는 제1 제어 수단;

- 변위 경로를 따른 광 엔진 및 빌딩 플랫폼의 상기 상대적인 움직임 동안, 광 엔진이 조절가능한 공급 속도로 패턴 섹션들(pattern sections)의 시퀀스(sequence)를 방출하는 것을 유발시키기 위해 상기 공급 속도로 패턴 섹션 데이터의 시퀀스를 광 엔진에 공급하기 위한 패턴 데이터 공급 수단;

- 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 포지션 및/또는 속도를 감지하기 위한 선형 인코더, 및

- 선형 인코더에 의해 감지되는 포지션 또는 속도에 기초하여 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도를 조절하기 위한 제2 제어 수단을 포함한다.

본원에 사용되는 바와 같이, “패턴 데이터(pattern data)”는, 광 엔진이 특정된 패턴에 따라 빌딩 플랫폼 상의 재료를 선택적으로 경화시키는 것을 유발시키는 광원(예컨대, 광 엔진)에 제공되는 데이터를 포함할 수 있다.

디바이스는, 큰 빌딩 플랫폼 상에서 3D-구조물들의 제작을 가능하게 하기 위해 광 엔진 및 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임에 의해 특징화되며, 이의 프린트 영역은 광 엔진의 노출 필드의 배수, 특히, 광 엔진의 노출 필드의 적어도 3배이다. 본 개시에 따르면, 2개의 디바이스들의 "상대적인 움직임"은 2개의 디바이스들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 디바이스에 대해 이동하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 경량 엔진 및 빌딩 플랫폼의 “상대적인 움직임”은 광 엔진 및 빌딩 플랫폼이 서로에 대해 이동되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 빌딩 플랫폼이 정적인 경우, 제2 구동 수단은, 광 엔진이 변위 경로를 따라 이동하는 것을 유발할 수 있다. 대안적으로, 광 엔진은 정적일 수 있고, 빌딩 플랫폼은 변위 경로를 따라 빌딩 플랫폼에 대해 이동하도록 구동될 수 있다.

본원에 설명된 바와 같이, "광"은 포토폴리머 수지의 중합을 유도할 수 있는 임의의 전자기 방사를 포함할 수 있다. 용어 “광”은 가시 광, 예컨대, 사람 눈에 의해 인지될 수 있는 스펙트럼의 부분으로 제한될 필요가 없다.

광 엔진은 패턴에 따라 포토폴리머 수지를 선택적으로 경화하기 위해 광 엔진의 노출 필드에서 광을 패턴화하도록 설계될 수 있다. 특히, 이는 광 엔진의 노출 필드에서 광의 동적 패턴화를 수반할 수 있다. 광의 패턴화는 포토폴리머 수지의 표면 상에 광 정보를 선택적으로 투사하기 위해 레이저-스캐너 기반 시스템들(laser-scanner based systems)뿐만 아니라 DLP(Digital Light Processor) 또는 다른 능동형 마스크 투사 시스템들에 의해 성취될 수 있다. 동적 광 엔진은 동적 광 정보, 예컨대 동적 투사된 이미지들, 레이저 스캐닝 또는 다른 0차원, 1차원 또는 2차원 동적 광 정보를 생성할 수 있다. 특히, 본 발명은 조절가능한 공급 속도로 광 엔진으로 패턴 섹션 데이터의 시퀀스를 공급하기 위한 패턴 데이터 공급 수단을 제공한다. 광 엔진의 노출 필드가 단지 빌딩 플랫폼의 부분적인 길이에 걸쳐 연장하기 때문에, 광 엔진에는 전체 패턴의 섹션들의 시퀀스가 제공된다. 패턴 데이터 공급 수단으로부터 광 엔진에 의해 수신되는 개별 패턴 섹션은, 인쇄될 패턴의 정확한 제어를 보호하도록 지연 없이 투사된다. 패턴 섹션들이 광 엔진으로 공급되는 공급 속도를 제어함으로써, 사용자는, 광 패턴 섹션들의 시퀀스가 재료 층 상으로 방출되는 속도를 제어한다.

패턴 섹션 데이터의 시퀀스를 광 엔진으로 공급하는 것은, 제어 데이터 또는 패턴 데이터를 광 엔진으로 공급하는 것을 포함하며, 제어 또는 패턴 데이터는, 광 엔진이 상기 제어 또는 패턴 데이터에 의해 나타나는 개개의 광 패턴을 방출하는 것을 유발시키도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 광 엔진은 변위 경로를 따라 광 엔진 및 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임 동안 재료 상으로 광 패턴 섹션들의 시퀀스를 방출하도록 유발된다. 이러한 방식으로, 패턴 섹션들의 시퀀스가 특정된 속도로 투사되는 동안, 광 엔진이 빌딩 플랫폼에 대해 연속적으로 이동되거나, 빌딩 플랫폼이 광 엔진에 대해 연속적으로 이동되는 연속적인 프로세스가 달성된다.

이러한 연속적인 프로세스에서, 광 엔진에 의한 광의 동적 패턴화가 광 엔진 및 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임과 동기화되는 것이 종종 요망가능하다. 이러한 동기화는, 각각의 패턴 섹션이 빌딩 플랫폼에 대해 타이밍-방식(timing-wise) 및 포지션-방식으로(position-wise) 정확하게 배치되는 것, 그리고 재료 층들이 정렬된 방식으로 상하로 정확하게 구축되는 것을 초래할 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 동기화는 빌딩 플랫폼에 대해 광 엔진의 포지션 및/또는 속도를 감지하기 위한 선형 인코더를 제공함으로써 달성되며, 제2 제어 수단은 선형 인코더에 의해 감지되는 포지션 또는 속도에 기초하여 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도를 조절하기 위해 제공된다. 이러한 방식으로, 동적 광 정보는, 이러한 광 정보의 동적 속도(즉, 패턴 섹션들의 시퀀스가 투사되는 속도, 예컨대, 패턴의 "스크롤링 속도(scrolling speed)")가 가능한 한 최상으로 광 엔진과 빌딩 플랫폼 사이의 상대적인 움직임의 물리적인 속도에 일치하도록 포토폴리머 수지 상으로 투사된다.

전체 변위 경로에 걸쳐 적합한 동기화를 수행하기 위해, 선형 인코더는, 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 전체 변위 경로에 걸쳐 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 포지션 및/또는 속도를 감지하기 위해 구성된다. 추가적으로, 선형 인코더는 바람직하게는, 연속적인 방식으로 또는 규정된 간격들로 포지션 및/또는 속도를 감지하기 위해 구성된다. 이에 따라, 제2 제어 수단들은 바람직하게는, 연속적으로 또는 상기 규정된 간격들로 공급 속도를 조절하기 위해 구성된다.

높은 정밀도를 보장하기 위해, 선형 인코더는 정확한 방식으로, 바람직하게는 0.1나노미터(nm) 내지 1.000마이크로미터(㎛)의 정확도로, 광 엔진과 빌딩 플랫폼 사이의 실제 상대적인 포지션 또는 속도를 검출할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 정확도는 1nm 내지 10㎛일 수 있으며, 그리고 선형 인코더는 동시에 이러한 포지션 또는 속도 정보를 측정하고 그리고 높은 반복 속도로 제2 제어 수단에 공급할 수 있다. 바람직하게는, 선형 인코더는 10Hz 내지 100MHz의 주파수에서 상대적인 포지션 또는 속도를 검출하기 위해 구성된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 선형 인코더는, 별개 위치결정 신호들을 해석할 수 있고 그리고 바람직하게는 이동 유닛에 장착되는 능동식 인코더 유닛(논리 유닛(logic unit)), 및 물리적인 방식으로 (예컨대, 광학 마크들, 전자기 마크들, 자기 마크들 등) 포지션 신호 정보를 특징화하고 그리고 바람직하게는 비이동 유닛 상에 장착되는 물리적인 측정 바 또는 인코더 바를 포함한다. 선형 인코더는 바람직하게는 포지션 및/또는 속도 데이터를 비접촉 방식으로, 예컨대 광학적으로, 전자기적으로 또는 자기적으로 감지한다.

실시간 포지션 또는 속도 데이터를 제공하기 위해, 선형 인코더는 50μs의 최대 레이턴시(latency), 바람직하게는 30μs의 최대 레이턴시로 그의 포지션 및/또는 속도 데이터를 제2 제어 수단으로 공급하도록 구성된다.

제2 구동 수단은, 광 엔진과 빌딩 플랫폼 사이의 상대 속도가 안정적인 그리고 균일한 인쇄 조건들을 제공하기 위해 가능한 한 일정한 것을 보장하도록 제어될 수 있다. 적층 가공 프로세스를 물리적으로 스케일링하는(scaling) 능력은 속도 일관성의 이러한 요건으로부터 이익을 얻고 있다. 이동 부품에 질량을 부가하는 것은 일정한 속도를 달성하기 위해 제어 알고리즘들 및 구동 엔진 선택을 용이하게 하는데 도움이 된다. 그러나, 일정한 속도를 달성하는 것은, 정확한 적층 가공을 위한 전제조건일 필요는 없는데, 왜냐하면 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도가 광 엔진의 이동 속도의 변화들에 대해 조절될 수 있기 때문이다. 따라서, 빌딩 영역에 대한 충분한 동적 광 정확도는 또한, 예컨대 빌딩 플랫폼의 단부를 향해 광 엔진과 빌딩 플랫폼 사이의 움직임에서 가속 및 감속 페이즈들(phases) 동안 완전히 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광 엔진은 조절가능한 광 펄스 속도로 상기 노출 필드에 광을 간헐적으로 방출하기 위해 설계되며, 광 엔진은 바람직하게는 광 펄스 속도를 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도에 동기화하도록 구성된다. 광 펄스들을 생성하기 위해 광 엔진을 간헐적으로 전원을 켜고 그리고 전원을 끔으로써, 재료 층은 단지, 이용가능한 시간 슬롯, 즉, 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도에 의해 규정되는 시간 슬롯의 섹션에 걸쳐 조사된다. 특히, 광 펄스들은, 광 펄스가 광 엔진이 새로운 패턴 섹션으로 전환(예컨대, "스크롤(scroll)")할 때마다 생성되도록 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도와 동기화된다. 제2 구동 수단이 광 엔진 및 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임을 유발시키면서, 광 펄스들이 방출되기 때문에, 재료 층 상으로 방출되는 패턴화된 광의 포지션은 시간 슬롯 동안 변하며, 이는 블러링 효과(blurring effect)를 갖는다. 단지 이용가능한 시간 슬롯의 섹션에 걸쳐서 광을 방출함으로써, 이러한 효과는 최소화될 수 있다.

