JP2021512803A - 多層フィラメントおよび製造方法 - Google Patents

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Abstract

多層フィラメントを製造するためのシステムは、連続コア、第１の層および第２の層を含む多層フィラメントを生産する。連続コアは、連続繊維、組紐、金属線および狭幅ゲージフィラメントのうちの１種を含む。多層フィラメントの第１および第２の層の材料は、複数の材料から選択され、複数の材料のそれぞれは、多層フィラメントを使用して製造される三次元物体の特定の用途に要求される、特定の１つまたは複数の機能を付与する。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、その全体がこれにより参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年２月８日出願の米国仮特許出願第６２／６２７，９５０号の利益を主張する。
[0002]本開示は一般に、三次元印刷に使用される多層フィラメントおよび多層フィラメントの製造方法に関する。
[0003]本セクションの記述は、単に本開示に関する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成する場合もしない場合もある。
[0004]三次元印刷または付加製造は、デジタルＣＡＤ設計モデルから三次元の物体を製作するための複数の方法の代表である。三次元印刷部品は、最終結果が長さ、幅および高さを有する物体であるように、複数の材料の二次元の層を積み重ねることによって形成される。これらの方法のいくつかでは、物体を形成するために使用される材料は、金属から熱可塑性樹脂および複合体に及び得る。しかし、これらの方法は、極めて細部を含む入り組んだ部品を素早く生産することができるが、現行の方法は、非常に限定された用途のみを有する物体が生産可能であるように思われる。そのような用途としては、プロトタイプの部品、新奇物体、展示用部品もしくは組立て品、または他の軽作業を目的とした部品が挙げられる。この使用の制限は、主に、印刷部品の複数の二次元層間の密着強度が高い部品を生産する付加組立てプロセスの能力に起因する。
[0005]いくつかの方法の改善策には、三次元印刷物体の層間の密着強度を増大させる試みが含まれる。こうした試みには、層が軟化またはさらには溶融して、層間の相互の固化または結晶化が促進されるように様々な方法で印刷物体を加熱することを伴う、インプロセスまたはポストプロセスステップが含まれる。しかし、インプロセスまたはポストプロセスのいずれかで三次元部品全体を加熱すると、数ある欠陥の中でも、垂れ下がりおよび残存する残留応力によって部品の歪みが生じる場合がある。他の改善策は、フィラメントの構造および材料に着目している。
[0006]現行の三次元プリンターおよび方法は所期の目的を達成しているが、改善された強度、次元性能および多機能用途を要する、ますます多くの用途向けの部品を提供するために、改善された三次元印刷方法およびフィラメント材料が必要とされる。
[0007]三次元印刷に使用されるフィラメントを作製するためのフィラメント製造システムが提供される。このフィラメント製造システムは、コアスプールおよび第１の層塗布装置を含む。コアスプールは、連続コア材料を含む。第１の層塗布装置は、第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含み、第１の層塗布装置は、コアスプールから連続コア材料を受け、連続コア材料の第１の外面上に複数の第１の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第１の多層フィラメントを形成するように配置される。
[0008]本開示の一例では、フィラメント製造システムは、第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置をさらに含む。第２の層塗布装置は、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受けるように配置される。第２の層塗布器は、第１の多層フィラメントの第２の外面上に複数の第２の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第２の多層フィラメントを形成する。
[0009]本開示の別の例では、連続コア材料は、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種である。
[0010]本開示のさらに別の例では、連続コア材料は、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維および炭化ケイ素繊維のうちの少なくとも１種である。
[0011]本開示のさらに別の例では、複数の第１の層材料は、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性および非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む。
