(57)【要約】  複合構造物を付加製造する際に用いるためのシステムが開示される。システムは、マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルを含んでよい。システムはまた、複合材料の吐出中にノズルを多次元に移動するように構成された支持体と、吐出中にノズル内に振動を生じるように構成された振動機構を含んでよい。【選択図】図１
2019533586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造システムであって、
マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルと、
前記複合材料の吐出中に前記ノズルを多次元に移動するように構成された支持体と、
吐出中に前記ノズル内に振動を生じるように構成された振動機構と、
を備える付加製造システム。
【請求項２】
マトリクスの硬化を増強するように、吐出中に前記複合材料にエネルギーを誘導するように構成された硬化エンハンサーをさらに含む、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
マトリクスを収容するように構成されたリザーバをさらに含み、
前記ノズルが、前記リザーバから前記マトリクスを受け入れるように構成され、
前記振動機構が、前記リザーバ及び前記ノズルのうちの少なくとも１つに接続される、
請求項２に記載の付加製造システム。
【請求項４】
前記硬化エンハンサーと前記リザーバ及び前記ノズルのうちの少なくとも１つとの間に配置された緩衝装置をさらに含む、請求項３に記載の付加製造システム。
【請求項５】
前記リザーバ及び前記ノズルを少なくとも部分的に取り囲むように構成されたハウジングと、
前記ハウジングと前記リザーバ及び前記ノズルのうちの少なくとも１つとの間に配置された緩衝装置と、
をさらに含む、請求項３に記載の付加製造システム。
【請求項６】
前記振動機構が、不釣合い型のロータリアクチュエータ及びばねにより付勢されるリニアアクチュエータのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の付加製造システム。
【請求項７】
複合材料で製造されるように構造物に関する情報を受信し、
前記情報に基づいて前記振動機構の動作を前記ノズルの運動と協調させる、
ように構成されたコントローラをさらに含む、請求項６に記載の付加製造システム。
【請求項８】
前記振動機構が第１の振動機構であり、
前記付加製造システムが、
前記ノズルに作動的に接続された第２の振動機構と、
前記第１及び第２の振動機構と通信するコントローラと、
をさらに含み、前記コントローラが、前記ノズルの所望の運動をもたらすように、前記第１及び第２の振動機構に協調的に通電するように構成される、
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項９】
前記振動機構が、
前記ノズルの側部に存在するシューと、
前記シューを前記複合材料に付勢するように構成されたばねと、
前記シューを前記ノズルの軸方向に揺らすように構成されたアクチュエータと、
を含む、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１０】
前記振動機構が第１の振動機構であり、
前記付加製造システムが、前記第１の振動機構とは反対側の前記ノズルの側部に作動的に接続された第２の振動機構をさらに含む、
請求項９に記載の付加製造システム。
【請求項１１】
前記第２の振動機構が、
ブレードと、
前記ブレードを前記ノズルの軸方向に付勢するばねと、
前記ブレードを前記ノズルの軸方向に垂直な方向に揺らすように構成されたアクチュエータと、
を含む、請求項１０に記載の付加製造システム。
【請求項１２】
前記ブレードの表面に接続され、前記複合材料と係合するように構成されたラフナーをさらに含む、請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１３】
前記ブレードが、前記ノズルの移動方向にピボット運動するように構成される、請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１４】
