(57)【要約】  装置、システム、および方法は、最終製品を製造するプロセス中に少なくとも２つの別個のコンポーネントを利用する。プロセス中の少なくとも１つのコンポーネントは、積層造形を使用して製造され、追加のコンポーネントは、積層造形される部品と組み合わされるコンポーネントである。装置、システムおよび方法は、少なくとも１つのエネルギーコンポーネントと少なくとも１つの第２の不活性コンポーネントとを含む。積層造形システムは、前記第１のエネルギーコンポーネントの枠組みを製造する。システムは、第２のコンポーネントを枠組みに加えて、エネルギー材料製品を製造する。
2019503912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーシステムの製造方法であって、
少なくとも１つの積層造形工程を用いる工程と、
前記少なくとも１つの積層造形工程において少なくとも２つの材料を使用して前記エネルギーシステムを製造する工程とを含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの積層造形工程において少なくとも２つの材料を使用する前記工程は、前記少なくとも１つの積層造形工程において空気を使用することを含む、請求項１に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項３】
前記エネルギーシステムを製造するための積層造形工程ではない追加の処理工程をさらに含む、請求項１に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項４】
エネルギーシステムの製造方法であって、
前記エネルギーシステムの第１の不可欠なコンポーネントを提供する工程と、
前記エネルギーシステムの支持構造を提供する工程と、
前記エネルギーシステムの第２の不可欠なコンポーネントを提供し、前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントと、前記エネルギーシステムの支持構造と、前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントとを組み合わせて前記エネルギーシステムを製造する工程であって、前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネント、前記エネルギーシステムの前記支持構造、または前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントのうちの少なくとも１つは、積層造形を用いて製造される、工程と、
を含む、エネルギーシステムの製造方法。
【請求項５】
前記エネルギーシステムの第１の不可欠なコンポーネントを製造する前記工程が、積層造形を用いて前記エネルギーシステムの第１の不可欠なコンポーネントを製造する工程を含む、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項６】
前記エネルギーシステムの支持構造を提供する前記工程が、積層造形を用いて前記エネルギーシステムの支持構造を提供する工程を含む、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項７】
前記エネルギーシステムの第２の不可欠なコンポーネントを製造する前記工程が、積層造形を用いて前記エネルギーシステムの第２の不可欠なコンポーネントを製造する工程を含む、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項８】
前記エネルギーシステムの支持構造を提供する前記工程が、前記エネルギーシステムの多孔質支持構造を提供する工程を含み、
前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントと、前記エネルギーシステムの前記支持構造と、前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントとを組み合わせて前記エネルギーシステムを製造する工程が、前記多孔質支持構造を前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントで充填する工程を含む、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項９】
前記エネルギーシステムの支持構造を提供する前記工程は、積層造形を用いて前記エネルギーシステムの多孔質枠組み支持構造を提供する工程を含み、
