(57)【要約】  本発明は、３Ｄ物品１を３Ｄ印刷するステップを含む方法であって、印刷段階中に、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００を用いて単一のノズル５０２によって３Ｄ印刷可能材料２０１と細長い固体繊維３１０とを同時に堆積させて、細長い固体繊維３１０が埋め込まれた３Ｄ印刷された材料２０２を含む３Ｄ物品１を提供するステップを含む、方法を提供する。
2020516491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱溶解積層法３Ｄプリンタを使用して３Ｄ物品を３Ｄ印刷する方法であって、
３Ｄ印刷可能材料を前記熱溶解積層法３Ｄプリンタのプリンタノズルに供給するステップと、
繊維供給ユニットを用いて、細長い固体繊維を前記プリンタノズルに供給するステップと、
印刷段階中に、前記プリンタノズルによって前記３Ｄ印刷可能材料と前記細長い固体繊維とを同時に堆積させて、前記細長い固体繊維が埋め込まれた３Ｄ印刷された材料を含む前記３Ｄ物品を提供するステップと、を含み、
前記繊維供給ユニットは、前記細長い固体繊維の伸長軸線周りの、前記プリンタノズルに供給される前記細長い固体繊維の回転を制御するように更に構成されており、
前記方法は、前記細長い固体繊維が少なくとも０．５ｍｍの直径ｄを有するときに、前記細長い固体繊維の回転を制御するステップを更に含む、方法。
【請求項２】
前記方法は、堆積中に、前記３Ｄ印刷された材料の層高さを少なくとも１．５＊ｄに制御するステップと、堆積中に、前記３Ｄ印刷された材料の層幅を少なくとも２＊ｄに制御するステップと、を更に含み、前記細長い固体繊維は、少なくとも５ｃｍの長さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記細長い固体繊維は導電性材料を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記細長い固体繊維は光ガイド材料を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記細長い固体繊維はガラス材料を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
３Ｄ印刷可能材料を基材に供給するための熱溶解積層法３Ｄプリンタであって、
プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、
前記３Ｄ印刷可能材料を前記プリンタヘッドに供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイスと、
細長い固体繊維を前記プリンタヘッドに供給するための繊維供給ユニットと、を備え、
前記熱溶解積層法３Ｄプリンタは、印刷段階中に、前記プリンタノズルによって前記３Ｄ印刷可能材料と前記細長い固体繊維とを同時に堆積させるように構成されており、
前記繊維供給ユニットは、前記細長い固体繊維の伸長軸線周りの、前記プリンタノズルに供給される前記細長い固体繊維の回転を制御するように構成されており、
前記熱溶解積層法３Ｄプリンタは、前記細長い固体繊維が少なくとも０．５ｍｍの直径を有するときに、前記細長い固体繊維の回転を制御するように構成された制御システムを更に備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ。
【請求項７】
前記繊維供給ユニットは、前記細長い固体繊維を前記プリンタヘッドの側面入口を介して前記プリンタノズルに導入するように更に構成されており、前記３Ｄ印刷可能材料供給デバイスは、前記３Ｄ印刷可能材料を前記プリンタヘッドの上部入口に供給するように構成されている、請求項６に記載の熱溶解積層法３Ｄプリンタ。
【請求項８】
前記制御システムは、少なくとも１．５＊ｄである前記３Ｄ印刷された材料の層高さを制御するように、かつ、少なくとも２＊ｄである前記３Ｄ印刷された材料の層幅を制御するように構成されており、ｄは前記細長い固体繊維の直径である、請求項６又は７に記載の熱溶解積層法３Ｄプリンタ。
【請求項９】
（ａ）光源光を供給するように構成された光源と、（ｂ）堆積層を含む３Ｄ物品と、を備える照明システムであって、前記堆積層は、３Ｄ印刷された材料と、前記３Ｄ印刷された材料に埋め込まれた細長い固体繊維と、を含み、前記細長い固体繊維は、直径ｄを有し、導電性材料及び光ガイド材料のうちの１つ以上を含み、前記層は、少なくとも１．５＊ｄの層高さと、少なくとも２＊ｄの層幅とを有し、前記細長い固体繊維は、前記光源に機能的に結合された電気導体として、又は光ファイバであって、前記光源から光源光を受光し、前記光ファイバの長さの少なくとも一部にわたって前記光源光を導光するように構成された光ファイバとして、構成されている、照明システム。
【請求項１０】
請求項６乃至８のいずれか一項に記載の熱溶解積層法３Ｄプリンタによって実行されると、前記熱溶解積層法３Ｄプリンタに請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ（印刷された）物品を製造する方法に関する。また更に、本発明はまた、３Ｄプリンタと、３Ｄプリンタによって実行されると、３Ｄプリンタに方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム製品とに関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野では、複合部品を製造するためのシステムが知られている。例えば、米国特許出願公開第２０１５／０３６７５７６号は、とりわけ、マトリックス材料と、マトリックス材料とは別個の繊維材料とを熱溶解積層法（Fused Deposition Modeling；ＦＤＭ）３次元（３Ｄ）プリンタに供給するステップと、ＦＤＭ  ３Ｄプリンタの印刷位置までマトリックス材料から繊維材料を分離したままで、マトリックス材料及び繊維材料をＦＤＭ  ３Ｄプリンタの印刷位置に送出するステップと、を含む方法であって、送出するステップが、マトリックス材料を溶融させ、マトリックス材料中に繊維材料を埋め込むことを含む、方法が記載されている。マトリックス材料の管は、中空の熱可塑性フィラメントとすることができる。繊維束は、マトリックス材料管の中心を通って延びることができる。例えば、繊維束は、中空の熱可塑性フィラメントの中心にある構造繊維から成る。いくつかの実施態様において、これらの構造繊維は、連続的ではないが、それぞれ長さ３〜２５ｍｍの繊維で構成されている。場合によって、構造繊維は、織物マット若しくは織布のストリップとすることができ、又は不連続パッチで構成することができる。更に、米国特許出願公開第２０１５／０３６７５７６号のシステムは、ビルドプラットフォームと、ビルドプラットフォームに関連付けられた２つ以上のツールと、を含み、２つ以上のツールが、マトリックス材料及び繊維材料を非平面層で追加して物体を構築するように、ビルドプラットフォームに対して構成及び配置される。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１４／０６１９７４号は、３次元物体を積層造形する方法及び装置を開示している。２つ以上の材料が、液状形態の少なくとも１つの材料と、液体材料に完全に包み込まれた固体連続ストランドの少なくとも１つの材料と、を有する複合材料として同時に押し出される。押出後の液体材料を硬化させる手段が、複合材料を固化させる。複合材料中のストランド材料は、１つだけの材料では不可能な向上された性能を物体に備えさせる、特定の化学的、機械的、又は電気的特性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
