KR20230037026A - 고정밀 적층 제조 디바이스 및 고처리량 적층 제조 시스템 - Google Patents

고정밀 적층 제조 디바이스 및 고처리량 적층 제조 시스템 Download PDF

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KR20230037026A
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micro
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하이리 리우
펭 왕
하오휘 루
센핑 쳉
샤오링 리
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트리아스텍 인코포레이티드
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Abstract

본 개시는 일반적으로 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 시스템은 인쇄 재료를 용융 및 가압하기 위한 재료 공급 모듈; 마이크로 스크류 인쇄 헤드로서, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서, 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류, 슬리브 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하고, 노즐의 원추형 내부 표면은 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드; 및 구동 모듈로서, 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 회전 모터 및 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 액추에이터를 포함하는, 상기 구동 모듈을 포함할 수 있다.

Description

고정밀 적층 제조 디바이스 및 고처리량 적층 제조 시스템
본 개시는 일반적으로 적층 제조 기술에 관한 것으로, 더 구체적으로는 고처리량 및 고정밀 3D 인쇄 기법에 관한 것이다.
3차원 인쇄("3D 인쇄")이라고도 지칭되는 적층 제조는 재료를 결합하거나 응고시켜 3차원 물체를 제조하는 프로세스를 수반하는 신속한 프로토타이핑 기술이다. 특히, 디지털 모델을 기초로 전형적으로 층별로 재료가 함께 추가된다(예컨대, 액체 분자 또는 분말 입자가 함께 융합됨). 컴퓨터 시스템은 적층 제조 시스템을 동작하고 원하는 형상이 형성될 때까지 재료 유동과 인쇄 노즐의 이동을 제어한다. 현재 3D 인쇄 기술은 광경화 기법, 분말 접합 기법, FDM(fused deposition modeling) 기법 등을 포함한다.
인쇄 스크류를 사용하는 기존 적층 제조 시스템에는 몇 가지 단점이 있다. 많은 기존 시스템은 정밀하고 즉각적인 개방/폐쇄 메커니즘을 제공하지 않는다. 예를 들어, 인쇄 스크류의 회전이 중지될 때에도 소량의 인쇄 재료가 여전히 분배/누설될 수 있다. 그 결과, 특히 인쇄 세션의 시작과 단부에서 분배되는 인쇄 재료의 양을 정밀하게 제어할 수 없다.
또한, 많은 기존 시스템의 인쇄 스크류는 상대적으로 커서(예를 들어, 센티미터 스케일의 직경), 인쇄 재료의 유동을 정밀하게 제어하고 추적하기 어렵기 때문에 작고 복잡한 물체를 인쇄하는 데 적합하지 않게 한다. 이러한 시스템의 인쇄 스크류에는 세 개의 섹션이 있다: 인쇄 재료를 도입하도록 구성된 섹션, 인쇄 재료를 가압하도록 구성된 섹션 및 분배된 인쇄 재료의 체적을 측정(즉, 계량)하도록 구성된 섹션. 다수의 목적으로 설계된 다수의 섹션으로 인해 인쇄 스크류의 크기를 감소시키기가 어렵다.
더 나아가, 많은 기존 시스템의 인쇄 스크류는 대응 노즐과 잘 정합하도록 설계되지 않아서, 노즐이 폐쇄되어 있을 때에도 노즐 내부에 공간이 남겨진다. 그 결과, 각각의 인쇄 세션 후에 인쇄 재료의 잔류물이 공간에 남을 수 있으며 따라서 현재 및 향후 인쇄 세션의 체적 추적에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 시간 경과에 따라 높은 처리량을 유지하면서 상대적으로 작고 복잡하고 복합적인 물체를 정확하고 정밀하며 비용 효율적인 방식으로 인쇄할 수 있는 3D 인쇄용 시스템 및 방법이 필요하다. 또한, 제품 회분(batch)을 인쇄하기 위해 다수의 3D 프린터의 동작을 조정(coordinate)할 수 있는 시스템이 필요하다.
예시적인 적층 제조 시스템은 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 재료 공급 모듈; 마이크로 스크류 인쇄 헤드로서, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서, 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류, 슬리브 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하고, 노즐의 원추형 내부 표면은 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드; 및 구동 모듈로서, 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 회전 모터 및 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 액추에이터(예를 들어, 전기 모터)를 포함하는, 상기 구동 모듈을 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 슬리브와 노즐 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링을 더 포함하고, z-축 위치설정 밀봉 링은 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브 또는 온도 센서를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 단열 슬리브를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 노즐의 원추형 내부 표면에 의해 형성되는 제2 테이퍼 각도 이하다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 60° 이하이다.
일부 실시예에서, 제2 테이퍼 각도와 제1 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상이다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴을 통해 노즐의 원추형 내부 표면에 맞도록 구성된다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 길이는 10 및 80 mm와 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 직경은 3 mm, 3.5 mm, 3.6 mm, 4 mm 또는 4.5 mm, 4.6 mm이다.
일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 인쇄 재료를 용융시키기 위한 압출 디바이스 및 가압 디바이스를 포함한다.
일부 실시예에서, 압출 디바이스는 단일 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 트윈 스크류 압출 메커니즘, 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 가압 디바이스는 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 용융된 인쇄 재료의 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 용융된 인쇄 재료의 압력을 검출하기 위해 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 유동 채널 또는 입구에 하나 이상의 압력 센서를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 최상부 나사 세그먼트에 기초하여 정렬된다.
일부 실시예에서, 시스템은 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구에 입구 밀봉 링을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 구동 모듈은 액추에이터와 회전 모터를 독립적으로 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 구동 모듈은 액추에이터와 회전 모터의 복합 제어를 제공하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터를 포함한다.
일부 실시예에서, 전기 모터는 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 회전 모터는 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시스템은 결합을 위해 사용되는 크로스 커넥터 또는 카단(cardan) 샤프트를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에 의해 50℃ 내지 400℃에서 용융된다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 노즐에 의해 분배된다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 인쇄 플랫폼 및 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계에 기초하여 인쇄 플랫폼의 이동을 야기하기 위한 제어기를 더 포함한다.
마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조의 예시적인 방법에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하며, 방법은 마이크로 스크류를 상승시켜 노즐의 출구 포트를 개방하는 단계; 마이크로 스크류를 회전시켜 용융 및 가압된 인쇄 재료를 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 홈으로 도입하는 단계로서, 용융 및 가압된 인쇄 재료는 노즐의 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및 노즐의 원추형 내부 표면이 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하고 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 액추에이터(예를 들어, 전기 모터)를 통해 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 마이크로 스크류의 이동 변위를 조절하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 분배되는 인쇄 재료의 체적을 제어하기 위해 회전 모터를 통해 마이크로 스크류의 회전 속도를 조절하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 액추에이터(예를 들어, 전기 모터) 및 회전 모터는 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 방법은 마이크로 스크류의 회전 속도를 감소시키면서 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류를 회전시키는 단계는 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시키는 단계를 포함하고, 방법은 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하기 전에 마이크로 스크류를 제1 방향과 반대 방향으로 회전시켜 노즐의 원위 단부로부터 인쇄 재료의 양을 제거하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 인쇄 플랫폼의 이동 및 노즐에 의해 분배되는 인쇄 재료의 양을 조정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 래더(ladder) 방식에 따라 인쇄 재료를 가열하는 단계를 더 포함하고, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 노즐에서 제3 온도로 가열된다.
일부 실시예에서, 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃이다.
일부 실시예에서, 방법은 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 유동 채널 또는 입구에서 인쇄 재료의 압력을 측정하는 단계; 및 폐루프 제어 시스템을 통해 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류는 제약 투여 유닛을 제조하도록 제어된다.
예시적인 적층 제조 시스템은 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 재료 공급 모듈; 유동 분배 플레이트를 포함하는 유동 분배 모듈로서, 유동 분배 플레이트는 용융 및 가압된 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 균일하게 분할하기 위한 복수의 채널을 포함하는, 상기 유동 분배 모듈, 복수의 유동을 분배하도록 구성된 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드로서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 각각은, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류, 슬리브 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하고, 노즐의 원추형 내부 표면은 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 노즐을 포함하는, 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드; 및 구동 모듈로서, 복수의 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 하나 이상의 회전 모터 및 복수의 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 하나 이상의 액추에이터(예를 들어, 전기 모터)를 포함하는, 상기 구동 모듈을 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 슬리브와 노즐 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링을 더 포함하고, z-축 위치설정 밀봉 링은 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브 또는 온도 센서를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 단열 슬리브를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 노즐의 원추형 내부 표면에 의해 형성된 제2 테이퍼 각도 이하다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 60° 이하이다.
일부 실시예에서, 제2 테이퍼 각도와 제1 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상이다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴을 통해 노즐의 원추형 내부 표면에 맞도록 구성된다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 길이는 10 및 80 mm와 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 인쇄 재료를 용융시키기 위한 압출 디바이스 및 가압 디바이스를 포함한다.
일부 실시예에서, 압출 디바이스는 단일 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 트윈 스크류 압출 메커니즘, 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 가압 디바이스는 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 용융된 인쇄 재료의 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 용융된 인쇄 재료의 압력을 검출하기 위해 인쇄 헤드의 입구 또는 유동 분배 플레이트에 하나 이상의 압력 센서를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 최상부 나사 세그먼트에 기초하여 정렬된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 회전 모터는 복수의 회전 모터를 포함하고, 복수의 회전 모터 각각은 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 각각의 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 회전 모터는 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류의 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성된 단일 회전 모터를 포함한다.
일부 실시예에서, 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 액추에이터는 복수의 전기 모터를 포함하고, 복수의 전기 모터 각각은 각각의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 각각의 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 전기 모터는 푸시 플레이트 메커니즘을 통해 복수의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 복수의 마이크로 스크류의 이동 변위를 동시에 제어하도록 구성된 단일 전기 모터를 포함한다.
일부 실시예에서, 푸시 플레이트 메커니즘은 활주(sliding) 플레이트, 푸시(push) 플레이트 및 캠(cam) 메커니즘을 포함한다.
일부 실시예에서, 캠 메커니즘은 활주 플레이트의 수평 이동을 푸시 플레이트의 수직 이동으로 변환하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 구동 모듈은 하나 이상의 액추에이터 및 하나 이상의 회전 모터를 독립적으로 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 구동 모듈은 하나 이상의 액추에이터 및 하나 이상의 회전 모터의 복합 제어를 제공한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 회전 모터 및 하나 이상의 액추에이터 중 적어도 하나는 스테퍼(stepper) 모터이다.
일부 실시예에서, 시스템은 결합을 위해 사용되는 크로스 커넥터 또는 카단 샤프트를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 유동 분배 모듈은 베이스 플레이트를 포함하고, 유동 분배 플레이트 및 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 베이스 플레이트에 배치된다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다.
일부 실시예에서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 베이스 플레이트 및 슬리브가 통합된다.
일부 실시예에서, 시스템은 유동 분배 플레이트 외부에 온도 제어 시스템을 더 포함하고, 온도 제어 시스템은 가열 디바이스 및 냉각 디바이스를 포함한다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트의 입구는 밀봉 메커니즘을 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 밀봉 메커니즘을 포함한다.
일부 실시예에서, 밀봉 메커니즘은 밀봉 링이다.
일부 실시예에서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 자연적 균형 레이아웃 또는 유변학적 균형 레이아웃으로 배열된다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 4개의 유동 또는 8개의 유동으로 분할하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 하나 이상의 1-4 또는 1-8 서브-플레이트를 통해 16개 유동 또는 32개 유동으로 분할하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 유변학적 균형 레이아웃을 통해 단일 유동을 3개의 유동, 5개의 유동 또는 7개의 유동으로 분할하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에 의해 50℃ 내지 400℃에서 용융된다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 노즐에 의해 분배된다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 인쇄 플랫폼 및 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계에 기초하여 인쇄 플랫폼의 이동을 야기하기 위한 제어기를 더 포함한다.
복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조의 예시적인 방법에 있어서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 각각은, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류와 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하며, 방법은 유동 분배 플레이트를 통해 용융 및 가압된 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 분배하는 단계; 복수의 유동 각각이 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류 헤드에 도달하게 하는 단계; 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에서: 마이크로 스크류를 상승시켜 노즐의 출구 포트를 개방하는 단계; 마이크로 스크류를 회전시켜 각각의 유동을 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 홈으로 도입하는 단계로서, 용융 및 가압된 인쇄 재료는 노즐의 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및 노즐의 원추형 내부 표면이 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하고 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 전기 모터는 푸시 플레이트 메커니즘을 통해 복수의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 복수의 마이크로 스크류의 이동 변위를 동시에 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 복수의 전기 모터 각각은 각각의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 각각의 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 복수의 회전 모터 각각은 모터 어댑터 샤프트를 통해 각각의 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 단일 회전 모터는 하나 이상의 기어 및 벨트를 통해 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류의 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 액추에이터 및 회전 모터는 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 방법은 마이크로 스크류의 회전 속도를 감소시키면서 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류를 회전시키는 단계는 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시키는 단계를 포함하고, 방법은 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하기 전에 마이크로 스크류를 제1 방향과 반대 방향으로 회전시켜 노즐의 원위 단부로부터 인쇄 재료의 양을 제거하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 인쇄 플랫폼의 이동과 노즐에 의해 분배되는 인쇄 재료의 양을 조정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 래더 방식에 따라 인쇄 재료를 가열하는 단계를 더 포함하고, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 각각의 노즐에서 제3 온도로 가열된다.
일부 실시예에서, 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃이다.
일부 실시예에서, 방법은 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구 또는 유동 분배 플레이트에서 인쇄 재료의 압력을 측정하는 단계; 및 폐루프 제어 시스템을 통해 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
일부 실시예에서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 제약 투여 유닛을 제조하도록 구성된다.
예시적인 적층 제조 시스템은 제1 인쇄 스테이션으로서, 제1 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 제1 재료 공급 모듈; 용융 및 가압된 제1 인쇄 재료의 단일 유동을 제1 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제1 유동 분배 모듈; 및 제1 복수의 유동을 분배하도록 구성된 니들 밸브 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제1 인쇄 모듈을 포함하는, 상기 제1 인쇄 스테이션; 제2 인쇄 스테이션으로서, 제2 인쇄 스테이션은 제2 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 제2 재료 공급 모듈; 용융 및 가압된 제2 인쇄 재료의 단일 유동을 제2 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제2 유동 분배 모듈; 및 제2 복수의 유동을 분배하도록 구성된 마이크로 스크류 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제2 인쇄 모듈을 포함하는, 상기 제2 인쇄 스테이션을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 인쇄 스테이션 및 제2 인쇄 스테이션은 제품의 동일한 회분을 인쇄하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 인쇄 모듈 각각은 상이한 수의 인쇄 헤드를 수용하도록 확장 가능하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 인쇄 스테이션 각각은 상이한 유형의 인쇄 모듈을 수용하도록 확장 가능하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시스템은 액적 토출 인쇄 헤드 세트, 사출 인쇄 헤드 세트, 잉크젯 인쇄 헤드 세트 또는 그 임의의 조합을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 복수의 제약 정제는 본 출원에 설명된 방법 중 임의의 하나에 의해 적층 제조 시스템의 하나 이상의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 사용하여 제조된다. 일부 실시예에서, 복수의 제약 정제 중 중량이 300 mg 이하인 모든 제약 정제는 상대 편차가 ±7.5% 이하이다. 일부 실시예에서, 복수의 제약 정제 중 중량이 300 mg 이상인 모든 제약 정제는 상대 편차가 ±5% 이하이다.
설명된 다양한 실시예의 더 나은 이해를 위해, 동일한 참조 번호가 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 나타내는 다음의 도면과 함께 아래의 실시예의 설명을 참조한다.
도 1a는 본 개시의 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템의 개략도를 도시한다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 2개의 예시적인 인쇄 헤드 세트의 개략도를 도시한다.
도 1c는 일부 실시예에 따른 유동 분배 플레이트 내의 채널의 예시적인 구성을 도시한다.
도 2a는 일부 실시예에 따른 예시적인 인쇄 헤드 세트의 개략도를 도시한다.
도 2b는 일부 실시예에 따른 세트(200)의 평면도를 도시한다.
도 2c는 일부 실시예에 따른 8개의 인쇄 헤드 세트의 단면도를 도시한다.
도 2d는 일부 실시예에 따른 8개의 인쇄 헤드 세트의 단면도를 도시한다.
도 2e는 일부 실시예에 따른 단일 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다.
도 2f는 일부 실시예에 따른 4개의 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다.
도 3a는 일부 실시예에 따른 2개의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 A 및 B의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 3b는 일부 실시예에 따른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다.
도 3c는 일부 실시예에 따른 다른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다.
도 3d는 일부 실시예에 따른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 3D 인쇄를 위한 예시적인 방법을 도시한다.
도 5a는 일부 실시예에 따른 제약 유닛을 위한 표준화된 다중 스테이션 인쇄 시스템의 예시적인 레이아웃을 도시한다.
도 5b는 일부 실시예에 따른 예시적인 다중 스테이션 시스템(800)의 부분 측면도를 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른 예시적인 전자 디바이스를 도시한다.
도 7a는 일부 실시예에 따른 32개의 인쇄 헤드의 예시적인 레이아웃을 예시한다.
