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KR20210132640A - 불활성 기체를 이용하여 3d 인쇄 시스템에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

불활성 기체를 이용하여 3d 인쇄 시스템에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20210132640A
KR20210132640A KR1020217018439A KR20217018439A KR20210132640A KR 20210132640 A KR20210132640 A KR 20210132640A KR 1020217018439 A KR1020217018439 A KR 1020217018439A KR 20217018439 A KR20217018439 A KR 20217018439A KR 20210132640 A KR20210132640 A KR 20210132640A
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KR
South Korea
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gas
diffuser
light
inert gas
curing
Prior art date
Application number
KR1020217018439A
Other languages
English (en)
Inventor
마이클 제노우
지브 길란
다니엘 립츠
유발 샤이
Original Assignee
아이오 테크 그룹 엘티디.
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 아이오 테크 그룹 엘티디. filed Critical 아이오 테크 그룹 엘티디.
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Abstract

불활성 기체 흐름을 사용하여 반응 표면으로부터 산소를 퍼징(purge)하여 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하는 시스템 및 방법. 일부 실시양태에서, 산소는 확산기(diffuser)를 통해 UV 광원과 워크피스의 UV 경화성 층 사이의 작업 공간(workspace)으로 불활성 기체를 도입하는 기체 확산 시스템(gas diffusion system)을 사용하여 퍼징된다. 상기 확산기는 UV 광이 통과하도록 하기 위해 투명 또는 확산 재료로 제조될 수 있으며, 상기 기체가 상기 워크피스 쪽으로 통과할 수 있는 마이크로홀(micro-hole)의 어레이를 포함한다. 상기 불활성 기체 흐름은 원하는 균일한 반응 온도를 유지하기 위해 가열될 수 있다.

Description

불활성 기체를 이용하여 3D 인쇄 시스템에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하기 위한 시스템 및 방법
본원은 2018년 12월 11일에 출원된 미국 가출원 번호 62/777,902를 우선권 주장한다.
본 발명은 불활성 기체 흐름을 이용하여 반응 표면으로부터 산소를 퍼징(purge)함으로써 3D 인쇄 시스템에 의해 사용되는 광 개시 중합 반응(light-initiated polymerization reaction)의 산소 억제를 방지하는 시스템에 관한 것이다.
많은 적층 제조 또는 소위 3차원("3D") 인쇄 적용은 자외선("UV") 광경화성 중합체를 사용한다. UV 경화 공정은 광개시(photoinitiation), 전파(propagation) 및 종료(termination)의 3단계로 구성된다. 광개시 중에 광개시제는 자외선에 노출되면 자유 라디칼을 생성한다. 이 자유 라디칼은 근처의 단량체와 반응하여 자유 라디칼로 전환한다. 다음으로, 전파 단계에서 자유 라디칼 단량체는 다른 단량체와 결합하여 해당 단량체를 자유 라디칼로 전환한다. 이러한 방식으로 단량체는 중합체 쇄를 형성한다. 이 공정은 종료될 때까지 계속된다. 종료는, 두 개의 쇄가 서로 결합하는 경우 자유 라디칼이 단량체로 이동하거나, 상기 쇄가 단량체가 아닌 환경의 분자와 반응하는 경우를 포함하여 여러 방식으로 발생할 수 있다.
경화를 억제하는 산소와 광 중합체 사이에는 ??칭(quenching)과 스캐빈징(scavenging)의 두 가지 상호 작용이 있다. 광개시제가 자외선에 노출되어 여기되면 자유 라디칼이 생성된다. 분자 산소는 이 자유 라디칼과 쉽게 반응하여 쇄 전파 과정에서 단량체와 반응하는 것을 방지한다. 이것이 ??칭 반응이다. 이 반응은 또한 산소 자유 라디칼을 생성한다. 스캐빈징 반응에서 이 산소 자유 라디칼은 전파하는 중합체 쇄의 일부인 자유 라디칼과 반응한다. 이 반응은 반응성이 낮은 자유 라디칼을 생성하여 중합 과정을 조기에 종료한다. 이 두 공정은 다음과 같이 표현할 수 있다.
