KR20230065320A - Systems for obtaining photopolymerized prepolymers - Google Patents

Systems for obtaining photopolymerized prepolymers Download PDF

Info

Publication number
KR20230065320A
KR20230065320A KR1020237011938A KR20237011938A KR20230065320A KR 20230065320 A KR20230065320 A KR 20230065320A KR 1020237011938 A KR1020237011938 A KR 1020237011938A KR 20237011938 A KR20237011938 A KR 20237011938A KR 20230065320 A KR20230065320 A KR 20230065320A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
prepolymerization
station
chamber
conveyor
stations
Prior art date
Application number
KR1020237011938A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
데니스 인디크
알렉산더 트루신
안나 트루시나
알렉세이 두보프
드미트리 스타로두브체프
슬라바 솔로니친
Original Assignee
마이티 빌딩스, 아이엔씨.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/017,669 external-priority patent/US11891465B2/en
Application filed by 마이티 빌딩스, 아이엔씨. filed Critical 마이티 빌딩스, 아이엔씨.
Publication of KR20230065320A publication Critical patent/KR20230065320A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F122/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof
    • C08F122/10Esters
    • C08F122/1006Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols, e.g. ethylene glycol dimethacrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/01Processes of polymerisation characterised by special features of the polymerisation apparatus used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/46Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
    • C08F2/48Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
    • C08F2/50Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light with sensitising agents

Abstract

광중합된 예비중합체 제조 시스템은 3D 프린팅 건물 또는 건물 구성요소에 적합한 재료를 생성할 수 있다. 시스템은 컨베이어, 예비중합 챔버, 및 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예비중합 챔버는 순차적으로 배열된 다수의 예비중합 스테이션을 가질 수 있고, 컨베이어가 예비중합체를, 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때, 미처리 재료를 광중합된 예비중합체 재료로 전환할 수 있다. 프로세서(들)는 검출된 시스템 이벤트에 응답하여 작동을 변경하도록 컨베이어, 예비중합 챔버 또는 양자 모두의 작동을 제어할 수 있다. 각각의 중합 스테이션은 재료를 조사하는 LED 어레이와 같은 광원을 포함할 수 있다. 각각의 광원은 예비중합 스테이션의 리드에 있을 수 있다. 유지 보수 등을 위해 하나의 중합 스테이션의 작동이 중단되면, 시스템은 나머지 중합 스테이션의 광원 강도를 증가시키거나 컨베이어 속도를 늦추거나, 양자 모두를 할 수 있다.Photopolymerized prepolymer manufacturing systems can create materials suitable for 3D printing buildings or building components. The system may include a conveyor, a prepolymerization chamber, and one or more processors. The prepolymerization chamber may have a plurality of prepolymerization stations arranged sequentially, and as the conveyor moves the prepolymer past the prepolymerization chamber, it may convert untreated material to lightcured prepolymer material. The processor(s) may control the operation of the conveyor, prepolymerization chamber, or both to change operation in response to detected system events. Each polymerization station may include a light source such as an LED array that illuminates the material. Each light source may be on a lid of a prepolymerization station. If one polymerization station is out of operation, such as for maintenance, the system may increase the light intensity of the remaining polymerization stations, slow the conveyor, or both.

Figure P1020237011938
Figure P1020237011938

Description

광중합된 예비중합체를 얻기 위한 시스템Systems for obtaining photopolymerized prepolymers

(관련 출원에 대한 상호 참조)(Cross Reference to Related Applications)

본 출원은 2019년 4월 29일에 출원된 "SYSTEM FOR OBTAINING A PHOTOPOLYMERIZED PREPOLYMER"라는 발명의 명칭의 일부 계속 미국특허출원 제 16/397,655호의 이익을 주장하며, 이 출원은 그 전체 내용이 참조로 여기에 포함된다.This application claims the benefit of U.S. Patent Application Serial No. 16/397,655, filed on April 29, 2019, entitled "SYSTEM FOR OBTAINING A PHOTOPOLYMERIZED PREPOLYMER", which is hereby incorporated by reference in its entirety. included in

본 개시는 일반적으로 예비중합체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 건축 재료로서 사용하기에 적합한 광중합된 예비중합체의 생성에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to prepolymers, and more specifically to the production of photopolymerized prepolymers suitable for use as building materials.

지난 10년에 걸쳐, 3차원("3D") 프린팅은 업계에서 큰 화두가 되었고 건축 부문으로서의 이러한 분야에도 침투하기 시작했다. 이제 건물 벽을 인쇄하고 시멘트를 처리할 수 있는 3D 프린터를 사용하여, 이 기술은 전통적인 건축 기술과 제품을 재구성하는 데 도움이 될 수 있다. 건축에서 3D 프린팅의 역사는 아직 풍부하지 않다. 2004년에, 사우스 캐롤라이나 대학은 3D 프린팅으로 벽을 제조하려고 시도했으며, 이것은 건설에 대한 기술의 최초 도입으로서 널리 받아들여졌다. 2014년에는, 3D 프린팅을 사용하여 지어진 완전한 운하 주택이 암스테르담에서 완공되었다. 2016년에는, 3D 프린팅된 맨션이 중국에서 완공되었다. 또한, 2016년에 두바이 미래 재단은 상업용 건축 부문에서 기술의 주요 이정표로서 간주되는 3D 프린팅을 통해 사무실을 지었다. 완전히 기능하는 2,700-평방피트 건물은 120×40×20피트 크기의 대형 3D 프린터로 단 17일만에 지어졌다.Over the past decade, three-dimensional ("3D") printing has become a buzzword in the industry and is beginning to penetrate this sector as well as the architectural sector. Now, with 3D printers capable of printing building walls and handling cement, the technology could help reimagine traditional building techniques and products. The history of 3D printing in architecture is not yet rich. In 2004, the University of South Carolina attempted to fabricate a wall by 3D printing, which was widely accepted as the technology's first introduction to construction. In 2014, a complete canal house built using 3D printing was completed in Amsterdam. In 2016, a 3D printed mansion was completed in China. Also in 2016, Dubai Future Foundation built offices via 3D printing, which is considered a major milestone for technology in the commercial construction sector. The fully functioning 2,700-square-foot building was built in just 17 days on a large 3D printer measuring 120 by 40 by 20 feet.

건축에서의 3D 프린팅의 이점은 속도, 폐기물 감소, 설계 자유, 및 인적 오류 감소이다. 건축에서의 3D 프린팅의 과제는 높은 비용, 노동력 부족, 품질 관리, 및 적절한 규정의 부재이다. 그럼에도 불구하고, 건축에서의 3D 프린팅의 사용은 특허문헌에 이미 언급되었으며, 여기에는 광중합에 의한 출발 광중합성 재료를 경화시키는 중합 시스템이 포함되어 있다.The benefits of 3D printing in construction are speed, reduced waste, design freedom, and reduced human error. The challenges of 3D printing in construction are high cost, lack of labor, quality control, and lack of proper regulations. Nevertheless, the use of 3D printing in construction has already been mentioned in the patent literature, which includes polymerization systems that cure a starting photopolymerizable material by photopolymerization.

따라서, 2016년 7월 19일에 P. Xu 등에게 허여된 미국특허 제9,394,441호에는 3차원 프린팅 시스템에 사용하기 위한 건물 재료가 개시되어 있다. 재료는 경화성 올리고머 재료, 반응성 성분, 하나 이상의 우레탄 왁스를 포함하는 비-반응성 성분, 및 하나 이상의 희석제로 구성된다. 재료의 반응성 성분은 올리고머 경화성 재료 및/또는 적어도 하나의 희석제에 함유된 화학적 모이어티와 중합 가능한 적어도 하나의 화학적 모이어티이다. 반응성 성분은 결정질 영역으로서 건물 재료에 존재한다.Accordingly, U.S. Patent No. 9,394,441 issued July 19, 2016 to P. Xu et al. discloses a building material for use in a three-dimensional printing system. The material consists of a curable oligomeric material, a reactive component, a non-reactive component including one or more urethane waxes, and one or more diluents. The reactive component of the material is at least one chemical moiety polymerizable with a chemical moiety contained in the oligomeric curable material and/or at least one diluent. Reactive components are present in building materials as crystalline regions.

미국특허 제9,394,441호는 광중합에 의한 중합성 재료의 경화를 명시적으로 교시하고 있지 않지만, 이러한 경화 방법이 제공된다고 가정할 수 있다. 일부 실시 형태에 있어서, 적합한 광개시제는 아세토페논, 적합하게는 2,2-디알콕시벤조페논 및 1-히드록시페닐케톤, 예를 들어 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 또는 2-히드록시이소프로필페닐케톤(=2-히드록시-2,2-디메틸아세토페논)을 포함하는, HeCd 레이저 방사선 소스와 함께 사용하기 위해 작동 가능한 것들을 포함한다고 언급되어 있다.Although U.S. Patent No. 9,394,441 does not explicitly teach curing of polymeric materials by photopolymerization, it can be assumed that such a curing method is provided. In some embodiments, suitable photoinitiators are acetophenones, suitably 2,2-dialkoxybenzophenones and 1-hydroxyphenylketones such as 1-hydroxycyclohexylphenylketone or 2-hydroxyisopropylphenyl It is mentioned to include those operable for use with the HeCd laser radiation source, including ketones (=2-hydroxy-2,2-dimethylacetophenone).

추가적으로, 일부 실시형태에 있어서, 적합한 광개시제는 벤질디메틸케탈과 같은 벤질케탈류를 포함하는 Ar 레이저 방사선 소스와 함께 사용하기 위해 작동 가능한 것들을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 광개시제는 α-히드록시페닐케톤, 벤질디메틸케탈 또는 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드 또는 이들의 혼합물을 포함한다.Additionally, in some embodiments, suitable photoinitiators include those operable for use with Ar laser radiation sources that include benzylketals, such as benzyldimethylketals. In some embodiments, the photoinitiator comprises α-hydroxyphenylketone, benzyldimethylketal or 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphineoxide or mixtures thereof.

R. Burgess에게 2005년 8월 9일에 허여된 미국특허 제6,927,018호는 광활성화된 건물 재료를 사용한 3차원 프린팅에 관한 것이다. 이 개시물은 광활성화 가능한 건물 재료를 사용하여 물품을 제조하기 위한 방법, 제조 물품, 및 시스템을 개시하고 있다. 방법은 미리 선택된 표면에 광활성화 가능한 건물 재료 층을 적용하는 단계, 건물 재료의 중합을 얻기 위해 미리 결정된 광 개시 공정에 따라 광활성화 가능한 건물 재료의 층을 광활성화하도록 복수의 발광 센터를 사용하여 층을 스캐닝하는 단계 - 상기 스캐닝은 미리 결정된 광 강도를 이용하여 미리 결정된 거리에서 수행되고, 상기 층을 적용하는 단계를 반복하고, 각각의 층은 바로 이전 층에 적용됨 -, 및 물품이 제조될 때까지 건물 재료를 중합하기 위해 복수의 발광 센터를 갖는 층을 스캐닝하는 단계를 포함한다. 제안된 3D 프린팅 방법에서 건물 구성요소의 제조에 적합한 재료로서 본원에 예시된 광활성화 가능한 건물 재료가 Shipley Microposit SI 800 시리즈 포토레지스트이다. Shipley Microposit S1800 시리즈 포토레지스트는 G-선(0.436 미크론) 노출에 최적화되어 광대역 노출에 효과적이며, 고해상도 공정 파라미터를 갖는다. 예를 들어, Shipley Microposit S1813은 두께가 12.3마이크로미터이고, 중합("프린팅")을 위해 150mJ/㎠가 필요하며, G-선(0.54NA)에서 중합될 수 있다.US Patent No. 6,927,018 issued to R. Burgess on August 9, 2005 relates to three-dimensional printing using photoactivated building materials. This disclosure discloses methods, articles of manufacture, and systems for manufacturing articles using photoactivatable building materials. The method comprises applying a layer of the photoactivatable building material to a preselected surface, using a plurality of light emitting centers to photoactivate the layer of the photoactivatable building material according to a predetermined light initiation process to obtain polymerization of the building material. scanning, wherein the scanning is performed at a predetermined distance using a predetermined light intensity, repeating the step of applying the layer, each layer being applied to the immediately preceding layer, and until the article is manufactured. scanning the layer having a plurality of light emitting centers to polymerize the building material. A photoactivatable building material exemplified herein as a suitable material for fabrication of building components in the proposed 3D printing method is Shipley Microposit SI 800 series photoresist. Shipley Microposit S1800 series photoresists are optimized for G-ray (0.436 micron) exposure, effective for broadband exposure, and have high-resolution process parameters. For example, Shipley Microposit S1813 is 12.3 microns thick, requires 150 mJ/cm for polymerization ("printing"), and can be cured in G-line (0.54 NA).

그러나, 유기 폴리머를 형성하는 이전 방법이 과거에는 잘 기능했지만 개선은 항상 유용하다, 특히, 건축 구성요소의 3D 프린팅에 사용하기에 적합한 광중합된 예비중합체를 형성하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 요망된다.However, while previous methods of forming organic polymers have worked well in the past, improvements are always useful. In particular, improved systems and methods for forming photopolymerized prepolymers suitable for use in 3D printing of architectural components are desired. .

본 개시는 3D 프린팅 공정을 사용하여 건물 또는 건물 구성요소를 제조하기에 적합한 재료로서 광중합된 예비중합체를 얻기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이러한 건물 구성요소는 벽, 바닥, 외부 및 내부 클래딩, 가구, 다른 실외 및 실내 특징물 등을 포함할 수 있다. 이는 전구체 로딩 스테이션과, 생성물이, 무기 충전제가 첨가될 혼합기로 언로딩된 다음 건축용 3D 프린팅 기계로 보내지는 예비중합 재료 수용부 사이에 뻗어 있는 유연한 벨트와 같은 폐쇄 루프 컨베이어를 포함하는 시스템을 사용하여 달성할 수 있다. 컨베이어는 폐쇄 루프 컨베이어의 풀리 주위로 순환(loop)하는 복수의 유연한 트레이를 운반할 수 있다. 하나의 풀리는 구동 모터를 갖는 구동 풀리일 수 있다. 트레이는 상부가 개방되어 있고 전구체의 도징된(dosed) 부분을 운반하는 얕은 트로프(shallow trough)이며, 이는 2개의 광중합 스테이션의 광원 아래로 순차적으로 통과함으로써 로딩 스테이션으로부터 언로딩 스테이션으로 가는 도중에 광중합된다.The present disclosure relates to systems and methods for obtaining photopolymerized prepolymers as materials suitable for manufacturing buildings or building components using 3D printing processes. These building components may include walls, floors, exterior and interior cladding, furniture, other outdoor and indoor features, and the like. This is done using a system that includes a closed-loop conveyor, such as a flexible belt, stretched between a precursor loading station and a prepolymer material receiver where the product is unloaded into a mixer where inorganic fillers are added and then sent to an architectural 3D printing machine. can be achieved The conveyor may carry a plurality of flexible trays that loop around the pulleys of the closed loop conveyor. One pulley may be a driving pulley having a driving motor. The tray is a shallow trough open at the top and carrying the dosed portion of the precursor, which is light-cured en route from the loading station to the unloading station by passing sequentially under the light sources of the two light-curing stations .

