JP2017202683A - 中間転写ベルトおよび硬化性ポリマーを用いる３ｄ印刷 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線（ＵＶ）硬化性ポリマーを使用する三次元（３Ｄ）印刷プロセスの提供。
【解決手段】３Ｄ印刷は、中間転写ベルト（ＩＴＢ）１１０からプラテン１１８にビルド材料１０４および支持体を転写する。ビルド材料は、ビルド材料が光開始剤を含み、支持体材料が光開始剤を含まないことを除いて、支持体材料と同じである。プラテンは、移動してＩＴＢと接触し、ＩＴＢは、プラテンがＩＴＢと接触するたびに、ビルド材料および支持体材料の連続層を転写する。プラテンおよびプラテンと隣接するＩＴＢの一部は加熱された後に、プラテンがＩＴＢと接触して、これが露光されて、支持体材料のポリマーを架橋することなく、ビルド材料のポリマーを架橋する。架橋されているビルド材料のポリマーおよび架橋されていない支持体材料のポリマーが、支持体材料を、溶媒に対して選択的に可溶性にする。
【選択図】図２

Description

本明細書のシステムおよび方法は、一般に紫外線（ＵＶ）硬化性ポリマーを使用する三次元（３Ｄ）印刷プロセスに関する。

三次元印刷は、例えばインクジェットまたは静電プリンタを用いて対象物を製造できる。１つの例示的な３段階プロセスにおいて、粉末状材料が薄層に印刷され、ＵＶ硬化性液体がこの粉末状材料上に印刷され、最終的に各層がＵＶ光源を用いて硬化される。これらの工程はレイヤー・バイ・レイヤーで繰り返される。支持体材料は、一般に、酸可溶性、塩基可溶性または水溶性ポリマーを含み、これは３Ｄ印刷が完了した後にビルド材料から選択的にすすがれることができる。

故に、三次元（３Ｄ）プロセスを用いる部品の製造はビルド材料（そこから部品自体が製造される）および支持体材料（これが部品のボイドおよびキャビティを埋め、その機能はビルド材料に機械的支持を提供することである）の堆積に基づく。支持体材料は、所望される部品のみを後に残すように除去される。これに対処する方法の１つは、支持体材料を溶解することである。

本明細書の例示的な三次元（３Ｄ）プリンタは、他の構成要素の中でも特に、中間転写ベルト（ＩＴＢ）、第１の材料（例えばビルド材料）をＩＴＢに転写する第１の感光体、および第２の材料（例えば支持体材料）をＩＴＢに転写する第２の感光体を含む。露光および現像デバイスは、ビルド材料を第１の感光体に転写し、支持体材料を第２の感光体に転写する。ビルド材料は、ビルド材料が光開始剤を含み、支持体材料が光開始剤を含まないことを除いて、支持体材料と同じである。ビルド材料および支持体材料の両方は、光開始剤を使用して架橋する紫外線（ＵＶ）架橋性ポリマートナーを含む。第１の材料および第２の材料の層は、ＩＴＢの区別可能な領域にあり、パターン状である。

こうしたプリンタはまた、ＩＴＢと接触するようにＩＴＢに対して移動するプラテンも含む。ＩＴＢは、プラテンがＩＴＢと接触するたびに、ビルド材料および支持体材料の連続層をプラテンに転写し、最終的にこのプロセスはプラテン上に３Ｄ対象物を構築する。

少なくとも１つのヒータもこうした構造に含まれ、ヒータはプラテンを加熱し、プラテンに隣接するＩＴＢの一部をビルド材料および支持体材料のガラス転移温度に加熱した後、プラテンがＩＴＢと接触する。ヒータはさらに、ＩＴＢがビルド材料および支持体材料をプラテンに転写した後、プラテン上のビルド材料および支持体材料を、ビルド材料および支持体材料のガラス転移温度と融点との間の温度に加熱し、これによりプラテン上に先に転写された材料にビルド材料および支持体材料を定着させる。

こうしたプリンタはまた、光（例えばＵＶ光源）を含む。プラテンは、ＩＴＢから光へ移動し、次いで毎回プラテンがＩＴＢと接触した後に光がプラテン上のビルド材料および支持体材料を露光し、これにより、支持体材料のポリマーを架橋することなく、ビルド材料のポリマーを架橋する。本明細書の種々のシステムは、支持体材料のみを溶解するために、およびビルド材料に影響を与えないように、３Ｄ対象物に溶媒を適用するすすぎステーションを含む。架橋されているビルド材料のポリマーおよび架橋されていない支持体材料のポリマーが、支持体材料を、ビルド材料とは異なる溶媒に対して選択的に可溶性にする。

本明細書の３Ｄ印刷を行う方法は、露光および現像デバイスを用いて、第１の材料（例えばビルド材料）を第１の感光体に転写し、第２の材料（例えば支持体材料）を第２の感光体に転写し、次いでビルド材料を第１の感光体から転写し、支持体材料を第２の感光体から中間転写ベルト（ＩＴＢ）に転写する。ビルド材料は、ビルド材料が光開始剤を含み、支持体材料が光開始剤を含まないことを除いて、支持体材料と同じである。例えばビルド材料および支持体材料は、光開始剤を使用して架橋する紫外線（ＵＶ）架橋性ポリマートナーを含むことができる。

こうしたプロセスは、ＩＴＢに対してプラテンをＩＴＢに隣接するように移動させる。これらの方法はまた、ヒータを用いて、プラテンを加熱し、プラテンに隣接するＩＴＢの一部を加熱する。加熱後、こうした方法はプラテンを移動させてＩＴＢと接触させる。ＩＴＢとプラテンとの間の連続的な接触により、ビルド材料および支持体材料の連続層をプラテンに転写し（プラテンがＩＴＢと接触するたびに）、これが連続的にプラテン上に３Ｄ対象物を構築する。

本明細書の方法は、プラテンをＩＴＢから光（例えばＵＶ光源）へ移動させ、次いで毎回プラテンがＩＴＢと接触した後に光を用いてビルド材料および支持体材料を露光して、支持体材料のポリマーを架橋することなく、ビルド材料のポリマーを架橋する。

