ホーム > 特許ランキング > ＱＵＡＮＴＩＣＡ ＧＭＢＨ
▶ クアンティカ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングの特許一覧
特表2023-502685材料吐出システム、プリントヘッド、３Ｄプリンター、および材料吐出のための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-25
(54)【発明の名称】材料吐出システム、プリントヘッド、３Ｄプリンター、および材料吐出のための方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/112 20170101AFI20230118BHJP
B29C 64/209 20170101ALI20230118BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20230118BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20230118BHJP
【ＦＩ】
B29C64/112
B29C64/209
B33Y10/00
B33Y30/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022529447
(86)(22)【出願日】2020-11-10
(85)【翻訳文提出日】2022-07-08
(86)【国際出願番号】 EP2020081636
(87)【国際公開番号】W WO2021099185
(87)【国際公開日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】19210067.5
(32)【優先日】2019-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522196674
【氏名又は名称】クアンティカ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＮＴＩＣＡ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フェルバー，ルートビヒ
(72)【発明者】
【氏名】ハートコップ，ベン
【テーマコード（参考）】
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL74
(57)【要約】
材料吐出システム、プリントヘッド、３Ｄプリンター、および材料吐出のための方法が提供される。材料吐出システムは、ハウジングと、ハウジングに設けられ、ハウジングを上部空間と下部空間とに分割するプレートとを含み、下部空間は、吐出のための材料を保持するように構成され、材料吐出システムはさらに、コントローラユニットと、１つ以上の材料吐出ユニットとを含み、１つ以上の材料吐出ユニットは各々、プレートにおいて略平行な２つのスリットによって形成されたメンブレンと、上部空間においてメンブレンの上方に設けられた第１の電極と、第１の電極上に設けられた圧電素子と、圧電素子上に設けられた第２の電極とを含み、第１の電極および第２の電極は各々、電圧を圧電素子に提供するためにコントローラユニットに電気的に接続され、１つ以上の材料吐出ユニットの各々はさらに、メンブレンの下に設けられ、下部空間へと延長する延長部材を含む。材料吐出システムはさらにノズルプレートを含み、ノズルプレートは、ハウジングの底端に設けられ、１つ以上のノズル開口部を含み、ノズル開口部は、それぞれの延長部材のそれぞれの下部に対応する位置に形成され、下部空間において前記下部から所定距離離れて設けられる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
材料吐出システムであって、ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングを上部空間と下部空間とに分割するプレートとを含み、前記下部空間は、吐出のための材料を保持するように構成され、前記材料吐出システムはさらに、
コントローラユニットと、
１つ以上の材料吐出ユニットとを含み、前記１つ以上の材料吐出ユニットは各々、
前記プレートにおいて略平行な２つのスリットによって形成されたメンブレンと、
前記上部空間において前記メンブレンの上方に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられた圧電素子と、
