JP6432999B2 - ３次元スクリーン印刷物品を作製するための機械 - Google Patents

Description

本発明は３次元スクリーン印刷体を作製するための３次元スクリーン印刷システム技術と、３次元スクリーン印刷機の使用とに関する。

３次元スクリーン印刷プロセスが、成形体の作製に関して確立されてきたのにつれて、利用可能なシステム技術の不足が明らかになってきた。現時点では、３次元スクリーン印刷の技術的方法を実行するために使用されているシステム技術に関して、独立して開発され、構築された２つのプロトタイプのみが存在する。３次元スクリーン印刷のために必要な具体的なシステム部品及び機能の名称は挙げないが、それらのシステムは根本的に、プレスベッド、フラットベッド、四柱型昇降ユニット、及びドクターブレードユニットからなる。３Ｄスクリーン印刷法に関するこれまでの公表は、具体的な構成、設計及び機能を開示することなく、これらの実験システムを示す。研究開発活動の一部としてシステム技術の少なくとも個々のコンポーネント及び機能を必要に迫られて見てきた共同研究開発者は、機密保持契約によって制約される。本発明者らは、社内で開発された自らのプロトタイプを除いては、工業用システムにおいて３次元スクリーン印刷のための具体的なプロセス要件を実施したいかなる製造業者も知らない。結果として、現時点において、独立した第三者は、３次元スクリーン印刷プロセス又は３次元スクリーン印刷システム技術に基づく方法を、研究、開発又は作製において使用することはできない。

工業用標準規格及び構成物のための基礎となるのは、あらかじめ指定された細孔構造を有する成形体の作製に関して特許文献１において記述されている方法である。これに関連して、本体層を印刷し、その層を硬化させ、先行する層上で新たな印刷動作を実行し、その後、次々に硬化させることによって、成形体が層ごとに作製される。構造の変更及び材料の変更の両方とすることができる構造変更のために、スクリーンツールが変更され、その後、層の印刷が再開される。使用される材料は、セラミック、金属、ガラス、プラスチック又はそれらの材料群の混合物、又は複合的な混合物を含む。３次元スクリーン印刷方法自体は、ディーゼルすす粒子フィルター、インプラント、太陽熱吸熱体を含む吸熱体、熱交換器、いわゆる流れ場、反応器、及び更なる機能コンポーネントに基づいて開発された。吸熱体技術の可能性が特許文献２において記述されている。セラミック群においてその方法を開発するために最も一般的に使用される材料は、炭化ケイ素、コランダム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、コージライト、リン酸塩セラミックス、粘土含有セラミックスである。ガラス分野における開発は、ケイ素を含む配合の使用に焦点を合わせる。金属分野におけるプロセス適合性は、ステンレス鋼、鉄系金属、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン等を用いて開発された。アクリレート及びシリコーンのようなプラスチックを用いる方法の開発にも成功した。この場合の開発の焦点は、方法開発、製品開発、及びとりわけ３次元スクリーン印刷法における可能な配合及び加工性であった。

３次元スクリーン印刷法のために必要なシステム工学を開発することが、システム技術に関する本発明者ら自らの実験デバイス及び応用デバイスにおいて、システム技術につながっており、また、開発されたシステム技術の使用とともに、本発明が基づく３次元スクリーン印刷機及び３次元スクリーン印刷システムとしてのシステム応用につながっている。

特許文献１「Method for the production of molded bodies with a prespecified pore structure」において開示される本発明者ら独自の方法と、本発明者ら独自の開発からの方法等に基づく用途特許である特許文献２「Device through which a fluid can flow, designed as a solar receiver」とを従来技術として列挙することができる。３次元スクリーン印刷法に関する更なる公報は、３次元スクリーン印刷法自体に関連する。それらの公報の中で提示される、本発明者ら独自のシステム技術の両方のプロトタイプの写真複写は、３次元スクリーン印刷の技術的な細部又は機能を示すことなく、システムの概略図を示すにすぎず、３次元スクリーン印刷機のシステム及び機能的技術の開示を構成しない。方法開発中の公報におけるシステムプロトタイプの写真複写はいずれも、システム及び機能的技術に関して示される解決策ではない。

本発明者ら独自の研究事業において、第１のプロトタイプシステム及び第２のプロトタイプシステムが開発され、使用された。

スクリーン印刷自体の文献及び歴史から幾つかのスクリーン印刷システムが知られており、これらのシステムは市販されている。これらのシステムは、３次元スクリーン印刷法のためのスクリーン印刷システムの特徴を有さず、そのような使用を意図したものではなく、３次元スクリーン印刷法を用いて物体を作製するために公開された設計において適してもいない。具体的な要件に合わせてハードウェア及びソフトウェアを顧客特有に変更するための機械製造業者による提案は、実際には漠然としたままであり、同様に、３次元スクリーン印刷システム又はそのコンポーネント及び機能の開示又は従来の公表を構成しない。

定義によれば、頻繁に使用される「物体印刷」という用語は、物体上に印刷することを意味し、物体自体を印刷することを意味しない。一例が、ライター又はペン上にレタリング又はロゴを印刷することである。輪転印刷では、物体印刷の一例が、円筒形ピストンに炭素からなる保護用グライド層を印刷することである。技術的応用の一例が、例えば、自動変速装置ギアセレクタープレートのようなハウジング部品にシールを印刷することである。そのような場合、フラット印刷、輪転印刷及び他のタイプの印刷において、物体がいつでも上に印刷される。印刷自体は、例えば、フリース上のデザインの場合のように、物体自体を作製しない。上記の物体又は印刷機はいずれも、実際の３次元スクリーン印刷又はそのシステム／方法技術への因果関係を有しない。

以下の発明において位置の詳細に関して個別の割り当てを提供するために、プレスベッドとも呼ばれる、印刷物を支えるプレート上の平面平行の表面位置が、塗布軸とも呼ばれる、Ｚ軸上の垂直高を示すために与えられ、その高さは開始位置においてＺ＝０．０００ｍｍである。この開始位置は、印刷される媒体の厚さ、例として、印刷される紙の厚さ、又は印刷されるコンポーネントの高さ、又は印刷される上側ハウジング面の高さ、印刷されるライターの表面の高さ、又は他の物体の高さによって示すこともできる。印刷される物品の移送方向−プレスベッド（複数の場合もある）の運動方向が、ｘ軸又は横座標のような軸上で示される。位置決めするために必要とされるＹ座標は、縦座標軸とも呼ばれ、ｘ軸とともに平面平行な表面を形成する。「印刷物体」という用語は、スクリーン又はテンプレートの印刷表面内の物体の数を意味するのではなく、プレスベッド上のレイアウトの印刷物表面の数を意味する。

欧州特許出願公開第０６２７９８３号 欧州特許出願公開第２０２１５９４号

本発明は、３次元スクリーン印刷物品を作製するための改善されたシステムを提供することを目的とする。

本発明によって対処される問題は、スクリーン印刷のための、又は特殊で多様なテンプレート印刷におけるシステム技術の問題であり、そのシステム技術によれば、３次元スクリーン印刷法によって物体を作製することができる。本発明によって対処される、３次元スクリーン印刷システムの問題に対する解決策は、３次元スクリーン印刷システムとしての機能、及び３次元スクリーン印刷システムのための技術的コンポーネントと、セラミック、金属、ガラス、プラスチック、更なる有機材料及び無機材料、生物由来材料、並びにそれらの混合物を含む材料群からなる、３次元スクリーン印刷法を用いて物体を作製するための３次元スクリーン印刷システム自体の使用との双方を含むことになる。

本発明によって対処される問題は、請求項１に記載の３次元スクリーン印刷物品の作製のためのシステムによって解決される。

本発明の好ましい実施形態及び実施態様は、従属請求項の主題において見いだされる。

本発明は、３次元スクリーン印刷物品の作製のための機械、すなわち、スクリーン印刷法を用いて物体を作製する機械に関連し、３次元物体は複数の被印刷層によって構成される。

その機械は印刷スクリーンを有するプレスベッドを備える。

少なくとも１つの印刷物体を、印刷スクリーンによって何度も印刷することができる。

「印刷物体」という用語は、機械によって印刷される表面を意味するために用いられる。

これは多くの場合に、基板を配置することができるベッドとすることができる。

本発明によれば、各印刷動作後に、先行する印刷の塗布厚だけ印刷高（printing height）が高められる。

すなわち、各印刷動作後に、後続の印刷の塗布厚が所望のパラメーターに極めて正確に一致するように、印刷スクリーンから基板まで、及び／又は物体までの距離が長くされることが好ましい。

