WO2020138906A1 - 성형 장치 및 성형체의 제조 방법 - Google Patents

성형 장치 및 성형체의 제조 방법 Download PDF

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WO2020138906A1
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stage
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heat
heat setting
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키노시타요시히로
나리마츠에이이치로
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P10/25—Process efficiency

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 curing of the first layer is performed 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 (cleaning process). 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, thereby forming a molded body having a predetermined three-dimensional shape composed of a plurality of layers.
  • 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.
  • One aspect of the present invention is a supply unit for supplying a composition comprising an inorganic material intermittently or continuously toward a stage, and for thermal fixation configured to perform at least thermal fixation on the stage for the composition supplied from the supply unit.
  • a heating unit comprising a heat source, an information acquiring unit for acquiring information regarding at least one of the geometrical, physical, and chemical states of the heat-setting composition, and a molding cycle comprising supplying the composition and heat-setting.
  • It is a molding apparatus for three-dimensional molding that controls the supply unit and the heating unit to repeat, and includes a control unit that controls at least one of the supply unit and the heating unit based on the information.
  • control unit may control the supply unit and the heating unit to repeat the molding cycle at least along the stage.
  • control unit may determine at least one of a position at which the composition is supplied and a position at which heat setting is performed based on the information.
  • control unit may control the supply unit and the heating unit so as to repeatedly supply and heat fixation of the composition in at least the same plane.
  • the supply unit includes a first supply that intermittently or continuously supplies a first composition comprising a first inorganic material toward the stage, and a second weapon different from the first inorganic material You may have a 2nd feeder which intermittently or continuously supplies the 2nd composition containing a material toward the said stage.
  • the heating unit includes a first heat setting heat source configured to perform at least heat setting on the stage for the first composition supplied from the first supply unit, and the second composition supplied from the second supply unit.
  • a second heat setting heat source configured to perform heat setting on the stage may be provided.
  • the information acquisition unit may have a photographing apparatus that photographs the composition on the stage, and the information acquisition unit is heat-solidified based on photographing data obtained from the photographing apparatus.
  • Acquire information regarding the geometrical state of the composition and the control unit performs a thermal fixation on the stage and a position for supplying the composition on the stage, based on the information regarding the geometrical state of the composition that has been thermally cured. You may decide at least one of the positions.
  • the information acquisition unit has an ultrasonic device for acquiring the information, and the ultrasonic device is configured to transmit ultrasonic waves toward the composition on the stage and receive reflected ultrasonic waves. You may work.
  • a removal unit that removes at least a portion of the composition that has solidified on the stage from the stage may be further provided, and the information acquisition unit, based on data obtained from the ultrasonic apparatus, geometrical state of the composition that has been heat-solidified. Or obtaining information regarding a physical state, and the control unit removes the at least a portion of the composition on the stage from the stage based on the information regarding the geometrical state or physical state of the heat-set composition. You may control the unit.
  • the information acquisition unit has an X-ray diffraction device for acquiring the information, and the X-ray diffraction device may be configured to measure the X-ray diffraction pattern of the composition on the stage. .
  • the information acquisition unit may acquire information regarding a physical state or a chemical state of the composition that has been heat-hardened based on the X-ray diffraction pattern measured by the X-ray diffraction apparatus, and the control unit may The heating unit may be controlled to reheat the composition on the stage based on the information regarding the physical or chemical state of the solidified composition.
  • the composition may include an organic binder in which the inorganic material is dispersed, or an organic coating surrounding the inorganic material, and the heating unit may include the organic binder or the above by applying heat to the composition.
  • the heat source for degreasing which further performs degreasing of the organic coating may be further included, and the control unit may control the heat source for degreasing so as to perform degreasing before heat setting by the heat fixation heat source.
  • the molding apparatus of the above aspect may further include an immobilization unit that immobilizes the composition on the stage.
  • the said composition may contain the organic binder containing a photocurable composition, and the said immobilization unit may contain the light source which performs photocuring of the said photocurable composition before heat setting.
  • the composition may include inorganic particles coated with an organic coating, and the immobilization unit may include a heat source for melting to heat-melt the organic coating before heat setting.
  • Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a three-dimensional molded body from a composition comprising an inorganic material, the supply step of supplying the composition intermittently or continuously from the supply unit toward the stage, and the composition supplied from the supply unit With respect to, a heat setting step of performing at least heat setting on the stage by a heating unit, and an information acquisition step of obtaining information on at least one of a geometrical state, a physical state, and a chemical state of the heat-setting composition, and Based on information, it is a manufacturing method of a three-dimensional molded body comprising a control step of controlling at least one of the supply unit and the heating unit, and a molding cycle including the supply step and the heat setting step is repeated.
  • the molding cycle may be repeated at least along the stage.
  • the supplying step and the heat setting step may be performed repeatedly at least in the same plane.
  • the method for manufacturing a molded article of the above aspect may further include a stage moving step of moving the stage along a direction orthogonal to the stage, the molding cycle is repeated along the stage, and the molding cycle along the stage is repeated.
  • stage moving step By repeating and repeating the stage moving step, the three-dimensional molded body having a three-dimensional shape may be formed.
  • the control step may include a step of determining at least one of a position where the composition is supplied and a position where the heat setting is performed based on the information.
  • the method for manufacturing a molded article of the above aspect includes a first supply step of intermittently or continuously supplying a first composition comprising a first inorganic material toward the stage, and a second inorganic material different from the first inorganic material
  • the second composition may include a second supply step of intermittently or continuously supplying the second composition toward the stage.
  • the manufacturing method of the molded object of the said aspect WHEREIN: With respect to the said 1st composition supplied, the 1st heat setting step which performs at least heat setting on the said stage by the said heating unit, and about the supplied 2nd composition, You may include the 2nd heat setting step which performs at least heat setting on the said stage by a heating unit.
  • the information acquiring step may include a step of acquiring information on the arrangement or shape of the composition by photographing the composition on the stage with an imaging device, and the control step May include a step of determining at least one of a position for supplying the composition on the stage and a position for performing heat setting on the stage based on the information regarding the arrangement or shape of the composition.
  • the step of acquiring information includes the step of acquiring information about the density of the composition by transmitting ultrasonic waves toward the composition on the stage with an ultrasonic device and receiving reflected ultrasonic waves.
  • the control step may include a step of determining at least one of a position for supplying the composition on the stage and a position for performing heat setting on the stage, based on the information regarding the density of the composition. You may do it.
  • the step of acquiring information may include a step of acquiring information about crystallinity of the composition by measuring the X-ray diffraction pattern of the composition on the stage with an X-ray diffraction apparatus.
  • the control step may include a step of controlling the heating unit to reheat the composition on the stage based on the information regarding the crystallinity of the composition.
  • a supply unit for supplying a composition comprising an inorganic material intermittently or continuously toward a stage, and for thermal fixation configured to perform at least thermal fixation on the stage for the composition supplied from the supply unit.
  • a molding apparatus for three-dimensional molding comprising a heating unit including a heat source and a control unit controlling the supply unit and the heating unit to repeat a molding cycle including supplying the composition and heat setting at least along the stage. .
  • 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 flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic front view showing the molding apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of a system configuration of a molding apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded article by the molding apparatus of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic front view showing the molding apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of a system configuration of a molding apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus of the third embodiment.
  • heat setting laser heat setting heat source
  • 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 4. 1 is a view showing the molding apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the molding apparatus 1 can manufacture a three-dimensional 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 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 rack-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 an ejector 30 spaced apart from the stage 11 and disposed above the stage 11.
  • the ejector 30 is movable by at least the ejector moving mechanism 32 in the x direction and the y direction.
  • the ejector moving mechanism 32 is, for example, a multi-joint arm driven by a motor (not shown).
  • the ejector 30 is filled with a composition P containing an inorganic material.
  • the ejector 30 can eject the composition P intermittently or continuously toward the stage 11.
  • the discharge amount for example, the volume of one drop in the case where the composition P is intermittently discharged
  • the discharge speed of the supply unit 12 can be appropriately adjusted. Details of the composition P will be described later.
  • the landing surface where the composition P is discharged from the ejector 30 and landed is a substrate 11 supported on the stage 11, the stage 11, or the like, or another composition P or material that is fixed or fixed on the stage 11 or the substrate. Any surface such as a film may be used.
  • the discharged composition P lands on the stage 11 is mainly described, but the following description also applies to the case where the composition P lands on another landing surface such as the surface of another composition P.
  • 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 surface of the stage 11 in FIG.
  • 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 composition P on the stage 11.
  • the immobilization unit 14 irradiates light (for example, ultraviolet light) to a specific position where the composition P on the stage 11 is present.
  • the immobilization unit 14 can apply photostimulation to the composition P on the stage 11 and cure the photocurable composition contained in the composition P.
  • 'fixed' means that the position is substantially unchanged when no external force is applied.
  • the immobilization unit 14 includes an LED (light emitting diode; light source) 40 as a light source.
  • the LED 40 is spaced from the stage 11 and is disposed above the stage 11.
  • the LED 40 is movable at least in the x-direction and/or the y-direction by the LED moving mechanism 42, and is rotatable about, for example, the z-axis, and is also rotatable in a plane parallel to the z-axis. .
  • the LED moving mechanism 42 changes the irradiation position of the LED 40 by changing the arrangement (for example, direction and position) of the LED 40.
  • the LED moving mechanism 42 is, for example, a multi-joint arm driven by a motor (not shown).
  • the configuration of the LED 40 is not limited to the above example.
  • the LED 40 may irradiate light from the side or the lower side of the stage 11.
  • the LED moving mechanism 42 is omitted, and the arrangement of the LED 40 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 mechanism 42 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 light irradiation 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 composition P, or may be performed for a part or all of the stage 11.
  • the LED in either the x-direction or the y-direction. It's enough if you can only move.
  • the light irradiation position of the LED 40 such as the LED moving mechanism 42, lens, reflector, etc. is controlled. The components to be said are 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 composition P fixed on the stage 11 or sintering or melt-solidifying the inorganic material contained in the composition P.
  • 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 laser 50 for degreasing is capable of degreasing the composition P by heating the composition P to, for example, 200°C to 800°C, preferably 300°C to 500°C, by performing laser irradiation on the composition P. .
  • the laser 52 for thermal fixation is subjected to laser irradiation on the composition P, thereby heating the composition P to, for example, 500°C to 4000°C, preferably 1000°C to 3000°C, to perform thermal setting of the composition P.
  • 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 composition P.
  • 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, the degreasing step is omitted, and the composition P is heated to the heat setting temperature at a time by the single laser, thereby degreasing and heat setting once. You may do it to.
  • 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 acquires information about at least one of the geometrical state, physical state, and chemical state of the composition P on the stage 11.
  • the information acquisition unit 18 includes an imaging device 70, an ultrasonic device 72, and an X-ray diffraction device 74. Based on various information acquired by the information acquisition unit 18, feedback control of each unit of the molding apparatus 1 can be performed. The details of the feedback control will be described later.
  • 'geometric state' means an object state that can be expressed using spatial coordinates in a three-dimensional space, and includes an object's arrangement, size, shape, and the like.
  • physical state means a state of an object that can be expressed based on physics (for example, by a physical quantity or a classification of physics), and includes density, crystal phase, and physical properties.
  • chemical state' means a state of an object that can be expressed based on chemistry, and includes a chemical composition, a chemical structure, and a charge state.
  • the imaging device 70 performs imaging of the composition P on the stage 11.
  • the imaging device 70 is spaced from the stage 11 and is disposed above the stage 11.
  • the information acquisition unit 18 is based on the photographed image, such as the landing position and timing of the composition P ejected toward the stage 11, and the geometrical size and position of the composition P already positioned on the stage 11, etc.
  • Information about the state, furthermore, the shape of the composition P (for example, the shape of heat shrinkage) is obtained.
  • the imaging device 70 can also measure the size of the composition P in the z direction by depth measurement.
  • the imaging device 70 is movable at least in the x-direction and/or the y-direction by the imaging device moving mechanism 76, and is rotatable about, for example, the z-axis, and also rotates in a plane parallel to the z-axis. It is possible.
  • the imaging device moving mechanism 76 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 ultrasonic device 72 transmits ultrasonic waves toward the composition P on the stage 11 and receives ultrasonic waves reflected by the composition P.
  • the ultrasonic device 72 is spaced from the stage 11 and is disposed above the stage 11.
  • the information acquisition unit 18 is, for example, information obtained from the imaging device 70 (for example, the size of the composition P on the stage 11) or information obtained from the ultrasonic device 72 (for example, from transmission of ultrasound) Based on the time until the reception of the reflected ultrasound), information on the physical state of the composition P, such as the density of the composition P on the stage 11, can be obtained.
  • the information acquisition unit 18 acquires information about the geometrical state of the composition P, such as the presence and size of cracks or pores in the composition P on the stage 11, by comparing the theoretical value and the measured value of the density of the composition P. It might be.
  • 'crack' refers to a crack occurring on the surface or inside of an object
  • 'pore' refers to a void generated inside the object.
  • the ultrasonic device 72 is movable at least in the x-direction and/or the y-direction by the ultrasonic device moving mechanism 78, and is rotatable about, for example, the z-axis, and also rotates in a plane parallel to the z-axis. It is possible.
  • the ultrasonic device moving mechanism 78 is, for example, a multi-joint arm driven by a motor (not shown).
  • the ultrasonic device 72 may be divided into two components at the sending and receiving sides of the ultrasonic wave (in this case, the composition P is not reflected ultrasonic wave). You may receive the transmitted ultrasonic waves), and a plurality of ultrasonic devices 72 may be provided.
  • the X-ray diffraction device 74 measures the X-ray diffraction pattern of the composition P on the stage 11.
  • the X-ray diffraction device 74 has an X-ray irradiation section 74a and an X-ray detection section 74b spaced apart from the stage 11 and disposed above the stage 11.
  • the X-ray irradiation unit 74a generates X-rays and irradiates X-rays toward the composition P on the stage 11.
  • the X-ray detection unit 74b measures the intensity of X-rays diffracted by the composition P.
  • the X-ray irradiation unit 74a and the X-ray detection unit 74b have an angle formed by a straight line and a vertical line connecting the X-ray irradiation unit 74a or the X-ray detection unit 74b and the composition P, for example, from about 5° to about 90°. It is movable by the X-ray diffraction apparatus moving mechanism 80 (for example, in the xz plane) so as to change to.
