JP2017017694A - 印刷論理ゲート - Google Patents

Abstract

【課題】付加製造手法を使用した電子デバイスを提供する。
【解決手段】付加的に製造される装置は、少なくとも２つの付加的に製造された陰極１４８４、１４８６と、陰極から間隔を隔てた、付加的に製造された陽極１４６２、１４６８とを含んだガス充填密閉空洞１４９０を備える。陰極のうちの少なくとも１つと陽極の間で誘導されたガスの連続電気放電１４２６が、陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を陽極１４７０に与える。
【選択図】図１４ｅ

Description

本発明は論理ゲートの製造に関し、詳細には本発明は、物品の構造と一体の３Ｄ印刷論理ゲートを含む３Ｄ印刷物品の製造に関する。

１つのタイプが三次元（３Ｄ）印刷として知られている付加製造は、固体物体が形成されるまで、材料が層状にされ、接着され、結合され、さもなければ連続的に積層される付加プロセスによって、デジタルモデルなどのモデルから三次元固体物体を製造するプロセスである。このような手法は、それ自体が機械加工され、鋳造され、または型込めされ得る部品のアセンブリから物品が形成される従来の製造技法とは対照的である。

付加製造は、従来の製造技法に勝る、技術的な利点および商用的な利点を含む多くの利点を提供する。技術的には、付加製造によれば、事実上任意の構造の三次元物体を、プラスチック、金属およびセラミックを始めとする、ますます増加する多くの材料から創作することができる。製造のための付加的手法は、複雑な構造を生成することができるため、構造は、たとえ内部であっても複雑な特徴を含むことができる。付加的手法は、従来の手法と比較すると、廃棄物の生成が少なく、製造の物品間のより優れた一貫性を提供し、初期設計からのより速い製造速度を最少の必要セットアップで提供し、新規な構造および形状の利点、ならびに材料の新しい組合せを提供する。

商用的には、付加製造は、とりわけ製造のための多数の物品が比較的小さい場合に、従来の製造技法に勝る著しいコスト節約を提供する。例えば、海または軌道上などの隔離された場所または遠隔場所で製造されるプロトタイプ、概念実証、予備品および物品は、付加製造を使用して低コストで容易に製造される。また、三次元物品は、三次元設計から比較的速やかに、また、注文された、またはあつらえられた艤装ラインまたは製造ラインを必要とすることなく製造され得るため、製造の速度も同じく有利である。

付加製造は多くの手法をカバーする。押出し積層は、可動押出し機（「印刷ヘッド」）、可動テーブルまたはサポート、あるいはその両方のいずれかによって、材料のビーズが制御された方法で押し出される付加製造のための手法である。押し出されたビーズは、物品の層または部分を形成するために速やかに硬化され、この物品の層または部分の上にさらに押出しを生じさせることができる。このようにして物品が付加的に積み重ねられる。

代替手法は、金属または重合体の選択的焼結または融解などの、粒状材料の選択的融解である。このような手法を使用して粒状材料が層に積層され、また、例えば対流熱、レーザまたは電子ビームを使用して、選択的に焼結、融解または結合される。選択は、物品の三次元モデルに基づいて層別方式で実施される。このようにして物品が付加的に積み重ねられる。

付加製造は、多くの全く異なる材料からの複雑な近代の電子構成要素の製造には適していないため、電気デバイスまたは電子デバイスを製造するための付加製造の使用は厳しく制限されている。付加製造は、電気接続のためのトレンチまたはルートと組合せた構成要素ソケットおよび相互接続を有する平面回路基板レイアウトの印刷に用途を見出しているが、現在、付加製造プロセスに従う電気構成要素および電子構成要素の配置、導入および／またはアセンブリのための要求事項が存在している。製造後アセンブリおよび／または導入のためのこの要求事項は、構成要素場所、ソケットおよびルートは、付加的に製造された製品の中でアクセス可能でなければならないという著しい欠点を有している。したがって複雑な、内部化された、また、潜在的にアクセス不可能な構造を正確に製造する付加製造の非常に有利な特徴が、電子分野においては完全に失われている。さらに、製造後アセンブリおよび／または導入のための要求事項は、付加製造の利点を著しく損なう追加製造ステップの負担を課している。

したがって、上記欠点のない付加製造手法を使用して電子デバイスを製造することが有利であろう。

したがって本発明は、第１の態様では、少なくとも２つの３Ｄ印刷陰極と、陰極から間隔を隔てた３Ｄ印刷陽極とを含んだガス充填密閉空洞を有し、陰極のうちの少なくとも１つと陽極の間で誘導されたガスの連続電気放電が、陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を陽極に与える３Ｄ印刷装置を提供する。

したがって本発明の実施形態は、付加製造プロセスによる三次元物品の製造を提供する。このような製造プロセスを使用することにより、ダイオード、トライオードおよび論理ゲートなどの能動電子構成要素および／または論理ゲート電子構成要素を物品の構造内に統合した、潜在的に複雑な内部特徴を有する三次元物品を製造することができる。能動電子構成要素を物品製造プロセスの一部として製造し、また、統合するため、電子構成要素の製造後アセンブリまたは導入のための要求事項は存在しない。したがって電子構成要素が導入された物品の製造は、物品の実質的な三次元構造の製造と同時に生じ得る。これは、アクセス可能統合インターフェース、等々を有する多重部品製造を必要とする負担の多い従来技術の手法などの、電子構成要素の製造後アセンブリおよび導入の考慮から製造プロセスを解放する。さらに、とりわけプロトタイプ化または概念実証製造の場合のように、または軌道上または宇宙空間などの遠隔またはアクセス不可能な場所における場合のように、数が少ない物品が要求される場合、付加製造プロセスの使用により、製造のコストが劇的に低減される。

論理ゲート電子構成要素を三次元物品の構造の中に包含することにより、追加構成要素および／または付属物がないため、物品の総重量が軽くなる。さらに、物品は、より簡素化され、電子構成部分は、物品内の知覚することができない場所、検出することができない場所、および／または目立たない場所などの物品の内部に埋め込まれ得る。能動電子構成要素が物品の中に埋め込まれる場合、構成要素は、湿気または空気などの流体への露出から保護され得る。マイクロスケールの物品を製造するための付加製造の能力は、用途のすべての方法において、セルラ電話ケースまたはカバーに埋め込まれた電子工学、ケーブル外装内に埋め込まれた電子工学、織物または衣服の中に埋め込まれた電子工学、消費者デバイスまたは娯楽デバイスなどの他のデバイスのケース、カバー、壁または他の構造要素の中に埋め込まれた電子工学、備品内の電子工学、等々を含む、潜在的に「インテリジェント」（電子構成部分を含む意味で）物品を提供する。

製造後アセンブリまたは導入のための、電気回路および構成要素場所のアクセス可能性に対する要求事項の除去は、電気回路および電子デバイスが設計され、また、製造の物品内で実現され得る方法を劇的に再定義する。本発明の実施形態は、個々の構成要素または接続のアクセス可能性に対する要求事項なしに、能動電子構成要素および／または論理電子構成要素、およびそれらの間の接続の真の三次元構造を提供する。これは、物品の空間または体積のより有効な使用を提供し、また、制御下にある同じデバイスの回路によって適切である場合、潜在的に、能動電子構成要素の再使用を提供する。垂直相互接続は、電子構成要素および回路の立方体または他の三次元構造などの三次元処理要素を提供することができる。電子構成要素の層状アーキテクチャは、単一の三次元物品内の能動電子構成要素の層を使用して製造され得る。電力の準備、電力の散逸、熱エネルギーの散逸、等々などの共通のサービスは、付加製造プロセスの一部として含まれている、電源のための金属層、または熱散逸または伝熱のための熱的に有効な導電材料の層などのサービス層の層状構造によって提供され得る。考えられるところでは、能動電子構成要素によって生成される熱などの物品の内部からの熱の伝達などのサービスを電子構成要素にさらに提供するための冷媒またはガスなどの流体の連絡のために、通路および導管が付加製造プロセスの一部として提供され、製造され得る。

熱イオンによる連続電気放電論理電子構成要素を使用する特定の利点は、シリコントランジスタなどのシリコン等価物に勝るこのような構成要素の利点である。本発明の実施形態に従って付加的に製造された構成要素は、著しい頑丈性を有しており、改良されたアナログ信号伝達特性を提供する。

好ましいことには、装置は、連続電気放電を安定させるために陽極に電気結合された抵抗性材料として３Ｄ印刷安定化抵抗をさらに備えている。

好ましいことには、ガスの連続電気放電は電気アークとして生じる。

好ましいことには、空洞は、ブール関数がＯＲ関数になるよう、２つの陰極を含む。

好ましいことには、陽極は出力陽極であり、また、少なくとも２つの陰極は、出力陽極と対向して間隔を隔てた制御陰極と、３Ｄ印刷電気信号経路を介して入力信号を受け取るための第１および第２の入力陰極とを含み、装置は、入力陰極の各々と対向してそれぞれ間隔を隔てた少なくとも２つのドレイン陽極をさらに備えており、ここにおいて、制御陰極と出力陽極の間の電位差が、それらの間の電流の流れを許容する連続電気放電を誘導し、ここにおいて、入力陰極のうちの１つとそのドレイン陽極の間の電位差は、出力陽極を介した電流の流れを許容するよう連続電気放電を偏向させるためには不十分であり、また、ここにおいて、入力陰極の両方とそれぞれのドレイン陽極の間の電位差は、出力陽極を介した電流の流れを阻止するよう連続電気放電を偏向させるためには十分であり、それにより陽極におけるブール関数出力は、入力陰極における入力信号上の論理ＮＡＮＤ演算に対応する。

好ましいことには、制御陰極および出力陽極を通る軸は、第１の入力陰極とそのドレイン陰極の間の軸に対して実質的に直角であり、また、第２の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して同じく直角である。

好ましいことには、装置は３Ｄ印刷回路をさらに備えている。

したがって本発明は、第２の態様では、上で説明した３Ｄ印刷装置のうちの１つまたは複数をＮＡＮＤゲートとして物品の構造内に備えた３Ｄ印刷物品を提供し、ここにおいて、ＮＡＮＤゲートは、ＯＲ論理ゲート、ＮＯＴ論理ゲート、ＡＮＤ論理ゲート、ＮＯＲ論理ゲートおよびＸＯＲ論理ゲートのうちの１つまたは複数を任意の数だけ形成するように配置される。

したがって本発明は、第３の態様では、一体論理ゲート電子構成要素を有する物品を製造する方法であって、ａ）電気的に非導電性の基板を形成し、ｂ）空洞を有する電気的に非導電性の多孔層を形成し、ｃ）少なくとも２つの陰極を含んだ空洞内に、電気的に導電性の陽極要素および陰極要素を間隔を隔てて形成し、ｄ）要素間に電位差を付与するのに十分である、要素の各々への導電性電気接続を積層し、ｅ）多孔層内の空洞を保持し、密閉するために多孔層の上に電気的に非導電性の密閉層を形成するために付加製造プロセスを使用することを備える方法を提供し、ここにおいて、空洞はガスを含み、また、ここにおいて、電位差は、陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を陽極に与えるために、陰極のうちの少なくとも１つと陽極の間のガスの連続電気放電を誘導するのに十分である。