すべての連続層が転写された後に、後続の加工処理により、ビルド材料および支持体材料の３Ｄ対象物をプラテンから取り除き、すすぎステーションを用いてこの３Ｄ対象物に溶媒を適用して、支持体材料のみを溶解させ、ビルド材料には影響を与えない。架橋されているビルド材料のポリマーおよび架橋されていない支持体材料のポリマーが、支持体材料を溶媒中に（ビルド材料に対して）選択的に可溶性にする。

これらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明において記載され、またはそれらから明らかになる。

種々の例示的なシステムおよび方法は、以下のような添付の図面を参照して、以下で詳細に記載される。

図１は、本明細書の材料の理想化された溶融レオロジー曲線を示すチャートである。 図２は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図３は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図４は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図５は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図６は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図７は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図８は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図９は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図１０は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図１１は、本明細書の種々の方法のフロー図である。 図１２は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図１３は、本明細書のデバイスを示す概略図である。 図１４は、本明細書のデバイスを示す概略図である。

上述されたように、一部の３Ｄプロセスは、ビルドおよび支持体材料のレイヤー・バイ・レイヤーのトランスフューズに基づき、これらの材料は同様の溶融レオロジー特性、ひいては同様の化学構造を有し得る。これにより、溶解による分離が困難な作業になる。

故に、本明細書のシステムおよび方法は、好適なプラスチックビルド材料およびプラスチック支持体の連続的なレイヤー・バイ・レイヤー堆積によって部品を構築するような一般的な使用での複数の付加製造プロセスのいずれかによって製作され得る３Ｄ部品を提供する。一般に３Ｄ部品は部品のデジタル表示から構築され、これを複数の水平スライスに分割する。個々の層を印刷するための指示がコントローラによってプリントプロセスに送られ、いずれかの所与の層を形成する。

材料が同様の溶融レオロジー特性（ひいては同様の化学構造）を有し得るような１つの例示的な３Ｄ印刷プロセスは、ビルドおよび支持体トナー材料を中間転写ベルト（ＩＴＢ）に現像する。これらのトナー材料の現像された層は可動プラテンにトランスフューズされる。現像された層およびＩＴＢは、局所的に加熱されて、トランスフューズの前に現像された層を「粘着性」状態にする（すなわち、ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高く、トナー樹脂の溶融または定着温度Ｔｍに満たない温度に）。加熱されたプラテン（ほぼ同じ温度に加熱される）は、次いでＩＴＢ−プラテンニップを通して転換するときに粘着性層と同期的に接触する。故に、静電気的に（トナー／ベルト電荷の差に基づいて）転写されるのではなく、現像された層をプラテン（または先に転写された現像された層）に転写させるのは、現像された層および加熱されたプラテン（または先に転写された現像された層）の粘着特性である。プラテンは、加熱されたトナー／ＩＴＢ界面と接触するときに粘着状態でトナーを維持するために加熱され、そうすることにより、トナー層をＩＴＢから分離し、圧力下で、先に堆積された層を含有し得るプラテン表面に転写する。

層のポストトランスフューズ加熱は、次いで先の層に最後の層を定着させるために行われる。最終的に冷却工程により、層の温度を、トナー層が粘着状態になる温度に戻す。次いでプラテン位置をホーム位置に戻し、そこから次の層の到着を待つ。このプロセスの繰り返しにより、原理上、部品が製作され得るより厚い層の構築が可能になる。

多くの３Ｄ印刷プロセスは、「支持体」層の共堆積を提供し、これが、機械的に初期の部品を支持するために、製造されるべき部品のボイドを埋める。支持体材料の１つの態様は、こうした３Ｄプリンタにおいてビルド材料とほぼ同じ溶融レオロジーを有することである。溶融レオロジー要件は、図１に示されるように、仮定のトナー樹脂についての理想化溶融レオロジー曲線を考慮することによって理解できる。ＩＴＢ上に現像された層の初期加熱ならびにプラテン上に既に形成された層の粘着状態への加熱において、トナー樹脂は、わずかにＴｇを超えて加熱されなければならないが、Ｔｍを十分下回るように保持されなければならず、結果としてプラテン上の層の一体性は、トランスフューズの間に維持され、転写層の一体性も維持される。ポスト転写工程の間、Ｔｍに近い温度が、下の層に最上層を定着させるために層に付与されなければならない。そのため特定のプレ転写温度を前提として、支持体およびビルド材料の両方が、同様の粘着性状態にあり、両方の融点も同様であることが望ましい。これは、ビルドおよび支持体材料の両方についての溶融レオロジー曲線は相当類似していることを暗示しており、そうでなければ温度設定点における許容度の損失および一方または他方の材料の不十分なトランスフューズが存在することになる。この要件は、支持体およびビルド材料の選択における厳しい限界を設定し、すなわち２つの材料に関して同様の溶融レオロジー曲線を得るために樹脂の化学的構造（例えば分子量、官能基の特性）を調整するために追加の作業が必要とされる。

支持体をビルド材料から分離する１つの一般的な手法は、２つの材料の溶解度の相違を活用することによる。ビルド材料を溶解しない溶媒に対して支持体材料を可溶性にすることが所望される。概して、後者の条件は、溶融レオロジーが同様である要件と合わない。同様の溶融レオロジーは同様の化学的構造（分子量、官能基）を暗示するが、溶解度の相違は異なる化学構造（異なる分子量および官能基）を暗示する。

本明細書に記載されるシステムおよび方法は、ビルドおよび支持体材料について異なる要件を一致させると同時に、現在のトナーおよび樹脂から製造された支持体材料の機械的特性（強度、衝撃耐性など）を改善する。本明細書のシステムおよび方法に関して、ビルドおよび支持体材料は、ＵＶ放射線硬化性トナー材料から製作でき、その差は支持体材料がトナーを架橋するために必要とされる光開始剤を含有しないことである。光開始剤が非常に低いローディングで存在するので、ベースライン樹脂の溶融レオロジーに対してほとんど、ひいては全く影響を与えない。故に、支持体およびビルド材料の両方は、ほぼ同一の溶融レオロジー特性を有することができ、トランスフューズのために優れた材料ペアであることができる。

