(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元物体の表面に機能性印刷パターンを印刷するための付加印刷方法で、従来技術の印刷方法の欠点を軽減または克服するものを提供する。【解決手段】平面表面上に三次元物体１００を提供するステップと、複数の印刷ノズルを有する印刷ヘッドを提供するステップであって、印刷ノズル面は、前記平面表面に対して非平行である、ステップと、前記平面表面上の前記物体の露出表面の三次元幾何学的表面データを生成するステップと、前記三次元幾何学的表面データに基づいて、前記平面表面上の前記物体の前記露出表面の二次元幾何学的表面データを生成するステップと、前記複数の印刷ノズルのそれぞれからの吐出時間に吐出される印刷流体の量を決定するステップと、前記物体と前記印刷ヘッドとの間の相対移動を生成するステップと、前記相対移動中に前記物体の前記露出表面の少なくとも一部分に印刷パターンを印刷するステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元物体（１００）の表面上に機能性印刷パターンを印刷するための付加印刷方法であって、
・平面表面（１０）上に三次元物体（１００）を提供するステップと、
・複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）を有する印刷ヘッド（２００Ａ）を提供するステップであって、前記複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）は、少なくとも１つの印刷ノズル面（２０）を画定し、前記印刷ノズル面（２０）は、前記平面表面（１０）に対して非平行である、ステップと、
・前記平面表面（１０）上の前記物体（１００）の露出表面の三次元幾何学的表面データを生成するステップと、
・前記三次元幾何学的表面データに基づいて、前記平面表面（１０）上の前記物体（１００）の前記露出表面の二次元幾何学的表面データを生成するステップと、
・前記複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）のそれぞれからの吐出時間に吐出される印刷流体の量を決定するステップと、
・前記物体（１００）と前記印刷ヘッド（２００Ａ、２００Ｂ）との間の相対移動を生成するステップと、
・前記相対移動中に前記物体（１００）の前記露出表面の少なくとも一部分に印刷パターンを印刷するステップと、
を含み、
前記二次元幾何学的表面データを生成するステップは、前記印刷ノズル面（２０）に前記二次元幾何学的表面データを投影して、前記印刷ノズル面（２０）が前記平面表面（１０）に非平行であることによる前記二次元幾何学的表面データに存在する歪みを補正するステップを含み、これにより、前記物体（１００）の二次元印刷ノズル面データを取得する、付加印刷方法。
【請求項２】
前記三次元幾何学的表面データおよび前記二次元幾何学的表面データは、前記平面表面（１０）に対して生成される、請求項１記載の付加印刷方法。
【請求項３】
前記平面表面（１０）上の前記三次元物体（１００）の位置データを決定するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の付加印刷方法。
【請求項４】
前記平面表面（１０）上の前記三次元物体（１００）の前記位置データは、光学画像装置または光学走査装置（３０）を使用して決定される、請求項３に記載の付加印刷方法。
【請求項５】
前記二次元幾何学的表面データを前記印刷ノズル面（２０）に投影するステップは、前記平面表面（１０）上の前記三次元物体（１００）の前記位置データを考慮に入れる、請求項３または４に記載の付加印刷方法。
【請求項６】
前記三次元幾何学的表面データは、３Ｄ−ＣＡＤデータまたは撮像走査装置によって取得された３Ｄデータを使用して生成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項７】
前記複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）のそれぞれから吐出される印刷流体の量は、
（ｉ）前記二次元印刷ノズル面データ、および／または
（ｉｉ）前記機能性印刷パターンの層厚、および／または
（ｉｉｉ）前記相対移動の特徴、および／または
（ｉｖ）前記印刷流体の飛行時間であって、前記飛行時間は、前記複数の印刷ノズルのそれぞれからの前記印刷流体の吐出時間と、前記物体の前記露出表面への衝撃時間との間に経過する時間によって定義される、飛行時間、および／または
（ｖ）前記物体の前記露出表面上に印刷される前記印刷パターン、および／または
（ｖｉ）ユーザ要件
に基づいて決定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項８】
前記相対移動の前記特徴は、前記物体（１００）と前記印刷ヘッド（２００Ａ）との間の相対速度である、請求項７に記載の付加印刷方法。
【請求項９】
前記印刷流体の前記吐出時間が前記複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）間で異なる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１０】
