JP6806954B2 - 導電性コイルを有する３ｄ物品を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱溶解積層法プリンタを用いて３Ｄ物品を製造する方法に関する。

入力を備える３Ｄ印刷は、当技術分野で知られている。

WO-2015/077262は、分離された層又はセクションを有するフィラメントを含む３Ｄプリンタ入力について記載している。とりわけフィラメントを含むこれらの入力は、共押出成形、ミクロ層共押出成形、又は複数構成要素／フラクタル共押出成形によって作成され得る。これらの入力、特にフィラメントは、所謂３Ｄ印刷プロセス中に、１つ以上のノズルを介して、異なる材料を同時に積み重ねる又は組み合わせることを可能にする。これらの技術は、より小さい層サイズ（ミリ、マイクロ、及びナノ）の様々な層構成に役立つ、及び別の方法では標準的な３Ｄプリンタの方法においては使用できないだろう材料を組み込む可能性を上げる。更に、この文献は、３Ｄプリンタ偏向出力流を押し出す３Ｄプリンタノズル又はホットエンドについて言及しており、前記出力は、電子的なもの、光学的なもの、磁気的なもの、金属的なもの、生物学的なもの、構造的なもの、耐久性のあるもの、熱的なもの、医療用のもの、光起電性のもの、又は医薬的なもののような付加的な要素を含む。

US-2014/361460は、３Ｄプリンタ及び強化フィラメントを使用して物体を製造する方法を開示しており、強化フィラメントは３Ｄプリンタの押出ノズルに供給される。強化フィラメントは、連続的であってもよく、又は半連続的であってもよいコアと、コアを取り囲むマトリックス材料とを含む。強化フィラメントは、押出ノズルからフィラメントを押し出す前に、マトリックス材料の溶融温度よりも高く、コアの溶融温度よりも低い温度に加熱される。前記方法は、Ｚ方向を中心にして巻かれたモータの導電性コイルを形成する印刷サブコンポーネントを有する物体を製造するために使用される。

今後１０乃至２０年以内に、デジタル製造は、グローバル製造の性質をますます変貌させていくだろう。デジタル製造の態様のうちの１つは、３Ｄ印刷である。現在、セラミック、金属及びポリマーなどの様々な材料を使用して様々な３Ｄ印刷物体を製造するために、多くの異なる技術が開発されている。３Ｄ印刷は、物体を複製するために使用され得る型を製造する際にも使用され得る。

型を作成する目的で、ポリジェット技術の使用が提案されている。この技術は、光重合性材料の層ごとの堆積を利用し、前記光重合性材料は、各堆積後に固体構造を形成するよう硬化される。この技術は、滑らかな表面を生成するが、光硬化性材料は、あまり安定性のあるものではなく、また、射出成形用途に有用であるよう相対的に低い熱伝導率を有する。

最も広く使用されている積層造形技術は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）として知られているプロセスである。熱溶解積層法（ＦＤＭ）は、モデリング、プロトタイピング、及び生産の用途のために一般に使用される積層造形技術である。ＦＤＭは、材料を層状に配置することによる「付加」原理に基づいて機能し、プラスチックフィラメント又は金属ワイヤが、コイルから巻き出され、部品を製造するための材料を供給する。場合により（例えば熱可塑性樹脂の場合は）、フィラメントは、配置される前に、溶融され、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についての他の用語は、「溶融フィラメント製造」（ＦＦＦ）又は「フィラメント３Ｄ印刷」（ＦＤＰ）であり、これらはＦＤＭと同等のものであるとみなされる。一般に、ＦＤＭプリンタは、熱可塑性フィラメントを使用し、前記熱可塑性フィラメントは、その融点まで加熱され、次いで、層ごとに（又は、実際には、フィラメントを次々に）押し出されて、三次元物体を作成する。ＦＤＭプリンタは、相対的に高速であり、複雑な物体を印刷するために使用され得る。

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（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ナイロン（又はポリアミド）、アセテート（又はセルロース）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、（ＰＥＴポリエチレンテレフタレートなどの）テレフタレート、アクリル（ポリメチルアクリレート、Ｐｅｒｓｐｅｘ（登録商標）、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）、（膨張耐衝撃性ポリテン（又はポリエテン）、低密度（ＬＤＰＥ）高密度（ＨＤＰＥ）などの）ＰＥ、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ポリクロロエテンなどから成る群から選択される（熱可塑性）ポリマーを含む。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）、ゴムなどから成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、（ポリエーテルイミドなどの）イミドなどから成る群から選択される３Ｄ印刷可能材料を含む。

「３Ｄ印刷可能材料」という用語はまた、２つ以上の材料の組み合わせを指してもよい。一般に、これらの（ポリマー）材料は、ガラス転移温度Ｔ_ｇ及び／又は溶融温度Ｔ_ｍ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、一般には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。従って、特定の実施形態においては、３Ｄ印刷可能材料は、ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）及び／又は融点（Ｔ_ｍ）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、受け物品、及び受け物品上に堆積された３Ｄ印刷可能材料のうちの１つ以上を、少なくともガラス転移温度の温度まで、特に少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。更に別の実施形態においては、３Ｄ印刷可能材料は、融点（Ｔ_ｍ）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、受け物品、及び受け物品上に堆積された３Ｄ印刷可能材料のうちの１つ以上を、少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。

使用され得る材料の具体例は、例えば、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され得る。

ＦＤＭプリンタは、相対的に高速で低コストであり、複雑な３Ｄ物体を印刷するために使用され得る。このようなプリンタは、様々なポリマーを用いて様々な形状を印刷する際に使用される。この技術はまた、ＬＥＤ照明器具及び照明ソリューションの製造において更に開発されてきている。しかしながら、電子部品を組み込むためには、従来のソリューションは、作成中の３Ｄ印刷物体が電子部品を組み込むために印刷段階を離れる必要があり得るので、生産プロセスを複雑にし得る。

従って、本発明の或る態様は、好ましくは、上記の不利な点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に取り除く代替の３Ｄ印刷方法を提供するものである。前記方法は、熱溶解積層法３Ｄプリンタを使用して、相対的に容易な方法で、電子部品、電線、及び他の導電性部品のうちの１つ以上を備える３Ｄ印刷物体を提供する。

導電線を一体化し、それらをＬＥＤのような電子部品、並びに抵抗器及びコンデンサのような受動部品に接続することができることは、望ましいと思われる。とりわけ、導電性のために、信頼性が高く、電気抵抗が低い電線の３Ｄ印刷が提案されている。しかしながら、はんだ付けを使用する印刷プロセス中に、電線と構成要素との信頼性のある電気接続を得ることはかなり困難である。従って、本明細書では、とりわけ、ＦＤＭ印刷において使用される押出フィラメントの小型電気回路（例えば、サブミリメートルサイズ）部分を、フィラメントの製造中に、又はプリンタ自体での押し出し時に、又は印刷中でも、作成することも提案されている。目的は、別個の組み立てステップを必要とせずに、完全な電気回路を製品（例えば照明器具）のハウジング内に直接埋め込むことである。回路は、印刷プロセス中に形成された（又は前記プロセスに先立って３Ｄ印刷可能材料に設けられた）誘導ループを介して、信号及び電力を互いにやり取りすることができる。

