(57)【要約】  積層造形システムは、モデルを形成するためにフィラメントストランド（３８）を供給するための送出装置（１０）を備えている。送出装置（１０）は、固定ブロック（１４）に回転可能に接続された回転ブロック（１６）と、駆動軸（４６）を回転するモータ（１２）と、を備えている。駆動ローラ（２６）は、駆動軸（４６）に接続され、遊動ローラ（３０）は、固定ブロック（１４）に対する回転ブロック（１６）の回転方向に実質的に垂直で、且つ、駆動軸（４６）と実質的に平行な方向に、回転ブロック（１６）から延出する遊動車軸（３２）に接続されている。
2009500194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントストランドを受容し、前記フィラメントの所望の方向への運動を制御するための積層造形システムにおいて用いるための送出装置であって、
固定ブロックと、
前記固定ブロックに回転可能に接続される回転ブロックと、
駆動軸を回転するモータと、
前記駆動軸に接続される駆動ローラと、
前記回転ブロックによる回転方向に対して実質的に垂直、且つ、前記駆動軸と平行な方向に、前記回転ブロックから延出する遊動車軸と、
自由に回転し、且つ、外縁部が、前記駆動ローラの外縁部に対向するように、前記遊動車軸に対して取り付けられる遊動ローラと、
を備える送出装置。
【請求項２】
前記モータが前記駆動軸を回転可能にするように、一連のギアが前記モータを前記駆動軸に接続する
請求項１に記載の送出装置。
【請求項３】
前記駆動軸は、前記固定ブロックの孔を通って延出する
請求項１に記載の送出装置。
【請求項４】
軸受が、前記駆動軸と、前記固定ブロックの孔と、の間を相互に接続する
請求項３に記載の送出装置。
【請求項５】
前記モータは、歯が被動ギアと互いにかみ合う駆動ギアを回転し、前記駆動軸は前記被動ギアから延出する
請求項１に記載の送出装置。
【請求項６】
前記被動ギアは、前記駆動ギアより大きい
請求項５に記載の送出装置。
【請求項７】
前記モータは、精密なサーボモータである
請求項１に記載の送出装置。
【請求項８】
前記モータは、エンコーダをさらに備える
請求項１に記載の送出装置。
【請求項９】
前記回転ブロックを前記固定ブロックに回転可能に接続するために、前記回転ブロックの回転車軸を受容するための前記駆動軸と実質的に平行な孔を、前記固定ブロックにさらに備える
請求項１に記載の送出装置。
【請求項１０】
前記孔は、前記回転ブロックに対向する側壁から、前記固定ブロックの底に沿って延出する部材に形成される
請求項９に記載の送出装置。
【請求項１１】
前記回転ブロックは、前記駆動軸に対して実質的に垂直に延びる貫通孔を備え、前記貫通孔は、肩部を設けるために、第２直径よりも大きい第１直径を有する
請求項１０に記載の送出装置。
【請求項１２】
前記回転ブロックに対向する前記固定ブロックの側壁は、ねじ穴を備える
請求項１１に記載の送出装置。
【請求項１３】
前記回転ブロックの貫通孔を通り、前記固定ブロックのねじ穴に固定される締結部材を備え、前記締結部材は、前記貫通孔の肩部と、前記締結部材の頭部との間でばねを保持する
請求項１２に記載の送出装置。
【請求項１４】
前記駆動ローラと前記遊動ローラとの間に前記フィラメントストランドを導くガイドをさらに備える
請求項１に記載の送出装置。
【請求項１５】
フィラメントを分配して規定されたモデルを形成する積層造形システムの一部として、前記フィラメントストランドを進めるための送出装置において用いられる駆動ローラであって、
内表面を規定する開口を備えるローラと、
前記内表面よりも大きい直径を有する前記ローラの外周面と、
前記内表面と前記外表面との間の一対の側壁と、
前記一対の側壁の間の外表面に沿った溝と、
を備え、
前記溝は、前記溝の底に沿って一連の歯を備え、前記連続する歯が略５５度と８５度との間の角度を形成する
駆動ローラ。
【請求項１６】
前記外表面は、略０．２４５インチと０．２５５インチとの間の幅を有する
請求項１５に記載の駆動ローラ。
【請求項１７】
前記溝は、略０．０８４インチと０．１１４インチの幅を有する
請求項１５に記載の駆動ローラ。
【請求項１８】
前記ローラは、略０．５５０インチの直径を有する
請求項１５に記載の駆動ローラ。
【請求項１９】
連続する歯の間に放射状に配置される線は、略８度と１５度との間の角度を形成する
請求項１５に記載の駆動ローラ。
【請求項２０】
フィラメントを分配してモデルを形成する積層造形システムの一部として、フィラメントストランドを進めるための送出装置において用いられる駆動ローラであって、
内表面を規定する開口を有するローラと、
前記内表面よりも大きい直径を有する前記ローラの外表面と、
前記内表面と前記外表面との間の一対の側壁と、
前記一対の側壁の間の外表面に沿った溝と、
を備え、
前記溝は、前記フィラメントと対向する側に、前記フィラメントストランドに接触する一連の歯を備え、前記フィラメントと対向する側の接触点間の最小距離は、前記フィラメントストランドの直径の１／１０より大きい
駆動ローラ。
【請求項２１】
モデルを形成するために用いられるフィラメントストランドを進めるための送出装置を利用する積層造形システムであって、