前記物体（１００）と前記印刷ヘッド（２００Ａ）との相対移動の間に、前記物体（１００）が前記印刷ヘッド（２００Ａ）に対して移動する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１１】
前記印刷パターンが前記物体（１００）の前記露出表面の前記少なくとも一部分に印刷された後、前記印刷ヘッド（２００Ａ）または前記物体（１００）が、前記物体（１００）の前記露出表面に別のパターンを印刷するために、横軸および／または垂直軸の周りに変位される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１２】
前記印刷パターンが前記物体（１００）の前記露出表面の前記少なくとも一部分に印刷された後、前記印刷パターンが硬化される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１３】
前記印刷ノズル面（２０）と前記平面表面（１０）との間の角度が、２０°〜７０°の範囲、好ましくは４０°〜５０°の範囲、最も好ましくは４５°である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１４】
複数の第二の印刷ノズル（２００Ｂ１〜２００Ｂｎ）を有する第二の印刷ヘッド（２００Ｂ）を提供するステップであって、前記複数の第二の印刷ノズル（２００Ｂ１〜２００Ｂｎ）は、少なくとも１つの第二の印刷ノズル面（２２）を画定し、前記第二の印刷ノズル面（２２）は、前記平面表面（１０）に非平行である、ステップと、
前記第二の印刷ヘッド（２００Ｂ）を前記印刷ヘッド（２００Ａ）と共線的に配置するステップと、
前記物体（１００）と前記第二の印刷ヘッド（２００Ｂ）との間に相対移動を生成するステップと、
をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１５】
前記物体（１００）と前記印刷ヘッド（２００Ａ）との間の相対移動および前記物体（１００）と前記第二の印刷ヘッド（２００Ｂ）との間の相対移動は、共線的な前記印刷ヘッド（２００Ａ）および前記第二の印刷ヘッド（２００Ｂ）が配置された直線印刷経路に沿って生成される、請求項１４記載の付加印刷方法。
【請求項１６】
前記付加印刷方法が、インクジェット印刷方法である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１７】
前記機能性印刷パターンの層厚が０．８μｍ〜１．２μｍの範囲にあり、好ましくは約１μｍである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の付加印刷方法。
【請求項１８】
インクジェットプリンタに、
・平面表面（１０）上の三次元物体（１００）の露出表面の三次元幾何学的表面データを生成するステップと、
・前記三次元幾何学的表面データに基づいて、前記平面表面（１０）上の前記物体（１００）の前記露出表面の二次元幾何学的表面データを生成するステップと、
・複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）を有する印刷ヘッド（２００Ａ）から吐出時間に吐出されるべき印刷流体の量を決定するステップであって、前記複数の印刷ノズル（２００Ａ１〜２００Ａｎ）は、少なくとも１つの印刷ノズル面（２０）を画定し、前記印刷ノズル面（２０）は、前記平面表面（１０）に非平行である、ステップと、
を実行させる命令を含み、
前記二次元幾何学的表面データを生成するステップは、前記印刷ノズル面（２０）に前記二次元幾何学的表面データを投影して、前記印刷ノズル面（２０）が前記平面表面（１０）に非平行であることによる前記二次元幾何学的表面データに存在する歪みを補正するステップを含み、これにより、前記物体（１００）の二次元印刷ノズル面データを取得する、
コンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコンピュータプログラムを格納している、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元物体の表面に機能性印刷パターンを（デジタル）印刷するための付加印刷方法に関する。また、本発明は、関連するコンピュータプログラム、およびそのコンピュータプログラムを各王したコンピュータ可読媒体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、オフセットリソグラフィ、フレキソグラフィ、スクリーン印刷、グラビアおよびデジタル印刷を含む多種多様な異なる印刷方法が存在する。インクジェット印刷およびゼログラフィなどのデジタル印刷は、デジタルベースの画像から様々なタイプの媒体に直接印刷する。他の印刷方法が、特定の用途のために利用可能であってもよい。
【０００３】
インクジェット印刷方法は、紙への印刷に広く使用されており、したがって、二次元表面に焦点を当てている。しかしながら、インクジェット印刷方法は、他の目的にも使用することができる。例えば、インクジェット印刷方法は、例えば、「システムインパッケージ」（ＳＩＰ）上に導電性インクを塗布して、同じものを電磁干渉から保護するなど、三次元物体上に機能層または機能性印刷パターンを堆積させるために使用されてもよい。
【０００４】
ＳＩＰモジュールは、携帯電子装置の小型化において、ますます重要な役割を果たしている。ＳＩＰモジュールに組み込まれる電気的機能が高密度化しているために、電磁的または電気的干渉（ＥＭＩ）が、モジュールの完全な故障を引き起こすことがある。この目的のために、ＳＩＰモジュールは、ＳＩＰモジュールから発せられるＥＭＩ放射とＳＩＰモジュールによって受信されるＥＭＩ放射との両方を抑制するために、遮蔽されなければならない。
