JP2019523153A - レーザー励起材料分注のためのキットおよびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年7月17日出願の米国仮特許出願第62/363,278号の利益を主張し、参照することによって、その全体が本明細書に明示的に援用される。
X(t)=Rcos(ωt)およびY(t)=Rsin(ωt)
X(t)=Rcos(ωt)およびY(t)=R・a・sin(ωt)
式中、Rは、光ファイバの進入ポートとカプラの中心との間の距離である。
「a」は、楕円要素であり、ωは、システムの角速度である。
Lx=Nx.D
Ly=Ny.D
Nhead=Nx.Ny
式中、NXは、出口にある長さ方向のファイバの数であり、NYは、出口にある幅方向のファイバの数であり、Nheadは、ファイバの総数である。
Claims (77)
- レーザー励起分注システムのための材料供給キットであって、
繰り出しリールの周りに巻き付く光透過層を有する箔を供給する前記繰り出しリール、および前記箔を拾い上げる巻き取りリールを有する、カートリッジアセンブリと、
前記箔が動いている間に、ドナー材料によって前記箔をコーティングする、コーティングデバイスと、を備える、材料供給キット。 - 前記コーティングデバイスは、前記繰り出しリールから箔を継続的に受容する入口と、前記巻き取りリールによって拾い上げられるように、前記箔を継続的に放出する出口と、前記入口および前記出口の間にあるコーティング部分とを有し、前記ドナー材料による前記箔の前記コーティングは、前記コーティング部分の中で、前記ドナー材料によって下方から前記箔をコーティングするように構成される、請求項1に記載のキット。
- 前記コーティングデバイスは、前記ドナー材料によって上方から前記箔をコーティングするように構成される、請求項1又は2に記載のキット。
- 前記コーティングデバイスは、前記ドナー材料を前記箔上へ分注するノズルを備える、請求項1又は2記載のキット。
- 前記コーティングデバイスは、前記ドナー材料を保持するための、前記入口および前記出口の下方に設置される空洞と、前記動いている間に、前記箔および前記ドナー材料の間に接触を確立するように、前記ドナー材料を上方へ付勢するバイアス機構とを備える、請求項2に記載のキット。
- 前記バイアス機構は、プランジャーと、前記プランジャーを上方へ付勢する機械式バイアス部材とを備える、請求項5に記載のキット。
- 前記バイアス機構は、プランジャーと、前記プランジャーを上方へ付勢するように、流体圧力を印加するポンプへ接続可能な圧力ポートとを備える、請求項5に記載のキット。
- 前記コーティングデバイスは、前記ドナー材料を前記コーティングデバイスへ供給するために、ドナー材料の源へ接続可能なドナー材料入口を備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載のキット。
- 前記箔は、前記光透過層の上方に犠牲保護層を備え、前記カートリッジアセンブリは、前記箔の前記供給中に、前記犠牲保護層を持ち上げる持ち上げリールを備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載のキット。
- 前記箔は、前記ドナー材料への伝熱を可能にするために、前記光透過層の下方に熱伝導層を備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載のキット。
- 前記箔は、前記熱伝導層の下方にパッシベーション層を備える、請求項10に記載のキット。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の材料供給キットと、
レーザービームの焦点を合わせるために構成される、光学素子を有する、照射ヘッドと、
前記箔の動きを確立するように前記カートリッジアセンブリを、および前記ドナー材料の液滴を前記箔から放出するために、前記コーティングデバイスの前記出口の下流の場所で、前記レーザービームの焦点を前記箔上に合わせるように前記光学素子を制御する、コントローラと、を備える、レーザー励起分注システム。 - 前記コントローラはまた、前記コーティングデバイスによって前記コーティングを起動および停止するためにも構成される、請求項12に記載のシステム。
