JP2017509514A - 複合物体を成形加工するための方法及び装置 - Google Patents

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    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Abstract

【課題】コンピュータ制御された装置を用いる複合物体の成形加工方法、及びそのための装置を提供する。【解決手段】この装置は、液体の硬化性の第１の材料を含有するレザバーと、第１の材料を選択的に固化させる手段と、第２の材料を選択的に堆積させる手段と、を含む。この方法は、第１の材料の固化部分及び第２の材料の堆積部分が複合物体を形成することとなるように、第２の材料の複数の部分を選択的に堆積させ、第１の材料の複数の部分を選択的に固化させるステップを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、２つ以上の材料を含む複合物体を成形加工することに関し、特に、コンピュータ制御された装置を用いて実質的に液体の硬化性の材料から複合物体を成形加工することに関する。
複合物体は、典型的に、２つ以上の材料から形成されて、それらの材料の合わせた特性から利益を得る。例えば、複合材料である炭素繊維から自転車フレームなどの物体を成形加工することが一般的である。というのは、複合材自転車フレームは、有益な重量対剛性比を有するからである。
３Ｄ印刷として一般的に知られる付加製造が、物体を成形加工するために使用される製造技術である。付加製造法は、典型的には、コンピュータソフトウェアを用いて物体のデジタル３Ｄモデルを作成すること、物体の形状の一連の平行な平面の断面を規定するコンピュータ命令をその３Ｄモデルから導出すること、及びそのコンピュータ命令を３Ｄプリンターに提供することを含み、このコンピュータ命令が、物体の層の全てが成形加工されるまで各断面に対応する連続する材料層を次々と重ねて成形加工するように、３Ｄプリンターを案内する。
多くの異なる種類の付加製造法が存在し、最も一般的なものは、ステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）及び融解フィラメント製造（ＦＦＦ）である。ステレオリソグラフィーは、タンクの液体硬化性感光性ポリマーの上面に光源（典型的には紫外線レーザ又はランプである）で物体の断面を描き、上面において光源の焦点が合わされたところで一貫した深さまで液体感光性ポリマーを硬化させることを含む。硬化された感光性ポリマーが、物体の１つの層を形成し、タンク内に配置されたプラットフォーム上に支持される。この層が成形加工された後に、プラットフォームはその層の厚さだけタンク内に降ろされ、第１の層に結合する第２の層を形成する第２の断面が描かれる。この作業が繰り返され、物体が成形加工されるまで、連続する層が成形加工され、プラットフォームがタンク内に漸次下降する。
ステレオリソグラフィーは、従来の製造技術（例えば、射出成形）よりも有利な点を数多く提供する。しかしながら、ステレオリソグラフィーには欠点も数多くある。例えば、ステレオリソグラフィーを用いて特定の物理的特性（例えば、向上した強度又は低下した密度）を有する複合材料から物体を成形加工することが有用であろうという場合が多くある。これを解決するためのこれまでの試みは、液体感光性ポリマーに充填剤（例えば、セラミック又は金属粒子）を添加して、硬化されると複合物体を作る硬化性懸濁液を形成することを含んでいた。しかしながら、こうした硬化性懸濁液は一般に均質であるので、結果として生じる成形加工された複合物体は、成形品全体にわたって一貫した材料特性を有しており、したがって、複合物体の特定の部分が特定の所望の性状を有して成形加工されることを可能にしない。
したがって、異なる材料性状を有する異なる部分を有した複合物体が２つ以上の材料から成形加工されることを可能にする、液体硬化性材料を選択的に固化させるための方法又は装置を提供することは有用であろう。
本発明の一態様によれば、コンピュータ制御された装置を用いる複合物体の成形加工方法が提供され、この装置は、実質的に液体の硬化性の第１の材料を含有するレザバーと、第１の材料を固化させるための活性化ヘッドと、第２の材料の供給源と連絡している堆積ヘッドと、を含み、この活性化ヘッド及び堆積ヘッドは、レザバーに対して相対的に移動可能であり、この方法は、複合物体の形状に関するコンピュータ命令を装置により受信するステップと、複合物体の形状に対応する複数の特定の位置で第２の材料の複数の部分を堆積させるために堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップと、複合物体の形状に対応する複数の特定の位置で第１の材料の複数の部分を固化させるために活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップと、を含み、第１の材料の固化部分及び第２の材料の堆積部分が複合物体を形成する。
