KR20210090197A - 3차원 프린팅 시스템 - Google Patents

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KR20210090197A
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frame
resin
tank
membrane
radiation
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KR1020217015422A
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이즈하 메달시
루치아노 트린가리
나단 바커
스티브 바커
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넥사3디 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

탱크 중합 장치는 탱크로부터 사용된 광-경화 수지를 추출하고, 이를 새로 공급된 수지, 다른 유체 또는 새로 공급된 수지와 유체의 조합물로 새로 공급하거나 교체하도록 배열된 펌프를 포함하는 수지 순환 시스템으로 구성된다. 수지의 흐름은 원하는 순환 공정을 달성하기 위해서 개폐되는 복수의 밸브를 사용하여 조절된다. 장치의 추가 양태는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인이 멤브레인을 신장시키는 프레임에 지지되는 멤브레인 조립체를 포함한다. 프레임의 립은 탱크의 바닥 림에 고정되고, 따라서 멤브레인 조립체가 제자리에 있을 때 탱크 바닥을 형성한다. 장력 조정 메커니즘은 프레임 내에서 멤브레인의 장력을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 프레임은 프레임 주위에 분포된 자화 정렬 보조장치의 도움으로 탱크와 정렬될 수 있다.

Description

3차원 프린팅 시스템
본 출원은 2018년 11월 9일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/758,413호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 물체를 제작할 때, 특히 수지 순환 시스템(resin circulatory system), 이러한 시스템의 탱크(tank) 및 멤브레인 조립체 구성요소(membrane assembly component)를 제작할 때 방사선 노출을 통해 탱크 내의 감광성 수지(photo-sensitive resin)가 경화되는 적층 제작 시스템(additive manufacturing system)에 관한 것이다.
적층 제작, 소위 3차원 프린팅(printing) 또는 3D 프린팅 분야에서, 점성 액체 수지(전형적으로 액체 폴리머)의 층별 광-경화에 의해 원하는 물체를 형성하는 것은 매우 인기가 있다. 이러한 분야에서, 두 가지 기본 기술: 약 400 nm에서 방사선을 방출하는 레이저가 액체 수지를 경화하는데 사용되는 스테레오리소그래픽(stereolithographic)(SL) 프린팅; 및 액체 수지가 프로젝터(projector)와 유사한 장치에 의해 방출되는 발광 방사선에 노출되는 디지털 광 처리(DLP) 프린팅이 사용된다. DLP 프린팅의 변형예는 자외선(UV) 스펙트럼에서 방사되는 하나 이상의 발광 다이오드(LED)로 구성된 광 엔진(light engine)을 사용한다.
SL 및 DLP 공정 모두에서, 물체의 프린팅은 층별로 진행된다. 즉, 추출(또는 빌드(build)) 판에 부착된 액체 수지의 제 1 층을 중합하고, 제 1 층에 부착된 제 2 층을 중합하며, 이는 완전한 물체가 형성될 때까지 계속된다. 형성될 3 차원 물체를 나타내는 데이터는 물체의 횡단면을 나타내는 일련의 2차원 층으로 구성되며, 이 설계에 따라 빌드(build)가 진행된다. 전체 물체가 액상 수지 내에 형성된 다음 완전히 추출되는, 이러한 빌드가 하향식으로 진행될 수 있지만, 추출 판이 상승되어 물체가 수지 탱크의 바닥으로부터 상향으로 층별로 이동하는 소위, 상향식 방법이 작은 및 데스크탑 프린팅 용례(desktop printing application)에서 더 인기가 있다.
액체 수지가 원하는 대상 층으로 고화되는 중합 공정은 발열 반응이다. 아마도 수지의 고-점성 특성 때문에, 적어도 부분적으로 이러한 공정에 의해 생성된 열은 프린팅이 발생하는 영역(소위 빌드 영역) 내에 국한된 상태로 유지되는 경향이 있다. 이러한 가열은 특히, 연속 또는 거의 연속적인 프린팅 작업에서 매우 해로울 수 있는데, 이는 빌드 영역의 과도한 열이 예를 들어, 수지의 원치 않는 경화에 기여함으로써 프린팅되는 층의 품질에 영향을 미치기 때문이다.
본 명세서에서는 3D 프린팅 시스템에 대한 다른 개선뿐만 아니라, 수지의 가열을 다루는 기술이 논의된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원(3D) 프린팅 시스템을 위한 수지 순환 시스템의 블록도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 여과 구성요소를 추가로 갖는 도 1a의 수지 순환 시스템을 도시한다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제어기를 추가로 갖는 도 1a의 수지 순환 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 프린팅 시스템용 멤브레인 조립체의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 프린팅 시스템용 탱크 측벽의 사시도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인 조립체가 탱크 측벽의 바닥 림(bottom rim)에 고정되는 공정을 설명하기 위해서 멤브레인 조립체 및 탱크 측벽의 단면도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 프레임(frame) 조립체가 LCD 조립체에 고정되는 메커니즘을 설명하기 위해서 프레임 조립체 및 액정 디스플레이(LCD) 조립체의 사시도를 도시한다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5b의 I-I 선을 따른 단면도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 프린팅 시스템이 조립되는 공정을 설명하기 위해서 3D 프린팅 시스템의 구성요소의 단면도를 도시한다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 나머지 평면으로부터 변위된 멤브레인의 일부를 도시하는 확대 단면도를 도시한다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 나머지 평면에 대해 멤브레인의 위치를 조정하도록 구성된 높이 조정 메커니즘을 갖는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 나머지 평면에 대해 멤브레인의 위치를 조정하도록 구성된 대안 및/또는 추가의 높이 조정 메커니즘을 갖는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인과 LCD 사이에 선택적인 유리 판이 없는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6g는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인에서 변위가 없는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6h는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인에서 변위가 없는 다른 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 프린팅 공정 동안의 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다.
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부분적으로 형성된 물체의 수직 병진 운동(vertical translation)으로 인해 변위되는 멤브레인을 도시하는, 도 7c의 확대도를 도시한다.
도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인이 유리판의 표면 위로 다시 이완된 도 7d의 예시 직후 멤브레인의 상태를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 장력 조정 메커니즘을 도시하는 멤브레인 조립체의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 장력 센서(tension sensor)를 도시하는 멤브레인 조립체의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 대안 또는 추가의 장력 센서를 도시하는 멤브레인 조립체의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 대안 또는 추가의 장력 센서를 도시하는 탱크 조립체의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 방법을 예시하는 컴퓨터 판독 가능 명령어가 저장되고 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템의 구성요소를 도시한다.
본 발명은 물체를 제작할 때 방사선 노출을 통해 감광성 수지가 경화되는 적층 제작 시스템 및 방법에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 물체의 빌드 영역과 관련하여 수지의 변위를 통해 감광성 수지를 냉각시키는 방법 및 시스템에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 멤브레인 조립체에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 유리판 프레임(glass plate frame)을 액정 디스플레이(LCD) 프레임에 정렬하기 위한 메커니즘에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 멤브레인 조립체와 통합된 장력 센서에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 탱크 조립체와 통합된 장력 센서에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 멤브레인 조립체에 내장(embedding)된 장력 조정 메커니즘에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 멤브레인 조립체 외부의 장력 조정 메커니즘에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 멤브레인이 나머지 평면으로부터 변위된 3차원 프린팅 시스템에 관한 것이다.
