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TWI862615B - 經改良熱機械複合材料的積層製造 - Google Patents

經改良熱機械複合材料的積層製造 Download PDF

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TWI862615B
TWI862615B TW109121965A TW109121965A TWI862615B TW I862615 B TWI862615 B TW I862615B TW 109121965 A TW109121965 A TW 109121965A TW 109121965 A TW109121965 A TW 109121965A TW I862615 B TWI862615 B TW I862615B
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亞力克 畢勒茲基
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以色列商納米尺寸技術領域股份有限公司
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Abstract

本揭示案係關於使用積層製造(AM)來製造複合組件之系統、方法及組合物。具體言之，本揭示案係關於使用例如噴墨列印製造具有經改良或經調節熱機械特性以及衍生介電強度之複合組件的方法、系統及組合物。

Description

經改良熱機械複合材料的積層製造
本揭示案係關於使用積層製造(AM)來製造複合組件之系統、方法及組合物。特定言之，本揭示案係關於使用例如噴墨列印製造具有經改良熱機械特性之複合組件的方法、系統及組合物。
積層製造(AM)(所謂的「3D列印」)為在自動化控制下在整個3D工作空間(work envelope)中經由順序層材料累加/接合來製造物件之過程之通用術語。ISO/ASTM52900-15界定了七種類別之積層製造過程：黏結劑噴射、定向能量沈積、材料擠出、材料噴射、粉末床融合、薄片層壓及光聚合。
由AM產生的複合材料通常由連續基質及作為不連續相之分散強化材料以及有時存在的界面或黏結劑組成。可經由成分材料及製造方法之正確選擇來控制複合材料之物理及機械特性及微觀結構。用於製造複合材料之材料擠出類別方法中的一者為融合沈積成型(FDM)。FDM係指AM過程，其中藉由將熱塑性長絲饋送至經加熱擠出頭中建構物件/組件。經加熱擠出頭將熔融的熱塑性材料熔融且沈積為例如一連串珠粒。各珠粒的形狀大致為球形或圓柱形，以逐層建構列印部件。為了擴大列印部件的種類，可將噴嘴中之一者用於支撐材料。支撐材料可支撐未由建構材料直接支撐的最終結構中的懸垂列印組 件。對支撐材料進行列印(換言之，以與建構材料相同之方式沈積，但不同於建構材料，在列印過程之後移除所述支撐材料，得到最終3D部件(其在某些情形下可能併有空隙)。
同樣，粉末床融合之實例典型地涉及用粉末裝填粉末床外殼基板且選擇性地將粉末之一部分作為層融合至基板，通常使用熱源，如雷射、電子束或焊接裝置。一旦層已在基板上顯現，則將基板退回至粉末床，用額外粉末重新裝填粉末床，且將連續層融合至預先添加至基板之層上。粉末通常包含稠度相對較細且使用重塗裝置易於沈積至粉末中的金屬、陶瓷或塑膠材料。重塗裝置典型地為葉片或輥型裝置，其可操作以將粉末自粉末源(亦即粉末儲集器)轉移至粉末床，在遞送時，粉末與先前遞送至粉末床且在將先前層添加至所述基板時未與底層基板融合的殘餘粉末在粉末床中接合。一旦最終層已添加至結構，則將所述結構自粉末床移除進行後續處理。
基質與強化材料的組合經組態得到比傳統材料更堅固、更輕盈及/或更便宜但仍符合對其預期應用的特定需求的最終組件。
複合材料亦用於產生列印電路板(PCB)、可撓性列印電路(FPC)、高密度互連PCB(HDIP)及其他積層製造電子件(AME)。可例如藉由涉及光微影之多步驟過程產生PCB。用於製造PCB之最常見材料中的一者為FR-4，其為一種由嵌入有編織玻璃纖維之環氧聚合物基質製成的複合材料。此組合使得材料在一定程度上具有耐火性且提供良好強度與重量比及相當大的機械強度。
積層製造過程允許直接(不使用工具)自3D CAD資料產生高度複雜的幾何結構，藉此准許產生呈現較高解析度表面之物件。儘管此等過程適用於詳述所產生物件之各種表面特性，但此類方法已致力於產生解析度低於0.2 mm之複雜的物件。
因此，存在對能夠高效且精確地製造複合組件之複雜物件的組合物、系統及方法之需求，所述複合組件之複雜的物件能夠承受各種熱機械條件而不經歷效能劣化。所揭示之技術解決了以上一些所鑑別缺點。
在各種例示性實施中，揭示使用積層製造(例如噴墨列印)形成或製造3D複合組件之方法，以及形成具有經改良熱機械特性之複合材料的方法之例示性實施。
在例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造積層製造電子件之強化三維(3D)介電區段的方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有不同的熱機械特徵參數；輸送機，其可操作地耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機經組態以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括：與非暫時性儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在執行時經組態使得所述CPM：接收表示(3D)介電區段之3D可視化檔案；及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第一實質上2D層的檔案，及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第二實質上2D層的檔案，其中所述CAM模組經組態以控制所述輸送器、所述第一列印頭及所 述第二列印頭中之每一者；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，獲得所述(3D)介電區段之所述第一實質上2D層，所述第一2D層包括表示所述第一介電油墨之圖案；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述(3D)介電區段之所述2D層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；獲得所述(3D)介電區段之所述第二實質上2D層，所述第二2D層包括表示所述第二介電油墨之圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第二介電油墨之所述圖案；移除所述基板。
在另一例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造強化三維(3D)介電區段之方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有不同的熱機械特徵參數；輸送機，其可操作地耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機經組態以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其與所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括：與非暫時性儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在執行時經組態使得所述CPM：接收表示(3D)介電區段之3D可視化檔案；及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第一實質上2D層的檔案，所述檔案包括對應於用於在所述第一層中列印之所述第一介電油墨組合物之圖案，及產生表示在用於列印之同一第一實質上2D層中用於列印所述第二介電油墨組合物之圖案的檔案，所述第一圖案及所述第二圖案經組態以形成所述第一介電油墨組合物之基質內的所述第二介電油墨組合物之圓柱形桿的陣列，其中所述 CAM模組經組態以控制所述輸送器、所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，獲得所述(3D)介電區段之所述第一實質上2D層，所述第一2D層包括表示所述第一介電油墨之圖案；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述(3D)介電區段之所述2D層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第二介電油墨之所述圖案；移除所述基板。