도 7b는 일부 실시예에 따른 32개의 인쇄 헤드의 예시적인 레이아웃을 예시한다.
도 7c는 일부 실시예에 따른 32개의 인쇄 헤드의 예시적인 레이아웃을 예시한다.
도 8a는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다.
도 8b는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다.
도 8c는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다.
도 9는 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템의 개략도를 예시한다.
도 10은 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템의 예시적인 출력을 예시한다.
도 11은 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템의 예시적인 출력을 예시한다.
도 12a는 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템(예를 들어, 3D 인쇄 시스템)을 도시한다.
도 12b는 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템(예를 들어, 3D 인쇄 시스템)의 단면도를 도시한다.
도 13a는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다.
도 13b는 일부 실시예에 따른 푸시 플레이트 메커니즘의 단면도를 제공한다.
도 13c는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다.
도 13d는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다.
도 14a는 일부 실시예에 따른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다.
도 14b는 본 개시의 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템(예를 들어, 3D 인쇄 시스템)을 도시한다.
시간 경과에 따라 높은 처리량을 유지하면서 정확하고 정밀하며 비용 효율적인 방식으로 물체를 적층 제조(예를 들어, 3D 인쇄)하기 위한 장치, 디바이스, 시스템, 방법 및 비일시적 저장 매체가 본 출원에 설명된다. 본 개시의 실시예는 제약 투여 유닛(예를 들어, 정제 캐플릿, 프린틀릿), 의료 디바이스, 이식된 스텐트 등과 같은 상대적으로 작고, 소형이고/거나 복잡한 물체를 인쇄하는 데 매우 적합하다.
일부 실시예에서, 예시적인 인쇄 시스템은 하나 이상의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 포함한다. 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 인쇄 프로세스 전체에 걸쳐(예를 들어, 재료가 도입될 때부터 재료가 분배될 때까지) 인쇄 재료(예를 들어, 가압되고 용융된 인쇄 재료)를 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 스템 부분 및 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류를 포함할 수 있으며, 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체에 걸쳐 나사형이다. 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 노즐을 더 포함할 수 있고 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함한다. 인쇄하는 동안, 인쇄 재료는 스템 부분의 나사에 의해 형성된 홈을 통해 흘러 노즐에 도달할 수 있다. 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 노즐의 원추형 내부 표면은 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되어 노즐에서의 인쇄 재료의 분배를 중지할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 노즐 내에 빈 공간을 남기지 않거나 매우 적게 남기고, 따라서 노즐 내의 잔류물의 양을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 인쇄 시스템은 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 하나 이상의 회전 모터(예를 들어, 브러시리스 DC 모터, 스테퍼 모터, 서보모터) 및 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 하나 이상의 액추에이터(예를 들어, 스테퍼 모터, 서보모터)를 더 포함한다. 액추에이터는 노즐을 개방/폐쇄할 수 있으며 마이크로 스크류의 속도, 가속도 및 이동 변위를 제어할 수 있으며(이는 노즐이 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되거나 임의의 양으로 부분적으로 개방되게 할 수 있음), 동시에, 회전 모터는 분배되는 인쇄 재료의 속도/양을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 모터 및 액추에이터는 마이크로 스크류가 동시에 회전하면서 수직으로 이동하거나, 단지 회전만 하거나, 단지 수직으로만 이동할 수 있도록 제어될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 인쇄 시스템은 인쇄 재료(들)의 단일 유동을 복수의 유동으로 분할하기 위해 유동 분배 모듈을 활용한다. 복수의 유동은 제품의 회분(예를 들어, 제약 투여 유닛)을 3D 인쇄하기 위해 정밀하게 제어되는 방식으로 복수의 노즐에 의해 분배되며, 따라서, 단일 회분의, 그리고, 다수의 회분에 걸친 유닛 사이의 일관성을 달성하는 동시에 높은 처리량을 유지한다.
또한, 인쇄 시스템은 제약 투여 유닛을 적층 제조(예를 들어, 3D 인쇄)하기 위한 환경(예를 들어, 항온 오븐과 같은 폐쇄 환경, 인쇄 플랫폼과 같은 개방 환경)을 포함한다. 제조 프로세스의 다수의 스테이지에서 환경의 온도, 압력, 유동, 중량, 체적 및 기타 관련 파라미터를 제어하기 위해 복수의 폐루프 제어 시스템이 사용된다. 특히, 노즐의 출력 사이의 일관성을 보장하기 위해 정밀한 방식으로 노즐의 개방을 조절하기 위해 제어 시스템 및 방법이 구현된다. 일부 실시예에서, 유닛 중량의 불일치(즉, 동일한 회분 내의 유닛 중량 사이의 불일치)는 10% 미만(예를 들어, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 9.5%, 10%)이다. 일부 실시예에서, 회분 중량의 불일치(즉, 회분의 중량 사이의 불일치)는 10% 미만(예를 들어, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 9.5%, 10%)이다.
다양한 유형의 인쇄 재료와 필요한 조성을 기초로 시스템은 제어 파라미터를 조절할 수 있다. 이러한 방식으로, 인쇄 시스템을 사용하여 다양한 고품질 제품을 제조할 수 있다.
일부 실시예에서, 재료는 비필라멘트형(예를 들어, 분말, 펠릿 또는 액체)이다. 일부 실시예에서, 재료는 시스템으로부터 분배될 때 0.01-10000Pa·s의 점도를 갖는다. 예를 들어, 재료는 디바이스에서 분배될 때 약 100 Pa·s 이상의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 재료는 디바이스로부터 분배될 때 약 400 Pa·s 이상의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 재료는 디바이스로부터 분배될 때 약 800 Pa·s 이상의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 재료는 약 50℃ 내지 약 400℃에서 용융된다. 일부 실시예에서, 재료는 약 50℃ 내지 약 400℃의 온도에서 노즐로부터 분배된다. 일부 실시예에서 재료는 약 90℃ 내지 약 300℃의 온도에서 노즐로부터 분배된다.
일부 실시예에서, 인쇄 시스템은 다수의 인쇄 스테이션을 포함한다. 각각의 인쇄 스테이션은 제품 회분의 일부(예를 들어, 쉘, 하위 절반, 상단, 상위 절반)를 인쇄하는 데 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 인쇄 스테이션은 제품의 다수의 회분이 동시에 인쇄될 수 있도록 병렬로 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 인쇄 스테이션은 상이한 유형의 인쇄 헤드(예를 들어, 니들 밸브 인쇄 헤드, 마이크로 스크류 인쇄 헤드)를 포함할 수 있다. 인쇄 헤드의 유형은 분배할 인쇄 재료의 유형에 따라 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 다중 스테이션 시스템은 세정 및 유지가 용이하며, 따라서, 제품의 표준화 생산을 위한 요건을 준수한다.
다음 설명은 본 기술 분야의 숙련자가 다양한 실시예를 수행 및 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 특정 디바이스, 기법 및 응용에 대한 설명은 단지 예로서 제공된다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 출원에 설명된 예에 대한 다양한 수정을 용이하게 명백히 알 수 있을 것이며, 본 출원에 정의된 일반적인 원리는 다양한 실시예의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 예 및 응용에 적용될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예는 본 출원에 설명되고 도시된 예에 제한되기를 의도하지 않고 청구범위와 일치하는 범위가 부여되어야 한다.
다음 설명은 예시적인 방법, 파라미터 등을 설명한다. 그러나, 이러한 설명은 본 개시의 범위에 대한 제한을 의도하는 것이 아니라, 대신에 예시적인 실시예의 설명으로서 제공된 것이라는 것이 인식하여야 한다.
다음 설명에서는 다양한 요소를 설명하기 위해 "제1", "제2" 등의 용어를 사용하지만, 이러한 요소는 용어에 의해 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데에만 사용된다. 예를 들어, 설명된 다양한 실시예의 범위를 벗어나지 않고, 제1 도식적 표현은 제2 도식적 표현으로 지칭될 수 있으며, 유사하게 제2 도식적 표현은 제1 도식적 표현으로 지칭될 수 있다. 제1 도식적 표현과 제2 도식적 표현은 양자 모두 도식적 표현이지만 동일한 도식적 표현은 아니다.
본 출원에 설명된 다양한 실시예의 설명에 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 제한을 의도하는 것은 아니다. 다양한 설명된 실시예 및 첨부된 청구범위의 설명에서 사용될 때, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것을 의도한다. 또한, 본 출원에 사용될 때, "및/또는"이라는 용어는 연관된 나열된 항목 중 하나 이상의 임의의 및 모든 가능한 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해할 것이다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함하다(includes, comprises)" 및/또는 "포함하는(including, comprising)"은 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 또한 이해할 것이다
용어 "경우"는 선택적으로 문맥에 따라 "때" 또는 "시" 또는 "결정에 응답하여" 또는 "검출에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석된다. 유사하게, "결정된 경우" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]가 검출된 경우"라는 문구는 선택적으로 문맥에 따라 "결정 시" 또는 "결정에 응답하여" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트] 검출 시" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트] 검출에 응답하여"를 의미하는 것으로 해석된다.
도 1a는 본 개시의 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템(예를 들어, 3D 인쇄 시스템)(100)의 개략도를 도시한다. 시스템(100)은 인쇄 재료 세트를 32개의 인쇄 헤드로 운반(예를 들어, 연속적으로 운반)하기 위한 재료 공급 모듈(102)을 포함한다. 일부 실시예에서, 32개의 인쇄 헤드 중 일부 또는 전부는 마이크로 스크류 인쇄 헤드이고, 이는 본 출원에 자세히 설명되어 있다.
재료 공급 모듈(102)은 공급 채널(104)을 통해 인쇄 재료(들)를 공급하기 전에 인쇄 재료(들) 세트를 전처리하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전처리는 미리 결정된 설정(예를 들어, 목표 온도 범위, 목표 압력 범위)에 기초하여 인쇄 재료(들)를 용융 및 가압하는 것을 포함한다. 그 후, 전처리된 재료는 공급 채널(104)을 통해 이송된다. 일부 실시예에서, 인쇄 재료(들)의 연속 유동이 공급 채널(104)을 통해 공급된다. 일부 실시예에서, 재료 공급 모듈(102)은 인쇄 재료(들)를 연속적인 방식으로 전처리할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 동작하는 동안, 인쇄 재료(들)는 (예를 들어, 일정하거나 실질적으로 일정한 속도로) 재료 공급 모듈에 연속적으로 도입되고 전처리될 수 있다. 일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 아래에 설명된 바와 같이 인쇄 헤드가 어떠한 인쇄 재료도 분배하지 않을 때(예를 들어, 인쇄 스테이션이 인쇄 헤드 아래에서 교환될 때) 용융 및 가압된 인쇄 재료를 보유할 수 있는 버퍼링 메커니즘(예를 들어, 버퍼링 피스톤)을 포함한다.
일부 실시예에서, 재료 공급 모듈(102)은 인쇄 재료(들)를 용융시키도록 구성된 하나 이상의 가열기(예를 들어, 가열 코일 또는 가열 재킷)를 포함한다. 일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 재료 공급 모듈(102) 내에서 용융된 또는 용융된 인쇄 재료(들)의 온도를 검출하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 온도 센서는 하나 이상의 온도 센서에 의해 보고된 온도에 응답하여 하나 이상의 가열기를 동작시키는 컴퓨터 시스템에 연결된다.
일부 실시예에서, 시스템의 하나 이상의 가열기는 시스템 내의 재료를 재료의 용융 온도 이상의 온도로 가열한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가열기는 재료를 약 60℃ 이상, 예컨대 약 70℃ 이상, 80℃ 이상, 100℃ 이상, 120℃ 이상, 150℃ 이상, 200℃ 이상 또는 250℃ 이상의 온도로 가열한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가열기는 재료를 약 300℃ 이하, 예컨대 약 260℃ 이하, 200℃ 이하, 150℃ 이하, 100℃ 이하, 또는 80℃ 이하의 온도로 가열한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가열기는 디바이스의 상이한 위치에서 상이한 온도로 재료를 가열한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 재료는 배럴 내의 제1 온도, 공급 채널 내의 제2 온도 및 노즐 내의 제3 온도로 가열되며, 이들 각각은 동일한 온도 또는 상이한 온도일 수 있다. 일부 실시예에서, 노즐에서의 재료의 온도는 예를 들어 0-10℃ 또는 0-20℃만큼 공급 채널 및 유동 분배 플레이트의 채널보다 더 높다. 예를 들어, 재료는 배럴과 공급 채널에서 140℃로 가열될 수 있지만 노즐 내에 있을 때에는 160℃로 가열될 수 있다. 피드백 제어 시스템은 온도의 높은 정밀도를 허용한다. 일부 실시예에서, 온도는 목표 온도의 0.1℃ 이내, 목표 온도의 0.2℃ 이내, 목표 온도의 0.5℃ 이내, 목표 온도의 1℃ 이내, 또는 목표 온도의 10℃ 이내로 제어된다.
본 출원에 설명된 온도 센서는 열전쌍 센서(예를 들어, 유형 J, 유형 K) 또는 저항 온도계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 센서는 200℃ 미만의 온도를 측정하도록 구성된다. 본 출원에 설명된 압력 센서는 피에조 저항 유형 트랜스듀서 또는 변형계 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 작은 범위 변형계 센서가 사용된다. 온도 또는 압력 센서의 위치에 따라(예를 들어, 재료 공급 모듈, 유동 분배 플레이트 또는 노즐 내부 또는 근접) 다양한 유형의 센서를 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 압력 센서는 압력 센서에 의해 보고된 압력에 응답하여 인쇄 재료(들)를 원하는 압력으로 가압하기 위해 재료 공급 모듈을 동작시키는 컴퓨터 시스템에 연결된다. 일부 실시예에서, 인쇄 압력은 원하는 압력의 약 0.05MPa 이내이다. 일부 실시예에서, 재료 공급 모듈은 피스톤 메커니즘, 스크류 메커니즘(단일 스크류, 트윈 스크류, 3 스크류, 4 스크류, 5 스크류, 8 스크류), 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가열기는 단일 피스톤 메커니즘, 단일 스크류 메커니즘, 트윈 스크류 메커니즘 또는 그 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 재료 공급 모듈의 가압 디바이스는 피스톤 메커니즘, 단일 스크류 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 목표 압력을 달성하고 유지하기 위해 (예를 들어, 유동 분배 플레이트 또는 노즐의 압력 센서로부터의) 압력 판독값에 기초하여 재료 공급 모듈(예를 들어, 스크류 메커니즘의 회전 속도)을 조절하는 압력 폐루프 제어 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 다극 압력 센서로부터의 압력 판독값의 평균이 사용된다.
일부 실시예에서, 압력 센서는 노즐 또는 노즐에 근접한 공급 채널 내의 재료의 압력을 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 압력 센서는 노즐 내에 또는 공급 채널에 인접하고 노즐에 근접하게 위치된다. 압력 센서는 폐루프 피드백 시스템에서 압력 제어기와 함께 동작하여 디바이스의 재료에 거의 일정한 압력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서가 압력 감소를 검출하면, 피드백 시스템은 (예를 들어, 피스톤을 하강시키거나, 배럴의 공기 압력을 증가시키거나, 압력 스크류를 돌리는 등에 의해) 재료의 압력을 증가시키도록 압력 제어기에 신호를 보낼 수 있다. 유사하게, 압력 센서가 압력 증가를 검출하면 피드백 시스템은 (예를 들어, 피스톤을 상승시키고, 배럴의 공기 압력을 감소시키고, 압력 스크류를 돌리는 등에 의해) 재료의 압력을 감소시키도록 압력 제어기에 신호를 보낼 수 있다. 일정한 압력은 노즐이 개방 위치에 있을 때, 디바이스의 용융된 재료가 일정한 속도로 노즐의 압출 포트를 통해 분배되는 것을 보장한다. 그러나, 노즐이 폐쇄 위치에 있을 때, (예를 들어, 피스톤 상승, 배럴의 공기 압력 감소, 압력 스크류를 돌리기 등에 의한) 일정한 압력 증가는 용융된 재료가 노즐을 통해 누설되게 할 수 있다. 또한, 압력 센서와 압력 제어기를 포함하는 피드백 시스템은 마이크로 스크류가 개방 위치에서 폐쇄 위치로 또는 폐쇄 위치에서 개방 위치로 재위치될 때 시스템에서 거의 일정한 압력을 유지한다. 이는 시스템에서 재료의 압력을 램프 업시킬 필요가 없기 때문에, 밀봉 니들이 폐쇄 위치로부터 개방 위치에 위치될 때 압출 속도의 "램프 업"이 최소화된다. 피드백 시스템은 PID(proportional-integral-derivative) 제어기, 뱅-뱅(bang-bang) 제어기, 예측 제어기, 퍼지 제어 시스템, 전문가 시스템 제어기 또는 임의의 다른 적절한 알고리즘을 사용하여 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 센서의 샘플 속도는 약 20ms 이하, 예컨대 약 10ms 이하, 약 5ms 이하, 또는 약 2ms 이하이다. 일부 실시예에서, 압력은 목표 압력의 0.01MPa 이내, 목표 압력의 0.05MPa 이내, 목표 압력의 0.1MPa 이내, 목표 압력의 0.2MPa 이내, 목표 압력의 0.5MPa 이내, 또는 목표 압력의 1MPa 이내로 제어된다.