도 1a는 3차원(3D) 프린팅 시스템을 위한 수지 순환 시스템의 블록 다이어그램(block diagram)을 도시한다. 탱크(102)(또한 "VAT"로서 표시됨)는 3D 프린팅 공정 동안 하나 이상의 물체를 형성하는데 사용되는 감광성 액체 수지를 함유하도록 구성된다. 탱크(102) 내의 물체의 3D 프린팅 이전, 도중 또는 이후에, 수지 순환 시스템은 탱크의 출구 포트(103)를 통해 탱크(102)로부터 수지를 추출하고, 탱크의 입구 포트(entrance port)(101)를 통해 탱크(102)로 수지를 도입하도록 구성될 수 있다. 다음 작업 중 하나 이상은 수지 냉각, 광-경화 중합체가 고갈된 수지 배출, 수지로부터 불순물(예를 들어, 경화된 중합체 조각 포함) 여과, 탱크에 새로운 수지 공급, 및 수지에 첨가제 도입을 포함한, 이러한 수지 순환 시스템을 통해 수행될 수 있다.
수지 순환 시스템은 출구 포트(103)를 통해 탱크(102)로부터 수지를 추출하고, 수지를 분기점(branch point)(113) 쪽으로 흐르게 구성되는 펌프(104)(또한 "P1"로 표시됨)를 포함할 수 있다. 배관(쇄선으로 표시됨)은 펌프(104) 및 탱크(102)와 같은, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 임의의 2 개의 구성요소를 유체 결합하는데 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
분기점(113)은 펌프(104), 밸브(112)(또한 "V1"로 표시됨) 및 밸브(114)에 유체 결합될 수 있다. 밸브(112)는 분기점(113)으로부터 저장소(reservoir)(108)의 입구로 수지의 흐름을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 저장소(108)는 부피가 5 리터일 수 있다. 작동 중에, 저장소(108)는 부분적으로 또는 완전히 수지로 충전(filling)될 수 있다. 배수구(109)는 저장소(108)의 바닥 부분에 배치될 수 있고 광-경화성 중합체가 고갈된 수지를 처분하기 위해 필요할 때 수지를 배수하는데 사용될 수 있다.
밸브(114)(또한 "V2"로 표시됨)는 분기점(113)으로부터 합류점(111)으로 수지의 흐름을 조절할 수 있다. 밸브(114)로부터 흐르는 수지 및 저장소(110)로부터 흐르는 유체는 밸브(118) 쪽으로 흐르기 전에 합류점(111)에서 혼합된다. 유체는 새로운(즉, 이전에 사용되지 않은) 수지, 첨가제 또는 다른 액체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 저장소(110)는 부피가 1 리터일 수 있다. 밸브(116)(또한 "V3"로 표시됨)는 저장소(108)의 출구로부터 합류점(117)으로 수지의 흐름을 조절할 수 있다. 밸브(118)(또한 "V4"로 표시됨)는 합류점(111)으로부터 합류점(117)으로 수지의 흐름을 조절할 수 있다. 펌프(106)는 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 합류점(117)으로부터 추출하고, 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 입구 포트(101)를 통해 탱크(102)로 흐르게 구성될 수 있다.
도 1b는 냉각 및 여과 구성요소를 추가로 갖는 도 1a의 수지 순환 시스템을 도시한다. 수지는 냉각 재킷(120)을 통해 저장소(108) 내에서 냉각되고/되거나 냉각 슬리브(122)를 통해 배관 내에서 냉각될 수 있다. 도 1b에 도시된 냉각 슬리브(122)의 위치는 단지 예시를 위한 것이며, 냉각 슬리브(122)는 출구 포트(103)를 입구 포트(101)에 유체 결합하는 배관의 임의의 섹션을 따라 위치될 수 있다는 것이 이해된다.
수지가 탱크(102)에서 경화될 때 발생하는 발열 반응으로 인해 수지의 냉각이 필요할 수 있다. 수지의 냉각이 수행되지 않으면, 탱크(102) 내의 수지가 시간이 지남에 따라 가열되어 수지의 의도하지 않은 경화(및 프린팅 공정에서 잠재적으로 해상도 손실)를 초래할 수 있다. 추가로, 배관의 섹션을 따라 배치된 필터(124)는 재순환 수지로부터 미립자, 불순물 및/또는 기타 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같은 필터(124)의 위치는 단지 예시를 위한 것이며, 필터(124)는 출구 포트(103)를 입구 포트(101)에 유체 결합하는 배관의 임의의 섹션을 따라 위치될 수 있다는 것이 이해된다.
도 1c는 제어기(126)를 추가로 갖는 도 1a의 수지 순환 시스템을 도시한다. 제어기(126)는 펌프(104 및 106) 및 밸브(112, 114, 116 및 118)의 하나 이상에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 제어기(126)는 펌프(104 및 106)의 펌핑 속도뿐만 아니라 밸브(112, 114, 116 및 118) 중 하나 이상의 개폐 정도를 제어할 수 있다. 설명의 명확성을 위해서, "개방"된 밸브는 유체가 밸브를 통해 흐를 수 있는 상태를 지칭하고 "폐쇄"된 밸브는 유체가 밸브를 통해 흐를 수 없는 상태를 지칭한다. 펌프(104 및 106) 및 밸브(112, 114, 116 및 118) 중 하나 이상의 작동 상태를 컴퓨터 프로그램에 따라 제어하기 위한 제어기(126)의 사용이 고려되는 동안, 펌프(104 및 106) 및 밸브(112, 114, 116 및 118) 중 하나 이상이 인간 작업자에 의해 수동으로 또한 제어될 수 있다.
수지 순환 시스템의 여러 작동 모드가 고려된다. 제 1 모드에서, 밸브(112 및 116)는 개방되고 밸브(114 및 118)는 폐쇄되어서, 펌프(104 및 106)가 탱크(102)로부터 저장소(108)를 통해 수지를 순환시키고 선택적으로 탱크(102)로 복귀하게 한다. 수지를 냉각, 여과 및/또는 배수(즉, 제거)하기 위해서 제 1 모드에 따른 작동이 발생할 수 있다.
제 2 모드에서, 밸브(112 및 116)는 폐쇄되고 밸브(114 및 118)는 개방되어서, 펌프(104 및 106)가 탱크(102)로부터 합류점(111)을 통해 수지를 순환시키고 탱크(102)로 반환하게 한다. 저장소(110)로부터의 유체를 탱크(102)로부터의 수지로 주입하기 위해서 제 2 모드에 따른 작동이 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유체는 새로 공급된 수지, 첨가제 또는 다른 액체를 포함할 수 있다.
제 3 모드에서, 펌프(104)가 꺼지고 펌프(106)도 꺼질 수 있으며, 밸브(112, 114, 116)는 폐쇄되고 밸브(118)는 처음에 비어 있는 탱크(102)를 저장소(110)로부터의 수지로 충전하기 위해(예를 들어, 초기화 공정의 일부로서) 개방될 수 있다.
제 4 모드에서, 밸브(112, 114, 116 및 118)는 모두 완전히(또는 부분적으로) 개방될 수 있다. 제 4 모드는 제 1 모드와 제 2 모드의 혼합과 기능적으로 동일하다.
