WO2020138905A1 - 성형 장치 및 성형체의 제조 방법 - Google Patents

성형 장치 및 성형체의 제조 방법 Download PDF

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stage
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degreasing
laser
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나리마츠에이이치로
키노시타요시히로
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a molding apparatus and a method for manufacturing a molded body.
  • a photolithography method which is a three-dimensional molding method of a typical inorganic material, is disclosed in Japanese Patent No. 4800074 (Patent Document 1) and the like.
  • the molding apparatus includes a liquid tank for accommodating a liquid precursor in which inorganic particles are dispersed in a liquid photocurable composition, a stage provided so as to be liftable inside the liquid tank, and light for curing the photocurable composition from above the liquid tank It is equipped with a light source for irradiating.
  • the first layer is cured by setting the stage at a position slightly lower than the liquid precursor, and irradiating the liquid precursor positioned on the stage with a predetermined first layer pattern. After curing the precursor of the first layer according to a predetermined pattern, the uncured liquid precursor of the first layer is washed and removed (washing step). Next, curing of the second layer is performed just above the first layer by slightly lowering the stage and irradiating light with a predetermined second layer pattern. By repeating such an operation, the precursor is cured for each layer from the first layer to the uppermost layer, and a molded body having a predetermined three-dimensional shape composed of a plurality of layers is formed.
  • the obtained molded article is composed of a cured photocurable composition and inorganic particles dispersed therein.
  • degreasing of the photocurable composition is performed, and the organic material component in the molded body is removed (degreasing step).
  • sintering step by sintering the molded body made of the inorganic particles after degreasing at a high temperature, sintering of the inorganic particles in the molded body is performed (sintering step), thereby obtaining an inorganic material molded body having a predetermined three-dimensional shape.
  • a gap is formed in the molded body as much as the volume of the removed organic material component, and the entire molded body can be compressed by this gap by sintering, so that the dimensions of the finished molded body are assumed. It may be smaller than that, and as a result, there is a fear that the dimensional accuracy of the molded body may not satisfy the required quality.
  • defects such as cracks or breakage may occur in the molded body after sintering due to differences in the thermal expansion coefficient for each part of the molded body, and there is a concern that the quality of the molded body may not be secured. For this reason, the improvement of the quality of the molded object manufactured with a molding apparatus was calculated
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 4800074
  • An object of the present invention is to provide a molding apparatus capable of manufacturing a molded article containing an inorganic material with improved quality.
  • the first composition comprising an inorganic material to the stage intermittently or continuously supplying the first supply portion and the second composition comprising a support material for supporting the first composition stage
  • a supply unit having a second supply portion intermittently or continuously, an immobilization unit for immobilizing the second composition on the stage, a heating unit for applying heat on the stage to the first composition, and the first composition
  • control unit may control the first supply unit and the heating unit to repeat the molding cycle at least along the stage.
  • the said control unit may control the said 1st supply part and the said heating unit so that supply and heating of the said 1st composition is repeated at least in the same plane.
  • the said heating unit may contain the heat source for heat fixation configured to perform heat fixation at least on the said stage with respect to the said 1st composition supplied from the said 1st supply part.
  • the first composition may include an organic binder in which the inorganic material is dispersed, and the heating unit may further include a heat source for degreasing for degreasing the organic binder by applying heat to the first composition.
  • the control unit may control the heat source for degreasing so as to perform the degreasing before heat setting by the heat fixation heat source.
  • the immobilization unit may immobilize the first composition on the stage.
  • the molding apparatus of the above aspect may further include a removal unit for removing the second composition immobilized on the stage.
  • the support material may be decomposed at a temperature lower than that of the inorganic material when heated, and the removal unit may have a heating unit that decomposes the support material by heating the support material.
  • the removal unit may have a removal agent supply unit that supplies a removal agent that dissolves or decomposes the supporting material but does not substantially dissolve and decompose the inorganic material.
  • the inorganic material may be heat-set when heated to a temperature above the first temperature by the heating unit, and the supporting material is not decomposed at the first temperature in an oxygen-free atmosphere. No need. Further, the support material may be decomposed at the first temperature in the presence of oxygen.
  • the second composition may be a photocurable composition
  • the immobilization unit may include a light source that performs photocuring of the second composition
  • Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a molded body from a first composition comprising an inorganic material, the first supply step of intermittently or continuously supplying the first composition from the first supply section toward the stage, and the first A second supply step of intermittently or continuously supplying a second composition comprising a support material for supporting the composition from the second supply section toward the stage, and an immobilization step of immobilizing the second composition on the stage, and It comprises a heating step of applying heat to the first composition on the stage, the first supply step, and a molding cycle comprising the heating step is repeated, a method of manufacturing a molded body.
  • the molding cycle may be repeatedly performed at least along the stage.
  • the first supply step and the heating step may be repeatedly performed at least in the same plane.
  • the heating step may include a step of performing heat setting on the stage for the first composition supplied from the first supply part.
  • the method for producing a molded article of the above aspect may further include a curing step of curing the supplied first composition before the step of performing heat setting.
  • the method for producing a molded article of the above aspect may further include a degreasing step for degreasing the cured first composition after the curing step and before the heating step.
  • the method for producing a molded article of the above aspect may further include a removing step of removing the second composition immobilized on the stage.
  • the support material may be decomposed at a lower temperature than the inorganic material when heated, and the removing step may include a step of decomposing the support material by heating the support material.
  • the removing step may include a step of dissolving or decomposing the supporting material by supplying a removing agent that dissolves or decomposes the supporting material but does not substantially dissolve and decompose the inorganic material.
  • the heating step may be performed under an oxygen-free atmosphere so that the supporting material is not substantially decomposed, and the removing step may include a step of decomposing the supporting material by exposing the supporting material to oxygen.
  • control unit the supply unit and the heating unit so that the molded body is formed into a three-dimensional shape by the inorganic material based on previously input three-dimensional shape data of the molded body. You may control.
  • FIG. 1 is a schematic front view showing a molding apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a system configuration of a molding apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a method of manufacturing a molded body by the molding apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic front view showing the molding apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of a system configuration of a molding apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a view showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic front view showing the molding apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of a system configuration of a molding apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus of the third embodiment.
  • XX' means'at least based on XX', and includes cases based on other elements in addition to XX.
  • the term "based on XX" is not limited to the case where XX is directly used, but also includes a case based on calculation or processing performed on XX.
  • 'XX' is an arbitrary element (for example, arbitrary information).
  • the x-direction and the y-direction are directions parallel to the horizontal plane.
  • the y-direction is a direction that intersects (for example, approximately orthogonal) the x-direction.
  • the z direction is a direction parallel to the vertical direction, and is substantially orthogonal to the x direction and the y direction.
  • FIGS. 1 to 5 is a view showing the molding apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the molding apparatus 1 can manufacture a three-dimensional molded body (molded body) made of an inorganic material.
  • the term'inorganic material' refers to any material other than an organic material, and is composed of a metal simple substance, an alloy, a metal element, and a nonmetal element (for example, a metal oxide or metal nitride, metal salt, etc.), and a nonmetal element. And compounds (for example, boron nitride, etc.).
  • the forming apparatus 1 includes a chamber 10, a stage 11, a supply unit 12, an immobilization unit 14, a heating unit 16, an information acquisition unit 18, and removal A unit 20 and a control unit 22 (see FIG. 2) are provided.
  • the chamber 10 has a housing accommodating each component of the forming apparatus 1. Each component of the shaping device 1 housed inside the chamber 10 can be isolated from the outside environment.
  • the internal pressure of the chamber 10 can be changed by a vacuum pump 10a connected to the chamber 10.
  • the atmosphere inside the chamber 10 may be replaced with an inert gas such as nitrogen or argon or any other gas.
  • the stage 11 is a flat plate disposed along a horizontal plane (ie, parallel to the xy plane).
  • the thickness direction of the stage 11 is substantially parallel to the z direction.
  • the stage 11 can be moved at least in the z direction by the stage movement mechanism 11a.
  • the stage movement mechanism 11a is, for example, a lock-and-pinion type actuator driven by a motor (not shown).
  • the arrangement of the stage 11 is not necessarily limited to the above example.
  • the stage 11 may be disposed along a plane intersecting the horizontal plane.
  • the supply unit 12 has a first ejector (first supply part) 30 and a second ejector (second supply part) 32 spaced apart from the stage 11 and disposed above the stage 11. .
  • the first ejector 30 and the second ejector 32 are movable at least in the x direction and the y direction by the first ejector movement mechanism 34 and the second ejector movement mechanism 36, respectively.
  • the first ejector movement mechanism 34 and the second ejector movement mechanism 36 are, for example, articulated arms driven by a motor (not shown).
  • the first ejector 30 is filled with the first composition P1.
  • the second ejector 32 is filled with the second composition P2.
  • the first ejector 30 and the second ejector 32 may eject the first composition P1 and the second composition P2 intermittently or continuously toward the stage 11, respectively.
  • the discharge amount of the first discharger 30 and the second discharger 32 (for example, the volume of one drop when the first composition P1 or the second composition P2 is discharged intermittently) or the discharge speed is It is properly adjustable.
  • the first composition P1 discharged by the first ejector 30 is, for example, a fluid containing inorganic particles Pa and a binder Pb.
  • the first composition P1 is prepared by dispersing the inorganic particles Pa in the binder Pb.
  • the first composition P1 is filled in the first ejector 30 while the inorganic particles Pa are dispersed in the binder Pb.
  • the inorganic particles Pa of the first composition P1 are used to form the final molded body.
  • the second composition P2 discharged by the second ejector 32 is, for example, a fluid containing a curable support material Ps.
  • the supporting material Ps of the second composition P2 is a sacrificial material used to form a supporting structure that supports the inorganic particles Pa during the molding operation.
  • the support structure formed of the support material Ps can be used to manufacture a molded body having a space therein, a molded body having a complicated three-dimensional shape, or the like.
  • the inorganic particles Pa are particles made of any inorganic material such as metal, oxide, nitride, oxynitride, carbide, hydroxide, carbonate, phosphorus oxide, or a combination thereof.
  • the material of the inorganic particles Pa is not particularly limited.
  • metals examples include aluminum, titanium, iron, copper, stainless steel, and nickel chrome steel.
  • oxides include silicon dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, iron oxide, zinc oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, and barium titanate.
  • nitrides examples include silicon nitride, aluminum nitride, titanium nitride, iron nitride, and the like.
  • oxynitride examples include silicon oxynitride, aluminum oxynitride, and the like.
  • carbides examples include silicon carbide, titanium carbide, boron carbide, and zirconium carbide.
  • hydroxide examples include magnesium hydroxide, iron hydroxide, and hydroxyapatite.
  • Examples of the carbonate include calcium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, and lithium carbonate.
  • phosphates examples include iron phosphate, manganese phosphate, and calcium phosphate.
  • the binder Pb of the first composition P1 and the support material Ps of the second composition P2 include, for example, a photocurable composition that is cured by receiving light of a specific wavelength (for example, ultraviolet light).
  • the photocurable composition contains, for example, a radically polymerizable monomer or a cationic polymerizable monomer and a photopolymerization initiator.
  • the radically polymerizable monomer is, for example, a (meth)acrylic monomer.
  • the cationic polymerizable monomer is, for example, an epoxy compound or a cyclic ether compound.
  • the photopolymerization initiator is, for example, a radical photopolymerization initiator such as acetophenone.
  • a photopolymerization initiator is a cationic photopolymerization initiator, such as an onium salt, for example.
  • the binder Pb and the support material Ps may contain the same type of photocurable composition, or may include other types of photocurable composition.
  • the content rate of the inorganic particles Pa in the first composition P1 is, for example, 30% to 90% by weight, preferably 40% to 80% by weight, and more preferably 50% to 70% by weight.
  • the first composition P1 may contain, in addition to the inorganic particles Pa and the binder Pb, optional additives such as stabilizers, dispersants, and fillers.
  • the 2nd composition P2 may also contain arbitrary additives, such as a stabilizer, a dispersing material, and a filler, besides the support material Ps.
  • the landing surface where the compositions P1 and P2 are discharged and landed from the first ejector 30 and the second ejector 32, respectively, is a substrate 11 supported by the stage 11, the stage 11, or the like, the stage 11 ) Or any other first composition P1 or second composition P2 immobilized or solidified on a substrate, or any other surface such as a material film.
  • the case where the ejected compositions P1 and P2 land on the stage 11 is mainly described, but the following description also applies to the case where the compositions P1 and P2 land on different landing surfaces, such as the surfaces of other compositions P1 and P2. to be.
  • a description is also collectively referred to as a'stage' including a description when a substrate is placed on a stage.
  • the “direction along the stage” means a direction along a surface (the upper surface of the stage 11 in FIG. 1) opposite to the ejector for discharging the composition among the surfaces of the stage, and is orthogonal to the stage.
  • the "direction to be made” means a direction orthogonal to a surface facing the ejector for discharging the composition among the surfaces of the stage.
  • the immobilization unit 14 immobilizes the ejected compositions P1 and P2 on the stage 11. For example, when the compositions P1 and P2 contain a photocurable composition, the immobilization unit 14 irradiates light (for example, ultraviolet light) to a specific position where the compositions P1 and P2 on the stage 11 are present. . Thereby, the immobilization unit 14 can apply photostimulation to the compositions P1 and P2 on the stage 11 to cure the photocurable composition contained in the compositions P1 and P2.
  • 'fixed' means that the position is substantially unchanged when no external force is applied.
  • the immobilization unit 14 includes a first LED (light emitting diode) 40 and a second LED (light source) 42 as light sources.
  • the 1st LED 40 and the 2nd LED 42 are arrange
  • the first LED 40 and the second LED 42 are movable at least in the x-direction and/or the y-direction by the first LED moving mechanism 44 and the second LED moving mechanism 46, respectively, For example, it can be rotated about the z-axis, and can be rotated in a plane parallel to the z-axis.
  • the LED moving mechanisms 44 and 46 change the irradiation position of the LEDs 40 and 42 by changing the arrangement (for example, direction and position) of the LEDs 40 and 42, respectively.
  • the LED moving mechanisms 44 and 46 are, for example, multi-joint arms driven by a motor (not shown).
  • the configuration of the LEDs 40 and 42 is not limited to the above example.
  • at least one of the LEDs 40 and 42 may irradiate light from the side or the lower side of the stage 11.
  • the LED moving mechanisms 44 and 46 are omitted, and the arrangement of the LEDs 40 and 42 is permanently fixed, and the irradiation light may be scanned on the stage 11 using, for example, a lens or a reflector.
  • the LED moving mechanisms 44 and 46 may be used in combination with a lens or a reflector.
  • the components of the immobilization unit 14 are not limited to LEDs, and any element capable of irradiating light such as a laser may be used.
  • Light irradiation may be performed on the stage 11 locally for spots having a size of about 1 drop to several drops of the compositions P1 and P2, or may be performed for a part of the stage 11 or the whole.
  • the LED is only in one of the x-direction and the y-direction. It's enough if you can move.
  • LEDs 40 and 42 capable of performing light irradiation on the entire stage 11
  • LED moving mechanisms 44 and 46 LEDs 40 and 42, such as lenses and reflectors The component controlling the light irradiation position of is unnecessary.
  • the heating unit 16 applies heat locally to a specific position on the stage 11, for example, by irradiating a hot wire. Thereby, the heating unit 16 can perform degreasing of the first composition P1 immobilized on the stage 11 or sintering or melt-solidifying the inorganic material contained in the first composition P1.
  • the term'sintering' refers to bonding of the solid particles by heating the solid particles of the inorganic material (eg, a powder such as a metal oxide or a metal nitride) to a temperature below the melting point of the inorganic material.
  • melting solidification means that the solid particles of an inorganic material (for example, particles such as metal or alloy) are heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the inorganic material, and then the solid particles are melted, followed by natural cooling or the like. It means to solidify the alloy particles.
  • sintering and melt solidification are collectively referred to as'thermal fixation'.
  • the heating unit 16 includes a degreasing laser (heat source for degreasing) 50 and a laser for thermal fixation (heat source for thermal fixation) 52 as a heat source.
  • the degreasing laser 50 and the thermal fixation laser 52 are arranged above the stage 11 away from the stage 11.
  • the degreasing laser 50 can be moved at least in the x-direction and the y-direction by the degreasing laser movement mechanism 54, and can be rotated, for example, about the z-axis and also rotated in a plane parallel to the z-axis. It is possible.
  • the heat setting laser 52 can be moved at least in the x direction and the y direction by the heat setting laser moving mechanism 56, and can be rotated about, for example, the z axis, and is a plane parallel to the z axis. You can rotate within.
  • the degreasing laser movement mechanism 54 and the heat setting laser movement mechanism 56 are, for example, multi-joint arms driven by a motor (not shown).
  • the degreasing laser 50 heats the first composition P1 to, for example, 200°C to 800°C, preferably 300°C to 500°C, by performing laser irradiation on the first composition P1, so that the first composition P1 Can be degreased.
  • the laser for thermal fixation 52 performs a laser irradiation on the first composition P1, thereby heating the first composition P1 to, for example, 500°C to 4000°C, preferably 1000°C to 3000°C, to obtain the first composition.
  • Heat setting of P1 can be performed.
  • the heating temperature is not limited to this, and may be appropriately changed depending on the type of the inorganic particles Pa or the binder Pb included in the first composition P1.
  • both degreasing and heat setting may be performed using a single laser.
  • the output of the single laser may be changed in the degreasing step and the heat setting step, and the degreasing step is omitted, and the degreasing and heat setting are performed by heating the first composition P1 to the heat setting temperature at once with the single laser. You may do it at once.
  • the components of the heating unit 16 are not limited to lasers, and any element capable of local heating such as an electron beam device may be used. Moreover, heating is not limited to heating from above, For example, local heating may be performed from below.
  • the information acquisition unit 18 monitors the state of the compositions P1 and P2 on the stage 11 and acquires the information of the compositions P1 and P2.
  • the information acquisition unit 18 includes, for example, a photographing apparatus 70 spaced apart from the stage 11 and disposed above the stage 11.
  • the information acquisition unit 18 performs imaging of the compositions P1 and P2 on the stage 11 by the imaging device 70.
  • the information acquisition unit 18 is based on the captured image, and the landing position and timing of the compositions P1 and P2 discharged toward the stage 11, and the sizes of the compositions P1 and P2 already located on the stage 11, Information about the geometrical state of the position, etc., furthermore, the appearance of the compositions P1 and P2 (for example, the state of thermal contraction of the first composition P1) is acquired.
  • the imaging device 70 is movable at least in the x-direction and/or the y-direction by the imaging device moving mechanism 72, and is rotatable about a z-axis, for example, and rotates in a plane parallel to the z-axis It is possible.
  • the imaging device moving mechanism 72 is, for example, a multi-joint arm driven by a motor (not shown).
  • the arrangement of the imaging device 70 is not limited to the above example, and one or a plurality of imaging devices 70 may be arranged on the side of the stage 11 or the like.
  • the components of the information acquisition unit 18 are not limited to the imaging device 70, and may be a vibration detection device or a heat detection device provided on the stage 11, or irradiated with radiation or ultrasound on the stage 11.
  • a radiation analysis device for example, an X-ray diffraction device or an energy dispersive X-ray analysis device
  • an ultrasonic analysis device for observing the state of the stage surface may be used, or these may be used in combination.
  • the removal unit 20 removes at least a portion of the second composition P2 (support material Ps) on the stage 11.
  • the removal unit 20 has, for example, a heating device 80 and a laser 82 for removal.
  • the heating device 80 can extensively decompose the supporting material Ps on the stage 11 by heating all or part of the interior of the chamber 10.
  • the removal laser 82 can locally decompose the supporting material Ps by, for example, irradiating laser light to the supporting material Ps to be removed and applying heat.
  • the configuration of the removal unit 20 is not limited to the above example.
  • only one of the heating device 80 and the removal laser 82 may be used, a plurality of removal lasers 82 may be provided, and other heating means such as heating means for heating the stage 11 These may be provided and these may be used in combination.
  • the control unit 22 receives input data such as three-dimensional shape data of the molded body to be manufactured, and controls each component of the molding apparatus 1.
  • the control unit 22 is realized, for example, by a processor such as a central processing unit (CPU) or a graphics processing unit (GPU). The operation of the control unit 22 will be described later.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a system configuration of the molding apparatus 1 of the first embodiment.
  • the input unit 90 receives input data of a molded object to be manufactured and transmits the input data to the control unit 22.
  • the information acquisition unit 18 acquires the information of the compositions P1 and P2 on the stage 11 using the imaging device 70, and transmits the information to the control unit 22.
  • the information includes, for example, the position or size, shape, and thermal shrinkage of the compositions P1 and P2 already located on the stage 11.
  • the information acquisition unit 18, for example, by the imaging device 70, landing information of the compositions P1 and P2 on the stage 11 (for example, landing position and timing of the compositions P1 and P2) Can also be acquired.
  • the control unit 22 is based on the input data from the input unit 90, information obtained from the information acquisition unit 18, and the like, and the position on the stage 11 to which the compositions P1 and P2 are to be discharged next (hereinafter referred to as'discharge') Position.) Next, the stage 11 to irradiate each of the first LED 40, the second LED 42, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 respectively. Determine each location of the top (hereinafter referred to as the'irradiation location').
