KR20080086428A

KR20080086428A - 3차원 아티클의 구축 장치 및 3차원 아티클의 구축 방법

Info

Publication number: KR20080086428A
Application number: KR1020087009461A
Authority: KR
Inventors: 산드린 알라만; 게르만 엔리끄 크노퍼스; 란자나 씨 파텔; 파스칼 피에롱; 피터 시쯔마
Original assignee: 피티에스 소프트웨어 비브이; 아르데제 에스에이알엘; 마르텔로 리미티드; 엔티에스 메카트로닉스; 훈츠만 어드밴스트 머티리얼스(스위처랜드) 게엠베하
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-09-25
Also published as: RU2417890C2; WO2007039450A9; CA2622617A1; WO2007039450A8; CN101326046A; US20080241404A1; JP2009508723A; RU2008115450A; WO2007039450A1; EP1926585A1

Abstract

본 발명은 연속적인 단면층에서 3차원 아티클을 구축하는 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소와 파우더 스프레딩 시스템(powder spreading system)을 포함하는 파우더 전달 시스템과; 액체를 전달하는 프린팅 시스템과; 외벽, 내벽 및 구축 챔버의 내벽을 따라 움직일 수 있는 구축 플랫폼을 포함하는 구축 챔버와; 및 파우더 회수 시스템을 포함하며, 구축 챔버는 구축 챔버의 내벽과 외벽 사이에서 상단부에 의해 정의되는 공간을 포함하며 이 공간은 파우더 회수 시스템과 소통하며 및/또는 구축 플랫폼이 구축 챔버로부터 아래 방향으로 파우더 회수 시스템으로 사용되지 않은 파우더를 (직접) 방출시킬 수 있다. 본 발명은 또한 상기 장치를 사용한 3차원 아티클의 구축 방법을 제공한다.

Description

3차원 아티클의 구축 장치 및 3차원 아티클의 구축 방법{An apparatus for building a three-dimensional article and a method for building a three-dimensional article}

본 발명은 연속적인 단면층에서 3차원 아티클(article)을 구축하는 장치와 상기 장치를 사용한 구축 방법에 관한 것이다.

엔지니어링 CAD(Computer Aided Design)데이터로부터 기술적으로 유용한 고강도의 3차원 아티클의 직접 생산에 대한 요구가 증가하고 있다.

파손되기 쉬워서 단기 또는 중기 사용되는 아티클을 대량 생산하는 많은 기술이 제안되고 있다.

미국특허 제4,575,330호에서는 액체 및 페이스트 포토폴리머(paste photopolymer)의 레이저 어드레싱(laser addredding)에 대한 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 성공율이 높을 지라도 이 기술은 실험실 규모의 표준 포스트 프로세싱(laboratory standard post processing) 요구를 필요로 하고 최신 기술의 스무드한 면을 형성하나 직접적인 사용 아티클에 대해 다소 가능성이 제한된다.

또 다른 기술은 압출성형 적층인데, 예를 들면, 미국특허 제6,869,559호에 개시되며, 최종 아티클의 열 가소성 등의 특성이 매우 뛰어나다. 하지만, 처리가 늦고 지지체를 제거하는데 습식 처리를 요한다.

미국특허 제5,136,515호에는 경화성 유체를 사용한 직접적인 제트 시스템(jetting system)이 기술되어 있다. 이들은 빠른 시스템이나, 모든 것이 후처리와 지지체의 제거/처분을 요한다.

미국특허 제4,938,816호에는 파우더계 시스템이 기술되어 있으며 여기서는 고출력 CO₂ 레이저를 사용하여 파우더를 소결시킨다. 이러한 파우더계 시스템들은 이들이 3차원 아티클이 형성됨에 따라 자체 지지 될 수 있기 때문에 흥미롭다. 비록 레이저 소결은 진정한 열가소성에 근접하는 고강도 아티클을 얻을 수 있음에도 불구하고, 처리가 늦고 결과하는 표면의 품질이 거칠다.

또 다른 파우더계 시스템은 바인더 제트 프로세스(binder jetting processes)를 사용하며, 거의 수성 제트 물질계이며, 미국특허 제5,204,055호 등에 기재되어 있다. 이러한 시스템은 보다 빠르지만 취약한 모델로 귀결하며 고강도를 이루기 위해서는 추가의 침투 처리를 요한다.

WO 02/064354 A1호에는 3차원으로 구조화된 프린팅 처리가 기재되어 있고 여기에는 연속적인 파우더 물질층이 서로의 상부에 도포되며, 그에 따라 각각의 파우더층들이 반응성 또는 활성 성분을 포함하며 그 성분들은 접촉 반응하여 요구되는 패턴에서 고체 라미나(lamina)를 형성하고, 원하는 고체 아티클이 형성될 때까지 이 과정을 반복한다.

3차원 아티클을 구축하기 위한 많은 프로세스들이 종래 파우더 스프레딩 시스템, 바인더 물질을 전달하는 프린팅 시스템, 원하는 아티클을 형성하기 위한 구축 챔버 및 파우더 제거 시스템을 포함하는 장치에서 수행되었으며, 그에 따라 파우더 스프레딩 시스템에서 넘친 과다 파우더는 파우더 스프레딩 시스템의 한 끝에 배치된 개구 슬릿과 구축 챔버를 거쳐 파우더 회수 시스템에 공급된다. 이러한 시스템은 US 2001/0045678 A1 또는 WO03016067A2 등에 기재되어 있다.

일단 제작이 되면, 형성된 3차원 아티클들은 그 다음 파우더 베드로부터 추출되어야 한다. 이것은 어려운 공정이고 제거 도중 3차원 아티클을 파손하지 않도록 주의를 기울여야 한다. 다음 문헌에서는 여러 가지 방법을 설명한다:

US2004/084814는 파우더를 포함한 3D 프린터를 위한 복잡한 파우더 제거 시스템을 개시하며, 여기에서 형성된 물체는 가압된 공기의 도입 및 진공화 시스템을 통하여 파우더 베드(bed)로부터 제거된다.

US2002/0090410은 공기를 불어넣는 입구들과 흡입 출구들을 갖는 프로세싱 챔버를 사용한 또 다른 복잡한 파우더 제거 시스템을 개시한다.

US2001/0045678은 파우더 베드 내에서 형성된 아티클이 파우더 제거부로 이동되는 파우더 제거부가 개시된다. WO2005/025780은 냉각부 뿐 아니라 파우더 흡입 영역을 다시 보여주는 레이저 소결(SLS)형 기계의 파우더 제거를 개시한다. 바람직하게는, 냉각은 본 발명에 포함되지 않는다.

그러나, 이러한 기계설계는 개선에 대한 재고의 여지가 있는데 이는 파우더 스프레딩 시스템이 3차원 아티클을 성형 및 추출하는 동안 과다한 파우더에 기인하여 매우 혼잡해지고 이는 제조 공정을 복잡하게 만들기 때문이다. 또한, 재사용될 수 없는 쓰레기 물질이 상당히 생긴다. 또한, 경화성 유체 수지를 전체적으로 사용할 경우, 그러한 컨트롤 기계는 잉크 젯 프린트 헤드와 같이 수지를 내보내는 소자의 오염을 막기 위해 꼭 필요하다.

도 1은 장치의 측면도

도 2는 장치의 평면도

도 3a는 (프린트헤드를 스캔하는) 캐리지 측면도

도 3b는 (프린트헤드를 스캔하는) 캐리지 평면도

도 3c는 (프린트헤드 바를 고정시킨) 캐리지 측면도

도 3d는 (프린트헤드 바를 고정시킨) 캐리지 평면도

도 4는 프레임-서브프레임

도 5는 장치의 변형 실시예의 단면도

도 6은 장치의 변형 실시예의 3차원 단면도.