- 前記コントローラはまた、所定の比率で前記箔をコーティングするよう、前記コーティングデバイスを制御するためにも構成される、請求項12および13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記放出に続いて、余分なドナー材料を前記箔から除去する、廃棄物コレクタをさらに備える、請求項12〜14のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記照射ヘッドは、前記レーザービームを生成するために、前記照射ヘッドの本体上に取り付けられるレーザー光源を備える、請求項12〜15のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記光学素子は、前記レーザービームを生成し、前記照射ヘッドの外部にあるレーザー光源から、前記照射ヘッドへ前記レーザービームを連結するために構成される、請求項12〜15のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記連結は、前記レーザービームの直接伝播による、請求項17に記載のシステム。
- 前記連結は、光導波路による、請求項17に記載のシステム。
- それぞれ複数のレーザービームの焦点を生成する、複数の照射ヘッドがある、請求項12〜19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記レーザービームを前記照射ヘッドの中へ選択的に連結するよう、前記レーザービームを走査するために構成される、ビーム走査システムをさらに備える、請求項12〜19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記照射ヘッドのうちの少なくとも二つが、それぞれ複数のレーザービームの焦点を生成するために、光ノズルの配列を備え、前記少なくとも二つの照射ヘッドは、前記光ノズルの二次元配列を形成するように配設され、前記ビーム走査システムは、前記配列の前記光ノズルの中へ、前記レーザービームを選択的に連結するよう、前記レーザービームを二次元的に走査するために構成される、請求項21に記載のシステム。
- 前記照射ヘッドは、それぞれ複数のレーザービームの焦点を生成するために、光ノズルの配列を備え、前記システムは、前記光ノズルの中へ前記レーザービームを選択的に連結するよう、前記レーザービームを走査するために構成されるビーム走査システムを備える、請求項12〜19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記連結は、光カプラ上に丸い形状を形成するように配設される、複数の光導波路による、請求項23に記載のシステム。
- 前記複数の光導波路の進入ポート上へ、前記光ビームの焦点を順次合わせるように構成される、回転ミラーをさらに備える、請求項24に記載のシステム。
- 前記複数の光導波路は、前記光カプラの隣接する進入ポートが、前記ヘッド上の隣接しない退出ポートに対応するように交差する、請求項24および25のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ビーム走査システムは、前記照射ヘッドの外部にある、請求項22および21のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記コーティングデバイスは、異なるドナー材料を各々包含する、複数の縦に移動可能な空洞を備え、前記コントローラは、それぞれの空洞の中で前記箔とドナー材料との間の接触を断続的に生成するよう、前記空洞を縦に変位させるために構成される、請求項12〜27のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記コーティングデバイスは、前記コーティングの前に異なる空洞からのドナー材料を混合するために、前記空洞の各々と流体連通する混合室を備え、前記コントローラは、前記空洞内の個別の圧力を制御するために構成され、前記個別の圧力は、前記ドナー材料間に所定の混合比を提供するように選択される、請求項28に記載のシステム。
- 前記コーティングデバイスは、異なるドナー材料を各々包含する、複数の空洞と、前記コーティングの前に異なる空洞からのドナー材料を混合するために、前記空洞の各々と流体連通する混合室とを備え、前記コントローラは、前記空洞内の個別の圧力を制御するために構成され、前記個別の圧力は、前記ドナー材料間に所定の混合比を提供するように選択される、請求項12〜27のいずれか一項に記載のシステム。
