特表 2023-529155 三次元印刷のための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】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-07

(54)【発明の名称】三次元印刷のための製造システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B23P 23/04 20060101AFI20230630BHJP

【ＦＩ】

B23P23/04

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022574694

(86)(22)【出願日】2021-06-04

(85)【翻訳文提出日】2023-01-25

(86)【国際出願番号】 US2021035982

(87)【国際公開番号】W WO2021248057

(87)【国際公開日】2021-12-09

(31)【優先権主張番号】63/035,335

(32)【優先日】2020-06-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522471087

【氏名又は名称】ディーシー プレシジョン セラミックス，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100210398

【弁理士】

【氏名又は名称】横尾 太郎

(72)【発明者】

【氏名】クレンシャー，デヴィッド

(57)【要約】

三次元（３Ｄ）印刷システムは、フレームと、フレームに連結するように構成された付加的構成要素とを備えてもよい。付加的構成要素は、第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、及び／又は第３の押出ユニットを備えてもよい。３Ｄ印刷システムは、ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／３Ｄ印刷システムの一部であってもよく、開始から終了まで自律的に３Ｄ構成要素を製造するように構成されてもよい。付加的構成要素は、熱風送風機を含む加熱システムを備えてもよい。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システムであって、
スピンドルであって、前記スピンドルが除去的構成要素を受けるように構成されている、スピンドルを有するフレームと、
前記フレームに連結された第１の押出ユニットであって、前記第１の押出ユニットが第１の加熱システムを備え、前記加熱システムが、第２の層を堆積させる前に堆積された層を加熱する、第１の押出ユニットと、
前記フレーム、前記スピンドル、及び前記第１の押出ユニットと電気的に通信するコントローラと
を備える、
ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システム。

【請求項2】

前記コントローラが、
材料を所定の形状に積層するように前記第１の押出ユニットに命令し、
所望の仕様に基づき前記除去的構成要素を介して前記材料を機械加工するように前記スピンドルに命令するように動作可能である、
請求項１に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項3】

前記フレームに連結された第２の押出ユニットを更に備え、
前記第２の押出ユニットが、前記第１の加熱システムに従う第２の加熱システムを備える、
請求項１に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項4】

前記第１の押出ユニットが、第１のノズルを備え、
前記第２の押出ユニットが、第２のノズルを備え、
前記第１のノズルが、前記第２のノズルの第２の直径よりも大きい第１の直径を有する、
請求項３に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項5】

前記コントローラが、前記第２の押出ユニットと電気的に通信しており、
前記コントローラが、
バルク材料を所定の形状に積層するように前記第１の押出ユニットに命令し、
所望の仕様に基づいて前記除去的構成要素を介して前記バルク材料を機械加工するように前記スピンドルに命令し、
前記バルク材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させるように、又は前記所定の形状に支持を加えるために支持材料を堆積させるように前記第２の押出ユニットに命令する、
請求項３に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項6】

前記スピンドルに連結された第３の押出ユニットを更に備え、
前記第３の押出ユニットが、前記第１の加熱システムに従う第３の加熱システムを備える、
請求項３に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項7】

前記コントローラが、前記第２の押出ユニットと電気的に通信しており、
前記コントローラが、
バルク材料を所定の形状に積層するように前記第１の押出ユニットに命令し、
所望の仕様に基づいて前記バルク材料を機械加工するように前記除去的構成要素に命令し、
前記バルク材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させるように前記第２の押出ユニットに命令し、
前記所定の形状に支持を加えるために支持材料を堆積させるように前記第３の押出ユニットに命令する、
請求項６に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項8】

三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法であって、前記方法が、
製造システムの第１の押出ユニットを通じて、第１の材料を所定の形状に積層することと、
前記製造システムを介して、前記第１の材料を所望の仕様に機械加工することと、
前記製造システムの第２の押出ユニットを通じて、前記第１の材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させることと
を含む、
三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法。

【請求項9】

前記製造システムの適合／凝縮ツールを介して、前記第１の材料を適合させることを更に含む、
請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記製造システムの第３の押出ユニットを通じて、前記所定の形状に支持を加えるために支持材料を堆積させることを更に含む、
請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の押出ユニットが、第１のノズルを備え、
前記第２の押出ユニットが、第２のノズルを備え、
前記第１のノズルが、前記第２のノズルの第２の直径よりも大きい第１の直径を有する、
請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の材料を堆積させる前に、前記第１の押出ユニットを前記第２の押出ユニットと交換することを更に含む、
請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の押出ユニット及び前記第２の押出ユニットがそれぞれ、材料を堆積させる間に前記材料を加熱するように構成された熱風送風機を含む加熱システムを備える、
請求項８に記載の方法。

【請求項14】

三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法であって、前記方法が、
製造システムの第１の押出ユニットであって、前記第１の押出ユニットが第１のノズルを備える、第１の押出ユニットを通じて、第１の材料を所定の形状に積層することと、
前記製造システムを介して、前記第１の押出ユニットを、第２の押出ユニットであって、前記第２の押出ユニットが第２のノズルを備え、前記第１のノズルが前記第２のノズルの第２の直径よりも大きい第１の直径を有する、第２の押出ユニットと交換することと、
前記製造システムの前記第２の押出ユニットを通じて、前記第１の材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させることと
を含む、
三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法。

【請求項15】

前記製造システムの凝縮デバイスを介して、前記第１の材料を凝縮することを更に含む、
請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の材料を凝縮させることが、前記凝縮デバイスを介して、前記第１の材料を同時に加熱することを更に含む、
請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１の材料を積層することが、前記製造システムのスプールフィーダを介して前記第１の材料内にフィラメントを積層することを更に含む、
請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

３Ｄ印刷システムで使用するための凝縮デバイスであって、前記凝縮デバイスが、
コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械のスピンドルに動作可能に連結されるように適合可能な第１のスピンドルテーパと、
先端部を画定するノズルと、
前記ノズルに連結されたハウジングと、
前記第１のスピンドルと前記ノズルとの間に配置された流体駆動システムであって、前記流体駆動システムが、前記ノズルの前記先端部に近接して配置された流体出口に向かって流体を駆動するように構成された、流体駆動システムと、
前記ノズルの前記先端部に近接して配置された材料形成装置と
を備える、
３Ｄ印刷システムで使用するための凝縮デバイス。

【請求項19】

前記ＣＮＣ機械の加熱システムに連結するように構成された配管システムを更に備える、
請求項１８に記載の凝縮デバイス。

【請求項20】

前記配管システムが、前記ＣＮＣ機械を介して前記凝縮デバイスの動作中に熱風を受けるように構成されている、
請求項１９に記載の凝縮デバイス。

【請求項21】

前記材料形成装置に連結された減衰システムを更に備える、
請求項１８に記載の凝縮デバイス。

【請求項22】

前記減衰システムがストラットを備える、
請求項２１に記載の凝縮デバイス。

【請求項23】

前記流体駆動システムが、前記ハウジングに対して回転するように構成されたタービンを備える、
請求項１８に記載の凝縮デバイス。

【請求項24】

駆動モータと、
前記駆動モータに連結されたオーガと、
ハウジングアセンブリであって、前記ハウジングアセンブリ内に前記オーガが配置され、前記ハウジングアセンブリを通じて堆積されようとする材料を並進させるように前記オーガが構成されている、ハウジングアセンブリと、
前記ハウジングアセンブリと流体連通するホッパと、
前記ハウジングアセンブリに連結された加熱システムであって、前記加熱システムが、第２の層を堆積させる前に堆積された層を加熱する、加熱システムと、
マウント又はアクチュエータのうちの少なくとも１つであって、前記マウント又は前記アクチュエータのうちの少なくとも１つが、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工デバイスに取り外し可能に連結されることができる、マウント又はアクチュエータのうちの少なくとも１つと
を備える、
３Ｄ印刷システムで使用するための押出デバイス。

【請求項25】

前記加熱システムが、熱風ダクトと流体連通する熱風送風機を更に備える、
請求項２４に記載の押出デバイス。

【請求項26】

前記ハウジングアセンブリと流体連通するノズルを更に備える、
請求項２５に記載の押出デバイス。

【請求項27】

前記熱風ダクトの出口を更に備え、
前記出口が、前記ノズルの半径方向外側に配置される、
請求項２６に記載の押出デバイス。

【請求項28】

前記加熱システムが、前記ハウジングアセンブリの半径方向外側に配置された第１の熱風送風機を更に備える、
請求項２４に記載の押出デバイス。

【請求項29】

前記加熱システムが、前記ハウジングアセンブリの半径方向外側に配置された第２の熱風送風機を更に備える、
請求項２８に記載の押出デバイス。

【請求項30】

フィラメントを前記ハウジングアセンブリ内に供給し、堆積されようとする前記材料と交差するように構成されたスプールフィーダシステムを更に備える、
請求項２４に記載の押出デバイス。

【請求項31】

前記スプールフィーダシステムが、スプールと、第２の駆動モータと、シャフトとを備える、
請求項３０に記載の押出デバイス。

【請求項32】

前記第２の駆動モータが、前記シャフトを駆動するように構成され、
前記スプールが、駆動されている前記シャフトに応答して回転するように構成されている、
請求項３１に記載の押出デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年６月５日に出願された「ＨＹＢＲＩＤ ＣＮＣ ＭＡＣＨＩＮＩＮＧ／３Ｄ ＰＲＩＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＴＨＥＲＥＯＦ」と題する米国仮出願第６３／０３５，３３５号の優先権及び利益を主張する。前述の出願の開示は、以下に具体的に示される部分を含むがこれらに限定されないその全体が参照により本明細書に組み込まれるが、いかなる主題の放棄又は否認を除き、組み込まれた資料が本明細書の明示的な開示と矛盾する程度を除き、この場合、本開示の文言が支配するものとする。

