特許 7044800 複合構造物を連続製造するためのシステム、プリントヘッド、および圧縮機

(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】

(24)【登録日】2022-03-22

(45)【発行日】2022-03-30

(54)【発明の名称】複合構造物を連続製造するためのシステム、プリントヘッド、および圧縮機

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/205 20170101AFI20220323BHJP

   B29C 64/112 20170101ALI20220323BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20220323BHJP

   B29C 64/241 20170101ALI20220323BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20220323BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220323BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220323BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220323BHJP

【ＦＩ】

B29C64/205

B29C64/112

B29C64/209

B29C64/241

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019552888

(86)(22)【出願日】2018-11-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-03-18

(86)【国際出願番号】 US2018060054

(87)【国際公開番号】W WO2019133115

(87)【国際公開日】2019-07-04

【審査請求日】2021-10-08

(31)【優先権主張番号】62/611,922

(32)【優先日】2017-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/184,228

(32)【優先日】2018-11-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519444409

【氏名又は名称】コンティニュアス コンポジッツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】バッジ，トレバー デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】テイラー，ケネス ライル

(72)【発明者】

【氏名】ハンブリング，コリン ヒュー

【審査官】▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５１８２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６１１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８５７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７３７９５３９（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００６１２８２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マトリックスの供給量を保持するように構成されたマトリックスリザーバと、
前記マトリックスリザーバの端部に接続されたノズルと、
前記ノズルから吐出されている複合材料を硬化エネルギーに曝露するように構成された硬化エンハンサと、
前記ノズルと前記硬化エンハンサとの間に位置し、前記硬化エネルギーに曝露する前に前記複合材料を圧縮するように構成された圧縮機であって、
ハウジング、
転圧輪、及び
前記ハウジング内に配置され、前記転圧輪に軸力をかけるように構成された少なくとも１つのばね、
を含む、圧縮機と、
前記圧縮機の反対側の前記ノズルのリーディング側に位置し、前記複合材料によって形成されている構造物の表面状態を示す信号を発生するように構成されたセンサと
を含む、付加製造システム用のプリントヘッド。

【請求項2】

前記ハウジングと前記転圧輪の間の距離を選択的に調整するように構成されたアクチュエータをさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。

【請求項3】

前記転圧輪と前記硬化エンハンサとの間で、前記ハウジングに取り付けられたスクレーパをさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。

【請求項4】

前記アクチュエータは前記信号に基づいて自動的に作動する、請求項２に記載のプリントヘッド。

【請求項5】

前記表面状態は、位置、向き、形状、大きさ、材料のタイプ、硬さ、量、および支持のタイプの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプリントヘッド。

【請求項6】

前記センサは、ライダーセンサ、レーダーセンサ、カメラ、電流センサ、超音波センサ、赤外センサ、および立体光学式センサの１つである、請求項１に記載のプリントヘッド。

【請求項7】

複合構造物を付加製造するためのシステムであって、
マトリックスで少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成されたノズルと、
吐出中に前記ノズルを移動させるように構成された支持体と、
前記ノズルと分離して、前記ノズルのトレーリング側に位置し、前記ノズルから吐出されている前記マトリックスでコーティングされた連続補強材に作用する圧縮力を変えるように調整可能である圧縮機と、
前記マトリックスを硬化エネルギーに曝露するように構成された硬化エンハンサと、
前記圧縮機の反対側の前記ノズルのリーディング側に位置し、前記複合構造物の表面特性を示す信号を発生するように構成されたセンサと、
前記信号に基づいて前記圧縮機が前記圧縮力を変えるように前記圧縮機を制御するように構成されたコントローラと
を含む、システム。

【請求項8】

前記表面状態は、位置、向き、形状、大きさ、材料のタイプ、硬さ、量、および支持のタイプの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記センサは、ライダーセンサ、レーダーセンサ、カメラ、電流センサ、超音波センサ、赤外センサ、および立体光学式センサの１つである、請求項７に記載のシステム。

