(57)【要約】  積層造形システム（１０１）は、押し出されたファイバーの位置決め及び配向において、高い範囲の可撓性を有するポリマーでコーティングされたファイバーコアを有するポリファイバーストランド（１１４）を押し出すことができる。押し出されたファイバーは、単一の方向に重ねられてもよく、又は、複数の方向に重ねられるように屈曲又は折り曲げられてもよい。装置及び構成要素の構造は、ストランド（２１４、２１６）の間とその周囲とに間隙空間（２０９）を有する、相互接続されて押し出されたストランド（２１４、２１６）を使用して作製され得る。この構造には、圧力又は真空をベースとする注入システムを使用して、樹脂（２２２）又はポリマーを注入することができる。このようにして、高価な金型を必要とせずに、耐久性のあるポリマー対象物を作製することができる。特定の方法で、又は、方向に優先的に撚れるか、又は、曲がる対象物領域を作るように、対象物において使用されるストランドの種類を変えること、並びに樹脂の種類が異なるか、又は、樹脂を有さないゾーンを備えた対象物を作製することを含む、その他の技術も可能である。
2020529344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形システムであって、
（ａ）ポリマーダイであって、
（ｉ）ファイバー入力部、
（ｉｉ）加熱されたポリマー入力部、及び
（ｉｉｉ）ポリファイバー出力部、を備え、
前記ポリマーダイが、前記ファイバー入力部からファイバーストランドを受容し、前記加熱されたポリマー入力部からのポリマーで前記ファイバーストランドをコーティングし、前記ポリファイバー出力部からポリファイバーストランドを押し出すように動作可能である、ポリマーダイと、
（ｂ）前記ポリファイバー出力部に配置され、前記ポリファイバーストランドを切断するように動作可能なポリファイバーカッターと、
（ｃ）前記ポリファイバー出力部を位置決め及び配向するように動作可能な位置決めシステムと、
（ｄ）制御システムであって、
（ｉ）プロセッサ、及び
（ｉｉ）メモリ、を備え、
前記制御システムが、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムの動作を制御するように構成されている、制御システムと、
（ｅ）液体樹脂で対象物の間隙空間を充填するように動作可能な樹脂注入システムと、を備え、
前記制御システムが、製造部品の構造を定義する一組の座標で構成された対象物デフィニションを受信し、かつ、前記対象物デフィニションに基づいて、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムを動作させ、複数のポリファイバーストランドを押し出し、切断し、堆積させて前記構造を作製するように更に構成され、前記構造は、前記樹脂注入システムによる液体樹脂の注入及び硬化時に前記製造部品を製造するように構成された一組の間隙空間を画定する、積層造形システム。
【請求項２】
前記位置決めシステムは、前記構造上の方向性が１つ以上変化している、連続したポリファイバーストランドを堆積させるように動作可能である、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項３】
前記樹脂注入システムが、真空樹脂注入システム及び加圧樹脂注入システムからなる群より選択される種類のものである、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項４】
前記ファイバーストランドが、炭素、ガラス、及びアラミドからなる群より選択される種類のものである、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項５】
前記製造部品が医療用装置の構成要素である、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項６】
前記医療用装置が、インプラント、ハンドル、外科用材料、及びグリップからなる群より選択される種類のものである、請求項５に記載の積層造形システム。
【請求項７】
前記構造の前記複数のポリファイバーストランドが、前記製造部品の強度を向上させるように配置されている、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項８】
前記構造が、一組の垂直に配置されたポリファイバーストランド層と、一組の水平に配置されたポリファイバーストランド層とを更に備える、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項９】
前記制御システムは更に、
（ｉ）剛性プロファイルを受信し、前記剛性プロファイルに基づいて、前記構造の作製中に堆積される２つ以上のストランド種類を決定し、
（ｉｉ）前記構造上に、前記２つ以上のストランド種類を押し出し、切断し、堆積させるように構成され、
前記製造部品は、前記２つ以上のストランド種類の配置により、１箇所以上で優先的に屈曲可能である、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項１０】
前記２つ以上のストランド種類が、剛性ストランド及び可撓性ストランドを含む、請求項９に記載の積層造形システム。
【請求項１１】
一組の剛性ストランドが、前記製造部品の外側の角に配置され、一組の可撓性ポリマーストランドが、前記製造部品の中央に配置され、前記製造部品が、力を受け、前記中央で優先的に屈曲するように構成されている、請求項１０に記載の積層造形システム。
【請求項１２】
前記２つ以上のストランド種類が、略剛性のポリファイバーストランド及び可撓性ポリマーストランドを含む、請求項９に記載の積層造形システム。
【請求項１３】
前記制御システムは更に、
（ｉ）剛性プロファイルを受信し、前記剛性プロファイルに基づいて、前記構造において、樹脂不透過性壁部によって分離されなければならない２つ以上の区画を決定し、
（ｉｉ）前記複数のポリファイバーストランドを押し出し、切断し、堆積させることにより、前記樹脂不透過性壁部を作製するように構成され、
前記構造への液体樹脂の注入時、前記構造の第１の区画には第１の液体樹脂を注入し、前記構造の第２の区画には前記第１の液体樹脂が注入されず、前記第１の区画及び前記第２の区画は、前記樹脂不透過性壁部で分離されている、請求項１に記載の積層造形システム。
【請求項１４】
前記製造部品の製造時、前記構造の前記第２の区画に、第２の液体樹脂が注入されるように構成されている、請求項１３に記載の積層造形システム。
【請求項１５】
前記製造部品の製造時、前記構造の前記第２の区間が、中空のままであるように構成されている、請求項１３に記載の積層造形システム。
【請求項１６】
積層造形部品を製造する方法であって、
（ａ）積層造形システムを使用して製造部品の構造を製造する工程であって、前記構造は、一組の間隙空間を含む、工程と、
（ｂ）前記積層造形システムを介して、複数のポリファイバーストランドを前記構造上に配置する工程であって、前記複数のポリファイバーストランドを配置する工程は、
（ｉ）ポリファイバーストランドを押し出す工程、
（ｉｉ）前記ポリファイバーストランドを切断する工程、及び
（ｉｉｉ）前記構造上に前記ポリファイバーストランドを堆積させる工程、を含む、工程と、
（ｃ）樹脂注入システム内に前記構造を配置し、樹脂注入プロセスを行うことにより、前記製造部品を製造する工程であって、前記樹脂注入システムは、前記一組の間隙空間に液体樹脂を充填する、工程と、
（ｄ）前記製造部品を硬化させる工程と、を含む、積層造形部品を製造する方法。
【請求項１７】
前記樹脂注入プロセスは、真空樹脂注入プロセスであり、前記製造部品は、鋳型を用いずに製造される、請求項１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
【請求項１８】
前記積層造形システムは、複数のポリマーストランドを押し出し、切断し、堆積させ、前記製造部品は、前記複数のポリファイバーストランド及び前記複数のポリマーストランドを備え、前記製造部品は、前記複数のポリマーストランドの配置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲する、請求項１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
【請求項１９】
前記構造は、透過性区画及び不透過性区画を備え、前記樹脂注入プロセスを実施することにより、前記透過性区画に前記液体樹脂を充填させる一方で、前記不透過性区画には前記液体樹脂を充填させず、前記製造部品は、前記不透過性区画の位置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲する、請求項１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
【請求項２０】
積層造形システムであって、
（ａ）ポリマーダイであって、
（ｉ）ファイバー入力部、
（ｉｉ）加熱されたポリマー入力部、及び
（ｉｉｉ）ポリファイバー出力部、を備え、
前記ポリマーダイが、前記ファイバー入力部からファイバーストランドを受容し、前記加熱されたポリマー入力部からのポリマーで前記ファイバーストランドをコーティングし、前記ポリファイバー出力部からポリファイバーストランドを押し出すように動作可能である、ポリマーダイと、
（ｂ）前記ポリファイバー出力部に配置され、前記ポリファイバーストランドを切断するように動作可能なポリファイバーカッターと、