컨베이어는 미처리(즉, 전구체) 재료를 위한 로딩 스테이션 및 그 로딩 스테이션의 반대 측면 상의 언로딩 위치를 가질 수 있다. 트레이는 위로 향하는 재료를 수용하고, 언로딩 스테이션을 통과한 다음, 아래로 향하여 다시 컨베이어 하면의 로딩 스테이션으로 리턴될 수 있다. 광중합 스테이션은, 미리 결정된 파장(들)에서 작동하고 트레이 내의 재료를 미리 결정된 도징된 양의 광 에너지로 조사하여 재료를 소망의 점도로 예비 경화시키는 복수의 발광 장치를 포함할 수 있다. 점도, 방사선 도즈량, 노출 시간, 노출 강도, 온도 등과 같은 공정의 파라미터는 중앙 처리 장치에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 언로딩 전에, 미경화된 액체는 예비 경화된 예비중합체로부터 분리될 수 있으며, 재사용을 위해 로딩 스테이션으로 리턴된다.The conveyor may have a loading station for raw (ie precursor) material and an unloading location on the opposite side of the loading station. The trays can receive material that is directed upward, passed through an unloading station, and then directed downwards and returned to a loading station on the underside of the conveyor. The photopolymerization station may include a plurality of light emitting devices operating at a predetermined wavelength(s) and irradiating the material in the tray with a predetermined dosed amount of light energy to pre-cure the material to a desired viscosity. Parameters of the process, such as viscosity, radiation dose, exposure time, exposure intensity, temperature, etc., can be automatically controlled by the central processing unit. Prior to unloading, the uncured liquid may be separated from the pre-cured prepolymer and returned to the loading station for reuse.

본 개시의 다양한 실시형태에 있어서, 광중합된 예비중합체 제조 시스템은 적어도 컨베이어, 예비중합 챔버, 및 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 컨베이어는 미처리 재료를 로딩 영역으로부터 언로딩 영역으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 예비중합 챔버는 컨베이어에 근접하여 위치할 수 있으며, 컨베이어에 대해 순차적으로 배열된 다수의 예비중합 스테이션을 가질 수 있다. 컨베이어가 미처리 재료를, 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 상기 미처리 재료의 적어도 일부를 광중합된 예비중합체 재료로 전환할 수 있다. 프로세서(들)는 컨베이어, 예비중합 챔버, 또는 양자 모두의 작동을 제어하도록 구성될 수 있고, 검출된 시스템 이벤트에 응답하여 컨베이어, 예비중합 챔버, 또는 양자 모두의 작동을 변경할 수 있다.In various embodiments of the present disclosure, a photopolymerized prepolymer manufacturing system can include at least a conveyor, a prepolymerization chamber, and one or more processors. The conveyor may be configured to move the raw material from the loading area to the unloading area. The prepolymerization chamber may be located proximate to the conveyor and may have a number of prepolymerization stations arranged sequentially relative to the conveyor. As the conveyor moves the raw material past the prepolymerization chamber, it may convert at least a portion of the raw material into a photopolymerized prepolymer material. The processor(s) may be configured to control operation of the conveyor, prepolymerization chamber, or both, and may change operation of the conveyor, prepolymerization chamber, or both in response to detected system events.

다양한 상세한 실시형태에 있어서, 광중합된 예비중합체 재료(무기 충전제를 첨가한 후)는 건물 또는 건물 구성요소의 3D 프린팅에 사용하기에 적합할 수 있다. 다수의 예비중합 스테이션 각각은 컨베이어가 미처리 재료를, 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 상기 미처리 재료를 조사하는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 다수의 예비중합 스테이션 각각은 하나 이상의 광원으로의 접근을 용이하게 하는 리드를 더 포함하고, 광원은 리드 내에 포함될 수 있다. 광원의 일부 또는 전부는 발광 다이오드("LED")의 어레이를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에 있어서, 검출된 시스템 이벤트는 다수의 예비중합 스테이션 중 하나의 중단된 작동을 포함할 수 있다. 프로세서(들)는 다수의 예비중합 스테이션 중 하나의 중단된 작동에 응답하여 나머지 예비중합 스테이션에서 하나 이상의 광원의 강도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 다수의 예비중합 스테이션 각각은 또한 컨베이어가 미처리 재료를, 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 공기 순환을 용이하게 하도록 적어도 하나의 팬 및 하나 이상의 통풍구를 포함할 수 있다.In various detailed embodiments, the photopolymerized prepolymer material (after adding the inorganic filler) may be suitable for use in 3D printing of buildings or building components. Each of the plurality of prepolymerization stations may include one or more light sources that illuminate the raw material as the conveyor moves it past the prepolymerization chamber. Each of the plurality of prepolymerization stations further includes a lid facilitating access to one or more light sources, and the light sources may be contained within the lid. Some or all of the light source may include an array of light emitting diodes (“LEDs”). In various embodiments, the detected system event may include interrupted operation of one of the plurality of prepolymerization stations. The processor(s) may be configured to increase the intensity of one or more light sources at the remaining prepolymerization stations in response to interrupted operation of one of the plurality of prepolymerization stations. Each of the plurality of prepolymerization stations may also include at least one fan and one or more vents to facilitate air circulation as the conveyor moves the raw material past the prepolymerization chamber.

본 개시의 다양한 추가 실시형태에 있어서, 재료를 광중합된 예비중합체 재료로 전환하도록 구성된 예비중합 챔버는 제 1 예비중합 스테이션 및 제 2 예비중합 스테이션을 포함할 수 있다. 제 1 예비중합 스테이션은 별도의 컨베이어가 예비중합체 재료를, 제 1 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 제 1 강도 레벨로 재료를 조사하도록 구성된 제 1 광원을 포함할 수 있고, 제 2 예비중합 스테이션은 별도의 컨베이어가 재료를, 제 2 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 제 2 강도 레벨로 재료를 조사하도록 구성된 제 2 광원을 포함할 수 있다. 예비중합 챔버는 제 2 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 제 1 강도 레벨을 자동으로 증가시키도록 구성될 수 있으며, 또한 제 1 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 제 2 강도 레벨을 자동으로 증가시키도록 구성될 수 있다.In various further embodiments of the present disclosure, a prepolymerization chamber configured to convert a material to a photopolymerized prepolymer material may include a first prepolymerization station and a second prepolymerization station. The first prepolymerization station can include a first light source configured to irradiate the material at a first intensity level as the separate conveyor moves the prepolymer material past the first prepolymerization chamber, the second prepolymerization station comprising: A separate conveyor may include a second light source configured to illuminate the material at a second intensity level as it moves past the second prepolymerization chamber. The prepolymerization chamber may be configured to automatically increase the first intensity level when the second prepolymerization station ceases operation, and also automatically increase the second intensity level when the first prepolymerization station ceases operation. can be configured to do so.

다양한 상세한 실시형태에 있어서, 예비중합 챔버는 또한 제 1 광원으로의 접근을 용이하게 하는 제 1 예비중합 스테이션의 제 1 리드 및 제 2 광원으로의 접근을 용이하게 하는 제 2 예비중합 스테이션의 제 2 리드를 포함할 수 있다. 제 1 광원은 제 1 리드 내에 포함될 수 있고, 제 2 광원은 제 2 리드 내에 포함될 수 있으며, 두 광원 모두가 LED의 어레이를 포함할 수 있다. 또한 예비중합 챔버는, 제 2 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 제 1 강도 레벨을 자동으로 증가시키고, 제 1 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 제 2 강도 레벨을 자동으로 증가시키도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 또한 별도의 컨베이어를 제어하는 별도의 프로세서와 인터페이싱하도록 구성될 수 있으며, 이는 제 1 예비중합 스테이션의 작동이 중단되거나 제 2 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 별도의 컨베이어를 늦추도록 별도의 프로세서에 명령을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 또는 제 2 예비중합 스테이션 중 하나의 예비중합 스테이션의 - 다른 하나의 예비중합 스테이션이 계속 작동하는 동안 - 중단된 작동은, 중단된 예비중합 스테이션에 대해 유지 보수를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 예비중합 챔버는 또한 제 1 예비중합 스테이션의 제 1 팬, 제 2 예비중합 스테이션의 제 2 팬, 및 제 1 및 제 2 예비중합 스테이션의 복수의 통풍구를 포함할 수 있다. 팬 및 통풍구는 별도의 컨베이어가 재료를, 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 공기 순환을 용이하게 할 수 있다.In various detailed embodiments, the prepolymerization chamber also includes a first lid of the first prepolymerization station that facilitates access to the first light source and a second lid of the second prepolymerization station that facilitates access to the second light source. lead may be included. A first light source can be included in the first lead, a second light source can be included in the second lead, and both light sources can include an array of LEDs. The prepolymerization chamber is also configured to automatically increase the first intensity level when the second prepolymerization station ceases operation, and to automatically increase the second intensity level when the first prepolymerization station ceases operation. can include The processor may also be configured to interface with a separate processor controlling the separate conveyor, which may be configured to interface with a separate conveyor to slow down the separate conveyor when the first prepolymerization station is out of operation or when the second prepolymerization station is out of operation. This may include providing instructions to the processor. Suspended operation of one of the first or second prepolymerization stations while the other prepolymerization station continues to operate may include performing maintenance on the suspended prepolymerization station. . The prepolymerization chamber may also include a first fan of the first prepolymerization station, a second fan of the second prepolymerization station, and a plurality of vents of the first and second prepolymerization stations. Fans and vents can facilitate air circulation as separate conveyors move the material past the prepolymerization chamber.

본 개시의 다른 추가 실시형태에 있어서, 광중합된 예비중합체 재료를 얻는 다양한 방법이 제공된다. 적절한 방법의 단계들은 로딩 위치의 컨베이어에 미경화된 액체 재료를 도입하는 단계, 재료가 전체 예비중합 챔버의 제 1 예비중합 스테이션에 위치할 때까지 컨베이어를 움직이게 하는 단계, 재료를 제 1 예비중합 스테이션에서 제 1 도즈량의 방사선(a first dose of radiation)에 노출시키는 단계, 재료가 전체 예비중합 챔버의 제 2 예비중합 스테이션에 위치할 때까지 컨베이어를 움직이게 하는 단계, 및 재료를 제 2 예비중합 스테이션에서 제 2 도즈량의 방사선(a second dose of radiation)에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 도즈량의 방사선은 재료의 적어도 일부를 광중합된 예비중합체 재료로 경화할 수 있다. 추가의 방법 단계들은 나머지 미경화된 액체 재료로부터 광중합된 예비중합체 재료의 경화된 부분을 분리하는 단계, 나머지 미경화된 액체 재료를 컨베이어의 로딩 위치로 리턴시키는 단계, 광중합된 예비중합체 재료의 경화된 부분을 분쇄기(shredder)를 통해 공급하는 단계, 및 분쇄된 광중합된 예비중합체를 수용부에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.In still further embodiments of the present disclosure, various methods of obtaining photopolymerized prepolymer materials are provided. Suitable method steps include introducing uncured liquid material onto a conveyor at a loading location, moving the conveyor until the material is located in the first prepolymerization station of the entire prepolymerization chamber, and moving the material to the first prepolymerization station. exposing the material to a first dose of radiation in the chamber, moving the conveyor until the material is located in the second pre-polymerization station of the entire pre-polymerization chamber, and moving the material to the second pre-polymerization station. It may include exposing to a second dose of radiation at . The second dose of radiation can cure at least a portion of the material into a photopolymerized prepolymer material. Additional method steps include separating the cured portion of the photopolymerized prepolymer material from the remaining uncured liquid material, returning the remaining uncured liquid material to the loading position of the conveyor, It may include feeding the portion through a shredder, and delivering the pulverized photopolymerized prepolymer to a receiving portion.

본 개시의 다른 장치, 방법, 특징 및 이점은 다음의 도면 및 상세한 설명을 검토할 때 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 장치, 방법, 특징 및 이점이 본 명세서 내에 포함되고, 본 개시의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다.Other devices, methods, features and advantages of the present disclosure are or will become apparent to those skilled in the art upon review of the following figures and detailed description. All such additional devices, methods, features and advantages are intended to be included within this specification, within the scope of this disclosure, and protected by the appended claims.

