JP2018503535A - ３ｄメカトロニックオブジェクトの付加製造用の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、所定のメカトロニック機能を有する３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法であって、３Ｄメカトロニックオブジェクトが、コンポーネントとして、少なくとも１つのセンサ及び／又は１つのアクチュエータと、導電性トラックを介してセンサに且つ／又はアクチュエータに接続される電子回路と、を含み、これらのコンポーネントが、主な機械的構造に配置され、３Ｄメカトロニックオブジェクトが、様々な電子及び／又は電気活性特性を有する複数のポリマーからなり、方法が、以下のステップ、即ち、− 前記ポリマーの溶融温度、前記ポリマーの化学的適合性、前記ポリマーの電気的及び／又は電気活性特性に従って、前記ポリマーを決定するステップと、− オブジェクトの所定のメカトロニック機能、前記ポリマーの特性、及びオブジェクトの仕様に基づいて、オブジェクトの形状及びトラックのルーティングを含む、オブジェクトの３Ｄデジタルモデルを決定するステップと、− 生成されたモデルに従い、前記溶融ポリマーの層を堆積することによってセンサ及び／又はアクチュエータ、電子回路、並びに主な構造を同じモデリングステップで３Ｄ印刷するステップであって、或る層が、複数のポリマーで構成され、層が、ベースポリマー専用の、且つ様々なポリマーを得るために格子間ドーピングによって荷電粒子をベースポリマーに注入できるドーピング機構（２）に結合された少なくとも１つのヘッド（１）によって堆積されるステップと、を含むことを特徴とする方法に関する。

Description

本発明の分野は、コンポーネントとして、
− （力、圧力、曲げ等）センサ及び／又はアクチュエータ（振動器、トラバーサ等）と、
− センサ及び／又はアクチュエータにリンクされた、且つ導電性トラックを設けられた電子回路と、
を含む３Ｄメカトロニックオブジェクトであって、
これらのコンポーネントが、主な機械的構造に配置される３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造する分野である。

３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための最も一般的に実行される解決法は、
− 一方で、複数の材料（誘電体材料、導電性材料等）に基づいて、平面基板上にセンサ及び／又はアクチュエータを製造することと、
− 他方で、センサ及びアクチュエータを収容するように意図された機械的構造を製造すること及びその機械的構造上に対応する電子回路を製造することと、
− センサ及び／又はアクチュエータを構造に移し、且つそれを電子回路に接続することによって、これらの２つの要素を組み立てることと、
に存する。

今日、付加製造（又は３Ｄ印刷）技術は、材料を追加することによって完全な３Ｄオブジェクトを製造できるようにする。機械的特性（例えば材料密度、材料タイプ）さもなければ印刷されるオブジェクトの外観（例えば全体的又は局所的な色、テクスチャ）を制御のための様々な方法が、現在存在する。しかしながら、これらの方法は、オブジェクトの周囲の状況を知覚する能力もその状況と相互作用する能力もなしに、受動的にオブジェクトを製造するだけである。

インクジェット３Ｄ印刷技術は、コンデンサ、電界効果トランジスタ、光電池、有機発光ダイオード、又は更には有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）スクリーンのような様々な電子コンポーネントを印刷するために存在する。可撓性基板又は大きなサイズの基板を必要とする回路を製造するために、連続的又は輪転３Ｄ印刷技術もまた、例えば可撓性アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）スクリーンを印刷するために研究されている（フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、ロールツーロール等）。

これらの様々な印刷技術の開発は、有機エレクトロニクスの出現によって可能にされた。この部門のエレクトロニクスは、導電性及び半導体材料を使用し、これら材料の組成は、炭素化学、即ちポリマーに基づく。この部門のエレクトロニクスは、比較的新しく、最初の導電性ポリマーが、１９７７年に開発され（Ｈｅｅｇｅｒ、ＭａｃＤｉａｒｍｉｄ、Ｓｈｉｒａｋａｗａが、２０００年にノーベル化学賞）、これらの材料を用いる最初の電子コンポーネント、即ち、有機電界効果トランジスタ（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ、１９８６年）及び有機発光ダイオード（Ｋｏｄａｋ、１９８７年）が８０年代中頃に出現した通りである。今日、有機エレクトロニクスは、ｐＨ又は酵素センサなど、有機トランジスタ（ＯＦＥＴ）に基づいた電気化学バイオセンサから、人工筋肉又は振動触覚アクチュエータなど、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）に基づいたアクチュエータまで、多数の電子コンポーネントを製造可能にする。しかしながら、これらの努力は、基本コンポーネント（電極、コネクタ等）が別々に製造され、次に全体的な電子コンポーネントを形成するために組み立てられる基本的な製造方法を利用する。