（ｃ）前記ポリファイバー出力部を位置決め及び配向するように動作可能な位置決めシステムと、
（ｄ）制御システムであって、
（ｉ）プロセッサ、及び
（ｉｉ）メモリ、を備え、
前記制御システムが、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムの動作を制御するように構成されている、制御システムと、
（ｅ）液体樹脂で対象物の間隙空間を充填するように動作可能な樹脂注入システムと、を備え、
前記制御システムが、医療用装置の構造を定義する一組の座標で構成された対象物デフィニションを受信し、かつ、前記対象物デフィニションに基づいて、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムを動作させ、複数のポリファイバーストランド及び複数のポリマーストランドを押し出し、切断し、堆積させて前記構造を作製するように構成され、前記複数のポリファイバーストランドは、方向性が１つ以上変化している、連続したポリファイバーストランドを含み、前記構造は、前記樹脂注入システムによる液体樹脂の注入及び硬化時、前記医療用装置を製造するように構成された一組の間隙空間を含み、前記医療用装置は、前記複数のポリマーストランドの位置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲するように構成されている、積層造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、装置、構成要素、及びその他の対象物の積層造形のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
使用される用途及び環境により、医療装置によっては、金属の代わりにポリマー材料を使用して製造されることが有利となることがある。ポリマー材料を使用することで、材料獲得コストの低減、原材料の加工コストの低減、又はその両方を可能にし得る。ポリマー材料により、インプラント、人工装具、及びハンドヘルドツールにとって望ましくなり得る軽量化、インプラント及び人工装具の場合のアレルギー反応又は関連反応の変化低減、並びに生物学的用途で使用される場合に発生し得る錆、腐食、及びその他摩耗に対する抵抗性の改善を含む、更なる利点を有し得る。
【０００３】
これらが広範に使用されることを限定してきたポリマー材料の限界は、金属材料に対して機械的強度が低下するという点である。ツール、インプラント、人工装具、及びその他の対象物が使用中に受ける強い力により、従来のポリマー構成要素は、危険かつ予測不能な方法で破損し得る。従来のポリマー構成要素が機械的強度の要件を満たし得る場合であっても、特に、これらが限定的な量でのみ必要とされる場合には、それらのコスト上の利点が実現されない場合がある。例えば、大量生産されるポリマー構成要素は、多くの製造品目に亘って製造中に使用されるカスタム金型のコストを増大する場合があり、一方、固有の金型を必要とするカスタムのインプラント又は人工装具は、少数の製造品目に亘ってのみコストを増大する場合がある。
【０００４】
積層造形技術を使用して、上述の利益を達成する医療用装置を製造することができ、また、所与の医療用装置が、それが使用される特定の患者の解剖学及び／又は必要性に基づいて構造的にアドホック構成がとられ得るように、カスタマイズすることも可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、医療用装置の積層造形のためのシステム改善が必要とされている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
以下の図面及び詳細な説明は、単に例示に過ぎず、本願発明者らによって企図される本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【図１】部品を積層造形するためのシステムによって実行され得る例示的な方法における一連の高レベル工程を示すフローチャートである。
【図２】図１の方法内で実行され得る、部品の下層構造を作成する例示的な一連のサブ工程のフローチャートである。
【図３】図１の方法を実施するために使用され得る積層造形システムの押出ヘッドにポリマーコーティングファイバーを供給するための例示的な供給システムの概略図である。
【図４】図１の方法を実施するために使用され得る例示的な積層造形システムの概略図である。
【図５】図１の積層造形システム及び例示的な製造部品の概略図である。
【図６】図４の積層造形システムの例示的なポリマーダイの断面図である。
【図７】図５の製造部品の正面斜視図である。
【図８】積層造形プロセス中に押し出されたポリファイバーをいくつか示す正面斜視図である。
【図９】図８に示される押し出されたポリファイバーの側面立面図である。
【図１０】積層造形プロセス中に押出及び成形されたポリファイバーをいくつか示す斜視図である。
【図１１】図１に示される積層造形システムが、積層造形された下層構造を使用して部品を作製するために実行可能である、例示的な一連の工程を示すフローチャートである。
【図１２】第１段階における例示的な金型樹脂転写プロセスの正面斜視図である。
【図１３】第２段階における図１２の金型樹脂転写プロセスの正面斜視図である。
【図１４】図１２及び図１３のプロセスを使用して製造された例示的部品の側面断面図である。
【図１５】例示的な樹脂注入プロセスの側面立面図である。
【図１６】図１５のプロセスを使用して製造された例示的な部品の側面立面図である。
【図１７】図１２又は図１５のプロセスのうちの１つを使用して製造された例示的な部品の正面斜視図であり、点線は、内部構造を示している。
【図１８】図１２又は図１５のプロセスのうちの１つを使用して製造された別の例示的な部品の側面断面図であり、実線は、内部構造を示している。
【図１９】図１８の１９−１９線に沿った図１８の製造部品の上面断面図であり、実線は、内部構造を示している。
【図２０】可変の剛性を有する製造部品を製造するために、積層造形システムによって実施され得る例示的な一連の工程を示す。
【図２１】使用される個々のフィラメントの剛性に基づいて可変の剛性を有する領域を示した、例示的な製造部品の断面図である。
【図２２】使用される樹脂の種類又は非存在に基づいて可変の剛性を有する領域を示した、例示的な製造部品の断面図である。
【図２３Ａ】使用される樹脂の種類又は非存在に基づいて可変の剛性を有する領域を示した、例示的な製造部品の断面図である。
【図２３Ｂ】使用される樹脂の種類又は非存在に基づいて可変の剛性を有する領域の一例を示した、別の例示的な製造部品の断面図である。
【図２３Ｃ】使用される樹脂の種類又は非存在に基づいて可変の剛性を有する領域の一例を示した、別の例示的な製造部品の断面図である。
【図２３Ｄ】使用される樹脂の種類又は非存在に基づいて可変の剛性を有する領域の一例を示した、別の例示的な製造部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明者らは、例示を目的として、積層造形のためのシステム及び技術の文脈で適用されるように、本明細書に開示される新規技術を考案した。本発明者らによる技術について開示された用途は、積層造形の技術分野において長年感じられていたものの満たされていなかったニーズを満たしているが、本発明者らによる技術は、本明細書に記載される正確な方法で実施されることに限定されるものでなく、当業者が本開示を考慮して必要以上の実験を行うことなく、他の方法で実施可能であることが理解されなければならない。したがって、本明細書に記載される実施例は、単なる例示であると理解されるべきであり、限定的なものとして扱われるべきではない。
【０００８】
開示の技術は、金属材料ではなくポリマー材料から医療用装置又は医療用装置の構成要素を積層造形するために使用され得る。製造された装置の強度及び構造特性は、装置の一部の部分において高いレベルの可撓性を提供し、他の部分では高いレベルの剛性を提供するように、構造全体を通じて可変であり得る。装置の積層造形は、ポリマーコーティングの加熱及び冷却を通じて他のポリファイバーと結合し得るポリマーコーティングファイバー（ポリファイバー）を押し出す引抜プロセスを実行可能な新規のシステムを必要とする。各長さで押し出されたポリファイバーが配置されると、押出ノズルに近接して配置されたカッターが、押し出されたポリファイバーを切断する。このようにして、装置の多孔質下層構造は、１つ以上の種類のポリファイバーから作製され得る。押出ノズルは、様々なサイズ及び構造の装置の製造を可能にし、広範囲に亘るポリファイバーの指向性を可能にするように、広範囲の移動及び回転が可能であり、装置構造内の力ベクトルの最適化を可能にする。次いで、完成した下層構造には、硬化又は強固化され得る１種類以上のポリマー材料で、下層構造の多孔質領域を充填する樹脂含浸プロセスを施す。
【０００９】
様々な装置及び構成要素は、このようにしてポリマー材料から作製されてもよく、作製された装置は、埋め込まれた下層構造に起因して、成形されたポリマー装置と比較して強度及び耐久性が向上しており、各装置にとって好適なファイバーの配置及び指向性を提供するように、その装置に合わせてカスタム設計されてもよい。使用されるファイバーの種類（例えば、炭素、ガラス、アラミド）、使用されるポリマーの種類、並びにファイバーの配置及び指向性の柔軟性において選択可能なオプションの範囲により、このように製造され得る装置又は構成要素の種類は、ほぼ無限である。
【００１０】
