特開 2022-59584 ３次元プリンタを使用したマイクロ溶接

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022059584

(43)【公開日】2022-04-13

(54)【発明の名称】３次元プリンタを使用したマイクロ溶接

(51)【国際特許分類】

   B23K 28/00 20060101AFI20220406BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220406BHJP

【ＦＩ】

B23K28/00 Z

B33Y10/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】30

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021159903

(22)【出願日】2021-09-29

(31)【優先権主張番号】17/061,213

(32)【優先日】2020-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】596170170

【氏名又は名称】ゼロックス コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】ジェイソン・エム．・ルフェーヴル

(72)【発明者】

【氏名】ダグラス・ケイ．・ヘルマン

(72)【発明者】

【氏名】ポール・ジェイ．・マッコンビル

(72)【発明者】

【氏名】チュウ－ホン・リウ

(72)【発明者】

【氏名】シーミット・プラハラジ

(57)【要約】      （修正有）

【課題】３次元（３Ｄ）プリンタを使用して２つ以上の部品を互いにマイクロ溶接するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】方法は、移動経路に沿って第１の部品を移動させることを含む。この方法はまた、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を第１の部品上に導入することも含む。この液体金属の液滴は、固化して、第１の部品に接合されている第２の部品を形成する。この方法はまた、第２の部品を第３の部品に機械的に接合することも含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

方法であって、
移動経路に沿って第１の部品を移動させることと、
３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を前記第１の部品上に導入することであって、前記液体金属の前記液滴は、固化して、前記第１の部品に接合されている第２の部品を形成する、ことと、
前記第２の部品を第３の部品に機械的に接合することと、を含む、方法。

【請求項2】

ロボットアームを使用して前記第１の部品が前記移動経路に沿って移動させられる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ロボットアームを使用して前記第１の部品が前記移動経路に沿って移動させられる間、前記第１の部品はグリッパによって把持され、前記グリッパは、前記ロボットアームに連結されているか、又は前記ロボットアームと一体である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記ロボットアーム、前記グリッパ、又はその両方を使用して、前記第２の部品及び前記第３の部品が互いに機械的に接合される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第２の部品及び前記第３の部品が手動で互いに機械的に接合される、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の部品が前記移動経路に沿って移動する間、前記液体金属の前記液滴が前記第１の部品上に導入される、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の部品が第１の材料で作製され、前記第３の部品が第３の材料で作製され、前記第１の材料及び前記第３の材料が異種である、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記液体金属の前記液滴が、前記第３の材料よりも前記第１の材料により適合する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の部品が、アルミニウム、銅、鋼、亜鉛、ニッケル、又はこれらの組み合わせを含み、前記第３の部品が、チタン、タングステン、鋼、真鍮、青銅、炭化ケイ素、セラミック、ガラス、石、セメント、シリコーン、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記第２の部品及び前記第３の部品が互いに機械的に接合されるとき、前記第１の部品は前記第３の部品と接触しない、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

方法であって、
第１の部品及び第２の部品を、前記第１の部品の端部が前記第２の部品の端部に面して隣接するように、互いに対する相対位置に保持することと、
前記第１の部品及び前記第２の部品が前記相対位置に保持されている間に、前記第１の部品及び前記第２の部品を移動経路に沿って移動させることと、
前記第１の部品及び前記第２の部品が前記相対位置に保持されている間に、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を前記第１の部品及び前記第２の部品上に導入することと、を含む、方法。

【請求項12】

前記液体金属の前記液滴は、冷却固化し、前記第１の部品及び前記第２の部品を互いに接合して、突き合わせ継手アセンブリを生成し、前記突き合わせ継手アセンブリの厚さは、約３ｍｍ～約５０ｍｍである、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記液体金属の前記液滴は、冷却固化し、前記第１の部品及び前記第２の部品を互いにマイクロ溶接して、突き合わせ接合アセンブリを生成し、前記突き合わせ継手アセンブリの厚さは、約０．２ｍｍ～約２ｍｍである、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の部品の前記端部が、前記第２の部品の前記端部と接触している、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の部品の前記端部と前記第２の部品の前記端部との間に間隙が画定され、前記間隙の幅が、約０．１ｍｍ～約５ｍｍである、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の部品の前記端部と前記第２の部品の前記端部との間の距離が、前記第１の部品及び前記第２の部品の中央部分から離れる方向に前記第１の部品及び前記第２の部品の外側表面に向かって進むにつれて増加するように、前記第１の部品及び前記第２の部品の前記端部が面取りされる、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記液体金属の前記液滴を導入することが、
液滴の第１のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に導入することと、
液滴の第２のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に導入することであって、液滴の前記第２のセットは、前記第１の端部及び前記第２の端部が面取りされていることに起因して、液滴の前記第１のセットよりも大きい幅を有する、ことと、を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

液滴の前記第１のセットが、少なくとも部分的に液滴の前記第２のセットの間に位置付けられている、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記液体金属の前記液滴を導入することが、液滴の第３のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に導入することを含み、液滴の前記第３のセットは、前記第１の端部及び前記第２の端部が面取りされていることに起因して、液滴の前記第２のセットよりも大きい幅を有する、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

液滴の前記第２のセットが、少なくとも部分的に液滴の前記第３のセットの間に位置付けられている、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

方法であって、
第１の部品及び第２の部品を、前記第１の部品の端部が前記第２の部品の端部に面して隣接するように、互いに対する相対位置に保持することと、
前記第１の部品及び前記第２の部品が前記相対位置に保持されている間に、前記第１の部品及び前記第２の部品を移動経路に沿って移動させることと、
前記第１の部品及び前記第２の部品が前記相対位置に保持されている間に、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴の第１のセット及び第２のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に堆積させることであって、前記液滴の前記第１のセット及び前記第２のセットが第１の方向に堆積され、かつ前記液滴の前記第１のセット及び前記第２のセットが、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配置される、ことと、を含む、方法。

【請求項22】

前記液体金属の前記液滴の前記第１のセット及び前記第２のセットは、冷却固化し、前記第１の部品及び前記第２の部品を互いに接合して、突き合わせ継手アセンブリを生成し、前記突き合わせ継手アセンブリの厚さは、約０．２ｍｍ～約２ｍｍである、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記第１の部品の前記端部が、前記第２の部品の前記端部と接触している、請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

前記第１の部品の前記端部と前記第２の部品の前記端部との間に間隙が画定され、前記間隙の幅が、約０．１ｍｍ～約５ｍｍである、請求項２１に記載の方法。

【請求項25】

前記第１の部品の前記端部と前記第２の部品の前記端部との間の距離が、前記第１の部品及び前記第２の部品の中央部分から離れる方向に前記第１の部品及び前記第２の部品の外側表面に向かって進むにつれて増加するように、前記第１の部品及び前記第２の部品の前記端部が面取りされる、請求項２１に記載の方法。

【請求項26】

前記第２の方向が前記第１の方向に対向する、請求項２１に記載の方法。

【請求項27】

移動させること及び堆積させることが、
前記第１の部品及び前記第２の部品を前記第２の方向に移動させ、それと同時に前記液体金属の前記液滴の前記第１のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に前記第１の方向に堆積させることと、
前記液体金属の前記液滴の前記第１のセットが堆積された後に、前記第１の部品及び前記第２の部品を前記第１の方向に移動させることと、を更に含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項28】

