KR20230173190A - 3d 프린터를 위한 분리 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

수지의 배트로부터 3D 스테레오리소그래픽 프린팅된 층을 이형하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 이 장치는 이형 층을 갖고 응고 가능한 수지를 수용하도록 구성된 배트와, 빌드 플레이트를 포함하고 이형 층에 대한 프린팅되는 물체의 위치 및 배향을 조정하도록 구성된 하나 이상의 이형 메커니즘을 포함한다.

Description

3D 프린터를 위한 분리 제어 시스템 및 방법

본 발명은 3D 프린팅, 및 특히 광응고 프린터(photo-solidification printer)와 관련된다.

광응고(스테레오리소그래피(Stereolithography), 광응고(Photo-Solidification), 고체 자유형상 제작(Solid Free-Form Fabrication), 고체 이미징(Solid Imaging), 쾌속 프로토타이핑(Rapid Prototyping), 수지 프린팅(Resin Printing) 및 3D 프린팅으로도 알려짐)는 광이 분자의 사슬을 서로 연결시켜 중합체를 형성하는 프로세스인 광중합을 사용하여 층별로 모델, 프로토타입, 패턴 및 생산 부품을 생성하는 데 사용되는 적층 제조 기술의 일 형태이다.

일 유형의 스테레오리소그래피는 광중합체 수지의 배트(vat) 상에 에너지원을 집속시켜서 작업하는 적층 제조 프로세스이다. 컴퓨터 지원 제조 또는 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어(CAM/CAD)의 도움으로, 에너지원은 광중합체 배트의 표면 상에 사전 프로그래밍된 디자인 또는 형상을 그리는 데 사용된다. 광중합체는 감광성이기 때문에, 수지는 응고되어 원하는 3D 물체의 단일 층을 형성한다. 이러한 프로세스는 3D 물체가 완성될 때까지 디자인의 각 층에 대해 반복된다.

다른 유형의 스테레오리소그래피는 '상향식(bottom-up)' 제조를 사용한다. 그러한 시스템은 액체 광중합체 내로 디자인의 단일 층의 두께와 동일한 거리까지 하강하는 엘리베이터 플랫폼을 갖는다. 다음에, 물체 또는 플랫폼과 배트 베이스 사이의 액체 광중합체의 부분을 경화시켜서 액체가 응고되게 한다. 이러한 프로세스를 사용하여 완전한 3D 물체가 형성될 수 있다.

'상향식' 제조의 문제는 액체 광중합체가 경화될 때 액체 광중합체가 이전에 경화된 층뿐만 아니라 배트 자체에도 부착된다는 것이다. 따라서, 물체를 빌드 플레이트(build plate)에서 떼어내지 않고도 새로 경화된 층이 배트로부터 분리될 수 있게 하는 시스템에 대한 요구가 있다.

제 1 양태에 따르면, 3D 프린터를 위한 이형 조립체 장치가 제공되며, 이형 조립체는, 응고 가능한 수지를 수용하도록 구성되고, 이형 층을 갖는 배트로서, 이형 층은 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원으로부터 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 배트와, 프린팅되는 물체를 지지하기 위한 빌드 플레이트를 포함하고 이형 층에 대한 물체의 위치를 제어하도록 구성된 구성 메커니즘과, 이형 층이 프린팅되는 물체에 대해 이동할 때 물체에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 힘 센서를 포함한다.

이형 조립체는 프레임을 포함할 수 있다. 이형 층 및 빌드 플레이트는 별도의 액추에이터를 사용하여 프레임에 독립적으로 장착될 수 있다. 액추에이터는 메커니즘 또는 요소를 이동 및 제어하는 것을 담당하는 기계의 구성요소인 것으로 간주될 수 있다.

이형 조립체는 3-DoF 마운트를 포함할 수 있다. 3-DoF 마운트는 이형 층이 2개의 축을 중심으로 틸팅하고 상하로 이동할 수 있게 하도록 구성된 다수의 액추에이터를 포함할 수 있다. 3-DoF 액추에이터는 수직방향과 정렬된 방향으로 신장 및 후퇴하도록 구성된 직립 액추에이터일 수 있다.

3-DoF 마운트는 수직 Z축과 정렬된 회전축을 중심으로 이형 층을 회전시키도록(예를 들어, 요(yaw)를 유도하도록) 구성된 회전식 액추에이터와 조합될 수 있다. 이러한 회전 또는 요는 3-DoF가 틸팅하여 이형 층과 경화된 층의 부분 분리를 유도할 때 경화된 층을 이형하는 것을 도울 수 있다. 3-DoF 마운트와 회전식 액추에이터의 조합은 4 자유도를 제공한다.

각각의 액추에이터는 각각의 힘 센서에 연결될 수 있다. 각각의 직립 액추에이터는 각각의 힘 센서 상에 장착될 수 있다.

이형 조립체는 임의의 방향으로 측방향으로 이형 층을 이동시키도록 구성된 다수의 액추에이터를 포함하는 슬라이딩-플로어 마운트를 포함할 수 있다.

이형 조립체는 프레임을 포함할 수 있고, 구성 메커니즘은 적어도 5 자유도로 프레임에 대해 이형 층을 이동시키도록 구성된다. 예를 들어, 슬라이딩-플로어 마운트와 조합된 3-DoF 마운트는 5 자유도를 제공한다. 요를 용이하게 하기 위해 회전식 액추에이터를 추가하면 6 자유도(즉, 6-DoF 마운트)가 제공된다.

구성 메커니즘은 6-DoF 마운트를 포함할 수 있다. 6-DoF 마운트는 프레임에 대한 이형 층의 위치를 제어하도록 구성된 6개의 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터는 회전식 액추에이터일 수 있다.

6-DoF 마운트의 6개의 액추에이터는 쌍으로 장착될 수 있다. 각 쌍은 서로 직접 연결되거나 공통의 강성 마운트에 연결됨으로써 서로 견고하게 부착될 수 있다. 각 쌍은 서로 근접하게(예를 들어, 나란히) 위치된 2개의 액추에이터를 포함할 수 있다. 힘 센서 중 적어도 하나는 회전식 액추에이터 쌍 중 하나 아래에 그리고/또는 액추에이터와 프레임 사이에 위치될 수 있다.

이형 조립체는 재현 가능한 상대 위치에서 프레임에 대해 고정된 위치에 이형 층을 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 상보적인 플랫폼-프레임 결합 부재를 갖는 플랫폼-프레임 로킹장치를 포함할 수 있다.

6-DoF 마운트는 탄성 마운트를 통해 이형 층에 연결될 수 있다.

배트는 수평면에서 원형 단면을 가질 수 있다. 원형 단면은 배트가 수직축을 중심으로 회전할 때 배트 내의 수지에 난류를 유발하는 것을 완화하는 데 도움이 될 수 있다. 배트는 수평면에서 직사각형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있다. 직사각형 또는 정사각형 배트는 하나 이상의 기존의 직사각형 LCD 응고 에너지원을 수용하는 것을 보다 용이하게 할 수 있다.

배트와 응고 에너지원은 강성 응고 유닛으로서 함께 결합될 수 있다. 이형 조립체는 응고 유닛을 6-DoF 마운트에 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 상보적인 플랫폼-유닛 결합 부재를 갖는 플랫폼-유닛 로킹장치를 포함할 수 있다. 이것은 수리를 위해 응고 유닛을 용이하게 제거하는 것을 가능하게 할 수 있다. 플랫폼-유닛 로킹장치는 수동으로 제어되거나 제어기를 통해 제어될 수 있다.

응고 유닛은 다수의 LCD 유닛을 포함할 수 있다. 각각의 LCD 유닛은 50 미크론 이상의 해상도를 가질 수 있다. 각각의 LCD 유닛은 9 인치 이상의 대각선을 갖는 직사각형일 수 있다.

구성 메커니즘은 이형 층에 대한 프린팅되는 물체의 배향을 제어하도록 구성될 수 있다. 구성 메커니즘은 이형 층의 위치 및 배향을 제어하도록 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘에 기초하여 이형 층을 향한 빌드 플레이트의 분리 속도를 조정하도록 구성될 수 있다. 이형 조립체는 측정된 힘에 기초하여 이형 층을 향한 빌드 플레이트의 접근 속도를 조정하도록 구성될 수 있다. 접근은 분리 후에 일어날 수 있으며, 이형 층이 층 두께만큼 이전에 프린팅된 층으로부터 분리될 때까지 빌드 플레이트를 향해 이동한다. 그러면, 프린터는 다른 층을 경화할 준비가 된다. 접근 동안에, 이전에 프린팅된 층과 이형 층 사이에서 수지가 짜내질 수 있다. 이것은 프린팅된 물체에 힘을 가할 수 있다.

이형 조립체는 빌드 플레이트(및 가장 최근에 경화된 층)에 대해 이형 층을 틸팅시키도록 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다.

이형 조립체는 빌드 플레이트가 이형 층을 향해 이동할 때(예를 들어, 접근 단계 동안) 이형 층이 빌드 플레이트와 평행하지 않도록 이형 층을 틸팅시키도록 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다. 이것은 수지가 이전에 프린팅된 층과 이형 층 사이에서 빠져나오게 하는 데 도움이 될 수 있다.

이형 조립체는 사각형의 각 코너에 배열된 4개의 힘 센서를 포함할 수 있다. 액추에이터는 사각형의 각 코너에 배열될 수 있다. 이것은 이형 층이 2개의 축을 중심으로 틸팅될 수 있게 할 수 있다. 각각의 액추에이터는 대응하는 힘 센서를 가질 수 있다.

이형 조립체는 이형 층과 응고 에너지원을 하나의 유닛으로 틸팅시키도록 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다.

이형 층은 하부에 있는 강성 표면에 부착된 탄성 층을 포함할 수 있다. 부착은 탄성 층의 일부가 분리 동안에 하부에 있는 강성 표면으로부터 들어올려질 수 있도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 빌드 플레이트가 이형 층을 향해 이동할 때 측정된 힘의 변화율에 기초하여 프린팅되는 물체의 접근 속도를 조정하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 빌드 플레이트가 이형 층으로부터 멀리 이동할 때 측정된 힘의 변화율에 기초하여 프린팅되는 물체의 분리 속도를 조정하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 이형 층을 경화된 층으로부터 틸팅시켜서 분리시키는 액추에이터를 포함할 수 있고, 빌드 플레이트는 단일 축을 따라 견고하게 병진이동하도록 구성된다.

이형 조립체는 고정된 빌드 플레이트로부터 분리를 수행하기 위해 이형 층을 틸팅시켜서 병진이동시키도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 프린팅될 다음 층의 사전결정된 두께에 대응하는 양만큼 분리 후에 빌드 플레이트를 이동시키도록 구성될 수 있다. 분리 후에, 이형 조립체는 프린팅될 다음 층의 사전결정된 두께에 대응하는 양 이하로 빌드 플레이트를 이동시키도록 구성될 수 있다.

이형 층은 프린팅 위치로부터 이동하여 분리를 수행하고, 분리 후에(예를 들어, 고정 기준 프레임에 대해) 프린팅 위치로 복귀하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘에 기초하여 이형 층에 대한 빌드 플레이트의 모션을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 배트 내의 수지의 체적을 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은 힘을 측정할 때 수지의 중량을 조정하는 데 사용될 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘의 절대 값에 기초하여 이형 층에 대한 빌드 플레이트의 모션을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 힘이 낮은 임계 값 미만인 경우에 분리 속도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 이형 조립체는 보다 높은 측정된 힘의 경우에 보다 높은 분리 속도를 적용하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘의 감소를 사전결정된 힘 강하율 임계치보다 높은 비율로 검출하는 것에 응답하여 빌드 플레이트를 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘의 감소를 이형 임계 값 미만으로 검출하는 것에 응답하여 빌드 플레이트를 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘 및 최종 경화 단계에서 경화된 면적에 기초하여 하나 이상의 구성 메커니즘을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 측정된 힘 및 최종 프린팅된 층의 형상에 기초하여 하나 이상의 구성 메커니즘을 제어하도록 구성될 수 있다.

액추에이터는 메커니즘 또는 시스템을 이동 및 제어하는 구성요소인 것으로 간주될 수 있다. 액추에이터는 제어 신호에 응답하여 활성화될 수 있다. 액추에이터는 선형 액추에이터 또는 회전식 액추에이터일 수 있다. 선형 액추에이터는 직선 운동을 생성하는 액추에이터인 것으로 간주될 수 있다. 선형 액추에이터는 유압 또는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 선형 액추에이터는 기계적 액추에이터를 포함할 수 있다.