在又一例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造積層製造電子件(AME)之強化三維(3D)介電區段之電腦化方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有與所述第一介電油墨組合物不同的熱機械特徵參數；輸送機，其耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機可操作以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與至少所述輸送機及所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括與非暫時性處理器可讀儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述可讀儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在由所述至少一個處理器執行時使得所述CPM藉由執行包括以下之步驟來控制所述噴墨列印系統：接收表示所述AME之3D可視化檔案；及產生包括複數個檔案的檔案庫，每個檔案表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的實質上2D層，及表示至少所述列印次序的元檔案；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三 維(3D)介電區段的所述第一層的第一檔案，其中所述第一檔案包括用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第二介電油墨表示的所述圖案；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的後續層的後續檔案；所述後續檔案包括在每一後續層中用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；重複使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案的步驟至使用所述CAM模組，自所述2D檔案庫獲得所述後續實質上2D層的步驟，接著固化對應於所述最終層中之所述第二介電油墨組合物的所述圖案，所述AME之所述強化三維(3D)介電區段包括以下中之至少一者：所述第一介電油墨組合物之連續基質內的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式的陣列，及所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之交替層；及移除所述基板。
用於製造強化複合組件及/或物件之方法及組合物的此等及其他特點將自以下實施方式在結合圖式及實例閱讀時顯而易見，所述圖式及實例為例示性的，而非限制性的。
10:立方體/盒/列印組件/複合盒
30:強化層/部分
20:3D複合組件
101i:層
102j:層
103k:層
201p:圓柱類強化桿/圓柱類強化桿-陣列/圓柱
202q:圓柱類強化桿/圓柱類強化桿-陣列/圓柱
203:多邊形網路
hi:厚度
hJ:厚度
hk:厚度
rp:距離
rq:距離
為了更好地理解具有經改良熱機械特性之複合組件的系統、製造方法及組合物，關於其例示性實施，參考隨附實例及圖式，其中：圖1A繪示了使用具有不同熱機械特性以製造複合材料之介電材 料的交替層製造的3D組件，及圖1B繪示了具有均質熱機械層的交替基礎電介質層與桿陣列基質層之組合，及圖1C繪示了圖1A的TMA分析結果；圖2A展示了嵌入於基質中之桿陣列的例示性實施，桿陣列組態示意圖繪示於圖2B中：及圖3展示了使用所揭示之系統、方法及組合物製造的蜂巢組態之例示性實施。
本發明提供用於製造具有經改良熱機械特性之複合組件的系統、方法及組合物之例示性實施。
三維(3D)聚噴墨印表機經調適以使用經由其列印頭之噴嘴陣列中的孔口噴射(排出)的液體油墨。通常，可商購的3D印表機使用基於聚合物之油墨、基於陶瓷之油墨或基於金屬奈米粒子之油墨。使用聚噴墨列印系統可克服FDM印表機所具有的精度及解析度問題。在使用聚噴墨方法之3D列印中，經由列印頭之噴嘴噴射的油墨必須為液態。
因此且在若干例示性實施中，本文提供用於列印由兩種或更多種材料製成之3D組件的方法，其中所述材料中之一者充當主要(建構)基質且另一者充當強化材料。在本揭示案之情形下，最終列印組件稱為複合材料。在所揭示之方法中，所有噴射的油墨在噴射之前為液體且在噴射之後經歷固化及凝固。所述方法經組態以改良最終列印組件之機械特性及/或熱特性，諸如拉伸強度、熱膨脹係數(CTE)等。在例示性實施中，藉由列印主基質及強化件之交替層來改良特性。在另一例示性實施中，藉由列印嵌入於主基質(建構)材料中之圓柱類強化件來達成改良。
在另一例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造積層製造電子件之強化三維(3D)介電區段之電腦化方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有不同的熱機械特徵參數；輸送機，其可操作地耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機經組態以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括：與非暫時性儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在執行時經組態使得所述CPM：接收表示(3D)介電區段之3D可視化檔案；及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第一實質上2D層的檔案，及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第二實質上2D層的檔案，其中所述CAM模組經組態以控制所述輸送器、所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，獲得所述(3D)介電區段之所述第一實質上2D層，所述第一2D層包括表示所述第一介電油墨之圖案；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述(3D)介電區段之所述2D層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；獲得所述(3D)介電區段之所述第二實質上2D層，所述第二2D層包括表示所述第二介電油墨之圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第二介電油墨之所述圖案；移除所述基板。
在又一例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造積層 製造電子件(AME)之強化三維(3D)介電區段之電腦化方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有與所述第一介電油墨組合物不同的熱機械特徵參數；輸送機，其耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機可操作以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與至少所述輸送機及所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括與非暫時性處理器可讀儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述可讀儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在由所述至少一個處理器執行時使得所述CPM藉由執行包括以下之步驟來控制所述噴墨列印系統：接收表示所述AME之3D可視化檔案；及產生包括複數個檔案的檔案庫，每個檔案表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的實質上2D層，及表示至少所述列印次序的元檔案；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的所述第一層的第一檔案，其中所述第一檔案包括用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第二介電油墨表示的所述圖案；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的後續層的後續檔案；所述後續檔案包括在每一後續層中用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指 令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；重複使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案的步驟至使用所述CAM模組，自所述2D檔案庫獲得所述後續實質上2D層的步驟，接著固化對應於所述最終層中之所述第二介電油墨組合物的所述圖案，所述AME之所述強化三維(3D)介電區段包括以下中之至少一者：所述第一介電油墨組合物之連續基質內的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式的陣列，及所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之交替層；及移除所述基板。
在所述方法中，AME之強化三維(3D)介電區段可包括固定厚度的兩種分化材料之「交替層」而非傳統「基質+桿/導線強化件」(例如，FR-4)。層之形狀經組態以根據列印組件或其部分的最終3D形狀(自3D檔案獲得，所述檔案解析成用於列印之2D位圖或柵格)進行列印。層的厚度及兩種材料之層的比率(例如，在強化與建構基質之間)應根據列印組件之3D形狀而設定大小及組態。舉例而言，若使用複合材料之主要目的為減小列印組件之CTE，則應併入具有較低CTE之較薄的材料層(固化之後)，如圖1A-1B中可見。
為了達成完整3D組件之列印，所述組的可執行指令在執行時經進一步組態使得所述CPM(及/或與CPM通訊之至少一個處理器)產生具有後續層之檔案庫，每一層包括表示以下中之至少一者的圖案：所述第一介電油墨及所述第二介電油墨，藉此所述層經組態在所述第一介電油墨與所述第二介電油墨之間以交替次序(可藉由所述庫中之每一層檔案的所述元檔案確定之次序)列印。此外，每一介電油墨組合物之圖案可能相同或不同，且可將兩個圖案(呈交替層組態形式)處理成用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的單層檔案。
在本揭示案之情形下，術語「庫」係指自3D可視化檔案衍生之 2D層檔案的集合，所述檔案含有待用第一及第二介電油墨列印之層的每一圖案所需的資訊，所述資訊可由CPM存取及使用，其又可藉由包括在電腦可讀媒體中之可執行指令執行。CAM包含：CPM，其進一步包括與庫通訊的處理器；非暫時性儲存裝置，其儲存有一組操作指令以供(至少一個)處理器執行；微機械噴墨列印頭，其與所述處理器且與所述庫通訊；及列印頭介面電路，其與2D檔案庫、非暫時性儲存裝置及微機械噴墨列印頭通訊，所述2D檔案庫經組態以提供用於列印特定層(例如，交替基質層或強化層及/或具有不同熱機械特性之圖案)的印表機操作參數。