架橋により、材料／ポリマーは不溶性になるので、非架橋トナー樹脂を溶解する溶媒は、架橋されたトナー樹脂を溶解しない。これにより結果として、所望通りにビルド材料から分離可能な支持体材料をもたらす。ビルド材料のＵＶ硬化プロセスは、ビルド材料の層を構築し、共に定着するために使用される３Ｄプロセスに直接組み込まれる。

例示的なＵＶ硬化性トナーは、樹脂骨格中にエチレン性不飽和（二重結合）を有する樹脂、隣接ポリマーストランドを共に結合する任意の架橋剤およびＵＶ光開始剤を含有する。以下に記載される材料において、架橋剤は、トナー樹脂のポリマー骨格が隣接ポリマー骨格と共に所望の架橋を達成できるエチレン性不飽和を含有する場合は省略される。これにもかかわらず、種々の高温安定性架橋剤はまた、所望によりビルド材料トナー樹脂に組み込むことができる。

多くのトナーは、転相プロセスまたはエマルションアグリゲーション（ＥＡプロセス）によって製造される。このプロセスは結果として、非常に予測可能な粒径および形状を有するトナーをもたらす。不飽和を含有する可能性としてのトナー樹脂としては、米国特許第７，８５１，５４９号明細書および米国特許第７，２５０，２３８号明細書に先に開示される樹脂が挙げられる。これらの材料としては、（プロポキシル化ビスフェノール−Ａ−ｃｏ−フマレート）、ポリ（エトキシル化ビスフェノール−Ａ−ｃｏ−フマレート）、ポリ（ブチルオキシル化ビスフェノール−ｃｏ−フマレート）、ポリ（ｃｏ−プロポキシル化ビスフェノール−ｃｏ−エトキシル化ビスフェノール−ｃｏ−フマレート）、ポリ（１，２−プロピレンフマレート）、ポリ（プロポキシル化ビスフェノール−ｃｏ−マレエート）、ポリ（エトキシル化ビスフェノール−ｃｏ−マレエート）、ポリ（ブチルオキシル化ビスフェノール−ｃｏ−マレエート）、ポリ（ｃｏ−プロポキシル化ビスフェノール−ｃｏ−エトキシル化ビスフェノール−ｃｏ−マレエート）、ポリ（１，２−プロピレンマレエート）、ポリ（プロポキシル化ビスフェノール−ｃｏ−イタコネート）、ポリ（エトキシル化ビスフェノール−ｃｏ−イタコネート）、ポリ（ブチルオキシル化ビスフェノールｃｏ−イタコネート）、ポリ（ｃｏ−プロポキシル化ビスフェノールｃｏ−エトキシル化ビスフェノールｃｏ−イタコネート）、およびポリ（１，２−プロピレンイタコネート）が挙げられる。

ＵＶ光開始剤の例としては、２−ヒドロキシ−２−メチル１−フェニル−１−プロパノン（種々の化学会社から入手可能）；１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン；２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタン−１−オン；２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェモルホリニル）−１−プロパノンが挙げられる。種々の化学会社からの光開始剤の別の例としては、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（ＨＭＰＰ）；２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（ＴＰＯ）；ＨＭＰＰおよびＴＰＯの５０−５０ブレンド；２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン（ＭＭＭＰ）；および２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（ＢＤＫ）が挙げられるが、これらに限定されない。光開始剤の例としてはまた、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（Ｌｕｃｉｒｉｎ ＴＰＯ）；αヒドロキシケトン；および２−ヒドロキシ−２−メチル−フェニル−１−プロパンが挙げられるが、これらに限定されない。

図１は、トナー樹脂のヤング率（粘度に関連）が温度の強力な関数であることを示すグラフである。トナー樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）にて軟化し始め、それ未満では材料は相当堅く、曲線のプラトーによって示されるように温度に独立している。Ｔｇを超えて温度が上昇させると、相対的に容易に有効に流れる樹脂の融点Ｔｍまで樹脂はさらに軟化する。

図２は、回転ローラ１１２上に支持されたＩＴＢ１１０、熱およびＵＶ光硬化を使用して３Ｄ印刷を行う本明細書のデバイスを示す概略図である。第１の現像デバイス１１６は、ビルド材料１０４を（静電トナー系印刷加工処理により）ＩＴＢ１１０に転写し、第２の現像デバイス１１４は、支持体材料をＩＴＢ１１０に対して、先に形成されたビルド材料１０４の頂部に（同じ静電トナー系加工処理によって）転写して、ＩＴＢ１１０に現像された層１０２を形成する。アイテム１３２は電荷発生器であり、ビルドおよび支持体材料を現像デバイス１１６、１１４からＩＴＢ１１０に引き込むために、ＩＴＢ１１０の反対側に電荷を創出する。故に、図面の現像された層１０２は、支持体材料およびビルド材料の組み合わせである。第１の材料および第２の材料の現像された層１０２はそれぞれ、ＩＴＢの区別可能な領域にあり、パターン状である。現像された層１０２がトランスフューズニップ１３０に近づくとき（ＩＴＢが矢印によって示されるように移動するとき）、現像された層１０２およびＩＴＢ１１０はヒータ１２０（例えば赤外線ヒータ）によって支持体およびビルド材料のＴｇをちょうど超えるように加熱され、現像された層１０２の支持体材料およびビルド材料の両方を粘着性にする。

図面は２つの現像デバイス１１６、１１４のみを示すが、当業者には、さらに多くの現像デバイスを利用して、異なるタイプおよび異なる色の異なるビルド材料および異なる支持体材料を提供できることが理解される。こうしたビルドおよび支持体材料は、それぞれ別個の現像デバイスによってＩＴＢ上にパターンで印刷され、現像された層１０２で共に一緒になって、所定長さを有する特定のパターンを表す。故に現像された層１０２のそれぞれは、加工処理方向に向かって配向された前縁１３４（ここではＩＴＢ１１０が移動している（図２〜図６においてＩＴＢ１１０の隣の矢印によって表される））およびこの前縁１３４と反対側の後縁１３６を有する。

