(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造用の材料成膜システムであって、
第1の材料を供給する第1の入力通路、第2の材料を供給する第2の入力通路、および前記第1の材料と前記第2の材料を組み合わせて、組み合わされた成膜材料を形成するチャンバ、を定める押出機と、
前記チャンバ内のスリーブであって、第1の位置と第2の位置との間で移動可能であり、前記チャンバ内の前記スリーブの位置に基づいて、前記第1の材料による前記第2の材料の暴露時間を変化させる、スリーブと、
前記組み合わされた成膜材料を押し出す押出ポートと、
を有する材料成膜システム。
【請求項２】
前記スリーブは、前記チャンバ内で、前記第1の材料を前記第2の材料から分離するように構成され、
前記スリーブは、前記チャンバを通り、前記スリーブの出口に向かって、前記第1の材料が通る内部スリーブ通路を定め、
これにより、前記第1の材料は、該第1の材料が前記スリーブの前記出口を介して排出される際に、前記第2の材料に暴露される、請求項1に記載の材料成膜システム。
【請求項３】
前記スリーブは、前記チャンバを定める内側表面から離間された外側表面を有し、間に環が形成され、
前記環は、前記第2の材料が、前記チャンバを通り、前記スリーブの前記出口に向かって通過できるように構成され、
これにより、前記第1の材料は、該第1の材料が前記スリーブの前記出口から排出された際に、前記第2の材料と暴露される、請求項2に記載の材料成膜システム。
【請求項４】
前記スリーブが前記第2の位置に比べて前記第1の位置にある場合、前記スリーブの前記出口は、前記押出ポートよりも上流に配置され、
これにより、前記第1の材料と前記第2の材料の間の暴露時間が増加し、前記第2の材料の前記第1の材料内の浸透が促進される、請求項3に記載の材料成膜システム。
【請求項５】
前記スリーブが前記第1の位置に比べて前記第2の位置にある場合、前記スリーブの前記出口は、前記押出ポートの近傍に配置され、
これにより前記第1の材料と前記第2の材料の間の暴露時間が減少し、前記第2の材料による前記第1の材料の被包が促進される、請求項4に記載の材料成膜システム。
【請求項６】
前記第1の材料と前記第2の材料との組み合わせにおいて、
前記第1の材料は、連続フィラメントの束を有し、前記第2の材料は、流動可能な材料を有し、
前記スリーブが前記第1の位置にある場合、前記流動性材料は、前記連続フィラメントの束に対して十分な暴露時間を有し、押し出しの前に、マトリクス相として前記束に浸透し、フィラメント強化マトリクス複合材料として、前記組み合わされた成膜材料が形成される、請求項4または5に記載の材料成膜システム。
【請求項７】
前記第1の材料と前記第2の材料との組み合わせにおいて、
前記第1の材料は、少なくとも一つの連続フィラメントを有し、前記第2の材料は、流動性材料を有し、
前記スリーブが前記第2の位置にある場合、前記流動性材料は、前記少なくとも一つの連続フィラメントと相互作用し、押し出しの前に、前記フィラメントの周囲部分が取り囲まれ、被覆フィラメント材料として、前記組み合わされた成膜材料が形成される、請求項4または5に記載の材料成膜システム。
【請求項８】
前記第1の材料と前記第2の材料との組み合わせにおいて、
前記第1の材料は、第1の流動性材料を有し、前記第2の材料は、第2の流動性材料を有し、
前記スリーブが前記第1の位置にある場合、前記第2の流動性材料は、前記第1の流動性材料に対する十分な暴露時間を有し、前記第1の流動性材料内に浸透し、混合され、混合成膜材料として、前記組み合わされた成膜材料が形成される、請求項4または5に記載の材料成膜システム。
【請求項９】
前記スリーブは、該スリーブの出口に、取り替え可能なノズルを有する、請求項2乃至8のいずれか一つに記載の材料成膜システム。
【請求項１０】
前記押出機は、前記押出ポートの取り替え可能なノズルを有し、
前記スリーブの前記取り替え可能なノズルは、前記押出機の前記取り替え可能なノズルと協働するように構成され、前記組み合わされた成膜材料において、前記第1の材料の構成が、前記第2の材料の構成に比べて変化する、請求項9に記載の材料成膜システム。
【請求項１１】
さらに、前記第1の位置と前記第2の位置の間で、前記スリーブを前記チャンバ内の軸方向に移動させるアクチュエータを有する、請求項1乃至10のいずれか一つに記載の材料成膜システム。
【請求項１２】
さらに、押し出しの間、前記組み合わされた成膜材料を切断する切断装置を有する、請求項1乃至11のいずれか一つに記載の材料成膜システム。
【請求項１３】
さらに、前記第2の材料および／または前記第1の材料用の1または2以上のヒータを有する、請求項1乃至12のいずれか一つに記載の材料成膜システム。
【請求項１４】
付加製造用の材料成膜システムであって、
第1の材料を供給する第1の入力通路、第2の材料を供給する第2の入力通路、前記第1の材料と前記第2の材料を組み合わせて、組み合わされた成膜材料を形成するチャンバ、および前記組み合わされた成膜材料を押し出す押出ポートを定める押出機と、
前記チャンバ内の調整可能なスリーブであって、前記チャンバ内の第1の位置と第2の位置との間で調整可能であり、前記チャンバ内で前記第1および第2の材料が相互作用する位置を変更する、調整可能なスリーブと、
を有し、
前記第1の位置は、前記第2の位置よりも前記押出ポートから上流にある、材料成膜システム。
【請求項１５】
三次元製品を付加製造する方法であって、
押出ヘッドにおけるチャンバに、第1の材料および第2の材料を供給するステップと、
移動可能なスリーブを、前記チャンバ内の第1の位置と第2の位置の間で調整し、前記チャンバ内の前記スリーブの位置に基づいて、前記第1の材料による前記第2の材料の暴露時間を変化させるステップと、
前記第1の材料と前記第2の材料を組み合わせて、組み合わされた成膜材料を形成するステップと、
前記押出ヘッドの押出ポートを介して、前記組み合わされた成膜材料を押し出すステップと、
を有する、方法。
【請求項１６】
前記第1の材料を供給するステップは、前記スリーブにより定められた内部通路を介して、前記第1の材料を供給するステップを有し、
前記組み合わせるステップは、
前記スリーブにより定められた出口を介して、前記第1の材料を供給するステップと、
前記第1の材料を前記第2の材料に暴露するステップと、
を有する、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記第2の材料を供給するステップは、前記スリーブの外表面および前記チャンバを定める内表面により定められる環を介して、前記第2の材料を供給するステップを有し、
前記組み合わせるステップは、前記環を介して、前記スリーブにより定められた前記出口に向かって前記第2の材料を供給するステップを有し、これにより、前記第1の材料は、前記第2の材料に暴露される、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記調整するステップは、前記スリーブを前記第1の位置に移動するステップを有し、その結果、前記スリーブの前記出口は、前記第2の位置に比べて前記押出ポートからより上流に配置され、
これにより、前記第1の材料と前記第2の材料の間の前記暴露時間が増加し、前記第2の材料の前記第1の材料への浸透が促進される、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記調整するステップは、前記スリーブを前記第2の位置に移動するステップを有し、その結果、前記スリーブの前記出口は、前記第1の位置に比べて前記押出ポートにより近い下流に配置され、
これにより、前記第1の材料と前記第2の材料の間の前記暴露時間が減少し、前記第2の材料内での前記第1の材料の被包が促進される、請求項16乃至18のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２０】
前記第1の材料を供給するステップは、1または2以上の連続フィラメントを供給するステップを有し、
前記第2の材料を供給するステップは、流動性材料を供給するステップを有し、
