特開 2024-163078 カットレイヤ積層造形を用いた部品の構築

(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】P2024163078

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】カットレイヤ積層造形を用いた部品の構築

(51)【国際特許分類】

   B23P 13/00 20060101AFI20241114BHJP

   B29C 64/147 20170101ALI20241114BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20241114BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

B23P13/00

B29C64/147

B33Y10/00

B33Y80/00

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024076479

(22)【出願日】2024-05-09

(31)【優先権主張番号】18/315,907

(32)【優先日】2023-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】522096385

【氏名又は名称】サームウッド コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(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】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(72)【発明者】

【氏名】ケネス ジェイ シュシュニャラ

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

(57)【要約】

【課題】積層技術によって構成要素を製造するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】切断機を使用して部品を製造する方法は、材料切断機の表面に非多孔質シートを配置するステップと、非多孔質シートから材料を除去して部品の複数のセクションを形成するステップと、非多孔質シートが材料切断機上に存在する間に、セクション内に締結穴を形成するステップと、を含む。本方法はさらに、シートの残部からセクションを取り外すステップと、部品の各セクションが別のセクションに当接するようにセクションを一緒に配置するステップと、セクションの締結穴を貫通してファスナーを挿入するステップと、を含む。
【選択図】図１８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

切断機を用いて部品を製造する方法であって、
材料切断機の表面に非多孔質シートを配置するステップと、
前記非多孔質シートから材料を除去して、前記部品の複数のセクションを形成するステップと、
前記非多孔質シートが前記材料切断機上にある間に、前記セクション内に締結穴を形成するステップと、
前記非多孔質シートの残部から前記セクションを取り外すステップと、
前記部品のセクションの各々が別のセクションに当接するように、前記セクションを一緒に配置するステップと、
前記セクションの前記締結穴を貫通してファスナーを挿入するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記非多孔質シートが前記材料切断機上に存在する間に、前記非多孔質シートから材料を除去することにより、冷却剤のための１又は２以上の流路を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記非多孔質シートが前記材料切断機上に存在する間に、前記非多孔質シートから材料を除去することにより、接着剤のための１又は２以上の経路を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

接着剤のための前記１又は２以上の経路は、前記セクションの１又は２以上の側面に形成された出口を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記部品は型であり、前記セクションの少なくとも一部は、前記型の底壁及び一対の側壁を形成する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記型を形成する前記セクションは、一緒に配置され、前記部品の前記セクションの各々は、第１の方向に沿って他のセクションに当接し、前記型は、第２の方向に向かう開口部を有するようになっている、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記セクションの少なくとも１つは、一緒になって前記部品の層を形成する複数のピースとして形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記ピースの２又は３以上が、接合部によって互いに結合される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記非多孔質シートは、金属材料である、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

シート材料から少なくとも部分的に形成された部品であって、
非多孔質の前記シート材料から形成された少なくとも第１の層及び第２の層を含む一連の層と、
前記第１の層に設けられた第１の貫通穴と、
前記第２の層に設けられた第２の貫通穴であって、前記第２の貫通穴は前記第１の貫通穴と整列している、第２の貫通穴と、
前記第１の貫通穴を貫通しかつ前記第２の貫通穴を貫通して延びるファスナーと、
前記第１の層及び前記第２の層を貫通して延びる冷却剤流路の少なくとも一部分と、
を備える部品。

【請求項11】

前記部品は、開放側面を有する型である、請求項１０に記載の部品。

【請求項12】

前記非多孔質のシート材料から形成された第３の層をさらに含み、前記第３の層は、第３の貫通穴を有する、請求項１０に記載の部品。

【請求項13】

前記ファスナーは、前記第１の貫通穴、前記第２の貫通穴、及び前記第３の貫通穴を貫通して延びる、請求項１２に記載の部品。

【請求項14】

前記ファスナーは、前記第１の貫通穴及び前記第２の貫通穴を貫通して延びる第１のファスナーであり、前記部品は、前記第３の貫通穴を貫通して延びる第２のファスナーを含む、請求項１２に記載の部品。

【請求項15】

切断機を用いて部品を製造する方法であって、
材料切断機の表面にシート材料を配置するステップと、
前記シート材料から材料を除去して、部品の複数のセクションを形成するステップと、
前記シート材料からさらなる材料を除去して、真空成形用のスロット、冷却剤用の流路、又はその両方を形成するステップと、
前記シート材料の残部から前記セクションを切り離すステップと、
前記セクションの少なくとも２つを貫通する内部流路が形成されるように、接着剤、ファスナー、又はその両方を用いて前記セクションを固定することを含む、前記セクションを一緒に組み立てて前記部品を形成するステップと、
を含む方法。

