JP6746806B2 - ３ｄ印刷されインプリントされた構造、印刷方法、３ｄ物品、及び３ｄ物品を有する照明システム - Google Patents

３ｄ印刷されインプリントされた構造、印刷方法、３ｄ物品、及び３ｄ物品を有する照明システム Download PDF

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Description

本発明は、熱溶解積層法によって３Ｄ（印刷された）物品を製造する方法に関する。本発明はまた、そのような方法で得ることが可能な、３Ｄ（印刷された）物品にも関する。更には、本発明は、そのような３Ｄ（印刷された）物品を含む照明システムに関する。
今後１０〜２０年以内に、デジタルファブリケーションは、グローバル製造業の性質を、ますます変貌させていくであろう。デジタルファブリケーションの諸態様のうちの１つは、３Ｄ印刷である。現在、セラミックス、金属、及びポリマーなどの様々な材料を使用して、３Ｄ印刷された様々な物体を製造するために、多種多様な技術が開発されている。３Ｄ印刷はまた、物体を複製するために使用され得る型（mold）を製造する際にも使用され得る。
最も広く使用されている積層造形技術は、熱溶解積層法（Fused Deposition Modeling；ＦＤＭ）として知られているプロセスである。ＦＤＭは、モデリング、プロトタイピング、及び製造の用途で一般に使用される積層造形技術である。国際公開第２０１６０８３１８１号は、ＦＤＭによって３Ｄ物品を製造する方法を開示している。
ＦＤＭは、材料を層状に配置することによる「積層」原理に基づいて機能するものであり、プラスチックフィラメント又は金属ワイヤが、コイルから巻き出され、部品を製造するための材料を供給する。場合により、（例えば、熱可塑性樹脂に関しては）フィラメントは、配置される前に、溶融されて押し出される。ＦＤＭは、高速プロトタイピング技術である。ＦＤＭの他の表現は「熱溶解フィラメント製法」（Fused Filament Fabrication；ＦＦＦ）又は「フィラメント３Ｄ印刷」（Filament 3D Printing；ＦＤＰ）であり、これらはＦＤＭと等しいものと見なされる。一般に、ＦＤＭプリンタは、熱可塑性フィラメントを使用するものであり、熱可塑性フィラメントは、融点まで加熱され、次いで、一層ずつ（又は、実際には、フィラメントが次々に）押し出されて、三次元の物体を作り出す。ＦＤＭプリンタは、比較的高速であり、複雑な３Ｄ物体を印刷するために使用することができる。
３Ｄ印刷によるマイクロ構造化が、当該技術分野において知られている。例えば、米国特許出願公開第２０１６００９６３１８号は、３Ｄ物体の印刷を可能にする３Ｄプリンタシステムであって、それぞれの部分又は物体要素が、様々な弾性変形量など、ユーザによって定義又はユーザによって選択された材料パラメータを有するように構築又は設計される、３Ｄプリンタシステムについて記載している。３Ｄプリンタシステムは、マイクロ構造又はセルのライブラリを記憶しており、マイクロ構造又はセルは、所望の材料パラメータを提供するようにそれぞれ定義及び設計されるとともに、当該材料パラメータを有する印刷された３Ｄ物体の一部分又は要素を提供するように３Ｄ印刷中に組み合わされ得る。例えば、玩具又は人形は、胴部と腕部とでは異なるマイクロ構造を使用して印刷され、腕部が、第２の弾性をもたらすマイクロ構造で印刷される、胴部の弾性とは異なる第１の弾性（又は柔軟性）を有することを可能にする。マイクロ構造の使用は、単一材料を使用して印刷された３Ｄ物体の有効な変形挙動を変化させるように、３Ｄプリンタシステムを動作させることを可能にする。
熱溶解積層法によって３Ｄ物品を製造する既知の方法は、（サブ）マイクロメートル範囲のマイクロ構造など、非常に細かい構造の形成を容易にしない（又は全く可能にしない）が、そのような構造が、特定の用途で望まれる場合がある。
それゆえ、本発明の目的は、前述の欠点を少なくとも部分的に取り除く、熱溶解積層法によって３Ｄ物品を製造する方法を提供することである。前述の目的を達成するために、インプリンティング技法の使用が可能な場合がある。しかし、ＦＤＭは融解によって後続層を付着させるため、インプリントされた層は、後続層の印刷中に破壊されてしまう。この目的のために、本発明者らは、インプリントされた層が破壊されないように、とりわけ、良好な付着を示し得るが架橋又は保護もされ得る層を用いることを提案する。
それゆえ、第１の態様において、本発明は、熱溶解積層法によって３Ｄ物品（「物品」又は「３Ｄ印刷された物品」）を３Ｄ印刷する方法であって、方法は、印刷段階中に３Ｄ印刷可能材料を堆積させて、３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ物品を提供するステップを含み、印刷段階が、第１の３Ｄ印刷可能材料を３Ｄ印刷して、第１の３Ｄ印刷された材料を提供するステップであって、第１の３Ｄ印刷可能材料は架橋性材料を含む、ステップと、特にツールを用いて第１の３Ｄ印刷された材料中にレリーフ構造（又は「構造」）を形成するステップと、第２の３Ｄ印刷可能材料を３Ｄ印刷して、第２の３Ｄ印刷された材料を提供して、（ｉ）レリーフ構造を有する第１の３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ印刷された材料と、（ｉｉ）第２の３Ｄ印刷された材料と、の積層体を提供するステップと、を含む方法を提供する。方法は、第２の３Ｄ印刷可能材料を堆積させる前に、レリーフ構造を有する第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部を架橋させるステップを更に含む。
そのような方法によって、恒久的なマイクロ構造（及び／又はナノ構造）であり、（マイクロ）構造を有する３Ｄ印刷された材料上に３Ｄ印刷可能材料を更に堆積させることによって本質的に影響を受けないマイクロ構造を、３Ｄ印刷された材料に導入することが可能となる。それゆえ、３Ｄ印刷可能材料は、形状を（また）構造（すなわち、「レリーフ構造」）に適合させてもよい。このことは、偽造を防止又は検出するための構造、（視認できない）商標を示すための構造、チャネルなどの技術的構造を導入するための構造などを生成すること、例えば、格子、回折要素などの光学構造を生成することを可能にする。例えば、構造は、屈折構造（例えば、マイクロレンズ）、マイクロレンズアレイ、ピラミッド構造、鋸歯構造、回折格子、フォトニック構造などでもよい。構造は、コンセントリックレンズ（特に複数のレンズ）、レンチキュラーレンズ（特に複数のレンチキュラーレンズ）などを含んでもよい。
上述されたように、本発明は、３Ｄ物品を３Ｄ印刷する方法を提供する。この方法は、堆積時に３Ｄ印刷された材料として示される、３Ｄ印刷可能材料の堆積を含む。それゆえ、方法は、印刷段階中に３Ｄ印刷可能材料を堆積させて、３Ｄ物品を提供するステップを含む。３Ｄ物品は、それゆえ実際に、３Ｄ印刷された材料を含む。
印刷段階は、第１の３Ｄ印刷可能材料を３Ｄ印刷して、第１の３Ｄ印刷された材料を提供するステップと、第２の３Ｄ印刷可能材料を３Ｄ印刷して、第２の３Ｄ印刷された材料を提供するステップと、を含む。それゆえ、本質的に、印刷段階は、３Ｄ印刷可能材料を供給するステップを含む。レリーフ構造を形成する前の材料と、レリーフ構造を形成した後の材料とは、組成が異なってもよいが、組成は、同じでもよく、又は本質的に同じでもよい。このことは、以下でより詳細に明らかにされる。
印刷段階はまた、ツールを用いるなどして、第１の３Ｄ印刷された材料中にレリーフ構造を形成するステップも含む。レリーフ構造は、ツールを用いて第１の３Ｄ印刷された材料にインプリントするなどして、ツールを用いて第１の３Ｄ印刷された材料中に形成されてもよい。この（マイクロ）構造の形成は、そのようなツールを含み得る、マイクロ構造提供デバイス又は（マイクロ）構造化デバイスなどの別のデバイスを用いて実施されてもよい。構造の形成は、既に３Ｄ印刷された材料中に３Ｄ印刷可能材料を印刷している間に実行されてもよい。それゆえ、レリーフ構造の形成は、堆積プロセスの中断を含んでもよいが、堆積プロセス中に実行されてもよい。