前記調整するステップは、前記第1の位置に前記スリーブを移動するステップを有し、その結果、前記流動性材料は、前記1または2以上の連続フィラメントに対して十分な暴露時間を有し、前記1または2以上の連続フィラメントに浸透し、前記組み合わされた成膜材料が形成され、または
前記調整するステップは、前記第2の位置に前記スリーブを移動するステップを有し、その結果、前記流動性材料は、前記1または2以上の連続フィラメントに対して限られた暴露時間を有し、前記1または2以上の連続フィラメントを取り囲み、前記組み合わされた成膜材料が形成される、請求項15乃至19のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般に、付加製造法に関し、特に、付加製造法により、三次元物体を形成するための材料成膜システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造法は、急速に成長している技術であり、これは、かなり精密な三次元物体の製造に使用される。溶融フィラメント製造法（FFF）のような、現在の付加製造技術は、通常、押出印刷ヘッドにおける加熱ノズルを介して、ポリマーフィラメントを押し出すことにより行われる。ポリマー原料は、ノズルを通過する前にまたはその際に、液化され、供給圧力により、ノズル内の出口オリフィスを介して材料が押し出される。ノズルから排出される材料は、通常、層状に成膜され、特定の配置において、ある数の層が設置される結果、三次元物体が形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のタイプの既存の付加製造システムは、通常、単一の押出印刷ヘッドを使用し、これは、熱可塑性材料の単一のフィラメントを押し出す。ある他の既知の付加製造システムは、複数のフィラメントを受容する複数の入口ポートを有し、フィラメントは、別々の出口ポートを介して同時に排出され得る。しかしながら、そのような既知の付加製造システムでは、付加製造される物体の調整可能性を高めるため、または付加製造プロセスの柔軟性を高めるため、押出印刷ヘッドのチャンバ内において、ある材料と別の材料との暴露時間および／または相互作用を変えることは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様では、特に、付加製造用の材料成膜システムが提供される。このシステムは、押出ヘッドのチャンバ内に調整可能なスリーブを有し、該調整可能なスリーブは、チャンバ内の2または3以上の材料の間の相互作用を変化させることができる。例えば、調整可能なスリーブは、チャンバ内の2または3以上の材料が相互に組み合わされる位置を変化させるように構成されても良い。これにより、成膜前に、材料間の浸透、被包（encapsulation）、または他の相互作用の度合いを変化させることができる。
【０００５】
特に、調整可能なスリーブは、押出ヘッドのチャンバ内で第1の材料を第2の材料から分離するように構成されても良く、スリーブは、第1の位置と第2の位置の間でチャンバ内を移動可能であり、チャンバ内のスリーブの位置に基づいて、第1の材料に対する第2の材料の暴露時間が変化しても良い。
【０００６】
例えば、スリーブが第1の位置にある場合、少なくとも2つの材料は、押し出しの位置からより上流の位置で、相互に相互作用し、組み合わされ、材料間の暴露時間が増加し、少なくとも一つの材料の、少なくとも別の一つの材料に対する浸透が促進されても良い。そのような構成は、連続フィラメントの束にマトリクス材料を浸透させ得る点で有意であり、改善された強度または他の特性を有する成膜材料、例えば、繊維強化マトリクス複合材料が形成される。
【０００７】
一方、スリーブが第2の位置にある場合、少なくとも2つの材料は、押し出しの位置により近い、さらに下流で相互に相互作用し、組み合わされ、材料間の暴露時間が減少し、少なくとも一つの材料の、少なくとも別の一つの材料による被包が促進される。そのような構成は、連続フィラメントが別の材料内に取り囲まれる点で有意であり、連続フィラメントの改善された絶縁性または他の特性を有する成膜材料、例えば、絶縁体で被覆された電気ファイバもしくは光ファイバが形成される。
【０００８】
本発明の態様では、付加製造用の材料成膜システムは、押出機を有し、この押出機は、第1の材料を供給する第1の通路、第2の材料を供給する第2の通路、および第1の材料と第2の材料を組み合わせて、組み合わされた成膜材料を形成するチャンバを定める。また、材料成膜システムは、チャンバ内にスリーブを有し、該スリーブは、第1の位置と第2の位置との間で移動可能であり、チャンバ内のスリーブの位置に基づいて、第1の材料に対する第2の材料の暴露時間が変化する。また、材料成膜システムは、組み合わされた成膜材料を押し出す押出ポートを有する。
【０００９】
本発明の実施例は、1または2以上の以下の追加の特徴を、別個に、または組み合わせて有しても良い。
【００１０】
例えば、スリーブは、チャンバ内で第1の材料を第2の材料から分離するように構成されても良い。
【００１１】
スリーブは、チャンバを介して、スリーブの出口に向かって第1の材料が通過する内部スリーブ通路を定めても良く、これにより第1の材料がスリーブの出口から排出された際に、第1の材料を第2の材料に暴露することができる。
【００１２】
スリーブは、チャンバを定める内側表面から離間された、外側表面を有し、間に環が形成されても良い。環は、第2の材料がチャンバを介して、スリーブの出口に向かうように構成されても良く、これにより、第1の材料がスリーブの出口を介して排出された際に、第1の材料を第2の材料に暴露することができる。
【００１３】
スリーブが第2の位置に比べて第1の位置にある場合、スリーブの出口は、押出ポートよりも上流に配置されても良く、これにより第1の材料と第2の材料の間の暴露時間が増加し、第2の材料の第1の材料内の浸透が促進される。
【００１４】
スリーブが第1の位置に比べて第2の位置にある場合、スリーブの出口は、押出ポートの近傍に配置され、これにより、第1の材料と第2の材料の間の暴露時間が減少し、第2の材料内の第1の材料の被包が促進される。
【００１５】
第1の材料は、連続フィラメントの束を有し、第2の材料は、流動性材料を有しても良い。スリーブが第1の位置にある場合、流動性材料は、連続フィラメントの束に対して十分な暴露時間を有し、押し出す前に、マトリクス相として束内に浸透し、フィラメント強化マトリクス複合材料として、組み合わされた成膜材料が形成される。
【００１６】
第1の材料は、少なくとも一つの連続フィラメントを有し、第2の材料は、流動性材料を有しても良い。スリーブが第2の位置にある場合、流動性材料は、少なくとも一つの連続フィラメントと相互作用し、押し出す前にフィラメントの周囲部分を取り囲み、被覆フィラメント材料として、組み合わされた成膜材料が形成されても良い。
【００１７】
第1の材料は、第1の流動性材料を有し、第2の材料は、第2の流動性材料を有しても良い。スリーブが第1の位置にある場合、第2の流動性材料は、第1の流動性材料に対する十分な暴露時間を有し、第1の流動性材料内に浸透し、混合され、混合成膜材料として、組み合わされた成膜材料が形成される。
【００１８】
スリーブは、第1の位置と第2の位置の間、またはこれらを超える、他の各種位置に配置されても良い。
【００１９】
例えば、スリーブは、第3の位置に配置され、第1の材料は押出ポートを通過することができるが、第2の材料は押出ポートの通過が制限され、あるいはその逆であっても良い。
【００２０】
スリーブは、チャンバ内に同軸に配置されても良い。
【００２１】
スリーブは、該スリーブの出口に、取り替え可能なノズルを有しても良い。
【００２２】
押出機は、押出ポートに取り替え可能なノズルを有しても良い。
【００２３】
スリーブの取り替え可能なノズルは、押出機の取り替え可能なノズルと協働するように構成され、組み合わされた成膜材料において、第2の材料の構成に比べて、第1の材料の構成が変化しても良い。
【００２４】
材料成膜システムは、さらに、アクチュエータを有し、該アクチュエータは、第1の位置と第2の位置の間で、スリーブをチャンバ内の軸方向に移動しても良い。