因此，使用AM製造具有經改良或經調節熱機械特性之複合材料的方法，所述方法進一步包括使用CAM模組，自庫獲得表示後續層(例如，使用第一介電(DI)油墨組合物之基質層，或使用第二DI組合物之強化層，或兩者在單層檔案中及其列印次序)的所產生檔案，用於列印之AME的強化3D介電區段的實質上2D層；重複獲得包括表示第一介電油墨組合物之圖案的後續層(在初始每一基質及強化層之至少兩個層之後)的步驟至固化包括表示第二介電油墨組合物之圖案的後續層的步驟。
使用本文所揭示之方法在固化交替層或建構基質中之嵌入形式陣列(例如，桿、六邊形等)的步驟後(此外，在固化之後，其可在相同或不同條件下)設法改良或調節的熱機械特徵參數為以下中之至少一者：熱膨脹係數(α)[指代溫度升高的每單位長度或體積的分數增加]、拉伸強度[換言之，固化組件比例極限，或最大應力，應力及應變保持成比例直至最大應力，且若超出最大應力，任何施加之應變將不產生彈性響應]、楊氏模數(E)、玻璃轉移溫度(Tg)[指因溫度升高，一旦間隙自由體積大到足以容納鏈長變化時，臨界聚合物鏈長的協同平移運動的起始溫度]、脆性延性過渡溫度(Tβ)[指代固化 3D複合組件之溫度相關斷裂行為]及[Tβ/Tg]比率、泊松比(指代側向收縮(或壓縮)與縱向延伸或收縮之比率)，各自如在AME之固化層及/或強化3D介電區段上所量測。
在另一例示性實施中，使用本文所揭示之方法、系統及組合物設法改良或調節的熱機械特徵參數為介電擊穿強度。在例示性實施中，術語「介電擊穿」係指由流經此類電絕緣材料之電流產生的電絕緣材料中之電壓引起的絕緣體-導體轉移，其通常被觀測為造成電阻實質上減小的電極兩端之電弧。對此現象之一種解釋假定了絕緣材料中之原子具有極緊密結合的電子，從而很好地抵抗自由電子流動。然而，絕緣體無法阻擋無限量的電壓。此外，不同於涉及電流與所施加電壓成線性比例之導體的情形，流經絕緣體之電流主要為非線性的：對於低於某一臨限值位準之電壓，實際上不會有電荷流動，但若電壓超過彼臨限值，則將存在一股電流。一旦迫使電流通過絕緣材料，則表面上發生了彼材料的分子結構之擊穿。存在兩種已知種類的電擊穿；即熱擊穿及電擊穿。
熱擊穿可由電流過度加熱DI組件引起，其在一定電壓下引起聚合物熔融或燃燒，而電擊穿通常由衝擊電離引起，但其亦可為電荷載子自電極及自價帶至導電帶穿隧的結果。穿隧效應主要發生在薄層(p-n接面)中。使用本文所揭示之系統、方法及組合物有可能提高複合材料對經由複合3D組件之高頻電流波動的耐受性。
舉例而言，使用第一DI組合物，所述第一DI組合物包括例如介電常數(ε)為2.8(在1MHz下)之聚(甲基丙烯酸甲酯)作為建構材料，及交替層及/或與第二DI組合物形成複數個嵌入物件之陣列，包括(例如)具有2.0之e的聚(四氟乙烯)(PTFE)，使得介電強度(換言之，DEB臨限值)自約100kV/cm與約300kV/cm之間增加(亦即，改良或調節)至約400kV/cm與約650 kV/cm之間。
用第二DI組合物製造的強化層之厚度可在約7μm與約120μm之間，例如約15μm與約100μm之間，或約25μm與約75μm之間變化。同樣，基質(建構)材料之厚度可經大小設定且經組態以在2-50μm或約5μm與約40μm，例如約10μm與約35μm，或約15μm與約25μm之間變化。另外，強化材料層與基質(建構)材料之間的厚度比率可經設定大小且經組態以在1：2至1：5之間變化。
在例示性實施中，複合3D組件可包括基質(穿插有各種類型之強化層的建構層，例如，在一個穿插層中支撐層包括使用第二DI組合物製造之預定層厚度，而在另一強化層中強化層包括第一DI組合物及第二DI組合物兩者(參見例如3D複合組件20，圖1B)。因此，所述組的可執行指令在執行時經進一步組態使得CPM：使用第一介電油墨產生表示用於列印強化(3D)介電區段之第一實質上2D嵌入物件形式(例如，桿、栓、球、細長多邊形桿、蜂巢壁及其類似者)層的檔案，所述檔案包括對應於用於在第一層中列印之所述第一介電油墨組合物之圖案；及對應於用於列印之相同實質上2D桿-基質層中之所述第二介電油墨組合物之列印圖案，第一圖案及第二圖案經組態以形成複數個物件形式之實質上包埋於第一(建構)介電油墨組合物之實質上連續基質內的第二介電油墨組合物之陣列(參見例如圖2A、2B)。其後，使用第一列印頭，形成對應於第一介電油墨之圖案；固化對應於(3D)介電區段之層中第一介電油墨表示的圖案；隨後依序或同時獲得表示所述圖案(其表示且對應於第二介電油墨)之檔案；使用第二列印頭，形成表示且對應於第二介電油墨之(陣列)圖案；及固化所述第二介電油墨之所述圖案，藉此形成由嵌入於由第一DI組合物製成之基質中的第二DI組合物(具有不同熱機械特性)製成之複數個物件形式之陣列的至少一部 分。
此處同樣，類似於交替層實例，所述組的可執行指令在執行時經進一步組態使得所述CPM或與CPM通訊之至少一個處理器產生具有後續層之檔案庫，每一層包括表示且對應於所述第一介電油墨組合物之圖案及表示且對應於所述第二介電油墨組合物之圖案，所述層在列印及固化所有庫檔案後，在所述第一介電油墨組合物之基質內形成所述第二介電油墨組合物之複數個物件形式的陣列，使得當列印所有層時，將嵌入於(建構)基質內之複合物件形式的強化區段列印至經調適以向AME之強化3D介電區段提供所需經改良及/或經調節熱機械特性的預定厚度。因此且在另一例示性實施中，庫一經編譯(換言之，成為直接可由CPM執行之格式)，則使用CAM模組，獲得表示用於列印之AME之強化3D介電區段的後續實質上2D層的所產生檔案；及在完成所需厚度或完成AME之強化3D介電區段後重複步驟：列印後續雙層及/或物件形式(自形成對應於(建構)基質之第一DI之圖案)至步驟：固化表示且對應於所述第二DI組合物之圖案，所述第二DI組合物對應於替代層及/或在相同後續層及任何層中的物件形式之陣列。
在例示性實施中，可藉由以下製造完整3D複合組件：如圖3中示意性地繪示，將由第二DI組合物構成的桿陣列嵌入於使用第一DI組合物製造的建構基質內，或另外或替代地分散於第一DI組合物內的第二DI組合物的圖案內。因此，且在例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造積層製造電子件(AME)之強化三維(3D)介電區段的方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有與所述第一介電油墨組合物不同的熱機械特徵參數；輸送機，其耦接 至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機可操作以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與至少所述輸送機及所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括與非暫時性處理器可讀儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述可讀儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在由所述至少一個處理器執行時使得所述CPM藉由執行包括以下之步驟來控制所述噴墨列印系統：接收表示所述AME之3D可視化檔案；及產生包括複數個檔案的檔案庫，每個檔案表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的實質上2D層，及表示至少所述列印次序的元檔案；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的所述第一層的第一檔案，其中所述第一檔案包括用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第二介電油墨表示的所述圖案；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的後續層的後續檔案；所述後續檔案包括在每一後續層中用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；重複使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案的步驟至使用所述CAM模組，自所述2D檔案庫獲得所述後續實質上2D層的步驟，接著固化對應於所述最終層中之所述第二介電油墨組合物的所述圖案，所述AME之所述強化三維(3D)介電區段包 括以下中之至少一者：所述第一介電油墨組合物之連續基質內的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式的陣列，及所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之交替層；及移除所述基板。
類似於所揭示之交替層強化方法例示性實施，所述組的可執行指令在執行時經進一步組態使得所述CPM或與CPM通訊之至少一個處理器產生具有後續層之檔案庫(其可存儲在本地或遠端)，每一層包括表示且對應於所述第一介電油墨及所述第二介電油墨之圖案，所述後續層經組態以形成在所述第一介電油墨組合物之基質內的所述第二介電油墨組合物之圓柱形桿陣列(參見例如圖2B)及/或多邊形(參見例如圖3)。此處同樣，方法亦進一步包括使用CAM模組，獲得表示用於列印的強化3D介電區段之後續實質上2D層的所產生檔案；及重複所述方法步驟以完成強化層(例如層103k(圖1B)及整個3D組件或其部分)中之至少一者(參見例如30，圖2A)。
在例示性實施中，在由第一介電油墨組合物形成之(建構)基質中，由第二介電油墨組合物形成之圓柱形桿的陣列及/或多邊形圖案之總體積在全部3D介電組件或其區段(例如部分)的約10%(v/v)與約30%(v/v)之間，例如在12%(v/v)與約28%(v/v)之間，或在約15%(v/v)與約24%(v/v)之間。若在本文所揭示之方法中使用第二DI組合物製造之強化圖案為桿陣列時，則各圓柱形桿之直徑經組態以形成經設定大小體積在由第一介電油墨組合物形成之總基質體積的約0.1%(v/v)與約1.0%(v/v)之間的桿。相反地，若在本文所揭示之方法中使用第二DI組合物製造之強化圖案為多邊形網路(參見例如203，圖3)時，則相對於整個3D DI複合組件、區段或其部分之總體積經組態在約10%(v/v)與約30%(v/v)之間，例如在12%(v/v)與約28%(v/v)之間，或在約15%(v/v)與約24%(v/v)之間。
