(57)【要約】  押し出し式デジタル製造システム（１０）にて使用する消耗材料（３４）が提供される。前記消耗材料（３４）は、長さ（３６）と、軸方向に非対称である前記長さ（３６）の少なくとも一部の断面プロファイル（３８）を含む。前記断面プロファイル（３８）は、前記押し出し式デジタル製造システム（１０）の非円筒形液化装置（４８）を使用して、同一の熱的に制限された最大体積流量の円筒形液化装置で円筒形フィラメントを使用して達成可能な応答時間より速い応答時間を提供するように構成される。
2013506580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料であって、前記消耗材料は、長さと、軸方向に非対称である前記長さの少なくとも一部の断面プロファイルを含み、前記断面プロファイルは、前記押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置とともに、同一の熱的に制限された最大体積流量の円筒形液化装置での円筒形フィラメントで達成可能な応答時間より少なくとも５０％速い応答時間を提供するように構成されることを特徴とする消耗材料。
【請求項２】
前記非円筒形液化装置での前記消耗材料の前記応答時間は、前記円筒形液化装置での前記円筒形フィラメントの前記応答時間より、少なくとも約２倍速いことを特徴とする、請求項１に記載の消耗材料。
【請求項３】
前記非円筒形液化装置での前記消耗材料の前記応答時間は、前記円筒形液化装置での前記円筒形フィラメントの前記応答時間より、少なくとも約３倍速いことを特徴とする、請求項２に記載の消耗材料。
【請求項４】
前記断面プロファイルは、矩形の幾何学的形状を含むことを特徴とする、請求項１に記載の消耗材料。
【請求項５】
前記断面プロファイルは、約２：１以上の幅対厚さの断面アスペクト比を有することを特徴とする、請求項４に記載の消耗材料。
【請求項６】
前記断面アスペクト比は約２．５：１〜約２０：１であることを特徴とする、請求項５に記載の消耗材料。
【請求項７】
前記断面プロファイルの前記幅は、約１．０ミリメートル〜約１０．２ミリメートルであることを特徴とする、請求項５に記載の消耗材料。
【請求項８】
前記消耗材料は組成的に、熱可塑性材料、非晶質金属合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の消耗材料。
【請求項９】
押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料であって、前記消耗材料は、
非晶性を有する少なくとも１つの材料を含む組成物と、
非円筒形幾何学的形状を含み、前記非円筒形幾何学的形状は、
長さと、
前記長さの少なくとも一部の断面プロファイルを含み、前記断面プロファイルは、Ｄh＜０．９５√Ａeである入口断面積Ａeと水力直径Ｄhを有する前記押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置と嵌合するように構成されることを特徴とする、消耗材料。
【請求項１０】
Ｄh＜０．９０√Ａeであることを特徴とする、請求項９に記載の消耗材料。
【請求項１１】
Ｄh＜０．４０√Ａeであることを特徴とする、請求項９に記載の消耗材料。
【請求項１２】
前記断面プロファイルは、幅と厚さを有する矩形の幾何学的形状を含み、前記幅は前記厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項９に記載の消耗材料。
【請求項１３】
前記断面プロファイルの前記幅は、約１．０ミリメートル〜約１０．２ミリメートルであることを特徴とする、請求項１２に記載の消耗材料。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの材料は、熱可塑性材料、非晶質金属合金、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項９に記載の消耗材料。
【請求項１５】
押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料の製造方法であって、
シート厚さと、少なくとも１つの熱可塑性材料を有する組成物とを有する押し出しシートを提供する工程と、
前記押し出しシートを複数の非円筒形フィラメントに切断する工程であって、前記複数の非円筒形フィラメントの少なくとも１つは、長さと、前記長さの少なくとも一部の断面プロファイルを含むことを特徴とし、前記断面プロファイルは、Ｄh＜０．９５で√Ａeある入口断面積Ａeと水力直径Ｄhを有する前記押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置と嵌合するように構成されていることを特徴とする工程と、
前記複数の非円筒形フィラメントの少なくとも一部を供給アセンブリに実質的に平行して装填する工程と、
を含む方法。
【請求項１６】
Ｄh＜０．９０√Ａeであることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記断面プロファイルは、幅と厚さを有する矩形の幾何学的形状を含むことを特徴とし、前記断面プロファイルの前記厚さは、前記シート厚さと実質的に等しいことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記断面プロファイルの前記幅は、約１．０ミリメートル〜約１０．２ミリメートルであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記押し出しシートに少なくとも１つの組織分布的表面パターンを形成する工程を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記押し出しシートを提供する工程は、
前記押し出しシートのベース部を押し出す工程と、
前記押し出しシートの前記ベース部上に少なくとも１つの層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（背景）
本開示は、３次元（３Ｄ）モデルを構築するための直接デジタル製造システムに関する。特に、本発明は、押し出し式デジタル製造システムにて使用するモデリングおよび支持材料などの消耗材料に関する。
【０００２】
押し出し式デジタル製造システム（例えば、ミネソタ州イーデンプレイリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ）のストラタシス社（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．）が開発した溶融堆積モデリングシステム）を使用して、流動性消耗モデリング材料を押し出すことにより、３Ｄモデルのデジタル表示から３Ｄモデルを層状に構築する。モデリング材料は、押し出しヘッドによって担持された押し出し先端を介して押し出され、基材上のｘ−ｙ面に一連の道路として堆積される。押し出されたモデリング材料は、先に堆積したモデリング材料に融合し、温度が下がると固化する。次に、基材に対する押し出しヘッドの位置は（ｘ−ｙ面に垂直の）ｚ軸に沿って増加し、次にプロセスが繰り返され、デジタル表示に似せた３Ｄモデルが形成される。
【０００３】
基材に対する押し出しヘッドの移動は、３Ｄモデルを表す構築データに従ってコンピュータ制御のもとで行われる。構築データは、最初に３Ｄモデルのデジタル表示を複数の水平にスライスされた層にスライスすることにより入手される。次に、各スライス層ごとに、ホストコンピュータは、３Ｄモデルを形成するためにモデリング材料の道路を堆積するための構築パスを生成する。
【０００４】
モデリング材料の各層を堆積することにより３Ｄモデルを作製する際、支持層または支持構造体は典型的には、構築中の対象物の張出し部分の下または空洞内に構築され、モデリング材料自体によって支持されない。支持構造体は、モデリング材料を堆積する技術と同一の堆積技術を利用して構築されてもよい。ホストコンピュータは、形成中の３Ｄモデルの張出しまたは自由空間部分の支持構造体として機能するさらなる幾何学的形状を生成する。次に、構築プロセス中に、消耗支持材料は生成された幾何学的形状に従い、第２ノズルから堆積される。支持材料は、作製中はモデリング材料に付着し、構築プロセスの完了時に完成した３Ｄモデルから取り外すことができる。
（概要）
本開示の第１の態様は、押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料に関する。消耗材料は、長さと、軸方向に非対称である長さの少なくとも一部の断面プロファイルを含む。断面プロファイルは、押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置を用いた場合、同一の熱的に制限された最大体積流量で円筒形液化装置における円筒形フィラメントを用いて達成可能な応答時間より速い（例えば、少なくとも５０％速い）応答時間を提供するように構成される。
【０００５】
本開示の別の態様は、押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料に関する。消耗材料は、非晶性を有する少なくとも１つの材料からなる組成物を含む。また、消耗材料は、長さと、その長さの少なくとも一部の断面プロファイルとからなる非円筒形幾何学的形状を更に含む。断面プロファイルは、Ｄh＜０．９５√Ａeである入口断面積Ａeと水力直径Ｄhを有する押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置と嵌合するように構成される。
【０００６】
本開示の別の態様は、押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料の製造方法に関する。本方法は、シート厚さと少なくとも１つの熱可塑性材料からなる組成物とを有するシートを提供する工程を含む。本方法は、シートを複数の非円筒形フィラメントに切断する工程を更に含む。複数の非円筒形フィラメントの少なくとも１つは、長さと、その長さの少なくとも一部の断面プロファイルとを有する。断面プロファイルは、Ｄh＜０．９５√Ａeである入口断面積Ａeおよび水力直径Ｄhを有する押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置と嵌合するように構成される。本方法は更に、複数の非円筒形フィラメントの少なくとも一部を供給アセンブリに実質的に平行して装填する工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】モデリングおよび支持材料の非円筒形フィラメントから３Ｄモデルおよび支持構造体を構築するための押し出し式デジタル製造システムの正面図である。
【図２】矩形の断面プロファイルを有する非円筒形フィラメントであるリボンフィラメントの斜視図である。