재료 공급 모듈 및 인쇄 시스템의 여러 다른 특징에 대한 추가적인 세부사항은 발명의 명칭이 "PRECISION PHARMACEUTICAL 3D PRINTING DEVICE"인 PCT/CN2018/071965 및 발명의 명칭이 "3D PRINTING DEVICE AND METHOD"인 WO2018210183에서 제공될 수 있으며, 이들의 내용은 그 전체가 통합되어 있다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 2개의 예시적인 인쇄 헤드 세트의 개략도를 도시한다. 도시된 예에서 인쇄 헤드의 두 세트는 세트 A와 세트 B이며, 각각의 세트는 동일한 지지 프레임을 공유하는 8개의 인쇄 헤드를 포함한다. 예를 들어, 세트 B의 8개 인쇄 헤드는 모두 동일한 지지 프레임(108)을 공유한다. 세트 A와 B는 적층 제조 시스템(100)(도 1a)의 일부를 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 적층 제조 시스템(100)의 재료 공급 모듈(102)은 가압되고 용융된 재료를 공급 채널(106)을 통해 도 1b의 인쇄 헤드에 공급할 수 있다. 공급 채널(106)은 도 1a의 공급 채널(104)의 일부 또는 연장부와 동일할 수 있다.
가압 및 용융된 인쇄 재료는 공급 채널(106)을 통해 유동 분배 모듈(110)로 이송될 수 있다. 일부 실시예에서, 유동 분배 모듈(110)의 입구에 밀봉 메커니즘이 제공된다. 유동 분배 모듈(110)은 (예를 들어, 재료 공급 모듈에 의해 공급되는) 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 분할하도록 구성된 분지형 채널(도시되지 않음)을 갖는 유동 분배 플레이트를 포함한다. 일부 실시예에서, 유동 분배 모듈(110)은 단일 유동을 2개의 유동으로 분할할 수 있고, 이들이 4개의 유동으로 분할되고, 이들이 8개의 유동으로 분할되고, 이들이 16개의 유동으로 분할되고, 이들이 32개의 유동으로 분할된다. 일부 실시예에서, 유동 분배 모듈은 단일 유동을 직접 2개의 유동, 3개의 유동, 4개의 유동, 5개의 유동 ... 또는 n 개의 유동으로 분할할 수 있다. 일부 실시예에서, 유동 분배 모듈은 단일 유동을 3개의 유동으로 분할할 수 있으며, 이들은 9개의 유동으로 분할되고, 이들은 27개의 유동으로 분할된다.
일부 실시예에서, 유동 분배 모듈(110)은 유동 분배 플레이트, 온도 제어 메커니즘, 압력 센서, 온도 센서, 또는 그 임의의 조합을 포함한다. 유동 분배 플레이트는 인쇄 재료(들)의 단일 유동을 수용하기 위해 재료 공급 모듈의 공급 채널에 연결된 단일 채널을 포함한다. 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 다수의 유동으로 분할하도록 구성된 다수의 분지형 채널을 포함하고, 이들 다수의 유동은 각각 다수의 인쇄 헤드의 다수의 노즐을 통해 분배된다. 각각의 노즐은 제어된 방식으로(예를 들어, 마이크로 스크류 메커니즘을 통해, 니들 밸브 메커니즘을 통해) 인쇄 재료(들)의 유동을 분배하도록 구성된다.
도 12a는 본 개시의 일부 실시예에 따른 또 다른 예시적인 적층 제조 시스템(예를 들어, 3D 인쇄 시스템)(1200)을 도시한다. 시스템(1200)은 2개의 인쇄 헤드 모듈(1202 및 1204)을 포함한다. 각각의 인쇄 헤드 모듈은 하나 또는 다수의 인쇄 헤드를 포함한다. 도시된 예에서, 인쇄 헤드 모듈(1202)은 4개의 유동을 분배하기 위한 4개의 인쇄 헤드를 포함하고; 유사하게, 인쇄 헤드 모듈(1204)은 4개의 유동을 분배하기 위한 4개의 인쇄 헤드를 포함한다. 일부 실시예에서, 인쇄 헤드 모듈은 1, 2, 8, 16개의 인쇄 헤드와 같은 임의의 수의 인쇄 헤드를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 인쇄 헤드 모듈은 적층 제조 시스템에 부착되거나 분리될 수 있는 별개의 유닛이다. 예를 들어, 사용자는 임의의 수의 인쇄 헤드 모듈(예를 들어, 2, 3, 4, 8, 16)을 시스템에 부착하여 적층 제조 시스템을 조립할 수 있고, 따라서, 인쇄 헤드의 수를 쉽게 구성할 수 있게 한다. 또 다른 예로, 사용자는 단일 인쇄 헤드 모듈을 시스템에 부착하여 적층 제조 시스템을 조립할 수 있다.
일부 실시예에서, 인쇄 헤드 모듈은 모듈별 유동 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인쇄 헤드 모듈(1202)은 모듈이 단일 유동을 수용하고 이를 모듈 내의 4개의 인쇄 헤드에 의해 분배될 4개의 유동으로 분할할 수 있도록 모듈별 유동 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 도 12a를 참조하면, 시스템(1200)은 단일 유동을 인쇄 헤드 모듈(1202 및 1204)에 의해 각각 수용되는 2개의 유동으로 분할하기 위한 시스템 전체 유동 분배 플레이트(1206)를 포함한다. 또한, 각각의 인쇄 헤드 모듈에는 수용된 단일 유동을 4개의 유동으로 추가 분할하기 위한 모듈별 유동 분배 플레이트가 있다. 따라서, 시스템(1200)은 8개의 유동을 분배하기 위해 8개의 인쇄 헤드를 지원한다. 인쇄 헤드 모듈(1202 및 1204)은 동일한 푸시 플레이트를 공유할 수 있으며, 따라서, 8개의 유동이 동시에 균일한 방식으로 분배될 수 있다.
도 12b는 본 개시의 일부 실시예에 따른 또 다른 예시적인 적층 제조 시스템(예를 들어, 3D 인쇄 시스템)(1250)을 도시한다. 이 시스템은 시스템 전체 유동 분배 플레이트(1251)를 가지고 있다. 유동 분배 플레이트(1251)는 단일 유동을 2개의 유동으로 분할한다. 2개의 유동 각각은 접합부(1252 및 1262)에서 각각 2개의 유동으로 더 분할되고, 따라서, 4개의 유동을 생성한다. 4개의 유동 각각은 접합부(1254, 1256, 1264 및 1266)에서 각각 2개의 유동으로 더 분할되고, 따라서, 8개의 유동을 생성한다. 8개의 유동 각각이 인쇄 헤드 모듈에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 12a에서 8개의 인쇄 헤드 모듈(1202)이 각각 8개의 유동을 분배하기 위해 부착되는 경우, 시스템은 32개의 유동을 분배하기 위해 총 32개의 인쇄 헤드를 가질 것이다.
도 1c는 일부 실시예에 따른 유동 분배 플레이트 내의 채널의 예시적인 구성을 도시한다. 각각의 구성은 단일 유동을 다수의 유동으로 분할할 수 있으며, 이는 다수의 노즐에서 균일한 방식으로(예를 들어, 중량 측면에서) 분배된다. 유동 분배 플레이트 내의 채널 및 접합부의 배열로 인해, 각각의 다수의 유동은 고유한 유로를 횡단하고, 이 고유한 유로는 예를 들어 공급 채널로부터 유동 분배 플레이트로 단일 유동을 수용하기 위한 상단 입구에서 시작하여 대응 노즐로 연장된다. 일부 실시예에서, 다수의 유동의 유로는 기하학적으로 대칭적이다(예를 들어, 동일한 길이, 동일한 기하학적 형상이다). 일부 실시예에서, 다수의 유동의 유로는 기하학적으로 대칭적이지 않지만, 유로의 상이한 부분을 따라 유로의 직경을 조절함으로써 균일한 분포가 달성된다. 일부 실시예에서, 이들 접합부의 일부 또는 전부는 동일하거나 실질적으로 동일한 평면(예를 들어, 동일한 X-Y 평면) 위에 위치된다. 일부 실시예에서, 이들 접합부의 일부 또는 전부는 상이한 평면(예를 들어, 상이한 X-Y 평면) 위에 위치된다.
일부 실시예에서, 노즐은 자연적 균형 레이아웃 또는 유변학적 균형 레이아웃으로 배열될 수 있다. 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 4개의 유동 또는 8개의 유동으로 분할하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 1-4 또는 1-8 서브-플레이트를 통해 단일 유동을 16개 유동 또는 32개 유동으로 분할하도록 구성할 수 있다. 유변학적 균형 레이아웃을 통해 단일 유동을 3개 유동, 5개 유동 또는 7개 유동으로 분할하도록 구성할 수 있다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 (예를 들어, 수평으로, 수직으로, 및/또는 대각선으로) 복수의 컴포넌트로 분할될 수 있다. 예를 들어, 유동 분배 플레이트는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함할 수 있다. 복수의 컴포넌트는 스크류로 함께 유지될 수 있다. 분해될 때, 각각의 개별 컴포넌트는 유동 분배 플레이트에서 하나 이상의 채널 및 접합부의 내부 표면을 노출시키고, 따라서 유동 분배 플레이트의 채널 및 접합부의 더 쉬운 세정을 허용한다.
일부 실시예에서, 동작 시, 유동 분배 플레이트의 채널 내의 압력은 0 내지 20MPa(예를 들어, 0-5MPa, 0-10MPa, 0-20MPa)일 수 있다. 재료가 유동 분배 플레이트를 횡단하는 데 필요한 시간의 양은 5분 내지 5시간 사이일 수 있다. 일부 실시예에서, 노즐에서 분배된 체적은 0.1 내지 10μL/s(예를 들어, 2-3μL/s)일 수 있다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 원하는 수준으로 유동 분배 플레이트의 온도를 유지하기 위한 온도 제어 메커니즘을 포함한다. 일부 실시예에서, 온도 제어 메커니즘은 하나 이상의 가열기 및 하나 이상의 냉각기를 포함하고, 이들은 유동 분배 플레이트의 내부 온도를 유지하기 위해 함께 동작하도록 구성된다.
하나 이상의 가열기는 유동 분배 플레이트 내에 또는 유동 분배 플레이트에 근접하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 유동 분배 플레이트는 열 전도율이 높은 재료로 형성된 하나 이상의 가열기(예를 들어, 와이어, 플레이트)를 수용하기 위한 내부 슬롯을 포함한다. 하나 이상의 열선이 유동 분배 플레이트 내부의 내부 슬롯을 통해 연장된다. 유동 분배 플레이트는 플레이트 내부의 온도가 일관된 방식으로 유지되도록 플레이트 전체에 걸친 열선의 균일한 분포를 허용하도록 내부 슬롯의 다수의 행 및 열을 포함할 수 있다.
하나 이상의 냉각 튜브는 유동 분배 플레이트 내에 또는 유동 분배 플레이트에 근접하게 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 제어 디바이스는 물 순환을 통해 냉각을 달성한다. 예를 들어, 유동하는 물을 위한 내부 채널을 각각 갖는 한 쌍의 냉각 플레이트가 유동 분배 플레이트의 위와 아래에 위치하며, 따라서, 플레이트의 온도를 조절하기 위해 물 유동, 공기, 냉각수 등이 유동 분배 플레이트에 근접하여 발생하게 한다. 일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 유동 분배 플레이트 내에 하나 이상의 냉각기를 수용하기 위한 내부 슬롯을 포함한다. 예를 들어, 유동 분배 플레이트와 유동 분배 플레이트 위와 아래의 냉각 플레이트에는 모두 냉각수를 수용하기 위한 입구가 장착되어 있다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 하나 이상의 온도 센서에 의해 보고된 온도에 응답하여 하나 이상의 가열기 및 냉각기를 동작시키는 컴퓨터 시스템에 연결된 하나 이상의 온도 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트는 유동 분배 플레이트의 채널 내의 인쇄 재료의 압력을 검출하도록 구성된 하나 이상의 압력 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 압력 센서는 유동 분배 플레이트에 근접하게(예를 들어, 코너 주변, 주연 주변, 중심 주변) 또는 유동 분배 플레이트의 채널 내에 위치된다. 일부 실시예에서, 변형 센서가 사용된다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 아래에서 자세히 설명된 바와 같이, 복수의 유동 각각은 인쇄 플랫폼 위에 물체(예를 들어, 3D 인쇄된 제약 투여 유닛)를 생성하기 위해 각각 시스템(100)의 대응하는 인쇄 헤드에 의해 분배될 수 있다.
도 2a는 일부 실시예에 따른 예시적인 인쇄 헤드 세트(200)의 개략도를 도시한다. 도시된 예에서, 세트는 동일한 지지 프레임(208)을 공유하는 8개의 인쇄 헤드를 포함한다. 세트(200)는 적층 제조 시스템(100)(도 1a)의 일부를 형성할 수 있는 세트 A 및 B 중 어느 하나일 수 있다. 세트(200)의 평면도가 도 2b에 제공된다.
도 2a를 참조하면, 인쇄 헤드 세트는 구동 모듈(202)을 포함한다. 도시된 예에서, 구동 모듈(202)은 8개의 회전 모터(204)를 포함한다. 8개의 회전 모터는 각각 8개의 인쇄 헤드를 제어하도록 구성된다. 구체적으로, 각각의 회전 모터는 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 대응하는 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 모듈(202)은 다수의(예를 들어, 8) 인쇄 헤드 사이에 공유되는 회전 모터를 포함하고 회전 모터는 (예를 들어, 기어 및/또는 벨트를 통해) 다수의 마이크로 스크류의 회전을 동시에 구동할 수 있다.
구동 모듈은 액추에이터(206)를 더 포함한다. 도시된 예에서 액추에이터는 8개의 인쇄 헤드를 동시에 제어하도록 구성된다. 구체적으로 액추에이터는 마이크로 스크류의 수직 이동 속도 및 가속도를 유발하고, 따라서, 노즐의 개방/폐쇄 및 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어할 수 있다(이는 노즐이 완전히 개방되거나, 완전히 폐쇄되거나, 임의의 양으로 부분 개방되게 할 수 있음). 도시된 예에서, 액추에이터는 푸시 플레이트 메커니즘(210)을 통해 8개의 마이크로 스크류를 동시에 제어할 수 있으며, 이는 액추에이터의 이동을 8개의 마이크로 스크류 모두로 한 번에 변환할 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 액추에이터가 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 할당될 수 있다.
일부 실시예에서, 구동 모듈의 모터 및 액추에이터는 하나 이상의 스테퍼 모터를 포함한다. 구동 모듈은 액추에이터와 회전 모터를 독립적으로 제어하거나 액추에이터와 회전 모터의 복합 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈은 마이크로 스크류가 수직으로 이동하지 않고 회전하도록 액추에이터를 구동시키지 않고 회전 모터(예를 들어, 회전 속도)를 독립적으로 제어할 수 있다. 구동 모듈은 마이크로 스크류가 수직으로 이동하면서 회전하도록 회전 모터(예를 들어, 회전 속도)와 액추에이터(예를 들어, 이동 속도)를 동시에 제어함으로써 복합 제어를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터일 수 있다. 전기 모터는 마이크로 스크류의 수직 이동(예를 들어, 속도, 가속도) 및 마이크로 스크류의 변위를 제어할 수 있다.
인쇄 헤드 세트는 유동 분배 모듈(212)을 더 포함한다. 유동 분배 모듈은 베이스 플레이트(213)를 포함한다. 일부 실시예에서, 유동 분배 플레이트 및 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 적어도 일부는 베이스 플레이트 내에 수용된다. 도시된 예에서 유동 분배 모듈은 인쇄 재료의 단일 유동을 다수의 유동으로 분할할 수 있다. 유동 분배 모듈(212)은 더 큰 유동 분배 모듈(예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 분배 모듈)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 유동 분배 모듈(212)은 더 큰 유동 분배 플레이트의 일부를 형성하는 서브-플레이트를 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b의 유동 분배 모듈은 먼저 단일 유동(예를 들어, 공급 채널(104)에 의해 이송됨)을 4개의 유동으로 분할할 수 있고, 4개의 유동 중 하나는 8개의 인쇄 헤드에 의해 분배되도록 도 2a의 8개의 유동으로 더 분할된다.
도 2c 및 도 2d는 일부 실시예에 따른 각각 8개의 인쇄 헤드(200) 세트의 단면도를 도시한다. 도 2d를 참조하면, 회전 모터(204)는 모터 어댑터 샤프트(220)를 통해 마이크로 스크류(230)의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. 액추에이터는 변환 샤프트(222)를 통해 수직 이동의 속도 및 가속도와 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록(이는 노즐이 완전히 개방되거나, 완전히 폐쇄되거나, 또는 임의의 양으로 부분적으로 개방되게 할 수 있음) 구성된다. 변환 샤프트(222)는 변환 샤프트 커플링(226)과 베어링 시트(224)를 통해 마이크로 스크류(230)에 결합된다.