好ましいことには、基板、多孔層および密閉層のうちの１つまたは複数を形成することは、空洞と物品の流体ポートとの間の流体連絡を提供する通路を形成することを含み、ここにおいて、流体ポートを介してガスが空洞の中に挿入され得る。

好ましいことには、付加製造プロセスは、密閉層を形成する際に不活性ガスを空洞内に入れるために、実質的に不活性ガスで構成された密閉大気中で生じる。

好ましいことには、陽極は、論理ゲートが電気入力信号のブールＯＲ関数を構成するよう、空洞の陰極が配置される側とは反対側に配置される。

好ましいことには、陽極は出力陽極であり、また、少なくとも２つの陰極は、出力陽極と対向して間隔を隔てて形成された制御陰極と、３Ｄ印刷電気信号経路を介して入力信号を受け取るために形成された第１および第２の入力陰極とを含み、方法は、入力陰極の各々と対向してそれぞれ間隔を隔てた少なくとも２つのドレイン陽極を形成することをさらに備えており、ここにおいて、制御陰極と出力陽極の間の電位差が、それらの間の電流の流れを許容する連続電気放電を誘導し、ここにおいて、入力陰極のうちの１つとそのドレイン陽極の間の電位差は、出力陽極を介した電流の流れを許容するよう連続電気放電を偏向させるためには不十分であり、また、ここにおいて、入力陰極の両方とそれぞれのドレイン陽極の間の電位差は、出力陽極を介した電流の流れを阻止するよう連続電気放電を偏向させるためには十分であり、それにより陽極におけるブール関数出力は、入力陰極における入力信号上の論理ＮＡＮＤ演算に対応する。

好ましいことには、付加製造プロセスは、押出し積層プロセスと、粒状材料結合プロセスのうちの１つまたは両方を含む。

好ましいことには、電気的に非導電性の基板、多孔層および密閉層のうちの少なくとも１つはセラミック中に形成される。

好ましいことには、陽極および陰極のうちの少なくとも１つはガリウム合金から形成される。

したがって本発明は、第４の態様では、上で説明したプロセスによって製造された一体論理ゲート電子構成要素を有する物品を提供する。

したがって本発明は、第５の態様では、一体能動電子構成要素を有する物品を製造するための付加製造装置であって、コンピュータシステムと、電気的に非導電性の三次元構造を形成するように適合された第１の付加製造構成要素と、電気的に導電性の三次元構造を形成するように適合された第２の付加製造構成要素とを備える装置を提供し、ここにおいて、第１および第２の付加製造構成要素は、コンピュータシステムの制御の下で動作させることができ、コンピュータシステムは、ａ）電気的に非導電性の基板を形成し、ｂ）空洞を有する電気的に非導電性の多孔層を形成し、ｃ）少なくとも２つの陰極を含んだ空洞内に、電気的に導電性の陽極要素および陰極要素を間隔を隔てて形成し、ｄ）要素間に電位差を付与するのに十分である、要素の各々への導電性電気接続を積層し、ｅ）多孔層内の空洞を保持し、密閉するために多孔層の上に電気的に非導電性の密閉層を形成するように構成要素を制御するように適合されており、ここにおいて、空洞はガスを含み、また、ここにおいて、電位差は、陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を陽極に与えるために、陰極のうちの少なくとも１つと陽極の間のガスの連続電気放電を誘導するのに十分である。

したがって本発明は、第６の態様では、付加製造装置を制御するためのコンピュータシステムを提供し、付加製造装置は、電気的に非導電性の材料と電気的に導電性の材料の両方から三次元構造を製造するように適合され、コンピュータシステムは、上で説明した方法を実施するように付加製造装置を制御するように動作することができる。

次に、単なる例にすぎないが、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

本発明の実施形態に従って製造された一体ダイオード電子構成要素を有する例示的三次元物品を示す図。 本発明の実施形態に従って製造された一体トライオード電子構成要素を有する例示的三次元物品を示す図。 本発明の実施形態による、電気的に非導電性の多孔層を上に有する電気的に非導電性の基板の構造を示す図。 本発明の実施形態による、空洞の中に形成された電気的に導電性の陽極要素、陰極要素および格子要素を有する図３の構造を示す図。 本発明の実施形態による、空洞の中に形成された要素の各々への電気的に導電性の接続を有する図４の構造を示す図。 本発明の実施形態による、多孔層の上に形成された電気的に非導電性の密閉層を有する図５の構造を示す図。 本発明の実施形態による、一体能動電子構成要素を有し、また、物品の排気ポートへの通路を有する例示的三次元物品を示す図。 本発明の実施形態による、層の中に配置された統合能動電子構成要素を有する例示的三次元物品を示す図。 本発明の実施形態による付加製造機の動作を制御するのに適したコンピュータシステムのブロック図。 本発明の実施形態による付加製造装置の構成要素線図。 本発明の実施形態による、一体能動電子構成要素を有する物品を製造する方法のフローチャート。 本発明の実施形態による、物品の空洞の中に配置された能動電子構成要素の構造を示す図。 本発明の実施形態に従って製造された一体論理ゲート電子構成要素を有する例示的三次元物品を示す図。 本発明の実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図。 本発明の第１の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図。 本発明の第２の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図。 本発明の第３の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図。 本発明の第４の代替実施形態による、図１４ｄの論理ゲート電子構成要素の他の略図。 他の論理ゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示す図。 他の論理ゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示す図。 他の論理ゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示す図。 他の論理ゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示す図。 他の論理ゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示す図。

図１は、本発明の実施形態に従って製造された一体ダイオード１２０電子構成要素を有する例示的三次元物品１００を示したものである。物品１００は、とりわけ押出し積層プロセス、選択的レーザ焼結、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ融解または電子ビーム融解などの材料結合プロセス、および／または光重合などのステレオリソグラフィック手法などの１つまたは複数の技法を含む付加製造手法を使用して構築されている。このような技法は、３Ｄ印刷としても知られており、また、このような技法の製品または結果として得られる物品は、３Ｄ印刷物品または装置として知られている。物品１００は、実質的に物品を構成しているボディ、フレームワーク、ラチス、配列または他の構造などの実質的な構造１０２からなっており、さもなければ物品の構造と呼ばれている。例えば物品１００は、とりわけ部品、プロトタイプ、構成要素、機器、工具、カバー、ケースまたはモデルであってもよい。実質的な構造１０２は、付加製造プロセスによって電気的に非導電性の材料から形成されている。例えば実質的な構造１０２は、重合体などのプラスチックであり、好ましくは高温に耐えることができるプラスチックである。別法としては、実質的な構造１０２は、セラミックまたは同様の材料で形成され得る。実質的な構造１０２を形成するのに適した他の電気的に非導電性の材料は、当業者には明らかであろう。

物品１００は、実質的な構造１０２の中に形成されており、ダイオード１２０としての能動電子構成要素と一体である。ダイオード１２０は、物品１００の構造と一体であり、また、物品１００の実質的な構造１０２によって少なくとも部分的に構成されている。ダイオード、整流器、トライオード、等々などの能動電子構成要素は、動作のための電源を必要としない抵抗またはコンデンサなどの受動電子構成要素とは全く異なり、その機能のうちの１つまたは複数のための電源を必要とする電子構成要素であることは当業者には理解されよう。ダイオード１２０は、物品１００の実質的な構造１０２の中の空洞に形成されている。陰極１０６は、空洞の一方の端部に、電気的に導電性の要素として形成されている。陽極１０８は、空洞のもう一方の端部に、陰極１０６から間隔を隔てて、第２の電気的に導電性の要素として形成されている。陰極１０６および陽極１０８は、付加製造プロセスによって形成されている。一実施形態では、陽極は、「３Ｄ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｆ Ｆｒｅｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｔａｌ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」（Ｃｏｌｌｉｎ Ｌａｄｄ ｅｔ ａｌ、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｖｏｌｕｍｅ ２５、Ｉｓｓｕｅ ３６、頁５０８１〜５０８５、２０１３年９月２５日）にＬａｄｄらによって記載されている液体金属構造のための３Ｄ印刷技法によって形成される。Ｌａｄｄらは、電気的に導電性の金属線を室温で押し出すための手法を記述している。このような手法は、重合体押出しなどの他の材料の押出しとの組合せにとりわけ適している。例えば陽極１０８は、Ｌａｄｄらによって記述されているように、室温での付加製造プロセスで押し出され得るガリウムおよびインジウムの二元共晶合金などのガリウム合金から構成され得る。追加または別法として、陰極１０６および／または陽極１０８は、焼結などの材料結合プロセスによって形成される。例えば金属粉を正確に、選択的に焼結するためにレーザが使用される直接金属レーザ焼結は、陽極１０８および／または陰極１０６を形成するために使用され得る。

陰極１０６は、陰極１０６から電子の熱イオンを放出させるために熱くなる熱陰極である。一実施形態では、陰極１０６は、必要な加熱を達成するためのフィラメントとして同じく作用する。別法としては、陰極１０６による熱イオン放出を誘導するべく陰極１０６を加熱するために、個別のフィラメント１０４が熱的に陰極１０６の近傍に提供される。陰極１０６は、タングステンまたはタングステン合金などの熱抵抗が大きい電気導体から形成されることが好ましい。このような材料は、ＥｘＯｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙから入手することができる結合タングステン３Ｄ印刷プロセスなどの付加製造プロセスによって形成することができることが知られている（例えばＥｘＯｎｅのＭ−Ｆｌｅｘ ３Ｄ印刷機）。

陽極１０８および陰極１０６の各々は、電気的に導電性の接続１１４、１１２に電気接続されている。電気接続１１４、１１２は、陽極１０８と陰極１０６の間に電位差を付与するのに適している。例えば陽極１０８電気接続１１４は正電位の電源に接続され、一方、陰極１０６電気接続１１２は、接地などの比較的小さい電位の電源に接続される。提供されている場合、フィラメント１０４も、熱を発生するためにフィラメントに電力を供給するための電気接続１１０を同じく有している。電気接続１１０、１１２、１１４は、上で説明したＬａｄｄらの手法、または物品１００を製造している間に付加製造によって電気的に導電性の接続を積層するための任意の適切な手法などの付加製造プロセスの一部として形成される。

ダイオード１２０のために形成される空洞は、後で説明される方法によって達成され得るような密閉された真空であることが最も好ましい。別法としては、空洞は、希ガスまたは窒素などの不活性ガスの密閉貯蔵室であり、陰極による電子の熱イオン放出および陰極からの伝達に対するその反応性および効果は、予測可能であり、また、既知である。物品１００の空洞内の不活性ガスの準備を保証するために、物品１００のための付加製造プロセスは、空洞を密閉する際に不活性ガスを空洞内に入れるために、実質的に、好ましくは完全に不活性ガスで構成された密閉大気中で実施され得る。

