(57)【要約】  本発明は、３Ｄ印刷物１００の製造方法であって、（ｉ）印刷材料１２０の３Ｄ印刷物１００を提供するために３Ｄ印刷可能材料１１０を３Ｄ印刷することを含み、さらに、３Ｄ印刷中に構築中の３Ｄ印刷物１００内にチャネル２００を形成することを含む、３Ｄ印刷段階と、（ｉｉ）チャネル２００に硬化性材料１４０を充填し、硬化性材料１４０を硬化させて硬化された材料１５０によってチャネル２００を提供することを含む、充填段階とを含み、硬化された材料１５０は、周囲の印刷材料１２０よりも低い剛性を有する、方法を提供する。
2018508384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ印刷物を製造する方法であって、前記方法は、
３Ｄ印刷可能材料が３Ｄ印刷されて前記３Ｄ印刷物が提供される３Ｄ印刷段階であって、３Ｄ印刷中に、構築中の前記３Ｄ印刷物内にチャネルが形成され、前記チャネルは２つ以上のチャネル部分を含み、前記チャネル部分の各々はチャネル軸を有し、２つ以上の前記チャネル軸は０°より大きく１８０°より小さい相互角度を有する、３Ｄ印刷段階と、
前記チャネルが硬化性材料で充填され、前記硬化性材料が硬化されて硬化された材料によって前記チャネルが提供される、充填段階とを含み、前記硬化された材料は、周囲の印刷材料よりも低い剛性を有する、方法。
【請求項２】
前記３Ｄ印刷物は、２つ以上の層を含み、前記チャネルは、第１の層の少なくとも一部及び第２の層の少なくとも一部の内部に構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャネルは、分岐構造及びスティッチ構造からなる群から選択されるアンカー部分を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第１のアンカー部分は前記第１の層に構成され、第２のアンカー部分は前記第２の層に構成される、請求項２及び３に記載の方法。
【請求項５】
前記硬化性材料は熱硬化性材料を含み、前記方法は、前記３Ｄ印刷物の少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記充填段階は、前記３Ｄ印刷物を大気圧未満の圧力にさらし、続いて前記硬化性材料で前記チャネルを充填するステップを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、前記充填段階の後の仕上げ段階をさらに含み、前記仕上げ段階は、３Ｄ印刷によって、チャネル開口部を閉鎖するステップを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記硬化性材料は、ポリシロキサン、ポリシラザン、ポリウレタン、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、及びアクリレートのうちの１つ又は複数を含み、前記３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ、ポリスチレン、及びポリカーボネートからなる群から選択されるポリマー材料の１つ又は複数を含み、
前記周囲の印刷材料は第１の剛性を有し、前記硬化された材料は第２の剛性を有し、前記第２の剛性と前記第１の剛性との比は、＜０．８の範囲内である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記３Ｄ印刷段階は、前記３Ｄ印刷中に、構築中の前記３Ｄ印刷物内に複数のチャネルを形成するステップを含み、前記充填段階は、前記チャネルを前記硬化性材料で充填し、前記硬化された材料によって前記チャネルを提供するために前記硬化性材料を硬化するステップを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
硬化された材料を含むチャネルを含む３Ｄ印刷物であって、前記チャネルは、２つ以上のチャネル部分を含み、前記チャネル部分の各々はチャネル軸を有し、２つ以上の前記チャネル軸は０°より大きく１８０°より小さい相互角度を有し、前記硬化された材料は、周囲の印刷材料よりも低い剛性を有する、３Ｄ印刷物。
【請求項１１】
前記チャネルは、分岐構造及びスティッチ構造からなる群から選択されるアンカー部分を含む、請求項１０に記載の３Ｄ印刷物。
【請求項１２】
前記３Ｄ印刷物は２つ以上の層を含み、前記チャネルは、第１の層の少なくとも一部及び第２の層の少なくとも一部内に構成され、第１のアンカー部分は前記第１の層内に構成され、第２のアンカー部分は前記第２の層内に構成される、請求項１０又は１１に記載の３Ｄ印刷物。
【請求項１３】
前記周囲の印刷材料は第１の剛性を有し、前記硬化された材料は第２の剛性を有し、前記第２の剛性と前記第１の剛性との比は、＜０．８の範囲内である、請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の３Ｄ印刷物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ印刷物の製造方法に関する。また、本発明は、例えば、そのような方法によって得ることができる物体自体に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような技術を用いて作られた物体に材料を組み込む付加技術が、当該技術分野で知られている。例えば、ＵＳ２０１３３０３００２は、マイクロ電子デバイスのための三次元相互接続構造、及びかかる相互接続構造の製造方法を開示している。この方法は、付加積層製造プロセスを使用してバックボーン構造が製造されるステップを含む。バックボーン構造は、三次元クラッディングスケルトン及び支持構造を含む。クラッディングスケルトンは、バックボーン構造に導電性材料が付与された後、相互接続構造の電気接点間の電気相互接続を形成する層状フリーフォームスケルトン部分を含む。支持構造は、層状フリーフォームスケルトン部分を支持する。支持構造体の一部を除去して、電気相互接続を隔離及び／又は露出させることができる。クラッディングスケルトンは、さらなる支持をもたらすために絶縁材料によって埋め込まれ得る。とりわけ、クラッディングスケルトン部分は、電気相互接続を形成するためのチューブにめっき液を流すことによって内面が被覆される単一の接続されたチューブを形成する。
【０００３】
付加製造（ＡＭ）は、材料加工において益々成長している分野である。付加製造は、ラピッドプロトタイピング、カスタマイズ、後期ステージ構成、又は小規模連続生産に使用され得る。３Ｄインクジェット印刷又はディスペンシングのためには、液体モノマー混合物が使用され、光重合によって、次の層の堆積の前に形状が固定され得る。
【０００４】
ＵＳ５７００４０６は、プラットフォーム上に液体構築材料の液滴を噴射することによって空洞が形成され、空洞を硬化性材料で充填することによって物品の固体部分を形成する物品の製造方法を開示している。
【０００５】