【図３】リボンフィラメント断面プロファイルを示す、図２中のセクション３−３の断面図である。
【図４】リボンフィラメントとともに使用する押し出し式デジタル製造システムの押し出しヘッド・サブアセンブリの分解斜視図であり、押し出しヘッド・サブアセンブリは、矩形の液化装置を含む。
【図５Ａ】矩形の液化装置を介して押し出されるリボンフィラメントを示す、図４中のセクション５Ａ−５Ａの断面図である。
【図５Ｂ】矩形の液化装置を介して押し出されるリボンフィラメントを更に示す、図４中のセクション５Ｂ−５Ｂの断面図である。
【図５Ｃ】矩形の液化装置の入口断面プロファイルを示す、図４中のセクション５Ｃ−５Ｃの断面図である。
【図６】矩形の液化装置内全体で重なり合う複数の円筒形液化装置の概略図である。
【図７】リボンフィラメントの形成方法のフローチャートである。
【図８】リボンフィラメントを形成するために使用される押し出しシートの斜視図である。
【図９】押し出しシートを形成するシート押し出しシステムの概略図である。
【図１０】押し出しシートからリボンフィラメントを形成するフィラメント生産システムの概略図である。
【図１１】単一の積層面を有する第１代替リボンフィラメントを示す、図２中のセクション３−３の別の断面図である。
【図１２】２つの積層面を有する第２代替リボンフィラメントを示す、図２中のセクション３−３の別の断面図である。
【図１３】複数の層を有する２つの積層面を有する第３代替リボンフィラメントを示す、図２中のセクション３−３の別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（詳細な説明）
本開示は、押し出し式デジタル製造システムにて使用するモデリングおよび支持材料の非円筒形フィラメント、並びに非円筒形フィラメントを製造するための方法およびシステムに関する。以下に説明するように、非円筒形フィラメントは、同一の体積流量を有する円筒形液化装置から融解して押し出される円筒形フィラメントと比較して、減少した応答時間で非円筒形液化装置から融解して押し出され得る消耗材料である。このことは、堆積精度を向上させ且つ構築時間を低減し、そのことにより３Ｄモデルおよび対応する支持構造体を構築するプロセス効率を増加させるのに有利である。
【０００９】
本発明で使用する場合、「非円筒形フィラメント」という用語は、非円形の断面（例えば、矩形の断面プロファイル）を有するモデリングまたは支持材料のフィラメントを意味する。これは、円形の断面プロファイルを有する「円筒形フィラメント」と対比される。これに対応して、本発明で使用する場合、「非円筒形液化装置」という用語は、非円筒形フィラメントを受容する非円形の断面プロファイル（例えば、矩形または弓形の断面プロファイル）の通路を有する液化装置を意味する。これは、円筒形フィラメントを受容する円形の断面プロファイルを有する通路を有する「円筒形液化装置」と対比される。
【００１０】
図１は、構築チャンバ１２と、圧盤１４と、ガントリー１６と、押し出しヘッド１８と、供給源２０および２２とを含む押し出し式デジタル製造システムであるシステム１０の正面図である。押し出しヘッド１８は、構築作業中、非円筒形フィラメント（図１中に図示せず）の連続した各部分を受容して融解するよう構成される。システム１０の好適な押し出し式デジタル製造システムとしては、ミネソタ州イーデンプレイリーに所在するストラタシス社が開発した溶融堆積モデリングシステムが挙げられる。
【００１１】
構築チャンバ１２は、３Ｄモデル（３Ｄモデル２４と称される）および対応する支持構造体（支持構造体２６と称される）を構築するために、圧盤１４と、ガントリー１６と、押し出しヘッド１８とを収容する密閉された環境である。圧盤１４は、その上で３Ｄモデル２４および支持構造体２６が構築されるプラットフォームであり、コンピュータによる制御部（制御部２８と称される）から提供される信号に基づいて垂直のｚ軸に沿って移動する。ガントリー１６は、制御部２８から提供される信号に基づいて構築チャンバ１２内の水平のｘ−ｙ面で押し出しヘッド１８を移動させるように構成されたガイドレールシステムである。水平のｘ−ｙ面は、ｘ−軸およびｙ−軸（図１中では図示せず）によって画定される面であり、ｘ−軸、ｙ−軸、およびｚ軸は相互に直交する。代替の実施形態において、圧盤１４は、構築チャンバ１２内の水平のｘ−ｙ面で移動するように構成されてもよく、且つ押し出しヘッド１８は、ｚ軸に沿って移動するように構成されてもよい。また、その他の類似した配置を使用して圧盤１４と押し出しヘッド１８の一方または両方が相互に対して移動可能であるようにしてもよい。
【００１２】
押し出しヘッド１８は、ガントリー１６によって支持され、制御部２８から提供される信号に基づいて圧盤１４上に３Ｄモデル２４および支持構造体２６を層状に構築する。押し出しヘッド１８は、一対の非円筒形液化装置（図１中では図示せず）を含む。第１非円筒形液化装置は、非円筒形のモデリング材料フィラメントの連続した各部分を受容して融解するように構成され、第２非円筒形液化装置は、非円筒形の支持材料フィラメントの連続した各部分を受容して融解するように構成される。
【００１３】
非円筒形のモデリング材料フィラメントは、供給源２０から経路３０を介して押し出しヘッド１８に提供されてもよい。同様に、非円筒形の支持材料フィラメントは、供給源２２から経路３２を介して押し出しヘッド１８に提供されてもよい。また、システム１０は、非円筒形フィラメントの供給源２０および２２から押し出しヘッド１８への供給を補助するように構成されたさらなる駆動メカニズム（図示せず）を含んでもよい。供給源２０および２２は、非円筒形フィラメントの供給源（例えば、スプール容器（ｓｐｏｏｌｅｄ  ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ））であり、望ましくは構築チャンバ１２から離れた箇所に保持される。供給源２０および２２の好適なアセンブリとしては、Ｓｗａｎｓｏｎらの米国特許第６，９２３，６３４号、Ｃｏｍｂらの米国特許第７，１２２，２４６号、並びにＴａａｔｊｅｓらの米国特許出願公開第２０１０／００９６４８５号および第２０１０／００９６４８９号に開示されたものがある。
【００１４】
構築作業中、ガントリー１６は、押し出しヘッド１８を構築チャンバ１２内の水平のｘ−ｙ面であちこちに移動させ、非円筒形フィラメントは、押し出しヘッド１８に供給される。押し出しヘッド１８は、受容したモデリング材料フィラメントの連続した各部分を熱融解し、それによって、融解された材料は３Ｄモデル２４を構築するために押し出され得る。同様に、押し出しヘッド１８は、支持材料フィラメントの連続した各部分を熱融解し、それによって、融解された材料は支持構造体２６に構築するために押し出され得る。非円筒形フィラメントの上流の未融解の部分はそれぞれ、融解された材料を押し出しヘッド１８の各液化装置から押し出すために、粘性ポンプ作用のピストンとして機能してもよい。
【００１５】
押し出されたモデリングおよび支持材料は、圧盤１４上に堆積され、層ベースのアディティブ法（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して３Ｄモデル２４および支持構造体２６を構築する。支持構造体２６は、望ましくは、層状の３Ｄモデル２４の張出し領域のためのｚ軸に沿った垂直の支持体を提供するために堆積される。構築作業が完了した後、得られた３Ｄモデル２４／支持構造体２６は、構築チャンバ１２から取り出してもよく、支持構造体２６は３Ｄモデル２４から取り外されてもよい。
【００１６】
以下に説明するように、非円筒形フィラメントおよび液化装置の断面プロファイルにより、非円筒形フィラメントは、円筒形のフィラメントと液化装置の場合と比較して、減少した応答時間で押し出しヘッド１８から融解されて押し出され得る。このことにより、３Ｄモデル２４および支持構造体２６を構築する際のシステム１０におけるプロセス効率が増加する。例えば、応答時間の減少により、モデリングおよび支持材料が堆積される道路の開始箇所および停止箇所の精度が増加し得る。３Ｄモデル（例えば、３Ｄモデル２４）の層を形成するための構築作業中、押し出しヘッド（例えば、押し出しヘッド１８）は水平のｘ−ｙ面で移動し、融解したモデリング材料を堆積する。任意の堆積パターンが完成すると、押し出しヘッドはモデリング材料の堆積を停止する。これは、押し出しヘッドの液化装置内へのフィラメントの供給を停止し、それによってフィラメントの粘性ポンプ作用が中止されることにより達成される。
【００１７】
しかし、押し出しヘッドが液化装置へのフィラメントの供給を停止するタイミングと、モデリング材料の押し出しヘッドからの押し出しを実際に停止するタイミングとの間の応答時間は、瞬時ではない。その代わりに、液化装置の熱的特性、フィラメントの組成、および以下に説明するようなフィラメントと液化装置通路の断面プロファイルなどの要因に基づく遅れがある。同様に、ゼロ流量状態から定常状態流量への遷移に伴う応答時間の遅れもある。長い応答時間を必要とする液化装置およびフィラメントは、このような遅延を増加させ、それによって場合により堆積精度が減少する。しかし、応答時間が減少すれば、特に細かい特徴を含有する３Ｄモデルを構築する場合、得られた３Ｄモデルの美的および構造的品質を向上させることができる。
【００１８】
例えば、システム１０の応答時間が減少すれば、堆積の開始および停止地点近辺の好適な箇所でガントリー１６の加速をゲート処理することができる。これにより、各層の継ぎ目を隠す能力が増加し、成形品の品質を向上させることができる。加えて、応答時間は、ガントリー１６がｘ−ｙ面のコーナーを移動する際にガントリー１６が一定接線速度からどの程度逸脱してよいかを決定する。その結果、応答時間が減少することにより、押し出しヘッド１８は優れたコーナリング加速および減速を達成することができる。これにより、レースカーのコーナリング能力が総レース時間の短縮に重要であるのと同様に、３Ｄモデルおよび支持構造体の構築に必要な生産時間を短縮することができる。
【００１９】
説明を容易にするため、以下の開示は、矩形の断面プロファイルを有する非円筒形フィラメント（リボンフィラメントと称される）、およびリボンフィラメントを受容するための対応する矩形の通路を有する非円筒形液化装置を参照しながら行う。しかし、本開示は、応答時間を円筒形フィラメントよりも減少させる、様々な異なる断面プロファイルを有する非円筒形フィラメントにも適用される。
【００２０】