  • the X-ray irradiation unit 74a and the X-ray detection unit 74b are arranged symmetrically to each other with respect to the vertical line passing through the composition P to be measured, and the X-ray diffraction device moving mechanism is maintained while maintaining a symmetrical relationship with each other with respect to the vertical line. 80).
  • the X-ray diffraction pattern is obtained by performing X-ray measurement while moving the X-ray irradiation section 74a and the X-ray detection section 74b in this way. For example, based on the position or line width of the main peak of the X-ray diffraction pattern, information on the physical state or chemical state of the chemical composition, crystal phase, phase fraction, crystallinity, etc. of the composition P can be obtained.
  • the X-ray diffraction device moving mechanism 80 is, for example, a goniometer driven by a motor (not shown).
  • the components of the information acquisition unit 18 are not limited to the imaging device 70, the ultrasonic device 72, and the X-ray diffraction device 74, and the vibration detection device or the heat detection device provided on the stage 11 Or the like, or a radiation analysis device such as an energy dispersive X-ray analysis device, or a combination thereof.
  • the removal unit 20 removes at least a portion of the composition P on the stage 11.
  • the removal unit 20 has, for example, a cutting device 90 and a recovery device 92.
  • the cutting device 90 physically scrapes off part or all of the composition P on the stage 11.
  • the cutting device 90 may be any one such as a drill or a cutter as long as the composition P can be scraped off.
  • the recovery device 92 collects and collects fragments of the composition P cut off by the cutting device 90 and impurities on the stage 11 and the like.
  • the recovery device 92 may have an intake function using a pump (not shown), may have an air supply function that blows off the composition P from the stage 11, or both functions. .
  • the cutting device 90 and the recovery device 92 can be moved by an arbitrary moving mechanism (not shown).
  • the configuration of the removal unit 20 is not limited to the above example.
  • the removal unit 20 may cut the composition P by an ion milling device, a laser processing device, or the like.
  • 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.
  • the composition P discharged by the supply unit 12 is, for example, a fluid containing inorganic particles Pa and a binder Pb.
  • the composition P is prepared by dispersing the inorganic particles Pa in the binder Pb.
  • the composition P is filled in the ejector 30 while the inorganic particles Pa are dispersed in the binder Pb.
  • 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, oxidation, 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 contains, for example, a photocurable composition that receives and cures 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 content of the inorganic particles Pa in the composition P is, for example, 30% to 90% by weight, preferably 40% to 80% by weight, and more preferably 50% to 70% by weight.
  • composition P may contain, in addition to the inorganic particles Pa and the binder Pb, optional additives such as stabilizers, dispersants, and fillers.
  • 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 94 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 uses at least the imaging device 70, the ultrasonic device 72, and the X-ray diffraction device 74 to at least one of the geometrical, physical, and chemical states of the composition P on the stage 11 In addition to acquiring information about one, the information is transmitted to the control unit 22.
  • the information includes, for example, the position or size, shape, shape of heat shrinkage, volume density, presence and size of cracks or pores, chemical composition, crystal phase, crystallinity, etc. do. Further, the information acquisition unit 18 also acquires information (for example, the landing position and timing of the composition P) of the composition P on the stage 11, for example, by the imaging device 70. It is possible.
  • the control unit 22 is based on the input data from the input unit 94, information obtained from the information acquisition unit 18, or the like, on the stage 11 on which the composition P is to be discharged next (hereinafter referred to as the'discharge location').
  • the'discharge location' information obtained from the information acquisition unit 18, or the like
  • the control unit 22 is based on the input data from the input unit 94, information obtained from the information acquisition unit 18, or the like, on the stage 11 on which the composition P is to be discharged next (hereinafter referred to as the'discharge location').
  • the control unit 22 controls the stage moving mechanism 11a so that the stage 11 moves to an appropriate position, and also the ejector 30, the LED 40, The ejector moving mechanism 32, the LED moving mechanism 42, the degreasing laser moving mechanism 54, and the thermal fixing laser moving such that the degreasing laser 50 and the thermal fixation laser 52 are properly arranged.
  • the mechanism 56 is controlled.
  • control unit 22 controls the supply unit 12 to discharge the appropriate amount of the composition P at an appropriate timing based on input data, information from the information acquisition unit 18, and the like, and also controls the binder Pb.
  • the LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 are respectively controlled to irradiate light for curing or laser light for degreasing and heat setting at appropriate timing.
  • control unit 22 is based on the input data, information from the information acquisition unit 18, or the like, and then the position on the stage 11 to be imaged by the imaging device 70, and then the ultrasonic device 72
  • the position on the stage 11 to be irradiated with ultrasonic waves, and then the position on the stage 11 to be measured with the X-ray diffraction pattern by the X-ray diffraction device 74, etc. (hereinafter, collectively referred to as'measurement position') Can decide.
  • the control unit 22 moves the imaging device moving mechanism 76 and the ultrasonic device so that the imaging device 70, the ultrasonic device 72, and the X-ray diffraction device 74 are properly arranged.
  • the mechanism 78 and the X-ray diffraction device moving mechanism 80 are controlled.
  • the control unit 22 controls the imaging device 70, the ultrasonic device 72, and the X-ray diffraction device 74 to obtain information by performing various measurements at appropriate timings.
  • control unit 22 is based on input data or information from the information acquisition unit 18 (for example, image data by the imaging device 70 or density data by the ultrasonic device 72), and the like.
  • On the composition P can be determined the position on the stage 11 to be removed (hereinafter referred to as'removal position'). Based on this position, the control unit 22 controls these moving mechanisms so that the cutting device 90 and the recovery device 92 are in proper arrangement, and also scrapes and scrapes the composition P in the removal position. The cutting device 90 and the recovery device 92 are controlled to recover the crushed composition P.
  • control unit 22 based on the geometrical, physical, and/or chemical state of the composition P on which the immobilization and fixation has already been performed on the stage 11, the supply unit 12, the immobilization unit 14, Feedback control of the heating unit 16, the information acquisition unit 18, and the removal unit 20 can be performed.
  • control unit 22 may be configured to capture an imaging device ( Based on the image data from 70), such a positional deviation is detected, and the discharge position of the composition P to be discharged next, the LED 40, the degreasing laser 50, the thermal fixation laser 52, etc. At least one of the irradiation positions can be modified.
  • the control unit 22 reheats the composition P, for example, in order to suppress the residual of cracks and pores.
  • the control unit 22 may instruct the removal unit 20 to remove some or all of the composition P from the stage 11 in order to suppress the residual of cracks and pores.
  • image data or the like of the imaging device 70 can also be used in combination.
  • the control unit 22 can determine the next discharge position and irradiation position so that the removed part is filled with the composition P (for example, the next composition P is discharged to the removed part). have. Further, by irradiating the composition P with the laser light again from the laser for thermal fixation 52, it is also possible to try again to thermally fix the cracks of the composition P and the peripheral portion of the pore. In this case, it is also possible to increase the temperature of the heat setting, for example, by increasing the output of the heat setting laser 52.
  • the control unit 22 re-applies laser light to the composition P in order to increase the crystallinity of the composition P.
  • the laser 52 for heat setting can be instructed to perform irradiation and heating. Also in this case, for example, the temperature of the heat setting can be changed by adjusting the output of the heat setting laser 52.
  • FIG 3 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 1 of the first embodiment.
  • the composition P is discharged from the 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.
  • the discharge of the composition P is sequentially performed from the left side (-x direction) to the right side (+x direction) of the drawing. That is, as the process proceeds, the ejector 30, the LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 move in the +x direction with respect to the stage 11.
  • the ejected composition P lands next to the inorganic particles Dd.
  • the information acquisition unit 18 acquires the landing position and timing of the composition P.
  • the binder Pb of the discharged composition P wraps the inorganic particles De(Pa) and has fluidity.
  • the 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 particle De contained in the discharged composition P is 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 distance between the position at which the composition P is immobilized and the position at which degreasing (and heat setting) is performed immediately thereafter is , It can be determined according to various conditions, such as the properties of the composition P or the discharge speed, the intensity of the laser 50 for degreasing.
  • the position at which degreasing is performed may be the same as the position at which the composition P is immobilized (ie, 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, thermal solidification occurs between the thermal solidified 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 is based on image data on the stage 11 received from the information acquisition unit 18, radiation analysis data (for example, data obtained by X-ray diffraction measurement), ultrasonic analysis data, and the like.
  • the shape of the heat shrinkage of the composition P on the stage 11 is also considered, and one or both of the discharge position of the next composition P and the irradiation positions of the immobilization unit 14 and the heating unit 16 are determined.
  • the 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 LED 40, the degreasing laser 50, And the heat setting laser 52 is not shown).
  • the moving direction and the moving distance are changed depending on the place where the composition P is to be discharged next.
  • the next ejection position is right next to the inorganic particle De (see Fig. 3(f)).
  • a section in which the composition P is not discharged may exist between the inorganic particles De and the next discharge position.
  • the supply unit 12, the immobilization unit 14, and the heating unit 16 are slightly moved along the y direction, The process is again performed from one end of 10 to the other along the x direction.
  • each step of ejection and immobilization of the composition P, degreasing, and heat setting can be performed throughout the stage 11.
  • the method of moving the supply unit 12, the immobilization unit 14, and the heating unit 16 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.
  • you may repeat the movement of the supply unit 12, the immobilization unit 14, and the heating unit 16 directly to an arbitrary position where the composition P should be discharged, rather than repeating the movement along a specific direction.
  • a position where the distance from the current supply unit 12 is the shortest among the positions where the composition P should be discharged may be selected as the next discharge position.
  • FIG. 4 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 94. Decide (S1002). Next, the control unit 22, based on the determined discharge position and irradiation position, the ejector 30, the LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 in an appropriate arrangement To move, the ejector moving mechanism 32, the LED moving mechanism 42, the degreasing laser moving mechanism 54, and the heat setting laser moving mechanism 56 are instructed (S1004).
  • the control unit 22 instructs the ejector 30 to eject the composition P toward the stage 11 (S1006).
  • the information acquisition unit 18 detects the landing of the composition P (S1008).
  • the information acquisition unit 18 detects the landing position and timing of the composition P by performing imaging on the stage 11 by continuously or regularly photographing on the stage 11 by the imaging device 70.
  • control unit 22 instructs the LED 40 to irradiate light for immobilizing the landed composition P on the stage 11 (here, curing the binder Pb) (S1010).
  • the binder Pb containing the photocurable composition is cured, and the composition P is fixed on the stage 11.
  • the control unit 22 instructs the degreasing laser 50 to irradiate laser light for degreasing the binder Pb of the composition P on the stage 11 (S1012).
  • the irradiation position of the degreasing laser 50 may be the same as the irradiation position of the LED 40, and as described with reference to FIG. 3, the distance from the irradiation position of the LED 40 to which the composition P was previously immobilized is somewhat different. You may be in a location.
  • 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 composition P on the stage 11 (S1014).
  • 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 instructs the information acquisition unit 18 to acquire information regarding the geometrical state, physical state, and/or chemical state of the composition P on the stage 11 (S1016).
  • the control unit 22 instructs the photographing apparatus 70 to photograph the composition P immobilized, the composition P degreased, and the composition P heat-hardened in each of the above steps.
  • the information acquisition unit 18 acquires information about the geometrical state of the composition P on the stage 11, such as the position, size, shape, and presence or absence of cracks.
  • the control unit 22 instructs the ultrasonic device 72 to irradiate ultrasonic waves to the composition P that has been heat-hardened in the above step.
  • the information acquisition unit 18 acquires information about the physical state such as the density of the composition P on the stage 11, and the geometrical state such as the presence and size of cracks and pores. Get information about.
  • the control unit 22 instructs the X-ray diffraction device 74 to measure the X-ray diffraction pattern for the composition P heat-hardened in the above step. Based on the measured X-ray diffraction pattern, the information acquisition unit 18 acquires information about the physical or chemical state of the composition P on the stage 11, such as the chemical composition, crystal phase, phase fraction, crystallinity, and the like.
  • the control unit 22 determines whether or not the formation of the first layer is completed in light of the input data (S1018). When it is determined that the formation of the first layer has not been completed (S1018: NO), the flow returns to S1002. That is, the control unit 22, on the basis of the information on the geometrical state, physical state, and/or chemical state of the composition P on the stage 11 obtained by the information acquisition unit 18, then the composition P In addition to determining the discharge position to be discharged, the irradiation position of the LED 40, the degreasing laser 50, and the heat setting laser 52 is also determined. Thereafter, a molding process of discharging, immobilizing, degreasing, and heat setting of the composition P 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 according to the same procedure as above, or may be determined based on the distance from the current position of the supply unit 12.
  • the control unit 22 determines whether the formation of the entire molded body is complete (S1020). When it is determined that the formation of the molded body is not completed (S1020: NO), the control unit 22 stages the stage 11 to move in the z direction (for example, to descend by one layer in the z direction) The movement mechanism 11a is instructed (S1022). Thereafter, the flow returns to S1000, and formation of the second layer is started.
  • the molding apparatus 1 forms each layer of the three-dimensional molded body by repeating the molding cycle including each step S1002 to S1016 of position control, ejection, immobilization, degreasing, heat setting, and information acquisition, By repeating this layer formation from the first layer to the final layer, a three-dimensional molded body can be formed.
  • 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).
  • 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 and number of times of each step may be arbitrarily changed, or any other steps may be added.
  • the movement of the immobilization unit 14, the heating unit 16, and the information acquisition unit 18 may be performed after the ejection of the composition P (S1006).
  • the information acquisition step (S1016) may be performed not only after the heat setting step (S1014) but also after an arbitrary step.
  • the control unit 22 instructs the removal unit 20 to partially remove the composition P on the stage 11 based on the acquired information. May be added.
  • 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 molding cycle is performed corresponds to, for example, a position at which the ejected composition P lands and a position at which thermal setting occurs when the molding 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 an ejection step and a thermal setting step, the position and thermal setting of the composition P in a plurality of molding cycles occur. It means that the position 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.
  • molding cycle containing the supply of composition P and the heat setting of composition P is performed repeatedly. That is, the thermal setting of the composition P is performed locally, and the next composition P is further supplied even after the thermal setting operation is performed.
  • these processes are performed in order to follow the supply of the composition P from the supply unit 12, so that the immobilization of the composition P (hardening of the binder Pb), degreasing of the binder Pb, and thermal solidification of the inorganic particles Pa are sequentially performed. This can be subdivided.
