JP2021511989A - アディティブ・マニュファクチャリングのためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、以下の構成を含むアディティブ製造のためのシステム（１００）であって、ノズル（４０１）を介して供給原料（５０１）を液化して堆積させるための原料液化ユニット（１０７）を含む少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ（１０２）と、原料液化ユニットを受容するように構成および配置された受容空間（２０５）を備えたプリントヘッドアセンブリに取り付けられた熱交換手段（１０６）と、第１の接続要素（７０２）と第２の接続要素（７０３）を含む接続配置（７０１）は、第１の接続要素と第２の接続要素が互いに解放可能な接続を確立し、第１の接続要素と第２の接続要素を互いに回転させた際に、前記解放可能な接続を解除するように構成および配置される。このシステムは、原料液化ユニットを自動的に交換するために接続配置を組み立ておよび分解することを可能にする作動手段（６０４）を含む原料液化ユニット収納部（１０５）含み、原料液化ユニットの自動交換を制御するための制御装置とを含み、さらに、原料液化ユニットを自動的に交換するために接続配置を組み立ておよび分解することを可能にする作動手段（６０４）と、原料液化ユニットの自動交換を制御するための制御装置とを含む。

Description

本発明は、３Ｄプリンティングを用いた３次元（３Ｄ）オブジェクトのアディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）のためのシステムに関する。より具体的には、本発明は、そのようなシステムにおける原料液化ユニットの交換に関する。

三次元モデリングでは、所望の三次元形状のオブジェクトを作成できるように、制御された方法でモデリング材料を重ねることによってオブジェクトが形成される。オブジェクトを形成するこの方法は、アディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ）と呼ばれることもある。三次元モデリングには、三次元モデリングプリンタが使用されることが非常に多い。プリンタには、モデリング材料を吐出する三次元的に移動可能なプリントヘッドがあり、プリントヘッドはモデリング材料の以前に堆積されたトラックの上を移動する。

印刷されるオブジェクトは、ビルドプレート上に配置することができる。プリントヘッドは、モデル化または印刷される対象物に対して相対的に三次元空間内で移動可能である。いくつかの実施形態では、オブジェクトは、プリントヘッドに対して１次元またはそれ以上の次元で相対的に移動可能である。オブジェクトがモデル化されているビルドプレートとプリントヘッドとを相対的に移動させるための様々なオプションが利用可能である。

プリントヘッドの動きは、プリントヘッドが取り付けられている制御可能な位置決めシステムを制御する制御システムによって制御される。ソフトウェアを使用してトラックのパターンを生成することができ、そのパターンはプリントヘッドを移動させ、トラックを堆積させるために使用される。

３Ｄオブジェクトは、可動プリントヘッドに対して相対的な基準位置にあるビルドプレート上に作成される。モデリング材料は、以前に形成されたトラックと融合させることができる。モデリング材料は、例えばフィラメント、顆粒、ロッド、液体、樹脂、または懸濁液の形でプリントヘッドに供給することができる。

モデリング材料（以下、ＡＭ原料）は、原料液化ユニットを介してプリントヘッドから吐出され、トラックの層を形成するトラックの形態でビルドプレート上に堆積されるか、または作成されるオブジェクトの前の層が堆積されている場合には、固化する前に堆積されたトラック上に堆積される。モデリング材料は、熱的に、または化学的に、またはその他の方法で、前に堆積されたトラックと融合することができる。造形材料は、プリントヘッドから分注され、前に堆積されたトラック上に堆積され、堆積後に硬化して固化することができる。

トラックに沿ったプリントヘッドに対するビルドプレートおよびオブジェクトの相対的な動き、およびプリントヘッドからのモデリング材料の同時堆積によって、融合堆積モデル化されたオブジェクトは、堆積されたトラックごとに発達し、徐々に所望の形状を達成することができる。

プリントヘッドの給送チャネル内のモデリング材料は、印刷中に崩壊する可能性がある。これは、例えば、造形材料内の不純物、または、三次元プリンタが配置されている環境からの塵または他の粒子の浸入、または他の原因によるものである可能性がある。また、プリントヘッドの原料液化ユニットによる堆積に先立って溶融した可溶性材料については、印刷可能な状態にするために、溶融温度に近い高温に長時間保持しすぎると、分解や崩壊の危険性があり、また、溶融温度に近い高温に長時間保持しすぎると、分解や崩壊の危険性がある。

これは、崩壊したモデリング材料の固体粒子が形成される可能性がある。例えば硬化性樹脂を堆積させる際に、モデリング材料内の汚染物質、および／または給送チャネル内のデッドスポットは、最終的に固体粒子の形成を引き起こす可能性がある。これは、特に、通常、プリントヘッド内で最も高い温度に維持される原料液化ユニットにあたる。給送チャネルの壁の近く、特に原料液化ユニットの近くでは、モデリング材料の流量が最も低くなる。その結果、通常、望ましくない固化および崩壊がこの領域で開始する。

モデリング材料を堆積させている間に、原料液化ユニットの給送チャネルやノズル内の破片や固体粒子が目詰まりを起こし、原料液化ユニット内の材料のリフローにつながり、原料液化ユニットの故障原因となることがある。

あるいは、原料液化ユニットのノズル開口部が摩耗して膨張し、その結果、印刷されたトラックの幅がより大きくなり、正確な部品寸法が得られなくなる可能性がある。さらに、ノズルから押し出された材料の圧力が高くなり、潜在的に、前の層に堆積された層の過剰押し出しを引き起こす可能性がある。これは、モデリング材料のオーバーフローのために、オブジェクトとプリントヘッドとの間に過度の力がかかり、作成されたオブジェクトの表面が粗くなる可能性がある。造形材料のオーバーフローはさらに、プリントヘッドのノズル先端の外側に破片または残留物を生じさせ、これがノズル先端から外れて印刷されているオブジェクトと融合し、オブジェクトの損失を引き起こす可能性がある。

さらに、オブジェクトを印刷する場合、異なる色または異なる材料が使用される可能性がある。さらに、時間的な要件に応じて、異なるノズル径や異なる材料のための異なる供給チューブなどを含む、異なる原料堆積モデル化方法が適用される場合がある。

したがって、メンテナンス、材料の選択、材料の堆積方法などのための供給原料堆積モデリング要件に応じて、原料液化ユニットを交換することが望ましい。

当技術分野において、原料液化ユニットは、熱交換手段と一体化されており、熱交換手段の発熱体間の熱伝達を提供している。これは、原料液化ユニット内のホットスポットを防止するために必要である。原料液化ユニットを交換するためには、熱交換手段と原料液化ユニットを含むプリントヘッド全体を交換する必要がある。熱交換手段は通常、電気的に給電されるため、交換されたプリントヘッドの熱交換手段を接続するためには、専用の電気的接続が必要となる。

あるいは、原料液化ユニットのノズルまたはノズル先端を交換可能にすることができる。当技術分野では、これには、交換する現状の原料液化ユニットをプリントヘッドから外し、交換用原料液化ユニットまたはノズルまたはノズル先端をプリントヘッドにねじ込むなどの手動操作が必要である。しかし、この手順は、プリントヘッドをクールダウンする必要があり、３Ｄモデリングプロセスの中断を引き起こす。中断およびその後のクールダウンは、進行中のモデリングジョブの中止、およびその後のリソースおよび時間の損失につながる可能性がある。

交換済みまたは予備のプリントヘッドは、プリントヘッドホルダーに保管することができる。プリントヘッドはかさばることがあるため、プリントヘッドを保管するためには、かなり大きなサイズの比較的高価なホルダまたはカセットが必要である。

従って、原料液化ユニットの交換性を向上させることができるアディティブ・マニュファクチャリングのためのシステムを提供することが求められている。

本発明の目的は、当技術分野で知られているアディティブ・マニュファクチャリングのためのシステムにおける原料液化ユニットの交換に関連する上記および／または他の欠点のうちの少なくとも１つを先に阻止するか、または少なくとも１つを軽減するアディティブ・マニュファクチャリングのためのシステムを提供することである。

本発明の側面は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、適切に、独立請求項からの特徴と組み合わせることができ、単に請求項に明示的に記載されているだけではない。