したがって物品１００は、ダイオード１２０として能動電子構成要素を含む。電位差が熱陰極１０６と陽極１０８の間に付与されると、真空管ダイオードで知られている方法で電子が陰極１０６から陽極１０８へ移動する。

図２は、本発明の実施形態に従って製造された一体トライオード２４０電子構成要素を有する例示的三次元物品２００を示したものである。図２の特徴の多くは、図１に関連して上で説明した特徴と全く同じであり、それらについては、ここでは反復されない。図２は、陰極１０６および陽極１０８から間隔を隔てて、それらの間に配置された、電気的に導電性の要素として格子２２０要素をさらに含み、格子２２０に電気信号を与えるための関連する、積層された電気接続２２４を有している。格子２２０は、陰極１０６の熱イオン放出によって生じる電子による横断が可能であり、また、格子２２０は、電気信号によって決定される格子２２０の電位に応じて、陰極１０６から陽極１０８への電子の伝達を調整する。このような格子２２０は、格子、ラチスまたは電気的に導電性の要素のアレイ構造を生成するのにとりわけ適している、上で説明したＬａｄｄらの手法などによって、物品２００のための付加製造プロセスの一部として形成される。

したがって物品２００は、トライオード２４０として能動電子構成要素を含む。電位差が熱陰極１０６と陽極１０８の間に付与されると、真空管トライオードまたは電子管で知られている方法で、格子２２０のための電気信号によって決定される格子２２０の電位によって調整された電子が陰極１０６から陽極１０８へ移動する。

したがって図１または図２に従って配置された本発明の実施形態は、装置１００、２００の構造１０２と一体の３Ｄ印刷熱イオン電子構成要素１２０、２４０を備えた３Ｄ印刷物品または装置１００、２００を提供する。熱イオン電子構成要素１２０、２４０は、陰極１０６および陽極１０８を備えたダイオードであるか、または陰極１０６、陽極１０８、および陰極から陽極への電子の通過を調整するための格子２２０を備えたトライオードである。装置１００、２００は、装置の外部に接続している、または考えられるところでは装置１００、２００内のどこかの他の能動電子構成要素に接続している電気的に導電性の接続１１０、１１２、１１４、２２４によって３Ｄ印刷回路をさらに含むことができる。

次に、物品１００または物品２００などの物品の付加的製造の例示的方法について説明する。図３は、本発明の実施形態による、電気的に非導電性の多孔層３０４を上に有する電気的に非導電性の基板３０２の構造を示したものである。最初に、上で説明したような付加製造プロセスを使用して、プラスチック、重合体またはセラミックなどの電気的に非導電性の材料から基板３０２が形成される。引き続いて、１つまたは複数の空洞３０６が多孔層３０４中に形成される点を除いて基板の製造プロセスと同様の製造プロセスを使用して、基板の上に多孔層３０４が形成される。空洞３０６は長方形の形で示されているが、任意の形状が使用され得ることは理解されよう。一実施形態では、空洞３０６の形成は、空洞３０６の画定、または中に材料が存在しないことによって空洞が出現する多孔層３０４の画定と、空洞３０６の場所における電気的に非導電性の材料の押出しまたは結合を省略することなどによって空洞３０６を得るべく付加製造プロセスを制御するために、制御装置または付加製造プロセスのプロセスによるデジタルモデルの解釈とを含む、多孔層３０４のデジタルモデルを定義することによって達成される。

図４は、本発明の実施形態による、空洞の中に形成された電気的に導電性の陰極４０２要素、陽極４０６要素および格子４０４要素を有する図３の構造を示したものである。付加製造プロセスは、上で説明した電気的に導電性の要素として陰極４０２、陽極４０６および（任意選択で）格子４０４を形成するために使用されている。例えばＬａｄｄらの手法は、陽極４０６および格子４０４を提供するために使用されている。陰極４０２は、直接金属レーザ焼結などの焼結技法を使用した結合タングステン３Ｄ印刷によって提供され得る。図４は、格子４０４要素を使用して示されているが、ダイオード能動電子構成要素の製造には格子４０４要素は不要であることは理解されよう。さらに、空洞内の熱的に陰極４０２の近傍に個別のフィラメントを追加で提供され得ることは理解されよう。図５は、本発明の実施形態による、空洞３０６の中に形成された要素４０２、４０４、４０６の各々への電気的に導電性の接続５０２、５０４、５０６を有する図４の構造を示したものである。電気的に導電性の接続５０２、５０４、５０６は、上で説明したＬａｄｄらの手法によって提供されることが好ましい。多孔層および電気的に導電性の要素の形成は、個別のステップとして説明されているが、このようなステップは、同時に、または複数の材料を使用した積層プロセス、あるいは積層プロセスと焼結プロセスの組合せなどによって、単一の付加製造プロセスの一部として順繰りに実施され得ることは理解されよう。

図６は、本発明の実施形態による、多孔層３０４の上に形成された電気的に非導電性の密閉層６０２を有する図５の構造を示したものである。電気的に非導電性の密閉層６０２は、基板３０２および多孔層３０４と同様の方法で、また、基板３０２および多孔層３０４と同様の材料または全く同じ材料を使用して形成されている。密閉層６０２は、多孔層３０４中の空洞３０６を保持し、密閉する役割を果たしている。一実施形態では、少なくとも密閉層６０２は、製造の物品が希ガスで構成された密閉大気中に閉じ込められている間に形成され、また、空洞３０６の密閉は気密密閉であり、したがって空洞３０６内への流体連絡、または空洞３０６外への流体連絡は存在しない。

代替実施形態では、密閉層６０２は、図７に関連して説明されるように空洞を気密密閉しない。図７は、本発明の実施形態による、一体能動電子構成要素を有し、また、物品の排気ポート７０２への通路７０６を有する例示的三次元物品７００を示したものである。物品７００は、一体能動電子構成要素が装置７００の構造と一体になるよう、上で説明した付加製造プロセスによって製造されている。さらに、付加製造プロセスは、（潜在的には複数の）能動電子構成要素の空洞と排気ポート７０２の間の流体連絡のための通路７０６を形成するように適合されている。通路７０６は、基板３０２、多孔層３０４または密閉層６０２のうちの任意の、または複数のこれらの中に形成されることが可能であり、また、通路７０６の方向、経路またはルートは、通路７０６が物品７００内の何らかの電気的に導電性の接続を遮断し得ない点を除き、制限されない。通路７０６は、電子構成要素の空洞内への開口７０４を介して個々の電子構成要素とインターフェースする。排気ポート７０２は、通路７０６および物品７００内の能動電子構成要素の空洞からのガスの排気を実施するために、通路７０６の一方の端部か、または通路７０６に沿った一点に提供される。排気は、真空ポンプ、等々を使用することによって達成されることが可能であり、それに引き続いて、能動電子デバイスの空洞内を真空に近い状態に維持するために排気ポート７０２が密閉される。好ましいことには、空洞は、陰極４０２における熱イオン放出によって生じる電子の伝達を改善するために真空を含む。

図８は、本発明の実施形態による、層８０２、８０４の中に配置された統合能動電子構成要素を有する例示的三次元物品８００を示したものである。本発明の実施形態に従って物品を製造するために使用される付加製造プロセスのため、能動電子構成要素の新規で、有効で、効果的な構造のための範囲が拡大される。図８は、物品８００を階層化するためにこのような構成要素が層８０２、８０４の中に配置され得る様子を示したものであり、電子構成要素間の電気接続は、潜在的に層内および層間で生じ、また、潜在的に多くの層に及ぶ。このような接続は、物品８００の３Ｄモデルによってモデル化されることが可能であり、また、このような接続が生じる方向に無関係に、付加製造プロセスの一部として生成され得る。同様に、能動電子構成要素自体の配向、形状および寸法も、物品８００の要求事項に応じて、適合、変更、構成および／またはあつらえられ得る。

また、抵抗およびコンデンサなどの受動電子構成要素も、付加製造プロセスの一部として形成され得ることは理解されよう。このような受動構成要素は、製造することが比較的簡単である。例えば抵抗は、セラミック材料の固体印刷ブロックとして形成され得る。受動構成要素を物品の実質的なボディから絶縁する手段が要求されることがあり、このような構成要素を物品内の空洞に閉じ込めることによって達成され、電気接続によって所定の位置で懸垂または保持され得る。同様に、コンデンサも、空洞内に積層された２つの平行金属板を有する点を除き、能動電子デバイスと同様の構造を使用して生成され得る。したがって電子装置の実質的にすべての電子要求事項および論理要求事項に必要な能動構成要素および受動構成要素は、付加製造手法を使用して三次元物品内に一体で形成され得る。

図９は、本発明の実施形態による付加製造機の動作を制御するのに適したコンピュータシステムのブロック図である。セントラルプロセッサユニット（ＣＰＵ）９０２は、データバス９０８を介して記憶装置９０４および入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース９０６に通信接続されている。記憶装置９０４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または不揮発性記憶デバイスなどの任意の読出し／書込み記憶デバイスであってもよい。不揮発性記憶デバイスの例には、ディスクまたはテープ記憶デバイスがある。Ｉ／Ｏインターフェース９０６は、データの入力または出力のためのデバイス、またはデータの入力と出力の両方のためのデバイスに対するインターフェースである。Ｉ／Ｏインターフェース９０６に接続することができるＩ／Ｏデバイスの例には、キーボード、マウス、ディスプレイ（モニタなどの）およびネットワーク接続がある。

図１０は、本発明の実施形態による付加製造装置１００６の構成要素線図である。付加製造装置１００６は、電気的に導電性の材料から三次元構造を形成するための導電性付加製造機１００８、および電気的に非導電性の材料から三次元構造を形成するための非導電性付加的製造機１０１０を含む組合せ装置である。製造機１００８および１０１０は、物品が電気的に導電性の内容の製造または電気的に非導電性の内容の製造のいずれか、または両方の対象となり得るよう、製造中、同じ主体物品に対して動作するように配置されている。２つの製造機１００８および１０１０は、電気的に導電性の材料と非導電性の材料の両方に適応することができる複数のモードで動作することができる単一の構成要素に結合または統合され得ることは当業者には理解されよう。２つの製造機１００８および１０１０は、同期および／または同時に動作し、あるいは同期モードと同時モードの両方の混合で動作する。例えば非導電性のプロセスが同時に生じ得るように導電性付加製造プロセスが生じる場合、同時動作モードが使用され得る（必ずしも必要ではないが）。製造機１００８および１０１０の動作は、コンピュータ制御であることが好ましい。図１０の実施形態では、コンピュータシステム１０１２は、開始されるべき付加製造操作に関して製造機１００８および１０１０の各々に命令するために、導電性付加製造機１００８および非導電性付加製造機１０１０に通信接続されている。コンピュータシステム１０１２は、製造のための物品のための仕様１００４に応答する。一実施形態では、仕様１００４は、製造のための物品の三次元仕様のデジタル表現である。例えば押出しに基づく製造プロセスの場合、仕様は、押出しのための材料の定義、および１つまたは複数の押出しヘッド、結合剤、設定剤、エポキシ、等々のためのヘッド、および／またはテーブル、ワークピースまたは物品ホルダの場所、位置、配列または構成を含むことができる。製造プロセスは、離散運動または相対運動あるいは再配置、等々を指定するベクトル定義を使用して定義され得る。別法としては、粒状融解に基づく付加製造手法では、融解、結合、加熱、等々の場所は、レーザまたは同様の融解機構のための制御命令などによって、仕様１００４によって指定され得る。本発明の実施形態では、仕様１００４は、付加製造ファイルフォーマット（ＡＭＦ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｆｉｌｅ）またはステレオリソグラフィファイルフォーマット（ＳＴＬ：Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の形態である。