【0002】

（発明の分野）
本開示は、三次元（３Ｄ）印刷システム及び方法に関し、特に、標準的な供給原料を介して粉末射出するための構成要素を効率的に３Ｄ印刷するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械は、コード化されプログラムされた命令に従うことによって、手動オペレータなしで、材料片（例えば、金属、プラスチック、木材、セラミック、又は複合材料）を仕様を満たすように処理する。ＣＮＣ機械は、所望の仕様を満たすように材料を機械加工するために、ドリル、鋸などを利用する。対照的に、３Ｄ印刷デバイスは、材料が多数の層を連続して押し出すことによって積層される付加製造のために構成されている。３Ｄ印刷デバイスは、連続して利用することができるが、ＣＮＣ機械とは異なるデバイスである。これにより、最終製品の製造が遅延し、潜在的に追加の作業が追加される可能性がある。したがって、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム及び方法が望ましい場合がある。

【発明の概要】

【0004】

３Ｄ印刷システム、又はハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システムで使用するための押出デバイスが本明細書に開示されている。押出デバイスは、第２の層を堆積させる前に堆積された層を加熱するように構成された加熱システムを備えてもよい。様々な実施形態では、加熱システムは、３Ｄ印刷用途のための典型的な押出デバイスと比較して、堆積された層のより大きな接合を容易にすることができる。様々な実施形態では、加熱システムは独立しており、マウントなどを介して典型的なコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工デバイスに連結されるように適合可能である。様々な実施形態では、押出デバイスは、押出デバイスをワークピースに向かって又はワークピースから離れるように並進させるように構成されたアクチュエータを備える。

【0005】

様々な実施形態では、本明細書に開示される押出デバイスは、三次元（３Ｄ）印刷デバイス又はハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／３Ｄ印刷デバイスでの使用に適合可能であり得る。様々な実施形態では、３Ｄ印刷デバイスは、ハイブリッドであるか否かにかかわらず、様々な押出デバイスを交換するように構成されたスピンドル又はツールホルダを備えてもよく、又は３Ｄ印刷デバイスは、複数のツールホルダを備え、複数の押出デバイスを同時に保持してもよい。

【0006】

本明細書に開示される押出デバイスは、様々な目的（すなわち、付加的メイターの初期層が大まかな形状を作成するため、より微細な層がそれぞれの構成要素のより微細な特徴を画定するため、及び／又は支持層が支持されていない領域に追加の構造的支持を提供するため）に適合可能であり得る。様々な実施形態によれば、押出デバイスは、（交換可能なシステムの場合は押出デバイスを交換することによって、又は複数の押出デバイスを有するシステムの場合は直ちに）連続して利用され、堅牢な３Ｄ印刷構成要素を作成することができる。

【0007】

ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／３次元（３Ｄ）印刷システムが本明細書に開示される。システムは、スピンドルであって、スピンドルが除去的構成要素を受けるように構成されている、スピンドルを有するフレームと、フレームに連結された第１の押出ユニットであって、第１の加熱システムを備え、加熱システムが、第２の層を堆積させる前に堆積された層を加熱する、第１の押出ユニットと、フレーム、スピンドル、及び第１の押出ユニットと電気的に通信するコントローラとを備えてもよい。

【0008】

種々の実施形態では、コントローラは、材料を所定の形状に積層するよう第１の押出ユニットに命令し、所望の仕様に基づき除去的構成要素を介して材料を機械加工するようスピンドルに命令するように動作可能である。ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システムは、フレームに連結された第２の押出ユニットを更に備えてもよく、第２の押出ユニットは、第１の加熱システムによる第２の加熱システムを備える。第１の押出ユニットは、第１のノズルを備えてもよく、第２の押出ユニットは、第２のノズルを備えてもよく、第１のノズルは、第２のノズルの第２の直径より大きくてもよい第１の直径を有する。様々な実施形態では、コントローラは第２の押出ユニットと電気通信し、コントローラは、バルク材料を所定の形状に積層するように第１の押出ユニットに命令し、所望の仕様に基づき除去的構成要素を介してバルク材料を機械加工するようにスピンドルに命令し、バルク材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させるか、又は所定の形状に支持を加えるための支持材料を堆積させるように第２の押出ユニットに命令するように動作可能である。システムは、スピンドルに連結された第３の押出ユニットを更に備えてもよく、第３の押出ユニットは、第１の加熱システムによる第３の加熱システムを備える。様々な実施形態では、コントローラは第２の押出ユニットと電気通信し、コントローラは、バルク材料を所定の形状に積層するように第１の押出ユニットに命令し、所望の仕様に基づきバルク材料を機械加工するように除去的構成要素に命令し、バルク材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させるように第２の押出ユニットに命令し、所定の形状に支持を加えるための支持材料を堆積させるように第３の押出ユニットに命令するように動作可能である。

【0009】

三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法が本明細書に開示される。方法は、製造システムの第１の押出ユニットを通して、第１の材料を所定の形状に積層することと、製造システムを介して、第１の材料を所望の仕様に機械加工することと、製造システムの第２の押出ユニットを通して、第１の材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させることとを含んでもよい。方法は、製造システムの適合／凝縮ツールを介して、第１の材料を適合させることを更に含んでもよい。方法は更に、製造システムの第３の押出ユニットを通して、支持材料を堆積させ、所定の形状に支持を加えることを含んでもよい。様々な実施形態において、第１の押出ユニットは、第１のノズルを備え、第２の押出ユニットは、第２のノズルを備え、第１のノズルは、第２のノズルの第２の直径より大きい第１の直径を有する。方法は、第２の材料を堆積させる前に、第１の押出ユニットを第２の押出ユニットと交換することを更に含んでもよい。第１の押出ユニット及び第２の押出ユニットはそれぞれ、材料を堆積させる間に材料を加熱するように構成されている熱風送風機を備える加熱システムを備えてもよい。

【0010】

三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法が本明細書に開示される。方法は、製造システムの第１の押出ユニットであって、第１の押出ユニットが第１のノズルを備える、第１の押出ユニットを通じて、第１の材料を所定の形状に積層することと、製造システムを介して、第１の押出ユニットを、第２の押出ユニットであって、第２の押出ユニットが第２のノズルを備え、第１のノズルが第２のノズルの第２の直径よりも大きい第１の直径を有する、第２の押出ユニットと交換することと、製造システムの第２の押出ユニットを通して、第１の材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させることとを含んでもよい。方法は、製造システムの凝縮デバイスを介して凝縮することを更に含んでもよい。第１の材料を凝縮することは、凝縮デバイスを介して、第１の材料を同時に加熱することを更に含んでもよい。様々な実施形態では、第１の材料を積層することは、製造システムのスプールフィーダを介して第１の材料内にフィラメントを積層することを更に含む。

【0011】

３Ｄ印刷システムで使用するための凝縮デバイスが本明細書で開示される。凝縮デバイスは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械のスピンドルに動作可能に連結されるように適合可能な第１のスピンドルテーパと、先端部を画定するノズルと、ノズルに連結されたハウジングと、第１のスピンドルとノズルとの間に配置された流体駆動システムであって、ノズルの先端部に近接して配置された流体出口に向かって流体を駆動するように構成されている流体駆動システムと、ノズルの先端部に近接して配置された材料形成装置とを備えてもよい。

【0012】

様々な実施形態では、凝縮デバイスは、ＣＮＣ機械の加熱システムに連結するように構成された配管システムを備えてもよい。配管システムは、ＣＮＣ機械を介して凝縮デバイスの動作中に熱風を受けるように構成されてもよい。凝縮システムは、材料形成装置に連結された減衰システムを更に備えてもよい。減衰システムは、ストラットを備えてもよい。流体駆動システムは、ハウジングに対して回転するように構成されたタービンを備えてもよい。

【0013】

３Ｄ印刷システムで使用するための押出デバイスが本明細書で開示される。押出デバイスは、駆動モータと、駆動モータに連結されたオーガと、ハウジングアセンブリであって、ハウジングアセンブリ内にオーガが配置され、ハウジングアセンブリを通じて堆積されようとする材料を並進させるようにオーガが構成されている、ハウジングアセンブリと、ハウジングアセンブリと流体連通するホッパと、ハウジングアセンブリに連結された加熱システムであって、第２の層を堆積する前に堆積された層を加熱する、加熱システムと、マウント又はアクチュエータのうちの少なくとも１つであって、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工デバイスに取り外し可能に連結されることができる、マウント又はアクチュエータのうちの少なくとも１つとを備えてもよい。

【0014】

様々な実施形態では、加熱システムは、熱風ダクトと流体連通する熱風送風機を更に備える。押出デバイスは、ハウジングアセンブリと流体連通するノズルを更に備えてもよい。押出デバイスは、熱風ダクトの出口を更に備えてもよく、出口はノズルの半径方向外側に配置される。加熱システムは、ハウジングアセンブリの半径方向外側に配置された第１の熱風送風機を更に備えてもよい。加熱システムは、ハウジングアセンブリの半径方向外側に配置された第２の熱風送風機を更に備えてもよい。押出デバイスは、フィラメントをハウジングアセンブリ内に供給し、堆積されようとする材料と交差するように構成されたスプールフィーダシステムを更に備えてもよい。スプールフィーダシステムは、スプールと、第２の駆動モータと、シャフトとを備えてもよい。第２の駆動モータは、シャフトを駆動するように構成されてもよく、スプールは、シャフトが駆動されるのに応じて回転するように構成される。

【0015】

前述の特徴及び要素は、明示的に別段の指示がない限り、排他性なしに様々な組合せで組み合わせることができる。これらの特徴及び要素並びにそれらの動作は、以下の説明及び添付の図面に照らしてより明らかになるであろう。しかしながら、以下の説明及び図面は、本質的に例示的であり、非限定的であることを意図していることが理解されるべきである。本節の内容は、本開示への簡略化された導入として意図されており、いかなる請求項の範囲も限定することを意図するものではない。
以下の説明及び添付図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】様々な実施形態による、構成要素を３Ｄ印刷するための方法を示す図である。

【図2A】様々な実施形態による、ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システムの斜視図である。

【図2B】様々な実施形態による、ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システムの一部の側面図である。

【図2C】様々な実施形態による、ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システムの一部の側面図である。

【図2D】様々な実施形態による、ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システムの一部の側面図である。