【００２５】
材料成膜システムは、さらに、切断装置を有し、該切断装置は、押し出しの間、第1の材料、第2の材料、および組み合わされた成膜材料の少なくとも一つを切断しても良い。
【００２６】
材料成膜システムは、さらに、第1の材料、第2の材料、および組み合わされた成膜材料の少なくとも一つを加熱する、1または2以上のヒータを有しても良い。
【００２７】
材料成膜システムは、さらに、制御器を有し、特に、チャンバ内のスリーブの位置を制御しても良い。
【００２８】
本発明の別の態様では、付加製造用の材料成膜システムは、
第1の材料を供給する第1の入力通路、第2の材料を供給する第2の入力通路、前記第1の材料と前記第2の材料を組み合わせて、組み合わされた成膜材料を形成するチャンバ、および前記組み合わされた成膜材料を押し出す押出ポートを定める押出機と、
チャンバ内の調整可能なスリーブであって、チャンバ内の第1の位置と第2の位置との間で調整可能であり、チャンバ内で第1および第2の材料が相互作用する位置を変化させる、調整可能なスリーブと、
を有し、
第1の位置は、第2の位置よりも押出ポートから上流にある。
【００２９】
本発明の別の態様では、三次元製品を付加製造する方法は、
（i）押出ヘッドにおけるチャンバに、第1の材料および第2の材料を供給するステップと、
（ii）移動可能なスリーブを、チャンバ内の第1の位置と第2の位置の間で調整し、チャンバ内のスリーブの位置に基づいて、第1の材料に対する第2の材料の暴露時間を変化させるステップと、
（iii）第1の材料と第2の材料を組み合わせて、組み合わされた成膜材料を形成するステップと、
（iv）押出ヘッドの押出ポートを介して、組み合わされた成膜材料を押し出すステップと、
を有する。
【００３０】
本発明の実施例は、1または2以上の以下の追加の特徴を、別個に、または組み合わせて、有しても良い。
【００３１】
前記第1の材料を供給するステップは、スリーブにより定められた内部通路を介して、第1の材料を供給するステップを有しても良い。
【００３２】
前記組み合わせるステップは、
スリーブにより定められた出口を介して、第1の材料を供給するステップと、
第1の材料を第2の材料に暴露するステップと、
を有しても良い。
【００３３】
前記第2の材料を供給するステップは、スリーブの外側表面およびチャンバを定める内側表面により定められる環を介して、第2の材料を供給するステップを有しても良い。
【００３４】
前記組み合わせるステップは、前記環を介して、スリーブにより定められた出口に向かって前記第2の材料を供給するステップを有し、これにより、第1の材料が第2の材料に暴露されても良い。
【００３５】
前記調整するステップは、スリーブを第1の位置に移動するステップを有し、その結果、スリーブの出口は、第2の位置に比べて前記押出ポートからより上流に配置され、これにより、第1の材料と第2の材料の間の暴露時間が増加し、第2の材料の第1の材料への浸透が促進されても良い。
【００３６】
前記調整するステップは、スリーブを第2の位置に移動するステップを有し、その結果、スリーブの出口は、第1の位置に比べて前記押出ポートにより近い下流に配置され、これにより、第1の材料と第2の材料の間の暴露時間が減少し、第1の材料の第2の材料内の被包が促進されても良い。
【００３７】
前記第1の材料を供給するステップは、1または2以上の連続フィラメントを供給するステップを有しても良い。
【００３８】
前記第2の材料を供給するステップは、流動性材料を供給するステップを有しても良い。
【００３９】
前記調整するステップは、第1の位置にスリーブを移動するステップを有し、その結果、前記流動性材料は、前記1または2以上の連続フィラメントに対して十分な暴露時間を有し、前記1または2以上の連続フィラメントに浸透し、組み合わされた成膜材料が形成されても良い。
【００４０】
前記調整するステップは、第2の位置に前記スリーブを移動するステップを有し、その結果、前記流動性材料は、前記1または2以上の連続フィラメントに対して限られた暴露時間を有し、前記1または2以上の連続フィラメントを取り囲み、組み合わされた成膜材料が形成されても良い。
【００４１】
以下の記載および添付の特許請求の範囲には、本発明の一実施形態を示す。ただし、これらの実施例は、本発明の原理が適用され得る、いくつかの各種方法で表されても良い。以下の詳細な説明から、図面を参照することにより、本発明の態様による、他の目的、利点、および新たな特徴は、明らかである。
【００４２】
本発明の各種態様は、必ずしもスケールが必要ではない、添付の図面に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例による材料成膜システムの一例の概略図である。これは、例示の第1の位置において、調整可能なスリーブを有する押出機の一例の断面図を含む。
【図２】図1に示した押出機から成膜される材料の一例の概略的な断面図である。
【図３】図1における材料成膜システムの概略的な図である。これは、例示の第2の位置において、調整可能なスリーブを有する一例としての押出機を含む。
【図４】図3に示す抽出機から成膜される材料の一例の概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例による三次元物体を付加製造するプロセスの一例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の態様および原理は、さらに以下に詳しく説明される、溶融成膜モデル（FDM）とも称される、溶融フィラメント製造（FFF）技術を用いた、付加製造用の材料成膜システムに対する特定の用途を有する。ただし、本発明の態様および原理は、成膜の前に、押出ヘッドにおいて2または3以上の材料の相互作用を変化させることが望ましい、他の材料成膜システムにも適用可能であることが理解される。
【００４５】
図1を参照すると、一例としての材料成膜システム10が示されている。通常、材料成膜システム10は、押出機12、第1の材料16を押出機12に供給する第1の入力経路14、第2の材料20を押出機12に供給する第2の入力経路18、および第1の材料16と第2の材料20を組み合わせて、組み合わされた成膜材料24を形成するチャンバ22を有する。押出ポート26がチャンバ22から下流に配置され、これは、組み合わされた成膜材料24を押し出し、その後成膜して、三次元製品を付加製造するように構成される。一例としての材料成膜システム10は、さらに、調整可能なスリーブ27を有し、これは、チャンバ22において、材料16、20の間の相互作用を変化させるように構成される。例えば、以降に詳しく示すように、調整可能なスリーブ27は、第1の材料16と第2の材料20とをチャンバ22内で分離するように構成されても良く、成膜の前に、スリーブ位置に基づいて、材料16、20が相互に相互作用する位置が変化しても良い。
【００４６】
材料成膜システム10は、付加製造機器（図示されていない）の一部として含まれても良く、これは、フレーム、構築プラットフォーム、垂直移動（Z）駆動システム、横方向移動（Y）駆動システム、および直交横方向移動（X）駆動システムを有しても良い。構築プラットフォームは、Ｘ駆動およびＹ駆動を介して、フレームに対して移動可能であっても良い。また押出機12（押出ヘッドとも称される）は、Ｘ駆動を介して、フレームに対して移動可能であっても良い。多くの他の構成が想定され、これには、構築プラットフォームが静止しており、押出ヘッドが2つまたは3つの駆動軸を移動する、一例としてのシステムが含まれる。別の実施例では、複数の押出機が提供され、複数の組み合わされた成膜材料が同時に成膜されても良い。通常、本願に記載の一例としての材料成膜システム10は、溝または通路を介して供給される材料原料を使用する、ほぼ任意の付加製造システムに適用可能である。従って、一例としての材料成膜システムは、溶融フィラメント製造法、または他の好適な付加製造技術のような、層状の成膜を介した付加製造法に使用され、これは、材料、許容誤差、サイズ、品質、精度、コスト構造、臨界寸法、およびシステム仕様または製造される三次元製品の要求により定められる他のパラメータに基づいて、選定することができる。