ほとんどのＡＭ技術は、従来の製造プロセスによって製造される物体よりも劣る機械的特性を有する物体を製造する。例えば、ＡＭ構造体の面内及び面外の機械的特性は、物体の高い異方性挙動のために、射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｌｄｉｎｇ：ＩＭ）構造体／材料よりも劣る可能性がある。さらに、低い面内特性は、構造体の不均質さに起因する。例えば、熱溶解積層法（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ：ＦＤＭ）では、不均質さは、繊維の形状及び繊維間の空隙によって引き起こされる。これは、例えば、繊維の変形の局在化を誘発し、繊維の欠損、場合によっては繊維の剥離をもたらし得る。さらに、低い面外特性は、構造体及びプロセスの不均質性に起因する。層毎の処理における時間差（よって、温度差）のため、層間の接着は、層内の繊維間の接着よりも低い。したがって、変形は繊維に局在化され、繊維が分離するだけでなく、層も（部分的に）分離する。特に、非弾性特性は、これらの現象による被害を受ける（弾性的状態では起こらない繊維の欠損及び剥離について述べているため）。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明の１つの態様は３Ｄ印刷の代替方法であって、好ましくは上述の欠点の１つ又は複数をさらに少なくとも部分的に解消する方法を提供することである。また、本発明の他の態様は、代替的な３Ｄ印刷物であって、好ましくは上述の欠点の１つ又は複数をさらに少なくとも部分的に解消する３Ｄ印刷物を提供することである。
【０００７】
本明細書では、機械的特性を改善するために、例えば、スティッチ又は他のタイプの補強構造をＡＭ製造物に導入することを提案する。スティッチ又は他のタイプの補強構造は、高い追従性（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）（すなわち、低い剛性）及び延性（すなわち、破壊に対する大きな歪み）を有する材料からなる。これは、例えば、（ａ）繊維におけるより低い応力をもたらし（挿入された材料の追従性のため）、これにより、繊維の変形及び破壊の局所化を防止又は遅延し、（ｉｉ）材料の改良された面外機械的完全性もたらし、かつ（ｉｉｉ）挿入された材料は、その高い延性のために亀裂のストッパーとして機能し得る。スティッチ等は、後段で硬化可能な低粘度材料を用いて印刷物の空洞を充填することによって作成され得る。かかる空洞は、印刷中に３Ｄ物体内に意図的に誘導され得る。
【０００８】
当業者は、付加製造機械に「従来の」スティッチングプロセスを含めることを考え得るが、「従来の」スティッチは、部品の厚さを増加させる。例えば、衣類の場合、素材自体と縫い糸が柔らかく柔軟であり、最終製品ではスティッチによるムラが感じられないので、これは問題ではない。しかし、他の硬い剛性の材料の場合、これは問題となり得る。また、「従来の方法」でのスティッチングは、製造された部品に穴を開ける必要があるため、複雑になる可能性がある。これらの問題を回避するために、３Ｄ設計及び印刷において、スティッチ又は他のタイプの補強構造は、後述するように材料の内部に、また、以下で詳述するように犠牲層の助けを借りて、導入され得る。
【０００９】
第１の態様では、本発明は、３Ｄ印刷物（「物体」又は「３Ｄ物体」）の製造方法であって、（ｉ）３Ｄ印刷可能材料（「印刷可能な材料」）が３Ｄ印刷されて３Ｄ印刷物が提供され、３Ｄ印刷中に（構築中の）３Ｄ印刷物内にチャネルが形成され、チャネルは２つ以上のチャネル部分を含み、各チャネル部分はチャネル軸を有し、２つ以上のチャネル軸は０°より大きく１８０°より小さい相互角度を有する、３Ｄ印刷段階と、チャネルが硬化性材料で充填され、硬化性材料が硬化されて硬化された材料によってチャネルが提供される充填段階とを含み、硬化された材料は、周囲の印刷材料よりも低い剛性を有する、方法を提供する。したがって、チャネルは、印刷された３Ｄ物体内に実質的に埋め込まれた補強構造を提供し得る。
【００１０】
このような方法によれば、より強度の高い３Ｄ印刷物を得ることができる。例えば、デラミネーションが、硬化された材料で満たされたチャネルによって阻害され得る。このようなチャネルは、一種のスティッチ及び／又はアンカーとして使用及び構成されてもよい。本発明のさらなる利点は、チャネル（（したがって）補強チャネルとしても表され得る）が、外部から見えないように構成され得ることである。これは、物体の外観に寄与し、また、より滑らかな表面が得られる可能性がある。
【００１１】
「３Ｄ印刷物」又は「３Ｄ物体」という用語は、高さ、幅、及び長さを有する物体など、３Ｄ印刷（付加製造プロセス）によって得られる三次元物体を指す。原則として、３Ｄ物体は、３Ｄ印刷可能な任意のオブジェクトであり得る。３Ｄ物体は、使用機能を有するアイテム又は純粋に装飾的なアイテムであり得る。３Ｄ物体は、車、家、建物などのアイテムの縮尺モデルであってもよい。さらに、３Ｄ物体は、レンズ、ミラー、リフレクター、窓、コリメーター、導波管、色変換要素（すなわち、ルミネッセント材料を含む）、冷却要素、ロック要素、導電要素、ケーシング、機械的支持要素、センシング要素など、他のデバイス又は装置で使用するための部品又は要素であってもよい。３Ｄ印刷物は、３Ｄ印刷材料を含む。
【００１２】
付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ）は、３Ｄモデル又は他の電子データソースから、主に付加プロセスによって三次元物体を作成する一連のプロセスである。付加プロセスは、（焼結、溶融、又は接着による）材料の粒子又は（複数の層の連続的な堆積又は生成、例えば重合による）材料の層の結合を含み得る。金属粒子の選択的溶融の場合には、従来の製造プロセスによって製造される物体と同様の密度及び構造を有する物体を製造することが可能である。他のケースでは、物体は、物体の特性に影響を与える界面によって分離された粒子又は層から構成される。
【００１３】
広く使用されている付加製造技術は熱溶解積層法（ＦＤＭ）と呼ばれるプロセスである。熱溶解積層法（ＦＤＭ）は、モデリング、プロトタイプ作成、及び生産用途に一般的に使用される付加製造技術である。ＦＤＭは、材料を層状に配置することによって「付加的な」原理に基づき機能する。プラスチックフィラメント又は金属ワイヤーがコイルから引き出され、部分の製造のために材料を供給する。場合によっては、（例えば、熱可塑性プラスチックの場合）フィラメントは溶融され、横たえられる前に押し出される。ＦＤＭはラピッドプロトタイピング技術である。ＦＤＭの別の呼称は、「溶融フィラメント製造」（ｆｕｓｅｄ  ｆｉｌａｍｅｎｔ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：ＦＦＦ）である。本明細書では、ＦＤＭやＦＦＦに相当すると考えられる「フィラメント３Ｄ印刷」（ＦＤＰ）という用語が適用される。一般に、ＦＤＭプリンタは熱可塑性フィラメントを使用し、層ごとに（又は実際にはフィラメントごとに）、フィラメントがその融点まで加熱されて押し出され、三次元物体を作成する。ＦＤＭプリンタは、複雑な物体を印刷するために使用され得る。したがって、一実施形態では、方法は、ＦＤＭ  ３Ｄ印刷による３Ｄ印刷物の生成を含む。