前記送出装置は、
駆動軸に取り付けられ、一連の歯を有する溝を備える駆動ローラと、
前記駆動ローラに近接する遊動車軸に回転可能に取り付けられる遊動ローラと、
前記駆動ローラ上の溝の底と、前記遊動ローラの外表面と、の間で前記フィラメントストランドを受容する挟持部と、
を備え、
前記挟持部の幅は、０．０５９〜０．１０９インチの間で変化する
積層造形システム。
【請求項２２】
前記遊動車軸は、前記挟持部を形成する隙間の大きさを変化させるために、前記駆動軸から離れるように回転する
請求項２１に記載の積層造形システム。
【請求項２３】
前記遊動車軸は、前記駆動軸に向かって付勢される
請求項２２に記載の積層造形システム。
【請求項２４】
ばねが、前記遊動車軸を前記駆動軸に向かって付勢する
請求項２３に記載の積層造形システム。
【請求項２５】
前記溝に対向する前記遊動ローラの外表面は、谷部を備える
請求項２１に記載の積層造形システム。
【請求項２６】
モデルを形成するために用いられるフィラメントストランドを進めるための送出装置を利用する積層造形システムであって、
前記送出装置は、
駆動軸に取り付けられ、一連の歯を有する溝を備える駆動ローラと、
前記駆動ローラに近接する遊動車軸に回転可能に取り付けられる遊動ローラと、
前記駆動ローラが、最大２４ポンドの押圧力にて所望の方向に前記フィラメントストランドを進めるように、前記フィラメントストランドを受容するための前記駆動ローラと前記遊動ローラとの間の隙間と、
を備える積層造形システム。
【請求項２７】
モデルを形成するために、積層造形システムにておいて、フィラメントストランドを進めるための送出装置であって、
歯を有する周状溝を備える駆動ローラと、
歯の無い周状の谷部を備える遊動ローラと、
前記溝に整列して、且つ、対向する谷部との間の挟持部を規定するために、前記遊動ローラを前記駆動ローラに向けて付勢する付勢部と、
前記挟持部を通して供給されるフィラメントが、前記遊動の谷部により、前記溝の歯に対してより強く係合され、前記挟持部を介して前記駆動ローラにより駆動されるように、前記駆動ローラを回転するための駆動系と、
を備える送出装置。
【請求項２８】
前記遊動ローラは、回転ブロック上に回転可能に取り付けられ、ばねが前記回転ブロックを付勢する
請求項２７に記載の送出装置。
【請求項２９】
前記回転ブロックは、前記遊動ローラの回転軸と実質的に平行な軸回りに回転する
請求項２８に記載の送出装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景技術］
本発明は、押し出し成形に基づく積層造形技術を用いた３次元物体の製造に関する。より具体的には、本発明は、様々な直径を有するフィラメントに対応し、より効果的にフィラメントの運動を制御し、さらに、点検及び修理をより容易にする供給用の送出装置を利用する積層造形システムに関する。
【０００２】
美的評価、コンピュータ支援による数学的な設計（ＣＡＤ）モデルの証明、金属型の成形、干渉及び空間割当ての調査、及び、機能性試験を含む機能のために、３次元モデルが用いられる。押し出し成形に基づく積層型造形装置は、ＣＡＤシステムから提供される設計情報に基づいて、予め定められたパターンにて押し出しヘッドから凝固可能な造形材料を押し出すことにより、３次元モデルを製造する。液体または固体造形材料の何れかの原料が、押し出しヘッドに供給される。１つの技術では、フィラメントストランドの形態で、造形材料が供給される。造形材料の原料が固体の状態の場合、積層するために、原料は液化機により流動性を有する温度にされる。
【０００３】
３次元物体を形成するための押し出し成形に基づく装置及び方法の例が、バルバーラ(Valavaara)による米国特許第4,749,347号、クランプ(Crump)による米国特許第5,121,329号、クランプ(Crump)による米国特許5,340,433号、クランプ(Crump)等による米国特許5,503,785号、ダンフォース(Danforth)等による米国特許第5,900,207号、バチェルダー(Batchelder)等による米国特許第5,764,521号、バチェルダー(Batchelder)等による米国特許第5,968,561号、ダーリン(Dahlin)等による米国特許第6,022,207号、スタッフル(Stuffle)等による米国特許第6,067,480号、及び、バチェルダー(Batchelder)等による米国特許出願第6,085,957号にて説明されている。これらは全て本発明の譲渡人であるストラタシス・インコーポレイテッドに譲渡されている。
【０００４】