【０００５】
従来、ＳＩＰモジュールは、ＥＭＩシールドのために、金属ハウジングを使用している。しかしながら、金属ハウジングは、小型化の目的に逆らう。金属ハウジングを使用する代わりに、例えば、ＰＶＤプロセスによって、機能層を塗布することができる。あるいは、例えば、銀含有インクジェットインクを、インクジェットプリンタを使用して、ＳＩＰモジュールの表面上に堆積させることができる。インクジェットインクがＳＩＰモジュールの表面上に印刷されると、インクジェットインクは、ＳＩＰモジュールの表面上に連続的な機能層を形成するために、例えば、ＵＶ光を使用して硬化される。硬化のための他の手段、例えば、ＩＲ放射線またはプラズマも考えられる。印刷プロセスの前に、ＳＩＰモジュールの表面は、クリーニング目的のための前処理プロセスを受けてもよい。再び、この目的のためにプラズマを使用することができる。
【０００６】
特許文献１には、三次元電子装置にＥＭＩシールドを印刷するために用いられるインクジェットプリンタが開示されている。それにより、電子装置は、傾斜させて回転させることができる治具上に取り付けられ、その結果、電子装置の非平行表面上にＥＭＩシールドを堆積させることができる。
【０００７】
電子装置のような三次元物体上に機能性印刷パターン（層）を印刷するための付加インクジェット印刷方法は、グラフィック目的で使用されるインクジェット印刷方法とは著しく異なる。グラフィカルな印刷方法において最も重要な要素は、紙のような特定の基板上に堆積されたインクジェットインクの面積密度（ｇ／ｍ２）であるが、層の厚さは、特に、ＳＩＰモジュールのような電子装置上に機能性印刷パターンを印刷する際に最も重要である。その機能に決定的な影響を及ぼすのは、最終層厚さと、物質密度（ｇ／ｍ３）と、機能性印刷パターンの厚さ方向および表面全体での構造的均一性および均質性であり、それによって、有効性および経済的側面も考慮する必要がある。
【０００８】
特許文献２には、三次元物体の曲面上に印刷するためのデジタルインクジェット印刷方法が開示されている。この印刷方法は、印刷ノズル面に配置された複数の印刷ノズルを有する印刷ヘッドを使用する。印刷ノズル面は、曲面の上に垂直に配置される。それらの印刷ノズルで、曲面までの距離が予め決められた範囲内にあるものだけが、印刷中は、作動する。
【０００９】
特許文献３は、板金、自動車または飛行機の本体、船体などのターゲット表面上にスパッタリング材料を放出する少なくとも１つのノズルを備えた表面スパッタリング装置を有するグラフィカルアプリケーションシステムを開示している。ノズル制御機構は、ノズルによって放出されるスパッタ材料の量を制御する。空間参照ユニットを用いて、いつでもターゲット表面に対するノズルの位置と向きを決定する。このために、ステレオベース上の２つの２Ｄカメラが使用され、指定された基準点を有する２Ｄ画像データから、３Ｄデータがデジタル画像処理によって生成される。次いで、これらの３Ｄデータを使用して、ノズルの放出特性を自動的に調整する。
【００１０】
特許文献４〜８には、単なる技術的背景を表す従来技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０３４２５９２号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１９／００２１５３号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／０２１９６９９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０２０／０７３３６５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０２０／１０８５９８号明細書
【特許文献６】特開２００１−０１００３２号公報
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１９／０１６１２１号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／１９５２２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、三次元物体の表面に機能性印刷パターンを印刷するための付加印刷方法で、従来技術の印刷方法の欠点を軽減または克服するものを提供することである。特に、本発明の目的は、均一で均質な厚さで、好ましくは高いスループットで、三次元物体の表面に機能性印刷パターンを印刷する付加（デジタル）印刷方法を提供することである。また、本発明の目的は、付加印刷方法を実行するためのインクジェットプリンタを制御するコンピュータプログラム、およびこのコンピュータプログラムを格納したコンピュータ可読媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的は、独立請求項１、１７および１８の主題によって解決される。本発明の任意の好ましい特徴は、従属請求項２〜１６の主題である。
【００１４】