동시에, 다양한 포토폴리머들 및/또는 개선된 포토폴리머 수지들이 중합을 유도하기 위해 (예컨대, 최소 방사 에너지를 넘어) 임계량의 방사 에너지를 수용하는 것이 요망가능할 수 있다. 이것이 적용될 수 있는 포토폴리머 제제들의 비제한적인 예들은 WO 2019/213585 A1, WO 2019/213588 A1 및 EP 3319543 A1에 설명된 것들을 포함한다. 이들 출원들의 내용들은 본원에 완전히 제시되는 경우와 같은 인용에 의해 이에 의해 포함된다.

바람직한 실시예에 따르면, 광 엔진은 광 펄스들의 펄스-듀티 인자(pulse-duty factor)를 조절하도록 구성된다. 펄스 듀티 인자는 펄스 지속기간 대 펄스 기간의 비율이다. 예를 들어, 보다 높은 펄스-듀티 인자는 보다 큰 양의 방사 에너지를 요구하는 포토폴리머 재료로 선택될 수 있으며, 그리고 보다 낮은 펄스-듀티 인자는 보다 적은 양의 방사 에너지를 요구하는 포토폴리머 재료로 선택될 수 있다.

펄스-듀티 인자가 0.1 내지 0.8, 바람직하게는 0.2 내지 0.7의 값으로 설정된다면, 이러한 경쟁적인 고려사항들 사이의 양호한 절충이 달성될 수 있다.

패턴 데이터 공급 수단과 연관하여, 바람직한 실시예는, 패턴 데이터 공급 수단이, 상기 빌딩 플랫폼 상에 구축될 재료 층의 패턴을 나타내는 패턴 데이터를 저장하는 데이터 저장소(data storage)를 포함하며, 상기 패턴 데이터는 제2 구동 수단의 변위 경로를 따라 측정되는 상기 패턴의 길이 치수와 연관되고, 상기 패턴 데이터는 상기 패턴의 길이를 따라 상기 패턴의 복수의 패턴 섹션들을 나타내는 패턴 섹션 데이터(pattern section data)를 포함한다.

바람직하게는, 패턴 데이터는 픽셀들(pixels)의 복수의 열들을 포함하는 픽셀들의 직사각형 그리드로서 구조화되며, 각각의 패턴 섹션은 픽셀들의 적어도 하나의 열을 포함한다.

각각의 패턴 섹션이 픽셀들의 정확히 하나의 열을 포함하는 경우, 픽셀들의 각각의 열은 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도에 대응하는 주파수로 재료 층 상으로 잇따라 투사된다.

각각의 패턴 섹션이 수개의 픽셀들의 열들을 포함한다면, 본 발명의 바람직한 실시예는, 광 엔진으로 공급되는 상기 패턴 섹션 데이터의 시퀀스는 픽셀들의 하나의 열만큼 서로 오프셋되는 패턴 섹션들을 나타내는 것을 제공한다. 따라서, 패턴 섹션들의 시퀀스에 순차적으로 배열되는 패턴 섹션들은 서로 중첩하며, 그리고 하나의 패턴 섹션으로부터 후속하는 패턴 섹션까지의 전이는, 광 엔진이 픽셀들의 하나의 열의 치수에 대응하는 거리만큼 빌딩 플랫폼에 대해 이동했기 때문에, 노출 필드의 전방 단부에서 픽셀들의 새로운 열을 부가하고 그리고 노출 필드의 말단 단부에서 픽셀들의 열을 제거함으로써 수행된다. 이러한 방식으로, 광 엔진은 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 움직임 속도에 대응하는 속도로 패턴을 통해 스크롤한다.

이전에 언급된 바와 같이, 재료 수송 유닛은 노출 필드를 가로질러 재료 층을 수송하기 위해 제공된다. 바람직한 실시예에 따르면, 재료 수송 유닛은 광 엔진에 의해 방출되는 광에 대해 적어도 부분적으로 투명한 가요성 캐리어 필름(flexible carrier film)을 포함하며, 그리고 코팅 수단들(coating means)(예컨대, 코팅 블레이드들)은 재료 층을 갖는 가요성 캐리어 필름의 전방 측면을 코팅하도록 배열되고, 캐리어 필름의 전방 측면은, 노출 필드를 가로질러 이동할 때 빌딩 플랫폼을 대면한다. 캐리어 필름은 바람직하게는 무단 캐리어 필름(endless carrier film), 연속 캐리어 필름, 벨트 또는 노출 필드의 상류에 있는 위치에서 코팅되는 다른 구동 기구를 사용하여 회전하는 캐리어 필름으로서 설계된다. 바람직하게는, 탈코팅 시스템(de-coating system)은 노출 필드의 하류에 제공될 수 있으며, 이는, 새로운 층이 적용되기 전에 캐리어 필름으로부터 포토폴리머 재료의 최종적인 잔여물들을 제거하도록 허용한다. 바람직하게는, 탈코팅 시스템은 이동하는 캐리어 필름이 중간에 있는 상태로 지지 플레이트에 대해 가압되는 스크레이퍼 블레이드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이러한 시스템은 스크레이프된 재료를 수집하고, 그리고 이 재료를 저장 영역 또는 저장 탱크를 향해 다시 운반한다.

일부 실시예들에서, 캐리어 필름이 무한 필름이 아닌 경우, 이의 길이는 빌딩 플랫폼의 길이에 구성되거나, 캐리어 필름은 빌딩 플랫폼보다 상당히 더 길다.

바람직하게는, 광 엔진, (무단) 가요성 캐리어 필름, 및 코팅 수단은 프린트 헤드에 또는 프린트 헤드 상에 배열되며, 프린트 헤드는 빌딩 플랫폼에 대한 프린트 헤드의 상대적인 움직임을 유발시키기 위해 제2 구동 수단에 의해 이동가능하다. 이러한 방식으로, 프린트 헤드는 빌딩 플랫폼에 대해 이동되는 모든 부품들을 포함한다. 여기서, 빌딩 플랫폼은 길이방향으로 정적인 상태로 유지되는 플랫폼으로서 설계될 수 있는 반면, 프린트 헤드는 제2 구동 수단에 의해 이동된다.

프린트 헤드는 캐리어 필름 인장 기구(예컨대, 캐리어 필름에 장력을 부가하고, 제거하고, 수정하는 등의 기구)을 포함할 수 있으며, 이는 필름의 적합한 인장을 제공할 수 있다. 캐리어 필름의 충분한 장력은, 양호한 수지 코팅 및 노출 결과들을 획득하기 위해 유리하다. 바람직한 실시예에서, 상기 인장 기구는 캐리어 필름을 안내하는 롤러에 직접적으로 장착된다.

추가적으로, 하나 이상의 롤러들(예컨대, 롤러들의 어레이)은 상기 프로세스에서 그의 업무들 동안 캐리어 필름을 안내하기 위해 제공될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 롤러들은 재료 층과의 직접적인 접촉을 회피하기 위해, 단지 캐리어 필름의 일 측면 상에, 예컨대 무단 캐리어 필름의 내측에 배열된다. 그러나, 본 발명은 또한 실시예들을 포함하며, 롤러들은, 디바이스의 대안적인 실시예에서 필요하다면, 캐리어 필름의 코팅된 측면 상에 장착된다. 이러한 경우에, 롤러 표면은, 예컨대, 특정 롤러 표면 또는 텍스처를 선택함으로써 재료 층에 접촉하기 위해 구성될 수 있다. 선택적으로, 이러한 롤러들은 제어된 방식으로 개별적으로 가열될 수 있다.

본 발명에 따르면, 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 상기 상대적인 움직임 동안 상기 노출 필드에서 상기 재료 층 및 상기 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임을 최소화하도록 상기 제1 및/또는 제2 구동 수단을 제어하도록 제공된다. 바람직하게는, 상기 제1 제어 수단은, 재료 층과 빌딩 플랫폼 사이에 상대적인 움직임이 본질적으로 존재하지 않도록 상기 제1 및/또는 제2 구동 수단을 제어하도록 구성된다.

바람직하게는, 재료 층을 수송하기 위한 제1 구동 수단은, 캐리어 필름 속도를 제2 구동부에 의해 유도되는 상대적인 움직임에 동기화하도록 캐리어 필름을 제어된 방식으로 이동시키기 위해, 예를 들어, 상기 제1 제어 수단에 의해 제어되는 구동 엔진을 포함한다. 이러한 동기화는, 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 상대적인 움직임 동안 재료 층과 빌딩 플랫폼의 접촉 구역에서 상대적인 움직임이 존재하지 않는 것을 초래한다.

일부 실시예들에서, 제1 구동 수단은 캐리어 필름 시스템의 롤러들 중 하나에 커플링되고 그리고/또는 직접적으로 장착될 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 롤러들은 구동 엔진에 연결되며, 예를 들어, 하나의 피동식 롤러는 코팅 구역에 가까울 수 있으며, 그리고 다른 피동식 롤러는 안내 롤러일 수 있다.

바람직하게는, 캐리어 필름을 안내하기 위한 안내 기구, 예컨대 드리프팅 이슈들에 대해 캐리어 필름을 조향할 수 있는 조향가능한 안내 롤러 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 이러한 롤러는 캐리어 필름 모터 구동부에 직접적으로 연결된다. 선택적으로, 이러한 기구는 제어된 방식으로 가열될 수 있다.