  • degreasing step is subdivided and degreasing is performed on a small amount of the composition P, degreasing is performed as compared with the case where the degreasing is performed on the entire molded body after three-dimensional molding of a binder in which inorganic particles are dispersed as in the conventional photolithography method.
  • the binder Pb is removed for each operation, and it is possible to suppress the residual components of the binder Pb and the binder Pb in the molded body.
  • the finished molded body may shrink as much as the gap, but the degreasing process as in the present embodiment When this granularity occurs, even if such a gap occurs, since the composition P is continuously supplied, the gap can be filled with the next composition P, 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 composition P, compared with the case where the heat setting is performed on the entire degreased molded body after performing three-dimensional molding once as in the conventional photolithography method, the part of the molded body It is possible to suppress the occurrence of cracks or breakage of the heat-solidified body due to the difference in the thermal expansion coefficient for each. Even if cracks due to thermal expansion and thermal contraction occur, since composition P is continuously supplied, these defects can be filled by the following composition P, and it is possible to suppress the adverse effects of these defects. By controlling the ejection of the composition P 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.
  • molding apparatus 1 is equipped with the LED 40 as the immobilization unit 14, and the degreasing laser 50 and the heat fixation laser 52 as the heating unit 16 are provided. To be equipped. Thereby, it becomes possible to separately control the execution position and timing of each process of immobilization, degreasing, and heat setting, and the sequential molding process as described above can be efficiently performed.
  • a photocurable composition was used as the binder Pb of the composition P, but the binder Pb is not limited thereto.
  • a thermosetting composition such as phenol resin or polyurethane is employed as the binder Pb, and a heat source (for example, a laser) for curing the thermosetting resin instead of the LED 40 is used as a component of the immobilization unit 14.
  • a heat source for example, a laser
  • the composition P is fixed on the stage 11 by curing the binder Pb made of a thermosetting resin with heat from a heat source.
  • thermoplastic composition such as polyethylene or polyethylene terephthalate may be employed as the binder Pb, and the composition P may be heated in advance to supply the composition P toward the stage 11 while the binder Pb is melted.
  • the binder Pb made of a thermoplastic resin is naturally cooled on the stage 11, so that the composition P is immobilized on the stage 11.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that a molded body composed of two types of compositions is produced using two ejectors.
  • the structures other than those described below are the same as in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing the molding apparatus 101 according to the second embodiment.
  • 6 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 112 includes a first ejector (first supply) 130 and a second ejector (second) Feeder) 132.
  • the first ejector 130 ejects the first composition P1 containing the first inorganic particles Pa1 toward the stage 111 intermittently or continuously.
  • the second ejector 132 discharges the second composition P2 containing the second inorganic particles Pa2 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 1st composition P1 is a fluid containing the 1st inorganic particle Pa1 and the 1st binder Pb1 similarly to the composition P of 1st Embodiment, for example.
  • the second composition P2 is, for example, a fluid containing the second inorganic particles Pa2 and the second binder Pb2.
  • 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.
  • 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 2nd inorganic particle Pa2 is a particle which consists of arbitrary inorganic materials or combinations of inorganic materials different from 1st inorganic particle Pa1.
  • the material of the inorganic particles Pa1 and Pa2 is not particularly limited. It is also possible to make the second inorganic particle Pa2 the same as the first inorganic particle Pa1, but an example in which the second inorganic particle Pa2 different from the first inorganic particle Pa1 is used will be described below.
  • the 1st binder Pb1 contains the photocurable composition which receives and hardens light (for example, ultraviolet ray) of a specific wavelength, like the binder Pb of 1st Embodiment, for example.
  • 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 immobilization unit 14 of the first embodiment comprises a single LED 40
  • the immobilization unit 114 includes a first LED 140 for the first composition P1 and a second for the second composition P2.
  • LED 142 The first LED 140 fixes the first composition P1 on the stage 111 by curing the first binder Pb1.
  • the second LED 142 fixes the second composition P2 on the stage 111 by curing the second binder Pb2.
  • the first LED 140 and the second LED 142 are movable by the first LED moving mechanism 144 and the second LED moving mechanism 146, respectively.
  • the heating unit 116 is for the first degreasing for the first composition P1, while the heating unit 16 in the first embodiment includes a single degreasing laser 50 and a single thermal fixation 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. Both the first degreasing laser 150 and the first thermal fixation laser 152 are subjected to laser irradiation on the first composition P1 to heat the first composition P1, thereby degreasing and thermal fixation of the first composition P1, respectively. Do it.
  • the second degreasing laser 154 and the second-row solidification laser 156 are both subjected to laser irradiation on the second composition P2 to heat the second composition P2, thereby degreasing and thermal fixation of the second composition P2, respectively. Do it.
  • the 1st heat fixation laser 152 and the 2nd heat fixation laser 156 can also be used in order to heat fix the adjacent 1st composition P1 and the 2nd composition P2 on the stage 111 to each other.
  • the heating temperature by the first heat-setting laser 152 or the second heat-setting laser 156 can be set to a temperature suitable for heat-setting the first composition P1 and the second composition P2 containing different materials. .
  • 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.
  • control unit 122 is based on the geometrical state, physical state, and/or chemical state of the first composition P1 and the second composition P2 acquired by the information acquisition unit 118, Feedback control of the supply unit 112, the immobilization unit 114, the heating unit 116, the information acquisition unit 118, and the removal unit 120 can be performed.
  • the control unit 122 can be formed from the first composition P1 and the first composition PX from the X-ray diffraction pattern or the like acquired by the X-ray diffraction device 174.
  • the discharge position, irradiation position, and removal unit for each composition P1, P2 Whether or not to use 120 may be determined.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a method of 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 two types of inorganic materials are used. That is, in FIG. 7, each step from position control to information acquisition in the method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 1 of the first embodiment described with reference to FIG. 4 is the first composition P1 and the second composition P2 It is done about.
  • the control unit 122 When the formation of the first layer is started (S2000), the control unit 122, the discharge position of the first composition P1 and the second composition P2, LED (140, 142) or the laser for degreasing (150, 154), heat The irradiation position of the high-resolution lasers 152 and 156 is determined (S2002).
  • control unit 122 moves each of the supply unit 112, the immobilization unit 114, the heating unit 116, and the information acquisition unit 118 based on these discharge positions and irradiation positions. It is instructed to the moving mechanism (S2004).
  • the control unit 122 instructs the first ejector 130 and the second ejector 132 to eject the first composition P1 and the second composition P2 toward the stage 111 (S2006). . These discharge timings may be simultaneous or may be shifted.
  • the information acquisition unit 118 detects the landing of the first composition P1 and the second composition P2 (S2008).
  • control unit 122 irradiates the first LED 140 and the second LED 142, respectively, so as to irradiate light for immobilizing the landed first composition P1 and the second composition P2 on the stage 111.
  • Instruct (S2010)
  • control unit 122 first degreasing each to irradiate laser light for degreasing the first binder Pb1 of the first composition P1 on the stage 111 and the second binder Pb2 of the second composition P2.
  • the laser 150 and the second degreasing laser 154 are instructed (S2012).
  • control unit 122 irradiates laser light for performing thermal fixation of the first inorganic particles Pa1 of the first composition P1 and the second inorganic particles Pa2 of the second composition P2 on the stage 111, respectively.
  • the first thermal fastening laser 152 and the second thermal fastening laser 156 are instructed (S2014).
  • control unit 122 instructs the information acquisition unit 118 to acquire information regarding the geometrical state, physical state, and/or chemical state of the first composition P1 and the second composition P2 on the stage 111. (S2016).
  • the molding cycle including each of the above steps S2002 to S2016 is repeated until layer formation is completed (S2018).
  • the control unit 122 instructs the stage movement mechanism 111a to move the stage 111 in the z direction (S2022).
  • the flow returns to S2000, and formation of the second layer is started. By repeating this layer formation, a three-dimensional molded body is formed.
  • both the first composition P1 and the second composition P2 are treated at each step of the molding cycle, but each treatment of the first composition P1 and the second composition P2 may be performed in any order.
  • first, discharge, immobilization, degreasing, and heat setting of the first composition P1 may be performed, and then discharge, immobilization, degreasing, and heat setting of the second composition P2 may be performed.
  • degreasing and heat setting of the 1st composition P1 may be performed first, and then degreasing and heat setting of the 2nd composition P2 may be performed.
  • the molding cycle is repeated only for the first composition P1, and after the heat setting of all the first compositions P1 to be included in the first layer is completed, the molding cycle is repeated for the second composition P2, so that the entire first layer is May be formed.
  • the molding apparatus 101 in addition to the advantages described with respect to the molding apparatus 1 according to the first embodiment, it is possible to manufacture a molded body formed in a complex manner by combining a plurality of materials in various ways. .
  • the process of assembling is not only omitted, but also the use and fitting of a bonding agent or a joined part for bonding each part to each other. It is possible to omit the formation of a shape and the like. Thereby, manufacturing cost can be significantly reduced.
  • the molding apparatus 101 can select the material used for the molded body in units of one droplet discharged from each ejector, it is possible to control the material composition to the details of the molded body. In addition, since a variety of inorganic materials can be used, the molding apparatus 101 can be used to manufacture molded articles for various purposes such as industrial products, medical products, research and development products, daily necessities, and ceramic products.
  • the information acquisition unit 118 Based on the information from ), the output of the laser light of the first heat setting laser 152 and the second heat setting laser 156, and furthermore, by performing feedback control of the heat setting temperature, to the material at each irradiation position. It is possible to perform heat setting at the optimum temperature. Thereby, since various materials can be sufficiently heat-solidified at an arbitrary site, the quality of the resulting molded article is improved.
  • inorganic materials two types are used, but three or more types of inorganic materials may be used.
  • the number of supply means such as a discharger, immobilization means such as an LED, heating means such as a degreasing laser or a heat setting laser may be appropriately changed to three or more.
  • both the first composition P1 and the second composition P2 may be immobilized using a single LED, and both the first composition P1 and the second composition P2 may be similarly provided by a single degreasing laser or a single thermal fixation laser.
  • Degreasing and heat setting may be performed.
  • the molding cycles of both the first composition P1 and the second composition P2 may be sequentially executed by a single LED or laser.
  • the information acquisition unit 118 includes the imaging device 170, the ultrasonic device 172, and the X-ray diffraction device 174 one by one, but you may increase the number of these as needed.
  • the discharge positions of the first composition P1 and the second composition P2 are set to the same position on the stage 111. do. For example, by setting the ejection positions of the first composition P1 in each molding process to the same position as the ejection positions of the second composition P2, the molding process is repeated, so that the first composition P1 and the second composition P2 as a whole are predetermined. It is possible to manufacture molded bodies formed by mixing with each other in proportions.
  • the molding process is performed while setting the discharge position of the first composition P1 in each molding process to the same position as the discharge position of the second composition P2, and gradually changing the ratio of the discharge amounts of the first composition P1 and the second composition P2.
  • the concentration ratio of the first composition P1 and the second composition P2 gradually changes depending on the position in the molded body.
  • the control unit 122 determines the next discharge position and the irradiation position for each molding cycle, but the control unit 122, for example, the first ejector 130 and the second ejector 132 While continuously moving at a constant speed in a predetermined direction, the presence or absence of discharge of the first ejector 130 and the second ejector 132 at each position, the presence or absence of degreasing or thermal fixation may be determined.
  • the control unit 122 for example, the first ejector 130 and the second ejector 132 While continuously moving at a constant speed in a predetermined direction, the presence or absence of discharge of the first ejector 130 and the second ejector 132 at each position, the presence or absence of degreasing or thermal fixation may be determined.
  • the first composition P1 and the second composition P2 have been discharged until then, but degreasing or thermal fixation is not properly performed. In the position determined not to be possible, it is possible to further perform discharge or heat setting.
  • a third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11.
  • a composition P'in which the inorganic particles Pa' are wrapped with an organic coating Pb' is used, and as a component of the immobilization unit 214, instead of the LED 40, a melting laser (heat source for melting) ( 240) is different from the first embodiment.
  • a melting laser heat source for melting
  • the structures other than those described below are the same as in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a view showing the molding apparatus 201 according to the third embodiment.
  • 9 is a block diagram showing an example of a system configuration of the molding apparatus 201 of the third embodiment.
  • the composition P' has a core shell structure comprising an inorganic particle Pa' (core) and an organic coating Pb' (shell) coating the inorganic particle Pa'.
  • Composition P' is a solid, and a number of compositions P'are filled in ejector 230.
  • the ejector 230 ejects the composition P'on the stage 211 one by one.
  • the organic coating Pb' is made of a thermoplastic resin or the like that is softened or melted by heat (hereinafter, collectively referred to simply as'melting').
  • thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyethylene terephthalate, vinyl chloride resin, ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer synthetic resin) and the like.
  • 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. 9).
  • the immobilization unit 214 includes a laser 240 for fusion, while the immobilization units 14 and 114 of the first and second embodiments include LEDs 40, 140 and 142 for curing the binder Pb. ).
  • the melting laser 240 applies heat to the organic coating Pb' on the stage 211. Thereby, the organic coating Pb' is melted on the stage 211.
  • the laser 240 for melting heats the composition P'to, for example, 80°C to 200°C by performing laser irradiation on the composition P'to melt the organic coating Pb' of the composition P'.
  • the fusion laser 240 is movable at least in the x-direction and the y-direction by the fusion laser movement mechanism 242, and can be rotated, for example, about the z-axis and rotates in a plane parallel to the z-axis. It is possible.
  • 10 is a diagram showing an example of a method of manufacturing a molded body by the molding apparatus 201 of the third embodiment. 10 shows a series of processes (a) to (g) from discharging the composition P'in the production method to heat setting.
  • Fig. 10A the composition P'is discharged from the ejector 230 toward the stage 211.
  • the inorganic particles Da' to Dd' wrapped with the solidified coating B' which is already solidified after thermal solidification C'and the organic coating Pb' are melted and solidified. Is formed.
  • the composition P' is discharged sequentially from the left side (-x direction) to the right side (+x direction) of the drawing.
  • the ejected composition P' lands next to the inorganic particles Dd'.
  • the information acquisition unit 218 acquires the landing position and timing of the composition P'.
  • the ejected composition P' is a solid, and the organic coating Pb' of the composition P'is not integrated with the adjacent solidifying coating B'.
  • the laser 240 for melting of the immobilization unit 214 irradiates laser light. Thereby, the organic coating Pb' made of a thermoplastic resin is melted.