現在、或る電子コンポーネントを製造するために、付加製造技術の使用を調査している幾つかの研究が存在する。しかしながら、これらの方法は、平面基板上の、又は追加の組み立て作業を必要とするコンポーネントを製造するだけである。

本発明の目的は、これらの欠点を克服することである。

方法は、主として次のことに基づく。
− 材料の特定の選択：これらは、様々な機械的、電気的及び電気活性特性を示すポリマー材料である。
− オブジェクトのメカトロニック機能、ポリマーの特性、及び技術的又は人的要素に基づく３Ｄオブジェクトモデルの自動生成。
− モデルを用い溶融材料を堆積する（溶融堆積モデリングを表す頭字語であるＦＤＭ）ことによる３Ｄ印刷方法であり、それは、３Ｄオブジェクト、即ちオブジェクトの様々なコンポーネント（センサ、アクチュエータ、電子回路、パッケージング等）を同じモデリングステップで製造するために、選択されたポリマーを、生成されたモデルに従って堆積できるようにする。

より具体的には、本発明の主題は、所定のメカトロニック機能を有する３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法であって、３Ｄメカトロニックオブジェクトが、コンポーネントとして、少なくとも１つのセンサ及び／又は１つのアクチュエータと、導電性トラックを介してセンサに且つ／又はアクチュエータに接続される電子回路と、を含み、これらのコンポーネントが、主な機械的構造に配置され、メカトロニックオブジェクトが、相異なる電子及び／又は電気活性特性を有する複数のポリマーからなる方法である。方法は、それが以下のステップを含むという点で主に特徴付けられる。
− 前記ポリマーの溶融温度、前記ポリマーの化学的適合性、前記ポリマーの電気的及び／又は電気活性特性に従って、前記ポリマーを決定するステップと、
− オブジェクトの所定のメカトロニック機能、前記ポリマーの特性、及びオブジェクトの仕様に基づいて、オブジェクトの形状及びトラックのルーティングを含む、オブジェクトの３Ｄデジタルモデルを決定するステップと、
− 生成されたモデルに従い、前記溶融ポリマーの層を堆積することによってセンサ及び／又はアクチュエータ、電子回路並びに主な構造を同じモデリングステップで３Ｄ印刷するステップであって、或る層が、複数のポリマーで構成され、層が、ベースポリマー専用の、且つ様々なポリマーを得るために格子間ドーピングによって荷電粒子をベースポリマーに注入できるドーピング機構に結合された少なくとも１つのヘッドによって堆積されるステップと、
である。

この方法は、
− 組み立て作業に頼ることのない、且つ従ってアセンブリに固有の欠点（耐漏洩性、耐用年数、及びシール膨張に対する制御等）のない完全なメカトロニックオブジェクトの製造と、
− 様々な平面にわたるコンポーネントの最適な一体化であり、
・空間的：体積の減少と、
・機械的：構造内に埋め込まれたアクチュエータ／センサ、改善された熱力学的伝導／接触と、
・電気的：最適な電子ルーティング、３Ｄ構造を備えた電子回路と、
− 構造及び機能の点におけるメカトロニックオブジェクトの簡単なカスタマイズと、
− 数分〜数時間の非常に短い製造時間と、
− 安価な材料（任意選択的にドープされるポリマー）の使用と、
を可能にする。

溶融ポリマー層は、複数の堆積ヘッドによって堆積されてもよく、各ヘッドは、異なるポリマーの専用である。少なくとも１つのヘッドは、例えば、誘電体ポリマーの専用であり、少なくとも１つの他のヘッドは、導電性ポリマーの専用である。

本発明はまた、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合に、方法のステップを実行できるようにするコード命令を含むコンピュータプログラムに関する。

本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な例として、且つ添付の図面に関連して提供される、以下に続く詳細な説明を読むことで明らかになろう。

電子ポリマーに（図１ａ）印加された電界によって引き起こされる寸法の変化を概略的に示す。 イオンポリマーに（図１ｂ）印加された電界によって引き起こされる寸法の変化を概略的に示す。 ドーピング機構に結合された堆積ヘッドを概略的に示す。