【図2E】様々な実施形態による、三次元（３Ｄ）印刷システムの一部の側面図である。

【図2F】様々な実施形態による、三次元（３Ｄ）印刷システムの一部の斜視図である。

【図3】様々な実施形態による、押出デバイスの斜視図である。

【図4】様々な実施形態による、押出デバイスの斜視断面図である。

【図5】様々な実施形態による、押出デバイスの斜視図である。

【図6】様々な実施形態による、押出デバイスの底面図である。

【図7A】様々な実施形態による、スプールフィーダシステムを有する押出デバイスを示す図である。

【図7B】様々な実施形態による、押出デバイス用スプールフィーダシステムの詳細図である。

【図8A】様々な実施形態による、押出デバイスの一部の断面図である。

【図8B】様々な実施形態による、押出デバイスの一部の断面図である。

【図8C】様々な実施形態による、押出デバイスの一部の断面図である。

【図9A】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールの側面図である。

【図9B】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールの斜視図である。

【図9C】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールの断面図である。

【図10】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールの側面図である。

【図11A】様々な実施形態による、ＣＮＣ機械のツールホルダ内の凝縮／適合ツールの設置を示す図である。

【図11B】様々な実施形態による、ＣＮＣ機械のツールホルダ内の凝縮／適合ツールの設置を示す図である。

【図11C】様々な実施形態による、ＣＮＣ機械のツールホルダ内の凝縮／適合ツールの設置を示す図である。

【図11D】様々な実施形態による、ＣＮＣ機械のツールホルダ内の凝縮／適合ツールの設置を示す図である。

【図11E】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールを除去的構成要素と交換することを示す図である。

【図11F】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールを除去的構成要素と交換することを示す図である。

【図11G】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールを除去的構成要素と交換することを示す図である。

【図11H】様々な実施形態による、凝縮／適合ツールを除去的構成要素と交換することを示す図である。

【図12】様々な実施形態による、製造システムの概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以降の説明は、様々な例示的な実施形態にすぎず、いずれにせよ、本開示の範囲、適用性、又は構成を制限することは意図していない。むしろ、以降の説明は、最良の態様を含む様々な実施形態を実施するための簡便な例示を提供することを意図している。当然のことながら、本開示の原理から逸脱することなく、これらの実施形態で説明される要素の機能及び配置に様々な変更を加えることができる。

【0018】

簡潔にするために、従来の技法及び構成要素は、本明細書では詳細に説明されない場合がある。更に、本明細書に包含される様々な図面に示される接続線は、様々な要素の間の例示的な機能的関係及び／又は物理的連結を表現することが意図される。多くの代替の又は追加の機能的関係、又は物理的接続が、例示的なシステム及び／又はその構成要素に存在し得ることに留意すべきである。

【0019】

様々な実施形態では、典型的なシステム及び方法と比較してより効率的な方法でより詳細な三次元構成要素を製造するための様々な構成要素が本明細書に開示される。例えば、典型的なＣＮＣ機械に取り付けられるように、及び／又は典型的なＣＮＣ機械に後付けされるように適合可能である、改良された押出デバイスが本明細書に開示される。加えて、改良された押出デバイスは、様々な実施形態によれば、材料堆積中に堆積されている層、又は堆積されている層の下の層を加熱して、付加的プロセス中により強い接合を作成するように構成された熱風送風機などの独立した加熱システムを含んでもよい。様々な実施形態において、改良された押出デバイスは、改良された押出デバイスのノズルと連通するスプールフィーダを更に備えてもよい。この点に関して、スプールフィーダは、フィラメントをノズル内に供給し、押出デバイスを通して堆積されている材料と共に堆積させ、それ自体の材料と比較してより強い及び／又はより堅牢な複合構成要素を作成するように構成されてもよい。

【0020】

様々な実施形態による、３Ｄ印刷プロセスにおける堆積ステップ後に材料を凝縮及び／又は適合させるように構成された凝縮／適合デバイスも本明細書に開示される。様々な実施形態では、凝縮／適合デバイスは、本明細書に開示される押出デバイスから続いて使用されるように構成される。様々な実施形態では、凝縮／適合ツールは、典型的なシステム及びプロセスと比較して、層間のより大きな接合及びより平滑でより均一な構成要素を促進するために、堆積ステップ中に以前に堆積された材料を加熱するように構成された、加熱システムを備える。

【0021】

様々な実施形態では、製造システムを介して３Ｄ構成要素を製造する方法が本明細書に開示される。製造システムは、マシニングセンタ（例えば、スピンドルテーパ）、第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、及び／又は第３の押出ユニットを含むハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／３Ｄ印刷デバイスを含んでもよい。本明細書に開示される「ハイブリッド」は、様々な実施形態による、粒状材料の堆積、材料の除去、及び／又は材料の凝縮のために構成されたシステムを指す。様々な実施形態では、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスは、プロセス中に手動による支援なしに効率的に高品質の構成要素を製造するように構成されてもよい。この点に関して、製造システムは、第１の押出ユニットを用いて最終構成要素の大まかな形状を定め、ミルを用いて大まかな形状を所定の仕様にフライス加工し、第２の押出ユニットを用いて任意の空隙を充填し、及び／又は第３の押出ユニットを用いて支持されていない領域に支持材料を追加するように構成されてもよい。第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、及び第３の押出ユニットは、実質的に同様であってもよい。各押出ユニットは、取り外し可能なノズルを備えてもよい。取り外し可能なノズルは、それぞれの押出ユニットに対してノズル直径を変えることを可能にすることができる。したがって、種々の実施形態によれば、第１の押出ユニットは、より直径が大きいノズルを用いてバルク材料を堆積させるように構成されてもよく、第２の押出ユニットは、より直径が小さいノズルを用いてより微細な粒子を堆積させるように構成されてもよい。

【0022】

様々な実施形態において、第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、及び第３の押出ユニットは、典型的なＣＮＣ機械に後付けされてもよく、その結果、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスが得られる。様々な実施形態において、第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、及び第３の押出ユニットは、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスと一体であってもよい。様々な実施形態において、第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、及び第３の押出ユニットは、リニアアクチュエータを備えてもよい。リニアアクチュエータは、本明細書に記載されるような製造方法の積層及び／又は堆積ステップの前又は最中に、それぞれの押出ユニットを並進させるように構成されてもよい。本明細書ではミルを備えるものとして説明されているが、ＣＮＣ機械加工デバイスの任意の除去的機械加工構成要素は、本開示の範囲内である。例えば、旋削、面削り、分割、溝入れ、穴あけ、フライス加工、及び／又は除去的機械加工構成要素の任意の組合せのために構成された旋盤は、本開示の範囲内である。

【0023】

ここで図１を参照すると、様々な実施形態による、３Ｄ構成要素を製造する方法が示されている。方法１００は、製造システムを介して、第１の材料を所定の形状に積層すること（ステップ１０２）を含む。製造システムは、様々な実施形態によれば、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス、又は３Ｄ印刷デバイス及びＣＮＣ機械を備えることができる。製造システムは、ミルと、少なくとも１つの押出ユニットとを備えてもよい。ミルは、除去製造のために構成されてもよく、少なくとも１つの押出ユニットは、付加製造のために構成されてもよい。所定の形状は、３Ｄ構成要素の大まかな形状であってもよい。第１の材料は、３Ｄ印刷デバイスの第１の押出ユニットを介して積層されてもよい。第１の材料は、セラミック射出成形（ＣＩＭ）粉末、金属射出成形（ＭＩＭ）粉末、ポリマー系材料、又は当技術分野で知られている任意の他の３Ｄ印刷材料を含むことができる。第１の押出ユニットは、第１の材料のバルクを３Ｄ構成要素の大まかな形状で堆積させるように構成されてもよい。

【0024】

様々な実施形態において、方法１００は、製造システムを介して第１の材料を凝縮又は適合させること（ステップ１０３）を更に含む。ステップ１０４において機械加工の前に凝縮／適合するものとして示されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、種々の実施形態によれば、凝縮又は適合ステップ１０３は、方法１００の任意の他のステップの後に利用されてもよい。製造システムは、凝縮／適合ツールを更に備えることができ、これについては本明細書で更に説明する。凝縮／適合ツールは、本明細書で更に説明されるように、ＣＮＣツールチェンジャに適合可能であってもよい。これに関して、様々な実施形態によれば、特定の用途に基づいて様々な凝縮／適合ツールを利用することができる。

【0025】

様々な実施形態において、方法１００は、製造システムを介して第１の材料を所望の仕様に機械加工すること（ステップ１０４）を更に含む。様々な実施形態では、機械加工は、旋削又は穴あけ、又はより好ましくはフライス加工を含んでもよい。ミルなどの機械加工構成要素は、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスの構成要素であってもよい。所望の仕様は、印刷されようとする３Ｄ構成要素の所望の幾何学的制約に対応し得る。この点に関して、機械加工ステップは、製造されようとする３Ｄ構成要素の所望の仕様内にある機械加工された構成要素をもたらすことができる。

【0026】

様々な実施形態では、方法１００は、製造システムを介して第２の材料を堆積させて、第１の材料内の空隙を充填し、かつ／又は３Ｄ構成要素のより微細な特徴を作成すること（ステップ１０６）を更に含む。様々な実施形態において、ステップ１０６は、ステップ１０３、１０４の前又は後に実行されてもよい。第２の材料は、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスの第２の押出ユニットを介して堆積されてもよい。第２の材料は、セラミック射出成形（ＣＩＭ）粉末、金属射出成形（ＭＩＭ）粉末、ポリマー系材料、又は当技術分野で知られている任意の他の３Ｄ印刷材料を含むことができる。第２の材料は、第１の材料と同じであってもよい。第２の押出ユニットは、第１の押出ユニットに比べてより少量の第２の材料を堆積させるように構成されてもよい。例えば、第２の押出ユニットは、第１の押出ユニットのノズルに比べてより小さい断面直径を有するノズルを備えてもよい。この点に関して、種々の実施形態によれば、第２の押出ユニットは、より微細な特徴のために第１の押出ユニットに比べより小さい直径の材料を堆積させるように、かつ／又は第１の材料から残された空隙を充填するように構成されてもよい。

