特許 7674839 改善された付加製造部品のための被覆フィラメント

(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】2025-04-30

(45)【発行日】2025-05-12

(54)【発明の名称】改善された付加製造部品のための被覆フィラメント

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20250501BHJP

   B29C 64/314 20170101ALI20250501BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20250501BHJP

   B33Y 40/10 20200101ALI20250501BHJP

   B33Y 40/20 20200101ALI20250501BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20250501BHJP

   B29C 64/264 20170101ALI20250501BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20250501BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B29C64/314

B33Y10/00

B33Y40/10

B33Y40/20

B33Y70/00

B29C64/264

B33Y30/00

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021000540

(22)【出願日】2021-01-05

(65)【公開番号】P2021109442

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2023-11-17

(31)【優先権主張番号】16/737,566

(32)【優先日】2020-01-08

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100217467

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴崎 一磨

(72)【発明者】

【氏名】ニシャント シンハ

【審査官】松林 芳輝

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５０２８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２５４９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０８４０７２８３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８４７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４１２７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ２９Ｃ ６７／００－６７／０８

Ｂ２９Ｃ ６７／２４－６９／０２

Ｂ２９Ｃ ７３／００－７３／３４

Ｂ２９Ｄ １／００－２９／１０

Ｂ２９Ｄ ３３／００

Ｂ２９Ｄ ９９／００

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメントであって、
第１のｔａｎδ値で表される第１誘電損率を有するベースポリマー材料によって形成されたベースポリマー層と、
前記ベースポリマー層を覆うとともに、第２のｔａｎδ値で表される第２誘電損率を有する被覆ポリマー材料によって形成された被覆ポリマー層と、を含み、前記被覆ポリマー材料の前記第２誘電損率は、前記ベースポリマー材料の前記第１誘電損率より大きく、
前記第２のｔａｎδ値は前記第１のｔａｎδ値の少なくとも５０倍である、被覆フィラメント。

【請求項2】

前記ベースポリマー材料は、第１融点を有し、前記被覆ポリマー材料は、第２融点を有し、前記第１融点は、前記第２融点との差が摂氏２０度以内である、請求項１に記載の被覆フィラメント。

【請求項3】

前記ベースポリマー材料は、第１溶解度パラメータを有し、前記被覆ポリマー材料は、第２溶解度パラメータを有し、前記第２溶解度パラメータは、前記第１溶解度パラメータとの差が１０Ｊ／ｃｃ^0.5以内である、請求項１又は２に記載の被覆フィラメント。

【請求項4】

付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメントであって、
第１誘電損率を有するベースポリマー材料によって形成されたベースポリマー層と、
前記ベースポリマー層を覆うとともに第２誘電損率を有する被覆ポリマー材料によって形成された被覆ポリマー層と、を含み、前記被覆ポリマー材料の前記第２誘電損率は、前記ベースポリマー材料の前記第１誘電損率より大きく、
前記ベースポリマー材料は、ポリエーテルイミドを含み、前記被覆ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、被覆フィラメント。

【請求項5】

前記ベースポリマー層は、０．１～５ミリメートルの厚みを有し、前記被覆ポリマー層は、１～１，０００ミクロンの厚みを有する、請求項１～４のいずれかに記載の被覆フィラメント。

【請求項6】

付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメントの製造方法であって、
経路に沿ってポリマーフィラメントを前進させ、前記ポリマーフィラメントは、ベースポリマー材料によって形成されており、
前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメントの外面に液体塗料を塗布し、前記液体塗料は、被覆ポリマー材料によって形成されており、
前記ポリマーフィラメント上の前記液体塗料を乾燥させて前記被覆フィラメントを形成し、前記被覆フィラメントは、前記ポリマーフィラメントによって形成されたベースポリマー層と、乾燥後の前記液体塗料によって形成された被覆ポリマー層とを含み、
前記ベースポリマー材料は、第１のｔａｎδ値で表される第１誘電損率を有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２のｔａｎδ値で表される第２誘電損率を有し、前記第２のｔａｎδ値は前記第１のｔａｎδ値の少なくとも５０倍である、方法。