【請求項16】

追加の非多孔質シートから材料を除去して前記部品の追加のセクションを形成するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記部品の少なくとも１つの層は、単一のセクションによって形成される、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記シート材料は、金属材料又はポリマー材料である、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

１又は２以上のセクションが２又は３以上のピースによって形成され、前記２又は３以上のピースは、接合部によって互いに結合され、その結果、前記部品の単一の層がもたらされる、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

１又は２以上のセクションが２又は３以上のピースによって形成され、前記２又は３以上のピースは、接着剤によって互いに結合され、その結果、前記部品の単一の層がもたらされる、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の態様は、構成要素を作製するための装置及び方法に関する。本開示のいくつかの態様は、層形成を含む３Ｄプリンティング製造プロセスに類似する技術又はプロセスを用いて構成要素（例えば、パターン、型、類似製品、又は他の部品）を作製するための方法及びシステムに関する。これらの技術又はプロセスは、少なくともいくつかの実施形態において、３Ｄプリンタを使用することなく、より低コストの型又はツールを製造することを可能にすることができる。

【背景技術】

【0002】

一般に、積層造形技術及びプロセスは、除去製造方法とは対照的に、ネットシェイプ又はニアネットシェイプ（ＮＮＳ）のオブジェクトを作るための１又は２以上の材料の積層を含む。「積層造形」は業界標準用語（ＡＳＴＭ Ｆ２７９２）であるが、積層造形は、自由造形、３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイプ造形／ツーリングなど、様々な名称で知られる様々な製造技術及びプロトタイプ造形技術を包含する。

【0003】

いくつかの積層造形技術は、非常に大きな部品、型（モールド）、パターンなどを製造できる大型３Ｄプリンタを使用する。これらの部品は、例えば繊維強化熱可塑性材料から製造することができる。これらの部品を製造する１つの方法は、ポリマー押出機を利用し、これは、溶融した熱可塑性材料のビード（ｂｅａｄ）を生成し、これを一度に１層ずつ製造される部品に加える。これらの層は、押さえ板、ローラなどの装置を使用して、積層造形プロセス中に、より広いビードに修正及び／又は平坦化することができる。３Ｄプリンティングと呼ばれることもあるこれらの方法を用いると、部品は所望よりわずかに大きくなる。部品は、冷えて硬化した後に最終的なサイズ及び形状に機械加工される。結果として生じる部品は、一般に、特定の厚さを有し、所望のおおよそのサイズ及び形状を有するシェルである。

【0004】

別のタイプの積層造形は、「カットレイヤ」積層造形と呼ぶことができる。カットレイヤ積層造形のいくつかの例では、ピースを多孔質材料から切り取り、互いに重ね合わせ、一緒に付着させて部品を作ることができる。場合によっては、この部品は中空であり、一緒に積み重ねられると所望の部品の外形の周囲にシェル又は壁を形成する狭いビードである個別の要素で構成することができる。いくつかの手法では、シェル又は壁は、多孔質材料で作られ、触媒作用のある熱硬化性液体が注入される。この液体は、硬化して、多孔質材料で補強された剛性複合部品を作り出すようになっている。

【0005】

しかしながら、金属（例えばアルミニウム）のような非多孔質材料から部品を製造することが望ましい場合もある。このような部品の潜在的な用途の例としては、熱成形型、圧縮型、射出成形型などの工業用型及びツールが挙げられる。一般に、圧縮型又は射出成形型などの用途のためのアルミニウム型は、長期生産には適さないが、アルミニウム型が適切なコストを有し、適切な期間で生産できるのであれば、プロトタイプ造形及び短期間のサンプル生産には望ましい可能性がある。

【0006】

アルミニウムがこれらの用途に常に使用されるとは限らない理由の１つは、比較的大きくなる可能性のある型（モールド）が、大きな材料のブロックを使用すること、及び型の所望のキャビティ形状を作るために余分な材料を除去（例えば、機械加工）するのに多大な時間を要することを伴うからである。これは、特に大型で深い部品に当てはまり、所望の最終部品幾何形状を得るためには、最初の材料の半分以上を除去する必要がある場合がある。また、この種の型は内部流路を含む可能性があり、この流路を通じて加熱又は冷却された液体を循環させて、動作中のツールの温度を制御することができる。このような流路を固体の材料ブロックに機械加工するには、多大な時間及び特殊な設備が必要となり、製造時間及びコストがさらに増大する。また、多くの場合、外側から固体ブロックに機械加工することによって、型の特定の領域にこれらの流路を配置することは、さもなければ望ましいであろうが不可能な場合がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の態様は、特に積層技術によって構成要素を製造するための方法及び装置に関する。本明細書に開示される態様の各々は、他の開示される態様のいずれかに関連して記載される特徴の１又は２以上を含むことができる。本開示のいくつかの態様は、米国特許出願第１７／３２２，４７７号に記載されているものに関連する積層造形法を利用する。

