(57)【要約】      （修正有）【課題】積層造形に加えて、工業的縫製機械技術を使用して、多くの印刷された基材シートを一緒に縫製する方法を提供する。【解決手段】固体になる最終３Ｄ物体の一部は、集合体の上部から突き出ている針で、糸ループを印刷された基材シート層の各集合体の下で接続するループ機構を有する縫製機を介して、物体の集合体に一緒に縫製される。これにより、次いで位置合わせして積層される、多くの良好に接続された積層体集合体がもたらされて、最終積層体を形成する。加熱及び圧縮の間、縫合糸は、一緒に束ねることができ、最終固体３Ｄ物体の冷却されたプラスチックと絡み合うことができる。余分な基材の除去は、縫製が最終物体の固体部分にのみ適用されるため、通常どおり進めることができる。最終結果は、Ｚ軸においてはるかに高い強度を有する部分である。【選択図】図１
2020163846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合体系積層造形中に、印刷された複合体層を集合体に結合する方法であって、
ａ）複数の印刷された基材層を、積層造形デバイスから連続して受容することであって、各印刷された基材層が、ポリマーで印刷された基材シートを有する、受容することと、
ｂ）前記受容された複数の印刷された基材層を、積上げステーションで位置合わせされた形態で積層して、前記印刷された基材層の集合体を形成することであって、印刷された基材層の前記集合体が、３Ｄ複合体物体を形成する前記印刷された基材シートの積層体の一部である、形成することと、
ｃ）前記印刷された基材層を、縫製機械で一緒に縫製して、縫製された集合体を形成することと、
ｄ）前記縫製された集合体を、後続の第２の縫製された集合体との結合のために、集合体搬送サブシステムを介して、積層装置サブシステムに移送して、前記縫製された集合体を含む印刷された基材層の積層体を形成することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記工程ｃ）が、縫製針及び前記縫製針に取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体に繰り返し通して、前記縫製糸の第１のループを、縫製機構で前記集合体の片側から前記集合体の反対側に引っ張ることと、前記縫製糸の前記第１のループを、ループ機構で第２の縫製糸の周囲に繰り返し巻き付けることと、前記縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体から引っ張ることと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工程ｃ）が、縫製針及び前記縫製針に取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体に繰り返し通して、前記縫製糸の第１のループを、縫製機構で前記集合体の片側から前記集合体の反対側に引っ張ることと、前記縫製糸の前記第１のループを、ループ機構で前記縫製糸の第２のループの周囲に繰り返し巻き付けることと、前記縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体から引っ張ることと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程ｂ）の後に、印刷された基材層の前記集合体を、前記集合体搬送サブシステムで前記積上げステーションから前記縫製機械に移送することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記糸が、ポリマー繊維及び炭素繊維のうちの１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記工程ｂ）が、前記印刷された基材層の見当開口部を、前記積上げステーションで、見当ピンの周りに位置合わせすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記工程ｄ）が、前記縫製された集合体を、先に形成された縫製された集合体上に置くことと、それと共に、前記積層装置サブシステムの見当ピンと見当合わせされる前記集合体の位置合わせ開口部と位置合わせすることと、を含み、前記積層装置サブシステムが、前記縫製された集合体を受容して、前記縫製された集合体の積層体を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
工程ｄ）の後に、前記集合体からの前記縫製糸を、印刷された基材層の隣接する集合体の印刷された基材層上に印刷された前記ポリマーと絡み合わせることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
制御装置から制御信号を出力して、前記縫製機械を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複合体系積層造形中に、印刷された複合体層を集合体に結合するための装置であって、
積層造形デバイスから連続する複数の印刷された基材層を、位置合わせされた形態で、前記印刷された基材層の集合体として受容及び積層するように構成されている積上げステーションを有する集合体搬送サブシステムであって、各印刷された基材層が、ポリマーで印刷された基材シートを有し、印刷された基材層の前記集合体が、３Ｄ複合体物体を形成する前記印刷された基材シートの積層体の一部である、集合体搬送サブシステムと、
前記集合体搬送サブシステムに近接する縫製機械であって、前記集合体搬送サブシステムが、印刷された基材層の前記集合体を、前記縫製機械に移送するように構成され、前記縫製機械が、前記印刷された基材層を、縫製された集合体として一緒に縫製するように構成され、前記集合体搬送サブシステムが、前記縫製された集合体を、後続の前記縫製された集合体と第２の縫製された集合体の結合のために、積層装置サブシステムに移送するように更に構成されて、前記縫製された集合体を含む印刷された基材層の積層体を形成する、縫製機械と、を備える、装置。
【請求項１１】
前記縫製機械が、印刷された基材層の前記集合体の上方に縫製機構と、印刷された基材層の前記集合体の下方にループ機構とを含み、前記縫製機構が、縫製針に取り付けられた縫製糸を有する前記縫製針を含み、前記縫製機構が、前記縫製針を、印刷された基材層の前記集合体に繰り返し通して、前記縫製糸の第１のループを、前記集合体の上から前記集合体の下に引っ張るように構成され、前記ループ機構が、前記縫製糸の前記第１のループを、第２の縫製糸の周囲に繰り返し巻き付けるように構成され、前記縫製機構が、前記縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体から引っ張るように更に構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記縫製機械が、印刷された基材層の前記集合体の上方に縫製機構と、印刷された基材層の前記集合体の下方にループ機構とを含み、前記縫製機構が、縫製針に取り付けられた縫製糸を有する前記縫製針を含み、前記縫製機構が、縫製針を、印刷された基材層の前記集合体に繰り返し通して、前記縫製糸の第１のループを、前記集合体の上から前記集合体の下に引っ張るように構成され、前記ループ機構が、前記縫製糸の前記第１のループを、前記縫製糸の第２のループの周囲に繰り返し巻き付けるように構成され、前記縫製機構が、前記縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体から引っ張るように更に構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記糸が、ポリマー繊維である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記糸が、炭素繊維である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記集合体搬送サブシステムが、前記印刷された基材層の見当開口部を受容するように構成されている見当ピンを更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
見当ピンを有する前記積層装置サブシステムを更に備え、前記積層装置サブシステムが、先に形成された縫製された集合体と、前記積層装置サブシステムの前記見当ピンと見当合わせされる前記集合体の位置合わせ開口部とを位置合わして、前記縫製された集合体を受容するように構成され、前記積層装置サブシステムが、前記縫製された集合体を受容して、前記縫製された集合体の積層体を形成する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
複数の前記集合体の前記印刷された基材層上に印刷された、前記ポリマーを少なくとも部分的に溶融するように構成されている加熱装置と、前記縫製された集合体の前記積層体を圧縮するように構成されている圧縮装置と、を更に備え、前記加熱及び圧縮が、前記集合体からの前記縫製糸を、印刷された基材層の隣接する集合体の印刷された基材層上に印刷された前記ポリマーと絡み合わせる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記縫製機械の操作を制御するために前記縫製機械と通信する制御装置を更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
