(57)【要約】      （修正有）【課題】微小重力、高振動環境または、外部の力が変化する環境などの種々の外部力環境において操作可能な付加的製造装置の提供。【解決手段】作動中に作製されている部品とエクストルーダ１０４との間の距離を一定に維持し、エクストルーダの位置に基づき材料の流量を規制するようにする。【選択図】図１
2019031093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小重力環境において部品を作成するよう作動可能な付加的製造装置１００であって、
供給材料を含む供給材料ソース１０６と、
前記供給材料ソース１０６から前記供給材料の一部を受けるように構成された材料接合コンポーネント１０４とを含み、前記材料接合コンポーネント１０４は、部品作成命令に従い受けた供給材料の一部の各々を位置決めし、接合するようになっており、
前記部品作成命令に従って、前記材料接合コンポーネント１０４を位置決めするように構成された、材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２と、
前記部品作成命令に従って内部で部品が作成される造形空間とを更に備える、付加的製造装置１００。
【請求項２】
前記材料接合コンポーネント１０４は、前記受けた供給材料の一部の各々で状態変化を生じさせ、前記供給材料の変化した部分の位置決めを行うことにより、前記部品作成命令に従って、前記受けた供給材料の一部の各々を接合する請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項３】
前記供給材料ソース１０６は、前記材料積層コンポーネント１０４内に供給されるフィラメント８０２を含み、前記材料接合コンポーネント１０４は、前記受けた供給材料の一部の各々を融点まで加熱し、前記受けた供給材料の一部の加熱された各々を位置決めすることにより、前記部品作成命令に従って前記受けた供給材料の一部の各々を接合する、請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項４】
前記フィラメント８０２は、ポリマーフィラメントである、請求項３記載の付加的製造装置１００。
【請求項５】
前記フィラメント８０２は、金属フィラメントである、請求項３記載の付加的製造装置１００。
【請求項６】
前記供給材料ソース１０６は、前記付加的製造装置１００に取り外し自在に取り付けられた供給材料カートリッジであって、前記供給材料カートリッジは、前記フィラメント８０２を収納し、フィラメントスプール７０６から前記フィラメント８０２を繰り出すようになっており、この供給材料カートリッジは、
前記フィラメント繰り出し開口部を有するケーシングと、
前記ケーシングに接続された車軸２９０６に回転自在に接続され、前記フィラメント８０２を含む前記フィラメントスプール７０６と、
前記ケーシング内の前記フィラメント８０２を受け、前記フィラメント繰り出し開口部を通し、前記材料積層コンポーネント１０４に近い位置まで前記フィラメント８０２をガイドするフィラメントガイドチューブ７１６と、
前記付加的製造装置１００に前記供給材料ソース１０６を取り外し自在に取り付けるように構成された少なくとも１つの接続機構２８０２とを備える、請求項３記載の付加的製造装置１００。
【請求項７】
前記供給材料カートリッジ１０６は、供給モータ７０８を更に含み、前記供給モータ７０８は、前記フィラメント８０２に接触し、前記フィラメント８０２を繰り出すように構成されている、請求項６記載の付加的製造装置１００。
【請求項８】
前記フィラメント繰り出し開口部は、側面パネルの中心に位置し、前記フィラメント８０２は、繰り出しのために前記車軸２９０６を貫通する、請求項６記載の付加的製造装置。
【請求項９】
前記車軸２９０６内に位置する供給モータ７０８を更に含み、前記供給モータ７０８は、前記フィラメント８０２に接触し、前記フィラメント８０２を繰り出すように構成されている、請求項８記載の付加的製造装置１００。
【請求項１０】
前記供給材料カートリッジ１０６は、フィラメントガイドチューブモニターを更に含み、前記フィラメントガイドチューブモータは、前記フィラメントガイドチューブ７１６内でのフィラメントの切断が検出されると、前記供給モータの作動を中止するようになっている、請求項６記載の付加的製造装置１００。
【請求項１１】
前記材料積層コンポーネント１０４と、前記材料位置決めシステム１０２と、前記造形空間とを収納する密閉空間を有する密閉体１１４を更に含み、前記密閉体１１４は、アクセスドア１２８を含む、請求項１の付加的製造装置１００。
【請求項１２】
前記密閉体１１４は、前記供給材料ソース１０６を受け、これに取り外し自在に接続するように構成された供給材料ソースレセプタクル２０２を含む、請求項１１記載の付加的製造装置１００。
【請求項１３】
前記密閉体１１４は、気密性である、請求項１１記載の付加的製造装置１００。
【請求項１４】
密閉空間環境を規制するように構成された環境制御ユニット１０８を更に含む、請求項１３記載の付加的製造装置１００。
【請求項１５】
前記環境制御ユニット１０８は、前記密閉制御空間内に位置し、少なくとも１つのフィルタ６７０２および少なくとも１つのファン６１０２を含む、請求項１４記載の付加的製造装置１００。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのフィルタ６７０２は、前記密閉空間の内部から手で交換することができる、請求項１５記載の付加的製造装置１００。
【請求項１７】
前記環境制御ユニット１０８は、内部空気温度制御装置６８０２を更に含み、前記内部空気温度制御装置６８０２は、少なくとも１つの加熱要素６９０４およびラジエータ６８０６を有する、請求項１５記載の付加的製造装置１００。
【請求項１８】
前記環境制御ユニット１０８は、前記環境制御ユニット１０８の少なくとも一部を通過する空気流量を規制するように構成されたシャッタアセンブリ６２０４を更に含む、請求項１５記載の付加的製造装置１００。
【請求項１９】
前記密閉体１１４全体に位置する複数の温度センサを更に含み、前記複数のセンサは、少なくとも１つの制御回路に通信可能に結合されており、前記少なくなくとも１つの制御回路は、前記複数の温度センサのうちの最小個数のセンサが作動範囲外の温度を検出すると、付加的製造装置の作動を中止させる、請求項１１記載の付加的製造装置１００。
【請求項２０】
前記複数の温度センサの最小個数は、２個以上である、請求項１９記載の付加的製造装置１００。
【請求項２１】
前記材料積層コンポーネント１０４は、フィラメントエクストルーダである請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項２２】
前記エクストルーダ１０４は、交換可能であり、かつモジュールである、請求項２１記載の付加的製造装置１００。
【請求項２３】
前記エクストルーダ１０４は、前記材料積層位置決めシステム１０２から前記エクストルーダ１０４を手で取り外し自在に取り付けるよう作動できるレリース部を含む、請求項２２記載の付加的製造装置１００。
【請求項２４】
前記レリース部は、
押しボタン蟻継レリース３６０２と、
ロッキングタング３４０４を有する蟻継クリップ３４０２とを含み、
前記材料積層位置決めシステム１０２は、前記蟻継クリップ３４０２を取り外し自在に受け、前記エクストルーダ１０４を取り付けるように構成されたエクストルーダブラケット３８０４を含む、請求項２３記載の付加的製造装置１００。
【請求項２５】
前記エクストルーダ１０４は、前記付加的製造装置１００の別の部分に対する前記エクストルーダの位置を決定するように構成された少なくとも１つの位置センサを更に含む、請求項２１の付加的製造装置１００。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの位置センサは、前記エクストルーダ１０４の底部部分に取り付けられており、造形表面に対する前記エクストルーダの位置を決定するように構成され、誘導性センサ４１０２、容量性センサ４１０４およびレーザセンサ４１０６のうちの１つである、請求項２５記載の付加的製造装置１００。
【請求項２７】
前記エクストルーダ１０４は、前記フィラメント８０２を受け、前記フィラメント８０２を前記エクストルーダ１０４の内部にガイドするためのフィラメントガイド３４１０を更に備え、前記フィラメントガイド３４１０は、
前記供給材料ソース１０６に向かって角度の付いたフレア状のガイド開口部３４０８と、
前記ガイド開口部３４０８から前記フィラメント８０２を受ける一体的な内側チャンネルを備えたガイド本体３４０６とを含み、前記ガイド本体３４０６は湾曲した端部部分まで上方に延び、前記湾曲した端部部分は下方に向かって湾曲し、前記フィラメント８０２を前記エクストルーダ１０４内にガイドする、請求項１９記載の付加的製造装置１００。
【請求項２８】
前記フィラメントガイド３４１０は、エクストルーダ１０４の上方の正面部分に位置する、請求項２７の付加的製造装置１００。
【請求項２９】
前記材料積層位置決めシステム１０２は、造形プラットフォームアセンブリ１１２および材料積層コンポーネント１０４のうちの１つを操作するようになっている複数のリニアアクチュエータを含み、前記リニアアクチュエータの各々は、
リニアアクチュエータモータと、
前記モータに作動的に接続されたネジ駆動式リニアレールと、
前記リニアレールに移動できるように接続しているキャリッジとを備え、
前記リニアアクチュエータの各々は、前記付加的製造装置１００の共通表面に接続されている、請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項３０】
前記複数のリニアアクチュエータは、
前記付加的製造装置１００のバックプレート１３０に接続された、第１の垂直に配向するリニアアクチュエータ１１０２ａと、
前記付加的製造装置１００の前記バックプレート１３０に接続された、第２の垂直に配向するリニアアクチュエータ１１０２ｂと、
第１の端部部分で第１の垂直に配向されたリニアアクチュエータのキャリッジおよび第２の端部部分で第２の垂直に配向するリニアアクチュエータのキャリッジに垂直に移動できるよう接続された水平配向材料積層コンポーネントのリニアアクチュエータ１１０４と、
前記付加的製造装置１００の前記バックプレート１３０に接続され、これより接線方向に延びる造形プラットフォームアセンブリのリニアアクチュエータ１１０６と、であり、
前記材料積層コンポーネント１０４は、前記水平配向材料積層コンポーネントのリニアアクチュエータのキャリッジに水平移動可能に接続されており、前記材料積層コンポーネント１０４は、前記水平配向材料積層コンポーネントのリニアアクチュエータのキャリッジに水平移動可能に接続されており、前記水平配向材料積層コンポーネントのリニアアクチュエータ１１０４は、前記付加的製造装置の前記バックプレート１３０に接続されており、
造形プラットフォームのリニアアクチュエータのキャリッジ１１１６には造形プラットフォームアセンブリ１１２が移動可能に接続されている、請求項２９記載の付加的製造装置１００。
【請求項３１】
前記複数のリニアアクチュエータは、
前記付加的製造装置１００のバックプレート１２４に接続された水平配向リニアアクチュエータ１１０６と、
水平方向に移動可能に前記水平配向リニアアクチュエータのキャリッジ５２０６に接続され、前記水平配向リニアアクチュエータのキャリッジ５２０６から接線方向に延びる水平に配向された材料積層コンポーネントのリニアアクチュエータ１１０２と、
前記付加的製造装置のバックプレート１２４に接続された垂直に配向する造形プラットフォームアセンブリのリニアアクチュエータ１１０４と、であり
前記材料積層コンポーネント１０４は、水平配向材料積層コンポーネントリニアアクチュエータのキャリッジ５２０４に水平に移動可能に接続されており、
前記造形プラットフォームアセンブリ１１２は、前記造形プラットフォームアセンブリのリニアアクチュエータのキャリッジ５２０２に移動可能に接続されている、請求項２９記載の付加的製造装置１００。
【請求項３２】
造形空間内に移動可能に配置された造形プラットフォームアセンブリ１１２を更に含み、前記造形プラットフォームアセンブリは、
造形プラットフォーム５３０６と、
前記造形プラットフォームの下面に接触し、前記造形プラットフォーム５３０６を水平にするようになっている複数の整合機構５４０４と、を含み、
前記複数の整合機構５４０４は、部品作成中に前記造形プラットフォーム５３０６の配向を調節する、請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項３３】
前記造形プラットフォームアセンブリ１１２は、
第１端部部分で材料積層位置決めシステム１０２に接続され、第１造形プラットフォーム受け器チャンネル５３１０ａおよび第２造形プラットフォーム受け器チャネル５３１０ｂを介し第２端部部分で移動できるように造形プラットフォームアセンブリ１１２を取り外し自在に受ける造形プラットフォーム受け器５３０２を更に含み、
前記複数の整合機構５４０４は、前記造形プラットフォーム受け器５３０２内に位置する、請求項３２記載の付加的製造装置１００。
【請求項３４】
前記第１造形プラットフォーム受け器チャネル５３１０ａおよび前記第２造形プラットフォームチャンネル５３１０ｂの各々は、前記造形プラットフォーム５３０６に接触し、これを横方向に安定化するよう構成されたスプリングバー５４０２を含む請求項３３記載の付加的製造装置１００。
【請求項３５】
前記供給材料は、
ポリマー、金属、無機原料、有機材料のうちの１つである請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項３６】
前記供給材料は、ポリマー、金属、無機原料、有機材料のうちの少なくとも２つの組合せである、請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項３７】
電源と熱制御回路を含む制御電子回路１１０を更に備え、前記熱制御回路と前記電源とは電気的にアイソレートされている請求項１記載の付加的製造装置１００。
【請求項３８】
前記制御電子回路１１０は、エッジコネクターを有する少なくとも１枚のカードに収容され、取り外し自在となっている請求項３７記載の付加的製造装置１００。
【請求項３９】
前記制御電子回路１１０は、初期化シーケンス中にエクストルーダのノズル９０２の加熱速度を制御するように構成されたＰＩＤコントローラを含む、請求項３７記載の付加的製造装置１００。
【請求項４０】
前記初期化シーケンスは、前記初期化シーケンスのうちの最初の３分間の間で前記エクストルーダのノズル９０２に６０パーセントのパワーを供給する、請求項３９記載の付加的製造装置１００。
【請求項４１】
微小重力環境において部品を作成できるように作動する付加的製造装置１００であって、前記付加的製造装置１００は、
密閉空間を有し、正面密閉壁１２６に位置するアクセスドア１２８を備え、電磁妨害を防止するようになっている密閉体１１４と、