【請求項7】

前記経路に沿って前記ポリマーフィラメントを前進させるに際して、前記ポリマーフィラメントを第１スプールと第２スプールとの間に支持し、前記第１及び前記第２スプールを回転させる、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記ポリマーフィラメントの外面に前記液体塗料を塗布するに際して、前記液体塗料を保持する貯留槽を通過させて前記ポリマーフィラメントを前進させる、請求項６又は７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメントの製造方法であって、
経路に沿ってポリマーフィラメントを前進させ、前記ポリマーフィラメントは、ベースポリマー材料によって形成されており、
前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメントの外面に液体塗料を塗布し、前記液体塗料は、被覆ポリマー材料によって形成されており、
前記ポリマーフィラメント上の前記液体塗料を乾燥させて前記被覆フィラメントを形成し、前記被覆フィラメントは、前記ポリマーフィラメントによって形成されたベースポリマー層と、乾燥後の前記液体塗料によって形成された被覆ポリマー層とを含み、
前記ベースポリマー材料は、ポリエーテルイミドを含み、前記被覆ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、方法。

【請求項10】

溶融フィラメント製造によって物品を製造する方法であって、
被覆フィラメントを形成し、その際に、
経路に沿ってポリマーフィラメントを前進させ、前記ポリマーフィラメントは、ベースポリマー材料によって形成されており、
前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメントの外面に液体塗料を塗布し、前記液体塗料は、被覆ポリマー材料によって形成されており、
前記ポリマーフィラメント上の前記液体塗料を乾燥させることにより、前記被覆フィラメントを形成し、前記被覆フィラメントは、前記ポリマーフィラメントによって形成されたベースポリマー層と、乾燥後の前記液体塗料によって形成された被覆ポリマー層とを含み、前記方法ではさらに、
前記被覆フィラメントの隣接する第１及び第２ビードを基板の上に堆積させ、
前記第１ビード及び前記第２ビードの各々における少なくとも前記被覆ポリマー層を、電磁放射線を用いて誘電加熱し、これにより、前記被覆フィラメントの前記第１ビードと第２ビードを界面領域で融着させ、
前記ベースポリマー材料は、ポリエーテルイミドを含み、前記被覆ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、付加製造のための装置及び方法に関し、より具体的には、付加材料としてフィラメントを用いる付加製造技術に関する。本明細書に開示の付加製造プロセスは、部品を製造する際に有用であり、部品の例としては、環境制御ダクト、ドアパネル、工具、治具、固定具などがある。また本開示の実施例は、さらに多岐にわたる用途に使用できる可能性があり、特に、航空宇宙、船舶、自動車などの輸送産業や、例えば補助動力装置（ＡＰＵ）に用いるケーシングに使用できる可能性がある。

【背景技術】

【0002】

部品やその他の物品は、その部品の性能要件や製造機器の入手しやすさに応じて、様々な製造技術を用いて製造される。物体の造形に用いることができる付加製造方法として、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ：fused filament fabrication）がある。この方法では、フィラメントを加熱してビードとし、これを連続する造形層状に基板の上に堆積させることによって、物品を形成する。このフィラメントは、通常、熱可塑性材料、ポリカーボネート、又は他の類似の構成の材料によって形成される。ＦＦＦのようなフィラメントベースの付加製造では、隣接するビード間に空隙ができることによって層間強度が低下し、結果として物品の構造強度が低くなるおそれがある。

【発明の概要】

【0003】

本開示の一側面によれば、付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメントが提供される。前記被覆フィラメントは、第１誘電損率を有するベースポリマー材料によって形成されたベースポリマー層と、前記ベースポリマー層を覆うとともに第２誘電損率を有する被覆ポリマー材料によって形成された被覆ポリマー層と、を含み、前記被覆ポリマー材料の前記第２誘電損率は、前記ベースポリマー材料の前記第１誘電損率より大きい。

【0004】

本開示の別の側面によれば、付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメントの製造方法が提供され、当該方法では、経路に沿ってポリマーフィラメントを前進させ、前記ポリマーフィラメントは、ベースポリマー材料によって形成されており、前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメントの外面に液体塗料を塗布し、前記液体塗料は、被覆ポリマー材料によって形成されている。当該方法では、さらに、前記ポリマーフィラメント上の前記液体塗料を乾燥させて前記被覆フィラメントを形成し、前記被覆フィラメントは、前記ポリマーフィラメントによって形成されたベースポリマー層と、乾燥後の前記液体塗料によって形成された被覆ポリマー層とを含む。