前記第１の振動機構が、前記ノズルの移動方向に対して前記ノズルのトレーリングサイドに存在し、
前記第２の振動機構が、前記ノズルのリーディングサイドに存在する、
請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１５】
前記第１の振動機構が、前記第２の振動機構の振動数の約２００〜２５０倍の回数で振動する、請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１６】
付加製造システムであって、
マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルと、
吐出中に前記ノズルを多次元に移動するように構成された支持体と、
前記マトリクスの硬化を増強するように、吐出中に前記複合材料にエネルギーを誘導するように構成された硬化エンハンサーと、
前記ノズルの移動方向に対して、トレーリングサイドで前記ノズルに接続されるシューと、
前記シューを前記ノズルから吐出される複合材料に付勢するように構成された第１のばねと、
前記ノズルの軸方向に前記シューに振動を生じるように構成された第１のアクチュエータと、
リーディングサイドで前記ノズルに接続されるブレードと、
前記ブレードを前記ノズルの軸方向に付勢するように構成された第２のばねと、
前記ノズルの軸方向に垂直な方向に前記ブレードに振動を生じるように構成された第２のアクチュエータと、
を備える付加製造システム。
【請求項１７】
前記ブレードの表面に接続され、前記複合材料と係合するように構成されたラフナーをさらに含む、請求項１６に記載の付加製造システム。
【請求項１８】
前記シューが、前記ブレードの振動数の約２００〜２５０倍の回数で振動する、請求項１６に記載の付加製造システム。
【請求項１９】
付加製造システム用のヘッドであって、
マトリクスを収容するように構成されたリザーバと、
前記リザーバからマトリクスを受け入れ、前記マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルと、
前記ノズルに接続され、前記ノズルの軸方向に振動を生じるように構成された振動機構と、
を備えるヘッド。
【請求項２０】
前記振動機構が、
移動方向に対してトレーリングサイドで前記ノズルに接続されるシューと、
前記シューを前記ノズルから吐出される複合材料に付勢するように構成されたばねと、
振動を生じるように構成されたリニア共振アクチュエータと、
を含む、請求項１９に記載のヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
［0001］  本出願は、そのすべての内容が参照により本明細書に明確に組み込まれる２０１６年１１月４日に出願された米国特許仮出願第６２／４１７，７０９号に基づく優先権の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
［0002］  本開示は、一般に製造システムに関し、より詳細には振動ノズルを有する付加製造システムに関する。
【０００３】
［0003］  押出製造は、連続構造物を生産するための既知のプロセスである。押出製造中、液体マトリクス（例えば、熱硬化性樹脂又は加熱された熱可塑性樹脂）が、所望の断面形状及び寸法を有する金型に押し込まれる。材料は、ダイを出るときに、最終形態に硬化及び固化する（cures and hardens）。一部の用途では、ダイを出る際の液体マトリクスの硬化を加速させるためにＵＶ光及び／又は超音波振動が用いられる。押出製造プロセスにより生産される構造物は、直線形の又は湾曲した外形、一定の断面形状、及び優れた表面仕上げを有すると共に、任意の連続的な長さを有することができる。押出製造は、構造物を連続的に製造するための効率的な方法であり得るものの、結果としての構造物は、一部の用途に必要とされる強度を欠如している場合がある。
【０００４】