図３に示されるように、プラテン１１８（部分的に形成された部品１０６として示される一部の先に形成された現像された層１０２を既に含有してもよい）は、ＩＴＢ１１０の加熱された部分と接触するためにトランスフューズニップ１３０に向かって移動する。トランスフューズニップ１３０にて、トランスフューズニップ１３０内の現像された層１０２の前縁１３４は、プラテン１１８の対応する位置またはレイヤー・バイ・レイヤーで構築されている部分的に形成された部品１０６に転写され始める。図３に示されるように、プラテン１１８は、現像された層１０２の前縁１３４がトランスフューズニップ１３０のローラの最低位置にある位置において、ＩＴＢ１１０上の現像された層１０２と接触するように移動する。故に、この実施例において、現像された層１０２の後縁１３６は、トランスフューズニップ１３０に未だ到達しておらず、故にプラテン１１８または部分的に形成された部品１０６に未だ転写されていない。

図４に示されるように、プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０と同期して移動し（ＩＴＢ１１０と同じ速度および同じ方向にて移動する）、現像された層１０２を、プラテン１１８または部分的に形成された部品１０６に、不鮮明にならずにきれいに転写できる。ワックス（エマルションアグリゲーショントナーに存在する）は、現像された層１０２に存在し、粘着性の現像された層１０２がＩＴＢ１１０と分かれるのを補助する。図４において、現像された層１０２の後縁１３６は、トランスフューズニップ１３０に未だ到達していない唯一の部分であり、故にプラテン１１８または部分的に形成された部品１０６に転写されていない。

次いで、図５に示されるように、ＩＴＢ１１０が加工処理方向に移動するとき、プラテン１１８は、現像された層１０２の後縁１３６がトランスフューズニップ１３０（図１１に示される）のローラの底部に到達するまで、ＩＴＢ１１０（図４に示される）と同じ速度および同じ方向に移動し、この時点で図６に示されるように、プラテン１１８はＩＴＢ１１０から遠ざかるように移動し、ヒータ１２２およびＵＶ光源１２４に至る。プラテン１１８とＩＴＢ１１０との間のこの同期移動により、現像デバイス１１６、１１４によって印刷される支持体およびビルド材料（１０４）のパターンを、ＩＴＢ１１０からプラテン１１８または部分的に形成された部品１０６に正確に転写される。

故に、図６に示されるように、現像された層１０２のプラテン１１８へのトランスフューズの後、プラテン１１８は、トランスフューズニップ１３０から離れるように移動し、別のヒータ１２２（例えば赤外線熱源）からの熱を受容するための位置に移動する。図６に示されるように、アイテム１２２からの追加の熱がプラテン１１８上の先に現像された層１０６上の最も新しく転写された現像された層１０２に適用され、図６に示されるように、現像された層１０２を、その下にある先に現像された層１０６に定着する。加工処理においてこの点で支持体およびビルド材料（１０４）の温度は、先に現像された層１０２の支持体およびビルド材料のＴｍ（溶融）温度に近い（例えば２０％、１０％、５％以内など）。この温度にて、互いに物理的に近づくために十分な個々のポリマー骨格の移動度がある。

トナー樹脂がこうしたより液体様の状態である間、プラテン１１８は、図７に示されるように、光源１２４（例えば紫外（ＵＶ）光源）からの光を受容するための位置に移動する。故に、図７において、光源１２４からの光放射線は、先に現像された層１０６の頂部に付加された最も新しく転写された現像された層１０２に適用される。ビルド材料１０４のみがＵＶ光開始剤を含有するので、ビルド材料１０４だけがＵＶ架橋され、ＵＶ露光後、現像デバイス１１４からその名目上架橋されていない状態で支持体材料を残す。ＵＶ架橋の実際の温度は、トナー樹脂の化学組成（分子量、官能基）の正確な特性に依存する。この点において、最も新しく転写された現像された層１０２はプラテン１１８上に先に現像された層１０６に結合され、プラテンは図２に示される位置に戻され、ここでプラテン１１８上の先に現像された層１０６はほぼＴｇに冷却され、この後プラテン１１８は追加の現像された層１０２を付加するために図３に示されるように移動できる。

図８および９は、本明細書の代替３Ｄ静電印刷構造を示し、これは図２に示されるトランスフューズニップ１３０の代わりに平坦トランスフューズステーション１３８を含む。図８に示されるように、平坦トランスフューズステーション１３８は、ローラ１１２間にあり、プラテン１１８に平行であるＩＴＢ１１０の平坦部分である。図９に示されるように、この構造に関して、プラテン１１８が平坦トランスフューズステーション１３８と接触するように移動し、現像された層１０２のすべてがプラテン１１８または部分的に形成された３Ｄアイテム１０６に同時に転写され、図３〜図５に示される回転トランスフューズプロセスを回避する。同様に、図１０に示されるように、ドラム１７８は、ＩＴＢ１１０の代わりに使用できるが、上記で記載されるような他のすべての構成要素は機能を果たす。

図１１は、本明細書の例示的な方法を示すフローチャートである。アイテム１５０において、これらの方法は、露光および現像デバイスを用いて、第１の材料（例えばビルド材料）を第１の感光体に転写し、第２の材料（例えば支持体材料）を第２の感光体に転写する。アイテム１５２において、これらの方法は、ビルド材料を第１の感光体および第２の感光体から中間転写ベルト（ＩＴＢ）に転写する。ビルド材料は、ビルド材料が光開始剤を含み、支持体材料が光開始剤を含まないことを除いて、支持体材料と同じである。例えばビルド材料および支持体材料は、光開始剤を使用して架橋する紫外線（ＵＶ）架橋性ポリマートナーを含むことができる。

