特許 7481896 ビードタイプの付加製造システム及び方法

(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】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】ビードタイプの付加製造システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20240502BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20240502BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240502BHJP

   B29C 64/218 20170101ALI20240502BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240502BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240502BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B29C64/106

B29C64/209

B29C64/218

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020083869

(22)【出願日】2020-05-12

(65)【公開番号】P2020203478

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2023-02-06

(31)【優先権主張番号】16/422,356

(32)【優先日】2019-05-24

(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】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(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】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】ゲイリー イー．ジョージソン

(72)【発明者】

【氏名】バラス ケー．コデュムル

(72)【発明者】

【氏名】ホン エイチ．タット

(72)【発明者】

【氏名】エドワード ジェイ．カン

(72)【発明者】

【氏名】ネーサン ジェイ．チャプドレーン

(72)【発明者】

【氏名】トーマス エー．メーダー

【審査官】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０１３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２５７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７１７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２３６４１４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０

Ｂ３３Ｙ ５０／００ － ５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被製造物品を付加製造する際に基材上に材料を押し出して新たなビードを形成するように構成されたノズルを有するプリントヘッドと、
各々が前記プリントヘッドと共に移動可能であるとともに前記新たなビードを形成する際に前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定するように構成された２つのプロフィルメータであって、前記ノズルの上流に位置する上流側プロフィルメータと前記ノズルの下流に位置する下流側プロフィルメータとを含む２つのプロフィルメータ、又は前記ノズルと圧縮装置の間に位置する第１下流側プロフィルメータと前記圧縮装置の下流側に位置する第２下流側プロフィルメータとを含む２つのプロフィルメータ、のうちの１つからなる２つのプロフィルメータと、
前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記２つのプロフィルメータの各々によってそれぞれ取得される前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成するとともに参照物品における前記複数の被製造輪郭位置に対応する複数の参照輪郭位置での参照断面輪郭を含む参照輪郭データに対する前記被製造輪郭データの輪郭比較を継続的に行うように構成された制御システムと、
を含む製造システムであって、
前記制御システムは、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整し、前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズが、前記ビード形成パラメータを調整しなかった場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減されるように、前記プリントヘッドに、前記ビード形成パラメータに従って前記新たなビードを形成させるように構成されている、製造システム。

【請求項2】

前記制御システムは、前記被製造断面輪郭の以下の輪郭特徴のうちの少なくとも１つ、すなわち、
前記新たなビードが形成される新たな層及び当該新たな層の直下にある下層のうちの少なくとも１つの層内の１つ以上のビードに係る、ビード横位置、ビード形状、及び、ビードサイズのうちの少なくとも１つ；及び、
ビード間の切れ目の切れ目サイズ及び切れ目形状のうちの少なくとも１つ；
のうちの少なくとも１つを前記参照断面輪郭の前記輪郭特徴のうちの対応する１つと比較することによって前記輪郭比較を行うように構成されている、請求項１に記載の製造システム。

【請求項3】

前記ビード形成パラメータは、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、
前記プリントヘッドの移動方向及び配向を規定するヘッド経路の少なくとも１つを含む経路パラメータ、
前記基材に対する前記プリントヘッドのヘッド走行速度、
前記材料が前記基材上に押し出される際の材料温度と、前記材料が前記基材上に押し出される際の材料送給率と、前記新たなビードが形成されるビード付設速度と、前記プリントヘッドの前記圧縮装置の温度と、前記圧縮装置の垂直位置と、前記圧縮装置が前記基材に押し付けるように前記材料に付与する圧縮圧力と、のうちの少なくとも１つを含むプロセスパラメータ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の製造システム。

【請求項4】

前記ノズルは、前記基材上に、前記材料の平坦化前ビードを押し出すように構成されており、
前記圧縮装置は、前記平坦化前ビードを前記基材に押し付けて、平坦化ビードとして前記新たなビードを形成するように構成されている、請求項１～３のいずれかに記載の製造システム。

【請求項5】

前記ノズルの下流に位置する前記下流側プロフィルメータは、以下の位置のうちの少なくとも１つ、すなわち、
前記ノズルと前記圧縮装置との間、及び、
前記圧縮装置の下流側、
のうちの少なくとも１つにおいて前記プリントヘッドに取り付けられている、請求項１に記載の製造システム。

【請求項6】

前記参照輪郭データは、公称物品の公称輪郭データを含み、前記公称輪郭データは、対応する複数の公称輪郭位置における複数の公称断面輪郭を含むとともに、前記公称輪郭位置のうちの１つ以上における前記公称物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを含み、
前記公称断面輪郭は、前記被製造物品を製造する前に、前記公称物品の物理的な見本を評価することによって生成され、
前記制御システムは、不良を、前記公称物品における前記公称輪郭位置のうちの対応する１つ以上における前記不良を超えないサイズまで低減するように、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整するように構成されている、請求項１～５のいずれかに記載の製造システム。

【請求項7】

前記参照輪郭データは、模擬物品の模擬輪郭データを含み、前記模擬輪郭データは、対応する複数の模擬輪郭位置における複数の模擬断面輪郭を含むとともに、前記模擬輪郭位置のうちの１つ以上における前記模擬物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを含み、
前記模擬断面輪郭は、前記被製造物品のコンピュータモデルから生成され、
前記制御システムは、不良を、前記模擬物品における前記模擬輪郭位置のうちの対応する１つ以上における前記不良を超えないサイズまで低減するように、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整するように構成されている、請求項１～６のいずれかに記載の製造システム。

【請求項8】

被製造物品の製造方法であって、
前記被製造物品を製造する際に付加製造システムのプリントヘッドのノズルを用いて基材上に材料を押し出して新たなビードを形成することと、
前記新たなビードを形成する際に前記プリントヘッドと共に移動可能な２つのプロフィルメータであって、前記ノズルの上流に位置する上流側プロフィルメータと前記ノズルの下流に位置する下流側プロフィルメータとを含む２つのプロフィルメータ、又は、前記ノズルと圧縮装置の間に位置する第１下流側プロフィルメータと前記圧縮装置の下流側に位置する第２下流側プロフィルメータとを含む２つのプロフィルメータ、のうちの１つからなる２つのプロフィルメータと、を用いて前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定することと、
制御システムを用いて前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記２つのプロフィルメータの各々によってそれぞれ取得される前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成することと、
前記制御システムを用いて前記被製造輪郭データを前記複数の被製造輪郭位置に対応する複数の参照輪郭位置における参照断面輪郭を含む参照物品の参照輪郭データと比較することと、
前記被製造輪郭データを前記参照輪郭データと比較することに基づいて１つ以上のビード形成パラメータを調整して前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズを前記ビード形成パラメータを調整しない場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減することと、を含む方法。

【請求項9】

前記被製造輪郭データを前記参照輪郭データと比較することは、
前記２つのプロフィルメータの少なくともいずれか１つによって取得される前記被製造断面輪郭におけるビード横位置、ビード形状、ビードサイズ、切れ目サイズ、及び、切れ目形状のうちの少なくとも１つを、前記参照断面輪郭における前記ビード横位置、前記ビード形状、前記ビードサイズ、前記切れ目サイズ、及び、前記切れ目形状のうちの対応する１つと比較することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

１つ以上のビード形成パラメータを調整することは、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、
前記プリントヘッドの移動方向及び配向を規定するヘッド経路の少なくとも１つを含む経路パラメータ、
前記基材に対する前記プリントヘッドのヘッド走行速度、
前記材料が前記基材上に押し出される際の材料温度と、前記材料が前記基材上に押し出される際の材料送給率と、前記新たなビードが形成されるビード付設速度と、前記プリントヘッドの前記圧縮装置の温度と、前記圧縮装置の垂直位置と、前記圧縮装置が前記基材に押し付けるように前記材料に付与する圧縮圧力とのうちの少なくとも１つを含むプロセスパラメータ、
のうちの少なくとも１つを調整することを含む、請求項８又は９に記載の方法。

【請求項11】

１つ以上のビード形成パラメータを調整することは、以下のうちの一方又は両方、すなわち、
前記新たなビードと前記既存のビードとの間の間隙の発生を抑制又は防止するために、前記新たなビードが既存のビードのより近くに配置されるように前記プリントヘッドを横方向において配置変更すること、及び、
前記新たなビードと前記既存のビードとの間の間隙の発生を抑制又は防止するために、前記新たなビードのサイズが変化するように前記ヘッド走行速度及び前記材料送給率のうちの少なくとも１つを調整すること、
のうちの一方又は両方を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記２つのプロフィルメータを用いて前記被製造断面輪郭を測定する工程は、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、
前記ノズルの上流側の付設前位置において前記被製造断面輪郭を測定すること、
前記ノズルと前記圧縮装置との間の平坦化前位置において前記被製造断面輪郭を測定すること、及び、
前記圧縮装置の下流側の平坦化後位置において前記被製造断面輪郭を測定すること、のうちの少なくとも１つを含む、請求項８～１１のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

以下のこと、すなわち、
前記被製造物品の少なくとも一部を表す公称物品の物理的な見本における複数の公称輪郭位置において、公称断面輪郭を測定すること、
前記公称輪郭位置のうちの１つ以上における前記公称物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを生成すること、及び、
前記公称輪郭位置のうちの１つ以上における前記公称断面輪郭及び前記輪郭対空隙データを含む公称輪郭データを生成すること、
を行うことによって、前記参照輪郭データとして前記公称輪郭データを生成することをさらに含む、請求項８～１２のいずれかに記載の方法。

【請求項14】

以下を行うこと、すなわち、
前記被製造物品のコンピュータモデルを含む模擬物品における複数の模擬輪郭位置において模擬断面輪郭を分析すること、
前記模擬輪郭位置のうちの１つ以上における前記模擬物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを生成すること、及び、
前記模擬輪郭位置のうちの１つ以上における前記模擬断面輪郭及び前記輪郭対空隙データを含む模擬輪郭データを生成すること、
によって、前記参照輪郭データとして前記模擬輪郭データを生成することをさらに含む、請求項８～１３のいずれかに記載の方法。

【請求項15】

以下を行うこと、すなわち、
前記被製造物品を製造する際に、対応する複数の被製造輪郭位置における前記被製造断面輪郭を継続的に比較すること、
前記被製造断面輪郭を継続的に比較することに基づいて、機械学習によって、前記被製造物品の前記既存のビードに関連する不良の１つ以上のパターンを特定すること、及び、
前記被製造物品の少なくとも一部を表す公称物品の物理的な見本における公称断面輪郭と前記被製造輪郭位置のうちの１つ以上における不良の前記１つ以上のパターンとを含む機械学習輪郭データを生成すること、
によって、前記参照輪郭データとして前記機械学習輪郭データを生成することをさらに含む、請求項１０又は１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、製造システムに関し、より具体的には、プロフィルメータ(profilometer)によるフィードバックを利用して物品を付加製造するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造は、比較的複雑な形状の物品を比較的少量製造するのに、費用効率の高い方法である。例えば、ビードタイプの付加製造によれば、複合材部品製造のための所望の輪郭を有するレイアップ・ツールを製造する比較的迅速な方法が提供される。ビードタイプの付加製造では、基材の上方で移動するプリントヘッドが、材料のビードをテーブルまたは先に配置されているビードの上に押し出す。プリントヘッドは、物品を作り上げるために一層ずつビードを配置する。

【0003】

新たなビードが押し出されると、例えば、圧縮ローラがこの新たなビードを部分的に平坦にする。平坦化されたビードは、同じ層内にある既存のビードと、例えば、隣り合って接触することが望ましい。さらに、このような平坦化ビードの端部は、同じ層内の新たな別のビード又は既存のビードと接触することが望ましい。しかしながら、場合によっては、新たなビードと１つ以上の既存ビードとの間に、切れ目や間隙などの表面むらが発生することがある。そのような切れ目や間隙は、空隙などの欠陥につながる場合があり、完成品の構造的完全性を損なうおそれがある。そのため、現在のところ、得られた物品を完成後に検査して、物品内の空隙などの不良の度合いを判定し、ビード形成パラメータを繰り返し評価及び修正することで、それ以降の物品の製造の際にそのような欠陥又は空隙が発生するのを抑制又は防止するといった手法を取らざるを得ない。残念ながら、このような評価プロセスは、時間や労力がかかるとともに費用がかさむ。

【0004】

このようなことから、完成品における不良を抑制又は防止するためにビード形成パラメータを繰り返し調整する必要のない、ビードタイプの付加製造のシステム及び方法が当技術分野で必要とされている。

【発明の概要】

【0005】

ビードタイプの付加製造に関する上述の要求は、プリントヘッド、少なくとも１つのプロフィルメータ、及び、制御システムを有する製造システムを提供する本開示によって、具体的に対処及び改善される。プリントヘッドは、被製造物品を付加製造する際に、基材上に材料を押し出して、新たなビードを形成するように構成されている。プロフィルメータは、前記プリントヘッドと共に移動可能であるとともに、前記新たなビードを形成する際に、前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定するように構成されている。制御システムは、前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成するとともに、参照物品の参照輪郭データに対する、前記被製造輪郭データの輪郭比較を、継続的に行うように構成されている。参照輪郭データは、前記複数の被製造輪郭位置に対応する複数の参照輪郭位置での参照断面輪郭を含む。前記制御システムは、さらに、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整し、前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズが、前記ビード形成パラメータを調整しなかった場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減されるように、前記プリントヘッドに、前記ビード形成パラメータに従って前記新たなビードを形成させるように構成されている。

【0006】

被製造物品の製造方法も開示される。当該方法、前記被製造物品を製造する際に、付加製造システムのプリントヘッドを用いて、基材上に材料を押し出して、新たなビードを形成することを含む。当該方法は、さらに、前記新たなビードを形成する際に、前記プリントヘッドと共に移動可能な少なくとも１つのプロフィルメータを用いて、前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定することを含む。当該方法は、制御システムを用いて、前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成することも含む。さらに、当該方法は、前記制御システムを用いて、前記被製造輪郭データを、参照物品の参照輪郭データと比較することを含む。参照輪郭データは、前記複数の被製造輪郭位置に対応する複数の参照輪郭位置における参照断面輪郭を含む。当該方法は、さらに、前記被製造輪郭データを前記参照輪郭データと比較することに基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整して、前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズを、前記ビード形成パラメータを調整しない場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減することを含む。

