(57)【要約】  付加製造システムで使用するためのプリントヘッドが開示されている。プリントヘッドは、マトリックスおよび連続補強材を受け入れるように構成された受容端と、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成された吐出端とを含み得る。プリントヘッドはまた、吐出端に位置し、プリントヘッドのためのツール中心点を形成する圧縮機を含み得る。【選択図】図１
2021521020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造システム用のプリントヘッドであって、
マトリックスおよび連続補強材を受け入れるように構成された受容端と、
前記マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた前記連続補強材を吐出するように構成された吐出端と、
前記吐出端に位置し、前記プリントヘッドのためのツール中心点を形成する圧縮機と、を備える、プリントヘッド。
【請求項２】
前記連続補強材は、前記連続補強材が吐出される表面に接触する前に、前記圧縮機に接触する、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
前記連続補強材が、前記プリントヘッドの内部の位置において前記マトリックスで少なくとも部分的にコーティングされており、
前記プリントヘッドが、前記連続補強材を通して前記マトリックスを分配するように構成されたガイドモジュールをさらに含み、前記ガイドモジュールが、前記連続補強材内に圧力差を生成する少なくとも１つの接触面を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
前記連続補強材が、前記少なくとも１つの接触面の上流の位置で、前記ガイドモジュール内部の前記マトリックスで少なくとも部分的にコーティングされている、請求項３に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記ガイドモジュールが、
少なくとも１つの入り口ローラと、
前記少なくとも１つの入口ローラの下流に位置するパイロットサブアセンブリと、を含む、請求項３に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
前記圧縮機に関連付けられた最終ガイドをさらに含み、前記最終ガイドが、前記連続補強材を前記圧縮機に向かって付勢するように構成されている、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項７】
前記圧縮機が、前記連続補強材から離れた通し位置から前記連続補強材に対する圧縮位置まで移動可能である、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項８】
前記圧縮機が、前記圧縮機によって前記連続補強材に及ぼされる圧力を調節するために、前記圧縮位置でさらに移動可能である、請求項７に記載のプリントヘッド。
【請求項９】
前記圧縮機の位置を調節するように構成されたアクチュエータと、
前記アクチュエータと前記圧縮機との間に位置するラッシュアジャスタと、をさらに含む、請求項７に記載のプリントヘッド。
【請求項１０】
硬化エネルギーを前記圧縮機に後続する位置に向けるように構成された硬化モジュールをさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１１】
複合構造を付加的に製造する方法であって、
マトリックスおよび連続補強材をノズルレスプリントヘッドに向けることと、
前記連続補強材を、前記連続補強材の位置合わせを維持するガイドモジュールを通して通過させることと、
前記ノズルレスプリントヘッドからの吐出時に、圧縮機を用いて前記マトリックスおよび前記連続補強材を圧縮することと、
圧縮後に前記マトリックスを硬化エネルギーに曝すことと、を含む、方法。
【請求項１２】
前記圧縮機に位置するツール中心点に基づいて、吐出中に前記プリントヘッドを移動させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記連続補強材を、前記連続補強材が圧縮される表面に吐出する前に、最初に前記圧縮機に吐出することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ノズルレスプリントヘッドの内部の前記マトリックスで前記連続補強材を少なくとも部分的にコーティングすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記マトリックスを分配するために、前記連続補強材を通して圧力差を生成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連アプリケーション
本出願は、２０１８年４月１１日に提出された米国仮出願第６２／６５６，１５５号の優先権の利益に基づいてその利益を主張し、その内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、製造システムに関し、より具体的には、付加製造システム用のプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００３】
連続繊維３Ｄ印刷（別名、ＣＦ３Ｄ（商標））では、可動式プリントヘッドから吐出される材料内に埋め込まれた連続繊維を使用する。マトリックスが、プリントヘッドに供給され、同時に同じヘッドを通過する１つ以上の連続繊維と共に吐出（例えば、押し出しおよび／または引き抜き）される。マトリックスは、従来の熱可塑性物質、液体熱硬化性物質（例えば、ＵＶ硬化性および／または２液性樹脂）、またはこれらおよび他の既知のマトリックスのいずれかの組み合わせであり得る。プリントヘッドを出ると、硬化エンハンサ（例えば、ＵＶ光、超音波エミッタ、熱源、触媒供給、等）が活性化されて、マトリックスの硬化を開始および／または完了する。この硬化はほぼ即座に行われるため、支持されていない構造が自由空間で製造されることを可能にする。そして、繊維、特に連続繊維が構造内に埋め込まれている場合、構造の強度は、マトリックス依存の強度を超えて増加する可能性がある。この技術の例は、２０１６年１２月６日にＴｙｌｅｒに発行された米国特許第９，５１１，５４３号に開示されている（「’５４３特許」）。
【０００４】
連続繊維３Ｄ印刷は、連続繊維補強材を利用しない製造プロセスと比較して強度が向上するが、マトリックスによる繊維の適切な湿潤、繊維の適切な切断、切断後の自動再始動、吐出後のマトリックスコーティング繊維の適切な圧縮、および圧縮された材料の適切な硬化、を確実にするために注意を払う必要がある。開示されたプリントヘッドおよびシステムは、これらの課題および／または従来技術の他の問題の１つ以上に対処することを対象とする。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、本開示は、付加製造システム用のプリントヘッドを対象とする。プリントヘッドは、マトリックスおよび連続補強材を受け入れるように構成された受容端と、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成された吐出端とを含み得る。プリントヘッドはまた、吐出端に位置し、プリントヘッドのためのツール中心点を形成する圧縮機を含み得る。
【０００６】
別の態様では、本開示は、複合構造を付加的に製造する方法を対象とする。本方法は、マトリックスおよび連続補強材をノズルレスプリントヘッドに向けること、および連続補強材を、連続補強材の位置合わせを維持するガイドモジュールを通して通過させることを含み得る。本方法はまた、ノズルレスプリントヘッドからの吐出時に圧縮機を用いてマトリックスおよび連続補強材を圧縮し、そして圧縮後にマトリックスを硬化エネルギーに曝すことを含み得る。
【０００７】
別の態様では、本開示は、付加製造システム用の別のプリントヘッドを対象とする。このプリントヘッドは、マトリックスおよび連続補強材を受け入れるように構成された受容端と、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成された吐出端とを含み得る。プリントヘッドはまた、受容端と吐出端との間に位置するフィーダを含み得、フィーダは、連続補強材およびマトリクスの吐出中の選択された時間のみに連続補強材をプリントヘッドから押し出すように構成されている。
【０００８】
プリントヘッドの一実施形態では、フィーダは、起動シーケンス中にのみ、連続補強材およびマトリックスをプリントヘッドから押し出すように構成され得る。
【０００９】
プリントヘッドの一実施形態では、フィーダは、少なくとも１つの偏心カムローラを含み得る。
【００１０】
プリントヘッドの一実施形態では、偏心カムローラは、第１の半径を有し、連続補強材と係合するように構成されている第１の部分と、第１の半径より小さい第２の半径を有する第２の部分とを含み得る。
【００１１】
プリントヘッドの一実施形態では、第１の部分の弧の長さは、選択された時間にプリントヘッドから押し出される連続補強材の長さに等しくてもよい。
【００１２】
プリントヘッドの一実施形態では、プリントヘッドは、偏心カムローラの下流に位置する圧縮モジュールと、偏心カムローラと圧縮モジュールとの間に位置する切断モジュールとをさらに含み得る。
【００１３】
プリントヘッドの一実施形態では、弧の長さは、切断モジュールと圧縮モジュールとの間の距離に等しくてもよい。
【００１４】