【００４７】
図1に示すように、材料成膜システム10は、第1の材料16および第2の材料20の各々に対応する、1または2以上のアクチュエータ28、30を有しても良く、それぞれの材料16、20（例えば入力または供給材料）が、チャンバ22に向かう入力通路14、18を介して供給される（例えば、フィードまたは牽引される）。一例としての実施例では、入力通路14、18は、押出機12のマニホルド32により定められても良い。1または2以上のアクチュエータ28、30は、ステッパモータのようなモータを有しても良い。これは、好適な方法で、従来から良く知られたものから選択されても良い。それぞれのアクチュエータ28、30は、独立に制御され、スプールまたは他の供給部から、入力通路14、18を介して、所定の供給力または供給速度で、それぞれの材料16、20を搬送し、チャンバ22に向かって流下させる。これは、システム仕様に基づいて選定され、または調整されても良い。それぞれの供給材料16、20に対応して、2つの異なるアクチュエータ28、30のみが示されているが、他の数の異なる材料、入力通路、およびアクチュエータも可能であることが理解される。例えば、3、4、5、6またはそれ以上の異なる材料、入力通路、およびアクチュエータを有するシステムも、同様に可能である。
【００４８】
また、材料成膜システム10は、1または2以上の入力材料16および／または20を加熱しおよび／または液化するように構成された、1または2以上の加熱素子34を有しても良い（または熱的に導通しても良い）。本願において、「液化」または「液化した」と言う用語は、材料の流動可能な、または流体状態を得るため、被加熱材料の融点（またはガラス転移温度）を超える温度に加熱し、または温度に維持することを含む。押出機12は、入力通路14、18の各々に対応する、1または2以上の液化通路38を有し、各液化通路は、対応する加熱素子34と熱的に導通されても良い。液化通路は、チャンバ22と同じ広がりを有し、または液化通路は、チャンバ22を超えて延伸し、入力通路14、18と接続され、供給材料16、20は、それらがチャンバ22に入る前に、液化されても良い。これとは別に、またはこれに加えて、押出機12は、チャンバ22と熱的に導通された加熱素子36を有しても良く、供給材料16、20の1または2以上がチャンバ22に入ると、供給材料16、20の1または2以上は、加熱および／またはさらに液化され、あるいは押し出しの前に、組み合わされた成膜材料24が所定の温度に加熱される。
【００４９】
また、材料成膜システム10は、制御器40を有し、これは、供給材料16、20、および／または組み合わされた成膜材料24に関する1または2以上のパラメータを制御するように構成されても良い。制御器40は、形成される三次元製品のモデルに関する指令を受信し、そのようなパラメータの制御を検証し調整するため、センサまたは他の装置からのフィードバックを受信しても良い。例えば、制御器40は、アクチュエータ28、30に作動可能に結合され、押出機12を介した供給材料16、20の各々の供給速度または供給力を独立して制御しても良い。また、制御器40は、1または2以上の加熱素子34、36と作動可能に結合され、供給材料16、20および／または組み合わされた成膜材料24の温度を独立して制御し、それぞれの材料の所望の粘性などが得られても良い。必要な場合、制御器40は、アクティブ熱電冷却器または熱交換器のような冷却手段と作動可能に結合され、同様の方法で、供給材料16、20、および／または組み合わされた材料24の温度が制御されても良い。また、必要な場合、制御器40は、押出ポート26でのバルブのような流量制御装置と作動可能に結合され、押し出される材料の流速が制御されても良い。また、以降により詳しく示すように、制御器40は、（例えばアクチュエータ41を介して）調整可能なスリーブ27と制御可能に結合され、チャンバ22内のスリーブ27の位置が制御されても良い。当業者には理解されるように、制御器40により、前述のもの以外の他のパラメータが制御されても良いことが理解される。
【００５０】
再度図1を参照すると、調整可能なスリーブ27は、一例としての第1の位置において、チャンバ22の中に配置されるように示されている。示された実施例では、調整可能なスリーブ27は、チャンバ22において、第1の材料16を第2の材料20から分離するように構成され、材料16、20の間の相互作用が制御される。例えば、スリーブ27は、チャンバ22の長手軸に沿って延伸する内部スリーブ通路42を定め、ここには、第1の材料16がチャンバ22を通り、スリーブ出口44に向かって流通する。一実施例では、スリーブ出口44は、図に示すように、スリーブ27の軸端部に配置されても良い。ただし、スリーブ出口44の他の配置も可能である。また、示されているように、調整可能なスリーブ27は、チャンバ22内に同軸に配置され、スリーブ27の外側表面は、チャンバの内側表面から分離され、両者の間に環46が形成される。環46は、第2の材料20が第1の材料16から分離され、スリーブ出口44に至るまで、チャンバ22を通って下方に流れるように構成され、これにより、第1の材料16がスリーブ出口44を介して排出された際に、第1の材料16は、第2の材料20と相互作用する。この方法では、チャンバ内のスリーブ27の位置に基づいて、チャンバ内の材料16、20が相互作用する位置が変化し、これにより、成膜前の材料間の暴露時間が変化し、浸入、被包、または材料間の他の相互作用の度合いを変化させることが可能となる。
【００５１】
一実施例では、スリーブ27が（図1に示すような）第1の位置にある場合、スリーブ出口44は、押出ポート26から十分な距離で離間され、2つの材料16、20は、チャンバ22内のより上流において相互作用し、相互に組み合わされ得る。そのような構成では、成膜前の材料16、20間の暴露時間が増加し、この増加した暴露時間により、第2の材料20は、組み合わされた成膜材料24が形成される際に、第1の材料16に十分に浸透し、混合される。
【００５２】
図2を参照すると、スリーブ27が第1の位置にある際に形成され得る、組み合わされた成膜材料24の一例としての断面が示されている。示された実施例では、第1の材料16は、例えば、連続繊維フィラメント、または繊維トウ（tow）の束のような、1または2以上のフィラメントを有しても良い。第2の材料20は、例えば、熱的液化ポリマーのような、その後硬化し、または成膜中もしくは後に硬化する、流動性材料を含んでも良い。図に示すように、スリーブ24が第1の位置にある場合、流動性材料（例えば第2の材料20）は、連続フィラメントの束（例えば第1の材料16）との間で十分な暴露時間を有し、その結果、押し出しの前にフィラメント束に浸透し、繊維強化複合成膜材料として、組み合わされた成膜材料24が形成される。この方法では、流動性マトリクス材料（例えば第2の材料20）は、十分な粘性、あるいは他の特性を有し、繊維間のボイド空間に浸透し、束内の個々の繊維が「湿潤化」される。そのような組み合わされた材料は、実質的に連続状のボイドフリーマトリクス相を有しても良く、これは、繊維にロード（loads）を移動させるように機能し、多くの要因の中でも、摩耗および／または環境アタックから繊維を保護し得る。
【００５３】
前述のような材料成膜システム10の一例としての構成は、三次元複合構造の付加製造法に有意である。例えば、付加製造プロセス中に成膜された繊維強化材料の方向は、三次元製品の特定の層内で、または層の一部で制御され得る。繊維のそのような方向制御を用いて、方向強度、熱もしくは電気の伝導性、または複合構造の他の特性が、局部的におよび全体的に制御される。また、材料16、20間の相互作用を制御するため、スリーブ27を調整する機能により、局部的におよび全体的に、三次元複合構造のそのような特性のさらなる調整が可能となる。例えば、スリーブ27の位置、および材料16、20の間の暴露時間を調整することにより、繊維束（例えば第1の材料）に対するマトリクス材料（例えば第2の材料）の浸透の度合いを調整し、強度、熱もしくは電気的な伝導性、または他の特性を高めたり抑制したりすることができる。この方法では、スリーブの調整により、強化材料を成膜する方向的制御と、材料間の相互作用の両方が提供され、付加製造構造内の特性を高め、または低下させることが可能となる。これは、所望の配置および方向に修正され、特定の設計要求が満たされても良い。前述の例は、一例であって、限定的なものではないことが理解される。また、一例としての材料成膜システムでは、単一の部分を付加製造する際に、そのような利点が提供されても良く、あるいは、同じ噴射ヘッドを用いて、部品から部品の付加製造の際に、そのような利点が提供されても良いことが理解される。
