(57)【要約】  押出ヘッド（２０）は、少なくとも１つの駆動輪（５１）と、少なくとも第１の状態と第２の状態とに位置可能なアセンブリ（５０）とを備える。アセンブリ（５０）は、アセンブリが第１の状態に位置されている間、少なくとも１つの駆動輪（５１）と係合するように構成された第１の押出ライン（５８）と、アセンブリ（５０）が第２の状態に位置されている間、少なくとも１つの駆動輪（５１）と係合するように構成された第２の押出ライン（６０）とを備える。
2009532244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの駆動輪と、
少なくとも第１の状態及び第２の状態のいずれかとなるように位置可能なアセンブリと
を備え、
前記アセンブリは、
前記アセンブリが前記第１の状態に位置されている間、前記少なくとも１つの駆動輪と係合するように構成された第１の押出ラインと、
前記アセンブリが前記第２の状態に位置されている間、前記少なくとも１つの駆動輪と係合するように構成された第二の押出ラインと
を備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記第１の押出ラインは、
前記アセンブリが前記第１の状態に位置されている間、前記少なくとも１つの駆動輪に隣接して配置される遊動輪と、
入口通路及び出口通路を有する液化ブロックであって、前記入口通路が前記遊動輪に隣接された液化ブロックと、
前記液化ブロックの前記出口通路に隣接して配置された押出端部と
を備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記アセンブリを少なくとも前記第１の状態及び前記第２の状態のいずれかとなるように移動させるように構成されたトグルスイッチをさらに備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の押出ヘッドであって、
前記トグルスイッチは、
少なくとも前記第１の状態及び前記第２の状態のいずれかに前記アセンブリを位置させるために、第１の位置と第２の位置との間で摺動可能なトグルバーを備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の押出ヘッドであって、
前記トグルバーは、
前記アセンブリと係合するように構成されたトラックを備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記アセンブリが位置されている状態を認識するためのセンサをさらに備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項７】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記少なくとも１つの駆動輪が、前記第１の押出ラインと係合されているときに、第１の回転方向に回転し、前記第２の押出ラインと係合されているときに、第２の回転方向にで回転し、
該第２の回転方向は、前記第１の回転方向の反対である
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
複数の出口オリフィスを有する気流マニホールドをさらに備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項９】
押出ヘッドであって、
変換装置と、
該変換装置に回転可能に接続された駆動輪と、
前記変換装置に枢動可能に接続されたアセンブリであって、第１の押出ラインと第２の押出ラインとを有するアセンブリと、
前記変換装置に接続され、少なくとも第１の状態及び第２の状態に前記アセンブリを位置させるために該アセンブリに係合されたトグルスイッチと
を備え、
前記第１の押出ラインは、前記アセンブリが前記第１の状態に位置されている間、前記駆動輪と係合するように構成され、
前記第２の押出ラインは、前記アセンブリが前記第２の状態に位置されている間、前記駆動輪と係合するように構成されている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の押出ヘッドであって、
前記第１の押出ラインは、
前記アセンブリが前記第１の状態に位置されている間、前記駆動輪に隣接して配置される遊動輪と、
入口通路及び出口通路を有する液化ブロックであって、前記入口通路が前記遊動輪に隣接されている液化ブロックと、
該液化ブロックの前記出口通路に隣接配置された押出端部と
を備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項１１】
請求項９に記載の押出ヘッドであって、
前記トグルスイッチは、前記変換装置に対して摺動可能なトグルバーを備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１に記載の押出ヘッドであって、
前記トグルバーは、
前記変換装置に対して前記アセンブリを枢動するために、前記アセンブリと係合するように構成されたトラックを備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項１３】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記トグルスイッチは、
前記アセンブリが位置されている状態を認識するように構成されたセンサを備えている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１３に記載の押出ヘッドであって、
前記トグルスイッチは、前記変換装置に対して摺動可能なトグルバーをさらに備え、
前記センサは、前記トグルバーの摺動を検出するように構成されている
ことを特徴とする押出ヘッド。
【請求項１５】
３次元オブジェクトを構築する方法であって、
該方法は、
アセンブリと、少なくとも１つの駆動輪とを備える押出ヘッドであって、前記アセンブリが第１の押出ラインと第２の押出ラインとを備える、押出ヘッドを提供することと、
前記少なくとも１つの駆動輪が前記第１の押出ラインと係合するように、前記アセンブリを第１の状態となるように位置させることと、
前記少なくとも１つの駆動輪が前記第１の押出ラインから離脱するように、前記アセンブリを第２の状態となるように位置させることと、
前記少なくとも１つの駆動輪が前記第２の押出ラインと係合するように、前記アセンブリを第３の状態となるように位置させることと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記第１の押出ラインから第１の材料を押し出すように、前記アセンブリが前記第１の状態となるように位置されている間、前記少なくとも１つの駆動輪を第１の回転方向に回転させること
をさらに備えていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
前記第２の押出ラインから第２の材料を押し出すように、前記アセンブリが前記第２の状態に位置されている間、前記少なくとも１つの駆動輪を第２の回転方向に回転させることをさらに備え、
前記第２の回転方向は、前記第１の回転方向の反対である
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
前記アセンブリが前記第１の状態、前記第２の状態、及び、前記第３の状態にいつ位置されたのかを検出することをさらに備える
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記アセンブリと係合されたトグルスイッチを作動させることをさらに備える
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記トグルスイッチを作動させることは、
前記アセンブリが前記第１の状態から前記第２の状態となるように該アセンブリを位置させるように、前記アセンブリと係合されたトグルバーを第１の位置へ摺動させること、