本発明の第一の態様は、三次元物体の表面に機能性印刷パターンを印刷するための付加印刷方法に関する。本発明による方法は、（ｉ）平面表面上に三次元物体を提供するステップと、（ｉｉ）複数の印刷ノズルを有する印刷ヘッドを提供するステップであって、前記複数の印刷ノズルは、少なくとも１つの印刷ノズル面を画定し、前記印刷ノズル面は、前記平面表面に対して非平行である、ステップと、（ｉｉｉ）前記平面表面上の前記物体の露出表面の三次元幾何学的表面データを生成するステップと、（ｉｖ）前記三次元幾何学的表面データに基づいて、前記平面表面上の前記物体の前記露出表面の二次元幾何学的表面データを生成するステップと、（ｖ）前記複数の印刷ノズルのそれぞれからの吐出時間に吐出される印刷流体の量を決定するステップと、（ｖｉ）前記物体と前記印刷ヘッドとの間の相対移動を生成するステップと、（ｖｉｉ）前記相対移動中に前記物体の前記露出表面の少なくとも一部分に印刷パターンを印刷するステップと、を含む。本発明によれば、前記二次元幾何学的表面データを生成するステップは、前記印刷ノズル面に前記二次元幾何学的表面データを投影して、前記印刷ノズル面が前記平面表面に非平行であることによる前記二次元幾何学的表面データに存在する歪みを補正するステップを含み、これにより、前記物体の二次元印刷ノズル面データを取得する、
【００１５】
好ましくは、三次元幾何学的表面データおよび二次元幾何学的表面データは、平面表面に対して生成される。
【００１６】
より好ましくは、この方法は、平面表面上の前記三次元物体（１００）の位置データを決定するステップをさらに含む。
【００１７】
平面表面上の三次元物体の位置データが、光学画像装置または光学走査装置を使用して決定されるとすれば、好ましい。
【００１８】
さらに、二次元幾何学的表面データを印刷ノズル面に投影するステップが、平面表面上の三次元物体の位置データを考慮に入れるとすれば、さらに好ましい。
【００１９】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、三次元幾何学的表面データは、３Ｄ−ＣＡＤデータまたは撮像走査装置によって取得された３Ｄデータを使用して生成される。
【００２０】
好ましくは、複数の印刷ノズルのそれぞれから吐出される印刷流体の量は、（ｉ）二次元印刷ノズル面データ、および／または（ｉｉ）前記機能性印刷パターンの層厚、および／または（ｉｉｉ）相対移動の特徴、および／または（ｉｖ）印刷流体の飛行時間であって、前記飛行時間は、前記複数の印刷ノズルのそれぞれからの前記印刷流体の吐出時間と、前記物体の前記露出表面への衝撃時間との間に経過する時間によって定義される、飛行時間、および／または（ｖ）物体の露出表面上に印刷される印刷パターン、および／または（ｖｉ）ユーザ要件に基づいて決定される。
【００２１】
相対移動の特徴は、好ましくは、物体と印刷ヘッドとの間の相対速度である。
【００２２】
さらに好ましくは、印刷流体の吐出時間は、複数の印刷ノズルの間で異なる。
【００２３】
物体と印刷ヘッドとの間の相対移動の間に、物体が印刷ヘッドに対して移動するとすれば、有利である。
【００２４】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、印刷パターンが物体の露出表面の少なくとも一部分に印刷された後、印刷ヘッドまたは物体が、物体の露出表面に別の印刷パターンを印刷するために、横軸および／または垂直軸の周りに変位される。
【００２５】
また、印刷パターンが物体の露出表面の少なくとも一部分に印刷された後、印刷パターンが硬化されるとすれば、好ましい。
【００２６】
本発明の別の好ましい特徴によれば、印刷ノズル面と平面表面との間の角度は、２０°〜７０°の範囲、好ましくは４０°〜５０°の範囲、最も好ましくは４５°である。
【００２７】
より好ましくは、本発明による方法は、複数の第二の印刷ノズルを有する第二の印刷ヘッドを提供するステップであって、複数の第二の印刷ノズルは、少なくとも１つの第二の印刷ノズル面（２２）を画定し、第二の印刷ノズル面は、平面表面に非平行である、ステップと、第二の印刷ヘッドを印刷ヘッドと共線的に配置するステップと、物体と第二の印刷ヘッドとの間に相対移動を生成するステップと、をさらに含む。
【００２８】
さらにより好ましくは、物体と印刷ヘッドとの間の相対移動、および物体と第二の印刷ヘッドとの間の相対移動は、共線的な印刷ヘッドおよび第二の印刷ヘッドが配置される直線印刷経路に沿って生成される。
【００２９】
この方法がインクジェット印刷方法であると有利である。
【００３０】
好ましくは、機能性印刷パターンの層厚は、好ましくは０．０００１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．００１μｍ〜５０μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、さらに好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲である。
【００３１】
本発明の第二の態様は、インクジェットプリンタに、（ｉ）平面表面上の三次元物体の露出表面の三次元幾何学的表面データを生成するステップと、（ｉｉ）前記三次元幾何学的表面データに基づいて、前記平面表面上の前記物体の前記露出表面の二次元幾何学的表面データを生成するステップと、（ｉｉｉ）複数の印刷ノズルを有する印刷ヘッドから吐出時間に吐出されるべき印刷流体の量を決定するステップであって、前記複数の印刷ノズルは、少なくとも１つの印刷ノズル面を画定し、前記印刷ノズル面は、前記平面表面に非平行である、ステップと、を実行させる命令を含む、コンピュータプログラムに関する。