  • the control unit 22 controls the stage moving mechanism 11a so that the stage 11 moves to an appropriate position, and also the ejectors 30, 32, and LED 40 , 42), the discharger moving mechanism (34, 36), the LED moving mechanism (44), the second LED moving mechanism (46), so that the degreasing laser (50), and the heat setting laser (52) are in an appropriate arrangement.
  • the degreasing laser movement mechanism 54 and the thermal fixation laser movement mechanism 56 are controlled.
  • control unit 22 controls the ejectors 30 and 32 to eject appropriate amounts of the compositions P1 and P2 at an appropriate timing based on input data, information from the information acquisition unit 18, and the like.
  • LED 40, 42, degreasing laser 50, and thermal fixation laser 52 respectively, to irradiate light for curing binder Pb or laser light for degreasing and heat setting at appropriate timing Control.
  • control unit 22 is based on the input data, information from the information acquisition unit 18, or the like, the position on the stage 11 to be photographed next with the imaging device 70 (hereinafter referred to as the "shooting position") ). Based on these photographing positions, the control unit 22 controls the photographing apparatus moving mechanism 72 so that the photographing apparatus 70 has an appropriate arrangement. In addition, the control unit 22 controls the imaging device 70 so as to acquire information by imaging at an appropriate timing.
  • control unit 22 should remove the second composition P2 next, based on input data or information from the information acquisition unit 18 (for example, image data by the imaging device 70, and the like).
  • the position on the stage 11 (hereinafter referred to as the “removal position”) can be determined. Based on this position, the control unit 22 controls the removal laser movement mechanism 84 so that the removal laser 82 is in an appropriate arrangement, and is heated to an output suitable for removing the second composition P2.
  • the heating device 80 and the removal laser 82 are controlled so as to be performed.
  • control unit 22 obtains the supply unit 12, the immobilization unit 14, the heating unit 16, and the information based on the state of the compositions P1 and P2, which have already been immobilized and fixed on the stage 11 Feedback control of the unit 18 and the removal unit 20 can be performed.
  • the control unit 22 detects such a positional shift based on image data from the imaging device 70 and the like, and the discharge position or immobilization unit 14 of the compositions P1 and P2 to be discharged next. And the irradiation position of the heating unit 16 and the like.
  • each control by the control unit 22 is not limited to the above example.
  • the control unit 22 does not need to perform feedback control for some or all of the components.
  • 3 and 4 are views showing an example of a method of manufacturing a molded body by the molding apparatus 1 of the first embodiment.
  • Fig. 3 shows a series of processes (a) to (f) from ejection of the first composition P1 in the production method to heat setting.
  • attention is paid to the first composition P1, and the second composition P2 is not shown.
  • the first composition P1 is discharged from the first ejector 30 toward the stage 11.
  • thermally solidified body C which has already been thermally cured, and inorganic particles Da to Dd wrapped with a cured binder B are formed.
  • discharge of the first composition P1 is sequentially performed from the left side (-x direction) to the right side (+x direction) of the drawing. That is, as the process progresses, the first ejector 30, the first LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 move in the +x direction with respect to the stage 11 do.
  • the discharged first composition P1 lands next to the inorganic particles Dd.
  • the information acquisition unit 18 acquires the landing position and timing of the first composition P1.
  • the binder Pb of the discharged first composition P1 wraps the inorganic particles De(Pa) and has fluidity.
  • the first LED 40 of the immobilization unit 14 irradiates light of a wavelength suitable for curing the binder Pb.
  • the binder Pb containing the photocurable composition is cured to form part of the cured binder B.
  • the inorganic particles De contained in the discharged first composition P1 are fixed on the stage 11.
  • the degreasing laser 50 of the heating unit 16 irradiates laser light near the inorganic particles Da, and heats the binder B.
  • the degreasing is performed near the inorganic particle Da which is somewhat distant from the immobilized inorganic particle De, the position where immobilization of the first composition P1 is performed, and the position where degreasing (and heat setting) is performed immediately thereafter.
  • the distance between can be determined according to various conditions such as the properties of the first composition P1, the ejection speed, and the intensity of the laser 50 for degreasing.
  • the position at which degreasing is performed may be the same as the position at which immobilization of the first composition P1 is performed (that is, the vicinity of the inorganic particle De immobilized immediately before).
  • the binder B in the vicinity of the inorganic particles Da is degreased by the degreasing laser 50, and the inorganic particles Da are exposed.
  • the laser 52 for thermal fixation of the heating unit 16 irradiates laser light near the boundary between the thermal fixation body C and the inorganic particle Da, and heats the thermal fixation body C and the inorganic particle Da. Thereby, heat setting occurs between the heat setting body C and the inorganic particles Da.
  • the inorganic particles Da are integrated into the thermally-solidified body C by thermally-solidifying the thermally-solidified body C and the inorganic particle Da.
  • the control unit 22 also considers the state of heat shrinkage of the first composition P1 on the stage 11 on the basis of image data on the stage 11 received from the information acquisition unit 18, etc.
  • the discharge position of P1 and the irradiation position of the immobilization unit 14 and the heating unit 16 are determined, or both.
  • the first ejector moving mechanism 34, the first LED moving mechanism 44, the degreasing laser moving mechanism 54, and the thermal fixation laser moving mechanism 56 The first ejector 30, the first LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 are moved in the +x direction with respect to the stage 11 (here, the first LED ( 40), the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 are not shown).
  • the moving direction and the moving distance are changed depending on the place where the first composition P1 should be discharged next.
  • the next ejection position is right next to the inorganic particle De (see Fig. 3(f)).
  • a section in which the first composition P1 is not discharged may exist between the inorganic particles De and the next discharge position.
  • the first ejector 30, the first LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser (52) is slightly moved along the y-direction, and the above process is again performed from one end of 10 to the other along the x-direction.
  • the above process is again performed from one end of 10 to the other along the x-direction.
  • the method of moving the first ejector 30, the first LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 with respect to the stage 11 is not limited to this.
  • the process may be performed along the y direction rather than the x direction.
  • the molding process of the second composition P2 is also basically performed in the same flow as in FIG. 3. However, for the second composition P2, immobilization by the second LED 42 is performed, while degreasing and thermal fixation are not performed. That is, according to FIG. 3, when the second composition P2 is discharged from the second ejector 32 toward the stage 11, it is included in the supporting material Ps of the second composition P2 by light irradiation of the second LED 42 The resulting photocurable composition is cured, whereby the second composition P2 (support material Ps) is immobilized on the stage 11.
  • the second ejector moving mechanism 36 and the second LED moving mechanism (46) moves the second ejector (32) and the second LED (42) in the +x direction, respectively.
  • a support structure S (see Fig. 4) for supporting the inorganic material is formed.
  • FIG. 4 shows a series of processes (a) to (j) of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 1.
  • a method of forming the molded bodies one layer at a time from bottom to top will be described as an example, but the manufacturing method of the molded body is not limited to this example.
  • the first composition P1 is discharged from the first ejector 30 toward the stage 11.
  • the first LED 40 is irradiated with light to the discharged first composition P1.
  • the binder Pb of the first composition P1 becomes a cured binder B, and the first composition P1 is fixed on the stage 11.
  • the immobilized first composition P1 is heated by the degreasing laser 50, so that the binder B of the first composition P1 is degreased.
  • the first composition P1 which is degreased is heated by the laser 52 for thermal fixation, whereby heat setting of the first composition P1 is performed.
  • This series of processes consisting of ejection, immobilization, degreasing, and heat setting of the first composition P1 is repeated.
  • the heat-solidified body C is formed in the portion formed of the inorganic material of the first composition P1 in the first layer of the molded body by repeating the above process.
  • the second composition P2 containing the supporting material Ps is supplied from the second ejector 32 to the portion of the first layer of the molded body that finally becomes a space where no material is present.
  • the second LED 42 irradiates the discharged second composition P2.
  • the support material Ps of the second composition P2 is cured by light irradiation from the second LED 42 to form the support structure S, and the second composition P2 is immobilized on the stage 11 have. This series of processes consisting of ejection and immobilization of the second composition P2 is repeated.
  • the support structure S is formed in the portion of the first layer of the molded body that is a space where no material is present by repeating the above process.
  • the first composition P1 is discharged, immobilized, degreased, and thermally fixed again.
  • the first composition P1 is supplied to the portion formed of the inorganic material of the first composition P1 in the second layer of the molded body, fixed, degreased, and thermally solidified.
  • the first composition P1 supplied in the vicinity of the support structure S was fixed only by the binder B cured by the first LED 40, but no degreasing or thermal fixation was performed. This is because, when heating to a temperature of degreasing or heat setting in the vicinity of the support structure S, decomposition of the general photocurable composition constituting the support structure S may occur.
  • the second composition P2 is supplied from the second ejector 32 to the portion of the second layer of the molded body that is a space where no material is present.
  • the second LED 42 irradiates the discharged second composition P2.
  • a support structure S is formed in a portion of the second layer of the molded body that is a space where no material is present. Subsequently, a third layer is formed similarly to the second layer.
  • a third layer made of the first composition P1 and the second composition P2 is formed on the second layer.
  • degreasing and heat setting of the first composition P1 were not performed in the vicinity of the support structure S.
  • a fourth layer is formed.
  • the fourth layer is formed entirely of the inorganic material of the first composition P1.
  • a fourth layer made of the first composition P1 is formed on the third layer.
  • degreasing and heat setting of the first composition P1 were not performed in the vicinity of the support structure S.
  • heat treatment by the heating device 80 of the removal unit 20 or the laser 82 for removal is performed.
  • a molded body M of an inorganic material having a space is formed.
  • the molding apparatus 1 a molded body having a space therein or a molded body having a complicated three-dimensional shape can be produced.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 1 of the first embodiment.
  • the control unit 22 sets the initial discharge position and irradiation position based on the input data of the three-dimensional molded body received from the input unit 90. Decide (S1002). Next, the control unit 22, based on the determined discharge position and irradiation position, the first ejector moving mechanism 34 to move the first ejector 30 and the first LED 40 in an appropriate arrangement ) And the first LED moving mechanism 44 (S1004 ).
  • the control unit 22 instructs the first ejector 30 to eject the first composition P1 toward the stage 11 (S1006).
  • the information acquisition unit 18 detects the landing of the first composition P1 (S1008).
  • the information acquisition unit 18 detects the landing position and timing of the first composition P1 by continuously or regularly photographing on the stage 11 by the imaging device 70 and performing image comparison. .
  • control unit 22 instructs the first LED 40 to irradiate light for immobilizing the landed first composition P1 on the stage 11 (here, for curing the binder Pb) (S1010). .
  • the binder Pb containing the photocurable composition is cured, and the first composition P1 is fixed on the stage 11.
  • the control unit 22 determines whether or not to degrease and heat fix the first composition P1 (S1012). For example, the control unit 22 determines whether or not the support structure S in which the supporting material Ps of the second composition P2 is cured is present in the vicinity of the irradiation position of the degreasing laser 50 and the thermal fixation laser 52. , Based on the input data or the actual photographing data by the photographing apparatus 70, the determination is made. When it is determined that the supporting structure S is present in the vicinity of the irradiation position, the control unit 22 determines that degreasing and heat setting of the first composition P1 are not performed (S1012: NO), and the flow returns to S1002. In S1002, the control unit 22 is based on the input data or the information acquired by the information acquisition unit 18 (for example, the shooting data of the stage 11 acquired by the imaging device 70), and then The discharge position and irradiation position are determined.
  • the control unit 22 determines that degreasing and heat setting of the first composition P1 are performed (S1012:YES). In this case, the control unit 22, based on the irradiation position determined in S1002, the degreasing laser moving mechanism 54 and the degreasing laser 50 and the thermal fixation laser 52 to move in an appropriate arrangement, The laser moving mechanism 56 for thermal fixation is instructed (S1014).
  • the control unit 22 instructs the degreasing laser 50 to irradiate laser light for degreasing the binder Pb of the first composition P1 on the stage 11 (S1016).
  • the irradiation position of the degreasing laser 50 may be the same as the irradiation position of the first LED 40, and as described with reference to FIG. 3, the irradiation of the first LED 40 where the first composition P1 was immobilized immediately before Other positions may be some distance from the position.
  • the control unit 22 instructs the laser 52 for thermal fixation so as to irradiate laser light for performing thermal fixation of the inorganic particles Pa of the first composition P1 on the stage 11 (S1018).
  • the irradiation position of the thermal fixation laser 52 may be the same as the irradiation position of the degreasing laser 50, or may be a different position to some extent.
  • the control unit 22 is a portion formed of the first composition P1 in the first layer based on the input data or information of the first composition P1 on the stage 11 acquired by the information acquisition unit 18 It is determined whether or not molding is completed (S1020). When it is determined that molding of the portion formed of the first composition P1 in the first layer has not been completed (S1020:NO), the flow returns to S1002. That is, the control unit 22 determines the discharge position to discharge the first composition P1 next, based on the information of the composition P on the stage 11 acquired by the information acquisition unit 18, The irradiation positions of the first LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 are determined. Thereafter, the molding process of discharging, immobilizing, degreasing, and heat setting of the first composition P1 described so far is performed again.
  • the next discharge position is determined by an arbitrary method.
  • the next discharge position as described above, first goes from one end of the stage 11 along the x direction to the other end, then slightly advances in the y direction, and again from the one end of 10 along the x direction to the other end, Go back a little in the y direction again... ... It may be determined in the same order as above, or may be determined based on the distance from the current position of the first ejector 30.
  • the control unit 22 discharges the second composition P2 based on the input data of the molded body.
  • the position and the irradiation position of the second LED 42 are determined (S1022).
  • the control unit 22 based on the determined discharge position and irradiation position, the second ejector moving mechanism 36 to move the second ejector 32 and the second LED 42 in an appropriate arrangement ) And the second LED moving mechanism 46 (S1024 ).
  • control unit 22 instructs the second ejector 32 to eject the second composition P2 toward the stage 11 (S1026).
  • the information acquisition unit 18 detects the landing of the second composition P2 by the imaging device 70 or the like (S1028).
  • control unit 22 instructs the second LED 42 to irradiate light for immobilizing the landed second composition P2 on the stage 11 (here, for curing the support material Ps) (S1030) ).
  • the support material Ps containing the photocurable composition is cured, and the second composition P2 is immobilized on the stage 11.
  • the control unit 22 in view of the input data, of the portion formed of the second composition P2 of the first layer (that is, the portion of the first layer of the molded body is finally a space where no material is present) It is determined whether or not molding is complete (S1032). When it is determined that molding of the portion formed of the second composition P2 in the first layer has not been completed (S1032: NO), the flow returns to S1022. That is, the control unit 22 determines the discharge position to discharge the second composition P2 next, based on information such as the second composition P2 on the stage 11 acquired by the information acquisition unit 18. In addition to determining, the irradiation position of the second LED 42 is determined. Thereafter, a molding process called ejection and immobilization of the second composition P2 is performed again.
  • control unit 22 determines that the formation of the first layer is completed (S1034).
  • the control unit 22 determines whether there is a second composition P2 to be removed from the stage 11 at the present time in light of the input data or the like (S1036). When it is determined that the second composition P2 to be removed is present at present (S1036: YES), the control unit 22 instructs the removal unit 20 to remove the second composition P2 to be removed (S1038). For example, when it is determined that all the second composition P2 in the chamber 10 should be removed, the control unit 22 heats the entire interior of the chamber 10 to a temperature at which the second composition P2 decomposes. Device 80.
  • control unit 22 moves the removal laser moving mechanism ( 84), the laser 82 for removal may be directed to irradiate laser light toward the second composition P2 to be removed.
  • the control unit 22 in light of the input data, It is determined whether or not formation of the entire molded body is completed (S1040). When it is determined that the formation of the molded body is not completed (S1040: NO), the control unit 22 moves the stage 11 in the z direction (for example, to descend by one layer in the z direction) The movement mechanism 11a is instructed (S1042). Thereafter, the flow returns to S1000, and formation of the second layer is started.
  • the molding apparatus 1 repeats the molding cycle including the steps S1002 to S1018 of position control, ejection, immobilization, degreasing, and heat setting for the first composition P1, and also for the second composition P2.
  • the molding cycle including each step S1022 to S1030 of position control, ejection, and immobilization, each layer of the three-dimensional molded body is formed, and this layer formation is repeated from the first layer to the final layer, thereby forming the three-dimensional molded body Can form.
  • the term'molding cycle' means a series of processes repeated to produce a molded body, which is composed of two or more steps (for example, a discharge step and a heat setting step).
  • 'repeating' means that it is performed at least twice continuously or intermittently, and includes, for example, a case where another process is interposed between one repeating unit and the next repeating unit.
  • the order or number of times of each step may be arbitrarily changed, or any other steps may be added.
  • the movement of the first LED 40 may be performed after the discharge of the first composition P1 (S1006), or the movement of the second LED 42 may be performed after the discharge of the second composition P2 (S1026). do.
  • the timing of information acquisition by the information acquisition unit 18 is not limited when determining the discharge position and irradiation position, and information acquisition may be performed at any timing.
  • the molding cycle can be repeated at least along stage 11.
  • following the stage' means'following the side opposite to the ejector ejecting the composition from each side of the stage'.
  • 'repeating at least along the stage' means that a plurality of molding cycles are performed along the stage, regardless of whether the molding cycle is repeated along the direction crossing the stage.
  • the position at which the forming cycle is performed corresponds to a position at which the ejected composition lands and a position at which heat setting occurs, for example, when the forming cycle includes a discharge step and a heat setting step.
  • the molding cycle is performed along the stage' means, for example, when the molding cycle includes a discharge step and a heat setting step, a position where the composition lands in a plurality of molding cycles and a position where heat setting occurs. Means is following the stage.
  • the above molding cycle can be repeated in the same plane.
  • 'repeating in the same plane' means that four or more molding cycles sufficient to define a plane in a three-dimensional space are repeated on the plane.
  • first, ejection, immobilization, degreasing, and heat setting of the first composition P1 are performed once, and after the layer formation of the first composition P1 is completed, ejection, immobilization of the second composition P2, Degreasing and heat setting are performed, but each treatment of the first composition P1 and the second composition P2 can be performed in any order.
  • the treatment (discharging, immobilization, degreasing, or heat setting) of the second composition P2 may be performed before the layer formation of the first composition P1 is completed.
  • the treatment of the first composition P1 and the second composition P2 may be performed in parallel.
  • the molding cycle including the supply of the first composition P1 and the heat setting of the first composition P1 is repeatedly performed. That is, the heat setting of the 1st composition P1 is performed locally, and even after a heat setting operation is performed, the next 1st composition P1 is further supplied.
  • the immobilization of the first composition P1 hardening of the binder Pb
  • degreasing of the binder Pb degreasing of the binder Pb
  • thermal solidification of the inorganic particles Pa are sequentially performed so as to follow the supply of the first composition P1 from the supply unit 12. Therefore, these processes can be subdivided.
  • the degreasing step is subdivided and degreasing is performed on a small amount of the first composition P1, compared to the case where degreasing is performed on the entire molded body after performing three-dimensional molding of a binder in which inorganic particles are dispersed as in the conventional photolithography method. , It is possible to suppress that the binder Pb is removed for each degreasing operation, and the decomposition components of the binder Pb and the binder Pb remain in the molded body.
  • the finished molded body may shrink as much as the gap, but degreased as in the present embodiment.
  • the supply of the first composition P1 is continuously performed, so that the gap can be filled with the next first composition P1, and it is possible to suppress such shrinkage.
  • the heat setting step is subdivided, and heat setting is performed on a small amount of the first composition P1, compared with the case where the heat setting is performed on the entire degreased molded body once subjected to three-dimensional molding as in the conventional photolithography method. It is possible to suppress the occurrence of cracks or breakage of the heat-solidified body due to the difference in the coefficient of thermal expansion for each part of. Even if cracks due to thermal expansion and thermal contraction occur, since the first composition P1 is continuously supplied, these defects can be filled by the next first composition P1, and it is possible to suppress the adverse effects of these defects. By controlling the ejection of the first composition P1 in a feedback manner based on the result of the heat setting, it is possible to manufacture a solid molded body having a desired shape and size.
  • the molded object containing an inorganic material with improved quality can be produced.
  • the second composition P2 containing the support material Ps separately from the first composition P1 it becomes possible to use a support structure made of the support material Ps.
  • a support structure made of the support material Ps.
  • molding apparatus 1 is equipped with the 1st LED 40 and the 2nd LED 42 as the immobilization unit 14, and the degreasing laser 50 as the heating unit 16. And a laser 52 for thermal fixation.
  • a photocurable composition was used as the supporting material Ps of the binder Pb of the first composition P1 and the second composition P2, but the binder Pb and the supporting material Ps are not limited thereto.
  • a thermosetting composition such as phenol resin or polyurethane is employed, and as a component of the immobilization unit 14, a heat source (for example, a laser) for curing the thermosetting resin instead of LED is used.
  • a heat source for example, a laser
  • the binder Pb made of a thermosetting resin and the supporting material Ps are cured with heat from a heat source, whereby the first composition P1 and the second composition P2 are fixed on the stage 11.
  • thermoplastic composition such as polyethylene or polyethylene terephthalate is employed as the binder Pb and the supporting material Ps, and the first composition P1 and the second composition P2 are heated in advance, so that the binder Pb and the supporting material Ps are melted.