［0004］  引抜製造は、高強度の構造物を生産するための既知のプロセスである。引抜製造中、個々の繊維ストランド、ストランドの編組物、及び／又は織物が、液体マトリクス（例えば、熱硬化性樹脂又は加熱された熱可塑性樹脂）で被覆或いは含浸され、固定金型に引き抜かれ、そこで液体マトリクスが最終形態へ硬化及び固化する。押出製造と同様に、一部の引抜用途では、ダイから出る際の液体マトリクスの硬化を加速させるためにＵＶ光及び／又は超音波振動が用いられる。引抜製造プロセスにより生産される構造物は、押出構造物と同じ特性を多く有するとともに、組み込まれた繊維によって増加した強度を有する。引抜製造は、高強度の構造物を連続的に製造するのに効率的な方法であり得るものの、結果としての構造物は、一部の用途に必要とされる形態（形状、サイズ、及び／又は精度）を欠如している場合がある。加えて、従来の引抜技術は、繊維同士の接着不良、繊維の含浸不良、気泡の包含、及び他の関連する問題に悩まされる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［0005］  開示されるシステムは、従来技術の上記の課題の１つ以上及び／又は他の課題に対処することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［0006］  一態様では、本開示は、付加製造システムに向けられる。付加製造システムは、マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルを含んでよい。付加製造システムはまた、複合材料の吐出中にノズルを多次元に移動するように構成された支持体と、吐出中にノズル内に振動を生じるように構成された振動機構を含んでよい。
【０００７】
［0007］  別の態様では、本開示は、別の付加製造システムに向けられる。この付加製造システムは、マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルを含んでよい。付加製造システムはまた、吐出中にノズルを多次元に移動するように構成された支持体と、マトリクスの硬化を増強するために吐出中に複合材料にエネルギーを誘導するように構成された硬化エンハンサーを含んでよい。付加製造システムは、ノズルの移動方向に対してトレーリングサイドでノズルに接続されるシューと、シューをノズルから吐出される複合材料に付勢するように構成された第１のばねと、ノズルの軸方向にシューに振動を生じるように構成された第１のアクチュエータをさらに含んでよい。付加製造システムは、リーディングサイドでノズルに接続されるブレードと、ブレードをノズルの軸方向に付勢するように構成された第２のばねと、ノズルの軸方向に垂直な方向にブレードに振動を生じるように構成された第２のアクチュエータをさらに含んでよい。
【０００８】
［0008］  また別の態様では、本開示は、付加製造システム用のヘッドに向けられる。ヘッドは、マトリクスを収容するように構成されたリザーバと、リザーバからマトリクスを受け入れ、マトリクス及び連続強化材を含む複合材料を吐出するように構成されたノズルを含んでよい。ヘッドはまた、ノズルに接続され、ノズルの軸方向に振動を生じるように構成された少なくとも１つの振動機構を含んでよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】［0009］例示的な開示される製造システムの概略図である。
【図２】例示的な開示される製造システムの概略図である。
【図３】［0010］図１及び図２の製造システムと併せて用いられ得る、例示的な開示されるヘッドの概略図である。
【図４】図１及び図２の製造システムと併せて用いられ得る、例示的な開示されるヘッドの概略図である。
【図５】図１及び図２の製造システムと併せて用いられ得る、例示的な開示されるヘッドの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［0011］  図１及び図２は、任意の所望の断面形状（例えば、円形、多角形など）を有する複合構造物１４を連続的に製造するのに用いられ得る、異なる例示的なシステム１０及び１２を例示する。システム１０、１２のそれぞれは、少なくとも支持体１６及びヘッド１８を含んでよい。ヘッド１８は、支持体１６に結合され、支持体１６により移動されてよい。図１の開示される実施形態では、支持体１６は、結果的に得られる構造物１４の縦軸が三次元であるように、構造物１４の製作中にヘッド１８を複数の方向に移動することができるロボットアームである。