前記圧電素子上に設けられた第２の電極とを含み、前記第１の電極および前記第２の電極は各々、電圧を前記圧電素子に提供するために前記コントローラユニットに電気的に接続され、前記１つ以上の材料吐出ユニットの各々はさらに、
前記メンブレンの下に設けられ、前記下部空間へと延長する延長部材を含み、
前記材料吐出システムはさらにノズルプレートを含み、前記ノズルプレートは、前記ハウジングの底端に設けられ、１つ以上のノズル開口部を含み、前記ノズル開口部は、それぞれの延長部材のそれぞれの下部に対応する位置に形成され、前記下部空間において前記下部から所定距離離れて設けられる、材料吐出システム。
【請求項2】
前記圧電素子は、前記スリットの方向に対応する長さ方向を有し、前記長さ方向に垂直な幅方向を有するとともに、前記メンブレンに垂直な、前記下部空間から前記上部空間へと配向された高さ方向を有し、前記圧電素子は、横方向圧電効果の変形が前記圧電素子の前記長さ方向に沿って生じるような配向で設けられる、請求項１に記載の材料吐出システム。
【請求項3】
縦方向圧電効果は、前記圧電素子のｄ３３効果に関連付けられた効果であり、および／または、前記圧電素子の分極は、前記高さ方向と平行である、請求項１または２に記載の材料吐出システム。
【請求項4】
前記プレートは金属プレートであり、前記メンブレンは金属メンブレンであり、前記圧電素子は、前記金属メンブレンに導電接合され、
接合が、前記圧電素子と前記金属メンブレンとの接触面の略全体上で提供される、請求項１～３のいずれか１項に記載の材料吐出システム。
【請求項5】
前記ノズル開口部の直径直径は、３０～２００マイクロメートルである、請求項１～４のいずれか１項に記載の材料吐出システム。
【請求項6】
電圧が前記圧電素子に印加されない場合、前記所定距離は、５～４５０マイクロメートルである、請求項１～５のいずれか１項に記載の材料吐出システム。
【請求項7】
ポリイミド薄膜メンブレンが、前記圧電素子と下方に存在するあらゆる材料との接触を防止するための障壁として作用するように、前記金属プレートと前記延長部材との間に設けられ、前記ポリイミド薄膜メンブレンは、カプトンメンブレンであり、および／または、
前記ポリイミド薄膜メンブレンの厚さは、１０～１００マイクロメートルである、請求項１～６のいずれか１項に記載の材料吐出システム。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか１項に記載の材料吐出システムの１つ以上を含む、プリントヘッド。
【請求項9】
請求項８に記載のプリントヘッドを１つ以上含む、３Ｄプリンター。
【請求項10】
請求項１～７のいずれか１項に記載の材料吐出システムからの材料吐出のための方法であって、電圧が前記第１の電極および前記第２の電極に印加され、前記圧電素子の縦方向変形が前記金属メンブレンの屈曲へと変わり、それにより、前記延長部材の線形運動を引き起こす、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、３Ｄプリンターのためのプリントヘッドに関する。特に、この発明は、材料吐出システム、プリントヘッド、３Ｄプリンター、および材料吐出のための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェットタイプの３Ｄプリンターは、アクチュエータユニットとプリントヘッドとを含む。アクチュエータユニットは、３次元空間でプリントヘッドを動かす。プリントヘッドは、印刷材料を吐出するように構成された材料吐出システムを含む。印刷材料は吐出システムから吐出されて、３次元物体の層を連続的に形成する。オプションで、吐出された材料は、３次元物体を形成する際に硬化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
材料吐出システムは、印刷材料の液滴を吐出するための圧電アクチュエータシステムを含む場合がある。圧電アクチュエータシステムは通常、複数の積層圧電素子を含む。しかしながら、そのような積層圧電素子は製造が複雑であり、複雑な駆動電子機器を必要とし、構造的に敏感である。
【0004】
ＥＰ １ ６３１ ４３９ Ｂ１は、物体を定義するデータに応答して構成材料の薄層を順に重ねて順次形成することによって物体を生成するための装置に関する。装置は、複数の出力オリフィスを有して形成された表面を各々有し、他のオリフィスから独立して各オリフィスを通して構成材料を分配するように制御可能である複数の印刷ヘッドと、印刷ヘッドが搭載されるシャトルと、支持面と、コントローラとを含み、コントローラは、支持面上に第１の層を形成し、その後、他の層を順次形成するように、支持面上を前後に移動するようにシャトルを制御し、シャトルが動くにつれてデータに応答してそれぞれのオリフィスの各々を通して構成材料を分配するように印刷ヘッドを制御するように適合され、各印刷ヘッドは、他の印刷ヘッドから独立してシャトルから取り外し可能であり、交換可能である。
