JP2021523041A - 付着防止部材、3次元印刷装置及び3次元印刷方法 - Google Patents
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Abstract
Description
マグネトロンスパッタリングによって厚さが50マイクロメートルの清浄なポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の表面に厚さが10ナノメートルの銅を堆積し、具体的なプロセスは以下のとおりである。Discovery 635複数ターゲットマグネトロンスパッタリングコーティング機を採用し、直流スパッタリングモードを使用し、100Wのスパッタリングパワーで、40標準立方センチメートル/分のアルゴンガス流量で、1分間スパッタリングする。スパッタリングしたPTFEフィルムの表面に誘導結合プラズマエッチングを行い、アルゴンガス、酸素ガス及び四フッ化炭素のガス流量の割合をそれぞれ15、10と30標準立方センチメートル/分に調節し、圧力を1〜2Paにする。プラズマを発生させる電源パワーを400Wにし、加速誘導結合キャビティ内プラズマの電源パワーを100Wにして、15秒エッチングして、開口面の面積が0.0001平方マイクロメートルの窪みを生成する。
マグネトロンスパッタリングによって厚さが50マイクロメートルの清浄なポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の表面に厚さが5ナノメートルの銅を堆積し、具体的なプロセスは以下のとおりである。Discovery 635複数ターゲットマグネトロンスパッタリングコーティング機を採用し、直流スパッタリングモードを使用し、100Wのスパッタリングパワーで、40標準立方センチメートル/分のアルゴンガス流量で、1分間スパッタリングする。スパッタリングしたPTFEフィルムの表面に誘導結合プラズマエッチングを行い、アルゴンガス、酸素ガス及び四フッ化炭素のガス流量の割合をそれぞれ15、10と30標準立方センチメートル/分に調節し、圧力を1〜2Paにする。プラズマを発生させる電源パワーを400Wにし、加速誘導結合キャビティ内プラズマの電源パワーを100Wにし、30秒エッチングして、開口面の面積が0.01平方マイクロメートルの窪みを生成する。
ポリビニリデンフルオライド(PVDF)をN,Nジメチルホルムアミド(DMF)とアセトンとの混合溶液(3:2)に溶解し、60℃の温度で磁気撹拌水浴によって加熱し、濃度が20%のPVDF溶液に調製する。PVDF溶液を容量シリンジに添加し、27Gのステンレスニードルを使用し、シリンジを静電紡糸押出装置に固定し、シリンジの押出速度を2ミリリットル/時間にし、紡糸ニードルとドラムコレクタとの間の距離を約15センチメートルにする。紡糸ニードルを正電圧のターミナルに接続し、ドラムコレクタを負電圧に接続し、紡糸繊維を受け取るベースとしてドラムにアルミニウム箔を1層巻き付ける。ニードルからPVDF溶液が押し出されるとき、負圧を約−2キロボルトに調節し、正圧を15キロボルトに調節する。PVDF溶液を室温で静電紡糸し、ドラムコレクタの回転速度を約50回転/分にして、2〜3時間連続紡糸し、紡糸フィルムをアルミニウム箔から剥がして、PVDFナノ繊維フィルムを得る。ナノ繊維が不規則に交絡して窪み細孔付き構造を形成し、窪みの開口面の面積は0.1〜1平方ミクロンである。
ポリジメチルシロキサンである主体と硬化剤を10:1の質量比で混合し、直径が10ミクロンの塩粒子を、混合物の全質量の30%を占めるように添加する。均一に混合した後に脱泡処理を行い、液状の混合物をガラス基板表面に、1000回転/分のスピンコート速度で、2分間スピンコートする。スピンコートしたフィルムを80℃の条件で5時間加熱して硬化する。硬化後、水に48時間浸漬し、全ての塩粒子を溶出させ、表面の窪みを形成し、窪みの開口面の面積は100平方マイクロメートルである。
フォトリソグラフィプロセスによってシリコンウェハの表面にフォトレジストマスクを作製し、マスクのパターンは四角形のウィンドウアレイであり、各四角形の辺の長さは100マイクロメートルである。ウィンドに露出したシリコン表面を誘導結合プラズマエッチング法によってエッチングし、アルゴンガス、酸素ガス及び六フッ化硫黄のガス流量比をそれぞれ200、10及び35標準立方センチメートル/分に調節し、圧力を2Paにする。プラズマを発生させる電源パワーは800Wで、加速誘導結合キャビティ内プラズマの電源パワーは50Wで、エッチング時間は300秒である。エッチング後のシリコンウェハをマスクとし、ホットエンボス加工機によってポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルムの表面に対してエンボス加工処理を行い、エンボス加工の圧力は2Mpaで、昇温速度は6℃/分で、最高温度は237℃であり、最高温度に達した後に2分間保持する。冷却後、ポリテトラフルオロエチレンの表面に窪みが形成し、窪みの開口面の面積は10000平方マイクロメートルである。
Claims (47)
- 光透過性本体と、本体に設置された幾つかの微細構造とを含み、前記本体が、対向する第1の表面と第2の表面、第1の表面と第2の表面を接続する側面を有し、各微細構造がそれぞれ、本体内に形成されたキャビティと、本体の第1の表面に設置されてキャビティに通じる第1の開口面とを有することを特徴とする、付着防止部材。