図全体にわたって、同じ要素は、同じ参照符号を有する。

製造される３Ｄメカトロニックオブジェクトは、相異なる電子又は電気機械的特性を有する複数のポリマーからなるコンポーネント、センサ及び／又はアクチュエータ、電子回路並びに主な機械的構造によって実現される自らのメカトロニック機能によって定義される。主な機械的構造は、それ自体、アーティキュレーションを含んでもよく、アーティキュレーションは、潜在的に制御され得る。

このオブジェクトを製造するための方法は、次のステップを含む。
− 溶融温度、化学的適合性、又は電気的若しくは電気機械的特性などのポリマーの特性に従って、このオブジェクトを製造するために用いられるポリマーを決定するステップと、
− ３Ｄオブジェクト、特にその形状、導電性トラックのルーティング、並びにメカトロニックコンポーネントの構造及び構成のデジタルモデルを決定する。モデルを定義する際に、オブジェクトの所定のメカトロニック機能、ポリマーの特性、及びオブジェクトの所定の仕様が考慮されるステップと、
− 溶融材料の層を堆積することによって、同じモデリングステップにおいて、センサ及び／又はアクチュエータ、電子回路、並びに主な構造を３Ｄ印刷するステップであって、或る層が、複数のポリマーで構成されるステップと、
を含む。

方法は、ポリマーの使用に基づく。これらの材料は、有利である。何故なら、それらが、軽く、低温で合成することができ、工業規模で使用するのが簡単であり、リサイクルすることができ、安価で、且つ溶融堆積モデリングと相性が良いからである。

ポリマーは、それらの誘電性特性で主に知られている。研究は、電気を伝導する或るポリマーの能力を実証した。過去数十年間に、「スマート材料」と呼ばれるポリマーの出現が見られた。これらのポリマーは、光、酸性、熱、又は磁界若しくは電界などの物理的な刺激の影響下で、様々な挙動、例えば機械的又はエレクトロルミネッセンス挙動を示す。電界に対する反応の場合に、電気活性ポリマーが話題になる。これらのポリマーは、例えば変形（曲げ、圧縮、膨張等）を介して、電気エネルギを機械エネルギに変換することができる。この特性は、アクチュエータ又はセンサなどの様々な電気機械的変換器の製造に適している。

これらの様々な特性（電気的絶縁、導電率、電気機械的変換）は、メカトロニックオブジェクトの様々な受動及び能動コンポーネントを製造するために用いられる。

この方法において用いられるポリマーの３つの主なファミリーは、
− 誘電体ポリマーと、
− 導電性ポリマーと、
− 電気活性ポリマーと、
である。

Ｉ）誘電体ポリマー
これは、オブジェクトの主な機械的構造を構成するために用いられる、且つ様々な電子コンポーネント及び構造の製造において電気絶縁体として働く熱可塑性材料である。様々な物理的特性を示す広範囲の熱可塑性材料が存在する。材料の選択は、以下のように、オブジェクト、又はオブジェクトの或る部分若しくはコンポーネントに与えるのが望ましい特性に依存する。
・誘電性特性（コンポーネントキャリア、絶縁体／コンデンサ、コンポーネントシェル等）：絶縁耐力、損失角、静電気等と、
・全体的な機械的特性（骨組み）及び局所的な機械的特性（入力／接触領域、力／曲げセンサ、機械的伝導等）：容積質量密度、強度、可撓性、弾性、圧力／曲げ／捻回に対する抵抗等と、
・熱特性：熱容量、熱伝導率等と、
・生物学的特性：化学的不活性／反応性、毒性等と、
・視覚的特性：透明度／不透明度、色、光沢／粗さ等と、
・人間工学的特性：接触の快適さ、表面粗さ、構造等と、
である。

別の重要なポイントが、材料の選択を導く。即ち、オブジェクトの製造に関係する誘電体ポリマー及び他のポリマー（導電性ポリマー、電気機械的ポリマー等）の融点である。具体的には、堆積されている材料と接触する既に印刷された部分を溶融しないように、同様の融点を有する材料を用いることが必要である。