今後１０〜２０年以内に、デジタルファブリケーションは、グローバル製造業の性質を、ますます変貌させていくであろう。デジタルファブリケーションの諸態様のうちの１つは、３Ｄ印刷である。現在、セラミックス、金属、及びポリマーなどの様々な材料を使用して、３Ｄ印刷された様々な物体を製造するために、多種多様な技術が開発されている。３Ｄ印刷はまた、物体を複製するために使用され得る型を製造する際にも使用され得る。
【０００５】
型を作製する目的で、ポリジェット技術の使用が提案されている。この技術は光重合性材料の層ごとの堆積を利用しており、光重合性材料は各堆積の後に硬化されて、固体構造体を形成する。この技術は、滑らかな表面を作り出すが、光硬化性材料は、さほど安定したものではなく、それらの材料はまた、射出成形用途で有用となる熱伝導率も比較的低い。
【０００６】
最も広く使用される積層造形技術は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）として知られているプロセスである。熱溶解積層法（ＦＤＭ）は、モデリング、プロトタイピング、及び製造の用途で一般に使用される積層造形技術である。ＦＤＭは、材料を層状に配置することによる「積層」原理に基づいて機能するものであり、プラスチックフィラメント又は金属線が、コイルから巻き出され、部品を製造するための材料を供給する。場合により、（例えば、熱可塑性樹脂に関しては）フィラメントは、配置される前に、溶融されて押し出される。ＦＤＭは、高速プロトタイピング技術である。ＦＤＭの他の表現は「熱溶解フィラメント製法」（Fused Filament Fabrication；ＦＦＦ）又は「フィラメント３Ｄ印刷」（Filament 3D Printing；ＦＤＰ）であり、これらはＦＤＭと等しいものと見なされる。一般に、ＦＤＭプリンタは、熱可塑性フィラメントを使用するものであり、熱可塑性フィラメントは、その融点まで加熱され、次いで、一層ずつ（又は、実際には、フィラメントが次々に）押し出されて、３次元の物体を作り出す。ＦＤＭプリンタは、比較的高速であり、複雑な物体を印刷するために使用され得る。
【０００７】
ＦＤＭプリンタは、比較的高速で、低コストであり、複雑な３Ｄ物体を印刷するために使用され得る。そのようなプリンタは、様々なポリマーを使用して様々な形状を印刷する際に使用される。当該技術はまた、ＬＥＤ照明器具及び照明ソリューションの製造において、更に開発されつつある。
【０００８】
従来技術の解決策の問題は、フィラメントへの比較的長い固体材料繊維の導入をもたらさない点であり得る。しかし、このことは、例えば、電気的接続部又は光学的接続部などのために所望される場合がある。更に、３Ｄ印刷のための従来技術の方法が適用され、単純に細長い繊維が印刷プロセスに導入されると、問題が生じるようである。例えば、より太い繊維の場合、例えば、プリンタヘッドで方向転換すると、繊維にトルクが加えられ、繊維が埋め込まれるべき層から繊維が引き出され、３Ｄ印刷された物品から繊維が突出するなどするようである。
【０００９】
それゆえ、本発明の一目的は、好ましくは、上述の欠点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に取り除く、代替的な３Ｄ印刷方法及び／又は３Ｄ（印刷された）物品を提供することである。本発明は、従来技術の欠点のうちの少なくとも１つを克服若しくは改善すること、又は有用な代替物を提供することを、目的として有してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
とりわけ、ここで、本発明者らは、（プラットフォームがＺ方向に動く間に、プリンタヘッドがＸＹ平面内で動き、）ポリマーが溶融してノズルから流出するプリンタヘッドにポリマーを押し出すためにフィーダが使用されるＦＤＭプリンタを使用して、ファイバーオプティクス、炭素繊維、線状導体などの連続固体繊維を印刷する方法を提案する。そのようなプリンタにおいて、固体繊維は、ポリマーと共にノズルに供給されることができる。驚くべきことに、繊維が十分に細いときには、固体繊維を押すための追加のフィーダが必要とされることなしに、固体繊維が印刷中にノズルから引き出されることが見出された。より太い繊維の場合、別個のフィーダを使用して繊維を供給することが望ましい場合がある。印刷中に固体繊維が捻れた状態となる場合があり、この捻れ作用は、フィラメントがノズルの経路をたどることを妨げ得ることも見出された。
【００１１】
驚くべきことに、比較的細い（約＜０．５ｍｍ）繊維が使用されるときには、捻れ作用によって生じた応力が吸収され得ることが見出された。更に、フィラメントは、固体繊維用の別個のフィーダがなくてもノズルから引き出すことができた。
【００１２】
また驚くべきことに、比較的細い固体繊維を印刷するための最も容易な方法が、印刷ノズル（printing nozzle）の側壁にある繊維サイズの孔を通して固体繊維を供給することによることも見出された。
【００１３】
比較的太い（＞０．５ｍｍ）繊維が使用されるときには、本明細書では、繊維用の別個のフィーダを有するプリンタの使用が提案される。特定の実施形態において、本明細書では、印刷中の繊維の捻れを回避／低減するために、プリンタヘッドの動きと同期するように固体繊維キャリアを回転させることが更に提案される。
【００１４】
それゆえ、第１の態様において、本発明は、熱溶解積層法３Ｄプリンタ（「プリンタ」又は「ＦＤＭプリンタ」）を使用して３Ｄ物品（「物品」）を３Ｄ印刷する方法を提供する。方法は、（ｉ）３Ｄ印刷可能材料を熱溶解積層法３Ｄプリンタのプリンタノズルに供給するステップと、（ｉｉ）繊維供給ユニットを用いて、細長い固体繊維をプリンタノズルに供給するステップと、（ｉｉｉ）印刷段階中に、プリンタノズルによって３Ｄ印刷可能材料と細長い固体繊維（「繊維」若しくは「細長い繊維」若しくは「固体繊維」、又は実施形態では繊維束）とを同時に堆積させて、細長い固体繊維が埋め込まれた３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ物品を提供するステップと、を含む。
【００１５】
繊維供給ユニットは、細長い固体繊維の伸長軸線周りの、プリンタノズルに供給される細長い固体繊維の回転を制御するように更に構成されている。方法は、細長い固体繊維が少なくとも０．５ｍｍの直径ｄを有するときに、細長い固体繊維の回転を制御するステップを更に含む。
【００１６】
そのような方法では、３Ｄ印刷された層に長い繊維を安定的かつ恒久的に埋め込むことが可能となるようである。比較的太い繊維さえも埋め込まれてもよい。本明細書に記載される方法において、そのような繊維は、光学用途（導波若しくは導光）、又は、光源などの電気部品に電力を供給するための導電体としてなど電気的な目的で使用されてもよい。
【００１７】