도 2e는 일부 실시예에 따른 단일 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다. 회전 모터(204)는 모터 어댑터 샤프트(220)를 통해 마이크로 스크류(230)의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. 모터 어댑터 샤프트(220)는 회전 모터가 마이크로 스크류를 구동할 수 있도록 마이크로 스크류(230)에 연결 메커니즘으로 결합된다. 도시된 예에서, 연결 메커니즘은 크로스 커넥터(221)이다. 연결 메커니즘은 마이크로 스크류와 z-축의 모터 어댑터 샤프트 사이의 결합에 약간의 유연성을 제공하고 마이크로 스크류와 모터 어댑터 샤프트 사이에 소량의 오정렬을 허용한다.
액추에이터(206)는 변환 샤프트(222)를 통해 수직 이동 속도 및 마이크로 스크류의 위치를 제어하도록 구성된다. 변환 샤프트(222)는 연결 샤프트 어댑터 플레이트(223), 변환 샤프트 커플링(226) 및 베어링 시트(224)를 거쳐 마이크로 스크류(230)와 결합된다. 도시된 예에서, 인쇄 재료의 유동은 채널(240)을 통해 이송되고 마이크로 스크류(230)에 의해 분배된다.
도 2f는 일부 실시예에 따른 4개의 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다. 각각의 인쇄 헤드에 대해 회전 모터와 마이크로 스크류를 연결하기 위해 크로스 커넥터(예를 들어, 242)가 사용된다. 크로스 커넥터는 마이크로 스크류와 z-축의 모터 어댑터 샤프트 사이의 결합에 약간의 유연성을 제공한다. 크로스 커넥터는 또한 모터 어댑터 샤프트와 마이크로 스크류를 완벽하게 동심으로 정렬할 필요성을 제거하고, 마이크로 스크류와 모터 어댑터 샤프트 사이에 소량의 오정렬이 허용된다. 일부 실시예에서, 연결 메커니즘은 범용 커넥터를 포함할 수 있다.
도 2f의 실시예는 도 2d의 실시예(변환 샤프트(222) 및 마이크로 스크류(230)가 변환 샤프트 커플링(226)을 통해 함께 결합된 2개의 개별 컴포넌트임)와 상이하다. 도 2f의 실시예에서, 변환 샤프트 및 마이크로 스크류는 단일 컴포넌트로 통합되며, 따라서, 필요한 결합 컴포넌트의 수를 감소시키고, 조립의 견고성을 개선하고, 시스템이 동작 중일 때 오정렬을 감소시킨다.
도 3a는 일부 실시예에 따른 2개의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 예시적인 단면도를 도시한다. 2개의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 일부 실시예에서 도 2d에 표시된 2개의 헤드일 수 있다. 도시된 예에서 2개의 인쇄 헤드는 동일하다.
도 3a를 참조하면, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 마이크로 스크류(예를 들어, 마이크로 스크류(302))를 포함한다. 마이크로 스크류는 비나사형 스템 부분, 비나사형 스템 부분 아래의 나사형 스템 부분(예를 들어, 302a) 및 원추형 헤드 부분(예를 들어, 302b)을 포함한다. 나사형 스템 부분은 체적 측정(즉, 계량)을 위해 그 전체 길이에 걸쳐 나사형이다. 일부 실시예에서, 나사형 스템 부분은 그 길이 전체에 걸쳐 동일한 나사로 나사 형성되고, 따라서, 나사형 부분의 상단에서 나사형 부분의 원위 단부로 이동하는 균일한 홈(예를 들어, 폭, 깊이 및 곡률)을 형성한다.
각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 슬리브(예를 들어, 슬리브(306)) 및 노즐(예를 들어, 노즐(308))을 더 포함한다. 슬리브는 마이크로 스크류가 그를 통해 수직으로 이동하고 회전할 수 있는 수직 챔버를 형성한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함한다. 출구 포트를 폐쇄하기 위해, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분이 노즐의 원추형 내부 표면과 접촉할 때까지 마이크로 스크류를 하향 구동(예를 들어, 액추에이터를 통해)될 수 있다. 이러한 방식으로, 출구 포트가 밀봉되고 노즐이 인쇄 재료 분배를 중지한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 슬리브(306)와 노즐(308) 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링(310)(또는 입구 밀봉 링)을 포함할 수 있다. z-축 위치설정 밀봉 링은 노즐의 높이가 시스템의 다른 노즐과 일치하는 것을 보장하도록 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 밀봉 링은 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테플론, 이글리듀어(iglidur) 또는 그 임의의 조합으로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브(예를 들어, 312), 단열 슬리브(예를 들어, 314), 온도 센서, 압력 센서 또는 그 임의의 조합을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 가열 슬리브, 단열 슬리브, 온도 센서 및/또는 압력 센서는 각각의 노즐에 또는 그 주위에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 가열기가 노즐 외부에 배치된다. 하나 이상의 가열기는 가열 슬리브, 가열 링, 가열 로드 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 가열 전력은 30-50W 사이일 수 있다.
일부 실시예에서, 단열 슬리브는 절연 재료(예를 들어, PEEK, 폴리테트라플루오로에틸렌)를 포함한다.
도 3a를 참조하면, 유동 분배 모듈은 유동 분배 플레이트를 포함하고, 이는 차례로 유동 채널(301)을 포함한다. 유동 채널(301)은 용융 및 가압된 인쇄 재료의 두 유동을 각각 2개의 마이크로 스크류 인쇄 헤드로 이송한다. 러너 밀봉 링(runner sealing ring)(330)은 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구와 유동 분배 플레이트 사이에 추가적인 밀봉을 제공하기 위해 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구(332) 주위의 유동 채널(301)에 위치된다.
도시된 예에서, 유동 분배 플레이트는 상부 플레이트(320) 및 하부 플레이트(322)를 포함한다. 2개의 플레이트는 스크류로 함께 유지될 수 있다. 분해될 때, 각각의 개별 플레이트는 유동 분배 플레이트에서 하나 이상의 채널 및 접합부의 내부 표면을 노출시키고, 따라서 유동 분배 플레이트의 채널 및 접합부의 더 쉬운 세정을 허용한다. 유동 분배 모듈은 상부 가열 플레이트(324 및 326)와 같은 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다.
도 3b는 일부 실시예에 따른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다. 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 마이크로 스크류(302)를 포함한다. 마이크로 스크류(302)는 나사형 스템 부분 및 스템 부분 아래의 원추형 헤드 부분(302b)을 포함한다. 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체에 걸쳐 나사형이다. 일부 실시예에서, 나사형 스템 부분은 그 길이 전체에 걸쳐 동일한 나사로 나사 형성되고, 따라서, 나사형 스템 부분의 상단에서 나사형 스템 부분의 원위 단부로 이동하는 균일한 홈(예를 들어, 폭, 곡률 및 깊이)을 형성한다.
도 3d는 일부 실시예에 따른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다. 도시된 예에서, 마이크로 스크류의 스템 부분에 있는 나사는 직사각형 형상이다. 또한, 나사는 나사형 스템 부분의 길이를 따라 폭이 다양하다. 도시된 바와 같이, 나사형 스템 부분의 상부 부분을 향한 직사각형 나사는 나사형 스템의 하부 부분을 향한 나사보다 더 넓다. 도시된 구성은 인쇄 재료의 투입을 촉진하며, 따라서, 인쇄 속도를 개선시킬 수 있다. 나사는 반원형, 원통형, 원추형, 사다리꼴, 직사각형 및 삼각형과 같은 임의의 형상일 수 있음을 이해하여야 한다.
마이크로 스크류 인쇄 헤드는 슬리브(306)와 노즐(308)을 더 포함한다. 슬리브는 마이크로 스크류가 그를 통해 수직으로 이동하고 회전할 수 있는 수직 챔버를 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 노즐(308)의 원위 단부는 원추형 내부 표면(308a) 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트(308b)를 포함한다. 출구 포트를 폐쇄하기 위해, 마이크로 스크류(302)는 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분(302b)이 노즐의 원추형 내부 표면(308b)과 접촉할 때까지 하향 구동(예를 들어, 액추에이터를 통해)될 수 있다. 따라서, 노즐은 인쇄 재료의 분배를 중지한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 슬리브(306)와 노즐(308) 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링(310)을 포함할 수 있다. z-축 위치설정 밀봉 링은 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성된다.
도 3b의 도시된 예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 원추형 내부 표면(309a)과 마이크로 스크류의 원위 단부 사이의 노즐 내에 공간이 존재한다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원위 단부는 도 3c에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에서 공간이 거의 또는 전혀 없도록 노즐에 합치될 수 있다. 이러한 방식으로, 노즐이 폐쇄될 때 노즐에 잔류물이 거의 또는 전혀 잔류하지 않으며, 따라서, 분배된 체적을 정밀하게 추적할 수 있게 한다.
도 3c는 일부 실시예에 따른 다른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다. 마이크로 스크류의 원위 단부는 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때 원추형 내부 표면(309a)과 마이크로 스크류 사이의 노즐/슬리브 내에 공간이 거의 또는 전혀 존재하지 않도록 노즐에 합치될 수 있다. 고정 너트는 노즐을 결합하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 앞서 설명한 바와 같이 입구 밀봉 링(330), 입구(332), 마이크로 스크류 슬리브(306), 단열 슬리브(314), 가열 슬리브(312)를 더 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 마이크로 스크류 슬리브(306)는 노즐의 X-Y 위치가 고정될 수 있도록 베이스 플레이트와 통합된다. 일부 실시예에서, 입구 밀봉 링은 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함한다. 입구 밀봉 링(330)은 유동 분배 플레이트의 팽창으로 인한(예를 들어, 열로 인한) 노즐의 X-Y 이동을 방지하기 위해 유동 분배 플레이트와 슬리브 사이에 유연한 결합 메커니즘을 제공한다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류(예를 들어, 302)의 원추형 헤드 부분의 테이퍼 각도는 노즐의 원추형 내부 표면에 의해 형성된 테이퍼 각도 이하다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 테이퍼 각도는 60° 이하(예를 들어, 40°)이다. 일부 실시예에서, 노즐의 원추형 내부 표면에 의해 형성된 테이퍼 각도와 원추형 헤드 부분의 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이이다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상이다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴 또는 구조를 통해 노즐의 원추형 내부 표면에 맞도록 구성된다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 길이는 10 및 80 mm와 같거나 그 사이이다(예를 들어, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm, 55 mm, 60 mm, 70 mm).
일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이이다(예를 들어, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, 5 mm, 5.5 mm, 6 mm).
일부 실시예에서, 노즐 개구의 직경은 0.1 내지 1 mm이다.
일부 실시예에서, 마이크로 스크류는 노즐을 개방하기 위해 임의의 바람직한 높이로 상승될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 스크류는 0.05-1 mm(예를 들어, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm)만큼 상승될 수 있다.
노즐이 개방된 후, 인쇄 재료를 일정한 체적으로 분배하기 위해 회전 속도를 일정한 속도로 설정할 수 있다. 회전 속도는 원하는 출력 체적에 따라 선택할 수 있다(예를 들어, 1-260 회전/분, 3-5 회전/분, 6-12 회전/분, 13-20 회전/분).
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에 의해 50℃ 내지 400℃에서 용융된다. 일부 실시예에서, 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 노즐에 의해 분배된다. 일부 실시예에서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함한다.
도 14a는 일부 실시예에 따른 또 다른 예시적인 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 단면도를 도시한다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 인쇄 헤드 모듈(예를 들어, 도 14b의 모듈(1450))의 일부이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하여 본 출원에 설명된 바와 같이, 인쇄 헤드 모듈은 적층 제조 시스템에 부착 및 분리될 수 있는 별개의 유닛일 수 있다. 또한, 각각의 모듈은 그 고유한 모듈별 유동 분배 플레이트를 가질 수 있다.
도 14a를 참조하면, 모듈별 분배 플레이트는 상부 플레이트(1420) 및 하부 플레이트(1422)를 포함한다. 동작 시, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 함께 결합되어 유동을 분할하고 분배하는 채널을 형성한다. 일부 실시예에서, 하부 플레이트(1422), 슬리브(1406) 및 베이스 플레이트는 함께 통합되고 서로에 대해 이동하지 않으며, 따라서 노즐의 X-Y 위치를 고정한다. 통합은 더 나은 밀봉을 제공하고 모듈 내에서(예를 들어, 유동 채널에서) 누설을 방지한다.
도 14a를 참조하면 마이크로 스크류는 세 부분을 포함한다: 나사형 스템 부분, 가는 비나사형 중간 부분("H2"로 표시됨) 및 원추형 헤드를 포함하는 원위 부분("H1"로 표시됨)). 일부 실시예에서, 원위 부분은 도 3b에 도시된 대응하는 부분과 크기 및 형상이 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, H2와 H1 사이의 비율은 1과 5 사이일 수 있다. 가는 비나사형 중간 부분은 마이크로 스크류에 약간의 탄성을 부여하고 압력이 인가될 때 마이크로 스크류의 원위 단부가 X 방향과 Y 방향을 따라 약간 변형될 수 있게 한다. 따라서, 원추형 헤드가 노즐과 접촉할 때 원추형 헤드가 노즐과 더 잘 정렬될 수 있고 따라서 더 나은 밀봉을 제공하고 누설을 방지할 수 있다.
본 출원에 설명된 마이크로 스크류는 단일 나사 또는 다중 나사와 같은 임의의 방식으로 나사 형성될 수 있다. 다중 나사 스크류에는 이중 시작 나사, 삼중 시작 나사, 4중 시작 나사 등이 있을 수 있다. 다수의 시작은 인쇄 재료가 보다 일관된 속도로 인쇄 헤드에 도입되도록(예를 들어, 마이크로 스크류의 회전에 의해) 허용하며, 따라서, 인쇄된 제품의 품질 및 정밀도를 개선시킬 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조의 예시적인 프로세스(400)를 도시한다. 프로세스(400)에서, 일부 블록은 선택적으로 조합되고, 일부 블록의 순서는 선택적으로 변경되며, 일부 블록은 선택적으로 생략된다. 일부 예에서, 추가 단계가 프로세스(400)와 함께 수행될 수 있다. 따라서, 예시된(및 아래에서 더 구체적으로 설명되는) 동작은 본질적으로 예시적이며, 따라서 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다.
블록 402에서, 시스템은 마이크로 스크류를 상승시켜 노즐의 출구 포트를 개방한다. 블록 404에서, 시스템은 마이크로 스크류를 (예를 들어, 회전 모터를 통해) 회전시켜 용융 및 가압된 인쇄 재료를 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 홈으로 도입한다. 예를 들어, 도 3c에 도시된 바와 같이, 용융 및 가압된 인쇄 재료의 유동이 입구(332)를 통해 도입될 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류의 수직 위치는 최상부 나사 세그먼트가 입구에서 노출되도록 입구와 정렬된다. 이러한 방식으로, 인쇄 재료는 나사에 의해 형성된 홈의 시작 부분으로 공급될 수 있어 인쇄 재료가 홈 내에서 상향 이동하여 홈 내 잔류물이 되는 것을 방지한다.
용융 및 가압된 인쇄 재료는 홈을 통해 노즐의 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성된다. 마이크로 스크류가 더 빨리 회전할수록 더 많은 인쇄 재료가 노즐에서 분배된다. 회전 속도와 알려진 홈 크기를 기초로 시스템은 분배된 인쇄 재료의 체적을 계산할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 전체 나사형 스템 부분은 그 길이 전체에 걸쳐 동일한 나사로 나사 형성되며, 따라서, 균일한 홈(예를 들어, 폭, 깊이 및 곡률)을 형성하고, 따라서, 분배된 체적을 쉽게 계산할 수 있다.
인쇄 세션의 단부에서, 블록 404에서, 시스템은 노즐의 원추형 내부 표면이 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하고 노즐에서의 인쇄 재료 분배를 중지한다. 일부 실시예에서, 접촉은 표면 대 표면 접촉이며, 따라서 접촉이 일어날 때 컴포넌트에 대한 영향을 감소시킨다. 일부 실시예에서, 마이크로 스크류가 하강하는 동안, 마이크로 스크류의 회전도 제어된 방식으로 느려져 분배되는 인쇄 재료의 양을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료가 입구(332)를 통해 도입될 때, 인쇄 재료는 이미 원하는 수준으로 용융 및 가압된다. 따라서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분은 단지 분배된 체적을 추적하기 위한 목적으로 그 길이 전체에 걸쳐 균일한 방식으로 나사 형성된다.
일부 실시예에서, 방법은 액추에이터를 통해 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도를 조절하고 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하는(이는 노즐이 완전히 개방되거나, 완전히 폐쇄되거나 또는 임의의 양으로 부분적으로 개방되게 할 수 있음) 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 분배되는 인쇄 재료의 체적을 제어하기 위해 회전 모터를 통해 마이크로 스크류의 회전 속도를 조절하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 액추에이터 및 회전 모터는 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시스템은 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시켜 인쇄 재료를 분배한다. 시스템은 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하기 전에 노즐의 원위 단부로부터 인쇄 재료의 양을 제거하기 위해 제1 방향과 반대 방향으로 마이크로 스크류를 회전시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 래더 방식에 따라 인쇄 재료를 가열한다. 래더 방식에 따르면, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 노즐에서 제3 온도로 가열된다. 일부 실시예에서, 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃이다. 이는 장시간 가열로 인해 인쇄 재료가 질적 변화가 적용될 가능성을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 시스템은 노즐의 원위 단부 및/또는 입구(예를 들어, 입구(332))에서 인쇄 재료의 압력을 측정하고; 폐루프 제어 시스템을 통해 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 시스템은 인쇄 플랫폼 위에 인쇄 재료를 분배한다. 인쇄 플랫폼에 대한 제어기는 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계를 기초로 인쇄 플랫폼의 이동을 유발하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 고정밀 인쇄를 달성하기 위해 인쇄 플랫폼의 이동과 노즐에 의해 분배되는 인쇄 재료의 양을 조정할 수 있다.