次の表は、溶融堆積３Ｄ印刷と相性が良い幾つかの誘電体ポリマーを示す。

ＩＩ）導電性ポリマー
導電性材料は、メカトロニックオブジェクトの様々なコンポーネントの製造に関係する。
− コンポーネントの導電性トラック及びコネクタと、
− 電子コンポーネント：コンデンサ電極、抵抗器、インダクタワイヤ等と、
− 変換器と、
・機械的変換器（センサ）：接触、圧力、曲げ等のセンサ、
・熱変換器（アクチュエータ）：発熱体、
− 熱導体：熱刺激、冷却等と、
である。

２つの主なタイプの導電性ポリマーが存在する。
Ａ）真性導電性ポリマー（ＩＣＰ）であり、その導電率は、電子ドナー又はアクセプタ原子でドープすることによって増加されなければならない（化学ドーピング、電気化学ドーピング等）。現在、優れた化学的安定性及び優れた機械的特性を示すドープされた真性導電性ポリマーの間で、次のものが挙げられ得る。即ち、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール又はポリアニリンが挙げられ得る。しかしながら、これらの材料は、溶融堆積モデリングに適していない。何故なら、溶融温度が、それらの電気的又は機械的特性を部分的に又は完全に変えるからである。

Ｂ）格子間にドープされた導電性ポリマー。これは、複合ポリマーの導電率を増加させるために、導電性フィラーでドープされた非導電性ポリマーからなる複合ポリマーである。ドーピングは、液体状態における非導電性ポリマーに荷電粒子を追加することに存する。ドーピング中又はドーピング後に、２つの材料間に化学反応はない。複合ポリマーの機械的特性は、非導電性ポリマーの機械的特性に近く、その電気的特性は、導電性フィラーの電気的特性に近い。非導電性ポリマー及び導電性フィラー用の溶融堆積モデリングの温度と相性の良い材料を用いることが必要である。劣化温度＞＞融点であることが、必要である。

複合ポリマーの結果としての導電率は、
− 導電性フィラーの導電率と、
− ポリマーマトリクスにおける導電性フィラーの割合と、
− 導電性フィラーの形状と、
− 導電性フィラーの空間的分布と、
− ポリマー／導電性フィラーの構造的及び電気的相互作用と、
に依存する。

導電性フィラーの形状及び分布に基づいて、「パッキングファクタ」（Ｆ）を定義することが可能であり、パッキングファクタは、複合物におけるフィラーの比例体積を表す。

このファクタＦは、複合物の複数の特性及びパラメータを定義する。即ち、
− 導電率（Ｓ／ｍ）と、
− パーコレーション閾値と、
− 機械的特性と、
− 熱的物性と、
である。

次の表は、幾つかのタイプの導電性フィラー及び結果としての複合ポリマーの幾つかの特性を示す。

同様に他のタイプの導電性フィラーが使用されてもよい。
− 金属繊維と、
− 金属化された鉱物粒子と、
− 真性導電性ポリマー粒子と、
である。

複合ポリマーの導電率の制御に加えて、導電性フィラーの材料は、複合ポリマーの或る機械的又は熱特性に影響を与えること、及び複合ポリマーをより頑丈に（炭素繊維）又はより優れた熱導体（金属フィラー）にすることを可能にする。それはまた、新しい機能（以下の電気活性ポリマーを参照）、例えば圧電気（セラミック）又は圧電抵抗（カーボンブラック）を複合ポリマーに提供し得る。

ＩＩＩ）電気活性ポリマー
この材料は、製造されるオブジェクトに機械的知覚及びアクチュエーション機能を提供するために特に必要とされる電気活性コンポーネントを製造できるようにする。主な２つの種類のコンポーネントが製造され得る。即ち、
１）センサ（接触、圧力等のセンサ）と、
２）アクチュエータ（振動触覚アクチュエータ、曲げアクチュエータ、線形アクチュエータ等）と、
である。

本発明による方法は、電気機械変換器として特に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）を用いる。これらの光及び可撓性ポリマーは、サイズ及び形状を変えることによって電気刺激に応答することができる（アクチュエータモード）。機械的歪みの影響下で、それらを分極化することも可能である（センサモード）。

２つの主なカテゴリの電気活性ポリマーが存在する。即ち、電子ファミリー及びイオンファミリーである。

Ａ）電子ポリマー（電子ＥＡＰ）は、外部電界によって活性化される。一般に、電子ポリマーは、導電性ポリマーに電界を印加するために、例えばその分極又は電圧を測定するために、例えば導電性ポリマーに基づいて２つの電極間に配置される。電界は、電気分極に起因する力（内在的力）に、且つ電極に及ぼされるクーロン力（外部の力）に電子ポリマーをさらす。これらの力は、図１ａに示されているように、寸法における変化に帰着する（横方向収縮＝＞縦方向膨脹）。