【００１４】
３Ｄ印刷可能材料として特に適格であり得る材料は、金属、ガラス、熱可塑性ポリマー、シリコーンなどからなる群から選択され得る。特に、３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  ｓｔｙｒｅｎｅ）、ナイロン（又はポリアミド）、アセテート（又はセルロース）、ＰＬＡ（ｐｏｌｙ  ｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ）、テレフタレート（ＰＥＴポリエチレンテレフタレートなど）、アクリル（ポリメチルアクリレート、Ｐｅｒｓｐｅｘ、ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（又はポリプロペン）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＰＥ（膨張−耐衝撃−ポリエチレン（又はポリエテン）、低密度（ＬＤＰＥ）高密度（ＨＤＰＥ））、ＰＶＣ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）ポリクロロエテンなどを含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、尿素ホルムアルデヒド、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミンホルムアルデヒド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ゴムなどからなる群から選択される３Ｄ印刷可能材料を含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、イミド（例えば、ポリエーテルイミド）などからなる群から選択される３Ｄ印刷可能材料を含む。
【００１５】
３Ｄ印刷物は、特に、３Ｄ印刷可能材料（すなわち、３Ｄ印刷に使用され得る材料）からなる（少なくとも部分的に）。「３Ｄ印刷可能材料」という用語は、２つ以上の材料の組み合わせを指す場合もある。一般に、これらの（ポリマー）材料は、ガラス転移温度Ｔｇ及び／又は溶融温度Ｔｍを有する。３Ｄ印刷可能材料は、ノズルから出る前に、少なくともガラス転移温度、一般的に少なくとも溶融温度の温度まで３Ｄプリンタによって加熱される。したがって、一実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、ガラス転移温度（Ｔｇ）及び／又は融点（Ｔｍ）を有するような熱可塑性ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、レシーバアイテム及びレシーバアイテム上に配置される３Ｄ印刷可能材料のうちの１つ又は複数を、少なくともガラス転移温度、特に少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。他の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、融点（Ｔｍ）を有する（熱可塑性）ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、レシーバアイテム及びレシーバアイテム上に配置される３Ｄ印刷可能材料のうちの１つ又は複数を、少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。（本明細書で）使用可能な材料の具体例は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、リグニン、ゴムなどからなる群から選択することができる。使用可能な材料の他の例は、例えば、金属、粘土、コンクリートなどからなる群から選択することができる。
【００１６】
本明細書で使用される３Ｄ印刷技術は、ＦＤＭに限定されない。本発明に適用することができる他の３Ｄ印刷技術は、例えば、ステレオリソグラフィ、粉末結合、インクジェットなどから選択することができる。熱可塑性プラスチック（例えば、ＰＬＡ、ＡＢＳ）、ＨＤＰＥ、共晶金属、ゴム、シリコーン、磁器などのうちの１つ又は複数が適用され得る、ＦＤＭのような押出ベースのプロセスが適用され得る。ロボキャスティングのような他の押出ベースのプロセスも適用することができ、セラミック材料、金属合金、サーメット、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料などの１つ又は複数が適用され得る。ＥＢＦ３（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｆｒｅｅｆｏｒｍ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）又はＤＭＬＳ（ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔａｌ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）を適用することができ、特に金属合金を適用することができる。さらに、ＥＢＭ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｍｅｌｔｉｎｇ）（特に金属合金を用いて）、ＳＬＭ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ）（特に金属又は金属合金を用いて）、ＳＬＳ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）（特に、熱可塑性粉末を用いて）等の（粒子ベース）プロセスを適用することができる。さらに、石膏などを用いたＰＰ（ｐｌａｓｔｅｒ−ｂａｓｅｄ  ３Ｄ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）などのパウダーベッド及びインクジェットヘッド３Ｄ印刷を適用することができる。また、紙、金属箔、又はプラスチックフィルムなどを用いたＬＯＭ（ｌａｍｉｎａｔｅｄ  ｏｂｊｅｃｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）も適用することができる。さらに、例えば、フォトポリマーを用いたＳＬＡ（ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）又はＤＬＰ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が適用されてもよい。
【００１７】
しかしながら、特に、方法はポリマーの印刷を含み、すなわち、印刷可能材料及び硬化性材料は、特に互いに異なる、ポリマー材料を含み得る。
