特許 6874228 付加製造におけるフィードストック液化装置交換

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6874228

(24)【登録日】2021年4月23日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】付加製造におけるフィードストック液化装置交換

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/209 20170101AFI20210510BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20210510BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20210510BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20210510BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/209

   B29C64/295

   B29C64/106

   B33Y10/00

   B33Y30/00

【請求項の数】18

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2020-534593(P2020-534593)

(86)(22)【出願日】2018年12月20日

(65)【公表番号】特表2021-506636(P2021-506636A)

(43)【公表日】2021年2月22日

(86)【国際出願番号】EP2018086109

(87)【国際公開番号】WO2019122082

(87)【国際公開日】20190627

【審査請求日】2020年8月11日

(31)【優先権主張番号】17209683.6

(32)【優先日】2017年12月21日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519316357

【氏名又は名称】ボンド ハイ パフォーマンス スリーディー テクノロジー ベーフェー

【氏名又は名称原語表記】ＢＯＮＤ ＨＩＧＨ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ３Ｄ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｂ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000109

【氏名又は名称】特許業務法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】ブルッヘマン トーマス ヨナタン

(72)【発明者】

【氏名】ブルッヘマン アドリアヌス

(72)【発明者】

【氏名】フォス ケフィン ヘンドリック ヨーゼフ

(72)【発明者】

【氏名】スペールマン マラルト

(72)【発明者】

【氏名】フルン クラース

(72)【発明者】

【氏名】ティンメル アーレンツ ヨハンネス ヘルマンヌス

(72)【発明者】

【氏名】ヴォルベルス マルテイン ヨハンネス

(72)【発明者】

【氏名】カウト クーンデルト ヘンドリック

【審査官】 坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１９−５１０８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０９２３７４４７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０３８３１９７４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／１０６，６４／２０，６４／２０９，６４／２９５

Ｂ３３Ｙ １０／００，３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加製造（ＡＭ）システム用のプリントヘッドアセンブリであって、
前記プリントヘッドアセンブリをＡＭシステムの位置決めシステムに接続する接続手段と、
前記プリントヘッドアセンブリに取り付けられた熱交換手段であって、ＡＭフィードストックを液化するように構成されているフィードストック液化ユニットとの解除可能締付接続を確立して、前記プリントヘッドアセンブリ内に前記フィードストック液化ユニットを収容するように構成され且つ配置されている熱交換手段と、
を備え、
前記熱交換手段が、前記熱交換手段を開放状態にして、前記フィードストック液化ユニットの配置及び交換フィードストック液化ユニットの取得のうちの少なくとも一方を可能にするように、且つ、前記熱交換手段を閉鎖状態にして、前記フィードストック液化ユニットを保持するように作動可能である、プリントヘッドアセンブリであって
前記熱交換手段が、第１熱交換セクションと、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とを備え、前記支持構造体が前記プリントヘッドアセンブリに関連付けられ、
前記第１熱交換セクションと、前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも一方とが、互いに対して移動可能であり、
前記第１熱交換セクション、前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも１つが、前記熱交換手段を前記開放状態にするように作動可能であり、
前記第１熱交換セクション、前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも１つが、前記熱交換手段を前記閉鎖状態にするように作動可能である、プリントヘッドアセンブリ。

【請求項2】

前記第１熱交換セクション、前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも１つが、枢動ヒンジを使用して前記プリントヘッドアセンブリに関連付けられている、請求項１に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項3】

前記第１熱交換セクション、前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも１つが、摺動可能な構成を使用して前記プリントヘッドアセンブリに関連付けられている、請求項１又は２に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項4】

前記プリントヘッドアセンブリが、前記少なくとも１つの第１熱交換セクションに基準位置を提供する基準要素をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項5】

前記熱交換手段に、フィードストック液化ユニットを収容するように構成されている凹部が設けられ、前記熱交換手段が、前記凹部の軸方向中心線に対して横切る方向のうちの少なくとも１つにおいて、且つ前記凹部の前記軸方向中心線に対して平行な方向において、前記フィードストック液化ユニットを解放及び取得するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項6】

前記第１熱交換セクション及び前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの熱伝導素子が設けられている、請求項５に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項7】

前記少なくとも１つの熱伝導素子が、前記フィードストック液化ユニットを密着して収容するように、前記フィードストック液化ユニットの外周に対応する凹状形状を有する、請求項６に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項8】

前記第１熱交換セクション及び前記第２熱交換セクション及び前記支持構造体のうちの少なくとも１つに、第１作動手段が設けられ、前記第１作動手段が、フィードストック液化ユニット収納部の第２作動手段及びＡＭシステムの位置決めシステムと協働するように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項9】

フィードストック液化ユニットをさらに備え、前記フィードストック液化ユニットが、造形プレート及び生成すべき造形物のうちの少なくとも一方の上に液化ＡＭフィードストックを堆積させるノズルを備え、前記フィードストック液化ユニットが、供給開口部と、前記供給開口部から前記ノズルまでの供給チャネルとを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項10】

前記フィードストック液化ユニットが、前記ノズルに取り付けられている熱伝導性チューブを備え、前記供給チャネルが、前記熱伝導性チューブ内に収容され、前記供給開口部が、前記ノズルの反対側に配置されている前記熱伝導性チューブの端部によって形成されている、請求項９に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項11】

前記熱伝導性チューブに、少なくとも１つの同心状熱伝導セクションが設けられている、請求項１０に記載のプリントヘッドアセンブリ。

【請求項12】

付加製造（ＡＭ）システムであって、
生成すべき造形物を位置決めするための造形プレートと、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリと、
前記少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリに収容されたフィードストック液化ユニットと、
フィードストックを前記フィードストック液化ユニットに送るように構成されたフィードストック供給手段と、
前記プリントヘッドアセンブリと前記造形プレートとの相対的な空間的位置決めに対して構成された、前記プリントヘッドアセンブリ及び前記造形プレートのうちの少なくとも一方に関連付けられた位置決めシステムと、
少なくとも１つのフィードストック液化ユニットを収容する保持手段を備えるフィードストック液化ユニット収納部と、
コントローラであって、
フィードストック液化ユニット収納部内に前記フィードストック液化ユニットを配置するように前記位置決めシステムを制御し、
前記フィードストック液化ユニット収納部から交換フィードストック液化ユニットを取得するように前記位置決めシステムを制御する
ように構成されたコントローラと、
を備えるシステム。

【請求項13】

前記フィードストック液化ユニット収納部に、第１作動手段が設けられ、
第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つに、第２作動手段が設けられ、
前記第１作動手段が、前記第２作動手段と協働するように構成されている、
請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記フィードストック液化ユニット収納部に、前記フィードストック液化ユニットを収容する少なくとも１つのドッキング位置が設けられている、請求項１２又は１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記フィードストック液化ユニット収納部内に前記フィードストック液化ユニットを配置するように前記位置決めシステムを制御するように構成されている前記コントローラが、
前記プリントヘッドアセンブリを非占有ドッキング位置まで移動させるように前記位置決めシステムを制御し、
熱交換手段を開放状態まで移動させるように、前記第２作動手段及び前記第１作動手段の係合を可能にし、
前記非占有ドッキング位置に前記フィードストック液化ユニットを配置するように構成されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項16】

前記フィードストック液化ユニット収納部から交換フィードストック液化ユニットを取得するように前記位置決めシステムを制御するように構成されている前記コントローラが、
前記プリントヘッドを占有ドッキング位置まで移動させるように前記位置決めシステムを制御し、
前記熱交換手段を前記開放状態まで移動させ、前記占有ドッキング位置において前記交換フィードストック液化ユニットを包囲するように、前記第２作動手段及び前記第１作動手段の係合を可能にし、
前記占有ドッキング位置から前記プリントヘッドを後退させるように前記位置決めシステムを制御し、
前記占有ドッキング位置から前記プリントヘッドを後退させる前に、前記熱交換手段を閉鎖状態まで移動させるように、前記第２作動手段及び前記第１作動手段の係合を可能にするように構成されている、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記フィードストック供給手段が、前記フィードストック液化ユニットの供給開口部に接続されている、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項18】