  • the binder Pb made of the thermoplastic resin and the supporting material Ps are naturally cooled on the stage 11, so that the first composition P1 and the second composition P2 are fixed on the stage 11.
  • the removal unit 20 including the heating device 80 and the removal laser 82 is used, in order to remove the support structure S, the degreasing laser 50 or the thermal fixation laser ( 52) may be used. In this case, the removal unit 20 can be omitted.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the support material is removed by the removal agent.
  • the structures other than those described below are the same as in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing the molding apparatus 101 according to the second embodiment.
  • 7 is a block diagram showing an example of a system configuration of the molding apparatus 101 of the second embodiment.
  • molding apparatus 101 which concerns on 2nd Embodiment is the chamber 110, the stage 111, the supply unit 112, the immobilization unit 114, the heating unit 116, and information acquisition A unit 118, a removal unit 120, and a control unit 122 (see FIG. 6) are provided.
  • the supply unit 12 of the first embodiment is a first ejector 30 for ejecting a first composition P1 containing inorganic particles Pa and a binder Pb and a second composition P2 for containing a photocurable composition.
  • the supply unit 112 includes a first ejector 130 for ejecting a first composition P1' comprising the first inorganic particles Pa1' and a first binder Pb1', And a second ejector 132 for ejecting the second composition P2' comprising the second inorganic particles Pa2' and the second binder Pb2'.
  • the first ejector 130 ejects the first composition P1' intermittently or continuously toward the stage 111.
  • the second ejector 132 ejects the second composition P2' intermittently or continuously toward the stage 111.
  • the first ejector 130 and the second ejector 132 are movable by the first ejector movement mechanism 134 and the second ejector movement mechanism 136, respectively.
  • the first composition P1' and the second composition P2' are filled in the first ejector 130 and the second ejector 132, respectively, with inorganic particles Pa1' and Pa2' dispersed in the binders Pb1' and Pb2'. do.
  • the 1st composition P1' is a fluid containing the 1st inorganic particle Pa1' and the 1st binder Pb1' which form a molded object like the 1st composition P1 of 1st Embodiment, for example.
  • the first inorganic particles Pa1 are the same as the inorganic particles Pa of the first embodiment, for example, any inorganic material such as metal, oxide, nitride, oxynitride, carbide, hydroxide, carbonate, phosphorus oxide, or a combination thereof It is made of particles.
  • the second composition P2' is, for example, a fluid comprising a second inorganic particle Pa2' and a second binder Pb2' different from the first inorganic particle Pa1'.
  • the material obtained by heating the second inorganic particle Pa2' or the second inorganic particle Pa2' may have high solubility in a solvent such as water or high reactivity in a reagent such as acid. That is, the second composition P2' is a composition that can be removed by adding a remover such as water or acid after heat setting.
  • the temperature at which the second inorganic particles Pa2' decomposes is higher than the temperature for performing thermal fixation of the first inorganic particles Pa1', for example.
  • the first binder Pb1' includes, for example, a photocurable composition that is cured by receiving light of a specific wavelength (for example, ultraviolet light) in the same manner as the binder Pb of the first embodiment.
  • the second binder Pb2' also includes a photocurable composition.
  • the photocurable composition of the first binder Pb1' and the photocurable composition of the second binder Pb2' may be the same or different.
  • the second LED 42 of the immobilization unit 14 of the first embodiment immobilizes the supporting material Ps of the second composition P2
  • the second LED 142 of the immobilization unit 114 is the second composition P2
  • the second composition P2' is immobilized on the stage 111 by curing the'second binder Pb2'.
  • the heating unit 116 comprises a first degreasing for the first composition P1', whereas the heating unit 16 of the first embodiment includes a single degreasing laser 50 and a single heat setting laser 52. It includes a laser 150 and a first thermal fastening laser 152, a second degreasing laser 154 for the second composition P2', and a second thermal fastening laser 156.
  • the first degreasing laser 150 and the first-row high-resolution laser 152 are both irradiated with the first composition P1' to heat the first composition P1', thereby degreasing the first composition P1' and Heat condensation is performed.
  • Both the second degreasing laser 154 and the second thermal fixation laser 156 are laser irradiated to the second composition P2' to heat the second composition P2', thereby degreasing the second composition P2' and Heat condensation is performed.
  • the first degreasing laser 150, the first thermal fixation laser 152, the second degreasing laser 154, and the second thermal fixation laser 156 are respectively the first degreasing laser moving mechanism 158. ), the first heat setting laser moving mechanism 160, the second degreasing laser moving mechanism 162, and the second heat fixing laser moving mechanism 164 are movable.
  • the removal unit 20 of the first embodiment has a heating device 80 and a laser 82 for removal
  • the removal unit 120 is used for removing the second composition P2' (for example, dissolving or It has a remover feeder 180 that supplies a remover (eg, water or acid) for decomposition.
  • the remover feeder 180 moves the remover toward a predetermined position to remove the second composition P2', for example, when the second composition P2' as a support material becomes unnecessary during or after the molding operation. Can be sprayed.
  • the remover feeder 180 is appropriately movable by the remover feeder movement mechanism 182.
  • the first composition P1' is not substantially dissolved in the remover supplied by the remover feeder 180, and is not substantially decomposed by the remover.
  • substantially insoluble' and'substantially insoluble' mean that 90% by weight or more remains without causing dissolution or decomposition when immersed in the removal agent for 1 minute.
  • the configuration of the remover feeder 180 is not limited to the above example.
  • the remover feeder 180 may supply a reactive gas that decomposes the second composition P2'.
  • the remover feeder 180 may be a water or acid bath provided inside or outside the chamber 110. In this case, after the molding operation is completed without removing the second composition P2' functioning as the supporting material, the obtained formed body (including the supporting material) is immersed in the bath to remove the second composition P2' as the supporting material. Can be.
  • control unit 122 (see FIG. 7) is based on the information of the first composition P1' and the second composition P2' acquired by the information acquisition unit 118, and the supply unit ( 112, feedback control of the immobilization unit 114, the heating unit 116, the information acquisition unit 118, and the removal unit 120 can be performed.
  • control unit 122 instructs the remover feeder movement mechanism 182 to move the remover feeder 180 to an appropriate arrangement, if necessary, and removes the second composition P2' on the stage 111.
  • the remover feeder 180 can be instructed to supply (eg, water or acid).
  • FIG. 8 is a view showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus 101 of the second embodiment, and a series of processes (a) to (k) of the method for producing a molded article by the molding apparatus 101 are shown. Shows.
  • FIGS. 8(a) to 8(c) The process of FIGS. 8(a) to 8(c) is substantially the same as in FIGS. 4(a) to 4(c). That is, in FIG. 8(a), the first composition P1' is discharged from the first ejector 130 toward the stage 111, and light irradiation of the first composition P1' by the first LED 140 is performed. Is done.
  • the first binder Pb1' of the first composition P1' is photocured to become the first binder B1', and the immobilized first composition P1' is attached to the first degreasing laser 150.
  • the first binder B1' is degreased and the first inorganic particles Pa1' are thermally fixed by the first thermal fixation laser 152.
  • a heat-solidified body C' is formed in a portion of the first layer of the molded body formed of the inorganic material of the first composition P1'.
  • the second composition P2' is discharged from the second ejector 132 toward the stage 111, and light is irradiated by the second LED 142.
  • the second binder Pb2' of the second composition P2' is cured by light irradiation to become the second binder B2'.
  • the second binder B2' was degreased by the second degreasing laser 154 and the second inorganic particles Pa2' were thermally consolidated by the second thermal fixation laser 156. Is done.
  • a support structure S'in which the second composition P2' is heat-solidified is formed. Subsequently, a series of processes, such as discharging, immobilizing, degreasing, and heat setting, are repeated for the second composition P2', similar to the first composition P1'.
  • the support structure S' is formed in the portion of the first layer of the molded body that is a space where no material is present by repeating the above process.
  • the first composition P1' is discharged, immobilized, degreased, and thermally fixed again.
  • the first composition P1' is supplied to the portion formed of the inorganic material of the first composition P1' in the second layer of the molded body, fixed, degreased, and thermally solidified.
  • the first embodiment as shown in Fig. 4(f), in order to suppress the decomposition of the support structure S, in the vicinity of the support structure S, degreasing and thermal fixation of the first composition P1 are not performed.
  • the second embodiment since the temperature at which the supporting structure S'of the second composition P2' decomposes is higher than the temperature at which degreasing and thermal setting of the first composition P1' is performed, the first composition P1' is supplied.
  • Degreasing and heat setting can be performed for all the first compositions P1' supplied on the stage 111, regardless of whether or not is near the support structure S'.
  • the second composition P2' is supplied from the second ejector 132 to the portion of the second layer of the molded body where the material does not exist, and the second LED By (42), light irradiation to the second composition P2' is performed.
  • the support structure S' is formed in a portion of the second layer of the molded body that is a space where no material is present. Subsequently, in FIG. 8(i), a third layer composed of the first composition P1' and the second composition P2' is formed in the same way as the second layer. In Fig. 8(j), a fourth layer formed entirely of the inorganic material of the first composition P1' is formed.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 101 of the second embodiment.
  • the flow of the method for manufacturing a molded article according to the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment, except that an inorganic material that is chemically removable by a removing agent is used as a support material.
  • S2000 to S2010 in FIG. 9 correspond to S1000 to S1010 in FIG. 5.
  • the control unit 22 determines whether or not to degrease and heat fix the first composition P1 (S1012).
  • the degreasing and heat setting of the first composition P1' can also be performed in the vicinity of the support structure S', so the determination step S1012 in the first embodiment can be omitted. .
  • the heating unit 116 here, the first degreasing laser 150
  • the first row high-resolution laser 152 are also moved (S2004).
  • the movement timings of the first degreasing laser 150 and the first thermal fixation laser 152 are not limited to the above examples, and may be performed after irradiation of the first LED 140, for example.
  • a degreasing step (S2012) and a heat setting step (S2014) are performed. Thereafter, the control unit 122 is formed of the first composition P1 of the first layer based on the input data or the information of the first composition P1' on the stage 111 acquired by the information acquisition unit 118. It is determined whether or not molding of the part is completed (S2016). The molding cycle (S2002 to S2016) of the first composition P1' is repeated until it is determined that molding of the portion formed of the first composition P1 of the first layer is completed.
  • the second composition P2' is also subjected to a degreasing step (S2028) and a heat setting step (S2030). It is the same as 1st Embodiment except this point.
  • control unit 122 determines that the formation of the first layer is completed (S2034).
  • the control unit 122 determines whether there is a second composition P2' to be removed from the stage 111 at the present time (S1036).
  • the control unit 122 instructs the remover feeder 180 to supply the remover toward the second composition P2' (S2038). .
  • the control unit 122 In light of the input data, It is determined whether or not the entire molded body is formed (S2040). The subsequent flow is the same as in the first embodiment.
  • the above removal steps may be omitted.
  • the molded body may be taken out of the chamber 110 and placed in a bathtub, or may be placed in a bathtub inside the chamber 110.
  • degreasing and heat setting can be performed even in the vicinity of the support structure S', so the advantages described with respect to the molding apparatus 1 according to the first embodiment are explained in the first embodiment. You can enjoy it more. That is, in the first embodiment, the degreasing and heat setting of the first composition P1 in the vicinity of the support structure S can be collectively performed later, so the degreasing process and the heat setting process in the vicinity of the support structure S are not sufficiently subdivided. In some cases, in the second embodiment, all the degreasing steps and the heat setting step of the first composition P1' can be subdivided. Thereby, compared with the first embodiment, it is possible to further suppress the shrinkage of the molded body due to the voids generated by the degreasing of the binder, and further suppress the occurrence of cracks or breakage of the hot solidified body.
  • the first composition P1' and the second composition P2' there are one LED, a laser for degreasing, and a laser for thermal fixation (ie, as a whole, an LED, a laser for degreasing, and thermal fixation). Although two lasers are installed), some of them may be omitted. That is, both the first composition P1' and the second composition P2' may be immobilized using a single LED, and similarly, the first composition P1' and the second composition P2 can be obtained by a single degreasing laser or a single thermal fixation laser. The degreasing and heat setting of both of 'may be performed.
  • the support material is different from the first embodiment in that it is an organic material having high heat resistance.
  • the structures other than those described below are the same as in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a view showing the molding apparatus 201 according to the third embodiment.
  • 11 is a block diagram showing an example of a system configuration of the molding apparatus 201 of the third embodiment.
  • molding apparatus 201 which concerns on 3rd embodiment acquires the chamber 210, the stage 211, the supply unit 212, the immobilization unit 214, the heating unit 216, and information. It has a unit 218, a removal unit 220, and a control unit 222 (see Fig. 11).
  • the supporting material Ps of the first embodiment is a material that decomposes at the degreasing temperature and the heat setting temperature of the first composition P1
  • the second composition P2" is the first composition P1" under an oxygen-free atmosphere.
  • Support material Ps" which does not decompose at the degreasing temperature and heat setting temperature of.
  • the support material Ps" decomposes at the degreasing temperature and heat setting temperature of the first composition P1" in the presence of oxygen.
  • an oxygen-free atmosphere means a state in which the oxygen in the atmosphere does not substantially affect the operational effect of the invention, for example, the supporting material Ps at the heat setting temperature of the first composition P1" Includes a state in which an amount of oxygen is present to support the thermal solidified body of the first composition P1".
  • the oxygen concentration in an oxygen-free atmosphere is 0% by volume to 0.1% by volume, preferably 0% by volume to 0.05% by volume, and more preferably 0% by volume to 0.01% by volume.
  • the presence of oxygen' refers to a state in which an amount of oxygen is present, such that combustion of a general organic material occurs at a high temperature of about 300°C to 500°C.
  • the support material Ps" is, for example, an engineering plastic having high heat resistance such as an omni-directional polyamide-based resin (aramid resin).
  • the support material Ps" is a poly-m-phenyleneisophthalamide.
  • the internal pressure of the chamber 210 can be changed by the vacuum pump 210a connected to the chamber 210.
  • the atmosphere inside the chamber 210 may be replaced with a gas (eg, an inert gas such as nitrogen or argon) accommodated in the gas cylinder 210b.
  • a gas eg, an inert gas such as nitrogen or argon
  • the flow rate of the gas from the gas cylinder 210b and the like can be controlled by the flow rate control unit 210c.
  • a plurality of types of gas may be supplied to the chamber 210 as necessary.
  • the support material Ps" that satisfies the above conditions has thermoplasticity, so in the third embodiment, the immobilization unit 214 replaces the second LED 42 of the first embodiment instead of the melting laser ( 242.
  • the melting laser 242 can be appropriately moved by the melting laser moving mechanism 246.
  • the melting laser 242 is irradiated with a laser beam to the support material Ps" which is a thermoplastic composition,
  • the supporting material Ps" can be heat-melted. Thereafter, the supporting material Ps" is naturally cooled on the stage 211, so that the second composition P2" is immobilized on the stage 211.
  • the immobilization unit 214 The configuration of is not limited to the above example, and may be appropriately changed depending on the nature of the supporting material Ps".
  • FIG. 12 is a view showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus 201 according to the third embodiment, and a series of processes (a) to (j) of the method for producing a molded article by the molding apparatus 201 are shown. Shows.
  • FIGS. 12(a) to 12(e) The process of FIGS. 12(a) to 12(e) is substantially the same as FIGS. 4(a) to 4, except that the laser 242 for melting is used instead of the LED for immobilization of the second composition P2".
  • the first composition P1" is discharged from the ejector 230 and fixed by the LED 240 (FIG. 12(a)), the degreasing laser 250 and the thermal fixation laser ( Degreasing and heat setting are performed by 252) (Fig. 12(b)).
  • the second composition P2" is discharged from the melting laser 242 (Fig. 12(c)).
  • the second composition P2" is once melted by the melting laser 242, then solidified by natural cooling, and immobilized on the stage 211 to form the support structure S". Discharge of the second composition P2" And the immobilization is repeated (FIG. 12(d)), so that a first layer consisting of the heat-solidified body C" and the support structure S" is formed. Next, formation of the second layer is started, and ejection and immobilization of the first composition P1" constituting the second layer are performed (Fig. 12(e)).
  • the first composition P1" is supplied to the portion formed of the inorganic material of the first composition P1" in the second layer of the molded body, fixed, degreased, and thermally solidified.
  • the first embodiment as shown in Fig. 4(f), in order to suppress the decomposition of the support structure S, in the vicinity of the support structure S, degreasing and thermal fixation of the first composition P1 are not performed.
  • the first composition is similar to the second embodiment.
  • Degreasing and heat setting can be performed for all the first compositions P1" supplied on the stage 211, regardless of whether the position where P1" is supplied is in the vicinity of the support structure S".
  • the support structure S" in the vicinity of the first composition P1" may be once melted, but as described above, the support structure S" decomposes under an oxygen-free atmosphere. Since it does not, it solidifies again by natural cooling.
  • the second composition P2" is supplied from the second ejector 232 to the portion of the second layer of the molded body where the material does not exist, and the fusion laser The melting of the second composition P2" is performed by (242).
  • a support structure S" is formed in a portion of the second layer of the molded body that is a space where no material is present. Subsequently, in Fig. 12(h), as in the second layer, A third layer consisting of the first composition P1" and the second composition P2" is formed. In Fig. 12(i), a fourth layer formed entirely of the inorganic material of the first composition P1" is formed.
  • the heating device 280 of the removal unit 220 or the laser for removal ( The heating treatment by 282) is performed. Since the supporting structure S" has high heat resistance in an oxygen-free atmosphere, and has lower heat resistance than in an oxygen-free atmosphere in the presence of oxygen, the supporting structure S" is subjected to heat treatment in the presence of oxygen. It is possible to remove, whereby a molded body M" of an inorganic material having a space as shown in Fig. 12(j) is obtained.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 201 according to the third embodiment.
  • the LED is used to fix the second structure P2" and to remove the support structure S" by changing the atmosphere inside the chamber 210.
  • the point of using the melting laser 242 is different.
  • oxygen-freeization is performed inside the chamber 210 (S3000).
  • the control unit 222 instructs the vacuum pump 210a or the flow control unit 210c to replace the inside of the chamber 210 with an inert gas.
  • S3002 formation of the first layer is started (S3002).
  • the layer formation of the first composition P1" is performed in the same manner as in the first embodiment.
  • S3004 to S3018 in Fig. 13 correspond to S1002 to S1020 in Fig. 5.
  • the flow advances to the layer formation of the second composition P2" (S3020 to S3030).
  • S3020 to S3030 in FIG. 13 correspond to S1022 to S1032 in FIG. 5, except that the melting laser 242 is used instead of the LED 42 to fix the second composition P2".
  • control unit 222 determines that formation of the first layer is completed (S3032).
  • control unit 222 determines whether or not formation of the entire molded body has been completed (S3034). When it is determined that formation of the entire molded body has not been completed (S3034: NO), the control unit 222 instructs the stage moving mechanism 211a to move the stage 211 in the z-direction (S3036). Thereafter, the flow returns to S3002, and formation of the second layer is started.
  • the control unit 222 when it is determined that the formation of the entire molded body is completed (S3034: YES), the control unit 222, for example, introduces an atmosphere into the interior of the chamber 210, a vacuum pump (210a) or flow control unit (210c) In addition, the heating device 280 or the laser 282 for removal is instructed to heat the support structure S" to be removed (S3038). The support structure S" is thereby removed, so that a molded body having a desired shape is obtained. Is obtained.
  • the molding apparatus 201 as in the second embodiment, degreasing and heat setting can be performed even in the vicinity of the support structure S", so that the degreasing of the binder is compared to that of the first embodiment. Moreover, it is possible to further suppress the shrinkage of the molded body caused by the voids generated, and to further suppress the occurrence of cracks or breakages of the heat-solidified body, and in the third embodiment, unlike the second embodiment, the second Since it is not necessary to perform degreasing and heat setting of the composition P2", it is possible to simplify the configuration and molding operation of the molding apparatus 201 as compared with the second embodiment. Thereby, three-dimensional molding with improved degree of freedom can be executed at a lower cost and at a higher speed.
  • the stage moves in the x-direction or y-direction, so that the next composition is discharged, but the molding process is not limited to this.
  • the stage may be moved before the degreasing step, and discharge or immobilization of the next composition may be performed in parallel with degreasing or heat setting.
  • the discharge of the next composition may be performed in parallel with the immobilization of the composition.
  • the laser for degreasing and the laser for thermal fixation are irradiating laser light to the same area, but the irradiation positions of these are not necessarily the same.
  • the irradiation position of the thermal fixation laser is set to be a certain distance (for example, about 1 mm) from the irradiation position of the degreasing laser, even if the irradiation of the thermal fixation laser is controlled to follow the irradiation by the degreasing laser. do.
  • the operation of the molding apparatus can be stabilized by temporarily fixing the composition on the stage using an LED or a laser for melting before the degreasing step, for example, omitting this fixing step, and landing the composition on the stage When is detected, the laser for degreasing may be irradiated to degrease the binder.
  • the immobilization unit and the heating unit are provided as separate components, but it is also possible to use, for example, a degreasing laser or a heat setting laser of the heating unit as a light source for curing the photocurable composition in the composition. .
  • a degreasing laser or a heat setting laser of the heating unit as a light source for curing the photocurable composition in the composition.
  • the discharge position of the discharger and the irradiation position of the immobilization unit and the heating unit are determined by the control unit, and their arrangement may be changed.