【0008】

本開示のいくつかの態様は、金属（例えば、アルミニウム）などの材料から作製された型を含む非多孔質型、又は、カットレイヤによる積層造形から利益を得ることができる他の製品（複数可）を製造することを含む。要素（ｐａｒｔｓ）は、ＣＮＣルーター又は他の材料切断機を用いて製造することができ、押出機を備える従来の積層造形機よりも比較的低コストとすることができる。これらの積層要素は、例えば型を構築するために使用され、高い歩留まりを達成するためにシート材料上に入れ子に配置することができる。また、シート材料は、型を作成するのに適した同じ材料の大きなブロックよりも、１ポンド当たりのコストが低い場合がある。個別の積層要素は、個別の層を整列させる工程を容易にするために、ダボ又は他の整列デバイスを受け入れるように機械加工することができる。また、各層は、組立時に、冷却剤、空気、接着剤などのための流路を形成するように機械加工すること、及び／又は、各層に関する情報を含むように機械加工することができる。この情報は、その層が組立体のどこに位置することが意図されているかの情報を含むことができる。可能な限り最良の歩留まりを達成するために、個別の層は、適切な接合部を備える２又は３以上のピースから構成することができる。その場合、個別の層要素は、接着剤、結合剤、機械的ファスナー、又はそれらの組み合わせによって一緒に固定することができる。

【0009】

動作中に高レベルの応力を受ける可能性のある型に関して、層を一緒に固定する別の方法を使用することができる。実際の層材料とは異なる、異なる膨張係数を有する異なるタイプの材料は、層を一緒に固定するために使用することができる。従って、加熱時又は冷却時に、組立体自体に圧縮力を生じさせることができる。

【0010】

１つの態様では、切断機を用いて部品を製造する方法は、材料切断機の表面上に非多孔質シートを配置するステップと、非多孔質シートから材料を除去して、部品の複数のセクションを形成するステップと、非多孔質シートが材料切断機上にある間に、セクション内に締結穴を形成するステップと、含むことができる。本方法は、シートの残部からセクションを取り外すステップと、部品の各セクションが別のセクションに当接するようにセクションを一緒に配置するステップと、セクションの締結穴を貫通してファスナーを挿入するステップとをさらに含むことができる。

【0011】

別の態様では、シート材料から少なくとも部分的に形成された部品は、非多孔質のシート材料から形成された少なくとも第１の層及び第２の層を含む一連の層と、第１の層に設けられた第１の貫通穴と、第２の層に設けられた第２の貫通穴とを含むことができ、第２の貫通穴は第１の貫通穴と整列している。また、部品は、第１の貫通穴を貫通しかつ第２の貫通穴を貫通して延びるファスナーと、第１の層及び第２の層を貫通して延びる冷却剤流路の少なくとも一部と、を含むことができる。

【0012】

さらに別の態様では、切断機を用いて部品を製造する方法は、材料切断機の表面にシート材料を配置するステップと、シート材料から材料を除去して部品の複数のセクションを形成するステップと、非多孔質シート材料からさらなる材料を除去して真空成形用のスロット、冷却剤用の流路、又はその両方を形成するステップと、を含むことができる。本方法はさらに、シートの残部からセクションを切り離すステップと、セクションの少なくとも２つを貫通する内部流路が形成されるように、接着剤、ファスナー、又はその両方を用いてセクションを固定することを含む、セクションを一緒に組み立てて部品を形成するステップと、を含むことができる。

【0013】

他の利点は、例えば、部品（例えば、型）は、その最終的なサイズ及び形状を得るための機械加工をほとんど必要としない場合があることである。従って、このプロセスでは、最終製品を作成するための時間及び型費用がより少ない場合がある。また、加熱流路及び／又は冷却流路は、材料の固体ブロックに流路を機械加工することが困難であるか又は不可能である場合がある部品のために、カットシートに機械加工することができる。

【0014】

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の例示的な態様を示し、本明細書の説明と共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の態様による、比較的低コストの層材料の層を外形加工するように動作可能な例示的な材料切断機の斜視図である。

【図2】材料要求を低減するために、より大きなシート材料に入れ子に配置された例示的な型層セクションの上面図である。

【図3】材料に外形加工された識別番号及び文字、加熱通路及び／又は冷却通路、真空通路、ならびに整列穴及び／又は締結穴を有する例示的な型層の正面図である。

【図4】層の側面に外形加工された流路（例えば、接着剤流路）を有する例示的な型層の正面図である。

【図5】層の側面の大部分が接着剤を受け入れるように外形加工された例示的な型層の正面図であり、層の離間を容易にするために層内にボスが残っている。

【図6A】接合部を形成する２つのピースで形成された例示的な型層の正面図である（例えば、２つのピースを接着剤で一緒に接着し、ボルト及びナットのような機械的手段でピースを緊密に引っ張ることによって）。

