(57)【要約】  ３次元（３Ｄ）複合系オブジェクトの自動製造のための装置および方法が開示される。この装置は、材料フィーダ、プリンタ、粉末システム、移送システム、および任意にフューザを備える。この方法は、基板シートの束を材料フィーダに挿入することと、束のシートを材料フィーダからプリンタに移送することと、シートがプリンタプラテン上に載っている間に単一シート上に流体を堆積させることと、シートをプリンタから粉末システムに移送することと、プリンタが流体を堆積させた上のシートの領域に粉末を付着させるように、単一のシート上に粉末を堆積させることと、シートに付着していない任意の粉末を除去することと、必要に応じて粉末を基板上で溶融させることと、指定された３Ｄオブジェクトを作るために必要なだけ多くの追加シートのために、このステップを繰り返すことと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合系オブジェクトの付加製造によって製造される３次元（３Ｄ）オブジェクトの横断面に対応する基板層上の領域の自動形成のための装置であって、
複数の基板シートを保持することができる材料フィーダと、
前記複数のシートからシート上に流体を堆積させるためのプリンタと、
粉末アプリケータと粉末リムーバを有する粉末システムであって、前記粉末アプリケータが、前記基板シート上に粉末を堆積させる、粉末システムと、
シートを、前記材料フィーダから前記プリンタに、および前記プリンタから前記粉末システムに移送するための移送システムと、を備え、
これにより前記粉末は、前記プリンタが流体を堆積した上の前記シートの前記領域に付着し、前記粉末リムーバが前記シートに付着しなかった粉末を除去する、装置。
【請求項２】
前記材料フィーダ、プリンタ、および移送システムに結合されたコントローラが、前記基板シートを、３次元（３Ｄ）部品を製造するために必要なだけ多くの基板シートについて、前記材料フィーダ、移送システム、プリンタ、および粉末システムを通して循環させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記基板シート上の粉末を加熱するフューザをさらに含み、
これにより前記基板シートと複合材料を形成する性質を有する粉末は、溶融して、前記プリンタが流体を堆積した上の前記領域で前記シートに付着する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プリンタは所望の位置で前記シートに穴を配置するための穿孔機構を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記穴は、位置合わせのために使用され、各シートについて前記印刷領域と同じ関係にある、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記基板シートは、多孔質不織布炭素繊維または他の不織布材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記粉末リムーバがバキュームである、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記粉末リムーバが、空気送風機、振動装置、および機械装置からなる群からである、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記移送システムが、
シートを前記材料フィーダから前記プリンタに移送するためのコアンダグリッパと、
シートを前記プリンタから前記粉末システムに移送するためのニードルグリッパと、
１つ以上のグリッパを位置決めするための１つ以上のポジショナとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記グリッパが、一端を各グリッパに、および他端をマニホールドに接続し、前記グリッパへの空気の流れを開始および停止させるための空気弁を備える、空気ホースを通る強制空気で作動する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ドライバは、ＸＹ方向に前記グリッパを移動させ、ステッパモータ、ソレノイド、または空気圧位置がＺ方向に前記グリッパを移動させる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記マニホールド、ベルトドライバ、ステッパモータ、ソレノイド、または空気圧ピストンのうちの少なくとも１つと通信するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記空気弁を開閉するため、または前記ドライバおよびモータをオン／オフするために信号を送り、結果として前記空気圧位置を適切な時間に適切な距離だけ移動させる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記移送システムが、
シートを前記材料フィーダから前記プリンタに移送するためのフェルト材料グリッパと、
シートを前記プリンタから前記粉末システムに移送するためのニードルグリッパと、
１つ以上の前記グリッパを位置決めするための１つ以上のポジショナとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記フェルト材料グリッパが、
フェルト材料が取り付けられたプレートであって、前記フェルト材料の露出された表面は、下方を向くように配設され、前記材料フィーダのプラットホーム上にあるとき、トップ基板シートの上面に実質的に平行である、プレートと
一方の端部に磁気先端部を有し、他方の端部に軸受面を有する１つ以上のバネ付勢ピンであって、前記バネ付勢ピンは、静止位置において、前記磁気ピンの底面は前記フェルト材料の底面と実質的と同じ高さ、または前記磁気ピンの底面は前記フェルト材料の底面の上にあり、前記バネは、前記プレートの上面と前記ピンの前記軸受面との間に配設される、１つ以上のバネ付勢ピンと、
把持すべき基板シートに隣接するシートを押さえるための押さえ突起を備える前記材料フィーダとを備え、
これにより、前記フェルトグリッパが前記材料フィーダ上の基板シートの上面と接触すると、前記フェルト材料が前記基板シート材料と絡み合って、示された方法で前記基板シートを把持する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記バネ付勢ピンのバネ力は、前記フェルト材料グリッパが基板シートを前記プラテン上に配置するとき、ポジショナが前記フェルト材料グリッパを前記プラテンの表面に下降させるように構成され、前記グリッパの底面が前記プラテンの上面に近づくにつれて、前記バネ付勢ピンの前記磁気先端は、前記プラテンの表面を含む強磁性材料に引き付けられて係合し、
前記グリッパが、前記プラテンから離れるにつれ、前記バネの前記力が最終的に磁力に打ち勝つよう前記バネが圧縮状態になり、前記バネ付勢ピンの前記先端を前記プラテンから解放することになり、それによって前記プラテンの表面上の前記基板シートを残す、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記バネ付勢ピンの長さ、その中で使用される前記バネの強さ、および前記バネ付勢ピンの前記先端を含む磁気の強度は、磁気力が前記フェルトグリッパと前記基板シートとの間の結合よりも強く、前記ピンのバネ力は前記ピンの前記先端と前記プラテンとの間の前記磁力よりも強くなるように選択される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記バネ付勢ピンのバネ力は、前記フェルト材料グリッパが基板シートを前記プラテン上に配置するとき、  ポジショナが前記フェルト材料グリッパを前記プラテンの表面に下降させるように構成され、前記グリッパの底面が前記プラテンの上面に近づくにつれて、前記バネ付勢ピンのバキュームグリッパは、前記プラテンの表面を含む強磁性材料に引き付けられて係合し、
前記グリッパが、前記プラテンから離れるにつれ、前記バネの前記力が最終的に磁力に打ち勝つよう前記バネが圧縮状態になり、結果として前記バネ付勢ピンの前記先端を前記プラテンから解放することになり、それによって前記プラテンの表面上の前記基板シートを残す、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記移送システムが、
シートを前記材料フィーダから前記プリンタに移送するための接着力または静電気力を提供するグリッパを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記プリンタが、Ｙポジショナに取り付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
所与の基板シートが所与の構成要素から移送されたら、次の基板シートがその構成要素または前記装置の別の先行構成要素に前進するように、前記コントローラが、前記装置を介して並列に基板シートを処理する、請求項２に記載の装置。
【請求項２１】
前記プリンタプラテンは、強磁性材料で作られている、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記材料フィーダは、
必要に応じてプラットホーム上に配置された基板シートの束を保持することができる前記プラットホームを収容するフレームと、
前記プラットホームを上昇または下降させるためにモータに信号を送るためのコントローラと、
基板シートの束の最上部が前記センサから所定の距離を表す給紙位置に到達したときを検出するために、前記フレームに取り付けられるか、または前記フレームに関する、前記コントローラと通信するセンサと、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記材料フィーダは一対の押さえ突起をさらに備え、前記一対は、前記一対のうちの一方の突起が、前記材料フィーダ内のシートに触れるとき、前記一対のうちの他方の突起は前記材料フィーダ内のシートに触れないように交互に作動し、前記一対の押さえ突起はさらに、１番目が作動するとき、各突起が前記トップシートではなく前記トップシートから２番目のシートに触れるように、交互に向き合ったシートの縁部で所定の穴と協働するように構成され、
これにより前記移送システムが、前記材料フィーダから一度に１枚のシートだけを移動させる、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
処理されるべき次の基板シートを持ち上げるのを助けるためのベルヌーイ力を生じさせるために、前記トップ基板シートの上面の上または上面にわたって空気を吹き込むために使用される前記フレームに関して取り付けられた送風機をさらに備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記プリンタは、プリントヘッドを備え、また前記基板シートに穴を打ち抜くための１つ以上のパンチを備え、前記穴が位置合わせピンにロードするための前記基板シートと整列する、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記プリンタは、プリントヘッドを備え、また位置合わせピンにロードするための前記基板シートと整列するために穴を形成するように構成された、前記プリントヘッドの上流または下流のいずれかに取り付けられた１つ以上の穴メーカーも備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記穴メーカーは機械的である、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記穴メーカーはパンチである、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記穴メーカーはレーザーカッターである、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記基板シートから打ち抜かれるチャドにバキュームをかけるために配置されたバキュームをさらに備える、請求項２５〜２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記粉末システムは、基板シートを前記粉末アプリケータに供給するためのコンベアをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記粉末システムと通信するコントローラが、前記粉末アプリケータおよび粉末リムーバに、適切な時点でオン／オフするよう指示する、請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