  • the timing of determining and disposing the discharge position and the irradiation position is not limited to this.
  • the control unit determines the ejection position of the ejector and the irradiation position of the immobilization unit and the heating unit at any timing, and changes the arrangement of these at any timing to the ejector movement mechanism, LED movement mechanism, and laser movement for degreasing. Instruments, and a laser moving mechanism for heat setting.
  • the ejection position and the irradiation position are determined based on the information acquired by the information acquisition unit, but without using such information, the ejection of the composition and each step are executed according to a sequence of preset ejection positions and irradiation positions You may work.
  • the irradiation timing of the immobilization unit or the heating unit is determined based on the information acquired by the information acquisition unit, but without using such information, the timing at which the ejector actually performs ejection, the density of the composition, the ejection amount, The irradiation timing of the immobilization unit or the heating unit may be determined based on the distance between the ejector and the stage.
  • the control unit determines the next discharge position and the irradiation position for each molding cycle, but the control unit continuously moves at a constant speed in a predetermined direction, for example, in the first ejector and the second ejector.
  • the first ejector and the second ejector may be ejected or not, and the presence or absence of degreasing or heat setting may be determined.
  • the first composition and the second composition have been discharged until then, but at a position determined to have not been properly degreased or thermally fixed. Therefore, it is possible to further perform discharge or thermal fixation.
  • the process in which the stage is lowered stepwise in the z-direction to form the molded body one layer from below was described, but it is not necessary to perform the molding in units of layers.
  • the ejector, the immobilization unit, and the heating unit it is also possible to mold the molded body by stacking the composition on the stage without moving the stage in the z direction.
  • the ejector, the immobilization unit, and the heating unit may be movable in the z direction by the ejector movement mechanism, the LED movement mechanism, the laser movement mechanism for degreasing, and the laser movement mechanism for thermal fixation.
  • the ejector, the immobilization unit, and the heating unit are moved based on the determined ejection position and irradiation position, but instead of moving the ejector, immobilization unit, and heating unit, in the x-direction and y-direction Therefore, the stage may be moved. That is, the positions of the ejector, the immobilization unit, and the heating unit may be fixed, and the stage may be moved in the x, y, and z directions. Alternatively, the stage, the ejector, the immobilization unit, and the heating unit may all be movable in the x direction and the y direction.
  • inorganic material inorganic particles Pa, Pa1', Pa
  • two or more types of inorganic materials may be used.
  • the number of supply means such as a discharger, immobilization means such as an LED, and heating means such as a degreasing laser or a heat setting laser may also be appropriately changed.
  • an ejector is used as a feeder for supplying the composition, but the feeder is not limited thereto.
  • the feeder is not limited thereto.
  • a fine arm mechanism that can be placed anywhere on the stage while maintaining the composition by adsorption by physical gripping or magnetic action may be used as a feeder. do.
  • the inorganic particles are dispersed in a binder as a composition containing inorganic particles such as the first composition P1, but the composition of the composition is not limited thereto.
  • the composition of the composition is not limited thereto.
  • the immobilization unit has a laser for melting instead of an LED, and the organic coating of the ejected composition can be melted with a melting laser and solidified by natural cooling, so that the composition can be fixed on the stage.

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Abstract

품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있는 성형 장치를 제공한다. 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급부 및 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급부를 갖는 공급 유닛과, 상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛과, 상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 유닛과, 상기 제1 조성물의 공급과 가열을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록, 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 성형 장치를 제공한다.

Description

성형 장치 및 성형체의 제조 방법
본 발명은 2018년 12월 25일에 일본특허청에 제출된 일본 특허 출원 제2018-240883의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 성형 장치 및 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 임의의 입체 형상을 갖도록 금속이나 금속 산화물 등의 무기 재료의 조형을 행하기 위한, 주형을 이용하지 않는 3차원 조형법이 개발되고 있다.
대표적인 무기 재료의 3차원 조형법인 광조형법이, 일본 특허 제4800074호 공보(특허 문헌 1) 등에 개시되어 있다. 광조형법에서는, 성형 장치는, 액체상의 광경화성 조성물에 무기 입자가 분산된 액상 전구체를 수용하는 액조와, 액조의 내부에서 승강 가능하게 설치된 스테이지와, 액조의 상측으로부터 광경화성 조성물을 경화시키기 위한 광을 조사하는 광원을 구비한다.
액상 전구체의 액면보다 약간 낮은 위치에 스테이지를 세팅하고, 스테이지 상에 위치하는 액상 전구체에 대해서 소정의 제1층 패턴으로 광을 조사함으로써, 제1층의 경화가 행해진다. 제1층의 전구체를 소정의 패턴에 따라 경화시킨 후, 제1층의 경화되어 있지 않은 액상 전구체가 세정 제거된다(세정 공정). 다음에, 스테이지를 약간 강하시켜, 소정의 제2층 패턴으로 광을 조사함으로써, 제1층의 바로 위에서 제2층의 경화가 행해진다. 이러한 조작을 반복함으로써, 제1층부터 최상층까지 층마다 전구체의 경화가 행해져, 다수의 층으로 이루어지는 소정의 입체 형상을 갖는 성형체가 형성된다.
얻어진 성형체는, 경화된 광경화성 조성물 및 거기에 분산된 무기 입자로 이루어지는 것이다. 이 성형체에 대해서 용매 추출이나 가열 처리를 행함으로써, 광경화성 조성물의 탈지가 행해져, 성형체 중의 유기 재료 성분이 제거된다(탈지 공정). 또한, 탈지 후의 무기 입자로 이루어지는 성형체를 고온 소성함으로써, 성형 체 중의 무기 입자의 소결이 행해져(소결 공정), 소정의 입체 형상을 갖는 무기 재료 성형체가 얻어진다.
그러나, 이 광조형법에서는, 입체 형상이 복잡해지면, 세정 공정이 곤란해짐과 더불어, 세정 공정에 요하는 시간도 증대하고, 형상에 따라서는 충분한 세정이 불가능한 경우도 있어, 그 결과 성형체의 품질 저하가 발생할 우려가 있다. 또, 탈지 공정에서는, 특히 입체 형상이 복잡한 경우, 유기 재료 성분이나 그 분해 성분을 충분히 제거하지 못하여, 성형체 중에 잔류하는 경우가 있어, 이러한 불충분한 제거에 기인하여 성형체의 품질 저하가 발생할 우려가 있다. 또, 탈지에 의해 유기 재료 성분을 제거함으로써, 제거된 유기 재료 성분의 체적분만큼 성형체 중에 간극이 생겨, 소결에 의해 성형체 전체가 이 간극분만큼 압축될 수 있으므로, 완성된 성형체의 치수가 상정한 것보다 작아지는 경우가 있어, 그 결과 성형체의 치수 정밀도가 요구 품질을 만족하지 못하게 될 우려가 있다. 또한, 소결 공정에서는, 성형체의 부위마다의 열팽창률의 차 등에 기인하여, 소결 후에 성형체에 균열이나 파손등의 결함이 생기는 경우가 있어, 성형체의 품질이 확보되지 않을 우려가 있다. 이 때문에, 성형 장치에 의해 제조되는 성형체의 품질의 향상이 요구되고 있었다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
특허 문헌 1 : 일본 특허 제4800074호 공보
본 발명은, 품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있는 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급부 및 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급부를 갖는 공급 유닛과, 상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛과, 상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 유닛과, 상기 제1 조성물의 공급과 가열을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록, 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 성형 장치이다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 제1 조성물의 공급과 가열을 적어도 동일 평면 내에서 반복하여 행하도록 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 가열 유닛은, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함해도 된다. 또한, 상기 제1 조성물은, 상기 무기 재료가 분산된 유기 바인더를 포함해도 되고, 상기 가열 유닛은, 상기 제1 조성물에 열을 가함으로써 상기 유기 바인더의 탈지를 행하는 탈지용 열원을 더 포함해도 되고, 상기 제어 유닛은, 상기 열 고결용 열원에 의한 열 고결 전에 상기 탈지를 행하도록 상기 탈지용 열원을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 고정화 유닛은, 상기 제1 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화해도 된다.
상기 양태의 성형 장치는, 상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 유닛을 더 구비해도 된다. 또한, 상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되어도 되고, 상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 가열부를 가져도 된다. 혹은, 상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급하는 제거제공급부를 가져도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 무기 재료는, 상기 가열 유닛에 의해 제1 온도 이상의 온도까지 가열되었을 경우에 열 고결되어도 되고, 상기 지지 재료는, 무산소 분위기하에서는, 상기 제1 온도에 있어서 분해되지 않아도 되다. 또한, 상기 지지 재료는, 산소 존재하에서는, 상기 제1 온도에 있어서 분해되어도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제2 조성물은, 광경화성 조성물이어도 되고, 상기 고정화 유닛은, 상기 제2 조성물의 광경화를 행하는 광원을 포함하해도 된다.
본 발명의 다른 양태는, 무기 재료를 포함하는 제1 조성물로부터 성형체를 제조하는 방법으로서, 상기 제1 조성물을 제1 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급 단계와, 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 제2 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급 단계와, 상기 제2 조성물을 상기 스테이지상에서 고정화하는 고정화 단계와, 상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 단계를 포함하고, 상기 제1 공급 단계와, 상기 가열 단계를 포함하는 성형 사이클이 반복되는, 성형체의 제조 방법이다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 성형 사이클이 적어도 상기 스테이지를 따라 반복 실행되어도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 공급 단계와, 상기 가열 단계가 적어도 동일 평면 내에서 반복하여 실행되어도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 가열 단계는, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 열 고결을 행하는 공정을 포함해도 된다. 또한, 상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 열 고결을 행하는 상기 공정 전에, 공급된 상기 제1 조성물을 경화시키는 경화 단계를 더 포함해도 된다. 또한, 상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 상기 경화 단계 후이며 상기 가열 단계 전에, 경화된 상기 제1 조성물의 탈지를 행하는 탈지 단계를 더 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 단계를 더 포함해도 된다. 또한, 상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되어도 되고, 상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 공정을 포함해도 된다. 혹은, 상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급함으로써, 상기 지지 재료의 용해 또는 분해를 행하는 공정을 포함해도 된다. 혹은, 상기 가열 단계는, 상기 지지 재료가 실질적으로 분해되지 않도록 무산소 분위기하에서 실행되어도 되고, 상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 산소에 노출시켜, 상기 지지 재료를 분해시키는 공정을 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 제어 유닛은, 사전에 입력된 성형체의 3차원 형상 데이터에 의거하여, 상기 무기 재료에 의해 상기 성형체가 3차원 형상으로 형성되도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
도 1은, 제1 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 2는, 제1 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3은, 제1 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 제1 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 제1 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 제2 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 7은, 제2 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 8은, 제2 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 제2 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 제3 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 11은, 제3 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 12는, 제3 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은, 제3 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
[부호의 설명]
1, 101, 201 : 성형 장치
10, 110, 210 : 챔버
10a, 110a, 210a : 진공 펌프
11, 111, 211 : 스테이지
11a, 111a, 211a : 스테이지 이동 기구
12, 112, 212 : 공급 유닛
14, 114, 214 : 고정화 유닛
16, 116, 216 : 가열 유닛
18, 118, 218 : 정보 취득 유닛
20, 120, 220 : 제거 유닛
22, 122, 222 : 제어 유닛
30, 130, 230 : 제1 토출기(제1 공급부)
32, 132, 232 : 제2 토출기(제2 공급부)
34, 134, 234 : 제1 토출기 이동 기구
36, 136, 236 : 제2 토출기 이동 기구
40, 140 : 제1 LED
42, 142 : 제2 LED(광원)
44, 144 : 제1 LED 이동 기구
46, 146 : 제2 LED 이동 기구
50, 250 : 탈지용 레이저(탈지용 열원)
52, 252 : 열 고결용 레이저(열 고결용 열원)
54, 254 : 탈지용 레이저 이동 기구
56, 256 : 열 고결용 레이저 이동 기구
70, 170, 270 : 촬영 장치
72, 172, 272 : 촬영 장치 이동 기구
80, 280 : 가열 장치
82, 282 : 제거용 레이저
84, 284 : 제거용 레이저 이동 기구
90, 190, 290 : 입력부
150 : 제1 탈지용 레이저
152 : 제1 열 고결용 레이저
154 : 제2 탈지용 레이저
156 : 제2 열 고결용 레이저
158 : 제1 탈지용 레이저 이동 기구
160 : 제1 열 고결용 레이저 이동 기구
162 : 제2 탈지용 레이저 이동 기구
164 : 제2 열 고결용 레이저 이동 기구
180 : 제거제 공급기
182 : 제거제 공급기 이동 기구
210b : 가스 봄베
210c : 유량 제어부
240 : LED
242 : 융해용 레이저
244 : LED 이동 기구
246 : 융해용 레이저 이동 기구
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 장치 및 성형체의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일 또는 유사한 기능을 갖는 구성에 동일한 부호를 붙인다. 이러한 구성에 대한 중복되는 설명은 적절히 생략한다.
본 명세서에 있어서, 'XX에 의거하는'이란, '적어도 XX에 의거하는' 것을 의미하고, XX에 더해 다른 요소에 의거하는 경우도 포함한다. 또, 'XX에 의거하는'이란, XX를 직접적으로 사용하는 경우에 한정되지 않고, XX에 대해서 연산이나 가공이 행해진 것에 의거하는 경우도 포함한다. 'XX'는, 임의의 요소(예를 들면 임의의 정보)이다.
설명의 편의상, x방향, y방향, 및 z방향에 대해 정의한다. x방향 및 y방향은, 수평면과 평행한 방향이다. y방향은, x방향과 교차하는(예를 들면 대략 직교하는) 방향이다. z방향은, 연직 방향과 평행한 방향이며, x방향 및 y방향과 대략 직교한다.
[제1 실시형태]
도 1~도 5를 참조하여, 제1 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)를 나타내는 도면이다.
[구성]
성형 장치(1)는, 무기 재료로 이루어지는 3차원 성형체(성형체)를 제조할 수 있다. 여기서, '무기 재료'란, 유기 재료 이외의 임의의 재료를 가리키며, 금속 단체, 합금, 금속 원소 및 비금속 원소로 이루어지는 화합물(예를 들면, 금속 산화물이나 금속 질화물, 금속염 등), 비금속 원소로 이루어지는 화합물(예를 들면, 질화붕소 등) 등이 포함된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 성형 장치(1)는, 챔버(10), 스테이지(11), 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 가열 유닛(16), 정보 취득 유닛(18), 제거 유닛(20), 및 제어 유닛(22)(도 2 참조)을 구비한다.
챔버(10)는, 성형 장치(1)의 각 구성 요소를 수용하는 하우징을 갖는다. 챔버(10) 내부에 수용된 성형 장치(1)의 각 구성 요소는, 바깥 환경으로부터 격리될 수 있다. 챔버(10)의 내부 압력은, 챔버(10)에 접속된 진공 펌프(10a)에 의해 변경 가능하다. 또, 챔버(10) 내부의 분위기는, 질소나 아르곤과 같은 불활성 가스나 그 밖의 임의의 가스로 치환될 수 있다.
스테이지(11)는, 수평면을 따라(즉, xy평면에 대해서 평행하게) 배치된 평판이다. 스테이지(11)의 두께 방향은, z방향에 대해서 대략 평행이다. 스테이지(11)는, 스테이지 이동 기구(11a)에 의해, 적어도 z방향으로 이동 가능하다. 스테이지 이동 기구(11a)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 락앤피니언식의 액추에이터이다. 또한, 스테이지(11)의 배치는 반드시 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 스테이지(11)는, 수평면과 교차하는 평면을 따라 배치되어도 된다.
공급 유닛(12)은, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된 제1 토출기(제1 공급부)(30) 및 제2 토출기(제2 공급부)(32)를 갖는다. 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)는, 각각 제1 토출기 이동 기구(34) 및 제2 토출기 이동 기구(36)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능하다. 제1 토출기 이동 기구(34) 및 제2 토출기 이동 기구(36)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
제1 토출기(30)에는, 제1 조성물 P1이 충전되어 있다. 제2 토출기(32)에는, 제2 조성물 P2가 충전되어 있다. 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)는, 각각 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 스테이지(11)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출할 수 있다. 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)의 토출량(예를 들면, 제1 조성물 P1 또는 제2 조성물 P2가 간헐적으로 토출되는 경우에 있어서의 1방울의 체적)이나 토출 속도는, 적절히 조정 가능하다.
제1 토출기(30)에 의해 토출되는 제1 조성물 P1은, 예를 들면 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb를 포함하는 유체이다. 제1 조성물 P1은, 무기 입자 Pa를 바인더 Pb에 분산시킴으로써 조제된다. 제1 조성물 P1은, 무기 입자 Pa가 바인더 Pb에 분산된 상태로 제1 토출기(30)에 충전된다. 제1 조성물 P1의 무기 입자 Pa는, 최종적인 성형체를 형성하기 위해서 사용된다.
제2 토출기(32)에 의해 토출되는 제2 조성물 P2는, 예를 들면 경화 가능한 지지 재료 Ps를 포함하는 유체이다. 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps는, 성형 작업 중에 무기 입자 Pa를 지지하는 지지 구조체를 형성하기 위해서 사용되는 희생 재료이다. 지지 재료 Ps에 의해 형성되는 지지 구조체는, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체 등을 제조하기 위해서 사용할 수 있다.
무기 입자 Pa는, 예를 들면 금속, 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물, 수산화물, 탄산화물, 인산화물 등 임의의 무기 재료 또는 이들의 조합으로 이루어지는 입자이다. 무기 입자 Pa의 재료는 특별히 한정되지 않는다.
금속의 예로는, 알루미늄, 티탄, 철, 구리, 스테인리스강, 니켈크롬강 등을 들 수 있다.
산화물의 예로는, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티탄, 산화철, 산화아연, 산화이트륨, 산화지르코늄, 티탄산바륨 등을 들 수 있다.
질화물의 예로는, 질화규소, 질화알루미늄, 질화티탄, 질화철 등을 들 수 있다.
산질화물의 예로는, 산질화규소, 산질화알루미늄 등을 들 수 있다.
탄화물의 예로는, 탄화규소, 탄화티탄, 탄화붕소, 탄화지르코늄 등을 들 수 있다.
수산화물의 예로는, 수산마그네슘, 수산화철, 수산 아파타이트 등을 들 수 있다.
탄산화물의 예로는, 탄산칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬 등을 들 수 있다.
인산화물의 예로는, 인산철, 인산망간, 인산칼슘 등을 들 수 있다.
제1 조성물 P1의 바인더 Pb 및 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps는, 예를 들면 특정 파장의 광(예를 들면 자외선)을 받아 경화되는 광경화성 조성물을 포함한다. 광경화성 조성물은, 예를 들면 라디칼 중합성 모노머 또는 양이온 중합성 모노머와 광중합 개시제를 포함한다. 라디칼 중합성 모노머는, 예를 들면 (메타)아크릴계 모노머이다. 양이온 중합성 모노머는, 예를 들면 에폭시 화합물이나 환상 에테르 화합물이다. 라디칼 중합성 모노머를 사용하는 경우에는, 광중합 개시제는, 예를 들면 아세토페논 등의 라디칼성 광중합 개시제이다. 또, 양이온 중합성 모노머를 사용하는 경우에는, 광중합 개시제는, 예를 들면 오늄염 등의 양이온성 광중합 개시제이다. 바인더 Pb와 지지 재료 Ps는 같은 종류의 광경화성 조성물을 포함해도 되고, 다른 종류의 광경화성 조성물을 포함해도 된다.
제1 조성물 P1에 있어서의 무기 입자 Pa의 함유율은, 예를 들면 30중량%~90중량%, 바람직하게는 40중량%~80중량%, 보다 바람직하게는 50중량%~70중량%이다.
제1 조성물 P1은, 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb 이외에, 안정제나 분산재, 필러 등 임의의 첨가제를 포함해도 된다. 마찬가지로 제2 조성물 P2도, 지지 재료 Ps 이외에, 안정제나 분산재, 필러 등 임의의 첨가제를 포함해도 된다.
여기서, 조성물 P1, P2가 각각 제1 토출기(30) 및 제2 토출기(32)로부터 토출되어 착지하는 착지면은, 스테이지(11), 스테이지(11) 등으로 지지된 기재, 스테이지(11)나 기재 상에서 고정화되거나 고결되거나 한 다른 제1 조성물 P1이나 제2 조성물 P2, 재료막 등, 임의의 것의 표면이어도 된다. 이하에서는, 주로 토출된 조성물 P1, P2가 스테이지(11)에 착지하는 경우에 대해 설명하나, 이하의 설명은 조성물 P1, P2가 다른 조성물 P1, P2의 표면 등 다른 착지면에 착지하는 경우도 마찬가지이다. 또, 본 명세서에서는, 스테이지 상에 기재가 배치되는 경우의 기재도 포함해서 '스테이지'라고 총칭한다. 또한, 본 명세서에서는, '스테이지를 따른 방향'이란, 스테이지의 각 면 중 조성물을 토출하는 토출기에 대향하는 면(도 1에서는 스테이지(11)의 상면)을 따른 방향을 의미하고, '스테이지와 직교하는 방향'이란, 스테이지의 각 면 중 조성물을 토출하는 토출기에 대향하는 면과 직교하는 방향을 의미한다.