??칭 반응: PI* + O2 → PI + O2 *
스캐빈징 반응: R· + O2 * → R-O-O·
이러한 현상으로 인해, 3D 인쇄 공정에서 경화 중에 광중합체가 산소에 노출되면 공기에 노출된 표면에 경화되지 않은 중합체 잔류물이 생길 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, UV 경화 시스템은 UV 광원과 워크피스(workpiece)의 UV 경화성 층 사이의 작업 공간(workspace)으로 불활성 기체를 도입하기 위한 기체 확산 시스템(gas diffusion system)을 포함한다. 투명 커버(transparent cover)는 UV 광원과 상기 작업 공간을 분리하고 상기 불활성 기체(예를 들어, Ar, CO2, He, Ne 등)는 기체 유입구로부터 유입되고 확산기(diffuser)를 통해 워크피스 쪽으로 유출된다. 기체 압력 균질화기(gas pressure homogenizer)는 시스템 전체에 걸쳐 일정한 압력을 보장하기 위해 사용된다.
확산기는 UV 광원으로부터의 UV 광이 이를 통과하도록 하기 위해 투명 또는 확산 재료로 제조된다. 확산기는 불활성 기체가 워크피스 쪽으로 통과할 수 있는 마이크로홀 어레이(micro-hole array)를 포함한다. 홀의 작은 지름은 밀집 어레이(closed-packed array)를 가능하게 하여 상기 기체가 상기 작업 공간 전체(즉, 경화 영역 전체)에 걸쳐 고르게 분포되도록 한다. 홀의 작은 지름은 또한 확산기 표면의 더 넓은 영역에 홀이 없어 광학적 특성이 더 균일해짐을 의미한다. 이것은 비교적 고른 배광(light distribution)을 보장한다. 홀은 확산기를 제조한 UV 투명 재료의 "브리지(bridge)"로 덮여 있다. 이것은 확산기를 통과하는 모든 광이 상기 투명 재료의 적어도 일부 두께를 통과하게 하여 배광을 더욱 향상시킨다.
UV 경화성 재료가 워크피스의 표면에 증착되고 워크피스가 UV 경화 시스템의 작업 공간으로 도입된 후, 불활성 기체가 확산기를 통해 펌핑된다. 이 기체 흐름은 확산기에 인접한 작업 공간 영역으로부터 산소를 퍼징한다. 이 영역의 두께는 확산기를 통과할 때 기체 압력과 관련이 있다. 산소가 퍼징된 작업 공간 영역에 워크피스가 유지되면 UV 경화 시스템은 UV 광원으로부터의 광에 노출되어 UV 경화성 재료의 층을 경화시킨다.
본 발명의 추가 실시양태는 UV 경화 공간 내에서 UV 경화성 재료의 UV 경화, 및 UV 광원이 UV 경화성 재료의 층 위로 광을 방출하는 경우 UV 경화 공간으로부터의 산소의 퍼징을 용이하게 하기 위해 UV 경화성 재료의 층을 갖는 워크피스가 배치된 UV 경화 공간으로 UV 광원으로부터의 UV 광을 주기적으로 방출함으로써 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하는 것을 제공한다. UV 경화 공간으로부터의 산소의 퍼징은 기체 확산 시스템을 통해 불활성 기체를 UV 광원과 워크피스의 UV 재료의 층 사이의 작업 공간으로 도입하는 것을 포함한다. 예를 들어, 불활성 기체는 기체 확산 시스템의 하나 이상의 기체 유입구를 통해, 그리고 UV 광원과 작업 공간을 작업 공간 쪽으로 분리하는 투명 확산기의 복수의 마이크로홀을 통해 도입될 수 있다. UV 광원으로부터의 UV 광은 상기 확산기의 마이크로홀 위에 배열된 UV 투명 재료의 브리지를 통해 워크피스의 UV 재료의 층 쪽으로 통과할 수 있다. 따라서 불활성 기체와 UV 광은 각각 마이크로홀을 통해 작업 공간 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포된다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 불활성 기체 흐름은 경화 동안 UV 경화성 재료를 균일하게 가열하기 위해 또는 불활성 기체 온도를 제어함으로써 UV 경화 공간의 온도를 제어하기 위해 사용된다.