従って、本明細書では、導電性ワイヤ、及び／又はＬＥＤなどの他の要素を含むＦＤＭプリンタ用のフィラメントを使用することが提案されている。本明細書では、導電性ワイヤ、及び／又はＬＥＤなどの他の要素（などの物体）が配置され得る含有物を備える予め構成されたフィラメントを使用することが提案されている。これを行うために、プリンタを駆動して３Ｄ物体を製造するソフトウェアが、導電性ワイヤ、及び／又はＬＥＤなどの他の要素を所望の位置に配置するようフィラメントを構成するための命令を生成するために使用され得る。

従って、第１態様においては、本発明は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）３Ｄプリンタ（「プリンタ」又は「３Ｄプリンタ」）を使用して３Ｄ物品を製造する方法であって、前記３Ｄ物品が、導電性ワイヤ（「ワイヤ」）の少なくとも一部の導電性コイルを含み、前記方法が、印刷段階中に、特に導電性コイルのような導電性要素を含む前記３Ｄ物品（「物品」又は「３Ｄ印刷物品」又は「印刷物品」）を供給するよう、３Ｄ印刷可能材料（「印刷可能材料」）を印刷するステップを含む方法を提供する。前記３Ｄ印刷可能材料は、前記導電性ワイヤ、及び前記導電性ワイヤと導電接触する電子部品を含む。このような方法では、例えば、１回の実行で、前記フィラメントと前記導電性要素との両方を印刷することが可能である。２つ（又はそれ以上）のプリンタヘッドが使用されてもよいが、２つのプリンタヘッドを使用する必要はない。更に、作成中の前記３Ｄ印刷物体を前記段階から外すこと、及び／又は例えば、前記段階における前記電子機器の導入のための別のロボットデバイスを導入することは必要ではない。更に、本方法では、前記電子デバイスが、前記３Ｄ印刷物に完全に埋め込まれ得る。従って、実施形態における、電線、コイルとして構成された電線などの１つ以上の導電性要素と組み合わされた（ポリマー）フィラメントに基づく本発明では、フィラメント材料と共に電気部品が、印刷され得る、即ち、印刷可能材料として供給され、基板上に、又は基板上の既に３Ｄ印刷された層上に印刷され得る。しかしながら、本発明では、前記導電性ワイヤをコイル構成に構成することによって、前記印刷段階中に導電性コイルを作成することも可能である。前記コイルは、無線電力供給、通信などのために使用され得る。更に、前記３Ｄ印刷方法は、前記導電性要素の正確な位置決めを可能にする。これは、回路が、誘導ループを介して信号及び電力を互いにやり取りすることができることを可能にする。

本明細書では、「導電性要素」という用語は、電流が流れることができる、且つ／又は電気回路内に構成され得る任意の構成要素を指す。「導電性要素」という用語は、複数の（異なる）導電性要素も指し得る。特定の実施形態では、電子部品及び導電性ワイヤのような、又は電子部品、並びに導電性ワイヤ及び（無線電力伝送のための）コイルのような、前記導電性要素のうちの２つ以上が機能的に結合され得る。従って、「導電性要素」という用語は、導電性ワイヤ、（ＬＥＤなどの）電子部品、及び電子回路などの導電性要素の組合せを指し得る。特定の実施形態では、「導電性要素」という用語は、半導体も指し得る。

「導電性要素」という用語は、導電性ワイヤを指し得る。前記導電性ワイヤは、特に、導電性材料として銅を含み得る。

このようなワイヤは、当技術分野で知られているように、電気絶縁コーティングを含み得る。前記ワイヤが電気絶縁コーティングを含む場合、原則として、前記ワイヤは、二重コアケーブルなどの多重コアケーブルであってもよい。しかしながら、特に、電気絶縁体を含む場合の前記ワイヤは、単一のコアケーブルを含む。

このようなワイヤはまた、実施形態では、例えば、前記ワイヤの２つの部分を物理的に接触させることによって電気回路を閉じることに役立ち得る電気絶縁コーティングを含まなくてもよい。

このようなワイヤはまた、（前記ワイヤの長さに沿って）交互になっている、電気絶縁コーティングを備える部分及び電気絶縁コーティングを備えない部分のような、電気絶縁コーティングを備える部分及び電気絶縁コーティングを備えない部分を含んでもよい。これはまた、例えば、電気回路（上記参照）を閉じることに役立つ一方で、絶縁特性を有することにも役立ち得る。前記３Ｄ印刷可能材料は、（本質的に）電気絶縁性である。

本明細書では、導電性材料は、特に、少なくとも1・10⁶ S/mのような、少なくとも1・10⁵ S/mの導電率を（室温で）を含み得る。本明細書では、絶縁材料の導電率は、特に1・10^-10 S/m以下であってもよく、特に1・10^-13 S/m以下であってもよい。本明細書では、絶縁材料（絶縁体）の導電率と導電性材料（導電体）の導電率との比率は、特に、1・10^-15未満に選択され得る。

「導電性要素」という用語は、電子部品も指し得る。前記電子部品は、能動又は受動電子部品を含み得る。能動電子部品は、電子の流れを電気的に制御する能力（電気を制御する電気）を備える任意のタイプの回路部品であり得る。能動電子部品の例は、ダイオード、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ＬＥＤは、本明細書では、より一般的な用語である固体照明デバイス又は固体光源でも示されている。従って、実施形態では、前記電子部品は能動電子部品を含む。特に、前記電子部品は固体光源を含む。能動電子部品の他の例は、バッテリなどの電源、圧電デバイス、集積回路（ＩＣ）、及びトランジスタを含み得る。更に他の実施形態では、前記電子部品は受動電子部品を含み得る。別の電気信号を用いて電流を制御することができない構成要素は、受動デバイスと呼ばれる。抵抗器、コンデンサ、インダクタ、変圧器等は、受動デバイスとみなされ得る。

実施形態では、前記電子部品はＲＦＩＤ(無線周波数識別）チップを含み得る。ＲＦＩＤチップは、受動的であってもよく、又は能動的であってもよい。

特に、前記電子部品は、（ＬＥＤなどの）固体光源、ＲＦＩＤチップ、及びＩＣのうちの１つ以上を含み得る。

電子部品の他の例は、熱電対、サーモパイル、（特に検出モードでの使用のために構成される）抵抗器、（特に検出モードでの使用のために構成される）トランジスタ、ダイオード（例えば、ショットキーダイオード、ツェナーダイオード、ＴＶＳ（過渡電圧抑制）ダイオード）、バッテリ、コンデンサ、スーパーキャパシタ、加熱抵抗器、ホールセンサ、太陽電池、（例えば、発光）有機半導体、加速度計、電子コンパス、ジャイロスコープ、及びインダクタなどである。

前記導電性コイルは、前記電子部品と機能的に結合され得る。

もちろん、２つ以上の電子部品の回路のような複数の（異なる）電子部品が適用されてもよい。

従って、実施形態では、前記電子部品は、熱電対、サーモパイル、抵抗器、トランジスタ、ダイオード、バッテリ、コンデンサ、スーパーキャパシタ、加熱抵抗器、ホールセンサ、太陽電池、有機半導体、加速度計、電子コンパス、ジャイロスコープ、及び電子回路のうちの１つ以上を含む。前記ダイオードは、実施形態では、発光ダイオードを含み得る。特定の実施形態では、前記電子部品は電子回路を含む。

