(57)【要約】      （修正有）【課題】高価なプレフォーム又はツールを使用せずに、樹脂注入プロセスにおいて複合部品を製造する技術の提供。【解決手段】透過性フィルムを用いて、３Ｄ印刷により印刷されたた部品骨組カバー、樹脂を注入する複合部品を製造するシステム及び方法であり、印刷された部品骨組を受けるための部品受入ゾーンと、部品受入ゾーンに隣接した供給樹脂を受け入れるための樹脂受入ゾーンとを備えるマンドレルと、これらの受入ゾーンを囲むエンベロープを生成するバギングフィルムとを備える樹脂注入システムからなる技術。透過性剥離フィルムは多孔性であり、ポリテトラフルオロエチレン繊維からできており、樹脂が、透過性剥離フィルムを通って部品骨組に流れることが可能となる技術。複雑なツーリングを必要とせずに、複雑な構造を有する複合部品を製造する技術。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造する方法であって、
部品骨組を印刷することと、
カバーされた部品骨組を形成するために、透過性剥離フィルムで前記部品骨組をカバーすることと、
前記カバーされた部品骨組に樹脂を注入することと
を含む方法。
【請求項２】
付加製造プロセスを使用して、前記部品骨組を印刷する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記付加製造プロセスが、ＰｏｌｙＪｅｔ印刷プロセス、インクジェット印刷プロセス、ステレオリソグラフィプロセス（「ＳＬＡ」）、熱溶解積層プロセス（「ＦＤＭ」）、及び選択的レーザー焼結プロセス（「ＳＬＳ」）を含む群から選択された３Ｄ印刷プロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記部品骨組が、複合輪郭、複数の凹部、刻み目、突起部、及びトラス構造から選択された少なくとも１つの特徴を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記部品骨組が、熱硬化性プラスチック、金属、セラミック、及び熱可塑性物質を含む群から選択されたマトリクス材料を使用して印刷される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記透過性剥離フィルムにより、樹脂が前記透過性剥離フィルムを通って前記部品骨組に流れることが可能になる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記透過性剥離フィルムが多孔性であり、ポリテトラフルオロエチレン繊維からできている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複合部品を形成するために、注入された前記カバーされた部品骨組を硬化させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複合部品を形成するためのツールレス樹脂注入システムであって、
印刷された部品骨組に注入するのに十分な供給樹脂と、
樹脂注入装置であって、
印刷された部品骨組を受け入れるための部品受入れゾーンと、
供給樹脂を受け入れるための樹脂受入れゾーンであって、前記部品受入れゾーンに隣接して位置決めされた前記樹脂受入れゾーンと
を備えるマンドレルと、
前記部品受入れゾーンと前記樹脂受入れゾーンとを囲むエンベロープを生成するバギングフィルムと
を備える前記樹脂注入装置と
を備えるツールレス樹脂注入システム。
【請求項１０】
前記エンベロープにより前記供給樹脂に加えられる圧縮力の大きさを制御するための、前記エンベロープに配置された真空カップであって、前記エンベロープによって囲まれた真空領域の上に位置決めされた前記真空カップ
を更に備え、
前記真空カップが、前記エンベロープの、前記樹脂受入れゾーンの反対側の部分に配置され、前記部品受入れゾーンは、前記真空領域と前記樹脂受入れゾーンとの間に位置決めされる、請求項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【請求項１１】
前記マンドレルの、前記部品受入れゾーンを画定する部分が、平坦な面を有する、請求項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【請求項１２】
前記供給樹脂が、前記樹脂注入装置の外部に位置決めされる、請求項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【請求項１３】
前記供給樹脂を加熱する加熱器を更に備え、前記樹脂の加熱により最初に前記供給樹脂の粘度が低下する、請求項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【請求項１４】
前記バギングフィルム全体に圧力差を生じさせる真空発生器
を更に備え、前記圧力差により、前記供給樹脂から前記樹脂を前記部品骨組に押し入れる圧縮力が提供される、請求項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【請求項１５】
透過性剥離フィルムにカバーされ、前記部品受入れゾーンに位置決めされた部品骨組
を更に備える、請求項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実装態様は概して、複合部品の製造に関し、より具体的には、樹脂注入プロセスを使用して複合部品を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
繊維強化樹脂材料、又は「複合」材料として一般に知られる材料は、その高い強度重量比、耐食性、及び他の独特な性質のために、航空宇宙分野、自動車分野、及び船舶分野に多くの用途を有する。従来の複合材料は通常、織形態及び／又は不織形態のガラス繊維、炭素繊維、又はポリアミド繊維を含む。未加工材料の段階で繊維プライを形成するために、繊維に未硬化樹脂を含浸させうる。繊維プライを成形面に積層させることによって、部品が製造されうる。積層されたプライに熱及び圧力を加えて樹脂を硬化させ、積層体を型の形状に固化させうる。熱及び圧力は、オートクレーブ、加熱された平坦な、又は曲線のある成形ツール、又は真空バッグの使用を含む方法を組み合わせて加えることができる。
【０００３】
複合部品は、上記の方法で雄型ツール及び雌型ツール上で形成されうる。ツールは、正しい寸法に機械加工し、温度及び／又は圧力サイクルを含みうる積層体製造プロセスの反復中に寸法が変わらないようにしなければならない。理想的には、ツーリングの熱特性が、製造される複合部品の熱特性に相当するものであるべきである。この方法で、積層体の製造中にほぼ同一の積層体が形成される。しかしながら、例えば保管中又は搬送中に、ツール、特にツールの表面が損傷を受ける場合がある。ツールが損傷を受けた時に、それを修理する、あるいは交換しなければならない。積層体製造用の精密な金属製ツーリングを製造するには費用がかかるため、２つの金属製ツールを維持するのは多くの場合、実現困難である。この結果、上記修理又は交換は多くの場合、積層体の製造に悪影響を与えるか、さもなければ積層体の製造を妨げる、又は遅延させる。
【０００４】
更に、複合部品の構造が更に複雑になるにつれ、例えば複合輪郭及び刻み目を有する複合部品等の複合部品の所望の許容誤差を達成することができる精度の高いツールを製造することが更に困難になる。
【０００５】
従って、当技術分野において、高価な超硬ツーリングなしの樹脂注入プロセスを使用して、複合部品、及びこれらの複合部品を製造する方法及び装置がいまだ必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本書に記載される実装態様は概して、複合部品の製造に関し、より具体的には、樹脂注入プロセスを使用して複合部品を製造する方法及び装置に関する。一実装態様によれば、複合部品を製造する方法が提供される。本方法は、部品骨組を印刷することと、部品骨組を透過性剥離フィルムでカバーすることと、カバーされた部品骨組に樹脂を注入することとを含む。
【０００７】
別の実装態様では、複合部品を形成するためのツールレス樹脂注入システムが提供される。本システムは、印刷された部品骨組に注入するのに十分な供給樹脂と、樹脂注入装置とを含む。樹脂注入装置は、マンドレルとバギングフィルムとを備える。マンドレルは、印刷された部品骨組を受け入れるための部品受入れゾーンと、供給樹脂を受け入れるための樹脂受入れゾーンとを備える。樹脂受入れゾーンは、部品受入れゾーンに隣接して位置決めされる。バギングフィルムにより、部品受入れゾーンと樹脂受入れゾーンとを囲むためのエンベロープが生成される。
