特許 7245706 ３Ｄ印刷により作成された熱可塑性ピンを用いた複合材強靱化

(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】2023-03-15

(45)【発行日】2023-03-24

(54)【発明の名称】３Ｄ印刷により作成された熱可塑性ピンを用いた複合材強靱化

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/04 20060101AFI20230316BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20230316BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20230316BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230316BHJP

   B29C 69/00 20060101ALI20230316BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20230316BHJP

   B32B 5/26 20060101ALI20230316BHJP

【ＦＩ】

C08J5/04

B29C70/06

B33Y80/00

B33Y10/00

B29C69/00

B29C64/106

B32B5/26

【請求項の数】 22

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019072112

(22)【出願日】2019-04-04

(65)【公開番号】P2019214700

(43)【公開日】2019-12-19

【審査請求日】2022-01-31

(31)【優先権主張番号】15/957,086

(32)【優先日】2018-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー エー．ハウ

(72)【発明者】

【氏名】カリザ マーティン

(72)【発明者】

【氏名】ミシェル ルイーズ ジー

(72)【発明者】

【氏名】エイドリアン モーリッツ

【審査官】大▲わき▼ 弘子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第７９８１４９５（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００２４２０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第８３１２８２７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１４５３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６５９０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｂ１１／１６、１５／０８－１５／１４、Ｃ０８Ｊ５／０４－５／１０、５／２４、

Ｂ２９Ｃ４１／００－４１／３６、４１／４６－４１／５２、７０／００－７０／８８、

Ｂ２９Ｃ４８／００－４８／９６、

Ｂ３２Ｂ１／００－４３／００、

Ｂ３３Ｙ８０／００、Ｂ３３Ｙ１０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合材製品であって、
その各々が繊維束を含む複数のファイバートウと、
前記複数のファイバートウで囲まれた複数の隙間を通る複数のピンと、
前記ファイバートウ及び前記ピンと結合した樹脂と、を含み、
前記ファイバートウは、複数のプライに配置され、
前記ファイバートウのうちの隣接するもののうちの少なくとも２つは、異なる前記プライに含まれ、
前記隙間の各々は、前記複数のプライを貫通し、前記ファイバートウのうちの隣接するものに囲まれており、
前記ピンの各々は、前記隙間のうちの１つのみを貫通し、
前記ピンの少なくとも１つは、前記複数のプライのうちの一部のみを貫通し、
前記ピンの各々は、前記ファイバートウのうちの少なくとも１つのファイバートウの表面に接合されており、
前記ピンは、前記複合材製品における亀裂の進展を抑制する物理的なバリアを構成する、複合材製品。

【請求項2】

前記ピンの各々は１～３ｍｍの長さを有する、請求項１に記載の複合材製品。

【請求項3】

前記ピンの各々は、異なる機械的特性を有する、請求項１または２に記載の複合材製品。

【請求項4】

前記ピンの各々は、前記複数のファイバートウに囲まれた前記隙間の各々の体積の少なくとも９０％を満たす、請求項１～３のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項5】

前記ファイバートウのうちの少なくとも１つは、前記ピンの前記プライへの挿入によってもねじれない、ねじれのないファイバートウを含み、前記ピンのうちの少なくとも１つは、前記ねじれのないファイバートウの前記表面に接合され、かつ接触している、請求項１～４のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項6】

前記ファイバートウのうちの少なくとも１つは、ほつれのないファイバーを含み、前記ピンのうちの少なくとも１つは、前記ほつれのないファイバーの表面に接合されている、請求項１～５のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項7】

複合材製品であって、
その各々が繊維束を含む複数のファイバートウと、
前記複数のファイバートウで囲まれた複数の隙間を通る複数のピンと、
前記ファイバートウ及び前記ピンと結合した樹脂と、を含み、
前記ピンのうちの少なくとも１つは、その長さＬに沿って、波形表面を有し、
前記ピンの各々は、前記ファイバートウのうちの少なくとも１つのファイバートウの表面に接合されており、
前記ピンは、前記複合材製品における亀裂の進展を抑制する物理的なバリアを構成する、複合材製品。

【請求項8】

前記ピンのうちの少なくとも１つは、プライとプライの間においてはプライ内におけるよりも幅広くなるようその長さに沿って変動する断面積を有する、請求項１～７のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項9】

前記ピンは、前記樹脂及び前記ファイバートウに接合する、請求項１～８のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項10】

ベースレイヤと、前記ベースレイヤ上の複数のアンカーとをさらに含み、前記ピンの各々は、前記隙間から別々の前記アンカーを引き出して形成される、請求項１～９のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項11】

前記ピンのうちの少なくとも１つは、前記複数のプライのすべてを貫通する、請求項１～１０のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項12】

前記複数のプライの各々の両側に堆積させた材料レイヤをさらに含み、前記ピンは、前記複数のプライの各々の両側の前記材料レイヤに連結し、前記複数のプライは織物を含む、請求項１～１１のいずれか１つに記載の複合材製品。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１つに記載の複合材製品を含む外皮と、
スティフナと、
前記外皮と前記スティフナとの間の界面とを含み、
前記外皮の前記複合材製品は前記界面の近傍に位置している、航空機の一体構造体。

【請求項14】

複合材製品の製造方法であって、
（ａ）その各々が繊維束を含む複数のファイバートウに囲まれた、複数の隙間に材料を堆積させて、その各々が別々の前記隙間を通る複数のピンを形成することと、を含み、
その際に、ステップ（ａ）は、
（ｉ）吐出口とベースレイヤを互いに対して相対的に、先ずｘ－ｙ平面内で移動させ、次いでｚ方向に移動させ、この移動の間に、前記材料を前記吐出口から前記ベースレイヤと前記隙間のうちの１つに堆積させて、前記ベースレイヤ上にアンカーを形成することと、
（ｉｉ）前記吐出口から前記材料を吐出させない状態で、前記吐出口と前記ベースレイヤを互いに対して相対的に移動させ、これにより前記アンカーの一部を延伸させて前記ピンを形成することと、
（ｉｉｉ）前記ピンを前記吐出口から切り離し、前記吐出口と前記ベースレイヤを互いに対して相対的に移動させて、前記吐出口を次の前記隙間の上方に位置させることと、
（ｉｖ）上記（ｉ）～（ｉｉｉ）のステップを繰り返して、前記複数のピンを形成することと、を含む、方法。

【請求項15】

前記ファイバートウが、１つ以上のプライに配置される請求項１４に記載の方法であって、
ステップ（ａ）を繰り返し、各プライの積層後、前記材料を前記隙間に堆積させ、その際に、次の前記プライにおいて前記隙間に堆積させた前記材料の少なくとも一部が、先の前記プライにおいて前記隙間に堆積させた前記材料に位置合わせされ、接続されるようにし、これにより、前記プライのうちの複数を貫通する前記ピンが形成されることをさらに含む、方法。

【請求項16】

前記ファイバートウが、１つ以上のプライに配置される請求項１４～１５のいずれか１つに記載の方法であって、
前記ファイバートウを含む、複数のプライの積層体を堆積することと、
ステップ（ａ）を実行して、前記プライのうちの少なくともいくつかを貫通する前記ピンを形成することと、をさらに含む、方法。

【請求項17】

前記ファイバートウが、１つ以上のプライに配置される請求項１４～１６のいずれか１つに記載の方法であって、前記ピンを形成した後の後処理ステップにおいて、前記ピン及び前記ファイバートウを加熱して、前記ファイバートウに対する前記ピンの接合強度を高めることをさらに含む、方法。

【請求項18】

３Ｄプリンティングを含む付加製造技術を用いて前記材料を堆積させることをさらに含み、前記付加製造技術を用いて前記材料を堆積させる間に、前記ピンが前記ファイバートウに接合する、請求項１４～１７のいずれか１つに記載の方法。