바람직하게는, 안내 플레이트는, 캐리어 필름과 빌딩 평면 사이에 갭(gap)을 규정하기 위해 광 엔진과 캐리어 필름 사이의 노출 필드에 배열되며, 그리고 안내 플레이트는 광 엔진에 의해 방출되는 광에 대해 적어도 부분적으로 투명하다. 안내 플레이트는, 캐리어 필름이 노출 필드를 가로질러 이동할 때 캐리어 필름이 안내 플레이트와 접촉 관계에 있도록 배열되어, 이에 의해 캐리어 필름을 안내하도록 배열된다. 따라서, 안내 플레이트는 가요성 캐리어 필름의 후방 측면에 접촉하고 있으며, 캐리어 필름의 후방 측면은, 노출 필드를 가로질러 이동할 때, 빌딩 플랫폼을 등진다. 안내 플레이트는, 빌딩 플랫폼을 대면하는 그의 측면 상에 평면 표면을 포함할 수 있어서, 갭은 2개의 평행한 평면들, 안내 플레이트의 평면 표면과 빌딩 플랫폼의 빌딩 평면 사이에 형성된다. 갭의 폭은, 노출 필드에서 광 엔진의 방사에 노출되는 재료 층 두께를 규정한다.

선택적으로, 안내 플레이트는, 요망되는 경우, 갭의 폭을 조절하기 위해 빌딩 평면에 대해 수직한 방향으로 조절가능하다.

개선된 포토폴리머 수지들의 높은 점도를 고려한다면, 본 발명의 디바이스는 바람직하게는, 재료 층의 온도를 제어하기 위한 가열 수단들을 포함할 수 있다. 특히, 재료 층의 온도는 노출 필드에서 제어될 수 있는데, 왜냐하면 감광성 폴리머들의 화학 반응성이 이들의 온도에 의해 직접적으로 영향을 받기 때문이다. 노출 필드에서 온도를 제어하는 것은 노출 필드에서 캐리어 필름을 안내하는 안내 플레이트를 가열함으로써 도달될 수 있다. 이에 따라, 바람직한 실시예는, 제1 가열 수단들이 안내 플레이트를 가열하기 위해 제공되는 것을 제공한다. 특히, 가열 수단들은 노출 필드에서 안내 플레이트를 가열하기 위해 배열된다.

안내 플레이트가 수지 경화를 위해 사용되는 파장 또는 파장 범위에 대해 광학적으로 투명하기 때문에, 간접적인 가열 수단들이 바람직하다. 바람직한 가열 수단들은, 주변 공기 또는 프로세스 가스들을 가열하도록 구성되는 고온 공기 가열, 예컨대 가열 수단, 안내 플레이트를 통해 펌핑되거나 그의 하나의 측면 상에서 안내 플레이트를 둘러싸는 투명한 액체를 가열하도록 구성되는 가열 수단, 및 노출 필드에 인접한 영역들에서 안내 플레이트를 전도식으로 가열하기 위한 가열 요소들을 포함하는 가열 수단을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 가열 수단들은 빌딩 플랫폼을 등지는 측면으로부터 안내 플레이트를 가열하기 위해, 적외선 조사기들과 같은 적외선 가열 요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 적외선 방사는 감광성 재료에 부딪히기 전에 우선적으로 안내 플레이트에 부딪히고 있다. 이와 관련하여, 바람직한 실시예는, 안내 플레이트가 적외선 방사에 대해 불투명하거나 단지 부분적으로 투명하거나 포토폴리머 수지를 경화하기 위해 사용되는 방사 파장에 대해 적어도 부분적으로 투명한 재료로 제조되는 것을 제공한다.

온도 제어되는 것을 위해 고려될 다른 프로세스 구역은 코팅 구역이며, 여기서 캐리어 필름은 포토폴리머 수지로 코팅된다. 코팅 구역을 특정 온도로 가열하는 단계는 포토폴리머 수지의 점도를 감소시키기 위해 유리할 수 있으며, 수지의 점도는 그의 온도에 의해 결정된다. 캐리어 필름을 포토폴리머 수지의 얇은 층으로 코팅하기 위해, 코팅 수단들은 캐리어 필름의 전방 측면 상에 배열되는 닥터 블레이드(doctor blade)와 같은 라켈 기구(rakel mechanism)를 포함하며, 캐리어 필름은 라켈 기구의 반대편에 있는 캐리어 필름의 후방 측면 상에 배열되는 지지 플레이트에 의해 코팅 구역에서 지지된다. 바람직하게는, 가열 요소는 닥터 블레이드와 같은 라켈 기구를 가열하기 위해 제공된다. 추가적으로, 가열 요소는 바람직하게는 지지 플레이트를 가열하기 위해 또한 제공될 수 있다. 가열될 때, 지지 플레이트는 캐리어 필름으로 열을 전달하며, 이는 결국 코팅 구역에서 캐리어 필름 상으로 코팅되는 포토폴리머 수지를 가열한다.

더욱이, 예열 및 후-가열 구역은, 수지 가열을 지원하기 위해 그리고 결과적으로 수지가 캐리어 필름에 의해 노출 필드 내로 이동되기 전에, 수지 점도를 하강시키기 위해 노출 필드 주위에서 구현될 수 있다. 후-가열 구역은 매끄러운 온도 구배들을 조절하는 것을 도울 수 있고 그리고 부가적인 프로세스 안정성을 부가할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시예는, 제2 가열 수단들이 재료 층을 가열하기 위해 코팅 수단과 노출 필드 사이에 배열되는 것을 제공한다.

바람직하게는, 부가의 가열 수단들은 빌딩 플랫폼의 온도를 제어하기 위해 제공되는데, 왜냐하면, 수지가 저온 빌딩 플랫폼에 적용되었다면, 수지 온도가 상당히 떨어지기 때문이다. 이는, 빌딩 플랫폼의 표면과의 이러한 층(들)의 직접적인 접촉으로 인해 빌딩 플랫폼 상에 인쇄되는 제1 층들에 대해 중요하다. 인쇄 프로세스에서 후에, 빌딩 플랫폼의 가열은 또한 바람직한데, 왜냐하면 빌딩 플랫폼 온도가 적합하게 제어되지 않았다면, 건축 플레이트의 열적 팽창 현상들이 시간에 걸혀 인쇄 정확도에 부정적으로 영향을 줄 것이기 때문이다. 빌딩 플랫폼의 가열은 빌딩 플랫폼을 운반하기 위한 빌딩 플랫폼 또는 캐리어 요소를 가열하기 위해 가열 패드들 또는 다른 가열 요소들을 사용함으로써 달성될 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빌딩 플랫폼은 교환가능하도록 배열된다. 예를 들어, 빌딩 플랫폼은 캐리어 요소 상에 교환가능하게 배열되거나 캐리어 요소에 연결될 수 있다. 이는, 빌딩 플랫폼이 인쇄 프로세스 종료된 후에 용이하게 제거되는 것 그리고 다음의 인쇄 프로세스를 위해 새로운 빌딩 플랫폼이 설치되는 것을 허용한다. 바람직하게는, 건설 플랫폼을 제거하고 그리고 설치하는 프로세스는, 예컨대, 빌딩 플랫폼과 캐리어 요소를 서로 커플링하도록 구성되는 커플링 유닛 및/또는 전기 신호에 의해 활성화될 수 있고 그리고 해제될 수 있는 캐리어 요소 상에 빌딩 플랫폼을 고정시키기 위한 수단에 의해, 자동으로 수행될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 빌딩 플랫폼은 진공 디바이스에 의해 또는 전자기 디바이스에 의해 캐리어 요소에 교환가능하게 고정되며, 특히, 적어도 하나의 채널은 캐리어 요소의 표면에 제공되며, 이 캐리어 요소는 빌딩 플랫폼 캐리어와 교환가능한 빌딩 플랫폼 사이에 부압을 생성할 수 있는 진공 소스에 연결된다. 이러한 실시예에서, 교환가능한 빌딩 플랫폼은 간단한 시트 금속 플레이트(sheet metal plate)일 수 있다. 더욱이, 이러한 캐리어 요소는 또한, 자동 빌딩 플랫폼 교환 수단을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 교환 수단들은 캐리어 요소 아래에 배열되는 돌출부들과 정렬되는 캐리어 요소에 홀들 또는 갭들을 포함한다. 캐리어 요소의 아래쪽 움직임 시에, 돌출부들은 아래로부터 홀들 또는 갭들을 관통하고 그리고 캐리어 요소로부터 빌딩 플랫폼을 들어올린다. 바람직한 실시예에서, 이러한 돌출 요소들은 휠들 또는 캐리어 벨트 기구들을 포함하며, 휠들 또는 캐리어 벨트 기구들은 캐리어 요소로부터 빌딩 플랫폼을 들어올릴 수 있을 뿐만 아니라, 빌딩 플랫폼을 인쇄 구역 밖으로 이동시키거나 끌어당길 수 있다. 바람직하게는, 이러한 기구는 자율 인쇄 절차들에 대해 유익한 자동화된 빌딩 플랫폼 교환 기구의 부품일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 캐리어 요소는 캐리어 요소 상에 (예컨대, 저부 상에 그리고/또는 이의 측면 상에) 설치된 가열 요소들을 갖는 금속 플레이트로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빌딩 플랫폼 및 수송 유닛은 빌딩 평면에 대해 수직한 방향으로의 상대적인 움직임을 위해 구성된다. 이러한 목적을 위해, 구동 수단들은 바람직하게는 빌딩 평면에 대해 수직으로 연장하는 변위 경로를 따라 수송 유닛 및 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임을 유발시키기 위해 제공된다. 이러한 높이 조절에 의해, 빌딩 플랫폼과 캐리어 필름의 수지 측면 사이의 갭의 폭은 재료 층의 층 두께를 규정하기 위해 조절될 수 있다.

추가적으로, 빌딩 플랫폼 및 수송 유닛의 상대적인 이동성은, 제1 층이 빌딩 플랫폼 상으로 인쇄된 후에 부가의 층들을 하나가 다른 하나 위에(one over the other) 인쇄하도록 시스템을 조절하도록 허용한다. 각각의 부가의 층을 위해, 빌딩 플랫폼과 캐리어 필름 사이의 거리는 층 두께에 대응하는 치수만큼 증가된다.