도 1a 내지 도 1c에서, 밸브(112 및 116)는 "NO"("normally open(정상 개방)"의 약칭)로 표시되었으며 밸브(114 및 118)는 "NC"("normally closed(정상 폐쇄)"의 약칭)로 표시되었다. 이 때문에, 수지 순환 시스템은 전형적으로 제 1 모드에서 작동하고 때때로 제 2 작동 모드로 전환하는 것이 (비록 제 3 및 제 4 작동 모드가 가능할지라도)고려된다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 하나 이상의 수지 순환 시스템의 양태가 하나의 수지 순환 시스템에 통합될 수 있음이 이해된다. 수지 순환 시스템의 양태는 예시 및 설명의 용이성을 위해 도 1a 내지 도 1c에서 별도로 도시되었다.
도 2는 3D 프린팅 시스템용 멤브레인 조립체(200)의 사시도를 도시한다. 멤브레인 조립체(200)는 주변이 프레임(202)에 고정되는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인(radiation-transparent flexible membrane)(204)을 포함할 수 있다. 프레임(202)은 제 1 평면을 따라 멤브레인(204)을 신장시키도록 구성될 수 있다. 프레임(202)은 제 1 평면에 수직인 방향으로 연장하는 립(lip)(206)을 포함할 수 있다. 립(206)은 (도 3에 도시된 바와 같이)탱크 측벽의 바닥 림(rim)에 고정될 수 있다. 멤브레인 조립체(200)는 탱크 측벽의 바닥 림에 고정될 때, 광-경화 액체 수지를 함유하도록 구성된 탱크의 바닥을 형성한다. 도 2에서, 프레임(202)은 직사각형 형상을 갖는 것으로 도시된다. 정사각형, 타원형, 원형 등을 포함한, 프레임(202)에 대한 다른 형상이 가능하다는 것이 이해된다.
도 3은 3D 프린팅 시스템을 위한 탱크 측벽(300)의 사시도를 도시한다. 탱크 측벽(300)은 홈(groove)(304)을 갖는 바닥 림(302)을 포함한다. 프레임(202)의 립(206)은 탱크 측벽(300)의 베이스(base)에 멤브레인 조립체(200)를 고정하기 위해서 홈(304) 내에 삽입될 수 있다. 탱크 측벽(300)의 형상 및 치수는 프레임(202)의 형상 및 치수와 일치해야 한다는 것이 이해된다. 예를 들어, 프레임(202)이 직사각형이면 탱크 측벽(300)도 (즉, 위에서 볼 때)직사각형이어야 한다.
도 4a 및 도 4b는 멤브레인 조립체(200)가 탱크 측벽(300)의 바닥 림(302)에 고정되는 공정을 설명하기 위해서 (프레임(202) 및 멤브레인(204)을 갖는)멤브레인 조립체(200) 및 탱크 측벽(300)의 단면도를 도시한다. 도 4a는 탱크 측벽(300)의 홈(304) 아래에 정렬된 프레임(202)의 립(206)을 도시한다. 도 4b는 탱크 측벽(300)의 홈(304) 내에 삽입된 프레임(202)의 립(206)을 도시한다. 립(206) 및 홈(304)은 (예를 들어, 스냅-핏 부착(snap-fit attachment) 방식으로)서로 맞물릴 수 있고, 립(206) 및 홈(304)의 표면은 (예를 들어, 마찰-핏(friction-fit) 부착 방식으로)서로 접촉하도록 꼭 맞물릴 수 있다. 일 실시예에서, 멤브레인 조립체(200)는 이의 유효 수명이 끝날 때 폐기되거나 재사용된다는 점에서 "소모성" 제품일 수 있다. 이 때문에, 멤브레인 조립체(200)는 프린터의 프린터 카트리지; 면도기의 면도날; 등과 유사한 역할을 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 프레임 조립체(500)가 LCD 조립체(501)에 고정될 수 있는 메커니즘을 설명하기 위해서 프레임 조립체(500) 및 LCD 조립체(501)의 사시도를 도시한다. 프레임 조립체(500)는 프레임(504) 및 유리판(502)을 포함할 수 있으며, 여기서 프레임(504)은 유리판(502)을 유지하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 프레임 조립체(500)는 위에서 논의된 바와 같이, 유리판 대신에 또는 유리판에 추가적으로 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 지지할 수 있다. 프레임(504)은 프레임(504)의 바닥 표면 주위에 분포된 관통 구멍(through hole)(510a)및 자화 부분(magnetized portion)(512a)을 포함할 수 있다. LCD 조립체(501)는 프레임(508) 및 LCD(506)를 포함할 수 있으며, 여기서 프레임(508)은 LCD(506)를 유지하도록 구성된다. 프레임(506)은 프레임(508)의 상부 표면 주위에 분포된 관통 구멍(510b) 및 자화 부분(512b)을 포함할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 관통 구멍(510a)이 프레임(504)의 바닥 표면 주위에 분포된 패턴은 관통 구멍(510b)이 프레임(508)의 상부 표면 주위에 분포되는 패턴의 미러 이미지(mirror image)일 수 있다. 도 5a에 추가로 도시된 바와 같이, 자화 부분(512a)이 프레임(504)의 바닥 표면 주위에 분포되는 패턴은 자화 부분(512b)이 프레임(508)의 상부 표면 주위에 분포되는 패턴의 미러 이미지일 수 있다. 자화 부분(512a) 각각은 프레임(504)이 프레임(508)에 근접하게 배치될 때, 프레임(504)의 바닥 표면이 자동으로 프레임(508)의 상부 표면과 접촉하도록 자화 부분(512b) 중 대응하는 자화 부분에 끌릴 수 있고, 관통 구멍(510a) 중 각각의 관통 구멍은 관통 구멍(510b) 중 대응하는 관통 구멍과 자동으로 정렬된다. 개스킷(gasket)(514)은 LCD(506)의 주변에 또는 그 주변 근처에 배치될 수 있다. 개스킷(514)의 목적은 도 5c에서 아래에 설명될 것이다.
도 5b는 LCD 프레임(508)에 부착된 프레임(504)의 사시도를 도시한다. 프레임(504)은 유리판(502) 및/또는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 둘러싼다. LCD(506)는 도 5b에서 보이지 않고 유리 패널(502) 바로 아래에 위치된다. 작은 나사 또는 핀이 정렬된 관통 구멍(510a 및 510b)의 쌍을 통해 삽입될 수 있다는 것이 이해된다. 이러한 나사 또는 핀을 위한 개구는 프레임(508)(도시되지 않음)의 바닥 표면에 위치될 수 있다.
도 5c는 도 5b의 I-I 선에 따른 단면도를 도시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 프레임 조립체(500)는 LCD 조립체(501)에 부착된다. 더 구체적으로, 프레임(504)의 바닥 표면은 프레임(508)의 상부 표면과 접촉하고, 유리판(502) 및/또는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인은 LCD(506) 위에 배치된다. 개스킷(514)은 프레임(504)의 바닥 표면과 프레임(508)의 상부 표면 사이의 경계 영역 내에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 수지(또는 다른 유체)가 프레임(504)의 바닥 표면과 프레임(508)의 상부 표면 사이의 경계 영역을 관통할 수 있는 경우, 개스킷(514)은 수지가 LCD(506)와 유리판(502) 사이에서 흐르는 것을 방지할 수 있다(이는 LCD(506)에서 투사된 이미지에서 바람직하지 않은 왜곡을 초래할 수 있다).