本発明の別の態様によれば、複合物体を成形加工するためのコンピュータ制御された装置が提供され、この装置は、実質的に液体の硬化性の第１の材料を含有するレザバーと、レザバーに対して相対的に移動可能である、第１の材料を固化させるための活性化ヘッドと、レザバーに対して相対的に移動可能である、第２の材料の供給源と連絡している堆積ヘッドと、複合物体の形状に関するコンピュータ命令に応答して活性化ヘッド及び堆積ヘッドを移動させ且つ操作するように構成された制御装置と、を含み、この制御装置は、物体の形状に対応する複数の特定の位置で第１の材料の複数の部分を固化させるために活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作し、物体の形状に対応する複数の特定の位置で第２の材料の複数の部分を堆積させるために堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作する。
他の態様も開示される。
次に、本発明の好ましい実施形態を、単に例としてではあるが、添付の図面を参照して説明する。
複合物体を成形加工している装置の断面図である。 異なる複合物体を成形加工している図１に示された装置の断面図である。 図２に示された物体を成形加工している図１及び図２に示された装置の変形例の断面図である。 代替物体を成形加工している図１及び図２に示された装置のさらなる変形例の断面図である。 代替物体を成形加工している図１及び図２に示された装置のさらなる変形例の断面図である。 図１〜４Ｂのうちのいずれかに示された装置によって成形加工された複合物体の断面図である。 さらなる代替複合物体を成形加工している図３に示された装置の断面図である。 さらなる代替複合物体を成形加工している代替装置の断面図である。 さらなる代替複合物体を成形加工しているさらなる代替装置の断面図である。 さらなる代替複合物体を成形加工しているさらなる代替装置の断面図である。 さらなる代替物体を成形加工しているさらに別の代替装置を示している。 さらなる代替物体を成形加工しているさらに別の代替装置を示している。 固定用プレートの透視図である。 図１１に示された固定用プレート上でさらなる代替物体を成形加工する様々な段階の断面図である。 図１１に示された固定用プレート上でさらなる代替物体を成形加工する様々な段階の断面図である。 図１１に示された固定用プレート上でさらなる代替物体を成形加工する様々な段階の断面図である。 図１１に示された固定用プレート上でさらなる代替物体を成形加工する様々な段階の断面図である。 図１１に示された固定用プレート上でさらなる代替物体を成形加工する様々な段階の断面図である。
本開示は、特定の位置で実質的に液体の硬化性の第１の材料を選択的に固化させ、第２の材料を選択的に堆積させ、それによって第１の材料及び第２の材料が複合物体を形成することを含む、複合物体を成形加工するための方法及び装置に関する。
図１は、シェル５３と一体的に形成されたコア５２を含む複合物体５１を成形加工しているコンピュータ制御された装置５０を示している。装置５０は、レザバー５６より上に配置されたロボットアーム５５に接続された活性化ヘッド５４を有し、レザバー５６は、上面５８を規定する実質的に液体の硬化性の第１の材料５７で少なくとも部分的に満たされている。活性化ヘッド５４は、硬化性の第１の材料５７を硬化させるのに好適なエネルギー源（図示せず）（例えば、紫外線レーザ又はランプ）と連絡している。操作されると、活性化ヘッド５４は露光し、さらに、エネルギー源の焦点をレザバー５６に合わせもし得る。堆積ヘッド５９は、活性化ヘッド５４に隣接して配置され、堆積ヘッド５９は、１つ以上のホース６０を介して第２の材料の供給源と連絡している。操作されると、堆積ヘッド５９は、典型的には押出又は噴射により、第２の材料の部分を堆積させる。複合物体５０を支持するように適合された少なくとも１つの表面を有するプラットフォーム６１は、レザバー５６内に置かれた第２のロボットアーム６２に接続されている。活性化ヘッド５４、堆積ヘッド５５及びプラットフォーム６１は、装置５０に提供されるコア５２の形状又はシェル５３の形状に関するコンピュータ命令に応答して、制御装置（図示せず）により上面５８及び／又は互いに対して相対的に移動可能である。コンピュータ命令は、典型的には、複合物体５１のデジタル３次元（３Ｄ）モデルから導出され、複合物体５１の形状を規定する。