「電子部品」という用語は、複数の同様の又は複数の異なる電子部品も指し得る。

実施形態では、前記電子部品はコイル（又はワイヤコイル）を含み得る。このようなコイルは、特に（前記３Ｄ印刷物品の外部の）外部電源から電磁誘導を介して電力を受け取る実施形態では、無線電力伝送のために構成され得る。代替的に又は追加的に、前記コイルは、電磁波の送信機又は受信機として構成され得る。前記コイルは、実施形態では、トランスデューサとして構成され得る。従って、前記導電性コイルはまた、電子部品であってもよいが、一般に、それとは別個に定義される、即ち、実施形態で、前記コイル自体が利用可能であり得るので、「電子部品」という用語は、本明細書で定義されているような電子部品であるが、コイルではない電子部品を指す。

前記３Ｄプリンタのプリンタノズルの下流の前記フィラメントは、特に0.5乃至5mmのような、0.1乃至50mmの範囲から選択されるフィラメント直径を有し得る。

前記電子部品は、プリンタノズルの下流でも前記３Ｄ印刷可能材料に埋め込まれ得るような寸法を有する。従って、前記電子部品は、例えば、前記プリンタノズルの下流の前記フィラメントのフィラメント直径よりも小さい、前記フィラメント直径の最大で50%のような、最大で80%などの、幅及び高さ、並びに直径から選択される寸法を有する。実施形態では、前記電子部品は、例えば、1乃至500μmの範囲から選択される値を持つ、幅及び高さ、並びに直径から選択される寸法を有する。前記長さは、同じ範囲内であってもよいが、0.5乃至5mmのような、0.5乃至10mmなどの、より長い長さであってもよい。

同様に、（随意に前記絶縁コーティングを含む）前記導電性ワイヤは、前記プリンタノズルの下流でも前記３Ｄ印刷可能材料に埋め込まれ得るような寸法を有する。従って、前記導電性ワイヤは、例えば、前記プリンタノズルの下流の前記フィラメントの前記フィラメント直径よりも小さい、前記フィラメント直径の最大で50%のような、最大で80%などの、幅及び高さ、並びに直径から選択される寸法を有する。実施形態では、前記導電性ワイヤは、例えば、1乃至500μmの範囲から選択される値を持つ、幅及び高さ、並びに直径から選択される寸法を有する。前記長さは、同じ範囲内であってもよいが、0.5乃至5mmのような、0.5乃至10mmなどの、より長い長さであってもよく、少なくとも10mmのような、少なくとも5mmなどの、少なくとも50cmのような、少なくとも10cmなどの、少なくとも1mなどの、はるかに長い長さであってもよい。

特定の実施形態では、前記電子部品は、印刷中の前記フィラメントの最小曲げ半径よりも小さい寸法を有し得る。リードフレームが使用される場合（更に下記参照）、特にこのようなリードフレームも、印刷中の前記フィラメントの最小曲げ半径よりも小さい寸法を有し得る。同様に、特に前記導電性ワイヤの構成要素は、印刷中の前記フィラメントの最小曲げ半径よりも小さい寸法を有し得る。前記最小曲げ半径は、（前記プリンタノズルの下流の）前記フィラメントの直径程度であり得る。実施形態では、前記寸法は、前記最小曲げ半径の50%のような、前記最小曲げ半径の80%より小さい寸法である。更に他の実施形態では、例えば、幅及び高さ、並びに直径から選択される前記寸法は、（前記プリンタノズルの下流の）前記フィラメントの直径の50%のような、（前記プリンタノズルの下流の）前記フィラメントの直径の80%より小さい寸法である。

特に、前記電子部品が剛性である場合に、このような寸法が関連し得る。しかしながら、前記電子部品、又は前記電子部品の１つ以上の部分が可撓性である場合、１つ以上の寸法が、より大きくてもよい。

実施形態では、前記電子部品は導電性ワイヤと機能的に結合され得る。特に、前記電子部品は、実施形態では、前記電子部品の両方の電気接続部において導電性ワイヤと機能的に結合され得る。このような実施形態では、前記導電性ワイヤの全長は、実施形態では、少なくとも50mmのような、少なくとも20mmなどの、少なくとも10mmであり得る。

前記３Ｄ印刷可能材料の印刷中、前記電子部品及び／又は前記コイルも加熱され得る。従って、前記寸法は、印刷中に前記電子部品及び／又は前記コイルの一部のみが加熱され、別の部分は（直接的には）加熱されないように、選択され得る。なぜなら、前記寸法は、前記電子部品の一部又は前記コイルの一部が、印刷プロセス中、別の部分よりも温度が低くなるように、選択されることができ、温度がより低い部分は、熱を遠ざけるように案内するための熱導体として使用され得るからである。この目的のために、（残りの）導電性ワイヤも適用され得る。それ故、実施形態では、前記電子部品は、又は前記電子部品及び前記導電性ワイヤは共に、少なくとも前記熱溶解積層法３Ｄプリンタのプリンタヘッドの長さの、長さを有する。このやり方においては、例えば、前記リードフレーム若しくは電気部品、又は回路は、印刷中に前記熱を遠ざけるように案内するよう（長さが）最適化され得る。

上述のように、或る態様では、本発明は、例えば、無線電力伝送のための、又は受信機、送信機、及びトランスデューサの用途のうちの１つ以上のための、導電性コイルも提供する。３Ｄ印刷によりコイルを作成することによる、又はコイル自体を３Ｄ印刷することによるような、様々なやり方で、１つ以上のコイルが作成され得る。

前者の実施形態では、前記ノズル（及び／又は（随意に）受け物品（以下も参照））の移動が、前記３Ｄ物品を３Ｄ作成する間に、コイルのパターンを含むフィラメントのパターンをもたらし、それによって、コイル状のワイヤをもたらす。従って、実施形態では、前記方法は、前記印刷段階中に、３Ｄ印刷材料をコイル構成で供給し、それによって、前記導電性コイルを供給するよう、前記導電性ワイヤを含む前記３Ｄ印刷可能材料の印刷を制御することを含む。従って、これらの実施形態では、前記３Ｄ印刷可能材料では前記コイルは入手可能ではなく、前記コイル（形状）は印刷プロセス中に作成される（従って、前記３Ｄ印刷材料で得られる）。

後者の実施形態では、前記３Ｄ印刷可能材料が前記導電性コイルを含む。言い換えれば、前記コイルは、前記プリンタノズル内又はその上流で前記３Ｄ印刷可能材料内に導入される。

もちろん、異なる方法で得られるコイルの組み合わせも適用され得る。

前記コイルは、無線電力伝送のために、各々が、少なくとも10mmのような、約5乃至200mmなどの、少なくとも約5mmの円相当径を有する、１つ以上の巻線を有し得る。前記コイルを埋め込むために前記３Ｄ印刷物体全体が使用されてもよいので、より大きな円相当径も適用され得る。ここでは、前記巻線は、必ずしも円形に構成されるわけではなく、（角の丸い）（正方形を含む）長方形などに構成されてもよいので、円相当径という用語が利用されている。従って、コイルが印刷中に作成される場合、前記ワイヤの長さは少なくとも50mmであり得る。

