特許 7561838 部材の付加製造用の３Ｄプリンタおよび印刷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】部材の付加製造用の３Ｄプリンタおよび印刷方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/357 20170101AFI20240927BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20240927BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240927BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20240927BHJP

   B29C 64/236 20170101ALI20240927BHJP

   B29C 64/245 20170101ALI20240927BHJP

   B29C 64/264 20170101ALI20240927BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20240927BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240927BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B29C64/357

B29C64/106

B29C64/209

B29C64/232

B29C64/236

B29C64/245

B29C64/264

B29C64/321

B33Y10/00

B33Y30/00

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022518001

(86)(22)【出願日】2021-01-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-26

(86)【国際出願番号】 EP2021051342

(87)【国際公開番号】W WO2021151777

(87)【国際公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-05-18

【審判番号】

【審判請求日】2023-10-19

(31)【優先権主張番号】GM50014/2020

(32)【優先日】2020-01-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AT

(73)【特許権者】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴＤＫ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｒｏｓｅｎｈｅｉｍｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １４１ｅ， ８１６７１ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】レンツェン， トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ノイライター， ラインハルト

(72)【発明者】

【氏名】レシェル， クリストフ

【合議体】

【審判長】神谷 健一

【審判官】清水 康司

【審判官】宮澤 浩

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２７２６０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－７４１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B29C64/00-64/40

B33Y10/00-99/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１原料および第２原料をコンベヤベルト（３）にコーティングするための、互いに分離した第１ディスペンサ（２）および第２ディスペンサであって、前記第１原料をコーティングするための前記第１ディスペンサおよび前記第２原料をコーティングするための前記第２ディスペンサと、
その内部において、前記第１原料または前記第２原料それぞれの少なくとも一部を新しい層として、既に形成された部材（８）に接合する製造ユニットと、
前記部材（８）へ前記新しい層を接合するとき、未使用の前記第１原料および前記第２原料を選択的に回収し、回収した前記第１原料および前記第２原料を対応する前記第１ディスペンサおよび前記第２ディスペンサに返送するための、互いに分離した第１回収装置および第２回収装置であって、前記第１原料を回収する前記第１回収装置および前記第２原料を回収する前記第２回収装置と、
横方向に沿って前記第１原料および前記第２原料それぞれを、対応する前記第１ディスペンサおよび前記第２ディスペンサから前記製造ユニットへ搬送し、さらに対応する前記第１回収装置および前記第２回収装置へ搬送するコンベヤベルト（３）と、
を備える、多層部材の付加製造用の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項2】

前記コンベヤベルト（３）は放射線透過性の薄膜を含み、前記薄膜は回転するローラによって移動される、請求項１に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項3】

前記薄膜は循環作動が可能であり、それにより前記薄膜に再コーティングすることができる、請求項２に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項4】

前記第１原料および前記第２原料は、それぞれスラリーを含み、前記スラリーはセラミックまたは金属または有機の粉末と、光重合有機接着剤とを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項5】

前記第１ディスペンサおよび前記第２ディスペンサは、それぞれ、前記第１原料または前記第２原料を貯蔵するための容器と、前記コンベヤベルト（３）に前記第１原料または前記第２原料をコーティングするためのコーティング装置とを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項6】

前記製造ユニットは、
その上で前記コンベヤベルト（３）が案内され、放射線が透過する窓を含む作業面（６）と、
前記窓の下方に配置され、前記窓および前記コンベヤベルト（３）を透過して前記コンベヤベルト上の前記第１原料および前記第２原料を露光して硬化させることができる放射源（７）と、
その下側に前記部材（８）が付着し、前記作業面（６）上で前記作業面に対して平行して配置されている構造板（９）と、
前記構造板（９）を前記作業面に対して直交して昇降させることができ、前記部材（８）と前記コンベヤベルト（３）との間の間隔を設定するように構成された位置決めシステム（１０）と、
を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項7】

前記製造ユニットは、対応する前記第１原料および前記第２原料をそれぞれ前記部材（８）から除去するための２つのクリーニング装置（１１）を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項8】

２つの前記クリーニング装置（１１）は駆動システムによって前記部材（８）の表面に沿って横方向に移動することができる、請求項７に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項9】

２つの前記クリーニング装置（１１）ごとに１台の返送装置が設けられており、
各返送装置（１１）は、回収された前記第１原料および前記第２原料を、それぞれに対応する前記第１ディスペンサおよび前記第２ディスペンサに返送する輸送ユニットを含む、請求項７または８に記載の３Ｄプリンタ（１）。