仕様１００４は、当分野で知られている３Ｄモデル化システム、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムまたはコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）システムなどの仕様定義システム１００２によって提供される。このようなシステムは、ＡＭＦフォーマットまたはＳＴＬフォーマットで仕様１００４を作成するように適合され得る。このようなフォーマットは、能動構成要素および受動構成要素、ならびにそれらの間の電気接続などの電子回路要素に関連する追加情報を含むように適合され得る。

図１１は、本発明の実施形態による、一体能動電子構成要素を有する物品を製造する方法のフローチャートである。最初に、ステップ１１０２で、プラスチック層またはセラミック層などの非導電性材料の層が付加製造プロセスによって基板３０２として積層される。ステップ１１０４で、１つまたは複数の空洞３０６を有する非導電性層材料の層が付加製造プロセスによって多孔層３０４として積層される。空洞３０６の構成は、製造のための物品の仕様１００４に含まれている回路設計によって画定される。ステップ１１０６で、陰極、陽極、また、必要に応じてフィラメントおよび格子（トライオード）として配置された一組の金属要素が付加製造プロセスによって空洞３０６の中に積層される。ステップ１１０８で、空洞３０６の中の要素のための電気的に導電性の接続が付加製造プロセスによって積層される。ステップ１１１０で、密閉層６０２が多孔層３０４の上に積層される。

図１２は、本発明の実施形態による、物品の空洞の中に配置された能動電子構成要素の構造を示したものである。既に、空洞３０６は、概ね長方形の形として説明された。図１２は、概ね円形の断面を有し、概ね円筒状の形である空洞の一代替構成を示している。図１２の構造では、陰極１２０６は、空洞の中心に配置され、また、陽極１２０２は、空洞の壁の少なくとも一部、潜在的にはすべてを占めるように配置されている。陰極１２０６は、陰極１２０６の縦方向の中心軸の周りに配置されたフィラメントをさらに備えることができる。フィラメントは空洞の壁から離れて配置されることが可能であり、また、適切に構成され、電気接続手段などによって支持される場合、中央に配置された陰極１２０６内の実質的に中央に配置されることにより、同じく基板および密閉層６０２から離れて配置され得るため、電気的に非導電性の基板３０２、多孔層３０４および／または密閉層６０２が、特定のプラスチックおよび重合体などのそれほどには高温に耐えることができない場合、図１２の構造が好ましい。さらに、トライオード構造では、格子１２０４は、熱イオン放出によって生じる電子の熱陰極１２０６から陽極１２０２への流れを調整するために、陰極１２０６の周りに同心構造で提供される。

当業者には理解されるように、ここで説明されているダイオードなどのダイオードは、論理ゲート、とりわけ論理ＡＮＤゲートおよびＯＲゲートを構築するのに適している。さらに、ここで説明されているトライオードなどのトライオードは、ＮＯＲゲートおよびＮＡＮＤゲートを構築するのに適している。したがって論理関数の総数は、結果として得られる物品が、例えばスイッチング、信号および／またはデータ処理アプリケーションのための論理処理手段を含むことができるよう、付加的に製造される能動電子デバイスによって利用することができる。

本発明の他の実施形態では、陰極と陽極の間の電位差によってガスがイオン化し、電流の流れがガスを通るよう、冷陰極が、空洞を占有しているガス誘電体と共に使用される。詳細には電位差は、十分な電流密度を誘導し、また、陰極と陽極の間の連続電気放電のためのイオン化を誘導するための電界を生成するように適合される。このような連続電気放電は、電気アークとして証明することができる。アークは、陰極と陽極の間の電位差が１００ボルトと３００ボルトの間などの数百ボルトの領域にある場合に空洞内で得られ得る。交流システムでは、２０００ヘルツと５０００ヘルツの間などの数千ヘルツの周波数で十分であり得る。アークは、アークの両端間の電位差が減少し、電流は増加するように電源によってのみ制限され、負の電圧−電流特性を示す。したがって持続するアークを提供するためには、抵抗または他の安定化デバイスをアークの回路中に提供する必要がある。注目すべきことには、抵抗性材料は、付加製造プロセスの一部として提供され得る。複数のこのようなアークが空洞内の陰極と陽極の間のガス状連続電気放電中で形成される場合、個々のアークは互いのアークをはね返す。このような反発は、以下で説明されるように、付加的に製造されるデバイスの構造内で論理演算を実施するための論理電子構成要素を提供するために、本発明の実施形態によって利用される。

図１３は、本発明の実施形態に従って製造された一体論理ゲート電子構成要素１３２０を有する例示的三次元物品１３００を示したものである。物品１３００は、既に説明した付加製造手法などの付加製造手法を使用して構築されている。物品１３００は、電気的に非導電性の材料で形成された、実質的に物品を構成しているボディ、フレームワーク、ラチス、配列または他の構造などの実質的な構造１３０２からなっており、さもなければ物品の構造と呼ばれている。好ましいことには、実質的な構造１３０２は、連続電気放電プロセスによって生じ得る高温に耐えることができる耐熱材料で形成されている。例えば実質的な構造１３０２は、セラミックまたは同様の材料である。

図１３の例示的物品１３００は、実質的な構造１３０２の中に形成されており、論理「ＯＲ」演算を実施するのに適した論理ＯＲゲート電子構成要素１３２０と一体である。ＯＲゲート電子構成要素１３２０は、物品１３００の構造と一体であり、また、物品１３００の実質的な構造１３０２によって少なくとも部分的に構成されている。図１３のＯＲゲート１３２０は、論理「ＯＲ」演算の役割を担うための１つの実例論理構成要素であるが、他の論理演算も、以下で詳細に説明されるように、代替として実現され得ることは当業者には理解されよう。

ＯＲゲート１３２０は、物品１３００の実質的な構造１３０２の中の空洞１３９０に形成されている。空洞１３９０にはガスが充填されている。ガスは、希ガスなどの１つまたは複数の不活性ガスを含むことが好ましい。空洞１３９０の一方の端部に、電気的に導電性の要素として一対の陰極１３８６、１３８８が形成されている。陰極１３８６、１３８８の各々は、ＯＲゲート１３２０による論理ＯＲ演算のための入力信号を受け取るためにそれぞれ入力信号線１３８２、１３８４に電気接続されている。陽極１３７８は、陰極１３８６、１３８８から間隔を隔てて、第２の電気的に導電性の要素として形成されている。陽極１３７８は、ＯＲゲート１３２０による論理ＯＲ演算からの出力信号を与えるために出力信号線１３１４に電気接続されている。陰極１３８６、１３８８および陽極１３７８は、上で説明した付加製造プロセスによって形成されている。

陰極１３８６、１３８８は冷陰極であり、電位差は、信号線１３８２、１３８４および１３１４を介して、個々の陰極１３８６、１３８８と陽極１３７８の間に印加され得る。電気接続１３１４によって陽極１３７８に接続された抵抗などの安定化抵抗（図示せず）が提供されることが好ましい。このような抵抗は、接続１３１４によって陽極１３７８に電気結合された、適切な電気的に抵抗性の材料の積層などの付加的に製造された抵抗として提供され得る。

電位差は、入力値がＨＩＧＨすなわち二進値１であることをその陰極でＯＲゲート１３２０に示すために、陰極と陽極１３７８の間に印加される。このような電位差によって空洞１３９０内のガスがイオン化し、また、電位差は、陰極と陽極１３７８の間の連続電気放電が電気アークとして生じるように選択され、このような電位差は、本明細書においては破壊電圧とも呼ばれている。したがってこのような電位差が陰極１３８６、１３８８のうちの１つのみと陽極１３７８の間に与えられる場合、結果として得られるアークは電気接続を提供し、その１つの陰極と陽極１３７８の間に電流が流れる。したがって接続１３１４を介して与えられるＯＲゲート１３７８の出力は、ＨＩＧＨすなわち二進値１である。それに対して、このような電位差が陰極１３８６、１３８８と陽極１３７８のいずれの間にも与えられない場合（２つの入力値がＬＯＷすなわち二進０であることを示す）、イオン化が生じることはなく、また、電流が流れることもない。したがってＯＲゲート１３７８の出力は、ＬＯＷすなわち二進値０である。さらに、破壊電圧が陰極１３８２、１３８４の各々（つまり両方の陰極）と陽極１３７８の間に存在する場合、個々の陰極から陽極１３７８への複数の連続電気放電のための電位が出現する。アークの電荷流特性は、個々のアークが他のアークをはね返し、臨界競合状態が続いて起こる特性になる。線１３８２および１３８４における入力が２つのＨＩＧＨすなわち二進１である場合に適切なＯＲゲート論理挙動を達成するためには、電流が陽極１３７８へ流れなければならず、したがって１つのアークは、陰極と陽極１３７８の間の電気接続を完成しなければならない。ＯＲゲート１３２０の構造、および陰極１３８２、１３８４および陽極１３７８の相対位置決めに応じて、このような状況下においても連続電気放電の存在が保証され得る。例えば連続電気放電は、一方の陰極をもう一方の陰極より比較的陽極１３７８の近くに位置決めすることにより、競合状態の場合においても保証され得る。別法としては、１つのアークが優勢であることを保証するために、個々の陰極と陽極１３７８の間の電位差を区別され得る。例えば、電位差のこのような区別は、比較的小さい抵抗を一方の陰極の回路に含むことによって提供され得る。したがってこの方法によれば、図１３の構造に従って付加的に製造される装置は、単一構造のＯＲゲート論理を装置の内部に提供する。このような論理は、付加製造プロセスの一部としてオンデマンドで、製造の物品と一体で製造され得る。

実際には、空洞１３９０は、電気アークを空洞内で形成することができるように寸法化されなければならない。研究は、すべての方向に約２ｍｍの寸法を有する空洞は、連続電気アークを形成するための十分なギャップを提供することができることを示している。