전술한 바와 같이, 자석(또는 프레임의 자화 부분)은 관통 구멍(510a)과 관통 구멍(510b)을 자동으로 정렬하는데 사용된다. 추가로 또는 대안적으로, 프레임(504)의 바닥 표면 및 프레임(508)의 상부 표면 모두에 배치된 홈(및 특히 상부 표면의 홈에 상보적인 바닥 표면의 홈)(예를 들어, 톱니 홈)은 또한, 자체 정렬 메커니즘으로서 사용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 3D 프린팅 시스템을 조립하는 공정을 설명하기 위해서 3D 프린팅 시스템의 구성요소의 단면도를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 조명(lighting) 조립체(601)(유리판(502, 프레임(504), LCD(506), 프레임(508) 및 베이스 부분(base portion)(602)을 포함함)에 부착되는 탱크 조립체(600)(탱크 측벽(300) 및 멤브레인 조립체(200)를 포함함)를 도시한다. LCD(506) 또는 프레임(508) 중 적어도 하나는 베이스 부분(602)에 지지될 수 있다. 유리판(502)은 선택적 구성요소이고 몇몇 실시예는 (후술되는 바와 같이) 유리판(502)을 포함하지 않을 수 있다는 점에 유의한다. 일 실시예에서, 멤브레인(204)과 베이스 부분(602) 사이의 틈새는 유리판(502)과 LCD(506)의 조합된 높이보다 더 작을 수 있다. 이 때문에, 탱크 조립체(600)가 조명 조립체(601)에 부착될 때, 유리판(502)은 제 1 평면으로부터 떨어지게 제 1 평면에 평행한 제 2 평면으로 멤브레인(204)의 일부분을 변위시킬 수 있다. 제 1 평면은 탱크 조립체(600)가 조명 조립체(601)에 부착되기 전에 멤브레인(204)이 배치되는 영역을 한정할 수 있고, 이는 또한 멤브레인(204)의 "휴지 평면(rest plane)"으로 불릴 수 있다.
도 6c는 유리 패널(502) 및/또는 프레임(504)에 의해 평면(604)으로부터 평면(606)으로 변위된 평면(606)에 배치된 멤브레인(204)의 일부분을 도시하는 확대된 단면도를 도시한다. 멤브레인(204)에서의 변위는 멤브레인(204)의 장력을 증가시킬 수 있으며, 이는 도 7d 및 도 7e에서 아래에서 설명되는 바와 같이 3D 프린팅 시스템에 유리할 수 있다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시예의 경우, 프레임(504 및 508)의 치수(즉, 길이 및 폭)는 프레임(202)의 치수(즉, 길이 및 폭)보다 더 작은 것이 중요하므로, 프레임(504 및 508)은 프레임(202)에 의해 둘러싸인 영역으로 삽입될 수 있다.
도 6d는 프레임(202)과 베이스 부분(602) 사이에 배치된 높이 조정 메커니즘(606)을 갖는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다. 높이 조정 메커니즘(606)은 베이스 부분(602)에 대한 프레임(202)의 수직 위치를 조정하고, 차례로 평면(604)(즉, 도 6c에 도시된 평면(604))에 대한 멤브레인(204)의 부분의 변위를 조정하도록 구성될 수 있다. 높이 조정 메커니즘(606)은 포스트(post), 레일, 트랙, 스테퍼 모터(stepper motor), 피에조 변환기(piezo transducer), 또는 다른 수단 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 높이 조정 메커니즘(606)은 또한, 멤브레인(204)의 변위 조절이 멤브레인(204)의 장력 조정과 관련 효과를 갖기 때문에 "장력 조정 메커니즘"이라 불릴 수도 있다는 것에 주목한다.
도 6e는 베이스 부분(602)과 LCD(506) 또는 프레임(508) 중 적어도 하나 사이에 배치된 높이 조정 메커니즘(608)을 갖는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다. 높이 조정 메커니즘(606)은 베이스 부분(602)에 대한 LCD(506)의 수직 위치를 조정하고, 차례로 평면(604)(즉, 도 6c에 도시된 평면(604))에 대한 멤브레인(204)의 부분의 변위를 조정하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 높이 조정 메커니즘(608)은 "장력 조정 메커니즘"으로 불릴 수 있다. 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인(204)과 LCD 패널(506) 사이에 선택적인 유리판(502)이 없는 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다. 멤브레인(204)과 베이스 부분(602) 사이의 틈새는 LCD(506)(또는 프레임(508))가 멤브레인(204)을 제 1 평면으로부터 제 2 평면으로 이동시키고 멤브레인(204)의 장력을 증가시키는 것과 유사하게, LCD(506)의 높이보다 더 작을 수 있다. 도 6f에 도시된 실시예의 경우, 프레임(508)의 치수(즉, 길이 및 폭)가 프레임(202)의 치수(즉, 길이 및 폭)보다 작게 되는 것이 마찬가지로 중요하므로, 프레임(508)이 프레임(202)으로 둘러싸인 영역에 삽입될 수 있다.
도 6g는 본 발명의 일 실시예에 따른, 멤브레인(204)에서 변위가 없는 3D 프린팅 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다. 도 6g에서, 프레임(508)(즉, 프레임 고정 LCD(506))의 치수는 프레임(202)(즉, 프레임 고정 멤브레인(204))의 치수와 유사하므로 프레임(202)이 프레임(508) 위에 놓인다. 프레임(508)도 LCD(506)도 도 6g의 실시예에서 멤브레인(204)을 대체하지 않는다.
도 6h는 멤브레인(204)에서 변위가 없는 3D 프린팅 시스템의 다른 실시예의 단면도를 도시한다. 도 6h에서, 프레임(508)(즉, 프레임 고정 LCD(506)) 및 프레임(504)(즉, 프레임 고정 유리판(502))의 치수는 프레임(202)(즉, 프레임 고정 멤브레인(204))의 치수와 유사하여 프레임(202)이 프레임(504)에 놓이고 프레임(504)이 프레임(508)에 놓인다. 프레임(504)도 유리(502)도 도 6h의 실시예에서 멤브레인(204)을 대체하지 않는다.
도 7a 내지 도 7c는 3D 프린팅 공정 동안 3D 프린팅 시스템의 단면도를 도시한다. 도 7a에서, 광-경화 액체 수지(702)는 탱크 조립체 내에 함유된다. 부분적으로 형성된 물체(706)는 추출 판(704)에 고정된다. 도 7a에 이어서 그리고 도 7b 이전에, 부분적으로 형성된 물체(706)와 멤브레인(204) 사이의 영역에 이미지를 형성하는 LCD(506)로부터 방사선이 방출된다. 이미지는 도 7b에 도시된 바와 같이, 수지(702)를 선택적으로 경화시키고 부분적으로 형성된 물체(706)의 새로운 층(708)을 형성한다. 도 7c는 (새로운 층(708)과 함께)부분적으로 형성된 물체(706)가 수지(702) 내에서 들어올리게 하는 높이 조정 수단(도시되지 않음)에 의해 수직으로 상승되는 추출 판(704)을 도시한다. 적어도 초기에, 새로운 층(708)은 새로운 층(708)이 추출 판(704)에 의해 상승될 때, 멤브레인(204)이 유리판(502)의 표면으로부터 (약간)당겨질 수 있도록 멤브레인(204)에 부분적으로 부착될 수 있다. 도 7d는 도 7c의 확대도를 도시한다. 도 7d의 작은 하향 화살표는 멤브레인(204)을 유리판(502)쪽으로 다시 당기는 반발력을 나타낸다. 이전에 언급한 바와 같이, 유리판(502)에 의한 멤브레인(204)의 변위(즉, 멤브레인(204)의 나머지 평면으로부터 멀어짐)는 멤브레인(204)의 장력을 증가시킨다. 증가된 장력은 유리하게, 반발력을 증가시키고 멤브레인이 유리판(502)의 표면에 다시 한번 배치되는, 멤브레인(204)이 도 7e에 도시된 상태에 도달하는데 걸리는 시간을 감소시킨다.