【請求項19】

前記ファイバートウは、１つ以上のプライに配置され、
前記ファイバートウの各々は、直径が少なくとも２ｍｍであり、少なくとも１０００本のファイバーを含み、前記ファイバーは、熱可塑性材料、ガラス繊維、ケブラー、及び、炭素のうちから選択された少なくとも１つの材料を含み、
各隙間の直径は、少なくとも２ｍｍであり、
各プライの厚みは、２～１０ｍｍであり、
各ピンは、厚みが２～５ｍｍであり、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、及び、ポリフェニルスルホン、並びに、その混成物のうちから選択された少なくとも１つの熱可塑性材料を含み、
各ピンの長さは、１～３ｍｍであり、
前記複合材製品の全体の厚みは、１０ｍｍ～１メートルである、
請求項１４～１８のいずれか１つに記載の方法。

【請求項20】

前記ピンのうちの少なくとも１つは、その長さＬに沿って、波形表面を有する、請求項１４～１９のいずれか１つに記載の方法。

【請求項21】

外皮と、
請求項１～１２のいずれか１つに記載の複合材製品を含むスティフナと、
前記外皮と前記スティフナとの間の界面とを含み、
前記スティフナの前記複合材製品は前記界面の近傍に位置している、航空機の一体構造体。

【請求項22】

外皮と、
スティフナと、
前記外皮と前記スティフナとの間の界面とを含み、
前記界面は、請求項１～１２のいずれか１つに記載の複合材製品を含む、航空機の一体構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、新規な複合構造体、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複合材料は、軽量で、相対強度が高く、より複雑な形状に成形可能であるため、金属に代わる構造材料として用いられている。しかしながら、従来の複合構造体は、応力を受けると亀裂（特に、層間剥離）が生じる可能性がある。層間レイヤ（例えば、熱可塑性ベールや粒子）によって複合材を強靭化する従来技術があるが、高応力集中領域における欠陥の抑制効果は限定的である。多くの場合、要求される板厚方向靭性（through thickness toughness properties）を達成するには、強靭化フィルム接着剤が必要になる。加えて、機械的な留め具が、許容可能な設計において標準的に使用される。このことは、航空機用の一体構造体（integrated aircraft structure）では、特に懸念される。一体構造体では、接合部における屈曲部分（joint radius）（図１を参照）に見られるように、高応力領域（１００）が構造体の厚さ全体に亘って発生する。このため、接合部の屈曲部分に生じた亀裂（１０２）が、強靭化されていない層に進展するだけで脆性破壊が発生する可能性がある。板厚方向の強靭化技術を用いれば、そのような亀裂を抑制することが可能である。ただし、従来の板厚方向技術（たとえば、接着フィルムなど）は、液状材成形による構造体（liquid molded structure）においては、注入時の樹脂の流路を阻害して、ボイド、ポロシティ（porosity）、及び、ドライスポットなどの欠陥を発生させることになるため、採用されない。このような欠陥があると、複合積層構造の面内特性（in-plane properties）が著しく低下する。

【0003】

以下に、板厚方向技術と、その制約事項の例を列挙する。
・Ｚピン：積層した強化材に対して用いるが、挿入プロセスにおいて重大な微細構造欠陥が発生（また、これにより、複合材の面内特性が低下）するため、現在は使用されていない。
・スティッチング：ドライファイバーのプリフォームに対して用いるが、挿入プロセスにおいて重大な微細構造欠陥が発生する（また、これにより、複合材の面内特性が低下する）ため、現在は使用されていない。
・三次元（３Ｄ）織物／３Ｄニット状（knitted）／３Ｄブレード状（braided）のプリフォーム。通常は、液状材成形法において適用される。ただし、製造プロセスにおいて３Ｄプリフォーム内で繊維の配列に乱れ（fiber misalignment）が生じるため、これらのプリフォームは、特定の幾何形状に限定されおり、航空機用の一体構造体に適用することは難しい。

【0004】

図２は、従来のベール（veil）、スティッチング、ｚピンのそれぞれで強化された複合材の特性を示すアシュビー・チャート（Ashby plot）であり、面内特性を、モードＩ層間破壊靭性（Ｇｉｃ）の関数としての有孔圧縮（ＯＨＣ）強度として測定した場合のギャップをハイライトして示している。図２に示すように、板厚方向技術によれば、ベールに比較して、モードＩ層間破壊靭性を大幅に向上させることができ、ｚピンを用いる場合には、１４００％まで向上させることが可能である。ただし、板厚方向の強化材では、その製造プロセスにおいて生じる微細構造欠陥のために、ＯＨＣ強度における損傷許容度やその他の面内特性が低下する。一方、ベールを層間レイヤとして用いる場合は、繊維プリフォームにベールを適用する段階で生じる繊維破壊が少ないので、ＯＨＣの低下は小さい。ただし、Ｇｉｃの改善効果は乏しい。したがって、従来は達成できていなかった性能を表す上記のギャップは、損傷許容度及び面内特性の低下を伴うことなく、高いモードＩ層間破壊靭性を得ることであり、板厚方向に連続する強化材を用いて達成することができる。

【0005】

したがって、複合材全体を通じて連続し、面内特性を損なわない板厚方向技術が必要とされている。本発明は、この必要性を満たすものである。

【発明の概要】

【0006】

本開示に記載の複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）は、ファイバートウ（３０４）、及び、前記ファイバートウ（３０４）と結合した複数のピン（３０８）を含む。前記ピン（３０８）のうちの複数のピンは、前記ファイバートウ（３０４）の間の異なる１つの隙間（３０６）を通り、前記ピン（３０８）のうちの１つ以上は、前記ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つのファイバートウの表面（３１０）に接合されている。前記ピン（３０８）は、前記複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）における亀裂の進展を抑制する物理的なバリアを構成する。通常、前記ファイバートウ（３０２）及び前記ピン（３０８）は、樹脂と結合している。

【0007】

前記複合材製品は、様々な態様で具現化が可能である。実施例には、限定するものではないが、以下の実施例の１つ、あるいは、その組み合わせが含まれる。

【0008】

１． 複合材製品（３００ｅ）であって、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）が、複数のプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）又はレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）に配置されており、隙間（３４２）が、複数のレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）を貫通し、隙間（３４２）は、異なる複数のレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）に含まれるファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）によって、仕切られている、複合材製品。

【0009】

２． ピン（３０８）が、互いに異なる機械的特性を有する、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）。

【0010】

３． 各ピン（３０８）が、ファイバートウ（３０４）の間の隙間（３０６）の体積の少なくとも９０％を満たす、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）。

【0011】

４． ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つが、ねじれのないファイバートウ（６１２）であり、ピン（３０８）のうちの少なくとも１つが、ねじれのないファイバートウ（６１２）の表面（６１６）に接合されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）。

【0012】

５． ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つが、ほつれのないファイバー（６１４）を含み、ピン（３０８）のうちの少なくとも１つが、ほつれのないファイバー（６１４）の表面（６１８）に接合されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）。

【0013】

６． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｃ）が、円柱状である、複合材製品（３００ｃ）。

【0014】

７． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｂ）が、その長さＬに沿って一様でない、あるいは、規則的でない断面形状（３３０）を有する、複合材製品（３００ｂ）。

【0015】

８． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｂ）が、プライとプライの間に幅広部分を有する、複合材製品（３００ｂ）。

【0016】

９． ピン（３０８）のうちの１つ以上が、樹脂及びファイバートウに接合する、複合材製品。

【0017】

１０． ピン（３０８）のうちの１つ以上が、隙間（３０６）からアンカー（６０２）を引き出して形成される、複合材製品。

【0018】

１１． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ａ）が、すべてのプライ（３０２）は貫通しない、複合材製品（３００ａ）。

【0019】

１２． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｃ）が、すべてのプライ（３０２）を貫通する、複合材製品（３００ｂ）。

【0020】

１３． 複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）であって、各ファイバートウ（３０４）は、直径が少なくとも２ｍｍであり、少なくとも１０００本のファイバーを含み、及び／又は、各隙間（３０６）は、直径が少なくとも２ｍｍであり、及び／又は、各プライ（３０２）は、厚みが２～１０ｍｍの範囲であり、及び／又は、各ピン（３０８）は、厚みが２～５ｍｍの範囲であり、及び／又は、各ピン（３０８）は、長さが１～３ｍｍの範囲であり、及び／又は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）は、全体の厚みが１０ｍｍ～１メートルの範囲である、複合材製品。