  • the organic coating B'in the vicinity of the inorganic particles Dd' adjacent to the organic coating Pb' is also melted simultaneously by the melting laser 240 and the organic coating Pb'. It is integrated.
  • the melted organic coating Pb' solidifies by natural cooling. At this time, since the organic coating B'that melted at the same time also solidifies, the entire organic coating surrounding the inorganic particles Da' to De' is integrated.
  • Figs. 10(d) to 10(g) after this are substantially the same as those shown in Figs. 3(c) to 3(f). That is, in FIG. 10(d), the degreasing laser 250 of the heating unit 216 desorbs the solidified coating B'near the inorganic particles Da' by irradiating laser light near the inorganic particles Da'. In Fig. 10(e), the thermal solidification laser 252 of the heating unit 216 irradiates laser light near the boundary between the thermal solidification body C'and the inorganic particle Da', and the thermal solidification body C'and the inorganic particle Heat Da'. In Fig. 10(f), the ejector 230 or the like moves in the +x direction. In Fig. 10(g), the composition P'is discharged from the ejector 230 toward the stage 211 again. Thereafter, the operations described with reference to Figs. 10(b) to 10(f) are repeated.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a molded body by the molding apparatus 201 of the third embodiment.
  • the step of immobilizing the composition on the stage is different.
  • the step of immobilizing the composition P is performed by curing the binder Pb with the LED 40 after the landing of the composition P is detected (S1006).
  • the control unit 222 after landing of the composition P'is detected, applies a heat to the organic coating Pb' of the composition P'landed on the stage 211 to melt the laser.
  • the laser 240 for melting is instructed (S3010).
  • the melted organic coating Pb' solidifies by natural cooling (S3012).
  • the composition P' is immobilized on the stage 211.
  • the organic coating Pb' has solidified by irradiating the state or temperature of the organic coating Pb' with the imaging device 270 of the information acquisition unit 218 or an arbitrary detector (for example, a thermography device). .
  • an arbitrary detector for example, a thermography device.
  • composition P'of the third embodiment may be used in the second embodiment.
  • one or both of the first composition P1 and the second composition P2 of the second embodiment may be in the same form as the composition P'of the third embodiment.
  • the stage is moved 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 composition when the discharge of the composition from the ejector is performed continuously, not intermittently, the composition is continuously supplied, and thus, in parallel with the supply of the composition, immobilization, degreasing, thermal fixation of the supplied composition, and stage Movement of each component such as a laser can be performed.
  • the laser for degreasing and the laser for thermal fixation are irradiating laser light to the same area, but these irradiation positions 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 thereto.
  • the control unit can change the arrangement of the discharger at an arbitrary timing to move the discharger moving mechanism, LED moving mechanism, and degreasing laser. 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 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, and the laser movement mechanism for degreasing, and the laser movement mechanism for heat setting.
  • 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.
  • 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.

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Abstract

품질이 향상된 무기 재료 함유 성형체를 제조할 수 있는 성형 장치를 제공한다. 무기 재료를 포함하는 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 유닛과, 상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는 가열 유닛과, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득하는 정보 취득 유닛과, 상기 조성물의 공급과 열 고결을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어함과 더불어, 상기 정보에 의거하여 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 3차원 조형용의 성형 장치를 제공한다.

Description

성형 장치 및 성형체의 제조 방법
본 발명은 2018년 12월 25일에 일본특허청에 제출된 일본 특허 출원 제2018-240882의 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 사용하지 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 제1 층 패턴으로 광을 조사함으로써, 제1 층의 경화가 행해진다. 제1 층의 전구체를 소정의 패턴에 따라 경화시킨 후, 제1 층의 경화되어 있지 않은 액상 전구체가 세정 제거된다(세정 공정). 다음에, 스테이지를 약간 강하시켜, 소정의 제2 층 패턴으로 광을 조사함으로써, 제1 층의 바로 위에서 제2 층의 경화가 행해진다. 이러한 조작을 반복함으로써, 제1 층에서 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 파손 등의 결함이 발생하는 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 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 유닛과, 상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는 가열 유닛과, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득하는 정보 취득 유닛과, 상기 조성물의 공급과 열 고결을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어함과 더불어, 상기 정보에 의거하여 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 3차원 조형용의 성형 장치이다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 정보에 의거하여, 상기 조성물이 공급되는 위치 및 상기 열 고결이 행해지는 위치 중 적어도 한쪽을 결정해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 조성물의 공급과 열 고결을 적어도 동일 평면 내에서 반복하여 행하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 공급 유닛은, 제1 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급기와, 상기 제1 무기 재료와는 상이한 제2 무기 재료를 포함하는 제2 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급기를 가져도 된다. 또한, 상기 가열 유닛은, 상기 제1 공급기로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 제1 열 고결용 열원과, 상기 제2 공급기로부터 공급된 상기 제2 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 제2 열 고결용 열원을 가져도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 정보 취득 유닛은, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 촬영을 행하는 촬영 장치를 가져도 되고, 상기 정보 취득 유닛은, 상기 촬영 장치로부터 얻어진 촬영 데이터에 의거하여, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태에 관한 정보를 취득하고, 상기 제어 유닛은, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 공급하는 위치 및 상기 스테이지 상의 열 고결을 행하는 위치 중 적어도 한쪽을 결정해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 정보 취득 유닛은, 상기 정보를 취득하기 위한 초음파 장치를 갖고, 상기 초음파 장치는, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 향해 초음파를 발신함과 더불어 반사된 초음파를 수신하도록 구성되어도 된다. 또한, 상기 스테이지 상에서 고결된 상기 조성물의 적어도 일부를 상기 스테이지로부터 제거하는 제거 유닛을 더 구비해도 되고, 상기 정보 취득 유닛은, 상기 초음파 장치로부터 얻어진 데이터에 의거하여, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태 또는 물리적 상태에 관한 정보를 취득하고, 상기 제어 유닛은, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태 또는 물리적 상태에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 적어도 일부를 상기 스테이지로부터 제거하도록 상기 제거 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 정보 취득 유닛은, 상기 정보를 취득하기 위한 X선 회절 장치를 갖고, 상기 X선 회절 장치는, 상기 스테이지 상의 상기조성물의 X선 회절 패턴을 측정하도록 구성되어도 된다. 또한, 상기 정보 취득 유닛은, 상기 X선 회절 장치에 의해 측정된 X선 회절 패턴에 의거하여, 열 고결된 상기 조성물의 물리적 상태 또는 화학적 상태에 관한 정보를 취득해도 되고, 상기 제어 유닛은, 열 고결된 상기 조성물의 물리적 상태 또는 화학적 상태에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 재가열을 행하도록 상기 가열 유닛을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 조성물은, 상기 무기 재료가 분산된 유기 바인더 또는 상기 무기 재료를 싸는 유기 코팅을 포함해도 되고, 상기 가열 유닛은, 상기 조성물에 열을 가함으로써 상기 유기 바인더 또는 상기 유기 코팅의 탈지를 행하는 탈지용 열원을 더 포함해도 되고, 상기 제어 유닛은, 상기 열 고결용 열원에 의한 열 고결 전에 탈지를 행하도록 상기 탈지용 열원을 제어해도 된다.
상기 양태의 성형 장치는, 상기 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛을 더 구비해도 된다. 또한, 상기 조성물은, 광경화성 조성물을 포함하는 유기 바인더를 포함해도 되고, 상기 고정화 유닛은, 열 고결 전에 상기 광경화성 조성물의 광경화를 행하는 광원을 포함해도 된다. 혹은, 상기 조성물은, 유기 코팅으로 코트된 무기 입자를 포함해도 되고, 상기 고정화 유닛은, 열 고결 전에 상기 유기 코팅의 열융해를 행하는 융해용 열원을 포함해도 된다.
본 발명의 다른 양태는, 무기 재료를 포함하는 조성물로부터 3차원 성형체를 제조하는 방법으로서, 상기 조성물을 공급 유닛으로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 단계와, 상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서, 가열 유닛에 의해 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하는 열 고결 단계와, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득하는 정보 취득 단계와, 상기 정보에 의거하여, 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 단계를 포함하고, 상기 공급 단계와 상기 열 고결 단계를 포함하는 성형 사이클이 반복되는, 3차원 성형체의 제조 방법이다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 성형 사이클이 적어도 상기 스테이지를 따라 반복되어도 된다.
상기 양태의 성형 장치에 있어서, 상기 공급 단계와 상기 열 고결 단계가 적어도 동일 평면 내에서 반복하여 실행되어도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 상기 스테이지와 직교하는 방향을 따라 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 이동 단계를 더 포함해도 되고, 상기 스테이지를 따라 상기 성형 사이클이 반복되어, 상기 스테이지를 따른 상기 성형 사이클의 반복과 상기 스테이지 이동 단계를 반복함으로써, 3차원 형상을 갖는 상기 3차원 성형체가 형성되어도 된다.
상기 제어 단계는, 상기 정보에 의거하여, 상기 조성물이 공급되는 위치 및 상기 열 고결이 행해지는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는 공정을 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 제1 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급 단계와, 상기 제1 무기 재료와는 상이한 제2 무기 재료를 포함하는 제2 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급 단계를 포함해도 된다. 또한, 상기 양태의 성형체의 제조 방법은, 공급된 상기 제1 조성물에 대해서, 상기 가열 유닛에 의해 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하는 제1 열 고결 단계와, 공급된 상기 제2 조성물에 대해서, 상기 가열 유닛에 의해 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하는 제2 열 고결 단계를 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 정보 취득 단계는, 촬영 장치로 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 촬영을 행함으로써 상기 조성물의 배치 또는 형상에 관한 정보를 취득하는 공정을 포함해도 되고, 상기 제어 단계는, 상기 조성물의 배치 또는 형상에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기조성물을 공급하는 위치 및 상기 스테이지 상의 상기 열 고결을 행하는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는 공정을 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 정보 취득 단계는, 초음파 장치로 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 향해 초음파를 발신함과 더불어 반사된 초음파를 수신함으로써, 상기 조성물의 밀도에 관한 정보를 취득하는 공정을 포함해도 되고, 상기 제어 단계는, 상기 조성물의 밀도에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 공급하는 위치 및 상기 스테이지 상의 상기 열 고결을 행하는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는 공정을 포함해도 된다.
상기 양태의 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 정보 취득 단계는, X선 회절 장치로 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 X선 회절 패턴을 측정함으로써, 상기 조성물의 결정성에 관한 정보를 취득하는 공정을 포함해도 되고, 상기 제어 단계는, 상기 조성물의 결정성에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기조성물의 재가열을 행하도록 상기 가열 유닛을 제어하는 공정을 포함해도 된다.
본 발명의 다른 양태는, 무기 재료를 포함하는 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 유닛과, 상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는 가열 유닛과, 상기 조성물의 공급과 열 고결을 포함하는 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 3차원 조형용의 성형 장치이다.
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 흐름도이다.
도 5는, 제2 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 6은, 제2 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7은, 제2 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 8은, 제3 실시형태에 따른 성형 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 9는, 제3 실시형태의 성형 장치의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 10은, 제3 실시형태의 성형 장치에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은, 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, 230 : 토출기
32, 232 : 토출기 이동 기구
40 : LED(광원)
42 : LED 이동 기구
50, 150, 250 : 탈지용 레이저(탈지용 열원)
52, 152, 252 : 열 고결용 레이저(열 고결용 열원)
54, 154, 254 : 탈지용 레이저 이동 기구
56, 156, 256 : 열 고결용 레이저 이동 기구
70, 170, 270 : 촬영 장치
72, 172, 272 : 초음파 장치
74, 174, 274 : X선 회절 장치
74a, 174a, 274a : X선 조사부
74b, 174b, 274b : X선 검출부
76, 176, 276 : 촬영 장치 이동 기구
78, 178, 278 : 초음파 장치 이동 기구
80, 180, 280 : X선 회절 장치 이동 기구
90, 190, 290 : 절삭 장치
92, 192, 292 : 회수 장치
94, 194, 294 : 입력부
130 : 제1 토출기(제1 공급기)
132 : 제2 토출기(제2 공급기)
134 : 제1 토출기 이동 기구
136 : 제2 토출기 이동 기구
144 : 제1 LED 이동 기구
146 : 제2 LED 이동 기구
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
240 : 융해용 레이저(융해용 열원)
242 : 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 4를 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 성형체를 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, 질화붕소등) 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.
스테이지(11)는, 수평면을 따라(즉, xy 평면에 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 랙앤피니언식의 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 토출기(30)를 갖는다. 토출기(30)는, 토출기 이동 기구(32)에 의해, 적어도 x 방향 및 y방향으로 이동 가능하다. 토출기 이동 기구(32)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
토출기(30)에는, 무기 재료를 포함하는 조성물 P가 충전되어 있다. 토출기(30)는, 조성물 P를 스테이지(11)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출할 수 있다. 공급 유닛(12)의 토출량(예를 들면, 조성물 P가 간헐적으로 토출되는 경우에 있어서의 1방울의 체적)이나 토출 속도는, 적절히 조정 가능하다. 조성물 P의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
여기서, 조성물 P가 토출기(30)로부터 토출되어 착지하는 착지면은, 스테이지(11), 스테이지(11) 등에 지지된 기재, 스테이지(11)나 기재 상에서 고정화되거나 고결되거나 한 다른 조성물 P나 재료막 등, 임의의 것의 표면이어도 된다. 이하에서는, 주로 토출된 조성물 P가 스테이지(11)에 착지하는 경우에 대해 설명하는데, 이하의 설명은 조성물 P가 다른 조성물 P의 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 표면)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 P를 스테이지(11) 상에서 고정화한다. 예를 들면, 조성물 P가 광경화성 조성물을 포함하는 경우, 고정화 유닛(14)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P가 존재하는 특정 위치에 광(예를 들면 자외광)을 조사한다. 이에 의해, 고정화 유닛(14)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P에 대해서 광자극을 주어, 조성물 P에 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 LED(발광 다이오드;광원)(40)를 구비한다. LED(40)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치되어 있다. LED(40)는, LED 이동 기구(42)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(42)는, LED(40)의 배치(예를 들면 방향이나 위치 등)를 변경함으로써, LED(40)의 조사 위치를 변경한다. LED 이동 기구(42)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다.