本発明の一実施態様では、プレスベッドは、複数の印刷物体を備えるプレートを有する。

複数の印刷物体を備えるプレートを使用することに起因して、一度の印刷動作において複数の印刷物体を印刷することによって、それゆえ、同じ設計又は異なる設計を有することができる複数の物体を構成することによって、３次元物体が作製される速度を大きく高めることができる。

プレートは、印刷物体とともに、硬化ユニットの中に移送できることが好ましい。

詳細には、プレートは各印刷動作後に硬化ユニットの中に動かされる。

硬化ユニット内で複数のプレートを同時に硬化させることができることが好ましい。

硬化ユニットは、例えば、複数のプレートを同時に硬化させるために、複数の容器（receptacles）を備えることができる。

その場合に、異なるプレートを印刷ステーションの中に交互に挿入することができるので、硬化時間中に他のプレートを印刷することができる。

このようにして、システムスループットを著しく高めることができる。

本発明の一実施態様では、システムは、少なくとも２つの硬化ユニット及び／又は硬化ステーションを有し、そこから、印刷物体のプレートとともに、プレスベッドを供給することができる。

これらの硬化ステーションは、印刷ステーションに隣接して配置されることが好ましく、硬化ユニットは、印刷ステーションの少なくとも２つの側に、好ましくは、印刷ステーションの４つの側に配置される。

それゆえ、印刷ステーションに異なる方向からプレートを供給することができる。

さらに、プレートは複数の位置決めマークを備えることが好ましい。

これらの位置決めマークはそれぞれ機能的に１つの印刷物体に割り当てられることが好ましい。

硬化中の温度変化に起因して、プレートのサイズに変化が生じる可能性がある。

このサイズ変化は、個々に割り当てられた位置マークによって検出することができ、印刷ステーションの制御中に考慮に入れることができる。

それゆえ、本発明によれば、従来のスクリーン印刷システムとは対照的に、同じ印刷物体キャリア上で複数の印刷層を次々に印刷できるようにし、そのプロセスにおいて、印刷物を支える印刷物キャリアから、以前に実行された印刷の塗布厚Ｈの合計だけ距離を増すことができるようにするスクリーン印刷システム方法技術が特許請求される。ここで、印刷側とも呼ばれる、スクリーン又はテンプレートの底部において、後続の印刷層ごとのＺ＝０．０００ｍｍである。それにより、一般にスクリーン印刷プレート距離、又は高さとも呼ばれる値Ａが、個々の印刷層を加えることから全高ΣＨが変化するにもかかわらず一定値を形成するか、３次元スクリーン印刷に組み込まれる高さ調整関数ｆ（ａ）に従う。スクリーン印刷システムの設定段階中に、印刷開始前に高さ調整が設定され、これが全過程にわたって変化せず、プレスベッドの０位置に対する基準点が開始位置Ｚにおいて一定である、すなわち、Ｚ＝一定である、スクリーン印刷システムのシステム設計に関する従来技術とは対照的に、高さ調整は、各印刷動作の塗布厚Ｈだけ、すなわち、Ｚ＝ｆ（Ｈ）だけ、各印刷層とともに３次元スクリーン印刷システム内の０位置Ｚに対して変化する。

本発明によれば、設定段階中に、一般に印刷機のスーパーフレームを昇降し、その後、機械的デバイス、電気機械的デバイス若しくは電気的デバイスを用いて、又は締め付けねじ、クイッククランプ、渦電流ブレーキ、ばね鋼クランプ、並びにリフトを決定する柱を固定する当業者に既知の他の制動デバイス及び固定デバイスのような空気圧締め付けデバイスを用いて位置を固定することによって、作製プロセスの開始前に１つの高さ調整のみが設定される従来技術とは対照的に、本設計によれば、１つの物体シーケンスにおける１つの印刷層のための各印刷動作後に、印刷塗布厚の大きさだけプレスベッド（複数の場合もある）を印刷位置まで降下させるか、印刷スクリーン、ドクターブレード及びフラッドバーを、オプションで、印刷スーパーフレームと呼ばれる印刷ユニットフレームとともに、印刷の塗布厚だけ上昇させる。この場合、上昇プロセスは、限定はしないが、フラッドバーが通過すると、すなわち、フラッディングプロセスが始まる前に開始できることが好ましい。リフト変更プロセスは、高さ調整変化あたり０．２μｍ〜２５０μｍの小さな仕様に起因してかなりの位置決め時間を伴うので、これは、とりわけ、１つの物体がプレスベッド上に印刷される場合に有利である。特許請求される３次元スクリーン印刷システムでは、それぞれが１つの印刷を有する複数のプレスベッドの場合に、又はプレスベッドあたり複数の物体を有する１つのプレスベッドの場合に、及び／又はそれぞれが複数の物体を有する複数のプレスベッドの場合に、高さ調整は、全ての選択された物体位置の印刷後に行われることが好ましい。

印刷のための高さ仕様は従来技術において既知であるが、これらは、プレート高さを調整する場合にも、更にはプレート高さを変更する場合にも使用されるのではなく、むしろ、混色、色強度、及び本発明による被印刷画像の品質に関連する他の設定を調整するために実行され、特許請求される３次元スクリーン印刷システムでは、印刷物の高さ仕様、この場合には、高さを決定する印刷動作の印刷層の高さ仕様は、実行されたばかりの印刷動作の塗布厚の処理中の値を得るために、高さ値が印刷前にフラット層の印刷後の高さの測定値から減算されるようにして決定される。そのようにして得られたこの高さの差の値は、実行されることになる高さ調整の値を与える。

特許文献１による３次元スクリーン印刷法では、研究開発中に種々の材料及びレイアウトを用いた実験によって、使用される材料の粒径及び粒形に応じて、高さ調整値が最終的に０．０００２ｍｍ〜０．２５００ｍｍになることがわかった。高さを決定するための種々の実験によって、各印刷動作を決定することと、複数の印刷動作からの平均計算値を使用しないこととが有利であることがわかった。これは、３次元スクリーン印刷法において、配合混合物の粘度、温度、印刷エリア内の雰囲気、新たな混合物を追加する頻度を、手動又は注入システムを介して変更することによるパラメーターの変更と、既に印刷された混合物及び新たに追加された水分から結果として生じる印刷組成物とが、個々の印刷物層の個々の高さ積み上げを、最大で２５パーセントだけ互いから離れるように具体的に変更できることが驚くことに示されたという事実に起因する。塗布厚に関連する変更に影響を及ぼす更なるパラメーターは、フラッドバーが依然として印刷基板上にある第１の開始印刷と、フラッドバーが物体自体の上にしかない自由物体印刷との間の移行である。さらに、高さ積み上げは、経時的に、かつ印刷プロセスにわたって、スクリーンの挙動の変化を受ける。元のスクリーン値は、より長い期間にわたってのみ安定した動作状態に落ち着くので、そこから塗布厚の変化も生じる。

特許請求される３次元スクリーン印刷システムの場合の測定自体は、接触測定で実行されるが、非接触であることが好ましい。この場合、最も簡単な場合には、センサーを用いて測定を実行することができる。しかしながら、これには、硬化後に測定時点を必要とする。そうでない場合には、印刷物表面が損傷を受ける可能性がある。この測定方法は、３次元スクリーン印刷システム内のサイクル時間を長くするので不都合である。３次元スクリーン印刷システムのための本発明による測定方法では、目視測定を用いることができるが、目視測定は、高い技能を有する訓練された人員と、より長い測定時間とを必要とし、個人に依存する相対的な高さ積み上げ測定を達成する。同じことが、電気的測定、重量測定、又は音響（超音波）測定にも当てはまるが、それでも可能である。基準位置が機械的に安定している場合には、システム内の物体の移送過程であっても、レーザー、レーザーダイオード及び対応する解析を用いて電子的測定を実行できることがわかっている。この場合、測定デバイスの最良の位置は、スクリーンホルダーの下縁部の高さ位置、特に印刷スクリーンの底縁位置である。測定エリアが、数センチメートル高である物体の場合であっても、開始状態に対して変化しないために、これが特に当てはまる。３次元スクリーン印刷システムの本発明のシステム技術における高さ測定が、物体の移送中に実行される場合には、更なる測定時間を要することなく、高さ測定のためにレイアウト内の測定部分を印刷するか、又はそれによって印刷物層の測定系列から解析可能な平均を入手するために、物体にわたって測定系列を生成することが更に可能である。これは、物体が、高さ積み上げにも影響を及ぼす異なる材料密度を有する構造を有する場合に主に有利である。フラット印刷の場合、この値は重要ではない。しかしながら、３次元スクリーン印刷法では、印刷物層が最大で数千まで追加されることに起因して非常に関連性がある。これは、１μｍの塗布厚差であっても、例えば、１００００印刷物層では１０ｍｍの差を生み出すことになり、補償される必要があるためである。１つ又は複数のプレスベッド上の１つの物体が１つ又は複数のプレスベッド上の複数の物体として印刷される場合には、測定は１つの物体に削減することができる。しかしながら、全ての物体を連続して測定することにより精度が著しく高められる。印刷プロセス中に、物体が、これまで特殊な配合及び硬化プロセスを用いることによって回避してきたが、完全には除外できない収縮を受ける場合には、収縮を引き起こす段階の測定では、高さ調整のために必要とされる先行する印刷動作に対する塗布差が最初に求められなければならない。これは、望ましくない状況において、物体自体の重量、硬化プロセス又は冷却プロセスに起因して物体を下方に圧縮することを伴う可能性がある。塗布厚、更に厳密には、先行する印刷に対する高さの差は、２つ以上の測定位置によって決定されることが好ましい。