【0005】
ＵＳ ２００３／０８８９６９ Ａ１は液滴吐出装置に関し、それは、複数の液体吐出ノズルと、多孔質材料を含む液体供給層とを含み、液体供給層は、ノズルに関連付けられた穴を特徴として備え、液滴吐出装置はさらに、ノズルを通して液滴を吐出するために穴に関連付けられた複数の変換器を含む。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記に鑑みて、目的は、改良された材料吐出システム、プリントヘッド、３Ｄプリンター、および材料吐出のための方法を提供することである。上述の目的は、独立請求項の主題によって達成される。従属請求項は、この発明のさらなる局面に関する。
【0007】
この発明によれば、材料吐出システムが提供される。材料吐出システムは、ハウジングと、ハウジングに設けられ、ハウジングを上部空間と下部空間とに分割するプレートとを含み、下部空間は、吐出のための材料を保持するように構成され、材料吐出システムはさらに、コントローラユニットと、１つ以上の材料吐出ユニットとを含み、１つ以上の材料吐出ユニットは各々、プレートにおいて略平行な２つのスリットによって形成されたメンブレンと、上部空間においてメンブレンの上方に設けられた第１の電極と、第１の電極上に設けられた圧電素子と、圧電素子上に設けられた第２の電極とを含み、第１の電極および第２の電極は各々、電圧を圧電素子に提供するためにコントローラユニットに電気的に接続され、１つ以上の材料吐出ユニットの各々はさらに、メンブレンの下に設けられ、下部空間へと延長する延長部材を含む。材料吐出システムはさらにノズルプレートを含み、ノズルプレートは、ハウジングの底端に設けられ、１つ以上のノズル開口部を含み、ノズル開口部は、それぞれの延長部材のそれぞれの下部に対応する位置に形成され、下部空間において前記下部から所定距離離れて設けられる。
【0008】
本発明の好ましい一実施形態によれば、圧電素子は、スリットの方向に対応する長さ方向を有し、長さ方向に垂直な幅方向を有するとともに、メンブレンに垂直な、下部空間から上部空間へと配向された高さ方向を有する。圧電素子は、横方向圧電効果の変形が圧電素子の長さ方向に沿って生じるような配向で設けられる。
【0009】
本発明の好ましい一実施形態によれば、縦方向圧電効果は、圧電素子のｄ３３効果に関連付けられた効果であり、および／または、圧電素子の分極は、高さ方向と平行である。
【0010】
本発明の好ましい一実施形態によれば、プレートは金属プレートであり、メンブレンは金属メンブレンである。圧電素子は、金属メンブレンに導電接合される。接合が、圧電素子と金属メンブレンとの接触面の略全体上で提供される。
【0011】
本発明の好ましい一実施形態によれば、ノズル開口部の直径は、３０～２００マイクロメートルである。
【0012】
この発明の一局面によれば、電圧が圧電素子に印加されない場合、所定距離は、５～４５０マイクロメートルである。
【0013】
本発明の好ましい一実施形態によれば、ポリイミド薄膜メンブレンが、圧電素子と下方に存在するあらゆる材料との接触を防止するための障壁として作用するように、金属プレートと延長部材との間に設けられる。ポリイミド薄膜メンブレンは、カプトンメンブレンである。それに加えて、またはそれに代えて、ポリイミド薄膜メンブレンの厚さは、１０～１００マイクロメートルである。
【0014】
本発明の別の局面によれば、本発明に従った材料吐出システムの１つ以上を含む、プリントヘッドが提供される。
【0015】
本発明のさらに別の局面によれば、本発明に従ったプリントヘッドを含む、好ましくは本発明に従ったプリントヘッドを１つ以上含む、３Ｄプリンターが提供される。
【0016】
本発明によれば、本発明に従った材料吐出システムからの材料吐出のための方法であって、電圧が第１の電極および第２の電極に印加され、圧電素子の縦方向変形が金属メンブレンの屈曲へと変わり、それにより、延長部材の線形運動を引き起こす、方法も提供される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】圧電素子が中立位置にある状態での、本発明の一実施形態に従った吐出ユニットの概略図である。