前記粉末アプリケータおよび粉末リムーバは、単一の構成要素に統合され、
コンベアと、
粉末を保持し、スリットを有して、そこから粉末が流れて、前記シートがトラフの下を移動する間、前記シート上に粉末を堆積させるトラフと、
バキューム下で前記粉末を移動させながら前記シートに付着しなかった前記粉末を除去するバキュームと、
前記バキュームを発生させ、再利用のために前記トラフに前記バキューム粉末を再循環させるサイクロンと、
表面穴を有するチューブで前記粉末を収集し、収集と前記トラフに前記粉末をダンプすることを交互にする弁と、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３４】
前記粉末システムが、前記粉末リムーバによって除去されない過剰の粉末を除去するためのエアナイフをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３５】
前記粉末システムが、前記シートが前記粉末リムーバの下にある間に、前記シートを押さえるよう構成された一連のスターホイールをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３６】
前記粉末システムが、ダンプ弁アセンブリとして実装され、
ダンプ弁と、
ギアモータと、
ダンプ弁モータブラケットと、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３７】
前記シートが前記粉末システムの入口に戻るように前記粉末システムのコンベアを逆にすることによって実施され、次いで前記シートが前記粉末システムによって再処理されるように再び逆に動かす、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記粉末システムの入口に前記シートを運んで戻すグリッパを有することによって実施される、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記シートが、最初に供給される間に、前記シートが最終的に積み重ねられて３次元オブジェクトを作るとき、それらは互いに対して様々な角度の繊維の向きを有するように、前記シートが一定の角度に回転するように、回転システムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
前記シートが、ターンテーブルによって、または前記移送システム内の１つ以上のグリッパによって回転される、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
複合系オブジェクトの付加製造によって製造される、３次元（３Ｄ）オブジェクトの横断面に対応する基板層上の領域を自動形成するための装置であって、
基板材料のロールを適切な位置に保持する材料フィーダと、
前記ロールの一部が、前記材料フィーダから前記プリンタに移送された後に、前記一部の上に流体を堆積させるためのプリンタと、
粉末アプリケータおよび粉末リムーバを有する粉末システムであって、前記粉末アプリケータが、前記粉末が前記プリンタが流体を堆積した上の前記領域に付着し、前記粉末リムーバが前記一部に付着しなかった任意の粉末を除去するように、前記ロールの一部上に粉末を堆積させる、粉末システムと、
前記材料フィーダから前記プリンタに、および前記プリンタから前記粉末システムに、前記ロールの長さによって画定されたウェブを保持し、前進させるための、および前記ロールからシートを分離するための、テンションシステムと、を備える、装置。
【請求項４２】
以下の：前記装置の構成要素が故障していないこと、適切な量の粉末が堆積されていること、および所望により前記シートは前記装置内を移動すること、のうちの１つ以上を確実にするための前記コントローラのために、前記コントローラに結合されたカメラシステムをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４３】
オペレータに故障を知らせるために、警告インジケータをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４４】
１枚のシートがピックアップされた、または１枚を超えるシートがピックアップされていない、または他の誤動作が発生していないことを確認するセンサをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項４５】
処理される前記シートを配列し、監視する、１つ以上のコントローラをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４６】
自動制御の下で、複合系オブジェクトの付加製造によって製造される３次元（３Ｄ）オブジェクトの横断面に対応する基板層上の領域を自動形成する方法であって、
材料フィーダからプリンタへ、基板シートの束からシートを移送することと、
前記シートがプリンタプラテン上に載っている間に、前記単一シート上に流体を堆積させることと、
前記シートを前記プリンタから粉末システムに移送することと、
前記プリンタが流体を堆積した上の前記シートの前記領域に、前記粉末が付着するように、前記単一シート上に粉末を堆積させることと、
前記シートに付着しなかった任意の粉末を除去することと、
指定された３次元（３Ｄ）オブジェクトを作るために必要とされるだけ多くの追加の基板シートに対して任意のステップを繰り返すことと、を含む、方法。
【請求項４７】
シートが、コアンダグリッパを使用して、前記材料フィーダから前記プリンタへ移送される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
シートが、フェルト材料グリッパを使用して、前記材料フィーダから前記プリンタへ移送される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
シートが、ニードルグリッパを使用して、前記プリンタから前記粉末システムに移送される、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記粉末が溶融し、それによって前記シートに付着するのに十分な方法で、前記基板シート上で前記粉末を加熱するステップをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
基板シートは、所与の基板シートが所与の構成要素から移送されたら、次の基板シートが、その構成要素または別の先行構成要素に前進して前記方法のステップを実施するように、並列に処理される、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
シートに打ち抜かれる穴の位置を決定する信号を生成するステップと、
前記所望の位置で前記シートに穴を打ち抜くステップと、
それらを位置合わせピン上にロードすることによって打ち抜かれた一組の基板シートを整列させるステップと、をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記基板シートから打ち抜かれるバキュームチャドをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記基板シートは不織布材料である、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記基板シートは、多孔質不織布炭素繊維である、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
グリッパが前記移送ステップのために使用される、請求項４６に記載の方法。
【請求項５７】
前記グリッパは、一端を各グリッパに、他端をマニホールドに接続され、前記グリッパへの空気の流れを開始および停止するための空気弁を備える、空気ホースを介して強制空気で作動する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記空気弁を開閉するため、ならびにドライバおよびモータをオン／オフするための信号を送ることをさらに含み、結果としてポジショナが前記グリッパを適切な時間に適切な距離だけ移動させる、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
フェルト材料が、前記フェルト材料が前記基板シート材料と絡み合い、示された方法で前記基板シートを把持するように、前記材料フィーダ上の基板シートの上面に接触する、請求項４８に記載の方法。
【請求項６０】
前記フェルトグリッパが、前記フェルトグリッパの底面が、前記プラテンの上面に近づくにつれ、バネ付勢ピンの磁気先端が前記プラテンの表面を含む強磁性材料に引き付けられて係合し、前記グリッパが前記プラテンから遠ざかるにつれて、前記バネ付勢ピンのバネが圧縮され、前記バネの前記力が最終的に前記磁力に打ち勝って、その結果、前記バネ付勢ピンの前記先端を前記プラテンから外し、それによって前記基板シートを前記プラテンの表面上に残すように、前記プラテンの表面に前記フェルトグリッパを下降させることによって、前記プラテン上の基板シートを配置するために使用される、請求項４８に記載の方法。
【請求項６１】
前記バネ付勢ピンの長さ、その中で使用される前記バネの強さ、および前記バネ付勢ピンの前記先端を含む前記磁石の強さは、前記磁力が、前記フェルトグリッパと前記基板シートとの間の結合よりも強くなるように、および圧縮するにつれ前記ピンの前記バネ力が、前記ピンの前記先端と前記プラテンとの間の前記磁力よりも強くなるように選択される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記フェルトグリッパが、前記フェルトグリッパの底面が前記プラテンの上面に近づくにつれ、バネ付勢ピンのバキュームグリッパは、前記プラテンの表面を含む強磁性材料に引き付けられて係合し、前記グリッパが前記プラテンから遠ざかるにつれて、前記バネ付勢ピンのバネが圧縮され、前記バネの前記力が最終的に前記磁力に打ち勝って、結果として前記バネ付勢ピンの前記バキュームグリッパを前記プラテンから外し、それによって前記基板シートを前記プラテンの表面上に残すように、前記プラテンの表面に前記フェルトグリッパを下降させることによって、前記プラテン上に基板シートを配置するために使用される、請求項４８に記載の方法。
【請求項６３】
接着力または静電気力を用いたグリッパが、前記材料フィーダから前記プリンタにシートを移送するために使用される、請求項４６に記載の方法。
【請求項６４】