따라서, 빌딩 플랫폼 및 프린트 헤드는, 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 그리고 빌딩 평면에 대해 수직으로 연장하는 변위 경로를 따라 2개의 방향들으로 서로에 대해 이동가능하다. 이와 관련하여, 바람직한 실시예는, 빌딩 플랫폼이 빌딩 평면에 대해 수직으로 연장하는 방향으로 이동가능한 반면, 프린트 헤드가 상기 방향으로 고정되며, 그리고 프린트 헤드가 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 방향으로 이동가능한 반면, 빌딩 플랫폼은 상기 방향으로 고정되는 것을 제공한다. 대안적인 실시예는, 프린트 헤드가 빌딩 평면에 대해 수직으로 연장하는 방향으로 이동가능하며 그리고 빌딩 플랫폼이 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 방향으로 이동가능한 것을 제공한다.

본 발명의 디바이스는 인쇄 프로세스를 다른 제조 시스템들, 특히 논-리소그래피 적층 가공 시스템들(non-lithographic additive manufacturing systems) 및/또는 빈적층 가공 시스템들(non-additive manufacturing systems)과 조합하기 위해 상당한 잠재력을 나타낼 수 있다. 이는, 부품들의 리소그래피 적층 가공 동안, 이러한 부품들의 내부에 있는 모든 체적 지점이 다른 기계적, 화학적 또는 물리적 제작 단계들을 위해 용이하게 처리가능하다는 사실에 기인할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 2차 재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛은 프린트 헤드에 인접하게 배열되며, 상기 재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛은 바람직하게는 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 빌딩 플랫폼으로의 상대적인 움직임을 위해 안내된다.

재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛들의 예들은 잉크젯 인쇄 유닛들, 용융된 증착 모델링 유닛들, 섬유 배치 또는 섬유 코팅 유닛들, 드릴링 및 보링 유닛들(drilling and boring units), 솔더링 유닛들, 염료 코팅 유닛들, 다이 본딩 유닛들, 콜드- 및 핫-플라즈마 처리 유닛들(cold- and hot-plasma treatment units), 예컨대, 플라즈마 코팅 유닛들, 와이어-본딩 유닛들, 스프레이 코팅 또는 마이크로-액적 유닛들, 캐스팅 유닛들, 예컨대, 동일한 또는 다른 재료로 인쇄된 쉘을 충전할 수 있는 쉘 충전 기구, 절단 유닛들, 및 범용 픽-앤-플레이스 유닛들(multi-purpose pick-and-place units), 예컨대, 로봇 아암들 또는 다른 물리적인 물체 조작기들을 포함한다. 이러한 프로세스 향상 유닛들은, 프린트 헤드에 물리적으로 연결되고 그리고 이에 따라 선형 인코더와 같은 동일한 또는 부가의 위치결정 제어 시스템을 사용한다는 관점에서 실제 리소그래피 인쇄 프로세스과 상호작용할 수 있거나, 이 프로세스 향상 유닛들은 프린트 헤드 또는 빌딩 플랫폼과 동일한 또는 상이한 물리적인 안내 시스템들에 의해 빌딩 플랫폼 영역을 따라 개별적으로 이동할 수 있다. 위에서 언급된 제작 및 조작 시스템들 중 일부는 또한, 측방향들로 또는 3차원 방식으로 또는 기계적인 조인트들 및/또는 고정된 또는 이동하는 장착 지점들 또는 조인트들을 사용하여 조합된 방식들로 이동할 수 있는 로봇 아암들 또는 다른 물체 조작 시스템들 상에 장착될 수 있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 3차원(3D) 프린터 시스템을 지칭한다. 3D 프린터 시스템은 빌딩 평면을 규정하는 빌딩 플랫폼을 포함할 수 있다. 3D 프린터 시스템의 재료 수송 유닛은 캐리어 필름을 포함할 수 있다. 캐리어 필름은, 본원에 설명된 바와 같이, 포토폴리머 수지들을 수용하고 그리고/또는 이동시키는 하나 이상의 표면들을 가질 수 있다. 본원에서 언급된 바와 같이, 캐리어 필름은 연속/무단 캐리어 시스템을 포함할 수 있다. 3D 인쇄 시스템은 포토폴리머 수지를 캐리어 필름 상으로 토출하기 위해 노즐 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 노즐/다른 디바이스는 포토폴리머 수지의 하나 이상의 재료 층(들)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 노즐/다른 디바이스는 캐리어 필름 상에 포토폴리머 수지의 단일 재료 층을 생성하기에 충분한 수지를 토출하도록 구성된다.

3D 인쇄 시스템은 포토폴리머 수지의 재료 층들을 특정된 두께로 유지하기 위한 디바이스들을 포함할 수 있다. 예로서, 3D 인쇄 시스템은 노즐로부터 캐리어 필름 상으로 지정된 두께로 토출된 재료 층들을 유지하도록 구성되는 코팅 블레이드들을 포함할 수 있다. 코팅 블레이드들은 캐리어 필름 상에 증착되는 재료 층들의 두께가 조절될 수 있도록 캐리어 필름에 수직한 방향으로 조절가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 3D 인쇄 시스템은 캐리어 필름 상의 코팅 구역에서 포토폴리머 수지의 재료 층들을 혼합하기 위한 디바이스들을 포함한다. 이러한 디바이스들의 예들은 스크레이퍼들, 혼합기들 등을 포함한다.

3D 인쇄 시스템은, 하나 이상의 재료 층들에 대해, 구조화, 배치, 제거, 또는 이의 일부 조합을 수행하도록 구성되는 재료 관리 유닛들을 포함할 수 있다. 재료 관리 유닛들은, 예컨대, 하나 이상의 재료 층들 등을 감지하도록 구성되는 로봇 아암들, 센서들 등을 포함할 수 있다.

3D 인쇄 시스템은 포토폴리머 수지를 경화시키기 위해 광을 제공하도록 구성되는 광 엔진을 포함할 수 있다. 광 엔진은 광원을 포함할 수 있고, 그리고 광원에 전력을 공급하는 전력 소스들을 포함할 수 있다/전력 소스들에 커플링될 수 있다. 광 엔진과 연관된 노출 필드는, 광 엔진이 광 엔진으로부터의 광을 빌드 플랫폼의 적어도 일부분(가능하게는 전부)에 노출시키는 것을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 노출 필드는 광원으로부터의 광에 실질적으로 투명한 윈도우 또는 다른 영역과 연관된다. 하나 이상의 센서들은 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 포지션, 속도, 가속도, 각도 모션 등과 같은 속성들을 감지할 수 있다. 센서들은 빌딩 플랫폼에 대한 광 엔진의 속성들을 감지하는 선형 인코더들, 교정기들, 및/또는 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들은 광 엔진의 광학적 측정들을 취한다.

일부 실시예들에서, 3D 인쇄 시스템은, 패턴 섹션 데이터에 따라 재료 층들의 일부들을 공급 속도(예컨대, 조절가능한 공급 속도)로 경화하기 위해 공급 속도로 광 엔진에 패턴 섹션 데이터를 공급하도록 구성되는 패턴 데이터 공급기를 포함한다. 광 엔진은, 광 엔진 및 빌딩 플랫폼 중 하나 이상이 변위 경로를 따라 서로에 대해 이동할 때, 공급 속도(예를 들어, 조절가능한 공급 속도)로 패턴 섹션들의 시퀀스들을 방출하도록 구성될 수 있다. 패턴 데이터 공급기는 본원에서 논의된 바와 같이 하나 이상의 제어 유닛들로부터 지시들을 수신할 수 있다.

3D 인쇄 시스템은 3D 인쇄 시스템의 구성요소들을 서로에 대해 이동시키도록 구성되는 하나 이상의 구동 기구들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, “구동 기구”는 물품을 이동시키도록 구성되는 디바이스를 포함할 수 있고 그리고 액추에이터들, 변환기들, 전기 구성요소들 등을 포함할 수 있다. 3D 인쇄 시스템의 구동 기구(들)은, 3D 인쇄 시스템의 빌드 플랫폼, 노출 필드, 및/또는 다른 영역들을 향해 재료 층들을 수송하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 기구(들)은 서로에 대해 재료 수송 유닛, 광 엔진, 및/또는 빌드 플랫폼을 이동시키는 제1 구동 기구를 포함한다. 제1 구동 기구는, 광 엔진의 노출 필드 및/또는 빌딩 플랫폼의 부품들을 향해 하나 이상의 재료 층들(예컨대, 노즐로부터 토출되는 포토폴리머 수지로 형성되었던 층들)을 수송하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구동 기구는 캐리어 필름 상에서 컨베이어 또는 다른 구조물을 노출 필드 및/또는 빌딩 플랫폼을 향해 회전시키도록 구성될 수 있다. 제1 구동 기구는 장력 롤러들, 조절가능한 롤러들과 같은 롤러들, 및/또는 캐리어 필름의 장력을 관리하도록 구성되는 다른 디바이스들을 포함할 수 있다.

3D 인쇄 시스템의 구동 기구(들)은 서로에 대해 광 엔진 및/또는 빌드 플랫폼을 이동시키도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 구동 기구(들)은, 광 엔진이 빌드 플랫폼에 대해 이동하도록 광 엔진 및/또는 빌드 플랫폼을 이동시키도록 구성되는 제2 구동 기구를 포함한다. 이러한 상대적인 움직임(그러나, 필요하지 않음)은 빌딩 플랫폼에 의해 규정되는 빌딩 평면을 따라 성취될 수 있다.