【0005】

本開示のさらなる側面によれば、溶融フィラメント製造によって物品を製造する方法が提供され、当該方法では、被覆フィラメントを形成し、その際に、経路に沿ってポリマーフィラメントを前進させ、前記ポリマーフィラメントは、ベースポリマー材料によって形成されており、前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメントの外面に液体塗料を塗布し、前記液体塗料は、被覆ポリマー材料によって形成されており、前記ポリマーフィラメント上の前記液体塗料を乾燥させることにより、前記被覆フィラメントを形成し、前記被覆フィラメントは、前記ポリマーフィラメントによって形成されたベースポリマー層と、乾燥後の前記液体塗料によって形成された被覆ポリマー層とを含む。前記方法ではさらに、前記被覆フィラメントの隣接する第１及び第２ビードを基板の上に堆積させ、前記第１ビード及び前記第２ビードの各々における少なくとも前記被覆ポリマー層を、電磁放射線を用いて誘電加熱し、これにより、前記被覆フィラメントの前記第１ビードと第２ビードを界面領域で融着させる。

【0006】

記載の特徴、機能、及び、利点は、様々な実施例において個別に実現可能であるが、他の実施例において互いに組み合わせてもよく、そのさらなる詳細については、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であろう。

【図面の簡単な説明】

【0007】

例示的な実施例に特有のものと考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、例示的な実施形態、ならびに、好ましい使用形態、更にその目的及び利点は、本開示の例示的な実施例の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって最もよく理解されるであろう。

【0008】

【図1】ポリマーコーティングによるポリマーフィラメントの被覆を示す図である。

【図2】従来のＦＦＦ技術によって製造された物品を示す図である。

【図3】被覆フィラメントの製造方法によって形成された被覆フィラメントを示す図である。

【図4】図３の被覆フィラメントの端面図である。

【図5】本開示による溶融フィラメント製造によって物品を製造するための例示的なシステムの概略図である。

【図6】図５のシステムによって堆積された被覆フィラメントの２つの堆積ビードを示す図である。

【図7】界面領域が電磁放射線に暴露された後の図６に示した被覆フィラメントの２つの堆積ビードを示す図である。

【図8】複数層の堆積ビードによって形成された物品を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の詳細な説明は、電磁気感応性ポリマーコーティングを強化に使用する溶融フィラメント製造技術に関する。いくつかの実施態様において、例えば、物品の様々な部分が、電磁放射線を用いて強化される。いくつかの実施例において、物品のうち高強度にする必要がある部分を特定し、電磁放射線を所与の量又は期間、照射する。

【0010】

本明細書の一部を構成する添付図面を参照するが、これらの添付図面では、特定の実施例又は実施形態を例示として示している。いくつかの図面において、同様の数字は、同様の要素を示す。
〈定義〉

【0011】

「溶融フィラメント製造」（ＦＦＦ）とは、連続する材料層を積み重ねて、例えば三次元製品、試作品、またはモデルなどの製品を形成するために用いられる付加製造技術である。このプロセスは、溶融材料の層を次々と積み重ねてモデルや製品などを迅速に作製するための高速の試作品作製及び製造プロセスである。

【0012】

本明細書において、「フィラメント」とは、付加製造プロセスで用いられる細い糸のような形状を有する供給材料のことをいう。
〈実施形態の説明〉

【0013】

次に図を参照すると、図１は、ポリマーフィラメント２を被覆フィラメント１０にするプロセスを示しており、当該被覆フィラメントは、より高い構造的完全性を有する物品を造形するための付加製造プロセスに用いることができるものである。具体的には、ポリマーフィラメント２は、第１スプール４から繰り出され、引っ張られながら、液体塗料７を保持する貯留槽６を通過する。従って、貯留槽６を出る際には、ポリマーフィラメント２は液体塗料７で被覆されている。その後、液体塗料７が乾燥すると、被覆フィラメント１０は、（ポリマーフィラメント２によって形成されている）ベースポリマー層８と、ベースポリマー層８を覆う被覆ポリマー層９とを含む状態となる。被覆フィラメント１０は、その後回収され、付加製造プロセスに用いるべく第２スプール１２に巻き付けられる。この例では、ポリマーフィラメント２が第１スプール４から繰り出される速度が、被覆フィラメント１０が第２スプール１２に巻き付けられる速度と実質的に同じになるように、第１スプール４及び第２スプール１２の回転が制御される。

【0014】

被覆フィラメント１０におけるベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９の形成に用いる材料は、フィラメントベースの付加製造プロセスの際に選択的に加熱できるものであり、これによって、フィラメント間の鎖の拡散及び結合が促進され、構造的完全性が向上した造形物品が得られる。以下に詳述するように、ベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９に用いる材料は、誘電加熱に対する相対的な反応性、ならびに、融点の近さ及び溶解度パラメータに基づいて選択することができる。