そのシステム技術において、印刷システムのスーパーフレームは、３次元スクリーン印刷法において大きな重要性を有する。その構成は、形状を作製するシステムコンポーネントを決定する。本発明による３次元スクリーン印刷システムは、種々の異なる整形パラメーターに影響を与えることができる多機能スーパーフレームを有する。１つのコンポーネントは、フラットスクリーン又は吊り下げスクリーンのためのマスターフレーム構成として設計されることが好ましいスクリーンホルダーである。この場合のスクリーンホルダーは、全ての位置において、スクリーンをＸ方向及びＹ方向において位置決めするだけでなく、互いにそれぞれ独立して、マスターフレーム及びスクリーンフレームホルダーのＺ方向における全ての頂点（corner points）において、位置決めするように方向づけることが可能でなければならない。スクリーン変更デバイスは、外部から挿入するスクリーン、又はスクリーンを入れ替えるための統合スクリーン位置によって、本発明によるスクリーン印刷システム内のレイアウトを印刷できるようにすべきであるだけでなく、異なるレイアウト及び配合も印刷できるようにすべきである。代替形態として、印刷ステーションは、複数の印刷スーパーフレームステーションからなることもできる。同じことが、ドクターブレード及びフラッドバーを備えるフラッドバーユニットにも当てはまる。このオプションによれば、分割されたレイアウトにおいて、１つの印刷スクリーン内で複数の材料を同時に印刷するオプションが可能になる。３次元スクリーン印刷法及び３次元スクリーン印刷システムのための研究開発段階中に、レイアウト及び配合を変更するために、印刷を実行するスーパーフレームアセンブリ全体を、物体を積み上げている間に変更できることにも留意した。しかしながら、これは技術的には複雑である。それでも、変更時間に関して、必要とするプロセス時間は著しく短い。必須ではないが、好ましくは、印刷スクリーンはシフト及び／又は回転させることができ、その過程において、印刷動作中に同じメッシュ方向及び印刷方法を保持できるように、必須ではないが、それに応じて、フラッドバードライブ（flood bar drive）の運動方向に影響を及ぼすことができる。これは、下層の印刷層の一致の精度を保持する上で特に有利である。１つの簡単な設計では、印刷スクリーン位置のみが変更される。しかしながら、代替形態として、印刷物の被印刷面を変更することによって、又はプレスベッド全体の位置を変更することによって、印刷スクリーン下の印刷物を変更することができる。

３次元スクリーン印刷法の更なる本質的な方法及びシステムコンポーネントが、３次元スクリーン印刷システムにブロワーユニットを組み込むことである。印刷組成物、この場合にはインクが高いターンアラウンドレート（turnaround rate）で塗布される従来技術とは対照的に、３次元スクリーン印刷法では、頻繁に粒子状の配合成分によって特に、印刷を包囲する雰囲気に影響を及ぼす必要があることがわかった。本発明によれば、３次元スクリーン印刷システムのためにガスが利用される。最も簡単な場合には、ガスは、霧によって、印刷スクリーン上の印刷組成物からのバッチング水（batching water）の蒸発を補償する目的を果たし、同時に、印刷とフラッディングとの間の時間中にメッシュ内の印刷組成物の乾燥を最小化する目的を果たす。更なる実施形態では、この目的を果たすために、雰囲気が溶媒、保護ガス又は反応ガスでガス処理される（gassed）。印刷組成物全体の組成が、特定のガス又は水分の影響を受けやすい場合には、プレスベッド物体の移送領域、及び硬化ユニットへの経路と同様に、３次元スクリーン印刷システムの組成物搬送コンポーネントもガス処理ユニットによって完全に包囲することができる。ガス処理される空間は、意図しないガス流に対して気密封止されるべきであるか、又は保護ガス若しくは反応ガスを少なくともわずかに過圧して運用することができる。更なるオプションでは、分割又は過圧ユニットを用いて、粒子汚染に対する一定のクリーンルームクラス条件を満たすこともでき、それは電子工学用物体の場合に、又は医療用物体、例えば、移植片及び他の物体の場合に有利である。更なるオプションとして、過圧運用又は分割、及びガス処理は、ガス供給媒体によって、又は対応する冷却及び／又は加熱素子によって、特定の水分及び温度を調整する可能性を生み出し、必ずしも必要としないが物体付近における含水量及び温度を含む。驚くことに、幾つかの実験的な印刷組成物の場合に、ドクターブレード摩擦による熱を生じることなく、蒸発によって組成物が摂氏数度だけ冷却されたこと、又は硬化中に被印刷物品に加えられる望ましい熱、若しくは望ましくない熱が、この熱の損失を補償できることがわかった。それゆえ、印刷組成物の関連する粘性変化は、配合を準備する際に考慮に入れられなければならなかった。印刷組成物が揮発性成分を有する場合には、過圧運用及び冷却は、これらの揮発成分の放出を最小化することができる。印刷用組成物内に可燃性物質が用いられる場合には、それに応じて、３次元スクリーン印刷システム内の全ての発火源が防爆設計において構成されなければならず、及び／又は保護雰囲気内での可燃性成分の発火を防がなければならない。本発明によれば、防爆設計は、材料摩擦によって引き起こされる静電荷及び放電も特に考慮に入れなければならない。

特許文献１から、フラット層の印刷後に、被印刷層は、後続面が印刷される前に強化されることが知られている。この場合の強化は、化学的、熱的又は物理的な硬化によって実行されるべきである。従来技術によれば、乾燥、冷却、蒸発又は移送に通すことが確かに知られているが、それぞれ別々のプロセスを構成し、印刷プロセスの最後に、通常はインクの塗布の最後に位置決めされ、１次元印刷に関連する独立した自給式プロセスを構成する。

本発明による３次元スクリーン印刷システムでは、硬化は、その機能に関して乾燥ユニットとして従来通りに具現され、印刷プロセスのコンポーネントである。これは、後続の高さ積み上げ印刷ステップのための物体の準備が、そのプロセスにおいて実行されるためである。１つ又は複数の物体を有するプレスベッドが用いられる場合、硬化ユニットは、その片側に位置決めすることができる。２つ以上の側面を有する２つのプレスベッドが用いられる場合には、プレスベッドは、印刷ステーションの最大で４方向から給送することができる。最大で４つの硬化ユニット位置が、硬化ユニットコンポーネントの配置における解決策である。この場合、本発明による３次元スクリーン印刷システムでは、１つのプレスベッドの全ての物体を次々に印刷し、その後、同時に硬化させる。特許請求される３次元スクリーン印刷システムに関する本発明によれば、結果として、システムサイズの縮小と、物体あたりの硬化に要する時間の短縮とが利用される。同様に、硬化を達成する供給源、例えば、限定はしないが、電気的光源及び／又は放熱体、煙霧又は噴霧デバイスを変更する、又は組み合わせる可能性は、本発明による３次元スクリーン印刷システムの設計要素である。

図１の例示は、複数の３次元スクリーン印刷システム設計に関する一例として、システムの主要コンポーネント及びシステムの機能を説明する目的を果たすシステム略図を示して主張する。この図において、１は３次元スクリーン印刷システムのスーパーフレームであり、２はステーションであり、ドライブ位置決め要素だけでなく、重要なシステム制御要素も含むことが好ましい。３はプレスベッドであり、この場合には、複数の印刷物体を有する細長いプレスベッドである。４は第２のプレスベッドであり、同様に複数の印刷物体を有する。５は、第１のプレスベッドのための硬化ユニットを表す。６は、第２のプレスベッドのための第２の硬化ユニットである。