用語「マイクロ構造（micro structure）」及び「マイクロ構造（micro-structure）」並びに同様の用語もまた、複数の（異なる）マイクロ構造を指してもよい。同様に、用語「ナノ構造（nano structure）」及び「ナノ構造（nano-structure）」並びに同様の用語もまた、複数の（異なる）ナノ構造を指してもよい。構造は、一般にレリーフ構造として示され、スタンプ又はニードルなどを用いて生成されてもよい。そのような方法は、３Ｄ印刷された材料とツールとの物理的接触を含む。しかし、他の方法も可能である場合がある。例えば、ツールは、レーザー装置、又は光エンボス加工装置などのエンボス加工装置を含んでもよい。それゆえ、レーザエッチング又はエンボス加工によっても、レリーフ構造が形成されてもよい。それゆえ、ツールは、レリーフ構造生成装置として示されてもよい。
インプリンティングは、比較的小さな特徴を得ることができるので、特に使用されてよい。光エンボス加工は、高い再現性のために特に使用されてよい。再現性は、エンボス加工の非接触態様のため、高い場合がある。
用語「第１の３Ｄ印刷可能材料」はまた、複数の異なる第１の３Ｄ印刷可能材料を指してもよい。それゆえ、構築中の３Ｄ物品は、異なる第１の３Ｄ印刷された材料の層など、異なる第１の３Ｄ印刷された材料を含んでもよい。第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部の中に、構造が生成される。その後に又はその上に、第２の３Ｄ印刷可能材料（堆積されると、第２の３Ｄ印刷された材料として更に示される）が提供される。
それゆえ、方法は、（ｉ）レリーフ構造を有する第１の３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ印刷された材料と、（ｉｉ）第２の３Ｄ印刷された材料と、の積層体を提供する。
構造安定性のために、構造は、特定の特性を有する第１の３Ｄ印刷された材料など、（第１の３Ｄ印刷された材料の）特定の層に設けられてもよく、及び／又は、特定の特性を有する第２の３Ｄ印刷された材料などの特定の層が、構造に施される。
方法は、第２の３Ｄ印刷可能材料を堆積させる前に、レリーフ構造を有する第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部を架橋させるステップを含む。例えば、３Ｄ印刷された材料の上層が架橋されてもよい。それゆえ、第１の３Ｄ印刷可能材料は、架橋性材料、及びオプションとして開始剤を含む。第１の３Ｄ印刷可能材料は全て、そのような架橋性材料を含んでもよく、又は、印刷段階中の一部のみで、第１の３Ｄ印刷可能材料は、そのような架橋性材料を含んでもよい。そのような実施形態において、例えば、上層のみが、架橋した材料を含んでもよい。上層は、例えば、少なくとも１００μｍなど、少なくとも５０μｍの厚さを有してもよい。
方法は、第２の３Ｄ印刷可能材料を堆積させる前に、レリーフ構造を有する第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部に層を設けるステップを更に含んでもよい。そのような層は、保護層とすることができる。そのような層は、実施形態では比較的薄い層でもよい。そのような層は、（第１の３Ｄ印刷された材料とは異なる組成を有する）架橋した材料又は重合した材料を含んでもよい。それゆえ、３Ｄ印刷によって、又は噴霧、浸漬などの別の技法によって得られ得る別個の層が設けられてもよい。それゆえ、実施形態において、中間層が設けられてもよい。層は、レリーフ構造を保護するように特に構成されてもよい。語句「構造を保護する」及び同様の用語は、構造が保全されることを特に示す場合がある。（中間）層は、１０ｎｍ〜１ｍｍ、１００ｎｍ〜５００μｍなど、１〜５００μｍのような、５０〜５００μｍなどの範囲から選択される厚さを有してもよい。しかし、特に、実施形態において、層の厚さは、構造の高低差よりも小さくてもよい。このことは、レリーフ構造に対するより良好な適合を可能にする場合があり、頂部間の穴部の充填を防止する場合がある。第１の３Ｄ印刷された材料と第２の３Ｄ印刷された材料とが（両方とも）架橋されなくてもよい一方で、（中間）層は架橋されてもよい。もちろん、第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の３Ｄ印刷された材料のうちの１つ以上も架橋されてもよい。それゆえ、そのような層は、実施形態では架橋した材料を含んでもよい。特定の実施形態において、そのような層はまた、反射特性も有してもよい。
方法は、レリーフ構造に隣接する第２の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部を架橋させるステップを更に含んでもよい。それゆえ、そのような実施形態において、第２の３Ｄ印刷された材料は（マイクロ）構造上に堆積され、第２の３Ｄ印刷可能材料の少なくとも一部、すなわち、（マイクロ）構造と接触している材料が架橋される。
第１の３Ｄ印刷された材料中の（マイクロ）構造は、中間層中及び／又は第２の３Ｄ印刷された材料中の同様の形状（又は逆の形状）になってもよいことに留意されたい。
それゆえ、実施形態において、（第１の３Ｄ印刷された材料（又は第２の３Ｄ印刷された材料）の）架橋した部分又は中間層の層厚は、例えば、５０〜５００μｍの範囲でもよい。
第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の３Ｄ印刷材料として、異なる材料を使用してもよい。例えば、第１の３Ｄ印刷された材料が、第２の３Ｄ印刷された材料よりも高いガラス温度を有する場合、及び／又は、第１の３Ｄ印刷された材料が第２の３Ｄ印刷された材料よりも高い融解温度を有する場合、このことは、第２の３Ｄ印刷可能材料が提供されたときに本質的に変形し得ない安定した構造を、第１の３Ｄ印刷された材料中に形成することも可能にする場合がある。ガラス温度（及び／）又は融解温度の差は、特に、少なくとも５０℃など、少なくとも２０℃でもよい。好適な材料の例は、例えば、ポリスルホン（Ｔｇ＝１７４℃）と、ＰＭＭＡ（Ｔｇ＝１００℃）、又は、例えば、ポリエーテルスルホン（Ｔｇ＝２０７℃）若しくはポリスチレンメタクリル酸メチル（Ｔｇ＝９０℃）でもよい。例えば、第１の３Ｄ印刷された材料としてポリ（エーテル）スルホンが適用されてもよく、第２の３Ｄ印刷された材料としてＰＭＭＡ又はポリスチレンメタクリル酸メチルが適用されてもよい。
上述されたように、レリーフ構造は、異なる方法で形成されてもよい。例えば、（例えば、金属又はセラミックの）ニードルを使用して、第１の３Ｄ印刷された材料中に構造を書き込んでもよく、及び／又は描写してもよい。また、スタンプ（本明細書では「型」としても示され得る）を使用してもよい。それゆえ、実施形態において、方法は、（例えば、金属又はセラミックの）スタンプを用いて第１の３Ｄ印刷された材料中にレリーフ構造を形成するステップを含んでもよい。それゆえ、実施形態において、例えば、インプリンティングを使用してレリーフ構造を形成してもよい。
例えば、実施形態において、所定の形態パターンを有する型は、試料と接触させられ、それらは、特定の圧力で互いに押圧される。ポリマーのガラス転移温度を超えて加熱されると、型上のパターンは、軟化したポリマーに押し付けられる。冷却後、型は試料から分離されてよく、パターンレジストが、第１の３Ｄ印刷されたポリマーに残される。