論理ゲート１３２０の内側の異なる構造の陰極および陽極は、必要に応じて異なる論理演算または他の処理演算を提供することができる。図１４ａは、本発明の実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素１４２０の略図である。図１４ａの論理ゲート１４２０は、三次元物品の一部として示されたものではなく、論理ゲート１４２０は、既に説明した能動電子構成要素および論理ゲートなどの付加的に製造される物品の構造と一体部分として構成されていることは理解されよう。図１４ａおよび関連する説明は、ここでは、特定の論理演算が提供される好ましい実施形態による構造を詳しく説明する役割を果たしている。

図１４ａの論理ゲート１４２０は、ＮＯＴ−ＡＮＤすなわちＮＡＮＤ論理演算を提供する。空洞１４９０は、上で説明した三次元物品における付加製造プロセスによって提供されている。空洞１４９０は、少なくとも部分的に不活性ガスまたはガスの混合物などのガスを含む。このようなガスまたは複数のガスは、適切なガス環境における製造によって、または既に説明したように製造後に空洞１４９０を充填するため、または空洞１４９０の含有物を交換するための密閉可能な通路などの流体連絡手段の準備によって空洞１４９０の中に提供され得る。陰極１４５８、１４８６、１４８８（図１４ａでは横方向のハッチングによって識別されている）は、以下で説明される位置における付加製造プロセスによって提供されている。同様に、陽極１４６０、１４６２、１４６８、１４７０（図１４ａでは対角線のハッチングによって識別されている）は、以下で説明される位置における付加製造プロセスによって提供されている。３つの陽極１４６０、１４６２、１４６８の各々は、負荷抵抗１４５０、１４５２、１４５４などの抵抗にそれぞれ電気接続されている。陰極と陽極の間に生じる電気アークなどの連続電気放電を安定させるために、追加抵抗または他の安定化構成要素が、陽極１４６０、１４６２、１４６８および陽極１４７０との電気接続に使用され得る。

構造的には、定常状態陰極１４５８（すなわち制御陰極）は、出力陽極１４７０と間隔を隔てて、反対側に配置されている。出力陽極１４７０は、ＮＡＮＤゲート１４２０からの出力を提供し、使用中、以下、「定常状態アーク」と呼ばれる、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の連続電気放電を保証するために、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の接続１４５６を介して無矛盾電位差が提供される。このような定常状態アークは、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間を流れる電流をもたらす。好ましい実施形態では、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０（任意の他の陽極１４５０、１４５２、１４５４を介した陽極ではなく）の間に生じる連続電気放電を保証するために、バイアス化負電圧が出力電気接続１４７２を介して出力陽極１４７０に印加され得る。

陰極１４８２および１４８４は、ＮＡＮＤゲート１４２０によって受け取られる入力値に対応する入力陰極である。個々の陰極１４８２、１４８４は、それぞれ反対側に、間隔を隔ててドレイン陽極１４６２、１４６８を有している。したがって比較的ＨＩＧＨの電位差（入力１４８２における二進値１を示す）が陰極１４８６とその反対側の陽極１４６２の間に提供されると、連続電気放電（アーク）のための状態がそれらの間に存在する。同様に、比較的ＨＩＧＨの電位差（入力１４８４における二進値１を示す）が陰極１４８８とその反対側の陽極１４６８の間に提供されると、連続電気放電（アーク）のための状態がそれらの間に存在する。注目すべきことには、ＨＩＧＨ信号（二進１）が電気接続１４８２、１４８４を介して示された場合に、入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に印加される電位差は、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の電位差より比較的小さい。入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間のこのような比較的小さい電位差は、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の比較的大きい電位差によって生じる定常状態アークが存在するため、入力陰極１４８６、１４８８のうちの１つのみとそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に連続電気放電（アーク）を形成し得ないことを保証する。一方、ＨＩＧＨ信号（二進値１）が両方の入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間の電位差を提供する場合、入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間の空洞１４９０内のガスを通る２つの離散連続電気放電の形成は、定常状態アークに打ち勝つ（アーク反発によって）ためには十分であり、定常状態陰極１４５８を出力陽極１４７０から開放する。好ましい実施形態では、陰極および陽極の配置は、定常状態陰極１４５８および間隔を隔てた反対側の出力陽極１４７０を通る軸が、第１の入力陰極１４８６とそのドレイン陽極１４６２の間の軸に対して直角になるか、または実質的に直角になり、また、第２の入力陰極１４８８とそのドレイン陽極１４６８の間の軸に対して同じく直角になるようになっている。注目すべきことには、図１４ａの論理ゲート１４２０は三次元構造で形成され、したがって上記軸のうちの任意の軸または個々の軸の平面は異なっていてもよい。

図１４ａの構造は理想的な構造であり、実際には図１４ａの構造は、多くの課題を抱えている。詳細には、図１４ａの構造には、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の定常状態アーク１４２４が、ドレイン陽極１４６２および１４６８などの任意の他の陽極に向かって偏位することなく維持されることを保証する必要がある。さらに、それぞれの入力陰極／ドレイン陽極対１４８６、１４６２および１４８８、１４６８の間の電位差が、定常状態アーク１４２４を偏向させるには、その組合せにおいて十分であり、また、定常状態アーク１４２４を個々に偏向させるためには不十分であることを保証する必要がある。以下、これらの実現課題への対処を探し求めている様々な代替例示的構造が説明される。

図１４ｂは、本発明の第１の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図である。図１４ｂの要素の多くは、図１４ａの同様の番号が振られた特徴と全く同じであるが、図１４ｂでは、これらの特徴は別様に配置されている。図１４ｂでは、入力陰極１４８６は、対応するドレイン陽極１４６２と空洞１４９０の同じ側に並んで配置されており、また、入力陰極１４６８は、対応するドレイン陽極１４８８と同じ壁の上に並んで配置されており、両方の入力陰極／ドレイン陽極対は、空洞１４９０の反対側に存在している。詳細には、空洞１４９０の反対側の入力陰極／ドレイン陽極対は、陽極１４６２、１４６８が互いに正反対、またはほぼ正反対に位置するようにオフセットされ、一方、陰極１４８６、１４８８は、陰極１４８６、１４８８が、空洞１４９０の反対側で互いに横方向に比較的距離を隔てるよう、陽極１４６２、１４６８から遠ざかる方向に陽極１４６２、１４６８から横方向にオフセットされている。したがって、使用中、図１４ｂの構造では、入力陰極１４８６、１４８８とドレイン陽極１４６２、１４６８の間の電位差が存在しないことは、定常状態アーク１４２４の良好な流れを許容する。入力陰極１４８６、１４８８のうちの１つとドレイン陽極１４６２、１４６８のうちの１つの間の電位差は、空洞の同じ側で発生し、到達する単一のアーク（例えば１４２６）を提供することになる。このような単一のアークは、定常状態アーク１４２４を偏位させるためには不十分である。しかしながら電位差が入力陰極１４８６、１４８８の両方とそれぞれのドレイン陽極１４６２、１４６８の間に与えられると、２つのアーク１４２６、１４２８が生成され、それぞれ空洞の同じ側で発生し、到達する。ドレイン陽極１４６２、１４６８の反対の性質のため、定常状態アーク１４２４を陽極１４６０などへ向けてはね返す状態が２つのアーク１４２６、１４２８の間に提供される。この方法によれば、定常状態アーク１４２４の偏位が提供され得る。さらに、ドレイン陽極１４６２、１４６８には、入力陰極１４８６、１４８４におけるいずれか、または両方の入力が二進０の場合に、定常状態アーク１４２４の確立および維持を提供するために、出力陽極１４７０におけるバイアス化負電圧と共に、出力陽極１４７０より比較的大きい電位が与えられ得る。

図１４ｃは、本発明の第２の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図である。図４ｃの要素の多くは、図１４ａおよび１４ｂの同様の番号が振られた特徴と全く同じであるが、図１４ｃでは、これらの特徴は別様に配置されている。図１４ｃの構造は、より大きい確実性で定常状態アーク１４２４を偏向させるために個々の入力陰極１４８６、１４６２に二進値１が生じた場合に、２つのアーク１４２６、１４２８を生成するために、入力陰極１４８６、１４６２が出力陽極１４６８、１４８８と正反対、またはほぼ正反対に配置されている点を除き、図１４ｂの構造と同様である。図１４ｃの構造は、入力陰極／ドレイン陽極対が互いに概ね反対側になるように入力陰極／ドレイン陽極対が横方向に配置される図１４ｂの構造の修正であることは理解されよう。注目すべきことには、図１４ｂの構造では、陰極１４８６が二進１を有している場合、陰極１４８６と反対側の陽極１４６８の間のアークは、定常状態アーク１４２４の反発によって排除され、したがって弧の形をしたアーク１４２６が得られる。弧の形をした同様のアーク１４２８は、陰極１４６８が二進１を有している場合に、空洞の反対側の壁に提供され、両方のアークの組合せが定常状態アーク１４２４を偏向させる役割を果たす。実際には、陰極／陽極の対の横方向の変位は、両方の入力陰極１４８６、１４６２に二進１を準備し、一方の入力陰極のみに二進１を準備しない場合に定常状態アーク１４２４が偏向される、信頼性が最も高い構成を提供するために調整され得ることは、実地実験の利点を有する当業者には明らかであろう。

図１４ｄは、本発明の第３の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図である。図１４ｄの要素の多くは、図１４ａの同様の番号が振られた特徴と全く同じであるが、図１４ｄでは、これらの特徴は別様に配置されている。図１４ｄの構造は、電位差が入力陰極１４８６とドレイン陽極１４６２の間にのみ与えられ、したがって定常状態アーク１４２４を偏位させるためには不十分である（また、ドレイン陽極１４６８へのアークを構成するために定常状態アーク１４２４を十分にはね返すには同じく不十分である）単一のアーク１４２６が形成される図１４ｃの構造と実質的に無矛盾である。しかしながら電位差が入力陰極１４８８とドレイン陽極１４６８の間に与えられると、図１４ｃの結果とは別の結果が実現され得る。図１４ｅは、入力陰極１４８６、１４８４の各々から出現するアークの結合反発効果が定常状態アーク１４２４をはね返すのに十分であるこのような代替結果を示したものである。

したがって、使用中、図１４ａないし１４ｄを参照した要約として、電気接続１４７２における出力信号が二進値１を示すＨＩＧＨになる電流の流れのための定常状態アークを定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７２の間に提供するために、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７２の間に連続電位差が与えられる。入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に電位差が存在しないか、または電位差が小さい場合（つまり定常状態アークがない場合であってもアークを誘導するには電位差が不十分である場合）、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の定常状態アークとして連続電気放電が維持され、ＮＡＮＤゲート１４２０は、二進値１を示すＨＩＧＨ信号を出力接続１４７２に出力する。