此外，此處同樣，除由具有不同熱機械特徵參數之第二DI組合物形成的桿陣列或多邊形網路之外，第二DI組合物之交替層可併入3D DI組件、區段或其部分中，藉此所述組的可執行指令在執行時經進一步組態使得所述CPM或與CPM通訊之至少一個處理器：相對於所述基板移動所述第一噴墨頭及所述第二噴墨頭，使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段之第一實質上2D交替層的檔案；及相對於所述基板移動所述第一噴墨頭及所述第二噴墨頭，使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段之第二實質上2D交替層的檔案。其後，獲得表示第一DI組合物之圖案的後續層之檔案及使用第一列印頭，形成對應於第一介電油墨之圖案；固化對應於2D桿-基質層及/或(3D)介電區段之多邊形網路中第一介電油墨表示的圖案；獲得表示所述層(其表示且對應於所述第二介電油墨)的所述檔案；使用第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述層；及固化對應於所述第二介電油墨之所述圖案。
在例示性實施中，基質(建構)材料或第一DI組合物可為任何可固化有機、陶瓷、有機-陶瓷材料，且強化件亦可為可減小CTE(或具有可改良主要材料之熱性質及/或機械特性的特性)的任何可固化有機、陶瓷或有機-陶瓷。當與具有相同形狀但不添加強化件之列印部件相比時，最終產物為具有較低CTE之列印複合材料部件。
舉例而言，第一DI組合物可為支化樹脂，藉此可藉由分支度、分支之間的主鏈長度、交聯密度及類似性質控制熱機械特性。舉例而言，第一介電油墨組合物可包括聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(乙烯基吡咯啶酮)、多官能丙烯酸酯或包括前述中之一或多者之混合物、單體、寡聚物及共聚物的 組合。
因而，用於形成本文所揭示之方法中所使用的第一及/或第二DI組合物的多官能丙烯酸酯可為以下單體、寡聚物、聚合物及共聚物中之至少一者：1,2-乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、參(2-丙烯醯基氧基乙基)異氰尿酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯及二季戊四醇六丙烯酸酯或包括前述中之一或多者的多官能丙烯酸酯組合物。
可使用其他基質(建構材料)且包括例如乙烯基苯甲基化合物樹脂、聚烯烴化合物、順丁烯二醯亞胺樹脂、胺基甲酸酯樹脂、經胺基甲酸酯改性之聚酯樹脂或其組合。舉例而言，乙烯基苯甲基化合物樹脂為乙烯基苯甲基雙環戊二烯酚醚化的樹脂；聚烯烴化合物為以下中之至少一者：苯乙烯-丁二烯-二乙烯苯共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯-二乙烯苯共聚物、苯乙烯-丁二烯-順丁烯二酸酐共聚物、聚丁二烯-胺基甲酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、胺基甲酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丁二烯均聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物、順丁烯二酸化苯乙烯-丁二烯共聚物、甲基苯乙烯共聚物、石油樹脂及環烯烴共聚物；且順丁烯二醯亞胺樹脂為以下中之至少一者：4,4'-雙順丁烯二醯亞胺基甲烷、苯基甲烷順丁烯二醯亞胺寡聚物、N,N'-m-伸苯基雙順丁 烯二醯亞胺、雙酚A二苯醚雙順丁烯二醯亞胺、3,3'-二甲基-5,5'-二乙基-4,4'-二苯基甲烷雙順丁烯二醯亞胺、N,N'-(4-甲基-1,3-伸苯基)雙順丁烯二醯亞胺、1,6-雙順丁烯二醯亞胺-(2,2,4-三甲基)己、2,3-二甲基苯基順丁烯二醯亞胺、2,6-二甲基苯基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺及上述化合物之預聚物。
此處同樣，熱機械特性，諸如以下中之一者：熱膨脹係數(α)、拉伸強度、楊氏模數(E)、玻璃轉移溫度(Tg)及脆性延性過渡溫度(Tβ)及[Tβ/Tg]比率，各自在固化層上量測，可藉由控制複數個參數(例如以下中之一者)在第一與第二DI組合物之間調適：所用單體之類型，單體、寡聚物及/或聚合物之聚合度、交聯密度、分數濃度及其於組合物中之組合及類似者。
類似地，具有不同熱機械特性的第二DI組合物為特徵參數，可為包括例如具有陶瓷成分的經有機改質之基於矽酸鹽之陶瓷(ORMODS)共聚單體的組合物。當使用此等組件時，陶瓷成分包括以下之單體及/或寡聚物：聚(四氟乙烯)、正矽酸四乙酯、正矽酸四甲酯、鈦酸四異丙酯、三甲氧基矽烷(TMOS)、三乙氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基甲基二乙氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、乙烯基甲基二乙氧基矽烷、聚二甲氧基矽烷、聚二乙氧基矽烷、乙烯基甲氧基矽氧烷、聚矽氮烷、異丙醇鈦、異丙醇鋁、丙醇鋯、硼酸三乙酯、三甲氧基硼氧雜環己烷二乙氧基矽氧烷-鈦酸乙酯、雙(乙醯丙酮酸)二異丙醇鈦、矽烷醇多面體寡聚聚倍半矽氧烷(silanol poss)、三第二丁醇鋁、三異丁基鋁、乙醯基丙酮酸鋁、1,3,5,7,9-五甲基環五矽氧烷、矽氧烷之聚(鈦酸二丁酯)寡聚物及Al-O-Al之寡聚物、Ti-O-Ti之寡聚物、Zn-O-Zn之寡聚物或包括前述之組合物。
光引發劑(PI)可與本文所述之丙烯酸酯一起使用且併入本文所揭示之第一及第二DI組合物中的至少一者中，且可為例如自由基PI。此等自由 基PI可為例如以下中之一者：來自CIBA SPECIALTY CHEMICAL之Irgacure®500及Darocur®1173、Irgacure®819、Irgacure®184、TPO-L((2,4,6,三甲基苯甲醯))苯基亞膦酸乙酯)二苯甲酮及苯乙酮化合物及類似者。舉例而言，自由基光引發劑可為陽離子光引發劑，諸如六氟銻酸三芳基鋶混合鹽。所用自由基光引發劑之另一實例為以下中之至少一者：2-異丙基噻噸酮(ITX)、2,4-二乙基噻噸酮(DETX)、二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、乙基-4-二甲基胺基苯甲酸酯(EDAB)及2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。在例示性實施中，使用兩個或更多個PI，例如ITX及EDAB，或在另一實例中，EDAB、ITX及DETX。
此外，形成本文所述之3D強化複合組件、其區段及/或部分之方法可進一步包括在使用第一列印頭及/或第二列印頭之步驟之前提供可剝離或可移除基板的步驟。在例示性實施中，術語「可剝離」係指可以可移除方式施加至表面(諸如由本文所述之用於形成3D強化複合組件、其區段及/或部分的方法、組合物及系統形成之表面)，且附著至表面且隨後可藉由力自彼表面移除。根據本發明之組合物及方法的可剝離膜可以黏著方式及以可移除方式施加至安置於印表機之傳送帶上的夾盤，且借助於以強制性方式移除，暴露3D強化複合組件、其區段及/或部分之層。
如上文所述，形成3D強化複合組件、其區段及/或部分的方法可包括提供基板(例如，可剝離膜)之步驟。列印頭(及其衍生物；應理解為係指將材料以控制方式沈積、傳送或產生於表面上的任何裝置或技術)沈積樹脂及/或第二介電油墨可經組態以按需求，換言之，隨各種預選過程參數(諸如輸送機速度、所需導電層厚度、層類型、層顏色及其類似物)變化提供油墨小液滴。可移除或可剝離基板亦可為相對剛性材料，例如玻璃或晶體(例如藍寶石)。另外或替代地，可剝離基板可為可撓性(例如可捲起)基板(或膜)，使得基 板易於自3D強化複合組件、其區段及/或部分剝離，例如聚(伸萘二甲酸伸乙酯)(PEN)、聚醯亞胺(例如，DuPont的KAPTONE®)、矽聚合物、聚(對苯二甲酸伸乙酯)(PET)、聚(四氟乙烯)(PTFE)膜等。此外，基板可為例如陶瓷粉末。
待用於本文所揭示之第一及/或第二介電油墨組合物中之適合的界面活性劑為例如陰離子界面活性劑，諸如C8至C12烷基苯磺酸酯、C12至C16烷磺酸酯、C12至C16烷基硫酸酯、C12至C16烷基磺基丁二酸酯及C12至C16硫酸化乙氧基化烷醇及非離子型界面活性劑，諸如C6至C12烷基酚乙氧基化物、C12至C20烷醇烷氧基化物，及環氧乙烷與環氧丙烷之嵌段共聚物。
在例示性實施中，用於製造3D強化複合組件、其區段及/或部分之方法及系統中的列印系統可進一步包括可操作以分配支撐油墨組合物或第二介電油墨組合物之又一額外功能列印頭。使用具有支撐油墨組合物或第二介電油墨組合物之列印頭，所述方法可進一步包括提供具有支撐油墨組合物或第二介電油墨組合物之額外列印頭；在使用第一列印頭、第二列印頭或任何其他功能列印頭(及其任何變換)的步驟之後、依序或同時，使用具有支撐油墨組合物或第二介電油墨組合物之列印頭，形成預定圖案，所述預定圖案對應於額外支撐或導電圖案的表示，其由來自3D可視化檔案之CAM模組產生且表示為用於列印之3D強化複合組件、其區段及/或部分的實質上2D層中的圖案。
可隨後進一步處理(例如固化、冷卻、交聯及類似者)對應於支撐油墨組合物或第二介電油墨組合物圖案表示之預定圖案，以使所述圖案功能化。其後可視需要對每個順序層重複沈積支撐及/或第二介電油墨組合物之過程。
術語「形成」(及其變體「形成」等)在例示性實施中係指使用此項技術中已知之任何合適的方式泵送、噴射、傾倒、釋放、置換、點塗、循 環或以其他方式置放流體或材料(例如，第二介電油墨)與另一材料(例如，基板、樹脂或另一層)接觸。
在本揭示案之情形下，術語「固化」係指交聯或固化劑(諸如光聚合引發劑)與可交聯官能基反應以形成固化DI組合物之交聯網路特徵的過程。在某些例示性實施中，如本文所採用之固化DI組合物為在習知溶劑中展現出有限可溶性或不具有可溶性之非可變形固體。如本文中參考DI組合物所用，「在固化時」意謂在固化後保留固體形式之熱固性樹脂組合物的部分，其不包含可在固化期間產生之溶劑、揮發物及揮發性反應組件。反應產物僅在固化期間產生，而非在固化之後產生，因為在進行固化時任何反應將已完成(終止反應)。在某些實施中，固化藉由將各種DI組合物圖案暴露於預定波長(諸如約190nm與約390nm之間)之光化輻射持續預定時間(例如約2分鐘與約2小時之間)，視DI組合物及設法改良及/或調節之熱機械參數而定。
