KR20230004536A - 디지털 포토리소그래피를 사용한 동적 미세가공 시스템 및 방법 - Google Patents

디지털 포토리소그래피를 사용한 동적 미세가공 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230004536A
KR20230004536A KR1020227037031A KR20227037031A KR20230004536A KR 20230004536 A KR20230004536 A KR 20230004536A KR 1020227037031 A KR1020227037031 A KR 1020227037031A KR 20227037031 A KR20227037031 A KR 20227037031A KR 20230004536 A KR20230004536 A KR 20230004536A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dimensional object
photopolymerizable material
forming
additive manufacturing
manufacturing system
Prior art date
Application number
KR1020227037031A
Other languages
English (en)
Inventor
이삭 라자로비츠
Original Assignee
옥실리엄 바이오테크놀로지스 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 옥실리엄 바이오테크놀로지스 인크. filed Critical 옥실리엄 바이오테크놀로지스 인크.
Publication of KR20230004536A publication Critical patent/KR20230004536A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C7/00—Controlling the operation of apparatus for producing mixtures of clay or cement with other substances; Supplying or proportioning the ingredients for mixing clay or cement with other substances; Discharging the mixture
    • B28C7/0007—Pretreatment of the ingredients, e.g. by heating, sorting, grading, drying, disintegrating; Preventing generation of dust
    • B28C7/0023—Pretreatment of the ingredients, e.g. by heating, sorting, grading, drying, disintegrating; Preventing generation of dust by heating or cooling
    • B28C7/003—Heating, e.g. using steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/255—Enclosures for the building material, e.g. powder containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/277—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364—Conditioning of environment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2791/00—Shaping characteristics in general
    • B29C2791/004—Shaping under special conditions
    • B29C2791/009—Using laser

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Steroid Compounds (AREA)

Abstract

포토리소그래피를 사용하여 3차원 객체의 제작을 위한 시스템 및 방법이 제공된다.

Description

디지털 포토리소그래피를 사용한 동적 미세가공 시스템 및 방법
상호참조
본 출원은, 2020년 4월 14일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/009,927호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.
본원에서는 3차원 객체(object)를 형성하기 위한 적층 제조 시스템(additive manufacturing system)이 제공되며, 상기 시스템은: 광중합성 재료를 포함하기 위한 유체 저장소; 상기 유체 저장소 내에 침지가능한(submersible) 스테이지; 상기 광중합성 재료를 광중합시키기 위한 적어도 하나의 광원; 상기 적어도 하나의 광원의 광학 경로를 따라 배치된 하나 이상의 공간 광 변조기 - 복수의 공간 광 변조기는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 변조시킴으로써 상기 3차원 객체의 연속적인(a sequence of) 2차원 단면을 투영하기 위한 것임 - ; 및 상기 3차원 객체를 형성하기 위해 상기 연속적인 2차원 단면의 투영 및 상기 스테이지의 움직임을 조정하기 위한 프로그래머블 컨트롤러를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 상기 2차원 단면을 광학 평면에 포커싱하기 위한 복수의 광학기기(optic)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 공간 광 변조기는 하나 이상의 디지털 마이크로 미러 디바이스를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 공간 광 변조기는 하나 이상의 액정 디바이스를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 광원은 발광 다이오드를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 스테이지는 지속적으로(continuously) 이동된다. 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 광원은 레이저를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 레이저는 상기 레이저의 초점면과 일치하는 상기 광중합성 재료의 평면을 가로질러 래스터화된다.
일부 실시예에서, 상기 스테이지는 점진적으로(incrementally) 이동된다. 일부 실시예에서, 상기 광원과 함께 다수의 공간 광 변조기가 사용된다. 일부 실시예에서, 상기 시스템은 4개의 공간 광 변조기를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 4개의 공간 광 변조기는 각각의 공간 광 변조기가 상기 2차원 단면의 사분면을 포함하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 스테이지는 상기 3차원 객체의 바닥 부분을 지지한다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 공간 광 변조기는 상기 스테이지 위의 광학 평면에 상기 3차원 객체의 상기 2차원 단면을 투영한다. 일부 실시예에서, 상기 객체의 투영된 2차원 단면이 상기 객체의 이전에 형성된 층에 인접한 광중합성 재료 상에 입사하도록 상기 스테이지는 상기 광학 평면으로부터 멀어지게 이동된다. 일부 실시예에서, 상기 스테이지는 상기 광원으로부터 멀어지게 그리고 상기 유체 저장소의 바닥을 향해 이동한다. 일부 실시예에서, 상기 스테이지는 지속적인 움직임으로 이동한다. 상기 스테이지는 점진적으로 이동된다. 일부 실시예에서, 상기 3차원 객체의 형성 동안 상기 광원은 간헐적으로 활성화된다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 적어도 상기 유체 저장소 및 상기 스테이지를 수용하기 위한 인클로저를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 인클로저는 공기 여과 시스템을 포함하고, 상기 인클로저 및 상기 공기 여과 시스템은 상기 3차원 객체의 형성에 대하여 살균(sterile) 환경을 제공하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 스테이지는 관류성(perfusable) 기판을 포함한다. 상기 관류성 기판은 제거가능한(removable) 것이다. 일부 실시예에서, 상기 관류성 기판은 하나 이상의 관통 구멍(through hole)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 하나 이상의 관통 구멍은 상기 3차원 객체의 내부에 제공된 하나 이상의 관류성 내강(perfusable lumen)과 정렬하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 관류 장치를 더 포함하고, 상기 관류 장치는 상기 3차원 객체를 통해 용액을 펌핑한다. 일부 실시예에서, 상기 관류 장치는 또한, 상기 관류성 기판을 통해 상기 용액을 펌핑하도록 제공된다. 일부 실시예에서, 상기 용액은 광중합성 재료이다. 일부 실시예에서, 상기 용액은 생물학적 용액이다. 일부 실시예에서, 상기 생물학적 용액은 세포, 세포 배지, 입자, 혈액, 합성 혈액, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 세포는 줄기 세포, 슈반(Schwann) 세포, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 관류 장치는 연동 펌프를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 관류 장치는 주사기를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 주사기는 공압으로 동작된다. 일부 실시예에서, 상기 주사기의 공압 동작은 디지털로 작동된다. 일부 실시예에서, 상기 프로그래머블 컨트롤러에 의해 디지털 작동이 수행된다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 펌프 시스템을 더 포함하고, 상기 펌프 시스템은 상기 광중합성 재료로 상기 유체 저장소를 채우도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 펌프 시스템은 또한, 상기 유체 저장소로부터 중합되지 않은 재료를 제거하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 유체 저장소는 복수의 하위 저장소를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 하위 저장소의 각각은 상이한 광중합체 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 하위 저장소의 각각은 펌프 시스템에 결합된다.
일부 실시예에서, 제1 광중합성 재료 및 제2 광중합성 재료 중 적어도 하나는 상기 광원에 의해 조명될 때 광중합을 트리거하는 광개시제를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 광중합성 재료 및 제2 광중합성 재료 중 적어도 하나는 퀀칭(quenching) 구성성분을 포함하고, 상기 퀀칭 구성성분은 직접 조명되도록 의도되지 않은 영역에서의 의도하지 않은 경화 또는 과경화(over-curing)를 막도록 상기 광원으로부터의 신호를 감소시킨다. 일부 실시예에서, 상기 퀀칭 구성성분은 상기 광개시제에 의해 생성된 자유 라디칼에 대해 작용하는 화학물질을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 퀀칭 구성성분은 초점면에 입사하는 상기 광원의 강도를 감소시키도록 작용하는 염료를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 광중합성 재료 및 제2 광중합성 재료 중 적어도 하나는 퀀칭 구성성분을 포함하고, 상기 퀀칭 구성성분은 직접 조명되도록 의도되지 않은 영역에서의 의도하지 않은 경화 또는 과경화를 막도록 상기 광원으로부터의 신호를 감소시킨다.
일부 실시예에서, 상기 시스템은 관류 장치를 더 포함하고, 상기 관류 장치는 상기 관류성 기판을 통해 상기 광중합성 재료를 펌핑한다. 일부 실시예에서, 상기 관류 장치는 또한, 상기 3차원 객체를 통해 상기 광중합성 재료를 펌핑하도록 제공된다. 일부 실시예에서, 상기 관류 장치는 연동 펌프를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 관류 장치는 주사기를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 주사기는 공압으로 동작된다. 일부 실시예에서, 상기 주사기의 공압 동작은 디지털로 작동된다. 일부 실시예에서, 상기 프로그래머블 컨트롤러에 의해 디지털 작동이 수행된다.
일부 실시예에서, 상기 광중합성 재료는 생물학적 광중합체 재료, 합성 광중합체 재료, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 생물학적 광중합체 재료는 자연 발생 생물학적 재료, 합성 변형된 생물학적 재료, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 합성 변형된 생물학적 광중합체 재료는 하나 이상의 아크릴기를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 합성 변형된 생물학적 광중합체 재료는 메타크릴화된 젤라틴, 메타크릴화된 히알루론산, 메타크릴화된 알지네이트, 폴리에틸렌-글리콜 디아크릴레이트, 아크릴화된 카프로락톤, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 합성 변형된 생물학적 광중합체 재료는 1 내지 4개의 아크릴기를 포함하는 폴리에틸렌-글리콜을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 광중합성 재료는 세포 이동 및 증식을 지시하는 세포 부착 리간드 및 화학적 신호를 포함한다. 상기 세포 부착 리간드는 RGD 펩티드 서열을 포함할 수 있다.
본원에서는 3차원 객체를 형성하기 위한 방법의 실시예가 제공되며, 상기 방법은 (a) 초점면에 인접하게 광중합성 재료 내에 기판을 침지시키는 단계; (b) 상기 3차원 객체의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 제1 단면을 투영하는 단계; (c) 상기 초점면으로부터 멀어지게 상기 기판을 이동시키는 단계; (d) 상기 3차원 객체의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 광중합성 재료 상에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면을 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 상기 3차원 객체의 앞선 층에 결합됨 - ; 및 (e) 상기 3차원 객체가 상기 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (c) 및 (d)를 반복하는 단계를 포함한다.
본원에서는 3차원 객체를 형성하기 위한 방법의 실시예가 제공되며, 상기 방법은 (a) 초점면에 인접하게 제1 광중합성 재료 내에 기판을 침지시키는 단계; (b) 상기 제1 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 제1 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계; (c) 상기 초점면으로부터 멀어지게 상기 기판을 이동시키는 단계; (d) 상기 제1 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 앞선 층에 결합됨 - ; 및 (e) 상기 3차원 객체의 제1 본체가 상기 제1 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (c) 및 (d)를 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 중합되지 않은 제1 광중합성 재료를 상기 제1 본체로부터 제거하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 (f) 상기 제1 본체에 후속 광중합성 재료를 추가하는 단계; (g) 상기 후속 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 후속 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 광중합성 재료의 제1 층은 상기 기판 또는 상기 제1 본체에 결합됨 - ; (h) 상기 기판을 이동시키는 단계; (i) 상기 후속 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 후속 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 상기 제1 본체 또는 상기 후속 광중합성 재료의 앞선 층에 결합됨 - ; 및 (j) 상기 3차원 객체의 후속 본체가 상기 후속 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (h) 및 (i)를 반복하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 3차원 객체를 형성하도록 (f) 내지 (j)가 수행된다.