前記オブジェクトの少なくとも１つは、請求項１に従った添加剤製造のためのシステムによって達成される。製造される三次元（３Ｄ）オブジェクトを位置決めするためのビルドプレートと、溶融堆積モデリングのための少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリとを含み、プリントヘッドアセンブリは、前記プリントヘッドアセンブリを前記位置決めシステムに接続するように構成および配置された接続手段と、液化されたＡＭ原料をビルドプレートおよび製造される３Ｄオブジェクトの少なくとも一方の上に堆積させるためのノズルを含む、ＡＭ原料を液化するための原料液化ユニットと、プリントヘッドアセンブリに取り付けられ、熱交換手段と原料液化ユニットとの間の熱交換を可能にするために、原料液化ユニットを受容して、収容するように構成および配置された受容空間を備えた熱交換手段と、第１の接続要素と第２の接続要素とを接続する接続配置が、以下のいずれかの構成および配置をしている。前記原料液化ユニットを、前記受容空間に前記原料液化ユニットを挿入した後、前記原料液化ユニットを前記受容空間内に解放可能に収容するために、前記接続配置を組み立てる際に、互いに解放可能な接続を確立すること、前記接続配置を分解して、前記原料液化ユニットを前記受容空間から取り外す際に、前記解放可能な接続を解除すること。

前記システムは、前記ＡＭ原料を前記原料液化ユニットに供給するように構成および配置された原料供給手段をさらに含む。プリントヘッドアセンブリおよびビルドプレートの少なくとも一方に関連付けられ、前記プリントヘッドアセンブリおよびビルドプレートを互いに相対的に、空間的に位置決めするように構成および配置されている、位置決めシステムと、原料液化ユニットを自動的に交換するための接続配置を、組立てまたは分解することができるように、構成および配置された作動手段を含む原料液化ユニット収納部と、前記位置決めシステム前記使用済みの原料液化ユニットを前記原料液化ユニット収納部内に自動的に処理する前記作動手段、および前記原料液化ユニット収納部から代替の原料液化ユニットを自動的に取得する前記作動手段の少なくとも一つを制御するように構成および配置された制御装置。

接続配置の第１の接続要素と第２の接続要素との間に解放可能な接続を確立して切り離すことにより、原料液化ユニットの交換を効果的かつ簡略化された方法で自動化することができる。当業者であれば、使用済みの原料液化ユニットを、熱交換手段を所定の位置、すなわちプリントヘッドアセンブリ内に保持したまま、原料液化ユニット収納部内に収納された原料液化ユニットと交換することができることを理解するであろう。さらに、熱交換手段は、原料液化ユニットの交換の間は変化しないままであり、すなわち、熱交換手段が、調整される必要はない。例えば、交換を可能にするために少なくとも部分的に開放されることによって調整される必要はない。さらに、熱交換手段は、原料液化ユニットを加熱するように構成され配置されたエネルギー源に接続されたままである。したがって、原料液化ユニットの交換は、より確実かつ迅速な方法で行うことができる。

当業者は、現状使用されている原料液化ユニットを、同じまたは異なる供給原料を有する別の原料液化ユニットに置き換えてもよいことを理解するであろう。交換用原料液化ユニットは、ノズル径などの異なる特性をさらに有していてもよい。しかしながら、交換用原料液化ユニットの外形及び寸法は、熱交換手段と原料液化ユニットとの間で十分な熱交換が行われるように、原料液化ユニットが気密に収容される熱交換手段の受容空間の内側の外形に対応していなければならない。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、接続配置は、第１の接続要素と第２の接続要素との間の解放可能な接続を、力嵌めする方法および型にぴったり嵌める方法の、いずれかの方法で確立するように構成および配置されている。

力嵌めする接続に関して、当業者であれば、この種の接続は、第１の接続要素と第２の接続要素とを一緒に接合するために、第１の接続要素と第２の接続要素の表面に通常の力を必要とすることを理解するであろう。静止摩擦によって生じる反力を超えない限り、第１の接続要素と第２の接続要素との相互の変位が防止される。接線方向または軸方向に作用する荷重力が静止摩擦力よりも大きい場合には、力または摩擦が失われ、表面が互いに滑り合う。力嵌めする接続の例としては、クランプ接続やねじ接続などがある。

型にぴったり嵌める接続に関して、当業者であれば、この種の接続は、少なくとも２つの接続要素の相互作用によって形成されることを理解するであろう。その結果、第１の接続要素は、力を受けるか否かにかかわらず、切り離すことができない、すなわち、型にぴったり嵌める接続の場合には、少なくとも２つの接続要素の第１の接続要素が第２の接続要素の邪魔になる。型にぴったり嵌める接続は、リベットやねじなどのピン状の接続要素によって確立され得る。ねじ接続は、一般に、力嵌めする接続と型にぴったり嵌める接続との両方を考慮していることに留意されたい。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、接続配置は、接続配置を回転的に組み立てる際に、第１の接続要素と第２の接続要素との間の解放可能な接続を確立する、または接続配置を回転的に分解する際に、第１の接続要素と第２の接続要素との間の解放可能な接続を解除するように、構成および配置となっている。このようにして、ビルドプレートに対して横断する方向に原料液化ユニットを簡単に交換することができる。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、第１の接続要素および第２の接続要素は、それぞれ、ねじ山接続、バヨネット接続、マシンテーパー接続、およびコレット接続のうちの１つである、第１の部分および第２の部分である。当業者であれば、前述の種類の接続部は、並進可能および／または回転可能な方法で組み立ておよび分解することができ、効果的かつ簡略化された方法で原料液化ユニットの自動交換を可能にすることができることを理解するであろう。

本発明に従ったシステムの実施形態では、原料供給手段は、給送チャネルを含み、前記給送チャネルは前記給送チャネルから前記ＡＭ原料を受容するように構成され配置された受容開口部を備えた前記原料液化ユニットに向けて、前記ＡＭ原料を収容して供給し、前記供給原料を前記受容開口部から前記ノズルに供給するように構成および配置された前記原料液化ユニットの供給チャネルに導くように構成および配置されている。

このようにして、ＡＭ原料は、原料供給手段の給送チャネルから原料液化ユニットの供給チャネルに供給される。前記熱交換手段は、前記供給チャネル内で前記ＡＭ原料の溶融および固化のいずれかを可能にするように、前記原料液化ユニットとの熱交換を可能にするように構成および配置されている。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、前記熱交換手段は、第１の熱交換ゾーンを構成する第１の熱交換セクションを含み、前記第１の熱交換セクションは、前記原料液化ユニットの供給チャネルを少なくとも部分的に収容するように構成および配置された受容空間を少なくとも部分的に囲むように構成および配置されており、第1の熱交換ゾーンは、供給チャネルに収容されたＡＭ原料を液化するように構成および配置されている。液化されたＡＭ原料は、ビルドプレートまたは以前に堆積されたＡＭ原料のいずれかの上にノズルを介して堆積することができる。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、第１の熱交換セクションは、固体ＡＭ原料と液化ＡＭ原料との境界を、原料液化ユニットの供給チャネル内の所定の固定位置に維持するように構成され、配置された第２の熱交換ゾーンを構成する。

当技術者は、第2の熱交換ゾーンを適用することで、堆積速度の変化にもかかわらず、前記境界を所定の固定位置に維持することができ、供給チャネルの壁に原料が付着し、それによって原料液化ユニットを詰まらせることを防ぐことができるため、堆積プロセスの制御を強化することができることを理解するであろう。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、熱交換手段は、第３の熱交換ゾーンを構成する第２の熱交換セクションを構成する。前記第２の熱交換セクションは、前記原料供給手段の給送チャネルを少なくとも部分的に収容するように構成および配置され、前記第３の熱交換ゾーンは、前記給送チャネル内に収容されたＡＭ原料を予熱するように構成および配置されていることを特徴とする。給送チャネル内に収容されたＡＭ原料を予熱することにより、成膜プロセスの速度を向上させることができる。

