KR101618508B1

KR101618508B1 - 인쇄된 능동 디바이스

Info

Publication number: KR101618508B1
Application number: KR1020150037220A
Authority: KR
Inventors: 가네아-허콕 로버트
Original assignee: 브리티쉬 텔리커뮤니케이션즈 파블릭 리미티드 캄퍼니
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-05-04
Also published as: US20170345610A1; US20150270089A1; JP5847343B2; US9905389B2; CN104924610B; US10483074B2; KR20150110352A; CN104924610A; EP2921285A1; EP2921285B1; JP2015185545A

Abstract

통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제조하는 방법으로서, a) 전기 비전도성 기판을 형성하고; b) 애퍼처를 가진 전기 비전도성 유공층을 형성하고; c) 상기 애퍼처 내에 이격된 전기 전도성 애노드 요소 및 캐소드 요소를 형성하고; d) 상기 요소들 사이에 전위차를 제공하기에 적당한 전도성 전기 배선을 상기 요소들 각각에 피착하고; 및 e) 상기 유공층 내에 상기 애퍼처를 유지 및 밀봉하도록 상기 유공층 위에 전기 비전도성 밀봉층을 형성하기 위해 부가적층제조 공정을 사용하는 단계를 포함하는 것이다.

Description

인쇄된 능동 디바이스{PRINTED ACTIVE DEVICE}

본 발명은 능동 전자소자들의 제조에 관한 것이다. 특히 본 발명은 물품의 패브릭(fabric)과 통합된 3D 인쇄된 열이온 전자소자를 포함하는 3D 인쇄된 물품의 제조에 관한 것이다.

3차원(3D) 인쇄라고도 알려진 부가적층제조(additive manufacturing) 공정은, 디지털 모델과 같은 모델로부터 부가적층 공정에 의해 3차원 고형 물체를 제조하는 공정이며, 상기 공정에서는, 상기 물체가 형성될 때까지, 재료를 쌓고(layer), 부착하고(adhere), 접착(bond)하거나 아니면 연속해서 피착(deposit)한다. 이와 같은 접근법은, 자체가 기계가공, 주조 또는 성형되는 부품들의 조립으로부터 물품이 형성되는 전통적인 제조 기술과 대비된다.

부가적층제조는 전통적인 제조 기술에 비해서 기술적 및 상업적 편익을 포함하여 다수의 이점을 가진다. 기술적으로, 부가적층제조는 플라스틱, 금속 및 세라믹을 포함하여 증가하는 다수의 재료들로부터 생성되는 3차원 물체의 거의 모든 배열(arrangement)을 허용한다.

상기 배열은, 상기 부가적층제조 접근법이 복잡한 구조를 생성할 수 있기 때문에, 복잡한 특징들을, 심지어 내부적으로도, 포함하는 것이 가능하다. 부가적층제조 접근법은 종래 접근법에 비해 낭비가 적고, 제조 물품들 사이에 일관성을 증가시키고, 최초 설계부터 필요한 셋업 시간이 최소화되어 제조 속도가 향상되고, 새로운 구조 및 형상 그리고 새로운 재료들을 조합할 수 있는 이점을 제공한다.

상업적으로, 부가적층제조는, 특히 제조할 물품들의 수가 상대적으로 작은 경우에, 종래 기술에 비해 상당한 비용 절감을 제공한다. 예를 들면, 프로토타입, 개념 증명, 예비 부품 및 고립된 장소 또는 원격지, 예컨대 궤도 또는 우주에서 제조되는 물품이 부가적층제조를 사용하여 저렴한 비용으로 용이하게 생산될 수 있다. 3차원 물품은 3차원 설계로부터 상대적으로 신속하게 생산될 수 있기 때문에, 제조 속도 역시 이점이다.

부가적층제조는 다수의 접근법을 포함한다. 압출 피착(extrusion deposition) 공정은 재료의 구슬들이 이동식 압출기("프린트-헤드(print-head)") 또는 이동식 테이블 또는 지지체에 의해 또는 양자에 의해 제어된 방식으로 압출되는 부가적층제조의 접근법이다. 상기 압출된 구슬들은 급격히 경화되어 물품의 층 또는 부분을 형성하며 물품의 위에 추가의 압출이 일어날 수도 있다. 이와 같이 상기 물품이 첨가적으로 (additively) 형성된다.

대안의 접근법은 금속 또는 중합체의 선택적 소결(sintering) 또는 용융(melting)과 같은 과립 재료들의 선택적 융해(fusing)이다. 이와 같은 접근법을 사용하면 과립 재료가 층들로 피착되며 예를 들면 대류 열, 레이저 또는 전자 빔을 사용하여 선택적으로 소결, 용융 또는 접착된다. 상기 선택은 쌓인 방식으로 상기 물품의 3차원 모델에 기초하여 이루어진다. 이와 같이 상기 물품은 첨가적으로 형성된다.

전기 또는 전자 디바이스를 생산하기 위해 부가적층제조를 사용하는 것은, 부가적층제조가 다수의 여러 재료들로부터 복잡한 최신 전자소자들을 제조하는데 적합하지 않기 때문에, 크게 제한되어 왔다. 부가적층제조가 전기 배선을 위한 트렌치(trench) 또는 루트(route)와 함께 컴포넌트 소켓 및 인터커넥트를 구비한 평평한 회로판 레이아웃의 인쇄에서 응용을 찾았지만, 부가적층제조 공정에 이어서 전기 및 전자소자를 배치, 설치 및/또는 조립을 위한 요구사항이 현재 존재한다. 제조 후 조립 및/또는 설치에 대한 이러한 요구사항은 컴포넌트 위치, 소켓 및 루트가 부가적층제조된 제품에서 접근 가능해야 하는 상당한 단점을 가진다. 따라서, 복잡하고, 내재화되고 및 잠재적으로 접근 불가한 구조체를 정밀하게 생산하는 부가적층제조의 아주 유익한 특징이 전자 분야에서 완전히 상실된다. 또한, 제조 후 조립 및/또는 설치에 대한 요구사항은 부가적층제조의 이점들을 현저히 손상시키는 추가 제조 단계들의 부담을 부과한다.

따라서 전술한 단점들이 제거된 부가적층제조 접근법을 사용하여 전자 디바이스를 생산하는 것은 유익할 것이다.