본원에서는 3차원 객체를 형성하기 위한 방법의 실시예가 제공되며, 상기 방법은 (a) 초점면에 인접하게 제1 광중합성 재료 내에 기판을 침지시키는 단계; (b) 상기 제1 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 제1 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계; (c) 상기 초점면으로부터 멀어지게 상기 기판을 이동시키는 단계; (d) 상기 제1 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 앞선 층에 결합됨 - ; 및 (e) 상기 3차원 객체의 제1 본체가 상기 제1 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (c) 및 (d)를 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 중합되지 않은 제1 광중합성 재료를 상기 제1 본체로부터 제거하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 제1 본체의 내부 내에 관류성 내강을 제공하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 (f) 상기 제1 본체에 제2 광중합성 재료를 추가하는 단계; (g) 상기 제2 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 제2 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 제2 광중합성 재료의 제1 층은 상기 기판 또는 상기 제1 본체에 결합됨 - ; (h) 상기 기판을 이동시키는 단계; (i) 상기 제2 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 제2 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 상기 제1 본체 또는 상기 제2 광중합성 재료의 앞선 층에 결합됨 - ; 및 (j) 상기 3차원 객체의 제2 본체가 상기 제2 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (h) 및 (i)를 반복하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 신규 특징은 첨부된 청구범위에 구체적으로 서술되어 있다. 본 발명의 원리가 이용되는 예시적인 실시예를 서술하는 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써, 본 발명의 특징 및 이점의 보다 나은 이해를 얻을 수 있을 것이다.
도 1은 일부 실시예에 따른 동적 미세가공 시스템을 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 동적 미세가공 시스템을 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따라 샘플 프린트 시퀀스를 도시한 흐름도를 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따라 샘플 관류 시퀀스를 도시한 흐름도를 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 DLP 기반의 프린팅 시스템을 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른 SLA 기반의 프린팅 시스템을 도시한다.
도 7은 일부 실시예에 따른 동적 미세가공 시스템을 도시한다.
본원에서는 디지털 포토리소그래피를 사용하는 동적 미세가공(dynamic microfabrication) 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시예에서, 적층 제조 방법을 사용하여 3차원 객체를 제작하기 위해 디지털 포토리소그래피를 사용하는 동적 미세가공 시스템 및 방법이 제공된다.
일부 실시예에서, 생체 구조물 또는 이를 필요로 하는 환자에게 접목, 이식, 또는 달리 삽입될 생체모방(biomimetic) 구조물 또는 의료용 임플란트를 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시예에서, 생체모방 구조물은 대상체에서 신경 조직 성장 및 증식을 촉진하기 위한 생체모방 스캐폴드일 수 있다. 일부 실시예에서, 생체모방 구조물은 손상된 혈관 또는 혈관 내강의 교체 또는 복구를 위한 생체모방 혈관일 수 있다. 대상체는 인간, 영장류 또는 반려 동물과 같은 포유류와 같이 복잡한 신경계를 가진 동물일 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 조직 스캐폴드는 이러한 대상체에 이식된 디바이스일 수 있다.
인쇄된 의료용 임플란트는 신체 기능 회복에 도움이 될 수 있다. 기능은 인간, 말, 돼지, 소, 황소, 염소, 양, 돌고래, 개, 고양이, 낙타 등을 포함할 수 있는 포유류에서 회복될 수 있다. 하나의 실시예에서, 포유류는 인간이다. 이 의료용 임플란트는 일부 실시예에서 척수 또는 말초 신경 손상 후 축삭 재생을 촉진하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 3차원 인쇄된 의료용 임플란트는 줄기 세포를 포함한다. 이 임플란트는 특정 환자의 해부학적 구조에 맞게 맞춤 설계될 수 있다.
일부 실시예에서, 원하는 길이의 스캐폴드가 3D 인쇄된 다음, 손상 부위에 배치된다. 그 다음, 근위 및 원위 신경 단단부(stump)가 마이크로채널 스캐폴드에 정렬되는 스캐폴드의 돌출부에 삽입된다. 이어서 신경 외막이 돌출부 또는 덮개에 봉합되며, 그에 따라 스캐폴드를 제자리에 고정한다. 근위 측으로부터의 재생 중인 축삭 돌기는 스캐폴드로 들어가고 손상 부위를 통해 원위 신경 단단부로 안내된다. 일부 실시예에서, 축삭 재생을 더 지원하기 위해 관류 장치를 통해 스캐폴드의 채널이 슈반(Schwann) 세포 또는 줄기 세포로 채워진다.
일부 실시예에서, 제작 시스템은 종방향 장축을 각자 정의하는 복수의 마이크로채널을 포함하는 생체모방 스캐폴드를 제작하도록 구성된다. 본 개시의 특정 변형에 따르면, "마이크로채널"은 바람직하게는 약 1,000 ㎛ 미만인 적어도 하나의 공간 치수를 갖는다. 특정 양상에서, 각각의 마이크로채널은 약 10 ㎛ 이상 내지 약 1,000 ㎛ 이하, 선택적으로 약 10 ㎛ 이상 내지 약 500 ㎛ 이하, 선택적으로 약 50 ㎛ 이상 내지 약 450 ㎛ 이하, 선택적으로 약 50 ㎛ 이상 내지 약 300 ㎛ 이하인 내경을 갖는다.
특정 양상에서, 마이크로채널은 생체기능성 제제 또는 활성 성분으로 처리될 수 있고, 상이한 표면 특성 또는 표면 거칠기를 가질 수 있고, 또는 상이한 모이어티들이 노출되어 있는 표면을 가질 수 있는데, 이는 공간적으로 유도된 세포 성장을 설계하는 데 유용할 수 있고, 특정 양상에서 세포 또는 조직의 접착을 용이하게 하거나 주변 환경 내로 생체기능성 재료 및 활성 성분(예컨대, 제약 활성 성분) 등을 포함하는 생체기능성 제제의 방출을 촉진시키기 위한 것일 수 있다.
마이크로채널을 형성하는 생분해성 재료는 용해(dissolve)될 수 있으며, 이는 재료의 물리적 분해, 침식, 붕괴 및/또는 용해를 의미하고, 살아있는 유기체에 의한 이러한 재료의 재흡수를 포함할 수 있다. 특정 변형에서, 생분해성 중합성 재료는 혈액, 혈청, 성장 또는 배양 배지, 체액, 타액 등과 같이 고농도의 물을 포함하는 용매에 노출시 용해되거나 침식될 수 있다. 따라서, 이식 시, 재료는 용해되거나 작은 조각들로 분해될 수 있다. 구조적 스캐폴드 부재의 경우, 용해 속도(예컨대, 구조적 부재가 주변 세포에 의해 재흡수되는 속도)는 구조물이 재흡수 프로세스를 통해 용해 또는 분해되기 전에 충분한 세포 성장이 일어나도록 설계될 수 있다. 다양한 실시예에서, 조직 스캐폴드 디바이스는 스캐폴드를 통해 대상체의 표적 조직으로 적절한 신경 조직 재성장을 허용하는 시간의 양과 일치하는 분해 시간 또는 용해 속도를 갖도록 설계된다. 대상체 및 조직의 회복과 재생에 필요한 시간에 따라, 비제한적인 예로써, 분해 시간은 약 1개월 이상 내지 약 3년 이하, 약 1개월 이상 내지 1년 이하, 및 특정 변형에서 약 1개월 이상 내지 6개월 이하일 수 있다. 이러한 방식으로, 세포 스캐폴드 구조는, 특히 신경 조직 성장을 위해, 3차원에서 세포 성장, 세포 증식, 세포 분화, 세포 복구 및/또는 세포 재생을 지원하고 촉진한다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 3차원 객체는 마이크로스케일 연속 프로젝션 3D 프린팅(μΟΡΡ)을 사용하여 제작될 수 있다. 마이크로스케일 연속 프로젝션 프린팅은 다양한 생체재료와 세포를 갖는 복잡한 3D 아키텍처를 제작할 수 있다. 프린팅은 X 및 Y 방향 모두에서 스캔하지 않고도 수행될 수 있다(노즐 기반 접근과는 대조적으로). 따라서, Z 방향에서 하나의 연속 프린트로 3D 객체가 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 전체 객체를 인쇄하는 데 몇 초만 필요할 수 있다. 일부 실시예에서, 객체는 약 1초, 약 2초, 약 2초 미만, 약 3초 미만, 약 4초 미만, 약 5초 미만, 약 10초 미만, 약 20초 미만, 또는 약 30초 미만에 인쇄될 수 있다. 일부 실시예에서, 전체 2 mm 생체모방 임플란트를 인쇄하는 데 약 1.6초만 필요하다. 이 인쇄 속도는 기존의 노즐 프린터보다 약 1,000배 더 빠른 속도를 나타낸다.
포커싱된 광을 중합에 사용하면 노즐 기반 잉크젯 프린터보다 50배 향상된 1μm의 프린팅 해상도를 생성한다. 잉크젯 또는 압출 기반 접근에서는, 드롭 또는 라인 사이의 인공 인터페이스에 의해 기계적 무결성이 손상될 수 있으며 생체 내 적용 중 또는 후에 기계적 고장을 일으킬 수 있다. Z 방향에서 층없는 해상도를 제공함으로써, 구조물은 선형 스테이지의 새로운 위치로의 이동에 의해 유도되는 이러한 평면 인공물(인터페이스)을 나타내지 않을 수 있다. 따라서, 본원에 기재된 시스템 및 방법은 3D 인쇄된 임플란트의 기계적 무결성을 개선하고 마이크로스케일 해상도에서 복잡한 3D 생체모방 구조물의 신속한 제작을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 인쇄된 생체모방 임플란트는 척수 절개 또는 말초 신경 손상 부위에서의 이식을 위해 단일 부분에 인쇄된다. 일부 실시예에서, 임플란트는 둘 이상의 부분에 인쇄되며, 그에 의해 손상되었지만 절개되지 않은 척수 또는 말초 신경이 본원에 개시된 임플란트로 치료될 수 있다. 척수 손상(SCI; spinal cord injury) 또는 말초 신경 손상이 절개가 아닌 경우, 임플란트의 하나 이상의 부분이 생존 조직 주위에 이식될 수 있으며 생물학적으로 수락가능한 접착제를 사용하여 부분들이 서로 접착될 수 있다. 따라서 임의의 생존 조직은 유지될 수 있고 숙주 척수 또는 말초 신경의 재생이 손상 부위에서 장려될 수 있다.
임플란트는 각각의 환자에 대하여 맞춤화될 수 있다. 환자의 척수 또는 말초 신경 손상의 이미징 시, CAD 소프트웨어를 사용하여 3D 모델이 생성된다. 그 다음, 이 모델은, 병변에 맞고 채우는 환자 특정의(patient specific) 임플란트를 인쇄하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 제작된 생체모방 임플란트를 처리하기 위한 후프로세싱 시스템 및 방법은 임플란트가 이식되는 신체에 의해 수락될 가능성을 증가시킬 수 있다.
I. 적층 제작 시스템
일부 실시예에서, 디지털 포토리소그래피 적층 제조 방법에 의해 3차원 객체의 동적 미세가공을 위한 제작 시스템이 제공된다. 도 1을 참조하면, 제작 시스템의 실시예가 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 제작 시스템은 프린터 프레임(120) 상에 제공된 가동(movable) 스테이지(125)를 구비한, 유체 저장소(131) 위에 위치된 광 프로젝터(110)를 포함한다. 일부 실시예에서, 프린터 프레임은 스테이지가 프레임에 결합될 때 가동 스테이지를 낮추고/거나 올리기 위해 사용되는 작동 시스템을 포함한다.
광 프로젝터(110)는 유체 저장소(131)를 향해 패턴화된 광을 투영하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함한다. 일부 실시예에서, 유체 저장소는 광중합성 재료의 볼륨을 포함하도록 구성된다. 광활성 단량체의 액체 용액을 중합시키기에 충분한 에너지 및 강도로 프로젝터로부터 광이 방출될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로젝터로부터 방출된 광은 중합체의 가교를 개시하도록 광중합성 재료를 활성화하기 위해 자외선(UV) 스펙트럼 파장으로 구성된다. 일부 실시예에서, UV 파장은, 대략 30 페타헤르츠(PHz)의 대응하는 주파수를 갖는 10 나노미터(nm) 파장 내지 750 테라헤르츠(THz)의 대응하는 주파수를 갖는 400 ㎚ 파장의 전자기 방사선으로서 고려된다. 다른 실시예에서, 프로젝터로부터 방출된 광은 청색 스펙트럼 파장으로 구성된다.