【図6B】図６Ａの例示的な型層の底面図である。

【図7】図６Ａ及び図６Ｂの接合部の拡大正面図である。

【図8】図６Ａ及び図６Ｂの接合部の拡大底面図である。

【図9】２つのピースを一緒に結合する接合部の別の例を有する例示的な型層の正面図である。

【図10】図９の接合部の拡大正面図である。

【図11】例示的な締結技術を有する型の例示的なセクションの正面図である。

【図12】図１１の断面Ａ－Ａの断面図であり、一連の層を固定するために使用される締結を示す。

【図13】図１１の断面Ａ－Ａの断面図であり、一連の層を固定するために使用される締結の別の例を示す。

【図14】鋼支持板及びロッドを用いて製造することができる例示的な型の斜視図である。

【図15】いくつかの層が除去された図１４に示す型の斜視図であり、例えば図１のＣＮＣ機械で切断された層を示す。

【図16】図１４に示す型の部分断面図である。

【図17】図１４に示す型の斜視断面図であり、加熱通路及び／又は冷却通路間の接続部を示す。

【図18】本開示の態様による例示的な方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本開示は、特に層形成技術によって複数の構成要素を作製するための方法及び装置に関する。具体的には、本明細書に記載される方法及び装置は、パターン、型、及び他の製品の作製を容易にすることができる。いくつかの態様において、部品を作製するための例示的な手法は、２０２１年５月１７日に出願され、２０２２年５月３１日に米国特許第１１，３４５，０８１号として発行された米国特許出願第１７／３２２，４７７号に記載されており、その開示内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【0017】

本開示の１又は２以上の態様は、金属（例えば、アルミニウム）などの１又は２以上の非多孔質材料を含む場合があり、さらに時間の短縮及び比較的低いコストを必要とする場合がある。いくつかの態様では、型ブランク（ｍｏｌｄ ｂｌａｎｋ）は、シート材料（例えば、アルミニウム）から切断されたセクションを積み重ねることによって組み立てることができ、ほぼ所望の最終型のサイズ及び形状である積層型ブランクを製造するようになっている。これにより、材料の固体ブロックから型を機械加工する必要性を回避することができる。積み重ねられた要素によって形成された積層型ブランクは、組立後、所望の最終的なサイズ及び形状に機械加工することができる。このプロセスは、部品を層状に構築できるという点で、他の積層造形法によって作製された部品と同様の構造を有する部品を製造することができる。図１に示すように、本明細書に開示される手法の少なくともいくつかにおける層は、３Ｄプリンティングプロセス中に互いに適用される層ではなく、ＣＮＣルーター１１、フライス盤などの材料切断機でシート材料から切断され、組み立てられる。

【0018】

型を構築するために使用される個別の層セクション２４は、図１及び図２に示すように、シート材料１２上に互いに入れ子に配置することができる。個別のシート材料１２にセクション２４を入れ子に配置することは、特に、個別のセクション２４がＣＮＣルーター１１（図１）などの切断機で形成される場合に、改善された歩留まりをもたらすことができる。図１及び図２に示すように、異なる個別のセクション２４は、異なる形状を有することができるが、少なくともいくつかのセクション２４は、同じ形状を有することができる。各セクション２４は、部品２０の層全体（後述する）を形成すること、又は部品２０の特定の層の一部を形成することができる。部品全体は、単一のシート材料１２（例えば、図２に示す３枚のシート材料１２のうちの１枚）から形成することができるが、複数のシート材料１２を用いて単一の部品を形成することができる。

【0019】

図３は、セクション２４がＣＮＣルーター１１で切断され、シート１２の残部から除去された後の、単一のセクション２４によって形成された個別の層を示す。図３を参照すると、シート１２からセクション２４を切断するプロセスの間、及びセクション２４がシート１２から分離される前に、整列及び／又は締結穴１３は、部品が組み立てられる際に互いに積み重ねられることになる個別のセクション２４に切り込むことができる。穴１３は、組立時にダボを使用して個別のセクション２４を整列させて、完成した構造が得られるように、サイズ及び位置を決めることができる。穴１３は、セクション２４の全幅を貫通して延びる貫通穴とすることができる。

【0020】

いくつかの態様では、セクション２４は、非多孔質材料から切断することができる。詳細には、セクション２４は、金属材料から切断することができる。要素２４を製造する際に、ＣＮＣルーター１１は、セクション２４、特に、セグメント２４がシート１２の残部から切断された後に穴１３が形成される、比較的狭い要素２４に大きな力を発生させる傾向がある。従って、初期動作中に個別のセクション２４に位置する穴１３を穴開け又は機械加工することによって、狭いセクション２４にこれらの力がかかるのを回避することが望ましい場合がある。例えば、穴１３は、シート１２の全体がまだ一体である間に又は穴１３を有する個別の要素２４がシート１２の残部から切断される前に形成することができる。