따라서 본 발명은 제1 측면으로, 통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, a) 전기 비전도성 기판을 형성하고; b) 애퍼처(aperture)를 가진 전기 비전도성 유공층(perforated layer)을 형성하고; c) 상기 애퍼처 내에 이격된 전기 전도성 애노드 요소(anode elements) 및 캐소드 요소(cathode elements)를 형성하고; d) 상기 요소들 사이에 전위차를 제공하기에 적당한 전도성 전기 배선을 상기 요소들 각각에 피착하고; 및 e) 상기 유공층 내에 상기 애퍼처를 유지 및 밀봉하도록 상기 유공층 위에 전기 비전도성 밀봉층을 형성하기 위해 부가적층제조 공정을 사용하는 단계를 포함하는 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예는 상기 부가적층제조 공정에 의해 3차원 물품의 생산을 제공한다. 그와 같은 제조 공정의 사용은 상기 물품의 패브릭 내에 다이오드(diode) 및 트라이오드(triode)와 같은 능동 전자소자들을 통합한 잠재적인 복잡한 내부 특징을 가지는 3차원 물품의 생산을 가능하게 한다. 상기 물품 제조 공정의 일부로서 능동 전자소자의 생산 및 통합으로 인해, 전자소자의 제조-후 조립 또는 설치에 대한 요구사항이 존재하지 않는다. 따라서, 설치된 전자소자를 구비한 물품들의 제조가 상기 물품의 실체적(substantive) 3차원 구조체의 제조와 동시에 일어날 수 있다. 이것은, 접근 가능한 통합 인터페이스 등을 구비한 다중-부분 제조를 필요로 하는 종래 기술의 부담 접근법(burden approach)과 같은 전자소자의 제조 후 조립 및 설치의 고려사항으로부터 상기 제조공정을 경감시킨다. 또한, 제조 비용은, 특히 프로토타입, 개념 증명 제조, 또는 원격 또는 접근 불가한 장소 예컨대 궤도 또는 우주에서와 같은 작은 수량의 물품이 필요한 경우에, 부가적층제조 공정의 사용에 의해 크게 감소한다.

3차원 물품이 패브릭 내에 능동 전자부품을 포함하는 것은 추가의 소자 및 부속물이 없기 때문에 물품의 전체 무게를 감소시킬 것이다. 또한, 예컨대, 물품의 내부 감지될 수 없는 곳, 탐지될 수 없는 곳, 또는 드러나지 않는 곳과 같이, 전자소자들을 물품 내에 내장하여 더욱 간결하게 만들어질 수 있다. 상기 능동 전자소자가 물품 내에 내장되는 겨우, 상기 소자는 습기 또는 공기와 같은 유체에 노출되지 않도록 보호될 수 있다.

미소한 규모의 물품을 생산하는 부가적층제조의 능력은, 셀룰러 폰 케이스 또는 커버 내에 내장된 전자부품; 케이블 피복 내에 내장된 전자부품; 패브릭 또는 의류 내에 내장된 전자부품; 소비자 또는 오락 기기와 같은 다른 기기의 케이스, 커버, 벽부 또는 다른 구조적 요소들 내에 내장된 전자부품; 예비 부품들 내의 전자부품 등을 포함하여, 모든 방식의 응용들에서 잠재적인 '지능적인'(전자소자를 포함한다는 의미에서) 물품을 제공한다.

제조 후 조립 또는 설치를 위한 전기회로 및 소자 위치의 접근 용이성에 대한 요구사항의 제거는 전기회로 및 전자 디바이스가 제조 물품 내에 어떻게 설계되고 구현될 수 있는지 극적으로 재정의한다. 본 발명의 실시예는 개별 소자들 또는 배선들의 접근 용이성에 대한 요구사항 없이 능동 소자들과 이것들 사이의 배선들의 진정한 3차원 배열을 제공한다. 이것은 물품의 공간 또는 체적의 효율적인 이용의 증가에 대비하고, 잠재적으로 제어하의 동일한 디바이스의 회로에 의해 적절한 경우 능동 전자소자의 재사용을 제공한다. 수직 상호접속은 전자부품 또는 회로의 입방 또는 다른 3차원 배열과 같은 3차원 처리 요소들을 제공할 수 있다. 능동 전자소자들의 층들에 의해 단일의 3차원 물품 내에 전자소자들의 계층화된 구조가 생성될 수 있다. 전력 공급, 전력 소실, 열 에너지 소실 등과 같은 공통적인 서비스는, 전력 공급을 위한 금속층들 또는 열 소실 또는 전달을 위한 열적으로 효율적인 전도성 재료의 층들과 같은 부가적층제조 공정의 일부로서 포함된 서비스 층들의 층에 의해 제공될 수 있다. 채널 및 도관이 제공될 수 있으며, 상기 물품 내부로부터, 예컨대 상기 능동 전자소자에 의해 발생된 열과 같은 열의 전달과 같이, 전자부품들에 추가의 서비스를 제공하기 위해 냉매 또는 가스와 같은 유체의 흐름을 위해 부가적층제조 공정의 일부로서 제조될 수 있다.

열이온 전자소자를 사용하는 것이 특별히 유리한 것은 실리콘 트랜지스터와 같은 실리콘 등가물 위에 그와 같은 소자들의 이점이다. 열이온 소자들은 상당한 견고성을 가지며 향상된 아날로그 신호 전달을 제공한다. 예를 들면, 열이온 소자는 전자기 펄스와 태양 플레어(flare) 활동에 매우 강하여 위성 기술이나 중요한 기반 시스템에의 응용에 특별히 유익하다.

열이온 전자소자의 사용이 반도체 등가물에 의해 대부분 대체되고 있지만, 발명자들은 그와 같은 소자를 제조하는 간편성과, 부가적층제조의 분야에서 현존하는 가능성, 그와 같은 소자의 효과성 및 그것들의 신뢰성에 기초하여 부가적층제조의 분야에서 그와 같은 소자의 놀라운 유익을 실현했다.