<도 1 내지 도 4에 대한 도면부호의 설명>

1 구축 챔버

2 파우더 저장소

3 파우더 투입기(doser)

4 메쉬 트레이(거친 여과 메쉬, 그 부분에서 파우더를 분리함)

5 통풍 구조

6 캐리지

7 미세 필터 메쉬(재사용을 위해 오염물로부터 파우더를 분리함)

8 구축 챔버 내벽

9 구축 챔버 외벽

10 구축 플랫폼

11 구축 플랫폼 시일(seal)

12 사용되지 않은 파우더의 흐름

13 필터를 가진 공기 통풍구

14 진동 감쇄기

15 파우더 투입기 저장 베셀(vessel)

16 파우더 스프레더 롤러

17 아티클 검사 영역

18 3차원 아티클

19 파우더 재충전 셔터

20 프레임

21 서브 프레임

22 커버링

23 프린트 헤드 크레들(cradle)

24 파우더 스프레더 클리너(cleaner)

25 UV 램프

26 프린트 헤드

27 바인더 저장소

28 프린트 헤드 클리너

29 전기 제어 캐비넷

30 프린트 헤드 저장소

31 파우더 수준 센서

32 파우더 운반 나선체

본 발명의 목적은 비교적 간단하고 동시에 깨끗한 제조 공정을 도모하는 3차원 아티클의 구축 장치를 제공하는 것이며, 그에 따라 사용되지 않은 파우더는 효율적인 방법으로 재사용될 수 있다. 이 장치는 특히 경화성 유체가 전체적으로 파우더 베드에 전달됨으로써 특히 유용하며, 고성능의 정확한 층으로 된 대상물을 형성하는 파우더와 일체화되도록 한다. 이는 그 상당부분이 파우더 회수 시스템과 접촉하는 구축 챔버를 사용하여 구현될 수 있으며, 특히 파우더 회수 시스템은 구축 챔버 둘레의 면에 의해 커버되고, 그러한 면은 과다 파우더가 파우더 회수 장치 안으로 쉽게 밀릴 수 있는 필터 또는 메쉬가 된다. 상기 면은 또한 사용자로 하여금 형성된 3차원 아티클로부터 추가의 파우더를 제거하는 등의 처리를 쉽게 할 수 있도록 하는 모양을 가진다. 바람직하게는, 그러한 장치는 기계의 혼동을 일으킬 위험이 있는, 입구에 의한 복잡한 흡입 시스템과 사용되지 않은 파우더의 흡입 또는 진공 청소를 포함하는 회수시스템으로 이끄는 흡입구들이 없다. 바람직하게는, 사용되지 않은 파우더는 주로 중력에 의해 회수된다. 구축 챔버의 측벽들에 개구부들을 포함하는 장치는 쉽게 장애를 일으킬 수 있고 사용되지 않은 파우더를 비우기 위해 복잡한 진공 시스템을 필요로 한다. 따라서, 바람직하게는, 구축 챔버의 상단부와 바닥부만이 파우더 회수 시스템과 소통하는 개구부를 포함한다. 이는 사용되지 않은 파우더가 중력에 의해 쉽고 부드럽게 회수될 수 있도록 한다. 바람직하게는 구축 챔버는 파우더 회수 시스템 안에 위치된다.

따라서 본 발명은

파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소와 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템;

액체를 전달하는 프린팅 시스템;

상부, 바닥부, 내벽 및 플랫폼이 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 바닥 구조 위에 있는 구축 플랫폼을 포함하는 구축 챔버;

및 파우더 회수 시스템을 포함하며,

구축 챔버의 구축 플랫폼은 구축 챔버로부터 직접 사용되지 않은 파우더를 아래 방향으로 파우더 회수 시스템 안으로 방출할 수 있는 개방성(즉, 열릴 수 있는), 접이성 또는 제거성 있는 부분을 가지며,

구축 챔버는 외벽과 구축 챔버의 상부에 내벽과 외벽 사이의 공간이 파우더 회수 시스템과 소통하는 개구부를 포함하는, 연속적인 단면층들 안에 3차원 아티클을 구축하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 구축 챔버가 파우더 회수 시스템 안에 포함되는 장치를 제공한다.

바람직하게는, 내벽의 상단부들과 외벽 사이에서 구성되는 공간의 25% 이상이 파우더 회수 시스템과 소통한다. 바람직하게는, 상기 공간의 적어도 50%, 보다 바람직하게는 적어도 75%가 파우더 회수 시스템과 소통한다.

그 다음 층 방향 형성 동안과 그에 연이은 3차원 아티클로부터 파우더 제거를 위한 시간 동안 모두 상당부분이 파우더 회수 시스템과 연결된다.

바람직하게는 상기 공간과 파우더 회수 시스템 사이의 소통은 직접적이다.

내벽의 상단부와 외벽의 상단부 사이에 위치하는 공간은 또한 "구축 챔버의 구축 외벽의 상단부"라 부르거나 "구축 챔버의 외벽"이라 부른다.

본 발명은 또한 연속적인 단면층들로 3차원 아티클을 구축하는 장치를 제공하며, 상기 장치는

파우더를 전달하는 하나 이상의 저장고와 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템; 액체를 전달하는 프린팅 시스템; 외벽, 내벽 및 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 구축 플랫폼을 포함하는 파우더 전달 시스템;및 파우더 회수 시스템을 포함하며; 상기 구축 챔버는 구축 챔버의 내벽과 외벽의 사이에 있는 상단부에 의해 정의되는 공간을 포함하며 상기 공간은 파우더 회수 시스템 과 소통하며/하거나 상기 구축 플랫폼이 사용되지 않은 파우더를 구축 챔버로부터 (직접) 하방으로 파우더 회수 시스템 안으로 방출시킬 수 있다. 본 발명은 또한 상기 장치가 사용되는 3차원 아티클을 구축하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한 3차원 아티클을 연속적인 단면층으로 구축하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 파우더를 전달하기 위한 하나 이상의 저장소와 파우더를 스프레드하고 컴팩트(compact)하는 롤러나 스프레더 컴팩터(파우더 리코우터(recoater)라고도 한다)를 포함하는 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템; 액체를 전달하는 프린팅 시스템; 외벽, 내벽 및 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 구축 플랫폼을 포함하는 아티클이 구축되는 구축 챔버; 및 상기 구축 플랫폼이 구축 챔버로부터 하방으로 파우더 회수 시스템 안으로 사용되지 않은 파우더를 직접 방출할 수 있는 파우더 회수 시스템을 포함한다.

본 발명은 또한 3차원 아티클을 연속적인 단면층으로 구축하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소와 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템; 액체를 전달하는 프린팅 시스템; 외벽, 내벽 및 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 구축 플랫폼을 포함하는 아티클이 구축되는 구축 챔버; 및 "구축 챔버의 구축 외벽의 상단부"의 25% 이상이 파우더 회수 시스템과 소통하는 파우더 회수 시스템을 포함한다.

또한, 본 발명은 또한 3차원 아티클을 연속적인 단면층으로 구축하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소와 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템; 액체를 전달하는 프린팅 시스템; 외벽, 내벽 및 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 구축 플랫폼을 포함하는 아티클이 구축되는 구축 챔버; 및 구축 챔버의 외벽의 25% 이상이 파우더 회수 시스템과 소통하고; 상기 구축 플랫폼이 하방으로 파우더 회수 시스템 안으로 사용되지 않은 파우더를 방출할 수 있는 파우더 회수 시스템을 포함한다.