【0021】

１４． 前記複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を含む結合部。

【0022】

さらに、本開示による航空機用一体構造体（１２００）は、外皮（１００４）、スティフナ（１００６）、及び、前記外皮（１００４）と前記スティフナ（１００６）との間の界面領域（１００８）を含む。前記界面領域（１２０８）は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を含み、この複合材製品は、それぞれがファイバートウ（３０４）を含む複数のプライ（３０２）と、複数のピン（３０８）と、を含む。

【0023】

さらに、本開示は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）の製造方法を示す。前記方法は、（ａ）複数のファイバートウ（３０４）（複数のプライに配置可能）、及び、前記ファイバートウ（３０４）の間の、あるいは、前記ファイバートウで囲まれた複数の隙間（３０６）を提供することと、（ｂ）前記隙間（３０６）のうちの複数の隙間に材料（３２２）を堆積させて、それぞれが別々の隙間（３０６）を通る複数のピン（３０８）を形成することと、を含む。一実施形態において、前記方法は、（ｉ）吐出口（４５０）とベースレイヤを互いに対して相対的に、先ずｘ－ｙ平面内で移動させ、次いでｚ方向に移動させ、この移動の間に、前記材料（３２２）を前記吐出口（４５０）から前記ベースレイヤと前記隙間（３０６）に堆積させて、前記ベースレイヤ上にアンカー（６０２）を形成することと、（ｉｉ）前記吐出口（４５０）から材料（３２２）を吐出させない状態で、前記吐出口（４５０）と前記ベースレイヤを互いに対して相対的に移動させ、これにより前記アンカー（６０２）の一部を延伸させて前記ピン（３０８）を形成することと、（ｉｉｉ）前記ピン（３０８）を前記吐出口（４５０）から切り離し、前記吐出口（４５０）と前記ベースレイヤを互いに対して相対的に移動させて、前記吐出口（４５０）を次の隙間（３０６）の上方に位置させることと、（ｉｖ）上記（ｉ）～（ｉｉｉ）のステップを繰り返して、複数のピン（３０８）を形成することと、を含む。

【0024】

１つ以上の実施例において、前記方法は、さらに、ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返し、各プライ（３０２）の積層後、プライ（３０２）毎に前記材料（３２２）を前記隙間（３０６）に堆積させ、その際に、次のプライ（３０２）において前記隙間（３０６）に堆積させた材料（３２２）の少なくとも一部が、先のプライ（３０２）において前記隙間（３０６）に堆積させた材料（３２２）に位置を合わせられ、かつ接続されるようにし、これにより、複数のプライ（３０２）を貫通するピン（３０８）が形成されることを含む。

【0025】

１つ以上の実施例において、前記方法は、さらに、ステップ（ａ）を繰り返して、複数のプライ（３０２）を順次積層することと、前記ステップを繰り返した後に、ステップ（ｂ）を実行して、前記プライ（３０２）のうちの少なくともいくつかを貫通するピン（３０８）を形成することと、を含む。

【0026】

さらに別の実施例において、前記方法は、さらに、前記ピン（３０８）を形成した後の後処理ステップにおいて、前記ピン（３０８）及び前記プライ（３０２）を加熱して、前記ファイバートウ（３０４）に対する前記ピン（３０８）の接合強度を高めることを含む。あるいは、他の実施例においては、前記方法は、付加製造技術を用いて前記材料（３２２）を堆積させることをさらに含み、前記付加製造技術を用いて前記材料（３２２）を堆積させる間に、前記ピン（３０８）が前記ファイバートウ（３０４）に接合する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

次に図面を参照する。図面全体にわたって、同様の参照符号は、対応する部品を表している。

【0028】

【図1】Ｔ型接合部において高応力集中領域を示す図である。

【図2】従来の構造では達成できない性能（破壊靭性の達成、及び、面内特性の維持に関する性能）を表すギャップを示す図である。

【図3A-3I】付加製造により作製されたｚピンを有する例示的な複合材製品の断面を示す模式図である。図３Ａは、すべてのレイヤは貫通していないピンの実施形態を示す。図３Ｂは、レイヤ間で断面積が大きくなるピンの実施形態を示す。図３Ｃは、均一な幅を有するピン（滑らかな壁）を含む複合材製品の実施形態を示す。図３Ｄは、垂直軸方向に沿って直径が変化し、幅広部分を主にレイヤ間に有するピンを含む複合材製品の実施形態を示す。図３Ｅは、本明細書に記載の複合材製品に使用可能な、連続ｚピンの形態を示す。図３Ｆは、異なる複数のレイヤに含まれるファイバートウによって隙間が画成された実施形態を示す。図３Ｇは、図３Ｆの上面図である。図３Ｈは、複合材と結合した樹脂を示す。図３Ｉは、ピンに結合されたレイヤをプライ間に含む実施形態を示す。

【図4】本明細書に記載の複合材製品の製造に用いられる例示的な３Ｄプリンタを示す図である。

【図5】本明細書に記載のｚピンを含む例示的な複合材製品の作製方法を示すフローチャートである。

【図6A】本明細書に記載の１つ以上の実施例による、プライに含まれる不連続ｚピンの形態を示す図である。

【図6B-6C】本明細書に記載の例示的な実施形態による、平織りのドライファイバーに設けられた、１つのピンレイヤと、アンカーから延伸させた複数のピンと、を示す図であり、図６Ｃは、図６Ｂを拡大したものである。

【図7A】本明細書に記載のピンを作製するように３Ｄプリンタを制御するためのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）の入力を示す図である。

【図7B-7C】図７ＡのＣＡＤファイルを用いて、それぞれ２３０℃と２６０℃のノズル温度で印刷して作製されたピンを示す図である。

【図7D】図７Ｂ及び７Ｃに示したピンの作製後の寸法を示す表である。

【図8A】例示的な３Ｄ印刷法を用いて、様々な印刷設定（ノズルの材料供給速度、ｍｍ／秒）で印刷した熱可塑性フィラメントの引張強度の変化を示す図である。

【図8B】例示的な３Ｄ印刷法を用いて、様々な印刷設定（ノズルの材料供給速度）で印刷した熱可塑性フィラメントの工学ひずみの変化を示す図である。

【図9A】１つ以上の実施例による連続ｚピンを作製するための処理パラメータを示す表である。

【図9B】１つ以上の実施例による不連続ｚピンを作製するための処理パラメータを示す表である。

【図10】本明細書に記載の複合材製品を含む、航空機用一体構造体を示す図である。

【図11】本開示の実施形態によるピンを含む複合材製品を作製するようにプリンタを制御するためのコンピュータハードウェア環境の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下の詳細な説明において添付図面を参照するが、これらの図面は、本開示の一部を構成するものであり、いくつかの実施形態を例示的に表している。なお、他の実施形態を用いることも可能であり、本開示の範囲から逸脱することなく構造的変更を加えることもできる。
＜技術内容＞
＜例示的な構造＞

【0030】

図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、複数のプライ（３０２）又はレイヤ（３０２ａ）を含む複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を示しており、各プライ又はレイヤは、隙間（space）（３０６）（例えば、孔３０６ａ）で隔てられたファイバートウ（fiber tow）（３０４）を含む。複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）は、１つ以上のピン（３０８）をさらに含む。各ピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）の間のそれぞれ別の隙間（３０６）通る。各ピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つのファイバートウの表面（３１０）（ｘ－ｙ方向、又は、ｚ方向のいずれの側でもよい）に接合されている。ピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）の間の隙間（３０６）を通って、各レイヤ又はプライ（３０２）の先まで延びており、これにより、複合材製品（３００）内の剥離亀裂（delamination crack）（１０２）（例えば、層間亀裂、層内亀裂、及び／又は、層横断亀裂）の進展を、複合材製品（３００）の任意の方向について防止あるいは抑制するピラー、即ち、物理的なバリア（３１２）を構成している。

【0031】

図３Ａは、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）の実施形態を示し、この複合材製品のピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）を含むレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）の高さを超えて、その上方まで延出するとともに、隙間（３０６）の幅とほぼ同じ、均一の幅を有する。この例示的な実施形態では、ピン（３０８）は、全てのレイヤ（３０２ａ）又はプライ（３０２）全体の厚みを貫通するのではなく、一部のレイヤ又はプライのみに位置する。この形態のピン（３０８）は、プライ（３０２）に配置された不連続ピン（３０８ａ）と言うことができる。不連続ピンによれば、最小限の重量で、複合材の靭性を調整する（例えば、靭性を高める必要がある箇所にのみピンを配置する）ことが可能になる。