複合物体５１は、物体５１の形状に対応する特定の位置で第２の材料の部分を選択的に堆積させる堆積ヘッド５９及び硬化性の第１の材料５７を選択的に固化させる活性化ヘッド５４により成形加工される。これは、典型的には、堆積された第２の材料の少なくとも一部がプラットフォーム６１に当接することとなるように、最初に上面５８より上にプラットフォーム６１を位置決めし、コア５２の形状に対応する複数の特定の位置で第２の材料を選択的に堆積させるために堆積ヘッド５９を移動させ且つ選択的に操作することを含む。次いで、プラットフォーム６１は、堆積された第２の材料を硬化性の第１の材料５７中に少なくとも部分的に沈めるために移動し、活性化ヘッド５４は、固化部分の少なくとも一部がプラットフォーム６１及び／又は堆積された第２の材料に当接することとなるように、シェル５３の形状に対応する複数の特定の位置で上面５８の硬化性の第１の材料５７の複数の部分を選択的に固化させるために上面５８より上で近接して移動し且つ選択的に動作する。次いで、プラットフォーム６１は、堆積された第２の材料及び固化された第１の材料を上面５８に対して相対的に再位置決めするために、典型的にはレザバー５６内に下降しながら、再度移動する。この作業が繰り返され、コア５２及びシェル５３が成形加工され、それによって複合物体５１を形成するまで、第２の材料のさらなる部分が選択的に堆積され、第１の材料５７のさらなる部分が固化される。
任意選択で、複合物体５１は、固化部分がプラットフォーム６１に当接することとなるように、最初に上面５８に近接した活性化ヘッド５４を選択的に操作してシェル５３の形状に対応する硬化性の第１の材料５７の部分を硬化させ、次いでプラットフォーム６１を移動させて上面５８より上に固化部分の少なくとも一部を配置することにより成形加工され得る。これは、堆積ヘッド５９が、次いで、固化された第１の材料の上に及びことによってはプラットフォーム６１の上にも第２の材料の部分を堆積させるように選択的に操作されることを可能にする。
代替的に、活性化ヘッド５４は投影機（図示せず）を含み、上面５８上にシェル５３の形状の断面を投影し、それによって１回の投影からシェル５３の層全体を成形加工する。
堆積された第２の材料の部分及び固化された第１の材料の部分は、一般的に所定の深さを有しており、典型的にはビードとして形成される。コア５２又はシェル５３が層状に成形加工される場合、各層は、１つ以上のビードを含む。代替的に、活性化ヘッド２２は、投影機（図示せず）を含み、上面２６上に物体２１の形状の断面を投影し、それによって１回の投影から物体２１の層全体を形成する。堆積ヘッド５９及び活性化ヘッド５４は、別個のロボットアーム（図示せず）上に配置されて、移動されると同時に操作され得る。
活性化ヘッド５４は、典型的には、上面５８から上方に少し離れたところで動作して上面５８の硬化性の第１の材料５７の部分を固化させるのであるが、代替的に、活性化ヘッド５４は、レザバー５６内に沈められ、その中で硬化性材料５７の部分を固化させるように選択的に操作され得ることが理解されるであろう。これが行われる場合、固化された第１の材料が活性化ヘッド５４に結合するのを妨げるために、活性化ヘッド５４は、その末端を横切る酸素の層を形成するように適合され得る。
代替的に、レザバー５６は、エネルギー透過性の底部（図示せず）を有する（例えば、透明部分を有する）ものであり得、活性化ヘッド５４は、その底部の下に配置された投影機（図示せず）を含む。装置５０は、硬化された第１の材料が底部に付着するのを妨げるために、底部を横切る酸素の層を形成するように適合される。プラットフォーム６１は、ロボットアーム６２によってレザバー５６の上から吊り下げられ、少なくとも最初は底部に面して配置される硬化性の第１の材料５７の固化部分を受け止めるための表面を有する。この実施形態において、装置５０は、投影機により底部を通してシェル５３の形状の断面を投影し、それによって各投影された断面に対応する硬化性の第１の材料５７の層を固化させてシェル５３を成形加工する。シェル５３の第１の層は、プラットフォーム６１に付着し、その後の各層は、１つ以上の先の層に付着する。プラットフォームは、底部から遠ざかる方に成形加工層を移動させるためにレザバー５６から漸次引き出される。堆積ヘッド５９及びロボットアーム５５は、プラットフォーム６１及び固化された第１の材料へのアクセスを容易にするためにレザバー５６内に配置され得る。