【0021】

穴１３が形成されると、結果として生じる整列又は締結穴１３は、個別のセクション２４となることになるものをねじ留め又は他の方法で取り付けて、残りの機械加工作業を完了して個別の小さなセクション２４に切断する前に、それらを切断機１１のテーブルにしっかりと保持するために使用することができる。

【0022】

また、シート１２から層セクション２４を切断するプロセス中に、個別のセグメント２４の情報を表すインジケータ１４は、各セグメント２４の表面に印刷する、エッチングする、又は他の方法で施すことができる。例えば、インジケータ１４は、セグメント２４から材料を除去することによって形成することができる。インジケータ１４によって提示される情報は、組立時に有用である。この情報には、個別のセグメント２４に関連する層、その層上のセクション２４の位置などが含まれ、セクション２４の仕分け及び組み立てを容易にする。いくつかの態様では、インジケータ１４は、例えば、ラベルを使用する必要性を回避することによって、好都合とすることができ、ラベルは、組み立てプロセスを妨害するのを防止するために組立時に除去する必要がある。

【0023】

いくつかの態様では、穴及び／又はスロットは、個別の層セクション２４において機械１１によって、セクション２４が互いに積み重ねられると、これらの穴又はスロットがその部分の内部を貫通して延びる密封された流路１５を形成するような方法で切り取ることができる。これらの流路１５は、液体（例えば、加熱又は冷却することができる冷却剤）、蒸気、又は他の流体を、最終部品（例えば、型などのツール）を通して循環させるために使用することができる。例えば、組み立てられた部品が型である場合、冷却剤用の流路１５は、部品を作るための型の使用中に型の温度を制御するために、型の本体を貫通して延びることができる。

【0024】

ツール、詳細には熱成形型を形成する部品に関して、浅いスロット１６は、１又は２以上のセクション２４内に形成することができる。例えば、図３に示すように、スロット１６は、真空成形プロセス中に空気を除去するための経路を提供するために、機械加工プロセス中にセクション２４上の壁を横切って機械加工することができ、二次プロセスとして真空ベント穴を穴開けする必要性が排除される。

【0025】

部品によっては、個別の層が互いに強固に接着されることが望ましい場合がある。例えば、型のようなツールは、型を形成する層が漏れない様式で固定される場合に最もよく機能することができる。熱成形型又はガラス繊維レイアップ型など、使用中に大きな力を受けることが意図されていない型の例では、個別の層は適切な接着剤を使用して互いに接合することができる。しかしながら、強固な接着を達成するための他の手法も企図されている。

【0026】

図４及び図５は、接着接合の有用なセクション２４の例を示す。接着接合層において、１又は２以上のセクション２４で形成された各層は、セクション２４の領域が機械加工、くり抜き（ｒｏｕｔｅｄ ａｗａｙ）、又は他の方法で除去される場合がある。例えば、約０．００５から約０．０３０インチ（約０．１３ｍｍから約０．７６ｍｍ）の材料は、セクション２４の面から除去することができる。この除去された材料は、図４及び５では、Ｘパターンのハッチングを含む部分３８によって表されている。部分３８から除去された材料は、接着剤のための空間をもたらすことができる。

【0027】

図４に示される例では、接着剤流路３０は、材料をセクション２４の側面に入り込んで除去することによって（例えば、外形加工（routing）によって）形成され、層要素２４の面３２は中実のままである（すなわち、面３２から材料が除去されていない）。接着剤流路３０は、セクション２４の側部（図４の上部及び底部）及び／又は底部（図４の左側部分）に形成された出口３１を含むことができる。出口３１は、この接着剤のための流路を提供し、接着剤が型面に追い出されるのを防止することによって、接着剤又は他の接着剤の流れを促進することができる。

【0028】

図５は、セクション２４の他の例を示す正面図であり、ハッチング部分３８は除去された材料を表す。図５から分かるように、セクション２４から除去された材料は、面３２内にＵ字形の凹部を形成することができ、この部分は型の底部に対応する。この除去された材料は、冷却流路を使用しない部品（例えば、型）において接着剤の流れのための空間をもたらすことができる。