本発明に従ったシステムの実施形態では、原料液化ユニット収納部は、以下のうちの少なくとも１つを備えた保持手段を構成する。使用済みの原料液化ユニットを受容し収容するように構成および配置された少なくとも１つの空きドッキング位置と、交換用原料液化ユニットを収容するように構成および配置された少なくとも１つの占有ドッキング位置と、を含む。これにより、原料液化ユニット収納部に収容された使用済みの原料液化ユニットと、原料液化ユニット収納部から取得した交換用原料液化ユニットとを熱交換手段の受容空間に収容して交換することができる。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、制御装置は、以下のように構成される。前記プリントヘッドアセンブリを前記保持手段の少なくとも１つの空きのドッキング位置に移動させるための位置決めシステムを制御し、前記保持手段と使用済み原料液化ユニットの係合を可能し、前記作動手段が、前記接続配置、前記原料液化ユニット、および前記熱交換手段のうちの少なくとも１つと係合を可能にして、前記接続配置を分解し、使用済みの原料液化ユニットを、少なくとも１つの保持手段の空のドッキング位置に処理する。このようにして、例えばメンテナンスを必要とする原料液化ユニットを、プリントジョブを中断することなく、プリントヘッドアセンブリから、すなわち熱交換手段から自動的に取り外すことができる。この原料液化ユニットは、原料液化ユニット収納部の保持手段の少なくとも１つの空きのドッキング位置に配置されている。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、制御装置は、以下のように構成される。前記プリントヘッドを、交換用原料液化ユニットを備えた少なくとも１つの保持手段の占有ドッキング位置に移動させるための位置決めシステムを制御し、交換用原料液化ユニットを熱交換手段と係合させることを可能にし、前記作動手段が、前記接続配置、前記原料液化ユニット、および前記熱交換手段の少なくとも１つと係合を可能にして、前記接続配置を組み立て、および、前記熱交換手段の受容空間内に前記交換用原料液化ユニットを収容し、少なくとも１つの前記保持手段の占有ドッキング位置から前記プリントヘッドを後退させるための位置決めシステムを制御する。これにより、交換用原料液化ユニットを熱交換手段の受容空間内に自動的に回収して収容することができる。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、前記作動手段は、接続配置、原料液化ユニット、および熱交換手段のうちの少なくとも１つと係合するように構成および配置された係合配置を含み、この係合配置は、型にぴったり嵌める方法および力嵌めする方法のうちの１つで係合するように構成および配置され、接続配置の組立および分解のうちの１つが、原料液化ユニットを自動的に交換することを可能にする。係合配置は、任意の数の側面を有する多角形の形状、任意の数の側面を有する星形の形状、任意の数のピン、および任意の数の凹部、例えば貫通孔またはブラインド孔のいずれかを有するレンチを含むことができ、これにより、接続配置、原料液化ユニット、および熱交換手段の少なくとも１つを回転および／または移動させるためのトルクおよび／または軸方向の力を提供することが可能になる。係合配置はまた、接続配置、原料液化ユニット、および熱交換手段のうちの少なくとも１つにトルクを加えるように構成されたクランプを構成することができる。加えられるトルクは、クランプと接続配置、原料液化ユニット、および熱交換手段のうちの少なくとも１つとの間の摩擦と、前記クランプと前記接続配置、前記原料液化ユニット、および前記熱交換手段のうちの少なくとも１つとの噛み合い形状または型にぴったり嵌める形状、のうちの少なくとも１つに起因する。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、接続配置は、受容空間の軸心線に平行な方向に原料液化ユニットの解放および取得を可能にするように構成および配置されている。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、前記原料液化ユニットは、前記ノズルに取り付けられた熱伝導チューブを含み、供給チャネルが熱伝導チューブ内に収容されており、受容開口部が、ノズルに対向して配置された熱伝導チューブの端部によって形成されていることを特徴とする。これにより、熱交換手段と供給流路内に収容されたＡＭ原料材との間の熱伝達を向上させることができる。

本発明に従ったシステムの一実施形態では、熱伝導チューブは、少なくとも１つの同心の熱伝導セクションを備え、少なくとも第１の熱交換セクションは、少なくとも第１の熱交換セクション内に原料液化ユニットを密接に収容するために、少なくとも１つの同心の熱伝導セクションを収容するように構成および配置された少なくとも１つの熱伝導要素を備える。原料液化ユニットの熱伝導セクションは、溝と間隔をあけて配置することができ、熱交換セクションの熱伝導要素は、相互に熱的に絶縁されていてもよい。これにより、それぞれが独立して制御可能な温度を有する温度ゾーンを形成することができる。熱交換手段と原料液化ユニットとの間の最適な熱伝達を有する各温度ゾーンは、熱伝導セクションが熱交換セクションからの熱の均一な分布を確実にし、熱伝導要素、熱伝導セクション、および異なる温度ゾーンの熱交換セクションのうちの少なくとも１つの間の熱クロストークが防止されている。このようにして、原料液化ユニット内のＡＭ原料を段階的に加熱することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明に従った添加剤製造のためのシステムの例示的かつ非限定的な実施形態による本発明の説明から明らかになるであろう。

当技術者は、アディティブ・マニュファクチャリングのためのシステムの記載された実施形態は、本質的に例示的なものであり、いかなる方法でも保護の範囲を制限するものとして解釈されるべきではないことを理解するであろう。当技術に熟練した者は、本発明の保護範囲から逸脱することなく、アディティブ・マニュファクチャリングのためのシステムの代替および同等の実施形態が考え出され、実施に還元され得ることを理解するであろう。

添付の図面の図を参照する。図は本質的に模式的なものであり、必ずしも縮尺で描かれているわけではない。さらに、同じ参照数字は、同じまたは類似の部品を示している。以下に添付の図面に記載する。
図１は、本発明に従ったアディティブ・マニュファクチャリングのためのシステムの第１の例示的で非限定的な実施形態の概略等角図である。 図２Ａは、本発明に従ったシステムのプリントヘッドアセンブリの接続配置の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図２Ｂは、本発明に従ったシステムのプリントヘッドアセンブリの接続配置の第２の例示的で非限定的な実施形態を示す概略縦断面図を示す。 図２Ｃは、本発明に従ったシステムのプリントヘッドアセンブリの接続配置の第３の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図２Ｄは、本発明に従ったシステムのプリントヘッドアセンブリの接続配置の第４の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図３は、本発明に従ったシステムのプリントヘッドアセンブリの原料液化ユニットの第１の例示的で非限定的な実施形態の概略等角図である。 図４は、本発明の実施形態に従った熱交換手段に収容される原料液化ユニットの概略断面図である。 図５は、本発明に従ったシステムの原料液化ユニット収納部の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略的な等角図である。 図６Ａは、第１の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニットのノズルの第１の例示的で非限定的な実施形態と接触するように配置された作動手段の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図６Ｂは、図６Ａに示された作動手段の第１の例示的な非限定的な実施形態の概略断面図である。 図６Ｃは、第１の例示的で非限定的な実施形態による、原料液化ユニットのノズルの第２の例示的で非限定的な実施形態と接触するように配置された作動手段の第２の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図６Ｄは、図６Ｃに示された作動手段の第２の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。 図６Ｅは、第２の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニットのノズルの第３の例示的で非限定的な実施形態と接触するように配置された作動手段の第３の例示的な非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図６Ｆは、図６Ｅに示された作動手段の第３の例示的な非限定的な実施形態の概略断面図である。 図６Ｇは、第１の例示的で非限定的な実施形態による、原料液化ユニットのノズルの第３の例示的な非限定的な実施形態と接触して配置された作動手段の第４の例示的な非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図６Ｈは、図６Ｇに示された作動手段の第４の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。 図６Ｉは、第１の例示的で非限定的な実施形態に従った原料液化ユニットのノズルの第４の例示的で非限定的な実施形態と接触するように配置された作動手段の第５の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。 図６Ｊは、図６Ｉに示された作動手段の第５の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。 図７Ａは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、使用済みの原料液化ユニットを原料液化ユニット収納部に処理し、その第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段を使用して原料液化ユニット収納部から交換用原料液化ユニットを取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。 図７Ｂは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、使用済みの原料液化ユニットを原料液化ユニット収納部に処理し、その第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段を使用して原料液化ユニット収納部から交換用原料液化ユニットを取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。 図７Ｃは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、使用済みの原料液化ユニットを原料液化ユニット収納部に処理し、その第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段を使用して原料液化ユニット収納部から交換用原料液化ユニットを取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。 図７Ｄは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、使用済みの原料液化ユニットを原料液化ユニット収納部に処理し、その第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段を使用して原料液化ユニット収納部から交換用原料液化ユニットを取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。 図７Ｅは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、使用済みの原料液化ユニットを原料液化ユニット収納部に処理し、その第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段を使用して原料液化ユニット収納部から交換用原料液化ユニットを取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。 図７Ｆは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、使用済みの原料液化ユニットを原料液化ユニット収納部に処理し、その第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段を使用して原料液化ユニット収納部から交換用原料液化ユニットを取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。

本発明は、以下に記載されるように、その例示的な実施形態においてさらに解明されるであろう。

図１は、本発明に従ったアディティブ・マニュファクチャリングのためのシステム１００の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略的な等角図である。システム１００は、作成される３次元（３Ｄ）オブジェクト１０８を支持するビルドプレート１０４を含む。システム１００は、さらに、ガントリーとして示される位置決めシステム１０１を構成し、その上にプリントヘッドアセンブリ１０２が取り付けられている。ビルドプレート１０４および作成される３Ｄオブジェクト１０８に対するプリントヘッドアセンブリ１０２の水平（Ｘ−Ｙ）運動および垂直（Ｚ）運動をするように配置された位置決めシステム１０１には、様々な代替案が想定され得る。代替的な実施形態では、３Ｄオブジェクト１０８および／またはビルドプレート１０４は、プリントヘッド１０２に対して相対的に移動してもよい。別の代替的な実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１０２と３Ｄオブジェクト１０８および／またはビルドプレート１０４の両方が、互いに相対的に移動してもよい。当技術に熟練した者は、相対移動の自由度が任意の数に限定されないことを理解するであろう。