同樣地，其他功能「頭」可位於介電/樹脂列印頭及/或導電(含金屬)列印頭之前、之間或之後。此等可包含經組態以在預定波長(λ)例如在190nm與約400nm之間(例如365nm)下發射電磁輻射的電磁(例如，光化)輻射源，其在例示性實施中可用於加快及/或調節及/或促進可結合第二介電油墨使用的光可聚合樹脂固化。其他功能頭可為加熱元件，具有各種油墨之額外列印頭(例如，預焊接連接性油墨、各種組件(例如電容器、電晶體及類似物)之標記列印)及前述之組合。
如所指示，用以實施用於製造3D強化複合組件、其區段及/或部分之方法的系統可具有另一導電油墨列印頭，所述油墨可含有各種金屬。舉例而言，用於所揭示之系統及方法中的第二介電油墨組合物可包括(例如)：銀(Ag)奈米粒子、銅或金。同樣，亦可使用其他金屬(例如，Al)或金屬前驅體， 且所提供之實例不應視為限制性的。
可在第一及/或第二DI/樹脂油墨組合物沈積及固化及/或第二介電油墨沈積及燒結及/或支撐油墨組合物沈積及固化中之每一者之前或之後採取其他類似功能步驟(且因此用於影響此等步驟之構件)。此等步驟可包含(但不限於)：加熱步驟(受加熱元件或熱空氣影響)；光固化或暴露於任何其他適當的光化輻射源(使用例如UV光源)；乾燥(例如使用真空區及加熱元件)；(反應性)電漿沈積(例如使用加壓電漿槍及電漿束控制器)；在塗佈之前使諸如{4-[(2-羥基十四基)-烴氧基]-苯基}-苯基六氟銻酸錪交聯至DI/樹脂聚合物溶液或用作與金屬前驅體或奈米粒子之分散劑；退火或促進氧化還原反應。
在例示性實施中，調配第一及/或第二DI組合物考慮由沈積工具施加之需求(若存在)(例如列印頭，就組合物之黏度及表面張力而言)及沈積表面特徵(例如親水性或疏水性，及所用可剝離或可移除基板或支撐材料之界面能)。使用例如具有壓電頭之噴墨列印，具有不同熱機械特徵參數之第一DI組合物及/或第二DI組合物的黏度(在40℃與55℃之間量測)可例如不低於約5cP，例如不低於約8cP或不低於約10cP且不高於約30cP，例如不高於約20cP或不高於約17cP。同樣，具有不同熱機械特徵參數之第一DI組合物及/或第二DI組合物可經調適以具有在約25mN/m與約35mN/m之間，例如在約29mN/m與約31mN/m之間的動態表面張力(係指當油墨小液滴在列印頭噴嘴陣列的孔口處形成時的表面張力)，藉由在50ms之表面老化及25℃下最大鼓泡壓力張力所量測。動態表面張力可經調配以提供與可剝離基板、支撐材料、樹脂層或其組合之小於85°的接觸角。
在例示性實施中，術語「夾盤」意欲意謂用於支撐、固持或保持基板或工件之機構。夾盤可包含一或多個零件。在一個例示性實施中，夾盤可 包含載物台及插入物(平台)之組合，經加套或以其他方式經組態以加熱及/或冷卻且具有另一類似組件，或其任何組合。
在例示性實施中，允許3D強化複合組件、其區段及/或部分之連續或半連續噴墨列印的噴墨油墨組合物及方法可藉由在可移除基板或任何後續層上方在預定距離處例如以二(X-Y)(應理解，列印頭亦可在Z軸上移動)維形式當操縱列印頭(或基板)時一次從一個孔口排出本文所提供之液體油墨之小液滴而圖案化。列印頭之高度可隨層之數目而變化，保持例如固定距離。在例示性實施中，每一小液滴可經組態以根據命令藉由例如壓力脈衝經由可變形壓電晶體自可操作地耦接至孔口之阱沿預定軌跡到達基板。第一噴墨第二介電油墨之列印可為累加性的且可容納更大數目個層。用於本文所述之方法的所提供之噴墨列印頭可提供等於或小於約3μm-10,000μm之最小層膜厚度。
用於所述方法及可實施於所述系統中的各種列印頭當中操縱的輸送機可經組態以約5mm/秒與約1000mm/秒之間的速度移動。例如夾盤之速度可取決於例如：所需產出量、過程中所用之列印頭的數目、具有不同熱機械特徵參數的第一DI組合物之層及/或第二DI組合物之層的數目及厚度、其各別固化時間、任何油墨溶劑之蒸發速率、分配在具有不同熱機械特徵參數之第一DI組合物及/或第二DI組合物之間的列印頭的距離，及類似者或包括前述中之一或多者的因子之組合。
在例示性實施中，具有不同熱機械特徵參數之第一DI組合物及/或第二DI組合物之每一小液滴的體積各自的範圍可在0.5到300皮升(pL)之間，例如1至4pL且視驅動脈衝之強度及油墨之特性而定。用於排出單個小液滴之波形可為10V至約70V脈衝，或約16V至約20V，且可以約0.1kHz與約18kHz之間的頻率排出。
在固化期間可使用引發劑，例如過氧化苯甲醯(BP)及其他含過氧化物之化合物起始第一及/或第二DI組合物之主鏈聚合。如本文所用之術語「引發劑」一般係指引發化學反應之物質，特定言之引發聚合之任何化合物，或產生引發聚合之反應性物質，包含例如且不限於共引發劑及/或光引發劑。
另外，術語「活單體」、「活寡聚物」、「活聚合物」或其對應物(例如共聚單體)組合在例示性實施中係指具有能夠形成自由基反應之至少一個官能基的單體、短單體基團或聚合物(換言之，反應可持續且以其他方式藉由端基終止)。浸漬有多孔顆粒之活單體、活寡聚物或其組合的量將隨設法形成之板、膜或薄片的所需物理化學特徵變化。活單體、活寡聚物或其組合的數量平均分子量(MW n)，換言之每鏈之單體的平均數目在1與約20,000之間，例如
Figure 109121965-A0305-02-0026-12
在1與約20,000之間或
Figure 109121965-A0305-02-0026-11
在約250與約15,000之間，特定言之在約1,000與約10,000之間。
在例示性實施中，交聯劑、共聚單體、共寡聚物、共聚合物或包括前述中之一或多者的組合物用於所提供之第一及/或第二DI組合物中，可為一部分或經組態以在第一及/或第二DI組合物內形成溶液、乳液或懸浮液。
在另一例示性實施中，第一及/或第二DI組合物包括能夠使用本文所提供之光引發劑進行光引發以促進固化的聚合物之活性組件。此類活單體、活寡聚物、活聚合物或其組合可為例如多官能丙烯酸酯，可為以下中之至少一者：1,2-乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯 酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、參(2-丙烯醯基氧基乙基)異氰尿酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、乙烯基苯甲基化合物樹脂、聚烯烴化合物、順丁烯二醯亞胺樹脂、胺基甲酸酯樹脂、經胺基甲酸酯改性之聚酯樹脂或其組合。舉例而言，乙烯基苯甲基化合物樹脂為乙烯基苯甲基雙環戊二烯酚醚化的樹脂；聚烯烴化合物為以下中之至少一者：苯乙烯-丁二烯-二乙烯苯共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯-二乙烯苯共聚物、苯乙烯-丁二烯-順丁烯二酸酐共聚物、聚丁二烯-胺基甲酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、胺基甲酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丁二烯均聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物、順丁烯二酸化苯乙烯-丁二烯共聚物、甲基苯乙烯共聚物、石油樹脂及環烯烴共聚物；且順丁烯二醯亞胺樹脂為以下中之至少一者：4,4'-雙順丁烯二醯亞胺基甲烷、苯基甲烷順丁烯二醯亞胺寡聚物、N,N'-m-伸苯基雙順丁烯二醯亞胺、雙酚A二苯醚雙順丁烯二醯亞胺、3,3'-二甲基-5,5'-二乙基-4,4'-二苯基甲烷雙順丁烯二醯亞胺、N,N'-(4-甲基-1,3-伸苯基)雙順丁烯二醯亞胺、1,6-雙順丁烯二醯亞胺-(2,2,4-三甲基)己、2,3-二甲基苯基順丁烯二醯亞胺、2,6-二甲基苯基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺及上述化合物之預聚物。
術語「模組」之使用並不暗示描述或主張作為模組之部分的組件或功能性全部組態在共同封裝中。實際上，模組之各種組件中之任一者或全部(無論控制邏輯或其他組件)可組合在單一封裝中或分開維持，且可進一步分佈於多個群組或封裝中或跨多個部位分佈。另外，術語「模組」在本文中用以指軟體電腦程式碼及/或用以提供歸因於模組之功能性的任何硬體或電路系統。另 外，術語「模組」或「組件」亦可指執行於計算系統上的軟體物件或常式。本文所述之不同組件、模組、引擎及服務可實施為執行於計算系統上之物件或過程(例如，作為單獨線程)。
CAM模組可包括：2D庫，其儲存由3D強化複合組件、其區段及/或部分之3D可視化檔案轉換的檔案；至少一個處理器，其與各種列印頭、輸送機、夾盤、任何額外功能「頭」及庫通訊；非暫時性儲存媒體，其儲存一組可操作指令以供至少一個處理器執行；微機械噴墨列印頭，其與至少一個處理器通訊且與庫通訊；及列印頭(或列印頭的)介面電路，其與2D檔案庫、記憶體及微機械噴墨列印頭通訊，所述2D檔案庫經組態以提供對功能層具有特異性之列印操作參數；預處理電腦輔助設計/電腦輔助製造(CAD/CAM)產生的與待製造之3D 3D強化複合組件、其區段及/或部分相關聯的資訊，藉此獲得表示列印層的複數個2D檔案；將在預處理步驟中處理的複數個2D檔案自3D強化複合組件、其區段及/或部分、3D可視化檔案載入至2D檔案庫中；及使用2D檔案庫，指示至少一個處理器按層編號之預定次序列印3D強化複合組件、其區段及/或部分之預定層，及所述第一及第二DI組合物的對應圖案。
表示用於製造之3D強化複合組件、其區段及/或部分之3D可視化檔案可為：ODB、ODB++、asm、STL、IGES、DXF、DMIS、NC、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D工作室、Gerber、EXCELLON檔案、Rhino、Altium、Orcad或包括前述中之一或多者之檔案；且其中表示至少一個實質上2D層(且上傳至庫)之檔案可為例如JPEG、GIF、TIFF、BMP、PDF檔案或包括前述中之一或多者之組合。
