JP6835979B2 - 光ファイバを使用する３ｄ印刷された照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、３Ｄ（印刷された）物品の製造方法に関する。本発明はまた、そのような方法で得ることが可能な、３Ｄ（印刷された）物品にも関する。更には、本発明は、そのような３Ｄ（印刷された）物品を含む照明システムに関する。また更には、本発明はまた、３Ｄプリンタにも関する。

３Ｄ印刷技術における光ファイバの使用は、当該技術分野において既知である。国際公開第２０１５／０７７２６２号は、例えば、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プリンタ投入材料を説明している。特にフィラメントを含む、これらの投入材料は、共押出、マイクロ層共押出、又は多成分／フラクタル共押出によって調製され得る。これらの投入材料、特にフィラメントは、いわゆる３Ｄ印刷プロセスの間に、１つ以上のノズルを通じて、異なる材料を同時に積層すること又は組み合わせることを可能にすると言われている。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）の種々の層構成、並びに、本来ならば標準的な３Ｄプリンタ法では使用不可能であろう材料を組み込む可能性を容易にする。とりわけ、この文書は、基材が、印刷されると、印刷された材料の長さで基材が解放されるように、螺旋巻きされ、編組みされ、織り込まれ、折り畳まれ、積み重ねられているものなどの、基材強化された３Ｄフィラメントを説明している。基材としては、限定するものではないが、炭素繊維、光ファイバ、ケブラー繊維、及びワイヤを挙げることが可能である。複数の基材が、フィラメント内に組み込まれることが可能である。印刷される経路が、当該経路を印刷するために押し出されるフィラメントの長さよりも長い場合には、ファイバを積み重ねるか、織り込むか、又は螺旋巻きすることが必要である。

今後１０〜２０年以内に、デジタルファブリケーションは、グローバル製造業の性質を、ますます変貌させていくであろう。デジタルファブリケーションの諸態様のうちの１つは、３Ｄ印刷である。現在、セラミックス、金属、及びポリマーなどの様々な材料を使用して、３Ｄ印刷された様々な物体を製造するために、多種多様な技術が開発されている。３Ｄ印刷はまた、物体を複製するために使用され得る金型を製造する際にも使用され得る。

金型を作製する目的のために、ポリジェット技術の使用が提案されている。この技術は、各堆積の後に硬化されて、固体構造体を形成する光重合性材料の層ごとの堆積を利用する。この技術は、滑らかな表面を作り出すが、光硬化性材料は、さほど安定したものではなく、それらの材料はまた、射出成形用途に関して有用となる熱伝導率も、比較的低い。

最も広く使用される付加製造技術は、熱溶解積層法（Fused Deposition Modeling；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、及び生産の用途に関して一般に使用されてい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る「付加」原理に基づいて機能するものであり、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、熱可塑性樹脂に関しては）フィラメントは、配置される前に、溶融されて押し出される。ＦＤＭは、高速プロトタイピング技術である。ＦＤＭの他の表現は「融合フィラメント加工」（Fused Filament Fabrication；ＦＦＦ）又は「フィラメント３Ｄ印刷」（Filament 3D Printing；ＦＤＰ）であり、これらはＦＤＭと等しいものと見なされる。一般に、ＦＤＭプリンタは、熱可塑性フィラメントを使用するものであり、この熱可塑性フィラメントは、融点まで加熱され、次いで、一層ずつ（又は、実際には、フィラメントが次々に）押し出されて、３次元の物体を作り出す。ＦＤＭプリンタは、比較的高速であり、複雑な物体を印刷するために使用され得る。

ＦＤＭプリンタは、比較的高速で、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。そのようなプリンタは、様々なポリマーを使用して様々な形状を印刷する際に使用される。当該技術はまた、ＬＥＤ照明器具及び照明ソリューションの製造において、更に開発されつつある。

一般に、光学構成要素は、容易には印刷可能ではないか、又は（十分な品質では）全く印刷可能ではないため、３Ｄ印刷された物体の、照明デバイスとしての使用は、簡単なことではない。それゆえ、照明機能もまた有し得る、３Ｄ印刷されたデバイスを得るために、代替的手段が考案されなければならないであろう。それゆえ、本発明の一態様は、好ましくは、上述の欠点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に取り除く、代替的な３Ｄ印刷方法及び／又は３Ｄ（印刷された）物品を提供することである。本発明は、先行技術の欠点のうちの少なくとも１つを克服若しくは改善すること、又は有用な代替物を提供することを、目的として有してもよい。光ファイバは、装飾照明を生成する点で興味深い。光ファイバを使用することによって、容易に、レーザ又はＬＥＤなどの固体光源からの光をファイバにカップルインして、ファイバの長さに沿って光をカップルアウトすることができる。費用対効果の高い方式で、カスタマイズされた発光物体を製造することが望ましい。更には、サイネージ又は装飾照明の目的のために、物体から所望のパターンで光が放出されることが望ましい。

それゆえ、第１の態様では、本発明は、３Ｄ物品（「物品」又は「３Ｄ印刷された物品」としても示され得るもの）を（特に、熱溶解積層法で）３Ｄ印刷するステップを含む方法を提供し、当該方法は、３Ｄ印刷された材料内に光ファイバが少なくとも部分的に埋め込まれている、３Ｄ物品を提供するために、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料及び光ファイバ（「ファイバ」）を堆積させるステップを含み、３Ｄ印刷可能材料は、印刷段階の少なくとも一部の間に、特定の実施形態では、光透過性材料を含み、当該方法は、印刷段階の間に、光透過性材料を含む３Ｄ印刷された材料を含む、光脱出部分を提供するステップを更に含み、光ファイバを通って伝搬する、ＵＶ放射線、可視光、及びＩＲ放射線のうちの１つ以上、特に少なくとも可視光は、光ファイバから、特に光脱出部分によって含まれている３Ｄ印刷された材料を介して、３Ｄ物品の外部に抜け出ることができる。

そのような方法では、３Ｄ印刷された物品の所定の位置において、照明スポット又は照明領域を可能にする、３Ｄ印刷されたデバイスを提供することが可能であり、照明スポット又は照明領域の寸法及び位置は、例えば、装飾光又は機能的照明に関して、標識などを提供することなどに関して、比較的大きい選択の自由度で選択されてもよい。また、３Ｄ印刷された物品内での光の良好な分布を、本発明が可能にするという事実により、本質的に、３Ｄ印刷された物品全体が発光性であってもよい場合もある。本発明では、光ファイバを（また）使用する、３Ｄ印刷された照明器具を提供することが可能である。

上述されたように、本発明は、３Ｄ物品を３Ｄ印刷するステップを含む方法を提供する。本発明の方法は（それゆえ）また、後処理、３Ｄ印刷された物品に対する（他の）光学素子、電子機器、光源などの他の特徴部の追加などの、他の動作を含んでもよい。それゆえ、実施形態では、本方法は、後処理段階を更に含んでもよく、３Ｄ印刷された物品の１つ以上の部分は、例えば、加熱されること、溶剤で処理されることなどがあってもよい。この後処理は、準備が整っている３Ｄ印刷された物品に対して実行されてもよく、及び／又は、印刷段階は未だ完了していないが、準備が整っている、３Ｄ印刷された物品の諸部分に対して実行されてもよい。後処理は、例えば、３Ｄ印刷された物品の表面を平滑化するために使用されてもよい。また更に、実施形態では、本方法は、光ファイバを、ＵＶ放射線、可視光、及びＩＲ放射線のうちの１つ以上、特に少なくとも可視光を生成するように構成されている光源と、機能的に結合するステップを更に含んでもよい。用語「光学的に接触している」の代わりに、用語「放射的に結合されている」が使用されてもよい。用語「放射的に結合されている」及び同様の用語は、特に、２つの物品が、それらの物品の一方によって供給される放射線の少なくとも一部が、他方の物品の少なくとも一部分を通って更に伝搬し得るように、互いに関連付けられていることを意味し得る。当然のことながら、３つ以上の物品が光学的に結合されてもよい。「光ファイバを光源と機能的に結合する」という語句は、特に、光源からの光が（光源の使用中に）光ファイバに進入して、光ファイバを通って伝搬するように、光源及び光ファイバを構成することを示す。それゆえ、この文脈では、光源もまた、光ファイバに光学的に結合されているとして示され得る。