いくつかの非限定的な例として、これは、Ｐｒｏｌｅｎｅ（登録商標）、Ｍｅｒｓｉｌｅｎｅ（登録商標）、及びＵｌｔｒａｐｒｏ（登録商標）の名称で提供されるものと同様のヘルニア手術用のカスタム設計又は成形を行った外科用メッシュ又は構造と、Ａｒｔｉｓｙｎ（登録商標）及びＧｙｎｅｃａｒｅ  Ｇｙｎｅｍｅｓｈ（登録商標）の名称で提供されるものと同様の子宮及び骨盤の手術用のカスタムサイズ及び形状の外科用メッシュ、Ｇｙｎｅｃａｒｅ  ＴＶＴ  Ｅｘａｃｔ（登録商標）、Ｇｙｎｅｃａｒｅ  ＴＶＴ  Ａｂｂｒｅｖｏ（登録商標）、及びＧｙｎｅｃａｒｅ  ＴＶＴ（商標）の名称で提供されるものなど、カスタムサイズ及び形状の骨盤インプラントを含み得る。これはまた、Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｗａｖｅ（登録商標）、Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｓｙｎｅｒｇｙ（登録商標）、Ｅｎｓｅａｌ（登録商標）、Ｅｃｈｅｌｏｎ  Ｆｌｅｘ（商標）、Ｐｒｏｘｉｍａｔｅ（登録商標）、その他の名称のもとに販売されているものなど、カスタムサイズ及び形状の外科用器具のグリップ、ハンドル、又はケーシングも含み得るもので、このような装置がカスタム部品に嵌合するようにでき、特定のユーザーに対して、彼らの好みに応じてカスタムフィットするか、又は、所望である、グリップ、ハンドル、形状、又はサイズの提供を可能にすることができる。他の装置及び構成要素としては、Ｒｅｌｉｅｖａ  Ｕｌｔｉｒｒａ（登録商標）の名称のもとに販売されているものなど、サイナスカテーテルシステムのカスタムサイズ及び形状の構成要素、Ａｃｔｉｓ（登録商標）、Ｃｏｒａｉｌ（登録商標）、Ｐｉｎｎａｃｌｅ（登録商標）、Ｒｅｃｌａｉｍ（登録商標）、Ｓｕｍｍｉｔ（登録商標）、及びＴｒｉ−Ｌｏｃｋ（登録商標）の名称のもとに販売されているものなど、カスタムサイズ及び形状の股関節インプラント、及びＢｉｏｉｎｔｒａｆｉｘ（登録商標）、Ｆｅｍｏｒａｌ  Ｉｎｔｒａｆｉｘ（商標）、Ｇｒｙｐｈｏｎ（登録商標）、及びＨｅａｌｉｘ  Ａｄｖａｎｃｅ（商標）の名称のもとに販売されているものなど、カスタムサイズ及び形状のインプラント及び定着システムが含まれ得る。当業者にとって、本明細書に記載されるシステム及び技術のうちの１つ以上を使用して有利に積層造形され得る他の装置及び構成要素は、本明細書の開示を考慮することで明らかとなろう。アドホック医療装置（又は医療用装置のアドホック構成要素）を製造するために積層造形が使用されるとき、医療用装置（又はその構成要素）は、医療用装置が使用される特定の患者に基づいて、及び／又は、医療用装置を使用する特定の医師に基づいて、カスタマイズされてもよいことも理解されたい。
【００１１】
図１は、装置、構成要素、部品、又は他の対象物の積層造形を行うために、図４及び図５に示されるような積層造形システム（１０１）によって実施され得る、一連の高レベル工程を示している。最初に、積層造形システム（１０１）のコントローラ又はプロセッサにより、部品デフィニションが受信される（ブロック３００）。部品デフィニションは、部品の下層構造又はフレームワークの座標を画定する。これは、下層構造を構成するポリファイバーの配置、配向、長さ、及び特性を含み、積層造形システム（１０１）のコントローラ又はプロセッサにより解釈され得る形式であり、押出ヘッド（２００）を位置決め及び配向し、１種類以上のポリファイバーを押し出し、押出ヘッドに近接したカッター（１１０）で押し出されたばかりのポリファイバーを切断するために積層造形システム（１０１）によって使用され得る。部品デフィニションは、一旦受信されると、積層造形システム（１０１）によって使用されて、一度に１つのファイバーと１つの層となるようにポリファイバーを押し出すことによって、加熱されたポリマーコーティングが冷却及び固化する際に、先立って配置されたファイバー上に押し出されたポリファイバーが積層されてこれに接着するようにして、下層構造を製造する（ブロック３０２）。
【００１２】
本明細書の実施例及び説明は、下層構造について言及するものであるが、開示された技術を使用して、対象物の上層構造、又は上層構造と下層構造とを組み合わせた構造を作製することもできることを理解されたい。例えば、製造された上層構造は、樹脂含浸プロセスが施され得る対象物の「表皮」、すなわち、外部構造であり得る。このようにして、内部中空を取り囲む多孔質上層構造を製造することができる。樹脂含浸中、多孔質外層は、樹脂の充填された中空の周囲を包囲するポリファイバー補強された表皮を形成する。上層構造及び下層構造の要素を組み合わせた構造も可能である。例えば、製造された構造は、多孔質上層構造皮質及び内部の多孔質下層構造の両方を有し得る。樹脂含浸中、このような構造は、ポリファイバー補強された内部の周囲を包囲するポリファイバー補強された表皮を有することができ、樹脂の充填された中空領域も含んでもよい。見てとれるように、これにより、製造できる構造の種類に多大な柔軟性及び多様性をもたらすことができ、これらの構造の樹脂含浸によって製造できる対象物の特性にも多大な柔軟性をもたらすことができる。
【００１３】
製造された下層構造が一旦完全に配置され、完全に冷却又は固化されると、樹脂含浸システム内に下層構造を配置することができる（ブロック３０４）。配置に関与する特定の作用（ブロック３０４）は、特定の種類の樹脂含浸プロセスに応じて変化する。これは、圧力樹脂含浸プロセスを含むことができ、これにより、下層構造を金型又は浴内に配置することができ、圧力下で構造に樹脂を注入して、多孔質下層構造から空気を押し出し、それを液体樹脂又はポリマーと置き換えることができる。これはまた、真空樹脂含浸プロセスを含むことができ、それにより、下層構造が、液体樹脂又はポリマーの入力部を有するバッグ又はその他の気密容器内に配置されてもよく、次いで、空気が、多孔質下層構造から力強く除去されてもよく、これによって液体ポリマーが多孔質下層構造内に引き込まれる。そのため、場合によっては、下層構造を配置すること（ブロック３０４）及び調製することは、金型、樹脂浴、真空バッグ、又は樹脂含浸プロセスで使用され得る、その他の容器若しくはシステム内に下層構造を配置することを含み得る。一旦調製されると、樹脂含浸プロセスが実行されてもよく（ブロック３０６）、これには、一般的に、多孔質下層構造から空気を除去し、それを液体樹脂又はポリマーで置き換えることが含まれる。樹脂含浸プロセス（ブロック３０６）が一旦完了し、液体が硬化又は固化されると、結果として、下層構造が埋め込まれ、下層構造の形状、プロセス中に用いられる金型又は真空バッグの形状、又はその双方に実質的に合致した部品の全体形状を備えた、硬化ポリマー部品が得られる。
【００１４】
図２は、製造部品の下層構造又はフレームワークを作製するために、積層造形システム（１０１）によって実施され得る一連の高レベル工程を示す。最初に、ポリファイバーストランドは、引抜として既知の技術により、ファイバーストランドを供給すること（ブロック３０８）と、供給したファイバーにポリマーを付与すること（ブロック３１０）とによって、作成されなければならない。図３は、ファイバーのスプールであるファイバーフィード（１０２）、又はファイバーのスプールから引っ張る（ブロック３０８）ローラを含む引抜供給システム（１００）の一例を示す。ファイバーがファイバーフィード（１０２）から供給されると、そのファイバーは、ポリマー浴（１０４）を通って引っ張られ、そこで液体ポリマーによりファイバーストランドをコーティングする（ブロック３１０）。ポリファイバーがポリマー浴（１０４）を出ると、ポリファイバーフィード（１０６）は、下流のポリファイバーをスプール及び供給するか、又は供給する。図４は、引抜システムの代替実施形態を示す。同図は、引っ張られるストランドにポリマーをコーティングするポリマーダイ（１０８）にファイバーストランドを供給するファイバーフィード（１０２）を示す。
【００１５】
図６は、主チャネル（１１７）内に供給するポリマー入力部（１１６）と、ファイバー入力部（１１８）内へのポリマーの逆流を防止しつつ、ファイバーを主チャネル（１１７）内へと通過させるシール（１２０）を有したファイバー入力部（１１８）と、主チャネル（１１７）の出口に設けられたポリファイバー出力部（１２２）とを備えた、ポリマーダイ（１０８）の断面図を示している。ファイバーは、１つ以上がファイバーフィード（１０２）によって供給され、ポリマーダイ（１０８）の出力部（１２２）の端部上のスプール又はローラによってポリマーダイを通じて引っ張られ、射出されたポリマーの流れ、又は、その他の供給方法によってポリマーダイ（１０８）を通じて引っ張られることで、ポリマーダイ（１０８）内に供給されてもよい。ファイバーがポリマーダイ（１０８）を通って引っ張られると、ファイバーは、ポリマーダイ（１０８）の主チャネル（１１７）の形状をとるポリマーでコーティングされる。ポリマー注入部（１１６）は、流動を改善するために、注入点でポリマーを加熱する熱源と組み合わされてもよく、主チャネル（１１７）の側壁は、ポリマーから熱を引き出し、ポリマーダイ（１０８）の本体の残りの部分にポリマーを移動させることによって、ポリマーが主チャネル（１１７）に沿って移動する際にこれを冷却する。
【００１６】