プリントヘッドの一実施形態では、偏心カムローラは、第１の偏心カムローラであってもよく、プリントヘッドは、第１の偏心カムローラに対向するように向けられた第２の偏心カムローラをさらに含んでもよい。
【００１５】
プリントヘッドの一実施形態では、プリントヘッドは、少なくとも第１の偏心カムローラの回転を駆動するように構成されたアクチュエータをさらに含み得る。
【００１６】
プリントヘッドの一実施形態では、プリントヘッドは、第１の偏心カムローラを第２の偏心カムローラに動作可能に接続する歯車列をさらに含み得る。
【００１７】
プリントヘッドの一実施形態では、第１の偏心カムローラは、第２の偏心カムローラに向かって付勢され得る。
【００１８】
別の態様では、本開示は、複合構造を付加的に製造するためのシステムを対象とする。システムは、複合構造の製造中に複数の方向に移動するガントリおよびロボットアームのうちの少なくとも１つと、ガントリおよびロボットアームのうちの少なくとも１つに結合されたヘッドとを含み得る。ヘッドは、マトリックスおよび連続補強材を受け入れるように構成された受容端と、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成された吐出端とを含み得る。ヘッドはまた、受容端と吐出端との間に位置する偏心カムローラを含み得る。偏心カムローラは、起動シーケンス中にのみ、連続補強材をプリントヘッドから押し出すように構成され得る。
【００１９】
システムの一実施形態では、偏心カムローラの各々は、第１の半径を有し、連続補強材と係合するように構成されている第１の部分と、第１の半径より小さい第２の半径を有する第２の部分とを含み得る。第１の部分の弧の長さは、選択された時間にプリントヘッドから押し出される連続補強材の長さに等しくてもよい。
【００２０】
システムの一実施形態では、システムは、偏心カムローラの下流に位置する圧縮モジュールと、偏心カムローラと圧縮モジュールとの間に位置する切断モジュールとをさらに含み得る。弧の長さは、切断モジュールと圧縮モジュールとの間の距離に等しくてもよい。
【００２１】
別の態様では、本開示は、複合構造を付加的に製造する別の方法を対象とする。この方法は、プリントヘッドの第１の端部でマトリックスおよび連続補強材を受け入れ、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材をプリントヘッドの第２の端部から吐出することを含み得る。本方法はまた、連続補強材およびマトリックスの吐出中の選択された時間のみに、連続補強材をプリントヘッドから押し出すことを含み得る。
【００２２】
本方法の一実施形態では、選択された時間のみに連続補強材をプリントヘッドから押し出すことは、起動シーケンス中にのみ、連続補強材およびマトリックスをプリントヘッドから押し出すことを含み得る。
【００２３】
本方法の一実施形態では、本方法は、起動シーケンス中以外の時間において吐出中に連続補強材をプリントヘッドから引き出させるようにプリントヘッドを移動させることをさらに含み得る。
【００２４】
本方法の一実施形態では、連続補強材をプリントヘッドから押し出すことは、プリントヘッドの切断モジュールと圧縮モジュールとの間の距離に等しい連続補強材の長さを押し出すことを含み得る。
【００２５】
本方法の一実施形態では、本方法は、プリントヘッドの外側の、圧縮モジュールの下流の位置でマトリックスを硬化エネルギーに曝すことをさらに含み得る。
【００２６】
本方法の一実施形態では、本方法は、連続補強材をプリントヘッドの内部のマトリックスで少なくとも部分的にコーティングすることをさらに含み得る。
【００２７】
別の態様では、本開示は、付加製造システム用の別のプリントヘッドを対象とする。このプリントヘッドは、連続補強材を受け入れるように構成された第１の端部と、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成された第２の端部とを含み得る。プリントヘッドはまた、第１の端部と第２の端部との間に配設された切断モジュールを含み得る。切断モジュールは、ブレード、アンビル、ならびにブレードおよびアンビルのうちの少なくとも一方に動作可能に接続されたアクチュエータを含む。
【００２８】
プリントヘッドの一実施形態では、アクチュエータは、ブレードおよびアンビルのうちの一方をブレードおよびアンビルのうちの他方に対して移動させ、連続補強材を通すように構成された線形アクチュエータであってもよい。
【００２９】
プリントヘッドの一実施形態では、アンビルは、アクチュエータの中心軸に対してヘッドを通る連続補強材の進行方向にオフセットされた先端を含んでもよい。
【００３０】
プリントヘッドの一実施形態では、プリントヘッドは、第１の端部から第２の端部まで延在するハウジングをさらに含み得、アクチュエータはハウジングに取り付けられる。
【００３１】
プリントヘッドの一実施形態では、切断モジュールは、連続補強材が通過する中央開口部を有するリーディングフレーム構成要素と、リーディングフレーム構成要素の中央開口部とほぼ整列した中央開口部を有するトレーリングフレーム構成要素とをさらに含み得る。ブレードおよびアンビルは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の間に位置している。
【００３２】
プリントヘッドの一実施形態では、アンビルは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の中央開口部を通過するように構成され得る。
【００３３】
プリントヘッドの一実施形態では、アンビルは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の間にスライド式に取り付けられ得る。
【００３４】
プリントヘッドの一実施形態では、プリントヘッドは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の間に形成されたチャネルをさらに含み得、アンビルの対向する縁部は、チャネル内でスライドする。
【００３５】
プリントヘッドの一実施形態では、チャネルは、アンビルのスライドを容易にする潤滑を保持するように構成され得る。
【００３６】
プリントヘッドの一実施形態では、ブレードは、中央開口部の周囲でリーディングおよびトレーリングフレーム構成要素に固定して接続されてもよい。
【００３７】
プリントヘッドの一実施形態では、ブレードは、刃先に鋸歯を含んでもよい。
【００３８】
プリントヘッドの一実施形態では、連続補強材は、鋸歯の各々の径の整数倍よりも大きい径を有し得る。
【００３９】
プリントヘッドの一実施形態では、連続補強材の径は、約１．８２Ｅ−４インチ〜１．４８Ｅ−３インチであり得、連続補強材の径は、鋸歯の各々の径よりも約０．００５〜０．０２０インチ大きくてもよい。
【００４０】
別の態様では、本開示は、複合構造を付加的に製造するための別のシステムを対象とする。このシステムは、複合構造の製造中に複数の方向に移動するガントリおよびロボットアームのうちの少なくとも１つと、ガントリおよびロボットアームのうちの少なくとも１つに結合されたヘッドとを含み得る。ヘッドは、連続補強材を受け入れるように構成された第１の端部、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成された第２の端部、および第１および第２の端部の間に配設された切断モジュールを含み得る。切断モジュールは、ブレード、アンビル、ならびにブレードおよびアンビルのうちの少なくとも１つに動作可能に接続された線形アクチュエータを含み得る。線形アクチュエータは、ブレードおよびアンビルのうちの一方をブレードおよびアンビルのうちの他方に対して、かつ連続補強材を通して移動させるように構成されてもよい。
【００４１】
システムの一実施形態では、アンビルは、アクチュエータの中心軸に対してヘッドを通る連続補強材の進行方向にオフセットされた先端を含んでもよい。
【００４２】
システムの一実施形態では、切断モジュールは、連続補強材が通過する中央開口部を有するリーディングフレーム構成要素と、リーディングフレーム構成要素の中央開口部とほぼ整列した中央開口部を有するトレーリングフレーム構成要素とをさらに含み得る。ブレードおよびアンビルは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の間に位置し得る。アンビルは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の中央開口部を通過するように構成され得る。ブレードは、中央開口部の周囲でリーディングおよびトレーリングフレーム構成要素に固定して接続されてもよい。
【００４３】
システムの一実施形態では、システムは、リーディングおよびトレーリングフレーム構成要素の間に形成されたチャネルをさらに含み得る。アンビルの対向する縁部が、チャネル内でスライドしてもよい。チャネルは、アンビルのスライドを容易にする潤滑を保持するように構成され得る。
【００４４】
システムの一実施形態では、ブレードは、刃先に鋸歯を含んでもよい。
【００４５】
システムの一実施形態では、連続補強材は、鋸歯の各々の径の整数倍よりも大きい径を有し得る。
【００４６】
システムの一実施形態では、連続補強材の径は、約１．８２Ｅ−４インチ〜１．４８Ｅ−３インチであり得、連続補強材の径は、鋸歯の各々の径よりも約０．００５〜０．０２０インチ大きくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】開示された製造システムの例の概略図である。