光ファイバ又は光ファイバは特に、例えば、ガラス（シリカ）又はプラスチックを延伸することによって作製される、可撓性の透明なファイバである。それゆえ、実施形態では、光ファイバは、ガラス材料を含む。一般に、ファイバは、２０〜１０００μｍ、特に、５０〜２００μｍなどの、５０〜４００μｍの範囲から選択される、コア直径を有する。比較的小さい直径の場合、ファイバは、可撓性かつ屈曲可能であってもよい。ファイバは、コア及びクラッドを含んでもよいが、実施形態では、ファイバは、コアのみを含んでもよい。いくつかの実施形態では、３Ｄ印刷された材料によって埋め込まれているファイバの一部分は、クラッドを有さず、更に他の実施形態では、本質的に、埋め込まれているファイバ全体が、クラッドを有さない。クラッドは、コアよりも小さい屈折率、例えば、少なくとも１０％小さいような、少なくとも５％小さい屈折率を有してもよい。

光ファイバは、光源に光学的に結合されてもよい。光源は、３Ｄ物品の外部に構成されてもよく、又は、３Ｄ物品内に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。それゆえ、光源は、実施形態では３Ｄ物品によって含まれてもよい。それゆえ、また更なる態様では、本発明はまた、（ａ）可視の光源光を供給するように構成されている光源と、（ｂ）本明細書で定義されるような３Ｄ物品とを備え、光ファイバが光源に機能的に結合されている、照明システムも提供する。

光ファイバはまた、複数の光源に光学的に結合されてもよい。更には、用語「光ファイバ」はまた、複数の光ファイバを指す場合もあり、実施形態では、それらは光学的に結合されなくてもよく、他の実施形態では、それらのうちの２つ以上が光学的に結合されてもよい。それゆえ、３Ｄ物品は、実施形態では複数のファイバを備えてもよく、それらのファイバは、更なる実施形態では、１つ以上の光源に光学的に結合されてもよい。

用語「光源」とは、レーザ、発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（resonant cavity light emitting diode；ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器レーザダイオード（vertical cavity laser diode；ＶＣＳＥＬ）、端面発光レーザなどの、半導体発光デバイスを指す場合がある。用語「光源」はまた、パッシブマトリクス（passive-matrix；ＰＭＯＬＥＤ）又はアクティブマトリクス（active-matrix；ＡＭＯＬＥＤ）などの、有機発光ダイオードを指す場合もある。特定の実施形態では、光源は、固体光源（ＬＥＤ又はレーザダイオードなど）を含む。一実施形態では、光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を含む。ＬＥＤという用語はまた、複数のＬＥＤを指す場合もある。更には、用語「光源」はまた、実施形態では、いわゆるチップオンボード（chips-on-board；ＣＯＢ）光源を指す場合もある。用語「ＣＯＢ」は、特に、封入も接続もされることなく、ＰＣＢなどの基板上に直接実装されている、半導体チップの形態のＬＥＤチップを指す。それゆえ、複数の半導体光源が、同じ基板上に構成されてもよい。実施形態では、ＣＯＢは、単一の照明モジュールとして一体に構成されている、マルチＬＥＤチップである。用語「光源」はまた、２〜２０００個の固体光源などの、複数の光源に関連してもよい。

光源は、ＵＶ放射線、可視放射線、及び／又はＩＲ放射線を生成するように構成されてもよい。特に、光源は、有色光又は白色光であってもよい、可視放射線を生成するように構成されている。

上述されたように、本方法は、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料を堆積させるステップを含む。本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」とは、堆積又は印刷されることになる材料を指し、用語「３Ｄ印刷された材料」は、堆積後に得られる材料を指す。これらの材料は、本質的に同じであってもよいが、これは、３Ｄ印刷可能材料が、特に、高温のプリンタヘッド又は押出機内の材料を指してもよく、３Ｄ印刷された材料は、同じ材料であるが、その後の堆積された段階を指すためである。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして印刷され、フィラメントとして堆積される。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして供給されてもよく、又はフィラメントへと形成されてもよい。それゆえ、いかなる出発材料が適用されるとしても、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントが、プリンタヘッドによって供給されて、３Ｄ印刷される。

本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、「印刷可能材料」として示されてもよい。用語「ポリマー材料」とは、実施形態では、異なるポリマーのブレンドを指す場合もあるが、実施形態ではまた、本質的に、異なるポリマー鎖長を有する単一のポリマーのタイプを指す場合もある。それゆえ、用語「ポリマー材料」又は「ポリマー」は、単一のタイプのポリマーを指す場合もあるが、また、複数の異なるポリマーを指す場合もある。用語「印刷可能材料」は、単一のタイプの印刷可能材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷可能材料を指す場合もある。用語「印刷された材料」は、単一のタイプの印刷された材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷された材料を指す場合もある。

用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、２種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Ｔ_ｇ及び／又は融解温度Ｔ_ｍを有する。３Ｄ印刷可能材料は、ノズルから出る前に、３Ｄプリンタによって、少なくともガラス転移温度、及び、一般には、少なくとも融解温度の温度まで加熱されることになる。それゆえ、特定の実施形態では、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、３Ｄ印刷可能材料を、ガラス転移を超えて加熱し、当該材料が半結晶性ポリマーである場合には、融解温度を超えて加熱することを含む。更に別の実施形態では、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、受け物品上に堆積されることになる３Ｄ印刷可能材料を、少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。ガラス転移温度は、一般に、融解温度と同じものではない。融解は、結晶性ポリマーにおいて生じる転移である。融解は、ポリマー鎖が、それらの結晶構造から脱落して、無秩序な液体になる際に発生する。ガラス転移は、非晶質ポリマーに発生する転移であり、すなわち、固体状態である場合であっても、それらの鎖が規則的な結晶として配列されておらず、いずれかの方式で単に分散されているポリマーである。ポリマーは、本質的にガラス転移温度を有し、融解温度を有さない、非晶質とすることができ、又は、一般にガラス転移温度及び融解温度の双方を有する、（半）結晶質とすることができ、一般に、後者は前者よりも大きい。

上述されたように、本発明は、それゆえ、３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを供給するステップと、印刷段階の間に、３Ｄ物品を提供するために、基材上に３Ｄ印刷可能材料を印刷するステップとを含む、方法を提供する。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成る群から選択されてもよい。特に、３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene；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（poly lactic acid；ポリ乳酸）、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（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（Polystyrene；ＰＳ）、ＰＥ（膨張性高衝撃ポリテン（又は、ポリエテン）、低密度（ＬＤＰＥ）高密度（ＨＤＰＥ）など）、ＰＶＣ（polyvinyl chloride；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（Polycarbonate；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、イミド（例えばポリエーテルイミド）などから成る群から選択される、３Ｄ印刷可能材料を含む。

印刷可能材料は、受け物品上に印刷される。特に、受け物品は、構築プラットフォームとすることができ、又は、構築プラットフォームによって含まれることもできる。受け物品もまた、３Ｄ印刷の間に加熱されることができる。しかしながら、受け物品はまた、３Ｄ印刷の間に冷却されてもよい。

語句「受け物品上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、受け物品上に直接印刷すること、又は、受け物品上のコーティング上に印刷すること、又は、受け物品上に以前に印刷されている、３Ｄ印刷された材料上に印刷することを含む。用語「受け物品」とは、印刷プラットフォーム、プリントベッド、基材、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなどを指す場合がある。用語「受け物品」の代わりに、用語「基材」もまた使用されてもよい。語句「受け物品上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、印刷プラットフォーム、プリントベッド、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなどの上の、あるいは、それらによって含まれている、別個の基材上に印刷することもまた含む。それゆえ、語句「基材上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、基材上に直接印刷すること、又は、基材上のコーティング上に印刷すること、又は、基材上に以前に印刷されている、３Ｄ印刷された材料上に印刷することを含む。以降では、基材という用語が更に使用され、当該用語は、印刷プラットフォーム、プリントベッド、基材、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなど、あるいは、それらの上の、又はそれらによって含まれている、別個の基材を指す場合がある。特定の（別個の）基材が論じられている、以下もまた更に参照されたい。