位置決めシステム１０１は、作成されるべき３Ｄオブジェクト１０８の電子３Ｄモデルをプリントヘッドアセンブリ１０２の動きのための命令に変えるように構成され得る制御システムによって制御可能な駆動装置を備えることができる。

プリントヘッドアセンブリ１０２は、原料供給手段１０３からアディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ）原料を得る原料液化ユニット１０７を備える。原料液化ユニット１０７は、原料液化ユニット１０７を取り外して代替の原料液化ユニットに交換できるように、熱交換手段１０６内に着脱可能に配置されている。多くの場合、熱交換手段１０６は、原料液化ユニット１０７に熱を伝達するように配置されており、これにより、原料液化ユニット１０７内のＡＭ原料を溶融させることができる。熱交換手段１０６は、原料液化ユニット１０７を少なくとも部分的に冷却するために、原料液化ユニット１０７から離れて熱を伝達するようにさらに配置されていてもよい。熱交換手段１０６は、さらに、熱交換ゾーンを構成する熱交換セクションに細分化されていてもよい。これについては、図２Ａ〜２Ｄに関連してさらに説明する。このようにして、熱交換手段１０６と原料液化ユニット１０７内のＡＭ原料との間の熱交換を段階的に確立することができる。例えば、熱交換手段１０６の１つ以上のゾーンは、原料液化ユニット１０７の対応する部分を冷却するように配置されてもよく、他のゾーンは、原料液化ユニット１０７の別の対応する部分を加熱するように配置されてもよい。

ＡＭ原料は、駆動部（図示せず）によって、原料液化ユニット１０７内に押し込まれる。この駆動部は、３Ｄオブジェクト１０８に対するプリントヘッドの相対的な動きと協調して、溶融した原料の制御された流れを可能にするために、制御ユニットによって制御可能である。

駆動装置によって原料に加えられる圧力によって、溶融した原料は、ビルドプレート１０４および作成される３Ｄオブジェクト１０８の少なくとも一方の上に、出口開口部、すなわち原料液化ユニット１０７のノズルを介して堆積され、ここで冷却され、凝固する。

原料液化ユニット１０７は、原料液化ユニット収納部１０５に保管されてもよい。以前に貯蔵されていた交換用原料液化ユニット１０７は、原料液化ユニット収納部１０５から回収されてもよい。

図２Ａは、本発明に従ったシステム１００のプリントヘッドアセンブリ１０２の接続配置７０１の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。熱交換手段１０６は、熱交換手段１０６と原料液化ユニット１０７との間の熱交換を可能にするために、原料液化ユニット１０７の供給チャネル７１０を少なくとも部分的に収容するように構成または配置された受容空間２０５を少なくとも部分的に囲むように構成または配置された第１の熱交換セクション７１１から構成されている。第１の熱交換セクション７１１は、供給チャネル７１０内に収容されたＡＭ原料５０１を液化するように構成または配置された第１の熱交換ゾーン７１２を構成する。液化されたＡＭ原料５０１’は、ビルドプレート１０４または先に堆積されたＡＭ原料のいずれかの上に、原料液化ユニット１０７のノズル４０１を介して堆積させることができる。

第１の熱交換セクション７１１はまた、第２の熱交換ゾーン７１３を構成し、この第２の熱交換ゾーン７１３は、固体ＡＭ原料と液化ＡＭ原料との間の境界を、原料液化ユニット１０７の供給チャネル７１０内の所定の固定位置に維持するように構成または配置されている。当業者であれば、第２の熱交換ゾーン７１３を適用することにより、堆積速度の変化にもかかわらず、前記境界を所定の固定位置に維持することができ、供給チャネルの壁に原料が付着し、それにより原料液化ユニットを詰まらせることを防ぐことができるため、堆積プロセスをより高度に制御することができることを理解するであろう。さらに、供給原料を予熱することにより、堆積速度の向上を図ることができる。

図２Ａを参照すると、熱交換手段１０６はまた、原料供給手段１０３の給送チャネル７０８を少なくとも部分的に収容するように構成および配置された第２の熱交換セクション７１４を構成する。給送チャネル７０８は、ＡＭ原料５０１を収容して、原料液化ユニット１０７の受容開口部７０９に向かって供給するように構成および配置されている。受容開口部７０９は、給送チャネル７０８からＡＭ原料５０１を受け入れて、原料を原料液化ユニット１０７の供給チャネル７１０に導くように構成および配置されている。

第２の熱交換セクション７１４は、第３の熱交換ゾーン７１５と第４の熱交換ゾーン７１６とから構成されている。少なくとも第３の熱交換ゾーン７１５は、給送チャネル７０８内に収容されたＡＭ原料５０１を予熱するように構成され、配置され得る。当業者は、給送チャネル７０８内のＡＭ原料５０１を予備加熱することにより、成膜プロセスの速度の改善が可能になることを理解するであろう。

当業者であれば、第１の熱交換セクション７１１および第２の熱交換セクション７１４の少なくとも一方が、液化ユニット１０７に熱を供給するための熱供給器、および、液化ユニット１０７から熱を流すための吸熱器の少なくとも一方を備えていてもよいことを理解するであろう。熱供給器は、例えば、電気抵抗器であってもよい。吸熱器は、例えば、流体流路を介して熱制御部に流入する冷却流体の供給を備えてもよい。冷却流体は、冷たい気体、例えば冷たい空気、または冷たい液体であってもよい。第１の熱交換セクション７１１及び第２の熱交換セクション７１４の少なくとも一方には、液化ユニット１０７の温度を制御するために制御部に接続された温度センサがさらに設けられていてもよい。

さらに、第１の熱交換ゾーン７１２および第２の熱交換ゾーン７１３は、原料供給手段１０３の給送チャネル７０８から原料液化ユニット１０７の供給チャネル７１０に供給されるＡＭ原料を溶融させるために、第１の熱交換セクション７１１内に組み込まれた電気抵抗器を用いて電気的に加熱されてもよい。あるいは、第１の熱交換ゾーン７１２および第２の熱交換ゾーン７１３は、供給チャネル７１０内でＡＭ原料の固化を可能にするように構成および配置されていてもよい。

さらに、当業者であれば、すべての熱交換ゾーン７１２、７１３、７１５、７１６が、互いに、これらと関連するそれぞれの熱交換セクション７１１、７１４から熱的に絶縁されていることを理解するであろう。このようにして、熱クロストークを防止することができる。

図２Ａに示された接続配置７０１の第１の例示的な非限定的な実施形態は、ねじ山接続の第１の部分である第１の接続要素７０２と、ねじ山接続の第２の部分である第２の接続要素７０３とから構成されている。ねじ山接続の第１の部分およびねじ山接続の第２の部分は、原料液化ユニット１０７を受容空間２０５内に挿入した後、原料液化ユニット１０７を受容空間２０５内に解放可能に収容するために、接続配置７０１を回転的に組み立てる際に互いに解放可能な接続を確立し、原料液化ユニット１０７を受容空間２０５から除去するために、接続配置７０１を回転的に分解する際に解放可能な接続を解除するように構成および配置されている。当業者であれば、接続配置７０１の第１の接続要素７０２と第２の接続要素７０３との間に解放可能な接続を確立するまたは解除することにより、受容空間２０５の軸心線に平行な方向、すなわちＸ-Ｙ平面に横切るＺ方向での原料液化ユニット１０７の交換が、効果的かつ簡略化された方法で自動化され得ることを理解するであろう。当業者であれば、使用済みの原料液化ユニット１０７を、熱交換手段１０６を所定の位置、すなわちプリントヘッドアセンブリ１０２内に保持したまま、原料液化ユニット収納部１０５内に収納された原料液化ユニット１０７と交換することができることを理解するであろう。これは、図７Ａ〜７Ｆに関連してさらに明らかにされるであろう。

図２Ｂは、本発明に従ったシステム１００のプリントヘッドアセンブリ１０２の接続配置７０１の第２の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。接続配置７０１は、バヨネット接続の第１の部分である第１の接続要素７０２と、バヨネット接続の第２の部分である第２の接続要素７０３とからなる。バヨネット接続の第１の部分およびバヨネット接続の第２の部分は、図２Ａに関連して説明したように、類似の方法で接続配置７０１を回転的に組み立てるかまたは分解する際に、互いに解放可能な接続を確立するかまたは解除するように構成または配置されている。当業者であれば、このようにして、受容空間２０５の軸心線に平行な方向、すなわちＸ−Ｙ平面に横切るＺ方向での原料液化ユニット１０７の交換が、効果的かつ簡略化された方法で自動化され得ることを理解するであろう。