前記密閉空間内に位置し、密閉空間環境を調節する環境制御ユニット１０８と、
ＡＢＳプラスティックフィラメントを含み、前記密閉体１１４内で供給材料ソースレセプタクル２０２に取り外し自在に接続された取り外し自在な供給材料ソース１０６と、
前記供給材料ソース１０６から供給材料を受けるように構成された、取り外し自在なＡＢＳプラスティックフィラメントのエクストルーダ１０４のコンポーネントと、
前記造形空間内で移動できるように位置決めされた造形プラットフォームアセンブリ１１２と、
部品作成命令に従って、前記前記エクストルーダ１０４を位置決めするよう構成されたトラバースシステム１０２と、を含み、
前記エクストルーダ１０４は、受けた前記供給材料を供給材料の融点まで加熱し、前記部品作成命令に従って前記加熱された供給材料を積層し、前記エクストルーダ１０４は、前記付加的製造装置１００から前記エクストルーダ１０４を手で取り外し自在に取り外すことができるレリース（部）を含み、
前記造形プラットアセンブリ１１２は、
造形プラットフォーム５３０６と、
造形プラットフォームの下面に接触し、前記造形プラットフォーム５３０６を水平化するようになっており、部品作成中に前記造形プラットフォーム５３０６の配向を調節する複数の整合機構５４０４とを含み、
前記トラバースシステム１０２は、造形プラットフォームアセンブリ１１２、およびエクストルーダ１０４のうちの１つを操作するようになっている複数のリニアアクチュエータを含み、
これらリニアアクチュエータの各々は、
リニアアクチュエータモータと、
前記モータに作動的に接続されたネジ駆動式リニアレールと、
前記リニアレールへ移動できるように接続しているキャリッジとを含み、
前記密閉体１１４は、前記エクストルーダ１０４、前記トラバースシステム１０２および造形プラットフォームアセンブリ１１２を含み、
前記リニアアクチュエータの各々は、前記付加的製造装置１００の共通面１２４に接続されている、付加的製造装置１００。
【請求項４２】
供給材料を含む供給材料ソース１０６と、前記供給材料ソース１０６から前記供給材料を受けるように構成された材料積層コンポーネント１０４とを備え、前記材料積層コンポーネント１０４は、部品作成命令に従って、前記受けた供給材料を供給材料の融点まで加熱し、前記供給材料を積層するようになっており、前記部品作成命令に従って前記材料積層コンポーネント１０４を位置決めするように構成された材料積層位置決めシステム１０２と、前記部品作成命令に従って、内部で部品が作成される造形空間とを更に備える、付加的製造装置１００を利用して微小重力環境内で部品を付加的に製造する方法であって、
（ａ）遠隔ソースから前記部品作成命令を受けるステップと
（ｂ）前記付加的製造装置１００に少なくとも前記部品作成命令の一部を供給するステップと、
（ｃ）前記部品作成命令に従い、前記材料積層コンポーネント１０４および前記材料積層位置決めシステム１０２によって部品を作成するステップとを備えた、付加的製造装置１００を利用して微小重力環境内で部品を付加的に製造する方法。
【請求項４３】
供給材料を含む供給材料ソース１０６と、
前記供給材料ソース１０６から供給材料を受けるように構成された材料接合コンポーネント１０４とを備え、前記材料接合コンポーネント１０４は、部品作成命令に従って、前記受けた供給材料の一部の各々を前記供給材料の融点まで加熱し、前記供給材料の前記加熱された各々を位置決めするようになっており、前記部品作成命令に従って前記材料接合コンポーネント１０４を位置決めするように構成された材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２と、前記部品作成命令に従って、内部で部品が作成される造形空間とを更に備える、微小重力環境内で部品を付加的に製造するよう作動する付加的製造装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本出願は、「種々の環境のために構成された付加的製造装置」を発明の名称として２０１３年１０月２１日に出願された、米国仮特許出願第６１／８９３，２８６号に基づく優先権を主張するものであり、本願ではその開示内容全体を参考として援用するものである。
【０００２】
（米国政府によって援助された研究開発に関する記述）
本発明は、アメリカ航空宇宙局によって授与された、契約番号ＮＮＸ１２ＣＥ７７Ｐ、ＮＮＸ１３ＣＭ０１ＣおよびＮＮＭ１３ＡＡ０２Ｃに基づく政府援助でなされたものであり、米国政府は、本発明において所定の権利を有するものである。
【０００３】
（開示の分野）
本明細書は、一般に製造技術に関するものであり、より詳細には、極限環境、微小重力環境、地上環境、自由落下環境、海上環境、力可変環境および他の制御環境下での付加的製造のための製品に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
付加的製造技術は、物体、構造物、その部品、試作品、交換部品、実験部品および当座しのぎのアイテムの迅速な製造を可能にするものであり、かかるアイテムは、宇宙、天体上、海上船舶上、水面下および遠隔環境のような過酷な環境内で役立つことができる。しかしながら、現在の付加的製造装置は、かかる過酷な環境内では機能することができない。その理由は、特に（例えば、軌道に乗っている宇宙ステーションでの）無重力状態、（例えば、海上船舶、潜水艦での）高低周波数の振動、（例えば、荒波による海上船舶の揺れおよび突き当りのような）予測不能な衝撃および（例えば、放物線状の航空機の飛行、潜水艦の浮上または潜行中の）造形軸線に対するピッチングまたは重力のその他の変化にある。
【０００５】
現在の付加的製造装置が、部品製造に成功できるには、製造中にわたって平坦で、安定した、重力が均一な環境が一般に必要である。しかしながら、かかる条件は、宇宙、他の惑星および天体上またはそのまわり、または宇宙船、航空機、（潜水艦を含む）上の船舶上、またはその他の極限環境内には存在しない。
【０００６】
地上の製造装置は，付加的方法により種々の部品を製造できる。すなわち、所望する物体を形成するために、材料を遂次接着したり、または別の方法で機械的にまたは化学的に接合したりする。ある種の付加的製造装置、例えば溶着積層（堆積）モデリング（ＦＤＭ）装置は、部品製造のために熱可塑性プラスチックのソースを利用した。これらのＦＤＭ装置は、Ｚ軸内に位置決めできる、水平に配向された造形テーブルと、所望する場合、Ｘ／Ｙ平面に配置できる押し出しノズルとを含むことが多い。位置決めは、ウォームギヤ、ベルトドライブなどによって制御される。かかる装置は、付加的製造装置の位置決めの一部を促進するが、微小重力環境、高振動環境内では、滑りおよび移動の影響を受けやすい。押し出しノズルは、位置決めされ、供給された熱可塑性プラスチックを溶融する温度まで加熱される。熱可塑性プラスチックは、ノズルを通して供給され、部品の一部を形成するように所定の位置にて所望する量の溶融状態のプラスチックが積層される。微小重力環境では、ＦＤＭ装置は、造形テーブルに対して押し出しノズルを適正に配置することができず、その結果部品製造に失敗することがある。押し出しノズルを通過する材料を一貫した流量に維持することもさらに複雑となり得る。また溶融状態の熱可塑性プラスチックすなわち供給材料を下方に保持する有効な外力がないことに起因して材料が所望する位置に付着する前に材料がずれたり、浮き上がって離れてしまうこともある。同様に、高振動環境では、地上の付加的製造装置は、造形エリアに対する押し出しノズルまたは他の材料積層手段の位置を安定させることができないし、溶融材料の一貫した流量を得ることができないので、部品を一貫して作成することもできない。
【０００７】
上記を考慮すれば、過酷な環境、例えば宇宙、海上の船舶、水中および遠隔環境で機能する、付加的製造装置が必要とされている。
【０００８】
（概要）
この概要は、発明の概念の選択を説明するために記載したものである。
これらの概念は、下記の発明の詳細な説明の章にさらに記載する。この概要は、この詳細な説明の要旨の主な特徴事項または本質的な特徴事項を識別するためのものでもないし、開示した要旨の範囲を決定するための補助するものでもない。
【発明の概要】
【０００９】
現在開示の態様は、過酷な環境、例えば、宇宙、天体（地球、月、小惑星）、海上の船舶、水面下および遠隔環境で、付加的製造を可能にする装置、システムおよび方法によって上記のニーズを満たすものである。
【００１０】
１つの態様によれば、非伝統的な環境、例えば、宇宙、海上船舶での環境、水中環境および／または遠隔環境において操作可能な付加的製造装置が開示される。この付加的製造装置は、エクストルーダ（押し出し機）と、エクストルーダにフィラメントを供給する供給材料ソースと、トラバース（横行）システムと、環境制御ユニットと、密閉された造形環境と、制御電子回路と、造形プラットフォームアセンブリとを含む。作動中、造形プラットフォームの位置は、エクストルーダの位置に対して正確に制御され、維持される。ある態様では、エクストルーダは、製造中の部品および／または造形プラットフォームの位置を検出するセンサを含む。部品に付加される材料の位置が正確で一貫していることを保証するために部品の作成中にエクストルーダおよび／または造形プラットフォームの位置をアクティビティに調節するデータが、制御電子回路に中継される。付加される材料が適正な位置に置かれ、凝固することを保証するためには、大規模で一定の外部応力（例えば重力）の助けを必要とせず、作成中の部品および／または造形プラットフォームに対するエクストルーダの正確な位置決めを維持することが、不可欠である。いくつかの態様では、作成中の部品とエクストルーダとの間の距離が長すぎる場合、溶融状態の供給材料が浮き上がって正しく位置しなくなったり、または造形空間から漏れたりすることもある。したがって、本開示の部分に記載の装置は、作動中に作成されている部品とエクストルーダとの間の距離を一定に維持し、エクストルーダの位置に基づき材料の流量を規制するようになっている。
【００１１】
いくつかの態様では、トラバースシステムが、エクストルーダおよび造形プラットフォームの相対的位置決めを制御する。トラバースシステムは、付属のキャリッジの１ミリメートル以下の位置決めが可能な３つのリニアアクチュエータを含むことができる。かかるリニアアクチュエータは、微小重力環境でキャリッジの位置を厳格に保持し、それによって、エクストルーダおよび造形プラットフォームの所望する相対的位置を維持し、例えば宇宙船、宇宙ステーション、衛星などでの部品の作成を可能にする。いくつかの態様では、リニアアクチュエータは耐振動性となっている。かかる態様では、付加的製造装置は、高振動環境、例えば海上の船舶、潜水艦またはその他の同様なものでの環境で作動できる。
【００１２】
特定の部品を、遠隔位置またはアクセス不能な位置へ送る必要がないか、発射時にストックする必要がないので、かかる環境で部品を製造することは有利である。もっと正確に述べれば、供給材料だけを供給するだけでよい。また、本開示に記載の付加的製造装置は、所望する部品、例えば物体、構造物、消耗部品、交換部品、実験部品、間に合わせ修理部品、上記のもののうちのいずれかの一部を作成できる。
【００１３】
その他の特徴および利点として、本開示に従う装置は、プラスチック、金属、有機材料、無機材料またはこれら材料の組合せから部品の作成を可能にする。かかる部品は、微小重力環境、例えば軌道上または他のどこかの場所で作成できる。かかる製造は、オン・デマンドでの部品の製造を容易にし、部品が地上の製造設備または他の位置から運ばれるのを待たなくてもよいようにできる。かかる装置は、カスタム緊急装置を製造し、かつ誤動作している装置の迅速な修理を可能にするよう使用できる。新しい部品の作成により、宇宙にある装置を容易にアップグレードできる。
【００１４】
宇宙で作動する付加的製造装置は、無重力状態で精密部品（例えば、ボールベアリング、燃料電池部品など）を製造できる能力により、地上での多くの用途も有する。
【００１５】
再供給ミッションは、軌道での滞在を延長できるが、軌道にある宇宙ステーションに荷物を送ることに常に成功できるわけではない。かかるステーションにある本開示に記載の付加的製造装置は、必要とされる再供給ミッションの回数を減らして、送られる量を潜在的に低減し、必要な場合に部品および装置を製造できる能力により、冗長性を高めることができる。
【００１６】
ある態様によれば、本開示に記載の付加的製造装置は、遠心分離機または同様な装置と共に使用すると、外部応力を発生できる。
【００１７】
地球への依存性を低くできる能力により、将来の宇宙船が同様のシステムを利用することを可能にし、月、火星、またはそれを超える地点への宇宙旅行を可能にできる。本開示の態様は、宇宙での宇宙船の製造および組み立てを可能にし、その結果としてコストの節約および時間の大幅な短縮を容易にできる。
【００１８】
以下添付図面を参照し、本開示の上記以外の特徴および利点だけでなく本開示の種々の態様の構造および作動についても詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
添付図面を参照すれば、以下記載した詳細な説明から本開示の特徴および利点が明らかとなろうが、添付図面では同様な参照番号は、同一または機能的に同様な要素を示す。
【００２０】
【図１】本開示の態様によって、微小重力を含む力および重力の環境の種類において作動可能な付加的製造装置の分解斜視図である。
【００２１】
【図２】図１に示された付加的製造装置の分解斜視図である。
【００２２】
【図３】図１の付加的製造装置の側面図である。
【００２３】
【図４】図１の付加的製造装置の斜視図である。
【００２４】
【図５】本開示の態様による、付加的製造装置によって利用される供給材料カートリッジの斜視図である。
【００２５】
【図６】図５の供給材料カートリッジの平面図である。
【００２６】
【図７】図５の供給材料カートリッジの分解斜視図である。
【００２７】
【図８】本開示の態様による、付加的製造装置のエクストルーダの斜視図である。
【００２８】
【図９】図８のエクストルーダの平面図である。
【００２９】
【図１０】図８のエクストルーダの分解斜視図である。
【００３０】
【図１１】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のトラバースシステムの斜視図である。
【００３１】
【図１２】図１１のトラバースシステムの正面図である。
【００３２】
【図１３】図１１のトラバースシステムの底面図である。
【００３３】
【図１４】図１１のトラバースシステムの側面図である。
【００３４】
【図１５】図１１のトラバースシステムの分解組立図である。
【００３５】
【図１６】本開示上の種々の態様による、付加的製造装置のための造形（ビルド）プラットフォームアセンブリの斜視図である。
【００３６】
【図１７】図１６の造形プラットフォームアセンブリの下面図である。
【００３７】
【図１８】本開示の種々の態様による、制御環境中で作動する付加的製造装置用の環境制御ユニットの斜視図である。
【００３８】