일부 실시예에서, 광중합성 재료는 생물학적으로 수락가능한 중합체를 포함한다. 일부 실시예에서, 중합체는, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(PEGDA) 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트와 같은, 하지만 이에 한정되지 않는 폴리에틸렌 글리콜계 중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체는 젤라틴 메타크릴롤(GelMA) 히드로겔을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 및 젤라틴 메타크릴롤의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 젤라틴 메타크릴롤의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체는 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 및 젤라틴 메타크릴롤의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제작 시스템은 하향식(top-down) 접근을 이용하며, 여기서 광원은 중합성 재료로 채워진 유체 저장소(131) 위에 위치된다. 복수의 광학기기가 광 프로젝터에 결합되고 프로젝터로부터 평면으로 광을 포커싱하도록 구성된다. 입사 평면은 프로젝터(110)로부터 광이 방출되는 방향에 수직일 수 있다. 스테이지 또는 빌드 플레이트(125)는 유체 저장소(131) 내에 침지가능하다(submersible). 일부 실시예에서, 스테이지는 프로젝터로부터의 광이 포커싱되는 입사 평면 바로 아래에 위치된다. 일부 실시예에서, 프로젝터는 입사 평면에서 스테이지 상단에 안착한 광활성 재료의 얇은 층을 조명한다. 층을 중합시킨 후에, 스테이지는 광중합체 저장소 안으로 하강하고, 또다른 유체 층이 제1 층 상단에 안착할 수 있게 한다. 이어서, 다음 유체 층이 프로젝터로부터의 광에 노출되어 제조 중인 3D 객체의 연속 층을 형성한다. 이 프로세스는 객체의 모든 층에 대해 반복되며, 각각의 층은 객체의 원하는 단면에 대응한다.
일부 실시예에서, 프린터 프레임의 작동 시스템은 형성될 다음 층의 두께를 제어하기 위해 유체 저장소의 바닥을 향해 스테이지를 낮춘 후에 스테이지를 약간 올린다. 이 절차는 광중합성 재료가 이전에 형성된 층의 상단에 존재함을 보장할 수 있다. 일부 실시예에서, 스테이지의 상부 표면에 의해 형성된 평면은 프로젝터(110)로부터의 광이 포커싱되는 입사 평면에 평행하다.
동적 미세가공 시스템의 부가의 실시예가 도 2에 의해 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 제작 시스템은 프린터 프레임(220) 상에 제공된 가동 스테이지(225)를 구비한, 유체 저장소(231) 위에 위치된 광 프로젝터(210)를 포함한다. 일부 실시예에서, 프린터 프레임은 스테이지가 프레임에 결합될 때 가동 스테이지를 낮추고/거나 올리기 위해 사용되는 작동 시스템을 포함한다.
일부 실시예에서, 가동 스테이지는 최대 10 센티미터(cm) 올라가거나 내려간다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지의 이동 범위는 약 5 cm 내지 약 20 cm이다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지의 이동 범위는 약 5 cm 내지 약 7 cm, 약 5 cm 내지 약 10 cm, 약 5 cm 내지 약 15 cm, 약 5 cm 내지 약 20 cm, 약 7 cm 내지 약 10 cm, 약 7 cm 내지 약 15 cm, 약 7 cm 내지 약 20 cm, 약 10 cm 내지 약 15 cm, 약 10 cm 내지 약 20 cm, 또는 약 15 cm 내지 약 20 cm이다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지의 이동 범위는 약 5 cm, 약 7 cm, 약 10 cm, 약 15 cm, 또는 약 20 cm이다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지의 이동 범위는 적어도 약 5 cm, 약 7 cm, 약 10 cm, 또는 약 15 cm이다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지의 이동 범위는 최대 약 7 cm, 약 10 cm, 약 15 cm, 또는 약 20 cm이다.
일부 실시예에서, 가동 스테이지는 약 1 마이크론의 증분(increment)으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지는 약 0.001 마이크론 내지 약 10 마이크론의 증분으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지는 약 0.001 마이크론 내지 약 0.01 마이크론, 약 0.001 마이크론 내지 약 0.1 마이크론, 약 0.001 마이크론 내지 약 0.5 마이크론, 약 0.001 마이크론 내지 약 1 마이크론, 약 0.001 마이크론 내지 약 2 마이크론, 약 0.001 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 0.001 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 0.01 마이크론 내지 약 0.1 마이크론, 약 0.01 마이크론 내지 약 0.5 마이크론, 약 0.01 마이크론 내지 약 1 마이크론, 약 0.01 마이크론 내지 약 2 마이크론 마이크론, 약 0.01 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 0.01 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 0.5 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 1 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 2 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 0.5 마이크론 내지 약 1 마이크론, 약 0.5 마이크론 내지 약 2 마이크론, 약 0.5 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 0.5 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 1 마이크론 내지 약 2 마이크론, 약 1 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 2 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 2 마이크론 내지 약 10 마이크론, 또는 약 5 마이크론 내지 약 10 마이크론의 증분으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지는 약 0.001 마이크론, 약 0.01 마이크론, 약 0.1 마이크론, 약 0.5 마이크론, 약 1 마이크론, 약 2 마이크론, 약 5 마이크론, 또는 약 10 마이크론의 증분으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지는 적어도 약 0.001 마이크론, 약 0.01 마이크론, 약 0.1 마이크론, 약 0.5 마이크론, 약 1 마이크론, 약 2 마이크론, 또는 약 5 마이크론의 증분으로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 가동 스테이지는 최대 약 0.01 마이크론, 약 0.1 마이크론, 약 0.5 마이크론, 약 1 마이크론, 약 2 마이크론, 약 5 마이크론, 또는 약 10 마이크론의 증분으로 이동할 수 있다.
일부 실시예에서, 스테이지(225)는 프린터 프레임(220)으로부터 제거가능(removable)하다. 일부 실시예에서, 다수의 스테이지가 프린터 프레임에 로딩되도록 큐잉된다. 프린터 프레임에 스테이지를 로딩하는 것은 자동화 시스템에 의해 달성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제거가능 스테이지는 제거가능 스테이지 상에 구축되는 제작된 객체가 제작 시스템으로부터 제거되고 후프로세싱을 위해 재위치될 수 있게 한다. 예를 들어, 제작된 객체 및 제거가능 스테이지는 프린터 프레임으로부터 제거되며 관류 시퀀스를 시작하기 위해 관류 장치(250)에 배치될 수 있다. 그 다음, 제작 시스템은 첫 번째 제작된 객체가 관류를 거치는 동안 제작된 객체의 생산을 계속할 수 있다. 이 시스템은 다수의 3D 객체의 제작에 대하여 감소된 생산 시간을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 유체 저장소(231) 및 제2 유체 저장소(233)가 제작 시스템의 일부로서 제공된다. 일부 실시예에서, 유체 저장소(231, 233)는 가동 스테이지 상에 제공된다. 일부 실시예에서, 스테이지 및 부분적으로 제조된 3D 객체는 제1 프린트 시퀀스의 완료 후에 제1 저장소(231)로부터 제거된다. 그 다음, 스테이지는 프린트 프레임 아래에 위치될도록 이동될 수 있고, 제2 저장소 내의 제2 시퀀스가 개시될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나의 유체 저장소가 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나보다 많은 유체 저장소가 이용될 수 있다. 도 2는 2개의 유체 저장소(231, 233)를 이용하는 실시예를 도시한다. 각각의 저장소는 상이한 광중합성 재료 또는 제작 중에 이용될 다른 용액을 포함할 수 있다. 일부 다수의 유체 저장소 실시예에서, 유체 저장소 중 일부는 동일 용액을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 저장소는 다수의 저장소의 조합으로서 간주될 수 있고, 각각의 개별 저장소(예컨대, 231 및 233)는 유체 저장소의 하위 저장소 또는 하위 구성요소로서 간주될 수 있다.
일부 실시예에서, 제작 시스템은 펌프 시스템을 더 포함한다. 펌프 시스템은 내부에 유체 저장소가 포함되어 있는 하나 이상의 펌프(241, 243)를 포함할 수 있다. 각각의 펌프는 단일 유체 저장소에 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 펌프(241)가 제1 유체 저장소(231)와 유체 연통하도록 제1 펌프(241)는 제1 유체 라인(247) 및 제1 저장소 인터페이스(237)를 통해 제1 유체 저장소(231)에 연결된다. 제2 펌프(243)가 제2 유체 저장소(233)와 유체 연통하도록 제2 펌프(243)는 제2 유체 라인(249) 및 제2 저장소 인터페이스(239)를 통해 제2 유체 저장소(233)에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 펌프(241) 및 제1 인터페이스(237)는 제1 펌프(241)의 저장소 내에 포함된 용액으로 제1 유체 저장소(231)를 채우도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 펌프(241) 및 제1 인터페이스(237)는 제1 유체 저장소(231)로부터 용액을 제거하여 용액을 제1 펌프(241) 내의 저장소로 수송하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제2 펌프(243) 및 제2 인터페이스(239)는 제2 펌프(243)의 저장소 내에 포함된 용액으로 제2 유체 저장소(233)를 채우도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제2 펌프(243) 및 제2 인터페이스(239)는 제2 유체 저장소(233)로부터 용액을 제거하여 용액을 제2 펌프(243) 내의 저장소로 수송하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 유체 펌프(241, 243)는 하나보다 많은 용액을 저장하기 위한 하나보다 많은 저장소를 포함한다. 일부 실시예에서, 3D 객체가 하나의 저장소에서 제작되고 있는 동안, 펌프 시스템은 제작에 이용되지 않는 저장소의 용액을 제거하고 채운다. 유체 저장소가 이용되는 예에서, 각각의 저장소는 펌프 시스템에 연결되며, 제1 프린트 시퀀스는 제1 저장소(231) 내에서 완료될 수 있는데, 제1 프린트 시퀀스는 제1 광중합성 재료를 이용한다. 제1 시퀀스의 완료 후에, 부분적으로 제작된 3D 객체는 제2 프린트 시퀀스를 거치도록 제2 저장소(233)로 이송될 수 있다. 제2 프린트 시퀀스가 진행됨에 따라, 펌프 시스템은 제1 저장소(231)로부터 제1 광중합성 재료를 제거한 다음, 상이한 용액 또는 광중합성 재료로 제1 저장소를 채울 수 있다. 제2 프린트 시퀀스가 완료되면, 제1 저장소는 준비될 것이고, 그리하여 제작 중인 객체가 제1 저장소 내에서 새로운 프로세싱 단계를 시작하도록 다시 제1 저장소로 이송될 수 있다. 예는 2개의 저장소로 제공되지만, 하나보다 많은 유체 저장소가 제공되는 임의의 실시예로써 유사한 프로세싱을 수행하는 것이 가능하다. 프로세싱 방법은 제작 중인 3D 객체의 전체 생산 시간을 감소시키기 위해 상이한 용액으로 발생하는 프로세싱 단계들 사이의 적은 지연을 가능하게 한다.
주어진 빌드 시퀀스로 다수의 재료를 통합함으로써 얻어지는 것들이 더 많이 있다. 상이한 재료는 객체의 특정 부분(다른 것은 아님)에 적합할 수 있는 상이한 물리적, 화학적 또는 생물학적 특성을 나타내고, 이러한 추가 재료는 그 객체의 미리 선택된 영역에서 원하는 구성요소(예컨대, 세포 또는 입자)를 포함할 수 있다. 단일 빌드 시퀀스에서 다수의 재료의 조합은 균질 대응물보다 더 많은 유용성을 제공할 수 있는 이기종 구성물이 제작될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 상이한 저장소는 동일한 제작 장치의 일부일 수 있으며, 여기서 빌드 플레이트 또는 빌드 스테이지는 객체의 해당 섹션을 생성하기 위해 적절한 때에 하나의 저장소에서 다른 저장소로 교대할 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 재료는 동일한 저장소에 연결된 별개의 용기에 포함될 수 있다. 이러한 예에서, 재료 옵션은 제어 소프트웨어의해 지시되는 대로 펌프인 또는 펌프아웃될 수 있다.