本発明によれば、前記二次元幾何学的表面データを生成するステップは、前記印刷ノズル面に前記二次元幾何学的表面データを投影して、前記印刷ノズル面が前記平面表面に非平行であることによる前記二次元幾何学的表面データに存在する歪みを補正するステップを含み、これにより、前記物体の二次元印刷ノズル面データを取得する。
【００３２】
本発明の第三の態様は、前述のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ可読媒体に関する。
【００３３】
ここで、添付図面を用いて、本発明を例示的に説明する。図面は、例示目的のためのものであり、本発明の例示的な実施形態を提供するためにのみ役立つ。図面は、決して本発明を限定するものではなく、単に本発明の好ましい実施形態を表すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好ましい実施形態による方法に属するステップの第一のシーケンスを示す。
【図２】本発明の好ましい実施形態による方法に属するステップの第二のシーケンスを示す。
【図３】本発明の好ましい実施形態による印刷方法を実行するのに適したプリンタの簡略化されたセットアップを示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態による印刷方法を実行するのに適したプリンタの簡略化された代替的なセットアップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、一般に、例えば、電子装置のような三次元物体（装置）上に機能性印刷パターンを大量印刷するのに適している。いわゆる「システムインパッケージ」（ＳＩＰ）上に機能層を堆積させることが特に適している。機能層は、適用されると特定の機能を達成する任意の種類の層であってもよい。この機能は、好ましくは、電気的および／または電子的機能である。しかしながら、保護機能および／または絶縁機能であってもよい。
【００３６】
この機能は、外部ソースから放射される電磁誘導または電磁放射線によって引き起こされる電磁干渉（ＥＭＩ）から電子装置を遮蔽することである場合がある。機能層は、印刷され、好ましくは硬化されたときに、導電特性を生成する一種のインクである導電性インクから構成されてもよい。そのようなタイプのインクの例は、銀インクまたは銀含有インクである。また、導電性インクは、導電性粒子、例えば、銀粒子を含むタイプであってもよい。
【００３７】
導電性インクがＥＭＩシールドとして作用するためには、印刷は、導電性インクが、遮断されるべき外部電磁放射の周波数の４分の１波長よりも大きなギャップを有さずに、電子装置の露出表面上に連続した層を形成するように行われなければならない。機能層は、また、保護層のような非導電層であってもよく、これは、保護層の下の導電層を、損傷および／または過剰な熱と、例えば、酸素である腐食誘発物質のような他の有害な環境影響から保護する。
【００３８】
本発明による方法を使用すると、機能層は、三次元物体（装置）の特定の部分のみに、または露出表面全体に堆積させることができ、層の厚さは、三次元物体の露出表面の印刷された部分全体にわたって変化するように、または非常に均一かつ均質であるように、個別に操作することができる。最終的な層の厚さは、当然、絶対厚さの値に応じて、１つまたは複数の後続の印刷ステップで達成されてもよい。したがって、高度に効果的な機能層は、ユーザのニーズおよび要件に具体的に適合され得る特性を用いて達成され得る。
【００３９】
機能性印刷パターンの層厚は、好ましくは０．０００１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．００１μｍ〜５０μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、さらに好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲である。
【００４０】
本発明の方法で使用される三次元物体は、好ましくは、異なる方向に延在する表面を有する任意の三次元幾何学形状を有し得る電子装置とすることができる。本発明は、好ましくは、デジタルインクジェット印刷プロセスである任意のデジタル印刷プロセスにおいて原理的に採用することができ、その方法によって、導電性および非導電性コーティング（層、印刷パターン）を、選択的に調節可能な厚さで、高い構造的均一性および均質性で、高いスループットで堆積させることができる。
【００４１】
インクジェットプリンタは一般に知られており、ユーザの要求に特に適合した異なるセットアップを有することができる。本発明の方法は、好ましくは、１つまたは複数の印刷ヘッドを有するインクジェットプリンタを用いて実施される。各印刷ヘッドは、印刷ノズル面２０内に配置された複数の印刷ノズルを有する（図３）。本発明の方法で使用される印刷ヘッドの印刷幅は、三次元物体のサイズに応じて選択することができ、例えば、３０．５ｃｍ（１２インチ）以上である。印刷ヘッドは、好ましくは、複数、例えば、６つの印刷ヘッドユニットを備え、各印刷ヘッドユニットは、例えば、５．１ｃｍ（２インチ）の幅を有する。印刷速度は、２，０００ｍｍ／秒までとすることができ、一方、インク滴が印刷ヘッドによって射出される周波数である印刷ヘッド周波数は、１５０ｋＨｚまでとすることができる。