第１の材料５７及び第２の材料は、コア５２及びシェル５３が異なる性状を有することを可能にするために、典型的には異なる組成を有するものである。例えば、コア５２を導電性材料から、そしてシェル５３を電気絶縁材料から形成し、それによって、物体５１が安全に取り扱われることを可能にしながら配線を必要とすることなしに電気が複合物体５１を通ることを可能にすることは有用であり得る。同様に、第２の材料の組成は、複合物体５１の性状に影響を及ぼすように、堆積作業の間に装置５０によって調整され得る。例えば、コア５２が発泡材料（例えば、ポリウレタンフォーム）から成形加工される場合、発泡材料中の気泡の量は、堆積作業の間に装置５０によって調整され得、それによって、コア５２の異なる部分が異なる密度を有して成形加工されることを可能にし、複合物体５１全体にわたる重量分布及び強度に影響を及ぼす。
図２は、足場６６及び代替シェル６７を含む代替複合物体６５を成形加工している装置５０を示している。足場６６は、複合物体６５に構造補強を提供するために、堆積ヘッド５９により金属（又は高金属含有量を有するペースト）などの硬質材料から成形加工される、支柱及びブレースの網状構造を含む複雑な構造物である。足場６６及びシェル６７は、典型的には、装置５０により連続する平面層から成形加工され、プラットフォーム６１に当接する最初の層から始まり、その後の層が次々に重ねて配置され、プラットフォーム６１から遠ざかる方に延びていく。このような足場６６及びシェル６７の漸進的な成形加工は、それにより、複雑な足場６６の構造物の各部が活性化ヘッド５４によりアクセスされ、必要ならば、シェル６７により包囲されることを可能にする。
図３には、さらなる代替シェル７２内に代替足場７１を含むさらなる代替複合物体７０を成形加工している装置５０の変形例が示されている。装置５０は、第２のロボットアーム７４に回転可能に接続された代替プラットフォーム７３を有し、少なくとも１つの軸の周り、ことによっては３つの軸の周りを回転可能である。プラットフォーム７３は回転可能であるので、その上に支持される足場７１及びコア７２を、ことによっては上面５８に対して相対的に移動させるのと同時に、成形加工作業の間、上面５８に対して相対的に傾斜させ得る。これは、活性化ヘッド５４が、波状又は二重湾曲部分を有する非平面状のビード又は層を形成するように上面５８の硬化性の第１の材料５７を固化させることを可能にする。さらに、回転軸が上面５８と平行して延びることとなるように装置５０によりプラットフォーム７３が位置決めされ、そしてプラットフォーム７３が回転され、ことによっては移動されもするのと同時に活性化ヘッド５４が操作されるならば、環状ビード及び螺旋ビードが活性化ヘッド５４により成形加工され得る。
図４Ａ及び図４Ｂは、堆積ヘッド５９により堆積される第２の材料から形成されるフレーム８１と活性化ヘッド５４により固化される第１の材料から形成される本体８２とを含むさらなる代替複合物体８０を成形加工している図３に示された装置５０の２つの段階を図示している。本体８２は、活性化ヘッド５４を操作すること及び上面５８に対して相対的にプラットフォーム７３を回転させることにより成形加工される複数の非平面状の湾曲した層８５を含む。
図４Ａにおいて、プラットフォーム７３は、回転されて、複合要素８０を傾斜させ、活性化ヘッド５４が上面５８の硬化性材料５７を選択的に固化させ、それによって非平面状の層８５のうちの１つを成形加工することを可能にする。その結果、フレーム８１の一部が硬化性材料５７中に沈められる。図４Ｂは、装置５０のさらなる態様を示しており、ホース８４を介して多量のガスと連絡しているノズル８３が、ロボットアーム５５に付けられている。フレーム８１のさらなる部分を成形加工するためにさらなる第２の材料が堆積ヘッド５９により堆積される前に、プラットフォーム７３が回転されて複合要素８０を垂直に傾斜させ、ノズル８３が硬化性材料５７で覆われたフレーム８１の部分にガスを噴霧し、それによってフレーム８１から硬化性材料５７を少なくとも部分的に除去する。代替的に、第２の材料のさらなる部分が堆積される前に液体の第１の材料５７をフレーム８１から非破壊的に除去するために、ノズル８３は、エネルギー源又は化学薬剤の供給源と連絡していてもよい。例えば、ノズル８３は、フレーム８１をそこから液体の第１の材料を除去するために振動させるための超音波発生器を含んでもよいし、フレーム８１上にそこから液体の第１の材料を除去するために表面張力改質剤を噴霧してもよい。