アイテム１５４において、こうしたプロセスは、ＩＴＢに対してプラテンをＩＴＢに隣接するように移動させる。これらの方法はまた、アイテム１５６においてヒータを用いて、プラテンを加熱し、プラテンに隣接するＩＴＢの一部を加熱する。アイテム１５６における加熱後、こうした方法は、プラテンをアイテム１５８においてＩＴＢに接触させるように移動させ、ビルド材料および支持体材料を、プラテンまたはプラテンに存在する先に転写された層に転写する。ＩＴＢとプラテンとの間の連続的な接触により、ビルド材料および支持体材料の連続層をプラテンに転写し（プラテンがＩＴＢと接触するたびに）、これが連続的にプラテン上に３Ｄ対象物を構築する。

アイテム１６０において、本明細書の方法は、プラテンをＩＴＢからヒータに移動させ、ビルド材料および支持体材料を加熱する。アイテム１６２において、本明細書の方法は、プラテンをヒータから光（例えばＵＶ光源）に移動させ、次いでアイテム１６２において光を用いて加熱されたビルド材料および支持体材料を露光する。アイテム１６０および１６２に示される加工処理は、毎回プラテンがＩＴＢと接触した後に行われ、支持体材料のポリマーを架橋することなく、ビルド材料のポリマーを架橋する。アイテム１６４は、追加の層がプラテン上の部分的に完成した部品に転写されるべきであるかどうかを決定し、そうであるならば加工処理は、すべての連続層が形成され、３Ｄ対象物がさらに加工処理の準備が整うまでアイテム１５０に戻るように繋げる。

そうでないならば、アイテム１６６において、すべての層が転写された後、後続加工処理により、ビルド材料および支持体材料の３Ｄ対象物をプラテンから取り除き、アイテム１６８の加工処理により、すすぎステーションを用いて溶媒を３Ｄ対象物に適用し、支持体材料のみを溶解し、影響を与えずにビルド材料を残す。架橋されているビルド材料のポリマーおよび架橋されていない支持体材料のポリマーが、支持体材料を溶媒中に（ビルド材料に対して）選択的に可溶性にする。

図１２は、本明細書の３Ｄ印刷デバイス２０４の多くの構成要素を示す。３Ｄ印刷デバイス２０４は、コントローラ／タンジブルプロセッサ２２４ならびにこのタンジブルプロセッサ２２４におよび印刷デバイス２０４の外部のコンピュータ処理ネットワークに操作可能に接続される通信ポート（インプット／アウトプット）２１４を含む。また、印刷デバイス２０４は、少なくとも１つのアクセサリ機能性構成要素、例えばグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）アセンブリ２１２を含むことができる。ユーザは、グラフィカルユーザインターフェースまたはコントロールパネル２１２からメッセージ、指示およびメニューオプション、ならびにそれらを通したエンター指示を受信し得る。

インプット／アウトプットデバイス２１４は、３Ｄ印刷デバイス２０４への通信およびそれらからの通信のために使用され、ワイヤデバイスまたはワイヤレスデバイス（現在既知または将来開発される形態に限らず、任意の形態）を含む。タンジブルプロセッサ２２４は、印刷デバイス２０４の種々のアクションを制御する。非一過性のタンジブルコンピュータ記憶媒体デバイス２１０（これは光学、磁気、キャパシタ系などであることができ、一過性シグナルとは異なる）は、タンジブルプロセッサ２２４によって可読であり、タンジブルプロセッサ２２４は、コンピュータ処理されたデバイスがその種々の機能、例えば本明細書に記載される機能を行うことができるように実行する指示を保存する。故に、図１２に示されるように、本体ハウジングは、電源２１８によって交流電流（ＡＣ）源２２０から供給される電力で作動する１つ以上の機能性構成要素を有する。電源２１８は、一般的な電力変換ユニット、電源素子（例えばバッテリなど）などを含むことができる。

３Ｄ印刷デバイス２０４は、少なくとも１つのマーキングデバイス（印刷エンジン）２４０を含み、これは上記で記載されるビルドおよび支持体材料の連続層をプラテンに堆積させ、特化画像処理プロセッサ２２４（それが画像データを加工処理するために特化されているので汎用コンピュータとは異なる）に操作可能に接続される。また、印刷デバイス２０４は、少なくとも１つのアクセサリ機能性構成要素（例えばスキャナ２３２）を含み、これはまた外部電源２２０から（電源２１８を通して）供給される電力で作動する。

１つ以上の印刷エンジン２４０は、現在既知であるかまたは将来開発されるかにかかわらず、ビルドおよび支持体材料（トナーなど）を適用するいずれかのマーキングデバイスを示すことを目的とし、例えば中間転写ベルト１１０（図１３に示されるように）を使用するデバイスを含むことができる。

故に、図１３に示されるように、図１２に示される印刷エンジン２４０のそれぞれは、１つ以上の可能性として異なる（例えば異なる色、異なる材料など）ビルド材料現像ステーション１１６、１つ以上の可能性として異なる（例えば異なる色、異なる材料など）支持体材料現像ステーション１１４などを利用できる。現像ステーション１１４、１１６は、現在既知または将来開発されるかどうかにかかわらず、いずれかの形態の現像ステーション、例えば個々の静電マーキングステーション、個々のインクジェットステーション、個々の乾燥インクステーションなどであることができる。図１３はまた、すすぎステーション１４０を示し、これがいずれかの形態の溶媒をプラテン１１８上に形成される３Ｄ部品に適用し、ビルド材料に影響を与えずに、支持体材料を溶解してすすぐことができる。

各現像ステーション１１４、１１６は、（中間転写ベルト１１０の条件とは可能性として独立した）単一のベルト回転の間に連続的に材料のパターンを中間転写ベルト１１０の同じ位置に転写し、それによって十分かつ完全な画像が中間転写ベルト１１０に転写される前に中間転写ベルト１１０が行わなければならないパスの数を減らす。