바람직하게는, 상기 기판 형성단계, 유공층 형성단계, 및 밀봉층 형성단계 중 하나 이상은 상기 애퍼처와 상기 물품의 배출 포트 사이에 유체 흐름을 제공하는 채널을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 배출 포트는 상기 애퍼처의 가스를 배출하여 상기 애퍼처 내에 진공과 같은 상태를 생성하는데 적합한 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 부가적층제조 공정은 상기 밀봉층의 형성 시 상기 애퍼처 내에 불활성 가스를 넣기 위해 실질적으로 상기 불활성 가스로 구성된 밀봉된 분위기에서 일어나는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 애노드 및 캐소드는 상기 애퍼처의 대향하는 측에 위치되는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 캐소드는 상기 애퍼처 내의 중심에 위치되고 상기 애노드는 상기 애퍼처의 벽부의 일부 또는 전체를 차지하는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 부가적층제조 공정은 압출 피착 공정을 포함하는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 부가적층제조 공정은 과립 재료 바인딩(binding) 공정을 포함하는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 사용시 상기 캐소드에 의해 열이온 방출을 유도하도록 상기 캐소드와 열 접근하여 필라멘트 요소를 형성하기 위해 상기 부가적층제조 공정을 사용하는 단계를 추가로 포함하는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 애노드 요소와 상기 캐소드 요소의 사이에 상기 애노드 요소 및 상기 캐소드 요소로부터 이격된 전도성 그리드 요소를 형성하고; 및 상기 그리드가 상기 캐소드로부터 상기 애노드로의 전자들의 전송을 규제하도록, 상기 그리드에 전기신호를 제공하는 상기 그리드에 대한 전도성 전기 배선을 피착하기 위해 상기 부가적층제조 공정을 사용하는 단계를 추가로 포함하는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 전기 비전도성 기판; 상기 유공층; 및 상기 밀봉층 중 1개 이상은 세라믹으로 형성되는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 애노드; 상기 그리드; 및 상기 전기 전도성 배선들 중 1개 이상은 갈륨 합금으로부터 형성되는 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 갈륨 합금은 갈륨 및 인듐의 이원 공융 합금인 물품 제조 방법이다.

바람직하게는, 상기 캐소드는 텅스텐을 포함하는 물품 제조 방법이다.

본 발명은 따라서, 제2 측면으로, 선행하는 청구항들 중 하나에 의한 공정에 의해 제조된 통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제공한다.

본 발명은 따라서, 제3 측면으로, 3D 인쇄된 장치를 제공하며, 3D 인쇄된 열이온 전자소자가 상기 장치의 패브릭과 통합된다.

바람직하게는, 상기 열이온 전자소자는 캐소드 및 애노드를 포함하는 다이오드이다.

바람직하게는, 상기 열이온 전자소자는 캐소드, 애노드, 및 그리드를 포함하는 트라이오드이고, 상기 그리드는 상기 캐소드로부터 상기 애노드로의 전자들의 통과를 규제한다.

바람직하게는, 상기 장치는 3D 인쇄된 회로를 추가로 포함한다.

따라서 본 발명은, 제4 측면으로서, 통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제조하는 부가적층제조 장치를 제공하며, 상기 장치는: 컴퓨터 시스템; 전기 비전도성 3차원 구조체를 형성하는 제1 부가적층제조 컴포넌트; 및 전기 전도성 3차원 구조체를 형성하는 제2 부가적층제조 컴포넌트를 포함하고, 상기 제1 부가적층제조 컴포넌트 및 상기 제2 부가적층제조 컴포넌트는 상기 컴퓨터 시스템의 제어하에 동작하고, 상기 컴퓨터 시스템은: a) 전기 비전도성 기판을 형성하고; b) 애퍼처를 가진 전기 비전도성 유공층을 형성하고; c) 상기 애퍼처 내에 이격된 전기 전도성 애노드 요소 및 캐소드 요소를 형성하고; d) 상기 요소들 사이에 전위차를 제공하는데 적합한 상기 요소들 각각에 대한 전도성 전기 배선을 피착하고; e) 상기 유공층 내에 상기 애퍼처를 유지하고 밀봉하도록 상기 유공층 위에 전기 비전도성 밀봉층을 형성하기 위해; 상기 컴포넌트들을 제어한다.

따라서 본 발명은, 제5 측면으로서, 부가적층제조 장치를 제어하는 컴퓨터 시스템을 제공하며, 상기 부가적층제조 장치는 전기 비전도성 재료와 전기 전도성 재료로부터 동시에 3차원 구조체를 제조하고, 상기 컴퓨터 시스템은 전술한 방법을 수행하기 위해 상기 부가적층제조 장치를 제어한다.

본 발명에 의하면, 물품의 패브릭(fabric)과 통합된 3D 인쇄된 열이온 전자소자를 포함하는 3D 인쇄된 물품을 제조하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 생산된 통합 다이오드 전자소자를 구비한 실시예 3차원 물품을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 생산된 통합 트라이오드 전자소자를 구비한 실시예 3차원 물품을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 위에 전기 비전도성 유공층을 가진 전기 비전도성 기판의 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 애퍼처 내에 형성된 전기 전도성 애노드, 캐소드 및 그리드 요소들을 가진 도 3의 배열을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 애퍼처 내에 형성된 요소들의 각각에 대한 전기 배선을 가진 도 4의 배열을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 상기 유공층 위에 형성된 전기 비전도성 봉지층을 가진 도 5의 배열을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 배출 포트로의 채널을 가진 통합 능동 전자소자들을 구비한 실시예 3차원 물품을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 층들 내에 배치된 통합 능동 전자소자들을 구비한 실시예 3차원 물품을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 부가적층제조 기계의 동작을 제어하는데 적합한 컴퓨터 시스템의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 부가적층제조 장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 물품의 애퍼처 내에 배치된 능동 전자소자의 배열을 도시한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 생산된 통합 다이오드(diode)(120) 전자소자를 구비한 실시예 3차원 물품(100)을 도시한다. 물품(100)은 특히, 압출 피착 공정; 선택적 레이저 소결, 직접 금속 레이저 소결, 선택적 레이저 용융 또는 전자 빔 용융과 같은 재료 결합 공정; 및/또는 광중합과 같은 스테레오리소그래피 접근법과 같은 1개 이상의 기법을 포함하는 부가적층제조 접근법(additive manufacturing approach)을 사용하여 만들어진다. 그와 같은 기법들은 또한 3D 인쇄로도 알려져 있으며, 그와 같은 기법들의 제품 또는 결과 물품은 3D 인쇄 물품 또는 장치로서 알려져 있다. 상기 물품(100)은, 바디, 프레임, 격자, 배열, 또는 물품을 실질적으로 구성하는 다른 구조체와 같은 실체적 구조체(102)로 이루어진다. 예를 들면, 물품(100)은 특히, 부품(part); 프로토타입(prototype); 컴포넌트(component); 기구(appliance)공구(tool); 커버; 케이스; 모델; 또는 임의의 다른 생각할 수 있는 3차원 물품일 수 있다. 상기 실체적 구조체(102)는 부가적층제조 공정에 의해 전기 비전도성 재료로부터 형성된다. 예를 들면, 실체적 구조체(102)는 중합체와 같은 플라스틱일 수 있으며, 바람직하게는 고온에 견딜 수 있는 플라스틱일 수 있다. 대안으로, 실체적 구조체(102)는 세라믹 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 실체적 구조체(102)를 형성하는데 적합한 다른 전기 비전도성 재료는 당해 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다.