上述されたように、本発明はとりわけ、３Ｄ物品を３Ｄ印刷するステップを含む方法を提供する。それゆえ、本発明は、３Ｄ印刷方法、特にＦＤＭ印刷方法を提供する。
【００１８】
（本明細書に記載される方法を用いて）得られた３Ｄ印刷された物品は、それ自体で機能的なものであり得る。このようにして得られた３Ｄ物品は、（代わりに）装飾目的又は芸術目的で使用されてもよい。３Ｄ印刷された物品は、機能的部品を含んだり、機能的部品を備えたりしてもよい。機能的部品は、特に、光学部品、電気部品、及び磁気部品から成る群から選択されてもよい。用語「光学部品」は、特に、レンズ、ミラー、（ＬＥＤのような）光源などの光学的機能を有する構成要素を指す。用語「電気部品」は、例えば、集積回路、ＰＣＢ、バッテリ、ドライバを指し得るが、光源（光源が光学部品及び電気部品と見なされ得るため）なども指し得る。磁気部品という用語は、例えば、磁気コネクタ、コイルなどを指し得る。代わりに又は加えて、機能的部品は、（例えば、電気部品を冷却又は加熱するように構成された）熱的部品を備えてもよい。それゆえ、機能的部品は、熱を発生させたり、熱を捕捉したりするように構成されてもよい。
【００１９】
例えば、実施形態において、細長い繊維は、光源又は他の電気部品と機能的に結合されてもよい。例えば、実施形態において、細長い固体繊維は、炭素繊維又は銅繊維などの導電性材料を含む。そのような細長い繊維は、電気部品に電力を供給するために使用されてもよい。また他の実施形態において、細長い繊維は、導波目的で光源と機能的に結合されてもよい。それゆえ、特定の実施形態において、細長い固体繊維は、光ガイド材料を含む。繊維は、可視光又は他の種類の光をガイドするために使用されてもよい。繊維は、通信目的などで使用されてもよい。
【００２０】
上述されたような電気部品などの機能的部品は、３Ｄ物品の一部（少なくとも部分的に埋め込まれるなど）でもよく、３Ｄ物品の一部でなくてもよい。後者の状況において、３Ｄ物品及びそのような機能的部品は、（例えば、ユーザによって）機能的に結合されてもよい。
【００２１】
例えば、実施形態において、細長い固体繊維はガラス材料を含む。そのようなガラス繊維は、光ガイドとして使用することができる。それらはクラッド層を有してもよい。それらは、シリカ、フルオロジルコン酸塩、フルオロアルミン酸塩、及びカルコゲナイドガラスなどの材料で作製されてもよい。それらは、ステップ屈折率、勾配屈折率を有してもよい。それは、ＰＭＭＡなどのプラスチック繊維、シリコーンゴムなどで作製されてもよい。
【００２２】
繊維はまた、機械的機能及び／又は装飾的機能も有することができる。それは、Ｋｅｖｌａｒなどのパラアラミド合成繊維、ポリアミド繊維、及びポリエステル繊維などのポリマー繊維とすることができる。それゆえ、実施形態において、細長い固体繊維は、ポリマー材料又は炭素材料などを含んでもよい。
【００２３】
用語「固体繊維」は、特に、熱溶解積層印刷段階に特に適用され得る熱可塑性材料のガラス温度及び／又は融解温度で固体である材料に関する。このことは、特にガラス材料又は炭素繊維にあてはまり得る。それゆえ、印刷中、固体フィラメントは、本質的に溶融しないか、又は軟化する（これは３Ｄ印刷可能材料にも同様にあてはまり得る）が、固体のままである。
【００２４】
繊維という用語はまた、例えば、クラッドを含む光ファイバなどのコア−シェル繊維、又は絶縁体を含む導電線を指してもよい。それゆえ、用語「繊維」は、比較的長くて細い、すなわち細長い任意の線状要素を本質的に指し得る。例えば、（長さと直径との）アスペクト比は、実施形態において、１００以上、１０００以上などの１０以上であってもよく、更に大きなアスペクト比も可能である。
【００２５】
３Ｄ印刷された最終物品には、２つ以上の繊維が存在してもよいことに留意されたい。それゆえ、異なる機能を有する異なる繊維が利用可能であり得る。それゆえ、用語「繊維」は、複数の繊維もまた指し得る。それゆえ、用語「繊維」は、本質的に同じ繊維の束又は複数の異なる繊維の束などの束繊維もまた指してもよい。
【００２６】
繊維は、約０．０５〜５ｍｍ、例えば０．１〜２ｍｍの範囲の太さ又は直径を有してもよい。繊維は、円形の断面を必ずしも有していない。しかし、断面が非円形であるときに、最短寸法と最長寸法とが、あまり大きく異ならない。例えば、最小厚と最大厚との間のアスペクト比が、０．５〜２の範囲から選択されてもよい。それゆえ、事実上、繊維は、円形の断面を本質的に有し得る。太さ又は直径はまた、相当径又は円相当径として示されてもよい。不規則な２次元形状の円相当径（equivalent circular diameter）（すなわちＥＣＤ）は、等価面積の円の直径である。例えば、辺ａを有する正方形の円相当径は、２＊ａ＊ＳＱＲＴ（１／π）である。
【００２７】
上記されたように、用語「繊維」は、繊維の束もまた指し得る。そのような場合、太さ、直径、及び長さを目的として、繊維の束を繊維と呼ぶ。
【００２８】
繊維は、実施形態において、例えば、少なくとも約０．５ｃｍ、少なくとも約１ｃｍなど、少なくとも約２ｃｍのような、少なくとも約２．５ｃｍなど、少なくとも約５ｃｍなど、５〜１００ｃｍの範囲から選択されるなど、又は、さらに少なくとも約１０ｃｍなど、例えば最大で数メートル、最大で２メートル、ましては５メートルのような長さを有する。それゆえ、特定の実施形態において、細長い固体繊維は、少なくとも５ｃｍの長さ（ｌ）を有する。実施形態において、長さが異なってもよい２つ以上の繊維が利用可能でもよいことに留意されたい。
【００２９】
更に、本発明の方法は、印刷段階中に、熱溶解積層法３Ｄプリンタを用いて単一のノズルによって、（ａ）３Ｄ印刷可能材料と、（ｂ）細長い固体繊維とを同時に堆積させるステップを含む。それゆえ、繊維と３Ｄ印刷可能材料との両方が同じノズルから流出し、堆積される。それゆえ、両方とも、同じ単一の開口を通して供給される。
【００３０】
用語「単一のノズル」は、プリンタが２つ以上のプリンタヘッド、それゆえ２つ以上のノズルと共に使用されてもよいことを除外しないことに留意されたい。しかし、本発明の方法において、印刷段階中に、同時堆積は、３Ｄ印刷可能材料と繊維との両方がガイドされるノズルを用いて行われる。
【００３１】
上述されたように、本方法は、印刷段階中に、３Ｄ印刷可能材料を堆積させるステップを含む。本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」とは、堆積又は印刷されることになる材料を指し、用語「３Ｄ印刷された材料」は、堆積後に得られる材料を指す。これらの材料は、本質的に同じでもよく、これは、３Ｄ印刷可能材料が、特に、高温のプリンタヘッド又は押出機内の材料を指してもよく、３Ｄ印刷された材料が、同じ材料であるが、堆積された後の段階の材料を指すためである。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして印刷され、フィラメントとして堆積される。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして供給されてもよく、又はフィラメントへと形成されてもよい。それゆえ、いかなる出発材料が適用されるとしても、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントが、プリンタヘッドによって供給されて、３Ｄ印刷される。