【請求項10】

第１ディスペンサによって、コンベヤベルト（３）に第１原料を１層塗工するステップであって、塗布される前記第１原料の層厚が、少なくとも既に形成された部材（８）に添加される層の所望の層厚に相当するステップと、
前記第１原料の層を添加した前記コンベヤベルト（３）を作業面（６）に搬送するステップと、
前記第１原料の層と前記部材（８）の被コーティング面とを前記作業面（６）において接触させ、構造化により前記第１原料の一部を硬化させることで、前記部材（８）の構造化された新しい層を形成するステップと、
前記新しい層を含む前記部材（８）を前記作業面（６）から持ち上げるステップと、
前記コンベヤベルト（３）上の余剰の前記第１原料を第１回収装置へ搬送するステップと、
前記第１回収装置により、前記余剰の前記第１原料を前記コンベヤベルト（３）から取り除き、取り除いた前記第１原料を前記第１ディスペンサに返送するステップと、
第２原料、第２ディスペンサおよび第２回収装置によって前記ステップを繰り返すステップと、を含む３次元多層部材の付加製造および未使用原料の回収方法。

【請求項11】

前記作業面（６）は放射線が透過する窓を有し、寸法の点から、前記窓のサイズは、少なくとも前記添加される層の外形サイズに相当し、
前記部材（８）を取り付け済みの構造板（９）を前記窓の上方に位置決めし、
前記部材（８）の表面と前記コンベヤベルト（３）の最上側との間の距離が、前記部材（８）に添加される構造化された新しい層の所望の層厚になるまで、前記構造板（９）を前記窓と直交して降下させ、
前記窓を透過した前記部材（８）への放射線によって、前記第１原料および前記第２原料をそれぞれ構造化および固化させて新しい層とし、
前記部材（８）を取り付け済みの前記構造板および前記部材に付着した新しい層を前記コンベヤベルト（３）から持ち上げる、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記方法は、さらに、
前記部材（８）から前記第１原料および前記第２原料をそれぞれ除去するための２つのクリーニング装置（１１）を提供するステップと、
２つの前記クリーニング装置（１１）を前記部材（８）の表面に沿って横方向に移動させることで、前記部材（８）の表面からそれぞれ過剰な前記第１原料および前記第２原料を取り除くステップと、
対応する返送装置によって、前記部材（８）の表面から取り除いた過剰な前記第１原料および前記第２原料をそれぞれ、前記第１原料および前記第２原料に対応する前記第１ディスペンサおよび前記第２ディスペンサに返送するステップと、
を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記コンベヤベルト（３）は、横方向に沿って前記第１原料および前記第２原料を、対応する前記第１ディスペンサおよび前記第２ディスペンサから前記作業面（６）へ搬送し、さらに対応する前記第１回収装置および前記第２回収装置へ搬送する、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層部材の付加製造用の３Ｄプリンタ、３次元多層部材の付加製造方法および３Ｄ印刷の多層部材に関する。

【背景技術】

【0002】

浴中での光重合に用いられる印刷設備（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １７２９６を参照）は、原料を浴中に送り、または他の作業面に塗布してから、多層部材との接触によって、構造化および硬化させることを特徴とする。原料を作業面に層ごとに塗布する方法もある。原料の構造化および硬化の通常の方法は光造形法（ＳＬＡ）またはデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）である。これらの方法において、通常プログラム可能なデジタル放射源によって原料を照射する。そのために、ＳＬＡ法では、通常、偏向可能なレーザ装置が用いられるが、ＤＬＰ法では、例えばプロジェクタが用いられる。照射は所定のパターンに従って行われる。そしてこのとき、感光性原料は含まれる接着剤の光重合によって硬化される。

【0003】

国際特許出願ＷＯ ２０１５／１０７０６６ Ａ１には、原料がコンベヤベルトに塗布され、このコンベヤベルトによって作業面まで搬送されるＤＬＰ－３Ｄプリンタが開示されている。通常提供される原料のうち、新しい層の構造化に用いられるのは一部のみであるため、部材製造よりも多くの原料を使用する必要がある。この印刷方法は、使用する原料が過剰なため、効率が低く、コストが高くなる。