단, LED(40)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, LED(40)가 스테이지(11)의 측방 또는 하방으로부터 광을 조사해도 된다. 또, LED 이동 기구(42)가 생략되고, LED(40)의 배치가 영속적으로 고정되어, 조사광이, 예를 들면 렌즈나 반사판 등을 사용해, 스테이지(11) 상에서 주사되어도 된다. LED 이동 기구(42)가 렌즈나 반사판 등과 병용되어도 된다.
또한, 고정화 유닛(14)의 구성 요소는 LED에 한정되지 않고, 레이저 등 광조사가 가능한 임의의 소자여도 된다. 광조사는, 스테이지(11) 상에서, 조성물 P의 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 광조사를 행할 수 있는 LED(40)를 사용하는 경우에는, LED 이동 기구(42)나 렌즈, 반사판 등 LED(40)의 광조사 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 조성물 P의 탈지나 조성물 P에 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, 조성물 P에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 조성물 P를 예를 들면 200℃~800℃, 바람직하게는 300℃~500℃까지 가열하여, 조성물 P의 탈지를 행할 수 있다. 열 고결용 레이저(52)는, 조성물 P에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 조성물 P를 예를 들면 500℃~4000℃, 바람직하게는 1000℃~3000℃까지 가열하여, 조성물 P의 열 고결을 행할 수 있다. 단, 가열 온도는 이에 한정되지 않고, 조성물 P에 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 조성물 P를 열 고결 온도까지 한 번에 승온시킴으로써, 탈지 및 열 고결을 한 번에 행해도 된다.
또한, 가열 유닛(16)의 구성 요소는 레이저에 한정되지 않고, 전자빔 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 P의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득한다. 정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70), 초음파 장치(72), 및 X선 회절 장치(74)를 포함한다. 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 여러 가지 정보에 의거하여, 성형 장치(1)의 각 유닛의 피드백 제어가 행해질 수 있다. 이러한 피드백 제어의 상세한 것에 대해서 는 후술한다.
본 명세서에 있어서, '기하학적 상태'란, 3차원 공간 내에서 공간 좌표를 사사용하여 표현 가능한 물체 상태를 의미하며, 물체의 배치나 크기, 형상 등이 포함된다. 또, '물리적 상태'란, 물리학에 기초하여(예를 들면 물리량이나 물리학상의 제분류에 의해) 표현 가능한 물체의 상태를 의미하며, 밀도나 결정상, 물리 특성 등이 포함된다. 또, '화학적 상태'란, 화학에 기초하여 표현 가능한 물체의 상태를 의미하며, 화학 조성이나 화학 구조, 전하 상태 등이 포함된다.
촬영 장치(70)는, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 촬영을 행한다. 촬영 장치(70)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된다. 정보 취득 유닛(18)은, 촬영한 화상에 의거하여, 스테이지(11)를 향해 토출된 조성물 P의 착지 위치 및 타이밍이나, 이미 스테이지(11) 상에 위치하는 조성물 P의 크기나 위치 등의 기하학적 상태, 나아가서는 조성물 P의 모양(예를 들면 열수축의 모양)에 관한 정보를 취득한다. 또, 촬영 장치(70)는, 심도 측정에 의해, z방향의 조성물 P의 크기를 측정할 수도 있다.
촬영 장치(70)는, 촬영 장치 이동 기구(76)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(76)는, 예를 들면, 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다. 단, 촬영 장치(70)의 배치는 상기 예에 한정되지 않고, 하나 또는 복수의 촬영 장치(70)가 스테이지(11)의 측방 등에 배치되어도 된다.
초음파 장치(72)는, 스테이지(11) 상의 조성물 P를 향해 초음파를 발신함과 더불어, 조성물 P에 의해 반사된 초음파를 수신한다. 초음파 장치(72)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된다. 정보 취득 유닛(18)은, 예를 들면 촬영 장치(70)로부터 얻어진 정보(예를 들면 스테이지(11) 상의 조성물 P의 크기)나 초음파 장치(72)로부터 얻어진 정보(예를 들면 초음파의 발신부터 반사 초음파의 수신까지의 시간)에 의거하여, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 밀도 등 조성물 P의 물리적 상태에 관한 정보를 취득할 수 있다. 구체적으로는, 초음파가 조성물 P를 투과한 거리를 초음파가 조성물 P를 투과하는데 요한 시간으로 나눔으로써 조성물 P 중의 초음파의 전파 속도가 계산되고, 조성물 P의 체적 탄성률을 당해 전파 속도의 2승으로 나눔으로써 조성물 P의 체적 밀도가 계산된다. 또, 정보 취득 유닛(18)은, 조성물 P의 밀도의 이론치와 실측치를 비교함으로써, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 크랙이나 포어의 유무 및 크기와 같은 조성물 P의 기하학적 상태에 관한 정보를 취득할 수도 있다. 여기서, 본 명세서에서는, '크랙'이란 물체의 표면 또는 내부에 발생한 균열을 의미하고, '포어'란 물체의 내부에 발생한 공극을 의미한다.
초음파 장치(72)는, 초음파 장치 이동 기구(78)에 의해, 적어도 x방향 및/또는 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다. 초음파 장치 이동 기구(78)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 다관절 아암이다. 도 1에서는, 단일 초음파 장치(72)를 도시하고 있으나, 초음파 장치(72)가 초음파의 발신측과 수신측에서 2개의 구성 요소로 나누어져 있어도 되고(이 경우, 반사된 초음파가 아니라 조성물 P를 투과한 초음파를 수신해도 된다), 복수의 초음파 장치(72)가 설치되어도 된다.
X선 회절 장치(74)는, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 X선 회절 패턴을 측정한다. X선 회절 장치(74)는, 스테이지(11)로부터 이격하여 스테이지(11)의 상방에 배치된 X선 조사부(74a) 및 X선 검출부(74b)를 갖는다. X선 조사부(74a)는, X선을 발생시킴과 더불어, 스테이지(11) 상의 조성물 P를 향해 X선을 조사한다. X선 검출부(74b)는, 조성물 P에 의해 회절된 X선의 강도를 측정한다. X선 조사부(74a) 및 X선 검출부(74b)는, X선 조사부(74a) 또는 X선 검출부(74b)와 조성물 P를 잇는 직선과 연직선이 이루는 각이 예를 들면 약 5°에서 약 90°까지 변화하도록, X선 회절 장치 이동 기구(80)에 의해(예를 들면 xz 평면 내에서) 이동 가능하다. X선 조사부(74a) 및 X선 검출부(74b)는, 측정 대상인 조성물 P를 통과하는 연직선에 관해 서로 대칭으로 배치되어 있으며, 당해 연직선에 관해 서로 대칭인 관계를 유지하면서 X선 회절 장치 이동 기구(80)에 의해 움직여진다. 이렇게 X선 조사부(74a) 및 X선 검출부(74b)를 이동시키면서 X선 측정을 행함으로써, X선 회절 패턴이 취득된다. 예를 들면 X선 회절 패턴의 주요 피크의 위치나 선폭 등에 의거하여, 조성물 P의 화학 조성이나 결정상, 상분율, 결정성 등의 물리적 상태 또는 화학적 상태에 관한 정보가 취득 가능하다. X선 회절 장치 이동 기구(80)는, 예를 들면 모터(도시 생략)에 의해 구동하는 고니오미터이다.
또한, 정보 취득 유닛(18)의 구성 요소는 촬영 장치(70), 초음파 장치(72), 및 X선 회절 장치(74)에만 한정되지 않고, 스테이지(11)에 설치된 진동 검출 장치나 열검출 장치 등이어도 되고, 에너지 분산형 X선 분석 장치 등의 방사선 분석 장치여도 되고, 이들이 병용되어도 된다.
제거 유닛(20)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 적어도 일부를 제거한다. 제거 유닛(20)은, 예를 들면 절삭 장치(90) 및 회수 장치(92)를 갖는다. 절삭 장치(90)는, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 일부 또는 전부를 물리적으로 깎아낸다. 절삭 장치(90)는, 조성물 P를 깎아낼 수 있으면, 드릴이나 커터 등 임의의 것이어도 된다. 회수 장치(92)는, 절삭 장치(90)에 의해 깎아내어진 조성물 P의 결편이나 스테이지(11) 상의 불순물 등을 흡입하여 회수한다. 예를 들면, 회수 장치(92)는, 펌프(도시 생략)를 이용한 흡기 기능을 가져도 되고, 조성물 P를 스테이지(11)로부터 날려 버리는 송기 기능을 가져도 되고, 양쪽 모두의 기능을 가져도 된다. 절삭 장치(90) 및 회수 장치(92)는, 임의의 이동 기구(도시 생략)에 의해 이동 가능하다. 단, 제거 유닛(20)의 구성은 상기 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제거 유닛(20)은, 이온 밀링 장치나 레이저 가공 장치 등에 의해 조성물 P의 절삭 가공을 행해도 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.
[조성물]
공급 유닛(12)에 의해 토출되는 조성물 P는, 예를 들면, 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb를 포함하는 유체이다. 조성물 P는, 무기 입자 Pa를 바인더 Pb에 분산시킴으로써 조제된다. 조성물 P는, 무기 입자 Pa가 바인더 Pb에 분산된 상태로 토출기(30)에 충전된다.
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, 동, 스테인리스강, 니켈크롬강 등을 들 수 있다.
산화물의 예로는, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티탄, 산화, 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.
바인더 Pb는, 예를 들면, 특정 파장의 광(예를 들면 자외선)을 받아 경화하는 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.
조성물 P에 있어서의 무기 입자 Pa의 함유율은, 예를 들면 30중량%~90중량%, 바람직하게는 40중량%~80중량%, 보다 바람직하게는 50중량%~70중량%이다.
조성물 P는, 무기 입자 Pa 및 바인더 Pb 이외에, 안정제나 분산재, 필러 등 임의의 첨가제를 포함해도 된다.
[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(94)는, 제조 예정의 성형체의 입력 데이터를 받아들임과 더불어, 당해 입력 데이터를 제어 유닛(22)에 송신한다.
정보 취득 유닛(18)은, 촬영 장치(70), 초음파 장치(72), 및 X선 회절 장치(74)를 사용해, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득함과 더불어, 당해 정보를 제어 유닛(22)에 송신한다. 당해 정보에는, 예를 들면 이미 스테이지(11) 상에 위치하는 조성물 P의 위치나 크기, 형상, 열수축의 모습, 체적 밀도, 크랙이나 포어의 유무 및 크기, 화학 조성, 결정상, 결정성 등이 포함된다. 또, 정보 취득 유닛(18)은, 예를 들면 촬영 장치(70)에 의해, 스테이지(11) 상으로의 조성물 P의 착지의 정보(예를 들면, 조성물 P의 착지 위치나 타이밍 등)도 취득 가능하다.
제어 유닛(22)은, 입력부(94)로부터의 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터 취득한 정보 등에 의거하여, 다음에 조성물 P를 토출해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '토출 위치'라고 한다. )나, 다음에 LED(40), 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), LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)가 적절한 배치가 되도록 토출기 이동 기구(32), LED 이동 기구(42), 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 P를 적절한 타이밍에 토출하도록 공급 유닛(12)을 제어함과 더불어, 바인더 Pb를 경화시키기 위한 광이나 탈지 및 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 적절한 타이밍에 조사하도록, LED(40), 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, 다음에 초음파 장치(72)로 초음파를 조사해야 할 스테이지(11) 상의 위치, 다음에 X선 회절 장치(74)로 X선 회절 패턴을 측정해야 할 스테이지(11) 상의 위치 등(이하, '측정 위치'라고 총칭한다. )을 결정할 수 있다. 이들 측정 위치에 의거하여, 제어 유닛(22)은, 촬영 장치(70), 초음파 장치(72), 및 X선 회절 장치(74)가 적절한 배치가 되도록 촬영 장치 이동 기구(76), 초음파 장치 이동 기구(78), 및 X선 회절 장치 이동 기구(80)를 제어한다. 또한 제어 유닛(22)은, 적절한 타이밍에 각종 측정을 행하여 정보를 취득하도록, 촬영 장치(70), 초음파 장치(72), 및 X선 회절 장치(74)를 제어한다.
또, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터나 정보 취득 유닛(18)으로부터의 정보(예를 들면 촬영 장치(70)에 의한 화상 데이터나 초음파 장치(72)에 의한 밀도 데이터) 등에 의거하여, 다음에 조성물 P를 제거해야 할 스테이지(11) 상의 위치(이하, '제거 위치'라고 한다. )를 결정할 수 있다. 이 위치에 의거하여, 제어 유닛(22)은, 절삭 장치(90) 및 회수 장치(92)가 적절한 배치가 되도록 이들 이동 기구를 제어함과 더불어, 제거 위치에 있어서 조성물 P를 깎아내어, 깎아내어진 조성물 P를 회수하도록, 절삭 장치(90) 및 회수 장치(92)를 제어한다.
이렇게, 제어 유닛(22)은, 이미 스테이지(11) 상에서 고정화 및 고착이 행해진 조성물 P의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및/또는 화학적 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 P의 위치 어긋남이나 조성물 P의 열수축 등에 의해, 열 고결된 조성물 P의 실제 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 P의 토출 위치나 LED(40), 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52) 등의 조사 위치 중 적어도 하나를 수정할 수 있다.
또, 초음파 장치(72)를 사용해 취득된 조성물 P의 밀도가 이론치보다 현저히 작았던 경우에는, 제어 유닛(22)은, 크랙이나 포어의 잔존을 억제하기 위해서, 예를 들면 당해 조성물 P를 재가열하여, 조성물 P의 내부에서 열 고결을 일으켜 크랙이나 포어를 수복하도록, 열 고결용 레이저(52)에 지시할 수 있다. 또, 제어 유닛(22)은, 크랙이나 포어의 잔존을 억제하기 위해서, 조성물 P의 일부 또는 전부를 스테이지(11)로부터 제거하도록 제거 유닛(20)에 지시할 수도 있다. 크랙 등의 유무의 판정에는, 촬영 장치(70)의 화상 데이터 등도 병용 가능하다. 이렇게 조성물 P의 일부 또는 전부를 제거한 후, 제어 유닛(22)은, 제거한 부분을 조성물 P로 메우도록(예를 들면, 제거한 부분에 다음 조성물 P가 토출되도록) 다음 토출 위치 및 조사 위치를 결정할 수 있다. 또, 조성물 P에 열 고결용 레이저(52)로부터 레이저광을 재차 조사함으로써, 조성물 P의 크랙이나 포어의 주위 부분의 열 고결을 재차 시도해도 된다. 이 경우, 예를 들면 열 고결용 레이저(52)의 출력을 증가시킴으로써, 열 고결의 온도를 상승시키는 것도 가능하다.