【0015】

誘電加熱に対する反応性に関しては、例えば、被覆ポリマー層９の方がベースポリマー層８よりも電磁放射線に反応して加熱されやすいように、被覆フィラメント１０に用いる材料が選択される。照射された電磁エネルギーを熱の形で消散させる材料の能力は、誘電損率として知られる特性（損失係数としても知られ、記号ｔａｎδで表される特性）で定量化される。誘電損率がより高い材料は、誘電損率がより低い材料よりも、印加された電磁場に反応して、より温度上昇する。被覆フィラメント１０の外面に加熱を集中させるため、ベースポリマー層８に用いられるベースポリマー材料よりも誘電損率の高い被覆ポリマー材料で、被覆ポリマー層９を形成する。いくつかの例において、被覆ポリマー材料は、ベースポリマー材料のｔａｎδ値の少なくとも約５０倍のｔａｎδ値を有する。これに加えて又は代えて、ベースポリマー材料は、０．０５未満のｔａｎδ値を有し、被覆ポリマー材料は、０．０５より大きいｔａｎδ値を有していてもよい。

【0016】

また、被覆フィラメント１０は、融点が近い材料をベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９に使用してもよく、これによって、付加製造プロセスの際に堆積される被覆フィラメント層で形成される造形物品の強度を向上させることができる。上述したように、被覆ポリマー材料は、より高い誘電損率を有しており、従って、電磁エネルギーの照射に直接的に反応して熱を発生させる。ベースポリマー材料として、融点が被覆ポリマー材料の融点に近いものを選択してもよく、これによれば、電磁エネルギーによって被覆ポリマー層９を加熱することで、ベースポリマー層８の少なくとも外側部分も加熱することができる。このようにベースポリマー層８を間接的に加熱することによって、より長時間ベースポリマー層８を軟化及び／又は溶融状態に維持することができ、これによって、基板に堆積された後の被覆フィラメント１０の隣接ビード間の拡散及び結合を、さらに促進することができる。ベースポリマー材料と被覆ポリマー材料の各々の融点により、固液形態（solid and liquid morphology）の形成が可能になる。いくつかの例において、ベースポリマー材料は第１融点を有し、被覆ポリマー材料は第２融点を有し、ベースポリマー材料の第１融点は、被覆ポリマー材料の第２融点との差が摂氏２０度以内である。このように融点の差が摂氏約２０度、又は約１８度、又は約１５度以内の材料であれば、十分な熱を生成してベースポリマー層８の溶融状態を長引かせて、付加製造中に堆積及び加熱される被覆フィラメント１０の隣接ビード間の拡散及び結合を促進できることがわかっている。

【0017】

また、ベースポリマー層８及び被覆ポリマー層８に選択される材料を、適合性のある溶解度パラメータを有するものとしてもよく、これによれば、付加製造プロセスに用いた際に、被覆フィラメント１０の隣接するビード間及び造形層間の接合を、さらに促進することができる。例えば、被覆ポリマー材料を、ベースポリマー材料と混和しないものにすることにより、付加製造の際に、相分離を防止するとともに、堆積された被覆フィラメント１０における隣接するビード間のベースポリマー層の融着を促進することができる。いくつかの例において、ベースポリマー材料は、第１溶解度パラメータを有し、被覆ポリマー材料は、第２溶解度パラメータを有し、第２溶解度パラメータは、第１溶解度パラメータとの差が約１０Ｊ／ｃｃ^0.5以内である。溶解度パラメータの差が約１０Ｊ／ｃｃ^0.5、又は約８Ｊ／ｃｃ^0.5、又は約５Ｊ／ｃｃ^0.5以内の材料は、付加製造プロセス中に加熱された際に混合を促進するのに有利であることがわかっている。

【0018】

上記の事項を考慮すると、好適なベースポリマー材料には、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、又はこれらの何らかの混合物が含まれる。

【0019】

好適な被覆ポリマー材料には、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、アクリル、セルロースエステル、又はこれらの混合物が含まれる。好適な被覆ポリマー材料の他の例としては、－ＯＨ、－ＮＨ、Ｃ＝Ｏ、－Ｎ＝Ｏ官能基を含む誘電損率の高い材料及び溶剤がある。好適な被覆ポリマー材料のさらなる例としては、ポリアクリロニトリル（６０Ｈｚにおいてｔａｎδ＝０．１）、ポリエチレングリコール、又はその混合物がある。いくつかの例において、被覆ポリマー材料は、ギガヘルツ領域のマイクロ波エネルギーなどの特定の周波数範囲の電磁エネルギーに対して、特に反応する。