[0012]本開示のさらに別の例では、機能性および非機能性フィラーは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース材料、ナノチューブ、二次元フィラー、カーボンブラック、着色剤、反応剤、活性官能基を有する有機化学物質およびナノ粒子のうちの少なくとも１種を含む。
[0013]本開示のさらに別の例では、第１の層塗布装置は、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む。
[0014]本開示のさらに別の例では、複数の第２の層材料は、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性および非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む。
[0015]三次元印刷に使用されるフィラメントの製造方法もまた開示される。この方法は、連続コア材料を含むコアスプールを用意することを含む。連続コア材料は、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含む。第２のステップは、第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む、第１の層塗布装置を用意する。第１の層塗布装置は、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含み、複数の第１の層材料および第２の層材料は、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性および非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む。第３のステップは、連続コア材料の第１の外面上に第１の層を配置し、第１の多層フィラメントを形成する。第４のステップは、第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置を用意する。第２の層塗布装置は、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受けるように配置される。第５のステップは、第１の多層フィラメントの第２の外面上に第２の層材料を配置し、第２の多層フィラメントを形成する。複数の第２の層材料は、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性および非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む。
[0016]本開示の一例では、第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置を用意することは、ラミネーターおよびスプレー堆積器のうちの少なくとも１つを含む第１の層塗布装置を用意することをさらに含む。
[0017]本開示の別の例では、第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む第２の層塗布装置を用意することは、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む第２の層塗布装置を用意することをさらに含む。
[0018]本開示のさらに別の例では、連続コア材料を含むコアスプールを用意することであって、連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含むことは、炭素繊維およびセルロース系天然繊維のうちの少なくとも１種を含む連続コア材料を用意することをさらに含む。
[0019]多層フィラメントを製造するためのシステムであって、連続コア、第１の層および第２の層を含む多層フィラメントを生産するシステムもまた提供される。連続コアは、連続繊維、組紐、金属線および狭幅ゲージフィラメントのうちの１種を含む。多層フィラメントの第１および第２の層の材料は、複数の材料から選択され、複数の材料のそれぞれは、多層フィラメントを使用して製造される三次元物体の特定の用途に要求される、特定の１つまたは複数の機能を付与する。
[0020]本開示は、付加製造に使用される一連の既存および開発中の熱可塑性樹脂および熱可塑性複合体に、機能性を付加する。多層フィラメントは主に、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ：ｆｕｓｅｄ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）に使用される。これにより、層に組み込まれる所望の特性（複数可）を有するフィラメントが、民生用および産業用３Ｄプリンター市場の両方で入手可能になる。