3D 인쇄 시스템은 하나 이상의 제어 유닛들을 포함할 수 있다. 제어 유닛들 중 임의의 제어 유닛은, 메모리, 및 하나 이상의 프로세서들, 휘발성 및/또는 비휘발성 저장, 데이터 입력들 및/또는 출력들 등을 포함할 수 있다. 제어 유닛들 중 임의의 제어 유닛은, 다른 구성요소들, 예컨대, 광 엔진의 속성들을 감지하는 센서(들)로부터 센서 데이터를 수신할 수 있다. 하나 이상의 프로세서들은 메모리 및/또는 저장소에 저장되는 컴퓨터-프로그램 지시들을 실행할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제어 유닛(들)은, 빌딩 플랫폼에 대한 재료 수송 유닛 및 광 엔진의 움직임을 최적화(예컨대, 감소, 최소화 등)하도록 구동 기구(들)에 지시하도록 구성되는 제1 제어 유닛을 포함한다. 지시들은 재료 수송 유닛의 캐리어 필름의 포지션 및/또는 속도를 변경시키도록 제1 구동 기구에 대한 지시들을 포함할 수 있다. 이는 재료 수송 유닛을 느리게 하는 것 또는 속도를 높이는 것을 포함할 수 있다. 제1 제어 유닛으로부터의 지시들은 또한, 재료 수송 유닛 및 광 엔진이 (예컨대, 시간 및/또는 공간에서) 동기화되도록 광 엔진 및/또는 빌딩 플랫폼을 이동시키기 위해 제2 구동 기구에 대한 지시들을 포함할 수 있다. 제어 유닛(들)은 재료 수송 유닛, 광 엔진, 및 빌드 플랫폼 중 단지 1개 내지 2개 이상에 지시들을 제공할 수 있다. 제어 유닛들 중 하나 이상은 센서 신호에 응답하여 패턴 데이터 공급기들의 공급 속도들을 조절할 수 있다.

3D 인쇄 시스템은, 재료 층들이 광 엔진과 연관되는 노출 필드 내의 빌딩 평면의 적어도 일부 상에 있으면서, 재료 층들을 가열하도록 구성되는 가열 시스템들을 포함할 수 있다. 가열 시스템들은, 재료 층들이 빌딩 평면 상에 있는 동안 3D 인쇄될 수 있도록 포토폴리머 수지의 점도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 광원에 대한 노출은, 재료 층들이 3D 인쇄 프로세스 동안 적어도 부분적으로 경화되는 것을 허용할 수 있다. 가열 시스템들의 예들은 무접촉 가열 램프들, 적외선 램프들 등을 포함한다.

일부 실시예들에서, 3D 인쇄 시스템은, 재료 층들이, 예컨대, 가열 시스템에 의해 가열되기 전에, 재료 층들의 적어도 일부분을 특정된 온도로 유지하도록 구성되는 예열 플레이트를 포함한다. 예열 플레이트는, 재료 수송 유닛이 빌딩 평면을 향해 이동하는 캐리어 필름의 일부와 같은 캐리어 필름의 일부에 커플링될 수 있다(하지만, 필요하지 않음). 3D 인쇄 시스템은, 재료 층들이 그 위에서 가열된 그리고/또는 인쇄된 후에 재료 층들을 특정된 온도로 유지하도록 구성되는 후-가열 플레이트를 포함할 수 있다.

3D 인쇄 시스템은 광원으로부터의 광의 파장에 대해 적어도 부분적으로 투명한 안내 플레이트를 포함할 수 있다. 안내 플레이트는, 광원으로부터의 광이 안내 플레이트를 통해 그리고 노출 필드를 통해 빌딩 평면으로 통과하는 것을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안내 플레이트는 캐리어 필름을 빌딩 플랫폼에 대해 특정된 포지션으로 안내한다. 이러한 배열은, 안내 플레이트와 빌딩 플랫폼 사이에서 3D 인쇄될 수 있고 그리고/또는 경화될 수 있는 재료 층을 허용하기 위해 캐리어 폭과 빌딩 플랫폼 사이에 특정된 폭의 갭을 생성할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 제16 항에서 규정되는 바와 같은 방법을 제공하며, 이 방법은:

- 캐리어 필름 상에 포토폴리머 수지의 적어도 하나의 재료 층을 생성하기 위해 포토폴리머 수지를 재료 수송 유닛의 캐리어 필름 상으로 토출하는 단계;

- 광 엔진으로부터 빌딩 플랫폼의 빌딩 평면의 적어도 일부분을 향해 광을 노출하도록 구성되는 노출 필드를 향해 포토폴리머 수지의 재료 층을 수송하기 위해 재료 수송 유닛을 구동시키는 단계;

- 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 빌딩 플랫폼에 대한 노출 필드의 상대적인 움직임을 유발시키는 단계;

- 빌딩 플랫폼에 대한 노출 필드의 상대적인 움직임 동안 상기 노출 필드에서 재료 층 및 빌딩 플랫폼의 상기 상대적인 움직임을 최소화하도록, 재료 수송 유닛, 노출 필드 및/또는 빌딩 플랫폼의 움직임을 제어하는 단계;

- 패턴 섹션 데이터의 시퀀스를 광 엔진으로 공급하는 단계 ─

광 엔진은, 상기 변위 경로를 따라 노출 필드 및 빌딩 플랫폼의 상기 상대적인 움직임 동안 조절가능한 공급 속도로 패턴 섹션들의 시퀀스를 방출하며, 이에 의해 패턴 섹션들의 시퀀스에 따라 빌딩 평면의 일부에서 재료 층을 선택적으로 경화함 ─ ;

- 빌딩 플랫폼에 대한 노출 필드 및/또는 광 엔진의 포지션 또는 속도를 감지하고 그리고 포지션 또는 속도를 감지하는 단계에 응답하여 센서 신호를 제공하는 단계; 및

- 센서 신호에 응답하여 공급 속도를 조절하는 단계를 포함한다.

본 방법의 바람직한 실시예들은 종속항들에서 규정된다.

다음에서, 본 발명은 본 발명의 바람직한 특정 실시예들을 참조로 하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 인쇄 디바이스의 제1 예시적인 실시예를 예시하며, 도 2는 도 1의 디바이스에서의 사용을 위한 프린트 헤드를 예시하며, 도 3은 본 발명의 인쇄 디바이스의 제2 예시적인 실시예를 예시하며, 도 4는 본 발명의 디바이스에 공급될 픽셀들의 그리드로서 구조화되는 패턴 데이터를 예시한다. 도 5는 3D 인쇄 시스템을 사용하여 물체를 3D 인쇄하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.

도 1에서, 빌딩 플랫폼(1)은 플레이트형 캐리어 요소(2) 상에 교환가능하게 배열된다. 프린트 헤드는 도면 부호 3에 의해 표시되고, 그리고 연속 벨트(예컨대, 무한 벨트(endless belt))로서 설계되는 가요성 캐리어 필름(4)을 포함한다. 코팅 구역(6)에서, 캐리어 필름(4)은 포토폴리머 수지의 층으로 코팅될 수 있다. 캐리어 필름(4)은 광 엔진(도 2에서 도시됨)의 노출 필드(7)를 가로질러 재료 층을 연속적으로 수송하기 위해 제1 구동 기구에 의해 화살표(5 또는 9)를 따른 움직임을 위해 구동된다. 광 엔진은 노출 필드(7)에서 광의 동적 패턴화를 위해 설계되고, 그리고 캐리어 필름(4)과 빌딩 플랫폼(1) 사이에서 캐리어 필름(4) 상에 배열되는 포토폴리머 수지 층의 중합을 유도한다.

제2 구동 기구는 빌딩 플랫폼(1)의 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로(8)를 따라 빌딩 플랫폼(1)에 대한 프린트 헤드(3)의 움직임을 유발시키기 위해 제공된다. 제1 제어 유닛은 캐리어 필름(4)의 순환 속도가 빌딩 플랫폼(1)에 대한 프린트 헤드(3)의 속도와 동일하도록 제어하기 위해 제공되며, 재료 층 및 빌딩 플랫폼(1)의 상대적인 움직임이 빌딩 플랫폼(1)에 대한 프린트 헤드(3)의 상대적인 움직임 동안 노출 필드(7)에서 존재하지 않는다. 다시 말해, 캐리어 필름(4)은, 프린트 헤드가 화살표(8)의 방향으로 빌딩 플랫폼(1)을 따라 이동하는 것과 동일한 속도로 재료 층을 노출 필드(7) 내로 공급한다. 이러한 목적을 위해, 프린트 헤드(4)가 오른쪽으로부터 왼쪽까지 이동한다면, 캐리어 필름(4)은 화살표(5)를 따라 순환하며, 그리고, 프린트 헤드(4)가 왼쪽으로부터 오른쪽까지 이동한다면, 캐리어 필름(4)은 화살표(9)를 따라 순환한다. (오른쪽으로부터 왼쪽까지 또는 역방향으로의) 빌딩 플랫폼(1)에 걸친 프린트 헤드(3)의 각각의 통과는 빌딩 플랫폼(1) 또는 반가공된 가공물 상에 고형화된 재료의 층을 생성하며, 각각의 통과 후에, 빌딩 플랫폼(1)은 하나가 다른 하나 위에 있는 고형화된 층들의 생성을 허용하기 위해 화살표(10)의 방향으로 하강된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 프린트 헤드(3)는 새로운 층을 인쇄하기 위해 화살표(8)를 따라 단지 일 방향으로 진행할 수 있고, 그리고 단지 그의 처음 포지션으로 뒤로 이동하기 위해서 역방향 진행을 사용할 수 있다. 이러한 구성에서, 빌딩 플랫폼(1)은, 프린트 헤드(3)가 그의 처음 포지션으로 뒤로 진행하는 것을 가능하게 하기 위해 하나 초과의 층 두께로 일시적으로 하강되며, 그리고 후속하여, 빌딩 플랫폼(1)은, 프린트 헤드(3)가 그의 처음 포지션에 도달한 후에 다음 층 인쇄 포지션으로 뒤로 들어올려진다. 이러한 구성에서, 캐리어 필름(4)은 인쇄 프로세스를 수행하기 위해 화살표들(5 또는 9) 중 하나에 따라서만 순환한다.

각각의 층은 광 엔진에 공급되는 패턴 데이터에 의해 결정되는 규정된 패턴에 따라 구조화될 수 있다. 프린트 헤드(3)가, 연속적인 방식으로, 예컨대, 인쇄될 구성요소의 전체 길이에 걸쳐 프린트 헤드(3)의 선형 움직임을 차단하지 않고, 빌딩 플랫폼(1)을 따라 이동되는 연속 프로세스를 허용하기 위해, 패턴 데이터 공급기는 빌딩 플랫폼(1)에 대한 프린트 헤드(3)의 움직임 동안 광 엔진이 패턴 섹션들의 시퀀스를 방출하는 것을 허용하기 위해 패턴 섹션 데이터의 데이터 시퀀스를 광 엔진에 공급하기 위해 제공된다.

