JP6573903B2 - 層交差パターンを製作する方法及びシステム - Google Patents
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Description
本発明の幾つかの実施形態の態様によれば、層状の物体(layered object)において層交差パターンを製作する方法が提供される。その方法は、付加製造システム(additive manufacturing system)によって実行され、受け媒体の上にパターニング材料を分注して第1のパターン要素を形成する工程と、第1のパターン要素の上に造形材料からなる第1の層を分注する工程であって、その工程は、前記第1の層の下方において前記第1のパターン要素の少なくとも一部分を露出させる第1の開放キャビティを形成しながら行われることと、前記第1のパターン要素の露出部分及び第1の層の上にパターニング材料を分注して、前記第1のパターン要素に接触する第2のパターン要素を形成し、それにより、前記パターニング材料の層交差パターンを形成する工程とを含む。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記第2の層の分注は、前記第2の層の下方において前記第2のパターン要素の少なくとも一部分を露出したままにすることを含む。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記第2の層の分注は、前記第1のキャビティを深く広くするように行われる。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記第2のパターン要素を形成するための前記パターニング材料の分注は、前記第2のパターン要素が全体的に前記第2の層の上面の下方となるようにして行われる。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記第2の層の分注は、造形材料によって前記第1のキャビティを充填することを含む。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記方法は、パターニング材料の分注と造形材料からなる前記層の分注とを交互に複数回繰り返すことにより、造形材料からなる複数の層と複数のパターン要素とを形成する工程を含み、前記複数のパターン要素は、相互に接続されて前記複数の層と交差する連続パターンを形成する。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記パターニング材料は導電性インクを含む。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記パターン要素のそれぞれの厚さは、前記層の厚さの少なくとも1/2である。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記焼結は、熱焼結、フォトニック焼結、プラズマ焼結、及びマイクロ波焼結からなる群から選択される技法によって行われる。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記焼結誘導剤はイオン基及び対イオンを含み、前記イオン基はアクリルモノマー又は誘導体である。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記方法は、前記対イオンが陰イオン性であり、前記イオン基が陽イオン性であることを含む。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記対陰イオンは塩化物である。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記陽イオン基は、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)、陽イオン性に帯電したポリイミド、ポリエチレンイミン、及びポリピロールからなる群から選択される。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記コントローラは、前記分注ヘッドを動作させることにより、前記第1の層の上に造形材料からなる第2の層を分注するように構成される。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記第2のキャビティは、前記第1のキャビティに対して側方に配置される。
本発明の幾つかの実施形態の態様によれば、付加製造によって製造される物体が提供され、その物体は、造形材料からなる複数の層と複数のパターン要素とを含み、前記複数のパターン要素は、相互に接続されて前記複数の層と交差する。
本発明の幾つかの実施形態によれば、前記複数のパターン要素のうちの少なくとも1つは、造形材料からなる層の端部において周囲環境に露出する。