도 8a는 멤브레인 조립체(200)에 내장된 장력 조정 메커니즘(804, 806)을 도시하는, 멤브레인 조립체(200)의 일부분의 단면도를 도시한다. 앵커(800)는 멤브레인(204)의 주변을 프레임(202)에 대해 정지 방식으로 고정하는데 사용될 수 있다. 멤브레인 프레임(202) 내의 공동(802)은 멤브레인(204)의 변위(도 8에 도시된 바와 같이, 멤브레인(204)이 연장되는 평면에 수직인 방향으로 변위)를 허용한다. 멤브레인 체결 부재(804)는 멤브레인(204)의 장력을 증가 또는 감소시키기 위해서 멤브레인(204)의 표면에 힘을 부여하도록 구성될 수 있다. 나사(806)는 멤브레인 체결 부재(804)에 맞닿을 수 있다. 나사의 축을 중심으로 한 나사(806)의 회전은 프레임(202)에 대한 멤브레인 체결 부재(804)의 위치를 조정하고 차례로 멤브레인(204)의 장력을 조정할 수 있다. 요소(804 및 806)는 장력 조절 수단의 일 실시예일 뿐이며, 이는 멤브레인(204)이 놓여 있는 평면에 평행한 방향으로 멤브레인(204)에 부여된 힘을 조정하는 메커니즘과 같은 다른 장력 조정 수단이 가능하다는 것이 이해된다.
도 8b는 멤브레인(204)의 표면에 부착된 (멤브레인의 장력을 측정하기 위한)장력 센서(808a)를 도시하는 멤브레인 조립체(200)의 일부분의 단면도를 도시한다. 더 구체적으로, 장력 센서(808a)가 멤브레인(204)의 바닥 표면에 부착될 수 있어서, 장력 센서(808a)는 멤브레인(204)의 상부 표면과 접촉하는(즉, 3D 프린팅 시스템이 사용 중일 때) 수지에 노출되지 않는다. 또한, 장력 센서(808a)는 LCD(506)로부터의 방사선을 차단하지 않는 멤브레인(204)의 영역(즉, 주변 영역)에 위치될 수 있다. 전선(810a 및 810b)은 멤브레인(204)으로부터 떨어진 위치에서 멤브레인 장력의 측정을 허용하도록 장력 센서(808a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 장력 센서(808a)는 멤브레인(204)의 표면에 부착되는 구불구불한 구조를 갖는 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 와이어(wire)(810)는 (장력 수준이 인간 작업자에게 표시될 수 있는)디스플레이 또는 제어기(예컨대, 제어기(126))에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
피드백 제어 알고리즘은 제어기(126)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어기(126)는 예를 들어, 장력 센서(808a)를 사용하여 멤브레인(204)의 장력을 측정하고, 측정된 장력을 원하는 장력 값과 비교하고, 높이 조정 메커니즘(606, 608) 또는 장력 조정 메커니즘(804, 806)에 제어 신호를 제공하여 멤브레인(204)의 장력을 조정하고, 장력 센서(808a)를 사용하여 (몇몇 정의된 허용 한계 내에서)원하는 장력 값에 도달할 때까지 멤브레인(204)의 새로운 장력을 측정할 수 있다.
도 8c는 멤브레인(204)에 내장된 (멤브레인의 장력을 측정하기 위한)대안적인 또는 추가적인 장력 센서(808b)를 도시하는 멤브레인 조립체(200)의 일부분의 단면도를 도시한다. 장력 센서(808a)와 같이, 장력 센서(808a)는 LCD(506)로부터의 방사선을 차단하지 않는 멤브레인(204)의 영역(즉, 주변 영역)에 위치될 수 있다. 전선(810a 및 810b)은 멤브레인(204)으로부터 떨어진 위치에서 멤브레인 장력의 측정을 허용하도록 장력 센서(808b)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 장력 센서(808b)는 전도성 스트립(conductive strip)일 수 있다. 멤브레인(204)의 신장 또는 이완은 전도성 스트립을 변형시키거나 기형화할 수 있고 전도성 스트립을 통해 흐르는 전류를 변경할 수 있다. 차례로, 전류의 측정은 멤브레인(204)의 장력 값으로 매핑(mapping)되거나 변환될 수 있다.
도 8d는 탱크 측벽(300)에 결합된 대안적인 또는 추가적인 장력 센서(808c)를 도시하는 탱크 조립체(600)의 일부분의 단면도를 도시한다. 장력 센서(808c)는 멤브레인(204)의 장력 손실시(예를 들어, 멤브레인(204)에서 찢김이 발생할 때) 멤브레인(204)의 운동(movement)을 검출하도록 구성될 수 있다. (도 8b 및 도 8c에 설명된 바와 같이)멤브레인 조립체(200) 대신에 탱크 측벽(300)에 결합(또는 통합)되는 장력 센서(808c)의 하나의 장점은 "소모성" 멤브레인 조립체(200)와는 반대로, 장력 센서(808c)가 "영구" 구성요소에 위치된다는 점이다. 장력 센서(808c)는 이의 유효 수명에 도달할 때마다 드물게 교체될 수 있는 반면에, 장력 센서(808a, 808b)는 멤브레인 조립체(200)가 교체될 때마다 교체될 수 있다. 즉, 멤브레인 조립체(200)의 장력 센서는 필요에 의한 것이 아니라, 전체 멤브레인 조립체가 교체되기 때문에 교체될 수 있다.
장력 센서(808a, 808b, 808c) 중 하나 이상이 멤브레인(204)의 장력을 보정하는데 사용될 수 있지만, 장력 센서의 사용을 필요로 하지 않는 다른 보정 루틴이 사용될 수 있다. 예를 들어, 카메라 또는 기타 이미징 장비를 사용하여 탱크 조립체(600)에서 건설 중인 테스트 구조(예를 들어, 다양한 형상-선, 구멍, 평면 등)를 평가할 수 있다. 카메라로부터의 이미지는 적절하게 제작된 테스트 구조(또는 테스트 구조의 시뮬레이션 버전의 컴퓨터 렌더링(computer rendering))의 미리 저장된 이미지와 비교될 수 있다. 불균일한 에지(non-uniform edge), 완전히 개방되지 않은 구멍 등과 같은 변형은 제작 중인 테스트 구조에서 식별될 수 있으며, 멤브레인(204)의 장력은 테스트 구조가 일부 공차 수준 내에서 원하는 형상과 일치할 때까지 (위에서 설명된 장력 조정 메커니즘 중 하나 이상을 사용하여)이에 응답하여 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 장력 센서는 상이한 "국소" 판독 값을 얻기 위해서 멤브레인(204)의 상이한 부분에 위치될 수 있다. 이런 다음, 국소 판독 값을 조합하여 멤브레인 장력의 "전체적인" 추정치에 도달할 수 있다. 일 실시예에서, 국소 판독 값의 평균이 계산될 수 있는 반면에, 다른 실시예에서 국소 판독 값의 선형 조합이 (예를 들어, 각각의 장력 센서에 대해 상이한 보정 가중치를 사용하여)계산될 수 있다.