【０００８】
更に別の実装態様では、製造する方法が提供される。本方法は、複合部品を形成するために、印刷された部品骨組に樹脂を注入することを含み、印刷された部品骨組はツールレス樹脂注入装置に位置決めされる。
【０００９】
本開示の上述の特徴が詳細に理解されるように、上記で簡潔に要約された本開示のより具体的な説明は、実装形態を参照することによって行われ得る。その一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実装態様のみを示しており、それゆえ、本開示の範囲を限定するとみなすべきではなく、本開示は、他の等しく有効な実装態様を認め得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本書に記載される実装態様に係る複合部品を形成するシステムの一例の概略図である。
【図２】本書に記載される実装態様に係る複合部品を形成する方法のフロー図である。
【図３Ａ】本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組の一例の透視図である。
【図３Ｂ】本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組の前面図である。
【図３Ｃ】本書に記載される実装態様に係る図３Ｂの線３Ｃ−３Ｃに沿って切り取ったチューブ状の部品骨組の断面図である。
【図４Ａ】本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組の別の例の透視図である。
【図４Ｂ】本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組の前面図である。
【図４Ｃ】本書に記載される実装態様に係る図４Ｂの線４Ｃ−４Ｃに沿って切り取ったチューブ状の部品骨組の断面図である。
【図５Ａ】本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組の別の例の透視図である。
【図５Ｂ】本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組の前面図である。
【図５Ｃ】本書に記載される実装態様に係る図５Ｂの線５Ｃ−５Ｃに沿って切り取ったチューブ状の部品骨組の断面図である。
【図６】図５Ａ〜５Ｃに示す相互連結された複数のチューブ状の部品骨組の相互連結されたシートの概略前面図である。
【図７】航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図８】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
理解を助けるため、図に共通な同一の要素を示すように、可能な箇所では同一の参照番号が用いられた。加えて、ある実装態様の要素が、本明細書に記載される他の実装態様で利用するために有利に適合され得る。
【００１２】
下記の開示には複合部品、より具体的にはプレフォーム又はツールを使用しない樹脂注入プロセスを使用して複合部品を製造する方法が記載される。本開示の様々な実装態様の徹底的な理解をもたらすため、以下の記載及び図１〜図８に特定の詳細を示す。様々な実装態様の記載を不必要に不明瞭にすることを避けるため、樹脂注入プロセス、付加製造プロセス及び複合部品の製造に関連付けられることが多い周知の構造及びシステムを説明するその他の詳細は、以下の開示では記載していない。
【００１３】
図の中に示されている詳細、寸法、角度、及び他の特徴の多くは、特定の実装態様を説明しているにすぎない。したがって、本開示の精神又は範囲から逸脱しない限り、他の実装態様は、異なる詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有することができる。加えて、本開示の更なる実装態様は、以下に記載の詳細のうちの幾つか欠けた状態でも実施することができる。
【００１４】
高価なプレフォーム又はツールを使用しない樹脂注入プロセスにおいて複合部品を製造する能力を提供する、複合部品を製造するシステム及び方法が開発されている。更に、本書に記載される複合部品を製造する方法は、複雑なツーリングを必要とせずに、複雑な構造を有する複合パーツを製造する能力を提供する。本書に記載される製造する方法及びシステムは通常、付加製造プロセスを使用して部品骨組を印刷することと、次に部品骨組に樹脂を注入することと、複合部品を形成するために、樹脂が注入された部品骨組を硬化させることとを含む。
【００１５】
本書に記載される実装態様を使用していかなるタイプの複合部品も形成することができるが、本書に記載される実装態様は特に、複雑な複合部品を形成するのに有益である。複雑な複合部品の例は、複合輪郭、複数の凹部、刻み目、突起部、及びトラス構造（例：ストレートトラス、アーチ形トラス、平面トラス及び空間トラス）から少なくとも選択される特徴を有する部品を含む。平面トラスは、ノードと呼ばれる接合部で接続された一又は複数の細長い支柱を有する構造を含む。平面トラスは例えば、各支柱がほぼまっすぐな部材であるために、一又は複数のトラスユニットの支柱とノードが全てほぼ同一平面上にある一又は複数のトラスユニットを含みうる。空間トラスは、単一の二次元平面に実質的に限定されない支柱及びノードを有するトラスを含む。空間トラスは、２以上の平面トラス（例：平面トラスユニット）を含むことができ、２以上の平面トラスのうちの少なくとも１つは、他の２つの平面トラスの少なくとも一又は複数の平面に対して実質的に平行ではない平面にある。
【００１６】
図１は、本書に記載される実装態様に係る複合部品を形成するための樹脂注入システム１００の一例の概略図である。樹脂注入システム１００は、ツールレスシステムであってよい（すなわち、複合部品を成形するための硬い又は柔らかいツールを含有しない）。樹脂注入システム１００は、真空支援樹脂注入システムであってよい。樹脂注入システム１００は、樹脂供給源から樹脂１３０を部品骨組１２０に注入する樹脂注入装置１１０を含む。部品骨組１２０は、樹脂注入システム１００に配置される前に、設計又は性能許容誤差及び／又は仕様内で予め形成される。幾つかの実装態様では、部品骨組１２０は、本書に記載されるように３Ｄ印刷プロセスを使用して形成される。
【００１７】
樹脂注入装置１１０は、マンドレル１１２、エンベロープ１１４、及び真空カップ１１６を含む。マンドレル１１２は表面１１３を有する。マンドレル１１２の表面１１３の少なくとも一部は、平面であってよい。マンドレル１１２はアルミニウム板であってよい。マンドレル１１２の表面１１３は、部品骨組１２０が配置される部品受入れゾーン１１５を含みうる。幾つかの実装態様では、部品受入れゾーンを画定するマンドレル１１２の少なくとも一部が平面を有する。樹脂１３０が樹脂注入装置１１０内部にある幾つかの実装態様では、マンドレル１１２の表面１１３は、樹脂１３０が配置されうる樹脂受入れゾーン１１７を含みうる。樹脂供給源が樹脂注入装置１１０の外にある幾つかの実装態様では、樹脂は外の樹脂供給源から樹脂受入れゾーン１１７へ供給されうる。
【００１８】
エンベロープ１１４は、部品骨組１２０と樹脂１３０とを封入するためにマンドレル１１２上に密封されたバギングフィルムから形成されうる。バギングフィルムは主に、空気及び／又はガスの通り抜けを防止する。一般に、バギングフィルムはそれほど樹脂１３０に付着しない任意の適切な不透過性膜、層、又は障壁を含む。バギングフィルムを作製可能な適切な材料は、プラスチック、ゴム、樹脂等を含む。
【００１９】
バギングフィルムは密封剤を使用してマンドレル１１２に密封されうる。密封剤により、バギングフィルムとマンドレル１１２との間に気密性又は実質的にガス不透過性の密封部が作られやすくなる。適切な密封材料及び／又は密封方法の例は、粘性の、粘着性の、及び他の上記接着テープ又は綱、ヒートシール、ゴム状シール等を含む。他の実装態様では、密封剤はオプションであり、省略可能である。例えば、エンベロープ１１４は、樹脂注入装置１１０が配置されるバッグ、再利用可能なバッグ、又は他の上記フィルムを含みうる。真空ジェネレータ１１９は、エンベロープ１１４と流体連結している。真空ジェネレータ１１９は、エンベロープ１１４から空気の一部を除去するように制御されうる。
【００２０】