【００３２】
本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、「印刷可能材料」として示されてもよい。用語「ポリマー材料」とは、実施形態では、異なるポリマーのブレンドを指す場合もあるが、実施形態ではまた、本質的に、異なるポリマー鎖長を有する単一タイプのポリマーを指す場合もある。それゆえ、用語「ポリマー材料」又は「ポリマー」は、単一タイプのポリマーを指す場合もあるが、また、複数の異なるポリマーを指す場合もある。用語「印刷可能材料」は、単一タイプの印刷可能材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷可能材料を指す場合もある。用語「印刷された材料」は、単一タイプの印刷された材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷された材料を指す場合もある。
【００３３】
用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、２つ以上の材料の組み合わせを指す場合もある。一般に、これらの（ポリマー）材料は、ガラス転移温度Ｔｇ及び／又は融解温度Ｔｍを有する。３Ｄ印刷可能材料は、ノズルから出る前に、３Ｄプリンタによって、少なくともガラス転移温度、及び、一般には、少なくとも融解温度の温度まで加熱されることになる。それゆえ、特定の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、ガラス転移温度（Ｔｇ）及び／又は融点（Ｔｍ）を有する熱可塑性ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、３Ｄ印刷可能材料を、ガラス転移を超えて加熱し、材料が半結晶性ポリマーである場合には、融解温度を超えて加熱することを含む。更に別の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、融点（Ｔｍ）を有する（熱可塑性）ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、受け物品上に堆積されることになる３Ｄ印刷可能材料を、少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。ガラス転移温度は、一般に、融解温度と同じものではない。融解は、結晶性ポリマーにおいて生じる転移である。融解は、ポリマー鎖が、それらの結晶構造から脱落して、無秩序な液体になる際に発生する。ガラス転移は、非晶質ポリマーに発生する転移であり、すなわち、固体状態である場合であっても、それらの鎖が規則的な結晶として配列されておらず、いずれかの方式で単に分散されているポリマーである。ポリマーは、本質的にガラス転移温度を有し、融解温度を有さない、非晶質とすることができ、又は、一般にガラス転移温度と融解温度の両方を有する、（半）結晶質とすることができ、一般に、後者は前者よりも大きい。
【００３４】
上述されたように、本発明は、それゆえ、３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを供給するステップと、印刷段階中に、３Ｄ物品を提供するために、基材上に３Ｄ印刷可能材料を印刷するステップとを含む、方法を提供する。３Ｄ印刷可能材料として特に適格であり得る材料は、金属、ガラス、熱可塑性ポリマー、シリコーンなどから成る群から選択されてもよい。特に、３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene；アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ナイロン（又は、ポリアミド）、アセテート（又は、セルロース）、ＰＬＡ（poly lactic acid；ポリ乳酸）、テレフタレート（ＰＥＴポリエチレンテレフタレートなど）、アクリル（ポリメチルアクリレート、Ｐｅｒｓｐｅｘ（登録商標）、ポリメチルメタクリレート、polymethylmethacrylate；ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（又は、ポリプロペン）、ポリスチレン（Polystyrene；ＰＳ）、ＰＥ（膨張性高衝撃ポリテン（又は、ポリエテン）、低密度（ＬＤＰＥ）高密度（ＨＤＰＥ）など）、ＰＶＣ（polyvinyl chloride；ポリ塩化ビニル）、ポリクロロエテンなどから成る群から選択される、（熱可塑性）ポリマーを含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、尿素ホルムアルデヒド、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミンホルムアルデヒド、ポリカーボネート（Polycarbonate；ＰＣ）、熱可塑性エラストマなどから成る群から選択される、３Ｄ印刷可能材料を含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、ポリスルホンから成る群から選択される３Ｄ印刷可能材料を含む。
【００３５】
印刷可能材料は、受け物品上に印刷される。特に、受け物品は、構築プラットフォームとすることができ、又は、構築プラットフォームによって含まれることもできる。受け物品はまた、３Ｄ印刷中に加熱されることができる。しかしながら、受け物品はまた、３Ｄ印刷中に冷却されてもよい。
【００３６】
語句「受け物品上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、受け物品上に直接印刷すること、又は、受け物品上のコーティング上に印刷すること、又は、受け物品上に以前に印刷された、３Ｄ印刷された材料上に印刷することを含む。用語「受け物品」は、印刷プラットフォーム、プリントベッド、基材、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなどを指し得る。用語「受け物品」の代わりに、用語「基材」が使用されてもよい。語句「受け物品上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、印刷プラットフォーム、プリントベッド、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなどの上の、あるいは、それらによって含まれている、別個の基材上に印刷することもまた含む。それゆえ、語句「基材上に印刷する」及び同様の語句は、とりわけ、基材上に直接印刷すること、又は、基材上のコーティング上に印刷すること、又は、基材上に以前に印刷された、３Ｄ印刷された材料上に印刷することを含む。以降では、基材という用語が更に使用され、当該用語は、印刷プラットフォーム、プリントベッド、基材、支持体、ビルドプレート、又は構築プラットフォームなど、あるいは、それらの上の、又はそれらによって含まれている、別個の基材を指す場合がある。
【００３７】