移動させること及び堆積させることが、
前記第１の部品及び前記第２の部品を前記第２の方向に移動させ、それと同時に、液滴の前記第２のセットが液滴の前記第１のセットに向かって進んで堆積されるように、前記液体金属の前記液滴の前記第２のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に前記第１の方向に堆積させることを更に含む、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

液滴の前記第１のセットと液滴の前記第２のセットとの間に間隙が存在しない、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

液滴の前記第１のセットと液滴の前記第２のセットとの間に間隙が存在し、移動させること及び堆積させることが、
前記液体金属の前記液滴の前記第２のセットが堆積された後に、前記第１の部品及び前記第２の部品を前記第１の方向に移動させることと、
前記第１の部品及び前記第２の部品を前記第２の方向に移動させ、それと同時に前記液体金属の前記液滴の第３のセットを前記第１の部品及び前記第２の部品上に前記第１の方向に堆積させることであって、前記液体金属の前記液滴の前記第３のセットが、液滴の前記第１のセットと液滴の前記第２のセットとの間の前記間隙内に堆積され、前記液体金属の前記液滴の前記第３のセットが、液滴の前記第１のセットに向かってかつ液滴の前記第２のセットから離れる方向に進んで堆積される、ことと、を更に含む、請求項２８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本教示は、概して、３次元（３Ｄ）印刷に関し、より具体的には、３Ｄプリンタを使用して２つ以上の部品を互いにマイクロ溶接するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接又はマイクロＴＩＧ溶接としても知られる、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）は、溶接部を生成するために非消耗タングステン電極を使用するアーク溶接プロセスである。溶接領域及び電極は、不活性シールドガス（例えば、アルゴン又はヘリウム）によって酸化又は他の大気汚染から保護され、通常は溶加材が使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ＧＴＡＷは、ステンレス鋼並びにアルミニウム、マグネシウム、及び銅合金などの非鉄金属の薄い断面を溶接するために最も一般的に使用される。このプロセスは、被覆アーク溶接及びガスメタルアーク溶接などの競合プロセスと比べて、溶接をより細かく制御する能力を操作者に与え、より強力かつより高品質の溶接を可能にする。しかしながら、ＧＴＡＷは、比較的複雑であり、習得が難しく、その上、ほとんどの他の溶接技術よりも遅い（例えば、２ｃｍ／分未満）。

【0004】

以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要な又は重要な要素を識別することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主要な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の序文として、簡略化された形態で１つ以上の概念を提示するだけである。

【0005】

システムが開示される。このシステムは、第１の部品及び第２の部品が互いに接触している間、液体金属を第１の部品及び第２の部品上に導入するように構成されている３次元（３Ｄ）プリンタを含む。液体金属は、続いて固化し、第１の部品及び第２の部品を互いに接合して、アセンブリを生成する。

【0006】

別の実施形態では、システムは、第１の部品及び第２の部品を互いに対する相対位置に把持するように構成されたグリッパを含む。このシステムはまた、グリッパが第１の部品及び第２の部品を互いに対する相対位置に維持する間にグリッパ、第１の部品、及び第２の部品を３次元で移動させるように構成されたアームも含む。このシステムはまた、アームがグリッパ、第１の部品、及び第２の部品を移動させるのと同時に液体金属の液滴を第１の部品及び第２の部品上に導入するように構成された３次元（３Ｄ）プリンタも含む。この３Ｄプリンタは、約１ｃｍ／秒～約２５ｃｍ／秒の速度にて、約３００Ｈｚ～約７００Ｈｚの頻度で液体金属の液滴を導入して、液体金属の実質的に連続した線を第１の部品及び第２の部品上に形成するように構成されており、液滴間の間隔は約０．３ｍｍ～約０．７ｍｍである。液体金属の液滴は、約２００μｍ～約５００μｍの平均断面長、及び約０．１０ｍｇ～約０．３０ｍｇの平均質量を有する。液体金属は、固化し、第１の部品及び第２の部品を互いに接合して、アセンブリを生成する。

【0007】

方法もまた開示される。この方法は、互いに接触している第１の部品及び第２の部品を保持することを含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が互いに接触している間に、第１の部品及び第２の部品を移動経路に沿って移動させることも含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が互いに接触している間に、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を第１の部品及び第２の部品上に導入することも含む。この液体金属は、固化して、第１の部品及び第２の部品をその位置で互いに接合し、それにより、アセンブリを形成する。

【0008】

別の実施形態では、方法は、第１の部品及び第２の部品を互いに対する相対位置に保持することを含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が相対位置に保持されている間に、第１の部品及び第２の部品を移動経路に沿って移動させることも含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が相対位置に保持されている間に、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を第１の部品、第２の部品、又はその両方上に導入することも含む。

【0009】

別の実施形態では、方法は、移動経路に沿って第１の部品を移動させることを含む。この方法はまた、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を第１の部品上に導入することも含む。この液体金属の液滴は、固化して、第１の部品に接合されている第２の部品を形成する。この方法はまた、第２の部品を第３の部品に機械的に接合することも含む。

【0010】

別の実施形態では、方法は、第１の部品及び第２の部品を、第１の部品の端部が第２の部品の端部に面して隣接するように、互いに対する相対位置に保持することを含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が相対位置に保持されている間に、第１の部品及び第２の部品を移動経路に沿って移動させることも含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が相対位置に保持されている間に、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴を第１の部品及び第２の部品上に導入することも含む。

【0011】

別の実施形態では、方法は、第１の部品及び第２の部品を、第１の部品の端部が第２の部品の端部に面して隣接するように、互いに対する相対位置に保持することを含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が相対位置に保持されている間に、第１の部品及び第２の部品を移動経路に沿って移動させることも含む。この方法はまた、第１の部品及び第２の部品が相対位置に保持されている間に、３次元（３Ｄ）プリンタを使用して液体金属の液滴の第１及び第２のセットを第１の部品及び第２の部品上に堆積させることも含む。液滴の第１及び第２のセットは、第１の方向に堆積され、液滴の第１及び第２のセットは、第１の方向とは異なる第２の方向に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を示し、説明と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。

【0013】

【図1】図１は、一実施形態による、３次元（３Ｄ）プリンタ及び可動アームを含む、マイクロ溶接するためのシステムの概略断面図を示す。

【0014】

【図2】図２は、一実施形態による、可動アームの概略斜視図を示す。

【0015】

【図3A】図３Ａは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接してタブとスロットのアセンブリを形成することができるように、２つの部品を把持／保持するアームのグリッパの概略断面図を示す。

【0016】

【図3B】図３Ｂは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。

【0017】

【図3C】図３Ｃは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接して重ね継手アセンブリを形成することができるように、２つの部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。

【0018】

【図3D】図３Ｄは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接して角継手アセンブリを形成することができるように、２つの部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。

【0019】

【図3E】図３Ｅは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接してＴ継手アセンブリを形成することができるように、２つの部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。

【0020】

【図3F】図３Ｆは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接して縁継手アセンブリを形成することができるように、２つの部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。

【0021】

【図3G】図３Ｇは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの部品を互いにマイクロ溶接し、更に追加の材料を一方又は両方の部品に堆積させて第３の部品を形成することができるように、２つの部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。

【0022】

【図3H】図３Ｈは、一実施形態による、３Ｄプリンタが第２の部品を第１の部品上に印刷できるように、第１の部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示し、第２の部品は、第３の部品と機械的に接合されるように構成されている。