フィラメントの供給を採用する造形装置において、米国特許第5,121,329号のように、繰り出しリールに巻かれた柔軟性のあるフィラメントのような造形材料が、装置に充填される。凝固したときに適切な接着力にて前の層に接着し、さらに、柔軟性のあるフィラメントとして供給されうる凝固可能な材料が、造形材料として用いられる。液化機及び分配ノズルを有する押し出しヘッドは、フィラメントを受容し、液化機にてフィラメントを溶融し、さらに、溶融された造形材料を、ノズルから形成環境内に収容されたベース上に押し出す。造形材料は、ＣＡＤモデルにて規定された領域に一層ずつ押し出される。押し出された材料は、以前に積層された材料に結合し、ＣＡＤモデルと類似の３次元物体を形成するために凝固する。温度の下降につれて熱凝固する造形材料からモデルを形成する場合において、形成環境は、造形材料の積層中に、造形材料の凝固温度をわずかに下回る温度に加熱され、その後、材料からの応力を緩和するために徐々に冷却されるチェンバーであることが好ましい。米国特許第5,866,058号にて開示されたように、このアプローチでは、完成モデルに応力がかからず、非常に小さな歪みを有するように、モデルが形成される間、モデルから応力を除去するように熱処理を行う。
【０００５】
凝固可能な材料を積層することによる３次元物体の製造において、オーバーハング部の下、つまり、形成中であり、造形材料自体により支持されていない目的物の空洞内に、サポート層またはサポート構造が形成される。例えば、目的物が、地下の洞窟の内部のモデルであり、洞窟の試作品が、床から天井に向かって構築される場合に、そのとき、鍾乳石は、天井が完全に構築されるまで、一時的なサポートを必要とする。サポート構造は、同様の積層技術及び装置を使用して、この積層技術及び装置にて造形材料が積層されることにより、構築されうる。装置は、適切なソフトウェア制御の下で、形成される物体のオーパーハング部または自由空間部のためのサポート構造として作用する追加の構造を製造する。サポート材料は、造形装置内の個別の分配ヘッド、または、造形材料を積層する分配ヘッドと同一の分配ヘッドの何れかから供給されて積層される。サポート材料は、積層中に造形材料に接着し、完成した物体から取り外し可能な材料が選択される。米国特許第5,503,785号に開示されるように、造形材料と、サポート材料との種々の組み合わせが知られている。
【０００６】
上述した参照特許において開示されたように、フィラメントの供給が導入された現在の技術のＳｔｒａｔａｓｙｓＦＤＭ（登録商標）３次元造形装置において、スプールをスピンドルに取り付けることにより、スプール上に造形フィラメントが巻かれたコイルが、装置内に搭載される。フィラメントは、熱可塑性材料またはワックス材料により製造される。フィラメントストランドが、押し出しヘッドにて、一対のモータ駆動式の供給ローラに到達するまで、ユーザは、手動でスプールからフィラメントを解いて、低摩擦材料にて形成されたガイドチューブを通して、フィラメントストランドを供給するようにしてもよい。逆に、一連の供給ローラが利用されることが可能であり、一連の供給ローラは、造形装置内で、フィラメントストランドを進めるために、フィラメントのスプールまたはフィラメント源に配置されることから始まり、供給経路に沿って配置され、最後に押し出しヘッドに配置される。フィラメントストランドを進めるか、送出するか、または、供給するために必要とされる力は、時には十分に大きくなり、約２０ポンドの押圧力(push force)と同等の力となる。
【０００７】
フィラメントストランドは、供給ローラにより、最終的に、押し出しヘッドに搭載される液化機に進められる。液化機の内部で、フィラメントは、流動性を有する温度に加熱される。供給ローラにより、フィラメントが押し出しヘッドに進められることが継続されつつ、流入されたフィラメントストランドの力により、流動性のある材料が、分配ノズルから形成プラットフォームに押し出される。なお、分配ノズルは、取り外し可能に取り付けられた基材の上に配置される。ノズルから押し出される材料の流量は、ヘッドに進められるフィラメントの流量と、分配ノズルの開口の大きさと、の関数である。汚染物質が、液化機内に存在する可能性があり、さらに、汚染物質が、フィラメントに沿って、ノズルから押し出される可能性がある。汚染物質の大きさにより、分配ノズルが、部分的に、または、完全に塞がれる可能性があり、フィラメントが、通常、液化機内で有する圧力の大きさの約４〜５倍の著しい圧力ピークが、ノズルにて生じる。供給ローラは、このような圧力ピークの間も、フィラメントの送出を継続できなければならない。
【０００８】
押し出しヘッドの運動を、水平なＸＹ平面において制御する制御装置は、形成プラットフォームの運動を、鉛直なＺ方向において制御し、さらに、供給ローラがヘッドに進めるフィラメントの流量を制御する。これらの様々な工程を同調させて制御することにより、造形材料は、ＣＡＤモデルにて規定された領域に一層ずつ、「ビーズ」または「道(roads）」状に所望の流量にて積層される。分配された造形材料は、冷却されるにつれて凝固し、その結果、固体の３次元物体が形成される。
【０００９】
所望の固体の３次元物体を形成するように、制御装置にて、押し出しヘッドの運動を適切に制御するために、供給ローラは、フィラメントを滑らせることなく、常時予め定められた流量で、フィラメントを供給または送出しなければならない。供給ローラの回転にもかかわらず、所望の流量にてフィラメントを進めることができないとき、供給ローラにおいてフィラメントの滑りが生じる。フィラメントの滑りは、押し出しヘッドに供給される造形材料不足を引き起こし、順々に、規定された時間及び位置にて、所望の３次元物体を積層するための造形材料不足を引き起こす。その結果、設計された部品として構造上適切でないか、または、形成工程の間の造形材料不足により変形されるといった、３次元モデルの形成不良を引き起こしうる。