前記アセンブリが前記第２の状態から前記第３の状態となるように該アセンブリを位置させるように、前記トグルバーを第２の位置へ摺動させることと
を備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[背景]
本発明は、押出による積層製造システムを用いた、３次元（３Ｄ）オブジェクトの製造に関する。具体的には、本発明は、単一の駆動モータを用いて、３Ｄオブジェクトを構築するための複数の材料を押し出す、押出ヘッドに関する。
【０００２】
押出による積層製造システム（例えば、ミネソタ州  エデン  プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドによって開発された、溶融堆積モデリングシステム）は、一般的に、熱可塑性プラスチック材料などのような、流動性を有する構築材料を押出して、ＣＡＤモデルから３Ｄオブジェクトを一層毎に構築するのに使用される。該構築材料は、押出ヘッドに搭載されたノズルを介して押出され、ｘ−ｙ平面にて連続した路（ｒｏａｄｓ）として基台上に堆積される。押出された構築材料は、既に堆積された構築材料と融合し、温度の低下とともに固化する。そして、基台に対する押出ヘッドの位置が、（ｘ−ｙ平面に垂直な）ｚ軸に沿って高められたのち、その工程が繰り返されて、ＣＡＤモデルに類似した３Ｄオブジェクトを形成する。
【０００３】
基台に対する押出ヘッドの移動は、ホストコンピュータからの構築データに従って、コンピュータ制御下で実行される。この構築データは、まず始めに、３ＤオブジェクトのＣＡＤモデルを、水平にスライスされた複数の層に、スライスすることによって得られる。その後、スライスされた各層ごとに、ホストコンピュータは、構築材料の路を堆積するための構築経路を生成して、３Ｄオブジェクトを形成する。
【０００４】
構築材料の層を堆積して３Ｄオブジェクトを製造する際には、構築中のオブジェクトの突出部の下に、あるいは、構築中のオブジェクトの空洞内に、支持層または支持構造が構築される。ただし、構築中のオブジェクトの突出部、あるいは、構築中のオブジェクトの空洞は、構築材料自体によって支持されない。支持構造は、構築材料を堆積させる堆積技術と同様の堆積技術を用いて構築されてもよい。ホストコンピュータは、形成されている３Ｄオブジェクトの突出部または自由空間部の、支持構造として機能する、付加的な構造を生成する。そして、支持材料は、構築処理中に生成された構造に従って堆積される。この支持材料は、製造中は構築材料に接着し、構築処理が完了したときに、完成された３Ｄオブジェクトから除去できる。
[概要]
本発明は、少なくとも１つの駆動輪と、少なくとも第１の状態及び第２の状態のいずれかに位置可能なアセンブリとを有する、押出ヘッドに関する。アセンブリは、該アセンブリが第１の状態に位置している間に、少なくとも１つの駆動輪と係合するよう構成された、第１の押出ラインと、該アセンブリが第２の状態に位置している間に、少なくとも１つの駆動輪と係合するよう構成された、第２の押出ラインとを備える。
[詳細な説明]
図１は、システム１０の側面図であり、システム１０は、溶融堆積モデリングシステムなどのような、３Ｄオブジェクトを製造するための押出による積層製造システムである。システム１０は、構築室１２と、コントローラ１４と、冷却ライン１６と、材料供給部１８とを備え、構築室１２は、本発明の押出ヘッド２０を収容している。押出ヘッド２０を組み込み得る好適なシステムは、ミネソタ州  エデン  プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドから“ＦＤＭ”という商品名で市販されている溶融堆積モデリングシステムを含んでいる。
【０００５】
以下に説明されるように、押出ヘッド２０は、（図１に示されていない）単一の駆動モータを使用して選択的に押出される一対の材料（例えば、構築材料及び支持材料）を用いて、３Ｄオブジェクトを一層ずつ構築する。単一の駆動モータは、押出ヘッド２０の構成要素の数を減らす一方で、良好な押出特性も提供する。
【０００６】
構築室１２は、室壁２２と、室壁２２内に配置された内側部分２４とを備え、室壁２２は、内側部分２４を示すために切り欠かれている。内側部分２４内において、構築室１２は、また、案内レール２６と、構築プラットフォーム２８と、３Ｄオブジェクト３０と、支持構造３２とを収容している。押出ヘッド２０は、ｙ軸に沿って延設された案内レール２６と、内側部分２４内において（図示しない）ｘ軸に沿って延設された（図示しない）追加的な案内レールとによって、支持されている。案内レール２６と追加的な案内レールとによって、押出ヘッド２０は、ｘ軸及びｙ軸に沿った平面における、あらゆる方向に移動することができる。構築プラットフォーム２８は、３Ｄオブジェクト３０及び支持構造３２を構築するための作業面であり、ｚ軸に沿って高さを調整可能である。
【０００７】
コントローラ１４は、ＣＡＤモデルに基いて押出ヘッド２０及び構築プラットフォーム２８の動作を指示して、３Ｄオブジェクト３０と支持構造３２とを構築プラットフォーム２８上に構築する。以下に説明されるように、コントローラ１４は、また、単一の駆動モータを用いて押出ヘッド２０の堆積パターンを指示し、構築材料及び支持材料を選択的に堆積させる。
【０００８】
冷却ライン１６は、冷却ファン３４と、導管３６とを備え、導管３６は、押出ヘッド２０と冷却ファン３４とを相互に連結させる。冷却ファン３４は、以下に説明されるように、材料温度を制御するために、押出ヘッド２０に冷気を供給する。
【０００９】
材料供給部１８は、構築材料供給部３８ａと、支持材料供給部４０ａと、供給ライン３８ｂ，４０ｂとを備える。構築材料供給部３８ａ及び支持材料供給部４０ａはそれぞれ、構築材料及び支持材料をフィラメントストランドとして、供給ライン３８ｂ，４０ｂを介して押出ヘッド２０へ供給する。構築材料及び支持材料を押出ヘッド２０に供給することによって、押出ヘッド２０は、コントローラ１４の押出パターンに従って構築材料及び支持材料を堆積させ、３Ｄオブジェクト３０と支持構造３２とを構築することができる。
【００１０】
好適なフィラメントストランドの例、及び、３Ｄモデリングシステムへフィラメントストランドを供給するための好適なアセンブリの例は、スワンソンらによる米国特許第６，９２３，６３４号、及び、コウムらによる米国特許公開公報第２００５／０１２９９４１号に開示されている。構築供給ライン３８ａの材料及び支持供給ライン３８ｂの材料は、本明細書中では、構築材料及び支持材料として説明されているが、押出ヘッド２０での使用に好適な材料としては、押出し可能ないかなる材料（例えば、熱可塑性プラスチック材料）も含む。
【００１１】
図２Ａ，２Ｂは、（外側のケーシングが省略されている）押出ヘッド２０の正面斜視図であり、押出ヘッド２０の内部構成要素の全体的な概要を示している。図２Ａに示されているように、押出ヘッド２０は、ｚ軸に沿って分かれた底部２０ａと上部２０ｂとを有しており、底部２０ａは、図１に上述されているように、構築プラットフォーム２８に面している。“上”、“下”、“左”、“右”などといった、押出ヘッド２０の向きの方向は、図２Ａに示されている向きを参照しており、“上”及び“下”はｚ軸方向に沿っており、“左”及び“右”はｙ軸方向に沿っている。向きの方向は、説明を明確にするために用いられるものであって、本発明を限定することを意図するものではない。
【００１２】
図２Ａの上から下へ示されているように、押出ヘッド２０は、変換装置４２と、導管取付部４４と、気流マニホールド４６と、制御盤４８と、トグルプレートアセンブリ５０と、駆動輪５１と、トグルスイッチ５２とを備えている。変換装置４２は、押出ヘッド２０のフレームであって、底部２０ａから上部２０ｂへ延在している。変換装置４２は、構築処理中に押出ヘッド２０をｙ軸に沿って移動させるための、（図１において上述した）案内レール２６に固定されている。