【図１９】図１８の環境制御ユニットの正面図である。
【００３９】
【図２０】図１８の環境制御ユニットの分解図である。
【００４０】
【図２１】本開示の種々の態様による、付加的製造装置の電源および電子制御ユニットの斜視図である。
【００４１】
【図２２】本開示の種々の態様による、種々の力の環境および微小重力を含む重力環境で作動可能な、外部電源を有する付加的製造装置の斜視図である。
【００４２】
【図２３】図２２の付加的製造装置の正面図である。
【００４３】
【図２４】図２２の付加的製造装置の分解斜視図である。
【００４４】
【図２５】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のトラバースシステム、取り付けられたエクストルーダ、造形テーブルアセンブリ、バックプレートの斜視図である。
【００４５】
【図２６】図２５のトラバースシステムおよび接続されているコンポーネントの側面図である。
【００４６】
【図２７】図２５のトラバースシステムおよび接続されているコンポーネントの正面図である。
【００４７】
【図２８】本開示の種々の態様による、カバーが省略された付加的製造装置のための供給材料カートリッジの斜視図である。
【００４８】
【図２９】図２８の供給材料カートリッジの分解斜視図である。
【００４９】
【図３０】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のための供給材料カートリッジの斜視図である。
【００５０】
【図３１】図３０の供給材料カートリッジの分解斜視図である。
【００５１】
【図３２】本開示の種々の態様による、中央開口部からフィラメントを繰り出す、付加的製造装置のための供給材料カートリッジの斜視図である。
【００５２】
【図３３】図３２の供給材料カートリッジの分解斜視図である。
【００５３】
【図３４】本開示の種々の態様による、クイックレリース機構を有する付加的製造装置エクストルーダの斜視図である。
【００５４】
【図３５】図３４のエクストルーダの側面図である。
【００５５】
【図３６】図３４のエクストルーダの正面図である。
【００５６】
【図３７】図３４のエクストルーダの平面図である。
【００５７】
【図３８】図３４のエクストルーダの分解斜視図である。
【００５８】
【図３９】図３４のエクストルーダの後部斜視図である。
【００５９】
【図４０】本開示の種々の態様による、付加的製造装置内のエクストルーダのためのクイックレリースアセンブリを構成するコンポーネントの分解斜視図である。
【００６０】
【図４１Ａ】本開示の種々の態様による、付加的製造装置中の造形（ビルド）プラットフォームまたは造形プラットフォームアセンブリの位置を検知するセンサを構成するエクストルーダの下面図である。
【図４１Ｂ】本開示の種々の態様による、付加的製造装置中の造形（ビルド）プラットフォームまたは造形プラットフォームアセンブリの位置を検知するセンサを構成するエクストルーダの下面図である。
【図４１Ｃ】本開示の種々の態様による、付加的製造装置中の造形（ビルド）プラットフォームまたは造形プラットフォームアセンブリの位置を検知するセンサを構成するエクストルーダの下面図である。
【００６１】
【図４２】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダの斜視図である。
【００６２】
【図４３】図４２のエクストルーダの分解斜視図である。
【００６３】
【図４４】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダの斜視図である。
【００６４】
【図４５】図４４のエクストルーダの分解斜視図である。
【００６５】
【図４６】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダの斜視図である。
【００６６】
【図４７】図４６のエクストルーダの分解斜視図である。
【００６７】
【図４８】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダの斜視図である。
【００６８】
【図４９】本開示の種々の態様による、モータとモータマウントが省略された、フィラメント駆動機構を示す図４８のエクストルーダの平面図である。
【００６９】
【図５０Ａ】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダ内のフィラメントをガイドし、フィラメントに張力を与えるのに有効なフィラメント保持装置の図である。
【図５０Ｂ】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダ内のフィラメントをガイドし、フィラメントに張力を与えるのに有効なフィラメント保持装置の図である。
【図５０Ｃ】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダ内のフィラメントをガイドし、フィラメントに張力を与えるのに有効なフィラメント保持装置の図である。
【００７０】
【図５１】本開示の種々の態様による、付加的製造装置のトラバースシステムの斜視図である。
【００７１】
【図５２】図５１のトラバースシステムの分解斜視図である。
【００７２】
【図５３】本開示の種々の態様による、取外し可能な造形テーブルを有する付加的製造装置の造形プラットフォームアセンブリの斜視図である。
【００７３】
【図５４】造形テーブルが取り外された、図５３の造形プラットフォームアセンブリの斜視図である。
【００７４】
【図５５】図５３の造形プラットフォームアセンブリの底面図である。
【００７５】
【図５６】図５３の造形プラットフォームアセンブリの正面図である。
【００７６】
【図５７】本開示の種々の態様による、造形トレーチャンネルに位置する造形テーブル水平化デバイスを示す、部分的破断図を有する付加的製造装置の造形プラットフォームアセンブリの斜視図である。
【００７７】
【図５８】図５７の造形プラットフォームアセンブリの底部斜視図である。
【００７８】
【図５９】図５７の造形トレー内に位置する造形テーブル水平化デバイスの側面図である。
【００７９】
【図６０】本開示の種々の態様による、密閉された環境または制御された環境における付加的製造装置の作動を容易にするように構成された環境制御ユニットの斜視図である。
【００８０】
【図６１】図６０の環境制御ユニットの分解斜視図である。
【００８１】
【図６２】付加的製造装置の作動を容易にするようになっている、本開示の種々の態様による、環境制御ユニットの斜視図であり、この環境制御ユニットは、密閉されるか、または制御されたシャッタアセンブリを有する。
【００８２】
【図６３】図６２の環境制御ユニットのシャッタアセンブリの斜視図である。
【００８３】
【図６４】図６２の環境制御ユニットの平面図である。
【００８４】
【図６５】２つのファンを露出した部分破断図を有する図６２の環境制御ユニットの正面図である。
【００８５】
【図６６】図６２の環境制御ユニットの側面図である。
【００８６】
【図６７】図６２の環境制御ユニット用の取外し可能なフィルタの側面図である。
【００８７】
【図６８】本開示の種々の態様による、密閉空間を有する付加的製造装置のための空気循環および加熱デバイスの斜視図である。
【００８８】
【図６９】図６８の空気循環および加熱デバイスの分解斜視図である。
【００８９】
【図７０】本開示の種々の態様による、狭端部を有する空気循環および加熱デバイスの斜視図である。
【００９０】
【図７１】本開示の種々の態様による、長方形の空気循環および加熱デバイスの斜視図である。
【００９１】
【図７２】本開示の態様による、微小重力を含む種々の力および重力環境で作動可能な付加的製造装置によって部品を製造する代表的なプロセスを示すフローチャートである。
【００９２】
【図７３】本開示の種々の態様を実現するのに有効な代表的コンピューティングシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
（詳細な説明）
本開示は、極限環境、微小重力環境、地上環境、自由落下環境、海上の環境、可変力環境、他の制御環境などを含み、これらに限定されない種々の環境での付加的製造を可能にする、装置、システムおよび方法に関する。本開示に従った付加的製造は、所望する部品、例えば物体、構造物、消耗部品、交換部品、実験物体、間に合わせ修理品、上記のもののうちのいずれかの部分、等を作成できる。かかる部品を製造するための命令は、デバイス内にあらかじめプログラムするか、またはローカル計算デバイス（例えば、付加的製造装置を含む宇宙ステーション上の計算デバイス）によって提供するか、遠隔地から送信するか（例えば、遠隔サーバーから受信するか、別の天体または宇宙船上の計算機から受信するか）、または当業者が本明細書の詳細な説明を読めば明らかとなるように別の位置で受信したり、発生したりすることもできる。
【００９４】
本明細書に開示した装置と方法は、地上環境で、他の天体上で、または（海上の船舶または潜水艦搭乗時に受けるような）高加速環境、および振動環境で使用できる。
【００９５】
ある態様では、エクストルーダ、エクストルーダにフィラメントを供給する供給材料ソース、トラバースシステム、環境制御ユニット、密閉造形環境、制御電子回路および造形（ビルド）プラットフォームアセンブリを含む付加的製造装置を開示する。作動中の造形プラットフォームの位置は、エクストルーダの位置に対して制御され、維持される。
【００９６】
本開示に記載の各種デバイスは、太陽輻射、巨大な熱の極限条件および勾配、原子状酸素およびその他同様のものに暴露されながら、（例えば、宇宙船での）加圧環境、宇宙環境で加圧環境、天体で機能できる。
【００９７】
いくつかの態様では、造形プラットフォームは、自動水平化コンポーネントを含む。
【００９８】
いくつかの態様では、エクストルーダは、製造中の部品および／または造形プラットフォームの位置を検知するセンサを含む。部品に付加された材料の適切な位置が正確で一貫していることを保証するために部品製造中にエクストルーダおよび／または造形プラットフォームの位置を能動的（アクティブ）に調節する、制御回路電子回路にデータが中継される。製造中の部品および／または造形プラットフォームに対してエクストルーダを正確に位置決めすることは、付加された材料が正しい位置に置かれ、凝固することを保証するうえで不可欠なことである。
【００９９】
ある態様では、本開示に記載の付加的製造装置は、外力を発生する遠心機または同様な装置と共に使用される。
【０１００】
いくつかの態様では、作製中の部品とエクストルーダの間の距離が長すぎる場合、溶融状態の供給材料が浮き上がったり、不良状態に配置されたり、そうでない場合でも、造形空間から外れてしまったりすることがある。従って、本開示の一部に記載のデバイスは、作動中に作成されている部品とエクストルーダの間の距離を一定に維持し、エクストルーダの位置に基づき材料の流量を規制する。
【０１０１】
次に図１−４を参照する。これら図には、本開示の態様における、種々の力の環境および微小重力を含む重力環境で作動可能な付加的製造装置１００の種々の図が示されている。図１および２は、装置１００の分解図を示し、図３および４は、組み立てられた装置１００の側面図と斜視図をそれぞれ示す。
【０１０２】
ある態様では、付加的製造装置１００は、上記材料から作られた供給材料を含むフィラメントまたは他の供給材料ソースを使用して、部品を製造するようになっている。種々の態様では、付加的製造装置１００は、宇宙、海上船舶、水中環境および遠隔環境で部品を製造するように構成される。装置１００は、宇宙船、衛星、準軌道上のビーイクルなどで作動可能である。
【０１０３】
付加的製造装置１００は、トラバースシステム１０２、エクストルーダ１０４、供給材料ソース１０６、環境制御ユニット（ＥＣＵ）１０８、制御電子回路および電源１１０（図１では制御電子回路１１０ａ−１１０ｃと表示されている）、造形プラットフォームアセンブリ１１２およびフレーム１１４を含む。いくつかの態様では、１つ以上のコンポーネントが省略されている。例えば、オンサイトまたはオフサイトの計算デバイスによって提供される制御信号の支援があれば、内部制御電子回路１１０を省略してもよい。装置１００は、オフサイトまたはオンサイトの計算デバイスとの通信を促進するために装置１００の他の部分に通信接続される無線通信モジュール、イーサネット（登録商標）接続、ＵＳＢ接続などを含むことができる。いくつかの態様では、オフサイトまたはオンサイトの計算デバイスは、いくつかの命令および制御信号（例えば、部品作成計画信号）を発生し、それによって、制御電子回路１１０によって実行される動作を高めることができる。
【０１０４】
いくつかの態様では、付加的製造装置１００は、付加的製造装置１００の機能および／または付加的製造装置１００の一部をモニターし、付加的製造装置１００の周辺部をモニターし、当業者が本詳細な説明を読めば明らかとなる他の特性をモニターする１つ以上のセンサを含む。これらセンサとして、衝突センサ、絶対的位置検出器、相対的位置センサ、距離計、光度計、ガイガーカウンタ、粒子検出器、空気流量メータ、振動センサ、加速度計、湿度センサ、ガスセンサ、気圧計、レベル検出器、荷重セル、温度センサ、および当業者が本詳細な説明を読めば明らかとなる他の任意のセンサまたは測定器を挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。
【０１０５】
いくつかの態様では、付加的製造装置１００は、供給材料ソースと、部品作成命令に従って供給材料ソースからの供給材料の一部を配置および／または接合する材料接合コンポーネントと、部品作成命令に従って材料接合コンポーネントを位置決めする材料接合コンポーネント位置決めシステムとを含む。他の態様では、材料接合コンポーネント位置決めシステムは、材料接合コンポーネントおよび作成されている部品（例えば、その部品が造形プレートに取り付けられ、供給材料が、鉄を含む供給材料のベッドから、または樹脂などから部品に接合される）の相対的位置を制御できる。部品作成命令に従って造形空間内に部品またはその一部を作成できる。こうして付加的製造装置１００は、供給材料によって所望する部品を作成する。供給材料は、装置１００が複数の部品を繰り返して製造するのに適した任意の材料または材料の組合せを含むことができる。付加的製造技術は、供給材料の小さい部分を一体に接合または他の方法で接続することにより、供給材料から複数の部品を作成するが、作成される部品の特徴的部分は、使用される供給材料の全容積よりも著しく小さいことである。
【０１０６】