물품(100)은 실체적 구조체(102) 내에 형성된 통합 능동 전자소자를 다이오드(120)로서 가진다. 다이오드(120)는 물품(100)의 구조에 통합되며 물품(100)의 실체적 구조체(102)에 의해 적어도 부분적으로 구성된다. 당해 기술분야의 숙련자는, 다이오드, 정류기, 트라이오드 등과 같은 능동 전자소자가 그 기능들의 하나 이상을 위해 전원을 필요로 하는 전자소자이고 동작을 위해 전원을 필요로 하지 않는 저항 또는 커패시터와 같은 수동 전자소자와 구별되는 것을 인식할 것이다. 다이오드(120)는 물품(100)의 실체적 구조체(102) 내의 애퍼처 내에 형성된다. 상기 애퍼처의 일 단부에는 캐소드(106)가 전기 전도요소로서 형성된다. 상기 애퍼처의 타 단부에는, 캐소드(106)와 이격되어 애노드(108)가 제2 전기 전도요소로서 형성된다. 캐소드(106) 및 애노드(108)는 부가적층제조 공정에 의해 형성된다. 일 실시예에서 애노드는, "3D Pringting of Free Standing Liquid Metal Microstructures" (Collin Ladd 등, Advanced Materials, Volume 25, Issue 36, 5081-5085 페이지, 2013년 9월 25일)에서 Ladd 등에 의해 설명된 액체 금속 구조를 위한 3D 인쇄 기술에 의해 형성된다. Ladd 등은 실온에서 전도성 금속 와이어를 압출하는 접근법을 설명한다. 그와 같은 접근법은 중합체 압출과 같은 다른 재료들의 압출과의 조합에 특히 적합하다. 예를 들면, 애노드(108)는 Ladd 등에 의해 설명된 것과 같이 실온에서 부가적층제조 공정에 의해 압출될 수 있는 갈륨 및 인듐의 이원 공융 합금과 같은 갈륨 합금으로 구성될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 캐소드(106) 및/또는 애노드(108)는 소결과 같은 재료 결합 공정에 의해 형성된다. 예를 들면, 금속 분말을 정밀하게 및 선택적으로 소결하기 위해 레이저가 사용될 수 있는 직접 금속 레이저 소결이 애노드(108) 및/또는 캐소드(106) 형성을 위해 채용될 수 있다.

캐소드(106)는 캐소드(106)로부터 열이온 전자방출을 일으키기 위해 가열하는 핫 캐소드(hot cathode)이다. 일 실시예에서 캐소드(106)는 또한 필요한 가열을 달성하기 위해 필라멘트로서 작용을 한다. 대안으로, 캐소드(106)를 가열하여 캐소드(106)에 의한 열이온 방출을 유도하기 위해 캐소드(106)와 열 접근하여 별도의 필라멘트(104)가 제공된다. 바람직하게는, 캐소드(106)는 텅스텐 또는 텡스텐 합금과 같은 높은 내열성을 가진 전기 전도체로부터 형성된다. 그와 같은 재료들은 ExOne Company로부터 입수 가능한 접착(bonded) 텅스텐 3D 인쇄 공정과 같은(예컨대, ExOne의 M-Flex 3D 프린터) 부가적층제조 공정에 의해 형성될 수 있는 것으로 알려져 있다.

애노드(108) 및 캐소드(106) 각각은 전도성 전기 배선(114, 112)에 전기적으로 접속된다. 전기 배선(114, 112)은 애노드(108)와 캐소드(106) 사이의 전위 차이를 제공하는데 적합하다. 예를 들면, 애노드(108) 전기 배선(114)은 양전압과 같은 양의 전위의 소스에 접속되는 반면, 캐소드(106) 전기 배선(112)은 그라운드와 같은 상대적으로 낮은 전위의 소스에 접속된다. 제공되는 경우, 필라멘트(104) 역시 필라멘트에 전기를 공급하여 열을 발생시키기 위한 전기 배선(110)을 가진다. 전기 배선(110, 112, 114)들은 저술한 Ladd 등의 접근법과 같은 부가적층제조 공정의 일부로서 형성되거나, 물품(100)을 제조하는 동안 부가적층제조에 의해 전기 전도성 배선을 피착하는 임의의 적당한 접근법에 의해 형성된다.

가장 바람직하게는, 다이오드(120)에 의해 형성된 애퍼처는 후술하는 방식으로 달성될 수 있는 것과 같은 밀봉된 진공이다. 대안으로, 애퍼처는 불활성 가스 또는 질소의 밀봉된 저장소이며, 캐소드에 의한 열이온 방출 및 전달에 대한 상기 불활성 가스의 반응과 영향은 예측 가능하고 알려져 있다. 물품(100)의 애퍼처 내에 불활성 가스의 제공을 확실히 하기 위해, 물품(100)을 위한 부가적층제조 공정은, 애퍼처의 밀봉 시 애퍼처 내에 불활성 가스를 넣기 위해 거의 또는 바람직하게는 전체가 불활성 가스로 이루어진 밀봉된 분위기에서 실시될 수 있다.