【0029】

詳細には、図５に示すように、セクション２４の側面全体又は側面の大部分を機械加工して（例えば、約０．００５から約０．０３０インチ（約０．１３ｍｍから約０．７６ｍｍ）の材料を除去して）、整列又は締結穴１３の周りのセクション２４の面３２上に十分な材料のストックを残すことができる。いくつかの態様では、機械加工によって材料が除去されなかった部分によって形成されたボス３１は、２つの隣接するセクション２４の間の適切な間隔を維持するように機能することができる。図４に示された例と同様に、接着剤は、型のセクション２４の側部及び底部から追い出されるようにすることができる。図４及び５は、室温で塗布できる接着剤などの接着剤、又は何らかの他の適切な接着剤と共に使用することができる。

【0030】

少なくともいくつかの実施形態では、部品の１又は２以上のセクション２４は、例えば図４及び５に示すように、単一のモノリシック要素として形成することができる。従って、各セクション２４は部品のそれぞれの層を形成することができる。しかしながら、部品は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、２又は３以上のピースとして形成される層の１又は２以上のセクション２４を含むことができる。これらの複数ピースのセクション２４は、接合部３９において接着剤で一緒に接合される、及び／又は接合部３９において機械的手段によって緊密に引っ張られる端部を有することができる。

【0031】

図６Ａは、接合部３９の領域の周りの円形部で互いに接合されたセクション２４の２つのピースの正面図を示す。図６Ｂは、接合部３９で結合された２ピースとして形成されたセクション２４の底面図である。

【0032】

図７は、接合部３９を示す拡大正面図である。図７に示すように、接合部３９は、適当な形状のスロット３３を含むことができ、Ｔ字形状が示されている。スロット３３は、ボルト３４及びナット３５の配置を容易にするためにセクション２４に機械加工することができる。ボルト３４及びナット３５は、接着剤を含むことができる接合部３９を形成する当接する端部を一緒に緊密に引っ張るために使用することができる。接着剤を使用する場合、接着剤はスロット３６に塗布することができる。図７及び８に示すように、接着剤受け入れスロット３６は、セクション２４の厚さの４分の３（すなわち、７５％）で機械加工することができる。図７及び図８に示すように、ボス３７は、ボス３１（図５及び図６Ａ）と同様に、一緒になって単一のセクション２４を形成する２又は３以上のピースの間の所望の間隔を維持するように構成することができる。

【0033】

いくつかの実施形態では、複数ピースのセクション２４を接合するために接着剤を使用するが、すべての実施形態で接着剤が必要なわけではない。例えば、図９に示すように、接合部１７は、接着剤を使用することなく、特定のセクション２４の別々のピースを一緒に結合することができる。図９及び１０には、１つの例示的な比較的単純な設計が示されているが、他の設計も使用可能であり、本開示によって企図されている。

【0034】

いくつかの態様において、接合部１７は、パズルピースを互いに接合するために使用される接合部に少なくともいくつかの点で類似することができる。例えば、図１０を参照すると、一方の側面は雌型３９を有し、他方の対向する側面は雄型４０を有する。接合部１７を有する要素２４の２又は３以上の別個のピースは、セクション２４の一方のピースを他方のピースの上に押し付けることによって、一緒に接合することができる。雄型形状は、雌型形状の内部でかみ合い、２つの部分は直接引き離すことができないようになっている。

【0035】

複数の層を一緒に取り付けるための機械的手段は、ファスナー（例えば、ねじ又はリベット）、溶接、又は他の機構を含むことができる。ファスナーが使用される場合、各セクション２４又はセクション２４のグループは、ボルトによって別のセクション２４又はセクション２４のグループに締結することができる。以下に説明するように、各ボルトは、２つのセクション２４を一緒に結合すること、又は、３、４、５、又はそれ以上のセクション２４を一緒に結合することができる。

【0036】

図１１は、ファスナーを用いて追加のセクション２４に固定することができるセクション２４の例を示す。図１２は、線Ａ－Ａに沿った図１１の断面図であり、複数の積み重ねられたセクション２４の整列及び／又は締結穴１３に挿入されたファスナーを示す。

【0037】

また、図１１及び１２は、複数のセクション２４が第１の方向（例えば、水平方向）に沿って互いに当接するが、部品２０が第２の方向（例えば、垂直方向）に向いている開口部を有する場合の、冷却剤流路１５及び整列及び／又は締結穴１３の例示的な位置を示す。図１２は、穴１３に挿入されたボルト１９を示す。少なくとも幾つかの冷却剤流路１５及び穴１３は、互いに整列し、略Ｕ字形パターンを形成するように分散配置される貫通穴を形成することができるが、不規則なパターンを含む他のパターンを使用することができる。

【0038】

図１２を参照すると、各セクション２４は、次のセクション２４のねじ穴２９（穴１３の別の例）とぴったり合う貫通穴２８（穴１３の例）を有するザグリ穴２７を有することができる。図１２から分かるように、第１の一連の穴１３は、ザグリ穴２７と貫通穴２８のペアと、ねじ穴２９とを交互に繰り返す。第２の一連の穴１３は、穴２７と穴２８のペアと、ねじ穴２を繰り返す逆のパターンを有する。