[0021]層は、ＦｌａｓｈＦｕｓｅなどのＦＦＦ技術と相互作用し、層をｚ方向に化学的に結合させ、ｚ強度を改善するように配合することができる。これに関して、外層または層のうちの１つは、上記で特定された材料のいずれか、またはチオール、ニトリル、アミド、カルボニル、アルコール、もしくはアミンのような官能基を含有する連結有機化学物質、または熱、電気、電磁気（ＵＶ、ＩＲ、Ｖｉｓ）、粘度、ｐＨもしくは圧力の形態の刺激によってフィラメントの他の層と反応もしくは相互作用して、ｚ方向もしくはさらには体積強度全体を改善する１つより多くの組合せを含む。
[0022]３つの層を有する、提案されるフィラメントの実例図を下に示すが、多層フィラメントはいずれの数の層も含有することができる。また、図の例では、各層の組成を２つの異なる場合について示すが、上述のように、各層はいずれの組成も有することができる。正確には、いずれかの所与の層は、ポリマー、複合ポリマー、繊維、連続繊維、機能性部分、繊維複合体、有機機能化学物質からなってもよい。
[0023]３Ｄ印刷市場における既存のフィラメント技術は主に、純熱可塑性樹脂である。機械的特性を改善するために、いくつかのフィラメントは、材料のバルク全体にフィラー粒子を使用して生産された。フィラーを熱可塑性樹脂に添加すると、フィラメントの印刷適性および仕上がり部品の性能に強烈な影響を及ぼすことができる。本開示の有意性は、第１に、かつ最も重要なことに、主張される機能特性の多くが、３Ｄ印刷フィラメントに初めて付加できることである。機能性がフィラメントのバルク全体に導入されることと比較してこれは有意なことであり、その理由として、後者では、部品の機械的、熱的および化学的特性ならびに有効かつ良好な印刷（例として、引張強度、引張弾性率、耐衝撃性、加熱撓み温度などが挙げられる）に影響が及ぶリスクがある。層がフィラメント全体の厚さのほんの一部分を占める多層システムによって機能性を付加することにより、ベース材料の物理的および化学的特性に対する悪影響が最小化されると同時に、材料の消費量および機能性添加剤のコストも低減される。本開示は、産業用および民生用３Ｄ印刷法で使用可能であり、部品の製造を向上させることができる。そのような部品は、航空宇宙、自動車、防衛、宇宙、電子工学、生物医学および海洋産業に関係し得る。多層フィラメントは広範囲の新規な特性を提供し、そのいくつかは、熱可塑性印刷部品が以前は機能不可能であった環境に存在することを潜在的に可能とする。さらに、部品は、プロトタイピングおよび同様のものを超えて潜在的利用を拡大し、エンドユース用途により適したものになる。
[0024]主な材料特性を阻害せずに層に機能性が付加されることに加え、層は、ベース材料の改質が容易になるように配合することができる（例えば、高含有量の繊維を添加する）。追加の層なしにベース材料を改質すると、剛性が増大しメルトフローが低減するため、フィラメントがＦＦＦではもはや印刷不可能になる場合がある。層を追加すると、高性能複合材料の印刷適性に対する悪影響を補うことができる。多層システムにより、複合層材料を使用して、ＦＦＦ３Ｄ印刷市場へ非常に高性能の材料を導入することが可能になり得る。さらに、刺激応答性層を追加して、印刷中、または部品が印刷された後に材料性能を調整することができ、これにより印刷適性を維持し、なおかつ材料性能および機能性の向上を達成することができる。
[0025]純熱可塑性フィラメントおよび熱可塑性複合フィラメントを含む先行技術は、３Ｄ印刷部品に適用可能な機能性を未だもたらしていない。３Ｄ印刷フィラメントにコーティングを組み込む先行技術は、３Ｄ印刷部品の表面を溶着することにより、３Ｄ印刷部品が、機械的特性に関して射出成形部品と同等になるマイクロ波活性コーティングを包含する。本開示は、上述の機能性およびそれらのいずれかの組合せをもたらすことにより、ＦＦＦ３Ｄ印刷部品に所望の特性を選択的に組み込むことを可能にする。本明細書で考察される多層配合物は、ＦＦＦの形態で付加製造の能力を大幅に拡張する全く新しい提案である。各最終多層フィラメントのために調整された層が、主張される機能性を３Ｄ印刷部品に初めて付加する。各機能性は、様々な物理的および化学的特性を説明するための材料知識を必要とする（すなわち、開示内容は同じであるが、層間の安定性を確実にするために、各機能特性は、説明されるべき微調整および様々な付加的化学を必要とする）。そのような新規性の一例は、水蒸気バリアマントル層（ｍａｎｔｅｌ ｌａｙｅｒ）を組み込み、多層フィラメントの吸湿性を低減させることである。これにより、加水分解劣化による脆化に起因する製品損失が制限されるだけでなく、蒸発する水分によって気泡が発生し印刷部品が破損するのを防ぐために、印刷前に乾燥を行う必要性が制限される。３Ｄ印刷フィラメントに関する文献またはＩＰ空間において、フィラメントの吸湿性の問題に取り組む実用的な選択肢は現在のところ存在しない。光および酸素などの環境的要因から保護することによってフィラメントおよび最終部品の貯蔵寿命が改善する、耐酸化および／または耐ＵＶ劣化フィラメントもまた、新規のＦＦＦフィラメントである。そのような層には、酸素またはＵＶ放射線に対するスカベンジャーおよび／またはバリアが組み込まれる。