前記フィードストック供給手段が、前記プリントヘッドアセンブリに接続されており、前記フィードストック供給手段が、前記フィードストック供給手段を前記フィードストック液化ユニットに着脱可能に接続する着脱可能通路をさらに備える、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、付加製造（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムに関する。より詳細には、本発明は、付加製造システムにおけるフィードストック液化ユニットの交換に関する。

【背景技術】

【0002】

３次元モデリングでは、造形物が、制御された様式でモデリング材料を積層することによって形成され、所望の３次元形状の造形物を生成することができる。造形物を形成するこの方式は、付加製造と称される場合もある。３次元モデリングに関して非常に多くの場合、３次元モデリングプリンタが使用される。プリンタは、３次元で移動可能なプリントヘッドを有し、プリントヘッドは、先行して堆積したモデリング材料のトラックの上を移動しながら、モデリング材料を吐出する。

【0003】

プリントされる造形物は、造形プレートの上に配置することができる。プリントヘッドは、モデリング又はプリントされている造形物に対して３次元空間で移動可能である。場合により、造形物は、プリントヘッドに対して１次元又は複数次元で移動可能である。上で造形物がモデリングされる造形プレートとプリントヘッドとを互いに対して移動させる、さまざまな選択肢が利用可能である。

【0004】

プリントヘッドの運動は、制御システムによって制御され、制御システムは、プリントヘッドが取り付けられている３次元で制御可能な位置決めシステムを制御する。ソフトウェアを用いて、トラックのパターンを生成することができ、このパターンは、プリントヘッドを移動させるため、及びトラックを堆積させるために使用される。

【0005】

造形物は、造形プレート上で、移動可能なプリントヘッドに対する基準場所で生成される。先行して形成されたトラックとモデリング材料を融合することができる。３次元モデリング材料は、プリントヘッドにおいて、たとえばフィラメント、粒状物、ロッド、液体、樹脂又は懸濁液の形態で送ることができる。

【0006】

フィードストックとさらに称されるモデリング材料は、プリントヘッドからフィードストック液化ユニットを通して吐出され、トラックの層を形成するトラックの形態で造形プレート上に堆積し、又は、生成すべき造形物の先行する層が堆積している場合は、モデリング材料が凝固することができる先行して堆積したトラックの上に堆積する。モデリング材料は、先行して堆積したトラックと熱的に若しくは化学的に又は他の方法で融合することができる。モデリング材料は、プリントヘッドから吐出し、先行して堆積したトラックの上に堆積させ、堆積した後に凝固するように硬化させることができる。

【0007】

造形プレート及び造形物の、プリントヘッドに対するトラックに沿った相対運動と、プリントヘッドからのモデリング材料の同時に起こる堆積とにより、熱溶解積層された造形物が各堆積したトラックとともに成長することができ、その所望の形状を徐々に達成する。

【0008】

プリントヘッドの送りチャネル内のモデリング材料は、プリント中、腐食する可能性がある。これは、たとえば、モデリング材料内の不純物、若しくは、３次元プリンタが位置する環境からの塵埃又は他の粒子の侵入、又は他の原因に起因する可能性がある。プリント可能であるために、プリントヘッドのフィードストック液化ユニットによる堆積の前に溶融する可溶性材料の場合、材料が、溶融温度近くの高温で非常に長時間維持される場合、分解又は崩壊の危険性がある。

【0009】

これにより、崩壊したモデリング材料の固体粒子が形成される可能性がある。たとえば、硬化性樹脂を堆積させる際、モデリング材料内の汚染物質及び／又は送りチャネル内のデッドスポットもまた、最終的に、固体粒子の形成をもたらす可能性がある。これは、通常、プリントヘッド内において最高温度で維持される、フィードストック液化ユニットに特に当てはまる。送りチャネル壁の近く、特に、フィードストック液化ユニットの近くで、モデリング材料の流速は最低である。その結果、望ましくない凝固及び崩壊は、通常、この領域で開始する。

【0010】

モデリング材料を堆積させる間、フィードストック液化ユニットの送りチャネル又はノズルにおけるデブリ又は固体粒子により、閉塞がもたらされる可能性があり、フィードストック液化ユニット内部で材料が逆流することになる可能性があり、それにより、フィードストック液化ユニットの詰まりがもたらされる。

【0011】

別法として、フィードストック液化ユニットのノズル開口部が、摩滅して広がり、プリントされるトラックの幅が広くなり、部品寸法が不正確になる可能性がある。さらに、ノズルからの押し出される材料の圧力が高くなり、先行する層の上に堆積している層のオーバーエクストルージョンがもたらされる可能性がある。これにより、造形物とプリントヘッドの間に過剰な力がもたらされるとともに、モデリング材料のオーバーフローに起因して、生成される造形物の表面が粗くなる可能性がある。モデリング材料のオーバーフローにより、さらに、プリントヘッドのノズルチップの外側にデブリ又は残留物がもたらされる可能性があり、そうしたデブリ又は残留物は、ノズルチップから落下してプリントされている造形物と融合し、造形物の潜在的損失をもたらす可能性がある。

【0012】

さらに、造形物をプリントするとき、異なる色又は異なる材料が使用される場合がある。さらに、たとえば、時間の要件に応じて異なる材料に対して異なるノズル径又は異なるフィードストック供給チューブを含む、異なるフィードストック堆積モデリング方法が適用される場合がある。

【0013】

したがって、保守、材料選択、フィードストック堆積方法等に対するフィードストック堆積モデリング要件に応じて、フィードストック液化ユニットを交換することが望ましい。

【0014】

当該技術分野では、フィードストック液化ユニットは、熱交換手段と一体化されて、熱交換手段の加熱要素の間の熱伝達を提供するようになっている。これは、フィードストック液化ユニット内のホットスポットを防止するために必要である。フィードストック液化ユニットを交換するために、熱交換手段及びフィードストック液化ユニットを含むプリントヘッド全体を交換する必要がある。熱交換手段は、通常電動式であるため、交換されたプリントヘッドの熱交換手段を接続するために、専用の電気接続が必要である。

【0015】

別法として、フィードストック液化ユニットのノズル又はノズルチップが交換可能である場合がある。当該技術分野では、これには、プリントヘッドから交換すべき現フィードストック液化ユニットのねじをゆるめ、交換フィードストック液化ユニット又はノズル若しくはノズルチップをプリントヘッド内にねじ込む等、手動の介入が必要である。しかしながら、この手順により、プリントヘッドを冷ます必要がある、３Ｄモデリングプロセスの中断がもたらされる。中断しその後冷ますことにより、進行中のモデリングジョブが打ち切られ、後続する資源及び時間の損失になる可能性がある。

【0016】

交換される又は予備のプリントヘッドは、プリントヘッドホルダに収納することができる。プリントヘッドはかさばる可能性があるため、プリントヘッドを収納するために、著しく大きいサイズ且つ比較的高価なホルダ又はカセットが必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

したがって、本発明の目的は、上述した問題及び不都合を克服するフィードストック液化ユニット交換を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

この目的は、本出願の請求項１による付加製造（ＡＭ）システム用のプリントヘッドアセンブリにおいて達成される。プリントヘッドアセンブリは、プリントヘッドアセンブリをＡＭシステムの位置決めシステムに接続する接続手段を備える。プリントヘッドアセンブリは、プリントヘッドアセンブリに取り付けられた熱交換手段をさらに備え、熱交換手段は、ＡＭフィードストックを液化するように構成されているフィードストック液化ユニットとの解除可能締付接続を確立して、プリントヘッドアセンブリ内にフィードストック液化ユニットを収容するように構成され且つ配置されており、熱交換手段は、熱交換手段を開放状態にして、フィードストック液化ユニットの配置及び交換フィードストック液化ユニットの取得のうちの少なくとも一方を可能にするように、且つ、熱交換手段を閉鎖状態にして、フィードストック液化ユニットを保持するように作動可能である。