図２の実施形態では、支持体１６は、同じく構造物１４の製作中にヘッド１８を複数の方向に移動することができるオーバーヘッドガントリである。両方の実施形態の支持体１６は、６軸運動が可能なものとして示されるが、要望に応じて、ヘッド１８を同じ又は異なる様態で移動することができる任意の他のタイプの支持体１６も用いることができると考えられる。一部の実施形態では、ドライブが、ヘッド１８を支持体１６に機械的に結合してよく、ヘッド１８を移動する及び／又はヘッド１８に電力又は材料を供給するように協働するコンポーネントを含んでよい。
【００１１】
［0012］  ヘッド１８は、マトリクス材料を受け入れる或いは収容するように構成されてよい。マトリクス材料は、硬化可能な任意のタイプのマトリクス材料（例えば、無揮発性の有機化合物樹脂などの液体樹脂、粉末金属など）を含んでよい。例示的な樹脂は、熱硬化性樹脂、シングルパート又はマルチパートのエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオン型エポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性樹脂、フォトポリマー、ポリエポキシド、チオール、アルケン、チオール−エンなどを含む。一実施形態では、ヘッド１８の内部のマトリクス材料は、例えば、対応する導管（図示せず）を介してヘッド１８に流体接続される外部装置（例えば、図示していない押出機又は別のタイプのポンプ）により加圧されてよい。しかしながら、別の実施形態では、同様のタイプの装置によりヘッド１８の完全に内部で圧力を生じさせてよい。さらに他の実施形態では、マトリクス材料は、ヘッド１８を通して重力送りされてよく、及び／又はヘッド１８内で混合されてよい。或る場合には、ヘッド１８の内部のマトリクス材料は、早すぎる硬化を抑制するように低温に及び／又は暗所に保たれる必要があり、一方、他の場合には、マトリクス材料は、同じ理由で温かく保たれる必要があり得る。いずれの状況においても、ヘッド１８は、これらのニーズに応えるために特別に構成（例えば、断熱、冷却、及び／又は加温）されてよい。
【００１２】
［0013］  マトリクス材料は、任意の数の連続強化材（例えば、材料の別個の繊維、トウ、ロービング、及び／又はシート）をコーティングする、包む、或いは取り囲むのに用いられてよく、強化材と一緒に、複合構造物１４の少なくとも一部（例えば、壁）を構成する。強化材は、ヘッド１８内に（例えば、図示していない別個の内部スプール上に）格納されてよく、或いは（例えば、外部スプールから送られて）ヘッド１８を通過してよい。複数の強化材が同時に用いられるとき、強化材は、同じタイプのもので、同じ直径及び断面形状（例えば、円形、四角形、平坦など）を有してよく、又は異なるタイプのもので、異なる直径及び／又は断面形状を有してよい。強化材は、例えば、炭素繊維、植物繊維、木質繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属ワイヤ、オプティカルチューブなどを含んでよい。「強化材」という用語は、ヘッド１８から吐出されるマトリクス材料に少なくとも部分的に包まれることができる、構造型と非構造型との両方の連続材料を包含するように意図されていることに留意されたい。
【００１３】
［0014］  強化材は、要望に応じて、強化材がヘッド１８の内部にある間、強化材がヘッド１８へ移動されている間、及び／又は強化材がヘッド１８から吐出されている間に、マトリクス材料に曝され（例えば、コーティングされ）てよい。マトリクス材料、乾燥した強化材、及び／又はマトリクス材料に既に曝されている強化材（例えば、接液（wetting）強化材）が、当業者には明らかな任意の様態でヘッド１８へ輸送されてよい。
【００１４】
