JP2018167585A

JP2018167585A - 押し出し用の装置及び方法

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Publication number: JP2018167585A
Application number: JP2018118645A
Authority: JP
Inventors: エー・ラーセンタイ; A Larsen Ty; イー・ミュリッシュリチャード; E Murrish Richard
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2018-11-01
Also published as: CA2869641C; BR102015000314B1; CA2869641A1; US9550319B2; RU2014144125A; US20150224699A1; US9669582B2; US20170120516A1; BR102015000314B8; RU2670923C9; EP2905118B1; RU2670923C2; RU2014144125A3; BR102015000314A2; EP2905118A1; CN104827639A; CN104827639B; JP2015147414A; JP2020128091A

Abstract

【課題】押し出しノズルを含む装置を提供する。
【解決手段】押し出しノズル（３００）は、入口端部（３０１）と、入口端部（３０１）とは反対側の出口端部（３０２）と、入口端部（３０１）と出口端部（３０２）との間に伸びる軸（３０３）と、を含む。押し出しノズル（３００）は、軸（３０３）周りに回転するように構成されている。押し出しノズル（３００）は、入口端部（３０１）と出口端部（３０２）との間に設けられた回転駆動係合部（３０５）をさらに含む。押し出しノズル（３００）は、入口端部（３０１）に設けられた入口開口（３０４Ａ）及び出口端部（３０２）に設けられた出口開口（３０４Ｂ）を含むキャビティ（３０４）をさらに含む。入口開口（３０４Ａ）は、出口開口（３０４Ｂ）とは異なる形状を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、押し出し用の装置及び方法に関する。

熱溶解積層法（Fused deposition modelling）では、材料をノズルから押し出し、当該材料を造形台の上に、層状またはビード状に積層させる。市販の最も一般的な押し出しノズルの出口オリフィスは円形であるため、積層させた層間の接触面積が制限され、その結果、最終品の強度が弱くなる。いくつかの例では、ノズルが非円形のオリフィスを備える場合もある。しかし、このようなノズルは、加工中の製品に対して、受動的な配向技術によって配置される。例えば、加工中の製品に対するノズルの配向は、こてガイド(trowel guide)を用いて受動的に行われる場合がある。このこてガイドは、ノズルから突出しており、先に積層された材料ビードの側面をなぞるものである。こてガイドを有するノズルを用いる場合、熱溶解積層法によって生産することができる部品の形状が限定される。こてガイドは、加工中の製品の輪郭を正確にたどることができず、加工中の製品に沿ってノズルを動かす際に、先に積層された材料内に進入し、加工中の製品及び／又はノズルにダメージを与える場合があるからである。

従って、上記の問題点を考慮した押し出し装置及び方法は、有用性があるであろう。

本開示の一例は、押し出しノズルを含む装置に関する。当該ノズルは、入口端部と、入口端部とは反対側の出口端部と、入口端部と出口端部との間に伸びる軸と、を含む。押し出しノズルは、軸周りに回転するように構成されている。押し出しノズルは、入口端部と出口端部との間に設けられた回転駆動係合部をさらに含む。押し出しノズルは、入口端部に設けられた入口開口及び出口端部に設けられた出口開口を含むキャビティをさらに含む。入口開口は、出口開口とは異なる形状を有する。

本開示の一例は、材料の押し出し方法に関する。当該方法は、回転駆動係合部と、入口端部と、入口端部に設けられた入口開口と、出口端部と、出口端部に設けられた出口開口と、を含む押し出しノズルを用意することを含む。当該方法は、押し出しノズルをツール経路に沿って移動させると同時に、回転駆動係合部を用いて回転軸周りに押し出しノズルを回転させることによって、押し出しノズルの出口開口をツール経路に対して所定の配向に維持しつつ、出口開口から材料を押し出すこと、をさらに含む。

本開示の例を概括的な言葉で説明したが、次に、添付図面を参照する。これらの図面は、必ずしも正確な縮尺率で描かれているものではなく、また、共通する又は類似の部分は、いくつかの図面において、同様の参照符号で示している。
本開示の態様による、航空機の製造及びサービス方法を示すフローチャートである。航空機のブロック図である。本開示の一態様による装置のブロック図である。本開示の一態様による、図３の装置の押し出しノズルの概略図である。本開示の一態様による、図３の装置の押し出しノズルの一部の概略図である。本開示の一態様による、図３の装置の押し出しノズルの概略側面斜視図である。本開示の一態様による、図６の装置の押し出しノズルの概略底面斜視図である。本開示の一態様による、図７の装置の押し出しノズルの概略底面図である。本開示の一態様による、図３の装置の押し出しノズルの概略底面図である。本開示の一態様による、図３の装置の概略図である。本開示の一態様による、図３の装置の細部の概略斜視図である。本開示の一態様による、図３の装置の細部の概略斜視図である。本開示の一態様による、図３の装置の細部の概略側面図である。本開示の一態様による、図３の押し出しノズル及び加熱エレメントの概略図である。本開示の一態様による、図３の押し出しノズルの一部の概略図であって、ツール経路に沿って材料を積層させている状態を示す。本開示の一態様による、積層された材料の概略図である。本開示の一態様による、材料の押し出し方法のブロック図である。

