KR102400596B1 - 레이저 유도 재료 분배를 위한 키트 및 시스템 - Google Patents

Abstract

레이저 유도 분배 시스템에 대한 재료 공급 키트가 개시된다. 재료 공급 키트는, 공급 릴 주위에 감기는 광 투과층을 구비하는 포일을 공급하기 위한 공급 릴, 및 포일을 권취하기 위한 권취 릴을 구비하는 카트리지 어셈블리를 포함한다. 재료 공급 키트는 또한, 포일의 이동 동안 도너 재료에 의해 포일을 코팅하기 위한 코팅 디바이스를 포함한다.

Description

레이저 유도 재료 분배를 위한 키트 및 시스템

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016년 7월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/363,278호의 이익을 주장하는데, 이 가출원의 개시내용은 참고로 그 전문이 본 명세서에 명시적으로 원용된다.

본 발명의 기술 분야

본 개시내용은, 몇몇 실시형태에서는, 재료 분배에 관한 것으로, 더 상세하게는, 레이저 유도 재료 분배에 관한 것이지만, 그러나 배타적으로 이들에 관한 것은 아니다.

특정한 목적을 위해 아주 다양한 재료를 패턴화하는 능력에 의해 많은 기술이 가능하게 되거나, 용이하게 되거나 또는 향상된다. 재료에서 패턴을 정의하기 위해 또는 목적하는 패턴으로 재료를 퇴적하기 위해 사용될 수도 있는 패턴화 기법의 예는, 접촉 리소그래피(contact lithography), 프로젝션 리소그래피(projection lithography), 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 및 다양한 직접 기록(direct write) 기술을 포함한다.

직접 기록 기술은, 전통적인 리소그래피 프로세스에 대해 통상적으로 요구되는 바와 같이, 마스크를 제조하는 중간 단계 없이 신속하게, 재료가 퇴적되는 것, 및 패턴이 그 안에서 정의되는 것을 허용한다는 점에서, 유리한 것으로 간주된다. 여러 가지 직접 기록 기술이 알려져 있다. 이들은, 잉크젯 인쇄, 레이저 화학 증착(laser chemical vapor deposition: LCVD), 레이저 가공 나노 성형(laser engineered nano-shaping: LENS), 및 레이저 유도 순방향 전사(laser induced forward transfer: LIFT)를 포함한다.

LIFT에서, 펄스식 레이저 빔(pulsed laser beam)이 레이저에 투명한 타깃 기판을 통과하여 타깃 기판의 반대 측 상에 코팅되는 재료의 막에 부딪친다. 레이저는, 필름 재료가 레이저 방사선을 흡수함에 따라, 필름 재료를 증발시키고, 운동량의 전달로 인해, 재료는 타깃 기판으로부터 제거되고 타깃 기판에 근접하여 배치되는 리시버 기판 상에 재퇴적된다.

레이저 유도 순방향 전사는, 통상적으로 금속인 불투명 박막을, 사전 코팅된 레이저에 투명한 지지체로부터, 리시버 기판으로 전사하기 위해 통상적으로 사용된다. 레이저 유도 순방향 전사를 활용하는 다양한 장치가 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 공개 출원 제20140160452호는, 연속된 재료 퇴적을 가능하게 하기 위해 도너(donor)가 새로 공급되는(refreshed) 장치를 개시한다. 재공급(refreshment)은, 노출 동안 사용되는 도너 구조체에 대한 새로운 도너 구조체의 교환, 도너 구조체 상의 도너 재료의 재생성, 롤링되는 가요성 멤브레인의 사용, 또는 퇴적 영역에 새로운 도너 구조체를 이송하기 위한 컨베이어 시스템의 사용일 수 있다.

게다가, 종래의 LIFT 시스템은 느리고, 고가이며, 일반적으로 리시버 기판(receiver substrate) 상에 단일의 재료만을 퇴적할 수 있다.

일반적으로, "LIFT 시스템" 접근법 및 장기간의 견고성이라는 그것의 요건은, 영구적인 부품만을 사용하여 지속적인 전달을 최적화하도록 모든 혁신자를 이끌었다. 이 제약은 시스템의 복잡성을 증가시키고, 다중 재료, 재료 혼합 및 가변 코팅 두께를 전달하는 능력의 관점에서 유연성을 감소시킨다.

더구나, 예를 들면, 종래의 LIFT 시스템에서, 레이저는 크고 프린트 헤드의 일부를 형성하며; 따라서, 프린트 헤드는 소형으로 만들어질 수 없다(즉, 레이저가 프린트 헤드로 통합되기 때문이다). 게다가, 도너 재료의 액적을 기판 상에 연속적으로 퇴적하는 것과 스캐너의 선형 이동 사이의 대기 시간은 종래의 LIFT 프린트 헤드를 느리게 만든다. 따라서, 종래의 LIFT 시스템을 합리적인 속도로 동작시키기 위해서는, 종래의 LIFT 시스템에 대해 매우 고가의 광학기기(optic)가 제공되어야만 한다.

또한, 종래의 LIFT 시스템은, 두 개의 액적을 서로의 옆에 퇴적할 때, 액적 사이에서 수 밀리초를 대기하는 것을 필요로 한다는 단점이 있다. 이 시간 동안, 재료의 교란을 방지하기 위해, 어떠한 인쇄도 발생할 수 없다. 이 대기 시간 또는 "이완 시간(relaxation time)"은, 그것이 LIFT 시스템의 처리량을 감소시키기 때문에, 불리하다.

추가적인 배경 기술은 미국 특허 제4,752,455호, 제4,895,735호, 제5,725,706호, 제5,292,559호, 제5,492,861호, 제5,725,914호, 제5,736,464호, 제4,970,196호 및 제5,173,441호를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태의 특징부에 따르면, 레이저 유도 분배 시스템에 대한 재료 공급 키트가 제공된다. 재료 공급 키트는: 공급 릴 주위에 감기는 광 투과층을 구비하는 포일(foil)을 공급하기 위한 공급 릴(supply reel), 및 포일을 권취하기(taking up) 위한 권취 릴(take-up reel)을 구비하는 카트리지 어셈블리, 및 포일의 이동 동안 도너 재료에 의해 포일을 코팅하기 위한 코팅 디바이스를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는, 공급 릴로부터 포일을 연속적으로 수용하기 위한 유입구(inlet), 권취 릴에 의해 권취될 포일을 연속적으로 방출하기 위한 유출구(outlet), 및 유입구와 유출구 사이의 코팅 구획(coating section)을 구비하는데, 도너 재료에 의한 포일의 코팅은 코팅 구획 내에 있다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는 아래로부터 도너 재료에 의해 포일을 코팅하도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는 위에서부터 도너 재료에 의해 포일을 코팅하도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는 도너 재료를 포일 상으로 분배하기 위한 노즐을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는, 도너 재료를 유지하기 위한, 유입구 및 유출구 아래에 배치되는 캐비티(cavity), 및 이동 동안 포일과 도너 재료 사이의 접촉을 확립하기 위해 도너 재료를 상방으로 편향시키기 위한 바이어스 메커니즘(bias mechanism)을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 바이어스 메커니즘은, 플런저 및 플런저를 상방으로 편향시키기 위한 기계적 편향 부재(mechanical biasing member)를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 바이어스 메커니즘은 플런저 및 유체 압력을 인가하고 그에 의해 플런저를 상방으로 편향시키기 위한 펌프에 연결 가능한 압력 포트를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는, 도너 재료를 코팅 디바이스에 공급하기 위한 도너 재료의 소스에 연결 가능한 도너 재료 유입구를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 포일은 광 투과층 위에 희생 보호층(sacrificial protective layer)을 포함하는데, 카트리지 어셈블리는 포일의 공급 동안 희생 보호층을 들어올리기 위한 리프트 오프 릴(lift off reel)을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 포일은, 도너 재료로의 열 전달을 허용하기 위한 열 전도층(heat conducting layer)을 광 투과층 아래에 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 포일은 열 전도층 아래에 패시베이션층(passivation layer)을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태의 특징부에 따르면, 레이저 유도 분배 시스템이 제공된다. 레이저 유도 분배 시스템은 재료 공급 키트, 및 레이저 빔을 집속시키도록 구성되는 광학기기를 구비하는 조사 헤드(irradiation head)(예를 들면, 프린트 헤드)를 포함한다. 레이저 유도 분배 시스템은 또한, 포일의 이동을 확립하도록 카트리지 어셈블리를, 그리고 포일로부터 도너 재료의 액적을 방출하기 위해 코팅 디바이스의 유출구 하류의 위치에서 포일 상으로 레이저 빔을 집속시키도록 광학기기를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함할 수도 있다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 시스템은 도너 재료를 냉각시키기 위한 냉각 요소를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태의 특징부에 따르면, 레이저 유도 분배 시스템이 제공된다. 레이저 유도 분배 시스템은, 상부에 도너 재료를 갖는 제1 기판, 기판으로부터 도너 재료의 액적을 방출하기 위해, 기판 상에 레이저 빔을 집속시키도록 구성되는 광학기기를 구비하는 조사 헤드, 및 도너 재료를 냉각시키기 위한 냉각 요소를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 제1 기판은 포일이다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 컨트롤러는, 코팅 디바이스에 의한 코팅의 활성화 및 비활성화를 위해 또한 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 컨트롤러는, 코팅 디바이스를 제어하여 미리 결정된 속도에서 포일을 코팅하도록 또한 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 시스템은 방출에 후속하여 포일로부터 과량의(excess) 도너 재료를 제거하기 위한 폐기물 수집기(waste collector)를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 조사 헤드는, 레이저 빔을 생성하기 위한, 조사 헤드의 본체 상에 장착되는 레이저 소스를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 광학기기는, 레이저 빔을 생성하며 조사 헤드 외부에 있는 레이저 소스로부터 레이저 빔을 조사 헤드에 커플링하도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 커플링은 레이저 빔의 직접 전파에 의한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 커플링은 광도파관(optical waveguide)에 의한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 각각의 복수의 레이저 빔 초점(laser beam focal spot)을 생성하기 위한 복수의 조사 헤드가 있다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 시스템은, 레이저 빔을 주사하여 레이저 빔을 조사 헤드에 선택적으로 커플링하도록 구성되는 빔 주사 시스템을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 조사 헤드 중 적어도 두 개는, 각각의 복수의 레이저 빔 초점을 생성하기 위한, 광학 노즐의 어레이를 포함한다. 이들 실시형태에서, 조사 헤드는 광학 노즐의 2차원 어레이를 형성하도록 배열되고, 빔 주사 시스템은, 레이저 빔을 2차원적으로 주사하여 레이저 빔을 어레이의 광학 노즐에 선택적으로 커플링하도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 조사 헤드는, 각각의 복수의 레이저 빔 초점을 생성하기 위한, 광학 노즐의 어레이를 포함한다. 이들 실시형태에서, 시스템은, 레이저 빔을 주사하여 레이저 빔을 광학 노즐에 선택적으로 커플링하도록 구성되는 빔 주사 시스템을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 커플링은, 광학 커플러(optical coupler) 상에 둥근 형상(예를 들면, 원형, 계란형(oval), 타원형 등)을 형성하도록 배열되는 복수의 광도파관에 의한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 시스템은, 광 빔을 복수의 광도파관의 입구 포트(entry port) 상으로 순차적으로 집속시키도록 구성되는 회전 미러(rotary mirror)를 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 광도파관은, 광학 커플러의 인접한 입구 포트가 헤드 상의 인접하지 않은 출구 포트(exit port)에 대응하도록 교차된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 빔 주사 시스템은 조사 헤드 외부에 있다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는, 상이한 도너 재료를 각각 함유하는 복수의 수직으로 이동 가능한 캐비티를 포함하는데, 컨트롤러는 캐비티를 수직으로 변위시켜 각각의 캐비티에서 포일과 도너 재료 사이의 접촉을 간헐적으로 생성하도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는, 코팅 이전에 상이한 캐비티로부터의 도너 재료를 혼합하기 위한, 캐비티의 각각과 유체 연통하는 혼합 챔버를 포함하는데, 컨트롤러는 캐비티 내의 개개의 압력을 제어하도록 구성된다. 개개의 압력은, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 도너 재료 사이에서 미리 결정된 혼합 비율을 제공하도록 선택된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 코팅 디바이스는, 상이한 도너 재료를 각각 함유하는 복수의 캐비티, 및 코팅 이전에 상이한 캐비티로부터의 도너 재료를 혼합하기 위한, 캐비티의 각각과 유체 연통하는 혼합 챔버를 포함한다. 이들 실시형태에서, 컨트롤러는 캐비티 내의 개개의 압력을 제어하도록 구성된다. 개개의 압력은, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 도너 재료 사이에서 미리 결정된 혼합 비율을 제공하도록 선택된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 시스템은 도관(conduit)을 통해 코팅 디바이스에 연결 가능한 도너 재료의 소스 및 도관에서의 도너 재료의 흐름을 확립하기 위한 양방향 펌프를 포함하는데, 컨트롤러는 양방향 펌프를 일시적으로 선택적인 방식으로 제어하도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 컨트롤러는 코팅 디바이스를 제어하여 포일 상의 도너 재료의 두께를 변화시키도록 구성된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 시스템은, 포일이 레이저 빔과 상호 작용하기 이전에, 포일의 구획을, 인시튜로(in situ), 이미지화하기 위한 이미징 디바이스를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시형태의 특징부에 따르면, 도너 재료를 수신기 기재 상에 분배하는 방법이 제공된다. 방법은, 레이저 유도 분배 시스템의 포일 아래에 리시버 기판을 배치하는 것, 및 도너 재료를 포일로부터 리시버 기판으로 방출하도록 레이저 유도 분배 시스템을 동작시키는 것을 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시형태의 특징부에 따르면, 도너 재료를 분배하는 방법이 제공된다. 방법은: 제1 기판 상의 도너 재료를 냉각시키는 것; 및 도너 재료의 액적을 제1 기판으로부터 리시버 기판 상으로 방출하기 위해, 제1 기판 상에 레이저 빔을 집속시키는 것을 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시형태에 따르면, 제1 기판은 포일이다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 방법은, 도너 재료에 의해 기판을 패턴화하기 위해 기판과 조사 헤드 사이의 상대적인 횡방향 이동(lateral motion)을 확립하는 것을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 방법은, 기판 상에 3차원 오브젝트를 형성하기 위해 기판과 조사 헤드 사이의 상대적인 횡방향 및 수직 이동을 확립하는 것을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 냉각은 도너 재료의 동결 온도(freezing temperature)보다 높은, 그러나 동결 온도로부터 5℃ 미만 이내에 있는 온도까지이다.

본 개시내용의 비제한적인 특징부에 따르면, 재료 프로세싱을 위한 레이저 유도 분배 시스템은, 섬유 번들(fiber bundle)의 제1 계면(interface)에서 레이저 소스로부터 레이저 빔을 수광하도록 그리고 레이저 빔을 섬유 번들의 제2 계면으로부터 전송하도록 구성되는 광섬유를 구비하는 광섬유 번들을 포함할 수도 있다. 게다가, 광섬유는 제1 계면에 배열되는 제1 단부 및 제2 계면에 배열되는 제2 단부를 구비할 수도 있다. 추가적으로, 광섬유에 의해 제2 계면으로부터 전송되는 레이저 빔을, 기판 상에 퇴적될 재료를 향해 지향시키도록 구성되는 광학기기가 제공될 수도 있다. 게다가, 광학기기는 퇴적될 재료 상에 레이저 빔을 집속시키도록 구성될 수도 있고, 결과적으로, 퇴적될 재료로 하여금 기판 상으로 방출되게 할 수도 있다. 또한, 본 개시내용의 특징부에 따르면, 광섬유의 각각은, 제1 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제1 단부에 인접하는 제1 단부를 갖는 광섬유 모두가, 제2 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제2 단부에 인접하지 않는 제2 단부를 구비하도록 배열될 수도 있다.

본 개시내용의 다른 비제한적인 특징부에서, 레이저 유도 분배 시스템은 광학기기를 포함하는 프린트 헤드를 구비할 수도 있고 레이저 소스는 프린트 헤드 외부에 제공되는 외부 레이저 소스일 수도 있다.

추가적으로, 광섬유의 제1 단부는 제1 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부는 제2 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다.

추가적인 비제한적인 특징부에서, 광섬유의 제1 단부는 제1 계면에서 원형, 타원형 및 계란형 구성 중 하나로 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부는 제2 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다.