このようにして、細長い固体繊維が埋め込まれた３Ｄ印刷された材料を含む３Ｄ物品が提供される。３Ｄ印刷された物品は基本的に、フィラメント上にフィラメントを堆積させる積層プロセスに基づく層状構造を有してもよい。そのような層の少なくとも一部は、繊維を、繊維が層に埋め込まれた状態で含む。それゆえ、繊維は、本質的に全長にわたって、すでに３Ｄ印刷された物品の層をなしている先のフィラメントに埋め込まれている。以下も更に参照されたい。もちろん、必ずしも、層又は先のフィラメントの全てが、１つ以上の繊維を含むとは限らない。
【００３８】
繊維が堆積されるときにプリンタヘッドが方向転換すると問題が生じる場合がある。フィラメントは、本質的にあらゆる角度又は湾曲に比較的容易に追従し得るが、繊維は、あまり柔軟でない場合がある。本発明は、繊維の伸長軸線周りの繊維の回転を可能にするユニットを設けることにより、そのような問題を解決する。用語「回転」は、０°よりも大きな任意の回転角（又は「回転角度」）を指してもよい。もちろん、回転は、反時計回りの回転でも、時計回りの回転でもよい。回転は、プリンタヘッドが作り出す角度又は湾曲に依存し得る。
【００３９】
方法は、３Ｄ印刷可能材料をプリンタノズルに供給するステップと、繊維供給ユニットを用いて細長い固体繊維をプリンタノズルに供給するステップと、を含み、繊維供給ユニットは、細長い固体繊維の伸長軸線（Ｃ１）周りの、プリンタノズルに供給される細長い固体繊維の回転を制御するように更に構成されている。このようにして、印刷段階中に、例えば方向転換するときに、細長い固体繊維のトルクを補償することが可能となる。繊維供給ユニットは、プリンタヘッドに取り付けられてもよく、又はプリンタヘッドとは別個でもよい。しかし、プリンタは、繊維供給ユニットがプリンタヘッドに追従することができ、必要とされる場合には、方向転換（湾曲又は角度）を補償するための回転を繊維に加えることができるように構成されている。繊維供給ユニットは、いくつかの要素から成っていてもよく、そのうちの１つ以上が回転可能でもよい。それゆえ、実施形態において、繊維供給ユニットの少なくとも一部は、プリンタノズルに対して回転及び／又は並進してもよい。例えば、繊維供給ユニットは、回転可能及び／又は並進可能なヘッドを備えてもよい。特に、繊維供給ユニットの一部は、回転可能なヘッドのように、少なくとも回転可能であってもよい。更なる特定の実施形態において、ヘッドは並進可能かつ回転可能である。それゆえ、実施形態において、繊維供給ユニットの少なくとも一部、例えば、少なくとも当該ヘッドなどは、印刷中の繊維の捻れを回避又は低減するために、プリンタヘッドの動きと同期して動くように構成されてもよい。
【００４０】
上述されたように、細い繊維の場合、トルクは、小さい場合があり、繊維によって補償され得る。より太い繊維の場合、急な湾曲は、３Ｄ印刷された製品中又はすでに印刷中に、張力をもたらし得る、繊維のトルクを招く場合がある。本明細書では参照符号ｔでも示される、堆積層の高さは、特に、繊維直径（ｄ）よりも１．５倍大きくてもよい（ｔ＞１．５ｄ）ことが見出された。本明細書では参照符号ｗでも示される、堆積繊維の幅は、特に、繊維直径の２倍よりも大きくてもよい（ｗ＞２ｄ）。
【００４１】
方法は、細長い固体繊維が少なくとも０．５ｍｍの直径ｄを有するときに、細長い固体繊維の回転を制御するステップを更に含む。このようにして、印刷段階中に、細長い固体繊維のトルクが補償されてもよい。もちろん、所望により、少なくとも０．２ｍｍの直径を有する繊維など、より細い繊維の場合にも、回転が制御されてもよい。しかし、また他の実施形態において、細長い固体繊維が０．５ｍｍ未満の直径を有する場合、補償が行われなくてもよい。上述されたように、実施形態において、繊維が本質的に円形の断面を有していないときに、用語「直径」は、相当径を指し得る。
【００４２】
更に、最良の結果は、（３Ｄ印刷された製品、すなわち先のフィラメントの）層高さ及び／又は層幅が繊維の直径よりも実質的に大きいときに得られ得るようである。それゆえ、特定の実施形態において、細長い固体繊維は直径ｄを有し、方法は、堆積中に、３Ｄ印刷された材料の層高さ（ｔ）を少なくとも１．５＊ｄに制御するステップ、及び／又は、堆積中に、３Ｄ印刷された材料の層幅（ｗ）を少なくとも２＊ｄに制御するステップを更に含む。なお、ここでは３Ｄ印刷層と呼ぶ。ノズルから流出するフィラメントは、少なくとも約１．７５＊ｄの直径を有してもよい。
【００４３】
非円形の断面を有する層は、例えば、印刷層とプリンタノズルとの間の距離をノズルのオリフィスの直径よりも小さく調節することによって作り出すことができる。印刷中に層厚を変化させることも可能である。
【００４４】
オプションとして、所望の箇所で繊維を切断するためのカッターが含まれてもよい。それゆえ、実施形態において、プリンタは、繊維を切断するように構成されたカッターもまた含んでもよい。このことは、プリンタヘッドへの繊維の導入の（一時的な）中断を意味し得る（以下も参照されたい）。更に、繊維が所望されない部分の印刷中に、流れるポリマーの粘性作用によって繊維が引き出されるのを中断させるために破断が使用されてもよい。このようにして、物体が、繊維を含まない部分を伴って製造されてもよい。このようにして、電気部品が配置され得る回路を製造することもできる。
【００４５】
繊維は、３Ｄ印刷可能材料と共に、プリンタヘッドの単一の（上部）開口に供給されてもよい。オプションとして、繊維及び印刷可能材料をプリンタヘッドに導入するために異なる開口が使用される。特定の実施形態において、繊維は、プリンタヘッドに側方から供給されてもよい（以下も参照されたい）。
【００４６】
本明細書に記載される方法は、３Ｄ印刷された物品を提供する。本明細書に記載される方法で得られる３Ｄ印刷された物品は、堆積層を含み、層は、ポリマー材料を含む３Ｄ印刷された材料を含み、層は、３Ｄ印刷された材料に埋め込まれた細長い固体繊維を更に含み、層は、特定の実施形態において、少なくとも１．５＊ｄの層高さ（ｔ）を有し、及び／又は、層は、特定の実施形態において、少なくとも２＊ｄの層幅（ｗ）を有し、ｄは細長い固体繊維の直径である。オプションとして、異なる層が異なる高さ又は幅を有してもよいことに留意されたい。代わりに又は加えて、繊維は、それらの長さにわたって直径が変化し、及び／又は、異なる繊維（利用可能な場合）が、異なる直径を有してもよい。
【００４７】
上述されたように、細長い固体繊維は、導電性材料及び光ガイド材料のうちの１つ以上を含んでもよい。例えば、細長い固体繊維はガラス材料を含む。特に、細長い固体繊維は、少なくとも５ｃｍの長さ（ｌ）を有する。
【００４８】
３Ｄ印刷された物品は、それ自体として使用されてもよく、又はより大きなデバイス若しくはシステムの一部でもよい。後者の例は、（ａ）（可視）光源光を供給するように構成された光源と、（ｂ）本明細書に記載される方法で得られる３Ｄ物品と、を備える照明システムであって、細長い固体繊維が、（電力を供給するために）光源に機能的に結合された電気導体として構成されており、又は、光ファイバであって、光源から光源光を受光し、光ファイバの長さ（Ｌ）の少なくとも一部にわたって光源光を導光するように構成された光ファイバとして、構成されている、照明システムである。
【００４９】
３Ｄ印刷プロセスに戻ると、本明細書に記載される３Ｄ印刷された物品を提供するために、特定の３Ｄプリンタが使用されてもよい。
【００５０】