実施形態では、印刷は、ベッド移送方向Ｘに対して直角に、Ｙ方向において実行される。例として提示される３次元スクリーン印刷システムでは、プレスベッド１の位置は、１０回の印刷物体複写にわたって印刷される。その後、この位置は、第１の硬化ユニット５下に移送され、硬化ユニット内で最初の１０回の複写(copies)が硬化される。プレスベッド１が印刷ステーションから出る間に、印刷ステーションの中に第２のプレスベッドが移送され、同様に、プレスベッド上に１０回の複写が次々に直接印刷される。第２のプレスベッドが印刷ステーションから出て、硬化させるために第２の硬化ユニット６下に移動する間に、３次元スクリーン印刷システムのスーパーフレームは、その間にプレスベッド１上で実行された印刷物塗布厚被測定値に対応する範囲まで上昇する。一定の代替形態では、プレスベッド１は印刷ステーションの中に移動し、その後、第１の硬化ユニットの中に移動し、プレスベッド２は印刷ステーションの中に移動して、そこから第２の硬化ユニット下に移動し、それ以降も同様である。

複数の印刷物体を有する２つの細長いプレスベッドを用いる例示的な設計の場合の印刷方式が図２に示される。この場合、本発明によれば、印刷は、ベッド移送方向Ｘに対して直交して、すなわち、Ｙ方向において実行される。なぜなら、このようにして、印刷物体複写間の距離ΔＸを最小化することができるので、プレスベッドあたり最大数の印刷物体に適応することができるためである。簡略化された設計では、３次元スクリーン印刷システムは、物体を作製するためにプレスベッドを備えており、図１に示されるように２つのプレスベッドを有するか、又は同じタイプの移送を用いて、最大で８つ又はそれ以上のプレスベッド及び硬化ユニットを有し、それは、中央に印刷ステーションがある全体（pie）のピースに相当する。３つ以上のプレスベッドが存在する場合には、印刷物体間の最小距離ΔＸで直交する印刷方向を可能にするために、印刷ステーション、及び／又は印刷スーパーフレーム、及び／又は印刷スクリーン及びドクターブレード及びフラッドバードライブを、印刷移送方向Ｘのステーション配置に従って、同じ角度だけ回転させることができる。ΔＸは、レイアウトに対するブレードオーバーラップの左右の和であり、その和はブレードインフィード及びアウトフィード経路の和より小さい。例として、長いプレスベッドが用いられる場合には、印刷スクリーン内のレイアウトが小さいほど、取り得る印刷物体の数が増加し、最低の場合には、印刷スクリーンのレイアウト面内に１つの物体があり、その数の物体を１つの作業ステップにおいて硬化に向けて一緒に給送することができる。

設計に従って１つ又は複数の更なる材料が印刷される場合には、例えば、多層材料物体の場合には、これは、１つ又は複数の更なる中央に配置された印刷プレスによって実行することができるか、又は負のプレスベッド移送方向−Ｘにおいて互いに続く更なる印刷ステーションによって実行することもできる。３次元スクリーン印刷システムの設計の場合に、１つのプレスベッド又は直列に接続される複数のプレスベッドを有する半円形又は閉じた円形のいずれかとしての円形ベッドとしてのプレスベッドの代替の実施形態も、この場合に明らかである。

３次元スクリーン印刷のそのようなシステム構成は、作製が一列で進行する、すなわち、印刷システムにおいて印刷される部分の短い休止がある従来のスクリーン印刷技術と比べて、スクリーン印刷システムにおける印刷のための長い休止時間を置くこのバッチ動作において、サイクル時間を著しく短縮する。長い単一のサイクル時間は、一方では後続の印刷が下方への印刷に結合することができ、他方では２つ以上の印刷物層からなる既に印刷された要素が後続の印刷物層の押圧によって、すなわち、全体として形成された重量によって変形しないように、後続の印刷物層の前に３次元スクリーン印刷法において個々の印刷された印刷物層を安定させる必要があることから生じる。

本発明の思想に対応して、３次元スクリーン印刷システムは、物体の標準化された３次元スクリーン印刷を可能にする複数の方法特有の構成及び設計詳細を有する。

本発明によれば、３次元スクリーン印刷システムにとって不可欠の核となるコンポーネントとして、印刷スーパーフレームのリフトユニット、及び／又はプレスベッドのための降下ユニットが、１次元スクリーン印刷ための従来のスクリーン印刷システムと比べて、特別な特性を有しなければならないことを理解することができた。

言及されるべき３次元スクリーン印刷システムの第１の関連するグループは、印刷高を測定し、設定し、制御することができるシステムコンポーネントである。

スーパーフレームを上昇させるために、チェーン又はベルトドライブを備えるサーボモーター又はステップモーターのような中央リフトデバイスを使用することができることが不可欠であるが、システムの寿命にわたって生じる可変コンポーネントの膨張を補償するために、全ての上昇軸に関する補正が可能でなければならないことがわかった。最も簡単な場合には、これは、機械制御又は電子制御によって膨張の差を補償する一体型ベルト又はチェーンテンショナーである。この場合、そのようなデバイスは、リフトユニット又はスーパーフレームに取り付けられる測定デバイスによって制御することもできる。スーパーフレームのためのリフトユニットのこの実施形態は、３次元スクリーン印刷法における物体の単純な印刷の場合に非常に良好な結果を提供するが、精細で、高精度の印刷物層厚塗布の場合には良好な結果を提供しない。

３次元スクリーン印刷システムのための印刷スーパーフレームのリフトユニットの第２の実施形態は、少なくとも２つのリフトユニット軸の同時の非中央ドライブであり、１つは印刷物インフィードに、１つはアウトフィードにあることが好ましく、同様に制御され、類似の変化を補償する。

３次元スクリーン印刷システムのための印刷スーパーフレームのリフトユニットの第３の実施形態は、スーパーフレームの全てのリフトユニット軸の同時の分散ドライブであり、印刷スーパーフレームの角ごとに１つあることが好ましく、各上昇軸の位置をセンサーを用いて監視し、制御することができる。

３次元スクリーン印刷システムのための印刷スーパーフレームのリフトユニットの各実施形態の場合に、物体の構造的な精細度が高くなると、リフト柱の位置を固定することが必要であることがわかった。品質を高める場合と同様に、これは、中央ドライブのための簡単なモーターブレーキ、２つ及び／又は４つのドライブデバイス上のモーターブレーキであり、その後に機械フレームに対するリフト柱の締め付け固定が続く。しかしながら、３次元スクリーン印刷システムにおける最も高い精度は、各リフト柱軸上の固定支持体によって達成される。本発明によるこの固定支持体は、その上でリフトドライブによってスーパーフレームを降下させる支持体である。この場合、本発明による支持体は、リフト調整のために支持体表面の位置を多かれ少なかれ変更することによって、高さ調整の機能を同時に引き受けることができる。機能上の利点は、各スーパーフレーム位置に関する定位置停止であり、０．０００２ｍｍの単位でスーパーフレームの位置を変更することができる。

本発明によれば、位置決めを再現する精度に関して、リフトユニットドライブの重量を切り離すことが有利であることがわかった。これは、高さ調整中にスーパーフレームの重量にカウンターウェイトが対するようにして実行することができる。このカウンターウェイトは、例えば、圧縮空気、油圧又は電子回路を用いて、スーパーフレームの各角においてスーパーフレーム重量に対して調整される簡単な圧力シリンダーによって生成することができる。重量質量を用いるカウンターウェイトも可能であるが、スーパーフレームの重量に全体として悪影響を及ぼす。本発明による、逆圧デバイスは、上昇軸にかかる負荷を簡単に釣り合わせることができ、位置決めの信頼性を著しく高める。位置調整のための定位置停止も用いられる場合には、これが、リフト軸負荷の変化、材料が自然に膨張することに起因する関連する位置変化、並びに静的及び動的な負荷変化に起因する曲がりを相殺する。