発明を実施するための態様

上記のブロック図において、様々な要素及び／又は部品を繋ぐ実線は、例えば、機械的、電気的、流体的、光学的、電磁気的、及びその他の連結及び／又はその組み合わせを表す。本明細書において、「連結された」という用語は、直接的に関連付けられていることも、間接的に関連付けられていることも意味する。例えば、部材Ａは、部材Ｂと、直接的に関連付けられているかもしれないし、間接的に、例えば、別の部材Ｃを介して、これと関連付けられているかもしれない。また、ブロック図に示したもの以外の連結が存在する場合もある。様々な要素及び／又は部品を繋ぐ破線がある場合、当該破線は、機能及び目的の面で、実線で表したものに類似する連結を表す。ただし、破線で表わされた連結は、選択的に提供されるもの、または、本開示の代替的もしくは任意の態様に関するものである。同様に、破線で表わされた要素及び／又は部品は、本開示の代替的または任意の態様を表す。周囲の要素が存在する場合は、これを点線で示す。

以下の説明においては、開示した概念が十分に理解されるよう、多くの具体的な詳細事項を提示しているが、本開示は、これらの詳細事項のいくつかまたはすべてが無くても実施できる場合もある。他の例において、周知の装置及び／またはプロセスについては、開示を不必要に不明瞭にするのを避けるために、詳細を省略している。特定の例に関連させて説明している概念もあるが、これらの例は、本開示を限定することを意図するものではないとうことを、理解されたい。

本明細書において、「一例」または「一態様」という時は、当該例又は態様に関連させて述べる一つまたは複数の特色、構造、特徴が、少なくとも１つの実施の形態に含まれるということを意味する。本明細書の様々な箇所で用いられる「一例」または「一態様」という用語は、同じ例又は態様のことをさす場合もあるし、そうでない場合もある。

本開示の例を、図１においては航空機の製造及びサービス方法１００に関連させ、図２においては航空機１０２に関連させて説明する。生産開始前の工程として、典型的な方法１００は、航空機１０２の仕様決定及び設計１０４と、材料調達１０６とを含む。生産中の工程としては、部品及び小組立品（subassembly）の製造１０８、及び、航空機のシス
テムインテグレーション１１０が行われる。その後、航空機１０２は、例えば認証及び納品１１２の工程を経て、就航１１４に入る。顧客による使用中は、航空機１０２は、定例のメンテナンス及びサービス１１６（調整、変更、再磨き上げなども含む場合もある）のスケジュールに組み込まれる。

例示的な方法１００の各工程は、システムインテグレーター、第３者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行または実施することができる。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、限定するものではないが、いくつかの航空機メーカー及び主要システム（majority-system）下請業者を含んでもよい。第３者は、限定する
ものではないが、いくつかの売主、下請業者、供給業者を含んでもよい。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体（military entity）、サービス組織（service organization）などであってもよい。

図２に示すように、例示的な方法１００によって製造される航空機１０２は、例えば、複数のハイレベルシステム１２０と内装１２２とを備えた機体１１８を含む。ハイレベルシステム１２０の例としては、１つ又はそれ以上の駆動系１２４、電気系１２６、油圧系１２８、環境系１３０が挙げられる。また、その他のシステムをいくつか含んでいてもよい。また、航空産業に用いた場合を例として説明したが、本開示の原理は、例えば自動車産業や造船産業などの他の産業に適用してもよい。

ここに図示及び記載した装置及び方法は、製造及びサービス方法１００における、１つ又はそれ以上のどの段階において採用してもよい。例えば、部品及び小組立品製造工程１０８で作製される部品又は小部品は、航空機１０２の使用中に作製される部品又は小部品と同様に作製することができる。また、１つまたはそれ以上の装置の態様、方法の態様、又はそれらの組み合わせを、例えば、実質的に航空機１０２の組み立て速度を速めたりコストを削減したりすることによって、製造工程１０８及び１１０で用いてもよい。同様に、１つまたはそれ以上の装置の態様、方法の態様、又はそれらの組み合わせを、航空機１０２の使用中に、例えば、メンテナンス及びサービス１１６に用いてもよいが、これに限定されない。