전술한 논의로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 양태는 다양한 컴퓨터 시스템 및 이에 저장된 컴퓨터 판독 가능 명령어를 갖는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 사용을 포함한다. 도 9는 본 명세서에서 논의된 임의의 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 제어기(126))을 대표할 수 있는 시스템(900)의 예를 제공한다. 시스템(900)의 예는 스마트폰, 데스크탑, 랩탑, 메인프레임 컴퓨터, 내장 시스템 등을 포함할 수 있다. 다양한 컴퓨터 시스템 모두가 시스템(900)의 모든 특징을 갖는 것이 아님에 유의한다. 예를 들어, 디스플레이 기능이 컴퓨터 시스템에 통신 가능하게 결합된 클라이언트 컴퓨터에 의해 제공될 수 있거나 디스플레이 기능이 불필요할 수 있기 때문에, 위에서 논의된 컴퓨터 시스템 중 특정 시스템은 디스플레이를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 세부 사항은 본 발명에 중요하지 않다.
시스템(900)은 정보를 전달하기 위한 버스(bus)(902) 또는 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 처리하기 위해 버스(902)와 결합된 프로세서(904)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(900)은 또한, 프로세서(904)에 의해 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위해 버스(902)에 결합된 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 저장 장치와 같은 주 메모리(906)를 포함한다. 메인 메모리(906)는 또한, 프로세서(904)에 의해 실행될 명령의 실행 동안 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(900)은 프로세서(904)에 대한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위해 버스(902)에 결합된 읽기 전용 메모리(ROM)(908) 또는 다른 정적 저장 장치를 추가로 포함한다. 저장 장치(910), 예를 들어, 하드 디스크, 플래시 메모리 기반 저장 매체, 또는 프로세서(904)가 읽을 수 있는 다른 저장 매체가 제공되고 정보 및 명령어(예를 들어, 운영 체제, 애플리케이션 프로그램 등)를 저장하기 위해 버스(902)에 결합된다.
컴퓨터 시스템(900)은 컴퓨터 사용자에게 정보를 표시하기 위해서 버스(902)를 통해 평판 디스플레이와 같은 디스플레이(912)에 결합될 수 있다. 영숫자 및 기타 키를 포함한 키보드와 같은 입력 장치(914)는 정보 및 명령 선택을 프로세서(904)에 전달하기 위해서 버스(902)에 결합될 수 있다. 다른 유형의 사용자 입력 장치는 프로세서(904)에 방향 정보 및 명령 선택을 전달하고 디스플레이(912) 상의 커서 운동을 제어하기 위한 마우스, 트랙패드, 또는 유사한 입력 장치와 같은 커서 제어 장치(916)이다. 마이크, 스피커 등과 같은 다른 사용자 인터페이스 장치는 자세히 도시되지 않지만 사용자 입력 수신 및/또는 출력 표시와 관련될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 공정은 메인 메모리(906)에 포함된 컴퓨터 판독 가능 명령어의 적절한 시퀀스(sequence)를 실행하는 프로세서(904)에 의해 구현될 수 있다. 이러한 명령어는 저장 장치(910)와 같은 다른 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 메인 메모리(906)로 판독될 수 있고, 메인 메모리(906)에 포함된 명령어 시퀀스의 실행은 프로세서(904)가 연관된 작동을 수행하게 한다. 대안적인 실시예에서, 본 발명을 구현하기 위해서 프로세서(904) 및 이와 연관된 컴퓨터 소프트웨어 명령어 대신에 또는 이와 조합하여 하드-와이어 회로(hard-wired circuity) 또는 펌웨어-제어 처리 유닛이 사용될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 명령어는 임의의 컴퓨터 언어로 렌더링(rendering)될 수 있다.
일반적으로, 위의 모든 공정 설명은 임의의 컴퓨터 실행 가능 애플리케이션의 특징인, 주어진 목적을 달성하기 위해 순서대로 수행되는 임의의 일련의 논리적인 단계를 포함하는 것을 의미한다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 본 발명의 설명 전체에 걸쳐서 "처리", "컴퓨팅", "계산", "결정", "표시(displaying)", "수신", "전송" 등과 같은 용어의 사용은 레지스터 및 메모리 내에서 물리적(전자적) 양으로 표현된 데이터를, 메모리 또는 레지스터 또는 다른 이러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 장치 내의 물리량으로서 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작하고 변환하는 컴퓨터 시스템(900) 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치와 같은 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터 시스템의 행위 및 공정을 지칭한다.
컴퓨터 시스템(900)은 또한, 버스(902)에 결합된 통신 인터페이스(918)를 포함한다. 통신 인터페이스(918)는 위에서 논의된 다양한 컴퓨터 시스템과 그리고 컴퓨터 시스템 사이의 연결을 제공하는 컴퓨터 네트워크와 양방향 데이터 통신 채널을 제공할 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스(918)는 하나 이상의 인터넷 서비스 제공자 네트워크를 통해 인터넷에 이 자체가 통신적으로 결합되는 호환 가능한 LAN에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 근거리 통신망(LAN) 카드일 수 있다. 이러한 통신 경로의 정확한 세부 사항은 본 발명에 중요하지 않다. 중요한 것은 컴퓨터 시스템(900)이 통신 인터페이스(918)를 통해 메시지 및 데이터를 송수신할 수 있고, 이러한 방식으로 인터넷을 통해 액세스 가능한 호스트(host)와 통신할 수 있다는 점이다. 시스템(900)의 구성요소는 단일 장치에 위치되거나 물리적 및/또는 지리적으로 분산된 복수의 장치에 위치될 수 있다는 점에 유의한다.
이와 같이, 3차원 프린팅 시스템의 실시예가 설명되었다. 본 발명의 제 1 실시예는 수지를 함유하도록 구성되고 입구 포트 및 출구 포트를 포함한 탱크(또는 VAT) 및 수지 순환 시스템을 포함하는 탱크(VAT) 중합 장치를 제공한다. 수지 순환 시스템은 한 쌍의 펌프를 포함하며, 펌프 중 제 1 펌프는 탱크의 출구 포트를 통해 탱크로부터 수지를 추출하도록 배열되고 펌프 중 제 2 펌프는 탱크의 입구 포트를 통해 탱크 내로 수지(또는 유체 또는 수지와 유체의 조합물)를 흐르게 하도록 배열된다. 특히, 제 1 펌프는 탱크로부터 수지를 추출하고, 수지를 제 1 펌프에 유동적으로 결합된 분기점을 향해 흐르게 하도록 구성된다. 제 1 밸브는 분기점으로부터 제 1 저장소의 입구로 수지의 흐름을 조절하고 제 2 밸브는 분기점으로부터 제 1 합류점으로 수지의 흐름을 조절한다. 수지의 흐름은 또한, 제 1 저장소의 출구로부터 조절되고, 특히 제 3 밸브는 제 1 저장소의 출구로부터 제 2 합류점으로 수지의 흐름을 조절하고, 제 4 밸브는 제 1 합류점으로부터 제 2 합류점으로 수지의 흐름을 조절한다. 제 2 저장소는 새로 공급된 수지 및/또는 첨가제를 포함하는 유체를 제 1 합류점에 공급하도록 구성되고, 제 2 펌프는 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 제 2 합류점으로부터 추출하고, 수지, 유체 또는 적합하다면 수지와 유체의 조합물을 탱크의 입구 포트를 통해 탱크 내로 흐르게 하도록 구성된다.