【図２】図１の製造システムで利用され得る例示的な開示されたヘッドの概略図である。
【図３】図１の製造システムで利用され得る例示的な開示されたヘッドの概略図である。
【図４】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的なガイドモジュールの概略図である。
【図５】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的なガイドモジュールの概略図である。
【図６】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な供給モジュールの概略図である。
【図７】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な供給モジュールの概略図である。
【図８】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な切断モジュールの概略図である。
【図９】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な切断モジュールの概略図である。
【図１０】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な圧縮モジュールの概略図である。
【図１１】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な圧縮モジュールの概略図である。
【図１２】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な圧縮モジュールの概略図である。
【図１３】図２および図３のプリントヘッドの一部を形成し得る例示的な硬化モジュールの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、任意の所望の断面形状（例えば、円形、多角形、等）を有する複合構造１２を連続的に製造するために使用され得る例示的なシステム１０を図解する。システム１０は、少なくとも支持体１４およびプリントヘッド（「ヘッド」）１６を含み得る。ヘッド１６は、支持体１４に結合され、支持体１４によって動かされ得る。図１の開示された実施形態では、支持体１４は、構造１２の製作中にヘッド１６を多方向に移動させることができるロボットアームであり、それにより、構造１２の結果として生じる長手方向軸は３次元である。しかしながら、支持体１４は、代替として、やはり構造１２の製作中にヘッド１６を多方向に移動させることができるオーバーヘッドガントリまたはハイブリッドガントリ／アームであってもよいことが企図されている。支持体１４は多軸運動が可能であるように示されているが、同じまたは異なる様態でヘッド１６を移動させることができる任意の他のタイプの支持体１４も利用できることが企図されている。いくつかの実施形態では、ドライブは、ヘッド１６を支持体１４に機械的に結合し、協働してヘッド１６に電力または材料を移動および／または供給する構成要素を含み得る。
【００４９】
ヘッド１６は、マトリックス内で少なくとも部分的にコーティングされた補強材を受け入れるか、そうでなければそれを含むように構成され得る。マトリックスは、硬化可能な任意のタイプの材料（例えば、ゼロ揮発性有機化合物樹脂などの液状樹脂、粉末金属、等）を含むことができる。例示的なマトリックスには、熱硬化性樹脂、シングルまたはマルチパートエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオン性エポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性プラスチック、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、などが挙げられる。場合によっては、ヘッド１６内部のマトリックス材料は、早期硬化を防止するために、または吐出後に所望の硬化速度を得るために、冷たくおよび／または暗く保つ必要があり得る。他の例では、同様の理由で、マトリックス材料を保温する必要がある場合がある。どちらの状況でも、ヘッド１６は、これらの必要性を提供するように特別に構成され得る（例えば、断熱、温度制御、シールド、等）。
【００５０】
複数の補強材を同時に使用する場合、補強材は同じタイプであって、同じ径および同じ断面形状（例えば、円形、正方形、フラット、等）を有し得、または異なる径および／または断面形状を有する異なるタイプであってもよい。補強材には、例えば、炭素繊維、植物繊維、木材繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属線、光学管、等が挙げられる。「補強材」という用語は、ヘッド１６から吐出されるマトリックス内に少なくとも部分的に包み込むことができる構造的および非構造的タイプの連続材料の両方を包含することを意味することに留意されたい。マトリックス、乾式補強材、および／またはマトリックスに既に曝されている補強材（例えば、湿潤補強材）は、当業者に明らかな任意の様態でヘッド１６に輸送されてもよい。
【００５１】
マトリックス材料および／または補強材は、少なくとも２つの異なる動作モードを介してヘッド１６から吐出されてもよい。第１の動作モードでは、マトリックス材料および／または補強材は、ヘッド１６が支持体１４によって動かされて構造１２の長手方向軸内に３次元軌道を作成するときに、ヘッド１６から押し出される（例えば、圧力および／または機械的力の下で押される）。第２の動作モードでは、少なくとも補強材がヘッド１６から引き出され、それにより吐出中に補強材に引張応力が生み出される。この動作モードでは、マトリックス材料が補強材に付着し、それによって補強材とともにヘッド１６から引き出され得、および／またはマトリックス材料が引き出された補強材とともに圧力下でヘッド１６から吐出され得る。マトリックス材料が補強材とともにヘッド１６から引き出される第２の動作モードでは、補強材に結果として生じる張力により、構造１２の強度を増加させる可能性があり（例えば、補強材の整列、座屈の抑制、荷重の均等配分、等によって）、一方また、より長い支持されていない構造１２がより直線的な軌道を有することを可能にする。すなわち、マトリックス材料の硬化後に残っている補強材の張力は、重力に対抗して（例えば、重力に対抗するモーメントを生成することによって直接的および／または間接的に）作用して、構造１２に対する支持を提供し得る。
【００５２】
ヘッド１６がアンカーポイント１８から離れる結果として、補強材はヘッド１６から引っ張られ得る。特に、構造形成の開始時に、ある長さのマトリックス含浸補強材は、ヘッド１６から引っ張られ、および／または押し出され得、アンカーポイント１８に堆積され、吐出された材料がアンカーポイント１８に付着する（または他の方法で結合される）ように硬化する。その後、ヘッド１６はアンカーポイント１８から離れるように動かされ得、そして相対的な動きは補強材をヘッド１６から引っ張らせ得る。必要に応じて、ヘッド１６を通る補強材の動きを（例えば、ヘッド内部機構を介して）支援することができることに留意されたい。しかしながら、ヘッド１６からの補強材の吐出量は、主にヘッド１６とアンカーポイント１８との間の相対的な動きの結果であり得、その結果、補強材内に張力が生み出される。アンカーポイント１８は、ヘッド１６がアンカーポイント１８から離れるように移動される代わりに、またはそれに加えて、ヘッド１６から離れるように移動され得ることが企図されている。
【００５３】
１つ以上の硬化エンハンサ（例えば、１つ以上の光源、超音波エミッタ、レーザ、ヒータ、触媒ディスペンサ、マイクロ波発生器、等−図１には示されていない）は、ヘッド１６の一部を形成し得、マトリックスがヘッド１６から吐出されるときに、マトリックスの硬化速度および／または品質を高めるように構成され得る。硬化エンハンサ（複数可）は、構造１２の形成中に、構造１２の内面および／または外面をエネルギー（例えば、光エネルギー、電磁放射、振動、熱、化学触媒または硬化剤、等）に選択的に曝すように制御され得る。エネルギーは、マトリックス内で発生する化学反応の速度を増加させ、材料を焼結させ、材料を硬質にし、またはそうでなければ材料をヘッド１６から吐出するときに硬化させ得る。
【００５４】
コントローラ２１が提供され、支持体１４およびヘッド１６と通信可能に結合され得る。コントローラ２１は、システム１０の動作を制御するための手段を含む単一のプロセッサまたは複数のプロセッサを具体化し得る。コントローラ２１は、１つ以上の汎用または専用プロセッサまたはマイクロプロセッサを含み得る。コントローラ２１は、例えば、設計限界、性能特性、操作命令、マトリックス特性、補強材特性、構造１２の特性、およびシステム１０の各構成要素の対応するパラメータなどのデータを格納するためのメモリをさらに含むか、またはそれに関連付けられ得る。電源回路、信号調整回路、ソレノイド／モータ駆動回路、通信回路、および他の適切な回路を含む、様々な他の既知の回路をコントローラ２１に関連付けることができる。さらに、コントローラ２１は、有線および／または無線伝送を介してシステム１０の他の構成要素と通信することが可能であり得る。
【００５５】