[0026]本開示の他の例および利点を、以下の記載および添付の図面を参照してさらに詳細に説明する。
[0027]本明細書に記載される図面は例示目的のみのものであり、いかなる態様でも本開示の範囲を限定するものではない。
[0028]本開示の原理による多層フィラメントを生産するための製造方法の概略図である。 [0029]本開示の原理による多層フィラメントを示す図である。
[0030]以下の記載は、本質的に単なる例示であり、本開示、応用または使用を制限するものではない。
[0031]図１を参照すると、多層フィラメントを製造するための多層フィラメントシステムおよび製造方法の概略図が示され、ここで説明される。多層フィラメントシステム１０は、コアスプール１２、第１の層塗布装置１４、第２の層塗布装置１６、第３の層塗布装置１８、および複数の層材料２０、２２、２４を含む。より詳細には、コアスプール１２はコアスプール１２から第１の層塗布器１４に供給される連続コア２６を含む。コア２６は、連続繊維、組紐、金属線または狭幅ゲージフィラメントを含むがこれらに限定されない、多くの形態のうちの１つであってもよい材料を含む。例えば、連続繊維および組紐は、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維または炭化ケイ素繊維から形成されてもよい。
[0032]第１の層塗布装置１４は、第１の複数の層材料２０および第１の層塗布器２８を含む。第１の複数の層材料２０は、それぞれが、コア２６の表面に配置される第１の層３０に特定の機能または一連の機能を付与する、多数の材料を含む。例えば、複数の層材料２０は、放射線吸収、ＵＶ保護、酸化保護、疎水性、抗菌、機械的強度、導電性、帯電防止、誘電性、強磁性、熱伝導性、電気絶縁性、生体親和性（ｂｉｏ−ｆｒｉｅｎｄｌｙ）、耐薬品性、摩擦低減、耐食性、水分、酸素またはＣＯ２バリア、難燃性、断熱性、メカノフォアまたはメカノクロミック（ｍｅｃｈａｎｉｃｈｒｏｍｉｃ）、層間接着促進、化学的活性、ＵＶ架橋応答性、緩衝層、積重ね層、二成分ポリマー多層フィラメント、触媒挙動、耐摩耗性、自己潤滑性、光輝性、フォトクロミック、親水性、疎油性および親油性を含む機能を付与する材料を含む。
[0033]上記の機能層をもたらす複数の層材料２０は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＥＴＧ、ＰＣＴＧ、ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＥＫ、ＰＥＥＫ、ＰＥＡＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ、ＴＰＯ、ＴＰＶ、ＴＰＵ、ＴＰＣ、ＴＰＡ、ＴＰＺ）、ポリアリールエーテルスルホン（ＰＳＵ、ＰＥＳ、ＰＡＳ、ＰＥＳＵ、ＰＰＳＵ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ、Ｔｏｒｌｏｎ）、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性および非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分、ならびにこれらの材料のいずれかの組合せを含む。
[0034]上述のように、複合体は、機能性および非機能性フィラーを含んでもよい。含まれるフィラーは、炭素繊維（チョップド、短、長）、ガラス繊維（短、長）、アラミド繊維（短、長）、セルロース材料（フィブリル、結晶、ナノ粒子、微結晶セルロース）、ナノチューブ（炭素、窒化ホウ素、チタニア、シリケート、ハロイサイト）、二次元フィラー（グラフェン、窒化ホウ素シート、クレイまたはマイカなどの天然シリケート）、カーボンブラック、着色剤、反応剤（紫外線活性化、架橋剤、Ｏ２スカベンジャー）、活性官能基を有する有機化学物質（チオール、カルボニル、アミン、ニトリル、アルコール、無水物）およびナノ粒子（ダイアモンド、金属、炭素系、二次元材料）からなる群から選択されてもよい。
[0035]第１の層塗布装置１４は、多数のプロセスのうちの１つで第１の層材料を堆積する。層堆積のプロセスは、共押出、ラミネーション、液体からの堆積、スプレー堆積、およびインクジェット印刷を含み得る。堆積プロセスには、プライマーステップも含まれ得る。例えば、共押出は、単一の３Ｄ印刷フィラメントにおいて、１回の押出プロセスで複数の層を押出すことを可能とする。内層は、充填材料であっても非充填材料であってもよい。追加の層は、同じもしくは同様のベースポリマーから、または少なくとも適合性のあるポリマー樹脂から部分的に作製された、ある種の機能性配合物からなってもよい。これら２つ（またはそれよりも多く）の層は、共押出プロセスを使用して一緒に押出される。
[0036]層はまた、ラミネーションプロセスによって塗布することができる。ラミネーションプロセスは、材料の薄膜に所望の特性を付加し、次にラインプロセスで３Ｄフィラメントにラミネートするか、または生産後、巻き直しが行われている間にフィラメントにラミネートすることを伴う。