【請求項10】

前記圧縮機は、
転圧輪と、
前記マトリックスでコーティングされた連続補強材に向かって前記転圧輪を付勢するばねと、
前記ばねの力を及ぼすように前記コントローラによって選択的に活性化されるアクチュエータと
を含む、請求項７に記載のシステム。

【請求項11】

複合構造物を付加製造するためのシステムであって、プリントヘッドと支持体とを含み、
前記プリントヘッドは、
マトリックスで少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成されたノズル、
前記ノズルと分離して、前記プリントヘッドに取り付けられ、前記ノズルから吐出されている前記マトリックスでコーティングされた連続補強材に作用する圧縮力を変えるように調整可能である圧縮機、
前記圧縮機の反対側の前記ノズルのリーディング側に位置し、前記複合構造物の表面特性を示す信号を生成するように構成されたセンサ、および
前記信号に基づいて前記圧縮機が前記圧縮力を変えるように前記圧縮機を制御するように構成されたコントローラ、
を含み、
前記支持体は、吐出中に前記プリントヘッドを移動させるように構成されている、
システム。

【請求項12】

前記プリントヘッドは、前記マトリックスを硬化エネルギーに曝露するように構成された硬化エンハンサをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記硬化エンハンサは、前記圧縮機に続く位置で前記マトリックスを硬化エネルギーに曝露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】

前記プリントヘッドは、前記圧縮機と前記硬化エンハンサの間に取り付けられたスクレーパをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

前記信号は、前記複合構造物の支持されない領域を示し、
前記コントローラは、低圧縮力をかけるように前記圧縮機を応答的に調整するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。

【請求項16】

前記信号は、前記複合構造物の突出した領域を示し、
前記コントローラは、高圧縮力をかけるように前記圧縮機を応答的に調整するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。

【請求項17】

前記信号は、前記複合構造物の過剰な表面粗さを示し、
前記コントローラは、高圧縮力をかけるように前記圧縮機を応答的に調整するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。

【請求項18】

前記圧縮機と前記硬化エンハンサの間に取り付けられたスクレーパをさらに含む、請求項７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、その内容が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、２０１７年１２月２９日に出願された米国特許仮出願第６２／６１１，９２２号に基づき、それからの優先権の利益を主張する。

【0002】

技術分野
本開示は、概して、製造システム、プリントヘッド、および圧縮機（ｃｏｍｐａｃｔｏｒ）に関し、より具体的には、付加製造プリントヘッドおよびシステムと共に使用するための圧縮機に関する。

【背景技術】

【0003】

背景
押し出し製造は連続構造物を作るための既知のプロセスである。押し出し製造中、液体マトリックス（例えば、熱硬化性樹脂または加熱された熱可塑性樹脂）は、所望の断面形状および大きさを有する型を通して押される。材料は、型を出ると、最終形態に硬化（ｃｕｒｅ）して固まる（ｈａｒｄｅｎ）。いくつかの適用例では、ＵＶ光および／または超音波振動が、型を出る時に液体マトリックスの硬化を加速するのに使用される。押し出し製造プロセスによって作られた構造は、直線的または曲線的なプロファイル、一貫した断面形状、およびなめらかな表面仕上げの、任意の連続長を有してよい。押し出し製造は、構造物を連続製造する効率的な方法であり得るが、結果として生じる構造物にはいくつかの用途に要求される強度が不足している場合がある。

【0004】

引き抜き製造は、高強度構造物を作るための既知のプロセスである。引き抜き製造中、個々の繊維ストランド、ストランドの組物、および／または織物は、液体マトリックス（例えば、熱硬化性樹脂または加熱された熱可塑性樹脂）をコーティングされるか、そうでなければ含浸され、液体マトリックスが最終形態に硬化して固まる固定型を通して引っ張られる。押し出し製造と同様に、いくつかの引き抜き適用例において、ＵＶ光および／または超音波振動が、型を出る時に液体マトリックスの硬化を加速するのに使用される。引き抜き製造プロセスによって作られた構造は、一体化繊維による増加した強度だけでなく、押し出し構造物と同一の特質の多くを有する。引き抜き製造は、高強度構造物の連続製造に使用され得るが、結果として生じる構造物にはいくつかの用途に要求される形態（形状、大きさ、精度、および／または表面テクスチャ）が不足している場合がある。加えて、従来の引き抜き製造には、硬化の精密制御、および製造中に複合材料中の材料を動的に変化させる能力が不足している場合がある。さらに、引き抜き構造物内に一体化された様々なパターンおよび形状が限定され、それにより結果として生じる構造物の利用可能な特性が限定される場合がある。