図２は、リボンフィラメント３４の斜視図である。リボンフィラメント３４は、矩形の断面プロファイルを有する非円筒形フィラメントであり、長さ３６を含む。長さ３６は、供給源２０または２２（図１中に図示）内に残存するリボンフィラメント３４の量に応じて変化し得る連続的な長さである。リボンフィラメント３４は、望ましくは、長さ３６に沿って可撓性を有する。これにより、リボンフィラメント３４は、塑性的に変形したりまたは破砕したりすることなく、供給源２０および２２内に維持され（例えば、スプールに巻きつけられ）、システム１０を介して（例えば、通路３０および３２を介して）供給され得る。例えば、一実施形態において、リボンフィラメント３４は、望ましくは、ｔ／ｒより大きい弾性歪みに耐えることができる。式中、「ｔ」は、リボンフィラメント３４の湾曲面の断面厚さ（例えば、図３に示された厚さ４２）であり、「ｒ」は、曲げ半径（例えば、供給源２０または２２内での曲げ半径、および／または経路３０または３２中での曲げ半径）である。
【００２１】
リボンフィラメント３４は、３Ｄモデル２４および支持構造体２６（図１中に図示）をそれぞれ構築するために様々な押し出し可能なモデリングおよび支持材料から製造されてもよい。リボンフィラメント３４の好適なモデリング材料としては、高分子材料および金属材料が挙げられる。いくつかの実施形態において、好適なモデリング材料としては、熱可塑性材料、非晶質金属材料、およびこれらの組み合わせなど、非晶性を有する材料が挙げられる。リボンフィラメント３４の好適な熱可塑性材料の例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、非晶質ポリアミド、これらの修飾された変形（例えば、ＡＢＳ−Ｍ３０コポリマー）、ポリスチレン、およびこれらの混合物が挙げられる。好適な非晶質金属材料の例としては、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒの米国特許出願公開第２００９／０２６３５８２号に開示されているようなものが挙げられる。
【００２２】
フィラメント３４の好適な支持材料としては、非晶性を有する材料（例えば、熱可塑性材料）が挙げられ、非晶性を有する材料は望ましくは、３Ｄモデル２４および支持構造体２６が構築された後対応するモデリング材料から取り外し可能である。フィラメント３４の好適な支持材料の例としては、ミネソタ州イーデンプレイリーに所在するストラタシス社から「ＷＡＴＥＲＷＯＲＫＳ」および「ＳＯＬＵＢＬＥ  ＳＵＰＰＯＲＴＳ」の商標名にて市販されている水溶性の支持材料、ミネソタ州イーデンプレイリーに所在するストラタシス社から「ＢＡＳＳ」の商標名にて市販されている破断支持材料、並びにＣｒｕｍｐらの米国特許第５，５０３，７８５号、Ｌｏｍｂａｒｄｉらの米国特許第６，０７０，１０７号と第６，２２８，９２３号、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎらの米国特許第６，７９０，４０３号、およびＨｏｐｋｉｎｓらの米国特許出願公開第２０１０／００９６０７２号に開示されているようなものが挙げられる。
【００２３】
リボンフィラメント３４の組成物としては更に、可塑剤、レオロジー変性剤、不活性充填剤、着色剤、安定剤、およびこれらの組み合わせなどのさらなる添加剤が挙げられる。支持材料にて使用する好適なさらなる可塑剤の例としては、フタル酸ジアルキル、フタル酸シクロアルキル、フタル酸ベンジルおよびアリール、フタル酸アルコキシ、リン酸アルキル／アリール、ポリグリコールエステル、アジピン酸エステル、クエン酸エステル、グリセリンのエステル、およびこれらの組み合わせが挙げられる。好適な不活性充填剤の例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ガラス球体、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、ウォラストナイト、雲母、アルミナ、シリカ、カオリン、炭化ケイ素、複合材料（例えば、球状およびフィラメント状の複合材料）、およびこれらの組み合わせが挙げられる。組成物がさらなる添加剤を含む実施形態において、組成物中のさらなる添加剤の好適な混合濃度の例は、組成物の総重量を基準にして、約１重量％〜約１０重量％であり、特に好適な濃度は約１重量％〜約５重量％である。
【００２４】
また、リボンフィラメント３４は、望ましくは、システム１０内で消耗可能な材料としてのリボンフィラメント３４の使用を可能にする物理的性質を示す。一実施形態において、リボンフィラメント３４の組成物は、その長さに沿って実質的に均質である。加えて、リボンフィラメント３４の組成物は、望ましくは、構築チャンバ１２での使用に好適なガラス転移温度を示す。リボンフィラメント３４の組成物の好適な大気圧でのガラス転移温度の例としては、約８０℃以上の温度が挙げられる。いくつかの実施形態において、好適なガラス転移温度としては、約１００℃以上が挙げられる。さらなる実施形態において、好適なガラス転移温度としては、約１２０℃以上が挙げられる。
【００２５】
また、リボンフィラメント３４は、望ましくは、その軸方向圧縮によりリボンフィラメント３４が液化装置内に係止されることがないように、低圧縮性を示す。リボンフィラメント３４の高分子組成物の好適なヤング率値の例としては、約０．２ギガパスカル（ＧＰａ）（約３０，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））以上が挙げられる。ヤング率値は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−０８に準じて測定される。いくつかの実施形態において、好適なヤング率は、約１．０ＧＰａ（約１４５，０００ｐｓｉ）〜約５．０ＧＰａ（約７２５，０００ｐｓｉ）である。さらなる実施形態において、好適なヤング率値は、約１．５ＧＰａ（約２００，０００ｐｓｉ）〜約３．０ＧＰａ（約４４０，０００ｐｓｉ）である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、以下に説明するように、リボンフィラメント３４は、多層フィラメントであってもよい。例えば、リボンフィラメント３４は、異なった材料の外側層間に配置された中心層を含む。これにより、リボンフィラメント３４は様々な物理的および美的品質を示すことができる。さらなる実施形態において、リボンフィラメント３４は、長さ３６に沿って様々な箇所で組織分布的表面パターンを示してもよい。例えば、リボンフィラメント３４は、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許仮出願第６１／２４７，０７８号や、「押し出し式デジタル製造システムにて使用される組織分布的表面パターンを有する消耗材料（Ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  Ｆｏｒ  Ｕｓｅ  Ｉｎ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」と題されたＢａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許出願第１２／６１２，３４２号に開示されるような組織分布的表面パターンを含んでもよい。
【００２７】
図３は、リボンフィラメント３４のプロファイル３８を示す、図２のセクション３−３の断面図である。プロファイル３８は、長さ３６に沿った１つの箇所におけるリボンフィラメント３４の軸方向に非対称の断面プロファイルである。図示された実施形態において、リボンフィラメント３４は、長さ３６に沿って実質的に同一のプロファイル３８を有し、そのため、構築作業中長さ３６全体を使用することができる。代替的に、長さ３６の１つ以上の部分（例えば、終端部分）は使用不可能であってもよい。
【００２８】
図示の実施形態において、リボンフィラメント３４は、断面幅４０および断面厚さ４２を有する。幅４０および厚さ４２の好適な寸法は、望ましくは、リボンフィラメント３４が押し出しヘッド１８の矩形の液化装置と嵌合できるようにし、さらに、望ましくは、同一体積流量を有する円筒形液化装置における円筒形フィラメントと比較して、押し出し材料の応答時間を低減する断面アスペクト比を提供する。
【００２９】
幅４０の好適な寸法の例は、約１．０ミリメートル（約０．０４インチ）〜約１０．２ミリメートル（約０．４０インチ）であり、特に好適な幅は約２．５ミリメートル（約０．１０インチ）〜約７．６ミリメートル（約０．３０インチ）であり、さらに特に好適な幅は約３．０ミリメートル（約０．１２インチ）〜約５．１ミリメートル（約０．２０インチ）である。
【００３０】
厚さ４２は、望ましくは、リボンフィラメント３４に好適な構造的完全性を提供し、それによって、リボンフィラメント３４が供給源２０または２２に保持されている間、およびシステム１０を介して（例えば、通路３０または３２を介して）供給されている間の亀裂または破断のリスクを低減するのに十分な厚さである。厚さ４２の好適な寸法の例は、約０．０８ミリメートル（約０．００３インチ）〜約１．５ミリメートル（約０．０６インチ）であり、特に好適な厚さは約０．３８ミリメートル（約０．０１５インチ）〜約１．３ミリメートル（約０．０５インチ）であり、さらに特に好適な厚さは約０．５１ミリメートル（約０．０２インチ）〜約１．０ミリメートル（約０．０４インチ）である。
【００３１】
以下に説明するように、幅４０の厚さ４２に対するアスペクト比、および矩形の液化装置の対応するアスペクト比は、円形断面を有する円筒形フィラメントに付随する芯を効果的に除去するように選択してもよい。これにより、リボンフィラメント３４は、減少した応答時間で、矩形の液化装置内で融解されて押し出される。
【００３２】
図４は、リボンフィラメント３４とともに使用される押し出しヘッド１８（図１中に図示）の好適なサブアセンブリであるサブアセンブリ４４の分解斜視図である。サブアセンブリ４４は、駆動メカニズム４６と、液化装置４８と、熱ブロック５０とを含む。駆動メカニズム４６は、リボンフィラメント３４の連続した各部分を経路３０（図１中に図示）から液化装置４８に供給するフィラメント駆動メカニズムである。駆動メカニズム４６は、望ましくは、制御部２８（図１中に図示）と信号通信し、それによって制御部２８は駆動メカニズム４６がリボンフィラメント３４を液化装置４８に供給する速度を指令することができる。一対の駆動輪が図示されているが、駆動メカニズム４６は、リボンフィラメント３４を液化装置４８に供給するための様々な異なるメカニズムを含んでもよい。駆動メカニズム４６の好適なフィラメント駆動メカニズムの例としては、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許出願公開第２００９／０２７４５４０号および第２００９／０２７３１２２号に開示されているようなものが挙げられる。
【００３３】
液化装置４８は、上端５４と下端５６との間に延びる通路５２を含む非円筒形の液化装置である。上端５４と下端５６は、長手方向軸５８に沿った液化装置４８の対向する端部である。通路５２は、リボンフィラメント３４を受容して融解する矩形のスロットである。従って、通路５２の上端５４の入口は、望ましくは、リボンフィラメント３４が通路５２と嵌合可能な寸法を有する。これにより、リボンフィラメント３４は、過度の摩擦抵抗を生じることなく通路５２内に滑り込むことができる。また、通路５２は、望ましくは、上端５４と下端５６との間で長手方向軸５８に沿って実質的に同一の断面プロファイルを示す。しかし、代替の実施形態において、通路５２の断面プロファイルは先細にされ、下端５６での断面積をより小さくしてもよい。