【００１３】
導管取付部４４は、（図１において上述した）導管３６を押出ヘッド２０へ連結するための連結部位である。導管３６によって、押出ヘッド２０は、冷却ファン３４から冷気を受けることができる。気流マニホールド４６は、導管取付部４４に接続し、以下に詳述するように、導管３６から押出ヘッド２０内のあらゆる部位へと複数の出口オリフィス（例えば、出口オリフィス５３Ｂ，５３Ｓ）から冷気を向けさせるための、閉じた通路である。制御盤４８は、変換装置４２に固定された回路基板であり、押出ヘッド２０の動作を指示するための（図１において上述した）コントローラ１４と通信する。
【００１４】
トグルプレートアセンブリ５０は、構築材料と支持材料とを選択的に押し出す、押出ヘッド２０の一部分であって、基台５４と、枢動軸５６と、構築ライン５８と、支持ライン６０と、バネ６２と、蓋部材６４とを備える。基台５４は、枢動軸５６にて変換装置４２に枢動可能に接続された第２のフレームである。以下に説明されるように、基台５４の枢動接続によって、トグルプレートアセンブリ５０は、構築状態、ニュートラル（中立）状態、及び、支持状態の間で枢動軸５６を中心にして枢動できる。
【００１５】
（図２Ａに示されているように）トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に配置されている間、構築ライン５８は、駆動輪５１と係合して、構築材料を押し出す。構築ライン５８と駆動輪５１との“係合”は、構築ライン５８を介して構築材料のフィラメントストランドを供給するために、構築ライン５８における少なくとも１つの構成要素が、駆動輪５１と協働関係に配置されているときに生じる。
【００１６】
同様に、（図２Ｂにおいて後述されているように）トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に配置されている間、支持ライン６０は、駆動輪５１と係合して、支持材料を押し出す。支持ライン６０と駆動輪５１との“係合”は、支持ライン６０を介して支持材料のフィラメントストランドを供給するために、支持ライン６０における少なくとも１つの構成要素が、駆動輪５１と協働関係に配置されているときに生じる。
【００１７】
最後に、トグルプレートアセンブリ５０がニュートラル状態に配置されている間、構築ライン５８と支持ライン６０とが駆動輪５１から離脱される。構築ライン５８及び支持ライン６０の構成要素が、もはや駆動輪５１と協働関係にないときに、“離脱”が生じることで、構築材料あるいは支持材料の押し出しが防止される。
【００１８】
基台５４は、スロット６６を有し、スロット６６は、底部２０ａ付近にある構築ライン５８と支持ライン６０との間にほぼ位置する、細長い溝である。蓋部材６４は、底部２０ａにおいて、トグルプレートアセンブリ５０を変換装置４２へ固定するために、スロット６６に配置された拡張部である。蓋部材６４によって、トグルプレートアセンブリ５０は、変換装置４２に固定されたまま枢動軸５６を中心にして枢動することができる。図２Ａに示されているように、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されている間、蓋部材６４は、スロット６６の左側に配置される。
【００１９】
構築ライン５８は、構築材料を押し出すために基台５４に接続されている、第１の押出ラインである。構築ライン５８は、また、（図１において上述した）構築材料供給部３８ａから構築材料を受け入れるために、供給ライン３８ｂに接続されている。同様に、支持ライン６０は、支持材料を押し出すために基台５４に接続されている、第２の押出ラインである。支持ライン６０は、また、（図１において上述した）支持材料供給部４０ａから支持材料を受け入れるために、供給ライン４０ｂに接続されている。
【００２０】
別の実施形態では、構築ライン５８及び支持ライン６０は、トグルプレートアセンブリ５０において置き換えられる。この実施形態は、材料を駆動輪５１の特定の側に向かわせて、この材料が、確実に、所定の支持ラインを介して、適切に供給されるために有益である。図２Ａに示されているように、構築ライン５８を介して供給された材料は、駆動輪５１の左を通過し、支持ライン６０を介して供給された材料は、駆動輪５１の右を通過する。したがって、この別の実施形態においては、構築材料は、駆動輪５１の右側でライン６０を介して供給され、支持材料は、駆動輪５１の左側でライン５８を介して供給される。
【００２１】
本明細書中で使用されている、“押出ライン”という用語は、材料を押し出す目的で、材料を受け入れ、材料の状態を調節する（例えば、押出粘度まで材料を溶融する）ように構成された、あらゆる好適な通路をさす。好適な押出ラインは、構築ライン５８及び支持ライン６０に関して示されている構成要素と、同じ数、あるいは、異なる数の構成要素を有していてもよい。
【００２２】
バネ６２は、構築ライン５８及び支持ライン６０に接続された付勢部材であり、後述のように、トグルスイッチ５２に付勢力を与える。駆動輪５１は、構築ライン５８と支持ライン６０との間に配置されたモータ駆動輪であり、構築材料及び支持材料のフィラメントストランドをそれぞれ、構築ライン５８及び支持ライン６０を介して供給するための、駆動力を供給する。駆動輪５１は、トグルプレートアセンブリ５０の位置（すなわち、構築状態、支持状態、または、ニュートラル状態）に応じて、構築ライン５８または支持ライン６０のいずれかと係合するように、あるいは、離脱したままであるように構成されている。
【００２３】
上述のように、トグルプレートアセンブリ５０が（図２Ａに示されている）構築状態に位置されている間、構築ライン５８は、駆動輪５１と係合して構築材料を押し出す。したがって、押出ヘッド２０は、３Ｄオブジェクト３０の層を構築するために、構築材料の路を押し出し得る。さらに、構築状態の間、支持ライン６０が駆動輪５１から離脱されることで、構築材料の押出と同時に支持材料が押し出されることが防止される。
【００２４】
また、トグルプレートアセンブリ５０が（図２Ｂにおいて後述される）支持状態に位置されているときに、支持ライン６０は、駆動輪５１と係合して支持材料を押し出す。したがって、押出ヘッド２０は、支持構造３２の層を構築するために、支持材料の路を押し出し得る。これに対応して構築ライン５８が駆動輪５１から離脱されることで、支持材料の押出と同時に構築材料が押し出されることが防止される。
【００２５】
トグルプレートアセンブリ５０が構築状態と支持状態との間で切り換わるとき、トグルプレートアセンブリ５０は、ニュートラル状態を経由する。ニュートラル状態では、トグルプレートアセンブリ５０を構築状態と支持状態との間に位置させることで、構築ライン５８と支持ライン６０とを駆動輪５１から離脱させる。構築ライン５８と支持ライン６０とを駆動輪５１から離脱させることによって、トグルプレートアセンブリ５０が状態を切り換えている間に、駆動輪５１が、誤って構築材料及び支持材料を押し出してしまうことを防ぐ。
【００２６】
トグルスイッチ５２は、機械的に作動されるスイッチであって、トグルプレートアセンブリ５０を構築状態、ニュートラル状態、及び、支持状態の間で移動させる。トグルスイッチ５２は、トグルバー６８と、トラックピン７０と、センサープレート７２とを備える。トグルバー６８は、底部２０ａにおいて、摺動可能に変換装置４２に保持されており、変換装置４２の左側及び右側を越えて延在する。トグルバー６８はトラック７４を有し、トラック７４は、トグルバー６８内に延びる細長い“Ｓ”形状の溝である（図２Ａでは、トラック７４の半分のみが視認可能である）。
【００２７】
トラックピン７０は、押出ヘッド２０の右側で、底部２０ａ付近にある基台５４を延通している。トラックピン７０は、基台５４の下方の位置で、トグルバー６８のトラック７４と係合し、バネ６２を介してトラック７４内で付勢される。後述するように、トラックピン７０が、基台５４の下方の位置で、トグルバー６８のトラック７４と係合し、バネ６２を介してトラック７４内で付勢されることによって、トグルバー６８の摺動運動に対応して、トグルプレートアセンブリ５０を、枢動軸５６を中心として枢動させることができる。