본 발명의 이들 및 추가 실시양태는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명되며, 여기서 본 발명은 실시예로서 예시되며 이로써 제한되지 않는다.
도 1a-1c는 인쇄될 물체(도 1a) 위에 UV 경화성 재료의 층이 증착되고(도 1b), 이것은 이후 UV 광에 노출되어 경화되는(도 1c) 종래의 3D 인쇄 공정의 포인트를 도시한다.
도 2는 UV 경화 공정 동안 중합 공정의 산소 억제를 방지하기 위해 불활성 기체 흐름이 배열되는 본 발명의 일 실시양태에 따라 구성된 UV 경화 시스템을 도시한다.
도 3의 a 및 b는 도 2에 도시된 UV 경화 시스템의 작동 양상을 도시한다.
도 4a 및 4b는 도 2에 도시된 바와 같은 UV 경화 시스템을 위한 UV 광원 및 기체 확산기 배열의 예를 도시한다.
도 5a 및 5b는 도 4에 도시된 UV 경화 시스템을 위한 기체 확산기 배열의 양상을 도시한다.
도 6a 및 6b는 도 2에 도시된 UV 경화 시스템의 작동 양상, 특히 일련의 인쇄, 불활성 기체 흐름 및 UV 경화 공정(도 6a), 및 무산소 층의 확장(도 6b)을 도시한다.
본 발명을 자세히 설명하기 전에 개요를 제시하는 것이 도움이 된다. 도 1a, 1b 및 1c에 도시된 일련의 이미지를 참조하면, 물체(10)가 제작되고 있는 많은 3D 인쇄 공정에서 재료 인쇄 시스템(12)은 표면(16) 상에 UV 경화성 재료(14)를 증착하는 데 사용된다. 그 후 이 증착된 재료는 UV 광원(18)으로 경화되어 원하는 부분(10')의 새로운 층을 생성한다. 이 공정은 제작 중인 부품이 완료될 때까지 계속된다.
본 발명의 실시양태는 주위 조건(ambient condition)에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 양태에서 UV 경화 시스템(20)에는 기체 확산 시스템(22)이 장착되어 있다. 투명 커버(24)는 UV 광원(26)과 기체 확산 시스템(22) 사이에 배치된다. 기체는 기체 유입구(28)로부터 유입되고 시스템의 바닥에 있는 확산기(30)를 통해 유출된다. 기체 압력 균질화기(32)는 시스템 전체에 걸쳐 일정한 압력을 보장하기 위해 사용된다.
확산기(30)는 UV 광이 워크피스(34), 특히 그 위에 배치된 UV 경화성 재료의 층(36)을 통과할 수 있도록 투명 또는 확산 재료로 제조된다. 확산기(30)는 마이크로홀(38) 어레이로 구성된다. 마이크로홀의 작은 지름은 밀집 어레이를 가능하게 하여 기체가 경화 영역(40) 전체에 걸쳐 고르게 분포되도록 한다. 마이크로홀(38)의 작은 지름은 또한 확산기(30) 표면의 더 넓은 영역에 홀이 없어 광학적 특성이 더 균일해짐을 의미한다. 이것은 더 고른 배광을 보장한다. 물론, 경화 영역 전체에 걸쳐 기체 분포 및 배광을 최적화하기 위해 마이크로홀의 다른 배열 및 크기 조정이 사용될 수 있다. 마이크로홀(38)은 확산기를 제조한 재료의 "브리지"(42)로 덮여 있다. 이것은 확산기를 통과하는 모든 광이 투명 재료의 일부 영역을 통과해야 한다. 이것은 배광을 더욱 향상시킨다.