【0032】

図３Ｂは、複合材製品（３００ｂ）の実施形態を示し、この複合材製品のピン（３０８）は、主にプライ（３０２）間又はレイヤ（３０１）間に位置する幅広部分（thickened portion）（３１４）（例えば、穂軸付きのとうもろこしのような形状）を有する。１つ以上の実施形態において、滑らかな円筒形の壁とは異なり、凹凸のある（roughened）、あるいは、「穂軸付きのトウモロコシ」状の表面構造を用いることができ、これにより優れた機械的係合を得ることができる。図３Ｂの実施形態では、ピン（３０８）は、個々のプライ（３０２）の高さ方向の上にも下にも届くように延びており、これにより、複数のファイバーレイヤを厚さ方向に完全に貫通する板厚方向ピンを構成している。この形態では、ピン３０８は、当該プライ（３０２）に配置された連続ピン（３０８ｂ）と言うことができる。

【0033】

図３Ｃは、複合材製品（３００ｃ）の実施形態を示し、この複合材製品のピン（３０８）は、均一な幅（滑らかな壁）を有するとともに、個々のプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）の高さ方向の上にも下にも届くように延びており、複数のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）を厚さ方向に完全に貫通する板厚方向ピン（３０８ｃ）を構成している。

【0034】

図３Ｄは、複合材製品（３００ｄ）の実施形態を示し、この複合材製品のピン（３０８）は、主にレイヤ（３０１）間又はプライ（３０２）間に、垂直軸（３１８）に沿って直径が変化する幅広部分（３１６）を有する。このピン（３０８）は、全てのレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）の全体を厚さ方向に貫通するのではなく、一部のレイヤ又はプライのみに存在する。

【0035】

図３Ｅは、ピン（３０８）の高さＨ、平均直径Ｄ、及び、表面（３３０）の一様性など、ピン（３０８）の形成に際して制御可能な幾何学的な特徴を示す。１つ以上の実施例において、表面（３３０）は、波形（corrugated）表面（３２０）、又は不規則（non-uniform/irregular）表面（３３２）を有する。他の実施例においては、表面（３３０）は、滑らかな表面（３３４）である。図示はしていないが、各ピンの曳糸性（stringiness）（例えば、粘度、及び／又は、直径）も制御可能である。

【0036】

図３Ｆ及び３Ｇに示す実施例においては、複合材製品（３００ｅ）のプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）は、複数のプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）又はレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）、あるいは、その積層体（３６０）を含み、各プライ又はレイヤにおけるファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）の配向（３７０）（例えば、一方向）が、プライ又はレイヤごとにそれぞれ異なる。この場合、複数のレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）をまたがって隙間（３４２）又は孔（３４４）が形成されており、これらの隙間（３４２）又は孔（３４４）は、異なる複数のプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）、又は異なる複数のレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）におけるファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）によって、囲まれ、画成され、仕切られている。

【0037】

異なる平面（３４６）に位置するプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）では、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）が互いに異なる角度に整列又は配向されており、これにより、孔（３４４）又は隙間（３４２）が形成される。一実施例において、プライ（３０２）は、（例えば、図６Ｂに示すように）マット（６００）を構成し、各レイヤ（３０１）又はプライ（３０２）に含まれるファイバートウ（３０４）が互いに９０度の角度を成すように織り合されている。ただし、他の実施例において、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）は、互いに任意の角度（例えば４５度）を成すように配向することができる。１つ以上の実施例において、ピンの高さＨは、孔（３４４）又は隙間（３４２）の壁を構成するレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）の数の関数である。１つ以上の実施例において、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）の隙間（３４２）は、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｃ）の間に設けられた中間レイヤ（３３８ｂ）内に存在する。

【0038】

図３Ｈは、プライ（３０２）及びピン（３０８）と結合した（combined）樹脂（３４８）を含む複合材製品（３００ｆ）を示しており、１つ以上のピン（３０８）が最外層のファイバーレイヤ（３０１ｄ）又は最外層のプライ（３０２ｅ）の上にも下にも延出して、樹脂３４８の表面に到達している様子を示している。

【0039】

図３Ｉは、材料を堆積させたレイヤ（３５０）をプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）の両側に有する複合材製品（３００ｇ）を示しており、ピン（３０８）は、プライ（３０２）又はファイバーレイヤ（３０１）の両側に形成された材料レイヤ（３５０）にも連結する。１つ以上の実施例において、このレイヤ（３５０）は、ピン（３０８）の作製に用いるものと同じ材料（３２２）（例えば、熱可塑性材料）で構成することができる。１つ以上の実施例において、このレイヤ（３５０）は、１つ以上のアンカー（anchor）（６０２）、即ち、より厚く堆積させた部分を構成する。アンカー、即ち、厚い堆積部分は、ピン（３０８）の基材、土台、及び／又は、ソースと定義され、ピン（３０８）の材料（３２２）を供給し、及び／又は、ピン（３０８）が形成された後は、ピン（３０８）に接着させる材料を供給する。１つ以上の別の実施例においては、レイヤ（３５０）は、材料（３２２）のフィラメントから成るネットワーク又はウェブを構成する。
＜製造方法の実施例＞

【0040】

図４は、例示的な３Ｄプリンタ４００を示しており、このプリンタは、ファイバートウの間の孔又は隙間（３０６）に材料（３２２）を供給して、ｚ方向に沿ってピン（ｚピン）を作製するための押出ノズル（４０２）、供給部（４０４）、溶融部（４０６）を有する。また、ピン（３０８）の成形中に、プライ（３０２）又はベースレイヤ（４０８）を支持するためのプラットフォーム（４１０）（例えば、プリントベッド、あるいは、プリント台）を有する。プリンタ４００の例には、限定するものではないが、デスクトップ型の熱溶解積層法（「ＦＤＭ」）３Ｄプリンタが含まれる。１つ以上の実施例において、３Ｄプリンタは、ソフトウェアを用いて制御される。プラットフォーム（４１０）及び／又はノズル（４０２）を移動させて、ノズル（４０２）と、プライ（３０２）又はベースレイヤ（４０８）とを、ｘ－ｙ平面（４１２）内で相対移動させ、また、ｚ方向（４１４）に上下方向に相対移動させることができる。１つ以上の別の実施例においては、プリンタは、２つのエンドエフェクタ（又は、１つのデュアル・エンドエフェクタ）を備えるロボットヘッドを有する。一方のエンドエフェクタは、ファイバートウ（３０４）（又は、レイヤ３０１の表面のレイアップ）を含むレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）の積層に使用され、他方のエンドエフェクタは、ピン（３０８）を形成するための材料（３２２）の粒子（bead）の堆積に使用される。

【0041】

図５は、堆積方式の付加製造（additive manufacturing deposition）を用いて複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を製造する処理の流れを示すフローチャートである。

【0042】

ブロック５００は、隙間（３０６）（例えば、孔）で隔てられたファイバートウ（３０４）を含むレイヤ（３０１）（例えば、繊維層（fiber bed）、又は、織物層、又は、繊維状部分）又はプライ（３０２）を積層又は形成するステップを表す。１つ以上の実施例において、プライ（３０２）又はレイヤ（３０１）は、堆積方式の付加製造技術を用いて積層される。例示的な実施形態において、ファイバートウ（３０４）は、繊維束である。１つ以上の実施例において、ファイバーは、ガラス繊維、ケブラー（kevlar）（登録商標）、炭素、及び、熱可塑性材料から選択された少なくとも１つの材料を含む。

【0043】

ブロック５０２は、複数の隙間（３０６）に材料（３２２）を堆積させて、それぞれ別々の隙間（３０６）を通る複数のピン（３０８）を形成するステップを表す。１つ以上の実施例にでは、材料（３２２）を各隙間（３０６）に、堆積方式の付加製造技術を用いて堆積させて、当該隙間を通るピン（３０８）を形成する。１つ以上の実施例において、ピン（３０８）は、図６Ｂに示すように、隙間（３０６）からアンカー（６０２）を引き出すことで形成される。１つ以上の実施例において、アンカー（６０２）は、ピン（３０８）の基材、土台、及び／又は、ソースと定義され、ピン（３０８）となる材料（３２２）を供給し、及び／又は、ピン（３０８）が形成された後は、ピン（３０８）に接着するものを供給する。