真空カップ１１６は、エンベロープ１１４により樹脂１３０に加わる圧縮力の量を制御しやすくする。一般に、真空カップ１１６は、樹脂１３０を部品骨組１２０に引き寄せて、部品骨組１２０に樹脂を注入するために、樹脂１３０の反対側の真空領域１２６の上に位置決めされる。例えば、一実装態様では、真空カップ１１６は、エンベロープ１１４の、樹脂１３０が配置されうる樹脂受入れゾーン１１７の反対側の部分においてエンベロープ１１４上に配置され、部品骨組１２０が配置されうる部品受入れゾーン１１５は、真空領域１２６と樹脂受入れゾーン１１７との間に位置決めされうる。真空カップ１１６は、エンベロープ１１４から空気の一部を除去するように制御されうる真空ジェネレータ１１８と流体連結している。
【００２１】
樹脂注入装置１１０は任意選択的に、バルブ１２２及び１２４等の一又は複数のバルブを含む。もしある場合、バルブ１２２及び１２４は、真空カップ１１６内部の真空圧量を制御するように構成される。例えば、バルブ１２４を閉じてバルブ１２２を開けることによって、真空カップ１１６内の圧力が真空ジェネレータ１１８によって低下しうる。別の実施例では、バルブ１２２を閉じてバルブ１２４を開けることによって、周囲圧の空気又は不活性ガス（例えば樹脂注入システム１００周囲の窒素）を真空カップ１１６に入れることが可能になりうる。真空カップ１１６の圧力が周囲圧よりも低い場合、真空カップ１１６内の圧力が空気又は不活性ガスの進入によって上がりうる。
【００２２】
幾つかの実装態様では、部品骨組１２０は透過性剥離フィルム１４０にカバーされうる。透過性剥離フィルム１４０により、樹脂１３０が透過性剥離フィルム１４０を通って部品骨組１２０に流れ込むことを可能にするが、樹脂が注入された部品骨組が硬化した後に取外される。幾つかの実装態様では、透過性剥離フィルム１４０は多孔フィルムである。幾つかの実装態様では、透過性剥離フィルム１４０は、ポリテトラフルオロエチレン繊維等の繊維からできている。幾つかの実装態様では、透過性剥離フィルム１４０は、テトラフルオロエチレンでコーティングされた繊維ガラスからできている。本書に記載される実施態様で使用可能な適切な市販の透過性剥離フィルムは、ＡＲＭＡＬＯＮ（登録商標）フィルムを含む。
【００２３】
幾つかの実装態様では、樹脂１３０は固体又はパテ状であってよい。他の実装態様では、液状樹脂が樹脂受入れゾーン１１７に配置されうる。例えば、液状樹脂をマンドレル１１２のくぼみに配置しうる、あるいは（例えばテフロンテープでカバーされた粘着性テープを使用して）液状樹脂の周囲に溝を形成しうる。別の実装態様では、樹脂供給源が樹脂注入装置１１０の外に位置決めされうる。例えば、樹脂供給源は装置の外に位置決めされ、樹脂供給ライン（図示せず）及び入口孔（図示せず）を介して装置に供給しうる。
【００２４】
エンベロープ１１４全体の圧力差に応じて、樹脂１３０が圧縮されて部品骨組１２０ができる。この圧力差とは、エンベロープ１１４の内部がエンベロープ１１４の外部よりも比較的圧力が低いということである。例えば、エンベロープ１１４と流体連結している真空ジェネレータ１１９は、エンベロープ１１４内部から空気及び／又はガスの一部を除去するように構成されうる。この方法では、エンベロープ１１４に周囲の気圧が加わりうる。幾つかの実装態様では、樹脂注入装置１１０は圧力容器又はオートクレーブ内部に配置されうる。樹脂注入装置１１０を圧力容器又はオートクレーブ内部に配置することで、エンベロープ１１４の外部により大きい圧力を印加することが可能になる。
【００２５】
樹脂注入装置１１０は、熱源１３４によって加熱され１３２うる。熱源１３４は、樹脂１３０の温度を上昇させる、又はさもなければ熱エネルギーを樹脂１３０に付与するように構成される。熱源１３４は例えば、加熱エレメント、赤外線（ＩＲ）ヒータ、オーブン、又はオートクレーブを含みうる。具体例では、熱源１３４は、樹脂注入装置１１０を格納するのに十分な大きさの室内容積を有するオーブンを含む。別の実施例では、熱源１３４は、樹脂注入装置１１０を格納するのに十分な容量を有する圧力チャンバを有し、圧力チャンバ内で温度及び／又は周囲気圧を上昇させるように操作可能であるオートクレーブを含む。
【００２６】
所定の温度及び／又は一定時間での加熱に応じて、樹脂１３０の粘度が最初に低下し、樹脂１３０が部品骨組１２０に流れ込む、又は部品骨組１２０に注入されるように操作可能となる。温度のさらなる上昇及び／又は硬化時間の延長に応じて、樹脂１３０の粘度が上がり、基本的に不可逆の化学重合反応により樹脂１３０が固化する。加熱の後で、樹脂注入装置１１０が熱源１３４から取り外されうる、又はさもなければ冷却されうる。
【００２７】
図２は、本書に記載される実装態様に係る複合部品を形成する方法２００のフロー図である。プロセス２１０において、部品骨組が印刷される。部品骨組は、部品骨組の所望の許容誤差を達成する任意の適切なプロセスを使用して形成されうる。部品骨組は、付加製造プロセスを使用して印刷されうる。付加製造プロセスは、非限定的に、ＰｏｌｙＪｅｔ堆積プロセス、インクジェット印刷プロセス、溶融堆積モデリングプロセス（「ＦＤＭ」）、バインダー噴射プロセス、粉末版盤溶融プロセス、選択的レーザー焼結プロセス（「ＳＬＳ］）、ステレオリソグラフィプロセス（「ＳＬＡ］）、建染光重合デジタルライト処理、シート積層プロセス、指向性エネルギー堆積プロセス、又は他の同様の３Ｄ堆積プロセス（例：３Ｄ印刷プロセス）等のプロセスを含みうる。他の種類の付加製造機械、及び関連技術も可能である。現在利用可能な成形プロセスを使用して形成するのが困難な複雑な特徴を有する部品（例：複数の輪郭を有する部品、複数の平面を有する部品）の骨組を形成するには、例えば３Ｄ印刷等の付加製造プロセスが特に有用であることが分かっている。
【００２８】
一実装態様では、部品骨組はコンピュータレンダリング装置、又はコンピュータディスプレイ装置によって読み取り可能なデータ構造で表されうる。コンピュータ可読媒体は、部品骨組を表すデータ構造を含有しうる。データ構造はコンピュータのファイルであってよく、一又は複数の品目の構造、材料、組織、物理的特性、又は他の特徴についての情報を含有しうる。データ構造はまた、コンピュータレンダリング装置又はコンピュータディスプレイ装置の選択された機能性に関するコンピュータによって実行可能なコード、又は装置制御コード等のコードも含有しうる。データ構造は、コンピュータ可読媒体に保存しうる。コンピュータ可読媒体は、磁気メモリ、フロッピーディスク、又は任意の便利な物理的記憶媒体等の物理的記憶媒体を含みうる。物理的記憶媒体は、例えば３Ｄプリンタ等の付加製造装置であってよいコンピュータスクリーン又は物理的レンダリング装置上のデータ構造によって前記品目が表されるように、コンピュータシステムによって読み取り可能である。
【００２９】
一実装態様では、三次元印刷（又は３Ｄ印刷）を使用して、部品骨組を製造する（又は作る）ことができる。一実装態様では、部品骨組のコンピュータ（ＣＡＤ）モデルが最初に作られ、次にスライス計算アルゴリズムにより全層についての情報がマッピングされる。３Ｄ印刷プロセスのある非限定的な例では、粉末版盤の表面に粉末を薄く配分して広げることにより層が始まる。対象物が形成されるべきところの粒子を選択的に接合する、選択されたバインダー材料が次に分注される。次の粉末層を形成するために、粉末版盤と処理進行中の部品を支持するピストンが次に下げられる。各層の後に同じプロセスが繰り返され、その後部品骨組を作るために最後の熱処理が行われる。別の実施例では、３Ｄ印刷プロセスは非限定的に、液体の原型複合材料の液滴が表面に分注され、その後で層ごとに硬化されて部品骨組が形成されるプロセスを含みうる。３Ｄ印刷プロセスが材料組成、微細構造及び表面組織の局所的な制御を行うことができるため、この方法で様々な（及び以前には不可能だった）複雑な部品の形状を達成することができる。
【００３０】
ある非限定的な例では、粉末又は液体の形態でありうるマトリクス材料を局所的に溶融させる又は硬化させることによって、層ごとに部品骨組を形成するために、付加製造プロセスが使用されうる。例えば、付加製造機械は、３Ｄマップデータから部品骨組の各層についての詳細情報を描くためにスライス計算アルゴリズムを用いる３Ｄプリンタであってよい。一実装態様では、各部品骨組は、版盤の表面に広がった粉末粒子を含みうるマトリクス材料を薄く配分することによって始まる。インクジェット印刷と同様の技法を使用して、部品骨組が形成されるべきところのマトリクス材料の粒子がバインダー材料（図示せず）によって選択的に接合される。ピストンによって処理進行中の部品骨組と共に版盤が下方に動き、これによりマトリクス材料の次の層を広げて選択的に接合させることができる。処理進行中の部品骨組の各層はマトリクス材料の注入中に硬化され、この結果、完了した時に部品骨組全体が硬化される。
【００３１】