供給材料は、材料接合コンポーネントが部品を製造するのに適した任意の材料またはそれらの組合せである。この供給材料を、プラスチック、金属、有機材料、無機材料またはかかる材料の組合せとすることができる。当業者が本詳細な説明を読めば、明らかなように、付加的製造技術により所望する部品を作成するためにアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、はんだ付けワイヤー、ポリマーマトリックス複合体、ポリエーテルエーテルキートーン（ＰＥＥＫ）、ビスマス、アルミニウム、チタン、スズ、などのような材料を使用できる。いくつかの態様では、供給材料は、適当な状態、形状、サイズおよび／または材料接合コンポーネントによる利用に適した他の物理的特性となっている。供給材料は、小惑星の表土、他の天体の表土、宇宙のデブリ、ごみ、もう使用されていない部品から製造してもよい。いくつかの態様では、供給材料は、金属粉末を含むポリマーフィラメントであり、別の態様では、供給材料は、カーボンナノチューブ、ファイバーなどを含むポリマーである。更に別の態様では、供給材料は、樹脂単独や、フィラー、バインダーおよび／またはパウダーを含む樹脂などである。供給材料は、液体または異なる物理的状態（例えば、固体と液体）にある材料の組合せでもよい。
【０１０７】
いくつかの態様では、ＥＣＵ１０８を省略してもよい。装置１００がＥＣＵ１０８を含まない場合、他の環境制御装置（例えば、装置１００を収納するコンテナー、装置１００を含む宇宙船モジュール、装置１００を含む船舶のコンパートメントの環境制御システムなど）が装置１００内および／またはその周りの環境をフィルタリングしたり、規制したり、制御したりすることができる。
【０１０８】
トラバースシステム１０２は、多数のネジ駆動リニアアクチュエータまたは他の精密なリニア運動装置を含む。エクストルーダ１０４にはリニアアクチュエータのエクストルーダの群が接続され、エクストルーダ１０４を２つの軸で位置決めしている。造形プラットフォームアセンブリアクチュエータは、第３の軸における造形プラットフォームアセンブリ１１１の位置を制御する。この第３の軸は、エクストルーダ１０４の移動軸と平行でもよいし、または、エクストルーダ１０４の移動軸に対して直交していてもよい。トラバースシステム１０２をプレート１３０に装着し、共通アンカポイントを提供してもよい。トラバースシステム１０２の各リニアアクチュエータまたは他の運動装置は、フレーム１１４の一部に強固かつ正確に接続され、微小重力環境、水中環境および他の環境におけるエクストルーダ１０４および造形プラットフォームアセンブリ１１２の移動および配置のための基準点を提供する。トラバースシステム１０２は、本開示の態様を実現するのに役立つ、ある形態の材料積層位置決めシステムである。
【０１０９】
フィラメントエクストルーダ１０４は、ポリマーまたは他の材料を積層することにより造形プラットフォームアセンブリ１１２上で所望する部品を作成するようになっている。エクストルーダ１０４は、トラバースシステム１０２の一部に接続され、例えば、２つの軸（例えばｘ軸およびｙ軸）で移動可能である。積層（堆積）は、層積み重ね方法またはラスターパターンのような付加的方法で行うことができる。造形中、フィラメントエクストルーダ１０４および造形プラットフォームアセンブリ１１２の位置は、トラバースシステム１０２の一部に電気的に接続されている、制御電子回路１１０によって制御できる。制御電子回路１１０は、エクストルーダ１０４にも電気的に接続されており、フィラメントの流量および積層を制御している。制御電子回路１１０をソフトウェア、ハードウェアまたはソフトウェアとハードウェアの組み合わせとすることも可能である。制御電子回路１１０は、付加的製造装置１００によって所望する部品（例えば、支持構造体）を製造するように構成されている。制御電子回路１１０は、モジュラー式装置１００を構成するように、密閉体１１４内に収納された電源１１０ｃを含むことができる。他の態様では、電源は、省略され、付加的製造装置１００は、外部電源（ステーション電源、グリッド電源、船舶の幹線など）から電力を取り出す。また別の態様では、外部電源が設けられる。エクストルーダ１０４は、本開示の態様を実現するのに有効な、ある形態の材料積層コンポーネントとなっている。
【０１１０】
制御電子回路１１０は、冗長システムを含むことができる。鋭敏な電子回路への放射線の負の効果により宇宙環境に装置１００を配備する場合、冗長性が望まれる。冗長性により、放射で硬化する装置ではなく、放射線で硬化しない高速の電子回路を使用することが可能となる。かかる高速の電子回路は、放射線で硬化する装置と比較して、より高速の計算およびより高い機能性を可能にする。更に冗長システムは、水中環境、高振動環境およびその他のも同様な環境でも役立つ。冗長システムは、複数の計算を並列に実行したり、互いにチェックしたりすることができる。かかるシステムは、さらにフェイルオーバーサポートも提供できる。すなわち、メインシステムが故障した場合、第２のバックアップシステムおよび他のバックアップシステムが引き継ぐことになる。
【０１１１】
エクストルーダ１０４は、供給材料ソース１０６に接続されている。供給材料ソース１０６は、付加的製造装置１００によって１つ以上の部品を製造するのに必要な材料を収納し、供給する。ある態様では、供給材料ソース１０６は、密閉体１１４内でフィラメントが占める領域を縮小し、利用可能な造形空間を広げるよう、エクストルーダ１０６の前方部でフィラメントエクストルーダ１０６に通されるポリマーフィラメントのスプールを収容する取り外し自在なアセンブリとなっている。エクストルーダ１０４は、所望する部品を形成するためにポリマーフィラメントをその融点まで加熱し、かつ溶融されたポリマーを積層するようになっている。別の態様では、装置１００内にフィラメントのスプールまたは他の供給材料ソース１０６が組み込まれる。供給材料ソース１０６は、モータまたはフィラメントを能動的に送り出すか、または他の態様で供給するようになっている他のデバイスを含むことができる。
【０１１２】
環境制御ユニット（ＥＣＵ）１０８は、付加的製造装置１００の環境を規制するようになっている。ある態様では、環境制御ユニット１０８は、少なくとも１つのファン、温度調節装置（例えば、ヒータ、空気調節ユニット）およびフィルタを含む。環境制御ユニット１０８は、付加的製造装置１００内の温度、湿度、空気循環量および空気の質のうちの１つ以上を規制し、作動時に付加的製造装置３００が位置する環境からのガスの流失および汚染を防止する。環境制御ユニット１０８は、有害ガスまたは密閉体内から流出すると危険なその他の材料または環境要因を測定するセンサも含むことができる。このように、ＥＣＵ１０８が、かかるガスまたは物質を除去または捕捉する前に密閉体１１４が開いた場合に、ＥＣＵ１０８は、（例えば、宇宙ステーション、海上の船舶、研究室で）装置１００とともに、狭い場所に居る個人および機器をモニターし、潜在的に有害な流出ガスから保護できる。ＥＣＵ１０８は、制御電子回路１１０に接続されており、制御電子回路１１０は、温度、湿度、空気の質、空気循環量などの規制を容易にするようにＥＣＵ１０８を作動させる。いくつかの態様では、密閉体１１４は、制御電子回路１１０によって制御可能なドア１２８を含む。センサおよび／または作動パラメータ（例えば、実行時間、待機時間、汚染物質濃度レベルのスレッショルドなど）を利用して密閉空間が外部環境を汚染しないとＥＣＵ１０８が判断するまで、ドア１２８を開くことはできない。
【０１１３】
造形プラットフォームアセンブリは、装置１００によって作成されている部品を保持し、位置決めするように構成された１つ以上のコンポーネントとすることができる。エクストルーダ１０４に対して造形プラットフォームアセンブリ１１２の造形表面を位置決めすることができる。トラバースシステム１０２の一部によって、例えば、造形プラットフォームアセンブリ１１２を第３の軸（例えばｚ軸）に位置決めできる。他の態様では、部品の作成中に造形プラットフォームアセンブリ１１２は、静止状態であり、エクストルーダ１０４は移動するようになっているが、別の態様では、造形フォームアセンブリ１１２は、省略される。種々の態様では、造形フォームアセンブリ１１２は、時間を節約し、装置１００の初期設定を自動化する自動水平化プリントトレー（図１に示されない）を含む。いくつかの態様では、装置１００は、プリントトレーを測定する光センサまたは他の検出装置を含み、プリントトレーに接続された小さな圧電モータが水平化を調節する。調節は、部品作成の前、部品作成中および部品作成後で行うことができる。
【０１１４】
密閉体１１４は、装置１００の造形空間に閉じた環境を提供する。いくつかの態様では、装置１００は自己完結型であり、密閉体１１４は、装置のすべての部分を含んでいる。密閉体１４を、金属構造体とすることができ、電磁的に周辺環境からアイソレートされるように構成できる。このように、装置１００は、通信機器、実験器具、その他の計算装置などとの潜在的に有害な妨害波を発生しない。他の態様では、密閉体１１４の一部は、プラスチックまたは他の材料から構成されるが、提供される供給材料から装置１００によって製造してもよい。密閉体１１４によって、装置１００を他の物体、例えば、実験ベイ、コンパートメントのデッキまたは壁、およびその他の同様な他の対象物に取り付けまたは接続できる。密閉体１１４の外部は、底部プレート１２２、バックプレート１２４、第１側部プレート１１６、第２側部プレート１１８、アクセスパネルを有する頂部プレート１２０、およびドア１２８を有する正面プレート１２６によって形成できる。密閉体１１４の内部は、パーティション１３０を含むことができ、このパーティションは、制御電子回路１１０およびＥＣＵ１０８を含む後部セクションから造形空間、トラバースアセンブリ１０２、造形プラットフォームアセンブリ１１２およびエクストルーダ１０４を分離している。パーティション１３０は、ＥＣＵのフィルタアクセスと連動する開口部を含み、この開口部によって造形空間の内部からＥＣＵ１０８のフィルタへのアクセスが可能となっている。このように、ユーザーは、装置１００の取付位置から装置１００を取り外すことなくＥＣＵ１０８を容易に保守できるようになっている。パーティション１３０にはトラバースシステム１０２も取り付けられ、安定な共通表面を提供している。密閉体１１４の内部は、壁１３２も含むことができる。壁１３２は、密閉体の前方コーナー部分に位置し、供給材料カートリッジレセプタクル２０２を形成する。このレセプタクル２０２は、正面プレート１２６の開口部を通して供給材料カートリッジ１０６を受ける。レセプタクル２０２は、カートリッジ１０６を係止するためのラッチ、キャッチまたは他の係止手段を含むことができる。ドア１２８は、ユーザーが造形エリアにアクセスし、完成した部品を取り出したり、メンテナンス等を行ったりすることを可能にしている。ドア１２８にはウィンドウがあってもよい。いくつかの態様では、このウィンドウは、ＥＭＩ（電磁妨害波）からシールドされたウィンドウとなっている。ヒンジ３０２を介してドア１２８を正面プレート１２６に接続してもよい。このヒンジ３０２は、モータで駆動してもよいし、および／または制御電子回路１１０によって制御してもよい。
【０１１５】
密閉体１１４は、衝撃、および他の外力（例えば、打ち上げ、海上で遭遇する力、高Ｇ力など）に内部コンポーネントが耐えかつこれら力から絶縁されるように構成できる。密閉体１１４は、周辺環境から生じたＥＭＩが装置１００に影響しないことおよびその逆に装置１００からのＥＭＩが周辺環境に影響しないことを保証するよう周辺環境から装置１００を電磁的にアイソレートするように構成できる。
【０１１６】
いくつかの態様では、装置１００は、密閉体１１４を含まない。例えば、装置１００をロボットアームの端部に取り付け、宇宙船、宇宙ステーション、衛星などの外部での種々の位置で部品を製造するために使用してもよい。当業者が本明細書の詳細な説明を読めば、ロボットアームまたは他の材料接合位置決めシステムは、部品の修理、製造または他の装置の同様なことを可能にするように部品が作成されている物体の一部でもよいし、一部でなくてもよいことが明らかとなろう。
【０１１７】
いくつかの態様では、装置１００は、部品の製造、コンポーネントの機能またはその他の同様なことをモニターするための１台以上のカメラを含む。装置１００は、密閉体１１４内に多数の温度センサを含むことができる。
【０１１８】
次に図５−７を参照する。これらの図には本開示の態様に係る付加的製造装置１００によって利用される、供給材料ソース、すなわち供給材料カートリッジ１０６の種々の図が示されている。
【０１１９】
供給材料カートリッジ１０６は取外し可能であり、フィラメントのスプールを収容している。フィラメントは、エクストルーダ１０４を通して供給され、加熱され、積層され、所望する部品を作成する。カートリッジ１０６は、装置１００の一部に係止し、工具を使用しなくても空のカートリッジ１０６を容易に取り外しできるようにする接続機構１３６（接続機構１３６ａ−ｂと表示）を含む。ある態様では、この接続機構１３６は、キャッチアンドラッチシステムとなっており、キャッチ５０２が正面プレート１２６の一部に係合し、装置１００の内部にカートリッジ１０６を係止する。
【０１２０】
カートリッジ１０６は、カートリッジフレーム７０４と、カートリッジカバー７０２と、接続機構１３６と、フィラメント供給機構とを含むことができ、フィラメント供給機構は、スプール７０６と、フィラメントガイドチューブ７１６と、安定器７１４と、モータ７０８によって駆動されるフィーダ７１０と、インタフェースポート７１２とを含み、フレーム７０４およびカバー７０２がフィラメント供給機構を囲んでいる。フィラメント供給機構は、フィラメントラインの屈曲を最小にし、カートリッジ１０６とエクストルーダの間の露出したフィラメントの長さを最短とする位置および／または当業者が本明細書の詳細な説明を読めば明らかとなる他の目的に合致した位置にてカートリッジ１０６から外部にフィラメントを供給できる。
【０１２１】
カートリッジ１０６の内部では、チューブ７１６を通してフィラメントをフィーダ７１０に供給でき、チューブは、安定器７１４によって安定化されている。フィーダ７１０は、モータ７０８によって駆動され、このモータは、（例えば、フィラメントにかかる張力変化に応答して）制御電子回路１１０、搭載電子回路などにより作動される。フィラメントは、ポート７１２からカートリッジ１０６を出る。このポート７１２は、装置１００の他の部分に接続するか、整合し、フィラメントのための滑らかな経路を可能にする。ポート７１２は、さらに電気的接続部を含むことができる。
【０１２２】
いくつかの態様では、チューブ７１６は、カートリッジ１０６の内部で安定器７１４からスタートし、エクストルーダ１０４の近くの位置まで延び、エクストルーダ１０４に達するまで、フィラメントに対する可撓性の保護ハウジングを構成している。部品作成中にエクストルーダが動き回るにつれ、チューブ７１６はフィラメントも安定化する。
【０１２３】
供給材料カートリッジ１０６または他の供給材料ソースは、メモリ記憶デバイス、周辺温度センサおよび／またはチューブセンサを含むこともできる。他のセンサとして、湿度センサ、圧力センサ、放射線センサ、ガス検出器などを挙げることができる。これらセンサと記憶デバイスは、プッシュ式コネクタ、無線通信などを介して電子制御ユニット１００に通信可能に接続できる。メモリ記憶デバイスは、供給材料カートリッジ１０６のシリアル番号、供給材料のタイプ、（フィラメントの場合には）使用される供給材料の長さ、供給材料の残留量などを記憶できる。チューブセンサは、フィラメント８０２がチューブの内部で移動することを保証するようチューブ７１６をモニターできる。フィラメントがチューブ７１６内にないことをチューブセンサが検知すると、中止コマンドが発生され、チューブ７１６またはエクストルーダ１０４内にフィラメント８０２が停止してしまうことを防止し、詰まりまたはフィラメント８０２の交換時の他のスローダウンを回避するようになっている。
