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(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】2023-07-28
(54)【発明の名称】複合構造物を付加的に製造するための方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/386 20170101AFI20230721BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20230721BHJP
B29C 64/106 20170101ALI20230721BHJP
B33Y 50/00 20150101ALI20230721BHJP
B29C 64/118 20170101ALI20230721BHJP
【ＦＩ】
B29C64/386
B33Y10/00
B29C64/106
B33Y50/00
B29C64/118
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022573454
(86)(22)【出願日】2021-06-17
(85)【翻訳文提出日】2022-11-29
(86)【国際出願番号】 US2021070725
(87)【国際公開番号】W WO2021263263
(87)【国際公開日】2021-12-30
(31)【優先権主張番号】63/042,851
(32)【優先日】2020-06-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/304,031
(32)【優先日】2021-06-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ
２．ＵＮＩＸ
３．Ｌｉｎｕｘ
４．ＡＮＤＲＯＩＤ
５．ＫＥＶＬＡＲ
６．ＯＳ Ｘ
(71)【出願人】
【識別番号】519444409
【氏名又は名称】コンティニュアス コンポジッツ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ラロンド，ローガン
(72)【発明者】
【氏名】ジャーナー，ブロック アダム
(72)【発明者】
【氏名】ネグゴゴール，マイケル
(72)【発明者】
【氏名】モリス，レイチェル キャスリーン
【テーマコード（参考）】
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F213AA36
4F213AA39
4F213AC02
4F213AD16
4F213AG03
4F213AP11
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL12
4F213WL15
4F213WL67
4F213WL85
(57)【要約】
複合構造物を付加的に製造するための方法が開示される。この方法は、複合構造物の断面のスケッチ及び所望の高さをユーザから受信することを含む。この方法は、各々が高さに関係する厚さを有する複数の層（１２０２）を有する複合構造物の仮想モデルを自動的に生成することを含む。この方法は、複数の層のうちの少なくとも１つのための少なくとも１つの充填パターン（１２０４）をユーザから受信することと、付加製造機械に、少なくとも１つの充填パターンのセグメントに沿って連続的な繊維を堆積させることと、を更に含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複合構造物（１２）を付加的に製造するための方法であって、ユーザから、前記複合構造物の断面のスケッチ及び所望の高さを受信することと、
各々が高さに関係する前記厚さを有する複数の層を有する前記複合構造物の仮想モデルを自動的に生成することと、
前記ユーザから、前記複数の層のうちの少なくとも１つのための少なくとも１つの充填パターンを受信することと、
付加製造機械（１４）に、前記少なくとも１つの充填パターンのセグメントに沿って連続的な繊維を堆積させることと、を含む、方法。
【請求項2】
前記ユーザから、前記複合構造物を製造するために使用される材料の特性を受信することを更に含み、前記厚さが、前記特性に更に関係している、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記材料が、連続的な補強材を含み、前記厚さが、前記連続的な補強材の寸法に等しい、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記複数の層が、異なる厚さを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記少なくとも１つの充填パターンが、前記ユーザによって、複数の利用可能な充填パターンから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記少なくとも１つの充填パターンが、前記ユーザによって、関数として定義される、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記少なくとも１つの充填パターンが、前記スケッチの形状に対して共形的であるべきか、又は非共形的であるべきかどうかを示す、前記ユーザからの入力を受信することと、前記入力に基づいて、前記少なくとも１つの充填パターンのセグメントを調整することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記ユーザから、前記少なくとも１つの充填パターンを受信することが、前記ユーザから、前記複数の層のための複数の異なる充填パターンを受信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記ユーザから、複数の異なる充填パターンを受信することが、前記ユーザから、前記高さ全体を通して繰り返される一連の異なる充填パターンを受信することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記ユーザから、前記複数の充填パターン間の少なくとも１つの関係を受信することと、前記少なくとも１つの関係に基づいて、前記高さ全体を通して前記複数の充填パターンを調整することと、を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記スケッチが、前記複合構造物の２Ｄ断面である、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記スケッチが、前記複合構造物の外面と一致し、かつゼロ厚さを有する、３Ｄ輪郭である、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記ユーザから、前記スケッチの伝播方向を受信することを更に含み、前記複合構造物の前記仮想モデルを自動的に生成することが、前記スケッチを前記高さまで前記伝播方向に押し出すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
前記ユーザから、前記複合構造物のための意図された負荷条件を受信することと、前記負荷条件に基づいて、前記少なくとも１つの層を通るベクトル場を自動的に生成することと、
前記少なくとも１つの充填パターンのセグメントを前記ベクトル場と自動的に整列させることと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項15】
前記付加製造機械に、前記少なくとも１つのセグメントに沿って堆積された連続的な補強材の軸に対して斜めである角度で、前記少なくとも１つの充填の少なくとも１つのセグメントの始点に接近するか、又はその終点から離れるかのうちの少なくとも１つを行わせることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２０年６月２３日に提出された米国仮出願第６３／０４２，８５１号からの優先権の利益に基づき、かつその利益を主張し、この内容は、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
本出願は、２０２０年６月２３日に提出された米国仮出願第６３／０４２，８５１号からの優先権の利益に基づき、かつその利益を主張し、この内容は、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【0002】
（発明の分野）
本開示は、概して、製造制御システムに関し、より具体的には、付加製造を制御するためのシステム及び方法に関する。
本開示は、概して、製造制御システムに関し、より具体的には、付加製造を制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
旧来の付加製造は、コンピュータの誘導制御下で、材料の重複層を堆積させることによって、三次元部品を作製するプロセスである。付加製造の一般的な形態は、熱溶解積層モデリング（fused deposition modeling、ＦＤＭ）として知られている。ＦＤＭを使用すると、熱可塑性物質が、加熱されたプリントヘッド内を通過し、液化される。プリントヘッドは、材料がプリントヘッドから吐出されると、材料が、重複する二次元層の特定のパターン及び形状で蓄積されるように、所定の軌道（ツールパスとしても知られている）内で移動される。材料は、プリントヘッドを出た後、冷却され、最終形態へと硬質化する。最終形態の強度は、主に、プリントヘッドに供給された特定の熱可塑性物質、及び二次元層の積層体によって形成された三次元形状の特性に起因する。
【0004】
旧来のＦＤＭ製造に対する最近開発された改善は、プリントヘッドから吐出される材料内に埋め込まれた連続的な繊維の使用を伴う。例えば、母材が、プリントヘッドに供給され、同時に同じプリントヘッドも通過する１つ以上の連続的な繊維とともに吐出（例えば、押し出し及び／又は引き抜き）され得る。母材は、従来の熱可塑性プラスチック、粉末金属、液体母材（例えば、ＵＶ硬化性及び／若しくは二液型樹脂）、又はこれら及び他の既知の母材のいずれかの組み合わせであり得る。プリントヘッドを出ると、硬化エンハンサ（例えば、ＵＶ光、超音波エミッタ、熱源、触媒供給など）が活性化されて、母材の硬化（例えば、硬質化、架橋、焼結など）を開始及び／又は完了する。この硬化は、十分に迅速に完了するとき、支持されていない構造物が自由空間内で製作されることを可能にし得る。また、繊維、特に連続繊維が構造内に埋め込まれている場合、構造の強度は、母材依存の強度を超えて増加する可能性がある。この技術の例は、２０１６年１２月６日にＴｙｌｅｒに発行された米国特許第９，５１１，５４３号に開示されている（「’５４３特許」）。
【0005】
開示されたシステム及び方法は、’５４３特許及び／又は当技術分野で知られている他のシステムに開示されているものと同様の付加製造システムを制御する方式に対処することを対象とする。
【発明の概要】
【0006】
一態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するための方法を対象とする。この方法は、ユーザから、複合構造物の断面のスケッチ及び所望の高さを受信することを含み得る。この方法はまた、各々が高さに関係する厚さを有する複数の層を有する複合構造物の仮想モデルを自動的に生成することを含み得る。この方法は、ユーザから、複数の層のうちの少なくとも１つのための少なくとも１つの充填パターンを受信することと、付加製造機械に、少なくとも１つの充填パターンのセグメントに沿って連続的な繊維を堆積させることと、を更に含み得る。
【0007】
一態様では、複数の層は、複合構造物の内部分を一緒に形成し得る。この態様では、この方法は、複数の層の縁部にわたって高さ方向に延在する複数のツールパスを生成して、複合構造物の外部分を形成することを更に含み得る。
【0008】
別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するための別の方法を対象とする。この方法は、ユーザから、複合構造物の断面のスケッチ、複合構造物を付加的に製造するために使用される複合材料の寸法、及び所望の高さを受信することを含み得る。この方法はまた、各々が寸法に関係する厚さ及び所望の高さに関係する複数の層の数を有する複数の層を有する複合構造物の仮想モデルを自動的に生成することを含み得る。この方法は、ユーザから、複数の層についての複数の異なる充填パターンを受信することと、付加製造機械に、複数の異なる充填パターンのセグメントに沿って連続的な繊維を堆積させることと、を更に含み得る。
【0009】
別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するための別の方法を対象とする。この方法は、ユーザから、複合構造物のスケッチ、高さ、及び材料特性を受信することを含み得る。この方法はまた、各々が高さ及び材料特性のうちの少なくとも１つに関係する厚さを有する複数の層を有する仮想モデルを生成することを含み得る。この方法は、ユーザから、複合構造物の意図された負荷を受信することと、意図された負荷に基づいて、複数の利用可能な充填パターンから充填パターンを自動的に選択することと、付加製造機械に、充填パターンのセグメントに沿って連続的な繊維を堆積させることと、を更に含み得る。
【0010】
一態様では、この方法は、意図された負荷に基づいて、充填パターンに基づく充填パターンの角度、オフセット、間隔、振幅、及び頻度のうちの少なくとも１つを自動的に調整することを更に含み得る。
【0011】
一態様では、この方法は、充填パターンの線に沿って複数の点を分布させることと、複数の点を個別の非交差パスに配列することを更に含み得る。これらの点は、付加製造システムのプリントヘッドが複合材料の吐出中に通るべき位置を示し得る。
【0012】
別の態様では、本開示は、構造物を付加的に製造するための方法を対象とする。この方法は、３Ｄ仮想モデルを通してベクトル場を生成することと、仮想モデルをベクトル場と整列する複数の層にスライス処理することと、を含み得る。この方法はまた、複数の層のうちの少なくとも１つのための少なくとも１つのツールパスを生成することと、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることと、を含み得る。
【0013】
一態様では、この方法は、少なくとも１つの充填パターンを複数の層のうちの少なくとも１つに適用することを更に含み得る。少なくとも１つのツールパスを生成することは、少なくとも１つの充填パターンの連続点を通過するために少なくとも１つのツールパスを生成することを含み得る。
【0014】
一態様では、少なくとも１つのツールパスは、ベクトル場と整列され得る。
【0015】
一態様では、この方法は、ユーザから、材料についての等方性特性、及び構造物の意図された負荷を受信することを更に含み得る。ベクトル場を生成することは、等方性特性及び意図された負荷に基づいて、ベクトル場を生成することを含み得る。
【0016】
一態様では、この方法は、少なくとも１つの充填パターンを複数の層のうちの少なくとも１つに適用することを更に含み得る。少なくとも１つのツールパスを生成することは、少なくとも１つの充填パターンの連続点を通過するために、少なくとも１つのツールパスを生成することを含み得る。
【0017】