前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントと、前記エネルギーシステムの前記支持構造と、前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントとを組み合わせて前記エネルギーシステムを製造する工程が、前記多孔質枠組み支持構造を前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントで充填する工程を含む、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項１０】
前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネント、前記エネルギーシステムの前記支持構造、および前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントを組み合わせて前記エネルギーシステムを製造する前記工程において、前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネント、前記エネルギーシステムの前記支持構造、または前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントのうちの少なくとも１つが可動式印刷ヘッド積層造形システムを使用して製造される、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項１１】
前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネント、前記エネルギーシステムの前記支持構造、および前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントを組み合わせて前記エネルギーシステムを製造する前記工程において、前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネント、前記エネルギーシステムの前記支持構造、または前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントのうちの少なくとも１つが粉末ベッド積層造形システムを使用して製造される、請求項４に記載のエネルギーシステムの製造方法。
【請求項１２】
エネルギーシステム装置であって、
前記エネルギーシステムの第１の不可欠なコンポーネントと、
前記エネルギーシステムの第２の不可欠なコンポーネントと、
前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントまたは前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントを製造するための積層造形システムと、
を含む、エネルギーシステム装置。
【請求項１３】
前記積層造形システムは、前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントを製造する、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項１４】
前記積層造形システムは、前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントを製造する、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項１５】
前記積層造形システムは、前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントと前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントの両方を製造する、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項１６】
前記積層造形システムは、可動式印刷ヘッド積層造形システムである、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項１７】
前記積層造形システムが粉末ベッド積層造形システムである、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項１８】
前記エネルギーシステムの多孔質枠組みをさらに含む、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項１９】
前記多孔質枠組みに充填される前記エネルギーシステムの前記第１の不可欠なコンポーネントを有する前記多孔質枠組みを備えた前記エネルギーシステムの多孔質枠組みをさらに含む、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【請求項２０】