【０１２４】
装置１００は、異なるタイプ、色などの多数の供給材料ソースを含むことができ、多数のカートリッジレセプタクル２０２を含むこともできる。
【０１２５】
いくつかの態様では、供給材料ソースは、供給材料製造ソース、例えばリサイクル装置となっている。供給材料ソースをスプール、ワイヤー、ロッド、ブロックなどとしてもよい。供給材料ソースは、大気処理、炭化水素処理などからの副生物を含むか、これを受けることができ、供給材料ソースを、磁化された造形トレーに置かれた鉄粉のベッドとしてもよい。
【０１２６】
次に図８−１０を参照する。これら図には本開示の態様による、付加的製造装置のエクストルーダ１０４の種々の図が示されている。
【０１２７】
エクストルーダ１０４は、所望する部品を作成するように、フィラメント８０２を溶融し、溶融状態のフィラメントを配置する。フィラメント８０２をプラスチック、金属、有機材料、無機材料またはこれら材料の組合せとすることができる。エクストルーダ１０４は、所望する部品を形成するようにフィラメントが溶融状態となるか、および／または充分に柔軟な状態となるまで、フィラメントを加熱するように構成されている。受けチューブ８０６内にフィラメント８０２が供給されるようになっており、受けチューブ８０６をチューブ７１６に結合できる。別の態様では、受けチューブ８０６は省略され、チューブ８０６の位置でエクストルーダにチューブ７１６が挿入される。
【０１２８】
エクストルーダ本体内のチャンネル８０４を通ってフィラメントが供給される。エクストルーダ本体は、２つの半分割体８０８を含むことができ、これら半分割体８０８は、相互に連結され、モータ８１６で駆動されるエクストルーダのフィーダ１００２を含む。このフィーダは、エクストルーダのノズル９０２へフィラメント８０２を選択的に供給し、このフィラメントは、このノズルで溶融され、積層される。
【０１２９】
エクストルーダ１０４およびエクストルーダのノズル９０２の温度は、許容限度内に維持しなければならない。エクストルーダ１０４は、ヒートシンク８１０と、ヒートシンク８１０の上方に位置する排気ファン８１２と、ヒートシンク８１０からの高温の風をエクストルーダのノズル９０２から離間するように構成された排気ガイド８１０とを含むことができる。排気ガイド８１４を、ヒートシンク８１０とファン８１２の間に位置する湾曲面とすることができる。いくつかの態様では、エクストルーダ本体は、金属から製造され、ヒートシンクとして働くようになっている。
【０１３０】
エクストルーダ１０４は、工具を使用しないでエクストルーダ１０４の取り外しを可能にするレリースハンドル８１８を含むことができる。エクストルーダ１０４の修理または保守、装置１００の別の部品の清掃または保守、エクストルーダ１０６の交換、ポリマー部品を作成するように構成された最初のエクストルーダを金属物体の製造のために構成された別のエクストルーダに交換することを容易にするように、エクストルーダ１０４は、取り外しできるようになっている。レリースハンドル８１８は、エクストルーダ１０４を設置するか、取り外しするように、ロック機構（図示せず）を作動できる。
【０１３１】
エクストルーダ１０４は、装置１００とともに使用できる、ある態様の材料接合コンポーネントとなっている。エクストルーダ１０４はサイズと形が異なってもよい。装置１００内には、多数の材料接合コンポーネントが存在できる。かかる多数の材料接合コンポーネントは、異なる材料を接合するか、または別の態様で積層できるか、または異なる特性（例えば、異なる分解能）を有することができる。いくつかの態様では、この材料接合コンポーネントを、溶接装置（電弧溶接機、エネルギービーム溶接機、酸素燃料またはガス溶接機、抵抗溶接機、またはソリッドステート溶接機）とすることができる。他の態様では、材料接合コンポーネントを、ステレオリソグラフィー装置、インクジェットヘッド、クラッドヘッド、コンクリートまたは他の凝固材料積層装置または当業者が本明細書を読めば明らかとなる他の任意の装置とすることができる。
【０１３２】
次に図１１−１５を参照する。これら図には、本開示の種々の態様における付加的製造装置のトラバースシステム１０２の種々の図が示されている。
【０１３３】
トラバースシステム１０２は、装置１００（例えば、密閉体１１４）の構造体に物理的に連係し、構造体に支持されている。ある態様では、トラバースシステム１０２は、４つのリニアアクチュエータを含む。各リニアアクチュエータは、ネジで駆動されるリニアレールを回転させるギヤボックスに接続されたステッピングモータを含む。キャリッジおよび取り付けられたコンポーネントの正確な位置決めを可能にするよう、レールへ移動するためのキャリッジが接続されている。エクストルーダのアクチュエータ１１０４は、エクストルーダのキャリッジ１１１にてエクストルーダ１０４に接続し、Ｘ軸に沿ってエクストルーダ１０４を位置決めする。エクストルーダのモータ１１０８は、エクストルーダのアクチュエータ１１０４を駆動する。エクストルーダのアクチュエータモータ１１０８は、ネジ駆動リニアレールを回転させるギヤボックスに接続されたステッピングモータとすることができる。
【０１３４】
トラバースシステム１０２は、エクストルーダのアクチュエータ１１０４の両端部に取り付けられたそれぞれのキャリッジ（図示せず）を有する２つの垂直に配向されたｙ軸アクチュエータ１１０２（図１１ではｙ軸アクチュエータ１１０２ａ−１１０２ｂと表示）を含むことができる。各ｙ軸アクチュエータは、それぞれ、エクストルーダのアクチュエータ１１０４および取り付けられたエクストルーダ１０４を上下に移動させるための安定したベースを提供するよう、パーティション１３０に取り付けられており、これらｙ軸アクチュエータ１１０２は、ステッピングモータ１１１２（図１１ではステッピングモータ１１１２ａ−１１１２ｂと表示）によって駆動される。
【０１３５】
造形プラットフォームアセンブリアクチュエータ１１０６は、エクストルーダアクチュエータ１１０４まで垂直に延び、所望する部品を製造するのに必要な自由度を提供するよう、取り付けられた造形プラットフォームアセンブリ１１２をｚ軸で移動させる。部品が完成すると、その部品の取り出しを容易にするために、エクストルーダ１１０６は、更にドア１２８に向かって移動できる。アクチュエータ１１０６にはキャリッジ１１１６を介してプラットフォーム１１２が取り付けられており、プラットフォーム１１２は、ステッピングモータ１１１０によって移動される。アクチュエータ１１０６は、ベースプレート１２２に係留されている。
【０１３６】
リニアネジ機構は、取り付けられたキャリッジを高度の繰返度でかつ高精度で位置決めできる。リニアネジ機構は、剛性でもあり、取り付けられたキャリッジを精密な位置に保持する。
【０１３７】
各リニアアクチュエータのキャリッジは、リニアアクチュエータに沿った移動を促進するボールベアリングを含むことができる。
【０１３８】
いくつかの態様では、トラバースシステム１０２は、２.５ミクロンもの小さいインクリメンタルな動作が可能なリニアアクチュエータを含む。他の態様では、ピッチサイズが異なるネジの利用によって分解能を増減できる。異なるモータまたはギヤボックスを利用することによりインクリメンタルな移動サイズをさらに変更できる。
【０１３９】
トラバースシステム１０２を、装置１００の材料接合コンポーネント位置決めシスシステムの１つの態様とすることができる。他の態様では、材料接合コンポーネント位置決めシステムをロボットアームとすることができる。このロボットアームは、宇宙船または同様な密閉されたエリア（例えば、宇宙ステーションのモジュール）内に配備できる。他の態様では、ロボットアームを、構造体（例えば、宇宙ステーションへ付けられたロボットアーム）の外部に配備できる。
【０１４０】
他の態様では、材料接合コンポーネント位置決めシステムを宇宙船（例えば、１つ以上の材料接合装置を装備したロボットまたは有人カプセル）、関節継手コンポーネント（例えば、相互に回転し、再位置決めできる多数のコンポーネント）などとすることができる。いくつかの態様では、造形プラットフォームアセンブリ１１２は、回転自在なプラットフォームであり、材料接合コンポーネント位置決めシステムによって、材料接合コンポーネントは、造形プラットフォームアセンブリ１１２を横断移動される。いくつかのかかる態様では、回転自在なプラットフォームは円形であって、ある直径を有する。材料接合コンポーネント位置決めシステムは、直径部に平行に移動し、回転自在なプラットフォームの原点に交差する。造形プラットフォームを材料接合コンポーネントに対して上下させてもよいし、材料接合コンポーネントを造形プラットフォームに対して上下させてもよい。
【０１４１】
次に図１６−１７を参照する。これら図には種々の態様に係る付加的製造装置１００のための造形プラットフォームアセンブリ１１２の種々の図が示されている。
【０１４２】
造形プラットフォームアセンブリ１１２は、取付けポイント１７０２（図１７では簡潔にするために取り付けポイント１７０２ａしか表示されていない）を介してキャリッジ１１１６に取り付けられた平面状の剛性表面とすることができる。造形プラットフォームアセンブリ１１２は、部品が完成した後に造形表面から完成した部品の取り出すことを容易にするコーティングまたは層を含んでいてもよい。ＡＢＳプラスチック部品を製造するために、造形プラットフォームアセンブリ１１２の頂部層をアセトンと結合するか、アセトンを噴霧するかまたはアセトンで処理したＡＢＳプラスチック層、（米国、デラウェア州ウィルミントンのデュポン社から入手できる）カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）層、メッシュ層（例えば,金属メッシュ、ポリマー・メッシュ）とすることができる。造形表面は、内部加熱要素（図示せず）によって加熱してもよい。かかる加熱は、カートリッジヒータ、造形プラットフォームアセンブリ１１２に組み込まれるか、これに取り付けられた抵抗回路、ＰＣＢ、造形表面の頂部に取り付けられたシリコーンヒータ、または当業者が本明細書を読めば明らかとなる他の手段で達成できる。
【０１４３】
造形プラットフォームアセンブリ１１２は、材料接合コンポーネントによって部品が作成される際に造形空間内に部品を位置決めする。他の態様では、プラットフォームアセンブリ１１２および／または造形プラットフォームの表面は、そのサイズ、材料、厚さ、導電度、電気的絶縁度、加熱された状態、冷却された状態、多孔度、エッチング度、刻印度が変わっていてもよく、その表面を単一ポイントまたは比較的小さい造形領域としたり、その表面が高摩擦または低摩擦の造形層などを有することもできる。造形プラットフォームアセンブリ１１２を、コンベヤーベルトとすることもできる。いくつかの態様では、造形プラットフォームアセンブリ１１２の造形表面を、装置１００に取り付けず、造形表面を宇宙船、衛星、海上の船舶などの一部としてもよい。
【０１４４】
装置１００が微小重力環境または他の宇宙環境に配備されるいくつかの態様では、造形プラットフォームアセンブリ１１２は、造形空間に位置するような、単一ポイント、例えば、ボールベアリング、小立方体、または他の基準点とされる。エクストルーダ１０２または別の材料接合コンポーネントは、単一ポイントに付着した最初の部分および／または層を最初に積層することにより、造形空間に所望する部品を作成する。次に、最初の部分に追加材料を接合するよう材料接合位置決めシステムにより材料接合コンポーネントを繰り返し位置決めし直し、所望する部品を作成する。不整合状態となる前に所望する部品に供給材料が接合され、支持され、支持構造体は必要ないので、大幅なプラットフォームの支持がなくても、微小重力環境または他の宇宙環境で部品を作成することが可能となる。
【０１４５】
いくつかの態様では、装置１００は、造形空間に所望する部品を作成する。この造形空間は、材料接合コンポーネントに対して定めることができる。装置１００の移動とともに、または装置１００の移動とは無関係に造形空間を移動自在にすることができる。装置１００の構成に基づき、造形空間は容積が変わってもよい。造形空間は、装置１００の配置によって異なってもよい。いくつかの態様では、造形空間は、１つの辺が１フィート（３０．４８ｃｍ）未満である。いくつかの態様では、造形空間は、宇宙ステーション、衛星などを含み、これらの構造体またはかかる構造体の一部の作成だけでなくその修理、アップグレードなどを可能にする。例えば、装置１００が材料接合コンポーネント位置決めシステムとしてロボットアームを含む場合、造形空間をアームのアドレス指定可能な空間とすることができる。装置１００をロボットアームに取り付けることも可能であり、これによって取り付けられたロボットアームと比較してより精密な制御装置を有するトラバースシステム１０２または同様なものを使用して、装置１００の上での再位置決めにより、部品の作成、物体の修理などが可能となる。
【０１４６】
次に、図１８−２０を参照する。これら図には、開示の種々の態様により、制御された環境で作動可能な付加的製造装置１００のための環境制御ユニット１０８の種々の図が示されている。
【０１４７】
ＥＣＵ１０８は、装置１００の内部環境を制御する。種々の態様では、ＥＣＵ１０８は、温度および湿度センサと、部品作成中に発生する空気中の有毒ガスを検出するための汚染物質解析ユニットと、供給材料の浮遊片を検出および／または捕捉するためのデバイスと、空気循環ファンと、空気循環用ファンと、加熱要素と、冷却要素と、乾燥機と、エアーフィルタなどを含む。ＥＣＵ１０８は、装置１００の造形空間のための制御環境を提供するように構成できる。いくつかの態様では、ＥＣＵ１０８は、周辺環境が内部環境に暴露される場合に、内部環境がユーザーにとって安全となるように、装置１００内部の環境をフィルタリングし、制御するようになっている。
【０１４８】
ＥＣＵ１０８は、取外し可能な一連のフィルタエレメントを収容する本体１８０８を含む。これらフィルタエレメントは、フィルタスタック２００２を構成し、フィルタレリース部１８０２を通してフィルタスタック２００２にアクセスできる。本体１８０８は、上記要素の１つ以上を収容することもできる。ＥＣＵ１０８は、さらにＥＣＵ１０８内の空気流を制御するよう、換気孔１８０６に接続された換気モータ１８０４を含むこともできる。
【０１４９】