【0027】

様々な実施形態において、方法１００は、製造システムを介して、所定の形状に支持を加えるために支持材料を堆積させること（ステップ１０８）を更に含む。第２の材料は、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスの第３の押出ユニットを介して堆積されてもよい。様々な実施形態では、３Ｄ構成要素は、フランジ、又は特徴の崩壊を防止するために追加の支持を必要とし得る任意の他の特徴を含んでもよい。この点に関して、支持材料を堆積させて、３Ｄ構成要素に追加の支持を提供することができる。様々な実施形態において、支持材料は、第１の材料及び／又は第２の材料とは異なる材料であってもよい。例えば、支持材料は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）材料、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）材料などを含んでもよい。様々な実施形態では、支持材料は、ワックス材料又は熱に暴露されると除去されることができる任意の他の材料など、熱的に除去されるように構成された材料を含んでもよい。また、様々な実施形態において、溶剤系プロセスによる支持材料の除去は、本開示の範囲内である。

【0028】

本明細書では、付加製造用に構成された３つの押出ユニット、除去製造用に構成された１つのフライス加工構成要素、及び１つの凝縮／適合ツールを用いて説明したが、本明細書の製造システムは、単一のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス上に、除去製造構成要素、凝縮／適合ツール、及び付加製造構成要素の任意の組合せを含んでもよい。例えば、様々な実施形態によれば、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスは、少なくとも１つの除去製造構成要素（例えば、ミル、旋盤、ドリルなど）、少なくとも１つの凝縮／適合ツール、及び／又は少なくとも１つの付加製造構成要素（例えば、第１の押出ユニット、第２の押出ユニット、第３の押出ユニットなど）を含む。

【0029】

様々な実施形態において、本明細書に開示されている方法１００は、典型的な製造プロセスと比較して、より速く、より効率的である。例えば、様々な実施形態によれば、ハイブリッド多機能システムを利用することにより、３Ｄ印刷された構成要素は、付加的ステップ及び除去的ステップの実行から切り替えるために、３Ｄ印刷機とＣＮＣ機械との間で変更する必要がない。この点に関して、様々な実施形態によれば、図１の方法１００中にかなりの時間を節約することができる。更に、様々な実施形態によれば、プロセス１００（例えば、ステップ１０３）全体にわたって適合／凝縮ツールを使用すること、及び／又は堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）全体にわたって加熱することを通して、方法１００によって、より狭い公差及び／又は層間のより強い接合を得ることができる。

【0030】

ここで図２Ａを参照すると、図１の方法１００に従って３Ｄ構成要素を製造するように構成された製造システム２００の斜視図が、様々な実施形態に従って示されている。製造システム２００は、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１を備えてもよい。様々な実施形態では、製造システム２００は、付加製造用に構成された付加的構成要素（例えば、第１の押出ユニット２１０）と、ＣＮＣツール（例えば、ミル２４１、旋盤、ドリルなどの除去製造プロセス用に構成された除去的構成要素２４０）とを備えてもよい。図２Ａでは除去的構成要素２４０として示されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、様々な実施形態において、除去的構成要素２４０は、本明細書で更に説明されるように、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１を介して凝縮／適合ツールと交換されてもよい。この点に関して、凝縮／適合ツールへの交換に応答して、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、本明細書で更に説明されるように、製造プロセスにおける様々な段階で（すなわち、方法１００の製造ステップ１０３中に）３Ｄ印刷された構成要素を適合させるように構成されてもよい。様々な実施形態では、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、本明細書で前述したように、複数の付加的構成要素（例えば、第１の押出ユニット２１０）及び／又は複数のＣＮＣツール（例えば、複数の除去的構成要素２４０、単一の除去的構成要素２４０及び凝縮／適合ツールなど）を備えてもよい。この点に関して、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、製造プロセス（例えば、図１の方法１００）の付加的ステップ、凝縮／適合ステップ、及び／又は除去的ステップの間の人的な干渉なしに、高品質の３Ｄ構成要素をより効率的に生成するように構成される。様々な実施形態において、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、３～５つの軸に沿って（例えば、Ｘ－Ｙ－Ｚ軸に沿って、Ｘ－Ｙ－Ｚ軸及び回転軸に沿って、Ｘ－Ｙ－Ｚ軸及び２つの回転軸に沿って、又は現在のＣＮＣ機械が可能な数の軸に沿って）それぞれの構成要素を除去製造、付加製造、及び／又は凝縮／適合するように構成される。様々な実施形態では、製造システム２００は、垂直機械加工システム（例えば、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１）又は水平機械加工システム（例えば、図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３）を含む。

【0031】

ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、第１の押出ユニット２１０を用いて３Ｄ構成要素の大まかな形状を印刷するように構成されてもよい（例えば、図１の方法１００のステップ１０２）。この点に関して、第１の押出ユニット２１０は、本明細書で更に説明されるように、ホッパなどを介して第１の材料を受けるように構成されてもよい。様々な実施形態において、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、除去的構成要素２４０を用いて、３Ｄ構成要素の大まかな形状を所望の仕様に機械加工するように構成されてもよい（例えば、図１のステップ１０４）。

【0032】

様々な実施形態において、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、第１の材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させるように構成されてもよい（例えば、図１のステップ１０６）。これに関して、様々な実施形態によれば、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、ホッパを介して第２の材料を受け取るように構成された第２の押出ユニット２２０を備えてもよく、又は第１の押出ユニット２１０は、それぞれのノズルの直径を変更し、第２の材料を受けるように構成されてもよい。様々な実施形態において、第１の材料は第２の材料と同じである。様々な実施形態において、第２の材料は、第１の材料よりも微細な直径／微粒子であってもよい。これに関して、第２の材料は、３Ｄ構成要素のより詳細な付加的特徴のために構成されてもよい。様々な実施形態において、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、所定の形状に支持を加えるために支持材料を堆積させるように構成されてもよい（例えば、図１の方法１００のステップ１０８）。したがって、支持材料は、第１の材料及び／又は第２の材料とは異なる材料であってもよい。

【0033】

様々な実施形態において、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、第１のフレーム２０２と、第２のフレーム２０４と、ワークテーブル２０６とを更に備える。第２のフレーム２０４及びワークテーブル２０６はそれぞれ、第１のフレーム２０２に連結されてもよい。第１のフレーム２０２は固定フレームである。様々な実施形態では、第２のフレーム２０４はスピンドル２０５を含む。スピンドル２０５は、モータと、ツールを保持するためのテーパ（本明細書では「ツールホルダ」及び／又は「スピンドル」と呼ばれる）と、別個の構成要素を一緒に保持するシャフトとを備える。様々な実施形態では、第２のフレーム２０４は、第１のフレーム２０２に対して移動するように構成されてもよい。この点に関して、第２のフレーム２０４は、様々な実施形態による移動フレームであってもよい。様々な実施形態では、ワークテーブル２０６は、フレーム２０２、２０４に対して移動するように構成されてもよい。この点に関して、フレーム２０２、２０４は、様々な実施形態において固定されてもよい。様々な実施形態では、ワークテーブル２０６及び第２のフレーム２０４の両方は、第１のフレーム２０２に対して移動するように構成されてもよい。付加的ステップ（例えば、図１のステップ１０２、１０６、及び／又は１０８）の間、材料はワークテーブル２０６上に堆積されてもよく、凝縮／適合ステップ（例えば、ステップ１０３）の間、材料はワークテーブル２０６上で凝縮／適合されてもよく、及び／又は除去的ステップ（例えば、ステップ１０４）の間、材料はワークテーブル２０６上で機械加工されてもよい。

【0034】

押出ユニット２１０、２２０、２３０と、除去的構成要素２４０とが同じフレーム（例えば、フレーム２０４）に連結されているものとして示されているが、本開示は、この点に関して限定されない。例えば、図２Ｄを簡単に参照すると、様々な実施形態によれば、押出ユニット２１０、２２０、２３０は、第１のフレーム２０７に連結されてもよく、除去的構成要素２４０は、第２のフレーム２０９上に配置されたスピンドルに連結されてもよい。様々な実施形態によれば、製造システム２００のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３は、別個のフレーム（例えば、図２Ｄのフレーム２０７、２０９）に連結されると、付加的ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、及び／又は１０８）を除去的ステップ（例えば、ステップ１０４）とほぼ同時に実行するように構成してもよく、その結果、より効率的な製造プロセスが得られる。

【0035】

様々な実施形態では、除去的構成要素２４０、第１の押出ユニット２１０、第２の押出ユニット２２０、第３の押出ユニット２３０、スピンドル２０５、及び／又はワークテーブル２０６は、コントローラ２０８と電気通信している。コントローラは、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１上のどこに配置されてもよい。様々な実施形態では、コントローラはスピンドル２０５上に配置されてもよいが、本開示はこの点に限定されない。

【0036】

ここで図２Ｂを参照すると、様々な実施形態による、押出ユニット（例えば、第１の押出ユニット２１０）が第１の位置にある製造システム２００のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１の側面図が示されている。第１の押出ユニット２１０を備えるものとして示されているが、任意の押出ユニットが図２Ｂに従って構成されてもよい。例えば、第２の押出ユニット２２０及び／又は第３の押出ユニット２３０は、図２Ｂの第１の押出ユニット２１０に従ってもよい。様々な実施形態では、第１の押出ユニット２１０は、アクチュエータ２１２（例えば、リニアアクチュエータ）を含む。様々な実施形態では、アクチュエータ２１２は、押出ユニット（例えば、第１の押出ユニット２１０）を押出ユニットのハウジングに対して並進させるように構成される。例えば、ここで図２Ｃを参照すると、第１の押出ユニット２１０は、図１の方法１００の積層及び／又は堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、及び／又は１０８）中に、第１の位置（例えば、図２Ｂ）から第２の位置（例えば、図２Ｃ）に並進してもよい。

【0037】

様々な実施形態において、本明細書に開示される押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）は、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、２０３に限定されない。例えば、ここで図２Ｅ～図２Ｆを参照すると、押出ユニット２１０、２２０、２３０は、３Ｄ印刷デバイス２１１のために構成され、適合可能であってもよい。この点に関して、押出ユニット２１０、２２０、２３０は、３Ｄ印刷システム、ハイブリッド機械加工／３Ｄ印刷システムなどにおいて使用されてもよい。全てが図２Ａのフレーム２０４に同時に連結された複数の押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）を有するものとして図示されているが、本開示はこの点に関して限定されない。例えば、図２Ｅ～図Ｆに示すように、３Ｄ印刷デバイス２１１の付加的ツールホルダ２１３は、本明細書に開示される各押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）に独立して連結し、図１の方法１００の次のステップに移動するときに押出ユニットを交換するように適合可能であってもよい。３Ｄ印刷デバイス２１１の一部として示されているが、様々な実施形態によれば、押出ユニット２１０、２２０、２３０のための単一のツールホルダ２１３は、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、２０３において利用されてもよい。