【００２８】
センサープレート７２は、変換装置４２に対するトグルバー６８の位置を監視することで、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態、ニュートラル状態、または、支持状態にいつ位置しているのかを監視する、（図２Ａに示されていない）少なくとも１つのセンサを備えている。センサープレート７２の使用をさらに後述する。
【００２９】
図２Ａに示されるように、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態にある間、トグルバー６８は、変換装置４２の右側から延出する。構築状態では、押出ヘッド２０は、構築室１２を動き回りながら構築材料を押し出すことで、構築材料の路を堆積させてもよい。しかしながら、構築材料の押出から支持材料の押出へと切り替えるようにコントローラ１４が押出ヘッド２０に指示するとき、トグルスイッチ５２は、（矢印Ａに示されるように）トグルバー６８を変換装置４２の左へ向かって摺動させることによって作動される。
【００３０】
トグルバー６８は、様々な方法で変換装置４２の左へ向かって摺動されてもよい。１つの実施形態では、押出ヘッド２０は、トグルバー６８が構築室１２内の（図２Ａにおいて障壁７６Ｒとして示されている）障壁と接触するまで、矢印Ｂで示される方向に、構築室１２を横切って摺動する。この障壁は、構築室１２の室壁（例えば、室壁２２）または構築室１２の構台（ガントリ）システムなどのような、構築室１２内のあらゆる好適な構造であってもよい。
【００３１】
トグルバー６８が障壁７６Ｒと接するとき、矢印Ｂの方向における押出ヘッド２０の継続した動きによって、トグルバー６８は、矢印Ａに示されるように、変換装置４２の左に向かって押される。トグルバー６８は、トラックピン７０及びトラック７４を介してトグルプレートアセンブリ５０と係合しているので、トグルバー６８の摺動によって、トグルプレートアセンブリ５０は、時計回りの方向に、枢動軸５６を中心として枢動される。
【００３２】
トグルバー６８が矢印Ａの方向に摺動するにつれて、構築ライン５８が駆動輪５１から離脱することで、駆動輪５１が構築材料を押し出すことを防止する。この時点で、トグルプレートアセンブリ５０は、構築状態からニュートラル状態へと切り換わっている。上述のように、トグルプレートアセンブリ５０がニュートラル状態に位置されている間、構築ライン５８及び支持ライン６０は駆動輪５１から離脱されている。トグルバー６８が矢印Ａの方向に摺動し続けるにつれて、支持ライン６０が次に、駆動輪５１と係合する。この時点で、トグルプレートアセンブリ５０は、支持材料を押し出すために、ニュートラル状態から支持状態へと切り換わっている。
【００３３】
図２Ｂは、支持状態にあるトグルプレートアセンブリ５０を示しており、支持状態では、支持ライン６０が駆動輪５１と係合している。図示されているように、トグルバー６８は、ここでは変換装置４２の左側から延出し、蓋部材６４は、ここではスロット６６の右側に配置されている。
【００３４】
一旦、押出ヘッド２０が所定の層のための支持材料の押出を完了すると、コントローラ１４は、その後、支持状態から構築状態へと復帰するようにトグルヘッドアセンブリ５０に指示してもよい。したがって、トグルスイッチ５２は、トグルバー６８を（矢印Ｃで示されるように）変換装置４２の右へ向かって摺動することで作動される。トグルバー６８は、また、様々な方法で変換装置４２の右へ向かって摺動されてもよい。１つの実施形態では、押出ヘッド２０は、トグルバー６８が構築室１２内の（図２Ｂにおいて障壁７６Ｌとして示されている）第２の障壁と接触するまで、（矢印Ａの反対方向の）矢印Ｄで示される方向に構築室１２を横切って摺動する。第２の障壁は、構築室１２の室壁（例えば、室壁２２）または構築室１２の構台システムなどのような、構築室１２内のあらゆる好適な構造であってもよい。
【００３５】
トグルバー６８が障壁７６Ｌと接触するとき、矢印Ｄの方向における押出ヘッド２０の継続した動きによって、トグルバー６８は、矢印Ｃに示されるように、変換装置４２の左に向かって押される。トグルバー６８が変換装置４２の左に向かって押されることに対応して、トグルバー６８の摺動によって、トグルプレートアセンブリ５０が反時計回りの方向に枢動軸５６を中心にして枢動され、構築状態に戻る。
【００３６】
構築周期の間、押出ヘッド２０は、構築材料及び支持材料の路を堆積させ、構築プラットフォーム２８上に、３Ｄオブジェクト３０と支持構造３２とをそれぞれ、一層ずつ構築する。層を構築する間、押出ヘッド２０は、コントローラ１４の指示に基づいて、構築状態と支持状態とを交互に切り換えてもよい。トグルプレートアセンブリ５０及びトグルスイッチ５２を用いることで、押出ヘッド２０が、単一の駆動輪（及び単一のモータ）を使用して、構築材料と支持材料とを交互に堆積させることができるので、押出ヘッド２０の構成要素の費用が削減され、かつ、押出ヘッド２０の構成要素が入手しやすくなる。
【００３７】
図３は、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されている、押出ヘッド２０の左側面図である。図示されているように、押出ヘッド２０は、さらにモータ７８を備え、モータ７８は、構築処理中に（図３に示されていない）駆動輪５１を回転させるために、駆動輪５１に接続された駆動モータである。上述のように、トグルプレートアセンブリ５０は、構築状態と支持状態とに位置し得るので、単一の駆動輪（すなわち、駆動輪５１）及び単一の駆動モータ（すなわち、モータ７８）のみが、構築材料及び支持材料を交互に押し出すために必要である。
【００３８】
図３にさらに示されるように、変換装置４２は、ケーシングブラケット８０と、隆起した突出部８２，８４と、ブラケットスロット８５と、レールスロット８６，８８とを備える。押出ヘッド２０の（図示されていない）外側ケーシングは、ケーシングブラケット８０を介して変換装置４２に接続され、ケーシングブラケット８０は、ブラケットスロット８５へ挿入されている。隆起した突出部８２，８４は、気流マニホールド４６が配置されている変換装置４２の隆起した部分である。気流マニホールド４６は、ブラケット９０を介して、隆起した突出部８２に固定され、ブラケット９２を介して変換装置４２に固定されている。押出ヘッド２０の右側には、ケーシングブラケット８０と、隆起した突出部８２，８４と、ブラケットスロット８５と、ブラケット９０，９２との各々の第２の一組が配置されている。ただし、第２の一組における、ケーシングブラケット８０と、隆起した突出部８２，８４と、ブラケットスロット８５と、ブラケット９０，９２とは、図３には示されていない。レールスロット８６，８８は、横方向に変換装置４２を貫通するスロットであって、ガイドレール２６が、レールスロット８６，８８を通じて延在し、構築室１２内で押出ヘッド２０を支持している。
【００３９】
図４Ａは、図２Ａにて上述されているトグルプレートアセンブリ５０の左部分の拡大図であって、構築材料のフィラメントストランド（本明細書ではフィラメントストランド９４と称する）とともに、使用中の構築ライン５８をさらに図示している。図４Ａの上から下へ示されているように、構築ライン５８は、連結部９６と、接続ピン９８と、支持付加部１００と、遊動輪１０２と、車軸１０４と、液化ブロック１０６と、構築端部１０８とを備える。
【００４０】
連結部９６は、供給ライン３８ｂを構築ライン５８へ固定するための、基台５４における接続位置である。支持付加部１００は、遊動輪１０２を支持するために、接続ピン９８を介して基台５４へ接続された支柱である。遊動輪１０２は、回転自在なローラであって、車軸１０４を介して支持付加部１００へ軸方向に接続されている。後述のように、遊動輪１０２は、駆動輪５１が構築ライン３８ｂから液化ブロック１０６へフィラメントストランド９４を供給するのを補助する。