고정화 유닛(14)은, 토출된 조성물 P1, P2를 스테이지(11) 상에서 고정화한다. 예를 들면, 조성물 P1, P2가 광경화성 조성물을 포함하는 경우, 고정화 유닛(14)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2가 존재하는 특정 위치에 광(예를 들면 자외광)을 조사한다. 이에 의해, 고정화 유닛(14)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2에 대해서 광자극을 주어, 조성물 P1, P2에 포함되는 광경화성 조성물을 경화시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서 '고정화'란, 외력이 가해지지 않은 경우에 위치가 실질적으로 변화하지 않는 상태로 하는 것을 의미한다.
고정화 유닛(14)은, 광원으로서 제1 LED(발광 다이오드)(40) 및 제2 LED(광원)(42)를 구비한다. 제1 LED(40) 및 제2 LED(42)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치되어 있다. 제1 LED(40) 및 제2 LED(42)는, 각각 제1 LED 이동 기구(44) 및 제2 LED 이동 기구(46)에 의해, 적어도 x방향 및/또는 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. LED 이동 기구(44, 46)는, 각각 LED(40, 42)의 배치(예를 들면 방향이나 위치 등)를 변경함으로써, LED(40, 42)의 조사 위치를 변경한다. LED 이동 기구(44, 46)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
단, LED(40, 42)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, LED(40, 42) 중 적어도 한쪽이 스테이지(11)의 측방 또는 하방으로부터 광을 조사해도 된다. 또, LED 이동 기구(44, 46)가 생략되고, LED(40, 42)의 배치가 영속적으로 고정되어, 조사 광이, 예를 들면 렌즈나 반사판 등을 사용해, 스테이지(11) 상에서 주사되어도 된다. LED 이동 기구(44, 46)가 렌즈나 반사판 등과 병용되어도 된다.
또한, 고정화 유닛(14)의 구성 요소는 LED에 한정되지 않고, 레이저 등 광 조사가 가능한 임의의 소자여도 된다. 광 조사는, 스테이지(11) 상에서, 조성물 P1, P2의 1방울~수 방울 정도의 크기의 스폿에 대해서 국소적으로 행해져도 되고, 스테이지(11)의 일부의 구획 또는 전체에 대해서 행해져도 된다.
여기서, 예를 들면 x방향 또는 y방향을 따른 스테이지(11)의 폭 전체를 커버하도록 배치된 1차원 어레이형의 LED를 사용하는 경우에는, 당해 LED가 x방향 및 y방향 중 어느 한 방향으로만 이동 가능하면 충분하다. 또, 예를 들면, 스테이지(11) 전체에 대해서 광 조사를 행할 수 있는 LED(40, 42)를 사용하는 경우에는, LED 이동 기구(44, 46)나 렌즈, 반사판 등 LED(40, 42)의 광 조사 위치를 제어하는 구성 요소는 불필요하다.
가열 유닛(16)은, 스테이지(11) 상의 특정 위치에, 예를 들면 열선을 조사함으로써, 국소적으로 열을 가한다. 이에 의해, 가열 유닛(16)은, 스테이지(11) 상에서 고정화된 제1 조성물 P1의 탈지나 제1 조성물 P1에 포함되는 무기 재료의 소결 또는 용융 고체화를 행할 수 있다. 여기서, '소결'이란, 무기 재료의 고체 입자(예를 들면, 금속 산화물이나 금속 질화물 등의 분말)를 당해 무기 재료의 융점 미만의 온도까지 가열함으로써, 당해 고체 입자끼리를 결합시키는 것을 말한다. '용융 고체화'란, 무기 재료의 고체 입자(예를 들면, 금속이나 합금 등의 입자)를 당해 무기 재료의 융점 이상의 온도까지 가열함으로써 당해 고체 입자를 용융시킨 후, 자연 냉각 등에 의해 당해 금속 입자 또는 합금 입자를 고체화시키는 것을 말한다. 본 명세서에서는, 소결 및 용융 고체화를 합쳐서 '열 고결'이라고 한다.
가열 유닛(16)은, 열원으로서 탈지용 레이저(탈지용 열원)(50) 및 열 고결용 레이저(열 고결용 열원)(52)를 구비한다. 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치되어 있다. 탈지용 레이저(50)는, 탈지용 레이저 이동 기구(54)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 열 고결용 레이저(52)는, 열 고결용 레이저 이동 기구(56)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 탈지용 레이저 이동 기구(54) 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
탈지용 레이저(50)는, 제1 조성물 P1에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 제1 조성물 P1을 예를 들면 200℃~800℃, 바람직하게는 300℃~500℃까지 가열하여, 제1 조성물 P1의 탈지를 행할 수 있다. 열 고결용 레이저(52)는, 제1 조성물 P1에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 제1 조성물 P1을 예를 들면 500℃~4000℃, 바람직하게는 1000℃~3000℃까지 가열하여, 제1 조성물 P1의 열 고결을 행할 수 있다. 단, 가열 온도는 이에 한정되지 않고, 제1 조성물 P1에 포함되는 무기 입자 Pa나 바인더 Pb의 종류 등에 따라 적절히 변경될 수 있다. 또, 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)로서 같은 종류의 2개의 레이저 장치를 채용하여 출력을 조정함으로써, 탈지용 레이저(50)와 열 고결용 레이저(52)에서 상이한 온도까지의 가열을 행해도 된다. 또, 단일 레이저를 사용해 탈지 및 열 고결 양쪽 모두를 행해도 된다. 이 경우, 당해 단일 레이저의 출력을 탈지 단계와 열 고결 단계에서 변경해도 되고, 탈지 단계를 생략하고, 당해 단일 레이저로 제1 조성물 P1을 열 고결 온도까지 한 번에 승온시킴으로써, 탈지 및 열 고결을 한 번에 행해도 된다.
또한, 가열 유닛(16)의 구성 요소는 레이저에 한정되지 않고, 전자 빔 장치 등 국소적인 가열이 가능한 임의의 소자여도 된다. 또, 가열은, 상방으로부터의 가열에 한정되지 않고, 예를 들면 하방으로부터 국소적인 가열이 행해져도 된다.
정보 취득 유닛(18)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2의 모습을 감시함과 더불어, 조성물 P1, P2의 정보를 취득한다. 정보 취득 유닛(18)은, 예를 들면 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된 촬영 장치(70)를 포함한다.
정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70)에 의해, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2의 촬영을 행한다. 정보 취득 유닛(18)은, 촬영한 화상에 의거하여, 스테이지(11)를 향해 토출된 조성물 P1, P2의 착지 위치 및 타이밍이나, 이미 스테이지(11) 상에 위치하는 조성물 P1, P2의 크기나 위치 등의 기하학적 상태, 나아가서는 조성물 P1, P2의 모습(예를 들면 제1 조성물 P1의 열수축의 모습)에 관한 정보를 취득한다.
촬영 장치(70)는, 촬영 장치 이동 기구(72)에 의해, 적어도 x방향 및/또는 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 촬영 장치 이동 기구(72)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다. 단, 촬영 장치(70)의 배치는 상기 예에 한정되지 않고, 1개 또는 복수의 촬영 장치(70)가 스테이지(11)의 측방 등에 배치되어도 된다.
또한, 정보 취득 유닛(18)의 구성 요소는 촬영 장치(70)에만 한정되지 않고, 스테이지(11)에 설치된 진동 검출 장치나 열 검출 장치 등이어도 되고, 방사선이나 초음파를 스테이지(11) 상에 조사함으로써 스테이지면의 모습을 관찰하는 방사선 분석 장치(예를 들면 X선 회절 장치나 에너지 분산형 X선 분석 장치)나 초음파 분석 장치 등이어도 되고, 이들이 병용되어도 된다.
제거 유닛(20)은, 스테이지(11) 상의 제2 조성물 P2(지지 재료 Ps)의 적어도 일부를 제거한다. 제거 유닛(20)은, 예를 들면 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 갖는다. 가열 장치(80)는, 챔버(10)의 내부의 전체 또는 일부를 가열함으로써, 스테이지(11) 상의 지지 재료 Ps를 광범위하게 분해시킬 수 있다. 제거용 레이저(82)는, 예를 들면 제거해야 할 지지 재료 Ps에 레이저광을 조사하여 열을 가함으로써, 당해 지지 재료 Ps를 국소적으로 분해시킬 수 있다. 단, 제거 유닛(20)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82) 중 한쪽만이 사용되어도 되고, 복수의 제거용 레이저(82)가 설치되어도 되고, 스테이지(11)를 가열하는 가열 수단 등 다른 가열 수단이 설치되어도 되고, 이들이 병용되어도 된다.
제어 유닛(22)(도 2 참조)은, 제조되는 성형체의 3차원 형상 데이터 등의 입력 데이터를 받아, 성형 장치(1)의 각 구성 요소를 제어한다. 제어 유닛(22)은, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit) 또는 GPU(Graphics Processing Unit)와 같은 프로세서에 의해 실현된다. 제어 유닛(22)의 동작에 대해서는 후술한다.
[시스템 구성]
다음에, 도 2를 참조하여, 제1 실시형태의 성형 장치(1)의 시스템 구성에 대해 설명한다.
도 2는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
입력부(90)는, 제조 예정의 성형체의 입력 데이터를 받아들이는 것과 더불어, 당해 입력 데이터를 제어 유닛(22)에 송신한다.
정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70)를 사용해, 스테이지(11) 상의 조성물 P1, P2의 정보를 취득함과 더불어, 당해 정보를 제어 유닛(22)에 송신한다. 당해 정보에는, 예를 들면 이미 스테이지(11) 상에 위치하는 조성물 P1, P2의 위치나 크기, 형상, 열수축의 모습 등이 포함된다. 또, 정보 취득 유닛(18)은, 예를 들면 촬영 장치(70)에 의해, 스테이지(11) 상으로의 조성물 P1, P2의 착지 정보(예를 들면 조성물 P1, P2의 착지 위치나 타이밍 등)도 취득 가능하다.
제어 유닛(22)은, 입력부(90)로부터의 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터 취득한 정보 등에 의거하여, 다음에 조성물 P1, P2를 토출해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '토출 위치'라고 총칭한다. )나, 다음에 제1 LED(40), 제2 LED(42), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)의 각각을 조사해야 할 스테이지(11) 상의 각 위치(이하, '조사 위치'라고 총칭한다. )를 결정한다. 이렇게 결정된 토출 위치나 조사 위치에 따라, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)가 적절한 위치로 이동하도록 스테이지 이동 기구(11a)를 제어함과 더불어, 토출기(30, 32), LED(40, 42), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)가 적절한 배치가 되도록 토출기 이동 기구(34, 36), LED 이동 기구(44), 제2 LED 이동 기구(46), 탈지용 레이저 이동 기구(54), 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)를 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보 등에 의거하여, 적절한 양의 조성물 P1, P2를 적절한 타이밍에 토출하도록 토출기(30, 32)를 제어함과 더불어, 바인더 Pb를 경화시키기 위한 광이나 탈지 및 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 적절한 타이밍에 조사하도록, LED(40, 42), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 각각 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보 등에 의거하여, 다음에 촬영 장치(70)로 촬영해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '촬영 위치'라고 한다. )를 결정할 수 있다. 이들 촬영 위치에 의거하여, 제어 유닛(22)은, 촬영 장치(70)가 적절한 배치가 되도록 촬영 장치 이동 기구(72)를 제어한다. 또한, 제어 유닛(22)은, 적절한 타이밍에 촬영을 행하여 정보를 취득하도록, 촬영 장치(70)를 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보(예를 들면 촬영 장치(70)에 의한 화상 데이터 등) 등에 의거하여, 다음에 제2 조성물 P2를 제거해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '제거 위치'라고 한다. )를 결정할 수 있다. 이 위치에 의거하여, 제어 유닛(22)은, 제거용 레이저(82)가 적절한 배치가 되도록 제거용 레이저 이동 기구(84)를 제어함과 더불어, 제2 조성물 P2를 제거하기에 적절한 출력으로 가열 등을 행하도록 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 제어한다.
이렇게, 제어 유닛(22)은, 이미 스테이지(11) 상에서 고정화 및 고착이 행해진 조성물 P1, P2의 상태에 의거하여, 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 가열 유닛(16), 정보 취득 유닛(18), 및 제거 유닛(20)의 피드백 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 토출된 조성물 P1, P2의 위치 어긋남이나 제1 조성물 P1의 열수축 등에 의해, 열 고결된 제1 조성물 P1이나 고정화된 제2 조성물 P2의 실제의 위치가 본래 상정되어 있던 토출 위치와 다른 것이 되었을 경우, 제어 유닛(22)은, 촬영 장치(70)로부터의 화상 데이터 등에 의거하여, 이러한 위치 어긋남을 검출함과 더불어, 다음에 토출되는 조성물 P1, P2의 토출 위치나 고정화 유닛(14) 및 가열 유닛(16) 등의 조사 위치를 수정할 수 있다.
또한, 제어 유닛(22)에 의한 각 제어는 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면 제어 유닛(22)은, 일부 또는 전부의 구성 요소에 대해서 피드백 제어를 행하지 않아도 된다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 3~도 5를 참조하여, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 3 및 도 4는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 당해 제조 방법에 있어서의 제1 조성물 P1의 토출부터 열 고결까지의 일련의 프로세스 (a)~(f)를 나타낸다. 도 3에서는, 제1 조성물 P1에 주목하고 있으며, 제2 조성물 P2는 도시하고 있지 않다.
도 3(a)에서는, 제1 조성물 P1이 제1 토출기(30)로부터 스테이지(11)를 향해 토출된다. 여기서는, 스테이지(11) 상에, 이미 열 고결이 완료된 열 고결체 C와, 경화된 바인더 B로 싸인 무기 입자 Da~Dd가 형성되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 제1 조성물 P1의 토출이 도면의 좌측(-x방향)에서 우측(+x방향)으로 차례로 행해지고 있다. 즉, 프로세스가 진행됨에 따라, 제1 토출기(30)나 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52)는, 스테이지(11)에 대해서 +x방향으로 이동한다.
도 3(b)에서는, 토출된 제1 조성물 P1이, 무기 입자 Dd의 옆에 착지한다. 정보 취득 유닛(18)은, 제1 조성물 P1의 착지 위치 및 타이밍을 취득한다. 착지 직후에는, 토출된 제1 조성물 P1의 바인더 Pb는, 무기 입자 De(Pa)를 싸고 있으며, 유동성을 갖고 있다. 이 바인더 Pb를 향해, 고정화 유닛(14)의 제1 LED(40)가, 바인더 Pb를 경화시키기에 적합한 파장의 광을 조사한다.
도 3(c)에서는, 광경화성 조성물을 포함하는 바인더 Pb가 경화되어, 경화된 바인더 B의 일부를 구성하고 있다. 이에 의해, 토출된 제1 조성물 P1에 포함되는 무기 입자 De가 스테이지(11) 상에 고정화되어 있다. 다음에, 가열 유닛(16)의 탈지용 레이저(50)가, 무기 입자 Da 근방에 레이저광을 조사하여, 바인더 B에 열을 가한다. 또한, 여기서는, 직전에 고정화된 무기 입자 De로부터 어느 정도 떨어진 무기 입자 Da 근방에서 탈지가 행해지고 있으나, 제1 조성물 P1의 고정화가 행해지는 위치와, 그 직후에 탈지(및 열 고결)가 행해지는 위치 사이의 거리는, 제1 조성물 P1의 성질이나 토출 속도, 탈지용 레이저(50)의 강도 등 여러 가지 조건에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 탈지가 행해지는 위치는, 제1 조성물 P1의 고정화가 행해지는 위치와 같아도(즉, 직전에 고정화된 무기 입자 De의 근방) 된다.
도 3(d)에서는, 탈지용 레이저(50)에 의해, 무기 입자 Da 근방의 바인더 B가 탈지되어, 무기 입자 Da가 노출되어 있다. 다음에, 가열 유닛(16)의 열 고결용 레이저(52)가, 열 고결체 C와 무기 입자 Da의 경계 근방에 레이저광을 조사하여, 열 고결체 C 및 무기 입자 Da에 열을 가한다. 이에 의해, 열 고결체 C와 무기 입자 Da의 사이에 열 고결이 일어난다.
도 3(e)에서는, 열 고결체 C와 무기 입자 Da의 열 고결에 의해, 무기 입자 Da가 열 고결체 C에 일체화되어 있다. 다음에, 제어 유닛(22)이, 정보 취득 유닛 (18)으로부터 받은 스테이지(11) 상의 화상 데이터 등에 의거하여, 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 열수축의 모습 등도 고려하여, 다음 제1 조성물 P1의 토출 위치 및 고정화 유닛(14)과 가열 유닛(16)의 조사 위치 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 결정한다. 결정된 토출 위치나 조사 위치에 의거하여, 제1 토출기 이동 기구(34), 제1 LED 이동 기구(44), 탈지용 레이저 이동 기구(54), 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)가, 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 스테이지(11)에 대해서 +x방향으로 이동시킨다(여기서는, 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)는 도시 생략). 이 이동 방향이나 이동 거리는, 다음에 제1 조성물 P1를 토출해야 할 장소에 따라 변경된다. 이 예에서는, 다음 토출 위치는, 무기 입자 De의 바로 우측 옆이다(도 3(f) 참조). 당연히, 제조되는 성형체의 구조에 따라서는, 무기 입자 De부터 다음 토출 위치까지의 사이에 제1 조성물 P1이 토출되지 않는 구간이 존재해도 된다.
도 3(f)에서는, 도 3(a)과 동일하게, 다시 제1 조성물 P1이 제1 토출기(30)로부터 스테이지(11)를 향해 토출된다. 그 후, 도 3(b)~도 3(e)를 참조하여 설명한 동작이 반복된다.
예를 들면, x방향을 따라 스테이지(11)의 일단부터 타단까지 상기 프로세스를 행한 후, 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 y방향을 따라 약간 이동시키고, 다시 x방향을 따라 10의 일단부터 타단까지 상기 프로세스가 행해진다. 이렇게, 토출 위치 및 조사 위치를 y방향으로 조금씩 움직이면서 x방향을 따라 상기 프로세스를 반복함으로써, 스테이지(11) 전체에 걸쳐서 제1 조성물 P1의 토출과 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 단계를 실행할 수 있다.
또한, 스테이지(11)에 대해 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 이동시키는 방법은, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, x방향이 아니라 y방향을 따라 상기 프로세스가 행해져도 된다. 또, 특정 방향을 따른 이동을 반복하는 것이 아니라, 제1 조성물 P1를 토출해야 할 임의의 위치에 제1 토출기(30), 제1 LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 직접 이동시키는 것을 반복해도 된다. 예를 들면, 제1 조성물 P1을 토출해야 할 각 위치 중 현재의 제1 토출기(30)의 위치로부터의 거리가 가장 짧은 위치가, 다음 토출 위치로서 선택되어도 된다.
제2 조성물 P2의 성형 프로세스도, 기본적으로 도 3과 같은 흐름으로 행해진다. 단, 제2 조성물 P2에 대해서는, 제2 LED(42)에 의한 고정화가 행해지는 한편, 탈지 및 열 고결은 행해지지 않는다. 즉, 도 3에 따르면, 제2 조성물 P2가 제2 토출기(32)로부터 스테이지(11)를 향해 토출되면, 제2 LED(42)의 광 조사에 의해 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps에 포함되는 광경화성 조성물이 경화되고, 이에 의해 제2 조성물 P2(지지 재료 Ps)가 스테이지(11) 상에 고정화된다. 그 후, 탈지 및 열 고결을 행하는 일 없이, 제2 조성물 P2의 다음 토출 위치 및 제2 LED(42)의 다음 조사 위치에 의거하여, 제2 토출기 이동 기구(36) 및 제2 LED 이동 기구(46)가, 각각 제2 토출기(32) 및 제2 LED(42)를 +x방향으로 이동시킨다. 이러한 토출과 고정화를 포함하는 사이클이 반복됨으로써, 무기 재료를 지지하기 위한 지지 구조체 S(도 4 참조)가 형성된다.
도 4는, 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일련의 프로세스 (a)~(j)를 나타낸다. 여기서는, 성형체를 아래에서 위로 1층씩 형성해 나가는 방법을 예로서 설명하나, 성형체의 제조 방법은 이 예에 한정되지 않는다.
도 4(a)에서는, 제1 조성물 P1이 제1 토출기(30)로부터 스테이지(11)를 향해 토출된다. 다음에, 토출된 제1 조성물 P1에 대해서 제1 LED(40)가 광 조사를 행한다.
도 4(b)에서는, 제1 LED(40)로부터의 광 조사에 의해, 제1 조성물 P1의 바인더 Pb가 경화 바인더 B가 되고, 제1 조성물 P1이 스테이지(11) 상에서 고정화되어 있다. 고정화된 제1 조성물 P1이 탈지용 레이저(50)로 가열됨으로써, 제1 조성물 P1의 바인더 B가 탈지된다. 다음에, 탈지된 제1 조성물 P1이 열 고결용 레이저(52)로 가열됨으로써, 제1 조성물 P1의 열 고결이 행해진다. 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결로 이루어지는 이러한 일련의 공정이 반복된다.
도 4(c)에서는, 상기 공정의 반복에 의해, 성형체의 제1층 중 제1 조성물 P1의 무기 재료로 형성되는 부분에, 열 고결체 C가 형성되어 있다. 다음에, 성형체의 제1층 중 최종적으로는 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 재료 Ps를 포함하는 제2 조성물 P2가 제2 토출기(32)로부터 공급된다. 토출된 제2 조성물 P2에 대해서 제2 LED(42)가 광 조사를 행한다.