上述されたように、本方法は、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料及び光ファイバを堆積させるステップを含む。３Ｄ材料は、従来の３Ｄ印刷技術、特にＦＤＭなどを使用して印刷される。光ファイバは、プリンタヘッドとは異なるデバイスを使用して堆積されてもよい。それゆえ、印刷段階は、３Ｄ印刷可能材料を印刷するステップと、光ファイバを堆積させるステップとを含んでもよい。しかしながら、他の実施形態では、印刷段階の間に、光ファイバ及び３Ｄ印刷可能材料は、単一のプリンタヘッドを使用して同時に堆積される。

それゆえ、特定の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、光ファイバを少なくとも部分的に包み込む。これらの方式で、３Ｄ印刷された材料内に光ファイバが少なくとも部分的に埋め込まれている、３Ｄ物品が提供されてもよい。一般に、用語「少なくとも部分的に埋め込まれている」とは、３Ｄ印刷された材料内にファイバが埋め込まれているが、例えば光をインカップルするために、ファイバの一部分が突出し得る実施形態を指す場合がある。それゆえ、特に、光ファイバの特定の長さにわたって、光ファイバは、３Ｄ印刷された材料内に完全に埋め込まれている。

特定の実施形態では、ファイバの１つ以上の部分は、３Ｄ印刷された材料によって覆われていなくてもよい。そのような実施形態では、光ファイバの長さの一部にわたって、光ファイバは、３Ｄ印刷された材料によって覆われていなくてもよく、光は、（光透過性の）３Ｄ印刷された材料を透過することなく、３Ｄ印刷された物品の外部に直接抜け出てもよい。そのような実施形態では、ファイバは、特にクラッドを含んでもよく、屈曲部及び／又はアウトカップリング機構を更に含んでもよい。

語句「光ファイバを堆積させる」及び同様の語句は、最終製品において、光ファイバが３Ｄ物品内に完全に埋め込まれており、３Ｄ印刷された物品から光ファイバが延出しない実施形態、又は、光ファイバが、３Ｄ印刷された物品内に、光ファイバの特定の長さ（少なくとも１ｃｍなど）にわたって埋め込まれているが、３Ｄ印刷された物品から光ファイバの一部分が延出してもよい実施形態を指す場合がある。

３Ｄ印刷された物品の外部への、光ファイバの光の効率的な伝達を可能にするために、３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部分は、光透過性でなければならない。それゆえ、３Ｄ印刷可能材料は、印刷段階の少なくとも一部の間に、光透過性材料を含む。特定の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料（またそれゆえ、３Ｄ印刷された材料）は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリフェニルスルホン（polyphenyl sulfone；ＰＰＳＦ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（polyamide；ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのうちの１つ以上を含む。それゆえ、光透過性材料は、ポリマー材料を含む。

用語「光透過性」はまた、特定の波長に対する透過性を指す場合もある。それゆえ、光透過性材料はまた、例えば、着色されていてもよい。また更なる実施形態では、光透過性材料は、光散乱を示してもよい（それにより、光を拡散させる）。

透過率又は光透過性は、第１の強度を有する特定波長の光を、材料に供給して、材料を透過した後に測定された、当該波長の光の強度を、当該特定波長で材料に供給された光の第１の強度に関連付けることによって、決定されることができる（ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，６９ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，１０８８−１９８９の、Ｅ−２０８及びＥ−４０６もまた参照されたい）。

特定の実施形態では、材料は、或る波長又は波長範囲の、特に、本明細書で説明されるような放射線の供給源によって生成された放射線の波長又は波長範囲の放射線の、厚さ１ｍｍの材料の層を介した、特に更に厚さ５ｍｍの材料の層を介した、放射線の垂直照射下での透過率が、特に少なくとも８０％などの、少なくとも約８５％などの、更に少なくとも約９０％などの、少なくとも６０％のような、少なくとも４０％などの、少なくとも約２０％である場合に、透過性と見なされてもよい。

全ての３Ｄ印刷された材料が、光透過性である必要はない。３Ｄ印刷された材料の１つ以上の部分が、光透過性であってもよく、オプションとして、１つ以上の他の部分は、光透過性でなくてもよい（すなわち、光不透過性）。

３Ｄ印刷された物品の外部に、ファイバを介して光を供給するために、３Ｄ印刷された材料の少なくとも一部分が、光透過性でなければならない（又は、光ファイバが部分的に埋め込まれていない）だけではなく、光の少なくとも一部はまた、光ファイバから抜け出た後に続けて、光透過性材料を通って伝搬するべきである。

それゆえ、本方法は、印刷段階の間に、光透過性材料を含む３Ｄ印刷された材料を含む、光脱出部分を提供するステップを更に含み、光ファイバを通って伝搬する、ＵＶ放射線、可視光、及びＩＲ放射線のうちの１つ以上、特に少なくとも可視光は、光ファイバから、光脱出部分によって含まれている３Ｄ印刷された材料を介して、３Ｄ物品の外部に抜け出ることができる。光ファイバを通って伝搬する光の少なくとも一部が、光ファイバの外に抜け出ることを容易にするために、いくつかの選択肢が選択されることができる。用語「光脱出部分」とは、特に、光ファイバからの光の（局所的）アウトカップリング、光透過性材料を通る光の伝搬、及び、その後の３Ｄ物品から外部への脱出により、３Ｄ物品から光が抜け出る、３Ｄ物品の部分を指す。

３Ｄ物品全体が、光透過性であってもよく、光ファイバは、（光ファイバが、光源に光学的に結合されている場合に）３Ｄ物品全体が発光し得るように構成されてもよい。しかしながら、更に他の実施形態では、３Ｄ物品は、１つ以上の光脱出部分、及び１つ以上の光不透過性部分を備えてもよい。用語「光不透過性部分」とは、光ファイバから光が抜け出た場合に、当該光に対して本質的に不透過性である、３Ｄ印刷された材料の部分を指す。そのような部分は、（光ファイバと３Ｄ物品の外部との間の）３Ｄ印刷された材料の厚さ、（光ファイバと３Ｄ物品の外部との間の）３Ｄ印刷された材料のタイプ、（光ファイバと３Ｄ物品の外部との間の）３Ｄ印刷された材料内の１種以上の添加物などのうちの１つ以上のような、パラメータを選択することによって作り出されてもよい。特定の実施形態では、３Ｄ物品は、少なくとも２つの光脱出部分、更により特定的には、少なくとも５つの光脱出部分を備える。光脱出部分は、例えば、（特に、３Ｄ印刷された材料及び光ファイバを指す）３Ｄ物品の、最大１００％のような、少なくとも２０％などの、少なくとも１０％に寄与し得る。

実施形態では、印刷段階の間に、光ファイバから光が抜け出ることを容易にする曲げ角度（α）で光ファイバを構成することによって、光脱出部分が更に提供される。それゆえ、本方法は、湾曲部を有する光ファイバを堆積させるステップを（それゆえ）含んでもよく、このことは、湾曲部における可視光のアウトカップリングを促進するものであり、３Ｄ印刷された材料内の光ファイバの湾曲部は、光脱出部分によって含まれている。オプションのクラッドを含めた、約４００μｍ以下の直径を有する光ファイバでは、全内部反射を局所的に低減する湾曲部が作製されることができる。特に、角度αは弧を画定し、αは、少なくとも４５°、特に４５°〜１３５°の範囲であり、弧の随伴半径は、最大約１ｃｍである。実施形態では、光ファイバには、特に、光ファイバの直径の最大５倍などの、光ファイバの直径の最大１０倍のような、特に、光ファイバの直径の最大１５倍などの、直径の最大２０倍である曲げ半径を有する屈曲部が、設けられてもよい。

