(57)【要約】      （修正有）【課題】制御された指向性特徴を有する複合構造体を作製するために使用できる付加製造デバイス及び方法を提供する。【解決手段】装置は、分配ユニットを有し、分配ユニットは、供給原料１００を、流れがビルド表面に向かって出る分配ユニットのオリフィスから外へ流動させる。供給原料は、機能性材料１０２及び流動性材料を有する。ビルド表面及び分配ユニットは、オリフィスから出る流れが、部品を付加的に製造するように、互いに対して移動される。フィールド発生器は、流体流上にフィールドを放出して、機能性材料を整列させる。フィールドは、機能性材料が、部品のある体積内で選択可能な可変配向を有するように、経時的に変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
機能性材料及び流動性材料を含む供給原料を受容する供給機構であって、前記供給機構により、前記流動性材料は、流れがビルド表面に向かって出るオリフィスに向かう流れ方向において前記機能性材料を運ぶ前記流れを達成し、前記ビルド表面及び前記オリフィスの一方又は両方が、互いに対して移動され、それにより、前記オリフィスから出る前記流れが、部品を付加的に製造する、供給機構と、
前記流体流上にフィールドを放出する、前記オリフィスに又は前記オリフィスの前に配置されたフィールド発生器であって、前記フィールドが、前記機能性材料を整列させ、かつ前記流れ方向に対して垂直である少なくとも１つの構成要素を有し、前記フィールドが、前記フィールド発生器を介して経時的に変化し、それにより、機能性材料が、前記部品のある体積内で選択可能な可変配向を有する、フィールド発生器と、を備える、装置。
【請求項２】
前記流動性材料を溶融させる熱源を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記外部フィールドが、前記流れの温度を増加させる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記機能性材料が、永久磁気材料を含み、前記部品は、体積が変化する永久磁場方向を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フィールド発生器が、磁場を発生させるコイルを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記フィールド発生器が、第２の磁場を発生させる２つ以上のコイルを備え、前記磁場及び前記第２の磁場が組み合わさって、三次元におけるいかなる角度に対しても可変である正味磁場を形成する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記流動性材料が、ポリマーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記機能性材料が、磁化又は消磁された磁性磁石を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記機能性材料が、グラフェンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記機能性材料が、繊維を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記繊維が、そこに取り付けられた磁性粒子を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記部品の前記体積内の前記選択可能な可変配向が、前記機能性材料の選択可能な可変磁気配向を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記部品の前記体積内の前記選択可能な可変配向が、前記機能性材料の選択可能な可変異方性構造を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記部品の前記体積内の前記選択可能な可変配向が、前記機能性材料の選択可能な可変熱伝達特性を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記フィールドの角度、大きさ、及び方向の任意の組み合わせが、経時的に変化する、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