【００４２】
図１は、本発明の好ましい実施形態による方法で使用されるステップの第一のシーケンスを示す。三次元物体は、例えば、ＳＩＰのような電子装置は、参照符号１００によって示される。ステップＳ１Ａでは、三次元物体１００を提供する。実際には、複数の三次元物体１００を、平面表面１０上に配置することができる。平面表面１０は、簡単にするために、ｘ方向およびｙ方向に延在している。平面表面１０は、インクジェットプリンタの基板ホルダの表面であってもよく、またはインクジェットプリンタ内部で印刷プロセスを受ける１つまたは複数の三次元物体１００をその上に位置決めするのに適した任意の他の表面であってもよい。複数の三次元物体１００の場合、それらは、好ましくは、格子状に、より好ましくは、平面表面１０上で互いに等距離に配置される。
【００４３】
ステップＳ１Ａにおける三次元物体１００の提供は、好ましくは、物体１００の三次元幾何学形状を定義するステップを含む。この目的のために、幾何学的表面データが定義または決定される。それらは、外部データベース（顧客）のような外部ソースによって、好ましくは３Ｄ  ＣＡＤデータの形成で提供されてもよく、あるいは、平面表面１０上の三次元物体１００の露出表面（以下、露出表面と呼ぶ）のトポグラフィをレーザ走査するオンサイトレーザ走査装置（図示せず）を使用することによって取得されてもよい。これらの幾何学的表面データは、好ましくは、デジタル三次元物体ファイルの基礎を形成する三次元ベクトルグラフィックスデータ（ポリゴンデータ）に変換されてもよい。
【００４４】
図１に示すステップＳ１Ｂでは、平面表面１０上の複数の三次元物体１００の各々の正確な位置を、好ましくは、カメラ３０などの光学撮像システム、またはレーザラインスキャナなどの光学走査装置を使用して決定し、こうして、平面表面１０上の１つまたは複数の三次元物体１００の位置データを取得する。カメラ３０の向きおよび位置は、好ましくは、カメラ３０の視野が、平面表面１０上の全ての三次元物体１００を所定の角度で検出するように選択される。この所定の角度は、線３２と平面表面１０との間の角度である。線３２は、カメラ３０の光軸に対して垂直であることが好ましい。
【００４５】
あるいは、第一のステップでは、カメラ３０は、三次元物体１００の一部分のみの画像を撮り、第二のステップまたはそれ以降のステップでは、平面表面１０上の三次元物体１００の残りを所定の角度で検出する。このようにして得られた予備画像は、全ての三次元物体１００の完全な画像を得るためにまとめられる。これは、カメラ３０が全ての三次元物体１００を一度に画像化する場合に得られる画像と比較して、より高いフル画像の分解能を考えると、特に有利である。カメラ３０の代わりに光学走査装置を使用する場合、同じ利点が達成され、またそれに関連して、より高い精度が得られる。
【００４６】
カメラ３０または光学走査装置は、平面表面１０に対して、特定の角度で配置されていなくてもよい。代わりに、平面表面１０の上方に垂直に配置してもよい。この場合、三次元物体１００は、一度に撮像または走査されてもよく、あるいはその一部のみがタイムリーなシーケンスで撮像または走査されてもよく、その後、個々の画像がフレーム化されて、すべての三次元物体１００の完全な画像が得られる。好ましくは、三次元物体１００は、カメラ３０の間に移動されるか、あるいは光学走査装置が静止したままである。
【００４７】
ステップＳ１Ｃでは、平面表面１０上の三次元物体１００で可能性のある不整合（ミスオリエンテーション）を検出し、平面表面１０上の各物体１００の位置データを決定する際に考慮することができる。不整合は、ｘｙ平面内の角度αによって表現されることが好ましい。角度αは、好ましくは、不整合を示さない全ての物体１００についてゼロである。角度αは、三次元物体１００上に位置する特定の基準点に対して、例えばその重心に対して、ｘｙ平面内で測定される。あるいは、すべての正しく配向された物体１００の向きは、角度αｙによって表現されてもよく、任意の誤った向きの物体１００は、角度αｎによって表現されてもよい。
【００４８】
ステップＳ１Ｃの変形例において、ｚ方向、すなわち平面表面１０に垂直な方向（ｘｙ平面）における不整合は、加えて、考慮されてもよく、角度βによって表されてもよい。
【００４９】
図２を参照して説明したステップの第二のシーケンスを含むステップＳ２では、デジタル印刷ファイルが作成され、そのファイルには、平面表面１０上のすべての物体１００について、ステップＳ１Ａで得られた幾何学的表面データ、好ましくはステップＳ１Ｂで得られた位置データおよびステップＳ１Ｃで得られた不整合データの修正を含む。これらのデータがどのように修正されるかを、図２を参照して説明する。
【００５０】
ステップＳ１Ａにおける三次元物体１００の露出表面の三次元幾何学的表面データから出発して、これらの三次元幾何学的表面データは、好ましくは、展開（ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ）（アンラッピング（ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ））することによって、二次元幾何学的表面データに変換される。各種ソフトウェアツール、例えば、ＡｕｔｏＤｅｓｋ（登録商標）デザインスイートなどを使用して、展開することによって、３Ｄから２Ｄに変換することができる。ステップＳ２Ａで実行される展開ステップの理解を深めるために、以下で、明らかに単純化された例を利用することができる。