前記多孔質枠組みに充填される前記エネルギーシステムの前記第２の不可欠なコンポーネントを有する前記多孔質枠組みを備えた前記エネルギーシステムの多孔質枠組みをさらに含む、請求項１２に記載のエネルギーシステム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦支援の研究開発のもとで行われた出願への権利に関する声明
合衆国政府は、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙの運営についての米国エネルギー省とＬａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ＬＬＣとの間の契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４に従って、本出願の権利を有する。
【０００２】
本出願は、積層造形に関し、より詳細には、カスタマイズ可能なエネルギーシステム用の複数コンポーネント部品の積層造形に関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションは、必ずしも先行技術ではない本開示に関する背景情報を提供する。
【０００４】
積層造形（ＡＭ）または３Ｄ印刷で可能な材料配置の微細な空間制御は、エネルギー材料の特性および性能の処理および制御の両方を可能にする。エネルギー材料または簡単にエネルギーは、化学反応によって発熱反応し得る単分子材料または複合配合物である。エネルギー材料のいくつかの例として、推進剤、爆発物、火工品、および金属間混合物およびテルミット複合物のような反応性配合物が挙げられる。
【発明の概要】
【０００５】
開示された装置、システム、および方法の特徴および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。出願人は、装置、システム、および方法の広範な表現を与えるために、図面および特定の実施形態の例を含むこの説明を提供している。当業者には、この説明から、および装置、システム、および方法の実施によって、出願の趣旨および範囲内の様々な変更および修正が明らかになるであろう。装置、システム、および方法の範囲は、開示された特定の形態に限定されることを意図しておらず、本出願は、特許請求の範囲によって定義される装置、システム、および方法の趣旨および範囲内にあるすべての改変、等価物および代替物を含む。
【０００６】
本発明者らの装置、システム、および方法は、多材料エネルギーシステムを製造するための少なくとも１つの工程において、３Ｄ印刷としても知られる積層造形を利用する。本発明者らの装置、システム、および方法の一実施形態では、枠組み部品が積層造形されるか、または別の方法によって製造され得る。積層造形または別の方法であってもよい第２の工程は、その部品に異なる材料を加えるために使用される。枠組みは、部品内に残されてもよいし、処理中に除去されてもよい。最終的な部品が製造されるまで、任意の数のその後の積層造形、鋳造、および除去の工程を実施することができる。２つ以上の材料の相対的な空間配置は、エネルギー部品の特性および／または性能を制御する。
【０００７】
積層造形は、コスト削減などの他の考慮事項、あるいは他の製造技術を使用してアクセスできない可能性のある困難または不可能な形状の製造のために使用することができる。本発明者らの装置、システム、および方法は、カスタマイズされたエネルギーシステムを提供する。装置、システム、および方法は、最終製品を製造するプロセス中に少なくとも２つの別個のコンポーネントを利用する。プロセス中の少なくとも１つのコンポーネントは、積層造形を使用して製造され、追加のコンポーネントは、積層造形される部品と組み合わされるコンポーネントである。空気の配置がエネルギー部品の特性および／または性能を制御するために必要である限り、この場合空気もコンポーネントとみなされる。一例として、多孔度が制御された部品が挙げられる。
【０００８】
一実施形態では、本発明者らの装置、システム、および方法は、エネルギーであるシステムを表現するために、積層造形（ＡＭ）と充填工程とを組み合わせる。次いで、ＡＭ工程で使用されたものとは異なる材料が、第２の技術（すなわち、鋳造、堆積、積層造形など）によって構造体に追加される。その結果、少なくとも２つのコンポーネントを含む最終的なエネルギー部品がもたらされる。
【０００９】
一実施形態では、本発明者らの装置、システム、および方法は、エネルギー材料製品を製造する。エネルギー製品は、少なくとも１つのエネルギーコンポーネントと少なくとも１つの第２のエネルギーコンポーネントとを含む。本発明者らの装置、システム、および方法は、前記第１のエネルギーコンポーネントの枠組みを製造するための積層造形システムを利用する。システムは、第２のエネルギーコンポーネントを枠組みに加えて、エネルギー材料製品を製造する。
【００１０】