１つの例示的な個々の静電現像ステーション１１４、１１６は、中間転写ベルト１１０に隣接して（または可能性として接触して）位置付けられて図１４に示される。個々の静電現像ステーション１１４、１１６のそれぞれは、内部感光体２５６上に均一な電荷を創出するそれ自体の荷電ステーション２５８、この均一な電荷をパターニングする内部露光デバイス２６０、およびビルドまたは支持体材料を感光体２５６に転写する内部現像デバイス２５４を含む。ビルドまたは支持体材料のパターンは、次いで、ビルドまたは支持体材料の電荷に対して中間転写ベルト１１０の反対の電荷によって感光体２５６から中間転写ベルト１１０に引き出され、それは通常中間転写ベルト１１０の反対側に電荷発生器１３２によって創出される。

図１４は、当業者に理解されるように、中間転写ベルト（１１０）に隣接するまたは接触する５つの現像ステーションを示すが、こうしたデバイスは、任意の数のマーキングステーション（例えば２、３、５、８、１１など）を使用できる。

故に、上記で示されるように、本明細書の例示的な三次元（３Ｄ）プリンタ２０４は、他の構成要素の中でも特に、中間転写ベルト（ＩＴＢ１１０）、第１の材料（例えばビルド材料）をＩＴＢ１１０に転写する現像ユニット１１６の第１の感光体２５６、および第２の材料（例えば支持体材料）をＩＴＢ１１０に転写する現像ユニット１１４の第２の感光体２５６を含む。故に、露光デバイス２６０および現像デバイス２５４は、ビルド材料を第１の感光体に転写し、支持体材料を第２の感光体に転写する。ビルド材料は、ビルド材料が光開始剤および任意の架橋材料を含み、支持体材料が光開始剤を含まないことを除いて、支持体材料と同じである。ビルド材料および支持体材料の両方は、光開始剤を使用して架橋する紫外線（ＵＶ）架橋性ポリマートナーを含む。

こうした３Ｄプリンタ２０４はまた、ＩＴＢ１１０と接触するようにＩＴＢ１１０に対して移動するプラテン１１８も含む。ＩＴＢ１１０は、プラテン１１８がＩＴＢ１１０と接触するたびにビルド材料および支持体材料１０２の連続層をプラテン１１８に転写し、最終的にこのプロセスはプラテン１１８上に３Ｄ対象物を構築する。

少なくとも１つのヒータ１２０もこうした構造に含まれ、ヒータ１２０はプラテン１１８を加熱し、プラテン１１８に隣接するＩＴＢ１１０の一部をビルド材料および支持体材料１０２のガラス転移温度に加熱した後、プラテン１１８がＩＴＢ１１０と接触する。別のヒータ１２２はさらに、ＩＴＢ１１０がビルド材料および支持体材料１０２をプラテン１１８に転写した後、プラテン１１８上のビルド材料および支持体材料１０２を、ビルド材料および支持体材料１０２のガラス転移温度と融点との間の温度に加熱し、これがプラテン１１８上に先に転写された材料にビルド材料および支持体材料１０２を定着させる。

こうしたプリンタ２０４はまた、光１２４（例えばＵＶ光源）を含む。プラテン１１８は、ＩＴＢ１１０から光１２４へ移動し、次いで毎回プラテン１１８がＩＴＢ１１０と接触した後に光１２４がプラテン１１８上のビルド材料および支持体材料１０２を露光し、これが、支持体材料１０２のポリマーを架橋することなく、ビルド材料のポリマーを架橋する。本明細書の種々のシステムは、支持体材料のみを溶解するために、およびビルド材料に影響を与えないように、３Ｄ対象物に溶媒を適用するすすぎステーション１４０を含む。架橋されているビルド材料のポリマーおよび架橋されていない支持体材料１０２のポリマーが、支持体材料を、ビルド材料とは異なる溶媒に対して選択的に可溶性にする。当業者は理解するように、図１２に示される印刷デバイス２０４は、１つの例に過ぎず、本明細書のシステムおよび方法は、より少ない構成要素またはより多い構成要素を含んでいてもよい他のタイプの印刷デバイスにも等しく適用可能である。

一部の例示的な構造が添付の図面に示されるが、当業者は、図面が単純化された概略図であること、および以下に示される特許請求の範囲が、示されていないが、こうしたデバイスおよびシステムと共に共通して利用されるさらに多くの特徴（または可能性としてさらに少ない）を包含する。故に、出願人は、以下に示す特許請求の範囲を添付の図面によって限定することを意図しないが、代わりに、添付の図面は特許請求された特徴を実施できるようないくつかの方法を示すためだけに提供される。

米国特許第８，４８８，９９４号明細書に示されるように、電子写真を用いて、３Ｄ部品を印刷するための付加製造システムは既知である。システムは、表面を有する光伝導体構成要素および現像ステーション（ここで現像ステーションはこの光伝導体構成要素の表面に材料の層を現像するように構成される）を含む。システムはまた、回転可能な光伝導体構成要素の表面から現像された層を受容するように構成された転写媒体、および受容された層の少なくとも一部から３Ｄ部品を印刷するためにレイヤー・バイ・レイヤーの様式で転写構成要素から現像された層を受容するように構成されたプラテンを含む。

ＵＶ硬化性トナーに関して、米国特許第７，２５０，２３８号明細書に開示されるように、印刷プロセスにおいてＵＶ硬化性トナー組成物を利用する方法と同様に、ＵＶ硬化性トナー組成物を提供することは既知である。米国特許第７，２５０，２３８号明細書には、種々のトナーエマルションアグリゲーションプロセスが開示されており、このプロセスは、実施形態においては、硬化できるトナーの発生を可能にし、すなわちＵＶ放射線、例えば約１００ｎｍ〜約４００ｎｍを有するＵＶ光への露光によるものである。米国特許第７，２５０，２３８号明細書において、製造されるトナー組成物は、種々の印刷用途、例えば温度感受性包装およびホイルシールの製造に利用できる。米国特許第７，２５０，２３８号明細書において、実施形態は、任意の着色剤、任意のワックス、スチレンから得られたポリマー、およびブチルアクリレート、カルボキシエチルアクリレートおよびＵＶ光硬化性アクリレートオリゴマーから選択されるアクリレートを含むＵＶ硬化性トナー組成物に関する。加えて、これらの態様は、着色剤、例えば顔料、任意のワックスおよびＵＶ硬化性脂環式エポキシドから得られるポリマーを含むトナー組成物に関する。