印刷プロセス、この場合に最も重要であるフラッディングステップ中のリフト位置決め及び位置の安定性、並びに印刷塗布厚の測定における本発明によるますます最も高い精度は、低い方から順に、ドライブブレーキ、及び／又はリフト柱締付け及び／又は逆圧デバイス、及び／又は固定支持体、及び／又はリフト軸及びガイド軸の更なる分離によって成し遂げられる。更なるガイド柱の使用から生じるスーパーフレームの安定性は、印刷物高に対する位置の信頼性に好影響を及ぼすだけでなく、印刷画像位置決めの寸法安定性にも好影響を及ぼすことがわかっている。その場合に、本発明によれば、必要とされる位置決め精度に応じて、リフト機能を用いることなく、オプションで別々のガイド柱を取り付けることが可能であることが特許請求される。本発明によるガイド柱が印刷物スーパーフレームの昇降を案内するために用いられる場合において、同時に逆圧要素が用いられ、かつスーパーフレームの位置を固定するために固定支持体が用いられるとき、リフトドライブ構成に最小化された設計を与えることができる。最も小さな低電力モーターを用いて実行することもできる無負荷の固定支持体調整のために、スーパーフレームの重量を、各上昇軸上で０キログラム、すなわち、浮いた状態にして全ての軸の重量がなくなるまで単純に減少させるのとは対照的に、本発明による印刷物高調整では、ベアリングにおける負荷増加から生じる位置変化を最小化するために、リフトデバイス上に適度な負荷が残存するべきである。３次元スクリーン印刷システムを開発する際に、安定化に関する測定を実施することなく、静的な位置決め精度を著しく改善することができるだけでなく、バー経路に沿ってフラッドバー圧及びフラッドバービーム重量シフトによって引き起こされる動的な重量変化もＸ方向における印刷スーパーフレームの平衡点の変位によって補償できることがわかった。簡単な２次元の印刷では、この要因は本質的に無意味であるが、複数の印刷物層及び誤差の総和に起因して、３次元スクリーン印刷法では重要である。

同じ装置機構構造の下で、印刷物高の位置変化は、プレスベッドを降下させることによって実行することもできる。その機能は同じ精度結果を有し、実行することができるが、プレスベッドサイズが増加し、プレスベッドの印刷物体長が長くなる結果として、位置決めされる必要があるシステムコンポーネントサイズも大きくなるという構造的な観点から不都合であると見なされるべきである。さらに、最大で１０メートルを越えるまでにもなる移動経路を位置決めするための、プレスベッドのガイドと、そのベッドドライブとの位置決めは、実質的に、不完全な位置決めに比較的なりやすい。それに応じて固定されたスーパーフレームの内側の印刷物高の位置決めも同様に可能である。この場合、そのガイドとともに、スクリーンホルダー及びフラッドバーユニットしか位置決めする必要がない。しかしながら、スクリーン及び印刷ユニットを通してのリフト変化の場合、必要とされるリフト装置を収容するのはもはや容易ではない。この収容は、３次元スクリーン印刷システムの構成において機能的には実現可能であるが、幾つかの特殊な応用形態を除いて、実際の構成では難しい。

言及されるべき３次元スクリーン印刷システムの第２の関連するグループは、３次元スクリーン印刷システムにおいて物体を移送し、印刷し、硬化させることができるシステムコンポーネントである。

従来技術とは対照的に、２次元スクリーン印刷では、プレスベッド（複数の場合もある）は印刷システムにおいて長い休止時間を受け、印刷システムに硬化が組み込まれる結果として、動作条件の循環的な入れ替わりにさらされる。プレスベッド上に複数の印刷物体が存在する可能性があることに起因して、プレスベッド位置も異なる。従来のプレスベッドが長期の真空負荷を受けて変形し、凹形の変形を示す傾向があることがわかっている。さらに、ベッド止めから開始するベッド寸法、及び／又はベッドドライブ位置定着部から開始するベッド寸法は、長期の使用の過程で変化する。曲がることによって、フラッドバー圧が不均等になり、物体の個々の印刷物層の刷りが異なる高さをとる可能性があるが、ベッドが膨張する結果として、印刷物層にわたって相対的なレイアウトシフトが生じる。循環的な負荷に加えて、硬化中に引き起こされる熱によって、印刷された画像の位置ずれ（delocalization）がもたらされ、簡単に言うと、物体壁が垂直なＹ軸から外れて傾斜するようになるので、印刷物層が結果として重なり合うことに起因して、物体の安定性も損なわれる。詳細には、１つのプレスベッド上の複数の印刷物体の態様によって、３次元スクリーン印刷の場合に従来のプレスベッドを使用する際の問題が解決された。最小の真空で、非常に低い電力量を用いてプリント基板をプレスベッドに固定できることがわかっているので、プレスベッドは、小さな真空容積を備えていることが好ましい。最良の結果は、両側に真空案内溝を有する二重プレートで達成された。その後、プリント基板上に作用する真空穴が真空溝の接続点に挿入される。一般に、長期真空用に設計される任意のプレスベッド構成を３次元スクリーン印刷システムのために用いることができる。長期真空変形を補償するために、ベッドの下側に高真空チャンバ容積を備え、例えば、自動弁を備えている補償穴の組み合わせを備える一般的なプレスベッド構成において、曲がる傾向が抑制されるように、ベッドの上側において真空が失われるのを補償することができる。しかしながら、この場合、真空生成アセンブリの必要とされる真空力が考慮に入れられなければならない。いずれの場合も、３次元スクリーン印刷システムでは、実際の印刷システムへの振動の伝達、放出雑音、そしてとりわけ、熱の生成に関する一般的な横方向チャネルコンプレッサの悪影響が、印刷ステーションの外部に、例えば、硬化ユニット下に好ましくは配置されるべきである静音のオイルフリー膜ポンプ又はオイルフリーベーンポンプを好ましくは使用することによって、１００％オンに切り替えられた長期動作において回避されるべきである。

第２のプレスベッドの態様は、印刷物の印刷物体ごとにＸ方向においてプレスベッドの位置を安定させることである。一般的なスクリーン印刷では、既知のプレスベッド位置決めは完全に十分であるが、これは、３次元スクリーン印刷の場合には当てはまらない。被制御移動検出を用いる既知の高度な方法は、非常に単純な物体及び単体印刷の場合に十分に正確であるが、それらの方法は、微細な構造の物体、又は多物体印刷の場合には当てはまらない。本発明によれば、プレスベッドの２つの側から、又はプレスベッドのＹ軸の中心点を中心にして、ただし、好ましくは、プレスベッドの始動時にプレスベッドが印刷ステーションの中に移動するときに、空気圧で、油圧で、電気的に又は機械的にプレスベッドを駆動できることがわかっている。プレスベッドのＸ軸の一般的な中心にあるドライブ構造も可能であるが、押し引きによる張力が加わり且つベッドベアリングに異なる負荷がかかり、結果として、位置決めが不正確になる。大きな、本実施形態では長いプレスベッドが、可変調整することもできる複数の印刷位置を備えているので、Ｘ次元におけるプレスベッドの位置決めは、限定はしないが、好ましくは、実行される物体印刷のレイアウト中心においてなされなければならない。絶対的な位置決め及び位置の固定は、印刷物体のレイアウト中心においてなされるべきであり、Ｙ軸方向におけるプレスベッドシフトを防ぐために、両側に作用するように設計されるべきである。このようにして設計されたとき、互いに独立している各レイアウト点におけるプレスベッドの熱膨張は、位置決め精度に影響を及ぼすだけであり、全体として、例としてプレスベッド上に２０個の印刷物体がある場合に、熱膨張がプレスベッドの一端から他端まで２０倍増加する場合であっても、個々の物体ごとの実効的な熱膨張は１倍にすぎない。細かく位置決めし、ベッドを固定するために、印刷プロセス中に、パラレルクランプ、空気圧シリンダー又は油圧シリンダー、磁気ホルダー、円錐形センタリング、ピラミッド形センタリング、又は台形固定デバイス、又は同様に機能する要素及び／又は軸クランプデバイスが好ましくは適しているが、必ずしも実施される必要はない。固定デバイスは、固定デバイスがプレスベッドをそれぞれの印刷物レイアウトの中央の所定の位置に押すか、圧縮するか、引っ張るか、滑らせるか、又は引き寄せるように共用されなければならない。好ましくはその上方にある印刷スクリーンの幾何学的中心において、固定要素を備える端部止めと、印刷物体レイアウト中心点の各中心点において機能する、ダンパーの有無を問わない、印刷物体の数に応じた１つ又は複数の停止逆圧要素とを介しての位置決めは、３次元スクリーン印刷システムのためのベッドの細かい位置決めに関する解決策であり、印刷物レイアウトがスクリーンの中心に配置されることを必要条件とする。プレスベッドを機械的に位置決めして固定する重要な利点は、レイアウト中心点が全動作条件下で中心点のままであるので、ベッドドライブシステムを介してベッド位置に関する複雑な被測定値を求めること、評価すること、及び計算することを不要にすることである。その場合に、増分被検出値を用いるモータードライブは確かにベッドの位置に正確に接近することができるが、より時間がかかる近接制御を用いてドライブ重量を増すために、可変動作条件、とりわけ温度及び重量にわたってその位置を一定に保持することができない。さらに、チェーン、ベルト、シャフト、ピストン又はスライド式ドライブは、可変動作パラメーター下でのプレスベッド位置に対してのみ適している。対照的に、例えば、本発明によれば、３次元スクリーン印刷システムのための最適なドライブタイプを構成する、テーブルのＹ軸の中心に配置されるオメガベルトドライブを介して、従来通りに制御されるドライブ技術を組み合わせると、固定要素を介して各印刷物体中心点において細かい位置決めが実行される場合に、プレスベッドの複数の位置に接近することが可能である。停止点を有するドライブを使用する場合、３次元スクリーン印刷は可能であるが、この場合、多大な労力をかけて、位置に応じたプレスベッドの寸法変化を特定し、プレスベッドのための制御位置を永続的に補正する必要がある。ベルト、チェーン、シャフト、スピンドル及び軸の変更パラメーターは一般的に制御位置計算に更に組み込まれるので、精度要件が低いときに、起こり得る誤差の総和を課して位置決めする場合、これだけが３次元スクリーン印刷システムのための解決策として可能である。