一態様では、少なくとも１つのツールパスは、ベクトル場と整列され得る。
【0018】
一態様では、この方法は、材料の異方性特性及び少なくとも１つの充填パターンに基づいて、複数の層のうちの少なくとも１つに対して解析を実行することを更に含み得る。この方法はまた、解析に基づいて、少なくとも１つの充填パターンのトポロジを応答的に調整することを含み得る。付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることは、付加製造機械に、調整後に少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることを含み得る。
【0019】
一態様では、材料は、連続的な補強材及び母材を含む複合材料であり得る。
【0020】
一態様では、等方性特性は、構造的特性であり得、この方法は、非構造的特性に基づいて、調整後に複数の層のうちの少なくとも１つに対して追加的な解析を実行することと、追加的な解析に基づいて、追加的な調整を応答的に行うことと、を更に含み得る。付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることは、付加製造機械に、追加的な調整後に少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることを含み得る。
【0021】
一態様では、等方性特性は、構造的特性であり得、この方法は、材料の非構造的特性及び少なくとも１つの充填パターンに基づいて、複数の層のうちの少なくとも１つに対して解析を実行することを更に含み得る。この方法はまた、解析に基づいて、少なくとも１つの充填パターンのトポロジを応答的に調整することを含み得る。付加製造機械に少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることは、付加製造機械に、調整後に少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることを含み得る。
【0022】
一態様では、複数の層のうちの少なくとも１つは、３Ｄであり得る。
【0023】
一態様では、この方法は、３Ｄ仮想モデルのメッシュを生成することを更に含み得る。この方法はまた、メッシュを解析して、ベクトル場を生成することを含み得る。
【0024】
別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するための別の方法を対象とする。この方法は、３Ｄ仮想モデルのメッシュを生成することと、構造物及び意図された負荷を製造する際に使用される材料の等方性特性に基づいてメッシュを解析して、３Ｄ仮想モデルを通してベクトル場を生成することと、を含み得る。この方法はまた、仮想モデルをベクトル場と整列する複数の層にスライス処理することと、少なくとも１つの充填パターンを複数の層のうちの少なくとも１つに適用することと、を含み得る。この方法は、少なくとも１つの充填パターン及び材料の異方性特性に基づいて、複数の層のうちの少なくとも１つの解析を実行することと、解析に基づいて、少なくとも１つの充填パターンを調整することと、を更に含み得る。この方法は、追加的に、調整後に少なくとも１つの充填パターンの連続点を通過するように少なくとも１つのツールパスを生成することと、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることと、を含み得る。
【0025】
一態様では、少なくとも１つのツールパスは、ベクトル場と整列され得る。
【0026】
一態様では、材料は、連続的な補強材及び母材を含む複合材料であり得る。異方性特性は、連続的な補強材の軸方向と関連付けられ得る。
【0027】
一態様では、異方性特性は、構造的特性であり得る。
【0028】
一態様では、この方法は、材料の非構造的特性に基づいて、調整後に複数の層のうちの少なくとも１つに対して追加的な解析を実行することと、追加的な解析に基づいて、追加的な調整を応答的に行うことと、を更に含み得る。付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることは、付加製造機械に、追加的な調整後に少なくとも１つのツールパスに沿って材料を堆積させることを含み得る。
【0029】
一態様では、複数の層のうちの少なくとも１つは、３Ｄであり得る。
【0030】
更に別の態様では、本開示は、付加製造システムを対象とする。このシステムは、連続的な補強材及び母材を含む複合材料を吐出するように構成された付加製造機械、並びに付加製造機械に、ツールパスに沿って複合材料を堆積させて、構造物を形成するように構成された制御システムを含み得る。制御システムは、構造物の３Ｄ仮想モデルを通してベクトル場を生成し、３Ｄ仮想モデルをベクトル場と整列する複数の層にスライス処理し、かつ複数の層のうちの少なくとも１つのための少なくとも１つのツールパスを生成するようにプログラムされたプロセッサを含み得る。
【0031】
一態様では、プロセッサは、３Ｄ仮想モデルのメッシュを生成し、複合材料の等方性特性及び構造物の意図された負荷に基づいてメッシュを解析して、ベクトル場を生成するように更にプログラムされ得る。プロセッサは、少なくとも１つの充填パターンを複数の層のうちの少なくとも１つに適用し、少なくとも１つの充填パターン及び連続的な補強材の異方性特性に基づいて、複数の層のうちの少なくとも１つの解析を実行するように更にプログラムされ得る。プロセッサは、解析に基づいて少なくとも１つの充填パターンを調整し、調整後に、少なくとも１つのツールパスを生成して、少なくとも１つの充填パターンの逐次的な点を通過するように更にプログラムされ得る。
【0032】
一態様では、本開示は、構造物を付加的に製造するための方法を対象とする。この方法は、少なくとも１つのツールパスを生成することと、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスの第１の部分に沿って材料を配置させることと、少なくとも１つのツールパスの第１の部分に沿った材料の配置を監視することと、を含み得る。この方法はまた、配置に基づいて少なくとも１つのツールパスの第２の部分を調整することと、調整後に、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスの第２の部分に沿って材料を配置させることと、を含み得る。
【0033】
一態様では、生成することは、構造物の意図された負荷に基づいて、構造物の仮想モデルを解析することを含み得る。この方法は、構造物が所望の性能を達成するように、解析に基づいて、少なくとも１つのツールパスを生成することを更に含み得る。
【0034】
一態様では、この方法は、配置に基づいて、構造物の仮想モデルを更新することを更に含み得る。
【0035】
一態様では、少なくとも１つのツールパスの第２の部分を調整することは、構造物が第１の部分からの配置のずれに関係なく所望の性能を達成するように、仮想モデルを再解析することと、再解析に基づいて第２の部分を調整することと、を含み得る。
【0036】
一態様では、再解析することは、有限要素解析を実行することを含み得る。
【0037】
一態様では、解析することは、有限要素解析を実行することを含み得る。
【0038】
一態様では、この方法は、静止切断プロセス及び移動切断プロセスを介して材料を選択的に切り離すことを更に含み得る。
【0039】
一態様では、静止切断プロセスは、付加製造機械の運動を停止することと、材料を硬化させるように構成された硬化源を作動解除することと、を含み得る。この方法はまた、材料をクランプすることと、切断機構を作動させることと、を含み得る。
【0040】
一態様では、この方法は、切り離された材料の尾端を固定することと、その後、材料を外すことと、を更に含み得る。
【0041】
一態様では、移動切断プロセスは、切り離し中に付加製造機械から材料を連続的に吐出することを含み得る。
【0042】
一態様では、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスの第１の部分に沿って材料を配置させることは、開始点にある第１の部分の軌道に対して斜めの角度で第１の部分の開始点に近づけるように付加製造機械の出口を移動することを含み得る。
【0043】
一態様では、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスの第２の部分に沿って材料を配置させることは、付加製造機械の出口を、終了点にある第２の部分の軌道に対して斜めの角度で第２の部分の終了点を離れるように移動させることを含み得る。
【0044】
別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するための別の方法を対象とする。この方法は、付加製造機械の出口を通して材料を吐出することを含み得る。この方法はまた、静止切断プロセス及び移動切断プロセスを介して、材料を選択的に切り離すことを含み得る。
【0045】
別の態様では、静止切断プロセスは、付加製造機械の運動を停止し、材料を硬化させるように構成された硬化源を作動解除することを含み得る。この方法はまた、材料をクランプすることと、切断機構を作動させることと、を含み得る。
【0046】
別の態様では、この方法は、切り離された材料の尾端を固定することと、その後、材料を外すことと、を更に含み得る。
【0047】
別の態様では、移動切断プロセスは、切り離し中に付加製造機械から材料を連続的に吐出することを含み得る。
【0048】
別の態様では、付加製造機械の出口を通して材料を吐出することは、開始点にあるパスの軌道に対して斜めの角度でパスの開始点に近づけるように付加製造機械の出口を移動させること、及び終了点にあるパスの軌道に対して斜めの角度でパスの終了点から離れるように付加製造機械の出口を移動させることのうちの少なくとも１つを含み得る。
【0049】
更に別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するためのシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械、及び付加製造機械の動作を調節するように構成された制御システムを含み得る。制御システムは、少なくとも１つのツールパスを生成し、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスの第１の部分に沿って材料を配置させ、少なくとも１つのツールパスの第１の部分に沿った材料の配置を監視するようにプログラムされたプロセッサを含み得る。プロセッサは、配置に基づいて、少なくとも１つのツールパスの第２の部分を調整し、調整後、付加製造機械に、少なくとも１つのツールパスの第２の部分に沿って材料を配置させるように更にプログラムされ得る。
【0050】
一態様では、生成することは、構造物の意図された負荷に基づいて構造物の仮想モデルを解析することと、構造物が所望の性能を達成するように、解析に基づいて少なくとも１つのツールパスを生成することと、を含み得る この方法は、配置に基づいて構造物の仮想モデルを更新することを更に含み得る。少なくとも１つのツールパスの第２の部分を調整することは、構造物が第１の部分からの配置のずれに関係なく所望の性能を達成するように、仮想モデルを再解析し、再解析に基づいて第２の部分を調整することを含み得る。
【0051】
一態様では、本開示は、構造物を付加的に製造するための方法を対象とする。この方法は、構造物の仮想モデルを複数の層にスライス処理することと、複数の層の各々に少なくとも１つの充填パターンを適用することと、少なくとも１つの充填パターンの線に沿って複数の点を分布させることと、を含み得る。この方法はまた、複数の点を少なくとも１つのパスに逐次的にグループ化することと、付加製造機械による製作のための少なくとも１つのパスを検証することと、付加製造機械に、検証された少なくとも１つのパスに沿って材料を吐出させることと、を含み得る。
【0052】
一態様では、検証することは、複数の点の各々でパスに垂直なベクトルを生成することと、ベクトルの導関数を閾値導関数と比較することと、を含み得る。検証することはまた、比較に基づいて、点を選択的にフィルタリングすることを含み得る。
【0053】
一態様では、閾値導関数は、付加製造機械の制限と関連付けられ得る。
【0054】
一態様では、閾値導関数は、材料の制限と更に関連付けられ得る。
【0055】
一態様では、材料は、連続的な補強材及び母材を含み得る。閾値導関数は、連続的な補強材の制限と関連付けられ得る。
【0056】
一態様では、閾値導関数は、材料の制限と関連付けられ得る。
【0057】
一態様では、材料は、連続的な補強材及び母材を含み得る。閾値導関数は、連続的な補強材の制限と関連付けられ得る。
【0058】
一態様では、選択的にフィルタリングすることは、グループ化したものから点を除去することを含み得る。
【0059】
一態様では、選択的にフィルタリングすることは、グループ化したものに点を追加することを含み得る。
【0060】
一態様では、選択的にフィルタリングすることは、グループ化したものの点間の間隔を調整することを含み得る。
【0061】
一態様では、この方法は、材料の吐出をエラーについて監視することを更に含み得る。この方法はまた、エラーの検出に基づいて、以下の応答：即時中止、待機、警告、及び機械調整のうちの少なくとも１つを選択的に実施することを含み得る。
【0062】
一態様では、選択的に実施することは、エラーが送給エラー、切断エラー、及び張力エラーのうちの少なくとも１つと関連付けられているとき、付加製造機械による材料の吐出を直ちに中止することを含み得る。
【0063】
一態様では、選択的に実施することは、エラーが材料供給の枯渇と関連付けられているとき、付加製造機械による材料の吐出中に少なくとも１つのパス内の次のセグメントを待機させることを含み得る。
【0064】
一態様では、選択的に実施することは、エラーがゼロを超える材料の低供給レベル及び材料の圧縮のうちの少なくとも１つと関連付けられているとき、付加製造機械のオペレータに警告を生成することを含み得る。
【0065】
一態様では、選択的に実施することは、エラーが材料の配置と関連付けられているとき、付加製造機械の動作を調整することを含み得る。
【0066】
別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するための別の方法を対象とする。この方法は、構造物の仮想モデルを複数の層にスライス処理することと、複数の層の各々に少なくとも１つの充填パターンを適用することと、少なくとも１つの充填パターンの線に沿って複数の点を分布させることと、を含み得る。この方法はまた、複数の点を少なくとも１つのパスに逐次的にグループ化することと、複数の点の各々でパスに垂直なベクトルを生成することと、ベクトルの導関数を閾値導関数と比較することと、を含み得る。この方法は、比較に基づいて点を選択的にフィルタリングすることと、付加製造機械に、少なくとも１つのパスに沿って母材コーティングされた連続的な補強材を配置させることと、を更に含み得る。
【0067】
一態様では、閾値導関数は、付加製造機械の制限、及び母材コーティングされた連続的な補強材の制限のうちの少なくとも１つと関連付けられ得る。
【0068】