方法であって、
供給原料を分配ユニット内に配置することであって、前記供給原料が、機能性材料及び流動性材料を含む、配置することと、
前記分配ユニットのオリフィスから外へ、かつビルド表面に向かう流れ方向において、前記供給原料の流れを引き起こすことと、
前記流体流上にフィールドを適用して、前記機能性材料を整列させることであって、前記フィールドが、前記流れ方向に垂直である少なくとも１つの構成要素を有する、適用することと、
前記オリフィスから出る前記流体流が部品を付加的に製造するように、前記ビルド表面及びオリフィスのうちの少なくとも１つを移動させることと、
前記機能性材料が、前記部品のある体積内で選択可能な可変配向を有するように、前記フィールドを経時的に変化させることと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記供給原料を加熱して前記流れを引き起こすことを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
装置であって、
供給原料を分配ユニットのオリフィスから外へ流動させる分配ユニットであって、前記流れが、前記オリフィスから出てビルド面に向かい、前記供給原料が、機能性材料及び流動性材料を含み、前記ビルド表面及び分配ユニットのうちの少なくとも１つが、互いに対して移動され、それにより、前記オリフィスから出る前記流れが、部品を付加的に製造する、分配ユニットと、
前記機能性材料を整列させるために、前記流体流上に第１のフィールドを放出するフィールド発生器であって、前記第１のフィールドの角度が経時的に変化し、それにより、機能性材料が、前記部品のある体積内の選択可能な可変配向を有する、フィールド発生器と、を備える、装置。
【請求項１９】
前記流体流上に第２のフィールドを放出する第２のフィールド発生器を更に備え、前記第２のフィールドが、前記第１のフィールドとは異なるタイプであり、かつ前記部品の前記体積内の前記機能性材料の前記選択可能な可変配向に影響を及ぼすように経時的に可変である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記供給原料が、前記第１の機能性材料とは異なる第２の機能性材料を含み、前記第１及び第２のフィールドが、前記機能性材料及び第２の機能性材料に異なる影響を及ぼす、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記フィールドの大きさ及び方向のうちの少なくとも１つが、前記フィールドの前記角度と共に経時的に変化する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１のフィールドの前記角度が、三次元で変化される、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、埋め込まれた粒子の指向性制御をもたらすためにフィールドを適用する付加的製造デバイスに関する。一実施形態では、装置は、分配ユニットを有し、分配ユニットは、供給原料を、流れがビルド表面に向かって出る分配ユニットのオリフィスから外へ流動させる。供給原料は、機能性材料及び流動性材料を有する。ビルド表面及び分配ユニットは、オリフィスから出る流れが、部品を付加的に製造するように、互いに対して移動させる。フィールド発生器は、流体流上にフィールドを放出し、機能性材料を整列させる。フィールドは、機能性材料が、部品のある体積内で選択可能な可変配向を有するように、経時的に変化する。
【０００２】
別の実施形態では、装置は、機能性材料及び流動性材料を含む供給原料を受容する供給機構を含む。供給機構により、流動性材料は、流れがビルド表面に向かって出るオリフィスに向かう流れ方向において機能性材料を運ぶ流れを達成する。ビルド表面及びオリフィスは、オリフィスから出る流れが、部品を付加的に製造するように、互いに対して移動させる。フィールド発生器は、オリフィスに又はオリフィスの前に配置され、流体流上にフィールドを放出する。フィールドは、機能性材料を整列させ、流れ方向に垂直である少なくとも１つの構成要素を有する。フィールドは、機能性材料が、部品のある体積内で選択可能な可変配向を有するように、フィールド発生器を介して経時的に変化する。様々な実施形態のこれらの及び他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明及び添付の図面を考慮して理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】例示的実施形態による付加的製造供給原料の図である。