추가적으로, 레이저 소스로부터 출력되는 레이저 빔을 외부 렌즈 어레이의 렌즈 요소 상으로 선택적으로 커플링하기 위해 레이저 소스로부터 레이저 빔을 주사하도록 빔 주사 시스템이 제공될 수도 있는데, 외부 렌즈 어레이의 렌즈 요소는 출력된 레이저 빔을 제1 계면에서 광섬유의 제1 단부로 전송하는 것에 의해 출력된 레이저 빔을 각각의 광섬유에 커플링한다.

빔 주사 시스템은 또한, 모터, 모터에 연결되는 샤프트, 및 샤프트의 회전 축에 대해 비스듬히 배향되도록 샤프트의 단부에 장착되는 반사 미러를 포함할 수도 있다. 따라서, 샤프트는 회전하여 반사 미러를 회전시키도록, 결과적으로, 출력된 레이저 빔을 제1 계면에서 광섬유의 제1 단부로 순차적으로 반사시키도록 구성될 수도 있다. 게다가, 모터는 일정한 속도로 회전될 수도 있다. 대안적으로, 모터는 가변 속도로 회전될 수도 있거나 또는 모터의 일정한 속도는 모터의 회전 동안 변경될 수도 있다.

추가적으로, 본 개시내용의 추가적인 특징부로서, 제2 계면에서의 광섬유의 제2 단부는, 퇴적될 재료 상에 집속되도록 구성되는 각각의 레이저 빔 초점을 생성하는 광학 노즐의 대응하는 어레이에 연결될 수도 있다.

게다가, 광학 노즐의 각각은 또한, 제2 계면에서 제공되는 광섬유의 제2 단부로부터 전송되는 각각의 레이저 빔을 집속시키도록 구성되는 각각의 집속 요소를 포함할 수도 있다.

또한, 본 개시내용의 특징부에 따르면, 광섬유는 멀티 모드 광섬유일 수도 있다. 추가적으로, 광섬유의 각각은 적어도 25㎛의 코어 직경 및 적어도 65㎛의 클래딩 직경(cladding diameter)을 가질 수도 있다.

게다가, 광학 노즐의 어레이는, 출력된 레이저 빔이 제1 계면에서 광섬유의 제1 단부에 커플링될 때, 연속적으로 방출된 레이저 빔이 광학 노즐의 어레이의 인접하지 않는 광학 노즐로부터 방출되도록 구성될 수도 있다. 추가적으로, 레이저 빔을 방출하는 광섬유의 어레이의 인접하지 않는 광섬유는, 레이저 빔이 미리 결정된 광섬유의 입구 포트에만 진입하도록 레이저의 펄스를 조정하는 것에 의해 결정될 수도 있다. 예를 들면, 레이저 빔이 모든 다른 광섬유의 입구 포트에서만 수신되도록 레이저의 펄스가 설정될 수도 있다. 게다가, 레이저 빔이 명시된 또는 임의의 목적하는 수의 광섬유에 의해 수신되도록 레이저의 펄스가 조정될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.

또한, 본 개시내용의 추가적인 비제한적 특징부에 따르면, 제2 계면에서의 광섬유의 제2 단부는 광학 노즐의 대응하는 어레이에 연결되는데, 광학 노즐은, 퇴적될 재료 상에 집속되도록 구성되는 각각의 레이저 빔 초점을 생성한다. 게다가, 광학 노즐의 각각은, 광섬유의 제2 단부로부터 전송되는 각각의 레이저 빔을 집속시키도록 구성되는 각각의 집속 요소를 포함할 수도 있다.

추가적으로, 광학 노즐의 어레이 및 제2 계면으로부터 전송되는 레이저 빔을 커플링하는 광학 커플러를 포함하는 프린트 헤드가 제공될 수도 있다. 또한, 레이저 소스는 프린트 헤드 외부에 제공되는 외부 레이저 소스일 수도 있다. 게다가, 프린트 헤드는, 광학 노즐의 각각의 어레이를 구비하는 복수의 별개의 프린트 헤드에 의해 정의될 수도 있다.

본 개시내용의 다른 비제한적인 특징부로서, 재료 프로세싱 프린터용 섬유 번들은, 제1 계면에서 레이저 빔을 수광하도록 그리고 레이저 빔을 제2 계면으로 전송하도록 구성되는 광섬유를 구비하는 섬유 번들을 포함할 수도 있는데, 광섬유는 제1 계면에 배열되는 제1 단부 및 제2 계면에 배열되는 제2 단부를 구비한다. 게다가, 광섬유의 각각은, 제1 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제1 단부에 인접하는 제1 단부를 구비하는 모든 광섬유가, 제2 계면에서 광섬유의 제2 단부에 인접하지 않는 제2 단부를 구비하도록 배열될 수도 있다. 추가적으로, 섬유 번들의 광섬유는 멀티 모드 광섬유일 수도 있다.

또한, 펄스 레이저의 대안으로서, 셔터 메커니즘은 연속 레이저 빔을 차단하기 위해 사용될 수도 있다. 셔터 메커니즘은, 레이저 소스로부터의 레이저 빔이, 제1 계면에 제공되는 목적하는 광섬유에만 진입하는 것을 선택적으로 허용하기 위해 개폐되는 어퍼쳐를 구비할 수도 있다. 예를 들면, 셔터 메커니즘은, 연속 레이저에 의해 생성되는 레이저 빔을 차단하기 위해 레이저 빔의 경로 내에 그리고 밖에 선택적으로 배치되는 광학 셔터로서 레이저 소스 상에 제공될 수 있을 것이다.

더구나, 펄스는, 레이저 빔이 목적하는 광섬유에 의해 수신되는 것을 보장하기 위해, 모터의 회전 속도와 동기화될 수도 있다. 레이저의 펄스 및/또는 모터의 속도는, 동기화를 위해 필요로 될 수도 있는 적절한 값으로 변경될 수도 있다.

또한, 광섬유 번들의 광섬유 중 적어도 하나는 광 검출기(light detector)에 연결될 수도 있다. 예를 들면, 주사 시스템의 정확도(또는 동기화)는, 광섬유 번들의 광섬유 중 두 개를 광 검출기에 연결하는 것에 의해 보장될 수도 있다. 임의의 수의 광섬유가 임의의 수의 광 검출기에 연결될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들면, 두 개의 광섬유의 각각은 동일한 또는 각각의 광 검출기에 연결될 수도 있다. 결과적으로, 레이저 주파수와 주사 속도 사이의 매칭 또는 일치가 보장될 수 있고, 필요하다면 보정될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이, 광 검출기에 연결되는 적어도 하나의 광섬유에 커플링될 때마다, 예를 들면, 주사 시스템의 광학 미러의 위치는, 수신되는 정보에 기초하여 결정될 수 있다(다수의 광섬유가 하나 이상의 광 검출기에 연결되는 경우 마찬가지로 적용됨).

게다가, 광섬유의 제1 단부는 다각형 구성으로 제1 계면에 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부는 제2 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다.

또한, 본 개시내용의 비제한적인 특징부에 따르면, 광섬유의 제1 단부는 제1 계면에서 원형, 타원형 및 계란형 구성 중 하나로 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부는 제2 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다.

추가적으로, 리시버 기판 상에 도너 재료를 분배하는 방법이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 방법은, 레이저 소스로부터 레이저 빔을 출력하는 것, 섬유 번들의 제1 계면에서 레이저 빔을 수광하고 섬유 번들의 제2 계면으로부터 레이저 빔을 전송하는 광섬유를 구비하는 섬유 번들을 제공하는 것, 및 제1 계면에서 광섬유의 제1 단부를 배열하고 제2 계면에서 광섬유의 제2 단부를 배열하는 것을 포함할 수도 있다. 비제한적인 특징부로서, 광섬유의 각각은, 제1 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제1 단부에 인접하는 제1 단부를 구비하는 모든 광섬유는 제2 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제2 단부에 인접하지 않는 제2 단부를 구비하도록 배열될 수도 있다. 게다가, 광섬유에 의해 제2 계면으로부터 전송되는 레이저 빔을, 리시버 기판 상에 퇴적될 도너 재료를 향해 지향시키는 광학기기가 또한 제공될 수도 있다. 추가적으로, 광학기기는 도너 재료 상에 레이저 빔을 집속할 수도 있고, 그에 의해 도너 재료의 액적으로 하여금 방출되어 리시버 기판 상으로 퇴적되게 할 수도 있다.

또한, 레이저 빔은, 집속된 레이저 빔으로부터 도너 재료에 의해 흡수되는 에너지가 도너 재료의 액적으로 하여금 방출되게 하도록, 미리 결정된 강도에서 도너 재료 상에 집속될 수도 있다. 게다가, 도너 재료의 연속하는 액적의 각각은 인접하지 않는 순서로 방출될 수도 있다.

추가적으로, 다른 비제한적인 특징부에 따르면, 도너 재료는 광 투과층을 구비하는 포일에 도포될 수도 있다. 게다가, 상기 레이저 빔은 광 투과층을 통해 도너 재료 상에 집속될 수도 있고, 집속된 레이저 빔 중, 연속적으로 방출된 레이저 빔의 각각은, 인접하지 않는 방식의 액적의 방출을 야기하기 위해, 광섬유의 제2 단부로부터 인접하지 않는 순서로 방출될 수도 있다.

게다가, 본 개시내용의 방법의 비제한적인 특징부에 따르면, 제1 계면에서의 광섬유의 제1 단부는 원형, 타원형 및 계란형 구성 중 하나로 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부는 제2 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다.

게다가, 본 개시내용의 특징부에 따르면, 다양한 인쇄 시스템에 통합될 수 있는 독립형 인쇄 헤드(standalone print head)가 제공된다. 예를 들면, 레이저를 프린트 헤드로부터 분리시킬 수 있는 방식으로 광섬유 번들을 제공하는 것에 의해.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 유기 재료를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 무기 재료를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 금속을 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 유전체 재료(dielectric material)를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 생물학적 재료를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 금속 산화물을 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 자성 재료를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 반도체 재료를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따르면, 도너 재료는 폴리머를 포함한다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 용어 및/또는 과학 용어는, 본 개시내용이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 비록 본 명세서에서 설명되는 것과 유사한 또는 동등한 방법 및 재료가 본 개시내용의 실시형태의 실시 또는 테스트에서 사용될 수 있지만, 예시적인 방법 및/또는 재료가 하기에서 설명된다. 충돌이 있는 경우, 정의를 비롯한, 본 특허 명세서가 제어할 것이다. 또한, 재료, 방법 및, 예는 단지 예시적인 것이며 반드시 제한하도록 의도되는 것은 아니다.

본 발명의 실시형태의 방법 및/또는 시스템의 구현은, 선택된 태스크(task)를 수동으로, 자동으로, 또는 이들의 조합으로 수행하는 것 또는 완료하는 것을 수반할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법 및/또는 시스템의 실시형태의 실제 수단(instrumentation) 및 기기에 따라, 여러 가지 선택된 태스크는, 하드웨어에 의해, 소프트웨어에 의해 또는 펌웨어에 의해 또는 오퍼레이팅 시스템을 사용한 이들의 조합에 의해 구현될 수 있을 것이다.

예를 들면, 본 개시내용의 실시형태에 따라 선택된 태스크를 수행하기 위한 하드웨어는 칩 또는 회로로서 구현될 수 있을 것이다. 소프트웨어로서, 본 개시내용의 실시형태에 따른 선택된 태스크는, 복수의 소프트웨어 명령어가, 임의의 적절한 오퍼레이팅 시스템을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 것으로서 구현될 수 있을 것이다. 본 개시내용의 예시적인 실시형태에서, 본 명세서에서 설명되는 방법 및/또는 시스템의 예시적인 실시형태에 따른 하나 이상의 태스크는, 복수의 명령어를 실행하기 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은 데이터 프로세서에 의해 수행된다. 선택적으로, 데이터 프로세서는 명령어 및/또는 데이터를 저장하기 위한 휘발성 메모리 및/또는 명령어 및/또는 데이터를 저장하기 위한 불휘발성 스토리지, 예를 들면, 자기 하드 디스크 및/또는 착탈식 매체를 포함한다. 선택적으로, 네트워크 연결이 또한 제공된다. 디스플레이 및/또는 키보드 또는 마우스와 같은 유저 입력 디바이스가 선택적으로 또한 제공된다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태가 첨부하는 도면을 참조하여, 단지 예로서, 본 명세서에서 설명된다. 이제 도면을 상세하게 참조하면, 도시되는 세부 사항은 예시적인 것이며 본 개시내용의 실시형태의 예시적인 논의의 목적을 위한 것이라는 것이 강조된다. 이와 관련하여, 도면과 함께 취해지는 설명은, 본 개시내용의 실시형태가 실시될 수도 있는 방법을, 기술 분야의 숙련된 자에게 명백하게 만든다.
도면에서:
도 1a 및 도 1b는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 레이저 유도 분배 시스템에 대한 재료 공급 키트의 개략적인 예시도;
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 레이저 유도 분배 시스템의 개략적인 예시도;
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 카트리지 어셈블리를 도시하는 개략적인 예시도;
도 4a 내지 도 4c는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 코팅 디바이스의 개략적인 예시도;
도 5a 내지 도 5i는, 코팅 디바이스가 도너 재료를 유지하기 위한 캐비티를 포함하는 본 발명의 실시형태에서의 코팅 디바이스의 원리 및 동작을 설명하는 개략적인 예시도;
도 6a 및 도 6b는, 도너 재료의 외부 소스가 코팅 디바이스에 연결되는 본 발명의 실시형태에서의 코팅 디바이스의 개략적인 예시도;
도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 조사 헤드의 상면도(도 7a) 및 측면도(도 7b)를 도시하는 개략적인 예시도;
도 8a는 복수의 조사 헤드를 예시하는 개략적인 예시도;
도 8b는, 복수의 조사 헤드를 수용하도록 구성되고 설계되는 다중 슬롯 구조체의 개략적인 예시도;
도 8c는, 레이저 빔이 광도파관에 의해 외부 레이저 소스로부터 헤드로 전달되는 개략적인 예시도;
도 8c와 유사한 구성을 예시하는 도 8d는, 복수의 헤드를 예시하는데, 이 경우, 각각의 복수의 도파관(예를 들면, 섬유 번들)은 각각의 복수의 빔을 헤드로 전달하기 사용될 수 있음;
도 8e는, 조사 헤드가 광학 노즐의 어레이를 포함하는 실시형태의 개략적인 예시도;
도 9a 내지 도 9f는 복수의 도파관에 의해 레이저 빔이 다중 노즐 헤드로 전달되는 실시형태의 개략적인 예시도인데, 광 빔은 둥글게 된 광학 커플러(rounded optical coupler)에 의해 도파관에 커플링됨;
도 10a는, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 회전 미러 시스템의 개략적인 예시도;
도 10b는, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 폴딩 미러 시스템(folding mirror system)의 개략적인 예시도;
도 10c는, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 광섬유 번들의 입구 포트와 두 개의 미러 시스템 중간에 배치되는 초점 광학 시스템(focus optical system)을 구비하는 두 개의 미러 시스템의 개략적인 예시도;
도 10d는, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 두 개의 미러 시스템 상으로 레이저 빔을 집속시키기 위해 두 개의 미러 시스템의 전방에 배치되는 초점 광학 시스템을 구비하는 두 개의 미러 시스템의 개략적인 예시도;
도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 노즐의 2차원 어레이의 개략적인 예시도;
도 12는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 인쇄 시나리오를 예시하는 플로우차트 도면;
도 13a 및 도 13b는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 블레이드 코팅 디바이스(blade coating device)의 바람직한 설계의 측면도(도 13a) 및 상면도(도 13b)의 예시도;
도 13c 및 도 13d는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 로드 코팅 디바이스(rod coating device)의 바람직한 설계의 직교도(orthogonal view)(도 13c) 및 단면도(도 13d)의 예시도;
도 13e는, 자신의 표면 상에 다수의 컷아웃(cut-out)을 구비하는 로드 코팅 디바이스의 뷰를 예시한 도면;
도 14a 내지 도 14d는 액체 도너 재료의 레이저 유도 분배 프로세스를 예시한 도면;
도 15a 내지 도 15d는, 도너 재료의 온도가 그것의 동결 온도에 가까운 본 발명의 실시형태에서의 도너 재료의 레이저 유도 분배 프로세스를 예시한 도면;
도 16a 및 도 16b는, 도 9a의 섬유 번들을 통합할 수도 있는 전체적인 인쇄 장치의 개략적인 예시이다. 도 16b는, 섬유 번들이 레이저 주사 시스템을 포함하는 드라이버로부터 프린트 헤드를 분리할 수도 있는 방식의 개략적인 예시도;
도 17a 및 도 17b는, 관련된 운동 방정식을 충족하는 유입구 및 유출구에서의 광섬유의 배열의 개략적인 예시도; 및
도 18은, 광섬유가 광 검출기에 연결되는 광섬유 번들의 개략적인 예시도.