【００１０】
フィラメントの滑りを抑制するための試みにおいて、供給ローラは、ウレタンを材料として製造されると共に、フィラメントストランドを圧迫し、さらにフィラメントストランドを、進めるか、または、送出するために、固定された軸に取り付けられていた。しかしながら、使用期間及び供給ローラにより送出されるフィラメントストランドの直径の変化により、ウレタンの供給ローラに摩耗が生じる。供給ローラの摩耗により、最終的に、様々な状況下で、フィラメントストランドを一定に進めるように、フィラメントストランドを十分に圧迫することが不可能となる。具体的には、フィラメントを進めるために必要とされる押圧力が、２０ポンドの圧力に近づいたとき、ウレタン製の供給ローラがフィラメントに適用可能な力の大きさを超えることがしばしば起こり、その結果、フィラメントに滑りが生じ、フィラメントを所望の流量で全く送出できなくなる。
【００１１】
それゆえに、フィラメントを進めるために供給ローラをより効果的に駆動する一方、様々な直径のフィラメントに対応する送出装置を提供する必要がある。
［発明の概要］
本発明は、モデルを形成するためのフィラメントストランドを供給する送出装置を利用する積層造形システムに関する。送出装置は、固定ブロックに回転可能に接続される回転ブロックと、駆動軸を回転するモータと、を備える。駆動ローラは、駆動軸に接続され、遊動ローラは、固定ブロックに対する回転ブロックの回転方向に対して実質的に垂直で、且つ、駆動軸と平行な方向に回転ブロックから延出する遊動車軸に接続される。駆動ローラは、その外周面周りに溝を備え、溝は、フィラメントストランドを送出するための一連の歯を備える。
［詳細な説明］
本発明は、図１に示された種類の積層造形システムを参照して説明される。図１は押し出し装置１を示す。押し出し装置１は、本発明によるサポート構造３により支持されるモデル２を形成する。押し出し装置１は、押し出しヘッド４、材料受けベース５、及び、材料供給装置６を備えている。押し出しヘッド４は、鉛直Ｚ方向に移動するベース５に対してＸ及びＹ方向に移動する。材料供給装置６は、押し出しヘッド４に原材料を供給する。説明される実施形態においては、固体の原材料が、押し出しヘッド４に供給され、押し出しヘッド４に搭載される液化機７にて溶融される。液化機７は、原材料を、その原材料の凝固点よりもわずかに高い温度に加熱し、溶融された状態に戻す。溶融された材料は、液化機７のノズル８を通して、ベース５上に押し出される。
【００１２】
押し出しヘッド４の運動は、３次元のモデル２を形成するために、ベース５の上に、多数の線状及び層状で材料を積層するように制御される。押し出しヘッド４の運動は、さらに、モデル２が形成されるにつれて、物理的にモデル２を支持するように規定されたサポート構造３を形成するように制御される。モデル２及びモデル２のサポート構造３は、熱凝固を促進するように制御された環境を有する形成チェンバー（図示無し）内で、ベース５上に形成される。積層される材料の最初の層は基礎を形成するようにベース５に接着し、一方、最初の層に続く材料の層は、続く層同士で接着する。
【００１３】
造形材料Ｍは、モデル２を形成するために分配され、また、サポート材料Ｓは、造形材料Ｍの分配に対応して、サポート構造３を形成するために分配される。便宜上、押し出し装置１が、ただ１つの材料供給装置６と共に示されている。しかしながら、本発明の実施に際しては、造形材料Ｍ及びサポート材料Ｓが、個別の材料供給装置から、個別の原材料として、押し出し装置１に供給される。押し出し装置１は、以下の何れかにより、２つの異なる材料の分配に対応しうる。（１）２つの押し出しヘッド４を設ける。（バチェルダー(Batchelder)'561特許に開示されたように）１つは、造形材料Ｍ供給するものであり、１つは、サポート材料Ｓを供給するものである。（２）（クランプ(Crump)329'特許の図６に示されるような）両方の材料を分配するための１本のノズル８にて、造形材料Ｍとサポート材料Ｓとの両方を供給するシングル押し出しヘッド４を設ける。（３）（クランプ(Crump)'785特許の図６に示されるような）個別のノズル８を介して、それぞれの材料を分配することにて、両方の材料を供給するシングル押し出しヘッドを設ける。
【００１４】
説明された実施形態において、造形材料Ｍ及びサポート材料Ｓは、押し出しヘッド４から、水平層を形成する実質的に連続する「道(roads)」として積層され、造形材料Ｍ及びサポート材料Ｓは、押し出しヘッド４には、固体の状態で供給される。本発明は、押し出し装置１において、材料供給装置６により押し出しヘッド４に供給される原材料の送出を改善するためのものである。
【００１５】