【００５４】
図3を参照すると、調整可能なスリーブ27は、チャンバ22内の、一例としての第2の位置に設置されるように示されている。ステッパモータのようなアクチュエータ41は、チャンバ22内で、スリーブ27を第1の位置（図1）から第2の位置（図2）まで、軸方向に移動させるように構成され、第2の位置では、スリーブ出口44は、押出ポート26に近接するさらに下方まで移動される。この方法では、スリーブ出口44を押出ポート26の近傍に配置させることにより、第1の材料16は、チャンバ22の軸長さに沿って、第2の材料20からさらなる距離で離間され、2つの材料16、20は、チャンバ22のさらに下方で相互に組み合わされるまで、相互作用しない。そのような構成により、成膜前の材料16、20間の暴露時間が減少し、この減少した暴露時間により、材料16、20間の浸透が抑制され、代わりに、第2の材料20による第1の材料16の被包または被覆が促進され、一例として別の組み合わされた成膜材料24’が形成される。
【００５５】
図4を参照すると、スリーブ27が第2の位置にある際に形成され得る、組み合わされた成膜材料24’の断面が示されている。示された実施例では、第1の材料16は、例えば、連続繊維フィラメントのような、1または2以上のフィラメントを有する。第2の材料20は、例えば熱的流動化ポリマーのような、その後硬化され、または成膜中もしくは成膜後に硬化される、流動性材料を有しても良い。図に示すように、スリーブ27が第2の位置にある場合、流動性材料（例えば第2の材料20）は、連続フィラメントの束（例えば第1の材料16）との暴露時間が制限され、押し出す前にフィラメント束内に実質的に浸透せず、代わりに押し出しの直前に、フィラメント束の周囲を取り囲み、被覆フィラメント材料として、組み合わされた成膜材料24’が形成される。この方法では、流動性被覆材料（例えば第2の材料20）は、十分な粘性、または他の特性を有し、繊維束が取り囲まれ、実質的に連続的なボイドフリー相が提供され、これは、繊維を絶縁し、および／または環境アタックからフィラメントを保護するが、束のコア内の個々の繊維は、依然として、相互に相互作用が可能である。図に示すように、第2の材料20は、第1の材料16を同軸に取り囲むが、フィラメント束（例えば第1の材料16）に対する第2の材料20の少なくとも一部の浸透は、束の周囲部分の回りで依然として生じ得ることが理解される。
【００５６】
前述のような材料成膜システム10の一例としての構成は、付加製造された三次元物体内またはその間に、電気的、光学的および／または流体的連通経路が選択的に提供される点で、有意である。例えば連続的な導電性経路の成膜は、電気的トレース、アンテナ、配線、または他の好適な部材として使用されても良い。光学的導通ラインは、光学センサまたは情報伝送ラインに使用されても良い。流体連通ラインは、構造の各種他の部品までの流体通路として使用され、あるいは他の機能の中でも、特に、熱交換器として使用されても良い。
【００５７】
また、材料16、20の間の相互作用を制御するためスリーブ27を調整する機能により、局部的におよび全体的に、付加製造構造内のそのような連通路のそのような特性のさらなる調整が可能となる。例えば、第1の材料16が複数の連続導電性ワイヤ（例えば束）を有し、第2の材料20が絶縁性材料を有する場合、スリーブ27は、第2の位置に向かって調整され、導電性ワイヤの束を覆い絶縁し、好適な電気的な導通路が提供される。一方、スリーブ27が第1の位置に向かって調整される場合、絶縁性材料（例えば第2の材料20）は、電気ワイヤの束（例えば第1の材料16）に浸透し、これにより、個々のワイヤが絶縁され、導電性が抑制され、または電気的導通路が遮断される。任意で、スリーブが第3の位置（図示されていない）、例えば、図3に示した第2の位置よりも下側の位置に向かって調整される場合、これにより、環46は、押出ポート26を介した第2の材料20の流れを遮断し、三次元構造において、導電ワイヤ（例えば第1の材料16）のみが成膜される。これにより、構造内の導通路に沿った外部アドレス可能なコンタクト位置として、これらのワイヤの暴露部（絶縁されていない）を用いることができる。前述の例は、一例であって、限定的なものではなく、一例としての材料成膜システムは、例えば同じ押出機ヘッドを用いた際に、単一の部分、および部品間のそのような差の両方において、特定の設計要求に要望に合致するように、電気的、熱的、光学的、流体的、または他の連通特性を向上し、低減し、または変化させることが理解される。
【００５８】
一実施例では、調整可能なスリーブ27は、チャンバ22内の第1の位置（図1）と第2の位置（図3）の間の、いかなる位置に配置されても良く、あるいは任意の第3の位置（前述）に配置されても良い。これは、使用材料および所望の形成される三次元製品に応じた好適な方法で、選定される。ある実施例では、スリーブ27は、単一製品の付加製造の間に調整され、前述のように、そのような製品の設計の調整可能性および柔軟性が高められる。別の実施例では、スリーブ27は、単一三次元製品の付加製造中に、その位置が固定され、その後スリーブは、次の異なる製品の付加製造法のため調整され、前述のように、これらの異なる製品が、スリーブの位置に基づく異なる特徴を有するように形成されても良い。従って、そのような材料成膜システムでは、同じ噴射ヘッドを用いて、そのような異なる製品を形成することができ、製造コストを抑制したまま、付加製造プロセスの柔軟性が改善される。そうでない場合、他の事項の中でも、複数の異なる押出ヘッド、および特別に混合されたインプット材料の複数の異なるタイプが必要となる。
【００５９】
前述の記載は、前述の材料16、20に限定されるものではないことが理解される。むしろ、そのような材料は、形成される三次元物体の所望の特徴に応じた好適な方法で、相互に協働するように選定されても良い。
【００６０】
一実施例では、第1の材料16は、構造的（例えば強度）、振動的（例えばダンピング）、絶縁的（例えば電気的および／または熱的）、伝導性（例えば電気的および／または熱的）、光伝導的、流体連通的（例えば気体または液体）な特性、および／または他の特性を有する材料を含む。また、第1の材料16において、電気的特性および光学的特性の両方のような複数の機能を提供する、連続フィラメントの複数のタイプのような、材料の複数のタイプを使用しても良い。そのような材料は、これに限られるものではないが、炭素繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、金属繊維（銅、銀、金、錫、鋼）、光学繊維、中空管、または他の同様の材料を含んでも良い。必要な場合、第1の材料16のそのような連続的なフィラメントは、第1の材料16を押出機12に供給する前に、トウプレグ形態のような、樹脂またはマトリクス材料で予備含浸され、第1の材料のマトリクスとの第2の材料20の混合が支援される。または第2の材料が、第1の材料を被包する。
【００６１】
また、第1の材料16は、1または2以上のポリマーフィラメントを有し、これが第2の材料20に浸透または混合され、混合成膜材料が形成されても良い。この組成は、2つの材料16，20の間の暴露時間に依存し、必要な場合、それぞれの材料の温度および／または粘度に依存する。そのようなポリマーフィラメントは、ポリエチレン（PE）、高密度ポリエチレン（HDPE）、超高密度ポリエチレン（UHDPE）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）、ポリプロピレン（PP）、ポリジメチルシロキサン(PDMS）、  ポリオキシメチレン（POM）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアミド（PA）、ポリスルホン（PS）、硫化ポリフェニレン（PPS）、ポリフェニルスルホン（PPSF）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、または他の同様のポリマーを有しても良い。