部品骨組を形成するために使用されるマトリクス材料は、様々な硬化性、接着性又は可溶性物質のいずれかを含みうる。使用されるマトリクス材料は、用途、及び使用される具体的な付加プロセスに応じて変わる。マトリクス材料は非限定的な例を挙げると、エポキシ又はポリエステル樹脂等の熱硬化性プラスチック、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、及びＮｉ等の金属、Ｓｉ、Ａｌ２Ｓ３、ＳｉＣ等のセラミック、及びポリアミド、ポリアリールエテルケトン、硫化ポリフェニレン、ポリフタルアミド及びガラス状ミクロスフェア等の熱可塑性物質を含む。幾つかの実装態様では、各部品骨組を所望の方向に強化するために、マトリクス材料が追加の強化材料（例：カーボンナノチューブ）と混合されうる。
【００３２】
幾つかの実装態様では、部品骨組は、ポリマーとＵＶ硬化性添加物を含む材料からできた原型を使用して印刷される。ＵＶ硬化された原型を得るために、ＵＶ放射線を用いて原型を硬化させうる。ＵＶ硬化された原型を一定時間、ｐＨが約１１〜１４の塩基性溶液につけ、その後ＵＶ硬化された原型を所定のポストＵＶキュアレジメンにつけうる。第１の所定時間において、部品骨組を得るために硬化プロセス中の温度をおおよそ室温からある温度にまで上昇させ、その後、第２の所定時間にわたって徐々に温度を低下させて、ポストＵＶキュアレジメンの間、不活性環境においてＵＶ硬化された原型が維持されうる。
【００３３】
一実装態様では、出発物質として感光性樹脂材料が提供される。感光性樹脂は、アクリル、ウレタン、アクリレート、及びエポキシアクリレートを含む群から選択されうる。当業者には簡単に理解できることであるが、３Ｄ印刷装置を介して処理できる限り、他の適切な材料も使用可能である。当業者が理解するように、感光性樹脂材料は、例えば３Ｄ印刷装置（例：Ｏｂｊｅｔ５００  Ｃｏｎｎｅｘ  Ｍｕｌｔｉ−Ｍａｔｅｒｉａｌ  ３Ｄプリンタ）、又は類似の任意の３Ｄ印刷装置等の付加製造装置に導入される。感光性樹脂は、感光性樹脂の混合物を形成するためにＵＶ硬化性成分と混合されうる。当業者には簡単に理解できることであるが、感光性樹脂の混合物は次に３Ｄプリンタに供給される。あるいは、これもまた理解しやすいことであるが、感光性樹脂とＵＶ硬化性添加物は別々に３Ｄプリンタに供給されうる。次に、理解しやすい３Ｄ印刷プロトコルに従って部品骨組が作成される。幾つかの実装態様では、３Ｄ印刷された部品骨組は、最終的な部品骨組に対する原型と見なされる。
【００３４】
一般に認知された３Ｄ製造プロトコルによれば、３Ｄ製造された部品骨組は多くの場合、供給された材料からできた支持体上に、又は支持体と共に製造される。３Ｄプリンタは通常、複数のヘッドと複数の感光性樹脂カートリッジを有する。３Ｄプリンタに関連付けられるソフトウェアにより、部品骨組構造の他の部分を支持するためにどこに支持材が堆積されるべきかが決定される。上記堆積された支持材により、印刷された部品骨組のたるみや反り等が防止される。この支持材は通常、吸湿性化合物含有感光性樹脂であり、これにより、例えば水、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン及びこれらの組み合わせ等の溶剤の中で支持材が膨張／溶解することが可能になる。この支持材は通常、３Ｄ製造の部品骨組から取り除かれる。更に、３Ｄ製造プロセスの間に３Ｄ製造の部品骨組に外部の不必要な物質が付着する場合がある。本開示の幾つかの実装態様では、若干の支持材が部品骨組の表面層に拡散／溶解する。塩基性溶液がこの表面層と反応し、支持材を「抜く」、及びさもなければ除去する。
【００３５】
幾つかの実装態様では、部品骨組は構造的完全性を有する（すなわち、寸法安定性を達成するために適切に固化される）が、完成した部品骨組に必要な熱／圧力サイクルに耐えるにはまだ適切ではない。３Ｄ印刷された部品骨組は後処理溶液につけられ、部品骨組上に存在する不必要な物質（すなわち、３Ｄ処理中に同時に形成された部品骨組上に残っている不必要な物質）がすべて除去されうる。幾つかの実装態様では、後処理溶液はｐＨが約１１〜１４の塩基性溶液である。例示の後処理溶液は、ｐＨが約１１〜１４の水酸化ナトリウム及び水酸化ナトリウム含有溶液を含む。部品骨組は、所定時間後に、及び部品骨組上に存在するほぼ全ての不必要な物質が部品骨組から除去された後で、後処理溶液から引き上げられる。後処理段階においても３Ｄ製造の部品骨組から一定量の物理的破片の除去が行われることを理解すべきである。部品骨組は更に、例えば少なくとも約９０ｐｓｉの圧力で実質的に維持されている不活性環境において既定の加熱レジメンに原型を曝露することによって処理されうる。
【００３６】
９０ｐｓｉを超える圧力が採用され、維持されうることを理解すべきである。不活性環境は、窒素環境が好ましい、例えばアルゴン、窒素、又はこれらの組み合わせ等の任意の希ガスを含みうる。加熱装置は、制御可能で様々な熱量を提供する任意の装置であってよい。１つの特に好ましい装置はオートクレーブである。部品骨組は、環境温度、又は室温から摂氏約１５０度〜摂氏約２００度の最大温度まで徐々に温度を上昇させて、後硬化させる。温度処理は、複数の温度での加熱の上昇及び保持サイクル（停止時間）を含みうる。温度処理の後で、処理された原型を環境温度まで冷却し、環境気圧に戻して、完成された部品骨組が製造される。
【００３７】
任意選択的に、プロセス２２０において、透過性剥離フィルム１４０で部品骨組１２０がカバーされる。幾つかの実装態様では、部品骨組１２０をカバーすることは、部品骨組１２０を透過性剥離フィルムで包むことを含む。適切な透過性剥離フィルムにより、樹脂が透過性剥離フィルム１４０を通って部品骨組に流れることが可能になるが、樹脂が注入された部品骨組が硬化される前に、又は硬化された後に外される。幾つかの実装態様では、透過性剥離フィルムは多孔フィルムである。幾つかの実装態様では、透過性剥離フィルムは、ポリテトラフルオロエチレン繊維等の繊維からできており、多孔性である。幾つかの実装態様では、透過性剥離フィルムはテトラフルオロエチレンでコーティングされた繊維ガラスからできている。適切な市販の透過性剥離フィルムには、ＡＲＭＡＬＯＮ（登録商標）フィルムが含まれる。
【００３８】
プロセス２３０において、部品受入れゾーン１１５のマンドレル１１２に部品骨組１２０が位置決めされうる。樹脂１３０は、樹脂受入れゾーン１１７の部品骨組１２０に隣接して位置決めされうる。幾つかの実装態様では、樹脂１３０は外部供給源から供給される。存在する場合、注入媒体が位置決めされる。注入媒体は、部品骨組１２０のある部分をカバーするように位置決めされうる。注入媒体は更に、樹脂１３０が部品骨組１２０全体で真空カップ１１６に向かって流れることが可能になるように、樹脂１３０のある部分に、あるいは樹脂１３０に当接して配置されうる。一実装態様では、注入媒体はマンドレル１１２に位置決めされ、部品骨組１２０と樹脂１３０は注入媒体に位置決めされる。
【００３９】
プロセス２４０において、樹脂１３０と部品骨組１２０が位置決めされた後に、マンドレルがエンベロープ１１４（例：バギングフィルム）にカバーされる。一実装態様では、部品骨組１２０と樹脂１３０とを封入するためにエンベロープ１１４がマンドレル１１２に密封される。大方の場合、エンベロープ１１４により、空気及び／又はガスの通り抜けが防止される。一実装態様では、エンベロープ１１４は密封剤を使用してマンドレル１１２に連結される。例えば、粘性リボン、粘着性リボン、又は接着性リボン又はひも状の物質が、マンドレル１１２とエンベロープ１１４が位置決めされたところの周囲に配置されうる。例えば、エンベロープ１１４は密封剤まで延びる、あるいは密封剤を越えるように配置されうる。
【００４０】
プロセス２５０において、真空カップ１１６がエンベロープ１１４に連結される。真空カップ１１６は密封剤を使用してエンベロープに連結されうる。密封剤は、樹脂１３０の反対側の部品骨組１２０の側面のエンベロープ１１４に配置されうる。例えば、粘性リボン、粘着性リボン、又は接着性リボン又はひも状の物質がエンベロープ１１４に配置されうる。真空カップ１１６は、密封剤に配置されうる。更に、真空カップ１１６を真空ジェネレータ１１８に接続する真空ラインが設置されうる。
【００４１】
プロセス２６０において、エンベロープ１１４とマンドレル１１２との間にシールを形成するために、エンベロープ１１４に十分な力が加えられうる。更に、真空カップ１１６と密封剤との間、及び／又は密封剤とエンベロープ１１４との間にシールを生成するために、真空カップ１１６が同様に密封剤に押圧されうる。この時点で、漏洩チェックが行われうる。
【００４２】