도 5a는 일부 실시예에 따른 제약 유닛을 위한 표준화된 다중 스테이션 인쇄 시스템의 예시적인 레이아웃을 도시한다. 도 5a를 참조하면, 다중 스테이션 인쇄 시스템(500)은 복수의 인쇄 스테이션(502A, 502B, 502C, 502D)을 포함한다. 복수의 인쇄 스테이션은 선형 방식으로 배열된다. 도 5a에 도시된 평면도 도면에서, 스테이션(502A-502D) 각각은 노즐 세트(32개 노즐)를 포함하고, 이들은 제품 회분(예를 들어, 정제 회분)을 인쇄하기 위해 인쇄 플레이트 위에 인쇄 재료의 다수의 유동을 분배하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 인쇄 스테이션(502A-502D) 각각은 대응하는 좌표계를 참조로 x-축, y-축 및 z-축을 따라 인쇄 플레이트를 이동시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 인쇄 스테이션(502A-D)의 좌표계는 서로 상이하며, 따라서, 인쇄 스테이션(502A-D)이(예를 들어, 하나 이상의 제어기를 통해) 독립적으로 제어될 수 있게 한다.
추가로 도 5a를 참조하면, 다중 스테이션 시스템(500)은 플레이트 이송 메커니즘(506)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 플레이트 이송 메커니즘(506)은 채널(504A 및 504B)을 따라 이동하도록 구성된다. 플레이트 이송 메커니즘(506)은 (화살표(508A 및 508B)로 도시된 바와 같이) 인쇄 플레이트를 하나의 인쇄 스테이션(예를 들어, 502A)으로부터 플레이트 이송 메커니즘의 2개의 단부 중 하나로 이동시키고, (화살표 510A 및 510B로 도시된 바와 같이) 각각의 채널을 따라 인쇄 플레이트를 이송하고, 인쇄 플레이트를 다른 인쇄 스테이션 상으로 이동시키도록 인쇄 스테이션과 함께 동작하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 인쇄 스테이션 및 플레이트 이송 메커니즘의 동작은 제조 속도를 최대화하고 인쇄 스테이션의 유휴 시간을 최소화하도록 조절된다.
시스템(506)의 다수의 스테이션은 다른 레이아웃으로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 스테이션은 원 또는 정사각형 주위에 배열될 수 있다.
일부 실시예에서, 플레이트 이송 메커니즘은 하나의 인쇄 스테이션에서 다른 인쇄 스테이션으로 인쇄 플레이트를 이송할 수 있도록 원형 형상 또는 정사각형 형상인 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트 이송 메커니즘은 하나의 인쇄 스테이션으로부터 인쇄 플레이트를 픽업하고 인쇄 플레이트를 다른 인쇄 스테이션으로 이동시키기 위한 하나 이상의 그리퍼 및/또는 로봇 암을 포함한다.
도 5b는 일부 실시예에 따른 예시적인 다중 스테이션 시스템(500)의 부분 측면도를 도시한다. 다중 스테이션 시스템(500)은 인쇄 스테이션(502A 및 502B)을 포함하는 다수의 인쇄 스테이션을 포함한다. 인쇄 스테이션(502A)은 인쇄 플랫폼(506A) 및 인쇄 플랫폼 위에 배치된 노즐 세트(예를 들어, 노즐 어레이)를 포함한다. 동작 중에, 노즐 세트는 제품의 회분(예를 들어, 제약 투여 유닛)을 형성하기 위해 인쇄 플랫폼(506A) 상에 배치된 인쇄 플레이트 상에 인쇄 재료의 세트 유동을 동시에 분배할 수 있다. 인쇄 스테이션(502B)은 하나 이상의 노즐의 상이한 세트를 포함하고 인쇄 스테이션(502B)과 유사한 방식으로 동작한다. 일부 실시예에서, 인쇄 스테이션(502A 및 502B)은 협력하여 동일한 회분의 제약 투여 유닛을 제조하도록 작동한다. 예를 들어, t0에서, 인쇄 스테이션(502A)은 인쇄 플랫폼(506A)에 배치된 플레이트 위에 제약 투여 유닛의 쉘의 회분을 인쇄한다. 그 후 플레이트는 인쇄 스테이션(502B)으로 이송되고(예를 들어, 플레이트 이송 메커니즘을 통해) 인쇄 플랫폼(506B) 상에 배치된다. t1에서, 인쇄 스테이션(502B)은 쉘의 회분 내의 내부 컴포넌트를 인쇄한다.
일부 실시예에서, 인쇄 스테이션(502A)은 제1 인쇄 재료를 용융 및 가압하기 위한 제1 재료 공급 모듈; 용융 및 가압된 제1 인쇄 재료의 단일 유동을 제1 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제1 유동 분배 모듈; 및 제1 복수의 유동을 분배하도록 구성된 니들 밸브 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제1 인쇄 모듈을 포함한다. 인쇄 스테이션(502B)은 제2 인쇄 재료를 용융 및 가압하기 위한 제2 재료 공급 모듈; 용융 및 가압된 제2 인쇄 재료의 단일 유동을 제2 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제2 유동 분배 모듈; 및 제2 복수의 유동을 분배하도록 구성된 마이크로 스크류 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제2 인쇄 모듈을 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 제1 및 제2 인쇄 모듈은 상이한 수의 인쇄 헤드를 수용하도록 확장 가능하도록 구성된다. 인쇄 헤드는 대응 인쇄 재료를 분배하기 위해 대응 유동 분배 모듈과 함께 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 인쇄 스테이션 각각은 상이한 유형의 인쇄 모듈을 수용하도록 확장 가능하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 다중 스테이션 시스템은 분사/드롭-온-디맨드 인쇄 헤드 세트, 사출 인쇄 헤드 세트, 잉크젯 인쇄 헤드 세트, 또는 그 임의의 조합을 더 포함한다.
앞서 설명한 다중 스테이션 시스템이 유리하다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 상이한 유형의 인쇄 헤드에는 상이한 유형의 재료가 더 적합할 수 있다. 따라서, 상이한 유형의 인쇄 헤드를 수용함으로써 시스템은 상이한 유형의 재료를 최적의 방식으로 인쇄할 수 있다.
본 출원에 설명된 인쇄 재료(들)는 점성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 의약 재료 또는 열가소성 재료, 또는 그 조합이다. 일부 실시예에서, 재료는 섭씨 약 25도 내지 약 400도의 온도에서 노즐로부터 분배된다. 일부 실시예에서, 재료의 점도는 0.001 내지 10000Pa·s이다.
일부 실시예에서, 재료는 분말, 과립, 겔 또는 페이스트와 같은 비필라멘트 재료이다. 비필라멘트 재료는 노즐의 압출 포트를 통해 분배될 수 있게 용융 및 가압된다. 본 출원에서 추가로 설명되는 바와 같이, 특히 점성 재료의 압력은 재료의 정밀하고 정확한 증착을 보장하기 위해 주의 깊게 제어된다. 재료는 재료를 함유하는 배럴 내부 또는 주변과 같은 재료 공급 모듈 내에 배치된 하나 이상의 가열기, 공급 채널 및/또는 노즐을 사용하여 재료 공급 모듈 내에서 용융될 수 있다. 일부 실시예에서, 재료의 용융 온도는 약 30℃ 이상, 예컨대 약 60℃ 이상, 약 70℃ 이상, 약 80℃ 이상, 약 100℃ 이상, 약 120℃ 이상, 약 150℃ 이상, 약 200℃ 이상 또는 약 250℃ 이상이다. 일부 실시예에서, 재료의 용융 온도는 약 400℃ 이하, 예컨대 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 260℃ 이하, 약 200℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 100℃ 이하 또는 약 80℃ 이하이다. 노즐에서 분배된 재료는 재료의 용융 온도 이상의 온도에서 분배될 수 있다. 일부 실시예에서, 재료는 약 50℃ 이상, 예컨대 약 60℃ 이상, 약 70℃ 이상, 약 80℃ 이상, 약 100℃ 이상, 약 120℃ 이상, 약 150℃ 이상, 약 200℃ 이상 또는 약 250℃ 이상의 온도에서 분배된다. 일부 실시예에서, 재료는 약 400℃ 이하, 예컨대 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 260℃ 이하, 약 200℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 100℃ 이하 또는 약 80℃ 이하의 온도에서 분배된다.
본 출원에 설명된 시스템은 점성 재료를 정확하고 정밀하게 분배하는 데 유용하다. 일부 실시예에서, 재료는 디바이스로부터 분배될 때, 약 100 Pa·s 이상, 예컨대 약 200 Pa·s 이상, 약 300 Pa·s 이상, 약 400 Pa·s 이상, 약 500 Pa·s 이상, 약 750 Pa·s 이상, 약 800 Pa·s 이상 또는 약 1000 Pa·s 이상의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 재료는 약 4000 Pa·s 이하, 3000 Pa·s 이하, 2000 Pa·s 이하, 예컨대 약 1000 Pa·s 이하, 약 750 Pa·s 이하, 약 500 Pa·s 이하, 약 400 Pa·s 이하, 약 300 Pa·s 이하, 또는 약 200 Pa·s 이하의 점도를 갖는다.
일부 실시예에서, 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료이다. 일부 실시예에서, 재료는 불활성이거나 생물학적으로 불활성이다. 일부 실시예에서, 재료는 침식성 재료 또는 생분해성 재료이다. 일부 실시예에서, 재료는 비침식성 재료 또는 비생분해성 재료이다. 일부 실시예에서, 재료는 제약상 허용되는 재료이다. 일부 실시예에서, 재료는 하나 이상의 열가소성 재료, 하나 이상의 비열가소성 재료, 또는 하나 이상의 열가소성 재료와 하나 이상의 비열가소성 재료의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 재료는 폴리머 또는 공중합체이다.
일부 실시예에서, 재료는 열가소성 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 재료는 열가소성 재료이다. 일부 실시예에서, 재료는 침식성 열가소성 재료이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 열가소성 재료는 식용 가능하다(즉, 개인이 섭취하기에 적합함). 일부 실시예에서, 열가소성 재료는 친수성 폴리머, 소수성 폴리머, 팽윤성 폴리머, 비팽윤성 폴리머, 다공성 폴리머, 비다공성 폴리머, 침식성 폴리머(예컨대, 용해성 폴리머), pH 민감성 폴리머, 천연 폴리머, 왁스 유사 재료 및 그 조합으로 구성된 그룹에서 선택된다. 일부 실시예에서, 열가소성 재료는 셀룰로스 에테르, 셀룰로스 에스테르, 아크릴 수지, 에틸셀룰로스, 히드록시프로필메틸셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, C12-C30 지방산의 모노-또는 디글리세라이드, C12-C30 지방 알콜, 왁스, 폴리(메트)아크릴산, 폴리비닐 카프로락탐-폴리비닐 아세테이트-폴리에틸렌 글리콜 그라프트 공중합체 57/30/13, 폴리비닐피롤리돈-코-비닐-아세테이트(PVP-VA), 폴리비닐피롤리돈-폴리비닐 아세테이트 공중합체(PVP-VA) 60/40, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐 아세테이트(PVAc) 및 폴리비닐피롤리돈(PVP) 80/20, 비닐피롤리돈-비닐 아세테이트 공중합체(VA64), 폴리에틸렌 글리콜-폴리비닐 알콜 그라프트 공중합체 25/75, 콜리코트 IR-폴리비닐 알콜 60/40, 폴리비닐 알콜(PVA 또는 PV-OH), 폴리(비닐 아세테이트)(PVAc), 폴리(부틸 메타크릴레이트-코-(2-디메틸아미노에틸) 메타크릴레이트-코-메틸 메타크릴레이트) 1:2:1, 폴리(디메틸아미노에틸메타크릴레이트-코-메타크릴 에스테르), 폴리(에틸 아크릴레이트-코-메틸 메타크릴레이트-코-트리메틸암모니오에틸 메타크릴레이트 클로라이드), 폴리(메틸 아크릴레이트-코-메틸 메타크릴레이트-코-메타크릴산) 7:3:1, 폴리(메타크릴산-코-메틸메타크릴레이트) 1:2, 폴리(메타크릴산-코-에틸 아크릴레이트) 1:1, 폴리(메타크릴산-코-메틸 메타크릴레이트) 1:1, 폴리(에틸렌 옥사이드)(PEO), 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG), 하이퍼분지형 폴리에스테르아미드, 히드록시프로필 메틸셀룰로스 프탈레이트, 하이프로멜로스 프탈레이트, 히드록시프로필 메틸셀룰로스 또는 하이프로멜로스(HMPC), 히드록시프로필 메틸셀룰로스 아세테이트 숙시네이트 또는 하이프로멜로스 아세테이트 숙시네이트(HPMCAS), 폴리(락타이드-코-글리콜라이드)(PLGA), 카보머, 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌(PE) 및 폴리카프로락톤(PCL), 히드록실 프로필 셀룰로스(HPC), 폴리옥실 40 경화 피마자유, 메틸셀룰로스(MC), 에틸 셀룰로스(EC), 폴록사머, 히드록시프로필 메틸셀룰로스 프탈레이트(HPMCP), 폴록사머, 경화 피마자유, 경화 대두유, 글리세릴 팔미토스테아레이트, 카르나우바 왁스, 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 셀룰로스 아세테이트 부티레이트(CAB), 폴리비닐 아세테이트 프탈레이트(PVAP), 왁스, 밀랍, 히드로겔, 젤라틴, 식물성 경화유, 폴리비닐 아세탈 디에틸 아미노락테이트(AEA), 파라핀, 쉘락, 알긴산나트륨, 셀룰로스 아세테이트 프탈레이트(CAP), 아라비아 검, 크산탄 검, 글리세릴 모노스테아레이트, 옥타데칸산, 열가소성 전분, 이들의 유도체(예컨대, 이들의 염, 아미드 또는 에스테르), 또는 그 조합이다.
일부 실시예에서, 침식성 재료는 비열가소성 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 침식성 재료는 비열가소성 재료이다. 일부 실시예에서, 비열가소성 재료는 비열가소성 전분, 전분 글리콜산 나트륨(CMS-Na), 수크로스, 덱스트린, 락토스, 미정질 셀룰로스(MCC), 만니톨, 스테아르산마그네슘(MS), 분말 실리카겔, 이산화티타늄, 글리세린, 시럽, 레시틴, 대두유, 차유, 에탄올, 프로필렌글리콜, 글리세롤, 트윈, 동물성 지방, 실리콘 오일, 카카오 버터, 지방산 글리세리드, 바셀린, 키토산, 세틸 알콜, 스테아릴 알콜, 폴리메타크릴레이트, 무독성 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 실리콘 고무 또는 그 조합이다.
본 출원에 설명된 디바이스 또는 본 출원에 설명된 방법과 함께 사용될 수 있는 예시적인 재료는 폴리(메트)아크릴레이트 공중합체(예컨대, 아미노 알킬 메타크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴산 에스테르, 및/또는 암모니오알킬 메타크릴레이트 중 하나 이상을 함유하는 공중합체, 예컨대, 상표명 Eudragit® RSPO 하에 판매되는 공중합체) 및 히드록실 프로필 셀룰로스(HPC)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 재료는 약물을 포함한다. 일부 실시예에서, 재료는 약물과 혼합된다.
인쇄 시스템의 특징에 대한 추가적인 세부사항은 발명의 명칭이 "PRECISION PHARMACEUTICAL 3D PRINTING DEVICE"인 PCT/CN2018/071965, 발명의 명칭이 "3D PRINTING DEVICE AND METHOD"인 WO2018210183, 발명의 명칭이 "Precision pharmaceutical 3D printing device"인 미국 공개 번호 10201503B1(현재 미국 특허 번호 10201503), 발명의 명칭이 "HIGH-THROUGHPUT AND HIGH-PreCISCION PHARMACEUTICAL ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM"인 PCT/CN2019/101621, 발명의 명칭이 "PRECISION PHARMACEUTICAL 3D PRINTING DEVICE"인 PCT/2019/13733에서 제공될 수 있으며, 이들의 내용은 전체가 통합된다.
도 7a는 일부 실시예에 따른 32개의 인쇄 헤드의 다른 예시적인 레이아웃을 예시한다. 시스템은 공급 채널(704)로부터 용융 및 가압된 인쇄 재료의 유동을 수용할 수 있다. 이 시스템은 A, B, C, D의 네 개의 지지 구조를 포함한다. 각각의 지지 구조에 대해 8개의 인쇄 헤드 세트가 지지 구조를 공유한다. 도 7b는 시스템의 평면도를 예시한다.