- 導管を介して前記コーティングデバイスへ接続可能なドナー材料の源と、前記導管の中に前記ドナー材料の流れを確立する双方向ポンプとをさらに備え、前記コントローラは、時間的に選択して前記双方向ポンプを制御するように構成される、請求項12〜30のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記箔上の前記ドナー材料の厚さを変化させるよう、前記コーティングデバイスを制御するように構成される、請求項12〜31のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記箔が、前記レーザービームと相互作用する前に、前記箔の一部分を原位置で撮像する撮像デバイスをさらに備える、請求項12〜32のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ドナー材料を冷却する冷却要素をさらに備える、請求項12〜33のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記冷却は、前記ドナー材料の凍結温度を上回るが、前記凍結温度から5℃未満の範囲内の温度までである、請求項34に記載のシステム。
- レシーバ基体上にドナー材料を分注する方法であって、請求項12〜35のいずれか一項に記載の前記システムの前記箔の下方に、前記レシーバ基体を置くことと、前記箔から前記レシーバ基体へ前記ドナー材料を放出するように、前記システムを操作することと、を含む、方法。
- 前記基体を前記ドナー材料によってパターニングするために、前記基体と前記照射ヘッドとの間に、相対的な横の動きを確立することをさらに含む、請求項36に記載の方法。
- 前記基体上に三次元物体を形成するように、前記基体と前記照射ヘッドとの間に、相対的な横および縦の動きを確立することをさらに含む、請求項36に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、有機物を含む、請求項36〜38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、無機物を含む、請求項36〜39のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、金属を含む、請求項36〜40のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、誘電材料を含む、請求項36〜41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、生物材料を含む、請求項36〜42のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、金属酸化物を含む、請求項36〜43のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、磁性材料を含む、請求項36〜44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、半導体材料を含む、請求項36〜45のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、ポリマーを含む、請求項36〜46のいずれか一項に記載の方法。
- 上にドナー材料を有する、第1基体と、
前記ドナー材料の液滴を前記基体から放出するため、前記基体上にレーザービームの焦点を合わせるために構成される光学素子を有する、照射ヘッドと、
前記ドナー材料を冷却する、冷却要素と、を備える、レーザー励起分注システム。 - 第1基体上のドナー材料を冷却することと、
前記ドナー材料の液滴を、前記第1基体からレシーバ基体上へ放出するために、前記第1基体上にレーザービームの焦点を合わせることと、を含む、ドナー材料を分注する方法。 - 前記冷却は、前記ドナー材料の凍結温度を上回るが、前記凍結温度から5℃未満の範囲内の温度までである、請求項48および49のいずれか一項に記載のシステムまたは方法。
- 前記第1基体は、箔である、請求項48〜50のいずれか一項に記載のシステムまたは方法。
- 材料加工用のレーザー励起分注システムであって、
ファイバ束の第1インターフェースでレーザー光源からレーザービームを受信し、前記ファイバ束の第2インターフェースから前記レーザービームを発信するように構成される、光ファイバを有する、前記ファイバ束であって、前記光ファイバは、前記第1インターフェースに配設される第1端部と、前記第2インターフェースに配設される第2端部とを有する、ファイバ束と、
前記光ファイバによって前記第2インターフェースから発信される前記レーザービームを、基体上に沈着する材料へ方向付けるように構成される、光学素子と、を備え、
前記光学素子は、前記沈着する材料上に前記レーザービームの焦点を合わせるように構成され、それによって、前記沈着する材料を前記基体上へ放出させ、