【００４１】
液化ブロック１０６は、基台５４に固定された加熱ブロックであって、好適な温度プロファイルに基づき、液化ブロック１０６に沿ってフィラメントストランド９４を所望の押出粘度に溶融させるためのものである。液化ブロック１０６として好適な加熱ブロックの例は、ミネソタ州  エデン  プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドから“ＦＤＭ  ＴＩＴＡＮ”という商品名の溶融堆積モデリングシステムとして市販されている。
【００４２】
構築端部１０８は、押出ヘッド２０の底部２０ａにおいて液化ブロック１０６に固定された押出端部である。構築端部１０８は、構築材料の路を堆積させるための先端径を有しており、その路幅及び路高は、先端径にある程度基づいている。構築端部１０８の好適な先端径の例は、約２５０マイクロメートル（約１０ミル（ｍｉｌ））から約５１０マイクロメートル（約２０ミル（ｍｉｌ））の範囲である。
【００４３】
構築状態に位置されたトグルプレートアセンブリ５０によって構築材料を押し出す前に、フィラメントストランド９４（すなわち、構築材料）は、手動あるいは自動で供給ライン３８ｂから構築ライン５８へ供給される。フィラメントストランド９４が供給ライン３８ｂから構築ライン５８へ供給されることによって、フィラメントストランド９４の一部分が、駆動輪５１と遊動輪１０２との間に位置される。そして、モータ７８が駆動輪５１を（図４Ａにおける反時計回りの方向へ）回転させると、駆動輪５１及び遊動輪１０２が、フィラメントストランド９４を（矢印Ｅで示されるように）液化ブロック１０６の方へ引っ張る。
【００４４】
モータ７８による駆動輪５１の回転によって、フィラメントストランド９４が液化ブロック１０６へ継続的に供給される。液化ブロック１０６を通過中に、液化ブロック１０６は、フィラメントストランド９４を所望の押出粘度に溶融させる。フィラメントストランド９４の未溶解部分は、溶融された構築材料を構築端部１０８の外へ押し出すプランジャーとして機能する。フィラメントストランド９４の未溶解部分がプランジャーとして機能することにより、押出ヘッド２０は、駆動輪５１の回転速度にほぼ基づいた所望の流量で、構築材料を押し出すことができる。
【００４５】
図４Ｂは、図２Ｂにて上述されたトグルプレートアセンブリ５０の右部分の拡大図であって、支持材料のフィラメントストランド（本明細書ではフィラメントストランド１１０と称する）とともに、使用中の支持ライン６０をさらに図示している。図４Ｂの上から下へ示されているように、支持ライン６０は、連結部１１２と、接続ピン１１４と、支持付加部１１６と、遊動輪１１８と、車軸１２０と、液化ブロック１２２と、支持端部１２４とを備え、連結部１１２と、接続ピン１１４と、支持付加部１１６と、遊動輪１１８と、車軸１２０と、液化ブロック１２２と、支持端部１２４とは、構築ライン５８の対応する構成要素と、ほぼ同様に機能する。
【００４６】
連結部１１２は、供給ライン４０ｂを支持ライン６０へ固定するための、基台５４における接続位置である。支持付加部１１６は、遊動輪１１８を支持するために、接続ピン１１４を介して基台５４へ接続された支柱である。遊動輪１１８は、回転自在なローラであって、車軸１２０を介して支持付加部１１６へ軸方向に接続されている。遊動輪１１８は、駆動輪５１が供給ライン４０ｂから液化ブロック１２２へフィラメントストランド１１０を供給するのを補助する。
【００４７】
液化ブロック１２２は、基台５４に固定された加熱ブロックであって、好適な温度プロファイルに基づき、液化ブロック１２２に沿ってフィラメントストランド１１０を所望の押出粘度に溶融させるためのものである。液化ブロック１２２として好適な加熱ブロックは、液化ブロック１０６に関して上述したものと同様である。支持端部１２４は、押出ヘッド２０の底部２０ａにおいて液化ブロック１２２に固定された押出端部である。支持端部１２４の好適な特性は、構築端部１０８に関して上述したものと同様である。
【００４８】
支持状態に位置されたトグルプレートアセンブリ５０によって支持材料を押し出す前に、フィラメントストランド１１０（すなわち、支持材料）は、手動あるいは自動で供給ライン４０ｂから構築ライン６０へ供給される。フィラメントストランド１１０が供給ライン４０ｂから構築ライン６０へ供給されることによって、フィラメントストランド１１０の一部分が、駆動輪５１と遊動輪１１８との間に位置される。そして、モータ７８が駆動輪５１を（図４Ｂにおける時計回りの方向へ）回転させると、駆動輪５１及び遊動輪１１８が、フィラメントストランド１１０を（矢印Ｆで示されるように）液化ブロック１２２の方へ引っ張る。
【００４９】
モータ７８による駆動輪５１の回転によって、フィラメントストランド１１０は液化ブロック１２２へ継続的に供給される。液化ブロック１２２を通過中に、液化ブロック１２２は、フィラメントストランド１１０を所望の押出粘度に溶融させる。フィラメントストランド１１０の未溶融部分は、溶融された支持材料を支持端部１２４の外へ押し出すプランジャーとして機能する。フィラメントストランド１１０の未溶融部分がプランジャーとして機能することにより、押出ヘッド２０は、駆動輪５１の回転速度にほぼ基づいた所望の流量で支持材料を押し出すことができる。
【００５０】
ただし、支持ライン６０と係合したときの駆動輪５１の回転は、構築ライン５８と係合したときの駆動輪５１の回転とは反対の回転方向（つまり、時計回りに対して、反時計回り）である。支持ライン６０と係合したときの駆動輪５１の回転が、構築ライン５８と係合したときの駆動輪５１の回転とは反対の回転方向であることによって、第２の押出ライン（すなわち、図４Ｂにおける支持ライン５８）が駆動輪５１と係合したときに、押出ラインの１つ（すなわち、図４Ｂにおける構築ライン５８）が離脱することの利点が明らかになる。
【００５１】
図４Ｂに示されるように、構築ライン５８及び支持ライン６０が共に駆動輪５１と係合しているものと仮定すると、駆動輪５１の時計回りの回転は、フィラメントストランド１１０を液化ブロック１２２へ供給するであろう。しかしながら、この回転は、また、図４Ａにて上述した矢印Ｅの反対方向にフィラメントストランド９４を供給するであろう。矢印Ｅの反対方向にフィラメントストランド９４を供給することによって、フィラメントストランド９４が駆動輪５１及び誘導輪１０２から離脱し、それに続く再挿入のステップが必要となるであろう。それでもなお、構築状態と支持状態との間で枢動軸５６を中心にしてトグルプレートアセンブリ５０を回転させることで、第２の押出ラインが係合されながら、少なくとも１つの押出ラインが駆動輪５１から確実に離脱したままとなる。
【００５２】
図５は、図３における断面５−５についての拡大断面図であって、トグルプレートアセンブリ５０をさらに説明している（説明を明確にするため、説明されない構成要素は省略されている）。図示されているように、構築ライン５８は、供給通路１２６と、液化通路１２８とをさらに備える。供給通路１２６は、基台５４を通って配置された通路であり、連結部９６にて入口を有し、駆動輪５１と遊動輪１０２とに隣接した出口を有する。供給通路１２６は、供給ライン３８ｂから駆動輪５１及び遊動輪１０２へと（図５に示されていない）フィラメントストランド９４を供給するための経路を提供する。
【００５３】
押出通路１２８は、液化ブロック１０６を貫通する通路であって、駆動輪５１と遊動輪１０２とに隣接した入口を有し、構築端部１０８に出口を有する。押出通路１２８は、フィラメントストランド９４が液化ブロック１０６を通過するための経路を提供する。１つの実施形態では、押出通路１２８は、取り外し可能に液化ブロック１０６へ挿入され得る、別個の管状部材である。この取り外し可能な管状部材は、構築処理の間に取り外されてもよいし、置き換えられてもよく、取り外しや置き換えによって、押出ヘッド２０の保守及び洗浄が簡素化される。別の実施形態では、押出通路１２８は、フィラメントストランド９４の挿入を補助するための、張り出しの入口（すなわち、幅が広い入口）を備える。