【0019】

ＡＭフィードストックを液化するフィードストック液化ユニットは、造形プレート及び生成すべき造形物のうちの少なくとも一方の上に液化ＡＭフィードストックを堆積させるノズルを備えることができる。フィードストック液化ユニットは、供給開口部と、供給開口部からノズルまでの供給チャネルとを有する。

【0020】

現フィードストック液化ユニットを、同じか又は異なるフィードストックを有する別のフィードストック液化ユニットと置き換えることができる。交換フィードストック液化ユニットは、ノズル径等、異なる特性をさらに有することができる。しかしながら、他の形状輪郭及び寸法は、熱交換手段の内部形状輪郭に対応しなければならず、熱交換手段からフィードストック液化ユニットへの適切な熱伝達を確実にするために、熱交換手段は隙間なく配置されるべきである。

【0021】

一実施形態では、熱交換手段は、第１熱交換セクションと第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とを備え、支持構造体は、プリントヘッドに関連付けられている。

【0022】

第１熱交換セクションと第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とは、互いに対して移動可能である。第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び持構造体のうちの少なくとも１つは、熱交換手段を開放状態にして、フィードストック液化ユニットの配置及び交換フィードストック液化ユニットの取得のうちの少なくとも一方を可能にするように作動可能である。さらに、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つは、熱交換手段を閉鎖状態にして、フィードストック液化ユニットを保持するように作動可能である。

【0023】

本発明の状況では、閉鎖状態は、熱交換手段とフィードストック液化ユニットとが互いに締付接触して配置される状態として解釈されるべきであることに留意されたい。さらに、開放状態は、熱交換手段とフィードストック液化ユニットとの間に締付接触がない状態として解釈されるべきである。開放状態では、熱交換セクションは、完全に開放した状態とわずかに開放した状態とのうちの一方であり得る。後者の場合、熱交換手段及びフィードストック液化ユニットは、フィードストック液化ユニットの交換中に摺動当接接触して配置される。

【0024】

開放状態では、フィードストック液化ユニットを抽出して、交換フィードストック液化ユニットと置き換えることができる。フィードストック液化ユニットが、少なくとも１つの第１熱交換セクションと第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とによって保持されている閉鎖状態では、フィードストック液化ユニットは、熱交換手段によって加熱可能であり、本システムが設計されている位置決めシステムを使用して３Ｄプリンティングの実施を達成するように隙間なく保持される。

【0025】

一実施形態では、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つは、枢動ヒンジを使用してプリントヘッドアセンブリに関連付けられている。これにより、少なくとも１つの第１熱交換セクションは開放位置までヒンジ動作することができる。位置決めシステムのＸ、Ｙ平面に対して垂直な向きに枢動軸を配置することができ、それにより、位置決めシステムを使用してそのＸ、Ｙ平面における移動によりフィードストック液化ユニットを置き換えることができる。

【0026】

一実施形態では、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つは、摺動可能な構成を使用してプリントヘッドアセンブリに関連付けられている。これにより、フィードストック液化ユニットを解放する代替方法が可能となる。

【0027】

一実施形態では、プリントヘッドアセンブリは、少なくとも１つの第１熱交換セクションに基準位置を提供する基準要素をさらに備える。フィードストック液化ユニットノズルの正確な位置決め、それにより生成すべき造形物の正確なモデリングを可能にするために、フィードストック液化ユニットは、プリントヘッドアセンブリと正確に位置合わせされる必要がある。

【0028】

一実施形態では、熱交換手段に、フィードストック液化ユニットを収容するように構成されている凹部が設けられ、熱交換手段は、凹部の軸方向中心線に対して横切る方向のうちの少なくとも１つにおいて、すなわち、造形プレートに対して平行であるＸ、Ｙ平面において、且つ凹部の軸方向中心線に対して平行な方向において、すなわち、造形プレートに向かうか又は造形プレートから離れる方向において、フィードストック液化ユニットを解放及び取得するように構成されている。

【0029】

一実施形態では、第１熱交換セクション及び第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの熱伝導素子が設けられている。

【0030】

一実施形態では、上記少なくとも１つの熱伝導素子は、フィードストック液化ユニットを密着して収容するように、フィードストック液化ユニットの外周に対応する凹状形状を有する。

【0031】

一実施形態では、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つに、第１作動手段が設けられ、第１作動手段は、フィードストック液化ユニット収納部の第２作動手段及びＡＭシステムの位置決めシステムと協働するように構成されている。

【0032】

これにより、熱交換手段は、第１作動手段及び第２作動手段の係合時に開放状態になることができる。熱交換手段は、第１作動手段及び第２作動手段の係合解除時に閉鎖状態になる。熱交換手段を開放状態と閉鎖状態との間で変化させるために必要な作動エネルギーは、フィードストック液化ユニット収納部及び位置決めシステムのうちの少なくとも一方によって提供することができる。

【0033】

一実施形態では、プリントヘッドアセンブリは、フィードストック液化ユニットをさらに備え、上記フィードストック液化ユニットは、造形プレート及び生成すべき造形物のうちの少なくとも一方の上に液化ＡＭフィードストックを堆積させるノズルを備え、フィードストック液化ユニットは、供給開口部と、供給開口部からノズルまでの供給チャネルとを有する。

【0034】

これにより、プリントヘッドアセンブリをＡＭシステムにおいて動作可能とすることができる。

【0035】

一実施形態では、フィードストック液化ユニットは、ノズルに取り付けられている熱伝導性チューブを備え、供給チャネルは、熱伝導性チューブ内に収容され、供給開口部は、ノズルの反対側に配置されている熱伝導性チューブの端部によって形成されている。

【0036】

一実施形態では、熱伝導性チューブに、少なくとも１つの同心状熱伝導セクションが設けられている。

【0037】

これにより、上記熱伝導素子と上記液化ユニットの間の熱伝導セクションを介する最適な熱伝達が可能になる。複数の同心状熱伝導セクションが、それらの間の断熱セクションと組み合わせて使用される場合、液化ユニット内の異なる温度ゾーンをもたらすことができる。

【0038】

上記目的は、本出願の請求項１３による付加製造（ＡＭ）システムにおいてさらに達成される。

【0039】

付加製造システムは、生成すべき造形物を位置決めするための造形プレートと、熱溶解積層法のための少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリとを備える。プリントヘッドアセンブリは、位置決めシステムに接続する接続手段、熱交換手段を備える。本システムは、ＡＭフィードストックを液化する、上記少なくともプリントヘッドアセンブリに収容されたフィードストック液化ユニットをさらに備える。

【0040】

フィードストック液化ユニットは、造形プレート及び生成すべき造形物のうちの少なくとも一方の上に液化ＡＭフィードストックを堆積させるノズルを備える。

【0041】

本システムは、フィードストック液化ユニット内にフィードストックを送るように構成されたフィードストック供給手段をさらに備える。

【0042】

本システムは、プリントヘッドアセンブリ及び造形プレートの相対的な空間的位置決めに対して構成された、プリントヘッドアセンブリ及び造形プレートのうちの少なくとも一方に関連付けられた位置決めシステムをさらに備える。

【0043】

本システムは、少なくとも１つのフィードストック液化ユニットを収容する保持手段を備えるフィードストック液化ユニット収納部と、フィードストック液化ユニット収納部内にフィードストック液化ユニットを配置するように位置決めシステムを制御し、フィードストック液化ユニット収納部から交換フィードストック液化ユニットを取得するように前記位置決めシステムを制御するように構成されたコントローラとをさらに備える。

【0044】

熱交換手段は、フィードストック液化ユニットとの解除可能締付接続を確立して、プリントヘッドアセンブリ内にフィードストック液化ユニットを収容するように構成され且つ配置されている。熱交換手段のこの構成及び配置により、熱交換手段を適所に維持しながら、フィードストック液化ユニットをフィードストック液化ユニット収納部内に収納されているフィードストック液化ユニットと置き換えることができる。熱交換手段は、フィードストック液化ユニットを加熱するそのエネルギー源に接続されたままである。制御ユニットは、フィードストック液化ユニットを交換するように位置決め手段を制御する。