이형 조립체는,

시간의 함수로서 힘 센서 각각의 측정된 힘에 대한 데이터, 각 층의 구성, 및 시간의 함수로서 구성 메커니즘의 구성을 기록하고,

사용되는 수지에 대한 정보와 연관지어 기록된 데이터를 저장하고,

프린팅된 물체의 품질에 대한 피드백을 수신하고,

프린팅 결함의 비율을 감소시키고 프린팅 속도를 증대시키기 위해 구성 메커니즘이 측정된 힘에 응답하는 방법을 조정하도록 구성될 수 있다.

구성 메커니즘의 구성은 빌드 플레이트 및/또는 액추에이터 각각의 위치 및/또는 속도에 대한 정보를 포함할 수 있다.

프린팅된 물체의 각 층의 구성은 층의 면적, 층의 형상, 이형 층에 대한 층의 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 3D 프린터로부터의 프린팅되는 물체의 이형을 제어하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,

프린팅되는 물체와 이형 층 사이의 수지 층을 경화시키는 것으로서, 이형 층은 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원으로부터 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 수지 층을 경화시키는 것과,

프린팅되는 물체를 이형하기 위해 이형 층에 대해 물체를 이동시키는 것과,

프린팅되는 물체가 이형 층에 대해 이동할 때 프린팅되는 물체에 인가되는 힘을 측정하는 것과,

측정된 힘에 기초하여 하나 이상의 구성 메커니즘을 제어하는 것을 포함한 다.

빌드 플레이트 및 이형 층이 모두 독립적으로 이동할 수 있기 때문에 그러한 이동은 고정 기준 프레임에 대해 규정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 고정 기준 프레임은 예를 들어 3D 프린터(이형 조립체를 포함함)가 안착되는 표면 및/또는 액추에이터 및 빌드 플레이트가 부착되는 앵커 지점일 수 있다. 예를 들어, 각각의 액추에이터는 일 단부가 이형 층에 부착되고 타 단부가 앵커 지점에 부착될 수 있다. 액추에이터가 신장 또는 수축되면, 이형 층이 고정 앵커 지점에 대해 이동하게 된다.

빌드 플레이트는 고정 기준 프레임에 대해 단일 축을 따라 (틸팅 또는 회전 없이) 상하로 병진이동할 수 있다. 이형 층은 고정 기준 프레임에 대해 틸팅하도록(및 가능하게는 병진이동하도록) 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 하나 이상의 이형 메커니즘을 제어하도록 구성될 수 있다. 이형 메커니즘을 제어하는 것은 이형 메커니즘을 시작하는 것과, 이형 메커니즘을 중지하는 것과, 이형 메커니즘의 강도를 변경하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이형 메커니즘은 이형 층으로부터의 프린팅되는 물체의 이형을 용이하게 하거나 유발하는 임의의 메커니즘일 수 있다. 이형 메커니즘은 빌드 플레이트를 이동시키는 것과, 이형 층을 이동시키는 것과, 이형 층을 진동시키는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘에 기초하여 빌드 플레이트에 대한 이형 층의 모션을 제어하도록 구성될 수 있다. 이 장치는 프린팅되는 물체의 중량을 고려하도록 구성될 수 있다. 힘은 장치 내의 다양한 위치(예를 들어, 빌드 플레이트, 이형 층)에서 하나 이상의 힘 센서에 의해 측정될 수 있다. 이러한 측정으로부터, 이형 층과 프린팅되는 물체 사이의 힘이 결정될 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘의 절대 값에 기초하여 이형 층에 대한 빌드 플레이트의 모션을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 힘이 임계 힘 값을 초과하는 경우에 감속하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 힘이 낮은 임계 값 미만인 경우에 속도를 증가시키도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘의 변화율에 기초하여 이형 층에 대한 빌드 플레이트의 모션을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘의 감소를 사전결정된 힘 강하율 임계치보다 높은 비율로 검출하는 것에 응답하여 빌드 플레이트를 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성될 수 있다. 힘 강하율 임계치는 초당 힘의 97% 감소일 수 있다. 다른 임계치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 힘 강하율 임계치는 초당 힘의 80% 감소 또는 초당 힘의 50% 감소일 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘의 감소를 이형 임계 값 미만으로 검출하는 것에 응답하여 빌드 플레이트를 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘에 기초하여 이차 이형 메커니즘을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 이차-이형 임계 힘 값을 초과하는 힘을 측정하는 것에 응답하여 이차 이형 메커니즘을 개시하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘 및 최종 경화 단계에서 경화된 면적에 기초하여 하나 이상의 이형 메커니즘을 제어하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 측정된 힘 및 최종 프린팅된 층의 형상에 기초하여 하나 이상의 이형 메커니즘을 제어하도록 구성될 수 있다.

하나 이상의 이형 메커니즘은 이형 층에 연결된 진동 액추에이터를 포함할 수 있으며, 장치는 이형 층으로부터의 응고 가능한 수지의 이형을 수행하기 위해 진동 액추에이터를 사용하여 이형 층을 진동시키도록 구성된다.

이형 조립체 장치는 프린팅되는 층의 각 영역(예를 들어, 프린팅되는 물체의 각 픽셀)에 대해 경화 값을 할당하도록 구성될 수 있다. 경화 값은 해당 영역을 경화하기 위해 경화 사이클 동안에 에너지원으로부터 필요한 총 에너지 양에 대응할 수 있다. 이형 조립체 장치는 할당된 경화 값에 기초하여 각 영역의 경화 시간을 조정하도록 구성될 수 있다. 이형 조립체 장치는 경화 값에 기초하여 각 영역에 인가되는 에너지원의 광 강도를 조정하도록 구성될 수 있다. 이형 조립체 장치는 모든 영역이 경화되는 데 동일한 양의 시간이 걸리도록 광 강도를 조정하도록 구성될 수 있다.

장치는, 상이한 기하형상의 알고리즘 보간을 통해, 적절하게 경화된 층에 필요한 대략적인 경화 시간 및 이형력을 결정하는 것을 가능하게 할 수 있다. 경화 시간에 대한 추정치를 사용하여, 시스템은 각 층의 각 이미지(및 각 영역)에 대한 최적의 경화 시간을 생성할 수 있다. 또한 이형에 필요한 힘을 이해함으로써, 시스템은 경화 시간을 실시간으로 정제하여 보다 정확하고 신뢰성있는 부품을 제조하는 것을 도울 수 있다.

장치는 힘 및 측정된 부품의 데이터베이스를 통해 분리력을 감소시키고 프린팅물의 피처의 변형을 감소시키는 주어진 기하형상에 적합한 지지물을 결정 가능할 수 있다.

이형 조립체 장치는 음파 또는 초음파 주파수로 이형 층을 진동시키도록 구성될 수 있다. 초음파는 20 kHz보다 큰 주파수와 관련되는 것으로 간주될 수 있다. 음파는 20 Hz 및 20 kHz의 주파수와 관련되는 것으로 간주될 수 있다.

이형 조립체 장치는 30 Hz 내지 70 kHz(또는 80 kHz)의 주파수로 이형 층을 진동시키도록 구성될 수 있다.

이형 조립체 장치는 30 Hz 내지 80 Hz의 주파수로 이형 층을 진동시키도록 구성될 수 있다.

하나 이상의 이형 메커니즘은 이형 층에 대해 프린팅되는 물체의 위치를 제어하도록 구성된 빌드 플레이트를 포함하며,

장치는 프린팅되는 물체를 이형하기 위해 빌드 플레이트가 이형 층으로부터 멀리 이동할 때 빌드 플레이트에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 힘 센서를 포함하고,

장치는 측정된 힘에 기초하여 하나 이상의 이형 메커니즘을 제어하도록 구성된다.

이형 조립체 장치는 다수의 진동 액추에이터를 포함할 수 있다.

분리 경계는 프린팅된 물체의 이형 층에 연결된 부분과 이형 층으로부터 이형된 부분 사이의 경계인 것으로 간주될 수 있다.

이형 층의 틸팅 축은 이형 층이 회전하고 있는 축인 것으로 간주될 수 있다. 틸팅 축은 전형적으로 이형 층의 평면에 있다.

이형 조립체 장치는 3D 프린터의 일부를 형성할 수 있다. 프린터는 2차원 광원(예를 들어, LCD)을 포함할 수 있다. 광원은 3차원 물체의 층을 경화시키도록 선택적으로 켜지고 꺼질 수 있는 픽셀을 포함할 수 있다. 층은 특정의 2차원 형상을 갖는다.

6-DoF 마운트는 플랫폼의 베이스플레이트 상의 3개 위치에 쌍으로 부착되어 상부 플레이트의 3개의 장착 지점으로 교차하는 6개의 프리즘형 액추에이터, 통상적으로 유압 잭 또는 전기 선형 액추에이터를 갖는 병렬 매니퓰레이터(parallel manipulator)의 일 유형이다. 12개의 연결은 모두 유니버설 조인트 또는 하임 조인트를 통해 이루어져서 필요한 방향으로의 다양한 모션을 허용할 수 있다. 상부 플레이트 상에 배치된 디바이스는 자유롭게 매달린 몸체가 이동할 수 있는 6개의 자유도, 즉 x, y, z(측방향, 종방향, 수직방향)의 3개의 선형 이동 및 3개의 회전(피치, 롤, 요)으로 이동될 수 있다.

6-DoF 마운트는 다양한 다른 이름으로 알려져 있다. 많은 응용에서는, 통상적으로 모션 베이스로 지칭된다. 때로는 6축 플랫폼(six-axis platform), 스튜어트 플랫폼(Stewart platform) 또는 시너지 모션 플랫폼(synergistic motion platform)으로 불린다.

6-DoF 마운트의 6 자유도는 하기에 설명된 바와 같은 2 개의 모션 클래스로 나누어진다.

● 병진 엔벨로프:

○ X축에서 전방 및 후방으로 이동하는 것.(서지)

○ Y축에서 좌측 및 우측으로 이동하는 것.(스웨이)

○ Z축에서 상방 및 하방으로 이동하는 것.(히브)

● 회전 엔벨로프:

○ X축에 대해 좌우로 틸팅하는 것.(롤)

○ Y축에 대해 전후로 틸팅하는 것.(피치)

이형 조립체는 수지 온도를 사전결정된 값(예를 들어, 65℃)으로 또는 사전결정된 범위(예를 들어, 30℃ 내지 80℃ 또는 60℃ 내지 80℃) 내로 유지하도록 구성된 열 제어기를 포함할 수 있다. 열 제어기는 히터 및/또는 냉각기를 포함할 수 있다.

이형 조립체 장치는 제어 시스템 또는 제어기를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 컴퓨터 프로그램 코드를 저장할 수 있다. 프로세서는 예를 들어 중앙 처리 유닛, 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로 또는 ASIC, 또는 멀티코어 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 예를 들어 플래시 메모리, 하드 드라이브, 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 CD와 같은 비일시적 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에서 실행될 때 본원에 개시된 방법 및 프로세스를 구현하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다양한 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 특정 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 일정한 축척으로 되어 있지는 않으며, 대신에 본 발명의 다양한 실시예의 원리를 도시하는 데 중점을 두고 있다. 유사한 참조번호가 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1a는 3D 프린터 일 실시예의 정면 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 3D 프린터의 배트 및 진동 액추에이터의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2f는 프린팅되는 3D 물체에 층이 어떻게 추가되는지를 도시하는 3D 프린터의 일 실시예의 일련의 정면 단면도이다.
도 3은 도 1a의 실시예가 물체를 프린팅하는 데 어떻게 사용되는지를 도시하는 흐름도이다.
도 4a는 3D 프린터의 추가 실시예의 사시도이다.
도 4b 및 도 4c는 도 4a의 실시예의 6-DoF 마운트의 사시도이다.
도 4d는 도 4a의 실시예의 프레임과 연결되는 6-DoF 마운트의 장착의 사시도이다.
도 4e는 도 4a의 실시예의 플랫폼-프레임 로킹장치의 사시도이다.
도 4f는 도 4a의 실시예의 응고 유닛 및 유닛-프레임 로킹장치의 일부의 사시도이다.
도 4g 및 도 4h는 도 4a의 실시예의 응고 유닛 플랫폼의 사시도이다.
도 5a는 3D 프린터의 추가 실시예의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 실시예의 정면도이다.
도 5c는 도 5a의 실시예의 응고 유닛 플랫폼 및 배트의 사시도이다.