電子ポリマーファミリーは、様々な内在的な電気的特性及び活性化プロセスを示すサブファミリーからなる。即ち、
− 強誘電体ポリマーと、
− エレクトレットと、
− 誘電体エラストマと、
− 電歪グラフトエラストマと、
− 電気活性紙と、
− 電気粘弾性エラストマと、
− 液晶エラストマ（ＬＣＥ）と、
である。

Ｂ）イオンポリマー（イオンＥＡＰ）は、電界によって引き起こされる、材料を通したイオン又は分子の拡散に基づく。イオン又は分子のこの拡散は、図１ｂに示されているように材料の寸法の変化（電極の収縮／膨張＝＞全体構造の曲げ）をもたらす。この種のポリマーを使用するアクチュエータは、固体（又は液体）ポリマー電解質によって分離された２つの電極を含み、これらの電極の間で、電圧が、例えば導電性ポリマーに基づいて印加される。

イオンポリマーファミリーはまた、様々な物理的又は化学的原理を利用するサブファミリーからなる。即ち、
− イオンゲルと、
− イオン複合体（ＩＰＭＣ）と、
− イオン導電性ポリマー（ＣＰ）と、
− カーボンナノチューブと、
− 電気粘性流体と、
からなる。

これらの主な２つのカテゴリの電気活性ポリマーは、それらの仕様を決定する様々な電気機械的特性を示す。即ち、
− 電気エネルギを機械エネルギに変換する能力を表す電気機械結合係数と、
− 寸法の変化をもたらすために必要とされる最小の電界である活性化電界と、
− （縦方向）寸法の最大の変化を表す最大変形と、
− ポリマーが印加できる最大圧力と、
− 材料の剛性／弾性を表すヤング率と、
− 材料のサイクル当たりの且つ単位体積当たりの最大機械エネルギを表すエネルギ密度と、
− 反応時間と、
− 耐用年数と、
である。

次の表は、各カテゴリの主な利点及び欠点を要約する。

次の表は、各カテゴリ及び幾つかの電気活性ポリマーサブファミリー用に、溶融堆積モデリングと相性のいい材料の例を提供する。

電極を生成するために使用される材料の選択もまた、重要である。電界の最適な印加用の導電率と、電気機械的ポリマーの寸法における変化を収容するために必要とされる弾性との間の最良の妥協点に達するために、導電性フィラーでドープされたエラストマポリマーが用いられる（導電性ポリマーに関するセクションを参照）。

例えば、ＨＤＰＥポリマーを用いて作製された２つの導電性電極間に配置されたＡＦＣ又はＭＦＣポリマーを用いて、接触アクチュエータ（振動器）を製造することが可能である。

ひとたび製造プロセスにおいて用いられるポリマーが選択されると、次のステップは、ソフトウェアを用いた、３Ｄオブジェクトモデルの自動生成である。

モデルは、以下に基づいて生成される。
− 予め決定された、製造されるオブジェクトのメカトロニック機能、
− ポリマーの選択、及び
− ユーザインタフェースによってユーザにより入力される基本仕様である。ユーザは、タイプの基本的情報、即ちブレスレット、振動触覚、手首サイズを入力する。

次に、ソフトウェアは、主な機械的構造及びサイズを提案し、且つ電子回路及び他のコンポーネントを配置する。

コンポーネントのサイズの決定は、用いられるポリマーの機械的、電気的及び電気活性特性と、人的要素（心理物理的要素、知覚閾値等）と、ユーザによって指定された機能と、にリンクされる。

オブジェクトの製造における複数の電子コンポーネントの同時使用は、電子的トラックの最適なルーティングを必要とする。電気的特性に加えて、ソフトウェアはまた、オブジェクトの機械的及び構造的特性（曲げ点、剛性等）と、を考慮する。