図３のポリマー浴引抜システムはまた、図６に示すポリマーダイ（１０８）と組み合わせられてもよい。例えば、ポリマー浴（１０４）を使用して、第１の種類又は用途のポリマーをファイバーに付与することができ、次いでポリマーダイ（１０８）に供給することができ、次いで第２の種類又は用途のポリマーを受容して、主チャネル（１１７）内に成形するか、又は主チャネル（１１７）内で加熱及び成形されるか、この双方を施すことができる。これにより、作製されたポリファイバーを加熱して金型により成形しつつ、異なる種類のポリマーを層に付与するか、又は、第２の用途のものをポリマーダイ（１０８）に注入して、ポリマー浴（１０４）によってポリマーのバルクが付与されることができるようにし、結果として得られるポリファイバーが、均一にコーティングされ、均一なサイズ及び形状を有するようにする。
【００１７】
ポリファイバーを供給して（ブロック３０８）、コーティングする（ブロック３１０）プロセスは、製造中、コーティングされたポリファイバーが押し出されるのと同じ速度で実施することができる。このようにして、ファイバーの次の長さ分をポリマーでコーティングしつつ（ブロック３１０）、押出ヘッド（２００）は、ポリファーバーのうち、コーティングされたばかリの長さ分を堆積させる（ブロック３１２）ように配置、配向、及び使用され得る。押出ヘッド（２００）の位置決め及び配向は、ラスタシステム、機械アーム、又は製造スペースプラットフォームのうちの１つ以上を移動又は回転することを含んでもよく、ポリファイバーの押出前及び押出中の両方において、製造空間内の押出ヘッド（２００）について６段階までの自由度を可能にする。押出ポリファイバーは、ポリマーコーティングがポリマーダイ（１０８）に存在する際に接着するのに十分な程度、高温であってもよく、又は、ポリマーダイ（１０８）を出る際に、加熱面又は加熱送風機などの熱源によって再加熱されてもよい。他のポリファイバーへの接着するためにポリマーコーティングを調製するために必要な熱源の種類及び熱は、使用される特定の種類のファイバー及びポリマー、並びに所望の押出速度に基づいて変更する。ポリファイバーの最初のストランド又は層は、製造空間の平坦面又は起伏面上に押し出されてもよく、次の層が上に重ねられ、接着され、次いで冷却時に固化して恒久的結合を形成し得る。
【００１８】
各ストランドの終点が堆積されると（ブロック３１２）、カッター（１１０）を作動させて、ポリファイバーの未配置の長さ分からポリファイバーの配置済みの長さ分を切断し得る（ブロック３１４）。カッター（１１０）は、押出ヘッド（２００）の近くに配置されており、例えば、切断ブロックに対してポリファイバーを押圧して切断するために延長されてもよい切断ブレード、それらの間にポリスレッドを延在させて捕捉し、切断する２つの切断ブレード、三角形、四角形、又はその他の幾何学的配置でポリファイバーを捕捉し、それを切断するように延在し得るように配置された３つ以上のブレード、互いに向かって、又は切断ブロックに向かって延在し、ポリファイバーを捕捉して切断し得る１つ以上の湾曲ブレード、又は以上のうちの任意の１つ以上を変更したものを含み得る。切断刃及び切断面を異なって配置すると、異なる種類のファイバー及びポリマーにとって有利であり、当業者にとって、そのような変更は、本明細書の開示を考慮することで明らかとなるであろう。
【００１９】
図５は、押出ヘッド（２００）が、製造部品（１１２）にポリファイバー（２０６）の堆積ストランド（１１４）を配置するように配置及び配向されている、積層造形システム（１０１）の概略図を示す。図５はまた、ポリマーダイ（１０８）にポリマーを注入するために使用され得るポリマーインジェクタ（１０９）と、ポリマーダイ（１０８）内に注入中であるか、又はポリマーダイ（１０８）内に既に存在する（すなわち、既に浴（１００）からファイバー上にコーティングされている）か、又はその双方である熱ポリマーとを示している。図７は、積層造形システム（１０１）を使用して作製され得る製造部品（１１２）の一例を示す。ポリファイバーの構造と、押出ヘッド（２００）が配置及び配向され得る高レベルの自由度により、堆積されたポリファイバーストランドの可変の配置及び方向性を可能にする。例えば、製造部品（１１２）は、水平に配置されたポリファイバー（１２６）の行と、垂直に配置されたポリファイバー（１２４）の列との組み合わせから作製され、これらは、堆積して加熱された後、冷却されたポリマーコーティングによって互いに接着される。これは、水平層に単一のテクスチャフィラメントを繰り返し配置することに依存する従来の積層造形技術とは異なり、従来のフィラメントと比較して、ポリファイバーによって提供される構造と、押出ヘッド（２００）の高度な自由度との両方によって可能となる。
【００２０】
図８及び図９は、相互接続されたポリファイバーストランドの例を示す。ファイバー材料（２０２）及びポリマー層（２０４）は、ポリファイバーの切断端部で見ることができる。押し出されたポリファイバー（２０６）は、押し出されたポリファイバー（２０６）が複数のベースとなるポリファイバー（２０５）を横切って配置されるように押出ヘッド（２００）によって堆積されている様子が示されており、押し出されたポリファイバー（２０６）がベースとなるポリファイバー（２０５）に接触する各点において、接合点（２０８）が形成される。図７及び図８はまた、押し出されたポリファイバー（２０６）が堆積中に方向を変化させ得る、方向変化（２０７）を示す。ポリマーケーシングが最初に堆積されるとき、依然として溶融状態にあるものの、ポリマーケーシングが冷却すると、固くなって可撓性が低くなるため、これが可能である。冷却は、自然に発生し得るか、又は外部送風機、又は、押出ヘッド（２００）に近接して取り付けられた送風機から方向づけられた冷却空気の噴出に起因して生じ得る。ポリファイバー（２０６）の長さ分を押し出し、押し出されたポリファイバー（２０６）を可撓性が低くなる点まで冷却することにより、図７及び８に示されるように、方向性の変化が生じ得る（２０７）。
【００２１】
図１０は、一方向ストランド（２１４）及び多方向ストランド（２１６）の両方を含む１組の相互接続ポリファイバーストランド（２１４、２１６）を示す。図示の実施例において、一方向ストランド（２１４）のグリッドが、第１の層（２１０）と第２の層（２１２）の一部とを形成し、これが、堆積対象の多方向ストランド（２１６）に安定的な領域を提供する。多方向ストランド（２１６）は、ポリファイバーストランドを第１の層（２１０）上に堆積させ、１つ以上の方向変化（２０７）を含むように、堆積全体に亘って押出ヘッド（２００）を位置決め及び配向することによって、形成される。一方向ストランドのグリッド作業に加えて多方向ストランドを含む利点は、結果として得られる部品の間隙空間（２０９）の容積と多様性を増すことであり、ポリマー又は樹脂の含浸プロセス（ブロック３０６）中に下層構造として使用されるときに有利となり得る。ストランド（２０７）の方向性と、結果として得られる間隙空間（２０９）の形状を変化させることが可能であることで、樹脂含浸された下層構造の剛性及び可撓性を所望に合わせてカスタマイズすることができる。
【００２２】
積層造形システム（１０１）によってカスタマイズされた下層構造が作製された後、樹脂含浸プロセスを実施してもよい。前述のように、様々な樹脂含浸プロセスが存在する。図１１は、製造された下層構造を充填するために使用され得る２つの樹脂含浸プロセスの例を示す。下層構造が樹脂含浸のために一旦調製されると（ブロック３１６）、樹脂含浸に使用可能な金型があるか否かが判定され得る（ブロック３１８）。これは、例えば、作製中の部品が共通のサイズ又は形状であるものの、部品の構造全体に亘ってカスタマイズされたレベルの可撓性又は剛性を提供するために、カスタムの下層構造が製造されている場合であってもよい。この実施例を更に拡張すると、金型はまた、上層構造及び下層構造の組み合わせられた構造を有する部品にも使用され得る。この実施例において、上層構造、すなわち外層は、金型内部に合致又は嵌合する形状及び幾何学形状を有することができ、下層構造は、上層構造内部に合致する形状及び幾何学形状を有し得る。これらの種類の構造は、下層構造の内部幾何学形状及び特性の変更が所望される場合に有用であり得る。上層構造は、金型内に嵌合し、金型に対して静的に配置された外層を提供する一方で、上層構造内の下層構造は、上層構造に対して静的に配置され得る。このようにして、固有、且つ、様々な下層構造を製造し、上層構造内の任意の場所に配置することができ、樹脂含浸プロセス中にその位置を維持することができる。
【００２３】
金型が利用可能である場合（ブロック３１８）、下層構造は、金型内に配置可能であり（ブロック３２０）、これが部分的に封止されて、樹脂が金型内に押し込まれるようにし（ブロック３２２）、下層構造の間隙空間を充填して、内部の空気を除去するようにする。実質的に全ての空気が下層構造から押し出された後、樹脂は、使用される樹脂又はポリマーの種類及び特性に応じて、時間の経過により、加熱プロセスにより、又は、別の硬化プロセスにより、硬化され得る。
【００２４】
図１２は、金型ベースの樹脂含浸プロセスが実施中である例を示しており、断面図は、金型内部及び部品を示している。図示の例において、一方向ストランドの第１の層（２１０）と第２の層（２１２）とを有し、間隙空間のグリッドを提供する下層構造が、金型のベース（２１８）内に配置されており、金型の頂部（２２０）が金型を閉じた状態に封止するように配置されてもよい。金型が一旦閉じると、圧力下で樹脂を金型に押し込み、間隙空間から空気を押し出して、逆流を防止する空気放出部又は出力部を通じて空気が放出され得る。図１３は、下層構造の間隙空間を充填する樹脂を有する金型の断面図を示し、図１４は、金型から取り出された完成部品の断面を示す。図１４に示すように、ここで間隙空間には、注入樹脂（２２２）が充填される。
【００２５】