【００１８】
特定の実施形態では、硬化性材料は、ポリシロキサン、ポリシラザン、ポリウレタン、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、及びアクリレートのうちの１つ又は複数を含み、特にＰＤＭＳなどのシリコーン系ポリマーを含み得る。他の実施形態では（上記も参照）、３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ、ポリスチレン、及びポリカーボネート（ＰＣ）からなる群から選択されるポリマー材料の１つ又は複数を含み得る。印刷可能材料は、他の材料も含むことができる（上記及び下記も参照されたい）。印刷可能材料は、室温で固体であるが、加熱すると印刷可能（すなわち、特に流動性）になってもよい。プリンタノズルの下流には、オプションで、例えば、印刷可能材料を硬化させるために、さらなる加熱が加えられてもよい。
【００１９】
「上流」及び「下流」という用語は、印刷可能材料生成手段（ここでは、特に３Ｄプリンタ（ヘッド）のノズル）からの印刷可能材料の伝播に対するアイテム又は機構の配置に関するものであり、印刷可能材料生成手段からの印刷可能材料の流れの中の第１の位置に対して、印刷可能材料生成手段により近い印刷可能材料の流れの中の第２の位置は「上流」であり、印刷可能材料生成手段からより遠い印刷可能材料の流れの中の第３の位置は「下流」である。
【００２０】
一般に、チャネルは、チャネル軸に対する湾曲を有さない直線チャネルではない。チャネルは、一般に、３Ｄ物体の完全性を改善するために複数の湾曲及び／又は他の手段を有する。当然ながら、３Ｄ物体は複数のチャンネルを含むことができる。したがって、用語「チャネル」は、複数のチャネルを指すこともできる。
【００２１】
チャネルは、チャネルを形成する２つ以上のチャネル部分を含み、各チャネル部分はチャネル軸を有し、２つ以上のチャネル軸は０°より大きく１８０°より小さい相互角度（α）を有する。チャネルはまた、相互角度（α）が０°より大きく１８０°より小さい少なくとも３つのチャネル軸を有する少なくとも３つのチャネル部分を含むことができる。湾曲を含めることによって、３Ｄ物体の異なる部分が容易に破損しないことをさらに援助することができる。チャネル、より正確にはチャネル内の硬化した材料は、複数の部分を一体化して保持することができる。特に、チャネルは、３Ｄ物体内の蛇行構造として構成されていてもよい。チャネルの例は、チェーンスティッチなどのスティッチであってもよい。特に、チャネルは、鋭角を有するチャネル（部分）軸を有する２つのチャネル部分を含むことができ、さらに特に、チャネルは、鋭角を有するチャネル（部分）軸を有する３つ以上のチャネル部分を含むことができる。上述したように、このようなチャネルは、物体の外側から見えなくすることができる。
【００２２】
チャネルは、特に、実質的に完全に充填されている。さらに、硬化性材料は、特に、チャネルの壁に一種のフィルムとして塗布されず、実質的にチャネルの断面全体が硬化性／硬化された材料で充填され得る。チャネルは、円形の断面を有することができるが、チャネルは、正方形、三角形などの他のタイプの断面を有することもできる。さらに、チャネルの長さにわたる断面は変化し得る。例えば、ＦＤＭを使用する場合、チャネルは、例えば、ＦＤＭ印刷中に生成された空隙も含み得る。
【００２３】
また、異なるタイプのチャネルを適用することもできる。一般に、円相当径（２＊ｓｑｒｔ（Ａｒｅａ／π））は（「ｓｑｒｔ」は平方根）、０．０５〜１００ｍｍ、例えば０．２〜５０ｍｍの範囲内にあり、これは、３Ｄ物体のサイズに依存する。上述したように、この円相当径に適合する場合であっても、断面の形状はチャネルの長さにわたって変化してもよい。一般に、硬化された材料で充填されたチャネルを含む印刷材料の全体積に対する、硬化された材料で充填されたチャネルの全チャネル体積は、０．０５〜２０体積％、例えば０．５〜１０体積％の範囲であってもよい。さらに、一般に、チャネルは、チャネル体積の少なくとも７０体積％、例えば少なくとも８０体積％、さらに特に少なくとも９０体積％の範囲内で硬化された材料で充填され、例えば、硬化された材料で実質的に完全に充填される。
【００２４】
物体はまた、異なる層、例えば異なる化学組成を有する層を含むことができる。このような層状構造は、例えば特定のタイプの応力下で層が剥離する傾向があり得るので、生来的な弱さを有し得る。したがって、一実施形態では、３Ｄ印刷物は、２つ以上の層を含み、チャネルは、第１の層の少なくとも一部及び第２の層の少なくとも一部の内部に構成される。これらの第１及び第２の層は、必ずしも隣接していなくてもよい。オプションで、１つ又は複数の層が間に構成され得る。他の実施形態では、これらの層は、互いに物理的に接触している。
【００２５】
補強をさらに増加させるために、チャネルは、あるボディ部分を他のボディ部分に固定する構造又は要素を含むことができる。ここで、「ボディ部分」という用語は、他のボディ部分とは異なる機能を有する部分を指すとは限らない。「ボディ部分」という用語は、特に、１つ又は複数の他のボディ部分と実質的に同一であり得るボディの部分を指し得る。好適な構造は、例えばアンカー構造である。したがって、さらなる実施形態では、チャネルは、分岐構造及びスティッチ構造からなる群から選択されるアンカー部分を含む。分岐構造では、チャネルは（「純粋な分岐」）２つ又は３つ（「交差」）又はそれ以上のチャネルに分かれることができる。スティッチ構造は、一種のループ構造であり、オプションでノットなどを含む。スティッチ構造は、オプションで、反復スティッチ構造であってもよい。したがって、特に、各チャネルは、１つ又は複数のアンカー部分を備えることができる。
【００２６】
上述したように、チャネルを提供するとき、特にアンカー部分を含む場合、異なるボディ部分（構成上同一、互いに区別できない部分であり得る）は、そのような構造がない場合よりも良好に一体的に維持され得る。破壊又は剥離を防止することができる。しかしながら、上述したように、当然ながら、アンカー部分は異なる組成又はテクスチャーなどを有するボディ部分について使用することもできる。したがって、さらなる実施形態では、第１のアンカー部分は第１の層に構成され、第２のアンカー部分は第２の層に構成され、第１の層及び第２の層は特に、異なる化学組成を有する。
【００２７】
チャネルは３Ｄ印刷中に設けられる。３Ｄ印刷は３Ｄ物体をもたらす。ｔ＝０秒（開始時）と最後の印刷動作との間に得られた生産物も、ここでは３Ｄ物体と称される。しかし、場合によっては、作成中の物体は、構築中の３Ｄ物体とも称される。例えば、この命名法は、動作が３Ｄ印刷プロセス中に実行されることを強調するために使用され得る。したがって、３Ｄ印刷段階は（さらに）、３Ｄ印刷中に、構築中の３Ｄ印刷物内にチャネルを形成することを含む。したがって、実際には、チャネルが印刷される、すなわち、３Ｄ印刷中にチャネルが形成されるように３Ｄ物体が印刷される。