【００５１】
三次元物体１００が、図２に示され、Ｓ１Ａと表記されるように、直方体の形状を有し、直方体は、その底部の長方形が平面上にあるように配置され、次いで、直方体をあるエッジに沿って切り開いて、３Ｄ直方体を展開し、展開された直方体を平面上に配置する。次に、２Ｄ展開直方体は、５つの長方形（３Ｄ直方体の頂部長方形を表す１つの中央長方形、および中央長方形の４つの側に隣接する４つの長方形）を有する対称断面の形状を有する。３Ｄ直方体の底部長方形は、展開プロセスの性質のために、また機能性印刷パターンがその上に印刷されないという事実のために、図２のＳ２Ａには示されていないことに留意されたい。
【００５２】
三次元物体の露出表面の二次元幾何学的表面データを平面表面１０上に生成するために、三次元物体の露出表面を表面メッシュで画定してもよい。表面メッシュは、三次元物体の表面上の特定の点を通って延びるように配置される。これらの点は、好ましくは、一定程度、物体の３Ｄ形状を画定する。上述した直方体の場合、これらの形状付与点は、例えば、直方体のエッジまたは直方体の８つのコーナー点である。
【００５３】
図３および図４を参照して後で説明するように、印刷ヘッド２００Ａ（および２００Ｂ）、具体的には、本発明の方法を実行するために好ましく使用されるインクジェットプリンタの印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎは、平面表面１０に対して所定の角度で配向される。この所定の角度は、平面表面１０に対して、好ましくは２０〜７０°の範囲、好ましくは４０〜５０°の範囲、最も好ましくは４５°である。
【００５４】
印刷ノズル面２０が平面表面１０に対して非平行であるため、ステップＳ２Ａで得られた展開された二次元幾何学的表面データは、平面表面１０が印刷ノズル面２０に対して非平行であるという事実に起因して、本質的に歪みを含む。二次元平面上の斜視図に示される３Ｄ直方体の距離が短く見えるほど、それらの距離が現実世界において離れるほど、（展開された）二次元幾何学的表面データは、必ずしも現実世界の距離を反映しない。このような歪みは、ステップＳ２Ｂにおいて、ステップＳ２Ａで得られた二次元幾何学的表面データを印刷ノズル面２０（平面投影）に投影することで補正され、こうして、物体の二次元印刷ノズル面データを得る。この目的のために、印刷ノズル面２０は、例えば、ソフトウェアを用いて仮想的に生成されてもよい。この補正は、行列代数を用いて行われ、圧縮（約０．６の補正係数で）による再スケーリングと、その後の三次元幾何学的表面データの剪断を含む。平面投影に有用な行列代数は一般に知られているため、ここでは詳細に説明しない。
【００５５】
上述したように、カメラ３０または光学走査装置が平面表面１０の垂直上方に配置されている場合、ステップＳ１Ｂで得られた平面表面１０上の１つまたは複数の三次元物体１００の位置データ、およびステップＳ１Ｃで得られた不整合データは、平面３２が印刷ノズル面２０に対応していないという事実を考慮して、処理または変換することができる。
【００５６】
物体１００の二次元印刷ノズル面データは、印刷ヘッド２００Ａに対する物体１００の移動中に、ある時間間隔で先験的に決定され、したがって、種々の時間間隔で二次元印刷ノズル面データのセットを得る。これは、歪みの量および場合によっては種類が、印刷プロセスの過程で、物体１００が印刷ヘッド２００Ａに向かって移動する間に変化するという事実による。
【００５７】
加えて、ステップＳ１Ｃで決定され、図１に示される角度αによって表される物体１００におそらく存在する不整合は、ステップＳ２Ｂで物体の二次元印刷ノズル面データのセットにおいて、追加的に考慮され得る。
【００５８】
好ましくは、三次元幾何学的表面データおよび二次元幾何学的表面データは、平面表面１０に対して生成される。しかしながら、任意の他の平面を使用することもできる。
【００５９】
図２のステップＳ２Ｃでは、ユーザ／顧客仕様を考慮する。そのようなユーザ仕様は、機能性印刷パターンの必要な層厚、機能性印刷パターンの種類（導電性、非導電性）、機能性印刷パターンの材料、印刷される物体の露出表面のエリアなどに関係し得る。
【００６０】
ステップＳ１Ａ〜ステップＳ２Ｃは、平面表面１０上に位置する三次元物体１００ごとに行われる。このようにして、インクジェットプリンタの１つまたは複数の印刷ヘッド２００Ａおよび２００Ｂを制御するために使用される印刷ファイルがステップＳ２で得られる。
【００６１】
図３は、本発明の方法を実施するのに有用なプリンタの簡略化されたセットアップを示す。このセットアップは、好ましくは、２つの印刷ヘッド２００Ａ、２００Ｂを含む。各印刷ヘッド２００Ａ、２００Ｂは、印刷ノズル面２０、２２内に位置する複数の印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎ、２００Ｂ１〜２００Ｂｎを有する。印刷ノズル面２０、２２は、三次元物体１００が配置された平面表面１０に対して非平行である。
【００６２】
三次元物体１００が直方体であると仮定すると、物体１００は、その垂直エッジの１つを前にして、印刷ヘッド２００Ａに対して移動される。これにより、印刷ヘッド２００Ａを用いてキューブの頂面と２つの側面とが印刷され、物体１００の移動を反転させる場合には、印刷ヘッド２００Ｂを用いて他の２つの側面と頂面とが印刷される。物体１００は、好ましくは、直線印刷経路に沿って共線的に移動され、２つの印刷ヘッド２００Ａ、２００Ｂは、好ましくは、共線的に配置される。しかしながら、物体１００は、２つの印刷ヘッド２００Ａ、２００Ｂの間で往復運動することもできる。