それゆえ、レリーフ構造の形成は、第１の３Ｄ印刷された材料及び／又はツールを加熱することを含んでもよい。更に、ツールが（適用されているときに）、例えば、スタンプが堆積された材料と接触しているときに、架橋が開始されてもよい。架橋後、スタンプなどのツールは、除去されてもよい。代替的な実施形態において、ツールが除去され、架橋が開始される。
また他の実施形態において、ツールが除去され、このように形成されたレリーフ構造に液体が塗布され、例えば、架橋が開始されてもよい。そのような液体は、構造上に層として形成される材料を含んでもよく、層は架橋される。代わりに又は加えて、そのような液体は、例えば、重合性材料及び／又は開始剤を含んでもよく、それらは第１の３Ｄ印刷された材料に部分的に浸透して、オプションとして、第１の３Ｄ印刷された材料中の開始剤及び／又は重合性材料の存在により、第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部を架橋させ得る。
それゆえ、特定の実施形態において、スタンプは、（少なくとも一部の）第１の３Ｄ印刷された材料の堆積の直後に、第１の３Ｄ印刷された材料に押し付けられてもよい。
上述されたように、レリーフ構造を形成するための物理的接触法の代替として、エンボス加工又はエッチングが適用されてもよい。
レリーフ構造の形成は、これから提供される乱されていない３Ｄ印刷された材料表面に対する、１つ以上の隆起及び／又は１つ以上の凹部の生成を特に含んでもよい。それゆえ、構造は、１つ以上の頂部及び／又は１つ以上の谷部を含んでもよい。一般に、構造は、複数の谷部と、谷部間の複数の頂部とを備える。
レリーフ構造は、規則的な構造又は不規則的な構造でもよい。レリーフ構造はまた、規則的な構造と不規則的な構造との組み合わせでもよい。レリーフ構造は、１つ以上の領域を含んでもよい。レリーフ構造が複数の領域を含む場合、１つ以上の領域は規則的な構造を含んでもよく、及び／又は、１つ以上の領域は不規則的な構造を含んでもよい。
上述されたように、レリーフ構造は、穴部、角柱状の凹部及び／又は突起、立方状若しくは矩形の凹部及び／又は突起、溝、柱などのうちの１つ以上を含んでもよい。穴部、角柱状の凹部及び／又は突起、立方状若しくは矩形の凹部及び／又は突起は、構造の要素として示されてもよい。
レリーフ構造によって、上述されたように、例えば、光学格子又は偽造防止構造が形成されてもよい。レリーフ構造は、（最高点としても示され得る）頂部と、頂部間の溝などの穴部を画定する。それゆえ、頂部を備える（規則的な）構造は、それらの間に１つ以上、特に複数の谷部を自動的に含んでもよい。同様に、穴部を備える（規則的な）構造が、それらの間に１つ以上の、特に複数の頂部を自動的に含んでもよい。頂部と谷部との（又は頂部と穴部との）高低差は、構造全体にわたって同じでもよく、又は異なってもよく、例えば、２つ以上の異なる値を有してもよい。
それゆえ、特定の実施形態において、レリーフ構造は、幅（ｗ１）を有し、高さ（ｈ１）を有し、かつ周期（ｐ１）を有する頂部の規則的パターンを備え、幅（ｗ１）、高さ（ｈ１）、及び周期（ｐ１）のうちの１つ以上は、１０ｎｍ〜１ｍｍ、１００ｎｍ〜５００μｍのような、特に１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択される。例えば、幅及び周期は、光の波長の範囲内でもよい。
レリーフ構造が規則的パターンを含むか、不規則的パターンを含むかにかかわらず、頂部と谷部との高低差は、特に、１０ｎｍ〜１ｍｍ、１００ｎｍ〜５００μｍのような、特に１００ｎｍ〜１００μｍの指定された範囲内でもよい。同様に、頂部間の距離又は谷部間の距離も、これらの範囲内でもよい。同様に、溝、柱などの要素の幅は、これらの指定された範囲内でもよい。
それゆえ、レリーフ構造は、例えば、ナノ構造及びマイクロ構造のうちの１つ以上を備えてもよい。それゆえ、穴部、角柱状の凹部及び／又は突起、立方状若しくは矩形の凹部及び／又は突起、溝、柱などのうちの１つ以上は、１０ｎｍ〜１ｍｍ、特に１００ｎｍ〜５００μｍの範囲内の１つ以上の寸法を有してもよい。寸法という用語は、長さ、高さ、幅、及び直径のうちの１つ以上を指してもよい。規則的な構造において、構造の要素の１つ以上の寸法は、構造全体にわたって（本質的に）同じでもよい。例えば、実際には「高さ」として示され得る、頂部と谷部との（又は頂部と穴部との）高低差は、構造全体にわたって同じでもよい。
第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の３Ｄ印刷された材料の一方又は両方が光透過性である場合、特に透明である場合、レリーフ構造は光学構造として使用されてもよい。それゆえ、実施形態において、レリーフ構造は光学構造である。
更に、特定の実施形態において、第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の印刷された材料のうちの１つ以上は、１つ以上の可視光波長に対して、３Ｄ印刷された材料１ｃｍ当り、少なくとも９５％など、少なくとも９０％の透過率を有する。それゆえ、１ｃｍの３Ｄ印刷された材料を通る透過率は、少なくとも９５％など、少なくとも９０％でもよい。それゆえ、このことはまた、光透過性の３Ｄ印刷可能材料の使用を特に意味してもよい。それゆえ、特定の実施形態において、第１の３Ｄ印刷可能材料及び第２の印刷可能材料のうちの１つ以上は、１つ以上の可視光波長に対して、３Ｄ印刷可能材料１ｃｍ当り、少なくとも９５％など、少なくとも９０％の透過率を有する。
特に光学用途を考慮すると、３Ｄ印刷可能材料のうちの１つ以上は、異なる光学特性を有してもよい。更に、上述されたように、第１の３Ｄ印刷可能材料と第２の３Ｄ印刷可能材料とは、例えば、ガラス温度及び／又は融解温度が異なってもよい。同様に、このことは（それゆえに）、（そのように堆積した）第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の３Ｄ印刷された材料に当てはまる。
それゆえ、実施形態において、第１の３Ｄ印刷可能材料と第２の３Ｄ印刷可能材料とは、（ｉ）屈折率、（ｉｉ）散乱粒子の種類、（ｉｉｉ）散乱粒子の濃度、（ｉｖ）発光材料の種類、（ｖ）発光材料の濃度、並びに（ｖｉ）ガラス温度及び融解温度の一方又は両方、のうちの１つ以上が異なっている。
実施形態において、発光材料は、無機蛍光体材料（例えば、ＹＡＧ、ＬｕＡＧなど）を含んでもよい。実施形態において、発光材料は、有機蛍光体材料（例えば、ＢＡＳＦ Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ３０５など）を含んでもよい。実施形態において、発光材料は、量子ドット及び量子ロッドのうちの１つ以上を含んでもよい。１つ以上の異なる発光材料が適用されてもよい。
実施形態において、散乱材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＳＯ４、ＭｇＯ、及びＴｉＯ２を含む群から選択されてもよい。１つ以上の異なる散乱材料が適用されてもよい。散乱粒子が、（光の）反射を生成するために使用されてもよい。
オプションとして、中間層はまた、反射層としても使用されてもよい。異なる屈折率を用いる場合、構造は、実施形態では反射層又は反射面としても使用されてもよい。
第１の３Ｄ印刷可能材料及び／又は第２の３Ｄ印刷可能材料は、フレーク、例えば反射性フレークを含んでもよい。それゆえ、第１の３Ｄ印刷された材料及び／又は第２の３Ｄ印刷された材料は、フレーク、例えば反射性フレークを含んでもよい。代わりに又は加えて、少なくとも２、少なくとも５のような、少なくとも１０などの高アスペクト比を有する粒子が適用されてもよい。