さらに、米国特許第７，２５０，２３８号明細書は、ＵＶ硬化性トナー組成物を形成する方法に関する。この方法は、スチレン、ブチルアクリレート、カルボキシメチルアクリレート、およびＵＶ硬化性アクリレートから選択されるポリマーのラテックスを調製する工程；ラテックスを任意の顔料および任意のワックスと組み合わせ、第１のシステムを形成する工程；凝集剤を第１のシステムに添加し、アグリゲーションを誘導して、第２のシステムに分散したトナー前駆体粒子を形成する工程；トナー前駆体粒子を、ポリマーのガラス転移温度より高い温度に加熱し、トナー粒子を形成する工程；トナー粒子を洗浄する工程；および場合によりトナー粒子を洗浄し、次いで乾燥する工程を含む。

一部の例示的な構造が添付の図面に示されるが、当業者は、図面が単純化された概略図であること、および以下に示される特許請求の範囲が、示されていないが、こうしたデバイスおよびシステムと共に共通して利用されるさらに多くの特徴（または可能性としてさらに少ない）を包含する。故に、出願人は、以下に示す特許請求の範囲を添付の図面によって限定することを意図しないが、代わりに、添付の図面は特許請求された特徴を実施できるようないくつかの方法を示すためだけに提供される。

多くのコンピュータ処理デバイスは上記で議論される。チップに基づく中央処理装置（ＣＰＵ）、インプット／アウトプットデバイス（グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）、メモリ、コンパレータ、タンジブルプロセッサなどを含む）を含むコンピュータ処理デバイスは、周知であり、製造者、例えばＤｅｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｃｋ ＴＸ，ＵＳＡおよびＡｐｐｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏ．，Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ ＣＡ，ＵＳＡによって製造される容易に入手可能なデバイスである。こうしたコンピュータ処理デバイスは、一般に、インプット／アウトプットデバイス、電源、タンジブルプロセッサ、電子記憶メモリ、配線などを含み、その詳細は、読者が本明細書に記載されるシステムおよび方法の顕著な態様に集中できるように、ここでは省略する。同様に、プリンタ、コピー機、スキャナおよびその他の同様の周辺機器は、Ｘｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ，ＵＳＡから入手可能であり、こうしたデバイスの詳細は、簡略にし、読者を集中させるために本明細書では議論しない。

本明細書で使用される場合、用語プリンタまたは印刷デバイスは、いずれかの装置、例えばデジタルコピー機、製本機、ファックス機、多機能機などを包含し、これらは任意の目的のためにプリント表示機能を果たす。プリンタ、印刷エンジンなどの詳細は周知であり、示された顕著な特徴に本開示の焦点を絞り続けるために、本明細書では詳細に記載されない。本明細書のシステムおよび方法は、色、モノクロ印刷を行いまたはカラーまたはモノクロ画像データを取り扱うシステムおよび方法を包含できる。前述のすべてのシステムおよび方法は、静電複写および／または電子写真機および／またはプロセスに具体的に適用可能である。

本発明の趣旨上、用語固定は、コーティングの乾燥、硬化、重合、架橋、結合または付加反応または他の反応を意味する。加えて、本明細書に使用される「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「下」、「未満」、「下にある」、「上」、「上にある」、「平行」、「垂直」などのような用語は、（特に断らない限り）図面において配向され、示されるような相対位置であることが理解される。「接触」、「の上に」、「直接接触して」、「隣接した」、「直接隣接した」などの用語は、少なくとも１つの要素が、（記載される要素を分離する他の要素を含まず）別の要素と物理的に接触することを意味する。さらに、自動化または自動的にという用語は、一旦プロセスが始動したら（機械またはユーザによって）、１つ以上の機械は、いずれかのユーザからのさらなるインプットがなければプロセスを行うことを意味する。本明細書の図面において、同じ識別数表示は、同じまたは同様のアイテムを同定する。

上記で開示されたおよび他の特徴および機能、またはこれらの変更は、望ましくは、多くの他の異なるシステムまたは用途に組み合わせられ得ることが理解される。種々の現在予見できないまたは予期せぬ代替、変更、変形または改善は、当業者によって後に行われてもよく、これらはまた以下の特許請求の範囲によって包含されることを意図する。特定の請求項自体に具体的に定義されない限り、本明細書のシステムおよび方法の工程または構成要素は、いずれかの特定の順序、数、位置、サイズ、形状、角度、色または材料に対する限定として、上記いずれの例からも暗示され得ることも取り込まれ得ることもない。

Claims (10)