【0007】

被製造物品の製造方法であって、前記被製造物品の少なくとも一部を表す公称物品の物理的な見本を評価することと、前記公称物品における複数の公称輪郭位置のうちの１つ以上における公称断面輪郭及び関連する空隙を含む公称輪郭データを生成することと、を含む方法も開示される。当該方法は、前記被製造物品を製造する際に、付加製造システムのプリントヘッドを用いて、基材上に高分子材料を押し出して、新たなビードを形成すること、及び、前記新たなビードを形成する際に、前記プリントヘッドと共に移動可能な少なくとも１つのプロフィルメータを用いて、前記被製造物品における、少なくとも、１つ以上の既存のビードの被製造断面輪郭を測定することをさらに含む。当該方法は、制御システムを用いて、前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成することも含む。さらに、当該方法は、前記制御システムを用いて、前記被製造輪郭データを、前記公称輪郭データと比較することを含む。また、当該方法は、前記被製造輪郭データを前記公称輪郭データと比較することに基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整して、前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズを、前記ビード形成パラメータを調整しない場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減することも含む。

【0008】

上述した特徴、機能、利点は、本願の開示の様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるものである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示のこれら及び他の特徴は、図面を参照することによってより明らかになるであろう。なお、図面全体にわたって、同様の参照数字は同様の部品を示している。

【0010】

【図1】付加製造マシンを含む本開示の製造システムの一例の斜視図であり、付加製造マシンは、垂直方向における一層ずつの製造を行うためのテーブル上で被製造物品を付加製造するように構成されたプリントヘッドを有している。

【図2】製造システムにおける制御システムの一例のブロック図である。

【図3】ノズルと、ノズルによって押し出された材料を平坦化して新たなビードを形成するための圧縮装置とを有するとともに、新たなビードを形成する際に、被製造物品の１つ以上の既存ビードの被製造断面輪郭を測定するように構成されたプロフィルメータをさらに含む、プリントヘッドの一例の斜視図である。

【図4】ノズルの上流側の付設前位置、ノズルと圧縮装置との間の平坦化前位置、及び、圧縮装置の下流側の平坦化後位置を含む、プリントヘッドのいくつかの位置に取り付けられたプロフィルメータを有するプリントヘッドの一例の側断面図である。

【図5】１つのノズルを有するプリントヘッドの一例の正面図である。

【図6】複数のノズルを有する別の例のプリントヘッドの正面図である。

【図7】図４の線７－７に沿うプリントヘッドの部分断面図であり、付設前位置において既存ビードの被製造断面輪郭を測定しているプロフィルメータを示す図である。

【図8】付設前位置で取得された被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図9】輪郭特徴を示す、図８の被製造断面輪郭の拡大図である。

【図10】図４の線１０－１０に沿うプリントヘッドの部分断面図であり、プロフィルメータが、平坦化前位置において、既存ビード及び平坦化前ビードの被製造断面輪郭を測定している状態を示す図である。

【図11】平坦化前位置で取得された被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図12】輪郭特徴を示す、図１１の被製造断面輪郭の拡大図である。

【図13】図４の線１３－１３に沿うプリントヘッドの部分断面図であり、プロフィルメータが、平坦化後位置において、既存ビード及び新たなビードの被製造断面輪郭を測定している状態を示す図である。

【図14】平坦化後位置で取得された被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図15】輪郭特徴を示す、図１４の被製造断面輪郭の拡大図である。

【図16】新たなビードを形成する際に発生する不良であって、平坦化前ビードが既存ビードに対して配置ずれしている不良の断面図である。

【図17】平坦化を行って新たなビードを形成した後の、図１６の既存ビード及び平坦化前ビードの断面図である。

【図18】平坦化前ビードは適切に配置されているが隣接ビードが小さすぎる場合である、別の例の不良の断面図である。

【図19】平坦化を行って新たなビードを形成した後の、図１８の既存ビード及び平坦化前ビードの断面図である。

【図20】平坦化前ビードは適切に配置されているが隣接ビードが大きすぎる、さらに別の例の不良の断面図である。

【図21】隣接ビードが大きすぎたために平坦化後に配置不良となった、図２０の新たなビードの断面図である。

【図22】図１６の既存ビード及び平坦化前ビードの被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図23】図２２の被製造断面輪郭の拡大図であり、被製造断面輪郭の１つ以上の輪郭特徴（例えばビードサイズ、切れ目サイズなど）を示す図である。

【図24】平坦化前ビードの配置を示す、図１６の既存ビード及び平坦化前ビードの断面図である。

【図25】平坦化前ビードを平坦化して新たなビードを形成した後の、図２４のビード構成の断面図である。

【図26】隣接ビードが小さすぎる場合である図１８の既存ビード及び平坦化前ビードの被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図27】図２６の被製造断面輪郭の拡大図であり、制御システムが参照物品における対応する輪郭特徴と比較しうる輪郭特徴のうちの１つ以上を示す図である。

【図28】図１８の既存ビード及び平坦化前ビードの断面図であり、１つ以上のビード形成パラメータを調整したことにより、平坦化前ビードのサイズが大きくなったことを示す図である。

【図29】平坦化前ビードを平坦化した後の、図２８のビード構成の断面図である。

【図30】隣接ビードが大きすぎる場合である、図２０の既存ビード及び平坦化前ビードの被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図31】図３０の被製造断面輪郭の拡大図であり、制御システムが参照物品における対応する輪郭特徴と比較しうる輪郭特徴のうちの１つ以上を示す図である。

【図32】平坦化前ビードのサイズが小さくなったことを示す、図２０の既存ビード及び平坦化前ビードの断面図である。

【図33】平坦化前ビードを平坦化した後の、図３２のビード構成の断面図である。

【図34】隣接ビードが配置不良の場合の既存ビードの被製造断面輪郭の一例を示す図である。

【図35】図３４の被製造断面輪郭の拡大図であり、制御システムが参照物品における対応する輪郭特徴と比較しうる輪郭特徴のうちの１つ以上を示す図である。

【図36】図３４の既存ビードの断面図であり、平坦化前ビードが隣接ビードのより近くに配置された状態を示す図である。

【図37】図３４の既存ビードの断面図であり、１つ以上のビード形成パラメータを調整したことにより、サイズが大きくなった平坦化前ビードを示す図である。

【図38】平坦化前ビードを平坦化した後の、図３６～図３７のビード構成の断面図である。

【図39】既存ビードの対向する終端に近づいている図４のプリントヘッドの一部の斜視図であり、横プロフィルメータ及び縦プロフィルメータが、其々、横方向及び縦方向に沿って、被製造断面輪郭を測定している状態を示す図である。

【図40】図３９に参照数字４０で示した既存ビードの部分の拡大図である。

【図41】図３９に参照数字４１で示した既存ビードの部分の拡大図である。

【図42】既存ビードと別の既存ビードとの交差位置にプリントヘッド１４０の一部が近づいている例を示す斜視図である。

【図43】図４２に参照数字４３で示した既存ビードの部分の拡大図であり、プリントヘッドの走行の縦方向に沿って取得された被製造断面輪郭を示す図である。

【図44】被製造物品が水平方向に移動可能なツールに支持されるとともに、プリントヘッドが水平方向における一層ずつの製造を行うように配向された製造システムの一例の斜視図である。

【図45】図４４のプリントヘッド及び既存ビードの一部の斜視図であり、プロフィルメータが、既存ビードの被製造断面輪郭を測定している状態を示す図である。

【図46】図４５の既存ビード及びツールの一部の拡大断面図であり、被製造断面輪郭の輪郭特徴を示す図である。

【図47】物品を付加製造する方法に含まれる工程のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本開示の様々な実施例について説明する。図１は、製造システム１００の一例の斜視図であり、当該製造システムは、被製造物品（in-work article）４６０を一層ずつ製造するように構成されたプリントヘッド１４０を有する付加製造マシン１０２を含む。図１の実施例では、被製造物品４６０は、テーブル１２２に支持され、プリントヘッド１４０は、被製造物品４６０を垂直方向に一層ずつ製造するように配向されている。これに対し、後述する付加製造マシン１０２の他の実施例のように、被製造物品４６０を水平方向またはその他の方向に一層ずつ製造するように、プリントヘッド１４０を配向してもよい。

【0012】

図１～図２において、プリントヘッド１４０は、被製造物品４６０を付加製造すべく、当該プリントヘッド１４０が相対移動している間に、材料を基材１２０上に押し出して、新たなビード３２４を形成するように構成されている。製造システム１００は、プリントヘッド１４０と共に移動可能な、少なくとも１つのプロフィルメータ１８０をさらに含む。また当該プロフィルメータは、被製造物品４６０における、１つ以上（１つまたは複数）の既存のビード３４０から少なくともなる被製造断面輪郭（in-work cross-sectional profile）４６４（図３）を、新たなビード３２４の形成中に継続的(continuously)又は定期的(periodically)に計測するように構成されている。製造システム１００は、プロセッサ２０４（図２）を有する制御システム２００（図２）をさらに含み、当該プロセッサは、継続的又は定期的に被製造輪郭データ４６２（図２）を生成及び記録するように構成されている。この被製造輪郭データは、被製造物品４６０の複数の被製造輪郭位置４６６において、プロフィルメータ１８０によってそれぞれ測定された複数の被製造断面輪郭４６４を含んでいる。被製造断面輪郭４６４それぞれの被製造輪郭位置４６６は、間断なく判定されるようにしてもよいし、且つ／又は、メモリ２０２（図２）に自動的に記録されてもよい。被製造輪郭位置４６６は、例えば、プロフィルメータ１８０によって被製造断面輪郭４６４が測定された時点でのプリントヘッド１４０の６次元位置データに基づいて求められる。プリントヘッド１４０の６次元位置データは、３次元位置データ（例えば、プリントヘッド１４０のｘ、ｙ、ｚ方向位置）及び３次元角度配向データ（例えばｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各々周りのプリントヘッド１４０の回転位置）を含みうる。

【0013】

図２を参照すると、制御システム２００は、さらに、上述した被製造輪郭データ４６２を参照物品(reference article)４７０の参照輪郭データ４７２と比較する輪郭比較を継続的又は定期的に行うように構成されている。参照輪郭データ４７２は、複数の参照輪郭位置４７６における参照断面輪郭４７４を含む。参照物品４７０における複数の参照輪郭位置４７６は、被製造物品４６０における複数の被製造輪郭位置４６６に対応している。後述する一実施例において、参照輪郭データ４７２は、例えば公称輪郭データ(nominal profile data)４８２を含む。当該公称輪郭データは、被製造物品４６０の設計通りの構造を表す公称物品４８０における、複数の公称輪郭位置４８６での複数の参照断面輪郭４７４を含むものである。公称輪郭データ４８２は、参照物品４７０における公称輪郭位置４８６（図２）のうちの１つ以上に存在又は関連する空隙４４２（例えば、図６、１４、２１、２５、２９、３３）を特定する輪郭対空隙データ(profile-to-void data)４８８を含みうる。

【0014】

後述する別の実施例において、参照輪郭データ４７２は、被製造物品４６０を表す模擬物品４９２の模擬輪郭データ４９４を含みうる。例えば、模擬物品４９２は、被製造物品４６０のコンピュータモデル（例えば３次元デジタル定義２２０）であってもよい。模擬輪郭データ４９４は、例えば、複数の模擬輪郭位置４９８における複数の模擬断面輪郭４９６を含み、模擬輪郭位置４９８のうちの１つ以上における模擬物品４９２内の空隙４４２を特定する輪郭対空隙データ４８８も含みうる。模擬断面輪郭４９６は、模擬物品４９２の複数の模擬輪郭位置４９８における模擬断面輪郭４９６の輪郭特徴４００に関して、模擬物品４９２に対して分析又はクエリを行うことによって、生成することができる。制御システム２００は、例えば、輪郭比較に基づいて１つ以上のビード形成パラメータを調整する。これに対応して、被製造物品４６０における不良４３０のサイズが、模擬物品４９２における模擬輪郭位置４９８のうちの１つ以上における不良４３０を超えないサイズまで低減される。後述するさらに別の実施例において、参照輪郭データ４７２は、例えば機械学習輪郭データ４９０を含み、当該データは、制御システム２００が被製造物品４６０における不良４３０を予測及び抑制するために使用する、プロフィルメータ１８０によって以前に測定された複数の被製造断面輪郭４６４を含みうる。

【0015】

以下に詳述するように、制御システム２００（図２）は、輪郭比較に基づいて、（例えば制御装置２０６によって）１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整し、被製造輪郭位置４６６のうちの１つ以上における新たなビード３２４の形成に関連する不良４３０（例えば、図１７、１９、２１、２３、２７、３１など）のサイズが、ビード形成パラメータ２４０を調整しなかった場合に発生する不良４３０のサイズに比べて低減されるように、プリントヘッド１４０に、ビード形成パラメータ２４０に従って新たなビード３２４を形成させる構成とされている。この点に関し、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整は、必要に応じて実行することができ、例えば、被製造断面輪郭４６４が、参照断面輪郭４７４から大きく逸脱しているために、ビード形成パラメータ２４０を調整しなければ所定の大きさを超える不良４３０が被製造物品４６０に発生すると制御システム２００が判定した場合などに実行すればよい。以下に詳述するように、被製造物品４６０における不良４３０の例としては、新たなビード３２４と既存のビード３４０との間の間隙４３２（例えば図１７及び１９）、既存のビード３４０間の閾値切れ目サイズ（例えば０．１０インチ）を超える切れ目４２０（例えば図２１）、ビードの配置不良４３４（例えば図１６）、サイズ不良ビード４０８（例えば図１８及び２０）である既存のビード３４０、及び／又は、閾値サイズ（例えば０．１０インチ）を超える空隙４４２（例えば図２１）がある。

【0016】

図１を参照すると、プリントヘッド１４０は、被製造物品４６０の付加製造の際に、基材１２０（例えばテーブル１２２）に対してプリントヘッド１４０を相対的に移動させるように構成されたヘッド移動システム１０４によって、移動可能に支持されている。図示の実施例では、ヘッド移動システム１０４は、例えば水平梁１１０を有するガントリー１０６として構成されており、水平梁は、例えば工場の床に支持された一対のベース部材１０８の水平トラック１１２又はレールに沿って移動可能である。ヘッド移動システム１０４は、例えば、垂直梁１１４を有し、当該垂直梁にプリントヘッド１４０が連結される。垂直梁１１４は、プリントヘッド１４０を垂直移動させるための垂直トラック１１６又はレールを含みうる。ガントリー１０６は、被製造物品４６０を製造するための、あらかじめプログラムされたヘッド経路に従って、３つの互いに垂直な軸に沿って、プリントヘッド１４０を移動させることができる。図示しない別の例において、ヘッド移動システム１０４は、あらかじめプログラムされたヘッド経路に沿ってプリントヘッド１４０を移動させるように構成されたロボットアームを有するロボット装置として、構成することもできる。