【００２８】
チャネルの充填は、印刷中に行うことができる。例えば、チャネルの一部が形成されているか、又はチャネルが準備された後、チャネルが硬化性材料で満たされ、続いてオプションの硬化が行われ、さらに３Ｄ印刷が行われ（場合によっては、その後に硬化が行われ、当然ながら、少なくとも１つの硬化段階が硬化性材料を硬化させるために適用される）、さらなる３Ｄ印刷は、オプションで、チャネルの生成及びチャネルの硬化性材料による充填をさらに含み得る。しかし、他の実施形態では、最初に、物体が実質的に完全に３Ｄ印刷され、続いてチャネルが充填される。したがって、方法は、（ｉｉ）チャネルを硬化性材料で充填すること（及び硬化性材料を硬化させて硬化された材料を有するチャネルを提供すること）を含む充填段階をさらに含み得る。
【００２９】
ただし、硬化後に、例えば、チャネルの開口部を閉じるための閉鎖層を提供するために、最終（３Ｄ印刷）動作が実行されてもよい。したがって、一実施形態では、方法はさらに、（ｉｉｉ）充填段階の後の仕上げ段階をさらに含み、仕上げ段階は、オプションで３Ｄ印刷によって、チャネル開口部を閉鎖することを含む。この仕上げ段階、より正確にはチャンネルの閉鎖は、必ずしも必要ではないことに留意されたい。例えば、作成者は、３Ｄ物体の外面におけるチャネルの端部で硬化した材料が見えることを受け入れ得る。仕上げ段階は、オプションで、（ａ）３Ｄ物体の外層の少なくとも一部を加熱すること（例えば、レーザー及び／又は火によって）、（ｂ）３Ｄ物体の外層の少なくとも一部を溶剤によって溶解すること、及び（ｃ）３Ｄ物体の外層の少なくとも一部をコーティングすることのうちの１つ又は複数を含み得る。あるいは、仕上げ段階は、充填後かつ硬化前であってもよい。したがって、オプションで、３Ｄ印刷物が完全に印刷された後にのみ硬化が行われる。したがって、オプションで、充填段階及び仕上げ段階は、少なくとも部分的に重複し得る。
【００３０】
チャネルは、例えば、シリンジなどを使用して硬化性液体を注入することによって、液体（硬化性材料）で充填することができる。この硬化性材料は、特に、１００〜１０００ｃＰ（２０℃）などの比較的低い（動）粘度を硬化前に有し得る。追加で又は代わりに、真空が充填を助けることができる。したがって、さらなる実施形態では、充填段階は、３Ｄ印刷物を大気圧未満の圧力にさらし、続いて硬化性材料でチャネルを充填することを含む。代わりに又は追加で、（構成中の）３Ｄ印刷物内の充填されるチャネルにつながる開口部が、真空入口として使用されてもよい。
【００３１】
充填材料は、特に、硬化時の収縮率が低くてもよく（典型的には、数体積％未満）、熱膨張係数は、処理誘導残留応力を低減するために、特に、印刷された装置の可能な動作温度範囲内で３Ｄ印刷材料に近くなければならない。したがって、特に、印刷材料及び硬化材料の熱膨張の比は、特に、０．６〜１．４、例えば０．７〜１．３、０．８〜１．２、０．９〜１．１のような範囲内であり得る。実際の製品内に、例えばコルクスクリュー又は植物の根のような複雑な３Ｄ形状を実現することを可能にする付加製造技術の設計自由度を利用することにより、空洞は容易に印刷プロセス中に物体内に導入することができる。
【００３２】
上述したように、充填材料は硬化性材料である。硬化は、例えば、当該技術分野で知られているように、光及び熱の１つ又は複数によって実行されてもよい。３Ｄ物体が、ＵＶ、可視光、及び赤外線のうちの１つ以上に対して透過性である材料のような放射線透過性材料を含む場合、光／放射線による硬化も適用され得る。代替的に又は追加で、熱を加えることができる。したがって、特に硬化性材料は熱硬化性材料である。したがって、一実施形態では、硬化性材料は熱硬化性材料を含み、方法は、３Ｄ印刷物の少なくとも一部を加熱する（硬化性材料を硬化させるために）ことをさらに含む。したがって、３Ｄ物体は、構築中及び／又は終了時に、例えば熱によって硬化され得る。
【００３３】
上述のように、方法は３Ｄ印刷を含む。したがって、方法は、３Ｄプリンタを使用することを含むことができる。本明細書では、３Ｄプリンタは、特に、３Ｄプリンタノズルの下流に印刷材料及び／又は硬化性材料を加熱する機能を（同様に）有する加熱素子を含むことができる。これは、ノズルの下流であるが、まだレシーバアイテム（又は基板）又は（他の）印刷材料上に堆積されていない印刷可能材料及び／又は硬化性材料の加熱、及び／又は、印刷材料及び／又は硬化性材料の加熱であり得る。特に、この加熱は、例えばプリンタノズルの実質的に真下の領域における局所的加熱であってもよい。したがって、一実施形態では、３Ｄプリンタは、印刷材料及び／又は硬化性材料を加熱するように構成された加熱ユニットをさらに備える。
【００３４】
本発明はまた、本明細書に記載の方法によって得ることができる（または特に得られた）３Ｄ印刷物を提供する。特に、他の態様では、本発明は、さらに、硬化された材料（すなわち補強構造）を含むチャネルを含む３Ｄ印刷物であって、特に硬化された材料が周辺の印刷材料よりも低い剛性を有する３Ｄ印刷物を提供する。さらに、上記したように、チャネルは、分岐構造及びスティッチ構造からなる群から選択されるアンカー部分を含み得る。特定の実施形態では、３Ｄ印刷物は２つ以上の層を含み、チャネルは、第１の層の少なくとも一部及び第２の層の少なくとも一部内に構成され、第１のアンカー部分は第１の層内に構成され、第２のアンカー部分は第２の層内に構成される。当然ながら、上述したように、３Ｄ印刷物はまた、かかるチャネルを複数含むことができる。
【００３５】
剛性の差は、３Ｄ印刷物中の硬化された材料が３Ｄ印刷物の周囲の３Ｄ印刷材料よりも低い剛性を有することを示す。したがって、硬化性材料及び印刷可能材料は、印刷材料が硬化された材料よりも高い剛性を有するような硬化された材料及び印刷材料をそれぞれ提供するように選択される。剛性は、既知の材料分析技術を用いて試験することができる。材料の剛性は、パスカル又はＮ／ｍ２で定量化することができ、材料における応力を弾性ひずみに関連付け得る（材料の弾性状態に関して有効であると考えられるフックの法則によって）。その値は、引張試験、曲げ試験、圧縮試験、押し込み試験などの機械的試験から実験的に確立することができる。
【００３６】