図３〜図１３、特に、図３を参照して説明すると、本開示の一例は、押し出しノズル３００を含む装置３２０に関する。当該ノズルは、入口端部３０１、入口端部３０１とは反対の出口端部３０２、入口端部３０１と出口端部３０２との間で伸びる軸３０３、を含む。押し出しノズル３００は、軸３０３周りに回転するように構成されている。押し出しノズル３００は、入口端部３０１と出口端部３０２との間に設けられた回転駆動係合部３０５をさらに含む。押し出しノズル３００は、さらに、キャビティ３０４を含み、当該キャビティは、入口端部３０１に設けられた開口３０４Ａと、出口端部３０２に設けられた出口開口３０４Ｂを有する。入口開口３０４Ａは、出口開口３０４Ｂとは異なる形状を有する。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、押し出しノズルは、一体型(monolithic)である。

図８Ａに示すように、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の入口開口３０４Ａは、非円形の形状を有する。非円形の形状は、材料７２０（図９）が同様の非円形の断面を有するフィラメント状である場合に、当該材料７２０をキャビティ３０４に入れやすくする形状であれば、矩形、三角形、及び他の形状など、いかなる形状でもよい。図４、６、７、及び８を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の入口開口３０４Ａは円形であり、これによれば、材料７２０（例えば図９参照）が同様に円形の断面を有するフィラメント状である場合に、当該材料７２０をキャビティ３０４に入れやすい。

図５を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の出口開口３０４Ｂは、非円形の形状を有する。これは、図１４に示すように、材料１７２０のビード１２１０を、各ビード１２１０が例えば矩形の断面を有するように積層させることによって、後で積層させたビ
ード１２１０の底辺Ｓ４が、先に積層されたビード１２１０の上辺Ｓ３と平行になるように構成したものである。これによって、積層された層間の接触面積が最大となり、以下に詳しく説明するように、最終品の強度が増す。

再び図５、図１３、図１４を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の出口開口３０４Ｂは、非平面状の開口であり、押し出しノズル３００の２つ以上の部分に出口開口３０４Ｂが形成されている。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、出口開口３０４Ｂの非平面状開口の少なくとも一部は、押し出しノズル３００の側部４１０に形成されており、軸３０３に対して傾斜した方向に材料７２０を押し出すように構成されている。これによって、押し出された材料７２０は、先に積層された層１２０１（図１４）上に横たえられるが、その際に、例えば、押し出された材料と先に積層されていた層１２０１との摩擦などによって、押し出された材料７２０が引っ張られたり薄くなったりすることがなく、また、（例えば、積層される際に材料が引っ張られないことによって）層間の接着面積を増やすことができる。出口開口は、側面４１０に加えて、前面４１１にも形成してもよい。

図４を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の出口開口３０４Ｂは、円形であり、材料のビードを、半円形の断面を有するチャネル又は溝に積層できるようになっている。図７を参照すると、一態様において、出口開口３０４Ｂは、平面状の開口であり、軸３０３に実質的に沿うまたは実質的に平行な方向に材料７２０を押し出すように構成されたものでもよい。

図４、図６、図７、図８を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の少なくとも一部は、円形の断面を有しており、これによって、例えば、材料７２０（図９参照）が円形の断面を有するフィラメントの状態の場合に、キャビティ３０４に当該材料を入れやすくなっている。一例において、図４に示すように、キャビティ３０４は、その全長にわたって、円形の断面を有する。他の例において、図６〜図８に示すように、キャビティは、その長さの一部において、円形の断面を有する。

再び、図６〜図８を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４は、その長さの一部において、非円形の断面を有しており、例えば、出口開口３０４Ｂが同様の非円形形状を有する場合に、キャビティ３０４が当該開口３０４Ｂと一致するようになっている。キャビティ３０４の円形部及び非円形部は、遷移界面を有しており、これによって、キャビティ内での材料７２０の流れが促進される。これに代えて、キャビティ３０４は、その全長にわたって、非円形の断面を有していてもよい。本開示の態様によれば、キャビティを円形断面及び／又は非円形断面を有するものとすることによって、入口開口及び出口開口を様々な形状とすることができる。

図６〜図８Ａを参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４は、実質的に直線状の通路４００を有することにより、キャビティ３０４における材料７２０の体積流量を増やしている。図４及び図１２を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、通路４００は、実質的に非直線形である。例えば、図４を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の通路４００は、蛇行状の通路である。図４を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少な
くとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の長さは、押し出しノズル３００の長さよりも長い。この構成によって、キャビティ３０４から押し出される材料７２０の熱暴露（後に説明）を最大にすることができ、これによって、ノズル３００の長さ及び／又はノズル３００及び材料７２０を加熱するために必要なエネルギー量を減らすことができ、装置３２０の小型化が促進される。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、通路４００は螺旋形の通路であり、これによって、とりわけ加熱エレメント（後に詳しく説明する）を押し出しノズル３００内の中央に配置することができ、装置をより小型化し、押し出しノズル３００内において熱を均等に分散させることができる。