上述されたように、本方法は、印刷段階中に、３Ｄ印刷可能材料を堆積させるステップを含む。本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」とは、堆積又は印刷されることになる材料を指し、用語「３Ｄ印刷された材料」は、堆積後に得られる材料を指す。これらの材料は、本質的に同じであってもよいが、これは、３Ｄ印刷可能材料が、高温のプリンタヘッド又は押出機内の材料を特に指す場合があり、３Ｄ印刷された材料が、同じ材料であるが、堆積された後の段階の材料を指すためである。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして印刷され、フィラメントとして堆積される。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして供給されてもよく、又はフィラメントに形成されてもよい。それゆえ、いかなる出発材料が適用されるとしても、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントが、プリンタヘッドによって供給されて、３Ｄ印刷される。
本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、「印刷可能材料」として示されてもよい。用語「ポリマー材料」とは、実施形態では、異なるポリマーのブレンドを指す場合もあるが、実施形態ではまた、本質的に、異なるポリマー鎖長を有する単一タイプのポリマーを指す場合もある。それゆえ、用語「ポリマー材料」又は「ポリマー」は、単一タイプのポリマーを指す場合もあるが、また、複数の異なるポリマーを指す場合もある。用語「印刷可能材料」は、単一タイプの印刷可能材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷可能材料を指す場合もある。用語「印刷された材料」は、単一タイプの印刷された材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷された材料を指す場合もある。
それゆえ、用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、２つ以上の材料の組み合わせを指す場合もある。一般に、これらの（ポリマー）材料は、ガラス転移温度Ｔｇ及び／又は融解温度Ｔｍを有する。３Ｄ印刷可能材料は、ノズルから出る前に、３Ｄプリンタによって、少なくともガラス転移温度、及び、一般には、少なくとも融解温度の温度まで加熱されることになる。それゆえ、特定の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、ガラス転移温度（Ｔｇ）及び／又は融点（Ｔｍ）を有する熱可塑性ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、３Ｄ印刷可能材料を、ガラス転移を超えて加熱し、その材料が半結晶性ポリマーである場合には、融解温度を超えて加熱することを含む。更に別の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、融点（Ｔｍ）を有する（熱可塑性）ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、受け物品上に堆積されることになる３Ｄ印刷可能材料を、少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。ガラス転移温度は、一般に、融解温度と同じものではない。融解は、結晶性ポリマーにおいて生じる転移である。融解は、ポリマー鎖が、それらの結晶構造から脱落して、無秩序な液体になる際に発生する。ガラス転移は、非晶質ポリマーに発生する転移であり、すなわち、固体状態である場合であっても、それらの鎖が規則的な結晶として配列されておらず、いずれかの方式で単に分散されているポリマーである。ポリマーは、本質的にガラス転移温度を有し、融解温度を有さない、非晶質とすることができ、又は、一般にガラス転移温度及び融解温度の双方を有する、（半）結晶質とすることができ、一般に、後者は前者よりも大きい。
上述されたように、本発明は、それゆえ、３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを供給するステップと、印刷段階中に、３Ｄ物品を提供するために、基材上に３Ｄ印刷可能材料を印刷するステップと、を含む方法を提供する。３Ｄ印刷可能材料として特に適格であり得る材料は、金属、ガラス、熱可塑性ポリマー、シリコーンなどから成る群から選択されてもよい。特に、３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene；アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ナイロン（又は、ポリアミド）、アセテート（又は、セルロース）、ＰＬＡ（poly lactic acid；ポリ乳酸）、テレフタレート（ＰＥＴポリエチレンテレフタレートなど）、アクリル（ポリメチルアクリレート、Ｐｅｒｓｐｅｘ（登録商標）、ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（又は、ポリプロペン）、ポリスチレン（Polystyrene；ＰＳ）、ＰＥ（膨張性高衝撃ポリテン（又は、ポリエテン）、低密度（ＬＤＰＥ）高密度（ＨＤＰＥ）など）、ＰＶＣ（polyvinyl chloride；ポリ塩化ビニル）、ポリクロロエテンなどから成る群から選択される、（熱可塑性）ポリマーを含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、尿素ホルムアルデヒド、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミンホルムアルデヒド、ポリカーボネート（Polycarbonate；ＰＣ）、熱可塑性エラストマなどから成る群から選択される、３Ｄ印刷可能材料を含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、ポリスルホンから成る群から選択される３Ｄ印刷可能材料を含む。
印刷可能材料は、受け物品上に印刷される。特に、受け物品は、構築プラットフォームとすることができ、又は、構築プラットフォームによって含まれることもできる。受け物品もまた、３Ｄ印刷中に加熱されることができる。しかしながら、受け物品はまた、３Ｄ印刷中に冷却されてもよい。
語句「受け物品上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、受け物品上に直接印刷すること、又は、受け物品上のコーティング上に印刷すること、又は、受け物品上に以前に印刷されている、３Ｄ印刷された材料上に印刷することを含む。用語「受け物品」とは、印刷プラットフォーム、プリントベッド、基材、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなどを指す場合がある。用語「受け物品」の代わりに、用語「基材」も使用されてもよい。語句「受け物品上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、印刷プラットフォーム、プリントベッド、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなどの上の、あるいは、それらによって含まれている、別個の基材上に印刷することもまた含む。それゆえ、語句「基材上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、基材上に直接印刷すること、又は、基材上のコーティング上に印刷すること、又は、基材上に以前に印刷されている、３Ｄ印刷された材料上に印刷することを含む。以降では、基材という用語が更に使用され、当該用語は、印刷プラットフォーム、プリントベッド、基材、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなど、あるいは、それらの上の、又はそれらによって含まれている、別個の基材を指す場合がある。