인쇄 프로세스의 요망되는 정확도를 달성하기 위해, 패턴 데이터 공급기의 공급 속도는 프린트 헤드(3)의 움직임 속도와 동기화된다. 이를 위해, 선형 인코더(11)는, 빌딩 플랫폼(1)에 대한 프린트 헤드(3)의 포지션 및/또는 속도를 감지하도록 고정식 선형 인코더 바(stationary linear encoder bar)(12)를 따라 이동되는 프린트 헤드(3) 상에 제공된다. 패턴 데이터 공급기의 공급 속도는 선형 인코더(11)에 의해 획득되는 포지션 및/또는 속도 신호에 기초하여 제어된다. 상기 제어 프로세스는 프린트 헤드(3)의 전체 이동 경로에 대한 동기화를 달성하기 위해 연속적으로 또는 높은 빈도로 실행된다.

디바이스는 광 엔진의 광학적 측정들을 가능하게 하기 위해 교정기(calibrator)(13)를 포함할 수 있다. 이러한 측정들은 수동 또는 자동 방식으로 실현될 수 있다. 교정기(13)는 (예컨대, 가시광 또는 UV 범위에서의) 카메라 시스템들, (예컨대, 신호 타이밍 또는 제어 시스템들을 위치결정하거나, 광 또는 방사 강도 측정들을 위한) 포토센서들과 같은 다양한 광학 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 시스템들로, 또한 초점 평면 측정들 및 잠재적인 스티칭 현상(stitching phenomena), 예를 들어, 프로세스의 빌딩 면적의 물리적인 연장을 증가시키기 위해 또는 노출 필드의 보다 높은 양의 광 에너지가 프로세스 처리량을 증가시키는 것을 가능하게 하기 위해 다수의 동적 광 엔진들이 조합될 때의 스티치 구역 현상이 조사될 수 있다.

추가적으로, 수지 오버플로우 수집기(resin overflow collector)(40)는 불필요한 수지를 수집하기 위해 빌딩 플랫폼(1)의 둘 모두의 단부들 또는 모든 측면들에 배열될 수 있다.

추가적으로, 진공 디바이스는 빌딩 플랫폼(1)을 캐리어 요소(2)에 해제가능하게 고정시키기 위해 제공될 수 있다. 이를 위해, 진공 라인(14)은 캐리어 요소(2)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 전자기 요소들과 같은 자기 수단은 빌딩 플랫폼(1)을 캐리어 요소(2)의 최상부 상에 고정시키도록 제공될 수 있다.

가열 패드들(15)은 캐리어 요소(2) 및 이에 따라 빌딩 플랫폼(1)을 가열하기 위해 캐리어 요소(2)의 하부측 상에 배열된다.

빌딩 플랫폼(1)을 교환하기 위한 교환 기구는 휠들(41) 또는 다른 이송 요소들을 포함하며, 휠들(41)은 회전 축(42)을 중심으로 회전하도록 지지된다. 빌딩 플레이트를 향해 교환 기구를 상승시킬 때, 휠들(41)은 캐리어 요소(2)에 제공되는 슬롯들(미도시됨)을 통해 돌출하고 그리고 빌딩 플랫폼(1)의 하부측과의 접촉 시에, 빌딩 플랫폼을 캐리어 요소로부터 들어올린다. 휠들(41)의 회전은, 그 후, 빌딩 플랫폼이 인쇄 구역 밖으로 이송되는 것을 유발시킨다.

프린트 헤드(3)는 도 2에서 더 상세히 도시된다. 프린트 헤드(3)는 폐쇄된 경로를 따라 순환하도록 안내되는 무단 캐리어 필름(endless carrier film)(4)을 포함한다. 캐리어 필름(4)은 편향 롤러들(16), 인장 롤러(17) 및 조절가능한 롤러(18)를 포함하는 복수의 롤러들에 의해 안내된다. 코팅 구역(6)에서, 수지 공급 호스(20)에 연결되는 노즐(19)이 제공된다. 노즐(19)은 포토폴리머 수지를 캐리어 필름(4) 상으로 토출한다. 실시예에서, 수지는 환경과 비교할 때 호스(20) 및 노즐(19)에서 과압(예컨대, 허용가능한 임계치를 초과하는 압력)의 결과로서 토출되며, 여기서 과압은, 점성이 있는 포토폴리머 수지를 저장 탱크로부터 코팅 구역(6)을 향해 펌핑하기 위해 기계식 또는 공압식 시스템들에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 탱크, 호스(20) 및 노즐(19)을 포함하는 이러한 코팅 기구들은 제어된 방식으로 가열될 수 있다.

코팅 블레이드(21)는 캐리어 필름(4) 상에 규정된 두께의 재료 층을 규정하는 역할을 한다. 코팅 블레이드(21)는 요망되는 층 두께를 조절하기 위해 높이 방향으로 조절가능하다. 추가적으로, 스크레이퍼(scraper)(22)는 코팅 구역(6)에서 재료를 리프레쉬하거나 혼합하도록 제공된다. 다양한 실시예들에서, 스크레이퍼(22)는 제어된 방식으로 가열될 수 있다. 지지 플레이트(27)는 코팅 구역(6)에서 캐리어 필름(4)의 후방 측에 배열된다. 지지 플레이트(27)는, 필요하다면, 가열 요소로서 기능할 수 있다.

도면 부호 23에 의해 표시되는 선택적인 탈코팅 시스템은 프로세스 세정 또는 재료 교환 절차들 동안 다양한 목적들을 위해 캐리어 필름(4)을 탈코팅하도록(예컨대, 캐리어 필름으로부터 재료를 제거하도록) 작동할 수 있다. 탈코팅 시스템(23)은 이동하는 캐리어 필름(4)이 중간에 있는 상태로 지지 플레이트(26)에 대해 가압되는 스크레이퍼 블레이드(scraper blade)를 포함할 수 있다.

가열 요소들은, 재료 층을 상승된 온도로 유지하거나 가열하기 위해 제공될 수 있으며, 예열 플레이트(24) 및 후-가열 플레이트(25)를 포함한다. 캐리어 필름(4)의 이동 방향에 따라, 예열 또는 후-가열 플레이트인 상기 가열 플레이트들의 기능이 전환될 수 있다. 예로써, 캐리어 필름(4)이 반시계 방향으로 회전하고 있었다면, 요소(24)는 예열 플레이트로서 작동할 수 있으며, 요소(25)는 후-가열 플레이트로서 작동할 수 있으며; 반대로, 캐리어 필름(4)이 시계 방향 모션으로 회전하고 있었다면, 요소(25)는 예열 플레이트를 작동시킬 수 있으며, 그리고 요소(24)는 후-가열 플레이트를 작동시킬 수 있다.

프린트 헤드(3)의 광 엔진(28)은 도면 부호 28로 표시되고 광을 노출 필드(7)로 방출한다. 노출 필드(7)에서, 광 엔진(28)에 의해 방출되는 광의 파장에 대해 적어도 부분적으로 투명한 안내 플레이트(guiding plate)(29)가 배열된다. 안내 플레이트는 캐리어 필름(4)의 후방 측 상에 배열되고, 그리고 캐리어 필름(4)과 빌딩 플랫폼(1) 사이에 배열되는 정확히 규정된 갭으로 빌딩 플랫폼(1)에 대해 캐리어 필름(4)의 정확한 포지션을 규정하도록 캐리어 필름(4)을 안내하는 역할을 한다. 투명 안내 플레이트(29)는 적외선 램프들(30)을 포함하는 비접촉식 가열 시스템에 의해 가열된다.

도 3에 따른 상보적인 실시예에서, 하나 이상의 재료 관리 유닛들(예컨대, 재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛들)이 프린트 헤드(3)에 인접하게 배열되고, 상기 재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛들은 빌딩 플랫폼(1)의 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로(8)를 따라 빌딩 플랫폼(1)에 대한 움직임을 위해 안내된다.

일부 실시예들에서, 재료 관리 유닛들은 분무 코팅 시스템(31), 잉크젯 시스템(32), 납땜 시스템, 플라즈마 코팅 시스템 또는 와이어링 시스템(33) 및 범용 로봇 아암(34)을 포함할 수 있다. 이러한 유닛들 각각은 그 자체의 선형 인코더(11)를 가질 수 있다.

도 4는 인쇄 프로세스 동안 특정 층에서 인쇄될 패턴을 나타내는 픽셀들(36)의 가상 그리드(35)의 형태로 패턴 데이터의 구조화를 개략적으로 예시한다. 방향(8)을 따른 패턴의 길이는 인쇄될 구성요소의 길이에 대응한다. 패턴은 패턴의 하나 이상의 열들(37)을 포함할 수 있는 복수의 패턴 섹션들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴 섹션은 38로 표시되고 5개의 열들(37)을 포함한다. 제2 패턴 섹션은 39로 표시되고, 제1 패턴 섹션(38)에 대해 하나의 열(37)만큼 오프셋된다. 동일한 것이 픽셀들의 하나의 열만큼 각각 오프셋된 추가의 패턴 섹션들에 적용된다. 프린트 헤드(3)가 빌딩 플랫폼(1)에 대해 연속적으로 이동함에 따라, 패턴 섹션들(38, 39) 등의 시퀀스는 광 엔진(28)으로 공급되어, 패턴을 프린트 헤드(3)의 현재 포지션에 구성한다. 본 발명에 따르면, 패턴 섹션의 시퀀스의 공급 속도는, 정밀한 인쇄 프로세스를 보호하기 위해, 선형 인코더(11)에 의해 감지되는 바와 같이, 프린트 헤드(3)의 속도에 대해 구성된다.