【００３４】
また、液化装置４８は、押し出し先端６０を更に含む。押し出し先端６０は、下端５６に位置し、リボンフィラメント３４の融解した材料を所望の道路幅で押し出すように構成された直径が小さい先端である。押し出し先端６０の好適な内部先端直径の例は、約１２５マイクロメートル（約０．００５インチ）〜約５１０マイクロメートル（約０．０２０インチ）である。
【００３５】
熱ブロック５０は、液化装置４８の少なくとも一部の周囲を延び、熱を液化装置４８および受容したリボンフィラメント３４に伝導するように構成された熱伝達要素である。熱ブロック５０の好適な熱伝達要素の例としては、Ｓｗａｎｓｏｎらの米国特許第６，００４，１２４号、Ｃｏｍｂの米国特許第６，５４７，９９５号、ＬａＢｏｓｓｉｅｒｅらの米国特許公開公報第２００７／０２２８５９０号、およびＢａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許出願公開第２００９／０２７３１２２号に開示されているようなものが挙げられる。別の実施形態において、熱ブロック５０は、熱を液化装置４８に生成および／または移動することによって液化装置４８内で長手方向軸５８に沿って熱勾配を形成する様々な異なる熱伝達要素により置き換えられてもよい。
【００３６】
システム１０（図１中に図示）での構築作業中、リボンフィラメント３４は駆動メカニズム４６と係合し、液化装置４８の通路５２内に装填される。次に、制御部２８は、駆動メカニズム４６に対し、リボンフィラメント３４の連続した各部分を液化装置４８内に駆動するよう指令する。リボンフィラメント３４が液化装置４８を通過すると、熱ブロック５０によって生成された熱勾配が液化装置４８内のリボンフィラメント３４の材料を融解する。駆動メカニズム４６によって駆動されるリボンフィラメント３４の上流にある未融解部分は、未融解部分と液化装置４８の壁部との間の融解した材料に作用する粘性ポンプのピストンとして機能する。これによって、融解した材料が押し出し先端６０から押し出される。次に、押し出された材料を道路として堆積し、３Ｄモデル２４を層状に形成してもよい。
【００３７】
上述のように、同一の体積流量で円筒形液化装置から融解されて押し出される円筒形フィラメントと比較して、減少した応答時間で、リボンフィラメント３４を液化装置４８から融解して押し出すことができる。円筒形液化装置の場合、応答は、ＲＣのような集中定数により決定される。このため、円筒形液化装置の応答時間は、流量を０％から新しい定常状態値の約６３％以内に変化させるための時間である１／ｅ時間を意味する。これに対し、液化装置４８などの非円筒形液化装置の場合、応答は伝送線路パラメータにより決定される。このため、液化装置４８などの非円筒形液化装置の応答時間とは、約１０％の流量変化と約９０％の流量変化の間の時間を意味する。
【００３８】
例えば、サブアセンブリ４４の応答時間は、押し出し先端６０における融解した材料の流量が、（制御部２８の指令により）駆動メカニズム４６がリボンフィラメント３４に加える駆動圧力の変化に対応するために要する時間である。応答時間が短いと、特に細かい特徴を含有する３Ｄモデルを構築する場合に、得られる３Ｄモデルの美的および構造的品質を向上する助けとなる。特に、応答時間はガントリー（例えば、ガントリー１６）がコーナーに入ると減速しその後コーナーを出ると加速できる程度を決定するため、３Ｄモデルを高速で構築するためには短い応答時間を必要とする。
【００３９】
「体積流量」とは、液化装置を通過する熱的に制限された最大体積流量を意味する。この最大体積流量は、液化装置が押し出し可能な状態に液化して押し出すことができる材料の最大体積流量である。円筒形液化装置の場合、熱的に制限された最大体積流量Ｑmax,cは、等式１により決定してもよい。
（等式１）
【００４０】
【数１】
2013506580.tif 000003
【００４１】
式中、κは、円筒形フィラメントの材料の熱拡散率であり、Ｌp,cは、融解した材料を含有する円筒形液化装置の長さである。従って、この特性にのみ基づき、融解した材料を含有する円筒形液化装置の長さを増加させるだけで体積流量Ｑmax,cを増加させることができる。
【００４２】
しかし、特定の直径を有する円筒形液化装置では、流量Ｑmax,cが増加すると流動抵抗も増加し、それに対応して応答時間が増加する。応答時間は、集中した圧力変化時定数τcで表されてもよい。この圧力変化時定数τcは、円筒形液化装置とフィラメント材料の流動抵抗と流量キャパシタンスの積である。１秒当たりの圧力（１秒当たりの体積）で表される円筒形液化装置の流動抵抗ＦＲcは、等式２により決定してもよい。
（等式２）
【００４３】
【数２】
2013506580.tif 000004
【００４４】
式中、ηは円筒形フィラメントの材料の動的粘度であり、ｄcは円筒形液化装置の内径である。円筒形液化装置の流量キャパシタンスＦＣcは、等式３により決定してもよい。
（等式３）
【００４５】
【数３】
2013506580.tif 000005
【００４６】
式中、Ｂはフィラメント材料のバルク弾性率（即ち、均一の圧縮に対する材料の抵抗力）である。
円筒形液化装置の流動抵抗と流量キャパシタンスを組み合わせることにより、円筒形液化装置の応答時間は、集中した圧力変化時定数τcに基づいて、等式４により決定してもよい。
（等式４）
【００４７】
【数４】
2013506580.tif 000006
【００４８】
等式１と４を組み合わせると、円筒形液化装置の時定数τcと体積流量Ｑmax,cとの間で比例関係が示される。この比例関係は、等式５で示される。
（等式５）
【００４９】
【数５】
2013506580.tif 000007
【００５０】
等式５に示されているように、材料の体積流量を増加させると、それに対応して応答時間が増加し、それによって押し出し先端における融解した材料の圧力が円筒形フィラメントに加えられる駆動圧力の変化に対応するのに必要な時間が不所望に増加する。
【００５１】
１つの考えられる応答時間を減少させるための技術として、円筒形フィラメントと液化装置の直径を大きくすることが挙げられる。しかし、約２．５ミリメートル（約０．１インチ）を超える直径を有する円筒形フィラメントは、押し出し式デジタル製造システムで操作および管理するのが難しくなる。このため、円筒形液化装置の任意の体積の場合、材料の体積流量の増加により応答時間が不所望に増加し、また逆も同様である。これらの競合要因が、円筒形液化装置の達成可能な応答時間および体積流量を効果的に制限する。
【００５２】
図５Ａおよび５Ｂはそれぞれ、図４中のセクション５Ａ−５Ａおよび５Ｂ−５Ｂの断面図であり、リボンフィラメント３４が液化装置４８内で融解する様子を示す。図５Ａで示されているように、熱ブロック５０は、液化装置４８の長さの一部（加熱長さ６２と称される）の周囲を延びて加熱するように構成される。液化装置４８の好適な加熱長さ６２の例は、約１３ミリメートル（約０．５インチ）〜約１３０ミリメートル（約５．０インチ）であり、特に好適な長さ８８は約２５ミリメートル（約１．０インチ）〜約５１ミリメートル（約２．０インチ）である。
【００５３】
リボンフィラメント３４が液化装置４８の通路５２内に駆動されると、リボンフィラメント３４の連続した各部分は少なくとも押し出し可能な状態に融解し、通路５２内に融解した材料の融解プール６４が形成される。図示のように、融解プール６４は、下端５６とメニスカス６６との間で軸線５８に沿って延びる。従って、軸線５８に沿った融解プール６４を含有する液化装置４８の長さ（長さ６８と称される）は、下端５６とメニスカス６６との間で延びる。液化装置４８内のメニスカス６６の箇所は、液化装置４８に沿った熱プロファイル、液化装置４８の寸法、リボンフィラメント３４の材料、リボンフィラメント３４の駆動速度などの要因に応じて変化し得る。しかし、定常状態の押し出し中は、融解プール６４の長さ６８が典型的には加熱長さ６２未満となるように、メニスカス６６を実質的に一定レベルに維持してもよい。
【００５４】
図５Ａおよび５Ｂにそれぞれ示されているように、液化装置４８の通路５２は、断面幅（幅７０と称される）と断面厚さ（厚さ７２と称される）を有する。幅７０は厚さ７２よりも大きい。このことは、通路５２の入口断面プロファイル（通路プロファイル７４と称される）を示す図５Ｃに更に示されている。幅７０および厚さ７２の好適な寸法は、望ましくは、上述のようにリボンフィラメント３４が通路５２と嵌合するのを可能にする。また、上述のように、通路プロファイル７４は、望ましくは、液化装置４８の加熱長さ６２（図５Ａおよび５Ｂ中に図示）に沿って実質的に同一寸法を示す。しかし、代替の実施形態において、通路プロファイル７４は先細にされ、液化装置４８の下端５６（図４、５Ａ、および５Ｂ中に図示）に隣接する断面積をより小さくしてもよい。さらなる代替の実施形態において、通路プロファイル７４は先細にされ、メニスカス位置に安定性を提供するために断面積をより大きくしてもよい。
【００５５】
通路プロファイル７４における幅７０および厚さ７２の好適な寸法としては、リボンフィラメント３４が過度の摩擦を生じることなく通路５２と嵌合することを可能にする幅が挙げられる。幅７０の好適な寸法は、約１．０ミリメートル（約０．０４インチ）〜約１２．７ミリメートル（約０．５０インチ）であり、特に好適な幅は約３．０ミリメートル（約０．１２インチ）〜約１０．１ミリメートル（約０．４０インチ）であり、さらに特に好適な幅は約３．８ミリメートル（約０．１５インチ）〜約６．４ミリメートル（約０．２５インチ）である。
【００５６】
厚さ７２の好適な寸法の例は、約０．２５ミリメートル（約０．０１インチ）〜約２．５ミリメートル（約０．１０インチ）であり、特に好適な厚さは約０．５１ミリメートル（約０．０２インチ）〜約２．０ミリメートル（約０．０８インチ）であり、さらに特に好適な厚さは約０．７６ミリメートル（約０．０３インチ）〜約１．８ミリメートル（約０．０７インチ）である。
【００５７】
理論に拘束されるものではないが、通路プロファイル７４のアスペクト比が、円形断面を有する円筒形フィラメントに付随する芯を効果的に除去すると考えられる。これにより、液化装置４８は、同一の湿潤通路体積（例えば、図５Ａおよび５Ｂに示された長さ６８に沿った通路プロファイル７４の領域である、通路５２の体積）を有する円筒形液化装置と比較して、減少した応答時間を達成することができる。リボンフィラメント３４の端部からの熱拡散を無視すると、幅７０が厚さ７２より大きい場合、リボンフィラメント３４の時間依存性温度プロファイルは等式６により決定してもよい。