【0044】

例えば、材料（３２２）の堆積は、以下のステップを含む。（ｉ）吐出口（４５０）（例えばノズル（４０２））とベースレイヤ（４０８）とを、先ずｘ－ｙ平面内（４１２）で相対移動させ、次いでｚ方向（４１４）に相対移動させ、この移動の間に、材料（３２２）を吐出口（４５０）からベースレイヤ（４０８）に供給して、隙間（３０６）のうちの１つに入り込ませる。これにより、ベースレイヤ上にアンカー（６０２）が形成される。（ｉｉ）吐出口（４５０）から材料（３２２）を吐出させない状態で、吐出口（４５０）とベースレイヤ（４０８）を相対移動させる。これにより、アンカー（６０２）の一部を延伸させて、ピン３０８を形成する。（ｉｉｉ）ピン（３０８）、即ち、延伸された材料を吐出口（４５０）から切り離し、吐出口（４５０）とベースレイヤ（４０８）を相対移動させて、吐出口（４５０）を次の隙間（３０６）の上方に位置させる。（ｉｖ）上記（ｉ）～（ｉｉｉ）のステップを繰り返して、複数のピン（３０８）を作製する。様々な実施例において、ベースレイヤは、材料（３２２）のプライ（３０２）又はレイヤである。

【0045】

ピン（３０８）を構成する材料（３２２）の例には、付加製造を用いた堆積に適した少なくとも１つの材料、例えば、ポリマーが含まれる。限定するものではないが、ポリマーの例には、ポリアミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ウルテム（登録商標）、あるいは、上述した熱可塑性物質に、改質剤、及び／又は、カーボンナノチューブ、グラフェン、クレー改質剤（clay modifier）、不連続繊維、界面活性剤、安定剤、粉末や微粒子などの含有物を組み合わせた混成物（hybrid）が含まれる。

【0046】

１つ以上の実施例において、ピン（３０８）（例えばｚピン）のパターンは、図６Ａに示すように、孔の間隔と、レイヤ（３０１）又はプライ（３０２）の領域と、に対応するように印刷される。図６Ａは、繊維（例えば、炭素）織物のマット（６００）を構成するプライ（３０２）を示し、このマットは、間隔（６５０）を開けて配置された不連続なｚピン（３０８ａ）と、隙間（３０６）（例えば、孔（３０６ｂ））と、を有する。マット（６００）は、図６Ｂに示すように、互いに直交するように織り合された（例えば、炭素の）ファイバートウ（６５０、６５２）から成る。また、レイヤ（３０１）又はプライ（３０２）は、ピン（３０８）が孔を通るように、ピン（３０８）のパターンを介して慎重に配置されるので、ファイバートウ（３０４）の繊維に与える損傷を最小限に留めることができる。いくつかの実施形態では、ピン（３０８）の挿入時にファイバートウ（３０４）の繊維（６０４）が損傷するが、繊維の損傷の程度は、プリプレグプライの積層体に堅いピンのアレイを挿入する従来の製造方法よりも低減される。

【0047】

ピン直径Ｄ及び間隔を制御して様々なパターンを構成すれば、任意の断面形状を有するピン（３０８）を作製することができる。ノズル（４０２）の直径が０．４ｍｍ以上であれば、ピン直径Ｄは、通常、０．７ｍｍより大きい。表１に、製造可能な様々なピンパターン又は構成の例を示す。

【表1】

【0048】

いくつかの実施形態において、ピンの断面は、レイヤ（３０１）又はプライ（３０２）に含まれる孔の平均面積と同等の大きさである。ピン（３０８）は、例えば、隙間（３０６）の体積の少なくとも９０％を満たす。他の実施例においては、ピン（３０８）の断面は、隙間（３０６）の相補形状を有し、これにより、例えば、ファイバー（６０４）で形成される側壁（６０６）との接触が大きくなり、ピン（３０８）との面積接触を大きくすることができる。例えば、隙間（３０６）が四角形であれば、ピン（３０８）の断面も四角形として、ピン（３０８）とファイバー（６０４）との接触面積を最大にすることができる。１つ以上の例示的な用途として、孔空間（３０６）の形状は、透湿性（プリフォームにおいて樹脂が浸透する時間に影響するパラメータ）、及び、微細欠陥（microcracking）のリスクに関して決定的である（孔又は隙間（３０６）が大きいほど、微細欠陥のリスクが高まる）。このような場合、所望の透湿性を担保するとともに、複合材全体における微細欠陥を抑制するように、ピン（３０８）の断面を適合化することができる。さらに他の実施例においては、ピン（３０８）の断面形状を調整して表面形状を不均一にすることで、亀裂の進展経路が蛇行するように構成して（強制して）、複合材の強度を高めることができる。

【0049】

図６Ｂ及び図６Ｃは、堆積方式の付加製造のプロセスの一部として／プロセスの間にピン（３０８）が堆積されるのに伴って、ピン（３０８）がファイバートウ（３０４）に接合される実施形態を示す。ピン（３０８）は、堆積時に液状あるいは粘着状態でファイバー（６０４）に接着し、これにより、ピン（３０８）の一部（６０８）が繊維表面（６１０）の欠陥に入り込んで、ファイバー（６０４）と接合される。例えば、ピン（３０８）がファイバー（６０４）に接合する強度は、堆積させた材料（３２２）の表面張力、及び、ピン（３０８）における材料（３２２）の溶融温度を条件として、様々なレベルに制御することができる。１つ以上の実施例において、ピン（３０８）とファイバートウ（３０４）の側壁（６０６）との接続は、ファイバートウ（３０４）に沿って進展する亀裂に対する「障害物」として機能する必要がある。

【0050】

詳細については後述するが、３Ｄ印刷のパラメータ（例えば、材料（３２２）の供給速度、流速、及び、ノズル（４０２）温度）は、各ピン（３０８）の堆積時に入念に調節可能であるので、ピン（３０８）の材料特性を局所的に制御することが可能になる。

【0051】

ピン（３０８）の材料（３２２）は、様々な形状に堆積させることができ、例えば、材料（３２２）は、一連の液滴あるいは粒子として堆積させることが可能である。

【0052】

ブロック５０２を実行する前に、ブロック５００を繰り返し実行して、複数のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）を順に形成、積層することができる。これにより、複数のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）がすべて積層された状態において、隙間（３０６）を通って、すべてのプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）のうちの少なくともいくつか／複数を貫通するピン（３０８）を形成することができる。

【0053】

ブロック５０４では、任意の処理として、ブロック５００～５０２を繰り返して、複数のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）を積層する。各々のプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）を積層後、一度につきファイバートウ（３０４）のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）の一層に各ピン（３０８）の材料（３２２）を堆積させる。この際、次のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）における隙間（３０６）に堆積された材料（３２２）の少なくとも一部が、前のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）における隙間（３０６）に堆積された材料（３２２）に位置合わせされ、かつ接続される。これにより、複数のレイヤ（３０１）又はプライ（３０２）を貫通するピン（３０８）が形成される。