따라서 물품(100)은 능동 전자소자를 다이오드(120)로서 포함한다. 전위 차이가 핫 캐소드(106)와 애노드(108) 사이에 주어질 때, 전자들이 진공관 다이오드에서 알려진 방식으로 캐소드(106)에서 애노드(108)로 흐를 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 생산된 통합 트라이오드(240) 전자소자를 구비한 실시예 3차원 물품(200)을 도시한다. 도 2의 특징들의 다수는 도 1에 대해서 전술한 것과 동일하며 이것들은 여기서 반복하지 않을 것이다. 도 2는 또한 캐소드(106)와 애노드(108)의 사이에 떨어져 위치된 그리드(220) 요소를 전기 전도요소로서 포함하며, 그리드(220)에 전기 신호를 공급하기 위한 피착된 전기 배선(224)을 구비한다. 그리드(220)는 캐소드(106)의 열이온 방출로부터 발생한 전자들이 통과할 수 있으며 그리드(220)는 상기 전기 신호에 의해 결정된 그리드(220)의 전위에 의해 캐소드(106)에서 애노드(108)로의 전자의 전송을 규제한다. 이와 같은 그리드(220)는, 예를 들면, 그리드, 격자 또는 전기 전도요소들의 어레이 배열을 생성하는데 특히 적합한 전술한 Ladd 등의 접근법에 의해, 물품(200)을 위한 부가적층제조 공정의 일부로서 형성된다.

따라서 물품(200)은 능동 전자소자로서 트라이오드(240)를 포함한다. 캐소드(106)와 애노드(108) 사이에 전위차가 주어질 때, 전자들이 캐소드(106)에서 애노드(108)로 흐르며 이것은 진공관 트라이오드 또는 밸브에서 알려진 방식으로 그리드(220)에 대한 전기 신호에 의해 결정된 그리드(220)에서의 전위에 의해 규제된다.

따라서 도 1 또는 도 2에 따라 배열된 본 발명의 실시예는 3D 인쇄된 물품 또는 장치(100, 200)를 제공하며, 이것은 장치(100, 200)의 구조체(102)와 일체인 3D 인쇄된 열이온 전자소자(120, 240)를 포함한다. 열이온 전자소자(120, 240)는 캐소드(106) 및 애노드(108)를 포함하는 다이오드이거나, 캐소드(106), 애노드(108), 및 상기 캐소드에서 애노드로의 전자들의 통과를 규제하는 그리드(220)를 포함하는 트라이오드이다. 장치(100, 200)는 또한, 장치 또는 상상컨대, 장치(100, 200) 내의 다른 곳의 다른 능동 전자소자들을 외부에 연결하는 전기 배선(110, 112, 114, 224)에 의한 3D 인쇄회로를 포함할 수 있다.

이제, 물품(100) 또는 물품(200)과 같은 물품의 부가적층제조의 실시예 방법을 설명할 것이다. 도 3은 본 발명의 실시예로서 상부에 전기 비전도성 유공층(304)을 가진 전기 비전도성 기판(302)의 배열을 도시한다. 기판(302)은 전술한 것과 같은 부가적층제조 공정을 사용하여 플라스틱, 중합체 또는 세라믹과 같은 전기 비전도성 재료로부터 처음에 형성된다. 다음에, 기판과 유사한 제조 공정을 사용하여 유공층(304)이 기판의 상부에 형성되며, 다만 유공층(304)에는 1개 이상의 애퍼처(306)가 형성된다. 애퍼처(306)는 직사각형 형상으로 도시되어 있지만 임의의 형상이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시예에서, 애퍼처(306)의 형성은 유공층(304)의 디지털 모델을 정의함으로써 달성되며, 상기 정의는 애퍼처(306)의 정의들 및, 부가적층제조 공정을 제어하여, 예를 들면 애퍼처(306)의 위치들 내에 비전도성 재료를 압출하거나 접착하는 것을 생략함으로써 애퍼처(306)를 생성하기 위해, 부가적층제조 공정의 제어 장치 또는 공정에 의한 상기 디지털 모델의 번역을 포함한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 애퍼처 내에 형성된 전기 전도성 캐소드(402), 애노드(406) 및 그리드(404) 요소들을 가진 도 3의 배열을 도시한다. 캐소드(402), 애노드(406) 및 (옵션으로) 그리드(404)를 전술한 전기 전도성 요소들로서 형성하기 위해 부가적층제조 공정이 사용된다. 예를 들면, Ladd 등의 접근법이 애노드(406) 및 그리드(404)를 제공하기 위해 사용된다. 캐소드(402)는 접착된 텅스텐 3D 인쇄에 의해 직접 금속 레이저 소결과 같은 소결 기술을 사용하여 제공될 수 있다. 도 4는 그리드(404) 요소를 도시하고 있지만, 다이오드 능동 전자소자의 생산은 그리드(404) 요소를 필요로 하지 않음을 인식할 것이다. 또한, 캐소드(402)에 열 접근하여 애퍼처 내에 별도의 필라멘트가 추가로 제공될 수 있음을 인식할 것이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 애퍼처(306) 내에 형성된 요소들(402, 404, 406)의 각각에 대한 전기 배선(502, 504, 506)을 가진 도 4의 배열을 도시한다. 전기 배선(502, 504, 506)들은 바람직하게는 전술한 Ladd 등의 접근법에 의해 제공된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 유공층(304) 위에 형성된 전기 비전도성 밀봉층(602)을 가진 도 5의 배열을 도시한다. 전기 비전도성 밀봉층(602)은 기판(302) 및 유공층(304)과 유사한 방식으로 유사하거나 동일한 재료를 사용하여 형성된다. 밀봉층(602)은 애퍼처(306)들을 유공층(304) 내에 유지하고 밀봉하는 역할을 한다. 일 실시예에서, 적어도 밀봉층(602)은 불활성 가스로 구성된 밀봉된 분위기 내에서 제조 물품이 둘러싸인 상태에서 형성되며 애퍼처(306)의 밀봉은 애퍼처(306)의 내외로 유체의 흐름이 없도록 기밀하게 이루어진다.