【0023】

【図4A】図４Ａは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの厚い部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの厚い部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。より具体的には、図４Ａは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第１のセットを示し、図４Ｂは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第２のセットを示し、図４Ｃは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第３のセットを示す。

【図4B】図４Ｂは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの厚い部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの厚い部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。より具体的には、図４Ａは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第１のセットを示し、図４Ｂは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第２のセットを示し、図４Ｃは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第３のセットを示す。

【図4C】図４Ｃは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの厚い部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの厚い部品を把持／保持するグリッパの概略断面図を示す。より具体的には、図４Ａは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第１のセットを示し、図４Ｂは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第２のセットを示し、図４Ｃは、２つの部品上に堆積された、液体金属の液滴の第３のセットを示す。

【0024】

【図5A】図５Ａは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの薄い部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの薄い部品を把持／保持するグリッパの概略斜視図を示す。より具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、第１の順序で堆積された、液体金属の液滴の複数のセットを示し、図５Ｃは、第２の異なる順序で堆積された、液体金属の液滴の複数のセットを示す。

【図5B】図５Ｂは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの薄い部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの薄い部品を把持／保持するグリッパの概略斜視図を示す。より具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、第１の順序で堆積された、液体金属の液滴の複数のセットを示し、図５Ｃは、第２の異なる順序で堆積された、液体金属の液滴の複数のセットを示す。

【図5C】図５Ｃは、一実施形態による、３Ｄプリンタが２つの薄い部品を互いにマイクロ溶接して突き合わせ継手アセンブリを形成することができるように、２つの薄い部品を把持／保持するグリッパの概略斜視図を示す。より具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、第１の順序で堆積された、液体金属の液滴の複数のセットを示し、図５Ｃは、第２の異なる順序で堆積された、液体金属の液滴の複数のセットを示す。

【0025】

【図6】図６は、一実施形態による、２つ以上の部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）するための方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0026】

ここで、本教示の例示の実施形態を詳細に参照し、この実施例を添付図面に示す。可能な限り、同じ参照番号が、同じ、類似、又は同様の部分を指すように図面全体にわたって使用される。

【0027】

図１は、一実施形態による、２つの部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）するためのシステム１００の概略断面図を示す。システム１００は、３Ｄプリンタ１０５を含んでよい。３Ｄプリンタ１０５は、液体金属及びその合金を噴射して何層にも重ねて３Ｄ金属物体を形成するのに適した、磁気流体力学（ＭＨＤ）プリンタであってもよく、又はそれを含んでもよい。後述するように、３Ｄプリンタ１０５は更に、又は代わりに、液体金属及びその合金を噴射して２つ以上の部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）するように構成されていてもよい。したがって、３Ｄ金属物体は、２つ以上の部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）するために使用される溶接材料であってもよく、又はそれを含んでもよい。

【0028】

３Ｄプリンタ１０５は、エンクロージャ１１０を含んでもよい。エンクロージャ１１０は、下部ブロック１１２及び上部ブロック１１４を含んでもよい。下部ブロック１１２及び／又は上部ブロック１１４は、内容積部（雰囲気とも呼ばれる）を画定してもよい。後述するように、冷却流体（例えば、水）が、印刷動作中の３Ｄプリンタ１０５を冷却するために内容積部を通って循環してよい。３Ｄプリンタ１０５はまた、下部ブロック１１２の、上部ブロック１１４とは反対側に位置付けられたフロントプレート１１６を含んでもよい。フロントプレート１１６は、セラミック材料で作製されてよい。

【0029】

３Ｄプリンタ１０５はまた、エジェクタ（ルツボスリーブとも呼ばれる）１２０を含んでもよい。図示のように、エジェクタ１２０は、少なくとも部分的にエンクロージャ１１０の内容積部内に位置付けられてよい。他の実施形態では、エジェクタ１２０は、エンクロージャ１１０の外側に位置付けられてよい。エジェクタ１２０は、窒化ホウ素で作製されてよい。エジェクタ１２０はまた、内容積部（空洞とも呼ばれる）を画定してもよい。エジェクタ１２０の内容積部は、それに導入されたアルゴン又は窒素などのガスを有してよい。エジェクタ１２０はまた、下部ブロック１１２、フロントプレート１１６、又はその両方を通って延在し得る、ノズル１２２を含んでもよい。

【0030】

３Ｄプリンタ１０５はまた、少なくとも部分的にエンクロージャ１１０の内容積部内に位置付けられたキャップ１２４を含んでもよい。例えば、キャップ１２４は、少なくとも部分的に上部ブロック１１４とエジェクタ１２０との間に位置付けられてよい。

【0031】

３Ｄプリンタ１０５はまた、上部ブロック１１４及び／又はキャップ１２４を通ってエジェクタ１２０の内容積部内に延在するフィードスルー１２６を含んでもよい。図示のように、印刷材料１３０が、フィードスルー１２６を通ってエジェクタ１２０の内容積部内に導入されてよい。印刷材料１３０は、金属、ポリマーなどであってもよく、又はこれらを含んでもよい。例えば、印刷材料１３０は、アルミニウム（例えば、４００８／３５６、６０６１、７０７５など）、銅、鋼、亜鉛合金、ニッケル合金などであってもよく、又はこれらを含んでもよい。図１に示される例では、印刷材料１３０は、アルミニウム（例えば、アルミニウムワイヤのスプール）であってもよく、又はそれを含んでもよい。

【0032】

３Ｄプリンタ１０５はまた、１つ以上の加熱要素１４０を含んでもよい。加熱要素１４０は、グラファイトコイルであってもよく、又はそれを含んでもよい。図示のように、加熱要素１４０は、少なくとも部分的にエンクロージャ１１０の内容積部内に、かつ少なくとも部分的にエジェクタ１２０の外側（例えば、周囲）に位置付けられてよい。他の実施形態では、加熱要素１４０は、エンクロージャ１１０の外側に位置付けられてよい。加熱要素１４０は、印刷材料１３０を溶融させるように構成されており、それにより、エジェクタ１２０の内容積部内で印刷材料１３０を固体材料から液体材料（例えば、液体アルミニウム）１３２に変換する。

【0033】

３Ｄプリンタ１０５はまた、溶融高さセンサ１４２を含んでもよい。溶融高さセンサ１４２は、上部ブロック１１４の上方に位置付けられてよく、エジェクタ１２０内の液体金属１３２の高さ及び／又は体積を（例えば、レーザを使用して）測定するように構成されてよい。

【0034】

３Ｄプリンタ１０５はまた、少なくとも部分的にエジェクタ１２０の周囲に巻き付けられている１つ以上の金属コイル１５０を含んでもよい。電源がコイル１５０に連結され、コイル１５０に電流を供給するように構成されていてもよい。一実施形態では、電源は、階段関数直流（ＤＣ）電圧プロファイル（例えば、電圧パルス）をコイル１５０に提供するように構成されてよく、コイル１５０は増加する磁場を生成し得る。増加する磁場は、エジェクタ１２０内に起電力を生じさせ得、引いては液体金属１３２内に誘導電流を生じさせ得る。液体金属１３２内の磁場及び誘導電流は、ローレンツ力として知られる、半径方向内向きの力を液体金属１３２に生成し得る。ローレンツ力は、ノズル１２２の入口に圧力を生成する。この圧力は、液体金属１３２を１つ以上の液滴１３４の形態でノズル１２２を通して噴射させる。