【0039】

図１３は、最初のセクションがザグリ穴２７と貫通穴２８を含み、次の２つのセクション２４がねじ穴２９を含む部品の例示的な構成を示す。従って、セクション２４のグループは、図１２に示す構成のボルト１９と比較して、異なる（例えば、より長い）長さを有するボルト１９でボルト締めすることができる。

【0040】

図１４－図１７は、上述のように形成及び構成することができるセクション２４から組み立てられた例示的な部品２０を示す。これらの図に示すように、部品２０は、４つの壁、底部、及び開放側面を有する圧縮型又は射出成形型である。開放側面に形成された開口部は、セクション２４が積み重ねられる方向（例えば、垂直方向）に垂直な方向に向くことができる。しかしながら、理解されるように、本明細書では他のタイプの部品が企図され、本開示は、型として機能する部品２０に限定されない。

【0041】

圧縮型又は射出成形型などの金属型は、動作中に比較的高いレベルの力を受ける場合がある。図１４－図１７には例示的な型２０が示されている。型２０は上記の説明に従って形成することができるが、必要に応じて別の手法を使用することができる。例えば、整列及び／又は締結穴１３は、型２０の全体（例えば、個別のセクション２４が互いに当接する積み重ね方向に沿って測定される型２０の全長）を貫通して延びることができる。これらの整列及び／又は締結穴１３は、例えば、図１及び２に関して示され、上述されたように、シートから要素２４を切断する初期工程の一部として穴開けすることができる。アルミニウム鋳型の場合、図１４に示すような鋼ロッド２２を各端部にねじ込むことができる。これらの鋼ロッド２２（必要に応じて別の材料で形成することができる）は、整列及び／又は締結穴１３を貫通することができ、ナット２３又は他の拘束デバイスが両端に適用されて締め付けられると、ナット２３は、セクション２４によって形成されたアルミニウム層を緊密に（例えば、気密シールを形成するのに十分に緊密に）押し付けるようになっている。

【0042】

本明細書に記載のシステム及び方法は、さらなる利点を伴う可能性がある。アルミニウム及び鋼を含む金属は、加熱されると膨張する。アルミニウムを含む材料は、鋼などの他の金属よりも速い速度で膨張する場合がある。上述した構成では、組み立てられたツール（例えば、型２０）が加熱されると、セクション２４によって形成されたアルミニウムの型本体は、鋼で形成されたロッド２２よりも速い速度で膨張することができ、ロッド２２は、セクション２４によって形成された層を一緒に保持する。この結果、大きな力が発生し、その力は層を一緒に押す傾向がある。しかしながら、アルミニウム型本体を圧縮する際には、鋼ロッド２２を引き伸ばすよりもかなり大きな力が必要とされる可能性があるので、鋼ロッド２２は、アルミニウムセクション２４の熱膨張により生じる力によって引き伸ばされることがあり、このような引き伸ばしは、層を緊密にくっつける大きな機械的力を生じる。従って、鋼ロッド２２の使用及び鋼ロッド２２の幾何形状（例えば、上述したような）は、成形プロセスによって発生する力に耐えるのに十分な強度を有する型２０をもたらす可能性がある。少なくともいくつかの実施形態では、鋼ロッド２２は、セクション２４によって形成された型２０のアルミニウム本体に直接取り付けることができる。他の実施形態では、鋼板２５を型本体２０の一方又は両方の外端に配置することができ、鋼板２５は、型自体の熱膨張を含む、成形プロセス中に発生する力をさらに分散させるのに役立つ。

【0043】

図１８は、例示的な方法１００を示すフローチャートである。方法１００は、上述したように、機械１１などの切断機に非多孔質シート材料１２を配置するステップ１０２を含むことができる。ステップ１０４は、機械１１を使用してシート１２から材料を除去して個別のセクション２４を形成することを含むことができ、これらのセクション２４は、上述したセクション２４のうちの１又は２以上に対応する。必要に応じて、セクション２４がシート１２から除去される前に、穴１３及び／又は１５を形成することができる。

【0044】

ステップ１０６において、１又は２以上のセクション２４をシート１２の残部から除去することができる。最後に、セクション２４を組み立てて部品２４を形成することができる。これらのセクションは、ロッド、ファスナー、接着剤などで固定することができる。