在某些例示性實施中，CAM模組進一步包括用於製造一或多個3D強化複合組件、其區段及/或部分的電腦程式產品及類似者。列印組件可為例 如醫療裝置、電子裝置，其包括離散導電組件及各自的介電/樹脂組件兩者，且兩者視情況同時或依序且連續地列印。術語「連續」及其變體意欲意謂以實質上不間斷的過程列印。在另一例示性實施中，連續係指沿層、部件或結構之長度不存在顯著斷裂之層、部件或結構。
舉例而言，且如圖1A中所繪示，所述方法可由具有可區別於其熱機械特徵參數之兩種材料的固定厚度的「交替層」而非傳統「基質+桿/導線強化件」(例如，FR-4)組成。個別層之2D形狀及組件之3D形狀可根據列印部件之最終3D形狀列印。層之厚度hi、hJ及hk及兩種材料之層101i、102j、103k之間的比率可根據列印組件、區段或其部分之3D形狀組態。此方法可在列印立方體或盒10時展現。舉例而言，若主要目的為減小列印組件10、區段或其部分之CTE，則可併入具有較低CTE之較薄的材料層102j，如圖1A中可見。基質(建構)材料之層101i(例如，第一DI組合物)的厚度在7-120μm之間變化，而強化材料之層102j(例如，第二DI組合物)的厚度可在2-50μm之間變化。舉例而言，基質(建構)材料之層101i可為任何可固化有機、陶瓷、有機-陶瓷材料，且強化材料之層102j亦可為可減小CTE(或具有可改良基質(建構)材料之熱特性及/或機械特性的特性)的任何可固化有機、陶瓷或有機-陶瓷。當與具有相同形狀但不添加強化件之列印組件、區段或其部分相比時，最終產物為具有較低CTE之列印複合組件、區段或其部分。
圖1B繪示了經製造以使得做為強化層的層102j及103k穿插在作為基質(建構)層之層101i內，但當做為強化層的層102j為由第二DI組合物之均質組合物製造之層時，層103k自身為藉由將桿陣列或多邊形網路列印至基質(建構)材料之層101i中而形成之複合層以形成層厚度的3D複合組件20。
實例I：交替層方法結果
為了表現熱機械特性之改良，使用所揭示之系統、方法及組合物列印三個盒。第一盒僅由基質(建構)材料之層101i製成，所述基質材料在固化過程期間不暴露於任何光化輻射。第二盒僅由基質(建構)材料之層101i製造且在固化過程期間暴露於光化輻射。第三盒由基質(建構)材料之層101i與有機陶瓷材料之層102j之交替層製成(複合盒)且在固化期間暴露於光化輻射。在固化過程期間暴露於照射使組件在列印期間之溫度升高且可降低熱機械特性。
藉由熱機械分析(TMA)技術，使用Mettler Toledo設備檢驗三個盒。可在圖1C中看到三個盒之比較。當未暴露於光化輻射時，由基質(建構)材料之層101i單獨製成之盒在TMA測試期間承受所施加之機械應力直至115℃，隨後崩塌。在固化過程期間僅使用暴露於光化輻射的基質(建構)材料之層102j製造的盒崩塌得更早(約25℃)，而在固化過程期間暴露於光化輻射的複合盒可承受所施加的溫度依賴性應力直至125℃。如自結果可見，相較於僅使用基質(建構)材料之層101i製造之盒，複合盒(例如，10)的效能好得多。
現在轉而參看圖2A、2B，其繪示使用所提供之系統及方法製造的3D複合組件、區段或其部分30，其中藉由合併豎直(或水平及介於豎直與水平之間的任何角度)圓柱類強化桿201p、202q(具有所選長度(例如，hq)及直徑Dp、Dq)來達成基質(建構)材料之層101i之強化，如圖2B所示。正如在先前論述之「交替層」方法中，強化材料應具有不同的熱及/或機械特性。舉例而言，若欲改良支撐材料之拉伸強度，則應用基質(建構)材料之層101i列印所製成的有機-陶瓷材料之豎直圓柱類強化桿-陣列201p、202q。圓柱201p、202q之直徑Dp、Dq，圓柱之間的距離(rp、rq)及其總數應選擇與列印部件之最終形狀對應。如所繪示，圓柱201p、202q之數目經組態使得圓柱之總體積應在列印組件、其區段或部分之總體積的10%至30%之間變化。應選擇與此值(10-30%) 對應之圓柱基底的確切直徑。每一個別圓柱之體積經組態以在經列印部件之總體積的0.1-1%之間，其中陣列中每一圓柱之組合及所佔用總體積確定了特徵熱機械參數之最終特徵。另外，當將支撐材料列印為主基質時，強化形狀及數量不應影響移除方法之效率。
現在轉而參看圖3，其繪示製造3D複合組件、區段或其部分的另一例示性實施，其中強化複合層(而非圓柱之桿-陣列)可包括多邊形網路203，所述多邊形網路形成填充有基質(建構)材料之層101i之閉孔基質，從而形成由例如第二DI組合物製成之強化材料的所述多邊形網路203的蜂窩結構。舉例而言，形成多邊形閉孔之網路可由包括具有陶瓷成分的經有機改質之基於矽酸鹽之陶瓷(ORMODS)共聚單體形成，而基質(建構)材料可為例如聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(乙烯基吡咯啶酮)、多官能丙烯酸酯或包括前述中之一或多者之混合物、單體、寡聚物及共聚物的組合。
控制本文所述之列印過程的電腦可包括：電腦可讀非暫時性儲存媒體，其具有包括在其中之電腦可讀程式碼，所述電腦可讀程式碼在由數位計算裝置中之處理器執行時在例示性實施中使三維噴墨列印單元執行以下步驟：預處理電腦輔助設計/電腦輔助製造(CAD/CAM)產生與待製造之3D強化複合組件、其區段及/或部分相關聯的資訊(換言之，表示所述組件之3D可視化檔案)，藉此獲得複數個2D檔案(換言之，所述檔案表示用於列印所述組件之層的至少一個實質上2D層)，每一2D檔案對以特定次序之預定層具有特異性；將預處理步驟中處理的複數個2D檔案載入至2D檔案庫上；將導電材料之小液滴流自所述三維噴墨列印單元之噴墨列印頭導引於基板之表面處；將DI/樹脂油墨材料之小液滴流自所述三維噴墨列印單元之另一噴墨列印頭導引於基板之表 面處；或者或另外地將支撐油墨組合物之小液滴流自所述三維噴墨列印單元之又一噴墨列印頭導引於基板之表面處；在夾盤上的基板之X-Y平面中相對於基板移動第一及第二噴墨頭，其中在基板之X-Y平面中相對於基板移動第一及第二噴墨頭，在基板上以具有不同熱機械特徵參數之第一DI組合物及/或第二DI組合物的逐層製造來進行複數個層中之每一層的製備。
如所指示，可使用使用儲存於非暫時性儲存媒體上之可執行指令提供之系統及裝置實施的所揭示之方法為利用處理器可讀媒體(諸如各種電腦程式)之電腦化方法。電腦程式(軟體及/或固體)可包括用於進行本文所述之方法之步驟的程式碼構件，以及包括儲存於可由電腦讀取之媒體上之程式碼構件的電腦程式產品，諸如硬碟、CD-ROM、DVD、USB記憶棒或儲存媒體，當電腦程式產品載入於電腦之基質(建構)記憶體中且藉由電腦進行時，儲存媒體可經由諸如網際網路或內部網路之資料網路存取。
因此，術語「非暫時性儲存媒體」及「非暫時性電腦可讀儲存媒體」定義為包含但未必限於可含有、儲存或基質(建構)訓練程式、資訊及資料之任何媒體。非暫時性儲存媒體及非暫時性電腦可讀儲存媒體可包含許多實體媒體中之任一者，諸如電子、磁性、光學、電磁或半導體媒體。適合的非暫時性儲存媒體及非暫時性電腦可讀儲存媒體之更特定實例包含但不限於諸如硬碟機、磁帶、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、固態磁碟機(SSD)、串列AT附接(SATA)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、快閃驅動機、光碟(CD)或數位視訊磁碟(DVD)之磁性電腦磁片。
另外，非暫時性儲存媒體可位於執行程式之第一電腦(例如，所提供之3D噴墨印表機)中，及/或可位於經由網路(諸如網際網路)與第一電腦通訊之第二不同電腦中。在後種情況下，第二電腦可將程式指令進一步提供 至第一電腦以供執行。術語「記憶體裝置」亦可包括兩個或更多個記憶體裝置，其可駐留於不同部位中，例如，經由網路連接的不同電腦中。因此，舉例而言，位圖庫可駐留於遠離與所提供之3D噴墨印表機耦接之CAM模組之記憶體裝置上，且可由所提供之3D噴墨印表機存取(例如，藉由廣域網路)。
除非另外特定陳述，否則如自以下論述顯而易見，應瞭解，貫穿本說明書，利用諸如「處理」、「獲得」、「載入」、「通訊」、「偵測」、「計算」、「判定」、「分析」或其類似者之術語的論述係指電腦或計算系統或類似電子計算裝置之動作及/或程序，所述動作及程序將諸如電晶體架構之表示為實體的資料操縱及/或變換成類似地表示為實體結構(換言之，樹脂或金屬/導電)層之其他資料。
此外，如本文所用，術語「2D檔案庫」係指一起定義單一3D強化複合組件、其區段及/或部分或複數個組件的一組給定檔案，每一組件用於給定目的。術語亦可用以指一組2D檔案或任何其他柵格圖形檔案格式(影像表示為像素之集合，通常呈矩形網格形式，例如BMP、PNG、TIFF、GIF)，其能夠被編索引、搜尋及重新組裝，以提供給定組件之結構層，無論搜尋係針對整個組件或給定特定層。
與用於使用基於經轉換CAD/CAM資料封裝之噴墨列印的方法、程式及庫中待製造之3D強化複合組件、其區段及/或部分相關聯的電腦輔助設計/電腦輔助製造(CAD/CAM)產生的資訊可例如為IGES、DXF、DMIS、NC檔案、GERBER®檔案、EXCELLON®、STL、EPRT檔案、asm、STEP、Catia、SolidWorks、ProE、3D工作室、Rhino檔案或包括前述中之一或多者的封裝。另外，附接至圖形物件之屬性傳送製造所需的元資訊，且可精確界定影像(例如，樹脂或金屬)之結構及色彩，從而將製造資料自設計(例如，3D可視化CAD) 高效且有效地傳送至製造(例如CAM)。因此且在例示性實施中，使用預處理演算法，將本文所述之GERBER®、EXCELLON®、DWG、DXF、STL、EPRT ASM及其類似物轉化成2D檔案。
如本文所用之術語「包括」及其派生詞意欲為指定所陳述特點、元件、組件、群組、整體及/或步驟之存在但不排除其他未陳述特點、元件、組件、群組、整體及/或步驟之存在的開放術語。前述內容亦適用於具有類似含義之字詞，諸如術語「包含」、「具有」及其衍生詞。
本文所揭示之所有範圍皆包含端點，且各端點可獨立地彼此組合。「組合」包含摻合物、混合物、合金、反應產物及其類似物。除非本文中另有指示或與上下文明顯矛盾，否則本文之術語「一」及「所述」不表示數量之限制，且應解釋為涵蓋單個及多個。如本文所用之後綴「(s)」意欲包含其修飾之術語的單數及複數兩者，由此包含所述術語之一或多者(例如，成分包含一或多個成分)。在本說明書通篇中提及「一個例示性實施」、「另一例示性實施」、「例示性實施」等(當存在時)意謂結合例示性實施所述之特定元件(例如，特點、結構及/或特徵)中的組件、區段或其部分包含於本文所述之至少一個例示性實施中，且可能或可能不存在於其他例示性實施中。此外，應理解，所述元件可在各種例示性實施中以任何合適的方式組合。