それゆえ、全内部反射が低減され、光の少なくとも一部が光ファイバから抜け出るように、半径が選択される。それゆえ、光ファイバの長さの少なくとも一部にわたって、光ファイバは、光ファイバの直径の最大１０倍の曲げ半径を有してもよい。

あるいは、又は更に、印刷段階の間に、アウトカップリング機構を介して光ファイバから光が抜け出ることを容易にするために、光ファイバにアウトカップリング機構を設けることによって、光脱出部分が更に提供される。アウトカップリング機構は、例えば、（利用可能な場合）クラッドの一部分の除去であってもよく、それにより、コアが、３Ｄ印刷可能材料と直接接触する。例えば、光ファイバは、に供給されてもよく、プリンタヘッドの上流で、クラッドの少なくとも一部分をデバイスが除去する。あるいは、又は更に、光ファイバ内の擦過痕又は光ファイバ内の（非貫通）キャビティなどの欠損部が、光ファイバ内に作り出されてもよい。クラッドが利用可能である場合、クラッド及び下にあるコアの双方において、欠損部が存在してもよい。クラッドが（光ファイバの長さの一部にわたって）利用可能ではない場合、コアのみが、そのような欠損部を含んでもよい。例えば、光ファイバは、プリンタヘッドに供給されてもよく、プリンタヘッドの上流で、光ファイバ内にデバイスが欠損部を作り出す。それゆえ、実施形態では、アウトカップリング機構を設けるステップは、（ｉ）クラッドの一部分を除去するステップ、及び（ｉｉ）光ファイバ内に欠損部を作り出すステップのうちの１つ以上を含み得る。

更には、又は代替的に、アウトカップリング機構は、印刷プロセスの前に光ファイバに設けられてもよい。それゆえ、実施形態では、光ファイバは、予め欠損部を含んでもよく、及び／又は、長さの少なくとも一部にわたって、クラッドを含まなくてもよい。しかしながら、更に他の実施形態では、欠損部は、３Ｄ印刷方法の間に、又は３Ｄプリンタを使用して作り出される。

上述されたように、クラッドは、一般にコアよりも低い屈折率を有してもよい。このことは、光ファイバ内での全内部反射を容易にする。特に、（光ファイバの長さの一部にわたって）クラッドが利用可能ではない場合に、光ファイバよりも大きい屈折率を有する光透過性材料を選択することによって、アウトカップリングが容易にされてもよい。それゆえ、実施形態では、光脱出部分によって含まれている光透過性材料は、光ファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する（光透過性材料と接触している光ファイバの少なくとも一部分は、クラッドを含まない）。光透過性材料は、コアよりも大きい屈折率、例えば、少なくとも２０％大きいような、少なくとも５％大きい屈折率を有してもよい。

３Ｄ印刷方法はまた、光透過性材料、又は、より一般的には３Ｄ印刷可能材料の、光学特性を調整することも可能にする。ポリマー材料の組成並びに／あるいは添加物の濃度及び／又はタイプなどの、３Ｄ印刷可能材料の組成を制御することによって、３Ｄ印刷された材料の１つ以上の部分は、光透過性となる場合もあり、光透過性となる場合もあり、本質的に光透過性とならない場合もあり、発光性となる場合などもある。それゆえ、実施形態では、本方法は、少なくとも光脱出部分を有する、３Ｄ物品の異なる部分を提供するために、印刷段階の間に、（ｉ）３Ｄ印刷可能材料によって含まれる光反射性粒子の濃度、（ｉｉ）３Ｄ印刷可能材料によって含まれる発光材料の濃度、（ｉｉｉ）３Ｄ印刷可能材料の屈折率、及び（ｉｖ）３Ｄ印刷可能材料によって含まれるポリマー材料の組成のうちの１つ以上を変更することによって、３Ｄ印刷可能材料の組成を変更するステップを更に含んでもよい。語句「少なくとも光脱出部分を有する」は、いずれの選択が実施されるにせよ、少なくとも単一の光脱出部分が存在することを示すために追加されている（上記もまた参照されたい）。

用語「反射性粒子」はまた、異なるタイプの反射性粒子を指す場合もある。反射性粒子は、特に、光ファイバが所望され得る、ファイバと光学的に結合されている光源の光に対して、反射性であってもよい。異なる部分は、異なる濃度の反射性粒子を含んでもよく、反射性粒子を全く有さない部分も含む。反射性粒子は、当該技術分野において既知の反射性材料である、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｂａ_２ＳＯ_４などの、１種以上の無機材料を特に含んでもよい。

用語「発光材料」はまた、異なるタイプの発光材料を指す場合もある。発光材料は、特に、光ファイバが所望され得る、ファイバと光学的に結合されている光源の光を吸収する場合に、発光性であってもよい。異なる部分は、異なる濃度の発光材料を含んでもよく、発光材料を全く有さない部分も含む。発光材料は、特に、ガーネットを含む三価のセリウム、酸化物若しくは窒化物若しくは酸窒化物などを含む二価ユーロピウムなどの、量子構造又は発光材料などの１種以上の無機発光材料、染料などの有機発光材料などを含んでもよい。

それゆえ、特定の実施形態では、光透過性材料は、第１の透過率を有し、印刷段階の一部の間に、３Ｄ印刷可能材料は、第１の透過率よりも低い第２の透過率を有する、第２の材料を含み、本方法は、１つ以上の光脱出部分と、光透過性ではなく、３Ｄ印刷された材料を介して可視光が外部に抜け出ることができない、１つ以上の部分であって、第２の材料を含む１つ以上の部分とを設けるステップを更に含む。第２の透過率は、特に、第１の透過率よりも少なくとも５０％低くてもよく、例えば、少なくとも９５％などの、少なくとも９０％のような、少なくとも８０％低くてもよい。

更には、本発明は、本明細書で説明される方法を実行するために使用されることが可能な、ソフトウェア製品に関する。

本明細書で説明される方法は、３Ｄ印刷された物品を提供する。それゆえ、本発明はまた、更なる態様では、本明細書で説明される方法で得ることが可能な、３Ｄ印刷された物品も提供する。特に、本発明は、３Ｄ印刷された材料及び光ファイバを備える、３Ｄ物品を提供し、光ファイバは、３Ｄ印刷された材料内に少なくとも部分的に埋め込まれており、３Ｄ物品は、第１の透過率を有する光透過性材料を含む３Ｄ印刷された材料を含む、光脱出部分を備え、光ファイバを通って伝搬する、ＵＶ放射線、可視光、及びＩＲ放射線のうちの１つ以上、特に可視放射線は、光ファイバから、光脱出部分によって含まれている３Ｄ印刷された材料を介して、３Ｄ物品の外部に抜け出ることができる。

３Ｄ印刷された物品に関連するいくつかの特定の実施形態が、以下で本方法を論じる際に既に解明されている。以下では、３Ｄ印刷された物品に関連する、いくつかの特定の実施形態が、より詳細に論じられる。

それゆえ、特定の実施形態では、（ｉ）光脱出部分内の光ファイバが、光ファイバから光が抜け出ることを容易にする曲げ角度及び／又は曲げ半径（α）を有すること、（ｉｉ）光脱出部分内の光ファイバが、アウトカップリング機構を介して光ファイバから光が抜け出ることを容易にするために、アウトカップリング機構を有すること、及び（ｉｉｉ）光脱出部分によって含まれている光透過性材料が、光ファイバの屈折率よりも高い屈折率を有することのうちの、１つ以上である。

曲げ半径は、特に、光ファイバの直径の最大５倍などの、光ファイバの直径の最大１０倍のような、特に、光ファイバの直径の最大１５倍などの、直径の最大２０倍である。

特に、更なる実施形態では、角度αは弧を画定し、αは、４５°〜１３５°の範囲などの、少なくとも４５°であり、弧の随伴半径は、最大約１ｃｍである。

更なる実施形態では、（ｉ）光ファイバが、ガラス材料を含むコア、及びクラッドを含み、コアの少なくとも一部分が、クラッドによって覆われておらず、その部分が、光脱出部分によって少なくとも部分的に含まれていること、及び（ｉｉ）光ファイバが、光ファイバからの可視光のアウトカップリングを容易にするための欠損部を含む、アウトカップリング機構を含み、アウトカップリング機構の少なくとも一部分が、光脱出部分によって含まれていることのうちの、１つ以上である。このようにして、ファイバに機能的に結合されている光源を使用して、光ファイバに供給される際の、ＵＶ、可視、及びＩＲ放射線のうちの１つ以上、特に可視放射線の、光ファイバからのアウトカップリングが、（更に）容易にされてもよい。