基板シートの束の頂部が給紙位置に到達したときを検出し、前記材料フィーダから前記プリンタにシートが移送される準備ができていることを示すことをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項６５】
最上部基板シートを持ち上げるためのベルヌーイ力を生じさせるために、前記材料フィーダの上部に基板シートの上面の上、または上面にわたって空気を吹き込むことをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項６６】
コンベアを介して前記シートが前記粉末システムを通って移動する、請求項４６に記載の方法。
【請求項６７】
バキュームを用いて前記粉末が除去される、請求項４６に記載の方法。
【請求項６８】
サイクロンは、前記粉末リムーバを生成し、前記除去粉末を前記粉末システムを通して再循環させるために使用される、請求項４６に記載の方法。
【請求項６９】
前記堆積ステップおよび除去ステップが、シートに複数回繰り返される、請求項４６に記載の方法。
【請求項７０】
前記シートが前記粉末システムの入口に戻るように前記粉末システムのコンベアを逆にすることによって実施され、次いで前記シートが前記粉末システムによって再処理されるように再び逆に動かす、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記シートを、前記粉末システムの入口に戻すように運ぶグリッパによって実施される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記ステップのいずれかの間に、前記シートを一定の角度で回転させることをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項７３】
前記シートがターンテーブルによって、または前記移送システム内の１つ以上のグリッパによって回転する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
自動制御の下で、複合系オブジェクトの付加製造によって製造される３次元（３Ｄ）オブジェクトの横断面に対応する基板層上の領域を自動形成する方法であって、
材料フィーダからプリンタに、基板材料のロールの一部を移送することと、  
プリンタプラテン上に載っている間に、基板材料の前記一部上に流体を堆積させることと、
前記ロールの前記一部を前記プリンタから粉末システムに移送することと、
前記プリンタが流体を堆積した上に、粉末が前記一部の領域に付着するように、前記粉末を前記一部上に堆積させることと、
前記一部に付着しなかった任意の粉末を除去することと、
指定された３次元（３Ｄ）オブジェクトを作成するのに必要なだけ多くの追加の部品に対して任意のステップを繰り返すことと、を含む方法。
【請求項７５】
監視することをさらに含み、誤動作がないこと、適切な量の粉末を堆積させること、および所望によりさまざまなステップによって前記シートが処理されることを確実にする、請求項４６に記載の方法。
【請求項７６】
請求項４６に記載の方法により製造された製品。
【請求項７７】
前記コアンダグリッパが、
前記コアンダグリッパのＺ移動を制御するＸＹＺポジショナのステッパモータに信号を送るステップと、
前記コアンダグリッパを基板シートの前記束の頂部に向けて下降させるステップと、
それを作動させることによって前記コアンダグリッパへの強制空気をオンにする信号を送るステップと、
前記ステッパモータのシャフトを回転させて、前記シャフトに接続された押さえ突起が、前記材料フィーダの基板シートの前記束に向かって回転し、そこから前記束の頂部で前記シートのノッチを通過する、前記ステッパモータに信号を送るステップと、
前記ステッパモータによってコントローラに信号を送るステップと、
前記足部に空気を供給する弁を開けるよう指示し、強制空気が通気孔を通過し、したがって前記トップ基板シートと前記足部によって係合される第２シートとの間を通過するようにする、前記コントローラによってマニホールドに信号を送るステップと、
前記コアンダグリッパのコアンダ力を介して前記トップ基板シートを持ち上げるステップと、を含む方法の実施により、基板シートの前記束の頂部でシートを把持する、請求項４７に記載の方法。
【請求項７８】
前記プリンタに前記シートを移送する方法であって、
前記グリッパを所定の距離だけ上方に移動させるステッパモータに信号を送るステップと、
前記グリッパがシートを保持していることを確認するステップと、
前記材料フィーダの押さえ突起への空気をオフにするよう、コントローラによって、マニホールドに信号を送るステップと、
第２シートから前記押さえ突起を回転させてはずすよう、前記コントローラによって、ステッパモータに信号を送るステップと、
前記グリッパを前記プリンタプラテンに向かって移動させるよう、前記にコントローラによって、ポジショナに信号を送るステップと、
前記グリッパが前記プラテン上の所定の位置に到達したとき、前記基板シートが下降し、前記プラテン上に配置されるよう、前記コントローラによって、前記ステッパモータおよびマニホールドに、信号を送るステップと、
前記グリッパにより、前記シートを解放するステップと、
前記グリッパを前記材料フィーダの上方の初期位置に戻すよう、前記コントローラによって、前記ポジショナに信号を送るステップとを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項７９】
シートが、
前記プリンタによって、コントローラに信号を送るステップと、
ポジショナが、前記プリンタプラテン上に載っている前記基板シートの上方の位置に前記ニードルグリッパを移動させるよう、ステッパモータが、前記ニードルグリッパが前記基板シートの頂部に接触するまで前記グリッパを下方に移動させるよう、およびマニホールドが、前記ニードルグリッパに取り付けられた空気弁を開き、前記ニードルグリッパを作動させて前記基板シートを把持するよう、前記コントローラによって、前記ポジショナ、前記ステッパモータ、および前記空気マニホールドに信号を送るステップと、
前記ステッパモータが前記グリッパと基板シートを上方に持ち上げるように、前記ポジショナが、前記粉末アプリケータのコンベア上の適切な位置に前記グリッパを移動させるように、前記ステッパモータが、前記基板シートが前記コンベアの表面上に配置されるまで、前記グリッパを下方に移動させるように、および前記グリッパが、前記コンベア上の前記基板シートを解放するように、前記コントローラによって、信号を送るステップと、を含む方法の実施により、前記プリンタから前記粉末システムに移送される、請求項４９に記載の方法。
【請求項８０】
前記シートにエラーがある場合、前記シートは前記粉末システムにではなく、廃棄領域に移送される、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
シートの繊維の方向が、トレイ間で異なる向きを有することができることにより、複数の給紙トレイをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８２】
前記トレイのうち、それぞれ異なる方向を向いたシート繊維の方向性を有する複数の給紙トレイを使用することをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項８３】
不織布繊維シートを把持および解放するためのフェルト材料グリッパであって、
フェルト材料がその上に取り付けられた表面を有するプレートと、
一方の端部に磁気先端部を有し、他方の端部に軸受面を有する１つ以上のバネ付勢ピンであって、前記バネ付勢ピンは、静止位置において、前記磁気ピンの前記先端が、前記フェルト材料の表面と実質的に同じ高さであるか後退するように配設され、係合した位置では、前記ピンは、戻り張力の下、フェルト材料が取り付けられている表面から表面へと外側に延在する、１つ以上のバネ付勢ピンとを備え、
これにより、前記フェルト材料グリッパは、磁気先端部が前記シートをピン止めする強磁性材料と接触すると、担持された不織布繊維シートを解放し、前記グリッパが離れると、前記磁力が解放され、これにより前記ピンが静止位置に撥ね返る、フェルト材料グリッパ。
【請求項８４】
不織布繊維シートを把持するためのシステムであって、
不織布繊維シートの束を保持するためのフレームと、
リフト力を生じさせるために、不織布繊維シートの束内の最上シートの表面を横切って空気を送るように構成された送風機と、
前記フレームの最上シートの位置に隣接して位置するコアンダグリッパと、を備える、システム。
【請求項８５】
前記コアンダグリッパにＺ軸制御を提供するコントローラをさらに備え、これにより前記コアンダグリッパが前記束からシートを持ち上げることができる、請求項８４に記載のシステム。
【請求項８６】
前記コントローラはＸおよび／またはＹ軸制御をさらに備え、これにより前記コアンダグリッパがシートを持ち上げて別の位置に移動することができる、請求項８５に記載のシステム。
【請求項８７】
前記フレーム上に構成された足部をさらに含み、前記コアンダグリッパが最上シートと係合するとき、第２の最上シートを押さえたままにする、請求項８４に記載のシステム。
【請求項８８】
前記ロールを切断することをさらに含み、前記ロールからシートを分離する、請求項７４に記載の方法。
【請求項８９】
前記切断ステップは、前記印刷ステップの前に行われ、これによりシート上に印刷される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記切断ステップは、前記印刷ステップの後に行われ、これにより前記ロールの外周の長さ上に印刷される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９１】
前記粉末が溶融し、それによって前記基板材料に付着するのに十分な要領で、前記基板シート上で前記粉末を加熱するステップをさらに含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項９２】
前記基板シートは不織布材料である、請求項７４に記載の方法。
【請求項９３】
基板シートは、多孔質不織布炭素繊維である、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
展開を介して前記材料が前記粉末システムを通って移動する、請求項７４に記載の方法。
【請求項９５】
シートとして前記ロールから切断された後に、前記材料がコンベア上の前記粉末システムを通って移動する、請求項７４に記載の方法。
【請求項９６】
前記粉末がバキュームを用いて除去される、請求項７４に記載の方法。
【請求項９７】
サイクロンが使用され、前記粉末リムーバを生成し、および前記粉末システムを通して除去粉末を再循環させる、請求項７４に記載の方法。
【請求項９８】
前記堆積ステップおよび除去ステップは、前記ロールの領域に対して複数回繰り返される、請求項７４に記載の方法。
【請求項９９】
前記基板材料が前記粉末システムの入口に戻るように、前記ロールを反転させることによって実施され、次いで前記基板材料が前記粉末システムによって再処理されるように、再び反転する、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記テンションシステムが、前記ロールが前記プリンタに前進する前に、シートを前記ロールから分離する、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０１】
前記テンションシステムが、前記ロールが前記プリンタを通過した後に、シートを前記ロールから分離する、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０２】