【0017】

図２に示すように、制御システム２００は、被製造物品４６０の３次元デジタル定義２２０（例えばコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル２２２）に基づいて、コンピュータ可読プログラム命令２２４に従って、プリントヘッド１４０の移動（例えば経路パラメータ２４２－ヘッド経路、ヘッド走行速度、ヘッド配向）を制御するために、ヘッド移動システム１０４を制御するように構成された制御装置２０６を含みうる。コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル２２２は、模擬物品４９２として機能することもでき、当該模擬物品から模擬輪郭データ４９４を生成して、被製造物品４６０の製造中に、被製造輪郭データ４６２と比較することもできる。制御システム２００は、プリントヘッド１４０の移動を制御することに加えて、コンピュータ可読プログラム命令２２４に基づいて新たなビード３２４を形成する際に、プリントヘッド１４０の動作（例えばプロセスパラメータ２４４）を制御する構成とすることができる。一層ずつの製造が完了した時点で、被製造物品４６０は、ネットシェイプ又はニアネットシェイプを有し、これに対して、トリミング、機械加工、又はその他の処理が行われて最終形状となる。

【0018】

図３～図４を参照すると、同図には、プリントヘッド１４０が、既存ビード３４０からなる下層３４４の上の、新たな層３２６の隣接ビード３２８の隣に、材料の新たなビード３２４を形成している状態の一例が示されている。本実施例では、下層３４４は、１つ以上の既存ビード３４０を含むとともに、新たなビード３２４が上に形成される既存層３４２として、説明することができる。隣接ビード３２８は、これに沿って新たな層３２６に新たなビード３２４が形成される、既存ビード３４０として説明することができる。図４は、図３のプリントヘッド１４０の断面図であり、プリントヘッド１４０が、既存ビード３４０からなる既存層３４２の上に新たなビード３２４を形成している状態を示している。図４には、新たなビード３２４が上に形成されつつある既存層３４２の終端３６２も示している。

【0019】

プリントヘッド１４０は、例えば、材料を押し出すための少なくとも１つのノズル１５０を含み、押し出し後に少なくとも部分的に材料を平坦化するための圧縮装置１６０も含む。ノズル１５０は、平坦化前の材料のビード３２０を、基材１２０上に押し出すことができる。基材１２０は、例えば、被製造物品４６０が上に製造されるテーブル１２２である。あるいは、基材１２０は、プリントヘッド１４０によって先に形成された既存ビード３４０の既存層３４２であってもよい。一実施例において、ノズル１５０は、円形の断面を有しており、これにより平坦化前ビード３２０は円筒形となる。ただし、図示しない他の実施例において、ノズル１５０は、矩形断面又は正方形断面などの他の断面形状を有し、これに対応する形状の平坦化前ビード３２０を形成することもできる。材料を押し出して新たなビード３２４を形成する際は、例えば、プリントヘッド１４０が、固定のテーブル１２２に対して、移動する。また、いくつかの実施例では、新たなビード３２４を形成する際に、テーブル１２２が、テーブル移動システム（図示せず）によって、プリントヘッド１４０の移動と連係して移動可能であってもよい。図示しないさらなる実施例において、新たなビード３２４を形成する際に、テーブル１２２が移動可能であり、プリントヘッド１４０が固定であってもよい。

【0020】

図３～図４において、圧縮装置１６０は、例えば、回転自在の圧縮ローラ１６２として構成される。圧縮装置１６０は、ノズル１５０の下流側に位置しており、平坦化前ビード３２０を基材１２０に押し付けて、平坦化ビード３２２として新たなビード３２４を形成することができる。さらに、平坦化前ビード３２０を平坦にする際に、圧縮装置１６０は、新たなビード３２４と１つ以上の既存ビード３４０との間に長手方向に沿って伸びる１つ以上の間隙４３２（図１７及び図１９）又は切れ目４２０（図９）を少なくとも部分的に埋める手段として、下層３４４及び／又は形成中の新たな層３２６内の１つ以上の既存ビード３４０に対して、平坦化前ビード３２０の材料を、ぴったりと押し付けることができる。圧縮装置１６０は、新たなビード３２４のビード上部を滑らかな表面仕上げとするための滑らかな面を有していてもよい。また、圧縮装置１６０は、新たな各ビード３２４を、別の新たなビード３２４を支持するための略平坦又は平面状のビード上面を有する形状とする構成であってもよい。さらに、圧縮装置１６０は、既存ビード３４０のビード高さ４０４と一致する（例えば１０パーセント以内である）ビード高さ４０４（図９）を有するように、新たな各ビード３２４を形成する構成であってもよい。

【0021】

圧縮装置１６０は、例えば、プリントヘッド１４０の回転可能ベース１４４に取り付けられる。回転可能ベース１４４は、材料を押し出す際に、圧縮装置１６０を常にノズル１５０より後方に位置させて、基材１２０に押し出された材料を平坦化するための手段として、プリントヘッド１４０がヘッド経路に沿って方向を変えると、回転する。一例として、回転可能ベース１４４は、サーボ制御されて、プリントヘッド１４０の方向の変化に応じて圧縮装置１６０の向きを変化させる。なお、圧縮ローラ１６２として図示しているが、圧縮装置１６０は、平坦化前ビード３２０の上方で摺動して平坦化前ビード３２０を平坦化ビード３２２（すなわち新たなビード３２４）に圧縮するように構成された、圧縮シューなどの他の構成で実現することもできる。

【0022】

圧縮装置１６０は、（例えば制御システム２００によって）平坦化プロセスの際に、新たなビード３２４の加熱又は冷却のいずれかを促進する温度に維持することができる。例えば、圧縮装置１６０は、平坦化プロセスの際に、既存ビード３４０に対する新たなビード３２４の融着を促進する温度に、維持することができる。これに加えて又は変えて、圧縮装置１６０は、新たなビード３２４の固化を促進して、新たなビード３２４が次の層を支持できるようになる温度に維持してもよい。

【0023】

プリントヘッド１４０は、様々な種類の材料のうちの任意の１つを押し出すように、構成することができる。一実施例において、材料のペレット（図示せず）をホッパー（図示せず）に装填し、これを溶融して溶融材料とし、ポンプ（図示せず）によってノズル１５０から押し出してもよい。プリントヘッド１４０は、基材１２０への材料の押し出し及び平坦化が可能となる温度に、材料を維持するよう、構成することができる。例えば、材料を高温に維持することにより、平坦化前ビード３２０としてのノズル１５０からの押し出しを容易にするとともに、基材１２０に対してノズル１５０が垂直に配向されている状態から、平坦化前ビード３２０が基材１２０上で平行な配向になるように、平坦化前ビード３２０を折り曲げられるようにする。プリントヘッド１４０が押し出すことができる材料の例には、ガラス材料、セラミック材料、金属材料、高分子材料、またはこれらの任意の組み合わせが含まれる。高分子材料には、例えば、熱硬化性材料又は熱可塑性材料が含まれる。例えば、高分子材料には、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ乳酸、ポリフェニレンスルフィド、ナイロン（商標）、ポリカーボネート、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）、又は様々な他の高分子材料のうちの任意のものが含まれる。

【0024】

いくつかの実施例において、プリントヘッド１４０は、ガラス材料、黒鉛材料、セラミック材料、金属材料、及び／又は、高分子材料によって形成された強化繊維（図示せず）を含む材料を押し出すように、構成することができる。このような強化繊維は、ノズル１５０に高分子材料を送給する際に高分子材料に導入することができる、短繊維、チョップドファイバー（chopped fibers）又は連続及び／又は一方向強化繊維（図示せず）として、提供することができる。図示しないプリントヘッド１４０の一実施例において、溶融材料を押し出すことに代えて、金属（例えば鋼、アルミニウムなど）のワイヤ材料をプリントヘッド１４０から吐出してもよい。金属ワイヤ材料を、例えば、吐出の際にワイヤ材料を溶融する局所的な高温源を実現する加熱装置（図示せず）によって溶融することにより、基材１２０上に材料の新たなビード３２４を形成することができる。例えば、プリントヘッド１４０は、プリントヘッド１４０からの吐出の際にワイヤ材料を溶融するように構成された抵抗発熱素子を含んでいてもよく、これによれば、ワイヤ材料を所望の断面形状に形成することが可能である。これに代えて又は加えて、プリントヘッド１４０は、アーク溶接トーチ、レーザ、及び／又は電子ビームを含む構成により、ワイヤ材料がプリントヘッド１４０から吐出される際や、ワイヤ材料がビード付設点３０２に接触する際に、ワイヤ材料を溶融してもよい。

【0025】

図３～図４を参照すると、上述したように、プリントヘッド１４０は、一層ずつの製造中に、被製造物品４６０の被製造断面輪郭４６４を測定するための、少なくとも１つプロフィルメータ１８０を含む。一実施例において、プロフィルメータ１８０のうちの１つ以上を、プリントヘッド１４０に、例えばプリントヘッドハウジング１４２の回転可能ベース１４４に、取り付けることにより、新たなビード３２４の形成中に、ヘッド経路に沿って移動するプリントヘッド１４０の方向の変化に応じて、プロフィルメータ１８０の向きを変更することができる。１つ以上のプロフィルメータ１８０は、新たなビード３２４が形成されつつある新たな層３２６のすぐ下に位置する既存層３４２内の既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４を、継続的に又は定期的に（例えばリアルタイムで）測定することができる。これに代えて又は加えて、被製造断面輪郭４６４の幾何学的測定は、新たなビード３２４を含む新たな層３２６内の１つ以上の既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４を含むこともでき、この場合の既存ビードには、新たなビード３２４が接触して形成されつつある隣接ビード３２８も含まれる。

【0026】

１つ以上のプロフィルメータ１８０は、様々な構成のうちの任意の１つで実現することができる。例えば、各プロフィルメータ１８０は、断面輪郭を測定するための非接触装置として構成することができる。一実施例において、プロフィルメータ１８０は、走査平面１８２内に１つ以上のレーザビームを出射するように構成されたレーザプロフィルメータであってもよい。例えば、レーザプロフィルメータは、走査平面１８２の走査角度内で前後に走査するように構成された単一のレーザビームを出射する構成である。あるいは、レーザプロフィルメータは、走査平面１８２内に複数のレーザビーム（例えば図７）を出射する構成であってもよい。レーザプロフィルメータは、走査角度に応じて、走査対象の表面輪郭線における所定位置に照射されるようにレーザビームを出射することができる。例えば、レーザプロフィルメータは、被製造断面輪郭４６４の測定対象である既存ビード３４０が形成している表面輪郭線に均一に分散された最少で２０箇所に照射されるようにレーザビームを出射することができる。

【0027】

レーザプロフィルメータは、二次元方向に走査するように構成された線走査プロフィルメータとして構成することもできる。例えば、レーザプロフィルメータのうちの１つ以上は、プリントヘッド１４０の走行方向に対して垂直な横方向１８４（図３）に配向された走査平面１８２に沿って、あるいは、プリントヘッド１４０の走行方向に対して平行な縦方向１８８（図３）に沿って、あるいは、横方向１８４及び縦方向１８８又は任意の他の方向の組み合わせで、レーザビームを照射するように構成することができる。レーザプロフィルメータの一例としては、イリノイ州のKeyence Corporation of Itascaから入手可能な、ＬＪ－Ｖ７０００シリーズと称されている高速レーザプロフィルメータがある。一実施例において、レーザプロフィルメータは、被製造断面輪郭４６４の比較的高精度の測定を実現する青色レーザ（例えば４５０～４９０ｎｍの周波数帯域）を使用しうる。ただし、プリントヘッド１４０は、赤色レーザなどの他の周波数で動作するレーザを用いる１つ以上のレーザプロフィルメータを含みうる。

【0028】

図４を参照すると、プリントヘッド１４０は、上述したように、被製造断面輪郭４６４を測定するように構成された１つ以上のプロフィルメータ１８０を含む。プロフィルメータ１８０は、プリントヘッド１４０における、ビード付設点３０２に対する１つ以上の相対位置に取り付けることができる。例えば、プリントヘッド１４０は、既存ビード３４０の輪郭線（contour）を表す少なくとも１つの被製造断面輪郭４６４を測定するように構成された１つ以上のプロフィルメータ１８０を、ビード付設点３０２の（例えば数インチ以上）上流側の付設前位置３００に含む。ビード付設点３０２は、ノズル１５０から材料を押し出す際に、平坦化前ビード３２０の前方端が基材１２０と最初に接触する位置として、定義することができる。プリントヘッド１４０は、さらに、１つ以上のプロフィルメータ１８０を、例えば、ノズル１５０と圧縮装置１６０との間の平坦化前位置３０４にも含み、これは、平坦化前ビード３２０、及び、新たなビード３２４がその上に、及び／又は、接触して形成されつつある既存ビード３４０の輪郭線を表す被製造断面輪郭４６４を測定するためのものである。

【0029】

プリントヘッド１４０は、さらに、１つ以上のプロフィルメータ１８０を、例えば、圧縮装置１６０のすぐ下流（例えば数インチ以上）の平坦化後位置３０６にも含み、これは、新たなビード３２４、及び、新たなビード３２４の下方且つその隣接位置にある既存ビード３４０の輪郭線を表す被製造断面輪郭４６４を測定するためのものである。プリントヘッド１４０は、１つ以上のプロフィルメータ１８０を、上述したうちのいずれの位置に含んでいてもよい。プロフィルメータ１８０は、様々な走査平面１８２のうちの任意の１つに沿って、被製造断面輪郭４６４を測定するように、構成することができる。例えば、図４は、付設前位置３００に２つのプロフィルメータ１８０が設けられたプリントヘッド１４０の例を示しており、プリントヘッド１４０の走行方向に対して垂直に配向された走査平面１８２に沿ってレーザを照射することによって、横方向１８４（図３）に沿う被製造断面輪郭４６４を測定するように構成された横プロフィルメータ１８６と、プリントヘッド１４０の走行方向に対して平行に配向された走査平面１８２に沿ってレーザを照射することによって、縦方向１８８（図３）に沿う被製造断面輪郭４６４を測定するように構成された縦プロフィルメータ１９０とを含んでいる。縦方向１８８に沿って被製造断面輪郭４６４を測定することによって、後述するように、既存ビード３４０の終端３６２どうしの間にある（図４及び４０）か、あるいは、１つの既存ビード３４０の終端３６２と別の既存ビード３４０の側面との交差位置にある（例えば図４１）切れ目４２０の輪郭線を測定することが可能となる。