上述されたように、３Ｄ物品によって含まれている、異なる部分が存在してもよい。それゆえ、実施形態では、３Ｄ物品は、１つ以上の光脱出部分と、光透過性ではない１つ以上の他の部分とを備え、２つ以上の部分は、（ｉ）３Ｄ印刷された材料によって含まれている光反射性粒子の濃度、（ｉｉ）３Ｄ印刷された材料によって含まれている発光材料の濃度、（ｉｉｉ）３Ｄ印刷された材料の屈折率、及び（ｉｖ）３Ｄ印刷された材料によって含まれているポリマー材料の組成のうちの、１つ以上において異なっている。高濃度の１種以上の光反射性粒子及び発光材料を有する、光透過性材料を供給することによって、光不透過性部分が（また）設けられてもよい点に留意されたい。それゆえ、本発明はまた、１つ以上の光脱出部分と、光透過性ではなく、３Ｄ印刷された材料を介して可視光が外部に抜け出ることができない、１つ以上の部分とを備える、３Ｄ物品の実施形態も提供する。

３Ｄ印刷プロセスに戻ると、本明細書で説明される３Ｄ印刷された物品を提供するために、特定の３Ｄプリンタが使用されてもよい。それゆえ、また更なる態様では、本発明はまた、（ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料をプリンタヘッドに供給するように構成されている３Ｄ印刷可能材料供給デバイスとを備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタを提供し、熱溶解積層法３Ｄプリンタは、３Ｄ印刷可能材料及び光ファイバを基材に供給するように構成されており、熱溶解積層法３Ｄプリンタは、（ｃ）（ｉ）クラッドの一部分を除去すること、及び（ｉｉ）光ファイバ内に欠損部を作り出すことのうちの１つ以上によって、光ファイバを修正するように構成されている、光ファイバ修正器を更に備える。３Ｄ印刷可能材料供給デバイスは、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントを、プリンタヘッドに供給してもよく、又は、３Ｄ印刷可能材料それ自体を供給して、プリンタヘッドが、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントを作り出してもよい。それゆえ、実施形態では、本発明は、（ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントをプリンタヘッドに供給するように構成されているフィラメント供給デバイスとを備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタを提供し、熱溶解積層法３Ｄプリンタは、３Ｄ印刷可能材料を基材に供給するように構成されており、（ｃ）上述されたような光ファイバ修正器を更に備える。

一態様では、本発明は、３Ｄ物品を３Ｄ印刷するステップを含む方法を提供し、当該方法は、３Ｄ印刷された材料内に光ファイバが少なくとも部分的に埋め込まれている、３Ｄ物品を提供するために、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料及び光ファイバを堆積させるステップを含み、当該方法は、印刷段階の間に、光ファイバを通って伝搬する可視光が、光ファイバから３Ｄ物品の外部に抜け出ることが可能な、光脱出部分を提供するステップを更に含む。光脱出部分は、例えば、光ファイバからの光のアウトカップリングを容易にする特定の曲げ半径、及び／又は、（クラッドを含む実施形態では）光ファイバ内の欠損部などの、光ファイバからアウトカップリング光が抜け出ることを容易にする（他の）アウトカップリング機構のうちの、１つ以上を含んでもよい。特定の曲げ半径条件はまた、実際に、光アウトカップリング機構を提供し得る。光ファイバが、完全には埋め込まれておらず、長さの少なくとも一部にわたって、アウトカップリング機構を含み、外部と直接接触している場合、光は、外部に直接抜け出てもよい。それゆえ、実施形態では、光ファイバが、完全には埋め込まれていなくてもよく、３Ｄ印刷された物体の表面に存在してもよく、及び／又は、そのような表面から延出しているため、３Ｄ印刷可能材料及び３Ｄ印刷された材料は、光透過性材料を含まなくともよい。そのような実施形態では、光脱出部分は本質的に、光が光ファイバから３Ｄ印刷された物品の外部に直接抜け出る、光ファイバの一部分であってもよい。それゆえ、１つ以上の区域は、３Ｄ印刷された材料で完全には覆われなくてもよい。

更に他の実施形態では、光ファイバは、長さの少なくとも一部にわたって完全に埋め込まれており、光ファイバはまた、光アウトカップリング機構も含む。そのような場合には、光脱出部分は、光透過性材料（すなわち、光透過性材料を含む３Ｄ印刷された材料）を更に含んでもよい。

それゆえ、本発明はまた、３Ｄ物品を３Ｄ印刷するステップを含む方法も提供し、当該方法は、３Ｄ印刷された材料内に光ファイバが少なくとも部分的に埋め込まれている、３Ｄ物品を提供するために、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料及び光ファイバを堆積させるステップを含み、３Ｄ印刷可能材料は、印刷段階の少なくとも一部の間に、光透過性材料を含んでもよく、又は光不透過性材料を含んでもよく、本方法は、印刷段階の間に、光脱出部分を提供するステップを更に含み、光脱出部分が、３Ｄ印刷された材料を含む場合、３Ｄ印刷された材料は、光透過性材料を含み、光脱出部分は特に、光ファイバを通って伝搬する可視光が、光ファイバから、オプションとして、光脱出部分によって含まれている３Ｄ印刷された材料を介して、３Ｄ物品の外部に抜け出ることが可能な、光ファイバの直径の最大２０倍よりも小さい半径を有する屈曲部、及び／又は、クラッドを有さない部分、及び／又はファイバ（あるいは、ファイバ及びクラッド）内の欠損部などの、光アウトカップリング機構を含む。

用語「熱溶解積層法（ＦＤＭ）３Ｄプリンタ」の代わりに、簡潔に、用語「３Ｄプリンタ」、「ＦＤＭプリンタ」、又は「プリンタ」が使用されてもよい。プリンタノズルはまた、「ノズル」として、又は場合により「押出機ノズル」として示されてもよい。

ここで、本発明の実施形態が、添付の概略図面を参照して例としてのみ説明され、図面中、対応する参照記号は、対応する部分を示す。
３Ｄプリンタのいくつかの一般的態様を概略的に示す。 ３Ｄプリンタのいくつかの一般的態様を概略的に示す。 いくつかの可能な３Ｄプリンタヘッドを概略的に示す。 いくつかの可能な３Ｄプリンタヘッドを概略的に示す。 いくつかの可能な３Ｄプリンタヘッドを概略的に示す。 いくつかの実施形態を概略的に示す。 いくつかの実施形態を概略的に示す。 いくつかの実施形態を概略的に示す。 いくつかの更なる実施形態を概略的に示す。 概略図面は必ずしも正しい縮尺ではない。

図１ａは、３Ｄプリンタのいくつかの態様を概略的に示す。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ＦＤＭ３Ｄ印刷を行うように構成されている、機能ユニットを示し、この参照符号はまた、３Ｄ印刷段階ユニットを示してもよい。この図では、ＦＤＭ３Ｄプリンタヘッドなどの、３Ｄ印刷される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、他の実施形態もまた可能である。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、他の実施形態もまた可能である。参照符号３２０は、印刷可能な（上述のものなどの）３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを示す。明瞭性のために、３Ｄプリンタの全ての特徴部は示されておらず、本発明に特に関連する特徴部（以下もまた更に参照されたい）のみが示されている。