【００５４】
同様に、支持ライン６０は、また、供給通路１３０と液化通路１３２とを備える。供給通路１３０は、基台５４を通って配置された通路であり、供給ライン４０ｂから駆動輪５１及び遊動輪１１８へと（図５に示されていない）フィラメントストランド１１０を供給するために、構築ライン５８の供給通路１２６と同様に機能する。押出通路１３２は、液化ブロック１２２を貫通する通路であって、構築ライン５８の押出通路１２８と同様に機能する。押出通路１２８に関して上述した実施形態は、押出通路１３２にも適用される。
【００５５】
図５にさらに示されるように、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されている間、構築ライン５８の構築端部１０８がｚ軸に対してほぼ平行に延出するので、構築材料は、構築プラットフォーム２８に向かって、垂直下方へ押し出され得る。その一方で、支持ライン６０の支持端部１２４の向きは、ｚ軸から角度を有している。この角度を有した向きは、ｚ軸に沿って支持端部１２４を垂直に上昇させる、枢動軸５６を中心にしたトグルプレートアセンブリ５０の枢動に起因する結果であるので、構築処理中に、支持端部１２４が押し出された層に干渉するリスクを低減させる。また、トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に位置されているとき、（図２Ｂにおいて上述されているように）逆の状態が生じる。支持端部１２４は、ｚ軸に対してほぼ平行に延出しており、構築端部１０８の向きは、ｚ軸から角度を有している。
【００５６】
駆動輪５１と遊動輪１０２，１１８との間の係合について述べると、遊動輪１０２，１１８が構築状態及び支持状態のそれぞれにおいて、駆動輪５１からオフセットされる距離は、使用された構築材料及び支持材料の種類によって異なり得る。この距離は、一般的に、（１）駆動輪５１と、対応する遊動輪との間で、フィラメントストランドの良好な牽引力を得ることと、（２）駆動輪５１が遊動輪から離脱したときに、遊動輪の周りでフィラメントストランドが被る屈曲の程度を低減することとの間の妥協である。
【００５７】
トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されている間の、駆動輪５１と遊動輪１０２との間の好適な距離の例は、熱可塑性材料（例えば、高衝撃ポリスチレン、ポリアクリロニトリル-ブタジエン-スチレン）の場合には約１ミル（ｍｉｌ）から約５ミル（ｍｉｌ）の範囲であり、低弾性材料（例えば、ミネソタ州  エデン  プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドから“ＷＡＴＥＲ  ＷＯＲＫＳ”及び“ＳＯＬＵＢＬＥ  ＳＵＰＰＯＲＴＳ”という商品名で市販されている水溶性材料）の場合には約１０ミル（ｍｉｌ）から約１５ミル（ｍｉｌ）の範囲である。トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に位置されている間における、駆動輪５１と遊動輪１１８との間の好適な距離は、駆動輪５１及び遊動輪１０２に関して説明したのと同じ好適な範囲含む。
【００５８】
図５にさらに示されているように、気流マニホールド４６は、出口オリフィス１３４Ｂ，１３４Ｓ，１３６Ｂ，１３６Ｓをさらに備える。（図２Ａにおいて上述されている）出口オリフィス５３Ｂ，５３Ｓ，１３４Ｂ，１３４Ｓは、押出経路１２８，１３２の入口を向いており、気流マニホールド４６から押出経路１２８，１３２の入口へ冷気を供給する。気流マニホールド４６から押出経路１２８，１３２の入口へ冷気を供給することにより、フィラメントストランド９４，１１０が、押出経路１２８，１３２の各入口で溶融するリスクが低減する。
【００５９】
出口オリフィス１３６Ｂ，１３６Ｓはそれぞれ、構築端部１０８及び支持端部１２４に向けられており、押し出された、構築材料及び支持材料の流体を冷却するために、気流マニホールド４６から構築端部１０８と支持端部１２４とへ冷気を供給する。気流マニホールド４６から構築端部１０８と支持端部１２４とへ冷気を供給することにより、押し出された流体は、既に堆積された路と迅速に融合することができ、また、駆動輪５１が回転を停止した後に、過剰な材料が構築端部１０８及び支持端部１２４の外へ流出するリスクを低減させる。したがって、気流マニホールド４６は、単一の供給源（すなわち、冷却ライン３６）から押出ヘッド２０内及び押出ヘッド２０の周囲における複数の場所へ冷気を供給するように配置されている。
【００６０】
図６Ａ，６Ｂはそれぞれ、押出ヘッド２０の上部分解図及び底部分解図であって（明確化するため、気流マニホールド４６は省略されている）、変換装置４２とトグルプレートアセンブリ５０との相互接続をさらに図示している。図６Ａに示されるように、枢動軸５６は、延張部１３８及び保持部１４０（すなわち、バネ、ワッシャ、及び、ピンアセンブリ）を有する。延張部１３８は、トグルプレートアセンブリ５０の孔１４２へと挿入され、保持部１４０に保持される。延張部１３８がトグルプレートアセンブリ５０の孔１４２へと挿入され、保持部１４０に保持されることにより、トグルヘッドアセンブリ５０は、構築状態、ニュートラル状態、及び、支持状態の間で切り換わるために、枢動軸５６を中心にして枢動可能である。
【００６１】
図６Ａにさらに示されるように、蓋部材６４は、延張部１４４及び保持部１４６（すなわち、バネ、ワッシャ、及び、ピンアセンブリ）を有する。延張部１４４は、トグルプレートアセンブリ５０の（図６Ａに示されていない）スロット６６を通って挿入され、保持部１４６に保持される。上述のように、蓋部材６４は、トグルプレートアセンブリ５０を変換装置４２へ固定する一方、トグルプレートアセンブリ５０を枢動軸５６を中心にして枢動させることができる。
【００６２】
トグルプレートアセンブリ５０は、また、熱電対線１４７ａ，１４７ｂを有しており、制御盤４８は、連結位置４８ａ，４８ｂを有する。熱電対線１４７ａ，１４７ｂは、屈曲して連結位置４８ａ，４８ｂへそれぞれ接続する。熱電対線１４７ａ，１４７ｂが連結位置４８ａ，４８ｂへそれぞれ接続していることにより、制御盤４８は、液化ブロック１０６，１２２の温度プロファイルを監視することができる。
【００６３】
トグルスイッチ５２は、さらに、隆起した突出部１４８と、スクリュー１５０と、経路１５２とを備える。隆起した突出部１４８は、底部２０ａ付近で変換装置４２へ固定された基台部であって、スクリュー１５０を介してセンサープレート７２を保持する。経路１５２は、底部２０ａ付近で変換装置４２に沿って横方向に延在しており、トグルバー６８が摺動可能に保持される、変換装置４２の一部分である。後述のように、トグルバー６８は、センサ面１５４をさらに有し、センサ面１５４は、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかを認識するために、センサープレート７２とともに用いられる。トグルバー６８が経路１５４に保持され、かつ、センサープレート７２が隆起した突出部１４８に固定されているとき、センサープレート７２は、センサ面１５４を覆って配置される。
【００６４】
図６Ｂに示されるように、トラックピン７０は、底部２０ａ付近でトグルヘッドアセンブリ５０の基部５４を貫通している。さらに、センサープレート７２は、制御盤４８と信号通信しているセンサ１５６，１５８を有する。後述のように、センサ１５６，１５８は、光学式センサであって、トグルバー６８が経路１５２に沿って摺動するときに、（図６Ｂに示されていない）センサ面１５４に沿った変化を検出するように構成されている。センサ１５６，１５８がセンサ面１５４に沿った変化を検出するように構成されていることにより、センサ１５６，１５８は、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかを認識することができる。