대안의 실시예에서, 밀봉층(602)은, 도 7에 대해서 아래 설명되는 것과 같이, 애퍼처들을 기밀하게 밀봉하지 않는다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 물품의 배출 포트(702)에 채널(706)을 가진 통합 능동 전자소자를 구비한 실시예 3차원 물품(700)을 도시한다. 물품(700)은 통합 능동 전자소자가 장치(700)의 구조와 통합하도록 전술한 것과 같은 부가적층제조 공정에 의해 제조된다. 또한, 부가적층제조 공정은 (잠재적 복수의) 능동 전자소자들의 애퍼처와 배출 포트(702) 사이의 유체 흐름을 위한 채널(706)을 형성하기 위해 조정된다. 채널(706)은 기판(302), 유공층(304) 또는 밀봉층(602)의 1개 이상 내에 형성될 수 있으며, 채널(706)의 방향, 경로 또는 루트는 한정되지 않지만 채널(706)은 물품(700) 내의 어떤 전기 배선도 방해할 수 없다. 채널(706)은 개구(704)가 상기 전자소자의 애퍼처 내에 연결되어 각각의 전자소자와 접속한다. 배출 포트(702)는 채널(706)로부터 및 물품(700) 내의 능동 전자소자들의 애퍼처들로부터 가스를 배출시키기 위해 채널(706)의 일 단부에 제공된다. 상기 배출은 진공 펌프 등을 사용하여 달성될 수 있으며, 이어서 능동 전자소자들의 애퍼처들 내에 진공과 같은 상태를 유지하기 위해 배출 포트(702)를 밀봉한다. 바람직하게는, 장치들은 캐소드(402)에서의 열이온 방출로부터 발생하는 전자들의 전송을 향상시키기 위해 진공을 포함한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 층들(802, 804) 내에 배치된 통합된 능동 전자소자들을 구비한 실시예 3차원 물품(800)을 도시한다. 본 발명의 실시예에 따라 물품을 제조하기 위해 채용된 부가적층제조 공정으로 인해, 능동 전자소자들의 새롭고 효율적이고 효과적인 배열에 대한 범위는 증가된다. 도 8은 그와 같은 소자들이 물품(800)을 계층화하기 위해 층들(802, 804) 내에 어떻게 정렬될 수 있는지 도시하며, 전자소자들 사이의 잠재적 전기 접속이 층간과 층내에서 일어나고, 잠재적으로 다수의 층들에 걸친다. 그와 같은 접속들은 물품(800)의 3D 모델에 의해 모형화될 수 있으며 그와 같은 접속이 일어나는 방향에 관계없이 부가적층제조 공정의 일부로서 발생될 수 있다. 마찬가지로, 능동 전자소자들 자체의 방향, 형상 및 치수들은 물품(800)의 요구사항에 따라 조정, 변경, 설정 및/또는 재단될 수 있다.

저항 및 커패시터와 같은 수동 전자소자들 역시 부가적층제조 공정의 일부로서 형성될 수 있다. 그와 같은 수동 전자소자들은 상대적으로 제조하기 쉽다. 예를 들면, 저항은 세라믹 재료의 고형 인쇄 블록으로 형성될 수 있다. 물품의 실질적인 바디로부터 수동 소자의 절연 수단이 필요할 수 있으며, 이것은 물품의 애퍼처들 내에 그와 같은 소자들을 전기 배선으로 매달아 고정시켜 달성될 수 있다. 마찬가지로, 능동 전자 디바이스들에 유사한 구조를 사용하여 커패시터가 생성될 수 있으며 다만 2개의 평행한 금속 판들이 애퍼처 내에 배치된다. 따라서 전자 장치의 거의 모든 전자적 및 논리적 요구사항을 위해 필요한 능동 및 수동 소자들이 부가적층제조 공정을 사용하여 3차원 물품 내에 통합 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 부가적층제조 기계의 동작을 제어하는데 적합한 컴퓨터 시스템의 블록도이다. 중앙처리장치(CPU)(902)는 데이터 버스(908)를 통해 저장장치(904)와 입출력(I/O) 인터페이스(906)에 통신 가능하게 연결된다. 저장장치(904)는 RAM(randon access memory) 또는 비휘발성 저장장치와 같은 임의의 읽기/쓰기 저장장치일 수 있다. 비휘발성 저장장치의 예로는 디스크 또는 테이프 저장장치를 포함한다. I/O 인터페이스(906)는 데이터의 입력 또는 출력을 위한, 또는 데이터의 입력 및 출력을 위한 장치에 대한 인터페이스이다. I/O 인터페이스(906)에 연결 가능한 I/O 장치들의 예로는 키보드, 마우스, 디스플레이(예컨대, 모니터) 및 네트워크 접속을 포함한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 부가적층제조 장치(1006)의 구성도이다. 부가적층제조 장치(1006)는 전기 전도성 재료로부터 3차원 구조체를 형성하는 전도성 부가적층제조기(1008), 및 전기 비전도성 재료로부터 3차원 구조체를 형성하는 비전도성 부가적층제조기(1010)를 포함하는 결합장치이다. 부가적층제조기(1008, 1010)는, 물품이 전도성 콘텐츠 또는 비전도성 콘텐츠의 제조 어느 하나 또는 양자에 따라, 제조 동안 동일한 대상 물품에 동작하도록 마련된다. 당해 기술분야의 숙련자는 상기 2개의 제조기(1008, 1010)가 전도성 재료 및 비전도성 재료 양자를 수용할 수 있는 복수의 모드로 동작할 수 있는 단일 컴포넌트로 결합되거나 통합될 수 있음을 이해할 것이다. 2개의 제조기(1008, 1010)는 동기 모드, 동시 모드, 또는 동기 모드와 동시 모드 양자의 혼합 모드로 동작한다. 예를 들면, 비전도성 부가적층제조 공정이 동시에 일어나도록 전도성 부가적층제조 공정이 일어나는 경우, (반드시는 아니지만) 동시 동작 모드가 채용될 수 있다. 부가적층제조기(1008, 1010)의 동작은 바람직하게는 컴퓨터 제어된다. 도 10의 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1012)은 수행되는 부가적층제조 동작들에 대하여 부가적층제조기(1008, 1010)의 각각을 지시하기 위해 전도성 부가적층제조기(1008) 및 비전도성 부가적층제조기(1010)에 통신 가능하게 연결된다. 컴퓨터 시스템(1012)은 제조를 위해 물품에 대한 규격(1004)에 반응한다. 일 실시예에서, 규격(1004)은 제조를 위한 물품의 3차원 규격의 디지털 표현이다. 예를 들면, 압출-기반 제조 공정에서, 상기 규격은 압출을 위한 재료들, 1개 이상의 압출 헤드, 바인더, 세터(setter), 에폭시 등을 위한 헤드, 및/또는 테이블, 워크피스(work piece) 또는 물품 홀더(holder)의 위치, 장소, 배열 또는 구성의 정의를 포함할 수 있다. 상기 제조 공정은 불연속적인 또는 상대적인 이동 또는 재배치를 명시하는 벡터 정의들을 사용하여 정의될 수 있다. 대안으로, 과립 융해(fusing) 기반 부가적층제조 접근법에서, 융해, 바인딩, 가열 등의 위치는, 예컨대, 레이저 또는 유사한 융해 메커니즘을 위한 제어 명령과 같은, 규격(1004)에 의해 명시될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 규격(1004)은 AMF(Additive Manufacturing File) 포맷 또는 STL(Stereolithographic file) 포맷의 형식일 수 있다.