【図２】例示的実施形態による付加的製造供給原料の図である。
【図３】例示的実施形態による押出システムの図である。
【図４】例示的実施形態による押出装置の図である。
【図５】例示的実施形態による押出装置の図である。
【図６】例示的実施形態によるフィールド発生器の図である。
【図７】例示的実施形態による製造された部品の等角図である。
【図８】例示的実施形態による方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本開示は、付加的製造プロセスに関する。付加的製造により、従来の作製に関連する制限の多くが取り除かれる。付加製造された部品は、複雑な幾何学的構造及び位相幾何学的構造及び多材料微細構造を含んでもよく、重量当たりの高剛性、熱伝達のための体積当たりの高い表面積などの改善された性能を達成することができる。本開示は、制御された指向性特徴を有する複合構造体を作製するために使用できる付加製造デバイス及び方法に関する。
【０００５】
以下に記載される様々な実施形態では、外部フィールドは、押出付加的製造プロセスで使用される複合材料の一部分を配向するために使用される。この技術により、３Ｄ印刷の利点及び能力、複合体の強度及び固有の能力、並びに単一部品内の全ての点において三次元で複合特性を制御する能力を有する複合システムが可能になる。このプロセスは、印刷プロセス中における、大きい粘度変化を活用することによって機能する。埋め込まれた粒子は、最初に、三次元外部フィールドによってプロセスのより低い粘度の部分に配向される。次いで、粒子は、（硬化又は冷却のいずれかによって）材料が硬化し、粘度が上昇するにつれて、場所に固定される。
【０００６】
これらのプロセスを用いて形成されるオブジェクトは、ポリマーの粉末及びフィールド固有の異方性特性（例えば、磁気、電気、熱など）を有する材料を含む供給原料を使用して、ポリマー（又は他の流動性材料）と他の材料との複合体であってもよい。ポリマーは、マトリックスを形成し、また、１つ以上の他の構成要素が、外部フィールドを使用してポリマーマトリックス内で配向されて、向上した特性が付与される。この方法により、印刷された部品におけるフィールド固有の特性（例えば、磁化、偏光）のボクセルレベルでの制御が可能になる。流動性材料は、ポリマーである必要はないことに留意されたい。本方法はまた、金属（例えば、はんだ）、ガラス、植物ろう、及び動物ろうなどの他の材料にも適用することができる。
【０００７】
一実施形態では、流動性材料（例えば、ポリマー）と配向性／機能的異方性材料（本明細書では「機能性材料」と称する）との混合物を使用して、各ボクセル内のフィールド固有の特性をオンデマンドでパターニングする部品を作製する。例えば、供給原料は、永久的な内部磁場また内部電場を有することができ、フィールドの配向は、印刷中にボクセルレベルで三次元において制御することができる。ポリマー構成要素は、フィラーと共に液化され、外部フィールドの存在下で押し出されて、固形部品において永久配向が形成される。他の場合では、機能性材料の配向は、磁場を配向する代わりに、又はその配向に加えて、構造強度及び熱伝達（例えば、導電性）などの指向的に配向された特性をもたらすことができる。
【０００８】
供給原料は、流動性材料及び機能性材料に加えて、例えば、接着を助けるための、界面活性剤／相溶化剤などの他の構成要素、又はポリマーの流動を助けるための材料との混合物であってもよい。図１及び図２において、図は、例示的実施形態による供給原料１００、２００を例解する。図１に見られるように、供給原料１００は、粒状複合体であり、機能性材料１０２は、ポリマー１０４又は他の流動性材料に封入されている。こうした複合供給原料の一例としては、ポリプロピレン（ＰＰ）コーティング１０４を有するサマリウムコバルト永久磁石（ＳｍＣｏ）コア１０２であり得る。図２に見られるように、代替的に又は追加的に、一緒に混合した別個の機能性材料２０２及び流動性材料２０４を含むことができる。
【０００９】