【0030】

図５～図６を参照すると、図５は、単一の新たなビード３２４（図１３）を形成するように構成された単一のノズル１５０を有するプリントヘッド１４０の例の正面図である。図６は、複数の新たなビード３２４を形成するための複数のノズル１５０を有するプリントヘッド１４０の例の正面図である。図６において、複数のノズル１５０は、線形アレイ状に配置されており、例えば、複数の平坦化前ビード３２０を同時に形成するために、基材１２０上に材料を同時に押し出すように構成されている。プリントヘッド１４０は、平坦化前ビード３２０を同時に平坦化して、好ましくは隣り合って接触するように配置された平坦化ビード３２２（例えば新たなビード３２４）にするための、例えば圧縮ローラ１６２などの少なくとも１つ圧縮装置１６０を含みうる。

【0031】

図７は、付設前位置３００にあるプロフィルメータ１８０の一例の断面図である。当該プロフィルメータ１８０は、図示の状態では、被製造物品４６０の既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４（図８）を測定するために、横方向１８４（図３）に対して平行な向きの走査平面１８２に沿ってレーザを照射している。図８は、付設前位置３００においてプロフィルメータ１８０によって測定された被製造断面輪郭４６４の一例を示している。この被製造断面輪郭４６４は、新たなビード３２４（図３～図４）が上に形成される下層３４４内の既存ビード３４０の表面輪郭線を表すとともに、新たなビード３２４が隣に配置される隣接ビード３２８（例えば既存ビード３４０）の表面輪郭線も表している。図９は、被製造断面輪郭４６４の輪郭特徴４００を示す、図８の被製造断面輪郭４６４の拡大図である。輪郭特徴４００は、例えば、下層３４４（図８）及び新たな層３２６（図８）内の既存ビード３４０（図８）のビード横位置（bead lateral location）４０２を含み、さらに、既存ビード３４０のビードサイズ及びビード形状を含みうる。ビードサイズは、ビード幅４０６及びビード高さ４０４を含みうる。さらに、輪郭特徴４００は、既存ビード３４０の間の各切れ目４２０の切れ目サイズ及び切れ目形状を含みうる。切れ目サイズは、切れ目幅４２６及び切れ目深さ４２２を含みうる。

【0032】

上述したように、制御システム２００（図２）は、被製造物品４６０を製造する際に、参照物品４７０の参照輪郭データ４７２に対する被製造輪郭データ４６２の輪郭比較を継続的に又は定期的に行い、１つ以上のビード形成パラメータ２４０（図２）の必要な調整を行うことにより、被製造物品４６０における不良４３０（例えば図１７、１９、２１など）の発生を抑制又は防止するように構成されている。ビード形成パラメータ２４０は、経路パラメータ２４２及び／又はプロセスパラメータ２４４を含みうる。経路パラメータ２４２は、プリントヘッド１４０のヘッド経路を含みうる。ヘッド経路は、例えば、被製造物品４６０をプリントする際の、プリントヘッド１４０の移動方向及び配向、及び／又は、基材１２０の移動方向及び配向を規定する。例えば、ヘッド経路は、被製造物品４６０を一層ずつ製造する際に、プリントヘッド１４０がこれに沿って移動する、一連の方向とも称しうる複数の経路セグメント、及び、これに対応する走行距離を含みうる。ヘッド経路は、製造システム１００の動作のためのコンピュータ可読プログラム命令２２４（図２）によって、規定することができる。経路パラメータ２４２は、ヘッド経路の各経路セグメントに沿った、プリントヘッド１４０のヘッド走行速度も含みうる。

【0033】

上述したように、ビード形成パラメータ２４０は、ヘッド経路に沿って移動する際のプリントヘッド１４０の処理動作に関するプロセスパラメータ２４４も含みうる。プロセスパラメータ２４４は、材料が基材１２０上に押し出される際の材料温度を含みうる。上述したように、材料は、例えば、既存ビード３４０に新たなビード３２４を融着できるとともに、新たなビード３２４が別の材料層を支持できる程度まで、新たなビード３２４の固化が促進される温度で、押し出される。プロセスパラメータ２４４は、材料がノズル１５０を通過して基材１２０上に押し出される際の材料送給率（例えば体積送給率）も含みうる。材料送給率を制御することにより、平坦化前ビード３２０のビード幅４０６（例えば図１２）を制御することができ、従って、新たなビード３２４のビードサイズを調節することができる。いくつかの実施例において、プリントヘッド１４０は、例えば、０．１２インチから３．０インチまでの範囲のビード径を有する平坦化前ビード３２０を押し出すように構成される。ただし、より大きい又は小さい径も可能である。例えば、平坦化前ビードは、０．２５～１．０インチのビード径に押し出される。材料送給率を、ヘッド走行速度と同期させることにより、所望のサイズの平坦化前ビード３２０を実現することができ、ひいては、新たなビード３２４（すなわち、平坦化前ビード３２０を平坦化した後のビード）のサイズ（例えばビード幅４０６及びビード高さ４０４）を調節することができる。

【0034】

プロセスパラメータ２４４は、例えば、新たなビード３２４が基材１２０に形成されるビード付設速度（単位時間当たりのインチ）も含み、これは、例えば、上述したヘッド走行速度及び材料送給率の関数である。追加のプロセスパラメータ２４４は、例えば、プリントヘッド１４０の圧縮装置１６０（例えば圧縮ローラ１６２）の温度も含み、これによって、圧縮装置１６０によって平坦化前ビード３２０を平坦化する際の材料の温度を、上昇又は降下させることができる。例えば、圧縮装置１６０の温度を上昇させることにより、材料の粘度をわずかに低下させて、新たなビード３２４と既存ビード３４０との間の切れ目４２０への材料の充填を促進したり、既存ビード３４０に対する新たなビード３２４の融着を促進したりすることができる。他のプロセスパラメータ２４４には、新たなビード３２４のビード高さ４０４（図１９）を制御するための、圧縮装置１６０の垂直位置が含まれる。例えば、圧縮装置１６０を、垂直方向に調節可能とすることにより、新たなビード３２４が既存の既存ビード３４０のビード高さ４０４と実質的に等しく（例えば１０パーセント以内に）なるように、ビード高さ４０４を調整することができる。プロセスパラメータ２４４は、さらに、平坦化前ビード３２０の平坦化中に、圧縮装置１６０が平坦化前ビード３２０を基材１２０及び１つ以上の既存ビード３４０に押し付ける際に付与される圧縮圧力を含みうる。

【0035】

以下に詳述するように、制御システム２００は、被製造物品４６０の被製造断面輪郭４６４における輪郭特徴４００（図９）を、参照物品４７０（図２）の参照断面輪郭４７４における対応する輪郭特徴４００と比較することによって、輪郭比較を行うことができる。輪郭比較に含まる輪郭特徴４００には、例えば、上述したビード横位置４０２、ビードサイズ、ビード形状、切れ目サイズ、切れ目形状がある。図７～図９において、被製造物品４６０は、例えば、公称の構造のものであり、被製造物品４６０の設計どおりのバージョンを表す。この点に関し、図７の既存ビード３４０は、図９における輪郭特徴４００が、公称物品４８０（図２）の公称断面輪郭４８４（図２）の輪郭特徴４００を表すように、設計仕様内でサイズ決め、成形、及び配置がなされている。公称物品４８０は、例えば、被製造物品４６０を製造する際に、被製造物品４６０が継続的に比較される対象である参照物品４７０である。

【0036】

上述した別の実施例では、参照輪郭データ４７２は、例えば模擬物品４９２の模擬輪郭データ４９４であり、これは、例えば、被製造物品４６０のコンピュータモデル（例えばＣＡＤモデル２２２）であって、被製造物品４６０の上述した設計どおりのバージョンを表す。模擬輪郭データ４９４は、複数の模擬輪郭位置４９８で取得された模擬断面輪郭４９６を含みうる。模擬輪郭データ４９４は、例えば、輪郭対空隙（profile-to-void）データ４８８をさらに含み、これは、模擬物品４９２の１つ以上の模擬輪郭位置４９８における空隙４４２（もしあれば）のサイズ及び位置の情報を含むものである。模擬断面輪郭４９６は、模擬物品４９２の分析によって生成することができる。例えば、模擬物品４９２に対してクエリを行うか、これに加えて又は代えて、模擬物品４９２における複数の模擬輪郭位置４９８での模擬断面輪郭４９６から、輪郭特徴（例えばビードサイズ、ビード形状、切れ目サイズ、切れ目形状）の測定値を抽出する。これらの測定値は、例えば、メモリ２０２に保存され、被製造物品４６０の製造中に制御システム２００によって行われる輪郭比較の際にアクセスされて、被製造物品４６０における不良４３０を、模擬物品４９２における対応する模擬輪郭位置４９８での不良４３０を超えないサイズまで低減するためには、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整が必要かどうかが評価される。

【0037】

図１０は、平坦化前位置３０４にあるプリントヘッド１４０のプロフィルメータ１８０の一例の断面図であり、プロフィルメータ１８０が、横方向１８４（図３）に対して平行な向きの走査平面１８２に沿って、レーザを照射する状態を示している。図１１は、平坦化前位置３０４においてプロフィルメータ１８０によって測定された被製造断面輪郭４６４の一例を示している。この被製造断面輪郭４６４は、平坦化前ビード３２０と、当該平坦化前ビード３２０が載置されている下層３４４内の既存ビード３４０との表面輪郭線を表している。さらに被製造断面輪郭４６４は、新たなビード３２４（図１３参照）が隣接配置される隣接ビード３２８の表面輪郭線をも表している。なお新たなビード３２４は、平坦化前ビード３２０が圧縮装置（図示せず）によって平坦化されたものである。図１２は、図１１の被製造断面輪郭４６４の拡大図であり、ビード幅４０６（例えばビード径）及びビード横位置４０２を含む上述の輪郭特徴４００を示している。図７～図９に関して上述したように、図１０～図１２の被製造物品４６０は、例えば、公称の構造のものであり、図１２の輪郭特徴４００は、制御システム２００が輪郭比較において参照物品４７０として用いる公称物品４８０（図２）の公称断面輪郭４８４（図２）における輪郭特徴４００を表しうる。例えば、図１２において、平坦化前ビード３２０のビード中心線３６０は、平坦化前ビード３２０が載置されている既存ビード３４０のビード中心線３６０と整列している。

【0038】

図１３は、平坦化後位置３０６あるプロフィルメータ１８０の一例の断面図であり、プロフィルメータ１８０が、横方向１８４（図３）に沿ってレーザを照射する状態を示している。図１４は、平坦化後位置３０６においてプロフィルメータ１８０によって測定された被製造断面輪郭４６４の一例を示している。図１４では、被製造断面輪郭４６４は、平坦化前ビード３２０（図１０）を平坦化して得られた新たなビード３２４の表面輪郭線を表すとともに、下層３４４内の既存ビード３４０及び新たなビード３２４が隣に配置された隣接ビード３２８の表面輪郭線も表している。図１５は、図１４の被製造断面輪郭４６４の拡大図であり、新たなビード３２４及び既存ビード３４０のビード横位置４０２及びビードサイズを含む輪郭特徴４００を示すとともに、新たなビード３２４と既存ビード３４０との間の切れ目４２０の切れ目サイズ及び切れ目形状も示している。図７～図１２に関して上述したように、図１３～図１５の被製造物品４６０は、例えば、公称の構造のものであり、図１５の輪郭特徴４００は、公称物品４８０（図２）の公称断面輪郭４８４（図２）における輪郭特徴４００を表す。例えば、図１５において、新たなビード３２４のビード中心線３６０は、新たなビード３２４が上に形成されている既存ビード３４０のビード中心線３６０と整列している。さらに、新たなビード３２４のビード幅４０６及びビード高さ４０４は、例えば、既存ビード３４０のビード幅４０６及びビード高さ４０４と其々同等である。

【0039】

公称輪郭データ４８２（図２）を参照輪郭データ４７２（図２）として用いることに加えて又は代えて、制御システム２００（図２）は、機械学習輪郭データ４９０（図２）を用いることもでき、これには、例えば、被製造物品４６０の製造中に、対応する複数の被製造輪郭位置４６６で以前に生成された（例えば以前に測定及び記録された）複数の被製造断面輪郭４６４が含まれる。制御システム２００は、被製造断面輪郭４６４を継続的に比較して、機械学習によって、被製造物品４６０の製造に関連する１つ以上の不良４３０のパターンを特定するように構成することもできる。例えば、制御システム２００は、特定の種類の角部（すなわち、ビードが方向を変える箇所）やその他の位置などの、被製造物品４６０内の１種類以上の位置における、１つ以上の既存ビード３４０及び／又は新たなビード３２４のビード配置不良(bead mislocation)４３４のパターンを特定してもよい。これに代えて又は加えて、制御システム２００は、被製造物品４６０内の１種類以上の位置における、サイズ不良ビード４０８（例えば小さすぎるビード４１０－図１８；大きすぎるビード４１２－図２０）のパターンを特定してもよい。さらなる実施例において、制御システム２００は、被製造物品４６０内の特定の種類の位置に発生する間隙４３２のパターンを特定してもよい。

【0040】

制御システム２００は、１つ以上の不良４３０のパターンを特定すると、当該パターンに基づいて、新たなビード３２４の形成に関連するビード形成パラメータ２４０のうちの１つ以上を調整し、当該パターンで特定された不良４３０の発生を抑制又は防止するように構成されうる。例えば、制御システム２００は、被製造物品４６０内の特定の種類の位置又は幾何学的特徴部（例えば角部）におけるビードの配置不良４３４のパターンを特定すると、パターンで特定された位置にプリントヘッド１４０が近づく際に、ヘッド経路を調整する。これにより、新たなビード３２４のさらなる配置不良が防止されて、パターンで特定された位置での空隙４４２の発生が抑制又は防止される。別の例において、制御システム２００は、被製造物品４６０内の特定の種類の幾何学的特徴部（例えば特定の角部）で小さすぎるビード４１０が発生しているパターンを特定すると、当該パターンで特定された位置において、新たなビード３２４のビードサイズを局所的に大きくする手段として、パターンで特定された位置にプリントヘッド１４０が近づく際に、ヘッド走行速度及び／又は材料送給率などの１つ以上のプロセスパラメータ２４４を調整することができる。