１つ以上のマップをコントローラ２１のメモリに格納し、構造１２の製作中に使用し得る。これらのマップの各々には、モデル、ルックアップテーブル、グラフ、および／または方程式の形式でデータのコレクションを含めることができる。開示された実施形態では、マップは、構造１２内の異なる位置での硬化エンハンサ（複数可）、関連するマトリックス、および／または関連する補強材の所望の特性を決定するためにコントローラ２１によって使用される。特性は、とりわけ、構造１２内の特定の位置で吐出される補強材および／またはマトリックスのタイプ、数量、および／または構成、および／または所望の硬化の量、強度、形状、および／または位置を含み得る。次に、コントローラ２１は、支持体１４の動作（例えば、ヘッド１６の位置および／または向き）および／またはヘッド１６からの材料の吐出（材料のタイプ、材料の所望の性能、材料の架橋の要件、吐出量、等）を相関させることができ、それにより構造１２が所望の様態で作り出される。
【００５６】
例示的なヘッド１６は、図２および図３により詳細に開示されている。ヘッド１６は、とりわけ、ガイドモジュール２２、供給モジュール２４、切断モジュール２６、圧縮モジュール２８、および硬化モジュール３０のための取り付けを保持、封入、収容、または他の方法で提供するように構成されたハウジング２０を含み得る。必要に応じて、追加のおよび／または異なるモジュール（例えば、繊維貯蔵モジュール、張力管理モジュール、含浸モジュール、等）を含めることができることに留意されたい。以下でより詳細に説明するように、上記のマトリックス、乾式補強材、および／またはマトリックス湿潤補強材は、ガイドモジュール２２を介して受け入れられ、供給モジュール２４によって選択的に前進させられ、切断モジュール２６によって切り離され、圧縮モジュール２８によって圧縮され、硬化モジュール３０によって硬化または他の方法で硬化され得る。
【００５７】
ハウジング２０は、ヘッド１６の残りの構成要素を支持する多面エンクロージャを形成するために互いに接続された任意の数のパネルを含み得、一方また、印刷品質に悪影響を及ぼす可能性のある周囲エネルギー（例えば、ＵＶ光）の浸透も制限する。開示された実施形態では、エンクロージャは概して四面であり、両方とも少なくとも部分的に開いている受容または上端３２および吐出または下端３４を有する。エンクロージャは、必要に応じて、より多いまたはより少ない数の側面を有してもよいことが企図されている。ハウジング２０の４つの側面は、リードパネル３６、リードパネル３６の反対側に位置するトレイルパネル３８、リードおよびトレイルパネル３６、３８の間に固定された（例えば、ボルト締め、溶接、化学的付着、または他の方法で一体的に製作された）サイドパネル４０、およびサイドパネル４０の反対側に位置するドア４２（明確にするために図３から省略されている）を含み得る。ドア４２は、１つ以上のヒンジ４４を介してリードおよびトレイルパネル３６、３８の一方に枢動可能に接続され、ラッチ（例えば、磁気ラッチ）４６を介してリードおよびトレイルパネル３６、３８の他方に選択的に接続され得る。しかしながら、ドア４２をハウジング２０の残りの部分に取り外し可能に接続する他の手段が実装され得ることが企図されている。
【００５８】
リードパネル３６は、ヘッド１６の通常の進行方向（矢印４８によって表されている）に対してヘッド１６のリーディング側に配置され得る。リードパネル３６は、概して長方形の形状を有する平板を具体化し得るが、他の輪郭および形状も考えられる。リードパネル３６の幅は、その長さよりも狭くてもよく（例えば、長さの１／２未満）、リードパネル３６の厚さは、幅よりも小さくてもよい。リードパネル３６の受容端３２は、直角へりを有してもよく、一方、リードパネル３６の吐出端３４は、内側に面取りされてもよい。リードパネル３６を他のパネルに接続する際に使用するために、複数の貫通穴がリードパネル３６の周囲に形成され得る。加えて、上記のモジュールのいずれかを取り付ける際に使用するために、任意の数の貫通穴および／または止まり穴がリードパネル３６の中央領域内に形成され得る。
【００５９】
トレイルパネル３８は、ヘッド１６の通常の進行方向に対して、ヘッド１６のトレーリング側に配置され得る。トレイルパネル３８は、リードパネル３６と同様に、概して長方形の形状を有する平板を具体化し得る。トレイルパネル３８は、リードパネル３６と同じ一般的な幅および厚さを有し得るが、より長い長さを有し得る。トレイルパネル３８の受容端３２は、リードパネル３６の直角へりと概して位置合わせされた直角へりを有し得、一方、トレイルパネル３８の吐出端３４は、リードパネル３６の面取り縁を越えて延在し得る。トレイルパネル３８の吐出端３４は、面取りされていてもいなくてもよい。トレイルパネル３８を他のパネルに接続する際に使用するために、複数の貫通穴がトレイルパネル３８の周囲に形成され得る。加えて、上記のモジュールのいずれかを取り付ける際に使用するために、任意の数の貫通穴および／または止まり穴がトレイルパネル３８の中央領域内に形成され得る。
【００６０】
サイドパネル４０およびドア４２は、形状およびサイズが実質的に同一であってもよい。サイドパネル４０およびドア４２の各々は、多角形の形状を有する平板を具体化することができ、受容端３２は概して四角であり、吐出端３４は傾斜している。サイドパネル４０およびドア４２の吐出端３４は、リードパネル３６の面取り縁からトレイルパネル３８の直角へりまで延在する直角へりを有し得る。リードおよび／またはトレイルパネル３６、３８への接続のために、複数の貫通穴がサイドパネル４０および／またはドア４２の周囲に形成され得る。加えて、上記のモジュールのいずれかを取り付ける際に使用するために、任意の数の貫通穴および／または止まり穴がサイドパネル４０および／またはドア４２の中央領域内に形成され得る。
【００６１】
図３に示されるように、ガイドモジュール２２は、概して、ハウジング２０の受容端３２に配置され得る。いくつかの実施形態では、ガイドモジュール２２は、受容端３２を越えてある距離ハウジング２０から外に延在してもよい。他の実施形態では、ガイドモジュール２２の部分は、供給モジュール２４まで（例えば、部分的または完全に）延在してもよく、その結果、マトリックス湿潤補強材が、ヘッド１６の内部のより長い長さにわたって支持および／またはガイドされる。必要に応じて、ガイドモジュール２２（または同様の湿潤モジュール）を、受容端３２よりも供給モジュール２４により近く配置することができ、またはハウジング２０の完全に外側でヘッド１６の上流に配置し得ることも企図されている。
【００６２】
ガイドモジュール２２は、ハウジング２０の受容端３２でマトリックス、乾式補強材、および／またはマトリックス湿潤補強材を受け入れ、材料を組み合わせし、支持し、および／または供給モジュール２４に導くために協働する構成要素を含み得る。図４および図５に示すように、これらの構成要素は、とりわけ、ベース５０、ベース５０の端部に動作可能に接続された１つ以上の入口ローラ５２、および入口ローラ５２（複数可）の反対側に位置するパイロットサブアセンブリ５４を含み得る。補強材（例えば、乾式および／またはマトリックス湿潤補強材）は、最初に入口ローラ（複数可）５２の上を通過し、次にパイロットサブアセンブリ５４を通過し、ここで、補強材が望ましい順序と方向に整列し、収束させられる（例えば、隣接する補強材間にわずかなギャップが存在するか、ギャップが存在しないように）。
【００６３】
いくつかの実施形態では、マトリックスが、ガイドモジュール２２によって最初にまたは補足的に補強材に導入されてもよいことに留意されたい。例えば、補強材がローラ５３を通過し、および／またはパイロットサブアセンブリ５４に入ると、マトリックスが補強材に適用されてもよい。補強材は、マトリックス浴を通過するか、マトリックス流を通過するか、マトリックスを噴霧するか、そうでなければ少なくとも部分的にマトリックスのコーティング（例えば、少なくとも一方の側にマトリックス層）を受容してもよい。いくつかの実施形態では、ローラ５３および／またはパイロットサブアセンブリ５４内の表面（例えば、補強材の直線軌道に延在し、補強材を迂回させる表面）との接触は、補強材を通して圧力差を生成し、これは、マトリックスコーティングを補強材を通って分配および／または流すように促す。補強材がガイドモジュール２２を出るとき、補強材は所望の量のマトリックスで完全に濡らされてもよい。過剰なマトリックスおよび／または補強材の破片（例えば、繊維の断片、粉塵、等）は、ガイドモジュール２２の内部またはすぐ下流の補強材から滴り落ちる、または、追い出される（例えば、押される、および／または引かれて）ことがある。いくつかの実施形態では、ガイドモジュール２２内の低圧領域が、過剰なマトリックスを除去するのを助ける場合がある。過剰なマトリックスを除去する必要性が低減されるように、マトリックス適用率は、ガイドモジュール２２を通過する補強材の体積率と調整されてもよいことが企図されている。
【００６４】
パイロットサブアセンブリ５４のベース５０は、ガイドモジュール２２の残りの部分のための取り付けプラットフォームとして機能し得、それ自体がハウジング２０に取り外し可能に接続され得る（図２および図３を参照）。例えば、ベース５０は、入口端６０から出口端６２まで、ガイドモジュール２２を通る補強材進行の一般的な方向（矢印５８によって示される）において長手方向に延在する後部５６を含み得る。ベース５０は、当技術分野で既知の任意の様態で（例えば、ねじ式締結具、クイックリリースカップリング、および他の同様の機構６３を介して）ハウジング２０に（例えば、サイドパネル４０に）接続可能であり得、それにより、ガイドモジュール２２は、調整、洗浄、修理、および／または交換のために一体型ユニットとして定期的に取り外すことができる。１つ以上の耳部６４が、入口端６０で後部５６から法線方向に延在することができ、入口ローラ（複数可）５２が、耳部６４の遠位端間で（例えば、対応するピン６６、ベアリング−図示せず、ブッシング−図示せず、および／または止めねじ６８を介して）回転可能に接続され得る。パイロットサブアセンブリ５４は、当技術分野で既知の任意の様態で（例えば、１つ以上のねじ式締結具７０を介して）、出口端６２で（例えば、耳部６４が延在する同じ側で）後部５６に取り付けることができる。一実施形態では、ベース５０は、ヘッド１６の重量を低く保つことができるように、軽量および／または低摩擦材料（例えば、アルミニウム、テフロン、デルリン、ナイロン、等）から製作される。しかしながら、他の実施形態では、ベース５０は、パイロットサブアセンブリ５４との磁気使用のために（以下でより詳細に説明される）、強磁性材料（例えば、鉄、ステンレス鋼、等）から製作され得る。