[0037]液体からの堆積では、薄層を堆積するために、１回以上の浴サイクルによってコア２６または多層フィラメントを引く必要がある。浴は、酸、塩基、水溶性ポリマー、および溶媒などの機能性成分の混合物を含有してもよい。
[0038]スプレー堆積は、単一のプロセスまたは別々のステップで、押出直後に、材料の希釈懸濁液を用いて層（複数可）をフィラメントに塗布することができる。
[0039]他の方法は、フィラメントの生産後に分散液を用いて層をインクジェット印刷することを含む。
[0040]プライマーステップは、追加の層を受け入れるよう表面を準備させるために、層が最初の表面プライミングステップを必要とし得る場合、必要なことがある。実行可能なプライミングステップは、活性種（荷電、電磁波活性、光活性、熱活性など）を堆積させること、またはプラズマ処理を経ることによって電荷を誘導することを含み得る。複数の共押出通路もまた、層間の相溶化剤として作用するプライマー層を追加することにより、適合性の問題を解決することができる。
[0041]第２の層塗布装置１６は、第２の複数の層材料２２および第２の層塗布器３２を含む。第２の複数の層材料２２は、第１の複数の層材料２０に含まれるとして上述されたものと同じ材料を含んでもよい。第２の層塗布器３２は、第２の層３４を第１の層３０の表面に堆積させる。ここでもまた、第２の複数の層材料２２のそれぞれは、第２の層３４に使用される材料または材料の組合せに関するものであるため、特定の機能を発揮する。
[0042]いくつかの実施形態では、第３の層塗布装置１８を使用して、第２の層３４の表面に第３の層３６を堆積させてもよい。第３の層塗布装置１８は、第３の複数の層材料２４および第３の層塗布器３８を含む。第３の複数の層材料２４は、第１および第２の複数の層材料２０、２２に含まれるとして上述されたものと同じ材料を含んでもよい。ここでもまた、第３の複数の層材料２４のそれぞれは、第３の層３８に使用される材料または材料の組合せに関するものであるため、特定の機能を発揮する。
[0043]多層フィラメントシステム１０は、貯蔵および後の使用のための多層フィラメント４０を製造するために使用されてもよく、または迅速に生産される三次元物体４４を製造するために三次元プリンター４２に直接供給されてもよい。いずれの用途でも、多層フィラメントシステム１０は、調整された機能層２６、３０、３４を有するプロジェクト固有の多層フィラメント４０を生産する。
[0044]図１の参照に続き、ここで図２を参照すると、多層フィラメント４０が示され、ここで説明される。多層フィラメント４０は、連続コア２６、第１の層３０、および第２の層３４を含む。上述のように、連続コア２６は、連続繊維、組紐、金属線または狭幅ゲージフィラメントのうちの１種であってもよい。例えば、連続繊維および組紐は、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維または炭化ケイ素繊維から形成されてもよい。
[0045]第１および第２の層３０、３４はそれぞれ、１種の材料または材料の組合せから作製されてもよい。材料の選択は主に、多層フィラメントの特定の層３０、３４の所望の機能に基づく。上述のように、所望の機能は、放射線吸収、ＵＶ保護、酸化保護、疎水性、抗菌、機械的強度、導電性、帯電防止、誘電性、強磁性、熱伝導性、電気絶縁性、生体親和性、耐薬品性、摩擦低減、耐食性、水分、酸素またはＣＯ２バリア、難燃性、断熱性、メカノフォアまたはメカノクロミック、層間接着促進、化学的活性、ＵＶ架橋応答性、緩衝層、積重ね層、二成分ポリマー多層フィラメント、触媒挙動、耐摩耗性、自己潤滑性、光輝性、フォトクロミック、親水性、疎油性および親油性を含み得る。所望の機能は、多層フィラメント４０の特定の層の所望の機能であってもよく、多層フィラメント４０を使用して製造される三次元物体４４の所望の機能のうちの１つであってもよい。
[0046]第１および第２の層３０、３４は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＥＴＧ、ＰＣＴＧ、ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＥＫ、ＰＥＥＫ、ＰＥＡＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ、ＴＰＯ、ＴＰＶ、ＴＰＵ、ＴＰＣ、ＴＰＡ、ＴＰＺ）、ポリアリールエーテルスルホン（ＰＳＵ、ＰＥＳ、ＰＡＳ、ＰＥＳＵ、ＰＰＳＵ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ、Ｔｏｒｌｏｎ）、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性および非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分、ならびにこれらの材料のいずれかの組合せから作製されてもよい。