다른 실시예에서, 본 발명은 3차원 아티클을 연속적인 단면층으로 구축하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소와 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템; 액체를 전달하는 프린팅 시스템; 파우더 스프레딩 시스템이, 이동되고, 바람직하게는 형상화되고, 스크랩핑(scrapper)되고, 또는 브러쉬, 또는 진공 장치 등에 의해 그 스프레딩 작용의 마지막에서 청소되어 구축 스테이션 표면으로부터 직접 넘칠 필요가 없게 하는 롤러스프레더/컴팩터를 포함하는 구축 챔버를 포함한다. 이러한 상황 하에 리코우터(recoater)는 파우더 회수 슬롯 위에서 보다는 고체면 위로 직접 주행할 수 있다. 이 방법은 리코우터 메커니즘에 의해 던져질 수 있는 어떤 과다 파우더에 의한 수지 전달 메커니즘의 오염을 피하는데 있어서 특히 중요하다.

상기 실시예들에서, 구축 챔버는 구축 챔버의 상단면과 같은 수준의 둘러싸는 영역을 가지는 것이 바람직하고, 둘러싸는 영역은 메쉬 또는 필터면을 포함하여, 임의의/모든 파우더 넘침은 안전하고 깨끗하게 파우더 회수 장치 안으로 브러쉬(brush)된다.

바람직하게는, 구축 플랫폼은 구축 챔버로부터 사용되지 않은 파우더를 하방으로 파우더 회수 시스템 안으로 직접 방출할 수 있다. 이것은 구축 플랫폼이 구축 챔버 안에 유지되어 있는 동안 사용되지 않은 파우더가 구축 챔버로부터 방출될 수 있다는 것을 의미한다. 다시 말해, 구축 플랫폼은 사용되지 않은 파우더가 구축 플랫폼으로부터 방출될 가능성이 생기기 전에 구축 챔버로부터 제거될 필요는 없다.

본 발명에 따른 장치의 사용은 3차원 아티클을 구축하기 위한 개선된 제작 공정을 도모한다. 또한, 3차원 아티클을 성형하는 상당히 간소화된 장치가 제공되며, 그에 따라 서포트(support)는 필요 없게 되고 사용되지 않은 파우더는 완전히 재활용될 수 있다.

본 발명의 맥락에서 사용되지 않은 파우더는 구축될 아티클에 포함되지 않은 파우더로 정의되며, 즉, 재활용된 파우더뿐 아니라 새 파우더를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치에 대한 여러 가지 실시예에서 구축 챔버의 외벽의 25% 이상이 파우더 회수 시스템과 소통한다. 이는 사용되지 않은 파우더 물질은 구축 플랫폼으로부터 깨끗하게 제거될 수 있고 파우더 회수 시스템으로 넘겨질 수 있음을 의미한다. 바람직하게는, 구축 챔버의 외벽의 적어도 50%가 파우더 회수 시스템과 소통한다. 보다 바람직하게는, 구축 챔버의 외벽의 적어도 75%가 파우더 회수 시스템과 소통한다.

적절하게는, 구축 챔버의 외벽의 25% 이상, 보다 바람직하게는 적어도 50%, 가장 바람직하게는 적어도 75%가 파우더 회수 시스템과 직접 소통하며, 이는 사용되지 않은 파우더 물질이 구축 챔버에서 파우더 회수 시스템으로 직접 패스(pass)될 수 있음을 뜻한다.

구축 챔버에서 많은 아티클들이 동시에 형성될 수 있고, 이 아티클들은 모양 및/또는 조성에 있어서 서로 다를 수 있다.

본 장치의 장점은 파우더 회수 시스템의 상당한 부분이 구축 챔버와 직접 소통하며 그에 따라 일단 제작된 아티클이 구축 플랫폼으로부터 제거되고 나서 아티클을 청소하는 데 충분한 공간을 만들 수 있다는 것이다. 이러한 청소 목적으로, 상기 공간은 모든 과다 파우더를 제거하기 위해 아티클을 교반하고 이동시키는 기계적인 수단을 포함할 수 있다.

구축 플랫폼은 정사각형, 사각형, 원형, 또는 타원형의 형상을 가지는 것이 적당할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 프린팅 시스템은 하나 이상의 노즐을 포함하는 것이 적당하다.

바람직하게는, 프린팅 시스템은 복수의 노즐을 포함한다. 보다 바람직하게는 노즐들이 잉크젯 프린터의 일부 또는 일반적으로 잉크젯 프린터 헤드와 동등한 노즐 세트를 포함한 장치를 형성한다. 바람직하게는, 노즐들은 피에조(Piezo) 잉크젯 기술로 동작한다. 바람직하게는, 프린팅 시스템은 둘 이상의 프린터 헤드를 포함한다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 적절한 잉크젯 프린터 헤드의 예로는 시중에서 구입할 수 있는 것, 이를 테면, Xaar(Leopard, XJ-series, Omnidot-series) 및 Spectra/Dimatix(Nova,Galaxy,SL-series, M-class) 및 Trident(PixelJet, UltraJet)이 상업적으로 사용될 수 있다.

바람직하게는, 노즐 개구부의 크기는 10 내지 100 μm 이고/이거나 노즐 개구부의 크기가 1μm 보다 작거나 심지어 수 nm 정도로 작다하더라도, 도포된 잉크방울의 크기는 5 내지 100 μm 의 범위에 있고, 따라서 상응하는 크기의 잉크방울이 도포되어질 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 파우더 전달 시스템은 파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소를 포함한다. 바람직하게는 파우더 전달 시스템은 파우더를 전달하기 위한 복수의 저장소를 구비한다.

다른 종류의 파우더 재료들이 각 층마다 사용될 수 있음을 알 수 있을 것 이다. 따라서, 각 저장소는 다른 종류의 파우더 재료를 각각 포함할 수 있다. 각 저장소는 유사한 종류의 파우더 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

구축 챔버의 구축 플랫폼은 상부 구조의 개구부를 통해 사용되지 않은 파우더를 방출시키기 위하여 개방되거나 제거될 수 있는 개구부와 바닥 구조를 구비한 상부 구조를 포함하는 것이 적절하다. 상부 구조는 메쉬 트레이, 그릴, 그리드, 또는 통풍 구조를 포함하는 것이 바람직하다.

구축 플랫폼의 바닥 구조는 개방할 수 있거나, 접을 수 있거나, 제거할 수 있는 부분을 포함하는 것이 적절하다. 접을 수 있는 부분은 플랩(flap)을 포함할 수 있다. 바닥 구조는 개방할 수 있는 부분, 예를 들면 그들의 회전축 둘레로 그들을 회전시켜 개방할 수 있는 부분들을 포함하는 것이 바람직하다. 개방할 수 있거나, 접을 수 있거나, 제거할 수 있는 부분들은 형성된 대상물로부터 파우더를 분리 또는 제거하는 데 더 도움이 되도록 진동될 수 있다.

구축 플랫폼은 장치의 나머지를 커버하고 보호하는 둘러싸는 면에 접할 수 있는 것이 바람직하며, 그러한 면은 파우더에 대해 다공성일 수 있다. 이러한 둘러싸는 것은 구축 챔버로부터 넘쳐난 파우더를 쉽게 포획할 수 있게 하고 넘쳐난 파우더를 여과/브러슁에 의해 장치의 아래 부분으로 방향을 잡아 준다. 이 구축 플랫폼은 플랫폼을 기계적으로 교반 또는 이동시키는 수단에 접할 수 있고, 그에 따라 과다해서 사용되지 않은 파우더가 구축 되어질 아티클로부터 제거될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 장치는 구축되어질 아티클을 경화시키기 위한 수단을 포함하는 것이 적절하다. 이러한 아티클을 경화시키기 위한 수단은 전자기 방사에 기초한 시스템으로 하는 것이 바람직하다.