【００６５】
入口ローラ（複数可）５２は、比較的順応性のあるおよび／または低摩擦タイプの材料から製作することができる。例えば、入口ローラ（複数可）５２は、アルミニウム、鋼、デルリン、テフロン、ナイロン、または当技術分野で既知の別の同様の材料から製作することができる。入口ローラ（複数可）５２は、約０．２５〜５．０インチの径を有し得、かつ、抗力を低減し、繊維の破損および／または分離を抑制し、繊維の配向および／または完全性を維持するために、および摩耗を減らすために、ならびに摩耗を減らすために、滑らかで、多孔性で、または粗面化された（例えば、刻み付きの）外側環状表面を有し得る。いくつかの例では、スクレーパおよび／またはキャッチリザーバが、必要に応じて、過剰な樹脂を除去および／または収集するために、入口ローラ（複数可）５２に関連付けられ得ることが企図されている。複数の入口ローラ５２を利用する用途では、入口ローラ５２が互いに向かって付勢され得（例えば、ばねによって−図示せず）、過剰な樹脂を絞り出す（通過する補強材にすでに適用されている場合）ために使用され得ることが企図されている。これらの用途では、入口ローラ５２を駆動し、それにより抗力を低減することが役立つ場合がある。入口ローラ（複数可）５２の位置（例えば、その間の間隔）は、調整可能であり得る。
【００６６】
通過する補強材の両側に単一の入口ローラ５２が示されているが、複数の別個のローラ（例えば、補強材または補強材グループごとに１つのローラ）が、代わりに使用され得ることが企図されていることに留意されたい。これにより、入口ローラ（複数可）５２を、ヘッド１６のコーナリング中に経験される補強材の異なる進行速度に適応させることが可能になる。
【００６７】
パイロットサブアセンブリ５４は、個々の補強材がヘッド１６から出るときに（例えば、供給モジュール２４、切断モジュール２６、および圧縮モジュール２８によって）、個々の補強材を所望の位置合わせおよび横方向順序内に保つために協働する複数の構成要素を含み得、同時にまた、空隙率を低減するために個々の補強材を互いに向かって横方向に収束させる。これらの構成要素は、とりわけ、チャネリングベース７２、カバー７４、およびラッチ機構７６を含み得る。チャネリングベース７２は、リーディング端７８およびトレーリング端８０を有し得、それらの間に延在する内側および外側の主面を有する。チャネリングベース７２の外面は、ベース５０の後部５６に対して嵌合し得、一方、内面は、湿潤補強材がパイロットサブアセンブリ５４を通過するとき、湿潤補強材に係合し得る（例えば、継続的にまたは定期的にのみ）。リーディング端７８およびトレーリング端８０の一方または両方における内面のエッジは、補強材を損傷する可能性を低減するために丸くされてもよい。カバー７４は、チャネリングベース７２の内面と実質的に同一であり、鏡面対向して配向された内面を有し得る。
【００６８】
一実施形態では、任意の数の繊維分離および／または圧力生成フィーチャ（例えば、仕切り、チャネル、溝、羽根、フィン、ローラ、ローブ、等）８２が、チャネリングベース７２とカバー７４との間の空間内に形成され得る。フィーチャ８２は、必要に応じて、チャネリングベース７２および／またはカバー７４と一体（例えば、内側に延在する）であってもよく、または完全に別個の構成要素であってもよい。フィーチャ８２は、補強材進行方向に延在し、横方向に一定の間隔で離間することができる。フィーチャ８２間の間隔は、所望の繊維対樹脂比に対応し得る。例えば、６０％の所望の比率は、フィーチャ８２間の間隔の断面積を、間隔を通過する補強材の断面積よりも約４０％大きくなるように駆動することができ、補強材で満たされていない領域をマトリックスで満たすことを可能にする。いくつかの実施形態では、フィーチャ間の断面積の幅方向（結果として生じるリボンに対して）は厚さ方向よりも大きく、そのためより多くのマトリックスがリボンの外面ではなく補強材間に堆積される。フィーチャ８２は、それらの全長に沿って互いにほぼ平行であり得るか、またはパイロットサブアセンブリ５４の出口端に向かって収束し得ることが企図されている。例えば、フィーチャ８２間の間隔は、それらの長さに沿って減少し得る。例えば、フィーチャ８２のテーパ角度は、約０〜１０°であり得る。加えて、いくつかの実施形態では、チャネリングベース７２とカバー７４との間の間隔は、補強材進行方向において一定のままであり得るか、または湿潤補強材の収束性を高めるために減少し得る。フィーチャ８２は、低摩擦材料（例えば、アルミニウム、デルリン、テフロン、ナイロン、等）から製作され得、フィーチャ間の間隔は、約０．０２〜１．０インチであり得る。フィーチャ８２は、相互接続され得（例えば、ウェビングまたはプレートを介して）、単一のユニットとして交換可能であり得る（例えば、異なる間隔、サイズ、形状、材料、等を有するユニットのために）ことが企図されている。
【００６９】
カバー７４は、ラッチ機構７６を介してチャネリングベース７２に対して特定の位置および／または向きに保持され得、それにより、ガイドモジュール２２を通過するマトリックス湿潤補強材がカバー７４とチャネリングベース７２の間に閉じ込められる。この目的のために、任意のタイプのラッチ機構が使用され得ることが企図されている。開示された実施形態では、ラッチ機構７６は、磁気タイプの機構である。具体的には、ラッチ機構７６は、チャネリングベース７２およびカバー７４のうちの少なくとも１つと関連付けられた少なくとも１つの磁石（例えば、ベースおよびカバー磁石８４、８６）を含み得る。ベース磁石８４は、チャネリングベース７２とベース５０の後部５６との間に（例えば、チャネリングベース７２の凹部８８内に）閉じ込められ得る。カバー磁石８６は、同様に、例えば、カバー７４に取り外し可能に接続されている（例えば、ねじ式締結具９４を介して）蓋９２を介して、カバー７４の凹部９０内に閉じ込められ得る。２つの磁石（例えば、ベースおよびカバー磁石８４、８６）は、補強材の進行経路上で中心にあるように示されているが、必要に応じて、より多いまたはより少ない数の磁石が使用され、進行経路から外側に（例えば、進行経路の両側に）配置されてもよいことに留意されたい。動作中、カバー７４、カバー磁石８６、蓋９２、および締結具９４は、ガイドモジュール２２を通してマトリックス湿潤補強材をより簡単に通すために、パイロットサブアセンブリ７６の残りから単一ユニットとして一緒に取り外されてもよい。必要に応じて、カバー７４、カバー磁石８６、蓋９２、および締結具９４が単一の一体構成要素であり得ることがまた企図されている。同様に、必要に応じて、後部５６、チャネリングベース７２、ベース磁石８４、および締結具７０は、単一の一体構成要素であり得る。
【００７０】
供給モジュール２４は、ガイドモジュール２２からマトリックス湿潤補強材を受け入れ（例えば、引っ張り）、さらにヘッド１６を介して補強材を選択的に押し得る（例えば、切断モジュール２６を通して圧縮モジュール２８まで）。図６および図７に示すように、供給モジュール２４は、複数の構成要素のアセンブリであり得る。これらの構成要素は、とりわけ、ベース９６、ベース９６によって動作可能に支持された１つ以上のローラ９８、およびベース９６に動作可能に接続され、ローラ（複数可）９８の回転に動力を供給するように構成されたドライブ１００を含み得る。
【００７１】
ベース９６は、供給モジュール２４の残りの部分のための取り付けプラットフォームとして機能し得、それ自体がハウジング２０に取り外し可能に接続され得る（図２および図３を参照）。例えば、ベース９６は、供給モジュール２４を通る補強材進行の一般的な方向（矢印１０４によって示される）において長手方向に延在する後部１０２を含み得る。ベース９６は、当技術分野で既知の任意の様態で（例えば、ねじ式締結具を介して−図示せず）ハウジング２０に（例えば、サイドパネル４０に）接続可能であり、それにより、供給モジュール２４は、調整、洗浄、修理、および／または交換のために一体ユニットとして定期的に取り外すことができる。１つ以上の耳部１０６が、後部１０２から法線方向に延在することができ、ヨーク１０８が、耳部１０６の遠位端間で（例えば、対応するピン１１０、ベアリング１１２、および／または止めねじ１１４を介して）回転可能に接続され得る。いくつかの実施形態では、ばね（図示せず）を配置して、ヨーク１０８を後部１０２に向かって回転付勢することができる。
【００７２】
図６および図７に示される開示された実施形態では、直接駆動ローラ９８Ａおよびスレーブローラ９８Ｂを含む２つの供給ローラ９８が利用されている。ローラ９８Ａ、９８Ｂの一方（例えば、直接駆動ローラ９８Ａ）は、ベース９６の後部１０２に（例えば、耳部１０６の反対側の端部で）枢動可能に取り付けられ得、一方、ローラ９８Ａ、９８Ｂの他方（例えば、スレーブ駆動ローラ９８Ｂ）は、ヨーク１０８の遠位端に枢動可能に取り付けられ得る。ローラ９８は、片持ち軸１１６、ベアリング（図示せず）、ブッシング、スプライン、クリップ（図示せず）、止めねじ（図示せず）、スペーサ、キー溝、エンドストップ、等を介してベース９６および／またはヨーク１０８に接続され得、それにより、ローラ９８がガイドモジュール２２内の入口ローラ５２およびフィーチャ８２とほぼ整列して維持される。