設計ソフトウェアは、次のプロセスを経る。即ち、
− 人間工学的要素を考慮しながらアクチュエータ／センサを配置するプロセス：オブジェクトの外部構造（ブレスレット、留められるオブジェクト等）、ユーザの形態（大きさ、形状等）、刺激のエリア、感度（接触）、相対的及び絶対的知覚閾値等と、
− 心理物理的及び電気機械的要素を考慮しながらアクチュエータ／センサのサイズを決定するプロセスと、
− 機械的要素、電気機械的要素及び人間工学的要素を考慮しながら主な機械的構造のサイズ及び形状を決定するプロセス：熱及び機械的伝導、変形／振動の強度、構造的一体化等と、
− 電気的及び電子的要素を考慮しながらの電子的ルーティング：トラック／電極の導電率、トラック間効果、電子的トラックなどのルーティング等と、
である。

例えば、ブレスレットに振動触覚機能を追加するために、ソフトウェアは、手首に対して相対的な接触知覚閾値であると同様に、最小の接触知覚閾値を考慮する。この閾値に従って、ソフトウェアは、振動コンポーネントが適用しなければならない知覚の強度を決定する。次に、ソフトウェアは、必要とされる圧力を生成するために、例えばＡＦＣ又はＭＦＣである中心ポリマー（図１ａ及び１ｂに示されているように電極間に配置される）、及び刺激電極のサイズを決定する。次に、アセンブリは、ユーザの腕と接触するように、ブレスレットの内面に自動的に配置される。

接触圧センサをスマートオブジェクトに追加するために、ソフトウェアは、圧電伝導性ポリマー（ＨＤＰＥ又はＰＭＭＡ）を用いて、オブジェクトの表面に２Ｄパターンを生成するように、接触位置及び印加される力の範囲を考慮する。パターンの変形は、導体の抵抗における変化を引き起こし、それは、印加された力を測定できるようにする。

このように取得された３Ｄオブジェクトモデルは、最終的な３Ｄオブジェクトを取得するために、そのモデルをスライスに切り、且つ層ごとにポリマーを堆積する特定のプリンタに送信される。本発明によれば、或る層は、図２に見られ得るような複数のポリマー（ドープ領域、非ドープ領域）からなり、且つ孔を開けられてもよい（表面は、完全には覆われていない）。

３Ｄ印刷は、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）を用いる。このモデリングプロセスが、１６０〜２７０℃の温度に加熱された堆積ヘッド（又はノズル若しくは押し出し機）を通してポリマーフィラメントを供給することによって、ポリマーフィラメントを溶融することことに存することが想起される。直径が１０分の１ミリメートルの程度の溶融されたポリマーの小さなスレッドが、堆積ヘッドから出力される。このスレッドは、列に堆積され、且つ再溶融することによって、前もって堆積されたスレッドに接合される。

２つの溶融堆積戦略が、電気機械的オブジェクトを製造するために用いられ得る。

第１の堆積戦略は、従来の溶融堆積モデリング３Ｄプリンタだが、単に１つではなく複数の堆積ヘッド（押し出しノズルとも呼ばれる）を備えた３Ｄプリンタを用い、各ヘッドが、相異なるポリマーの堆積専用であることに存する。最低限２つの堆積ヘッドが、導電性材料及び絶縁材料を堆積するために必要とされる。この構成は、機械的構造及び受動コンポーネント（導電性トラック、抵抗性圧力／接触センサ等）を製造できるようにする。もう１つの堆積ヘッドの追加は、振動触覚アクチュエータ又は曲げアクチュエータなどの能動変換器の製造用に電気活性ポリマーを堆積できるようにする。各堆積ヘッドの動作温度は、堆積されるポリマーの融点に依存する。従って、同様の融点を有するポリマーのセット（絶縁、導電性及び電気活性ポリマー）を選択することが必要である。

第２の堆積戦略は、ベースマトリクス（即ち誘電体ベースポリマー）を用い、且つ堆積時に荷電粒子でベースマトリクスを強化することに存する。注入される粒子の性質に依存して、ポリマーは、様々な導電性又は電気機械的特性を取得する。このアプローチは、ドーピングプロセスの、且つ従って堆積材料の電気的（導電率／電気抵抗率）、機械的（剛性／弾性）、熱（伝導率）及び電気機械的（電気機械結合係数等）特性のより優れた制御を可能にする。このアプローチの利点は、相異なるポリマー間の化学的適合性及び相異なる融点の問題を回避できるようにする同じベースポリマーが、オブジェクト全体を製造するために用いられるということである。特に、ベースポリマーの機械的特性は、ドーパントの特性に対して優勢なままである。