図３、図４、図６、図７、図１２を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４は、テーパー部３０４Ｔを含んでおり、これによって、とりわけ、キャビティ３０４に沿う方向における過度の圧力低下を避ける構成としている。従って、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４は、出口端部３０２付近の方が、入口端部３０１付近よりも狭い。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、テーパー部３０４Ｔをなだらかにすることにより、キャビティ３０４に沿って材料７２０が均一に流れるようになっている。

図１０、１０Ａ、図１１のそれぞれを参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、押し出しノズル３００の回転駆動係合部３０５は、プーリー３０５Ｂ、スプロケット３０５Ｃ、ギア３０５Ａのうちの１つを含む。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、回転駆動係合部３０５は、軸３０３に関して対称である。例えば、プーリー３０５Ｂ、スプロケット３０５Ｃ、ギア３０５Ａのそれぞれは、円形であってもよく、軸３０３に一致する回転対称軸を有していてもよい。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、回転駆動係合部３０５は、少なくとも部分的に、軸３０３を囲んでいる。換言すれば、ノズル３００が静止した状態で、回転駆動係合部３０５は、３６０°未満の角度にわたって、軸３０３の周囲を囲んでいる。

図３、図４、図１２を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、装置３２０は、少なくとも１つの加熱エレメント３１５をさらに含み、当該加熱エレメントは、押し出しノズル３００に熱的に連結されている。１つ又は複数の加熱エレメント３１５を、押し出しノズル３００に対する様々な適所に設けることができる。例えば、図４に示すように、加熱エレメント３１５を、押し出しノズル３００内に配置してもよいし、あるいは図１２に示すように、押し出しノズル３００の外部に配置してもよい。図１２に示すように、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、加熱エレメント３１５は、キャビティ３０４よりも軸３０３から遠い位置に設けられている。例えば、加熱エレメント３１５は、押し出しノズル３００の側面４１０の外側に、当該側面に近接させて設けてもよい。図４に示すように、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、加熱エレメント３１５の少なくとも一部を押し出しノズル内に位置させることによって、キャビティ３０４が少なくとも１つの加熱エレメント３１５を囲むようにしてもよい。例えば図４を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、キャビティ３０４の通路４００は、少なくとも１つの加熱エレメント３１５囲む螺旋形の通路であり、当該加熱エレメントは、少なくとも一部が押し出しノズル３００内に配置されたものであってよい。

図９を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、装置３２０は、造形面７００を有する造形台３２３を含む３Ｄプリントシステムである。装置３２０は、プリントユニット３１０をさらに含み、当該プリントユニットは、押し出しノズル３００を含んでいる。プリントユニット３１０及び造形台３２３は、相対移動可能である。装置３２０は、フレーム３２０Ｆを含んでおり、当該フレームに、造形台３２３及びプリントユニット３１０が取り付けられている。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、プリントユニット３１０は、さらに回転駆動部３１４を含んでおり、当該回転駆動部は、押し出しノズル３００の回転駆動係合部３０５と係合し、押し出しノズル３００を軸３０３周りに回転させるように構成されている。図１０、図１０Ａ、図１１のそれぞれを参照すると、回転駆動部３１４は、プーリー３１４Ｂ、スプロケット３１４Ｃ、ギア３１４Ａのうちの１つを含み、これは、回転駆動係合部３０５におけるプーリー３０５Ｂ、スプロケット３０５Ｃ、ギア３０５Ａのうちの対応する一つと係合するように構成されている。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、回転駆動部３１４は、押し出しノズル３００の回転駆動係合部３０５を直接的に駆動するように構成されている。図１０、図１０Ａをそれぞれ参照すると、一態様において、回転駆動部３１４は、ベルト８００又はチェーン８００Ａを介して、回転駆動係合部３０５と係合する。図１１を参照すると、本開示の別の態様において、回転駆動部３１４は、直接的なギアドライブによって回転駆動係合部３０５と係合する。さらに別の態様において、回転駆動部３１４が、例えばギアボックス（図示せず）などの適当な変速機を介して回転駆動係合部３０５を駆動することにより、回転駆動係合部３０５が回転駆動部３１４よりも高速または低速で回転するようにしてもよい。

図１０及び図１１を参照すると、プリントユニット３１０は、フレーム３２０Ｆに移動可能に取り付けられたフレーム３１０Ｆを含んでいてもよい。当該フレーム３１０Ｆに、押し出しノズル３００を移動可能に取り付けてもよい。図９、図１１、図１２を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、プリントユニット３１０は、押し出しノズル３００の入口開口３０４Ａに材料７２０を送るように構成された供給ユニット３１３を含む。例えば、供給ユニット３１３は、駆動輪３１３Ｗを含んでおり、当該駆動輪は、材料７２０と摩擦係合する又はその他の構成によって、材料供給源７２０Ｓ（例えば、スプール）からの材料７２０を移動させ、当該材料７２０を押し出しノズル３００の入口開口３０４Ａに供給する。当該押し出しノズル内で、例えば１つ又は複数の加熱エレメント３１５を用いるなどの適当な方法で、材料を軟化又は液化してもよい。他の態様においては、材料を押し出しノズルに入れる前に、供給ユニットによって材料を軟化または液化してもよい。