【0045】

現フィードストック液化ユニットを、同じか又は異なるフィードストックを有する別のフィードストック液化ユニットと置き換えることができる。交換フィードストック液化ユニットは、ノズル径等、異なる特性をさらに有することができる。しかしながら、他の形状輪郭及び寸法は、熱交換手段の内部形状輪郭に対応しなければならず、熱交換手段からフィードストック液化ユニットへの適切な熱伝達を確実にするために、熱交換手段は隙間なく配置されるべきである。

【0046】

一実施形態では、熱交換手段は、第１熱交換セクションと第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とを備え、支持構造体は、プリントヘッドアセンブリに関連付けられている。

【0047】

第１熱交換セクションと第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とは、互いに対して移動可能である。第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び持構造体のうちの少なくとも１つは、熱交換手段を開放状態にして、フィードストック液化ユニットの配置及び交換フィードストック液化ユニットの取得のうちの少なくとも一方を可能にするように作動可能である。さらに、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つは、熱交換手段を閉鎖状態にして、フィードストック液化ユニットを保持するように作動可能である。

【0048】

本発明の状況では、閉鎖状態は、熱交換手段とフィードストック液化ユニットとが互いに締付接触して配置される状態として解釈されるべきであることに留意されたい。さらに、開放状態は、熱交換手段とフィードストック液化ユニットとの間に締付接触がない状態として解釈されるべきである。開放状態では、熱交換セクションは、完全に開放した状態とわずかに開放した状態とのうちの一方であり得る。後者の場合、熱交換手段及びフィードストック液化ユニットは、フィードストック液化ユニットの交換中に摺動当接接触して配置される。

【0049】

開放状態では、フィードストック液化ユニットを抽出して、交換フィードストック液化ユニットと置き換えることができる。フィードストック液化ユニットが、少なくとも１つの第１熱交換セクションと第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも一方とによって保持されている閉鎖状態では、フィードストック液化ユニットは、熱交換手段によって加熱可能であり、本システムが設計されている位置決めシステムを使用して３Ｄプリンティングの実施を達成するように隙間なく保持される。

【0050】

一実施形態では、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つは、枢動ヒンジを使用してプリントヘッドアセンブリに関連付けられている。これにより、少なくとも１つの第１熱交換セクションは開放位置までヒンジ動作することができる。位置決めシステムのＸ、Ｙ平面に対して垂直な向きに枢動軸を配置することができ、それにより、位置決めシステムを使用してそのＸ、Ｙ平面における移動によりフィードストック液化ユニットを置き換えることができる。

【0051】

一実施形態では、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つは、摺動可能な構成を使用してプリントヘッドアセンブリに関連付けられている。これにより、フィードストック液化ユニットを解放する代替方法が可能となる。

【0052】

一実施形態では、プリントヘッドアセンブリは、少なくとも１つの第１熱交換セクションに基準位置を提供する基準要素をさらに備える。フィードストック液化ユニットノズルの正確な位置決め、それにより生成すべき造形物の正確なモデリングを可能にするために、フィードストック液化ユニットは、プリントヘッドアセンブリと正確に位置合わせされる必要がある。

【0053】

一実施形態では、フィードストック液化ユニット収納部に、第１作動手段が設けられ、第１熱交換セクション、第２熱交換セクション及び支持構造体のうちの少なくとも１つに、第２作動手段が設けられ、第１作動手段は、第２作動手段と協働するように構成されている。

【0054】

これにより、熱交換手段は、第１作動手段及び第２作動手段の係合時に開放状態になることができる。熱交換手段は、第１作動手段及び第２作動手段の係合解除時に閉鎖状態になる。熱交換手段を開放状態と閉鎖状態との間で変化させるために必要な作動エネルギーは、フィードストック液化ユニット収納部及び位置決めシステムのうちの少なくとも一方によって提供することができる。

【0055】

一実施形態では、フィードストック液化ユニット収納部に、フィードストック液化ユニットを収容する少なくとも１つのドッキング位置が設けられている。これにより、フィードストック液化ユニットをフィードストック液化ユニット収納部内に保持することができる。

【0056】

一実施形態では、フィードストック液化ユニット収納部にフィードストック液化ユニットを配置するように位置決めシステムを制御するように構成されているコントローラは、
プリントヘッドアセンブリを非占有ドッキング位置まで移動させるように位置決めシステムを制御し、
熱交換手段を開放状態まで移動させるように、第２作動手段及び第１作動手段の係合を可能にし、
非占有ドッキング位置にフィードストック液化ユニットを配置する
ように構成されている。

【0057】

これにより、保守を必要する可能性がある現フィードストック液化ユニットをプリントヘッドアセンブリから、すなわち熱交換手段から取り除くことができる。

【0058】

使用時、フィードストック液化ユニット収納部に少なくとも１つの占有ドッキング位置を設けることができ、各占有ドッキング位置は、１つの交換フィードストック液化ユニットを収容するように構成され且つ配置されている。

【0059】

一実施形態では、フィードストック液化ユニット収納部から交換フィードストック液化ユニットを取得するように位置決めシステムを制御するように構成されているコントローラは、
プリントヘッドを占有ドッキング位置まで移動させるように位置決めシステムを制御し、
熱交換手段を開放状態まで移動させ、占有ドッキング位置において交換フィードストック液化ユニットを包囲するように、第２作動手段及び第１作動手段の係合を可能にし、
占有ドッキング位置からプリントヘッドを後退させるように位置決めシステムを制御し、
占有ドッキング位置からプリントヘッドを後退させる前に、熱交換手段を閉鎖状態まで移動させるように、第２作動手段及び第１作動手段の係合を可能にする
ように構成されている。

【0060】

これにより、交換フィードストック液化ユニットを収集し熱交換手段内に配置することができる。

【0061】

一実施形態では、フィードストック液化ユニットに、供給開口部と、供給開口部からノズルまでの供給チャネルとが設けられる。

【0062】

これにより、フィードストック供給手段からのフィードストックがフィードストック液化ユニットを通過することができる。フィードストック液化ユニットが熱交換手段によって加熱可能であるため、フィードストックが供給チャネルを通過する間、フィードストックを加熱することができる。

【0063】

一実施形態では、フィードストック供給手段は、フィードストック液化ユニットの供給開口部に接続されている。

【0064】

これは、供給チューブを介して供給することができるフィラメント形態のフィードストックの場合に特に有利である。フィラメントが、フィードストック液化ユニット内で溶融した後に堆積するために供給チューブを通ってフィードストック液化ユニットまで進むことができるように、供給開口部に供給チューブを接続することができる。

【0065】

一実施形態では、フィードストック供給手段は、プリントヘッドアセンブリに接続されており、フィードストック供給手段は、フィードストック供給手段をフィードストック液化ユニットに着脱可能に接続する着脱可能通路をさらに備える。着脱可能通路は、フィードストック液化ユニットのフィードストック供給開口部に接続することができる。

【0066】

これにより、フィードストック液化ユニットがプリントヘッドアセンブリに接続されると、フィードストック液化ユニット供給チャネル内にフィードストックを送り込むことができる。フィードストック液化ユニットが置き換えられるとき、フィードストック供給手段は適所にあり続けることができる。これは、フィードストック液化ユニットにフィードストックを送ることに、且つフィードストック液化ユニットにフィードストックロッドを送ることにも適用することができる。

【0067】

一実施形態では、熱交換手段に、フィードストック液化ユニットを収容するように構成されている凹部が設けられ、熱交換手段は、凹部の軸方向中心線に対して横切る方向のうちの少なくとも１つにおいて、すなわち、造形プレートに対して平行であるＸ、Ｙ平面において、且つ凹部の軸方向中心線に対して平行な方向において、すなわち、造形プレートに向かうか又は造形プレートから離れる方向において、フィードストック液化ユニットを解放及び取得するように構成されている。