本発明の送出装置１０の実施形態が図２Ａ及び２Ｂに示される。送出装置１０は、材料供給装置６により供給された原材料を受容し、さらに、先に進めるために、押し出し装置１の押し出しヘッド４に搭載されている。送出装置１０は、モータ１２、固定ブロック１４及び回転ブロック１６を備えている。モータ１２及び固定ブロック１４は、一連の締結部材１９によりモータ取付板１７に固定されている。回転ブロック１６は、固定ブロック１４から延出する部材２２の開口２０に受容される回転車軸１８により、固定ブロック１４に回転可能に接続されている。ボルトのような締結部材２４は、回転ブロック１６を通り抜けて、固定ブロック１４に固定される。締結部材２４は、回転ブロック１６内の貫通孔５６を通り抜け、固定ブロック１４のねじ穴５８に固定される。締結部材２４は、貫通孔５６内で、ばね６０を保持している。
【００１６】
固定ブロック１４は、駆動車軸２８に取り付けられた駆動ローラまたは車輪２６を備えている。駆動車軸２８は、回転車軸１８を受容する開口２０とほぼ平行に、固定ブロック１４から延出している。駆動ローラ２６は、外周面３４を備えている。
【００１７】
遊動ローラまたは遊動輪３０は、回転ブロック１６から延出する遊動車軸３２に取り付けられている。遊動ローラ３０は、外周面３６を備えている。遊動車軸３２は、駆動車軸２８及び回転車軸１８と実質的に平行である。遊動車軸３２は、遊動ローラ３０の外面３６が駆動ローラ２６の外面３４と対向するように、駆動車軸２８に対して配置されている。
【００１８】
フィラメントストランド３８は、材料供給装置６により供給された原材料を示している。フィラメントストランド３８は、駆動ローラ２６及び遊動ローラ３０のそれぞれの外面３４及び３６との間に取り込まれるように、漏斗４０により導かれる。漏斗４０は、フィラメントストランド３８を、駆動ローラ２６及び遊動ローラ３０との間の隙間に導くために、固定ブロック１４に固定されうる。フィラメントストランド３８は、それから、駆動ローラ２６及び遊動ローラ３０により、押し出しヘッド４に搭載される液化機７に導かれる。押し出しヘッド４では、モデル２を形成するために、フィラメントストランド３８が、溶融された状態に加熱され、ノズル８を通して押し出される。
【００１９】
一連のギア４２は、駆動ローラ２６の回転を引き起こすために、モータ１２が、駆動車軸２８を回転させることを可能にする。本発明の実施形態においては、一連のギア４２は、モータ１２の出力駆動軸４６に固定された駆動ギア４４を備えている。駆動ギア４４は、モータ取付板１７を通して延出している。駆動ギア４４は、被動ギア４６とかみ合わされる。駆動車軸２８は、駆動ローラ２６を回転するために被動ギア４６から延出する。
【００２０】
駆動車軸２８は、モータ取付板１７と固定ブロック１４との開口を通り抜けている。当業者に知られた一組のベアリングまたは他の代替技術が、駆動車軸２８と固定ブロック１４との間のインタフェースとして用いられうる。駆動車軸２８は、駆動車軸２８に取り付けられる駆動ローラ２６を受容するために、固定ブロック１４から延出する。駆動ローラ２６は、例えば、圧入のような、当業者にとって周知の何れかの技術によって駆動車軸２８に固定されうる。
【００２１】
遊動車軸３２は、回転ブロック１６から延出し、遊動ローラ３０が自由に回転することを可能にする。スピードナットのような固定部材４８が、遊動ローラ３０を、遊動車軸３２に固定するために用いられうる。
【００２２】
駆動ローラ２６の外面３４は、溝５０を備えることが好ましい。溝５０の内側には、フィラメントストランド３８を、所望の方向へ進めるように、フィラメントストランド３８に接触するために形成された一連の歯５２がある。
【００２３】
遊動ローラ３０の外面３６は、４１６ｃｄステンレス鋼にて構成することができ、駆動ローラ２６の溝５０と整列して対向する谷部５４を備えていてもよい。
１つの実施形態においては、モータ１２は、精密なサーボモータである。しかしながら、ロータリエンコーダを導入したモータのような代替のモータが用いられうることは、当業者が理解しうることである。モータ１２の出力駆動軸４５が、駆動車軸２８として用いられうる一方、図２Ａ及び２Ｂに示される送出装置１０の実施形態では、駆動ギア４４よりも大きい被動ギア４６を有する一連のギア４２を、駆動車軸２８として利用する。
【００２４】
駆動ローラ２６及び遊動ローラ３０の外面３４及び３６は、それぞれ、駆動ローラ２６の回転により、フィラメントストランド３８を所望の方向へ進めるかまたは送出するために、フィラメントストランド３８に接触して、フィラメントストランド３８を圧迫するか、または、挟持する挟持部を形成する。谷部５４を溝５０に対向するように配置することは、フィラメント３８が駆動ローラ２６と遊動ローラ３０との間で圧迫されるか、または、挟持されるように、フィラメント３８が接触されること及び配置を保持することに役立つ。この谷部は、また、溝５０内の一連の歯５２と対向する側で、フィラメントストランド３８に対して圧力をかけることにも役立つ。この圧力は、フィラメントストランド３８を所望の方向へ進めるために、フィラメントストランド３８を一連の歯５２内にはめ込むことに役立つ。
【００２５】
図３及び４は、固定ブロック１４に対する回転ブロック１６の回転を示している。図３及び４は、送出装置１０を、図２Ａの断面３−３及び４−４に沿って切断した正面図である。図３においては、回転ブロック１６が、固定ブロック１４と接触する付勢位置にある状態で示されている。この位置において、駆動ローラ２６と遊動ローラ３０との間の距離は最小となる。図４においては、駆動ローラ２６と遊動ローラ３０との間の距離を最大とするように、回転ブロック１６が、固定ブロック１４から離れるように回転されている。