一実施形態では、本発明者らの装置、システム、および方法は、エネルギー材料製品を製造する。エネルギー材料製品は、少なくとも１つのエネルギーコンポーネントと少なくとも１つの第２の不活性コンポーネントとを含む。本発明者らの装置、システム、および方法は、前記第１のエネルギーコンポーネントの枠組みを製造するために積層造形システムを利用する。システムは、不活性コンポーネントを枠組みに加えて、エネルギー材料製品を製造する。
【００１１】
一実施形態では、本発明者らの装置、システム、および方法は、エネルギー材料製品を製造する。エネルギー材料製品は、少なくとも１つの不活性コンポーネントと少なくとも１つの第２のエネルギーコンポーネントとを含む。本発明者らの装置、システム、および方法は、前記第１の不活性コンポーネントの枠組みを製造するために積層造形システムを利用する。システムは、エネルギーコンポーネントを枠組みに加えて、エネルギー材料製品を製造する。
【００１２】
一実施形態では、本発明者らの装置、システム、および方法は、エネルギー材料製品を製造する。エネルギー材料製品は、反応性配合物の少なくとも１つの成分と、反応性配合物コンポーネントの少なくとも１つの第２の成分とを含む。本発明者らの装置、システム、および方法は、前記第１の成分の枠組みを製造するために積層造形システムを利用する。システムは、第２の成分を枠組みに加えて、エネルギー材料製品を製造する。例として、成分（すなわち、推進剤および酸化剤）が別々の段階で添加される反応性複合物（すなわち、テルミット、金属間、火工、推進剤）が挙げられる。
【００１３】
本発明者らの装置、システム、および方法には多くの利点がある。第１に、最終的な組立体に１つの材料（エネルギー、または非エネルギー）を戦略的に配置することができる。第２に、意図的にエネルギーシステムの１つのコンポーネントを所望するまで放置することによって、その部品は、取り扱いがより安全になる、または損傷から保護できる。最終材料が部品に充填されると、意図したとおりに動作する。第３の利点は、エネルギー材料用のカスタム金型を印刷するためにＡＭを使用し、カスタム金型は、その後鋳造可能なエネルギー材料で充填される機能である。
【００１４】
本発明者らの装置、システムおよび方法は、多くの用途を有する。例えば、本発明者らの装置、システム、および方法は、ＡＭによって作られた材料の安全な輸送に使用され、到着時に充填工程の後にエネルギーを与えられる。本発明者らの装置、システム、および方法はまた、固体ロケット推進剤にも使用される。本発明者らの装置、システム、および方法は、多くの他の用途を有する。
【００１５】
装置、システム、および方法は、変形および代替形態が可能である。特定の実施形態を例として示す。装置、システム、および方法は、開示された特定の形態に限定されないことを理解されたい。装置、システム、および方法は、特許請求の範囲によって規定されるような本出願の趣旨および範囲内に入るすべての変形、等価物および代替物を包含する。
【００１６】
本明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成する添付の図面は、装置、システム、および方法の特定の実施形態を示し、上記の一般的な説明および特定の実施形態の詳細な説明と共に、装置、システム、および方法の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】エネルギー材料からなる部品を作成するための積層造形システムの一実施形態の説明図である。
【図２】エネルギー材料からなる部品を作成するための積層造形システムの別の実施形態の図である。
【図３】積層造形された部品を充填材と組み合わせてカスタマイズされたエネルギーシステムを提供する本発明者らの装置、システム、および方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】第１の製造部品を作成するための本発明者らの積層造形システムによって製造された枠組みを示す。
【図４Ｂ】カスタマイズされたエネルギーシステムを製造するために充填材を提供することができる枠組みを示す。
【図４Ｃ】カスタマイズされたエネルギーシステムを製造するために充填材を提供することができる枠組みを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面、以下の詳細な説明、および組み込まれた材料を参照すると、特定の実施形態の説明を含む装置、システムおよび方法に関する詳細な情報が提供される。詳細な説明は、装置、システム、および方法の原理を説明するのに役立つ。装置、システム、および方法は、変形および代替形態が可能である。本出願は、開示された特定の形態に限定されない。本出願は、特許請求の範囲によって規定される装置、システム、および方法の趣旨および範囲内に入るすべての修正、均等物および代替物を包含する。
【００１９】