포함된 도면은 예시적인 목적을 위한 것이며, 광중합된 예비중합체를 얻기 위한 개시된 특징, 장치, 시스템 및 방법에 대한 가능한 구조 및 배열의 예를 제공하는 역할만 한다. 이들 도면은 본 개시의 및 범위를 벗어나는 일 없이 당업자에 의해 본 개시에 대해 이루어질 수 있는 형태 및 상세의 어떠한 변경도 제한하지 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따른 광중합된 예비중합체를 얻기 위한 예시적인 시스템에 대한 개략도를 측면도로 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 1의 시스템의 컨베이어 상에서 사용하기 위한 예시적인 트레이를 정면 사시도로 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 1의 시스템과 함께 사용하기 위한 예시적인 컨베이어 및 예비중합 챔버를 정면 사시도로 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 3의 컨베이어 및 예비중합 챔버를 상면도로 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 3의 컨베이어 및 예비중합 챔버를 후방 단면도로 도시한다.
도 6a는 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 3의 컨베이어 및 예비중합 챔버를 측단면도로 도시한다.
도 6b는 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 3의 컨베이어 및 예비중합 챔버를 측면도로 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시형태에 따른 하나의 예비중합 스테이션 리드가 개방되어 있는 상태의 도 3의 컨베이어 및 예비중합 챔버를 후면 사시도로 도시한다.
도 8a는 본 개시의 일 실시형태에 따른 예시적인 예비중합 챔버를 정면도로 도시한다.
도 8b는 본 개시의 일 실시형태에 따른 도 8a의 예비중합 챔버를 하부 평면도로 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시형태에 따른 광중합된 예비중합체 재료를 얻는 예시적인 방법을 흐름도로 도시한다.
The included drawings are for illustrative purposes and serve only to provide examples of possible structures and arrangements for the disclosed features, devices, systems and methods for obtaining photopolymerized prepolymers. These drawings do not limit any changes in form and detail that may be made to this disclosure by one of ordinary skill in the art without departing from it and its scope.
1 shows a schematic diagram of an exemplary system for obtaining a photopolymerized prepolymer according to one embodiment of the present disclosure in a side view.
FIG. 2 illustrates an exemplary tray for use on a conveyor of the system of FIG. 1 in a front perspective view according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 3 shows a front perspective view of an exemplary conveyor and prepolymerization chamber for use with the system of FIG. 1 according to one embodiment of the present disclosure.
4 shows a top view of the conveyor and prepolymerization chamber of FIG. 3 according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 5 shows the conveyor and prepolymerization chamber of FIG. 3 in a cross-sectional rear view according to one embodiment of the present disclosure.
6A illustrates the conveyor and prepolymerization chamber of FIG. 3 in cross-sectional side view according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 6B illustrates a side view of the conveyor and prepolymerization chamber of FIG. 3 according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 7 shows the conveyor and prepolymerization chamber of FIG. 3 in a rear perspective view with one prepolymerization station lid open, according to one embodiment of the present disclosure.
8A shows an exemplary prepolymerization chamber in front view according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 8B illustrates a bottom plan view of the prepolymerization chamber of FIG. 8A according to one embodiment of the present disclosure.
9 depicts a flow diagram of an exemplary method of obtaining a photopolymerized prepolymer material according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시에 따른 장치, 시스템, 및 방법의 예시적인 적용이 이 섹션에서 설명된다. 이들 예는 맥락을 추가하고 본 개시의 이해를 돕기 위해서만 제공된다. 따라서, 이들 특정 상세의 일부 또는 전부가 본원에 제공되는 일 없이도 본 개시가 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 일부 예에 있어서, 잘 알려진 공정 단계들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 설명되지 않았다. 다른 적용이 가능하므로, 다음의 예가 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 다음의 상세한 설명에서, 첨부된 도면이 참조되고, 이는 설명의 일부를 형성하고, 여기에 예시로서 본 개시의 특정 실시형태들이 나타내어진다. 이들 실시형태는 당업자가 본 개시를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되어 있지만, 이들 예는 비제한적이므로, 다른 실시형태들이 사용될 수 있고, 본 개시의 정신 및 범위를 벗어나는 일 없이 변경이 이루어질 수 있음을 이해한다.Example applications of devices, systems, and methods according to the present disclosure are described in this section. These examples are provided only to add context and aid in the understanding of the present disclosure. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that the present disclosure may be practiced without some or all of these specific details being provided herein. In some instances, well known process steps have not been described in detail to avoid unnecessarily obscuring the present disclosure. As other applications are possible, the following examples should not be considered limiting. In the detailed description that follows, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of the description, in which specific embodiments of the present disclosure are shown by way of example. Although these embodiments have been described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present disclosure, these examples are non-limiting, so that other embodiments may be used and changes may be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure. understand

본 개시는 다양한 실시형태에 있어서 광중합된 예비중합체를 얻기 위한 특징, 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 특히, 개시된 실시형태는 건물 및 벽, 바닥, 외부 및 내부 클래딩, 가구, 다른 실외 및 실내 특징부 등과 같은 건물 구성요소의 3D 프린팅에서 3D 프린팅 재료로서 사용하기에 적합한 광중합된 예비중합체(무기 충전제를 첨가한 후)를 얻기 위해 사용될 수 있다. 개시된 시스템은 이러한 목적을 위해 컨베이어, 예비중합 챔버, 및 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.The present disclosure, in various embodiments, relates to features, devices, systems, and methods for obtaining photopolymerized prepolymers. In particular, the disclosed embodiments provide photopolymerized prepolymers (including inorganic fillers) suitable for use as 3D printing materials in the 3D printing of buildings and building components such as walls, floors, exterior and interior cladding, furniture, other outdoor and indoor features, and the like. after addition) can be used to obtain The disclosed system may include a conveyor, a prepolymerization chamber, and one or more processors for this purpose.

예비중합 챔버는, 컨베이어가 예비중합체를, 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 미처리 재료를 광중합된 예비중합체 재료로 전환하도록 순차적으로 배열된 다수의 예비중합 스테이션을 가질 수 있다. 각각의 중합 스테이션은 재료를 조사하는 광원을 포함할 수 있고, 각각의 광원은 예비중합 스테이션의 리드 내에 있을 수 있다. 하나의 중합 스테이션의 작동이 중단되면, 시스템 프로세서(들)는 나머지 중합 스테이션의 광원 강도를 증가시키거나, 컨베이어 속도를 늦추거나, 양자 모두를 할 수 있다.The prepolymerization chamber may have a plurality of prepolymerization stations arranged sequentially to convert untreated material to photopolymerized prepolymer material as the conveyor moves the prepolymer past the prepolymerization chamber. Each polymerization station may include a light source that illuminates the material, and each light source may be within the lid of the prepolymerization station. If one polymerization station is out of operation, the system processor(s) may increase the light intensity of the remaining polymerization stations, slow the conveyor, or both.

본원에 개시된 다양한 실시형태가 재료의 특정 포뮬레이션, 및 재료를 경화시키기 위한 특정 광 장치를 논의하지만, 개시된 특징, 장치, 시스템, 및 방법은 재료의 다른 포뮬레이션, 및 건물과 건물 구성요소의 3D 프린팅에 적합한 재료를 경화시키는 다른 경화 장치에 유사하게 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 예를 들어, 개시된 특징 및 실시형태는 상이한 파장의 다른 형태의 광과 함께 사용될 수 있고, 1개, 3개, 또는 그 이상의 스테이션과 같은 예비중합 스테이션의 다른 장치가 사용될 수 있다. 도시된 실시형태를 넘어선 다른 적용, 장치, 및 외삽법이 또한 고려된다.While the various embodiments disclosed herein discuss specific formulations of materials, and specific light devices for curing the materials, the disclosed features, devices, systems, and methods can be applied to other formulations of materials, and 3D applications of buildings and building components. It will be readily appreciated that other curing devices may similarly be used to cure materials suitable for printing. For example, the disclosed features and embodiments may be used with other types of light of different wavelengths, and other arrangements of prepolymerization stations, such as one, three, or more stations, may be used. Other applications, devices, and extrapolations beyond the illustrated embodiments are also contemplated.

전체 시스템full system

먼저 도 1을 참조하면, 광중합된 예비중합체를 얻기 위한 예시적인 시스템("시스템")의 개략도가 측면도로 도시된다. 시스템(20)은 3D 프린팅에 의한 건물 또는 건물 구성요소의 제조에 있어서 다른 구성요소와 혼합하여 사용하기 위한 광중합된 유기 재료의 제조를 위한 것이다. 시스템(20)은 광중합성 재료가 출발 재료 로더로부터 예비중합된 재료 배출 스테이션으로 이송되는 도중에 설치된 광원으로부터 방출된 광의 영향 하에 예비중합성 재료를 조사함으로써 광경화성이고 광중합성인 재료의 연속적이고 효과적인 예비중합을 제공하기 위한 것이다.Referring first to FIG. 1 , a schematic diagram of an exemplary system ("System") for obtaining a photopolymerized prepolymer is shown in a side view. System 20 is for the production of photopolymerized organic materials for use in combination with other components in the manufacture of buildings or building components by 3D printing. System 20 continuously and effectively prepolymerizes a photocurable and photopolymerizable material by irradiating the prepolymerizable material under the influence of light emitted from an installed light source while the photopolymerizable material is being conveyed from the starting material loader to the prepolymerized material discharging station. is to provide

보다 구체적으로, 도 1에 나타내어진 바와 같이 시스템(20)은 폐쇄 루프 컨베이어(22), 예를 들어 로딩 위치, 즉 예비중합성 재료 투입 스테이션(24)으로부터, 로딩 위치의 반대 측면 상의 언로딩 위치, 즉 예비중합된 재료 배출 스테이션(26)으로 연장되는 유연한 벨트 형태의 이송 유닛을 포함한다. 투입 스테이션에는 액체 상태의 출발 광-예비중합성 재료(28) 및 액체 매질에 현탁된 고체 PEG 4000 분말(일부 포물레이션에서)을 포함하는 탱크(27)가 제공되어 있다.More specifically, as shown in FIG. 1 , system 20 is a closed loop conveyor 22 , for example, from a loading location, i.e., a prepolymeric material input station 24, to an unloading location on the opposite side of the loading location. , ie a conveying unit in the form of a flexible belt extending to the prepolymerized material discharge station 26 . The input station is provided with a tank 27 containing a starting light-prepolymerizable material 28 in liquid state and solid PEG 4000 powder (in some formulations) suspended in a liquid medium.

폐쇄 루프 컨베이어(22), 즉 유연한 벨트는 풀리(30 및 32) 주위로 안내되며, 그 중 하나, 예를 들어 풀리(30)는 구동 풀리이고, 다른 하나, 즉 풀리(32)는 종동 풀리이다. 풀리(30)는 드라이버(도시되지 않음)를 통해 모터(34)에 의해 회전 구동된다. 컨베이어(22)의 상부 런(upper run)은 화살표 A의 방향으로 움직인다(도 1). 컨베이어(22)의 표면에는 복수의 예비중합 트레이(이하, "재료 수용 트레이"라고 함)(36a, 36b, ... 36n)가 부착되어 있다(도 1). 트레이는 미리 결정된 거리를 두고 서로로부터 이격될 수 있거나 또는 트랙터 트랙의 링크로서 서로 연결될 수 있다.A closed loop conveyor 22, i.e., a flexible belt, is guided around pulleys 30 and 32, one of which, for example pulley 30, is a drive pulley and the other, pulley 32, is a driven pulley. . The pulley 30 is rotationally driven by a motor 34 through a driver (not shown). The upper run of conveyor 22 moves in the direction of arrow A (FIG. 1). A plurality of prepolymerization trays (hereinafter referred to as "material receiving trays") 36a, 36b, ... 36n are attached to the surface of the conveyor 22 (FIG. 1). The trays may be spaced from each other at a predetermined distance or may be connected to each other as links of a tractor track.

도 2를 계속하여, 도 1의 시스템의 컨베이어 상에서 사용하기 위한 예시적인 트레이가 정면 사시도로 나타내어진다. 트레이(36a)는 개방된 상부, 측벽(36a1, 36a2, 36a3, 및 36a4) 및 바닥판(38)을 갖는 얕은 직사각형 트로프일 수 있다. 재료 수용 트레이는 단지 예로서 직사각형 몸체로서 나타내어져 있으며, 트레이는 정사각형, 육각형, 또는 임의의 다른 적절한 형상일 수 있음을 이해해야 한다. 트레이(36a, 36b, ... 36n)가 컨베이어(22), 즉 벨트에 고정되고 풀리(34 및 36) 주위로 통과해야 하기 때문에, 이들은 액체 광중합성 재료(28)에 화학적으로 불활성이고 풀리 주위로 순환할 수 있는 유연한 재료, 예를 들어 실리콘으로 만들어진다. 광중합성 재료의 경화 효율을 높이기 위해, 측벽(36a1, 36a2, 36a3, 및 36a4)과 바닥판(38)의 내부 표면은 반사 코팅으로 코팅될 수 있다.Continuing with FIG. 2 , an exemplary tray for use on a conveyor of the system of FIG. 1 is shown in a front perspective view. The tray 36a may be a shallow rectangular trough having an open top, side walls 36a1 , 36a2 , 36a3 , and 36a4 and a bottom plate 38 . It should be understood that the material receiving tray is shown as a rectangular body by way of example only, and that the tray may be square, hexagonal, or any other suitable shape. Since the trays 36a, 36b, ... 36n are secured to the conveyor 22, i.e. the belt, and must pass around the pulleys 34 and 36, they are chemically inert to the liquid photopolymerizable material 28 and around the pulleys. made of a flexible material, such as silicon, that can be cycled into In order to enhance the curing efficiency of the photopolymerizable material, the inner surfaces of the side walls 36a1, 36a2, 36a3, and 36a4 and the bottom plate 38 may be coated with a reflective coating.

즉, 컨베이어(22)는 미처리 재료 로딩 스테이션의 측면 상의 로딩 위치 및 로딩 위치의 반대 측면 상의 언로딩 위치를 가지며, 여기서 재료 수용 트레이가 언로딩 위치를 통과할 때, 재료 수용 트레이는 뒤집힌 위치, 즉 트레이의 개방된 상부가 아래로 향하는 위치로 전환된다.That is, the conveyor 22 has a loading position on the side of the raw material loading station and an unloading position on the opposite side of the loading position, wherein when the material receiving tray passes through the unloading position, the material receiving tray is in an inverted position, i.e. The open top of the tray is switched to a downward position.

시스템(20)은, 로딩 재료 투입 스테이션(24)으로부터 예비중합된 재료 배출 스테이션(26)으로 가는 도중에 재료 수용 트레이(36a, 36b, ... 36n)를 통과시키기 위한, 컨베이어(22) 상부에 순차적으로 배열된 제 1 예비중합 스테이션(38a) 및 제 2 예비중합 스테이션(38b)을 가질 수 있는 고정형 예비중합 챔버(38)를 포함할 수 있다. 재료 수용 트레이(36a, 36b, ... 36n)는, 그 중에서도 피드백 라인(42)을 통해 구동 풀리(30)의 구동 모터(34)의 작동 속도를 제어하는 중앙 처리 장치(40)의 제어 하에 연속적 또는 간헐적 방식으로 예비중합 스테이션(38a 및 38b)을 통과한다.The system 20 is located on top of a conveyor 22 for passing material receiving trays 36a, 36b, ... 36n en route from the loading material input station 24 to the prepolymerized material discharge station 26. and a stationary prepolymerization chamber 38 which may have a first prepolymerization station 38a and a second prepolymerization station 38b arranged sequentially. The material receiving trays 36a, 36b, ... 36n, inter alia, are controlled by the central processing unit 40, which controls the operating speed of the drive motor 34 of the drive pulley 30 via the feedback line 42. It passes through the prepolymerization stations 38a and 38b either continuously or intermittently.