도 7c는 일부 실시예에 따른 지지 구조의 측면도를 예시한다. 각각의 지지 구조는 단일 유동을 8개의 유동으로 분할하도록 구성된 유동 분배 플레이트를 포함하며, 이들 8개의 유동은 8개의 인쇄 헤드를 통해 분배될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 일부 실시예에 따른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다. 푸시 플레이트 메커니즘은 푸시 플레이트(810), 캠 메커니즘(808)(캠 4개 포함), 활주 플레이트(806), 활주 트랙(812) 및 액추에이터(802)를 포함한다. 동작 시, 액추에이터(802)는 (예를 들어, 볼 스크류를 통해) 활주 플레이트가 도 8b의 수평 화살표로 표시된 바와 같이 수평으로 활주하게 한다. 활주 플레이트는 캠 메커니즘에 결합되고, 따라서, 캠 메커니즘이 수평으로 활주될 수 있게 한다.
캠 메커니즘은 4개의 캠을 포함하고, 각각의 캠은 핀을 수용하기 위한 수평으로 경사진 슬롯을 포함하고, 핀은 푸시 플레이트(810)에 결합된다. 푸시 플레이트(푸시 플레이트에 결합된 핀과 함께)는 수직으로 이동할 수 있지만 수평으로는 이동할 수 없도록 지지 구조에 부착된다. 캠이 수평으로 활주되면 핀이 경사진 슬롯 내에서 활주되어 푸시 플레이트가 수평으로 이동하게 한다. 활주 플레이트의 수평 이동을 푸시 플레이트의 수직 이동으로 변환하는 것 외에도 캠 메커니즘은 또한 추진력을 확대한다. 따라서, 푸시 플레이트는 어레이의 다수의 마이크로 스크류를 동시에 이동하게 할 수 있다. 이를 통해 어레이에서 다수의 마이크로 스크류를 동기식으로 일관되게 이동하게 할 수 있으므로 다수의 마이크로 스크류로 생산된 제품 사이에 일관성과 정밀도가 보장된다.
도 13a는 일부 실시예에 따른 또 다른 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다. 푸시 플레이트 메커니즘은 푸시 플레이트(1308), 활주 플레이트(1306) 및 액추에이터(1302)를 포함한다. 활주 플레이트(1306)는 2개의 활주 트랙(1312a 및 1312b)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 2개의 활주 트랙은 수평이 아니라 경사져 있다. 푸시 플레이트(1308)는 활주 트랙을 따라 활주되도록 구성된 지지부를 포함한다. 예를 들어, 지지부(1314)는 활주 트랙(1312a)을 따라 활주되도록 구성된다. 도 13b는 푸시 플레이트 메커니즘의 단면도를 제공한다.
동작 시, 액추에이터(1302)는 활주 플레이트(1306)가 도 13a 및 도 13b의 수평 화살표로 표시된 바와 같이(예를 들어, 볼 스크류를 통해) 수평으로 활주하게 한다. 푸시 플레이트는 수직 이동은 허용되지만 수평 이동은 허용되지 않는다. 따라서, 활주 플레이트(1306)가 푸시 플레이트(1308)를 향해 활주할 때, 푸시 플레이트(1308)는 경사진 활주 트랙으로 인해 사실상 상향 상승된다. 또한, 활주 플레이트(1306)가 푸시 플레이트(1308)로부터 멀리 활주함에 따라 푸시 플레이트(1308)는 경사진 활주 트랙으로 인해 사실상 하강된다. 따라서, 푸시 플레이트는 어레이의 다수의 마이크로 스크류를 동시에 이동하게 할 수 있다. 이를 통해 어레이에서 다수의 마이크로 스크류를 동기식으로 일관되게 이동하게 할 수 있으므로 다수의 마이크로 스크류로 생산된 제품 사이에 일관성과 정밀도가 보장된다.
도 13c 및 도 13d는 도 13a 및 도 13b에 도시된 것과 유사한 추가적인 예시적인 푸시 플레이트 메커니즘을 예시한다. 도 13c 및 도 13d에서, 2개의 인쇄 헤드 모듈(1362 및 1364)(도 12a의 모듈(1202 및 1204)과 유사)은 동일한 푸시 플레이트(1358), 동일한 활주 플레이트(1356) 및 동일한 모터(1350)를 공유한다. 모듈(1362 및 1364)는 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명된 동일한 푸시 플레이트 메커니즘을 사용하여 수직으로 구동될 수 있다.
도 13a 내지 도 13d를 참조하여 설명된 메커니즘은 캠 시스템을 포함하지 않으며, 따라서, 잠재적인 기계 및 하드웨어 오류를 감소시킨다. 따라서, 이 메커니즘은 인쇄 헤드의 수직 이동을 보다 정밀하게 제어할 수 있게 하며, 따라서, 인쇄 제품의 품질과 정밀도를 개선시킨다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템의 개략도를 예시한다. 이 시스템은 트윈 스크류 압출 디바이스(902), 중량 감소 스케일(904), 버퍼링 피스톤(906) 및 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드(908)를 포함한다. 트윈 스크류 압출 디바이스(902) 및 버퍼링 피스톤(906)은 재료 공급 모듈의 일부이다. 동작 중에, 인쇄 재료는 원하는 온도로 인쇄 재료를 용융시키는 압출 디바이스(902)로 도입된다. 용융된 인쇄 재료는 그 후 용융된 인쇄 재료를 가압하는 버퍼링 피스톤(906)으로 이송된다.
버퍼링 피스톤(906)은 인쇄 헤드(908)가 어떠한 인쇄 재료도 분배하지 않을 때(예를 들어, 인쇄 스테이션이 인쇄 헤드(908) 아래에서 교환될 때) 용융 및 가압된 인쇄 재료를 보유할 수 있다. 동작 중에, 인쇄 플랫폼이 인쇄 헤드(908) 아래에서 교환될 때, 인쇄 헤드는 인쇄 재료 분배를 중지하지만, 압출 디바이스(902)는 용융된 인쇄 재료를 계속 수용하고 가압한다. 용융 및 가압된 인쇄 재료는 인쇄가 재개될 때까지 버퍼링 피스톤(906)에서 유지된다. 이러한 방식으로, 단순히 인쇄 헤드에서 인쇄가 일시적으로 중단되기 때문에 재료 공급 모듈을 끌 필요가 없으며, 따라서, 재료 공급 모듈을 끄고, 재시작하고, 재초기화할 필요성을 제거한다.
본 개시의 실시예는 단일 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 의해 일관된 출력을 생성할 수 있다. 인쇄 재료 세트(예를 들어, 60% Eudragit RSPO, 20% 에틸 셀룰로스 에토세(EC) 및 20% 스테아르산)를 사용하여 32개 필라멘트의 회분을 인쇄하기 위해 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 사용했다. 인쇄 재료 세트는 재료 공급 모듈에서 100℃, 공급 채널에서 105℃, 인쇄 헤드에서 105℃로 가열되었다. 인쇄 헤드는 0.4 mm 개구가 있는 스테인리스 강 노즐을 포함한다. 인쇄 재료 세트는 1MPa로 가압되었으며 압력 센서의 판독값을 기초로 압력 제어기로 압력을 제어할 수 있다. 마이크로 스크류를 0.5 mm 상승시키고 1r/s로 10초 동안 회전시켰다. 회분에서 정제의 결과 중량은 도 10에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 32개의 필라멘트의 평균은 12.32 mg이다.
도 11은 일부 실시예에 따른 예시적인 적층 제조 시스템의 예시적인 출력을 예시한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 사용하여 제약 정제의 상이한 컴포넌트(예를 들어, 쉘, 코어)를 인쇄하였다. 일부 실시예에서, 동일한 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 사용하여 제약 정제의 모든 컴포넌트를 인쇄하였다.
정제의 결과 중량이 도 11에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 적층 제조 시스템은 제약 정제의 두 회분을 인쇄했다. 하나의 회분은 20개의 제약 정제로 구성되며, 20개의 제약 정제의 평균은 204.32 mg이고; 다른 회분은 15개의 제약 정제를 포함하고, 15개의 제약 정제의 평균은 208.13 mg이다.
일부 실시예에서, 제약 정제의 중량이 300 mg 미만일 때, 중량의 상대 편차는 약 ±9% 이하, 약 ±8% 이하, 약 ±7.5% 이하, 약 ±7% 이하, 약 ±6% 이하와 같이 약 ±10% 이하이고, 약 ±5% 이하, 약 ±4% 이하, 또는 약 ±3% 이하, 또는 약 ±2% 이하, 또는 약 ±1% 이하이다.
일부 실시예에서, 제약 정제의 중량이 300 mg 이상일 때, 중량의 상대 편차는 약 ±4% 이하, 약 ±3% 이하, 약 ±2% 이하, 약 ±1% 이하와 같이 약 ±5% 이하이다.
도 6은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스의 예를 예시한다. 디바이스(600)는 네트워크에 연결된 호스트 컴퓨터일 수 있다. 디바이스(600)는 클라이언트 컴퓨터 또는 서버일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 디바이스(600)는 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 서버 또는 전화 또는 태블릿과 같은 핸드헬드 컴퓨팅 디바이스(휴대용 전자 디바이스)와 같은 임의의 적절한 유형의 마이크로프로세서 기반 디바이스일 수 있다. 디바이스는 예를 들어 프로세서(610), 입력 디바이스(620), 출력 디바이스(630), 저장 디바이스(640) 및 통신 디바이스(660) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 입력 디바이스(620) 및 출력 디바이스(630)는 일반적으로 앞서 설명한 것에 대응할 수 있고, 컴퓨터와 연결 가능하거나 그와 통합될 수 있다.
입력 디바이스(620)는 터치스크린, 키보드 또는 키패드, 마우스 또는 음성 인식 디바이스와 같이 입력을 제공하는 임의의 적절한 디바이스일 수 있다. 출력 디바이스(630)는 터치스크린, 햅틱 디바이스 또는 스피커와 같이 출력을 제공하는 임의의 적절한 디바이스일 수 있다.
저장 디바이스(640)는 RAM, 캐시, 하드 드라이브 또는 착탈식 저장 디스크를 포함하는 전기적, 자기적 또는 광학적 메모리와 같은 저장 디바이스를 제공하는 임의의 적절한 디바이스일 수 있다. 통신 디바이스(660)는 네트워크 인터페이스 칩 또는 디바이스와 같이 네트워크를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있는 임의의 적절한 디바이스를 포함할 수 있다. 컴퓨터의 컴포넌트는 물리적 버스 또는 무선을 통한 것과 같은 임의의 적절한 방식으로 연결될 수 있다.
저장 디바이스(640)에 저장되고 프로세서(610)에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어(650)는 예를 들어 본 개시의 기능을 구현하는 프로그래밍을 포함할 수 있다(예를 들어, 앞서 설명한 바와 같은 디바이스에서 구현됨).
소프트웨어(650)는 또한 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 소프트웨어와 연관된 명령어를 인출하고 명령어를 실행할 수 있는, 앞서 설명된 것들과 같은 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 임의의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에 저장 및/또는 전송될 수 있다. 본 개시와 관련하여, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그래밍을 함유하거나 저장할 수 있는 저장 디바이스(640)와 같은 임의의 매체일 수 있다.
소프트웨어(650)는 또한 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 소프트웨어와 연관된 명령어를 인출하고 명령어를 실행할 수 있는, 앞서 설명된 것들과 같은 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 임의의 전송 매체 내에서 전파될 수 있다. 본 개시에 관련하여, 전송 매체는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 통신, 전파 또는 전송 프로그래밍을 할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 전송 판독 가능 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기 또는 적외선 유선 또는 무선 전파 매체를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
디바이스(600)는 네트워크에 연결될 수 있으며, 네트워크는 임의의 적절한 유형의 상호 연결된 통신 시스템일 수 있다. 네트워크는 임의의 적절한 통신 프로토콜을 구현할 수 있으며 임의의 적절한 보안 프로토콜로 보호할 수 있다. 네트워크는 무선 네트워크 연결, T1 또는 T3 회선, 케이블 네트워크, DSL 또는 전화선과 같은 네트워크 신호의 송신 및 수신을 구현할 수 있는 임의의 적절한 배열의 네트워크 링크를 포함할 수 있다.
디바이스(600)는 네트워크에서 동작하기에 적절한 임의의 운영 체제를 구현할 수 있다. 소프트웨어(650)는 C, C++, Java 또는 Python과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 본 개시의 기능을 구현하는 애플리케이션 소프트웨어는 예를 들어 클라이언트/서버 배열에서 또는 웹 기반 애플리케이션 또는 웹 서비스로서 웹 브라우저를 통해와 같은 다양한 구성으로 배치될 수 있다.
예시적인 실시예
본 발명은 다음의 실시예를 제공한다:
1. 적층 제조 시스템에 있어서, 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 재료 공급 모듈; 마이크로 스크류 인쇄 헤드로서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서, 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류, 슬리브 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하고, 노즐의 원추형 내부 표면은 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드; 및 구동 모듈로서, 구동 모듈은 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 회전 모터 및 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 액추에이터를 포함하는, 상기 구동 모델을 포함한다.
2. 실시예 1의 시스템은 슬리브와 노즐 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링을 더 포함하고, z-축 위치설정 밀봉 링은 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성된다.
3. 실시예 1 및 2 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브 또는 온도 센서를 더 포함한다.
4. 실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 단열 슬리브를 더 포함한다.
5. 실시예 1 내지 4 중 어느 하나의 실시예의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 노즐의 원추형 내부 표면에 의해 형성된 제2 테이퍼 각도 이하이다.
6. 실시예 5의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 60° 이하이다.
7. 실시예 5의 시스템에 있어서, 제2 테이퍼 각도와 제1 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이이다.
8. 실시예 1 내지 7 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상이다.
9. 실시예 1 내지 8 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴을 통해 노즐의 원추형 내부 표면에 맞도록 구성된다.
10. 실시예 1 내지 9 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 길이는 10 및 80 mm와 같거나 그 사이이다.
11. 실시예 1 내지 10 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이이다.
12. 실시예 1 내지 11 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 재료 공급 모듈은 인쇄 재료를 용융시키기 위한 압출 디바이스 및 가압 디바이스를 포함한다.
13. 실시예 12의 시스템에 있어서, 압출 디바이스는 단일 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 트윈 스크류 압출 메커니즘, 원추형 트윈 스크류 압출 메커니즘, 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
14. 실시예 12의 시스템에 있어서, 가압 디바이스는 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
15. 실시예 1 내지 14 중 어느 한 시스템에 있어서, 재료 공급 모듈은 용융된 인쇄 재료의 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함한다.
16. 실시예 1 내지 15 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 용융된 인쇄 재료의 압력을 검출하기 위해 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 유동 채널 또는 입구에 하나 이상의 압력 센서를 더 포함한다.
17. 실시예 1 내지 16 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 최상부 나사 세그먼트에 기초하여 정렬된다.
18. 실시예 17의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구에 입구 밀봉 링을 더 포함한다.
19. 실시예 1 내지 18 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 구동 모듈은 액추에이터 및 회전 모터를 독립적으로 제어하도록 구성된다.
20. 실시예 1 내지 19 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 구동 모듈은 액추에이터와 회전 모터의 복합 제어를 제공하도록 구성된다.
21. 실시예 1 내지 20 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터이다.
22. 실시예 21의 시스템에 있어서, 전기 모터는 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성된다.
23. 실시예 1 내지 22 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 회전 모터는 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.
24. 실시예 1 내지 23 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 결합을 위해 사용되는 크로스 커넥터 또는 카단 샤프트를 더 포함한다.
25. 실시예 1 내지 24 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 재료 공급 모듈에 의해 용융된다.
26. 실시예 1 내지 25 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료가 50℃ 내지 400℃에서 노즐에 의해 분배된다.
27. 실시예 1 내지 26 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
28. 실시예 1 내지 27 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함한다.
29. 실시예 1 내지 28 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 플랫폼 및 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계에 기초하여 인쇄 플랫폼의 이동을 유발하기 위한 제어기를 더 포함한다.
30. 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조 방법에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드는, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류와 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하며, 방법은 마이크로 스크류를 상승시켜 노즐의 출구 포트를 개방하는 단계; 마이크로 스크류를 회전시켜 용융 및 가압된 인쇄 재료를 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 홈으로 도입하는 단계로서, 용융 및 가압된 인쇄 재료는 노즐의 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및 노즐의 원추형 내부 표면이 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하고 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하는 단계를 포함한다.
31. 실시예 30의 방법에 있어서, 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 단계를 더 포함한다.
32. 실시예 30 내지 31 중 어느 하나의 방법에 있어서, 전기 모터를 통해 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 마이크로 스크류의 이동 변위를 조절하는 단계를 더 포함한다.
33. 실시예 30 내지 32 중 어느 하나의 방법에 있어서, 회전 모터를 통해 마이크로 스크류의 회전 속도를 조절하여 분배되는 인쇄 재료의 체적을 제어하는 단계를 더 포함한다.
34. 실시예 30 내지 33 중 어느 하나의 방법에 있어서, 전기 모터 및 회전 모터는 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성된다.
35. 실시예 30 내지 34 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류의 회전 속도를 감소시키면서 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
36. 실시예 30 내지 35 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류를 회전시키는 단계는 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시키는 단계를 포함하며, 방법은 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하기 전에 마이크로 스크류를 제1 방향과 반대 방향으로 회전시켜 노즐의 원위 단부로부터 인쇄 재료의 양을 제거하는 단계를 더 포함한다.