様々な実施形態では、本発明者らの装置、システム、および方法の積層造形または３Ｄ印刷は、多材料エネルギー部品を製造するためのプロセスの少なくとも１つの工程で使用される。様々な構造化された３Ｄ物体が任意の基板上に印刷され、同じまたは別の方法を使用して、第２の材料またはコンポーネントを構造内に堆積または充填することができる。操作の順序は、１つの工程が積層造形方法を利用し、最終部品がエネルギーである限り、必要に応じて交換可能である。この技術は、幅広いエネルギー用途に適用可能で、ユニークなアーキテクチャの精密な配置と設計により、エネルギー材料のユニークな機械的調査も可能にする。さらに、このスケーラブルな機能の組み合わせにより、材料の相対配置に関連する性能を有するエネルギーシステムの積み上げ方式の組立体が可能になる。
【００２０】
ここで図面、特に図１を参照すると、本発明者らの装置、システム、および方法の一実施形態が示される。この実施形態は、全体的に参照番号１００によって示される。図１は、実施形態１００の構造コンポーネントを示し、動作を説明する図である。実施形態１００のコンポーネントは、以下で識別され、説明されるコンポーネントを含む。
コンテナ１０２。
構築プラットフォーム１０４（基板）。
エレベータシステム１０６。
原料供給（粉末または液体）１０８。
印刷されない余分な支持材料１１０。
現在の印刷層１１２。
印刷すべきコンピュータ生成パターン１１４。
印刷ヘッド（光またはバインダ流体）１１６。
構築中の物体（枠組み）１２０。
原料送達制御１２２。
【００２１】
実施形態１００では、多材料エネルギー部品を製造するプロセスの少なくとも１つの工程において、積層造形が使用される。実施形態１００は、原料材料を層毎に選択的に処理して部品を製造するための積層造形システムを提供する。処理には、コンピュータ１１４を使用して印刷ヘッド１１６の動きを制御し、光のパターンまたは流体のパターンを印刷される層に送ることが含まれるが、これに限定されるものではない。他の変形形態では、印刷ヘッドは固定され、部品が印刷ヘッドに対して移動される。層の処理は、供給材料を溶融し、焼結し、硬化し、重合し、化学処理し、または結合することを含むことができ、これが印刷工程と考えられるが、これに限定されるものではない。層はすべて、一度に、またはラスタ化工程において処理することができ、層の印刷は完了してから次の層に移動することができる。層の厚さはプロセスによって制御され、変化する可能性がある。未処理材料１１０が含まれ１０２、印刷中に構築領域に残り、印刷部分１２０用の支持材料として働く。
【００２２】
最初に、所望の製品の３Ｄモデルは、任意の適切な方法、例えばビットマッピングまたはＰＣ／コントローラにおけるコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって設計される。所望の製品のＣＡＤモデルは、一連の２次元データファイル、すなわち２Ｄ層に電子的にスライスされ、それぞれが所望の製品のモデルを介して平面断面を画定する。スライスされた層の厚さは、層印刷の空間分解能に応じて変化し得る。２次元データファイルは、コンピュータに格納され、最終製品のデジタル画像を提供する。
【００２３】
デジタル画像は、積層造形システム１００において最終製品を製造するために使用される。原料（粉末または液体）の少なくとも２つの層を、層毎のプロセスの画像に従って基板上に順次印刷して、最終製品を製造する。第１の２Ｄ層のデジタル画像は、所望の製品の層を製造するために使用される。印刷プロセスおよび動作制御は、パターンがその層に対して処理されるように、少なくとも１つのコンピュータによって制御される。
【００２４】
供給システムは、原料供給１０８から原料の第１の層を構築プラットフォーム１０４上に誘導する。第１の層は、プロセスに応じて、印刷層よりも薄くても厚くてもよく、構築プラットフォームへの接着を防止するためにより厚い場合が多い。システム１００は、印刷ヘッド１１６から供給され、基板１０４上の第１の粉末層１１２に供給される光エネルギーまたは流体を利用する。コンピュータに格納された第１の２Ｄ層のデジタル画像は、この印刷層を製造するために使用される。追加の層は、プロセスに応じて、エレベータシステム１０６を下げるか、または印刷ヘッド１１６を上げることによって、第１の層上に順次追加される。システム１００の一実施形態では、ライトバルブシステム（光学アドレス型ライトバルブ（ＯＡＬＶ））が利用され、ダイオードアレイ光源（この場合印刷ヘッド）１１６と構築層１１２との間に配置される。ＯＡＬＶは、レーザダイオードビームに対して透明であり、レーザダイオードビームに対して透過的ではないマスク領域を遮断するマスキング領域を生成する。例示的なライトバルブシステムの詳細は、高出力ダイオードベースの積層造形のためのシステムおよび方法についての米国公開特許出願第２０１４／０２５２６８７号に提供されている。米国公開特許出願第２０１４／０２５２６８７号の開示は、本明細書中に参考として援用される。