複合体系積層造形中に、印刷された複合体層を集合体に結合する方法であって、
ａ）複数の印刷された基材層を、積層造形デバイスから連続して受容することであって、各印刷された基材層が、ポリマーで印刷された基材シートを有する、受容することと、
ｂ）前記受容された複数の印刷された基材層を、積上げステーションで位置合わせされた形態で積層して、前記印刷された基材層の集合体を形成することであって、印刷された基材層の前記集合体が、３Ｄ複合体物体を形成する前記印刷された基材シートの積層体の一部である、形成することと、
ｃ）制御装置から制御信号を出力して、縫製機械を制御することと、
ｄ）前記印刷された基材層を、前記縫製機械で一緒に縫製して、縫製された集合体を形成することであって、前記縫製が、縫製針及び前記縫製針に取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体に繰り返し通して、前記縫製糸の第１のループを、縫製機構で前記集合体の片側から前記集合体の反対側に引っ張ることと、前記縫製糸の前記第１のループを、ループ機構で前記縫製糸の第２のループの周囲に繰り返し巻き付けることと、前記縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の前記集合体から引っ張ることと、を更に含む、形成することと、
ｅ）前記縫製された集合体を、後続の第２の縫製された集合体との結合のために、集合体搬送サブシステムを介して、積層装置サブシステムに移送して、前記縫製された集合体を含む印刷された基材層の積層体を形成することであって、前記縫製された集合体を移送することが、前記縫製された集合体を、先に形成された縫製された集合体上に置くことと、それと共に、前記積層装置サブシステムの見当ピンと見当合わせされる前記集合体の位置合わせ開口部と位置合わせすることと、を含み、前記積層装置サブシステムが、前記縫製された集合体を受容して、前記縫製された集合体の積層体を形成する、形成することと、を含む、方法。
【請求項２０】
前記工程ｂ）が、前記印刷された基材層の見当開口部を、前記積上げステーションで、見当ピンの周りに位置合わせすることを含み、工程ｂ）の後に、印刷された基材層の前記集合体を、前記集合体搬送サブシステムで前記積上げステーションから前記縫製機械に移送することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般的には、複合体系積層造形のためのシステム及び方法に関し、より具体的には、個々の積層体層を積み重ねて、三次元物体、部品、及び構成要素（３Ｄ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）物体）を形成及び／又は製造するようなプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、出力製品の成形又は機械加工の様々な形態を含む、従来の物体、部品、及び構成要素の製造プロセスは、「積層造形」又はＡＭ（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技術と国際的に称される新しい種類の技術の商業的実装例を含むように発展している。これらのＡＭ技術は、一般に、未完成の状態で時には毒性そうでなければ危険である付加材料の層が、特定の材料堆積及び硬化スキームに従って、プロセス中の３Ｄ物体上に順次堆積する、「固体自由造形（Ｓｏｌｉｄ  Ｆｒｅｅｆｏｒｍ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、ＳＦＦ）」又は「３Ｄ印刷」と代替的に称されるプロセスを伴う。３Ｄ物体形成プロセスにおいて各層が付加されると、新たな材料層が付加され、１層以上の既に存在する層に付着する。次いで、各ＡＭ層は、少なくとも部分的に、３Ｄ物体構築プロセスにおける任意の次のＡＭ層の堆積の前に、個々に硬化し得る。３Ｄ作業空間全体にわたって、この連続層材料の付加／接合は、様々なレベルの精巧さの自動制御下で実行される。
【０００３】
ＡＭ製造技術としては、３Ｄ印刷物体を生成するために使用可能な「３Ｄ印刷」技術と広く称されるようになったこれらの技術が挙げられるが、これらに限定されない。３Ｄ印刷技術は、受像媒体基材上に２次元（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ、２Ｄ）印刷画像を形成するための周知のプロセスに適合する、及び周知のプロセスにいくつかの点で類似していると思われる１つ以上のプロセスを用いる。３Ｄ印刷技術によって生成される出力構造の有意な差は、一般的に、（１）３Ｄプリンタからの出力３Ｄ印刷物体を形成するために使用される堆積した材料の組成物、及び／又は（２）比較的多数の連続する（及び非常に薄い）堆積材料の層を堆積させて、層を出力３Ｄ印刷物体の形態に積み重ねる、「印刷」ヘッドによって行われる多数のパスに基づく。
【０００４】
多数の粉末系ＡＭ技術が商業化されてきた。これらとしては、選択的レーザ焼結（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ、ＳＬＳ）、並びに３Ｄ印刷のためのトナー系２Ｄ印刷技術の特定の適合が挙げられる。当業者は、これらの実装例のうちの特定のものでは、特定の複雑な形状の作成を支持するための、別個の支持構造が通常必要とされないことを認識している。これらのプロセスのうちの特定のものでは、粉末材料は、過剰な粉末が手動で除去される３Ｄ物体に選択的に圧密化される。ＳＬＳプロセスでは、例えば、粉末の薄層が作業空間容器内に堆積し、次いで、粉末は、所望の断面の形状を追跡するレーザビームを使用して粉末を一緒に溶かす。本プロセスは、粉末層を堆積させることによって繰り返され、このようにこの様式で１層ずつ３Ｄ物体を構築する。典型的なトナー系３Ｄ印刷プロセスでは、バインダ材料は、粉末の各層上の３Ｄ物体の断面の形状で、一般的に結合剤を印刷するために使用される印刷技術で、層内に堆積した粉末を選択的に結合する。
【０００５】
そこで、利用可能であるＡＭ又は３Ｄ印刷プロセス及び技術の数が増加している。多数のこれらＡＭ又は３Ｄ印刷プロセスの間の主な際立った特性は、層が、出力３Ｄ物体を作成するように堆積される様式、及び出力３Ｄ物体を形成するために使用される材料にある。
【０００６】
（この用語が、３Ｄ印刷を含む様々な３Ｄ物体層化及び構築技術を参照するために本開示の残りの部分全体にわたって使用されるため）、ＡＭ技術の特定のものは、材料を溶融又は軟化して、例えば、適用された熱を通して入力材料の選択的レーザ溶融又は焼結などの技術を使用して、構築層を生成する。ＡＭ製造技術の他のものは、噴射（インク）材料「印刷」技術などのそれらの液体材料の堆積技術を使用して、液体材料を堆積及び硬化させる。
【０００７】
いくつかの３Ｄプリンタは、部分断面の画像内で、プラスチックを、炭素繊維などの繊維性シート上に印刷し、次いで積層体が加熱されて、プラスチック及び圧縮された積層体を溶融又は硬化させた後に、多くのシートを積層して、３Ｄ物体になる積層体を形成するプロセスを使用する。過剰な非結合繊維性シート材料は、サンドブラスト又は他の方法を介して除去される。３Ｄ物体強度は、Ｘ軸及びＹ軸における繊維強度によって支配される。層間強度（Ｚ軸）は、プラスチック結合剤強度によって支配される。最終３Ｄ物体の最も弱い側面は、Ｚ軸にあり、その部分は、層間のポリマー接着性と同じくらい強いだけである。３Ｄ物体の層間強度を増加させることは、有益となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、本教示の１つ以上の実施形態又は実施例のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化した概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要な又は重要な要素を識別することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主要な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の序文として、簡略化された形態で１つ以上の概念を提示するだけである。追加の目標及び利点は、図面の説明、本開示の詳細な説明、及び特許請求の範囲においてより明らかになるであろう。
【０００９】