本文所揭示之所有範圍皆包含端點，且各端點可獨立地彼此組合。此外，在本文中，術語「第一」、「第二」及其類似術語不表示任何順序、數量或重要性，而是用於表示一個元件與另一個元件。
同樣地，術語「約」意謂量、大小、參數及其他數量及特徵並非且無需為準確的，而可視需要為近似的及/或更大或更小，從而反映容限、轉換因子、捨入、量測誤差及其類似者，以及本領域中熟習此項技術者已知的其他 因素。通常，無論是否明確地陳述，數量、尺寸、調配物、參數或其他數量或特徵皆為「約」或「近似」的。
因此且在一實施例中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造積層製造電子件(AME)之強化三維(3D)介電區段的方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有與所述第一介電油墨組合物不同的熱機械特徵參數；輸送機，其耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機可操作以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與至少所述輸送機及所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括與非暫時性處理器可讀儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述可讀儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在由所述至少一個處理器執行時使得所述CPM藉由執行包括以下之步驟來控制所述噴墨列印系統：接收表示所述AME之3D可視化檔案；及產生包括複數個檔案的檔案庫，每個檔案表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的實質上2D層，及表示至少所述列印次序的元檔案；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的所述第一層的第一檔案，其中所述第一檔案包括用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第一層中所述 第二介電油墨表示的所述圖案；使用所述CAM模組，自所述庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的後續層的後續檔案，所述後續檔案包括在每一後續層中用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；重複使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案的步驟至使用所述CAM模組，自所述2D檔案庫獲得所述後續實質上2D層的步驟，接著固化對應於所述最終層中之所述第二介電油墨組合物的所述圖案，所述AME之所述強化三維(3D)介電區段包括以下中之至少一者：所述第一介電油墨組合物之連續基質內的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式的陣列，及所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之交替層；及移除所述基板，其中(i)所述熱機械特徵參數為以下中之至少一者：熱膨脹係數(ε)、拉伸強度、楊氏模數(E)、玻璃轉移溫度(Tg)及脆性延性過渡溫度(Tβ)及[Tβ/Tg]比率及介電強度(kV/cm)，各自如在所述固化層上或所述AME及其他所述強化組件之部分上量測，其中(ii)所述第一介電油墨組合物包括聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯基吡咯啶酮)、多官能丙烯酸酯或包括前述中之一或多者的混合物、單體、寡聚物及共聚物之組合，(iii)所述第二介電油墨組合物，其包括聚(四氟乙烯)(PTFE)或具有陶瓷成分的經有機改質之基於矽酸鹽之陶瓷(ORMODS)共聚單體，(iv)所述陶瓷成分包括以下單體及/或寡聚物：正矽酸四乙酯、正矽酸四甲酯、鈦酸四異丙酯、三甲氧基矽烷(TMOS)、三乙氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基甲基二乙氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、乙烯基甲基二乙氧基矽烷、聚二甲氧基矽烷、聚二乙氧基矽烷、乙烯基甲氧基矽氧烷、聚矽氮烷、異丙醇鈦、異丙醇鋁、丙醇鋯、硼酸三乙酯、三甲氧基硼氧雜環己烷二乙氧基矽氧烷- 鈦酸乙酯、雙(乙醯丙酮酸)二異丙醇鈦、矽烷醇多面體寡聚聚倍半矽氧烷、三第二丁醇鋁、三異丁基鋁、乙醯基丙酮酸鋁、1,3,5,7,9-五甲基環五矽氧烷、矽氧烷之聚(鈦酸二丁酯)寡聚物及Al-O-Al之寡聚物、Ti-O-Ti之寡聚物、Zn-O-Zn之寡聚物或包括前述之組合物，其中(v)所述多官能丙烯酸酯為以下之單體、寡聚物、聚合物及共聚物中之至少一者：1,2-乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、參(2-丙烯醯基氧基乙基)異氰尿酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯及二季戊四醇六丙烯酸酯或包括前述中之一或多者的多官能丙烯酸酯組合物，其中(vi)對應於呈所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之交替層之組態的所述第一介電油墨組合物之層經組態(例如，藉由由庫2D層檔案界定之列印過程，其中「層」係指由第一DI組合物製造之子層及由第二DI組合物製造之另一子層，包含含有例如各者之列印次序及厚度的元檔案)厚度在約2μm與50μm之間，(vii)對應於所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之所述交替層中的所述第二介電油墨組合物的層層經組態厚度在約7μm與120μm之間，其中(viii)對應於所述第二介電油墨組合物之所述層與對應於所述第一介電油墨組合物之所述層之間的比率在1：2與1：5之間，其中(ix)所述第一介電油墨組合物之所述連續基質內(由 其製成)的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式物件的所述陣列中的所述形式物件(換言之，所述物件具有預定形式，由第二DI組合物製成)為以下中之至少一者：桿、栓、具有3與359個邊之間的多邊形截面之細長構件及包括例如前述之形式的組合，(x)所述強化形式物件為圓柱形桿，其中(xi)由所述第一介電油墨組合物形成之所述基質中的由所述第二介電油墨組合物形成之所有圓柱形桿的總體積在約10%(圓柱形桿之v/總強化區段之v)與約30%(v/v)之間，(xii)每一圓柱形桿的所述直徑經組態使得每一圓柱形桿之體積在由所述第一介電油墨組合物形成之總基質體積的約0.1%(圓柱形桿之v=πr2h/2/v總強化區段(v/v))與約1.0%(v/v)之間，其中另外或替代地，(xiii)所述強化形式物件為由所述第二介電油墨組合物形成之多邊形網路，形成填充有所述第一介電油墨組合物之閉孔基質，從而形成蜂巢結構，及其中(xiii)形成所述多邊形閉孔的所述網路由包括具有陶瓷成分的經有機改質之基於矽酸鹽之陶瓷(ORMODS)共聚單體的組合物形成，且其中所述第一介電油墨組合物為聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯基吡咯啶酮)、多官能丙烯酸酯或包括前述中之一或多者的混合物、單體、寡聚物及共聚物之組合。
在另一例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造強化三維(3D)介電區段之電腦化方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其經大小設定且經組態以分配所述第一介電油墨組合物；第二列印頭，其經大小設定且經組態以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有不同的熱機械特徵參數；輸送機，其可操作地耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機經組態以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其與 所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括：與非暫時性儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在執行時經組態使得所述CPM：接收表示(3D)介電區段之3D可視化檔案；及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第一實質上2D層的檔案，及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第二實質上2D層的檔案，其中所述CAM模組經組態以控制所述輸送器、所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，獲得所述(3D)介電區段之所述第一實質上2D層，所述第一2D層包括表示且對應於所述第一介電油墨之圖案；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述(3D)介電區段之所述2D層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；獲得所述(3D)介電區段之所述第二實質上2D層，所述第一2D層包括表示且對應於所述第二介電油墨之圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第二介電油墨之所述圖案；移除所述基板。藉此製造用於任何複合AM製造組件之強化(3D)介電區段。