３次元スクリーン印刷機における物体の３次元スクリーン印刷の場合、印刷機において、硬化させるプロセス及び／又は乾燥させるプロセスを実施する必要がある。従来のスクリーン印刷技法によれば、印刷物の乾燥は別に取り付け可能な機械において従来技術に従って行われ、その機械はスクリーン印刷機の印刷プロセスには直接関与せず、通常、連続的に運用されるが、３次元スクリーン印刷プロセスによって物体を作製するための３次元スクリーン印刷機では、これは、構築中の物体上での複数の印刷動作及び硬化動作による、長時間に及ぶスクリーン印刷機内の印刷物体の場所と、全印刷時間中に位置の安定性を保持するために物体の印刷基部を長期にわたって固定する必要性とによって制御されなければならない。物体の硬化及び加温は、１つ又は複数のプレスベッド下のドライブ要素及びガイド要素の熱負荷を最小化しながら、下方に位置する印刷物体キャリア及びプレスベッドによってもたらされる温度効果から生じ、それにより、サイクル時間を最大化できるようにする。環境を考慮し、３次元スクリーン印刷機の必要とされるフットプリントを最小化できるようにするとともに、構築中の印刷物体内の配合物の変化する材料特性を考慮に入れることができるように、限定はしないが、特に、少なくとも１つの印刷表面からレイアウトサイズによって決まるプレスベッドの最大表面数まで、プレスベッドを占有しながら１つ又は複数のプレスベッドを何度も使用するための１つ又は複数の硬化システムの機能は、個々の機能からなる。すなわち、硬化プロセスは、それぞれの場合に好ましくは微細に、かつ均質に分布した、空気、気体、湿気、試薬、蒸気、粉塵、噴霧又は液滴のような媒体を追加若しくは除去して、又は追加若しくは除去することなく実施される。硬化プロセス自体は、時間及び／又は温度及び／又は量によって制御され、硬化の動作モードの特性は、硬化の時間とともに変化することができる。硬化は印刷物表面によって覆われるプレスベッド表面において少なくとも行われ、物体作製全体の時間中にその表面寸法に関して変化すべきでない。硬化システムは、硬化の動作を指示する、例えば、構築中の物体上の同じ又は異なる方向からのＩＲ又はＵＶランプの放射方向を指示する能力を有する。硬化プロセスから熱又は蒸気が生じる場合には、それらの熱又は蒸気を吸引するためのデバイスが設けられるが、物体表面上、又は構造内の構造化された物体内で生じる流れからの不均質な効果を最小化するように、吸引は上方だけでないことが好ましい。大抵の場合に、硬化プロセスは熱生成を伴うが、これは硬化作用自体には影響を及ぼさない。３次元スクリーン印刷機の硬化システム（複数の場合もある）は放熱デバイスも備えており、硬化作用の時間の完了時に、物体の上方に位置する雰囲気、限定はしないが、好ましくは、多かれ少なかれ物体から出るガスを伴う空気、上昇する熱及び／又は水若しくは溶媒の形をとる水分、物体が印刷された混合物の組成物の揮発性成分、又はその複合物が排出されるようになり、これは以前に供給された硬化剤の場合もある。物体を所定の決まった温度に調節することも除去に関連付けられる。

物体と硬化要素との間の距離は、硬化にとって不可欠であると見なされなければならない。この距離は、硬化デバイスの作用、強度、持続時間及びデューティサイクルにとって極めて重大である。実験によって、印刷プレート高変化の限られた限度内に硬化システムを持ち上げる必要はないと判断されたが、これは、ミリメートル範囲の間隔で行うことができる。

高さ変更がプレスベッド全体を下げることによって行われる場合には、その際に硬化要素から物体表面までの距離は変化しないので、硬化システムの位置の更なる変更は不要である。しかしながら、スクリーンホルダーを伴う印刷スーパーフレーム又は印刷機構によって、高さ変更が行われる場合には、硬化システムは、１つ又は複数の印刷物体の高さによって所定の間隔内で距離を調整されなければならない。場合によっては、物体が高くなるにつれて物体の吸収特性が変化する可能性があるので、時間の関数として、及び／又は物体高の関数として、硬化要件が満たされなければならない。印刷物体上部と硬化要素との間の距離は、時間に関して、及び／又は距離に関して、及び／又は強度に関して補正される。硬化システムが上側印刷ステーション機構に直結され、この機構と同時に持ち上げられる場合には、硬化システムの高さ調整は容易い。一方、硬化システムを結合することから上側印刷ステーション機構にかかる更なる重量負荷が、高さ調整の位置決め精度に著しく影響を及ぼすので、この解決策は、より粗い物体と、影響をより受けにくい印刷混合物配合物の場合にのみ使用されるべきである。

プレスベッドが硬化プロセスにおいて存在しない場合は、とりわけ、下部のシステム装置への無用な重い負荷を回避するために、可能な場合には、硬化システム又はその硬化要素をオフに切り替えなければならない。さらに、この動作モードは、３次元印刷機全体のエネルギー効率を著しく高め、それは原則として連続動作する従来の印刷のための従来の硬化システム又は乾燥システムとは異なる。

硬化の同時性と、必要なら、プレスベッドの全ての表面の冷却とを通して、同時に、そのために必要とされる時間が一度だけ延長され、それにより、複数の印刷表面を有するプレスベッドの全サイクルに要する時間の消耗を、プレスベッドが１つの表面で覆われる好ましくない場合と比べて大幅に削減することができる。例えば、１つの表面を有するプレスベッドの単一のサイクルにおいて、印刷時間が約１．２秒であり、硬化時間が４５秒であり、冷却時間が３５秒である場合には、ベッド移送の時間要件の更なる１秒を合わせて、１つの表面の場合の印刷位置に対して８２．２秒より長い時間が必要とされる。約１１秒の高さ調整のための時間要件は硬化時間内に実現されるので、更なる時間は不要である。２０回の複写表面の場合の時間が求められる場合には、印刷のために２０×１．２秒＝２４秒、硬化のために１×４５秒、冷却のために１×３５秒、印刷ステーション内の移送のために２０×１秒、そして加熱デバイス下の印刷ステーションからの移送のために１秒かかる。その際、２０複写表面の場合に、全部で１２５秒の時間が必要とされる。それゆえ、１表面あたり、例えば、６．２５秒である。

第１のプレスベッドの硬化中に既に、第２のプレスベッドで物体を印刷することができるので、３次元印刷機は休止時間を有しない。２０複写物体の場合、被印刷層の実効的なプロセス時間は、一例として、６．２５秒である。この例から時間を削減する場合、複数の物体を有するプレスベッドの場合の２つの重要なパラメーターが生じる。

例えば、３次元印刷機の作製時間は、プレスベッドの印刷物物体と硬化システムとを用いるプロトタイプの単一の物体と比較して、７．７％だけ削減され、それはユニット容量の１３倍の増加に相当する。

２つのプレスベッドを用いるとき、その例に基づいて、第２のプレスベッドが第１のプレスベッドの直後に印刷され、その間、第１のプレスベッドの硬化が行われており、それゆえ、物体の有効性は３．３５秒まで降下するという点で、その容量増加は更に改善される。

質量配分、高さ変更等のために必要とされる時間は、区画の重なり内で生じるので、更なる時間は不要である。３次元印刷機の有効性は、その時間要件に関して主に硬化時間及び物体量によって決定される。１つのプレスベッド及び１つの物体を用いる単一の印刷における既存のプロトタイプシステムと比べて、３次元スクリーン印刷機の実効サイクル時間を４％未満に削減することは、本発明で行われ、特許請求される３次元印刷機技術の有効性を如実に示している。

サイクル時間の短縮は、１つ又は２つの硬化システムと、印刷テーブルあたり１つの物体とを用いる２つのプレスベッドの場合に、更には２つ以上の物体を用いる１つのプレスベッドの場合にも既に行われている。この特殊な場合には、第２の物体は印刷ステーションにおいて連続的に印刷される第２の媒体とすることもでき、その際、印刷ステーションは２つのスクリーン及び２つのドクターブレードを備えている。