본 개시내용은, 그 몇몇 실시형태에서, 재료 분배에 관한 것으로, 더 상세하게는, 레이저 유도 재료 분배에 관한 것이지만, 그러나 배타적으로 그것에 관한 것은 아니다.

본 개시내용의 적어도 하나의 실시형태를 상세하게 설명하기 이전에, 본 개시내용은, 그 응용에서, 후속하는 설명에서 기술되는 및/또는 도면 및/또는 예에서 예시되는 컴포넌트 및/또는 방법의 구성 및 배열의 세부 사항으로 반드시 제한되는 것은 아니다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용은 다른 실시형태가 가능하거나 또는 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다.

이제 도면을 참조하면, 도 1a 및 도 1b는, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 레이저 유도 분배 시스템에 대한 재료 공급 키트(10)의 개략적인 예시이다. 재료 공급 키트(10)의 적어도 하나의 컴포넌트, 보다 바람직하게는 모든 컴포넌트는, 일회용일 수 있거나 또는 제거 가능할 수 있다(예를 들면, 재료 공급 키트(10)는 제거될 수도 있고 폐기될 수도 있거나 또는 재생될(refurbished) 수도 있거나, 세정될 수도 있거나 또는 교체 재료 공급 키트로 단순히 대체될 수도 있다). 재료 공급 키트(10)는 바람직하게는 광 투과층을 구비하는 포일(18)을 각각 공급 및 권취하기 위한 공급 릴(14) 및 권취 릴(16)을 구비하는 카트리지 어셈블리(12)를 포함한다. 카트리지 어셈블리(12) 및 포일(18)은 바람직하게는 일회용으로 또는 제거 가능하게 제조된다. 키트(10)는, 포일(18)의 이동 동안 도너 재료(54)(도시되지 않음, 예를 들면, 도 2a 및 도 2b 및 도 4a 내지 도 4c 참조)에 의해 포일(18)을 코팅하기 위한 코팅 디바이스(20)를 더 포함할 수 있다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에서, 코팅 디바이스(20)는 공급 릴(14)로부터 포일(18)을 연속적으로 수용하기 위한 유입구(22), 권취 릴(16)에 의해 연속적으로 권취될 포일(18)을 연속적으로 방출하기 위한 유출구(24), 및 도너 재료에 의해 포일(18)을 코팅하기 위한 유입구(22)와 유출구(24) 사이의 코팅 구획(26)을 구비한다. 이들 실시형태는 도 1a에서 예시되며, 포일(18)을 아래로부터 코팅하는 것이 소망될 때 특히 유용하다. 코팅 디바이스(20)는, 대안적으로, 도너 재료를 포일(18) 상으로 분배하기 위한 노즐(21)을 포함할 수 있다. 이들 실시형태는 도 1a에 예시되며, 포일(18)을 위에서부터 코팅하는 것이 소망될 때 특히 유용하다.

코팅 디바이스(20)는 일회용으로 또는 제거 가능하게 제조되는 것이 바람직하다. 대조적으로, 종래의 연속 시스템은 구현하기에 매우 복잡하고 비용이 많이 든다. 일회용(또는 제거 가능한) 코팅 디바이스(20)를 구비하는 것의 이점은, 이를 때때로 대체하는 것을 허용하고 그에 의해 생산 프로세스를 단순하게 하는 것을 허용한다는 것이다. 더욱이, 일회용 또는 제거 가능한 코팅 디바이스(20)는 분배 구획 사이에서 도너 재료의 오염의 위험을 감소시킨다. 이것은, 바이오 프린팅(bio-printing)와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 오염에 민감한 용도에서 특히 유용하다. 코팅 디바이스(20)의 제거 가능 성질(nature)은, 코팅 디바이스가, 소망에 따라, 세정, 재사용, 재생, 교체 및 폐기되는 것을 허용한다는 것이 인식되어야 한다.

키트(10)를 통합하는 레이저 유도 분배 시스템(30)은 도 2a 및 도 2b에서 개략적으로 예시되는데, 도 2a는, 포일(18)이 아래에서부터 코팅되는 본 발명의 실시형태를 예시하고, 도 2b는, 포일(18)이 위에서부터 코팅되는 본 발명의 실시형태를 예시한다. 시스템(30)은 LIFT 시스템일 수 있으며, 다른 것들 중에서도, 인쇄를 위해 사용될 수 있다. 시스템(30)은 키트(10), 광학기기(34)를 구비하는 조사 헤드(또는 프린트 헤드)(32), 및 컨트롤러(36)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(36)는, 포일(18)의 이동을 확립하도록 카트리지 어셈블리(12)를 제어하기 위한, 그리고 도너 재료(54)의 액적(40)을 포일(18)로부터 방출하기 위해 코팅 디바이스(20)의 하류에 있는 위치에서 레이저 빔(38)을 포일(18) 상으로 집속시키도록 광학기기(34)를 제어하기 위한 전용 회로를 구비하는 것이 바람직하다. 도너 재료(54)가 코팅 디바이스(20)에 의해 위에서부터(도 2b) 또는 아래에서부터(도 2a) 도포되는지 또는 도포되지 않는지의 여부에 관계 없이, 레이저 빔(38)은, 도너 재료(54)에 의해 코팅되는 측과는 반대쪽인 포일(18)의 측으로부터 포일(18)에 도달하는 것이 바람직하다. 본 발명의 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(36)는 또한 포일(18)을 코팅하기 위해 코팅 디바이스(20)를 제어한다. 예를 들면, 컨트롤러(36)는, 이하에서 더 상술되는 바와 같이, 미리 결정된 양의 도너 재료를 포일(18) 상으로 도포하도록 및/또는 미리 결정된 코팅 속도에서 포일(18)을 코팅하도록 코팅 디바이스(20)를 제어할 수 있다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시형태에서, 시스템(30)은, 액적(40)의 방출에 후속하여 포일(18)로부터 과량의 도너 재료(74)를 제거하기 위한 폐기물 수집기(28)를 포함한다. 폐기물 수집기(28)는, 재료를 폐기물 탱크 또는 폐기물 카트리지에 전달하는 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있다. 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 도 2a의 대표적인 예시에서, 폐기물 수집기(28)는 하나 이상의 블레이드 및 폐기물 카트리지로서 구현된다. 추가적으로, 재료 폐기물 수집기에 의해 제거되는 과량의 도너 재료(74)는 재사용될 수도 있거나, 재활용될 수도 있거나 또는 폐기될 수도 있다.

필수가 아닌 선택적으로, 시스템(30)은 또한, 바람직하게는, 포일(18)이 빔(38)과 상호 작용하기 이전에, 포일(18)의 구획을, 제 자리에서, 이미지화하기 위한 이미징 디바이스(98)(도 2b에서는 도시되지 않음)를 포함한다. 이미징 디바이스(98)는 품질 제어를 위해 사용될 수 있는데, 이 경우, 디바이스는, 도너 재료가 분배되기 이전에, 도너 재료(54)의 이미지를 캡쳐하고, 그 이미지는, 예를 들면, 이미지 프로세서(도시되지 않음)에 의해 프로세싱 및 분석되어, 도너 재료(54)의 상태를 결정할 수 있다. 도너 재료(54)가 손상되었다는 것, 오염되었다는 것 또는 다르게는 저품질이라는 것을 이미지 프로세싱 및 분석이 나타내는 경우, 코팅 디바이스(20)가 도너 재료로 교체되거나 또는 재충전될 때까지, 시스템(30)의 동작을 일시적으로 중단시키기 위해, 신호가, 바람직하게는 자동적으로, 컨트롤러(36)로 전송될 수 있다. 이미징 디바이스(98)의 사용은, 도너 재료(54)이 생물학적 재료인 경우에 특히 유용하다. 이미징 디바이스(98)의 사용은, 시스템(30)이 하나보다 더 많은 타입의 도너 재료를 분배하기 위해 사용되는 경우에도 또한 유용한데, 이 경우, 컨트롤러(36)는, 도너 재료가 올바르지 않은 타입을 갖는다는 것을 이미지 프로세싱 및 분석이 나타내는 경우 시스템(30)의 동작을 일시적으로 중단한다. 이미징 디바이스(98)는 가시광 이미징 디바이스인 것이 바람직하지만, 그러나 다른 타입의 이미징 디바이스(예를 들면, 열 이미징 디바이스 및/또는 3차원 스캐너)도 또한 고려된다.

키트(10)의 카트리지 어셈블리(12) 및 코팅 디바이스(20)는, 시스템(30)의 작업자에 의해 헤드(32) 상에 조립될 수 있는 별개의 유닛으로서 제공될 수 있다. 카트리지 어셈블리(12) 및 코팅 디바이스(20)의 각각을 별개의 유닛으로서 구비하는 것의 이점은, 예를 들면, 동일한 포일 상에서 상이한 도너 재료를 사용하는 것이 바람직할 경우, 작업자가 카트리지 어셈블리(12)가 아니라 코팅 디바이스(20)만을 교환하는 것을 허용한다는 것이다.

사용에서, 리시버 기판(80)은 포일(18) 아래에 배치되고, 시스템(30)은 빔(38)을 포일(18) 상으로 집속시키도록 동작된다. 빔(38)은 통상적으로 포일(18)의 플라즈마 파괴 미만의 강도를 갖는다. 표면 열 흡수는 도너 재료(54) 상에서 발생한다. 열 흡수는 도너 재료(54)의 용융을 야기하고, 또한, 재료(54)로부터의 따라서 포일(18)로부터의 액적(40)의 순방향 가속으로 이어지는 순방향에서의 유도 압력 구배(induced pressure gradient)를 야기한다. 따라서, 액적(40)은 방출되고, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 중력의 도움으로, 기판(80)을 향하여 그리고 해당 기판 상으로 이동된다.

임의의 특정한 이론을 따르지 않으면, 레이저 펄스의 효과는 일반적으로, (i) 광 흡수, 및 (ii) 가열 및 상전이를 포함하는, 여러 가지 스테이지로 분리될 수 있다. 주어진 도너 재료의 경우, 분배 프로세스는, 펄스 지속 기간, 펄스 에너지, 파장, 및 반복 속도를 비롯한, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 하나 이상의 레이저 파라미터를 변경하는 것에 의해 제어될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시형태에서, 포일(18) 상의 도너 재료(54)의 온도는, 빔(38)과의 상호 작용 이전에, 도너 재료의 동결 온도보다 높은, 그러나 도너 재료의 동결 온도로부터 5℃ 미만 또는 4℃ 미만 또는 3℃ 미만, 2℃ 미만 또는 1℃ 미만 또는 0.5℃ 미만 또는 0.25℃ 미만 이내에 있는 레벨로 감소된다. 일단 빔(38)과 상호 작용하는 포일(18)의 구획에 있으면, 재료(54)의 온도는 증가되고 재료(54)는 하기에 설명되는 메커니즘에 의해 방출되어 분배된다. 레이저는 차가운 층을 국소적으로 가열하고, 열 영역은 점성이 덜하다. 국소적 점성 구배(local viscosity gradient)는 재료를 배출하는 추진력이다. 이 프로세스가 이송되는 재료의 손상 또는 오염의 위험을 감소시키기 때문에, 이 프로세스는 분배 프로세스의 품질을 향상시킨다는 것이 본 발명자에 의해 밝혀졌다.

동결 온도에 가까운 온도에서의 분배와 동결 온도에서 먼 온도에서의 분배 사이의 차이는, 도 14a 내지 도 14d 및 도 15a 내지 도 15d의 도움으로 더 잘 이해될 수 있다.

도 14a 내지 도 14d는, 도너 재료(54)의 온도가 자신의 동결 온도로부터 먼 경우의 액체 도너 재료의 레이저 유도 분배 프로세스를 예시한다. 포일(18)이 레이저 빔(38)에 의해 조사되는 경우(도 14b), 도너 재료의 층(54)에서 가스 기포(gas bubble)(55)가 형성된다. 이 기포의 온도는 통상적으로 200℃보다 높고, 투명 기판의 광 흡수체(light absorber)로부터의 원자가 이동하여 도너 재료(54)를 오염시킬 위험이 있다. 가스 압력은, 도너 재료(54)에 작용하여 도너 재료(54)의 액적(59)을 배출하는 힘으로 나타난다(도 14c 및 도 14d).

도 15a 내지 도 15d는, 도너 재료(54)의 온도가 자신의 동결 온도에 가까운 경우의 액체 도너 재료의 레이저 유도 분배 프로세스를 예시한다. 포일(18)이 레이저 빔(38)에 의해 조사되는 경우(도 14b), 도너 재료(54)의 층의 영역(57)에서 점성의 국소적 감소가 있지만, 그러나 어떠한 고온 기체 기포도 형성되지 않는다(도 15b). 점성 구배는, 영역(57)에 작용하여 도너 재료(54)의 액적(59)을 배출하는 힘으로 나타난다(도 15c 및 도 15d).

도너 재료(54)의 온도는, 포일(18)과 열 접촉할 수도 있는 및/또는 디바이스(20)와 함께 배치될 수도 있는 냉각 요소(88)에 의해 감소될 수 있다. 냉각 요소(88)는, 열전기(thermoelectric) 냉각 요소, 열이온(thermionic) 냉각 요소, 열음향(thermal-acoustic) 냉각 요소, 자기 냉각 요소, 액체 냉각제 냉각 요소, 기체 재순환 냉각 요소 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는, 임의의 타입의 것일 수 있다.

바람직하게는, 기판(80) 상에 도너 재료 패턴(82)을 형성하기 위해 기판(80)과 조사 헤드(32) 사이에서 상대적인 횡방향 운동(78)이 확립된다. 몇몇 실시형태에서, 기판(80) 상에서 3차원 오브젝트(84)를 형성하기 위해 기판(80)과 조사 헤드(32) 이동 사이에서, 상대적인 횡방향 이동(78) 및 상대적인 수직 이동(86) 둘 모두가, 순차적으로 또는 동시에, 확립된다.

본 명세서에서, "횡방향"은 중력 방향에 수직인 평면 내에서의 방향을 가리킨다.

본 명세서에서, "수직"은 중력 방향과 일반적으로 평행한 또는 반평행한 방향을 가리킨다.

일반적으로, 오브젝트(84)의 층의 패턴(82)을 생성하기 위한 정보는, 횡방향 둘 모두에서의 요구되는 공간 해상도의 2차원 비트 맵의 형태로 설명될 수 있다. 각각의 2차원 비트 맵 요소(예를 들면, 픽셀)는, 도너 재료로 채워져야 하는 또는 빈 상태로 남아 있어야 타깃 위치에 대응한다. 비트 맵은 이진 정보를 저장할 수도 있는데, 이 경우, 예를 들면, "1"은 패턴(82) 또는 오브젝트(84)에서 도너 재료에 의해 점유될 위치를 나타내고, "0"은 패턴(82) 또는 오브젝트(84)에서의 보이드(void)를 나타낸다. 따라서, 비트 맵에서의 "1"은, 헤드(32)가 도너 재료의 하나 이상의 액적을 분배하는 위치를 나타낼 수 있고 "0"은 헤드(32)에 의해 스킵되는 위치를 나타낸다.

본 명세서의 상기에서 기술되는 바와 같이 본 실시형태의 키트 및 시스템의 더 상세한 설명을 제공하기 이전에, 그에 의해 제공되는 이점에 주목할 것이다.

본 발명자는, 종래의 LIFT 시스템의 결점 중 하나가 도너 준비라는 것을 발견하였다. 이러한 시스템에서의 도너는, 도너 재료의 얇은 층으로 도포되는 캐리어 기판으로 구성된다. 종래의 시스템을 사용하는 인쇄 프로세스 동안, 일정하고 정확한 인쇄 조건을 달성하기 위해서는, 도너 재료의 새로운 층을 제공하는 것이 필요하다. 본 실시형태의 기법은, 공급 릴(14)로부터 권취 릴(16)로의 필름(18)의 이동(locomotion)과 포일(18)을 "즉석에서(on the fly)" 코팅하는 코팅 디바이스(20) 사이의 조합에 의해, 도너 재료의 연속적인 공급을 허용하고, 그 결과, 포일이 레이저 빔(38)과 상호 작용할 때까지, 그것은 항상 새로운 양의 도너 재료에 의해 코팅된다. 일회용 또는 제거 가능한 코팅 디바이스의 활용은, 그것이 더 저렴하고 더욱 소형이기 때문에, 시스템의 복잡성을 감소시킨다. 또한, 전체 디바이스가 일회용이거나 또는 제거 가능하므로 세정이 필요 없기 때문에, 유지 보수가 덜 복잡하다. 게다가, 포일(18)은, 예를 들면, 카트리지 내에 설치되기에 앞서 미리 코팅될 수도 있는데, 이 경우 별개의 코팅 디바이스는 필요하지 않을 수도 있다.