プロセス２７０において、ガス抜き処置が行われうる。例えば、真空ジェネレータ１１８及び１１９が樹脂１３０の上にエンベロープ１１４を保持するために（周囲よりも）低い圧力を生じさせて、注入前にガスが漏れうる区域を形成しうる。具体例では、熱硬化性樹脂の使用等において、樹脂１３０の粘度を低下させるために熱源１３４により樹脂１３０に十分な熱が加えられうる。泡立ち作用が起きる。泡立ち作用が止まった時に、ガス抜きは完了したと見なすことができる。いくつかの実装態様では、ガス抜きは行われない。例えば、樹脂１３０はすでに十分にガス抜きされている場合がある。
【００４３】
プロセス２８０において、カバーされた部品骨組に樹脂が注入される。一般に、部品骨組１２０を通って流れることに対する樹脂１３０の抵抗力に打ち勝つように、バギングフィルム又はエンベロープ１１４によって圧力が加えられたことに応じて注入が行われる。部品骨組１２０に樹脂１３０が注入される速度及び圧力を制御するために、エンベロープ１１４の外部との間に圧力差を生じさせる。部品骨組に樹脂が注入されている間に熱が加えられうる。
【００４４】
プロセス２９０では、樹脂が注入された部品骨組が硬化される。様々な樹脂の製剤形態により、様々な化学的硬化又は重合の方法が採用される。例えば、熱耐性樹脂又は熱硬化性樹脂として広く分類される群の樹脂は、加熱によって重合される。これについては、樹脂の化学反応又は重合を促進するために、注入された樹脂に十分な熱及び／又は圧力が加えられる。他の場合では、樹脂は硬化剤又は触媒の添加によって重合されうる。触媒と混合されると、十分な時間を経て樹脂が重合する。従って、別の例では、十分な時間を取って重合が促進されうる。
【００４５】
幾つかの実装態様では、樹脂注入装置１１０は、オートクレーブ等の圧力容器に配置されうる。硬化中に、オートクレーブが周囲圧を上昇させて、樹脂が加熱される。注入中は、真空カップ１１６は標準大気圧よりも圧力が高くてよい。圧力差は、オートクレーブ稼働中の加圧段階の間、能動的に又は受動的に制御されうる。
【００４６】
圧力差は、真空カップの圧力により自動的に、固定された圧力差がオートクレーブにおいて周囲圧より低く維持されるように、受動的に制御されうる。例えば、加圧サイクル中ずっと、真空カップの圧力が自動的にオートクレーブにおける周囲圧より５ｐｓｉだけ低く保たれるように、設定圧力差（例：５ｐｓｉ）に作用する調節器又はチェックバルブによって受動的制御が実現されうる。
【００４７】
硬化後に、硬化した部品が樹脂注入装置１１０から取り外される。硬化した部品は、例えばサンディング、研磨、ミリング、洗浄等によって仕上げられうる。
【００４８】
図３Ａは、本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組３００の一例の透視図である。図３Ｂは、本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組３００の前面図である。図３Ｃは、本書に記載される実装態様に係る図３Ｂの線３Ｃ−３Ｃに沿って切り取ったチューブ状の部品骨組３００の断面図である。樹脂注入前のチューブ状の部品骨組３００を示す。チューブ状の部品骨組３００は、本書に記載される付加製造プロセスを使用して形成されうる。
【００４９】
幾つかの実装態様では、チューブ状の部品骨組３００は、チューブ状の部品骨組３００全体を支持するために、細長いチューブ状本体３１０とウェブ構造３２０とを含む。例えば図３Ａ〜３Ｃに図示したように、ウェブ構造３２０は、チューブ状の部品骨組３００全体を支持するために、チューブ状の部品骨組３００全体に延びていてよい。チューブ状の部品骨組３００のウェブ構造３２０は従って、張力、圧縮力、及びシヤ力に対してチューブ状の部品骨組３００を支持しうる。ウェブ構造３２０はまた、複数の平面に沿ってチューブ状の部品骨組３００を強化しうる。幾つかの実装態様では、ウェブ構造３２０は内側トラス構造３２２と外側トラス構造３２４とを含む。外側トラス構造３２４は例えば、チューブ状の部品骨組３００全体に垂直方向に作用する張力及び圧縮力に対して支持を提供することができ、内側トラス構造３２２は、それぞれトラスを含有する様々な平面に沿った張力、圧縮力、及びシヤ力に対して支持を提供することができる。
【００５０】
細長いチューブ状本体３１０は、縦軸３１２に沿って形成される。細長いチューブ状本体３１０は、第１の端部３１４と、第１の端部３１４の反対側にある第２の端部３１６とを有する。細長いチューブ状本体３１０により、縦軸３１２に沿って延びる空洞３２５が画定される。空洞３２５は、第１の端部３１４に第１の開口部、第２の端部３１６に第２の開口部を有する。幾つかの実装態様では、空洞３２５の一方の端部は解放されており、空洞３２５の反対側の端部は密封されている。幾つかの実装態様では、空洞の両端部が密封されている。空洞３２５は、電気配線、センサ、又はその他の電気機能性を含有しうる。
【００５１】
細長いチューブ状本体３１０は、細長いチューブ状本体３１０から半径方向に延びている第１のスポークのセット３３０ａ〜３３０ｍ（まとめて「３３０」）を含む。幾つかの実装態様では、各第１のスポークのセットは、隣接する各第１のスポークのセットに対して等間隔に配置されている。例えば、第１のスポークのセット３３０ｂは、第１のスポークのセット３３０ａ及び３３０ｃに対して等間隔に配置されている。第１のスポークのセット３３０の各スポーク３３２ａ〜３３２ｈ（まとめて「３３２」）は、縦軸３１２に対して垂直であってよい。幾つかの実装態様では、第１のスポークのセット３３０の各スポーク３３２は、縦軸３１２に対して垂直の平面に位置決めされる。幾つかの実装態様では、スポーク３３０のうちの少なくとも１つが、縦軸３１２に対して角度がついていてよい。第１のスポークのセット３３０の各スポーク３３２は、第１のスポークのセット３３０の隣接するスポーク３３２の周辺に、隣接するスポーク３３２に対して間隔をおいて配置されている。例えば、図３Ｂに示すように、スポーク３３２ｂは、スポーク３３２ａ及びスポーク３３２ｃの周辺に、スポーク３３２ａ及びスポーク３３２ｃに対して等間隔に配置されている。
【００５２】
各スポーク３３２は、棒又は支柱３５０とスポーク３３２が接続される複数の接合部又はノード３３６ａ、３３６ｂ（まとめて「３３６」）を含む。チューブ状の部品骨組３００の各スポークは、２つのノード３３６ａ及び３３６ｂを含む。各スポーク３３２は、各部品骨組における所望のトラス構造又は層の数に応じて任意の数のノード３３６を含んでいてよい。
【００５３】
複数の第１のスポークのセット３３０ａ〜３３０ｍは、細長いチューブ状本体３１０の長さに沿って軸方向に間隔を置いて配置される。幾つかの実装態様では、図３Ｂに示すように、第１のスポークのセット３３０ａ〜３３０ｍの各スポーク３３２ａ〜３３２ｈは、他の第１のスポークのセット３３０ａ〜３３０ｍのスポーク３３２ａ〜３３２ｈに合わせて配置される。例えば、第１のスポークのセット３３０ａのスポーク３３２ａと第１のスポークのセット３３０ｂのスポーク３３２ａが位置合わせされうる。
【００５４】
細長いチューブ状本体３１０は更に、縦軸３１２から半径方向に延びている第２のスポークのセット３４０ａ〜３４０ｌ（まとめて「３４０」）を含む。幾つかの実装態様では、各第２のスポークのセットが、隣接する各第２のスポークのセットに対して等間隔に配置されている。例えば、第２のスポークのセット３４０ｂは、第２のスポークのセット３４０ａ及び３４０ｃに対して等間隔に配置されている。第２のスポークのセット３４０の各スポーク３４２ａ〜３４２ｈ（まとめて「３４２」）は、縦軸３１２に対して垂直であってよい。幾つかの実装態様では、第２のスポークのセット３４０の各スポーク３４２は、縦軸３１２に対して垂直の平面に位置決めされる。第２のスポークのセット３４０の各スポーク３４２は、第２のスポークのセット３４０の隣接するスポーク３４２の周辺に、スポーク３４２に対して間隔を置いて配置される。例えば、図３Ｂに示すように、スポーク３４２ｂはスポーク３４２ａとスポーク３４２ｃの周辺に、スポーク３４２ａとスポーク３４２ｃに対して等間隔に配置される。各スポーク３４２は、支柱３５０とスポーク３４２が接続されている複数の接合部又はノード（図示せず）を含む。図３Ａ〜３Ｃの実装態様では、各スポークは２つのノード（図示せず）を含む。各スポーク３４２ａ〜３４２ｈは、各部品骨組における所望のトラス構造又は層の数に応じて任意の数のノードを含んでいてよい。
【００５５】