전자기 방사에 기초한 시스템은 UV 램프, 또는 가시 또는 적외선 방사체, 또는 마이크로웨이브 장치를 포함하는 것이 바람직하다. UV 소스는 UV 발광 소자 배열체(LED), 예를 들면, Phoseon Inc에서 구할 수 있는, RX10 또는 RX20일 수 있다.

바람직하게는, 도포된 수지 또는 파우더 또는 도포된 수지-파우더 조합은 그러한 경화 장치의 발광에 반응하여 적절히 감광되며, 신속한 경화(바람직하게는 연속된 층 하나당 10초 미만)가 이루어지는 방식으로 된다.

바람직하게는, 구축되어 질 아티클을 경화시키는 수단은 파우더 스프레딩 시스템에 부착된다. 보다 바람직하게는 경화 수단, 파우더 스프레딩 수단 및 완전히 경화될 수 있는 수지를 도포하는 수단은 하나의 캐리지에 집적되며, 그에 따라 설계가 상당히 간단해진다.

본 발명에 따른 장치의 파우더 회수 시스템은 사용되지 않은 파우더를 운반하는 도관과 그 도관을 통해 사용되지 않은 파우더를 이동시키는 파우더 운반 나선부를 포함하는 것이 적절하며 또는 파우더 회수 시스템은 사용되지 않은 파우더를 운반하는 도관과 그 도관을 통해 사용되지 않은 파우더를 이동시키는 진공 펌프를 포함한다. 또 다른 실시예에서 파우더 회수 시스템은 사용되지 않은 파우더를 이동하는 컨베이어 벨트를 포함한다.

본 발명의 매우 획기적인 실시예에서, 상기 장치는 프린트 헤드를 세척한 유체를 수용하는 컨테이너를 구비한다. 일단 컨테이너 안에 유체가 존재하게 되면 유체가 경화될 수 있고 이어서 쉽게 처리될 수 있는데, 이는 환경 문제에 있어서 매우 매력적이다. 이러한 컨테이너는 투명한 것이 바람직하고 유체의 경화는 전자기 방사에 기초한 시스템으로 실행되는 것이 바람직하다. 제트 분사된 유체를 화학적 또는 열적 수단 등에 의해 안전하게 처리할 수 있는 고체로 전환시키는 다른 트리거링(triggering) 방법이 있을 수 있다.

파우더 회수 시스템은 사용되지 않은 파우더를 체에 거르거나 여과하기 위한 필터 또는 체를 포함하는 것이 적절하다.

바람직하게는, 프린팅 시스템과 파우더 스프레딩 시스템은 같은 안내 수단에 연결된다. 이것은 보다 낮은 하드웨어 비용 외에도 구축 속도의 향상 뿐 아니라 양자의 정확한 선형성에 기인한 보다 높은 정확도를 갖도록 하여 양자의 기능을 대등하게 할 수 있다.

본 발명은 또한 아티클의 모델에 따라 연속적인 단면층으로 3차원 아티클을 구축하는 방법 내지 공정에 관한 것으로, 상기 방법은:

-한 층의 파우더 물질을 정의하는 단계;

-그렇게 정의된 파우더 물질층에 모델의 각 단면층에 대응하는 패턴으로 액체 시약을 도포하는 단계;

-이 단계들을 반복하여 3차원 아티클을 얻기 위해 연속된 층들을 형성하는 단계;

-그렇게 얻어진 3차원 아티클을 선택적으로 경화시키는 단계; 및

-(경화된) 3차원 아티클을 회수하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 본 발명에 따른 장치를 사용하여 이루어 진다.

본 발명의 방법에 의해 형성된 아티클은 직접 핸들할 수 있는 아티클로서 직접 전달될 수 있다.

그러한 아티클은 다양한 색상, 기계적, 광학적 및 전기적 특성 및 경성, 강성, 투명성, 도전성, DNA 특정성을 포함하는 바이오 호환성, 자성(magnetics) 등과 같은 특성을 가질 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에서, 파우더 물질은 제1 반응성 성분을 포함하고 액체 시약은 제2반응성 성분을 포함하며, 제2반응성 성분은 제1반응성 성분과 반응할 수 있거나 제1반응성 성분이 그 자체와 반응하도록 촉진할 수 있다.

액체 시약이 파우더와 결합하는 곳에서, 액체 시약과 파우더는 고체 구조를 형성하도록 반응할 것이다. 고화는 수지가 파우더에 접한 직후 바로 일어날 수도 있고 아니면 UV 경화 단계와 같은 전자기 또는 초음파 방사에 노출된 후에 일어날 수도 있다.

바람직하게는, 제2반응성 성분은 제1반응성 성분의 크로스 링킹(cross linking)을 촉진하는 촉매로 작용한다. 바람직하게는, 파우더가 실질적으로 제1반응성 성분을 포함한다. 반응은 파우더 입자의 부풀기 및 점성화의 형태로 일어날 수 있고 그 다음 액체 시약과의 실질적인 화학 반응의 형태일 수 있다. 본 발명에 따른 시스템은 형성된 아티클을 상대적으로 견고하게 할 수 있는데 이는 반응하는 파우더와 액체 시약이 화학적으로 반응하여 새로운 화학 성분을 형성하기 때문인 것으로 밝혀졌다. 화학 결합은 층간에도 형성될 수 있고 따라서 종래 기술 시스템에서 의존해 오던 기계적인 결합에 전혀 의존하지 않을 수 있다. 제조된 아티클들은 빈틈이 없고 구조 내 파우더 잔재가 없다. 파우더는 액체 시약과 접촉할 때 빠르게 용해한다. 이는 점성의, 실질상 움직일 수 없는 수지를 제조하며 이 수지는 경화가 완성될 때까지 그 형상을 유지하게 될 것이다.

바람직하게는, 액체 시약은 또한 점성을 낮추는 희석제를 포함하며 바람직하게는 경화성 희석제를 포함한다. 이러한 희석제의 사용은 액체 시약으로 하여금 온도 상승을 필요로 하지 않고도 보다 작은 보어(bore) 노즐로부터 프린트 될 수 있게 하고, 그에 따라 보다 우수한 해상도를 이룬다. 또한, 그것은 액체가 파우더체 안으로 침투하는 침투성을 향상시켜, 반응물이 보다 균일하게 분포하게 하면서 또한 파우더의 신속한 응집을 가능하게 하여, 그에 따라 해상도를 향상시키고 액체 시약이 파우더의 내면과 확실하게 반응할 수 있게 한다.

파우더 층들은 모두 똑 같은 형태로 될 수 있다. 하지만, 다른 파우더 물질은 또한 다른 층들을 위해 사용될 수 있고, 또는 다른 파우더 물질들이 같은 층에 사용될 수 있다.

다른 액체 시약이 또한 같은 층의 다른 위치에 사용될 수도 있고 다른 층에 사용될 수도 있다. 액체 시약은 파우더층 위로 지나가는 선형 배열 노즐을 사용하여 도포될 수 있다. 따라서 다른 액체들이 다른 노즐에 공급될 수 있고/있거나 다른 액체 시약이 같은 파우더층이나 연속되는 층들 위로 각각 연속된 패스들에 도포될 수 있다. 따라서, 강도와 유연성 면에서 다른 특성이 특별한 층에서 또는 여러 각 층에서 만들어질 수 있다. 그 공정은 조사(irradiation) 수단에 의해 아티클을 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 아티클은 화소마다, 선 마다, 또는 층 마다 조사될 수 있고 및/또는 여러 층들이 형성된 후에 및/또는 모든 층들이 형성된 후에 조사될 수 있다.