別に定義される場合を除き、本明細書中使用される全ての技術用語及び/又は科学用語は、本発明が関連する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書中に記載される方法及び材料と同様又は同等の方法及び材料が、本発明の実施形態の実施又は試験に使用可能であるが、例示的な方法及び/又は材料を以下に説明する。競合する場合には、定義を含めて、本明細書が優先される。なお、材料、方法、及び例は単なる例示であり、必ずしも限定としては意図されない。
本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、以下の説明に記載され且つ/あるいは図面及び/又は実施例に示される構成要素及び/又は方法の構造及び構成の詳細に本発明の適用が必ずしも限定されるわけではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であるか、あるいは様々な方法で実施若しくは実行することが可能である。
各層は、二次元サーフェスをスキャンしてそれをパターン化する付加製造装置によって形成される。スキャン中、装置は二次元の層すなわちサーフェス上の複数の目標位置を訪れ、目標位置毎又は目標位置のグループ毎に、目標位置又は目標位置のグループが構築材料によって占められるべきか否か、またどの種類の構築材料をそこに送達すべきかを判断する。この判断は、サーフェスのコンピュータ画像に従って行われる。
例えば、a=1の場合、全ての造形ヘッド及び支持ヘッドが動作するとき、支持材料の全体の分注速度は一般に、造形材料の全体の分注速度と同じである。
別に定義される場合を除き、後述する動作が、実行の多くの組み合わせ又は順序で同時に又は順次実行可能なことを理解されたい。特に、フローチャート図の順序は、限定として意図されるべきではない。例えば、特定の順序で以下の説明又はフローチャート図に見られる2つ以上の動作は、異なる順序(例えば、逆順)又は略同時に実行することもできる。さらに、後述される幾つかの動作はオプションであり、実行されなくてもよい。
幾つかの実施形態では、要素35は焼結もして導電性粒子を更に固化する。焼結は、限定ではないが、熱焼結、フォトニック焼結、プラズマ焼結、マイクロ波焼結、及び化学的焼結を含めて、当分野で既知の任意の技法を使用して達成することができる。放射線ベースの焼結が意図されているが、化学的焼結が有利であることが本発明者らにより予期せず見出された。化学的焼結の一つの利点は、分注ブロック内で焼結デバイスを使用する必要がないことである。化学的焼結の別の利点は、構築材料が露出され、構築材料層の形状変形を生じさせるおそれがある不必要な放射線量を低減することである。
本発明の例示的な様々な実施形態では、焼結誘導組成物又は薬剤はイオン性部位を含む。これにより、電荷交換反応による導電性材料中の導電性粒子の静電安定化を低減させることができる。好ましくは、焼結誘導組成物又は薬剤は、オプションとして、好ましくはアクリルモノマー又は誘導体であるイオン基と、対イオンとを含み、イオン基はキャリアとして機能し、対イオンは、導電性粒子への分散分子の結合をデカップリング又は抑制するように機能し、それにより、分散分子と導電性粒子とを固められるようにする。
対陰イオンは、例えば、ハロゲン陰イオン(F−、Cl−、Br−、及び/又はI−)、硫酸塩陰イオン(SO4 2−及び/又はHSO4 −)、過塩素酸塩陰イオン(ClO4 −)、塩素酸塩陰イオン(ClO3 −)、硝酸塩陰イオン(NO3 −)、カルボン酸塩陰イオン(例えば、RCO2 −、ここで、Rはアルキル)、p−トルエンスルホン酸塩陰イオン、及びアルカンスルホン酸塩(例えば、メタンスルホン酸塩)陰イオンであり得る。本発明の幾つかの実施形態では、対陰イオンは、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、カルボン酸塩(例えば、酢酸塩)、及びハロゲンからなる群から選択される。幾つかの実施形態では、対陰イオンは塩化物である。
XはO又はNHであり、
Yは、長さが1〜20炭素原子の置換又は非置換炭化水素鎖であり、
R1はH又はCH3であり、
R2〜R4はそれぞれ独立してアルキルであり、
Zは、本明細書中に記載される陰イオンである。
幾つかの実施形態では、Yは、1〜10炭素原子の長さである。幾つかの実施形態では、Yは、1〜4炭素原子の長さである。幾つかの実施形態では、Yは、2又は3炭素原子の長さである(例えば、−CH2CH2−又は−CH2CH2CH2−)。
幾つかの実施形態では、R2〜R4はそれぞれ独立してメチル又はエチルである。幾つかの実施形態では、R2〜R4はそれぞれメチルである。
「(メタ)アクリル」又は「(メタ)アクリル酸」という用語は、アクリレート類及びメタクリレート類の両方を指す。
図5を参照すると、方法は、オプションとして、好ましくは以下の動作を含む。21において、導電性要素が基板の上に分注される。22において、キャビティが形成されるとともに導電性要素の一部分が露出したまま残るように、導電性要素の上に非導電層が分注される。23において、非導電層は平らにならされる。24において、先に形成されたキャビティが深く広くなるように、先に分注された非導電層の上に別の非導層が分注される。25において、広くなったキャビティの壁の上に別の導電性要素を分注し、先の導電性要素との電気的接続を確立し、26において、24において分注された非導電層が平らにならされる。これらの動作について、図6を参照して更に詳細にこれより説明する。