【0038】

ここで図３を参照すると、様々な実施形態による押出デバイス３００の斜視図が示されている。様々な実施形態において、第１の押出ユニット２１０、第２の押出ユニット２２０、及び／又は第３の押出ユニット２３０は、押出デバイス３００に従うことができる。様々な実施形態において、押出デバイス３００は、駆動モータ３１０と、ホッパ３２０と、ハウジングアセンブリ３３０と、加熱システム３４０と、ノズル３５０とを含む。様々な実施形態では、駆動モータ３１０は、ハウジングアセンブリ３３０内に配置されたオーガ、ねじ、プランジャなどを駆動するように構成される。ホッパ３２０は、ハウジングアセンブリ３３０と流体連通してもよい。この点に関して、材料は、ホッパ３２０を通ってハウジングアセンブリ３３０内に供給される。ハウジングアセンブリ３３０は、ホッパ３２０に連結するように構成された連続供給システム（すなわち、プラスチック射出成形において一般的なオートローダ）に取り付けられるように構成されてもよい。連続供給システムは、ホッパ３２０を介してハウジングアセンブリ３３０内に材料を供給するように構成されてもよく、駆動モータ３１０は、図１の方法１００の積層又は堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、及び／又は１０８）中に、ノズル３５０を通して材料を押し出してもよい。ハウジングアセンブリ３３０は、ＣＮＣ機械に取り付けられ、ＣＮＣ機械をハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス（例えば、図２Ａ～図２ＣのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、又は図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３、又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１）に変換するように構成されてもよい。例えば、押出デバイス３００は、マウント３６０を更に備えてもよい。マウント３６０は、当技術分野で知られている任意の方法（例えば、締結具、溶接、ろう付け、鋳造、機械加工など）によって典型的なＣＮＣ機械に取り付けるように構成されてもよい。

【0039】

様々な実施形態では、加熱システム３４０は、熱風送風機３４２と、ヒータハウジング３４４と、熱風ダクト３４６とを備える。本明細書に記載の「熱風」は、約３８℃（１００°Ｆ）～２００℃（３９２°Ｆ）に加熱された空気を指す。様々な実施形態において、熱風送風機３４２は、ヒータハウジング３４４内に収容され、熱風ダクト３４６を通して熱風を出力するように構成される。熱風ダクトを通して配置される熱風は、図１の方法１００の積層ステップ（例えば、ステップ１０２）中に堆積されている層の下の材料の層を加熱するように、及び／又は図１の方法１００の堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）中に層の下の材料の層を加熱するように構成されてもよい。この点に関して、熱風ダクト３４６の出力部は、ノズル３５０の周りに円周方向に配置されてもよい。したがって、熱風は、（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８の間に）堆積されている層の下の層に直接接触することができ、それによって、堆積されている層への底層の接着を促進する。様々な実施形態において、熱風送風機は、ＣＮＣ機械又は３Ｄ印刷デバイスとは別個の独立した構成要素であるため、押出デバイス３００は、それ自体の独立した加熱源を含む。この点に関して、様々な実施形態によれば、熱風送風機３４２は、加熱機構のない典型的なＣＮＣ機械との押出デバイスの適合性を容易にすることができる。

【0040】

本明細書では熱風送風機を備えるものとして説明されているが、堆積されている材料を局所的に加熱することができる任意の加熱構成要素は、本開示の範囲内である。様々な実施形態では、堆積されている層の下の層を加熱することによって、付加製造ステップ（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８）中に作業環境を加熱するためのシステムを排除することができる。加えて、様々な実施形態によれば、押出デバイス３００のハウジングアセンブリ３３０に連結された加熱システム３４０を有することによって、押出デバイス３００は、典型的なＣＮＣ機械に後付けすることができ、ＣＮＣ機械をハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス（例えば、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１又は図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１）に変換することができる。

【0041】

様々な実施形態では、ハウジングアセンブリ３３０は、ヒートシンク３３２及びヒータバンド／要素３３４を含む。様々な実施形態において、ヒータバンド／要素３３４は、押出デバイス３００のハウジングアセンブリ３３０を通して押し出されている材料を、ヒートシンク３３２を通して間接的に加熱するように構成される。例えば、ヒータバンド／要素３３４は、コントローラ（例えば、図２Ａのコントローラ２０８）に電気的に連結されてもよい。コントローラは、ヒータバンド／要素３３４に信号を送信して、電気加熱を開始することができる。ヒータバンド／要素３３４は、ヒートシンク３３２の外面を電気的に加温することができる。ヒートシンク３３２は、当技術分野で知られている任意の材料とすることができる。様々な実施形態では、ヒートシンク３３２は、ヒータバンド／要素３３４から発生した熱を伝導し、及び／又は押出デバイス３００を通して押し出されている材料に熱を伝達することができる。様々な実施形態では、ヒートバンド／要素３３４は、材料がホッパ内で融解して詰まることを防ぐために、デバイスのハウジングの上方への熱伝達を最小限に抑えるための低伝導性材料を含んでもよい。この点に関して、図１の方法１００の積層及び／又は堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）中、積層又は堆積されている材料は、押出デバイス３００からの押出中にヒータバンド／要素３３４を介して加熱されてもよく、積層又は堆積された後に加熱システム３４０を介して加熱されてもよい。様々な実施形態では、押出中に加熱することによって、押出デバイス３００は、堆積及び／又は積層ステップ（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８）中の接合を容易にすることができる。

【0042】

様々な実施形態において、押出デバイス３００は、速度コントローラ３７０を更に備えてもよい。速度コントローラ３７０は、駆動モータ３１０に電気的に連結されてもよい。様々な実施形態では、速度コントローラ３７０は、駆動モータ３１０の押出速度を変動させるように構成される。この点に関して、速度コントローラ３７０は、押出デバイス３００の所望の用途に基づいて駆動モータの押出速度を加速又は減速するように調整されてもよい。様々な実施形態において、速度コントローラ３７０は、それぞれのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイスのためのコントローラ（例えば、図２Ａのコントローラ２０８）と電気通信してもよい。

【0043】

様々な実施形態では、ハウジングアセンブリ３３０は、熱電対マウント３３６を更に備えてもよい。熱電対マウント３３６は、本明細書で更に説明されるように、その上に取り付けられた熱電対を受けるように構成されてもよい。熱電対は、図１の方法１００の積層及び／又は堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）中に、ハウジングアセンブリを通して配置されている材料の押出温度を監視するように構成されてもよい。この点に関して、ヒータバンド／要素３３４は、押出プロセス中に材料が所望の温度に加熱されることを確実にするために、それぞれの熱電対による測定に応答して調整されてもよい。様々な実施形態では、熱電対は、コントローラ（例えば、図１のコントローラ２０８）と電気通信するように構成されてもよい。

【0044】

ここで図４を参照すると、様々な実施形態による押出デバイス３００の斜視断面図が示されている。様々な実施形態において、押出デバイス３００は、ハウジングアセンブリ３３０内に配置されたオーガ３８０を更に備える。オーガ３８０は、駆動モータ３１０に動作可能に連結されてもよい。この点に関して、オーガ３８０は、駆動モータ３１０によってオーガ３８０の中心線の周りを回転するように構成される。様々な実施形態では、オーガの中心線によって画定される軸を中心としてオーガ３８０を回転させることにより、材料はハウジングアセンブリ３３０を通って下向きに並進し、ノズル３５０を通って外に出てもよい。これに関して、様々な実施形態によれば、材料は、ホッパ出口３２２を通ってハウジングアセンブリ３３０内に供給されてもよく、材料は、オーガ３８０がオーガの中心線の周りを回転することに応答して下方に並進してもよく、材料は、ノズル３５０から押し出されてもよい。

【0045】

ここで図５を参照すると、様々な実施形態による押出デバイス５００の斜視図が示されている。様々な実施形態では、第１の押出ユニット２１０、第２の押出ユニット２２０、及び／又は第３の押出ユニット２３０は、押出デバイス５００に従うことができる。様々な実施形態では、押出デバイス５００は、駆動モータ３１０と、ホッパ３２０と、ハウジングアセンブリ３３０と、加熱システム５４０と、ノズル３５０とを含む。様々な実施形態では、加熱システム５４０は、ハウジングアセンブリ３３０から半径方向外側に配置された第１の熱風送風機５４２を含む。様々な実施形態では、押出デバイス５００及び押出デバイス３００からの構成要素の任意の組合せは、本開示の範囲内である。

【0046】

様々な実施形態では、第１の熱風送風機５４２は、ハウジングアセンブリ３３０に連結され、第１の加熱ハウジング５４４内に配置され、第１の熱風ダクト５４６を通して熱風を出力するように構成される。熱風ダクトを通して配置される熱風は、図１の方法１００の積層ステップ（例えば、ステップ１０２）中に堆積されている層の下の材料の層を加熱するように、及び／又は図１の方法１００の堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）中に層の下の材料の層を加熱するように構成されてもよい。この点に関して、第１の熱風ダクト５４６の出力部は、ノズル３５０の周りに円周方向に配置されてもよい。したがって、熱風は、（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８の間に）堆積されている層の下の層に直接接触することができ、堆積されている層への底層の接着を促進する。様々な実施形態では、堆積されている層の下の層を加熱することによって、付加製造ステップ（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８）中に作業環境を加熱するためのシステムを排除することができる。加えて、様々な実施形態によれば、押出デバイス３００のハウジングアセンブリ３３０に連結された加熱システム５４０を有することによって、押出デバイス３００は、典型的なＣＮＣ機械に後付けされ、ＣＮＣ機械をハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス（例えば、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１又は図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１）に変換することができる。