一態様では、選択的にフィルタリングすることは、グループ化したものから点を除去すること、グループ化したものに点を追加すること、及びグループ化したものの点間の間隔を調整することのうちの少なくとも１つを含み得る。
【0069】
更に別の態様では、本開示は、複合構造物を付加的に製造するためのシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械、及び付加製造機械の動作を調節するように構成された制御システムを含み得る。制御システムは、複合構造物の仮想モデルを複数の層にスライス処理し、複数の層の各々に少なくとも１つの充填パターンを適用し、少なくとも１つの充填パターンの線に沿って複数の点を分布させるようにプログラムされたプロセッサを含み得る。プロセッサはまた、複数の点を少なくとも１つのパスに逐次的にグループ化し、複数の点の各々でパスに垂直なベクトルを生成するようにプログラムされ得る。プロセッサは、追加的に、ベクトルの導関数を閾値導関数と比較し、比較に基づいて点を選択的にフィルタリングし、付加製造機械に、少なくとも１つのパスに沿って複合材料を配置させるように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【0070】
【図1】例示的な開示された付加製造機械、及び機械を制御するために使用され得る対応する制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0071】
図１は、任意の所望の形状、サイズ、組成、及び機能を有する構造物１２を設計、計画、製作、並びに／又は解析するために使用され得る例示的な制御システム（「システム」）１０を示す。システム１０は、とりわけ、付加製造機械（「機械」）１４、及び機械１４に動作可能に接続された少なくとも１つのコンピューティングデバイス１６を含み得る。機械１４は、例えば付加製造プロセスとして、コンピューティングデバイス１６の誘導された制御下で構造物１２を作製するように構成され得る。１つ以上の連続的な補強材（例えば、繊維－Ｆ）及び１つ以上の硬化性母材（Ｍ）は、構造物１２がどのように作製され得るかの例として以下に記載されるが、当技術分野で知られている他のプロセスは、代替的に、この目的、並びに開示された制御システム及び方法からの利益のために利用され得ることに留意されるべきである。
【0072】
機械１４は、層ごとに、及び／又は（例えば、下地層の支えのない）自由空間内で、構造物１２を作製するように制御可能である構成要素で構成され得る。これらの構成要素には、とりわけ、支持体１８、並びに支持体１８に結合され、及び／又は支持体１８によって動力供給された任意の数のヘッド２０が挙げられ得る。図１の開示された実施形態では、支持体１８は、構造物１２の製作中にヘッド２０を多数の方向に移動することができるロボットアームである。所望される場合、同じ又は異なる様態でヘッド２０を移動することができる任意の他のタイプの支持体（例えば、ガントリ、アーム／ガントリの組み合わせなど）も利用され得ることに留意されるべきである。
【0073】
各ヘッド２０（明確にするために、図１には１つのみ示されている）は、硬化性である少なくとも母材（例えば、ゼロ揮発性有機化合物樹脂などの液体樹脂、粉末金属、など）を吐出するように構成され得る。例示的な硬化性母材には、熱硬化性ポリマー、一液型又は多液型エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオン性エポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性ポリマー、フォトポリマー、ポリエポキシド、チオール、アルケン、チオール－エン、などが挙げられる。一実施形態では、各ヘッド２０の内側の母材は、例えば、対応する導管（図示せず）を介してヘッド２０と流体連通している外部デバイス（例えば、押出機又は別のタイプのポンプ－図示せず）によって加圧され得る。しかしながら、別の実施形態では、圧力は、同様のタイプのデバイスによってヘッド２０の完全に内側に生成され得る。更に他の実施形態では、母材は、ヘッド２０を通して重力送給され、及び／又はヘッド２０内で混合され得る。場合によっては、未熟な硬化を抑制するために、ヘッド２０の内側の母材を冷たく及び／又は暗く保つ必要があり得、一方、他の例では、同様の理由で、母材を温かく及び／又は明るく保つ必要があり得る。どちらの状況でも、ヘッド２０は、これらの必要性を提供するように特別に構成され得る（例えば、断熱、温度制御、シールドなど）。
【0074】
いくつかの実施形態では、母材は、１つ以上の繊維（例えば、個々の繊維、トウ、ロービング、スリーブ、リボン、及び／又は材料のシート）と混合され得るか、それらを含有し得るか、又は別様に少なくとも部分的に湿潤若しくはコーティングし得、繊維と一緒に、構造物１２の少なくとも一部分（例えば、壁）を構成し得る。繊維は、ヘッド２０内に（例えば、１つ以上の別個の内部スプール上に－図示せず）貯蔵され得るか、又は別様にヘッド２０を通過され得る（例えば、１つ以上の外部スプールから送給され得る）。多数の繊維を同時に使用するとき、繊維は同じタイプのものであり、かつ同じ径、断面形状（例えば、円形、矩形、三角形など）、及びサイジングを有するか、又は異なる径、断面形状、及び／若しくはサイジングを有する異なるタイプのものであり得る。繊維には、例えば、アラミド繊維、炭素繊維、植物繊維、木材繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属線、光学管などが挙げられ得る。「繊維」という用語は、ヘッド２０から吐出される母材内に少なくとも部分的に包み込むことができる構造的及び非構造的（例えば、機能的）タイプの両方の連続的な補強材を包含することを意味することに留意されるべきである。
【0075】
所望に応じて、繊維がヘッド２０の内側にある間、繊維がヘッド２０に渡されている間、及び／又は繊維がヘッド２０から吐出されている間、繊維は、母材に曝露され得る（例えば、少なくとも部分的に湿潤される、母材でコーティングされる、及び／又は母材中で完全に飽和される）。母材、乾式繊維、及び／又は母材に既に曝露されている繊維（例えば、湿潤繊維）は、当業者に明らかな任意の様態でヘッド２０に輸送され得る。
【0076】
支持体１８は、母材湿潤繊維の１つ以上の連続的なパスが軌道に沿って形成されるように、母材湿潤繊維がヘッド２０から吐出されるのと同時に、特定の軌道（例えば、構造物１２の意図された形状、サイズ、及び／又は機能に対応する軌道）でヘッド２０を移動させ得る。各パスは、任意の断面形状、径、及び／又は繊維対母材比を有し得、繊維は、その一般的な中心に位置するか、又は周辺にのみ位置する母材で径方向に分散され得る。
【0077】
１つ以上の硬化エンハンサ（例えば、ＵＶ光、レーザ、超音波エミッタ、ヒータ、触媒分配器など）は、ヘッド２０に近接して（例えば、ヘッド２０内又はヘッド２０上に）実装され得、ヘッド２０から吐出されるときの母材の硬化速度及び／又は品質を強化するように構成され得る。硬化エンハンサ２２は、構造物１２の形成中に、構造物１２の表面を所望のタイプ及び／又は強度のエネルギー（例えば、ＵＶ光、電磁放射、振動、熱、化学触媒又は硬質化剤など）に選択的に曝露させるように調節され得る。エネルギーは、母材内で発生する化学反応の速度を増加させるか、母材を焼結させるか、母材を硬質化するか、又は別様に、母材をヘッド２０から吐出するときに硬化させ得る。図示される実施形態では、硬化エンハンサ２２は、ヘッド２０の中心軸の周りに等しく分布する多数のＬＥＤを含む。しかしながら、任意の数のＬＥＤ及び／又は他のエネルギー源が、代替的に、開示された目的のために利用され、及び／又は別の様態（例えば、不均等に分布する、列で配設される、先頭にのみ、後尾にのみなど）で配設され得ることが企図される。例えば、硬化エンハンサ２２は、所望される場合、ヘッド２０の後ろに続くアーム（図示せず）上、及び／又は支持体１８の一部分上に位置し得る。硬化エンハンサ２２によって生じるエネルギーの量は、構造物１２がヘッド２０から離れて軸方向に所定の長さよりも大きく成長する前に、母材の曝露表面を少なくとも部分的に硬化させるのに十分であり得る。一実施形態では、構造物１２は、軸方向成長の長さが母材コーティングされた補強材の外径に等しくなる前に完全に硬化される。
【0078】
図１の実施形態では、ヘッド２０は、モジュラである。例えば、ヘッド２０は、母材リザーバ２６、及び母材リザーバ２６に着脱可能に接続される出口２４を含み得る（例えば、１つ以上のねじ式締結具、留め具、アクチュエータ、及び／又は他のハードウェアを介して－図示せず）。この例では、出口２４は、概ね円形、矩形、及び／又は他の多角形の断面を有する複合材料を吐出するように構成された一方向出口である。しかしながら、ヘッド２０の構成は、異なる形状（例えば、管状断面、リボン又はシート断面など）及び／又は異なる数の経路を有する複合材料を吐出する別の出口のために出口２４を交換することを可能にし得る。
【0079】
いくつかの実施形態では、硬化エンハンサ２２は、出口２４の下部部分（例えば、母材リザーバ２６から遠位の部分）に実装され得る。この構成を用いて、硬化エンハンサ２２は、出口２４から吐出される材料の形状、サイズ、及び／又はタイプに最も適した構成で、遠位端の周りに位置し得る。開示された実施形態では、硬化エンハンサ２２は、硬化エンハンサ２２からのエネルギーが出口２４から吐出される材料の中心に向かって方向付けられるように、出口２４の中心軸に対して、ある角度で実装される。１つ以上の光学素子３１は、出口２４の開口部で硬化エンハンサ２２からのエネルギーを選択的に遮断、分散、集束、及び／又は照準するように、いくつかの用途で使用され得る。これは、出口２４から吐出される材料の硬化速度及び／又は硬化位置に影響を及ぼし得る。光学素子３１は、所望される場合、調整可能（例えば、止めねじを介して手動で調整可能－図示せず、又はアクチュエータを介して自動的に調整可能－図示せず）であり得ることが企図される。
【0080】
母材及び／又は補強材は、任意の数の異なる動作モードを介してヘッド２０から一緒に吐出され得る。第１の例示的な動作モードでは、ヘッド２０が支持体１８によって移動されて、構造物１２の特徴部を作製するときに、母材及び／又は補強材がヘッド２０から押し出される（例えば、圧力及び／又は機械的な力の下で押される）。第２の例示的な動作モードでは、少なくとも補強材がヘッド２０から引っ張られ、その結果、吐出中に補強材内に引張応力が生み出される。この第２の動作モードでは、母材は補強材に付着し、それによって補強材とともにヘッド２０から引っ張られ、及び／又は母材は引っ張られた補強材とともに圧力下でヘッド２０から吐出され得る。第２の動作モードでは、補強材がヘッド２０から引っ張られており、その結果、補強材に生じる張力は、構造物１２の強度を増加させ得（例えば、補強材を整列させる、座屈を抑制する、補強材に均等に負荷をかけるなど）、母材の硬化後、支持されていない構造物１２のより長い長さをより直線的な軌道にすることも可能にする。すなわち、母材の硬化後に残っている補強材の張力は、重力に逆らって作用し（例えば、重力に対抗するモーメントを生じさせることによって直接的及び／又は間接的に）、構造物１２の支持を提供し得る。
【0081】
補強材は、ヘッド２０が支持体１８によってアンカーポイント（例えば、プリントベッド、構造物１２の既存の表面、固定具など）３２から離れるように移動及び／又は傾斜された結果として、ヘッド２０から引っ張られ得る。例えば、構造物形成の開始時に、ある長さの母材含浸補強材が、ヘッド２０から引っ張られ、及び／又は押され、アンカーポイント３２に対して積層され、吐出された材料がアンカーポイントに接着する（又は、結合する）ように、少なくとも部分的に硬化される。その後、ヘッド２０はアンカーポイント３２から離れるように移動及び／又は傾斜され得、相対的な運動が補強材をヘッド２０から引っ張らせ得る。以下でより詳細に説明されるように、ヘッド２０を通る補強材の移動は、所望される場合、１つ以上の内部送給機構を介して選択的に支援され得る。しかしながら、ヘッド２０からの補強材の吐出量は、主にヘッド２０とアンカーポイント３２との間の相対的な移動の結果であり得、その結果、補強材内に張力が生み出される。上で考察されたように、アンカーポイント３２は、ヘッド２０がアンカーポイント３２から離れるように移動される代わりに、又はそれに加えて、ヘッド２０から離れるように移動され得る。
【0082】
任意の数の別個のコンピューティングデバイス１６を使用して、構造物１２内の繊維の配置を設計及び／若しくは制御し、かつ／又は形成前、形成中、及び／若しくは形成後に構造物１２の性能特徴を解析し得る。コンピューティングデバイス１６は、とりわけ、ディスプレイ３４、１つ以上のプロセッサ３６、任意の数の入力／出力（「input/output、Ｉ／Ｏ」）デバイス３８、任意の数の周辺機器４０、並びにプログラム４４及びデータ４６を記憶するための１つ以上のメモリ４２を含み得る。プログラム４４は、例えば、任意の数の設計及び／又はプリントアプリ４８及びオペレーティングシステム５０を含み得る。
【0083】
コンピューティングデバイス１６のディスプレイ３４は、液晶ディスプレイ（liquid crystal display、ＬＣＤ）、発光ダイオード（light emitting diode、ＬＥＤ）スクリーン、有機発光ダイオード（organic light emitting diode、ＯＬＥＤ）スクリーン、及び／又は別の既知の表示デバイスを含み得る。ディスプレイ３４は、プロセッサ３６の制御下でデータを提示するために使用され得る。
【0084】
プロセッサ３６は、仮想処理技術で構成されたシングル又はマルチ－コアプロセッサであり、ロジックを使用して、任意の数の操作を同時に実行及び制御し得る。プロセッサ３６は、仮想機械又は他の既知の技術を実施して、任意の数のソフトウェアモジュール、アプリケーション、プログラムなどを実行、制御、稼働、操作、及び記憶するように構成され得る。加えて、いくつかの実施形態では、プロセッサ３６は、開示された方法の機能を実行するために特定の回路、命令、アルゴリズム、及び／若しくはデータで特別に構成された１つ以上の特殊なハードウェア、ソフトウェア、並びに／又はファームウェアモジュール（図示せず）を含み得る。本明細書に開示される能力を提供する他のタイプのプロセッサ配設が実施され得ることが理解される。
【0085】
メモリ４２は、揮発性若しくは不揮発性、磁気、半導体、テープ、光学、着脱可能な、着脱不可能な、又は他のタイプの記憶デバイス、あるいは解析アプリ及び／又はプリントアプリ４８並びにオペレーティングシステム５０などの、１つ以上の実行可能なプログラム４４を記憶する有形及び／又は非一時的なコンピュータ可読媒体であり得る。非一時的媒体の一般的な形態には、例えば、フラッシュドライブ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ又は他の磁気データ記憶媒体、ＣＤ－ＲＯＭ又は他の光学データ記憶媒体、穴のパターンを有する任意の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ又は他のフラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ、キャッシュ、レジスタ若しくは他のメモリチップ又はカートリッジ、及びそれらのネットワーク化されたバージョンが挙げられる。