図２Ｃは、本発明に従ったシステム１００のプリントヘッドアセンブリ１０２の接続配置７０１の第３の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。接続配置７０１は、マシンテーパ接続の第１の部分である第１の接続要素７０２と、マシンテーパ接続の第２の部分である第２の接続要素７０３とからなる。当技術に熟練した者は、マシンテーパ接続の第１の部分およびマシンテーパ接続の第２の部分が、接続配置７０１を組み立てまたは分解するために、互いに解放可能な接続を確立または解除するように構成または配置されていることを理解するであろう。当業者であれば、図２Ｃに示されたマシンテーパ接続を使用することにより、受容空間２０５の軸心線に平行な方向、すなわちＸ-Ｙ平面に横切るＺ方向での原料液化ユニット１０７の交換が、効果的かつ簡略化された方法で自動化され得ることを理解するであろう。

図２Ｄは、本発明に従ったシステム１００のプリントヘッドアセンブリ１０２の接続配置７０１の第４の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。接続配置７０１は、一種の逆コレット接続の第１の部分である第１の接続要素７０２と、前記コレット接続の第２の部分である第２の接続要素７０３とからなる。当業者は、前記コレット接続の第１の部分および前記コレット接続の第２の部分が、前記接続配置７０１を組み立てるかまたは分解するために、互いに解放可能な接続を確立または解除するように構成または配置されていることを理解するであろう。当業者は、図２Ｄに示すコレット接続を使用することにより、受容空間２０５の軸心線に平行な方向、すなわちＸ−Ｙ平面に横切るＺ方向での原料液化ユニット１０７の交換が、効果的かつ簡略化された方法で自動化され得ることを理解するであろう。さらに、当業者は、本発明に従ったシステム１００のプリントヘッドアセンブリ１０２の接続配置７０１の第３および第４の例示的な非限定的な実施形態が、熱交換手段１０６と原料液化ユニット１０７との間の優れた熱伝達を可能にすることを理解するであろう。

図３は、本発明に従ったシステム１００のプリントヘッドアセンブリ１０２の原料液化ユニット１０７の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略的な等角図である。原料液化ユニット１０７は、金属、熱伝導ポリマー組成物、およびセラミック材料のうちの少なくとも１つを含むことができる熱伝導チューブ４０２からなる。熱伝導チューブ４０２は、内部にＡＭフィードストック材料を供給するための供給チャネル７１０と、ビルドプレート１０４および作成される３Ｄオブジェクト１０８の少なくとも一方に溶融したフィードストック材料を放出するためのノズル４０１とを備えている。図３に示された例示的な実施形態によれば、原料供給手段１０３は、ノズル４０１に対向するカフ４０６によって原料液化ユニット１０７に接続されていてもよい。熱伝導チューブ４０２は、熱伝導セクション４０３を備えてもよい。各熱伝導セクションは、熱伝導チューブ４０２の肥厚部分によって形成されてもよい。あるいは、各熱伝導セクション４０３は、高熱伝導金属のような高熱伝導材料の同心円状リングで構成されてもよい。

熱伝導セクション４０３の界面は、熱交換セクション７１１、７１４と機械的に熱的に界面することができる。熱伝導チューブ４０２に沿って軸方向に分布する複数の熱伝導セクション４０３が存在し得る。熱伝導セクション４０３の熱界面表面は、軸方向の熱伝導に対して半径方向および接線方向の熱伝導であり、個々の熱伝導セクション４０３間の断熱材として機能し得る溝４０４によって抑制されている。このようにして、熱クロストークを防止することができる。また、溝４０４は、原料液化ユニット１０７と原料液化ユニット収納部１０５との界面に設けられていてもよい。

この例では、原料供給手段１０３は、フィラメント状のＡＭ原料をフィラメント収納部から原料液化ユニット１０７に導くフィラメントガイドによって形成されていてもよい。原料供給手段１０３は、代替的に、プリントヘッド１０２に配置されてもよいし、プリントヘッド１０２上に配置されてもよい。原料供給手段１０３は、例えばサブフレーム（図示せず）に取り付けられてもよい。この場合、原料供給手段１０３は、ノズル４０１に対向する端部の供給路の開口部に、原料液化ユニット１０７に解放可能に接続されていてもよい。これにより、原料ＡＭ材料を、フィラメント、ロッド、顆粒、粒子など、任意の形態で供給することができる。

原料供給手段１０３は駆動部を構成してもよく、ここで駆動部はプリントヘッドアセンブリ１０２に接続されており、原料供給手段１０３は駆動部を介してプリントヘッドアセンブリに接続されている。好ましくは、駆動部は、原料液化ユニット１０７に近接して配置されており、これにより、原料供給における少ない動的応答を克服し、それにより、原料液化ユニット１０７への原料の供給の正確な制御を改善することができる。異なる原料液化ユニット１０７は、異なるＡＭ原料に適応した出口開口直径、材料、熱特性、長さなどの異なるノズル特性を有することができる。異なるＡＭ原料を有する原料液化ユニットを切り替える場合、各熱交換セクションの温度設定を新しいＡＭ原料に適応させなければならない場合がある。原料液化ユニットの交換時間を最小限にするためには、新しい原料液化ユニットの加熱をできるだけ早く行うことができるように、熱時定数を低く保つことが重要である。

図４は、本発明の一実施形態による熱交換手段１０６に収容される原料液化ユニット１０７の概略断面図である。原料液化ユニット１０７は、第１の熱交換セクション７１１の熱伝導要素７１８の受容空間２０５内に収容される。この例示的な実施形態では、熱伝導要素７１８は、原料液化ユニット１０７および、そこにあるＡＭ原料５０１を加熱するために必要な熱を発生させるように構成および配置されたヒータ５０５ａ、５０５ｂを備えている。ヒータ５０５ａ、５０５ｂは、電気抵抗器であってもよい。熱伝導要素７１８は、ヒータ５０５ａ，５０５ｂで発生した熱を原料液化ユニット１０７に伝導するように構成され、配置されている。この例では、例えば製造公差および摩耗のために、熱伝導要素７１８の内半径の第１のセクションは、原料液化ユニット１０７の外半径よりもわずかに大きくてもよく、一方、熱伝導要素７１８の内側半径の第２のセクションは、わずかに小さすぎてもよい。その結果、熱伝導要素７１８と原料液化ユニット１０７との間に空隙５０２が発生する。

一次熱経路５０３は、熱伝導要素７１８の内面と原料液化ユニット１０７の外面との間に物理的な接触があるところで、熱伝導要素７１８から原料液化ユニット１０７に熱を伝達する。二次熱経路（図示せず）は、空隙５０２を介した熱伝達によって定義されてもよい。しかしながら、一次熱経路５０３は、空隙５０２内の熱抵抗が一次熱経路５０３の熱抵抗よりもはるかに大きいので、空隙５０２を介した二次熱経路よりも優れた熱伝導を有する。

本実施例の熱伝導要素７１８からの熱の不均一な分布は、原料５０１に局所的なホットスポットを生じさせる可能性がある。これは、印刷される３Ｄオブジェクト１０８の材料特性に悪影響を及ぼす可能性がある。

これに対する救済策は、十分な接線熱伝導率を有する原料液化ユニット１０７を設計することであろう。これは、十分な熱伝導率を有する材料を使用して原料液化ユニット１０７を製造し、十分な壁厚を選択することによって達成することができる。これは、熱伝導セクション４０３を適用して、熱伝導要素７１８から伝達された熱を原料液化ユニット１０７の円周上で均等に再分配するように構成され配置されることによって、さらに達成され得る。別の救済策は、欧州特許公開第３２３７１７８号公報の、図１に関連した３ページ目、７〜１０行目、４ページ目、１〜５行目、４ページ目、１１〜１３行目、６ページ目、３３行目〜７ページ目、１６行目、および図３Ｂおよび４Ａに関連した８ページ目、１７行目〜９ページ目、３行目に記載されているような方法で、原料液化ユニット１０７を加熱するために誘導加熱を採用することであってもよい。

図５は、本発明に従ったシステム１００の原料液化ユニット収納部１０５の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略的等角図である。原料液化ユニット収納部１０５は、フレーム６０１に移動可能に関連付けられたラックの形態の保持手段６０２から構成されている。フレーム６０１は、３Ｄオブジェクト１０８が印刷されるシステム１００のプリントチャンバの内壁によって形成され得る。フレーム６０１は、ラック６０２がフレーム６０１に対して相対的に上下に移動できるように構成および配置されたスリット６０５を備えている。ラック６０２は、図７Ａ〜７Ｆに関連してさらに解明されるように、原料液化ユニット１０７、１０７'との係合を可能にするように構成され配置されたスロット６０３を有する。この例では、ラック６０２は、Ａ〜Ｄとマークされた４つのスロット６０３を備えているが、当業者であれば、任意の数のスロットを提供することができ、任意の適切な方法で指定することができることを理解するであろう。