공정을 방해하지 않도록 단지 하나보다는 2개의 예비중합 스테이션(38a 및 38b)이 사용될 수 있다. 스테이션 중 하나가 고장나면, 다른 스테이션이 계속 작동하여 공정이 중단되지 않는다. 다양한 실시형태에 있어서, 광-예비중합 공정을 2개 이상의 스테이지로 나누는 것은 최종 생성물의 점도의 더 세밀한 선택을 가능하게 하는데, 이는 광중합 동역학 곡선이 지수 형태를 가질 수 있기 때문이다. 두 스테이션의 정상 작동 동안, 광 에너지 도즈량은 50%/50%로 공유될 수 있다. 하나의 스테이션만이 작동하면, 그것에 대한 부하가 증가한다.Two prepolymerization stations 38a and 38b may be used rather than just one so as not to disrupt the process. If one of the stations fails, the other station continues to operate and the process is not interrupted. In various embodiments, dividing the light-prepolymerization process into two or more stages allows more precise selection of the viscosity of the final product, since the light-prepolymerization kinetic curve can have an exponential shape. During normal operation of the two stations, the light energy dose can be shared 50%/50%. If only one station is operating, the load on it increases.

또한, 2-스테이지 예비중합의 사용은 예비중합 공정을 더 잘 제어하고, 얻어진 생성물의 품질을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 예비중합 챔버(38) 및 그것의 다양한 구성요소의 추가 능력 및 특징은 이하의 도 3 내지 도 8b 및 그것의 관련 설명에서 더 상세히 제공된다.In addition, the use of a two-stage prepolymerization makes it possible to better control the prepolymerization process and improve the quality of the obtained product. Additional capabilities and features of the prepolymerization chamber 38 and its various components are provided in more detail below in FIGS. 3-8B and their associated descriptions.

재료 수용 트레이(36a, 36b, ... 36n)를 채우는 광중합성 재료는 도징 밸브(44)를 통해 투입 스테이션 탱크(37)로부터 이들 트레이로 공급된다. 트레이에 포함된 재료는 재료 수용 트레이(36a, 36b, ... 36n)의 경로 바로 위에 있는 각각의 스테이션(38a 및 38b)에 설치된 광원(46 및 48)으로부터 방출된 광의 영향 하에 광중합에 의해 예비중합된다. 각각의 광원(46 및 48)은, 예를 들어 다수의 LED를 포함할 수 있다.The photopolymerizable material filling the material receiving trays 36a, 36b, ... 36n is supplied to these trays from the input station tank 37 via a dosing valve 44. The materials contained in the trays are preliminarily prepared by photopolymerization under the influence of light emitted from light sources 46 and 48 installed in respective stations 38a and 38b directly on the path of the material receiving trays 36a, 36b, ... 36n. polymerizes Each light source 46 and 48 may include, for example, multiple LEDs.

두 스테이션(38a 및 38b)의 광원(46 및 48)은, 예를 들어 2 내지 50Wt 범위의 총 광 조명 전력을 제공할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시형태에 따르면, 각각의 스테이션에서, LED는 직사각형 또는 정사각형 구성의 평평한 매트릭스 형태로 배열된다. LED는 405nm, 440nm 등과 같은 다양한 길이로 작동할 수 있다. 광원(46 및 48)에 대한 주요 요건은 ±5% 범위 내의 정확도로 트레이에 있는 재료의 높은 조명 균일성을 제공하는 것이다. 각각의 광원(46 및 48)은, 예를 들어 300개의 LED를 포함할 수 있다. 이 양은 단지 예로서 주어지고, 최종 결과는 예비중합 성 재료가 조사되는 총 도즈량에 의해 규정될 것임을 이해한다. 광원(46 및 48)은 교체 가능하고, 동일하거나 상이한 파장에서 작동할 수 있다.The light sources 46 and 48 of the two stations 38a and 38b may provide total light illumination power in the range of 2 to 50 Wt, for example. According to one specific embodiment of the present invention, at each station, the LEDs are arranged in a flat matrix in a rectangular or square configuration. LEDs can run in a variety of lengths, such as 405nm, 440nm, etc. The primary requirement for light sources 46 and 48 is to provide high uniformity of illumination of the material in the tray with an accuracy within ±5%. Each light source 46 and 48 may include, for example, 300 LEDs. It is understood that this amount is given as an example only, and that the final result will be defined by the total dose with which the prepolymerizable material is irradiated. Light sources 46 and 48 are interchangeable and can operate at the same or different wavelengths.

상이한 광중합성 전구체가 상이한 파장의 광 조사에 대해 상이하게 반응할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 광원(46 및 48)은 교체 가능하고, 상이한 파장의 LED로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원(46 및 48)은 405nm의 파장 또는 440nm의 파장에 대해 작동할 수 있거나, 또는 그들 중 하나가 405nm의 파장에 대해 작동하고 다른 하나가 440nm의 파장에 대해 작동할 수 있다. 특정 파장은 단지 예로서 주어지는 것으로 이해한다.It is known that different photopolymerizable precursors may react differently to irradiation with different wavelengths of light. Thus, as described above, the light sources 46 and 48 are interchangeable and may be composed of LEDs of different wavelengths. For example, light sources 46 and 48 can operate on a wavelength of 405 nm or 440 nm, or one of them can operate on a wavelength of 405 nm and the other can operate on a wavelength of 440 nm. It is understood that specific wavelengths are given by way of example only.

3D 프린팅에 사용되는 다른 구성요소와 혼합하기 위한 얻어진 예비중합체의 후속 사용에 허용 가능한 최적 파라미터를 갖는 최종 생성물을 얻기 위한 최적 도즈량은 노출 시간 및 조명기의 전력을 조정함으로써 달성될 수 있다. 즉, 도즈량(D)은 다음 식에 의해 표현될 수 있다: D = W·texp(여기서 W는 예비중합성 재료가 노출되는 전력이고, texp는 노출 시간임). 따라서, D의 값은 전력 W, 노출 시간 texp, 또는 양자 모두를 변경함으로써 조정될 수 있다.An optimal dose to obtain a final product with optimal parameters acceptable for the subsequent use of the resulting prepolymer for mixing with other components used in 3D printing can be achieved by adjusting the exposure time and illuminator power. That is, the dose amount (D) can be expressed by the following formula: D = W t exp (where W is the power to which the prepolymerizable material is exposed, and t exp is the exposure time). Thus, the value of D can be adjusted by changing the power W, the exposure time t exp , or both.

광중합성 재료가 발광기 아래에 머무르는 경화 시간 및 방출된 광 전력의 강도, 즉 방사선 도즈량이 조정될 수 있고(예를 들어, 2초 내지 60초 범위 내에서), 사용된 재료 및 수용할 예비중합된 재료의 점도에 의존한다.The curing time for which the photopolymerizable material stays under the light emitter and the intensity of the light power emitted, i.e. the radiation dose, can be adjusted (eg within a range of 2 seconds to 60 seconds), and the materials used and the prepolymerized materials to be accommodated depends on the viscosity of

제 2 노출 스테이션(38b)을 통과한 후에 얻어진 예비중합된 재료는 (균질화 후) 10,000 내지 100,000cPs 범위의 점도를 갖는 젤라틴상 물질이다. 실제, 이 스테이지에서 얻어진 재료는 젤라틴상 물질 및 액체로 구성된다. 점도는 3D 프린팅 기계(도시되지 않음)의 파이프라인을 통해, 얻어진 예비중합체와 혼합하여 제조된 3D 프린팅 재료의 유동성을 제공하도록 선택된다.The prepolymerized material obtained after passing through the second exposure station 38b (after homogenization) is a gelatinous material having a viscosity in the range of 10,000 to 100,000 cPs. In practice, the material obtained at this stage consists of a gelatinous substance and a liquid. The viscosity is selected to provide flowability of the 3D printing material produced by mixing with the resulting prepolymer through the pipeline of a 3D printing machine (not shown).

예비중합된 재료 배출 스테이션(26)은 세퍼레이터(50)를 포함하고, 제 2 스테이션(38b)을 통과한 예비중합된 생성물이 종동 풀리(32)에 걸쳐 순환될 때 트레이로부터 이 세퍼레이터 내로 낙하한다. 세퍼레이터의 내부는 기울일 수 있는 체(50c)에 의해 2개의 섹션(50a 및 50b)으로 분할되어, 예비중합된 재료의 액체상이 섹션(50b) 내로 통과하고 섹션(50a)에는 젤라틴상이 보유된다. 섹션(50a)으로부터, 젤라틴상은 깔때기(51)를 통해, 예비중합된 재료 수용부로 공급된다. 도시되어 있는 경우, 예비중합된 재료 수용부는 분쇄기(52)와 같은 크러셔로서 나타내어져 있다. 분쇄기(52)는 Twin Shaft Wagner Shredder WTS500(오스트리아) 등과 같은 종래의 산업용 분쇄기일 수 있다. 분쇄기는 젤라틴상 물질을, 예를 들어 1-10mm 범위의 치수를 갖는 작은 피스들로 부순다.The prepolymerized material discharge station 26 includes a separator 50 into which the prepolymerized product that has passed through the second station 38b falls from the tray into the separator as it is circulated over the driven pulley 32. The interior of the separator is divided by a tiltable sieve 50c into two sections 50a and 50b, such that the liquid phase of the prepolymerized material passes into section 50b and retains the gelatinous phase in section 50a. From section 50a, the gelatinous phase is fed through funnel 51 to the prepolymerized material receiving portion. Where shown, the prepolymerized material receiving portion is shown as a crusher such as crusher 52 . The shredder 52 may be a conventional industrial shredder such as Twin Shaft Wagner Shredder WTS500 (Austria). The mill breaks the gelatinous material into small pieces having dimensions in the range of, for example, 1-10 mm.

건물 또는 건물 구성요소의 3D 프린팅에 필요한 광물 또는 다른 물질과 혼합될 구성요소 중 하나인 최종 분쇄된 예비중합된 생성물은, 최종 예비중합체 수용부(54)에서 3D 프린팅 기계(도시되지 않음)로 시스템으로부터 언로딩된다(광물 충전제(도시되지 않음)를 첨가한 후). 동시에, 섹션(50b)에 축적된 예비중합된 재료의 액체상은 리턴 파이프라인(58)을 통해 펌핑 유닛(56)의 작용 하에 예비중합성 재료 투입 스테이션(24)으로 리턴될 수 있다. 최종 예비중합체 수용부(54)에는, 그것의 언로딩 전에 상기 얻어진 분쇄되고 균질화된 예비중합된 매스(mass)의 점도를 측정하는 온라인 점도계(60)가 제공되어 있다. 점도계의 예로는, 빠르고 정확한 점도 판독을 허용하는 TT-100 IECEx 점도계가 있다. 브랜드: AMETEK BrookfieldTM The final pulverized prepolymerized product, which is one of the components to be mixed with minerals or other materials required for 3D printing of buildings or building components, is transferred from the final prepolymer receiver 54 to a 3D printing machine (not shown) in the system. (after adding mineral filler (not shown)). At the same time, the liquid phase of the prepolymerized material accumulated in the section 50b can be returned to the prepolymerizable material input station 24 under the action of the pumping unit 56 through the return pipeline 58 . The final prepolymer receiver 54 is provided with an online viscometer 60 which measures the viscosity of the obtained ground homogenized prepolymerized mass prior to its unloading. An example of a viscometer is the TT-100 IECEx Viscometer which allows fast and accurate viscosity readings. Brand: AMETEK Brookfield TM

점도계(60)는 피드백 라인(62)을 통해 중앙 처리 장치(40)에 연결된다. 상술한 바와 같이, 중앙 처리 장치(40)는 모터(34)의 회전 속도 및 이에 따른 컨베이어(22)의 선형 속도, 발광기(38a 및 38b)의 전력 및 이에 따른 광중합성 재료의 방사선 도즈량을 제어하고 조정할 수 있다.Viscometer 60 is connected to central processing unit 40 via feedback line 62 . As described above, the central processing unit 40 controls the rotational speed of the motor 34 and thus the linear speed of the conveyor 22, the power of the light emitters 38a and 38b, and the corresponding radiation dose of the photopolymerizable material. and can be adjusted.

분쇄되고 균질화된 예비중합체의 최종적인 유동 가능한 매스의 점도 및 다른 성능 특성에 영향을 미치는 미리 결정된 예비중합도는, 광중합 공정 동안의 재료의 조사 도즈량에 의존하고, 이러한 도즈량은 예비중합 스테이션(38a 및 38b)으로부터 방출되는 광의 전력에 의해 규정되는 것으로 이해된다. 시스템(20)에서, 최종 생성물의 점도는 제 1 스테이션(38a)에서의 노출 시간, 제 2 스테이션에서의 노출 시간, 용기(28) 내의 출발 재료의 점도, 광중합성 재료의 층 두께 등과 같은 변수에 의존하기 때문에, 시스템을 정상 모드에서 연속적이고 자동적인 작동으로 설정하기 전에 실험적으로 이들 파라미터를 선택하는 것이 유리할 것이다.The predetermined degree of prepolymerization, which affects the viscosity and other performance characteristics of the final flowable mass of the milled homogenized prepolymer, depends on the irradiation dose of the material during the photopolymerization process, which dose is determined by the prepolymerization station (38a). and the power of the light emitted from 38b). In system 20, the viscosity of the final product depends on variables such as exposure time at first station 38a, exposure time at second station, viscosity of starting materials in vessel 28, layer thickness of photopolymerizable material, and the like. dependent, it would be advantageous to experimentally select these parameters prior to setting the system to continuous, automatic operation in normal mode.

대안적으로, 각각의 트레이 내의 재료 층의 요구된 두께는 비어-람버트 법칙에 기초한 계산에 의해 미리 결정될 수 있으며, 이는 흡수 매질에서 전파될 때, 평행한 단색성 광 빔의 감쇠를 결정한다.Alternatively, the required thickness of the material layer in each tray may be predetermined by calculations based on the Beer-Lambert law, which determines the attenuation of a collimated monochromatic light beam as it propagates in an absorbing medium.

즉, 광중합 스테이션(38a 및 38b)의 조명기로부터 방출된 광이 층 깊이방향으로 기하급수적으로 감소하기 때문에, 구성요소의 광 흡수 상수를 알면, 트레이 내의 재료의 층 두께를 평가하는 것이 가능하다.That is, since the light emitted from the illuminators of the photopolymerization stations 38a and 38b decreases exponentially in the layer depth direction, it is possible to evaluate the layer thickness of the material in the tray if the light absorption constant of the component is known.