【００６３】
符号１、２および３は、印刷経路に沿った物体１００の異なる長手方向位置のタイムリーなシーケンスを示す。言うまでもなく、物体１００の露出表面上で均一な層厚を達成するためには、印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎ間の任意の高さ差Δｈ、したがって、インクの飛行時間Δｔの差を考慮しなければならない。飛行時間は、インクが印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから噴射されたときに開始し、インクが物体１００の露出表面に衝突した時点で終了する時間として定義される。さらに、物体１００が印刷ヘッド２００Ａに向かって移動することによって、例えば、印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎのうちの最下位の１つから吐出されるインクが物体１００の領域に堆積され、その領域は、時間Δｔ後に、別のノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから吐出されるインクによって再び印刷されることになる。図３のΔｔは、異なる印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから物体１００の頂面に吐出されるインクの衝撃時間の差を示す。
【００６４】
図４は、本発明の方法を実施するのに有用なプリンタの簡略化された代替構成を示す。４では、１つの印刷ヘッド２００Ａのみが提供される。図４のΔｔは、異なる印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから物体１００の垂直な側面上に吐出されるインクの衝撃時間の差を示す。
【００６５】
図４の代替のセットアップでは、物体の移動を反転させたときに、物体１００の露出表面上に別の印刷パターンを印刷するために、印刷ヘッド２００Ａを横軸および／または垂直軸の周りに変位させることができる。
【００６６】
別の代替的なセットアップでは、印刷ヘッド２００Ａは静止していてもよく、その代わりに、物体１００の残りの露出表面に印刷パターンを印刷するために、物体１００が好ましくは変位または１８０°だけ回転される。
【００６７】
各印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから吐出されるインクの量を決定するために、インクの飛行時間を考慮する。また、異なる印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから吐出されるインクの飛行時間Δｔのいかなる差も考慮する必要がある。さらに、層の厚さ、また場合によっては他のユーザ要件も考慮する。さらに、各印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎは、各印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから吐出されるインクの量が変化し得るように、個別に制御されてもよい。さらに、インクの吐出時間は、１つの印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎから別の印刷ノズル２００Ａ１〜２００Ａｎまで変動することがあり、１つまたは複数の印刷ヘッド２００Ａ、２００Ｂに対する物体１００の速度を考慮する必要がある。これらのパラメータはすべて、ステップＳ２で得られた印刷ファイルに含まれてもよい。
【００６８】
印刷方法の単純化された例として、２つの共線的に配置された印刷ヘッド２００Ａ、２００Ｂを備えるインクジェットプリンタを使用して直方体物体１００の表面上に均一かつ均質な層厚を得るために、直方体が印刷ヘッド２００Ａに向かって移動する間に直方体の頂面上に堆積されるインクの量は、直方体の側面上に堆積されるインクの量の半分でなければならない。その理由は、上面が２回、すなわち、直方体が印刷ヘッド２００Ａに向かって移動する間、および印刷ヘッド２００Ｂに向かって移動する間に印刷されるのに対して、側面は、一対の側面が１つの印刷ヘッド２００Ａまたは２００Ｂの印刷影にあるために、１回だけ印刷されるからである。
【００６９】
各印刷ステップまたは所定数の印刷ステップの後、機能性印刷パターンを硬化させることができる。架橋を必要とするインクが使用される場合、架橋されたインクは、ナノ粒子の形態の金属が沈殿する結果として、化学的還元ステップをさらに受けてもよい。いかなる溶剤も蒸発し、印刷されたインクは焼結される。硬化ステップは、特定のタイプのインクに生じるこれらの化学プロセスの全てを含むと理解される。
【００７０】
図２を参照すると、印刷ファイルに含まれるデータは、ステップＳ３でインクジェットプリンタのコントローラに送られる。次に、コントローラは、全ての印刷仕様が満たされるまで、印刷プロセス全体を制御する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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