材料は、標準試験又は類似の試験を利用して、かかる特性について試験され得る。本明細書では、特に相対値が示されていることに留意されたい。使用可能な試験の例、又はそれらに基づく類似試験の例は、例えば、（ｉ）引張試験：ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−１０、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２−０６ａ、ＩＳＯ  ３７：２０１１、ＩＳＯ  ５２７、（ｉｉ）ＤＭＴＡ（ｄｙｎａｍｉｃ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ）：ＡＳＴＭ  Ｄ４０６５−１２、Ｄ５２７９−１３、ＡＳＴＭ  Ｅ２２５４−１３、ＡＳＴＭ  Ｅ２４２５−１１、ＩＳＯ  ４６６４−１：２０１１、ＩＳＯ  ４６６４−２：２００６、（ｉｉｉ）圧縮／押し込み試験：ＡＳＴＭ  Ｄ５７５−９１（２０１２）、ＡＳＴＭ  Ｅ２５４６−０７、ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０−０５（２０１０）である。硬化性材料も印刷され得る。しかしながら、本明細書では、「印刷材料」という用語は、特に、３Ｄ印刷物の製造方法において、特に３Ｄプリンタで印刷される非硬化性材料を指す。ただし、一部の実施形態では、硬化性材料は「印刷材料」でもあり得る。したがって、一実施形態では、周囲の印刷材料は第１の剛性を有し、硬化された材料は第２の剛性を有し、第２の剛性と第１の剛性との比は、＜０．８、例えば＜０．５、０．００１〜０．０５の範囲内である。したがって、硬化された材料はより追従性が高い。この比率は、例えば、屈曲（曲がる能力）、圧縮（圧縮される能力）、押し込み（押し込まれる能力）等の１つ又は複数に適用され得る（前述の試験も参照のこと）。例えば、硬化された材料は、印刷材料の２倍だけ屈曲可能、すなわち剛性が１／２（比率０．５）であってもよい。代替的に又は追加で、例えば、圧縮される能力は、印刷材料よりも硬化された材料の方が高く、したがって、印刷材料の剛性は硬化性材料よりも高くてもよい。特に、硬化された材料と物理的に接触している印刷材料を用いて比較が行われてもよい。したがって、より柔軟な材料を有するチャネルを導入することによって、３Ｄ印刷材料は、従来のスティッチングの一種のように、一層、一体的に保持され得る。
【００３７】
他の態様では、本発明はさらに、３Ｄ印刷可能材料をレシーバアイテムに印刷するための第１のノズルを含むプリンタヘッドを含む３Ｄプリンタを提供し、３Ｄプリンタは、硬化性材料を供給するための第２のプリンタノズルをさらに備え、３Ｄプリンは、第２のプリンタノズルの下流の硬化性材料を硬化させる硬化ユニットをさらに備える。硬化ユニットは、加熱ユニット及び放射ユニットのうちの１つ又は複数を含むことができる（例えば、ＵＶ、ＶＩＳ、及びＩＲ放射のうちの１つ又は複数を提供するための、特に少なくともＵＶ放射を提供するための）。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
以下、参照符号が対応する部品を示す添付の概略図を参照しながら、単なる例として本発明の実施形態を説明する。
【図１ａ−１ｄ】図１ａ〜図１ｄは、いくつかの基本的側面を概略的に示す。
【図２】図２は、一実施形態のいくつかの段階及び態様を非常に概略的に示す。
【図３ａ−３ｈ】図３ａ〜図３ｈは、本発明のいくつかの側面を概略的に示す。
【図４】図４は、３Ｄプリンタ（又はＡＭプリンタ）の一実施形態を概略的に示す。
【図５】図５は、比較結果を示し、ＮＤは正規化変位を示し、ＮＲＦは正規化反力を示す。
【００３９】
概略図は必ずしも縮尺通りではない。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
粉末焼結に基づく付加製造（ＡＭ）技術は、参照符号１３２０で示される粒子間のネックが低い破壊強度を有する焼結粒子からなる物体をもたらす（図１ａ参照）。層状プロセス（ステレオリソグラフィ、シート積層など）に基づくＡＭは、参照番号２３２０で示される複数の層からなる物体をもたらし、層間の界面は潜在的な破壊線を表す（図１ｂ参照）。フィラメントの堆積（熱溶解積層法）に基づくＡＭは、参照番号３２０で示されるフィラメントからなる物体をもたらし、フィラメント間の界面は潜在的な破断線を表す（図１ｃ参照）。実際には、処理の差及び結果として生じる温度差のために、面内（ＩＰ）及び面外（ＯＰ）接着特性は変化し、よって、面外特性を面内特性よりも劣ったものにする。粒子又は繊維の接着に基づくＡＭ（カラージェットＭａｒｋ  Ｆｏｒｇｅｄファイバプリンタ）は、参照番号３３２０で示されるマトリックスに埋め込まれた粒子１３２０及び／又は繊維３２０からなる部分をもたらす。マトリックスの粒子又は繊維への付着は弱い可能性がある（図１ｄも参照されたい）。
【００４１】
例えば、面内及び面外特性を改善するための可能な解決策は、例えば、（ｉ）構造の不均質性の影響の低減（例えば、層間の接着性を改善するための局所加熱）、（ｉｉ）接着を改善するための層表面の化学的又は機械的改変、（ｉｉｉ）より連続的な構造による存在する不均質さの影響の低減、（ｉｖ）空隙の除去又は充填、及び（ｖ）特に本明細書に記載される（鉛直）スティッチ又は他のタイプの補強構造の付加である。
【００４２】
図２は、一実施形態のいくつかの段階及び態様を非常に概略的に示す。方法は、（ｉ）印刷材料１２０の３Ｄ印刷物１００を提供するために３Ｄ印刷可能材料１１０を３Ｄ印刷することを含み得る、参照符号Ｉで示される３Ｄ印刷段階であって、３Ｄ印刷中に構築中の３Ｄ印刷物１００内にチャネル２００を形成することを含む、３Ｄ印刷段階と、（ｉｉ）チャネル２００に硬化性材料１４０を充填し、硬化性材料１４０を硬化させて硬化された材料１５０によってチャネル２００を提供することを含む、参照符号ＩＩで示される充填段階とを含む。オプションで、方法はさらに、（ｉｉｉ）充填段階ＩＩの後、参照番号ＩＩＩで示される仕上げ段階をさらに含み、仕上げ段階は、必須ではないがオプションで３Ｄ印刷によって、チャネル開口部２０７を閉鎖することを含む。チャネルを充填する段階及び材料を硬化させる段階は、実質的に独立であり得ることに留意されたい。硬化は、各充填段階の後に行う必要はなく、印刷される硬化性材料の特性及び硬化メカニズムに応じて、所定数の充填段階の後に、又は最後に１回だけ行われてもよい。あるいは、周囲温度が十分に高い場合、材料はその高い温度で硬化し、すなわち、自動的に硬化段階が含まれ得るので、明確な硬化動作は必要でない可能性がある。しかしながら、特に、印刷物は周囲温度以上の温度に曝される。上述したように、硬化は、例えば、チャネル２００の閉鎖を含む仕上げ段階の少なくとも一部の後に実行され得る。
【００４３】
図３ａ〜図３ｈは、本発明のいくつかの側面を概略的に示す。１つ又は複数のスティッチ、又は他のタイプの補強構造が、３Ｄ物体ごとに導入され得る。スティッチ又は他のタイプの補強構造は、ＡＭがもたらす幾何学的設計柔軟性によって提供される異なる三次元形状を有し、例えば、本明細書が開示する方法のいくつかの側面が描かれている図３ａ及び図３ｂを参照されたい。図３ａは、硬化された材料で充填される異なるタイプのチャネル２００を概略的に示す。これらのチャンネルは、従来のスティッチのように、ボディの異なる部分の関連付けを促進する。図３ａからわかるように、チャネル２００の総容積は、（３Ｄ印刷物１００の総容積と比較して）比較的小さくすることができる。図３ａ及び図３ｂでは、印刷プロセス中に物体１００内に空洞が導入される（された）。図３ｃは、その後、空洞が（硬化可能な）低粘度材料、すなわち硬化性材料１４０で充填されることを概略的に示す。
【００４４】