【0041】

図１６～図２１は、被製造物品４６０を製造する際に発生しうる種々の不良４３０のいくつかの例を示すために、被製造物品４６０を示している。図１６は、ビード配置不良４３４の一例を示す断面図であり、この例では、平坦化前ビード３２０が、既存ビード３４０に対して配置不良となっている。ここで、既存ビードは、平坦化前ビード３２０がその上に押し出された下層３４４内の既存ビード３４０を含み、平坦化前ビード３２０を含む新たな層３２６内の隣接ビード３２８も含む。平坦化前ビード３２０のビード中心線３６０は、平坦化前ビード３２０が上に押し出された既存層３４２内の既存ビード３４０のビード中心線３６０からずれている。図１７は、既存ビード３４０、及び、平坦化前ビード３２０が平坦化されて形成された新たなビード３２４の断面図であり、平坦化前ビード３２０のビード配置不良４３４（図１６）の結果として、新たなビード３２４と隣接ビード３２８（例えば既存ビード３４０）との間に発生した間隙４３２を示している。このような間隙４３２は、完成時に被製造物品４６０内で空隙（図示せず）となるおそれがある。

【0042】

図１８は、平坦化前ビード３２０は正しいビード横位置４０２に配置されているものの、隣接ビード３２８（すなわち、平坦化前ビード３２０が隣に配置される既存ビード３４０）が小さすぎる（例えばサイズ不良ビード４０８である）場合の、不良４３０の例の断面図である。小さすぎるビード４１０は、例えば、当該隣接ビード３２８を形成する際に、ビード形成パラメータ２４０（図２）のうちの１つ以上にエラーがあったために発生している。例えば、ビード形成パラメータ２４０のエラーとしては、プリントヘッド１４０（図２）の過度に速いヘッド走行速度、及び／又は、プリントヘッド１４０のノズル１５０（図３）を通過（例えばポンプ送給）させる際の過度に低い材料送給率がある。図１９は、既存ビード３４０、及び、図１８の平坦化前ビード３２０が平坦化されて形成された新たなビード３２４の断面図であり、隣接ビード３２８が小さすぎたために、新たなビード３２４と隣接ビード３２８との間に間隙４３２が発生している。上述したように、間隙４３２は、完成時に被製造物品４６０内で空隙４４２となるおそれがある。

【0043】

図２０は、平坦化前ビード３２０は適切に配置されているものの、隣接ビード３２８が大きすぎる（例えばサイズ不良ビード４０８である）場合の、不良４３０の例の断面図であり、この不良は、例えば、平坦化前ビード３２０の押し出しの際のプリントヘッド１４０のヘッド走行速度のエラー及び／又は材料送給率のエラーを含む、１つ以上のビード形成パラメータ２４０のエラーの結果である。図２１は、図２０の新たなビード３２４が、隣接ビード３２８が大きすぎたために配置不良となった例の断面図である。例えば、新たなビード３２４のビード中心線３６０は、下層３４４内の既存ビード３４０のビード中心線３６０からずれている。大きすぎるビード４１２が原因で、次に形成される新たなビード３２４も配置不良となりうる。

【0044】

図２１には、空隙４４２の形態の不良４３０の例も示されており、このような空隙の１つ以上は、製造が完了して、被製造物品４６０が硬化又は固化された後も、被製造物品４６０に残存するおそれがある。空隙４４２は、被製造物品４６０における２つ以上の既存ビード３４０の表面どうしの間に発生しうる。図２１には、１つの空隙４４２を示しているが、被製造物品４６０は、被製造物品４６０の任意の部分に沿って延びる任意の数の空隙４４２を含みうる。上述したように、空隙４４２は、図１７及び図１９に示した間隙４３２のような、新たなビード３２４と隣接ビード３２８との間の間隙４３２の結果としても発生しうる。また、空隙４４２は、後述するように、形成中の既存ビード３４０の表面のくぼみ４３６（例えば図３９及び図４１）の結果としても発生しうる。

【0045】

本開示では、空隙４４２（例えば図２１）は、参照物品４７０の非破壊評価（例えば、Ｘ線撮像、コンピュータ断層撮影など）、及び／又は、参照物品４７０の物理的検査によって検出及び測定することができる。上述したように、参照物品４７０は、例えば、公称物品４８０として完成及び設計されたものであり、ビード形成パラメータ２４０の調整が必要かどうかを評価する手段として、製造中に被製造物品４６０が比較される参照基準として使用するためのものである。一例において、公称物品４８０は、後に被製造物品４６０を製造する際に使用するのと同じ種類の材料及び同じ種類のプリントヘッド１４０を用いて製造される。例えば、公称物品４８０を（試験室などで）物理的に切断し、公称物品４８０における複数の公称輪郭位置４８６で公称断面輪郭４８４を測定することによって、上述した公称輪郭データ４８２を生成することができ、この公称輪郭データを、制御システム２００が、被製造物品４６０を製造する際に（１つ以上のプロフィルメータ１８０を用いて）継続的に生成される被製造輪郭データ４６２と比較する。

【0046】

公称断面輪郭４８４に関連する輪郭特徴４００の測定値（例えば、ビード横位置、ビード形状、ビードサイズ、切れ目サイズ、及び／又は切れ目形状の数値）を、冷却の際のビード材料の収縮を補償するように調整してもよい。この点について、材料は、プリントヘッド１４０からの押し出しの際には、例えば、既存ビード３４０よりも高温、及び／又は、周囲温度よりも高温である。材料の新たなビード３２４は、例えば室温まで冷えると収縮する。（例えば材料が高温である時の）被製造輪郭データ４６２と、公称輪郭データ４８２（例えば参照輪郭データ４７２）との輪郭比較を正確なものとするためには、公称断面輪郭４８４の測定値に調整係数を適用することによって、このような収縮を補償することが必要な場合がある。例えば、調整係数を適用することによって、公称物品４８０の各輪郭特徴４００（例えばビード幅、切れ目幅など）の値を、材料の冷却によって生じる輪郭特徴の収縮に相当する量だけ増大させる。上述したように、制御システム２００は、１つ以上の被製造輪郭位置４６６に発生するおそれのある不良４３０（例えば、空隙４４２、間隙４３２、ビード配置不良４３４、サイズ不良ビード４０８）を、公称物品４８０における対応する公称輪郭位置４８６での不良４３０を超えないサイズまで低減するように、輪郭比較に基づいて１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整するように構成されている。

【0047】

上述したように、公称輪郭データ４８２（図２）（例えば参照輪郭データ４７２）は、公称断面輪郭４８４と、これに対応する、測定された各公称断面輪郭４８４の３次元位置（すなわち公称輪郭位置）とを含む。さらに、公称輪郭データ４８２は、公称断面輪郭４８４のうちの１つ以上に関連する不良４３０に関するデータも含む。上述したように、公称物品４８０における空隙４４２などの不良４３０は、公称物品４８０を評価する際に検出及び測定される。空隙４４２に関しては、例えば、空隙４４２のサイズ（例えば空隙４４２の幅及び／又は空隙４４２の断面積）が測定される。このような空隙データは、各空隙４４２が関連付けられる公称断面輪郭４８４と共に、輪郭対空隙データ４８８として記録することができる。一実施例において、輪郭対空隙データ４８８は、閾値サイズよりも大きい空隙４４２のデータに限定してもよい。例えば、横方向１８４において０．１０インチよりも小さい空隙幅の空隙４４２は、輪郭対空隙データ４８８から除外してもよい。

【0048】

図２２は、プリントヘッド１４０（図４）の上述のプロフィルメータ１８０（図４）のうちの１つ以上によって測定されうる、既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４の一例を示しており、図１６の平坦化前ビード３２０の配置不良を示している。例えば、この被製造断面輪郭４６４は、図４に示すプリントヘッド１４０の付設前位置３００に取り付けられたプロフィルメータ１８０によって、測定される。図２３は、被製造断面輪郭４６４の輪郭特徴４００（例えば、ビード横位置４０２、ビードサイズ、切れ目サイズなど）を示す、図２２の被製造断面輪郭４６４の拡大図である。

【0049】

上述したように、制御システム２００は、１つ以上の被製造輪郭位置４６６で測定された被製造断面輪郭４６４の少なくとも１つ輪郭特徴４００を、対応する参照輪郭位置４７６における参照断面輪郭４７４の対応する輪郭特徴４００と比較することによって輪郭比較を行い、被製造断面輪郭４６４の被製造輪郭位置４６６において被製造物品４６０に発生しうる不良４３０を抑制又は防止するためにビード形成パラメータ２４０の調整が必要な場合は、それがどのビード形成パラメータであるかを判定するように構成されている。

【0050】

被製造断面輪郭４６４の被製造輪郭位置４６６は、１つ以上のプロフィルメータ１８０によって被製造断面輪郭４６４を測定する時に、自動的に（例えば制御システム２００によって）プリントヘッド１４０の３次元位置と関連付けられる。一実施例において、製造システム１００は、例えば１つ以上のエンコーダ（図示せず）を含み、これが、ヘッド移動システム１０４（例えば、図１のガントリー１０６；ロボット装置‐図示せず）によって、プリントヘッド１４０をヘッド経路に沿って移動させる際に使用される。このようなエンコーダが、例えば、プリントヘッドの位置データを、継続的に制御システム２００に送信し、これを、制御システム２００が、１つ以上のプロフィルメータ１８０によって測定された被製造断面輪郭４６４と継続的に関連付ける。

【0051】

上述したように、輪郭特徴４００は、新たな層３２６、及び、新たなビード３２４が形成される新たな層３２６のすぐ下にある下層３４４のうちの少なくとも１つの断面輪郭を画定する１つ以上のビードの、ビード横位置４０２、ビードサイズ、及び／又は、ビード形状を含みうる。ビード横位置４０２は、例えば、既存ビード３４０、平坦化前ビード３２０、及び／又は、新たなビード３２４の横位置である。ビード横位置４０２は、例えば、平坦化前ビード３２０のビード中心線３６０及び１つ以上の既存ビード３４０（例えば下層３４４内のビード又は隣接ビード３２８）のビード中心線３６０に対して測定したり、あるいは新たなビード３２４のビード中心線３６０と１つ以上の既存ビード３４０のビード中心線３６０との間で測定したりすることができる。輪郭特徴４００は、既存ビード３４０、平坦化前ビード３２０、及び／又は、新たなビード３２４のビード幅４０６及び／又はビード高さ４０４などのビードサイズをさらに含みうる。さらに、輪郭特徴４００は、既存ビード３４０、平坦化前ビード３２０、及び／又は、新たなビード３２４のビード形状（例えば、断面形状‐矩形、正方形、円形など）を含みうる。

【0052】

さらに、輪郭特徴４００は、１つ以上の切れ目４２０の切れ目サイズ及び／又は切れ目形状、あるいは、断面輪郭を画定するビード間の表面輪郭に存在する凹み（dip）を含みうる。いくつかの実施例において、制御システム２００は、閾値を超える（例えば０．１０インチより大きい）切れ目サイズを有する切れ目４２０を記録するように構成してもよい。切れ目サイズは、例えば、切れ目深さ４２２（図２３）を含み、切れ目深さは、切れ目頂点４２４（図２３）と、切れ目４２０が間にある既存ビード３４０のうちの少なくとも一方の上面との間の垂直距離として定義することができる。切れ目サイズは、例えば、切れ目４２０の最大水平幅として定義することができる切れ目幅４２６（図２３）も含み、これは、通常は、切れ目４２０を構成している既存ビード３４０の上面付近における幅である。切れ目サイズは、切れ目断面積で定義することもできる。また、切れ目形状は、切れ目４２０の対向する面のうちの一方又は両方の半径で定義することもできる。

【0053】

一実施例において、輪郭比較を行う際は、１つ以上の被製造輪郭位置４６６における被製造断面輪郭４６４を構成している１つ以上の既存ビード３４０のビード横位置４０２、ビード形状、及び／又は、ビードサイズが、対応する参照輪郭位置４７６における参照断面輪郭４７４を構成している対応する既存ビード３４０のビード横位置４０２、ビード形状、及び、ビードサイズと、其々比較される。これに代えて又は加えて、輪郭比較を行う際に、１つ以上の被製造輪郭位置４６６における被製造断面輪郭４６４を構成している既存ビード３４０の間の切れ目サイズ及び切れ目形状を、対応する参照輪郭位置４７６における参照断面輪郭４７４を構成している対応する既存ビード３４０のビード横位置４０２、ビード形状、及び、ビードサイズと、其々比較してもよい。制御システム２００によって行われる輪郭比較は、上記の輪郭特徴４００のうちの任意の１つ以上のサイズ及び／又は形状を比較することを含みうる。

【0054】

図２３に戻ると、同図には、図２２の被製造断面輪郭４６４の拡大図が示されている。この被製造断面輪郭４６４の輪郭特徴４００は、平坦化前ビード３２０及び既存ビード３４０のビード横位置４０２及びビードサイズ（例えばビード幅４０６）を含みうる。輪郭特徴４００は、既存ビード３４０の間の切れ目４２０の切れ目サイズも含みうる。図２３において、平坦化前ビード３２０のビード中心線３６０は、平坦化前ビード３２０の下にある既存ビード３４０のビード中心線３６０からずれている。

【0055】

図２４は、図２２～図２３に表した既存ビード３４０及び平坦化前ビード３２０の断面図である。制御システム２００は、被製造断面輪郭４６４（例えば図２３）を、対応する参照断面輪郭４７４（例えば図１２）と輪郭比較したことを受けて、プリントヘッド１４０（図３）のヘッド経路を調整し、平坦化前ビード３２０が隣接ビード３２８のより近くに押し出されるようにプリントヘッド１４０を横方向において配置変更するよう、構成されている。制御システム２００によるヘッド経路の調整後は、調整されたヘッド経路が新たなヘッド経路となる。図２５は、新たなビード３２４（すなわち、平坦化前ビード３２０を平坦化した後のビード）が隣接ビード３２８と隣り合って接触している状態を示しており、ビード形成パラメータ２４０を調整していなければ、新たなビード３２４と隣接ビード３２８との間に発生していたかもしれない間隙４３２（例えば図１７）が回避されたことを示している。