【0005】

連続繊維３Ｄプリンティング（別名、ＣＦ３Ｄ（商標））は、押し出しおよび引き抜き製造の欠点に取り組むために最近開発された。ＣＦ３Ｄは、移動可能なプリントヘッドから吐出するマトリックス内に組み込まれる連続繊維の使用を含む。マトリックスは、伝統的な熱可塑性樹脂、粉末金属、液体樹脂（例えば、ＵＶ硬化型および／もしくは二液型樹脂）、またはこれらおよび他の既知のマトリックスのいずれかの組み合わせとすることができる。プリントヘッドを出ると、ヘッドに取り付けられた硬化エンハンサ（ｃｕｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｒ）（例えば、ＵＶ光、超音波エミッタ、熱源、触媒供給等）が、マトリックスの硬化を開始しかつ／または完了させるために作動される。この硬化はほとんど即座に起こり、支持されない構造を自由空間内で作製することを可能にする。繊維、具体的には連続繊維が構造物内に組み込まれると、構造物の強度は、マトリックス依存の強度を超えて増加し得る。この技術の例が、２０１６年１２月６日にＴＹＬＥＲに発行された、米国特許第９，５１１，５４３号で開示されている。

【0006】

ＣＦ３Ｄ（商標）は、連続繊維補強材を利用しない製造プロセスと比較して増加した強度を提供するが、構造物および／または既存のシステムの動作に改善がなされ得る。開示される付加製造システムおよびプリントヘッドは、これらの改善を提供し、かつ／または先行技術の他の課題に取り組むように独自に構成される。

【0007】

開示されるシステムは、上で説明された問題および／または先行技術の他の問題の１つまたは複数に取り組むことを対象にする。

【発明の概要】

【0008】

一態様では、本開示は、付加製造プリントヘッドと共に使用するための圧縮機を対象とする。圧縮機は、付加製造プリントヘッドに接続可能なハウジングを含んでよい。圧縮機は、転圧輪、およびハウジング内に配置され、転圧輪に軸力をかけるように構成された少なくとも１つのばねも含んでよい。圧縮機は、ハウジングと転圧輪との間の距離を調整するように移動可能なピストンをさらに含んでよい。

【0009】

別の態様では、本開示は、付加製造システム用のプリントヘッドを対象とする。プリントヘッドは、マトリックスの供給量を保持するように構成されたマトリックスリザーバ、およびマトリックスリザーバの端部に接続されたノズルを含んでよい。プリントヘッドは、ノズルから吐出されている複合材料を硬化エネルギーに曝露するように構成された硬化エンハンサ、およびノズルと硬化エンハンサとの間に位置する圧縮機も含んでよい。圧縮機は、硬化エネルギーに曝露する前に複合材料を圧縮する(ｃｏｍｐａｃｔ)ように構成されてよい。圧縮機は、ハウジング、転圧輪、およびハウジング内に配置され、転圧輪に軸力をかけるように構成された少なくとも１つのばねを有してよい。圧縮機は、ハウジングと転圧輪との間の距離を調整するように移動可能なピストンも有してよい。