［0015］  １つ以上の硬化エンハンサー（例えば、ＵＶライト、超音波エミッタ、レーザ、ヒータ、触媒ディスペンサなど）２０が、ヘッド１８の近傍に（例えば、その中又は上に）マウントされてよく、ヘッド１８から吐出される際のマトリクス材料の硬化速度及び／又は品質を高めるように構成されてよい。硬化エンハンサー（cure enhance）２０は、構造物１４の形成中に構造物１４の表面をエネルギー（例えば、ＵＶ光、電磁放射線、振動、熱、化学触媒、又は硬化剤など）に選択的に曝すように制御されてよい。エネルギーは、ヘッド１８から吐出される際のマトリクス材料内で起こる化学反応の速度を増加させ、材料を焼結し、材料を固化し、或いは材料を硬化させ得る。図示した実施形態では、硬化エンハンサー２０は、ヘッド１８の中心軸を中心として均等に分布した複数のＬＥＤ（例えば、６つの異なるＬＥＤ）を含む。しかしながら、開示される目的のための及び／又は別の様態で配列された（例えば、不均等に分布した、一列に配列されたなど）任意の数のＬＥＤ又は他のエネルギー源を代替的に用いることもできると考えられる。例えば、一次及び／又は補助硬化エンハンサー２０は、要望に応じて、ヘッド１８の後ろについてくるアーム（図示せず）上に存在することもできる。硬化エンハンサー２０により生じるエネルギーの量は、構造物１４がヘッド１８から離れて所定の長さを超えて軸方向に成長する前にマトリクス材料を硬化させるのに十分であり得る。一実施形態では、構造物１４は、軸方向の成長の長さがマトリクスでコーティングされた強化材の外径に等しくなる前に完全に硬化される。
【００１５】
［0016］  マトリクス材料及び強化材は、ヘッド１８から少なくとも２つの異なる動作モードで吐出されてよい。第１の動作モードにおいて、マトリクス材料及び強化材は、三次元形状の構造物１４を作り出すようヘッド１８が支持体１６により移動される際に、ヘッド１８から押し出しされる（例えば、圧力及び／又は機械的な力の下で押し出される）。第２の動作モードにおいて、少なくとも強化材が、吐出中に強化材に引張応力が生じるように、ヘッド１８から引き抜かれる。この動作モードでは、マトリクス材料は、強化材に付着しており、これにより、同じく強化材と一緒にヘッド１８から引き抜かれ得る、及び／又は、マトリクス材料は、引き抜かれる強化材と一緒に圧力の下でヘッド１８から吐出され得る。マトリクス材料がヘッド１８から引き抜かれる第２の動作モードにおいて、結果的に強化材に生じる張力が、より大きい長さの支持されていない材料がより直線形の軌道を有することも可能にしながら、構造物１４の強度を増加し得る（すなわち、張力は、構造物１４の自立の支持をもたらすように重力の力に対抗して作用し得る）。
【００１６】
［0017］  強化材は、ヘッド１８がアンカーポイント２２から離れる方へ動く結果としてヘッド１８から引き抜かれてよい。特に、構造物の形成の開始時に、或る長さのマトリクスを含浸した強化材が、ヘッド１８から引き抜かれ及び／又は押し出され、アンカーポイント２２上に堆積され、吐出された材料がアンカーポイント２２に付着するように硬化されてよい。その後、ヘッド１８がアンカーポイント２２から離れる方へ移動され、相対運動により強化材がヘッド１８から引き抜かれてよい。ヘッド１８を通る強化材の移動は、要望に応じて（例えば、内部送り機構により）支援することもできることに留意されたい。しかしながら、ヘッド１８からの強化材の吐出速度は、主として、強化材内に張力が生じるようなヘッド１８とアンカーポイント２２との相対運動の結果であり得る。ヘッド１８がアンカーポイント２２から離れる方へ移動されることの代わりに又は加えて、アンカーポイント２２をヘッド１８から離れる方へ移動することもできると考えられる。
【００１７】
［0018］  コントローラ２４が設けられ、支持体１６、ヘッド１８、及び任意の数及びタイプの硬化エンハンサー２０と通信可能に結合されるものとして示される。コントローラ２４は、システム１０及び／又は１２の動作を制御するための手段を含む単一のプロセッサ又は複数のプロセッサを具体化し得る。コントローラ２４は、１つ以上の汎用又は特殊用途プロセッサ又はマイクロプロセッサを含んでよい。コントローラ２４は、例えば、設計限界、性能特徴、操作命令、マトリクス特徴、強化材特徴、構造物１４の特徴、及びシステム１０及び／又は１２の各コンポーネントの対応するパラメータなどのデータを記憶するためのメモリをさらに含んでよく又は関連づけられてよい。電源回路、信号処理回路、ソレノイド／モータドライバ回路、通信回路、及び他の適切な回路を含む種々の他の公知の回路が、コントローラ２４と関連づけられてよい。さらに、コントローラ２４は、有線伝送及び／又は無線伝送を介してシステム１０及び／又は１２の他のコンポーネントと通信することが可能であり得る。