前記材料フィーダに結合されたコントローラ、プリンタおよびテンションシステムが、３次元（３Ｄ）部品を製造するのに必要なだけ多くのプリント基板材料および粉末基板材料のために、前記材料フィーダ、移送システム、プリンタ、および粉末システムを通して前記ロールを前進させる、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０３】
フューザをさらに備えて、前記基板材料上の粉末を加熱し、
これにより、前記基板材料を有する複合材料を形成する性質を有する粉末を溶融し、前記プリンタが流体を堆積した上の前記領域内の前記材料に付着させる、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０４】
前記プリンタが、所望の位置で前記材料に穴を配置するための穿孔機構を備える、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０５】
前記穴が位置合わせのために使用され、前記前進するロールの連続領域に対する前記印刷領域と同じ関係にある、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０６】
前記基板材料が多孔性不織布炭素繊維または他の不織布材料である、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０７】
前記粉末リムーバがバキュームである、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０８】
前記粉末リムーバが、空気送風機、振動装置、および機械装置からなる群からである、請求項４１に記載の装置。
【請求項１０９】
前記プリンタが、Ｙポジショナに取り付けられている、請求項４１に記載の装置。
【請求項１１０】
前記プリンタはプリントヘッドを備え、また前記基板材料に穴を打ち抜くための１つ以上のパンチを備え、前記穴は、分離後に位置合わせピンにロードするために前記基板材料を整列させる、請求項４１に記載の装置。
【請求項１１１】
前記プリンタはプリントヘッドを備え、また前記プリントヘッドの上流または下流のいずれかに取り付けられた１つ以上の穴メーカーを備え、位置合わせピンにロードするための前記基板シートを整列させるために、穴を形成するよう構成される、請求項４１に記載の装置。
【請求項１１２】
前記穴メーカーは機械的である、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１３】
前記穴メーカーはパンチである、請求項１１２に記載の装置。
【請求項１１４】
前記穴メーカーはレーザーカッターである、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１５】
前記基板シートから打ち抜かれるチャドにバキュームをかけるために位置するバキュームをさらに備える、請求項１１１〜１１４に記載の装置。
【請求項１１６】
前記粉末システムと通信するコントローラが、前記粉末アプリケータおよび粉末リムーバに、適切な時点でオン／オフを指示する、請求項４１に記載の装置。
【請求項１１７】
前記粉末アプリケータおよび粉末リムーバは、単一の構成要素に統合され、
粉末を保持し、スリットを有して、そこから粉末が流れて、シートがトラフの下を移動する間、前記シート上に粉末を堆積させるトラフと、
前記バキューム下で前記粉末を移動させながら前記シートに付着しなかった前記粉末を除去するバキュームと、
前記バキュームを発生させ、再利用のために前記トラフに前記バキュームされた粉末を再循環させるサイクロンと、
表面穴を有するチューブで前記粉末を収集し、収集と前記トラフに前記粉末をダンプすることを交互にする弁と、を備える、請求項４１に記載の装置。
【請求項１１８】
前記粉末システムが、前記粉末リムーバによって除去されない過剰の粉末を除去するためのエアナイフをさらに備える、請求項４１に記載の装置。
【請求項１１９】
前記粉末システムが、前記シートが前記粉末リムーバの下にある間に前記シートを押さえるよう構成された、一連のスターホイールをさらに備える、請求項４１に記載の装置。
【請求項１２０】
前記粉末システムが、ダンプ弁アセンブリとして実装され、
ダンプ弁と、
ギアモータと、
ダンプ弁モータブラケットとを備える、請求項４１に記載の装置。
【請求項１２１】
前記材料が前記粉末システムの入口に戻るように、前記ロールを反転させることによって実施され、次いで前記材料が前記粉末システムによって再処理されるように、再び反転する、請求項１２０に記載の装置。
【請求項１２２】
複合系オブジェクトの付加製造によって製造される３次元（３Ｄ）オブジェクトの横断面に対応する基板層上の領域の自動形成のための装置であって、
基板材料を適切な位置に保持する材料フィーダと、
前記基板材料の一部が前記材料フィーダから前記プリンタに移送された後、前記基板材料の前記一部上に流体を堆積させるためのプリンタと、
粉末アプリケータおよび粉末リムーバを有する粉末システムであって、前記粉末アプリケータは、前記粉末が、前記プリンタが流体を堆積した場所に前記基板材料の前記領域に付着するように、前記基板材料上に粉末を堆積させ、前記粉末リムーバは、前記基板材料に付着しなかった任意の粉末を除去する、粉末システムと、
前記材料フィーダから前記プリンタに、および前記プリンタから前記粉末システムに、基板材料の前記一部を運搬する運搬システムと、を備える、装置。
【請求項１２３】
基板材料の前記一部がシートまたはロールのいずれかを含む、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１６年２月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／２９４，９９７号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、付加製造に関し、特に３次元複合系オブジェクトの自動製造装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
３次元印刷などの付加製造は、主に材料の問題とみなすことができる。現在の方法の限界の１つは、限られた材料パレットと遅いビルド速度である。
【０００４】
先行技術のこれらおよび他の制限は、複合系付加製造（ＣＢＡＭ）として知られている方法によって回避される。ＣＢＡＭは、同時係属中の２０１２年１１月２日出願された米国特許出願第１３／５８２，９３９号、２０１５年８月２５日に出願された、米国特許出願第１４／８３５，６９０号、および２０１５年８月２５日に出願された米国特許出願第１４／８３５，６３５号にすべて記載され、それぞれが参照により本明細書に完全に組み込まれるものとする。
【発明の概要】
【０００５】
本出願は、複合系付加製造（ＣＢＡＭ）を自動化するための特定の方法および装置を記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付の図面と併せて考慮するとき、本発明の他の態様、利点、および新規な機能は、本発明の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【０００７】
【図１】本発明の一態様による、複合系付加製造のための装置の実施形態例の概略図である。
【０００８】
【図２】本発明に使用可能な基板層の一例である。
【０００９】
【図３】本発明の一態様による例示的な移送システムのコアンダグリッパ要素の例示的な実施形態の態様を示す。
【００１０】
【図４】図３に示すコアンダグリッパ要素の態様の異なる図である。
【００１１】
【図５】図３に示すコアンダグリッパ要素の態様の別の図である。
【００１２】
【図６】図３に示されたコアンダグリッパ要素の態様の別の図である。
【００１３】
【図７】本発明の一態様による例示的な移送システムのニードルグリッパ要素の例示的な実施形態を示す。
【００１４】
【図８】移送システムのフェルトグリッパ要素の例示的な実施形態の態様を示す。
【００１５】
【図９】図８に示されるフェルトグリッパ要素の態様の別の図である。
【００１６】
【図１０】図８に示されるフェルトグリッパ要素の態様の別の図である。
【００１７】
【図１１】本発明の一態様による材料フィーダの例示的な実施形態を示す。
【００１８】
【図１２】本発明の一態様による材料フィーダの例示的な実施形態の別の図を示す。
【００１９】
【図１３】本発明の一態様による粉末システムの実施態様例の上面図である。
【００２０】
【図１４】本発明の一態様による粉末システムの実施態様例の正面図である。
【００２１】
【図１５】本発明の一態様による粉末システムの実施態様例の別の上面図である。
【００２２】
【図１６】本発明の一態様による粉末システムの実施態様例の背面図である。
【００２３】
【図１７】本発明の一態様による粉末システムの実施態様例の別の側面図である。
【００２４】
【図１８】本発明の一態様による粉末システムの別の実施態様例の概略図である。
【００２５】
【図１９】図１８の代替の粉末システムの実施例を示す。
【００２６】
【図２０】図１９に示した代替の粉末システムの実施例の別の図である。
【００２７】
【図２１】図１９に示す代替の粉末システムの実施例の別の図である。
【００２８】
【図２２】図１８の代替の粉末システムの弁部分の一例を示す。
【００２９】
【図２３】図１８の代替の粉末システムの弁部分の代替設計を示す。
【００３０】
【図２４】ロールベースの連続フィードの実施態様を示す。
【００３１】
【図２５】ロールベースのロール・ツー・シート実施態様を示す。
【００３２】
上記の図は、本発明の例示的な実施形態の全部または一部を示す。図は、本発明の可能な詳細の全てを示しているわけではない。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
組み込まれた先行出願（米国特許出願第１３／５８２，９３９号、第１４／８３５，６９０号、および第１４／８３５，６３５号）に記載されたＣＢＡＭプロセスは、協調して動作するコンポーネントまたはサブシステムの数を介して手順を実行することによって自動化される。例示的な実施形態の主な構成要素を図１に示し、材料フィーダ１０２、プリンタ１０４、粉末アプリケータ１０８および粉末リムーバ１１０を含む粉末システム１０６、オプションのフューザ１１２、移送システム、および様々な構成要素を接続し制御する他の要素を含む。例示的な構成要素が図１に示されているが、以下に記載されている様々な代替および任意の構成要素も本発明での使用に適しており、したがって、本発明の範囲内にあるとみなされるべきである。
【００３４】
一般的なデバイス操作。材料フィーダ１０２は、図２に示す例示的な炭素繊維シート（２０２ａ、２０２ｂ）などの基板シートの束を保持し、プリンタ１０４に一度に１枚の用紙を移動することができるように、用紙を適切な位置に移動させる。シートは、移送システムによってプリンタ１０４に移送され、プリンタ１０４に対して位置決めされる。プリンタ１０４は次いで、組み込まれた先行出願（米国特許出願第１３／５８２，９３９号、第１４／８３５，６９０号、および第１４／８３５，６３５号）にあるような基板シート上に流体を堆積させ、必要に応じて所望の位置でシートに穴を配置するための穿孔機構を含むことができる。例えば、プリンタは、連続する層の束が上記出願に記載されるような３Ｄオブジェクトを製造するために使用される、３Ｄモデルの層を印刷する。次いで、粉末アプリケータ１０８は、熱可塑性粉末を基板シート上に堆積させ、そこで粉末はプリンタ１０４によって濡らされたシートの領域に付着する。粉末リムーバは、シートに付着しなかった粉末を除去する。任意であるフューザ１１２は、粉末を溶融させてシートに付着させるのに十分な方法で基板シート上の粉末を加熱し、その結果、プリンタ１０４からの下方にある流体が乾燥するとき、および乾燥したら、粉末がシート上に残るようにする。このサイクルは、指定された３次元（３Ｄ）部品を形成するのに必要な数の追加の基板シート２０２について繰り返され、各シート２０２は通常、３Ｄ部品の層を表す。別の実施形態では、材料供給のためのロール／ウェブ系のシステムを使用することができる。