【0010】

別の態様では、本開示は、複合構造物を付加製造するためのシステムを対象とする。システムは、マトリックスで少なくとも部分的にコーティングされた連続補強材を吐出するように構成されたノズル、吐出中にノズルを移動させるように構成された支持体、およびノズルに動作可能に接続され、ノズルからのマトリックスコーティング補強材吐出にかかる圧縮力を変えるように調整可能である圧縮機を含んでよい。システムは、マトリックスを硬化エネルギーに曝露するように構成された硬化エンハンサ、および圧縮機と硬化エンハンサとの間に取り付けられたスクレーパも含んでよい。システムは、圧縮機の反対側のノズルの側に取り付けられ、複合構造物の表面特性を示す信号を発生させるように構成されたセンサ、および信号に基づいて圧縮機の調整を選択的に引き起こすように構成されたコントローラをさらに含んでよい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】例示的な開示された付加製造システムの概略図である。

【図2】図２および図３は、図１のシステムと併せて使用されてよい例示的な開示されたプリントヘッドの、それぞれ側面および端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、例示的なシステム１０を示し、これは任意の所望の断面形状（例えば、円形、長方形、または多角形）を有する複合構造物１２の連続製造に使用されてよい。システム１０は、少なくとも支持体１４およびヘッド１６を含んでよい。ヘッド１６は、支持体１４に結合され、支持体１４によって移動されてよい。図１の開示された実施形態では、支持体１４は、結果として生じる構造物１２の長手方向軸（例えば、軌跡）が３次元となるように、構造物１２の作製中にヘッド１６を複数の方向に移動させることができるロボットアームである。あるいは、支持体１４は、構造物１２の作製中にヘッド１６を複数の方向に移動させることもできるオーバーヘッドガントリまたはハイブリッドガントリ／アームを取り入れてよい。支持体１４は６軸移動が可能なように示されているが、同一または異なる方法でヘッド１６を移動させることができる任意の他のタイプの支持体１４も利用され得ると考えられる。いくつかの実施形態では、駆動装置はヘッド１６を支持体１４に機械的に結合してよく、ヘッド１６の部分を移動させ、および／またはヘッド１６に動力を供給するように協働する構成要素を含んでよい。

【0013】

ヘッド１６は、マトリックス材料を受け取り、または他の形で含有するように構成されてよい。マトリックス材料は、任意のタイプの硬化性のマトリックス材料（例えば、ゼロ揮発性有機化合物樹脂のような液体樹脂、粉末金属等）を含んでよい。例示的な樹脂としては、熱硬化性樹脂、単一成分または多成分エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオン性エポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性樹脂、フォトポリマー、ポリエポキシド、チオール、アルケン、チオール－エン等が挙げられる。一実施形態では、ヘッド１６の内部のマトリックス材料は、例えば、対応する導管（図示せず）を介してヘッド１６に流体接続した外部装置（例えば、押し出し機または別のタイプのポンプ（図示せず））によって加圧されてよい。しかしながら、別の実施形態では、圧力を、同様のタイプの装置によって完全にヘッド１６の内部で発生させてよい。さらに他の実施形態では、マトリックス材料は、ヘッド１６中におよび／またはヘッド１６中を通して重力供給されてよい。例えば、マトリックス材料は、ヘッド１６中に供給され、１つまたは複数の連続補強材と共にヘッド１６から押されるかまたは引っ張られてよい。ある場合には、早すぎる硬化を抑制するか、そうでなければ吐出後に所望の硬化速度を得るために、ヘッド１６の内部のマトリックス材料を冷たくおよび／または暗く保つ必要があることがある。他の場合では、同様の理由で、マトリックス材料を温かく保つ必要があることがある。いずれの状況でも、ヘッド１６は、これらの必要に備えるように特別に構成（例えば、絶縁、温度制御、遮蔽等）されてよい。