【0056】

図２６は、図４の平坦化前位置に取り付けられた１つ以上のプロフィルメータ１８０によって測定されうる、図１８の既存ビード３４０及び平坦化前ビード３２０の被製造断面輪郭４６４の一例を示している。図２６は、小さすぎるビード４１０としての隣接ビード３２８（例えば既存ビード３４０）を示している。図２７は、輪郭特徴４００（例えば、ビード横位置４０２、ビードサイズ、切れ目サイズなど）を示す、図２６の被製造断面輪郭４６４の拡大図であり、輪郭特徴は、制御システム２００が、参照物品４７０の対応する輪郭特徴４００と比較して、被製造物品４６０の不良４３０を抑制又は防止するために１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整が必要かどうかを判定するためのものである。

【0057】

図２８は、図１８の既存ビード３４０及び平坦化前ビード３２０の断面図である。制御システム２００は、被製造断面輪郭４６４（例えば図２７）を、参照断面輪郭４７４（例えば図１２）と輪郭比較したことを受けて、プリントヘッド１４０のヘッド走行速度、及び／又は、材料が基材１２０上に押し出される際の材料送給率などの１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整するように構成されている。ビード形成パラメータ２４０は、新たなビード３２４と隣接ビード３２８との間に間隙４３２（例えば図１９）が発生するのを抑制又は防止するために、平坦化前ビード３２０のビードサイズが大きくなるように調整することができる。図２９は、平坦化前ビード３２０を平坦化して新たなビード３２４を形成した後の、図２８のビード構造の断面図であり、新たなビードは、隣接ビード３２８と隣り合って接触しており、ビード形成パラメータ２４０を調整していなければ、新たなビード３２４と隣接ビード３２８との間に発生していたかもしれない間隙４３２が回避されたことを示している。さらに、ビード形成パラメータ２４０を調整することによって、例えば、新たなビード３２４と隣接ビード３２８との間の切れ目４２０（例えば図２７）を、新たなビードの材料で、少なくとも部分的に埋めることができる。

【0058】

本明細書に開示の実施例のいずれにおいても、制御システム２００は、不良（例えば小さすぎるビード４１０）が存在し続けている間は、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整を維持しうる。例えば、隣接ビード３２８が小さすぎることが輪郭比較によって示されている間は、制御システム２００は、ヘッド走行速度の減速状態、及び／又は、材料送給率の上昇状態を維持しうる。隣接ビード３２８が小さすぎる状態ではなくなったことが輪郭比較によって示されると、制御システム２００は、例えば、ビード形成パラメータ２４０を以前の設定に戻す。この点に関し、本明細書に開示の実施例のいずれにおいても、制御システム２００は、被製造物品４６０の製造中に不良４３０（例えば、ビード配置不良４３４、サイズ不良ビード４０８、間隙４３２の発生など）が存在する間、一時的に、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の設定を調整することができる。これに代えて、制御システム２００は、被製造物品４６０の製造期間の間、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整後の設定を維持してもよい。

【0059】

図３０は、図４に示した平坦化後位置３０６に取り付けられた１つ以上のプロフィルメータ１８０によって測定されうる、図２０の既存ビード３４０及び平坦化前ビード３２０の被製造断面輪郭４６４の一例を示している。図３０は、大きすぎるビード４１２としての隣接ビード３２８（例えば既存ビード３４０）を表している。図３１は、輪郭特徴４００（例えば、ビード横位置４０２、ビードサイズ、切れ目サイズなど）を示す、図３０の被製造断面輪郭４６４の拡大図であり、輪郭特徴は、制御システム２００が、参照物品４７０の対応する輪郭特徴４００と比較して、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整が必要かどうかを判定するためのものである。

【0060】

図３２は、図２０の既存ビード３４０及び平坦化前ビード３２０の断面図であり、平坦化前ビード３２０のサイズが小さくなったことを示しており、これは、制御システム２００が、新たなビード３２４（例えば平坦化前ビード３２０を平坦化した後のビード）のビード配置不良（図示せず）を回避するために、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整（例えば、プリントヘッド１４０のヘッド走行速度を上げること、及び／又は、材料送給率を下げること）を行った結果である。図３３は、平坦化前ビード３２０を平坦化して新たなビード３２４を形成した後の、図３２のビード構造の断面図であり、新たなビードは、図示のように、隣接ビード３２８と適切に隣り合って接触している。

【0061】

図３４は、図４の付設前位置３００で１つ以上のプロフィルメータ１８０によって測定されうる、既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４の一例を示している。被製造物品４６０の設計どおりの構成次第では、隣接ビード３２８（すなわち、これから新たなビード３２４が隣に形成されるビード）が、配置不良ビードのようになる場合がある。図３５は、ビード横位置４０２を含む輪郭特徴４００を示す、図３４の被製造断面輪郭４６４の拡大図であり、制御システム２００は、この輪郭特徴を参照物品４７０の対応する輪郭特徴４００と比較しうる。

【0062】

図３６は、図３４の既存ビード３４０の断面図であり、制御システム２００によって行われた輪郭比較を受けて、平坦化前ビードが隣接ビード３２８のより近くに配置変更された状態を示している。輪郭比較の結果、制御システム２００は、平坦化前ビード３２０を隣接ビード３２８のより近くに押し出すために、プリントヘッド１４０の横方向における配置を調整させることができる。図３８は、平坦化前ビード３２０を平坦化して新たなビード３２４を形成した後の、図３６のビード構造の断面図であり、新たなビードは、被製造物品４６０内における、より良好な位置に配置されている。また、新たなビード３２４の材料を切れ目（図示せず）に充填することができ、その結果、新たなビード３２４と既存ビード３４０との積み重ね状態が改善し、これにより、被製造物品４６０内の上記位置における空隙（図示せず）の発生を防止することができる。

【0063】

図３７は、図３４の既存ビード３４０の断面図であり、制御システム２００による輪郭比較及びその後のビード形成パラメータ２４０の調整により、平坦化前ビード３２０のサイズが大きくなった状態を示している。例えば、制御システム２００は、図３５に示した１つ以上の切れ目４２０を少なくとも部分的に埋めて、被製造物品４６０における空隙４４２の発生を抑制又は防止するための手段として、平坦化前ビード３２０のビードサイズが大きくなるように、プリントヘッド１４０のヘッド走行速度及び／又は材料が基材１２０上に押し出される際の材料送給率を調整することができる。

【0064】

図３９は、既存ビード３４０の対向する終端３６２にプリントヘッド１４０の一部が近付いている例を示す斜視図である。プリントヘッド１４０は、横プロフィルメータ１８６及び縦プロフィルメータ１９０を含んでいる。横プロフィルメータ１８６は、図示の状態では、プリントヘッド１４０の走行方向に対して垂直である横方向１８４に沿う向きの走査平面１８２に沿って、レーザを照射している。横プロフィルメータ１８６は、図示の状態では、既存ビード３４０の横方向１８４に沿った被製造断面輪郭４６４を生成している。既存ビード３４０は、表面くぼみ４３６を有しており、これが、横プロフィルメータ１８６によって測定された被製造断面輪郭４６４に表れる。プリントヘッド１４０は、縦プロフィルメータ１９０も有しており、縦プロフィルメータは、図示の状態では、プリントヘッド１４０の走行方向に対して平行である縦方向１８８に沿う向きの走査平面１８２に沿って、レーザを照射している。縦プロフィルメータ１９０は、図示の状態では、既存ビード３４０の終端３６２どうしの間の切れ目４２０を表す被製造断面輪郭４６４を生成している。

【0065】

図４０は、縦方向１８８に沿った被製造断面輪郭４６４を示しており、図３９の既存ビード３４０の終端３６２どうしの間の切れ目４２０を示している。輪郭特徴４００は、切れ目４２０の切れ目深さ４２２及び切れ目幅４２６を含みうる。輪郭比較の際に、制御システム２００は、既存ビード３４０の終端３６２どうしの間の切れ目４２０にプリントヘッド１４０が近付くことを見越して、ビード形成パラメータのうちの１つ以上の調整が必要かどうかを判定することができる。制御システム２００は、例えば、新たなビード３２４を一定のビード高さ４０４（図２９）に維持しつつ、新たなビード３２４の材料で切れ目４２０を少なくとも部分的に埋めることができるようにする手段として、ノズル１５０（図４）が切れ目４２０の上を通過する間、平坦化前ビード３２０（図２８）のビードサイズが一時的に大きくなるように、ヘッド走行速度及び／又は材料送給率などの１つ以上のビード形成パラメータ２４０を一時的に調整する。

【0066】

図４１は、横方向１８４に沿った被製造断面輪郭４６４を示しており、図３９の既存ビード３４０にある表面くぼみ４３６を示している。輪郭特徴４００は、既存ビード３４０のビードサイズ及びビード形状に加えて、表面くぼみ４３６のくぼみ深さ４４０及びくぼみ幅４３８も含みうる。プリントヘッド１４０が移動する間に制御システム２００によって輪郭比較が行われるが、その際に制御システム２００は、例えば、平坦化前ビード３２０の材料の量を一時的に増やすべく、ビード形成パラメータ２４０を調節する必要があると判断する。これにより、表面くぼみ４３６が少なくとも部分的に材料で埋められ、被製造物品４６０内の該当箇所に空隙４４２が発生するのを抑制又は防止できるようになる。

【0067】

図４２は、既存ビード３４０の終端３６２が別の既存ビード３４０の側面で終わっている位置に、プリントヘッド１４０の一部が近付いている例を示す斜視図である。図３９に示した構成と同様に、プリントヘッド１４０は、其々横方向１８４（図３９）及び縦方向１８８（図３９）に沿って被製造断面輪郭４６４を測定する、横プロフィルメータ１８６及び縦プロフィルメータ１９０を有している。縦方向１８８に沿って取得された被製造断面輪郭４６４は、一方の既存ビード３４０の終端３６２と、他方の既存ビード３４０の側面との間に切れ目４２０を含んでいる。図４３は、縦方向１８８に沿って取得された被製造断面輪郭４６４を示しており、切れ目の切れ目幅４２６及び切れ目深さ４２２を含む輪郭特徴４００を含むとともに、互いに交差するビード及び既存ビード３４０を支持しているテーブル１２２の表面の幾何学特徴も含んでいる。輪郭比較の結果、例えば、制御システム２００は、材料で切れ目４２０を少なくとも部分的に埋めることができるよう、ノズル１５０が切れ目４２０の上を通過する間、平坦化前ビード３２０のビードサイズを一時的に大きくするために、１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整する必要があると判断する。上述の実施例のいずれにおいても、制御システム２００は、様々な理由のうちのいずれのために、１つ以上のビード形成パラメータ２４０の調整が必要であると判断してもよく、既存ビード３４０の間の切れ目４２０を少なくとも部分的に埋める目的や、ビード配置不良４３４を抑制又は防止する目的に限定されない。

【0068】

図４４は、製造システム１００の一例の斜視図であり、被製造物品４６０がツール１２４の水平面に支持されるとともに、プリントヘッド１４０が水平方向における一層ずつの製造を行うように配向された状態を示している。被製造物品４６０の基部は、テーブル１２２に取り付けられている。当該テーブルは、垂直方向に沿って立てられた状態であり、ツール１２４の水平トラック１１２に沿って水平方向に移動可能である。新たな層３２６が形成されるたびに、テーブル１２２は、水平トラック１１２に沿って段階的に移動し、被製造物品４６０を引っ張る。これにより被製造物品４６０は、ツール１２４の水平面に沿って摺動する。

【0069】

図４５は、図４４のプリントヘッド１４０（ヘッド移動システムは意図的に省略）、及び、既存ビード３４０ならびにツール１２４の一部の斜視図である。新たなビード３２４を形成する際に、プリントヘッド１４０の走行方向に対して垂直な横方向１８４に沿って、既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４を測定するプロフィルメータ１８０も示されている。図４６は、図４５の既存ビード３４０及びツール１２４の一部の拡大断面図であり、プロフィルメータ１８０によって測定された被製造断面輪郭４６４を示している。さらに、切れ目４２０の切れ目幅４２６及び切れ目深さ４２２を含む、被製造断面輪郭４６４の輪郭特徴４００も示している。制御システム２００は、輪郭特徴４００を参照物品４７０（図示せず）の対応する輪郭特徴４００と比較して、被製造物品４６０における不良４３０を抑制又は防止するためにビード形成パラメータ２４０の調整が必要かどうかを判断する。例えば、制御システム２００は、新たなビード３２４の側面を、図４６に示すツール１２４の表面と揃った状態に維持するためにヘッド経路の調整が必要かどうかを判定する。

【0070】

上述したように、いくつかの実施例において、制御システム２００は、被製造輪郭データ４６２と比較するための参照輪郭データ４７２として、機械学習輪郭データ４９０を用いることもできる。上述したように、機械学習輪郭データ４９０は、被製造物品４６０における対応する複数の被製造輪郭位置４６６において以前に生成された、複数の被製造断面輪郭４６４を含む。ビード形成パラメータ２４０の調整が必要かどうかを判断するために、機械学習輪郭データ４９０を被製造輪郭データ４６２と比較することに加えて、制御システム２００は、プリントヘッド１４０の動作特性の傾向を機械学習によって検出するために、以前に生成された被製造断面輪郭４６４を継続的に比較することもできる。このような動作特性は、製造システム１００が、今後のどこかの時点で、仕様から外れて動作することの前兆である場合がある。製造システム１００の動作特性の傾向が、製造システム１００の１つ以上の部品の調整、メンテナンス、修理、及び／又は交換の必要性を、早い段階で示している場合がある。

【0071】

例えば、被製造断面輪郭４６４を継続的に比較することによって、制御システム２００は、平坦化前ビード３２０がノズル１５０から押し出される際のビード径の変化の傾向を把握する。制御システム２００は、例えば、ビード径が徐々に大きくなっていく傾向を把握するが、この傾向は、ノズル１５０が摩耗していること、及び／又は、ノズル１５０から材料を送給しているポンプ（図示せず）が公称以下の動作をしていることの表れでありうる。別の傾向の例として、新たなビード３２４のビード高さ４０４が徐々に大きくなるという傾向があり、これは、圧縮装置１６０が調整されていないことを示唆している場合がある。さらに別の傾向の例として、プリントヘッド１４０が基材１２０上に平坦化前ビード３２０を配置する際の精度が低下するという傾向があり、これは、ヘッド移動システム１０４（例えば、ガントリー１０６‐図１；ロボット装置‐図示せず）の性能が仕様から外れていることの表れである場合がある。なお、制御システム２００は、被製造物品４６０の製造の際に被製造断面輪郭４６４を継続的に比較することによって、プリントヘッド１４０の種々の動作特性のうちのいずれの特性の傾向を把握してもよい。制御システム２００は、１つ以上の不良４３０の原因となりうる傾向を把握すると、製造システム１００が現在、仕様から外れて動作しているかもしれないこと、あるいは、修正処置を取らなければ、製造システム１００が今後仕様から外れて動作する可能性があることを示唆する警告（例えば、視覚、聴覚、触覚による）を発するように構成してもよい。