図３及び図９を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、プリントユニット３１０は、第１リニア（Ｘ軸）ドライブ３１１及び第２リニア（Ｙ軸）ドライブ３１２を含んでおり、これらは、造形面７００内で、押し出しノズル３００を、例えばフレーム３１０Ｆに沿って、移動させるように構成されている。一例においては、例えばドライブトランスミッションを介するなどの適当な方法によって、第１リニアドライブ３１１をフレーム３１０Ｆに、第２リニアドライブ３１２をフレーム３２０Ｆ（又は３１０Ｆ）に連結し、これによって、例えば図９に示すように、第１のリニアドライブ３１１及び第２のリニアドライブ３１２によって、押し出しノズル３００が、Ｘ方向及びＹ方向に移動させられるようにしてもよい。例えば、第１リニアドライブ３１１は、フレーム３１０Ｆに取り付けられており、押し出しノズル３００を、造形台３２３に対して、フレーム３１０Ｆに沿ってＸ方向に移動させる。例えば、第２リニアドライブ３１２は、フレーム３２０Ｆ（又は３１０Ｆ）に取り付けられており、フレーム３１０Ｆを、フレーム３２０Ｆに対して移動させ、これによって、
押し出しノズル３００は、造形台３２３に対して、Ｙ軸方向に移動する。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、装置３２０は、例えば３Ｄプリントシステムであるが、第３リニア（Ｚ軸）ドライブ３２２をさらに含み、当該ドライブは、造形面７００に対して実質的に垂直な方向に造形台３２３を移動させるように構成されている。一例において、第３リニアドライブ３２２を、フレーム３２０Ｆに連結してもよい。例えば、図９に示すように、造形面７００は、Ｘ−Ｙ平面であってもよい。第３リニアドライブ３２２は、適当なリニアドライブ機構によって造形台３２３をＺ軸に沿ってを移動させるよう構成としてもよい。図３及び図９を参照すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、装置３２０は、例えば３Ｄプリントシステムであるが、制御部３２１を含んでおり、当該制御部は、押し出しノズル３００の動き、及び、造形台３２３上への材料７２０の押し出しを制御するように構成されている。一例においては、押し出しノズル３００は、造形面７００内で移動する。例えば、第１、第２、第３リニアドライブ３１１、３１２、３２２及び供給ユニット３１３を制御部３２１に機能的に連結することによって、押し出しノズル３００を移動させたり、例えば、押し出しノズル３００から押し出される材料７２０の流量を制御したりする。

図３、図９、図１３、図１４、そして、特に図１５を参照すると、本開示の一例は、材料、例えば材料７２０の押し出し方法に関する。当該方法は、回転駆動係合部３０５と、入口端部３０１と、入口端部３０１に設けられた入口開口３０４Ａと、出口端部３０２と、出口端部３０２に設けられた出口開口３０４Ｂと、を含む押し出しノズル３００を用意すること（図１５、ブロック１５００）を含む。当該方法は、ツール経路７１０に沿って押し出しノズル３００を移動させると同時に、回転駆動係合部３０５を用いて押し出しノズル３００を回転軸３０３周りに回転させることによって、押し出しノズル３００の出口開口３０４Ｂをツール経路７１０に対する所定の配向に維持しつつ（図１５、ブロック１５０１）、出口開口３０４Ｂから材料７２０を押し出すこと（図１５、ブロック１５０２）、をさらに含む。

本明細書で述べている、方法の工程を説明する開示及び図面は、工程の順序を必ずしも規定するものと解釈されるべきではない。すなわち、一つの例示的な順序を示唆しているが、工程の順序は適宜変更してもよいということを理解されたい。従って、いくつかの工程を、異なる順序で行ってもよいし、同時に行ってもよい。また、本開示のいくつかの態様においては、ここに記載した工程をすべて行う必要はない。

図９、図１３、図１４を参照して説明すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、３Ｄプリントシステムすなわち装置３２０の造形面７００内で、例えばツール経路７１０に沿って、押し出しノズル３００を移動させることによって、材料７２０の層１２００、１２０１を積層させること（図１５、ブロック１５０５）をさらに含む。図１４を参照して説明すると、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、略矩形の断面を有するビード１２１０として材料７２０を押し出すこと（図１５、ブロック１５０６）をさらに含む。各ビード１２１０は、４つの辺Ｓ１−Ｓ４を含む。図１４に示すように、２つの辺Ｓ３、Ｓ４の断面寸法は、他の２つの面Ｓ１、Ｓ２の断面寸法より大きい。他の態様において、面Ｓ１〜Ｓ４の断面寸法は、実質的に同じ長さであってもよい。さらに他の態様において、側面Ｓ３、Ｓ４の断面寸法が、他の２つの面Ｓ１、Ｓ２の断面寸法より短くてもよい。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、出口開口３０４Ｂをツール経路７１０に対して接線方向に維持することをさらに含み（図１５、ブロック１５０７）、それによって、ビード１２１０の辺Ｓ１、Ｓ２が、ツール経路７１０及び／又は先に積層されたビード１２１０の辺Ｓ１、Ｓ２に対して実質的に整列させ
られる。