도면을 다시 참조하면, 도 3a 내지 도 3c는, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 카트리지 어셈블리(12)를 더욱 상세하게 도시하는 개략적인 예시이다. 도 3a는 카트리지 어셈블리(12)를 예시하고, 도 3b는 포일(18)을 예시하고, 도 3c는 포일(18)의 확대된 단면을 예시한다. 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 도 3b 및 도 3c의 대표적인 예시에서, 포일(18)은 다층 포일(multilayer foil)이다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에서, 포일(18)은 광 투과층(44) 위에 희생 보호층(42)을 포함한다. 층(42)은, 포일(18)이 릴(14) 둘레에 권취될 때, 층(44)의 상부 측을 보호하는 역할을 한다. 바람직하게는, 카트리지 어셈블리(12)는, 포일(18)의 공급 동안 층(42)을 44로부터 들어올리기 위한 리프트 오프 릴(46)(도 3a 참조)을 포함한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에서, 포일(18)은, 일단 포일(18)이 도너 재료에 의해 코팅되면, 도너 재료로의 열 전달을 허용하기 위한 열 전도층(48)을, 광학기기(34)에 반대쪽인 광 투과층(44)의 측(예를 들면, 광학기기(34)가 포일(18) 위에 있는 경우, 광 투과층(44) 아래)에서 포함한다. 층(48)은 금속 층일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 포일(18)은 또한, 광 투과층(44)에 반대쪽인 열 전도층(48)의 측(예를 들면, 광학기기(34)가 포일(18) 위에 있는 경우, 열 전달 층(48) 아래)에서 패시베이션층(50)을 포함한다. 층(50)은 도너 재료와 층(48) 사이의 접촉을 방지하는 역할을 한다. 이것은, 예를 들면, 도너 재료가 생물학적 재료인 경우에 특히 유용하다.

다음은, 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는, 포일(18)의 층에 적절한 재료에 대한 대표적인 예이다. 희생 보호층(42)은, 예를 들면, PARAFILM®과 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 고무 타입의 폴리머 필름으로 제조될 수 있다. 광 투과층(44)은, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 가요성 유리 등으로 이루어질 수 있다. 열 전도층(48)은 티타늄, 몰리브덴, 백금, 금 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속으로 제조될 수 있다. 층(48)의 두께는, 예를 들면, 10㎚ 내지 100㎚, 바람직하게는 약 15㎚내지 약 25㎚의 레이저 광 흡수 깊이에 필적할 수도 있다. 패시베이션층(50)은, 티타늄 산화물, 알루미나, 실리카 등과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 금속 산화물로 제조될 수 있다. 층(50)의 두께는, 예를 들면, 10㎚ 내지 500㎚, 바람직하게는 약 50㎚ 내지 약 150㎚일 수도 있다.

본 명세서에서, "위(above)" 및 "아래(below)"는, 중력의 방향에 관한 것이며, 포일(18)이 수평 방향을 취할 때 다른 층에 대한 층의 위치를 설명한다.

본 발명의 몇몇 실시형태에 따른, 코팅 디바이스(20)의 개략적인 예시인 도 4a 내지 도 6b에 대한 참조가 이제 이루어진다.

도 4a는, 디바이스(20)의 예시화된 설계를 도시하는 사시도이다. 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 이 예시화된 설계에서, 디바이스(20)는, 키트(10)의 유저가 디바이스(20)를 포일(18) 상에 쉽게 장착하는 것을 허용하기 위한 신속 잠금 메커니즘(quick lock mechanism)(52)을 구비한다. 잠금 메커니즘은, 예를 들면, 소망에 따라, 자기 메커니즘 또는 하나 이상의 스냅 커넥터일 수 있다. 본 개시내용의 몇몇 실시형태에서, 디바이스(20)는, 도너 재료(54)를 디바이스(20)에 공급하기 위한 도너 재료의 소스(도시되지 않음)에 연결 가능한 도너 재료 유입구(56)를 포함한다.

도 4b 및 도 4c는, 코팅 디바이스(20)의 단면 정면도의 개략적인 예시이다. 이 뷰에서, 포일(18)의 이동은 도면의 지면에 대해 바깥쪽을 향한다. 디바이스(20)의 상부 커버(90) 및 디바이스(20)에 의해 제공되는 도너 재료(54)와 포일(18) 사이에 접촉이 존재하는 것을 보장하기 위한 유지 구조체(holding structure)(92)가 도 4b 및 도 4c에서 도시된다. 도 4b의 예시에서, 유지 구조체는 디바이스(20)의 수직 위치가 포일(18)에 대해 고정되도록 정적이고, 그 결과, 디바이스(20)는 포일(18)에 대한 일정한 힘에 의해 가압된다. 도 4c의 예시에서, 유지 구조체(92)는 상부 커버(90)에 대해 수직 방향으로 이동 가능하고(94), 그 결과, 디바이스(20)에 의해 포일(18)에 인가되는 힘은 변경될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 상부 커버와 구조체(92) 사이에서 연결되며 이동(94)을 확립하도록 구성되는 액추에이터(96)를 사용하여 달성될 수 있다. 액추에이터(96)는, 예를 들면, 시스템(30)의 컨트롤러(36)에 의해 제어 가능한 압전 결정(piezoelectric crystal)의 형태일 수 있다. 디바이스(20)의 수직 위치를 변경시키는 것의 이점은, 이것이 포일(18) 상에 형성되는 도너 재료(54)의 코팅층의 두께를 선택하는 것을 허용한다는 것이다. 가변 수직 위치는 또한, 본 명세서의 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 하나보다 더 많은 타입의 도너 재료에 의해 포일(18)을 코팅하는 것을 허용한다.

도 5a 내지 도 5g는, 디바이스(20)가 도너 재료(54)를 유지하기 위한 캐비티(58)을 포함하는 본 개시내용의 실시형태에서의 디바이스(20)의 원리 및 동작을 설명하는 개략적인 측면 예시이다. 캐비티(58)는, 도너 재료(54)를 유지하기 위해, 유입구(22) 및 유출구(24) 아래에 배치되고, 포일(18)의 이동 동안 포일(18)과 도너 재료(54) 사이에 접촉을 확립하도록 도너 재료(54)를 상방으로 편향시키고, 그에 의해, 아래에서부터 재료(54)에 의한 포일(18)의 "즉석의" 코팅을 용이하게 하기 위한 바이어스 메커니즘(60). 바이어스 메커니즘(60)는, 도 5a에서 예시화되는 바와 같이, 예를 들면, 플런저(62) 및 플런저(62)를 상방으로 편향시키기 위한 탄성 요소, 예를 들면, 스프링과 같은 기계적 편향 부재(64)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 바이어스 메커니즘(60)는, 도 5b에서 예시화되는 바와 같이, 플런저(62) 및 플런저(62) 아래에서 유체 압력을 인가하고 그에 의해 플런저(62)를 상방으로 편향시키기 위한 펌프 시스템(68)에 연결 가능한 압력 포트(66)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 스페이서(72)는 디바이스(20)에 대해 고정된 수직 거리에서 포일(18)을 유지하기 위해 사용되지만, 그러나, 포일(18)이 공급 릴(14) 및 권취 릴(16)에 의해 인가되는 인장력에 의해 고정된 수직 위치에서 유지될 수도 있기 때문에, 이것은 반드시 그럴 필요는 없다. 펌프 시스템(68)은, 목적하는 용도에 따라, 유압 펌프(hydraulic pump), 공압 펌프(pneumatic pump), 또는 (예를 들면, 실린더 및 피스톤을 활용하는) 다른 기계적 펌프, 가역 펌프(reversible pump), 정압 펌프(constant pump), 또는 가변 펌프일 수도 있다.

기계적 편향 부재(64)(도 5a)의 사용은, 메커니즘이 수동인 것을 허용하며 외부 펌프를 필요로 하지 않기 때문에, 유리하다. 기계적 편향 부재를 갖는 수동 메커니즘(60)은, 시스템(30)이 단일의 도너 재료를 분배하도록 구성되는 경우에 특히 유용하다.

압력 포트(66)의 사용은, 메커니즘(60)에 의해 인가되는 편향에 대한 제어 가능성(controllability)을 제공하기 때문에, 유리하다. 제어 가능성은, 펌프 시스템(68)에 의해 인가되는 압력을 제어하도록 구성될 수 있는 컨트롤러(36)에 의할 수 있다. 압력은, 예를 들면, 포일(58) 상에 도포되는 도너 재료(54)의 양 또는 속도를 선택하도록 제어될 수 있는데, 펌프 시스템(68)에 의해 인가되는 더 높은 압력은 더 높은 코팅 속도를 제공하고 펌프 시스템(68)에 의해 인가되는 더 낮은 압력은 더 낮은 코팅 속도를 제공한다. 압력에 대한 제어는 또한, 일시적으로 선택적인 코팅을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(36)는, 하나의 시간 간격 동안 플런저(62)를 편향시키도록 그리고 다른 시간 간격 동안 (예를 들면, 압력을 인가하지 않는 것에 의해, 진공을 적용하기 위한 펌프 시스템의 동작을 반대로 하는 것에 의해) 편향을 중단하도록 펌프 시스템(68)에게 시그널링할 수 있다. 게다가, 컨트롤러(36)는 레이저 유도 분배 시스템(30)에 대해 내부에서 또는 외부에서 제공될 수도 있다. 예를 들면, 컨트롤러는, 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer: PC)와 레이저 유도 분배 시스템(30) 사이를 중재하는 소프트웨어 및/또는 하드웨어를 통해 레이저 유도 분배 시스템(30)과 통신할 수도 있는 PC 또는 다른 워크스테이션으로서 제공될 수도 있다. 또한, 컨트롤러는, 레이저 유도 분배 시스템(30)의 부품을 제어하기 위해, 해당 레이저 유도 분배 시스템에 직접적으로 제공될 수도 있다.

본 발명의 몇몇 실시형태에서, 디바이스(20)는, 포일(18) 상으로 도포되는 도너 재료(54)의 층을 평탄화하도록 배치되는 평탄화 디바이스(leveling device)(70)를 포함한다. 도 5a 내지 도 5g에 도시되는 개략적인 예시에서, 평탄화 디바이스(70)는 블레이드로서 예시되지만, (예를 들면, 로드 또는 에어 나이프에 의한) 다른 타입의 평탄화 메커니즘도 또한 고려되기 때문에, 이것은 반드시 그럴 필요는 없다. 평탄화 디바이스(70)에 대해 에어 나이프를 갖는 것의 이점은, 에어 나이프 수단의 출력에서 가스 압력을 조정하는 것에 의해 포일(18) 상에서의 도너 재료(54)의 두께를 제어하는 것을 허용한다는 것이다. 다른 이점은 블레이드 또는 로드를 세정하거나 또는 교체할 필요성을 제거한다는 것이다. 평탄화 디바이스(70)에 의해 제거되는 과량의 도너 재료(54)는, 필요한 경우, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 캐비티(58)로 다시 재순환된다. 이것은 전용 도관에 의해 또는 평탄화 디바이스를 형성하는 블레이드를 중공으로 만드는 것 및 블레이드에 의해 제거되는 도너 재료가 블레이드를 통해 다시 캐비티로 흐르도록 캐비티(58)와 유체 연통하게 만드는 것에 의해 행해질 수 있다.

도 5c 내지 도 5g는, 디바이스(20)가 두 개 이상의 캐비티(58A, 58B)을 포함하는 실시형태에서의 코팅 디바이스(20)의 개략적인 예시이다. 이들 실시형태는, 하나보다 더 많은 도너 재료를 분배하는 것이 바람직할 경우 특히 유용한데, 이 경우, 캐비티(58A, 58B)는 각각 상이한 도너 재료(54A 및 54B)를 포함한다. 캐비티의 각각은, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 펌프 시스템(도 5c 내지 도 5g에서 도시되지 않음, 도 5b 참조)과 별개로 유체 연통한다. 각각의 캐비티는 별개의 펌프와 통신할 수 있거나, 또는, 더 바람직하게는, 모든 캐비티에 대해 동일한 펌프 시스템이 사용될 수 있는데, 이 경우, 시스템은 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 각각의 캐비티에 대한 별개의 유체 연통을 확립하기 위한 제어 가능한 펌프 매니폴드(controllable pump manifold)를 포함할 수 있다. 포일(18)을 코팅하기 위해 사용되는 도너 재료의 선택은, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 컨트롤러(36)에 의한다. 이것은 하나보다 더 많은 방식으로 행해질 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(36)는, 펌프에 의해 각각의 플런저에 인가되는 압력을 제어하는 것에 의해 코팅을 적용하는 캐비티를 선택한다. 예를 들면, 컨트롤러(36)는, 플런저를 상방으로 편향시키기 위한 압력을 하나의 캐비티에만 인가하도록, 그리고 모든 다른 캐비티에 압력을 인가하지 않도록(예를 들면, 다른 캐비티를 주변 압력에서 유지하도록) 펌프 시스템에게 시그널링할 수 있다. 컨트롤러(36)는 또한 다른 모든 캐비티에도 진공을 인가하도록 펌프에게 시그널링할 수 있다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에서, 캐비티는 수직 방향을 따라 이동 가능하고, 컨트롤러(36)는 캐비티를 수직으로 변위시켜 각각의 캐비티 내의 도너 재료와 포일(18) 사이의 접촉을 간헐적으로 생성하도록 구성될 수 있다. 캐비티(58A 및 58B)의 이동은, 예를 들면, 컨트롤러(36)에 의해 제어 가능한 액추에이터(96)(도시되지 않음, 도 4b 참조)에 의할 수 있다.

하나보다 더 많은 캐비티가 활용되는 경우, 도너 재료(54A)와 포일(18)(도 5c) 사이에 접촉을 확립하도록 캐비티(58A)가 변위될 때 도너 재료(54A)를 평탄화하기 위해, 그리고 도너 재료(54B)와 포일(18)(도 5d) 사이에 접촉을 확립하도록 캐비티(58B)가 변위될 때 도너 재료(54B)를 또한 평탄화하기 위해 동일한 평탄화 디바이스(70)가 사용될 수 있다. 이들 실시형태에서, 과량의 도너 재료는, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 캐비티로 재순환되지 않는다.

대안적으로, 도 5e 및 도 5f에서 예시되는 바와 같이, 캐비티의 각각에 대해 별개의 평탄화 디바이스(70)가 사용될 수 있다. 이들 실시형태에서, 평탄화 디바이스의 각각은, 본 명세서의 상기에서 추가로 상술되는 바와 같이, 각각의 도너 재료를 각각의 캐비티로 재순환시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 대안예는, 액티브 캐비티에 인접한 평탄화 디바이스를 재배치하는 이동 부재(도시되지 않음) 상에 평탄화 디바이스를 장착하는 것이다.

도 5g는, 코팅 이전에 도너 재료(54A 및 54B)를 혼합하기 위한, 캐비티(58A 및 58B)의 각각과 유체 연통하는 혼합 챔버(76)를 코팅 디바이스(20)가 포함하는 본 개시내용의 실시형태의 개략적인 예시이다. 이들 실시형태에서, 컨트롤러(36)는, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 캐비티(58A 및 58B) 내의 개개의 압력을 제어하여, 도너 재료(54A 및 54B) 사이에 미리 결정된 혼합 비율을 제공하도록 구성된다. 구체적으로, 도너 재료(54A)의 상대적 부피가 도너 재료(54B)의 상대적 부피보다 더 큰 혼합물을 제공하는 것이 바람직할 경우, 컨트롤러(36)는, 캐비티(58B)의 플런저에 대한 것보다 더 높은 압력을 캐비티(58A)의 플런저에 인가하도록 펌프 시스템을 제어할 수 있고, 도너 재료(54A)의 상대적 부피가 도너 재료(54B)의 상대적 부피보다 더 작은 혼합물을 제공하는 것이 바람직할 경우, 컨트롤러(36)는, 캐비티(58B)의 플런저에 대한 것보다 더 낮은 압력을 캐비티(58A)의 플런저에 인가하도록 펌프 시스템을 제어할 수 있고, 도너 재료(54A)의 상대적 부피가 도너 재료(54B)의 상대적 부피와 동일한 혼합물을 제공하는 것이 바람직할 경우, 컨트롤러(36)는 캐비티(58A 및 58B)의 플런저에 동일한 압력을 인가하도록 펌프 시스템을 제어할 수 있다. 더구나, 다수의 캐비티가 제공될 수도 있기 때문에, 본 개시내용의 특징부는 다중 재료 코팅을 가능하게 한다. 추가적으로, 복수의 캐비티는, 예를 들면, 상이한 도너 재료를 필름 폭을 따라 평행하게 퇴적하는 것을 가능하게 만든다. 도 5h를 참조한다. 더구나, 상이한 도너 재료가 직렬 코팅에서 퇴적되는 경우, 기계 시스템은, 예를 들면, 재료 사이의 간섭을 방지하기 위해, (포일 상에 도너 재료를 퇴적하기 위한) 각각의 주사기 및 블레이드를 상승 또는 하강시킬 수도 있다. 도 5i를 참조한다. 주사기를 상승 및 하강시키는 기계 시스템은, 예를 들면, 공압 실린더와 같은 공압 기계 시스템, 유압 기계 시스템 또는 회전 운동을 선형 운동으로 변환할 수도 있는 기어 및 다른 컴포넌트를 통합하는 모터 구동 시스템(motorized system)일 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 그러나, 코팅 메커니즘을 상승 및 하강시키기 위한 임의의 적절한 메커니즘 또는 다른 장치가 제공될 수도 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.