本開示で具体化される前述及び／又は他の態様及び有用性は、複合体系積層造形中に、印刷された複合体層を集合体に結合する方法を提供することによって達成され得る。本方法は、複数の印刷された基材層を、積層造形デバイスから連続して受容することであって、各印刷された基材層が、ポリマーで印刷された基材シートを有する、受容することと、受容された複数の印刷された基材層を、積上げステーションで位置合わせされた形態で積層して、印刷された基材層の集合体を形成することであって、印刷された基材層の集合体が、３Ｄ複合体物体を形成する印刷された基材シートの積層体の一部である、形成することと、印刷された基材層の集合体を、集合体搬送サブシステムを有する縫製機械に移送することと、印刷された基材層を、縫製機械で一緒に縫製して、縫製された集合体を形成することと、縫製された集合体を、後続の第２の縫製された集合体との結合のために、集合体搬送サブシステムによって、積層装置サブシステムに移送して、縫製された集合体を含む印刷された基材層の積層体を形成すること、を含み得る。実施例では、本方法はまた、縫製針及び縫製針に取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の集合体に繰り返し通して、縫製糸の第１のループを、縫製機構で集合体の片側から集合体の反対側に引っ張ることと、縫製糸の第１のループを、ループ機構で縫製糸の第２のループの周囲に繰り返し巻き付けることと、縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の集合体から引っ張ることと、によって、印刷された基材層を、縫製機械で一緒に縫製することも含み得る。実施例では、本方法は、縫製機械を制御するために、制御装置から制御信号を出力することを更に含み得る。
【００１０】
本明細書に示される態様によれば、複合体系積層造形中に、印刷された複合体層を集合体に結合するための装置は、集合体搬送システムを有する縫製サブシステム、及び集合体搬送システムに近接する縫製機械を含み得る。集合体搬送サブシステムは、積層造形デバイスから連続する複数の印刷された基材層を、位置合わせされた形態で、印刷された基材層の集合体として受容及び積層するように構成されている積上げステーションを有し、各印刷された基材層は、ポリマーで印刷された基材シートを有する。印刷された基材層の集合体は、３Ｄ複合体物体を形成する印刷された基材シートの積層体の一部である。集合体搬送サブシステムは、印刷された基材層の集合体を、縫製機械に移送するように構成されている。縫製機械は、印刷された基材層を、縫製された集合体として一緒に縫製するように構成されている。集合体が縫製機械によって一緒に縫合された後、集合体搬送サブシステムは、縫製された集合体を、後続の縫製された集合体と他の縫製された集合体との結合のために、積層装置サブシステムに移送して、縫製された集合体を含む印刷された基材層の積層体を形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の一実施例による、３Ｄ物体を印刷するための積層造形システムの側面図である。
【図２】積層造形システム内で使用可能な例示的な縫製サブシステムの側面図である。
【図３】複合体系積層造形縫製スキームを実施するための例示的な制御システムを示すブロック図を示す。
【図４】印刷されたシートを縫製して、印刷されたシートの積層体を結合するための例示的な方法の操作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書に開示されるデバイス、システム、及び方法の例示的な例が、以下に提供される。デバイス、システム、及び方法の一実施形態は、以下に記載される実施例のうちの任意の１つ以上、及び任意の組み合わせを含み得る。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、以下に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が徹底的かつ完全になるように提供され、本発明の範囲を当業者に完全に伝える。したがって、例示的な実施形態は、本明細書に記載される装置、機構、及び方法の趣旨及び範囲内に含まれ得る全ての代替物、修正物、及び等価物を包含することが意図される。
【００１３】
我々は、本開示の詳細を不必要に不明瞭にしないように、周知の出発材料、処理技術、構成要素、機器、及び他の周知の詳細の説明を単に要約するか、又は省略してもよいことを予め指摘する。したがって、詳細が他の方法で周知である場合、本開示の出願に任せて、それらの詳細に関する選択肢を提案又は指示する。図面は、基材ウェブ上に印刷するための例示的な方法、装置、及びシステムの実施形態に関連する様々な実施例を示し、ＡＭ製造のためのウェブの個々のシートを自動的に積層することを示す。
【００１４】
本明細書における値の任意の数値範囲を指す場合、そのような範囲は、記載された範囲の最小値と最大値との間のそれぞれ及び全ての数及び／又は端数を含むと理解される。例えば、０．５〜６％の範囲は、端点０．５％及び６％に加えて、０．６％、０．７％、及び０．９％の全ての中間値、５．９５％、５．９７％、及び５．９９％などまでの全てを明示的に含む。文脈上明確に別段の指示がない限り、本明細書に記載される互いの数値特性及び／又は要素範囲にも当てはまる。
【００１５】
量に関連して使用される修飾語「約」は、記述された値を含み、文脈によって規定される意味を有する（例えば、それは、少なくとも特定の量の測定に関連する誤差の程度を含む）。特定の値で使用される場合、その値を開示していると考慮される必要がある。例えば、「約２」という用語はまた、値「２」も開示し、範囲「約２〜約４」はまた、範囲「２〜４」も開示する。
【００１６】
「媒体」、「ウェブ」、「ウェブ基材」、「印刷基材」、及び「基材シート」という用語は、一般に、予備切断又はウェブ供給にかかわらず、通常は、紙、ポリマー、マイラー材料、プラスチック、又は他の好適な物理的印刷媒体基材、シート、ウェブなどの、画像用の可撓性物理的シートを指す。「媒体」、「印刷媒体」、「印刷基材」、及び「印刷シート」という列挙された用語はまた、当業者に容易に理解されるように、織布、不織布、金属フィルム、炭素繊維強化材料、及び箔も含み得る。
【００１７】
本明細書で使用される場合、「マーキング材料」という用語は、画像形成デバイスによってウェブ基材上に堆積して、基材上に画像を形成する印刷物質を指し得る。「マーキング材料」という列挙された用語としては、インク、トナー、金属粒子、プラスチック、顔料、粉末、溶融材料、ポリアミド、ナイロン、ガラス充填ポリアミド、エポキシ樹脂、バイオ系樹脂、ワックス、グラファイト、グラフェン、炭素繊維、フォトポリマー、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ、ＰＬＡ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ＡＢＳフィラメント、高密度ポリエチレン（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＨＤＰＥ）、高衝撃ポリスチレン（ｈｉｇｈ  ｉｍｐａｃｔ  ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＨＩＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴＴ）、セラミック、導電性フィラメント、及び他のインクジェット材料を挙げることができる。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「画像形成デバイス」、「印刷デバイス」、又は「プリンタ」という用語は、デジタル複写機、スキャナ、画像印刷機、ゼログラフィックデバイス、デジタルプロダクションプレス、文書処理システム、画像再生機、製本機、ファクシミリ機、多機能機などの、任意の目的のための印刷出力機能を実行する任意の装置を包含し、いくつかのマーキングエンジン、供給機構、走査アセンブリ、並びに紙フィーダー、仕上機などの他の印刷媒体処理ユニットを含み得る。画像形成デバイスは、シート、ウェブ、マーキング材料などを取り扱うことができる。画像形成デバイスは、任意の表面などにマークを置くことができ、入力シート上のマークを読み取る任意の機械、又はこのような機械の任意の組み合わせである。３Ｄプリンタは、３Ｄ物体などを作製し得る。図に示される構造体は、簡略化のために示されていない追加の機能を含み得るが、示された構造は、除去又は修正されてもよいことが理解されるであろう。
【００１９】
「制御装置」という用語は、本明細書では、一般に、プロセス又は機械を指示又は調節する１つ以上のデバイスの操作に関する様々な装置を説明するために使用される。制御装置は、本明細書で論じられる様々な機能を実行するために、多数の方法（例えば、専用ハードウェアなど）で実施され得る。「プロセッサ」は、本明細書で論じる様々な機能を実行するために、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用して、プログラムされ得る１つ以上のマイクロプロセッサを用いる制御装置の一例である。制御装置は、プロセッサを用いて又は用いずに実施されてもよく、また、いくつかの機能を実行する専用ハードウェアと、他の機能を実行するプロセッサ（例えば、１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連回路）との組み合わせとして実施されてもよい。本開示の様々な実施形態で用いられ得る制御装置構成要素の例としては、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２０】