또, X선 회절 장치(74)에 의해 평가된 조성물 P의 결정성이 낮다고 판정되었을 경우에는, 제어 유닛(22)은, 조성물 P의 결정성을 증가시키기 위해서, 당해 조성물 P에 재차 레이저광을 조사하여 가열을 행하도록 열 고결용 레이저(52)에 지시할 수 있다. 이 경우도, 예를 들면 열 고결용 레이저(52)의 출력을 조절하여 열 고결의 온도를 변화시킬 수 있다.
[성형체의 제조 방법]
다음에, 도 3 및 도 4를 참조해, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 3은, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 당해 제조 방법에 있어서의 조성물 P의 토출부터 열 고결까지의 일련의 프로세스 (a)~(f)를 나타낸다.
도 3(a)에서는, 조성물 P가 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, 조성물 P의 토출이 도면의 좌측(-x방향)에서 우측(+x방향)으로 차례로 행해지고 있다. 즉, 프로세스가 진행함에 따라, 토출기(30)나 LED(40), 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52)는, 스테이지(11)에 대해서 +x방향으로이동한다.
도 3(b)에서는, 토출된 조성물 P가, 무기 입자 Dd의 옆에 착지한다. 정보 취득 유닛(18)은, 조성물 P의 착지 위치 및 타이밍을 취득한다. 착지 직후에는, 토출된 조성물 P의 바인더 Pb는, 무기 입자 De(Pa)를 싸고 있으며, 유동성을 갖고 있다. 이 바인더 Pb를 향해, 고정화 유닛(14)의 LED(40)가, 바인더 Pb를 경화시키기에 적합한 파장의 광을 조사한다.
도 3(c)에서는, 광경화성 조성물을 포함하는 바인더 Pb가 경화하여, 경화된 바인더 B의 일부를 구성하고 있다. 이에 의해, 토출된 조성물 P에 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, 조성물 P의 고정화가 행해지는 위치와, 그 직후에 탈지(및 열 고결)가 행해지는 위치 사이의 거리는, 조성물 P의 성질이나 토출 속도, 탈지용 레이저(50)의 강도 등 여러 가지 조건에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 탈지가 행해지는 위치는, 조성물 P의 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 Da 사이에서 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 데이터나 방사선 해석 데이터(예를 들면 X선 회절 측정에 의해 얻어지는 데이터), 초음파 해석 데이터 등에 의거하여, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 열수축의 모양 등도 고려하여, 다음 조성물 P의 토출 위치와 고정화 유닛(14) 및 가열 유닛(16)의 조사 위치 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 결정한다. 결정된 토출 위치나 조사 위치에 의거하여, 토출기 이동 기구(32), LED 이동 기구(42), 탈지용 레이저 이동 기구(54), 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)가, 토출기(30), LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 스테이지(11)에 대해서 +x방향으로 이동시킨다(여기서는, LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)는 도시 생략). 이 이동 방향이나 이동 거리는, 다음에 조성물 P를 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 조성물 P가 토출되지 않는 구간이 존재해도 된다.
도 3(f)에서는, 도 3(a)와 마찬가지로, 다시 조성물 P가 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, 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 및 가열 유닛(16)을 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 조성물 P의 토출 및 고정화, 탈지, 및 열 고결의 각 단계를 실행할 수 있다.
또한, 스테이지(11)에 대한 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 및 가열 유닛(16)을 이동시키는 방법은, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, x방향이 아니라 y방향을 따라 상기 프로세스가 행해져도 된다. 또, 특정 방향을 따른 이동을 반복하는 것이 아니라, 조성물 P를 토출해야 할 임의의 위치에 공급 유닛(12), 고정화 유닛(14), 및 가열 유닛(16)을 직접 이동시키는 것을 반복해도 된다. 예를 들면, 조성물 P를 토출해야 할 각 위치 중 현재의 공급 유닛(12)의 위치로부터의 거리가 가장 짧은 위치가, 다음 토출 위치로서 선택되어도 된다.
도 4는, 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
스테이지(11) 상에서 제1 층의 형성이 개시되면(S1000), 우선, 제어 유닛(22)은, 입력부(94)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, 토출기(30), LED(40), 탈지용 레이저(50), 및 열 고결용 레이저(52)를 적절한 배치로 이동시키도록, 토출기 이동 기구(32), LED 이동 기구(42), 탈지용 레이저 이동 기구(54), 및 열 고결용 레이저 이동 기구(56)에 지시한다(S1004).
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 향해 조성물 P를 토출하도록 토출기(30)에 지시한다(S1006). 조성물 P가 토출되어 스테이지(11) 상에 착지하면, 정보 취득 유닛(18)이 조성물 P의 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, 조성물 P의 착지 위치 및 타이밍을 검출한다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 착지한 조성물 P를 스테이지(11) 상에서 고정화시키기(여기서는 바인더 Pb를 경화시키기) 위한 광을 조사하도록 LED(40)에 지시한다(S1010). 이에 의해, 광경화성 조성물을 포함하는 바인더 Pb가 경화하여, 조성물 P가 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 바인더 Pb의 탈지를 행하기 위한 레이저광을 조사하도록 탈지용 레이저(50)에 지시한다(S1012). 탈지용 레이저(50)의 조사 위치는, LED(40)의 조사 위치와 같아도 되고, 도 3을 참조하여 설명한 것처럼, 직전에 조성물 P의 고정화가 행해진 LED(40)의 조사 위치로부터 어느 정도 떨어진 다른 위치여도 된다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 무기 입자 Pa의 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 조사하도록 열 고결용 레이저(52)에 지시한다(S1014). 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, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및/또는 화학적 상태에 관한 정보를 취득하도록 정보 취득 유닛(18)에 지시한다(S1016). 예를 들면, 제어 유닛(22)은, 상기의 각 단계에 있어서 고정화한 조성물 P나 탈지한 조성물 P, 열 고결시킨 조성물 P를 촬영하도록 촬영 장치(70)에 지시한다. 촬영된 화상 데이터에 의거하여, 정보 취득 유닛(18)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 위치나 크기, 형상, 크랙의 유무 등의 기하학적 상태에 관한 정보를 취득한다. 또, 예를 들면, 제어 유닛(22)은, 상기 단계에 있어서 열 고결시킨 조성물 P에 초음파를 조사하도록 초음파 장치(72)에 지시한다. 초음파 측정의 데이터에 의거하여, 정보 취득 유닛(18)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 밀도 등의 물리적 상태에 관한 정보를 취득함과 더불어, 크랙이나 포어의 유무 및 크기 등의 기하학적 상태에 관한 정보를 취득한다. 또, 예를 들면, 제어 유닛(22)은, 상기 단계에 있어서 열 고결시킨 조성물 P에 대해서 X선 회절 패턴의 측정을 행하도록 X선 회절 장치(74)에 지시한다. 측정된 X선 회절 패턴에 의거하여, 정보 취득 유닛(18)은, 스테이지(11) 상의 조성물 P의 화학 조성이나 결정상, 상분율, 결정성 등의 물리적 상태 또는 화학적 상태에 관한 정보를 취득한다.
다음에, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터에 비추어, 제1 층의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1018). 제1 층의 형성이 완료되지 않았다고 판정되었을 경우(S1018:NO), 흐름은 S1002로 돌아온다. 즉, 제어 유닛(22)은, 정보 취득 유닛(18)에 의해 취득된 스테이지(11) 상의 조성물 P의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및/또는 화학적 상태에 관한 정보에 의거하여, 다음에 조성물 P를 토출해야 할 토출 위치를 결정하는 것과 더불어, LED(40)나 탈지용 레이저(50), 열 고결용 레이저(52)의 조사 위치를 결정한다. 그 후, 지금까지 설명한 조성물 P의 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 공급 유닛(12)의 위치로부터의 거리에 의거하여 결정되어도 된다.
한편, 제1 층의 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1018:YES)에는, 제어 유닛(22)은, 입력 데이터에 비추어, 성형체 전체의 형성이 완료되었는지 여부를 판정한다(S1020). 성형체의 형성이 완성되지 않았다고 판정되었을 경우(S1020:NO), 제어 유닛(22)은, 스테이지(11)를 z방향으로 이동시키도록(예를 들면, z방향으로 1층분만큼 하강시키도록) 스테이지 이동 기구(11a)에 지시한다(S1022). 그 후, 흐름은 S1000으로 돌아와, 제2 층의 형성이 개시된다.
한편, 성형체 전체의 형성이 완료되었다고 판정되었을 경우(S1020:YES), 성형체의 제조가 완료된다. 제1 층부터 최종 층까지 형성이 완료됨으로써, 임의의 3차원 입체 형상을 갖는 성형체가 얻어진다.
이렇게 해서, 성형 장치(1)는, 위치 제어, 토출, 고정화, 탈지, 열 고결, 및 정보 취득의 각 단계 S1002~S1016을 포함하는 성형 사이클을 반복함으로써, 3차원 성형체의 각 층을 형성하고, 이 층 형성을 제1 층부터 최종 층까지 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 상기 각 단계의 1개 이상이 생략되어도 된다. 예를 들면, 일부의 성형 사이클에서는 토출기(30) 및 LED(40)의 위치 제어(S1002, S1004), 조성물 P의 토출(S1006, S1008) 및 고정화(S1010), 및 정보 취득(S1016)만이 행해져도 되고, 다른 성형 사이클에서는 탈지용 레이저(50) 및 열 고결용 레이저(52)의 위치 제어(S1002, S1004), 조성물 P의 탈지(S1012) 및 열 고결(S1014), 및 정보 취득(S1016)만이 행해져도 된다. 예를 들면, 일부의 성형 사이클에서는 열 고결(S1014)만이 행해져도 되고, 일부의 성형 사이클에서는 열 고결이 행해지지 않아도 된다.
또, 각 단계의 순서나 회수가 임의로 변경되어도 되고, 임의의 다른 단계가 추가되어도 된다. 예를 들면, 고정화 유닛(14)이나 가열 유닛(16), 정보 취득 유닛(18)의 이동은, 조성물 P의 토출(S1006) 뒤에 행해져도 된다. 예를 들면, 정보 취득 단계(S1016)는, 열 고결 단계(S1014)의 뒤뿐만 아니라 임의의 단계의 뒤에도 행해져도 된다. 또, 예를 들면, 정보 취득 단계(S1016)의 뒤에, 제어 유닛(22)이, 취득된 정보에 의거하여, 스테이지(11) 상의 조성물 P를 부분적으로 제거하도록 제거 유닛(20)에 지시하는 단계가 추가되어도 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 조성물 P가 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 조성물 P가 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.
[효과]
이상 설명한 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)에 의하면, 조성물 P의 공급과 조성물 P의 열 고결을 포함하는 성형 사이클이 반복하여 행해진다. 즉, 조성물 P의 열 고결이 국소적으로 행해지고, 열 고결 조작이 행해진 후에도 다음 조성물 P가 더 공급된다. 예를 들면, 공급 유닛(12)으로부터의 조성물 P의 공급을 뒤따라가도록, 조성물 P의 고정화(바인더 Pb의 경화), 바인더 Pb의 탈지, 및 무기 입자 Pa의 열 고결이 순차적으로 행해지므로, 이들 공정이 세분화될 수 있다.
탈지 공정이 세분화되어, 소량의 조성물 P에 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 성형체 내부에 생길 수 있으므로, 완성된 성형체는 그 간극분만큼 수축되어 버리는 경우가 있으나, 본 실시형태처럼 탈지 공정이 세분화되면, 이러한 간극이 발생해도, 계속해서 조성물 P의 공급이 행해지므로, 다음 조성물 P에 의해 간극을 메울 수 있어 이러한 수축을 억제하는 것이 가능하다.
또, 열 고결 공정이 세분화되어, 소량의 조성물 P에 대해서 열 고결이 행해지므로, 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 조성물 P의 공급이 행해지므로, 다음 조성물 P에 의해 이러한 결함을 메울 수 있어, 이러한 결함의 악영향을 억제하는 것이 가능하다. 이렇게 열 고결의 결과에 의거하여 피드백적으로 조성물 P의 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.
또, 본 실시형태에 의하면, 성형 장치(1)는, 고정화 유닛(14)으로서 LED(40)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 타이밍등을 별도로 제어하는 것이 가능해져, 상술한 것과 같은 순차적인 성형 처리를 효율적으로 실행할 수 있다.
또한 상기 예에서는, 조성물 P의 바인더 Pb로서 광경화성 조성물을 사용했으나, 바인더 Pb는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 바인더 Pb로서 페놀 수지나 폴리우레탄 등의 열경화성 조성물을 채용하고, 고정화 유닛(14)의 구성 요소로서 LED(40) 대신에 열경화성 수지를 경화시키기 위한 열원(예를 들면 레이저)을 사용해도 된다. 이 경우, 열경화성 수지로 이루어지는 바인더 Pb가 열원으로부터의 열로 경화됨으로써, 조성물 P가 스테이지(11) 상에서 고정화된다. 혹은, 바인더 Pb로서 폴리에틸렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 열가소성 조성물을 채용함과 더불어, 조성물 P를 미리 가열하여, 바인더 Pb가 융해된 상태로 조성물 P를 스테이지(11)를 향해 공급해도 된다. 이 경우, 열가소성 수지로 이루어지는 바인더 Pb가 스테이지(11) 상에서 자연 냉각됨으로써, 조성물 P가 스테이지(11) 상에서 고정화된다.
[제2 실시형태]
다음에, 도 5~도 7을 참조하여, 제2 실시형태에 대해 설명한다. 제2 실시형태에서는, 2개의 토출기를 사용하여 2종류의 조성물로 이루어지는 성형체를 제조하하는 점에서, 제1 실시형태와는 다르다. 또한, 이하에 설명하는 이외의 구성은, 제1 실시형태와 같다.
도 5는, 제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)를 나타내는 도면이다. 도 6은, 제2 실시형태의 성형 장치(101)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5에 나타낸 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 단일 토출기(30)를 포함하는 것에 비해, 공급 유닛(112)은, 제1 토출기(제1 공급기) (130) 및 제2 토출기(제2 공급기)(132)를 포함한다. 제1 토출기(130)는, 제1 무기 입자 Pa1을 포함하는 제1 조성물 P1을 스테이지(111)를 향해 간헐적 또는 연속적으로 토출한다. 제2 토출기(132)는, 제2 무기 입자 Pa2를 포함하는 제2 조성물 P2를 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 P1은, 예를 들면, 제1 실시형태의 조성물 P와 동일하게, 제1 무기 입자 Pa1 및 제1 바인더 Pb1을 포함하는 유체이다. 제2 조성물 P2는, 예를 들면 제2 무기 입자 Pa2 및 제2 바인더 Pb2를 포함하는 유체이다. 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2는, 무기 입자 Pa1, Pa2가 바인더 Pb1, Pb2에 분산된 상태로 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)에 각각 충전된다.