도 6a 및 도 6b는, 코팅 디바이스(20)에 연결되는 도너 재료(54)의 소스(100)가 존재하는 본 개시내용의 실시형태에서의 코팅 디바이스(20)의 개략적인 예시이다. 이들 실시형태에서, 도너 재료가 소스(100)로부터 직접적으로 포일(18)에 도포될 수 있기 때문에, 디바이스(20)가 도너 재료를 유지하기 위한 캐비티를 포함하는 것은 필요하지 않다. 이들 실시형태에서, 디바이스(20)는 도너 재료를 포일(18)에 전달하기 위한 내부 도관(102)을 포함한다. 내부 도관(102)은, 본 명세서의 상기에서 추가로 상술되는 바와 같이, 과량의 도너 재료(54)가 평탄화 디바이스(70)에 의해 제거되고 다시 도관(102)으로 재순환되는 것을 허용하도록 평탄화 디바이스(70)에 연결될 수 있다.

내부 도관(102)은, 도관(102 및 104)을 연결하는 커넥터(106)에 의해, 외부 도관(104)을 통해 소스(102)에 연결될 수 있다. 도관(102 및 104) 내에서의 도너 재료(54)의 흐름은, 펌프(108)에 의해 확립될 수 있다. 컨트롤러(36)는, 소스(100)로부터의 재료(54)에 의해 포일(18)을 코팅하는 것이 목적하는 타이밍에 따라, 일시적으로 선택적 방식으로 펌프(108)를 제어한다. 선택적으로 그리고 바람직하게는, 펌프(108)는 양방향 펌프이다. 이들 실시형태에서, 펌프(108)는 포일(18)을 코팅하기 위한 도너 재료(54)의 유출(outflow) 및 코팅 프로세스를 중단시키기 위한 도너 재료의 유입(inflow)을 생성한다.

상이한 도너 재료의 별개의 소스에 각각 연결 가능한 여러 개의 코팅 디바이스가 활용될 수 있다. 이들 실시형태에서, 컨트롤러는, 상이한 도너 재료의 각각이, 연속적으로 또는 동시적으로, 포일(18)을 코팅하는 것을 허용하도록, 별개의 소스의 펌프를 선택적으로 제어한다.

따라서, 본 개시내용의 몇몇 실시형태는, 상이한 컬러 및/또는 컬러 이외의 상이한 특성 갖는 둘 이상의 개개의 도너 재료로 구성되는 복합 재료를 사용하여 오브젝트 또는 패턴을 제조하는 가능성을 제공한다. 컬러 이외의 특성은, 투명도, 탄성, 전기 전도도, 자화, 강도 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 개개의 도너 재료는, 제3의 상이한 컬러 또는 특성 또는 그들의 컬러 또는 특성의 조합을 갖는 재료를 획득하도록, 그들의 컬러 또는 특성에 기초하여, 사용을 위해 선택될 수 있다. 결과적으로 나타나는 복합 재료는, 예를 들면, 분배되는 각각의 개개의 도너 재료의 상대적인 양 및 그들의 퇴적의 순서 또는 "구조체"에 따라, 사용되는 둘 이상의 개개의 도너 재료의 각각의 것과는 상이한 특성 또는 특성들을 가질 수 있다.

두 개 이상의 상이한 도너 재료를 활용하는 본 실시형태의 시스템의 능력은, 종래의 LIFT 시스템에서 가능했던 것보다 더 많은, 그리고 더 다양한 도너 재료를 사용하는 것을 가능하게 만든다.

상이한 도너 재료의 상대적인 양은, 제조될 패턴 또는 오브젝트의 목적하는 특성에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 특정한 컬러의 패턴을 형성하는 것이 바람직할 경우, 재료의 각각의 양의 각각은 그 특정한 컬러를 준비하도록 선택될 수 있다.

상기의 실시형태 중 임의의 것에서, 코팅 디바이스(20)와 함께 사용될 적절한 도너 재료는, 금속(예를 들면, 알루미늄, 몰리브덴, 주석, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금), 금속 산화물, 유전체 재료, 반도체 재료, 자기 재료, 유기 재료, 무기 재료, 고분자 재료, 및 생물학적 재료(예를 들면, 단백질, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 전세포(whole cell), 생물학적 조직, 효소, 보조 인자(cofactor), 핵산, DNA, RNA, 항체, 항원, 올리고당, 다당류, 올리고뉴클레오타이드, 렉틴, 바이오틴, 스트렙트아비딘(streptavidin), 지질)를, 제한 없이, 포함한다. 도너 재료는 액체 형태인 것이 바람직하지만, 그러나 또한 분말 또는 현탁액일 수도 있다. 도너 재료가 분말 형태인 경우, 포일은, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 포일에 분말을 접착시키기 위한 접착제로 미리 코팅되거나 또는 연속적으로 코팅된다.

이제, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 조사 헤드(32)의 상면도(도 7a) 및 측면도(도 7b)를 도시하는 개략적인 예시인 도 7a 및 도 7b를 참조한다. 도 7a 및 도 7b에서는, 카트리지(12) 및 디바이스(20)가 상부에 조립되기 이전의 조사 헤드(32)가 도시되어 있다. 헤드(32)는, 헤드 본체(110) 및 본체(110) 상에 회전 가능하게 장착되는 복수의 허브(112)를 포함한다. 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 도 7a 및 도 7b의 대표적인 예시에서, 세 개의 허브(112A, 112B 및 112C)가 예시되어 있다. 허브(112A)는 카트리지 어셈블리(12)의 공급 릴(14)을 회전시키는 역할을 할 수 있고, 허브(112B)는 카트리지 어셈블리(12)의 권취 릴(16)을 회전시키는 역할을 할 수 있고, 허브(112C)는 카트리지 어셈블리(12)의 리프트 오프 릴(46)을 회전시키는 역할을 할 수 있다. 허브(112A, 112B, 및 112C)의 각각은, 전기식 DC 모터와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 모터(114A, 114B, 114C)에 각각 연결될 수 있다. 그러나, 모든 허브가 모터에 연결될 필요는 없다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 허브(114A)는, 허브(114B)가 회전하여 공급 릴로부터 방출되는 포일을 권취할 때 자유롭게 회전하도록 허용될 수 있다. 게다가, 임의의 수의 허브가 임의의 수의 모터에 커플링될 수 있다. 예를 들면, 하나의 모터는, 예를 들면, 모터의 속도를 허브의 움직임(회전 또는 기타)과 커플링할 수 있는, 예를 들면, 벨트 또는 기어 메커니즘을 통해 연결된 허브(들) 및 모터(들)에 의해 다수의 허브를 구동시키도록 구성될 수도 있다.

헤드(32)의 광학기기(34)는, 레이저 빔(38)을 생성하기 위한 레이저 소스(116), 빔(38)을 변조하기 위한 변조기(118), 빔(38)의 변조에 후속하여 해당 빔의 스팟 사이즈를 확장시키기 위한 빔 확장기(beam expander)(120), 빔의 확장에 후속하여 빔을 주사하기 위한 광학 주사 디바이스(122), 및 빔(38)을 집속시키기 위한 광학 집속 요소(optical focusing element)(124)를 포함할 수 있다. 레이저 소스(116)는, 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 펌프 빔을 제공하는 반도체 다이오드 펌프 레이저, 및 마이크로칩 레이저 캐비티를 구비하는 솔리드 스테이트 마이크로칩으로서 구현될 수 있다. 또한, 레이저 소스는 의도된 애플리케이션에 적절한 레이저 빔을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 레이저 소스(116)는, 약 450㎚에서부터 약 650㎚까지의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 빔을 제공하도록 선택될 수 있다.

변조기(118)는, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 빔(38)에 공간적 그레이스케일 강도 변조(spatial grayscale intensity modulation)를 적용하여 그것의 강도 프로파일을 성형한다. 공간적 광 변조기로서, 다수의 경쟁 기술이 사용될 수도 있다. 자외선으로부터 적외선까지의 투과 파장을 갖는 그에 의해 레이저 광원의 선택에서 광의 선택의 더 많은 자유도를 가능하게 하는 이러한 상업적으로 이용 가능한 디바이스로서, 디지털 마이크로 미러 디바이스가 특히 유용하다. 액정 변조기 및 음향 광학 변조기와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 다른 타입의 변조기도 또한 고려된다.

빔 확장기(120)는 회절 또는 굴절 빔 확장기일 수 있고, 빔(38)의 스팟 사이즈를 임의의 양만큼 증가시키도록 선택될 수 있다. 바람직하게는, 빔 확장기(120)는 스팟의 직경의 적어도 2배의 증가를 제공한다. 빔의 확장은 발산을 감소시키며, 집속 요소(124)가 스팟 사이즈에서의 감소를 활용하는 것을 허용하기 때문에, 또한 유리하다.

광학 주사 디바이스(122)는, 주사 미러, 또는 디지털 광 프로세싱(digital light processing: DLP) 시스템으로 구현될 수 있고, 집속 요소(124)는 굴절 렌즈 시스템 또는 회절 시스템일 수 있다.

헤드(32)는, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 카트리지 어셈블리(12)의 포일(18)을 유지하기 위한 포일 홀더(126)를 포함한다. 바람직하게는, 홀더(126)는 빔(38)에 대해 투명하다. 대안적으로, 홀더는 어퍼쳐를 포함할 수 있는데, 빔(38)은, 어퍼쳐를 통과하여 포일(18) 상에 충돌한다. 홀더(126)는, 빔(38)에 대한 포일(18)의 방위를 조정하도록 회전 가능한 것이 바람직하다. 홀더(126)는, 포일(18)과 집속 요소(124) 사이의 거리를 조정하고 그에 의해 포일(18) 상으로의 빔(38)의 집속을 보장하도록, 빔(38)의 방향을 따라 변위 가능한 것이(예를 들면, 수직으로 이동 가능한 것이) 바람직하다. 그러나, 홀더(26)는, 포일(18)과 집속 요소(124) 사이의 거리 또는 방위를 조정하기 위해, 임의의 방향으로 이동 가능(또는 변위 가능)할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.

본 개시내용의 추가적인 특징부는, 레이저 빔이 외부 소스로부터 헤드(32)로 전달될 수도 있다는 것인데, 이 경우, 광학기기(34)는 레이저 빔(38)을 외부 레이저 소스로부터 조사 헤드(32)에 커플링시킨다. 이 특징부의 적어도 하나의 이점은, 빔(38)을 생성하고 선택적으로 또한 변조 및/또는 확장시키기 위해, 더 큰 스케일의 레이저 시스템 및 더 큰 스케일의 광학기기를 사용하는 것을 허용한다는 것이다. 따라서, 전술한 특징부에 따르면, 헤드(32)가 레이저 소스(116)를 포함하는 것이 필요하지 않고, 헤드(32)가 변조기(118) 및/또는 빔 확장기(120)를 포함하는 것이, 선택적으로 그리고 바람직하게는, 필요하지 않다.

상기 특징부를 활용할 수도 있는 대표적인 예(들)가 도 8a 내지 도 8e에서 예시되어 있다.

도 8a에서는, 레이저 빔(38)을 외부 소스(도시되지 않음)로부터 각각의 헤드에 커플링시키는 광학 커플러(130)를 각각 포함하는 복수의 조사 헤드(32)가 도시되어 있다. 도 8b는, 조사 헤드(32)를 수용하도록 그리고 광 빔(38)을 각각의 헤드에 제공하여 각각의 광학 커플러에 의해 각각의 헤드에 커플링되게 하도록 구성되고 설계되는 다중 슬롯 구조체(132)의 개략적인 예시이다. 빔(38)의 각각은, 별개의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있지만, 그러나, 더 바람직하게는, 단일의 소스가 모든 헤드에 대해 사용될 수 있는데, 레이저 소스에 의해 생성되는 레이저 빔은 개개의 헤드에 의해 연속적으로 사용될 수 있거나 또는 연속적으로 사용되도록 주사될 수 있거나, 커플러(130)에 의해 커플링되는 2차 빔으로 분할될 수 있다. 외부 레이저 소스가 복수의 조사 헤드와 함께 사용되는 실시형태를 도 8a 및 도 8b가 예시하지만, 본 개시내용의 몇몇 실시형태는, 시스템(30)이 단일의 조사 헤드를 포함하는 경우 외부 레이저 소스의 사용을 또한 고려한다.

도 8c는, 광섬유와 같은 그러나 이것으로 제한되지는 않는 광도파관(136)에 의해 레이저 빔이 외부 레이저 소스(134)로부터 헤드(32)로 전달되는 개략적인 예시인데, 이 경우, 광학 커플러(130)는 도파관(136)에 연결 가능하다. 도 8d는 복수의 헤드(32)를 갖는 유사한 구성을 예시하는데, 이 경우, 각각의 복수의 도파관(136)(예를 들면, 섬유 번들)은 각각의 복수의 빔을 헤드(32)로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 빔은, 외부 레이저 소스(134)로부터 출력 빔(140)을 수신하고, 출력 빔(140)을 복수의 2차 빔으로 분할하며, 각각의 2차 빔을 도파관(136) 중 하나에 커플링하는 멀티웨이 빔 스플리터(multiway beam splitter)(138)에 의해 분할될 수 있다.

광도파관(136)의 사용은, 헤드(32)가 주사 부분이 전혀 없게 되는 것을 허용하기 때문에, 유리하다.

도 8e는, 각각의 복수의 레이저 빔 초점(144)을 생성하기 위한, 광학 노즐의 어레이(142)를 조사 헤드(32)가 포함하는 실시형태의 개략적인 예시이다. 각각의 광학 노즐은, 별개의 집속 요소를 포함할 수 있고, 각각의 노즐의 집속 요소에 의해 집속될 빔을 안내하는 도파관(146)을 수용하기 위한 별개의 광학 커플러를 포함할 수 있다. 개개의 빔은 외부 레이저 소스(도시되지 않음)로부터의 출력 빔(140)으로부터 제공될 수 있다. 예를 들면, 출력 레이저 빔(140)을 주사하여 레이저 빔(140)을 광학 노즐(142)에 선택적으로 커플링시키도록 빔 주사 시스템(148)이 사용될 수 있다. 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 도 8에서 예시되는 대표적인 예에서, 빔 주사 시스템(148)은 출력 주사 빔(140)을 주사하여 빔(140)을 외부 렌즈 어레이(150)의 렌즈 요소 상으로 선택적으로 커플링하는데, 렌즈 요소는 빔(140)을 각각의 광도파관(152)에 커플링한다. 광도파관 커넥터(154)는 도파관(152)을 도파관(146)에 연결하기 위해 사용된다.

헤드의 노즐 어레이는, 헤드가 어레이의 길이 방향에 일반적으로 수직인 방향을 따라 횡방향 이동을 수행할 때 복수의 행(row)의 도너 재료가 기판 상에 형성되는 방식으로 배열될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는, 레이저 빔(140)이 복수의 도파관(136)(예를 들면, 섬유 번들)에 의해 다중 노즐 헤드(32)로 전달되는 본 개시내용의 실시형태의 개략적인 예시인데, 광 빔은 둥글게 된(예를 들면, 원형, 타원형, 및 계란형) 다중 포트 광학 커플러(162)(또는 제1 계면)에 의해 도파관(136)에 커플링된다. 이들 실시형태에서, 도파관(136)의 입구 포트(164)는, 하나 이상의 동심의 닫힌 둥근 형상, 예를 들면, 원, 계란 모양 및 타원을 형성하도록 커플러(162) 상에 배열된다. 도파관(136)의 출구 포트(166)는 직사각형 또는 인터레이스 방식으로 헤드(32) 상에 배열될 수 있다.