スティッチ又は他のタイプの補強構造材料は、例えば、シリコーンゴム、ポリシラザン、樹脂、アクリレートであり得る。インサート材料に要求される特性を評価するために、数値シミュレーションを行った（下記参照）。インサート材料の容積分率が低いため、全体的な物理的特性は大きく変化しないが、３Ｄ物体の強度は向上し得る。補強構造は、１つ又は複数のチャネルを含み、さらにオプションで、１つ又は複数のアンカー部分（下記参照）を含み得る。
【００４５】
空洞を充填する間に、圧力出口１２０７が必要とされ得る（図３ｄも参照されたい）。物体内の孔隙が空気を排出するのに十分である可能性がある。そうでなければ、印刷プロセス中に空気出口が導入されてもよい。当然ながら、２つ以上の圧力出口１２０７が適用されてもよい。
【００４６】
一実施形態では、入口２０７は、空気出口又は圧力出口１２０７としても使用されてもよく、これは特に充填ステージ中、ここで例示されるように（図３ｂ〜図３ｅ参照）、充填材料が逃げないよう空洞の一部の上方に位置する。空洞の充填を容易にするために、空気出口を真空に接続してもよく、この場合、より高粘度の材料を使用することができる。充填ステージは、３Ｄ物体が減圧下にある間に行われてもよい。空洞が充填された後、熱、光（部分が適切な波長に対して透過性である場合）、又は反応性ガス（部分がその気体に対して透過性である場合）によって材料を硬化することができる。
【００４７】
実施形態では、例えば図３ｅを参照して、部分の上層及び下層はスティッチによって維持されないので、部分の残りの箇所と比較して劣った機械的特性を有する可能性がある。これらの層は、簡単に除去できるように、参照符号１１２０で示される犠牲層として、意図的に追加することができる。これらは研磨によって除去されたり、又はこれらが当該部分とは異なる材料からなる場合には溶解され得る（例えば、上層及び下層は水に溶解し、熱溶解積層法の支持構造の標準的な材料であるＰＶＡからなる）。これは、仕上げ段階で行うことができる。
【００４８】
この方法は、図３ｆに示すように、２つの材料間の接着を改善し、例えば、通常は互いに全く接着しないか、又は通常、製品における実装のためには接着力が弱すぎる可能性がある２つの材料を「付着」させるために使用することもできる。ここで、３Ｄ印刷物１００は、２つ以上の層１６０を含み、チャネル２００は、第１の層１６０ａの少なくとも一部及び第２の層１６０ｂの少なくとも一部の内部に構成される。図３ｅ及び図３ｆは、例えば、異なるボディ部分が補強構造を介しても関連付けられていることを示す。
【００４９】
図３ｇ〜図３ｈは、さらに、本発明のいくつかの側面を概略的に示す。図３ｇは、例えば、チャネル２００を形成する２つ以上のチャネル部分２０１を含むチャネル２００の実施形態を概略的に示しており、各チャネル部分２０１はチャネル軸２０２（本明細書では、「チャネル部分軸」とも呼ばれる）を有し、２つ以上のチャネル軸２０２は、０°より大きく１８０°より小さい相互角度αを有する。ここで、チャネル部分は参照符号２０１ａ〜２０１ｃで示され、それらのチャネル（部分）軸は参照符号２０２ａ〜２０２ｃで示されている。相互角度は参照符号α１〜α３で示されている。ここで、α１は鋭角であり、他の角度α２及びα３は例として鈍角（優角）である。当然ながら、直角も可能である。図３ｈは、分岐構造２０６及びスティッチ構造２０７などの可能なアンカー部分２０５のいくつかの実施形態を概略的に示す。組合せも使用され得る（例えば、図３ａ参照）。特に、アンカー部分及びチャネルの組み合わせが、補強構造として使用され得る。
【００５０】
かかるスティッチ又は他のタイプの補強構造を準備には、（付加）製造に使用される３Ｄプリンタ機械は、作成されたスティッチ孔を適切なスティッチ材料で充填するために使用可能な追加のインクジェット又はディスペンスヘッドを有する必要があり得る。図４は、例えば、本明細書で説明されるＡＭ方法のために使用可能な３Ｄプリンタの実施形態を概略的に示す。この図４は、３Ｄ印刷可能材料１１０をレシーバアイテム５５０に印刷するための第１のノズル５０２を含むプリンタヘッド５０１を含む３Ｄプリンタ５００を示し、３Ｄプリンタ５００は、硬化性材料１４０を供給するための（例えば、他のプリンタヘッド１５０１からの）第２のプリンタノズル１５０２をさらに備え、３Ｄプリンタ５００は、第２のプリンタノズル１５０２の下流の硬化性材料１４０を硬化させる硬化ユニット１１００をさらに備える。硬化ユニット１１００は、例えば、参照符号ｑで示される熱を提供することができる。一例として、ＦＤＭプリンタの実施形態が概略的に示されている。
【００５１】
参照符号５００は３Ｄプリンタを示す。参照符号５３０は、３Ｄ印刷、特にＦＤＭ  ３Ｄ印刷を行うよう構成された機能ユニットを示す。この参照符号は、３Ｄ印刷ステージユニットを示すためにも使用され得る。ここでは、３Ｄ印刷材料を供給するためのプリンタヘッド、例えばＦＤＭ  ３Ｄプリンタヘッドのみが概略的に示されている。参照符号５０１はプリンタヘッドを示す。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタヘッドを含んでもよいが、他の実施形態も可能である。参照符号５０２はプリンタノズルを示す。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタノズルを含んでもよいが、他の実施形態も可能である。参照番号３２０は、印刷可能な３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを示す（上述のような）。明瞭化のために、３Ｄプリンタの全ての特徴が示されているわけではなく、本発明に特に関連するものだけが示されている。３Ｄプリンタ５００は、レシーバアイテム５５０上に複数のフィラメント３２０を堆積させることによって３Ｄアイテム１０を生成するように構成され、各フィラメント２０は、融点Ｔｍを有するような３Ｄ印刷可能材料を含む。３Ｄプリンタ５００は、プリンタノズル５０２の上流でフィラメント材料を加熱するように構成される。これは、例えば、押出及び／又は加熱機能のうちの１つ以上を含む装置によって行うことができる。かかる装置は、参照符号５７３で示され、プリンタノズル５０２の上流に（すなわち、時間的にはフィラメント材料がプリンタノズル５０２から出る前に）配置される。参照符号５７２は、特にワイヤーの形態の材料を有するスプールを示す。３Ｄプリンタ５００は、これをフィラメント又は繊維３２０に変換する。フィラメントごとに、かつフィラメント上にフィラメントを配置することによって、３Ｄアイテム１０が形成され得る。しかし、本明細書で使用される３Ｄ印刷技術は、ＦＤＭに限定されない（上記も参照されたい）。
【００５２】