도면을 참조하여, 수지 배트 내의 이형 층으로부터 3D 프린팅된 물체의 이형을 용이하게 하는 장치 및 방법이 설명된다.

모든 용어는 도면 및 상세한 설명을 통해 합리적으로 추론 가능한 정의를 갖는다.

이제, 본 발명의 다양한 양태가 도면을 참조하여 설명될 것이다. 예시의 목적으로, 도면에 표시된 구성요소는 반드시 일정한 축척으로 그려지는 것은 아니다. 대신에, 본 발명의 다양한 양태의 기능에 대한 구성요소의 다양한 기여를 강조하는 데 중점을 두고 있다. 다수의 가능한 대안적인 특징이 본 설명의 과정 동안에 소개된다. 당업자의 지식 및 판단에 따라, 그러한 대안적인 특징은 본 발명의 상이한 실시예에 도달하기 위해 다양한 조합으로 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

이형 조립체 장치

도 1a 및 도 b는 이형 조립체(100)를 포함하는 3D 프린터의 일 실시예를 도시한다. 특히, 이형 조립체(100)는,

응고 가능한 수지(190)를 수용하도록 구성되고 이형 층(105)을 갖는 배트(101)로서, 이형 층은 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원(103)으로부터 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 배트(101)와,

빌드 플레이트(111)를 포함하고 이형 층에 대한 프린팅되는 물체(191)의 위치를 제어하도록 구성된 구성 메커니즘과,

프린팅되는 물체가 이형 층에 대해 이동할 때 프린팅되는 물체에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 하나 이상의 힘 센서(106a, 106b)를 포함한다.

본 경우에, 이형 층(105)은 배트(101)의 베이스이다.

본 경우에, 배트는 배트를 이동시키도록 구성된 다수의 선형 액추에이터(104a 내지 104d) 상에 장착된다. 이러한 액추에이터는 또한 프린팅되는 물체에 대해 이형 층을 이동시킬 때 구성 메커니즘의 일부를 형성한다. 각각의 액추에이터(104a 내지 104d)는 각각의 액추에이터를 통해 가해지는 힘을 측정하도록 구성된 각각의 힘 센서(106a, 106b)(2개의 힘 센서는 도시되지 않음)와 연관되어 있다.

본 경우에, 이형 조립체는 다수의 액추에이터(104a 내지 104d)를 사용하여 이형 층(105)을 빌드 플레이트(111)로부터 멀리 하강시킴으로써 이형 층을 프린팅된 물체로부터 멀리 당기도록 구성된다. 이것은 프린팅되는 물체에 신장력(extension force)을 인가한다. 프린팅된 재료 및/또는 이형 층의 탄성 및/또는 강성은 이형 층으로부터 물체의 분리를 유발할 것이다.

본 경우에, 에너지원(103)은 프린팅되는 물체의 연속적인 층을 경화시키도록 구성된 LCD 스크린이다. 픽셀을 갖는 스크린을 사용하면, 전체 층이 동시에 응고되게 할 수 있다. 다른 광원은 레이저, 형광등, 가스 방전 램프 및 백열등을 포함할 수 있다. 픽셀은 광원 어레이 내의 특정 광원을 켜고 끔으로써 그리고/또는 (예를 들어, 편광판(polarizer)들 사이에 샌드위치된 액정 층을 포함하는 액정 조립체를 사용하여) 광의 일부를 차단함으로써 제공될 수 있다. 본 경우에, LCD 스크린은 이형 층에 견고하게 부착된다. 이것은 이형 층(105) 및 에너지원(103)이 액추에이터의 이동에 응답하여 함께 이동 및 틸팅한다는 것을 의미한다. 이것은 이형 층에 대한 에너지원의 위치가 프린팅 과정 전체에 걸쳐 일정하게 유지되는 것을 보장한다.

에너지원은 UV 광(예를 들어, 375 내지 395 ㎚ 또는 최대 420 ㎚)을 방출하도록 구성되는 LCD 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들어, LCD 조립체는 375 내지 420 ㎚의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된 광원과, 교차 편광 축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판과, 편광판들 사이에 위치된 액정 층을 포함하며, LCD 조립체는 광원으로부터의 광이 제 1 및 제 2 편광판 및 LCD를 통과할 때 방출된 광이 375 내지 420 ㎚의 최대 스펙트럼 강도를 갖도록 구성된다.

본 실시예에 있어서의 힘 센서(106a, 106b)는 (예를 들어, 구성 메커니즘의 작동을 제어함으로써) 프린터가 이형 층(105)으로부터 부품(191)을 분리하는 방법을 프린터(또는 제어기)가 동적으로 조정할 수 있게 하도록 정보를 다시 프린터(예를 들어, 제어기)로 중계하도록 구성된 로드셀이다.

3D 프린팅

도 2a 내지 도 2f는 프린팅되는 3D 물체에 층이 추가되는 방법을 도시하는 도 1a 및 도 1b의 3D 프린터 실시예의 일련의 정면 단면도이다.

도 2a는 프리팅되는 과정에 있는 이전에 경화된 물체(191) 상에 수지의 층이 경화되었을 때의 상황을 도시한다.

프린팅을 계속(또는 완료)하기 위해, 새로 응고된 층은 이형 층(105)으로부터 분리될 필요가 있다. 이를 위해, 도 2b에 도시된 바와 같이, 이형 층(105)은 선형 액추에이터(104a 내지 104d)의 길이를 감소시킴으로써 빌드 플레이트(111)로부터 멀리 하강된다. 본 경우에, 전체 배트(101) 및 에너지원(103)은 이형 층(105)과 함께 하나의 유닛으로서 하강된다. 본 실시예에서, 빌드 플레이트는 이형 동안에 (예를 들어, 고정 기준 프레임에 대해) 이동하지 않는다.

이형 층(105)이 하강됨에 따라, 각각의 액추에이터(104a 내지 104d)와 연관된 힘 센서(106a, 106b)는 해당 액추에이터에 의해 물체에 인가되는 힘을 모니터링하도록 구성된다. 본 경우에, 이형 조립체는 이형 층이 빌드 플레이트로부터 멀리 이동함에 따라 측정된 힘 및/또는 측정된 힘의 변화율에 기초하여 분리 동안에 각각의 액추에이터의 속도를 조정하도록 구성된다. 이형 조립체는 해당 액추에이터의 힘 측정(즉, 완전히 독립적인 작동)에만 기초하여, 또는 모든 액추에이터에서 측정된 힘의 조합을 사용하여 각각의 액추에이터의 속도를 조정하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 모든 액추에이터의 전체 힘이 사전결정된 총 힘 임계치를 초과하지 않는 한, 각각의 액추에이터의 속도는 해당 액추에이터에서 최대 힘이 측정될 때까지 증가될 수 있다.

일반적으로, 특정 액추에이터에서 힘이 크면, 분리 속도가 느려질 수 있는 반면, 힘이 상대적으로 낮으면, 분리 속도가 상대적으로 빠를 수 있다. 마찬가지로, 특정 액추에이터에 대한 힘이 감소하면, 해당 액추에이터의 하강 속도가 증가될 수 있다. 이것은 분리 속도를 증가시키면서, 분리 동안에 프린팅된 물체가 손상되지 않는 것을 보장하는 데 도움될 수 있다. 일부 실시예에서, 분리 속도는 힘이 사전결정된 임계 값에 도달할 때까지 증가될 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 각각의 액추에이터의 속도를 개별적으로 조정하면, 분리가 진행중일 때 배트가 틸팅되게 된다. 이러한 틸팅은 연결된 표면에 수직인 축을 따라 단순한 축방향 분리를 사용하는 것보다 분리 경계가 더 양호하게 제어될 수 있게 한다. 이형 층이 빌드 플레이트(이전에 프린팅된 물체에 의해 이형되는 연결된 층과 분리되어 있음)보다 이형되는 연결된 층에 더 근접하기 때문에 (빌드 플레이트보다는) 이형 층을 틸팅하는 것이 더 효과적일 수 있다.

4개의 액추에이터가 사각형으로 배열되어 있기 때문에, 이형 층은 이형 층의 평면 내의 임의의 축을 중심으로 틸팅될 수 있다. 예를 들어, 도 2b의 상황에서, 우측보다 먼저 좌측을 하강시키면, 페이지(page) 밖으로 축을 중심으로 틸팅된다. 전방 좌측 액추에이터를 대폭 하강시키고, 전방 우측 및 후방 좌측 액추에이터를 소폭 하강시키며, 후방 우측 액추에이터를 고정 상태로 유지하면, 이형 층의 후방 좌측 및 전방 우측을 통과하는 축을 중심으로 한 틸팅이 유발될 것이다.

일부 실시예에서, 액추에이터는 분리 경계를 제어하는 것을 돕도록 하나 이상의 액추에이터를 나머지 액추에이터보다 먼저 하강시키기 시작함으로써 초기에 이형 층의 틸팅을 유발하도록 구성된다.

본 경우에, 4개의 액추에이터는 이형 층이 편평한 평면에 유지되도록 연동하여 이동하도록 제한된다. 예를 들어, 하나의 액추에이터는 하강할 수 없고 나머지 3개는 고정된 상태로 유지되며, 이는 이것이 이형 층 상에 굽힘력을 유발하기 때문이다. 이형 조립체는 이형 층이 (예를 들어 북쪽으로부터 동쪽으로 남쪽에서 서쪽으로 그리고 다시 북쪽으로) 하강됨에 따라 틸팅 축이 회전하도록 액추에이터를 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예는 탄성 이형 층 상에 굽힘력을 유발하도록 구성될 수 있다.

도 2c는 분리가 완료되었을 때의 상황을 도시한다. 미경화 액체 수지(190)는 프린팅된 물체 부분의 하부와 이형 층 사이의 갭 내로 유입되어 있다.

본 경우에, 분리가 완료된 후에(도 2c에 도시됨), 빌드 플레이트(111)는 하나의 프린팅된 층의 두께를 이형 층(105)으로부터 (예를 들어, 고정 기준 프레임에서) 상향으로 이동시키도록 구성된다(하나의 프린팅 층은 두께가 예를 들어 0.05 ㎜ 내지 0.20 ㎜일 수 있음). 이것은 도 2d에 도시되어 있다. 액추에이터 및 빌드 플레이트를 개별적으로 이동시킴으로써, 빌드 플레이트가 한 번에 하나의 층을 이동시킬 수 있게 한다. 이형 층과 빌드 플레이트가 독립적으로 이동할 수 있게 함으로써, 액추에이터가 해당 기능에 맞게 조정될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 빌드 플레이트를 한 번에 한층 두께로 이동시키는 데 사용되는 액추에이터는 분리를 실행하고 또한 층 두께를 규정하기 위해 빌드 플레이트가 필요한 경우보다 더 정확하도록 구성될 수 있다.

다음에, 도 2e에 도시된 바와 같이, 이형 층은 원래 위치로 복귀된다. 본 경우에, 배트는 하드 스톱부(hard stop)를 사용하여 원래 위치로 복귀되고, 하드 스톱부는 배트가 더 상향으로 이동하는 것을 방지한다. 이러한 스톱부는 각 층에서 경화가 시작되기 전에 이형 층의 위치를 보다 잘 재현할 수 있는 것(예를 들어, 5 ㎛ 이상의 정확도 이내 또는 1 ㎛ 이상의 정확도 이내)을 보장하는 데 도움이 된다. 스톱부는 (예를 들어, 액추에이터가 이동의 종점에 도달할 때 이형 층이 정지하도록) 액추에이터에 통합되거나, (예를 들어, 액추에이터가 별도의 스톱부에 부딪칠 때 이형 층이 정지하도록) 분리될 수 있다.

본 경우에, 이형 층은 빌드 플레이트(및 이전에 프린팅된 물체)에 접근함에 따라 틸팅된 구성으로 유지된다. 이형 층을 틸팅된 위치로 유지함으로써, 이형 층과 이전에 프린팅된 층이 합쳐질 때 수지가 이형 층과 이전에 프린팅된 층 사이에서 빠져나오게 된다. 이것은 손상을 주는 힘이 프린팅된 물체와 가장 최근에 경화된 층에 가해지는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 또한. 압축파가 소산된다. 최근에는, 점성이 더 높은 수지가 종종 보다 양호한 프린팅 결과를 생성할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 접근 단계 동안에, 높은 점도의 수지는 이형 층과 프린팅된 물체 사이에서 짜내기 어려울 수 있으므로 프린팅된 물체에 손상을 줄 수 있다.