図１３に示すように、上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、回転軸３０３に対して非平行な方向に材料７２０を押し出すこと（図１５、ブロック１５０８）をさらに含む。一例においては、材料７２０を、軸３０３に対して略垂直な方向に、押し出しノズル３００の出口開口３０４Ｂから出してもよい。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、回転軸３０３と実質的に平行に材料７２０を押し出すこと（図１５、ブロック１５０９）をさらに含み、これによって、材料７２０は、例えば出口開口３０４Ｂからの押し出しの圧力によって、先に積層された層１２１０に押し込まれ、これによって層間の接合が強まる。

上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、出口開口３０４Ｂから押し出される材料７２０の流量を制御部３２１によって制御することによって、例えば、キャビティ３０４内を所定の圧力に維持し、積層される材料の量を制御すること（図１５、ブロック１５１０）をさらに含む。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、出口開口３０４Ｂの出口圧力を、入口開口３０４Ａの少なくとも入口圧力と同じ高さに維持すること（図１５、ブロック１５１１）をさらに含む。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、入口端部３０１と出口端部３０２との間に、実質的にリニアな圧力勾配を維持すること（図１５、ブロック１５１２）をさらに含む。一態様においては、出口圧力及び／又は圧力勾配を、材料７２０の流量を制御すること、及び／又はキャビティ３０４のテーパー形状、によって維持してもよい。

上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、当該方法は、押し出しノズル３００を金属の付加製造技術（Additive metal fabrication）によって形成すること（図１５、ブロック１５１４）をさらに含む。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、押し出しノズル３００は、レーザー焼結によって形成される（図１５、ブロック１５１３）。上述および／または後述する例及び態様の要旨の少なくとも一部を含み得る本開示の一態様において、押し出しノズル３００は、一体部材として形成される（図１５、ブロック１５１５）。

本開示による要旨の、例示的な、すべてを網羅するものではない例を、特許請求の範囲に記載したもの及び記載しなかったものも含め、以下に付記Ａ１−Ｂ４４として示す。

付記Ａ１押し出しノズル３００を備える装置であって、
前記押し出しノズルは、
入口端部３０１と、
前記入口端部３０１とは反対側の出口端部３０２と、
前記入口端部３０１と前記出口端部３０２との間に伸びる軸３０３と、を含み、前記押し出しノズル３００は、前記軸３０３周りに回転するように構成されており、前記押し出しノズルは、
前記入口端部３０１と前記出口端部３０２との間に設けられた回転駆動係合部３０５と、
前記入口端部３０１に設けられた入口開口３０４Ａ及び前記出口端部３０２に設けられた出口開口３０４Ｂを含むキャビティ３０４と、をさらに含み、前記入口開口３０４Ａは、前記出口開口３０４Ｂとは異なる形状を有する、装置３２０。

付記Ａ２前記キャビティ３０４は、テーパー部３０４Ｔを含む、付記Ａ１に記載の装置３２０。

付記Ａ３前記テーパー部３０４Ｔはなだらかである、付記Ａ２に記載の装置３２０。

付記Ａ４前記キャビティ３０４は、前記出口端部３０２付近の方が、前記入口端部３０１付近よりも狭い、付記Ａ２〜Ａ３のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ５前記キャビティ３０４は、円形の断面を有する、付記Ａ１〜Ａ４のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ６前記キャビティ３０４は、非円形の断面を有する、付記Ａ１〜Ａ４のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ７前記装置３２０は、前記押し出しノズル３００に熱的に連結された少なくとも１つの加熱エレメント３１５をさらに含む、付記Ａ１〜Ａ６のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ８前記キャビティ３０４は、前記少なくとも１つの加熱エレメント３１５を囲んでいる、付記Ａ７に記載の装置３２０。

付記Ａ９前記加熱エレメント３１５は、前記キャビティ３０４よりも前記軸３０３から遠い、付記Ａ７に記載の装置３２０。

付記Ａ１０前記キャビティ３０４は、実質的に直線状の通路４００を有する、付記Ａ１〜Ａ９のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ１１前記キャビティ３０４は、実質的に非直線状の通路４００を有する、付記Ａ１〜Ａ８のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ１２前記キャビティ３０４の前記通路４００は、蛇行通路である、付記Ａ１１に記載の装置３２０。

付記Ａ１３前記蛇行通路は、螺旋形の通路である、付記Ａ１２に記載の装置３２０。

付記Ａ１４前記螺旋形の通路は、少なくとも一部が前記押し出しノズル３００内に配置された少なくとも１つの加熱エレメント３１５の周囲に配置されている、付記Ａ１３に記載の装置３２０。