実施例は、本明細書に開示されるような方法を実施又は実行するための、コンピュータデバイス上で実行される場合、複数の命令を含む、少なくとも１つの機械可読媒体を更に含む。このようなコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。例として、限定するものではないが、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、若しくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、若しくは他の磁気記憶装置、又はコンピュータ実行可能命令又はデータ構造の形態の所望のプログラムコード手段を保持若しくは記憶するために使用され得る任意の他の媒体を含み得る。情報が、ネットワーク又は別の通信接続（有線、無線、又はこれらの組み合わせのいずれか）を介して、コンピュータに転送又は提供される場合、コンピュータは、コンピュータ可読媒体としての接続を適切に検査する。したがって、任意のこのような接続は、適切にコンピュータ可読媒体と呼ばれる。上記の組み合わせはまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００２１】
コンピュータ実行可能命令としては、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は特定の機能又は機能群を実行する専用処理デバイスを起動する命令及びデータが挙げられる。コンピュータ実行可能命令としてまた、スタンドアロン環境又はネットワーク環境でコンピュータによって実行されるプログラムモジュールも挙げられる。一般に、プログラムモジュールとしては、特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、物体、構成要素、及びデータ構造などが挙げられる。コンピュータ実行可能命令、関連するデータ構造、及びプログラムモジュールは、本明細書に開示される方法の工程を実行するためのプログラムコード手段の例を表す。このような実行可能命令又は関連するデータ構造の特定のシーケンスは、その中に記載される機能を実施するための対応する行為の例を表す。
【００２２】
本明細書で使用される場合、特に指定しない限り、「物体」という用語はまた、部品、要素、部分、又は構成要素も意味し得る。本明細書で使用される場合、物体は、３Ｄ印刷システム（プリンタ）によって個別に構築される、又は実際に構築される３Ｄ物体を指す。本明細書で言及されるような物体は、不可欠な部分を形成するために、層を連続的に付加することによって構築される。いくつかのプリンタは、同じ印刷ジョブの一部として、複数の独立した３Ｄ物体を含む３Ｄモデルからの複数の独立した部分を構築することができる。物体は、物体本体内に埋め込まれた空隙を含み得る。
【００２３】
本発明の実施形態はこの点に関して限定されるものではないが、例えば、「処理する」、「コンピューティング」、「計算する」、「決定する」、「使用する」、「確立する」、「分析する」、「チェックする」などの用語を利用する考察は、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理的（例えば、電子的）量として表されるデータを、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理量として同様に表される他のデータ、又は操作及び／若しくはプロセスを実行する命令を記憶し得る他の情報記憶媒体に操作及び／又は変換するコンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、又は他の電子コンピューティングデバイスの操作（複数可）及び／又はプロセス（複数可）を指し得る。
【００２４】
図１は、３Ｄ物体を印刷するための例示的なＡＭシステム１００のブロック図である。ＡＭシステム１００は、材料供給装置１０２、画像形成デバイス１０４、粉末サブシステム１０６、定着装置１０８、センサ１１０、カッター１１２、移送サブシステム１１４、積層装置サブシステム１１６、並びに様々な構成要素を接続及び制御する他の機能などの構成要素を含み得る。例示的な構成要素が図１に示されているが、様々な代替及び任意の構成要素もまた、システム１００と共に使用するのに好適である。
【００２５】
例示的な実装例では、三次元（３Ｄ）物体は、コンピュータ支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ、ＣＡＤ）プログラムによって作成される物体のコンピュータ３Ｄモデルに従って印刷される。例えば、ＣＡＤプログラムは、自由形式の不均一な有利基準的スプライン（ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ  ｒａｔｉｏｎａｌ  ｂａｓｉｓ  ｓｐｌｉｎｅ、ＮＵＲＢＳ）プログラムであってもよく、又はＣＡＤプログラムは、Ｓｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ（登録商標）であってもよい。ＡＭシステム１００では、マーキング材料１４８（例えば、粉末）（図４）は、画像形成デバイス１０４によって定義されるような、３Ｄ物体の薄いスライス又は層の「ポジ画像」に対応する基材材料１１８（又はその基材シート）上の物理的パターンで、粉末サブシステム１０６によって選択的に堆積する。３Ｄ物体の各スライスについて、３Ｄ物体が存在するスライスの位置に対応するパターンで粉末が付着し、３Ｄ物体が存在しないスライス内の位置において、粉末は基材に付着しない。３Ｄ  ＣＡＤモデルの薄いスライスは、例えば、ＳＴＬファイル形式の３Ｄモデルから開始し、ｎｅｔｆａｂｂ（登録商標）ＳｔｕｄｉｏソフトウェアのＳｌｉｃｅ  Ｃｏｍｍａｎｄｅｒ機能（ｎｅｔｆａｂｂ  ＧｍｂＨ，Ｐａｒｓｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能）を使用して、薄いスライスを作成することによって作成され得る。指定された３Ｄ部品又は物体を作製するために必要な多くの付加された基材シートのために繰り返される、基材シートを選択的にパターニングするこのサイクルは、通常各シートで、３Ｄ部品又は物体の層を表す。
【００２６】
材料供給装置１０２は、基材材料１１８（例えば、炭素繊維、紙）をロール又はシート形態（ここでは、例えばロール形態で示す）に保持し、画像形成デバイス１０４に移送するために、基材材料を適切な位置に置く。基材材料１１８は、転写サブシステム１１４を介して、画像形成デバイス１０４に移送されてもよく、転写サブシステム１１４は、ＡＭシステム１００を通って供給される基材材料の長さによって画定されるウェブを保持及び前進させるために使用される供給ローラー１２２と共に、張力付与機構１２０を含んでもよい。張力付与機構１２０は、ＡＭシステムの構成要素に供給されるように教示される、基材材料１１８を保持するために位置する１つ以上のローラー１２４を含み得る。基材材料１１８のウェブは、画像形成デバイス１０４、粉末サブシステム１０６、定着装置１０８、センサ１１０を含むＡＭシステムの全ての構成要素を貫通することができ、次いで、以下により詳細に論じされるように、積層前にカッター１１２によって単一のシートに切断され得る。
【００２７】
次いで、画像形成デバイス１０４は、基材材料１１８上の正確な位置で、画像状様式で接着剤（例えば、流体１２６）のパターンを堆積させ得る。流体１２６は、材料の一部が、３Ｄ物体のスライスのポジ画像として液体で被覆され、材料の一部が被覆されないように、基材材料１１８上に選択的に堆積する。流体１２６のパターンは、様々な手法を介して堆積し得る。例えば、画像形成デバイス１０４は、流体を分注するためのサーマルインクジェットヘッド又は圧電インクジェットヘッドを含み得る。例では、画像形成デバイス１０４は、流体１２６を分注するために空気圧をかけることができる。画像形成デバイス１０４はまた、空気圧が、空気の放出又は流体の分注を制御するために使用される場合、ソレノイド弁を含み得る。
【００２８】
場合によっては、選択的に堆積する流体は、水、又は水の蒸発を遅らせる材料を含む水溶液であり得る。例えば、水溶液は、２−ピロリジノンを含み得る。他の場合では、アルコールなどの異なる流体が、選択的に堆積し得る。例えば、基材材料１１８が、感水性（例えば、ポリビニルアルコール、ＰＶＯＨ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ））である場合、次いで、水は、基材材料を歪ませるか又は溶解し得る。この場合、選択的に堆積する流体としてアルコールが使用され得る。場合によっては、展延から選択的に堆積するか、又は過剰に基材に吸収される液体流体を防止するために、液体流体を選択的に堆積させる前に、表面エネルギー調整剤又は撥水剤を基材に塗布することが有用である。
【００２９】