【0086】
メモリ４２は、プロセッサ３６が設計アプリ及び／又は製作アプリ４８、オペレーティングシステム５０、並びにコンピュータシステムで利用可能であることが知られている任意の他のタイプのアプリケーション又はソフトウェアなどの、１つ以上のアプリケーションを実行することを可能にする命令を記憶し得る。代替的又は追加的に、命令、アプリケーションプログラムなどは、１つ以上のネットワーク（図示せず）を介してアクセス可能な１つ以上のデータベース若しくはメモリなどの、コンピューティングデバイス１６と直接通信している内部及び／又は外部のデータベース（例えば、クラウドストレージシステム－図示せず）内に記憶され得る。メモリ４２は、開示された実施形態の１つ以上の特徴部を実行するために使用されるデータ及び命令を記憶する１つ以上のメモリデバイスを含み得る。メモリ４２はまた、文書管理システム、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＳＱＬデータベース、ＳｈａｒｅＰｏｉｎｔデータベース、Ｏｒａｃｌｅ（商標）データベース、Ｓｙｂａｓｅ（商標）データベース、若しくは他の関係データベースなどの、メモリコントローラデバイス（例えば、サーバなど）又はソフトウェアによって制御された１つ以上のデータベースの任意の組み合わせを含み得る。
【0087】
いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１６は、ネットワーク（図示せず）を通して１つ以上のリモートメモリデバイス（例えば、リモートデータベース－図示せず）に通信可能に接続される。リモートメモリデバイスは、コンピューティングデバイス１６がアクセス及び／又は管理することができる情報を記憶するように構成することができる。例として、リモートメモリデバイスは、文書管理システム、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＳＱＬデータベース、ＳｈａｒｅＰｏｉｎｔデータベース、Ｏｒａｃｌｅデータベース、Ｓｙｂａｓｅデータベース、Ｃａｓｓａｎｄｒａ、ＨＢａｓｅ、あるいは他の関係データベース若しくは非関係データベース又は通常ファイルであり得る。しかしながら、開示された実施形態に合うシステム及び方法は、別個のデータベース、又は更にはデータベースの使用に限定されない。
【0088】
プログラム４４は、プロセッサ３６に、開示された実施形態の１つ以上の機能を実行させる１つ以上のソフトウェア又はファームウェアモジュールを含み得る。その上、プロセッサ３６は、コンピューティングデバイス１６から遠隔に位置する１つ以上のプログラムを実行することができる。例えば、コンピューティングデバイス１６は、実行されるとき、開示された実施形態に関係する機能を実行する１つ以上のリモートプログラムにアクセスすることができる。いくつかの実施形態では、メモリ４２内に記憶され、プロセッサ３６によって実行されるプログラム４４は、設計、製作、及び／又は解析アプリ４８並びにオペレーティングシステム５０のうちの１つ以上を含むことができる。アプリ４８は、プロセッサ３６に、開示された方法の１つ以上の機能を実行させ得る。
【0089】
オペレーティングシステム５０は、プロセッサ３６などの１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、既知のオペレーティングシステム機能を実行し得る。例として、オペレーティングシステム５０は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｕｎｉｘ、Ｌｉｎｕｘ、ＯＳＸ、ＩＯＳ、Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ ＯＳ（例えば、Ｒａｐｂｉａｎ）、Ａｎｄｒｏｉｄ、又は別のタイプのオペレーティングシステム５０を含み得る。したがって、開示された実施形態は、任意のタイプのオペレーティングシステム５０を稼働させるコンピュータシステムを用いて動作及び機能することができる。
【0090】
Ｉ／Ｏデバイス３８は、ユーザ及び／又は機械１４から信号又は入力を受信し、かつ構造物１２をプリントすることを可能にする機械１４にシグナル又は出力を提供するための１つ以上のインターフェースを含み得る。例えば、コンピューティングデバイス１６は、１つ以上のキーボード、マウスデバイスなどの１つ以上の入力デバイスとインターフェース接続するためのインターフェース構成要素を含むことができ、これにより、コンピューティングデバイス１６がユーザからの入力を受信することを可能にする。
【0091】
周辺デバイス４０は、独立型デバイス、又は機械１４内に埋め込まれるか、若しくは別様にそれと関連付けられ、構造物１２の製作中に使用されるデバイスであり得る。図２に示されるように、周辺機器４０は、入力デバイス（例えば、張力センサ、位置センサ、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、レベルセンサ、ロータリエンコーダ、スキャナ、ポテンショメータ、及び当技術分野で知られている他のセンサ）４０Ａ、並びに／又は出力デバイス（例えば、母材供給部、繊維供給部、ヒータ、ポンプ、硬化エンハンサ２２、位置決めモータ、カッター、送給ローラ、テンショナ、湿潤機構、圧縮機など）４０Ｂを具現化することができる。いくつかの実施形態では、周辺機器４０は、それ自体が、１つ以上のプロセッサ（例えば、プログラマブルロジックコントロール（programmable logic control、ＰＬＣ）、コンピュータ数値コントローラ（computer numeric controller、ＣＮＣ）など）、メモリ、及び／又はトランシーバを含み得る。周辺デバイス４０が専用プロセッサ及びメモリを装備しているとき、専用プロセッサは、メモリ上に記憶された命令を実行して、捕捉コマンド、処理コマンド、運動コマンド、及び／又は伝送コマンドを含む、映像、音声、他の感覚データ、制御データ、位置データなどと関連付けられたプロセッサ３６からのコマンドを受信するように構成され得る。トランシーバは、システム１０内の１つ以上の他の構成要素に、又はそれらからデータを伝送することができる有線又は無線の通信デバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、トランシーバは、センサ及び／又はアクチュエータの作動のための、並びにトランシーバを介したデータの伝送のための命令を含む、プロセッサ３６からのデータを受信することができる。受信された命令に応答して、トランシーバは、プロセッサ３６と他の構成要素との間でデータをパケット化して伝送することができる。
【0092】
設計、製作、及び／又は解析アプリ４８は、コンピューティングデバイス１６に、機械１４の動作、及び構造物１２の対応する設計／製作／解析に関連して、データを生成、受信、処理、解析、記憶、及び／又は伝送することに関係する方法を実行させ得る。例えば、アプリ４８は、機械１４のオペレータから設計／制御命令及び情報を受信するためのディスプレイ３４上にグラフィカルユーザインターフェース（graphical user interface、ＧＵＩ）を表示すること、機械１４と関連付けられた感覚データを（例えば、周辺機器４０Ａを介して）捕捉すること、構造物１２の仕様、所望の特性、及び／又は所望の性能に関する命令を、Ｉ／Ｏデバイス３８及び／又はユーザインターフェースを介して受信すること、制御命令を処理すること、１つ以上の、構造物１２の可能な設計及び／若しくは構造物１２を製作するための計画を生成すること、設計及び／若しくは計画を解析並びに／又は最適化すること、１つ以上の設計及び／若しくは計画の推奨案を提供すること、機械１４を制御して、推奨及び／若しくは選択された計画を介して推奨及び／若しくは選択された設計を製作すること、製作を解析すること、並びに／又は将来の製作を改善するために機械１４にフィードバック及び調整を提供することを、含む動作を実行するようにコンピューティングデバイス１６を構成することが可能であり得る。
【0093】
図３～図８は、機械１４による構造物１２の設計、解析、及び／又は製作中にコンピューティングデバイス１６によって実施され得る例示的な方法を示すフローチャートである。図１２～図２５は、図３～図８のフローチャートに概説された動作を示す。図３～図８及び図１２～図２５は、開示された概念を更に例示するために、以下の項でより詳細に考察されるであろう。
【0094】
産業上の利用可能性
開示されたシステムは、任意の所望の断面形状、長さ、密度、剛性、強度、及び／又は他の特徴を有する複合構造物を連続的に製造するために使用され得る。複合構造物は、同じ若しくは異なるタイプ、径、形状、構成、及び組成の任意の数の異なる補強材、並びに／又は任意の数の異なる母材から製作され得る。ここで、図３～図８のフローチャート及び図１２～図２５の画像を参照して、システム１０の動作について詳細に記載する。
開示されたシステムは、任意の所望の断面形状、長さ、密度、剛性、強度、及び／又は他の特徴を有する複合構造物を連続的に製造するために使用され得る。複合構造物は、同じ若しくは異なるタイプ、径、形状、構成、及び組成の任意の数の異なる補強材、並びに／又は任意の数の異なる母材から製作され得る。ここで、図３～図８のフローチャート及び図１２～図２５の画像を参照して、システム１０の動作について詳細に記載する。
【0095】
図３のフローチャートに見られるように、構造物１２の作製は、概して、パス生成、検証、及び製作を含む３つの異なる段階に分割され得る。パス生成段階は、概して、構造物１２を定義すること、及び機械１４が材料の吐出中に通過するべき点を生成して、構造物１２を定義された様態で製作すること、並びに点を１つ２つ以上の規則的なパスにコンパイルすることと関連付けられ得る。検証段階は、概して、特定の材料の吐出中及び機械１４による取り込みのためのパスの調製中に、機械１４がパスをたどることができることを確実にすることと関連付けられ得る。製作段階は、概して、取り込まれたパスをたどるための機械１４の作動、並びに製作プロセスのリアルタイム観察に基づくパスの反復的及び／又はライブ調整と関連付けられ得る。
【0096】
構造物作製のパス生成段階は、システムのユーザからの、構造物１２の１つ以上の仮想モデル及び関連付けられた仕様のプロセッサ３６による受信（例えば、Ｉ／Ｏデバイス３８を介して）から開始し得る（ステップ３００）。仮想モデルは、例えばデータファイルとして利用可能な任意のコンピュータ支援設計（computer-aided drafting、ＣＡＤ）システムから受信される。モデルは、２Ｄモデルであり得、かつ．ＳＶＧ、．ＡＩ、．ＥＰＳ、．ＰＤＦ、．ＤＸＦなどとして受信され得るか、又は３Ｄモデルであり、．ＳＴＬ、．ＯＢＪ、．ＰＬＹ、．３ＭＦ、．ＡＭＦとして受信され得る。これらの仕様には、とりわけ、構造物１２の超えない物理的エンベロープ（例えば、構造物１２が常在して機能する構造物１２の外部及び／又は内部境界の定義）、ガイド曲線、スライス面若しくは他の幾何学形状、予想される動作条件（力負荷、たわみ負荷、振動負荷、熱負荷、環境負荷など）、所望の特徴（硬度、重量、浮力、伝導度、遮蔽など）、及び／又は所望の性能（例えば、最小値、最大値、指定された母材の特定及び／若しくは材料特性、指定された繊維の特定及び／又は材料特性、並びに／又は伝導性、剛性、強度などの特定の材料パラメータについての許容可能な範囲）が挙げられ得る。
【0097】
次いで、プロセッサ３６は、機械１４によって次に実行される製作プロセスのタイプを示すユーザからの入力を促し、受信し得る（ステップ３０５）。つまり、構造物１２は、製作を完了するために１つ以上の異なるプロセスを実行する必要がある場合があり、全てのプロセスが同時に実行され得るわけではない。これらのプロセスには、とりわけ、充填プロセス及び表面プロセスが挙げられ得る。充填プロセスは、内部分（例えば、骨格、足場、枠、又は構造物１２の他の基礎的な構成）の製作と関連付けられ得、一方、表面プロセスは、隣接する、及び／又は内部分の周りに位置するべき外部分（例えば、外皮、外層、又は他の露出した輪郭）と関連付けられ得る。概して、充填は、表面よりもコーザー（courser）であるか、又は磨かれていない特徴を有し得る。ステップ３０５で受信された入力は、対応する充填モジュール（ステップ３１０）又は対応する表面モジュール（ステップ３１５）のいずれかに送給され得、これらの両方が、それぞれの内部分又は外部分を製作するために、材料吐出中にヘッド２０が移動するべき点を生成することが可能であり得る。点を生成することに加えて、点は、対応するモジュール内で、任意の数の異なるパスにグループ化され得、各パスは、ヘッド２０の個別の製作事象に対応する開始点及び終了点を有する。充填モジュール及び表面モジュールは、以下でより詳細に考察される。
【0098】
充填モジュール及び／又は表面モジュールが、構造物１２の内部分及び／又は外部分の製作と関連付けられたパスを生成した後、プロセッサ３６は、パスを支えるか、又は別様にパスを安定化するための支持体の必要性を判定し得る（ステップ３２０）。特に、構造物１２のサイズ、形状、配向、質量、材料などに依存して、構造物１２のいくつかの部分は、所望の完全性を維持するために（例えば、反り、垂れ、破断、又は他のひずみを抑制するために）、パスに沿って製作中に支持される必要があり得る。プロセッサ３６は、これらの部分を特定し、支持材料が吐出されるべきである対応する点を生成し得る（例えば、機械１４又は別の支持体－機械のみによって－図示せず）。これらの特定及び／又は点生成動作は、ルールベースであり、例えば、過剰値、角度、質量、繊維密度、製作誘起力、曲率など）と関連付けられた閾値に基づいて判定され得る。
【0099】
充填モジュール及び／又は表面モジュール、並びに対応する支持点によって生成されたパスは、パスの各々に沿って及び支持点の各々で材料を吐出する機械１４の特定の構成にとらわれない場合がある。言い換えれば、パス及び点は、機械１４の運動力学、能力、仕様などに関係なく生成され得る。したがって、生成後、プロセッサ３６は、パス及び支持点をＣＡＭモジュールに方向付けるように構成され得、ここで、パス及び／又は点は、機械１４の特定の構成で使用するために検証及び配列される（ステップ３２５）。ＣＡＭモジュールは、これとは別に、以下でより詳細に考察されるであろう。ＣＡＭモジュールは、機械１４の製作能力内にある点及びパスのみが生成されるように、所望される場合、パス及び／又は支持点の初期生成中に代替的に参照され得る。
【0100】
次いで、検証されたパス及び支持点の配列は、プロセッサ３６によってシミュレーションされ、パス及び支持点の完了と関連付けられた配列及びデータを表示され得る（ステップ３３０）。シミュレーションには、例えば、各パス及び支持点が機械１４によって吐出又は通過される順序のディスプレイ３４での提示、吐出中のヘッド２０の提示（例えば、位置、配向、速度などを示している）、支持体１８の提示、構造物１２の提示、任意の必要なツール変更の提示などが挙げられ得る。ディスプレイ３４に示されるデータには、吐出開始からの時間、総経過時間、吐出される材料の量、完了したパスの割合、完了するまでの残りの時間、総所要時間量などが挙げられ得る。シミュレーションは、完了するプロセスに関してユーザに視覚的な明確さを提供し、衝突及び他の機械加工性の問題について自動的にチェックするためにも使用され得る。