【００６５】
図７Ａ−７Ｃは、トラックピン７０と、センサ１５６，１５８とを有する、使用中のトグルバー６８の拡大図であって、この拡大図は、図６Ａにて上述されている図に対応している。上述のように、トグルバー６８は、トラック７４と、センサ面１５４とを有する。
【００６６】
トラック７４は、第１の区域１６０と、移行領域１６２と、第２の区域１６４とを有し、移行領域１６２は、第１の区域１６０と第２の区域１６４との間に配置されている。第１の区域１６０は、（図７Ａに示されているように）トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されているときに、トラックピン７０が配置される領域である。同様に、第２の区域１６０は、トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に位置されているときに、トラックピン７０が配置される領域である。移行領域１６２は、トラック７４の“Ｓ”形状を規定し、トグルプレートアセンブリ５０を、構築状態あるいは支持状態のいずれかから、ニュートラル状態へと切り換えるために使用される。
【００６７】
センサ面１５４は、反射部１７０，１７２を備え、反射部１７０，１７２は、非反射部１７４の反対側に配置されている。反射部１７０，１７２は、非反射部１７４よりも実質的に多くの光を反射することができる、光反射面である。センサ１５６，１５８は、センサ面１５４から反射された光の強度に対応する光学式センサである。その結果、センサ１５６，１５８は、トグルバー８６が（図７Ａに示されていない）経路１５２に沿って摺動するときに、反射光の強度における変化を検出できる。センサ１５６，１５８が反射光の強度における変化を検出できることによって、センサ１５６，１５８は、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかを認識することができる。
【００６８】
後述の実施形態において、センサ１５６，１５８は、（図７Ａに示されていない）制御盤４８に格納された所定のパターンに基づいて、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかを認識するように構成されている。例えば、センサ１５６が、反射部（例えば、反射部１７０）を覆って配置され、かつ、センサ１５８が、（図７Ａ，７Ｂに示されているように）非反射部１７４を覆って配置されているときに、受信された信号のこの組合せは、構築状態として予め定義される。この予め定義されたパターンは、構築ライン５８が、構築材料を押し出すために駆動輪５１と係合されている、トグルプレートアセンブリ５０の位置と対応する。
【００６９】
同様に、（図７Ｃ，７Ｄにおいて以下に示されているように）センサ１５６，１５８がともに、非反射部１７４を覆って配置されているときに、受信された信号のこの組合せは、ニュートラル状態として予め定義される。この予め定義されたパターンは、構築ライン５８及び支持ライン６０が駆動輪５１から離脱される、トグルプレートアセンブリ５０の位置と対応する。
【００７０】
さらには、（図７Ｅにおいて以下に示されているように）センサ１５６が非反射部１７４を覆って配置され、かつ、センサ１５８が反射部（例えば、反射部１７２）を覆って配置されているときに、受信された信号のこの組合せは、支持状態として予め定義される。この予め定義されたパターンは、支持ライン６０が、支持材料を押し出すために駆動輪５１と係合されている、トグルプレートアセンブリ５０の位置と対応する。
【００７１】
図７Ａに示されているように、トグルプレートアセンブリ５０は、トラックピン７０がトラック７４の第１の区域１６０に配置されるように位置されている。トラックピン７０が第１の区域１６０に配置されている間、（図２Ａにおいて上述されている）トグルプレートアセンブリ５０におけるバネ６２の付勢力は、第１の区域１６０の経路に垂直な矢印Ｇの方向にトラックピン７０を付勢する。矢印Ｇの方向にトラックピン７０が付勢されたことに対応して、センサ１５６が反射部１７０の上方に配置され、センサ１５８が非反射部１７４の上方に配置される。その結果、制御盤４８は、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態にあると認識する。トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されている間、駆動輪５１及び構築ライン５８は、３Ｄオブジェクト３０を構築するために構築材料を押し出すことができる。
【００７２】
コントローラ１４が押出ヘッド２０に支持状態への切り換えを指示するとき、トグルバー６８は、（図２Ａにおける矢印Ａに対応する）矢印Ａの方向に、経路１５２に沿って摺動する。トグルバー６８の摺動によって、（図７Ｂに示されているように）トラックピン７０が移行領域１６２に入ることで、トグルプレートアセンブリ５０が枢動軸５６を中心にして（時計回りの方向に）枢動する。
【００７３】
トラックピン７０が移行領域１６２に入るときにトグルプレートアセンブリが枢動する回転量は、構築ライン５８が駆動輪５１から離脱するのに必要な距離に対応する。それゆえ、トラックピン７０が移行領域１６２に入るとき、トグルプレートアセンブリは、構築状態からニュートラル状態へと切り換わる。移行領域１６２にある間、バネ６２の付勢力が釣り合っていることによって、トラックピン７０が付勢されなくなる。トラックピン７０が付勢されなくなることによって、トグルプレートアセンブリ５０がニュートラル状態で安定する。
【００７４】
また、トラックピン７０が移行領域１６２に入るとき、センサ１５６，１５８はともに非反射部１７４の上方に配置される。それゆえ、制御盤４８は、トグルプレートアセンブリ５０がニュートラル状態に切り換わったことをコントローラ１４へ通知する。追加の力が加えられるにつれて、トグルバー６８が矢印Ａの方向に移動し続けることによって、（図７Ｃに示されているように）トラックピン７０が第２の区域１６４に入るまで、トグルプレートアセンブリが（時計回りの方向に）枢動する。トラックピン７０が第２の区域１６４へ入るときにトグルプレートアセンブリが枢動する回転量は、支持ライン６０が駆動輪５１と係合するのに必要な距離に対応する。それゆえ、トラックピン７０が第２の区域１６４に入るとき、トグルプレートアセンブリは、ニュートラル状態から支持状態へと切り換わる。トラックピン７０が第２の区域１６４に配置されている間、（図２Ｂにおいて上述されている）トグルプレートアセンブリ５０上のバネ６２の付勢力は、第２の区域１６４の経路と垂直であって、かつ、（図７Ａにおいて上述されている）矢印Ｇの反対である、矢印Ｈの方向にトラックピン７０を付勢する。
【００７５】
また、トラックピン７０が第２の区域１６４へ入るとき、センサ１５６は、非反射部１７４の上方に配置され、かつ、センサ１５８は、反射部１７２の上方に配置される。それゆえ、制御盤４８は、トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に切り換わったことをコントローラ１４へ通知する。トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に位置されている間、駆動輪５１及び支持ライン６０は、支持構造３２を構築するために支持材料を押し出すことができる。
【００７６】