次いで、材料供給装置１０２は、基材材料１１８を、別個の構成要素として提供され得るか、又は単一の構成要素に一体化され得る、粉末塗布装置１２８及び粉末除去装置１３０を含む、粉末サブシステム１０６に移送する。いずれの配置においても、粉末塗布装置１２８は、３Ｄ物体粉末（例えば、熱可塑性粉末）を、基材材料上に堆積させるように構成されている。粉末は、画像形成デバイス１０４、すなわち層画像によって湿潤された基材の領域に付着するように構成されている。換言すれば、粉末塗布装置１２８は、パターン化された層形状がちょうど印刷された基材材料１１８の表面上に、限定されないが熱可塑性粉末などの粉末を堆積させる。粉末は、基材材料又はそのシート上の印刷された（湿潤）領域に粘着するが、流体で覆われていない基材の部分には付着しない。
【００３０】
典型的な用途では、粉末塗布装置１２８は、粉末を収容するトラフを含み得る。トラフは、その下面にスリット付き開口部を有してもよく、粉末サブシステムの電気機械的振動装置に接続されている。振動装置は、作動時に、粉末を、基材がトラフの下で移動する間に、スリット付き開口部を通して下方に、トラフから基材上に流動させる。振動装置は、下の基板上のパターン化された流体の存在を感知するセンサ回路を含み得る制御装置１５０によって作動する。パターン化された流体が完全に通過すると、振動装置は停止して、トラフからの粉末流動を停止し得る。
【００３１】
粉末は、他の手法によって選択的に堆積し得る。例えば、粉末は、基材の層の片側を粉末で満たし、次いで、基材の反対側をサーマル印刷ヘッドなどの適切なデバイスで選択的に加熱することによって、選択的に堆積し得る。この手法では、サーマル印刷ヘッドは、選択的にオン又はオフにすることができる、加熱素子の高解像度配列を含む。加熱される領域では、粉末は溶融し、基材に付着する。付着していない過剰な粉末は、例えば、粉末除去装置１３０により、過剰な粉末を真空にすることによって、又は過剰な粉末が重力を介して基材から落ちるように基材を裏返すことによって除去される。
【００３２】
あるいは、粉末は、ゼログラフィック印刷で用いられるものと同様の選択的堆積技術を使用して堆積し得る。この手法では、電荷が粉末粒子に付与され、この粉末粒子は、基材１１８に向けられ、次いで基材の一部に選択的に付着するが、静電気引力又は斥力に起因する他のものではない。粉末粒子は、反対の電荷を有する基材の一部、又はこのような電荷を有する基材表面に隣接する基材の一部に付着し、同じ電荷を有する基材の一部から、又はこのような電荷を有する基材表面に隣接する基材の一部から反発される。
【００３３】
あるいは、粉末は、磁気グラフィック印刷で用いられるものと同様の選択的堆積技術を使用して堆積し得る。この手法では、粉末は、基材層の一部に選択的に付着するが、粉末と、基材表面又は基材表面に隣接する基材層との間の磁力相互作用に起因する他のものではない。例えば、粉末は、単一の構成要素の磁性トナー、コロイド懸濁液（例えば、強磁性流体）、又は２つの構成要素のトナーであり得る。磁鉄鉱又は酸化第二鉄（ＦｅＯ）などの様々な磁気顔料が、この手法でトナー粉末に使用され得る。
【００３４】
上記の実施例の全てでは、粉末を選択的に堆積させる工程は、固体粉末を非選択的様式で基材１１８に向けるサブ工程を含み得る。例えば、このサブ工程は、基材の表面全体を粉末で満たすことを含み得る。又は例えば、ゼログラフィック又は磁気グラフィックの例では、このサブ工程は、基材層全体に向けて帯電又は磁化された粉末を送ることを含み得る。
【００３５】
更に図１を参照すると、粉末除去装置１３０は、次いで、基材に付着していない任意の粉末を除去する。粉末は、例えば、粉末除去装置に隣接して移動する際に、過剰な粉末を真空にすることによって、基材から除去され得る。典型的な用途では、粉末除去装置１３０は、（後述される）サイクロンに連結される真空モータを有する真空を含み得る。操作中、真空は、基材に付着していない粉末を引き、一方で、印刷領域に塗布された粉末は残る。サイクロンは、当業者によく理解されるように、再使用のために、真空処理された粉末を粉末塗布装置１２８に再循環させ得る。特定の状況では、いくつかの望ましくない粉末が依然として基材材料上に存在し得るため、真空からの粉末除去量は不十分であり得る。このため、粉末除去装置１３０は、基材から任意の残りの過剰な粉末を除去するために、真空後のエアナイフを含み得る。除去された過剰な粉末はまた、再使用のためにサイクロンによって粉末塗布装置に再循環され得る。
【００３６】
粉末システム１０６は、基材材料１１８が、画像形成デバイス１０４を通過すると、基材が、粉末システム１０６を自動的に移動するように、連続的に稼働するように設定され得る。あるいは、移送サブシステム１１４、画像形成デバイス、及び粉末システム１０６と通信する制御装置１５０は、粉末塗布装置１２８、及び粉末除去装置１３０、又はそのサブシステムに、適切な時間でオン及びオフにするように指示し得る。
【００３７】
基材１１８に粉末が塗布され、過剰な粉末が除去された後、残りの粉末は、基材上で溶融してもよく、その結果、粉末は、基材の印刷領域により永久的に付着し、したがって、後続の処理工程中の変位、破壊、又は脱落から保護される。この目的のために、任意の定着装置１０８は、粉末システム１０６の後に配置され得る。定着装置１０８は、粉末除去装置１３０から出る基材の上方に、下方に、又は隣接して配置され得る。定着装置１０８は、溶融させるのに十分であって、それによってパターン化された粉末を基材に固定する、例えば、これらに限定されないが、放射、ＩＲ、又は他の加熱手法であり得る。基材１１８が、粉末システム１０６から出て移動すると、定着装置１０８からの熱が、基材表面上の粉末を溶融させて、粉末を基材に固定させる。
【００３８】
ＡＭシステム１００は、任意に、システムが故障していないこと、適切な量の粉末が堆積すること、基材材料が必要に応じて移動していること、個々の基材シートが必要に応じて移動していること、を確実にするためにセンサ１１０（例えば、カメラなどの撮像デバイス）、及びプロセスの他の品質保証態様を有し得る。センサは、例えば、制御装置１５０からの入力に基づいて、又は印刷された材料又は基材シートの端部の検出に基づいて自動的に作動し得る。
【００３９】
上記のように、例示的なＡＭシステム１００では、基材材料１１８のロール１０２は、画像形成デバイス１０４の前に取り付けられ、位置する。特定の理論に限定されないが、基材材料１１８のウェブは、画像形成デバイス１０４、粉末サブシステム１０６、定着装置１０８、センサ１１０を含むＡＭシステムの全ての構成要素を貫通することができ、次いで、積層前にカッター１１２によって単一のシート１３２に切断することができ、シートは、３Ｄ物体の層に対応する。例では、基材材料１１８のウェブは、カッター１１２によって、プロセスの任意の前の時点で単一のシート１３２に切断され得る。例えば、ウェブは、得られた基材シートを画像形成デバイス１０４に前進させる前に、単一のシートに変換され得る。同様に、ウェブは、画像形成デバイス１０４の後及び粉末サブシステム１０６の前、又は粉末サブシステムの後及び定着装置１０８の前、又は定着装置の後及びセンサ１１０の前に、単一のシートに変換され得る。例では、ウェブは、個々のシートに予備切断されてもよく、シートは、ＡＭシステムによる個々の処理のために材料フィーダーによって保持されたシートの積層体として配置される。カッター１１２は、当業者によく理解されるように、機械的器具（例えば、ブレード、パンチ）、又は他の手法（例えば、レーザ）でシートを切断し得る。
【００４０】
例では、ＡＭシステム１００はまた、所望の位置に、基材材料１１８又はその基材シート１３２内に見当開口部を置くためのパンチデバイス１３４も含み得る。見当開口部は、シート上に印刷されたパターン化されたマーキング材料画像の正確な位置合わせのために、基材シートの位置に対して正確に予め画定された位置に配置される。これは、例えば、画像形成デバイス１０４及び粉末サブシステム１０６が置かれる同じフレーム上に、又は当該技術分野において周知の他の位置合わせ機構を使用して、移送サブシステム１１４によって移動する基材材料１１８に近接して、パンチデバイス１３４を取り付けることによって達成され得る。パンチデバイス１３４は、基材材料から見当開口部を突き出す硬質器具、又は基材材料から見当開口部を切断するレーザカッターを含み得る。
【００４１】
３Ｄ物体を形成するＡＭプロセスを完了するために、粉末印刷された基材シート１３２は、基材シートをそれらの見当開口部を介して位置合わせし、互いに融合して、積層された基材シートを組み合わされた物体に取り付けることによって積層され得る。次いで、コーティングされていない基材材料は、例えば、研磨剤ブラスト、化学的除去、又は溶解によって、組み合わされた物体から除去され得る。積層装置サブシステム１１６は、上記の見当開口部に基づいて、切断された印刷された基材シート１３２を見当合わせして積層するように構成されている。図１に見られるように、積層装置サブシステム１１６は、印刷された基材シート１３２を受容し、見当開口部が、積層装置サブアセンブリの見当ピン１３６の周りに位置合わせされて、印刷されたシートの積層体１３８を形成する。
【００４２】