印刷中、３Ｄ印刷可能材料は、前記プリンタノズルを通して案内される。一般に、これは伸長段階を含む。前記プリンタヘッドは、前記プリンタノズルの上流の直径（円相当径）が前記プリンタノズルの直径（円相当径）よりも大きい漏斗状要素を含み得る。それ故、実施形態では、前記電子部品は、印刷されるときに、基板が印刷材料の長さと共に解放するように、（内部で）ぐるぐる巻かれるもの、編まれるもの、織られるもの、折り畳まれるもの、又は積み重ねられるもののうちの１つ以上であってもよい。同様に、実施形態では、前記導電性ワイヤは、印刷されるときに、前記基板が印刷材料の長さと共に解放するように、（内部で）ぐるぐる巻かれるもの、編まれるもの、織られるもの、折り畳まれるもの、又は積み重ねられるもののうちの１つ以上であってもよい。従って、実施形態では、前記導電性ワイヤは、前記３Ｄプリンタのプリンタノズルの上流の３Ｄ印刷可能材料に含まれ、前記導電性ワイヤの少なくとも一部は、前記３Ｄ印刷可能材料がフィラメント伸長段階において伸ばされるときに前記導電性ワイヤの伸長を可能にする圧縮状態にある。

代替的に（又は追加的に）、特に導電性ワイヤなどの前記導電性要素は、このような伸長段階の下流で供給されてもよい。従って、実施形態では、前記方法は、前記３Ｄプリンタのプリンタノズルの下流で前記導電性ワイヤと前記３Ｄ印刷可能材料とを組み合わせることを含む。代替的に又は追加的に、実施形態では、前記方法は、前記３Dプリンタのプリンタノズルの下流で、（ＬＥＤのような）前記電子部品、又は電子回路のような導電性要素の組み合わせなどと、前記３Ｄ印刷可能材料を組み合わせることを含む。

前記プリンタノズルの下流の前記フィラメント内の前記導電性要素又は前記導電性要素の組み合わせは、前記フィラメントの堆積中、特に、例えば、前記プリンタヘッドが堆積材料に対して向きを変える又は回転するときに、応力又は他の力を受け得る。前記３Ｄ印刷可能材料は、前記３Ｄ印刷可能材料に比べて、より可撓性がある場合があり、且つ異なる曲げ及び／又は回転挙動を有する場合があるので、前記導電性要素が前記フィラメントから少なくとも部分的に延在するリスクがあり得る。このような挙動を防止するために、又は傾向を低減するために、前記導電性要素は、前記導電性要素を前記フィラメント内に維持するための安定要素を含み得る。

従って、特定の実施形態では、前記導電性ワイヤは、前記３Ｄプリンタのプリンタノズルの下流でフィラメントの前記３Ｄ印刷可能材料に埋め込まれた前記導電性ワイヤを維持するための安定要素を含む。「安定要素」という用語は、複数の安定要素も指し得る。前記安定要素は、例えば、前記導電性要素に対して前記フィラメントの長さ軸又は伸長軸から離れる方向に延在し得る、ピン、フィン、リッジ等の形状を有し得る。このような安定要素は、キール、フィン、又はスケグの形状を有し得る。更に、前記安定要素は、45乃至135°の範囲から選択される相互角度の下で構成される少なくとも２つ以上の部分で構成されてもよい。

前記導電性要素の他の実施形態は、このような安定要素のうちの１つ以上も含み得る。

本発明による方法では、前記３Ｄ印刷可能材料は、前記導電性ワイヤと導電接触する電子部品を更に含む。もちろん、前記３Ｄ印刷可能材料は、１つ以上の導電性ワイヤと導電接触する複数の電子部品も含み得る。実施形態では、複数の電子部品が直列に構成される。従って、このような実施形態では、事実上、直列に構成された前記電子部品を備える単一のワイヤが得られ得る。このような電子部品を備える単一ワイヤも、本明細書に記載されている方法及び／又は３Ｄプリンタで３Ｄ印刷され得る。

前記電子部品の例は上で示されている。特定の実施形態では、前記電子部品は、固体光源と、光学センサなどのセンサとのうちの１つ以上を含む。

他の実施形態では、前記電子部品はリードフレームと機能的に結合される。更に別の実施形態では、複数の（異なる）電子部品が単一のリードフレームと機能的に結合される。このやり方においては、前記リードフレームは、各々が１つ以上の電子部品及び／又はコイルを含む１つ以上の電気回路を収容し得る。更に、このようなリードフレームは、電源又はコイルとの接続のための１つの、特に（少なくとも）２つの導電性ワイヤを含み得る。前記電源は、前記３Ｄ物品の外部に構成されることができ、又は前記３Ｄ物品に埋め込まれてもよい。前記リードフレームは、コイルを用いて、電磁誘導を介して、電力を供給され得る。

例えば、コイルが印刷中に生成されるとき、又はワイヤが前記フィラメントを介して前記３Ｄ物品に組み込まれるとき、（印刷後の）（前記コイルの）前記ワイヤの端部は、外部電源との物理的結合、又は他の機能的結合のために、前記３Ｄ物品から突出してもよく、又は突出するように作成されてもよい。しかしながら、回路を閉じ、前記回路全体を前記３Ｄプ印刷材料内に設けることも可能であり得る。これは、例えば、前記ワイヤの端部を、前記ワイヤの別の端部に当てて印刷することによって、又は前記ワイヤの端部を、回路において機能的に利用可能な導電性部分に当てて印刷することによって、達成され得る。例えば、プリンタヘッドは、前記ワイヤの別の端部、又は前記回路において利用可能な導電性部分、例えば、リードフレームの一部に、フィラメントを押し付け、それによって、前記ワイヤ（端部）を押し付け得る。

従って、実施形態では、前記方法は、電気回路生成段階を更に含んでもよく、前記電気回路生成段階は、前記電子部品を含む電気回路を供給するよう、前記電線のワイヤ部分を別の導電性部分と関連付けることを含む。特定の実施形態では、前記電気回路生成段階は、前記ワイヤ部分をリードフレームに関連付けることを含んでもよく、前記電子部品は、リードフレームと機能的に結合され、前記電気回路生成段階は、前記３Ｄプリンタのプリンタノズルで、前記ワイヤ部分を含む３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを、前記リードフレームの受容部内の前記ワイヤ部分の少なくとも一部に押し付けることを含む。

実施形態では、（ｉ）前記フィラメントと、（ｉｉ）特に、導電性コイル、導電性ワイヤ、及び電子部品のうちの１つ以上のような前記導電性要素とが、一体化フィラメントとして（例えば、フィラメントロール上に）供給される。更に他の実施形態では、前記３Ｄプリンタが、フィラメントを含む前記導電性要素を組み立てるように構成される。これ（組立て）は、（液化器を含む）前記プリンタヘッド内、又は前記プリンタヘッドの上流のような、前記ノズルの上流で実行される。

上で既に示したように、前記印刷可能材料は、前記電子部品との電線接続を既に含んでいてもよい。従って、実施形態では、前記３Ｄ印刷可能材料は、前記電子部品と、前記電子部品を電気エネルギ源と機能的に結合するための１つ以上の導電体とを（前記１つ以上の導電体が前記電子部品と機能的に結合されている状態で）含む。ここでは、「導電体」又は「配線」又は「電気配線」又は「電線」という用語は、特に、（少なくとも）電気を輸送するために使用されるワイヤ又はケーブル、即ち、「銅」を指す。前記ワイヤは、絶縁されていてもよく、又は絶縁されていなくてもよい。ポリマー材料が電気絶縁性であり得るので、後者の実施形態も適用され得る。