【0068】

一実施形態では、フィードストック液化ユニットは、ノズルに取り付けられた熱伝導性チューブを備える。供給チャネルは、熱伝導性チューブ内に収容され、供給開口部は、ノズルの反対側に配置されている熱伝導性チューブの端部によって形成されている。これにより、熱交換手段から供給チャネル内への熱伝達が可能になり、供給チャネルにおいてフィードストック材料を加熱することができる。

【0069】

一実施形態では、熱伝導性チューブに、少なくとも１つの同心状熱伝導セクションが設けられており、少なくとも第１熱交換セクションに少なくとも１つの熱伝導素子が設けられており、熱伝導素子は、フィードストック液化ユニットを密着して収容するように、少なくとも１つの同心熱伝導セクションの外周に対応する凹状形状を有する。

【0070】

フィードストック液化ユニットの熱伝導セクションに溝を散在させることができ、熱交換セクションの熱伝導素子は相互に断熱することができる。

【0071】

これにより、各々が独立して制御可能な温度を有する温度ゾーンをもたらすことができ、各ゾーンは、熱交換手段とフィードストック液化ユニットとの間の最適な熱伝達を有し、それにより、熱伝導セクションは、熱交換セクションからの熱の均一な分布を確実にし、一方で、異なる熱ゾーンの熱伝導素子のうちの少なくとも１つ、熱伝導セクション及び熱交換セクションの間の熱クロストークが防止される。このように、フィードストック液化ユニット内のフィードストックを複数の段階で加熱することができ、一方でホットスポットが防止される。

【0072】

本発明は、以下に示す図面においてさらに明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0073】

【図1】本発明の一実施形態による付加製造システムの等角概略図を示す。

【図2】本発明の一実施形態による熱交換手段の等角図を示す。

【図3a】閉鎖状態にある、本発明の一実施形態による熱交換手段の断面図を示す。

【図3b】開放状態にある、本発明の一実施形態による図３ａの熱交換手段の断面図を示す。

【図3c-3d】図３ｃは開放状態にある熱交換手段の代替構成を示す。図３ｄは閉鎖状態にある図３ｃの熱交換手段を示す。

【図3e-3i】熱交換手段の別の代替実施形態を示す。

【図4】本発明の一実施形態によるフィードストック液化ユニットを示す。

【図5】本発明の一実施形態による熱交換手段に収容されたフィードストック液化ユニットの断面図を示す。

【図6】本発明の一実施形態によるフィードストック液化ユニット収納部を示す。

【図7a-7c】本発明の一実施形態によるフィードストック液化ユニット収納部におけるフィードストック液化ユニットの配置及び取得プロセスを示す。

【図7d-7f】本発明の一実施形態によるフィードストック液化ユニット収納部におけるフィードストック液化ユニットの配置及び取得プロセスを示す。

【図7g-7h】本発明の一実施形態によるフィードストック液化ユニット収納部におけるフィードストック液化ユニットの配置及び取得プロセスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0074】

本発明は、後述する例示的な実施形態においてさらに明らかとなろう。

【0075】

付加製造システム１００の図１の等角概略図に、生成すべき造形物１０８を支持する造形プレート１０４を示す。ガントリとして示す位置決めシステム１０１が、それに取り付けられているプリントヘッド１０２を有する。造形プレート１０４及び生成すべき造形物１０８に対するプリントヘッド１０２の水平（Ｘ−Ｙ）移動及び垂直（Ｚ）移動を提供するように構成されている位置決めシステムに対する、さまざまな代替形態を構想することができる。代替実施形態では、プリントヘッド１０２に対して、造形物１０８及び／又は造形プレート１０４を移動させることができる。別の代替形態では、プリントヘッド１０２と造形物１０８及び／又は造形プレート１０４との両方を互いに対して移動させることができる。

【0076】

位置決めシステム１０１に、制御システムによって制御可能である駆動装置を設けることができ、制御システムは、生成すべき造形物の電子３次元モデルをプリントヘッドの移動に対する命令に変換するように構成することができる。

【0077】

プリントヘッド１０２に、フィードストック供給部１０３から付加製造（ＡＭ）フィードストックを取得するフィードストック液化ユニット１０７を設けることができる。フィードストック液化ユニット１０７を取り除いて交換フィードストック液化ユニットと置き換えることができるように、熱交換手段１０６内にフィードストック液化ユニット１０７を取外し可能に配置することができる。大部分の場合、熱交換手段１０６は、フィードストック液化ユニット１０７に熱を伝達するように構成され、この熱により、フィードストック液化ユニット１０７内のフィードストックを溶融させることができる。熱交換手段１０６は、フィードストック液化ユニット１０７を少なくとも部分的に冷却するようにさらに構成することができる。熱交換装置１０６は、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの熱交換素子２０４ａ、２０４ｂに対応する温度ゾーンにさらに細分することができ、それにより、フィードストック液化ユニット１０７内のフィードストック材料を複数の段階で加熱することができる。この目的で、熱交換手段１０６の１つ又は複数のゾーンを、フィードストック液化ユニット１０７の対応する部分を冷却するように構成することができる。

【0078】

フィードストックは、駆動装置（図１には図示せず）によってフィードストック液化ユニット１０７内に押し込まれる。駆動装置は、制御ユニットにより、造形物１０８に対するプリントヘッド移動と連携して溶融フィードストックの制御された流れを可能にするように制御可能である。

【0079】

駆動装置によってフィードストックにかけられる圧力により、出口開口部、すなわちフィードストック液化ユニット１０７のノズルを介して、造形プレート１０４及び生成すべき造形物１０８のうちの少なくとも一方の上に、溶融フィードストックを堆積させることができ、そこでフィードストックは冷まされ、凝固する。

【0080】

フィードストック液化ユニット１０７は、フィードストック液化ユニット収納部１０５内に置くことができる。フィードストック液化ユニット収納部１０５から、先行して収納されている交換フィードストック液化ユニット１０７を取り出すことができる。

【0081】

図２に、熱交換装置１０６の例示的な実施形態を示す。

【0082】

熱交換手段１０６は、２つの熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂを備え、それらは、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂ内に組み込まれている電気抵抗器を使用して電気的に加熱することができる。この例では、熱交換手段１０６は、それぞれの熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂに接続された熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂをさらに有する。熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂの内面２０６ａ、２０６ｂは、湾曲しており、それにより、フィードストック液化ユニット１０７がセクション２０１ａ、２０１ｂの間に密着して締め付けられるのを可能にする凹部２０５を生成する。熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂは、互いから、且つそれらが関連するそれぞれの熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂから断熱されている。このように、熱クロストークを防止することができる。

【0083】

この例では、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、ヒンジ２０２を介してヒンジ動作可能に（ｈｉｎｇｅａｂｌｙ）接続されている。ヒンジ２０２は、ヒンジ軸を備えることができ、ヒンジ軸は、一端において、プリントヘッド１０２を位置決めシステム１０１に接続するためのプリントヘッドサブフレーム（図示せず）に接続することができる。この実施形態では、ヒンジ２０２のヒンジ軸は、凹部２０５の軸方向中心線に対して平行に向けられている。しかしながら、別の例示的な非限定的実施形態では、凹部２０５の軸方向中心線に対して横切る方向に、ヒンジ２０２のヒンジ軸を向けることができる。後者の構成は、図３ｃ及び図３ｄに関連してさらに明らかとなろう。当業者には、熱交換手段をプリントヘッド１０２に、最終的に位置決めシステム１０１に取り付ける、さまざまな代替態様が利用可能である。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、たとえば、プリントヘッドサブフレームに独立してヒンジ動作可能に取り付けることができ、各々、個々の枢動軸を有している。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの往復運動を得るために、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂに、各々、噛み合う歯付きカムをさらに設けることができる。

【0084】

ヒンジ動作可能な熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの代わりとして、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、弾性的に移動可能であり、又はプリントヘッドアセンブリに弾性的に取り付けられ、液化ユニットにアクセスすることができるようにセクションの弾性の又は弾力的な分離を可能にすることができる。