【0014】

マトリックス材料は、任意の数の連続補強材（例えば、連続材料の別個の繊維、トウ、ロービング、ソックス、および/またはシート）をコーティングし、補強材と共に、複合構造物１２の一部（例えば、壁）を作り上げるのに使用されてよい。補強材は、ヘッド１６内に（例えば、１つまたは複数の別個の内部スプール（図示せず）上に）格納され、または他の形でヘッド１６を通過（例えば、１つまたは複数の外部スプール１７（図２にのみ示す）から供給される）してよい。複数の補強材が同時に使用される場合、補強材は同一の材料組成のものであり、同一の大きさおよび断面形状（例えば、円形、正方形、長方形等）を有してよく、または異なる大きさおよび／もしくは断面形状を有する異なる材料組成のものであってよい。補強材としては、例えば、炭素繊維、植物繊維、木質繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属ワイヤ、オプティカルチューブ等が挙げられ得る。用語「補強材」は、ヘッド１６からのマトリックス材料吐出に少なくとも部分的に包み込まれる、構造タイプおよび非構造タイプの両方の連続材料を包含することが意図されていることに留意されたい。

【0015】

補強材は、補強材がヘッド１６の内部にある間、補強材がヘッド１６に渡されている間、および／または補強材がヘッド１６から吐出されている間に、マトリックス材料に曝露され（例えば、これによって少なくとも部分的にコーティングされ）てよい。マトリックス材料、乾燥補強材、および／または既にマトリックス材料に曝露された補強材は、当業者に明白な任意の方法でヘッド１６中に輸送されてよい。いくつかの実施形態では、マトリックス材料が連続補強材をコーティングする前および／または後に、フィラー材料（例えば、チョップド繊維）がマトリックス材料と混合されてよい。

【0016】

１つまたは複数の硬化エンハンサ（例えば、ＵＶ光、超音波エミッタ、レーザ、ヒータ、触媒ディスペンサ等）１８は、ヘッド１６に近接して（例えば、その中、その上、またはそれに隣接して）取り付けられ、マトリックス材料がヘッド１６から吐出される時のマトリックス材料の硬化速度および／または品質を高めるように構成されてよい。各硬化エンハンサ１８は、構造物１２の形成中に構造物１２の一部をエネルギー（例えば、ＵＶ光、電磁放射、振動、熱、化学触媒等）に選択的に曝露するように制御されてよい。エネルギーは、マトリックスがヘッド１６から吐出する時に、マトリックス材料内で起こる化学反応の速度を高め、材料を焼結し、材料を固め、または他の形で材料を硬化させてよい。図示された実施形態では、硬化エンハンサ１８は、ヘッド１６の中心軸の回りに均等に分散された複数のＬＥＤ（例えば、６つの異なるＬＥＤ）を含む。しかしながら、その代わりに、任意の数のＬＥＤまたは他のエネルギー源が、開示された目的のために利用され、かつ／または別の方法で配置され（例えば、不均等に分散される）得ることが考えられる。硬化エンハンサ１８によって生成されるエネルギーの量は、構造物１２がヘッド１６から所定の長さを超えて軸方向に成長する前にマトリックス材料を硬化させるのに十分なものとすることができる。一実施形態では、構造物１２は、軸方向成長の長さがマトリックスコーティング補強材の外径と等しくなる前に完全に硬化される。別の実施形態では、構造物１２の外殻のみが、軸方向成長の長さがマトリックスコーティング補強材の外径と等しくなる前に硬化される。

【0017】

マトリックス材料および／または補強材は、少なくとも２つの異なる動作モードを介してヘッド１６から吐出されてよい。第１の動作モードでは、マトリックス材料および／または補強材は、構造物１２の長手方向軸内の３次元の軌跡を作成するためにヘッド１６が支持体１４によって移動されながら、ヘッド１６から押し出される（例えば、圧力および／または機械的力の下で押される）。第２の動作モードでは、吐出中に補強材に引張応力が生じるように、少なくとも補強材はヘッド１６から引っ張られる。この動作モードでは、マトリックス材料は補強材にくっつき、それにより補強材と共にヘッド１６から引っ張られてもよく、かつ／またはマトリックス材料は、引っ張られた補強材と共に圧力下でヘッド１６から吐出されてよい。マトリックス材料が補強材と共にヘッド１６から引っ張られている、第２の動作モードでは、補強材に結果として生じる張力は、（例えば、補強材を整列させる、バックリングを抑制する、マトリックスを圧縮する、分散された補強材充填を確実にすること等によって）構造物１２の強度を増加させると同時に、支持されない構造物１２のより大きい長さがより直線的な軌跡を有することも可能にしてよい。すなわち、マトリックス材料の硬化後に残っている、補強材内の張力は、重力に反して作用して（例えば、直接および／または間接的に、重力に逆らうモーメントを生じる）構造物１２に支持を提供してよい。