更には、本発明は、本明細書で説明される方法を実行するために使用されることが可能な、ソフトウェア製品に関する。
本明細書で説明される方法は、３Ｄ印刷された物品を提供する。それゆえ、本発明はまた、更なる態様では、本明細書で説明される方法で得ることが可能な、３Ｄ印刷された物品も提供する。特に、本発明は、３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ物品であって、３Ｄ物品は、（ｉ）レリーフ構造を有する第１の３Ｄ印刷された材料と、（ｉｉ）第２の３Ｄ印刷された材料と、（ｉｉｉ）オプションとして、第１の３Ｄ印刷された材料と第２の３Ｄ印刷された材料との間の層と、の積層体を備え、（ａ）第１の３Ｄ印刷された材料と第２の３Ｄ印刷された材料とは、化学組成が異なっている、又は（ｂ）オプション層が利用可能である場合、オプション層と、第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の３Ｄ印刷された材料のうちの１つ以上とは、化学組成が異なっている、３Ｄ物品を提供する。
３Ｄ印刷された物品に関連する、いくつかの特定の実施形態が、以下で本方法を論じる際に既に明らかにされている。以下では、３Ｄ印刷された物品に関連する、いくつかの特定の実施形態が、より詳細に論じられる。
上述されたように、第１の３Ｄ印刷可能材料と第２の３Ｄ印刷可能材料とが本質的に同一であるが、（第１の３Ｄ印刷可能材料の堆積後の）第１の３Ｄ印刷された材料の一部が架橋されている場合、第１の３Ｄ印刷された材料と第２の３Ｄ印刷された材料とは、化学組成が異なっている。
３Ｄ物品は、一部のみ、特にレリーフ構造を有する部分のみが架橋されている、第１の３Ｄ印刷された材料を含んでもよい。それゆえ、上述されたように、用語「第１の３Ｄ印刷された材料」はまた、複数の異なる第１の３Ｄ印刷された材料も指す場合がある。レリーフ構造上の第２の３Ｄ印刷された材料は、実施形態では架橋していない第１の３Ｄ印刷された材料と同一でもよい。
実施形態において、第１の３Ｄ印刷された材料、第２の３Ｄ印刷された材料、及びオプション層のうちの１つ以上は、架橋した材料を含む。
上述されたように、レリーフ構造は、実施形態では、幅（ｗ１）を有し、高さ（ｈ１）を有し、かつ周期（ｐ１）を有する頂部の規則的パターンを備えてもよく、幅（ｗ１）、高さ（ｈ１）、及び周期（ｐ１）のうちの１つ以上は、実施形態では、特に１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択されてもよいが、最大５００μｍなど、最大２００μｍのような他の寸法も可能であり得る。
また上述されたように、第１の３Ｄ印刷された材料及び第２の印刷された材料のうちの１つ以上は、１つ以上の可視光波長に対して、３Ｄ印刷された材料１ｃｍ当り少なくとも９０％、更に特に少なくとも９５％などの透過率を有する。
更に、３Ｄ印刷可能材料を印刷する方法に関しても規定されたように、第１の３Ｄ印刷された材料と第２の３Ｄ印刷された材料とは、（ｉ）屈折率、（ｉｉ）散乱粒子の種類、（ｉｉｉ）散乱粒子の濃度、（ｉｖ）発光材料の種類、（ｖ）発光材料の濃度、並びに（ｖｉ）ガラス温度及び融解温度の一方又は両方、のうちの１つ以上が異なっている。
特に、本明細書に記載される３Ｄ物品のいくつかの実施形態によって可能となる光学用途を考慮すると、本発明は、更なる態様において、（ａ）光源光、特に可視光源光を供給するように構成された光源と、（ｂ）本明細書に規定される３Ｄ物品、特に、３Ｄ印刷された材料及び／又は第２の３Ｄ印刷された材料のうちの１つ以上が光に対して透過性であるような３Ｄ物品を含む、光学要素と、を備える照明システムであって、光学要素が、光源光の少なくとも一部を受光するように構成されている、照明システムを提供する。３Ｄ物品は、例えば、光源光を反射するように、及び／又は光源光を屈折させるように、及び／又は光源光を光学フィルタリングするように、及び／又は光源光を変換するように、及び／又は光源光を吸収するようになど、構成されてもよい。そのような目的の１つ以上のために、レリーフ構造、及びオプションとして、異なる屈折率を有する材料又は発光材料の存在などのような１つ以上の機能性材料が、３Ｄ印刷された材料によって含まれてもよい（上記も参照されたい）。
（本明細書に記載される方法によって）得られる３Ｄ印刷された物品は、それ自体で機能的なものであってもよい。例えば、３Ｄ印刷された物品は、レンズ、コリメータ、反射器などでもよい。このようにして得られた３Ｄ物品は、（代わりに）装飾目的又は芸術目的で使用されてもよい。３Ｄ印刷された物品は、機能的部品を含んでもよく、又は機能的部品を備えてもよい。機能的部品は、光学部品、電気部品、及び磁気部品から成る群から特に選択されてもよい。用語「光学部品」は、レンズ、ミラー、（ＬＥＤのような）光源などの光学的機能を有する部品を特に指す。用語「電気部品」は、例えば、集積回路、ＰＣＢ、バッテリ、ドライバを指す場合があるが、光源（光源が光学部品及び電気部品と見なされ得るため）なども指す場合もある。磁気部品という用語は、例えば、磁気コネクタ、コイルなどを指してもよい。代わりに又は加えて、機能的部品は、（例えば、電気部品を冷却又は加熱するように構成された）熱的部品を含んでもよい。それゆえ、機能的部品は、熱を発生させるように、又は熱を捕捉するように構成されてもよい。
３Ｄ印刷プロセスに戻ると、本明細書で説明される３Ｄ印刷された物品を提供するために、特定の３Ｄプリンタが使用されてもよい。それゆえ、また更なる態様において、本発明は、（ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料をプリンタヘッドに供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイスと、を備える熱溶解積層法３Ｄプリンタであって、３Ｄ印刷可能材料を供給して、３Ｄ印刷された材料を含む物品を提供するように構成されている、熱溶解積層法３Ｄプリンタもまた提供する。
３Ｄ印刷可能材料供給デバイスは、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントを、プリンタヘッドに供給してもよく、又は、３Ｄ印刷可能材料それ自体を供給して、プリンタヘッドが、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントを作り出してもよい。それゆえ、実施形態において、本発明は、（ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントをプリンタヘッドに供給するように構成されたフィラメント供給デバイスと、を備える熱溶解積層法３Ｄプリンタであって、３Ｄ印刷可能材料を基材に供給して、３Ｄ印刷された材料を含む物品を提供するように構成されている、熱溶解積層法３Ｄプリンタを提供する。
特に、熱溶解積層法３Ｄプリンタは、（ｃ）３Ｄ印刷可能材料の堆積後に、３Ｄ印刷された材料中にレリーフ構造を形成するように構成されたマイクロ構造化デバイスなどの構造化デバイスを更に備えてもよい。特定の実施形態において、（マイクロ）構造化デバイスは、スタンプなどのツールを備える。
用語「熱溶解積層法（ＦＤＭ）３Ｄプリンタ」の代わりに、簡潔に、用語「３Ｄプリンタ」、「ＦＤＭプリンタ」、又は「プリンタ」が使用されてもよい。プリンタノズルはまた、「ノズル」として、又は場合により「押出機ノズル」として示されてもよい。
ここで、本発明の実施形態が、添付の概略図面を参照して例としてのみ説明され、図面中、対応する参照記号は、対応する部分を示す。