【0085】

液化ユニット１０７に熱を供給するか又は液化ユニット１０７から熱を放散するために、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂに、熱供給部及びヒートシンクのうちの少なくとも一方を設けることができる。熱供給部は、たとえば、電気抵抗器であり得る。ヒートシンクは、たとえば、流体チャネルによって熱制御セクションに入ることができる供給冷却流体によって提供することができる。冷却流体は、低温ガス、たとえば低温空気、又は低温液体であり得る。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂには、液化ユニット１０７の温度を制御する制御ユニットに接続された温度センサをさらに設けることができる。

【0086】

熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂに、それぞれ係合箇所２０３ａ、２０３ｂが設けられ、それにより、フィードストック液化ユニット１０７をそれぞれ解放し又は受け入れ保持するために、熱交換手段を開放状態と閉鎖状態との間で移動させるように、熱交換セクションを動作させることができる。

【0087】

本発明の状況では、閉鎖状態は、熱交換手段１０６とフィードストック液化ユニット１０７とが互いに締付接触して配置される状態として解釈されるべきであることに留意されたい。さらに、開放状態は、熱交換手段１０６とフィードストック液化ユニット１０７との間に締付接触がない状態として解釈されるべきである。開放状態では、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、完全に開放した状態とわずかに開放した状態とのうちの一方であり得る。後者の場合、熱交換手段１０６及びフィードストック液化ユニット１０７は、フィードストック液化ユニットの交換中に摺動当接接触して配置される。

【0088】

係合箇所２０３ａ、２０３ｂは、プリントヘッド１０２に位置する駆動装置によって作動させることができる。後述するような例示的な実施形態では、係合箇所２０３ａ、２０３ｂは、位置決めシステム１０１によって実施されるプリントヘッド１０２の移動と協働して、フィードストック液化ユニット収納部１０５の突出部によって作動し、それにより、プリントヘッド上の専用駆動装置は不要になる。

【0089】

フィードストック液化ユニットの解放及び取得を可能にするために２つの熱交換セクションを分離し閉鎖するさまざまな代替形態が利用可能であることが明らかとなろう。上述した例では、２つのセクション２０１ａ、２０１ｂは移動可能である。一方のセクションをプリントヘッドサブフレームに固定し、他方の熱交換セクションを移動可能とすることも可能である。さらに、プリントヘッドサブフレームに接続された、フィードストック液化ユニット外面輪郭に対応する内面輪郭を有する、支持構造体と協働する１つの熱交換セクションのみがあることが考えられる。後者の場合、１つの熱交換セクション又は熱交換セクションの両方と支持構造体とが、互いに対して移動可能であり得る。さらに、係合箇所２０３ａ、２０３ｂは、熱交換セクションのための作動箇所の例である。切欠き、突起若しくはレバー又は他の任意の作動手段等、作動箇所のためのさまざまな代替形態が企図され得る。専用の駆動装置によって作動箇所を駆動することができる。

【0090】

図３ａに、熱交換手段１０６の保持凹部２０５内にフィードストック液化ユニット１０７を有する閉鎖状態にある、クランプ形状を有する熱交換手段１０６の断面図を示す。図３ａに、プリントヘッドサブフレーム３０１を示し、プリントヘッドサブフレーム３０１は、その上に取り付けられているヒンジ２０２を有する。熱交換セクション２０１ａと熱交換セクション２０１ｂとは、ヒンジ２０２を介して互いに対してヒンジ動作可能に移動可能である。図３ａに示すような熱交換セクション２０１ａは、レバー３０４を有し、レバー３０４は、ばね３０３を用いてプリントヘッドサブフレーム３０１の基準箇所３０２に当接し、それにより、熱交換手段１０６の回転を阻止する。これにより、熱交換セクション２０１ａは、サブフレーム３０１に対して同様に枢動可能であり得る。基準箇所３０２は、プリントヘッドサブフレーム３０１に対する熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの位置合わせを提供し、それにより、フィードストック液化ユニット１０７を正確に位置決めする。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、ばね３０５を用いて閉鎖可能であり、それにより、フィードストック液化ユニット１０７を締め付ける。

【0091】

図３ｂに、フィードストック液化ユニットが熱交換手段１０６の保持凹部２０５から解放されている開放状態にある、熱交換手段１０６を示す。図３ｂでは、熱交換セクション２０１ａは、レバー３０４が基準箇所３０２から離れるように移動しているため、位置がずれている。この開放状態は、フィードストック液化ユニットを解放し、フィードストック液化ユニット収納部１０５にフィードストック液化ユニットを置くため、又は、フィードストック液化ユニット収納部１０５から交換フィードストック液化ユニットを取得するためのいずれかに使用することができる。この開放状態では、ばね３０３は圧縮され、それにより、熱交換手段１０６は、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂを解除した後にその元の閉鎖位置に戻ることができ、そこで、図３ａに示すように、レバー３０４は基準箇所３０２に当接する。

【0092】

上記例では、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂを分離している間、液化ユニット１０７は、プリントヘッドの基礎面、たとえば造形プレートに対して平行なＸ、Ｙ平面において、熱交換手段１０６の凹部２０５内で解放可能且つ挿入可能であり得る。

【0093】

別法として、液化ユニット１０７は、凹部２０５の軸方向中心線に対して平行な方向において、すなわち、造形プレート１０４に対して平行なＸ、Ｙ平面に対して横切るＺ方向において、熱交換手段１０６の凹部２０５内で解放可能且つ挿入可能であり得る。

【0094】

図３ｃに、開放状態にある熱交換手段１０６’の代替構成を示し、ここでは、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、記載したようにＺ方向におけるフィードストック液化ユニット１０７の解放及び挿入を可能にするように、ヒンジ２０２によって相互接続されている。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、フィードストック液化ユニット１０７を収容する凹部２０５を形成する湾曲内面を有している。

【0095】

図３ｄは、閉鎖状態にある図３ｃの熱交換手段１０６’を示し、ここでは、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、枢動軸としてのヒンジ２０２により、隣接して位置決めされている。

【0096】

当業者であれば、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂを開放状態又は閉鎖状態にするように作動させるために、図３ａ及び図３ｂにおけるものと同様の手段を設けることができることが明らかとなろう。

【0097】

図３ｅ〜図３ｉは、熱交換手段１０６’’の別の代替実施形態を示す。この実施形態によれば、移動可能熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂ又は支持構造体は、図３ｅ〜図３ｉに示すように互いに対して並進可能に構成することができる。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂ又は支持構造体は、プリントヘッドアセンブリサブフレームに摺動可能に取り付けることができる。明確にするために、図３ｅ〜図３ｉには、熱交換手段１０６’’の他の部分は示さない。

【0098】

熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂ又は支持構造体は、プリントヘッドアセンブリサブフレームにおいて１つ又は複数のスロット及び／又はガイド内に摺動可能に配置することができる。熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂ又は支持構造体は、図３ａ、図３ｂの熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂ又は支持構造体と同様に作動させることができる。

【0099】

図３ｅでは、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、フィードストック液化ユニット１０７を保持している。フィードストック液化ユニット１０７を受け入れるために、フィードストック液化ユニット収納部の一部であり得るレセプタクル３０６が存在する。

【0100】

図３ｆでは、レセプタクル３０６及びフィードストック液化ユニット１０７は接触している。

【0101】

図３ｇでは、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは、横方向に並進して、熱交換手段１０６’’を開放状態にし、それにより、フィードストック液化ユニット１０７を解放している。