在又一例示性實施中，本發明提供一種使用噴墨印表機製造強化三維(3D)介電區段之電腦化方法，所述方法包括：提供噴墨列印系統，其包括：第一列印頭，其經大小設定且經組態以分配所述第一介電油墨組合物；第二列印頭，其經大小設定且經組態以分配第二介電油墨組合物，其中所述第二介電油墨組合物具有不同的熱機械特徵參數；輸送機，其可操作地耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機經組態以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及電腦輔助製造(「CAM」)模組，其與 所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括：與非暫時性儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在執行時經組態使得所述CPM：接收表示(3D)介電區段之3D可視化檔案；及使用所述第一介電油墨產生表示用於列印所述強化(3D)介電區段的第一實質上2D層的檔案，所述檔案包括對應於用於在所述第一層中列印之所述第一介電油墨組合物之圖案，及產生表示在用於列印之同一第一實質上2D層中用於列印所述第二介電油墨組合物之圖案的檔案，所述第一圖案及所述第二圖案經組態以形成所述第一介電油墨組合物之基質內的所述第二介電油墨組合物之圓柱形桿的陣列，其中所述CAM模組經組態以控制所述輸送器、所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；使用所述CAM模組，獲得所述(3D)介電區段之所述第一實質上2D層，所述第一2D層包括表示且對應於所述第一介電油墨之圖案；使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；固化對應於所述(3D)介電區段之所述2D層中所述第一介電油墨表示的所述圖案；使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；固化對應於所述第二介電油墨之所述圖案；及移除所述基板。
儘管已根據一些例示性實施描述了使用基於經轉換3D可視化CAD/CAM資料封裝用於3D強化複合組件、其區段及/或部分之3D列印的前述揭示內容，但其他例示性實施對於一般熟習此項技術者將顯而易見。此外，所述例示性實施僅作為實例呈現且並不意欲限制本發明之範疇。實情為，本文所述之新穎方法、程式、檔案庫及系統可在不脫離其精神之情況下以多種其他形式體現。因此，熟習此項技術者將由本文中之揭示內容顯而易見其他組合、省略、取代及修改。
10:立方體/盒/列印組件/複合盒
101i:層
102j:層

Claims (14)

  1. 一種使用噴墨列印製造積層製造電子件(AME)之強化三維(3D)介電區段的方法，所述方法包括：a.提供噴墨列印系統，所述噴墨列印系統包括：i.第一列印頭，其可操作以分配第一介電油墨組合物；ii.第二列印頭，其可操作以分配第二介電油墨組合物，該第二介電油墨組合物包括具有陶瓷成分的經有機改質之基於矽酸鹽之陶瓷(ORMODS)共聚單體，其中所述第二介電油墨組合物具有與所述第一介電油墨組合物不同的熱機械特徵參數；iii.輸送機，其耦接至所述第一列印頭及所述第二列印頭，所述輸送機可操作以將基板輸送至所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者；及iv.電腦輔助製造(「CAM」)模組，其包含中央處理模組(CPM)，所述電腦輔助製造模組與至少所述輸送機及所述第一列印頭及所述第二列印頭中之每一者通訊，所述CPM進一步包括與非暫時性處理器可讀儲存媒體通訊的至少一個處理器，所述非暫時性處理器可讀儲存媒體上儲存有一組可執行指令，所述可執行指令在由所述至少一個處理器執行時使得所述CPM藉由執行包括以下之步驟來控制所述噴墨列印系統：I.接收表示所述AME之3D可視化檔案；及II.產生包括複數個檔案的檔案庫，每個檔案表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的實質上2D層，及表示至少所述列印次序的元檔案；b.提供所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物；c.使用所述CAM模組，自所述檔案庫獲得表示用於列印所述AME之所述 強化三維(3D)介電區段的第一層的第一檔案，其中所述第一檔案包括用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；d.使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案；e.固化對應於所述第一層中第一介電油墨表示的所述圖案；f.使用所述第二列印頭，形成對應於所述第二介電油墨之所述圖案；g.固化對應於所述第一層中第二介電油墨表示的所述圖案；h.使用所述CAM模組，自所述檔案庫獲得表示用於列印所述AME之所述強化三維(3D)介電區段的後續層的後續檔案，所述後續檔案包括在每一後續層中用於對應於所述第一介電油墨之圖案的列印指令，及用於對應於所述第二介電油墨之圖案的列印指令；i.重複使用所述第一列印頭，形成對應於所述第一介電油墨之所述圖案的步驟至使用所述CAM模組，自所述2D檔案庫獲得所述後續實質上2D層的步驟，接著固化對應於所述最終層中之所述第二介電油墨組合物的所述圖案，所述AME之所述強化三維(3D)介電區段包括以下中之至少一者：所述第一介電油墨組合物之連續基質內的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式的陣列，及所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之交替層；及j.移除所述基板。
  2. 如請求項1之方法，其中所述熱機械特徵參數為以下中之至少一者：熱膨脹係數(α)、拉伸強度、楊氏模數(E)、玻璃轉移溫度(Tg)、脆性延性過渡溫度(Tβ)及[Tβ/Tg]比率及介電強度，各自在固化層上量測。
  3. 如請求項1之方法，其中所述第一介電油墨組合物包括聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚(甲 基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯基吡咯啶酮)、多官能丙烯酸酯或包括前述中之一或多者的單體、寡聚物及共聚物之混合物之組合。
  4. 如請求項1之方法，其中所述陶瓷成分包括以下之單體及/或寡聚物：正矽酸四乙酯、正矽酸四甲酯、鈦酸四異丙酯、三甲氧基矽烷(TMOS)、三乙氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基甲基二乙氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、乙烯基甲基二乙氧基矽烷、聚二甲氧基矽烷、聚二乙氧基矽烷、乙烯基甲氧基矽氧烷、聚矽氮烷、異丙醇鈦、異丙醇鋁、丙醇鋯、硼酸三乙酯、三甲氧基硼氧雜環己烷二乙氧基矽氧烷-鈦酸乙酯、雙(乙醯丙酮酸)二異丙醇鈦、矽烷醇多面體寡聚聚倍半矽氧烷(silanol POSS)、三第二丁醇鋁、三異丁基鋁、乙醯基丙酮酸鋁、1,3,5,7,9-五甲基環五矽氧烷、矽氧烷之聚(鈦酸二丁酯)寡聚物及Al-O-Al之寡聚物、Ti-O-Ti之寡聚物、Zn-O-Zn之寡聚物或包括前述之組合物。
  5. 如請求項3之方法，其中所述多官能丙烯酸酯為以下之單體、寡聚物、聚合物及共聚物中之至少一者：1,2-乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚-A-二縮水甘油醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、參(2-丙烯醯基氧基乙基)異氰尿酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯及二季戊四醇六丙烯酸酯或包括前述中之一或多 者的多官能丙烯酸酯組合物。
  6. 如請求項1之方法，其中對應於所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之所述交替層中的所述第一介電油墨組合物之所述層經組態厚度在約2μm與50μm之間。
  7. 如請求項6之方法，其中對應於所述第一介電油墨組合物及所述第二介電油墨組合物之所述交替層中的所述第二介電油墨組合物之所述層經組態厚度在約7μm與120μm之間。
  8. 如請求項7之方法，其中對應於所述第二介電油墨組合物之所述層與對應於所述第一介電油墨組合物之所述層之間的比率在1：2與1：5之間。
  9. 如請求項1之方法，其中所述第一介電油墨組合物之所述連續基質內的所述第二介電油墨組合物之複數個強化形式物件的所述陣列中的所述形式物件為以下中之至少一者：桿、栓、具有多邊形截面之細長構件及包括前述之形式的組合。
  10. 如請求項9之方法，其中所述強化形式物件為圓柱形桿。
  11. 如請求項10之方法，其中由所述第一介電油墨組合物形成之所述基質中的由所述第二介電油墨組合物形成之所述圓柱形桿的總體積在約10%(v/v)與約30%(v/v)之間。
  12. 如請求項11之方法，其中每一圓柱形桿的所述直徑經組態以形成經設定大小體積在由所述第一介電油墨組合物形成之總基質體積的約0.1%(v/v)與約1.0%(v/v)之間的桿。
  13. 如請求項1之方法，其中所述強化形式物件為由所述第二介電油墨組合物形成之多邊形網路，形成填充有所述第一介電油墨組合物之閉孔基質，從而形成蜂巢結構。
  14. 如請求項13之方法，其中在所述閉孔基質中形成多邊形閉孔的所述多邊形網路係由包括具有陶瓷成分之經有機改質之基於矽酸鹽之陶瓷(ORMODS)共聚單體的組合物形成，且其中所述第一介電油墨組合物為聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯基吡咯啶酮)、多官能丙烯酸酯或包括前述中之一或多者的單體、寡聚物及共聚物之混合物之組合。
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