【0004】

国際特許出願ＷＯ ２０１７／００９３６８ Ａ１には、別の３Ｄプリンタが開示されている。この印刷方法では、残った原料は回収装置によって収集されてから、再び製造プロセスに用いることができる。第２原料によって印刷するために、回収装置を含めたプリンタ全体をクリーニングし、第１原料の残留物を除去する必要がある。そのため、１回の印刷プロセスで、異なる材料からなる複数層の部材の印刷を実現することができない。

【0005】

米国特許出願ＵＳ ２０１７／０１８２７０８ Ａ１には、横方向に移動する作業面を有する３Ｄプリンタが開示されている。本発明では、複数の原料ディスペンサによって異なる原料を塗布することができる。毎回材料交換の前に作業面と部材をクリーニングしなければならない。開示された装置では、余剰原料の回収について考慮していない。

【0006】

素子の数が多い場合、異なる材料からなる複数の層が含まれる。これを実現するために、通常、複雑な製造プロセスを経る必要があり、これらの製造プロセスでは、例えば各部材をそれぞれ印刷してから、それらを組み合わせる。従来技術には、異なる材料からなる多層素子を印刷する最初の技術手段が含まれるが、これらの技術手段は、過剰な原料を使用するため効率が低く、コストが高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開第２０１５／１０７０６６号

【文献】国際公開第２０１７／００９３６８号

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１８２７０８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

これに鑑みて、本発明は、より効率的で、資源をより節約し、かつコストのより低い方法によって異なる材料からなる多層部材を製造可能な３Ｄプリンタおよび印刷方法を開示することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載の本発明は、上記問題を一部解決している。

【0010】

本発明は、多層部材の付加製造用の３Ｄプリンタを開示する。

【0011】

３Ｄプリンタは、それぞれ異なる原料をコンベヤベルトにコーティングするための、互いに分離した少なくとも２つのディスペンサを備える。ディスペンサは、原料が貯蔵されている貯蔵装置と、コンベヤベルトに原料を１層塗布するコーティング装置とを含む。ディスペンサは、異なる技術の実施形態を含んでもよい。ディスペンサは、例えば、ノズルコーティング装置、シリンジポンプ、ベリスタポンプ、インクジェットヘッド、ローラ転写装置または転写フィルムとして実現されてもよい。例として、ノズルコーティング装置を用いる実施形態を詳しく説明する。

【0012】

前記３Ｄプリンタは、その内部において原料の少なくとも一部を新しい層として部材に接合する製造ユニットをさらに備える。ここで、製造プロセスは光重合付加プロセスである。部材の第１層は、該部材の第１層のために設けられた構造板に直接接合することができる。

【0013】

３Ｄプリンタは、部材へ層を接合するとき、未使用の異なる原料を選択的に回収するための互いに分離した少なくとも２つの回収装置をさらに備える。そして、回収された原料は対応するディスペンサに返送される。即ち、各原料はその原料のみを供給する１つのディスペンサに対応する一方、その原料のみを回収して、対応するディスペンサに返送する１つの回収装置に対応する。

【0014】

このようにして、製造期間および返送期間のいずれにおいても異なる原料が互いに混合されないように確保できる。即ち、品質を変えずに過剰な原料を回収して、再び製造プロセスに利用することができる。これによってプリンタは、効率的かつ資源を節約する方法で、１回の印刷プロセスで異なる材料を有する複数層の部材を印刷することができる。

【0015】

プリンタは、コンベヤベルトをさらに備え、該コンベヤベルトによって、原料をディスペンサから製造ユニットへ横方向に沿って搬送し、さらに回収装置へ搬送する。コンベヤベルトによって、材料供給の場所と製造・材料回収の場所を分離させる。このように、コンベヤベルトでプリンタの柔軟な構成を実現することができる。

【0016】

一実施形態において、前記ディスペンサの貯蔵装置は混合装置を含み、該混合装置によって、返送された原料と任意に添加される新しい原料とを十分に攪拌することで、印刷される各層の成分が確実に均一になるよう保証する。

【0017】

一実施形態において、前記コンベヤベルトは放射線透過性の薄膜を含み、該薄膜は回転するローラによって移動される。コンベヤベルトの放射線透過性はコンベヤベルト自体までも透過することができ、放射源による照射によって原料を硬化させることもできる。一実施形態において、薄膜は任意の高放射線透過性を有する重合体薄膜であってもよい。放射線は、ここおよび以下の説明において、可視光、赤外線（ＩＲ）および紫外線（ＵＶ）域の光、およびあらゆる他の形式の電磁放射線を含む。