[0047]第１および第２の層３０、３４はまた、連続繊維、組紐、金属線または狭幅ゲージフィラメントのうちの１種を含んでもよい。
[0048]上述のように、複合体は機能性および非機能性フィラーを含んでもよい。含まれるフィラーは、炭素繊維（チョップド、短、長）、ガラス繊維（短、長）、アラミド繊維（短、長）、セルロース材料（フィブリル、結晶、ナノ粒子、微結晶セルロース）、ナノチューブ（炭素、窒化ホウ素、チタニア、シリケート、ハロイサイト）、二次元フィラー（グラフェン、窒化ホウ素シート、クレイまたはマイカなどの天然シリケート）、カーボンブラック、着色剤、反応剤（紫外線活性化、架橋剤、Ｏ２スカベンジャー）、活性官能基を有する有機化学物質（チオール、カルボニル、アミン、ニトリル、アルコール、無水物）およびナノ粒子（ダイアモンド、金属、炭素系、二次元材料）からなる群から選択されてもよい。
[0049]本開示の記載は本質的に単に例示であり、本開示の要旨から逸脱しない変形形態は、本開示の範囲内にあることが意図される。そのような変形形態は、本開示の精神および範囲から逸脱するものとみなされるべきではない。
[0049]本開示の記載は本質的に単に例示であり、本開示の要旨から逸脱しない変形形態は、本開示の範囲内にあることが意図される。そのような変形形態は、本開示の精神および範囲から逸脱するものとみなされるべきではない。
［発明の態様］
［パラグラフ１］
三次元印刷に使用されるフィラメントを作製するための製造システムであって、
連続コア材料を含むコアスプールと、
第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置であり、第１の層塗布装置が、コアスプールから連続コア材料を受け、連続コア材料の第１の外面上に複数の第１の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第１の多層フィラメントを形成するように配置される、第１の層塗布装置と
を含む、製造システム。
［パラグラフ２］
第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置をさらに含み、第２の層塗布装置が、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受け、第１の多層フィラメントの第２の外面上に複数の第２の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第２の多層フィラメントを形成するように配置される、パラグラフ１に記載の製造システム。
［パラグラフ３］
連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種である、パラグラフ１に記載の製造システム。
［パラグラフ４］
連続コア材料が、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維および炭化ケイ素繊維のうちの少なくとも１種である、パラグラフ３に記載の製造システム。
［パラグラフ５］
複数の第１の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、パラグラフ１に記載の製造システム。
［パラグラフ６］
機能性および非機能性フィラーが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース材料、ナノチューブ、二次元フィラー、カーボンブラック、着色剤、反応剤、活性官能基を有する有機化学物質およびナノ粒子のうちの少なくとも１種を含む、パラグラフ５に記載の製造システム。
［パラグラフ７］
第１の層塗布装置が、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む、パラグラフ１に記載の製造システム。
［パラグラフ８］
複数の第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、パラグラフ２に記載の製造システム。
［パラグラフ９］
第１の層塗布装置が共押出機を含み、第２の層塗布装置が液体堆積器を含む、パラグラフ８に記載の製造システム。
［パラグラフ１０］
三次元印刷に使用されるフィラメントを作製するための製造システムであって、
連続コア材料を含むコアスプールであり、連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含む、コアスプールと、
第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置であり、第１の層塗布装置が、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含み、第１の層塗布装置が、コアスプールから連続コア材料を受けるように配置され、連続コア材料の第１の外面上に複数の第１の層材料のうちの少なくとも１種が配置され、第１の多層フィラメントが形成される、第１の層塗布装置と
を含む、フィラメント製造システム。