【0035】

３Ｄプリンタ１０５はまた、少なくとも部分的にエンクロージャ１１０の内容積部内に位置付けられたスリーブ１６０を含んでもよい。スリーブ１６０は、少なくとも部分的にエジェクタ１２０とコイル１５０との間に（例えば、半径方向に）位置付けられた金めっき石英スリーブであってもよく、又はそれを含んでもよい。少なくとも１つの実施形態では、アルゴン又は窒素などのシールドガスが、エジェクタ１２０とスリーブ１６０との間に位置付けられてよい。

【0036】

システム１００はまた、可動アーム２００を含んでもよい。アーム２００は、少なくとも部分的に３Ｄプリンタ１０５の上方又は下方に位置付けられてよい。例えば、アーム２００は、少なくとも部分的にノズル１２２の上方又は下方に位置付けられてよい。アーム２００は、後述するように、３Ｄプリンタ１０５が２つ以上の部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する間、それらの部品を保持するように構成されているグリッパ（固定具とも呼ばれる）２５０を含んでよい。アーム２００は、ノズル１２２に対して相対的に（例えば、ノズル１２２の上方又は下方に）グリッパを位置付けてよい。アーム２００は、グリッパ２５０及びその中の２つ以上の部品を１、２、又は３次元で移動させるように構成されてよい。アーム２００は更に、又は代わりに、グリッパ２５０及びその中の２つ以上の部品を１、２、又は３次元で枢動又は回転させるように構成されてよい。一実施形態では、アーム２００及び／又はグリッパ２５０は、それに連結された及び／又はその中に位置付けられたヒータ２５２を有してよい。

【0037】

システム１００はまた、３Ｄプリンタ１０５、アーム２００、又はその両方を制御するように構成され得るコンピューティングシステム１７０を含んでもよい。例えば、コンピューティングシステムは、ノズル１２２からの液滴１３４の吐出を制御し、かつアーム２００の移動を制御するように構成されてよい。したがって、以下でより詳細に論じられるように、コンピューティングシステム１７０は、アーム２００に、グリッパ２５０及びその中の部品をノズル１２２の下方で所定の移動経路を通って移動させ、それと同時に、３Ｄプリンタ１０５に、液滴１３４を部品上に噴射／堆積させて部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）するように構成されてよい。

【0038】

図２は、一実施形態による、アーム２００の概略斜視図を示す。アーム２００は、ベース２１０、１つ以上のセグメント（２つが図示されている：２２０、２３０）、１つ以上のジョイント（５つが図示されている：２４１～２４５）、グリッパ２５０、又はこれらの組み合わせを含んでよい。図示の実施形態では、ベース２１０は、ジョイントのうちの１つ以上（例えば、ジョイント２４１、２４２）を介して第１のアーム２２０の第１の端部２２２に連結されてよく、第１のアーム２２０の第２の端部２２４は、ジョイントのうちの１つ以上（例えば、ジョイント２４３）を介して第２のアーム２３０の第１の端部２３２に連結されてよく、第２のアーム２３０の第２の端部２３４は、ジョイントのうちの１つ以上（例えば、ジョイント２４４、２４５）を介してグリッパ２５０に連結されてよい。

【0039】

第１のジョイント２４１は、矢印２７１によって示されるように、ベース２１０及び／又は第１のセグメント２２０が、ベース２１０を通る長手方向中心軸線２６１を中心に枢動又は回転することを可能にしてよい。第２のジョイント２４２は、矢印２７２によって示されるように、第１のセグメント２２０が、第１のセグメント２２０の第１の端部２２２を通る軸線２６２を中心に枢動又は回転することを可能にしてよい。軸線２６１、２６２は、互いに対して実質的に垂直であってよい。第３のジョイント２４３は、矢印２７３によって示されるように、第２のセグメント２３０が、第１のセグメント２２０の第２の端部２２４及び／又は第２のセグメント２３０の第１の端部２３２を通る軸線２６３を中心に枢動又は回転することを可能にしてよい。軸線２６２、２６３は、互いに対して実質的に平行であってよい。第４のジョイント２４４は、矢印２７４によって示されるように、グリッパ２５０が、第２のセグメント２３０の第２の端部２３４を通る軸線２６４を中心に枢動又は回転することを可能にしてよい。軸線２６３、２６４は、互いに対して実質的に平行であってよい。第５のジョイント２４５は、矢印２７５によって示されるように、グリッパ２５０が、第２のセグメント２３０の第２の端部２３４を通る軸線２６５を中心に枢動又は回転することを可能にしてよい。軸線２６４、２６５は、互いに対して実質的に垂直であってよい。

【0040】

したがって、上述したように、セグメント２２０、２３０及びジョイント２４１～２４５は、グリッパ２５０が、３Ｄプリンタ１０５に対して（例えば、ノズル１２２に対して）１、２、又は３次元で移動、枢動、及び／又は回転することを可能にしてよい。別の実施形態では、ノズル１２２は更に、又は代わりに、アーム２００に対して（例えば、グリッパ２５０に対して）１、２、又は３次元で移動、枢動、又は回転するように構成されてもよい。

【0041】

図３Ａ～図３Ｆは、一実施形態による、３Ｄプリンタ１０５によって堆積される溶接材料３４０によって部品が互いに接合（例えば、マイクロ溶接）され得るように、２つ以上の部品を把持／保持するグリッパ２５０の概略図を示す。部品及び／又は溶接材料３４０は、金属、ポリマー、セラミック、又はこれらの組み合わせから作製されてよい。一実施形態では、部品及び／又は溶接材料３４０は、互いに溶接適合性のある材料から作製されてよい。例えば、部品及び／又は溶接材料３４０は、同じ材料から作製されてよい。部品及び／又は溶接材料３４０のための材料は、アルミニウム（例えば、４００８／３５６、６０６１、７０７５など）、銅、鋼、亜鉛合金、ニッケル合金などであってもよく、又はそれを含んでもよい。一実施例では、部品は、予め切断されたシート材、鋳物、バー若しくはプレート材、管材、予め加工された、ないしは別の方法で形成された構成要素などであってもよく、又はそれを含んでもよい。

【0042】

より具体的には、図３Ａは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ａ、３２０Ａの概略断面図を示す。図示のように、第１の部品３１０Ａはスロット３１２Ａを含んでよく、第２の部品３２０Ａは、少なくとも部分的にスロット３１２Ａ内に位置付けられるように構成されているタブ３２２Ａを含んでよい。例えば、タブ３２２Ａはスロット３１２Ａ内に挿入されてよく、グリッパ２５０は、部品３１０Ａ、３２０Ａを互いに対してこの位置に保持してよい。次いで、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４を部品３１０Ａ、３２０Ａ上に堆積させてよい。より具体的には、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４を部品３１０Ａと３２０Ａとの交差部上に堆積させてよい。液滴１３４は、固化して、部品３１０Ａ、３２０Ａをタブとスロットのアセンブリ３３０Ａとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。