본 발명의 추가 실시예는 전술한 종류의 탱크 중합 장치를 작동시키는 공정을 제공한다. 이 공정에서, 제 1 및 제 3 밸브는 개방되고 제 2 및 제 4 밸브는 제 1 기간 동안 폐쇄되어, 수지가 탱크로부터 제 1 저장소를 통해 탱크 내로 다시 흐르게 한다. 제 2 기간 동안, 제 1 및 제 3 밸브가 폐쇄되고 제 2 및 제 4 밸브가 개방되어 수지가 탱크로부터 제 2 저장소에 부착된 제 1 합류점으로 흐르고 수지와 유체의 조합물이 탱크 내로 흐른다.
본 발명의 다른 실시예는 3D 프린팅 시스템용 멤브레인 조립체에 관한 것이다. 조립체는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 및 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 주변에 부착된 프레임을 포함한다. 프레임은 제 1 평면을 따라 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 신장시키도록 구성되고 제 1 평면에 수직으로 연장하는 립을 포함한다. 립은 탱크 측벽의 바닥 림에 고정되도록 구성되며, 따라서 멤브레인 조립체가 탱크 측벽의 바닥에 고정될 때 광-경화 액체 수지를 함유하는 탱크의 바닥을 형성한다.
몇몇 예에서, 멤브레인 조립체는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력을 조정하도록 구성된 장력 조정 메커니즘을 포함한다. 장력 센서(예를 들어, 스트레인 게이지)는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 표면에 부착되고 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력을 측정하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 전도성 스트립과 같은 장력 센서는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 내에 내장되고 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력을 측정하도록 구성될 수 있다.
이러한 장력 센서는 탱크 측벽을 또한 포함하는 탱크 조립체의 구성요소일 수 있으며, 탱크 측벽 및 탱크 측벽의 바닥 림에 결합된 장력 센서는 홈을 포함한다. 방사선-투과성의 가요성 멤브레인은 탱크 측벽의 바닥 림의 홈에 체결되는 립을 포함하는 프레임 내에 고정될 수 있다. 장력 센서는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력 손실시 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 운동을 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 유리판 또는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 지지하는 제 1 프레임을 갖고, 제 1 복수의 관통 구멍 및 제 1 프레임의 표면 주위에 분포된 제 1 복수의 자화 부분(magnetized portion)을 포함하는 프레임 조립체; 그리고 제 2 프레임 및 LCD를 갖는 액정 디스플레이(LCD) 조립체를 포함하는 장치를 제공한다. 제 2 프레임은 LCD를 유지하도록 구성되고 제 2 복수의 관통 구멍 및 제 2 프레임의 표면 주위에 분포된 제 2 복수의 자화 부분을 포함한다. 제 1 복수의 관통 구멍이 제 1 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴은 제 2 복수의 관통 구멍이 제 2 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴의 미러 이미지이고, 제 1 복수의 자화 부분이 제 1 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴은 제 2 복수의 자화 부분이 제 2 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴의 미러 상이다. 제 1 복수의 자화 부분 각각은 제 1 프레임이 제 2 프레임에 근접하게 배치될 때, 제 1 프레임의 표면이 끌어 당겨지고 자동으로 제 2 프레임의 표면에 접촉하여 제 1 복수의 관통 구멍 각각의 구멍이 제 2 복수의 관통 구멍 중 대응하는 하나와 자동으로 정렬되도록 제 2 복수의 자화 부분들 중 대응하는 부분에 부착된다. 몇몇 예에서, 개스킷은 제 1 프레임의 표면과 제 2 프레임의 표면 사이의 경계 영역 내에 또는 그 근처에 배치된다. 개스킷은 수지가 유리판과 LCD 사이의 영역에 접촉하는 것을 방지한다.
본 발명의 다른 실시예는 탱크 측벽을 갖는 탱크 조립체 및 프레임 내에 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 갖는 3D 프린팅 시스템을 제공하며, 여기서 탱크 측벽의 바닥 림은 홈을 포함하고 제 1 프레임은 탱크 측벽의 바닥 림의 홈과 체결되는 립을 가진다. 조립체는 제 2 프레임 내에 고정된 유리판을 갖는 조명 조립체, 및 제 3 프레임 내에 고정된 액정 디스플레이(LCD)를 추가로 포함하고; 제 2 프레임은 제 3 프레임에 고정되고; 제 2 프레임은 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분을 제 1 평면으로부터 제 1 평면에 평행한 제 2 평면으로 변위 시키도록 구성되고, 제 1 평면은 방사선-투과성의 가요성 멤브레인이 제 2 프레임에 의해 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분의 변위 없이 놓이는 영역을 한정한다.
이러한 조립체는 또한, 제 3 프레임 또는 LCD 중 적어도 하나를 지지하도록 구성된 베이스 부분 및 제 1 프레임과 베이스 부분 사이에 배치된 높이 조정 메커니즘을 포함할 수 있다. 높이 조정 메커니즘은 베이스 부분에 대한 제 1 프레임의 수직 위치를 조정하고, 차례로 제 1 평면에 대한 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 부분의 변위를 조정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 베이스 부분은 베이스 부분과 제 3 프레임 또는 LCD 중 적어도 하나 사이에 배치된 제 1 프레임 및 높이 조정 메커니즘을 지지하도록 구성될 수 있고 베이스 부분에 대해 LCD의 수직 위치를 조정하고 차례로, 제 1 평면에 대한 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 부분의 변위를 조정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 탱크 조립체 및 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 갖는 3D 프린팅 시스템을 제공한다. 탱크 조립체는 홈이 있는 바닥 림을 갖는 탱크 측벽을 포함한다. 방사선-투과성의 가요성 멤브레인은 탱크 측벽의 바닥 림의 홈과 체결되는 립을 가지는 프레임에 고정된다. LCD는 제 2 프레임 내에 고정되고 제 1 평면으로부터 떨어진 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분을 제 1 평면에 평행한 제 2 평면으로 변위시키도록 구성되며, 여기서 제 1 평면은 방사선-투과성의 가요성 멤브레인이 제 2 프레임에 의한 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분의 변위 없이 놓여 있는 방사선-투과성의 가요성 영역을 한정한다.