例えば、フィルタスタック２００２にあるＥＣＵ１０８は、チャコールフィルタおよび高性能の微粒子の空気（ＨＥＰＡ）Ｈ１４フィルタを含むことができる。より大きな粒子状物質を捕捉するために１つ以上のグレートを含むことができる。チャコールフィルタは、ＡＭＦの生成中に存在し得る揮発物を吸収できるが、他方ＨＥＰＡフィルタは、サイズが０.３ミクロン以上であるすべての空気中の微粒子の９９.９９９％を除去できる。他の態様では、ナノ粒子、サブミクロンサイズの粒子状物質、および装置１００内または装置１００が設置されている環境内で当業者がろ過による除去または制御を望む他のサイズまたはタイプの粒子をろ過して除去できる他のフィルタ、グレートなどを含むことができる。
【０１５０】
いくつかの態様では、ＥＣＵ１０８は、部品の作成中に装置１００の内部温度が均一となることおよび部品の作成された部分が適正に低温となり、硬化することを保証するために、一定の低レートで１つ以上のファンを作動させる。
【０１５１】
他の態様では、ＥＣＵ１０８は、冷却ユニット、１つ以上の熱制御ユニット、１つ以上のポンプ、例えば真空ポンプ、ガス（例えば、アルゴンガス、不活性ガス、可燃性ガス、当業者が本明細書を読めば明らかとなる他のガスまたはガス混合物）のソース、火災抑制システム、加湿器および／または生物学的媒介物（例えば、ウィルス、バクテリアなど）のソースを含むことができる。他の態様では、イオンエアーフィルタ、紫外光エアーフィルタまたは他のフィルタを利用してもよい。ダイヤフラムまたは当業者が本明細書の記載を読めば明らかなその他のファンレスデバイスを通して空気を再循環、または他の方法で移動させることができる。いくつかの態様では、ＥＣＵ１０８は、空間の外部で機能するとともに、ガスを放射し、かつ局部的環境または雰囲気を生成すように構成されたキャニスタのような、１つ以上のガスソースを含む。
【０１５２】
種々の態様では、ＥＣＵ１０８は、付加的製造プロセス中に生じた流出ガス、ナノ粒子、およびその他の潜在的に有害な材料を捕捉するようになっている。例えば、溶融積層成形方法は、造形プロセス中に潜在的に有害なガスを発生する。さらに、供給材料（例えば、ＡＢＳプラスチック）のナノ粒子が生成される。微小重力環境または他の宇宙環境だけでなく、地上環境でも、有害ガスとナノ粒子の双方は、望ましくない態様で装置１００または周辺環境全体にわたって分散し得る。ＥＣＵ１０８（すなわち多数のＥＣＵ）を使用して、かかる流出ガス、およびナノ粒子をろ過して除去するか、または他の態様で除去できる。
【０１５３】
次に図２１を参照する。この図には、本開示の種々の態様による付加的製造装置１００の電源および電子制御ユニット１１０の斜視図が示されている。
【０１５４】
種々の態様では、電子制御ユニット１１０は、交換可能、置換可能、アップグレード可能、カートリッジをベースとするか、および／または冗長なコンポーネントを含む。ＣＯＴＳコンポーネント、例えば、ｘ８６計算装置、マイクロコントローラなどは、ＣＯＴＳ部品を使用して、使用の容易性、製造およびコストを促進するように使用できる。装置１００は、２４Ｖの電力で作動できる。いくつかの態様では、装置１００が設置されている位置から給電される電力は、異なっていてもよい。例えば、宇宙ステーションは２８Ｖの電力を給電できる。かかる例では、装置１００は、給電される電力を２４Ｖに変換してもよい。
【０１５５】
いくつかの態様では、制御電子回路は、容易に交換できるマルチカードスロットベースの基板を含む。基板コンポーネントが作動ウィンドウから逸脱する場合、各基板は、基板の作動を不能にする制御回路を含むことができる。例えば、各基板は、温度センサを有することができる。基板搭載センサによって、スペック外の温度が検出された場合、基板内のすべての通信および機能を不能にできる。
【０１５６】
宇宙または他の遠隔環境で使用するために、電子制御ユニット１１０内のコンポーネント、例えばコンデンサなどのグレードを下げてもよい。電力入力回路は、周辺環境で生じた周波数（例えば、宇宙ステーションによって利用される通信周波数バンドで利用される周波数）のためのフィルタを含んでもよい。電磁妨害波の発生を低減するように電源要素を電子制御ユニット１１０の他の部分からアイソレートしてもよい。
【０１５７】
いくつかの態様では、電源回路は、対応する温度制御回路から電気的にアイソレートされる。密閉体１１４、電子制御ユニット１１０などの全体に設けられた温度センサをモニターするマイクロコンピュータを設けてもよい。これら熱センサは、予めプログラムされたカットオフ部を有する。１つのセンサでもスペック外となれば、マイクロコントローラが光回路によって電源を切ることになる。
【０１５８】
電子制御ユニット１１０は、エクストルーダ１０４のための制御回路を含むことができる。制御回路は、ノズル９０２からの漏れを防ぐように構成された初期化プロトコルを含むことができる。ノズル９０２の温度は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラおよび関連するアルゴリズムによって制御してもよい。ノズル９０２を初期化中に２−４分間で６０％のパワーで加熱し、それによって、ノズル９０２内での供給材料（例えば、ＡＢＳ）の膨張を制限し、漏れを回避する。
【０１５９】
図２２−２４を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、外部電源２２０２を有し、微小重力環境を含む、種々の力および重力環境において作動可能な付加的製造装置１００の種々の図が示されている。
【０１６０】
電源２２０２は、装置１００の部分の設置面積を縮小するよう装置１００の残り部分から分離される。電源２２０２を装置１００の残り部分とは別に配置し、電気的に、接続してもよい。電源２２０２は、さらに制御電子回路１１０を含んでもよい。バックプレート１２４は、取り外し自在な頂部プレート１２０および側部プレート１１８を有する、密閉体１１４の側部プレートおよび底部プレートと一体的にしてもよい。
【０１６１】
ドア１２８は、取外し可能であり、ハンドル、ウィンドウ、およびドア１２８のコーナーに配置された４つの締結具を含むことができる。
【０１６２】
次に図２５−２７を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、トラバースシステム１０２、取り付けられたエクストルーダ１０４、造形テーブルアセンブリ１１２および付加的製造装置１００のバックプレート１２４の斜視図の種々の図が示されている。
【０１６３】
トラバースシステム１０２は、３つのリニアアクチュエータを含むことができる。第１のアクチュエータ１１０４は、バックプレート１２４に水平に取りつけられており、ｙ軸でアクチュエータ１１０２を移動させる。第２のアクチュエータ１１０２は、エクストルーダ１０４を支持し、それによって、エクストルーダ１０４のｘ軸およびｙ軸での位置決めを行う。第３のアクチュエータ１１０６は、バックプレート１２４に垂直に取り付けられ、ｚ軸で造形トレーを移動させるよう造形プラットフォームアセンブリ１１２の後方部分に接続されている。造形プラットフォームアセンブリ１１２の前方部分は、造形プラットフォームアセンブリ１１２の側方への運動を制限するよう１つ以上の垂直安定器２５０２（図２５では垂直安定器２５０２ａ−２５０２ｂと表示）に接続されている。
【０１６４】
いくつかの態様では、第２のアクチュエータ１１０２は、第１のアクチュエータ１１０４と反対の端部で水平安定器２４０２に接続されている。水平安定器２４０２は、第２のアクチュエータ１１０２の上下運動を制限し、レール２５０６と、キャリッジ２５０８と、コネクタ２５０４とを含み、コネクタ２５０４は、水平安定器２４０２の両端部に位置し、密閉体の一部に接続されている。垂直安定器２５０２も同様に構成できる。
【０１６５】
次に、図２８−２９を参照する。これら図には本開示の種々の態様による、付加的製造装置１００のための供給材料カートリッジ１０６の種々の図が示されている。
【０１６６】
カートリッジ１０６は、切り欠き壁２９０８を含むことができ、これら壁は、カートリッジ１０６と密閉体１１４とを接続するための接続機構２８０２を収容する。スプール７０６は、締結具２９０４およびキャップ２９０６を介してフレームに取り付けられたハブ２９０２と回転自在に連係している。
【０１６７】
次に図３０−３１を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、供給材料カートリッジ１０６の別の構造の種々の図が示されている。フレーム７０４にハブ２９０２を組み込むことができ、フィーダーモータ７０８は、フレーム７０４の外部に配置でき、カートリッジの側部プレート３１０２によって、係止されている。側部プレート３１０２は、密閉体１１４に接続するための付属のラッチ式接続機構２８０２を有する。モータ駆動式ローラ３１０４によってフィラメントを繰り出すことができる。
【０１６８】
次に図３２−３３を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、付加的製造装置のための供給材料カートリッジ１０６の種々の図が示されており、供給材料カートリッジ１０６は、中央開口部３２０２からフィラメント８０２を繰り出すようになっている。
【０１６９】
いくつかの態様では、中央開口部３２０２からフィラメントを繰り出すことにより、フィラメント８０２がエクストルーダ１０４まで走行しなければならない距離を短縮でき、中央開口部３２０２、またフィラメント３２０２の曲げを小さくするために別の位置から繰り出してもよい。
【０１７０】
フィラメントが中央開口部３２０２を通して繰り出される態様では、スプール７０６の中心にローラを配置し、それによって、フィラメント８０２の繰り出しを容易にしている。
【０１７１】
次に図３４−３９を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、クイックレリース機構３４０２を有する付加的製造装置のエクストルーダ１０４の種々の図が示されている。
【０１７２】
エクストルーダ１０４は、正面に取り付けられたガイド３４１０を通してフィラメント８０２を受けることができる。フィラメントガイド３４１０は、金属、ポリマーまたはその他の材料から製造され、ガイド３４０８でフィラメント８０２を受けるようになっている。いくつかの態様では、ガイド開口部３４０８は、フィラメントを受けるよう供給材料ソースに向かって配向された、拡大する開口部であり、エクストルーダ１０４の作動中および再位置決め中にフィラメント８０２の曲がりまたはピンチングが最小の状態でフィラメントを受けるようになっている。いくつかの態様では、供給材料ソースは、エクストルーダ１０４に接続された並進機構に対向するように位置し、結束、もつれ、または他の望ましくない接触を防止している。フィラメントガイド本体３４０６は，一本のチャンネルを含み、中間部分で幅が広くなっており、エクストルーダ１０４が移動する間にフィラメント８０２が横方向に移動できるようにし、結束を防止するための領域を提供している。フィラメントガイド本体３４０６には湾曲部分３５０２で下向きの傾斜がつけられており、フィラメント８０２をエクストルーダ１０４内にガイドするようになっている。フィラメント８０２の結束またはその他の損傷を防止するために、湾曲部分３５０２は、湾曲面の上でフィラメントの向きを再び定める。図２４に示されるような、カートリッジ１０６およびエクストルーダを有するフィラメントガイドの配置によって、密閉体１１４の造形空間をより広くしかつフィラメント８０２の経路を短くすることが容易となっている。
【０１７３】
クイックレリース機構３４０２は、物理的および電気的接続部を介してトラバースシステム１０２または別の材料接合位置決めシステムにエクストルーダ１０４を取り外し自在に取り付けるようになっており、このシステムは、係止チャンネル３８０６を有するエクストルーダのブラケット３８０４を含む。クイックレリース機構３４０２は、キャッチを備えたタング３４０４を有する蟻溝ガイドを含む。このキャッチは、チャンネル３８０６をトラバースするようにバー３８０８に係合し、エクストルーダ１０４を並進機構に取り付ける。
【０１７４】
エクストルーダ１０４が取り付けられる場合、エクストルーダ１０４は、取り外しできるように装置１００に係合する電気的接続部３４１４（図３４では、エクストルーダの電気的接続部３４１４ａ−３４１４ｂと表示されている）も含む。この電気的接続部３４１４は、例えば、トラバースシステム１０２上の対応するリンクに接続し、エクストルーダ１０４の作動を制御する。他の態様では、電気的接続部３４１４は、装置１００の別の部分の上の対応するリンクに接続する。更に他の態様では、電気的接続部３４１４は、省略され、無線通信によって制御信号がエクストルーダ１０４に送られる。いくつかの態様では、エクストルーダのリアプレート３４１２は、クイックレリース機構３４０２の一部を形成し、電気的接続部３４１４を含む。このように、クイックレリース機構３４０２は、物理的なコネクタおよび電子コネクタの双方を含み、単一の動作での、物理的接続または取り外しおよび電気的接続および取り外しを容易にできる。いくつかの態様では、クイックレリース機構３４０２の物理的なコネクタは、電気的接続部３４１４では不可欠となっている。
【０１７５】
エクストルーダのリアプレート３４１２は、エクストルーダのノズル９０２のヒータ、エクストルーダのノズル９０２の温度センサ、周辺温度センサ、ファン８１２およびエクストルーダのモータ８１６のための接続部を有するプリント回路基板とするか、かかるプリント回路基板を含むことができる。エクストルーダのリアプレート３４１２は、ソレノイドに基づく高さセンサが造形プラットフォームアセンブリ１１に接触するまでエクストルーダ１０２を降下させることによって造形プラットフォームアセンブリ１１２に接触できる、ソレノイドに基づくセンサを含むこともできる。このプロセスは始動時、再校正時またはその他の同様な時でも行なうことができる。エクストルーダのリアプレート３４１２上の光センサによりソレノイドの位置を決定できる。エクストルーダ１０２は、エクストルーダが使用された時間、エクストルーダ１０２のシリアル番号、モデルのタイプ、エクストルーダ１０２に対して為された改良点、エクストルーダ１０２が作動した状態などをログ（記録）できるメモリコンポーネントを含むことができる。このメモリコンポーネントは、エクストルーダのリアプレート３４１２の一部とすることができる。エクストルーダのリアプレート３４１２に接続されているか、またはそのリアプレートに搭載されたセンサからのセンサデータは、電子回路１１０または第三者の制御装置またはデータ収集システムに情報を送ることができる。エクストルーダのリアプレート３４１２が、エクストルーダ１０２から造形トレーまで正確な距離を決定してもよいし、実際に決定する。
【０１７６】
エクストルーダは、水平に配向され、エクストルーダ１０４の側面に位置し、タング３４０４に係合するレリース部３６０２を更に含む。ユーザーが、レリース部３６０２を押し、エクストルーダのブラケット３８０４からエクストルーダ１０４をアンロックすると、エクストルーダをプリンタから後方にスライドすることが可能となる。いくつかの態様では、レリース部３６０２は、エクストルーダのハウジング３８０２の一部を貫通している。
【０１７７】