또한, 도 9c는, 제1 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제1 단부에 인접하는 제1 단부를 구비하는 모든 광섬유가 제2 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제2 단부에 인접하지 않는 제2 단부를 구비하도록 광섬유의 각각을 배열하는 예시적인 특징부를 예시한다. 섬유 번들은, 주어진 용도에 대해 필요한 또는 목적하는 임의의 수의 광섬유를 포함할 수도 있다는 것을 유의한다. 예를 들면, Nt에 의해 표현되는 광섬유를 갖는 번들은, 유입구의 섬유가 순차적으로 배열되고 유출구의 섬유가 명시된 갭을 가지고 배열되도록(또는 미리 정의된 수의 개재하는 섬유에 의해 분리되도록), 배열될 수도 있다. 예를 들면, 유출구에서의 N은 (N-1) + Δ에 의해 표현될 수도 있는데, 여기서 Δ는 임의의 미리 결정된 또는 목적하는 수의 일정한 갭을 정의할 수도 있지만, 그러나 바람직하게는 1 내지 3이다. 도 9d는 Δ= 1인 예를 예시한다.

광섬유의 수는 임의의 적절한 수로 제공될 수도 있다. 예를 들면, 광섬유의 수는 대략 1,000 내지 2,000 범위 내에 있을 수도 있다. 그러나, 이 숫자는 주어진 용도 및 목적하는 해상도에 따라 더 높을 수 있을 것이거나 또는 더 낮을 수 있을 것이다. 예를 들면, 더 많은 수의 광섬유를 제공하는 것에 의해, 도너 재료는 더 높은 해상도로 배열될 수도 있다. 마찬가지로, 주어진 용도에 대해 더 높은 해상도가 요구되지 않으면, 광섬유의 수는 상응하게 감소될 수도 있다.

추가적으로, 주사 시스템은, 레이저의 펄스가 주사 속도를 정의하도록 제공될 수도 있다. 예를 들면, 주사 속도는 초당 100,000 펄스일 수도 있고, 주어진 용도에 따라 초당 10,000 내지 700,000 펄스 범위에 이를 수 있을 것이다. 더욱 다른 대안으로서, 연속 레이저가, 레이저 빔이 목적하는 광섬유의 입구 포트에만 진입하는 방식으로 레이저 빔을 선택적으로 차단하기 보다는, 광학 셔터를 구비할 수도 있다. 예를 들면, 광학 셔터는, 레이저 빔을, 예를 들면, 도너 재료의 표면을 향해 투과시키도록 의도되지 않는 광섬유의 입구 포트에 레이저 빔이 진입하는 것을 차단하도록, 레이저 빔의 경로 내외로 이동시킬 수도 있다.

또한, 셔터 메커니즘은, 레이저 소스로부터의 레이저 빔이 제1 계면에서 제공되는 목적하는 광섬유에만 진입하는 것을 선택적으로 허용하도록 개폐하는 어퍼쳐를 구비할 수 있을 것이다.

더욱 다른 대안으로서, 이러한 셔터 메커니즘은, 레이저 소스와 광섬유의 입구 포트 중간에 있는 위치에서 및/또는 광섬유의 출구 포트와 기판 상에 퇴적될 도너 재료 중간에 있는 위치에서 레이저 소스와는 별개로 제공될 수 있을 것이다.

재료 프로세싱을 위한 레이저 유도 분배 시스템(30)은 도 9a 및 도 9b에서 예시되는 섬유 번들을 통합할 수도 있다. 섬유 번들(136)의 광섬유는, 섬유 번들의 제1 계면(162)에서 레이저 소스(134)로부터 (예를 들면, 레이저를 펄싱하는 것에 의해 생성되는) 레이저 빔을 수신할 수도 있고 섬유 번들(136)의 제2 계면(163)으로부터 레이저 빔을 전송할 수도 있다.

게다가, 광섬유는 제1 계면(162)에 배열되는 제1 단부(예를 들면, 입구 포트(164)) 및 제2 계면(163)에 배열되는 제2 단부(예를 들면, 출구 포트(166))를 구비할 수도 있다. 광섬유에 의해 제2 계면(163)로부터 전송되는 레이저 빔을 기판 상에 퇴적될 재료를 향해 지향시키도록 광학기기가 제공될 수도 있다. 예를 들면, 도 9a의 광섬유 번들에 제공되는 광학기기는, 예를 들면, 도 8e에서 예시되는 바와 같이, 즉 다중 노즐 헤드(32)를 제공하기 위해, 광학 노즐의 어레이를 포함할 수도 있다. 추가적으로, 현재 맥락에서, "레이저 빔"은, 레이저 소스(134)에 의해 생성되는 레이저 빔(140)을 "펄싱"하는 것에 의해 생성되는 복수의 광 방출을 가리킬 수도 있다.

게다가, 도 9a에서 섬유 번들에 제공되는 광학기기는, 레이저 빔을 퇴적될 재료 상에 집속할 수도 있고, 결과적으로, 예를 들면, 도 2a에서 예시되는 바와 같이, 퇴적될 재료로 하여금 기판 상으로 방출되게 할 수도 있다. 추가적으로, 광섬유의 각각은, 제1 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제1 단부에 인접하는 제1 단부를 구비하는 모든 광섬유가, 제2 계면에서 광섬유 중 다른 것의 제2 단부에 인접하지 않는 제2 단부를 구비하도록 배열될 수도 있다.

현재 맥락에서, 인접은, 서로 바로 옆에 있는 명시된 광섬유 사이에 배치되는 광섬유의 개재하는 단부가 없는 배열을 가리킨다. 게다가, 비인접(non-adjacent)은, 명시된 광섬유 사이에 배치되는 광섬유의 적어도 하나의 개재하는 단부가 존재하는 배열을 가리킨다. 바람직하게는, 개재하는 광섬유의 수는 1 내지 3일 수도 있다. 그러나, 개재하는 광섬유의 수는, 주어진 용도에 기초하여 적절하도록 선택될 수도 있다.

추가적으로, 레이저 유도 분배 시스템은, 프린트 헤드(예를 들면, 다중 노즐 헤드(32))가 광학기기를 포함하고 레이저 소스가 프린트 헤드(32) 외부에 제공되는 외부 레이저 소스일 수도 있도록 제공될 수도 있다. 게다가, 광섬유의 제1 단부는 제1 계면에서 임의의 적절한 다각형 구성(예를 들면, 직사각형, 삼각형, 사다리꼴 등)으로 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부도 또한 제2 계면에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다.

대안적인 배열에서, 광섬유의 제1 단부(164)는 제1 계면(162)에서 원형, 타원형 및 계란형 구성 중 하나로 배열될 수도 있고, 광섬유의 제2 단부(166)는 제2 계면(162)에서 다각형 구성으로 배열될 수도 있다. 도 9a 참조를 참조한다.

추가적으로, 레이저 소스(134)로부터 출력되는 레이저 빔을 외부 렌즈 어레이의 렌즈 요소 상으로 선택적으로 커플링하기 위해 레이저 소스(134)로부터 레이저 빔을 주사하도록 빔 주사 시스템(148)이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 도 9a의 섬유 번들의 제1 계면(162)(또는 커플러)는, 도 8e에서 예시되는 배열체(예를 들면, 도 8e의 150 참조)과 유사한 외부 렌즈 어레이를 구비할 수도 있다. 외부 렌즈 어레이는, 출력된 레이저 빔을 제1 계면(162)에서 광섬유의 제1 단부(164)로 전송하는 것에 의해, 출력된 레이저 빔을 각각의 광섬유(160)에 커플링할 수도 있다.

빔 주사 시스템(148)은 또한, 모터(172), 모터(172)에 연결되는 샤프트(174), 및 샤프트(174)의 회전 축에 대해 비스듬히 배향되도록 샤프트(174)의 단부에 장착되는 반사 미러(176)를 포함할 수도 있다. 이러한 배열은, 샤프트가 회전하는 것을 허용하고, 이어서, 반사 미러(176)로 하여금 또한 회전하게 한다. 결과적으로, 출력된 레이저 빔은, 제1 계면(162)에서 광섬유의 제1 단부(164)로 순차적으로 반사될 수도 있다. 게다가, 모터(172)는 일정한 속도에서 회전될 수도 있다. 주사 시스템(148)의 개략적인 예시인 도 10a를 참조한다. 게다가, 주사 시스템은 도 10b에서 예시되는 바와 같은 폴딩 미러 어셈블리를 포함할 수도 있다. 더욱 다른 대안으로서, 주사 시스템은, 레이저 빔을 반사시키기 위해 갈보 미러(galvo mirror) 및/또는 공진 미러가 제공되는 두 개의 미러 시스템을 포함할 수도 있다. 초점 광학 시스템은, 두 개의 미러의 상류에 또는 하류에 제공될 수도 있다. 도 10c 및 10d를 참조한다.

추가적으로, 광섬유(166)의 제2 단부는, 제2 계면(163)에서, 퇴적될 재료 상에 집속되도록 구성되는 각각의 레이저 빔 초점을 생성하는 광학 노즐의 대응하는 어레이에 연결될 수도 있다. 광학 노즐은, 도 8e에서 예시되는 142와 유사한 배열체일 수도 있다. 도 8e와 관련하여 또한 설명된 바와 같이, 도 9a의 다중 노즐 헤드(32)가 광학 노즐의 어레이를 구비하는 경우, 광학 노즐의 각각은 또한, 광섬유의 제2 단부(166)로부터 전송되는 각각의 레이저 빔을 제2 계면(163)에서 집속시키는 각각의 집속 요소를 포함할 수도 있다.

더구나, 광섬유 자체의 제2 단부(166),는 레이저 빔을 도너 재료 상으로 직접적으로 방출하는 것에 의해 "가상 노즐"의 어레이로서 기능할 수도 있다.

광섬유는 멀티 모드 광섬유일 수도 있다. 예를 들면, 멀티 모드 광섬유의 각각은 적어도 25㎛의 코어 직경 및 적어도 65㎛의 클래딩 직경을 가질 수도 있다. 추가적으로, 광학 노즐의 어레이는, 레이저 소스로부터의 출력된 레이저 빔이 제1 계면(162)에서 광섬유의 제1 단부(164)에 커플링될 때, 연속적인 방출된 레이저 빔이 광학 노즐의 어레이 중 인접하지 않는 어레이로부터 방출되도록 배열될 수도 있다.

현재 맥락에서, 비인접은, 명시된 노즐 사이에 배치되는 적어도 하나의 개재하는 노즐이 존재하는 배열을 가리킨다.

게다가, 도 9a의 섬유 번들은 복수로 제공될 수 있고, 광학 노즐의 각각의 어레이를 구비하는 복수의 별개의 프린트 헤드로(즉, 섬유 번들이 대응하는 프린트 헤드(32)에 연결되는 도 8d에서 예시되는 배열체와 유사한 방식으로) 통합될 수도 있다.

추가적으로, 리시버 기판 상에 도너 재료를 분배하는 방법이 제공된다. 예를 들면, 방법은, 레이저 소스로부터 레이저 빔을 출력하는 것, 섬유 번들의 제1 계면에서 레이저 빔을 수광하고 섬유 번들의 제2 계면으로부터 레이저 빔을 전송하는 광섬유를 구비하는 섬유 번들을 제공하는 것, 및 제1 계면에서 광섬유의 제1 단부를 배열하고 제2 계면에서 광섬유의 제2 단부를 배열하는 것을 포함할 수도 있다. 도 9a의 섬유 번들은, 도 2a에서 예시되는 시스템에 통합되는 경우, 광학기기가 레이저 빔을 도너 재료 상에 집속할 수도 있고, 그에 의해, 도너 재료의 액적으로 하여금 방출되어 리시버 기판 상에 퇴적되게 할 수도 있는 바람직한 배열체를 제공한다. 레이저 빔은, 도너 재료에 의해 흡수되는, 집속된 레이저 빔으로부터의 에너지가 도너 재료의 액적으로 하여금 방출되게 하도록 미리 결정된 강도에서 도너 재료 상에 집속될 수도 있다. 결과적으로, 도너 재료의 연속하는 액적의 각각은 인접하지 않는 순서로 방출될 수도 있다.

레이저 빔은 광 투과층을 통해 도너 재료 상에 집속될 수도 있고, 집속된 레이저 빔 중 연속적으로 방출되는 레이저 빔의 각각은, 인접하지 않는 방식의 액적의 방출을 야기하도록, 광섬유의 제2 단부로부터 인접하지 않는 순서로 방출될 수도 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 회전 미러 시스템이 활용되는 본 개시내용의 실시형태의 주사 시스템(148). 이들 실시형태는 둥글게 된(예를 들면, 원형, 계란형, 타원형 등) 다중 포트 광학 커플러가 활용되는 구성에서 특히 유용하다. 이들 실시형태에서, 시스템(148)은, DC 또는 AC 전기 모터와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 모터(172)를 포함한다. 모터(172)는, 집속(또는 반사) 미러(176)가 샤프트 요소(174)에 비스듬히(178) 장착되는 샤프트 요소(174)를 회전시킨다. 로터(172)에 의한 샤프트 요소(174)의 회전(180)시, 집속 미러(176)는 또한, 번들(136)의 광 빔(140)을 회전시키고 입구 포트(164) 상으로 순차적으로 집속(또는 반사)시킨다.

둥글게 된(예를 들면, 원형, 계란형, 타원형 등) 다중 포트 광학 커플러(162)를 구비하는 것의 이점은, 직사각형 커플러와 비교하여 광 빔의 인 커플링(in-coupling)을 더욱 효율적인 방식으로 허용하기 때문에, 높은 처리량의 인쇄를 가능하게 한다는 것이다. 이 이슈는 이제 설명될 것이다. 직사각형 커플러가 사용되는 경우, 주사 시스템(148)은 광도파관의 입구 포트의 각각의 라인의 시작에서 가속되고 각각의 라인의 끝에서 감속된다. 가속 및 감속은 통상적으로 광도파관의 입구 포트로부터의 오프셋에서 실행되어 일정한 속도에서 입구 포트를 주사하는 것을 허용한다. 이러한 구성에서, 인쇄 프로세스는 각각의 라인의 끝에서 일시적으로 중단된다. 둥글게 된(예를 들면, 원형, 계란형, 타원형 등)의 광학 커플러가 활용되는 경우, 주사 사이클의 끝이 또한 다음 주사 사이클의 시작이기 때문에, 주사 시스템(148)은 연속적인 회전 이동을 수행할 수 있다. 원형의 다중 포트 광학 커플러의 추가적인 이점은, 이러한 커플러를 통해 주사 시스템은, 선형 광학 스캐너보다 더욱 강건하고 덜 비싼 공진 미러를 포함할 수 있다는 것이다. 다시 말하면, 본 개시내용의 원형의 다중 포트 광학 커플러는 가속 또는 감속을 필요로 하지 않으며; 따라서, 인쇄 중단 또는 바람직하지 않은 "이완 시간"이 없다. 추가적으로, 전술한 특징부는, 예를 들면, 동일한 속도의 선형 광학 스캐너보다 더욱 강건하고 더 저렴한 공진 미러의 사용을 허용한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에서, 섬유는, 연속적인 방울이 헤드(32) 상의 인접하지 않는 광학 노즐로부터 퇴적되도록, 커플러(162)에 연결된다. 이것은, 커플러(162)에서 인접한 입구 포트(164)를 구비하는 섬유가 헤드(32)에서 인접하지 않는 출구 포트를 가지도록 번들(136) 내의 섬유를 교차시키는 것에 의해 행해질 수 있다. 이 실시형태의 이점은, 이제 설명되는 바와 같이 인쇄의 처리량을 향상시킨다는 것이다. 레이저 유도 프린터가, 서로 가까이 있는 두 개의 액적을 분배하는 경우, 어떠한 액적도 분배되지 않는 수 밀리초의 이완 시간을 적용하는 것이 종종 필요하다. 이러한 이완 시간은 처리량을 감소시킨다. 가장 최근에 퇴적된 액적으로부터 이격되는 액적을 퇴적시키는 데 이완 시간을 활용하는 것은, 이것이 빔의 높은 가속도를 요구하기 때문에, 통상적으로 가능하지 않다. 본 실시형태는, 인접한 입구 포트가 인접하지 않는 출구 포트에 대응하기 때문에, 레이저 빔의 일정한 각속도를 사용하여 서로 이격되는 액적을 퇴적하는 것을 허용한다.