特定の実施形態では、一連の電気的に接続された固体光源が適用されてもよく、それは前記印刷可能材料に埋め込まれ得る。従って、実施形態では、導電体と直列又は並列に電気的に接続された複数の固体光源が、特に、前記導電体がフィラメントの長手方向軸（Ａ）に平行に構成された状態で、３Ｄ印刷可能材料のフィラメントに含まれる。従って、複数の電気的に接続された固体光源は、前記フィラメント内で数十センチメートル延在することができ、数メートルすら延在し得る。

機能的に結合された導電体を備える前記電子部品を含む前記印刷可能材料又はフィラメントは、一体化フィラメントとして（例えば、フィラメントロール上に）供給され得る。更に他の実施形態では、前記３Ｄプリンタは、フィラメントを含む配線を備える前記電子部品を組み立てるように構成される。これは、（液化器を含む）前記プリンタヘッド内、又は前記プリンタヘッドの上流のような、前記ノズルの上流で実行される。従って、（前記熱溶解積層法（ＦＤＭ）３Ｄプリンタがプリンタノズルを含む）実施形態では、前記方法は、（ａ）前記導電体と直列又は並列に電気的に接続された複数の固体光源と、（ｂ）フィラメントとを供給することを含んでもよく、前記方法は、前記プリンタノズルの下流で、前記導電体と直列又は並列に電気的に接続された前記複数の固体光源を含む印刷可能材料を供給するよう、前記プリンタノズルの上流で、前記導電体と直列又は並列に電気的に接続された前記固体光源と、前記フィラメントとを組み合わせることを更に含んでもよい。

印刷時には、幾らかの押し出し成形が前記プリンタヘッドにおいて行われてもよい。本発明を考慮すると、この押し出し成形機能は、実施形態では、低減されてもよく、又はなくてもよい。代替的に又は追加的に、押し出し成形作用に対処するために、前記電気配線は、前記フィラメント（及び前記電気配線）を伸ばすことを可能にする弾性ユニットを含み得る。それ故、実施形態では、前記熱溶解積層法（ＦＤＭ）３Ｄプリンタに供給される１つ以上の導電体は、少なくとも前記１つ以上の導電体の長さ（軸）に平行な伸長を可能にするばね状セグメントを有する（上記も参照）。

本発明による方法を実行するための熱溶解積層法３Ｄプリンタは、（ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）前記プリンタヘッドに３Ｄ印刷可能材料を供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイスとを含み得る。更に、前記熱溶解積層法３Ｄプリンタは、（ｃ）例えばフィラメント伸長段階の下流で、前記フィラメントに、導電性要素、特に導電性ワイヤを供給するように構成された、特に電線供給デバイスのような、導電性要素供給デバイスを含み得る。

前記熱溶解積層法３Ｄプリンタは、前記３Ｄプリンタの前記プリンタノズルの下流で、特に前記導電性ワイヤのような前記導電性要素と、前記３Ｄ印刷可能材料とを組み合わせるように構成され得る。

前記３Ｄ印刷可能材料供給デバイスは、フィラメント供給デバイスであってもよい。前記フィラメント供給デバイスは、１つ以上のフィラメントローラ、又は１つ以上のフィラメントローラのための受け器（acceptor）を含み得る。前記ローラ上の前記フィラメントは、１つ以上の導電性要素を既に含んでいてもよい。「３Ｄプリンタ」という用語は、３Ｄプリンタシステムも指し得る。

前記フィラメント又は印刷可能材料が前記電子部品を含んでもよく、又は電気接続（ワイヤ）を含むこのような電子部品は前記３Ｄプリンタにおいて組み立てられてもよい。それ故、前記３Ｄプリンタは、前記フィラメント又は前記プリンタヘッドに電子部品を提供するように構成された電子部品供給デバイスを含み得る。

特に、前記電子部品が電気配線を含まない場合には、前記電子部品供給デバイスは、前記フィラメント内のキャビティに押し入れること及び／又は組み込むことなどによって、前記フィラメントに電子部品を供給するように構成され得る。特に、前記電子部品が電気配線も含む場合には、前記電子部品供給デバイスは、前記プリンタヘッドに（電気配線と機能的に結合された）前記電子部品を供給するように構成され得る。前記プリンタヘッドにおいて、（電気配線と機能的に結合された）前記電子部品を含む前記印刷可能材料が組み立てられてもよく、（従って、）前記ノズルの下流の前記印刷可能材料は、（電気配線と機能的に結合された）前記電子部品を含む前記印刷可能材料を含む。

前記導電性要素を、例えば、前記３Ｄ印刷材料の大部分から少なくとも部分的に独立して印刷することが望ましい場合がある。この目的のために、前記３Ｄプリンタは、２つ以上のプリンタヘッドを含み得る。従って、実施形態では、前記３Ｄプリンタは、導電性要素を含まない印刷可能材料を３Ｄ印刷するように構成された第２プリンタヘッドを更に含む。

本発明による方法によって得ることができる３Ｄ印刷物品は、（ａ）３Ｄ印刷材料と、（ｂ）前記３Ｄ印刷材料に埋め込まれた電子部品と、（ｃ）前記３Ｄ印刷材料に埋め込まれ、前記電子部品に機能的に結合された導電性ワイヤの少なくとも一部の導電性コイルとを含む。

前記導電性コイルは、無線受電モジュールとして構成され得る。前記コイルはまた、受信機、送信機、及びトランスデューサのうちの１つ以上として構成され得る。

前記３Ｄ印刷物品は、各々が電子部品及び導電性コイルを含む複数の電気回路を含み、２つ以上の電気回路が、電気絶縁性３Ｄ印刷材料によって分離される。それ故、本発明は、斯くして、（或る態様では）各々が電子部品及び導電性コイルを含む複数の電気回路を含む３Ｄ印刷可能材料であって、２つ以上の電気回路が、電気絶縁性３Ｄ印刷可能材料によって分離される３Ｄ印刷可能材料も提供する。

デバイスは、このような３Ｄ印刷物品、又は随意に機能的に結合されてもよい、複数のこのような３Ｄ印刷物品を含み得る。前記３Ｄ印刷材料に埋め込まれた前記導電体はまた、前記３Ｄ印刷材料の外部（即ち、前記３Ｄ印刷物品の外部）の電子部品又は電気エネルギ源との電気接続などのために、前記３Ｄ印刷材料から部分的に突出してもよい。

ここで、添付の概略的な図面を参照して、単なる例として、本発明の実施形態について説明する。図面において、対応する参照符号は、対応する部分を示している。
３Ｄプリンタの幾つかの一般的な態様を概略的に示す。 ３Ｄプリンタの幾つかの一般的な態様を概略的に示す。 方法及び／又は３Ｄプリンタの様々な態様を概略的に示す。 方法及び／又は３Ｄプリンタの様々な態様を概略的に示す。 方法及び／又は３Ｄプリンタの様々な態様を概略的に示す。 方法及び／又は３Ｄプリンタの様々な態様を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 幾つかの態様、実施形態及び変形例を概略的に示す。 概略的な図面は、必ずしも縮尺通りではない。

図１ａは、３Ｄプリンタの幾つかの態様を概略的に示している。参照符号５００は、３Ｄプリンタを示している。参照符号５３０は、３Ｄ印刷、特にＦＤＭ ３Ｄ印刷をするように構成された機能ユニットを示しており、この参照符号は、３Ｄ印刷段階ユニットも示し得る。ここでは、ＦＤＭ ３Ｄプリンタヘッドのような、３Ｄ印刷材料を供給するための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している。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタヘッドを含むことができるが、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している。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタノズルを含むことができるが、他の実施形態も可能である。参照符号３２０は、（上述したような）印刷可能な３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを示している。分かりやすくするために、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特徴のみが示されている（更に以下も参照されたい）。