본 경우에, 이형 층과 이전에 프린팅된 층이 합쳐질 때 각각의 액추에이터(104a 내지 104b)에 대해 힘이 측정된다. 일 측부가 각각의 스톱부에 부딪치거나 접근하면, 다른 액추에이터는 프린팅되는 물체의 하부와 평행할 때까지 이형 층의 해당 부분을 계속해서 상승시킨다.

도 2f에 도시된 바와 같이 이형 층이 정지되는 경우, 이형 층과 프린팅된 물체 부분 사이의 액체 층의 부분을 경화시키는 픽셀을 선택적으로 켬으로써 물체의 다음 층이 프린팅될 수 있다. 이것은 장치를 도 2a의 상황과 유사한 상황으로 복귀시킨다(추가 층이 추가됨). 반복적으로 경화하고 이형하며 빌드 플레이트를 이동시킴으로써, 3D 물체가 층으로 빌드업될 수 있다.

이형 조립체 모니터링

도 1a의 실시예의 이형 메커니즘의 작동 방법이 도 3에 도시되어 있다.

도 3에 도시된 하나의 작동 모드는 힘 센서가 하나 이상의 로드셀을 포함한다는 것이다. 이러한 로드셀은 이형 층이 하강될 때 프린팅된 물체에 인가되는 힘을 모니터링한다. 초기에는 프린팅된 물체가 신장됨에 따라 프린팅된 물체에 스트레인이 가해지므로 측정되는 힘이 상승할 것이다. 새로 경화된 하부 층이 이형 층으로부터 분리되기 시작할 때, 스트레인이 해제되고, 빌드 플레이트에 대한 힘이 감소할 것이다.

본 실시예에서, 로드셀은 프린팅된 물체(191)를 이형 층으로부터 분리할 때 급격한 힘의 강하를 검출하도록 구성된다. 본 경우에 프린터(또는 제어기)는 물체가 이형 층에서 성공적으로 분리되었을 때(도 1b) 급격한 힘의 강하를 결정하도록 구성된다. 로드셀은 측정되는 힘에 대응하는(예를 들어, 정비례하는) 크기의 전기 신호를 생성하는 데 사용되는 변환기인 것으로 간주될 수 있다. 로드셀은 예를 들어 유압 로드셀, 공압 로드셀 및/또는 스트레인-게이지 로드셀을 포함할 수 있다.

즉, 본 경우에, 측정된 힘의 변화율에 기초하여 빌드 플레이트에 대한 이형 층의 모션을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 장치는 사전결정된 힘 강하율 임계치보다 높은 비율로 측정된 힘의 감소를 검출하는 것에 응답하여 빌드 플레이트를 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 힘 강하율 임계치는 수지 및 프린팅물 빌드 영역 등에 따라 달라질 수 있다. 힘 강하율 임계치는 초당 힘의 97% 감소일 수 있다. 예를 들어, 힘이 0.1 초 간격으로 측정된 경우, 임계치는 0.1 초 간격당 9.7%이다. 다른 임계치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 힘 강하율 임계치는 초당 힘의 80% 감소 또는 초당 힘의 50% 감소일 수 있다.

하나의 설정은 0.1 초 증분으로 측정된 90%/초의 강하를 검출하고 이를 5 개의 증분에 대해 유지하도록 설계될 수 있다. 이러한 값은 사용된 수지에 따라 변경될 수 있으며, 층의 기하형상에 따라 달라질 수 있다. 임계치는 절대 임계치(예를 들어, 힘 임계치는 뉴턴으로 주어질 수 있음) 또는 상대 임계치(예를 들어, 힘 임계치는 분리 동안에 측정된 최대 힘의 비율로서 주어질 수 있음)일 수 있다.

다른 파라미터가 또한 고려될 수 있다. 예를 들어, 측정된 힘이 이형 임계 값 아래로 감소하는 것을 검출하는 것과, 이형 층과 프린팅되는 물체 사이의 분리 거리가 사전결정된 임계치를 초과하는 것 중 하나 이상에 응답하여, 장치는 빌드 플레이트를 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성될 수 있다.

이형이 검출된 후에, 장치는 다음 경화 단계가 일어날 수 있게 하도록 직접 이동하도록 구성될 수 있다. 이것은 프린터가 각 층을 박리시키는 데 필요한 양만큼만 들어올리고 (다음 경화 단계를 위해) 신속하게(예를 들어, 즉시) 시작 위치로 이동하기 시작할 수 있게 한다. 분리를 수행하는 데 필요한 것보다 프린팅된 물체를 더 들어올리면 하향식 프린팅에서 상당한 시간이 낭비될 수 있으므로, 이것은 경화 작업 사이의 시간을 감소시킬 수 있다.

(예를 들어 이형이 검출된 후에 빌드 플레이트의 상승을 중지함으로써) 경화 작업 사이의 최대 분리 거리를 조정하는 것에 부가하여, 장치는 또한 분리 속도를 동적으로 조정할 수도 있다. 분리 동안에 빌드 플레이트(104)로부터 부품(108)의 분리가 가능한 것으로 고려되는 값에 이형력이 도달하기 시작하면(도 2b), 로드셀 설정은 프린터에 리프팅 메커니즘을 감속하도록 지시하여 배트로부터 보다 용이하게 박리되어 빌드 플레이트 상에 유지될 수 있게 할 수 있다. 이것은 부품이 빌드 플레이트 상에 유지되는 것을 보장하는 데 필요한 만큼만 리프팅 속도를 감속시키기 때문에 프린터의 속도가 증가할 수 있게 한다.

최대 허용 힘은 제 1 층(즉, 빌드 플레이트에 직접 부착된 층)에서 경화된 재료의 면적에 기초하여 사전결정될 수 있다. 최대 허용 힘은 또한 이전에 프린팅된 2개의 연속 층 사이의 최소 면적을 고려할 수도 있다. 예를 들어, 수직 모래시계 형상을 프린팅하는 경우, 물체가 가장 좁거나 가장 취약한 지점에서 파손되지 않는 것을 보장하는 것이 중요할 수 있다. 따라서, 그러한 경우에는 프린팅된 층의 면적이 감소함에 따라 최대 허용 힘이 감소될 수 있다(프린팅된 층이 다시 증가함에 따라 다시 증가하지 않을 수 있음). 최대 허용 힘은 최종 경화된 층(즉, 이형 층에 직접 부착된 층)에서 경화된 재료의 면적에 기초하여 사전결정될 수 있다.

이형 메커니즘을 제어하는 데 사용되는 방법은 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 층이 경화된 후에, 액추에이터를 사용하여 이형 층이 하강된다. 다음에, 각각의 액추에이터의 힘 센서(본 경우에 빌드 플레이트에 연결된 로드셀)를 사용하여 하중 값을 결정한다. 하중 값이 허용 임계치를 초과하면, 빌드 플레이트의 속도가 감소되고, 힘 센서 값이 다시 결정된다. 하중 값이 허용 임계치 미만이고 급격한 힘의 강하가 발생하지 않으면, 빌드 플랫폼의 속도가 유지되고, 힘 센서 값이 다시 결정된다. 경화된 층의 이형을 나타내는 (예를 들어 액추에이터 중 하나 이상에서의) 측정된 힘의 급격한 강하가 있는 경우, 시스템은 다음 층을 프린팅하기 위한 시스템을 준비하도록 구성된다. 빌드 플레이트는 한층 두께만큼 상향으로 이동되고, 액추에이터는 이형 층을 원래 위치로 상승시킨다. 층의 두께는 예를 들어 0.05 ㎜ 내지 0.15 ㎜(또는 0.001 ㎜ 내지 0.5 ㎜)일 수 있다. 다음에, 경화 프로세스가 재시작될 수 있다. 이러한 방식으로, 물체는 층별로 빌드업된다.

6-DoF 마운트 3D 프린터

도 4a는 이형 조립체(400)를 포함하는 3D 프린터의 추가 실시예를 도시한다. 도 4b 내지 도 4e는 이형 조립체의 특정 구성요소를 도시한다. 이형 조립체 장치는,

응고 가능한 수지를 수용하도록 구성되고 이형 층(405)을 갖는 배트(401)로서, 이형 층은 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원(403)으로부터 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 배트(101)와,

프린팅되는 물체를 지지하기 위한 빌드 플레이트(411)를 포함하고, 이형 층(405)에 대한 물체의 위치를 제어하도록 구성되는 구성 메커니즘과,

물체가 이형 층에 대해 이동할 때 물체에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 하나 이상의 힘 센서(406a 내지 406c)를 포함한다.

본 경우에, 이형 조립체는 서로에 대해 이동하도록 구성된 3개의 서브조립체 또는 서브유닛을 포함한다. 이러한 서브조립체는 프레임(430), 빌드 플레이트(411) 및 응고 유닛(420)이 포함한다. 빌드 플레이트(411) 및 응고 유닛(420)은 각각의 액추에이터를 통해 프레임(430)에 독립적으로 각각 연결되며, 이는 프레임이 고정 기준 프레임을 사실상 규정한다는 것을 의미한다. 프레임은 플로어에 대해 이동하지 않도록 3D 프린터의 베이스에 견고하게 연결될 수 있다. 따라서, 본 경우에, 구성 메커니즘은 프레임에 대해 이형 층을 이동시킬 수 있는 액추에이터와, 프레임에 대해 빌드 플레이트(및 부착된 물체)를 이동시킬 수 있는 액추에이터를 포함한다.

본 경우에, 프레임(430)은 (예를 들어 레그, 벽 또는 다른 수직 지지체를 사용하여) 서로에 대해 견고하게 고정된 베이스(432) 및 상승 플랫폼(431)을 포함한다. 프레임의 상승 플랫폼(431)은 응고 유닛(420)과 유사한 높이에 있다.

본 경우에, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 응고 유닛을 프레임에 연결하는 액추에이터는 6-DoF 마운트(425)의 형태이며, 6-DoF 마운트는 프레임에 대한 이형 층(본 경우에는 응고 유닛의 일부임)의 위치를 제어하도록 구성된 6개의 액추에이터(404aa, 404ab; 404ba, 404bb; 404ca, 404cb)를 포함한다.

본 실시예에서, 6-DoF 마운트의 하부는 프레임(432)의 베이스에 연결된다. 응고 유닛(420)은 응고 유닛 플랫폼(421) 상에 안착되도록 구성된다. 도 4b는 응고 유닛 플랫폼이 없는 상태의 6-DoF 마운트를 도시하고, 도 4c는 응고 유닛 플랫폼(421)이 있는 상태의 6-DoF 마운트를 도시한다. 응고 유닛 플랫폼(421)은 6개의 아암을 통해 6-DoF 마운트(425)의 6개의 액추에이터 모두에 연결되는 강성 베이스이다. 이것은 6-DoF가 연동하여 이동함으로써 6 자유도 중 임의의 자유도로 프레임에 대한 이러한 플랫폼(421)의 모션을 제어할 수 있다는 것을 의미한다.

본 경우에, 6개의 액추에이터(404aa 내지 404cb)는 회전식 액추에이터이다. 6-DoF 마운트가 이동할 때 힘을 측정하는 본 기술의 맥락에서, 회전식 액추에이터는 유압식 액추에이터에 비해 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 첫째, 액추에이터가 보다 경량이기 때문에 액추에이터가 작동될 때 질량 중심이 덜 이동하며, 둘째, 질량 중심의 이동이 더 예측 가능하기 때문에, 액추에이터는 자립적이며 유체 라인이 고려될 필요가 없다.

본 실시예에서의 회전식 액추에이터는 각각 샤프트 축으로부터 측방향으로 연장되는 돌출부에 연결된 샤프트를 포함한다. 이러한 돌출부는 소정 각도로 상향으로 연장되는 아암의 근위 단부에 연결된다. 샤프트가 축을 중심으로 회전함에 따라, 돌출부가 회전하여 아암을 이동시킨다. 아암은 원위 단부가 강성 플레이트(응고 유닛 플랫폼)에 연결되어 구속된다.

본 경우에, 6-DoF 마운트(425)의 6개의 회전식 액추에이터는 도 4b에 도시된 바와 같이 쌍으로 배열된다. 본 경우에, 응고 유닛이 프린팅하고 그리고/또는 분리를 수행하기 위해 제자리에 있을 때, 각 쌍의 액추에이터 돌출부는 서로를 향하도록 구성된다. 이것은 아암의 근위 단부가 서로 더 근접하게 하며, 이는 응고 유닛의 보다 나은 제어를 제공하는 데 도움이 된다. 응고 유닛은 로킹된 프린팅 위치로부터 임의의 방향으로 적어도 50 ㎜의 이동을 허용하도록 구성될 수 있다.