상기 규격(1004)은 당해 기술분야에서 알려져 있는 3D 모델링 시스템, CAD(computer aided design) 또는 CAM(computer aided manufacturing)과 같은 규격 정의 시스템(1002)에 의해 제공된다. 그와 같은 시스템들은 AMF 또는 STL 포맷으로 규격(1004)을 생성하도록 조정될 수 있다. 그와 같은 포맷들은 능동 소자와 수동 소자 및 이것들 사이의 전기 배선과 같은 전기회로 요소들에 관한 추가 정보를 포함하도록 조정될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제조하는 방법의 흐름도이다. 처음에, 단계 1102에서, 플라스틱 또는 세라믹 층과 같은 비전도성 재료의 층이 기판(302)으로서 부가적층제조 공정에 의해 피착된다. 단계 1104에서, 1개 이상의 애퍼처(306)를 가진 비전도성 재료의 층이 유공층(304)으로서 부가적층제조 공정에 의해 피착된다. 애퍼처(306)의 구성은 제조를 위한 물품의 규격(1004)에 포함된 회로설계에 의해 정의된다. 단계 1106에서, 한 세트의 금속 요소들이 부가적층제조 공정에 의해 애퍼처(306) 내에 피착되며, 캐소드, 애노드로서, 그리고, 필요에 따라 필라멘트 및 그리드(트라이오드)로서 마련된다. 단계 1108에서, 애퍼처(306) 내의 요소들을 위한 전기 배선들이 부가적층제조 공정에 의해 피착된다. 단계 1110에서, 유공층(304) 위에 밀봉층(602)이 피착된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 물품의 애퍼처 내에 배치된 능동 전자소자의 배열을 도시한다. 이전에, 애퍼처(306)는 대략 직사각형 형상으로 도시되었다. 도 12는 단면이 대략 원형이고 형상이 대략 원통형인 애퍼처의 대안의 구성을 도시한다. 도 12의 배열에서, 캐소드(1206)는 애퍼처 내의 중심에 정렬되어 있으며, 애노드(1202)는 애퍼처의 벽부의 적어도 일부 및 잠재적으로는 전체를 차지하도록 정렬되어 있다. 캐소드(1206)에는 캐소드(1206)의 중심 세로방향 축 주위에 배치된 필라멘트가 제공된다. 도 12의 배열은, 비전도성 기판(302), 유공층(304) 및/또는 밀봉층(602)이 플라스틱 및 중합체와 같이 고온에 견디는 능력이 낮은 경우 바람직한데, 이는 필라멘트가, 애퍼처의 벽부로부터 떨어져서 배치될 수 있고, 만일 적절히 구성되고 예컨대 전기 접속 수단에 의해 지지된다면, 중심에 위치한 캐소드(1206) 내 거의 중심에 배치됨으로써, 역시 기판 및 밀봉층(602)으로부터 떨어질 수 있다. 또한, 트라이오드 배열에서, 열이온 방출로 인해 발생하는 전자들의, 핫 캐소드(1206)에서 애노드(1202)로의 흐름을 규제하기 위해, 그리드(1204)가 캐소드(1206)의 주위에 동심 배열로 제공된다.

전술한 본 발명의 실시예들은, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기 또는 다른 처리장치, 데이터 처리 장치 또는 시스템과 같은 소프트웨어-제어 프로그래머블 처리장치를 사용하여, 구현될 수 있다. 전술한 방법들을 구현하기 위해 프로그래머블 디바이스, 장치 또는 시스템을 설정하기 위한 컴퓨터 프로그램이 본 발명의 일 측면으로서 생각될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 예를 들면, 소스 코드로서 구체화되거나, 처리 디바이스, 장치 또는 시스템에서 구현을 위해 컴파일링 되거나, 오브젝트 코드로서 구체화될 수 있다.

상기 컴퓨터 프로그램은 기계 또는 디바이스가 판독할 수 있는 형식으로 캐리어 매체, 예컨대 반도체 메모리, 디스크 또는 테이프와 같은 자기 메모리, CD(compact disk) 또는 DVD(digital versatile disk) 등과 같은 광학적으로 또는 자기-광학적으로 판독 가능한 메모리에 저장되며, 상기 처리 디바이스는 동작의 설정을 위해 상기 프로그램 또는 그 일부를 사용한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 전자 신호, 고주파 반송파 또는 광학 반송파와 같은 통신 매체 내에 구체화되어 원격 소스로부터 공급될 수 있다. 그와 같은 반송 매체 역시 본 발명의 측면들로서 생각할 수 있다.

전술한 실시예들과 관련하여 본 발명을 설명했지만 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되지 않으며 본 발명의 범위에 속하는 다수의 변경 및 변형이 있을 수 있음을 당해 기술분야의 숙련자는 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 범위는 전술한 특징들의 조합 또는 임의의 신규한 특징들을 포함한다. 출원인은 이 출원과 이 출원으로부터 도출된 임의의 그와 같은 추가의 출원들을 진행하는 동안 새로운 청구항들이 그와 같은 특징들 및 특징들의 조합에 대해 만들어질 수 있음을 밝힌다. 특히, 첨부한 청구항들과 관련하여, 종속 청구항들의 특징들은 독립 청구항들의 특징들과 조합될 수 있고, 각각의 독립 청구항들의 특징들은 단지 청구항들에 열거된 특정 조합들만이 아니라 임의의 적당한 방식으로 조합될 수 있다.