（等式６）
【００５８】
【数６】
2013506580.tif 000008
【００５９】
式中、Ｔｅｍｐaは、液化装置４８内にて加熱される前のリボンフィラメント３４の初期温度であり、Ｔｅｍｐfは液化装置４８の温度であり、Ｔfはリボンフィラメント３４の厚さ（即ち、厚さ４２）である。式中、−Ｔf＜２ｘ＜Ｔfであり、式中、ｅｒｆｃは等式７で示されるような相補誤差関数である。
（等式７）
【００６０】
【数７】
2013506580.tif 000009
【００６１】
相補誤差関数は、等式８にて示されるような漸近展開を有する。
（等式８）
【００６２】
【数８】
2013506580.tif 000010
【００６３】
等式８から、等式９で表され得る特徴的な最低次時定数を引き出すことができる。
（等式９）
【００６４】
【数９】
2013506580.tif 000011
【００６５】
熱拡散率κ８．１３ミリメートル／ｓｅｃ2（０．３２０インチ／ｓｅｃ2）（ＡＢＳ材料の好適な値）、リボンフィラメント３４の厚さＴf（即ち、厚さ４２）０．７６ミリメートル（０．０３インチ）、初期温度Ｔｅｍｐa８０℃、および液化装置４８の壁部温度Ｔｅｍｐf３２０℃を使用して、等式８の漸近展開の最初の１００項を組み入れると、最低次時定数τfによって表される、平均温度が漸近温度までの中間地点に移動するのに妥当な時間は、約０．２４秒である。従って、リボンフィラメント３４を加熱するのに要する時間の妥当な見積値は、最低次時定数τfの約４倍（即ち、４τf）である。従って、本プロセスは、４τf秒で、等式１０により決定される融解材料の体積を生成する。
（等式１０）
【００６６】
【数１０】
2013506580.tif 000012
【００６７】
式中、Ｗrは、通路５２の幅（即ち、幅７０）であり、Ｔrは通路５２の厚さ（即ち、厚さ７２）であり、Ｌp,rは融解した材料を含有する通路５２の長さ（即ち、長さ６８）である。
【００６８】
従って、矩形の液化装置（例えば、液化装置４８）の場合、熱的に制限された体積流量Ｑmax,rは、等式１１により決定してもよい。
（等式１１）
【００６９】
【数１１】
2013506580.tif 000013
【００７０】
等式１１にて示されているように、熱的に制限された最大体積流量Ｑmax,rは、融解した材料を含有する液化装置４８の長さ（即ち、長さ６８）により決定される。従って、作業長さは、液化装置の加熱長さ（例えば、加熱長さ６２）ではなく、むしろリボンフィラメント３４の加熱長さである。
【００７１】
円筒形液化装置について上述したように、矩形の液化装置（例えば、液化装置４８）の応答時間も、矩形の液化装置およびリボンフィラメント材料の流動抵抗ＦＲrと流量キャパシタンスの積である。矩形の液化装置の流動抵抗は、等式１２により決定してもよい。
（等式１２）
【００７２】
【数１２】
2013506580.tif 000014
【００７３】
矩形の液化装置の流量キャパシタンスＦＣrは、等式１３により決定してもよい。
（等式１３）
【００７４】
【数１３】
2013506580.tif 000015
【００７５】
矩形の液化装置の流動抵抗と流量キャパシタンスを組み合わせることにより、矩形の液化装置の応答時間τrは等式１４により決定してもよい。
（等式１４）
【００７６】
【数１４】
2013506580.tif 000016
【００７７】
式１１と１４を組み合わせることにより、等式１５に示すように、矩形の液化装置の応答時間τrと体積流量Ｑmax,rとの間で比例関係が示される。
（等式１５）
【００７８】
【数１５】
2013506580.tif 000017
【００７９】
等式５と１５を比較すると、同一の熱的に制限された最大体積流量（即ち、Ｑmax,c＝Ｑmax,r）の場合、リボンフィラメント３４の幅４０がリボンフィラメント３４の厚さ４２より大きいと、液化装置４８内のリボンフィラメント３４の押し出しを制御するための応答時間は、円筒形液化装置内の円筒形フィラメントの応答時間よりも少ないことがわかる。同一の熱的に制限された最大体積流量（即ち、Ｑmax,c＝Ｑmax,r）の場合、リボンフィラメント３４のプロファイル３８と通路５２の通路プロファイル７４のアスペクト比は、望ましくは、円形の断面プロファイルを有する円筒形液化装置で達成可能な応答時間よりも少なくとも１．５倍速い応答時間を提供する。より望ましくは、応答時間は、少なくとも２倍速く、さらにより望ましくは少なくとも３倍速い。従って、幅４０の厚さ４２に対する好適なアスペクト比の例としては、約２：１以上のアスペクト比が挙げられ、特に好適なアスペクト比は約２．５：１〜約２０：１であり、さらにより特に好適なアスペクト比は約３：１〜約１０：１であり、さらにより特に好適なアスペクト比は約３：１〜約８：１である。
【００８０】
図６に示すように、複数の円筒形液化装置を配列に重ね合わせて通路５２の通路プロファイル７４に相当するスロットを形成することにより、式５と１５の比較を視覚化してもよい。その結果、円筒形液化装置７６間の隙間空間を無視すると、円筒形液化装置（円筒形液化装置７６と称される）と通路プロファイル７４の断面積が同一となる。従って、本実施例では、各円筒形液化装置７６の直径は厚さ７２と同一である。また、融解した材料を含有する円筒形液化装置７６のそれぞれの長さは、融解プール６４の長さ６８と同一であることが想定される。このため、円筒形液化装置７６の合計の湿潤体積は、液化装置４８の湿潤体積と同一である。
【００８１】
円筒形液化装置の応答時間の液化装置４８の応答時間に対する比τc／τrは、等式１６で示される。
（等式１６）
【００８２】
【数１６】
2013506580.tif 000018
【００８３】
従って、等式１６にて示されているように、同一の熱的に制限された最大体積流量（即ち、Ｑmax,c＝Ｑmax,r）の場合、円筒形液化装置の応答時間の液化装置４８の応答時間に対する比は、円筒形液化装置の直径の２乗／通路５２の厚さ７２の２乗に比例する。例えば、１．７８ミリメートル（０．０７０インチ）の直径を有する円筒形液化装置と、３．０５ミリメートル（０．１２０インチ）の幅７０および０．８１３ミリメートル（０．０３２インチ）の厚さ７２（即ち、約４：１のアスペクト比）を有する液化装置４８は、実質的に同一断面積を有する。従って、これらの断面積、および同一の融解プール長さ（例えば、長さ６８）、およびＱmax,c＝Ｑmax,rの場合、等式１６により、応答時間比はτr／τc＝０．３２である。言い換えれば、リボンフィラメント３４を用いた液化装置４８の応答時間は、円筒形液化装置および円筒形フィラメントを用いて達成可能な応答時間より約３倍速い。
【００８４】
別の実施例において、１．７８ミリメートル（０．０７０インチ）の直径を有する円筒形液化装置と、４．１９ミリメートル（０．１６５インチ）の幅７０と０．５８４ミリメートル（０．０２３インチ）の厚さ７２（即ち、約７：１のアスペクト比）を有する液化装置４８も、実質的に同一の断面積を有する。従って、これらの断面積、および同一の融解長さ、およびＱmax,c＝Ｑmax,rの場合、等式１６により、応答時間比はτr／τc＝０．１６７である。言い換えれば、本実施例では、液化装置４８およびリボンフィラメント３４の応答時間は、円筒形液化装置および円筒形フィラメントで達成可能な応答時間より約６倍速い。このことは、リボンフィラメント３４と通路５２のアスペクト比が増加すると応答時間も増加することを示している。
【００８５】
やはり理論に拘束されるものではないが、円筒形液化装置の配列は矩形の液化装置４８の断面領域にくもの巣状の網を効果的に形成するさらなる壁部を含み、それによって摩擦抵抗が増加するという事実により、このように応答時間が減少すると考えられる。このような摩擦抵抗の増加は、通路プロファイル７４では観察されない。このため、任意の熱的に制限された最大体積流量の場合、液化装置４８は、円筒形液化装置および円筒形フィラメントと比較して，減少した応答時間でリボンフィラメント３４を受容、融解、および押し出しを行うことができる。
【００８６】
上述の実施形態は、矩形の断面プロファイルを有する非円筒形フィラメント（即ち、リボンフィラメント３４）と、対応する矩形の通路を有する非円筒形液化装置（即ち、液化装置４８）に関するものであった。これらの実施形態の断面プロファイルは、幅対厚さの断面アスペクト比（例えば、リボンフィラメント３４の幅４０対厚さ４２、および通路５２の幅７０対厚さ７２）によって適切に特徴づけられてもよい。しかし、多くの非円筒形フィラメントおよび液化装置は、幅対厚さの断面アスペクト比によって適切に特徴づけることができない断面プロファイルを有し得る。このため、非円筒形フィラメントおよび液化装置の断面プロファイルを適切に特徴づけるための代替の方法は、等式１７で表されるように、水力直径Ｄhを用いてもよい。
（等式１７）
【００８７】
【数１７】
2013506580.tif 000019
【００８８】
式中、Ａeは、液化装置通路の入口における断面プロファイルの面積であり、Ｕは液化装置通路の湿潤周辺長である。
円筒形液化装置の場合、等式１７はＤh＝Ｄcに約分される。通路５２が融解した材料で実質的に満たされる液化装置４８などの矩形の液化装置の場合、Ａe＝ＷrＴr、およびＵ＝２（Ｗr＋Ｔr）であり、水力直径Ｄhは等式１８で表されてもよい。
（等式１８）
【００８９】
【数１８】
2013506580.tif 000020
【００９０】
従って、本開示の非円筒形フィラメントおよび液化装置の好適な断面プロファイルは、望ましくは、等式１９によって表される水力直径Ｄhを有する。
（等式１９）
【００９１】
【数１９】
2013506580.tif 000021
【００９２】
式中、Ｐ1は、Ｄhが√ＡeのパーセントＰ1より小さくなるようなパーセント値である。パーセントＰ1の好適な値の例としては、約０．９５（即ち、Ｄh＜０．９５√Ａe）が挙げられ、特に好適なパーセントＰ1の値としては約０．９０（即ち、Ｄh＜０．９０√Ａe）が挙げられ、さらにより特に好適なパーセントＰ1の値としては約０．８７（即ち、Ｄh＜０．８７√Ａe）が挙げられる。
【００９３】
等式１９は、本開示の非円筒形フィラメントおよび液化装置の水力直径Ｄhの好適な上限値を示している。従って、本開示の非円筒形フィラメントおよび液化装置の好適な断面プロファイルも、望ましくは、等式２０によって表される水力直径Ｄhを有する。
（等式２０）
【００９４】
【数２０】
2013506580.tif 000022
【００９５】