【0054】

図３Ｂに示す例示的な一実施形態では、以下のように処理を進める。第１の材料（３２２ａ）（例えば、熱可塑性材料）の堆積を、ファイバートウ（３０４ａ）のプライ（３０２ａ）又はレイヤ（３０１ａ）におけるファイバートウ（３０４ａ）の間の隙間（３０６ｃ）又は間隙に位置するように選択的に配置する。先に配置されたファイバートウ（３０４ａ）のプライ（３０２ａ）又はレイヤ（３０１ａ）の上に、新たなファイバートウ（３０４ｂ）のプライ（３０２ｂ）又はレイヤ（３０１ｂ）を配置する。次いで、第２の材料（３２２ｂ）の堆積を、新たに配置したファイバートウ（３０４ｂ）のプライ（３０２ｂ）において、ファイバートウ（３０４ｂ）の間の隙間（３０６ｄ）に位置するように選択的に配置し、第１の材料（３２２ａ）の堆積と位置を合わせる。これにより、第１の材料（３２２ａ）の堆積が第２の材料（３２２ｂ）の堆積と接続される。このプロセスを繰り返し実行してプリフォームを形成する。各プライ（３０２ａ、３０２ｂ）の間で材料（３２２ａ、３２２ｂ）が繋がることで、第１の材料（３２２ａ）の堆積及び第２の材料（３２２ｂ）の堆積から成るピン（３０８）又はピラーが形成される。場合によっては、ピン（３０８ａ）は、１つ又はいくつかのレイヤ（３０１）のみに延在するもの、つまり、プリフォームの厚さ全体においては不連続な形態であってもよい。他の場合には、ピン（３０８ｂ）は、プリフォーム全体にわたって接続されて、厚さ全体に連続する形態であってもよい。本実施例は、図３Ｂを参照して説明したが、本実施例の技術事項は、多くの実施例（例えば、図３Ａ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｆ、図３Ｈ、及び、図３Ｉに示すもの）にも適用することができる。また、本実施例においては、１つのプライ（３０２ａ、３０２ｂ）に含まれるファイバートウ（３０４ａ、３０４ｂ）によって画成され又は囲まれた孔空間（３０６ｃ、３０６ｄ）について説明したが、図３Ｆ及び図３Ｇに示すように、隙間（３４２）が異なるレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）に含まれるファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）によって画成される実施形態においては、第１の材料（３２２ａ）の堆積と第２の材料（３２２ｂ）の堆積を、異なるプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）に存在させてもよい。

【0055】

ブロック５０６は、ブロック５００～５０４における堆積方式の付加製造技術のステップの後に行う任意の後処理ステップを表す。いくつかの実施形態では、後処理として、ピン（３０８）及びプライ（３０２）（並びに、プライに含まれるファイバートウ（３０４））を（例えば、ヒートガンやオーブンで）加熱することを含む。加熱によって、ピン（３０８）が溶融又は軟化して、ファイバートウ（例えば、３次元）に対するピン（３０８）の接合が促進されるとともに、ピン（３０８）による孔又は隙間（３０６）の充填が促進される。

【0056】

ブロック５０８は、ピン（３０８）をファイバートウのプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）と樹脂で結合させる任意のステップを表す。いくつかの実施形態では、図３Ｈに示すように、ピン（３０８）は、最外層のファイバーレイヤ（３０１ｄ）又はプライ（３０２）の上にも下にも延出し、場合によっては、樹脂表面（３４８ｂ）に到達する。

【0057】

ブロック５１０は、最終成果物としての複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）を表す。この複複合材製品は、複数のファイバートウ（３０４）と、１つ以上のピン（３０８）（例えば、ピン（３０８）のアレイ）を含む。１つ以上のピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）の間に形成され／ファイバートウ（３０４）に囲まれた別々の隙間（３０６）をそれぞれ通る。

【0058】

方法ステップ５００～５１０を実行することで、多くの態様の複合材製品を具現化することができる。限定するものではないが、その実施例は、下記の実施例の１つ、又は、任意の組み合わせを含む。

【0059】

１． ファイバートウ（３０４）が複数のプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）に配置されており、１つ以上ピン（３０８）が、１つのプライ（３０２）又はレイヤ（３０１）におけるファイバートウ（３０４）の隙間（３０６）の内の異なる１つを通る、複合材製品（３００ａ－ｄ）。

【0060】

２． 複合材製品（３００ｅ）であって、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）が、複数のプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）又はレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）に配置されており、隙間（３４２）が、複数のレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）を貫通し、隙間（３４２）は、例えば図３Ｆ及び図３Ｇに示すように、異なる複数のレイヤ（３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ、３３８ｄ）又はプライ（３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ）に含まれるファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）によって、囲まれ、仕切られ、又は、画成されており、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）の配向（３７０）が異なるので、ファイバートウ（３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ）の間に隙間（３４２）が形成される、複合材製品。

【0061】

３． ファイバートウ（３０４）が、例えば、図６Ｂに示すようなファイバーマット又は織物を形成するように、織り合されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0062】

４． ファイバートウ（３０４）が、ブレード（例えば、縫合、又は、編組した生地）を形成するように配置されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0063】

５． ファイバートウ（３０４）が、糸条（yarn）のブレードを含むか、当該ブレード内に配置され、ピン（３０８）が、糸条又はファイバートウ（３０４）の間の隙間（３０６）を通り、糸条が、プライ（３０２）に含まれる隙間（３０６）の間の空間を通る、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0064】

６． ファイバートウ（３０４）が、ひだ付けしていない織物（non-crimp fabric）を形成するように配置される、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0065】

７． ファイバートウ（３０４）が、規則的なスリットを有する単方向テープに配置される（相互間に空隙を有する平行なファイバートウ（３０４）を含む）ように配置される、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0066】

８． ファイバートウ（３０４）が、多軸強化材を形成するように配置される、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0067】

９． 各レイヤ（３０１）又はプライ（３０２）において、あるいは、異なる複数のレイヤ（３０１ａ、３０１ｂ）又はプライ（３０２ａ、３０２ｂ）においてｚ方向に延びるピン（３０８）が、機械的特性（例えば、ピン（３０８）が複合材を連結する位置など）に関して互いに異なる、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0068】

１０． １つ以上のピン（３０８）が、ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つの表面（３１０）に接合されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0069】

１１． 各ピン（３０８）が、ファイバートウ（３０４）の間の隙間（３０６）の体積の少なくとも９０％、少なくとも９５％、又は、少なくとも９８％を満たす、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0070】

１２． ｚピン３０８ａは、図６Ａに示すように、ナイロンストリングなどのストリング（６２０）によって、接続されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0071】

１３． ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つが、ねじれのない（undistorted）ファイバートウ（６１２）である、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。１つ以上の実施例において、少なくとも１つのピン（３０８）は、図６Ｃに示すように、ねじれのないファイバートウ（６１２）の表面（６１６）に接合されている。１つ以上の実施例において、ねじれがないとは、プライにおけるファイバートウの隙間以外の領域にピンを押し込む際に発生するねじれを含まない状態を指す。１つ以上の実施例において、ねじれがないとは、孔空間にピンを配置する前のファイバートウに比べて、ねじれが増えていない状態を指す。

【0072】

１４． ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つが、ほつれのない（unfrayed）ファイバー（６１４）を含み、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。様々な実施例において、ピン（３０８）のうちの少なくとも１つは、ほつれのないファイバー（６１４）の表面（６１８）に接合されている。１つ以上の実施例において、ほつれがないとは、プライにおけるファイバートウの隙間以外の領域にピンの押し込む際に発生するほつれを含まない状態を指す。１つ以上の実施例において、ほつれがないとは、孔空間にピンを配置する前のファイバートウに比べて、ほつれが増えていない状態を指す。

【0073】

１５． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｃ）が、円柱状である、複合材製品（３００ｃ）。

【0074】

１６． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｂ）は、その長さＬに沿って一様でない、あるいは、規則的でない断面形状（３３０）を有する、複合材製品（３００ｂ）。

【0075】

１７． ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｂ）が、プライとプライの間に幅広部分を有する、複合材製品（３００ｂ）。

【0076】

１８． 各ピンのいかなる高さにおいても、ピンの壁が一対のファイバーのみで画成されているために断面形状が一様ではない、複合材製品。つまり、ピンが一断面においては砂時計形状を呈するが、その砂時計形状の断面から９０度の角度にある断面では、一般に楕円状、又は、円形である場合もありうる。

【0077】

１９． ピン（３０８）のうちの１つ以上が、最外層のファイバーレイヤ（３０１ｄ）又はプライ（３０２ｅ）の上にも下にも延出して、樹脂表面（３４８ｂ）に到達している、複合材製品（３００ｆ）。

【0078】

２０． ピン（３０８）のうちの１つ以上が、樹脂（３４８）及びファイバートウ（３０４）に接合する、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0079】

２１． ピン（３０８）のうちの１つ以上が、隙間（３０６）からアンカー（６０２）を引き出して形成される、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ）。