【００３５】
移送システム
【００３６】
シートは、移送システムによって、材料フィーダ１０２からプリンタ１０４へ、そしてプリンタ１０４から粉末アプリケータへ移送される。ＣＢＡＭプロセスで使用されるシートを供給する際の問題の１つは、不織布炭素繊維シートおよび他の不織布基板シートの場合、シートが多孔質であるため、シートをピックアップする従来の手段は働かない。例えば、ほとんどのリソグラフィープレスは、単一のシートをピックアップするためにバキュームグリッパを使用するが、これは、シートが非多孔性であるから／あるときにかぎられ、その結果バキュームはシートの束のトップシートに対してしっかりと保持するが、トップシートの下は保持しない。
【００３７】
この問題を解決するための従来のアプローチは、レーザプリンタおよび複写機に使用されているようなローラーを使用して単一のシートを供給することである。このアプローチの問題点は、不織布材料シート、特に不織布炭素繊維、およびガラス繊維などの他の不織布が互いに粘着する傾向があり、シートの束から１枚のシートをピックアップまたはスライドしようとすると、複数枚のシートをピックアップまたはスライドさせてしまうことである。これは、部分的には、各シートの端部の繊維がわずかにほつれて、ほつれたエッジ繊維またはターゲットシートの真上もしくは真下のシートの他の表面と絡み合う原因となるためである。また、漂遊繊維は他の場所で発生し、それによりシートの上または下で絡み合う。例えば、炭素繊維シートの場合には、シートは多孔質であるだけでなく、バインダーと一緒に保持され、穴または繊維がない領域を有する繊維のマトリックスでもある。これらの領域では、下のシートからの繊維が上のシートと絡み合い、それらを互いに張り合わせることができる。
【００３８】
異なるアプローチは、従って、多孔性不織布基板シートに必要であり、本明細書に開示された新規な方法および装置は、本発明の範囲内であると考えられる。これらのアプローチには、限定するものではないが、Ｓｃｈｍａｌｚ  Ｉｎｃ．によって供給されるものなどのコアンダグリッパ（例えば、シリーズＳＣＧ−１複合グリッパ、特にモデル番号ＳＣＧ１ｘＥ１００Ａ  ＭＡ）、および／または、限定するものではないが、Ｓｃｈｍａｌｚ  Ｉｎｃ．によって供給されるものなどのニードルグリッパ（例えば、シリーズＳＮＧ−Ｖニードルグリッパ、特にモデル番号ＳＮＧ−Ｖ  １０  １．２  Ｖ７）の使用が含まれ得る。これらのアプローチはまた、特定の種類のフェルト、特にニードルフェルト、不織布フィラメント状または繊維材料（以降、「フェルト材料」）を含むグリッパの使用も含み得、例えば、これに限定するものではないが、Ｎｅｗｅｌｌ  Ｒｕｂｂｅｒｍａｉｄ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製、モデル番号８１５０５「Ｅｘｐｏ  Ｗｈｉｔｅ  Ｂｏａｒｄ  Ｃａｒｅ」ブロック消しゴムの消しゴム材料として使用されるものがある。
【００３９】
図１および３〜７に示すように、グリッパサブシステムの好ましい実施形態は、レール１１４のフレームワークと、以下にさらに説明するようにＺ方向の移動を追加的に提供するステッパモータをさらに含む２つのＸＹポジショナ１１６（「ＸＹＺポジショナ」と総称する）  を画定するベルトドライバを備える。システムは、ポジショナごとにＸ移動またはＸＺ移動のみが必要となるように工夫することができ、この場合、ＸＹまたはＸＹＺポジショナではなく、ＸまたはＸＺポジショナを使用できる。この実施形態では、コアンダグリッパ１１８（図３）が、第１のＸＹＺポジショナ１１６に取り付けられ、ニードルグリッパ１２０（図７）が、第２のＸＹＺポジショナ１１６に取り付けられている。ＡＹポジショナ１２８も図１に示されている。プリンタ１０４は、Ｙポジショナ１２８に取り付けられている。コアンダグリッパ１１８もまた、図４〜６に示されている。コアンダグリッパ１１８は、基板シート２０２を材料フィーダ１０２からプリンタ１０４に移送するために使用される。ニードルグリッパ１２０は、基板シート２０２をプリンタ１０４から粉末アプリケータ１０８に移送するために使用される。ベルトドライバは、ＸＹ方向のポジショナの移動に寄与し、リードスクリューに接続されたステッパモータは、グリッパをＺ方向に移動させる（いくつかの実施態様では。他の実施態様では、ステッパモータに加えて空気圧シリンダまたはソレノイドが、グリッパをＺ方向に移動させる）。両方のグリッパは、一方の端部が各グリッパに接続され、他方の端部がマニホールド（図示せず）に接続された空気ホース１２２を通る強制空気で作動され、グリッパへの空気の流れを開始および停止するための空気弁を備える。マニホールドはコントローラに接続され、コントローラは適切なタイミングで信号を送信し、空気弁を開閉する。ベルトドライバおよびステッパモータの両方がコントローラと通信もしており、コントローラはドライバとモータにオン／オフするよう信号を送り、これによりＸＹＺポジショナ１１６をＸ方向、Ｙ方向、および／または上下（Ｚ方向）に、適切な時間に適切な距離で移動させる。Ｚポジショニングは、ソレノイドまたは空気ポジショナで行うことができる。
【００４０】
連続または並行操作。システムは、基板シート２０２が、一度に１枚ずつサブシステム全体を通って移動するように操作できる。この実施形態では、材料フィーダ１０２上の次の基板シートは、先行する基板シートがシステム内の最終構成要素を通ってその移動を完了するまで、フィーダ１０２からプリンタ１０４に前進しない。あるいは、システムは、与えられた基板シートが所与の構成要素から移送されると、次の基板シートをその構成要素またはシステム内の別の先行構成要素に前進させることができるように、操作できる。そのような実施形態では、例えば、所与の基板シートがニードルグリッパ１２０によってプリンタ１０４から離れて（すなわち、粉末アプリケータ１０８に）移送されるとき、次の基板シート２０２ａ．．．ｎ）は、コアンダグリッパ１１８によってプリンタ１０４（すなわち、材料フィーダ１０２から）などに移送され得る。
【００４１】
フェルト材料グリッパの実施形態
【００４２】
代替実施形態では、フェルト材料を含むグリッパがコアンダグリッパの代わりに使用される。この実施形態では、以下「フェルトグリッパ」において、必要に応じて使用することができるが、グリッパの一部として、または基板シート２０２の表面間または表面にわたって空気を吹き付けるために、強制空気を使用する必要はない。図８〜１０に示すように、フェルトグリッパ１２４は、フェルト材料３０４が取り付けられたプレート３００を備える。フェルト材料３０４の露出した表面は、下方に向くように配設され、材料フィーダ１０２のプラットホーム１３２上に載っているときに上部基板シートの上面にほぼ平行である。プラットホーム１３２から基板シート２０２ａ．．．ｎをピックアップするために、押さえ突起１４２を使用して第２のシートを押さえつける。ＸＹＺポジショナ１１６は、フェルト材料３０４がトップシートの上面に接触するまで、フェルトグリッパ１２４を下降させる。フェルト材料３０４は、基板シート材料と絡み合って、基板シート（例えば、最上基板シート２０２ａ）を示された方法で把持する。ＸＹＺポジショナ１１６は後退してシートをピックアップし、シートは図２に示すように交互にされたノッチでダイカットされ、突起を使用して、トップシートを下のシートから剥がす。いくつかの例では、シートは、材料フィーダ１０２上のコンプライアントフォーム材料の上に積み重ねられて、束のコンプライアンスを改善し、フェルトのシートへの付着を改善する。次に、ＸＹＺポジショナ１１６は、フェルトグリッパ１２４をプリンタプラテン１４０に移動させ、基板シートをプラテン１４０上に配置する。フェルトグリッパ１２４は、典型的には、ニードルフェルトまたは同様の材料であり、フェルトの繊維が絡み合って縮れているので、それらは不織布基板のマトリックスに絡まり、グリッパ１２４によってピックアップされることを可能にする。
【００４３】
フェルトグリッパ１２４は、さらに、一端に磁気先端３０８および他端にベアリング面３１０を有する、１つ以上のバネ付勢ピン３０６を含む。バネ付勢ピン３０６は、静止位置において、磁気ピンの底面がフェルト材料３０４の底面とほぼ同じ高さであるように、または磁気ピンの底面がフェルト材料３０４の底面より上であってもよいように配設される。したがって、フェルトグリッパ１２４が材料フィーダ１０２上の基板シートの上面と接触すると、ピン３０６は、フェルトグリッパ１２４のフェルト材料３０４が、基板シート２０２ａ．．．ｎに係合して保持する能力を無効にしない。バネは、プレート３００の上面とピン３０６の支持面３１０との間に配設される。
【００４４】
一実施形態では、プラテン１４０の表面は、強磁性材料を含む。プラテン１４０全体は強磁性材料で形成されてもよく、またはプラテン１４０の表面のみ、もしくはプラテン１４０の表面の特定の部分のみが強磁性材料を含んでもよい。例えば、プラテン１４０は、その上面に配設された薄い鋼板を有するアルミニウムであってもよい。基板シートをプラテン１４０上に置くために、ＸＹＺポジショナ１１６は、フェルトグリッパ１２４をプラテン１４０の表面に下降させる。グリッパの底面がプラテン１４０の上面に近づくにつれて、バネ付勢ピン３０６の磁気チップ３０８は、プラテン１４０の表面を含む強磁性材料に引き付けられて係合する。この時点で、基板シートはバネ付勢ピン３０６の先端とプラテン１４０との間に捕捉される。次に、ＸＹＺポジショナ１１６は、フェルトグリッパ１２４をプラテン１４０から離して持ち上げる。磁力のために、バネ付勢ピン３０６は、フェルトグリッパ１２４がプラテン１４０から離れる方向に移動し始めても、プラテン１４０と係合したままである。グリッパが引き続き離れるにつれて、基板シートは、少なくともシートがグリッパ１２４のフェルト材料３０４から取り外されるまで、磁力のためにプラテン１４０に固定されたままである。グリッパ１２４がさらに引き続きプラテン１４０から離れるにつれて、バネは圧縮され、バネの力が最終的に磁力に打ち勝って、バネ付勢ピン３０６の先端がプラテン１４０から外れるようになり、これによって基板シート２０２ａ．．．ｎをプラテン１４０の表面上に残す。バネ付勢ピン３０６の長さ、そこに使用されるバネの強度、およびバネ付勢ピン３０６の先端部３０８を含む磁石の強度は、磁気力がフェルトグリッパ１２４と基板シート２０２ａ．．．ｎとの間の結合より強く、ピン３０６のバネ力が圧縮する際にピン３０６の先端部３０８とプラテン１４０との間の磁力よりも強くなるように選択される。
【００４５】
フェルトグリッパ１２４の代替実施形態では、バネ無しのピンを使用することができる。この実施形態では、ピンは、フェルト材料３０４が材料フィーダ１０２上の基板シート２０２ａ．．．ｎを把持するときに、グリッパ１２４とシート２０２ａ．．．ｎとの間の結合を壊さないように、十分に軽いかまたは他の方法で配設される。グリッパ１２４がプラテン１４０に移動されると、グリッパ１２４は、上述したように別な方法で動作する。しかしながら、グリッパ１２４がプラテン１４０から離れるにつれてピンの磁気チップ３０８をプラテン１４０から外すバネ力に頼る代わりに、ピン３０６の軸受面３１０はプレート３００によって拘束され、ピン３０６とプラテン１４０との間の磁気結合を示された方法で破壊する。