式中、Ｐ2は、Ｄhが√ＡeのパーセントＰ2より大きくなるようなパーセント値である。パーセントＰ2の好適な値の例としては、約０．４０（即ち、Ｄh＞０．４０√Ａe）が挙げられ、特に好適なパーセントＰ2の値としては約０．５５（即ち、Ｄh＞０．５５√Ａe）が挙げられ、さらにより特に好適なパーセントＰ2の値としては約０．７０（即ち、Ｄh＞０．７０√Ａe）が挙げられる。従って、本開示の非円筒形フィラメントおよび液化装置の水力直径Ｄhは、望ましくは等式１９の基準を満たし、望ましくは等式２０の基準を満たし、さらにより望ましくは等式１９および等式２０の基準を満たす。これらの値は、液化装置４８などの矩形の液化装置に好適な上述の断面アスペクト比に対応する。これに対し、円筒形フィラメントおよび液化装置の場合は、Ｐ1およびＰ2がそれぞれ約２．２５である必要がある。
【００９６】
図７〜１１は、押し出し式デジタル製造システム（例えば、図１中に示されたシステム１０）で使用する前にリボンフィラメント３４（図２〜４中に図示）などの非円筒形フィラメントを製造するための好適な実施形態を示す。図７は、リボンフィラメント３４などの非円筒形フィラメントの好適な製造方法の一例である方法７８のフローチャートである。図示のように、方法７８は、工程８０〜８８を含み、最初にシート押し出しシステムへの供給物質の供給が行われる（工程８０）。供給物質は、ペレット、ロッド、粉末、微粒子、ブロック、インゴットなどの様々な異なる媒体で生産システムに供給されてもよい。供給物質の好適な組成物としては、リボンフィラメント３４のモデリングおよび支持材料について上述したようなものが挙げられる。
【００９７】
シート押し出しシステムに供給されると、供給物質は融解されて押し出され、供給物質の押し出しシートが生成され得る（工程８２）。以下に説明するように、押し出しシートを引き続き使用して複数の個々のリボンフィラメントに分離してもよい。固体状態での押し出しシートの厚さは、望ましくはリボンフィラメントのそれぞれの厚さに合致する。押し出された後、押し出しシートは、望ましくは、冷却され、押し出しシートを少なくとも部分的に固化する（工程８４）。いくつかの実施形態において、以下に説明するように、このシートに異なった材料のさらなるシートを積層し、多層シートを形成してもよい。
【００９８】
本プロセスのこの時点で、シートを保管した（例えば、巻取りスプールに巻きつけた）後に分離するか、または連続プロセスなどでシート切断機に直接供給してもよい。シート切断機で、シートを長手方向に複数のリボンフィラメントに切断してもよい。リボンフィラメントの少なくとも１つの断面プロファイルは、望ましくは、上述のように非円筒形液化装置（例えば、液化装置４８）と嵌合するように構成される（工程８６）。より望ましくは、押し出されたシートから切断されたリボンフィラメントのそれぞれは、非円筒形液化装置（例えば、液化装置４８）と嵌合するように構成される。
【００９９】
切断後、リボンフィラメントは次に、供給アセンブリに装填されてもよい（工程８８）。一実施形態において、複数のリボンフィラメントの装填プロセスを実質的に平行して実施してもよい。押し出されたシートから切断された後、リボンフィラメントは、実質的に連続して複数の巻取りスプールに供給される。次に、供給アセンブリは、１つ以上の押し出し式デジタル製造システム（例えば、システム１０）にて使用され、３Ｄモデルおよび支持構造体を構築してもよい。
【０１００】
図８は、シート９０の斜視図である。シート９０は、方法７８の工程８０、８２、および８４（図７中に図示）によって製造され得る押し出しシートの一例である。図８で示されているように、シート９０は複数のリボンフィラメント９２に切断されてもよい。各リボンフィラメント９２は、望ましくはリボンフィラメント３４（図２〜４中に図示）に相当する。単一のシート９０から生産され得るリボンフィラメント９２の数は、シート９０の幅（シート幅９４と称される）に応じて変化し得る。単一シート９０から押し出され得るリボンフィラメント９２の好適な数の例は、約５〜約１００であり、特に好適な数は約１０〜約５０である。
【０１０１】
シート９０のシート幅９４は、望ましくは、廃棄される材料の量を最小限に抑える。このため、切断されるリボンフィラメント９２は、望ましくは、シート幅９４全体にわたって延びる。しかし、別の実施形態において、シート９０のシート幅９４に沿った１つ以上の部分を処分または再利用してもよい。例えば、シート９０の幅の横方向端部は、所望により、処分または再利用してもよい。シート幅９４の好適な寸法の例は、約０．３メートル（約１．０フィート）〜約１．２メートル（約４．０フィート）であり、特に好適な幅は約０．４６メートル（約１．５フィート）〜約０．９１メートル（約３．０フィート）である。
【０１０２】
加えて、固化された状態でのシート９０は、望ましくは、リボンフィラメント９２の所望の厚さ（例えば、リボンフィラメント３４の厚さ４２）と実質的に同一であるシート厚さ（シート厚さ９６と称される）を有する。シート厚さ９６の好適な寸法の例は、約０．０８ミリメートル（約０．００３インチ）〜約１．５ミリメートル（約０．０６インチ）であり、特に好適な厚さは約０．３８ミリメートル（約０．０１５インチ）〜約１．３ミリメートル（約０．０５インチ）であり、さらにより特に好適な厚さは約０．５１ミリメートル（約０．０２インチ）〜約１．０ミリメートル（約０．０４インチ）である。
【０１０３】
押し出され少なくとも部分的に固化された後、シート９０は次に、方法７８の工程８６によりリボンフィラメント９２に切断される。これは、各リボンフィラメント９２間の切断線９８を用いて図８に示されている。押し出しシート９０から切断された後、各リボンフィラメント９２は次に、方法７８の工程８８により供給アセンブリ（例えば、スプール）に装填される。このプロセスにより、さらなるサイズ調整工程を必要とすることなく単一の押し出しシート９０から複数のリボンフィラメント９２を作製し、リボンフィラメント９２の所望の厚さを得ることができる。これに対応して、高い生産速度を達成できる。
【０１０４】
図９は、シート押し出しシステム１００の概略図である。シート押し出しシステム１００は、方法７８（図７中に図示）により押し出しシート（例えば、図８中に示されたシート９０）を製造するために好適なシステムの一例である。図示のように、システム１００は、押し出しアセンブリ１０２と、冷却ドラム１０４および１０６と、プーリ１０８および１１０と、巻取りスプール１１２を含む。押し出しアセンブリ１０２は、所望のモデリングおよび／または支持材料の供給物質（媒体１１４として図示）を受容して押し出し、シート９０を生成するように構成される。押し出しアセンブリ１０２は、ホッパー１１６と、熱スリーブ１１８と、駆動ねじ１２０と、押し出し出口１２２を含む。押し出しアセンブリ１０２（およびシステム１００）は縦の配向で図示されているが、代替的に異なる配置（例えば、水平の配向）で配置されてもよい。作業中、駆動ねじ１２０は媒体１１４の連続した各部分をホッパー１１６から、熱スリーブ１１８によって画定される押し出し軸（押し出し軸１２４と称される）に供給する。熱スリーブ１１８は、媒体１１４が押し出し軸１２２内に供給されると、熱エネルギーを媒体１１４に移動させ、それによって媒体１１４を融解して押し出し出口１２２から押し出し、シート９０を生成する。
【０１０５】
次に、シート９０は冷却ドラム１０４および１０６を噛み合わせ、シート９０の厚さ（即ち、シート厚さ９６）を画定する。冷却ドラム１０４および１０６は、望ましくはシート９０がニップ１２６で冷却ドラム１０４および１０６と係合しているときに低温に維持されてシート９０を冷却する円筒形ドラムである。ドラム１０４および１０６を冷却するための低い温度は、シート９０のライン速度、シート９０の組成物および寸法などの要因に応じて変化し得る。冷却ドラム１０４および１０６の好適な温度の例は、約４０℃〜約６０℃である。これにより、シート９０は、ニップ１２６の通過後のシート厚さ９６を維持しながら少なくとも部分的に固体状態に固化し得る。
【０１０６】
従って、冷却ドラム１０４は、望ましくは、シート９０のシート厚さ９６を設定する距離で、ニップ１２６で冷却ドラム１０６からオフセットされる。その結果、シート９０の連続した各部分の厚さは、シート９０から切断される各リボンフィラメント９２の所望の厚さと一致してもよい。これにより、上述のように各リボンフィラメント９２はその後対応する非円筒形液化装置（例えば、液化装置４８）と嵌合し、応答時間を減少させることができる。一実施形態において、システム１００は更に、シート９０のシート厚をリアルタイムで検出および測定し且つ所望のシート厚さを得るために１つ以上の処理パラメータを調節（例えば、ライン速度、ニップ寸法などを調節）するように構成されるセンサアセンブリ（図示せず）をさらに含んでもよい。
【０１０７】
一実施形態において、シート９０に組織分布的表面パターンを形成し、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許仮出願第６１／２４７，０７８号や、「押し出し式デジタル製造システムにて使用する組織分布的表面パターンを有する消耗材料（Ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  Ｆｏｒ  Ｕｓｅ  Ｉｎ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」と題されたＢａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許出願第１２／６１２，３４２号に開示されているような組織分布的表面パターンを有するリボンフィラメント９２を提供してもよい。本実施形態において、冷却ドラム１０４および１０６の一方または両方は、シート９０に組織分布的表面パターンを形成するように構成された模様付きの外面を含んでもよい。これは、シート９０が完全に固化する前に組織分布的表面パターンを形成するのに有利である。代替的に、模様付きの面を有するさらなるローラーを使用してシート９０のパターンを形成してもよい。さらなるローラーは、冷却ドラム１０４および１０６の上流または下流に配置されてもよい。
【０１０８】
さらなる実施形態において、システム１００は、シート９０の一方または両方の主面にコーティング材を塗布するための１つ以上のコーティング装置（図示せず）を含んでもよい。例えば、システム１００は、シート９０の一方または両方の主面に材料の薄いコーティングを堆積させるように構成されたコロナ放電装置（図示せず）を含んでもよい。これにより、低表面エネルギー材料などの様々なコーティング材料をシート９０上に堆積させることができる。低表面エネルギー材料は、リボンフィラメント９２が押し出し式デジタル製造システム（例えば、システム１０）の矩形の液化装置（例えば、液化装置４８）内に駆動されるときの摩擦抵抗を低減するのに有利であり得る。
【０１０９】