이제 도 3의 a를 참조하면, UV 경화성 재료(36)가 인쇄 표면 상에 증착된 후, 기체는 기체 유입구(28)를 거쳐 확산기(30)를 통해 펌핑된다. 이러한 기체 흐름은 확산기(30)에 인접한 영역(44)으로부터 산소를 퍼징한다. 이 영역의 두께는 확산기를 통과할 때 기체 압력과 관련이 있다. 그 후, 도 3의 b에 도시된 바와 같이, 필요한 경우 제작 중인 장치가 상승되어 그 위에 배치된 UV 경화성 재료의 층(36)이 무산소 영역(44) 내에 배치되고, UV 경화 시스템의 UV 공급원(source)(26)이 활성화되고, 이에 따라 UV 광(48)에 노출된 영역에서 제작 중인 부품의 UV 경화성 재료의 층(36)의 적어도 일부(36')가 경화된다. 일부 경우에, UV 경화성 재료의 층(36)은 기체가 확산기(30)를 통해 펌핑될 때 이미 무산소 영역(44) 내에 있을 것이기 때문에 제작 중인 장치를 이동할 필요가 없을 것이다. 본 발명의 실시양태에서, 확산기(30)를 통해 펌핑되는 기체는 UV 경화성 층(36)의 광 중합체와 상호 작용하여 경화를 억제하지 않는 한 바람직하게는 불활성 기체(예를 들어, Ar, CO2, He, Ne 등)이다.
일부 실시양태에서, 공급 기체의 온도는 (예를 들어, 기체 유입구(28) 전에 및/또는 기체 확산 시스템(22) 내에 제공된 가열을 통해) 제어되어 워크피스(34) 부근(예를 들어, 워크피스(34)의 표면 상에 배치된 UV 경화성 재료의 층(36)의 경화가 일어날 공간 내)에서 균일한 반응 온도를 생성할 수 있다. 예를 들어, 불활성 기체는 UV 경화성 재료의 층(36)이 배치된 워크피스(34)의 표면 부근 내에서 원하는 균일한 반응 온도를 유지하기 위해 기체 확산 시스템(22)으로 도입되기 전에 가열될 수 있다.
도 4a 및 4b는 기체 확산 시스템(22)의 한 예를 도시한다. 도 4a에서, 전면 커버(50)가 제자리에 있는 반면, 도 4b에서는 기체 확산 내부의 측면을 보여주기 위해 제거되었다. 이 예에서, 기체 확산 시스템(22)은 직선 박스로서 박스의 상부 내부에 장착된 UV 광원(26), 예를 들어, 하나 이상의 발광 다이오드(LED)로 구성된 UV 광원(26)을 갖는다. 기체 확산기(30)는 박스의 바닥면을 형성한다. 위에서 언급한 바와 같이, 기체 확산기는 (제작 중인 부품을 제조하는 데 사용된 광경화성 재료의 경화에 필요한 조명 파장에서) 투명 재료로 제조되어 공급원(26)으로부터의 UV 광이 비교적 감쇠되지 않은 상태로 통과할 수 있다.
도 5a 및 5b는 확산기(30)의 구성을 강조한다. 위에서 언급한 바와 같이, 브리지(42)(도시된 예에서, 확산기(30)의 상부 표면을 가로 질러 길이 방향으로 이어지는 리브로 형성됨)는 기체 흐름 홀(38) 위에 배치되어 확산기 및 UV 광원이 기체 확산 시스템(22)에 조립될 때 UV 광원(26)과 기체 흐름 홀 사이의 광학 경로에 있게 된다. 이것은 전체 경화 영역에 걸쳐 UV 광이 투명 재료의 적어도 일부 두께를 통과하도록 보장한다. 이것은 UV 경화성 층(36)에서 광중합체의 더 나은 광 균질성과 더 고른 경화를 보장한다.
도 4b로 돌아가면, 기체는 (예를 들어, 펌핑 장치의 작용에 의해) 하나 이상의 입구 홀(28)을 거쳐 확산 시스템(22)으로 들어가고 확산기(30)를 통해 나온다. 기체 압력 균질화기(이 도면에 도시되지 않음)는 시스템 전체에 걸쳐 일정한 압력을 유지하는 데 사용된다.