【００７３】
ローラ９８のうちの少なくとも１つは、ローラの回転の一部の間にのみ湿潤補強材に動きを与える不規則な形状を有する偏心ホイール、シリンダ、またはカムであり得る。例えば、図６および図７は、実質的に一定の半径を有する第１の部分１１８、および減少した半径（例えば、一定の減少した半径、可変的に減少した半径、および／または第１の部分１１８の半径よりも軸または回転の近くに位置する１つ以上の接続されたスプラインまたは線形セグメント）を有する残りの部分１２０を含むものとして各ローラ９８の外周を図解している。動作中、ローラ９８Ａおよび９８Ｂは同期され得、その結果、第１の部分１１８と残りの部分１２０との間の移行点は、ローラ９８Ａ、９８Ｂの軸間に引かれた直線を同時に通過する。この構成では、第１の部分１１８のいずれかの部分がローラ９８Ａ、９８Ｂの軸の間の直線を通過するときはいつでも、ローラは接触して、湿潤補強材に力を及ぼす。そして対照的に、残りの部分１２０のいずれかの部分がローラ９８Ａ、９８Ｂの軸の間の直線を通過しているときはいつでも、湿潤補強材の周りにクリアランスが存在する（すなわち、力が加えられていない）。上述のばねは、ローラ９８が補強材を適切に把持することができるように、特にマトリックス湿潤補強材を押す間に、ローラ９８を互いに向かって付勢し得る。ローラ９８の１つだけが偏心またはカム様であり、駆動され得、一方、他方のローラ９８が同心であり、柔軟性があり、偏心ローラ９８の大径部分がそれに係合したときにのみ回転することが企図されている。また、必要に応じて、一対のローラ９８が、供給モジュール２４を通過する補強材の個々のトウごとに別個に提供されてもよいことがまた企図されている。
【００７４】
ローラ９８は、マトリックス湿潤補強材の自由端をヘッド１６から押し出す必要があるとき、主に新しい印刷イベントの開始時に使用され得る。第１の部分１１８の弧の長さは、新しい印刷イベントの開始のために、所望の長さのマトリックス湿潤補強材をヘッド１６から押し出すように選択されてもよい。一実施形態では、この弧の長さは、切断モジュール２６（例えば、切断モジュール２６内の切断位置）と圧縮モジュール２８（例えば、圧縮モジュール２８での圧縮位置）との間の距離にほぼ等しいかまたはそれより長くてもよい。
【００７５】
入口ローラ（複数可）５２と同様に、ローラ９８は、比較的順応性のあるおよび／または低摩擦タイプの材料から製作することができる。例えば、ローラ９８は、アルミニウム、鋼、デルリン、テフロン、ナイロン、ウレタン、または当技術分野で既知の別の同様の材料から製作することができる。ローラ９８は、約０．２５〜５．０インチの径を有し得、牽引力を提供するため、および／または繊維の配向および／または完全性を維持するために多孔性であるか、および／または粗面化（例えば、刻み付き）された外側環状表面を有し得る。場合によっては、スクレーパおよび／またはキャッチリザーバが、必要に応じて、過剰な樹脂を除去および／または収集するために、ローラ９８に関連付けられ得ることが企図されている。いくつかの用途では、入口ローラ９８の位置（例えば、それらの間の間隔）は調整可能であり得る。必要に応じて、ブレードまたは他の切断機構（図示せず）が、ローラ９８の一方または両方の一部を形成し得ることがまた企図されている。
【００７６】
ドライブ１００は、ローラ９８の回転に選択的に動力を供給するように構成され得る。ドライブ１００は、とりわけ、アクチュエータ１２２と、アクチュエータ１２２をローラ９８の一方または両方に動作可能に接続するリンケージ１２４とを含み得る。開示された実施形態では、アクチュエータ１２２は、モータ（例えば、電気ステッピングモータ）である。しかしながら、必要に応じて、他のタイプのアクチュエータを使用することができることが企図されている。リンケージ１２４は、アクチュエータをローラに接続するための当技術分野で既知の任意の構成要素（複数可）を含み得る。開示された例では、リンケージ１２４は、直接駆動のためのローラ９８Ａまたはローラ９８Ａに関連付けられた軸１１６と係合する（例えば、内部で係合する）ように構成されたスタブシャフト１２６を含む。リンケージ１２４は加えて、ローラ９８Ａの回転をローラ９８Ｂの回転とリンクする歯車列（例えば、２つ以上の噛み合い平歯車またははすば歯車）および／またはベルト／プーリ装置１２８を含み得る。任意の数およびタイプのハードウェア構成要素（例えば、取り付けプレート、スペーサ、ブッシング、クリップ、締結具、等）１３０を使用して、アクチュエータ１２２を供給モジュール２４の残りおよび／またはハウジング２０と接続することができる。
【００７７】
切断モジュール２６は、供給モジュール２４と圧縮モジュール２８の間に配置され得（図２および３を参照）、そこを通過する補強材を選択的に切り離すように構成され得る。図８および図９で見られるように、切断モジュール２６は、とりわけ、フレーム１３２、フレーム１３２内に固定されたブレード１３４、フレーム１３２に対して移動可能なアンビル１３６、およびアンビル１３６を移動させるように構成されたアクチュエータ１３８を含み得る。フレーム１３２は、（例えば、締結具１４２を介して）トレーリング構成要素１４６に（すなわち、矢印１４８で表される、ヘッド１６を通る補強材の進行方向に対して）取り外し可能に接続されているリーディング構成要素１４０を含み得る。リーディングおよびトレーリング構成要素１４０、１４６は、補強材が通過する位置合わせされた中央開口部１５０を有する、概して長方形のプレートであり得る。リーディング構成要素１４０のトレーリング主面は、トレーリング構成要素１４４のリーディング主面に対して嵌合するように構成され得、１つ以上のチャネル１５２が、界面に（例えば、中央開口部１５０の対向する縁部に）形成され得る。チャネル（複数可）１５２は、アンビル１３６が補強材およびブレード１３４に向かっておよびそこから離れるようにスライドするガイドとして機能し得る。開示された実施形態では、チャネル１５２は、アンビル１３６（以下でより詳細に説明される）の対向する縁部内に形成される対応する段を収容するように段が付けられている。しかしながら、必要に応じて、チャネル１５２はステップを欠いてもよいことが企図されている。フレーム１３２は、１つ以上の締結具１５４を介してハウジング２０に接続されてもよい（図１を参照）。
【００７８】
ブレード１３４は、フレーム１３２に堅固に接続され得（例えば、リーディングおよびトレーリング構成要素１４０、１４４との間に挟まれる）、補強材の進行方向に対して横方向に向けられ得る。ブレード１３４の刃先１５６は、個々のまたは個々の補強材のグループを掴んで切断するように機能する鋭利な鋸歯を含み得る。一実施形態では、補強材は、１．８２Ｅ−４インチ〜１．４８Ｅ−３インチの範囲の径を有し、刃先１５６の鋸歯（例えば、鋸歯のピーク間または谷間距離）は、大幅な補強材移動なしで適切な切断を保証する距離によってサイズが決められ分離され得る。例えば、単一の補強材または補強材のグループ（例えば、トウ）の径は、ブレード１３４の鋸歯の径の整数倍よりも広くてもよい（例えば、約０．００５〜０．０２０インチだけ）。
【００７９】
アンビル１３６は、補強材の進行方向に実質的に直交する方向にアクチュエータ１３８によって押されおよび／または引っ張られてもよく、それにより、補強材がブレード１３４の鋸歯に対して半径方向に付勢される。開示された実施形態では、アンビル１３６は、概して長方形で板状であり、ブレード１３４に向けられた先端と、アクチュエータ１３８に向けられた反対側のベース端とを有する。開示された実施形態では、アンビル１３６の先端は、アンビル１３６の厚さにほぼ等しい量だけ補強材の進行方向にオフセットされている（例えば、本体またはシャフト部分に対して）。加えて、先端は、ブレード１３４から離れるように面取りされて、先端の補強材との結合を阻害し得る。面取りは、約５〜９０°の角度および約１〜１．５インチの長さを有し得る。開示された例は、アンビル１３６を単一部品のユニットとして図解しているが、必要に応じて、アンビル１３６は、代わりに複数部品のアセンブリであり得ることが企図されている。例えば、アンビル１３６の先端は、アンビル１３６の残りの部分から分離され得る。アンビル１３６の先端は、硬化工具鋼、炭化ケイ素、または別のセラミックから作製され得る。場合によっては、必要に応じて、潤滑剤がアンビル１３６に選択的に適用されてもよい。例えば、テフロンベースのグリースまたは別のタイプの潤滑剤が、手動および／または自動で（例えば、圧力またはドリップシステムを介して−図示せず）チャネル１５２内に配備されてもよい。
【００８０】
アクチュエータ１３８は、図８および図９では、空気圧線形アクチュエータとして図解されており、アンビル１３６のベース端に（例えば、当技術分野で既知の任意の剛性、可撓性、および／または枢動様式で）接続されたピストン１５８を有する。空気（または別の加圧媒体）がシリンダ１６０内の対応するチャンバ（複数可）に適用されると、ピストン１５８をシリンダ１６０内および／またはシリンダ１６０から直線的に移動させることができる。アクチュエータ１３８は、必要に応じて、戻り機構（例えば、ばね）を有する単動デバイス、または複動デバイスであってもよいことが企図されている。アクチュエータ１３８のストローク長、速度、および／または力は、調整可能であり得る（例えば、媒体の流量、媒体の圧力、エンドストップの位置、等を調整することによって）。いくつかの実施形態では、別のタイプの機構（例えば、油圧ピストン、ソレノイド駆動プランジャ、モータ／親ねじ組み合わせ、モータ／カム、等）をアクチュエータ１３８として代わりに使用してもよいことが企図されている。シリンダ１６０は、任意の数のねじ式締結具（図示せず）を介してハウジング２０に（例えば、トレイルパネル３８に）しっかりと接続され得る。一実施形態では、シリンダ１６０は、約０．１０〜１．０インチの内部ボアを有する空気圧シリンダである。