３Ｄプリンタ５００は、実施形態では少なくとも一時的に冷却されてもよい受け物品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物品１０を生成するように構成されており、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ている。このことは、例えば、押出機能及び／又は加熱機能のうちの１つ以上を有するデバイスで行われてもよい。そ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（すなわち、フィラメント材料がプリンタノズル５０２から出る前の時点に）配置されている。プリンタヘッド５０１は、（それゆえ）液化器又は加熱器を含み得る。参照符号２０１は、印刷可能材料を示す。堆積されると、この材料は、（３Ｄ）印刷された材料として示され、これは、参照符号２０２で示されている。

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を示す。３Ｄプリンタ５００は、この材料を、受け物品上で、又は既に堆積されている印刷された材料上で、フィラメント又はファイバ３２０に変換する。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対して低減されている。それゆえ、プリンタノズルは（また）、押出機ノズルとして示される場合がある。フィラメントを１つずつ順に重ね合わせて配置することにより、３Ｄ物品１０が形成されてもよい。参照符号５７５は、フィラメント供給デバイスを示し、このデバイスは、この場合とりわけ、参照符号５７６で示される、スプール若しくはローラ及び駆動輪を含む。

参照符号Ａは、長手方向軸線又はフィラメント軸線を示す。

参照符号Ｃは、特に、受け物品５５０の温度を制御するように構成されている温度制御システムなどの、制御システムを概略的に示す。制御システムＣは、受け物品５５０を、少なくとも５０℃の温度まで加熱することが可能であるが、特に、少なくとも２００℃などの、最大約３５０℃の範囲まで加熱することが可能な加熱器を含んでもよい。

図１ｂは、構築中の３Ｄ物品１０の印刷を、より詳細な３Ｄで概略的に示す。この場合、この概略図面では、単一平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、現実には、実施形態において、このことが当てはまる場合もある。

それゆえ、図１ａ、図１ｂは、（ａ）プリンタノズル５０２を含む第１のプリンタヘッド５０１、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料２０１を含むフィラメント３２０を、第１のプリンタヘッド５０１に供給するように構成されている、フィラメント供給デバイス５７５、及びオプションとして（ｃ）受け物品５５０を備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００のいくつかの態様を概略的に示す。図１ａ、図１ｂでは、第１の印刷可能材料若しくは第２の印刷可能材料、又は第１の印刷された材料若しくは第２の印刷された材料は、一般的表示の、印刷可能材料２０１及び印刷された材料２０２で示されている。

とりわけ、本明細書では、照明器具を製造するために、３Ｄ印刷と組み合わせて光ファイバを使用することが提案されている（例えば、図２ａ〜図２ｃを参照されたい）。

ファイバは、３Ｄ印刷の間に、３Ｄ構造体の形成をもたらす光透過性ホストポリマー内に含められる。図２ａは、（ａ）プリンタノズル５０２を含むプリンタヘッド５０１、及び（ｂ）３Ｄ印刷可能材料２０１をプリンタヘッド５０１に供給するように構成されている、３Ｄ印刷可能材料供給デバイス５７５を備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の一実施形態を概略的に示す。熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、３Ｄ印刷可能材料２０１及び光ファイバ６１０を、基材１５５０に供給するように構成されている。プリンタヘッド５０１の下流の材料は、フィラメントを構成する光ファイバを含み、直径Ｄを有する光ファイバ６１０が、印刷可能材料２０１内に埋め込まれている点に留意されたい。このことにより、３Ｄ印刷された材料内に埋め込まれている光ファイバ６１０を含む、３Ｄ物品１の製造がもたらされる。それゆえ、図２ａはまた、３Ｄ物品１を３Ｄ印刷するステップを含む方法の、いくつかの態様を概略的に示す。本方法は、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料２０１及び光ファイバ６１０を堆積させるステップを含んでもよく、それゆえ特に、３Ｄ印刷可能材料２０１は、光ファイバ６１０を少なくとも部分的に包み込む。これにより、３Ｄ印刷された材料２０２内に光ファイバ６１０が少なくとも部分的に埋め込まれている、３Ｄ物品１が提供される。更には、３Ｄ印刷可能材料２０１は、印刷段階の少なくとも一部の間に、光透過性材料２０７を含む。本方法は特に、印刷段階の間に、光透過性材料２０７を含む３Ｄ印刷された材料２０２を含む、以下でより詳細に更に論じられる光脱出部分を提供するステップを更に含み、光ファイバ６１０を通って伝搬する可視光１１は、光ファイバ６１０から、光脱出部分６２０によって含まれている３Ｄ印刷された材料２０２を介して、３Ｄ物品１の外部に抜け出ることができる。他の実施形態では、光ファイバ６１０は、３Ｄ印刷された材料２０２内に少なくとも部分的に埋め込まれている光ファイバ６１０を提供するために、光ファイバ６１０を堆積させるための別のデバイスを使用して、プリンタヘッド５０１から独立して堆積されてもよい。

図２ｂは、プリンタヘッド５０１が、印刷可能材料２０１、特に、参照符号２０１ａ及び参照符号２０１ｂで示される、２つの異なるタイプの印刷可能材料２０１の、２つの供給源を含む実施形態を概略的に示す。印刷可能材料の供給源も同じく、それぞれ参照符号５７５ａ及び参照符号５７５ｂで示される、フィラメント供給デバイス５７５であってもよい。あるいは、フィラメント３２０はまた、プリンタヘッド５０１（及び、プリンタノズル５０２）内で作り出されてもよいため、印刷可能材料２０１の他のタイプの供給源もまた使用されてもよい点に留意されたい。そのようなプリンタヘッド５０１では、ポリマー組成、並びに／あるいは（オプションの）添加物のタイプ及び／又は（オプションの）添加物の濃度の観点で、異なるタイプの印刷可能材料２０１を供給することが（容易に）可能である。光ファイバ６１０もまた、プリンタヘッド５０１に供給される。それゆえ、プリンタは、２つのフィラメントなどの、２つ以上のフィラメントを供給するために使用されてもよい。或る１つのフィラメントが、第１のセクションを構成する。別のフィラメントが、第２のセクションを構成する。プリンタは、ファイバを供給するために使用されてもよい。コントローラ（図示せず）が、第１のフィラメント及び第２のフィラメントの選択を制御してもよい。

クラッドを有するファイバが使用されることができ、コンピュータ化されたデバイスが、（図２ｃに概略的に示されるような）印刷される物体の所望の場所に、印刷するステップの間、ファイバ及び／又はクラッド内に欠損部をもたらすことができる。

図２ｃは、（ｃ）（ｉ）クラッドの一部分を除去すること、及び（ｉｉ）光ファイバ６１０内に欠損部を作り出すことのうちの１つ以上によって、光ファイバ６１０を修正するように構成されている、光ファイバ修正器５９５を更に備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の一実施形態を概略的に示す。それゆえ、そのようなプリンタ５００では、印刷段階の間に、アウトカップリング機構６２５を介して光ファイバ６１０から光が抜け出ることを容易にするために、光ファイバ６１０にアウトカップリング機構６２５を設けることによって、光脱出部分６２０が提供される方法を、実行することが可能である。特に、アウトカップリング機構６２５を設けるステップは、（ｉ）クラッドの一部分を除去するステップ、及び（ｉｉ）光ファイバ内に欠損部を作り出すステップのうちの１つ以上を含む。欠損部は、ナイフなどの鋭利な要素によって作り出されてもよい。あるいは、又は更に、欠損部は、レーザによって、例えば、コア又はクラッドの局所加熱によって作り出されてもよい。

本明細書では、３Ｄ印刷された物体内にカスタマイズされた光パターンを生成するための、様々な方策が提案される。例えば、クラッドを有するファイバが使用されることができ、印刷するステップの間に、光の漏出の量並びに方向を調節するために、鋭い屈曲部が誘導されることができる（図３ａもまた参照されたい）。それゆえ、３Ｄ印刷された物体又は物品１は、コア及びクラッドを有する、光ファイバ６１０を含んでもよい。