【００２６】
図３に示すように、回転ブロック１６の貫通孔５６は、肩部６２を設けるために、その外側端部で、より大きい直径を有し、固定ブロック１４に当接する内側端部で、より小さい直径を有する。貫通孔５６の内径は、締結部材２４が通り抜けることを許容し、しかしながら、肩部６２は、ばね６０に接触すると共に、肩部６２と締結部材２４の頭部との間で、ばね６０を保持する。一旦、締結部材２４が、固定ブロック１４のねじ穴５８に固定されると、ばね６０は、回転ブロック１６を固定ブロック１４に対して付勢するように、肩部６２にて圧縮される。駆動ローラ２６と遊動ローラ３０との間を通るフィラメントストランド３８が、十分に大きい場合には、フィラメントストランド３８による力は、ばね６０により肩部６２に対して生成された圧縮力を自動的に超えて、固定ブロック１４から離れるように、回転車軸１８回りに回転ブロック１６を回転させることを引き起こしうる。
【００２７】
図４は、固定ブロック１４から離れるように回転された回転ブロック１６を示している。回転ブロック１６が、固定ブロック１４から離れるように回転される一方、ばね６０は、引き続き回転ブロック１６に圧力をかけ、回転ブロック１６を、固定ブロック１４にに向かって付勢する。回転ブロック１６を、固定ブロック１４に向かって付勢することは、遊動車軸３２、それゆえに、遊動ローラ３０を、それぞれ、駆動車軸２８及び駆動ローラ２６に向かって付勢することになる。この結果、フィラメントストランド３８が、駆動ローラ２６の一連の歯５２の内部に向かうように、遊動ローラ３０が、フィラメントストランド３８に継続的に圧力をかけることになる。
【００２８】
回転車軸１８が、駆動車軸２８及び遊動車軸３２と実質的に平行な方向に配置されているので、駆動ローラ２６と遊動ローラ３０との間の距離は、回転ブロック１６が、固定ブロック１４から離れるように回転するにつれて増加する。この結果、回転車軸１８回りの回転ブロック１６の回転方向は、駆動車軸２８及び遊動車軸３２に対して実質的に垂直となる。固定ブロック１４に固定された締結部材２４は、固定ブロック１４からの回転ブロック１６の回転量を制限する。固定ブロック１４からの回転ブロック１６の回転範囲は、およそ０〜１５度の範囲である。そして、それゆえに、スプールに巻かれるフィラメント３８の直径厚さは、およそ０．０４０〜０．１００インチの範囲が許容される。フィラメントストランド３０の直径の範囲は、回転車軸１８に対する遊動車軸３２の回転量を大きくすることを許容することにより増加されうる。これは、より長い締結部材２４を用いること、または、遊動車軸３２を回転車軸１８からさらに離れるように移動すること、または、当業者に周知の他の技術により達成しうる。
【００２９】
図５は、送出装置１０を、図２Ａの断面５−５に沿って切断した正面図である。図５は、一連の歯５２により構成される溝５０の底と、谷部５４の底との間の挟持部を形成する隙間Ａに注目している。本発明の１つの実施形態においては、隙間Ａにより表される挟持部の幅は、回転ブロック１６が固定ブロック１４から離れるように回転するにつれて、約０．０５９〜０．１０９インチの間で変化しうる。しかしながら、異なる直径のフィラメントストランド３８に対応するために、回転ブロック１６のための回転範囲が調整されたとき、隙間Ａにより表される挟持部が調整されうることを、当業者は理解するであろう。フィラメントストランド３８は、駆動ローラ２６及び遊動ローラ３０により進められたとき、隙間Ａまたは挟持部を通り抜ける。より具体的には、フィラメントストランド３８が、漏斗４０にて方向付けられたとき、フィラメントストランド３８は、駆動ローラ２６の溝５０内の一連の歯５２と、遊動ローラ３０の谷部５４との間で保持または挟持される。遊動ローラ３０は、自由に回転する一方、遊動車軸３２回りに回転することに伴い、フィラメントストランド３８において、一連の歯５２とは反対の側に圧力をかける。遊動ローラ３０は、一連の歯５２内にフィラメントストランド３８を押し付け、駆動ローラ２６が、フィラメントストランド３８を所望の方向に進めることを可能にする。フィラメントストランド３８に対して遊動ローラ３０から圧力がかけられた結果、一連の歯５２は、フィラメント３８の遊動ローラ３０とは反対の側を把持するか、または、反対の側にかみ合うことが可能なり、フィラメントストランド３８の進行を制御しうる。
【００３０】
一連の歯５２はフィラメントストランド３８に接触し、さらに、部分的にフィラメントストランド３８に埋め込まれる。これは、フィラメントストランド３８の外表面に沿ったチック(tics)６４にて示されている。１つの実施形態においては、チック６４を形成するために、一連の歯５２が、（ストラタシス・インコーポレイテッドにより製造された標準のＡＢＳ造形材料またはビルド材料に対しては）およそ０．００９インチ、フィラメントストランド３８にかみ合うか、または、埋め込まれる。この実施形態において、この結果、一般的なフィラメントの直径がおよそ０．０４０〜０．１００インチであるために、一連の歯５２がフィラメント３８と接触する部分と、谷部５４との間の距離は、およそ０．０３１〜０．０９１インチとなる。しかしながら、一連の歯５２がフィラメントストランド３８にかみ合うか、または、埋め込まれる距離は、フィラメントの種類、フィラメントの硬さ、フィラメントの直径、歯５２の鋭さ及び高さにより変化されうることを、当業者は理解するであろう。