付記Ａ１５前記出口開口３０４Ｂは、非円形の形状を有する、付記Ａ１〜Ａ１４のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ１６前記出口開口３０４Ｂは、円形である、付記Ａ１〜Ａ１４のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ１７前記出口開口３０４Ｂは、非平面状の開口である、付記Ａ１〜Ａ１６のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ１８前記入口開口３０４Ａは、非円形の形状を有する、付記Ａ１〜Ａ１７のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ１９前記入口開口３０４Ａは、円形である、付記Ａ１〜Ａ１７のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２０前記出口開口３０４Ｂの少なくとも一部は、前記押し出しノズル３００の側部に形成されている、付記Ａ１〜Ａ１９のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２１前記回転駆動係合部３０５は、軸３０３について対称である、付記Ａ１〜Ａ２０のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２２前記回転駆動係合部３０５は、少なくとも部分的に前記軸３０３を囲んでいる、付記Ａ１〜Ａ２１のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２３前記回転駆動係合部３０５は、プーリー３０５Ｂ、スプロケット３０５Ｃ、ギア３０５Ａのうちの１つを備える、付記Ａ１〜Ａ２２のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２４前記装置３２０は、
造形面７００を有する造形台３２３と、
押し出しノズル３００を含むプリントユニット３１０と、を備える３Ｄプリントシステムであり、前記プリントユニット３１０及び前記造形台３２３は、相対移動可能である、付記Ａ１〜Ａ２３のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２５前記プリントユニット３１０は、前記回転駆動係合部３０５と係合し、前記押し出しノズル３００を前記軸３０３周りに回転させるように構成された回転駆動部３１４をさらに含む、付記Ａ２４に記載の装置３２０。

付記Ａ２６前記回転駆動部３１４は、回転駆動係合部３０５を直接的に駆動するように構成されている、付記Ａ２５に記載の装置３２０。

付記Ａ２７前記プリントユニット３１０は、材料７２０を前記入口開口３０４Ａに供給するように構成された供給ユニット３１３を含む、付記Ａ２４〜Ａ２６のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２８前記プリントユニット３１０は、前記押し出しノズル３００を前記造形面７００内で移動させるように構成された第１リニアドライブ３１１及び第２リニアドライブ３１２を含む、付記Ａ２４〜Ａ２７のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ２９前記３Ｄプリントシステムは、前記造形台３２３を、前記造形面７００に実質的に垂直な方向に移動させるように構成された第３のリニアドライブ３２２をさらに含む、付記Ａ２４〜Ａ２８のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ３０前記３Ｄプリントシステムは、前記押し出しノズル３００の移動及び前記造形台３２３への材料７２０の押し出しを制御するように構成された制御部３２１を含む、付記Ａ２４〜Ａ２９のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ３１前記キャビティ３０４の長さは、前記押し出しノズル３００の長さより長い、付記Ａ１〜Ａ３０のいずれかに記載の装置３２０。

付記Ａ３２前記押し出しノズル３００は、一体部材である、付記Ａ１〜Ａ３１のいず
れかに記載の装置３２０。

付記Ｂ３３回転駆動係合部３０５と、入口端部３０１と、前記入口端部３０１に設けられた入口開口３０４Ａと、出口端部３０２と、前記出口端部３０２に設けられた出口開口３０４Ｂと、を含む押し出しノズル３００を用意することと、
前記押し出しノズル３００をツール経路７１０に沿って移動させると同時に、回転駆動係合部３０５を用いて前記押し出しノズル３００を回転軸３０３周りに回転させることによって、前記押し出しノズル３００の前記出口開口３０４Ｂを、前記ツール経路７１０に対して所定の配向に維持しつつ、前記出口開口３０４Ｂから材料７２０を押し出すこと、とを含む、材料の押し出し方法。

付記Ｂ３４前記材料７２０を、略矩形の断面を有するビード１２１０として押し出すことをさらに含む、付記Ｂ３３に記載の方法。

付記Ｂ３５前記材料７２０を、前記回転軸３０３に非平行な方向に押し出すことをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ３４のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ３６前記材料７２０を、前記回転軸３０３に実質的に平行に押し出すことをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ３４のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ３７前記出口開口３０４Ｂの出口圧力を、前記入口開口３０４Ａの入口圧力と少なくとも同じ高さに維持することをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ３６のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ３８前記入口端部３０１と前記出口端部３０２との間に、実質的にリニアな圧力勾配を維持することをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ３７のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ３９前記押し出しノズル３００を、金属の付加製造技術によって形成することをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ３８のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ４０前記押し出しノズル３００は、レーザー焼結によって形成される、付記Ｂ３９に記載の方法。