【００６２】
一実施例では、第2の材料20は、分散、ペースト、または熱的液化ポリマーもしくは樹脂のような、流動性材料を有し、これらは、成膜の際に固化し、および／または硬化しても良い。例えば、第2の材料20は、酸-、塩基-、水溶性ポリマー、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンターポリマ（ABS）、ポリカーボネート（PC）、ポリ（メタ）アクリレート、ポリフェニレンスルホン（PPSU）、ポリエチレン（PE）、高密度ポリエチレン（HDPE）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリ乳酸（PLA）、エポキシ、ビニル、ナイロン、フェノール、または他の同様のポリマーを含んでも良い。
【００６３】
第1の材料16および／または第2の材料20とは別個に、または組み合わせて、1または2以上の追加材料が提供されても良い。例えば、追加材料は、前述の種類の任意の材料を含み、または第1または第2の材料に組み合わされる、異なる種類の成分を含んでも良い。例えば、エラストマー（例えばゴム）、硬質材料（例えばセラミックス、または5以上のモース硬度を有する材料）、軟質材料（例えば、ミネラル、または5未満のモース硬度を有する材料）、導電性材料（例えば金属、炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブなど）、強化材料（例えば、チョップド炭素繊維またはガラス繊維のような繊維材料）、フラックス、潤滑剤、可塑剤、顔料（例えば色素）、フィラー、および／または他の添加剤などである。
【００６４】
図1乃至図3を参照すると、一例としての材料成膜システム10は、さらに、切断機構50を有しても良い。切断機構50は、組み合わされた成膜材料24の選択的終端を提供するように構成され、所望の長さの材料24が成膜されても良い。そうでない場合、例えば、連続フィラメントまたは繊維を有する噴出ヘッド内で、成膜材料が入力材料と接続されたままの場合、終端化は容易ではなくなる。切断機構50は、制御器40に作動可能に接続され、ブレード、または他の好適な方法による剪断により、組み合わされた成膜材料24を終端化するように作動しても良い。示された実施例では、切断機構50は、押出ポート26の出口に配置されているが、要望に従い、噴出ポートから、さらに上流または下流に配置されても良い。
【００６５】
また、材料成膜システム10は、スリーブ27の出口44に設置された、取り替え可能なスリーブノズル52を有しても良い。スリーブノズル52は、スリーブ27から排出される第1の材料16のサイズおよび／または形状、ならびに環46のサイズおよび／または形状を変えるように構成され、第1の材料に対する第2の材料の相互作用が変化し、これにより、形成される製品の調整可能性がさらに向上しても良い。一実施例では、ノズル52は、ノズル52が押出ポート26を超えて外側に延伸する位置まで、噴出ポート26に向かってスリーブ27を軸方向に移動させることにより、迅速取り外し式に交換されても良い。必要な場合、制御器40は、形成される付加製造物体の構成指令に応じて、ノズル52が交換される時間を定めても良い。ノズル52は、円形、楕円形、多角形、または他の形状のような形状を含む。必要な場合、ノズル52は、付加製造プロセス中に、そのサイズおよび／または形状を調整することが可能な、ダイナミックノズルであっても良い。
【００６６】
さらに、材料成膜システム10は、押出機12の出口に配置された、取り替え可能な押出ノズル54を有し、これは押出ポート26を定めても良い。押出ノズル54は、チャンバ22から排出される第2の材料16のサイズおよび／または形状を変化するように構成されても良く、必要な場合、フロー制御装置として使用されても良い。また押出ノズル54は、スリーブノズル52と協働して、第1の材料16に対する第2の材料20の相互作用、サイズ、形状、形態等を変化させるように構成されても良い。これにより、形成される製品の調整可能性がさらに高められる。一実施例では、ノズル54は、迅速取り外し式に交換されても良く、必要な場合、制御器40は、構築指令を受信し、ノズル54の構成を変える時間を定めても良い。ノズル54は、円、楕円、多角形、または他の形状のような形状を有しても良い。必要な場合、ノズル54は付加製造プロセス中に、サイズおよび／または形状を調整することが可能な、ダイナミックノズルであっても良い。
【００６７】
一実施例では、調整可能なスリーブ27は、取り替え可能であっても良い。例えば、異なるスリーブ構成を使用して、スリーブ通路42および／または環46のサイズおよび／または形状を変化させても良い。これにより、チャンバ22内での材料16、20の流速または他の相互作用が変化しても良い。例えば、異なるスリーブ構成を使用して、スリーブの熱伝導性を高め（例えば金属スリーブを介して）、スリーブ27内の第1の材料16の加熱を促進しても良い。一方、異なるスリーブ構成を使用して、熱伝導性の低いスリーブを構成し（セラミックスリーブ、または活性冷却チャネルを有するスリーブなど）、スリーブ27内の第1の材料16の加熱を抑制しても良い。一実施例では、スリーブ27は、迅速取り外し式に交換され、必要な場合、制御器40は、構築指令を受信し、付加製造プロセスの間、前、または後に、スリーブ27の所望の構成を定めても良い。
【００６８】
図5を参照すると、三次元物体を付加製造する材料成膜システムの一例としての基本的な動作100のフロー図が示されている。本方法は、ステップ110の前に、物体および／または付加製造される物体用の製造指令のモデルを構成することにより、開始されても良い。物体モデルは、非揮発性コンピュータ可読媒体におけるいかなるコンピュータ可読ファイルであっても良く、これは、物体の構造、材料、および／または他の特徴をまとめて特定する。これは、例えば、物体の三次元記述を提供するCADファイル、STLファイル等を含んでも良い。モデルに対応する製造指令は、付加製造機器または3Dプリンタにより実行された際に物体の製造が可能となる、任意の指令の集合であっても良い。例えば、製造指令は、各種ｘ、ｙ、ｚ座標に移動させ、入力材料または出力材料の温度、供給速度、供給圧力、流速等、ならびにスリーブ位置、または他の所望のパラメータを制御する一連の指令を有しても良い。プロセス100は、当業者には理解されるような、好適なデジタル電子回路、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアを用いて、実行されても良い。例えば、押し出しおよび成膜プロセスの間、材料成膜システム10は、前述のモデルにより、制御器（例えば制御器40）から製造指令を受信しても良い。
【００６９】
ステップ112に示すように、第2の材料に対する第1の材料の暴露時間を増加させるか減少させるかの決定がなされる。制御器は、例えば、モデルからの構築指令に基づいて、または他のシステム条件のモニタリングにより、そのような調整を行うかどうかを定めても良い。プロセスは、前述のように、チャンバ内の調整可能なスリーブの位置を調整し、噴出ポートよりも上流において、チャンバ内の2つの材料が相互作用する位置を変化させることにより、行われても良い。例えば、暴露時間を増加させる場合、プロセスは、ステップ114に移行する。ここでは、調整可能なスリーブは、押出ポートからさらに上流である、第1の位置に向かって移動し、押し出し前の2つの材料間の暴露時間が増加する。一方、暴露時間を減少する場合、プロセスは、代わりにステップ116に移行する。ここでは、調整可能なスリーブは、第1の位置に比べて押出ポートにより近いさらに下流の、第2の位置に向かって移動し、これにより、押し出し前の2つの材料間の暴露時間が減少する。前述のように、チャンバ内のスリーブの位置に基づいて、2つの（またはそれ以上の）材料の間の相互作用が変化する。示された実施例では、ステップ112、114、および116は、それぞれ、ステップ118および120で、第1および第2の材料を供給する前に生じるように示されている。しかしながら、ステップ112、114、および116は、第1および第2の材料が供給された後、または組み合わされた成膜材料が成膜された後のような、プロセス内のさらに下流で実施されても良いことが理解される。また、ステップ112乃至125の1または2以上のステップは、同時に、もしくは相互に連動して実施されても良く、あるいは望ましい場合、相互に別個に、連続して実施されても良いことが理解される。