예비중합 챔버pre-curing chamber

예비중합 챔버(38) 및 그것의 다양한 구성요소 및 관련 항목에 대한 추가 상세가 이제 도 3 내지 도 8b를 참조하여 설명될 것이다. 도 3부터 시작하면, 도 1의 시스템과 함께 사용하기 위한 예시적인 컨베이어 및 예비중합 챔버가 정면 사시도로 도시된다. 또한, 시스템(20)은 시스템을 통해 재료를 유지하는 다수의 트레이(36a)를 이동시키도록 풀리(30, 32)에 의해 구동되는 폐쇄 루프 컨베이어(22)를 더 포함할 수 있다. 예비중합 챔버(38)는 2개의 광중합 스테이션(38a 및 38b)을 포함할 수 있지만, 일부 실시형태에서는 상이한 수의 스테이션이 사용될 수 있다. 다수의 예비중합 스테이션(38a, 38b)의 사용은 스테이션 고장, 유지 보수 등과 같이 스테이션 중 하나의 작동이 중단된 경우에도 시스템(20)이 계속 작동할 수 있기 때문에 유리할 수 있다.Further details of the prepolymerization chamber 38 and its various components and related items will now be described with reference to FIGS. 3-8B. Starting with FIG. 3 , an exemplary conveyor and prepolymerization chamber for use with the system of FIG. 1 is shown in a front perspective view. System 20 may also include a closed loop conveyor 22 driven by pulleys 30 and 32 to move a plurality of trays 36a holding material through the system. The prepolymerization chamber 38 may include two light curing stations 38a and 38b, although in some embodiments a different number of stations may be used. The use of multiple prepolymerization stations 38a, 38b can be advantageous because system 20 can continue to operate in the event of a failure of one of the stations, such as station failure, maintenance, or the like.

중앙 처리 장치(40)는 예비중합 챔버(38)에 위치될 수 있고, 일부 배열에 있어서 예비중합 챔버의 일부로서 고려될 수 있다. 중앙 처리 장치(40)는, 예를 들어 예비중합 챔버(38) 상부의 예비중합 스테이션(38a, 38b) 사이에 위치될 수 있다. 중앙 처리 장치(40)는 내부 프로세서(도시되지 않음)뿐만 아니라, 디스플레이 스크린(41) 및 버튼(43)을 구비하여 시스템 사용자에게 입출력 능력을 제공할 수 있다. 이러한 입력은, 예를 들어 광원의 강도 조정, 노출 시간 조정, 컨베이어 속도 및 타이밍 조정 등을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 중앙 처리 장치(40)는 컨베이어(22)의 속도 또는 타이밍을 직접 제어하지 않을 수 있지만, 오히려 컨베이어(22)를 제어하는 다른 프로세서와 통신하기 위한 인터페이스를 포함할 수 있다. 이러한 배열에 있어서, 중앙 처리 장치(40)는 필요에 따라 컨베이어(22)의 작동을 조정하도록 별도의 컨베이어 프로세서에 명령할 수 있다.The central processing unit 40 may be located in the prepolymerization chamber 38 and in some arrangements may be considered part of the prepolymerization chamber. The central processing unit 40 may be located, for example, between the prepolymerization stations 38a and 38b above the prepolymerization chamber 38 . The central processing unit 40 may include an internal processor (not shown) as well as a display screen 41 and buttons 43 to provide input/output capabilities to system users. Such inputs may include, for example, adjusting the intensity of the light source, adjusting the exposure time, adjusting the conveyor speed and timing, and the like. In some embodiments, central processing unit 40 may not directly control the speed or timing of conveyor 22, but rather may include interfaces for communicating with other processors that control conveyor 22. In this arrangement, the central processing unit 40 may instruct a separate conveyor processor to adjust the operation of the conveyor 22 as needed.

제 1 예비중합 스테이션(38a)은 팬(35), 통풍구(45), 리드(39a), 리드(39a)에 결합된 핸들(49a), 및 리드가 예비중합 챔버(38)에 부착되어 있으면서 리드(39a)의 개방을 용이하게 하는 힌지 또는 베어링(47)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제 2 예비중합 스테이션(38b)은 또한 팬(35), 통풍구(45), 리드(39b), 리드(39b)에 결합된 핸들(49b), 및 리드가 예비중합 챔버(38)에 부착되어 있으면서 리드(39b)의 개방을 용이하게 하는 힌지 또는 베어링(47)을 포함할 수 있다. 다양한 배열에 있어서, 예비중합 챔버(38)는 컨베이어(22)가 트레이(36a)와 같은 다양한 트레이를, 예비중합 챔버(38)를 통해 재료 로딩 스테이션으로부터 이동시키는 동안 고정되어 있을 수 있다.The first prepolymerization station 38a has a fan 35, a vent 45, a lid 39a, a handle 49a coupled to the lid 39a, and a lid with the lid attached to the prepolymerization chamber 38. It may include a hinge or bearing 47 to facilitate opening of (39a). Similarly, the second prepolymerization station 38b also includes a fan 35, a vent 45, a lid 39b, a handle 49b coupled to the lid 39b, and a lid to the prepolymerization chamber 38. It may include a hinge or bearing 47 that remains attached and facilitates opening of the lid 39b. In various arrangements, prepolymerization chamber 38 may be stationary while conveyor 22 moves various trays, such as tray 36a, through prepolymerization chamber 38 and from a material loading station.

팬(35) 및 다양한 통풍구(45)는, 재료가 제 1 예비중합 스테이션(38a) 및 제 2 예비중합 스테이션(38b) 각각에서 조사되는 동안 예비중합 챔버의 내부 영역을 통한 공기 순환을 용이하게 할 수 있다. 다시 한번, 각각의 예비중합 스테이션(38a, 38b)은, 상기 언급된 바와 같이 그것이 통과할 때 재료를 조사하는 데 사용되는 자체 내부 광원(도 3에 도시되지 않음)을 가질 수 있다. 각각의 내부 광원은, 예를 들어 30×20 LED 어레이와 같은 자외선 LED 어레이일 수 있다.A fan 35 and various vents 45 may facilitate air circulation through the interior regions of the prepolymerization chamber while the material is being irradiated in the first prepolymerization station 38a and the second prepolymerization station 38b, respectively. can Once again, each prepolymerization station 38a, 38b may have its own internal light source (not shown in FIG. 3) used to illuminate the material as it passes, as noted above. Each internal light source may be an array of ultraviolet LEDs, such as, for example, a 30x20 LED array.

하나 이상의 온도 센서(도시되지 않음)는 1개 또는 2개의 예비중합 스테이션(38a, 38b)에 대해 내부에 배치되거나 내부적으로 배치될 수 있다. 중앙 처리 장치(40)는 온도 센서(들)로부터의 신호를 통해 스테이션(38a, 38b)의 내부 온도를 모니터링할 수 있다. 중앙 처리 장치(40)는 팬(35)의 속도를 독립적으로 제어하여 스테이션(38a, 38b)으로 유입되는 공기 흐름의 양을 조정할 수 있다. 공기 흐름은 스테이션(38a, 38b)의 내부 온도를 조절한다.One or more temperature sensors (not shown) may be or may be located internally to one or both prepolymerization stations 38a, 38b. Central processing unit 40 may monitor the internal temperature of stations 38a and 38b via signals from temperature sensor(s). The central processing unit 40 may independently control the speed of the fan 35 to adjust the amount of airflow to the stations 38a and 38b. The air flow regulates the internal temperature of stations 38a and 38b.

각각의 예비중합 스테이션 도어 또는 리드(39a, 39b)는 각각 부착된 핸들(49a, 49b)을 통해 개방되어 예비중합 스테이션의 내부 영역으로의 접근을 제공할 수 있다. 이는 예를 들어 다양한 미작동 또는 오작동하는 LED 또는 다른 광원 구성요소의 유지 보수 또는 교체를 가능하게 할 수 있다. 일부 배열에 있어서, 중앙 처리 장치(40)는, 광원이 적절하게 작동하지 않을 때 또는 하나 또는 복수의 리드(39a, 39b)가 개방될 때와 같은 시스템 이벤트를 검출하도록 구성될 수 있으므로, 중앙 처리 장치는 후술하는 바와 같이 시스템의 작동을 변경할 수 있다.Each prepolymerization station door or lid 39a, 39b can be opened via an attached handle 49a, 49b, respectively, to provide access to the interior area of the prepolymerization station. This may enable, for example, maintenance or replacement of various inoperative or malfunctioning LEDs or other light source components. In some arrangements, central processing unit 40 may be configured to detect system events, such as when a light source is not operating properly or when one or more leads 39a, 39b are opened, so that central processing unit 40 The device may alter the operation of the system as described below.

도 4-도7은 추가 설명을 위해 도 3의 컨베이어 및 예비중합 챔버를 다양한 대체 가능한 도면으로 도시한다. 도 4는 상부 평면도를 제공하고, 도 5는 후방 단면도를 제공하고, 도 6a는 측단면도를 제공하고, 도 6b는 측면도를 제공하고, 도 7은 하나의 예비중합 스테이션 리드가 개방되어 있는 상태의 후면 사시도를 제공한다.4-7 show the conveyor and prepolymerization chamber of FIG. 3 in various alternative views for further explanation. FIG. 4 provides a top plan view, FIG. 5 provides a rear cross-sectional view, FIG. 6A provides a side cross-sectional view, FIG. 6B provides a side view, and FIG. 7 provides a side view with one prepolymerization station lid open. A rear perspective view is provided.

도 7에 나타내어진 바와 같이, 예비중합 스테이션(38b)의 리드(39b)는 내부 광원(48)을 드러내도록 힌지(47)에 의해 개방되어 있다. 일부 배열에 있어서, 광원(48)은, 리드(39b)가 폐쇄될 때 광원(48)이 예비중합 스테이션(38b) 내부에서 그것 아래로 통과하는 재료를 쉽게 조사할 수 있도록, 그리고 리드(39b)가 개방될 때 광원(48)이 쉽게 사용 가능하도록 리드(39b) 내에 장착될 수 있다. 예비중합 스테이션(38a)의 광원(46)은 그것의 예비중합 스테이션의 리드(39a) 내에 유사하게 위치할 수 있다.As shown in FIG. 7 , lid 39b of prepolymerization station 38b is opened by hinge 47 to reveal internal light source 48 . In some arrangements, the light source 48 is positioned such that when the lid 39b is closed, the light source 48 can easily illuminate the material passing underneath the interior of the prepolymerization station 38b and the lid 39b. The light source 48 may be mounted within the lid 39b so that it is readily available when the is opened. Light source 46 of prepolymerization station 38a may similarly be positioned within its prepolymerization station lid 39a.

리드(39b)는 폐쇄될 때, 개구(55)를 둘러싸는 립(53) 상에 놓일 수 있다. 투명 패널(57)(예를 들어 글라스, 플렉시-글라스 또는 다른 적절한 투명 재료로 제조된 패널)은 중합체 재료, 먼지 및/또는 다른 오염 물질이 내부 광원(48)에 부착되는 것을 방지하기 위해 개구 주위에 배치될 수 있다. 투명 패널(57)은 패널의 표면의 청소를 허용하도록 제거될 수 있다. 투명 패널(57)은 광원(48)으로부터 방출된 자외선 방사선을 방해하지 않도록 1.5 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 일부 배열에 있어서, 투명 패널(57)은 반투명할 수 있지만 여전히 자외선 방사선 또는 다른 경화 광을 광원으로부터 예비중합 스테이션 내에서 처리되는 중합체 재료로 통과시킬 수 있다. 일부 배열에 있어서, 대안적인 및/또는 추가적인 투명 또는 반투명 패널이 리드(39b)의 하면에 결합될 수 있다. 립(53), 개구(55), 및 투명 패널(57)과 같은 동일하거나 실질적으로 유사한 특징부가 또한 중합 스테이션(38a) 내에 존재할 수 있다.When closed, lid 39b may rest on lip 53 surrounding opening 55 . A transparent panel 57 (eg, a panel made of glass, plexi-glass, or other suitable transparent material) is placed around the aperture to prevent polymeric material, dust, and/or other contaminants from adhering to the internal light source 48. can be placed in The transparent panel 57 can be removed to allow cleaning of the surface of the panel. Transparent panel 57 may have a refractive index of less than 1.5 so as not to interfere with ultraviolet radiation emitted from light source 48 . In some arrangements, the transparent panel 57 may be translucent but still pass ultraviolet radiation or other curing light from the light source to the polymeric material being processed within the prepolymerization station. In some arrangements, an alternative and/or additional transparent or translucent panel may be coupled to the underside of lid 39b. Identical or substantially similar features such as lip 53, aperture 55, and transparent panel 57 may also be present in polymerization station 38a.

도 8a는 예비중합 챔버의 예를 정면도로 도시하는 반면에, 도 8b는 동일한 예비중합 챔버를 하부 평면도로 도시한다. 도 8b에 나타내어진 바와 같이, 두 예비중합 스테이션의 두 광원(46, 48)은 가시적이고, 그 아래를 통과할 때 재료를 조사하도록 활성화될 수 있다. 광원(46, 48)이 30×20 LED 어레이를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 어레이의 다른 크기 및 형상이 사용될 수 있고, 대안적으로 재료를 예비 경화 및 경화시키기 위해 다른 형태의 광원이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.Figure 8a shows an example of a prepolymerization chamber in a front view, while Figure 8b shows the same prepolymerization chamber in a bottom plan view. As shown in FIG. 8B, the two light sources 46 and 48 of the two prepolymerization stations are visible and can be activated to illuminate the material as they pass underneath. Although light sources 46 and 48 are shown as having 30x20 arrays of LEDs, it is understood that other sizes and shapes of arrays may be used, and alternatively other types of light sources may be used to pre-cure and cure the material. will understand

온도 센서(59)는 처리 동안 내부 온도를 측정하기 위해 각각의 예비중합 스테이션 내에 위치될 수 있고, 이들 온도 센서(59)는 내부 온도 모니터링 및 적절한 시스템 액션을 위해 중앙 처리 장치 또는 다른 처리 구성요소에 결합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 온도 센서(59)는 하나의 예비중합 스테이션 내에서 팬(35)에 근접하여 위치될 수 있고, 제 2 온도 센서(59)는 다른 예비중합 스테이션 내에서 팬(35)에 근접하여 위치될 수 있다. 온도 판독값은 각각의 온도 센서(59)로부터 중앙 처리 장치 또는 다른 시스템 프로세서로 전송될 수 있고, 중앙 처리 장치 또는 다른 프로세서는 예비중합 챔버를 통해 공기 흐름을 적절하게 증가 또는 감소시키도록 온도 판독값에 기초하여 그에 따라 하나 이상의 팬의 속도를 조정할 수 있다.A temperature sensor 59 may be located within each prepolymerization station to measure the internal temperature during processing, and these temperature sensors 59 may be located in the central processing unit or other processing component for internal temperature monitoring and appropriate system action. can be combined For example, a first temperature sensor 59 can be located proximate to the fan 35 in one prepolymerization station and a second temperature sensor 59 can be located close to the fan 35 in another prepolymerization station. may be located in close proximity. A temperature reading may be sent from each temperature sensor 59 to a central processing unit or other system processor, which may appropriately increase or decrease airflow through the prepolymerization chamber to increase or decrease the temperature reading. Based on the , the speed of one or more fans may be adjusted accordingly.