【００３１】
チック６４は、フィラメントストランド３８への一連の歯５２による摩擦点を示している。一連の歯５２は、従来得られていたよりも、より多くの数の摩擦点をフィラメントストランド３８に与える。フィラメントストランド３８と、一連の歯５２との間の摩擦の増加は、駆動ローラ２６が、より大きな力でフィラメントストランド３８を進めることを可能とし、フィラメントストランド３８の一部が、削り取られたり、または、欠け落ちる部分を実質的に抑制することを可能とする。これにより、本発明のフィラメント送出装置１０は、フィラメントストランド３８を破損したり、削ることなく、フィラメントストランド３８に最大２４ポンドの押圧力を連続的に供給することが可能となる。その結果、送出装置１０は、フィラメントストランド３８のより優れた送出制御をすることができる。
【００３２】
図６は、送出装置１０の全体を、図２Ａの断面６−６に沿った部分断面を用いて示す上面断面図である。図６に示すように、フィラメントストランド３８は、駆動ローラ２６と遊動ローラ３０との間に挟持されている。遊動ローラ３０は、フィラメントストランド３８を駆動ローラ２６の溝５０内に配置された一連の歯５２に向かって押しつけるために、フィラメントストランド３８に対して圧力を与える。
【００３３】
図７は、駆動ローラ２６と、遊動ローラ３０との間に挟持されたフィラメントストランド３８の拡大図を提供する。図７は、線分Ｂに沿ってフィラメントストランド３８にかみ合い、フィラメントストランド３８に接触する一連の歯５２を示している。線分Ｂと、フィラメントストランド３８を挟んで反対側の線分Ｂとの間の距離の最小値は、フィラメントストランド３８の直径のおよそ１／１０であることが好ましい。この距離は、距離Ｄとして表されている。線分Ｂ間の距離の最小値を、フィラメントストランド３８の直径のおよそ１／１０に保持することは、フィラメントストランド３８が、両方の側で一連の歯５２に接触することを確実にすると共に、フィラメントストランド３８が、溝５０の底に接触することなく、溝５０の底に沿って、一連の歯５２にのみ接触することを確実にする。
【００３４】
図７は、また、遊動ローラ３０の谷部５４が、どのように、フィラメントストランド３８が滑ったり、または、溝５０から外れることを抑制するかに加え、溝５０内に配置されるフィラメントストランド３８に対して、どのように、連続的に圧力を与えることをさらに補助するかを示している。
【００３５】
図８は、駆動ローラ２６の側面図である。外周３４に沿って、実質的に中心に配置された溝５０を示している。一連の歯５２は溝５０に沿って形成され、結果として、実質的には、溝５０は、Ｖ字型にされている。耐久性を向上するために、ローラは、金属を材料として形成されることが好ましく、具体的には、４１６ｃｄステンレス鋼にて形成されることが好ましい。本発明の実施形態において、駆動ローラ２６は、外面３４に沿って、およそ０．２４５と０．２５５インチとの間、好ましくは、およそ０．２５０インチの幅を有している。また、駆動ローラ２６は、およそ０．０８４と０．１１４インチとの間の溝幅、好ましくは、０．０８９インチの溝幅を有しており、０．５５０インチの直径を有している。
【００３６】
図９は、図８の断面９−９に沿った駆動ローラ２６の断面図である。図９に示すように、溝５０は、駆動ローラ２６の円周に沿って延びている。一連の歯５２もまた、円周に沿って、具体的には、溝５０の底に沿って明確に示されている。駆動ローラ２６が回転される速度と溝５０の深さとの両方により、フィラメントストランド３８が進められ、液化機に供給される速度が特定されうる。溝５０の深さは、直接的または間接的に測定されうる。溝５０にて一定の深さが形成されることを確かめるために用いられる技術は、０．０６２５±０．０００１インチの直径を有し、溝５０内に配置されるクロム鋼球６６を用いることによるものである。球６６は、駆動ローラ２６と球６６との直径を横切る距離Ｃを測定するために、図９に示すように、連続する歯５２により形成されたポケットに置かれる。駆動ローラ２６の回転速度を、予測可能、且つ、一定に保持するために、距離Ｃは、それぞれのポケットに対して、一連の連続するそれぞれの歯５２の間で、実質的に一定にされるべきである。駆動ローラ２６の一定の回転速度は、フィラメントストランド３８の供給速度を制御するために重要である。
【００３７】