金型が利用可能でない場合（ブロック３１８）、これは製造中の部品が固有のサイズ又は形状である場合に生じ得るが、下層構造は、代わりに、真空バッグ内に配置され（ブロック３２４）、密封されてもよい。真空源及び樹脂源が真空バッグに接続され、真空源が始動されると、下層構造の間隙空間から空気が引き込まれ、樹脂源から樹脂が引っ張られて（ブロック３２２）、変位した空気を置換する。他のプロセスのように、一旦空気が完全に除去されると、樹脂含浸部品は、部品の完成に適切となるように、硬化され得る（ブロック３２６）。
【００２６】
図１５及び図１６は、真空ベースの樹脂含浸手順の一例を示す。図１５は、真空膜（２２８）内に収容された、相互接続されたポリファイバー（２３０）の断面である。真空膜（２２８）は、液体樹脂又はポリマーの供給源に接続される樹脂ポート（２２４）と、真空圧源に接続された真空ポート（２２６）とを有する。真空ポートを通して減圧が付与されると、間隙空間（２０７）から空気が除去され、液体樹脂が樹脂ポート（２２４）から引き込まれて間隙空間（２０７）を充填する。図１６は、樹脂含浸プロセス後に真空膜（２２８）から除去された製造部品（２３２）を示す。ここでポリファイバー（２３０）の周囲の間隙空間（２０７）には、注入された樹脂（２２２）が充填される。
【００２７】
図１７は、積層造形された下層構造及び樹脂注入又は含浸のプロセスを使用して作製することができる製造部品（２３２）の別の例を示す。ポリファイバー（２３０）のいくつかの行が構造全体に亘って埋め込まれており、各ファイバー（２３０）は、構造全体に亘って方向性の変化を複数有する。製造部品（２３２）の残りの部分は、真空バッグプロセス又は金型をベースとするプロセスなどのプロセスによって添加される注入樹脂（２２２）から構成される。ポリファイバー（２３０）の方向性を変化させる能力のために、特定の医療用装置又は医療用装置の構成要素を作製するのに必要とされ得るような、複雑な形状又は不規則な形状を有する下層構造の作製が可能となる。
【００２８】
図１８及び図１９は、埋め込まれた下層構造と、樹脂注入又は含浸のプロセスとを使用して、作製され得る製造部品（２３４）の更なる例を示す。製造部品（２３４）の断面が示されており、埋め込まれたポリファイバー（２３０）のいくつかの層と、ポリファイバー（２３０）の周囲の間隙空間に充填された注入樹脂（２２２）とが示されている。本体（２３３）全体に亘ってポリファイバー（２３０）の密度が比較的に低いことにより、ある程度の可撓性を可能にする一方で、ネック（２３１）は、使用に十分な狭さを依然として維持しつつ、ネック（２３１）を通じて伝えられる応力に耐えられるような耐性を得るため、ポリファイバー（２３０）の密度が比較的高い。
【００２９】
図１９は、図１８の製造部品（２３４）の１９−１９線に沿ったオーバーヘッド断面図を示す。この図から、多数の垂直ポリファイバー（２３６）が製造部品（２３４）の垂直長さに沿って延び、多数の水平ポリファイバー（２３８）が製造部品（２３４）の周囲に延びて、注入樹脂（２２２）が間隙空間及び周囲空間を充填していることが見てとれる。前の実施例のように、図１８及び図１９に示されるポリファイバー（２３０）における方向性の変化により、樹脂の注入時、同じサイズ及び形状を有する純粋なポリマー対象物又は装置を上回って強度を増大する、積層造形システム（１０１）によって製造される下層構造の種類において、はるかに高い柔軟性を可能にする。
【００３０】
既に論じたように、積層造形システム（１０１）及び上述の技術によって、方向性が変更するポリスレッドの堆積を可能にし、幅広い下層構造設計が可能となる。開示のシステム及び技術を用いることで、他の利点も存在し、実施も可能である。例えば、図２０は、積層造形システム（１０１）と樹脂含浸技術とを使用して実施され、部品全体に亘って複数のゾーンを有してもよく、各ゾーンは独自の固有の剛性プロファイルを有する、製造部品を作製することができる一連の工程を示す。これには、例えば、全ての方向からの力に応じて非常に高い剛性を示すゾーン、全ての方向からの力に応じて非常に高い可撓性を示すゾーン、力が加えられる方向によって可変的に可撓性又は剛性を示すゾーン、又は特定の方向にある程度のねじれ又は回転を可能とするものの、他の方向では可能としないゾーンを含むことができる。これは、積層造形により、異なる種類のポリファイバー、又は、ポリファイバーとファイバーレスフィラメントストランドとで構築された下層構造を製造することにより、又は、注入中に異なる種類の樹脂又はポリマーを受容するか、いずれも全く受容しないか、又はこれらの両方を受容し得る、間隙空間の別個の区画を製造することにより、達成することができる。
【００３１】
剛性プロファイルは、部品デフィニションとは別個の一組のデータであってもよく、又は部品デフィニションのサブセットであってもよく、又はその両方であってもよい。図２０の工程は、部品デフィニションを受信し（ブロック３００）、剛性プロファイルを受信した（ブロック３２８）後に、下層構造の製造の一部として実行することができる（ブロック３０２）。下層構造製造プロセス（ブロック３０２）中、堆積される各ストランドに対して、デフォルトストランドの種類（例えば、ポリファイバー）を堆積させるか、又は堆積ストランドを何らかの方法で変化させるかにつき、剛性プロファイル、部品デフィニション、又はその両方に基づいて決定が行われる（ブロック３３０）。
【００３２】
ストランドタイプを変更する必要がある場合（ブロック３３０）、剛性プロファイル、部品デフィニション、又はその両方に基づいて、適切なストランドの種類が選択され（ブロック３３４）、使用できるように備えられてもよい。ストランドは、このようにして、ストランドの種類のうちの１つ以上により、利用可能性により、可撓性又は剛性の要件、又は、他の要因により、選択され得る。ストランドはまた、例えば、異なる直径のファイバーを使用して、様々な構造（例えば、モノフィラメント、撚り合わされたストランド）を有するファイバーを使用して、様々な材料（例えば、半剛性芯材を有するもの、耐熱性の外側材料を有するもの）を含むファイバーを使用して、又は同一若しくは様々なポリマーをファイバーにコーティングすることにより（例えば、ポリマーのコーティングを行う材料に関わらず、配置時に互いに接着性を増加又は減少するようにポリマーコーティングを選択する）、変更され得る。異なる押出ヘッド（２００）を使用して、そのストランドを付与してもよく、又は、標準の押出ヘッド（２００）を、自動又は手動でデフォルトストランドから外し、異なるストランドの種類を堆積させるために備えられてもよい。適切なストランドが選択された後（ブロック３３４）、これが下層構造又は製造領域に堆積されてもよく（ブロック３３６）、これらの工程は、下層構造が完成するまで繰り返される。積層造形システム（１０１）は、選択された種類（ブロック３３４）に基づいて、ストランドを異なって堆積してもよく（ブロック３３６）、その特定のストランドの種類について、接着性、切断の質、又はその他の特性を向上するために、特定のストランドの種類に応じて、例えば、異なる加熱レベル、異なる堆積速度、又は異なる切断方法を使用してもよい。
【００３３】
異なる区画に異なるレベルの剛性を付与するために、樹脂の種類及び透過はまた、製造部品全体に亘って変化させることもできる。樹脂含浸は、剛性プロファイル、部品デフィニション、又はその両方に基づいて、変化させなければならないことがある（ブロック３３２）。樹脂含浸が可変である製造部品の各区画について、周囲の区画に関連して、当該区画の透過性が選択される（ブロック３３８）。これには、例えば、同種類の樹脂が注入される２つの区画の間の下層構造壁部が透過性であるべきであると判定すること、又は、含浸中に下層構造のある区画がいずれの樹脂も受容せず、その区画を取り囲む下層構造壁部が不透過性であるべきであると判定することを含むことができる。このようにして、下層構造の異なる区画は、他の部分と隔てる壁部を形成することができ、これにより、異なる種類の樹脂若しくはポリマーを異なる区画に含浸させる多段階樹脂含浸プロセスを実施することができ、又は、下層構造の一部の区画が１つ以上の樹脂含浸プロセスを通じて中空のままとすることができる。
【００３４】
区画の透過性が一旦選択されると（ブロック３３８）、その区画のストランドが堆積されてもよく（ブロック３３９）、これには、その区画が付近の区画と間隙空間を共有する（すなわち、透過性である）ようにストランドを配置すること、その区画が付近の区画と間隙空間を共有しない（すなわち、不透過性である）ようにストランドを配置することが含まれてもよく、更に、特定の区画が当初は不透過性となるものの、多段階樹脂含浸プロセス中にキャップが取り外されると透過性となるように、当該区画からキャップを外すようにストランドを堆積することも含まれてよい。特定の区画をキャッピング又は遮断して、それらを一時的に不透過性にすることは、人が手動で除去するのではなく、プロセス中に溶解又は破壊され得るキャップ材料を使用することで達成され得る。例えば、これには、特定の溶液に溶解され得るキャップ材料を含まれ得るもので、多工程樹脂含浸プロセスは、第１の区画樹脂を含浸させること、構造を溶液内に配置するか、又は第２の区画を透過性にする溶液を構造に充填又は注入して１つ以上のキャップを溶解することと、次いで、このようにして透過性となった区画に樹脂を含浸させることと、が含まれ得る。２つの区画を有する構造という文脈で説明を行ったが、このような技術は、樹脂含浸プロセス中の異なる時間に透過性にすることができる任意の必要な数の区画をサポートすることができ、プロセス中に高い柔軟性を提供することができる。溶液中に浸けるか、又は、溶液を充填することによって、完全、又は、部分的に溶解又は破壊され得る材料に加えて、温度変化と同様に反応する材料（例えば、キャップ材料の伸縮時、加熱又は冷却に曝されると、透過性となり得る区画）、強制空気（例えば、加圧された空気により、付近の材料を破損することなく、キャップ材料を破壊することができる）、又は当業者にとって本開示を考慮の上、明らかとなる他の材料も使用可能であることが企図される。