- 少なくとも2つの微細構造のキャビティは互いに連通することを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 全ての微細構造のキャビティは互いに連通することを特徴とする、請求項2に記載の付着防止部材。
- 少なくとも1つの微細構造のキャビティは、本体の第2の表面に設置された第2の開口面を有することを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 全ての微細構造のキャビティは、いずれも、本体の第2の表面に設置された第2の開口面を有することを特徴とする、請求項4に記載の付着防止部材。
- 少なくとも1つの微細構造のキャビティは、本体の少なくとも1つの側面に設置された第3の開口面を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の付着防止部材。
- 各微細構造の第1の開口面の面積は、0.0001〜100000平方マイクロメートルであることを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 各微細構造の第1の開口面の面積は、0.01〜100平方マイクロメートルであることを特徴とする、請求項7に記載の付着防止部材。
- 各微細構造の第1の開口面の面積の和と本体の第1の表面の面積との比は0.01〜0.99であることを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 各微細構造の第1の開口面の面積の和と本体の第1の表面の面積との比は0.05〜0.9であることを特徴とする、請求項9に記載の付着防止部材。
- 各微細構造の第1の開口面の面積の和と本体の第1の表面の面積との比は0.1〜0.4であることを特徴とする、請求項10に記載の付着防止部材。
- 本体の第1の表面での前記微細構造の第1の開口面の分布密度は104〜1011個/平方ミリメートルであることを特徴とする、請求項7〜11のいずれか1項に記載の付着防止部材。
- 各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は0.01〜0.99であることを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は0.1〜0.95であることを特徴とする、請求項13に記載の付着防止部材。
- 各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は0.6〜0.9であることを特徴とする、請求項14に記載の付着防止部材。
- 任意の隣接する2つの微細構造の第1の開口面の間隔の平均値は450nmより小さいことを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 前記本体の曲げ弾性率は10〜500Mpaであることを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- 前記本体の曲げ弾性率は20〜100Mpaであることを特徴とする、請求項17に記載の付着防止部材。
- ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニル、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、ポリジメチルシロキサンのうちの1種又は複数種で構成されることを特徴とする、請求項1に記載の付着防止部材。
- ポリテトラフルオロエチレン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン及びポリジメチルシロキサンのうちの1種又は複数種で構成されることを特徴とする、請求項19に記載の付着防止部材。
- 液状の成形材料を配置するために用いられ、底面が光透過性であるカートリッジと、第1の表面がカートリッジ内の成形材料との接触面であり、第2の表面がカートリッジの底面に配置される上記請求項1〜20のいずれか1項に記載の付着防止部材と、付着防止部材の第1の表面に接触する成形材料を照射して、照射される成形材料を硬化して硬化層を形成するための光源と、硬化層を連れて移動させるキャリアとを含むことを特徴とする、3次元印刷装置。
- 前記成形材料と付着防止部材は互いに浸透しないことを特徴とする、請求項21に記載の3次元印刷装置。
- 任意の隣接する2つの微細構造の第1の開口面の間隔は、いずれも前記光源が発する光の波長より小さいことを特徴とする、請求項21に記載の3次元印刷装置。
- 請求項21〜23のいずれか1項に記載の3次元印刷装置に基づく3次元印刷方法であって、
a)、付着防止部材をカートリッジの底面に配置する工程と、
b)、液状の成形材料をカートリッジ内に注ぐ工程と、
c)、キャリアを付着防止部材の第1の表面から一定距離離れた位置に移動し、光源で付着防止部材の第1の表面に接触する成形材料を照射し、照射された成形材料が硬化して硬化層を形成し、硬化層がキャリアの底部に付着する工程と、
d)、キャリアによって硬化層を光源から離れた方向に連れて移動させ、硬化層が移動している過程において、硬化層に接触する付着防止部材の第1の表面の部分が引き上げられて弾性変形し、硬化層が一定距離移動すると、硬化層が付着防止部材の第1の表面から分離する工程と、
e)、光源で付着防止部材の第1の表面に接触する成形材料を続いて照射し、照射された成形材料が硬化して形成された硬化層が、その前に形成された硬化層に付着して、一体構造を形成する工程と、
f)、3次元物体の印刷が完了するまで以上の工程c)〜e)を繰り返す工程とを含むことを特徴とする、3次元印刷方法。 - (a)3次元構築物を支持及び移動させるキャリアと、