【0043】

図３Ｂは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ｂ、３２０Ｂの別の概略断面図を示す。図示のように、第１の部品３１０の端部３１２Ｂは、第２の部品３２０Ｂの端部３２２Ｂに隣接して位置付けられてよい。端部３１２Ｂ、３２２Ｂは、端部３１２Ｂと３２２Ｂとの間に間隙が存在するように、所定の距離（例えば、約０．１ｍｍ～約５ｍｍ、又は約０．５ｍｍ～約２ｍｍ）で離間されてよく、グリッパ２５０は、部品３１０Ｂ、３２０Ｂを互いに対してこの位置に保持してよい。次いで、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４が両方の端部３１２Ｂ、３２２Ｂと接触するように、液滴１３４を部品３１０Ｂと３２０Ｂとの間の間隙内に堆積させてよい。液滴１３４は、固化して、部品３１０Ｂ、３２０Ｂを突き合わせ継手アセンブリ３３０Ｂとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。

【0044】

図３Ｃは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ｃ、３２０Ｃの別の概略断面図を示す。部品３１０Ｃ、３２０Ｃは、少なくとも部分的に互いに重なり合っていてよい。例えば、第１の部品３１０Ｃの側部３１２Ｃは、第２の部品３２０Ｃの側部３２２Ｃと接触していてよい。グリッパ２５０は、部品３１０Ｃ、３２０Ｃを互いに対してこの位置に保持してよい。次いで、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４の第１のセットを第１の部品３１０Ｃの側部３１２Ｃ及び第２の部品３２０Ｃの端部３２４Ｃと接触するように堆積させ、液滴１３４の第２のセットを第２の部品３２０Ｃの側部３２２Ｃ及び第１の部品３１０Ｃの端部３１４Ｃと接触するように堆積させてよい。液滴１３４は、固化して、部品３１０Ｃ、３２０Ｃを重ね継手アセンブリ３３０Ｃとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。

【0045】

図３Ｄは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ｄ、３２０Ｄの別の概略断面図を示す。図示のように、第１の部品３１０Ｄの端部３１２Ｄは、第２の部品３２０Ｄの側部３２４Ｄと接触していてよい。この特定の実施形態では、端部３１２Ｄは、第２の部品３２０Ｄの中央部３２６Ｄよりも第２の部品３２０Ｄの端部３２２Ｄの近くに位置してよい。グリッパ２５０は、部品３１０Ｄ、３２０Ｄを互いに対してこの位置に保持してよい。次いで、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４を第１の部品３１０Ｄの側部３１４Ｄ、３１５Ｄ及び第２の部品３２０Ｄの側部３２４Ｄと接触するように堆積させてよい。液滴１３４は、固化して、部品３１０Ｄ、３２０Ｄを角継手アセンブリ３３０Ｄとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。

【0046】

図３Ｅは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ｅ、３２０Ｅの別の概略断面図を示す。図示のように、第１の部品３１０Ｅの端部３１２Ｅは、第２の部品３２０Ｅの側部３２４Ｅと接触していてよい。この特定の実施形態では、端部３１２Ｅは、第２の部品３２０Ｅの中央部３２６Ｅに又はそこに近接して位置してよい。グリッパ２５０は、部品３１０Ｅ、３２０Ｅを互いに対してこの位置に保持してよい。次いで、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４を第１の部品３１０Ｅの側部３１４Ｅ、３１５Ｅ及び第２の部品３２０Ｅの側部３２４Ｅと接触するように堆積させてよい。液滴１３４は、固化して、部品３１０Ｅ、３２０ＥをＴ継手アセンブリ３３０Ｅとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。

【0047】

図３Ｆは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ｆ、３２０Ｆの別の概略断面図を示す。図示のように、第１の部品３１０Ｆの側部３１４Ｆは、第２の部品３２０Ｆの側部３２４Ｆと接触していてよい。この実施形態では、第２の部品３２０Ｆは、実質的に湾曲し、かつ／又はＬ字型であるが、他の実施形態では、第２の部品３２０Ｆは、実質的に真っ直ぐであってもよい。次いで、３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４を部品３１０Ｆ、３２０Ｆの端部３１２Ｆ、３２２Ｆと接触するように堆積させてよい。液滴１３４は、固化して、部品３１０Ｆ、３２０Ｆを縁継手アセンブリ３３０Ｆとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。少なくとも１つの実施形態では、液滴１３４も溶接材料３４０も、部品３１０Ｆ、３２０Ｆの側部３１４Ｆ、３１５Ｆ、３２４Ｆ、３２５Ｆと接触しなくてよい。

【0048】

図３Ｇは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）２つの部品３１０Ｇ、３２０Ｇの別の概略断面図を示す。第１及び第２の部品３１０Ｇ、３２０Ｇは、シート材であってもよく、又はそれを含んでもよい。第１の部品３１０Ｇは、第２の部品３２０Ｇと接触していてよい。３Ｄプリンタ１０５は、液滴１３４の第１のセットを部品３１０Ｇ、３２０Ｇが互いに接触する場所に近接して部品３１０Ｇ、３２０Ｇ上に堆積させてよい。液滴１３４の第１のセットは、固化して、部品３１０Ｇ、３２０Ｇを互いに接合（例えば、マイクロ溶接）してアセンブリを形成する溶接材料３４０を形成してよい。

【0049】

加えて、部品３１０Ｇ、３２０Ｇが互いに接合される前又は後に、プリンタ１０５はまた、液滴１３４の第２のセットを第１の部品３１０Ｇ、第２の部品３２０Ｇ、又はその両方上に堆積させてもよい。図示の実施例では、液滴１３４の第２のセットは、第１の部品３１０Ｇ上に堆積されてよいが、第２の部品３２０Ｇ上には堆積されない。別の実施例では、液滴１３４の第２のセットは、第２の部品３２０Ｇ上に堆積されてよいが、第１の部品３２０Ｇ上には堆積されない。更に別の実施例では、液滴１３４の第２のセットは、両方の部品３１０Ｇ、３２０Ｇと接触してよい。液滴１３４の第２のセットは、冷却固化して、第３の部品３５０Ｇを形成してよい。図示の実施例では、第３の部品３５０Ｇは、第１の部品３１０Ｇと接合されるが、第２の部品３２０Ｇとは接合されない。この特定の実施例では、液滴１３４の第２のセットも第３の部品３５０Ｇも、部品３１０Ｇ、３２０Ｇを互いに接合するために使用されなくてよい。換言すれば、第３の部品３５０Ｇは、部品３１０Ｇ、３２０Ｇを互いに接合することとは異なる機能を果たしてよい。

【0050】

図３Ｈは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられた（例えば、グリッパ２５０によって把持／保持されている）第１の部品３１０Ｈの別の概略断面図を示す。上記の実施例のうちの１つ以上では、部品３１０Ａ～３１０Ｇ、３２０Ａ～３２０Ｇ及び／又は溶接材料３４０は、互いに溶接適合性のある材料から作製される。例えば、部品３１０Ａ～３１０Ｇ、３２０Ａ～３２０Ｇ及び／又は溶接材料３４０は、同じ材料から作製されてよい。

【0051】

しかしながら、図３Ｈの実施例では、部品のうちの１つ３２０Ｈは、他の部品３１０Ｈ及び／又は溶接材料３４０と溶接適合性のない（又は溶接適合性の低い）材料から作製される。例えば、第２の部品３２０Ｈは、第１の部品３１０Ｈ及び／又は溶接材料３４０とは異なる材料から作製されてよい。換言すれば、溶接材料３４０は、第２の部品３２０Ｈに結合しなくてよく、第１の部品３１０Ｈには結合する。その結果、溶接材料３４０が第２の部品３２０Ｈとの十分な結合を形成しなくてよいため、部品３１０Ｈ、３２０Ｈは、上述したのと同じ方法で互いに接合（例えば、マイクロ溶接）されなくてよい。