【0018】

補強材は、ヘッド１６がアンカーポイント２０から離れて移動することの結果として、ヘッド１６から引っ張られてよい。具体的には、構造形成の始めに、吐出された材料がアンカーポイント２０に付着する（または他の形で結合する）ように、ある長さの、マトリックスを含浸された補強材が、ヘッド１６から引っ張られかつ／または押され、アンカーポイント２０に堆積され、硬化されてよい。その後、ヘッド１６はアンカーポイント２０から離れて移動されてよく、この相対移動は、補強材がヘッド１６から引っ張られることを引き起こしてよい。望まれる場合、ヘッド１６を通る補強材の移動を支援する（例えば、内部ヘッド機構を介して）ことができることに留意されたい。しかしながら、ヘッド１６からの補強材の吐出速度は、主に、張力が補強材内に生じるようにする、ヘッド１６とアンカーポイント２０との間の相対移動の結果であってよい。ヘッド１６がアンカーポイント２０から離れて移動されることの代わりにまたはこれに加えて、アンカーポイント２０をヘッド１６から離れて移動させることができると考えられる。

【0019】

コントローラ２２が設けられ、支持体１４、ヘッド１６、および任意の数の硬化エンハンサ１８と通信可能に結合されてよい。各コントローラ２２は、システム１０の動作を制御するように構成される単一のプロセッサまたは複数のプロセッサを取り入れてよい。コントローラ２２は、１つまたは複数の、汎用または専用プロセッサまたはマイクロプロセッサを含んでよい。コントローラ２２は、例えば、設計限界、性能特性、動作命令、ツールパス、およびシステム１０の各構成要素の対応するパラメータのようなデータを記憶するためのメモリをさらに含むか、またはこれと関連付けられてよい。電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路、通信回路、および他の適切な回路を含む、様々な他の既知の回路がコントローラ２２と関連付けられてよい。さらに、コントローラ２２は、有線および／または無線伝送を介してシステム１０の他の構成要素と通信することができてよい。

【0020】

１つまたは複数のマップがコントローラ２２のメモリに記憶され、構造物１２の作製中に使用されてよい。これらのマップの各々は、ルックアップテーブル、グラフ、および／または方程式の形態のデータの収集を含んでよい。開示された実施形態では、マップは、構造物１２の所望の大きさ、形状、および／または輪郭を作るのに要求されるヘッド１６の移動を決定し、移動と連携して硬化エンハンサ１８（および／またはシステム１０の他の構成要素）の動作を調節するために、コントローラ２２によって使用されてよい。

【0021】

例示的なヘッド１６を図２に詳細に開示する。とりわけ、ヘッド１６は、マトリックスリザーバ２４、およびマトリックスリザーバ２４に取り外し可能に接続されかつ流体接続したノズル２６を含んでよい。この例では、ノズル２６は、略円形の断面を有する複合材料を吐出するように構成されたシングルパスノズルである。しかしながら、ヘッド１６の構成は、ノズル２６を、異なる形状（例えば、管状断面、線形断面、長方形断面、三角形断面等）を有する複合材料を吐出する別のノズル（図示せず）に交換することを可能にしてよい。

【0022】

ヘッド１６は硬化エンハンサ（複数可）１８に加えて、マトリックスリザーバ２４、およびノズル２６、圧縮機３６を含んでよい。圧縮機３６は、マトリックスコーティング補強材を、ノズル２６からの吐出後ならびに硬化エンハンサ（複数可）１８による硬化前（および／または硬化中）に圧縮するように構成されてよい。