【００１８】
［0019］  １つ以上のマップが、コントローラ２４のメモリに記憶され、構造物１４の製作中に用いられてよい。これらのマップのそれぞれは、ルックアップテーブル、グラフ、及び／又は式の形態のデータのコレクションを含んでよい。開示される実施形態では、マップは、硬化エンハンサー２０、構造物１４内の異なる位置での関連するマトリクス及び／又は関連する強化材の所望の特徴を判定するためにコントローラ２４により用いられる。特徴は、特に、構造物１４内の特定の位置での吐出される強化材及び／又はマトリクスのタイプ、量、及び／又は構成、及び／又は、硬化の量及び／又は位置を含んでよい。次いで、コントローラ２４は、構造物１４が所望の様態で生産されるように、支持体１６の動作（例えば、ヘッド１８の位置及び／又は配向）及び／又はヘッド１８からの材料の吐出（材料のタイプ、材料の所望の性能、材料の架橋要件、吐出速度など）を硬化エンハンサー２０の動作と相互に関係づけてよい。
【００１９】
［0020］  図３及び図４に示すように、コントローラ２４はまた、ヘッド１８に作動的に取り付けられる１つ以上の振動機構２６と通信可能に結合されてよい。コントローラ２４は、機構２６に選択的に通電し、これにより、ヘッド１８を通って吐出される材料の経路内に振動を生じるように構成されてよい。これらの振動は、隣接する繊維を互いに及び／又は構造物１４の既存の表面に強制することにより繊維同士の接着を向上させ；ヘッド１８のノズル部に不要となったマトリクスがない状態を維持する一助となり；強化材が振動数の印加されたマトリクスを通って移動する際に繊維の含浸を増強し；マトリクスからの気泡の脱気を改善し；構造物１４の溝及び空隙へのマトリクスの沈降を改善し得る。これらの事象のすべては、構造物１４の強度及び／又は品質を高め得る。
【００２０】
［0021］  振動機構２６は、特に、コントローラ２４からのコマンドに応答してモータ（例えば、可変周波数モータ）３０により回転駆動される錘（例えば、偏心錘又は釣り合い錘）２８を含んでよい。錘２８は、ヘッド１８のハウジング３２に、マトリクスリザーバ３４に、ノズル３６に、及び／又はヘッド１８の別の適切なコンポーネントに回転式に接続されてよい。錘２８の回転が、結果的にヘッド１８の対応する運動を生じ得る。
【００２１】
［0022］  振動機構２６は、別のタイプの装置を具体化することもできると考えられる。例えば、振動機構２６は、聴覚振動機構（例えば、可変周波数スピーカ）を具体化することもできる。この実施形態では、コントローラ２４は、振動機構２６を可変振動数に選択的に励振し、これにより前述の振動を生じ得る。
【００２２】
［0023］  一部の実施形態では、機構２６により誘起される振動からヘッド１８の一部を少なくとも部分的に分離することが望ましい場合がある（例えば、これらのコンポーネントの寿命を延ばすため及び／又は所望のレベルの安定性又は位置制御を維持するために）。この理由のため、１つ以上の緩衝装置（例えば、ばね、ダシュポット、エラストマーストッパなど）３８が、ヘッド１８内に（例えば、樹脂リザーバ３４内に、樹脂リザーバ３４と硬化エンハンサー２０との間に、樹脂リザーバ３４と支持体１６との間に、硬化エンハンサー２０とハウジング３２との間などに）配置されてよい。
【００２３】
［0024］  図４は、複数の振動機構２６を含むヘッド１８の例示的な構成を示す。この構成では、機構２６は、ノズル３６を少なくとも部分的に取り囲んでよい（例えば、実質的に等間隔に分布した様態で）。例えば、４つの異なる機構２６が、約９０°離れて存在するものとして示される。この構成では、特定の機構２６が、ノズル３６の対応する運動を協調的に引き起こすためにコントローラ２４により同時に通電されてよい。例えば、対向する機構２６（例えば、ノズル３６の対向する側部に存在する機構）又は隣接する機構２６（例えば、ノズル３６の同じ側部に存在する機構）が、同じ方向に、及び／又は同じ又は異なる速度で、又は反対方向に回転するように協調的に通電され、これにより、ノズル３６を上下に振動させること、横方向にシフトさせること、主として一方向に（例えば、先に敷かれた繊維の方へ）移動することなども可能である。加えて、個々の機構２６の振動数が、ノズル３６の異なる運動（例えば、ホップ、ジャンプ、ジグザグなど）を生み出すように選択的に調節されてよい。