前記光ファイバの各々は、前記第1インターフェースにある前記光ファイバのうちの別の一つの第1端部に隣接する、第1端部を有する前記光ファイバのすべてが、前記第2インターフェースにある前記光ファイバのうちの前記別の一つの第2端部に隣接しない、第2端部を有するように、配設される、レーザー励起分注システム。 - 前記光学素子を含む、プリントヘッドをさらに備え、
前記レーザー光源は、前記プリントヘッドの外部に提供される、外部レーザー光源である、請求項52に記載のレーザー励起分注システム。 - 前記光ファイバの前記第1端部は、前記第1インターフェースに多角形構成で配設され、
前記光ファイバの前記第2端部は、前記第2インターフェースに多角形構成で配設される、請求項52に記載のレーザー励起分注システム。 - 前記光ファイバの前記第1端部は、前記第1インターフェースに円形、楕円形および長円形構成のうちの一つで配設され、
前記光ファイバの前記第2端部は、前記第2インターフェースに多角形構成で配設される、請求項52に記載のレーザー励起分注システム。 - 前記レーザー光源から出力されるレーザービームを、外部レンズ配列のレンズ素子上へ選択的に連結するために、前記レーザー光源からの前記レーザービームを走査するように構成される、ビーム走査システムであって、前記第1インターフェースにある前記光ファイバの前記第1端部の中へ、前記出力されるレーザービームを発信することによって、前記出力されるレーザービームを、それぞれの光ファイバの中へ連結する、ビーム走査システムを、さらに備える、請求項55に記載のレーザー励起分注システム。
- 前記ビーム走査システムは、
モータと、
前記モータへ接続する、シャフトと、
前記シャフトの回転軸に対する角度で配向するために、前記シャフトの端部に取り付けられる、上流側反射ミラーと、を備え、
前記シャフトは、前記反射ミラーを回転させるために回転するよう構成され、それによって、前記第1インターフェースにある前記光ファイバの前記第1端部の中へ、前記出力されるレーザービームの焦点を順次合わせる、請求項56に記載のレーザー励起分注システム。 - 前記モータは、定速で回転する、請求項56に記載のレーザー励起分注システム。
- 光ノズルの対応する配列に接続する、前記第2インターフェースにある前記光ファイバの前記第2端部をさらに備え、前記光ノズルは、前記沈着する材料上に焦点が合うように構成される、それぞれのレーザービームの焦点を生成する、請求項56に記載のレーザー励起分注システム。
- 前記光ノズルの各々は、前記第2インターフェースにある前記光ファイバの前記第2端部から発信される、それぞれのレーザービームの焦点を合わせるように構成される、それぞれの下流側集束素子を含む、請求項59に記載のレーザー励起分注システム。
- 前記光ファイバは、マルチモード光ファイバである、請求項52に記載のレーザー励起分注システム。
- 前記光ファイバの各々は、少なくとも25μmのコア径、および少なくとも65μmのクラッド径を有する、請求項61に記載のレーザー励起分注システム。
- 前記光ノズルの配列は、前記出力されるレーザービームが、前記第1インターフェースにある前記光ファイバの前記第1端部の中へ連結されるとき、連続放射されるレーザービームが、前記光ノズルの配列のうちの隣接しない光ノズルから放射されるように構成される、請求項59に記載のレーザー励起分注システム。
- 光ノズルの対応する配列に接続する、前記第2インターフェースにある前記光ファイバの前記第2端部であって、前記光ノズルは、前記沈着する材料上に焦点が合うように構成される、それぞれのレーザービームの焦点を生成する、第2端部を、さらに備え、
前記光ノズルの各々は、前記第2インターフェースにある前記光ファイバの前記第2端部から発信される、それぞれのレーザービームの焦点を合わせるように構成される、それぞれの下流側集束素子を含む、請求項57に記載のレーザー励起分注システム。 - 前記光ノズルの配列と、前記第2インターフェースから発信される前記レーザービームを連結する、光カプラとを含む、プリントヘッドをさらに備え、
前記レーザー光源は、前記プリントヘッドの外部に提供される、外部レーザー光源である、請求項64に記載のレーザー励起分注システム。 - 前記外部レーザーは、パルスレーザーである、請求項65に記載のレーザー励起分注システム。
- 前記プリントヘッドは、光ノズルのそれぞれの配列を有する、複数の離れたプリントヘッドによって画定される、請求項64に記載のレーザー励起分注システム。
- 材料加工プリンタ用のファイバ束であって、
第1インターフェースでレーザービームを受信し、前記レーザービームを第2インターフェースへ発信するように構成される、光ファイバを有する、ファイバ束であって、前記光ファイバは、前記第1インターフェースに配設される第1端部と、前記第2インターフェースに配設される第2端部とを有する、ファイバ束を備え、