힘 센서 중 하나는 도 4d에 도시된 바와 같이 회전식 액추에이터 쌍 각각 아래에 위치된다. 즉, 각 쌍의 회전식 액추에이터는 공통 액추에이터 쌍 마운트(417a 내지 417c)에 장착되며, 공통 액추에이터 쌍 마운트(417a 내지 417c) 각각은 각각의 힘 센서(406a 내지 406c)를 통해 프레임 베이스(432)에 연결된다. 이것은 힘 센서가 6-DoF 마운트 아암의 근위 단부 바로 아래에 위치되어 응답성을 증대시키는 데 도움이 된다는 것을 의미한다. 보다 많은 힘 센서가 사용될 수 있지만, 3개의 힘 센서는, 3개의 힘 센서 각각에 대한 절대 힘 및 3 쌍의 힘 센서 사이의 차이를 포함하여, 6개의 파라미터가 결정될 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 6개의 파라미터는 이형 동안에 이형 층에 인가되는 힘의 충분한 이해를 제공하여 프린터가 6-DoF 마운트를 제어할 수 있게 한다. 본 경우에, 힘 센서는 스트레인 게이지이며, 각각 40 g 내지 30 kg의 하중을 측정할 수 있다.

본 경우에, 도 4e에 도시된 바와 같이, 이형 조립체는 재현 가능한 상대 위치에서 프레임에 대해 고정된 위치에 이형 층을 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 3 쌍의 상보적인 플랫폼-프레임 결합 부재(418a 내지 418c)를 갖는 플랫폼-프레임 로킹장치(platform-frame lock)를 포함한다. 본 경우에, 플랫폼-프레임 로킹장치는 상승 플랫폼(431)과 응고 유닛 플랫폼(421)(이는 이형 층에 견고하게 연결됨) 사이에 직접 결합한다. 즉, 본 경우에 프레임은 이형 층 액추에이터의 양 단부를 가로지르는 구조체인 것으로 간주될 수 있으며, 이는 플랫폼-프레임 로킹장치에 의해 로킹되는 경우에 액추에이터가 프레임에 대해 이형 층을 이동시키는 것을 방지한다.

층이 프린팅된 후에, 플랫폼-프레임 로킹장치가 해제되어, 응고 유닛(및 이형 층)이 6-DoF 마운트를 사용하여 이동되어 이형을 수행할 수 있게 한다. 즉, 6-DoF 마운트는 이형 층과 새로 프린팅된 층 사이에 분리력을 가하기 위해 대체로 하향으로 이동한다. 측정된 힘 및 프린팅되는 물체의 형상에 기초하여, 6-DoF 마운트는 프린팅되는 물체에 손상을 주지 않고 신속하게 분리가 일어나는 것을 보장하는 데 도움되도록 6개의 모션 중 임의의 모션을 사용할 수 있다.

이전과 같이 힘 측정에 의해 검출될 수 있는 물체의 이형 후에, 조립체는 응고 유닛을 원래 위치로 복귀시키도록 구성된다. 이것은 프린팅 단계 사이의 시간을 감소시킨다.

이러한 복귀 이동 동안에, 6-DoF 마운트는 빌드 플레이트와 이형 층이 서로를 향해 이동할 때 이형 층이 빌드 플레이트(411)(또는 이전에 프린팅된 층)와 평행하지 않도록 이형 층(405)을 틸팅시키도록 구성된다. 다시 말하지만, 복귀 속도는 힘 센서에 의해 측정된 힘에 기초할 수 있다. 복귀 단계 동안에 측정하는 힘은 이형 층과 최종 프린팅된 층 사이에서 수지를 밀어내는 것과 관련된다는 것이 이해될 것이다. 이러한 힘에 기초하여 속도를 제어함으로써, 복귀 속도가 가능한 한 빠르게 하여 프린팅 속도를 높일 수 있게 하는 동시에, 프린팅된 제품이 손상되지 않을 정도로 힘을 충분히 낮게 유지할 수 있다. 또한 점성이 보다 높은 수지가 사용될 수 있게 할 수 있다. 이형 층이 정확한 높이에 있을 때, 6-DoF 마운트는 이형 층을 빌드 플레이트와 평행하게 복귀시킨다.

본 실시예에서, 이형 후에 그리고 응고 유닛이 여전히 자유롭게 이동하는 동안에, 힘 센서의 힘이 기록되어 힘 센서 위의 조립체의 중량에 대한 표시를 제공한다. 이것은 다음 분리 단계가 일어날 때 중량을 고려하기 위한 기준치로서 사용될 수 있다.

이형 층이 다음 경화 단계를 위한 위치에 있을 때, 플랫폼-프레임 로킹장치(418a 내지 418c)는 프레임에 대해 고정된 위치에 이형 층을 로킹하도록 결합된다. 이것은 응고 유닛 플랫폼(421)에 고정된 프레임의 상승 플랫폼의 하부측을 도시하는 도 4e에 도시되어 있다. 본 경우에, 응고 유닛 플랫폼은 3개의 암형 커넥터를 포함하고, 프레임은 3개의 대응하는 수형 커넥터를 포함한다. 수형 커넥터는 수형 커넥터와 암형 커넥터를 정렬하는 데 도움이 되도록 테이퍼져 있다. 본 경우에, 테이퍼는 응고 유닛이 수직축을 중심으로 회전되는 경우에도(그렇지만, 예를 들어 수평이거나, 정확하게 수평으로 배향됨) 암형 부재와 결합하기 시작하도록 구성된다. 플랫폼-프레임 로킹장치가 완전히 결합할 때, 응고 유닛은 프레임에 대해 사전결정되고 일관되며 재현 가능한 배향으로 다시 회전될 수 있다. 수형 커넥터는 암형 커넥터와 결합하도록 측방향으로(예를 들어, 프린팅 축에 수평 또는 수직으로) 삽입되도록 구성된다. 수형 부재의 측방향 결합은 프레임에 대한 이형 층의 비틀림(twisting)을 방지한다. 플랫폼-프레임 로킹장치의 결합은 각각의 경화 단계에서 이형 층의 위치가 동일한 것을 보장하는 데 도움이 된다. 또한, 이것은 재료의 임의의 이동(예를 들어, 배트에 추가되는 수지와 관련됨)이 6-DoF 마운트 액추에이터의 작동으로 인해 이형 층에 대한 모션을 유발하지 않는 것을 보장하는 데 도움이 된다.

본 실시예에서, 6-DoF 마운트는 탄성 마운트를 통해 응고 유닛에 연결된다. 본 경우에, 탄성 마운트는 3개의 스프링-편향형 힌지 플레이트 쌍 조립체를 포함한다. 본 실시예에서, 각 쌍의 액추에이터는 각각의 플레이트 쌍 조립체와 연관되어 있다. 이러한 힌지 플레이트 쌍 조립체 각각에서, 힌지는 외부를 향해 배열되고, 스프링은 플레이트의 대면 측면들 사이에 위치된다. 다른 실시예는 압축성 가스를 포함하는 하나 이상의 가요성 공동 또는 탄성 재료와 같은 다른 탄성 편향 수단을 사용할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 실시예에서, 힌지 축은 힌지 플레이트 쌍 조립체가 연결되는 액추에이터의 쌍의 샤프트 축 모두에 수직인 축과 평행하도록 구성된다. 이것은 다른 액추에이터 쌍에서 간접적으로 이동이 유도될 때 상부 플레이트의 이동에 약간의 유격을 허용하면서 액추에이터 쌍의 이동이 상부 플레이트로 정확하게 전달되도록 보장하는 데 도움이 된다.

힌지 플레이트 쌍 조립체는 다음 층을 프린팅하기 전에 응고 유닛의 수평을 맞추는 데 도움이 된다. 6-DoF 마운트가 응고 유닛을 상승시킴에 따라, 각각의 힌지 플레이트 쌍 조립체의 상부 플레이트는 상승 플랫폼의 하부면과 접하게 된다. 상부 플레이트가 상승 플랫폼의 하부면과 정렬될 때, 탄성 마운트의 탄성은 6-DoF 마운트가 계속 조정될 수 있게 한다. 이것은 6-DoF 마운트를 정밀하게 조정하는 것에 의존할 필요 없이 응고 유닛의 수평을 맞추는 데 도움이 된다. 이것은 응고 유닛 플랫폼의 하부가 상승 플랫폼 및 플랫폼-프레임 로킹장치와 보다 용이하게 정렬될 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 상승 플랫폼의 하부는 정확한 높이 및 배향에서 응고 유닛의 상향 이동을 중지하기 위한 하드 스톱부인 것으로 간주될 수 있다.

탄성 마운트는 플랫폼-프레임 로킹장치를 사용하여 응고 유닛이 프레임에 로킹될 때 6-DoF 마운트의 액추에이터가 탄성 마운트를 압축하기 위해 약간 상승될 수 있도록 구성된다. 이것은 플랫폼-프레임 로킹장치의 이동을 더욱 제한함으로써 프레임에 대한 보다 재현 가능한 이형 층 위치를 보장하는 데 도움이 될 수 있다.

본 실시예에서 빌드 플레이트(411)는 프레임(430)에 연결되고 3개의 필러 가이드(pillar guide)를 따른 단일 축을 따라 상하로 이동하도록 구성된다. 3개 이상의 필러 가이드를 사용한다는 것은 빌드 플레이트의 수평이 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 물체의 프린팅 동안에, 빌드 플레이트는 층 두께에 대응하는 증분으로 상향으로만 이동할 수 있다. 즉, 6-DoF 마운트를 사용하여 이형 층을 하향으로 이동시킴으로써 분리가 용이해지기 때문에, 분리를 수행하기 위해 빌드 플레이트를 위로 상승시킨 후에 다음 층이 프린팅될 수 있게 하도록 다시 아래로 하강시킬 필요성이 줄어들 수 있다. 이형 층과 빌드 플레이트가 독립적으로 이동할 수 있게 함으로써, 액추에이터가 해당 기능에 맞게 조정될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 빌드 플레이트를 한 번에 한 층 두께로 이동시키는 데 사용되는 액추에이터는 분리를 실행하고 또한 층 두께를 규정하기 위해 빌드 플레이트가 필요한 경우보다 더 정확하도록 구성될 수 있다.

본 실시예에서, 배트(이형 층을 포함함)와 응고 에너지원은 강성 응고 유닛으로서 함께 결합되고, 이형 조립체는 응고 유닛을 6-DoF 마운트에 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 상보적인 플랫폼-유닛 결합 부재를 갖는 플랫폼-유닛 로킹장치(429a 내지 429d)를 포함한다. 응고 유닛은 도 4f에 도시되어 있다(명확화를 위해 배트 벽은 없음). 도 4g 및 도 4h는 각각 응고 유닛이 플랫폼-유닛 로킹장치를 사용하여 결합 및 로킹할 수 있는 응고 유닛 플랫폼(421)의 하부 및 상부 사시도이다.

이것은 응고 유닛(420)이 용이하게 제거 및 교체될 수 있게 한다. 3D 프린터의 맥락에서, LCD는 오작동이 일어나기 쉬울 수 있는 요소이다. 이것은 특히 많은 수의 픽셀을 갖는 대형 프린터 베드의 경우에 그러하다. 응고 유닛이 하나의 유닛으로서 용이하게 제거될 수 있게 함으로써, 프린터의 정지시간을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 제거된 응고 유닛이 수리되는 동안에 프린팅을 계속할 수 있도록 다른 응고 유닛이 프린터 내로 신속하게 투입될 수 있다.

본 실시예에서, 도 4f, 도 4g 및 도 4h에 도시된 바와 같이, 플랫폼-유닛 로킹장치는 4개의 결합 부재 쌍(429a 내지 429d)을 갖는다. 2개의 부재 쌍(429a, 429c)은 응고 유닛 플랫폼(421) 위에 위치되고, 다른 2개의 부재 쌍(429b, 429d)은 응고 유닛 플랫폼(421) 아래에 위치된다. 본 경우에, 응고 유닛은 4개의 암형 커넥터를 포함하고, 응고 유닛 플랫폼은 4개의 대응하는 수형 커넥터를 포함한다. 수형 커넥터는 수형 커넥터와 암형 커넥터를 정렬하는 데 도움이 되도록 테이퍼져 있다. 수형 커넥터는 암형 커넥터와 결합하도록 측방향으로(예를 들어, 프린팅 축에 수평 또는 수직으로) 삽입되도록 구성된다. 플랫폼-유닛 로킹장치는 수동식이거나 전동식일 수 있다.