도 4(d)에서는, 제2 LED(42)로부터의 광 조사에 의해, 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps가 경화되어 지지 구조체 S를 형성하고, 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화되어 있다. 제2 조성물 P2의 토출 및 고정화로 이루어지는 이러한 일련의 공정이 반복된다.
도 4(e)에서는, 상기 공정의 반복에 의해, 성형체의 제1층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S가 형성되어 있다. 다음에, 제2층의 성형을 행하기 위해서, 다시 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해진다.
도 4(f)에서는, 성형체의 제2층 중 제1 조성물 P1의 무기 재료로 형성되는 부분에, 제1 조성물 P1이 공급되어, 고정화되고, 탈지되고, 열 고결되어 있다. 단, 지지 구조체 S의 근방에 공급된 제1 조성물 P1은, 제1 LED(40)에 의해 경화된 바인더 B에 의해 고정화되어 있을 뿐, 탈지나 열 고결은 행해지지 않았다. 이것은, 지지 구조체 S의 근방에서 탈지나 열 고결의 온도까지 가열을 행했을 경우, 지지 구조체 S를 구성하는 일반적인 광경화성 조성물의 분해가 발생할 우려가 있기 때문이다. 다음에, 도 4(c)와 동일하게, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 제2 조성물 P2가 제2 토출기(32)로부터 공급된다. 토출된 제2 조성물 P2에 대해서 제2 LED(42)가 광 조사를 행한다.
도 4(g)에서는, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S가 형성되어 있다. 계속해서, 제2층과 동일하게, 제3층이 형성된다.
도 4(h)에서는, 제2층 위에, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2로 이루어지는 제3층이 형성되어 있다. 여기서, 제2층과 동일하게, 지지 구조체 S의 근방에서는 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결은 행해지지 않았다. 계속해서, 제4층이 형성된다. 이 예에서는, 제4층은 전체적으로 제1 조성물 P1의 무기 재료로 형성된다.
도 4(i)에서는, 제3층 위에, 제1 조성물 P1로 이루어지는 제4층이 형성되어 있다. 여기서, 제2층 및 제3층과 동일하게, 지지 구조체 S의 근방에서는 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결은 행해지지 않았다. 마지막으로, 지지 구조체 S 및 바인더 B를 제거하기 위해서, 제거 유닛(20)의 가열 장치(80)나 제거용 레이저(82)에 의한 가열 처리가 행해진다.
도 4(j)에서는, 제거 유닛(20)에 의해 지지 구조체 S 및 바인더 B가 가열 제거되어, 공간을 갖는 무기 재료의 성형체 M이 형성되어 있다. 이렇게 해서, 성형 장치(1)에 의해, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체가 제조될 수 있다.
도 5는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
스테이지(11) 상에서 제1층의 형성이 개시되면(S1000), 우선, 제어 유닛(22)은, 입력부(90)로부터 받은 3차원 성형체의 입력 데이터에 의거하여, 최초의 토출 위치 및 조사 위치를 결정한다(S1002). 다음에, 제어 유닛(22)은, 결정된 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여, 제1 토출기(30) 및 제1 LED(40)를 적절한 배치로 이동시키도록, 제1 토출기 이동 기구(34) 및 제1 LED 이동 기구(44)에 지시한다(S1004).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 향해 제1 조성물 P1을 토출하도록 제1 토출기(30)에 지시한다(S1006). 제1 조성물 P1이 토출되어 스테이지(11) 상에 착지하면, 정보 취득 유닛(18)이 제1 조성물 P1의 착지를 검지한다(S1008). 예를 들면 정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70)에 의해 연속적으로 또는 정기적으로 스테이지(11) 상의 촬영을 행하여, 화상 비교를 행함으로써, 제1 조성물 P1의 착지 위치 및 타이밍을 검출한다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 착지한 제1 조성물 P1을 스테이지(11) 상에서 고정화시키기 위한(여기서는 바인더 Pb를 경화시키기 위한) 광을 조사하도록 제1 LED(40)에 지시한다(S1010). 이에 의해, 광경화성 조성물을 포함하는 바인더 Pb가 경화되어, 제1 조성물 P1이 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행할지 여부를 판정한다(S1012). 예를 들면, 제어 유닛(22)은, 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치의 근방에 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps가 경화된 지지 구조체 S가 존재하는지 여부를, 입력 데이터나 촬영 장치(70)에 의한 실제의 촬영 데이터에 의거하여 판정한다. 조사 위치의 근방에 지지 구조체 S가 존재한다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행하지 않는다고 판정하고(S1012:NO), 흐름은 S1002로 돌아온다. S1002에서는, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 정보(예를 들면 촬영 장치(70)에 의해 취득된 스테이지(11)의 촬영 데이터)에 의거하여, 다음 토출 위치 및 조사 위치를 결정한다.
한편, 조사 위치의 근방에 지지 구조체 S가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행한다고 판정한다(S1012:YES). 이 경우, 제어 유닛(22)은, S1002에서 결정된 조사 위치에 의거하여, 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)를 적절한 배치로 이동시키도록, 탈지용 레이저 이동 기구(54) 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)에 지시한다(S1014).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 바인더 Pb의 탈지를 행하기 위한 레이저광을 조사하도록 탈지용 레이저(50)에 지시한다(S1016). 탈지용 레이저(50)의 조사 위치는, 제1 LED(40)의 조사 위치와 같아도 되고, 도 3을 참조하여 설명한 것처럼, 직전에 제1 조성물 P1의 고정화가 행해진 제1 LED(40)의 조사 위치로부터 어느 정도 떨어진 다른 위치여도 된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 무기 입자 Pa의 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 조사하도록 열 고결용 레이저(52)에 지시한다(S1018). 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치는, 탈지용 레이저(50)의 조사 위치와 같아도 되고, 어느 정도 떨어진 다른 위치여도 된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 제1 조성물 P1의 정보에 의거하여, 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1020). 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S1020:NO), 흐름은 S1002로 돌아온다. 즉, 제어 유닛(22)은, 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 조성물 P의 정보에 의거하여, 다음에 제1 조성물 P1을 토출해야 할 토출 위치를 결정함과 더불어, 제1 LED(40)나 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치를 결정한다. 그 후, 지금까지 설명한 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이라는 성형 프로세스가 다시 실행된다.
여기서, 다음 토출 위치는, 임의의 방법으로 결정된다. 예를 들면, 다음 토출 위치는, 상기와 같이, 우선 x방향을 따라 스테이지(11)의 일단으로부터 타단으로 나아가고, 그 후 y방향으로 약간 나아가고, 다시 x방향을 따라 10의 일단으로부터 타단으로 나아가고, 다시 y방향으로 약간 나아가고, ……와 같은 순서에 따라 결정되어도 되고, 현재의 제1 토출기(30)의 위치로부터의 거리에 의거하여 결정되어도 된다.
한편, 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1020:YES)에는, 제어 유닛(22)은, 성형체의 입력 데이터에 의거하여, 제2 조성물 P2의 토출 위치 및 제2 LED(42)의 조사 위치를 결정한다(S1022). 다음에, 제어 유닛(22)은, 결정된 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여, 제2 토출기(32)및 제2 LED(42)를 적절한 배치로 이동시키도록, 제2 토출기 이동 기구(36) 및 제2 LED 이동 기구(46)에 지시한다(S1024).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 향해 제2 조성물 P2를 토출하도록 제2 토출기(32)에 지시한다(S1026). 제2 조성물 P2가 토출되어 스테이지(11) 상에 착지하면, 정보 취득 유닛(18)이, 촬영 장치(70) 등에 의해 제2 조성물 P2의 착지를 검지한다(S1028).
다음에, 제어 유닛(22)은, 착지한 제2 조성물 P2를 스테이지(11) 상에서 고정화시키기 위한(여기서는 지지 재료 Ps를 경화시키기 위한) 광을 조사하도록 제2 LED(42)에 지시한다(S1030). 이에 의해, 광경화성 조성물을 포함하는 지지 재료 Ps가 경화되어, 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터에 비추어, 제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분(즉, 성형체의 제1층 중 최종적으로는 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분)의 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1032). 제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분의 성형이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S1032:NO), 흐름은 S1022로 돌아온다. 즉, 제어 유닛(22)은, 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 제2 조성물(P2) 등의 정보에 의거하여, 다음에 제2 조성물 P2를 토출해야 할 토출 위치를 결정함과 더불어, 제2 LED(42)의 조사 위치를 결정한다. 그 후, 상기의 제2 조성물 P2의 토출 및 고정화라는 성형 프로세스가 다시 실행된다.
한편, 제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1032:YES)에는, 제어 유닛(22)은, 제1층의 형성이 완료되었다고 판정한다(S1034).
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터 등에 비추어, 현시점에서 스테이지(11)로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2가 존재하는지 여부를 판정한다(S1036). 현시점에서 제거해야 할 제2 조성물 P2가 존재한다고 판정되었을 경우(S1036:YES), 제어 유닛(22)은, 제거해야 할 제2 조성물 P2를 제거하도록 제거 유닛(20)에 지시한다(S1038). 예를 들면, 챔버(10) 내의 모든 제2 조성물 P2가 제거되어야 한다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 챔버(10)의 내부 전체를 제2 조성물 P2가 분해되는 온도까지 가열하도록 가열 장치(80)에 지시할 수 있다. 또, 예를 들면 챔버(10) 내의 일부의 제2 조성물 P2만이 제거되어야 한다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 제거용 레이저(82)를 적절한 배치로 이동하도록 제거용 레이저 이동 기구(84)에 지시함과 더불어, 제거해야 할 제2 조성물 P2를 향해 레이저광을 조사하도록 제거용 레이저(82)에 지시할 수 있다.
상기의 제거 단계가 완료되었을 경우, 또는 현시점에서 스테이지(11) 상으로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우(S1036:NO), 제어 유닛(22)은, 입력 데이터에 비추어, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1040). 성형체의 형성이 완성되지 않았다고 판정되었을 경우(S1040:NO), 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 z방향으로 이동시키도록(예를 들면, z방향으로 1층분만큼 하강시키도록) 스테이지 이동 기구(11a)에 지시한다(S1042). 그 후, 흐름은 S1000으로 돌아와, 제2층의 형성이 개시된다.
한편, 성형체 전체의 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1040:YES), 성형체의 제조가 완료된다. 제1층부터 최종층까지 형성이 완료됨으로써, 임의의 3차원 입체 형상을 갖는 성형체가 얻어진다. S1038의 제거 단계에 의해, 불필요한 지지 구조체 S가 가열 제거되므로, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체를 제조 가능하다.
이렇게 해서 성형 장치(1)는, 제1 조성물 P1에 대해 위치 제어, 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 단계 S1002~S1018을 포함하는 성형 사이클을 반복함과 더불어, 제2 조성물 P2에 대해 위치 제어, 토출, 및 고정화의 각 단계 S1022~S1030을 포함하는 성형 사이클을 반복함으로써, 3차원 성형체의 각 층을 형성하고, 이 층 형성을 제1층부터 최종층까지 반복함으로써, 3차원 성형체를 형성할 수 있다. 본 명세서에 있어서, '성형 사이클'이란, 2개 이상의 단계(예를 들면 토출 단계 및 열 고결 단계)로 이루어지는, 성형체를 제조하기 위해서 반복되는 일련의 공정을 의미한다. 여기서, '반복하는'이란, 연속적으로 또는 단속적으로 적어도 2회 행해지는 것을 의미하고, 예를 들면 어느 반복 단위와 그 다음 반복 단위의 사이에 다른 공정이 끼는 경우도 포함한다.
반드시 각 성형 사이클에 있어서 상기 단계를 모두 행할 필요는 없고, 일부 또는 전부의 성형 사이클에 있어서 상기의 각 단계의 1개 이상이 생략되어도 된다. 예를 들면, 일부의 성형 사이클에서는 제1 토출기(30) 및 제1 LED(40)의 위치 제어(S1002, S1004), 조성물 P의 토출(S1006, S1008), 및 고정화(S1010)만이 행해져도 되고, 다른 성형 사이클에서는 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)의 위치 제어(S1002, S1014), 조성물 P의 탈지(S1016), 및 열 고결(S1018)만이 행해져도 된다. 예를 들면, 일부의 성형 사이클에서는 열 고결(S1018)만이 행해져도 되고, 일부의 성형 사이클에서는 열 고결이 행해지지 않아도 된다.
또, 각 단계의 순서나 횟수가 임의로 변경되어도 되고, 임의의 다른 단계가 추가되어도 된다. 예를 들면, 제1 LED(40)의 이동은, 제1 조성물 P1의 토출(S1006) 뒤에 행해져도 되고, 제2 LED(42)의 이동은, 제2 조성물 P2의 토출(S1026) 뒤에 행해져도 된다. 또, 정보 취득 유닛(18)에 의한 정보 취득의 타이밍은 토출 위치 및 조사 위치를 결정할 때에 한정되지 않고, 임의의 타이밍에 정보 취득이 행해져도 된다.
상기의 성형 사이클은, 적어도 스테이지(11)를 따라 반복될 수 있다. 여기서, '스테이지를 따라'란, '스테이지의 각 면 중 조성물을 토출하는 토출기에 대향하는 면을 따라'라는 의미이다. 또, '적어도 스테이지를 따라 반복되는'이란, 성형 사이클이 스테이지와 교차하는 방향을 따라 반복되는지 여부에 관계없이, 복수 회의 성형 사이클이 스테이지를 따라 행해지는 것을 의미한다. 즉, 2회 이상의 성형 사이클이 스테이지를 따라 연속적으로 또는 단속적으로 행해지는 한, 성형 사이클이 스테이지를 따라 반복될 뿐만 아니라 스테이지와 교차하는 방향을 따라서도 반복되는 경우여도, '적어도 스테이지를 따라 반복되는'에 해당한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 성형 사이클이 행해지는 위치는, 예를 들면 성형 사이클이 토출 단계 및 열 고결 단계를 포함하는 경우에는, 토출된 조성물이 착지하는 위치 및 열 고결이 일어나는 위치에 상당한다. 따라서, '성형 사이클이 스테이지를 따라 행해지는'이란, 예를 들면 성형 사이클이 토출 단계 및 열 고결 단계를 포함하는 경우에는, 복수 회의 성형 사이클에 있어서의 조성물이 착지하는 위치 및 열 고결이 일어나는 위치가 스테이지를 따르고 있는 것을 의미한다.
상기의 성형 사이클은, 동일 평면 내에서 반복될 수 있다. 여기서, '동일 평면 내에서 반복되는'이란, 3차원 공간에 있어서 평면을 획정하기에 충분한 4회 이상의 성형 사이클이 당해 평면 상에서 반복되는 것을 의미한다.
상술한 흐름에서는, 성형체의 각 층에 대해, 우선 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 한번 행해져 제1 조성물 P1의 층 형성이 완료된 후, 제2 조성물 P2의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해지나, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 각 처리는 임의의 순서로 행해질 수 있다. 예를 들면, 제1 조성물 P1의 층 형성이 완료되기 전에 제2 조성물 P2의 처리(토출, 고정화, 탈지, 또는 열 고결)가 행해져도 된다. 예를 들면, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 처리가 병행하여 행해져도 된다.
[효과]
이상 설명한 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)에 의하면, 제1 조성물 P1의 공급과 제1 조성물 P1의 열 고결을 포함하는 성형 사이클이 반복하여 행해진다. 즉, 제1 조성물 P1의 열 고결이 국소적으로 행해지고, 열 고결 조작이 행해진 후라도 다음 제1 조성물 P1이 더 공급된다. 예를 들면, 공급 유닛(12)으로부터의 제1 조성물 P1의 공급을 뒤따라가도록, 제1 조성물 P1의 고정화(바인더 Pb의 경화), 바인더 Pb의 탈지, 및 무기 입자 Pa의 열 고결이 순차적으로 행해지므로, 이들 공정이 세분화될 수 있다.
탈지 공정이 세분화되어, 소량의 제1 조성물 P1에 대해서 탈지가 행해지므로, 종래의 광조형법처럼 무기 입자가 분산된 바인더의 입체 성형을 행한 후에 성형체 전체에 대해서 한 번에 탈지를 행하는 경우와 비교하면, 탈지 조작마다 바인더 Pb가 제거되어, 바인더 Pb 및 바인더 Pb의 분해 성분 등이 성형체 중에 잔류하는 것을 억제하는 것이 가능하다. 또, 종래의 광조형법처럼 성형체 전체의 탈지를 행하는 경우에는 바인더의 체적분의 간극이 성형체의 내부에 생길 수 있으므로, 완성된 성형체는 그 간극분만큼 수축되어 버리는 경우가 있으나, 본 실시형태처럼 탈지 공정이 세분화되면, 이러한 간극이 발생해도, 계속해서 제1 조성물 P1의 공급이 행해지므로, 다음 제1 조성물 P1에 의해 간극을 메울 수 있어, 이러한 수축을 억제하는 것이 가능하다.
또, 열 고결 공정이 세분화되어, 소량의 제1 조성물 P1에 대해서 열 고결이 행해지로, 종래의 광조형법처럼 일단 입체 성형을 행한 후에 탈지된 성형체 전체에 대해서 열 고결을 행하는 경우와 비교하면, 성형체의 부위마다의 열팽창률의 차 등에 의한 열 고결체의 균열이나 파손의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 만일 열팽창 및 열수축에 의한 균열 등이 생겼을 경우에도, 계속해서 제1 조성물 P1의 공급이 행해지므로, 다음 제1 조성물 P1에 의해 이러한 결함을 메울 수 있어, 이러한 결함의 악영향을 억제하는 것이 가능하다. 이렇게 열 고결의 결과에 의거하여 피드백적으로 제1 조성물 P1의 토출을 제어하면, 원하는 형상 및 크기를 갖는 속이 찬 성형체를 제조하는 것이 가능하다.
또한, 종래의 광조형법처럼 액조에 수용된 전구체를 1층마다 경화시켜 입체 성형을 행하는 경우에는, 1층마다, 필요한 부분만을 경화시킨 후 경화되어 있지 않은 바인더를 제거할 필요가 있으나, 본 실시형태에 따른 성형 장치(1)는, 이러한 공정을 필요로 하지 않는다. 이 때문에, 성형 프로세스의 비용을 저감함과 더불어 효율성을 향상시킬 수 있다. 또, 종래의 광조형법에 있어서의 제약을 경감함으로써, 무기 재료의 입체 조형에 있어서의 자유도를 향상시킬 수 있다.
이에 의해, 품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 제1 조성물 P1과는 별도로, 지지 재료 Ps를 포함하는 제2 조성물 P2를 사용함으로써, 지지 재료 Ps로 이루어지는 지지 구조체를 사용하는 것이 가능해진다. 이러한 지지 구조체에 의해, 스테이지(11) 상에서 제1 조성물 P1을 보텀업식으로 쌓아올려 가는 프로세스에 있어서도, 내부에 공간을 갖는 성형체나 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체 등이 제조 가능해져, 3차원 조형의 자유도가 비약적으로 향상될 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 성형 장치(1)는, 고정화 유닛(14)으로서 제1 LED(40) 및 제2 LED(42)를 구비하고, 가열 유닛(16)으로서 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)를 구비한다. 이에 의해, 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 공정의 실행 위치나 타이밍 등을 별도로 제어하는 것이 가능해져, 상술한 것과 같은 순차적인 성형 처리를 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 상기 예에서는, 제1 조성물 P1의 바인더 Pb 및 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps로서 광경화성 조성물을 사용했으나, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps로서 페놀 수지나 폴리우레탄 등의 열경화성 조성물을 채용하고, 고정화 유닛(14)의 구성 요소로서 LED 대신에 열경화성 수지를 경화시키기 위한 열원(예를 들면 레이저)을 사용해도 된다. 이 경우, 열경화성 수지로 이루어지는 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps가 열원으로부터의 열로 경화됨으로써, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화된다. 혹은, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps로서 폴리에틸렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 열가소성 조성물을 채용함과 더불어, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 미리 가열하여, 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps가 융해된 상태로 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 스테이지(11)를 향해 공급해도 된다. 이 경우, 열가소성 수지로 이루어지는 바인더 Pb 및 지지 재료 Ps가 스테이지(11) 상에서 자연 냉각됨으로써, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
또, 상기 예에서는, 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 포함하는 제거 유닛(20)이 이용되고 있으나, 지지 구조체 S를 제거하기 위해서 탈지용 레이저(50)나 열 고결용 레이저(52)가 이용되어도 된다. 이 경우, 제거 유닛(20)은 생략 가능하다.
[제2 실시형태]
다음에, 도 6~도 9를 참조하여, 제2 실시형태에 대해 설명한다. 제2 실시형태에서는, 지지 재료가 제거제에 의해 제거되는 점에서, 제1 실시형태와는 다르다. 또한, 이하에 설명하는 이외의 구성은, 제1 실시형태와 같다.
[구성]
도 6은, 제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)를 나타내는 도면이다. 도 7은, 제2 실시형태의 성형 장치(101)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)는, 챔버(110), 스테이지(111), 공급 유닛(112), 고정화 유닛(114), 가열 유닛(116), 정보 취득 유닛(118), 제거 유닛(120), 및 제어 유닛(122)(도 6 참조)을 구비한다.