【００４６】
フェルトグリッパ１２４の実施形態のいずれかにおいて、絡み合いまたは他の技術を介して基板シートと係合するのに適したフェルト材料以外の材料を用いてもよい。そのような代替材料は、例えば、テープもしくは他の接着剤、または静電気力を含むが、これに限定されない。静電気力が使用される場合には、バネ付勢またはその他のピンの使用を排除することができる。代わりに、静電気力を生成するためのグリッパへの電流は、基板シートを把持する目的でオンにされ、基板シートを解放する目的でオフにされる。
【００４７】
さらに、磁気チップ３０８とピン３０６が使用される場合、そのような磁石は電磁石であってもよい。この実施形態では、磁場を発生させるためのグリッパ１２４への電流は、ネジ付勢またはその他の方法でピンをプラテン１４０の表面に係合させる目的でオンにし、ピン３０６をプラテン１４０の表面から外す目的でオフにすることができる。
【００４８】
さらなる代替の実施形態では、磁気チップではなく、バネ付勢またはその他の方法でピンの先端が、バキュームグリッパを備えることができる。この実施形態では、プラテンは強磁性表面を含む必要はない。グリッパが基板シート２０２ａ．．．ｎをプラテン１４０上に下降させると、バキュームグリッパがオンになり、プラテン１４０の表面と示された方法で係合し、これによって基板シート２０２ａ．．．ｎをプラテン１４０にクランプする。グリッパ１２４がプラテン１４０から離れるにつれて、基板シート２０２ａ．．．ｎがフェルト材料３０４から外れるまで、バキューム力はプラテン１４０表面と係合したままで十分である。バネ付勢ピン３０６が使用される場合、グリッパ１２４がプラテン１４０から離れるように移動し続けると、バネ力はバキューム力に打ち勝ってバキュームグリッパをプラテン１４０の表面から外す。バネが使用されない場合、プレート３００によって拘束されるピンの軸受面３１０は、バキューム力に打ち勝つことができる。代わりに、バネまたはピンの拘束に頼る代わりに、バキュームグリッパを単にオフにして、ピンが適切な時間にプラテン１４０の表面から外れるようにすることができる。
【００４９】
材料フィーダ
【００５０】
いくつかの実施形態では、材料フィーダ１０２は、フレームおよびプラットホーム、シートの開口部、ならびに押さえ突起およびグリッパを含むいくつかのサブパート／システムを有する。代替的な実施形態は、スリップシートの実施形態ならびにロール／ウェブ系のシステムを含む。
【００５１】
フレームとプラットホーム。一実施形態では、図１に示し、図１１および１２に詳細に示すように、材料フィーダ１０２は、プラットホーム１３２を収容するフレーム１３０を備える。プラットホーム１３２は、基板シート２０２の束を保持することができ、基板シート２０２は、必要に応じてプラットホーム１３２上に配置される。材料フィーダ１０２は、異なるサイズのシートを保持するための調整可能な機能を有することができる。プラットホーム１３２は、１つ以上のモータ１３６によって駆動される１つ以上のリードスクリュー１３４を使用して上昇または下降する。図１１および図１２の実施形態では、４つのリードスクリュー１３４、およびリードスクリュー１３４を駆動するためのベルトを備えた単一のステッパモータ１３６を示すが、プラットホーム１３２は、単一のリードスクリューおよびステッパモータ、またはリードスクリューおよびステッパモータの任意の他の組み合わせによって、またはベルト駆動システムによって、または当技術分野で知られているかもしくは以下に発明された任意の他の適切な機構によって駆動することができる。モータ１３６は、コントローラからの信号によってオン／オフされる。
【００５２】
距離センサ１３８は、フレーム１３０上に、またはフレーム１３０に関して取り付けられる。距離センサ１３８は、プラットホーム１３２が上方に移動すると、「給紙位置」として知られる、基板シート２０２の束の頂部がセンサから予め規定された距離に達する時を検出する。距離センサ１３８は、限定はしないが、エンコーダ、飛行時間距離センサまたはＩＲセンサなどの光学距離センサを含む、任意のタイプの適切なセンサであり得る。距離センサ１３８はコントローラと通信している。プラットホーム１３２が上方に移動するにつれ、距離センサ１３８が、基板シート２０２の束の頂部がセンサ１３８からの所定の距離（給紙位置）に達したことを検出するとき、センサ１３８はコントローラにこの状態を示す信号を送る。距離センサ１３８からの信号を受信すると、コントローラは、モータを停止させ、プラットホーム１３２が静止するようにする。あるいは、シート上にプレートが押し付けられると上下に移動するプローブを有するスイッチに基づいて、異なる種類のセンサを使用することができる。
【００５３】
シート開口部。一実施形態では、各基板シートは、図２に示すように、少なくとも２つのノッチ２０４または領域を含み、その端部またはその近傍では材料が除去されるかまたは存在しない。これらのノッチ２０４は、例えば、レーザ切断、ダイカット、または別の方法によって形成することができる。第１の向きでは、ノッチ２０４は、シート２０２の右側の頂部またはその付近およびシート２０２の左側の底部またはその付近にある。第２の向きでは、ノッチ２０４は、シートの左側の頂部またはその付近およびシートの右側の底部またはその付近にある。シート２０２は、図２に示すように、交互に積み重ねられているので、第１の方向のシートは、常に第２の方向の２枚のシートの間にあり、その逆もまた同様である。ノッチは、連続的なシートの規則正しい供給、複数の処理されたシート間の位置合わせ、またはその両方に有用に役立ち得る。好ましい実施形態では、このような位置合わせのためにプリンタパンチ穴が使用される。
【００５４】
押さえ突起とグリッパ。２対の押さえ突起１４２が、材料フィーダ１０２のためのフレーム１３０に取り付けられている。各押さえ突起１４２は、突起１４２をシャフト１４４の周りに押圧するためにステッパモータ１４６のシャフト１４４に動作可能に接続されている。ステッパモータ１４６はコントローラと通信している。各押さえ突起１４２は、シート係合面を含む任意の足部１４８を備える。一対の押さえ突起１４２は、その足部１４８が第１の向きの基板シートの開口部と整列するように配置され、他の一対の押さえ突起１４２は、その足部１４８が、第２の向きの基板シートの開口部と整列するように配置される。
【００５５】
詳細な操作。プラットホーム１３２が給紙位置に到達すると（フィーダ１０２からプリンタ１０４へ次のシートを進める時であると仮定して）、コントローラは、コアンダグリッパ１１８のＺ移動を制御して、基板シート２０２の束の頂部に向かってグリッパを下降させる、ＸＹＺポジショナ１１６のステッパモータに信号を送る。コアンダグリッパ１１８が基板シート２０２の束の頂部に近づくにつれて、コントローラは強制空気をオンにするようコアンダグリッパ１１８に信号を送り、それによって作動させる。コントローラはまた、ステッパモータ１４６に信号を送り、それらのシャフト１４４を回転させて、シート２０２の束、および足部１４８の中に押し込まれたシャフト１４４に接続された押さえ突起１４２が、  トップ基板シート２０２内のノッチ２０４を通り、トップシート（以下、「第２のシート」と称する）の下にある基板シートの表面と係合するようにする。これは、コアンダグリッパ１１８の移動前、移動中、または移動後に発生する可能性がある。足部１４８のシート係合面は、基板シート２０２とのより良い把持を確実にするために、テクスチャ加工された面を任意に含むことができる。テクスチャ加工された面は、足部１４８と一体であってもよく、例えば、これに限定するものではないが、サンドペーパーなどの足部１４８のシート係合面に接着、固定または適用される追加の材料であってもよい。
【００５６】
各足部１４８は、さらに、強制空気ホース１２２を取り付けるためのコネクタ１５６、足部１４８を介して強制空気を導くための導管、および強制空気が足部１４８の外に通気するための通気孔１５８を含んでもよい。強制空気ホース１２２の対向する端は、各ホース１２２への強制空気をオンまたはオフにすることができるように、空気弁を含むマニホールド（図示せず）に接続されている。マニホールドがコントローラと通信している。
【００５７】
コアンダグリッパ１１８が、基板シート２０２の束のトップシートの近くに来ると、ステッパモータ１４６は、コントローラに信号を送り、コントローラは、足部１４８に空気を供給する弁を開くためにそれを指示するマニホールドに信号を送る。これにより強制空気が通気孔１５８を通過し、したがってトップ基板シートと、足部１４８によって係合されたシート、すなわち第２のシートとの間を通過する。グリッパからのコアンダ力は、その後、トップ基板シートを持ち上げる。通気孔１５８は、空気が所望の角度、例えば中心から左右の両方に広がり、水平面からわずかに下方に吹きつけるように設計されている。広がり角度は、強制空気の圧力、基板シートの重量および多孔度、シートのサイズ、ならびにシート中の開口部の位置などの多数の要因に基づいて変化し得る。一般に、空気流がトップシートと第２のシートとの間の分離を最大にするように、この広がり角度を選択することができる。第２のシートの表面と係合する足部１４８と、トップシートと第２のシートとの間の強制空気の組み合わせにより、コアンダグリッパ１１８は、第２のシート（または第２のシート以下のいずれかのシート）を持ち上げることなくトップシートを持ち上げて移動させることができ、また擦り切れた繊維の絡み合いなどにより第２のシートがトップシートに粘着することもない。
【００５８】
以下でさらに説明するように、第１のシートがプリンタ１０４に移送された後、第２のシートは次に移送される束のトップシートとなり、上述のプロセスは繰り返されるが、他の一対の押さえ突起１４２が使用されるのは、それらが第２のシートの開口部と整列し、したがって第２のシート（ここではトップシート）の下のシートの表面に係合するように、これらの開口部を通過するからである。
【００５９】
上述の実施形態では、押さえ突起１４２の足部１４８を介して強制空気を供給することに加えて、空気ノズル１５０または他の送風機は、フレーム１３０上に取り付けることができるか、またはフレーム１３０に関し、トップ基板シート上面の上または上面にわたって空気を吹き込むために使用され、ベルヌーイ力を生じさせてシートを持ち上げるのを助ける。このような追加のノズルまたは送風機１５０を使用して、トップシートとその下のシートとの間に追加の空気を供給することもできる。さらに代替の実施形態では、強制空気は、押さえ突起１４２の足部１４８を介して供給されず、フレーム１３０上に取り付けられた、またはフレーム１３０に関する上述の独立したノズルまたは送風機１５０を介して供給される。強制空気を供給するための多くの代替方法のいずれも、例えば、足部１４８以外の突起１４２の領域、または突起１４２に取り付けられたノズルを介して使用することもできるが、これに限定されない。
【００６０】
スリップシートの実施形態
【００６１】
材料フィーダ１０２の代替実施形態では、押さえ突起１４２が除去され、強制空気はシート間に向けられる必要はない。さらに、シート２０２はノッチ２０４を含む必要はない。その代わりに、紙などの非多孔性のスリップシートが、シート２０２の束内の基板シートの各対の間に加えられる。バキュームグリッパまたはニードルグリッパなどの適切なグリッパは、次いで他の基板シートをピックアップすることなくトップ基板シートをピックアップすることができる。この実施形態では、使用されるグリッパに応じて、トップ基板シートがプリンタ１０４に移送された後、スリップシートがシート２０２の束の頂部に存在し、次いで、適切なグリッパまたは任意の他の手段を使用して、これをピックアップし、廃棄し得る。基板シートをピックアップするために使用されたグリッパが、スリップシートをもピックアップするようなグリッパである場合には、スリップシートをプロセス内の後のステップで除去することができる。スリップシートを使用するこの手法は、スリップシートが束から持ち上げられた後に配置するために追加の領域を必要とし、シートの束を形成するためにより多くの前処理を必要とし（すなわち、スリップシートを基板シートの各対の間に綴じ込む）、廃棄またはリサイクルしなければならない多数のスリップシートを生成するため一般にはあまり好ましくないとされるが、特定の用途／実施形態においては有用であると考えられる。