エクストルーダ１０４は、トラバースシステム１０２内の限度に達したことを制御電子回路１１０に警報できるリミットスイッチ３４１６を更に含むことができる。
【０１７８】
次に図４０を簡単に参照する。この図には本開示の種々の態様による付加的製造装置１００内でエクストルーダ１０４のためのクイックレリースアセンブリ３４０２を構成するコンポーネントの後部斜視図が示されている。
【０１７９】
次に図４１Ａ−図４１Ｃを参照する。これらの図には、本開示の種々の態様による付加的製造装置１００内の造形プラットフォームアセンブリ１１２の造形表面または他の部分の位置を検知するように構成されたセンサを有するエクストルーダの底面図が示されている。
【０１８０】
造形表面の位置または造形表面に関係する基準点の位置を能動的に検出しおよび／または確認するために、エクストルーダ１０４には図４１Ａに示されたレーザセンサ４１０２、誘導性センサ４１０４、容量性センサ４１０６、または当業者が本明細書の説明を読めば、エクストルーダ１０４に取り付けることが適当であると考える他の任意のセンサを装備できる。エクストルーダ１０４および造形表面、または関連する基準点の相対的および／または絶対的位置を決定するためのセンサを、装置１００内のどこか別の位置に配置してもよい。トラバースシステム１０２により、エクストルーダ１０４の位置を自動的に調節し、および／または造形プラットフォームアセンブリ１１２の再位置決めをおこなうためにかかるセンサを使用してもよい。
【０１８１】
次に図４２−４３を簡単に参照する。これら図には本開示の種々の態様による、低姿勢で、水平に配向するフィラメント８０２を受ける、付加的製造装置のエクストルーダ１０４の種々の図が示されている。
【０１８２】
次に図４４−４５を簡単に参照する。これら図には本開示の種々の態様による、低姿勢で、水平に配向するフィラメント８０２を受ける、付加的製造装置のエクストルーダ１０４の種々の図が示されている．
【０１８３】
次に図４６−４７を簡単に参照する。これら図には本開示の種々の態様による、低姿勢で、水平に配向するフィラメント８０２を受け、フィラメントの配向に直線状に位置するエクストルーダのノズル９０２を有する付加的製造装置のエクストルーダ１０４の種々の図が示されている．
【０１８４】
図４８−４９を参照する。これら図には本開示の種々の態様による付加的製造装置のエクストルーダの種々の図が示されている。
【０１８５】
エクストルーダ１０４内では、フィラメント８０２は、フィラメント保持装置４９０２（図４９ではフィラメント保持装置４９０２ａ−４９０２ｂと表示）によってガイドされ、ギヤ４９０４によって選択的に移動される。フィラメント保持装置４９０２は、エクストルーダ本体内のフィラメント８０２を位置決めし、安定化するよう働く。
【０１８６】
次に図５０Ａ−図５０Ｃを参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、付加的製造装置のエクストルーダ１０４内でフィラメント８０２をガイドし、張力を与えるのに有効なフィラメント保持装置４９０２の図が示されている。
【０１８７】
フィラメント保持装置４９０２は、ポスト５００４に回転自在に接続されたホイール５００２を含む。図５０Ｂ内の切断線Ａに沿った破断図である図５０Ｃに示されるように、スプリング５００８にはポスト５００４が支持されており、フィラメント８０２の側方運動を阻止し、これを減衰させ、フィラメント８０２を所定位置に保持する。
【０１８８】
次に図５１−５２を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、付加的製造装置のトラバースシステム１０２の種々の図が示されている。第２のアクチュエータ１１０２は、エクストルーダアセンブリのキャリッジ５２０４でエクストルーダ１０４に連係し、トラバースキャリッジ５２０２での接続を介してｙ軸で移動される。第３のアクチュエータ１１０６は、プラットフォームキャリッジ５２０６を介してプラットフォームアセンブリ１１２に接続している。
【０１８９】
次に図５３−５６を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、取外し可能な造形テーブル５３０６を有する付加的製造装置の造形プラットフォームアセンブリ１１２の種々の図が示されている。
【０１９０】
造形プラットフォームアセンブリ１１２は、造形プラットフォーム受け器５３０２を含むことができる。この造形プラットフォーム受け器５３０２は、内側を向いた２つのチャンネル５３１０（図５３では、チャンネル５３１０ａ−５３１０ｂと表示されている）を有する剛性なフレームであり、これらチャンネルは、造形プラットフォーム受け器５３０２のフレームのエッジに沿って造形テーブルの長手方向に延びている。造形プラットフォーム受け器５３０２は、保持機構５３０８、例えば、造形プラットフォーム受け器５３０２内に造形テーブル５３０６を保持するためのラッチも含む。
【０１９１】
造形テーブル５３０６は、少なくとも造形テーブル５３０６の全長の少なくとも一部に沿って走行する２つのフランジ５３１２（図５４ではフランジ５３１２ａ−５３１２ｂと表示されている）を含み、造形テーブル５３０が受け器５３０２へ差し込まれると、フランジ５３１２はチャンネル５３１０に挿入される。造形テーブル５３０６は、受け器５３０２からの造形テーブル５３０６の取り外しおよびそこへの挿入を容易にするための凹部５３１４を含むことができる。
【０１９２】
いくつかの態様では、造形プラットフォームアセンブリ１１２は、テーブル５３０６を自動的に水平にする。各チャンネル５３１０内には、スプリングバー５４０２が配置されており、フランジ５３１２に下方のスプリング力を加えている。造形テーブル５３０６の配向に基づいた上方への力を整合機構５４０４（図５４では整合アクチュエータ５４０４ａ−５４０４ｃと表示されている）が加え、造形テーブル５３０６を水平にしている。いくつかの態様では、整合機構５４０４は、アクティブ装置、例えばピエゾ電気モータ、超音波アクチュエータ、ステッピングモータ、形状記憶アクチュエータであり、このアクティブ装置は、造形テーブル５３０６の下面に接触し、ポストまたは他の取り付け部材を有する造形テーブル５３０６の水平状態の測定値に応答して造形トレーに上方向の力を加える。
【０１９３】
整合機構５４０４は、受動素子、例えば、張力または圧縮力が加えられたスプリング５６０２とすることができ、止めネジ５６０４を締めることにより調節できるポストに接続できる。
【０１９４】
次に、図５７−５９を参照する。これらの図には、本開示の種々の態様による、造形トレーチャンネル５３１２に配置されたスプリングバーを示す部分破断図を有する、付加的製造装置の造形プラットフォームアセンブリ１１２の種々の図が示されている。
【０１９５】
整合機構５４０４は、キャリッジ２５０８に接続するブラケットに組み込んでもよい。いくつかの態様では、凹部が省略され、造形テーブル５３０６はハンドル５７０４を含む。受け器５３０２は、プレートガイド５７０２を含むことができる。
【０１９６】
スプリングバー５３０２は、アングルが付いた正面の多数のスプリング５９０２を有する拡張部材を含む。
【０１９７】
次に図６０−６１を参照する。これら図には本開示の種々の態様による、密閉環境および制御環境における、付加的製造装置１００の作動を促進するように構成された、環境制御ユニット１０８の種々の図が示されている。ＥＣＵは、複数のファン（図６１では、ファン６１０２ａ−６１０２ｂと表示されている）を収容し、ＥＣＵベースプレート６１０６に接続するＥＣＵの本体６１０４を含むことができる。
【０１９８】
次に図６２−６７を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、密閉環境または制御環境での付加的製造装置の作動を促進するように構成された環境制御ユニットの種々の図が示されている。この制御環境ユニットは、シャッタアセンブリを有する。
【０１９９】
ＥＣＵ１０８は、シャッタアセンブリ６２０４、ラッチ６２０８によって保持された取外し自在なフィルタアセンブリ６２０２、多数のファンおよび空気入口カバー６５０２を含むことができる。シャッタアセンブリ６２０４は、シャッタリンク６３０６によってモータ６２０６に接続される、多数の物理的なシャッタ６３０４を含む。フィルタアセンブリ６２０２は、ユーザーが交換可能なコンポーネントでよく、カーボンフィルタ６７０２およびＨＥＰＡフィルタ６７０４を含むことができる。
【０２００】
次に図６８−７１を参照する。これら図には、本開示の種々の態様による、密閉空間を有する付加的製造装置１００のための空気循環加熱装置６８０２の種々の図および態様が示されている。
【０２０１】
いくつかの態様では、装置６８０２によって、空気循環および温度制御を促進するか、または増強できる。装置６８０２は、装置６８０２を通過する空気を加熱するヒータ６９０４に接続されたラジエータ６８０６を含む。装置６８０２を空気が通過することを強制するようファン６９０２を使用してもよい。装置６８０２の本体は、頂部部分６８０８および下部部分６８１０から構成される。
【０２０２】
装置６８０２の端部部分を、（図６８に示されるように）フレア状にしてもよいし、（図７０に示されるように）次第に狭くしてもよいし、装置６８０２を（図７１に示されるように）長方形としてもよい。
【０２０３】
次に図７２を参照する。この図には、本開示の態様による、微小重力環境を含む、種々の力および重力の環境で作動可能な付加的製造装置による部品を製造するためのプロセス７２００の例を示すフローチャートが示されている。
【０２０４】
プロセス７２００は、所望する部品を製造するために遠隔地、例えば軌道に乗っている宇宙ステーションまたは衛星上にある付加的製造装置１００を利用できる。
【０２０５】
プロセス７２００は、すぐにステップ７２０４に移る制御によりステップ７２０２からスタートする。
【０２０６】
ステップ７２０４では、付加的製造装置１００を収容する遠隔地で部品プリント命令が受信される。いくつかの態様では、部品プリント命令は、部品（このためのプリントファイルをすでに制御電子回路１１０が含む）を製造するためのコマンドとなっている。別の態様では、プリントファイルは、部品プリント命令に含まれる。部品プリント命令をローカルソース、または遠隔ソースから提供してもよい。
【０２０７】
ステップ７２０６では、装置１００がステップ７２０８でその部品を製造できるよう、ステップ７２０４で受信された部品プリント命令が、装置１００に入力される。
【０２０８】
ステップ７２１０では、遠隔地で使用のため装置１００から完成済み部品が取り外される。
【０２０９】
その後、プロセス７２００は、ステップ７２１２で終了する。
【０２１０】
次に図７３を参照する、この図には本開示の態様を実現するのに有効なコンピュータシステム７３００の例を示すブロックダイヤグラムが示されている。
【０２１１】
図７３は、計算機能部７３００、例えば制御電子回路１１０（これは、いずれの場合においても１つ以上の物理的かつ実体のある処理機構を示す）を実現するために使用できる図示した計算システムを示す。
【０２１２】
計算機能部７３００は、揮発性および不揮発性メモリ、ＲＡＭ７３０２およびＲＯＭ７３０４だけでなく１つ以上の処理デバイス７３０６（例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、１つ以上のグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ））も含むことができる。計算機能部７３００は、オプションとして種々のメディアデバイス７３０８、例えばハードディスクモジュール、光ディスクモジュールなどを含むことができる。計算機能部７３００は、メモリ（例えば、ＲＡＭ７３０２、ＲＯＭ７３０４など）によって維持されている命令を実行する時に上記各種の動作を実行できる。
【０２１３】
より一般的には、スタティックメモリ記憶デバイス、磁気記憶デバイスおよび光記憶デバイスを含み、これらに限定されない任意のコンピュータで読み取り可能なメディア７３１０に命令およびその他の情報を格納できる。「コンピュータで読み取り可能なメディア」なる用語は、複数の記憶デバイスも含む。すべての場合において、コンピュータで読み取り可能なメディア７３１０とは、ある種の物理的で実体のある存在物を示す。限定ではなく、例を挙げれば、コンピュータで読み取り可能なメディア７３１０は「コンピュータ記憶メディア」および「通信メディア」も含むことができる。
【０２１４】
「コンピュータ記憶メディア」は、情報、例えばコンピュータで読取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータを記憶するための任意の方法または技術によって実現される揮発性、不揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブルなメディアを含む。コンピュータ記憶メディアは、例えば、ＲＡＭ７３０２、ＲＯＭ７３０４、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他の記憶技術、ＣＤーＲＯＭ、ディジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、または他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、または所望する情報を格納するために使用することができ、コンピュータがアクセスできる他のメディアとすることができるが、これらだけに限定されるわけではない。
【０２１５】
「通信媒体」は、一般的にはコンピュータで読取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュールまたは搬送波または他のトランスポート機構のような変調データ信号を含む。通信メディアは、更に任意の情報配信メディアも含むことができる。「変調データ信号」なる用語は、信号内の情報をコード化するようセットまたは変更された特性の１つ以上を有する信号を意味する。限定ではなく例を挙げれば、通信メディアは、有線ネットワークまたは直接有線接続のような有線メディアおよび無線メディア、例えば音響、ＲＦ、赤外線および他の無線メディアも含む。コンピュータで読み取り可能なメディアの範囲には上記のもののうちのいずれかの組合せも含まれる。
【０２１６】
計算機能部７３００は、（１つ以上の入力モジュール７３１４を介した）種々の入力信号を受け、かつ（１つ以上の出力モジュールを介した）種々の出力信号を提供するためのＩ／Ｏモジュール７３１２も含むことができる。１つの特別な出力モジュール機構を、プレゼンテーションモジュール７３１６および関連するＧＵＩ７３１８とすることができる。計算機能部７３００は、１つ以上のコミュニケーションコンディット７３２２を介して他のデバイスとデータを交換するために１つ以上のネットワークインターフェース７３２０を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の通信バス７３２４が上記コンポーネントを共に通信可能に結合する。