図５は、装置５０により成形加工されたさらなる代替複合物体１０の断面である。物体１０は、互いを包囲する複数の層を含み、内側コア１１、外側コア１３及びシェル１５は、固化された硬化性の第１の材料から形成され、内側充填物１２及び外側充填物１４は、それぞれ堆積された第２及び第３の材料から形成され、ここで、堆積ヘッド５９は、第２及び第３の材料の供給源と連絡している。第１、第２及び第３の材料は、異なる性状を有しており、それによって複合物体１０の特性が特定の機能的又は審美的要求に合わせて調整されることを可能にする。例えば、複合物体１０が衝撃バリアとして機能することが意図される場合、第１の材料５７は、硬化されると硬質材料（例えば、セラミック複合材料）となるものであり得、第２及び第３の材料は、低密度及び高密度のポリウレタンフォームであり得る。これは、衝撃の際に複合物体１０を通って伝達される力を予測可能な様式で散逸させることを可能にするであろう。
図６は、装置５０により成形加工されるさらなる代替複合物体２０を示している。物体２０は、プラットフォーム７３上に配置された支持構造物２１と、支持構造物２１から延びるアームに取り付けられたタイル２２と、タイル２２に結合された本体２３とを含む。物体２０は、最初に堆積ヘッド５９で第２の材料から支持構造物２１を成形加工することにより成形加工され、ここで、アームは、タイル２２と係合するように適合されている。タイル２２がアームと係合される。次いで、活性化ヘッド５４により、各タイル２２が本体２３と結合することとなるようにタイル２２を横切って配置された固化された硬化性の第１の材料の非平面状のビードから本体２３が成形加工される。本体２３が完成すると、複合物体２０はレザバーから取り出され、排液され、支持構造物２１が取り外され、本体２３に埋め込まれたタイル２２を露出させる。第２の材料が溶融可能な材料（例えば、ワックス化合物）である場合は、これは、複合物体２０を加熱して支持構造物２１を溶融させ除去することにより達成され得る。同様に、第２の材料が溶解可能な材料（例えば、石膏）である場合は、これは、支持構造物２１を適切な液体中に沈めることにより達成され得る。
図７は、第１のロボットアーム３２に接続された活性化ヘッド３１及び第２のロボットアーム３４に接続された堆積ヘッド３３を有する代替装置３０を示している。ロボットアーム３２、３４の両方が、上面３６を構成する液体の硬化性の第１の材料３５のレザバーより上に配置される。活性化ヘッド３１は、上記のように、上面３６の硬化性の第１の材料３５の部分を選択的に固化させるように上面３６に対して相対的に移動可能であり且つ選択的に操作可能である。堆積ヘッド３３は、１巻きの繊維３８である第２の材料の供給源と連絡しており、繊維３８を細断し、第１の材料３５に挿入するように選択的に操作可能である。
複数の層３７及び繊維３８を含む複合物体３９を成形加工している装置３０が示されている。活性化ヘッド３１は、上面３６の第１の材料３５を固化させてビードを形成することにより層３７を成形加工する。堆積ヘッド３３が活性化ヘッド３１の後に続き、第１の材料３５がそれが固まる前の「未硬化」（「ゲル」）の状態にあるときに、固化後間もないビードのうちの１つ以上の中に、細断された繊維３８を噴霧する。ビード３７に挿入される繊維３８の密度は、成形加工作業の間、装置３０により調整され得、これにより、各ビード３７の密度及び剛性を変更することができる。任意選択で、堆積ヘッド３３は、堆積の間又はすぐ後に繊維３８の性状を調整するように適合され得る。例えば、これは、剛性を高めるためにポリマー繊維３８を加熱すること、又は繊維３８の形状を調整し且つ繊維３８とビードとの間の張力を高めるために第１の材料が未硬化の状態である間にビードに埋め込まれた形状記憶アロイ繊維３８を加熱することを含み得る。
図８は、代替複合物体４０を成形加工している装置３０の変形例を示しており、装置３０は、同じロボットアーム３２に接続された活性化ヘッド３１及び堆積ヘッド３３を有している。プラットフォーム３９は、そこから延びる支持構造物４１を有しており、上面３６より下に位置決めされる。繊維３８は、複合物体４０の成形加工の間に装置３０により支持構造物４１に接続され、堆積ヘッド３８から巻き戻される。活性化ヘッド３１が堆積ヘッド３８の後に続き、繊維３８を包囲する硬化性の第１の材料３５のビード４２を固化させる。これは、１つ以上の連続的な繊維３８が、各ビード４２の長さに沿って固定されることを可能にする。繊維３８は支持構造物４１に固定されているので、ビード４２が成形加工される前及び間に繊維３８に張力が印加され得、それによって、ビード４２が固化するとき、複合物体４０は張力下で保持される。任意選択で、さらなる支持構造物（図示せず）がプラットフォームから延び、物体４０の他方の側に第１の支持構造物から遠位に配置され、それらの間に繊維３９が固定され、繊維３９に張力がかけられる。好ましくは、ビード４２との係合を容易にするために、繊維３８は特定の組織を持たされる（例えば、そこから張り出す小節（図示せず）の列を有する）。