３Ｄプリンタのいくつかの一般的態様を概略的に示す。 ３Ｄプリンタのいくつかの一般的態様を概略的に示す。 プリンタヘッドと、３Ｄ印刷可能材料、並びに架橋を開始又は支援するための架橋性材料及び／又は開始剤分子などの添加剤の供給部であるが、他の添加剤（散乱粒子、発光材料など、本明細書の他の箇所を参照されたい）にも適用されてよい供給部と、のいくつかの可能な変形形態を概略的に示す。 プリンタヘッドと、３Ｄ印刷可能材料、並びに架橋を開始又は支援するための架橋性材料及び／又は開始剤分子などの添加剤の供給部であるが、他の添加剤（散乱粒子、発光材料など、本明細書の他の箇所を参照されたい）にも適用されてよい供給部と、のいくつかの可能な変形形態を概略的に示す。 ３Ｄ印刷方法の一実施形態を概略的に示す。 ３Ｄ印刷方法の一実施形態を概略的に示す。 ３Ｄ印刷方法の一実施形態を概略的に示す。 ３Ｄ印刷方法の一実施形態を概略的に示す。 ３Ｄ印刷方法の一実施形態を概略的に示す。 ３Ｄ印刷方法の一実施形態を概略的に示す。 いくつかの変形形態を概略的に示す。 いくつかの変形形態を概略的に示す。 いくつかの変形形態を概略的に示す。 いくつかの変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 いくつかの更なる変形形態を概略的に示す。 照明システムの一実施形態を概略的に示す。
これらの概略図面は、必ずしも正しい縮尺ではない。
図１ａは、３Ｄプリンタのいくつかの態様を概略的に示す。参照符号５００は、３Ｄプリンタを示す。参照符号５３０は、３Ｄ印刷を行うように構成された、特にＦＤＭ３Ｄ印刷用の機能ユニットを示し、この参照符号はまた、３Ｄ印刷用ステージユニットを示してもよい。この図では、３Ｄ印刷される材料を供給するための、ＦＤＭ３Ｄプリンタヘッドなどのプリンタヘッドのみが、概略的に示されている。参照符号５０１は、プリンタヘッドを示す。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタヘッドを含んでもよいが、他の実施形態もまた可能である。参照符号５０２は、プリンタノズルを示す。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタノズルを含んでもよいが、他の実施形態もまた可能である。参照符号３２０は、印刷可能な（上述のものなどの）３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを示す。明瞭性のために、３Ｄプリンタの全ての特徴部は示されておらず、本発明に特に関連する特徴部（以下もまた更に参照されたい）のみが示されている。
３Ｄプリンタ５００は、実施形態では少なくとも一時的に冷却されてもよい受け物品５５０上に、複数のフィラメント３２０を堆積させることによって、３Ｄ物品１０を生成するように構成されており、各フィラメント２０は、融点Ｔｍを有するような３Ｄ印刷可能材料を含む。３Ｄプリンタ５００は、プリンタノズル５０２の上流でフィラメント材料を加熱するように構成されている。このことは、例えば、押出機能及び／又は加熱機能のうちの１つ以上を有するデバイスで行われてもよい。そのようなデバイスは、参照符号５７３で示されており、プリンタノズル５０２の上流に（すなわち、時間においてはフィラメント材料がプリンタノズル５０２から出る前に）配置されている。プリンタヘッド５０１は、（それゆえ）液化器又は加熱器を含み得る。参照符号２０１は、印刷可能材料を示す。堆積されると、この材料は、（３Ｄ）印刷された材料として示され、これは、参照符号２０２で示されている。
参照符号５７２は、特にワイヤの形態の材料を有する、スプール又はローラを示す。３Ｄプリンタ５００は、この材料を、受け物品上の、又は既に堆積されている印刷された材料上の、フィラメント又はファイバ３２０に変換する。一般に、ノズルの下流のフィラメントの直径は、プリンタヘッドの上流のフィラメントの直径に対して低減されている。それゆえ、プリンタノズルは（また）、押出機ノズルとして示される場合がある。フィラメントを１つずつ順に重ね合わせて配置することにより、３Ｄ物品１０が形成されてもよい。参照符号５７５は、フィラメント供給デバイスを示し、当該デバイスは、この場合とりわけ、参照符号５７６で示される、スプール若しくはローラ及び駆動輪を含む。
参照符号Ａは、長手方向軸線又はフィラメント軸線を示す。
参照符号Ｃは、特に、受け物品５５０の温度を制御するように構成されている温度制御システムなどの、制御システムを概略的に示す。制御システムＣは加熱器を含んでもよく、加熱器は、受け物品５５０を、少なくとも５０℃の温度まで加熱することが可能であるが、特に、少なくとも２００℃など、最大約３５０℃の範囲まで加熱することが可能である。
図１ａはまた、３Ｄ印刷された材料２０２に、特に、３Ｄ印刷可能材料２０１の堆積後の第１の３Ｄ印刷可能材料（以下を更に参照されたい）に、レリーフ構造を形成するように構成された構造化デバイス６００も概略的に示す。参照符号６３０は、スタンプ６３５などのツールを示しており、ツールを用いてレリーフ構造が形成され得る。
図１ｂは、構築中の３Ｄ物品１０の印刷を、より詳細な３Ｄで概略的に示す。この場合、この概略図面では、単一平面内のフィラメント３２０の端部は、相互接続されていないが、現実には、実施形態において、このことが当てはまる場合もある。
それゆえ、図１ａ、図１ｂは、（ａ）プリンタノズル５０２を含む第１のプリンタヘッド５０１と、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料２０１を含むフィラメント３２０を、第１のプリンタヘッド５０１に供給するように構成されている、フィラメント供給デバイス５７５と、オプションとして（ｃ）受け物品５５０と、を備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００のいくつかの態様を概略的に示す。図１ａ、図１ｂでは、第１の印刷可能材料若しくは第２の印刷可能材料、又は第１の印刷された材料若しくは第２の印刷された材料は、一般的表示の、印刷可能材料２０１及び印刷された材料２０２で示されている。
本発明の過程（以下も更に参照されたい）においては、第１の３Ｄ印刷可能材料と第２の３Ｄ印刷可能材料とを供給することが望ましい場合がある。これらの材料は、組成が異なってもよい。しかし、これらの材料はまた、実施形態では実質的に同一であり、第１の３Ｄ印刷可能材料が架橋性材料を（また）含むという点でのみ異なってもよい。それゆえ、３Ｄプリンタは、３Ｄ印刷可能材料の組成が印刷中に変更され得る実施形態を含めて、異なる種類の印刷可能材料を供給するのに特に適している。
このことは、例えば、異なるフィラメントをプリンタヘッドに（一時的に）供給することによって、及び／又は、図１ｃに概略的に示されるように、（他の）３Ｄ印刷可能材料と混合される添加剤をプリンタヘッドに（一時的に）添加することによって、行われてもよい。架橋を開始又は支援するための架橋性材料及び／又は開始剤分子などの添加剤が、参照符号６１５で示される。
実施形態において、方法は、熱溶解積層法３Ｄプリンタを使用するステップを含んでもよく、方法は、第１の３Ｄ印刷可能材料２０１ａを第１の供給部５８５ａを介してプリンタヘッド５０１に供給するステップと、架橋を開始又は支援するための架橋性材料及び／又は開始剤分子などの添加剤６１５を含む第２の３Ｄ印刷可能材料２０１を第２の供給部５８５ｂを介してプリンタヘッド５０１に供給するステップと、３Ｄ印刷可能材料２０１ａ、２０１ｂの供給を制御するステップと、を含む（図１ｄを参照されたい）。このために、上記の制御システムが適用されてもよい。
更なる実施形態において、方法は、少なくとも２つのノズル５０１を備える熱溶解積層法３Ｄプリンタを使用するステップを含んでもよく、方法は、第１の３Ｄ印刷可能材料２０１を第１のノズル５０１ａを通じて供給するステップと、架橋を開始又は支援するための架橋性材料及び／又は開始剤分子などの機能性材料６１５を含む第２の３Ｄ印刷可能材料２０１を第２のノズル５０１ｂを通じて供給するステップと、３Ｄ印刷可能材料２０１ａ、２０１ｂの供給を制御するステップと、を含んでもよい（図１ｅを参照されたい）。このために、上記の制御システムが適用されてもよい。