생체모방 스캐폴드가 제작되고 있는 일부 예에서, 코어 및 쉘을 형성하기 위해 사용되는 상이한 광중합성 재료가 상이할 수 있다. 코어의 광중합성 재료 조성은 정상 척수의 "회백질" 부분과 유사할 수 있고, 쉘의 광중합성 재료 조성은 정상 척수의 "백질" 부분과 유사할 수 있다.
일부 실시예에서, 제작 시스템은 하나 이상의 광원과 함께 다수의 공간 광 변조기를 이용한다. 이는 초점면 상의 훨씬 더 큰 영역의 선택적 노출을 가능하게 하고, 따라서 주어진 빌드 시퀀스 전반에 걸쳐 훨씬 더 큰 층 영역이 제작될 수 있게 해준다. 일부 실시예에서, 다수의 공간 광 변조기 각각은 제작될 3D 객체의 투영된 2차원 단면의 섹션을 형성한다.
일부 실시예에서, 객체의 미세가공을 위한 시스템은 광중합체 저장소를 통한 스테이지의 지속적인 움직임을 포함한다. 이러한 구성은 객체가 층 없이 생성될 수 있게 해주며 제작 시간을 감소시키고, 등방성 기계적 특성 및 새로 제작된 객체의 구조를 따라 매끄러운 특징을 제공한다.
일부 실시예에서, 객체의 미세가공을 위한 시스템은 주어진 프린트 시퀀스 전반에 걸쳐 광원이 턴온 및 턴오프될 수 있게 한다("블링킹(blinking)"). 광중합체 저장소를 통해 스테이지의 점진적인(incremental) 움직임으로 조정될 때, 광중합체 용액을 과경화(over-curing)시킬 우려 없이 정밀한 두께의 층이 생성될 수 있게 해준다. 사용되는 광원이 매우 빠른 블링킹 또는 펄스 능력을 가진 레이저인 경우 이점은 특히 분명해진다. 스테이지의 매우 정밀한 증분 움직임과 조합될 때, 이러한 실시예는 공간 광 변조기에 의해 설계 및 표시되는 의도된 구조에 가장 근접한 매우 미세한 구조물이 생성될 수 있게 해준다.
II. 디지털 광 프로젝터
일부 실시예에서, 광원은 발산(divergent) 광원이다. 발산 광원은 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 또는 복수의 LED로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 발산 광원이 이용된다. 일부 실시예에서, 광 프로젝터(110, 210, 510)는 디지털 포토마스크를 생성하기 위해 액정 패널 또는 디지털 마이크로미러 어레이를 이용하는 디지털 광 프로젝터이다.
디지털 광 프로세싱(DLP; Digital light processing) 방법은 사용자가 광활성 재료의 전체 평면을 한 번에 노출시키도록 마이크로미러 어레이를 디지털로 제어할 수 있게 할 수 있다. 각각의 마이크로미러를 개별적으로 프로그래밍함으로써, 사용자는 개별적으로 프로그래밍된 픽셀(마이크로미러)에 대응하는 공간 해상도로 미리 정의된 패턴에 광활성 재료 층을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 전체 3차원 객체는 다수의 2차원 중합된 층들의 연속적인 노출과 함께 조정되는 스테이지의 점진적인 움직임을 통해 제작될 수 있다.
도 5는 적층 제작 시스템에서 광 프로젝터로서 이용될 수 있는 디지털 광 프로젝터 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 시스템은 컴퓨팅 디바이스(580)를 포함한다. CAD(computer assisted design) 모델(581)이 컴퓨팅 디바이스에 로딩될 수 있다. CAD 모델(581)은 내부 데이터 저장 시스템 또는 외부 데이터 저장 시스템을 포함할 수 있는 컴퓨팅 디바이스의 메모리에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 설치된 3D 프린팅 소프트웨어(582)를 포함할 수 있다. 3D 프린팅 소프트웨어는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI; graphical user interface)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 3D 프린팅 소프트웨어는 제작될 로딩된 3D 객체를 분석하고 프린팅 시퀀스를 위해 3D 객체의 단면을 초기화한다. 일부 실시예에서, 각각의 단면이 형성되는 두께 및/또는 포인트는 사용자에 의해 설정된 원하는 공차에 따라 달라진다.
일부 실시예에서, 프로그래머블 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU; micro controller unit)(586)이 컴퓨팅 디바이스의 외부 컴포넌트에 대한 인터페이스로서 제공된다. 일부 실시예에서, 사용자는 컴퓨팅 디바이스(580)와 상호작용하고 MCU(586)를 통해 컴퓨팅 디바이스에 연결하는 사용자 인터페이스(584)를 통해 모델을 조작한다. 일부 실시예에서, 3D 프린팅 소프트웨어는 사용자가 스테이지(525)에 대해 제작될 객체의 배향을 선택할 수 있게 해준다. MCU(586)는 또한, 유체 저장소(531)에 대해 스테이지(525)를 올리거나 내리도록 프린터 프레임(520)을 작동시키는 스텝퍼 모터(522)에 연결할 수 있다.
일부 실시예에서, MCU(586)는 컴퓨팅 디바이스를 디지털 광 프로젝터(DLP; digital light projector)의 컨트롤러(589)에 연결한다. 일부 실시예에서, DLP 컨트롤러(589)는 특정 마이크로 미러를 활성화하기 위해 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD; digital micromirror device)(515)에 패턴 데이터 및 클로킹 펄스를 보내며, 제작 중인 3D 객체에 대한 2차원 단면의 패턴을 투영하도록 광원(512)으로부터의 광을 조작한다. 일부 실시예에서, 아날로그 DMD 제어가 제공되며, 여기서 아날로그 제어는 신호를 DMD(515)에 보내기 전에 디지털 컨트롤러(589)로부터의 디지털 신호를 변환한다.
일부 실시예에서, DMD(515)는 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display) 스크린으로 대체된다. DMD를 사용하는 실시예와 유사하게, LCD는 제작 중인 3D 객체의 2차원 단면을 투영하도록 컨트롤러(589)에 의해 조작된다.
일부 실시예에서, 광 프로젝터(510)는, 광원(512)으로부터의 광을 디지털 마이크로미러 디바이스 또는 액정 디스플레이(515) 상에 시준하기 위해 하나 이상의 광학 렌즈로 구성된 시준 광학 시스템(513)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 광 프로젝터(510)는 디지털 마이크로미러 디바이스 또는 LCD(515)에 의해 방출된 광 패턴을 입사 평면(577)에 포커싱하기 위해 하나 이상의 광학 렌즈로 구성된 초점 광학 시스템(517)을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 입사 평면(577)은 유체 저장소(531) 내에 제공되며, 그리하여 제작 중인 객체의 2차원 단면을 나타내는 광 패턴은 유체 저장소 내에서 제공된 중합되지 않은 재료(571)에 입사한다. 패터닝된 광에 노출되면, 광중합성 재료는 가교 및 고체화를 시작하여 제작 중인 3D 객체의 층을 형성한다. 일부 실시예에서, 투영된 광 패턴의 노출 후에, MCU(586)는 프린터 프레임(520) 및 스테이지(525)가 내려가도록 스텝퍼 모터(522)에 신호를 출력한다. 그러면, 제작 중인 3D 객체의 이전에 중합된 층은 광중합성 재료 내에 더 침지되고, 다음 단면 패턴이 입사 평면(577)으로 방출된다. 이 프로세스는 제작 중인 3D 객체의 적어도 제1 부분이 형성될 때까지 반복된다. 일부 실시예에서, 스텝퍼 모터(522)는 디지털 마이크로미러 디바이스 또는 LCD(515)가 적절한 2차원 단면의 광 패턴을 방출하도록 지속적으로 변경됨에 따라 스테이지(525)를 유체 저장소 내로 지속적으로 내린다. 이러한 실시예에서, 지속적인 중합은 3D 객체가 2차원 단면 사이에 거의 또는 전혀 분리 없이 높은 허용 오차로 생성될 수 있게 해준다.
일부 실시예에서, 본 발명은 단일 광 프로젝터로 가능한 것보다 더 큰 표면적을 갖는 입사 평면을 생성하도록 다수의 광 프로젝터를 조합한다. 일부 실시예에서, 제작 중인 3D 객체의 2차원 단면 패턴을 생성하는 데 4개의 광 프로젝터가 사용되며, 여기서 각각의 프로젝터는 패턴의 사분면을 포함한다. 일부 실시예에서, 단일 DMD 또는 LCD로 가능한 것보다 더 큰 표면적을 갖는 입사 평면을 생성하기 위해 다수의 디지털 마이크로미러 디바이스 또는 액정 디스플레이를 갖는 단일 광 프로젝터가 사용된다. 일부 실시예에서, 제작 중인 3D 객체의 2차원 단면 패턴을 생성하는 데 4개의 DMD 또는 LCD가 사용되며, 여기서 각각의 DMD 또는 LCD는 패턴의 사분면을 포함한다.
III. 스테레오리소그래피(stereolithography)
SLA(stereolithography)에서, 광원은 레이저의 초점과 일치하는 광활성 재료의 평면을 가로질러 래스터화되는 포커싱된 레이저의 형태이다. 레이저의 움직임 및 활성화를 제어하도록 컴퓨터를 사용하여, 미리 결정된 2차원 패턴이 광활성 용액으로부터 스테이지 상에 선택적으로 중합될 수 있다. 중합 평면에 직교하는 축을 따라 스테이지의 점진적인 움직임을 조정함으로써, 다수의 2차원 층의 순차적 중합을 통해 전체 3차원 객체가 제작될 수 있다.
일부 실시예에서, 셋업은 도 5에 도시된 도면과 유사하지만, 광원(512)은 레이저 광원이고, DMD 또는 LCD는 저장소(531)에서 제공된 광중합성 재료를 중합시키기 위해 입사 평면을 가로질러 레이저를 반사시키는 데 사용되는 하나 이상의 스캐닝 미러 또는 검류계로 대체된다.
도 6은 적층 제작 시스템에서 광 프로젝터로서 이용될 수 있는 스테레오리소그래피 장치(SLA)의 예시적인 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 시스템은 컴퓨팅 디바이스(680)를 포함한다. CAD 모델(681)이 컴퓨팅 디바이스에 로딩될 수 있다. CAD 모델(681)은 내부 데이터 저장 시스템 또는 외부 데이터 저장 시스템을 포함할 수 있는 컴퓨팅 디바이스의 메모리에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 설치된 3D 프린팅 소프트웨어(682)를 포함할 수 있다. 3D 프린팅 소프트웨어는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 3D 프린팅 소프트웨어는 제작될 로딩된 3D 객체를 분석하고 프린팅 시퀀스를 위해 3D 객체의 단면을 초기화한다. 일부 실시예에서, 각각의 단면이 형성되는 두께 및/또는 포인트는 사용자에 의해 설정되는 원하는 공차에 따라 달라진다.
일부 실시예에서, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)(686)은 컴퓨팅 디바이스의 외부 컴포넌트에 대한 인터페이스로서 제공된다. 일부 실시예에서, 사용자는 컴퓨팅 디바이스(680)와 상호작용하고 MCU(686)를 통해 컴퓨팅 디바이스에 연결하는 사용자 인터페이스(684)를 통해 모델을 조작한다. 일부 실시예에서, 3D 프린팅 소프트웨어는 사용자가 스테이지(626)에 대해 제작될 객체의 배향을 선택할 수 있게 한다. MCU(686)는 또한, 유체 저장소(631)에 대해 스테이지(626)를 올리거나 내리도록 프린터 프레임(620)을 작동시키는 스텝퍼 모터(622)에 연결할 수 있다.
일부 실시예에서, MCU(686)는 컴퓨팅 디바이스를 스테레오리소그래피 장치(SLA)의 컨트롤러(689)에 연결한다. 일부 실시예에서, SLA 컨트롤러(689)는 스캐닝 미러(SM; scanning mirror)를 위치시키도록 포지셔닝 데이터 및 클로킹 펄스를 하나 이상의 스캐닝 미러(SM) 또는 검류계(616)에 보내며, 제작 중인 3D 객체에 대한 2차원 단면의 패턴을 래스터화하도록 광원(612)으로부터의 광을 조작한다. 일부 실시예에서, 아날로그 SM 제어가 제공되며, 여기서 아날로그 제어는 신호를 SM(616)에 보내기 전에 디지털 컨트롤러(689)로부터의 디지털 신호를 변환한다.