図９は、装置５０の特徴の多くを共有するさらなる代替装置１１０を示している。同じ参照符号を有する特徴は、同じ機能を有している。装置１１０は、レザバー５６に対して相対的に移動可能な２つのロボットアーム５５、１１２を有している。第２のアーム１１２は、真空系（図示せず）に接続されたノズル１１３を含み、コンピュータ命令に応答して、レザバー５６から液体の硬化性材料５７を除去するように操作可能である。
装置１１０が、複数の空隙１１６を有する本体１１５を含むさらなる代替物体１１４を成形加工する途中で示されている。本体１１５は、上記のように、硬化性の第１の材料５７を選択的に固化させる活性化ヘッド５４によって成形加工されたものである。本体１１５の成形加工の間、第２のロボットアーム１１２が、空隙１１６に閉じ込められた状態になった実質的に液体の硬化性の材料５７を選択的に除去する。これは、次いで、堆積ヘッド５９が空隙１１６内に第２の材料１１７を選択的に堆積させることを可能にする。
図１０Ａは、装置５０のさらなる代替態様を示しており、活性化ヘッド５４は、エネルギー源と連絡し且つ上面５８にエネルギー源の焦点を選択的に合わせるように適合された複数のノズル１７０を有しており、それによって、硬化性材料５７の部分１７１を固化させる。ノズル１７０は、直線状に整列して配置されており、上面５８に対して実質的に垂直なロボットアーム５５によって配置される軸の周りを回転可能である。活性化ヘッド５４が上面５８を横切って移動する間、ノズル１７０と上面５８との間の分離距離は維持されるが、ノズル１７０の列は活性化ヘッド５４が動く距離に対して相対的に回転される。ノズル１７０は、選択的に操作可能であり、４つまでのビード１７１が同時に成形加工されることを可能にする。これは、固化されたビード１７０の間に空洞１７２を形成するためにノズル１７０のうちのいくつかを選択的に停止させることを含み得る。
図１０Ｂは、上面５８を横切って第１の方向１７５の進路に沿って動くと同時に各ノズル１７０を操作し、それによって硬化性材料５７の対応する部分１７４を固化させる、活性化ヘッド５４を示している。列は、進路に沿って移動しながら第１の方向に対して相対的に回転され、それによって固化された部分１７４の幅を減少させるものとなっており、成形加工の間、部分１７４の幅が連続的且つ円滑に変更されることを可能にする。各ノズル１７０によるエネルギー曝露の強度は、部分１７４の成形加工の間変更され得、一定の純曝露強度を提供し、したがって、固化される硬化性材料１７４の一貫した深さを固化させる。例えば、ノズル１７０の列がより薄い部分を成形加工するために回転する場合、全てのノズル１７０の曝露強度が低減される。逆に、ノズル１７０の列が湾曲した進路（図示せず）の周りを動く場合、曲線の外側に配置されたノズル１７０は、曲線の内側に配置されたノズルよりも高い強度で露光する。任意選択で、ノズル１７０は、各ノズル１７０の形が調整され（図示せず）且つ各ノズル１７０が回転されることを可能にするように適合され得る。
図１１は、装置５０と共に使用される固定用プレート１６０を示している。固定用プレート１６０は、プラットフォーム６１に固定され、第１又は第２の材料のプラットフォーム６１との係合を容易にするために、１つ以上のねじ切りされた取付具１６１並びに／又は突起及び／若しくは窪みを有する特定の組織を持たされた領域１６２を提供する。固定用プレート１６０は、プラットフォーム６１に釈放可能に固定され得、成形加工された物体に永続的に取り付けられ得る。さらなる付属品（例えば、ねじ切りされた棒１６３）が、成形加工作業の間、ねじ切りされた取付具１６１に固定可能であり、それによって成形加工物体内の固定の長さを延長する。
図１２Ａ〜１２Ｅは、さらなる代替物体１６４を成形加工している装置２０の様々な段階の間のプラットフォーム６１に取り付けられている固定用プレート１６０を示している。図１２Ａは、複数の機械的締結具１６５によってプラットフォーム６１に接続された固定用プレート１６０を示している。図１２Ｂは、固定用プレート１６０、ねじ切りされた取付具１６１及び有孔領域１６２と接触した状態で成形加工された物体１６４のいくつかの層を示している。延長用ロッド１６３及び負荷拡散用取付具（１６９）もまた、ねじ切りされた取付具１６１のうちの一部に接続される。図１２Ｃは、成形加工作業の後の方の段階を示しており、プラットフォーム６１が回転され、それによって、固定用プレート１６０と係合された物体１６４を傾斜させている。図１２Ｄは、完全な物体１６４であって、その上面に２つのさらなるねじ切りされた取付具１６７によって接続されたさらなる固定用プレート１６６を有するものを示している。ねじ切りされた取付具１６７には、それぞれの着脱可能な持ち上げ用取付具１６８が接続されている。図１２Ｅは、物体１６４と係合された固定用プレート１６０、１６６の両方を有するプラットフォーム６１から取り外された物体１６４を示している。