【0023】

圧縮機３６は、ばね４０を介してマトリックスコーティング補強材に対して付勢される転圧輪３８を含んでよい。ばね４０はハウジング４２内に配置され、ハウジング４２内に少なくとも部分的に伸びる１つまたは複数のピストン４４を介して転圧輪３８に軸力をかけるように構成されてよい。開示された実施形態では、転圧輪３８は、各対向する端部に位置する１つのピストン４４を有する、略円筒形である。各ピストン４４は、対応する軸受４６を介して転圧輪３８に接続されてよい。

【0024】

開示された実施形態では、ばね２０によって転圧輪３８（および続いて構造物１２）にかけられる圧縮力は可変である。例えば、ピストン４４は、ばね４０と転圧輪３８との間で測定される、調整可能な有効長Ｌ_ｅを有してよい。開示された例では、Ｌ_ｅは、軸受４６とピストン４４の螺合によって調整可能である。具体的には、ピストン４４は、軸受４６から（関連する軸受ハウジングから）緩められてＬ_ｅを長くしてよい。反対に、ピストン４４は、軸受４６中にさらにねじ込まれてＬ_ｅを短くしてよい。Ｌ_ｅが長くなると、ばね４０はより大きい量で圧縮されてよく、結果として、湿潤補強材に対して転圧輪３８をより強く押す付勢力がより大きくなる。Ｌ_ｅが短くなると、ばね４０はより小さい量で圧縮されてよく、結果として、湿潤補強材に対して転圧輪３８をより強く押す付勢力がより小さくなる。所望により、ピストン４４は、手動または自動で（例えば、任意選択のモータ４８のような、関連するアクチュエータ介して）回され（ねじ込まれもしくは緩められ）てよい。

【0025】

望まれる場合、他のタイプおよびまたは配置のアクチュエータ（例えば、油圧アクチュエータ、ソレノイド等）が、Ｌ_ｅを自動調整するのに使用されてよいと考えられる。例えば、同一または追加のねじ式ピストン４４は、ハウジング４２内の、ばね４０の対向する端部に位置する。これらのピストンは、ばね４０を、ハウジング４２から転圧輪３８に向かって選択的に押すように機能することになる。

【0026】

いくつかの適用例では、硬化または部分的に硬化されたマトリックス材料が転圧輪３８上に蓄積する可能性があり得る。この理由で、これらの適用例では、スクレーパ５０が圧縮機３６に取り付けられてよい。スクレーパ５０は、転圧輪３８に隣接して（例えば、接線方向に）位置するチゼル先端５２を有する、ブレードを取り入れてよい。チゼル先端５２の位置は、（例えば、ノズル２６の軸に関して軸方向および／または半径方向に）調整可能であり、それにより転圧輪３８上の蓄積の許容される厚さを変えてよい。図示された例では、この位置は、１つまたは複数の位置決めねじ５４によって手動で変えられる。しかしながら、調整の他の手動および／または自動手段が利用可能であってよいと考えられる。望まれる場合、樹脂が転圧輪３８上に最初に蓄積するのを低減または抑制するために、スクレーパ５０を、遮光体またはワイパで強化しまたは置き換えることができるとも考えられる。

【0027】

いくつかの実施形態では、圧縮機３６の圧縮力は、ヘッド１６のリーディングエッジ（例えば、ヘッド１６の進行方向に対して）で検出される構造物１２のパラメータに基づいて、（例えばＬ_ｅの調整を介して）自動で調整可能であってよい。パラメータは、１つまたは複数のセンサ５６を介して検出されてよい。センサ５６は、複合表面のパラメータを検出するための、当該技術分野で既知の任意のタイプのセンサであってよい。パラメータとしては、例えば、位置、向き、形状、大きさ、材料のタイプ、硬さ、量、ヘッド１６の反対側の支持のタイプ等が挙げられ得る。開示された実施形態では、センサ５６は、ライダーおよびレーダーセンサの１つである。しかしながら、構造物１２のパラメータを検出し、対応する信号を発生させるために、別のタイプのセンサ（例えば、カメラ、電流センサ、超音波センサ、赤外センサ、および立体光学式センサ等）を追加で、または代わりに利用できると考えられる。信号はコントローラ２２に送られてよく、これに応じて、Ｌ_ｅ、および構造物１２のあらかじめ検出された領域上を転圧輪３８が移動する時に転圧輪３８によってかけられる関連した圧縮力を調整するための対応するコマンドを発生させてよい。