37. 실시예 30 내지 36 중 어느 하나의 방법에 있어서, 인쇄 플랫폼의 이동 및 노즐에 의해 분배되는 인쇄 재료의 양을 조정하는 단계를 더 포함한다.
38. 실시예 30 내지 37 중 어느 하나의 방법에 있어서, 래더 방식에 따라 인쇄 재료를 가열하는 단계를 더 포함하고, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 노즐에서 제3 온도로 가열된다.
39. 실시예 30 내지 38 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃이다.
40. 실시예 30 내지 39 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 유동 채널 또는 입구에서 인쇄 재료의 압력을 측정하는 단계; 및 폐루프 제어 시스템을 통해 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
41. 실시예 30 내지 40 중 어느 하나의 방법에 있어서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
42. 실시예 30 내지 41 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류가 제약 투여 유닛을 제조하도록 제어된다.
43. 적층 제조 시스템에 있어서, 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 재료 공급 모듈; 유동 분배 플레이트를 포함하는 유동 분배 모듈로서 유동 분배 플레이트는 용융 및 가압된 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 균일하게 분할하기 위한 복수의 채널을 포함하는, 상기 유동 분배 모델, 복수의 유동을 분배하도록 구성된 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드로서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 각각은, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서, 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류, 슬리브 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하고, 노즐의 원추형 내부 표면은 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 노즐을 포함하는, 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드; 및 구동 모듈로서, 복수의 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 하나 이상의 회전 모터 및 복수의 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 하나 이상의 액추에이터를 포함하는, 상기 구동 모듈을 포함한다.
44. 실시예 43의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 슬리브와 노즐 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링을 더 포함하고, z-축 위치설정 밀봉 링은 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성된다.
45. 실시예 43 내지 44 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브 또는 온도 센서를 더 포함한다.
46. 실시예 43 내지 45 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 단열 슬리브를 더 포함한다.
47. 실시예 43 내지 46 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 노즐의 원추형 내부 표면에 의해 형성된 제2 테이퍼 각도 이하이다.
48. 실시예 47의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 60° 이하이다.
49. 실시예 47의 시스템에 있어서, 제2 테이퍼 각도와 제1 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이이다.
50. 실시예 43 내지 49 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상이다.
51. 실시예 43 내지 50 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴을 통해 노즐의 원추형 내부 표면에 맞도록 구성된다.
52. 실시예 43 내지 51 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 길이가 10 및 80 mm와 같거나 그 사이이다.
53. 실시예 43 내지 52 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이이다.
54. 실시예 43 내지 53 중 어느 한 시스템에 있어서, 재료 공급 모듈은 인쇄 재료를 용융시키기 위한 압출 디바이스 및 가압 디바이스를 포함한다.
55. 실시예 54의 시스템에 있어서, 압출 디바이스는 단일 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 트윈 스크류 압출 메커니즘, 원추형 트윈 스크류 압출 메커니즘, 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
56. 실시예 54의 시스템에 있어서, 가압 디바이스는 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함한다.
57. 실시예 43 내지 56 중 어느 한 시스템에 있어서, 재료 공급 모듈은 용융된 인쇄 재료의 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함한다.
58. 실시예 43 내지 57 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 용융된 인쇄 재료의 압력을 검출하기 위해 인쇄 헤드의 입구 또는 유동 분배 플레이트에 하나 이상의 압력 센서를 더 포함한다.
59. 실시예 43 내지 58 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 최상부 나사 세그먼트에 기초하여 정렬된다.
60. 실시예 43 내지 59 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 하나 이상의 회전 모터는 복수의 회전 모터를 포함하고, 복수의 회전 모터 각각은 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 각각의 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.
61. 실시예 43 내지 60 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 하나 이상의 회전 모터는 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류의 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성된 단일 회전 모터를 포함한다.
62. 실시예 43 내지 61 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터를 포함한다.
63. 실시예 43 내지 62 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 하나 이상의 액추에이터는 복수의 전기 모터를 포함하고, 복수의 전기 모터 각각은 각각의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 각각의 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성된다.
64. 실시예 63의 시스템에 있어서, 하나 이상의 전기 모터는 푸시 플레이트 메커니즘을 통해 복수의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및 복수의 마이크로 스크류의 이동 변위를 동시에 제어하도록 구성된 단일 전기 모터를 포함한다.
65. 실시예 64의 시스템에 있어서, 푸시 플레이트 메커니즘은 활주 플레이트, 푸시 플레이트 및 캠 메커니즘을 포함한다.
66. 실시예 65의 시스템에 있어서, 캠 메커니즘은 활주 플레이트의 수평 이동을 푸시 플레이트의 수직 이동으로 변환하도록 구성된다.
67. 실시예 43 내지 66 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 구동 모듈은 하나 이상의 액추에이터 및 하나 이상의 회전 모터를 독립적으로 제어하도록 구성된다.
68. 실시예 43 내지 67 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 구동 모듈은 하나 이상의 액추에이터 및 하나 이상의 회전 모터의 복합 제어를 제공한다.
69. 실시예 43 내지 68 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 하나 이상의 회전 모터 및 하나 이상의 액추에이터 중 적어도 하나는 스테퍼 모터이다.
70. 실시예 43 내지 69 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 결합을 위해 사용되는 크로스 커넥터 또는 카단 샤프트를 더 포함한다.
71. 실시예 43 내지 70 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 유동 분배 모듈은 베이스 플레이트를 포함하고, 유동 분배 플레이트 및 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 베이스 플레이트에 배치된다.
72. 실시예 71의 시스템에 있어서, 유동 분배 플레이트는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다.
73. 실시예 71의 시스템에 있어서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 베이스 플레이트 및 슬리브는 통합된다.
74. 실시예 43 내지 73 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 유동 분배 플레이트 외부에 온도 제어 시스템을 더 포함하고, 온도 제어 시스템은 가열 디바이스 및 냉각 디바이스를 포함한다.
75. 실시예 43 내지 74 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 유동 분배 플레이트의 입구가 밀봉 메커니즘을 포함한다.
76. 실시예 43 내지 75 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구가 밀봉 메커니즘을 포함한다.
77. 실시예 76의 시스템에 있어서, 밀봉 메커니즘은 밀봉 링이다.
78. 실시예 43 내지 77 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 자연적 균형 레이아웃 또는 유변학적 균형 레이아웃으로 배열된다.
79. 실시예 43 내지 78 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 4개의 유동 또는 8개의 유동으로 분할하도록 구성된다.
80. 실시예 79의 시스템에 있어서, 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 하나 이상의 1-4 또는 1-8 서브-플레이트를 통해 16개의 유동 또는 32개의 유동으로 분할하도록 구성된다.
81. 실시예 43 내지 80 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 유동 분배 플레이트는 유변학적 균형 레이아웃을 통해 단일 유동을 3 유동, 5 유동 또는 7 유동으로 분할하도록 구성된다.
82. 실시예 43 내지 81 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 재료 공급 모듈에 의해 용융된다.
83. 실시예 43 내지 82 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료가 50℃ 내지 400℃에서 노즐에 의해 분배된다.
84. 실시예 43 내지 83 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
85. 실시예 43 내지 84 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 재료가 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함한다.
86. 실시예 43 내지 85 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 인쇄 플랫폼 및 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계에 기초하여 인쇄 플랫폼의 이동을 야기하기 위한 제어기를 더 포함한다.
87. 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조 방법에 있어서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 각각은, 나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분 및 노즐을 포함하는 마이크로 스크류, 및 노즐로서, 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하며, 방법은, 유동 분배 플레이트를 통해 용융 및 가압된 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 분배하는 단계; 복수의 유동 각각이 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류 헤드에 도달하게 하는 단계; 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에서: 마이크로 스크류를 상승시켜 노즐의 출구 포트를 개방하는 단계; 마이크로 스크류를 회전시켜 각각의 유동을 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 홈으로 도입하는 단계로서, 용융 및 가압된 인쇄 재료는 노즐의 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및 노즐의 원추형 내부 표면이 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하고 노즐에서 인쇄 재료의 분배를 중지하는 단계를 포함한다.
88. 실시예 87의 방법에 있어서, 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 단계를 더 포함한다.
89. 실시예 87 내지 88 중 어느 하나의 방법에 있어서, 전기 모터는 푸시 플레이트 메커니즘을 통해 복수의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 복수의 마이크로 스크류의 이동 변위를 동시에 제어하도록 구성된다.
90. 실시예 87 내지 89 중 어느 하나의 방법에 있어서, 복수의 전기 모터 각각은 각각의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 각각의 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성된다.
91. 실시예 87 내지 90 중 어느 하나의 방법에 있어서, 복수의 회전 모터 각각은 모터 어댑터 샤프트를 통해 각각의 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성된다.
92. 실시예 87 내지 91 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 단일 회전 모터는 하나 이상의 기어 및 벨트를 통해 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류의 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성된다.
93. 실시예 87 내지 92 중 어느 하나의 방법에 있어서, 액추에이터 및 회전 모터가 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성된다.
94. 실시예 87 내지 93 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류의 회전 속도를 감소시키면서 마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
95. 실시예 87 내지 94 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류를 회전시키는 단계는 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시키는 단계를 포함하며, 방법은,
마이크로 스크류를 하강시켜 출구 포트를 폐쇄하기 전에 마이크로 스크류를 제1 방향과 반대 방향으로 회전시켜 노즐의 원위 단부로부터 인쇄 재료의 양을 제거하는 단계를 더 포함한다.
96. 실시예 87 내지 95 중 어느 하나의 방법에 있어서, 인쇄 플랫폼의 이동 및 노즐에 의해 분배되는 인쇄 재료의 양을 조정하는 단계를 더 포함한다.
97. 실시예 87 내지 96 중 어느 하나의 방법에 있어서, 래더 방식에 따라 인쇄 재료를 가열하는 단계를 더 포함하고, 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고; 인쇄 재료는 각각의 노즐에서 제3 온도로 가열된다.
98. 실시예 97의 방법에 있어서, 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃이다.
99. 실시예 87 내지 98 중 어느 하나의 방법에 있어서, 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구에서 또는 유동 분배 플레이트에서 인쇄 재료의 압력을 측정하는 단계; 및 폐루프 제어 시스템을 통해 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
100. 실시예 87 내지 99 중 어느 하나의 방법에 있어서, 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 인쇄 재료는 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는다.
101. 실시예 87 내지 100 중 어느 하나의 방법에 있어서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 제약 투여 유닛을 제조하도록 구성된다.
102. 적층 제조 시스템에 있어서, 제1 인쇄 스테이션으로서, 제1 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 제1 재료 공급 모듈; 용융 및 가압된 제1 인쇄 재료의 단일 유동을 제1 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제1 유동 분배 모듈; 및 제1 복수의 유동을 분배하도록 구성된 니들 밸브 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제1 인쇄 모듈을 포함하는, 상기 제1 인쇄 스테이션; 제2 인쇄 스테이션으로서, 제2 인쇄 스테이션은 제2 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 제2 재료 공급 모듈; 용융 및 가압된 제2 인쇄 재료의 단일 유동을 제2 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제2 유동 분배 모듈; 및 제2 복수의 유동을 분배하도록 구성된 마이크로 스크류 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제2 인쇄 모듈을 포함하는, 상기 제2 인쇄 스테이션을 포함한다.
103. 실시예 102의 시스템에 있어서, 제1 인쇄 스테이션 및 제2 인쇄 스테이션은 제품의 동일한 회분을 인쇄하도록 구성된다.
104. 실시예 102 내지 103 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 제1 및 제2 인쇄 모듈 각각은 상이한 수의 인쇄 헤드를 수용하도록 확장 가능하도록 구성된다.
105. 실시예 102 내지 104 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 제1 및 제2 인쇄 스테이션 각각은 상이한 유형의 인쇄 모듈을 수용하도록 확장 가능하도록 구성된다.
106. 실시예 102 내지 105 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 액적 토출 인쇄 헤드 세트, 사출 인쇄 헤드 세트, 잉크젯 인쇄 헤드 세트, 또는 그 임의의 조합을 더 포함한다.
107. 복수의 제약 정제에 있어서, 방법 30 내지 42 중 어느 하나의 방법에 의해 적층 제조 시스템의 하나 이상의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 사용하여 제조된다.
108. 실시예 107의 복수의 제약 정제에 있어서, 복수의 제약 정제 중 중량이 300 mg 이하인 모든 제약 정제는 ±7.5% 이하의 상대 편차를 갖는다.
109. 실시예 107의 복수의 제약 정제에 있어서, 복수의 제약 정제 중 중량이 300 mg 이상인 모든 제약 정제는 ±5% 이하의 상대 편차를 갖는다.
첨부 도면을 참조하여 개시 및 예를 충분히 설명하였지만, 다양한 수정 및 수정이 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이라는 점에 유의해야 한다. 이러한 수정 및 수정은 청구범위에 의해 정의된 개시 및 예의 범위 내에 포함되는 것으로 이해하여야 한다.
앞서 설명한 설명은 설명을 위해 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 위의 예시적인 설명은 모든 것을 철저히 설명하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하기를 의도하는 것은 아니다. 상기 교시의 관점에서 많은 수정 및 변형이 가능하다. 기법의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 실시예를 선택하고 설명하였다. 다른 본 기술 분야의 숙련자는 이를 통해 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 동반하여 이러한 기법 및 다양한 실시예를 가장 잘 이용할 수 있다.

Claims (109)

  1. 적층 제조 시스템에 있어서,
    인쇄 재료를 용융 및 가압하는 재료 공급 모듈;
    마이크로 스크류 인쇄 헤드로서,
    나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서, 상기 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류;
    슬리브, 및
    노즐로서, 상기 노즐의 원위 단부는,
    원추형 내부 표면, 및
    상기 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하고,
    상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면은 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 노즐에서 상기 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드;
    구동 모듈로서,
    상기 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 회전 모터, 및
    상기 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 액추에이터를 포함하는, 상기 구동 모듈을 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 슬리브와 상기 노즐 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링을 더 포함하고, 상기 z-축 위치설정 밀봉 링은 상기 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성되는, 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브 또는 온도 센서를 더 포함하는, 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 단열 슬리브를 더 포함하는, 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면에 의해 형성되는 제2 테이퍼 각도 이하인, 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분의 상기 제1 테이퍼 각도는 60° 이하인, 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 테이퍼 각도와 상기 제1 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이인, 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상인, 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴을 통해 상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면에 맞도록 구성되는, 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 길이는 10 및 80 mm와 같거나 그 사이인, 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이인, 시스템.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 공급 모듈은 상기 인쇄 재료를 용융시키기 위한 압출 디바이스 및 가압 디바이스를 포함하는, 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 압출 디바이스는 단일 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 트윈 스크류 압출 메커니즘, 원추형 트윈 스크류 압출 메커니즘, 또는 그 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 가압 디바이스는 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 공급 모듈은 용융된 인쇄 재료의 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함하는, 시스템.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융된 인쇄 재료의 압력을 검출하기 위해 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구 또는 유동 채널에 하나 이상의 압력 센서를 더 포함하는, 시스템.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 최상부 나사 세그먼트에 기초하여 정렬되는, 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 상기 입구에 입구 밀봉 링을 더 포함하는, 시스템.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 모듈은 상기 액추에이터와 상기 회전 모터를 독립적으로 제어하도록 구성되는, 시스템.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 모듈은 상기 액추에이터와 상기 회전 모터의 복합 제어를 제공하도록 구성되는, 시스템.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터인, 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 전기 모터는 상기 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 상기 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 모터는 상기 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 결합을 위해 사용되는 크로스 커넥터 또는 카단(cardan) 샤프트를 더 포함하는, 시스템.
  25. 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 상기 재료 공급 모듈에 의해 50℃ 내지 400℃에서 용융되는, 시스템.
  26. 청구항 1 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 상기 노즐에 의해 분배되는, 시스템.
  27. 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 상기 인쇄 재료는 상기 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는, 시스템.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함하는, 시스템.
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 플랫폼 및 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계에 기초하여 상기 인쇄 플랫폼의 이동을 야기하기 위한 제어기를 더 포함하는, 시스템.
  30. 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조 방법에 있어서,
    상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드는,
    나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류, 및
    노즐로서, 상기 노즐의 원위 단부는,
    원추형 내부 표면, 및
    인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하며, 상기 방법은,
    상기 마이크로 스크류를 상승시켜 상기 노즐의 상기 출구 포트를 개방하는 단계;
    상기 마이크로 스크류를 회전시켜 용융 및 가압된 인쇄 재료를 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 홈으로 도입하는 단계로서, 상기 용융 및 가압된 인쇄 재료는 상기 노즐의 상기 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및
    상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면이 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 상기 마이크로 스크류를 하강시켜 상기 출구 포트를 폐쇄하고 상기 노즐에서 상기 인쇄 재료 분배를 중지하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 청구항 30에 있어서, 상기 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  32. 청구항 30 또는 청구항 31에 있어서, 전기 모터를 통해 상기 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 상기 마이크로 스크류의 이동 변위를 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 청구항 30 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서, 분배되는 상기 인쇄 재료의 체적을 제어하기 위해 회전 모터를 통해 상기 마이크로 스크류의 회전 속도를 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  34. 청구항 30 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서, 전기 모터 및 회전 모터가 상기 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성되는, 방법.