커플러(162) 위에서의 빔의 이동에 대한 대표적인 예로서, 커플러(162)가 원형이고, 주사 시스템(148)이 수학식의 세트에 따라 회전 운동을 빔(140)에 부여하는 구성을 고려한다:

여기서 X 및 Y는, 빔(140)과 커플러(162) 사이의 교차점의 직각 좌표이고, R은 입구 포트(164)와 커플러(162)의 중심 사이의 거리이고,

는 시스템(148)의 각속도이다. 또는 더 간단히 두면, R은 번들의 반경일 수도 있다. 레이저 주파수 f는 수학식

을 충족할 수 있는데, 여기서, D_f는 각각의 입구 포트(164)의 직경이고, L은 헤드(32)의 길이이다. 이 경우, 헤드(32)의 각각의 길이 방향 행은 약

개의 출구 포트를 가지며, 헤드(32)의 각각의 폭 방향 열(column)은 약

개의 출구 포트를 가지는데, 여기서

는 시스템(30)에서의 헤드의 수이다. 필름의 선형 속도는

로 설정될 수 있다. 수치 예로서, 주사 시스템(148)이, 커플러(162)의 평면에 대한 법선에 대해 약 20°의 각도로 배치되는 약 2㎑의 주파수에서 공진 미러 회전을 갖는다고 가정한다. 또한, R이 약 60 mm이고, 시스템(148)의 초점 길이가 약 200 mm이고, 빔(140)의 직경이 6 mm이고 입구 포트의 직경(D_f)이 125㎛라고 더 가정한다. 이 경우, 본 발명자는, 분배 속도가 초당 10⁶ 개의 방울을 초과할 수 있다는 것을 발견하였다.

게다가, 도 17a에서 예시되는 바와 같이, 섬유 번들의 유입구에서의 원운동은, 다음의 수학식 세트를 충족하도록 제공될 수 있는데:

여기서, R은 광섬유의 입구 포트와 커플러의 중심 사이의 거리이고,

"a"는 타원율(elliptic factor)이고,

는 시스템의 각속도이다.

추가적으로, 중심으로부터의 거리 R에서의 빔의 주사 속도는 다음의 수학식을 충족할 수도 있다:

더구나, 주파수 "f"를 갖는 레이저 빔의 각각의 펄스가 광섬유의 중심에 진입할 수도 있도록, 광섬유 번들의 유입구에서의 원운동은 수학식

를 충족하도록 또한 제공될 수도 있다. "D"는 광섬유의 직경이다.

따라서, 시스템의 각속도는 다음의 수학식을 충족하도록 제공될 수도 있다:

또한, 도 17b에서 예시되는 바와 같이, 인쇄 영역은, 폭 Ly 및 길이 Lx를 갖는 일반적으로 직사각형 형상에 의해 정의될 수도 있고, 섬유 번들의 유출구에서의 필름 이동은 다음의 수학식 세트를 충족하도록 제공될 수도 있는데:

여기서, N_X는 유출구에서 길이 방향에서의 섬유의 수이고, N_Y는 유출구에서 폭 방향에서의 섬유의 수이고,

는 섬유의 총 수이다.

게다가, 영역에서 인쇄를 완료하는 시간은 다음과 같을 수도 있다:

추가적으로, 필름 속도는 다음의 수학식을 충족하도록 제공될 수도 있다:

또한, 각속도는 다음의 수학식을 충족하도록 제공될 수도 있다:

시스템(30)은 또한, 광학 노즐의 어레이를 각각 포함하는 복수의 조사 헤드를 활용할 수 있다. 헤드는 노즐의 2차원 어레이를 형성하도록 정렬될 수 있고, 주사 시스템(148)은, 동일한 헤드의 개개의 광학 노즐 사이 및 상이한 헤드의 어레이 사이의 둘 모두 사이에서 2차원 주사를 제공할 수 있다. 이들 실시형태는, 2차원 노즐 어레이를 형성하도록 배열되는 광학 노즐의 어레이(142)를 각각 구비하는 복수의 헤드(32)를 도시하는 도 11a 및 도 11b에서 예시된다. 이 구성의 이점은, 높은 처리량을 제공한다는 것 및 하나보다 더 많은 타입의 재료를 분배함에 있어서 더 많은 유연성을 제공한다는 것이다. 예를 들면, 각각의 조사 헤드(32)는 상이한 도너 재료를 제공하는 코팅 디바이스와 함께 장착될 수 있고, 컨트롤러는, 형성될 오브젝트의 패턴 또는 층을 설명하는 2차원 비트 맵에 따라 상이한 재료를 분배하도록 주사 시스템(148)의 동작을 제어할 수 있다. 헤드의 어레이는, 상이한 헤드의 노즐이, 도 11a에서 예시되는 바와 같이, 일렬로 되도록 정렬될 수 있거나, 또는, 대안적으로, 그들은, 도 11b에서 예시되는 바와 같이, 인터레이스 양식으로 정렬될 수 있다. 후자의 실시형태의 이점은, 어레이의 길이 방향에 일반적으로 수직인 방향을 따라 단일의 횡방향 이동시 더 많은 행이 형성될 수 있기 때문에, 형성된 패턴의 해상도를 증가시키고, 또한 처리량을 증가시킨다는 것이다.

게다가, 도 18에서 예시되는 바와 같이, 광섬유 번들의 광섬유 중 적어도 하나는, 광 검출기에 연결될 수도 있다. 따라서, 광섬유 번들의 광섬유(들)를 광 검출기에 연결하는 것에 의해 주사 시스템의 정확성이 보장될 수도 있다. 결과적으로, 레이저 주파수와 주사 속도 사이의 매칭 또는 일치가 보장될 수 있고, 필요하다면 보정될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔이, 광 검출기에 연결되는 적어도 하나의 광섬유에 커플링될 때마다, 예를 들면, 주사 시스템의 광학 미러의 위치는, 수신되는 정보에 기초하여 결정될 수 있다.

광 검출기는, Si 포토다이오드; 광 열 센서, 초전성(Pyroelectric) 센서 또는 광을 검출하는 데 적절한 임의의 다른 디바이스일 수도 있다. 더구나, 광 검출기에 의해 수신되는 레이저 빔의 전력을 감소시키기 위해, 광섬유와 광 검출기 사이에 감쇠기가 제공될 수도 있다.

상기 실시형태 중 임의의 것에서, 레이저 빔은 약 300㎚에서부터 약 2000㎚까지의, 더 바람직하게는 약 800㎚에서부터 약 1200㎚까지의, 예를 들면, 약 1064㎚의 임의의 파장을 가질 수 있고, Nd:YAG 레이저 소스, Nd:YLF 레이저 소스, Nd:YVO4 레이저 소스, Nd:GdVO4 레이저 소스, Yb:YAG 레이저 소스, Er:YAG 레이저 소스, Er:Cr:YSGG 레이저 소스, Er:YSGG 레이저 소스, 및 Gd:WO4 레이저 소스를 비롯한, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 임의의 레이저 소스에 의해 생성될 수 있다. 레이저 빔은, 약 2㎱에서부터 약 200㎱까지의, 또는 약 3㎱에서부터 약 8㎱까지의, 또는 약 4㎱에서부터 약 6㎱까지의, 예를 들면, 약 5㎱의 펄스 지속 기간에서 동작될 수 있다. 레이저 빔의 펄스 에너지는, 100μJ 미만 또는 80μJ 미만 또는 60μJ 미만, 예를 들면, 50μJ 미만인 것이 바람직하다. 펄스 반복 주파수는, 약 10㎑에서부터 약 700㎑까지일 수 있다.

상기 실시형태 중 임의의 것에서, 포일(18)에 대한 다음의 치수가 활용될 수 있다. 약 2㎝에서부터 약 10㎝까지의 폭, 0.2㎝에서부터 약 0.5㎝까지의 허브 반경(예를 들면, 허브(112), 도 7a), 약 10m에서부터 약 500m까지의 길이, 약 50㎛에서부터 약 150㎛까지의 전체 두께, 약 15㎚에서부터 약 25㎚까지의, 예를 들면, 약 20㎚의 열 전도층의 두께, 약 5㎚에서부터 약 15㎚까지의, 예를 들면, 약 10㎚의 패시베이션층의 두께, 약 5㎛에서부터 약 15㎛까지의, 예를 들면, 약 10㎛의 보호층의 두께.

상기 실시형태 중 임의의 것에서, 포일(18)의 롤링 속도는 약 10 mm/s에서부터 약 10 m/s까지일 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때 용어 "약"은 ±10%를 가리킨다.

단어 "예시적인"은 본 명세서에서 "예, 사례 또는 예시로서 역할을 하는"을 의미하도록 사용된다. "예시적인"것으로 설명되는 임의의 실시형태는, 반드시, 다른 실시형태보다 바람직하거나 또는 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니고, 및/또는 다른 실시형태로부터의 특징부의 통합을 배제하는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.

단어 "선택적으로"는, 본 명세서에서, "몇몇 실시형태에서는 제공되고 다른 실시형태에서는 제공되지 않는다"를 의미하도록 사용된다. 본 개시내용의 임의의 특정한 실시형태는, 그러한 특징부가 상충되지 않는 한, 복수의 "옵션의" 특징부를 포함할 수도 있다.

용어 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "구비하는(having)" 및 그들의 활용어(conjugate)는 "포함하는 그러나 그들로 제한되지는 않는"을 의미한다.

용어 "로 이루어진"은 "포함하는 그러나 그들로 제한되지는 않는"을 의미한다.

용어 "로 본질적으로 이루어진"은, 조성, 방법 또는 구조체가, 추가적인 성분, 단계 및/또는 부품을 포함할 수도 있지만, 그러나, 추가적인 성분, 단계 및/또는 부품이 청구된 조성, 방법 또는 구조체의 기본 및 신규의 특성을 실질적으로 변경하지 않는 경우에만 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용될 때, 단수 형태는, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 참조를 포함한다. 예를 들면, 용어 "화합물" 또는 "적어도 하나의 화합물"은, 복수의 화합물의 혼합물을 비롯하여, 복수의 화합물을 포함할 수도 있다.

본 출원 전체에 걸쳐, 본 개시내용의 다양한 실시형태는 범위 포맷으로 제시될 수도 있다. 범위 포맷의 설명은 편의성 및 간략화를 위한 것에 불과하며 본 개시내용의 범위에 대한 불변의 제한으로서 해석되지는 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 범위의 설명은, 모든 가능한 하위 범위뿐만 아니라, 그 범위 내의 개개의 수치 값을 구체적으로 개시한 것으로 간주되어어야 한다. 예를 들면, 1에서부터 6까지와 같은 범위의 설명은, 1에서부터 3까지, 1에서부터 4까지, 1에서부터 5까지, 2에서부터 4까지, 2에서부터 6까지, 3에서부터 6까지 등과 같은 하위 범위뿐만 아니라, 그 범위 내의 개개의 수, 예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5 및 6을 구체적으로 개시한 것으로 간주되어야 한다. 이것은, 범위의 폭에 무관하게 적용된다.

본 명세서에서 수치 범위가 나타내어질 때마다, 그것은 나타내어진 범위 내의 임의의 인용된 수치(분수 또는 정수)를 포함하도록 의도된다. 제1 지시 숫자와 제2 지시 숫자의 "범위에 이르는/그 사이의 범위"의 어구(phrase)는, 및 제1 지시 숫자"에서부터" 제2 지시 숫자"까지의 범위에 이르는/범위"는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용되며, 제1 및 제2 지시 숫자 및 그들 사이의 모든 분수 및 정수 수치를 포함하도록 의도된다.

명확화를 위해, 별개의 실시형태의 맥락에서 설명되는 본 개시내용의 소정의 특징부는, 단일의 실시형태에서 조합하여 또한 제공될 수도 있다는 것이 인식된다. 반대로, 간략화를 위해, 단일의 실시형태의 맥락에서 설명되는 본 개시내용의 다양한 특징부는, 개별적으로 또는 임의의 적절한 부조합으로 또는 본 개시내용의 임의의 다른 설명된 실시형태에서 적절한 것으로 또한 제공될 수도 있다. 다양한 실시형태의 맥락에서 설명되는 소정의 특징부는, 그 실시형태가 그들의 요소 없이는 동작하지 않는 한, 그들 실시형태의 본질적인 특징부인 것으로 간주되지 않아야 한다.

상기의 본 명세서에 기술되는 바와 같은 그리고 하기의 청구범위 부문에서 청구되는 바와 같은 본 개시내용의 다양한 실시형태 및 특징부는 하기의 실시예에 의해 뒷받침된다.

실시예

상기 설명과 함께 본 개시내용의 몇몇 실시형태를 비제한적인 양식으로 예시하는 다음의 예를 이제 참조한다.

본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른 인쇄 시나리오가 도 12의 플로우차트 도면에서 예시된다. 일단 레이저 유도 분배 시스템이 설치되면, 카트리지 어셈블리가 시스템에 장착된다. 도너 재료가 코팅 디바이스에 채워지고, 그 다음, 코팅 디바이스는 시스템(예를 들면, 카트리지 어셈블리)에 장착된다. 대안적으로, 코팅 디바이스는, 예를 들면, 레이저 분배 시스템의 작업자가 코팅 디바이스를 채워야 하지 않고도, 코팅 디바이스가 시스템 내에 장착될 수도 있도록, 도너 재료로 미리 충전될 수도 있다. 인쇄 계획은 컴퓨터에 의해 설정되고 인쇄 프로세스가 시작된다. 일단 코팅 디바이스가 비워지면, 추가적인 도너 재료가 코팅 디바이스에 적재되거나, 또는 코팅 디바이스는 충전된 코팅 디바이스로 교체된다. 일단 포일의 끝에 도달되면, 새 카트리지 어셈블리가 시스템에 장착된다. 도 13a 및 도 13b는, 본 개시내용의 몇몇 실시형태에 따른, 프로토타입 코팅 디바이스의 바람직한 설계의 측면도(도 13a) 및 상면도(도 13b)의 예시이다. 프로토타입 코팅 디바이스는, 압력 튜브에 의해 인가되는 압력에 의해 제어되는 디스펜서(dispenser)를 포함한다. 디스펜서는 분배 노즐을 구비하는데, 도너 재료는 분배 노즐을 통해 포일에 도포된다. 포일과 노즐의 유출구 포트 사이의 수직 거리는 h1로 표시된다. 프로토타입 코팅 디바이스는 또한, 도포된 도너 재료를 평탄화하는 블레이드를 포함한다. 블레이드와 포일 사이의 수직 거리(그러므로 포일 상의 도너 재료 층의 두께)는 h2로 표시된다. 포일의 선형 속도는 v1로 표시된다. 포일의 폭은 D1로 표시된다. 평탄화 이전의 포일 상의 도너 재료 층의 폭(일반적으로 노즐의 직경에 대응함)은 D2로 표시된다. 포일 상의 도너 재료 층의 폭은, 일단 블레이드에 의해 펼쳐지면, D3으로 표시된다. 수량 h1, h2, D2 및 D3은, D2·h1 = D3·h2의 관계를 충족하며, 분배되는 도너 재료의 부피는 D3·h2·v와 동일하다. 따라서, 도너 재료 층의 폭(D3)은, h1의 사법적 선택에 의해 선택될 수 있다. 예를 들면, D3 = 15±2 mm의 값은, h1 = 1.5±0.2 mm, h2 = 20㎛ 및 D2 = 200㎛를 선택하는 것에 달성될 수 있다. 포일의 이동 속도가 10 mm/s인 경우, 이 경우에 분배되는 도너 재료의 부피는 3 ㎕/s이다.

또한, 블레이드 또는 로드에 대한 대안으로서, 로드가 사용되어 포일(18)에 도포되는 코팅 재료를 평탄화할 수도 있다. 로드는, 원통형 단부 부분(cylindrical end portion)의 쌍 사이에 개재되며 원통형 단부 부분의 쌍을 연결하는 더 작은 직경의 연결용 원통 부분(connecting cylindrical portion)을 갖는 원통형 단부 부분의 쌍에 의해 정의될 수도 있다. 원통형 단부 부분 및 연결용 원통 부분의 중심 축은, 서로 정렬될 수도 있다. 로드의 구조는, 코팅 재료가 포일의 표면 상에서 쉽게 평탄화되는 것을 허용한다. 도 13c 및 도 13d를 참조한다.