複数の第２のスポークのセット３４０ａ〜３４０ｍが、細長いチューブ状本体３１０の長さに沿って軸方向に間隔を置いて配置される。幾つかの実装態様では、図３Ｂに示すように、各第２のスポークのセット３４０ａ〜３４０ｍのスポーク３４２ａ〜３４２ｈが、他の第２のスポークのセット３４０ａ〜３４０ｍのスポーク３４２ａ〜３４２ｈに合わせて配置される。
【００５６】
幾つかの実装態様では、第２のスポークのセット３４０の各スポーク３４２が、第１のスポークのセット３３０の各スポーク３３２に対して互い違いになっている、あるいはオフセットされている。例えば、図３Ｂを参照すると、スポーク３４２ｂはスポーク３３２ａとスポーク３３２ｂに対して互い違いになっている。
【００５７】
図３Ａ〜３Ｃでは、第１のスポークのセット３３０と第２のスポークのセット３４０には各々８つのスポークを示したが、任意の数のスポークが使用されうることを理解すべきである。更に、図３Ａ〜３Ｃに示す各スポークは２つのノードを有するが、完成製品の所望のサイズ又は強度に応じて任意の数のノードを含んでいてもよい。
【００５８】
チューブ状の部品骨組３００は更に、ウェブ構造３２０を形成するために、縦軸３１２に対して非垂直角度又は非平行角度に配向された棒又は支柱３５０を含む。角度がついた支柱３５０を示したが、幾つかの実装態様では支柱３５０は縦軸３１２に対して平行である。幾つかの実装態様では、支柱３５０は湾曲している。支柱３５０は、第１のスポーク３３２のノード３３６から第２のスポーク３４２のノード（図示せず）まで延びている。例えば、支柱はスポーク３４２ｂからスポーク３３２ａまで延びていてよく、別の支柱がスポーク３４２ｂからスポーク３３２ｂまで延びていてよい。支柱３５０の外面により、チューブ状の部品骨組３００の円筒状の外面が画定される。本開示の一実装態様によれば、４つの支柱３５０ａ〜３５０ｄが１つのノード３３６に集まる。この支柱の配置、及び内部ノードの構成により、チューブ状の部品骨組３００に実質的に軸方向、ねじれ及び曲げ強度が付与されると考えられる。図示した支柱３５０の配置により、複数の正方形の開口部３６０が画定される。図３Ａに示すように、正方形の各開口部３６０は角度のついた４つの支柱によって画定される。
【００５９】
更なる実装態様では、チューブ状の部品骨組３００は、２つの支柱３５０ｅ、３５０ｆの交点によって形成されたエンドノード３７０を含む。図３Ａに示すように、細長いチューブ状本体３１０の第１の端部３１４と第２の端部３１６は、角度がついた２つの支柱の交点によって形成されたエンドノードで終端する。
【００６０】
図４Ａは、本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組４００の別の例の透視図である。図４Ｂは、本書に記載される実装態様に従って形成されたチューブ状の部品骨組４００の前面図である。図４Ｃは、本書に記載される実装態様に係る図４Ｂの線４Ｃ−４Ｃに沿って切り取ったチューブ状の部品骨組４００の断面図である。チューブ状の部品骨組４００は、チューブ状の部品骨組４００のウェブ構造４２０がチューブ状の部品骨組４００の中央を通って延びている、つまり空洞がない以外には、チューブ状の部品骨組３００と同様のものである。更に、チューブ状の部品骨組４００には第２のスポークのセットがなく、これは、幾つかの棒又は支柱が互いに連結して接合部又はノードを形成することを意味する。樹脂注入前のチューブ状の部品骨組４００が図示される。チューブ状の部品骨組４００は、本書に記載したように付加製造プロセスを使用して形成されうる。
【００６１】
幾つかの実装態様では、チューブ状の部品骨組４００は、チューブ状の部品骨組４００全体を支持するために、細長いチューブ状本体４１０と、ウェブ構造４２０とを含む。図示したように、例えば、図４Ａ〜４Ｃでは、チューブ状の部品骨組４００全体を支持するために、ウェブ構造４２０が、チューブ状の部品骨組４００の中央部分を含むチューブ状の部品骨組４００全体に延びている。チューブ状の部品骨組４００のウェブ構造４２０は従って、張力、圧縮力、及びシヤ力に対してチューブ状の部品骨組４００を支持しうる。ウェブ構造４２０はまた、複数の平面に沿ってチューブ状の部品骨組４００を強化しうる。幾つかの実装態様では、ウェブ構造４２０は、内側トラス構造４２２、中央トラス構造４２４及び外側トラス構造４２６を含む。外側トラス構造４２６は例えば、チューブ状の部品骨組４００全体に垂直に作用する張力及び圧縮力に対する支持を提供し、内側トラス構造４２２及び中央トラス構造４２４は、それぞれのトラスを含有する様々な平面に沿って張力、圧縮力、及びシヤ力に対する支持を提供しうる。
【００６２】
細長いチューブ状本体４１０は、縦軸４１２に沿って形成される。細長いチューブ状本体４１０は、第１の端部４１４と、第１の端部４１４の反対側にある第２の端部４１６とを有する。細長いチューブ状本体４１０は、縦軸４１２から半径方向に延びるスポークのセット４３０ａ〜４３０ｍ（まとめて「４３０」）を含む。幾つかの実装態様では、各スポークのセットは、隣接する各第２のスポークのセットに対して等間隔に配置されている。例えば、スポークのセット４３０ｂは、スポークのセット４３０ａと４３０ｃに対して等間隔に配置されている。スポークのセット４３０の各スポーク４３２ａ〜４３２ｈ（まとめて「４３２」）は、縦軸４１２に対して垂直であってよい。幾つかの実装態様では、スポークのセット４３０の各スポーク４３２は、縦軸４１２に対して垂直の平面に位置決めされる。スポークのセット４３０の各スポーク４３２は、スポークのセット４３０の隣接するスポーク４３２の周辺に、スポーク４３２に対して等間隔に配置されている。例えば、図４Ｂに示すように、スポーク４３２ｂは、スポーク４３２ａとスポーク４３２ｃの周辺に、スポーク４３２ａとスポーク４３２ｃに対して等間隔に配置されている。各スポーク４３２は、棒又は支柱４５０とスポーク４３２が接続される複数の接合部又はノード４３６ａ、４３６ｂ（まとめて「４３６」）を含む。図４Ａ〜４Ｃの実装態様では、各スポークは２つのノード４３６ａと４３６ｂとを含む。各スポーク４３２は、各チューブ状の部品骨組４００における所望のトラス構造又は層の数に応じて、任意の数のノード４３６を含みうる。
【００６３】
複数のスポークのセット４３０ａ〜４３０ｍは、細長いチューブ状本体４１０の長さに沿って軸方向に間隔を置いて配置されている。幾つかの実装態様では、図４Ｂに示すように、各スポークのセット４３０ａ〜４３０ｍのスポーク４３２ａ〜４３２ｈは、他のスポークのセット４３０ａ〜４３０ｍのスポーク４３２ａ〜４３２ｈに合わせて配置される。例えば、スポークのセット４３０ａのスポーク４３２ａと、第１のスポークのセット４３０ｂのスポーク４３２ａが位置合わせされうる。
【００６４】
図４Ａ〜４Ｃには、各スポーク４３０のセットに８つのスポークを図示したが、任意の数のスポークが使用されうることを理解すべきである。更に、図４Ａ〜４Ｃに図示した各スポークは２つのノード４３６ａ、４３６ｂを有するが、完成製品の所望のサイズ又は強度に応じて任意の数のノードを含んでいてよい。
【００６５】
チューブ状の部品骨組４００は更に、縦軸４１２に対して非垂直又は非平行角度に配向している棒又は支柱４５０を含む。支柱４５０はスポーク４３２のノード４３６から、隣接するスポーク４３２のノード（図示せず）から延びる別の支柱４５０まで延びている。例えば、支柱４５０ａが支柱４５０ｂと連結して、接合部又はノードが形成されうる。支柱４５０の外面により、チューブ状の部品骨組４００の円筒状の外面が画定される。本開示の一実装態様によれば、角度のついた４つの支柱４５０ｃ〜４５０ｆが１つのノード４３６に集まる。この角度のついた支柱の配置、及び内部ノードの構成により、チューブ状の部品骨組４００に実質的に軸方向、ねじれ及び曲げ強度が付与されると考えられる。図示した支柱４５０の配置により、複数の正方形の開口部４６０が画定される。図４Ａに示すように、正方形の各開口部４６０は４つの支柱によって画定される。
【００６６】
別の実装態様では、チューブ状の部品骨組４００は、２つの支柱４５０ｇ、４５０ｈの交点によって形成されたエンドノード４７０を含む。図４Ａに示すように、細長いチューブ状本体の第１の端部と第２の端部は、角度のついた２つの支柱の交点によって形成されたエンドノードで終端する。
【００６７】
図５Ａは、本書に記載される実装態様にしたがって形成されたチューブ状の部品骨組５００の別の例の透視図である。図５Ｂは、本書に記載される実装態様にしたがって形成されたチューブ状の部品骨組５００の前面図である。図５Ｃは、図５Ｂの線５Ｃ−５Ｃに沿って切り取ったチューブ状の部品骨組５００の断面図である。チューブ状の部品骨組５００は、各スポークが６つのノードを含み、チューブ状の部品骨組５００のトラス構造又は層の数が増えた以外には、チューブ状の部品骨組３００と同様のものである。樹脂の注入前のチューブ状の部品骨組５００が図示されている。チューブ状の部品骨組５００は、本書に記載されるように、付加製造プロセスを使用して形成されうる。