【0047】

様々な実施形態では、加熱システム５４０は、第２の熱風送風機５５２を更に含んでもよい。２つの熱風送風機を含むものとして示されているが、任意の数の熱風送風機が本開示の範囲内である。例えば、様々な実施形態によれば、押出デバイス５００は、１～４つの熱風送風機、又はより好ましくは約２つの熱風送風機を備えてもよい。第２の熱風送風機５５２は、第１の熱風送風機５４２に準じたものであってもよい。様々な実施形態において、第２の熱風送風機５５２は、第１の熱風送風機５４２の反対側に配置されてもよい。例えば、第２の熱風送風機５５２は、押出デバイス５００のそれぞれのオーガの中心線を中心として第１の熱風送風機５４２から約１８０度に配置されてもよい。

【0048】

様々な実施形態では、押出デバイス５００は、温度センサ５６０を更に備える。温度センサ５６０は、締結具などの当技術分野で知られている任意の方法によってハウジングアセンブリ３３０に連結されてもよい。温度センサ５６０は、ハウジングアセンブリ３３０内のプレナムと動作可能に連通してもよい。この点に関して、温度センサ５６０は、押出デバイス５００の動作中（例えば、図１の方法１００の積層ステップ１０２中、及び／又は図１の方法１００の堆積ステップ１０６及び／又は１０８中）にハウジングアセンブリ３３０内の温度を監視してもよい。

【0049】

様々な実施形態では、押出デバイス５００は、ヒータバンド／要素３３４に連結された電気コネクタ３３８を更に備える。電気コネクタ３３８は、コントローラ（例えば、図２Ａのコントローラ２０８）に電気的に連結されるように構成されてもよい。この点に関して、ヒータバンド／要素３３４は、様々な実施形態に従って、製造プロセス（例えば、図１の方法１００）中に一定温度、温度範囲を維持するように、又は温度を変動させるようにプログラム可能であってもよい。

【0050】

ここで図６を参照すると、様々な実施形態による押出デバイス５００の底面図が示されている。押出デバイス５００は、第１の熱風ダクト５４６と流体連通する第１の熱風送風機５４２の第１の出口５４７を更に備えてもよい。同様に、押出デバイス５００は、第２の熱風ダクト５５６と流体連通する第２の熱風送風機５５２の第２の出口５５７を更に備えてもよい。第１の出口５４７及び第２の出口５５７は、ノズル３５０のノズル出口３５７から半径方向外側に配置されてもよい。この点に関して、熱風ダクト５４６、５５６を通して配置される熱は、図１の方法１００の積層ステップ（例えば、ステップ１０２）中に堆積されている層の下の材料の層を加熱するように、及び／又は図１の方法１００の堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）中に層の下の材料の層を加熱するように構成されてもよい。したがって、熱風は、（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８の間に）堆積されている層の下の層に直接接触することができ、堆積されている層への底層の接着を促進する。様々な実施形態では、堆積されている層の下の層を加熱することによって、付加製造ステップ（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８）中に作業環境を加熱するためのシステムを排除することができる。

【0051】

ここで図７Ａを参照すると、様々な実施形態による押出デバイス７００の斜視図が示されている。様々な実施形態では、第１の押出ユニット２１０、第２の押出ユニット２２０、及び／又は第３の押出ユニット２３０は、押出デバイス７００に従うことができる。様々な実施形態では、押出デバイス７００は、駆動モータ３１０と、図３及び図５のホッパ３２０と、ハウジングアセンブリ３３０と、加熱システム５４０と、ノズル３５０と、スプールフィーダシステム７６０とを含む。加熱システム５４０と共に図示されているが、押出デバイス７００は、この点で限定されない。例えば、押出デバイス７００は、様々な実施形態に従って、図３の加熱システム３４０を備えてもよい。

【0052】

ここで図７Ｂを参照すると、様々な実施形態によるスプールフィーダシステム７６０の詳細図が示されている。スプールフィーダシステム７６０は、スプール７６２及び駆動モータ７６４を含む。スプール７６２は、ハウジングアセンブリ３３０に連結されている。様々な実施形態では、スプール７６２は、シャフト７６６及びホイール７６８を含む。ホイール７６８は、フィラメント７６１をノズル３５０に向かって駆動する駆動モータ７６４に応答してシャフト７６６の周りを回転して、押出ビードを形成し、複合材料（すなわち、ステップ１０２の第１の材料及びフィラメント７６１、ステップ１０６の第２の材料及びフィラメント７６１、並びに／又はステップ１０８の支持材料及びフィラメント）を作成するように構成される。この点に関して、本明細書の押出デバイスのいずれも、複合３Ｄ印刷構成要素を容易にするためにスプールフィーダシステム７６０を含むように構成されてもよい。

【0053】

様々な実施形態では、フィラメントは、Ｎｉｃａｌｏｎ（商標）、Ｈｉ－Ｎｉｃａｌｏｎ（商標）、Ｈｉ－Ｎｉｃａｌｏｎ（商標）Ｔｙｐｅ Ｓなどの商標で販売されているものなどのシリコン炭素繊維を含んでもよい。炭化ケイ素繊維は、高い強度、耐熱性及び耐食性を提供し、かつ／又はセラミック、プラスチック、及び／若しくは金属マトリックス（例えば、本明細書で前述したようなＣＭＣ、ＰＭＣ、ＭＭＣ）に対して、改善された性能機会を提供することができる。

【0054】

ここで図８Ａ～図８Ｃを参照すると、様々な実施形態による、様々な押出ユニット８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃの断面図が示されている。様々な実施形態では、ノズルの直径／形状は、それぞれの押出ユニットの所望の機能に基づいてサイズ設定及び構成されてもよい。例えば、図２Ａ又は図２Ｆの第１の押出ユニット２１０は、大径ノズル（例えば、図８Ｃのノズル８５０Ｃ）を含んでもよく、図１の方法１００の積層ステップ（例えば、ステップ１０２）中に材料をバルク堆積させるように構成されてもよい。様々な実施形態では、図２Ｂ及び図２Ｆの第２の押出ユニット２２０は、小型ノズル（例えば、図８Ａのノズル８５０Ａ）を含んでもよく、図１の方法１００の堆積ステップ（例えば、ステップ１０６）中に微粒子を堆積させるように構成されてもよい。種々の実施形態では、支持材料は、図１の方法１００の堆積ステップ（例えば、ステップ１０８）中に、図２Ｂ及び図２Ｆの第３の押出ユニット２３０を通じて中径ノズル（例えば、図８Ｂのノズル８５０Ｂ）を通じて堆積されてもよい。様々な実施形態では、支持材料は、任意の直径のノズル（例えば、図８００Ａ～図８００Ｃのノズル８５０Ａ、８５０Ｂ、８５０Ｃ）を利用して堆積されてもよい。

【0055】

ここで図９Ａ～図９Ｃを参照すると、様々な実施形態による凝縮／適合ツール２５０の様々な図が示されている。様々な実施形態では、凝縮／適合ツール２５０は、配管システム９１０と、材料形成装置９２０と、流体駆動システム９３０と、減衰システム９４０と、アダプタ９５０と、先端部９６０とを備える。

【0056】

様々な実施形態では、配管システム９１０は、流体導管９１２と、流体入口９１４と、継手９１６とを備える。流体導管９１２は、熱風を流体入口９１４から流体導管９１２を通って先端部９６０の外へ送るように構成される。この点に関して、様々な実施形態によれば、材料形成装置９２０が先に堆積された材料を凝縮／適合させているとき（例えば、ステップ１０２、ステップ１０６、及び／又はステップ１０８の後）、熱風は、先に堆積された材料を軟化させ、前の層との接合を容易にすることができる。継手９１６は、典型的なＣＮＣ機械の加熱システムに連結するように構成される。この点に関して、継手９１６は、加熱システムに取り外し可能に連結するように構成されてもよい（例えば、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３、又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１の図９Ａの継手９１８）。

【0057】

様々な実施形態において、材料形成装置９２０は、球体９２２を含む。球体を含むものとして図示されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、材料形成装置９２０は、半球形、円筒形などの様々な形状とすることができる。材料形成装置９２０は、先端部９６０の出口９６２を少なくとも部分的に通って延在する。様々な実施形態によれば、材料形成装置９２０は、減衰システム９４０のストラット９４２に連結されてもよい。減衰システム９４０は、凝縮／適合ツール２５０の動作中に材料形成装置９２０の減衰を容易にするように構成される。例えば、減衰システム９４０は、材料形成装置９２０がストラット９４２の中心軸に沿って軸方向に移動することを可能にする。この点に関して、様々な実施形態によれば、減衰システムは、圧力が加えられたときの形状の不一致を補償することができ、かつ／又は使用中のそれぞれの部品若しくは図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３、及び／又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１への損傷を防止することができる。様々な実施形態では、減衰システム９４０は、ガスショックストラットシステム、ばね荷重システムなどを含むことができる。

【0058】

様々な実施形態では、流体駆動システム９３０は、スピンドル９３４に取り付けられたファン９３２を備えてもよい。様々な実施形態では、スピンドル９３４は、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３、及び／又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１のスピンドル２０５に動作可能に連結するように構成される。この点に関して、スピンドル９３４及びスピンドル２０５は、凝縮／適合ツール２５０がハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１のスピンドル２０５に連結されたことに応答して、図２Ａのフレーム２０４に対して共に回転するように構成されてもよい。

【0059】

様々な実施形態では、ファン９３２は、配管システム９１０の流体導管９１２から熱風を駆動するように構成される。この点に関して、ファン９３２は、スピンドル９３４によって画定された軸を中心に回転し、吸引などによって流体導管９１２から押し出すことができる。様々な実施形態では、ファン９３２は、様々な実施形態に従って、材料形成装置９２０を更に加圧することができる。この点に関して、流体駆動システム９３０は、二重目的システム（すなわち、配管システム９１０の流体導管９１２から熱風を引き出すことによって、堆積された材料をより効率的に適合させるための追加の圧力を提供する、及び／又は堆積された材料を軟化させる）であってもよい。

【0060】

様々な実施形態において、流体駆動システム９３０は、軸受９３６を含む。軸受９３６は、スピンドル９３４及びファン９３２の効率的な回転を容易にすることができる。様々な実施形態では、ころ軸受、玉軸受など、任意のタイプの軸受を軸受９３６に利用することができる。本開示はこれに限定されない。ファン９３２は、ハウジング９７０に対して回転するように構成される。この点に関して、凝縮／適合ツール２５０は、流体駆動システム９３０の動作中にハウジング９７０を静止状態に保つように構成された、ハウジング９７０に連結された係合解除ピン９７２を更に備えてもよい。例えば、係合解除ピン９７２は、本明細書で更に説明されるように、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１、図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３、及び／又は図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１のツールホルダ内の受口に係合するように構成される。