형성된 층은 보통은 200μm까지 될 수 있지만, 적절하게는 300μm 두께 까지 될 수 있다. 80 μm 또는 50μm 아래의 얇은 층들이 성취될 수 있고 1 내지 30 μm의 범위에 있는 두께를 가진 훨씬 더 얇은 층들이 가능하다. 파우더는 1 내지 70 μm의 범위의 크기를 갖는 것이 대부분인 각 파우더 입자들을 포함하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 파우더는 대부분 20 μm 내지 50μm 범위의 크기를 갖는 각 파우더 입자들을 포함하며, 훨씬 더 바람직하게는, 20 내지 40μm 의 범위이다. 파우더가 미세할수록 형성된 대상물의 해상도와 정확도는 더 미세하다.

그러한 파우더 크기의 조합은 또한 얻을 수 있는 다양한 특성들을 도모하도록 고려될 수 있다. 그러한 특성의 예는 파우더 용해율, 및 궁극적인 기계적 강도를 포함한다.

바람직하게는, 파우더는 반응성 오르가닉 또는 오르가닉메탈릭 폴리머, 올리고머 또는 모노머를 포함하고, 액체 시약은 경화 수지를 포함한다. 파우더는 또한 오르가닉, 인오르가닉 필러(filler), 안료, 나노입자, 염료 및/또는 계면 활성제를 포함한다.

파우더는 열가소성 물질일 수 있으며, 예를 들면, 폴리비닐 아세탈, 처리된 폴리프로필렌, ABS 또는 폴리카르보네이트 등의 표면 처리된 파우더일 수 있고, 또는 에폭시 파우더 같은 열경화성 파우더일 수 있다.

파우더는 또한 실리카와 같은 에폭실란 처리된 필러와 같은 표면에서 반응성을 갖는 처리된 필러를 포함할 수 있다. 파우더는 또한 아크릴레이트, 에폭시화, 아민화, 하이드록실레이티드 오르가닉 또는 인오르가닉 입자를 포함할 수 있고, 폴리머의 복합물로서 존재할 수 있다.

적절한 파우더의 예로는 폴리아크릴산, 폴리(아크릴로니트릴-코(co)-부타디엔), 폴리(알릴아민), 아크릴레이트 작용기를 갖는 폴리아크릴 수지, 폴리부타디엔, 에폭시 작용기화된 부타디엔, 폴리(글리시딜(메타)아크릴레이트), 폴리THF, 폴리카프롤락톤 디올스, HEMA, HEA, 말레익안히드레이드(maleic anhydride) 폴리머 등, 스티렌-말레익 안히드레이드, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알콜, 폴리(4-비닐페놀), 이들 화합물들의 공중합체/블렌드 및 에폭시, 비닐에테르, 아크릴레이트/메타크릴레이트, 하이드록시, 아민 또는 비닐 모이에티(moieties)로 엔드(end) 캡핑한 이들 화합물들 중 임의의 것을 포함한다.

액체 시약은 에폭시/아민 또는 이소시아네이트/폴리올/아민과 같은 열경화성 반응에 의해 개시되거나 에폭시 플러스 양이온 광개시제(술포늄, 요오도늄 또는 페로세늄), 염과 같이 전자기적으로 개시되는 양이온 시스템 또는 아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 에폭시-아크릴레이트, 플러스 라디칼 광개시제, 벤조페논, Irgacure 184, 알킬보레이트 요오도늄 염과 같은 라디칼 경화 시스템에 의해 개시되는 축합반응을 일으킬 수 있는 화합물들을 포함할 수 있다.

적절하게는, 액체 시약은 에폭시, 아크릴릭, 이소시아네이트, 에폭시-아크릴레이트, 아미노, 또는 하이드록시계 화합물일 수 있다. 액체 시약은 순수 액체, 희석액체, 또는 물에 있는 에멀젼일 수 있다. 적절한 액체 시약의 예로는 디올/트리올/폴리올 모이에티, 글리시딜 에폭시, 에폭시화 폴리부타디엔, 지방족/방향족 아민, 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 스티렌/치환된 스티렌, 아크릴로니트릴, 비닐 에테르, 알켄, 예를 들면, 이소프렌, 옥세탄, 유기산 또는 에스테르, 유기산 할라이드, 프로페닐 에테르 에폭시드, 실록산 에폭시 또는 옥세탄, 알릴 노폴 에테르 에폭시드, 및 시클로지방족 에폭시 알콜로 선택된 하나 이상의 시클로지방족 에폭시를 포함한다. 이들 조성물들은 단일-또는 다중기능을 가질 수 있다.

액체 시약은 콜로이드 또는 세라믹의 나노입자, 오르가닉 마이크로 또는 나노 입자, 마이크로 또는 나노 금속 및 그들의 합금을 포함할 수 있다. 액체 시약의 점도는 실온에서 2 내지 500 mPas의 범위에 있는 것이 적절하고 더 높은 동작 온도에서는 훨씬 더 낮은 점도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 액체 시약의 점도는 제트 분사 온도에서 2 내지 30 mPas 이다. 융점이 낮은 합금은 제트분사에 의해 파우더 위로/안으로 직접 전달될 수 있고 그에 따라 금속 트랙을 연속적으로 또는 액체 경화 시약과 공동으로 가까운 위치로 만들 수 있다.

액체 시약은 파우더 위로 마이크로 스프레이 되거나 프린트될 수 있다. 둘 이상의 액체 시약이 인접한 프린트 헤드로부터 동시에 분사 또는 프린트될 수 있어서 비행중에 또는 반응 파우더 표면 위/주위에서 결합될 수 있다.

바람직하게는, 희석제는 액체의 총부피 기준으로 30 내지 60체적 % 범위로 존재하고, 더 바람직하게는 30 내지 40 체적 % 범위이다. 바람직하게는, 제1반응성분은 총중량 기준으로 30 내지 80중량 % 범위로 존재하고, 더 바람직하게는 50 내지 70 중량 % 범위이다.

상기 공정은 컴퓨터에 의해 열리는 디지털 표현으로부터 아티클의 제조에 대해 그 자체를 매우 편리하게 착지시키며, CAD 시스템에 사용하는 것이 특히 적절하다. 따라서, 상기 모델은 디지털 모델인 것이 바람직하다. 따라서 아티클은 CAD 소프트웨어를 사용하여 설계될 수 있고, 아티클을 3차원으로 재생하기 위해, 디지털 정보는 디지털 형태의 일련의 얇은 층으로 변환될 수 있고 얇은 층의 디지털 표현은 액체의 연속된 파우더층 위로의 전달을 제어하는데 사용될 수 있다. 이 기술은 빠른 프로토타이핑 및 아주 작은 규모의 빠른 제작에 사용될 수 있다.

제조된 대상물은 실질적인 기술적 기능부로 사용될 수 있고 또는 실제 생산 전에 CAD 파일의 증거를 제공하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 또한 전자 분야에서 층으로 캡슐화된 것으로 인라인 제조 사용에 적절하며 마이크로 프린트 전자 및 광학 제품의 형성에 적절하다. 이 기술은 또한 편광 또는 웨이브 가이드 효과를 갖는 다층구조 박막을 형성하는 데 유용할 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 사용하면 적층 블록의 형태나 복잡한 형상의 아이템의 3차원 아티클을 구축할 수 있을 것이다. 층들이 형성됨에 따라, 마이크로 스케일을 선택으로 하는, 층 두께를 포함하는 층들을 가로질러 그 특성을 변화시켜, 최종 아티클에 적어도 하나의 기능을 침투시킬 수 있다. 이 기능은 여러 가지 형태를 취할 수 있는데, 그 예는 전자회로 및 광학 소자를 포함한다. 전자회로의 경우, 발명의 기술은 마이크로 규모 크기의 복잡한 회로를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 실행 회로들이 상기 층들에 구현될 수 있다. 광학 소자의 경우, 본 발명은 소자의 광학 특성이 층마다 그리고 층을 가로질러 광학 특성을 다르게 할 수 있고, 각 층의 두께도 달리 할 수 있고, 그에 따라 복잡한 광학 다층 박막이 제조될 수 있다. 상기 소자는 기판 위에 구축될 수 있으며 그 기판은 그 다음에 최종 마무리된 아티클의 부분으로 보유된다. 그러한 기판은 예를 들면 광학 소자의 부분을 형성할 수도 있는 유리 또는 플라스틱 시이트일 수도 있다.