付記Ｂ４１前記押し出しノズル３００は、一体部材として形成されている、付記Ｂ３９〜Ｂ４０のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ４２前記出口開口３０４Ｂを前記ツール経路７１０に対して接線方向に維持することをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ４１のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ４３前記押し出しノズル３００を、３Ｄプリントシステムの造形面７００内で移動させることをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ４２のいずれかに記載の方法。

付記Ｂ４４制御部３２１を用いて、前記出口開口３０４Ｂから押し出される材料の流量を制御することをさらに含む、付記Ｂ３３〜Ｂ４３のいずれかに記載の方法。

種々の部品、特徴、機能を含む、装置及び方法の様々な例及び態様を本明細書において開示している。本明細書で開示した装置及び方法の様々な例及び態様は、本明細書に開示した装置及び方法の他の例及び態様の部品、特徴、機能をいかなる組み合わせで含んでもよく、そのような組み合わせは、すべて、本開示の精神及び範囲に含まれる。

上記の記載及び関連する図面に示された教示を得ることにより、本開示が属する分野の当業者であれば、開示された要旨に対する様々な改変を容易に思いつくであろう。従って、本開示は、提示した特定の例及び態様に限定されるものではなく、それらの改変も添付の特許請求の範囲に含まれるものである。また、上記の開示及び関連する図面は、要素及び／又は機能の特定の例示的な組み合わせを示しているが、これとは異なる要素及び／又は機能の組み合わせも、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく実現することができるであろう。

Claims

押し出しノズル（３００）を備える装置であって、
前記押し出しノズルは、
入口端部（３０１）と、
前記入口端部（３０１）とは反対側の出口端部（３０２）と、
前記入口端部（３０１）と前記出口端部（３０２）との間に伸びる軸（３０３）と、を含み、前記押し出しノズル（３００）は、前記軸（３０３）周りに回転するように構成されており、前記押し出しノズルは、
前記入口端部（３０１）と前記出口端部（３０２）との間に設けられた回転駆動係合部（３０５）と、
前記入口端部（３０１）に設けられた入口開口（３０４Ａ）及び前記出口端部（３０２）に設けられた出口開口（３０４Ｂ）を含むキャビティ（３０４）と、をさらに含み、前記入口開口（３０４Ａ）は、前記出口開口（３０４Ｂ）とは異なる形状を有する、装置３２０）。
前記キャビティ（３０４）は、出口端部（３０２）付近の方が、前記入口端部（３０１）付近よりも狭い、請求項１に記載の装置（３２０）。
前記装置（３２０）は、前記押し出しノズル（３００）に熱的に連結された少なくとも１つの加熱エレメント（３１５）をさらに含む、請求項１及び２のいずれかに記載の装置（３２０）。
前記キャビティ（３０４）は、実質的に非直線状の通路（４００）を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の装置（３２０）。
前記キャビティ（３０４）の前記通路（４００）は、蛇行通路である、請求項４に記載の装置（３２０）。
前記蛇行通路は、螺旋形の通路である、請求項５に記載の装置（３２０）。
前記螺旋形の通路は、少なくとも一部が前記押し出しノズル（３００）内に配置された少なくとも１つの加熱エレメント（３１５）の周囲に配置されている、請求項６に記載の装置（３２０）。
前記出口開口（３０４Ｂ）は、非円形の形状を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の装置３２０）。
前記出口開口（３０４Ｂ）は、非平面状の開口である、請求項１〜８のいずれかに記載の装置（３２０）。
前記出口開口（３０４Ｂ）の少なくとも一部は、前記押し出しノズル（３００）の側部に形成されている、請求項１〜９のいずれかに記載の装置３２０）。
前記キャビティ（３０４）の長さは、前記押し出しノズル（３００）の長さより長い、請求項１〜１０のいずれかに記載の装置（３２０）。
回転駆動係合部（３０５）と、入口端部（３０１）と、前記入口端部（３０１）に設けられた入口開口（３０４Ａ）と、出口端部（３０２）と、前記出口端部（３０２）に設けられた出口開口（３０４Ｂ）と、を含む押し出しノズル（３００）を用意することと、
前記押し出しノズル（３００）をツール経路（７１０）に沿って移動させると同時に、回転駆動係合部（３０５）を用いて前記押し出しノズル（３００）を回転軸（３０３）周りに回転させることによって、前記押し出しノズル（３００）の前記出口開口（３０４Ｂ）を、前記ツール経路（７１０）に対して所定の配向に維持しつつ、前記出口開口（３０４Ｂ）から材料（７２０）を押し出すこと、とを含む、材料の押し出し方法。
前記材料（７２０）を、略矩形の断面を有するビード（１２１０）として押し出すことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記材料（７２０）を、前記回転軸（３０３）に非平行な方向に押し出すことをさらに含む、請求項１２〜１３のいずれかに記載の方法。
前記出口開口（３０４Ｂ）を前記ツール経路（７１０）に対して接線方向に維持することをさらに含む、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。