도 6a 및 6b는 인쇄 및 경화 공정에서 사용되는 협력 작업을 도시한다. 다음 층(6a-10)의 인쇄는 제작 중인 물체의 인쇄 표면 상에 UV 경화성 재료의 층을 증착하는 것으로 시작된다. 이 증착이 끝날 무렵, 기체는 도 6a의 기체 압력 곡선에 도시된 바와 같이 기체 유입구(28)를 거쳐 확산기(30)를 통해 펌핑된다(52). 기체 압력은 경화 공정(6a-20)에 필요한 수준으로 증가하고 확산기(30)에 인접한 영역(44)으로부터 산소를 퍼징한다. 이 영역의 두께(H)는 도 6a의 무산소 영역 두께 곡선에 표시된 것처럼 시간이 지남에 따라 증가하고, 상기 확산기를 통과할 때 기체 압력과 관련이 있다. 원하는 두께 H*에 도달하면, 제작 중인 장치가 (필요한 경우) 상승하여 워크피스 상에 배치된 UV 경화성 재료의 층이 무산소 영역(44) 내에 있게 되고, 이어서 UV 경화 시스템(20)의 UV 공급원(26)은 도 6a의 UV 공급원 곡선에 도시된 바와 같이 활성화된다(6a-30). 이는 UV 광에 노출된 영역에서 워크피스 상에 배치된 UV 경화성 재료의 층의 적어도 일부의 경화를 야기한다. 경화가 끝나면(6a-40), UV 경화성 재료의 다음 층을 증착하기 위해 워크피스를 재배치하고 기체 압력을 낮춘다. 바람직하게는, 기체 압력은 다음 경화 사이클에 필요한 시간을 줄이기 위해 확산 시스템(22)을 충전 상태로 유지하기에 충분한 수준으로 유지된다. 원하는 수의 층이 경화되면 공정이 종료된다.
실시양태:
실시양태 1. 주위 조건에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 자외선(UV) 광원, UV 경화성 재료의 층을 갖는 워크피스를 수용하기 위한 UV 경화 공간, 및 상기 UV 경화 공간 내에서 상기 UV 광원이 상기 UV 경화성 재료의 층 위로 광을 방출하는 경우 상기 UV 경화성 재료의 UV 경화를 용이하게 하기 위해 상기 UV 경화 공간으로부터 산소를 퍼징하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
실시양태 2. 실시양태 1에 있어서, 산소를 퍼징하기 위한 상기 수단이 상기 UV 광원과 상기 워크피스의 UV 재료의 층 사이의 작업 공간으로 불활성 기체를 도입하기 위한 기체 확산 시스템, 및 상기 UV 광원과 상기 작업 공간을 분리하는 투명 커버를 포함하고, 상기 기체 확산 시스템 및 상기 투명 커버는 서로에 대해 상기 기체 확산 시스템의 하나 이상의 기체 유입구로부터 유입되는 불활성 기체가 확산기를 통해 상기 작업 공간 쪽으로 유출될 수 있도록 배열된 시스템.
실시양태 3. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 확산기가, 마이크로홀에 대한 각각의 입구와 상기 UV 광원 사이에 위치하도록 상기 마이크로홀 위에 배열된 UV 투명 재료의 브리지가 있는 복수의 마이크로홀을 갖는 시스템.
실시양태 4. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 시스템 전체에 걸쳐 일정한 압력을 보장하기 위한 기체 압력 균질화기를 더 포함하는 시스템.
실시양태 5. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 확산기가 상기 UV 광원으로부터의 UV 광이 이를 통과하도록 하기 위해 UV 투명 재료로 제조된 것인 시스템.
실시양태 6. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 마이크로홀은 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 기체 분포 및 UV 배광을 최적화하기 위해 서로에 대해 크기와 간격이 정해진 시스템.
실시양태 7. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 마이크로홀은 상기 기체가 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포되도록 어레이에서 서로 이격되어 있고 UV 광이 상기 작업 공간 내에 대략 고르게 분포되도록 크기가 동일한 시스템.
실시양태 8. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 마이크로홀은 상기 기체가 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포되고 UV 광이 상기 작업 공간 내에 대략 고르게 분포되도록 어레이에서 서로 이격되어 있는 시스템.
실시양태 9. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 불활성 기체의 온도가 균일한 반응 온도를 생성하기 위해 제어되는 시스템.
실시양태 10. 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 불활성 기체가 원하는 균일한 반응 온도를 유지하기 위해 가열되는 시스템.