일부 실시예에서, 광 프로젝터(610)는 광원(612)으로부터의 광을 SM(616) 상으로 더 시준하기 위해 하나 이상의 광학 렌즈로 구성된 시준 광학 시스템을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 광 프로젝터(610)는 방출된 레이저 빔을 입사 평면(677)에 포커싱하기 위해 하나 이상의 광학 렌즈로 구성된 초점 광학 시스템을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 입사 평면(677)은 유체 저장소(631) 내에 제공되며, 그리하여 제작 중인 객체의 2차원 단면을 나타내는 광 패턴은 유체 저장소 내에서 제공되는 중합되지 않은 재료(671)에 입사한다. 레이저 빔에 노출되면, 빔이 입사 평면을 가로질러 래스터화됨에 따라, 광중합성 재료는 가교 및 고체화를 시작하여 제작 중인 3D 객체의 층을 형성한다. 일부 실시예에서, 단면 층의 완료 후에, MCU(686)는 프린터 프레임(620) 및 스테이지(626)가 내려가도록 스텝퍼 모터(622)에 신호를 출력한다. 그러면, 제작 중인 3D 객체의 이전에 중합된 층은 광중합성 재료 내에 더 침지되고, 다음 단면 패턴이 입사 평면(577) 상에 래스터화된다. 이 프로세스는 제작 중인 3D 객체의 적어도 제1 부분이 형성될 때까지 반복된다. 일부 실시예에서, 스테이지는 각각의 단면 층이 형성된 후에 점진적으로 낮아진다.
IV. 관류성(Perfusable) 스테이지
관류성 스테이지 상에 객체를 제작함으로써 얻어지는 것이 많이 있는데, 이는 주어진 제작 시퀀스가 완료된 후에 주사기(syringe) 팁이 삽입될 올바른 위치에서 적절한 형상이고 위로부터 아래로 이어지는 구멍이 있는 기존 스테이지로서 구현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 관류성 스테이지는 제작 직후에 호환 가능한 관류 장치로 이송될 것이다. 제작될 객체 및 관류성 내강을 포함하는 내부를 설계하고 관류성 스테이지와 정렬하여 그 객체를 생성함으로써, 객체 내의 중합되지 않은 재료는 제작 후에 제거되거나 교체될 수 있다.
제거가능 스테이지(125, 225)에는 하나 이상의 관통 구멍(127, 227)이 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 제작된 3D 객체는 하나 이상의 내강, 관류 또는 통로가 제거가능 스테이지 상에 제공된 하나 이상의 관통 구멍(127, 227)과 정렬되도록 배향된다. 이러한 실시예에서, 제작된 3D 객체(280)는 도 2에 도시된 바와 같이 스테이지(225)가 여전히 부착된 상태에서 관류 장치(250)로 이송된다. 일부 실시예에서, 스테이지는 그에 부착되어 있는 제작된 3D 객체의 더 나은 핸들링을 위한 구조를 제공하였다. 일부 실시예에서, 제작된 3D 객체는 연성 또는 가요성 재료로 구성될 수 있고, 스테이지의 더 단단한 조성은 제작된 3D 객체의 더 나은 핸들링을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 스테이지(225)에 의해 제공되는 강성은 스테이지의 애퍼처(aperture)(227)를 통해 3D 제작된 객체(280)의 내강 안으로 주사기(254)의 더 쉬운 통과를 허용한다. 반면에, 객체(280)의 내강과 정렬된 애퍼처(227)를 갖는 더 융기된 스테이지(225)에의 부착 없이 연성 및/또는 가요성 3D 제작된 객체의 내강 안으로 주사기(254)를 제공하는 것은 어려울 수 있다.
일부 실시예에서, 관통 구멍(127, 227)은 중합되지 않은 재료가 스테이지를 통과하기 위한 통로를 제공한다. 이러한 실시예에서, 애퍼처는, 어떠한 구멍이나 관류도 스테이지에 제공되지 않는 경우보다 더 빠르게, 광중합성 재료가 제작 중인 3D 객체의 이전에 형성된 층 위에 채워질 수 있게 해준다. 이는 고점도의 광중합성 재료의 경우 특히 그러하다.
일부 실시예에서, 스테이지에 제공된 하나 이상의 관류성 관통 구멍은 약 1 밀리미터(mm)의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 스테이지에 제공된 하나 이상의 관류성 관통 구멍은 약 0.05 mm 내지 약 10 mm의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 스테이지에 제공된 하나 이상의 관류성 관통 구멍은 약 0.05 mm 내지 약 0.1 mm, 약 0.05 mm 내지 약 0.5 mm, 약 0.05 mm 내지 약 1 mm, 약 0.05 mm 내지 약 2 mm, 약 0.05 mm 내지 약 3 mm, 약 0.05 mm 내지 약 5 mm, 약 0.05 mm 내지 약 10 mm, 약 0.1 mm 내지 약 0.5 mm, 약 0.1 mm 내지 약 1 mm, 약 0.1 mm 내지 약 2 mm, 약 0.1 mm 내지 약 3 mm, 약 0.1 mm 내지 약 5 mm, 약 0.1 mm 내지 약 10 mm, 약 0.5 mm 내지 약 1 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 약 0.5 mm 내지 약 3 mm, 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 10 mm, 약 1 mm 내지 약 2 mm, 약 1 mm 내지 약 3 mm, 약 1 mm 내지 약 5 mm, 약 1 mm 내지 약 10 mm, 약 2 mm 내지 약 3 mm, 약 2 mm 내지 약 5 mm, 약 2 mm 내지 약 10 mm, 약 3 mm 내지 약 5 mm, 약 3 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 5 mm 내지 약 10 mm의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 스테이지에 제공된 하나 이상의 관류성 관통 구멍은 약 0.05 mm, 약 0.1 mm, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 5 mm, 또는 약 10 mm의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 스테이지에 제공된 하나 이상의 관류성 관통 구멍은 적어도 약 0.05 mm, 약 0.1 mm, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 또는 약 5 mm의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 스테이지에 제공된 하나 이상의 관류성 관통 구멍은 최대 약 0.1 mm, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 5 mm, 또는 약 10 mm의 직경을 갖는다.
일부 실시예에서, 스테이지는 약 1개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서, 스테이지는 약 1개의 관통 구멍 내지 약 2개의 관통 구멍, 약 1개의 관통 구멍 내지 약 3개의 관통 구멍, 약 1개의 관통 구멍 내지 약 5개의 관통 구멍, 약 1개의 관통 구멍 내지 약 7개의 관통 구멍, 약 1개의 관통 구멍 내지 약 10개의 관통 구멍, 약 1개의 관통 구멍 내지 약 15개의 관통 구멍, 약 1개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍 내지 약 3개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍 내지 약 5개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍 내지 약 7개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍 내지 약 10개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍 내지 약 15개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍 내지 약 5개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍 내지 약 7개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍 내지 약 10개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍 내지 약 15개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍 내지 약 7개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍 내지 약 10개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍 내지 약 15개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍, 약 7개의 관통 구멍 내지 약 10개의 관통 구멍, 약 7개의 관통 구멍 내지 약 15개의 관통 구멍, 약 7개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍, 약 10개의 관통 구멍 내지 약 15개의 관통 구멍, 약 10개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍, 또는 약 15개의 관통 구멍 내지 약 20개의 관통 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서, 스테이지는 약 1개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍, 약 7개의 관통 구멍, 약 10개의 관통 구멍, 약 15개의 관통 구멍, 또는 약 20개의 관통 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서, 스테이지는 적어도 약 1개의 관통 구멍, 약 2개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍, 약 7개의 관통 구멍, 약 10개의 관통 구멍, 또는 약 15개의 관통 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서, 스테이지는 최대 약 2개의 관통 구멍, 약 3개의 관통 구멍, 약 5개의 관통 구멍, 약 7개의 관통 구멍, 약 10개의 관통 구멍, 약 15개의 관통 구멍, 또는 약 20개의 관통 구멍을 포함한다. 관통 구멍은 모두 균일한 크기일 수 있거나 크기가 상이할 수 있다.
V. 관류 장치
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같은 관류 장치(250)가 제작 시스템의 일부로서 제공된다. 일부 실시예에서, 관류 장치(250)에는 펌프(251)가 제공된다. 펌프(251)는 용액을 보유하기 위한 하나 이상의 저장소를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 관류 장치는 3D 제작된 객체(280)의 내강 또는 통로로부터 중합되지 않은 물질을 제거하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 관류 장치는 용액을 3D 제작된 객체(280)의 내강 또는 통로 안으로 도입하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 관류 장치에는 제작된 객체(280)에 용액을 도입하기 위한 입구 도관(253)이 제공된다. 일부 실시예에서, 입구 도관(253)의 말단부에는 제작된 객체(280)의 내강 또는 통로로의 삽입을 용이하게 하기 위해 입구 주사기(254)가 제공된다. 일부 실시예에서, 입구 주사기는 제작된 객체(280)의 내강 또는 통로의 애퍼처에 들어가기 전에 스테이지(225)에 제공된 애퍼처를 통과한다.
일부 실시예에서, 관류 장치에는 제작된 객체(280)로부터 용액 또는 중합되지 않은 재료를 제거하기 위한 출구 도관(257)이 제공된다. 일부 실시예에서, 출구 도관(257)의 말단부에는 제작된 객체(280)의 내강 또는 통로로의 삽입을 용이하게 하기 위해 출구 주사기(256)가 제공된다. 일부 실시예에서, 출구 주사기는 제작된 객체(280)의 내강 또는 통로의 애퍼처에 들어가기 전에 스테이지(225)에 제공된 애퍼처를 통과한다.
일부 실시예에서, 관류 장치(250)에는 하나 이상의 용액을 보유하기 위한 관류 트레이(259)가 더 제공된다. 일부 실시예에서, 트레이(259)는 중합되지 않은 수지의 제거를 용이하게 하는 용액으로 채워진다. 일부 실시예에서, 트레이는 작업 공간의 오염을 방지하기 위해 제작된 객체 안으로 펌핑되는 용액을 보유하기 위해 제공된다. 일부 실시예에서, 제작된 객체(280)가 생체모방 임플란트인 경우, 트레이는 살균하거나 이를 필요로 하는 생명체에 삽입하기 위해 임플란트를 달리 준비하기 위해 임플란트를 코팅하기 위한 용액으로 채워진다.
일부 실시예에서, 제작 후에, 내강 또는 통로를 갖는 3D 제작된 객체는 관류 장치(250)를 사용하여 줄기 세포, 혈액, 합성 혈액, 세포 배지, 세포, 입자, 또는 다른 바람직한 용액으로 균일하게 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 제작 후에, 채널은 신경 줄기 세포로 균일하게 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 채널에서의 줄기 세포 유래 세포(stem cell-derived cell)는 Hu 또는 NeuN과 같은, 하지만 이에 한정되는 것은 아닌, 뉴런 마커(neuronal marker)를 발현할 수 있다. 다른 실시예에서, 채널에서의 줄기 세포 유래 세포는, Olig2와 같은, 하지만 이에 한정되는 것은 아닌, 희소돌기아교세포(oligodendrocyte) 마커, 또는 GFAP와 같은, 하지만 이에 한정되는 것은 아닌, 성상세포(astrocyte) 마커를 발현할 수 있다. 일부 실시예에서, 세포는 상기 중 둘 이상을 발현할 수 있다.
일부 실시예에서, 3D 제작된 객체의 내벽은 관류 장치를 사용하여 줄기 세포, 혈액, 합성 혈액, 세포 배지, 세포, 입자, 또는 다른 바람직한 용액으로 코팅된다. 일부 실시예에서, 3D 제작된 객체의 외벽은 관류 장치를 사용하여 줄기 세포, 혈액, 합성 혈액, 세포 배지, 세포, 입자, 또는 다른 바람직한 용액으로 코팅된다.