【0061】

様々な実施形態では、アダプタ９５０は、スピンドル９３４の半径方向外側表面に連結される。アダプタ９５０は別個の構成要素として示されているが、様々な実施形態によればスピンドル９３４と一体であってもよい。アダプタ９５０は、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１のツールホルダをスピンドル９３４に動作可能に連結するように構成される。この点に関して、様々な実施形態によれば、ツールホルダは、図２Ａのコントローラ２０８に動作可能に連結されてもよく、コントローラ２０８は、ツールホルダの動作を介してスピンドル９３４を駆動するように構成されてもよい。

【0062】

様々な実施形態では、凝縮／適合ツール２５０は、典型的なＣＮＣ機械加工ツールホルダに適合可能である。この点に関して、凝縮／適合ツール２５０は、任意の既存のＣＮＣ機械加工ツール駆動システムに後付けすることができ、本明細書で説明するように動作させることができる。凝縮／適合ツール２５０は、３Ｄ印刷製品の製造中（例えば、図１の方法１００中）に様々な層間のより滑らかな接合を容易にすることができる。本明細書で更に説明されるように、凝縮／適合ツール２５０は、ＣＮＣ機械若しくは図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１及び／又は図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３の除去的構成要素２４０と交換されてもよい。

【0063】

ここで図１０を参照すると、様々な実施形態による凝縮／適合ツール１０００の側面図が示されている。様々な実施形態では、凝縮／適合ツール１０００は、図９Ａ～図９Ｃの配管システム９１０と、材料形成装置９２０と、流体駆動システム１０３０と、減衰システム９４０と、アダプタ９５０と、ノズル１０６０とを備えてもよい。

【0064】

様々な実施形態において、流体駆動システム１０３０は、タービン１０３２を含んでもよい。様々な実施形態では、タービン１０３２はペルトンタービン設計を含んでもよい（すなわち、タービン１０３２は、スピンドル９３４とは無関係に回転するように構成されてもよい）。例えば、タービン１０３２は、様々な実施形態によれば、タービン１０３２内の各タービン羽根のバケットに吹き付けられる圧縮空気に応答して回転するように構成されてもよい。

【0065】

様々な実施形態では、ノズル１０６０は、材料形成装置９２０に近接して配置された複数の流体出口１０６２を含む。様々な実施形態では、先端部９６０はまた、複数の流体出口１０６２を含んでもよい。複数の流体出口１０６２は、材料形成装置９２０から半径方向外側に配置され、スピンドル９３４によって画定された軸に沿って配向されてもよい。この点に関して、熱風は、図１の方法１００のステップ１０３に従って凝縮又は適合されている材料に向かって配向されてもよい。

【0066】

ここで図１１Ａ～図１１Ｈを参照すると、様々な実施形態による、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１のツールホルダ１００２に設置されている凝縮／適合ツール２５０（図１１Ａ～図１１Ｅ）と、除去的構成要素２４０と交換されている凝縮／適合ツール２５０（図１１Ｆ～図１１Ｈ）とが示されている。様々な実施形態では、ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１は、アーム２６０を備える。様々な実施形態によれば、アーム２６０は、それぞれのツール（例えば、除去的構成要素２４０又は凝縮／適合ツール２５０）をツール保管領域から掴み、ツールをスピンドルテーパ２７０まで回転させ、ツールをスピンドルテーパ２７０又は図２Ａのスピンドル２０５に連結するように構成される。アーム２６０は、図２Ａのコントローラ２０８と動作可能に通信する。スピンドルテーパ２７０は、凝縮／適合ツール２５０のスピンドルを受けるように構成された受口を備えてもよい。この点に関して、スピンドルテーパ２７０は、本明細書で更に説明するように、スピンドルを回転させるように構成された駆動モータを含んでもよい。

【0067】

ここで図１２を参照すると、様々な実施形態による、図２の製造システム２００の概略ブロック図が示されている。製造システム２００は、フレーム２０４、スピンドル２０５、図２Ａの各押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）の駆動モータ３１０、図２Ａの各押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）の加熱システム３４０、５４０、図２Ａの各押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）のアクチュエータ２１２、電源８０４、及び／又は図２Ａの各押出ユニット（例えば、押出ユニット２１０、２２０、２３０）の温度センサ５６０と電気的に通信するコントローラ２０８を含む。様々な実施形態では、ＣＮＣツール（例えば、除去的構成要素２４０、凝縮／適合ツール２５０など）は、図２Ａのスピンドル２０５を介してコントローラによって動作可能であってもよい。この点に関して、コントローラ２０８は、スピンドル２０５に回転を命令するように構成されてもよく、これは次に、それぞれのＣＮＣツール（例えば、除去的構成要素２４０、凝縮／適合ツール２５０など）のスピンドルを回転させてもよい。本明細書では、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１に関して説明しているが、システム２００は、本明細書で別段の定めがある場合を除いて、図２ＤのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０３及び図２Ｅの３Ｄ印刷デバイス２１１にも適用可能である。

【0068】

様々な実施形態では、コントローラ２０８は、図２ＡのハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷デバイス２０１内に配置されたマイクロコントローラに統合されてもよい。様々な実施形態では、コントローラ２０８は、製造システム２００の様々なシステム及び構成要素にアクセスするための中央ネットワーク要素又はハブとして構成されてもよい。コントローラ２０８は、製造システム２００の様々なシステム及び構成要素へのアクセスポイントを提供するように構成されたネットワーク、コンピュータを用いたシステム、及び／又はソフトウェア構成要素を備えてもよい。様々な実施形態では、コントローラ２０８はプロセッサを備えてもよい。様々な実施形態では、コントローラ２０８は、単一のプロセッサに実装されてもよい。様々な実施形態では、コントローラ２０８は、１つ又は複数のプロセッサ及び／若しくは１つ又は複数の有形の非一時的なメモリとして実装されてもよく、これらを含んでもよく、論理を実装することが可能であってもよい。各プロセッサは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲート若しくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、又はそれらの任意の組合せとすることができる。コントローラ２０８は、命令、例えば、コントローラ２０８と通信するように構成された非一時的な有形コンピュータ可読媒体上に記憶された命令の実行に応答して、種々の論理演算を実施するように構成される、プロセッサを備えてもよい。様々な実施形態では、電源８０４は、バッテリ、電気コンセントなどを含んでもよい。

【0069】

システムプログラム命令及び／又はコントローラ命令は、コントローラによる実行に応答して、コントローラに様々な動作を実行させる命令を格納した非一時的な有形コンピュータ可読媒体にロードされてもよい。「非一時的」という用語は、伝搬する一時的な信号それ自体のみを特許請求の範囲から除去すると理解されるべきであり、伝搬する一時的な信号それ自体だけではない全ての標準的なコンピュータ可読媒体に対する権利を放棄するものではない。別の言い方をすれば、「非一時的なコンピュータ可読媒体」及び「非一時的なコンピュータ可読記憶媒体」という用語の意味は、Ｉｎ Ｒｅ Ｎｕｉｊｔｅｎにおいて米国特許法第１０１条に基づく特許性のある主題の範囲外であると認められたタイプの一時的なコンピュータ可読媒体のみを除外するものと解釈されるべきである。

【0070】

様々な実施形態では、加熱システム３４０、５４０は、少なくとも１つの熱風送風機（例えば、熱風送風機３４２、５４２、５５２）と、少なくとも１つの温度センサ８０２とを備える。様々な実施形態では、加熱システム３４０、５４０は、各熱風送風機のための温度センサを備えてもよい。この点に関して、各熱風送風機の出力温度はコントローラ２０８によって監視されてもよく、それぞれの熱風送風機の温度はコントローラ２０８による監視に応答して調整されてもよい。

【0071】

様々な実施形態では、コントローラ２０８は、図１の方法１００の積層ステップ（例えば、方法１００のステップ１０２）の完了に応答して、図２Ａのフレーム２０４内に配置されたスピンドル２０５を介してＣＮＣツール（例えば、除去的構成要素２４０、凝縮／適合ツール２５０など）をオンにするように構成されてもよい。様々な実施形態では、コントローラ２０８は、第１のＣＮＣツールから第２のＣＮＣツールに（例えば、凝縮／適合ツール２５０から除去的構成要素２４０に、又はその逆に）移行するように構成されてもよい。この点に関して、様々な実施形態によると、図１の方法１００のステップ１０３の完了に応答して、コントローラ２０８は、図１１Ａ～図１１Ｈに示されるように、凝縮／適合ツール２５０を除去的構成要素２４０に交換してもよい。この点に関して、除去的ステップが方法１００において開始するとき（例えば、ステップ１０４）、除去的構成要素２４０はオンにされてもよく、スピンドル２０５は、積層ステップ（例えば、図１の方法１００のステップ１０２）において生成された大まかな形状から何を除去する必要があるかに基づいて、それぞれの３Ｄ構成要素の所望の仕様に基づいて並進されてもよい。

【0072】

様々な実施形態では、各押出ユニット（例えば、図２Ａの第１の押出ユニット２１０、第２の押出ユニット２２０、及び／又は第３の押出ユニット２３０）のための駆動モータ３１０は、コントローラ２０８と電気的に、又は無線で通信してもよい。この点に関して、製造システム２００が方法１００のどのステップにあるかに基づいて、それぞれの駆動モータ３１０をオンにすることができる。例えば、積層ステップ（例えば、ステップ１０２）中に、第１の押出ユニット２１０の駆動モータ３１０がオンにされてもよく、スピンドル２０５は、印刷されようとするそれぞれの３Ｄ構成要素の所望の大まかな形状に基づいて並進してもよい。同様に、堆積ステップ（例えば、ステップ１０２、１０６、１０８）の間、第２の押出ユニット２２０又は第３の押出ユニット２３０の駆動モータ３１０がオンにされてもよく、スピンドル２０５は、それぞれの支持材料又はより微細な材料のための所望の堆積位置に基づいて並進されてもよい。