【図2】圧電素子が引張位置にある状態での、本発明の一実施形態に従った吐出ユニットの概略図である。
【図3】本発明の一実施形態に従ったプリントヘッドの概略分解図である。
【図4】本発明の一実施形態に従った、組み立てられたプリントヘッドの概略断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に従ったアクチュエータアセンブリの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
図面の詳細な説明
以下に、本発明の実施形態を説明する。なお、説明されるすべての実施形態のいくつかの局面は、特に明記されない限り、いくつかの他の実施形態でも見出される場合があり、または、当業者にとって自明である場合がある。しかしながら、理解しやすさを高めるために、各局面は、初めて言及される場合にのみ詳細に説明され、同じ局面のいかなる説明の繰り返しも省略される。
以下に、本発明の実施形態を説明する。なお、説明されるすべての実施形態のいくつかの局面は、特に明記されない限り、いくつかの他の実施形態でも見出される場合があり、または、当業者にとって自明である場合がある。しかしながら、理解しやすさを高めるために、各局面は、初めて言及される場合にのみ詳細に説明され、同じ局面のいかなる説明の繰り返しも省略される。
【0019】
図１は、圧電素子１０２が中立位置にある状態での、本発明の一実施形態に従った材料吐出ユニット（material ejection unit）ＭＥＵ１の概略図を示す。詳細には、図１は、本発明の一実施形態に従った材料吐出ユニット１の断面を示す。
【0020】
本発明の一実施形態では、材料吐出システム（material ejection system）ＭＥＳ２は、互いに平行に配置された１つ以上の材料吐出ユニット１を含む（図５参照）。前記実施形態では、１つ以上のＭＥＵ１は、単一の共通のハウジング２００内に形成される。好ましい一実施形態では、１つ以上のＭＥＵのハウジング２００は共通のハウジングであり、複数のハウジング部品を含む。図１の側壁２０１および２０２は、ハウジング２００のハウジング部品である。
【0021】
本発明の一実施形態では、ハウジング２００にプレート６００が設けられ、それは好ましくは金属プレート６００である。好ましい一実施形態では、プレート６００は、ハウジング２００の断面の略全体にわたって設けられ、それにより、ハウジング２００における上部空間１０および下部空間２０を定義する。プレート６００には、平行なスリット６０１が、好ましくはレーザー切断および／または電鋳によって形成される。スリット６０１間には、金属メンブレンまたは舌部６０２が形成される。好ましい一実施形態では、複数のメンブレン６０２が互いに隣り合って形成され、隣接するＭＥＵ１の隣接するメンブレン６０２と少なくとも１つのスリット６０１を共有する。
【0022】
本発明の実施形態では、メンブレン６０２の上方に、すなわち上部空間１０に、第１の電極１０１が設けられる。好ましい実施形態では、第１の電極１０１は、好ましくはスパッタリングプロセスで、導電層によって形成される。第１の電極１０１の上方に、圧電素子１０２が設けられる。圧電素子１０２の上方に、第２の電極１０３が設けられる。好ましい実施形態では、第２の電極１０１は、好ましくはスパッタリングプロセスで、導電層から形成される。
【0023】
本発明の一実施形態では、第１の電極１０１は、金属メンブレンによって形成される。すなわち、金属メンブレンは電極として機能し、圧電素子は、金属メンブレン上に直接設けられる。
【0024】
圧電素子１０２は、第１の電極１０１および第２の電極１０３に導電接続される。第１および第２の電極は、電気コネクタ１０４ａおよび１０４ｂを介してコントローラ１０５に導電接続される。好ましい一実施形態では、ＭＥＳの１つ以上のＭＥＵが、単一の共通のコントローラ１０５に接続される。コントローラは、第１の電極１０１および第２の電極１０３を介して圧電素子１０２に印加される電圧を制御するように構成される。好ましい実施形態では、コントローラ１０５は、それぞれの圧電素子１０２ごとに独立して電圧を制御するように構成される。
【0025】
好ましい一実施形態では、圧電素子１０２は単一の積層圧電素子であり、より好ましくは、改質ジルコン酸鉛チタン酸鉛、ＰＺＴ、ＰＩＣ２５５、組成である。
【0026】
以下、スリット６０１の方向、すなわちメンブレン６０２の方向は、長さ方向ｌを定義する。金属プレート６００の平面において長さ方向に垂直に、幅ｗ方向が定義され、前記平面に垂直に、下部空間から上部空間へと、高さ方向ｈが定義される。図１および図２では、それぞれの方向は、左上の座標系における矢印によって示される。