【0101】
パス、支持点、及びプリントデータがディスプレイ３４上に示されると、プロセッサ３６は、パス及び／又は支持点に対する修正及び／又はそれらの装飾に関するユーザからの入力を受信するように構成され得る（ステップ３３５）。例えば、ユーザは、パス及び／又は特定のパス内の支持点が完了する順序を修正する、特定のパス及び／又は点の実行の間に一時停止を設定する、特定のパス及び／又は支持点中にヘッド２０の速度を調整する、最小パス長さ及び／又はパス間の間隙を調整する、パスに沿ってヘッド２０のポーズを調整する、所与のパス内の特定の点で硬化エンハンサ２２の強度を調整する、ヘッド走行速度対硬化強度を調整する（例えば、曲率及び／又はローカル角に基づいて）、１つ以上の設定点（例えば、圧縮機の挙動、圧縮力、ヒータ設定など）を無効にするなどを可能にし得る。
【0102】
この時点で修正が必要である場合（ステップ３３５：Ｙ）、制御は、ステップ３１０、３１５、及び／又は３２０に戻り得（特定の修正に依存して）、ここで、修正が実施され、新しいパス及び／若しくは支持点が生成され、並びに／又はその後、配列される。しかしながら、修正が必要ではない場合（ステップ３３５：Ｎ）、パス及び支持点に対応する機械コードが生成され得、かつチェックモジュールに方向付けられ得る（ステップ３４０）。以下で更に詳細に説明されるように、チェックモジュールは、機械コードを使用して構造物１２の製作を始める前に、機械１４の条件及び設定が正しいかどうかをチェックするように構成され得る。次いで、制御は、検証段階から製作段階に進行し得る。
【0103】
概して、ステップ３２０で支持体が必要であると判定された場合、支持体は最初に製作され得る（例えば、構造物１２を製作する前に－ステップ３４５）。支持体は、当技術分野で知られている任意の様態で製作され得る。例えば、支持体は、母材コーティングされた繊維、又は母材のみ（例えば、繊維なし）を使用して機械１４によって製作され得る。代替的に、支持体は、別のタイプの機械１４によって製作され得る。支持体は、所望される場合、構造物１２の製作中及び／又は製作後に、代替的に製作され得ることが企図される。例えば、１つ以上の構造層の製作後、ヘッド２０は、支持製作ヘッド２０のために機械１４から交換され得る。次いで、別のヘッドを元の構造製作ヘッド２０に戻す前に、１つ以上の支持層が吐出され得る。他の戦略（例えば、同じヘッド２０内で材料を交換すること）もまた、又は代替的に採用され得る。
【0104】
必要な支持体が製作された後、制御は、ヘッド２０からの母材湿潤された補強材の吐出中に機械１４の動作を制御することを担う吐出モジュール（ステップ３５５）に進行し得る。以下でより詳細に説明されるように、プロセッサ３６は、品質管理目的のためだけでなく、選択された計画に従って進行を追跡するために、ヘッド２０からの材料の吐出を連続的に監視するように構成され得る。この監視は、例えば、周辺機器４０Ａの１つ以上の入力デバイスから受信された信号に基づいて完了され得る。プロセッサ３６は、計画において現在のパスがいつ完了するのかを判定し得る（例えば、ヘッド２０の現在の位置をパス内の終了位置と比較することによって－ステップ３６５）。パスがまだ完了していない場合、制御は、ステップ３４０に戻り得る。別様に、プロセッサ３６は、構造物１２の製作を完了するために任意の追加のパスが必要であるかどうかを判定し得る（ステップ３８０）。プロセッサ３６は、例えば、任意の完了したパスの、構造物１２についての製作計画内に含まれるパスの数及び／又は特定との比較に基づいて、追加のパスが必要であると判定し得る。追加のパスが必要であるとき、制御は、ステップ３８０からステップ３４０に戻り得る。別様に、製作段階は完了しているとみなされ得る。
【0105】
例示的な充填モジュールが図４に詳細に示される。図４のフローチャートに示されるように、制御が充填モジュールに移ると、プロセッサ３６は、ステップ３００（図３を参照する）で受信された構造物１２の仮想モデルが２Ｄモデルであるか３Ｄモデルであるかどうかを判定し得る。この判定は、ユーザからの入力（例えば、関連付けられたオプションの手動選択）に直接基づいて、又は受信されたファイルのタイプに基づいて行われ得る。例えば、ファイルタイプが．ＳＶＧ、．ＡＩ、．ＥＰＳ、又は．ＰＤＦのうちの１つである場合、プロセッサ３６は、仮想モデルが２Ｄモデルであると判定し得、制御は、ステップ４００に進行し得る。例示的な２Ｄモデルが図１２に示される。
【0106】
図１２に示されるように、２Ｄモデルは、形状の平面に概ね直交するユーザ指定された高さ距離Ｄが達するまで、重なる様態で層ごとに製作されるべき平面形状の多角形の外形１２００を有するスケッチを含み得る。いくつかの実施形態では、形状は、高さ距離Ｄの一部又は全てにわたって変化するように指定され得る（例えば、内向きに先細りになる、外向きに先細りになる、別の多角形の外形に円を描くなど）。各層１２０２の厚さｔは、機械１４によって吐出された材料の径又は厚さに関係し得る（例えば、補強材及び補強材をコーティングする母材の径又は厚さに関係する、ヘッド２０の出口径に関係するなど）。各層１２０２の厚さｔはまた、機械１４の圧縮機によって吐出材料に加えられる圧力の量及び／又は母材の硬化特徴（例えば、膨張、収縮など）に関係し得る。
【0107】
ステップ４０５で、プロセッサ３６は、ユーザ指定された高さ距離Ｄを厚さｔで分割して、上で考察された数多くの重なり層１２０２を生成するように構成され得る。次いで、プロセッサ３６は、各層１２０２に材料を取り込むために使用される充填のパターン１２０４に関するユーザからの入力を受信し得る（ステップ４１０）。例えば、ユーザは、特定の２Ｄパターン１２０４が利用されること、又はプロセッサ３６が各層１２０２のトポロジを最適化するパターン１２０４を生成するべきであることを指定することが可能であり得る。特定のパターン１２０４は、１つ以上の所定のパターン（例えば、単純な線パターン－図１０を参照されたい、正弦波パターン－図１１及び図１２を参照されたい、鋸歯パターン－図９を参照されたい、ダイアモンドパターン、六角形パターンなど）及び／又はユーザによって定義された関数の選択を含み得る。加えて、ユーザは、層１２０２ごとに異なるパターン１２０４、層１２０２全体にわたって繰り返される一組のパターン１２０４、及び／又は隣接層パターン１２０４間の関係（例えば、相対角度、オフセット、スケール、回転、密度、及び他の変形）を指定することが可能であり得る。ユーザはまた、層１２０２内の充填の隣接する特徴部間の距離、特徴部のための角度、特徴部のスケーリング、特徴部の頻度、特徴部の振幅、及び／又は他の同様の基準を指定し得る。
【0108】
いくつかの用途では、ユーザによって指定されたパターンは、３Ｄパターンであり得る。これらの用途では、３Ｄパターンは、仮想モデルの境界内での配置及び／又は配向後にスライス処理される必要があり得る。
【0109】
ユーザが特定のパターン１２０４を指定するように選択するとき、ユーザはまた、指定されたパターン１２０４が適合するか、又は不適合であるかどうかを選択し得る（ステップ４１５）。適合パターンは、パターンの角度特徴部を大きく歪めずに、隣接する境界（例えば、２Ｄスケッチの多角形形状、又は多角形形状に近似している隣接する充填特徴部の軌道）に近似する一般の輪郭を有するパターン１２０４であり得る（ただし、パターン内のセグメントは、スケーリング及び／又は湾曲している場合がある）。不適合パターンは、形状によって影響を受けることなく多角形形状に重なり合うパターン１２０４であり得る。適合パターンの例が図９及び図１０に示される。非適合パターンの例が図１１及び図１２に示される。所望される場合、適合パターンは、その中に埋め込まれた１つ以上の第２及び／又はより高次のパターンを依然として有し得ることに留意されたい。また、利用可能な全てのパターンが適合対応物を有し得るわけではないことに留意されたい。
【0110】
次いで、プロセッサ３６は、層１２０２ごとに、ユーザ選択及び／又はユーザ指定されたパラメータを有する充填特徴部を生成し得る（ステップ４２０又はステップ４２５）。この生成は、ヘッド２０が材料を吐出しながら移動しなければならない点１２０６を定義することと、点１２０６を、異なる始点、終点、及び任意の数の逐次的に配設された中間点１２０６を有する任意の数の別々のパス１２０８にグループ化することと、を含み得る。概して、点１２０６は、上で考察された充填パターン１２０４と合致し、パターン１２０４内の線セグメントの終点で、及び線セグメントに沿って配置され得る。点１２０６は、許容可能な誤差内で充填パターン１２０８をたどるために、ヘッド２０が通過しなければならない位置をマークし得る。特定のパターンの隣接する点１２０６間の距離は、標準又はユーザ指定された分解能に基づいて選択され得、より近い点は、より高い分解能を提供するだけでなく、製作プロセスを遅らせる。
【0111】
ヘッド２０（例えば、ノズル３０の先端部）は、（例えば、ヘッド２０の配向に関係なく）ポイント１２０６間の異なる軌道をたどるように、プロセッサ３６によって調節され得ることが企図される。一例では、ノズル３０の先端部は、隣接する点１２０６間の直線パスをたどり得る。別の例では、ノズル３０の先端部は、隣接する点間をたどるように曲率関数を提供され得る。他の戦略もまた、又は代替的に実施され得る。
【0112】
任意の数の別個の及び個別のパス１２０８は、再位置決め中に材料を吐出することなく、構造物１２の製作中にヘッド２０を再位置決めする必要性に基づいて、上で考察された点１２０６からコンパイルされ得る。一般に、より長く、より連続的なパス１２０８は、より短い時間内により多くの量の材料が堆積されるという結果をもたらし得る。加えて、より長いパス１２０８は、構造物１２の製作中に補強材のより少ない切断を必要とし得、これにより、機械１４の摩耗が少なくなり、更なる時間節約がもたらされる。最後に、より長く、より連続的なパス１２０８は、いくつか用途では（例えば、負荷を伝達する補強材のより長いストランドに起因して）、より高い性能（例えば、剛性、強度、伝導度、熱伝達など）をもたらし得る。
【0113】
パス１２０８は、多様な異なる戦略に基づいて、既存の点１２０６からコンパイルされ得る。例えば、ベース層１２０２内で、第１のパス１２０８は、特定の層１２０２の最中心点１２０６；最外点１２０６；最初に生成された点１２０６；最後に生成された点１２０６；最長、最短、最も真っ直ぐ、若しくは最も曲がった線、又はパターン１２０４の線セグメントと関連付けられた点１２０６；２つの線セグメント間の頂点として機能する点１２０６；１つのみの他の隣接する点１２０６内の点１２０６（例えば、中間点ではなく終了点）；あるいは別の点１２０６から始まり、同じ線若しくは線セグメント内の次に最も近い及び／又は隣接する点１２０６に続き得る。パス１２０８は、点１２０６、又は同じ層内で先に吐出されたパス１２０８の任意の部分を交差させる一連の点１２０６を含むことから抑制され得る（例えば、図１０の拡大図における紫色の内パス及び白色の外パスを参照されたい）。点１２０６の、特定のパス１２０８へのコンパイルは、次に最も近い又は隣接する点１２０６が、再位置決め中に材料を吐出することなく、ヘッド２０を再位置決めすることを必要とするまで継続し得る。例えば、ヘッド２０を図１０の紫色の内パス１２０８から白色の外パス１２０８に移動させるとき、ヘッド２０は、材料を吐出するべきではなく、したがって、パス１２０８は、分離されるようにコンパイルされる。コンパイルは、最終層又は最上層１２０２内のパス１２０８がコンパイルされるまで、ベース層１２０２から中間層１２０２を通って逐次的に継続し得る（例えば、図１２の層１２０２から図１１、図１０、及び次いで図９を通って）。いくつかの実施形態では、１つ以上のパス１２０８（例えば、連続的な補強材）は、隣接する層１２０２間に延在し得る。
【0114】
構造物１２の全ての層１２０２内の点１２０６の全てがパス１２０８にコンパイルされると、充填パターン１２０４及び／又はパス１２０８は、ユーザによる検査のためにディスプレイ３４上にレンダリングされ得る（ステップ４５０）。層１２０２の各々は、別個に視認可能であり得、オプションは、特定の層１２０２及び／又は各層１２０２の特徴部（例えば、充填パターン１２０４、点１２０６、パス１２０８など）の視認を調整する（例えば、入れる／切る、拡大する、広げるなど）ために利用可能であり得る。次いで、プロセッサ３６は、パターン１２０４、点１２０６、及び／又はパス１２０８（例えば、メッシュとして知られている）が許容可能であるか、又は調整を要求するというユーザからの指示を受信するように構成され得る（ステップ４５５）。２Ｄメッシュがユーザに許容可能である場合（ステップ４５５：２Ｄ－Ｙ）、プロセッサ３６は、少なくともパス１２０８をステップ３２０（図３を参照する）に戻し得る。しかしながら、パターン１２０４、点１２０６、及び／又はパス１２０８が許容可能ではない場合（ステップ４５５：Ｎ）、プロセッサ３６は、ユーザから、修正を受信し得る（ステップ４６０）。これらの修正には、とりわけ、１つ以上のパターン１２０４に対する変更（例えば、異なるパターンの選択、及び／又は角度、オフセット、振幅、頻度に対する変更など）、１つ以上の点１２０６に対する変更（例えば、点の再位置決め、点の追加、点の差し引きなど）、及び１つ以上のパス１２０８に対する変更（例えば、特定のパス１２０８内に含まれる特定の点１２０６に対する変更、パス１２０８の配列的順序など）が挙げられ得る。
【0115】
ステップ４１０に戻ると、１つ以上の層１２０２の充填物をトポロジ最適化することをユーザが選択するとき、プロセッサ３６は、ステップ４１５の代わりにステップ４４５に前進し得る。ステップ４４５で、プロセッサ３６は、１つ以上の数学的アルゴリズムを実施して、選択された層の内部内に母材コーティングされた補強材をレイアウトし得る。多くの異なる最適化プロセスは、ステップ４４５で実施され得、ステップ４４５は、仮想モデルが３Ｄではなく２Ｄであるときに異なり（例えば、より単純であり）得る。
【0116】
２Ｄ仮想モデルのために実行されるステップ４４５の単純化された例が図１６に示される。この図に示されるように、プロセッサ３６は、ステップ３００（図３を参照する）で提供される仕様（例えば、境界負荷条件、材料特性など）を利用して、層１２０２を通過するベクトル（例えば、力ベクトル、伝導度ベクトル、熱伝達ベクトルなど）の基本フィールド１６００を判定し得る。次いで、プロセッサ３６は、複数の利用可能な充填のパターン１２０４のうちの１つを選択し、基本ベクトル場１６００とのパターンセグメントの最大の一般のアライメントを提供する様態で、層内でパターン１２０４を配向し得る。いくつかの用途では、プロセッサ３６は、加えて、充填パターン１２０４のパラメータ（例えば、間隔、頻度、振幅など－図１３に示される層１２０２の左側対右側を参照されたい）を調整して、パターンセグメントの、基本ベクトル場１６００とのより大きいアライメントを作製し得る。例えば、プロセッサ３６は、より低い力の伝達が予想される位置では、よりまばらな充填を有するか、又は充填なし（図１３の左／右中央を参照されたい）のパターン１２０４を生成し、より高い力の伝達が予想される他の位置では、より高密度の充填を有する（図１３の左を参照されたい）パターン１２０４を生成し得る。制御は、上述のステップ４４５からステップ４３０に移り得る。
【0117】