【0102】

図３ｈでは、熱交換手段１０６’’及びレセプタクルは、熱交換手段１０６’’からフィードストック液化ユニット１０７を取り除くために分離されている。

【0103】

図３ｉでは、熱交換手段１０６’’は、交換フィードストック液化ユニット（図示せず）を受け入れる用意ができている。

【0104】

図４に、フィードストック液化ユニット１０７の一例を示す。この例では、フィードストック液化ユニット１０７は、金属、熱伝導性ポリマー組成物及びセラミック材料のうちの少なくとも１つを含むことができる熱伝導性チューブ４０２を備える。熱伝導性チューブ４０２には、内側のフィードストック供給チャネルと、造形プレート１０４及び生成すべき造形物１０８のうちの少なくとも一方の上に溶融フィードストックを放出するノズル４０１と、ノズル４０１とは反対側の、カフ４０５によってフィードストック供給チャネルに接続されたフィードストック供給部１０３とが設けられている。熱伝導性チューブ４０２には、熱伝導セクション４０３を設けることができる。各熱伝導セクションは、熱伝導性チューブ４０２の厚化部分によって形成することができる。別法として、各熱伝導セクション４０３は、高熱伝導性金属等、高熱伝導性材料の同心リングを備える。

【0105】

熱伝導セクション４０３の相互作用面は、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂと機械的に且つ熱的に相互作用することができる。熱伝導性チューブ４０２に沿って軸方向に分散された複数の熱伝導セクション４０３があり得る。熱伝導セクション４０３の熱的相互作用面は、溝４０４によって抑制される軸方向の熱伝導率と比較して、半径及び接線方向において熱伝導率が高い。溝４０８は、プリントヘッド１０２の対応するリムに対して垂直基準を提供する。溝４０４は、フィードストック液化ユニット１０７をフィードストック液化ユニット収納部１０５と位置合わせするために使用することができる。さらに、溝４０４は、個々の熱伝導セクション４０３の間の断熱体としての役割を果たすことができる。このように、熱クロストークを防止することができる。さらに、溝４０４は、断熱が保証される場合、溝４０８のように垂直位置基準としても使用することができる。溝４０６及び溝４０７は、フィードストック液化ユニット１０７をフィードストック液化ユニット収納部１０５と相互作用させるために使用することができる。

【0106】

フィードストック供給部１０３は、この例では、フィラメントの形態のＡＭフィードストックをフィラメントフィードストック収納部からフィードストック液化ユニット１０７まで案内するフィラメントガイドによって形成することができる。フィードストック供給部は、別法として、プリントヘッド１０２に又はプリントヘッド１０２の上に配置することができる。フィードストック供給部１０３は、たとえば、サブフレーム３０１に取り付けることができる。フィードストック供給部１０３は、この場合、フィードストック液化ユニット１０７の、ノズル４０１とは反対側の端部において供給チャネルの開口部に、解除可能に接続することができる。これにより、フィードストックＡＭ材料を、フィラメント、ロッド、粒状物、粒子又は任意の形態等、異なる形態で供給することができる。

【0107】

フィードストック供給部１０３は駆動装置を備えることができ、駆動装置はプリントヘッドアセンブリに接続され、フィードストック供給部１０３は、駆動装置を介してプリントヘッドアセンブリに接続される。

【0108】

好ましくは、駆動装置は、プリントヘッドの近くに位置し、それにより、フィードストック供給部における遅延、反発又は待ち時間が克服され、それにより、液化ユニット内へのフィードストックの供給の正確な制御が改善される。

【0109】

フィードストック液化ユニット１０７がプリントヘッド１０２に取り付けられるとき、溝４０６はプリントヘッド１０２の下方に位置し、溝４０７は上方に位置して、それらをフィードストック液化ユニット収納部１０５によってアクセス可能とする。

【0110】

異なるフィードストック液化ユニット１０７は、異なるＡＭフィードストック材料に対して適合された、出口開口部径、材料、熱的特性及び長さ等、異なるノズル特性を有する可能性がある。異なるＡＭフィードストック材料を含むフィードストック液化ユニット間で切り替えるとき、プリントヘッド１０２の各セクションの温度設定を新たなＡＭフィードストックに適合させなければならない場合がある。交換時間を最短にするために、新たなフィードストック液化ユニットの加熱が可能な限り高速であるように、熱時定数を低く維持することが重要である。

【0111】

図５ａに、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの間に締め付けられた、フィードストック液化ユニット１０７の断面を示す。この例では、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂに、それぞれ加熱器５０５ａ、５０５ｂが設けられており、加熱器５０５ａ、５０５ｂは、フィードストック液化ユニット１０７及びその中のＡＭフィードストック材料５０１を加熱するために必要な熱を発生させる。加熱器５０５ａ、５０５ｂは電気抵抗器であり得る。熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂは、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの加熱器５０５ａ、５０５ｂにおいて発生した熱をフィードストック液化ユニット１０７に伝導する。

【0112】

この例では、製造公差及び摩耗のために、熱伝導素子２０４ａの内半径は、フィードストック液化ユニット１０７の外半径よりわずかに大きい可能性があり、一方、熱伝導素子２０４ｂの内半径はわずかながら小さすぎる可能性がある。その結果、熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂとフィードストック液化ユニット１０７との間に空隙５０２が発生する。

【0113】

一次熱経路５０３は、熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂからフィードストック液化ユニット１０７まで熱を伝達し、そこでは、熱伝導体内面とフィードストック液化ユニット外面との間に物理的接触がある。二次経路は、空隙５０２を介する熱伝達によって画定され得る。しかしながら、空隙５０２内の熱抵抗は一次熱経路５０３の熱抵抗よりはるかに大きいため、一次熱経路５０３は、空隙５０２を通る熱経路より高い熱伝導性を有する。

【0114】

この例における熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂからの熱の不均一な分布により、フィードストック材料５０１において局所的なホットスポットがもたらされる可能性があり、それは、プリントすべき造形物１０８の材料特性に悪影響を与える可能性がある。

【0115】

したがって、フィードストック液化ユニット１０７は、十分な接線方向の熱伝導率を有するがあるように設計される。これは、十分な壁厚さと十分な熱伝導率を有する材料とを選択することによって達成することができる。これは、フィードストック液化ユニット１０７の周囲にわたって熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂから伝達される熱を均一に再分散させる熱伝導セクション４０３によってさらに達成することができる。

【0116】

図６に、例示的なフィードストック液化ユニット収納部１０５を示す。フィードストック液化ユニット収納部１０５は、頂部ラック６０２ａ及び底部ラック６０２ｂを有し、それらはフレーム６０１に固定されている。フレームは、造形物１０８がプリントされるプリントチャンバーの内壁によって形成することができる。頂部ラック６０２ａは、フィードストック液化ユニット１０７の溝４０７と相互作用することができるスロット６０３ａを有する。底部ラック６０２ｂのスロット６０３ｂは、フィードストック液化ユニット１０７の溝４０６と相互作用することができる。この例では、スロット６０３ａにはＡ〜Ｄが記されているが、任意の数のスロットが存在し得る。

【0117】

頂部ラック６０２ａと底部ラック６０２ｂとの間にアクチュエータカム６０４が設けられており、アクチュエータカム６０４は、図６に示すようにＸ方向に移動することができる。アクチュエータカム６０４は、たとえば係合箇所６０７を介してアクチュエータによって移動させることができる。当業者には、カム６０４を作動させるさまざまな代替的な方法が利用可能となろう。アクチュエータカム６０４に、カム歯６０５が設けられており、このカム歯６０５は、熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂの係合箇所２０３ａ、２０３ｂとそれぞれ係合してプリントヘッド１０２の熱交換手段１０６を開放することができる、外面を有する。

【0118】

開放は、位置決めシステム１０１を使用して、係合箇所２０３ａ、２０３ｂが歯６０５の外面と整列するように、プリントヘッド１０２をアクチュエータカム６０４の位置６０６と位置合わせすることによって、実施される。カム６０４及び熱交換手段１０６を互いに向かって移動させることにより、係合箇所２０３ａ、２０３ｂは押しのけられ、それにより、熱交換手段１０６内に保持されているフィードストック液化ユニット１０７が解放される。

【0119】

その後、対応する頂部ラック６０２ａ及び底部ラック６０２ｂのスロット６０３ａ、６０３ｂのうちの一方内に、フィードストック液化ユニット１０７を配置することができる。同様に、位置決めシステム１０１及びアクチュエータカム６０４を逆方向に且つ逆の順番で作動させることにより、フィードストック液化ユニット収納部１０５から交換フィードストック液化ユニット１０７を取得することができる。