【0080】

２２． 材料を堆積させたレイヤ（３５０）が、プライ（３０２）又はレイヤ（３０１）のいずれの側にも形成されており、ピン（３０８）が、プライ（３０２）又はファイバーレイヤ（３０１）の両側に形成された材料レイヤ（３５０）に連結する、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0081】

２３． 複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）であって、材料を堆積させたレイヤ（３５０）が、プライ（３０２）又はレイヤ（３０１）のいずれの側にも形成されており、ピン（３０８）が、プライ（３０２）又はファイバーレイヤ（３０１）の両側に形成された材料レイヤ（３５０）に連結し、当該レイヤ（３５０）は、１つ以上アンカー（６０２）を構成し、このアンカーからピン（３０８）が延伸する複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。アンカーは、ピン（３０８）の基材、土台、及び／又は、ソースと定義され、ピン（３０８）となる材料（３２２）を供給し、及び／又は、ピン（３０８）が形成された後は、ピン（３０８）を接着させるものを供給する。

【0082】

２４． 少なくとも１つのピン（３０８ａ）が、すべてのプライ（３０２）は貫通しない、複合材製品（３００ａ）。

【0083】

２５． 少なくとも１つのピン（３０８ｃ）は、すべてのプライ（３０２）を貫通する、複合材製品（３００ａ）。

【0084】

２６． 複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）であって、ピン（３０８）が、当該複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）全体に均一に分布している、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0085】

２７． ピン（３０８）が、不均一に配置されている、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。例えば、ピン（３０８）は、一部の領域では、他の領域よりも高い密度で配置されていてもよい（例えば、接合界面が存在する場所では、より高い密度で、界面から離れた場所では、より低い密度で配置されていてもよい）。

【0086】

２８． 各ファイバートウ（３０４）が、直径Ｄ１が少なくとも２ｍｍであり、少なくとも１０００本のファイバーを含む、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）（図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｈを参照）。

【0087】

２９． 各隙間（３０６）が、直径、又は、幅Ｄ２が少なくとも２ｍｍである、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）（図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｈを参照）。

【0088】

３０． 各プライ（３０２）が、２～１０ｍｍの範囲の厚みＴを有する、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）（図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｈを参照）。

【0089】

３１． 各ピン（３０８）が、２～５ｍｍの範囲の厚み又は直径Ｄを有する、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）（図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｈを参照）。

【0090】

３２． 各ピン（３０８）が、１～３ｍｍの範囲の長さ又は高さＨを有する、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）（図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｈを参照）。

【0091】

３３． 全体の厚みＴ３が１０ｍｍ～１メートルの範囲である、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）（図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｈを参照）。

【0092】

３４． ピン（３０８）が、「粒子」状の熱可塑性材料が堆積されて成り、当該熱可塑性材料の表面張力によって、その外表面の分子がコアに向かって内側に引っ張られる、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0093】

３５． ピン（３０８）が、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、及び、ポリフェニルスルホンのうちから選択された少なくとも１つの熱可塑性材料から成る、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0094】

３６． ピン（３０８）が、上記の熱可塑性材料の混成物から成る、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0095】

３７． 複合材製品を含む航空機用一体構造体（１０００）又は接合部であって、上記接合部又は構造部は、外皮（１００４）、スティフナ（１００６）、及び、この外皮（１００４）とスティフナ（１００６）との間の界面領域（１００８）を含む、航空機用一体構造体（１０００）又は接合部。界面領域（１００８）は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を含み、この複合材製品は、ファイバートウ（３０４）と、複数のピン（３０８）と、樹脂（１０１０）と、を含む。各ピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）同士の間の隙間（３０６）を通る。各ピン（３０８）は、少なくとも１つのファイバートウ（３０４）の表面（３１０）に接合されている。樹脂は、プライ（３０２）及びピン（３０８）と結合されている。ピン（３０８）は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）における亀裂（１０２）の進展を抑制する物理的なバリア（３１２）を構成する。界面領域（１００８）は、外皮（１００４）の一部、スティフナ（１００６）の一部、及び／又は、外皮（１００４）とスティフナ（１００６）の間のレイヤを含む。
＜事例研究＞

【0096】

図７Ａ～図７Ｄに、３Ｄ印刷により形成されたピン（３０８）の実施例を示す。この実施例におけるピン（３０８）は、２３０°Ｃと２６０°Ｃの印刷温度で作製された。延伸により成形されたピン（３０８）の直径Ｄは０．９ｍｍ、ピン間隔（６５０）は３．０ｍｍ、ピン長さＬは５．０ｍｍであった。他の実施例においては、作製されたピン（３０８）の直径Ｄは１．１ｍｍ前後、ピン間隔（６５０）は２．８ｍｍ前後、ピン長さＬは４．９ｍｍ前後であった。ただし、例えば上述したように、その他の寸法も可能である。
＜材料特性の制御＞

【0097】

１つ以上の実施例において、付加製造され、あるいは印刷されたｚピン（３０８）の材料特性は、本明細書に記載の付加製造方法を用いれば、制御、及び／又は、調整することが可能である。

【0098】

図８Ａ及び図８Ｂは、付加製造の堆積条件（ノズル温度）によって、ｚピン（３０８）に用いた材料の材料特性がどのように変化するか示している。例として、引張強度及び工学ひずみの変化を示しているが、付加製造プロセスにおいて、供給速度、熱可塑性材料の流速、及び、ノズル温度など、影響するプリンタ入力を制御すれば、他の材料特性についても制御可能である。

【0099】

図９Ａは、連続的なｚピン（３０８ｂ）（少なくとも１つのピン（３０８）は、すべてのプライを貫通する）を作製するための例示的な処理パラメータを示す表であり、本明細書に記載の実施形態のうち、連続的なｚピン（３０８ｃ）を用いる任意の実施形態に適用される。

【0100】

図９Ｂは、不連続なｚピン（３０８ａ）（少なくとも１つのピン（３０８）は、すべてのプライは貫通しない）を作製するための例示的な処理パラメータを示す表であり、本明細書に記載の実施形態のうち、不連続なｚピン（３０８ａ）を用いる任意の実施形態に適用される。

【0101】

様々な実施例において、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）は、以下の任意の組み合わせを含む。

【0102】

印刷パラメータを制御することによって、特定のシステム用途に合わせて特性を適合させた複合材料の積層体を含む高性能の層間レイヤを作製する技術が促進される。従来のアセンブリ技術では、構造体全体に対して１つの設定でしか処理を行うことができないので、本明細書に記載の例示的な実施形態で実現されるように、場所ごとに材料特性を変化させることは、不可能である。
＜例示的な用途＞

【0103】

１つ以上の実施形態において、本明細書に記載のｚピンのネットワークは、航空機において用いられる複合材、特に、例えば、航空機の一体構造体（ＩＡＳ）にみられるように、モードＩ又はモードＩＩの層間荷重が生じる、高応力集中領域において用いられる複合材の靭性を高めるために用いられる。現行の航空機の一体構造体は、留め具を用いて接合されており、これにより構造の冗長性を担保して、複合材の破壊靭性が低く、そのために脆性なエポキシであっても、予測可能な欠陥が発生しやすいようになっている。しかしながら、留め具を用いる場合の大きな問題は、留め具孔により生じる高応力集中に対処すべく、必要以上に部品の厚みを大きくする場合が多いため、重量の増加が懸念されるということである。加えて、ボルトや留め具によって複合材に生じる欠陥は、孔を始点として局所的に発生するが、発生後、板厚方向に進展する傾向がある。本明細書に記載の複合材製品を用いれば、破壊靭性を高めて、より予測しやすい欠陥とする手段を提供することにより、ＩＡＳをより効果的に接合することが可能になる。より具体的には、本明細書に記載の例示的な実施形態によれば、複合部品の接続に用いる留め具の数を少なくすること、あるいは、機械的に接続される部品の厚みに適用される安全率（safety factor）を最小化することのいずれかを実現することで、モードＩ及びモードＩＩの破壊靭性を向上させ、対処すべき複合材欠陥に対処する方策を提供することができる。