印刷されたシートを積層した後、シート上のパターン化された粉末は、組み合わせて、３Ｄ物体に硬化し得る。図１は、たとえ圧縮しても、基材シート１３２上の圧力を維持するために、１つ以上の弾性構成要素（例えば、ばね１４２）を含む圧縮デバイス１４０を含む、積層装置サブシステム１１６を示す。多数の基材シート（層）が、ベッドプレート１４４上に重ねられて、積層装置サブシステム１１６内に置かれた後、挿入された基材シートは、ばね１４２と共に圧縮されて、上部プレート１４６上で、底部ベッドプレートに向かって圧力をかけ得る。
【００４３】
圧縮された積層体１３８は、例えば、オーブン（図示せず）内で加熱され得る。オーブンからの熱は、熱可塑性粉末を溶融させる。溶融した材料は、基材層をコーティングする。次いで、その中に基板積層体１３８を有する圧縮デバイス１４０は、オーブンから取り出され、基材層は冷却される。次いで、溶融した材料は固化する。これによって、基材シート１３２を一緒に結合（融合）する。次いで、（固化した材料によって覆われていない）過剰な基材は、例えば、研磨剤ブラスト、化学的除去、又は溶解によって、上記のように除去されて、３Ｄ印刷された物体をもたらす。
【００４４】
ＡＭシステム１００によって実行されるプロセスは、１つ以上の制御装置１５０を使用して、順序配列及び監視され得る。制御装置１５０は、印刷される物体の３Ｄモデルに基づいて、機外のコンピュータ（図示せず）によって生成される構築命令を読み取り、実行し得る。例えば、材料供給装置１０２、画像形成デバイス１０４、粉末サブシステム１０６、定着装置１０８、センサ１１０、カッター１１２、移送サブシステム１１４、パンチデバイス１３４、及び積層装置サブシステム１１６は、制御装置からの入力に基づいて、本明細書で論じられるように作動し得る。したがって、画像形成デバイス１０４と通信する制御装置１５０は示さるが、制御装置は、ＡＭシステムの任意の構成要素と通信し得ることが理解される。
【００４５】
図２は、ＡＭシステム１００と共に作動し得る例示的な縫製サブシステム２００を示す。縫製サブシステム２００は、印刷された複合体層を一緒に、印刷された複合シート層の集合体に縫合するように構成されている。特定の理論に限定されないが、縫製サブシステム２００は、３Ｄ物体の層間強度を増大させるために、複合体系積層造形の中間部分として作動可能であり得る。本明細書で使用される場合、「縫製」という用語は、糸又はフィラメントを層に適用するための任意の機構（例えば、往復針など）にかかわらず、層と糸又はフィラメントとの任意の関連付け又は取り付けを含む。
【００４６】
具体的には、縫製サブシステム２００は、例えば、シートを一緒に層の集合体２０２に縫合することによって、印刷された基材シート１３２の層を一緒に結合し得る。次いで、印刷された層の集合体２０２は、例えば、積層装置サブシステム１１６によって、印刷されたシートの積層体１３８に積層され得る。その端部に向かって、縫製サブシステム２００は、縫製機械２０４及び集合体搬送サブシステム２０６を含み得る。縫製機械２０４は、以下でより詳細に説明されるように、縫製機構２０８及びループ機構２１０を有する一体型ユニットであり得る。
【００４７】
集合体搬送サブシステム２０６は、印刷されたシート１３２を、縫製サブシステム２００を通して、集合体２０２として積層装置サブシステム１１６に移送し得る。例えば、図２に示される集合体搬送サブシステム２０６は、切断された印刷された基材シート１３２を印刷された層として収集し、収集された印刷された層を集合体２０２に整理し、集合体の印刷された層を一緒に縫製するために集合体を縫製機械２０４に移送し、次いで縫製された集合体を積層装置サブシステムに移送して、３Ｄ物体の積層体１３８を形成するように構造化され、操作可能であり得る。したがって、集合体搬送サブシステム２０６は、ＡＭシステム１００を通して、集合体２０２を保持及び前進させるために使用される、ベルト２１２、供給ローラー２１４、及び見当ピン１３６を含み得る。集合体搬送サブシステム２０６は、移送サブシステム１１４に近接して位置付けられて、多数の切断された印刷された基材シート１３２を移送サブシステムから受容し、位置合わせし得る、積上げステーション２１６を更に含む。積上げステーション２１６は、例えば、上記の見当開口部に基づいて、見当合わせして切断された印刷された基材シート１３２の数を積層し得る。図２に見られるように、積上げステーション２１２は、多数の印刷された基材シート１３２を、集合体搬送サブシステムの見当ピン１３６の周りに位置合わせされた見当開口部で連続して受容して、印刷された層の集合体２０２を形成する。
【００４８】
集合体２０２は、層とも称される複数の切断された印刷された基材シート１３２であると理解される。シート層の集合体２０２は、縫製機械２０４によって一緒に縫製され得る任意の数のシート層を含み得る。集合体を構成するシート層の数は、基材材料１１８の厚さ、及び基材シート上の印刷パターンの厚さに依存し得る。実施例は、縫製機械２０４が、層を一緒に縫合し得る限り、任意の特定の数の印刷されたシート層に限定されない。例えば、シート層の数は、２〜１００、又は２〜５０、又は２〜２５、又は２〜１０であり得る。更に、各集合体は、厚さが変化してもよい（例えば、概ね０．５〜３ｍｍの積層体厚さの増加、１〜１０ｍｍの積層体厚さの増加、１〜２５ｍｍの積層体厚さ）。効率のために、層の数は、縫製機械の構成要素に過度の負担又は応力を引き起こすことなく、一緒に縫製され得る印刷されたシート層の範囲内であり得る。
【００４９】
特定の理論に限定されないが、集合体搬送サブシステム２０６は、移送サブシステム１１４の一部であってもよく、又は移送サブシステムから分離してもよい。更に図２を参照すると、集合体搬送サブシステム２０６は、カッター１１２の下流に位置するウェブ系移送サブシステム１１４とは別個であり、かつそれに近接し得る。基材材料１１８は、印刷された基材シート１３２がカッター１１２によって切断され、集合体２０２に積層されるウェブ基材であってもよく、その一方で、カッターによって分離されないウェブ基材の一部は、続いて、２１８で再度巻かれてもよい。次いで、集合体２０２は、縫製機械２０４によって一緒に縫合され、縫製された集合体を積み重ねるため、かつ後続の処理（例えば、加熱、圧縮、洗浄）のために、積層装置サブシステム１１６に移送され得る。
【００５０】
縫製機械２０４は、集合体搬送サブシステム２０６に近接して位置し、縫製された集合体として、印刷された基材層の集合体２０２を一緒に縫製するように構成されている。上記のように、縫製機械２０４は、集合体搬送サブシステム２０６を介して、積上げステーション２１６から来る集合体２０２の上方に位置する縫製機構２０８と、集合体の下に位置するループ機構２１０とを有する一体型ユニットであり得る。縫製機構２０８は、その穿孔先端付近に糸開口部２２２を有する縫製針２２０を含む。図２に見られるように、縫製機構２０８は、縫製針の糸開口部２２２を通って延在する縫製糸２２４を格納し得る。縫製機構２０８は、縫合針２２０を、縫製機構構成要素（例えば、歯車、カム、クランク、ベルト）に接続する針バー（図示せず）を含んでもよく、この縫製機構構成要素は、モータによって駆動されて、縫合針を下方及び上方に往復運動させて、印刷された基材層の集合体２０２を通して縫合糸２２４を繰り返し引っ張り、元に戻し、基材層を一緒に縫合し得る。ループ機構２１０は、縫製されている集合体２０２の下に、縫製機構の反対側に位置する。
【００５１】
特定の理論に限定されないが、ループ機構は、当業者に容易に理解されるように、集合体を通過してその下面に移動する縫製糸２２４と相互作用して、糸を用いたループ縫合を完成させ得る。例えば、ループ機構２１０は、集合体の下にある、単一の長さの縫合糸２２４を、それ自体にループバックして、鎖縫合を形成し得る。この例では、ループ機構２１０は、往復縫製針２２０と同期して移動して、縫製針が集合体から引き出される前に、集合体の下に引かれた縫製糸のループを掴み、次いで、ループを前方に押すループフック（図示せず）を含み得る。縫製針２２０は、再び集合体を突き抜け、縫製糸を糸の新しいループとして集合体の下に引き戻す。縫製糸のこの新しいループは、前のループの中央を通過する。ループフックは、糸を再び掴み、次の縫合のためにループを前方に押す。このようにして、糸の全てのループは、次のループを定位置に保持する。
【００５２】
別の例では、ループ機構２１０は、当業者によく理解されるように、縫製糸２２４の第１のループを、第２の縫製糸の周囲に繰り返し巻きつけて、ロック縫合を形成し得る。上記で論じられた例と同様に、縫製針２２０は、集合体２０２の印刷された層を突き抜け、縫製糸２２４のループを残す。しかしながら、この例では、縫製機構２０８は、ループを、ループ機構から巻きだす第２の糸に取り付ける。この例では、ループ機構は、シャトルフック及びボビン組立品を含み得る。縫製針２２０が、第２の糸を通ってループを押すとき、回転シャトルは、ループをそのフックで把持する。シャトルが回転すると、縫製糸２２４のループを、ボビンから来る第２の糸の周囲に引っ張る。実施例では、縫製糸２２４は、当業者にはよく理解されるように、集合体を一緒に縫合するのに使用可能な、ポリマー繊維、炭素繊維、これらの組み合わせ、又は任意の材料（例えば、綿、レーヨンなど）を含み得る。
【００５３】