  35. 청구항 30 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 회전 속도를 감소시키면서 상기 마이크로 스크류를 하강시켜 상기 출구 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  36. 청구항 30 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류를 회전시키는 단계는 상기 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 방법은,
    상기 마이크로 스크류를 하강시켜 상기 출구 포트를 폐쇄하기 전에 상기 마이크로 스크류를 상기 제1 방향과 반대 방향으로 회전시켜 상기 노즐의 상기 원위 단부로부터 상기 인쇄 재료의 양을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  37. 청구항 30 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 플랫폼의 이동 및 상기 노즐에 의해 분배되는 상기 인쇄 재료의 양을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 청구항 30 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    래더(ladder) 방식에 따라 상기 인쇄 재료를 가열하는 단계를 더 포함하며,
    상기 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고;
    상기 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고;
    상기 인쇄 재료는 상기 노즐에서 제3 온도로 가열되는, 방법.
  39. 청구항 30 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃인, 방법.
  40. 청구항 30 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 유동 채널 또는 입구에서 상기 인쇄 재료의 압력을 측정하는 단계; 및 폐루프 제어 시스템을 통해 상기 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 청구항 30 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 상기 인쇄 재료는 상기 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는, 방법.
  42. 청구항 30 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류가 제약 투여 유닛을 제조하도록 제어되는, 방법.
  43. 적층 제조 시스템에 있어서,
    인쇄 재료를 용융 및 가압하는 재료 공급 모듈;
    유동 분배 플레이트를 포함하는 유동 분배 모듈로서, 상기 유동 분배 플레이트는 상기 용융 및 가압된 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 균일하게 분할하기 위한 복수의 채널을 포함하는, 상기 유동 분배 모듈,
    상기 복수의 유동을 분배하도록 구성된 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드로서, 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 각각은,
    나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류로서, 상기 나사형 스템 부분은 체적 측정을 위해 그 길이 전체가 나사형인, 상기 마이크로 스크류;
    슬리브, 및
    노즐로서, 상기 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 상기 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하고, 상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면은 각각의 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드가 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 노즐에서 상기 인쇄 재료의 분배를 중지하기 위해 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 구성되는, 상기 노즐을 포함하는, 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드; 및
    구동 모듈로서,
    상기 복수의 마이크로 스크류의 회전 운동을 구동시키는 하나 이상의 회전 모터, 및
    상기 복수의 마이크로 스크류의 수직 운동을 구동시키는 하나 이상의 액추에이터를 포함하는, 상기 구동 모듈을 포함하는, 시스템.
  44. 청구항 43에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 상기 슬리브와 상기 노즐 사이에 z-축 위치설정 밀봉 링을 더 포함하고, 상기 z-축 위치설정 밀봉 링은 상기 노즐의 수직 위치를 조절하도록 구성되는, 시스템.
  45. 청구항 43 또는 청구항 44에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 가열 슬리브 또는 온도 센서를 더 포함하는, 시스템.
  46. 청구항 43 내지 청구항 45 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 단열 슬리브를 더 포함하는, 시스템.
  47. 청구항 43 내지 청구항 46 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 상기 마이크로 스크류의 원추형 헤드 부분의 제1 테이퍼 각도는 상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면에 의해 형성된 제2 테이퍼 각도 이하인 시스템.
  48. 청구항 47에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분의 상기 제1 테이퍼 각도는 60° 이하인, 시스템.
  49. 청구항 47에 있어서, 상기 제2 테이퍼 각도와 상기 제1 테이퍼 각도 사이의 비율은 1:1 및 4:1과 같거나 그 사이이고, 1:1 및 3:1과 같거나 그 사이이고, 또는 1:1 및 2:1과 같거나 그 사이인, 시스템.
  50. 청구항 43 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분은 원추대 형상 또는 절두 원추 형상인, 시스템.
  51. 청구항 43 내지 청구항 50 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분은 하나 이상의 정합 패턴을 통해 상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면에 맞도록 구성되는, 시스템.
  52. 청구항 43 내지 청구항 51 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 길이는 10 및 80 mm와 같거나 그 사이인, 시스템.
  53. 청구항 43 내지 청구항 52 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 직경은 1 및 10 mm와 같거나 그 사이인, 시스템.
  54. 청구항 43 내지 청구항 53 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 공급 모듈은 상기 인쇄 재료를 용융시키기 위한 압출 디바이스 및 가압 디바이스를 포함하는, 시스템.
  55. 청구항 54에 있어서, 상기 압출 디바이스는 단일 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 트윈 스크류 압출 메커니즘, 원추형 트윈 스크류 압출 메커니즘, 또는 그 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
  56. 청구항 54에 있어서, 상기 가압 디바이스는 피스톤 압출 메커니즘, 단일 스크류 압출 메커니즘, 스크류 펌프 메커니즘, 톱니바퀴 메커니즘, 플런저 펌프 메커니즘(예를 들어, 무밸브 계량 펌프 메커니즘), 또는 그 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
  57. 청구항 43 내지 청구항 56 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 공급 모듈은 상기 용융된 인쇄 재료의 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함하는, 시스템.
  58. 청구항 43 내지 청구항 57 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융된 인쇄 재료의 압력을 검출하기 위해 상기 인쇄 헤드의 입구 또는 상기 유동 분배 플레이트에 하나 이상의 압력 센서를 더 포함하는, 시스템.
  59. 청구항 43 내지 청구항 58 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에 대해, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구가 상기 마이크로 스크류의 상기 나사형 스템 부분의 최상부 나사 세그먼트에 기초하여 정렬되는, 시스템.
  60. 청구항 43 내지 청구항 59 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 회전 모터는 복수의 회전 모터를 포함하고, 상기 복수의 회전 모터 각각은 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 각각의 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  61. 청구항 43 내지 청구항 60 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 회전 모터는 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류의 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성된 단일 회전 모터를 포함하는, 시스템.
  62. 청구항 43 내지 청구항 61 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터는 공압 액추에이터, 기계식 액추에이터, 전자기 액추에이터, 유압 액추에이터 또는 전기 모터를 포함하는, 시스템.
  63. 청구항 43 내지 청구항 62 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터는 복수의 전기 모터를 포함하고, 상기 복수의 전기 모터 각각은 각각의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및/또는 각각의 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  64. 청구항 63에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 모터는 푸시 플레이트 메커니즘을 통해 상기 복수의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도 및 상기 복수의 마이크로 스크류의 이동 변위를 동시에 제어하도록 구성된 단일 전기 모터를 포함하는, 시스템.
  65. 청구항 64에 있어서, 상기 푸시 플레이트 메커니즘은 활주(sliding) 플레이트, 푸시(push) 플레이트 및 캠(cam) 메커니즘을 포함하는, 시스템.
  66. 청구항 65에 있어서, 상기 캠 메커니즘은 상기 활주 플레이트의 수평 이동을 상기 푸시 플레이트의 수직 이동으로 변환하도록 구성되는, 시스템.
  67. 청구항 43 내지 청구항 66 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 모듈은 하나 이상의 액추에이터 및 하나 이상의 회전 모터를 독립적으로 제어하도록 구성되는, 시스템.
  68. 청구항 43 내지 청구항 67 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 모듈은 상기 하나 이상의 액추에이터와 상기 하나 이상의 회전 모터의 복합 제어를 제공하는, 시스템.
  69. 청구항 43 내지 청구항 68 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 회전 모터 및 상기 하나 이상의 액추에이터 중 적어도 하나는 스테퍼(stepper) 모터인, 시스템.
  70. 청구항 43 내지 청구항 69 중 어느 한 항에 있어서, 결합을 위해 사용되는 크로스 커넥터 또는 카단 샤프트를 더 포함하는, 시스템.
  71. 청구항 43 내지 청구항 70 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 분배 모듈은 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 유동 분배 플레이트 및 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 상기 베이스 플레이트에 배치되는, 시스템.
  72. 청구항 71에 있어서, 상기 유동 분배 플레이트는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하는, 시스템.
  73. 청구항 71에 있어서, 상기 베이스 플레이트와 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 상기 슬리브는 통합되는, 시스템.
  74. 청구항 43 내지 청구항 73 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 분배 플레이트 외부에 온도 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 온도 제어 시스템은 가열 디바이스 및 냉각 디바이스를 포함하는, 시스템.
  75. 청구항 43 내지 청구항 74 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 분배 플레이트의 입구는 밀봉 메커니즘을 포함하는, 시스템.
  76. 청구항 43 내지 청구항 75 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구는 밀봉 메커니즘을 포함하는, 시스템.
  77. 청구항 76에 있어서, 상기 밀봉 메커니즘은 밀봉 링인, 시스템.
  78. 청구항 43 내지 청구항 77 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 자연적 균형 레이아웃 또는 유변학적 균형 레이아웃으로 배열되는, 시스템.
  79. 청구항 43 내지 청구항 78 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 분배 플레이트는 단일 유동을 4개의 유동 또는 8개의 유동으로 분할하도록 구성되는, 시스템.
  80. 청구항 79에 있어서, 상기 유동 분배 플레이트는 하나 이상의 1-4 또는 1-8 서브-플레이트를 통해 단일 유동을 16개 유동 또는 32개 유동으로 분할하도록 구성되는, 시스템.
  81. 청구항 43 내지 청구항 80 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 분배 플레이트는 유변학적 균형 레이아웃을 통해 단일 유동을 3개 유동, 5개 유동 또는 7개 유동으로 분할하도록 구성되는, 시스템.
  82. 청구항 43 내지 청구항 81 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 상기 재료 공급 모듈에 의해 50℃ 내지 400℃에서 용융되는, 시스템.
  83. 청구항 43 내지 청구항 82 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 50℃ 내지 400℃에서 상기 노즐에 의해 분배되는, 시스템.
  84. 청구항 43 내지 청구항 83 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 상기 인쇄 재료는 상기 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는, 시스템.
  85. 청구항 43 내지 청구항 84 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 제약상 허용되는 재료, 불활성 재료 또는 그 조합을 포함하는, 시스템.
  86. 청구항 43 내지 청구항 85 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 플랫폼 및 직교 좌표계, 극 좌표계 또는 원통형 좌표계에 기초하여 상기 인쇄 플랫폼의 이동을 유발하기 위한 제어기를 더 포함하는, 시스템.
  87. 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 통한 적층 제조 방법에 있어서, 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드 각각은,
    나사형 스템 부분과 원추형 헤드 부분을 포함하는 마이크로 스크류, 및
    노즐로서, 상기 노즐의 원위 단부는 원추형 내부 표면 및 인쇄 재료를 분배하기 위한 출구 포트를 포함하는, 상기 노즐을 포함하며,
    상기 방법은,
    유동 분배 플레이트를 통해 용융 및 가압된 인쇄 재료의 단일 유동을 복수의 유동으로 분배하는 단계;
    상기 복수의 유동 각각이 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류 헤드에 도달하게 하는 단계;
    각각의 마이크로 스크류 인쇄 헤드에서:
    상기 마이크로 스크류를 상승시켜 상기 노즐의 상기 출구 포트를 개방하는 단계;
    상기 마이크로 스크류를 회전시켜 상기 각각의 유동을 상기 마이크로 스크류의 나사형 스템 부분의 홈으로 도입하는 단계로서, 상기 용융 및 가압된 인쇄 재료는 상기 노즐의 상기 원위 단부를 향하여 유동하도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및
    상기 노즐의 상기 원추형 내부 표면이 상기 마이크로 스크류의 상기 원추형 헤드 부분과 접촉하도록 상기 마이크로 스크류를 하강시켜 상기 출구 포트를 폐쇄하고 상기 노즐에서 상기 인쇄 재료 분배를 중지하는 단계를 포함하는, 방법.
  88. 청구항 87에 있어서, 상기 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  89. 청구항 87 또는 청구항 88에 있어서, 전기 모터가 푸시 플레이트 메커니즘을 통해 상기 복수의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 상기 복수의 마이크로 스크류의 이동 변위를 동시에 제어하도록 구성되는, 방법.
  90. 청구항 87 내지 청구항 89 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 전기 모터 각각은 각각의 마이크로 스크류의 수직 이동의 속도 및 가속도와 각각의 마이크로 스크류의 이동 변위를 제어하도록 구성되는, 방법.
  91. 청구항 87 내지 청구항 90 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 회전 모터 각각은 모터 어댑터 샤프트를 통해 각각의 마이크로 스크류의 회전 속도를 제어하도록 구성되는, 방법.
  92. 청구항 87 내지 청구항 91 중 어느 한 항에 있어서, 단일 회전 모터는 하나 이상의 기어 및 벨트를 통해 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 마이크로 스크류의 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성되는, 시스템.
  93. 청구항 87 내지 청구항 92 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터 및 회전 모터가 상기 마이크로 스크류의 복합 이동을 구동시키도록 구성되는, 방법.
  94. 청구항 87 내지 청구항 93 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류의 회전 속도를 감소시키면서 상기 마이크로 스크류를 하강시켜 상기 출구 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  95. 청구항 87 내지 청구항 94 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류를 회전시키는 단계는 상기 마이크로 스크류를 제1 방향으로 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 방법은,
    상기 마이크로 스크류를 하강시켜 상기 출구 포트를 폐쇄하기 전에 상기 마이크로 스크류를 상기 제1 방향과 반대 방향으로 회전시켜 상기 노즐의 상기 원위 단부로부터 상기 인쇄 재료의 양을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  96. 청구항 87 내지 청구항 95 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 플랫폼의 이동 및 상기 노즐에 의해 분배되는 상기 인쇄 재료의 양을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  97. 청구항 87 내지 청구항 96 중 어느 한 항에 있어서,
    래더 방식에 따라 상기 인쇄 재료를 가열하는 단계를 더 포함하며,
    상기 인쇄 재료는 재료 공급 모듈에서 제1 온도로 가열되고;
    상기 인쇄 재료는 유동 분배 모델에서 제2 온도로 가열되고;
    상기 인쇄 재료는 각각의 노즐에서 제3 온도로 가열되는, 방법,
  98. 청구항 97에 있어서, 상기 제1 온도는 50℃이고, 제2 온도는 70℃이고, 제3 온도는 105℃인, 방법.
  99. 청구항 87 내지 청구항 98 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 스크류 인쇄 헤드의 입구에서 또는 상기 유동 분배 플레이트에서 상기 인쇄 재료의 압력을 측정하는 단계; 및 폐루프 제어 시스템을 통해 상기 인쇄 재료의 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  100. 청구항 87 내지 청구항 99 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 비필라멘트 재료이고, 상기 인쇄 재료는 상기 노즐에 의해 분배될 때 800Pa·s 이상의 점도를 갖는, 방법.
  101. 청구항 87 내지 청구항 100 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 마이크로 스크류 인쇄 헤드는 제약 투여 유닛을 제조하도록 구성되는, 방법.
  102. 적층 제조 시스템에 있어서,
    제1 인쇄 스테이션으로서,
    제1 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 제1 재료 공급 모듈;
    상기 용융 및 가압된 제1 인쇄 재료의 단일 유동을 제1 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제1 유동 분배 모듈; 및
    상기 제1 복수의 유동을 분배하도록 구성된 니들 밸브 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제1 인쇄 모듈을 포함하는, 상기 제1 인쇄 스테이션;
    제2 인쇄 스테이션으로서,
    제2 인쇄 재료를 용융 및 가압하는 제2 재료 공급 모듈;
    상기 용융 및 가압된 제2 인쇄 재료의 단일 유동을 제2 복수의 유동으로 균일하게 분할하도록 구성된 제2 유동 분배 모듈; 및
    상기 제2 복수의 유동을 분배하도록 구성된 마이크로 스크류 인쇄 헤드 세트를 포함하는 제2 인쇄 모듈을 포함하는, 상기 제2 인쇄 스테이션을 포함하는, 시스템.
  103. 청구항 102에 있어서, 상기 제1 인쇄 스테이션 및 상기 제2 인쇄 스테이션은 제품의 동일한 회분을 인쇄하도록 구성되는, 시스템.
  104. 청구항 102 또는 청구항 103에 있어서, 상기 제1 및 제2 인쇄 모듈 각각은 상이한 수의 인쇄 헤드를 수용하도록 확장 가능하도록 구성되는, 시스템.
  105. 청구항 102 내지 청구항 104 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인쇄 스테이션 각각은 상이한 유형의 인쇄 모듈을 수용하도록 확장 가능하도록 구성되는, 시스템.
  106. 청구항 102 내지 청구항 105 중 어느 한 항에 있어서, 액적 토출 인쇄 헤드 세트, 사출 인쇄 헤드 세트, 잉크젯 인쇄 헤드 세트 또는 그 임의의 조합을 더 포함하는, 시스템.
  107. 복수의 제약 정제에 있어서, 방법 청구항 30 내지 방법 청구항 42 중 어느 하나의 한 항에 의해 적층 제조 시스템의 하나 이상의 마이크로 스크류 인쇄 헤드를 사용하여 제조되는, 복수의 제약 정제.
  108. 청구항 107에 있어서, 상기 복수의 제약 정제 중 중량이 300 mg 미만인 모든 제약 정제는 ±7.5% 이하의 상대 편차를 갖는, 복수의 제약 정제.
  109. 청구항 107에 있어서, 상기 복수의 제약 정제 중 중량이 300 mg 이상인 모든 제약 정제는 ±5% 이하의 상대 편차를 갖는, 복수의 제약 정제.
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