실시양태 11. 주위 조건에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하는 방법으로서, 상기 방법은 UV 광원으로부터의 자외선(UV) 광을 UV 경화 공간으로 주기적으로 방출하는 단계로서, 여기서, UV 경화성 재료의 UV 경화, 및 상기 UV 광원이 UV 경화성 재료의 층 위로 광을 방출하는 경우 상기 UV 경화 공간으로부터의 산소의 퍼징을 용이하게 하기 위해 UV 경화성 재료의 층을 갖는 워크피스가 상기 UV 경화 공간 내에 배치되는 것을 포함하는 방법.
실시양태 12. 실시양태 11에 있어서, 상기 UV 경화 공간으로부터 산소를 퍼징하는 단계가, 기체 확산 시스템을 통해, 불활성 기체를 상기 UV 광원과 상기 워크피스의 UV 재료의 층 사이의 작업 공간으로 도입하는 단계를 포함하는 방법.
실시양태 13. 실시양태 11 또는 12에 있어서, 상기 불활성 기체가, 기체 확산 시스템의 하나 이상의 기체 유입구를 통해, 그리고 상기 UV 광원과 상기 작업 공간을 상기 작업 공간 쪽으로 분리하는 투명 확산기의 복수의 마이크로홀을 통해 도입되는 방법.
실시양태 14. 실시양태 11 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 UV 광원으로부터의 UV 광이 상기 확산기의 상기 마이크로홀 위에 배열된 UV 투명 재료의 브리지를 통해 상기 워크피스의 UV 재료의 층 쪽으로 통과되는 방법.
실시양태 15. 실시양태 11 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 불활성 기체가 상기 마이크로홀을 통해 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포되는 방법.
실시양태 16. 실시양태 11 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 UV 광이 상기 마이크로홀을 통해 상기 작업 공간 내에서 대략 고르게 분포되는 방법.
실시양태 17. 실시양태 11 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 불활성 기체 온도가 균일한 반응 온도를 생성하기 위해 제어되는 방법.
실시양태 18. 실시양태 11 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 불활성 기체가 원하는 균일한 반응 온도를 유지하기 위해 가열되는 방법.
실시양태 19. 실시양태 11에 있어서, 상기 UV 경화 공간으로부터 산소를 퍼징하는 단계가, 상기 UV 경화성 재료의 층이 상기 워크피스 위로 증착하는 동안, 확산기를 통해 불활성 기체를 상기 워크피스가 위치한 상기 UV 경화 공간으로 도입하는 단계를 포함하며, 상기 불활성 기체는 상기 확산기에 인접한 영역으로부터 산소를 퍼징하기에 충분한 압력으로 도입되는 방법.
실시양태 20. 실시양태 11 또는 19에 있어서, 상기 UV 경화성 재료의 층의 경화 후에, UV 경화성 재료의 다음 층의 증착을 위해 상기 워크피스를 재배치하고 상기 확산기에 인접한 영역에서 상기 불활성 기체 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
따라서, 불활성 기체 흐름을 사용하여 반응 표면으로부터 산소를 퍼징함으로써 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하는 시스템이 설명되었다.