제1 실시형태의 공급 유닛(12)이, 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb를 포함하는 제1 조성물 P1을 토출하는 제1 토출기(30)와 광경화성 조성물을 포함하는 제2 조성물 P2를 토출하는 제2 토출기(32)를 갖는 것에 비해, 공급 유닛(112)은, 제1 무기 입자 Pa1' 및 제1 바인더 Pb1'를 포함하는 제1 조성물 P1'를 토출하는 제1 토출기(130)와, 제2 무기 입자 Pa2' 및 제2 바인더 Pb2'를 포함하는 제2 조성물 P2'를 토출하는 제2 토출기(132)를 포함한다. 제1 토출기(130)는, 제1 조성물 P1'를 스테이지(111)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출한다. 제2 토출기(132)는 제2 조성물 P2'를 스테이지(111)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출한다. 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)는, 각각 제1 토출기 이동 기구(134) 및 제2 토출기 이동 기구(136)에 의해 이동 가능하다. 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'는, 무기 입자 Pa1', Pa2'가 바인더 Pb1', Pb2'에 분산된 상태로 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)에 각각 충전된다.
제1 조성물 P1'는, 예를 들면 제1 실시형태의 제1 조성물 P1과 동일하게, 성형체를 형성하는 제1 무기 입자 Pa1' 및 제1 바인더 Pb1'를 포함하는 유체이다. 제1 무기 입자 Pa1은, 제1 실시형태의 무기 입자 Pa와 동일하게, 예를 들면 금속, 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물, 수산화물, 탄산화물, 인산화물 등 임의의 무기 재료 또는 이들의 조합으로 이루어지는 입자이다.
제2 조성물 P2'는, 예를 들면 제1 무기 입자 Pa1'와 다른 제2 무기 입자 Pa2' 및 제2 바인더 Pb2'를 포함하는 유체이다. 제2 무기 입자 Pa2' 또는 제2 무기 입자 Pa2'를 가열함으로써 얻어지는 재료는, 물 등의 용매에 대한 높은 용해성 또는 산 등의 시약에 대한 높은 반응성을 가질 수 있다. 즉, 제2 조성물 P2'는, 열 고결 후에 물이나 산 등의 제거제를 첨가함으로써 제거 가능한 조성물이다. 또, 제2 무기 입자 Pa2'가 분해되는 온도는, 예를 들면 제1 무기 입자 Pa1'의 열 고결을 행하기 위한 온도보다 높다.
제1 바인더 Pb1'는, 예를 들면 제1 실시형태의 바인더 Pb와 동일하게, 특정 파장의 광(예를 들면 자외선)을 받아 경화되는 광경화성 조성물을 포함한다. 마찬가지로 제2 바인더 Pb2'도, 광경화성 조성물을 포함한다. 제1 바인더 Pb1'의 광경화성 조성물 및 제2 바인더 Pb2'의 광경화성 조성물은, 동일한 것이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.
제1 실시형태의 고정화 유닛(14)의 제2 LED(42)가 제2 조성물 P2의 지지 재료 Ps를 고정화하는 것에 비해, 고정화 유닛(114)의 제2 LED(142)는, 제2 조성물 P2'의 제2 바인더 Pb2'를 경화시킴으로써, 스테이지(111) 상에서 제2 조성물 P2'를 고정화한다.
제1 실시형태의 가열 유닛(16)이 단일 탈지용 레이저(50) 및 단일 열 고결용 레이저(52)를 포함하는 것에 비해, 가열 유닛(116)은, 제1 조성물 P1'를 위한 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1 열 고결용 레이저(152)와, 제2 조성물 P2'를 위한 제2 탈지용 레이저(154) 및 제2 열 고결용 레이저(156)를 포함한다. 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1열 고결용 레이저(152)는, 모두 제1 조성물 P1'에 대해서 레이저 조사를 행하여 제1 조성물 P1'를 가열함으로써, 각각 제1 조성물 P1'의 탈지 및 열 고결을 행한다. 제2 탈지용 레이저(154) 및 제2 열 고결용 레이저(156)는, 모두 제2 조성물 P2'에 대해서 레이저 조사를 행하여 제2 조성물 P2'를 가열함으로써, 각각 제2 조성물 P2'의 탈지 및 열 고결을 행한다. 제1 탈지용 레이저(150), 제1 열 고결용 레이저(152), 제2 탈지용 레이저(154), 및 제2 열 고결용 레이저(156)는, 각각 제1 탈지용 레이저 이동 기구(158), 제1 열 고결용 레이저 이동 기구(160), 제2 탈지용 레이저 이동 기구(162), 및 제2 열 고결용 레이저 이동 기구(164)에 의해 이동 가능하다.
제1 실시형태의 제거 유닛(20)이 가열 장치(80) 및 제거용 레이저(82)를 갖는 것에 비해, 제거 유닛(120)은, 제2 조성물 P2'를 제거하기 위한(예를 들면 용해 또는 분해시키기 위한) 제거제(예를 들면 물 또는 산)를 공급하는 제거제 공급기(180)를 갖는다. 제거제 공급기(180)는, 예를 들면 성형 작업 중 또는 성형 작업 후에 지지 재료로서의 제2 조성물 P2'가 불필요하게 되었을 경우에, 당해 제2 조성물 P2'를 제거하기 위해서, 소정의 위치를 향해 제거제를 분사할 수 있다. 제거제 공급기(180)는, 제거제 공급기 이동 기구(182)에 의해 적절히 이동 가능하다. 여기서, 제1 조성물 P1'는, 제거제 공급기(180)에 의해 공급되는 제거제에는 실질적으로 용해되지 않고, 당해 제거제에 의해서는 실질적으로 분해되지 않는다. 여기서, '실질적으로 용해되지 않는' 및 '실질적으로 분해되지 않는'이란, 제거제에 1분간 담겼을 때에 90중량% 이상이 용해 또는 분해를 일으키지 않고 잔존하는 것을 의미한다.
또한, 제거제 공급기(180)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제거제 공급기(180)는, 제2 조성물 P2'를 분해시키는 반응성 가스를 공급해도 된다. 또, 제거제 공급기(180)는, 챔버(110) 내부 또는 외부에 설치된 물이나 산이 든 욕조 등이어도 된다. 이 경우, 지지 재료로서 기능하는 제2 조성물 P2'를 제거하지 않고 성형 작업을 완료한 후, 얻어진 성형체(지지 재료를 포함한다)를 당해 욕조에 담금으로써, 지지 재료로서의 제2 조성물 P2'가 제거될 수 있다.
제1 실시형태와 동일하게, 제어 유닛(122)(도 7 참조)은, 정보 취득 유닛(118)에 의해 취득된 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 정보에 의거하여, 공급 유닛(112), 고정화 유닛(114), 가열 유닛(116), 정보 취득 유닛(118), 및 제거 유닛(120)의 피드백 제어를 행할 수 있다. 또, 제어 유닛(122)은, 필요에 따라, 제거제 공급기(180)를 적절한 배치로 이동하도록 제거제 공급기 이동 기구(182)에 지시함과 더불어, 스테이지(111) 상의 제2 조성물 P2'에 대해서 제거제(예를 들면 물 또는 산)를 공급하도록 제거제 공급기(180)에 지시할 수 있다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 8 및 도 9를 참조하여, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 8은, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이며, 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일련의 프로세스 (a)~(k)를 나타낸다.
도 8(a)~도 8(c)의 프로세스는, 실질적으로 도 4(a)~도 4(c)와 같다. 즉, 도 8(a)에서는, 제1 조성물 P1'가 제1 토출기(130)로부터 스테이지(111)를 향해 토출됨과 더불어, 제1 LED(140)에 의해 제1 조성물 P1'의 광 조사가 행해진다. 도 8(b)에서는, 제1 조성물 P1'의 제1 바인더 Pb1'가 광경화되어 제1 바인더 B1'가 되어 있고, 고정화된 제1 조성물 P1'에 대해서, 제1 탈지용 레이저(150)에 의한 제1 바인더 B1'의 탈지 및 제1 열 고결용 레이저(152)에 의한 제1 무기 입자 Pa1'의 열 고결이 행해진다. 도 8(c)에서는, 이 일련의 공정이 반복됨으로써, 성형체의 제1층 중 제1 조성물 P1'의 무기 재료로 형성되는 부분에, 열 고결체 C'가 형성되어 있다.
또한, 도 8(c)에서는, 제2 조성물 P2'가 제2 토출기(132)로부터 스테이지(111)를 향해 토출되고, 제2 LED(142)에 의해 광이 조사된다.
도 8(d)에서는, 광 조사에 의해 제2 조성물 P2'의 제2 바인더 Pb2'가 경화되어 제2 바인더 B2'가 되어 있다. 이 고정화된 제2 조성물 P2'에 대해서, 제2 탈지용 레이저(154)에 의한 제2 바인더 B2'의 탈지 및 제2 열 고결용 레이저(156)에 의한 제2 무기 입자 Pa2'의 열 고결이 행해진다.
도 8(e)에서는, 제2 조성물 P2'가 열 고결된 지지 구조체 S'가 형성되어 있다. 그 후, 제1 조성물 P1'와 동일하게, 제2 조성물 P2'에 대해 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이라는 일련의 프로세스가 반복된다.
도 8(f)에서는, 상기 공정의 반복에 의해, 성형체의 제1층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S'가 형성되어 있다. 다음에, 제2층의 성형을 행하기 위해서, 다시 제1 조성물 P1'의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해진다.
도 8(g)에서는, 성형체의 제2층 중 제1 조성물 P1'의 무기 재료로 형성되는 부분에, 제1 조성물 P1'가 공급되어, 고정화되고, 탈지되고, 열 고결되어 있다. 여기서, 제1 실시형태에서는, 도 4(f)에 나타내는 바와 같이, 지지 구조체 S의 분해를 억제하기 위해서, 지지 구조체 S의 근방에서는, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결이 행해지지 않는 것에 비해, 제2 실시형태에서는, 제2 조성물 P2'의 지지 구조체 S'가 분해되는 온도는, 제1 조성물 P1'의 탈지 및 열 고결이 행해지는 온도보다 높기 때문에, 제1 조성물 P1'가 공급되는 위치가 지지 구조체 S'의 근방인지 여부에 관계없이, 스테이지(111) 상에 공급된 모든 제1 조성물 P1'에 대해서 탈지 및 열 고결이 행해질 수 있다. 다음에, 도 8(c)와 동일하게, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 제2 조성물 P2'가 제2 토출기(132)로부터 공급됨과 더불어, 제2 LED(42)에 의해 제2 조성물 P2'로의 광 조사가 행해진다.
도 8(h)에서는, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S'가 형성되어 있다. 계속해서, 도 8(i)에서는, 제2층과 동일하게, 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'로 이루어지는 제3층이 형성된다. 도 8(j)에서는, 전체적으로 제1 조성물 P1'의 무기 재료로 형성되는 제4층이 형성된다.
마지막으로, 지지 구조체 S'를 제거하기 위해서, 제거 유닛(120)의 제거제 공급기(180)에 의한 가열 처리가 행해진다. 이에 의해, 도 8(k)에 나타내는 것 같은 공간을 갖는 무기 재료의 성형체 M'가 얻어진다.
도 9는, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
제2 실시형태에 의한 성형체의 제조 방법의 흐름은, 지지 재료로서 제거제에 의해 화학적으로 제거 가능한 무기 재료를 사용하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시형태와 같다.
층 형성의 개시(S2000)부터 제1 LED(140)의 조사(S2010)까지는, 제1 실시형태와 같다. 도 9의 S2000~S2010는, 도 5의 S1000~S1010에 대응한다.
제1 실시형태에서는, 제1 LED(40)의 조사 후, 제어 유닛(22)이 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행할지 여부를 판정한다(S1012). 이에 비해, 제2 실시형태에서는, 상기와 같이, 지지 구조체 S'의 근방에서도 제1 조성물 P1'의 탈지 및 열 고결을 행할 수 있으므로, 제1 실시형태에 있어서의 판정 단계 S1012는 생략될 수 있다. 이 때문에, 제2 실시형태에서는, S2002에서 결정된 조사 위치에 따라서, 제1 토출기(130) 및 제1 LED(140)의 이동과 함께, 가열 유닛(116)(여기서는 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1열 고결용 레이저(152))의 이동도 행해진다(S2004). 단, 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1 열 고결용 레이저(152)의 이동 타이밍은 상기 예에 한정되지 않고, 예를 들면 제1 LED(140)의 조사 후에 행해져도 된다.
제1 LED(140)의 조사 후, 탈지 단계(S2012) 및 열 고결 단계(S2014)가 행해진다. 그 후, 제어 유닛(122)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(118)에 의해 취득된 스테이지(111) 상의 제1 조성물 P1'의 정보에 의거하여, 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(S2016). 제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정될 때까지, 제1 조성물 P1'의 성형 사이클(S2002~S2016)이 반복된다.
제1층 중 제1 조성물 P1로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되면, 제2 조성물 P2'의 성형이 개시된다. 제2 조성물 P2'는 열 고결 가능한 제2 무기 입자 Pa2'를 포함하므로, 제1 실시형태와는 달리, 제2 조성물 P2'에 대해서도 탈지 단계(S2028) 및 열 고결 단계(S2030)가 행해진다. 이 점 이외는, 제1 실시형태와 같다.
제1층 중 제2 조성물 P2로 형성되는 부분의 성형이 완료되었다고 판정되면(S2032:YES), 제어 유닛(122)은, 제1층의 형성이 완료되었다고 판정한다(S2034).
다음에, 제1 실시형태와 동일하게, 제어 유닛(122)은, 현시점에서 스테이지(111) 상으로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2'가 존재하는지 여부를 판정한다(S1036). 제거해야 할 제2 조성물 P2'가 존재한다고 판정되었을 경우(S1036:YES), 제어 유닛(122)은, 당해 제2 조성물 P2'를 향해 제거제를 공급하도록 제거제 공급기(180)에 지시한다(S2038).
상기 제거 단계가 완료되었을 경우, 또는 현시점에서 스테이지(111) 상으로부터 제거해야 할 제2 조성물 P2'가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우(S2036:NO), 제어 유닛(122)은, 입력 데이터에 비추어, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S2040). 이후의 흐름은, 제1 실시형태와 같다.
또한, 제2 조성물 P2'를 제거제가 든 욕조에 담그는 것에 의해 불필요한 지지 구조체 S'(제2 조성물 P2')를 제거하는 경우에는, 상기의 제거 단계(S2036 및 S2038)는 생략될 수 있다. 예를 들면, 성형체는 일단 지지 구조체 S'를 포함하는 상태로 형성된 후, 챔버(110)로부터 꺼내져 욕조에 담겨도 되고, 챔버(110) 내부에서 욕조에 담겨도 된다.
[효과]
제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)에 의하면, 지지 구조체 S'의 근방에서도 탈지 및 열 고결을 행할 수 있으므로, 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)에 대해 설명한 이점을 제1 실시형태보다도 누릴 수 있다. 즉, 제1 실시형태에서는, 지지 구조체 S의 근방의 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결은 나중에 일괄적으로 행해질 수 있으므로, 지지 구조체 S의 근방에서는 탈지 공정 및 열 고결 공정이 충분히는 세분화되지 않는 경우도 있지만, 제2 실시형태에서는, 제1 조성물 P1'의 모든 탈지 공정 및 열 고결 공정이 세분화 가능하다. 이에 의해, 제1 실시형태와 비교해, 바인더의 탈지에 의해 발생한 공극에 기인하는 성형체의 수축을 더욱 억제함과 더불어, 열 고결체의 균열이나 파손의 발생을 더욱 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기 예에서는, 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 각각에 대해서 LED, 탈지용 레이저, 및 열 고결용 레이저가 1개씩(즉, 전체적으로는 LED, 탈지용 레이저, 및 열 고결용 레이저가 2개씩) 설치되어 있으나, 이들의 일부가 생략되어도 된다. 즉, 단일 LED를 사용해 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 양쪽 모두의 고정화가 행해져도 되고, 마찬가지로 단일 탈지용 레이저나 단일 열 고결용 레이저에 의해 제1 조성물 P1' 및 제2 조성물 P2'의 양쪽 모두의 탈지나 열 고결이 행해져도 된다.
[제3 실시형태]
다음에, 도 10~도 13을 참조하여, 제3 실시형태에 대해 설명한다. 제3 실시형태에서는, 지지 재료가 높은 내열성을 갖는 유기 재료인 점에서, 제1 실시형태와는 다르다. 또한, 이하에 설명하는 이외의 구성은, 제1 실시형태와 같다.
[구성]
도 10은, 제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)를 나타내는 도면이다. 도 11은, 제3 실시형태의 성형 장치(201)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)는, 챔버(210), 스테이지(211), 공급 유닛(212), 고정화 유닛(214), 가열 유닛(216), 정보 취득 유닛(218), 제거 유닛(220), 및 제어 유닛(222)(도 11 참조)을 구비한다.
제1 실시형태의 지지 재료 Ps가, 제1 조성물 P1의 탈지 온도 및 열 고결 온도에 있어서 분해되는 재료인데 비해, 제3 실시형태에서는, 제2 조성물 P2"는, 무산소 분위기하에서는 제1 조성물 P1"의 탈지 온도 및 열 고결 온도에 있어서 분해되지 않는 지지 재료 Ps"를 포함한다. 예를 들면, 지지 재료 Ps"는, 산소 존재하에서는, 제1 조성물 P1"의 탈지 온도 및 열 고결 온도에 있어서 분해된다. 본 명세서에 있어서, '무산소 분위기하'란, 분위기 중의 산소가 발명의 작용 효과에 실질적인 영향을 미치지 않는 상태를 의미하고, 예를 들면 제1 조성물 P1"의 열 고결 온도에 있어서 지지 재료 Ps"가 제1 조성물 P1"의 열 고결체를 지지할 수 있을 정도의 양의 산소가 존재하는 상태를 포함한다. 예를 들면, 무산소 분위기하의 산소 농도는, 0체적%~0.1체적%이고, 바람직하게는 0체적%~0.05체적%이며, 더욱 바람직하게는 0체적%~0.01체적%이다. 또, '산소 존재하'란, 300℃~500℃ 정도의 고온에서 일반적인 유기물의 연소가 발생할 정도의 양의 산소가 존재하는 상태를 의미한다.
지지 재료 Ps"는, 예를 들면 전방향 폴리아미드계 수지(아라미드 수지) 등 높은 내열성을 갖는 엔지니어링 플라스틱이다. 예를 들면, 지지 재료 Ps"는, 폴리-m-페닐렌이소프탈아미드이다.
제1 실시형태와 동일하게, 챔버(210)의 내부 압력은, 챔버(210)에 접속된 진공 펌프(210a)에 의해 변경 가능하다. 또, 챔버(210) 내부의 분위기는, 가스 봄베(210b)에 수용된 가스(예를 들면 질소나 아르곤 등의 불활성 가스)로 치환될 수 있다. 가스 봄베(210b)로부터의 가스의 유량 등은, 유량 제어부(210c)에 의해 제어 될 수 있다. 또한, 필요에 따라 복수의 종류의 가스가 챔버(210)에 공급되어도 된다.
통상적으로, 상기의 조건을 만족하는 지지 재료 Ps"는 열가소성을 가지므로, 제3 실시형태에서는, 고정화 유닛(214)은, 제1 실시형태의 제2 LED(42) 대신에, 융해용 레이저(242)를 갖는다. 융해용 레이저(242)는, 융해용 레이저 이동 기구(246)에 의해 적절히 이동 가능하다. 융해용 레이저(242)는, 열가소성 조성물인 지지 재료 Ps"에 레이저광을 조사함으로써, 당해 지지 재료 Ps"를 가열 융해시킬 수 있다. 그 후, 지지 재료 Ps"가 스테이지(211) 상에서 자연 냉각됨으로써, 제2 조성물 P2"가 스테이지(211) 상에서 고정화된다. 단, 고정화 유닛(214)의 구성은 상기 예에 한정되지 않고, 지지 재료 Ps"의 성질에 따라 적절히 변경될 수 있다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 12 및 도 13을 참조하여, 제3 실시형태의 성형 장치(201)의 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 12는, 제3 실시형태의 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이며, 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일련의 프로세스 (a)~(j)를 나타낸다.
도 12(a)~도 12(i)의 프로세스는, 무산소 분위기하에서 행해진다. 이 때문에, 도 12(a) 전에, 챔버(210)의 내부가 진공화 또는 가스 치환에 의해 무산소 분위기가 된다.
도 12(a)~도 12(e)의 프로세스는, 제2 조성물 P2"의 고정화에 LED가 아니라 융해용 레이저(242)를 사용하는 점을 제외하고, 실질적으로 도 4(a)~도 4(e)와 같다. 즉, 제1 조성물 P1"가 토출기(230)로부터 토출되어 LED(240)에 의해 고정화되고(도 12(a)), 탈지용 레이저(250) 및 열 고결용 레이저(252)에 의해 탈지 및 열 고결이 행해진다(도 12(b)). 성형체의 제1층 중 제1 조성물 P1"의 무기 재료로 형성되는 부분에 열 고결체 C"가 형성된 후, 제2 조성물 P2"가 융해용 레이저(242)로부터 토출된다(도 12(c)). 제2 조성물 P2"는, 융해용 레이저(242)에 의해 일단 융해된 후, 자연 냉각에 의해 고체화되고, 스테이지(211) 상에서 고정화되어 지지 구조체 S"를 형성한다. 제2 조성물 P2"의 토출 및 고정화가 반복되어(도 12(d)), 열 고결체 C" 및 지지 구조체 S"로 이루어지는 제1층이 형성된다. 다음에, 제2층의 형성이 개시되어, 제2층을 구성하는 제1 조성물 P1"의 토출 및 고정화가 행해진다(도 12(e)).