인쇄 프로세스는 변위 경로(8)를 따라 연장하는 최대 빌딩 플랫폼 길이의 관점에서 물리적으로 스케일링될 수 있다. 이는 노출 필드의 적합한 폭, 예컨대, 광 엔진의 폭(예컨대, 레이저 스캐닝 라인의 길이 또는 LED 또는 마이크로 LED 어레이의 길이)을 선택함으로써 또는 복수의 광 엔진들을 나란히 사용함으로써 빌딩 플랫폼 폭에 대해 추가적으로 스케일링될 수 있다. 프로세스는 또한 처리량 또는 노출 속도에 대해 스케일링될 수 있는데, 왜냐하면 인쇄 프로세스의 정확도가 패턴 데이터 공급기의 공급 속도를 제어하는 포지션 및/또는 속도 측정 시스템으로 인해 프린트 헤드 및 빌딩 플랫폼의 상대 속도에 독립적이기 때문이다. 최대 인쇄 속도들에 대한 광화학적 제한들이 존재하지만, 이러한 제한들은 크게 재료 의존적이고, 그리고 따라서 상이한 감광성 물질들에 대해 그리고 또한 상이한 인쇄 조건들, 예컨대 인쇄 온도 및 대기 조건들(예컨대, 프로세스 가스들)에 대해 상당히 변할 수 있다.

도 5는 3D 인쇄 시스템을 사용하여 물체를 3D 인쇄하기 위한 예시적인 방법의 흐름도(500)를 예시한다. 흐름도(500)는 도 1 내지 도 4의 내용에서 설명되는 예시적인 구조들과 연계하여 논의된다. 그러나, 흐름도(500)의 작동들은 도 1 내지 도 4에 도시된 것들과 다른 구조물들 및/또는 디바이스들에 의해 실행될 수 있다는 것이 유의된다. 흐름도(500)의 작동들은 단지 예이며, 그리고 다양한 구현예들은 도 5에 도시된 것들보다 더 많거나 더 적은 수의 작동들을 채택할 수 있다는 것이 유의된다.

작동(52)시에, 포토폴리머 수지는 캐리어 필름 상에 포토폴리머 수지의 하나 이상의 재료 층들을 생성하기 위해 재료 수송 유닛의 캐리어 필름 상으로 토출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 노즐(19)은 포토폴리머 수지를 캐리어 필름(4) 상의 코팅 구역(6) 상으로 토출할 수 있다. 본원에서 언급된 바와 같이, 이는 지지 플레이트(27)에 인접한 캐리어 필름(4)의 표면 및/또는 캐리어 필름의 다른 편리한 표면들 상에서 발생할 수 있다.

작동(54)시에, 하나 이상의 재료 층들의 두께는 특정된 두께로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 재료 층들의 두께를 유지하는 것은, 이들 재료 층들을 평평하게 하기(level) 위해 이들의 재료 층들의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 코팅 블레이드(21)는, 예를 들어, 재료 층들을 제거하고 그리고/또는 평평하게 함으로써, 요망되는 두께로 재료 층들을 유지하도록 작동할 수 있다.

작동(56)시에, 하나 이상의 재료 층들은 캐리어 필름 상의 코팅 구역에서 혼합될 수 있다. 도 2를 참조하면, 예를 들어, 스크레이퍼(22)는 캐리어 필름(4)의 코팅 구역(6) 상에서 재료 층들을 혼합하도록 작동할 수 있다.

작동(58)시에, 재료 수송 유닛은, 광원으로부터 빌딩 플랫폼의 빌딩 평면의 적어도 일부분을 향해 광을 노출하도록 구성되는 노출 필드를 향해 하나 이상의 재료 층들을 수송하도록 구동될 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 캐리어 필름(4)은, 실시예에 따르면, 빌딩 플랫폼(1)의 빌딩 평면을 향해 그리고/또는 광 엔진(28)과 연관된 노출 필드(7)를 향해 코팅 구역(6) 상에 증착되는 하나 이상의 재료 층들을 이송하기 위해 제1 구동 기구에 의해 화살표(5) 또는 화살표(9)를 따라 구동될 수 있다. 본원에서 유의된 바와 같이, 다른 구동 기구들은 또한, 노출 필드 및/또는 빌딩 평면을 향해 재료 층들을 구동시키는 데 사용될 수 있다.

작동(60)시에, 광 엔진의 포지션 또는 속도는 빌딩 플랫폼에 대해 감지될 수 있다. 광 엔진의 포지션 또는 속도의 감지에 응답하여 센서 신호가 제공될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 선형 인코더(11)는 빌딩 플랫폼(1)에 대해 광 엔진(28)의 포지션/속도를 감지하도록 작동할 수 있다. 본원에서 유의된 바와 같이, 선형 인코더(11)는 센서 신호들을 제어 유닛들에 제공할 수 있으며, 이 제어 유닛들은 내부에 있고 그리고/또는 선형 인코더(11)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 선형 인코더(11)는 포지션/속도 측정들을 유도하기 위해 광 엔진(28)의 광학적 측정들을 취할 수 있다. 선형 인코더(11)는 또한, 광학 마크들, 전자기 마크들 및/또는 자기 마크들을 감지하도록 구성될 수 있다. 본원에서 유의된 바와 같이, 제어 유닛은 센서 신호에 응답하여 패턴 데이터 공급기의 공급 속도들을 조절할 수 있다.

작동(62)시에, 하나 이상의 재료 층들이 노출 필드 내의 빌딩 평면 상에 있는 동안에 빌딩 플랫폼에 대한 재료 수송 유닛 또는 광 엔진의 움직임을 최적화하기 위한 지시들이 제공될 수 있다. (가능하게는 선형 인코더(11) 외부에 있거나 그 내에 있는) 제어 유닛은, 서로에 대한 이들의 움직임을 최적화하기 위해 캐리어 필름(4), 광 엔진(28), 빌딩 플랫폼(1) 또는 이들의 일부 조합의 움직임을 최적화하기 위한 지시들을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이는 캐리어 필름(4), 광 엔진(28), 및/또는 빌딩 평면(1)이 포지션 및/또는 속도에서 동기화되도록 상대적인 움직임을 최소화하는 것 및/또는 이들의 움직임을 동기화하는 것을 수반할 수 있다.

작동(64)시에, 재료 수송 유닛, 광 엔진, 및/또는 빌딩 플랫폼의 움직임은 지시들에 응답하여 최적화될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 필름(4), 광 엔진(28), 및/또는 빌딩 평면(1)의 움직임은 캐리어 필름(4), 광 엔진(28), 및/또는 빌딩 플랫폼(1)이 포지션 및/또는 속도에서 동기화되도록 최적화(예컨대, 최소화 등)될 수 있다. 본원에서 유의된 바와 같이, 인장 롤러(17) 및/또는 조절가능한 롤러(18)는 지시들에 응답하여, 캐리어 필름의 포지션들/속도들을 변경하도록 작동할 수 있다. 프린트 헤드(3)는 유사하게 지시들에 응답하여, 광 엔진(28)의 포지션들/속도들을 변경하도록 작동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인장 롤러(17) 및/또는 조절가능한 롤러(18)의 모션은 빌딩 플랫폼(1)에 대해 캐리어 필름(4)과 광 엔진(28) 사이의 움직임을 최적화하기 위해 프린트 헤드(3)의 모션과 동기화된다.

작동(66)시에, 캐리어 필름은 캐리어 필름과 빌딩 플랫폼 사이에 특정된 폭을 갖는 갭을 생성하기 위해 빌딩 플랫폼에 대해 특정된 포지션으로 안내될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 필름(4)은 캐리어 필름(4)과 빌딩 플랫폼(1) 사이에 특정된 폭을 갖는 갭을 생성하기 위해 빌딩 플랫폼에 대해 특정된 포지션으로 안내될 수 있다. 이러한 갭은 캐리어 필름(4)과 빌딩 플랫폼(1) 사이의 3D 인쇄 및/또는 선택적 경화(본원에서 상세히 설명됨)를 허용할 수 있다.

작동(68)시에, 하나 또는 재료 층들은, 예컨대, 노출 필드 내에서 가열됨으로써 특정된 온도로 유지될 수 있다. 예로써, 캐리어 필름(4)이 화살표(5)를 따라 이동하고 있는 경우의 예열 플레이트(24)(또는 대안적으로 캐리어 필름이 화살표(9)를 따라 이동하고 있는 경우의 요소(25))는, 재료 층들이 노출 필드(7) 내에서 비접촉식 가열 시스템(들)(30)에 의해 가열되기 전에 재료 층들을 가열하도록 작동할 수 있다.

작동(70)시에, 재료 층들의 적어도 일부분은, 노출 필드(7) 내의 빌딩 평면 상에 있는 동안 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비접촉식 가열 시스템(30)은, 재료 층들이 노출 필드(7) 내에서 건물 플레이트(1) 상에 존재하면서, 재료 층을 가열할 수 있다.

작동(72)에서, 패턴 섹션 데이터는 공급 속도로 광 엔진으로 공급될 수 있다. 패턴 섹션들의 시퀀스는 변위 경로를 따라 광 엔진 및 조립 플랫폼의 상대적인 움직임 동안 공급 속도로 방출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 패턴 데이터 공급기는 패턴 섹션 데이터를 공급 속도로 광 엔진(28)으로 공급할 수 있다. 본원에서 유의되는 바와 같이, 공급 속도는 선형 인코더(11)에 커플링되거나 그 내부에 있는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 이는 변위 경로(예컨대, 변위 경로(8)) 또는 다른 경로를 따라 발생할 수 있다.

작동(74)시에, 광 엔진으로부터의 광은 빌딩 플랫폼의 빌딩 평면의 적어도 일부분에 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 엔진(28)은 빌딩 플랫폼(1)을 향해 (예컨대, 안내 플레이트(29)를 통해) 광을 노출시키도록 작동할 수 있다. 유리하게는, 재료 층들의 위치결정 및/또는 가열로 인해, 광 엔진(7)으로부터의 이러한 광은 재료들, 심지어 전통적으로 3D 인쇄하기 어려웠던 점도들을 갖는 제제들을 갖는 것들을 3D 인쇄하도록 작동할 수 있다.