本発明の趣旨に従うものであり且つ本発明の一部であることが意図される自明の変更又は改変が本発明に加えられ得ることが明らかであろう。以上では特定の実施形態を参照して本発明を説明しているが、本発明がそれらの実施形態に限定されるものではなく、他の形態で具現化され得るものであることが理解されるであろう。

Claims (22)

  1. コンピュータ制御された装置を用いる複合物体の成形加工方法であって、前記装置は、実質的に液体の硬化性の第１の材料を含有するレザバーと、前記第１の材料を固化させるための活性化ヘッドと、第２の材料の供給源と連絡している堆積ヘッドと、を含み、前記活性化ヘッド及び堆積ヘッドは、前記レザバーに対して相対的に移動可能であり、前記方法は、
    前記複合物体の形状に関するコンピュータ命令を前記装置により受信するステップと、
    前記複合物体の形状に対応する複数の特定の位置で前記第２の材料の複数の部分を堆積させるために前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップと、
    前記複合物体の形状に対応する複数の特定の位置で前記第１の材料の複数の部分を固化させるために前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップと、を含み、
    前記第１の材料の前記固化部分及び前記第２の材料の前記堆積部分が前記複合物体を形成する、複合物体の成形加工方法。
  2. 前記装置が、前記第１の材料の前記固化部分及び前記第２の材料の前記堆積部分を支持するためのプラットフォームをさらに含み、前記プラットフォームは、前記レザバーに対して相対的に移動可能であり、
    前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップ及び前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップのうちの少なくとも一方が、前記プラットフォームに当接するように前記第１の材料又は前記第２の材料を成形加工することをさらに含む、請求項１に記載の複合物体の成形加工方法。
  3. 前記レザバーに対して相対的に前記プラットフォームを移動させ、それによってその上に支持される前記第１の材料の固化部分及び第２の材料の堆積部分を移動させるさらなるステップを含む、請求項２に記載の複合物体の成形加工方法。
  4. 前記第１の材料が上面を構成し、
    前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップが、前記上面の前記第１の材料の複数の部分を固化させることをさらに含む、請求項２又は３に記載の複合物体の成形加工方法。
  5. 前記方法が、前記上面より上に前記プラットフォームを移動させるさらなる初期ステップを含み、
    前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップが、前記プラットフォームに少なくとも部分的に当接するように前記第２の材料の前記複数の部分を堆積させることをさらに含む、請求項４に記載の複合物体の成形加工方法。
  6. 前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作した後に、前記上面に対して相対的に前記第２の材料の前記堆積部分を位置決めするために前記プラットフォームを移動させるさらなるステップを含む、請求項５に記載の複合物体の成形加工方法。
  7. 前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作した後に、前記上面に対して相対的に前記第１の材料の前記固化部分及び前記第２の材料の前記堆積部分を位置決めするために前記プラットフォームを移動させるさらなるステップを含む、請求項６に記載の複合物体の成形加工方法。
  8. 前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップ及び前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップが繰り返される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合物体の成形加工方法。