【００３５】
選択（ブロック３３８）及び堆積（ブロック３３９）は、このように、下層構造が完成するまで繰り返すことができる（ブロック３３７）。下層構造が一旦完成すると、前述の樹脂含浸プロセスを使用して、第１の組の区画に第１の樹脂を付与することができる（ブロック３４０）。異なる区画を有する下層構造について、これらの区画を充填する樹脂含浸プロセス中に、これらの区画からキャップを外すか、又はこれらの区画を開放することにより、次の樹脂が付与されてもよい（ブロック３４２）。
【００３６】
ストランドの様々な種類及び特性と、樹脂含浸の種類及び特性に合わせて本記載の技術を使用することにより、部品の作製において更なる柔軟性を得ることができる。例えば、図２１は、剛性構造（２４２）を有する複数のファイバーポリストランドと、可撓性構造（２４４）を有する複数のポリマーストランドと、からなる例示的な製造部品（２４０）の断面を示す。部品（２４０）の４つの角の補剛区画（２４６）おける比較的硬いポリファイバーストランド（２４２）の濃度と、部品（２４０）の中央の可撓性区画（２４８）における比較的可撓性のポリマーストランド（２４４）の濃度とにより、結果として、中間部分を通して可撓性であり、いずれかの端部で剛性であるため、中央にて優先的に屈曲し、いずれかの端部でその形状を保持する部品となる。これにより、例えば、使用中に大きな力に曝される特定の可撓性区画（２４８）においてある程度の可撓性を有することで、破損や欠陥を生じることなく、僅かに曲がることができ、一方で、補剛区画（２４６）を有することで、装置又は構成要素が全体として、その意図される目的に合った十分な強度と耐性とを有することのできる医療用装置又は構成要素の作製が可能となる。これらの技術は、剛性構成要素の欠陥を引き起こし得る高い応力を受ける構成要素において有用となり得るもので、例えば、股関節、肩、膝、及びその他の関節の骨及び構造インプラントを含むことができる。
【００３７】
図２２は、作製された下層構造の透過性を変化させるために開示の技術を使用して作製され得る製造部品（２５０）の別の例の断面図を示す。本実施例では、下層構造（２５０）の４つの外側区画は、樹脂の内部含浸を可能にする間隙空間を有した透過性壁部（２５２）を形成するように堆積されたストランドによって囲まれている。図示された下層構造（２５０）を用いて樹脂含浸プロセスを実施した結果として、４つの透過性区画が含浸プロセス中に樹脂を取り込み、補剛区画（２４６）を形成する。下層構造の中心は、樹脂含浸プロセス中に樹脂が不透過性壁部（２５４）の内部領域に入るのを防止する不透過性壁部（２５４）を形成するように堆積されたスレッドによって形成されたリングを有する。結果として、樹脂含浸後、不透過性壁部の内部が可撓性区画（２４８）を形成することになる。結果として得られた製造部品（２５０）は、強度及び耐久性を提供する４つの補剛区画（２４６）によって囲まれた、ある程度の可撓性を有する中空コア（２５４）を有する。あるいは、可撓性区画の中空（２４８）を残す代わりに、複数ポリマーの含浸プロセスを実行して、硬化時にある程度の強度を提供するものの、依然として周囲部分より比較的高い可撓性を有する、より可撓制の高い種類のポリマー又は樹脂を、可撓性区画の中空（２４８）に充填することができる。別の代替として、中央区画に使用されるポリマーと、外部区画に使用されるポリマーとは、反転させて、１組の可撓性区画がより剛性の高い中央区画を取り囲むようにすることができる。
【００３８】
図２３Ａ〜図２３Ｄは、図２２に関連して上述したように、透過性壁部及び不透過性壁部の両方を使用して製造部品に組み込むことができる構造の更なる例を示す。例えば、図２３Ａは、図２２に示す直径よりも直径の小さな中央区画を有する製造部品（２５６）を示しており、一方、図２３Ｂは、図２２に示す直径よりも直径の大きな中央区画を有する製造部品（２５８）を示す。図２３Ｃは、４つの外側区画によって囲まれた、外周の小さな四辺形中央区画を有する製造部品（２６０）を示しており、一方、図２３Ｄは、四辺形の直角が製造部品（２６２）の外壁に接触するように、外周のより大きな四辺形中央区画を有する製造部品（２６２）を示す。図２２のように、製造部品（２５６、２５８、２６０、２６２）の図示の区画のいずれかは、所望のように、特定種類の樹脂が充填されるか、又は中空のままとされてもよく、その意図される使用にとって適切となるように、特定の区画及び特定の方向に優先的な可撓性を有する製造部品を作製することができる。下層構造の作製及び樹脂含浸を行うための本開示の技術により、図２１、図２２、及び図２３Ａ〜図２３Ｄに明示的に示されているもの以外に、多くの種類の構造を作成することが可能であり、当業者は、本明細書の開示を考慮することにより、それらの部品とその特性及び効果が明らかとなるであろう。
【００３９】
以下の実施例は、本明細書の教示を組み合わせるか又は適用することができる、様々な非網羅的な方法に関する。以下の実施例は、本出願における又は本出願の後の出願におけるどの時点でも提示され得る、いずれの特許請求の範囲の適用範囲をも限定することを目的としたものではないと理解されよう。一切の棄権を意図するものではない。以下の実施例は、単なる例示の目的で与えられるものに過ぎない。本明細書の様々な教示は、他の多くの方法で配置及び適用が可能であると考えられる。また、いくつかの変形形態では、以下の実施例において言及される特定の特徴を省略してよいことも考えられる。したがって、本発明者ら又は本発明者らの利益の継承者により、後日、そうである旨が明示的に示されない限り、以下に言及される態様又は特徴のいずれも重要なものとして見なされるべきではない。以下に言及される特徴以外の更なる特徴を含む特許請求の範囲が本出願において、又は本出願に関連する後の出願において示される場合、それらの更なる特徴は、特許性に関連するいかなる理由によっても追加されたものとして仮定されるべきではない。
【実施例１】
【００４０】
積層造形システムであって、（ａ）ポリマーダイであって、（ｉ）ファイバー入力部、（ｉｉ）加熱されたポリマー入力部、及び、（ｉｉｉ）ポリファイバー出力部、を備え、ポリマーダイが、ファイバー入力部からファイバーストランドを受容し、加熱されたポリマー入力部からのポリマーでファイバーストランドをコーティングし、ポリファイバー出力部からポリファイバーストランドを押し出すように動作可能である、ポリマーダイと、（ｂ）ポリファイバー出力部に配置され、ポリファイバーストランドを切断するように動作可能なポリファイバーカッターと、（ｃ）ポリファイバー出力部を位置決め及び配向するように動作可能な位置決めシステムと、（ｄ）制御システムであって、（ｉ）プロセッサ、及び、（ｉｉ）メモリ、を備え、制御システムが、ポリマーダイ、ポリファイバーカッター、及び位置決めシステムの動作を制御するように構成されている、制御システムと、（ｅ）液体樹脂で対象物の間隙空間を充填するように動作可能な樹脂注入システムと、を備え、制御システムが、製造部品の構造を画定する一組の座標で構成された対象物デフィニションを受信し、かつ、対象物デフィニションに基づいて、ポリマーダイ、ポリファイバーカッター、及び位置決めシステムを動作させ、複数のポリファイバーストランドを押し出し、切断し、堆積させて構造を作製するように更に構成され、構造は、樹脂注入システムによる液体樹脂の注入及び硬化時に製造部品を製造するように構成された一組の間隙空間を画定する、積層造形システム。
【実施例２】
【００４１】
位置決めシステムは、構造上の方向性が１つ以上変化している、連続したポリファイバーストランドを堆積させるように動作可能である、実施例１に記載の積層造形システム。
【実施例３】
【００４２】
樹脂注入システムが、真空樹脂注入システム及び加圧樹脂注入システムからなる群より選択される種類のものである、実施例１及び２のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例４】
【００４３】
ファイバーストランドが、炭素、ガラス、及びアラミドからなる群より選択される種類のものである、実施例１〜３のいずれか１つ以上に１に記載の積層造形システム。
【実施例５】
【００４４】
製造部品が医療用装置の構成要素である、実施例１〜４のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例６】
【００４５】
医療用装置が、インプラント、ハンドル、外科用材料、及びグリップからなる群より選択される種類のものである、実施例５に記載の積層造形システム。
【実施例７】
【００４６】
構造の複数のポリファイバーストランドが、製造部品の強度を向上させるように配置されている、実施例１〜６のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例８】
【００４７】
構造が、一組の垂直に配置されたポリファイバーストランド層と、一組の水平に配置されたポリファイバーストランド層とを更に備える、実施例１〜７のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例９】
【００４８】