【0073】

様々な実施形態では、コントローラ２０８は、それぞれの押出ユニット（例えば、第１の押出ユニット２１０、第２の押出ユニット２２０、及び／又は第３の押出ユニット２３０）のアクチュエータ２１２を並進させるように構成される。この点に関して、様々な実施形態によれば、積層又は堆積ステップ（例えば、図１の方法１００のステップ１０２、１０６、１０８）中に、コントローラ２０８は、それぞれの押出ユニット（例えば、図２Ａの押出ユニット２１０、２２０、２３０）のアクチュエータ２１２に、製造されているそれぞれの３Ｄ構成要素の所望の仕様に基づいて並進するように命令することができる。

【0074】

本開示の原理は様々な実施形態で示されているが、実際に使用される構造、配置、割合、要素、材料、及び構成要素の多くの修正が、特定の環境及び動作要件に特に適合されており、本開示の原理及び範囲から逸脱することなく使用され得る。これら及び他の変更又は修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

【0075】

本開示は、様々な実施形態を参照しながら説明されてきた。しかしながら、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることを理解している。したがって、本明細書は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるものとし、そのような全ての修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。同様に、利益、他の利点、及び問題に対する解決策が、様々な実施形態について上で説明されている。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、及び任意の利益、利点、又は解決策を発生させ得る、若しくはより顕著になり得る任意の要素は、重要な、必要な、又は基本的な特徴若しくは要素とは解釈されないものとする。

【0076】

本明細書で使用する際、「備える」、「備えている」という用語、又はその任意の他の変形は、非排他的な包含を網羅することが意図され、その結果、要素の一覧を備えるプロセス、方法、物品、又は装置は、それらの要素だけを含むのではなく、明示的に列挙されていない、又はこのようなプロセス、方法、物品、若しくは装置に固有の他の要素を含むことができる。本明細書で使用される場合、「連結される」、「連結している」という用語又はその任意の他の変形は、物理的接続、電気的接続、磁気的接続、光学的接続、通信接続、機能的接続、及び／又は任意の他の接続を網羅することが意図される。「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」に類似する言語が、本明細書又は特許請求の範囲において使用される場合、この語句は、以下のうちのいずれかを意味することが意図される。（１）Ａの少なくとも１つ、（２）Ｂの少なくとも１つ、（３）Ｃの少なくとも１つ、（４）Ａの少なくとも１つ及びＢの少なくとも１つ、（５）Ｂの少なくとも１つ及びＣの少なくとも１つ、（６）Ａの少なくとも１つ及びＣの少なくとも１つ、又は（７）Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、及びＣの少なくとも１つ。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図11E】

【図11F】

【図11G】

【図11H】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

製造システムの第１の押出ユニットであって、前記第１の押出ユニットが第１のノズルを備える、第１の押出ユニットを通じて、第１の材料を所定の形状に積層することと、
前記製造システムを介して、前記第１の押出ユニットを、第２の押出ユニットであって、前記第２の押出ユニットが第２のノズルを備え、前記第１のノズルが前記第２のノズルの第２の直径よりも大きい第１の直径を有する、第２の押出ユニットと交換することと、
前記製造システムの前記第２の押出ユニットを通じて、前記第１の材料内の空隙を充填するために第２の材料を堆積させることと
を含む、
三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法。

【請求項2】

前記製造システムの凝縮デバイスを介して、前記第１の材料を凝縮することを更に含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の材料の前記凝縮が、前記凝縮デバイスを介して、前記第１の材料を同時に加熱することを更に含む、
請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の材料を積層することが、前記製造システムのスプールフィーダを介して前記第１の材料内にフィラメントを積層することを更に含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項5】

コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械のスピンドルに動作可能に連結されるように適合可能な第１のスピンドルテーパと、
先端部を画定するノズルと、
前記ノズルに連結されたハウジングと、
前記第１のスピンドルテーパと前記ノズルとの間に配置された流体駆動システムであって、前記流体駆動システムが、前記ノズルの前記先端部に近接して配置された流体出口に向かって流体を駆動するように構成された、流体駆動システムと、
前記ノズルの前記先端部に近接して配置された材料形成装置と
を備える、
３Ｄ印刷システムで使用するための凝縮デバイス。

【請求項6】

前記ＣＮＣ機械の加熱システムに連結するように構成された配管システムを更に備える、
請求項５に記載の凝縮デバイス。

【請求項7】

前記配管システムが、前記ＣＮＣ機械を介して前記凝縮デバイスの動作中に熱風を受けるように構成されている、
請求項６に記載の凝縮デバイス。

【請求項8】

前記材料形成装置に連結された減衰システムを更に備える、
請求項５に記載の凝縮デバイス。

【請求項9】

前記減衰システムがストラットを備える、
請求項８に記載の凝縮デバイス。

【請求項10】

前記流体駆動システムが、前記ハウジングに対して回転するように構成されたタービンを備える、
請求項５に記載の凝縮デバイス。

【請求項11】

駆動モータと、
前記駆動モータに連結されたオーガと、
ハウジングアセンブリであって、前記ハウジングアセンブリ内に前記オーガが配置され、前記ハウジングアセンブリを通じて堆積されようとする材料を並進させるように前記オーガが構成されている、ハウジングアセンブリと、
前記ハウジングアセンブリと流体連通するホッパと、
前記ハウジングアセンブリに連結された加熱システムであって、前記加熱システムが、第２の層を堆積させる前に堆積された層を加熱する、加熱システムと、
マウント又はアクチュエータのうちの少なくとも１つであって、前記マウント又は前記アクチュエータのうちの少なくとも１つが、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工デバイスに取り外し可能に連結されることができる、マウント又はアクチュエータのうちの少なくとも１つと
を備える、
３Ｄ印刷システムで使用するための押出デバイス。

【請求項12】

前記加熱システムが、熱風ダクトと流体連通する熱風送風機を更に備える、
請求項１１に記載の押出デバイス。

【請求項13】

前記ハウジングアセンブリと流体連通するノズルを更に備える、
請求項１２に記載の押出デバイス。

【請求項14】

前記熱風ダクトの出口を更に備え、
前記出口が、前記ノズルの半径方向外側に配置される、
請求項１３に記載の押出デバイス。

【請求項15】

前記加熱システムが、前記ハウジングアセンブリの半径方向外側に配置された第１の熱風送風機を更に備える、
請求項１１に記載の押出デバイス。

【請求項16】

前記加熱システムが、前記ハウジングアセンブリの半径方向外側に配置された第２の熱風送風機を更に備える、
請求項１５に記載の押出デバイス。

【請求項17】

フィラメントを前記ハウジングアセンブリ内に供給し、堆積されようとする前記材料と交差するように構成されたスプールフィーダシステムを更に備える、
請求項１１に記載の押出デバイス。

【請求項18】

前記スプールフィーダシステムが、スプールと、第２の駆動モータと、シャフトとを備え、
前記第２の駆動モータが、前記シャフトを駆動するように構成され、
前記スプールが、前記シャフトが駆動されていることに応じて回転するように構成される、
請求項１７に記載の押出デバイス。

【請求項19】

製造システムの第１の押出ユニットであって、前記第１の押出ユニットが第１のノズルを備える、第１の押出ユニットを通じて、第１の材料を所定の形状に積層することと、
前記製造システムの凝縮デバイスを介して、前記第１の材料を凝縮することと、
前記製造システムの第２の押出ユニットであって、前記第２の押出ユニットが、第２のノズルを備え、前記第１のノズルが、前記第２のノズルの第２の直径よりも大きい第１の直径を有する、第２の押出ユニットを通じて、前記第１の材料上に第２の材料を積層することと
を含む、
三次元（３Ｄ）構成要素を製造する方法。

【請求項20】

前記第１の材料の前記凝縮が、前記凝縮デバイスを介して、前記第１の材料を同時に加熱することを更に含む、
請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の材料を積層することが、前記製造システムのスプールフィーダを介して前記第１の材料内にフィラメントを積層することを更に含む、
請求項１９に記載の方法。

【請求項22】

前記凝縮することの後に、前記製造システムを介して、前記第１の材料を所望の仕様に機械加工することを更に含む、
請求項１９に記載の方法。

【請求項23】

前記製造システムの第３の押出ユニットを通じて、前記所定の形状に支持を加えるために支持材料を堆積させることを更に含む、
請求項１９に記載の方法。

【請求項24】

ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システムであって、
スピンドルであって、前記スピンドルが凝縮デバイスを受けるように構成されている、スピンドルを有するフレームと、
前記フレームに連結された第１の押出ユニットであって、前記第１の押出ユニットが第１の加熱システムを備え、前記第１の加熱システムが、第２の層を堆積させる前に堆積された層を加熱するように構成されている、第１の押出ユニットと、
前記フレーム、前記スピンドル、及び前記第１の押出ユニットと電気的に通信しているコントローラであって、
前記ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システムに、前記第１の押出ユニットを介して材料を所定の形状に積層するように命令し、
前記ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システムに、前記凝縮デバイスを介して前記材料を凝縮するように命令する
ように構成されている、コントローラと
を備える、
ハイブリッドコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工／三次元（３Ｄ）印刷システム。

【請求項25】

前記凝縮デバイスを更に備える、
請求項２４に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項26】

前記凝縮デバイスが、前記スピンドルに連結されるように適合可能な第１のスピンドルテーパを備える、
請求項２５に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項27】

前記凝縮デバイスが、前記凝縮デバイスのノズルの先端部に近接して配置された材料形成装置を備える、
請求項２６に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項28】

前記コントローラが、前記ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システムに、第２の押出ユニットを介して、前記材料上に堆積された第２の材料を積層するように命令するように更に構成されている、
請求項２４に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項29】

前記コントローラが、前記ハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システムに、第３の押出ユニットを介して、支持材料を積層するように命令するように更に構成されている、
請求項２８に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項30】

前記フレームに連結された前記第２の押出ユニットと、前記フレームに連結された前記第３の押出ユニットとを更に備える、
請求項２９に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【請求項31】

前記第１の押出ユニットが第１のノズルを備え、
前記第２の押出ユニットが第２のノズルを備え、
前記第２の押出ユニットが第３のノズルを備え、
前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記第３のノズルが全て、異なる直径のノズルを有する、
請求項３０に記載のハイブリッドＣＮＣ機械加工／３Ｄ印刷システム。

【国際調査報告】