【0104】

図１０は、航空機の一体構造体１０００（Ｔ型接合部１００２）を示し、これは、外皮（１００４）、スティフナ１００６（例えば、ブレードスティフナ、又は、上部がハット型のスティフナ）、及び、外皮（１００４）とスティフナ（１００６）の間の界面領域１００８を有する。界面領域（１００８）は、本明細書に記載の複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を含み、この複合材製品は、ファイバートウ（３０４）を含む複数のプライ（３０２）、及び、複数のピン（３０８）を含む。各ピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）の間の隙間（３０６）の内の異なる１つを挿通し、各ピン（３０８）は、ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つの表面（３１０）に接合されている。ピン（３０８）は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）における亀裂の進展を抑制する物理的なバリアを構成する。様々な実施例において、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）は、さらに、プライ（３０２）及びピン（３０８）と結合した樹脂（１０１０）を含み、これにより、ピン（３０８）は、孔空間（３０６）を通るように形成され、樹脂（１０１０）及びファイバートウ（３０４）の表面に接合し、アンカー（６０２）に固定される。

【0105】

界面領域（１００８）は、外皮（１００４）の一部、スティフナ（１００６）の一部、及び／又は、外皮（１００４）とスティフナ（１００６）の間のレイヤを含む。様々な実施例において、ピン（３０８）は、支持部材が複合材と接触する箇所にのみ設けられている。複合材製品を採用可能なその他の構造体には、限定するものではないが、パネルがある。いくつかの実施形態において、ピン（３０８）は、縁部強度を向上させるべくパネルの端縁のみに設けられている。ピン（３０８）を選択的に配置（例えば、界面領域や縁部のみに配置）すれば、強靭化が必要な部分に限定してピンを設けることで、軽量化が可能になる。１つ以上の実施例において、ピン（３０８）において外皮（１００２）に最も近い部分である上部Ｔ５（図３Ｅを参照）は、外皮（１００２）とスティフナ（１００６）との間の界面１０５２または縁部から、最大で１０ｃｍまでの距離１０５０に配置されている。

【0106】

ただし、本発明の実施形態によるｚピン構造は、複合材の損傷許容度の改善が必要なあらゆる用途（例えば、構造部材や準構造部材）に利用可能である。
＜利点及び改善点＞

【0107】

従来の技術では、液状材成形により作製された複合材の靭性を高めるために、熱可塑性ベールを用いることを含んでいた。しかしながら、熱可塑性ベールは、レイヤに限定され、板厚方向の強靭化技術に比較すると、改善の度合いは限定的である。加えて、従来の強靭化技術は、製造上の制約のため、及び／又は、製造プロセスにおいて微細欠陥が発生するため、採用されない場合がある。

【0108】

本明細書に記載の例示的な強靭化方法は、ｚピンを作製する新規な方法、及び、多孔性の平織り繊維マットから液状材成形により作製された複合材にｚピンを用いる新規な方法を含む。本明細書に記載の新規な製造方法は、微細欠陥を極力少なくすることを課題の１つとする。従来の方法では、微細欠陥の抑制を主な目的として、厚板方向に連続する強靭化構造を炭素トウの周辺に配置することで最終的な複合材の面内特性を維持することは、行われていない。加えて、従来の金属性のｚピンは、別途作製された後に、ドライファイバーのマット／プリプレグプライの積層体に物理的に押し込まれる（例えば、刺入される）。つまり、本明細書に記載の例示的な実施例を用いて実現可能なように、印刷により孔と孔の間にピンを作製して、繊維の損傷を最小限にすることを可能にするものではない。加えて、本願発明者らの知る限り、従来のｚピンは、炭素繊維／ＢＭＩ製、又は、金属製であり、本明細書に記載の例示的なプロセスによって利用可能な熱可塑性材料や延性の高い材料から成るものではない。
＜処理環境＞

【0109】

図１１は、本明細書に記載の３Ｄプリンタ（４００）の制御に必要な処理要素を実現するために利用される例示的なシステム１１００を示す。

【0110】

コンピュータ１１０２は、プロセッサ１１０４（汎用プロセッサ１１０４Ａ、及び、専用プロセッサ１１０４Ｂ）、及び、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１１０６などのメモリを含む。概して、コンピュータ１１０２は、メモリ１１０６に格納されたオペレーティングシステム１１０８の制御下で動作し、ユーザ／他のコンピュータとの対話を介して、入力やコマンド（例えば、アナログ信号又はデジタル信号）を受け付け、また、入力／出力（Ｉ／Ｏ）モジュール１１１０を介して結果を提供する。コンピュータプログラムアプリケーション１１１２は、コンピュータ１１０２のメモリ１１０６に格納されたデータにアクセスして、これを処理する。オペレーティングシステム１１０８及びコンピュータプログラム１１１２は、命令によって構成されており、これら命令は、コンピュータ１１０２によって読み出され実行されると、コンピュータ１１０２に本明細書に記載した処理を実行させる。一実施形態において、オペレーティングシステム１１０８及びコンピュータプログラム１１１２を実行する命令は、メモリ１１０６に物理的に実装されており、これにより、本明細書に記載の印刷方法（例えば、図５に示した方法）を実行可能な１つ以上コンピュータプログラム製品又は製造物を実現することができる。このように、本明細書で用いられる「製造物」、「プログラム記憶装置」、及び「コンピュータプログラム製品」なる用語は、任意のコンピュータ可読装置又は媒体によってアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することを意図している。

【0111】

本開示の範囲から逸脱することなく、本構成に様々な変形が適用可能であることが当業者には認識されるであろう。例えば、上記の部材の任意の組み合わせ、あるいは、任意の数の異なる部材、周辺機器、及び他の装置が使用可能であることが当業者には認識されるであろう。

【0112】

付記１． 複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）であって、
複数のファイバートウ（３０４）と、複数のピン（３０８）とを含み、
前記ピン（３０８）の各々は、前記ファイバートウ（３０４）で囲まれた別々の隙間（３０６）を通り、
前記ピン（３０８）の各々は、前記ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つのファイバートウの表面（３１０）に接合されており、
さらに、前記プライ（３０２）及び前記ピン（３０８）と結合した樹脂（１０１０）を含み、
前記ピン（３０８）は、前記複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）における亀裂（１０２）の進展を抑制する物理的なバリア（３１２）を構成する、複合材製品。

【0113】

付記２． 前記ピン（３０８）は、互いに異なる機械的特性を有する、付記１に記載の複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0114】

付記３． 前記ピンのうちの少なくとも１つ（３０８ｃ）は、円柱状である、付記１又は２に記載の複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0115】

付記４． 前記ピンの内の少なくとも１つ（３０８ｂ）は、その長さＬに沿って、一様でない、あるいは、規則的でない断面形状（３３０）を有する、付記１～３に記載の複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ）。

【0116】

付記５． 外皮（１００４）、スティフナ（１００６）、及び、前記外皮（１００４）と前記スティフナ（１００６）との間の界面領域（１００８）と、を含む航空機用の一体構造体（１０００）であって、
前記界面領域（１００８）は、複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）を含み、前記複合材製品は、
ファイバートウ（３０４）と、
複数のピン（３０８）と、を含み、
前記ピン（３０８）の各々は、前記ファイバートウ（３０４）の間の隙間（３０６）を通り、
前記ピン（３０８）の各々は、前記ファイバートウ（３０４）のうちの少なくとも１つのファイバートウの表面（３１０）に接合されており、
前記複合材製品は、さらに、前記プライ（３０２）及び前記ピン（３０８）と結合した樹脂（１０１０）を含み、
前記ピン（３０８）は、前記複合材製品（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ）における亀裂（１０２）の進展を抑制する物理的なバリア（３１２）を構成し、
前記界面領域（１００８）は、前記外皮（１００４）の一部、前記スティフナ（１００６）の一部、及び／又は、前記外皮（１００４）と前記スティフナ（１００６）の間のレイヤを含む、航空機用の一体構造体。
＜結び＞

【0117】

以上で、本開示の好ましい実施形態の説明を終える。上記の好ましい実施形態の記載は、例示及び説明を目的として提示したものであり、全てを網羅することや、開示された形態そのものに本開示を限定することを意図するものではない。上述の開示を踏まえて、様々な改変及び変形が可能である。権利範囲は、詳細な説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって規定されることを意図している。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A-7D】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】