本明細書に記載されている実施形態は、供給原料の構成要素の任意の形状及び割合を利用し得ることに留意されたい。例えば、機能性材料及び流動性材料は、繊維、破片などとして構成されてもよい。流動性材料は、得られる装置の作業温度、例えば室温において固体であってもよく、加熱されて、機能性材料と一緒に流動することを可能にし、再び硬化して、機能性材料の配向を固定する。他の実施形態では、流動性材料は、硬化を補助するか、又は引き起こす化学反応を使用する。例えば、流動性材料は、作業温度（例えば、室温）において液体状態であってもよく、それによって溶融を必要とせず、また、堆積後に熱及び／又は光の適用によって硬化されてもよい。機能性材料としては、鉄及び非鉄金属、誘電体、炭素繊維、グラフェンなどを挙げることができる。更に、供給原料は、ブロック、フィラメント、液体溶液など、他の形態で提供されてもよい。
【００１０】
図３において、概略図は、例示的実施形態による押出システム３００を例解する。押出システム３００は、供給原料３０６を分配ユニット３０４に移動させる供給機構３０１を有する装置を含む。この例では、供給機構３０２は、ノズル内に収容されている供給スクリューであり、ノズルは、分配ユニット３０４として作用する。供給原料３０６は、供給スクリューに供給され、供給スクリューでは、供給原料３０６が加熱されて、分配ユニット３０４のオリフィス３０４ａに向かって、流れ方向３１０に配向している（例解されている座標系３１２内のｚ軸に対応する）流体流３０３を形成する。供給原料３０６は、前述のように、機能性材料３０６ａ及び流動性材料３０６ｂの両方を含む。
【００１１】
矢印３０８によって示されている熱源は、任意選択的に、供給原料３０６を加熱するために使用され得、供給原料３０６は、少なくとも部分的に溶融させて、内部において機能性材料３０６ａを運ぶ流体流３０３内に均一な混合物を形成する。上記のように、流動性材料は、溶融が不要であるように、作業温度（例えば、室温）において液体であってもよい。流体流３０３は、オリフィス３０４ａから出て、ビルド表面３１４上に堆積し、これは、本明細書では、堆積領域３１５として示される。例えば、アクチュエータ３１６、３１８を介して分配ユニット３０４及びビルド表面３１４の一方又は両方を互いに対して移動させ得る。ビルド表面３１４上に堆積させた材料（又はビルド表面３１４上に予め堆積されている供給原料）が冷えて、凝固し、これにより粘度が急速に増加して、粒子３０６ａがそれらの意図された配向に固定される。追加の冷却は、複合材料のフィールド強度に対する粘度の比率、周囲空気と接触したときの流動性材料の化学反応に応じて、例えば、ファンを介して提供され得る。部品３１９は、所定のパターンで流れ３０３を連続的に通過させることによって形成することができる。部品３１９は、凝固した機能性材料３０６ａ及び流動性材料３０６ｂのポリマーマトリックスから形成される。
【００１２】
分配ユニット３０４から材料を押し出すと共にアクチュエータ３１６、３１８を移動させることにより、表面３１４に部品３１９を付加的に形成することが容易になる。アクチュエータ３１６、３１８を介する分配ユニット３０４及びビルド表面３１４の相対運動は、純粋に並進（例えば、自由度３度）、又は回転及び並進のあらゆる組み合わせ（例えば、最大６自由度）であり得ることに留意されたい。ビルド表面３１４は、図示するように平面であってもよく、又は他の形状、例えば、円筒形状の堆積を容易にする回転型円筒であってもよい。
【００１３】
１つ以上のフィールド発生器３２０は、堆積領域の近位、例えば、オリフィス３０４ａから離れる前の材料の流れに影響を及ぼす分配ユニット３０４のオリフィス３０４ａの近くに配置される。フィールド発生器３２０は、分配ユニット３０４の外側、又は分配ユニット３０４内にあってもよい。分配ユニット３０４内の場合、フィールド発生器３２０が流れ３０３と接触してもよい。フィールド発生器３２０は、三次元において配向され得るフィールド３２２を生成する。フィールド３２２は、例えば、偏光粒子を整列させる、かつ／又は材料内の内部偏光を誘導する電場又は磁場であり得る。フィールド３２２は、流れ方向３１０に対して垂直（ｎｏｒｍａｌ）／垂直（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）である少なくとも１つの構成要素、例えば、ＸＹ平面上の正の構成要素又は負の構成要素のいずれかを有するフィールド３２２を表すベクトルを有するように構成されてもよい。ＳｍＣｏの場合、これらのフィールド発生器は、粒子を磁化するか（供給原料が磁化されていない場合）、又は（供給原料が既に磁化されている場合）磁場を介して粒子を回転させて整列させるかのいずれかに役立つ電磁石であってもよい。