次に、シート９０は、プーリ１０８および１１０に巻きつけられ、巻取りスプール１１２に巻き取られてもよい。冷却ドラム１０４および１０６、プーリ１０８および１１０、並びに巻取りスプール１１２の１つ以上は、シート９０を形成するために好適なライン速度を適用するためにモータで駆動されてもよい。シート９０を形成するために好適なライン速度の例は、約１メートル／分〜約２０メートル／分であり、特に好適なライン速度は約５メートル／分〜約１５メートル／分である。別の実施形態において、プーリの数を追加して、シート９０を巻取りスプール１１２に向かわせてもよい。好適な長さのシート９０を巻取りスプール１１２に巻き取った後、シート９０を分離し、巻取りスプール１１２は、保管するか、または以下に説明するようにシート９０を個々のリボンフィラメント９２に切断するための次の処理に備えてもよい。別の実施形態において、切断装置にシート９０を直接供給し、シート９０を個々のリボンフィラメント９２に切断してもよい。本実施形態において、巻取りスプール１１２を省略してもよく、またシート９０の連続した各部分の押し出し形成と連続したプロセスで、シート９０をリボンフィラメント９２に切断してもよい。
【０１１０】
図１０は、フィラメント生産システム１２８の概略図である。フィラメント生産システム１２８は、シート９０からリボンフィラメント９２を形成するのに好適なシステムである。システム１２８は、切断ローラー１３０と、支持ローラー１３２と、アイドラプーリ１３４と、巻取りスプール１３６ａ〜１３６ｄを含む。図示のように、シート９０は、巻取りスプール（例えば、巻取りスプール１１２）から、または連続したプロセスでのシステム１００からの直接供給により、切断ローラー１３０と支持ローラー１３２のニップ交差点に供給されてもよい。
【０１１１】
切断ローラー１３０は、複数の平行した薄いブレードを有する円筒形表面を含み、シート９０の連続した各部分を個々のリボンフィラメント（リボンフィラメント９２ａ〜９２ｄと称される）に切断するように構成された第１ローラーである。従って、切断ローラー１３０の平行するブレードは、望ましくは、リボンフィラメント９２の幅（例えば、図３中に示されたリボンフィラメント３４の幅４０）に相当する隙間によって分離される。また、切断ローラー１３０は、望ましくは、切断工程中シート９０を切断ローラー１３０と支持ローラー１３２との間で引っ張るためにモータ駆動される。支持ローラー１３２は、シート９０が切断ローラー１３０と支持ローラー１３２との間を通過して切断ローラー１３０のブレードを備えた面と係合するために好適な距離だけ切断ローラー１３０から離間された第２ローラーである。
【０１１２】
シート９０から切断された後、各リボンフィラメント９２（例えば、リボンフィラメント９２ａ〜９２ｄ）は、望ましくは、巻取りスプール１３６ａ〜１３６ｄの個々のスプールに供給される。巻取りスプール１３６ａ〜１３６ｄは、供給スプール２０および／または供給スプール２２（図１中に図示）として好適な供給アセンブリの例である。リボンフィラメント９２ａ〜９２ｄは、アイドラプーリ１３４により、それぞれの巻取りスプール１３６ａ〜１３６ｄに向けられてもよい。図示のように、アイドラプーリ１３４は、リボンフィラメント９２ａ〜９２ｄが異なる半径方向の箇所で支持ローラー１３２から排出されるように配置される。これにより、リボンフィラメント９２ａ〜９２ｄが巻取りスプール１３６ａ〜１３６ｄに装填される間にからまるリスクが低減される。
【０１１３】
また、巻取りスプール１３６ａ〜１３６ｄのそれぞれは、リボンフィラメント９２ａ〜９２ｄがシート９０から切断されるときにリボンフィラメント９２ａ〜９２ｄをそれぞれ巻き取るためにモータ駆動されてもよい。システム１２８は４つのリボンフィラメント９２と４つの巻取りスプール１３６を有するように図示されているが、切断ローラー１３０は、シート９０とリボンフィラメント９２の幅に基づいて、シート９０を任意の好適な数のリボンフィラメント９２に切断してもよい。次に、切断されたリボンフィラメント９２は、個々の巻取りスプール１３６に実質的に平行して装填されてもよい。
【０１１４】
システム１２８は単一の対の切断ローラー１３０／支持ローラー１３２を有するように図示されているが、別の実施形態において、システム１２８は、複数の対の切断ローラー／支持ローラーを含んでもよい。例えば、システム１２８は、シート９０を複数の部分に切断し得る最初の対の切断ローラー１３０および支持ローラー１３２を含んでもよい。各部分は、複数のリボンフィラメント９２を含む幅を有する。次に、切断された各部分は、任意の部分を個々のリボンフィラメント９２に切断し得るさらなる対の切断ローラー１３０および支持ローラー１３２を通過してもよい。次に、個々のリボンフィラメント９２は、上述のように個々の巻取りスプール１３６に装填されてもよい。従って、シート９０は、単一の切断工程中または複数の連続した切断工程で、リボンフィラメント９２に切断されてもよい。
【０１１５】
シート押し出しシステム１００およびフィラメント生産システム１２８はそれぞれ、望ましくは、乾燥環境を得るためにハウジング（図示せず）内に収容される。例えば、システム１００および１２８はそれぞれ、低水分量を維持するために乾燥空気循環装置および／または乾燥剤パッケージを含んでもよい。さらに、巻取りスプール１１２および１３６はそれぞれ、貯蔵中およびその後の使用中、受容したシート９０／リボンフィラメント９２を乾燥した状態を保つために、使用乾燥剤パッケージをさらに含んでもよい。システム１００および１２８内、並びに巻取りスプール１１２および１３６内で乾燥環境を維持するために好適な技術としては、Ｓｗａｎｓｏｎらの米国特許第６，９２３，６３４号、Ｃｏｍｂらの米国特許第７，１２２，２４６号、並びにＴａａｔｊｅｓらの米国特許出願公開第２０１０／００９６４８５号および第２０１０／００９６４８９号に開示されているようなものが挙げられる。
【０１１６】
図１１〜１３は、本開示の多層リボンフィラメントを示す、図２中のセクション３−３の代替的な断面図である。図１１で示されているように、リボンフィラメント２００は、リボンフィラメント３４（図２中に図示）に類似した断面プロファイルを有する。しかし、本実施形態において、リボンフィラメント２００は、ベース部２０２および層２０４を含む。ベース部２０２は上面２０６および底面２０８を含み、層２０２は上面２０６上に形成される。リボンフィラメント２００の好適な寸法としては、リボンフィラメント３４について上述したようなものが挙げられる。従って、リボンフィラメント２００に好適な幅（幅２１０と称される）の例としては、リボンフィラメント３４の幅４０について上述したようなものが挙げられる。ベース部２０２と層２０４の好適な合計厚さ（厚さ２１２と称される）の例としては、リボンフィラメント３４の厚さ４２について上述したようなものが挙げられる。
【０１１７】
ベース部２０２の好適な材料としては、リボンフィラメント３４について上述したモデリングおよび支持材料が挙げられる。しかし、層２０４は、システム１０（図１中に図示）での構築作業を補助し得るベース部２０２とは異なった材料を含んでもよい。例えば、水溶性の支持材料の多くの組成物は比較的脆性であり、その結果押し出し式デジタル製造システム（例えば、システム１０）内への供給中にフィラメントが破砕することがある。脆性を低減するために、少なくとも部分的に水溶性である非脆性材料でできた薄いコーティングとして層２０４を上面２０６上に形成してもよい。これにより、破砕または破損することなくリボンフィラメント２００をシステム１０内に供給することができ、それによってシステム１０における信頼性を増加させる。ベース部２０２のバルク材料と比較して、層２０４の薄いコーティングは、少量の非脆性材料を提供する。このため、非脆性材料が低水溶性を有していたとしても、支持構造体２６の組成物は全体として、ベース部２０２を形成するために使用されるバルク材料に近似した水溶性を有し、それによってリボンフィラメント２００の材料は依然として好適な水溶性の支持材料としての機能を果たすことができる。
【０１１８】
図１２および１３は、リボンフィラメント２００の代替物であるリボンフィラメント３００および４００を示している。参照ラベルはそれぞれ「１００」および「２００」ずつ増加している。図１２で示されているように、リボンフィラメント３００は、底面３０８上に形成された層３１４を更に含み、それによって層３０４と３１４との間にベース部３０２が配置される。図１２で示されているように、リボンフィラメント４００は、上面４０６と層４０４との間に配置された層４１６と、底面４０８と層４１４との間に配置された層４１８を更に含む。従って、本開示のリボンフィラメントは、複数の層を含んでもよい。層のそれぞれは、所望の層性質および任意の層を形成するために使用されるプロセスに応じて、同一のまたは異なる材料を含んでもよい。
【０１１９】
リボンフィラメント２００、３００、および４００はそれぞれ、一般に、リボンフィラメント９２について上述した方法と同様に形成されてもよい。この方法は、最初にシステム１００を用いてベースシート（例えば、シート９０）を押し出すことを伴う。ベースシートは、望ましくは、それぞれのベース部（例えば、ベース部２０２、３０２、および４０２）と同一のシート厚さを有する（図９中に図示）。次に、様々なコーティング技術を使用して１つ以上の層を１つ以上のベースシート面上に形成してもよい。層形成プロセスは、望ましくは、（例えば、システム１２８を使用して）ベースシートを複数のリボンフィラメントに切断する前に実施される。
【０１２０】
一実施形態において、各層は、任意の層の厚さに相当するシート厚さを有するさらなる押し出しシートを最初に形成することにより形成されてもよい。次に、１つ以上のさらなる押し出しシートをベースシート上に積層し、各層をベース部に固定するためにローラー間で熱プレスしてもよい。本実施形態において、リボンフィラメント４００の層４１６および４１８を結合層として使用して、層４０４および４１４をそれぞれベース部４０２に固定してもよい。積層プロセスは、ベースシートを巻取りスプール（例えば、巻取りスプール１１２）に巻き取る前に実施してもよく、または、代替的に、ベースシートを巻取りスプールに巻き取った後に積層プロセスのために巻きを解いてもよい。
【０１２１】
別の実施形態において、各層は、コーティング材を１つ以上のベースシート面に堆積またはそうでなければ塗布することにより、形成されてもよい。例えば、各コーティングは、上述のようにコロナ放電装置を使用して堆積させてもよい。代替的に、各コーティングは、ナイフコーティングプロセスやローラーコーティングプロセスなどの１つ以上の従来のコーティングプロセスにより形成されてもよい。
【０１２２】
さらなる別の実施形態において、各層は、各層のシートをベースシートとともに共押し出しを行うにより形成されてもよい。これにより、層（単一または複数）を形成するために個別の積層またはコーティング工程を使用せずに済み、多層シートの寸法をシステム１００で（例えば、ニップ１２６で）画定することができる。
【０１２３】