【0072】

図４７を参照すると、同図は、被製造物品４６０を付加製造する方法５００に含まれる動作のフローチャートを示している。方法５００は、被製造物品４６０を製造する際に、付加製造システム１００のプリントヘッド１４０を用いて、基材１２０上に材料を押し出して、新たなビード３２４を形成する工程５０２を含む。本開示において、図示及び上述したように、基材１２０上に材料を押し出す工程５０２は、略円形の断面を有する平坦化前ビード３２０として、ノズル１５０から材料（例えば溶融材料）を押し出すことを含みうる。

【0073】

工程５０２は、プリントヘッド１４０に連結された圧縮装置１６０（例えば圧縮ローラ１６２）を用いて、平坦化前ビード３２０を基材１２０に押し付けて圧縮することにより、新たなビード３２４を平坦化ビード３２２として形成することも含みうる。上述したように、プリントヘッド１４０は、限定するものではないが、ガラス材料、セラミック材料、金属材料、高分子材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む様々な組成物のうちの任意の１つの溶融材料を押し出すことができる。ただし、上述した代替の実施例において、プリントヘッド１４０は、金属ワイヤ材料（例えば連続する金属ワイヤ‐図示せず）を吐出するように構成することもでき、ワイヤ材料は、例えば、吐出される際に連続的に基材１２０上に融着される。ワイヤ材料は、抵抗発熱素子、アーク溶接トーチ、レーザ、及び／又は電子ビームなどの局所的な高温源（図示せず）を用いて溶融され、プリントヘッド１４０が基材１２０に沿って移動するにつれて、冷却された金属材料による新たなビード３２４を基材１２０上に形成することができる。図示していないが、プリントヘッド１４０は、冷却及び固化して新たなビード３２４となる前の溶融金属材料を所望の断面形状とするための装置を含んでいてもよい。

【0074】

方法５００は、新たなビード３２４を形成する際に、プリントヘッド１４０と共に移動可能な少なくとも１つプロフィルメータ１８０を用いて、被製造物品４６０における、少なくとも、１つ以上の既存のビード３４０の被製造断面輪郭４６４を測定する工程５０４をさらに含む。上述したように、プリントヘッド１４０は、既存ビード３４０の表面輪郭線を非接触で測定するように構成された１つ以上のプロフィルメータ１８０を含みうる。プリントヘッド１４０に対するプロフィルメータ１８０の相対位置によっては、被製造断面輪郭４６４は、既存ビード３４０に対して形成されつつある平坦化前ビード３２０又は新たなビード３２４の表面輪郭線も測定したものである。この点に関し、少なくとも１つプロフィルメータ１８０を用いて被製造断面輪郭４６４を測定する工程５０４は、図４の実施例に示したように、例えば、ノズル１５０の上流側の付設前位置３００で被製造断面輪郭４６４を測定することを含み、この場合は、図８～図９に示した実施例のように、既存ビード３４０のみの被製造断面輪郭４６４となる。これに代えて又は加えて、工程５０４は、例えば、図４に示したように、ノズル１５０と圧縮装置１６０との間の平坦化前位置３０４で被製造断面輪郭４６４を測定することを含み、この場合は、図１１～図１２に示した実施例のように、平坦化前ビード３２０及び既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４となる。工程５０４は、これに代えて又は加えて、例えば、図４に示したように、圧縮装置１６０の下流側の平坦化後位置３０６で被製造断面輪郭４６４を測定することを含み、この場合は、図１４～１５に示した実施例のように、新たなビード３２４及び既存ビード３４０の被製造断面輪郭４６４となる。

【0075】

いくつかの実施例において被製造断面輪郭４６４を測定する工程５０４は、新たなビード３２４を形成する際に、レーザプロフィルメータを用いて、例えば、プリントヘッド１４０の走行方向に対して垂直な横方向１８４（図３）に沿って、レーザビームを照射することによって行われる。これに代えて又は加えて、プリントヘッド１４０は、プリントヘッド１４０の走行方向に対して平行な縦方向１８８（図３）に沿ってレーザビームを照射するように構成された、１つ以上のレーザプロフィルメータを含んでいてもよい。さらなる実施例において、プリントヘッド１４０は、横方向１８４と縦方向１８８との組み合わせを含む様々な方向のうちの任意の１つにおいて走査するように構成された１つ以上のレーザプロフィルメータを含んでいてもよい。

【0076】

さらに図４７を参照すると、方法５００は、プリントヘッド１４０がヘッド経路に沿って移動するにつれて、１つ以上のプロフィルメータ１８０によって被製造物品４６０における複数の被製造輪郭位置４６６で測定された被製造断面輪郭４６４を含む被製造輪郭データ４６２を、制御システム２００を用いて生成する工程５０６をさらに含む。上述したように、被製造物品４６０を製造する際には、１つ以上のプロフィルメータが、少なくとも、１つ以上の既存ビード３４０の表面輪郭線を、継続的(continuously)又は定期的(periodically)に走査する。制御システム２００は、１つ以上のプロフィルメータによって測定された被製造断面輪郭４６４を、継続的又は定期的に受信及び記録することができる。被製造断面輪郭４６４の被製造輪郭位置４６６は、制御システム２００によって、自動的に記録することができる。被製造輪郭位置４６６は、被製造断面輪郭４６４を測定した時点における、プリントヘッド１４０の６次元位置データ（例えば３次元位置データ及び３次元角度配向データ）に基づいて求められる。例えば、上述したように、プリントヘッド１４０の６次元位置データは、付加製造マシン１０２のヘッド移動システム１０４に備えられたエンコーダ（図示せず）などの１つ以上の位置制御装置によって生成された信号から得ることができる。

【0077】

図４７を参照すると、方法５００は、制御システム２００を用いて、被製造輪郭データ４６２を、参照物品４７０の参照輪郭データ４７２と比較する工程５０８をさらに含む。上述したように、参照輪郭データ４７２は、製造中の被製造物品４６０における複数の被製造輪郭位置４６６に対応する複数の参照輪郭位置４７６における、参照断面輪郭４７４を含む。被製造輪郭データ４６２を参照輪郭データ４７２と比較する工程５０８は、被製造断面輪郭４６４の１つ以上の輪郭特徴４００を、対応する参照断面輪郭４７４の１つ以上の対応する輪郭特徴４００と比較することを含みうる。例えば、当該方法は、被製造断面輪郭４６４におけるビード横位置４０２、ビード形状、ビードサイズ、切れ目サイズ、及び／又は、切れ目形状を、参照物品４７０の対応する参照断面輪郭４７４におけるビード横位置４０２、ビード形状、ビードサイズ、切れ目サイズ、及び／又は切れ目形状と、其々比較することを含みうる。

【0078】

上述したように、ビード横位置４０２は、例えば、既存ビード３４０、平坦化前ビード３２０、及び／又は、新たなビード３２４のビード中心線３６０を基準として測定される。ビードサイズは、既存ビード３４０、平坦化前ビード３２０、及び／又は、新たなビード３２４のビード幅４０６及び／又はビード高さ４０４を含みうる。ビード形状は、矩形、正方形、又はその他の形状としての、既存ビード３４０又は新たなビード３２４の断面形状を表しうる。ビード形状は、（例えばビード断面形状における）ビード角部の曲率半径、またはビード断面形状におけるその他の幾何学的特徴も表しうる。既存ビード３４０の間の切れ目４２０の切れ目サイズは、切れ目頂点４２４における切れ目深さ４２２、切れ目幅４２６、及び／又は、切れ目断面積を含みうる。切れ目形状は、既存ビード３４０の間の切れ目４２０の両側面の曲率半径を含んでいてもよいし、これに加えて又は代えて、切れ目形状は、切れ目４２０のその他の幾何学的特徴を含んでいてもよい。

【0079】

いくつかの実施例において、参照輪郭データ４７２は、例えば、公称輪郭データ４８２である。上述した一実施例において、参照輪郭データ４７２は、参照物品４７０から生成することができ、参照物品は、被製造物品４６０を製造する際に被製造物品４６０が比較される参照基準として使用するために、例えば、公称物品４８０として完成及び設計されたものである。当該方法は、任意の工程として、被製造物品４６０を表す、公称物品４８０の物理的な見本（例えば、以前に製造された被製造物品４６０）を評価することを含む。当該方法は、被製造物品４６０の少なくとも一部を表す公称物品４８０における、複数の公称輪郭位置４８６で、公称断面輪郭４８４を測定することによって、参照輪郭データ４７２を生成することを含みうる。当該方法は、次に、参照物品４７０における公称輪郭位置４８６（図２）のうちの１つ以上に存在する又は関連する空隙４４２を特定する、輪郭対空隙データ４８８を生成することを含みうる。当該方法は、上述したように、公称輪郭位置４８６のうちの１つ以上における、公称断面輪郭４８４及び輪郭対空隙データ４８８を含む公称輪郭データ４８２を生成することをさらに含みうる。

【0080】

当該方法は、公称物品４８０から参照輪郭データ４７２を生成することに代えて又は加えて、参照輪郭データ４７２として模擬輪郭データ４９４を生成することを含みうる。模擬輪郭データ４９４は、模擬物品４９２における複数の模擬輪郭位置４９８での模擬断面輪郭４９６を分析することによって、生成することができ、模擬物品は、例えば、被製造物品４６０のコンピュータモデルである。例えば、上述したように、コンピュータモデルは、被製造物品４６０のＣＡＤモデル２２２であり、被製造物品４６０の設計どおりのバージョンを表すものである。複数の模擬輪郭位置４９８における模擬断面輪郭４９６を分析することは、模擬物品４９２における複数の模擬輪郭位置４９８の模擬断面輪郭４９６から、輪郭特徴４００（例えばビードサイズ、ビード形状、切れ目サイズ、切れ目形状）の測定値を抽出することを含みうる。当該方法は、模擬輪郭位置４９８に存在しうる、模擬物品４９２内の空隙４４２を特定する輪郭対空隙データ４８８を生成することをさらに含みうる。当該方法は、模擬輪郭位置４９８のうちの１つ以上における模擬断面輪郭４９６及び輪郭対空隙データ４８８を含む模擬輪郭データ４９４を生成してメモリ２０２に保存することをさらに含みうる。

【0081】

公称物品４８０又は模擬物品４９２から、参照輪郭データ４７２を生成することに対する別の代替工程又は追加の工程として、当該方法は、参照輪郭データ４７２として使用するために、機械学習輪郭データ４９０を生成することを含みうる。機械学習輪郭データ４９０を生成するために、当該方法は、被製造物品４６０を製造する際に、複数の被製造輪郭位置４６６で測定された被製造断面輪郭４６４を、継続的に比較することを含みうる。当該方法は、被製造断面輪郭４６４を継続的に比較することに基づいて、被製造物品４６０の既存ビード３４０に関連する不良４３０の１つ以上のパターンを特定することを、さらに含みうる。例えば、上述したように、当該方法は、特定の種類の角部（例えば、既存ビードの方向変化位置）や被製造物品４６０におけるその他の位置などの、被製造物品４６０内の１種類以上の位置における、１つ以上の既存ビード３４０のビード配置不良４３４のパターンを特定することを含みうる。別の実施例において、当該方法は、被製造物品４６０における特定の種類の位置に発生する間隙４３２のパターンを特定することを含みうる。当該方法は、公称断面輪郭４８４と、公称断面輪郭４８４の被製造輪郭位置４６６のうちの１つ以上における不良４３０の１つ以上のパターンとを含む、機械学習輪郭データ４９０を生成することを含みうる。

【0082】

参照輪郭データ４７２のソースに関わらず、方法５００は、被製造輪郭データ４６２を参照輪郭データ４７２と比較することに基づいて、１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整して、新たなビード３２４の形成に関連する不良４３０のサイズを、ビード形成パラメータ２４０を調整しなければ発生したかもしれない不良４３０のサイズに比べて低減する工程５１０を含む。１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整する工程５１０は、新たなビード３２４と既存ビード３４０のうちの１つ以上との間の間隙４３２のサイズが、ビード形成パラメータ２４０を調整しない場合に発生しうる間隙４３２のサイズに比べて低減されるように、新たなビード３２４を形成することを含みうる。これに代えて又は加えて、ビード形成パラメータ２４０は、既存ビード３４０のうちの１つ以上に対する新たなビード３２４のビード配置不良４３４の大きさを低減するように、あるいは、既存ビード３４０における表面のくぼみ４３６の結果として発生する空隙４４２のサイズを低減するように調整することもできる。上述の実施例のいずれにおいても、１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整することによって、完成時に被製造物品４６０に存在しうる空隙４４２のサイズを、ビード形成パラメータ２４０を調整しない場合に発生しうる空隙４４２のサイズに比べて、低減することができる。

【0083】

１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整する工程５１０は、プリントヘッド１４０の１つ以上の経路パラメータ２４２及び／又は１つ以上のプロセスパラメータ２４４を調整することを含みうる。例えば、経路パラメータ２４２の調整は、プリントヘッド１４０の移動方向及び配向を規定するヘッド経路の調整、及び／又は、プリントヘッド１４０のヘッド走行速度の調整を含みうる。プロセスパラメータ２４４の調整は、材料が基材１２０上に押し出される際の材料温度の調整、材料が基材１２０上に押し出される際の材料送給率の調整、及び／又は、新たなビード３２４が形成されるビード付設速度の調整を含みうる。プロセスパラメータ２４４の調整は、上記に加えて又は代えて、圧縮装置１６０による平坦化前ビード３２０の平坦化の際に、材料の温度を上昇又は降下させるための手段としての、圧縮装置１６０の温度の調整を含みうる。プロセスパラメータ２４４の調整は、新たなビード３２４のビード高さ４０４が既存ビード３４０のビード高さ４０４と一致するよう制御するための手段として、圧縮装置１６０の垂直位置を調整することを、任意で含みうる。さらに、プロセスパラメータ２４４の調整は、例えば、圧縮装置１６０が基材１２０に押し付けるように材料に付与する圧縮圧力を調整することを含み、これは、新たなビード３２４のビードサイズ及び／又はビード形状に影響を及ぼしうる。