【0018】

また、コンベヤベルトは循環作動が可能であるため、１循環が完全に終了した後に該コンベヤベルトに再コーティングしてもよい。例えば、薄膜を使用する場合、コンベヤベルトの循環により、新たな薄膜を持続的に輸送する必要がなくなり、これによって、該プロセスを省資源および低コストの方式で実施することができる。

【0019】

印刷プロセスに使用される原料は、セラミックまたは金属または有機の粉末と、光重合接着剤、即ち放射線により重合（光重合）可能な有機接着剤とを含み得るスラリーを含む。このような原料を放射線によって構造化および硬化させることができる。放射線は、例えば光重合性の有機接着剤を活性化して重合させることで、原料において硬化構造を形成する。

【0020】

印刷の直後、脱脂プロセスと焼結プロセスを行う。これらのプロセスを実施することによって、有機接着剤を取り除き、セラミックまたは金属素子において所望の構造を形成する。

【0021】

一実施形態において、３Ｄプリンタの製造ユニットは、ＤＬＰ法またはＳＬＡ法に従って部材を製造するためのユニットを含む。

【0022】

この実施形態において、製造ユニットは作業面を備え、該作業面上でコンベヤベルトが案内される。作業面は放射線が透過する窓を含む。製造ユニットは、窓の下方に配置された放射源をさらに備える。このようにすれば、放射源は窓および放射線透過性のコンベヤベルトを透過して、コンベヤベルト上の原料を露光して硬化させることができる。適切なパターンで原料を照射して硬化させるように、放射源を設計またはプログラムしてもよい。放射源とは、例えばレーザ装置（ＳＬＡ法）またはプロジェクタ（ＤＬＰ法）である。例えば、可視光範囲、ＵＶまたはＩＲ域の電磁放射線であってもよい。

【0023】

また、製造ユニットは、構造板を備え、部材は該構造板の下側において製造され、そこに付着する。また、該構造板は作業面においてこの作業面に平行して配置されている。位置決めシステムは、構造板を作業面と直交して昇降させることができ、このように、部材の予め印刷された層とコンベヤベルトとの間の間隔を設定することができる。第１層は構造板に直接印刷される。この場合、部材に接合される層の厚さは設定された間隔によって予め決められている。

【0024】

構造板には複数の部材を付着させてもよく、これらの部材に平行して新しい層を接合してもよい。この技術手段において、全ての部材は作業面であって放射線が透過する窓の表面内部に設けられる必要がある。

【0025】

一実施形態において、製造ユニットは、部材から過剰な原料を除去するためのクリーニング装置を含む。クリーニング装置は駆動システムを含んでもよい。クリーニング装置は、該駆動システムによって部材の表面に沿って横方向に移動することができる。

【0026】

クリーニング装置は、例えば吸引ノズル、ブレードまたはローラであってもよい。クリーニング装置は、受動状態で部材の隣に横方向に位置決めされ、能動状態で部材の表面において横方向に移動するように配置されることが好ましい。

【0027】

材料ごとに単独のクリーニング装置が設けられ、製造ユニットに少なくとも２つのクリーニング装置が含まれてもよい。

【0028】

クリーニング装置ごとに１台の返送装置があり、各返送装置は、回収された原料をそれぞれに対応するディスペンサに返送する輸送ユニットを含む。輸送装置は例えばポンプであり、返送装置は例えばホースである。互いに分離した返送装置によって、原料が混合されないように確実に保たれるため、原料を再使用することができる。

【0029】

一実施形態において、返送装置とクリーニング装置は一体化されていてもよい。例えば、付着性の表面を有し、部材表面を走行することで部材表面に残った原料を取り除くローラを利用してもよい。そして、ローラは位置決めシステムによってディスペンサへ移動し、原料はここでローラによって取り除かれ、該ディスペンサに収容される。このような装置はローラ転写装置と呼ばれる。

【0030】

転写フィルムの付着性表面によって類似した技術手段を実施することもできる。クリーニング装置が吸引ノズルである場合、返送装置はホースとして実現されてもよい。該ホースは、例えば輸送装置としてポンプまたはファンを含む。クリーニング装置が部材表面を掻き取るブレードとして実現される場合、返送装置は、部材の下方に設けられ位置決めシステムによってディスペンサへ移動可能なトレイであってもよい。