Claims (20)

  1. 주위 조건(ambient condition)에서 광 개시 중합 반응(light-initiated polymerizaton reaction)의 산소 억제를 방지하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 자외선(UV) 광원, UV 경화성 재료의 층을 갖는 워크피스(workpiece)를 수용하기 위한 UV 경화 공간, 및 상기 UV 경화 공간 내에서 상기 UV 광원이 상기 UV 경화성 재료의 층 위로 광을 방출하는 경우 상기 UV 경화성 재료의 UV 경화를 용이하게 하기 위해 상기 UV 경화 공간으로부터 산소를 퍼징(purging)하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 산소를 퍼징하기 위한 상기 수단이 상기 UV 광원과 상기 워크피스의 UV 재료의 층 사이의 작업 공간(workspace)으로 불활성 기체를 도입하기 위한 기체 확산 시스템(gas diffusion system), 및 상기 UV 광원과 상기 작업 공간을 분리하는 투명 커버(transparent cover)를 포함하고, 상기 기체 확산 시스템 및 상기 투명 커버는 서로에 대해 상기 기체 확산 시스템의 하나 이상의 기체 유입구로부터 유입되는 불활성 기체가 확산기를 통해 상기 작업 공간 쪽으로 유출될 수 있도록 배열된 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 확산기가, 마이크로홀(micro-hole)에 대한 각각의 입구와 상기 UV 광원 사이에 위치하도록 상기 마이크로홀 위에 배열된 UV 투명 재료의 브리지(bridge)가 있는 복수의 마이크로홀을 갖는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시스템 전체에 걸쳐 일정한 압력을 보장하기 위한 기체 압력 균질화기(gas pressure homogenizer)를 더 포함하는 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 확산기가 상기 UV 광원으로부터의 UV 광이 이를 통과하도록 하기 위해 UV 투명 재료로 제조된 것인 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 마이크로홀은 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 기체 분포 및 UV 배광(light distribution)을 최적화하기 위해 서로에 대해 크기와 간격이 정해진 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로홀은 상기 기체가 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 재료의 층을 대략 고르게 분포되도록 어레이(array)에서 서로 이격되어 있고 UV 광이 상기 작업 공간 내에 대략 고르게 분포되도록 크기가 동일한 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 상기 마이크로홀은 상기 기체가 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포되고 UV 광이 상기 작업 공간 내에 대략 고르게 분포되도록 어레이에서 서로 이격되어 있는 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 상기 불활성 기체의 온도가 균일한 반응 온도를 생성하기 위해 제어되는 시스템.
  10. 제3항에 있어서, 상기 불활성 기체가 원하는 균일한 반응 온도를 유지하기 위해 가열되는 시스템.
  11. 주위 조건에서 광 개시 중합 반응의 산소 억제를 방지하는 방법으로서, 상기 방법은 UV 광원으로부터의 자외선(UV) 광을 UV 경화 공간으로 주기적으로 방출하는 단계로서, 여기서 UV 경화성 재료의 UV 경화, 및 상기 UV 광원이 UV 경화성 재료의 층 위로 광을 방출하는 경우 상기 UV 경화 공간으로부터의 산소의 퍼징을 용이하게 하기 위해 UV 경화성 재료의 층을 갖는 워크피스가 상기 UV 경화 공간 내에 배치되는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 UV 경화 공간으로부터 산소를 퍼징하는 단계가, 기체 확산 시스템을 통해, 불활성 기체를 상기 UV 광원과 상기 워크피스의 UV 재료의 층 사이의 작업 공간으로 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 불활성 기체가, 기체 확산 시스템의 하나 이상의 기체 유입구를 통해, 그리고 상기 UV 광원과 상기 작업 공간을 상기 작업 공간 쪽으로 분리하는 투명 확산기의 복수의 마이크로홀을 통해 도입되는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 UV 광원으로부터의 UV 광이 상기 확산기의 상기 마이크로홀 위에 배열된 UV 투명 재료의 브리지를 통해 상기 워크피스의 UV 재료의 층 쪽으로 통과되는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 불활성 기체가 상기 마이크로홀을 통해 상기 작업 공간 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포되는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 UV 광이 상기 마이크로홀을 통해 상기 작업 공간 내에서 대략 고르게 분포되는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 불활성 기체 온도가 균일한 반응 온도를 생성하기 위해 제어되는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 불활성 기체가 원하는 균일한 반응 온도를 유지하기 위해 가열되는 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 UV 경화 공간으로부터 산소를 퍼징하는 단계가, 상기 UV 경화성 재료의 층이 상기 워크피스 위로 증착하는 동안, 확산기를 통해 불활성 기체를 상기 워크피스가 위치한 상기 UV 경화 공간으로 도입하는 단계를 포함하며, 상기 불활성 기체는 상기 확산기에 인접한 영역으로부터 산소를 퍼징하기에 충분한 압력으로 도입되는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 UV 경화성 재료의 층의 경화 후에, UV 경화성 재료의 다음 층의 증착을 위해 상기 워크피스를 재배치하고 상기 확산기에 인접한 영역에서 상기 불활성 기체 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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