【００１４】
フィールド３２２の他の例は、予充電され得るか、又は同じフィールド発生器を介して充電され得る誘電材料を操作するために使用される静電場であってもよい。フィールド３２２は、反磁気的であるがローレンツ力を介して導電性材料を操作することができるＡＣ電場及び／若しくは磁場、又は強誘電性材料を配向することができる静電場を含み得る。他の場合には、音響場は、特殊形状の粒子を特定の方向に配向するために振動を使用することであり得る。
【００１５】
第２のフィールド発生器３２５によって示されるように、第２のフィールド３２６もまた、第１のフィールド３２２と組み合わせて流れ３０３に適用され得る。第２のフィールド３２６は、第１のフィールド３２２とは異なるタイプ（例えば、電場、磁場）であってもよい。図に見られるように、フィールド３２２、３２６は、任意の所与の時点で異なる配向を有し得る。フィールド３２２、３２６は、例えば、その配向を強化するために、単一のタイプの機能性材料３０６ａ上で作動し得る。他の場合には、複数のタイプの機能性材料３０６ａが使用されてもよく、各々は、異なるフィールド３２２によって異なるように影響を受ける。本明細書において、フィールド発生器３２２に帰する機能はいずれも、第２のフィールド発生器３２６に等しく適用され得ることに留意されたい。
【００１６】
分配ユニット３０４の加熱領域内において機能性材料３０６ａの粒子上の矢印によって示すように、機能性材料粒子３０６ａは、ビルド表面３１４に堆積する際に、無秩序／ランダムなアライメントから移行して、フィールド３２２によって整列される。フィールド発生器３２０は、時間の関数として、フィールド３２２の角度、方向、及び／又は大きさを変化させるプロセッサ３２４によって構成される。フィールド３２２の方向及び角度は、相互依存し得ることに留意されたい。例えば、角度を１８０度変化させると、正と負との間のフィールドベクトル３２２の方向を変えることと同じ結果を有することになり、これは、いくつかの実施形態においては、フィールド発生器３２２内の電流方向を変化させることによって達成することができる。プロセッサ３２４によって適用されるフィールド３２２の変化は、部品３１９のある体積内での機能性材料３０６ａの選択可能な可変配向を容易にするプロセッサ３２４（また、アクチュエータ３１６、３１８に直接的又は間接的に連結されている）を介して、ノズル３０４とビルド表面３１４との間の相対的な配向の変化と協調される。
【００１７】
図４及び図５において、図は、別の例示的実施形態による付加的製造システムを例解する。装置４００は、供給原料４０６をノズル４０４に移動させる供給スクリュー４０２を含む。前述の実施例と同様に、供給原料４０６は、供給スクリュー４０２に供給され、ここで供給原料４０６が加熱されて、ノズル４０４の開口部４０４ａに向かう流体流４０３を形成する。供給原料４０６は、前述のように、機能性材料４０６ａ及び流動性材料４０６ｂの両方を含む。
【００１８】
この場合、電磁コイル４０８は、開口部４０４ａの近くでノズル４０４の周りに巻かれる。電流は、例えば、電源回路（図示せず）に連結されたコントローラを介して、コイル４０８内を通って流動させられる。電流は、矢印４１０によって示される方向（供給原料４０６の流れ方向と整列されている）において流動し、結果として、矢印４０６によって示される方向に供給原料に対して磁場４１２が適用される。図５では、電流５００が反対方向に印加され、その結果フィールド５０２が得られる。コイル４０８に印加される電流は、粒子が堆積されて部品を形成する際に、粒子４０６ｂの配向の変化を引き起こす方向及び大きさの両方を変化させ得る。
【００１９】
追加のフィールド発生器は、複合粒子の完全な三次元制御を可能にするために、他の次元のいずれにも追加することができる。図６において、図は、別の実施形態による付加的製造システムを例解する。装置６００は、供給原料をページに対して垂直である流れ方向において移動させ、かつ液化させる供給機構６０２を含む。供給原料は、前述のように、機能性材料６０４及び流動性材料粒子６０６の両方を含む。