それゆえ、第２の態様において、本発明はまた、３Ｄ印刷可能材料を基材に供給するための熱溶解積層法３Ｄプリンタも提供する。熱溶解積層法３Ｄプリンタは、プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、３Ｄ印刷可能材料をプリンタヘッドに供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイスと、を備える。３Ｄ印刷可能材料供給デバイスは、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントを、プリンタヘッドに供給してもよく、又は、３Ｄ印刷可能材料それ自体を供給して、プリンタヘッドが、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントを作り出してもよい。それゆえ、一態様において、本発明は、（ａ）プリンタノズルを含むプリンタヘッドと、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントをプリンタヘッドに供給するように構成されたフィラメント供給デバイスと、を備える熱溶解積層法３Ｄプリンタであって、３Ｄ印刷可能材料を基材に供給するように構成された熱溶解積層法３Ｄプリンタを提供する。
【００５１】
熱溶解積層法３Ｄプリンタは、細長い固体繊維をプリンタヘッドに供給するための繊維供給ユニットを更に備え、熱溶解積層法３Ｄプリンタは、印刷段階中に、プリンタノズルによって３Ｄ印刷可能材料と細長い固体繊維とを同時に堆積させるように構成されている。
【００５２】
繊維供給ユニットは、特に、印刷段階中に細長い固体繊維のトルクを補償するためなどに、細長い固体繊維の伸長軸線（Ｃ１）周りの、プリンタノズルに供給される細長い固体繊維の回転を制御するように構成されている。
【００５３】
熱溶解積層法３Ｄプリンタは、制御システム（Ｃ）を更に備え、制御システム（Ｃ）は、細長い固体繊維が少なくとも０．５ｍｍの直径を有するときに、細長い固体繊維の回転を制御するように構成されている。実施形態において、細長い固体繊維が０．５ｍｍ未満の直径を有するときには、補償が行われない。用語「制御する」及び同様の用語は、特に、要素の挙動を決定すること又は要素の動作を管理することを少なくとも指す。それゆえ、本明細書では、「制御する」及び類似の用語は、要素に対し、例えば、測定すること、表示すること、作動すること、開くこと、移動すること、温度を変えること等などの、挙動を課すこと（挙動を決定すること又は要素の動作を管理すること）等を例えば指す場合がある。そのほか、用語「制御」及び類似の用語は、付加的に、モニタリングを含んでもよい。それゆえ、用語「制御する」及び同様の用語は、要素に挙動を課すこと、及びまた要素に挙動を課して当該要素をモニタリングすることを含んでもよい。
【００５４】
実施形態において、本発明は、そのような熱溶解積層法３Ｄプリンタであって、繊維供給ユニットが、細長い固体繊維をプリンタヘッドの側面入口を介してプリンタノズルに導入するように更に構成されており、３Ｄ印刷可能材料供給デバイスが、３Ｄ印刷可能材料をプリンタヘッドの上部入口に供給するように構成されている、熱溶解積層法３Ｄプリンタを提供する。そのような３Ｄプリンタは、特に、最大０．５ｍｍの直径を有するような、より細い繊維を導入するために使用されてもよい。
【００５５】
また更に特定の実施形態において、本明細書に規定される熱溶解積層法３Ｄプリンタは、制御システムを更に備え、制御システムは、実施形態において、（堆積中に）少なくとも１．５＊ｄである３Ｄ印刷された材料の層高さ（ｔ）を制御するように構成されてもよく、ｄは細長い固体繊維の直径である。更に、実施形態において、制御システムは、（堆積中に）少なくとも２＊ｄである３Ｄ印刷された材料の層幅（ｗ）を制御するように構成されてもよく、ｄは細長い固体繊維の直径である。上述されたように、制御システムは、実施形態において、特に、細長い固体繊維が少なくとも０．５ｍｍの直径を有するときに、（堆積中に）細長い固体繊維の回転を制御するように構成されてもよい。それゆえ、特定の実施形態において、制御システムは、実施形態において、繊維供給ユニット、例えば、回転可能及び／又は並進可能な当該ヘッドを（堆積中に）制御するように構成されてもよい。
【００５６】
用語「熱溶解積層法（ＦＤＭ）３Ｄプリンタ」の代わりに、簡潔に、用語「３Ｄプリンタ」、「ＦＤＭプリンタ」、又は「プリンタ」が使用されてもよい。プリンタノズルはまた、「ノズル」として、又は場合により「押出機ノズル」として示されてもよい。
【００５７】
第３の態様において、本発明は、本明細書に記載される方法を実行するために使用され得るソフトウェア製品を提供する。ソフトウェア製品は、第２の態様による熱溶解積層法３Ｄプリンタによって実行されると、第１の態様による方法を熱溶解積層法３Ｄプリンタに実行させる命令を含むコンピュータプログラム製品でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
ここで、本発明の実施形態が、添付の概略図面を参照して例としてのみ説明され、図面中、対応する参照記号は、対応する部分を示す。
【図１ａ】３Ｄプリンタのいくつかの一般的な態様を概略的に示す。
【図１ｂ】３Ｄプリンタのいくつかの一般的な態様を概略的に示す。
【図２】３Ｄプリンタのいくつかの実施形態を概略的に示す。
【図３】３Ｄプリンタのいくつかの実施形態を概略的に示す。
【図４】３Ｄプリンタのいくつかの実施形態を概略的に示す。
【図５】３Ｄプリンタのいくつかの実施形態を概略的に示す。
【図６】３Ｄプリンタ（の一部）の一実施形態を概略的に示す。
【図７】堆積フィラメント（「層」）のいくつかの態様を概略的に示す。
【００５９】
これらの概略図面は、必ずしも正しい縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１ａは、３Ｄプリンタのいくつかの態様を概略的に示す。参照符号５００は、３Ｄプリンタを示す。参照符号５３０は、３Ｄ印刷を行うように構成された、特にＦＤＭ  ３Ｄ印刷用の機能ユニットを示しており、この参照符号はまた、３Ｄ印刷ステージユニット（stage unit）を示してもよい。この図には、３Ｄ印刷される材料を供給するための、ＦＤＭ  ３Ｄプリンタヘッドなどのプリンタヘッドのみが、概略的に示されている。参照符号５０１は、プリンタヘッドを示す。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタヘッドを含んでもよいが、他の実施形態もまた可能である。参照符号５０２は、プリンタノズルを示す。本発明の３Ｄプリンタは、特に、複数のプリンタノズルを含んでもよいが、他の実施形態もまた可能である。参照符号３２０は、印刷可能な（上述のものなどの）３Ｄ印刷可能材料のフィラメントを示す。明瞭性のために、３Ｄプリンタの全ての特徴部は示されておらず、本発明に特に関連する特徴部（以下もまた更に参照されたい）のみが示されている。
【００６１】