【０２１７】
コミュニケーションコンディット７３２２は、任意の方法（例えば、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク（例えば、インターネット）などによって、またはその任意の組合せ）で実現できる。このコミュニケーションコンディット７３２２は、任意のプロトコルまたはプロトコルの組合せによって管理される、有線リンク、無線リンク、ルーター、ゲートウエイ機能部、ネームサーバなどの任意の組合せを含むこともできる。
【０２１８】
上記とは異なるかまたは上記に加え、１つ以上のハードウェアロジックコンポーネントによって上記機能のいずれかの少なくとも一部を実行できる。例えば、限定することなく、使用できる図示したタイプのハードウェアロジックコンポーネントは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、アプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）、アプリケーション特定標準プロダクト（ＡＳＳＰ）、システムオンチップシステム（ＳＯＣ）、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）等を含む。
【０２１９】
本明細書で使用する「モジュール」および「コンポーネント」なる用語は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアまたはそれらの組合せを一般的に示す。ソフトウェアで実現する場合には、モジュールまたはコンポーネントは、プロセッサ上で実行される時に指定されるタスクを実行するプログラムコードを示す。このプログラムコードは、１つ以上のコンピュータで読み取りできるメモリデバイスに格納してもよい。本明細書に記載の開示の特徴は、プラットフォームに依存していないことであり、このことは種々のプロセッサ（例えば、セットトップボックス、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、スマート電話など）を有する種々の市販の計算プラットフォーム上で複数の技術を実現できることを意味している。
【０２２０】
以上で本開示の種々の態様について記載したが、限定ではなく例によりこれら態様が示されたと理解すべきである。当業者であれば、本開示の要旨および範囲から逸脱することなく、形式と詳細について種々の変更が可能であることは明らかであろう。したがって、本開示は、上記例示した態様のいずれによっても限定してはならず、特許およびその均等物によってしか限定してはならない。
【０２２１】
さらに、本開示の構造、方法、機能および利点を明らかにする添付図面は、単に例示目的のために示したに過ぎないと理解すべきである。本開示は、（例えば、本明細書に記載されていない付加的製造装置、本明細書に開示したもの以外の計算デバイスでの実現、および本明細書に開示したもの以外の環境での作動により）添付図面に示したもの以外の態様で実施できるよう充分に柔軟性がありかつ構成可能なものである。当業者が本明細書の記載を読めば明らかとなるように、本開示の更に新しい態様を形成するよう、本開示のシステム、方法およびコンピュータプログラム製品の態様とは異なる所定の特徴を組み合わせると、本開示のさらに新しい態様を形成できる。
【０２２２】
更に要約書の目的は、米国特許商標局、一般に特許または法律用語または言い回しに精通していない公衆および特に対応する技術分野における科学者、エンジニアおよび実務家が大まかな検討するだけで本技術的な開示の特徴および要旨を迅速に判断できるようにすることにある。要約書は、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４１Ｃ】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０Ａ】
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【図５０Ｂ】
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【図５０Ｃ】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
2019031093.tif 000074
【図６９】
2019031093.tif 000075
【図７０】
2019031093.tif 000076
【図７１】
2019031093.tif 000077
【図７２】
2019031093.tif 000078
【図７３】
2019031093.tif 000079
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月31日(2018.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を作成するよう微小重力環境において作動可能な溶着積層モデリング付加的製造装置１００であって、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００は、供給材料カートリッジ１０６を含み、
前記供給材料カートリッジ１０６は、
フィラメント８０２と、
フィラメント繰り出し開口部を有するケーシングと、
前記ケーシングに接続されたハブ２９０２に回転自在に接続され、前記フィラメント８０２を含むフィラメントスプール７０６と、
前記ケーシング内で前記フィラメント８０２を受け、前記フィラメント繰り出し開口部を通して、前記フィラメント８０２をエクストルーダ１０４に近い位置までガイドするフィラメントガイドチューブ７１６と、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００に前記供給材料カートリッジ１０６を取り外し自在に取り付ける少なくとも１つの接続機構２８０２とを備え、
前記フィラメント繰り出し開口部は、側面パネルの中心に位置し、前記フィラメント８０２は、繰り出しのために前記ハブ２９０２を貫通するようになっており、
前記エクストルーダ１０４は、
前記供給材料カートリッジ１０６から前記フィラメントの部分を受け、前記受けたフィラメントのそれぞれの部分を部品作成命令に従って、位置決めし、接合するように構成され、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置は、更に、
前記部品作成命令に従って、前記エクストルーダ１０４を位置決めするように構成されたエクストルーダ位置決めシステム１０２と、
前記部品作成命令に従って、内部で部品が作成される造形空間とを備え、
前記フィラメント８０２は、前記エクストルーダ１０４に供給され、前記エクストルーダ１０４は、前記供給されたフィラメントのそれぞれの部分をフィラメント融点まで加熱し、前記フィラメントの加熱されたそれぞれの部分を位置決めすることにより、前記部品作成命令に従って、前記供給されたフィラメントのそれぞれの部分を接合するようになっている、溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項２】
前記ハブ２９０２内に位置する供給モータ７０８を更に備え、前記供給モータ７０８は、前記フィラメント８０２に接触し、前記フィラメント８０２を繰り出すように構成されている、請求項１記載の溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項３】
部品を作成するよう微小重力環境において作動可能な溶着積層モデリング付加的製造装置１００であって、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００は、
供給材料カートリッジ１０６を備え、
前記供給材料カートリッジ１０６は、
フィラメント８０２を備え、
前記供給材料カートリッジ１０６は、前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００に取り外し自在に取り付けられるように構成され、前記供給材料カートリッジ１０６は、前記フィラメント８０２を収納し、前記フィラメント８０２をフィラメントスプール７０６から繰り出すようになっており、
前記供給材料カートリッジ１０６は、
フィラメント繰り出し開口部を有するケーシングと、
前記ケーシングに接続されたハブ２９０２に回転自在に接続され、前記フィラメント８０２を含む前記フィラメントスプール７０６と、
前記ケーシング内で前記フィラメント８０２を受け、前記フィラメント繰り出し開口部を通して、前記フィラメント８０２をエクストルーダ１０４に近い位置までガイドするフィラメントガイドチューブ７１６と、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００に前記供給材料カートリッジ１０６を取り外し自在に取り付ける少なくとも１つの接続機構２８０２と、
前記フィラメントガイドチューブ７１６内でフィラメントの切断が検出されると、供給モータの作動を中止するようになっているフィラメントガイドチューブモニタとを備え、
前記エクストルーダ１０４は、
前記供給材料カートリッジ１０６から前記フィラメント８０２の部分を受け、前記受けたフィラメントのそれぞれの部分を部品作成命令に従って、位置決めし、接合するように構成され、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置は、更に、
前記部品作成命令に従って、前記エクストルーダ１０４を位置決めする、材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２と、
前記部品作成命令に従って、内部で部品が作成される造形空間とを備え、
前記フィラメント８０２は、前記エクストルーダ１０４内に供給され、前記エクストルーダ１０４は、前記供給されたフィラメントのそれぞれの部分をフィラメント融点まで加熱し、前記フィラメントの加熱されたそれぞれの部分を位置決めすることにより、前記部品作成命令に従って、前記供給されたフィラメントのそれぞれの部分を接合するようになっている溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項４】
部品を作成するように微小重力環境において作動可能な溶着積層モデリング付加的製造装置１００であって、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００は、
フィラメント８０２を含む供給材料カートリッジ１０６と、
前記供給材料カートリッジ１０６から前記フィラメント８０２の部分を受けるように構成され、部品作成命令に従って、前記受けたフィラメントのそれぞれの部分を位置決めし、接合するエクストルーダ１０４と、
前記部品作成命令に従って、前記エクストルーダ１０４を位置決めするように構成された材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２と、
前記部品作成命令に従って、内部で部品が作成される造形空間と、
前記エクストルーダ１０４、前記材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２、および前記造形空間を含む密閉空間を有し、アクセスドア１２８を備える密閉体１１４と、
前記密閉体１１４を気密にするように前記密閉空間の環境内で供給材料の浮遊片を検出し捕捉するための環境制御ユニット１０８とを備え、
前記環境制御ユニット１０８は、この環境制御ユニット１０８の少なくとも一部を通過する空気流量を規制するようになっているシャッタアセンブリ６２０４を更に含み、
前記環境制御ユニット１０８は、前記密閉空間内に位置し、少なくとも１つのフィルタ６７０２および少なくとも１つのファン６１０２を含み、
前記アクセスドア１２８は、前記環境制御ユニット１０８と通信する制御電子回路１１０を備え、前記環境制御ユニット１０８が前記供給材料の浮遊片が補足されたと判断するまで前記アクセスドア１２８を開けることができないようにする溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項５】
部品を作成するように微小重力環境において作動可能な溶着積層モデリング付加的製造装置１００であって、
前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００は、
フィラメント８０２を含む供給材料カートリッジ１０６と、
前記供給材料カートリッジ１０６から前記フィラメント８０２の部分を受けるように構成され、部品作成命令に従って、前記受けたフィラメントのそれぞれの部分を位置決めし、接合するエクストルーダ１０４と、
前記部品作成命令に従って、前記エクストルーダ１０４を位置決めするように構成された材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２と、
前記部品作成命令に従って、内部で部品が作成される造形空間と、
前記造形空間でガスまたは物質微粒子を除去または捕捉するように構成された環境制御ユニット１０８と、
前記エクストルーダ１０４、前記材料接合コンポーネント位置決めシステム１０２、および前記造形空間を含む密閉空間を有する密閉体１１４とを備え、
前記密閉体１１４は、アクセスドア１２８と、この密閉体１１４全体にわたって位置する複数の温度センサとを備え、前記複数の温度センサは、前記環境制御ユニット１０８と通信する少なくとも１つの制御回路に通信可能に結合されており、前記少なくとも１つの制御回路は、前記環境制御ユニット１０８が温度を動作範囲内に調整することができない場合に、前記複数の温度センサのうちの最小個数のセンサが作動範囲外の温度を検出した時に前記溶着積層モデリング付加的製造装置の作動を中止させるようになっている溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項６】
前記複数の温度センサの最小個数は、２個以上である、請求項５記載の溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項７】
前記環境制御ユニット１０８は、前記環境制御ユニット１０８の少なくとも一部を通過する空気流を規制するように構成されたシャッタアセンブリ６２０４を更に含む請求項４記載の溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項８】
前記エクストルーダ１０４は、前記溶着積層モデリング付加的製造装置１００の別の部分に対するエクストルーダ位置を決定するように構成された少なくとも１つの位置センサを更に含む請求項１記載の溶着積層モデリング付加的製造装置１００。
【請求項９】
前記少なくとも１つの位置センサは、前記エクストルーダ１０４の底部部分に取り付けられており、造形表面に対する前記エクストルーダの位置を決定するように構成され、誘導性センサ４１０２、容量性センサ４１０４およびレーザセンサ４１０６のうちの１つである請求項８記載の溶着積層モデリング付加的製造装置１００。