ＨＩＧＨ信号が受け取られ、電位差が入力陰極１４８６、１４８８のうちの１つのみとそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に存在する場合、このような電位差は、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の定常状態放電に打ち勝つためには不十分である。ＨＩＧＨ信号が受け取られ、電位差が入力陰極１４８６、１４８８の両方とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に存在する場合、２つの連続電気放電が、定常状態アークを偏向させるためには十分であるアークとして形成される。したがって定常状態アークは、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の電流の流れの提供を停止し、ＮＡＮＤゲート１４２０は、二進０を示すＬＯＷ信号を出力接続１４７２に出力する。好ましい実施形態では、ドレイン陽極１４６０は、定常状態アークを偏向させる際の定常状態陰極１４５６とドレイン陽極１４６０の間の連続電気放電のために提供されている。

したがって、図１４に従って配置された論理ゲートを提供するための付加製造技法を使用して製造される三次元物品は、ＨＩＧＨ（二進１）の入力信号が両方の入力接続１４８２、１４８４に供給されない限り、ＨＩＧＨ（二進１）の出力信号が与えるようにＮＡＮＤゲート演算を提供することになることが分かる。図１４に示されているＮＡＮＤゲート１４２０は、特定の長方形の形の空洞１４９０を含んでいることを示しているが、電極の構造が上で説明した電気アークの干渉によってＮＡＮＤゲートの機能を提供するようになっている限り、三次元多面空洞または円筒状空洞を含む他の形状の空洞が使用され得ることは理解されよう。さらに、当業者には、ＮＯＴ、ＡＮＤゲートおよびＮＯＲゲートなどの他の論理ゲートを提供するための他の陰極および陽極構造が明らかであろう。詳細には、図１５ａは、ＮＯＲゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示したものである。図１５ｂは、ＮＯＴゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示したものである。図１５ｃは、ＡＮＤゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示したものである。図１５ｄは、ＯＲゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示したものである。図１５ｅは、ＸＯＲゲートを形成するためのＮＡＮＤゲートの配置を示したものである。したがって本発明の実施形態は、論理回路、計算デバイス、決定回路、信号処理回路、等々の製造を可能にする論理ゲートのあらゆる変形形態の付加製造を提供し、これらはすべて付加製造プロセスの利点を享受している。例えばこのような３Ｄ印刷論理ゲートは、マルチプレクサ、レジスタ、算術論理ユニット、コンピュータメモリ、プロセッサ、スイッチ、等々を提供することができる。

一実施形態では、図７の通路７０６などの流体連絡通路は、上で説明した論理ゲートなどの論理ゲートを包含して製造された三次元物品を備えている。論理ゲートが、ガスの連続電気放電を使用して、図７に関連した上記説明とは対照的に形成される場合、多孔層７０４の中に形成された空洞内にガスが存在することが必要である。したがって図７の排気ポート７０２は、ガスを空洞中に挿入するのに適した流体ポートである。したがって流体ポートは、物品を付加製造した後に、不活性ガスまたはガス混合物などのガスを空洞中に挿入するために使用される。このような流体ポートは、このようなガスの挿入に先立って空洞を排気するために使用されることが可能であり、したがってガス挿入機能に加えて、依然として排気機能を提供することができる。

一体論理ゲートを有する物品を製造する方法は、図１０に関連して実質的に上で説明したシステムによって実現され得る。このような方法は、必要な論理ゲートのための特定の電極構造が提供されるよう、実質的に図１１の方法のステップを含む。好ましいことには、図１１の方法は、論理ゲートの空洞内で生じる連続電気放電の負電圧−電流特性を安定させるための、論理ゲート回路の電極に電気接続された抵抗性材料としての安定化抵抗の付加製造をさらに含む。別法としては、他の受動安定化デバイスがアークの回路に使用され得る。

説明した本発明の実施形態が少なくとも部分的に、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサまたは他の処理デバイス、データ処理装置またはシステムなどのソフトウェア制御プログラマブル処理デバイスを使用して実現される限り、上で説明した方法を実現するためのプログラマブルデバイス、装置またはシステムを構成するためのコンピュータプログラムは、本発明の態様として想定されていることは理解されよう。コンピュータプログラムは、例えば、処理デバイス、装置またはシステム上での実現のためのソースコードまたはアンダーゴーコンパイレーションとして具体化され、またはオブジェクトコードとして具体化され得る。

適切なことには、コンピュータプログラムは、例えば固体記憶装置、ディスクまたはテープなどの磁気記憶装置、コンパクトディスクまたはデジタル汎用ディスク、等々などの光学的または光磁気的可読記憶装置、および動作のためにそれを構成するためのプログラムまたはその一部を利用している処理デバイス内に、機械可読形態またはデバイス可読形態で搬送媒体上に記憶される。コンピュータプログラムは、電子信号、無線周波数搬送波または光搬送波などの通信媒体中に具体化された遠隔ソースから供給され得る。このような搬送媒体は、同じく本発明の態様として想定されている。

本発明は、上で説明した実施形態例に関連して説明されているが、本発明はそれには限定されないこと、また、本発明の範囲の範疇である多くの可能変形形態および変更態様が存在していることは当業者には理解されよう。

本発明の範囲は、本明細書において開示されているあらゆる新規な特徴または特徴の組合せを含む。本出願人は、ここに、この出願の手続き遂行中、またはこの出願から引き出される任意のこのような他の出願の手続き遂行中に、このような特徴または特徴の組合せに対する新しい特許請求が形成され得ることを通知しておく。詳細には、添付の特許請求の範囲を参照すると、従属請求項からの特徴は、独立請求項からの特徴と結合されることが可能であり、また、それぞれの独立請求項からの特徴は、単に請求項の中に列挙されている特定の組合せだけでなく、任意の適切な方法で結合されることが可能である。

好ましいことには、制御陰極および出力陽極を通る軸は、第１の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して実質的に直角であり、また、第２の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して同じく直角である。

電位差は、入力値がＨＩＧＨすなわち二進値１であることをその陰極でＯＲゲート１３２０に示すために、陰極と陽極１３７８の間に印加される。このような電位差によって空洞１３９０内のガスがイオン化し、また、電位差は、陰極と陽極１３７８の間の連続電気放電が電気アークとして生じるように選択され、このような電位差は、本明細書においては破壊電圧とも呼ばれている。したがってこのような電位差が陰極１３８６、１３８８のうちの１つのみと陽極１３７８の間に与えられる場合、結果として得られるアークは電気接続を提供し、その１つの陰極と陽極１３７８の間に電流が流れる。したがって接続１３１４を介して与えられるＯＲゲート１３７８の出力は、ＨＩＧＨすなわち二進値１である。それに対して、このような電位差が陰極１３８６、１３８８と陽極１３７８のいずれの間にも与えられない場合（２つの入力値がＬＯＷすなわち二進０であることを示す）、イオン化が生じることはなく、また、電流が流れることもない。したがってＯＲゲート１３７８の出力は、ＬＯＷすなわち二進値０である。さらに、破壊電圧が陰極１３８６、１３８８の各々（つまり両方の陰極）と陽極１３７８の間に存在する場合、個々の陰極から陽極１３７８への複数の連続電気放電のための電位が出現する。アークの電荷流特性は、個々のアークが他のアークをはね返し、臨界競合状態が続いて起こる特性になる。線１３８２および１３８４における入力が２つのＨＩＧＨすなわち二進１である場合に適切なＯＲゲート論理挙動を達成するためには、電流が陽極１３７８へ流れなければならず、したがって１つのアークは、陰極と陽極１３７８の間の電気接続を完成しなければならない。ＯＲゲート１３２０の構造、および陰極１３８６、１３８８および陽極１３７８の相対位置決めに応じて、このような状況下においても連続電気放電の存在が保証され得る。例えば連続電気放電は、一方の陰極をもう一方の陰極より比較的陽極１３７８の近くに位置決めすることにより、競合状態の場合においても保証され得る。別法としては、１つのアークが優勢であることを保証するために、個々の陰極と陽極１３７８の間の電位差を区別され得る。例えば、電位差のこのような区別は、比較的小さい抵抗を一方の陰極の回路に含むことによって提供され得る。したがってこの方法によれば、図１３の構造に従って付加的に製造される装置は、単一構造のＯＲゲート論理を装置の内部に提供する。このような論理は、付加製造プロセスの一部としてオンデマンドで、製造の物品と一体で製造され得る。

構造的には、定常状態陰極１４５８（すなわち制御陰極）は、出力陽極１４７０と間隔を隔てて、反対側に配置されている。出力陽極１４７０は、ＮＡＮＤゲート１４２０からの出力を提供し、使用中、以下、「定常状態アーク」と呼ばれる、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の連続電気放電を保証するために、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の接続１４５６を介して無矛盾電位差が提供される。このような定常状態アークは、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間を流れる電流をもたらす。好ましい実施形態では、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０（任意の他の陽極１４６０、１４６２、１４６８を介した陽極ではなく）の間に生じる連続電気放電を保証するために、バイアス化負電圧が出力電気接続１４７２を介して出力陽極１４７０に印加され得る。

陰極１４８６および１４８８は、ＮＡＮＤゲート１４２０によって受け取られる入力値に対応する入力陰極である。個々の陰極１４８６、１４８８は、それぞれ反対側に、間隔を隔ててドレイン陽極１４６２、１４６８を有している。したがって比較的ＨＩＧＨの電位差（入力１４８２における二進値１を示す）が陰極１４８６とその反対側の陽極１４６２の間に提供されると、連続電気放電（アーク）のための状態がそれらの間に存在する。同様に、比較的ＨＩＧＨの電位差（入力１４８４における二進値１を示す）が陰極１４８８とその反対側の陽極１４６８の間に提供されると、連続電気放電（アーク）のための状態がそれらの間に存在する。注目すべきことには、ＨＩＧＨ信号（二進１）が電気接続１４８２、１４８４を介して示された場合に、入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に印加される電位差は、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の電位差より比較的小さい。入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間のこのような比較的小さい電位差は、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の比較的大きい電位差によって生じる定常状態アークが存在するため、入力陰極１４８６、１４８８のうちの１つのみとそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に連続電気放電（アーク）を形成し得ないことを保証する。一方、ＨＩＧＨ信号（二進値１）が両方の入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間の電位差を提供する場合、入力陰極１４８６、１４８８とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間の空洞１４９０内のガスを通る２つの離散連続電気放電の形成は、定常状態アークに打ち勝つ（アーク反発によって）ためには十分であり、定常状態陰極１４５８を出力陽極１４７０から開放する。好ましい実施形態では、陰極および陽極の配置は、定常状態陰極１４５８および間隔を隔てた反対側の出力陽極１４７０を通る軸が、第１の入力陰極１４８６とそのドレイン陽極１４６２の間の軸に対して直角になるか、または実質的に直角になり、また、第２の入力陰極１４８８とそのドレイン陽極１４６８の間の軸に対して同じく直角になるようになっている。注目すべきことには、図１４ａの論理ゲート１４２０は三次元構造で形成され、したがって上記軸のうちの任意の軸または個々の軸の平面は異なっていてもよい。