本発明を説明するために、有限要素モデルを用いて数値シミュレーションを行った。典型的なＦＤＭフィラメント構造の代表的な形状が選択された。フィラメントは、剛性Ｅ＝２５００ＭＰａ、ポアソン比ν＝０．４、降伏強度２５ＭＰａ、及び硬化係数Ｈ＝１２５ＭＰａのＡＢＳとする。フィラメント間の接着は、破壊靭性（Ｇｃ）及び破壊強度（ｔｍａｘ）に関して牽引分離法則によるフィラメント間の分離を規定する、いわゆる凝集域要素によって表される。これらの非線形要素の適用により、マイクロエレクトロニクスデバイスにおける界面障害を表すことに成功した。処理の効果（すなわち、面内方向と面外方向との間の接着特性の差異）を説明するために、以下の接着特性が選択された。（ａ）垂直界面：Ｇｃ＝８０００Ｊ／ｍ２、ｔｍａｘ＝１００ＭＰａ、（ｂ）水平インタフェース：Ｇｃ＝１０００Ｊ／ｍ２、ｔｍａｘ＝３５ＭＰａ。垂直界面の破壊靱性は、ＡＢＳの実際の破壊靭性に基づく。面内及び面外の界面に等しく負荷をかけるために、モデルの右端及び上端には等二軸ひずみが規定され、左端及び下端には対称条件が適用される。面外接着のレベルは、界面血管（損傷）を明らかにもたらすことがわかった。接着特性の違いのため、面内界面では、わずかな損傷しか開始しない。明らかに、これらの欠陥は、印刷された構造物の機械的性質を低下させる。結果として得られる水平方向及び垂直方向の力−変位曲線は、サンプル全体にわたる均一な界面破壊を示さず、明確な不安定さの後、界面の最下段に界面破壊が局在化する。これらの不具合の発生を防止するために、フィラメント間に追従性が高い丈夫な材料が挿入される。二軸負荷のため、提案される方法の説明を目的としてインサート材料の「＋」形状（十字形状）が選択される。現実では、フィラメントと充填材との間の空洞も充填される。明らかに、これは、機械的結合メカニズムにより、フィラメントへの充填材の付着を改善する。
【００５３】
等二軸荷重の結果としての変形幾何形状が評価された。周囲の材料よりも低い剛性を有するインサート材料は、界面が致命的に負荷をかけられていない間にあらゆる変形を容易にすることがわかった。インサート材料がフィラメントから外れるのを防ぐために必要な接着力を評価するために、充填材とＡＢＳとの間の界面のいくつかの地点におけるエネルギー解放率の値が計算された。計算の結果、この特定の場合の要求される接着レベルは、４５Ｊ／ｍ２（Ｅ＝１ＭＰａの非常に追従性の高い材料の場合）〜２３ｋＪ／ｍ２（Ｅ＝２０００ＭＰａの「剛性」のポリマー材料の場合）であった。典型的なポリマー−ポリマー界面接着値は、数百Ｊ／ｍ２のオーダーである（実際の材料の組み合わせ及び表面処理に依存する）。前述したように、処理中のフィラメントと充填材との間の空洞の充填は、機械的結合効果及び接着面の増加によりこの要求を緩和する。当然ながら、それぞれの特定のケースは、追従性、靭性、及びインサート幾何形状に関してインサート材料に特定の要求をもたらす。後者は、部分の３Ｄ設計において容易に考慮に入れることができる。図５は、補強構造を持たない構造（０．５で破断）及び補強構造を有する構造の正規化変位の関数としての正規化反力を示す。
【００５４】
本明細書において、「実質的に〜からなる」などにおける「実質的に」という用語は、当業者に理解されるであろう。「実質的に」という用語は、「全体的に」、「完全に」、「全ての」等の実施形態も含み得る。したがって、実施形態では、実質的にという形容詞を削除することもできる。適用可能であれば、「実質的に」という用語は、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、さらに特に９９．５％以上に関連し、また、１００％を含む。用語「含む」は、用語「含む」が「からなる」を意味する実施形態も含む。「及び／又は」という用語は、特に、「及び／又は」の前後に記載されたアイテムの１つ又は複数に関連する。例えば、「アイテム１及び／又はアイテム２」というフレーズ、及び同様なフレーズは、アイテム１及びアイテム２の１つ又は複数に関連し得る。ある実施形態において、「含む」という用語は「からなる」を指し得るが、別の実施形態では、「少なくとも規定された種類、さらに場合により１つ又は複数の他の種類を含む」を指し得る。
【００５５】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも逐次的又は時間的な順序を説明するものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示されているもの以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００５６】
本明細書の装置は、とりわけ、動作中の状態で説明されている。当業者には明らかなように、本発明は、動作方法又は動作中の装置に限定されない。
【００５７】
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することができることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧間に置かれた参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数のかかる要素の存在を排除するものではない。本発明は、複数の別々の要素を含むハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施され得る。いくつかの手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段のうちのいくつかは、同一のハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。
【００５８】
本発明はさらに、明細書に記載された及び／又は添付図面に示された特徴の１つ又は複数を備えた装置を含む。本発明はさらに、明細書に記載された及び／又は添付図面に示された特徴の１つ又は複数を含む方法又はプロセスに関する。
【００５９】
本特許で議論される様々な態様は、さらなる利点を提供するために組み合わせることができる。さらに、一部の特徴が、１つ又は複数の分割出願の基礎を形成し得る。
【図１Ａ】
2018508384.tif 000003
【図１Ｂ】
2018508384.tif 000004
【図１Ｃ】
2018508384.tif 000005
【図１Ｄ】
2018508384.tif 000006
【図２】
2018508384.tif 000007
【図３Ａ】
2018508384.tif 000008
【図３Ｂ】
2018508384.tif 000009
【図３Ｃ】
2018508384.tif 000010
【図３Ｄ】
2018508384.tif 000011
【図３Ｅ】
2018508384.tif 000012
【図３Ｆ】
2018508384.tif 000013
【図３Ｇ】
2018508384.tif 000014
【図３Ｈ】
2018508384.tif 000015
【図４】
2018508384.tif 000016
【図５】
2018508384.tif 000017
【国際調査報告】
2018508384.tif 000018
2018508384.tif 000019
2018508384.tif 000020