この目的で、堆積ヘッドを装備した溶融堆積モデリング３Ｄプリンタが用いられる。単一の堆積ヘッド１は、それが、図２に示されているように、ドーピング機構２又は粒子を用いた強化用の機構に結合される限りにおいて、十分である。これは全く同一の層用に様々なポリマーを取得するための格子間ドーピングである。この機構は、主な堆積ヘッドの加熱機構の前又は後に配置された粒子吐出ヘッド（例えば圧力を用いる）である。

様々なタイプの粒子を注入するために、それぞれのドーピング機構に結合された複数のドーピングヘッド用いることが可能である。

このようにして製造できるメカトロニックオブジェクト間では、次のものが挙げられ得る。剛性又は可撓性機械的構造（ブレスレット）と、回路基板と、歪みゲージ、皮膚電気インダクタンスセンサなどのセンサと、熱プローブと、ラウドスピーカなどのアクチュエータと、振動器と、抵抗器、コンデンサ又はインダクタなどの線形アクチュエータ又は電子コンポーネントと、が挙げられ得る。

この製造方法は、特に、ハードウェア及び／又はソフトウェア要素を用いて実行されてもよい。それは、製造方法のステップを実行できるようにするコード命令を含むコンピュータプログラムプロダクトとして入手可能である。このプログラムは、コンピュータによって読み出すことができる媒体上に記録される。この媒体は、電子、磁気、光、電磁気、又は赤外線タイプの中継媒体であってもよい。かかる媒体の例は、半導体メモリ（ランダムアクセスメモリＲＡＭ、読み取り専用メモリＲＯＭ）、テープ、フロッピーディスク、又は磁気若しくは光ディスク（コンパクトディスク−読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読み取り／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤ）である。

特定の実施形態に関連して本発明が説明されたが、本発明が、それらに決して限定されないこと、及び本発明が、説明された手段の技術的均等物の全てと同様に、それらの組み合わせが本発明の範囲内に入る場合には、それらの組み合わせを含むことが明々白々である。

Claims (6)

1. 所定のメカトロニック機能を有する３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法であって、前記３Ｄメカトロニックオブジェクトが、コンポーネントとして、少なくとも１つのセンサ及び／又は１つのアクチュエータと、導電性トラックを介して前記センサに且つ／又は前記アクチュエータに接続される電子回路と、を含み、これらのコンポーネントが、主な機械的構造に配置され、前記３Ｄメカトロニックオブジェクトが、相異なる電子及び／又は電気活性特性を有する複数のポリマーからなり、前記方法が、以下のステップ、即ち、
   − 前記ポリマーの溶融温度、前記ポリマーの化学的適合性、前記ポリマーの電気的及び／又は電気活性特性に従って、前記ポリマーを決定するステップと、
   − 前記オブジェクトの所定のメカトロニック機能、前記ポリマーの特性、及び前記オブジェクトの仕様に基づいて、前記オブジェクトの形状及び前記トラックのルーティングを含む、前記オブジェクトの３Ｄデジタルモデルを決定するステップと、
   − 前記生成されたモデルに従い、前記溶融ポリマーの層を堆積することによって前記センサ及び／又は前記アクチュエータ、前記電子回路、並びに前記主な構造を同じモデリングステップで３Ｄ印刷するステップであって、或る層が、複数のポリマーで構成され、前記層が、ベースポリマー専用の、且つ前記様々なポリマーを得るために格子間ドーピングによって荷電粒子を前記ベースポリマーに注入できるドーピング機構（２）に結合された少なくとも１つのヘッド（１）によって堆積されるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記溶融ポリマー層が、複数の堆積ヘッドによって堆積され、各ヘッドが、相異なるポリマーの専用であることを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法。
3. 少なくとも１つのヘッドが、誘電体ポリマーの専用であり、少なくとも１つの他のヘッドが、導電性ポリマーの専用であることを特徴とする、請求項２に記載の３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法。
4. 前記主な機械的構造が、アーティキュレーションを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法。
5. 前記アーティキュレーションが、制御されることを特徴とする、請求項４に記載の３Ｄメカトロニックオブジェクトを製造するための方法。
6. コンピュータプログラムプロダクトであって、前記コンピュータプログラムは、前記プログラムがコンピュータ上で実行される場合に、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記方法のステップを実行できるようにするコード命令を含むコンピュータプログラムプロダクト。

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