言及される計算例は、高い蓄熱容量、粒子内の高い反射率、及び体積比でほぼ５０％の多孔率による熱／放射による硬化を組み合わせて、或る材料の場合に求められる。

３次元スクリーン印刷機の第３の不可欠なコンポーネントグループは、印刷を実行する上側印刷機構であり、印刷機構フレームと、ドクターブレードユニットドライブと、測定デバイス及び制御部を組み込むドクターブレードユニット機構とを備える。リソグラフィ印刷のための従来のスクリーン印刷機とは異なり、スクリーンホルダー、スクリーン位置決め及び印刷機構を備える印刷スーパーフレームの機能及び設定は、３次元スクリーン印刷の機能にとって決定的に重要である。一般的なグラフィカル及び技術的スクリーン印刷における従来技術とは異なり、３次元スクリーン印刷における印刷スーパーフレームから生じる全ての誤差は物体の印刷層ごとに加算される。物体表面上の誤差総和は、波、不均等な高さ分布、多かれ少なかれプリントアウトを有するエリア、材料塗布エリアを伴わない表面欠陥を含むことができる。詳細には、３次元スクリーン印刷機の３次元スクリーン印刷プロセスでは、いわゆる校正刷りによって、設定及び継続を試験することはできない。それどころか、３次元スクリーン印刷法では、スクリーンクリーニング、混合物変更、レイアウト変更、材料変更又は印刷中断後であっても、最初の印刷及び全ての後続の印刷は、位置決め、印刷画像均質性、印刷ジョブ厚及び下層の印刷層とのレイアウト位置合わせに関して、校正刷りすることなく完全に形成されることが必須要件である。欠陥のある最初の印刷物、又は後続の印刷物層のうちの１つにおける欠陥のある印刷物は、例えば、４０００印刷物層のうち、例えば、わずか２０の異なる印刷物レベルが印刷されることになる場合であっても、印刷物体の、それゆえ、物体の不具合につながることが不可避である。

この必要な印刷完全性は、一般的なスクリーン印刷のための従来のスクリーン印刷システムにおける改善として用いることもでき、スクリーンホルダー、位置決めシステム、ドクターブレードユニットドライブ、ドクターブレードユニット及びスーパーフレーム構造の特殊な設計によって達成される。

３次元スクリーン印刷機のスクリーンホルダーは、静的に安定した構造として上を覆う及び吊り下げるスクリーンを有する、フラットスクリーン用及びラウンドスクリーン用に設計されなければならない。詳細には、スクリーンホルダー内のスクリーン縁部のための塗布表面は、平面平行レールとして設計されなければならず、スクリーン締付けの影響下であっても、不均等なスクリーンフレーム形状、接着剤及びスクリーンメッシュの厚さの違い、又はスクリーンフレームの歪みによって歪まない。従来技術に従って加えられるスクリーンホルダーの補償弾性の結果として、Ｘ−Ｙ方向におけるスクリーンメッシュ水平位置に制御できない位置ずれが生じ、スクリーン張力に変化が生じる。しかし、スクリーンは、フレーム及びメッシュの両方に関して異なるので、不均等な接着剤塗布、フレーム強度の違い、フレームの歪み、メッシュの歪み、非常に強い温度及び水分依存性、又はスクリーン寿命にわたる一定のスクリーンパラメーター変化に起因して生じる、３次元スクリーン印刷及び３次元スクリーン印刷機の場合の一般的に最も高い誤差源を一般的に構成しない。印刷スクリーン面を３次元スクリーン印刷機内のプレスベッド設定に対して平行に位置合わせするために、印刷基板に対するその距離に関して、スクリーンホルダーレールを各端点に別々に配置することが、３次元スクリーン印刷機にとって有利であることが立証されている。調整のための指標は無負荷スクリーンメッシュであるか、又はより小さなスクリーンの場合には、それに加えて、スクリーンフレームの内縁である。ここで、プレスベッド表面に向かうスクリーンホルダー変位は平面平行であることが好ましい。低いスクリーン張力で動作しているとき、塗布中にスクリーンメッシュにかかる剪断力、フレームからの距離が増すと生じるスクリーン張力に起因して、ここで、スクリーンを逆平行に位置合わせすることも可能である。従来の方法とは異なり、位置決め後にスクリーンを直接締結すると、結果として不満足な結果につながることもわかっている。位置決めが厳密にしなければならないほど、従来のスクリーンクランプ及び位置決めシステムは配置不良を起こす傾向がある。詳細には、全ての位置決めシステムは、測定及び評価終点に落ち着く。この後、締め付けが行われる。しかしながら、３次元スクリーン印刷では、校正刷りによって補正することはできないので、特定された位置ずれは締付け動作によって補正することができる。３次元スクリーン印刷機では、スクリーン位置決めは少なくとも２つのレジストレーションマークを検出することによって実行され、限定はしないが、カメラが上からマークを検出する場合には下から照明され、マークが下から検出される場合には上から照明されることが好ましい。最適な位置決め位置は、レイアウトのＹ軸の中心線上である。他の位置も可能である。オプションでは、３次元スクリーン印刷機では、スクリーン特有の補正値が導入され、その補正値は、伸長変化、湿度変化、温度変化、質量重量負荷変化又はスクリーンフレーム変化のようなスクリーン変化パラメーターを考慮する。補正値は、レジストレーションマークがドクターブレードユニット又はフラッド経路の影響の及ぶ範囲内にない場合に実用的である。当然、印刷物レイアウト内にレジストレーションマークを組み込むことも可能である。ペン、ステンシル等による一般的な単純な位置決めは、３次元スクリーン印刷技術の場合に十分に正確ではなく、スクリーンフレームを用いる位置決めの場合にも十分に正確でないことがわかっている。フラットスクリーン及びラウンドスクリーンのためのマザーフレーム構造において位置決めが実行される場合には、スクリーンはマザーフレーム内に固定され、マザーフレームは、限定はしないが、２つの端点及び中央軸において手動で、空気圧で、油圧で、又はモーターによって位置決めされ、固定されることが好ましい。固定中に生じる位置偏差は検出され、マザーフレームが解除され、新たに位置決めされ、最初の固定の登録された位置偏差だけ補正される。その後、２回目の固定が行われる。場合によっては、μｍ範囲においてスクリーンの位置決めを達成するために、このプロセスは何度も実行されなければならない。カメラの支援による従来のスクリーン位置決めは、この必要とされる精度を得るのに長い評価時間を有し、時には何時間も続き、位置決め後に生じる位置変化を検出、評価又は補正しないことがわかった。手法はフラットスクリーン及びラウンドスクリーンのための固いフレーム構造の場合と同様であった。

基本的に、３次元スクリーン印刷機を用いる３次元スクリーン印刷法では、塗布軸がプレスベッド表面に対して平行な平面に延在するという事実から開始するので、プレスベッド表面、又は進行中の印刷物の場合には、既に印刷している物体表面が、１つの物体構造、又は幾つかの物体構造両方の場合に、スクリーンを位置決めするための基準表面である。一方で、位置決めが手動又は半自動である場合には、基準マーク位置を検出するために、１つ又は複数の基準マークイメージャーの大きな投影が生成され、スクリーン位置は、補助マーク又は必要とされる基準マークによって設定される。スクリーン軸の調整は、モーター、空気圧システム又は油圧システムによる調整要素によって、又は数字で表わした既定値によって手動で、半自動的に又は自動的に実施される。

図３は、プレスベッドに対してスクリーンを平面平行に向けるためのスクリーン位置の調整位置を７で示す。レイアウトの向きを合わせるためのスクリーンの調整位置が８で示される。スクリーンフレームは９で示され、例えば、フラットスクリーンの場合のスクリーンメッシュ内の実際のレイアウトが１０で示される。ラウンドスクリーンの場合も同様の位置である。