【００７０】
ステップ118および120では、前述のように、入力通路などを介して、第1の材料および第2の材料が、押出機に独立に供給される。第1および第2の材料の供給の間、押出機は、構築プラットフォームに対して、x、y、z座標に移動可能であっても良い。第1の材料および／または第2の材料は、それぞれの入力通路に、固化した状態で供給されても良く、その後、必要な場合、前述の方法で、好適な粘度を有する流動性もしくは流体状態となるように、加熱されおよび／または液化される。例えば、第1の材料および／または第2の材料と熱的に伝導するヒータがこれらの材料を加熱し、および／またはこれらの材料の温度を、被加熱材料の例えば融点（またはガラス転移温度）を超える温度に維持するように構成されても良い。第1および第2の材料の温度は、制御器により独立に制御され、それぞれの加熱素子により、同じ温度または相互に対して異なる温度に加熱されても良い。第1および第2の材料が、それぞれの入力通路に供給され、必要に応じて加熱されると、第1および第2の材料は、それぞれ、前述の方法で、押出機のチャンバに供給される。例えば、第1の材料は、内部スリーブ通路を介してチャンバに供給され、第2の材料は、外側スリーブ表面とチャンバの内表面との間の環を介して、第1の材料から分離してチャンバに供給されても良い。必要な場合、第1および第2の材料は、チャンバ内にある間、加熱され続けても良い。第1および第2の材料は、チャンバに向かって同時に、または連続的に供給され、これらの材料の供給速度は、相互に同じ供給速度、または異なる供給速度であっても良く、これらの全ては、前述のように、制御器およびそれぞれの供給アクチュエータにより、独立に制御されても良い。
【００７１】
ステップ122では、前述のような方法で、第1の材料および第2の材料が組み合わされて、組み合わされた成膜材料が形成される。例えば、スリーブが第1の位置にある場合、または第1の位置に向かう中間の位置にある場合、スリーブ出口は、押出ポートから十分に離して配置され、2つの材料は、チャンバのさらに上流で相互作用し、相互に組み合わされる。これにより、押し出し前の材料間の暴露時間が増加し、組み合わされた成膜材料が形成される際に、第2の材料が第1の材料に十分に浸透し、混合されることが可能となる。一方、スリーブが第2の位置にある場合、または第2の位置に向かう中間位置にある場合、スリーブ出口は、押出ポートと十分に接近して配置され、2つの材料は、チャンバのより下流、例えば押出ポートの位置またはその近傍で、相互作用し、相互に組み合わされる。これにより、押し出し前の材料間の暴露時間が低下し、前述のように、第2の材料による第1の材料の被包が促進され、異なる組み合わされた成膜材料が形成される。
【００７２】
ステップ124では、押出ポートを介して、組み合わされた成膜材料が押し出される。プロセスは、ステップ124の後に継続され、組み合わされた成膜材料が押出ヘッドから押し出された後、材料は、連続流体または半流体ストリームとして、押出機の押出ポートまたはノズルの近傍に配置された、ベース部材または構築プラットフォーム上に成膜される。ベース部材への材料の成膜と同時に、ベース部材および／または押出ヘッドは、所定のパターンで相互に対して機械的に移動され、ベース部材上に成膜材料の第1の層が形成される。その後、押出ヘッドは、第1の層から所定の層厚さだけ移動され、ノズルに近接する第1の層の部分が冷却および／または固化された後、ベース部材と押出ヘッドとの相互に対する移動と同時に、押出ポートから第1の層上に、流体状または半流体状の材料の第2の層が成膜される。これにより、第2の層が冷却され、および／または固化され、第1の層に密着し、三次元製品が形成される。この方法では、所望の材料の分配を繰り返すことにより、複数のパスにおける相互の上部の積層により、成膜材料の複数の層が形成される。
【００７３】
必要な場合、プロセスをステップ126で完了する前に、制御器は、1または2以上のプロセスパラメータ（例えば、供給速度、供給圧力、温度、スリーブ位置、流速など）に関連する1または2以上のセンサから、フィードバックを受信しても良く、制御器は、フィードバックループにおいて、そのようなパラメータを調整して、構築指令による所望の設定点を達成しても良い。必要な場合、光センサもしくは音響センサのような別のセンサ、または他の同様の非破壊検査装置が提供され、成膜直後の組み合わされた成膜材料が所望の構築尺度（例えば、繊維束に浸透したマトリクス材料の量など）に合致するかどうかを定めても良い。制御器は、フィードバックループにおいて、1または2以上のパラメータ（例えば、温度、スリーブ位置、供給速度など）を調整し、構築指令による所望の構築尺度を達成しても良い。必要な場合、ステップ124での組み合わされた成膜材料の押し出しにより、三次元製品の一部が形成された後、構築指令は、フィードバックループ125を含み、暴露時間を増加させまたは減少させる、さらなる調整が必要かどうかを定めても良い。本プロセスは、例えば、一例としての材料成膜システムを用いた、一例としてのプロセスにより、三次元製品が完全に形成された際に、ステップ126で完了しても良い。
【００７４】
本願には、一例としての材料成膜システム、および付加製造プロセスにおいて、2または3以上の入力材料の間の相互作用が、押出機のチャンバ内で制御されることが記載されている。一実施例では、調整可能なスリーブは、チャンバ内に配置され、チャンバ内の材料が相互に組み合わされる位置が変化するように構成されても良い。この場合、成膜前に、材料間の浸透、被包、または他の相互作用の度合いを変化させることができる。
【００７５】
本明細書に記載の主題の実施例は、デジタル電子回路またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアとの組み合わせにより、実施されることが理解される。本明細書に記載の主題の実施例は、データ処理機器による実行のため、またはデータ処理機器の作動を制御するため、コンピュータ可読性媒体にエンコードされた、1または2以上のコンピュータプログラム指令のモジュールを使用する、付加製造システムにおいて実施され得る。コンピュータ可読媒体は、不揮発性で、コンピュータシステムにおけるハードドライブ、または光学ディスク、または埋設システムのような、製造製品であっても良い。コンピュータ可読媒体は、機械可読ストレージ装置、機械可読ストレージ基板、メモリ装置、またはこれらの1または2以上の組み合わせであり得る。コンピュータ可読媒体は、別個に取得され、後に、例えば、有線または無線ネットワークにわたるコンピュータプログラム指令の1または2以上のモジュールの供給により、コンピュータプログラム指令の1または2以上のモジュールでエンコードされても良い。
【００７６】
「制御器」と言う用語は、データを処理する全ての機器、装置、および機械を網羅し、これには、一例として、プログラム化可能なプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサもしくはコンピュータが含まれる。機器は、ハードウェアに加えて、関心コンピュータプログラム用の実行環境を形成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、作動システム、ランタイム環境、またはこれらの1または2以上の組み合わせを構成するコードを含んでも良い。また、機器は、ウェブサービス、分配計算およびグリッド計算インフラストラクチャのような、各種異なる計算モデルのインフラストラクチャを使用しても良い。