【００６８】
幾つかの実装態様では、チューブ状の部品骨組５００は、チューブ状の部品骨組５００全体を支持するために、細長いチューブ状本体５１０とウェブ構造５２０とを含む。図示したように、例えば、図５Ａ〜５Ｃでは、チューブ状の部品骨組５００全体を支持するために、ウェブ構造５２０がチューブ状の部品骨組５００全体に延びていてよい。チューブ状の部品骨組５００のウェブ構造５２０は従って、張力、圧縮力、およびシヤ力に対してチューブ状の部品骨組５００を支持しうる。ウェブ構造５２０はまた、複数の平面に沿ってチューブ状の部品骨組５００を強化しうる。
【００６９】
細長いチューブ状本体５１０は、縦軸５１２に沿って形成される。細長いチューブ状本体５１０は、第１の端部５１４と、第１の端部５１４の反対側にある第２の端部５１６とを有する。細長いチューブ状本体５１０により、縦軸５１２に沿って延びている空洞５２５が画定される。空洞５２５は、第１の端部５１４に第１の開口部、第２の端部５１６に第２の開口部を有する。幾つかの実装態様では、空洞５２５の一方の端部が解放されており、空洞５２５の他方の端部は密封されている。幾つかの実装態様では、空洞の両端部が密封されている。空洞５２５は、電線、センサ、又は他の電気的機能性を含有しうる。
【００７０】
細長いチューブ状本体５１０は、細長いチューブ状本体５１０から半径方向に延びている第１のスポークのセット５３０ａ〜５３０ｉ（まとめて「５３０」）を含む。幾つかの実装態様では、各第１のスポークのセットは、隣接する第１のスポークのセットに対して等間隔に配置されている。例えば、第１のスポークのセット５３０ｂは、第１のスポークのセット５３０ａと５３０ｃに対して等間隔に配置されている。第１のスポークのセット５３０の各スポーク５３２ａ〜５３２ｈ（まとめて「５３２」）は、縦軸５１２に対して垂直である。幾つかの実装態様では、第１のスポークのセット５３０の各スポーク５３２は、縦軸５１２に対して垂直の平面に位置決めされる。幾つかの実装態様では、スポーク５３０のうちの少なくとも１つは、縦軸５１２に対して角度がついていてよい。第１のスポークのセット５３０の各スポーク５３２は、第１のスポークのセット５３０の隣接するスポーク５３２の周囲に、隣接するスポーク５３２に対して間隔を置いて配置されている。例えば、図５Ｂに示すように、スポーク５３２ｂは、スポーク５３２ａ及びスポーク５３２ｃの周囲に、スポーク５３２ａ及びスポーク５３２ｃに対して等間隔に配置されている。
【００７１】
各スポーク５３２は、棒又は支柱５５０及びスポーク５３２が接続された複数の接合部又はノード５３６ａ〜５３６ｆ（まとめて５３６）を含む。チューブ状の部品骨組５００の各スポークは、６つのノード５３６ａ〜５３６ｆを含む。各スポーク５３２は、各部品骨組の所望のトラス構造又は層の数に応じて、任意の数のノード５３６を含んでいてよい。
【００７２】
複数の第１のスポークのセット５３０ａ〜５３０ｉは、細長いチューブ状本体５１０の長さに沿って軸方向に間隔を置いて配置されている。幾つかの実装態様では、図５Ｂに示すように、各第１のスポークのセット５３０ａ〜５３０ｉのスポーク５３２ａ〜５３２ｈは、他の第１のスポークのセット５３０ａ〜５３０ｉのスポーク５３２ａ〜５３２ｈに合わせて配置される。例えば、第１のスポークのセット５３０ａのスポーク５３２ａと第１のスポークのセット５３０ｂのスポーク５３２ａが位置合わせされうる。
【００７３】
細長いチューブ状本体５１０は更に、縦軸５１２から半径方向に延びている第２のスポークのセット５４０ａ〜５４０ｈ（まとめて「５４０」）を含む。幾つかの実装態様では、各第２のスポークのセットは、隣接する各第２のスポークのセットに対して等間隔に配置されている。例えば、第２のスポークのセット５４０ｂは、第２のスポークのセット５４０ａと５４０ｃに対して等間隔に配置されている。第２のスポークのセット５４０の各スポーク５４２ａ〜５４２ｈ（まとめて「５４２」）は、縦軸５１２に対して垂直であってよい。幾つかの実装態様では、第２のスポークのセット５４０の各スポーク５４２は、縦軸５１２に対して垂直の平面に位置決めされる。第２のスポークのセット５４０の各スポーク５４２は、第２のスポークのセット５４０の隣接するスポーク５４２の周囲に、隣接するスポーク５４２に対して間隔を置いて配置されている。例えば、図５Ｂに示すように、スポーク５４２ｂは、スポーク５４２ａ及びスポーク５４２ｃの周囲に、スポーク５４２ａ及びスポーク５４２ｃに対して等間隔に配置されている。各スポーク５４２は、支柱５５０及びスポーク５４２が接続された複数の接合部又はノード（図示せず）を含む。図５Ａ〜５Ｃの実装態様では、各スポークは２つのノード（図示せず）を含む。各スポークは、各部品骨組の所望のトラス構造又は層の数に応じて、任意の数のノードを含んでいてよい。
【００７４】
複数の第２のスポークのセット５２０ａ〜５２０ｈは、細長いチューブ状本体５１０の長さに沿って軸方向に間隔を置いて配置されている。幾つかの実装態様では、図５Ｂに示すように、各第２のスポークのセット５４０ａ〜５４０ｈのスポーク５４２ａ〜５４２ｈは、他の第２のスポークのセット５４０ａ〜５４０ｈのスポーク５４２ａ〜５４２ｈに合わせて配置される。
【００７５】
幾つかの実装態様では、図５Ｂに示すように、第２のスポークのセット５４０の各スポーク５４２は、第１のスポークのセット５３０の各スポーク５３２に対して互い違いになっている、あるいはオフセットされている。例えば、図５Ｂを参照すると、スポーク５４２ｂはスポーク５３２ａとスポーク５３２ｂに対して互い違いになっている。
【００７６】
図５Ａ〜５Ｃでは、第１のスポークのセット５３０と第２のスポークのセット５４０には各々８つのスポークを示したが、任意の数のスポークが使用されうることを理解すべきである。更に、図５Ａ〜５Ｃに示す各スポークは６つのノードを有するが、完成製品の所望のサイズ又は強度に応じて任意の数のノードを含んでいてもよい。
【００７７】
チューブ状の部品骨組５００は更に、ウェブ構造５２０を形成するために、縦軸５１２に対して非垂直角度又は非平行角度に配向された棒又は支柱５５０を含む。幾つかの実装態様では角度がついた支柱５５０を示したが、支柱５５０は縦軸５１２に対して平行である。幾つかの実装態様では、支柱５５０は湾曲している。支柱５５０は、第１のスポーク５３２のノード５３６から第２のスポーク５４２のノード（図示せず）まで延びている。例えば、支柱はスポーク５４２ｂからスポーク５３２ａまで延びていてよく、別の支柱がスポーク５４２ｂからスポーク５３２ｂまで延びていてよい。支柱５５０の外面により、チューブ状の部品骨組５００の円筒状の外面が画定される。本開示の一実装態様によれば、４つの支柱５５０ａ〜５５０ｄが１つのノード５３６に集まる。この支柱の配置、及び内部ノードの構成により、チューブ状の部品骨組５００に実質的に軸方向、ねじれ及び曲げ強度が付与されると考えられる。図示した支柱５５０の配置により、複数の正方形の開口部５６０が画定される。図５Ａに示すように、正方形の各開口部５６０は角度のついた４つの支柱によって画定される。
【００７８】
更なる実装態様では、チューブ状の部品骨組５００は、角度がついた２つの支柱５５０ｅ、５５０ｆの交点によって形成されたエンドノード５７０を含む。図５Ａに示すように、細長いチューブ状本体５１０の第１の端部５１４と第２の端部５１６は、角度がついた２つの支柱の交点によって形成されたエンドノードで終端する。
【００７９】
図６は、複数の積み重なり、相互連結されたチューブ状の部品骨組５００ａ〜５００ｙの相互連結されたシート６００の概略前面図である。チューブ状の部品骨組５００ａ〜５００ｙは、５×５構造として図示されている。５×５構造として示したが、完成製品の所望の特徴（例：強度及び柔軟性）に応じて、相互連結された任意の数のチューブ状の部品骨組が使用されうることを理解すべきである。チューブ状の部品骨組５００ａ〜５００ｙは、相互連結された隣接するチューブ状の部品骨組と共有の共通スポーク５３２を介して相互連結される。例えば、チューブ状の部品骨組５００ａとチューブ状の部品骨組５００ｂは、共通スポーク５３２ｃを介して相互連結され、チューブ状の部品骨組５００ａとチューブ状の部品骨組５００ｆとは共通スポーク５３２ｅを介して相互連結される。
【００８０】