図１４ｂは、本発明の第１の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図である。図１４ｂの要素の多くは、図１４ａの同様の番号が振られた特徴と全く同じであるが、図１４ｂでは、これらの特徴は別様に配置されている。図１４ｂでは、入力陰極１４８６は、対応するドレイン陽極１４６２と空洞１４９０の同じ側に並んで配置されており、また、入力陰極１４８８は、対応するドレイン陽極１４８８と同じ壁の上に並んで配置されており、両方の入力陰極／ドレイン陽極対は、空洞１４９０の反対側に存在している。詳細には、空洞１４９０の反対側の入力陰極／ドレイン陽極対は、陽極１４６２、１４６８が互いに正反対、またはほぼ正反対に位置するようにオフセットされ、一方、陰極１４８６、１４８８は、陰極１４８６、１４８８が、空洞１４９０の反対側で互いに横方向に比較的距離を隔てるよう、陽極１４６２、１４６８から遠ざかる方向に陽極１４６２、１４６８から横方向にオフセットされている。したがって、使用中、図１４ｂの構造では、入力陰極１４８６、１４８８とドレイン陽極１４６２、１４６８の間の電位差が存在しないことは、定常状態アーク１４２４の良好な流れを許容する。入力陰極１４８６、１４８８のうちの１つとドレイン陽極１４６２、１４６８のうちの１つの間の電位差は、空洞の同じ側で発生し、到達する単一のアーク（例えば１４２６）を提供することになる。このような単一のアークは、定常状態アーク１４２４を偏位させるためには不十分である。しかしながら電位差が入力陰極１４８６、１４８８の両方とそれぞれのドレイン陽極１４６２、１４６８の間に与えられると、２つのアーク１４２６、１４２８が生成され、それぞれ空洞の同じ側で発生し、到達する。ドレイン陽極１４６２、１４６８の反対の性質のため、定常状態アーク１４２４を陽極１４６０などへ向けてはね返す状態が２つのアーク１４２６、１４２８の間に提供される。この方法によれば、定常状態アーク１４２４の偏位が提供され得る。さらに、ドレイン陽極１４６２、１４６８には、入力陰極１４８６、１４８４におけるいずれか、または両方の入力が二進０の場合に、定常状態アーク１４２４の確立および維持を提供するために、出力陽極１４７０におけるバイアス化負電圧と共に、出力陽極１４７０より比較的大きい電位が与えられ得る。

図１４ｃは、本発明の第２の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図である。図１４ｃの要素の多くは、図１４ａおよび１４ｂの同様の番号が振られた特徴と全く同じであるが、図１４ｃでは、これらの特徴は別様に配置されている。図１４ｃの構造は、より大きい確実性で定常状態アーク１４２４を偏向させるために個々の入力陰極１４８６、１４８８に二進値１が生じた場合に、２つのアーク１４２６、１４２８を生成するために、入力陰極１４８６、１４６２が出力陽極１４６８、１４６２と正反対、またはほぼ正反対に配置されている点を除き、図１４ｂの構造と同様である。図１４ｃの構造は、入力陰極／ドレイン陽極対が互いに概ね反対側になるように入力陰極／ドレイン陽極対が横方向に配置される図１４ｂの構造の修正であることは理解されよう。注目すべきことには、図１４ｂの構造では、陰極１４８６が二進１を有している場合、陰極１４８６と反対側の陽極１４６８の間のアークは、定常状態アーク１４２４の反発によって排除され、したがって弧の形をしたアーク１４２６が得られる。弧の形をした同様のアーク１４２８は、陰極１４８８が二進１を有している場合に、空洞の反対側の壁に提供され、両方のアークの組合せが定常状態アーク１４２４を偏向させる役割を果たす。実際には、陰極／陽極の対の横方向の変位は、両方の入力陰極１４８６、１４８８に二進１を準備し、一方の入力陰極のみに二進１を準備しない場合に定常状態アーク１４２４が偏向される、信頼性が最も高い構成を提供するために調整され得ることは、実地実験の利点を有する当業者には明らかであろう。

図１４ｄは、本発明の第３の代替実施形態による付加製造プロセスによって製造するのに適した論理ゲート電子構成要素の略図である。図１４ｄの要素の多くは、図１４ａの同様の番号が振られた特徴と全く同じであるが、図１４ｄでは、これらの特徴は別様に配置されている。図１４ｄの構造は、電位差が入力陰極１４８６とドレイン陽極１４６２の間にのみ与えられ、したがって定常状態アーク１４２４を偏位させるためには不十分である（また、ドレイン陽極１４６８へのアークを構成するために定常状態アーク１４２４を十分にはね返すには同じく不十分である）単一のアーク１４２６が形成される図１４ｃの構造と実質的に無矛盾である。しかしながら電位差が入力陰極１４８８とドレイン陽極１４６８の間に与えられると、図１４ｃの結果とは別の結果が実現され得る。図１４ｅは、入力陰極１４８６、１４８８の各々から出現するアークの結合反発効果が定常状態アーク１４２４をはね返すのに十分であるこのような代替結果を示したものである。

ＨＩＧＨ信号が受け取られ、電位差が入力陰極１４８６、１４８８のうちの１つのみとそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に存在する場合、このような電位差は、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の定常状態放電に打ち勝つためには不十分である。ＨＩＧＨ信号が受け取られ、電位差が入力陰極１４８６、１４８８の両方とそれぞれの陽極１４６２、１４６８の間に存在する場合、２つの連続電気放電が、定常状態アークを偏向させるためには十分であるアークとして形成される。したがって定常状態アークは、定常状態陰極１４５８と出力陽極１４７０の間の電流の流れの提供を停止し、ＮＡＮＤゲート１４２０は、二進０を示すＬＯＷ信号を出力接続１４７２に出力する。好ましい実施形態では、ドレイン陽極１４６０は、定常状態アークを偏向させる際の定常状態陰極１４５８とドレイン陽極１４６０の間の連続電気放電のために提供されている。

本発明の範囲は、本明細書において開示されているあらゆる新規な特徴または特徴の組合せを含む。本出願人は、ここに、この出願の手続き遂行中、またはこの出願から引き出される任意のこのような他の出願の手続き遂行中に、このような特徴または特徴の組合せに対する新しい特許請求が形成され得ることを通知しておく。詳細には、添付の特許請求の範囲を参照すると、従属請求項からの特徴は、独立請求項からの特徴と結合されることが可能であり、また、それぞれの独立請求項からの特徴は、単に請求項の中に列挙されている特定の組合せだけでなく、任意の適切な方法で結合されることが可能である。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］付加製造プロセスを使用して製造される装置であって、少なくとも２つの陰極と、前記陰極から間隔を隔てた陽極とを含んだガス充填密閉空洞を有し、前記陰極のうちの少なくとも１つと前記陽極の間で誘導された前記ガスの連続電気放電が、前記陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を前記陽極に与え、ここにおいて、前記陰極および前記陽極が前記装置と共に付加的に製造される装置。
［２］前記連続電気放電を安定させるために前記陽極に電気結合された抵抗性材料として、付加的に製造された安定化抵抗をさらに備える、［１］に記載の装置。
［３］前記ガスの前記連続電気放電が電気アークとして生じる、［１］および［２］のいずれかに記載の装置。
［４］前記空洞が、前記ブール関数がＯＲ関数になるよう、２つの陰極を含む、［１］から［３］のいずれかに記載の装置。
［５］前記陽極が出力陽極であり、また、前記少なくとも２つの陰極が、前記出力陽極と対向して間隔を隔てた制御陰極と、付加的に製造された電気信号経路を介して前記入力信号を受け取るための第１および第２の入力陰極とを含み、装置が、前記入力陰極の各々と対向してそれぞれ間隔を隔てた少なくとも２つのドレイン陽極をさらに備え、
ここにおいて、前記制御陰極と前記出力陽極の間の電位差が、それらの間の電流の流れを許容する前記連続電気放電を誘導し、
ここにおいて、前記入力陰極のうちの１つとそのドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを許容するよう前記連続電気放電を偏向させるためには不十分であり、また、
ここにおいて、前記入力陰極の両方とそれぞれの前記ドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを阻止するよう前記連続電気放電を偏向させるためには十分であり、それにより前記陽極における前記ブール関数出力が、前記入力陰極における前記入力信号上の論理ＮＡＮＤ演算に対応する、
［１］から［３］のいずれかに記載の装置。
［６］前記制御陰極および前記出力陽極を通る軸が、前記第１の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して実質的に直角であり、また、前記第２の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して同じく直角である、［５］に記載の装置。
［７］前記装置が付加的に製造された回路をさらに備える、［１］から［６］のいずれかに記載の装置。
［８］３Ｄ印刷物品であって、［４］から［６］のいずれかに記載の前記装置のうちの１つまたは複数を前記物品の構造内にＮＡＮＤゲートとして備え、ここにおいて、前記ＮＡＮＤゲートが、ＯＲ論理ゲート、ＮＯＴ論理ゲート、ＡＮＤ論理ゲート、ＮＯＲ論理ゲートおよびＸＯＲ論理ゲートのうちの１つまたは複数を任意の数だけ形成するように配置される３Ｄ印刷物品。
［９］一体論理ゲート電子構成要素を有する物品を製造する方法であって、
ａ）電気的に非導電性の基板を形成し、
ｂ）空洞を有する電気的に非導電性の多孔層を形成し、
ｃ）少なくとも２つの陰極を含んだ前記空洞内に、電気的に導電性の陽極要素および陰極要素を間隔を隔てて形成し、
ｄ）前記要素間に電位差を付与するのに十分である、前記要素の各々への導電性電気接続を積層し、
ｅ）前記多孔層内の前記空洞を保持し、密閉するために前記多孔層の上に電気的に非導電性の密閉層を形成する
ために付加製造プロセスを使用する
ことを備え、
ここにおいて、前記空洞がガスを含み、また、ここにおいて、前記電位差が、前記陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を前記陽極に与えるために、前記陰極のうちの少なくとも１つと前記陽極の間の前記ガスの連続電気放電を誘導するのに十分である方法。
［１０］前記基板、前記多孔層および前記密閉層のうちの１つまたは複数を形成することが、前記空洞と前記物品の流体ポートとの間の流体連絡を提供する通路を形成することを含み、ここにおいて、前記流体ポートを介して前記ガスが前記空洞の中に挿入され得る、［９］に記載の方法。
［１１］前記付加製造プロセスが、前記密閉層を形成する際に不活性ガスを前記空洞内に入れるために、実質的に前記不活性ガスで構成された密閉大気中で生じる、［９］に記載の方法。
［１２］前記陽極が、前記論理ゲートが前記電気入力信号のブールＯＲ関数を構成するよう、前記空洞の前記陰極が配置される側とは反対側に配置される、［９］から［１１］のいずれかに記載の方法。
［１３］前記陽極が出力陽極であり、また、前記少なくとも２つの陰極が、前記出力陽極と対向して間隔を隔てて形成された制御陰極と、付加的に製造された電気信号経路を介して前記入力信号を受け取るために形成された第１および第２の入力陰極とを含み、前記方法が、前記入力陰極の各々と対向してそれぞれ間隔を隔てた少なくとも２つのドレイン陽極を形成することをさらに備え、
ここにおいて、前記制御陰極と前記出力陽極の間の電位差が、それらの間の電流の流れを許容する前記連続電気放電を誘導し、
ここにおいて、前記入力陰極のうちの１つとそのドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを許容するよう前記連続電気放電を偏向させるためには不十分であり、また、
ここにおいて、前記入力陰極の両方とそれぞれの前記ドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを阻止するよう前記連続電気放電を偏向させるためには十分であり、それにより前記陽極における前記ブール関数出力が、前記入力陰極における前記入力信号上の論理ＮＡＮＤ演算に対応する、
［９］から［１１］のいずれかに記載の方法。
［１４］前記付加製造プロセスが、押出し積層プロセスと、粒状材料結合プロセスのうちの１つまたは両方を含む、［９］から［１３］のいずれかに記載の方法。
［１５］前記電気的に非導電性の基板、前記多孔層および前記密閉層のうちの少なくとも１つがセラミック中に形成される、［９］から［１４］のいずれかに記載の方法。
［１６］前記陽極および前記陰極のうちの少なくとも１つがガリウム合金から形成される、［９］から［１５］のいずれかに記載の方法。
［１７］［９］から［１６］のいずれかに記載の前記プロセスによって製造された一体論理ゲート電子構成要素を有する物品。
［１８］一体能動電子構成要素を有する物品を製造するための付加製造装置であって、
コンピュータシステムと、
電気的に非導電性の三次元構造を形成するように適合された第１の付加製造構成要素と、
電気的に導電性の三次元構造を形成するように適合された第２の付加製造構成要素と
を備え、
ここにおいて、前記第１および第２の付加製造構成要素が、前記コンピュータシステムの制御の下で動作可能であり、前記コンピュータシステムが、
ａ）電気的に非導電性の基板を形成し、
ｂ）空洞を有する電気的に非導電性の多孔層を形成し、
ｃ）少なくとも２つの陰極を含んだ前記空洞内に、電気的に導電性の陽極要素および陰極要素を間隔を隔てて形成し、
ｄ）前記要素間に電位差を付与するのに十分である、前記要素の各々への導電性電気接続を積層し、
ｅ）前記多孔層内の前記空洞を保持し、密閉するために前記多孔層の上に電気的に非導電性の密閉層を形成する
ように前記構成要素を制御するように適合され、
ここにおいて、前記空洞がガスを含み、また、ここにおいて、前記電位差が、前記陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を前記陽極に与えるために、前記陰極のうちの少なくとも１つと前記陽極の間の前記ガスの連続電気放電を誘導するのに十分である付加製造装置。
［１９］付加製造装置を制御するためのコンピュータシステムであって、前記付加製造装置が、電気的に非導電性の材料と電気的に導電性の材料の両方から三次元構造を製造するように適合され、［９］から［１７］のいずれかに記載の前記方法を実施するように前記付加製造装置を制御するように動作することができるコンピュータシステム。