【0052】

第１の部品３１０Ｈ及び／又は溶接材料３４０は、アルミニウム（例えば、４００８／３５６、６０６１、７０７５など）、銅、鋼、亜鉛合金、ニッケル合金などから作製されてよい。第２の部品３２０Ｈは、ＭＨＤプロセスによって生成される高熱（例えば、５００℃＋）と変形又は劣化なしに接触していることができる材料から作製されてよい。例えば、第２の部品３２０Ｈは、チタン、タングステン、ステンレス鋼、真鍮、青銅、炭化ケイ素、セラミック、ガラス、天然石、セメント、シリコーンなどから作製されてよい。

【0053】

第２の部品３２０Ｈは、（図示されるように）グリッパ２５０の外側に位置付けられてもよく、又は第２の部品３２０Ｈは、少なくとも部分的にグリッパ２５０内に位置付けられてもよい（図示せず）。溶接材料３４０は、第１の部品３１０Ｈ上に堆積されてよく、溶接材料３４０は、冷却固化して、第１の部品３１０Ｈに接合（例えば、マイクロ溶接）されている第３の部品３５０Ｈを形成してよい。第３の部品３５０Ｈは、（例えば、蟻継手、ピン式継手、テーパ形状のほぞ継ぎ、テーパ形状の実矧ぎなどを介して）第２の部品３２０Ｈと機械的に接合／係止するように成形及びサイズ決めされてよい。したがって、第３の部品３５０Ｈは、第１及び第２の部品３１０Ｈ、３２０Ｈを互いに機械的に接合／係止してアセンブリを形成するために使用されてよい。一実施例では、第２及び第３の部品３２０Ｈ、３５０Ｈは、３Ｄプリンタ１０５、アーム２００、グリッパ２５０、又はこれらの組み合わせを使用して、互いに機械的に接合／係止されてよい。別の実施例では、第２及び第３の部品３２０Ｈ、３５０Ｈは、一方又は両方がグリッパ２５０から取り外された後に、手動で互いに機械的に接合／係止されてよい。別の実施形態では、接合部は更に、又は代わりに、締結具（例えば、ねじ、リベット、ピンなど）と共に保持されてもよく、３Ｄプリンタ１０５は、溶接材料３４０を堆積させて締結具を接合部に組み込んでよい。

【0054】

図４Ａ～図４Ｃは、互いに接合（例えば、マイクロ溶接）されて突き合わせ継手アセンブリを形成している２つの厚い部品４１０、４２０の概略断面図を示す。部品４１０、４２０は、プレートであってもよく、又はそれを含んでもよい。部品４１０、４２０は、約１ｍｍ～約５０ｍｍ又は約３ｍｍ～約５０ｍｍの厚さ４５４を有してよい。部品４１０、４２０の端部４１２、４２２は面取りされてよい。したがって、端部４１２の上面４１４は、端部４２２の上面４２４に対して角度４５０に配向されてよい。角度４５０は、約１０°～約１５０°、約３０°～約１２０°、又は約５０°～約９０°であってよい。同様に、端部４１２の下面４１６は、端部４２２の下面４２６に対して角度４５２に配向されてよい。角度４５２は、約１０°～約１５０°、約３０°～約１２０°、又は約５０°～約９０°であってよい。

【0055】

一実施形態では、端部４１２、４２２は互いに接触していてよい。図示のように、別の実施形態では、端部４１２、４２２は、互いに隣接して（例えば、互いに面して）いてよいが、端部４１２と４２２との間に間隙が存在してもよい。間隙は、約０．１ｍｍ～約５ｍｍ、又は約０．５ｍｍ～約３ｍｍであってよい。図４Ａに示されるように、液滴の第１のセット１３４Ａは、少なくとも部分的に端部４１２と４２２との間に堆積されてよい。液滴の第１のセットは、両方の端部４１２、４２２と接触してよい。液滴の第１のセット１３４Ａは、端部４１２、４２２の内側（例えば、中央部分）に近接して（例えば、端部４１２、４２２の面取りされた点に近接して）位置付けられてよい。

【0056】

図４Ｂに示されるように、液滴の第１のセット１３４Ａが堆積された後に、液滴の第２のセット１３４Ｂが堆積されてよい。液滴の第２のセット１３４Ｂは、少なくとも部分的に端部４１２と４２２との間に位置付けられてよい。液滴の第２のセット１３４Ｂは、両方の端部４１２、４２２と接触してよい。液滴の第２のセット１３４Ｂは、少なくとも部分的に液滴の第１のセット１３４Ａの周囲に位置付けられてよい。例えば、図４Ｂに示されるように、液滴の第２のセット１３４Ｂは、液滴の第１のセット１３４Ａの上方及び／又は下方に位置付けられてよい。端部４１２、４２２が配向される角度４５０、４５２により、液滴の第２のセット１３４Ｂは、液滴の第１のセット１３４Ａよりも大きい幅を有してよい。

【0057】

図４Ｃに示されるように、液滴の第２のセット１３４Ｂが堆積された後に、液滴の第３のセット１３４Ｃが堆積されてよい。液滴の第３のセット１３４Ｃは、少なくとも部分的に端部４１２と４２２との間に位置付けられてよい。液滴の第３のセット１３４Ｃは、両方の端部４１２、４２２と接触してよい。液滴の第３のセット１３４Ｃは、少なくとも部分的に液滴の第１のセット１３４Ａ及び／又は液滴の第２のセット１３４Ｂの周囲に位置付けられてよい。例えば、図４Ｃに示されるように、液滴の第３のセット１３４Ｃは、液滴の第２のセット１３４Ｂの上方及び／又は下方に位置付けられてよい。液滴の第３のセット１３４Ｃは、端部４１２、４２２の外側部分に近接して、かつ端部４１２、４２２の中央部分に対して遠位に位置付けられてよい。換言すれば、液滴の第３のセット１３４Ｃは、部品４１０、４２０の上面及び／又は下面に近接して位置付けられてよい。端部４１２、４２２が配向される角度４５０、４５２により、液滴の第３のセット１３４Ｃは、液滴の第２のセット１３４Ｂよりも大きい幅を有してよい。

【0058】

液滴１３４Ａ～１３４Ｃは、冷却固化して、部品４１０、４２０を突き合わせ継手アセンブリとして互いに接合（例えば、マイクロ溶接）する溶接材料３４０を形成してよい。一実施形態では、液滴の第１のセット１３４Ａは、液滴の第２のセット１３４Ｂが堆積される前に少なくとも部分的に冷却及び／又は固化してよく、液滴の第２のセット１３４Ｂは、液滴の第３のセット１３４Ｃが堆積される前に少なくとも部分的に冷却及び／又は固化してよい。別の実施形態では、液滴の第２のセット１３４Ｂは、液滴の第１のセット１３４Ａが依然として実質的に液体状態にある間、液滴の第１のセット１３４Ａ上に堆積されてよく、液滴の第３のセット１３４Ｃは、液滴の第２のセット１３４Ａが依然として実質的に液体状態にある間、液滴の第２のセット１３４Ｂ上に堆積されてよい。この実施形態では、液滴１３４Ａ～１３４Ｃは、一緒に冷却固化してよい。