【００２０】
この場合、電磁コイル６０８〜６１１は、ビルド表面（図示せず）に対して平行な（又は接触した）平面に配置される。他の実施形態では、コイル６０８〜６１１は、別の平面、例えば、図４〜図５に示されるｙｚ平面上にあってもよい。２つの独立した電源６１２、６１４は、コイル対６０８〜６０９及び６１０〜６１１にそれぞれ連結される。この例では、対向するコイル６０８、６０９は、対向するコイル６１０、６１１と同様に直列に配線される。他の実施形態では、対向するコイル対は、共に並列に連結され得る。それぞれの電源６１２、６１４によって提供される電力の量を変更することにより、コイル６０８〜６１１によって生じる磁場６１６の角度は、直交磁場の合計により変化され得る。得られた磁場６１６は、図４及び図５に示すフィールド４１２、５０２と組み合わせて、３Ｄ空間内に任意の所望の正味のフィールドベクトルを作成することができる。
【００２１】
これらの実施形態における３Ｄフィールドは、オリフィスをわずかに越えて、供給方向にかつ／又は供給方向に垂直である１つ以上の方向に延在するように構成され得ることに留意されたい。これにより、オリフィスから出る流れは、分配ユニット内にある間に適用された配向を失うことなく、予め堆積された材料と結合するのに十分高い温度を維持することが可能になる。これは、現在堆積されている材料に適用された第１のフィールドと比較して、堆積された材料にわずかに異なる第２のフィールドを適用する追加のフィールド発生器によって提供され得る。第１のフィールドと第２のフィールドとの間の差は、ノズル・ビルド表面速度の関数として、第１のフィールドの時間分散に従って求められ得る。
【００２２】
コイル及び電源（又は他の電気制御要素）の異なる配置を用いて、同様の制御可能な角度を付けたフィールドを達成することができることが理解されるであろう。例えば、コイル６０８〜６１１は、３つ以上の別個の電源によって独立して駆動され得る。又は、隣接するコイル（例えば、６０９〜６１０及び６０８、６１１）は、対向するコイルの代わりに並列又は直列に一緒に結ばれ得る。他の実施形態では、単一の磁石アセンブリ（例えば、一対の永久磁石及び／又は電磁石）は、例えば、アクチュエータ及びベアリングアセンブリを介して、流動している供給原料の周囲の１つ以上の自由度で移動させることができる。上述の実施形態は、他のタイプのフィールド発生器、例えば、電界又は音響場に適用することができる。
【００２３】
上述の押出システムの他の特徴は、例解目的で提供されているものであり、限定するものではないことが理解されるであろう。例えば、供給スクリューが分配ユニット内を通して供給原料を移動させていることが示されているが、他の供給機構、例えば、ホイール（例えば、加熱器及びオリフィスを通って材料のフィラメントを押し込むホイール）、ピストン、空気／流体圧力などが使用されてもよい。同様に、任意のタイプの加熱器が使用されてもよく、抵抗加熱器、燃焼加熱器、供給原料内の化学反応などが挙げられる。いくつかの実施例では、機能性材料を配向するために適用される指向性フィールドはまた、供給原料の流動性材料を部分的に又は完全に加熱するために使用されてもよく、例えば、ここでは、フィールドは、マイクロ波波長電磁場である。
【００２４】
上述のこれらの実施形態のいずれにおいても、表面上にスライスを３Ｄ印刷して３Ｄオブジェクトを形成するなどの、付加的製造に関連する既知の技術は、指向的にカスタマイズされた複合構造物を活用することができる。部品がビルドアップされる際にフィールドの配向を連続的に変化させることにより、複雑な三次元フィールドを部品内に永久的に埋め込むことができる。複合材料は、異なる材料特性を組み合わせるため、魅力的である。これらの方法により、全の方向における複合材料の特性のボクセルレベル操作のための３Ｄ印刷の使用が可能になる。
【００２５】
これらの方法及び装置を使用して、全ての方向に空間的に決定された特性を有する３Ｄ部品を作製することができる。これらの新たな材料は、単一部品内の三次元形状の磁場から、複雑な物理的特性までの新しい可能性を開く。不均一な内部磁気偏光を有するオブジェクトの一例は、ハルバッハアレイであり、このアレイでは、一方での磁場がほぼゼロになり、他方での磁場が増強されるように、別個の磁石を配置する。これらのアレイは、冷蔵庫の磁石からＡＣモータへの電子レーザへの用途を有する。モータ内での磁石の使用事例では、「成形された磁場」（例えば、ハルバッハパターンを有する）磁石を使用することで、潜在的に７５％ほどトルク伝達を増加させることができる。任意のハルバッハパターンを印刷する能力により、モータ内の磁石について利用可能な設計空間の可能性が広がり、これにより、磁石形状の更なる最適化が可能になる。微調整ハルバッハアレイのための多数の他の用途が存在する。例えば、癌治療のために、最適な３Ｄアレイを使用して、ナノ粒子を操作することができる。