【００８１】
図１０、図１１、および図１２は、例示的な圧縮モジュール２８の様々な視図を図解する。これらの図に示すように、圧縮モジュール２８は、ヘッド１６からの吐出中に湿潤補強材を選択的に圧縮するように相互作用する複数の構成要素の自己完結型アセンブリであってもよい。これらの構成要素は、とりわけ、フレーム１６２、フレーム１６２内に少なくとも部分的に動作可能に取り付けられた圧縮機１６４、および異なるレベルの圧縮の間で圧縮機１６４を選択的に移動させるように構成されたアクチュエータ１６６を含み得る。フレーム１６２は、ハウジング２０に（例えば、トレイルパネル３８に−図２および３を参照）取り外し可能に接続される端面１６８を有するモノリシック構造であり得る。フレーム１６２の断面は、端面１６８の視点から見たときに、Ｉ字形を有し得る。Ｉ字形の対向する端部フランジは、ヘッド１６を通る補強材の進行方向に延在し得る。端部フランジのうちの少なくとも１つは、圧縮機１６４のスライドピン１７２を受容し（例えば、圧縮機１６４の一端のみで）、アクチュエータ１６６によって与えられる圧縮機１６４の動きをガイドするとともに制限するように構成された、内面に形成された溝１７０を有し得る。同様に、１つ以上のスライドピン１７４が、端部フランジの一方または両方から内側に延在して、圧縮機１６４の溝（複数可）１７６と係合して、フレーム１６２に対する（例えば両端からの）圧縮機１６４の動きをガイドおよび／または制限し得る。
【００８２】
圧縮機１６４は、フレーム１６２の端部フランジの間に配設され、ハウジング２０の吐出端から延在し得る（図２および３を参照）。言い換えると、圧縮機１６４は、ヘッド１６の先端およびツール中心点（ＴＣＰ）を形成し得る。開示された実施形態では、ヘッド１６はノズルレスである。したがって、ヘッド１６の吐出位置は、圧縮機１６４と印刷面との間の接触線（例えば、圧縮機１６４が湿潤補強材を表面に押し付ける場所）に対応し得る。接触線は、例えば、印刷面に対しておよび／または進行方向に対して（例えば、空きスペースに印刷する場合）ヘッド１６が支持体１４（図１を参照）によって傾けられると、シフトし得ることに留意されたい。
【００８３】
圧縮機１６４は、ヘッド１６の先端およびＴＣＰを形成し得るので、ヘッド１６の形状因子は、圧縮機１６４とヘッド１６の中心線から（例えば、補強材進行経路から）外側に延在する周囲の構成要素（例えば、ハウジング２０）との間の空間的関係によって少なくとも部分的に定義され得る。この形状因子は、角度α（図３にのみ示されている）によって表すことができる。角度αは、ヘッド１６が完全に機能し得る隣接する表面間の最小の入隅の角度を表し得る。開示される実施形態では、αは、約９０°未満（例えば、約８０〜９０°）であり得る。
【００８４】
圧縮機１６４は、ブラケット１８０内に保持される（例えば、軸１８２および任意の数のベアリング、ブッシング、クリップ、止めねじ、等を介して−図示せず）、ローラ１７８を含み得る。入口ローラ（複数可）５２と同様に、ローラ１７８は、比較的順応性のあるおよび／または低摩擦タイプの材料から作製することができる。例えば、ローラ１７８は、アルミニウム、鋼、デルリン、テフロン、ナイロン、または当技術分野で既知の別の同様の材料から作製することができる。ローラ１７８は、約０．２５〜５．０インチの径を有し得、かつ、抗力を低減し、所望の表面テクスチャを提供し、繊維の摩耗または破損を低減し、追加のマトリックスを保持および／または分配する、等のために、滑らかで、多孔性で、または粗面化された（例えば、刻み付きの）外側環状表面を有し得る。場合によっては、必要に応じて、過剰な樹脂を除去するために、スクレーパ（図示せず）がローラ１７８に関連付けられ得ることが企図されている。いくつかの用途では、ローラ１７８の位置は調整可能であり得る。ピン１７２は、ブラケット１８０の第１の側から外向きに延在して、フレーム１６２の溝１７０と係合することができ、一方、溝１７６は、ブラケット１８０の第１の側内およびローラ１７８の反対端の第２の側に形成され得る。アクチュエータ１６６の動作中に、ローラ１７８は、フレーム１６２に対してブラケット１８０と共に移動させることができる。
【００８５】
アクチュエータ１６６によって開始される圧縮機１６４の動きは、連続的な直線運動および回転運動を含み得る。直線運動は、ローラ１７８によって吐出材料に加えられる圧力に影響を与え得るが、回転運動は、ローラ１７８の材料との係合に影響を与え得る。例えば、アクチュエータ１６６が最も引っ込んだ状態にあるとき、ローラ１７８は、ハウジング２０内に最大直線距離だけ引っ張られ、また、吐出補強材から離れるように回転され得る。この引っ込んだ状態は、補強材をヘッド１６に通すために最大のクリアランスを提供し得る。アクチュエータ１６６が伸長されると、ローラ１７８は、最初に、引っ込んだ状態から、吐出補強材に対して係合した状態に回転され得る。次に、アクチュエータ１６６をさらに伸長すると、ローラ１７８によって補強材に加えられる圧力に影響し得、伸張が大きくなると、より大きな圧力になり、逆もまた同様である。
【００８６】
一実施形態では、ローラ１７８は、回転範囲／クリアランス、および並進範囲を有し得る。これらの範囲は、溝１７０および１７６の幾何形状によって影響され得る。例えば、溝１７０の長さは並進範囲に対応し得、一方、溝１７６の弧の長さおよび／または曲率半径は、回転範囲および／またはクリアランスに対応し得る。
【００８７】
アクチュエータ１６６は、ハウジング２０内部に取り付けられ、圧縮器１６４をその係合位置と通しまたは係脱位置との間で移動させるために選択的に伸長および後退するように構成された直線運動デバイスであり得る。開示された実施形態では、アクチュエータ１６６は、２位置空気圧シリンダである。しかしながら、アクチュエータ１６６は、代替として、ソレノイドプランジャ、電気モータ／親ねじ機構、または任意の数の異なる位置を有する別のデバイスであり得ることが企図されている。アクチュエータ１６６は、シリンダと、そこから延在するロッドを有するピストンとを含むことができる。ピストンのロッドは、ハウジング２０から圧縮機１６４に向かって延在し、ブラケット１８０に枢動可能に接続することができる（例えば、ピン１７２を介して）。ピストンのロッドはまた、フレーム１６２の外端面に（例えば、ねじ締結を介して）取り付けられたスライドカバー１８３を介してフレーム１６２によってスライド可能に支持され得る。加圧空気（または別の媒体）がシリンダの第１のチャンバに導入されると、ピストンがシリンダから伸び、ロッドをカバー１８３を通ってシリンダから離れるようにスライドさせ、ブラケット１８０を係合状態に押し込む。対照的に、加圧空気がシリンダの第２のチャンバに導入されると、ピストンはシリンダ内に後退し、ロッドをシリンダに向かってスライドバックさせ、ブラケット１８０を係脱位置または通し位置に後退させる。
【００８８】
一実施形態では、ばね付勢式ラッシュアジャスタ１８５が、ピストンロッド内にリンクを形成する。これは、ブラケット１８０の枢動運動および／または圧縮機１６４によって吐出材料に加えられる圧力が調整されることを可能にし得る。ラッシュアジャスタ１８５は、必要に応じて、手動調整デバイスまたは自動調整デバイスであり得ることが企図されている。
【００８９】
一実施形態では、スクレーパ１８４は、圧縮機１６４と関連付けられ、ローラ１７８の表面から（硬化および／または未硬化の）残留マトリックスを除去するように機能し得る。図１０〜図１２の開示された例では、スクレーパ１８４は、ローラ１７８のトレーリング側（例えば、吐出補強材の反対側）でブラケット１８０に取り付けられ、ローラ１７８の表面まで、またはほぼ表面まで延在する。スクレーパ１８４は、ブラケット１８０に取り外し可能に接続され得（例えば、１つ以上の締結具１８６を介して）、それにより、スクレーパ１８４は、容易に調整、洗浄、修理および／または交換され得る。
【００９０】
また、いくつかの実施形態では、タグ端支持体または最終ガイド１８８が、ローラ１７８に隣接して提供され得、それは補強材が切断モジュール２６によって切り離された後、補強材のタグ端を支持およびガイドするように構成されている。特に、状況によっては（例えば、ヘッド１６がリーディング方向に傾いている場合）、切り離された後、ローラ１７８が材料をロールオーバーして圧縮する機会を得る前に、タグ端が印刷面にばたりと落ちる可能性がある。これらの状況では、タグ端が印刷面上にフロップする代わりに、タグ端が支持体１８８にフロップし、および／またはローラ１７８に対して保持され得る（例えば、巻き付けられる）。これは、印刷品質を中断することなく、引き続きタグ端を引き下げて印刷面に圧縮することを可能にし得る。開示された実施形態では、タグ端支持体１８８は、（例えば、ピン１８９を介して）フレーム１６２に取り付けられた平坦なまたは湾曲したプレートであり、ローラ１７８に向かって後方に延在する。しかしながら、タグ端支持体１８８は、ロッド、レバー、またはアームを代替的に具体化し、および／またはローラ１７８またはブラケット１８０から前方に延在し得ることが企図される。タグ端支持体１８８はまた、必要に応じて、伸長位置（図１２に示される）と収納位置との間で移動可能であることも企図されている。例えば、圧縮機１６４の後退位置または通し位置への移動は、タグ端支持体１８８を収納位置に移動させるように機能することもでき、それによって通し目的のためのクリアランスが増大する。