【0031】

本発明は、以下のステップを含む３次元多層部材の付加製造および未使用原料の回収方法をさらに開示する。

【0032】

ディスペンサによって、コンベヤベルトに原料を１層塗布し、塗布された原料の層厚は、少なくとも部材に添加される層の所望の層厚に相当する。

【0033】

通常、所望のサイズを有する完全な層を製造するには、過剰な原料が必要となる。

【0034】

原料層を添加したコンベヤベルトを作業面に搬送する。

【0035】

コンベヤベルトによって原料の塗布場所と製造場所を分離させ、それによって該方法をより柔軟にすることができる。

【0036】

原料層と部材の被コーティング面とを作業面において接触させ、構造化により原料の一部を硬化させることで、該部材の構造化された新しい層を形成する。

【0037】

部材の第１層のために設けられた構造板の表面と接触するように、部材の第１層を製造する。

【0038】

新しい層を含む部材を作業面から持ち上げる。

【0039】

持ち上げることで、硬化した部材と硬化していない原料を分離する。部材に一部過剰な原料が付着している可能性がある。

【0040】

コンベヤベルト上の余剰原料を回収装置へ搬送する。

【0041】

回収装置は、例えば吸引ノズル、ブレードまたはローラとして実現されてもよく、材料をディスペンサに返送するための装置をさらに含んでもよい。

【0042】

回収装置により、コンベヤベルトから余剰原料を取り除き、原料をディスペンサに返送する。

【0043】

返送に用いられる装置は、例えばホースシステムまたはパイプシステムであってもよい。該システムは、輸送装置、例えばポンプまたはファンを含んでもよい。

【0044】

回収装置がローラである場合、このローラは転写ローラ装置として実現されてもよい。転写ローラは、その付着性表面によって原料を吸収し、そして、ディスペンサへ移動し、そこで原料を再び対応するディスペンサに解放してもよい。

【0045】

第２原料と第２ディスペンサを用いて上記方法ステップを繰り返す。第１原料および第２原料をそれぞれ対応するディスペンサに選択的に返送できる第２回収装置が設けられている。

【0046】

前記方法の別の技術手段においては、第３原料または他の原料、第３ディスペンサまたは他のディスペンサ、および第３回収装置または他の回収装置を用いて、上記方法ステップを繰り返す。第３原料を対応するディスペンサに選択的に返送する。同様に、他の原料を対応する他のディスペンサに選択的に返送する。原料は混合されないため、前記印刷方法に再利用されることができる。

【0047】

前記方法の一実施形態において、作業面は放射線が透過する窓を有する。寸法の点から、該窓のサイズは少なくとも添加される層の外形サイズに相当する。部材を取り付け済みの構造板を窓の上方に位置決めする。部材の表面とコンベヤベルトの最上側との間の距離が、部材に添加される構造化された新しい層の所望の層厚になるまで、構造板を窓と直交して降下させる。部材の第１層の印刷時、構造板の表面とコンベヤベルトとの間の間隔が第１層の所望の厚さになるように、構造板を降下させる。

【0048】

前記方法において、多層部材に向けて窓を透過した放射線により、原料を構造化および硬化させ、新しい層とする。そのために、原料は感光性を有する接着剤を含む。放射線によって接着剤の光重合を行う。

【0049】

また、前記方法において、部材を取り付け済みの構造板および部材に付着した新しい層をコンベヤベルトから持ち上げる。そのために、部材と構造板との間の付着力は、部材とコンベヤベルトとの間の付着力よりも大きくする必要がある。構造板の材料を選択すること、および薄膜に対して構造板の表面粗さを高くすることにより、構造板に対する部材の大きな付着力を確保する。粗さが高ければ、部材が構造板により付着しやすくなる。構造板の材料を選択する際に、部材の材料と類似する特性を持つ材料、または表面の粗い金属板を選択することが好ましい。

【0050】

一方法において、続いて以下のステップを実施する。

【0051】

部材から原料を除去するためのクリーニング装置を提供する。

【0052】

好ましくは、該クリーニング装置は、この場合、部材の隣に横方向に位置決めされる。

【0053】

クリーニング装置を部材の表面に沿って横方向に移動させることによって、部材の表面から過剰な原料を取り除く。

【0054】

クリーニング装置は、例えば吸引ノズル、ブレードまたはローラであってもよい。

【0055】

対応する返送装置によって、原料を該原料に対応するディスペンサに返送する。

【0056】

吸引ノズルを採用する場合、返送装置は、例えばホースシステムまたはパイプシステムであってもよい。ローラを採用する場合、該ローラは転写ローラ装置であってもよい。それぞれの材料に対して対応する返送装置を有するクリーニング装置が割り当てられれば、原料が混合されることはない。