【００２５】
原料粉末１０８の第１の層は、基板１０４に接合されるか、基板に接合されない場合には、印刷工程によって、基板の上方のあるスタンドオフ距離で開始される。印刷ヘッド１１６または構築プラットフォームの動作制御は、印刷ヘッド１１６を制御する吐出工程と共に使用され、第１の２Ｄ層のデジタル画像によって規定されるパターンで光または流体を層に送達する。印刷ヘッドは、完成した第１の層を製造する第１の２Ｄ層情報のデジタル画像に従って粉末を処理する。
【００２６】
第１の層が完成すると、製品の第２の層の製造が開始される。完成した第１の層の上に第２の粉末層を塗布する。エレベータシステム１０６および新しい原料の供給は、原料の第２の層１１２を塗布するために使用される。印刷ヘッドおよび動作制御を使用することによって、第２の粉末層が製品の第１の層の上に印刷され、完成した第２の層を製造する第２の２Ｄ層情報のデジタル画像に従って、第２の層を処理する。この手順は、製品を製造するために適切な数の層が印刷されるまで、この工程を任意の有限回数繰り返すことによって続けられる。最終製品は、図４Ａ〜図４Ｃに関連してより詳細に説明される枠組み１２０である。
【００２７】
ここで図２を参照すると、本発明者らの装置、システム、および方法の別の実施形態が示される。この実施形態は、全体的に参照番号２００によって示される。図２は、実施形態２００の構造コンポーネントを示し、動作を説明する図である。実施形態１００のコンポーネントは、以下で識別され、説明されるコンポーネントを含む。
構築プラットフォーム２０２（基板）。
印刷ヘッド２０４。
原料供給２０６。
コンピュータ生成命令２０８。
印刷ヘッド移動制御２１０。
基板移動制御２１８
印刷ヘッド移動矢印２１２。
構築中の物体（枠組み）２１４。
印刷ストリーム２１６。
原料吐出制御２２０。
【００２８】
実施形態２００では、多材料エネルギー部品を製造するプロセスの少なくとも１つの工程において、積層造形が使用される。実施形態２００は、部品を製造するために、材料の層を印刷するための積層造形システムを提供する。図２に示すように、印刷ストリーム２１６の形態の押出材料は、印刷ヘッド２０４によって、基板２０２上に層毎のプロセスで堆積されて、構築中の物体２１４を製造する。層の動作制御は、動作コントローラ２１０によって印刷ヘッド２０４を移動させること、および／またはステージ動作コントローラ２１８を使用して構築プラットフォーム２０２を移動させることを含む。印刷ヘッド２０４およびステージ２１８のいずれかまたは両方は、動作制御システム２１０および２１８に応じて、かつ移動矢印２１２によって示されるように、複数の方向に移動することができる。システム２００によって製造される製品は、印刷ヘッド移動制御２１０またはステージ動作制御２１８にコンピュータ生成命令を発行するために、例えば広く使用される数値制御プログラミング言語Ｇコードである、動作制御コンピュータ言語を使用して製造される。任意に、コンピュータ生成命令は、吐出システム２２０を制御するために使用され得るが、吐出制御に別の方法が使用される場合、これは必要ではない。コンピュータ印刷ヘッドコントローラ２１０および／または基板移動コントローラ２１８は、所定のＧコードを使用して、印刷中にステージ２０２に対する印刷ヘッド２０４の動きを指示する。適用可能であれば、印刷ヘッド２０４を介して原料供給２０６を送達するために吐出コントローラ２２０を使用する。吐出制御２２０は、一般に、加圧ガスを使用して、またはプランジャの機械的変位によって行われ、印刷ヘッド２０４からの原料の所定の流れを可能にする。動作および吐出制御は、一連の少なくとも２つの層として繰り返され、３Ｄ部品２１４がシステム２００によって生成される。
【００２９】
最初に、所望の製品の３Ｄモデルは、任意の適切な方法、例えばビットマッピングまたはＰＣ／コントローラにおけるコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって設計される。所望の製品のＣＡＤモデルは、一連の２次元データファイル、すなわち２Ｄ層に電子的にスライスされ、それぞれが所望の製品のモデルを介して平面断面を画定する。一連の層を製造することに加えて、層の印刷中のシステムの動作もまた、コンピュータによって規定されなければならない。これは、例えば、経路が層内で交差しないのを確実にするためである。別の例として、印刷中に異なるフィラメント配向を有する層を印刷することが挙げられる。動作制御の命令は、異なるソフトウェアによって実現でき、最も一般的なものは広く使用されている数値制御プログラミング言語のＧコードである。適用可能であれば、印刷ヘッド２０４からの材料の吐出制御２２０に対する命令が、コンピュータ生成命令２０８に含まれる。各層のデータファイルはコンピュータに格納され、最終製品のデジタル画像を提供する。