コントローラ１４が、構築状態に復帰するように押出ヘッド２０に指示すると、トグルバー６８が、矢印Ａの反対方向である（図２Ｂにおける矢印Ｃに対応する）矢印Ｃの方向に、経路１５２に沿って摺動する。トグルバー６８の摺動によって、（図７Ｄに示されているように）トラックピン７０が第２の区域１６４から移行領域１６２へと戻ることで、トグルプレートアセンブリ５０が枢動軸５６を中心にして（反時計回りの方向に）枢動する。
【００７７】
トラックピン７０が移行領域１６２へ入るときにトグルプレートアセンブリが枢動する回転量は、支持ライン６０が駆動輪５１から離脱するのに必要な距離に対応する。それゆえ、トラックピン７０が移行領域１６２へ入るとき、トグルプレートアセンブリは、支持状態からニュートラル状態へと復帰する。また、このニュートラル状態では、センサ１５６，１５８はともに非反射部１７４の上方に配置される。それゆえ、制御盤４８は、トグルプレートアセンブリ５０がニュートラル状態へ復帰したことをコントローラ１４へ通知する。
【００７８】
追加の力が加えられるにつれて、トグルバー６８が矢印Ｃの方向に移動し続けることによって、（図７Ｅに示されているように）トラックピン７０が第１の区域１６２へ入るまで、トグルプレートアセンブリが（反時計回りの方向に）枢動する。トラックピン７０が第１の区域１６０へ入るときにトグルプレートアセンブリが枢動する回転量は、構築ライン５８が駆動輪５１と係合するのに必要な距離に対応する。それゆえ、トラックピン７０が第２の区域１６４へ入るとき、トグルプレートアセンブリは、ニュートラル状態から構築状態へと切り換わる。トラックピン７０が第２の区域１６４へ入ることによってもまた、バネ６２の付勢力が、矢印Ｇの方向にトラックピン７０を付勢する。
【００７９】
また、トラックピン７０が第１の区域１６０へ戻ったとき、センサ１５６は、反射部１７０の上方に配置され、かつ、センサ１５８は、非反射部１７４の上方に配置される。それゆえ、制御盤４８は、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態へ復帰したことをコントローラ１４へ通知する。トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されている間、駆動輪５１及び構築ライン６０は、３Ｄオブジェクト３０を構築するために構築材料を再び押し出すことができる。
【００８０】
構築処理を開始する前に、トグルシステム５２は、センサ１５６，１５８の予め定義されたパターンが正確に構築状態、ニュートラル状態、及び、支持状態に対応していることを確実にするために較正されてもよい。較正は、トグルバーを経路１５２に沿ってゆっくり摺動させて、センサ１５６，１５８がセンサ面１５４における変化を認識する移行点を測定することによって、実行されてもよい。
【００８１】
そして、センサ１５６，１５８の予め定義されたパターンが移行点に基づいて生成される。尚、センサ１５６，１５８の予め定義されたパターンは、安全な範囲を設けるために、移行点を超えた（例えば、約４０ミル（ｍｉｌ））限界点を含んでいてもよい。安全な範囲によって、トグルプレートアセンブリ５０の状態の切換を認識する前に、センサ１５６，１５８が移行点を十分に越えていることが確実となる。一旦、予め定義されたパターンが生成されると、押出ヘッド２０は、構築材料と支持材料とを選択的に押し出すために通常の速度で動作することができる。
【００８２】
トグルスイッチ５２は、トグルプレートアセンブリ５０を構築状態、ニュートラル状態、及び、支持状態の間で枢動するための好適な配置を提供する。加えて、トグルスイッチ５２により、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかを認識するための好適な手段が提供されることによって、コントローラ１４は、単一の駆動モータ（すなわち、モータ７８）を用いて構築材料の押出と支持材料の押出との間で切り換わるように、押出ヘッド２０に指示することができる。
【００８３】
別の実施形態では、センサ１５６，１５８は、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかを様々な方法で認識してもよい。さらに別の実施形態では、センサ１５６，１５８は、トグルバー８６が経路１５２に沿って摺動するときに、反射光の強度における変化を検出する、単一のセンサ１５８と置き換えられてもよい。さらに、センサ１５６，１５８は、トグルプレートアセンブリ５０がどの状態に位置されているのかをセンサ１５６，１５８と同じく認識可能な非光学式センサ（例えば、近接センサ）に代えられてもよい。
【００８４】
押出ヘッド２０が、２つの押出ライン（すなわち、構築ライン５８及び支持ライン６０）を使用して上述されているが、本発明に係る別の押出ヘッドは、モータ７８の軸に沿って延在する、追加のトグルプレートアセンブリを有してもよい。別の押出ヘッドによって、単一のモータ（すなわち、モータ７８）は、追加のトグルプレートアセンブリと並んでいる、追加の駆動輪を回転させることができる。
【００８５】
これらの別の実施形態において、追加のトグルプレートアセンブリの各々は、所定のトグルプレートアセンブリを構築状態、ニュートラル状態、及び、支持状態のいずれかに位置させるトグルスイッチを備える。追加のトグルプレートアセンブリの各々がトグルスイッチを備えているので、所定の追加のトグルプレートが、構築状態、あるいは、支持状態に位置されている間に、残りのトグルプレートアセンブリがニュートラル状態に位置されることによって、同時に複数の押出がなされることを防止してもよい。これらの別実施形態は、単一の構築処理において、異なる構築材料、及び／または、異なる色の材料で３Ｄオブジェクトを構築するのに有利である。
【００８６】
さらに別の実施形態では、駆動輪５１が、モータ７８の軸に沿って延在する、複数の駆動輪と置き換えられ、各押出ライン（例えば、構築ライン５８あるいは支持ライン６０）が１つの駆動輪と係合されてもよい。各押出ラインが１つの駆動輪と係合されるので、トグルプレートアセンブリ５０が構築状態に位置されているときに、構築ライン５８が第１の駆動輪と係合し、支持ライン６０が第２の駆動輪から離脱する。また、トグルプレートアセンブリ５０が支持状態に位置されているときに、支持ライン６０が第２の駆動輪と係合し、構築ライン６０が第１の駆動輪から離脱する。この別の実施形態によっても、単一の駆動モータ（例えば、モータ７８）の使用が可能となる。
【００８７】
本発明は、好適な実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の精神及び本発明の範囲を逸脱することなく、形態及び詳細の変更を行い得ることは、当業者によって認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】押出による積層製造システムの側面図であって、本発明の押出ヘッドを示すために切り欠き部分を有する側面図である。
【図２Ａ】構築状態に位置されたトグルプレートアセンブリを有する、押出ヘッドの正面斜視図である。
【図２Ｂ】トグルプレートアセンブリが支持状態に位置されている、押出ヘッドの正面斜視図である。
【図３】トグルプレートアセンブリが構築状態に位置されている、押出ヘッド２０の左側面図である。
【図４Ａ】図２Ａに示されたトグルプレートアセンブリの左側部分の拡大図である。
【図４Ｂ】図２Ｂに示されたトグルプレートアセンブリの右側部分の拡大図である。
【図５】図３における断面５−５についての断面図であって、トグルプレートアセンブリを示している断面図である。
【図６Ａ】押出ヘッドの正面分解図である。
【図６Ｂ】押出ヘッドの背面分解図である。
【図７Ａ−７Ｅ】トグルプレートアセンブリを構築状態と支持状態との間に配置させるために使用される、押出ヘッドのトグルバーの拡大図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【国際調査報告】
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