【0120】

フィードストック液化ユニット収納部１０５に、スロット６０３ａ、６０３ｂ内にフィードストック液化ユニット１０７を固定するクランプ、切欠き及びラッチ等、補助保持手段をさらに設けることができる。フィードストック液化ユニット収納部１０５に、１つ又は複数の収納されたフィードストック液化ユニットの温度を制御する加熱器、冷却器、センサ及び調節器等、温度制御手段をさらに設けることができる。これにより、予熱された交換フィードストック液化ユニットをプリントヘッド１０２の熱交換手段１０６内に装填し、即座に利用することができる。

【0121】

フィードストック液化ユニット収納部１０５にフィードストック液化ユニット１０７を配置し、フィードストック液化ユニット収納部１０５から交換フィードストック液化ユニットを取得するプロセスについて、図７ａ〜図７ｈを参照してさらに明らかにする。図７ａ〜図７ｈでは、明確にするために、フィードストック液化ユニットの有無に関わらずプリントヘッドアセンブリ１０２の熱交換手段１０６のみを示すことに留意されたい。さらに、この例は、デカルト（Ｃａｒｔｈｅｓｉａｎ）座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いて説明する。異なる座標系、たとえば球座標も使用することができることが明らかとなろう。さらに、フィラメント形態のフィードストック材料が使用される場合、フィラメントガイド間の絡み及びもつれを防止するために、フィードストック液化ユニットＡ〜Ｄは、フィードストック液化ユニット収納部１０５の対応するスロットＡ〜Ｄに収納される。

【0122】

図７ａにおいて、プリントヘッドは、フィードストック液化ユニットＡによるプリンティングを停止しており、フィードストック液化ユニット収納部１０５の場所Ａに向かって移動する。

【0123】

図７ｂにおいて、プリントヘッドは、フィードストック液化ユニット収納部１０５のスロットＡ内部で正のＸ方向に移動する（黒色矢印によって示す）。熱交換手段１０６が、フィードストック液化ユニット収納部１０５に入る際に閉鎖状態のままであるように、アクチュエータカム６０４は依然として後退している。フィードストック液化ユニット１０７の溝４０７は、フィードストック液化ユニット収納部１０５の頂部ラック６０２ａの位置Ａにおいてスロット６０３ａと整列し、溝４０６は、フィードストック液化ユニット収納部１０５の底部ラック６０２ｂの溝６０３ｂと整列する。

【0124】

図７ｃにおいて、プリントヘッドがスロットＡ内部で移動した後、アクチュエータカム６０４は、熱交換手段１０６に向かって負のＸ方向に移動する（黒色矢印によって示す）。歯６０５の外面は、熱交換手段１０６の係合箇所２０３ａ、２０３ｂと係合し、したがって、熱交換手段１０６を開放し、フィードストック液化ユニットＡを解放する。本発明の代替的な非限定的実施形態では、アクチュエータカム６０４の歯６０５は、スロットＡ内部でプリントヘッドを移動させている間、熱交換手段１０６の係合箇所２０３ａ、２０３ｂと係合することができ、したがって、熱交換手段を開放状態にする。当業者であれば、熱交換手段１０６からのフィードストック液化ユニットの時期尚早な解放を防止するために、締付ばね又はラッチ等の手段が分かるであろう。

【0125】

図７ｄにおいて、プリントヘッドは、フィードストック液化ユニット収納部１０５から離れる方向に移動する（黒色矢印によって示す）。係合箇所２０３ａ、２０３ｂがアクチュエータカム６０４の歯６０５の外面に沿って移動する際、熱交換手段１０６は、ばね３０３によって力がかけられるために閉鎖する。

【0126】

図７ｅにおいて、プリントヘッドは、フィードストック液化ユニット収納部１０５のスロットＣまでＹ方向に移動する（黒色矢印によって示す）。

【0127】

図７ｆにおいて、プリントヘッドは、フィードストック液化ユニットＣに向かってＸ方向に移動する（黒色矢印によって示す）。係合箇所２０３ａ、２０３ｂは、アクチュエータカム６０４の歯６０５の外面と係合し、したがって、熱交換手段１０６を開放する。熱交換手段１０６は、交換フィードストック液化ユニットＣを包囲することができる。

【0128】

図７ｇにおいて、アクチュエータカム６０４は後退し（黒色矢印によって示す）、そのため、熱交換手段１０６の熱交換セクション２０１ａ、２０１ｂは閉鎖し、熱伝導素子２０４ａ、２０４ｂの内面は、交換フィードストック液化ユニットＣの熱伝導セクション４０３の表面と係合する。

【0129】

図７ｈにおいて、熱交換手段が閉鎖状態となった後、プリントヘッドは、フィードストック液化ユニット収納部１０５から離れる方向に移動し（黒色矢印によって示す）、プリンティングは、交換フィードストック液化ユニットＣで開始することができる。本発明の代替的な非限定的実施形態では、アクチュエータカム６０４の歯６０５は、プリントヘッドをスロットＡから出るように移動させる間、熱交換手段１０６の係合箇所２０３ａ、２０３ｂから係合解除することができ、したがって、熱交換手段を閉鎖状態にする。当業者であれば、フィードストック液化ユニット収納部１０５から離れるようにプリントヘッドを移動させる間、フィードストック液化ユニットが熱交換手段から抜け落ちるのを防止する、締付ばね又はラッチ等の手段が分かるであろう。

【0130】

当業者であれば、本発明の範囲が、上述したものにおいて考察した例に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義するような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明のいくつかの改善形態及び変更形態があり得ることが明らかとなろう。特に、本発明のさまざまな態様の具体的な特徴を組み合わせることができる。本発明の一態様は、本発明の別の態様に関連して記載した特徴を追加することによってさらに有利に強化することができる。本発明について、図及び説明において詳細に例示し記載したが、こうした例示及び記載は、単に説明的又は例示的であるとみなされるべきであって、制限的であるとみなされるべきではない。

【0131】

本発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。開示した実施形態に対する変形は、当業者により、請求項に係る発明を実施する際に、図、明細書及び添付の特許請求の範囲を検討することから理解され且つ実現され得る。特許請求の範囲において、「備える」という用語は、他のステップ又は要素を排除するものではなく、不定冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」は、複数を排除するものではない。相互に異なる従属請求項においていくつかの対策が記載されているという単なる事実は、これらの対策の組合せが利益を得るように使用することができないということを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照番号も、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【符号の説明】

【0132】

１００ 付加製造システム
１０１ 位置決めシステム
１０２ プリントヘッドアセンブリ
１０３ フィードストック供給部
１０４ 造形プレート
１０５ フィードストック液化ユニット収納部
１０６、１０６’、１０６’’ 熱交換手段
１０７ フィードストック液化ユニット
１０８ プリントすべき造形物
２０１ａ、２０１ｂ 熱交換セクション
２０２ ヒンジ
２０３ａ、２０３ｂ 係合箇所
２０４ａ、２０４ｂ 熱伝導素子
２０５ フィードストック液化ユニット凹部
２０６ａ、２０６ｂ 湾曲内面
３０１ プリントヘッドサブフレーム
３０２ 基準箇所
３０３ ばね
３０４ レバー
３０５ ばね
３０６ レセプタクル
４０１ ノズル
４０２ 熱伝導性チューブ
４０３ 熱伝導セクション
４０４ 溝
４０５ カフ
４０６ 溝
４０７ 溝
４０８ 溝
５０１ ＡＭフィードストック
５０２ 空隙
５０３ 一次熱経路
５０４ 熱分布
５０５ａ、５０５ｂ 加熱器
６０１ フレーム
６０２ａ 頂部ラック
６０２ｂ 底部ラック
６０３ａ 頂部ラックのスロット
６０３ｂ 底部ラックのスロット
６０４ アクチュエータカム
６０５ 歯
６０６ 凹部
６０７ 係合箇所

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c-3d】

【図3e-3i】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a-7c】

【図7d-7f】

【図7g-7h】