적절하게는, 파우더 회수 시스템에서 압력 하에 도포된다. 따라서, 프린트 헤드의 파우더 오염은 획기적으로 감소 또는 회피되어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 매우 향상된 기계적 특성과 컬러 패턴을 갖는 아티클을 형성할 수 있게 한다. 본 발명의 방법에 의해 얻은 아티클은 고강도, 스무드한 표면 품질을 가지며, 쓰레기 물질을 생산하지 않으며 사용되지 않은 파우더 물질의 효율적인 재사용을 도모하면서, 제작 후 금방 사용될 수 있는 준비가 되어 있다.

파우더 Mowital B60T(45 마이크론에 중심을 둔 보다 미세한 파우더 입자 분포를 만들기 위한 냉동 그라운드)와 WO 02/064354 A1 의 실시예 11에 기술된 완전히 경화할 수 있는 제트분사 되는 수지를 사용하여, 개 뼈 부분은 30층의 파우더로 성형되었고, 각 층은 100μm 이다. 완전 경화성 수지를 파우더 층에 적절한 프로그램으로 도포한 후, Spectra Novajet을 사용하여, 결과하는 파우더 수지 조성물은 파우더 층의 표면 위의 5mm에 위치한 UV LED 배열체, Phoeson RX10(5초)를 사용하여 경화되었다. 위에 있는 층은 새 파우더로 재코우팅되고, 적절히 프로그램된 제트분사 되는 수지의 양으로 도포되고, UV LED 배열체를 사용하여 경화되었다. 이러한 순서가 반복되어 30층으로 된 개 뼈가 만들어 졌다. 형성된 대상물은 제작 후 손상없이 즉시(바람직하게는 30초, 더욱 바람직하게는 10초 미만) 파우더 베드(bed)로부터 제거되었다. 고 인장강도가 (25MPa보다 큰) 상기 공정에 의해 성취될 수 있다. 영율(Young Modulus)이 1.43 Gpa로 평가되었고, 이는 많은 엔지니어링 폴리머에 필적하는 것이다.

본 발명에 따른 공정 또는 장치는 어떤 추가의 공정 없이 엔지니어링 폴리머들을 얻을 수 있게 한다.

바람직하게는, 구축 챔버는 서브 프레임을 사용한 프린팅 캐리지에 연결되고, 서브 프레임에 진동의 전달을 감쇄시키는 수단을 사용한 기계 프레임에 연결되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 프린트헤드는 구축 챔버의 안쪽 부분의 전체 폭, 즉, 구축 챔버의 내벽들 사이의 공간상에 확장된다.

적절하게는, 파우더 스프레딩 시스템은 카운터 회전 롤러 뒤에 있는 미터링(metering) 장치를 포함하는 독립적인 스캐닝 장치를 사용하며, 미터링 장치는 정지된 파우더 하우징 (파우더 호퍼)으로부터 얼마만한 양의 파우더를 수용한다. 파우더 하우징은 제트 프린트 헤드의 파우더 오염을 방지하기 위해 프린팅 시스템으로부터 떨어져 있을 수 있다.

프린팅 시스템은 파우더 스프레더의 반대 방향으로부터 파우더 층을 스캔할 수 있음이 적절하고 드롭 온 디멘드 잉크 젯 프린트 헤드 또는 연속적인 프린트 헤드 등의 정밀한 드롭릿 생성 시스템을 포함한다. 바람직하게는, 프린팅 시스템은 하나 이상의 프린트 헤드, 더욱 바람직하게는 두 개 이상의 프린트 헤드를 포함한다. 스캔하지 않을 때에는, 프린트 헤드는 떠도는 전자기파나 초음파 방사 등의 경화 메카니즘으로부터 차폐되는 장치 안에 넣어질(파킹) 수 있다. 이렇게 넣어져 있을 때, 프린트 헤드는 파킹 장치 안에서, 필요에 따라 청소/세척될 수 있다. 프린팅 시스템의 하우징 유닛은 파우더 하우징 유닛과 떨어져 있는 것이 좋다.

전자기파 방사를 제공하는 수단(방사기)은 파우더 스프레더와 액체 시약 디스펜서의 동작을 깨끗하게 하기 위해 파우더 층의 위에 위치되는 것이 적절할 수 있다. 방사는 전체 층면을 가로질러 전달되는 것이 적절하고, 전체 층면을 가로지르는 것이 훨씬 바람직하다.

구축 챔버의 구축 플랫폼은 메쉬 트레이, 그릴, 그리드, 또는 통풍 구조를 통해 사용되지 않은 파우더의 제거를 도모하기 위해 개방되는 바닥 구조를 갖는다. 구축 플랫폼의 진동은 사용되지 않은 추가적인 파우더 물질의 양을 제거하는 데 사용될 수 있다. 사용되지 않은 파우더의 제거 후, 구축 플랫폼은 마무리된 아티클을 전달하기까지 이동할 수 있다.

사용되지 않은 파우더는 파우더 물질을 전달하는 하나 이상의 저장소에 운반될 수 있어 획기적이다. 상기 저장소들은 또한 캐리지를 사용하여 새 파우더로 재충전될 수 있다.

본 발명에 따라 구축된 아티클들은 20 MPa보다 큰, 바람직하게는 30 MPa 보다 큰, 보다 바람직하게는 40 MPa 보다 큰 인장 강도를 갖는 것이 적절하다. 상기 아티클들은 또한 우수한 면 품질을 보여준다. 바람직하게는, 그들은 50μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만, 더욱 바람직하게는 1 또는 2μm 미만의 면 진동과 같은 면 스무드니스 특성을 갖는다. 면 거칠기의 측정은 10 mm길이의 샘플 상에서 되고 상기 면은 2000배 확대되어 면 스무드니스를 평가한다. 면 거칠기의 최대 높이와 최소 높이의 사이의 차이는 마이크론(작은 웨이브)으로 표시된다. 작은 웨이브는 1μm 미만인 것이 바람직하다.

도 1과 2에서 파우더 전달 시스템은 파우더 물질(2)을 전달하는 저장소, 필터 메쉬(7)와 파우더 투입기(3)로 이끄는 파우더 이송 시스템(32) 및 파우더를 구축 챔버(1) 안으로 도포하기 위한 롤러(16)를 포함하는 스프레딩 시스템(spreading system)을 포함한다. 구축 챔버(1)는 내벽(8), 외벽(9) 및, 피스톤 등의 수단에 의해 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 구축 플랫폼(10)을 포함한다. 구축 플랫폼은 접을 수 있는 플랩(flap)들을 포함하는 하부와 그리드를 포함하는 상부로 구성된다.