光ファイバは、鋭い屈曲部（参照符号ｓｂを参照のこと）を有する第１のセクション、鋭くはない屈曲部（参照符号ｂもまた参照のこと）を有するか又は本質的に屈曲部を有さない（参照符号ｎｂを参照のこと）、第２のセクションを含んでもよい。鋭い屈曲部を有する第１のセクションは、光アウトカップリングをもたらす。他のセクションは、本質的に、光アウトカップリングをもたらし得ない。曲げ角度を制御することによって、光アアウトカップリングの量が適合されることができる。図３ｂは、より詳細に、そのような湾曲セクションに関する、曲げ角度α及び随伴半径ｒを概略的に示す。異なる曲げ角度及び半径は、異なるアウトカップリング強度をもたらし得る。更には、コア及びクラッドを有する光ファイバを含む、３Ｄ印刷された物体が、本明細書で提案される。光ファイバは、第１の鋭い屈曲部を有する第１のセクションと、第２の鋭い屈曲部を有する第２のセクションとを含み、第１の鋭い屈曲部と第２の鋭い屈曲部とは、鋭さが異なる（例えば、図３ａの屈曲部ｓｂ及び屈曲部ｂを参照のこと）。上述されたように、曲げ半径は、特に、光ファイバの直径の最大５倍などの、光ファイバの直径の最大１０倍のような、光ファイバの直径の最大１５倍などの、直径の最大２０倍であってもよい。光ファイバがクラッドを含む場合、直径は、クラッドを含めた光ファイバの直径である。

３Ｄ印刷された物体が、異なる屈曲部を有するか又は屈曲部を有さない、３つ以上のセクションを含むことは言うまでもない。

一実施形態では、欠損部６２５は、参照符号６１３で示されているクラッドを貫通して（図３ｃを参照のこと）、又は、参照符号６１２で示されているコア内に、作り出されてもよい。図３ｃは、同じ図面中に、いくつもの変形例を概略的に示している。光１１は、これらの欠損部で抜け出てもよい。更には、光は、クラッド６１３が利用可能ではなく、例えば、コア６１２よりも高い屈折率を有する光透過性材料２０７が適用されている場合に、コアから抜け出てもよい。そのような材料は、参照符号２０７ｂで示されている。別の実施例では、本発明者らは、複数のポリマーフィラメントを使用する、クラッドを有さないファイバの３Ｄ印刷が、光アウトカップリングの量を調整するために使用され得ることを提案する。図３ｃはまた、３Ｄ印刷された材料が、（クラッドを有さない）光ファイバよりも大きい屈折率を有する光脱出部分６２０ａを含む実施形態も、概略的に示す。このようにして、また、光が抜け出てもよい。参照符号６２０ｂは、それ自体は光透過性であってもよい材料を示すが、散乱粒子（図示せず）の添加により、材料は、本質的に光不透過性である。それゆえ、光は、外部に抜け出ることが可能ではない。それゆえ、部分６３０は、ポリマーが本質的に光不透過性であってもよいため、及び／又は、例えば散乱粒子又は光吸収粒子などの添加により、光透過性であってもよい。

クラッドを有さないファイバが使用される場合、特に光ファイバ内で導波が生じるように、光ファイバの屈折率よりも低い屈折率を有する、或る１つの材料、及び、光をカップルアウトするために、ファイバと同様の屈折率若しくはファイバよりも高い屈折率を有する、別の材料などの、異なる３Ｄ印刷可能（又は、印刷された）材料を使用することが可能である。それゆえ、一部の場所で、光はファイバ内に保持されてもよく、他の場所で、光はファイバから抜け出てもよい。

更には、印刷するステップの間に、ポリマーを、印刷するステップの間のファイバ上に適用しないことが可能である。それゆえ、印刷された物体の諸セクションは、ファイバ上にポリマーを全く有さない。参照符号６１１は、コア材料としてのガラス材料を指す。ガラスは、コアに関して好適な材料であるが、オプションとしてまた、ポリマー材料、又は石英などが使用されてもよい。図３ｃはまた、（ａ）可視の光源光１１を供給するように構成されている光源１０と、（ｂ）先行の請求項のいずれか一項に記載の３Ｄ物品１とを備え、光ファイバ６１０が光源１０に機能的に結合されている、照明システム１０００も概略的に示す。

更には、異なる組成を有する印刷可能材料が適用されてもよい。このことは、異なる透過性、散乱及び／又は発光の意味で異なる光学効果などをもたらし得る。例えば、第１のホストポリマー及び第２のホストポリマーの位置が適合されることができ、第１のホストポリマーと第２のホストポリマーとは、蛍光体（発光材料）及び／又は散乱材料の屈折率の量が異なる。この場合、用語「ホストポリマー」とは、光ファイバが埋め込まれている、印刷可能材料又は印刷された材料を指す。それゆえ、３Ｄ印刷可能材料又は３Ｄ印刷された材料は、光ファイバ（の少なくとも一部分）を受容する。３Ｄ印刷可能材料の特性を調整することにより、３Ｄ印刷プロセスの間に、局所的にカスタマイズされた光アウトカップリング／変換セクションが得られることができる。

図４は、（ａ、ｂ、及びｃで示される）異なるセクション又は部分が作り出されている実施形態を、概略的に示す。この場合も、単に例示目的のために、単一の図面中に３つの異なる変形例が示されている。１２．例えば、３Ｄ物品１は、１つ以上の光脱出部分６２０と、光透過性ではない１つ以上の他の部分６３０とを備えてもよい。更には、２つ以上の部分６２０、６３０は、（ｉ）３Ｄ印刷された材料２０２によって含まれている光反射性粒子６４１の濃度、（ｉｉ）３Ｄ印刷された材料２０２によって含まれている発光材料６４２の濃度、（ｉｉｉ）３Ｄ印刷された材料２０２の屈折率、及び（ｉｖ）３Ｄ印刷された材料２０２によって含まれているポリマー材料の組成のうちの、１つ以上において異なり得る。それゆえ、３Ｄ物品１は、例えば、１つ以上の光脱出部分６２０と、光透過性ではなく、３Ｄ印刷された材料２０２を介して可視光が外部に抜け出ることができない、１つ以上の部分６３０とを備え得る。図４は、印刷された材料２０２を示し得るが、実際にはまた、３Ｄ印刷可能材料２０１のフィラメントも示し得る。それゆえ、この図面が、堆積前のフィラメント（３Ｄ印刷可能材料）だけではなく、堆積後のフィラメント（３Ｄ印刷された材料２０２）もまた示すために使用され得ることを示すために、参照符号２０１、２０２が使用されている。参照符号２０８は、光透過性材料２０７の透過率よりも本質的に低い第２の透過率を有する、第２の材料を示す。

本明細書では、とりわけ、３Ｄプリンタ、コンピュータプログラム、及び３Ｄ印刷方法が提案される。更には、印刷されることになる３Ｄ設計をロードするステップと、特定の照明効果のための光アウトカップリング位置を計算するステップと、３Ｄ物品を印刷するステップと含む方法に関して使用されることが可能な、コンピュータプログラムが提案される。また、３Ｄ印刷の方法も提案され、当該方法は、印刷されることになる３Ｄ設計をロードするステップと、特定の照明効果のための光アウトカップリング位置を計算するステップと、ファイバ内に光アウトカップリングセクションを作製するステップと、構造体を３Ｄ印刷するステップとを含む。

一実施例では、管状の３Ｄ印刷された物品を提供するために、クラッドを有するガラスファイバが使用され、透明ポリカーボネートと共に印刷された。ファイバに光をカップルインするために、レーザからの青色光が使用された。コア内に不完全部を設けることによって、アウトカップリング構造部がファイバ内にもたらされた。

「実質的に成る」などの、本明細書の用語「実質的に（substantially）」は、当業者によって理解されるであろう。用語「実質的に」はまた、「全体的に（entirely）」、「完全に（completely）」、「全て（all）」などを伴う実施形態も含み得る。それゆえ、実施形態では、当該形容詞はまた、実質的に削除される場合もある。適用可能な場合、用語「実質的に」はまた、９５％以上、特に９９％以上、更に特に９９．５％以上などの、１００％を含めた９０％以上にも関連し得る。用語「備える（comprise）」は、用語「備える（comprise）」が「から成る（consists of）」を意味する実施形態もまた含む。用語「及び／又は」は、特に、「及び／又は」の前後で言及された項目のうちの１つ以上に関連する。例えば、語句「項目１及び／又は項目２」、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。用語「備える（comprising）」は、一実施形態では、「から成る（consisting of）」を指す場合もあるが、別の実施形態ではまた、「少なくとも定義されている種、及びオプションとして１つ以上の他の種を包含する」も指す場合がある。