【0020】

表１は、被覆ポリマー材料がポリビニルアルコールであり、ベースポリマー材料がＵｌｔｅｍ（登録商標）１０１０（ポリエーテルイミド）である例について、誘電損率、融点、及び溶解度パラメータを比較したものである。

【表1】

【0021】

この例において、ベースポリマー材料としてＵｌｔｅｍ（登録商標）１０１０（ポリエーテルイミド）を用いるとともに被覆ポリマー材料としてポリビニルアルコールを用いることは、有利であり、その理由は、ポリビニルアルコールが、Ｕｌｔｅｍ（登録商標）１０１０（ＭＨｚ～ＧＨｚの周波数範囲においてｔａｎδ＝０．００１）と比べて高い誘電損率（ＭＨｚ～ＧＨｚの周波数範囲においてｔａｎδ＝０．１８５）を有しており、これらの２つの材料の融点の差が摂氏１４度であり、溶解度パラメータが互いに近い、すなわち適合性があるからである。

【0022】

ベースポリマー層８と被覆ポリマー層９とは、化学的特性に加えて、融着、接合、及び混合を促進するのに好適な物理的特性をさらに有していてもよい。例えば、ベースポリマー層８は、約０．１～約５ミリメートル、又は、約０．５～約４ミリメートル、又は、約１～約３ミリメートルの範囲の厚みを有していてもよい。被覆ポリマー層９は、約１ミクロン～約１，０００ミクロン、又は、約５０ミクロン～約７５０ミクロン、又は、約１００ミクロン～約３００ミクロンの範囲の厚みを有していてもよい。さらに、液体塗料７は、約０．１～約１０パスカル秒（Ｐａ・ｓ）、又は、約０．５～約８Ｐａ・ｓ、又は、約１～約５Ｐａ・ｓの粘度を有することを特徴としたものであってもよい。

【0023】

図２は、従来のＦＦＦ法によって形成された物品を示している。ＦＦＦの一実施形態は、スプール上のフィラメントがエクストルーダ（extruder）内に送給される付加製造技術（ＦＦＦ法及び物体２０の製造に用いられる下記のコンポーネントは図示せず）である。エクストルーダは、トルク及びピンチシステムを利用して、フィラメントをヒータブロックに対して正確な分量ずつ送給及び引き戻しする。ヒータブロックは、フィラメントを溶かして溶融状態にし、加熱されたフィラメントは、径が縮小されてノズルから押し出され、基板又は作業プレートの上に堆積される。通常のＦＦＦプロセスでは、複数の造形層が積み重なって堆積されて、三次元物品を形成する。

【0024】

具体的には、図２を参照すると、物品２０は、未被覆のフィラメント２２の隣接するビードを、物品２０が完成するまで連続して堆積させることによって製造される。例えば、図２の物品２０は、３つの造形層によって形成されており、各造形層は、未被覆フィラメント２２の４つのビードを含んでいる。この例において基板５４に堆積される未被覆フィラメント２２のビードでは、隣接するビードの間に継ぎ目ができる。従来の未被覆ポリマーフィラメントの性質により、最初のビードが堆積されると、そのビードは冷えて、次の未被覆フィラメントの隣接ビードが堆積される時には、十分な溶融状態ではなくなっている。先に堆積されたビードが少なくとも部分的に固化しているため、所与の造形層内における未被覆フィラメント２２の隣接するビードの間、及び、隣接する造形層の間に空隙２４が形成され、これによって物品２０が弱くなる。

【0025】

図３及び図４によく表れているように、本開示による被覆フィラメント１０は、ベースポリマー層８と被覆ポリマー層９との両方を含んでいる。上述のように、ベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９の各々の材料は、隣接するビード間及び造形層間において拡散及び結合が促進され、これにより空隙２４が解消されるように選択される。一例において、被覆フィラメント１０は、図１において概略を説明したプロセスを用いて製造される。ただし、本開示の要旨は、いかなる特定の製造方法にも限定されない。いくつかの例において、被覆フィラメント１０は、例えばＦＦＦ法や他の一般に用いられている付加製造技術を用いるマシンなどの付加製造マシンで用いられるフィラメントである。