「例示的な」という言葉は、本明細書において、「例、事例、又は例示として機能する」ことを意味するために使用される。「例示的な」として説明される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態よりも好ましい又は有利なものとして、且つ/又は他の実施形態からの特徴の組み込みを除外するものとして解釈される必要はない。
「からなる」という用語は、「〜を含み、〜に限定される」ことを意味する。
Claims (16)
- 層状の物体において層交差パターンを製作する方法であって、前記方法は、付加製造システムによって実行され、
受け媒体の上にパターニング材料を分注して第1のパターン要素を形成する工程と、
前記第1のパターン要素の上に造形材料からなる第1の層と前記第1の層の上に造形材料からなる第2の層を分注する工程であってその工程は、前記第1の層の下方において前記第1のパターン要素の少なくとも一部分を露出させる第1の開放キャビティを形成しながら行われ、前記第1の開放キャビティが段付きのキャビティである、工程と、
前記段付きのキャビティ内において前記第1のパターン要素の露出部分及び前記段付きのキャビティの壁の上にパターニング材料を分注して、前記第1のパターン要素に接触する第2のパターン要素を前記段付きのキャビティの最上層の上面の下方に形成する工程と、
前記段付きのキャビティの前記最上層を平らにならす工程と
を含み、それにより、前記パターニング材料の層交差パターンを形成する、方法。 - 前記第1の開放キャビティは非垂直の壁を備え、前記第1のパターン要素の露出部分の上への前記パターニング材料の分注は、前記非垂直の壁の上にも前記パターニング材料を分注することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のキャビティの前記最上層の上と前記第1のキャビティの中とに造形材料を分注することを更に含む、請求項1及び2の何れか一項に記載の方法。
- 前記第1のキャビティの中への造形材料の分注は、分注された前記造形材料の下方において前記第2のパターン要素の少なくとも一部分を露出したままにすることを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記第1のキャビティの前記最上層の上への造形材料の分注は、分注された前記造形材料の下方において前記第2のパターン要素の前記一部分を露出させる第2の開放キャビティを形成することを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記第2のキャビティは、前記第1のキャビティに対して側方に配置される、請求項5に記載の方法。
- 前記第1のパターン要素の上への造形材料の分注及び前記第1のキャビティの前記最上層の上への造形材料の分注は、前記付加製造システムの異なる分注ヘッドで行われ、各ヘッドは異なる造形材料を分注する、請求項1〜6の何れか一項に記載の方法。
- 前記パターニング材料の分注と前記造形材料の分注とを交互に複数回繰り返すことにより、造形材料からなる複数の層と複数のパターン要素とを形成する工程を更に含み、前記複数のパターン要素は、相互に接続されて前記複数の層と交差する連続パターンを形成する、請求項1〜7の何れか一項に記載の方法。
- 前記パターニング材料は導電性である、請求項1〜8の何れか一項に記載の方法。
- 前記第1の開放キャビティ内に電子デバイス又は電気デバイスを配置する工程を更に含み、前記パターン要素は導電性であり、前記パターン要素は前記デバイスの電気端子に接触している、請求項1〜9の何れか一項に記載の方法。
- 前記パターン要素を焼結する工程を更に含む、請求項1〜10の何れか一項に記載の方法。
- 前記造形材料は焼結誘導剤を含み、前記造形材料及び前記パターニング材料の少なくとも一方の分注は、前記焼結誘導剤が前記パターニング材料と反応してパターニング要素を焼結するように行われる、請求項1〜11の何れか一項に記載の方法。
- 前記焼結誘導剤は、遊離基重合性化合物、陽イオン重合性化合物、及び陰イオン重合性化合物からなる群から選択される化合物を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記焼結誘導剤はイオン基及び対イオンを含み、前記イオン基はアクリルモノマー又は誘導体である、請求項12に記載の方法。
- 前記イオン基は、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリルアミド、メタクリルアミド、オリゴマー、及びポリマーからなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
- 前記焼結誘導剤は、一般式:
XはO又はNHであり、
Yは、長さが1〜20炭素原子の置換又は非置換炭化水素鎖であり、
R1はH又はCH3であり、
R2〜R4はそれぞれ独立してアルキルであり、
Zは陰イオンである、請求項14に記載の方法。
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