【0059】

図５Ａ～図５Ｃは、互いに接合（例えば、マイクロ溶接）されて突き合わせ継手アセンブリ５３０を形成している２つの薄い部品５１０、５２０の概略斜視図を示す。部品５１０、５２０は、プレートであってもよく、又はそれを含んでもよい。部品５１０、５２０は、約０．２ｍｍ～約２ｍｍの厚さ５５４を有してよい。部品５１０、５２０の端部５１２、５２２は面取りされてよい。例えば、端部は、端部間の距離が垂直方向に（例えば、上の方に）進むにつれて増加するように、互いに対してある角度に配向されてよい。角度は、約１０°～約１５０°、約３０°～約１２０°、又は約５０°～約９０°であってよい。

【0060】

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、液滴は、複数のセット（４つが図示されている：１３４Ａ～１３４Ｄ）に堆積されてよい。液滴の各セット１３４Ａ～１３４Ｄは、第１の方向５６０に堆積されてよいが、液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、第１の方向５６０とは異なる（例えば、第１の方向５６０に対向する）第２の方向５６２に順序付け／配置されてもよい。換言すれば、以下に記載される理由により、液滴の異なるセット１３４Ａ～１３４Ｄは、互いに直接隣接して印刷されない。

【0061】

図示の実施例では、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第１のセット１３４Ａが、矢印５７１によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。液滴の第１のセット１３４Ａが堆積された後、アーム２００は、図５Ｂの矢印５８１によって示されるように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第１の方向５６０に移動させてよい。次いで、アーム２００は、液滴の第２のセット１３４Ｂが液滴の第１のセット１３４Ａに向かって進むように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第２のセット１３４Ｂが、矢印５７２によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。液滴の第２のセット１３４Ｂが堆積された後、アーム２００は、図５Ｂの矢印５８２によって示されるように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第１の方向５６０に移動させてよい。次いで、アーム２００は、液滴の第３のセット１３４Ｃが液滴の第２のセット１３４Ｂに向かって進むように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第３のセット１３４Ｃが、矢印５７３によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。液滴の第３のセット１３４Ｃが堆積された後、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第１の方向５６０に移動させてよい。次いで、アーム２００は、液滴の第４のセット１３４Ｄが液滴の第３のセット１３４Ｃに向かって進むように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第４のセット１３４Ｄが、矢印５７４によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。

【0062】

したがって、液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、第２の方向５６２に以下の順序で配置されてよい：液滴の第１のセット１３４Ａ、液滴の第２のセット１３４Ｂ、液滴の第３のセット１３４Ｃ、液滴の第４のセット１３４Ｄ。液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、部品５１０、５２０を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）して突き合わせ継手アセンブリ５３０を形成する溶接材料３４０を形成するために、冷却固化してよい。

【0063】

図５Ｃでは、液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、図５Ａ及び図５Ｂと同様に、第１の方向５６０に堆積されてよいが、液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、異なる順序で配置されてよい。より具体的には、液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、第２の方向５６２に以下の順序で配置されてよい：液滴の第１のセット１３４Ａ、液滴の第３のセット１３４Ｃ、液滴の第２のセット１３４Ｂ、液滴の第４のセット１３４Ｄ。このような操作を行うことの利点は、接合される部品５１０、５２０への熱入力をより均一に分散させることである。これは、直前に接合したセクションと次に接合するセクションとの間を空けておき、後でそこに戻って、最初に迂回した領域を完成させることによって行われる。これは、熱応力による部分変形のリスクが低減されるため、薄い金属をマイクロ溶接する際に有利である。液滴のセット１３４Ａ～１３４Ｄは、部品５１０、５２０を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）して突き合わせ継手アセンブリ５３０を形成する溶接材料３４０を形成するために、冷却固化してよい。

【0064】

図示の実施例では、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第１のセット１３４Ａが、矢印５７１によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。液滴の第１のセット１３４Ａが堆積された後、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第１の方向５６０に移動させてよい。次いで、アーム２００は、液滴の第２のセット１３４Ｂが液滴の第１のセット１３４Ａに向かって進むように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第２のセット１３４Ｂが、矢印５７２によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。しかしながら、液滴の第１のセット１３４Ａと液滴の第２のセット１３４Ｂとの間に間隙が存在してよい。液滴の第２のセット１３４Ｂが堆積された後、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第１の方向５６０に移動させてよい。次いで、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第３のセット１３４Ｃが液滴の第１のセット１３４Ａと液滴の第２のセット１３４Ｂとの間の間隙内に堆積されることを可能にしてよい。液滴の第３のセット１３４Ｃは、液滴の第３のセット１３４Ｃが液滴の第１のセット１３４Ａに向かってかつ液滴の第２のセット１３４Ｂから離れる方向に進むように、矢印５７３によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されてよい。液滴の第３のセット１３４Ｃが堆積された後、アーム２００は、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第１の方向５６０に移動させてよい。次いで、アーム２００は、液滴の第４のセット１３４Ｄが液滴の第２のセット１３４Ｂに向かって進むように、グリッパ２５０及び部品５１０、５２０をノズル１２２に対して第２の方向５６２に移動させて、液滴の第４のセット１３４Ｄが、矢印５７４によって示されるように、第１の方向５６０に堆積されることを可能にしてよい。

【0065】

図６は、一実施形態による、２つ以上の部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）するための方法６００のフローチャートを示す。方法６００の例示的な順序を以下に提供するが、１つ以上の工程が、異なる順序で実行されても、同時に実行されても、繰り返されても、省略されてもよい。方法６００は、システム１００によって実行されてよい。

【0066】

方法６００は、６０２において、グリッパ２５０を使用して２つ以上の部品を互いに対する相対位置に保持することを含んでよい。一方又は両方の部品は、グリッパ２５０によって保持／把持されてよい。例示的な位置は図３Ａ～図３Ｈに示されている。部品は、互いに接触して保持されてもよく、又は部品は、その間に約０．１ｍｍ～約５ｍｍの小さな間隙を有して保持されてもよい。

【0067】

方法６００はまた、６０４の時点で、アーム２００及び／又はグリッパ２５０の移動経路を決定することを含んでもよい。例えば、コンピューティングシステム１７０は、ノズル１２２に対するアーム２００及び／又はグリッパ２５０のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）された移動経路を決定してよい。移動経路は、部品の互いに対する相対位置（例えば、グリッパ２５０内）、部品の互いに対する向き、ノズル１２２に対する部品の位置、ノズル１２２に対する部品の向き、部品のサイズ、部品の形状、部品の材料、又はこれらの組み合わせに少なくとも部分的に基づいてよい。

【0068】

方法６００はまた、６０６の時点で、アーム２００を使用してグリッパ２５０を移動経路に沿って移動させることを含んでもよい。移動経路は、アーム２００が３Ｄプリンタ１０５に対して（例えば、ノズル１２２に対して）グリッパ２５０（及び部品）の位置を１、２、又は３次元でどのように移動させるかを決定してよい。移動経路は更に、又は代わりに、アーム２００が３Ｄプリンタ１０５に対して（例えば、ノズル１２２に対して）グリッパ２５０（及び部品）を１、２、又は３次元でどのように回転又は枢動させるかを決定してもよい。

【0069】

この工程は、ノズル１２２と部品との間の相対移動を引き起こしてよい。図示の実施形態では、部品はグリッパ２５０によって把持されてよく、部品及びグリッパ２５０は、ノズル１２２が実質的に静止したまま、移動経路を通って移動してよい。別の実施形態では、３Ｄプリンタ１０５及び／又はノズル１２２は、アーム２００に連結され、部品が実質的に静止したまま、アーム２００を使用して移動経路を通って移動させられてよい。