【0026】

図５は、ＦＦＦによって被覆フィラメント１０を用いるとともに以下に述べるように電磁放射線を照射することによって物品を製造するシステム１００の一例を示している。ベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９を有する被覆フィラメント１０が、ノズル５２に送給される。ノズル５２は、被覆フィラメント１０を加熱して溶融状態にした後に、これをノズル５２から押し出して第１ビード５６として基板５４の上に堆積させる。基板５４は、非限定的な一例において、作業台である。基板５４を加熱することにより、フィラメントが固化して基板５４に付着するのを防止してもよい。

【0027】

ノズル５２は、摂氏約１００～約５００度、又は摂氏約２００～約３５０度、又は摂氏約２３０～約２８５度の温度で被覆フィラメント１０を加熱して溶融状態にする。被覆フィラメント１０は、次に、約２０～約２００ｍｍ／秒、又は約３５～約１５０ｍｍ／秒、又は約５０～約１００ｍｍ／秒の速度で、基板５４の上に堆積される。

【0028】

第１ビード５６が堆積された後は、図６によく表れているように、後続のビードが基板５４の上に形成される。造形層あたりのビードの数及び造形層の数は、製造する個々の物品及び選択された付加製造技術に依存する。いかなる技術を採用した場合でも、被覆フィラメント１０を用いることによって、隣接するビード間及び造形層間の接合を強化することができる。例えば、図６は、隣接する堆積ビード６０の正面断面図を示しており、堆積ビードは、被覆フィラメント１０の第１ビード５６及び第２ビード５７を含んでいる。この堆積ビード対６０における各ビードは、ノズル５２から押し出されて基板５４の上に堆積された被覆フィラメント１０によって形成されており、ベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９を含む。第１ビード５６と第２ビード５７との接合を強化するために、これらのビード５６、５７の間の界面領域６２に電磁放射線６４を照射する。非限定的な一例では、界面領域６２は、第１ビード５６と第２ビード５７との間に位置する領域であるが、他の例では、界面領域６２は、２つの造形層の間の領域である。さらなる非限定的な実施態様において、電磁放射線６４は、隣接するビードの間の領域だけでなく、（図８に示した物品８０のような）物品の全体に照射される。この場合、ベースポリマー材料は、被覆ポリマー材料よりも誘電損率が低いため、電磁放射線によって各ビードの被覆ポリマー層９だけが加熱され、ベースポリマー層８は加熱されない。

【0029】

非限定な一例において、電磁放射線６４は、加熱源６５から照射される。この例において、加熱源６５は、物品の局所領域又は物品全体を強化するために、物品の界面領域６２又は物品全体に電磁放射線を指向するとともに、電磁放射線６４が照射される期間を制御する。例えば、電磁放射線６４を界面領域６２に照射することにより、さらに、隣接するビードのベースポリマー層８を加熱及び溶融することができる。一例において、電磁放射線６４は、３００ＭＨｚと３００ＧＨｚの間の範囲の周波数を有するマイクロ波とすることができる。この場合、被覆ポリマー材料は、高い誘電損率を有し、マイクロ波放射すなわち誘電加熱の影響を受けやすい。さらなる非限定的な一例では、被覆フィラメント１０を堆積させつつ電磁放射線６４を連続的に照射する。別の例では、隣接する堆積ビードの間に電磁放射線６４を選択的に照射する。

【0030】

被覆ポリマー材料は、より高い誘電損率を有しており、ベースポリマー材料は、より低い誘電損率を有しているため、電磁放射線に反応して被覆ポリマー層９のみが直接的に溶融されるように、電磁放射線の周波数を選択することができる。また、ベースポリマー材料が、被覆ポリマー材料の融点に近い融点を有していてもよく、この場合、被覆ポリマー層９の加熱に反応してベースポリマー層８が少なくとも部分的に溶融する。従って、電磁放射線６４に反応して、被覆ポリマー層９は直接的に溶融し、ベースポリマー層８は間接的に溶融することになる。他の例において、電磁放射線６４によって、被覆ポリマー層９とベースポリマー層８の両方を直接的に加熱してもよい。いずれの場合も、隣接するビードのベースポリマー層８の溶融部分が互いに融着し、これにより、隣接するビード間に空隙が形成されるのが防止されるとともに、造形物品の構造的完全性が向上する。