【００３０】
デジタル画像は、積層造形システム２００において最終製品を製造するために使用される。最終製品を製造するために、層毎のプロセスで材料の複数の層が製造される。第１の印刷層は、基板上に直接堆積され、その後のすべての層は、部品の前の層の上または中に堆積される。第１の層のコンピュータ生成命令２０８は、所望の製品の第１の層を製造するために使用される。第１の層が完成すると、製品の第２の層の製造が開始される。完成した第１の層の上に第２の層が配置される。印刷ストリーム２１６の形態の押出材料は、印刷ヘッド２０４によって第１の層上に堆積され、第２の層を製造する。この手順は、工程を繰り返し、最終製品をレイヤープロセスで構築することによって継続される。最終製品は、図４Ａから図４Ｃに関連してより詳細に説明される枠組み２１４である。
【００３１】
ここで図３を参照すると、フローチャートは、積層造形された部品を充填プロセスと組み合わせて、カスタマイズされたエネルギーシステムまたは反応システムを提供する本発明者らの装置、システム、および方法の実施形態を示す。このフローチャートは、全体的に参照番号３００で示される。フローチャート３００は様々な工程を含み、これらの工程は以下に特定され、説明される。
ＡＭコンポーネント３０２。
作成された枠組み３０４。
所望の材料を充填した枠組み３０６。
使用準備が整った枠組み３０８。
枠組みをそのまま残す３１０。
枠組みを除去する３１２。
追加の工程３１４。
使用準備ができている部品３１６。
【００３２】
本発明者らの装置、システム、および方法の実施形態３００の最初の２つの工程は、（１）ＡＭコンポーネント３０２および（２）作成された枠組み３０４である。これらの２つの工程は、（１）積層造形システム３０２を使用し、（２）積層造形された枠組み３０４を製造するものとしてさらに説明される。積層造形システム３０２を使用する工程は、図１および図２に示すもの、または枠組みを製造するための他の積層造形工程であり得る。枠組み３０４は、図４Ａから図４Ｃに示す枠組みまたは他の枠組みであってもよい。
【００３３】
枠組みを作成する工程３０４の後、工程３０６と３０８との間で決定が行われる。工程３０８では、枠組みは使用の準備ができており、カスタマイズされたエネルギーシステムまたは反応システムを提供することができる。工程３０８が使用される場合、空気は、この多材料部品の第２の材料と考えられる。工程３０６では、枠組みに所望の材料を充填する。
【００３４】
所望の材料を注入した枠組みの工程３０６の後、工程３１０および３１２を選択することができる。工程３１０において、枠組みをそのまま残す。工程３１２において、枠組みが除去される。
【００３５】
工程３１０および３１２の後、部品が追加の工程を必要とする場合、それらは工程３１４で行われ、部品は３１６で使用の準備が整う。様々な実施形態では、部品が完成するまで、任意の数の処理工程を繰り返すことができることを理解されたい。
【００３６】
枠組み３０４は、実施例３００において、カスタマイズされたエネルギーシステムまたは反応システムを提供するために、少なくとも１つの工程で使用される。この装置、システム、および方法は、最終製品の処理において少なくとも２つの別個のコンポーネントを利用し、少なくとも１つの工程は積層造形工程である。プロセス３００の第１のコンポーネントは、積層造形された部品であり、第２のコンポーネントは、第１の積層造形された部品と組み合わされるコンポーネントである。積層造形は、システムの一部を印刷するために使用される。この例では、積層造形されたコンポーネントに材料を追加または除去するために、少なくとも１つの第２の製造工程が含まれる（すなわち、溶融浸透、鋳造、堆積、３Ｄ印刷、化学／熱エッチングなど）。その結果、空気を含む少なくとも２つの材料からなる最終的なエネルギー部品がもたらされる。
【００３７】
ここで図４Ａを参照すると、本発明者らの積層造形システムによって製造された枠組み４００が示される。枠組み４００は、マトリックス４０２内に開口領域４０４を有するマトリックス４０２を含む。充填工程は、システムをエネルギー的にする（すなわち、推進剤、火工品、爆発物、反応性）。マトリックス４０２は、多材料エネルギー部品の不可欠なコンポーネントの１つから作製され得るか、またはマトリックス４０２は、非エネルギー支持材料から作製され得る。
【００３８】
ここで図４Ｂを参照すると、マトリックス４０２内の開口領域４０４を有するマトリックス４０２を有する本発明者らの積層造形システムによって製造された枠組み４００は、カスタマイズされたエネルギーシステムまたは反応システムを提供するために、開口領域４０４内に充填材料４０１と共に示される。充填工程は、開口領域４０４を充填材料４０１で充填する。マトリックス４０２は、多材料エネルギー部品の１つの不可欠なコンポーネントから作られ、充填材料４０１は、多材料エネルギー部品の第２の不可欠なコンポーネントから作られる。充填材料４０１は、システムをエネルギー的にする（すなわち、推進剤、火工品、爆発物、反応性）。