ステップ４００に戻ると、プロセッサ３６が、仮想モデルが３Ｄモデルであると判定するとき、制御は、ステップ４０５の代わりにステップ４５０に前進し得る。ステップ４５０で、プロセッサ３６は、仮想モデルの境界内に相互接続された幾何学的形状（例えば、四面体、六面体、角錐、三角柱など）のメッシュを生成し、ユーザによる検査のためにメッシュをディスプレイ３４上にレンダリングし得る。形状は、モデル全体の解を近似するために使用することができる各形状に適用される数式の単純化を可能にし得る。例示的な近似値は、以下でより詳細に考察されるであろう。
【0118】
メッシュが生成され、ディスプレイ３４上にレンダリングされると、プロセッサ３６は、メッシュの許容性に関するユーザからの入力を受信し得る（ステップ４５５）。メッシュが許容不可能である場合（ステップ４５５：Ｎ）、ユーザは、メッシュを手動で編集する機会を有し得る。プロセッサ３６は、手動編集を受信し得（ステップ４６０）、制御は、ステップ４５０に戻り得る。これらの編集には、例えば、メッシュに使用される幾何学的形状のタイプ及び又はサイズ、特定の形状の境界位置、特定の位置での形状の密度などが挙げられ得る。３Ｄメッシュが許容可能である場合（ステップ４５５：３Ｄ－Ｙ）、プロセッサ３６は、ユーザが、３Ｄモデルを仮想的にスライス処理する方法を手動で指定することを所望するか、又はプロセッサ３６が仮想的にスライス処理することを自動的に実施することを所望するかどうかの選択を受信し得る（ステップ４６５）。スライス処理することは、２Ｄモデルでは必要とされない場合があることに留意されたい。
【0119】
ユーザが構造物１２の３Ｄモデルを手動でスライス処理するように選択するとき、プロセッサ３６は、１つ以上のスライス処理表面及び／又は表面間の関係を定義するユーザからの入力を受信し得る（ステップ４７０）。スライス処理表面は、平面又は非平面、相互に適合又は非適合、平行又は非平行、及び等間隔又は不等間隔であり得ることに留意されるべきである。例えば、ユーザは、特定の形状を有するデータム（例えば、平面データム、球形データム、円筒形データムなど）を選択し、３Ｄモデルに対してデータムを配置及び配向し（又はその逆も同様である）、３Ｄモデルを通るデータムの伝播方向を選定し、並びに／又は３Ｄモデル内の異なるデータム間の１つ以上の関係（例えば、配向、オフセット距離など）を選定することが可能であり得る。データムは、複数の事前に定義され、かつ利用可能なデータム、３Ｄモデルの表面、インポートされた表面、ユーザによって構築された表面、及び／又はユーザによって数学的に定義される表面のうちの１つであり得る。
【0120】
図１４、図１５、及び図１６は、ステップ４７０でユーザが利用可能なオプションの異なる例を示す。図１４に示されるように、ユーザは、構造物１２の３Ｄモデル１７０２をスライス処理する際に使用するために、事前に定義された平面データム１７００を選択し得る。第１のデータム１７００は、モデル１７０２の第１の側面でユーザによって配置され得、第１の方向１７０４は、スライス処理中にモデル１７０２を通るデータム１７００の伝播のために選択され得る。加えて、ユーザは、データム１７００によって生成された隣接するスライス間の等距離ｄを指定し得る。距離ｄは、構造物１２の製作全体にわたって使用するために意図された特定の繊維／母材の組み合わせの厚さ寸法に対応するように選択され得る。いくつかの用途では、距離ｄは、機械１４の能力及び／又は現在の構成に基づくデフォルト値であり得る。
【0121】
図１５では、図１４の同じタイプのデータム１７００が再びユーザによって選択され得るが、異なる位置及び／又は配向に配置され、異なる伝播方向１７０４が選択され得る。図１４及び図１５の比較からわかるように、モデル１７０２は、これらの選択に基づいて、異なってスライス処理され得る。
【0122】
図１６は、異なる及び３Ｄのデータム１７００、例えば、所定の及び利用可能なデータムのうちの異なる１つ（例えば、円筒形データム）、ユーザによって構築されたデータム（例えば、モデル１７０２の下縁を使用して）、又はユーザによって数学的に定義されたデータムのいずれかの選択を示す。上で考察されたように、ユーザは、所望される場合、データム１７００としてモデル１７０２の既存の２Ｄ又は３Ｄ表面を代替的に選択し得る。図１６にも見られるように、ユーザは、異なる位置でモデル１７０２のスライス間の異なる距離を選択し得る。この異なる間隔は、例えば、対応する層を製作するときに、異なる補強材／母材の組み合わせ、異なるプリントヘッド２０などを使用する意図に対応し得る。図１４～図１６からわかるように、モデル１７０２の層は、適合する表面及び／又は平行な表面であるようにデータム１７００を利用してスライス処理され得る。
【0123】
図１７、図１８、及び図１９は、ステップ４７０でユーザによって行われた代替的な選択を示す。図１７に示されるように、単一のモデル１７０２をスライス処理するために使用されるデータム１７００は、モデル１７０２の表面から選択され、及び／又は異なる形状及び／又はサイズを有する３Ｄであり得る。図１７の実施形態では、異なるデータム１７００は、概して、モデル１７０２の輪郭に適合している。しかしながら、これが必ずしも当てはまるわけではない。例えば、図１８は、下部データム１７００ａ、中間データム１７００ｂ、及び上部データム１７００ｃを示す。データム１７００ｂは、データム１７００ａの一部分に適合する輪郭を有し得る。データム１７００ｃは、データム１７００ｂの一部分に適合する輪郭、及び１７００ａの同じ又は異なる部分に適合する異なる輪郭を有し得る。図１９に示されるように、所望される場合、データム１７００ｂ及び１７００ｃのいくつかの輪郭（例えば、突出部分）は、固有であり、他のデータム１７００の任意の部分に不適合であり得る。データム１７００の各々は、任意の所望の距離ｄを通して同じ又は異なる伝搬方向を割り当てられ得ることが企図される。
【0124】
図２０の例に示されるように、同じモデル１７０２内の不適合データム１７００の使用により、重なり層をプリントするときであっても（すなわち、自由空間内にプリントしないときでも）、多（例えば、三）次元で繊維の操舵が可能になり得る。
【0125】
仮想モデルをスライス処理した後、プロセッサは、スライス処理をレンダリングし（ステップ４７５）、ユーザから、スライス処理の許容性に関するフィードバックを受信し得る（ステップ４８０）。ステップ４７０のスライス処理が許容不可能であるとき、プロセッサ３６は、スライス処理に対するユーザ指定された調整を受信し得る（ステップ４８５）。次いで、制御は、ステップ４８０からステップ４７５に戻り得る。
【0126】
ステップ４６５に戻ると、自動スライス処理がユーザによって要求されるとき、制御は、ステップ４７０の代わりにステップ４９０に進行し得る。ステップ４９０で、プロセッサ３６は、ステップ４５０で生成されたメッシュを、モデル仕様（例えば、境界負荷条件）及び材料仕様とともに利用して、仮想モデルを通して３Ｄベクトル場を生成し得る。
【0127】
例えば、プロセッサ３６は、最初に、構造物１２の３Ｄモデルを、ユーザによって指定された１つ以上の特性（例えば、応力、ひずみ、熱伝達、伝導度など）に対して等方的に挙動するとみなし得る。プロセッサ３６は、ユーザ指定された境界条件を適用し、有限要素解析（Finite Element Analysis、ＦＥＡ）を介して、ユーザ指定された特性がステップ４５０で定義されたメッシュの個々の形状をどのように伝播して、仮想モデルの性能全体に影響を及ぼすかを判定し得る。次いで、性能の勾配を使用して、多次元でモデルを通過する、性能ベクトル場を生成し得る。
【0128】
スライス処理は、ベクトル場に基づいて、自動的に実施され得る（ステップ４９０）。例えば、１つ以上のデータム１７００は、概して、得られたパスが性能ベクトルの一般の方向に補強材を操舵することができるように、ベクトル場と（例えば、最大マグニチュードベクトルと）整列される。これは、概して、性能強化された構造物１２をもたらし得る。次いで、制御は、ステップ４９０からステップ４７５に進行し得る。
【0129】
上述のように、トポロジ最適化は、仮想モデルが３Ｄであるとき、ステップ４４５で異なって進行し得る。例えば、プロセッサ３６は、再びＦＥＡを実施し得るが、今回は仮想モデルが異方的に挙動するという仮定を伴う。つまり、プロセッサ３６は、ステップ４９０で生成されたスライスの各々に取り込むために充填の１つ以上のパターンを選択し、その後、パターンのセグメントに沿って配置されている繊維のユーザ定義された材料特性に基づいて、ＦＥＡを実行し得る。次いで、パターンを反復的に調整して、ユーザ定義された性能特性を最適化し得る。
【0130】
いくつかの用途では、最適化のために、ユーザによって２つ以上の性能特性が指定され得る。例えば、ユーザは、最適化される特性として、構造的特性（例えば、強度、剛性、ひずみ、偏向、靭性、硬度、延性など）、及び任意の数の非構造的特性（熱伝達、磁性、導電率、反射率など）を選択し得る。この状況では、今まさに考察されたＦＥＡプロセスは、構造的補強材（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ繊維など）とのみ関連付けられたユーザが供給した材料仕様に基づく構造的特性のみに関して、最初に実施され得る。
【0131】
このＦＥＡプロセスの結果は、構造的形状を生成し得、これは、任意の数の非構造特性の最適化のための基礎を形成することができる。例えば、ＦＥＡプロセスによって生じた形状は、機能的補強材を配置することが可能であるエンベロープを作製し得る。この構造的形状を取得した後、プロセッサ３６は、次いで、仮想モデルのスライスごとに１つ以上のパターンを判定し得る。次いで、パターンは、機能的補強材の配置に使用され得（すなわち、機能的補強材は、構造的補強材が存在する位置にのみ配置され得る）、プロセッサ３６は、パターン、及び機能的補強材（例えば、銅ワイヤ、光学チューブ、ニクロム線など）と関連付けられたユーザが供給した材料仕様に関する仮想モデルのメッシュを再び解析し得る。所望される場合、仮想モデルのスライスごとのパターンを判定する前に、平滑化又はパージ操作は、（例えば、不可能な点、人為的幾何学的形状、ランダムな特徴部などを除去するために）実施され得ることが企図される。
【0132】
最適化ルーチンは、異なる母材及び／又は添加剤に関して同様に実施され得ることに留意されるべきである。例えば、構造的骨格をもたらすＦＥＡプロセスは、ベース構造樹脂で実施され得る。その後、ＦＥＡプロセスは、構造的骨格のエンベロープ内に含まれる非構造性能強化添加剤を用いて繰り返され得る。
【0133】
表面モジュールが図５に詳細に示される。図５に示されるように、表面仕上げはまた、構造物１２の予期される表面負荷の関数であり得る。したがって、制御が表面モジュールに移ると、プロセッサ３６は、仮想モデルの外面にわたって相互接続された幾何学的形状のメッシュを生成し、ユーザによる調査のためにメッシュをディスプレイ３４上にレンダリングし得る（ステップ５００）。メッシュは、構造物１２の任意の数の外層を表面仕上げする際に使用するために意図された材料の別々の寸法倍数（dimensional multiple）である厚さを有し得る。
【0134】
メッシュが生成され、ディスプレイ３４上にレンダリングされると、プロセッサ３６は、メッシュの許容性に関するユーザからの入力を受信し得る（ステップ５１０）。メッシュが許容不可能である場合（ステップ５１０：Ｎ）、ユーザは、メッシュを手動で編集する機会を有し得る。プロセッサ３６は、手動編集を受信し得（ステップ５２０）、制御は、ステップ５００に戻り得る。これらの編集には、例えば、メッシュに使用される幾何学的形状のタイプ及び／又はサイズ、特定の形状の境界位置、特定の位置での形状の密度などが挙げられ得る。
【0135】
メッシュが許容可能である場合（ステップ５１０：Ｙ）プロセッサ３６は、メッシュを使用して、ユーザ指定された動作条件下で、ユーザが要求する構造物１２の性能を予測し得る（ステップ５３０）。いくつかの実施形態では、プロセッサ３６は、境界要素方法（boundary element method、ＢＥＭ）を利用して、構造物１２の性能を予測し得る。ＢＥＭは、流体力学、音響学、電磁気学、破壊力学、及びモデル化された構造の表面での他の性能を解く数値計算方法である。ＢＥＭは、概して、モデルの堆積を通してではなく表面のみにわたってメッシュを利用するため、他の方法（例えば、ＦＥＡ）よりも計算的に効率が高くなる。しかしながら、所望される場合、旧来のＦＥＡを代替的に利用して、構造物１２の表面層の性能を予測し得ることが企図される。
【0136】
上で考察されたステップ４９０と同様に、プロセッサ３６は、ステップ５３０からの結果の勾配に基づいて、ベクトル場を生成し得る（ステップ５４０）。点１２０６は、ステップ５４０の完了前又は完了後に構造物１２の表面にわたる任意の所望の様態で分布され得、点１２０６は、ベクトル場と概ね整列された軌道を有する任意の数の別個及び個別のパス１２０８にコンパイルされ得る（ステップ５５０）。
【0137】
構造物１２の表面内の点１２０６の全てがパス１２０８にコンパイルされると、パス１２０８は、ユーザによる検査のためにディスプレイ３４上にレンダリングされ得る（ステップ５６０）。オプションは、特定の特徴部（例えば、点１２０６、パス１２０８など）の視認を調整するために（例えば、入れる／切る、拡大する、広げるなど）利用可能であり得る。次いで、プロセッサ３６は、点１２０６及び／又はパス１２０８が許容可能であるか、又は調整を要求するというユーザからの指示を受信するように構成され得る（ステップ５７０）。点１２０６及びパス１２０８がユーザに許容可能である場合（ステップ５７０：Ｙ）、プロセッサ３６は、少なくともパス１２０８をステップ３２０（図３を参照する）に戻し得る。しかしながら、点１２０６及び／又はパス１２０８が許容可能ではない場合（ステップ５７０：Ｎ）、プロセッサ３６は、ユーザから、修正を受信し得る（ステップ５８０）。これらの修正には、とりわけ、１つ以上の点１２０６に対する変更（例えば、点の再位置決め、点の追加、点の差し引きなど）、及び１つ以上のパスに対する変更（例えば、特定のパス１２０８内に含まれる特定の点１２０６に対する変更、パス１２０８の配列的順序など）が挙げられ得る。次いで、制御はステップ５６０に戻り得る。
【0138】
所望される場合、ステップ３１５において、多数の代替的な表面仕上げ方法論が実施され得ることに留意されるべきである。例えば、２０１９年１２月３０日に出願され、かつ参照により本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６２／９５５，３５２号に開示される方法のうちの１つ以上は、ステップ３１５で実施され得る。代替的又は追加的に、測地学、曲線制限アルゴリズムなどを実施して、表面に位置する補強材の吐出中にヘッド２０がたどらなければならないパスを判定し得る。
【0139】
図２１、図２２、及び図２３に示される一実施形態では、構造物１２の表面でのパス生成は、構造物１２の内部骨格が以前にどのように製作されたかの関数であり得る。この実施形態では、１つ以上のパス１２８は、仮想モデル１７０２の骨格を通るデータムの伝播方向１７０４に基づいて生成され得る。例えば、パス１２０８は、伝播方向１７０４と概ね整列される方向で点１２０６を通過するように生成され得る。これは、層間の層間剥離への耐性を増加させるのに役立ち得る。点１２０６は、この例では、構造物１２の外面にわたって均一に分布されるか、又は仮想モデルの曲率及び構造物１２の所望の分解能に基づいて分布され得る。