【0031】

被覆ポリマー材料とベースポリマー材料とが互いに適合性のある溶解度パラメータを有する場合（表１の非限定的な一例を参照）、被覆ポリマー層９とベースポリマー層８との両方を溶融することにより、均質な混合物が形成され、従って、溶融層がその後に冷めて固化した際に相分離が起こらない。

【0032】

図７は、被覆フィラメント１０の第１ビード５６及び第２ビード５７が、電磁放射線６４による溶融後に互いに融着して溶融ビード対７０を形成した状態を示している。この図では、電磁放射線６４は、第１ビード５６及び第２ビード５７の被覆ポリマー層９を加熱しており、これがひいてはベースポリマー層８の少なくとも一部を溶融させている。

【0033】

図８は、付加製造技術において被覆フィラメント１０を用いて形成された物品８０を示している。この例において、物品８０は、被覆フィラメント１０のビード７２を基板５４の上に配置することによって製造されている。具体的には、図８は、３つの造形層７４を示しており、各造形層７４が４個のビード７２を含んでいる。また、この例では、被覆フィラメント１０の隣接するビードにおけるベースポリマー層８及び被覆ポリマー層９を融着するように、電磁放射線６４が照射されている。このようにして得られた物品８０では、ビード７２どうしの間又は造形層７４どうしの間に空隙が無い。
〈付記〉

【0034】

また、本開示は、以下の付記による実施形態又は実施例を含む。

【0035】

付記１． 付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメント（１０）であって、
第１誘電損率を有するベースポリマー材料によって形成されたベースポリマー層（８）と、
前記ベースポリマー層（８）を覆うとともに第２誘電損率を有する被覆ポリマー材料によって形成された被覆ポリマー層（９）と、を含み、前記被覆ポリマー材料の前記第２誘電損率は、前記ベースポリマー材料の前記第１誘電損率より大きい、被覆フィラメント（１０）。

【0036】

付記２． 前記ベースポリマー材料は、第１融点を有し、前記被覆ポリマー材料は、第２融点を有し、前記第１融点は、前記第２融点との差が摂氏約２０度以内である、付記１に記載の被覆フィラメント（１０）。

【0037】

付記３． 前記ベースポリマー材料は、第１溶解度パラメータを有し、前記被覆ポリマー材料は、第２溶解度パラメータを有し、前記第２溶解度パラメータは、前記第１溶解度パラメータとの差が約１０Ｊ／ｃｃ^0.5以内である、付記２に記載の被覆フィラメント（１０）。

【0038】

付記４． 前記ベースポリマー材料は、第１溶解度パラメータを有し、前記被覆ポリマー材料は、第２溶解度パラメータを有し、前記第２溶解度パラメータは、前記第１溶解度パラメータとの差が約１０Ｊ／ｃｃ^0.5以内である、付記１～３のいずれかに記載の被覆フィラメント（１０）。

【0039】

付記５． 前記ベースポリマー材料は、ポリエーテルイミドを含み、前記被覆ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、付記１～４のいずれかに記載の被覆フィラメント（１０）。

【0040】

付記６． 前記ベースポリマー層（８）は、約０．１～約５ミリメートルの厚みを有し、前記被覆ポリマー層（９）は、約１～約１，０００ミクロンの厚みを有する、付記１～５のいずれかに記載の被覆フィラメント（１０）。

【0041】

付記７． 付加製造プロセスに用いるための被覆フィラメント（１０）の製造方法であって、
経路に沿ってポリマーフィラメント（２）を前進させ、前記ポリマーフィラメント（２）は、ベースポリマー材料によって形成されており、
前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメント（２）の外面に液体塗料（７）を塗布し、前記液体塗料（７）は、被覆ポリマー材料によって形成されており、
前記ポリマーフィラメント（２）上の前記液体塗料（７）を乾燥させて前記被覆フィラメント（１０）を形成し、前記被覆フィラメント（１０）は、前記ポリマーフィラメント（２）によって形成されたベースポリマー層（８）と、乾燥後の前記液体塗料（７）によって形成された被覆ポリマー層（９）とを含む、方法。

【0042】

付記８． 前記ベースポリマー材料は、第１誘電損率を有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２誘電損率を有し、
前記被覆ポリマー材料の前記第２誘電損率は、前記ベースポリマー材料の前記第１誘電損率より大きい、付記７に記載の方法。

【0043】

付記９． 前記ベースポリマー材料は、第１融点を有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２融点を有し、
前記第１融点は、前記第２融点との差が摂氏約２０度以内である、付記７又は８に記載の方法。