３Ｄプリンタ５００は、実施形態では少なくとも一時的に冷却されてもよい受け物品５５０上に、複数のフィラメント３２０を堆積させることによって、３Ｄ物品１０を生成するように構成されており、各フィラメント２０は、融点Ｔｍを有するような３Ｄ印刷可能材料を含む。３Ｄプリンタ５００は、プリンタノズル５０２の上流でフィラメント材料を加熱するように構成されている。このことは、例えば、押出機能及び／又は加熱機能のうちの１つ以上を有するデバイスで行われてもよい。そのようなデバイスは、参照符号５７３で示されており、プリンタノズル５０２の上流に（すなわち、時間においては、フィラメント材料がプリンタノズル５０２から出る前に）配置されている。プリンタヘッド５０１は、（それゆえ）液化器又は加熱器を含んでもよい。参照符号２０１は、印刷可能材料を示す。堆積されると、この材料は、（３Ｄ）印刷された材料として示され、これは、参照符号２０２で示されている。
【００６２】
参照符号５７２は、特にワイヤ形態の材料を有する、スプール又はローラを示す。３Ｄプリンタ５００は、この材料を、受け物品上の、又は既に堆積されている印刷された材料上の、フィラメント又はファイバ３２０に変換する。一般に、ノズルの下流のフィラメントの直径は、プリンタヘッドの上流のフィラメントの直径に対して低減されている。それゆえ、プリンタノズルは（また）、押出機ノズルとして示される場合がある。フィラメントを１つずつ順に重ね合わせて配置することにより、３Ｄ物品１０が形成されてもよい。参照符号５７５は、フィラメント供給デバイスを示しており、当該デバイスは、この場合とりわけ、参照符号５７６で示される、スプール若しくはローラ及び駆動輪を含む。
【００６３】
参照符号Ａは、長手方向軸線又はフィラメント軸線を示す。
【００６４】
参照符号Ｃは、特に、受け物品５５０の温度を制御するように構成された温度制御システムなどの、制御システムを概略的に示す。制御システムＣは、受け物品５５０を、少なくとも５０℃の温度まで加熱することが可能であるが、特に、少なくとも２００℃などの、最大約３５０℃の範囲まで加熱することが可能な加熱器を含んでもよい。
【００６５】
図１ｂは、構築中の３Ｄ物品１０の印刷を、より詳細な３Ｄで概略的に示す。この場合、この概略図面では、単一平面内のフィラメント３２０の端部が相互接続されていないが、現実には、実施形態において、このことが当てはまる場合もある。
【００６６】
それゆえ、図１ａ、図１ｂは、（ａ）プリンタノズル５０２を含む第１のプリンタヘッド５０１、（ｂ）３Ｄ印刷可能材料２０１を含むフィラメント３２０を、第１のプリンタヘッド５０１に供給するように構成されている、フィラメント供給デバイス５７５、及びオプションとして（ｃ）受け物品５５０を備える、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の、いくつかの態様を概略的に示す。図１ａ、図１ｂでは、第１の印刷可能材料若しくは第２の印刷可能材料、又は第１の印刷された材料若しくは第２の印刷された材料は、一般的表示の、印刷可能材料２０１及び印刷された材料２０２で示されている。
【００６７】
ここで、本発明者らは、プラットフォームがＺ方向に動く間に、プリンタヘッドがＸＹ平面内で動き、ポリマーが溶融してノズルから流出するプリンタヘッドにポリマーを押し出すためにフィーダが使用されるＦＤＭプリンタを使用して、ファイバーオプティクス、炭素繊維、線状導体などの連続固体フィラメントを印刷する方法を提案する。そのようなプリンタにおいて、固体フィラメントは、図２、図３及び図４に記載されるように、ポリマーと共にノズルに供給することができる。
【００６８】
図２〜図３は、熱溶解積層法３Ｄプリンタ、より具体的には、プリンタノズル５０２を含むプリンタヘッド５０１の実施形態を概略的に示す。図２に概略的に示される実施形態は、入口５０４からのポリマーの流れを回避する、という利点を有し得る。３Ｄ印刷可能材料２０１をプリンタヘッド５０１に供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイスは、図示されていないが、例えば図１ａを参照されたい。
【００６９】
熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、３Ｄ印刷可能材料２０１を基材１５５０に供給するように構成されている。熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、例えばフィーダ５８５を用いて、細長い固体繊維３１０をプリンタヘッド５０１に供給するための繊維供給ユニット５８０を更に備える。
【００７０】
図示されるように、これらの図において、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、印刷段階中に単一のノズル５０２によって３Ｄ印刷可能材料２０１と細長い固体繊維３１０とを同時に堆積させるように構成されている。更に、繊維供給ユニット５８０は、細長い固体繊維３１０をプリンタヘッド５０１の側面入口５０４を介してプリンタノズル５０２に導入するように更に構成されている。３Ｄ印刷可能材料供給デバイス（図示されていないが、図１ａを参照されたい）は、３Ｄ印刷可能材料２０１をプリンタヘッド５０１の上部入口５０５に供給するように構成されている。参照符号５９１は、側面ガイド管を示す。
【００７１】
参照符号２２２は、堆積層（フィラメント３２０の堆積の結果）を示す。
【００７２】
図４は、プリンタノズル５０２を含むプリンタヘッド５０１と、３Ｄ印刷可能材料２０１をプリンタヘッド５０１に供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイス５７５と、を備える熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の一実施形態を概略的に示しており、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、３Ｄ印刷可能材料２０１を基材１５５０に供給するように構成されており、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、細長い固体繊維３１０をプリンタヘッド５０１に供給するための繊維供給ユニット５８０（例えば、図１ａを参照されたい）を更に備え、熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、印刷段階中に単一のノズル５０２によって３Ｄ印刷可能材料２０１と細長い固体繊維３１０とを同時に堆積させるように構成されており、繊維供給ユニット５８０は、細長い固体繊維３１０をプリンタヘッド５０１の上部入口５０５を介してプリンタノズル５０２に導入するように更に構成されており、３Ｄ印刷可能材料供給デバイス５７５は、３Ｄ印刷可能材料２０１をプリンタヘッド５０１の上部入口５０５に供給するように構成されている。
【００７３】
参照符号ｔは、堆積層２２２の層高さを示す。
【００７４】
プラットフォーム又は基材１５５０は、印刷段階中に加熱されてもよい。
【００７５】
本発明者らは、印刷中に固体フィラメントが捻れることも見出した。このことは、固体フィラメントを正方形形態に配置することを非常に概略的に示す図５に最もよく示されている。円形の図形は、フィラメントの断面を示す。移動方向が９０°変化するコーナーでフィラメント内に捻れが生じるのを見ることができる。
【００７６】
本発明者らは、驚くべきことに、「細い」（＜０．５ｍｍ）フィラメントが使用される場合、捻れ作用によって生じた応力が吸収されることができ、ポリマーと共に固体フィラメントを印刷することが実現できることを見出した。更に、この太さでは、フィラメントは、外部フィーダを必要とせずに引っ張ることができた。