광 강도 센서(69)는 또한 처리 동안 광 강도를 측정하기 위해 각각의 예비중합 스테이션 내에 위치될 수 있고, 이들 광 강도 센서(69)는 또한 내부 광 강도 모니터링 및 적절한 시스템 액션을 위해 중앙 처리 장치 또는 다른 처리 구성요소에 결합될 수 있다. 예를 들어, 4개의 광 강도 센서(69)는 예비중합 스테이션의 내부 코너에 근접하여 위치될 수 있다. 광 강도 판독값은 각각의 광 강도 센서(69)로부터 중앙 처리 장치 또는 다른 시스템 프로세서로 전송될 수 있고, 중앙 처리 장치 또는 다른 프로세서는 각각의 예비중합 챔버를 각각 통해 LED에 대한 전력을 적절하게 증가 또는 감소시키도록 광 강도 판독값에 기초하여 그에 따라 관련 LED 또는 다른 광원의 강도를 조정할 수 있다. Light intensity sensors 69 may also be located within each prepolymerization station to measure light intensity during processing, and these light intensity sensors 69 may also be used in the central processing unit or central processing unit for internal light intensity monitoring and appropriate system action. It may be coupled to other processing components. For example, four light intensity sensors 69 may be located proximate the interior corners of the prepolymerization station. Light intensity readings can be sent from each light intensity sensor 69 to a central processing unit or other system processor, which increases power to the LEDs through each of the respective pre-curing chambers as appropriate. Or, based on the light intensity readings to reduce, adjust the intensity of the associated LED or other light source accordingly.

상기 언급된 바와 같이, 중앙 처리 장치(40)는 광원(46, 48)이 적절하게 작동하지 않는 경우, 예비중합 스테이션(38a, 38b)이 올바르게 기능하지 않는 경우, 리드(39a, 39b) 중 하나가 개방되는 경우, 수동 오버라이드 입력, 또는 광원(46, 48)으로부터 이를 통해 통과하는 하부 재료에의 조사가 적절하게 이루어지지 않는 임의의 다른 경우와 같은 특정 시스템 이벤트를 검출하도록 구성될 수 있다. 이러한 시스템 이벤트가 검출되는 경우, 중앙 처리 장치(40)는 예비중합 스테이션 중 하나의 중단된 작동으로도 전체 시스템 처리가 계속될 수 있도록 시스템의 작동을 변경하기 위한 액션을 자동으로 취할 수 있다.As mentioned above, the central processing unit 40 may not function properly if the light sources 46, 48 do not function properly, if the prepolymerization stations 38a, 38b do not function properly, one of the leads 39a, 39b may be configured to detect certain system events, such as when open, a manual override input, or any other case where illumination from light sources 46 and 48 to underlying material passing through them is not properly achieved. When such a system event is detected, the central processing unit 40 can automatically take action to change the operation of the system so that overall system processing can continue even with interrupted operation of one of the prepolymerization stations.

일부 배열에 있어서, 이러한 액션은 여전히 작동 가능한 예비중합 스테이션의 광원의 강도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 2개 초과의 예비중합 스테이션의 경우, 이는 나머지 작동 가능한 예비중합 스테이션의 일부 또는 전부의 강도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예비중합 스테이션(38a)의 작동이 임의의 이유로 중단되면, 중앙 처리 장치(40)는 이러한 이벤트를 검출할 수 있고, 여전히 작동 가능한 예비중합 스테이션(38b)의 광원(48)으로부터 방출된 광의 강도를 자동으로 2배 늘릴 수 있다. 이러한 방식으로, 예비중합 스테이션(38a)의 효과적인 작동이 중단되어 있는 동안 전체 시스템(20)은 계속 작동하여 유사한 품질의 광중합된 예비중합체를 생성할 수 있다. 예비중합 스테이션(38b)의 작동이 임의의 이유로 중단되면, 유사한 조정이 이루어질 수 있다.In some arrangements, this action may include increasing the intensity of the light source of the still operational prepolymerization station. In the case of more than two prepolymerization stations, this may include increasing the intensity of some or all of the remaining operable prepolymerization stations. For example, if operation of prepolymerization station 38a is interrupted for any reason, central processing unit 40 can detect this event and emit light from light source 48 of still operational prepolymerization station 38b. The intensity of the light can be automatically doubled. In this way, while effective operation of prepolymerization station 38a is suspended, overall system 20 may continue to operate producing similar quality light-cured prepolymers. Similar adjustments can be made if operation of the prepolymerization station 38b is interrupted for any reason.

대안적으로 또는 추가적으로, 중앙 처리 장치(40)에 의해 취해진 액션은 컨베이어(22)의 기능을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 소망의 기능 변경을 달성하기 위해 컨베이어(22)용의 별도의 컨트롤러에 명령을 보내는 것을 포함할 수 있다. 이러한 변경된 기능에는, 예를 들어 재료가 아래에 있고, 기능하는 광원에 의해 조사되는 동안 컨베이어가 움직이지 않는 채 소요되는 시간이 더 길어지는 것이 포함될 수 있다. 시스템의 다른 변경된 기능은 또한 예비중합 스테이션 중 하나의 작동이 중단되어 있는 동안 전체 시스템 작동을 계속하는 소망의 결과를 달성하는 것이 가능할 수 있다. 다양한 배열에 있어서, 중앙 처리 장치(40)는 또한 이전에 중단된 예비중합 스테이션이 다시 온라인 상태가 될 때를 검출하도록 구성될 수 있으므로, 시스템 작동은 다시 정상으로 재변경될 수 있다.Alternatively or additionally, the action taken by central processing unit 40 may include changing the function of conveyor 22 . This may include sending a command to a separate controller for the conveyor 22 to achieve the desired function change. Such altered functionality may include, for example, longer time spent with the conveyor stationary while material is underneath and illuminated by a functioning light source. Other altered functionality of the system may also achieve the desired result of continuing overall system operation while one of the prepolymerization stations is out of operation. In various arrangements, the central processing unit 40 can also be configured to detect when a previously suspended prepolymerization station is brought back online, so that system operation can be reverted back to normal.

재료 결과material result

다시 도 1을 참조하면, 투입 스테이션(24) 내로 공급되는 피드스톡 재료(28)는, 예를 들어 하기 표 1에 제시된 구성요소의 액체 혼합물일 수 있다. 재료(28)의 점도는 5 내지 15cPs 범위일 수 있고, 그것의 밀도는 1.0 내지 1.2kg/1 범위일 수 있다.Referring again to FIG. 1 , the feedstock material 28 fed into the input station 24 may be, for example, a liquid mixture of the components set forth in Table 1 below. The viscosity of material 28 may range from 5 to 15 cPs, and its density may range from 1.0 to 1.2 kg/1.

제조된 예비중합 재료는, 예를 들어 10,000 내지 100,000cPs 범위의 점도를 갖는 젤라틴상 균질 물질이다. 이 재료는 향상된 접착성, 환경에 대한 내성, 낮은 수축 특성, 및 짧은 응고 시간을 갖는다. 이들 특성의 조합은 종래의 예비중합된 재료를 사용하는 것보다 짧은 시간 동안 소망의 3D 프린팅 결과를 달성하는 것이 가능하다.The prepared prepolymer material is a gelatinous homogeneous material having a viscosity in the range of, for example, 10,000 to 100,000 cPs. This material has improved adhesion, resistance to the environment, low shrinkage properties, and short set times. The combination of these properties makes it possible to achieve desired 3D printing results in less time than using conventional prepolymerized materials.

표 1 - 시스템에 사용된 출발 광중합성 재료의 특성Table 1 - Characteristics of starting photopolymerizable materials used in the system

Figure pct00001
Figure pct00001

도 9는 본 개시의 일 실시형태에 따른 광중합된 예비중합체 재료를 얻는 예시적인 방법(100)의 흐름도를 도시한다. 시작 단계(102) 후에, 제 1 공정 단계(104)는 당업계에 공지된 방식으로 도징 밸브를 통해 제어되는 미리 결정된 도징된 양으로 각각의 이동 가능한 트레이 내에 미경화된 액체 광중합성 재료를 도입하는 것을 포함할 수 있다. 채우기 스테이션에서, 각각의 트레이는 중앙 처리 장치로부터 컨베이어 모터로 전송된 명령에 의해 정지된다.9 shows a flow diagram of an exemplary method 100 of obtaining a photopolymerized prepolymer material according to one embodiment of the present disclosure. After start step 102, first process step 104 introduces uncured liquid photopolymerizable material into each movable tray in a predetermined dosed amount controlled via a dosing valve in a manner known in the art. may include At the filling station, each tray is stopped by a command sent from the central processing unit to the conveyor motor.

후속 공정 단계(106)에서, 컨베이어 벨트는, 채우기 작업이 완료된 후의 그것의 움직임을 가정하고, 트레이가 제 1 예비중합 스테이션의 광원 바로 아래의 위치와 정렬될 때까지 움직일 수 있다.In a subsequent process step 106, the conveyor belt, assuming its movement after the filling operation is complete, may be moved until the tray is aligned with the position directly below the light source of the first prepolymerization station.

다음 공정 단계(108)에서, 재료는 제 1 예비중합 스테이션에서 미리 결정된 제 1 도즈량의 방사선에 노출될 수 있다. 이는 광중합성 재료의 예비중합을 소망의 제 1 예비중합도로 제공할 수 있다.In a next process step 108, the material may be exposed to a first predetermined dose of radiation at a first prepolymerization station. This can provide prepolymerization of the photopolymerizable material to a desired first degree of prepolymerization.

제 1 스테이션에서 예비 경화한 후의 다음 공정 단계(110)에서, 컨베이어 벨트는 다시 그것의 움직임을 가정하고, 예비 경화된 재료를 포함하고 있는 트레이를 제 2 스테이션의 광원과 정렬시킬 수 있다.In the next process step 110 after pre-curing at the first station, the conveyor belt may again assume its motion and align the tray containing the pre-cured material with the light source at the second station.

그런 다음, 후속 공정 단계(112)에서, 스테이지에서 예비 경화된 재료는 소망의 예비중합도를 달성하기 위해 최종 경화를 위한 미리 결정된 제 2 도즈량의 방사선에 노출될 수 있다.Then, in a subsequent process step 112, the pre-cured material at the stage may be exposed to a second predetermined dose of radiation for final curing to achieve the desired degree of pre-polymerization.

공정 단계(104-112)는 컨베이어가 풀리 주위의 무한 순환 경로(endless looped path)를 계속 따라가면서 연속적으로 진행될 수 있다.Process steps 104-112 may proceed continuously as the conveyor continues to follow an endless looped path around the pulley.

공정 단계(114)에서, 트레이는 컨베이어의 에지에 도달하고, 풀리 주위로 순환함으로써 그것의 방향을 변경하며, 여기서 트레이는 최종 젤라틴상 예비중합된 재료를 세퍼레이터의 제 1 섹션으로 떨어뜨린다. 얻어진 재료는 미경화된 액체상을 함유할 수 있다.In process step 114, the tray reaches the edge of the conveyor and changes its direction by cycling around a pulley, where the tray drops the resulting gelatinous prepolymerized material onto the first section of the separator. The resulting material may contain an uncured liquid phase.

세퍼레이터에서의 다음 공정 단계(116)에서, 미경화된 액체상은 세퍼레이터의 제 2 섹션으로 흐르고, 펌핑 유닛의 작용 하에 파이프라인을 통해 탱크로 리턴한다. 다양한 실시형태에 있어서, 공정 단계(116)는 선택적일 수 있다.In the next process step 116 in the separator, the uncured liquid phase flows into the second section of the separator and returns through the pipeline to the tank under the action of the pumping unit. In various embodiments, process step 116 may be optional.

다음 공정 단계(118)에서, 10,000 내지 100,000cPs의 미리 설정된 점도 및 30 내지 40℃ 범위의 온도로 얻어진, 분리된 균질한 예비중합된 재료는, 깔때기를 통해 세퍼레이터의 제 1 섹션으로부터 크러셔 또는 분쇄기로, 그리고 분쇄기로부터 예비중합체 수용부로 공급되고, 여기서 예비중합체의 점도는 온라인 점도계에 의해 제어된다. 다양한 실시형태에 있어서, 공정 단계(118)는 선택적일 수 있다.In the next process step 118, the separated homogeneous prepolymerized material obtained with a preset viscosity of 10,000 to 100,000 cPs and a temperature in the range of 30 to 40° C. is passed from the first section of the separator through a funnel to a crusher or mill. , and fed from the mill to the prepolymer receiving section, where the viscosity of the prepolymer is controlled by an online viscometer. In various embodiments, process step 118 may be optional.

공정 단계(120)에서, 최종 예비중합체는 화살표 B의 방향으로 수용부로부터 3D 프린팅 기계의 혼합기로 언로딩된다. 그런 다음, 방법은 종료 단계(122)에서 종료된다.In process step 120, the final prepolymer is unloaded from the receiver in the direction of arrow B into the mixer of the 3D printing machine. The method then ends at end step 122 .