【0027】
本発明によれば、圧電素子１０２はｄ３３構成で設けられる。すなわち、圧電素子の分極方向は、電圧が印加されると第１の電極１０１と第２の電極１０３との間に生成される電界と平行である。
【0028】
本発明によれば、圧電素子はさらに、電圧が高さ方向に印加されると横方向圧電効果が長さ方向に観察されるような配向で設けられる。
【0029】
言い換えれば、圧電素子１０２は、電圧が第１の電極１０１および第２の電極１０３に印加されると長さ方向および高さ方向に伸張し、高さ変形は長さ変形よりも効率的である。
【0030】
好ましい一実施形態では、ｄ３３モード構成で整列された圧電素子における電界は、直交するｄ３１構成の電界と比較して、より高い正味効率を有する。
【0031】
本発明の一実施形態では、圧電素子はさらに、一次的なｄ３３歪みの変形のおよそ１／３の、直交するｄ３１変形を経験する。
【0032】
好ましい一実施形態では、金属プレート６００は鋼鉄製である。好ましい一実施形態では、導電性薄膜エポキシ接着剤が、圧電素子１０２と金属プレート６００および／または第１の電極に形成された金属メンブレン６０２とを接合するために使用され、好ましくは圧電素子１０２と金属メンブレン６０２との接触面全体にわたって形成される。これは、圧電素子および金属メンブレン６０２の接合面間の電気伝導性を可能にする。好ましい一実施形態では、金属メンブレン６０２は第１の電極１０１として使用される。
【0033】
本発明の一実施形態では、金属メンブレン６０２の下に、すなわちハウジング２００の下部空間２０に、延長部材４００が設けられる。好ましい一実施形態では、延長部材は、円筒状の延長部材４００である。好ましい一実施形態では、延長部材４００は、金属メンブレン６０２の中心位置に設けられる。
【0034】
本発明の一実施形態では、延長部材４００の上端部４０２が、好適な可撓性を有する接着剤によって金属メンブレン６０２に固定される。
【0035】
本発明の一実施形態では、ノズルプレート８００（図３参照）が、下部空間２０の下端すなわち底を定義するハウジングの底部に設けられる。ノズルプレート８００には、１つ以上のノズル開口部８０１が形成される。好ましい一実施形態では、ノズル開口部８０１の少なくとも１つは、１つのＭＥＳ２における１つ以上のＭＥＵ１の延長部材の位置に対応する。
【0036】
好ましい一実施形態では、ノズル開口部８０１の直径は、３０～２００マイクロメートル、より好ましくは５０～１１０マイクロメートル、最も好ましくは６５～８５マイクロメートルである。好ましい一実施形態では、ノズルプレートは金属またはポリマーから形成され、ノズル開口部８０１は好ましくはエッチングまたはレーザー切断によって形成される。
【0037】
本発明の一実施形態では、電圧が圧電素子に印加されない場合、延長部材４００の下端部４０１が、ノズルプレート８００まで所定距離離れて位置付けられる。所定距離は、好ましくは５～４５０マイクロメートル、より好ましくは７０～２５０マイクロメートル、最も好ましくは１９０～２２５マイクロメートルである。
【0038】
図２は、圧電素子が伸張された位置にある状態、すなわち電圧が印加された状態での、本発明の一実施形態に従った吐出ユニットの概略図を示す。上述されたように、電圧が第１の電極１０１および第２の電極１０３を介して圧電素子１０２に印加されると、これら２つの電極間に電界が生成される。本発明によれば、電界は高さ方向と平行であり、高さ方向に一次的なｄ３３効果を生成し、長さおよび／または幅方向に二次的なｄ３１効果を生成する。
【0039】
本発明によれば、圧電素子１０２は金属メンブレン６０２に固定される。したがって、圧電素子１０２は長さ方向に自由に膨張できないため、ｄ３１効果は、圧電素子１０２および金属メンブレン６０２の屈曲へと変わる。
【0040】
本発明の一実施形態では、この屈曲はさらに、同様に屈曲に寄与する圧電素子１０２のさらなる高さ膨張をもたらすｄ３３効果によって増幅される。
【0041】
言い換えれば、ｄ３１効果および／またはｄ３３効果は、圧電素子および金属メンブレン６０２の屈曲を引き起こす。本発明によれば、金属メンブレン６０２の屈曲は、高さ方向に沿った延長部材の並進へと変換される。この屈曲は、以下に疑似バイモルフ変形とも呼ばれる。
【0042】
すなわち、金属メンブレン６０２に対する圧電素子の横方向収縮および膨張は、圧電素子および金属メンブレン６０２の接続面に関して直交運動を引き起こし、前記金属メンブレン６０２の中心で金属メンブレン６０２に直交する線形運動の最高振幅での圧電伸張の増幅をもたらす。