【0140】
例示的なＣＡＭモジュールが図６に詳細に示される。図６に見られるように、プロセッサ３６は、構造物１２の製作中にヘッド２０を移動させるために使用される、特定の運動プラットフォーム（例えば、支持体１８）に特有の情報を受信し得る（ステップ６００）。この情報は、例えば、到達距離、到達角度、運動分解能、特定の方向における最大回転数（例えば、巻取り部）、速度、加速度などに関する支持体１８の能力を含み得る。いくつかの実施形態では、この情報はまた、支持体１８に取り付けられるヘッド２０の特定の構成と関連付けられ得る。例えば、第１のヘッド２０及び／又は出口２４は、同じ機械１４の別のヘッド２０及び／若しくは出口２４とは異なる形態因子、質量、並びに／又は能力（例えば、硬化速度）を有し得る。
【0141】
ステップ６００で受信された情報は、ユーザからの手動入力を介して直接受信されるか、又は自動的に受信され得る。例えば、プロセッサ３６は、それらの能力及び／又は構成に関して、支持体１８及び／又はヘッド２０から電子通信を自動的にポーリング及び受信するように構成され得る。代替的又は追加的に、プロセッサ３６は、能力及び／又は構成を自動的に試験し（例えば、較正手順中に特定の様態で、支持体１８及び／又はヘッド２０を移動させようとすることによって）、試験中にフィードバック（例えば、感覚入力）を受信するように構成され得る。
【0142】
機械１４に特有の情報を受信した後、プロセッサ３６は、出口２４を通る材料吐出中に、パス１２０８に沿ってヘッド２０を操舵するために必要な測定基準を計算するように構成され得る（ステップ６１０）。これらの測定基準には、例えば、接線ベクトル、法線ベクトル、及び／又は各パス内の各点での及び／若しくは各点間の接線ベクトル並びに／又は法線ベクトルの導関数が挙げられ得る。
【0143】
いくつかの用途では、構造物１２を製作することを意図した機械１４の特定の構成によって適切に従うことができないか、又は別様に望ましくない（例えば、ノイズが多い）パスが生成される可能性があり得る。したがって、これらの不一致を説明するために、パス及び／又は機械コードのいくつかのフィルタリングが実施され得る。ユーザは、手動又は自動フィルタリングを選択し（ステップ６２０）、プロセッサ３６は、選択に基づいて、対応するフィルタリングを開始する（それぞれステップ６２５又は６３０）ことが可能であり得ることが企図される。フィルタリングは、例えば、接線ベクトル及び／又は法線ベクトルの導関数を解析して、パス内の隣接する点間の予想外の変化を見つけて平滑化することを含み得る。これらの予想外の変化は、特定の機械１４のヘッド２０が適切にたどることができないパス内の軌道シフト（例えば、回転する、下がる、よじれる、交差するなど）と関連付けられ得る。例えば、図２４は、法線ベクトルが生成されたパス１２０８を示す。法線ベクトルの変化率を調査することによって（例えば、閾値変化率と比較することによって）、許容不可能に鋭い曲線が認識され（例えば、図２４の左に示される）、パス１２０８の印刷適性が解析され得る。当技術分野で知られている任意のタイプのフィルタリング戦略及び／又はアルゴリズムを使用して、予想外の変化を見つけて平滑化するか、又は別様に不要なノイズを除去し得る。
【0144】
フィルタリングの一例では、パス内のセグメント間の移行は、閾値量よりも大きい角度変化を有する頂点を排除するために選択的に平滑化されるか、又は丸くされ得る。例えば、パスの点間曲率が計算され得、計算された曲率が、ユーザが提供した又はシステム制限された閾値よりも大きいとき、局所的な平滑化が実施され得る。平滑化には、とりわけ、点間曲率を低減するために戦略的な位置で追加的な中間点を追加すること、及び／又は中間点を除去することが挙げられ得る。このプロセスは、全ての計算された曲率が閾値量未満になるまで繰り返し実施され得る。
【0145】
フィルタリングの別の例では、パスの印刷適性は、機械制限の代わりに、又はそれに加えて、材料制限に対してチェックされ得る。つまり、機械１４が材料吐出中に規定のパスをたどることが可能であり得るが、パスに沿った吐出を意図した材料は、吐出中に許容不可能な負荷（例えば、破断又はほつれなどの損傷を引き起こす密な曲線）を受ける場合がある。この例では、材料の制限（例えば、応力、ひずみなど）と比較して、上記のように曲率を再び計算され、必要に応じて平滑化され得る。特定の特性を有する補強材の屈曲ビームとしてのパスの局所的な物理的解析を使用して、曲率が許容可能であるかどうかを判定し得る。パスの平滑化に加えて、又はその代わりに、他の製作パラメータ（例えば、温度、吐出速度、硬化強度、圧縮力など）は、別途、許容不可能であり得るパスに適応するように選択され得ることが企図される。同様のチェックが、特定の母材、又は母材／繊維の組み合わせに関係して行われ得ることに留意されるべきである。
【0146】
パスのフィルタリング後、ヘッド２０のツール中心点（tool center point、ＴＣＰ）（例えば、出口２４の先端、圧縮機のニップ点など）を特定の走行速度でパス内の各点を通る接線ベクトルに沿ってたどらせること、ヘッド２０の中心軸を各点で法線ベクトルと概ね整列させること、各パスの終点及び始点に切断／送給配列を挿入すること、硬化エンハンサ２２及び／又は圧縮機を指定された強度レベルで作動させることなどの機械コードが生成され得る（ステップ６３５）。一実施形態では、機械コードは、以下に提供される実施例（ＥＸ－１）と同様のフォーマットを有するＡＳＣＩＩ文字の文字列を含み得る：
ＥＸ－１
ＣＯＭＭＡＮＤ；及び
ＶＡＬＵＥ、
ここで、
ＣＯＭＭＡＮＤは、メモリ４２の対応するライブラリ内に見出される任意の事前にプログラムされた関数であり得、
ＶＡＬＵＥは、座標；オン／オフ；０～１００％のパーセント、数などであり得る。
ＥＸ－１
ＣＯＭＭＡＮＤ；及び
ＶＡＬＵＥ、
ここで、
ＣＯＭＭＡＮＤは、メモリ４２の対応するライブラリ内に見出される任意の事前にプログラムされた関数であり得、
ＶＡＬＵＥは、座標；オン／オフ；０～１００％のパーセント、数などであり得る。
【0147】
任意の数のコマンドが単一の文字列内に含まれ得、コマンドの順序は、パスの完了を成功させるために重要であり得る。値は、フィルタリングされたパス内の点、接線ベクトル、法線ベクトル、導関数、吐出される材料、及び／又はＡＳＣＩＩ文字の同じ文字列内の他のコマンド値（例えば、同時に発行されている他のコマンドと関連付けられた値）に基づいて、メモリ４２内に記憶されたルックアップテーブルから値が引き出され得る。
【0148】
例えば、より真っ直ぐなパス上で互いに隣接している点間のヘッド２０の走行については、ヘッド２０をより高い相対速度で点間で走行させるコードが生成され得る。同じように、より高い相対速度での走行については、吐出された材料の別々のユニットが所望の量のエネルギーに曝露されるように、硬化エンハンサ２２をより高い強度レベルで作動させるコードが生成され得る。対照的に、より短い及び／又はより湾曲したパス上にある点間のヘッド２０の走行については、ヘッド２０をより低い相対速度及び／又はより低い硬化強度レベルで点間を走行させるコードが生成され得る。不透明な材料は、概して、より透明な材料よりも遅い走行速度及び／又はより高い硬化強度レベルを必要とし得る。構造体１２のより狭い断面内のパス上、及び／又は支持されていないパス上では、より低い圧縮力が実施され得る。
【0149】
特定のパスの終点で、ヘッド２０のＴＣＰを対応する点から離れて及び／又は対応する点に向かって、点を通るパスの接線及び法線に対して斜めである上昇（fly-away）角度並びに／又は下降（fly-in）角度αで移動させるコードが生成され得る。同様に、パスの終点の直前にコードが生成され、カッターに、最終点の手前のＴＣＰの特定の距離で補強材を切り離させ、次いで、ヘッド２０を次のパスの開始点で新しい下降位置に移行させ得る。圧縮力を調整するためのコードは、パスの始点及び／若しくは終点の間、パスの異なる特徴部の形成中（例えば、レベル対傾斜、真っ直ぐ対湾曲など）、並びに／又は下地層に重なるパスと、自由空間にある（すなわち、支持されていない）パスとの間を移行するときに生成され得る。いくつかの実施形態では、ＴＣＰの位置は、例えば、特定のパスに沿ったヘッド２０の位置（例えば、始点、中間点、又は終点）に依存してシフトし得る。
【0150】
図２５に示されるパスに沿ってヘッド２０を吐出させるＡＳＣＩＩ文字の例示的な文字列が以下の表（Ｔ－１）に提供される。
【0151】
【表1】
【0152】
ステップ６３５の完了後、制御は、図３に戻り得る。具体的には、機械コードを使用して、上で考察されたステップ３３０による構造物１２の製作をシミュレーションし得る。
【0153】
例示的なチェックモジュールが図７に詳細に示される。チェックモジュールは、プロセッサ３６が、機械１４が製作パスの選択された計画を実行し、構造物１２を製造する準備ができていることを確実にするのに役立ち得る。この手順は、数多くの異なるステップを含み得、これらは、任意の所望の順序で実施され得る。
【0154】
これらのステップのうちの１つは、構造物１２を製作する際に使用するために推奨されるハードウェアが現在機械１４に接続され、指定された範囲内で動作しているかどうかを判定することを含み得る（ステップ７００）。このハードウェアには、とりわけ、圧縮ハードウェア、母材湿潤ハードウェア、切断ハードウェア、送給ハードウェア、硬化ハードウェア、及び／又は他の出力周辺機器４０Ｂなどの高レベルプリントヘッドモジュール及び低レベル構成要素ハードウェアが挙げられ得る（図２を参照する）。例えば、プロセッサ３６は、任意の数の近接センサ、ＲＦＩＤタグ、又は出力周辺機器４０Ｂの各々が機械１４に接続されているかどうか、及び／又はどの出力周辺機器４０Ｂが機械１４に接続されているかを示す他の入力周辺機器４０Ａから入力を受信するように構成され得る。別の例では、動作センサ（例えば、温度センサ、圧力センサ、強度センサなど）及び／又は他の入力周辺機器４０Ａは、出力周辺機器４０Ｂの動作条件（オン／オフ、予想される範囲内など）を示すプロセッサ３６への入力を提供し得る。プロセッサ３６によって受信された信号に依存して、プロセッサ３６は、エラーを選択的に生成し（例えば、欠落したハードウェア構成要素に応答して）、及び／又は警告をディスプレイ３４上に選択的に示すか（例えば、不適切な動作範囲に応答して）、又は別様に、ユーザの注意を向け得る（例えば、機械１４上の光を介して）。場合によっては、エラーは、機械の動作を抑制し得、一方、警告は、単に、ユーザに補正措置を実施するように促し得る（ステップ７１０）。他の例では、プロセッサ３６は、警告に応答して、補正措置（例えば、温度、圧力、強度などを調整する）を自動的に実施し得る。
【0155】
チェックモジュールによって実行される手順における別のステップは、母材、補強材、及び／又は添加剤の十分な供給がヘッド２０に利用可能であるかどうかを判定することを含み得る（ステップ７２０）。一実施形態では、この判定は、例えば、ヘッド２０内の材料の量、ヘッド２０上の材料の量、又は別様に、ヘッド２０に送られる材料の量を示すユーザからの入力に少なくとも部分的に基づいて行われ得る。具体的には、プロセッサ３６は、この量を、必要な量と比較して、構造物１２を作るのに必要とされる量よりもいくらか多い量が現在利用可能であるかどうかを判定し得る。
【0156】
プロセッサ３６は、追加的又は代替的に、材料の供給及び使用を追跡し（例えば、母材レベル、添加剤レベル、スプール径、重量などを測定する超音波又はレーザセンサなどの１つ以上の入力周辺機器４０Ａを介して）、消費された量を供給された量と比較して、構造物１２を作るのに必要とされるよりもいくらか多い量が現在利用可能かどうかを判定し得る。より少ない材料が現在利用可能であるとき、プロセッサ３６は、エラーを生成し、及び／又はユーザに警告を提供し（例えば、ディスプレイ３４を介して）、それによって、対応する材料の供給物を補給するか、又は警告を無効にするようにユーザに促し得る（ステップ７３０）。プロセッサ３６は、代替的に、所望される場合、自動補充プロセスを実施し得る。プロセッサ３６が、十分な材料が利用可能であると判定するとき、ステップ７２０は回避され得る。
【0157】
チェックモジュールによって実行される手順における別のステップはオフボード装置（例えば、安全装置）及び／又は環境要因が、必要な範囲内にあるかどうかを判定することを含み得る（ステップ７４０）。オフボード装置は、例えば、機械１４の周りの安全エンクロージャ、機械１４の周りのルームスキャナ、及び／又は機械１４付近の緊急停止ボタンと関連付けられたインターロックを含み得る。これら及び／又は他の安全装置のいずれかが安全ではない状態を示す信号を生成するとき、プロセッサ３６は、機械１４の動作を抑制し、及び／又はユーザに警告を提供し（例えば、ディスプレイ３４を介して）、それによって領域を一掃し、安全エンクロージャを閉鎖し、及び／又は安全装置の適切な動作を確かにするようにユーザに促し得る（ステップ７５０）。同様に、プロセッサ３６は、機械１４の周りの環境条件の測定値を自動的に取り（例えば、温度、湿度、光など－入力周辺機器４０Ａを介して）、これらの測定値を、メモリ４２のライブラリ内に記憶された必要な条件と比較し得る。測定された条件のうちのいずれかが予想値の範囲外であるとき、プロセッサ３６は、条件を自動的に調整し（例えば、出力周辺機器４０Ｂを介して）、機械１４の動作を抑制し、並びに／又はユーザに警告を提供し（例えば、ディスプレイ３４を介して）、それによって条件を手動で調整するようにユーザに促し、及び／若しくは警告を無効にし得る。次いで、制御は、図３に戻り得る。
【0158】
例示的な吐出モジュールが図８に示される。図８に示されるように、プロセッサ３６は、ＣＡＭモジュールから受信した機械コードに基づいて、機械１４のハードウェア（例えば、出力周辺機器４０Ｂ及び／又は支持体１８）を作動させ、それによって、材料を対応する様態でパス１２０８に沿って吐出させ得る。これには、例えば、材料を出口２４のノズル３０（図１を参照する）から吐出（引っ張る及び／又は押す）させること、支持体１８に関連付けられた周辺機器４０Ｂの出力デバイスを作動させて、ヘッド２０のＴＣＰをパスの軌道に沿って指定された速度で移動させること、及びヘッド２０（例えば、ヘッド２０に取り付けられた周辺機器４０Ｂの１つ以上の出力デバイス）を調節して、関連付けられた繊維を指定された張力で解放することが挙げられ得る。加えて、プロセッサ３６は、周辺機器４０Ｂの出力デバイスを選択的に作動させて、吐出材料を圧縮し、所与のパスに沿って所与の点及び／又はセグメントのための指定されたパラメータに従って吐出材料を射出し得る。同時に、プロセッサ３６は、結果として生じる吐出を監視し得る（ステップ８００）。
【0159】