또한, 평탄화 디바이스(70)는 임의의 적절한 형태로 제공될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 따라서, 예를 들면, 평탄화 디바이스는, 코팅을 펼치기 위해 회전할 수 있는 롤러로서 또는 표면에 형성되는 다수의 컷아웃을 갖는 로드로서 제공될 수도 있다. 다수의 컷아웃이 제공되는 경우(도 13e 참조), 로드는, 상이한 코팅 사이의 혼합을 방지하면서, 다수의 상이한 타입의 코팅을 펼칠/평탄하게 할 수 있을 수도 있다. 게다가, 형태에 무관하게, 평탄화 디바이스는 고정(또는 정지)될 수도 있고 및/또는 이동 가능할(예를 들면, 병진할 및/또는 회전 가능할) 수 있을 수도 있다.

도 16a 및 도 16b는, 도 9a의 광섬유 번들의 비제한적인 실시형태가 인쇄 시스템에 통합되는 것을 예시한다. 도 16a는, 프린트 헤드를 제어하기 위해 드라이버와 인터페이싱하는 컴퓨터를 예시한다. 프린트 헤드는, 본 개시내용의 광섬유 번들을 사용하는 것에 의해 드라이버로부터 분리될 수도 있고, 그에 의해, 프린트 헤드의 사이즈를 최소화할 수도 있다.

도 16b에서 예시되는 바와 같이, 광섬유 번들은, 제1 계면(예를 들면, 광섬유 번들 유입구)에서 드라이버에 커플링될 수도 있고 제2 계면(예를 들면, 광섬유 번들 유출구)에서 프린트 헤드에 커플링될 수도 있다. 초점 광학기기(focus optic) 및 코팅된 도너 필름이 또한 프린트 헤드 상에 제공될 수도 있다. 추가적으로, 소형 프린트 헤드를 제공하기 위해, 광섬유 번들 배열체는, 주사 시스템, 주사 광학기기, 레이저 및 다른 컴포넌트가 드라이버 내에서 개별적으로 제공되는 것을 허용하고, 그에 의해, 프린트 헤드의 사이즈가 최소화되는 것을 허용한다. 드라이버는, 컴퓨터와 프린트 헤드 사이에서 인터페이싱하는 데, 그리고 레이저, 전기 광학기기 시스템(electro-optics system), 주사 시스템, 및 초점 광학 시스템을 제어하는 데 필요한 임의의 필수 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 게다가, 초점 광학 시스템은, 임의의 주어진 집속 동작에 적절한 임의의 수의 렌즈, 미러 및 다른 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.

추가적으로, 광 빔을 포일에 집속하는 "가상 노즐" 어레이를 제공하기 위해, 마이크로 렌즈 어레이 플레이트 형태의 초점 광학기기가 섬유 번들의 제2 계면에서 제공될 수도 있다. 예를 들면, 도 9e를 참조한다.

또한, 광섬유 번들의 유출구에서의 초점 광학기기는 이미지를 반전시키도록 제공될 수도 있는데, 예를 들면, 초점 광학기기의 제1 계면의 위치에 진입하는 광 빔은, 제1 지점의 반전인 초점 광학기기의 제2 계면의 위치에서 광 빔이 빠져 나가도록, 경로를 따라 지향될 수 있다. 예를 들면, 도 9f를 참조한다. 게다가, 초점 광학기기는, 예를 들면, 소망에 따라 배열체를 생성하기 위해, 임의의 목적하는 경로를 따라 제1 계면의 위치(들)에 진입하는 광 빔을 지향시키도록 구성될 수 있을 것이다.

비록 본 개시내용이 본 개시내용의 특정한 실시형태와 관련하여 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 기술 분야의 숙련된 자에게는 명백할 것임은 자명하다. 따라서, 첨부된 청구항의 사상 및 넓은 범위 내에 속하는 그러한 모든 대안, 수정 및 변형을 포괄하는 것이 의도된다.

본 명세서에서 언급되는 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은, 마치 각각의 개개의 간행물, 특허 또는 특허 출원이 참고로 본 명세서에 통합되도록 구체적으로 그리고 개별적으로 지시되는 것과 동일한 정도로, 본 명세서에서 참고로 그들 전체가 본 명세서에 통합된다. 또한, 본 출원에서의 임의의 참고 문헌의 인용 또는 식별은, 그러한 참고 문헌이 본 개시에 대한 종래 기술로서 이용 가능하다는 인정으로 해석되지는 않아야 할 것이다. 부문 표제가 사용되는 경우, 그들은 반드시 제한으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (77)

1. 레이저 유도 분배 시스템(laser-induced dispensing system)에 대한 재료 공급 키트(material supply kit)로서,
   공급 릴(supply reel) 주위에 감기는 광 투과층을 구비하는 포일(foil)을 공급하기 위한 상기 공급 릴, 및 상기 포일을 권취하기(taking up) 위한 권취 릴(take-up reel)을 구비하는 카트리지 어셈블리; 및
   상기 포일의 이동 동안 도너 재료(donor material)에 의해 상기 포일을 코팅하기 위한 코팅 디바이스를 포함하되,
   상기 포일은, 상기 도너 재료로의 열 전달을 허용하기 위한 열 전도층(heat conducting layer)을 상기 광 투과층 아래에 포함하는, 재료 공급 키트.
2. 제1항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는 상기 공급 릴로부터 포일을 연속적으로 수용하기 위한 유입구(inlet), 상기 권취 릴에 의해 권취될 상기 포일을 연속적으로 방출하기 위한 유출구(outlet), 및 상기 유입구와 상기 유출구 사이의 코팅 구획(coating section)을 구비하되, 상기 코팅 구획에서의 상기 도너 재료에 의한 상기 포일의 상기 코팅은, 아래로부터 상기 도너 재료에 의해 상기 포일을 코팅하도록 구성되는, 재료 공급 키트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는 상기 도너 재료에 의해 상기 포일을 위에서부터 코팅하도록 구성되는, 재료 공급 키트.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는 상기 도너 재료를 상기 포일 상으로 분배하기 위한 노즐을 포함하는, 재료 공급 키트.
5. 제3항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는, 상기 도너 재료를 유지하기 위한, 상기 유입구 및 상기 유출구 아래에 배치되는 캐비티(cavity), 및 상기 이동 동안 상기 포일과 상기 도너 재료 사이의 접촉을 확립하기 위해 상기 도너 재료를 상방으로 편향시키기 위한 바이어스 메커니즘(bias mechanism)을 포함하는, 재료 공급 키트.
6. 제5항에 있어서, 상기 바이어스 메커니즘은 플런저 및 상기 플런저를 상방으로 편향시키기 위한 기계적 편향 부재를 포함하는, 재료 공급 키트.
7. 제5항에 있어서, 상기 바이어스 메커니즘은 플런저 및 유체 압력을 인가하는 것에 의해 상기 플런저를 상방으로 편향시키기 위한 펌프에 연결 가능한 압력 포트를 포함하는, 재료 공급 키트.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는, 상기 도너 재료를 상기 코팅 디바이스에 공급하기 위한 도너 재료의 소스에 연결 가능한 도너 재료 유입구를 포함하는, 재료 공급 키트.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포일은 상기 광 투과층 위에 희생 보호층(sacrificial protective layer)을 포함하고, 상기 카트리지 어셈블리는 상기 포일의 상기 공급 동안 상기 희생 보호층을 들어올리기 위한 리프트 오프 릴(lift off reel)을 포함하는, 재료 공급 키트.
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11. 제1항에 있어서, 상기 포일은 상기 열 전도층 아래에 패시베이션층(passivation layer)을 포함하는, 재료 공급 키트.
12. 레이저 유도 분배 시스템으로서,
    제1항 또는 제2항에 따른 상기 재료 공급 키트;
    레이저 빔을 집속시키도록 구성되는 광학기기(optic)를 구비하는 조사 헤드; 및
    상기 포일의 이동을 확립하도록 상기 카트리지 어셈블리를, 그리고 상기 포일로부터 상기 도너 재료의 액적을 방출하기 위해 상기 코팅 디바이스의 상기 유출구 하류의 위치에서 상기 포일 상으로 상기 레이저 빔을 집속시키도록 상기 광학기기를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 코팅 디바이스에 의한 상기 코팅의 활성화 및 비활성화를 위해 또한 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
14. 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 미리 결정된 속도에서 상기 포일을 코팅하기 위해 상기 코팅 디바이스를 제어하도록 또한 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
15. 제12항에 있어서, 상기 방출에 후속하여 상기 포일로부터 과량의(excess) 도너 재료를 제거하기 위한 폐기물 수집기(waste collector)를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
16. 제12항에 있어서, 상기 조사 헤드는, 상기 레이저 빔을 생성하기 위한, 상기 조사 헤드의 본체 상에 장착되는 레이저 소스를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
17. 제12항에 있어서, 상기 광학기기는, 상기 레이저 빔을 생성하며 상기 조사 헤드 외부에 있는 레이저 소스로부터 상기 레이저 빔을 상기 조사 헤드에 커플링하도록 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 커플링은 상기 레이저 빔의 직접 전파에 의하는, 레이저 유도 분배 시스템.
19. 제17항에 있어서, 상기 커플링은 광도파관(optical waveguide)에 의하는, 레이저 유도 분배 시스템.
20. 제12항에 있어서, 복수의 레이저 빔 초점(laser beam focal spot)을 생성하기 위한 복수의 조사 헤드를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 레이저 빔을 주사하여 상기 레이저 빔을 상기 조사 헤드에 선택적으로 커플링하도록 구성되는 빔 주사 시스템을 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
22. 제21항에 있어서, 상기 조사 헤드 중 적어도 두 개는, 각각의 복수의 레이저 빔 초점(laser beam focal spot)을 생성하기 위한, 광학 노즐의 어레이를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 조사 헤드는 상기 광학 노즐의 2차원 어레이를 형성하도록 배열되고, 상기 빔 주사 시스템은 상기 레이저 빔을 2차원적으로 주사하여 상기 레이저 빔을 상기 어레이의 상기 광학 노즐에 선택적으로 커플링하도록 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
23. 제12항에 있어서, 상기 조사 헤드는, 복수의 레이저 빔 초점을 생성하기 위한, 광학 노즐의 어레이를 포함하고, 상기 시스템은 상기 레이저 빔을 주사하여 상기 레이저 빔을 상기 광학 노즐에 선택적으로 커플링하도록 구성되는 빔 주사 시스템을 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 커플링은, 광학 커플러(optical coupler) 상에 둥근 형상을 형성하도록 배열되는 복수의 광도파관에 의하는, 레이저 유도 분배 시스템.
25. 제24항에 있어서, 상기 광 빔을 상기 복수의 광도파관의 입구 포트(entry port) 상으로 순차적으로 집속시키도록 구성되는 회전 미러(rotary mirror)를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
26. 제24항에 있어서, 상기 복수의 광도파관은, 상기 광학 커플러의 인접한 입구 포트가 상기 조사 헤드 상의 인접하지 않은 출구 포트(exit port)에 대응하도록 교차되는, 레이저 유도 분배 시스템.
27. 제21항에 있어서, 상기 빔 주사 시스템은 상기 조사 헤드 외부에 있는, 레이저 유도 분배 시스템.
28. 제12항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는, 상이한 도너 재료를 각각 함유하는 복수의 수직으로 이동 가능한 캐비티를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 캐비티를 수직으로 변위시켜 각각의 캐비티에서 상기 포일과 상기 도너 재료 사이의 접촉을 간헐적으로 생성하도록 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
29. 제28항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는, 상기 코팅 이전에 상이한 캐비티로부터의 도너 재료를 혼합하기 위한, 상기 캐비티의 각각과 유체 연통하는 혼합 챔버를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 캐비티 내의 개개의 압력을 제어하도록 구성되되, 상기 개개의 압력은, 상기 도너 재료 사이에서 미리 결정된 혼합 비율을 제공하도록 선택되는, 레이저 유도 분배 시스템.
30. 제12항에 있어서, 상기 코팅 디바이스는, 상이한 도너 재료를 각각 함유하는 복수의 캐비티, 및 상기 코팅 이전에 상이한 캐비티로부터의 도너 재료를 혼합하기 위한, 상기 캐비티의 각각과 유체 연통하는 혼합 챔버를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 캐비티 내의 개개의 압력을 제어하도록 구성되되, 상기 개개의 압력은, 상기 도너 재료 사이에서 미리 결정된 혼합 비율을 제공하도록 선택되는, 레이저 유도 분배 시스템.
31. 제12항에 있어서, 도관(conduit)을 통해 상기 코팅 디바이스에 연결 가능한 도너 재료의 소스, 및 상기 도관에서의 상기 도너 재료의 흐름을 확립하기 위한 양방향 펌프를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 양방향 펌프를 일시적으로 선택적인 방식으로 제어하도록 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
32. 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 코팅 디바이스를 제어하여 상기 포일 상의 상기 도너 재료의 두께를 변경하도록 구성되는, 레이저 유도 분배 시스템.
33. 제12항에 있어서, 상기 포일이 상기 레이저 빔과 상호 작용하기 이전에, 상기 포일의 구획을, 인시튜로(in situ), 이미지화하기 위한 이미징 디바이스를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
34. 제12항에 있어서, 상기 도너 재료를 냉각시키기 위한 냉각 요소를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
35. 제34항에 있어서, 상기 냉각은 상기 도너 재료의 동결 온도(freezing temperature)보다 높은, 그러나 상기 동결 온도로부터 5℃ 미만 이내에 있는 온도까지인, 레이저 유도 분배 시스템.
36. 리시버 기판(receiver substrate) 상에 도너 재료를 분배하는 방법으로서, 제12항에 따른 시스템의 상기 포일 아래에 상기 리시버 기판을 배치하는 단계, 및 상기 도너 재료를 상기 포일로부터 상기 리시버 기판으로 방출하도록 상기 시스템을 동작시키는 단계를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
37. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료에 의해 상기 기판을 패턴화하기 위해 상기 기판과 상기 조사 헤드 사이의 상대적인 횡방향 이동(lateral motion)을 확립하는 단계를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
38. 제36항에 있어서, 상기 기판 상에 3차원 오브젝트를 형성하기 위해 상기 기판과 상기 조사 헤드 사이의 상대적인 횡방향 및 수직 이동을 확립하는 단계를 더 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
39. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 유기 재료를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
40. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 무기 재료를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
41. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 금속을 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
42. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 유전체 재료를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
43. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 생물학적 재료를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
44. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 금속 산화물을 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
45. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 자성 재료를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
46. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 반도체 재료를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
47. 제36항에 있어서, 상기 도너 재료는 폴리머를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
48. 레이저 유도 분배 시스템으로서,
    상부에 도너 재료가 제1항 또는 제2항에 따른 재료 공급 키트에 의해 적용된 제1 기판;
    상기 기판으로부터 상기 도너 재료의 액적을 방출하기 위해, 상기 기판 상에 레이저 빔을 집속시키도록 구성되는 광학기기를 구비하는 조사 헤드; 및
    상기 도너 재료를 냉각시키기 위한 냉각 요소를 포함하는, 레이저 유도 분배 시스템.
49. 도너 재료를 분배하는 방법으로서,
    상부에 도너 재료가 제1항 또는 제2항에 따른 재료 공급 키트에 의해 적용된 제1 기판 상의 상기 도너 재료를 냉각시키는 단계; 및
    상기 도너 재료의 액적을 상기 제1 기판으로부터 리시버 기판 상으로 방출시키기 위해, 상기 제1 기판 상에 레이저 빔을 집속시키는 단계를 포함하는, 도너 재료를 분배하는 방법.
50. 제49항에 있어서, 상기 냉각은 상기 도너 재료의 동결 온도보다 높은, 그러나 상기 동결 온도로부터 5℃ 미만 이내에 있는 온도까지인, 도너 재료를 분배하는 방법.
51. 제48항에 있어서, 상기 제1 기판은 포일인, 레이저 유도 분배 시스템.
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77. 레이저 유도 분배 시스템에 대한 재료 공급 키트로서,
    하우징, 공급 릴 주위에 감기는 광 투과층을 구비하는 포일을 공급하기 위한 상기 공급 릴, 및 상기 포일을 권취하기 위한 권취 릴을 포함하는 카트리지 어셈블리로서, 상기 공급 릴 및 권취 릴이 상기 하우징 내에 장착되는, 상기 카트리지 어셈블리; 및
    상기 포일의 이동 동안 도너 재료에 의해 상기 포일을 코팅하기 위한 코팅 디바이스를 포함하되,
    상기 코팅 디바이스는 상기 카트리지 어셈블리에 제거 가능하게 연결되고,
    상기 포일은, 상기 도너 재료로의 열 전달을 허용하기 위한 열 전도층(heat conducting layer)을 상기 광 투과층 아래에 포함하는, 재료 공급 키트.

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