【0043】
本発明の一局面は、疑似バイモルフ変形がｄ３１効果および／またはｄ３３のみよりも高い振幅を有し、したがって圧電変形が増幅されることである。これは、同じ圧電素子を使用する場合、または、同じ並進を達成するより小型の圧電素子を使用する場合に、延長部材の並進範囲の改良を可能にする。すなわち、疑似バイモルフ変形は、従来の圧電アクチュエータと比較して、よりコスト効率が高い。
【0044】
本発明の一実施形態では、ハウジング２００の下部空間２０に、材料が設けられる。材料は、延長部材４００の下端部４０１が材料で終わるように設けられる。好ましい実施形態では、材料は液相で設けられる。
【0045】
本発明によれば、材料内での下端部４０１の動きが、ノズル開口部８０１を通る材料の一部の吐出を引き起こす。言い換えれば、好ましくは円形のノズル開口部の上方に位置する材料の柱が、下向きの衝撃を経験するであろう。これは、ノズル開口部を通る材料の制御された吐出を可能にする。
【0046】
粘度、表面張力、および他の流動学的要因といった異なる液体材料特性が、理想的な液滴放出を可能にする、作動のパラメータ制御のためのいくつかの窓を作成する。
【0047】
好ましい一実施形態では、ＭＥＳ２のＭＥＵ１は、各ＭＥＵの圧電素子の各々に電圧を独立して印加することにより、コントローラ１０５によって独立して駆動され得る。
【0048】
図３は、本発明の一実施形態に従ったプリントヘッド３の概略分解図を示す。本発明によれば、１つ以上のＭＥＵ１がＭＥＳ２を形成する。さらに、本発明によれば、３Ｄプリンターのためのプリントヘッド３は、ＭＥＳ２と、さらなる構成要素とを含む。
【0049】
図３に示すような本発明の一実施形態では、プリントヘッド３はさらに、第１のコネクタ１１０１を介して材料を下部空間２０に供給するための材料供給システム１１００を含む。プリントヘッド３はさらに、上部空間１０から気体および材料を除去または挿入するための第１の真空コネクタ１１０２、ならびに／もしくは、下部空間２０から気体および材料を除去または挿入するための第２の真空コネクタ１１０３を含む。
【0050】
プリントヘッド３は、以下に説明される層状構造を有する。異なる層の使用は製造の点で多くの利点を有するが、本発明はそれらに限定されない。特に、ある実施形態では、いくつかの層が省略されてもよく、および／または、任意の数の層の機能が組合されるか別の層へと分割されてもよい。
【0051】
プリントヘッド３はさらに、ノズルプレート８００の上方に設けられたスペーサープレート２００２を含む。スペーサープレート２００２は、それぞれの延長部材４００のそれぞれの下端４０１に対するそれぞれのノズル開口部の正確な相対的位置付けを容易にする。
【0052】
プリントヘッド３はさらに、スペーサープレート２００２の上方に設けられた基準プレート２００３を含む。スペーサープレート２００２は、それぞれの延長部材４００のそれぞれの下端４０１に対するそれぞれのノズルプレート８００の正確な位置付けを容易にするために、基準プレート２００３に固定される。
【0053】
プリントヘッド３はさらに、基準プレート２００３の上方に設けられたプリント回路基板（printed circuit board）ＰＣＢ層３００１を含む。ＰＣＢ層３００１は、少なくとも１つの加熱素子と、好ましくは少なくとも１つの温度感知素子３００２とを含む。ＰＣＢ層３００１は、材料を加熱するように、および／または、材料の温度を制御するように構成される。
【0054】
プリントヘッド３はさらに、ＰＣＢ層３００１の上方に設けられた材料チャネルプレート２００４を含む。材料チャネルプレート２００４では、ＭＥＵ１に各々対応する１つ以上の材料貯留槽が形成される。ＰＣＢ層３００１の少なくとも１つの加熱素子は、それぞれの１つ以上の材料貯留槽内の材料を加熱するために、材料チャネルプレートと熱接触している。少なくとも１つの加熱素子と温度感知素子３００２とは、ノズルプレート８００の上方に形成された材料貯留槽内に存在する材料の閉ループ温度制御のために構成される。
【0055】
プリントヘッド３はさらに、材料チャネルプレート２００４の上方に設けられた断熱壁要素２００５を含む。断熱壁要素２００５は、加熱された材料チャネルプレート２００４をその上方に位置する要素から断熱するように構成される。
【0056】
プリントヘッド３はさらに、材料選別プレート２００６の上に設けられた材料流入プレート２００７を含む。材料流入プレートは、材料供給システムを通して供給された材料をハウジングの少なくとも１つの壁に沿って材料貯留槽に誘導するように構成される。
