KR20230065320A - Systems for obtaining photopolymerized prepolymers - Google Patents
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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.
Description
(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.
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 ,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 ,
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,
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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”).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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