【００６２】
プリンタへのシートの移送
【００６３】
グリッパ１１８が、上述のいずれかの方法でトップシートを把持した後、コントローラはステッパモータに信号を送り、グリッパ１１８を上方に所定の距離を移動させる。距離センサ１３８は、グリッパ１１８がシートを保持していることを確認するために使用することができる。一旦確認されるか、さもなくばグリッパ１１８がシート２０２の束から離れる方向に移動し始めると、コントローラはマニホールドに信号を送り、押さえ突起１４２への空気をオフにし、次いでステッパモータ１４６に信号を送り、押さえ突起１４２を回転させて第２のシートから外す。一方、コントローラはまた、ＸＹポジショナに信号を送り、グリッパ１１８をプリンタプラテン１４０に向かって移動させる。グリッパ１１８がプラテン１４０上の所定の位置に達すると、コントローラはステッパモータ１４６および空気マニホールドに信号を送り、基板シートを下降させてプラテン１４０上に置くようにし、グリッパ１１８がシートを解放して、基板シートがプラテン１４０上に載っているようにする。グリッパ１１８およびＸＹＺポジショナ１１６は、シートをプリンタプラテン１４０上に良好に位置決めするように設計されている。次に、コントローラはＸＹＺポジショナ１１６に信号を送り、グリッパ１１８を材料フィーダ１０２上方の初期位置に戻す。
【００６４】
本説明はＸＹＺポジショナを使用するが、システムは単に、グリッパを左右および上下に移動させるＸＺポジショナ、またはグリッパを左右に動かすＸポジショナでも構築できるが、上下の移動を必要としないように配置されるポジショナでは構築できないことは、当業者には明らかであろう。
【００６５】
プリンタ
【００６６】
プリンタ１０４は、前述のようにして基板シート上に層形状を印刷するために、コンピュータのプログラム制御の下で、典型的なコントローラを使用して作動する。この動作では、プリントヘッド１０５が取り付けられているポジショナは、プリントヘッド１０５がＹ方向にのみ移動し、プラテン１４０がＸ方向に移動することによってプリントヘッド１０５の下にシートが前進するような、静止状態であり得る。あるいは、プラテン１４０は、印刷動作中に静止状態に保持され、プリントヘッド１０５が取り付けられているポジショナは、プリントヘッド１０５がＸ方向またはＹ方向のいずれかに移動するときに、基板シートの長さに沿って前進することができる。いずれの場合でも、基板シート上への層形状の印刷が完了したときに、プラテン１４０が、基板がプリントヘッド１０５を収容するポジショナの位置と、粉末アプリケータ１０８の位置との間に位置するように位置決めされるように、プリンタ１０４が動作することが好ましい。
【００６７】
パンチ
【００６８】
プリンタ１０４はまた、プリントヘッド１０５と同じポジショナアーム上に取り付けられるか、またはプリンタプラテン１４０に関して別個に取り付けられる１つ以上のパンチを任意選択的に含むことができ、その結果、印刷動作中または直前もしくは直後に、所望の位置で基板シートに穴を開けられるようにする。穴は、基板シートを位置合せピンまたは整列ピンにロードすることによって基板シートを整列させるプロセスの後半で使用される。これらのピンは、スタッカサブシステムの部品、または後続のスタッキング操作の部品、またはその両方であり得る。いずれの場合でも、好ましくは、穴の直径は、最良の位置合わせを得るために、位置合わせピンの外径に類似する。パンチは、例えば、穴パンチ、紙ドリル、または当該技術分野で知られている他の適切な機構であり得る。パンチは、基板シートから打ち抜かれたチャドにバキュームをかけるための機構を任意に含むことができ、または別個のバキューム、掃引、もしくは吹き付け機構を任意に設けることができる。
【００６９】
基板シート上の穴の位置は、３Ｄ部品のための層形状が基板シート上に印刷される場所に関して画定される。穴位置に関する情報は、層形状情報と共にプリンタ１０４に提供される。プリンタ１０４用のコンピュータは、所望の位置に穴を開ける信号を発生させることができる。
【００７０】
システムが、パンチまたは基板シートに穴を形成するための他の機構を含まない場合、穴は、任意に、前身または後処理ステップとしてシートに形成され得る。あるいは、シートの隅を位置合わせに使用することができる。この層はまた、当該技術分野において周知のダイカットステーションを用いてダイカットすることもでき、これは印刷の前または後に行うことができ、印刷に合わせるべきである。レーザ切断のような当該技術において周知の穴を形成する多くの他の方法もある。
【００７１】
粉末アプリケータへのシートの移送
【００７２】
印刷が完了し、場合によってはパンチングも完了したら、ニードルグリッパ１２０は、基板シート２０２ａ．．．ｎを、粉末アプリケータ１０８内に基板シートを供給するためのコンベア１５２を含む、粉末システム１０６に移送するために使用される。より具体的には、プリンタ１０４はコントローラに信号を送り、コントローラは信号をＸＹＺポジショナ１１６、ステッパモータ１４６、および空気マニホールドに送り、ＸＹポジショナがニードルグリッパ１２０を（プリンタプラテン１４０上に載っている）基板シートの上の位置に移動させ、ステッパモータが、ニードルグリッパ１２０が基板シートの頂部に接触するまでグリッパを下方に移動させ、マニホールドがニードルグリッパ１２０に取り付けられた空気弁を開き、それを作動させることによって基板シートを把持する。好ましい実施態様は、Ｚ移動のための空気圧シリンダを使用し、Ｘポジショナのみが使用される。前述したように、給紙用のロール／ウェブ系のシステムを使用することができる。次いで、コントローラはさらなる信号を送り、ステッパモータがグリッパ（ひいては基板シート）を上方に持ち上げ、ＸＹポジショナが粉末アプリケータ１０８のコンベア１５２の上の適切な位置にグリッパを移動させ、ステッパモータが、基板シートがコンベア１５２の表面上に置かれるまでグリッパを下向きに移動させ、次いでグリッパがコンベア１５２上の基板シートを解放するようにする。ニードルグリッパ１２０およびＸＹＺポジショナ１１６は、シートをコンベア１５２上に良好に位置決めするように設計されている。次いで、ＸＹポジショナは、グリッパを上方に移動させて元の位置に戻し、次のシートがプリンタ１０４を通過するのを待つ。
【００７３】
例えばカメラによって検出された、シートとの誤差がある場合、プリンタ１０４は、コントローラに指示信号を送ることができ、基板シートを粉末アプリケータ１０８に移送する代わりに、シートは廃棄領域に移送されるように、コントローラがニードルグリッパ１２０に対してＸＹＺポジショナ１１６に信号を送ることができる。
【００７４】
ニードルグリッパ１２０は、プリンタプラテン１４０上に載っている基板シート２０２ａ．．．ｎをピックアップするのに十分である。これは、単一のシートが、基板シート２０２の束上ではなく、プラテン１４０の表面上に載っているという事実によって容易になる。フェルト材料およびピンが、プリンタ１０４が基板シート上に堆積する印刷流体に干渉しないか、またはそれを実質的に妨げないように構成されたフェルトグリッパを、代替的に使用することができる。同様に、本明細書に記載された、または当技術分野で公知の他のグリッパの実施形態も使用できる。一般に、コアンダグリッパは、シートをプリンタプラテン１４０から粉末アプリケータ１０８に移送するためのこの構成での使用に適していない。これは、プラテン１４０上のシートの下に空気流がないためであり、これはコアンダグリッパの要件である。この問題は、プリンタ上に載っているシートの下に空気を導入することで解決できる。
【００７５】
コアンダグリッパとニードルグリッパは、本明細書の詳細な実施形態に記載されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本明細書に記載された条件下で基板シート、特に不織布または他の多孔質の基板シートを把持または持ち上げることができる、現在存在するまたは以下に発明された任意のグリッパは、本発明における使用に適している。
【００７６】
粉末システム
【００７７】
図１に示すように、粉末アプリケータ１０８および粉末リムーバ１１０は一体化されて単一の構成要素である粉末システム１０６を形成する。あるいは、それらは別個の構成要素として提供されてもよい。いずれの場合でも、粉末システム１０６は、基板シート２０２ａ．．．ｎがコンベア１５２上に置かれると、自動的に粉末システム１０６を通って移動するように、連続的に動くよう設定することができる。あるいは、ＸＹＺポジショナ１１６および粉末システム１０６の両方と通信するコントローラは、粉末アプリケータ１０８および粉末リムーバ１１０またはそのサブシステムに、適切な時間にオン／オフを指示することができる。
【００７８】
これらに限定されないが、熱可塑性粉末などの粉末アプリケータ１０８は、（層の形状がちょうど印刷された）基板シートの表面上に粉末を堆積させる。粉末はシート上の印刷された（湿った）領域に付着する。その後、粉末リムーバ１１０は、シートに付着しなかったいかなる粉末も除去する。
【００７９】
例として、粉末は、粉末アプリケータ１０８と粉末リムーバ１１０が単一の構成要素に統合された、ＴＨＥＲＭ−Ｏ−ＴＹＰＥ社によって製造されたもののようなサーモグラフィマシンで使用されるデバイスによって、適用することができる。このような装置は、図１および図１３〜１７に示され、（ｉ）一連のコンベア、（ｉｉ）典型的にはポリマー粉末を保持し、スリットを有して、シートがトラフの下を移動する間に、そこから粉末が流動してシート上に粉末を堆積させる振動トラフ、および（ｉｉｉ）シートがバキューム１１０の下を移動する間に、シートに付着しなかった粉末を除去するバキューム１１０から成る。バキュームモータおよびサイクロン１５４を含むバキュームサブシステムは、コンベア１５２上に載る。バキュームサブシステムの下方の領域では、一連のスターホイールがシートを、バキュームサブシステムの空気流にさらされた状態で保持するように構成される。サイクロン１５４はまた、再使用のために、バキュームされた粉末をトラフに再循環させる。粉末システム１０６の使用により、シートに付着しない粉末を除去することに加えて、粉末は前述のように印刷された領域上に残る。
【００８０】
ＴＨＥＲＭ−Ｏ−ＴＹＰＥおよび他の同様のマシンで使用されるサイクロン１５４は、その排気によって、高い割合の粒子を除去し、約５０ミクロンのカットオフ点を有する。すなわち、５０ミクロンより小さいほとんどの粒子をリサイクルしない。これが起こると、シート上に堆積した粉末の量が実質的に減少し、さらに、サイクロン１５４の目的が粉末の再利用を可能にすることなので、かなりの量の粉末が浪費されることを意味することがわかった。堆積される粉末の量が減少する理由の一部は、より小さい粒子がもはや堆積されないことであり、これは堆積した粉末の総量を減少させ、時間の経過とともに、ほとんどのより小さい粒子はリサイクルプロセスによって除去される。分布内により小さい粒子が存在すると、堆積される粉末の量が増加する。５０ミクロンを中心とする粉末サイズの分布を有する粉末を用いると、良好に機能するので、５０ミクロンのカットオフポイントは、粒子の大きな割合である約３０％を除去する。