【0057】

本発明は、複数の層を含む部材をさらに含み、前記層は、
平坦な表面においてそれぞれに区切られ、
異なる材料を含み、
化学的に直接接続されている。

【0058】

本発明は、上記特性を有する部材をさらに含み、その層はそれぞれ最大３００ μｍの厚さを有する。好ましくは、部材は５ μｍ～２００ μｍの層厚を有する。

【0059】

これらの層は、横方向および縦方向のいずれにおいても並列配置されてもよい。異なる層の間の境界面は部材の外面に平行であってもよい。部材の材料は、異なる金属、セラミックおよびプラスチックを含んでもよく、またはそれらのうちのいずれか１つを含んでもよい。各層の間に他の粘着剤、例えばバインダは一切存在しない。印刷方法において層厚を可変に調整することによって、部材の柔軟な構造化を実現することができる。

【0060】

一実施形態において、部材は、印刷後に第１構造体として存在し、接着剤を含む。プラスチックのみからなる部材においては、この第１構造体は即ち所望の部材構造体である。金属部材またはセラミック部材においては、焼結ステップによって接着剤を取り除き、部材の構造を変更してもよい。焼結後、部材は所望の第２構造体として存在する。

【図面の簡単な説明】

【0061】

次に、図面を参照しながら本発明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は記載された、または図示された態様および例に限定されない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲に開示された特徴のみによって決定される。

【0062】

【図1】製造ステップを示す前記３Ｄプリンタの第１実施形態の模式図である。

【図2】前記３Ｄプリンタに係る第１実施例の印刷方法の模式図である。

【図3】薄膜が循環作動する前記３Ｄプリンタの第２実施例の模式図である。

【図4】印刷された多層部材の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0063】

図面は模式図である。図面に示しているのは、３Ｄプリンタの実際の比に基づくものではない。実際のサイズおよびサイズ比は図示と異なることがある。

【0064】

図１は３Ｄプリンタ１の第１実施例を示す。３Ｄプリンタ１は、互いに分離した３つのディスペンサ２を含み、これらのディスペンサは並列に配置されている。ディスペンサ２はコンベヤベルト３に配置されており、それぞれ異なる原料をコンベヤベルトに塗布できるように構成されている。ディスペンサ２は、ここでは、ノズルコーティング装置として実現されている。

【0065】

コンベヤベルト３は、複数のローラ４によって案内される薄膜を含む。該薄膜は、重合体、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）によって形成されている。この例において、図示された４つのローラ４は、同じ速度で反時計回りに回転し、これによってコンベヤベルト３を移動させる。薄膜は、印刷の前に一番右側のローラ４ａに巻回され、第１転向ローラ４ｂによって所望の方向へ偏向されて３Ｄプリンタ１を通過する前に、プロセスの中でこのローラから繰り出される。

【0066】

３Ｄプリンタ１を通過した後に、薄膜は、第２転向ローラ４ｃによって図１に示す一番左側のローラ４ｄの方向へ偏向され、ここで再び巻回されるようになる。プロセス終了後、右ローラ４ａと左ローラ４ｄを交換すると、再利用のために薄膜を返送することができる。

【0067】

薄膜を支持するために、原料の塗布位置において、薄膜の下方であってディスペンサ２とは反対側に載置板５が取り付けられている。載置板５は薄膜と接続されていない。薄膜は載置板５に可動に水平載置されている。コンベヤベルトは、ディスペンサによって塗布された原料を載置板５の隣に横方向に配置された作業面６に搬送するために用いられる。薄膜は、同様に作業面６に可動に水平載置されている。

【0068】

作業面６は、放射線が透過する窓を含み、該窓は、該面の大部分を占める。窓の下方にプロジェクタ７が配置されており、プロジェクタ７は、薄膜と部材８との間に新しい層として部材８に添加される原料を所定のパターンで照射し、それによって原料を構造化および硬化させる。図面において、ビーム１０ｂが例示的に示されている。パターンは、例えばプロジェクタ７に配置されたマスクとして定義されてもよい。代替的に、パターンは例えば予めデジタルプログラムされたものであってもよい。