【００２４】
［0025］  図５は、ヘッド１８の別の例示的な実施形態を示す。この実施形態では、ノズル３６は、互いに隣接して一列に配列される複数のマトリクスでコーティングされた連続強化材を含む複合材料のリボンを吐出するように構成される。少なくとも１つの振動機構２６が、ヘッド１８に（例えば、ノズル３６のトレーリングサイドで）接続され、吐出するリボンの上に乗り、圧密するように構成されてよい。この実施形態では、振動機構２６は、吐出するリボン上へ（例えば、ばね４２により）下向きに付勢されるシュー４０と、リボンの軌道に垂直な方向に（例えば、ノズル３６の軸方向に）シュー４０の振動を生じる振動アクチュエータ（例えば、リニア共振アクチュエータ）４４を含む。一実施形態では、シュー４０で生じた振動の回数は、超音波範囲内（例えば、少なくとも２０，０００Ｈｚ）であり得る。シュー４０は、強化材の破断を低減する湾曲した前縁と共に、概して平坦な底面を有するものとして示されるが、シュー４０は、要望に応じて、非平面のリボンを生み出す別の形状を有することもできると考えられる（例えば、シュー４０は、ダイとして機能することもできる）。図５のヘッド１８は、要望に応じて、複合材料の単一のトラック、複数の別個のトラック、及び／又はシートを吐出することもできるとも考えられる。
【００２５】
［0026］  一部の用途では、シュー４０の振動モーションは、より複雑にすることが可能であり得る。例えば、ノズル３６の軸方向に振動することに加えて、アクチュエータ４４は、円成分を有する振動を誘起することもできる。組み合わされた下向き振動と円振動は、より効率的な及び／又はより速いノズル３６を通るマトリクスの螺旋状の流れを促進し得る。
【００２６】
［0027］  一実施形態では、さらなる振動機構２６がノズル３６のリーディングサイドに存在してよい。この振動機構２６は、上述のリボンの堆積のために構造物１４の露出面を準備するように構成されてよい。例えば、リーディング振動機構２６は、構造物１４の露出面上へ（例えば、ばね４７により）下向きに付勢されるブレード又はアーム４６と、後続するリボンの軌道に垂直な水平方向に（すなわち、ノズル３６の軸方向に垂直な横方向に）ブレード４６の振動を生じる振動アクチュエータ４４を含んでよい。一実施形態では、ブレード４６で生じた振動の回数は、シュー４０での振動の回数よりもはるかに低い場合がある（例えば、約７５〜１００Ｈｚ）。ブレード４６の前縁４８は、鋭くされてよく、及び／又は構造物１４の露出面内から突き出る不整を切り取るのに用いられる歯を含む。前縁４８は、あらゆる切断された不整がノズル３６の経路から離れる方へ誘導されるように、ノズル３６の移動方向に対して概して垂直に又は斜めに配向することもできると考えられる。一部の実施形態では、表面ラフナー５０（例えば、機械加工されたカーバイドインサート）が、ブレード４６の下部内に形成され或いはこれに接続され、複合材料の新しいリボンの堆積のために構造物１４の露出面をさらに準備するように機能し得る。要望に応じて、ブレード４６及び／又は表面ラフナー５０により発生した屑を除去するのに真空及び／又は加圧されたガス（図示せず）を用いることもできると考えられる。一部の実施形態では、ブレード４６は、ブレード４６と構造物１４との間のハングアップを低減するようにヘッド１８の移動方向にピボット運動してよい。図５に示された振動機構２６の構成は、要望に応じて、ブレード４６及び／又はラフナー５０がリボンを吐出の直後に仕上げるように変更する（例えば、逆にする又は両方ともノズル３６の同じ側で起こるように配置を変える）こともできるとも考えられる。
【００２７】
産業上の利用可能性
［0028］  開示されるシステムは、任意の所望の断面形状、長さ、密度、及び／又は強度を有する複合構造物を連続的に製造するのに用いられてよい。複合構造物は、同じ又は異なるタイプ、直径、形状、構成、及び成分の任意の数の異なる強化材、及び／又は任意の数の異なるマトリクスを含んでよい。加えて、開示されるシステムは、伝統的なシステムに比べて高められた強度及び／又は品質からの恩恵を受け得る。システム１０及び１２の動作をここで詳細に説明する。