例えば、上記の表Ｔ－１に示される文字列内の第１のコマンドの完了中、プロセッサ３６は、（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）から（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）へのヘッド２０の移動を監視し、材料が繰り出され、予想どおりに硬化されるかどうかを判定し得る（ステップ８０５）。この監視には、例えば、ヘッド２０を通過する補強材の長さを追跡すること（例えば、ヘッド２０内の、繊維スプール、送給ローラ、繊維リダイレクトなどに接続されたロータリエンコーダ又はポテンショメータを介して）、並びにその量を（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）との間の理論上の距離、及び／又はヘッド２０がコマンドに応答して支持体１８によって移動される実際の距離と比較することが挙げられ得る。距離が補強材の長さとほぼ等しくないとき（例えば、工学公差で）、プロセッサ３６は、エラーが発生したと判定し得る。エラーは、繊維が破断していること、繊維供給部が消耗されたこと、母材が点（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）で適切に硬化しなかったこと、繊維が点（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）から外れたこと、及び／又は別のエラーが発生したことを示し得る。
【0160】
場合によっては、適切な材料の繰り出しを判定するとき、繊維張力及び／又は関連付けられたテンショナの運動に関する入力も考慮され得る。例えば、繊維は、ヘッド２０の内側のいくつかの位置で固着され、たるみ又は過度な張力が、テンショナの過剰走行によって適応させることが可能であり得る。ある状況では、張力低下方向におけるテンショナの運動における突然の急上昇は、ロータリセンサがそうではないことを示唆していても、材料の不適切な繰り出しを示している場合がある。別の状況では、繊維が破断している場合、反対、及び張力増加方向（すなわち、通常は繊維の張力を増加させようとするテンショナの方向）へのテンショナの過剰走行が検出され、再び材料の不適切な繰り出しが示される場合がある。
【0161】
場合によっては、消費された母材の量が監視され（例えば、レベルセンサ又は他の入力周辺機器４０Ａを介して）、（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）から（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）までの吐出中に理論的に消費されるべき量と比較され得る。２つの量が実質的に一致しないとき（例えば、工学公差内で）、プロセッサ３６は、材料が不適切に繰り出されたことを再び結論付け得る。
【0162】
最後に、吐出材料が誤って配置される可能性があり得る。例えば、材料が、以前に配置された材料のパスから極端に離れて配置され、間隙がパス間に存在することを可能にし得る。代替的に、材料は、以前に配置された材料のパスと重なるように配置され、所望されない蓄積を引き起こす場合がある。いずれの状況でも、周辺機器４０Ａからの入力の任意の組み合わせ（例えば、画像信号、位置信号など）に基づいて、プロセッサ３６は、材料が適切に繰り出されていないことを再び結論付け得る。
【0163】
これらのエラー及び他のエラーのうちのいずれかがプロセッサ３６によって検出されるとき（ステップ８０５）、プロセッサ３６は、任意の数の異なる応答を実施し得る。これらの応答には、とりわけ、即時保留応答、待機応答、警告応答、及び／又はヘッド２０の動作に対する調整を実施することが挙げられ得る。即時保留応答は、支持体１８の動作及びヘッド２０の更なる材料吐出活動を即時中止することを含み得る。待機応答は、支持体１８及びヘッド２０が、現在のパスのみ（すなわち、次のパスの待機）又はパスのセグメント（すなわち、同じパスの次のセグメントの待機）を完了し、次いで、構造物１２から離れた既知の安全な位置に移動し、ユーザからの手動命令を待つことを可能にすることを含み得る。警告応答は、ユーザに予想外の状態を警告し、現在のプロセスを中断するべきか、又は無効にして継続を可能にするべきかをユーザが判定することを可能にする、ユーザに提供される視覚的、聴覚的、及び／又は触覚的な標示（例えば、ディスプレイ３４を介して）を含み得る。調整は、（出力周辺機器４０Ｂの）ヘッド２０の、及び／又は機械１４がまだたどるようなパスの任意の動作に対する調整を含み得る。
【0164】
エラーが材料吐出中に検出されるとき、プロセッサ３６は、エラーの原因を判定しようとし（ステップ８１０）、この原因に基づいて、上記の４つの応答（及び／又は他の応答）のうちの１つを選択的に実施し得る（それぞれ、ステップ８１５、８２０、８２５、及び／又は８３０）。
【0165】
例えば、以下で更に詳細に記載される送給事象の完了中及び／又は完了直後に、プロセッサ３６は、ヘッド２０からの材料吐出を監視して、構造物１２に対するヘッド２０の運動中に補強材（例えば、ゼロより多い任意の量）が繰り出されていることを確認し得る。関連付けられたセンサ及び／又は他の入力周辺機器４０Ａからの信号が、この時点で補強材が繰り出されていることを示さないとき、プロセッサ３６は、ステップ８１０で、送給事象が失敗した、及び／又は補強材がアンカー３２から外れたと結論付け得、制御は、ステップ８１５に移り得る。センサからの信号が、送給事象に続いてヘッド２０を通る逆方向の補強材の運動を示すとき、同様の措置が講じられ得る。
【0166】
別の例では、以下で更に詳細に記載される切断事象の完了中及び／又は完了直後に、プロセッサ３６は、ヘッド２０からの材料吐出を監視して、構造物１２に対するヘッド２０の運動中に補強材（例えば、ゼロより多い任意の量）が繰り出されていないことを確認し得る。関連付けられたセンサ又は他の入力周辺機器４０Ａからの信号が、この時点で補強材が繰り出されていることを示すとき、プロセッサ３６は、ステップ８１０で、切断事象が失敗したと結論付け得、制御は、再びステップ８１５に移り得る。
【0167】
別の例では、切断事象、送給事象、又は任意の他の特別な事象と関連付けられていない通常の吐出中に、プロセッサ３６は、ヘッド２０からの材料吐出を監視して、補強材がヘッド２０の運動に対応する量で繰り出されていることを確認し得る。関連付けられたセンサ又は他の入力周辺機器４０Ａからの信号が、この時点で正しくない量の補強材が繰り出されていることを示すとき、プロセッサ３６は、ステップ８１０で、材料が所望の様態で吐出されていないと結論付け得、制御は、再びステップ８１５に移り得る。
【0168】
別の例では、任意の事象（例えば、送給、切断、通常、及び／又は別様に）中、プロセッサ３６は、テンショナの動作を監視して、テンショナが予想される動作範囲内で機能していること（例えば、任意の方向に過剰走行していないこと）を確認し得る。関連付けられた入力周辺機器４０Ａからの信号が、過剰走行を示すとき、プロセッサ３６は、ステップ８１０で、材料が所望の様態で吐出されていないと結論付け得、制御は、再びステップ８１５に移り得る。所望される場合、一方向又は両方向における（例えば、張力増加方向における）テンショナの過剰走行は、代替的に、ステップ８２０又はステップ８２５に移る制御をもたらし得ることが企図される。
【0169】
同様の例では、通常の動作中、プロセッサ３６は、圧縮機の動作を監視して、圧縮機が予想される動作範囲内に留まっていることを確認し得る（例えば、底を打たず、指定された全ての時間に少なくともいくらかの圧縮を提供する）。関連付けられた入力周辺機器４０Ａからの信号が、不適切な圧縮機動作を示すとき、プロセッサ３６は、ステップ８１０で、材料が所望の様態で吐出されていないと結論付け得、制御は、再びステップ８１５に移り得る。所望される場合、非圧縮状況中、制御は、代替的に、ステップ８２０又は８２５に移り得ることが企図される。
【0170】
別の例では、ヘッド２０の任意の動作中、プロセッサ３６は、（例えば、補強材、母材、及び／又は添加剤供給物の）材料供給レベルを監視して、少なくとも現在のパス又は構造物１２の全てを完成させるのに十分な材料が残っていることを確認し得る。関連付けられた入力周辺機器４０Ａからの信号が枯渇した材料（例えば、現在のパスを完成させるのに十分であるが、次のパスには十分ではない材料）を示すとき、プロセッサ３６は、ステップ８１０で、材料エラーが存在すると結論付け得、制御は、ステップ８２０に移り得る。しかしながら、信号が低レベルの材料のみを示すとき（例えば、多数のパスを完成させるのに十分であるが、おそらくパスの全てを完成させるのに十分ではない材料）、制御は、代わりにステップ８２５に移り得る。所望される場合、繊維レベルが低い間、制御は、代替的に、ステップ８２０に移り得ることが企図される。
【0171】
ステップ８１５又は８２０のいずれかの実施後、機械１４の動作は、ユーザからの入力が無効を提供して、動作を継続するまで、中止され得る。したがって、プロセッサ３６は、Ｉ／Ｏデバイス３８（図１を参照する）を監視し、ユーザからの対応する入力の受信時にのみ、制御をステップ８００に戻し得る（ステップ８３０）。
【0172】
ステップ８２５で警告を生成した後、機械１４の通常の動作を継続し得る。つまり、機械１４は、機械コードで指定された通りに、パスに沿って材料を吐出し続けさせられ得る。
【0173】
プロセッサ３６が、ステップ８１０で、誤って補強材が構造物１２の上又は中に配置されたと判断したとき（例えば、スキャナなどの入力周辺機器４０Ａによる構造物１２の画像捕捉を介して）、任意の数の異なる調整が実施され得る（ステップ８３０）。例えば、構造物１２の繊維の隣接するトウ間に許容不可能な幅広い間隙が作製されたとき、調整を実施して、将来のパスを特定の方向及び／又は互いにより近くにシフトさせ得る。同様に、隣接するトウの重なりが検出されるとき、調整は、将来のパスを特定の方向及び／又は更に離れてシフトさせることであり得る。加えて、材料を切断及び／又は送給するとき、切断場所及び／又は送給位置は、意図された切断場所及び／又は送給位置と一致しない場合がある。利用可能な調整には、例えば、ＴＣＰ位置のシフト、張力の増加若しくは減少、硬化強度の増加若しくは減少、パスに沿ったヘッド走行速度の増加若しくは減少、特別な（例えば、切断、送給など）事象のタイミング、及び／又はパスの座標に適用されたゲインが挙げられ得る。
【0174】
１つの特定の実施形態では、材料配置におけるエラーが検出されるとき（例えば、毎回、又はエラーの閾値量が検出された後にのみ）、プロセッサ３６は、構造物１２の仮想モデルを再解析する必要性を判定し得る。つまり、配置エラーは、十分に重大である場合、構造物１２の性能に悪影響を及ぼし得る。これらの状況では、プロセッサ３６は、仮想モデル（例えば、ＣＡＤファイル）を、製作における現在の点までの繊維の実際の配置で更新し、構造物１２の予期される性能の新しい解析（例えば、ＦＥＡ、ＢＥＭ、トポロジ最適化など）のために、対応する充填モジュール及び／又は表面モジュール（３１０及び／又は３１５－図３を参照する）を通って戻る仮想モデルを方向付けるように構成され得る。これにより、機械１４によってまだ実行されていないパスに対する性能重視の調整がもたらされ得る。言い換えれば、プロセッサ３６は、構造物１２の製作を通して機械１４の動作を途中で中止し、構造物１２のＣＡＤファイルを更新し、関連付けられたモデルを再解析し、既に完了した初期パスの実際の配置に適応するために、残りのパスに対する調整を行い得る。
【0175】
１つの具体例では、吐出監視中、プロセッサ３６は、切断及びその後の送給位置が一貫して誤りであることを検出し、構造物１２上又は構造物１２内の特定の位置で指定されたものよりも短い繊維のあらゆるパスをもたらし得る。別途説明されていない場合、これは、その位置で脆弱性をもたらす場合がある。したがって、ステップ３１０及び／又は３１５から３６０を通って戻る更新された仮想モデルを方向付けた後、その後に生成されたパスは、脆弱な位置での初期の材料不足を補うために、より長い繊維を必要とし得る。
【0176】
別の具体例では、プロセッサ３６が材料の隣接するパス間の重なり又は間隙を検出することに応答して（例えばプロフィロメータ又は他の周辺機器４０を介して）、ステップ３１０及び／又は３１５から３６０を通って戻る再循環は、残りのパスのうちの１つ以上の層角度の変化を生み出し得る。層角度の変化は、元々意図された配向に近似する構造物１２の特定のセクションのための平均的又は全体的な層角度を生み出し得る。
【0177】
通常動作中（例えば、ステップ８０５でエラーが受信されていないとき）、特定のパスの終点に近い繊維を切断するコマンドが受信され得る（例えば、ヘッドが表Ｔ－１の例において（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）に達する前に）。プロセッサ３６は、このコマンドが受信されたかどうかを判定し（ステップ８３５）、対応するルーチンを選択的に実施し得る。静止切断ルーチン及びオンザフライ（on-the-fly）切断ルーチンを含む、複数の異なる切断ルーチンがこの時点で実施され得ることが企図される。プロセッサ３６は、機械１４のハードウェア構成に依存して、並びに／又はたどられている現在及び／若しくは次のパスに基づいて、実施されるべきルーチンが静止ルーチンであるべきか、又はオンザフライルーチンであるべきかを判定し得る（ステップ８４０）。
【0178】
静止切断ルーチンの実施中（ステップ８４５）、プロセッサ３６は、ヘッド２０の全ての運動を停止させ得る（例えば、対応するコマンドを支持体１８に方向付けることによって）。これにより、通常の動作中に、ヘッド２０からの材料の引っ張りを効果的に中止させ得る。ほぼ同時に、プロセッサ３６は、硬化源を作動解除し、ヘッド２０の内側の繊維クランプを作動させ、切断機構を作動させ得る。その後、硬化源は、再作動され（例えば、ヘッド２０から延在する切り離された尾部を固定するために）、続いてクランプを作動解除され得る。次いで、ヘッド２０の運動が再開され得る。固定前に要求の作動解除をすると、補強材が不必要にヘッド２０に引き戻され、これにより、再挿入が必要になる場合があることが留意されるべきである。
【0179】
オンザフライ切断ルーチンの実施中（ステップ８５０）、ヘッド２０の運動は中止する必要がなく、硬化機構は作動解除されない場合がある。代わりに、プロセッサ３６は、クランプの作動及び繊維の再送給（すなわち、切り離された尾部の延長）を、ヘッド２０のＴＣＰが現在のパスに沿って特定の座標に達した状態で、同期化し得る。繊維は、繊維を切り離す直前にクランプされ、次いで尾部の固定後に素早く解放され得る。次いで、プロセッサ３６は、支持体１８に、ヘッド２０を現在のパスの残りの部分を通して中断することなく移動させ得る。
【0180】
ヘッド２０から吐出する材料の切り離しが実現されると、再送給ルーチンが実施され得る（ステップ８６０）。当技術分野で知られている任意の再送給ルーチンが利用され得る。次いで、制御は、図３のステップ３６５に戻り得る。
【0181】
開示されたシステム及び方法に様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示されたシステム及び方法の仕様並びに実践を考慮することから当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例は単なる例示とみなされ、真の範囲は以下の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3-1】
【図3-2】
【図4-1】
【図4-2】
【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】
【国際調査報告】