【0069】

パターンは、新しい層が部材に印刷された後に、当該部材８の下側の一部の領域のみを覆うように設計されてもよい。したがって、その後の印刷プロセスにおいて、既存の層の隣に別の層を横方向に印刷してもよい。

【0070】

複数の部材８は構造板９に取り付けられている。取り付け可能な部材８の数は、部材８と構造板９の幾何形状による。この例では、構造板９に４つの部材８が取り付けられている。構造板９は、表面粗さの高い下側を含み、部材８は、該下側に好適に付着している。構造板９は作業面６に平行に、この作業面の上に配置されている。部材８を取り付け済みの構造板９は、位置決めシステム１０によって、作業面６と直交して昇降することができる。そのために、位置決めシステム１０は、作業面６の中央に位置決めされ、この作業面に対して垂直である。

【0071】

また、３Ｄプリンタ１はクリーニング装置１１を含み、該クリーニング装置は、駆動システムによって部材８の下側に沿って移動することができる。したがって、上記駆動システムは、構造板９に平行して作業面６の上方において位置決めシステム１０の前方または後方に十分な間隔で位置決めされる。この場合、クリーニング装置１１は、未使用の原料を部材８からかき取ることができるブレードとして実現される。

【0072】

また、第１実施例において、３Ｄプリンタ１は、３つの回収装置１２を含む。回収装置１２は、移動しているコンベヤベルト３から余剰原料をかき取るブレードとして実現される。原料ごとに単独の回収装置１２が設けられている。回収装置１２は、コンベヤベルト３の、作業面６の隣に横方向に配置されるが載置板５とは異なる側にある箇所に取り付けられている。

【0073】

回収装置１２は、それぞれ、対応するディスペンサ２に原料を返送するためのホース１３をさらに含む。ホース１３には、回収装置１２から原料を吸い込み、ホース１３を介して輸送するためのポンプが設けられている。ホース１３は、回収装置１２と対応するディスペンサ２とを接続する。

【0074】

図２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦは、第１実施例に応じた例示的な方法を示す。第１ステップＡにおいて、第１ディスペンサ２ａはコンベヤベルト３に第１原料を塗布する。コンベヤベルト３は原料を作業面６に搬送する。

【0075】

そして、位置決めシステム１０は、ステップＢにおいて、構造板とコンベヤベルトに塗布された原料とが接触し、且つ、構造板９とコンベヤベルト３との間の間隔が新しい層の所望の厚さになるまで、構造板９を降下させる。第１層の印刷時に、余剰原料がここで構造板９の縁に押し付けられる。

【0076】

そして、ステップＣでは、構造板９の下方において、プロジェクタ７を用いて、所望のパターンまたは所望の構造に従って原料を照射する。有機接着剤の光重合により、入射した放射線が材料を硬化させ、構造板９に付着した部材８の第１層が形成される。ここで、位置決めシステム１０によって構造板９を持ち上げることができ、硬化していない余剰原料の大部分がコンベヤベルト３に残る。

【0077】

ステップＤにおいて、コンベヤベルト３に残った、構造板または部材に転写されなかった余剰原料は、このコンベヤベルトによりさらに搬送され、ブレードとして実現された回収装置１２ａによってコンベヤベルト３から取り除かれる。そして、ホース１３ａはホース１３ａに集積されたポンプの駆動により、原料を第１ディスペンサ２ａに返送する。

【0078】

回収と同時に、ステップＡと同様に新しい原料をコンベヤベルト３に塗布することができる。ここで利用されるディスペンサは、ステップＡで同じ原料を塗布する同一のディスペンサであってもよく、別の原料を塗布する別のディスペンサであってもよい。そしてコンベヤベルトは、未使用の前の原料を作業面６から第１回収装置１２ａに搬送すると同時に、新しい原料をディスペンサ２のうちの１つから作業面６に搬送する。

【0079】

同時に、ステップＥにおいて、部材８が付着した構造板９を持ち上げた後、クリーニング装置１１に部材８の表面を走行させることによって、新たに印刷された層の下側をクリーニングする。