【００２８】
［0029］  製造イベントの開始時に、所望の構造物１４に関する情報が、システム１０及び１２に（例えば、支持体１６、ヘッド１８、及び／又は硬化エンハンサー２０の動作の調整を担当するコントローラ２４に）ロードされてよい。この情報は、特に、サイズ（例えば、直径、壁厚、長さなど）、輪郭（例えば、軌道）、表面特徴（例えば、リッジのサイズ、位置、厚さ、長さ；フランジのサイズ、位置、厚さ、長さ；など）、接続部の幾何学的形状（例えば、継手、ティー、スプライスなどの位置及びサイズ）、位置固有のマトリクス条件、位置固有の強化材条件、表面仕上げ条件、圧密要件などを含んでよい。この情報は、要望に応じて、代替的に又は加えて、製造イベント中に異なる時点で及び／又は継続的にシステム１０及び１２にロードされてよいことに留意されたい。
【００２９】
［0030］  コンポーネント情報に基づいて、１つ以上の異なる強化材及び／又はマトリクス材料が、システム１０及び１２へ選択的に導入及び／又は継続的に供給されてよい。一部の実施形態では、強化材は、引っぱり機（図示せず）に及び／又は装着具に（例えば、アンカーポイント２２に）も接続される必要があり得る。マトリクス材料の導入は、ヘッド１８に充填すること及び／又は押出機（図示せず）をヘッド１８に結合することを含んでよい。ヘッド１８は、次いで、マトリクスでコーティングされた強化材が対応するアンカーポイント２２に接して又は対応するアンカーポイント２２上に配置されるように、コントローラ２４の制御の下で支持体１６により移動されてよい。次いで、硬化エンハンサー２０が、強化材を取り囲むマトリクス材料の固化を引き起こすことにより強化材をアンカーポイント２２に結合するように、選択的にアクティブ化されてよい。
【００３０】
［0031］  次いで、コンポーネント情報が、システム１０及び１２の動作を制御するのに用いられてよい。例えば、強化材は、結果的に得られる構造物１４の軸線が所望の軌道（例えば、自由空間、支持されていない、３Ｄ軌道）に従うように、支持体１６がヘッド１８を所望の様態で選択的に移動する間に、ヘッド１８から（マトリクス材料と共に）引き抜かれ及び／又は押し出されてよい。振動機構２６はまた、対応する量の振動エネルギーが所望の位置でヘッド１８へ及び／又はヘッド１８を通過する材料へ誘導されるように、この時点で選択的にアクティブ化されてよいことに留意されたい。前述のように、この振動エネルギーは、繊維同士の接着を向上させる、ノズル３６に不要となった樹脂がない状態を維持する（すなわち、ノズル３６の先端でのマトリクスの堆積を抑制する）、繊維の含浸（すなわち、強化材の接液（wetting））を増強する、及び／又は樹脂の沈降を改善する一助となり得る。加えて、振動エネルギーは、ノズル３６を上下に振動させ、横方向にシフトさせ、主として一方向に移動し、ホップさせ、ジャンプさせ、ジグザグ運動などをさせ得る。構造物１４が所望の長さに成長すると、構造物１４は、ヘッド１８から任意の所望の様態で接続解除（例えば、切断）されてよい。
【００３１】
［0032］  開示されるシステム及びヘッドに種々の修正及び変形をなすことができることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、本明細書の考察と開示されるシステム及びヘッドの実施から当業者には明白であろう。例えば、振動機構２６は、リザーバ３４内でマトリクスを（例えば、細断された又はフレークにされた繊維、触媒又は硬化剤などと）混合するのに追加で用いられることが可能であり得る。本明細書及び例は、単なる例示と考えられることが意図され、その真の範囲は、以下の請求項及びそれらの均等物により示される。
【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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【国際調査報告】
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