도 12(f)에서는, 성형체의 제2층 중 제1 조성물 P1"의 무기 재료로 형성되는 부분에, 제1 조성물 P1"가 공급되어, 고정화되고, 탈지되고, 열 고결되어 있다. 여기서, 제1 실시형태에서는, 도 4(f)에 나타내는 바와 같이, 지지 구조체 S의 분해를 억제하기 위해서, 지지 구조체 S의 근방에서는, 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결이 행해지지 않는 것에 비해, 제3 실시형태에서는, 무산소 분위기하에서 제2 조성물 P2"의 지지 구조체 S"가 분해되는 온도는, 제1 조성물 P1"의 열 고결 온도보다 높기 때문에, 제2 실시형태와 동일하게, 제1 조성물 P1"가 공급되는 위치가 지지 구조체 S"의 근방인지 여부에 관계없이, 스테이지(211) 상에 공급된 모든 제1 조성물 P1"에 대해서 탈지 및 열 고결이 행해질 수 있다. 또한, 탈지나 열 고결을 위해서 제1 조성물 P1"를 가열하면, 당해 제1 조성물 P1"의 근방의 지지 구조체 S"는 일단 융해될 수 있으나, 상기한 바와 같이 지지 구조체 S"는 무산소 분위기하에서는 분해되지 않기 때문에, 자연 냉각에 의해 다시 고체화되게 된다. 다음에, 도 12(c)와 동일하게, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 제2 조성물 P2"가 제2 토출기(232)로부터 공급됨과 더불어, 융해용 레이저(242)에 의해 제2 조성물 P2"의 융해가 행해진다.
도 12(g)에서는, 성형체의 제2층 중 재료가 존재하지 않는 공간이 되는 부분에, 지지 구조체 S"가 형성되어 있다. 계속해서, 도 12(h)에서는, 제2층과 동일하게, 제1 조성물 P1" 및 제2 조성물 P2"로 이루어지는 제3층이 형성된다. 도 12(i)에서는, 전체적으로 제1 조성물 P1"의 무기 재료로 형성되는 제4층이 형성된다.
마지막으로, 지지 구조체 S"를 제거하기 위해서, 대기나 산소 가스 등의 도입에 의해 챔버(210)의 내부에 산소가 도입된 후, 제거 유닛(220)의 가열 장치(280)나 제거용 레이저(282)에 의한 가열 처리가 행해진다. 지지 구조체 S"는, 무산소 분위기하에서 높은 내열성을 갖는 한편, 산소 존재하에서는 무산소 분위기하보다 낮은 내열성을 가지므로, 이러한 산소 존재하의 가열 처리에 의해 지지 구조체 S"를 제거하는 것이 가능하다. 이에 의해, 도 12(j)에 나타내는 것 같은 공간을 갖는 무기 재료의 성형체 M"가 얻어진다.
도 13은, 제3 실시형태의 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5에 나타낸 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법과 비교하면, 챔버(210) 내부의 분위기를 변경함으로써 지지 구조체 S"의 제거를 행하는 점과, 제2 조성물 P2"의 고정화에 LED가 아니라 융해용 레이저(242)를 사용하는 점이 상이하다.
제3 실시형태에서는, 우선 챔버(210)의 내부의 무산소화가 행해진다(S3000). 예를 들면, 제어 유닛(222)은, 챔버(210) 내를 불활성 가스로 치환하도록 진공 펌프(210a)나 유량 제어부(210c)에 지시한다.
다음에, 제1층의 형성이 개시된다(S3002). 제1 조성물 P1"의 층 형성은, 제1 실시형태와 동일하게 행해진다. 도 13의 S3004~S3018은, 도 5의 S1002~S1020에 대응한다.
제1 조성물 P1"의 층 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S3018:YES), 흐름은 제2 조성물 P2"의 층 형성(S3020~S3030)으로 진행된다. 도 13의 S3020~S3030은, 제2 조성물 P2"의 고정화를 행하기 위해서 LED(42)가 아니라 융해용 레이저(242)를 사용하는 점을 제외하고, 도 5의 S1022~S1032에 대응한다.
제2 조성물 P2"의 층 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S3030:YES), 제어 유닛(222)은, 제1층의 형성이 완료되었다고 판정한다(S3032).
다음에, 제어 유닛(222)은, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S3034). 성형체 전체의 형성이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S3034:NO), 제어 유닛(222)은, 스테이지(211)를 z방향으로 이동시키도록 스테이지 이동 기구(211a)에 지시한다(S3036). 그 후, 흐름은 S3002로 돌아와, 제2층의 형성이 개시된다.
한편, 성형체 전체의 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S3034:YES), 제어 유닛(222)은, 챔버(210)의 내부에 예를 들면 대기를 도입하도록 진공 펌프(210a)나 유량 제어부(210c)에 지시함과 더불어, 제거해야 할 지지 구조체 S"를 가열하도록 가열 장치(280)나 제거용 레이저(282)에 지시한다(S3038). 이에 의해 지지 구조체 S"가 제거되어, 원하는 형상의 성형체가 얻어진다.
[효과]
제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)에 의하면, 제2 실시형태와 동일하게, 지지 구조체 S"의 근방에서도 탈지 및 열 고결을 행할 수 있으므로, 제1 실시형태와 비교하여, 바인더의 탈지에 의해 발생한 공극에 기인하는 성형체의 수축을 더욱 억제함과 더불어, 열 고결체의 균열이나 파손의 발생을 더욱 억제하는 것이 가능하다. 또, 제3 실시형태에서는, 제2 실시형태와 달리, 제2 조성물 P2"의 탈지 및 열 고결을 행할 필요가 없기 때문에, 제2 실시형태와 비교해, 성형 장치(201)의 구성 및 성형 작업을 간소화하는 것이 가능하다. 이에 의해, 자유도가 향상된 3차원 조형을 보다 저비용 또한 고속으로 실행할 수 있다.
[변형예]
상기 예에서는, 조성물의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 완료된 후에, 스테이지가 x방향 또는 y방향으로 이동하여, 다음 조성물의 토출이 행해지나, 성형 프로세스는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물의 고정화 후, 탈지 단계 전에 스테이지의 이동이 행해져, 탈지나 열 고결과 병행하여 다음 조성물의 토출이나 고정화가 행해져도 된다. 또, 조성물의 고정화와 병행하여 다음 조성물의 토출이 행해져도 된다. 예를 들면, 토출기로부터의 조성물의 토출이 간헐적이 아니라 연속적으로 행해지는 경우에는, 조성물은 끊임없이 계속 공급되므로, 조성물의 공급과 병행하여, 공급된 조성물의 고정화, 탈지, 및 열 고결, 및 스테이지나 레이저 등의 각 구성 요소의 이동이 행해질 수 있다.
상기 예에서는, 조성물이 스테이지 상에 착지한 후에, LED나 융해용 레이저에 의한 고정화를 위한 광 조사가 행해지나, 이 고정화 처리의 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물이 토출되어 낙하하고 있는 동안에 광 조사가 행해져도 된다.
상기 예에서는, 탈지용 레이저 및 열 고결용 레이저가 거의 같은 영역에 레이저광을 조사하고 있으나, 이들의 조사 위치는 반드시 같지 않아도 된다. 예를 들면, 열 고결용 레이저의 조사 위치가 탈지용 레이저의 조사 위치로부터 일정 거리(예를 들면 1mm 정도) 떨어지도록 해, 탈지용 레이저에 의한 조사를 추종하도록 열 고결용 레이저의 조사를 제어해도 된다.
상기 예에서는, 탈지 단계 전에 LED 또는 융해용 레이저를 사용하여 스테이지 상에 조성물을 잠정적으로 고정화함으로써 성형 장치의 동작이 안정화될 수 있으나, 예를 들면 이 고정화 단계를 생략하고, 스테이지로의 조성물의 착지가 검지되었을 경우에 탈지용 레이저의 조사를 행하여, 바인더의 탈지를 행해도 된다.
상기 예에서는, 고정화 유닛과 가열 유닛이 별도의 구성 요소로서 설치되어 있으나, 예를 들면 조성물 중의 광경화성 조성물을 경화시키기 위한 광원으로서 가열 유닛의 탈지용 레이저나 열 고결용 레이저를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 고정화시에는 당해 레이저의 출력을 약하게 해서 사용하고, 탈지 및 열 고결을 행할 때는 당해 레이저의 출력을 높여 사용하게 된다. 이에 의해, 성형 장치의 구성을 간략화할 수 있다.
상기 예에서는, 열 고결 단계를 실행한 후 또한 조성물의 착지를 검지하기 전에, 제어부에 의해 토출기의 토출 위치 및 고정화 유닛과 가열 유닛의 조사 위치가 결정됨과 더불어 이들의 배치가 변경될 수 있으나, 이러한 토출 위치 및 조사 위치의 결정 및 배치 변경의 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 제어부는, 임의의 타이밍에 토출기의 토출 위치 및 고정화 유닛과 가열 유닛의 조사 위치를 결정함과 더불어, 임의의 타이밍에 이들의 배치의 변경을 토출기 이동 기구, LED 이동 기구, 탈지용 레이저 이동 기구, 및 열 고결용 레이저 이동 기구 등에 지시할 수 있다.
상기 예에서는, 정보 취득 유닛에 의해 취득된 정보에 의거하여 토출 위치 및 조사 위치가 결정되나, 이러한 정보를 사용하지 않고, 미리 설정된 토출 위치 및 조사 위치의 시퀀스에 따라 조성물의 토출 및 각 단계가 실행되어도 된다. 마찬가지로 상기 예에서는, 정보 취득 유닛에 의해 취득된 정보에 의거하여 고정화 유닛이나 가열 유닛의 조사 타이밍 등이 결정되나, 이러한 정보를 사용하지 않고, 토출기가 실제로 토출을 행하는 타이밍이나 조성물의 밀도, 토출량, 토출기와 스테이지 사이의 거리 등에 의거하여, 고정화 유닛이나 가열 유닛의 조사 타이밍이 결정되어도 된다.
상기 예에서는, 성형 사이클마다 제어 유닛이 다음 토출 위치 및 조사 위치를 결정하고 있으나, 제어 유닛은, 예를 들면 제1 토출기 및 제2 토출기를 소정의 방향으로 일정한 스피드로 계속 움직이면서, 각 위치에서 제1 토출기 및 제2 토출기의 토출 유무, 탈지나 열 고결의 유무 등을 결정해도 된다. 이 경우, 어느 정도의 토출 작업이 완료된 단계에서, 정보 취득 유닛에 의해 취득된 정보에 의거하여, 그때까지 제1 조성물 및 제2 조성물이 토출되었지만 탈지나 열 고결이 적절히 행해지지 않았다고 판정된 위치에 있어서, 추가로 토출이나 열 고결을 행하는 것이 가능하다.
상기 예에서는, 스테이지를 z방향으로 단계적으로 강하시켜, 성형체를 아래로부터 1층씩 형성해 나가는 프로세스를 설명했으나, 반드시 층 단위로 성형을 행할 필요는 없다. 예를 들면, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛의 높이나 방향을 적절히 변경함으로써, 스테이지를 z방향으로 움직이지 않고, 스테이지 상에서 조성물을 쌓아올려 감으로써 성형체를 성형하는 것도 가능하다. 이 경우, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛은, 토출기 이동 기구, LED 이동 기구, 탈지용 레이저 이동 기구, 및 열 고결용 레이저 이동 기구에 의해, z방향으로도 이동 가능해도 된다.
또, 상기 예에서는, 결정된 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛을 이동시키고 있으나, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛을 이동시키는 대신에, x방향 및 y방향에 있어서 스테이지를 이동시켜도 된다. 즉, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛의 위치를 고정하고, 스테이지를 x방향, y방향, 및 z방향으로 이동시켜도 된다. 혹은, 스테이지, 토출기, 고정화 유닛, 및 가열 유닛이 모두 x방향 및 y방향으로 이동 가능해도 된다.
상기 예에서는, 성형체를 구성하는 재료로서 1종류의 무기 재료(무기 입자 Pa, Pa1', Pa")가 사용되고 있으나, 2종류 이상의 무기 재료가 사용되어도 된다. 상이한 종류의 무기 재료의 수에 따라, 토출기 등의 공급 수단, LED 등의 고정화 수단, 탈지용 레이저나 열 고결용 레이저 등의 가열 수단 등의 수도 적절히 변경될 수 있다.
상기 예에서는, 조성물을 공급하는 공급기로서 토출기가 사용되고 있으나, 공급기는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물이 일정 이상의 크기의 고체인 경우에는, 물리적인 파지나 자기적 작용 등에 의한 흡착에 의해 조성물을 유지함과 더불어 스테이지 상의 임의의 장소에 배치할 수 있는 미세 아암 기구가 공급기로서 사용되어도 된다.
상기 예에서는, 제1 조성물 P1 등 무기 입자를 포함하는 조성물로서 무기 입자가 바인더에 분산된 것에 대해 설명했으나, 당해 조성물의 구성은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 입자를 유기 바인더(예를 들면 열가소성 수지)로 코팅 한 것도 이용 가능하다. 이 경우, 예를 들면, 고정화 유닛은, LED 대신에 융해용 레이저를 갖고, 토출된 조성물의 유기 코팅을 융해용 레이저로 융해시키고 자연 냉각에 의해 고체화시켜, 당해 조성물을 스테이지 상에서 고정화할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명을 한정된 실시예와 도면에 의해 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 사람에 의해 본 발명의 기술 사상과 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

Claims (19)

  1. 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급부 및 상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급부를 갖는 공급 유닛;
    상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛;
    상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 유닛; 및
    상기 제1 조성물의 공급과 가열을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록, 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛;
    을 구비하는 성형 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 제1 공급부 및 상기 가열 유닛을 제어하는, 성형 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 유닛은, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는, 성형 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 조성물은, 상기 무기 재료가 분산된 유기 바인더를 포함하고,
    상기 가열 유닛은, 상기 제1 조성물에 열을 가함으로써 상기 유기 바인더의 탈지를 행하는 탈지용 열원을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 열 고결용 열원에 의한 열 고결 전에 상기 탈지를 행하도록 상기 탈지용 열원을 제어하는, 성형 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정화 유닛은, 상기 제1 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는, 성형 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 유닛을 더 구비하는, 성형 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되고,
    상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 가열부를 갖는, 성형 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제거 유닛은, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급하는 제거제 공급부를 갖는, 성형 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기 재료는, 상기 가열 유닛에 의해 제1 온도 이상의 온도까지 가열되었을 경우에 열 고결되고,
    상기 지지 재료는, 무산소 분위기하에서는, 상기 제1 온도에 있어서 분해되지 않는, 성형 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 조성물은 광경화성 조성물이고,
    상기 고정화 유닛은, 상기 제2 조성물의 광경화를 행하는 광원을 포함하는, 성형 장치.
  11. 무기 재료를 포함하는 제1 조성물로부터 성형체를 제조하는 방법으로서,
    상기 제1 조성물을 제1 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급 단계;
    상기 제1 조성물의 지지를 행하기 위한 지지 재료를 포함하는 제2 조성물을 제2 공급부로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급 단계;
    상기 제2 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 단계; 및
    상기 제1 조성물에 상기 스테이지 상에서 열을 가하는 가열 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 공급 단계와 상기 가열 단계를 포함하는 성형 사이클이 반복되는, 성형체의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 성형 사이클이 적어도 상기 스테이지를 따라 반복 실행되는, 성형체의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 가열 단계는, 상기 제1 공급부로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 열 고결을 행하는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    열 고결을 행하는 상기 공정 전에, 공급된 상기 제1 조성물을 경화시키는 경화 단계를 더 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 경화 단계 후이며 상기 가열 단계 전에, 경화된 상기 제1 조성물의 탈지를 행하는 탈지 단계를 더 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지 상에서 고정화된 상기 제2 조성물의 제거를 행하는 제거 단계를 더 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 지지 재료는, 가열되었을 경우에 상기 무기 재료보다 낮은 온도에서 분해되고,
    상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 가열함으로써 상기 지지 재료의 분해를 행하는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 용해 또는 분해시키지만 상기 무기 재료를 실질적으로 용해 및 분해시키지 않는 제거제를 공급함으로써, 상기 지지 재료의 용해 또는 분해를 행하는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 가열 단계는, 상기 지지 재료가 실질적으로 분해되지 않도록 무산소 분위기하에서 실행되고,
    상기 제거 단계는, 상기 지지 재료를 산소에 노출시켜, 상기 지지 재료를 분해시키는 공정을 포함하는, 성형체의 제조 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113001049B (zh) * 2021-02-09 2023-03-24 南方科技大学 一种电辅助增材制造装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160018910A (ko) * 2014-08-07 2016-02-18 삼성전자주식회사 조형물 형성 장치 및 조형물 형성 장치의 제어 방법
KR20170040060A (ko) * 2015-10-02 2017-04-12 주식회사 쓰리디컨트롤즈 금속 분말 함유 원료를 이용한 3차원 프린팅 장치
KR20180009832A (ko) * 2016-07-19 2018-01-30 진광식 필라멘트 감기 장치, 이를 이용한 3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치 및 3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치 제어 시스템
KR20180114593A (ko) * 2017-04-11 2018-10-19 울산과학기술원 3차원 구조체의 제조방법 및 그를 이용한 3차원 구조체
KR20180134700A (ko) * 2017-06-09 2018-12-19 한국광기술원 유리섬유를 이용한 3d프린터

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854379A (en) * 1994-03-14 1998-12-29 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Thermal decomposition degreasing method and molded products thereof
EP0847314B1 (en) * 1996-04-17 1999-12-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a sintered structure on a substrate
US6697694B2 (en) * 1998-08-26 2004-02-24 Electronic Materials, L.L.C. Apparatus and method for creating flexible circuits
JP4800074B2 (ja) 2006-03-10 2011-10-26 国立大学法人大阪大学 光造形物の製造方法
JP5774825B2 (ja) * 2010-08-19 2015-09-09 ソニー株式会社 ３次元造形装置及び造形物の製造方法
US20160243619A1 (en) 2013-10-17 2016-08-25 Xjet Ltd. Methods and systems for printing 3d object by inkjet
JP6547262B2 (ja) * 2014-09-25 2019-07-24 セイコーエプソン株式会社 ３次元形成装置および３次元形成方法
JP2016074956A (ja) * 2014-10-08 2016-05-12 セイコーエプソン株式会社 ３次元形成装置および３次元形成方法
JP6536199B2 (ja) * 2015-06-16 2019-07-03 セイコーエプソン株式会社 ３次元形成装置
KR20170028746A (ko) * 2015-09-04 2017-03-14 한국전자통신연구원 3d 스캐닝 기능과 3d 프린팅 기능을 구비한 3d 복합기 및 그 동작 방법
JP2017057427A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP6770245B2 (ja) * 2015-10-15 2020-10-14 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP6718132B2 (ja) * 2015-11-06 2020-07-08 セイコーエプソン株式会社 三次元構造物の製造方法及びその製造装置
JP6669985B2 (ja) * 2015-11-12 2020-03-18 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法
JP2017136712A (ja) 2016-02-02 2017-08-10 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法、三次元造形物製造装置および三次元造形物
JP2017177510A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法、三次元造形物製造装置および三次元造形物
CN109195776A (zh) * 2016-04-14 2019-01-11 德仕托金属有限公司 具有支撑结构的增材制造
KR20180003953A (ko) * 2016-07-02 2018-01-10 주식회사 렉스전자 3d 프린터 시스템 장치
JP6826321B2 (ja) * 2016-07-26 2021-02-03 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の造形ステージ、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法
CN206276911U (zh) * 2016-09-30 2017-06-27 珠海天威飞马打印耗材有限公司 一种熔融沉积成型的金属三维打印机
EP3321074A1 (en) 2016-11-11 2018-05-16 Dow Corning Corporation A device for formfree printing a three-dimensional object in layers
JP6844225B2 (ja) * 2016-11-30 2021-03-17 セイコーエプソン株式会社 焼結用粉末および焼結体の製造方法
JP6855846B2 (ja) * 2017-03-06 2021-04-07 セイコーエプソン株式会社 ペースト及び三次元造形物の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160018910A (ko) * 2014-08-07 2016-02-18 삼성전자주식회사 조형물 형성 장치 및 조형물 형성 장치의 제어 방법
KR20170040060A (ko) * 2015-10-02 2017-04-12 주식회사 쓰리디컨트롤즈 금속 분말 함유 원료를 이용한 3차원 프린팅 장치
KR20180009832A (ko) * 2016-07-19 2018-01-30 진광식 필라멘트 감기 장치, 이를 이용한 3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치 및 3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치 제어 시스템
KR20180114593A (ko) * 2017-04-11 2018-10-19 울산과학기술원 3차원 구조체의 제조방법 및 그를 이용한 3차원 구조체
KR20180134700A (ko) * 2017-06-09 2018-12-19 한국광기술원 유리섬유를 이용한 3d프린터

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