上述されたように、光学部品を印刷するためなどに、レリーフ構造を生成できることが望ましいと考えられる。この目的のために、インプリンティング技法を使用することが可能であろう。しかし、ＦＤＭは融解によって後続層を付着させるので、インプリントされた層は、後続層の印刷中に破壊されてしまう。
それゆえ、本明細書において、本発明者らは、（良好な付着を示し得るが、）インプリント層が破壊されないように架橋又は保護もされ得る、層を用いることを提案する。一般に、良好な付着性を示す層は、例えば、特に、少なくとも１００℃など、少なくとも５０℃の温度の低下（又は上昇）などの温度衝撃にさらされたときに、（少なくとも部分的に）分離する。例えば、接着剤でもよい材料は、液体窒素温度のように−１００℃など、−５０℃の温度まで低下したときに少なくとも部分的に分離し得る。
一次の３Ｄ印刷された構造が、基材１５５０の上に施される（図２Ａ及び図２Ｂ）。一次の３Ｄ印刷された構造は、熱及び圧力の印加を伴ってスタンプ／型によってインプリントされる（図２Ｃ）。スタンプ／型は除去されて、３Ｄ印刷されインプリントされた構造が得られる（図２Ｄ）。３Ｄ印刷されインプリントされた構造は、続いて、（例えば、３Ｄ印刷されインプリントされた構造の上に噴霧される）薄い追加層によって架橋又は保護され、３Ｄ印刷されインプリントされ架橋又は保護された構造が得られる（図２Ｅ）。次に、二次の３Ｄ印刷された構造が、３Ｄ印刷されインプリントされ架橋又は保護された構造の上に施される（図２Ｆ）。様々な方法及び材料の組み合わせが、以下で更に説明される。
図１ａ〜図１ｄ及び図２は、３Ｄ物品１を３Ｄ印刷する方法の一実施形態を概略的に示しており、方法は、印刷段階中に３Ｄ印刷可能材料２０１を堆積させて、３Ｄ印刷された材料２０２を含む３Ｄ物品１を提供するステップを含み、印刷段階が、第１の３Ｄ印刷可能材料２０１ａを３Ｄ印刷して、第１の３Ｄ印刷された材料２０２ａを提供するステップと、ツール６３０を用いて第１の３Ｄ印刷された材料２０２ａ中にレリーフ構造６１０を形成するステップと、第２の３Ｄ印刷可能材料２０１ｂを３Ｄ印刷して、第２の３Ｄ印刷された材料２０２ｂを提供して、（ｉ）レリーフ構造６１０を有する第１の３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ印刷された材料２０２と、（ｉｉ）第２の３Ｄ印刷された材料２０２ｂと、の積層体６２０を提供するステップと、を含む。
図２はまた、レリーフ構造６１０が、溝などの凹部（又は穴部）を間に含む頂部６１２を備えてもよいことも示す。例として、周期ｐ１を持つ（頂部が有する）規則的な構造が概略的に示される。凹部に対する頂部６１２の高さは、参照符号ｈ１で示される。それゆえ、図２（及び他の図）も、規則的パターン６１１を概略的に示す。図示のように、規則的な構造６１０において、頂部と谷部との（又は頂部と穴部との）高低差又は高さｈ１は、構造全体にわたって同じである。
一次のインプリント材料（例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレンＡＢＳ、ポリ乳酸ＰＬＡ、ポリカーボネートＰＣ、ポリアミドＰＡ、ポリスチレンＰＳ、リグニン、ゴムなど）は、（例えば、紫外線など放射線の照射時に）材料を架橋させるための開始剤を含んでもよい。インプリントされた材料は、特に、開始剤及び放射線の照射を用いることによって架橋され得る官能基を有する熱可塑性ポリマーである（図３）。参照符号６１５ａ及び６１５ｂはそれぞれ、開始剤及びモノマーを示す。
架橋は、当該技術分野において知られている技法で行うことができる。
別の例では、（アクリレートなどの）モノマー及び開始剤が、（例えば、スプレーコーティング、スピンコーティング、ディップコーティングによって）３Ｄ印刷後の一次の３Ｄ印刷された構造に施されてもよい。モノマー及び開始剤は、一次の３Ｄ印刷された構造に浸透することができる。続いて、一次の３Ｄ印刷された構造は架橋される（図４）。
また別の例では、保護層が、３Ｄ印刷後の一次の３Ｄ印刷された構造に施されることができる。例えば、溶液に溶けた（例えばアクリレートなどの）ポリマーが、（例えば、スプレーコーティング、スピンコーティング、ディップコーティングによって）３Ｄ印刷後の一次の３Ｄ印刷された構造に塗布されることができる。溶媒は蒸発される。モノマー及び開始剤は、一次の３Ｄ印刷された構造に浸透することができる。続いて、一次の３Ｄ印刷された構造は架橋される（図５）。このようにして、層６５０、特に保護層が設けられてもよい。
一次のインプリント材料は、（例えば、紫外線など放射線の照射時に）材料を架橋させるための開始剤を含んでもよいが、二次の材料は、開始剤を含まない（図６）。そのような実施形態において、第１の印刷可能材料と第２の印刷可能材料とは、本質的に同じでもよい。堆積及び架橋後、第１の印刷された材料２０２ａと第２の印刷された材料２０２ｂとは、（前者が架橋した材料を含み、第２の材料が（同じ種類の）架橋した材料を含まないか、又は必ずしも含まないので）異なっている。
一次のインプリント材料と二次のインプリント材料とは、異なっていてもよい。例えば、それらは、異なる熱可塑性材料から成ってもよい（図７）。そのような実施形態において、第１の印刷可能材料と第２の印刷可能材料とは、本質的に異なっていてもよい。例えば、ガラス温度及び融解温度のうちの１つ以上は、印刷可能材料に関して、それゆえ３Ｄ印刷された材料に関しても異なってもよい。
一次のインプリント材料と二次のインプリント材料とは、屈折率が異なってもよい。屈折率の差を用いることにより、回折光学部品が得られる（図８）。屈折構造の代わりに、回折構造がインプリントされて、回折部品が得られ得ることは言うまでもない（図９）。それゆえ、図８及び図９また他の図は、幅ｗ１を有し、高さｈ１を有し、かつ周期ｐ１を有する、頂部６１２の規則的パターン６１１を備えるレリーフ構造６１０の実施形態を示す。例えば、幅ｗ１、高さｈ１、及び周期ｐ１のうちの１つ以上は、１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択され、このことは、可視光を用いた光学用途で特に有用であり得る。それゆえ、特に、第１の３Ｄ印刷可能材料及び第２の印刷可能材料のうちの１つ以上は、１つ以上の可視光波長に対して、３Ｄ印刷可能材料１ｃｍ当り少なくとも９０％の透過率を有する。このことは、第１の３Ｄ印刷された材料２０２ａ及び第２の印刷された材料２０２ｂのうちの１つ以上が、１つ以上の可視光波長に対して、３Ｄ印刷された材料２０２（それぞれ２０２ａ及び／又は２０２ｂ）の１ｃｍ当り少なくとも９０％の透過率を有することをもたらしてもよい。参照符号１１は、光源１０の光源光を示し、参照符号６０１は、３Ｄ物品から放射する光を示す。
一次のインプリント材料と二次のインプリント材料とは、反射率が異なってもよい。反射材料の違いを用いることにより、反射性光学部品が得られる（図１０）。
一次のインプリント材料と二次のインプリント材料とは、散乱が異なってもよい。散乱材料の違いを用いることにより、散乱性光学部品が得られる（図１１）。
一次のインプリント材料と二次のインプリント材料とは、発光材料の濃度が異なってもよい。発光材料の濃度（濃度）の違いを用いることにより、変換部品が得られる（図１２）。
一次のインプリント材料と二次のインプリント材料とは、発光材料の種類が異なってもよい。発光材料の種類（濃度）の違いにより、変換部品が得られる（図１３）。
３つの層、すなわち、三次のインプリント材料を有するなど、２つより多くの層が、互いの上に施されてもよいことは言うまでもない（図１４）。ここで、このことは、２つの異なる第２の３Ｄ印刷された材料（それぞれ２０２ｂ'及び２０２ｂ''）として示されている。もちろん、２つ（又はそれより多い）の第１の３Ｄ印刷された材料２０２ａも施されてもよい（図示せず）。