集合体２０２が、縫製機械２０４によって一緒に縫製された後、集合体搬送サブシステムは、後続の縫製された集合体と積層装置サブシステム上に置かれた他の縫製された集合体との結合のために、縫製された集合体を積層装置サブシステム２１６に移送し得る。後続の結合は、集合体２０２の積層体を加熱及び圧縮して、縫製された集合体の結合された積層体を形成することによって提供され得る。集合体２０２の加熱及び圧縮の間、各集合体の縫製糸は、各集合体内で、隣接する集合体を一緒に束ねる。基材層が冷却されると、糸は、集合体の基材層の冷却されたポリマーと、最終固体３Ｄ物体を形成する隣接する集合体に固定的に絡まる。過剰な基材、すなわちパターン化されたポリマーで印刷されていない層の基材材料の除去は、糸が元々印刷された基材シートの印刷された領域内のみに縫製される際に、交絡した糸を露出させることを懸念することなく、上記で論じられたように進み得る。最終結果は、３Ｄ物体全体にわたって縫製糸の縫製及び絡み合いに起因して、積層された基材シートの平面方向に垂直なＺ軸の強度が増加した最終固体３Ｄ物体である。
【００５４】
特定の理論に限定されないが、縫製機械２０４は、印刷された基材シートの層を、印刷されたシート１３２の印刷された部分の間のみの集合体２０２に一緒に縫製するように構成され得る。この手法では、縫製糸は、３Ｄ物体を一緒に縫合するために、印刷されたシートの印刷された領域内のみに配置されて、印刷材料によって覆われていない過剰な基材には配置されない。制御装置１５０は、縫製サブシステム２００と通信して、形成されている３Ｄ物体の形状及び一緒に縫製されている３Ｄ物体の区分された集合体などの要因に基づいて、シート層の印刷された領域のみを一緒に縫合するように縫製機械２０４に指示し得る。縫製機械２０４は、針が上下に移動するのと同時に、縫製針２２０が縫製機構２０８の構成要素によって左右に移動する、ジグザグ縫合のような様々な縫合を提供する電気縫製機械であり得る。縫製機械は、制御装置１５０によって制御され、縫製機械モータ（複数可）を制御することができ、縫製機械モータは、縫製針２２０及び縫製機械２０４の他の構成要素を正確に動かして、集合体の基材シート層上の印刷された画像パターンと一致するパターンで縫合を生成する。
【００５５】
図３は、図１及び図２に示されるＡＭシステム１００及び縫製サブシステム２００内の例示的なデバイスを自動的に制御する命令を実行するための制御装置１５０のブロック図を示す。例示的な制御装置１５０は、図１〜図２で示され、以下の図４でより詳細に説明されるようなシステム内でＡＭ  ３Ｄ物体形成プロセスを実行するための制御装置への入力を提供し得るか、又はその構成要素であり得る。
【００５６】
例示的な制御システム１５０は、使用者が例示的な制御システム１５０と通信し得る操作インターフェース３１０を含み得る。操作インターフェース３１０は、ＡＭ  ３Ｄ物体形成システム１００に関連付けられるローカルアクセス可能な使用者インターフェースであり得る。操作インターフェース３１０は、使用者が例示的な制御システム１５０に情報を入力することを可能にし得る制御デバイス及び／又はコンピューティングデバイスに共通する１つ以上の従来の機構として構成され得る。操作インターフェース３１０は、例えば、従来のキーボード、「ソフト」ボタン又は互換性のあるスタイラスで使用するための様々な構成要素を有するタッチスクリーン、使用者が例示的な制御システム１５０に、音声認識プログラムによって「変換される」口頭命令を提供し得るマイクロフォン、又は使用者が特定の操作命令を例示的な制御システム１５０に通信し得る他の同様のデバイスを挙げることができる。操作インターフェース３１０は、例示的な制御システム１５０が関連付けられている、ＡＭシステム１００及び縫製サブシステム２００上に搭載、統合、又は関連付けられる、グラフィカル使用者インターフェース（ＧＵＩ）の一部又は機能であり得る。
【００５７】
例示的な制御システム１５０は、例示的な制御システム１５０を個別に操作し、ＡＭ  ３Ｄ物体形成のための効果制御及び操作機能を実行するための、具体的には、複合体系層形成スキームを実施し、印刷されたシートの層を３Ｄ物体に積層される結合剤に縫製するための、１つ以上のローカルプロセッサ３２０を含み得る。プロセッサ（複数可）３２０は、例示的な制御システム１５０の特定の機能、及びＡＭ  ３Ｄ物体形成プロセスの制御、及び／又は例示的な制御システム１５０を用いる集合体縫製を指示する命令を解釈及び実行する、少なくとも１つの従来のプロセッサ又はマイクロプロセッサを含み得る。
【００５８】
例示的な制御システム１５０は、１つ以上のデータ記憶デバイス３３０を含み得る。このようなデータ記憶装置（複数可）３３０は、例示的な制御システム１５０、具体的にはプロセッサ（複数可）３２０によって使用されるデータ又は操作プログラムを記憶するために使用され得る。データ記憶デバイス（複数可）３３０は、例えば、例示的な制御システム１５０が関連付けられている、ＡＭシステム内で３Ｄ物体を生成するための１つ以上の３Ｄ物体モデルに関する情報を記憶するために使用され得る。記憶された３Ｄ物体モデル情報は、２Ｄスライスの一連の層の印刷、及び本明細書の実施例によって一般的に記載される様式で３Ｄ物体を形成するための印刷された基材層を縫製のためのデータに移され得る。
【００５９】
データ記憶装置（複数可）３３０としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は更新可能なデータベース情報を記憶し得る、例えば、プロセッサ（複数可）３２０によって、ＡＭシステム操作の実行のための命令を別個に記憶し得る別のタイプのダイナミック記憶デバイスを挙げることができる。データ記憶デバイス（複数可）３３０はまた、従来のＲＯＭデバイス、又はプロセッサ（複数可）３２０のための静的情報及び命令を記憶する別のタイプの静的記憶デバイスを含み得る、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を挙げることができる。更に、データ記憶デバイス（複数可）３３０は、例示的な制御システム１５０と統合されていてもよく、又はクラウド系データ記憶構成要素を含む例示的な制御システム１５０の外部で、及び制御システム１５０と有線若しくは無線通信で提供され得る。
【００６０】
例示的な制御システム１５０としては、ＡＭシステム１００のＧＵＩ上の表示スクリーン、及び／又は例示的な制御システム１５０が関連付けられ得る縫製サブシステム２００が含まれるが、これらに限定されない、使用者に情報を出力する１つ以上の従来の機構として構成され得る、少なくとも１つのデータ出力／表示デバイス３４０を挙げることができる。データ出力／表示デバイス３４０は、デバイス内の複数の別個の処理ステーション又はサブシステムのうちの１つ以上で、１つ以上の個別に制御された構成要素の操作を含む、例示的な制御システム１５０が関連付けられ得るＡＭシステム／縫製サブシステムによって実行される３Ｄ物体形成操作の状態を、使用者に示すために使用され得る。
【００６１】
例示的な制御システム１５０は、例示的な制御システム１５０が、印刷されたシート繊維交絡装置２００などの例示的な制御システムの外部にあってもよい構成要素と通信し得る、１つ以上の別個の外部通信インターフェース３５０を含み得る。外部通信インターフェース３５０のうちの少なくとも１つは、３Ｄ物体形成操作における制御機能の実行のためのモデリング情報を記憶する外部ＣＡＤ／ＣＡＭデバイスを接続することを支援する入力ポートとして構成され得る。例示的な制御システム１５０と、外部及び／又は関連付けられた構成要素との間で、有線又は無線通信を提供する任意の好適なデータ接続は、示された外部通信インターフェース３５０によって包含されることが企図される。
【００６２】
例示的な制御システム１５０としては、移された３Ｄ物体モデル情報によるプロセス中の３Ｄ物体のための、一連の２Ｄスライス（例えば、印刷された基材シート１３２）を生成する、基材材料１１８上の画像形成プロセス（例えば、画像形成デバイス１０４、粉末サブシステム１０６、定着装置１０８）を制御するために使用され得る画像形成制御デバイス３６０を挙げることができる。基材材料１１８は、画像形成デバイス１０４、粉末サブシステム１０６、及び定着装置１０８を通って供給されて、画像形成制御デバイス３６０の制御下で、その上に形成されたマーキング材料画像を有し得る。基材材料は、印刷された基材ウェブとして粉末サブシステム１０６を出て、物体を形成するための縫製された集合体を有する印刷されたシート１３８の積層体を構成するために、縫製サブシステム２００を介してＡＭシステム１００の出力側で切断されて、自動的に積層され得る。画像形成制御装置３６０は、データ記憶装置３３０のうちの１つ以上に連結されるプロセッサ３２０の一部若しくは機能として作動し得るか、又は例示的な制御システム１５０内の別個のスタンドアロン構成要素モジュール若しくは回路として作動し得る。プロセッサ３２０又は画像形成制御デバイス３６０のいずれかは、入力３Ｄ物体モデル情報を解析して、ＡＭシステム１００内の基材材料１１８上の層ごとの２Ｄスライス材料層印刷スキームを決定及び実行し得る。
【００６３】