장치는 프린트 헤드(26)에 의해 각각의 파우더 층들 위에 도포되는 액체 시약을 전달하는 프린트 헤드 저장소(30)에 연결되는 바인더 저장소(27)를 더 포함한다. 구축 챔버(1)의 내벽과 외벽의 상단부들 사이에 포함된 공간의 적어도 75%는 파우더 회수 시스템과 직접 접촉하는 메쉬를 포함하여 구축 챔버(1)의 상부(상단) 경계를 거쳐, 사용되지 않는 것(넘쳐난 것)은 파우더 스프레딩 시스템으로 회수된다. 파우더 회수 시스템은 또한 구축 챔버를 둘러싼 다공성 덮개로 커버되어 재코우팅될 동안 넘친 파우더를 쉽게 포획한다. 상기 장치는 아티클이 구축되도록 경화시키는 수단(25)을 구비한다.

도 3a 및 3b 는 스캐닝 프린트 헤드를 장착한 캐리지(carriage)를 도시한다.

도 3c 및 3d 는 고정된 프린트 헤드 바를 가진 캐리지를 도시한다.

도 4의 설명; 기계 프레임으로부터 구축 챔버 안으로 전달되는 진동은 3차원 부분의 생산 동안 구축 챔버들 안에서 파우더 층들을 교란시킬 수 있다. 이동하는 프린트 헤드로부터 생성된 진동도 구축 챔버 상에 높은 가속도를 만들 수 있다. 기계 외부로부터의 가능한 다른 영향과 두 가지 유형의 진동 효과를 감쇄시키기 위해 구축 챔버는 견고한 서브프레임을 사용한 프린트 캐리지에 접속된다. 이 서브 프레임은 진동이 서브 프레임에 전달되는 것을 감쇄시키는 유연성 러버 요소를 사용한 기계 프레임에 접속된다. 또한, 프린트 헤드에 의해 생성된 진동은 서브 프레임에 의해 감쇄된다. 모든 전자, 바인더 공급원 및 커버링은 상기 기계 프레임에 장착된다. 프린트 헤드, UV 램프, 파우더 투입기, 파우더 회수 시스템, 및 구축 챔버를 갖는 캐리지는 서브 프레임에 장착된다.

도 5와 6은 도 1과 2 상에서와는 다른 설계의 발명에 따른 장치 구축을 도시한다. 사용된 도면 부호들은 도 1 내지 4의 것과는 다르다.

도 5는 본 발명에 따른 단면 개략도이다. 도 5에서 파우더 전달 시스템은 파우더 물질(1)을 전달하는 저장소와 구축 챔버(3) 안으로 파우더를 도포하는 롤러를 포함하는 파우더 스프레딩 시스템(2)을 포함한다. 구축 챔버(3)는 벽(4)과 피스톤 수단(6)에 의한 구축 챔버의 내벽을 따라 이동할 수 있는 구축 플랫폼(5)을 포함한다. 구축 플랫폼은 그리드를 포함하는 상부(상단부)(7)와 접을 수 있는 플랩들을 포함하는 하부(8)로 구성된다. 상기 장치는 프린트 헤드(10)에 의해 각각의 파우더 층들 위에 도포하는 액체 시약을 전달하는 저장소(9)를 더 포함한다. 구축 챔버(3)의 외벽의 75% 이상은 사용되지 않는 것(넘쳐난 것)이 파우더 스프레딩 시스템(2)으로 확실하게 회수되도록 하는 구축 챔버(3)의 상부(상단부) 경계를 거쳐 파우더 회수 시스템에 직접 연결된다. 상기 장치는 아티클이 구축되도록 경화시키는 수단(12)이 더 제공된다. 도 6에서, 도 1에 도시된 장치를 절단한 3차원도를 나타낸다.

본 발명이 미사용 파우더 물질의 가장 효율적인 재사용을 허용할 수 있는 간단한 장치를 제공할 수 있음을 도면들로부터 알 수 있을 것이다.

또한, 끝까지 쓸 수 있으며 빠르게 만들어진 아티클의 제작은 본 발명에 따른 장치가 사용될 때 매력적으로 구현될 수 있다.

실제로 본 발명에 따른 방법은 예를 들면 다음과 같이 수행될 수 있다:

컴퓨터 시스템에 의해 제작되어온 한 스택(stack)의 슬라이스(slice)(비트맵/티프(bitmap/tiff)또는 다른 포맷(format))를 포함하는 작업은 기계의 소프트웨어에 맡겨 질 수 있다. 이것은 컴퓨터 시스템에 의해 제작되어온 한 스택(stack)의 슬라이스(slice)(비트맵/티프(bitmap/tiff) 또는 다른 포맷(format)에 있는)로 구성될 수 있다. 사용될 수 있는 소프트웨어에 대한 입력은 3D 기하 CAD 파일이 될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 3D CAD 파일로부터 STL 파일(ASCII 및 바이너리(Binery) STL 모델이 모두 사용될 수 있다)과 같은 3D 무색 기하 데이터를 입력할 수 있다. 소프트웨어는 특정 버퍼 디렉토리에 일련의 2D 비트맵을 출력할 수 있고, 그에 따라 3D 컬러 프린터 상에 프린팅될 수 있는 각 층은 버퍼에 분리되어 있는 비트맵과 일치될 수 있다. 비트맵들은 적어도 16 비트의 RGB 채색 정보(65536 컬러)를 저장할 수 있고, 최소 300 DPI 해상도를 가질 수 있다. 3D 채색 모델은 z 방향으로 슬라이스 될 수 있다. 기계의 소프트웨어(프린터 드라이버)는 모든 이미지를 서브 이미지로 스트립핑(stripping)할 수 있고 상기 시스템에 대해 준비된 서브 이미지들을 세팅(setting)할 수 있다. 상기 시스템은 비트맵으로 구성된 하나의 작업 파일에 여러 부분을 스택(stack)할 수 있다. 모든 비트맵은 하나의 슬라이스로 구성되고 기계 안으로 공급될 수 있다.

다음으로, 파우더 베드(bed)가 제작될 수 있다. 이동식 수평 구축 플랫폼은 아티클을 만드는 파우더와 액체 시약을 운반할 수 있다. 이동식 구축 챔버는 구축 플랫폼의 플랩을 열어 미사용 파우더를 방출할 수 있다. 이런 식으로 미사용 파우더는 파우더 회수 시스템으로 넘겨지게 된다. 구축되어 온 아티클은 상단부에서 구축 챔버로부터 취하여 질 수 있다. 미사용 파우더는 파우더 회수 시스템을 거쳐 회수되어 재사용될 수 있다.

파우더 베드 제조 기능을 하는 동안, 파우더 베드 위로 파우더의 적절한 스프레드를 위해 역회전하는 롤러를 포함할 수 있는 호퍼 캐리지(hopper carriage)에 의해 구축 플랫폼 위에 파우더가 산포될 수 있다. 과다한/과적 파우더는 파우더 회수 시스템 안으로 과다한 파우더를 여과하는 다공질 서라운드(surround) 위로 구축 플랫폼의 림(rim) 또는 사이드 위로 밀린다. 본 발명의 구성은 미사용 파우더의 가장 효율적인 재사용을 도모한다. 미사용 파우더는 수동 또는 자동 모우드로 호퍼 캐리지로 이송될 수 있다.

컴퓨터 파일과 파우더 베드의 제작 후, 액체 시약 프린팅 동작을 시작한다. 프린트 헤드 컨트롤러로 차례 차례 보내지는 예정된 두께를 갖는 하나의 스택의 단편(한편 슬라이스라고 부르기도 한다)으로 제작품이 갈라진다. 프린터 드라이버는 디지털 정보를 프린터 캐리지 이동 정보로 번역하고 첫번째 선으로 이동하고 첫번째 이미지 부분을 구축하는 모든 서브 이미지들을 프린팅한다. 계속해서, 프린트 헤드는 캐리지 상의 '시작' 위치로 돌아가고 이미지가 완전히 프린팅될 때까지 루프를 돈다. 프린팅이 완성되면, 프린트 캐리지는 본래 있던 위치(홈(home))으로 돌아가고 새로운 층이 적층될 수 있다. 프린팅 동작은 다른 색을 가진 액체 시약(예를 들면, 시안, 마그네타, 노랑, 검정)이나 경화시간이 다른 액체 시약을 제공할 수 있는 여러 가지 프린트 헤드를 갖는 프린팅를 포함할 수 있다. 각 프린트 헤드는 개별 저장소에 의해 액체 시약이 공급될 수 있다.