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 무기 입자 Pa2는, 제1 무기 입자 Pa1과 상이한 임의의 무기 재료 또는 무기 재료의 조합으로 이루어지는 입자이다. 무기 입자 Pa1, Pa2의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 제2 무기 입자 Pa2를 제1 무기 입자 Pa1과 동일한 것으로 하는 것도 가능하지만, 이하에서는 제1 무기 입자 Pa1과 상이한 제2 무기 입자 Pa2를 사용하는 예에 대해 설명한다.
제1 바인더 Pb1은, 예를 들면 제1 실시형태의 바인더 Pb와 동일하게, 특정 파장의 광(예를 들면 자외선)을 받아 경화하는 광경화성 조성물을 포함한다. 마찬가지로 제2 바인더 Pb2도, 광경화성 조성물을 포함한다. 제1 바인더 Pb1의 광경화성 조성물 및 제2 바인더 Pb2의 광경화성 조성물은, 동일한 것이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.
제1 실시형태의 고정화 유닛(14)이 단일 LED(40)를 포함하는 것에 비해, 고정화 유닛(114)은, 제1 조성물 P1을 위한 제1 LED(140)와 제2 조성물 P2를 위한 제2 LED(142)를 포함한다. 제1 LED(140)는, 제1 바인더 Pb1을 경화시킴으로써 제1 조성물 P1을 스테이지(111) 상에서 고정화한다. 제2 LED(142)는, 제2 바인더 Pb2를 경화시킴으로써 제2 조성물 P2를 스테이지(111) 상에서 고정화한다. 제1 LED(140) 및 제2 LED(142)는, 각각 제1 LED 이동 기구(144) 및 제2 LED 이동 기구(146)에 의해 이동 가능하다.
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 P1을 위한 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1 열 고결용 레이저(152)와, 제2 조성물 P2를 위한 제2 탈지용 레이저(154) 및 제2 열 고결용 레이저(156)를 포함한다. 제1 탈지용 레이저(150) 및 제1 열 고결용 레이저(152)는, 모두 제1 조성물 P1에 대해서 레이저 조사를 행하여 제1 조성물 P1을 가열함으로써, 각각 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결을 행한다. 제2 탈지용 레이저(154) 및 제2열 고결용 레이저(156)는, 모두 제2 조성물 P2에 대해서 레이저 조사를 행하여 제2 조성물 P2를 가열함으로써, 각각 제2 조성물 P2의 탈지 및 열 고결을 행한다. 또, 제1열 고결용 레이저(152) 및 제2 열 고결용 레이저(156)는, 스테이지(111) 상에서 인접하는 제1 조성물 P1과 제2 조성물 P2를 서로 열 고결시키기 위해서도 사용 가능하다. 제1 열 고결용 레이저(152) 또는 제2 열 고결용 레이저(156)에 의한 가열 온도는, 상이한 재료를 포함하는 제1 조성물 P1과 제2 조성물 P2를 열 고결시키기에 적합한 온도로 할 수 있다. 제1 탈지용 레이저(150), 제1 열 고결용 레이저(152), 제2 탈지용 레이저(154), 및 제2열 고결용 레이저(156)는, 각각 제1 탈지용 레이저 이동 기구(158), 제1열 고결용 레이저 이동 기구(160), 제2 탈지용 레이저 이동 기구(162), 및 제2 열 고결용 레이저 이동 기구(164)에 의해 이동 가능하다.
제1 실시형태와 동일하게, 제어 유닛(122)은, 정보 취득 유닛(118)에 의해 취득된 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및/또는 화학적 상태에 의거하여, 공급 유닛(112), 고정화 유닛(114), 가열 유닛(116), 정보 취득 유닛(118), 및 제거 유닛(120)의 피드백 제어를 행할 수 있다. 제1 실시형태에 대해 설명한 예에 더해, 제2 실시형태에서는, 예를 들면 제어 유닛(122)은, X선 회절 장치(174)에 의해 취득된 X선 회절 패턴 등으로부터 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 형성 위치나 특정 위치에 있어서의 제1 조성물 P1과 제2 조성물 P2의 물질량비를 특정함과 더불어, 이러한 정보에 의거하여, 각 조성물 P1, P2마다 토출 위치나 조사 위치, 제거 유닛(120)을 사용해야 할지 여부 등을 결정할 수 있다.
도 7은, 제2 실시형태의 성형 장치(101)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
제2 실시형태에 의한 성형체의 제조 방법의 흐름은, 2종류의 무기 재료를 사용하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시형태와 같다. 즉, 도 7에서는, 도 4를 참조하여 설명한 제1 실시형태의 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법에 있어서의 위치 제어부터 정보 취득까지의 각 단계가 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2에 대해서 행해진다.
제1 층의 형성이 개시되면(S2000), 제어 유닛(122)은, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 토출 위치와, LED(140, 142)나 탈지용 레이저(150, 154), 열 고결용 레이저(152, 156)의 조사 위치를 결정한다(S2002).
다음에, 제어 유닛(122)은, 이들 토출 위치 및 조사 위치에 의거하여, 공급 유닛(112), 고정화 유닛(114), 가열 유닛(116), 및 정보 취득 유닛(118)을 이동시키도록 각 이동 기구에 지시한다(S2004).
다음에, 제어 유닛(122)은, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 스테이지(111)를 향해 토출하도록 각각 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)에 지시한다(S2006). 이들 토출 타이밍은 동시여도 되고, 어긋나 있어도 된다. 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 토출되어 스테이지(111) 상에 착지하면, 정보 취득 유닛(118)이 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 착지를 검지한다(S2008).
다음에, 제어 유닛(122)은, 착지한 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2를 스테이지(111) 상에서 고정화하기 위한 광을 조사하도록, 각각 제1 LED(140) 및 제2 LED(142)에 지시한다(S2010).
다음에, 제어 유닛(122)은, 스테이지(111) 상의 제1 조성물 P1의 제1 바인더 Pb1 및 제2 조성물 P2의 제2 바인더 Pb2의 탈지를 행하기 위한 레이저광을 조사하도록, 각각 제1 탈지용 레이저(150) 및 제2 탈지용 레이저(154)에 지시한다(S2012).
다음에, 제어 유닛(122)은, 스테이지(111) 상의 제1 조성물 P1의 제1 무기 입자 Pa1 및 제2 조성물 P2의 제2 무기 입자 Pa2의 열 고결을 행하기 위한 레이저광을 조사하도록, 각각 제1 열 고결용 레이저(152) 및 제2 열 고결용 레이저(156)에 지시한다(S2014).
다음에, 제어 유닛(122)은, 스테이지(111) 상의 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및/또는 화학적 상태에 관한 정보를 취득하도록 정보 취득 유닛(118)에 지시한다(S2016).
이상의 각 단계 S2002~S2016을 포함하는 성형 사이클이, 층 형성이 완료될 때까지 반복된다(S2018). 제1 층의 형성이 완료되면(S2018:YES), 제어 유닛(122)은, 스테이지(111)를 z방향으로 이동시키도록 스테이지 이동 기구(111a)에 지시한다(S2022). 흐름이 S2000으로 돌아와, 제2 층의 형성이 개시된다. 이 층 형성을 반복함으로써, 3차원 성형체가 형성된다.
상술한 흐름에서는, 각 성형 사이클의 단계마다 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 양쪽 모두가 처리되고 있으나, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 각 처리는 임의의 순서로 행해질 수 있다. 예를 들면, 각 성형 사이클에 있어서, 우선 제1 조성물 P1의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해진 후, 제2 조성물 P2의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 행해져도 된다. 또, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 토출 및 고정화가 행해진 후, 우선 제1 조성물 P1의 탈지 및 열 고결이 행해지고, 다음에 제2 조성물 P2의 탈지 및 열 고결이 행해져도 된다. 혹은, 우선 제1 조성물 P1에 대해서만 성형 사이클이 반복되어, 제1 층 내에 포함되어야 할 모든 제1 조성물 P1의 열 고결이 완료된 후, 제2 조성물 P2에 대해 성형 사이클이 반복됨으로써, 제1 층 전체가 형성되어도 된다.
제2 실시형태에 따른 성형 장치(101)에 의하면, 제1 실시형태에 따른 성형 장치(1)에 대해 설명한 이점에 더해, 복수의 재료를 다양하게 조합하여 복합적으로 형성된 성형체를 제조하는 것이 가능하다. 예를 들면, 각 재료로 이루어지는 부품을 재료마다 제조한 후에 이들을 조립하는 경우와 비교하면, 조립하는 공정을 생략하는 것뿐만 아니라, 각 부품을 서로 접합하기 위한 접합제나 접합 부품 등의 사용, 끼워맞춤 형상의 형성 등을 생략하는 것이 가능하다. 이에 의해, 제조 비용이 현격히 저감될 수 있다.
성형 장치(101)는, 성형체에 사용하는 재료를 각 토출기로부터 토출되는 1방울 단위로 선택할 수 있으므로, 성형체의 세부까지 재료 조성을 제어하는 것이 가능하다. 또, 다종 다양한 무기 재료를 사용 가능하므로, 성형 장치(101)는, 공업제품이나 의료용품, 연구개발 용품, 일용품, 도예품과 같은 다양한 용도의 성형체를 제조하기 위해서 사용될 수 있다.
또, 각각의 재료의 열 고결에 적합한 온도나 각 재료의 접합부에 있어서의 열 고결에 적합한 온도는 모두 상이한 온도일 수 있는 바, 성형 장치(101)에 의하면, 상기와 같이, 정보 취득 유닛(118)으로부터의 정보에 의거하여 제1 열 고결용 레이저(152) 및 제2 열 고결용 레이저(156)의 레이저광의 출력, 나아가서는 열 고결 온도의 피드백 제어를 행함으로써, 각 조사 위치에 있어서 재료에 따른 최적의 온도로 열 고결을 행하는 것이 가능하다. 이에 의해, 다양한 재료를 임의의 부위에서 충분히 열 고결시킬 수 있으므로, 얻어지는 성형체의 품질이 향상한다.
상기 예에서는, 2종류의 무기 재료가 사용되고 있으나, 3종류 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 3개 이상으로 변경될 수 있다.
상기 예에서는, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 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 P2의 양쪽 모두의 고정화가 행해져도 되고, 마찬가지로 단일 탈지용 레이저나 단일 열 고결용 레이저에 의해 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 양쪽 모두의 탈지나 열 고결이 행해져도 된다. 특히, 성형 사이클이 조성물마다 행해지는 경우에는, 단일 LED나 레이저로 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 양쪽 모두의 성형 사이클이 순차적으로 실행되어도 된다.
상기 예에서는, 정보 취득 유닛(118)은, 촬영 장치(170), 초음파 장치(172), 및 X선 회절 장치(174)를 하나씩 포함하나, 이들의 수를 필요에 따라 늘려도 된다.
상기 예에서는, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 스테이지(111) 상의 다른 위치에 각각 토출되고 있으나, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 토출 위치가 스테이지(111) 상의 같은 위치로 설정되어도 된다. 예를 들면, 각 성형 프로세스에 있어서의 제1 조성물 P1의 토출 위치를 제2 조성물 P2의 토출 위치와 같은 위치로 설정하여 성형 프로세스를 반복함으로써, 전체적으로 제1 조성물 P1과 제2 조성물 P2가 소정의 비율로 서로 섞여 형성된 성형체를 제조 가능하다. 또, 각 성형 프로세스에 있어서의 제1 조성물 P1의 토출 위치를 제2 조성물 P2의 토출 위치와 같은 위치로 설정하고, 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 토출량의 비를 서서히 변화시키면서 성형 프로세스를 반복함으로써, 성형체 내의 위치에 따라 제1 조성물 P1과 제2 조성물 P2의 농도비가 서서히 변화하는 성형체를 제조 가능하다.
상기 예에서는, 성형 사이클마다 제어 유닛(122)이 다음 토출 위치 및 조사 위치를 결정하고 있으나, 제어 유닛(122)은, 예를 들면 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)를 소정의 방향으로 일정한 스피드로 계속 움직이면서, 각 위치에 있어서 제1 토출기(130) 및 제2 토출기(132)의 토출의 유무, 탈지나 열 고결의 유무 등을 결정해도 된다. 이 경우, 어느 정도의 토출 작업이 완료된 단계에서, 정보 취득 유닛(118)에 의해 취득된 정보에 의거하여, 그때까지 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2가 토출되었으나 탈지나 열 고결이 적절히 행해지지 않았다고 판정된 위치에 있어서, 추가로 토출이나 열 고결을 행하는 것이 가능하다.
[제3 실시형태]
다음에, 도 8~도 11을 참조하여, 제3 실시형태에 대해 설명한다. 제3 실시형태에서는, 무기 입자 Pa'가 유기 코팅 Pb'로 싸인 구성의 조성물 P'를 사용하고, 고정화 유닛(214)의 구성 요소로서 LED(40) 대신에 융해용 레이저(융해용 열원)(240)를 사용하는 점에서, 제1 실시형태와는 다르다. 또한, 이하에 설명하는 이외의 구성은, 제1 실시형태와 같다.
도 8은, 제3 실시형태에 따른 성형 장치(201)를 나타내는 도면이다. 도 9는, 제3 실시형태의 성형 장치(201)의 시스템 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
제3 실시형태에서는, 조성물 P'는, 무기 입자 Pa'(코어) 및 무기 입자 Pa'를 코트하는 유기 코팅 Pb'(셸)를 포함하는 코어셸 구조를 갖는다. 조성물 P'는 고체이며, 다수의 조성물 P'가 토출기(230)에 충전된다. 예를 들면, 토출기(230)는, 조성물 P'를 1알씩 스테이지(211) 상에 토출한다.
유기 코팅 Pb'는, 열에 의해 연화 또는 융해(이하, 합쳐서 단순히 '융해'라고 한다. ) 하는 열가소성 수지 등으로 이루어진다. 열가소성 수지의 예로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 염화비닐 수지, ABS 수지(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합 합성 수지) 등을 들 수 있다.