【００３９】
ここで図４Ｃを参照すると、マトリックス４０２内の開口領域４０４を有するマトリックス４０２を有する本発明者らの積層造形システムによって製造された枠組み４００は、カスタマイズされたエネルギーシステムまたは反応システムを提供するために、開口領域４０４内に充填材料４０１および４０３と共に示される。充填工程は、開口領域４０４を充填材料４０１および４０３で充填する。マトリックス４０２は、支持材料で作られる。充填材料４０１は、多材料エネルギー部品の１つの不可欠なコンポーネントであり、充填材４０３は、多材料エネルギー部品の第２の不可欠なコンポーネントから作られる。充填材料４０１および４０３は、システムをエネルギー的にする（すなわち、推進剤、火工品、爆発物、反応性）。
【００４０】
上記の説明は多くの詳細および細部を含むが、これらは本出願の範囲を限定するものではなく、単に装置、システムおよび方法の現在の好ましい実施形態のいくつかの説明を提供するものであると解釈されるべきである。この特許文献に記載され説明されていることに基づいて、他の実装、拡張および変形を行うことができる。本明細書に記載の実施形態の特徴は、方法、装置、モジュール、システム、およびコンピュータプログラム製品のすべての可能な組み合わせで組み合わせることができる。別々の実施形態の文脈でこの特許文献に記載されている特定の特徴は、単一の実施形態で組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で記載されている様々な特徴は、複数の実施形態で別々にまたは任意の適切な副組み合わせで実施することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして説明されていてもよく、当初はそのようにクレームされているものであっても、ある場合には、クレームされた組み合わせからの１つまたは複数の特徴を組み合わせから削除することができてもよく、クレームされた組み合わせは副組み合わせまたは副組み合わせの変形に関してもよい。同様に、動作は、特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい動作を達成するために、示された順序または連続する順序どおりに実行する、あるいは図示されたすべての動作を実行することが必要であると理解すべきではない。さらに、上述の実施形態における様々なシステムコンポーネントの分離は、すべての実施形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではない。
【００４１】
従って、本出願の範囲は、当業者に明らかとなり得る他の実施形態を完全に包含することが理解されるであろう。特許請求の範囲において、単数形の要素への言及は、明示的に述べられていない限り、「１つのみ」を意味するものではなく、むしろ「１つ以上」を意味するものとする。当業者に知られている上記の好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的同等物は、本明細書に参考として明示的に援用され、本特許請求の範囲に包含されることが意図される。さらに、本特許請求の範囲によって包含されるので、機器が、本発明の装置、システム、および方法によって解決すべきそれぞれのすべての問題に対処する必要はない。さらに、本開示における要素またはコンポーネントは、要素またはコンポーネントが請求項において明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、公衆に献上することを意図していない。本明細書の請求項要素は、要素が「手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」の句を使用して明示的に列挙されていない限り、米国特許法第１１２条第６パラグラフの下で解釈されるべきである。
【００４２】
装置、システム、および方法は、様々な修正および代替形態の影響を受け易い場合があるが、特定の実施形態は、図面における例として示され、本明細書で詳細に説明されている。しかしながら、本出願は、開示された特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。むしろ、本出願は、添付の特許請求の範囲によって規定される本出願の趣旨および範囲内に入るすべての修正、均等物および代替物を網羅するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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