図１０は、図９に示される断面図の部分拡大図を示す。図１０に示すように、一連の歯５２がより顕著に示されている。一連の歯５２及び溝４０は、当業者に周知の様々な技術により形成されうる。この周知の技術とは、例えば、およそ０．０２０インチのパイロットドリルの先端を有する３／０×６０°センタードリルを用いることによるものである。一連の歯５２は、およそ８度と１５度との間の角度Ｅをなす、連続して放射状に配置される線に沿って堀削することにより形成される。一連の歯５２は、連続する歯の間に、およそ６０度の角度Ａを形成することにより、生成される。しかしながら、この角度は、およそ５５〜８５度の範囲の間で変更されることが可能であり、この角度としても、依然として、およそ２０ポンドの所望の押圧力を得ることができる。溝５０内にフィラメントストランド３８が配置される溝５０の幅及び深さは、溝５０の底面よりもむしろ側面に沿って、一連の歯５２が、フィラメントストランド３８に接触するように、特定される。連続する歯５２の間の交差する端部はまた、一連の歯５２の鋭さを保持するために一般的に面取りされない。一連の歯５２は、それゆえに、フィラメントストランド３８にかみ合い、または、フィラメントストランド３８を把持することが可能となる。また、一連の歯５２は、フィラメントストランド３８の滑り、削り、または、破損を生じることなく、十分な値の力にてフィラメント３８を所望の方向に進めるための、良好な摩擦を得ることができる。
【００３８】
一連の歯５２の端部に沿ってフィラメントストランド３８にかみ合う一連の歯５２の形状は、図１１及び１２に示された従来技術の歯の形状に対する顕著な改善を示している。図１１は、ウレタン供給ローラに関連して生じる摩耗及び滑りの問題を克服するために試みられた歯付供給ローラ１００の側面図を提供している。この歯付供給ローラ１００は、供給ローラ１００の外周面１０６における溝１０４に沿って形成された一連の歯１０２を備えている。
【００３９】
図１２は、図１１の歯付金属供給ローラ１００の１２−１２断面に沿った底断面図を示している。フィラメントストランド１０８が、破線で図１２に示されている。図１２に見られるように、一連の歯１０２は、溝１０４の頂点に近い個別の歯の輪郭に沿って、フィラメントストランド１０８と、一連の歯１０２との間の極小の接触にて、フィラメントストランド１０８を把持する。図１１及び１２に示すような一対の歯付供給ローラ１００は、フィラメントストランド１０８を要望通りに進めるために、十分な力をかけることを試み、十分な力を供給することを要求された。
【００４０】
一連の歯１０２は、溝１０４の頂点の近くで溝１０４の頂点に沿ってフィラメントストランド１０８にかみ合う傾向がある。これにより、一連の歯１０２は、フィラメントストランド１０８が、一対の供給ローラ１００を通過したときに、フィラメントを削ぎ落とすか、欠け落ちさせるか、または、削る傾向がある。フィラメントストランド１０８の送出を継続するために、１８ポンド近傍の押圧力が必要とされたとき、フィラメントの滑りが、２つの歯付供給ローラ１００にて発生する傾向がある。フィラメントの滑りはまた、一般的に、フィラメントストランド１０８が削ぎ落とされること、または、削り取られることをもたらしていた。フィラメントの破片または切削片は、一連の歯１０２に沿って、または、押し出しヘッドの近傍、または、造形装置の他の部品に、好ましくないフィラメントが形成されることを引き起こす傾向がある。このようなフィラメントの形成は、造形装置の劣化、または、破損の要因となる可能性があり、または、造形装置の性能に悪影響を及ぼす。
【００４１】
送出装置１０は、供給ローラ１００、または、その他の従来技術の周知の供給ローラと比べ、より卓越したフィラメントの制御及び送出を提供するだけでなく、より広い範囲の直径のフィラメントを受容することを可能とし、より生産性が向上し、実用的である。本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、実施形態の変更は、形式的に、及び、詳細に実施されうることを理解するであろう。例えば、一連の歯が切り込まれた溝の深さ、または、谷部の深さだけでなく、連続する歯の間の角度も変更されうる。加えて、ローラまたは車輪は、代替の材料で形成されることが可能である。また、当業者は、回転ブロックと固定ブロックとの間の回転可能な相互接続だけでなく、一連のギアも様々な方法で実現しうることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】積層押し出し技術を用いて形成されるモデル及びサポート構造を図式化したものである。
【図２Ａ】本発明の実施形態の斜視組立図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態の分解組立図である。
【図３】図２Ａの断面３−３の正面断面図である。
【図４】図２Ａの断面４−４に沿って部分的に破断された正面断面図である。
【図５】図２Ａの断面５−５の正面断面図である。
【図６】図２Ａの断面６−６の部分断面を用いて全体を示す上面断面図である。
【図７】図６の上面断面図の部分拡大図である。
【図８】本発明の駆動ローラの実施形態の側面図である。
【図９】図８の断面９−９の正面断面図である。
【図１０】図９の正面断面図の部分拡大図である。
【図１１】従来技術のフィラメント送出装置にて用いられた従来技術の供給ローラの側面図である。
【図１２】図１１の断面１２−１２の断面図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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