  9. 前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップ及び前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップが同時に実行される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の複合物体の成形加工方法。
  10. 前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップ、前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作するステップ、及び前記プラットフォームを移動させるステップのうちの少なくとも２つが同時に実行される、請求項３に記載の複合物体の成形加工方法。
  11. 前記プラットフォームが少なくとも１つの軸の周りを回転可能であり、
    前記プラットフォームを移動させるステップが、前記プラットフォームを回転させることをさらに含む、請求項３に記載の複合物体の成形加工方法。
  12. 上面を構成する実質的に液体の硬化性の第１の材料を含有するレザバーと、
    前記レザバーに対して相対的に移動可能である、前記第１の材料を固化させるための活性化ヘッドと、
    前記レザバーに対して相対的に移動可能である、第２の材料の供給源と連絡している堆積ヘッドと、
    複合物体の形状に関するコンピュータ命令に応答して前記活性化ヘッド及び前記堆積ヘッドを移動させ且つ操作するように構成された制御装置と、を含み、
    複合物体を成形加工するためのコンピュータ制御された装置であって、
    前記制御装置は、前記物体の形状に対応する複数の特定の位置で前記第１の材料の複数の部分を固化させるために前記活性化ヘッドを移動させ且つ選択的に操作し、且つ前記物体の形状に対応する複数の特定の位置で前記第２の材料の複数の部分を堆積させるために前記堆積ヘッドを移動させ且つ選択的に操作する、コンピュータ制御された装置。
  13. 前記装置が、前記第１の材料の固化部分及び前記第２の材料の堆積部分を支持するためのプラットフォームをさらに含み、
    前記プラットフォームは、前記レザバーに対して相対的に移動可能である、請求項１２に記載のコンピュータ制御された装置。
  14. 前記制御装置が、前記プラットフォームを移動させるように構成され、且つ前記コンピュータ命令に応答して前記活性化ヘッド、前記堆積ヘッド及び前記上面のうちの１つ以上に対して相対的に前記プラットフォームを移動させる、請求項１３に記載のコンピュータ制御された装置。
  15. 前記プラットフォームが、少なくとも１つの軸の周りを回転可能であり、
    前記制御装置が、前記コンピュータ命令に応答して前記プラットフォームを回転させるように構成されている、請求項１３に記載のコンピュータ制御された装置。
  16. 前記装置が、ガス供給源と連絡している噴霧ノズルをさらに含み、
    前記制御装置が、前記コンピュータ命令に応答して、前記ガスを吐出するために前記噴霧ノズルを選択的に操作するように構成されている、請求項１５に記載のコンピュータ制御された装置。
  17. 前記第２の材料が１巻きの繊維であり、
    前記堆積ヘッドが、前記繊維を導入するように適合されており、
    前記制御装置が、前記繊維を導入するために前記堆積ヘッドを選択的に操作するように構成されている、請求項１２に記載のコンピュータ制御された装置。
  18. 前記堆積ヘッドが、前記１巻きの繊維を複数の断片に切断し且つ前記断片をそこから噴霧するように適合されている、請求項１７に記載のコンピュータ制御された装置。
  19. 前記装置が、真空源と連絡している吸引ノズルをさらに含み、
    前記制御装置が、前記レザバー及び前記複合物体のうちの１つ以上から第１の材料を除去するために前記吸引ノズルを選択的に操作するように構成されている、請求項１２に記載のコンピュータ制御された装置。
  20. 前記活性化ヘッドが、活性化ノズルの列をさらに含み、前記列は、少なくとも１つの軸の周りを回転可能であり、
    前記制御装置が、前記コンピュータ命令に応答して各ノズルを選択的に操作し且つ前記列を回転させるように構成されている、請求項１２に記載のコンピュータ制御された装置。
  21. 前記装置が、前記プラットフォームに釈放可能に接続するように適合された固定用プレートをさらに含み、
    前記固定用プレートは、前記複合物体と係合するための少なくとも１つの係合部を有する、請求項１３に記載のコンピュータ制御された装置。
  22. 前記少なくとも１つの係合部が、ねじ切りされた取付具を含む、請求項２１に記載のコンピュータ制御された装置。
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