【0057】
プリントヘッド３はさらに、材料流入プレート２００７の上方に設けられたポリイミド薄膜メンブレン２００８を含む。ポリイミド薄膜メンブレン２００８は、それぞれの延長部材４００をＭＥＵ１のそれぞれの金属メンブレン６０２に固定するように構成される。好ましい実施形態では、ポリイミド薄膜メンブレンは、カプトン（Kapton）メンブレンである。好ましい実施形態では、ポリイミド薄膜メンブレンの厚さは、１０～１００マイクロメートル、より好ましくは２０～８０マイクロメートル、最も好ましくは２５～５０マイクロメートルである。
【0058】
本発明の一実施形態では、ポリイミド薄膜メンブレンは、圧電素子と下方の材料貯留槽内に存在するあらゆる材料との接触を防止するための障壁として作用する。
【0059】
プリントヘッド３はさらに、ポリイミド薄膜メンブレン２００８の上方に設けられた圧電素子保持プレート２００９を含む。圧電素子保持プレート２００９は、ＭＥＳ２の金属プレート６００を含む。好ましい一実施形態では、ＭＥＵ１のそれぞれの圧電素子１０２は、圧電素子保持プレート２００９の上面の上方で接合される。ＭＥＵのそれぞれの延長部材４００は、圧電素子保持プレート２００９の下面の下方で固定され、疑似バイモルフ線形運動の、材料と気体との界面または材料と真空との界面を通した、材料貯留槽内に存在する材料への下向きの衝撃伝達を容易にする。
【0060】
プリントヘッド３はさらに、圧電素子保持プレート２００９の上方に設けられたトップスペーサープレート２０１０を含む。
【0061】
プリントヘッド３はさらに、トップスペーサープレート２０１０の上方に設けられたＰＣＢ最上層３００３を含む。ＰＣＢ最上層３００３は、ＭＥＳ２のコントローラ１０５を含む。ＭＥＵ１のそれぞれの圧電素子１０２は、電気コネクタ１０４ｂを介してＰＣＢ最上層３００３に接続される。
【0062】
プリントヘッド３はさらに、好ましくはＰＣＢ最上層３００３上に設けられ、圧電素子保持プレート２００９を通って下部空間２０に入り、貯留槽内へと延長する材料レベル感知ユニット３００５を含む。これは、プリントヘッド３に移送される適量の材料を維持することを可能にする。
【0063】
本発明の一実施形態では、プリントヘッド３はさらに、ＰＣＢ最上層３００３上に設けられ、ＰＣＢ最上層３００３を３Ｄプリンターの制御電子機器に接続するように構成された電気コネクタユニット３００４を含む。
【0064】
図４は、図３の実施形態に従った、組み立てられたプリントヘッドの概略断面図を示す。本発明の実施形態では、組み立てられた場合、プリントヘッド３は、ＭＥＳ２のハウジング２００と、ＭＥＳ２の１つ以上のＭＥＵ１とを含む。
【0065】
【0066】
圧電素子保持プレート２００９の下に、ポリアミド薄膜２００８が、好ましくは圧電保持プレート２００９の底面の略全体を覆って設けられる。ポリアミド薄膜２００８の下に、複数の延長部材４００が、ＭＥＵ１ごとに１つ設けられる。圧電保持プレートでは、複数の平行なスリット６０１が、複数のメンブレン６０２を、ＭＥＵ１ごとに１つ形成している。メンブレン６０２上に、複数の圧電素子１０２が、ＭＥＵ１ごとに１つ設けられる。
【0067】
本発明の一実施形態では、延長部材４００は、温度制御材料から、および圧電素子へのあらゆる直接的な熱的影響から圧電素子を引き離しながら、高振幅の作動を前記材料に伝達するように構成され、それにより、油圧アクチュエータシステムにおける熱歪みおよび摩耗を減少させる。
【0068】
本発明の一実施形態では、ノズル開口部の好ましくは線形の配置は、異なる構成では、１つの材料貯留槽内のノズル密度を改良するように変更される。配置は、圧電素子の最大密度が、圧電素子保持プレート２００９上で個々に対処可能であることに依存する。前記圧電素子の形状は好ましくは、円形状、八角形状、六角形状、四角形状、三角形状、および／または前記形状の切頭体のうちの１つ以上であり得る。
【0069】
上に説明され例示されたことは、この発明の実施形態と、変形のうちのいくつかとである。ここに使用される用語、説明、および図は、例示のためにのみ述べられ、限定として意図されない。当業者であれば、別段の指示がない限り、すべての用語がそれらの最も広範な合理的な意味で意図される請求項およびそれらの均等物によって定義されるよう意図されたこの発明の精神および範囲内で、多くの変更が可能であることを認識するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】