【0080】

同様に、対応する第１ディスペンサ２ａに原料を返送する。

【0081】

第１層の印刷およびクリーニングが完了し、第１原料がコンベヤベルト３から完全に取り除かれたら、上記方法ステップを繰り返し、場合によっては、第２層および他の層を他の硬化構造として部材８に塗布することができる。第２層または他の層に他の原料を用いる必要がある場合、第１ディスペンサ２ａと第１回収装置１２ａを持ち上げ、代替として、第２ディスペンサまたは代替的な第３ディスペンサ、および第２回収装置または対応する第３回収装置をコンベヤベルト３まで降下させ、他の原料で方法全体を繰り返す。

【0082】

この場合、部材８の少なくとも１層が既に構造板９に付着しているため、ステップＢに対応するステップＦにおいて、部材８とコンベヤベルト３との間の間隔が所望の新しい層の厚さになるように、部材８を降下させる。余剰原料は、ここで部材８の先の層の縁に押し付けられる。

【0083】

第１原料は、例えば有機接着剤を含有するセラミック原料である。図２のＦにおいて、網掛けで示されている第２原料は、例えば同様に有機接着剤を含有する重合体スラリーである。他の層は同じまたは他の異なる原料を含有してもよい。それぞれの層は、異なる構造で、または異なるパターンとして塗布されることができ、このようにして、任意の外部空間形状および任意の内部構造を有する部材を製造することができる。

【0084】

図３は３Ｄプリンタ１の第２実施形態を示し、該実施形態は第１実施例とほぼ同様である。しかし、第２実施形態では、コンベヤベルト３が循環作動することによって、該プロセスを中断または干渉せずに、コンベヤベルト３に用いられる薄膜をリサイクルして再使用することが可能となる点において、第１実施形態と異なる。そのために、コンベヤベルト３は、４つのローラ４によって案内され、この例では、これらのローラは適宜な速度で反時計回りに回転する。他の実施例において、これらのローラは時計回りに回転してもよい。ローラ４の配置は第１実施例の４つのローラの配置と同様である。しかし、この場合、全てのローラが転向ローラとして用いられる点で異なる。薄膜がローラに巻回されるまたはローラから繰り出されることはない。

【0085】

好ましい実施例においては、循環作動するコンベヤベルト３に沿って、回収装置の後方にクリーニング装置が設けられ、該クリーニング装置はコンベヤベルト３から最後の原料残留物を取り除くことによって、異なる原料が混合されないように確保する。

【0086】

図４は、印刷された多層部材８を例示的かつ模式的に示す。ここで該部材は、垂直に積層された４つの平面１５ａから１５ｄに位置する６つの層１４ａから１４ｆを含む。下から１番目と３番目の平面（１５ａ、１５ｃ）は、それぞれ２つの層（１４ａ、１４ｂ、１４ｄ、１４ｅ）を含む。最上層１４ｆは印刷プロセスで最初に製造される層である。最下層１４ａと１４ｂは印刷プロセスで最後に製造される層である。

【0087】

部材８は３つの異なる材料の層を含み、これらの材料は、異なる網掛けで示されている。３つの材料のうち、１つは金属であり、余剰材料は２つの異なる重合体またはセラミックである。

【0088】

層間の境界は部材８の外側１６に平行する平坦境界面に沿って延伸する。各層は、本部材８の下から２番目および４番目の層（１４ｃ、１４ｆ）のように、部材８の１つの水平面全体を含んでもよい。ただし、部材８の第１平面および第３平面（１５ａ、１５ｃ）のように、横方向に並列配置されてもよい。

【0089】

部材８の層厚は変えることができる。図示されている部材８の最上層１４ｆは、部材８の他の層よりも薄く、最下方の２つの層１４ａと１４ｂは、部材の他の層よりも厚い。

【0090】

上述した層の間に、他の中間層や接続層、例えば粘着層は一切存在しない。

【符号の説明】

【0091】

１ ３Ｄプリンタ
２ ディスペンサ
２ａ 第１ディスペンサ
３ コンベヤベルト
４ コンベヤベルト３のローラ
４ａ 右ローラ
４ｂ 第１転向ローラ
４ｃ 第２転向ローラ
４ｄ 左ローラ
５ 載置板
６ 作業面
７ プロジェクタ
８ 部材
９ 構造板
１０ 位置決めシステム
１０ｂ ビーム
１１ クリーニング装置
１２ 回収装置
１２ａ 第１回収装置
１３ ホース
１３ａ 第１ホース
１４ａ～１４ｆ 部材８の層
１５ａ～１５ｄ 部材８の平面
１６ 部材８の外側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】