例示的な制御システム１５０は、データ記憶装置３３０のうちの１つ以上に連結される、又は例示的な制御システム１５０内の別個のスタンドアロン構成要素モジュール若しくはステーションとしての縫製サブシステム制御デバイス３７０を含み得る。縫製サブシステム制御装置３７０は、印刷されたシート集合体積層及び集合体縫製プロセスのうちの１つ以上の機能を制御して、個々の印刷されたシートを互いに縫合し、最終３Ｄ物体への積層及び処理のために印刷されたシートの縫製された集合体を形成するのに有用であり得る。このような場合、縫製サブシステム２００を使用して、印刷された基材シートをバッチとして正確な位置合わせで積層することができ、バッチを一緒に縫合し、後の使用のためにバッチの積層体として正確な位置合わせで積層するために縫製されたバッチを前進させることができる。積層体１３８を加熱し、更に加圧することは、バッチ縫製プロセスを減速させないために、その後に必要に応じてオフラインで提供され得る。縫製サブシステム制御デバイス３７０は、例えば、１つ以上のデータ記憶装置３３０に連結されるプロセッサ３２０の一部若しくは機能として作動し得るか、又は例示的な制御システム１５０内の１つ以上の別個のスタンドアロン構成要素モジュール若しくは回路として作動し得る。
【００６４】
例示的な制御システム１５０としては、積層された支持構成要素構造体を除去し、３Ｄ物体を表面仕上げし得る削除機械加工プロセスにおいて、縫製され印刷された層状バッチの処理された積層体上の最終３Ｄ物体成形スキームを実行するための３Ｄ物体仕上制御デバイス（図示せず）を挙げることができる。上記で列挙された他の別個の制御デバイスと同様に、３Ｄ物体仕上げ制御デバイスは、仕上げデバイスの作動を実行するための１つ以上のデータ記憶装置３３０に連結されるプロセッサ３２０の一部若しくは機能として作動し得るか、又は例示的な制御システム１５０内の別個のスタンドアロン構成要素モジュール若しくは回路として作動し得る。
【００６５】
図３に示されるように、例示的な制御システム１５０の様々な構成要素の全ては、１つ以上のデータ／制御バス３８０によって、内部に、及び１つ以上のＡＭ物体形成デバイス及び／又はその構成要素に接続され得る。これらのデータ／制御バス３８０は、例示的な制御システム１５０の様々な構成要素間の有線又は無線通信を提供することができ、それらの構成要素の全ては、一体的に収容されているか、又はそれ以外の場合外部であり、かつ例示的な制御システム１５０が関連付けられ得るＡＭシステム１００に接続される。
【００６６】
図３に一体型ユニットとして示されているが、例示的な制御システム１５０の様々な開示された要素は、例示的な制御システムの単一ユニットと一体である、又は外部であり、例示的な制御システムの単一ユニットと有線若しくは無線通信する、個々の構成要素又は構成要素の組み合わせとして、サブシステムの任意の組み合わせで配置され得る、と理解されるべきである。換言すれば、一体型ユニットとして、又は支持ユニットとしての特定の構成は、図３の記述によって暗示されことはない。更に、例示的な制御システム１５０に関する本開示で提供される詳細を理解しやすくするために個々のユニットとして示されているが、個々に示された構成要素のうちのいずれかの記載された機能、具体的には、示された制御デバイスのそれぞれは、例えば、１つ以上のデータ記憶デバイス（複数可）３３０に接続され、それと通信する１つ以上のプロセッサ３２０によって実行され得る。
【００６７】
開示された実施形態は、印刷された基材シート層のバッチを縫製し、縫製されたバッチを前進させて、３Ｄ物体としてバッチの積層体を形成することよって、その印刷された基材シート層に垂直なＺ軸方向における３Ｄ物体の強度を増加させる例示的な方法を含み得る。図４は、複合体系積層造形中に、印刷された複合体層を集合体に結合するそのような例示的な方法のフローチャートを示し、それは、工程Ｓ４００で開始し、工程Ｓ４１０に進行する。
【００６８】
工程Ｓ４１０で、切断された印刷されたシート１３２は、集合体搬送サブシステムの積上げステーションで、ＡＭシステムから連続して２Ｄ層として受容される。本方法の操作は、工程Ｓ４２０に進行し、ここで、受容された複数の印刷された基材層は、位置合わせされた形態で積上げステーションで積層されて、位置合わせされた印刷された基材層の集合体を形成する。この工程は、印刷された基材層の見当開口部を、積上げステーションの見当ピンの周りに位置合わせして、集合体の印刷された基材層を位置合わせすることを含み得る。シート層の各集合体は、縫製機械２０４によって一緒に縫製され得る任意の数のシート層を含み得る。集合体を構成するシート層の数は、基材材料の厚さ、及び基材シート上の印刷パターンの厚さに基づいて事前時決定され得る。実施例は、縫製機械２０４が、層を一緒に縫合し得る限り、任意の特定の数の印刷されたシート層に限定されない。本方法の操作は、工程Ｓ４３０に進行する。
【００６９】
工程Ｓ４３０では、集合体搬送サブシステムは、印刷された基材層の集合体を、縫製機械に移送する。方法の操作は工程Ｓ４４０に進行し、ここで、集合体の印刷された基材層は、縫製機械で一緒に縫製されて、縫製された集合体を形成する。実施例では、制御装置は、縫製機械と通信して、一緒に縫製されている３Ｄ物体のそれぞれの集合体によって形成されている３Ｄ物体の形状などの要因に基づいて、シート層の印刷された領域のみを一緒に縫合するように縫製機械に指示し得る。実施例では、縫製は、縫製針及び縫製針に取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の集合体に繰り返し通して、縫製糸の第１のループを、縫製機構で集合体の片側から集合体の反対側に引っ張ることと、縫製糸の第１のループを、ループ機構で第２の縫製糸の周囲に繰り返し巻き付けることと、縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の集合体から引っ張ることと、を含む。他の実施例では、縫製は、縫製針及び縫製針に取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の集合体に繰り返し通して、縫製糸の第１のループを、縫製機構で集合体の片側から集合体の反対側に引っ張ることと、縫製糸の第１のループを、ループ機構で縫製糸の第２のループの周囲に繰り返し巻き付けることと、縫製針及び取り付けられた縫製糸を、印刷された基材層の集合体から引っ張ることと、を含む。
【００７０】
図４に示される方法の操作は、工程Ｓ４５０に進行し、ここで縫製された集合体は、後続の処理のために集合体搬送サブシステムによって積層装置サブシステムに移送され、これは、他の縫製された集合体と結合して、縫製された集合体を含む印刷された基材層の積層体を形成することを含み得る。実施例では、この工程は、縫製された集合体を、先に形成された縫製された集合体上に置くことと、それと共に、積層装置サブシステムの見当ピンと見当合わせされる集合体の位置合わせ開口部と位置合わせすることと、を含むことができ、ここで、積層装置サブシステムは、縫製された集合体を受容して、縫製された集合体の位置合わせされた積層体を形成する。操作は、積層体が完了するまで、付加されて縫製された集合体を有する積層体を増加させるために、工程Ｓ４１０に戻ってもよい。次いで、積層体は、上記で論じられたように、加熱、圧縮、及び洗浄などの後続の処理の準備ができている。集合体の加熱及び圧縮の間、各集合体の縫製糸は、各集合体内で、かつ隣接する集合体を一緒に束ね得る。基材層が冷却されると、糸は、最終固体３Ｄ物体を形成する集合体及び隣接する集合体の冷却されたポリマーと固定的に絡まり、積層された基材シートの平面方向に垂直なＺ軸における積層体強度を更に増加させ得る。
【００７１】
実行可能な方法工程の例示的に示されたシーケンスは、工程に記載される機能を実施するための、対応する動作シーケンスの一例を表す。例示的に示された工程は、開示された実施形態の目的を達成するために、任意の合理的な順序で実行され得る。本方法の開示された工程の特定の順序は、必ずしも図４の記述によって暗示されず、添付の説明は、任意の特定の方法工程を除き、任意の他の方法工程の実行に必要な前提条件であると合理的に見なされる。個々の方法工程は、順番に、又は同時若しくはほぼ同時のタイミングで並行して実行され得る。加えて、示され、記載された方法工程の全てが、本開示による任意の特定のスキームに含まれる必要はない。
【００７２】
当業者であれば、開示される主題の他の実施形態は、多くの異なる構成において、３Ｄインキングシステムに共通する多くの種類の画像形成要素を用いて実施され得ることを理解するであろう。例えば、単一パスマーキング材料の堆積が、論じられた実施形態に示されているが、実施例は、３Ｄ物体形成システム及び方法を含む、マルチパスシステム及び方法に適用される場合がある。また、論じられた実施形態では、片面印刷が示されているが、実施例は、多面印刷に適用される場合がある。これらは、開示されるスキームに従って実行され得る変形の非限定的な例であることを理解されたい。換言すれば、特定の限定的な構成は、上記の説明及び添付の図面から暗示されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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