【００２６】
一般に、このタイプの磁場の操作は、所与の用途に必要な磁気材料の量を低減することが可能であり得る。例えば、ＳｍＣｏ又はＮｄＦｅＢなどの希土類磁石は、従来のフェライトよりもはるかに高価であることから、市場利用可能性は、制限され得るか、又は予測不可能であり得る。希土類磁石の市場サイズは、約１０億ドルであるため、必要とされる材料の１％の減少さえも有意である。
【００２７】
図７は、例示的実施形態による３Ｄ形状のフィールドを有する付加的に製造された部品７００の例を示す。部品７００は、磁力線７０２〜７０６によって示されるように、表面の各点において、磁気配向が表面に対して垂直であるように製造された磁気半球である。部品７００が３Ｄ印刷プロセスを介して形成される場合、付加的アセンブリ装置により、部品の底端部７００ａにおいてフィールド７０２が実質的に垂直方向に配向され（ｚ軸と整列させ）、フィールド配向は、例えば、磁力線７０４、７０６に見られるように、上縁部に向かってより水平に配向されることになる。部品７００は、底部７００ａから頂部７００ｂに向かって、又はその逆方向に形成されてもよい。
【００２８】
図８は、例示的実施形態による方法を示すフローチャートである。この方法は、供給原料８００を分配ユニット内に配置することを伴う。供給原料は、機能性材料及び流動性材料を含む。供給原料の流体流は、分配ユニットのオリフィスから外へ、かつビルド表面に向かう流れ方向において引き起こされる（８０１）。流体流は、供給原料への熱及び／又は圧力の適用によって引き起こされ得る（８０１）。フィールドが、流体流上に放出され、機能性材料の整列を引き起こす（８０２）。整列は、例えば、フィールドに対して行い得るか、又はフィールドに垂直であってもよい。フィールドは、流れ方向に対して垂直である少なくとも１つの構成要素を有する。オリフィスから出る流体流が部品を付加的に製造するように、ビルド表面及びオリフィスのうちの少なくとも１つを移動させる（８０３）。このフィールドは、機能性材料が、部品のある体積内で選択可能な可変配向を有するように、経時的に変化する（８０４）。
【００２９】
要約すると、複合材料のための付加的製造プロセスにより、材料のうちの１つ以上が１つ以上の外部フィールドを介して配向され得る。粘度の変化（例えば、堆積後の冷却）は、それらの配向が設定されると粒子が移動するのを防止するために使用される。外部フィールドは、複合材料の構成要素のうちの１つ以上の配向にわたって三次元制御を行う三次元であってもよい。制御フィールドは、ボクセルレベルでの複合材料の配向にわたって連続的な制御に影響を及ぼすように、連続的に変化させることができる。一実施形態では、消磁された磁性磁石を磁化する目的のために、及び／又は磁化された磁性磁石を整列させる目的のために、印刷ヘッドにおいて回転式磁場を生成することができる。回転式電界を使用して、電気的に分極された材料を整列させることができる。回転式磁場は、電磁石を介して印刷ヘッドにおいて生成されてもよい。
【００３０】
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴サイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、対照的に指示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。端点による数値範囲の使用は、その範囲内の全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４及び５を含む）、並びにその範囲内の任意の範囲を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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