적용예 1Application example 1

80리터의 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(CH2=C(CH3)COO(CH2CH2O)3COC(CH3)=CH2(TEGDMA), 40g의 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀옥사이드(TPO - 예비중합 개시제) 및 40g의 폴리에틸렌글리콜 H(OCH2CH2)nOH(PEG)로부터 광 예비중합에 적합한 예비중합성 혼합물을 제조했다. 혼합물은 함유물의 제거를 위해 여과되었고, 도징 밸브(44)를 통해 트로프(36a)에 주입되었다. 트로프 채움 시간은 50초이었다. 그런 다음, 채워진 트로프는 제 1 예비중합 스테이션(38a)으로 보내졌다. 제 1 예비중합 스테이션에는 최대 발광 에너지가 5W인 600개의 LED가 포함되었으며, 그 중 약 90%(4.5W)만이 예비중합성 혼합물의 조사에 사용되었다. 조사 시간은 27초이었다. 제 1 예비중합에서 전처리된 혼합물은 제 2 예비중합 스테이션(38b)으로 이송되었고, 여기에는 총 발광 에너지가 5W인 600개의 LED가 포함되었으며, 그 중 약 90%(4.5W)만이 예비중합성 혼합물의 조사에 사용되었다. 조사 시간은 27초이었다. 따라서, 각각의 스테이션에서의 방사선 도즈량은 4.5W×27초 = 약 121.5J이고, 총 방사선 도즈량은 243J이었다. 체(50c) 및 분쇄기(52)를 통한 여과 후 언로딩된 최종 예비중합된 재료의 점도는 70,000cP이었다. 이 경우 최종 생성물의 점도가 규정된 범위 내이었기 때문에, 상기 생성물은 건축용 3D 프린팅에 사용하기에 적합했다.80 liters of triethylene glycol dimethacrylate (CH 2 =C(CH 3 )COO(CH 2 CH 2 O) 3 COC(CH 3 )=CH 2 (TEGDMA), 40 g of phenylbis(2,4,6 A prepolymerizable mixture suitable for light prepolymerization was prepared from -trimethylbenzoyl)phosphineoxide (TPO - prepolymerization initiator) and 40 g of polyethylene glycol H(OCH 2 CH 2 ) n OH(PEG). The trough filling time was 50 seconds, and the filled trough was then sent to the first prepolymerization station 38a. The station contained 600 LEDs with a maximum luminous energy of 5 W, of which only about 90% (4.5 W) were used for irradiation of the prepolymerization mixture, with an irradiation time of 27 seconds. was transported to the second prepolymerization station 38b, which contained 600 LEDs with a total luminous energy of 5 W, of which only about 90% (4.5 W) were used for irradiation of the prepolymerization mixture. was 27 seconds Therefore, the radiation dose at each station was 4.5 W x 27 seconds = about 121.5 J, and the total radiation dose was 243 J. Unloading after filtering through the sieve 50c and grinder 52 The viscosity of the final prepolymerized material was 70,000 cP In this case, since the viscosity of the final product was within the specified range, the product was suitable for use in architectural 3D printing.

비교예 1Comparative Example 1

80 리터의 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(CH2=C(CH3)COO(CH2CH2O)3COC(CH3)=CH2(TEGDMA), 40g의 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀옥사이드(TPO - 예비중합 개시제) 및 40g의 폴리에틸렌글리콜 H(OCH2CH2)nOH(PEG)로부터 광 예비중합에 적합한 예비중합성 혼합물을 제조했다. 혼합물은 고체 PEG 4000의 잔류물 제거를 위해 여과되었고, 도징 밸브(44)를 통해 트로프(36a)에 주입되었다. 트로프 채움 시간은 50초이었다. 그런 다음, 채워진 트로프는 제 1 예비중합 스테이션(38a)으로 보내졌다. 제 1 예비중합 스테이션에는 총 발광 에너지가 5W인 600개의 LED가 포함되었으며, 그 중 약 90%(4.5W)만이 예비중합성 혼합물의 조사에 사용되었다. 조사 시간은 10초이었다. 제 1 예비중합에서 전처리된 혼합물은 제 2 예비중합 스테이션(38b)으로 이송되었고, 여기에는 총 발광 에너지가 5W인 600개의 LED가 포함되었으며, 그 중 약 90%(4.5W)만이 예비중합성 혼합물의 조사에 사용되었다. 조사 시간은 10초이었다. 따라서, 각각의 스테이션에서의 방사선 도즈량은 4.5W×10초 = 약 45J이었고, 즉 총 방사선 도즈량이 90J이었다. 체(50c) 및 분쇄기(52)를 통해 여과한 후 언로딩된 최종 예비중합된 재료의 점도는 9000cP이었다. 이 경우 최종 생성물의 점도가 규정된 범위를 벗어났기 때문에, 상기 생성물은 건축용 3D 프린팅에 사용하기에 부적합했다.80 liters of triethylene glycol dimethacrylate (CH 2 =C(CH 3 )COO(CH 2 CH 2 O) 3 COC(CH 3 )=CH 2 (TEGDMA), 40 g of phenylbis(2,4,6 A prepolymerizable mixture suitable for light prepolymerization was prepared from -trimethylbenzoyl)phosphineoxide (TPO - prepolymerization initiator) and 40 g of polyethylene glycol H(OCH 2 CH 2 ) n OH(PEG) The mixture was solid PEG 4000 was filtered to remove residues and fed into trough 36a through dosing valve 44. The trough filling time was 50 seconds The filled trough was then sent to the first prepolymerization station 38a. The first prepolymerization station contained 600 LEDs with a total luminous energy of 5 W, of which only about 90% (4.5 W) were used for irradiation of the prepolymerization mixture The irradiation time was 10 seconds. The pre-polymerization mixture was transported to the second pre-polymerization station 38b, which contained 600 LEDs with a total luminous energy of 5 W, of which only about 90% (4.5 W) was used for irradiation of the pre-polymerization mixture. Irradiation time was 10 seconds Therefore, the radiation dose at each station was 4.5 W x 10 seconds = about 45 J, i.e., the total radiation dose was 90 J. Filtered through the sieve 50c and the mill 52 The viscosity of the final prepolymerized material after unloading was 9000 cP In this case, since the viscosity of the final product was outside the specified range, the product was unsuitable for use in architectural 3D printing.

비교예 2Comparative Example 2

80리터의 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(CH2=C(CH3)COO(CH2CH2O)3COC(CH3)=CH2(TEGDMA), 40g의 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀옥사이드(TPO - 예비중합 개시제) 및 40g의 폴리에틸렌글리콜 H(OCH2CH2)nOH(PEG)로부터 광 예비중합에 적합한 예비중합성 혼합물을 제조했다. 혼합물은 고체 PEG 4000의 잔류물 제거를 위해 여과되었고, 도징 밸브(44)를 통해 트로프(36a)에 주입되었다. 트로프 채움 시간은 50초이었다. 그런 다음, 채워진 트로프는 제 1 예비중합 스테이션(38a)으로 보내졌다. 제 1 예비중합 스테이션에는 총 발광 에너지가 5W인 600개의 LED가 포함되었으며, 그 중 약 90%(4.5W)만이 예비중합성 혼합물의 조사에 사용되었다. 조사 시간은 40초이었다. 제 1 예비중합에서 전처리된 혼합물은 제 2 예비중합 스테이션(38b)으로 이송되었고, 여기에는 총 발광 에너지가 5W인 600개의 LED가 포함되었으며, 그 중 약 90%(4.5W)만이 예비중합성 혼합물의 조사에 사용되었다. 조사 시간은 40초이었다. 따라서, 각각의 스테이션에서의 방사선 도즈량은 4.5W×40초 = 약 180J이었고, 총 방사선 도즈량은 360J이었다. 체(50c) 및 분쇄기(52)를 통한 여과 후 언로딩된 최종 예비중합된 재료의 점도는 112,000cP이었다. 이 경우 최종 생성물의 점도가 규정된 범위를 벗어났기 때문에, 상기 생성물은 건축용 3D 프린팅에 사용하기에 부적합했다. 80 liters of triethylene glycol dimethacrylate (CH 2 =C(CH 3 )COO(CH 2 CH 2 O) 3 COC(CH 3 )=CH 2 (TEGDMA), 40 g of phenylbis(2,4,6 A prepolymerizable mixture suitable for light prepolymerization was prepared from -trimethylbenzoyl)phosphineoxide (TPO - prepolymerization initiator) and 40 g of polyethylene glycol H(OCH 2 CH 2 ) n OH(PEG) The mixture was solid PEG 4000 was filtered to remove residues and fed into trough 36a through dosing valve 44. The trough filling time was 50 seconds The filled trough was then sent to the first prepolymerization station 38a. The first prepolymerization station contained 600 LEDs with a total luminous energy of 5 W, of which only about 90% (4.5 W) were used for irradiation of the prepolymerization mixture The irradiation time was 40 seconds. The pre-polymerization mixture was transported to the second pre-polymerization station 38b, which contained 600 LEDs with a total luminous energy of 5 W, of which only about 90% (4.5 W) was used for irradiation of the pre-polymerization mixture. Irradiation time was 40 seconds Therefore, the radiation dose at each station was 4.5 W × 40 seconds = about 180 J, and the total radiation dose was 360 J. Filtering through the sieve 50 c and the mill 52 The viscosity of the final prepolymerized material after unloading was 112,000 cP In this case, since the viscosity of the final product was outside the specified range, the product was unsuitable for use in architectural 3D printing.

따라서, 조사의 최적 도즈량의 선택은 각각 80리터, 40g, 및 40g의 비율로 제조된 TEGDMA, TPO, 및 PEG로 이루어진 혼합물의 예비중합에 매우 중요한 인자임을 알 수 있다. 이 결과는 TEGDMA, PPO, 및 PEG로 구성된 예비중합성 재료 및 미리 결정된 비율의 이들 구성요소의 함량에 대해 얻어졌음이 이해된다.Therefore, it can be seen that the selection of the optimal dose of irradiation is a very important factor for the prepolymerization of the mixture composed of TEGDMA, TPO, and PEG prepared in the ratio of 80 liters, 40 g, and 40 g, respectively. It is understood that these results were obtained for a prepolymeric material composed of TEGDMA, PPO, and PEG and the content of these components in predetermined proportions.

상술한 개시가 명확성 및 이해를 목적으로 도시 및 예시를 통해 상세히 설명되었지만, 상술한 개시는 본 개시의 정신 및 본질적인 특성으로부터 벗어나는 일 없이 수많은 다른 특정 변형예 및 실시형태에서 구현될 수 있음이 인식될 것이다. 예를 들어, LED 이외의 광원 및 상술한 것과 상이한 파장을 갖는 광원이 사용될 수 있다. 또한, 트레이는 도 2에 나타내어진 것과 상이한 형상을 가질 수 있으며, 반드시 유연한 것은 아니다. 다양한 실시형태에 있어서, 2개 초과의 예비중합 스테이션이 사용될 수 있거나, 또는 대안적으로 하나의 예비중합 스테이션만으로 충분할 수 있다. 또한, 원래의 광중합성 조성물의 구성요소는 표 및 예에 나타내어진 것과 상이할 수 있다. 도징된 양의 전구체 재료를 트레이에 로딩하기 위해 도징 밸브 대신에 맥동 펌프가 사용될 수 있다. 다양한 다른 변경 및 수정이 실시될 수 있으며, 본 개시는 상술한 상세에 의해 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 규정되어야 하는 것으로 이해된다.Although the foregoing disclosure has been described in detail through illustration and illustration for purposes of clarity and understanding, it will be appreciated that the foregoing disclosure may be embodied in numerous other specific modifications and embodiments without departing from the spirit and essential characteristics of the disclosure. will be. For example, light sources other than LEDs and light sources having wavelengths different from those described above may be used. Also, the tray may have a different shape than that shown in FIG. 2 and is not necessarily flexible. In various embodiments, more than two prepolymerization stations may be used, or alternatively only one prepolymerization station may suffice. In addition, the constituents of the original photopolymerizable composition may differ from those shown in the Tables and Examples. A pulsating pump may be used instead of a dosing valve to load a dosed amount of precursor material into the tray. Various other changes and modifications may be made, and it is understood that the present disclosure should not be limited by the details described above, but should be defined by the appended claims.

Claims (22)