1. 三次元（３Ｄ）プリンタであって、
   第１の材料および第２の材料の層を有する中間転写ベルト（ＩＴＢ）であって、前記第１の材料および前記第２の材料の前記層が前記ＩＴＢの区別可能な領域にあり、パターン状態であり、前記第１の材料が光開始剤を含み、前記第２の材料が前記光開始剤を含まないことを除いて前記第１の材料は前記第２の材料と同じである、中間転写ベルト（ＩＴＢ）と、
   前記ＩＴＢに対して移動して、前記ＩＴＢと接触するプラテンであって、前記ＩＴＢは、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するたびに、前記第１の材料および前記第２の材料の連続層を前記プラテンに転写する、プラテンと、
   前記プラテンを加熱し、前記プラテンと隣接する前記ＩＴＢの一部を加熱した後、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するヒータと、
   前記プラテンが前記ＩＴＢと毎回接触した後に前記プラテン上の前記第１の材料および前記第２の材料を露光し、前記第２の材料のポリマーは架橋することなく、前記第１の材料のポリマーを架橋する光であって、架橋されている前記第１の材料の前記ポリマーおよび架橋されていない前記第２の材料の前記ポリマーが、前記第２の材料を、前記ビルド材料に対して異なる溶媒中に選択的に可溶性にする、光と
   を含む三次元（３Ｄ）プリンタ。
2. 前記プラテンが、前記第１の材料および前記第２の材料を露光する前記光の前に、前記ＩＴＢから前記光に移動する、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
3. 前記第１の材料および前記第２の材料が、前記光開始剤を使用して架橋する紫外線（ＵＶ）架橋性ポリマートナーを含む、請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
4. 三次元（３Ｄ）プリンタであって、
   中間転写ベルト（ＩＴＢ）と、
   第１の材料を前記ＩＴＢに転写する第１の感光体と、
   第２の材料を前記ＩＴＢに転写する第２の感光体であって、前記第１の材料が光開始剤を含み、前記第２の材料が前記光開始剤を含まないことを除いて前記第１の材料は前記第２の材料と同じである、第２の感光体と、
   前記ＩＴＢに対して移動して、前記ＩＴＢと接触するプラテンであって、前記ＩＴＢは、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するたびに、前記第１の材料および前記第２の材料の連続層を前記プラテンに転写する、プラテンと、
   前記プラテンを加熱し、前記プラテンと隣接する前記ＩＴＢの一部を、前記第１の材料および前記第２の材料のガラス転移温度に加熱した後、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するヒータであって、前記ヒータがさらに、前記ＩＴＢが前記第１の材料および前記第２の材料を前記プラテンに転写し、前記第１の材料および前記第２の材料を前記プラテン上の先に転写された材料に定着させた後に、前記プラテン上の前記第１の材料および前記第２の材料を、前記第１の材料および前記第２の材料のガラス転移温度と溶融温度との間の温度に加熱する、ヒータと、
   前記プラテンが前記ＩＴＢと毎回接触した後に前記プラテン上の前記第１の材料および前記第２の材料を露光し、前記第１の材料のポリマーを架橋し、前記第２の材料のポリマーは架橋しない光であって、架橋されている前記第１の材料の前記ポリマーおよび架橋されていない前記第２の材料の前記ポリマーが、前記第２の材料を、前記ビルド材料に対して異なる溶媒中に選択的に可溶性にする、光と、
   を含む三次元（３Ｄ）プリンタ。
5. 前記プラテンが、前記第１の材料および前記第２の材料を露光する前記光の前に、前記ＩＴＢから前記光に移動する、請求項４に記載の３Ｄプリンタ。
6. 前記第１の材料および前記第２の材料が、前記光開始剤を使用して架橋する紫外線（ＵＶ）架橋性ポリマートナーを含む、請求項４に記載の３Ｄプリンタ。
7. 三次元（３Ｄ）印刷システムであって、
   中間転写ベルト（ＩＴＢ）と、
   第１の材料を前記ＩＴＢに転写する第１の感光体と、
   第２の材料を前記ＩＴＢに転写する第２の感光体であって、前記第１の材料が光開始剤を含み、前記第２の材料が前記光開始剤を含まないことを除いて前記第１の材料は前記第２の材料と同じである、第２の感光体と、
   前記ＩＴＢに対して移動して、前記ＩＴＢと接触するプラテンであって、前記ＩＴＢは、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するたびに、前記第１の材料および前記第２の材料の連続層を前記プラテンに転写する、プラテンと、
   前記プラテンを加熱し、前記プラテンと隣接する前記ＩＴＢの一部を加熱した後、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するヒータと、
   前記プラテンが前記ＩＴＢと毎回接触した後に前記プラテン上の前記第１の材料および前記第２の材料を露光し、前記第２の材料のポリマーを架橋せずに、前記第１の材料のポリマーを架橋する光であって、前記連続層が転写された後に、前記プラテンから前記第１の材料および前記第２の材料の３Ｄ対象物を取り除く、光と、
   前記第１の材料および前記第２の材料の前記３Ｄ対象物に溶媒を適用するすすぎステーションであって、前記第２の材料のみを溶解し、前記第１の材料には影響を与えずに残し、架橋されている前記第１の材料の前記ポリマーおよび架橋されていない前記第２の材料の前記ポリマーが、前記第２の材料を、前記ビルド材料に対して前記溶媒中に選択的に可溶性にする、光と、
   を含む三次元（３Ｄ）印刷システム。
8. 前記プラテンは、前記第１の材料および前記第２の材料を露光する前記光の前に、前記ＩＴＢから前記光に移動する、請求項７に記載の３Ｄ印刷システム。
9. 三次元（３Ｄ）印刷方法であって、
   中間転写ベルト（ＩＴＢ）に第１の材料を転写する工程と、
   第２の材料を前記ＩＴＢに転写する工程であって、前記第１の材料が光開始剤を含み、前記第２の材料が前記光開始剤を含まないことを除いて前記第１の材料は前記第２の材料と同じである工程と、
   プラテンを前記ＩＴＢに対して移動させ、前記ＩＴＢと接触する工程であって、前記ＩＴＢは、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触するたびに、前記第１の材料および前記第２の材料の連続層を前記プラテンに転写する工程と、
   ヒータを用いて、前記プラテンを加熱し、前記プラテンと隣接する前記ＩＴＢの一部を加熱した後、前記プラテンが前記ＩＴＢと接触する工程と、
   前記プラテンが前記ＩＴＢと毎回接触した後に光を用いて前記プラテン上の前記第１の材料および前記第２の材料を露光して、前記第２の材料のポリマーを架橋することなく、前記第１の材料のポリマーを架橋する工程と、
   前記連続層のすべてが転写された後、前記プラテンから前記第１の材料および前記第２の材料の３Ｄ対象物を取り除く工程と、
   すすぎステーションを用いて溶媒を前記３Ｄ対象物に適用し、前記第２の材料のみを溶解し、前記第１の材料には影響を与えずに残し、架橋されている前記第１の材料の前記ポリマーおよび架橋されていない前記第２の材料の前記ポリマーが、前記第２の材料を前記ビルド材料に対して前記溶媒中に選択的に可溶性にする工程と、
   を含む三次元（３Ｄ）印刷方法。
10. 前記プラテンを前記ＩＴＢから前記光に移動させる工程は、前記第１の材料および前記第２の材料を露光する前記光の前に生じる、請求項９に記載の３Ｄ印刷方法。

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