【0045】

開示されたシステム及び方法は、いくつかの利点を提供することができる。第１の例として、例えばアルミニウムのようなシート材料は、同じ材料の大きなブロックよりもポンド当たり安価である可能性がある。また、組み立てられた型２０は、材料の固体ブロックを使用するのとは対照的に、機械加工で除去する必要があるような多量の材料を含まないので、必要な材料のポンド重量が少なくなる。部品２０を形成するために金属材料を使用することができるが、部品２０は、材料が一般に大きなブロックで入手できない場合でも、ポリマーシートを含む他の材料から作ることができる。積層設計を使用して最終的な所望の型表面を実現するために除去する必要がある材料の量が少ないので、機械加工時間が固体ブロックから切削するよりも大幅に短くなり、切削ツールの摩耗が少なくなり、マシニングセンタの摩耗及び損傷（ｔｅａｒ）も少なくなる。さらに、カットレイヤ手法の使用は一般的に高速化することができ、ツールなどの部品をより短時間で構築することができる。シート材料から切断された要素内に加熱及び／又は冷却流路１５（図１７）を機械加工する手法は、固体ブロックに機械加工することができない領域及び経路に沿って、加熱及び／又は冷却流路１５を位置決めすることを容易にすることができる。

【0046】

上述の詳細な説明から、本開示には、上述の開示が関係する技術分野の通常の知識を有する者であれば、数多くの変更、適応、修正を加えることができることが明らかであろう。しかしながら、本開示の精神から逸脱しないそのような全ての変形は、添付の特許請求の範囲によって限定されるその範囲内とみなされることが意図されている。

【符号の説明】

【0047】

１０２ 切断機上に非多孔質シートを配置する
１０４ 切断機を用いてシートから材料を除去する
１０６ シートからセクションを切り離す
１０８ セクションを組み立てる

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

切断機を用いて部品を製造する方法であって、
材料切断機の表面に非多孔質シートを配置するステップと、
前記非多孔質シートから材料を除去して、前記部品の複数のセクションを形成するステップと、
前記非多孔質シートが前記材料切断機上にある間に、前記セクション内に締結穴を形成するステップと、
前記非多孔質シートの残部から前記セクションを取り外すステップと、
前記部品のセクションの各々が別のセクションに当接するように、前記セクションを一緒に配置するステップと、
前記セクションの前記締結穴を貫通してファスナーを挿入するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記非多孔質シートが前記材料切断機上に存在する間に、前記非多孔質シートから材料を除去することにより、冷却剤のための１又は２以上の流路を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記非多孔質シートが前記材料切断機上に存在する間に、前記非多孔質シートから材料を除去することにより、接着剤のための１又は２以上の経路を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

接着剤のための前記１又は２以上の経路は、前記セクションの１又は２以上の側面に形成された出口を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記部品は型であり、前記セクションの少なくとも一部は、前記型の底壁及び一対の側壁を形成する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記型を形成する前記セクションは、一緒に配置され、前記部品の前記セクションの各々は、第１の方向に沿って他のセクションに当接し、前記型は、第２の方向に向かう開口部を有するようになっている、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記セクションの少なくとも１つは、一緒になって前記部品の層を形成する複数のピースとして形成され、前記ピースの２又は３以上が接合部によって互いに結合される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記非多孔質シートは、金属材料である、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

シート材料から少なくとも部分的に形成された部品であって、
非多孔質の前記シート材料から形成された少なくとも第１の層及び第２の層を含む一連の層と、
前記第１の層に設けられた第１の貫通穴と、
前記第２の層に設けられた第２の貫通穴であって、前記第２の貫通穴は前記第１の貫通穴と整列している、第２の貫通穴と、
前記第１の貫通穴を貫通しかつ前記第２の貫通穴を貫通して延びるファスナーと、
前記第１の層及び前記第２の層を貫通して延びる冷却剤流路の少なくとも一部分と、
を備える部品。

【請求項10】

前記部品は、開放側面を有する型である、請求項９に記載の部品。

【請求項11】

前記非多孔質のシート材料から形成された第３の層をさらに含み、前記第３の層は、第３の貫通穴を有し、前記ファスナーは、前記第１の貫通穴、前記第２の貫通穴、及び前記第３の貫通穴を貫通して延びる、請求項９に記載の部品。

【請求項12】

切断機を用いて部品を製造する方法であって、
材料切断機の表面にシート材料を配置するステップと、
前記シート材料から材料を除去して、部品の複数のセクションを形成するステップと、
前記シート材料からさらなる材料を除去して、真空成形用のスロット、冷却剤用の流路、又はその両方を形成するステップと、
前記シート材料の残部から前記セクションを切り離すステップと、
前記セクションの少なくとも２つを貫通する内部流路が形成されるように、接着剤、ファスナー、又はその両方を用いて前記セクションを固定することを含む、前記セクションを一緒に組み立てて前記部品を形成するステップと、
を含む方法。

【請求項13】

前記部品の少なくとも１つの層は、単一のセクションによって形成される、請求項１２に記載の方法。

【外国語明細書】