本開示の実装態様を、図面を更に具体的に参照しながら、図７に示す航空機の製造及び保守方法７００、及び図８に示す航空機８０２に照らして説明する。製造前の段階では、方法７００は、航空機８０２の仕様及び設計７０４と、材料調達７０６とを含むことができる。製造段階では、航空機８０２の、構成要素及びサブアセンブリの製造７０８とシステムインテグレーション７１０とが行われる。その後、航空機８０２は、認可及び納品７１２を経て、運航７１４に供される。顧客により運航される間に、航空機８０２は定期的な整備及び保守７１６（改造、再構成、改修なども含み得る）が予定される。
【００８１】
方法７００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行又は実施され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、かつ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００８２】
図８に示すように、例示的な方法７００によって製造された航空機８０２は、複数のシステム８２０及び内装８２２を備えた機体８１８を含みうる。高レベルのシステム８２０の例には、推進システム８２４、電気システム８２６、油圧システム８２８、及び環境システム８３０のうちの一又は複数が含まれる。
【００８３】
本明細書中で具現化される装置及び方法は、製造及び保守方法７００の任意の一又は複数の段階において用いられうる。例えば、製造プロセス７０８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機８０２の運航期間中に製造される構成要素又はサブアセンブリと類似の方法で作製又は製造されうる。また、一又は複数の装置の実装態様、方法の実装態様、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機８０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機８０２のコストを削減することにより、製造段階７０８及び７１０で利用することができる。同様に、装置の実装態様、方法の実装態様、或いはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を、航空機８０２の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守７１６に利用することができる。
【００８４】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００８５】
条項１．製造する方法であって、
部品骨組を印刷することと、
カバーされた部品骨組を形成するために、透過性剥離フィルムで部品骨組をカバーすることと、
カバーされた部品骨組に樹脂を注入することと
を含む方法。
【００８６】
条項２．付加製造プロセスを使用して、部品骨組を印刷する、条項１に記載の方法。
【００８７】
条項３．付加製造プロセスが、ＰｏｌｙＪｅｔ印刷プロセス、インクジェット印刷プロセス、ステレオリソグラフィプロセス（「ＳＬＡ」）、熱溶解積層プロセス（「ＦＤＭ」）、及び選択的レーザー焼結プロセス（「ＳＬＳ」）を含む群から選択された３Ｄ印刷プロセスである、条項１に記載の方法。
【００８８】
条項４．部品骨組が、複合輪郭、複数の凹部、刻み目、突起部、及びトラス構造から選択された少なくとも１つの特徴を有する、条項１に記載の方法。
【００８９】
条項５．部品骨組が、熱硬化性プラスチック、金属、セラミック、及び熱可塑性物質を含む群から選択されたマトリクス材料を使用して印刷される、条項１に記載の方法。
【００９０】
条項６．透過性剥離フィルムにより、樹脂が透過性剥離フィルムを通って部品骨組に流れることが可能になる、条項１に記載の方法。
【００９１】
条項７．透過性剥離フィルムが多孔性であり、ポリテトラフルオロエチレン繊維からできている、条項１に記載の方法。
【００９２】
条項８．複合部品を形成するために、注入されたカバーされた部品骨組を硬化させることを更に含む、条項１に記載の方法。
【００９３】
条項９．複合部品を形成するための、ツールレス樹脂注入システムであって、
印刷された部品骨組に注入するのに十分な供給樹脂と、
樹脂注入装置であって、
印刷された部品骨組を受け入れるための部品受入れゾーンと、
供給樹脂を受け入れるための樹脂受入れゾーンであって、部品受入れゾーンに隣接して位置決めされた樹脂受入れゾーンと
を備えるマンドレルと、
部品受入れゾーンと樹脂受入れゾーンとを囲むエンベロープを生成するバギングフィルムと
を備える樹脂注入装置と
を備えるシステム。
【００９４】
条項１０．エンベロープにより供給樹脂に加えられる圧縮力の大きさを制御するための、エンベロープに配置された真空カップであって、エンベロープによって囲まれた真空領域の上に位置決めされた真空カップ
を更に備える、条項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【００９５】
条項１１．真空カップが、エンベロープの、樹脂受入れゾーンの反対側の部分に配置され、部品受入れゾーンは、真空領域と樹脂受入れゾーンとの間に位置決めされる、条項１０に記載のツールレス樹脂注入システム。
【００９６】
条項１２．マンドレルの、部品受入れゾーンを画定する部分が、平坦な面を有する、条項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【００９７】
条項１３．供給樹脂が、樹脂注入装置の外部に位置決めされる、条項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【００９８】
条項１４．供給樹脂を加熱する加熱器を更に備え、樹脂の加熱により最初に供給樹脂の粘度が低下する、条項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【００９９】
条項１５．バギングフィルム全体に圧力差を生じさせる真空発生器
を更に備え、圧力差により、供給樹脂から部品骨組に押し入れる圧縮力が提供される、条項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【０１００】
条項１６．透過性剥離フィルムにカバーされ、部品受入れゾーンに位置決めされた部品骨組
を更に備える、条項９に記載のツールレス樹脂注入システム。
【０１０１】
条項１７．複合部品を形成するために、印刷された部品骨組に樹脂を注入することであって、印刷された部品骨組がツールレス樹脂注入装置に位置決めされる、注入すること
を含む、製造する方法。
【０１０２】
条項１８．印刷された部品骨組が、樹脂注入装置のマンドレルの部品受入れゾーンに位置決めされ、部品受入れゾーンが平坦な面を有する、条項１７に記載の方法。
【０１０３】
条項１９．部品受入れゾーンと樹脂受入れゾーンを囲むエンベロープを生成するために、印刷された部品骨組とマンドレルをバギングフィルムでカバーすること
を更に含む、条項１８に記載の方法。
【０１０４】
条項２０．印刷された部品骨組に樹脂を注入する前に、部品骨組を透過性剥離フィルムでカバーすること
を更に含む、条項１７に記載の方法。
【０１０５】
以上は本開示の実装態様を対象としているが、本開示の他の実装態様及び更なる実装形態は、その基本的な範囲を逸脱せずに考案され得る。その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2017140824.tif 000002
【図２】
2017140824.tif 000003
【図３Ａ】
2017140824.tif 000004
【図３Ｂ】
2017140824.tif 000005
【図３Ｃ】
2017140824.tif 000006
【図４Ａ】
2017140824.tif 000007
【図４Ｂ】
2017140824.tif 000008
【図４Ｃ】
2017140824.tif 000009
【図５Ａ】
2017140824.tif 000010
【図５Ｂ】
2017140824.tif 000011
【図５Ｃ】
2017140824.tif 000012
【図６】
2017140824.tif 000013
【図７】
2017140824.tif 000014
【図８】
2017140824.tif 000015
【外国語明細書】
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2017140824000002.pdf
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