制御システムは更に、（ｉ）剛性プロファイルを受信し、剛性プロファイルに基づいて、構造の作製中に堆積される２つ以上のストランド種類を決定し、（ｉｉ）構造上に、２つ以上のストランド種類を押し出し、切断し、堆積させるように構成され、製造部品は、２つ以上のストランド種類の配置により、１箇所以上で優先的に屈曲可能である、実施例１〜８のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例１０】
【００４９】
２つ以上のストランド種類が、剛性ストランド及び可撓性ストランドを含む、実施例９に記載の積層造形システム。
【実施例１１】
【００５０】
一組の剛性ストランドが、製造部品の外側の角に配置され、一組の可撓性ポリマーストランドが、製造部品の中央に配置され、製造部品が、力を受け、中央で優先的に屈曲するように構成されている、実施例１０に記載の積層造形システム。
【実施例１２】
【００５１】
２つ以上のストランド種類が、略剛性のポリファイバーストランド及び可撓性ポリマーストランドを含む、実施例９〜１１のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例１３】
【００５２】
制御システムは更に、（ｉ）剛性プロファイルを受信し、剛性プロファイルに基づいて、構造において、樹脂不透過性壁部によって分離されなければならない２つ以上の区画を決定し、（ｉｉ）複数のポリファイバーストランドを押し出し、切断し、堆積させることにより、樹脂不透過性壁部を作製するように構成され、構造への液体樹脂の注入時、構造の第１の区画には第１の液体樹脂を注入し、構造の第２の区画には第１の液体樹脂が注入されず、第１の区画及び第２の区画は、樹脂不透過性壁部で分離されている、実施例１〜１３のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例１４】
【００５３】
製造部品の製造時、構造の第２の区画に、第２の液体樹脂が注入されるように構成されている、実施例１３に記載の積層造形システム。
【実施例１５】
【００５４】
製造部品の製造時、構造の第２の区間が、中空のままであるように構成されている、実施例１３及び１４のいずれか１つ以上に記載の積層造形システム。
【実施例１６】
【００５５】
積層造形部品を製造する方法であって、（ａ）積層造形システムを使用して製造部品の構造を製造する工程であって、構造は、一組の間隙空間を含む、工程と、（ｂ）積層造形システムを介して、複数のポリファイバーストランドを構造上に配置する工程であって、複数のポリファイバーストランドを配置する工程は、（ｉ）ポリファイバーストランドを押し出す工程、（ｉｉ）ポリファイバーストランドを切断する工程、及び、（ｉｉｉ）構造上にポリファイバーストランドを堆積させる工程、を含む、工程と、（ｃ）樹脂注入システム内に構造を配置し、樹脂注入プロセスを行うことにより、製造部品を製造する工程であって、樹脂注入システムは、一組の間隙空間に液体樹脂を充填する、工程と、（ｄ）製造部品を硬化させる工程と、を含む積層造形部品を製造する方法。
【実施例１７】
【００５６】
樹脂注入プロセスは、真空樹脂注入プロセスであり、製造部品は、鋳型を用いずに製造される、実施例１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
【実施例１８】
【００５７】
積層造形システムは、複数のポリマーストランドを押し出し、切断し、堆積させ、製造部品は、複数のポリファイバーストランド及び複数のポリマーストランドを備え、製造部品は、複数のポリマーストランドの配置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲する、実施例１６及び１７のいずれか１つ以上に記載の積層造形部品を製造する方法。
【実施例１９】
【００５８】
構造は、透過性区画及び不透過性区画を備え、樹脂注入プロセスを実施することにより、透過性区画に液体樹脂を充填させる一方で、不透過性区画には液体樹脂を充填させず、製造部品は、不透過性区画の位置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲する、実施例１６〜１８のいずれか１つ以上に記載の積層造形部品を製造する方法。
【実施例２０】
【００５９】
積層造形システムであって、（ａ）ポリマーダイであって、（ｉ）ファイバー入力部、（ｉｉ）加熱されたポリマー入力部、及び（ｉｉｉ）ポリファイバー出力部、を備え、ポリマーダイが、ファイバー入力部からファイバーストランドを受容し、加熱されたポリマー入力部からのポリマーでファイバーストランドをコーティングし、ポリファイバー出力部からポリファイバーストランドを押し出すように動作可能である、ポリマーダイと、（ｂ）ポリファイバー出力部に配置され、ポリファイバーストランドを切断するように動作可能なポリファイバーカッターと、（ｃ）ポリファイバー出力部を位置決め及び配向するように動作可能な位置決めシステムと、（ｄ）制御システムであって、（ｉ）プロセッサ、及び、（ｉｉ）メモリ、を備え、制御システムが、ポリマーダイ、ポリファイバーカッター、及び位置決めシステムの動作を制御するように構成されている制御システムと、（ｅ）液体樹脂で対象物の間隙空間を充填するように動作可能な樹脂注入システムと、を備え、制御システムが、医療用装置の構造を画定する一組の座標で構成された対象物デフィニションを受信し、かつ、対象物デフィニションに基づいて、ポリマーダイ、ポリファイバーカッター、及び位置決めシステムを動作させ、複数のポリファイバーストランド及び複数のポリマーストランドを押し出し、切断し、堆積させて構造を作製するように構成され、複数のポリファイバーストランドは、方向性が１つ以上変化している、連続したポリファイバーストランドを含み、構造は、樹脂注入システムによる液体樹脂の注入及び硬化時、医療用装置を製造するように構成された一組の間隙空間を含み、医療用装置は、複数のポリマーストランドの位置に基づき、１つ又は方向に優先的に屈曲するように構成されている、積層造形システム。
【実施例２１】
【００６０】
構造が、上層構造、上層構造内の下層構造、及び上層構造内の少なくとも１つの中空を含む、実施例２０に記載の積層造形システム。
【実施例２２】
【００６１】
複数のポリファイバーストランドが、様々な直径を有する一組のポリファイバーストランドと、様々な材料を有する一組のポリファイバーストランドと、様々なポリマーコーティングを有する一組のポリファイバーストランドと、を含む、実施例２０及び２１のいずれかに記載の積層造形システム。
【実施例２３】
【００６２】
構造が、透過性である第１の区画と、キャップにより不透過性である第２の区画と、を含み、キャップは、第２の区画を透過性にするように溶液に完全、又は、部分的に溶解され得る材料を含む、実施例２０〜２２に記載の積層造形システム。
【００６３】
本明細書に記載の教示、表現要素、実施形態、実施例などのうちのいずれか１つ又は２つ以上を、本明細書に記載の他の教示、表現要素、実施形態、実施例などのうちのいずれか１つ又は２つ以上と組み合わせることができる点が理解されるべきである。したがって、以下に記載される教示、表現、実施形態、実施例などは、互いに対して切り離して考慮されるべきではない。本明細書の教示を考慮することで、本明細書の教示を組み合わせることができる様々な好適な方法が、当業者には容易に明らかとなろう。このような改変及び変形形態は、「特許請求の範囲」の範囲内に含まれるものとする。
【００６４】
以上、本発明の様々な実施形態を示し、記載したが、当業者による適切な改変により、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の方法及びシステムの更なる適合化を実現することができる。そのような可能な改変のうちのいくつかについて述べたが、他の改変も当業者には明らかとなるであろう。例えば、上記の実施例、実施形態、形状、材料、寸法、比率、工程などは例示的なものであって、必須のものではない。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲の観点から考慮されるべきものであり、本明細書及び図面において図示され、説明された構造及び動作の細部に限定されないものとして、理解されたい。
【００６５】
〔実施の態様〕
（１）  積層造形システムであって、
（ａ）ポリマーダイであって、
（ｉ）ファイバー入力部、
（ｉｉ）加熱されたポリマー入力部、及び
（ｉｉｉ）ポリファイバー出力部、を備え、
前記ポリマーダイが、前記ファイバー入力部からファイバーストランドを受容し、前記加熱されたポリマー入力部からのポリマーで前記ファイバーストランドをコーティングし、前記ポリファイバー出力部からポリファイバーストランドを押し出すように動作可能である、ポリマーダイと、
（ｂ）前記ポリファイバー出力部に配置され、前記ポリファイバーストランドを切断するように動作可能なポリファイバーカッターと、
（ｃ）前記ポリファイバー出力部を位置決め及び配向するように動作可能な位置決めシステムと、
（ｄ）制御システムであって、
（ｉ）プロセッサ、及び
（ｉｉ）メモリ、を備え、
前記制御システムが、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムの動作を制御するように構成されている、制御システムと、
（ｅ）液体樹脂で対象物の間隙空間を充填するように動作可能な樹脂注入システムと、を備え、