광중합된 예비중합체 제조 시스템으로서,
미처리 재료를 로딩 영역으로부터 언로딩 영역으로 이동시키도록 구성된 컨베이어;
상기 컨베이어에 근접하여 위치된 예비중합 챔버로서, 상기 컨베이어에 대해 순차적으로 배열된 다수의 예비중합 스테이션을 갖고, 상기 컨베이어가 상기 미처리 재료를, 상기 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 상기 미처리 재료의 적어도 일부를 광중합된 예비중합체 재료로 전환하는 예비중합 챔버; 및
상기 컨베이어, 상기 예비중합 챔버, 또는 양자 모두의 작동을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서로서, 검출된 시스템 이벤트에 응답하여 상기 컨베이어, 상기 예비중합 챔버, 또는 양자 모두의 작동을 변경하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함하는, 시스템.
As a photopolymerized prepolymer manufacturing system,
a conveyor configured to move raw material from a loading area to an unloading area;
a prepolymerization chamber positioned proximate to the conveyor, having a plurality of prepolymerization stations sequentially arranged relative to the conveyor, wherein the conveyor moves the untreated material past the prepolymerization chamber, at least a prepolymerization chamber that converts a portion of it to a photopolymerized prepolymer material; and
one or more processors configured to control operation of the conveyor, the prepolymerization chamber, or both, the one or more processors configured to alter operation of the conveyor, the prepolymerization chamber, or both in response to a detected system event; Including, system.
청구항 1에 있어서,
상기 광중합된 예비중합체 재료는 건물 또는 건물 구성요소의 3차원("3D") 프린팅에 사용하기에 적합한, 시스템.
The method of claim 1,
wherein the photopolymerized prepolymer material is suitable for use in three-dimensional ("3D") printing of buildings or building components.
청구항 2에 있어서,
상기 광중합된 예비중합체 재료의 적합성은 점도계를 사용하여 결정되는, 시스템.
The method of claim 2,
wherein the suitability of the photopolymerized prepolymer material is determined using a viscometer.
청구항 3에 있어서,
상기 시스템은 상기 예비중합 챔버 내의 미처리 재료에 대해 100 내지 350J 범위의 방사선 도즈량(radiation dose)을 방출하도록 구성되는, 시스템.
The method of claim 3,
wherein the system is configured to emit a radiation dose in the range of 100 to 350J to untreated material in the prepolymerization chamber.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 다수의 예비중합 스테이션은, 상기 컨베이어가 상기 미처리 재료를, 상기 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 상기 미처리 재료를 조사하는 하나 이상의 광원을 포함하는, 시스템.
The method of claim 1,
wherein each of the plurality of prepolymerization stations includes one or more light sources that illuminate the raw material as the conveyor moves the raw material past the prepolymerization chamber.
청구항 5에 있어서,
각각의 상기 다수의 예비중합 스테이션은, 하나 이상의 광원으로의 접근을 용이하게 하는 리드를 더 포함하는, 시스템.
The method of claim 5,
wherein each of the plurality of prepolymerization stations further includes a lid that facilitates access to one or more light sources.
청구항 6에 있어서,
각각의 상기 하나 이상의 광원은 그것의 각각의 예비중합 스테이션의 리드 내에 포함되고, 상기 하나 이상의 광원 중 적어도 하나가 발광 다이오드("LED")의 어레이를 포함하는, 시스템.
The method of claim 6,
wherein each of the one or more light sources is contained within a lead of its respective prepolymerization station, and wherein at least one of the one or more light sources comprises an array of light emitting diodes (“LEDs”).
청구항 1에 있어서,
상기 검출된 시스템 이벤트는 상기 다수의 예비중합 스테이션 중 하나의 중단된 작동을 포함하는, 시스템.
The method of claim 1,
wherein the detected system event comprises interrupted operation of one of the plurality of prepolymerization stations.
청구항 8에 있어서,
상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 다수의 예비중합 스테이션 중 하나의 중단된 작동에 응답하여 나머지 예비중합 스테이션에서 하나 이상의 광원의 강도를 측정하고 증가시키도록 구성되는, 시스템.
The method of claim 8,
wherein the one or more processors are configured to measure and increase an intensity of one or more light sources at the remaining prepolymerization stations in response to interrupted operation of one of the plurality of prepolymerization stations.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 다수의 예비중합 스테이션은, 상기 컨베이어가 상기 미처리 재료를, 상기 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 공기 순환을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 팬 및 하나 이상의 통풍구를 더 포함하는, 시스템.
The method of claim 1,
wherein each of the plurality of prepolymerization stations further comprises at least one fan and one or more vents to facilitate air circulation as the conveyor moves the raw material past the prepolymerization chamber.
청구항 10에 있어서,
각각의 상기 다수의 예비중합 스테이션은, 온도를 감지하고 상기 예비중합 챔버 내의 공기 흐름의 제어를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 온도 센서를 더 포함하는, 시스템.
The method of claim 10,
wherein each of the plurality of prepolymerization stations further comprises one or more temperature sensors to sense temperature and facilitate control of air flow within the prepolymerization chamber.
청구항 11에 있어서,
상기 하나 이상의 프로세서는 상기 하나 이상의 온도 센서에 의해 감지된 온도에 응답하여 상기 적어도 하나의 팬의 속도를 조정하도록 구성되는, 시스템.
The method of claim 11,
wherein the one or more processors are configured to adjust a speed of the at least one fan in response to a temperature sensed by the one or more temperature sensors.
재료를 광중합된 예비중합체 재료로 전환하도록 구성된 예비중합 챔버로서,
별도의 컨베이어가 상기 재료를, 제 1 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 제 1 강도 레벨로 재료를 조사하도록 구성된 제 1 광원을 포함하는 제 1 예비중합 스테이션; 및
별도의 컨베이어가 상기 재료를, 제 2 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 제 2 강도 레벨로 상기 재료를 조사하도록 구성된 제 2 광원을 포함하는 제 2 예비중합 스테이션 - 상기 예비중합 챔버는, 상기 제 2 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 상기 제 1 강도 레벨을 자동으로 증가시키고, 상기 제 1 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 상기 제 2 강도 레벨을 자동으로 증가시키도록 구성됨 - ; 을 포함하는, 예비중합 챔버.
A prepolymerization chamber configured to convert a material to a photopolymerized prepolymer material,
a first prepolymerization station comprising a first light source configured to irradiate the material at a first intensity level as a separate conveyor moves the material past the first prepolymerization chamber; and
a second prepolymerization station comprising a second light source configured to irradiate the material at a second intensity level as a separate conveyor moves the material past the second prepolymerization chamber, the prepolymerization chamber comprising: configured to automatically increase the first intensity level when operation of the prepolymerization station ceases, and automatically increase the second intensity level when operation of the first prepolymerization station ceases; A pre-polymerization chamber comprising a.
청구항 13에 있어서,
상기 제 1 광원으로의 접근을 용이하게 하는 상기 제 1 예비중합 스테이션의 제 1 리드; 및
상기 제 2 광원으로의 접근을 용이하게 하는 상기 제 2 예비중합 스테이션의 제 2 리드를 더 포함하는, 예비중합 챔버.
The method of claim 13,
a first lead of the first prepolymerization station facilitating access to the first light source; and
and a second lid of the second prepolymerization station facilitating access to the second light source.
청구항 14에 있어서,
상기 제 1 광원은 상기 제 1 리드 내에 포함되고, 상기 제 2 광원은 상기 제 2 리드 내에 포함되며, 상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원 모두가 LED의 어레이를 포함하는, 예비중합 챔버.
The method of claim 14,
wherein the first light source is contained within the first lid and the second light source is contained within the second lid, wherein both the first light source and the second light source comprise an array of LEDs.
청구항 13에 있어서,
상기 예비중합 챔버의 작동을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서로서, 상기 제 2 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 상기 제 1 강도 레벨을 자동으로 증가시키고, 상기 제 1 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 상기 제 2 강도 레벨을 자동으로 증가시키도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하는, 예비중합 챔버.
The method of claim 13,
at least one processor configured to control the operation of the prepolymerization chamber, to automatically increase the first intensity level when the operation of the second prepolymerization station ceases, and when the operation of the first prepolymerization station ceases; and at least one processor configured to automatically increase the second intensity level when
청구항 16에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 별도의 컨베이어를 제어하는 별도의 프로세서와 인터페이싱하도록 더 구성되고, 상기 인터페이싱은 상기 제 1 예비중합 스테이션의 작동이 중단되거나 상기 제 2 예비중합 스테이션의 작동이 중단될 때 상기 별도의 컨베이어의 속도를 늦추도록 상기 별도의 프로세서에 명령을 제공하는 것을 포함하는, 시스템.
The method of claim 16
The at least one processor is further configured to interface with a separate processor that controls the separate conveyor, the interfacing being configured to interface with the separate processor when the first prepolymerization station stops operating or the second prepolymerization station stops operating. and providing instructions to the separate processor to slow down the separate conveyor.
청구항 13에 있어서,
상기 제 1 또는 제 2 예비중합 스테이션 중 하나의 예비 중합 스테이션의 - 다른 하나의 예비중합 스테이션이 계속 작동하는 동안 - 중단된 작동은, 중단된 예비중합 스테이션에 대해 유지 보수를 수행하는 것을 포함하는, 시스템.
The method of claim 13,
wherein the suspended operation of one of the first or second prepolymerization stations while the other prepolymerization station continues to operate comprises performing maintenance on the suspended prepolymerization station; system.
청구항 16에 있어서,
상기 제 1 예비중합 스테이션의 제 1 팬;
상기 제 2 예비중합 스테이션의 제 2 팬;
상기 제 1 및 제 2 예비중합 스테이션의 복수의 통풍구 - 상기 제 1 팬, 상기 제 2 팬 및 상기 복수의 통풍구는 상기 별도의 컨베이어가 상기 재료를, 상기 예비중합 챔버를 지나 이동시킬 때 공기 순환을 용이하게 함 - ;
상기 제 1 예비중합 스테이션의 제 1 온도 센서; 및
상기 제 2 예비중합 스테이션의 제 2 온도 센서 - 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 제 1 온도 센서, 상기 제 2 온도 센서, 또는 양자 모두에 의해 감지된 온도에 응답하여 상기 제 1 팬, 상기 제 2 팬, 또는 양자 모두의 속도를 조정하도록 구성됨 - 를 더 포함하는, 예비중합 챔버.
The method of claim 16
a first fan of the first prepolymerization station;
a second fan of the second prepolymerization station;
a plurality of vents of the first and second prepolymerization stations - the first fan, the second fan and the plurality of vents provide air circulation as the separate conveyor moves the material past the prepolymerization chamber. - Facilitate;
a first temperature sensor of the first prepolymerization station; and
a second temperature sensor of the second prepolymerization station, the at least one processor configured to send the first fan, the second fan in response to a temperature sensed by the first temperature sensor, the second temperature sensor, or both; , or configured to adjust the speed of both.
광중합된 예비중합체 재료를 얻는 방법으로서,
미경화된 액체 재료를 로딩 위치에서 컨베이어 상에 도입하는 단계;
상기 재료가 전체 예비중합 챔버의 제 1 예비중합 스테이션에 위치할 때까지 상기 컨베이어를 움직이게 하는 단계;
상기 재료를 상기 제 1 예비중합 스테이션에서 제 1 도즈량의 방사선(a first dose of radiation)에 노출시키는 단계;
상기 재료가 전체 예비중합 챔버의 제 2 예비중합 스테이션에 위치할 때까지 상기 컨베이어를 움직이게 하는 단계; 및
상기 재료를 상기 제 2 예비중합 스테이션에서 제 2 도즈량의 방사선(a second dose of radiation)에 노출시키는 단계로서, 상기 제 2 도즈량의 방사선은 상기 재료의 적어도 일부를 광중합된 예비중합체 재료로 경화시키는 것인 단계를 포함하는, 방법.
As a method for obtaining a photopolymerized prepolymer material,
introducing the uncured liquid material onto the conveyor at the loading position;
moving the conveyor until the material is located in the first prepolymerization station of the entire prepolymerization chamber;
exposing the material to a first dose of radiation at the first prepolymerization station;
moving the conveyor until the material is positioned at the second prepolymerization station of the entire prepolymerization chamber; and
exposing the material to a second dose of radiation at the second prepolymerization station, wherein the second dose of radiation cures at least a portion of the material into a photopolymerized prepolymer material. A method comprising the step of causing.
청구항 20에 있어서,
상기 광중합된 예비중합체 재료의 경화된 부분을 나머지 미경화된 액체 재료로부터 분리하는 단계;
상기 나머지 미경화된 액체 재료를 상기 컨베이어의 로딩 위치로 리턴시키는 단계;
상기 광중합된 예비중합체 재료의 경화된 부분을 분쇄기(shredder)를 통해 공급하는 단계; 및
분쇄된 상기 광중합된 예비중합체를 수용부로 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.
The method of claim 20,
separating the cured portion of the photopolymerized prepolymer material from the remaining uncured liquid material;
returning the remaining uncured liquid material to a loading position on the conveyor;
feeding the cured portion of the photopolymerized prepolymer material through a shredder; and
The method further comprises the step of delivering the pulverized photopolymerized prepolymer to a receiving part.
청구항 20에 있어서,
상기 제 1 예비중합 스테이션에서 내부 온도를 모니터링하는 단계; 및
모니터링된 상기 내부 온도의 변화에 응답하여 상기 예비중합 챔버 내의 공기 흐름을 조정하기 위해 상기 예비중합 챔버의 팬의 속도를 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
The method of claim 20
monitoring an internal temperature in the first prepolymerization station; and
adjusting a speed of a fan of the pre-polymerization chamber to adjust air flow within the pre-polymerization chamber in response to the monitored change in the internal temperature.
KR1020237011938A 2020-09-10 2021-09-07 Systems for obtaining photopolymerized prepolymers KR20230065320A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/017,669 US11891465B2 (en) 2019-04-29 2020-09-10 System for obtaining a photopolymerized prepolymer
US17/017,669 2020-09-10
PCT/US2021/049328 WO2022055904A1 (en) 2020-09-10 2021-09-07 System for obtaining a photopolymerized prepolymer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230065320A true KR20230065320A (en) 2023-05-11

Family

ID=80630022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237011938A KR20230065320A (en) 2020-09-10 2021-09-07 Systems for obtaining photopolymerized prepolymers

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP4210949A1 (en)
JP (1) JP2023541591A (en)
KR (1) KR20230065320A (en)
CN (1) CN116171289A (en)
CA (1) CA3191771A1 (en)
MX (1) MX2023002891A (en)
WO (1) WO2022055904A1 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6174070B1 (en) * 1998-03-02 2001-01-16 Elna Kabushiki Kaisha Portable lighting instrument having a light emitting diode assembly
WO2015105762A1 (en) * 2014-01-08 2015-07-16 Carbon3D, Inc. Materials and methods for three-dimensional fabrication
JP2015182426A (en) * 2014-03-26 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 Method for manufacturing three-dimensional molded article and three-dimensional molded article
WO2016025579A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 Carbon3D, Inc. Three-dimensional printing with build plates having a smooth or patterned surface and related methods
GB201820397D0 (en) * 2018-12-14 2019-01-30 Secure Micro Solutions Ltd Safety apparatus and method
US11891465B2 (en) * 2019-04-29 2024-02-06 Mighty Buildings, Inc. System for obtaining a photopolymerized prepolymer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022055904A1 (en) 2022-03-17
JP2023541591A (en) 2023-10-03
EP4210949A1 (en) 2023-07-19
MX2023002891A (en) 2023-04-04
CN116171289A (en) 2023-05-26
CA3191771A1 (en) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11891465B2 (en) System for obtaining a photopolymerized prepolymer
EP1946907B1 (en) Solid imaging apparatus and method
EP1946911B1 (en) Cartridge for solid imaging apparatus and method
EP0420369B1 (en) Method and apparatus for continuous hardening of visible light-curing resins
KR101155684B1 (en) Rapid Layer upon layer form Stereolithography
EP1950032A2 (en) Imager and method for consistent repeatable alignment in a solid imaging apparatus
CN102186650A (en) System and resin for rapid prototyping
JP2006348214A (en) Photocurable liquid composition for photo-shaping, three-dimensional shaped article and method for producing the same
CN1939603A (en) Coating method and coating device
JP7422861B2 (en) 3D printing of composite materials via continuous double-curing polymerization
WO2022016728A1 (en) Artificial stone panel distributing system and distributing method
CN108145843B (en) Production process and production line of cable groove for subway evacuation platform
KR102622862B1 (en) System for obtaining photopolymerized prepolymer
KR20230065320A (en) Systems for obtaining photopolymerized prepolymers
WO2005028177A1 (en) Manufacturing apparatus for plastic lens
CN112920949B (en) Cell-carrying multi-material 3D printing system based on DLP
JP2008248026A (en) Photocurable composition for photofabrication and ceramic fabricated article
JP4416993B2 (en) Photo-curable liquid composition, three-dimensionally shaped product, and production method thereof
JP4692092B2 (en) Photocurable liquid composition for stereolithography, three-dimensional model and manufacturing method thereof
JP4620705B2 (en) Photocurable liquid composition, three-dimensionally shaped product, and methods for producing them
US11478986B2 (en) Reactor for prepolymerization of a photopolymerizable material
CA3174631A1 (en) A method for producing a composition of construction material for 3d printing
KR20220077119A (en) 3D Printer Print Head System with Curing Module on Rotating Platform
Nwabuzor Development of the RIDFT process incorporation of ultraviolet curing technique