図４は、ドクターブレードユニット経路の調整方式を表す。１６は、ブレードが固定されるブレードビームを示し、１８は、調整用旋回軸を有するブレードホルダー取付具を示し、１７は、ドクターブレード受入部（receiver）を示す。１０は、位置安定リフトトリガー機構、油圧、空気圧又はモーターシステムを示し、９はＹ軸方向において変位１５を有する、スライディングリフトトリガー機構、油圧、空気圧又はモーターシステムを示す。ブレードホルダー取付具は、位置１１において回転可能であるが、変位不可能であり、Ｙ軸方向１４において反対位置に変位可能であり、円弧経路１２上を旋回する。固定位置ブレードホルダーバー１３には実際のブレード１７が取り付けられ、印刷段階中に変化するドクターブレードユニット圧によって負荷をかけられるときであっても、回転及び変位しないように固定され、印刷段階では、ブレードが印刷基板上に載置され、更なる印刷では、既に印刷中の物体上にのみ載置される。左側及び右側高さ調整可能止め具又は関連する測定デバイスは図示されない。このように高さが調整可能であることは、ドクターブレードユニットの場合に独特であり、一般に空気圧によるドクターブレードユニット圧力バランスと、一般に高速電子圧力コントローラー又はドクターブレードユニット圧力用の単純なピストン−ロッド制御式シリンダーによるドクターブレードユニット圧力調整と、端部位置制動プレートによるドクターブレードユニットストロークとを有するドクターブレードユニットのような、従来のドクターブレードユニットの否定的な結果に基づく。イベントの開始後に反応する、すなわち、措置を講じるのが従来のシステムの共通の特徴である。３次元スクリーン印刷機では、ブレードは単に、その再位置決め能力のために、スクリーンメッシュに対して常に平行な１０００までの印刷物を配置させなければならず、これにより、印刷基板上、又は既に存在している物体上に左右等しく存在し、塗布値を変更することなく、ブレード縁部の吊り上げの不変性にも関連付けられる、一定の高さにおいてブレード経路を覆う物体全体にわたって保持されなければならない。この高名はフラッドバーにも当てはまる。３次元スクリーン印刷機のための従来技術とは異なり、リフトトリガー機構、空気圧又はモーターシステムの速度の影響は有用であるが、端部の塗布の作用は有用でないことが立証されている。ここで、３次元スクリーン印刷機では、スロットリング及び制動が用いられるが、最後までではない。しかしながら、ドクターブレード受入部自体は、１つ又は複数の固定された調整可能非緩衝止め具上に配置され、印刷プロセス中に、高さ位置の変化又は回避的な動きが起こり得ないように押圧される。フラッド及び印刷ドクターブレードユニットは、制御部又は測定システムによって、互いに独立して、又は共同で制御されて検出することができる。ここでは、３次元スクリーン印刷機内のフラッドバーとドクターブレードユニットとの間の個別制御のために、又は質量制限制御のために、又は閉鎖的なフラッディングのためにドクターブレードユニット及びフラッドバーの形状配置が実現されなければならない。配合物材料によっては、スクリーンメッシュは印刷プロセスにおいて質量負荷がかからないように、印刷直前にフラッディングを実行することもできる。

３次元スクリーン印刷機では、理想的な位置からの差分選択及び設定の形で全ての軸上位置のための補正オプションがある。これは、質量がスクリーン角度方向に集中する場合には、又は高さ調整経路上のスクリーンツールのスクリーンメッシュが、１つの方向において、構造及び／又はスクリーン変化に関して他のスクリーンの場合より大きく外れる場合には、例えば、長期の印刷のために必要である。

要するに、３次元スクリーン印刷機の場合、長時間にわたって位置を確実にする要望、及び最初の印刷時であっても位置を確実にする要望に起因して、浮動ベアリングと固定ベアリングとを組み合わせてベアリングを使用する結果として、確実にミリメートル範囲において、位置の大きな変動が生じ、その結果として生じる位置及び塗布厚の変化のために、中程度にしか正確でない物体寸法につながる可能性があるか、又は生成された塗布厚差が累積することに起因して、印刷の取り消しにつながる可能性があることに留意されたい。対照的に、固定ベアリング同士のベアリングの組み合わせは、特にフレームワーク条件が制御されることに起因して、３次元スクリーン印刷機上での、変位がなく、高さが一定である物体印刷のために最適であることが立証されている。

３次元印刷機の精度を得るために、機械寿命より長い基準位置を有する従来技術とは異なり、これが３次元スクリーン印刷機のμｍ範囲内の精度を得るには不十分であることが決定的に重要である。ここで、ガイド、ドライブ及び可動部品に関する不可避の摩耗は、３次元スクリーン印刷法において物体を作製するために新たな印刷プロセスの印刷が開始されるたびに、３次元印刷物体のためのそれぞれの新たな印刷プロセスが開始される新たな基準点が常に決定されるという事実によって補償される。これは、３次元スクリーン印刷機において、単一の生産工程中に生じる摩耗しか印刷物結果の精度に影響を及ぼす可能性がないのを確実にする。製造プロセスごとに基準点を決定することにより、許容警告又は許容限度を超える場合の３次元印刷機の修理及び整備サイクル、又は故障サイクルが、印刷物体に悪影響を及ぼすことなく著しく延長される。

３次元スクリーン印刷機は、物体の作製及び使用のために３次元スクリーン印刷技術を使用できるようにし、図１によれば、印刷ステーション（図１の２）と、印刷スーパーフレーム（図１の１）と、１つ又は複数のプレスベッド（図１の３及び４）と、１つ又は複数の硬化ステーション（図１の５及び６）とのシステムコンポーネントを組み合わせ、そのようなプレスベッドごとに、プレスベッド上で１つ又は幾つかの物体を連続して印刷することができ、その後、合わせて同時に硬化させることができる。第１のプレスベッドの硬化中に、第２の、そしておそらく更なるプレスベッドを印刷し、その後、硬化させる。印刷された物体層の硬化後に、後続の印刷層のために、先行して印刷された印刷層の高さによって、高さ調整が行われる。３次元スクリーン印刷機は、その精度及び能力を得るために、複数の特殊な設定及び機能要素を有し、特殊なベッド構造、高さ調整、位置決めシステム方法、３次元スクリーン印刷機のために特に考え出され、実行されるブレード及びフラッド方法、並びに自在に設備することができる一体型硬化システムを通して、３次元スクリーン印刷プロセスの研究開発からの適合した従来のフラットベッドスクリーン印刷機に対して、少なくとも１０％だけ３次元スクリーン印刷プロセスの効率を高め、同時に、レイアウト変更とともに、物体層の３次元の高精度印刷を可能にする。３次元スクリーン印刷技術を用いて作製される物体は、セラミック、金属、ガラス、プラスチック、有機若しくは無機材料、生物由来材料、又はそれらの混合物からなる３次元物体を含み、３次元構造とともに、又は３次元構造を伴うことなく作製し、使用することができる。

本発明の説明において用いられる略語のリスト：
Ｚ＝プレスベッドのゼロ位置；Ａ＝高さ調整；Ｈ＝印刷の塗布厚
Σ＝総和；ｆ（ｘ）＝関数；Ｎ＝印刷複写量；Ｘ＝移送方向
Ｙ＝横座標軸；Δ＝デルタ；Ｆｉｇ．＝図；Ｎｒ＝番号

Claims (8)

1. 印刷スクリーンとプレスベッドを備え、前記プレスベッドによって、少なくとも１つの印刷物体が複数回印刷可能であり、各印刷後に、前記印刷スクリーンから前記プレスベッドまでの距離を先行する印刷の塗布厚だけ増加でき、
   ブレード及びフラッドバーをさらに備え、
   前記プレスベッドのゼロ位置に対して前記距離を前記先行する印刷の前記塗布厚だけ増加するために、少なくとも前記印刷スクリーン、前記ブレード及び前記フラッドバーが前記塗布厚の量だけ持ち上げ可能であり、
   印刷のための高さ値が印刷前にフラット層の印刷後の高さの測定値から減算されることにより、前記塗布厚の値が決定される、３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
2. 前記プレスベッドが複数の印刷物体を有するプレートを備えることを特徴とする、請求項１に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
3. 前記印刷物体を有する前記プレートは硬化システムに移送できることを特徴とする、請求項２に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
4. 前記システムは少なくとも２つの硬化システムを有し、前記硬化システムにおいて、前記プレートを備える前記プレスベッドの前記印刷物体を硬化できることを特徴とする、請求項３に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
5. 前記プレートは複数の位置決めマークを備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
6. 少なくとも１つの位置決めマークが各印刷物体に割り当てられることを特徴とする、請求項５に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
7. 物体層の印刷がそれぞれ実行された後に、前記プレスベッドの前記ゼロ位置を基準にして、前記距離の初期値を、前記実行された印刷の塗布厚だけ増加できることを特徴とし、前記プレスベッドは１つ又は複数の印刷物体を有し、次の印刷プロセスが実行される前に、１つ又は複数の印刷物体の印刷後に前記距離の前記増加が行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。
8. 前記システムによれば、前記印刷物体をセラミック、金属、ガラス、プラスチック、更なる有機材料若しくは無機材料、生物由来材料、又はそれらの混合物から形成できることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の３次元スクリーン印刷物品を作製するためのシステム。

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