【0084】

１つ以上のビード形成パラメータ２４０を調整する例として、当該方法の工程５１０は、図２４～図２５に示したように、新たなビード３２４と既存ビード３４０との間の間隙４３２の発生を抑制又は防止するために、新たなビード３２４が既存ビード３４０のより近くに配置されるように、プリントヘッド１４０の横位置を調整することを含みうる。１つ以上のビード形成パラメータを調整する別の例として、当該方法の工程５１０は、図２８～図２９に示したように、新たなビード３２４と既存ビード３４０との間の間隙４３２の発生を抑制又は防止するために、新たなビード３２４のサイズが変化するよう、ヘッド走行速度及び／又は材料送給率を調整することを含みうる。

【0085】

上述したように、当該方法は、任意の工程として、機械学習を用いることを含み、機械学習では、被製造輪郭データ４６２の参照輪郭データ４７２との比較を利用して、付加製造マシン１０２の動作の傾向を測定し、仕様から外れた製造システム１００の動作を特定または予測する。この点に関し、当該方法は、被製造物品４６０を製造中する際に、対応する複数の被製造輪郭位置４６６における被製造断面輪郭４６４を、継続的に比較することを含みうる。当該方法は、被製造輪郭データ４６２を継続的に比較することにより、機械学習によって、製造システム１００の動作特性の傾向を検出することを含みうる。このような動作の傾向は、製造システム１００が、現在又は今後、仕様から外れて動作することの前兆である場合がある。上述したように、制御システム２００は、製造システム１００の現在又は今後の仕様から外れた動作を特定すると、適切な担当者に警告を発するように、構成することもできる。

【0086】

また、本開示は、以下の付記による実施例を含む。

【0087】

付記１． 被製造物品を付加製造する際に基材上に材料を押し出して新たなビードを形成するように構成されたプリントヘッドと、前記プリントヘッドと共に移動可能であるとともに前記新たなビードを形成する際に前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定するように構成された少なくとも１つのプロフィルメータと、前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成するとともに参照物品における前記複数の被製造輪郭位置に対応する複数の参照輪郭位置での参照断面輪郭を含む参照輪郭データに対する前記被製造輪郭データの輪郭比較を継続的に行うように構成された制御システムと、を含む製造システムであって、前記制御システムは、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整し、前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズが、前記ビード形成パラメータを調整しなかった場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減されるように、前記プリントヘッドに、前記ビード形成パラメータに従って前記新たなビードを形成させるように構成されている、製造システム。

【0088】

付記２． 付記１に記載の製造システムであって、前記制御システムは、前記被製造断面輪郭の輪郭特徴のうちの少なくとも１つを前記参照断面輪郭の輪郭特徴のうちの対応する１つと比較することによって前記輪郭比較を行うように構成されており、前記被製造断面輪郭の前記輪郭特徴は、前記新たなビードが形成される新たな層及び当該新たな層の直下にある下層のうちの少なくとも１つの層内における１つ以上のビードに係る、ビード横位置、ビード形状、及び、ビードサイズのうちの少なくとも１つ；及び、ビード間の切れ目の切れ目サイズ及び切れ目形状のうちの少なくとも１つ、である。

【0089】

付記３． 付記１に記載の製造システムであって、前記不良は、前記新たなビードと前記既存ビードのうちの１つ以上との間の間隙、前記既存ビードのうちの１つ以上に対する前記新たなビードのビード配置不良、既存ビードにおける表面のくぼみ、及び、前記被製造物品内の空隙、のうちの少なくとも１つを含む。

【0090】

付記４．付記１に記載の製造システムであって、前記ビード形成パラメータは、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、前記プリントヘッドの移動方向及び配向を規定するヘッド経路の少なくとも１つを含む経路パラメータ；前記基材に対する前記プリントヘッドのヘッド走行速度；前記材料が前記基材上に押し出される際の材料温度と、前記材料が前記基材上に押し出される際の材料送給率と、前記新たなビードが形成されるビード付設速度と、前記プリントヘッドの圧縮装置の温度と、前記圧縮装置の垂直位置と、前記圧縮装置が前記基材に押し付けるように前記材料に付与する圧縮圧力とのうちの少なくとも１つ；のうちの少なくとも１つを含む。

【0091】

付記５． 付記１に記載の製造システムであって、前記プリントヘッドは、ノズル及び圧縮装置を含み、前記ノズルは、前記基材上に、材料の平坦化前ビードを押し出すように構成されており、前記圧縮装置は、前記ノズルの下流側に位置するとともに、前記平坦化前ビードを前記基材に押し付けて、平坦化ビードとして前記新たなビードを形成するように構成されている。

【0092】

付記６． 付記５に記載の製造システムであって、前記少なくとも１つプロフィルメータは、以下の位置のうちの少なくとも１つ、すなわち、前記ノズルの上流側の付設前位置、前記ノズルと圧縮装置との間の平坦化前位置、及び、前記圧縮装置の下流側の平坦化後位置、のうちの少なくとも１つにおいて前記プリントヘッドに取り付けられている。

【0093】

付記７． 付記１に記載の製造システムであって、前記少なくとも１つプロフィルメータは、前記新たなビードを形成する際に、少なくとも、前記プリントヘッドの走行方向に対して垂直な横方向に沿って走査するように構成されたレーザプロフィルメータである。

【0094】

付記８． 付記１に記載の製造システムであって、前記参照輪郭データは、公称物品の公称輪郭データを含み、前記公称輪郭データは、対応する複数の公称輪郭位置における複数の公称断面輪郭を含むとともに、前記公称輪郭位置のうちの１つ以上における前記公称物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを含み、前記公称断面輪郭は、前記被製造物品を製造する前に、前記公称物品の物理的な見本を評価することによって生成され、前記制御システムは、不良を、前記公称物品における前記公称輪郭位置のうちの対応する１つ以上における前記不良を超えないサイズまで低減するように、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整するように構成されている。

【0095】

付記９． 付記１に記載の製造システムであって、前記参照輪郭データは、模擬物品の模擬輪郭データを含み、前記模擬輪郭データは、対応する複数の模擬輪郭位置における複数の模擬断面輪郭を含むとともに、前記模擬輪郭位置のうちの１つ以上における前記模擬物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを含み、前記模擬断面輪郭は、前記被製造物品のコンピュータモデルから生成され、前記制御システムは、不良を、前記模擬物品における前記模擬輪郭位置のうちの対応する１つ以上における前記不良を超えないサイズまで低減するように、前記輪郭比較に基づいて、１つ以上のビード形成パラメータを調整するように構成されている。

【0096】

付記１０． 被製造物品の製造方法であって、前記被製造物品を製造する際に付加製造システムのプリントヘッドを用いて基材上に材料を押し出して新たなビードを形成することと、前記新たなビードを形成する際に前記プリントヘッドと共に移動可能な少なくとも１つのプロフィルメータを用いて前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定することと、制御システムを用いて前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成することと、前記制御システムを用いて前記被製造輪郭データを、前記複数の被製造輪郭位置に対応する複数の参照輪郭位置における参照断面輪郭を含む参照物品の参照輪郭データと比較することと、前記被製造輪郭データを前記参照輪郭データと比較することに基づいて１つ以上のビード形成パラメータを調整して前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズを前記ビード形成パラメータを調整しない場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減することと、を含む。

【0097】

付記１１． 付記１０に記載の方法であって、前記被製造輪郭データを前記参照輪郭データと比較することは、前記被製造断面輪郭におけるビード横位置、ビード形状、ビードサイズ、切れ目サイズ、及び、切れ目形状のうちの少なくとも１つを、前記参照断面輪郭における前記ビード横位置、前記ビード形状、前記ビードサイズ、前記切れ目サイズ、及び、前記切れ目形状のうちの対応する１つと比較することを含む。

【0098】

付記１２． 付記１０に記載の方法であって、１つ以上のビード形成パラメータを調整することは、以下の不良、すなわち、前記新たなビードと前記既存ビードのうちの１つ以上との間の間隙、前記既存ビードのうちの１つ以上に対する前記新たなビードのビード配置不良、既存ビードにおける表面のくぼみ、及び、完成時の前記被製造物品内の空隙、のうちの少なくとも１つのサイズが低減されるように前記新たなビードを形成することを含む。

【0099】

付記１３． 付記１０に記載の方法であって、１つ以上のビード形成パラメータを調整することは、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、前記プリントヘッドの移動方向及び配向を規定するヘッド経路の少なくとも１つを含む経路パラメータ；前記基材に対する前記プリントヘッドのヘッド走行速度；前記材料が前記基材上に押し出される際の材料温度と、前記材料が前記基材上に押し出される際の材料送給率と、前記新たなビードが形成されるビード付設速度と、前記プリントヘッドの圧縮装置の温度と、前記圧縮装置の垂直位置と、前記圧縮装置が前記基材に押し付けるように前記材料に付与する圧縮圧力とのうちの少なくとも１つを含むプロセスパラメータ；のうちの少なくとも１つを調整することを含む。

【0100】

付記１４． 付記１３に記載の方法であって、１つ以上のビード形成パラメータを調整することは、前記新たなビードと前記既存のビードとの間の間隙の発生を抑制又は防止するために前記新たなビードが既存のビードのより近くに配置されるように前記プリントヘッドを横方向において配置変更することを含む。

【0101】

付記１５． 付記１３に記載の方法であって、１つ以上のビード形成パラメータを調整することは、前記新たなビードと前記既存のビードとの間の間隙の発生を抑制又は防止するために前記新たなビードのサイズが変化するように前記ヘッド走行速度及び前記材料送給率のうちの少なくとも１つを調整することを含む。

【0102】

付記１６． 付記１０に記載の方法であって、前記プリントヘッドは、前記材料の平坦化前ビードを押し出すためのノズルと、前記平坦化前ビードを圧縮するための圧縮装置とを含み、前記少なくとも１つプロフィルメータを用いて前記被製造断面輪郭を測定する工程は、以下のうちの少なくとも１つ、すなわち、前記ノズルの上流側の付設前位置において前記被製造断面輪郭を測定すること、前記ノズルと圧縮装置との間の平坦化前位置において前記被製造断面輪郭を測定すること、及び、前記圧縮装置の下流側の平坦化後位置において前記被製造断面輪郭を測定すること、のうちの少なくとも１つを含む。

【0103】

付記１７． 付記１０に記載の方法であって、前記少なくとも１つプロフィルメータを用いて前記被製造断面輪郭を測定することは、前記新たなビードを形成する際にレーザプロフィルメータを用いて少なくとも前記プリントヘッドの走行方向に対して垂直な横方向に沿って走査することを含む。

【0104】

付記１８． 付記１０に記載の方法であって、以下のこと、すなわち、前記被製造物品の少なくとも一部を表す公称物品の物理的な見本における複数の公称輪郭位置において公称断面輪郭を測定すること、前記公称輪郭位置のうちの１つ以上における前記公称物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを生成すること、及び、前記公称輪郭位置のうちの１つ以上における前記公称断面輪郭及び前記輪郭対空隙データを含む前記公称輪郭データを生成すること、を行うことによって、前記参照輪郭データとして公称輪郭データを生成することをさらに含む。

【0105】

付記１９． 付記１０に記載の方法であって、以下のこと、すなわち、前記被製造物品のコンピュータモデルを含む模擬物品における複数の模擬輪郭位置において模擬断面輪郭を分析すること、前記模擬輪郭位置のうちの１つ以上における前記模擬物品内の空隙を特定する輪郭対空隙データを生成すること、及び、前記模擬輪郭位置のうちの１つ以上における前記模擬断面輪郭及び前記輪郭対空隙データを含む前記模擬輪郭データを生成すること、を行うことによって、前記参照輪郭データとして模擬輪郭データを生成することをさらに含む。

【0106】

付記２０． 付記１０に記載の方法であって、以下のこと、すなわち、前記被製造物品を製造する際に、対応する複数の被製造輪郭位置における前記被製造断面輪郭を継続的に比較すること、前記被製造断面輪郭を継続的に比較することに基づいて機械学習によって前記被製造物品の前記既存ビードに関連する不良の１つ以上のパターンを特定すること、及び、前記公称断面輪郭と前記被製造輪郭位置のうちの１つ以上における不良の前記１つ以上のパターンとを含む前記機械学習輪郭データを生成すること、を行うことによって、前記参照輪郭データとして機械学習輪郭データを生成することをさらに含む。

【0107】

付記２１． 付記１０に記載の方法であって、前記被製造物品を製造する際に、対応する複数の被製造輪郭位置における前記被製造断面輪郭を継続的に比較すること、及び、機械学習によって製造システムが仕様から外れて動作することの前兆である動作特性の傾向を検出すること、をさらに含む。

【0108】

付記２２． 被製造物品の製造方法であって、前記被製造物品の少なくとも一部を表す公称物品の物理的な見本を評価することと、前記公称物品における複数の公称輪郭位置のうちの１つ以上における公称断面輪郭及び関連する空隙を含む公称輪郭データを生成することと、前記被製造物品を製造する際に付加製造システムのプリントヘッドを用いて基材上に高分子材料を押し出して新たなビードを形成することと、前記新たなビードを形成する際に前記プリントヘッドと共に移動可能な少なくとも１つのプロフィルメータを用いて前記被製造物品における１つ以上の既存のビードから少なくともなる被製造断面輪郭を測定することと、制御システムを用いて前記被製造物品における複数の被製造輪郭位置での前記被製造断面輪郭を含む被製造輪郭データを生成することと、前記制御システムを用いて前記被製造輪郭データを前記公称輪郭データと比較することと、前記被製造輪郭データを前記公称輪郭データと比較することに基づいて１つ以上のビード形成パラメータを調整して前記新たなビードの形成に関連する不良のサイズを前記ビード形成パラメータを調整しない場合に発生する前記不良のサイズに比べて低減することと、を含む。

【0109】

本開示の追加的な変形例及び改変例が、当業者には明らかであろう。従って、本明細書において説明及び図示した部分の特定の組み合わせは、本開示のいくつかの実施形態を示すことを意図したものにすぎず、本開示の思想及び範囲内の代替の実施形態又は装置を制限することを意図するものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】