【００８１】
この問題は、図１８〜２３に示すように、代替の粉末システムの実施形態１８０、またはダンプ弁アセンブリ１８０によって解決される。ダンプ弁アセンブリ１８０は、ダンプ弁本体１８１、ダンプ弁１８２、ワッシャベアリング１８３、ダンプ弁シャフト１８４、（例えば５／１６”のサイズの）保持リング１８５、（例えば、１／１２０ｈｐの）ギアモータ１８６、可撓性カップリング１８７、およびダンプ弁モータブラケット１８８から成る。この実施形態では、サイクロン設計は、例えばダスト・デピュティ（Ｄｕｓｔ  Ｄｅｐｕｔｙ）で使用される設計のような円錐形の設計に置き換えられる。この設計は、数ミクロンのオーダーの非常に低いカットオフ点を有し、したがって粉末の９５％以上が再利用される。これは、より小さな粒子を失わず、粒子のむだが非常に少ないので、高い粉末負荷堆積をもたらす。さらに、サイクロン系の実施態様は、ハウジング内で回転する楕円形の穴１９０を有するチューブ１８９内の粉末を収集する粉末除去システム上の「弁」１９５を有し（図２２）、これは交互に粉末を集めてはサーモグラフのトラフにダンプする。代替の実施形態では、サイクロンを円錐設計に変更／交換することに加えて、この管はデルリン管１８９（図２３）に置き換えられ、楕円形の開口部１９０の代わりに複数のスロット１９１を有する。これにより、より良好なシールが生成され、下方からの空気の進入が阻止され、粉末がチューブ１８９内に落下することが防止される。
【００８２】
追加の粉末除去
【００８３】
いくつかの不要な粉末が依然として基板シート材料内に存在することができるので、特定の状況では、バキューム１１０からの粉末除去の量が不十分である。この理由のために、これに限定するものではないが、Ｎｅｘ  Ｆｌｏｗ  Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．からのＸ−Ｓｔｒｅａｍ  Ａｉｒ  Ｂｌａｄｅ  Ａｉｒ  Ｋｎｉｆｅのようなエアーナイフ１６０を、バキューム段階の後に加えて、基板シート上に残存する余分な粉末を除去する（図１）。エアーナイフ１６０は、プログラムされたマイクロコントローラによって制御することができる。
【００８４】
加えて、粉末システム１０６は、シートが複数回、粉末アプリケータおよび粉末除去段階を通過するよう構成することができる。利点は、複数のトリップで基板シート上に粉末を堆積させることにより、基板シートの印刷領域に付着する粉末の量を増加させることができることで、これは時には３Ｄ部品を作製するために望ましいことである。シートが粉末システムを介して通過を完了した後、コンベア１５２は逆転して、シートが粉末アプリケータ１０８の入口に戻って行くようにし、次に再び逆転して（今度は前に進む）、シートが粉末システム１０６に再び戻るようにする。この実施形態では、逆方向への移動中に、粉末アプリケータ１０８および粉末バキューム１１０の一方または両方をオフにすることができる。代替の実施形態では、シートが粉末リムーバ１１０を出た後、別個のコンベアまたは移送システムが、シートを粉末アプリケータ１０８への入口に関連するコンベアに戻し、するとシートは粉末システム１０６を通って戻る。これらの実施形態では、シートは、当技術分野で公知の任意の適切な機構を使用して反転されてもよく、その結果、シートの他方の側に粉末が適用される。これらのステップは、必要な回数だけ繰り返すことができる。
【００８５】
フューザ
【００８６】
シートは、粉末を塗布し、過剰の粉末を除去した後、シート上に残った粉末（すなわち、シートの印刷領域に付着した粉末）を溶融するために有利であり得、粉末をより恒久的にシートに付着させ、後続の処理ステップの間の変位、破壊、または脱落から保護されるようにする。この目的のために、オプションのフューザ構成要素１１２（図１）が、粉末システム１０６の後に配設されてもよい。フューザ１１２は、粉末リムーバ１１０から延びるコンベア１５２の上、下、またはそれに隣接して配設されてもよい。フューザ１１２は、例えば、これらに限定されないが、輻射、ＩＲ、または粉末を溶融させてシートに定着させるのに十分な他の加熱方法であってもよい。シートが粉末アプリケータ１０８から出て移動すると、フューザ１１２からの熱が基板シート上の粉末を溶融させてシートに定着させる。
【００８７】
さらなる実施形態
【００８８】
繊維の向き
【００８９】
一方向性の材料または織物材料のような、特定の方向に配置されている繊維の基板を使用している場合、グリッパが回転できるように移送システムを適合させることができる。このようにして、グリッパによってピックアップされたシートは、プリンタプラテン１４０上に置かれる前に、例えば３０、４５、または９０度回転させることができ、最終的にシートを積み重ねて３Ｄ部品を作るとき、互いに対して繊維の向きの角度が変化するようにする。これにより、より良い機械的特性を有する物体を複数の方向に生成することが可能になる。あるいは、印刷前にシートを回転させる代わりに、プロセスに沿っていくつかの他の点のいずれか１つでシートを回転させることができる。シートは、例えば印刷直後に、ターンテーブルを用いて、ニードルグリッパ１２０を回転させることによって、または他の回転手段によって回転させることができる。シートは、粉末を除去した後またはフューズ後に、いずれの場合もターンテーブルを用いて、シートを回転させることができる位置に別のグリッパを導入することによって、または当技術分野で公知の他の回転手段によって回転させることもできる。繊維の方向性を調整する別の方法は、複数のシートトレイを使用することであり、各シートトレイはシートを異なる方向に保持する。
【００９０】
どのプロセスにしたがえば、どの程度シートが回転するのかを理解して、プリンタ１０４は、推論回転の３Ｄ部品の層形状を印刷し、基板シートが積層される場合、一方の基板シートから別のシートへの層形状は、３Ｄ部品を作るために適切に方向づけられる。シートが回転して積み重ねられると、積み重ねられたシートのすべての縁が整列するように、正方形または長方形以外の基板シート形状を使用することもできる。例えば、このような他のシート形状には、円形、八角形、および任意の他の対称正多角形が含まれ得るが、これらに限定されない。さらに、シートを異なるバイアスで切断して、繊維の向きを、例えば４５度および９０度などのように変化させ、次いで適切な順序で（シート供給ステップで）積み重ねることができ、したがって、シートを回転させる必要性を除去する。
【００９１】
ロールまたはウェブ給紙
【００９２】
基板シートを使用する代わりに、基板材料のロールは、本明細書に記載のＣＢＡＭプロセスおよびシステムで使用することができる。図２４は、連続フィードロール実施態様４００を示し、図２５はロール・ツー・シート実施態様５００を示す。これらの実施形態では、基板材料のロール４０２が取り付けられ、プリンタ１０４の前方に配置される。テンションシステム４０４は、フィードローラ４０６とともに、システムを介して供給されるロール材料の長さによって画定されたウェブを保持して前進させるために使用される。ウェブ４０２は、プリンタ１０４、粉末アプリケータ１０８、粉末リムーバ１１０、および存在する場合はフューザ１１２のシステムのすべての構成要素を通って延在し、その後スタッキングの前にカッタ４０８によって単一シートに切断することができる。これは図２４に示されている。あるいは、図２５に示すように、ウェブ４０２は、プロセスの任意の前の時点で、カッター４０８によって単一のシートに切断されてもよい。例えば、ウェブ４０２は、得られたシートをプリンタプラテン１４０上に前進させる前に単一のシートに変換することができる。ウェブ４０２は、前縁がプラテン１４０上に配置された後に単一のシートに変換されてもよい。ウェブ４０２は、印刷作業が完了した後であって、得られたシートが粉末アプリケータ１０８に供給される前などに、単一のシートに変換されてもよい。
【００９３】
付加センサー
【００９４】
この装置には、故障していないこと、適切な量の粉末が堆積していること、シートが所望により移動していること、プロセスの他の品質保証の側面などを保証するビジョンソフトウェア付きカメラを任意に有することもできる。シートがピックアップされたこと、または複数のシートがピックアップされていないこと、または他の不具合が発生していないことを確認するために、付加センサを任意にシートフィーダ１０２に取り付けてもよい。マシンがシートをピックアップしていない場合は、操作を再度実行できる。２枚のシートがピックアップされた場合、プリンタプラテン１４０に移送されるのではなく、後で再使用または廃棄するために別々のパイルに配置することができる。マシンは、オペレータに不具合を知らせるために、光、ブザー、他の警告、またはそれらの任意の組み合わせを任意に有することができ、その時点で問題に対処することができる。
【００９５】
コントローラ
【００９６】
システムによって実行されるプロセスは、以下のようにマイクロコントローラまたはＰＬＣを使用してシーケンスおよび監視することができる。シートフィーダ１０２は、制御プログラムによって通知されて、給紙する。プリンタプラテン１４０上に給紙した後、フィーダ１０２は、プリンタ１０４に印刷を開始するように指示する制御プログラムに通知する。プリンタ１０４は印刷を完了すると、ポジショナに通知して、シート２０２ａ．．．ｎをピックアップして粉末化コンベア１５２上に堆積させるニードルグリッパ１２０を移動させ、次いで制御プログラムにタスクを完了した旨を通知する。これらのステップは任意に重複し、すなわち上述したように、プロセスの速度を上げるために、並列に実行することができる。
【００９７】
プリントヘッド
【００９８】
上記実施形態では、プリントヘッド１０５は、基板シート２０２上の印刷流体を堆積させるために、ラスタリング移動するよう設計されている。あるいは、基板シート（またはロール／ウェブ）の幅にわたってステージングされた複数のインクジェットヘッドを使用することによって、またはＭｅｍｊｅｔヘッドのようなページ幅のヘッドを使用することによって、ラスタリングの必要性を除去することができる。これにより、システムの印刷速度が大幅に向上する。例えば、特定のヘッドでは、システムを毎分６０ページまでまたはそれ以上の速度で稼動させることができ、射出成形速度に匹敵する速度で部品を製造することができる。さらに、プリントヘッド１０５は、任意に大容量のインク供給システムを備えていてもよく、その結果、使用される流体の交換がより少ない頻度ですむ。
【００９９】
当業者であれば、この設計の要素のいずれも同様の機能を有する他の要素と置き換えることができることはさらに明らかになるであろう。この設計は、個々の要素を交換してマシンの性能を向上できるように、フィールドアップグレード可能に構成することもできる。
【０１００】
好ましい実施形態が開示されているが、多くの他の実施態様が当業者に思い浮かぶであろうし、すべてが本発明の範囲内にある。上述した様々な実施形態のそれぞれは、複数の機能を提供するために他の記載された実施形態と組み合わせることができる。さらに、前述は、本発明の装置および方法の多くの別個の実施形態を記載しているが、本明細書に記載されているのは、本発明の原理の応用の単なる例示である。したがって、当業者による他の構成、方法、改変および置換も、本発明の範囲内であるとみなされ、以下の特許請求の範囲によるもの以外で、限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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