도 8에 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 9 참조)을 구비한다.
제1 실시형태 및 제2 실시형태의 고정화 유닛(14, 114)이 바인더 Pb를 경화시키기 위한 LED(40, 140, 142)를 포함하는 것에 비해, 고정화 유닛(214)은, 융해용 레이저(240)를 구비한다.
융해용 레이저(240)는, 스테이지(211) 상에서 유기 코팅 Pb'에 열을 가한다. 이에 의해, 유기 코팅 Pb'가 스테이지(211) 상에서 융해한다. 예를 들면, 융해용 레이저(240)는, 조성물 P'에 대해서 레이저 조사를 행함으로써, 조성물 P'를 예를 들면 80℃~200℃까지 가열하여, 조성물 P'의 유기 코팅 Pb'를 융해시킬 수 있다. 융해용 레이저(240)는, 융해용 레이저 이동 기구(242)에 의해, 적어도 x방향 및 y방향으로 이동 가능함과 더불어, 예를 들면 z축에 관해 회동 가능하고, z축과 평행한 평면 내에서도 회동 가능하다.
다음에, 도 10 및 도 11을 참조하여, 제3 실시형태의 성형 장치(201)의 성형체의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 10은, 제3 실시형태의 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10은, 당해 제조 방법에 있어서의 조성물 P'의 토출부터 열 고결까지의 일련의 프로세스 (a)~(g)를 나타낸다.
도 10(a)에서는, 조성물 P'가 토출기(230)로부터 스테이지(211)를 향해 토출된다. 여기서는, 도 3과 동일하게, 스테이지(211) 상에, 이미 열 고결이 완료된 열 고결체 C'와, 유기 코팅 Pb'가 융해 후 고체화한 고체화 코팅 B'로 싸인 무기 입자 Da'~Dd'가 형성되어 있다. 조성물 P'의 토출은, 도면의 좌측(-x방향)에서 우측(+x방향)으로 차례로 행해지고 있다.
도 10(b)에서는, 토출된 조성물 P'가, 무기 입자 Dd'의 옆에 착지한다. 정보 취득 유닛(218)은, 조성물 P'의 착지 위치 및 타이밍을 취득한다. 착지 직후에는, 토출된 조성물 P'는 고체이며, 조성물 P'의 유기 코팅 Pb'는, 인접하는 고체화 코팅 B'와는 일체화되어 있지 않다. 이 유기 코팅 Pb'를 향해, 고정화 유닛(214)의 융해용 레이저(240)가 레이저광을 조사한다. 이에 의해, 열가소성 수지로 이루어지는 유기 코팅 Pb'가 융해한다.
도 10(c)에서는, 융해용 레이저(240)에 의해, 유기 코팅 Pb'와 함께, 유기 코팅 Pb'에 인접하는 무기 입자 Dd' 근방의 유기 코팅 B'도 동시에 융해하여, 유기 코팅 Pb'와 일체화되어 있다. 다음에, 융해한 유기 코팅 Pb'가 자연 냉각에 의해 고체화한다. 이 때, 동시에 융해한 유기 코팅 B'도 고체화하므로, 무기 입자 Da'~De'를 싸는 유기 코팅 전체가 일체화된다.
도 10(d)에서는, 유기 코팅 Pb'를 포함하는 유기 코팅 B'가 고체화되어 있으며, 토출된 조성물 P'에 포함되는 무기 입자 De'가 스테이지(211) 상에 고정화되어 있다.
이 이후의 도 10(d)~도 10(g)에 나타내는 공정은, 도 3(c)~도 3(f)에 나타내는 공정과 대체로 동일하다. 즉, 도 10(d)에서는, 가열 유닛(216)의 탈지용 레이저(250)가, 무기 입자 Da' 근방에 레이저광을 조사함으로써, 무기 입자 Da' 근방의 고체화 코팅 B'가 탈지된다. 도 10(e)에서는, 가열 유닛(216)의 열 고결용 레이저(252)가, 열 고결체 C'와 무기 입자 Da'의 경계 근방에 레이저광을 조사하여, 열 고결체 C' 및 무기 입자 Da'를 열 고결 시킨다. 도 10(f)에서는, 토출기(230) 등이 +x방향으로 이동한다. 도 10(g)에서는, 다시 조성물 P'가 토출기(230)로부터 스테이지(211)를 향해 토출된다. 그 후, 도 10(b)~도 10(f)를 참조하여 설명한 동작이 반복된다.
도 11은, 제3 실시형태의 성형 장치(201)에 의한 성형체의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4에 나타낸 성형 장치(1)에 의한 성형체의 제조 방법과 비교하면, 조성물을 스테이지 상에 고정화하는 단계가 상이하다.
제1 실시형태에서는, 조성물 P의 고정화 단계는, 조성물 P의 착지가 검출된 후, LED(40)로 바인더 Pb를 경화시킴으로써 실행된다(S1006).
이에 비해, 제3 실시형태에서는, 조성물 P'의 착지가 검출된 후, 제어 유닛(222)은, 스테이지(211) 상에 착지한 조성물 P'의 유기 코팅 Pb'에 열을 가해 융해시키기 위한 레이저광을 조성물 P'에 조사하도록, 융해용 레이저(240)에 지시한다(S3010). 그 후, 융해한 유기 코팅 Pb'가 자연 냉각에 의해 고체화한다(S3012). 이에 의해, 조성물 P'가 스테이지(211) 상에 고정화된다.
정보 취득 유닛(218)의 촬영 장치(270) 또는 임의의 검출기(예를 들면 서모그래피 장치)로 유기 코팅 Pb'의 상태나 온도를 조사함으로써, 유기 코팅 Pb'가 고체화했는지 여부를 판정할 수 있다. 혹은, 융해용 레이저(240)가 레이저광을 조사하고 소정 시간이 경과했을 때에 유기 코팅 Pb'가 고체화했다고 판정해도 된다. 유기 코팅 Pb'가 고체화했다고 판정되면, 흐름은 S3014으로 진행된다.
그 이후의 단계는, 제1 실시형태와 같다. 즉, 도 11의 S3014~S3024는, 도 4의 S1012~S1022에 대응한다.
또한, 제3 실시형태의 조성물 P'는, 제2 실시형태에서 사용되어도 된다. 예를 들면, 제2 실시형태의 제1 조성물 P1 및 제2 조성물 P2의 한쪽 또는 양쪽 모두가 제3 실시형태의 조성물 P'와 같은 형태여도 된다.
[변형예]
상기 예에서는, 조성물의 토출, 고정화, 탈지, 및 열 고결이 완료된 후에, 스테이지가 x방향 또는 y방향으로 이동하여, 다음 조성물의 토출이 행해지는데, 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, 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 광조사가 행해지나, 이 고정화 처리의 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 조성물이 토출되어 낙하하고 있는 동안에 광조사가 행해져도 된다.
상기 예에서는, 탈지용 레이저 및 열 고결용 레이저가 거의 같은 영역에 레이저광을 조사하고 있으나, 이들 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 유닛 및 가열 유닛의 조사 위치가 결정되는 것과 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 위치와 고정화 유닛 및 가열 유닛의 조사 위치를 결정하는 것과 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, 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, 및 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, 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.
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 (24)

  1. 무기 재료를 포함하는 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 유닛;
    상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는 가열 유닛;
    열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득하는 정보 취득 유닛; 및
    상기 조성물의 공급과 열 고결을 포함하는 성형 사이클을 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어함과 더불어, 상기 정보에 의거하여 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 유닛;
    을 구비하는 3차원 조형용의 성형 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어하는, 성형 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 정보에 의거하여, 상기 조성물이 공급되는 위치 및 상기 열 고결이 행해지는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는, 성형 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급 유닛은, 제1 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급기와, 상기 제1 무기 재료와는 상이한 제2 무기 재료를 포함하는 제2 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급기를 갖는, 성형 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열 유닛은, 상기 제1 공급기로부터 공급된 상기 제1 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 제1 열 고결용 열원과, 상기 제2 공급기로부터 공급된 상기 제2 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 제2 열 고결용 열원을 갖는, 성형 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보 취득 유닛은, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 촬영을 행하는 촬영 장치를 갖고,
    상기 정보 취득 유닛은, 상기 촬영 장치로부터 얻어진 촬영 데이터에 의거하여, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태에 관한 정보를 취득하고,
    상기 제어 유닛은, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 공급하는 위치 및 상기 스테이지 상의 열 고결을 행하는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는, 성형 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보 취득 유닛은, 상기 정보를 취득하기 위한 초음파 장치를 갖고, 상기 초음파 장치는, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 향해 초음파를 발신함과 더불어 반사된 초음파를 수신하도록 구성되어 있는, 성형 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스테이지 상에서 고결된 상기 조성물의 적어도 일부를 상기 스테이지로부터 제거하는 제거 유닛을 더 구비하고,
    상기 정보 취득 유닛은, 상기 초음파 장치로부터 얻어진 데이터에 의거하여, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태 또는 물리적 상태에 관한 정보를 취득하고,
    상기 제어 유닛은, 열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태 또는 물리적 상태에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 적어도 일부를 상기 스테이지로부터 제거하도록 상기 제거 유닛을 제어하는, 성형 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보 취득 유닛은, 상기 정보를 취득하기 위한 X선 회절 장치를 갖고, 상기 X선 회절 장치는, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 X선 회절 패턴을 측정하도록 구성되어 있는, 성형 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 정보 취득 유닛은, 상기 X선 회절 장치에 의해 측정된 X선 회절 패턴에 의거하여, 열 고결된 상기 조성물의 물리적 상태 또는 화학적 상태에 관한 정보를 취득하고,
    상기 제어 유닛은, 열 고결된 상기 조성물의 물리적 상태 또는 화학적 상태에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 재가열을 행하도록 상기 가열 유닛을 제어하는, 성형 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은, 상기 무기 재료가 분산된 유기 바인더 또는 상기 무기 재료를 싸는 유기 코팅을 포함하고,
    상기 가열 유닛은, 상기 조성물에 열을 가함으로써 상기 유기 바인더 또는 상기 유기 코팅의 탈지를 행하는 탈지용 열원을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 열 고결용 열원에 의한 열 고결 전에 탈지를 행하도록 상기 탈지용 열원을 제어하는, 성형 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물을 상기 스테이지 상에서 고정화하는 고정화 유닛을 더 구비하는, 성형 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 조성물은, 광경화성 조성물을 포함하는 유기 바인더를 포함하고,
    상기 고정화 유닛은, 열 고결 전에 상기 광경화성 조성물의 광경화를 행하는 광원을 포함하는, 성형 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 조성물은, 유기 코팅으로 코트된 무기 입자를 포함하고,
    상기 고정화 유닛은, 열 고결 전에 상기 유기 코팅의 열융해를 행하는 융해용 열원을 포함하는, 성형 장치.
  15. 무기 재료를 포함하는 조성물로부터 3차원 성형체를 제조하는 방법으로서,
    상기 조성물을 공급 유닛으로부터 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 단계;
    상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서, 가열 유닛에 의해 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하는 열 고결 단계;
    열 고결된 상기 조성물의 기하학적 상태, 물리적 상태, 및 화학적 상태 중 적어도 하나에 관한 정보를 취득하는 정보 취득 단계; 및
    상기 정보에 의거하여, 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 단계;
    를 포함하고,
    상기 공급 단계와 상기 열 고결 단계를 포함하는 성형 사이클이 반복되는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 성형 사이클이 적어도 상기 스테이지를 따라 반복되는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 스테이지와 직교하는 방향을 따라 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 이동 단계를 더 포함하고,
    상기 스테이지를 따라 상기 성형 사이클이 반복되고,
    상기 스테이지를 따른 상기 성형 사이클의 반복과 상기 스테이지 이동 단계를 반복함으로써, 3차원 형상을 갖는 상기 3차원 성형체가 형성되는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어 단계는, 상기 정보에 의거하여, 상기 조성물이 공급되는 위치 및 상기 열 고결이 행해지는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는 공정을 포함하는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    제1 무기 재료를 포함하는 제1 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제1 공급 단계와, 상기 제1 무기 재료와는 상이한 제2 무기 재료를 포함하는 제2 조성물을 상기 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 제2 공급 단계를 포함하는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    공급된 상기 제1 조성물에 대해서, 상기 가열 유닛에 의해 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하는 제1 열 고결 단계와, 공급된 상기 제2 조성물에 대해서, 상기 가열 유닛에 의해 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하는 제2 열 고결 단계를 포함하는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  21. 청구항 15에 있어서,
    상기 정보 취득 단계는, 촬영 장치로 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 촬영을 행함으로써 상기 조성물의 배치 또는 형상에 관한 정보를 취득하는 공정을 포함하고,
    상기 제어 단계는, 상기 조성물의 배치 또는 형상에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 공급하는 위치 및 상기 스테이지 상의 상기 열 고결을 행하는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는 공정을 포함하는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  22. 청구항 15에 있어서,
    상기 정보 취득 단계는, 초음파 장치로 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 향해 초음파를 발신함과 더불어 반사된 초음파를 수신함으로써, 상기 조성물의 밀도에 관한 정보를 취득하는 공정을 포함하고,
    상기 제어 단계는, 상기 조성물의 밀도에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물을 공급하는 위치 및 상기 스테이지 상의 상기 열 고결을 행하는 위치 중 적어도 한쪽을 결정하는 공정을 포함하는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  23. 청구항 15에 있어서,
    상기 정보 취득 단계는, X선 회절 장치로 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 X선 회절 패턴을 측정함으로써, 상기 조성물의 결정성에 관한 정보를 취득하는 공정을 포함하고,
    상기 제어 단계는, 상기 조성물의 결정성에 관한 상기 정보에 의거하여, 상기 스테이지 상의 상기 조성물의 재가열을 행하도록 상기 가열 유닛을 제어하는 공정을 포함하는, 3차원 성형체의 제조 방법.
  24. 무기 재료를 포함하는 조성물을 스테이지를 향해 간헐적 또는 연속적으로 공급하는 공급 유닛;
    상기 공급 유닛으로부터 공급된 상기 조성물에 대해서 상기 스테이지 상에서 적어도 열 고결을 행하도록 구성된 열 고결용 열원을 포함하는 가열 유닛; 및
    상기 조성물의 공급과 열 고결을 포함하는 성형 사이클을 적어도 상기 스테이지를 따라 반복하도록 상기 공급 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 유닛;
    을 구비하는 3차원 조형용의 성형 장치.
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