更には、明細書本文及び請求項での、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るものであり、必ずしも、連続的又は時系列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、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明又は図示されるもの以外の、他の順序での動作が可能である点を理解されたい。

本明細書のデバイスは、とりわけ、動作中について説明されている。当業者には明らかとなるように、本発明は、動作の方法又は動作時のデバイスに限定されるものではない。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであり、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可能となる点に留意されたい。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「備える（to comprise）」及びその活用形の使用は、請求項に記述されたもの以外の要素又はステップが存在することを排除するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数のそのような要素が存在することを排除するものではない。本発明は、いくつかの個別要素を含むハードウェアによって、及び、好適にプログラムされたコンピュータによって実装されてもよい。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、１つの同一のハードウェア物品によって具現化されてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、デバイスに適用される。本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、方法又はプロセスに関する。

本特許で論じられている様々な態様は、更なる利点をもたらすために組み合わされることも可能である。更には、当業者は、実施形態が組み合わされることが可能であり、また、３つ以上の実施形態が組み合わされることも可能である点を理解するであろう。更には、特徴のうちのいくつかは、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。

第１の（印刷可能又は印刷された）材料及び第２の（印刷可能又は印刷された）材料のうちの１つ以上は、それらの材料のＴ_ｇ又はＴ_ｍに影響を及ぼさない（及ぼす）ガラス及びファイバなどの充填剤を含有してもよいことは言うまでもない。

Claims (15)

1. 熱溶解積層法（ＦＤＭ）において３Ｄ物品を３Ｄ印刷するステップを含む方法であって、３Ｄ印刷された材料内に光ファイバが少なくとも部分的に埋め込まれている、前記３Ｄ物品を提供するために、印刷段階の間に、３Ｄ印刷可能材料及び前記光ファイバを堆積させるステップを含み、前記３Ｄ印刷可能材料が、前記印刷段階の少なくとも一部の間に、光透過性材料を含み、前記方法は、前記印刷段階の間に、前記光透過性材料を含む３Ｄ印刷された材料を含む、光脱出部分を提供するステップを更に含み、前記光ファイバを通って伝搬する可視光が、前記光ファイバから、前記光脱出部分によって含まれている前記３Ｄ印刷された材料を介して、前記３Ｄ物品の外部に抜け出ることができる、方法。
2. 前記印刷段階の間に、前記光ファイバから光が抜け出ることを容易にする曲げ半径で前記光ファイバを構成することによって、前記光脱出部分が更に提供される、請求項１に記載の方法。
3. 前記印刷段階の間に、アウトカップリング機構を介して前記光ファイバから光が抜け出ることを容易にするために、前記光ファイバに前記アウトカップリング機構を設けることによって、前記光脱出部分が更に提供される、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の方法。
4. アウトカップリング機構を設けるステップが、（ｉ）クラッドの一部分を除去するステップ、及び（ｉｉ）前記光ファイバ内に欠損部を作り出すステップのうちの１つ以上を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記光脱出部分によって含まれている前記光透過性材料が、前記光ファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも前記光脱出部分を有する、前記３Ｄ物品の異なる部分を提供するために、前記印刷段階の間に、（ｉ）前記３Ｄ印刷可能材料によって含まれる光反射性粒子の濃度、（ｉｉ）前記３Ｄ印刷可能材料によって含まれる発光材料の濃度、（ｉｉｉ）前記３Ｄ印刷可能材料の屈折率、及び（ｉｖ）前記３Ｄ印刷可能材料によって含まれるポリマー材料の組成のうちの１つ以上を変更することによって、前記３Ｄ印刷可能材料の組成を変更するステップを更に含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記光ファイバが、ガラス材料を含み、前記方法は、熱溶解積層法を含み、前記印刷段階の間に、前記光ファイバ及び前記３Ｄ印刷可能材料が、単一のプリンタヘッドを使用して同時に堆積される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記光透過性材料が、第１の透過率を有し、前記印刷段階の一部の間に、前記３Ｄ印刷可能材料が、前記第１の透過率よりも低い第２の透過率を有する、第２の材料を含み、前記方法は、１つ以上の光脱出部分と、光透過性ではなく、前記３Ｄ印刷された材料を介して可視光が前記外部に抜け出ることができない、１つ以上の部分であって、前記第２の材料を含む１つ以上の部分とを設けるステップを更に含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 熱可塑性フィラメントである３Ｄ印刷された材料及び光ファイバを備える、３Ｄ物品であって、前記光ファイバが、前記熱可塑性フィラメント内に少なくとも部分的に埋め込まれており、前記３Ｄ物品は、第１の透過率を有する光透過性材料を含む前記熱可塑性フィラメントを含む、光脱出部分を備え、前記光ファイバを通って伝搬する可視光が、前記光ファイバから、前記光脱出部分によって含まれている前記熱可塑性フィラメントを介して、前記３Ｄ物品の外部に抜け出ることができる、３Ｄ物品。
10. （ｉ）前記光脱出部分内の前記光ファイバが、前記光ファイバから光が抜け出ることを容易にする曲げ半径を有すること、（ｉｉ）前記光脱出部分内の前記光ファイバが、アウトカップリング機構を介して前記光ファイバから光が抜け出ることを容易にするために、前記アウトカップリング機構を有すること、及び（ｉｉｉ）前記光脱出部分によって含まれている前記光透過性材料が、前記光ファイバの屈折率よりも高い屈折率を有することのうちの、１つ以上である、請求項９に記載の３Ｄ物品。
11. （ｉ）前記光ファイバが、ガラス材料を含むコア、及びクラッドを含み、前記コアの少なくとも一部分が、前記クラッドによって覆われておらず、前記部分が、前記光脱出部分によって少なくとも部分的に含まれていること、及び（ｉｉ）前記光ファイバが、前記光ファイバからの可視光のアウトカップリングを容易にするための欠損部を含む、アウトカップリング機構を含み、前記アウトカップリング機構の少なくとも一部分が、前記光脱出部分によって含まれていることのうちの、１つ以上である、請求項９乃至１０のいずれか一項に記載の３Ｄ物品。
12. １つ以上の光脱出部分と、光透過性ではない１つ以上の他の部分とを備え、２つ以上の部分が、（ｉ）前記熱可塑性フィラメントによって含まれている光反射性粒子の濃度、（ｉｉ）前記熱可塑性フィラメントによって含まれている発光材料の濃度、（ｉｉｉ）前記熱可塑性フィラメントの屈折率、及び（ｉｖ）前記熱可塑性フィラメントによって含まれているポリマー材料の組成のうちの、１つ以上において異なっている、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の３Ｄ物品。
13. １つ以上の光脱出部分と、光透過性ではなく、前記３Ｄ印刷された材料を介して可視光が前記外部に抜け出ることができない、１つ以上の部分とを備え、前記光脱出部分内の前記光ファイバが、前記光ファイバの直径の最大２０倍の曲げ半径を有する、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の３Ｄ物品。
14. （ａ）可視の光源光を供給するように構成されている光源と、（ｂ）請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の３Ｄ物品とを備え、前記光ファイバが前記光源に機能的に結合されている、照明システム。
15. （ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料を前記プリンタヘッドに供給するように構成されている３Ｄ印刷可能材料供給デバイスとを備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタであって、前記熱溶解積層法３Ｄプリンタは、前記３Ｄ印刷可能材料及び光ファイバを基材に供給するように構成されており、前記熱溶解積層法３Ｄプリンタは、（ｃ）（ｉ）クラッドの一部分を除去すること、及び（ｉｉ）前記光ファイバ内に欠損部を作り出すことのうちの１つ以上によって、前記光ファイバを修正するように構成されている、光ファイバ修正器を更に備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ。

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