３Ｄプリンタ５００は、実施形態においては少なくとも一時的に加熱及び冷却され得る受け物品５５０のような基板１５５０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物品１０を生成するように構成され、各フィラメント２０は、融点Ｔ_ｍ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つ以上を含むデバイスで行われ得る。このようなデバイスは、参照符号５７３で示されており、プリンタノズル５０２の上流に（即ち、時間において、フィラメント材料がプリンタノズル５０２から出て行く前に）配置される。プリンタヘッド５０１は、（従って、）液化器又は加熱器を含み得る。参照符号２０１は、印刷可能材料を示している。この材料は、堆積されたとき、参照符号２０２で示されている（３Ｄ）印刷材料として示される。

参照符号５７２は、特にワイヤの形態の材料を有するスプール又はローラーを示している。３Ｄプリンタ５００は、これを、基板１５５０又は既に堆積された印刷材料上のフィラメント又は繊維３２０に変える。一般に、ノズルの下流のフィラメントの直径は、プリンタヘッドの上流のフィラメントの直径に比べて小さくなっている。従って、プリンタノズルは、時として、押出機ノズルと（も）示され得る。フィラメントのそばにフィラメントを配置すると共に、フィラメント上にフィラメントを配置すると、３Ｄ物品１０が形成され得る。参照符号５７５は、フィラメント供給デバイスを示しており、前記フィラメント供給デバイスは、ここでは、とりわけ、参照符号５７６で示されている、スプール又はローラー及び駆動輪を含む。

参照符号Ａは、長手方向軸又はフィラメント軸を示している。

参照符号Ｃは、特に、基板１５５０の温度を制御するように構成された温度制御システムのような、制御システムを概略的に示している。制御システムＣは、基板１５５０を、少なくとも50℃の温度、特に、少なくとも200℃などの約350℃の範囲まで加熱することができる加熱器を含み得る。

図１bは、作成中の３Ｄ物品１０の印刷をより詳細に３Ｄで概略的に示している。ここで、この概略的な図面においては、単一面内のフィラメント３２０の端部は相互接続されていないが、実際には、実施形態においては、そうであってもよい。

従って、図１ａ乃至１ｂは、（ａ）プリンタノズル５０２を含む第１プリンタヘッド５０１と、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料２０１を含むフィラメント３２０を第１プリンタヘッド５０１に供給するように構成されたフィラメント供給デバイス５７５とを有し、随意に、（ｃ）基板１５５０を有する熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の幾つかの態様を概略的に示している。図１ａ乃至１ｂにおいては、第１若しくは第２印刷可能材料又は第１若しくは第２印刷材料は、概括的な表示の印刷可能材料２０１及び印刷材料２０２で示されている。

以下では、電子部品４０の例として、特にＬＥＤが挙げられている。しかし、特に断らない限り、又は当業者にとって記載から明らかでない限り、ＬＥＤの代わりに、別の電子部品が適用されてもよい。ＬＥＤのような固体光源は、参照符号１４１で示されている。

電子部品は、電池、光電池、センサ又は任意の他の小型電子的要素などの電子デバイスであってもよい。また、他の要素が（更に）含まれてもよい。

更に、ＦＤＭプリンタ（図２ａ）を使用して印刷され得る、フィラメント３２０であって、フィラメント３２０に組み込まれた、配線されたＬＥＤなどの配線された電子部品を含むフィラメント３２０を作成することができることが望ましい場合がある。符号Ａは、長手方向軸を示している。

本明細書では、印刷中の接点の破損などの問題を防止しながら、ポリマーに埋め込まれた、配線された（即ち、接続された)ＬＥＤの３Ｄ印刷を可能にすることができる様々な構成、手段及び材料が提供される。

別の実施形態では、ＬＥＤを接続するワイヤが、可撓性を許容するように成形される（図２ｂ）。例えば、（導電性の）ばね状要素５２が設けられてもよい。実施形態では、ＬＥＤを接続するワイヤ５２がコーティングで保護される。更に他の実施形態では、複数の（導電性の）ワイヤが使用され得る。使用され得る熱可塑性材料は、熱可塑性プラスチックＡＢＳ、ＡＢＳｉ、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、及びUltem 9085を含むが、これらに限定されない。更に別の実施形態では、フィラメントが、印刷中の接点の破損などの問題を防止する可能性がより高くなるように成形される。図２ａは、フィラメントを概略的に示している。

図２ｃは、プリンタヘッド５０１においてフィラメント３２０と組み合わされ、ノズル５０１の下流に印刷可能材料２０１として供給される、電線５１と、接続された電子部品４０の組み合わせを概略的に示している。ここでは、電子部品供給デバイス５００は、電線５１を介して電気的に接続されている電子部品を供給する。

上述したように、３Ｄプリンタは、２つの印刷ヘッドを有してもよい。１つは、配線されたＬＥＤを印刷するためのものであり、１つは、配線されたＬＥＤが全くないポリマー材料を印刷するためのものである。これは、図２ｄに概略的に示されている。

このやり方においては、配線されたＬＥＤを備えるフィラメントを含むセクションと、配線されたＬＥＤを備えるフィラメントを含まないセクションとから成る３Ｄ構造を印刷することが可能である。配線されたＬＥＤを備える複数のフィラメントを備える３Ｄ構造などを印刷することも可能であり得る。

導電性ワイヤを施す或る方法は、ワイヤ（例えば、銅線）をＦＤＭプリンタのノズル（内の別個の経路）に供給することによるものである。プリンタがプラスチックをノズルから押し出している間、ワイヤは、押し出されるプラスチックと共に引っ張られる（図３ａ参照）。このようなプリンタヘッド５０１が、３Ｄプリンタ５００のプリンタノズル５０２の下流で導電性ワイヤ５１と３Ｄ印刷可能材料２０１とを組み合わせるために使用され得る。従って、図３ａも、プリンタノズル５０２を含むプリンタヘッド５０１と、プリンタヘッド５０１に３Ｄ印刷可能材料２０１を供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイス５７５と、フィラメント伸長段階５０５の下流でフィラメント３２０に電線５１を供給するように構成された電線供給デバイス５８０とを有する熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の実施形態を非常に概略的に示している。

印刷中に押出フィラメントにワイヤを組み込むこの方法を拡張すると、電子部品が統合された（細い）ワイヤ形状の導体のセグメントを埋め込むことを考えることができる。このようなセグメントを作成する或るやり方は、回路を形成する電子部品が実装されたリードフレームによるものである。フィラメント自体の製造時に、これらのセグメントをフィラメントに埋め込むことも考え得る。

本発明は、実施形態においては、特に、（ｉ）導電性ワイヤを含む電気回路を形成するステップと、（ｉｉ）回路を印刷フィラメントに埋め込む、且つ／又は、回路をまだ印刷されていないフィラメントなどの３Ｄ印刷可能材料に埋め込んでしまうステップと、（ｉｉｉ）埋め込まれた電気回路から成る機能システムを作成するステップとを含み得る。