VI. 프린트 시퀀스
도 3을 참조하면, 예시적인 프린트 시퀀스가 흐름도에 의해 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 단계 306에서, 3D 객체 디자인이 제작 시스템의 대응하는 소프트웨어에 로딩됨에 따라 프린트 시퀀스가 개시된다. 일부 실시예에서, 그 다음 단계 310에서 3D 객체는 스테이지 또는 빌드 플레이트에 대해 배향된다. 배향은 제조 프로세스의 용이성을 위해, 예컨대 과도한 재료를 제거하거나 또는 스테이지에 대해 구축될 3D 객체의 표면을 선택함으로써 안정적인 기반을 제공하기 위해, 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 그 다음 단계 316에서 소프트웨어는 3D를 다수의 2차원 단면 또는 슬라이스로 나눈다. 일부 실시예에서, 단면은 스테이지 또는 빌드 플레이트에 평행한 평면으로 배향된다.
일부 실시예에서, 단계 320에서, 유체 저장소 또는 프린트 저장소는 선택된 광중합체 재료로 채워진다. 단계 325에서, 이어서 스테이지 또는 빌드 플레이트가 광중합체 재료 안으로 완전히 또는 부분적으로 침지될 수 있고, 단계 330에서 프린트 시퀀스가 개시될 수 있다. 일부 실시예에서, 프린트 시퀀스는 소프트웨어 인터페이스를 통해 사용자에 의해 개시된다. 일부 실시예에서, 다른 프린트 시퀀스의 개시 시, 단계 335에서, 스테이지는 중합될 제1 단면 층의 두께와 대략 동일한 거리 유체 저장소 안으로 낮아진다.
일부 실시예에서, 단계 340에서, 그 다음, 광원 및 공간 광 변조기가 3D 객체의 제1 층의 2차원 단면 이미지를 투영하도록 활성화된다. 단계 340에서, 광원에 의해 투영된 이미지에 노출된 광중합체는 가교되고 스테이지 상에 고체화될 수 있다. 일부 실시예에서, 3D 객체의 제1 층이 스테이지 상에 생성된 후에, 단계 350에서 스테이지는 유체 저장소에 유지되는 광중합체 재료 안으로 더 낮아지고, 더 많은 광중합체 재료가 제1 층의 상단에 흐를 수 있게 한다. 단계 355에서, 공간 변조기는 3D 객체의 다음 단면 이미지를 생성한다. 그 다음, 단계 360에서 노출된 광중합체는 가교되고 이전 층 상에 고체화된다. 일부 실시예에서, 단계 355에서, 스테이지는 광중합체 재료가 이전에 생성된 층의 상단에 흐를 수 있게 하기 위해 유체 저장소 안으로 다시 낮아진다. 일부 실시예에서, 단계 355 내지 365는 3D 객체가 생성될 때까지 반복된다.
일부 실시예에서, 3D 객체의 초기 본체가 생성된 후에, 객체는 추가 프로세싱 단계로 계속될 수 있다. 일부 실시예에서, 광중합체 재료가 저장소로부터 펌핑되고, 제2 광중합체 재료가 도입되며, 저장소를 채운다. 새로운 광중합체 재료로부터 3D 객체의 후속 본체를 생성하도록 상기에 기재된 바와 같은 유사 단계들이 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 3D 객체의 후속 본체를 생성하기 위해 단계 320 내지 365가 이용된다.
일부 실시예에서, 3D 객체의 제1 본체가 생성된 후에, 3D 객체의 제1 본체는 제1 유체 저장소로부터 제거되고 제2 유체 저장소 안에 배치된다. 제2 유체 저장소는 상이한 광중합성 재료를 포함할 수 있다. 새로운 광중합체 재료로부터 3D 객체의 후속 본체를 생성하도록 상기에 기재된 바와 같은 유사 단계들이 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 3D 객체의 후속 본체를 생성하기 위해 단계 320 내지 365가 이용된다.
일부 실시예에서, 3D 객체의 제1 본체가 생성된 후에, 스테이지는 작동 시스템으로부터 제거된다. 그 다음, 3D 객체는 본원에 기재된 바와 같은 관류 시퀀스와 같은 추가 프로세싱 단계를 계속할 수 있다.
VII. 관류 시퀀스
도 4를 참조하면, 예시적인 관류 시퀀스가 흐름도에 의해 도시되어 있다. 관류 시퀀스는 단계 405에서 관류 저장소가 관류성 용액으로 채워짐에 따라 시작될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계 410에서, 제작된 3D 객체는 스테이지와 함께 프린터 프레임으로부터 제거된다. 일부 실시예에서, 스테이지는 프린터 프레임으로부터 제거가능하고 생성된 3D 객체는 스테이지에 부착된다. 일부 실시예에서, 스테이지에는 3D 인쇄된 객체의 애퍼처 또는 내강과 정렬되는 하나 이상의 관류가 제공된다. 일부 실시예에서, 3D 객체가 스테이지로부터 분리됨에 따라 3D 객체만이 프린터 프레임으로부터 제거된다.
단계 415에서, 스테이지 및 제작된 객체는 관류성 트레이 내에 배치될 수 있다. 단계 420에서, 관류 트레이는 관류 장치의 주사기 팁과 정렬된다. 일부 실시예에서, 주사기 팁은 이어서 관류 트레이 상에 제공된 애퍼처에 결합된다. 단계 425에서, 주사기 팁은 관류 트레이의 관통 구멍을 통해 그리고 스테이지의 구멍을 통해 제작된 객체의 구멍 또는 내강 안에 삽입되도록 배치될 수 있다. 주사기 팁이 3D 제작된 객체의 애퍼처와 결합된 후에, 단계 430에서 연동 펌프가 활성화될 수 있다. 연동 펌프는 관류 저장소에서의 관심있는 관류성 용액으로부터 유체를 제작된 객체를 통해 펌핑할 수 있다. 일부 실시예에서, 관류성 용액은 제작 객체의 내강을 통해 펌핑된다.
용액의 관류가 완료된 후에, 단계 435에서, 펌프가 비활성화될 수 있고 제작된 객체, 스테이지 및/또는 관류성 트레이로부터 주사기 팁이 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계 440에서, 제작된 객체가 스테이지로부터 제거되고, 단계 445에서 스테이지가 관류 트레이로부터 제거된다. 일부 실시예에서, 단계 460에서, 이어서 제작된 객체가 관류 트레이로부터 제거된다.
일부 실시예에서, 제작된 객체는 단일 프린트 시퀀스 동안 인쇄되는 다수의 3D 컴포넌트 또는 제품을 포함한다. 이러한 실시예에서, 스테이지가 제거된 후에, 단계 460에서, 제작된 객체가 관류 트레이로부터 제거될 수 있고, 다수의 컴포넌트 또는 제품이 분리되거나 분할될 수 있다.
VIII. 시스템 인클로저
일부 실시예에서, 전체 3D 미세가공 시스템은 살균 흄 후드 내에 수용된다. 일부 실시예에서, 살균 흄 후드의 컴포넌트가 미세가공 시스템의 본체 내에 직접 통합된다. 살균 흄 후드의 컴포넌트는, HEPA 필터(또는 기타 최첨단 공기 여과 기술), 자외선 광원, 및 미세가공 시스템의 볼륨을 통해 살균 여과된 공기를 안내하며 살균 여과된 공기를 미세가공 시스템 밖으로 배출하는 일련의 팬 및 물리적 기하형상을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따라 3D 미세가공 시스템(700)은 살균 환경을 제공하기 위해 공기 여과 시스템을 포함하는 인클로저 내에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 환경으로부터 인클로저 내로 공기를 끌어들이기 위한 흡입 팬(740)을 포함한다. 일부 실시예에서, 고효율 미립자 공기(HEPA; high-efficiency particulate air) 필터(742)가 흡입 팬(740)과 일렬로 배치되어 주변 환경에서의 공기로부터 미립자 및 기타 오염물을 여과한다. 일부 실시예에서, 흡입 팬에 의해 제공되는 기류로부터 병원성 미생물을 제거하기 위해 흡입 팬(740)에 인접하게 자외선(UV) 광원(744)이 제공된다.
일부 실시예에서, 인클로저는 공기 덕트(745)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 공기 덕트는 여과된 공기를 공기 여과 시스템으로부터 미세가공 시스템의 프로젝터(710), 가동 스테이지(725) 및 저장소(731)를 수용하는 인클로저의 구획으로 지향시킨다. 일부 실시예에서, 여과된 공기는 그 다음 저장소 시스템(735)의 바닥을 향해 제공된 통풍구를 통해 저장소(731)를 통과한다. 일부 실시예에서, 인클로저는 인클로저로부터 공기를 끌어내기 위한 배기 팬(748)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 광중합 프로세스로부터의 연무를 제거하거나 중화하기 위해 배기 팬과 일렬로 추가 필터가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 인클로저는 공기를 시스템으로부터 배출되도록 하는 단방향 통풍구(749)를 포함한다.
일부 실시예에서, 인클로저는 형성된 제품이 인클로저 내로부터 회수될 수 있도록 하는 해치 또는 액세스 도어(746)를 포함한다. 일부 실시예에서, 시스템의 전자기기 및/또는 컴퓨터 하드웨어 컴포넌트를 수용하기 위해 격리된 구획(750)이 제공된다.
일부 실시예에서, 저장소 시스템(735)은 저장소(731)와 유체 연통하여 연결된 하나 이상의 펌프를 수용하는 인클로저를 포함한다. 일부 실시예에서, 펌프는 광중합체 저장소(731) 내로 펌핑될 광중합체를 함유하는 유체 저장소에 유체 결합된다(fluidly coupled). 일부 실시예에서, 본원에 개시된 바와 같이, 저장소 시스템(735)은 복수의 제품이 보다 효율적으로 생산될 수 있도록 저장소(731)를 이동시키게끔 구성된다.
일부 실시예에서, 본원에 개시된 바와 같이 저장소 시스템(735)은 관류 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 관류 프로세스가 살균 환경에서 일어나도록, 시스템 인클로저 내에, 저장소 시스템 인클로저 외부에 관류 장치가 제공된다. 일부 실시예에서, 관류 장치는 프린팅 시스템을 포함하는 인클로저와는 별개의 인클로저 내에 제공된다.
공기 여과 시스템은 미세가공 시스템의 외부에서 공기를 끌어오며 이를 크기에 기초하여 입자, 세균 또는 기타 오염물이 필터를 통과하지 못할 정도로 살균하기 위한 것이다. 자외선 광원은 필터를 바람직하지 않게 통과하였을 수도 있는 임의의 오염물을 파괴하거나 불활성화하게 할 충분한 에너지 및 강도로 미세가공 시스템의 볼륨에 들어오는 광을 조명하기 위한 것이다. 미세가공 시스템 내부의 일련의 팬 및 물리적 기하형상은 임의의 여과되지 않은 공기가 미세가공 프로세스의 챔버로 들어가는 것을 막는 의도된 경로로 미세가공 시스템의 볼륨을 통해 공기를 지향시키고자 하는 것이며, 따라서 생성된 객체의 무균성이 손상되지 않음을 보장한다. 이 일련의 팬 및 기하형상은 원하는 위치에서 미세가공 시스템 밖으로 공기를 배출한다.