본 경우에, 응고 유닛의 정렬을 돕기 위해, 응고 유닛 플랫폼(421)은 응고 유닛의 형상에 정합하도록 구성된 구멍 및 지지면을 포함하며, 그에 따라 플랫폼-유닛 로킹장치가 결합되기 전에 응고 유닛이 지지면 상에 안착될 수 있게 한다. 6-DoF 마운트를 제어함으로써 응고 유닛 플랫폼이 빌드 플레이트에 대해 하강됨에 따라 플랫폼-유닛 로킹장치가 응고 유닛에 하향력이 인가될 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다.

5-DoF 마운트 3D 프린터

도 5a 및 5b는 이형 조립체(500)를 포함하는 3D 프린터의 추가 실시예를 도시한다. 도 5c는 이형 조립체의 특정 구성요소를 도시한다.

이형 조립체 장치(500)는.

응고 가능한 수지를 수용하도록 구성되고 이형 층(505)을 갖는 배트(501)로서, 이형 층은 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원(503)으로부터 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 배트(101)와,

프린팅되는 물체를 지지하기 위한 빌드 플레이트(511)를 포함하고, 이형 층(505)에 대한 물체의 위치를 제어하도록 구성되는 구성 메커니즘과,

물체가 이형 층에 대해 이동할 때 물체에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 하나 이상의 힘 센서(506a 내지 506c)를 포함한다.

이전에 설명된 다른 실시예와 마찬가지로, 이형 조립체는 서로에 대해 이동하도록 구성된 3개의 서브조립체 또는 서브유닛을 포함한다. 이러한 서브조립체는 프레임(530), 빌드 플레이트(511) 및 응고 유닛(520)이 포함한다. 빌드 플레이트(511) 및 응고 유닛(520)은 각각의 액추에이터를 통해 프레임(530)에 독립적으로 각각 연결되며, 이는 프레임이 고정 기준 프레임을 사실상 규정한다는 것을 의미한다. 프레임은 플로어에 대해 이동하지 않도록 3D 프린터의 베이스에 견고하게 연결될 수 있다. 따라서, 본 경우에, 구성 메커니즘은 프레임에 대해 이형 층을 이동시킬 수 있는 액추에이터와, 프레임에 대해 빌드 플레이트(및 부착된 물체)를 이동시킬 수 있는 액추에이터를 포함한다.

본 경우에, 프레임(530)은 (예를 들어 레그, 벽 또는 다른 수직 지지체를 사용하여) 서로에 대해 견고하게 고정된 베이스(532) 및 상승 플랫폼(531)을 포함한다. 프레임의 상승 플랫폼(531)은 응고 유닛(520)과 유사한 높이에 있다.

본 경우에, 도 5b에 도시된 바와 같이, 응고 유닛을 프레임에 연결하는 액추에이터는 5-DoF 마운트의 형태이며, 5-DoF 마운트는 3-DoF의 일부를 형성하는 아암을 갖는 다수의 직립 액추에이터(504za 내지 504zc)와, 슬라이딩-플로어 마운트의 일부를 형성하는 2개의 측방향 액추에이터(504x, 504y)를 포함한다. 본 실시예에서의 힘 센서는 힘 센서에 대한 중량을 제한하기 위해 3-DoF 마운트와 슬라이딩-플로어 마운트 사이에 위치된다(또는 직립 액추에이터 각각의 하부에 위치됨).

5-DoF 마운트는 프레임에 대한 이형 층(본 경우에는 응고 유닛의 일부임)의 위치를 제어하도록 구성된다.

직립 액추에이터는 2개의 방향으로의 틸팅 및 상하로의 병진이동을 포함하여 3 자유도를 제공한다. 3개 초과의 직립 액추에이터가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 배트의 4개의 코너에 인접하게 위치된 4개의 직립 액추에이터가 있을 수 있다.

일부 실시예에서, 액추에이터가 응고 유닛에 연결되는 지점들 사이의 영역은 이형 층의 영역을 넘어서 연장될 수 있다. 이것은 임의의 액추에이터가 하강될 때 이형 층의 영역(예를 들어, 배트 내의 이형 층의 영역)이 다른 고정 액추에이터 주위로 피봇함으로써 상승하지 않다는 것을 의미한다. 이것은 프린팅되는 물체에 대한 손상을 감소시킬 수 있다.

각각의 직립 액추에이터(504za 내지 504zc)의 하단부는 힌지에서 힘 센서에 장착된다. 각각의 직립 액추에이터 힌지의 축은 직립 액추에이터의 하부와 디바이스의 중심 사이의 선에 수평 및 수직이 되도록 구성된다. 즉, 힌지는 둘레부 주위에 접선방향으로 장착되어, 액추에이터 및 아암이 반경방향 내측 및 외측으로 이동할 수 있게 한다. 이것은 이형 층을 측방향으로 이동시키기 위해 힌지가 연동하여 이동할 수 없는 것을 보장한다. 직립 액추에이터 아암의 상부는 자유로운 회전 및 틸팅을 허용하는 조인트(예를 들어, 유니버셜 조인트, 스위블 마운트(swivel mount), 볼 및 소켓 조인트, 또는 하임 조인트(heim joint))로 연결된다.

측방향 액추에이터(506x, 506y)는 이형 층을 상이한 각각의 측방향으로 이동시키도록 구성된다. 본 실시예에서, 하나의 측방향 액추에이터(506x)는 프레임(532)에 대해 제 1 방향으로(전후로) 제 1 서브플로어(subfloor)(509x)의 측방향 이동을 가능하게 하도록 구성된다. 제 2 측방향 액추에이터(506y)는 제 1 서브플로어(509x)에 대해 제 2 서브플로어(509y)의 측방향 이동을 가능하게 하도록 구성된다. 서브플로어 각각은 레일 상에 장착되어 액추에이터의 상대적인 이동을 각각 하나의 축으로 제한하는 데 도움이 된다.

2개의 측방향 액추에이터의 작동을 통해, 제 2 서브플로어(509y)는 프레임(532)에 대해 임의의 측방향으로 이동할 수 있다. 이것은 2개의 추가 자유도를 제공한다. 본 실시예에서, 2개의 액추에이터는 서브플로어(509x, 509y)를 직교 또는 수직 방향으로 이동시키도록 구성된다. 임의의 다른 2개의 방향도 정렬되어 있지 않다면 작동할 수 있다. 2개의 액추에이터는 각각 이형 층이 프린팅 위치에 있을 때 이형 층과 평행한 모션을 유발하도록 구성된다.

수직 액추에이터는 제 2 서브플로어 상에 장착된다. 연동하여 작용하는 액추에이터(504za 내지 504zc, 504x, 504y)는 하기의 모션을 허용한다:

● 병진 엔벨로프(translational envelope):

○ X축에서 전방 및 후방으로 이동하는 것.(서지(Surge))

○ Y축에서 좌측 및 우측으로 이동하는 것.(스웨이(Sway))

○ Z축에서 상방 및 하방으로 이동하는 것.(히브(Heave))

● 회전 엔벨로프(rotational envelope):

○ X축에 대해 좌우로 틸팅하는 것.(롤(Roll))

○ Y축에 대해 전후로 틸팅하는 것.(피치(Pitch))

이러한 개별 이동의 일부는 이전 실시예의 6-DoF 시스템에 비해 5-DoF 시스템을 사용하여 구현하는 것이 더 간단할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, Y축에서의 측방향 스웨이 모션은 본 5-DoF 시스템에서 단일 액추에이터를 사용하여 구현될 수 있는 반면, 이전 실시예의 6-DoF 시스템에서의 등가 모션은 6개의 액추에이터 모두의 조화 모션(coordinate motion)을 필요로 한다. 따라서, 본 실시예의 이점은 액추에이터의 모션이 분리를 수행하는 데 전형적으로 필요한 모션에 보다 양호하게 매핑되면서도, 보다 복잡한 모션에 대해 다수의 자유도를 제공한다는 것이다.

이전 실시예와 마찬가지로, 응고 유닛(520)은 응고 유닛 플랫폼(521) 상에 안착되도록 구성된다. 응고 유닛 플랫폼(521)은 직립 액추에이터 중 3개의 액추에이터에 연결된 강성 베이스이다. 이것은 5-DoF가 연동하여 이동함으로써 5 자유도 중 임의의 자유도로 프레임에 대한 이러한 플랫폼(521)의 모션을 제어할 수 있다는 것을 의미한다.

모션의 범위는 어떠한 방향으로도 적어도 60 ㎜일 수 있다. 빌드 영역이 클수록 모션의 수직 범위가 커질 수 있다. 예를 들어, 일부 넓은 면적의 이형 층은 프린팅 위치로부터 최대 300 ㎜까지 아래로 이형 층을 이동시킬 수 있다.

힘 센서 중 하나는 도 4b에 도시된 바와 같이 직립 액추에이터 각각의 아래에 위치된다. 이것은 힘 센서가 3-DoF 마운트 아암의 근위 단부 바로 아래에 위치되어 응답성을 증대시키는 데 도움이 된다는 것을 의미한다. 각각의 직립 액추에이터에 대해 하나의 힘 센서가 있지만, 3개의 힘 센서는, 3개의 힘 센서 각각에 대한 절대 힘 및 3 쌍의 힘 센서 사이의 차이를 포함하여, 6개의 파라미터가 결정될 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 6개의 파라미터는 이형 동안에 이형 층에 인가되는 힘의 충분한 이해를 제공하여 프린터가 5-DoF 마운트를 제어할 수 있게 한다. 본 경우에, 힘 센서는 스트레인 게이지이며, 각각 40 g 내지 30 kg의 하중을 측정할 수 있다.

본 실시예에서, 배트에 물체가 부착되어 있는 상태에서, 수직 액추에이터 및 아암은 다각형(본 경우에는 삼각형)의 코너를 형성한다. 이형 층이 (예를 들어, z축을 따라) 하강됨에 따라, 3개의 힘 센서 모두에서 분리력이 증가할 수 있다. 측방향 액추에이터가 x-y 축으로 이동하는 데 사용되므로, 힘 센서에 대한 분리력이 상이하게 증가한다. 즉, 다양한 힘 센서에 걸쳐 차등 힘을 인가하기 위해 측방향 모션이 사용될 수 있다. 이동의 조합(수직방향 및 측방향 모션을 포함함)이 사용되며, 그 결과 당기는 동안에 힘의 조합이 생겨서 분리가 생성되게 된다는 것이 이해될 것이다.

이전 실시예에서와 같이, 이형 조립체는 재현 가능한 상대 위치에서 프레임에 대해 고정된 위치에 이형 층을 해제 가능하게 로킹하기 위해 서로 결합하도록 구성된 다수 쌍(본 경우에는 4 쌍)의 상보적인 플랫폼-프레임 결합 부재를 갖는 플랫폼-프레임 로킹장치를 포함한다. 본 경우에, 플랫폼-프레임 로킹장치는 상승 플랫폼(531)과 응고 유닛 플랫폼(521)(이는 이형 층에 견고하게 연결됨) 사이에 직접 결합한다. 즉, 본 경우에 프레임은 이형 층 액추에이터의 양 단부를 가로지르는 구조체인 것으로 간주될 수 있으며, 이는 플랫폼-프레임 로킹장치에 의해 로킹되는 경우에 액추에이터가 프레임에 대해 이형 층을 이동시키는 것을 방지한다. 본 경우에, 플랫폼-프레임 로킹장치는 공압식으로 작동되고 제어기에 의해 제어된다.

층이 프린팅된 후에, 플랫폼-프레임 로킹장치가 해제되어, 응고 유닛(및 이형 층)이 5-DoF 마운트를 사용하여 이동되어 이형을 수행할 수 있게 한다. 즉, 5-DoF 마운트는 이형 층과 새로 프린팅된 층 사이에 분리력을 가하기 위해 대체로 하향으로 이동한다. 측정된 힘 및 프린팅되는 물체의 형상에 기초하여, 5-DoF 마운트는 프린팅되는 물체에 손상을 주지 않고 신속하게 분리가 일어나는 것을 보장하는 데 도움되도록 5개의 모션 중 임의의 모션을 사용할 수 있다.

이전과 같이 힘 측정에 의해 검출될 수 있는 물체의 이형 후에, 조립체는 응고 유닛을 원래 위치로 복귀시키도록 구성된다. 이것은 프린팅 단계 사이의 시간을 감소시킨다.