実施形態では、例えば、電気回路を形成するためにリードフレーム技術を使用してもよい。この技術は、既知であり、信頼性があり、このやり方において電気回路を作成するための優れた基礎となる。更に、リードフレームが、コンパクトなフォームファクタにある間に電子部品を実装され、後でワイヤを形成するために伸ばされる技術を利用することが提案されている。とりわけ、これはWO2013/035017に記載されており、これは参照により本明細書に盛り込まれる。

印刷プロセスの間、曲げるために電気回路を保護することが望ましい場合がある。フィラメントへの埋め込み及び印刷の間、回路を高すぎる温度から保護することも望ましい。これは、少なくとも300℃などの高温に耐える材料の使用、並びにフィラメントを溶融するのに必要な温度を制限する埋め込み及び印刷中のプロセス伝導の使用（例えば、150℃などの低溶融温度を有するフィラメント材料の選択）によって解決され得る。

図３ｂは、電子回路を備えるリードフレームセクションの一般的なレイアウトの実施形態を概略的に示している。積層物が、リードフレームの残りの部分を形成する電子部品を保持する導電性プレートを絶縁するために使用される。例えば、Ｖ字形の溝が、回路のＦＤＭ埋め込み中に蛇行ワイヤをリードフレームに戻すように接続するために作成される（後述）。また、複数の結合されたリードフレームが施されてもよい。ワイヤの蛇行は、ワイヤを伸ばすために使用され得る。

従って、図３ｂは、導電性ワイヤ５１と導電接触する電子部品４０の実施形態も概略的に示している。上述のように、電子部品４０は、固体光源及びセンサのうちの１つ以上を備える。ここでは、概略的に複数の電子部品４０が示されている。電子部品４０は、ここでは、リードフレーム１６０と機能的に結合されている。ここでは、リードフレーム１６０は、Ｖ字形の溝のような受容部１６１を含む。参照符号１６２は、積層物を指しており、電子部品４０は、積層物上に構成され得る。導電性ワイヤ５１は、電子部品４０と機能的に結合されている。更に、電子部品４０も、機能的に結合されていてもよい。

図３ｃにおいては、ＦＤＭフィラメントに埋め込むのに適したワイヤセクションに至る可能なステップが示されている。これは、図３ａのリードフレームセクションから始まる（図３ｃ：左上）。次いで、電子回路が、十分に耐熱性である材料のオーバーモールドによって保護される（図３ｃ：右上）。その後、リードフレームが、曲げから電子機器を保護する一種の剛性フレームを電子機器の周りに作成するように成形される（図３ｃ：左下）。成形後、Ｖ字形の溝が、印刷中の相互接続のために正しく位置決めされる。最後に、リードフレームが、１つのセクションについて示されているように伸ばされる（図３ｃ：右下）。

図３ｂ及び図３ｃは、導電性ワイヤ５１の少なくとも一部が、３Ｄ印刷可能材料がフィラメント伸長段階において伸ばされるときに導電性ワイヤ５１の伸長を可能にする圧縮状態にある実施形態を概略的に示している。

電子機器を備えるこのフレームの一般的な寸法は、特に、印刷中のフィラメントの最小曲げ半径より（十分に）小さくなければならない。

回路における曲げ応力を低減する手段は、回路がフィラメントの中心（中立面）に留まることを確実にするものである。これは、図３ｄに概略的に示されているようなガイドフラップで達成され得る。従って、図３ｄは、導電性ワイヤ５１が、特に３Ｄプリンタのプリンタノズルの下流でフィラメントの３Ｄ印刷可能材料に埋め込まれた導電性ワイヤ５１を維持するための安定要素３３０を備える（又は安定要素３３０と機能的に結合される）実施形態を概略的に示している（図３ｆも参照）。

回路は、図３ａに示されているように、フィラメント製造時に、又は印刷中のフィラメントの押し出し時に、フィラメントに埋め込まれ得る。図３ｅは、３Ｄ印刷可能材料供給デバイス５７５の例であるフィラメント押出機７１０の実施形態の概略的なレイアウトを示している。ダイ７１９によって特徴づけられる出力側において、（部分的に）伸ばされたリードフレーム１６０、５１がプラスチックフィラメント３２０内に挿入される。フィラメント製造時に回路を埋め込む際の１つの厄介な問題は、一般的なＦＤＭ印刷ではプリンタノズルから出てくる押出プラスチック直径がフィラメント直径よりも小さいことである。これは、回路を伸ばすことを必要とする。これを回避するための可能なやり方は、リードフレームを完全には伸ばさず、印刷中により多く伸ばすことを可能にするもの、又は印刷中に押出フィラメント直径を初期直径と等しいままにするものである。参照符号７１１は、ねじ駆動モータを示しており、参照符号７１２は、ホッパを示している。供給口は、参照符号７１３で示されており、参照符号７１４は、ねじを示している。参考符号７１５は、バレルを示している。参照符号７１６は、加熱器を示しており、参照符号７１７は、ブレーカプレートを示している。更に、参照符号７１８は、供給管を示しており、参照符号７１９は、ダイを示している。表示１６０、５１は、ここでは、図３ｃ（並びに３ｂ及び３ｆ）に示されているような、ワイヤとリードフレームとの機能的な組み合わせを示すために使用されている。

図３ｆは、フィラメント３２０が、回路セグメントを備えるリードフレーム１６０を挿入した状態でどのように見えるかを示している。回路が埋め込まれる材料のタイプは、回路が施される（プリント）基板材料と同じタイプのものであってもよい。これは、信頼性の高い融合を確実にする。他方では、埋め込み回路にとってより好ましい（例えば、より柔らかい、より可撓性のある）材料特性のために、意図的に異なる材料に埋め込むことができる。その場合には、基板材料との材料適合性に注意を払わなければならない。

埋め込まれる電気回路の機能は様々であり得ることを考慮すると、３Ｄ印刷製品への様々な回路の供給に対処するための様々なアプローチが存在する。回路が既にフィラメントの一部である（フィラメント製造中に挿入される）場合には、フィラメントには、１つのタイプの回路しか詰められることができず、３Ｄ印刷中にシステムを構築するために複数のフィラメントが使用される（フィラメントの変更又はマルチノズル印刷ヘッドを必要とする）。あるいは、フィラメントの製造中に、回路が、図３ｇに示されているように、既に、適切な順序で、互いの間に適切な距離を置いて、事前に配置され得る。図３ｇは、例として、２つの回路が各々電子部品４０の誘導電力供給のためのコイル１４０と共に示されている実施形態を概略的に示しており、電子部品４０のうちの右側の１つはリードフレーム１６０上に構成されている。中央には、導電性ワイヤ５１に機能的に結合された電子部品４０が示されている。これらは、後で、印刷することにより回路を設ける、又はワイヤを外部電気エネルギ源と接触させることなどによって、回路内に構成されなければならない。

図３ｇは、実際には、３Ｄ印刷物品１０が、各々が電子部品４０及び導電性コイル１４０を含む複数の電気回路を含み、２つ以上の電気回路が電気絶縁３Ｄ印刷材料によって分離されている実施形態も概略的に示し得る。

回路の埋め込みが、（図３ａに従って）印刷する時に行われる場合、伸ばされたリードフレームが、異なる回路タイプ毎に実際のものの上に供給され、（ピックアンドプレースマシンと同様に）必要な順序で印刷に挿入され得る。また、リードフレームを伸ばすことは、まさに印刷する時に行われることができ、回路は、実際のもの代わりにリードフレームの形態で供給されることを必要とする。