【００７７】
「作動可能な接続」または「作動可能な結合」、または「作動可能に接続される」ものによる接続は、信号、物理的通信、または論理通信が送信され、または受信されるものである。通常、作動可能な接続には、物理的インターフェース、電気的インターフェース、またはデータインターフェースが含まれるが、作動可能な接続は、これらの、または作動可能な制御が十分に可能となる、他の種類の接続の異なる組み合わせを含んでも良いことに留意する必要がある。例えば、2つの物体は、直接、またはプロセッサ、作動システム、ロジック、ソフトウェア、または他のもののような、1もしくは2以上の中間物を介して、信号を相互に交信することにより、作動可能に接続され得る。ロジカルなまたは物理的な通信チャネルを使用して、作動可能な接続を形成することができる。
【００７８】
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとしても知られている）は、プログラム化言語の任意の形態で記載されても良く、これには、コンパイルもしくは翻訳言語、宣言言語もしくは手続言語が含まれる。これは、独立式プログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピュータ環境における使用に好適な他のユニットとしてを含む、いかなる形態で展開されても良い。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルシステムのファイルに対応する必要はない。プログラムは、関心プログラム専用の単一のファイル、または複数の共同ファイル（例えば、1または2以上のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部を保管するファイル）において、他のプログラムまたはデータ（例えば、マークアップ言語資料に保管された1または2以上のスクリプト）を保持するファイルの一部に保管され得る。コンピュータプログラムは、一つのコンピュータ、または一つのサイトに配置され、あるいは複数のサイトにわたって分配され、通信ネットワークにより相互接続された、複数のコンピュータ上で、実行するように展開され得る。
【００７９】
プロセッサは、全ての機器、装置、およびコンピュータプログラムの実行に適した機械を網羅する。これには、例えば、汎用のおよび特殊目的のマイクロプロセッサ、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1または2以上のプロセッサが含まれる。通常、プロセッサは、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、または両方からの指令およびデータを受信する。コンピュータの必須の素子は、指令を実行するプロセッサと、指令およびデータを保管する1または2以上のメモリ装置である。通常、コンピュータは、データを保管する1または2以上のマスストレージ装置、例えば磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクを含み、またはデータを受信し、送信し、もしくは両方を実施するように、これらと作動的に結合される。ただし、コンピュータは、必ずしもそのような装置を有する必要はない。また、コンピュータは、別の装置に埋設され、例えば、いくつか例を挙げると、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）、携帯オーディオもしくはビデオプレーヤ、ゲーム機器、グローバル位置システム（GPS）受信器、または携帯式貯蔵装置（例えばユニバーサルシリアルバス（USB）フラッシュ装置）に埋設され得る。コンピュータプログラム指令およびデータの保管に好適な装置には、全ての形式の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリ装置が含まれ、これには、例えば、EPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリ装置のような半導体メモリ装置；例えば内部ハードディスクまたはリムーバルディスクのような磁気ディスク；ならびにCD-ROMおよびDVD-ROMディスクが含まれる。プロセッサおよびメモリは、特殊用途ロジック回路により補完されても、これらに組み込まれても良い。
【００８０】
ユーザとの対話（interaction）を提供するため、明細書に記載の主題の実施例は、例えばCRT（陰極線管）、LED（発光ダイオード）、またはLCD（液晶ディスプレイ）モニタのような、ユーザに情報を表示するディスプレイ装置、キーボードおよび印刷装置、例えばマウスまたはトラックボールを有するコンピュータを用いて実施されても良い。これにより、ユーザは、コンピュータに入力を提供することができる。他の種類の装置を使用して、ユーザとの対話を提供することもできる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚的フィードバック、音響フィードバック、または触覚フィードバックのような、知覚フィードバックのいかなる形態とすることもできる。また、ユーザからの入力は、音響、音声、または触覚入力を含む、いかなる形態で受信することもできる。
【００８１】
明細書に記載の主題の実施例は、計算システムを用いて実行され、これは、例えばデータサーバのようなバックエンド部品を含み、または例えばアプリケーションサーバのようなミドルウェア部品を含み、または例えば、ユーザが明細書に記載の主題の実行と相互作用することができ、グラフィカルユーザインターフェースもしくはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータのような、フロントエンド部品を含み、あるいは1または2以上のそのようなバックエンド、ミドルウェア、またはフロントエンド部品の組み合わせを有する。システムの部品は、いかなる形態で、あるいはデジタルデータ通信の媒体、例えば通信ネットワークにより、相互接続されても良い。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「LAN」）、およびワイドエリアネットワーク（「WAN」）、相互ネットワーク（例えばインターネット）、およびピアツーピアネットワーク（例えばアドホックピアツーピアネットワーク）が含まれる。
【００８２】
計算システムは、クライアントおよびサーバを含み得る。通常、クライアントおよびサーバは、相互に離れており、通常、通信ネットワークを介して相互作用する。クライアントとサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上でランし、相互にクライアント-サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。
【００８３】
ある実施例に関し、本発明について示し説明したが、本願の明細書および添付の特許請求の範囲を読み理解した当業者には、均等な代替例および変更が生じることは明らかである。特に、前述の素子（部材、組立体、装置、構成など）により実施される各種機能に関し、そのような素子を表すために使用される用語（「手段」と称されることを含む）は、他に記載がない限り、本発明の一実施例に記載された本願の機能を実施する、示された構造と構造的に等価ではない場合であっても、記載された素子の特定の機能を実施する、任意の素子に対応することを意図する（すなわち機能的に等価である）。また、前述の1または2以上のいくつかの示された実施例に関して、本発明の特定の特徴が記載されているが、そのような特徴は、いかなる所与のまたは特定の用途のため、望ましく有意である場合、他の実施例の1または2以上の他の特徴と組み合わされても良い。
【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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