작동(76)시에, 재료 층들의 적어도 일부분은, 재료 층들이 가열되고 그리고/또는 경화된 후에 특정된 온도(가능하게는, 그러나, 포토 경화 전에 유지되는 특정된 온도와 반드시 동일하지는 않음)로 유지될 수 있다. 본원에서 유의되는 바와 같이, 방향에 따라, 후-가열 플레이트(25) 또는 요소(24)는 이러한 작동을 수행할 수 있다.

Claims (28)

1. 3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공(lithography-based additive manufacturing)을 위한 디바이스(device)로서, 상기 디바이스는,
   - 빌딩 평면(building plane)을 규정하는 빌딩 플랫폼(building platform);
   - 상기 광 엔진의 노출 필드(exposure field)에서 광의 동적 패턴화(dynamic patterning)를 위해 설계되는 광 엔진(light engine);
   - 상기 노출 필드를 가로질러 재료 층을 수송하기 위한 제1 구동 수단을 포함하는 재료 수송 유닛(material transport unit);
   - 상기 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 광 엔진의 상대적인 움직임을 유발시키기 위한 제2 구동 수단;
   - 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 광 엔진의 상기 상대적인 움직임 동안 상기 노출 필드에서 상기 재료 층 및 상기 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임을 최소화하도록 상기 제1 및/또는 제2 구동 수단을 제어하도록 구성되는 제1 제어 수단;
   - 상기 변위 경로를 따른 상기 광 엔진 및 상기 빌딩 플랫폼의 상기 상대적인 움직임 동안, 상기 광 엔진이 조절가능한 공급 속도로 패턴 섹션들(pattern sections)의 시퀀스(sequence)를 방출하는 것을 유발시키기 위해 상기 공급 속도로 상기 패턴 섹션 데이터의 시퀀스를 상기 광 엔진에 공급하기 위한 패턴 데이터 공급 수단;
   - 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 광 엔진의 포지션(position) 및/또는 속도를 감지하기 위한 선형 인코더(linear encoder); 및
   - 상기 선형 인코더에 의해 감지되는 상기 포지션 또는 상기 속도에 기초하여 상기 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도를 조절하기 위한 제2 제어 수단을 포함하는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 광 엔진은 조절가능한 광 펄스 속도(adjustable light pulse rate)로 상기 노출 필드에 광을 간헐적으로 방출하기 위해 설계되는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 광 엔진은 상기 광 펄스 속도를 상기 패턴 데이터 공급 수단의 공급 속도에 동기화하도록 구성되는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 광 엔진은 상기 광 펄스들의 펄스-듀티 인자(pulse-duty factor)를 조절하도록 구성되며, 상기 펄스-듀티 인자는 바람직하게는 0.1 내지 0.8로 설정되는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 패턴 데이터 공급 수단은, 상기 빌딩 플랫폼 상에 구축될 재료 층의 패턴을 나타내는 패턴 데이터를 저장하는 데이터 저장소(data storage)를 포함하며, 상기 패턴 데이터는 상기 제2 구동 수단의 변위 경로를 따라 측정되는 상기 패턴의 길이 치수와 연관되고, 상기 패턴 데이터는 상기 패턴의 길이를 따라 상기 패턴의 복수의 패턴 섹션들을 나타내는 패턴 섹션 데이터(pattern section data)를 포함하는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 패턴 데이터는 픽셀들(pixels)의 복수의 열들을 포함하는 픽셀들의 직사각형 그리드로서 구조화되며, 각각의 패턴 섹션은 픽셀들의 적어도 하나의 열을 포함하는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 광 엔진으로 공급되는 상기 패턴 섹션 데이터의 시퀀스는 픽셀들의 하나의 열만큼 서로 오프셋되는(offset) 패턴 섹션들을 나타내는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 재료 수송 유닛은 상기 광 엔진에 의해 방출되는 광에 대해 적어도 부분적으로 투명한 가요성 캐리어 필름(flexible carrier film)을 포함하며, 그리고 코팅 수단들(coating means)은 상기 재료 층을 갖는 상기 가요성 캐리어 필름의 전방 측면을 코팅하도록 배열되고, 상기 캐리어 필름의 전방 측면은, 상기 노출 필드를 가로질러 이동할 때 상기 빌딩 플랫폼을 대면하는,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 광 엔진, 상기 가요성 캐리어 필름, 및 상기 코팅 수단은 프린트 헤드에 또는 상기 프린트 상에 배열되며, 상기 프린트 헤드는 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 프린트 헤드의 상대적인 움직임을 유발시키기 위해 상기 제2 구동 수단에 의해 이동가능한,
   3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 안내 플레이트는, 상기 캐리어 필름과 상기 빌딩 평면 사이에 갭(gap)을 규정하기 위해 상기 광 엔진과 상기 캐리어 필름 사이의 상기 노출 필드에 배열되며, 그리고 상기 안내 플레이트는 상기 광 엔진에 의해 방출되는 상기 광에 대해 적어도 부분적으로 투명한,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 안내 플레이트는 상기 빌딩 평면에 대해 수직한 방향으로 조절가능한,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    제1 가열 수단들은 상기 안내 플레이트를 가열하기 위해 제공되는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
13. 제8 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 가열 수단들은 상기 재료 층을 가열하기 위해 상기 코팅 수단과 상기 노출 필드 사이에 배열되는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 구동 수단은, 상기 빌딩 평면에 대해 수직으로 연장하는 변위 경로를 따라 상기 수송 유닛 및 상기 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임을 유발시키기 위해 제공되는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 2차 재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛은 상기 프린트 헤드에 인접하게 배열되며, 상기 재료 구조화 및/또는 재료 배치 및/또는 재료 제거 유닛은 바람직하게는 상기 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 상기 빌딩 플랫폼으로의 상대적인 움직임을 위해 안내되는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 디바이스.
16. 3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    - 캐리어 필름 상에 포토폴리머 수지의 적어도 하나의 재료 층을 생성하기 위해 상기 포토폴리머 수지를 재료 수송 유닛의 캐리어 필름 상으로 토출하는 단계;
    - 광 엔진으로부터 빌딩 플랫폼의 빌딩 평면의 적어도 일부분을 향해 광을 노출하도록 구성되는 노출 필드를 향해 상기 포토폴리머 수지의 재료 층을 수송하기 위해 상기 재료 수송 유닛을 구동시키는 단계;
    - 상기 빌딩 평면에 대해 평행하게 연장하는 변위 경로를 따라 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 노출 필드의 상대적인 움직임을 유발시키는 단계;
    - 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 노출 필드의 상기 상대적인 움직임 동안 상기 노출 필드에서 상기 재료 층 및 상기 빌딩 플랫폼의 상대적인 움직임을 최소화하도록, 상기 재료 수송 유닛, 상기 노출 필드 및/또는 상기 빌딩 플랫폼의 움직임을 제어하는 단계;
    - 패턴 섹션 데이터의 시퀀스를 광 엔진으로 공급하는 단계 ─
    상기 광 엔진은, 상기 변위 경로를 따라 상기 노출 필드 및 상기 빌딩 플랫폼의 상기 상대적인 움직임 동안 조절가능한 공급 속도로 패턴 섹션들의 시퀀스를 방출하며, 이에 의해 상기 패턴 섹션들의 시퀀스에 따라 상기 빌딩 평면의 일부에서 상기 재료 층을 선택적으로 경화함 ─ ;
    - 상기 빌딩 플랫폼에 대한 상기 노출 필드 및/또는 상기 광 엔진의 포지션 또는 속도를 감지하고 그리고 상기 포지션 또는 속도를 감지하는 단계에 응답하여 센서 신호를 제공하는 단계; 및
    - 상기 센서 신호에 응답하여 상기 공급 속도를 조절하는 단계를 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 광 엔진으로부터 상기 빌딩 플랫폼의 상기 빌딩 평면의 부분을 향해 상기 광을 노출시키고, 바람직하게는 조절가능한 광 펄스 속도로 광을 간헐적으로 노출시키는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 광 펄스 속도를 상기 패턴 섹션들의 시퀀스의 공급 속도에 동기화하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서,
    상기 광 펄스들의 펄스-듀티 인자를 조절하는 단계를 더 포함하며, 상기 펄스-듀티 인자는 바람직하게는 0.1 내지 0.8로 설정되는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
20. 제16 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노출 필드를 향해 상기 포토폴리머 수지의 재료 층을 수송하기 위해 상기 재료 수송 유닛을 구동시키는 단계는 상기 캐리어 필름을 상기 노출 필드를 향해 회전시키는 단계를 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
21. 제16 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 층의 일부분이 상기 노출 필드 내의 상기 빌딩 평면 상에 있는 동안, 상기 재료 층의 상기 부분을 가열하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
22. 제16 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노출 필드를 향해 상기 재료 층의 부분을 수송하기 전에, 바람직하게는 예열 플레이트(pre-heating plate)(24)로 상기 재료 층의 부분을 특정된 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
23. 제16 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노출 필드로부터 멀리 상기 재료 층의 부분을 수송한 후에, 바람직하게는 후-가열 플레이트(post-heating plate)(24)로 상기 재료 층의 부분을 특정된 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
24. 제16 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 필름과 상기 빌딩 플랫폼 사이에 특정된 폭을 갖는 갭을 생성하기 위해 상기 빌딩 플랫폼에 대해 특정된 포지션으로 상기 캐리어 필름을 안내하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
25. 제16 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토폴리머 수지의 재료 층을 특정된 두께로 유지하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
26. 제16 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 필름 상의 코팅 구역에서 상기 포토폴리머 수지의 적어도 하나의 재료 층을 혼합하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
27. 제16 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 재료 층에 대해 구조화, 배치, 제거(subtraction) 또는 이들의 일부 조합을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.
28. 제16 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 층의 부분이 상기 노출 필드 내의 상기 빌딩 평면 상에 있는 동안, 상기 비접촉식 가열 램프들(contactless heating lamps)(30) 및 적외선 램프들(infrared lamps)(30) 중 하나 이상으로 상기 재료 층의 일부를 가열하는 단계를 더 포함하는,
    3차원 구조물들의 리소그래피 기반 적층 가공을 위한 방법.

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