図５はさらに、ラック６０２の４つのスロット６０３の下には、原料液化ユニットの自動交換、すなわち、空になっているラック６０２のスロットＡ〜Ｄのうちの１つにある使用済みの原料液化ユニット１０７を処理すること、および／または残りのスロットのうちの任意の１つから交換用原料液化ユニットを取得することを可能にするために、原料液化ユニットと相互作用するように構成および配置された４つの作動手段６０４が備えていることを示す。自動交換は、位置決めシステム１０１および作動手段６０４のうちの少なくとも１つを制御するように構成および配置されたコントローラによって制御され得る。当業者であれば、原料液化ユニット収納部１０５内の使用済みの原料液化ユニットを処理する際の位置決めシステム１０１および作動手段６０４は、原料液化ユニット収納部１０５から交換用原料液化ユニットを取得する際よりも逆方向および逆順序で作動することを理解するであろう。当業者であれば、作動手段６０４の様々な代替的な実施形態が想定され得ることを理解するであろう。これは、図６Ａ〜６Ｊに関連してさらに詳細に記載されるであろう。当業者であれば、単純化のために例えば図５、７Ａ〜７Ｆに図示されているように、実際には作動手段６０４は空中に浮いていないことも理解するであろう。それらは、原料液化ユニットの処理および取得を可能にするための任意の適切な方法で実施されるであろう。

原料液化ユニット収納部１０５は、スロット６０３内に原料液化ユニット１０７を固定するためのクランプ、ノッチ、ラッチなどの補助的な保持手段（図示せず）をさらに備えてもよい。原料液化ユニット収納部１０５は、収納された１つ以上の原料液化ユニットの温度を制御するためのヒータ、冷却器、センサ、レギュレータなどの温度制御手段（図示せず）をさらに備えていてもよい。これにより、予熱された交換用原料液化ユニットをプリントヘッドアセンブリ１０２の熱交換手段１０６に装填し、即座に利用することができる。使用済みの原料液化ユニットと交換用原料液化ユニットとの交換は、図７Ａ〜７Ｆに関連してさらに解明されるであろう。

図６Ａは、その第１の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニット１０７のノズル４０１の第１の例示的で非限定的な実施形態と接触するように配置された作動手段６０４の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示された作動手段６０４の第１の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。図６Ｂでは、第１の実施形態によれば、作動手段６０４は、六角形状の受容空間を有する係合配置７１７から構成されていることが示されている。当業者であれば、原料液化ユニット１０７を交換するために必要なトルクを達成できる限り、任意の数の辺を有する任意の多角形の形状を使用することができることを理解するであろう。この例示的な実施形態では、係合配置７１７は、作動手段６０４が原料液化ユニット１０７に対して相対的に回転したときに原料液化ユニットの交換を可能にするために、受容空間に収容されている原料液化ユニット１０７のノズル４０１と係合するように構成および配置されている。第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、ノズル４０１は、係合配置７１７の受容空間内にぴったりと収まることを可能にする六角形状の外周を有する。

図６Ｃは、その第１の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニット１０７のノズル４０１の第２の例示的で非限定的な実施形態と接触して配置された作動手段６０４の第２の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。図６Ｄは、図６Ｃに示された作動手段６０４の第２の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。図６Ｄでは、第２の実施形態によれば、作動手段６０４は、星形の受容空間を有する係合配置７１７からなることが示されている。当業者であれば、原料液化ユニット１０７を交換するために必要なトルクを達成できる限り、任意の数の側面を有する任意の星形を使用することができることを理解するであろう。この例示的な実施形態では、係合配置７１７は、作動手段６０４が原料液化ユニット１０７に対して相対的に回転したときに原料液化ユニットの交換を可能にするように、受容空間に収容された原料液化ユニット１０７のノズル４０１と係合するように構成または配置されている。第２の例示的な非限定的な実施形態に従って、ノズル４０１は、係合配置７１７の受容空間内にぴったりと収まることを可能にする星形の外周を有する。

図６Ｅは、その第２の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニット１０７のノズル４０１の第３の例示的で非限定的な実施形態と接触するように配置された作動手段６０４の第３の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。図６Ｆは、図６Ｅに示された作動手段６０４の第３の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。図６Ｆを参照すると、第３の実施形態によれば、作動手段６０４は、作動手段６０４が原料液化ユニット１０７に対して相対的に回転したときに原料液化ユニットを交換できるように、原料液化ユニット１０７の２つのピン４０５と係合するように構成および配置された２つの凹部６０６を備えた係合配置７１７を構成するレンチであることが示されている。当業者であれば、原料液化ユニット１０７を交換するのに必要なトルクを達成できる限り、任意の数の凹部およびピンを使用することができることを理解するであろう。図６Ｅおよび６Ｆに示された２つの凹部６０６は、作動手段６０４に設けられた止まり穴である。当業者であれば、特定の要件に応じて、凹部６０６は、貫通穴であってもよいし、止まり穴と貫通穴の組み合わせであってもよいことを理解するであろう。さらに、図６Ｅおよび６Ｆに示された凹部６０６は、円形の断面を有する外周を有する。当業者であれば、凹部は、その外周に、例えば、長方形、三角形、六角形、星形、または任意の他の多角形など、任意の他の適切な断面形状を有することができることを理解するであろう。

図６Ｇは、その第１の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニット１０７のノズル４０１の第３の例示的で非限定的な実施形態と接触して配置された作動手段６０４の第４の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。図６Ｈは、図６Ｇに示された作動手段６０４の第４の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。図６Ｈにおいて、第４の実施形態によれば、作動手段６０４は、作動手段６０４が原料液化ユニット１０７に対して相対的に回転する際に原料液化ユニット１０７を交換するためにノズル４０１にトルクを加えることを可能にするために、ノズル４０１の外周を摩擦的に囲むように構成または配置されたクランプを構成する係合配置７１７を構成することが示されている。加えられたトルクは、少なくともクランプと原料液化ユニット１０７のノズル４０１との間の摩擦によるものである。

図６Ｉは、その第１の例示的で非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニット１０７のノズル４０１の第４の例示的で非限定的な実施形態と接触して配置された作動手段６０４の第５の例示的で非限定的な実施形態の概略縦断面図である。図６Ｊは、図６Ｉに示された作動手段６０４の第５の例示的で非限定的な実施形態の概略断面図である。図６Ｊにおいて、第５の実施形態によれば、作動手段６０４は、作動手段６０４が原料液化ユニット１０７に対して相対的に回転する際に原料液化ユニットを交換するためにノズル４０１にトルクを加えることを可能にするために、ノズル４０１の外周をぴったりと囲むように構成され配置されたクランプを構成する係合配置７１７を構成していることが示されている。加えられるトルクは、少なくとも、クランプと原料液化ユニット１０７のノズル４０１との間の噛み合い又は型にぴったり嵌める接続によるものである。

図７Ａ〜７Ｆは、図５に示された第１の例示的な非限定的な実施形態に従って、原料液化ユニット収納部１０５内の使用済みの原料液化ユニット１０７を処理し、第６の例示的な非限定的な実施形態に従って、作動手段６０４を使用して原料液化ユニット収納部１０５から交換用原料液化ユニット１０７’を取得するための例示的なプロセスを模式的に示している。例示的な実施形態は、直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いて記述されていることに留意されたい。異なる座標系、例えば球面座標も使用できることは明らかであろう。

図７Ａは、プリントヘッドアセンブリ１０２が原料液化ユニット１０７で印刷を停止した後、位置決めシステム（図示せず）がプリントヘッドアセンブリ１０２を、例えば、原料液化ユニット収納部１０５の保持手段６０２の４つのスロット６０３のうちのスロットＡに移動させた状況を模式的に示している。原料液化ユニット１０７、スロットＡ、およびスロットＡの下に配置された作動手段６０４のそれぞれの軸心線は、すべて整列している。これは、スロットＡ内の原料液化ユニットを適切に処理するために重要であることを当業者は理解するであろう。