積層および／またはコーティングプロセスの完了後、次にシステム１２８を使用して多層シートを個々のリボンフィラメント（例えば、リボンフィラメント２００、３００、および４００）に切断してもよい。各層の得られる厚さは、任意の層の所望の特性および使用する積層またはコーティングプロセスに応じて変化し得る。リボンフィラメント２００、３００、および４００の各層の好適な合計厚さの例としては、リボンフィラメントの厚さ（即ち、厚さ２１２、３１２、または４１２）の約５０％以下が挙げられ、特に好適な合計厚さはリボンフィラメントの厚さの約１％〜約２５％、さらにより特に好適な厚さはリボンフィラメントの厚さの約５％〜約２５％である。
【０１２４】
リボンフィラメント２００、３００、および４００は、システム１００および１２８を使用して製造され、３Ｄモデルおよび／または支持構造体を減少した応答時間で構築するためにシステム１０とともに使用してもよい多層リボンフィラメントの好適な例を示す。また、リボンフィラメント２００、３００、および４００の多層性により、リボンフィラメントを押し出しシート（例えば、シート９０）から形成し、様々な異なる物理的および美的性質を達成することができる。
【０１２５】
また、本開示のさらなる実施形態において、上述の円筒形および非円筒形フィラメントは中空であってもよい。また、プラスチックの断面積は、芯がなくなることにより減少するため、中空フィラメントの水力直径は物理的直径未満であってもよい。従って、本開示の中空フィラメントの好適な水力直径の例としては、上述したようなものが挙げられる。さらに、液化装置は、押し出し品を外側と内側から加熱するため、中空フィラメントに嵌合する芯をさらに含んでもよい。
【０１２６】
中空フィラメントの１つの考えられるさらなる利点は、中空フィラメントを合成物から迅速な押し出しにより製造する際、望ましくは供給アセンブリに保持する（例えば、スプールに巻きつける）前に迅速に冷却されることにある。迅速な冷却プロセスにより、他の固体フィラメントでは直径の変化が生じ得ることができ、その長さに沿って変化し得る。これに対し、中空フィラメントが迅速に冷却される場合、中空フィラメントの内面の直径が変化し、外面はより均一にされ得る。
【０１２７】
円筒形シェルの形態での中空フィラメントの別の考えられるさらなる利点は、フィラメント駆動メカニズムへの適応性である。固体フィラメントは、ほぼ非圧縮性であり得るため、フィラメント直径がわずかに小さいまたは大きい場合、駆動ローラーまたは駆動歯が受ける牽引力が少なすぎるまたは多すぎる場合がある。しかし、中空フィラメントは適応性を提供するため、フィラメント直径の小さな変化は、中空フィラメントの圧縮量の変化により相殺される。
【０１２８】
中空フィラメントのさらに別の考えられるさらなる利点は、液化装置の入口における熱伝導の減少である。固体フィラメントが静止している時、熱はゆっくりとフィラメントの中心を上に伝導し、液化装置の加熱部分より上の、壁が比較的冷たい区域に達する。この区域でフィラメントが融解すると、より冷たい壁に対して固化する傾向があり、場合により大きな軸方向力が生じてフィラメントの動きが再始動する可能性がある。しかし、中空フィラメントを上昇する熱伝導速度は、芯を欠いているため、固体フィラメントを上昇する伝達速度より遅い。
【０１２９】
好ましい実施形態を参照しながら本開示を説明してきたが、当該技術分野の当業者であれば、本開示の精神と範囲から逸脱することなく形態および詳細が変更され得ることを理解するであろう。
【図１】
2013506580.tif 000023
【図２】
2013506580.tif 000024
【図３】
2013506580.tif 000025
【図４】
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【図５Ａ】
2013506580.tif 000027
【図５Ｂ】
2013506580.tif 000028
【図５Ｃ】
2013506580.tif 000029
【図６】
2013506580.tif 000030
【図７】
2013506580.tif 000031
【図８】
2013506580.tif 000032
【図９】
2013506580.tif 000033
【図１０】
2013506580.tif 000034
【図１１】
2013506580.tif 000035
【図１２】
2013506580.tif 000036
【図１３】
2013506580.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【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】
押し出し式デジタル製造システムにて使用する消耗材料であって、前記消耗材料は、長さと、前記長さの少なくとも一部の軸方向に非対称である断面プロファイルとを含み、前記断面プロファイルは、同一の熱的に制限された最大体積流量の円筒形液化装置での円筒形フィラメントで達成可能な応答時間より少なくとも５０％速い応答時間を非円筒形液化装置で、提供するようにＤh＜０．９５√Ａeである入口断面積Ａeと水力直径Ｄhを有する押し出し式デジタル製造システムの前記非円筒形液化装置と嵌合するように構成されたことを特徴とする消耗材料。
【請求項２】
前記断面プロファイルは、矩形の幾何学的形状を含むことを特徴とする、請求項１に記載の消耗材料。
【請求項３】
前記断面プロファイルは、２：１以上の幅対厚さの断面アスペクト比を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の消耗材料。
【請求項４】
前記断面プロファイルの前記幅は、１．０ミリメートル〜１０．２ミリメートルであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の消耗材料。
【請求項５】
前記消耗材料は、第１面及び第２面を有するベース部と、前記ベース部の前記第１面上に配置された層とを備え、
前記ベース部と前記第１面とは、異なる材料によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗材料。
【請求項６】
Ｄh＜０．９０√Ａeであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の消耗材料。
【請求項７】
押し出し式デジタル製造システムで三次元モデルを製造するための方法であって、
消耗材料を押し出し式デジタル製造システムの非円筒形液化装置に送出することであって、前記消耗材料は、長さと、前記長さの少なくとも一部の軸方向に非対称である断面プロファイルとを有し、非円筒形液化装置は、前記消耗材料について、入口断面積Ａeと、水力断面積Ｄhとを有し、Ｄh＜０．９５√Ａeであり、
前記非円筒形液化装置において、前記消耗材料を溶解することと、
前記非円筒形液化装置から溶解された消耗材料を押し出すことと、
前記三次元モデルの少なくとも一部を形成するために、押し出された消耗材料を層ごとに配置することと、
同一の熱的に制限された最大体積流量の円筒形液化装置で達成可能な応答時間よりも５０％速い応答時間を提供できるように、前記非円筒形液化装置への前記消耗材料の送出を制御することとを含む、方法。
【請求項８】
前記非円筒形液化装置での前記消耗材料の前記応答時間は、前記円筒形液化装置での前記円筒形フィラメントの前記応答時間より、少なくとも２倍速いことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記非円筒形液化装置での前記消耗材料の前記応答時間は、前記円筒形液化装置での前記円筒形フィラメントの前記応答時間より、少なくとも３倍速いことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記断面プロファイルは、矩形の幾何学的形状を含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記断面アスペクト比は２．５：１〜２０：１であることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記断面プロファイルの前記幅は、１．０ミリメートル〜１０．２ミリメートルであることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記消耗材料は、第１面及び第２面を有するベース部と、前記ベース部の前記第１面上に配置された層とを備え、
前記ベース部と前記第１面とは、異なる材料によって形成されていることを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
Ｄh＜０．９０√Ａeであることを特徴とする、請求項７〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記非円筒形液化装置は、正確な断面プロファイルを有するチャンネルを備えたことを特徴とする、請求項７〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
図１１〜１３は、本開示の多層リボンフィラメントを示す、図２中のセクション３−３の代替的な断面図である。図１１で示されているように、リボンフィラメント２００は、リボンフィラメント３４（図２中に図示）に類似した断面プロファイルを有する。しかし、本実施形態において、リボンフィラメント２００は、ベース部２０２および層２０４を含む。ベース部２０２は上面２０６および底面２０８を含み、層２０４は上面２０６上に形成される。リボンフィラメント２００の好適な寸法としては、リボンフィラメント３４について上述したようなものが挙げられる。従って、リボンフィラメント２００に好適な幅（幅２１０と称される）の例としては、リボンフィラメント３４の幅４０について上述したようなものが挙げられる。ベース部２０２と層２０４の好適な合計厚さ（厚さ２１２と称される）の例としては、リボンフィラメント３４の厚さ４２について上述したようなものが挙げられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
図１２および１３は、リボンフィラメント２００の代替物であるリボンフィラメント３００および４００を示している。参照ラベルはそれぞれ「１００」および「２００」ずつ増加している。図１２で示されているように、リボンフィラメント３００は、底面３０８上に形成された層３１４を更に含み、それによって層３０４と３１４との間にベース部３０２が配置される。図１３で示されているように、リボンフィラメント４００は、上面４０６と層４０４との間に配置された層４１６と、底面４０８と層４１４との間に配置された層４１８を更に含む。従って、本開示のリボンフィラメントは、複数の層を含んでもよい。層のそれぞれは、所望の層性質および任意の層を形成するために使用されるプロセスに応じて、同一のまたは異なる材料を含んでもよい。
【国際調査報告】
2013506580.tif 000038
2013506580.tif 000039