電気回路を作成する提案方法は、かなりの電力を供給する必要がある回路よりも、低電力（又は信号）機能により良く適合する。ここでは、主電源変換用の標準的な電子部品、ＬＥＤ電流ドライバ、及びＬＥＤ基板を有するアーキテクチャに基づく照明器具製品を考察する。印刷によって埋め込まれる電気回路によって供給される付加的な機能は、センサ及びセンサ読み出し、無線通信、照明器具ハウジング内の通信中継、及び照明制御であり得る。

回路を印刷する技術は、多くの回路接続を作成するにはあまり適していない。この問題を回避するために、埋め込み回路間の誘導結合を利用する。電力及び信号の両方が、誘導結合を通じて伝達され得る。信号は、シリアル方式で送信され、信号チャネルの量を低減することができる。

図３ｈは、埋め込み回路が、実施形態において、リードフレームの２つのワイヤテールがぐるぐる巻かれて電力供給及び信号伝達のためのコイルになるときに、どのように見え得るかを示している。コイルの端部は、ワイヤ端部をリードフレームのＶ字形の溝に押し込むことによってリードフレームに再接続される。これは、誘導コイルに必要なループが閉じる。

図３ｉは、上述の印刷プロセスを介して埋め込まれた電子回路を有する（好ましくは）３Ｄ印刷照明器具ハウジングを概略的に示している。この場合の回路は、例えば、センサと、無線通信のためのフロンドエンドと、信号中継回路とを備えることができる。誘導結合を介して回路にリンクされている中央ドライバ／制御ユニットがあってもよい。導電性ワイヤを印刷することにより、コイル１４０が形成されることに留意されたい。図面は、断面を非常に概略的に示している。印刷フィラメントの３つのスタックは、例えば、壁であってもよい。

本明細書における、「実質的に、〜から成る」のような「実質的に」という用語は、当業者には理解されるだろう。「実質的に」という用語は、「全体的に」、「完全に」、「全て」などを伴う実施形態も含み得る。従って、実施形態においては、実質的にという形容詞は削除される場合もある。適用可能な場合、「実質的に」という用語はまた、100％を含む、95％以上、特に99％以上、更に特に99.5％以上などの、90％以上に関連し得る。「備える」という用語は、「備える」という用語が「から成る」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」の前及び後で言及されている項目のうちの１つ以上に関連する。例えば、「項目１及び／又は項目２」という語句、及び同様の語句は、項目１及び項目２のうちの１つ以上に関連し得る。「備える」という用語は、或る実施形態においては、「から成る」ことを指す場合があるが、別の実施形態においては、「少なくとも規定されている種を含み、随意に、１つ以上の他の種を含む」ことを指す場合もある。

更に、明細及び請求項における、第１、第２、第３などの用語は、同様の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも、逐次的又は時間的な順序を説明するために使用されるものではない。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、本明細書において記載されている本発明の実施形態は、本明細書において記載又は図示されている順序以外の順序で動作が可能であることは理解されるべきである。

本明細書におけるデバイスは、とりわけ、動作中について説明されている。当業者には明らかであるように、本発明は、動作の方法又は動作中のデバイスに限定されない。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの他の実施形態を設計することができることに留意されたい。請求項において、括弧の間に置かれる如何なる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「備える」という動詞及びその活用形の使用は、請求項において述べられている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。要素の単数形表記は、複数のこのような要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個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てもよい。幾つかの手段を列挙しているデバイスの請求項においては、これらの手段のうちの幾つかは、ハードウェアの１つの同じ物品によって具現化されてもよい。単に、或る特定の手段が、互いに異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせは有利になるようには使用されることができないことを示すものではない。

本発明は、更に、明細において記載されている且つ／又は添付の図面において示されている特徴フィーチャ（characterizing feature）のうちの１つ以上を含むデバイスに適用される。本発明は、更に、明細において記載されている且つ／又は添付の図面において示されている特徴フィーチャのうちの１つ以上を含む方法又はプロセスに関する。

この特許において論じられている様々な態様は、更なる利点を提供するために組み合わされ得る。更に、当業者は、実施形態は組み合わされてもよく、また、３つ以上の実施形態が組み合わされてもよいことを理解するだろう。更には、前記フィーチャのうちの幾つかは、１つ以上の分割出願のための基礎を形成し得るものである。

Claims (11)

1. 熱溶解積層法３Ｄプリンタを使用して３Ｄ物品を製造する方法であって、前記３Ｄ物品が、導電性ワイヤの少なくとも一部の導電性コイルを含み、前記方法が、
   印刷段階中に、前記導電性コイルを含む前記３Ｄ物品を供給するよう、３Ｄ印刷可能材料を印刷するステップを含み、
   前記３Ｄ印刷可能材料が、前記導電性ワイヤ、及び前記導電性ワイヤと導電接触する電子部品を含む方法。
2. 前記熱溶解積層法３Ｄプリンタが、プリンタノズルを備えるプリンタヘッドを有し、前記方法が、
   前記プリンタヘッドにおいて、フィラメントと、前記電子部品を含む前記導電性ワイヤとを組み合わせることによって、前記３Ｄ印刷可能材料を供給するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
3. 前記熱溶解積層法３Ｄプリンタが、プリンタノズルを備えるプリンタヘッドを有し、前記方法が、
   フィラメントと、前記電子部品を含む前記導電性ワイヤとを別々の経路を介して前記ノズルに供給するステップ、及び
   前記プリンタノズルの下流で、前記フィラメントと、前記電子部品を含む前記導電性ワイヤとを組み合わせることによって、前記３Ｄ印刷可能材料を供給するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
4. 前記電子部品が、熱電対、サーモパイル、抵抗器、トランジスタ、ダイオード、バッテリ、コンデンサ、スーパーキャパシタ、加熱抵抗器、ホールセンサ、太陽電池、有機半導体、加速度計、電子コンパス、ジャイロスコープ、及び電子回路のうちの１つ以上を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記電子部品が、又は前記電子部品及び前記導電性ワイヤが共に、少なくとも前記熱溶解積層法３Ｄプリンタのプリンタヘッドの長さの長さを有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 電気回路生成段階を更に含み、前記電気回路生成段階が、電子部品を含む電気回路を供給するよう、前記導電性ワイヤのワイヤ部分を別の導電性部分と関連付けることを含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記電気回路生成段階が、前記ワイヤ部分をリードフレームに関連付けることを含み、前記電子部品が、リードフレームと機能的に結合され、前記電気回路生成段階が、前記ワイヤ部分の少なくとも一部を前記リードフレームの受容部内に含む３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを前記３Ｄプリンタのプリンタノズルで押圧することを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記印刷段階中に、３Ｄ印刷材料をコイル構成で供給し、それによって、前記導電性コイルを供給するよう、前記導電性ワイヤを含む前記３Ｄ印刷可能材料の印刷を制御することを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記３Ｄ印刷可能材料が前記導電性コイルを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記導電性ワイヤの少なくとも一部が、前記３Ｄ印刷可能材料がフィラメント伸長段階において伸ばされるときに前記導電性ワイヤの伸長を可能にする圧縮状態にある請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記導電性ワイヤが、前記３Ｄプリンタのプリンタノズルの下流でフィラメントの前記３Ｄ印刷可能材料に埋め込まれた前記導電性ワイヤを維持するための安定要素を含む請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。

Images