【0028】

例えば、構造物１２の繊細な（小径かつ脆い）、かつ／または支持されない領域が検出されると、これに応じて、コントローラ２２はＬ_ｅを減少させてよい。別の例では、突出または過剰な表面粗さが検出されると、これに応じて、コントローラ２２はＬ_ｅを増加させてよい。

【0029】

産業上の利用可能性
開示されたシステムおよびプリントヘッドは、任意の所望の断面形状および長さを有する複合構造物の連続製造に使用されてよい。複合混合物は、同一または異なるタイプおよび同一または異なる直径である任意の数の異なる繊維、ならびに同一または異なる構成である任意の数の異なるマトリックスを含んでよい。ここで、システム１０の動作を以下に詳細に記載する。

【0030】

製造イベントの開始時に、所望の構造物１２に関する情報がシステム１０に（例えば、支持体１４および／またはヘッド１６の動作の調節に関与するコントローラ２２に）ロードされてよい。この情報としては、とりわけ、大きさ（例えば、直径、肉厚、長さ等）、輪郭（例えば、軌跡）、表面特徴（例えば、リッジの大きさ、位置、厚さ、長さ、フランジの大きさ、位置、厚さ、長さ等）、接続の幾何配置（例えば、結合、ティー、接合等の位置および大きさ）、所望の織り柄、織り方が移り変わる位置等が挙げられ得る。望まれる場合、この情報は、代わりにまたは追加で、製造イベント中の異なる時間に、および／または連続して、システム１０にロードされることに留意されたい。構成要素情報に基づいて、１つまたは複数の、異なる補強材および／またはマトリックス材料が、システム１０に選択的に導入および／または連続的に供給されてよい。

【0031】

補強材を導入するために、個々の繊維、トウ、および／またはリボンはマトリックスリザーバ２４およびノズル２６を通過してよい。いくつかの実施形態では、補強材は、引っ張り機械（図示せず）および／または取り付け固定具（例えば、アンカーポイント２０）に接続される必要がある場合もある。マトリックス材料の導入は、充填ヘッド１６（例えば、リザーバ２４）および／または押し出し機（図示せず）のヘッド１６への結合を含んでよい。

【0032】

構成要素情報は、その後、システム１０の動作の制御に使用されてよい。例えば、補強材はヘッド１６からマトリックス材料と共に引っ張られかつ／または押されてよい。支持体１４は、結果として生じる構造物１２の軸が所望の３次元軌跡をたどるように、所望の方法でヘッド１６および／またはアンカーポイント２０を選択的に移動させてもよい。硬化エンハンサ１８は、所望の硬化条件を提供するために動作中に調整されてよい。構造物１２が所望の長さに成長したら、構造物１２はシステム１０から切り離されてよい。

【0033】

ヘッド１６の動作中、コントローラは、作製されている構造物１２の表面を連続的にまたは定期的に監視してよい。例えば、コントローラ２２は、センサ（複数可）５６からの信号によって表されるような表面特性（例えば、大きさ、形状、位置、粗さ、圧縮等）を所望の特性と比較してよい。コントローラ２２は、その後、比較に基づいて（例えば、モータ４８の作動を介して）、Ｌ_ｅを選択的に調整してよい。

【0034】

開示されたシステムおよびプリントヘッドに対する様々な変更および変形形態を作ることができることが、当業者には明白になる。他の実施形態は、本明細書の検討と開示されたシステムおよびプリントヘッドの実践とから当業者に明白になる。本明細書および例は例示的であるのみと見なされ、真の範囲は以下の特許請求の範囲およびその均等物によって示されることが意図されている。

【図1】

【図2】