일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 대략 분당 300 입방피트(CFM; cubic feet per minute)의 기류를 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 약 50 CFM 내지 약 500 CFM의 기류를 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 약 50 CFM 내지 약 100 CFM, 약 50 CFM 내지 약 150 CFM, 약 50 CFM 내지 약 200 CFM, 약 50 CFM 내지 약 250 CFM, 약 50 CFM 내지 약 300 CFM, 약 50 CFM 내지 약 350 CFM, 약 50 CFM 내지 약 400 CFM, 약 50 CFM 내지 약 450 CFM, 약 50 CFM 내지 약 500 CFM, 약 100 CFM 내지 약 150 CFM, 약 100 CFM 내지 약 200 CFM, 약 100 CFM 내지 약 250 CFM, 약 100 CFM 내지 약 300 CFM, 약 100 CFM 내지 약 350 CFM, 약 100 CFM 내지 약 400 CFM, 약 100 CFM 내지 약 450 CFM, 약 100 CFM 내지 약 500 CFM, 약 150 CFM 내지 약 200 CFM, 약 150 CFM 내지 약 250 CFM, 약 150 CFM 내지 약 300 CFM, 약 150 CFM 내지 약 350 CFM, 약 150 CFM 내지 약 400 CFM, 약 150 CFM 내지 약 450 CFM, 약 150 CFM 내지 약 500 CFM, 약 200 CFM 내지 약 250 CFM, 약 200 CFM 내지 약 300 CFM, 약 200 CFM 내지 약 350 CFM, 약 200 CFM 내지 약 400 CFM, 약 200 CFM 내지 약 450 CFM, 약 200 CFM 내지 약 500 CFM, 약 250 CFM 내지 약 300 CFM, 약 250 CFM 내지 약 350 CFM, 약 250 CFM 내지 약 400 CFM, 약 250 CFM 내지 약 450 CFM, 약 250 CFM 내지 약 500 CFM, 약 300 CFM 내지 약 350 CFM, 약 300 CFM 내지 약 400 CFM, 약 300 CFM 내지 약 450 CFM, 약 300 CFM 내지 약 500 CFM, 약 350 CFM 내지 약 400 CFM, 약 350 CFM 내지 약 450 CFM, 약 350 CFM 내지 약 500 CFM, 약 400 CFM 내지 약 450 CFM, 약 400 CFM 내지 약 500 CFM, 또는 약 450 CFM 내지 약 500 CFM의 기류를 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 약 50 CFM, 약 100 CFM, 약 150 CFM, 약 200 CFM, 약 250 CFM, 약 300 CFM, 약 350 CFM, 약 400 CFM, 약 450 CFM, 또는 약 500 CFM의 기류를 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 적어도 약 50 CFM, 약 100 CFM, 약 150 CFM, 약 200 CFM, 약 250 CFM, 약 300 CFM, 약 350 CFM, 약 400 CFM, 또는 약 450 CFM의 기류를 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 최대 약 100 CFM, 약 150 CFM, 약 200 CFM, 약 250 CFM, 약 300 CFM, 약 350 CFM, 약 400 CFM, 약 450 CFM, 또는 약 500 CFM의 기류를 제공한다.
일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 ISO 청정실 분류 지침을 충족하는 청정 환경을 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 1 ISO 내지 9 ISO의 청정실 등급을 갖는 환경을 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 1 ISO 내지 2 ISO, 1 ISO 내지 3 ISO, 1 ISO 내지 4 ISO, 1 ISO 내지 5 ISO, 1 ISO 내지 6 ISO, 1 ISO 내지 7 ISO, 1 ISO 내지 8 ISO, 1 ISO 내지 9 ISO, 2 ISO 내지 3 ISO, 2 ISO 내지 4 ISO, 2 ISO 내지 5 ISO, 2 ISO 내지 6 ISO, 2 ISO 내지 7 ISO, 2 ISO 내지 8 ISO, 2 ISO 내지 9 ISO, 3 ISO 내지 4 ISO, 3 ISO 내지 5 ISO, 3 ISO 내지 6 ISO, 3 ISO 내지 7 ISO, 3 ISO 내지 8 ISO, 3 ISO 내지 9 ISO, 4 ISO 내지 5 ISO, 4 ISO 내지 6 ISO, 4 ISO 내지 7 ISO, 4 ISO 내지 8 ISO, 4 ISO 내지 9 ISO, 5 ISO 내지 6 ISO, 5 ISO 내지 7 ISO, 5 ISO 내지 8 ISO, 5 ISO 내지 9 ISO, 6 ISO 내지 7 ISO, 6 ISO 내지 8 ISO, 6 ISO 내지 9 ISO, 7 ISO 내지 8 ISO, 7 ISO 내지 9 ISO, 또는 8 ISO 내지 9 ISO의 청정실 등급을 갖는 환경을 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 1 ISO, 2 ISO, 3 ISO, 4 ISO, 5 ISO, 6 ISO, 7 ISO, 8 ISO, 또는 9 ISO의 청정실 등급을 갖는 환경을 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 적어도 1 ISO, 2 ISO, 3 ISO, 4 ISO, 5 ISO, 6 ISO, 7 ISO, 또는 8 ISO의 청정실 등급을 갖는 환경을 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 여과 시스템은 최대 2 ISO, 3 ISO, 4 ISO, 5 ISO, 6 ISO, 7 ISO, 8 ISO 또는 9 ISO의 청정실 등급을 갖는 환경을 제공한다.
IX. 정의
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 기술 용어, 표기 및 기타 기술적 및 과학적 용어 또는 용어학은 청구된 내용이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖도록 의도된다. 일부 경우에, 일반적으로 이해되는 의미를 갖는 용어가 명확성 및/또는 용이한 참조를 위해 여기에서 정의되며, 여기에 이러한 정의를 포함하는 것이 반드시 당업계에서 일반적으로 이해되는 것과 실질적인 차이를 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 출원 전반에 걸쳐, 다양한 실시예는 범위 형식으로 제시될 수 있다. 범위 형식의 기재는 단지 편의 및 간결함을 위한 것이며 본 개시의 범위에 대한 융통성 없는 한정으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 범위의 기재는 가능한 모든 하위 범위 뿐만 아니라 해당 범위 내의 개별 수치도 전부 구체적으로 개시한 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 6과 같은 범위의 기재는, 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 6, 2 내지 4, 2 내지 6, 3 내지 6 등과 같은 하위 범위 뿐만 아니라, 해당 범위 내의 개별 숫자, 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5 및 6을 구체적으로 개시한 것으로 간주되어야 한다. 이는 범위의 폭에 관계없이 적용된다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, 단수 형태 "a(한)", "an(한)" 및 "the(그)"는, 문맥 상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수의 참조를 포함한다. 예를 들어, 용어 "샘플"은 이들의 혼합물을 포함하는 복수의 샘플을 포함한다.
본원에서 사용될 때에, 숫자에 대한 용어 "약"은 그 숫자의 플러스 또는 마이너스 10%를 지칭한다. 범위에 대한 용어 "약"은 그 범위에서 최저 값의 마이너스 10%와 그의 최대 값의 플러스 10%를 망라하는 범위를 지칭한다.
본원에서 사용된 섹션 제목은 단지 구조적 목적을 위한 것이며, 기재된 내용을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 본원에 도시되고 기재되었지만, 이러한 실시예는 단지 예로서 제공된 것임이 당업자에게 명백할 것이다. 수많은 변형, 변경 및 대체가 본 발명을 벗어나지 않고서 당업자에게 이제 떠오를 것이다. 본원에 기재된 본 발명의 실시예에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시하는데 채용될 수 있음을 이해하여야 한다. 다음 청구범위는 본 발명의 범위를 정의하고 이 청구범위 및 그 등가물의 범위 내의 방법 및 구조가 이에 의해 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (74)

  1. 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템(additive manufacturing system)에 있어서,
    광중합성 재료를 포함하기 위한 유체 저장소;
    상기 유체 저장소 내에 침지가능한(submersible) 스테이지;
    상기 광중합성 재료를 광중합시키기 위한 적어도 하나의 광원;
    상기 적어도 하나의 광원의 광학 경로를 따라 배치된 하나 이상의 공간 광 변조기 - 복수의 공간 광 변조기는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 광을 변조시킴으로써 상기 3차원 객체의 연속적인(a sequence of) 2차원 단면을 투영하기 위한 것임 - ; 및
    상기 3차원 객체를 형성하기 위해 상기 연속적인 2차원 단면의 투영 및 상기 스테이지의 움직임을 조정하기 위한 프로그래머블 컨트롤러
    를 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차원 단면을 광학 평면에 포커싱하기 위한 복수의 광학기기(optic)를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 공간 광 변조기는 하나 이상의 디지털 마이크로 미러 디바이스를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 공간 광 변조기는 하나 이상의 액정 디바이스를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 발광 다이오드를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스테이지는 지속적으로(continuously) 이동되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 레이저를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 레이저는 상기 레이저의 초점면과 일치하는 상기 광중합성 재료의 평면을 가로질러 래스터화되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 스테이지는 점진적으로(incrementally) 이동되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원과 함께 다수의 공간 광 변조기가 사용되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 시스템은 4개의 공간 광 변조기를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 4개의 공간 광 변조기는 각각의 공간 광 변조기가 상기 2차원 단면의 사분면을 포함하도록 구성되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 3차원 객체의 바닥 부분을 지지하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 공간 광 변조기는 상기 스테이지 위의 광학 평면에 상기 3차원 객체의 상기 2차원 단면을 투영하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  15. 청구항 2 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 객체의 투영된 2차원 단면이 상기 객체의 이전에 형성된 층에 인접한 광중합성 재료 상에 입사하도록 상기 스테이지는 상기 광학 평면으로부터 멀어지게 이동되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 광원으로부터 멀어지게 그리고 상기 유체 저장소의 바닥을 향해 이동하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 스테이지는 지속적인 움직임으로 이동하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 스테이지는 점진적으로 이동되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 3차원 객체의 형성 동안 상기 광원은 간헐적으로 활성화되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  20. 청구항 1에 있어서,
    적어도 상기 유체 저장소 및 상기 스테이지를 수용하기 위한 인클로저를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 인클로저는 공기 여과 시스템을 포함하고, 상기 인클로저 및 상기 공기 여과 시스템은 상기 3차원 객체의 형성에 대하여 살균(sterile) 환경을 제공하도록 구성되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지는 관류성(perfusable) 기판을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 관류성 기판은 제거가능한(removable) 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  24. 청구항 22 또는 청구항 23에 있어서,
    상기 관류성 기판은 하나 이상의 관통 구멍(through hole)을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 하나 이상의 관통 구멍은 상기 3차원 객체의 내부에 제공된 하나 이상의 관류성 내강(perfusable lumen)과 정렬하도록 구성되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서,
    관류 장치를 더 포함하고, 상기 관류 장치는 상기 관류성 기판을 통해 상기 3차원 객체의 상기 관류성 내강 내로 상기 광중합성 재료를 펌핑하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 관류 장치는 펌프를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 펌프는 연동 펌프인 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 관류 장치는 주사기(syringe)를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 주사기는 공압으로(pneumatically) 동작되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 주사기의 공압 동작은 디지털로 작동되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 프로그래머블 컨트롤러에 의해 디지털 작동이 수행되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  33. 청구항 1에 있어서,
    펌프 시스템을 더 포함하고, 상기 펌프 시스템은 상기 광중합성 재료로 상기 유체 저장소를 채우도록 구성되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  34. 청구항 36에 있어서,
    상기 펌프 시스템은 또한, 상기 유체 저장소로부터 중합되지 않은 재료를 제거하도록 구성되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  35. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 저장소는 복수의 하위 저장소를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 하위 저장소의 각각은 상이한 광중합체 재료를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  37. 청구항 35 또는 청구항 36에 있어서,
    상기 하위 저장소의 각각은 펌프 시스템에 결합되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  38. 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 광중합성 재료 및 제2 광중합성 재료 중 적어도 하나는 상기 광원에 의해 조명될 때 광중합을 트리거하는 광개시제를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  39. 청구항 38에 있어서,
    제1 광중합성 재료 및 제2 광중합성 재료 중 적어도 하나는 퀀칭(quenching) 구성성분을 포함하고, 상기 퀀칭 구성성분은 직접 조명되도록 의도되지 않은 영역에서의 의도하지 않은 경화 또는 과경화(over-curing)를 막도록 상기 광원으로부터의 신호를 감소시키는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  40. 청구항 39에 있어서,
    상기 퀀칭 구성성분은 상기 광개시제에 의해 생성된 자유 라디칼에 대해 작용하는 화학물질을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  41. 청구항 39에 있어서,
    상기 퀀칭 구성성분은 초점면에 입사하는 상기 광원의 강도를 감소시키도록 작용하는 염료를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  42. 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 광중합성 재료 및 제2 광중합성 재료 중 적어도 하나는 퀀칭 구성성분을 포함하고, 상기 퀀칭 구성성분은 직접 조명되도록 의도되지 않은 영역에서의 의도하지 않은 경화 또는 과경화를 막도록 상기 광원으로부터의 신호를 감소시키는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  43. 청구항 22에 있어서,
    관류 장치를 더 포함하고, 상기 관류 장치는 상기 3차원 객체를 통해 용액을 펌핑하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  44. 청구항 43에 있어서,
    상기 관류 장치는 또한, 상기 관류성 기판을 통해 상기 용액을 펌핑하도록 제공되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 용액은 광중합성 재료인 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  46. 청구항 44에 있어서,
    상기 용액은 생물학적 용액인 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  47. 청구항 46에 있어서,
    상기 생물학적 용액은 세포, 세포 배지, 입자, 혈액, 합성 혈액, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  48. 청구항 47에 있어서,
    상기 세포는 줄기 세포, 슈반(Schwann) 세포, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  49. 청구항 44 내지 청구항 48 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관류 장치는 연동 펌프를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  50. 청구항 44 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관류 장치는 주사기를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  51. 청구항 50에 있어서,
    상기 주사기는 공압으로 동작되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  52. 청구항 51에 있어서,
    상기 주사기의 공압 동작은 디지털로 작동되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  53. 청구항 52에 있어서,
    상기 프로그래머블 컨트롤러에 의해 디지털 작동이 수행되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  54. 청구항 1 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 광중합성 재료는 생물학적 광중합체 재료, 합성 광중합체 재료, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  55. 청구항 54에 있어서,
    상기 생물학적 광중합체 재료는 자연 발생 생물학적 재료, 합성 변형된 생물학적 재료, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  56. 청구항 55에 있어서,
    상기 합성 변형된 생물학적 광중합체 재료는 하나 이상의 아크릴기를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  57. 청구항 56에 있어서,
    상기 합성 변형된 생물학적 광중합체 재료는 메타크릴화된 젤라틴, 메타크릴화된 히알루론산, 메타크릴화된 알지네이트, 폴리에틸렌-글리콜 디아크릴레이트, 아크릴화된 카프로락톤, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  58. 청구항 55에 있어서,
    상기 합성 변형된 생물학적 광중합체 재료는 1 내지 4개의 아크릴기를 포함하는 폴리에틸렌-글리콜을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  59. 청구항 54에 있어서,
    상기 광중합성 재료는 세포 이동 및 증식을 지시하는 세포 부착 리간드 및 화학적 신호를 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  60. 청구항 59에 있어서,
    상기 세포 부착 리간드는 RGD 펩티드 서열을 포함할 수 있는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 적층 제조 시스템.