100, 200: 3차원 물품 102: 실체적 구조체
104: 필라멘트 106: 캐소드
108: 애노드 110, 112, 114, 224: 전기배선
120: 다이오드 220: 그리드
240: 트라이오드 302: 기판
304: 유공층 306: 애퍼처
602: 밀봉층

Claims

3D 인쇄된 장치에 있어서,
상기 장치의 패브릭과 통합된 3D 인쇄된 열이온 전자소자를 포함하고,
상기 3D 인쇄된 열이온 전자소자는 핫 캐소드를 구비하고,
상기 장치는 압출 피착 공정 및 과립 재료 바인딩 공정 중 하나 이상을 사용하여 인쇄되고,
상기 장치는 상기 장치의 내부로부터의 열 전달을 위해 상기 3D 인쇄된 열이온 전자소자로의 유체 흐름을 위한 3D 인쇄된 채널을 포함하는, 3D 인쇄된 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 열이온 전자소자는 캐소드 및 애노드를 포함하는 다이오드인, 3D 인쇄된 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 열이온 전자소자는 캐소드, 애노드, 및 그리드를 포함하는 트라이오드이고,
상기 그리드는 상기 캐소드로부터 상기 애노드로의 전자들의 통과를 규제하는, 3D 인쇄된 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 3D 인쇄된 회로를 추가로 포함하는, 3D 인쇄된 장치.
능동 전자소자가 통합된 물품을 제조하는 방법에 있어서,
부가적층제조 공정을 사용하여,
a) 전기 비전도성 기판을 형성하는 단계;
b) 애퍼처를 가진 전기 비전도성 유공층을 형성하는 단계;
c) 상기 애퍼처 내에 이격된 전기 전도성 애노드 요소 및 핫 캐소드인 캐소드 요소를 형성하는 단계;
d) 상기 요소들 사이에 전위차를 제공하는 전도성 전기 배선을 상기 요소들 각각에 피착하는 단계; 및
e) 상기 유공층 내에 상기 애퍼처를 유지 및 밀봉하도록 상기 유공층의 위에 전기 비전도성 밀봉층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 부가적층제조 공정은 압출 피착 공정 및 과립 재료 바인딩 공정 중 하나 이상을 포함하고,
상기 부가적층제조 공정은 상기 물품 내부로부터의 열 전달을 위해 상기 능동 전자소자로의 유체 흐름을 위한 채널을 제공하는 과정을 포함하는, 물품 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 기판을 형성하는 단계, 유공층을 형성하는 단계, 및 밀봉층을 형성하는 단계 중 하나 이상은 상기 애퍼처와 상기 물품의 배출 포트 사이에 유체 흐름을 제공하는 채널을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 배출 포트는 상기 애퍼처 내를 배출시켜서 상기 애퍼처 내에 진공인 상태를 생성하는, 물품 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 부가적층제조 공정은 상기 밀봉층의 형성 시 상기 애퍼처 내에 불활성 가스를 넣기 위해 상기 불활성 가스로 구성된 밀봉된 분위기에서 일어나는, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 애노드 및 캐소드는 상기 애퍼처의 대향하는 측에 위치되는, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐소드는 상기 애퍼처 내의 중심에 위치되고 상기 애노드는 상기 애퍼처의 벽부의 일부 또는 전체를 차지하는, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부가적층제조 공정을 사용하여 상기 캐소드와 열 접근하여 필라멘트 요소를 형성하여, 사용시 상기 캐소드에 의해 열이온 방출을 유도하는 단계를 추가로 포함하는, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부가적층제조 공정을 사용하여,
상기 애노드 요소와 상기 캐소드 요소의 사이에 상기 애노드 요소 및 상기 캐소드 요소로부터 이격된 전도성 그리드 요소를 형성하는 단계; 및
상기 그리드에 전기신호를 제공하는 상기 그리드에 대한 전도성 전기 배선을 피착하여, 상기 그리드가 상기 캐소드로부터 상기 애노드로의 전자들의 전송을 규제하도록 하는 단계를 추가로 포함하는, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 비전도성 기판; 상기 유공층; 및 상기 밀봉층 중 1개 이상은 세라믹으로 형성되는, 물품 제조 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 애노드; 상기 그리드; 및 상기 전도성 전기 배선들 중 1개 이상은 갈륨 합금으로부터 형성되는, 물품 제조 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 갈륨 합금은 갈륨 및 인듐의 이원 공융 합금인, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐소드는 텅스텐을 포함하는, 물품 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 공정에 의해 제조된 통합 능동 전자소자를 구비한 물품.
통합 능동 전자소자를 구비한 물품을 제조하는 부가적층제조 장치에 있어서,
컴퓨터 시스템;
전기 비전도성 3차원 구조체를 형성하는 제1 부가적층제조 컴포넌트; 및
전기 전도성 3차원 구조체를 형성하는 제2 부가적층제조 컴포넌트를 포함하고,
상기 제1 및 제2 부가적층제조 컴포넌트의 각각은 압출 피착 공정 및 과립 재료 바인딩 공정 중 하나 이상을 사용하고,
상기 제1 부가적층제조 컴포넌트 및 상기 제2 부가적층제조 컴포넌트는 상기 컴퓨터 시스템의 제어하에 동작하고,
상기 컴퓨터 시스템은:
a) 전기 비전도성 기판을 형성하고;
b) 애퍼처를 가진 전기 비전도성 유공층을 형성하고;
c) 상기 애퍼처 내에 이격된 전기 전도성 애노드 요소 및 핫 캐소드인 캐소드 요소를 형성하고;
d) 상기 요소들 사이에 전위차를 제공하는 상기 요소들 각각에 대한 전도성 전기 배선을 피착하고;
e) 상기 유공층 내에 상기 애퍼처를 유지하고 밀봉하도록 상기 유공층 위에 전기 비전도성 밀봉층을 형성하고,
f) 상기 물품 내부로부터의 열 전달을 위해 상기 능동 전자소자로의 유체 흐름을 위한 채널을 제공하기 위해;
상기 컴포넌트들을 제어하는, 부가적층제조 장치.
부가적층제조 장치를 제어하는 컴퓨터 시스템에 있어서,
상기 부가적층제조 장치는 전기 비전도성 재료와 전기 전도성 재료로부터 동시에 3차원 구조체를 제조하고,
상기 컴퓨터 시스템은 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위해 상기 부가적층제조 장치를 제어하는, 컴퓨터 시스템.
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