図７Ａはまた、例示的に、保持手段６０２のスロットＣは、交換用原料液化ユニット１０７'を収容することを示す。別の例示的な実施形態では、保持手段６０２のスロットＢおよびＤの少なくとも１つは、交換用原料液化ユニットを収容することもできる。さらに、図２Ａに関連して説明したように、接続配置７０１はねじ山接続であることに留意されたい。当業者であれば、バヨネット接続（ｃｆｒ.図２Ｂ）、マシンテーパ接続（ｃｆｒ.図２Ｃ）、またはコレット接続（ｃｆｒ.図２Ｄ）のような他の任意の適切な接続配置も使用することができることを理解するであろう。

図７Ｂは、スロットＡの下に位置する作動手段６０４が、原料液化ユニット１０７のノズル４０１と接触するように保持手段６０２に向かって移動され、原料液化ユニット１０７をスロットＡ内に固定するために回転されていることを示しており、このようにして、原料液化ユニット１０７は、プリントヘッドアセンブリ１０２から取り外され、原料液化ユニット収納部１０５の保持手段６０２のスロットＡ内に処理される。当業者であれば、原料液化ユニット１０７をスロットＡ内に処理できるようになる前に、接続配置７０１を分解しなければならなかったことを理解するであろう。これは、スロットＡの下に位置する作動手段６０４を、原料液化ユニット１０７のノズル４０１に接触するために保持手段６０２に向かって移動させること、および、原料液化ユニット１０７を熱交換手段１０６の受容空間２０５から取り外すために、回転させ、ねじ山接続を分解すること、によって達成された。ねじ山接続部を分解する際に、これは、作動手段６０４を保持手段６０２に向かってさらに移動させることによって行うことができる。このようにして、原料液化ユニット１０７は、スロットＡに向かって受容空間２０５から部分的に押し出され、その後、原料液化ユニット１０７は、上述したようにスロットＡに固定される。

図７Ｃに示すように、保持手段６０２を作動手段６０４から遠ざけることにより、原料液化ユニット１０７が熱交換手段１０６の受容空間２０５から完全に取り外される（図７Ｃに示すように大きな矢印で示す）。これにより、スロットＡ内の原料液化ユニット１０７の処理が完了する。

図７Ｄは、プリントヘッドアセンブリ１０２が、大きな矢印で示されるように、保持手段６０２に平行な方向に位置決めシステム（図示せず）によって移動された後、スロットＣの下に位置決めされていることを示している。交換用原料液化ユニット１０７’、スロットＣ、およびスロットＣの下に配置された作動手段６０４のそれぞれの軸方向中心線は、すべて整列している。当業者であれば、これが、熱交換手段１０６の受容空間２０５内の交換用原料液化ユニット１０７'を適切に取得するために重要であることを理解するであろう。

図７Ｅは、プリントヘッドアセンブリ１０２による交換用原料液化ユニット１０７'の取得を示す。保持手段６０２を作動手段６０４に向かって大きな矢印で示されるように移動させることにより、交換用原料液化ユニット１０７'は、熱交換手段１０６の受容空間２０５内に移動される。

図７Ｆは、スロットＣの下に位置する作動手段６０４が、交換用原料液化ユニット１０７'のノズル４０１と接触するように保持手段６０２に向かって移動され、交換用原料液化ユニット１０７'をプリントヘッドアセンブリ１０２に固定する接続配置７０１を組み立てるために回転されていることを示している。このようにして、交換用原料液化ユニット１０７'は、原料液化ユニット収納部１０５の保持手段６０２のスロットＣから取得する。当業者であれば、スロットＣから交換用原料液化ユニット１０７'を取得できるようになる前に、交換用原料液化ユニット１０７'とスロットＣとの間の接続を分解しなければならなかったことを理解するであろう。これは、交換用原料液化ユニット１０７'のノズル４０１に接触するために、スロットＣの下側に位置する作動手段６０４を保持手段６０２に向かって移動させること、および、交換用原料液化ユニット１０７'をスロットＣから取り出して熱交換手段１０６の受容空間２０５に挿入するために、回転させて、ネジ山接続部を分解すること、によって達成された。ねじ山接続部を分解する際に、後者は、作動手段６０４を保持手段６０２から遠ざけるように移動させることによって行うことができる。このようにして、交換用原料液化ユニット１０７'は、熱交換手段１０６の受容空間２０５内に挿入される。交換用原料液化ユニット１０７'を受容空間２０５に挿入した後、交換用原料液化ユニット１０７'は、上述したように接続配置７０１を組み立てることにより、プリントヘッドアセンブリ１０２に固定されることは明らかである。

当業者であれば、原料液化ユニット収納部１０５と熱交換手段１０６と原料液化ユニット１０７，１０７'との間の相対的な移動は、熱交換手段１０６を軸方向に移動させることによっても達成され得ることを理解するであろう。その他の構成も可能である。

本発明は、アディティブ・マニュファクチャリングのためのシステム１００に関するものとして要約することができる。ノズル４０１を介して原料５０１を液化して堆積するための原料液化ユニット１０７を構成する少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ１０２を含み、プリントヘッドアセンブリに取り付けられた熱交換手段１０６は、原料液化ユニットを受けるように構成または配置された受容空間２０５を備えていることを特徴とするプリントヘッドアセンブリと、第１の接続要素７０２と第２の接続要素７０３からなる接続配置７０１と、第１の接続要素と第２の接続要素を回転させて互いに解放可能な接続を確立すること、第１の接続要素と第２の接続要素を回転させて互いに解放可能な接続を解除する、構成または配置された第１の接続要素７０２と第２の接続要素７０３とから構成される。このシステムは、さらに、原料液化ユニットを自動的に交換するために接続配置を組み立ておよび分解することを可能にする作動手段６０４と、原料液化ユニットの自動交換を制御するためのコントローラとを含む、原料液化ユニット収納部１０５を構成している。

本発明の範囲は、前記で論じた例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、いくつかの修正および修正が可能であることは、当業者には明らかであろう。特に、本発明の様々な側面の特定の特徴の組み合わせが可能である。本発明のある側面は、本発明の別の側面に関連して記載された特徴を追加することにより、さらに有利に強化されてもよい。本発明は、図および説明において詳細に図示および説明されてきたが、そのような図示および説明は、例示的または例示的なものとしてのみ考えられるべきものであり、制限的なものではない。

本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態への変形は、図、明細書、および添付の特許請求の範囲の検討から、請求された発明を実施するのに熟練した者によって理解され、効果を得ることができる。特許請求の範囲において、「構成する」という語は、他のステップまたは要素を排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項のいかなる参照数字も、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。

１００ アディティブ・マニュファクチャリングのためのシステム
１０１ 位置決めシステム
１０２ プリントヘッドアセンブリ
１０３ 原料供給手段１０３
１０４ ビルドプレート
１０５ 原料液化ユニット収納部
１０６ 熱交換手段
１０７ 原料液化ユニット
１０８ 作成される３次元（３Ｄ）オブジェクト
２０５ 熱交換手段１０６の受容空間
４０１ ノズル
４０２ 熱伝導チューブ
４０３ 熱伝導セクション
４０４ 溝
４０５ ピン
４０６ カフ
５０１ ＡＭ原料
５０２ 空隙
５０３ 一次熱経路
５０４ 熱分配
５０５ａ， ５０５ｂ ヒータ
６０１ フレーム
６０２ 保持手段
６０３ ラックのスロット
６０４ 作動手段
６０５ フレーム内のスリット
６０６ 凹部
７０１ 接続配置
７０２ 第１の接続要素
７０３ 第１の接続要素
７０８ 給送チャネル
７０９ 原料液化ユニットの受容開口部
７１０ 供給チャネル
７１１ 第１の熱交換セクション
７１２ 第１の熱交換ゾーン
７１３ 第２の熱交換セクション
７１４ 第２の熱交換ゾーン
７１５ 第３の熱交換ゾーン
７１６ 第４の熱交換ゾーン
７１７ 作動手段の係合配置
７１８ 熱伝導要素

Claims (15)

1. アディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ）のためのシステム（１００）であって、以下の構成を含む、
   ・ 製造される三次元（３Ｄ）オブジェクト（１０８）を位置決めするためのビルドプレート（１０４）と、
   ・ 溶融堆積モデリングのための少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ（１０２）と、ここで、前記プリントヘッドアセンブリ（１０２）は、以下の構成を含む。
   − 前記プリントヘッドアセンブリを位置決めシステムに接続するように構成および配置された接続手段、
   − ＡＭ原料（５０１）を液化するための原料液化ユニット（１０７）、ここで、前記原料液化ユニットは、液化された前記ＡＭ原料を前記ビルドプレートおよび製造される前記３Ｄオブジェクト（１０８）の少なくとも一方の上に堆積させるためのノズル（４０１）を含む、
   − 前記プリントヘッドアセンブリ（１０２）に取り付けられ、前記熱交換手段と前記原料液化ユニットとの間の熱交換を可能にするために、前記原料液化ユニットを受容して、収容するように構成および配置された受容空間（２０５）を備える熱交換手段（１０６）、
   − 第１の接続要素（７０２）と第２の接続要素（７０３）とを接続する接続配置（７０１）、ここで、以下のいずれかの構成および配置をしている、
   ・ 前記原料液化ユニットを、前記受容空間に前記原料液化ユニットを挿入した後、前記原料液化ユニットを前記受容空間内に解放可能に収容するために、前記接続配置を組み立てる際に、互いに解放可能な接続を確立すること、及び、
   ・ 前記接続配置を分解して、前記原料液化ユニットを前記受容空間から取り外す際に、前記解放可能な接続を解除すること、
   ・ 前記ＡＭ原料を前記原料液化ユニット（１０７）に供給するように構成および配置された原料供給手段（１０３）と、
   ・ 前記プリントヘッドアセンブリ（１０２）および前記ビルドプレート（１０４）の少なくとも一方に関連付けられ、前記プリントヘッドアセンブリ（１０２）および前記ビルドプレート（１０４）を互いに相対的に、空間的に位置決めするように構成および配置されている、前記位置決めシステム（１０１）と、
   ・ 前記原料液化ユニットを自動的に交換するための前記接続配置を、組立てまたは分解することができるように、構成および配置された作動手段（６０４）を含む原料液化ユニット収納部（１０５）と、及び、
   ・ 前記位置決めシステム（１０１）、使用済みの前記原料液化ユニットを前記原料液化ユニット収納部内に自動的に処理する前記作動手段、および、前記原料液化ユニット収納部から代替の前記原料液化ユニットを自動的に取得する前記作動手段の少なくとも一つを制御するように構成および配置された制御装置と、
   を含むことを特徴とするシステム（１００）。
2. 前記接続配置（７０１）は、前記第１の接続要素（７０２）と前記第２の接続要素（７０３）との間の解放可能な接続を、力嵌めする方法および型にぴったり嵌める方法の、いずれかの方法で確立するように構成および配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記接続配置（７０１）は、以下のいずれかの構成を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシステム（１００）。
   ・ 前記接続配置を回転的に組み立てる際に、前記第１の接続要素（７０２）と前記第２の接続要素（７０３）との間の解放可能な接続を確立すること、
   ・ 前記接続配置を回転的に分解する際に、前記第１の接続要素（７０２）と前記第２の接続要素（７０３）との間の前記解放可能な接続を解除すること。
4. 前記第１の接続要素（７０２）と前記第２の接続要素（７０３）は、それぞれ、ねじ山接続、バヨネット接続、マシンテーパー接続、およびコレット接続のうちの１つの、第１の部分と第２の部分であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシステム（１００）。
5. 前記原料供給手段（１０３）は、給送チャネル（７０８）を含み、前記給送チャネルは、前記給送チャネル（７０８）から前記ＡＭ原料を受容するように構成され配置された受容開口部（７０９）を備えた前記原料液化ユニット（１０７）に向けて、前記ＡＭ原料（５０１）を収容して供給し、前記ＡＭ原料（５０１）を前記受容開口部からノズル（４０１）に供給するように構成および配置された前記原料液化ユニットの供給チャネル（７１０）に導くように構成および配置されていること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のシステム（１００）。
6. 前記熱交換手段（１０６）は、第１の熱交換ゾーン（７１２）を構成する第１の熱交換セクション（７１１）を含み、前記第１の熱交換セクション（７１１）は、前記原料液化ユニット（１０７）の前記供給チャネル（７１０）を少なくとも部分的に収容するように構成および配置された前記受容空間（２０５）を少なくとも部分的に囲むように構成および配置されており、前記第1の熱交換ゾーン（７１２）は、前記供給チャネル（７１０）に収容された前記ＡＭ原料を液化するように構成および配置されていること、を特徴とする請求項５に記載のシステム（１００）。
7. 前記第１の熱交換セクション（７１１）は、固体ＡＭ原料と液化ＡＭ原料との境界を、前記原料液化ユニット（１０７）の前記供給チャネル（７１０）内の所定の固定位置に維持するように構成され、配置された第２の熱交換ゾーン（７１３）を構成すること、を特徴とする請求項６に記載のシステム（１００）。
8. 前記熱交換手段（１０６）は、第３の熱交換ゾーン（７１５）を構成する第２の熱交換セクション（７１４）を含み、前記第２の熱交換セクション（７１４）は、前記原料供給手段（１０３）の前記給送チャネル（７０８）を少なくとも部分的に収容するように構成および配置され、前記第３の熱交換ゾーン（７１５）は、前記給送チャネル（７０８）内に収容された前記ＡＭ原料（５０１）を予熱するように構成および配置されていることを特徴とすること、を特徴とする請求項６又は請求項７に記載のシステム（１００）。
9. 前記原料液化ユニット収納部（１０５）は、以下のうちの少なくとも１つを備えた保持手段（６０２）を含むこと、を特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のシステム（１００）。
   ・ 使用済みの前記原料液化ユニットを受容し、収容するように構成および配置された少なくとも１つの空きドッキング位置（Ａ）と、
   ・ 交換用原料液化ユニットを収容するように構成および配置された少なくとも１つの占有ドッキング位置（Ｃ）。
10. 前記制御装置は、以下のように構成されること、を特徴とする請求項９に記載のシステム（１００）。
    ・ 前記プリントヘッドアセンブリ（１０２）を前記保持手段の少なくとも１つの前記空きのドッキング位置（Ａ）に移動させるための前記位置決めシステム（１０１）を制御し、
    ・ 前記保持手段（６０２）と使用済み前記原料液化ユニット（１０７）の係合を可能し、
    ・ 前記作動手段（６０４）が、前記接続配置（７０１）、前記原料液化ユニット（１０７）、および前記熱交換手段（１０６）のうちの少なくとも１つとの係合を可能にして、前記接続配置（７０１）を分解し、
    ・ 使用済みの前記原料液化ユニット（１０７）を、少なくとも１つの前記保持手段（６０２）の前記空のドッキング位置（Ａ）に処理する。
11. 前記制御装置は、以下のように構成されること、を特徴とする請求項９または請求項１０に記載のシステム（１００）。
    ・ 前記プリントヘッド（１０２）を、前記交換用原料液化ユニットを備えた少なくとも１つの前記保持手段の前記占有ドッキング位置（Ｃ）に移動させるための前記位置決めシステム（１０１）を制御し、
    ・ 前記交換用原料液化ユニットを前記熱交換手段（１０６）と係合させることを可能にし、
    ・ 前記作動手段（６０４）が、前記接続配置（７０１）、前記原料液化ユニット（１０７）、および前記熱交換手段（１０６）の少なくとも１つとの係合を可能にして、前記接続配置（７０１）を組み立て、および、前記熱交換手段（１０６）の前記受容空間（２０５）内に前記交換用原料液化ユニットを収容し、
    ・ 少なくとも１つの前記保持手段（６０２）の前記占有ドッキング位置（Ｃ）から前記プリントヘッド（１０２）を後退させるための前記位置決めシステム（１０１）を制御する。
12. 前記作動手段（６０４）は、前記接続配置（７０１）、前記原料液化ユニット（１０７）、および前記熱交換手段（１０６）のうちの少なくとも１つと係合するように構成および配置された係合配置（７１７）を含み、型にぴったり嵌める方法および力嵌めする方法のうちの１つにて、前記接続配置（７０１）の組立および分解のうちの１つが、前記原料液化ユニット（１０７）を自動的に交換することを可能にするように、構成および配置されていること、を特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のシステム（１００）。
13. 前記接続配置（７０１）は、前記受容空間（２０５）の軸心線に平行な方向に前記原料液化ユニット（１０７）の解放および取得を可能にするように構成および配置されていること、を特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載のシステム（１００）。
14. 前記原料液化ユニット（１０７）は、前記ノズル（４０１）に取り付けられた熱伝導チューブ（４０２）を含み、前記供給チャネル（７１０）が前記熱伝導チューブ（４０２）内に収容されており、前記受容開口部が、前記ノズル（４０１）に対向して配置された前記熱伝導チューブ（４０２）の端部によって形成されていることを特徴とする請求項６から請求項１３のいずれかに記載のシステム（１００）。
15. 前記熱伝導チューブ（４０２）は、少なくとも１つの同心の熱伝導セクション（４０３）を備え、少なくとも前記第１の熱交換セクション（７１１）は、少なくとも前記第１の熱交換セクション（７１１）内に前記原料液化ユニット（１０７）を密接に収容するために、少なくとも１つの同心の前記熱伝導セクション（４０３）を収容するように構成および配置された、少なくとも１つの熱伝導要素（７１７）を備える、ことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。

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