이러한 복귀 이동 동안에, 5-DoF 마운트는 빌드 플레이트와 이형 층이 서로를 향해 이동할 때 이형 층이 빌드 플레이트(511)(또는 이전에 프린팅된 층)와 평행하지 않도록 이형 층(505)을 틸팅시키도록 구성된다. 다시 말하지만, 복귀 속도는 힘 센서에 의해 측정된 힘에 기초할 수 있다. 복귀 단계 동안에 측정하는 힘은 이형 층과 최종 프린팅된 층 사이에서 수지를 밀어내는 것과 관련된다는 것이 이해될 것이다. 이러한 힘에 기초하여 속도를 제어함으로써, 복귀 속도가 가능한 한 빠르게 하여 프린팅 속도를 높일 수 있게 하는 동시에, 프린팅된 제품이 손상되지 않을 정도로 힘을 충분히 낮게 유지할 수 있다. 또한 점성이 보다 높은 수지가 사용될 수 있게 할 수 있다. 이형 층이 정확한 높이에 있을 때, 5-DoF 마운트는 이형 층을 빌드 플레이트와 평행하게 복귀시킨다.

본 실시예에서, 이형 후에 그리고 응고 유닛이 여전히 자유롭게 이동하는 동안에, 힘 센서의 힘이 기록되어 힘 센서 위의 조립체의 중량에 대한 표시를 제공한다. 이것은 다음 분리 단계가 일어날 때 중량을 고려하기 위한 기준치로서 사용될 수 있다.

이형 층이 다음 경화 단계를 위한 위치에 있을 때, 플랫폼-프레임 로킹장치는 프레임에 대해 고정된 위치에 이형 층을 로킹하도록 결합된다. 본 경우에, 응고 유닛 플랫폼은 4개의 암형 커넥터를 포함하고, 프레임은 4개의 대응하는 수형 커넥터를 포함한다. 수형 커넥터는 수형 커넥터와 암형 커넥터를 정렬하는 데 도움이 되도록 (예를 들어, 오목한 형상으로) 테이퍼져 있다. 수형 커넥터는 수직 정렬을 돕기 위해 수직방향으로 테이퍼져 있고, 수직축을 중심으로 한 회전 정렬을 돕기 위해 측방향으로 테이퍼져 있다. 플랫폼-프레임 로킹장치가 완전히 결합할 때, 응고 유닛은 프레임에 대해 사전결정되고 일관되며 재현 가능한 배향으로 다시 회전 및 병진될 수 있다. 수형 커넥터는 암형 커넥터와 결합하도록 측방향으로(예를 들어, 프린팅 축에 수평 또는 수직으로) 삽입되도록 구성된다. 수형 부재의 측방향 결합은 프레임에 대한 이형 층의 비틀림을 방지한다. 플랫폼-프레임 로킹장치의 결합은 각각의 경화 단계에서 이형 층의 위치가 동일한 것을 보장하는 데 도움이 된다. 또한, 이것은 재료의 임의의 이동(예를 들어, 배트에 추가되는 수지와 관련됨)이 6-DoF 마운트 액추에이터의 작동으로 인해 이형 층에 대한 모션을 유발하지 않는 것을 보장하는 데 도움이 된다.

본 실시예의 빌드 플레이트(511)는 프레임(530)에 연결되고 3개의 필러 가이드를 따른 단일 축을 따라 상하로 이동하도록 구성된다. 본 경우에, 필러 중 2개의 필러는 빌드 플레이트를 상하로 구동하도록 구성되고, 제 3 필러는 빌드 플레이트의 배향을 유지하지만 구동되지 않는다. 구동 및 비구동 필러의 다른 구성이 사용될 수 있다.

본 경우에, 배트가 용이하게 삽입 및 제거될 수 있게 하기 위해 배트의 일 측부에는 필러가 위치되지 않는다.

3개 이상의 필러 가이드를 사용한다는 것은 빌드 플레이트의 수평이 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 물체의 프린팅 동안에, 빌드 플레이트는 층 두께에 대응하는 증분으로 상향으로만 이동할 수 있다. 즉, 5-DoF 마운트를 사용하여 이형 층을 하향으로 이동시킴으로써 분리가 용이해지기 때문에, 분리를 수행하기 위해 빌드 플레이트를 위로 상승시킨 후에 다음 층이 프린팅될 수 있게 하도록 다시 아래로 하강시킬 필요성이 줄어들 수 있다. 이형 층과 빌드 플레이트가 독립적으로 이동할 수 있게 함으로써, 액추에이터가 해당 기능에 맞게 조정될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 빌드 플레이트를 한 번에 한 층 두께로 이동시키는 데 사용되는 액추에이터는 분리를 실행하고 또한 층 두께를 규정하기 위해 빌드 플레이트가 필요한 경우보다 더 정확하도록 구성될 수 있다.

본 실시예에서, 배트(이형 층을 포함함) 및 응고 에너지원은 응고 유닛을 5-DoF 마운트에 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 상보적인 플랫폼-유닛 결합 부재를 갖는 플랫폼-유닛 로킹장치(529a, 529b)를 사용하여 제자리에 유지된다.

본 실시예에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 플랫폼-유닛 로킹장치는 2개의 상보적인 결합 부재 쌍(529a, 529b)을 갖는다. 본 경우에, 응고 유닛은 4개의 암형 커넥터를 포함하고, 응고 유닛 플랫폼은 2개의 대응하는 수형 커넥터를 포함한다. 수형 커넥터는 수형 커넥터와 암형 커넥터를 정렬하는 데 도움이 되도록 테이퍼져 있다. 수형 커넥터는 암형 커넥터와 결합하도록 수직으로 삽입되도록 구성된다. 플랫폼-유닛 로킹장치는 수동식이거나 전동식일 수 있다.

본 경우에, 응고 유닛의 정렬을 돕기 위해, 응고 유닛 플랫폼(521)은 응고 유닛의 형상에 정합하도록 구성된 구멍 및 지지면을 포함하며, 그에 따라 플랫폼-유닛 로킹장치가 결합되기 전에 응고 유닛이 지지면 상에 안착될 수 있게 한다. 측방향 위치설정을 돕기 위해, 응고 유닛 플랫폼은 또한 벽 배리어를 포함하며, 배트가 벽 배리어(589)에 접할 때 플랫폼-유닛 로킹장치(529a, 529b)의 결합 부재 쌍이 벽 배리어와 정렬된다. 6-DoF 마운트를 제어함으로써 응고 유닛 플랫폼이 빌드 플레이트에 대해 하강됨에 따라 플랫폼-유닛 로킹장치가 응고 유닛에 하향력이 인가될 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다.

이전 실시예와 달리, 배트와 응고 유닛은 서로 직접 결합되지 않는다. 본 실시예에서, 응고 에너지원은 응고 유닛 플랫폼의 구멍 내로 삽입되고, 다음에 배트는 벽 배리어(589)에 접할 때까지 응고 에너지원 위로 슬라이딩된다. 다음에, 배트는 플랫폼-유닛 로킹장치(529a, 529b)를 하강시킴으로써 제자리에 로킹되며, 이는 배트를 제자리에 로킹하고 응고 에너지원을 포획하여, 응고 유닛 플랫폼(521)에 대해 이동할 수 없게 한다. 이것은 응고 유닛(520)이 용이하게 제거 및 교체될 수 있게 한다.

3D 프린터의 맥락에서, LCD는 오작동이 일어나기 쉬울 수 있는 요소이다. 이것은 특히 많은 수의 픽셀을 갖는 대형 프린터 베드의 경우에 그러하다. 응고 유닛이 하나의 유닛으로서 용이하게 제거될 수 있게 함으로써, 프린터의 정지시간을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 제거된 응고 유닛이 수리되는 동안에 프린팅을 계속할 수 있도록 다른 응고 유닛이 프린터 내로 신속하게 투입될 수 있다.

머신 러닝

이형 조립체는 각각의 층의 구성과 연관지어 시간의 함수로서 각각의 액추에이터에 대한 힘을 기록하도록 구성될 수 있다. 각각의 액추에이터의 응답(예를 들어, 시간의 함수로서 각각의 액추에이터의 속도)이 또한 기록될 수 있다. 이것은 해당 층을 프린팅하는 데 사용되는 수지 또는 수지의 특성(예를 들어, 미경화 수지의 점도, 경화 시간, 탄성 계수, 항복점, 최대 강도, 경화된 수지의 파괴점 중 하나 이상)과 함께 저장될 수 있다. 수지의 특성을 사용함으로써, 새로운 수지의 특성 중 일부 또는 전부가 알려져 있다면 새로운 수지가 사용될 수 있게(또는 보다 신속하게 학습됨) 할 수 있다.

저장된 정보는 정보가 기록된 시점에 이형 조립체가 어떤 단계를 수행하고 있었는지에 따라 분리 단계 및/또는 접근 단계와 연관지어 저장될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

시스템은 프린팅된 물체의 품질에 대한 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 이것은 이형 조립체 자체에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 이형 조립체는 특정 시간적 힘 프로파일을 프린팅된 물체의 파손 또는 프린팅 동안 빌드 플레이트로부터의 분리와 연관시키도록 구성될 수 있다. 이형 조립체에 의해 검출된 프린팅 결함의 경우, 결함은 결함 시점에 프린팅된 물체에 인가된 힘 프로파일과 연관지어진다. 예를 들어, 접근 동안에 손상이 일어난 경우, 시스템은 이러한 접근 단계에서 인가된 힘이 프린팅 결함을 야기했을 수 있다고 인식한다.

다른 실시예에서, 프린팅된 물체는 프린팅 이후에 검사될 수 있다. 검사 결과는 기록된 데이터와 함께 처리될 수 있다. 검사는 물체가 허용 가능한 표준에 따라 프린팅되었는지 여부에 대한 단순한 이진 척도(binary measure)(예를 들어, 합격/불합격)일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 검사는 또한 결함의 성질을 보다 구체적으로 식별하려고 할 수도 있다. 예를 들어, 특정 층에 결함이 있는 것으로 밝혀진 경우, 이러한 정보에 의해 프로세서는 해당 층이 프린팅된 시점 근방에 기록된 데이터로 해당 결함을 식별할 수 있다. 유사하게, 검사는 결함의 성질이 프린팅 과정 동안에 인장 또는 압축의 결과인지 여부를 식별하려고 할 수 있다. 인장 결함은 분리 단계와 연관될 수 있고, 압축 결함은 접근 단계와 연관될 수 있다.

이형 조립체는 프린팅 결함의 수를 (예를 들어, 사전결정된 허용 가능한 레벨로) 감소시키고 프린팅 속도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 이형 조립체는 이를 달성하기 위해 힘 프로파일 측정에 대한 액추에이터의 응답을 조정하기 위해 머신 러닝을 이용하도록 구성될 수 있다.

새로운 수지의 경우, 이형 조립체는 시스템이 해당 수지에 대해 프린터의 응답을 적응시킬 수 있게 하도록 일련의 하나 이상의 표준 물체에 의한 일련의 표준 프린팅물 테스트를 거치도록 구성될 수 있다. 이것은 러닝 단계인 것으로 간주될 수 있다. 또한, 시스템은 피드백이 제공될 때 실제 프린팅 작업(예를 들어, 정상 단계)에 대한 시스템 응답을 계속 학습하고 정제하도록 구성될 수 있다. 이것은 표준 프린팅물 테스트 동안에 프린팅된 물체의 범위를 크게 벗어난 물체를 프린팅하는 경우에 특히 중요할 수 있다.

머신 러닝의 일 양태는 스크린 상의 각 층 및 형상의 경화 시간에 대한 추정치를 정제하는 것이다. 보다 작은 형상은 통상적으로 큰 형상보다 긴 경화 시간을 필요로 한다. 상이한 크기 형상에 대한 적절한 경화 시간을 이해함으로써, 시스템은 기준 경화 시간을 도출하는 각 층의 적절한 경화 시간을 추정할 수 있다.

시스템은 각 층에 대한 힘을 측정하여 저장하는 것을 필요로 한다. 프린팅물이 완성되면, 프린팅물의 정확성을 결정하기 위해 프린팅물이 측정되고, 그것을 분리 시에 나타난 힘으로 가중하여, 주어진 기하형상으로부터 예상되는 힘 및 상이한 층에서의 실제 부품의 변동을 결정한다.

적절한 경화 시간과 함께, 다양한 프린팅물의 지지물 특성을 변경하고 힘 및 부품 정확도에 대한 최상의 생성된 프린팅물을 찾음으로써 지지물의 적절한 양이 추정될 수 있다. 3D 프린팅 지지물은 원하는 물체의 일부가 아니지만, 프린팅 동안에 모델의 일부를 지지하기 위해 사용(예를 들어, 프린팅)된다. 이것은 프린팅이 종료되면 사용자가 구조물을 제거하는 추가 작업을 해야 한다는 것을 의미한다.