前記光ファイバの各々は、前記第1インターフェースにある前記光ファイバのうちの別の一つの第1端部に隣接する、第1端部を有する前記光ファイバのすべてが、前記第2インターフェースにある前記光ファイバのうちの前記別の一つの第2端部に隣接しない、第2端部を有するように、配設される、ファイバ束。 - 前記光ファイバは、マルチモード光ファイバである、請求項68に記載のファイバ束。
- 前記光ファイバの前記第1端部は、前記第1インターフェースに多角形構成で配設され、
前記光ファイバの前記第2端部は、前記第2インターフェースに多角形構成で配設される、請求項69に記載のファイバ束。 - 前記光ファイバの前記第1端部は、前記第1インターフェースに円形、楕円形および長円形構成のうちの一つで配設され、
前記光ファイバの前記第2端部は、前記第2インターフェースに多角形構成で配設される、請求項69に記載のファイバ束。 - ドナー材料をレシーバ基体上に分注する方法であって、
レーザービームをレーザー光源から出力することと、
ファイバ束の第1インターフェースで前記レーザービームを受信し、前記ファイバ束の第2インターフェースから前記レーザービームを発信する光ファイバを有する、前記ファイバ束を提供することであって、前記光ファイバの第1端部を前記第1インターフェースに配設し、前記光ファイバの第2端部を前記第2インターフェースに配設する、ことと、
前記第1インターフェースにある前記光ファイバのうちの別の一つの第1端部に隣接する、第1端部を有する前記光ファイバのすべてが、前記第2インターフェースにある前記光ファイバのうちの前記別の一つの第2端部に隣接しない、第2端部を有するように、前記光ファイバの各々を配設することと、
前記光ファイバにより前記第2インターフェースから発信される前記レーザービームを、受容基体上に沈着するドナー材料へ方向付ける、光学素子を提供することと、を含み、
前記光学素子は、前記ドナー材料上に前記レーザービームの焦点を合わせ、それによって、前記ドナー材料の液滴を、前記レシーバ基体上へ放出させ沈着させる、方法。 - 前記焦点を合わせたレーザービームから、前記ドナー材料により吸収されるエネルギーによって、前記ドナー材料の前記液滴を放出させるような所定の強度で、前記ドナー材料上に前記レーザービームの焦点を合わせることを、さらに含む、請求項72に記載の方法。
- 前記ドナー材料の連続する液滴の各々は、隣接しない順序で放出される、請求項72に記載の方法。
- 前記ドナー材料は、光透過層を有する箔へ塗布され、前記レーザービームは、前記光透過層を通って前記ドナー材料上に焦点を合わせ、前記焦点を合わせたレーザービームのうち、連続放射されるレーザービームの各々は、前記液滴を隣接させずに放出させるために、前記隣接しない順序で前記光ファイバの前記第2端部から放射される、請求項72に記載の方法。
- 前記第1インターフェースにある前記光ファイバの前記第1端部を、円形、楕円形および長円形構成のうちの一つに配設することと、
前記第2インターフェースにある前記光ファイバの前記第2端部を、多角形構成に配設することと、をさらに含む、請求項72に記載の方法。 - レーザー励起分注システムのための材料供給キットであって、
筺体、繰り出しリールの周りに巻き付く光透過層を有する箔を供給する前記繰り出しリール、および前記箔を拾い上げる巻き取りリールを含む、カートリッジアセンブリであって、
前記繰り出しリールおよび前記巻き取りリールは、前記筺体内に取り付けられる、カートリッジアセンブリと、
前記箔が動いている間に、ドナー材料によって前記箔をコーティングする、コーティングデバイスであって、
前記コーティングデバイスは、取り外し可能なように前記カートリッジアセンブリへ接続する、コーティングデバイスと、を備える、材料供給キット。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201662363278P | 2016-07-17 | 2016-07-17 | |
US62/363,278 | 2016-07-17 | ||
PCT/IB2017/054253 WO2018015850A2 (en) | 2016-07-17 | 2017-07-13 | Kit and system for laser-induced material dispensing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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