【0044】

付記１０． 前記ベースポリマー材料は、第１溶解度パラメータを有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２溶解度パラメータを有し、
前記第２溶解度パラメータは、前記第１溶解度パラメータとの差が約１０Ｊ／ｃｃ^0.5以内である、付記７～９のいずれかに記載の方法。

【0045】

付記１１． 前記経路に沿って前記ポリマーフィラメント（２）を前進させるに際して、前記ポリマーフィラメント（２）を第１スプール（４）と第２スプール（１２）との間に支持し、前記第１及び前記第２スプール（４、１２）を回転させる、付記７～１０のいずれかに記載の方法。

【0046】

付記１２． 前記ポリマーフィラメント（２）の外面に前記液体塗料（７）を塗布するに際して、前記液体塗料（７）を保持する貯留槽（６）を通過させて前記ポリマーフィラメント（２）を前進させる、付記７～１１のいずれかに記載の方法。

【0047】

付記１３． 前記ベースポリマー材料は、ポリエーテルイミドを含み、前記被覆ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、付記７～１２のいずれかに記載の方法。

【0048】

付記１４． 前記ベースポリマー層（８）は、約０．１～約５ミリメートルの厚みを有し、前記被覆ポリマー層（９）は、約１～約１，０００ミクロンの厚みを有する、付記７～１３のいずれかに記載の方法。

【0049】

付記１５． 溶融フィラメント製造によって物品を製造する方法であって、
被覆フィラメント（１０）を形成し、その際に、
経路に沿ってポリマーフィラメント（２）を前進させ、前記ポリマーフィラメント（２）は、ベースポリマー材料によって形成されており、
前記経路上の一箇所において前記ポリマーフィラメント（２）の外面に液体塗料（７）を塗布し、前記液体塗料（７）は、被覆ポリマー材料によって形成されており、
前記ポリマーフィラメント（２）上の前記液体塗料（７）を乾燥させることにより、前記被覆フィラメント（１０）を形成し、前記被覆フィラメント（１０）は、前記ポリマーフィラメント（２）によって形成されたベースポリマー層（８）と、乾燥後の前記液体塗料（７）によって形成された被覆ポリマー層（９）とを含み、前記方法ではさらに、
前記被覆フィラメント（１０）の隣接する第１及び第２ビード（５６、５７）を基板（５４）の上に堆積させ、
前記第１ビード（５６）及び前記第２ビード（５７）の各々における少なくとも前記被覆ポリマー層を、電磁放射線（６４）を用いて誘電加熱し、これにより、前記被覆フィラメント（１０）の前記第１ビードと第２ビード（５６、５７）を界面領域（６２）で融着させる、方法。

【0050】

付記１６． さらに、前記第１及び第２ビード（５６、５７）の各々の前記ベースポリマー層の少なくとも外側部分を溶融する、付記１５に記載の方法。

【0051】

付記１７． 前記ベースポリマー材料は、第１誘電損率を有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２誘電損率を有し、
前記被覆ポリマー材料の前記第２誘電損率は、前記ベースポリマー材料の前記第１誘電損率より大きい、付記１５又は１６に記載の方法。

【0052】

付記１８． 前記ベースポリマー材料は、第１融点を有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２融点を有し、
前記第１融点は、前記第２融点との差が摂氏２０度以内である、付記１５～１７のいずれかに記載の方法。

【0053】

付記１９． 前記ベースポリマー材料は、第１溶解度パラメータを有し、
前記被覆ポリマー材料は、第２溶解度パラメータを有し、
前記第２溶解度パラメータは、前記第１溶解度パラメータとの差が約１０Ｊ／ｃｃ^0.5以内である、付記１５～１８のいずれかに記載の方法。

【0054】

付記２０． 前記ベースポリマー材料は、ポリエーテルイミドを含み、前記被覆ポリマー材料は、ポリビニルアルコールを含む、付記１５～１９のいずれかに記載の方法。

【0055】

なお、図面は、必ずしも正確な縮尺率で描かれているものではなく、また、本開示の例は、概略的に示されている場合もある。また、詳細な説明は、単に例示的な性質のものであり、本開示やその適用例又は用途を限定することを意図するものではない。従って、説明の便宜上、本開示をいくつかの例示的な実施例として図示及び説明しているが、本開示は、他の様々な種類の実施例及び他の様々なシステム及び環境において実施することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】