머신 러닝 알고리즘은 다양한 크기의 단순한 형상(예를 들어, 원형, 사각형, 링형)을 프린팅함으로써 시작할 수 있으며, 시스템은 해당 슬라이스(slice)에 대해 상이한 경화 시간에 따른 대응하는 힘을 측정한다. 다음에, 물체는 상이한 층에서 측정된다. 측정은 CMM(좌표 측정기), 3D 스캐너를 사용하거나 수작업으로 수행될 수 있다. 일단 측정되면, 시스템은 해당 데이터를 취하여, 해당 부품에 대해 적절한 경화 시간을 갖는 층 및 해당 층에 대응하는 힘을 결정한다. 각각의 형상 및 크기의 적절하게 경화된 층에 대한 평균 경화 시간이 저장되고 프린트를 시작하기 위한 기준치로서 사용된다.

3D 프린트의 많은 층은 각각 상이한 경화 시간을 필요로 하는 상이한 크기의 분리된 이미지를 포함할 수 있다. 또한, 시스템은 기준치 데이터를 사용하여 각각의 이미지에 대한 적절한 경화 시간을 결정한다. 그러면, 프린터는 각각의 이미지가 적절하게 경화되도록 한다. 다수의 방법으로 이를 실행할 수 있다. 첫 번째 방법은 광을 어둡게 하거나 그레이-스케일 이미지를 생성하여 짧은 경화 시간을 필요로 하는 섹션에 UV 출력을 감소시켜서 이러한 섹션의 경화 시간을 해당 슬라이스에 대해 가장 긴 경화 시간을 필요로 하는 가장 작은 섹션과 동일하게 만드는 것이다. 슬라이스의 모든 이미지가 적절하게 경화되도록 하는 다른 방법은 각각의 이미지가 적절한 경화 시간에 도달할 때 각각의 이미지를 단순히 블랙아웃(black out)하는 것이다.

크기의 큰 변동이 테스트되고 시스템이 충분히 낮은 오차 범위로 적절한 경화 시간의 양호한 추정치를 제시할 수 있게 된 후에, 시스템은 샘플 크기 사이의 임의의 크기에 대한 경화 시간 및 힘을 보간할 수 있어야 한다.

모델을 적절하게 경화할 것으로 예상되는 경화 시간 및 힘을 모두 알면, 시스템은 그 힘을 사용하여 경화 시간을 확인하고 업데이트할 수 있다. 예상보다 힘이 작으면 경화 시간이 증가될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.

많은 단순한 형상이 테스트된 후에, 시스템은 주어지는 거의 모든 형상의 결과를 예측할 수 있는 포인트까지 단순한 형상을 보다 복잡한 형상으로 조합해야 한다.

층 형상의 상부에서, 힘 프로파일은 이전 층에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 특히 큰 오버행(overhang)이다. 오버행의 경우에, 흡입 컵 효과(suction cup effect)로 인해 큰 힘이 생성될 수 있다. 시스템의 지능(intelligence)을 더욱 발전시키기 위해서는, 오버행 및 다른 특징들이 상이한 크기의 형상 및 오프셋에서 테스트되어야 한다.

오버행과 함께, 시스템은 프린팅물에 대한 적절한 지지물을 결정해야 한다. 적정 양의 지지물은 흡입 컵 효과를 감소시키고 분리하는 데 필요한 힘을 감소시키지만, 부품에 부착하면 부착된 곳에 흠(mar)을 남길 수 있다. 이것은 프린트 동안에 변경될 수 있는 변수가 아니며, 프린트를 시작하기 전에 결정되어야 하다. 따라서, 이것을 테스트하기 위해, 다양한 지지물 설정에 의한 프린팅물을 다양한 오버행에서 테스트하여, 각각의 오버행에 필요한 적절한 지지물을 결정한다. 지지물 설정은 지지물 밀도, 접촉 크기, 지지물 베이스 크기 및 지지물 각도를 포함한다. 각각의 프린트 후에, 프린팅물이 측정되고 힘과 비교되어 최상의 지지물 설정을 결정한다. 필요한 지지물은 프린팅물 기하형상에만 의존하며, 프린트 전체에 걸쳐 변경되는 온도 및 측정하기 어려운 다른 특성에 의해 영향을 받지 않으며, 그래서 이러한 변수는 프린트 전체에 걸쳐 모니터링 및 변경될 필요가 없고 따라서 기하형상이 어떻게 반응할지를 이해할 정도로 충분히 큰 데이터베이스를 이용하여 프린트를 시작하기 전에 용이하게 결정될 수 있다.

다른 옵션

이형 조립체는 분리 동안에 강성 이형 층을 진동시키도록 구성된 진동 액추에이터를 포함할 수 있다. 진동 액추에이터는 이형 층의 2개의 코너에 위치될 수 있다.

힘이 임계치 이상으로 유지되면, 빌드 플레이트의 리프트 속도가 감소될 수 있다. 그러나, 경화된 층이 이형 층으로부터 이형되면, 이것은 힘의 급격한 강하에 의해 검출되며, 이는 물체가 다음 경화 단계를 위한 준비로 이형 층으로부터 한층 두께만큼 이격되도록 프린터가 빌드 플레이트를 신속하게 위치시키게 유도한다.

분리 후에 빌드 플레이트의 상승과 이형 층의 상승이 동시에 일어날 수 있다. 빌드 플레이트는 빌드 플레이트의 상승 속도보다 빠르지 않은 속도로 상승하도록 구성될 수 있다. 둘 모두 함께 상승하면, 이후에 짜낼 필요가 있는 수지의 유입을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 이것은 접근 동안에 최근 프린팅된 물체에 인가되는 힘을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.

분리 동안에 빌드 플레이트의 상승이 일어날 수 있다. 이것은 분리 동안에 이형 층이 하강되어야 하는 거리를 감소시킬 수 있다.

이형 조립체는 추가 힘 측정이 수행될 때 진동을 일시중지하거나 중지하도록 구성될 수 있다.

이형 조립체는 빌드 플레이트에 연결된 힘 센서를 가질 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예 및 바람직한 사용예에 대해 설명 및 예시되었지만, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명의 전체 의도된 범위 내에서 변형 및 변경이 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

Claims (23)

1. 3D 프린터를 위한 이형 조립체 장치에 있어서,
   응고 가능한 수지를 수용하도록 구성되고, 이형 층을 갖는 배트로서, 상기 이형 층은 상기 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원으로부터 상기 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 상기 배트와,
   프린팅되는 물체를 지지하기 위한 빌드 플레이트를 포함하고 상기 이형 층에 대한 상기 물체의 위치를 제어하도록 구성된 구성 메커니즘과,
   상기 물체가 상기 이형 층에 대해 이동할 때 상기 물체에 인가되는 힘을 측정하도록 구성된 하나 이상의 힘 센서를 포함하는
   이형 조립체 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이형 조립체는 상기 이형 층이 2개의 축을 중심으로 틸팅하고 상하로 이동할 수 있게 하도록 구성된 다수의 직립 액추에이터를 포함하는 3-DoF 마운트를 포함하는
   이형 조립체 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   각각의 직립 액추에이터는 각각의 힘 센서 상에 장착되는
   이형 조립체 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 이형 조립체는 임의의 방향으로 측방향으로 상기 이형 층을 이동시키도록 구성된 다수의 액추에이터를 포함하는 슬라이딩-플로어 마운트를 포함하는
   이형 조립체 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 이형 조립체는 프레임을 포함하며, 상기 구성 메커니즘은 적어도 5 자유도로 상기 프레임에 대해 상기 이형 층을 이동시키도록 구성되는
   이형 조립체 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 이형 조립체는 프레임을 포함하며, 상기 구성 메커니즘은 6-DoF 마운트를 포함하고, 상기 6-DoF 마운트는 상기 프레임에 대한 상기 이형 층의 위치를 제어하도록 구성된 6개의 회전식 액추에이터를 포함하는
   이형 조립체 장치.
7. 제 7 항에 있어서,
   상기 6개의 회전식 액추에이터는 쌍으로 장착되고, 각 쌍의 액추에이터는 상기 힘 센서 중 하나를 통해 상기 프레임에 장착되는
   이형 조립체 장치.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 이형 조립체는 재현 가능한 상대 위치에서 상기 프레임에 대해 고정된 위치에 상기 이형 층을 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 상보적인 플랫폼-프레임 결합 부재를 갖는 플랫폼-프레임 로킹장치를 포함하는
   이형 조립체 장치.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 6-DoF 마운트는 탄성 마운트를 통해 상기 이형 층에 연결되는
   이형 조립체 장치.
10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배트와 상기 응고 에너지원은 강성 응고 유닛으로서 함께 결합되고, 상기 이형 조립체는 상기 응고 유닛을 상기 6-DoF 마운트에 해제 가능하게 로킹하도록 구성된 상보적인 플랫폼-유닛 결합 부재를 갖는 플랫폼-유닛 로킹장치를 포함하는
    이형 조립체 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구성 메커니즘은 상기 빌드 플레이트와 상기 이형 층이 서로를 향해 이동할 때 상기 이형 층이 상기 빌드 플레이트와 평행하지 않도록 상기 이형 층을 틸팅시키도록 구성된 액추에이터를 포함하는
    이형 조립체 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 측정된 힘에 기초하여 상기 이형 층을 향한 빌드 플레이트의 접근 속도를 조정하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구성 메커니즘은 상기 이형 층을 응고된 층으로부터 틸팅시켜서 분리하는 액추에이터를 포함하고, 상기 빌드 플레이트는 단일 축을 따라 견고하게 병진이동하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빌드 플레이트는 프린팅될 다음 층의 사전결정된 두께에 대응하는 양만큼 분리 후에 병진이동하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 층은 프린팅 위치로부터 이동하여 분리를 수행하고 분리 후에 프린팅 위치로 복귀하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 프린팅되는 층의 각 영역에 대해 경화 값을 할당하고, 상기 경화 값에 기초하여 각 영역에 인가되는 상기 응고 에너지원으로부터의 응고 에너지의 강도 및 지속시간 중 하나 이상을 조정하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 측정된 힘의 절대 값에 기초하여 상기 이형 층에 대한 상기 빌드 플레이트의 모션을 제어하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 힘이 낮은 임계 값 미만인 경우에 분리 속도를 증가시키도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 측정된 힘의 감소를 사전결정된 힘 강하율 임계치보다 높은 비율로 검출하는 것에 응답하여 상기 빌드 플레이트를 상기 이형 층으로부터 분리하는 것을 중지하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 측정된 힘의 감소를 이형 임계 값 미만으로 검출하는 것에 응답하여 상기 빌드 플레이트로부터 상기 이형 층을 분리하는 것을 중지하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는 상기 구성 메커니즘의 이전 거동에 기초하여 상기 구성 메커니즘을 제어하는 방법을 조정하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형 조립체는,
    시간의 함수로서 상기 힘 센서 각각의 측정된 힘에 대한 데이터, 각 층의 구성, 및 시간의 함수로서 상기 구성 메커니즘의 구성을 기록하고,
    사용되는 수지에 대한 정보와 연관지어 기록된 데이터를 저장하고,
    프린팅된 물체의 품질에 대한 피드백을 수신하고,
    프린팅 결함의 비율을 감소시키고 프린팅 속도를 증대시키기 위해 상기 구성 메커니즘이 측정된 힘에 응답하는 방법을 조정하도록 구성되는
    이형 조립체 장치.
23. 3D 프린터로부터의 프린팅되는 물체의 이형을 제어하는 방법에 있어서,
    프린팅되는 물체와 이형 층 사이의 수지 층을 경화시키는 것으로서, 상기 이형 층은 상기 이형 층과 접촉하는 응고 가능한 수지의 적어도 일부를 응고시키기 위해 응고 에너지원으로부터 응고 가능한 수지의 배트 내로 응고 에너지를 전달하도록 구성되는, 상기 수지 층을 경화시키는 것과,
    프린팅되는 물체를 이형하기 위해 상기 이형 층에 대해 상기 물체를 이동시키는 구성 메커니즘을 사용하는 것과,
    프린팅되는 물체가 상기 이형 층에 대해 이동할 때 프린팅되는 물체에 인가되는 힘을 측정하는 것과,
    측정된 힘에 기초하여 상기 구성 메커니즘을 제어하는 것을 포함하는
    프린팅되는 물체의 이형을 제어하는 방법.