２つの異なる二次層が一次層の上に適用されてもよいことは言うまでもない（図１５）。
とりわけ、本発明者らは、３Ｄ印刷されインプリントされた構造を用いたランプ、３Ｄ印刷されインプリントされた構造を用いた光エンジン、３Ｄ印刷されインプリントされた構造を用いた照明器具などを提案する。
図１６は、光源光１１を供給するように構成された光源１０と、３Ｄ物品１を含む光学要素１１００と、を備える照明システム１０００の一実施形態であって、光学要素１１００は、光源光１１の少なくとも一部を受光するように構成されている、一実施形態を概略的に示している。光学要素の光放射が、参照符号６０１で示される。
「実質的に成る」などの、本明細書の用語「実質的に（substantially）」は、当業者によって理解されるであろう。用語「実質的に」はまた、「全体的に（entirely）」、「完全に（completely）」、「全て（all）」などを伴う実施形態も含み得る。それゆえ、実施形態では、この形容詞はまた、実質的に削除される場合もある。適用可能な場合、用語「実質的に」はまた、９５％以上、特に９９％以上、更に特に９９．５％以上などの、１００％を含めた９０％以上にも関連し得る。用語「備える（comprise）」は、用語「備える（comprise）」が「から成る（consists of）」を意味する実施形態もまた含む。用語「及び／又は」は、特に、その「及び／又は」の前後で言及された項目のうちの１つ以上に関連する。例えば、語句「項目１及び／又は項目２」、及び同様の語句は、項目１及び項目２のうちの１つ以上に関連し得る。用語「備える（comprising）」は、一実施形態では、「から成る（consisting of）」を指す場合もあるが、別の実施形態ではまた、「少なくとも定義されている種、及びオプションとして１つ以上の他の種を包含する」も指す場合がある。
更には、明細書本文及び請求項での、第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも、連続的又は時系列的な順序を説明するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明又は図示されるもの以外の、他の順序での動作が可能である点を理解されたい。
本明細書のデバイスは、とりわけ、動作中について説明されている。当業者には明らかとなるように、本発明は、動作の方法又は動作時のデバイスに限定されるものではない。
上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することが可能となる点に留意されたい。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も、その請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「備える（to comprise）」及びその活用形の使用は、請求項に記述されたもの以外の要素又はステップが存在することを排除するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数のそのような要素が存在することを排除するものではない。本発明は、いくつかの個別要素を含むハードウェアによって、及び、好適にプログラムされたコンピュータによって実装されてもよい。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、１つの同一のハードウェア物品によって具現化されてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。
本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、デバイスに適用される。本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、方法又はプロセスに関する。
本特許で論じられている様々な態様は、更なる利点をもたらすために組み合わされることも可能である。更には、当業者は、実施形態が組み合わされることが可能であり、また、３つ以上の実施形態が組み合わされることも可能である点を理解するであろう。更には、特徴のうちのいくつかは、１つ以上の分割出願のための基礎を形成し得るものである。
第１の（印刷可能又は印刷された）材料及び第２の（印刷可能又は印刷された）材料のうちの１つ以上は、それらの材料のＴｇ又はＴｍに影響を及ぼさない（及ぼす）ガラス及びファイバなどの充填剤を含有してもよいことは言うまでもない。

Claims (7)

  1. 熱溶解積層法によって３Ｄ物品を３Ｄ印刷する方法であって、前記方法は、印刷段階中に３Ｄ印刷可能材料を堆積させて、３Ｄ印刷された材料を含む前記３Ｄ物品を提供するステップを含み、前記印刷段階が、
    第１の３Ｄ印刷可能材料を３Ｄ印刷して、第１の３Ｄ印刷された材料を提供するステップであって、前記第１の３Ｄ印刷可能材料は架橋性材料を含む、ステップと、
    ツールを用いて前記第１の３Ｄ印刷された材料中にレリーフ構造を形成するステップと、
    第２の３Ｄ印刷可能材料を３Ｄ印刷して、第２の３Ｄ印刷された材料を提供して、（ｉ）前記レリーフ構造を有する前記第１の３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ印刷された材料と、（ｉｉ）前記第２の３Ｄ印刷された材料と、の積層体を提供するステップと、を含み、
    前記方法は、
    前記第２の３Ｄ印刷可能材料を堆積させる前に、前記レリーフ構造を有する前記第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部を架橋させるステップを更に含む、方法。
  2. 前記第２の３Ｄ印刷可能材料を堆積させる前に、前記レリーフ構造を有する前記第１の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部に層を設けるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記レリーフ構造に隣接する前記第２の３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部を架橋させるステップを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. スタンプを用いて前記第１の３Ｄ印刷された材料中に前記レリーフ構造を形成するステップを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記レリーフ構造は、幅を有し、高さを有し、かつ周期を有する、頂部の規則的パターンを備え、前記幅、前記高さ、及び前記周期のうちの１つ以上は、１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第１の３Ｄ印刷可能材料及び前記第２の印刷可能材料のうちの１つ以上は、１つ以上の可視光波長に対して、３Ｄ印刷可能材料１ｃｍ当り少なくとも９０％の透過率を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第１の３Ｄ印刷可能材料と前記第２の３Ｄ印刷可能材料とは、（ｉ）屈折率、（ｉｉ）散乱粒子の種類、（ｉｉｉ）散乱粒子の濃度、（ｉｖ）発光材料の種類、（ｖ）発光材料の濃度、並びに（ｖｉ）ガラス温度及び融解温度の一方又は両方、のうちの１つ以上が異なっている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
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