Claims (15)

  1. 입구 포트(entrance port) 및 출구 포트를 포함하고 수지를 함유하도록 구성된 탱크(tank); 및
    탱크의 출구 포트를 통해 탱크로부터 수지를 추출하고, 저장소(reservoir)와, 수지 순환 시스템의 합류점 사이에서 수지를 흐르게 하여 수지를 새로 공급(refreshing)하고, 새로 공급된 수지를 탱크의 입구 포트를 통해 탱크 내로 복귀하도록 배열되고 구성된 복수의 펌프 및 밸브를 포함하는 수지 순환 시스템을 포함하는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 펌프 중 제 1 펌프는 탱크의 출구 포트를 통해 탱크로부터 수지를 추출하고, 수지를 분기점(branch point)을 향해 흐르도록 구성되며, 분기점은 제 1 펌프, 복수의 밸브 중 제 1 밸브, 및 복수의 밸브 중 제 2 밸브에 유동적으로 결합되며, 제 1 밸브는 제 1 분기점으로부터 제 1 저장소의 입구로 수지의 흐름을 조절하고 제 2 밸브는 제 1 분기점으로부터 제 1 합류점으로 수지의 흐름을 조절하며;
    복수의 밸브 중 제 3 밸브는 제 1 저장소의 출구로부터 제 2 합류점으로 수지의 흐름을 조절하며, 복수의 밸브 중 제 4 밸브는 제 1 합류점으로부터 제 2 합류점으로 수지의 흐름을 조절하며;
    제 2 저장소는 유체를 제 1 합류점으로 공급하도록 구성되며, 유체는 새로 공급된 수지 또는 첨가제 중 적어도 하나를 포함하며;
    복수의 펌프 중 제 2 펌프는 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 제 2 합류점으로부터 추출하고, 적용 가능한 경우, 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 탱크의 입구 포트를 통해 탱크 내로 흐르게 하도록 구성되는,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    방사선-투과성의 가요성 멤브레인(radiation-transparent flexible membrane)을 포함하는 멤브레인 조립체(assembly), 및
    방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 주변에 부착되고 제 1 평면을 따라 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 신장시키도록 구성된 프레임(frame)을 추가로 포함하며; 프레임은 제 1 평면에 수직으로 연장하는 립(lip)을 포함하며, 립은 탱크 측벽의 바닥 림(rim)에 고정되도록 구성되며, 멤브레인 조립체는 측벽에 고정될 때 탱크의 바닥을 형성하는,
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 멤브레인 조립체는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인에 결합되고 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력을 조정하도록 구성된 장력 조정 메커니즘을 추가로 포함하는,
    장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 멤브레인 조립체는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 표면에 부착되고 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력을 측정하도록 구성된 장력 센서(tension sensor)를 추가로 포함하는,
    장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 장력 센서는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 표면에 부착된 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하는,
    장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 멤브레인 조립체는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 내에 내장(embedding)되고 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력을 측정하도록 구성된 장력 센서를 추가로 포함하는,
    장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 장력 센서는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 내에 내장된 전도성 스트립(conductive strip)을 포함하는,
    장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 탱크는 홈(groove)을 포함하는 바닥 림을 갖는 측벽을 포함하며; 장력 센서는 탱크 측벽에 결합되며; 멤브레인의 주변에서 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 지지하고 립을 포함하는 제 1 프레임은 탱크 측벽의 바닥 림의 홈과 립의 체결에 의해 탱크에 고정되며, 상기 장력 센서는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 장력 손실시 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 운동(movement)을 검출하도록 구성되는,
    장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 프레임 내에 고정된 유리판 및 제 3 프레임 내에 고정된 액정 디스플레이(LCD)를 갖는 조명(lighting) 조립체를 추가로 포함하며, 제 2 프레임은 제 3 프레임에 고정되고 제 1 평면으로부터 멀리 떨어진 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분을 제 1 평면에 평행한 제 2 평면으로 변위시키도록 구성되며, 상기 제 1 평면은 방사선-투과성의 가요성 멤브레인이 제 2 프레임에 의해 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분의 변위 없이 놓여 있는,
    장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 3 프레임 또는 LCD 중 적어도 하나를 지지하도록 구성된 베이스 부분(base portion), 및 제 1 프레임과 베이스 부분 사이에 배치된 높이 조정 메커니즘을 추가로 포함하며, 높이 조정 메커니즘은 베이스 부분에 대한 제 1 프레임의 수직 위치를 조정하고 차례로, 제 1 평면에 대한 방사선-투과성의 가요성 멤브레인 일부분의 변위를 조정하도록 구성되는,
    장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    제 1 프레임을 지지하도록 구성된 베이스 부분, 및 베이스 부분과 제 3 프레임 또는 LCD 중 적어도 하나 사이에 배치된 높이 조정 메커니즘을 추가로 포함하며, 높이 조정 메커니즘은 베이스 부분에 대한 LCD의 수직 위치를 조정하고 차례로, 제 1 평면에 대한 방사선-투과성의 가요성 멤브레인의 일부분의 변위를 조정하도록 구성되는,
    장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    유리판 및/또는 방사선-투과성의 가요성 멤브레인을 지지하고 제 1 복수의 관통 구멍(through hole) 및 제 1 프레임의 표면 주위에 분포된 제 1 복수의 자화 부분(magnetized portion)을 포함한 제 1 프레임을 포함하는 프레임 조립체; 및
    제 2 프레임 및 LCD를 포함한 액정 디스플레이(LCD) 조립체를 추가로 포함하며; 상기 제 2 프레임은 LCD를 보유하도록 구성되며, 제 2 프레임은 제 2 복수의 관통 구멍 및 제 2 프레임의 표면 주위에 분포된 제 2 복수의 자화 부분을 포함하며;
    (i) 제 1 복수의 관통 구멍이 제 1 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴은 제 2 복수의 관통 구멍이 제 2 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴의 미러 이미지(mirror image)이며, (ⅱ) 제 1 복수의 자화 부분이 제 1 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴은 제 2 복수의 자화 부분이 제 2 프레임의 표면 주위에 분포되는 패턴의 미러 이미지이며. (ⅲ) 제 1 복수의 자화 부분 각각은 제 1 프레임이 제 2 프레임에 근접하게 배치될 때, (Ⅰ) 제 1 프레임의 표면이 제 2 프레임의 표면에 자동으로 접촉하고, (Ⅱ) 제 1 복수의 관통 구멍 각각이 제 2 복수의 관통 구멍 중 대응하는 하나와 자동으로 정렬되도록 제 2 복수의 자화 부분들 중 대응하는 부분으로 끌어 당겨지는,
    장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 프레임의 표면과 제 2 프레임의 표면 사이의 경계 영역 내에 또는 그 근처에 배치된 개스킷(gasket)을 추가로 포함하는,
    장치.
  15. 수지를 함유하도록 구성된 탱크를 포함하는 장치의 작동 방법으로서,
    상기 탱크는 입구 포트 및 출구 포트를 포함하며; 수지 순환 시스템은 (i) 탱크의 출구 포트를 통해 탱크로부터 수지를 추출하고, 수지를 분기점을 향해 흐르게 하도록 구성된 제 1 펌프, (ii) 제 1 펌프, 제 1 밸브 및 제 2 밸브에 유체 결합되는 분기점, (iii) 제 1 분기점으로부터 제 1 저장소의 입구로 수지의 흐름을 조절하는 제 1 밸브, (iv) 제 1 분기점으로부터 제 1 합류점으로 수지의 흐름을 조절하는 제 2 밸브, (v) 제 1 저장소의 출구로부터 제 2 합류점으로 수지의 흐름을 조절하는 제 3 밸브, (vi) 제 1 합류점으로부터 제 2 합류점으로 수지의 흐름을 조절하는 제 4 밸브, (vii) 새로 공급된 수지 또는 첨가제 중 적어도 하나를 포함하는 유체를 제 1 합류점으로 공급하도록 구성되는 제 2 저장소, 및 (viii) 제 2 합류점으로부터 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 추출하고, 수지, 유체 또는 수지와 유체의 조합물을 탱크의 입구 포트를 향해 흐르게 하도록 구성되는 제 2 펌프를 포함하며, 상기 방법은:
    제 1 기간 동안, 제 1 및 제 3 밸브를 개방하고, 제 2 및 제 4 밸브를 폐쇄하여 수지를 탱크로부터 제 1 저장소를 통해 흐르고 탱크 내로 다시 흐르게 하는 단계; 및
    제 2 기간 동안, 제 1 및 제 3 밸브를 폐쇄하고, 제 2 및 제 4 밸브를 개방하여 수지를 탱크로부터 제 2 저장소에 부착된 제 1 합류점으로 흐르게 하고, 수지와 유체의 조합물을 탱크 내로 흐르게 하는 단계를 포함하는;
    수지를 함유하도록 구성된 탱크를 포함하는 장치의 작동 방법.
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