전자기파의 방사를 사용하여 경화 반응을 트리거 할 수 있다면, 그 다음 (각 층이 적층되고 프린팅된 다음 행해지는) 조사에 앞서 프린터 헤드는 셔터로 폐쇄한 상자 안에서 스탠바이 위치로 이동되어 프린트 헤드가 산재하는 전자기파 조사에 의해 경화되는 것을 방지한다. 층의 재코우팅 과정이 최종 입자를 얻을 때까지 반복될 수 있고 그 후에 전자기파 조사원은 수초 간 스위치 온 될 수 있다.

상기와 같은 장치는 고객의 개별 요구에 따라 조립될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치는 강도, 내성, 투명도 및 전도성 또는 그들의 조합 등과 같은 기계적, 광학적, 전기적 특성 및 다양한 색상을 가질 수 있는 아티클을 만들 수 있도록 동일한 파우더 위로 가면서 하나 이상의 수지를 도포하는 프린트 헤드를 구비할 수도 있다. 이러한 특성들은 매크로한 영역에서(예를 들면, 1cm²보다 큰 영역)또는 마이크로한 방식으로, 개별적인 수지 방울이 x, y, z 의 모든 방향으로 달라지는 등의 변화가 가능하다. 이러한 면을 참고하면, 예를 들어, WO 03016030호가 만들어 질 수 있다.

Claims

파우더를 전달하는 하나 이상의 저장소와 파우더 스프레딩 시스템을 포함하는 파우더 전달 시스템;

액체를 전달하는 프린팅 시스템;

상단부, 바닥부, 내벽 및 구축 챔버의 내벽을 따라 플랫폼이 움직일 수 있는 바닥부 위에 있는 구축 플랫폼을 포함하는 구축 챔버; 및

파우더 회수 시스템을 포함하는 장치로서:

구축 챔버의 구축 플랫폼은 구축 챔버로부터 직접 사용되지 않은 파우더를 하방으로 파우더 회수 시스템 안으로 방출시킬 수 있는 개방될 수 있거나, 접을 수 있거나, 제거될 수 있는 부분을 갖고 상기 구축 챔버는 외벽을 포함하고, 구축 챔버의 상단부 위에서, 내벽과 외벽 사이의 공간이 파우더 회수 시스템과 소통하는 개구부를 포함하는, 3차원 아티클을 연속적인 단면층으로 구축하는 장치.
제1항에 있어서, 구축 챔버가 파우더 회수 시스템 내에 포함되는 장치.
제1 또는 2항에 있어서, 내벽과 외벽의 상단부들 사이의 공간의 25% 이상이 파우더 회수 시스템과 소통하는 장치.
제 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간의 적어도 50%가 파우더 회수 시스템과 소통하는 장치.
제 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간의 적어도 75%가 파우더 회수 시스템과 소통하는 장치.
제 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간과 파우더 회수 시스템 사이의 소통이 직접적인 장치.
제 1 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 프린팅 시스템은 하나 이상의 노즐을 포함하는 장치.
제7항에 있어서, 복수의 노즐이 잉크젯 프린터 헤드와 일반적으로 동등한 한 세트의 노즐을 포함하는 장치 또는 잉크젯 프린터의 부분을 형성하는 장치.
제8항에 있어서, 노즐은 피에조(Piezo)잉크젯 기술의 원리로 동작하는 장치.
제 1 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 프린팅 시스템은 둘 이상의 프린트 헤드를 포함하는 장치.
제 1 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 파우더 전달 시스템은 파우더를 전달하는 복수의 저장소를 포함하는 장치.
제 1 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 구축 플랫폼은 개구부를 구비한 상부 구조와 상부 구조의 개구부를 통해 사용되지 않은 파우더를 방출하기 위해 개방되거나 제거될 수 있는 바닥 구조를 포함하는 장치.
제12항에 있어서, 상부 구조는 메쉬 트레이, 그릴, 그리드, 또는 통풍 구조를 포함하는 장치.
제12 또는 13항에 있어서, 바닥 구조는 개방할 수 있거나, 접을 수 있거나

제거할 수 있는 부분을 포함하는 장치.
제 1 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 구축한 아티클을 경화시키는 수단을 더 포함하는 장치.
제15항에 있어서, 구축할 아티클을 경화시키는 수단이 전자기 방사에 기초한 시스템인 장치.
제 1 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 파우더 회수 시스템은 사용되지 않은 파우더를 운반하는 도관과 상기 도관을 통해 사용되지 않은 파우더를 이동시키는 파우더 운반 나선체를 포함하거나 사용되지 않은 파우더를 운반하는 도관과 상기 도관을 통해 사용되지 않은 파우더를 이동시키는 진공 펌프를 포함하는 장치.
제 1 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서, 파우더 회수 시스템은 사용되지 않은 파우더를 여과시키거나 체에 거르는 필터 또는 체를 포함하는 장치.
제 1 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 프린팅 시스템과 파우더 스프레딩 시스템이 같은 안내 수단에 연결되는 장치.
-파우더 물질 층을 정의하는 단계;

-액체 시약을 모델의 각 단면층에 상응하는 패턴으로 상기와 같이 정의된 파우더 물질층에 도포하는 단계;

-3차원 아티클을 얻기 위해 상기 단계들을 반복하여 연속된 층을 형성하는 단계;

-상기와 같이 얻어진 3차원 아티클을 선택적으로 경화시키는 단계;

-(경화된) 3차원 아티클을 회수하는 단계를 포함하는,

제1 내지 19항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하는, 아티클의 모델에 따라 연속적인 단면층으로 3차원 아티클을 구축하는 방법.
제20항에 있어서, 파우더 물질이 제1반응성 성분을 포함하고 액체 시약은 제2반응성 성분을 포함하며, 제2반응 성분은 제1반응성 성분과 반응할 수 있거나 제1반응성 성분을 그 자체와 반응하도록 촉진할 수 있는 방법.
제21 또는 22항에 있어서, 모델은 디지털 모델인 방법.
제20 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 파우더 물질 층이 다른 층(들)과는 다른 유형의 파우더 물질을 포함하는 방법.
제20 내지 23항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 다른 액체 시약은 적어도 하나의 파우더 물질 층에 도포되는 방법.
제2항에 있어서, 다른 액체 시약이 하나의 패스(pass)에 도포되는 방법.
제24항에 있어서, 다른 액체 시약이 연속적인 패스들(pass)에 도포되는 방법.
제20 내지 26항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 시약은 점성을 낮추는 희석제를 더 포함하는 방법.
제20 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서, 파우더 회수 시스템에서 압력 하에 도포되는 방법.
제1내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 구축 챔버는 서브 프레임을 사용하는 프린팅 캐리지에 연결되고, 서브 프레임으로 전달되는 진동을 감쇄시키는 수단을 사용한 기계 프레임에 연결되는 것이 바람직한 장치.
제1 내지 19항, 또는 29항 중 어느 한 항에 있어서, 프린트 헤드들은 구축 챔버의 내벽들 사이에 위치하는 공간의 전체 폭 위에 연장되는 장치.