前記制御システムが、製造部品の構造を定義する一組の座標で構成された対象物デフィニションを受信し、かつ、前記対象物デフィニションに基づいて、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムを動作させ、複数のポリファイバーストランドを押し出し、切断し、堆積させて前記構造を作製するように更に構成され、前記構造は、前記樹脂注入システムによる液体樹脂の注入及び硬化時に前記製造部品を製造するように構成された一組の間隙空間を画定する、積層造形システム。
（２）  前記位置決めシステムは、前記構造上の方向性が１つ以上変化している、連続したポリファイバーストランドを堆積させるように動作可能である、実施態様１に記載の積層造形システム。
（３）  前記樹脂注入システムが、真空樹脂注入システム及び加圧樹脂注入システムからなる群より選択される種類のものである、実施態様１に記載の積層造形システム。
（４）  前記ファイバーストランドが、炭素、ガラス、及びアラミドからなる群より選択される種類のものである、実施態様１に記載の積層造形システム。
（５）  前記製造部品が医療用装置の構成要素である、実施態様１に記載の積層造形システム。
【００６６】
（６）  前記医療用装置が、インプラント、ハンドル、外科用材料、及びグリップからなる群より選択される種類のものである、実施態様５に記載の積層造形システム。
（７）  前記構造の前記複数のポリファイバーストランドが、前記製造部品の強度を向上させるように配置されている、実施態様１に記載の積層造形システム。
（８）  前記構造が、一組の垂直に配置されたポリファイバーストランド層と、一組の水平に配置されたポリファイバーストランド層とを更に備える、実施態様１に記載の積層造形システム。
（９）  前記制御システムは更に、
（ｉ）剛性プロファイルを受信し、前記剛性プロファイルに基づいて、前記構造の作製中に堆積される２つ以上のストランド種類を決定し、
（ｉｉ）前記構造上に、前記２つ以上のストランド種類を押し出し、切断し、堆積させるように構成され、
前記製造部品は、前記２つ以上のストランド種類の配置により、１箇所以上で優先的に屈曲可能である、実施態様１に記載の積層造形システム。
（１０）  前記２つ以上のストランド種類が、剛性ストランド及び可撓性ストランドを含む、実施態様９に記載の積層造形システム。
【００６７】
（１１）  一組の剛性ストランドが、前記製造部品の外側の角に配置され、一組の可撓性ポリマーストランドが、前記製造部品の中央に配置され、前記製造部品が、力を受け、前記中央で優先的に屈曲するように構成されている、実施態様１０に記載の積層造形システム。
（１２）  前記２つ以上のストランド種類が、略剛性のポリファイバーストランド及び可撓性ポリマーストランドを含む、実施態様９に記載の積層造形システム。
（１３）  前記制御システムは更に、
（ｉ）剛性プロファイルを受信し、前記剛性プロファイルに基づいて、前記構造において、樹脂不透過性壁部によって分離されなければならない２つ以上の区画を決定し、
（ｉｉ）前記複数のポリファイバーストランドを押し出し、切断し、堆積させることにより、前記樹脂不透過性壁部を作製するように構成され、
前記構造への液体樹脂の注入時、前記構造の第１の区画には第１の液体樹脂を注入し、前記構造の第２の区画には前記第１の液体樹脂が注入されず、前記第１の区画及び前記第２の区画は、前記樹脂不透過性壁部で分離されている、実施態様１に記載の積層造形システム。
（１４）  前記製造部品の製造時、前記構造の前記第２の区画に、第２の液体樹脂が注入されるように構成されている、実施態様１３に記載の積層造形システム。
（１５）  前記製造部品の製造時、前記構造の前記第２の区間が、中空のままであるように構成されている、実施態様１３に記載の積層造形システム。
【００６８】
（１６）  積層造形部品を製造する方法であって、
（ａ）積層造形システムを使用して製造部品の構造を製造する工程であって、前記構造は、一組の間隙空間を含む、工程と、
（ｂ）前記積層造形システムを介して、複数のポリファイバーストランドを前記構造上に配置する工程であって、前記複数のポリファイバーストランドを配置する工程は、
（ｉ）ポリファイバーストランドを押し出す工程、
（ｉｉ）前記ポリファイバーストランドを切断する工程、及び
（ｉｉｉ）前記構造上に前記ポリファイバーストランドを堆積させる工程、を含む、工程と、
（ｃ）樹脂注入システム内に前記構造を配置し、樹脂注入プロセスを行うことにより、前記製造部品を製造する工程であって、前記樹脂注入システムは、前記一組の間隙空間に液体樹脂を充填する、工程と、
（ｄ）前記製造部品を硬化させる工程と、を含む、積層造形部品を製造する方法。
（１７）  前記樹脂注入プロセスは、真空樹脂注入プロセスであり、前記製造部品は、鋳型を用いずに製造される、実施態様１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
（１８）  前記積層造形システムは、複数のポリマーストランドを押し出し、切断し、堆積させ、前記製造部品は、前記複数のポリファイバーストランド及び前記複数のポリマーストランドを備え、前記製造部品は、前記複数のポリマーストランドの配置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲する、実施態様１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
（１９）  前記構造は、透過性区画及び不透過性区画を備え、前記樹脂注入プロセスを実施することにより、前記透過性区画に前記液体樹脂を充填させる一方で、前記不透過性区画には前記液体樹脂を充填させず、前記製造部品は、前記不透過性区画の位置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲する、実施態様１６に記載の積層造形部品を製造する方法。
（２０）  積層造形システムであって、
（ａ）ポリマーダイであって、
（ｉ）ファイバー入力部、
（ｉｉ）加熱されたポリマー入力部、及び
（ｉｉｉ）ポリファイバー出力部、を備え、
前記ポリマーダイが、前記ファイバー入力部からファイバーストランドを受容し、前記加熱されたポリマー入力部からのポリマーで前記ファイバーストランドをコーティングし、前記ポリファイバー出力部からポリファイバーストランドを押し出すように動作可能である、ポリマーダイと、
（ｂ）前記ポリファイバー出力部に配置され、前記ポリファイバーストランドを切断するように動作可能なポリファイバーカッターと、
（ｃ）前記ポリファイバー出力部を位置決め及び配向するように動作可能な位置決めシステムと、
（ｄ）制御システムであって、
（ｉ）プロセッサ、及び
（ｉｉ）メモリ、を備え、
前記制御システムが、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムの動作を制御するように構成されている、制御システムと、
（ｅ）液体樹脂で対象物の間隙空間を充填するように動作可能な樹脂注入システムと、を備え、
前記制御システムが、医療用装置の構造を定義する一組の座標で構成された対象物デフィニションを受信し、かつ、前記対象物デフィニションに基づいて、前記ポリマーダイ、前記ポリファイバーカッター、及び前記位置決めシステムを動作させ、複数のポリファイバーストランド及び複数のポリマーストランドを押し出し、切断し、堆積させて前記構造を作製するように構成され、前記複数のポリファイバーストランドは、方向性が１つ以上変化している、連続したポリファイバーストランドを含み、前記構造は、前記樹脂注入システムによる液体樹脂の注入及び硬化時、前記医療用装置を製造するように構成された一組の間隙空間を含み、前記医療用装置は、前記複数のポリマーストランドの位置に基づき、１つ以上の方向に優先的に屈曲するように構成されている、積層造形システム。
【図１】
2020529344.tif 000003
【図２】
2020529344.tif 000004
【図３】
2020529344.tif 000005
【図４】
2020529344.tif 000006
【図５】
2020529344.tif 000007
【図６】
2020529344.tif 000008
【図７】
2020529344.tif 000009
【図８】
2020529344.tif 000010
【図９】
2020529344.tif 000011
【図１０】
2020529344.tif 000012
【図１１】
2020529344.tif 000013
【図１２】
2020529344.tif 000014
【図１３】
2020529344.tif 000015
【図１４】
2020529344.tif 000016
【図１５】
2020529344.tif 000017
【図１６】
2020529344.tif 000018
【図１７】
2020529344.tif 000019
【図１８】
2020529344.tif 000020
【図１９】
2020529344.tif 000021
【図２０】
2020529344.tif 000022
【図２１】
2020529344.tif 000023
【図２２】
2020529344.tif 000024
【図２３Ａ】
2020529344.tif 000025
【図２３Ｂ】
2020529344.tif 000026
【図２３Ｃ】
2020529344.tif 000027
【図２３Ｄ】
2020529344.tif 000028
【国際調査報告】
2020529344.tif 000029
2020529344.tif 000030
2020529344.tif 000031