【００９１】
硬化モジュール３０は、圧縮モジュール２８が吐出材料を圧縮した後、補強材をコーティングするマトリックスを硬化させるために、任意の都合のよい場所に位置する構成要素の任意の組み合わせを含み得る。開示された実施形態では、硬化モジュール３０は、硬化エネルギーの供給源１９０と、供給源１９０からローラ１７８に隣接する露出点１９４まで延在する１つ以上の伝送線１９２とを含む。開示された実施形態では、硬化エネルギーは、ＵＶ光および／またはレーザエネルギーである。一例では、エネルギーは、供給源１９０に関連付けられた１つ以上のＬＥＤおよび／またはレーザによって生成され、伝送線１９２は、エネルギーを露出点１９４に伝送する光ファイバである。１つ以上のブラケット１９６が露出点１９４に取り付けられ得（例えば、フレーム１６２および／またはブラケット１８０に接続され）、光ファイバの遠位端を固定および／または照準するために使用され得る。必要に応じて、ＵＶ発生ＬＥＤまたはレーザの代わりに、異なるまたは追加の供給源１９０が利用され得ることが企図されている。例えば、マイクロ波エネルギー、熱エネルギー、振動エネルギー、化学エネルギー、等の供給源を使用することができる。いくつかの実施形態では、伝送線１９２を省略できることも企図されている。
【００９２】
産業上の利用可能性
開示されるシステムおよびプリントヘッドは、任意の所望の断面サイズ、形状、長さ、密度、および／または強度を有する複合構造を連続的に製造するために使用され得る。複合構造は、同じまたは異なるタイプ、径、形状、構成の任意の数の異なる補強材を含むことができ、各々が共通のマトリックスでコーティングされているものから成る。次に、システム１０の動作を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
【００９３】
製造イベントの開始時に、所望の構造１２に関する情報をシステム１０に（例えば、支持体１４および／またはヘッド１６の動作を調整する責任があるコントローラ２１に）ロードすることができる。この情報としては、とりわけ、サイズ（例えば、径、壁の厚さ、長さ、等）、形状、輪郭（例えば、軌道）、表面の特徴（例えば、隆起のサイズ、位置、厚さ、長さ、フランジのサイズ、位置、厚さ、長さ、等）および仕上げ、接続幾何形状（例えば、カップリング、Ｔ継手、スプライス、等の位置およびサイズ）、位置固有のマトリックスの規定、位置固有の補強材の規定、等が挙げられる。この情報は、代替的または追加的に、必要に応じて、異なる時間におよび／または製造イベント中に継続的にシステム１０にロードされ得ることに留意されたい。構成要素情報に基づいて、１つ以上の異なる補強材および／またはマトリックスをヘッド１６に選択的に供給することができる（例えば、オンボード供給源から、あるいはリモートまたはオフボード供給源から−図示せず）。次に、製造イベントの開始前に、補強材をヘッド１６に通すことができる。
【００９４】
ヘッド１６の通しは、図３に示される画像の頂部から、および（例えば、入口ローラ５２の間の）ガイドモジュール２２を通って下方に補強材を通過させること（例えば、ドア４２を開けて）を含み得る。この時点で、パイロットサブアセンブリ５４もまた開けられてもよく（例えば、カバー７４およびラッチ機構７６を取り外してもよい）、それにより、補強材は、フィーチャ８２に対して望ましい場所に配置され得る（例えば、特定の仕切りの間および／または特定の溝内に−図５を参照）。その後、カバー７４およびラッチ機構７６は、チャネリングベース７２上の所定の位置に再度固定され得る。
【００９５】
次に、追加の長さの補強材がガイドモジュール２２を通して引っ張られ、供給モジュール２４に導かれる。具体的には、補強材は、供給ローラ９８の間の空間を通して引っ張られてもよく、それらは、この時点では係脱された向きであり得る。次に、補強材は、圧縮機ローラ１７８に到達するまで、（例えば、ヘッド１６の先端から）さらに引っ張られてもよい。この時に、圧縮機ローラ１７８はその係脱状態にあり得、それにより、通すためにより大きなクリアランスが提供される。通しが完了した後、圧縮機ローラ１７８は、その係合状態まで前方に押され得、そしてヘッド１６は、マトリックスコーティングされた補強材を吐出する準備ができ得る。タグ端支持体１８８は、この時点で、補強材の自由端をローラ１７８に対して保持することができる。
【００９６】
次に、コントローラ２１の調節下で、支持体１４によってヘッド１６を動かして、マトリックス湿潤補強材を対応するアンカーポイント１８（図１を参照）に対してまたはその上に配置させることができる。次に、硬化モジュール３０を選択的に作動させて、補強材を囲むマトリックスを硬化させ、それにより補強材をアンカーポイント１８に付着させることができる。その後、ヘッド１６を任意の軌道で移動させて、湿潤補強材をヘッド１６から既存の表面上および／または自由空間内に引っ張って、構造１２を形成することができる。
【００９７】
構成要素情報を使用して、システム１０の動作を制御することができる。例えば、補強材は、（マトリックスと共に）ヘッド１６から吐出され得、一方支持体１４は、硬化中に所望の様態でヘッド１６を選択的に移動させ、それにより、結果として生じる構造１２の軸は、所望の軌道（例えば、自由空間、非支持、３Ｄ軌道）に従う。別個の補強材がヘッド１６を通して引っ張られると、補強材は圧縮機１６４の下を通過し、その後、硬化モジュール３０からの硬化エネルギーに曝される。
【００９８】
材料吐出の期間の後、補強材を切り離すことが必要になる場合がある（例えば、製造イベントを完了したり、および／または材料を吐出する新しいトラックを再開するためにヘッド１６を構造１２の別の領域に移動したりするため）。この時点で、アクチュエータ１３８は、選択的にエネルギーを与えられ得（例えば、コントローラ２１によって−図１を参照）、アンビル１３６をブレード１３４の鋸歯状の刃先１５６を通り越して下方に押して（図８および図９の斜視図を参照）、それによって補強材を切り離し得る。これにより、まだ吐出および配置されていないヘッド１６内の自由材料のタグ端が残ることがある。タグ端は、ヘッド１６の追加の移動により材料がヘッド１６から引き出され、圧縮機１６４によって圧縮されるまで、支持体１８８上および／またはその中に留まり得る（図１２を参照）。
【００９９】
いくつかの用途では、切り離し前に補強材をクランプすることが有益であり得ることがわかっている。例えば、クランプは、切り離しが完了した後、補強材内の張力が動きを引き起こすのを妨げる可能性がある。したがって、当技術分野で既知の任意のタイプのクランプ機構（図示せず）を、ブレード１３４およびアンビル１３６の上流および／または下流に配置することができる。
【０１００】
その後、材料の新しいトラックの吐出を再開するために、（コントローラ２１の調節下で）支持体１４はヘッド１６を新しい開始領域に移動させることができる。圧縮モジュール２８は、その引っ込んだ状態に移動することができ、供給モジュール２４は、選択的に、供給ローラ９８をそれらの係合位置まで回転させ、マトリックス湿潤補強材の新しい端部を圧縮機１６４に向かって押すことができる。これは、補強材のすべての切断の後、および／または任意の印刷プロセスの開始時に実施される起動シーケンスの一部と見なすことができる。いくつかの実施形態では、起動シーケンスの間、ヘッド１６は垂直方向に維持され、それにより、供給ローラ９８によって押し出される材料は、ヘッド１６を通る湿潤補強材の通常の進行経路とほぼ整列して吊るされることに留意されたい。これは、ヘッド１６の内部のハングアップを回避するのに役立つ。概して、供給モジュール２４は、起動シーケンス中に主に（例えば、いくつかの実施形態では、のみに）使用されてもよい。起動シーケンス中にヘッド１６の他の向きも可能であり、有益である場合がある。
【０１０１】
開示されたシステムおよびヘッドに様々な修正および変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示されたシステムおよびヘッドの仕様および実施を考慮すれば、当業者には明らかであろう。本明細書および実施例は単なる例示と見なされ、真の範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図されている。
【図１】
2021521020.tif 000003
【図２】
2021521020.tif 000004
【図３】
2021521020.tif 000005
【図４】
2021521020.tif 000006
【図５】
2021521020.tif 000007
【図６】
2021521020.tif 000008
【図７】
2021521020.tif 000009
【図８】
2021521020.tif 000010
【図９】
2021521020.tif 000011
【図１０】
2021521020.tif 000012
【図１１】
2021521020.tif 000013
【図１２】
2021521020.tif 000014
【図１３】
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【国際調査報告】
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