(b)液状の硬化性材料を収容するためのカートリッジが設置された構築プラットフォームと、
(c)カートリッジの底部に設置され、硬化性材料に接触し、全体的に液状であり、硬化性材料とは非相溶であり、かつ密度が硬化性材料より大きい離型層と、
(d)構築プラットフォームを照射し、硬化性材料を硬化させる波長範囲内のUV光を提供するための光源とを含むことを特徴とする、光硬化3次元造形装置。 - 前記離型層とカートリッジの底部との間に、離型層を固定するための固定具が設置されることを特徴とする、請求項25に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は内部に外部と連通するキャビティ構造を有し、前記離型層は該固定具のキャビティ内に固定されることを特徴とする、請求項26に記載の光硬化性3次元造形装置。
- 前記固定具はゲル又はナノ繊維であることを特徴とする、請求項27に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記ゲルは3次元網目構造を有することを特徴とする、請求項28に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記離型層は水又は光透過性水溶液であることを特徴とする、請求項25に記載の光硬化性3次元造形装置。
- 前記光透過性水溶液は無機塩溶液であることを特徴とする、請求項30に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記無機塩溶液は、可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液のいずれか1種であることを特徴とする、請求項31に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液は、いずれも飽和溶液であることを特徴とする、請求項32に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記光透過性水溶液は水溶性有機塩増量剤溶液であることを特徴とする、請求項30に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記水溶性有機塩増量剤溶液は、有機酸アルカリ金属塩溶液、有機酸アンモニウム塩溶液、有機酸第三級アンモニウム塩溶液、有機酸第四級アンモニウム塩溶液のいずれか1種であることを特徴とする、請求項34に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記離型層内には、離型層を固定するための固体固定具が設置されることを特徴とする、請求項25に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は、シート状又は板状又はブロック状であることを特徴とする、請求項36に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は、離型層の上面と面一となる上面を有することを特徴とする、請求項37に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は幾つかのキャビティを有し、固定具の上面はキャビティと連通する複数の開口面を有し、前記離型層は前記キャビティ内に入り込んで固定具の上面に固液交互面を形成することを特徴とする、請求項38に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は離型層内に浸漬され、該固定具は離型層に平行な上面を有し、該上面から離型層の上面までの距離はゼロより大きく、かつ離型層の深さの二分の一より小さいことを特徴とする、請求項37に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具の厚さは離型層の深さの四分の一より小さいことを特徴とする、請求項40に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具の外面はいずれも粗面であることを特徴とする、請求項40に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具内には、離型層が流通する幾つかのチャンネルが交差して配設され、前記チャンネルの両端はいずれも固定具の対応する上面及び下面に貫通することを特徴とする、請求項40に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は球体又は円錐体又は円筒形であり、該固定具の数は少なくとも2つであることを特徴とする、請求項36に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具の最高点は固液交互面を形成するように離型層の上面と面一となることを特徴とする、請求項44に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は、離型層内に浸漬され、かつカートリッジの底部に沈設されることを特徴とする、請求項44に記載の光硬化3次元造形装置。
- 前記固定具は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニルのいずれか1種の重合又は複数種の共重合で形成されることを特徴とする、請求項36に記載の光硬化3次元造形装置。
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