【００７７】
「太い」（＞０．５ｍｍ）固体フィラメントが使用される場合、本発明者らは、フィラメント用の別個のフィーダを有するプリンタの使用を提案する。本発明者らは、印刷中のフィラメントの捻れを回避／低減するために、プリンタヘッドの動きと同期するように固体フィラメントキャリア（リール）を回転させるための機構を使用することを更に提案する。このことは、図６に概略的に示される。
【００７８】
図６は、プリンタノズル５０２を含むプリンタヘッド５０１と、３Ｄ印刷可能材料２０１をプリンタヘッド５０１に供給するように構成された３Ｄ印刷可能材料供給デバイス５７５と、を備える熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００の一実施形態を概略的に示す。熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、３Ｄ印刷可能材料２０１を基材１５５０に供給するように構成されている。熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、細長い固体繊維３１０をプリンタヘッド５０１に供給するための繊維供給ユニット５８０を更に備える。熱溶解積層法３Ｄプリンタ５００は、印刷段階中に単一のノズル５０２によって３Ｄ印刷可能材料２０１と細長い固体繊維３１０とを同時に堆積させるように構成されている。繊維供給ユニット５８０は、細長い固体繊維３１０の伸長軸線Ｃ１周りの、プリンタノズル５０２に供給される細長い固体繊維３１０の回転を制御するように更に構成されている。参照符号５８５は、固体繊維フィーダを示す。参照符号５８６は、繊維３１０を回転させるための機構の一実施形態を概略的に示す。回転オプションの例は、矢印で示されている。
【００７９】
最終的に、所望の箇所でフィラメントを切断するためのカッターを含むことができる。更に、フィラメントが所望されない部分の印刷中に、流れるポリマーの粘性作用によってフィラメントが引き出されるのを中断させるために破断を使用することができる。
【００８０】
堆積層の高さ（ｔ）は、優先的にフィラメント直径（ｄ）よりも１．５倍大きい（ｔ＞１．５ｄ）必要があることも見出された。堆積フィラメントの幅（ｗ）は、フィラメントの直径の２倍よりも優先的に大きい（ｗ＞２ｄ）ことが見出された。
【００８１】
図７は、例として固体繊維３１０をそれぞれ含む４つの堆積層（そのうちの２つ以上が相互接続されてもよい（見えない））を概略的に示す。
【００８２】
ポリマーの印刷中に様々なポリマーが使用され得るように複数のポリマー用フィーダを使用できることは言うまでもない。
【００８３】
とりわけ、ポリカーボネートマトリックス中に太さ０．３ｍｍの連続的な銅線を用いてシリンダーが作製された。そのようなデバイスは、例えば、装飾目的で使用されてもよいが、磁気的用途及び／又は電気的用途で使用されてもよい。
【００８４】
「実質的に成る」などの、本明細書の用語「実質的に（substantially）」は、当業者によって理解されるであろう。用語「実質的に」はまた、「全体的に（entirely）」、「完全に（completely）」、「全て（all）」などを伴う実施形態も含み得る。それゆえ、実施形態では、当該形容詞はまた、実質的に削除される場合もある。適用可能な場合、用語「実質的に」はまた、９５％以上、特に９９％以上、更に特に９９．５％以上などの、１００％を含めた９０％以上にも関連し得る。用語「備える（comprise）」は、用語「備える（comprise）」が「から成る（consists of）」を意味する実施形態もまた含む。用語「及び／又は」は、特に、その「及び／又は」の前後で言及された項目のうちの１つ以上に関連する。例えば、語句「項目１及び／又は項目２」、及び同様の語句は、項目１及び項目２のうちの１つ以上に関連し得る。用語「備える（comprising）」は、一実施形態では、「から成る（consisting of）」を指す場合もあるが、別の実施形態ではまた、「少なくとも定義されている種、及びオプションとして１つ以上の他の種を包含する」も指す場合がある。
【００８５】
更には、明細書本文及び請求項での、第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも、連続的又は時系列的な順序を説明するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明又は図示されるもの以外の、他の順序での動作が可能である点を理解されたい。
【００８６】
本明細書のデバイスは、とりわけ、動作中について説明されている。当業者には明らかとなるように、本発明は、動作の方法又は動作時のデバイスに限定されるものではない。
【００８７】
上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することが可能となる点に留意されたい。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も、その請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「備える（to comprise）」及びその活用形の使用は、請求項に記述されたもの以外の要素又はステップが存在することを排除するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数のそのような要素が存在することを排除するものではない。本発明は、いくつかの個別要素を含むハードウェアによって、及び、好適にプログラムされたコンピュータによって実装されてもよい。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、１つの同一のハードウェア物品によって具現化されてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。
【００８８】
本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、デバイスに適用される。本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、方法又はプロセスに関する。
【００８９】
本特許で論じられている様々な態様は、更なる利点をもたらすために組み合わされることも可能である。更には、当業者は、実施形態が組み合わされることが可能であり、また、３つ以上の実施形態が組み合わされることも可能である点を理解するであろう。更には、特徴のうちのいくつかは、１つ以上の分割出願のための基礎を形成し得るものである。
【００９０】
第１の（印刷可能又は印刷された）材料及び第２の（印刷可能又は印刷された）材料のうちの１つ以上は、それらの材料のＴｇ又はＴｍに影響を及ぼさない（及ぼす）ガラス及びファイバなどの充填剤を含有してもよいことは言うまでもない。
【図１Ａ】
2020516491.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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