Claims (19)

1. 付加製造プロセスを使用して製造される装置であって、少なくとも２つの陰極と、前記陰極から間隔を隔てた陽極とを含んだガス充填密閉空洞を有し、前記陰極のうちの少なくとも１つと前記陽極の間で誘導された前記ガスの連続電気放電が、前記陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を前記陽極に与え、ここにおいて、前記陰極および前記陽極が前記装置と共に付加的に製造される装置。
2. 前記連続電気放電を安定させるために前記陽極に電気結合された抵抗性材料として、付加的に製造された安定化抵抗をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記ガスの前記連続電気放電が電気アークとして生じる、請求項１および２のいずれかに記載の装置。
4. 前記空洞が、前記ブール関数がＯＲ関数になるよう、２つの陰極を含む、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記陽極が出力陽極であり、また、前記少なくとも２つの陰極が、前記出力陽極と対向して間隔を隔てた制御陰極と、付加的に製造された電気信号経路を介して前記入力信号を受け取るための第１および第２の入力陰極とを含み、装置が、前記入力陰極の各々と対向してそれぞれ間隔を隔てた少なくとも２つのドレイン陽極をさらに備え、
   ここにおいて、前記制御陰極と前記出力陽極の間の電位差が、それらの間の電流の流れを許容する前記連続電気放電を誘導し、
   ここにおいて、前記入力陰極のうちの１つとそのドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを許容するよう前記連続電気放電を偏向させるためには不十分であり、また、
   ここにおいて、前記入力陰極の両方とそれぞれの前記ドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを阻止するよう前記連続電気放電を偏向させるためには十分であり、それにより前記陽極における前記ブール関数出力が、前記入力陰極における前記入力信号上の論理ＮＡＮＤ演算に対応する、
   請求項１から３のいずれかに記載の装置。
6. 前記制御陰極および前記出力陽極を通る軸が、前記第１の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して実質的に直角であり、また、前記第２の入力陰極とそのドレイン陽極の間の軸に対して同じく直角である、請求項５に記載の装置。
7. 前記装置が付加的に製造された回路をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. ３Ｄ印刷物品であって、請求項４から６のいずれかに記載の前記装置のうちの１つまたは複数を前記物品の構造内にＮＡＮＤゲートとして備え、ここにおいて、前記ＮＡＮＤゲートが、ＯＲ論理ゲート、ＮＯＴ論理ゲート、ＡＮＤ論理ゲート、ＮＯＲ論理ゲートおよびＸＯＲ論理ゲートのうちの１つまたは複数を任意の数だけ形成するように配置される３Ｄ印刷物品。
9. 一体論理ゲート電子構成要素を有する物品を製造する方法であって、
   ａ）電気的に非導電性の基板を形成し、
   ｂ）空洞を有する電気的に非導電性の多孔層を形成し、
   ｃ）少なくとも２つの陰極を含んだ前記空洞内に、電気的に導電性の陽極要素および陰極要素を間隔を隔てて形成し、
   ｄ）前記要素間に電位差を付与するのに十分である、前記要素の各々への導電性電気接続を積層し、
   ｅ）前記多孔層内の前記空洞を保持し、密閉するために前記多孔層の上に電気的に非導電性の密閉層を形成する
   ために付加製造プロセスを使用する
   ことを備え、
   ここにおいて、前記空洞がガスを含み、また、ここにおいて、前記電位差が、前記陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を前記陽極に与えるために、前記陰極のうちの少なくとも１つと前記陽極の間の前記ガスの連続電気放電を誘導するのに十分である方法。
10. 前記基板、前記多孔層および前記密閉層のうちの１つまたは複数を形成することが、前記空洞と前記物品の流体ポートとの間の流体連絡を提供する通路を形成することを含み、ここにおいて、前記流体ポートを介して前記ガスが前記空洞の中に挿入され得る、請求項９に記載の方法。
11. 前記付加製造プロセスが、前記密閉層を形成する際に不活性ガスを前記空洞内に入れるために、実質的に前記不活性ガスで構成された密閉大気中で生じる、請求項９に記載の方法。
12. 前記陽極が、前記論理ゲートが前記電気入力信号のブールＯＲ関数を構成するよう、前記空洞の前記陰極が配置される側とは反対側に配置される、請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記陽極が出力陽極であり、また、前記少なくとも２つの陰極が、前記出力陽極と対向して間隔を隔てて形成された制御陰極と、付加的に製造された電気信号経路を介して前記入力信号を受け取るために形成された第１および第２の入力陰極とを含み、前記方法が、前記入力陰極の各々と対向してそれぞれ間隔を隔てた少なくとも２つのドレイン陽極を形成することをさらに備え、
    ここにおいて、前記制御陰極と前記出力陽極の間の電位差が、それらの間の電流の流れを許容する前記連続電気放電を誘導し、
    ここにおいて、前記入力陰極のうちの１つとそのドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを許容するよう前記連続電気放電を偏向させるためには不十分であり、また、
    ここにおいて、前記入力陰極の両方とそれぞれの前記ドレイン陽極の間の電位差が、前記出力陽極を介した電流の流れを阻止するよう前記連続電気放電を偏向させるためには十分であり、それにより前記陽極における前記ブール関数出力が、前記入力陰極における前記入力信号上の論理ＮＡＮＤ演算に対応する、
    請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
14. 前記付加製造プロセスが、押出し積層プロセスと、粒状材料結合プロセスのうちの１つまたは両方を含む、請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記電気的に非導電性の基板、前記多孔層および前記密閉層のうちの少なくとも１つがセラミック中に形成される、請求項９から１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記陽極および前記陰極のうちの少なくとも１つがガリウム合金から形成される、請求項９から１５のいずれかに記載の方法。
17. 請求項９から１６のいずれかに記載の前記プロセスによって製造された一体論理ゲート電子構成要素を有する物品。
18. 一体能動電子構成要素を有する物品を製造するための付加製造装置であって、
    コンピュータシステムと、
    電気的に非導電性の三次元構造を形成するように適合された第１の付加製造構成要素と、
    電気的に導電性の三次元構造を形成するように適合された第２の付加製造構成要素と
    を備え、
    ここにおいて、前記第１および第２の付加製造構成要素が、前記コンピュータシステムの制御の下で動作可能であり、前記コンピュータシステムが、
    ａ）電気的に非導電性の基板を形成し、
    ｂ）空洞を有する電気的に非導電性の多孔層を形成し、
    ｃ）少なくとも２つの陰極を含んだ前記空洞内に、電気的に導電性の陽極要素および陰極要素を間隔を隔てて形成し、
    ｄ）前記要素間に電位差を付与するのに十分である、前記要素の各々への導電性電気接続を積層し、
    ｅ）前記多孔層内の前記空洞を保持し、密閉するために前記多孔層の上に電気的に非導電性の密閉層を形成する
    ように前記構成要素を制御するように適合され、
    ここにおいて、前記空洞がガスを含み、また、ここにおいて、前記電位差が、前記陰極のうちの２つにおける電気入力信号に対応するブール関数出力を前記陽極に与えるために、前記陰極のうちの少なくとも１つと前記陽極の間の前記ガスの連続電気放電を誘導するのに十分である付加製造装置。
19. 付加製造装置を制御するためのコンピュータシステムであって、前記付加製造装置が、電気的に非導電性の材料と電気的に導電性の材料の両方から三次元構造を製造するように適合され、請求項９から１７のいずれかに記載の前記方法を実施するように前記付加製造装置を制御するように動作することができるコンピュータシステム。