  61. 3차원 객체를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 초점면에 인접하게 광중합성 재료 내에 기판을 침지시키는 단계;
    (b) 상기 3차원 객체의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 제1 단면을 투영하는 단계;
    (c) 상기 초점면으로부터 멀어지게 상기 기판을 이동시키는 단계;
    (d) 상기 3차원 객체의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 광중합성 재료 상에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면을 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 상기 3차원 객체의 앞선 층에 결합됨 - ; 및
    (e) 상기 3차원 객체가 상기 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (c) 및 (d)를 반복하는 단계
    를 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  62. 3차원 객체를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 초점면에 인접하게 제1 광중합성 재료 내에 기판을 침지시키는 단계;
    (b) 상기 제1 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 제1 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계;
    (c) 상기 초점면으로부터 멀어지게 상기 기판을 이동시키는 단계;
    (d) 상기 제1 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 앞선 층에 결합됨 - ; 및
    (e) 상기 3차원 객체의 제1 본체가 상기 제1 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (c) 및 (d)를 반복하는 단계
    를 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  63. 청구항 62에 있어서,
    중합되지 않은 제1 광중합성 재료를 상기 제1 본체로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  64. 청구항 62 또는 청구항 63에 있어서,
    (f) 상기 제1 본체에 후속 광중합성 재료를 추가하는 단계;
    (g) 상기 후속 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 후속 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 광중합성 재료의 제1 층은 상기 기판 또는 상기 제1 본체에 결합됨 - ;
    (h) 상기 기판을 이동시키는 단계;
    (i) 상기 후속 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 후속 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 상기 제1 본체 또는 상기 후속 광중합성 재료의 앞선 층에 결합됨 - ; 및
    (j) 상기 3차원 객체의 후속 본체가 상기 후속 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (h) 및 (i)를 반복하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  65. 청구항 64에 있어서,
    상기 3차원 객체를 형성하도록 (f) 내지 (j)가 수행되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  66. 3차원 객체를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 초점면에 인접하게 제1 광중합성 재료 내에 기판을 침지시키는 단계;
    (b) 상기 제1 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 제1 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계;
    (c) 상기 초점면으로부터 멀어지게 상기 기판을 이동시키는 단계;
    (d) 상기 제1 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 제1 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 앞선 층에 결합됨 - ; 및
    (e) 상기 3차원 객체의 제1 본체가 상기 제1 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (c) 및 (d)를 반복하는 단계
    를 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  67. 청구항 66에 있어서,
    중합되지 않은 제1 광중합성 재료를 상기 제1 본체로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  68. 청구항 66에 있어서,
    상기 제1 본체의 내부 내에 관류성 내강을 제공하는 단계를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  69. 청구항 67에 있어서,
    중합되지 않은 광중합성 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  70. 청구항 67 또는 청구항 69에 있어서,
    상기 제1 본체에 생물학적 용액을 도입하는 단계를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  71. 청구항 70에 있어서,
    상기 생물학적 용액은 세포, 세포 배지, 입자, 혈액, 합성 혈액, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  72. 청구항 71에 있어서,
    상기 세포는 줄기 세포, 슈반(Schwann) 세포, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  73. 청구항 70 내지 청구항 72 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생물학적 용액은 상기 제1 본체의 내부 내의 내강으로 도입되는 것인, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
  74. 청구항 66 내지 청구항 68 중 어느 한 항에 있어서,
    (f) 상기 제1 본체에 제2 광중합성 재료를 추가하는 단계;
    (g) 상기 제2 광중합성 재료의 제1 층을 중합시키기 위해 상기 제2 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 제2 광중합성 재료의 제1 층은 상기 기판 또는 상기 제1 본체에 결합됨 - ;
    (h) 상기 기판을 이동시키는 단계;
    (i) 상기 제2 광중합성 재료의 후속 층을 중합시키기 위해 상기 제2 광중합성 재료에 입사하며 상기 초점면 상에 상기 3차원 객체의 후속 단면의 적어도 일부를 투영하는 단계 - 상기 후속 층은 상기 제1 본체 또는 상기 제2 광중합성 재료의 앞선 층에 결합됨 - ; 및
    (j) 상기 3차원 객체의 제2 본체가 상기 제2 광중합성 재료로부터 형성될 때까지 (h) 및 (i)를 반복하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 객체를 형성하기 위한 방법.
KR1020227037031A 2020-04-14 2021-04-13 디지털 포토리소그래피를 사용한 동적 미세가공 시스템 및 방법 KR20230004536A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063009927P 2020-04-14 2020-04-14
US63/009,927 2020-04-14
PCT/US2021/027085 WO2021211586A1 (en) 2020-04-14 2021-04-13 Dynamic microfabrication through digital photolithography system and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230004536A true KR20230004536A (ko) 2023-01-06

Family

ID=78085024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227037031A KR20230004536A (ko) 2020-04-14 2021-04-13 디지털 포토리소그래피를 사용한 동적 미세가공 시스템 및 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230111682A1 (ko)
EP (1) EP4135958A4 (ko)
JP (1) JP2023522338A (ko)
KR (1) KR20230004536A (ko)
CN (1) CN115916496A (ko)
AU (1) AU2021256461A1 (ko)
CA (1) CA3179941A1 (ko)
WO (1) WO2021211586A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL297701A (en) 2020-04-27 2022-12-01 Twist Bioscience Corp Variable libraries of nucleic acids for the coronavirus

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1064353B1 (en) * 1998-03-18 2002-11-06 Massachusetts Institute Of Technology Vascularized perfused microtissue/micro-organ arrays
US6391245B1 (en) * 1999-04-13 2002-05-21 Eom Technologies, L.L.C. Method for creating three-dimensional objects by cross-sectional lithography
US20050280185A1 (en) * 2004-04-02 2005-12-22 Z Corporation Methods and apparatus for 3D printing
US9120270B2 (en) * 2012-04-27 2015-09-01 University Of Southern California Digital mask-image-projection-based additive manufacturing that applies shearing force to detach each added layer
WO2013170311A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Zydex Pty Ltd Apparatus and method for making an object
WO2015142546A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Carbon3D, Inc. Method and apparatus for three-dimensional fabrication with gas injection through carrier
US10464307B2 (en) * 2014-05-20 2019-11-05 The Regents Of The University Of California Layerless bioprinting via dynamic optical projection and uses thereof
EP3018531B1 (de) * 2014-11-10 2020-07-29 Technische Universität Berlin Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen mehrzelligen Objektes
WO2016090286A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 University Of Florida Research Foundation, Inc. 3d printing using phase changing materials as support
GB2538289B (en) * 2015-05-14 2018-05-09 Dev Ltd Inkjet type additive manufacturing
US10118338B2 (en) * 2015-10-21 2018-11-06 Lawrence Livermore National Security, Llc Additive manufacturing with integrated microliter resin delivery
US20210316367A1 (en) * 2018-08-07 2021-10-14 Ohio State Innovation Foundation Fabrication of porous scaffolds using additive manufacturing with potential applications in bone tissue engineering
US20210197491A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01 Jonathan Worthy Hollander Hybrid additive and subtractive manufacturing system and methods of operation

Also Published As

Publication number Publication date
CA3179941A1 (en) 2021-10-21
US20230111682A1 (en) 2023-04-13
EP4135958A4 (en) 2024-03-13
CN115916496A (zh) 2023-04-04
EP4135958A1 (en) 2023-02-22
WO2021211586A1 (en) 2021-10-21
AU2021256461A1 (en) 2022-11-10
JP2023522338A (ja) 2023-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ng et al. Vat polymerization-based bioprinting—process, materials, applications and regulatory challenges
RU2718719C2 (ru) Способ и устройство для получения трехмерного многоклеточного объекта
Schmidleithner et al. Stereolithography
US11919231B2 (en) Three-dimensional printed organs, devices, and matrices
CN107073813B (zh) 使用可聚合液体的往复送料的三维打印
Harley et al. Advances in biofabrication techniques towards functional bioprinted heterogeneous engineered tissues: a comprehensive review
US20220025322A1 (en) Compositions and methods for printing three-dimensional structures corresponding to biological material
CN110612194A (zh) 用于打印生物材料的方法和***
AU2015236104A1 (en) Methods, devices, and systems for the fabrication of materials and tissues utilizing electromagnetic radiation
US20230111682A1 (en) Dynamic microfabrication through digital photolithography system and methods
WO2021146466A1 (en) Methods and systems for model generation
CN110228192B (zh) 一种打印***
CN110228193B (zh) 一种基于成像原理的一体式彩色光3d生物打印***
KR20210081405A (ko) 밀폐형 바이오 프린팅 장치
Mousavi et al. 3D printing families: laser, powder, and nozzle-based techniques
CN110239087B (zh) 一种基于成像原理的3d打印设备
Grigoryan Advanced Stereolithography for Translational Vascular 3D Bioprinting
Saha et al. 3D Bioprinting from Lab to Industry
CN117580712A (zh) 通过光学调制不稳定性制造对齐结构的***和方法
Díaz Ferrero Bioprinted gut-on-a-chip to mimic the intestinal mucosa
Bakker Using 3D bio-printing for the development of human organs and tissues
JPWO2020084262A5 (ko)
Matsushita Fabrication of tissue scaffolds using projection micro-stereolithography