【0070】

アーム２００が、グリッパ２５０を、移動経路を通って移動させると、部品上での液滴１３４／溶接材料３４０を受容する位置（例えば、部品間の交差部）が、ノズル１２２の前（例えば、下方）を通過する。移動経路を通って移動する間、ノズル１２２と、部品上での液滴１３４／溶接材料３４０を受容する位置（例えば、部品間の交差部）との間の距離は、約０．５ｍｍ～約１０ｍｍ、又は約１ｍｍ～約５ｍｍに維持されてよい。例えば、距離は、実質的に一定のままであってよい。

【0071】

方法６００はまた、６０８の時点で、一方又は両方の部品を加熱することを含んでもよい。一実施形態では、部品は、グリッパ２５０によって把持される前に加熱されてよい。別の実施形態では、部品は、グリッパ２５０によって把持されている間に、グリッパ２５０に連結され、かつ／又はグリッパ２５０内に位置付けられているヒータ２５２によって加熱されてよい。部品は、液体金属の液滴１３４が部品上に噴射／堆積される前に、約１００℃～約６００℃、約３００℃～約５５０℃、又は約４００℃～約５００℃の温度に加熱されてよい。

【0072】

方法６００はまた、６１０の時点で、３Ｄプリンタ１０５を使用して液体金属の液滴１３４を部品（例えば、部品間の交差部を含む）上に噴射／堆積させることを含んでもよい。液滴１３４は、約１００μｍ～約８００μｍ又は約２００μｍ～約５００μｍの平均断面長（例えば、直径）を有してよい。滴１３４は、約０．０５ｍｇ～約０．５０ｍｇ、約０．１０ｍｇ～約０．３０ｍｇ、又は約０．１５ｍｇ～約０．２０ｍｇの質量を有してよい。液滴１３４は、約５０Ｈｚ～約１０００Ｈｚ又は約１００Ｈｚ～約５００Ｈｚの速度で噴射／堆積されてよい。液滴１３４間の間隔は、約０．１ｍｍ～約２ｍｍ、約０．１ｍｍ～約０．５ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１ｍｍ、又は約１ｍｍ～約２ｍｍであってよい。

【0073】

少なくとも１つの実施形態では、工程６０６、６０８、及び／又は６１０は、同時に実行されてよい。その結果、液滴１３４は、部品（部品間の交差部を含む）上に液体金属の線を形成するように堆積されてよい。線は、連続的であってもよく、又は間に間隙を有する別々の区間にあってもよい（すなわち、離間した液滴１３４）。線は、真っ直ぐであっても湾曲していてもよい。線は、約０．１ｃｍ／秒～約２５ｃｍ／秒、約０．５ｃｍ／秒～約１ｃｍ／秒、約１ｃｍ／秒～約３ｃｍ／秒、約３ｃｍ／秒～約５ｃｍ／秒、約５ｃｍ／秒～約１０ｃｍ／秒、又は約１０ｃｍ／秒～約２５ｃｍ／秒の速度で形成されてよい。これは、従来のＴＩＧマイクロ溶接技術よりも速い。例えば、液滴１３４は、液滴間の間隔が約０．５ｍｍの約５００Ｈｚの速度で噴射／堆積されてよく、その結果、線は約１０ｃｍ／秒～約２５ｃｍ／秒の速度で形成される。線は、約１ｍｍ～約１００ｃｍ、約１ｍｍ～約１ｃｍ、約１ｃｍ～約１０ｃｍ、又は約１０ｃｍ～約１００ｃｍの長さを有してよい。線は、約０．４ｍｍ～約２ｍｍ又は約０．５５ｍｍ～約１．５ｍｍの幅を有してよい。例えば、公称又は平均幅は約０．７ｍｍであってよい。線は、約０．０１ｍｍ～約０．４ｍｍ又は約０．０３ｍｍ～約０．２４ｍｍの高さを有してよい。例えば、公称又は平均高さは約０．１５ｍｍであってよい。

【0074】

液滴１３４によって形成された液体金属の線は、固化して溶接材料３４０の線を形成してよく、この線は、部品を互いに接合（例えば、マイクロ溶接）してアセンブリを形成してよい。これは、マイクロ構造溶接と呼ばれることがある。方法６００はまた、６１２の時点で、グリッパ２５０からアセンブリを取り外すことを含んでもよい。次いで、方法６００は、６０２にループバックし、新しい／異なる部品を用いて繰り返してよい。

【0075】

本教示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるが、特定の実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も、それぞれの試験測定値に見出される標準偏差から必然的に生じるある特定の誤差を本質的に含む。更に、本明細書に開示される全ての範囲は、その中に包摂される任意の及び全ての小範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、０の最小値と１０の最大値との間の（０の最小値と１０の最大値とを含む）任意の及び全てのサブ範囲、すなわち、０以上の最小値及び１０以下の最大値を有する任意の及び全てのサブ範囲、例えば、１～５を含み得る。

【0076】

本教示は、１つ以上の実装態様に対して示されているが、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、示された実施例に対して変更及び／又は修正が行われ得る。例えば、プロセスが一連の行為又は事象として説明されているが、本教示は、そのような行為又は事象の順序によって限定されないことが理解され得る。いくつかの行為は、本明細書に記載されるものとは異なる順序で、及び／又は別の他の行為若しくは事象と同時に生じ得る。また、全てのプロセス段階が、本教示の１つ以上の態様又は実施形態に従う方法を実装するのに必要とされ得るわけではない。構造的物体及び／若しくは処理段階が追加され得るか、又は既存の構造的物体及び／若しくは処理段階が除去若しくは修正され得ることが理解され得る。更に、本明細書に描写される行為のうちの１つ以上は、１つ以上の別個の行為及び／又は局面において実行されてもよい。更に、「含む（including）」、「含む（includes）」、「有する（having）」、「有する（has）」、「有する（with）」という用語、又はこれらの変形が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、「含む（comprising）」という用語と同様の手法での包含であることが意図される。「少なくとも１つの」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するように使用される。更に、本明細書における説明及び特許請求の範囲において、２つの材料に対して使用される「上」という用語、他方「上」の一方は、材料間の少なくとも一部の接触を意味し、一方、「の上」は、材料が、近接しているが、場合によっては、接触が可能であるが必要とされないように、１つ以上の追加の介在材料に近接していることを意味する。「上（on）」又は「の上（over）」のいずれも、本明細書で使用される際に任意の指向性を暗示しない。「共形」という用語は、下にある材料の角度が共形材料によって維持される被覆材料を説明する。「約」という用語は、変更が、示された実施形態に対してプロセス又は構造の不適合とならない限り、列挙される値が少し変更され得ることを示す。「連結する」、「連結されている」、「接続する」、「接続」、「接続されている」、「接続して」、及び「接続している」という用語は、「直接接続する」又は「１つ以上の中間要素又は部材を介して接続する」ことを指す。最後に、「例示の」又は「例示的な」という用語は、説明が理想的であることを意味するのではなく一例として使用されることを示す。本教示の他の実施形態は、本明細書及び本明細書での本開示の慣行を考慮して当業者に明らかであり得る。本明細書及び実施例は、単に例示として見なされることが意図され、本教示の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】