［パラグラフ１１］
第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置をさらに含み、第２の層塗布装置が、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受け、第１の多層フィラメントの第２の外面上に複数の第２の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第２の多層フィラメントを形成するように配置される、パラグラフ１０に記載の製造システム。
［パラグラフ１２］
連続コア材料が、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維および炭化ケイ素繊維のうちの少なくとも１種である、パラグラフ１１に記載の製造システム。
［パラグラフ１３］
複数の第１の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、パラグラフ１２に記載の製造システム。
［パラグラフ１４］
機能性および非機能性フィラーが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース材料、ナノチューブ、二次元フィラー、カーボンブラック、着色剤、反応剤、活性官能基を有する有機化学物質およびナノ粒子のうちの少なくとも１種を含む、パラグラフ１３に記載の製造システム。
［パラグラフ１５］
複数の第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、パラグラフ１４に記載の製造システム。
［パラグラフ１６］
第１の層塗布装置が、ラミネーターおよびスプレー堆積器のうちの少なくとも１つを含み、第２の層塗布装置が、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む、パラグラフ１５に記載の製造システム。
［パラグラフ１７］
三次元印刷に使用されるフィラメントの製造方法であって、
連続コア材料を含むコアスプールを用意するステップであり、連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含む、ステップと、
第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む、第１の層塗布装置を用意するステップであり、第１の層塗布装置が、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含み、複数の第１の層材料および第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、ステップと、
連続コア材料の第１の外面上に第１の層を配置し、第１の多層フィラメントを形成するステップと、
第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置を用意するステップであり、第２の層塗布装置が、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受けるように配置される、ステップと、
第１の多層フィラメントの第２の外面上に第２の層材料を配置し、第２の多層フィラメントを形成するステップであり、複数の第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、ステップと
を含む、製造方法。
［パラグラフ１８］
第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置を用意するステップが、ラミネーターおよびスプレー堆積器のうちの少なくとも１つを含む第１の層塗布装置を用意することをさらに含む、パラグラフ１７に記載の製造方法。
［パラグラフ１９］
第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む第２の層塗布装置を用意するステップが、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む第２の層塗布装置を用意することをさらに含む、パラグラフ１８に記載の製造方法。
［パラグラフ２０］
連続コア材料を含むコアスプールを用意するステップであり、連続コア材料が繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含むステップが、炭素繊維およびセルロース系天然繊維のうちの少なくとも１種を含む連続コア材料を用意することをさらに含む、パラグラフ１８に記載の製造方法。

Claims (20)

  1. 三次元印刷に使用されるフィラメントを作製するための製造システムであって、
    連続コア材料を含むコアスプールと、
    第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置であり、第１の層塗布装置が、コアスプールから連続コア材料を受け、連続コア材料の第１の外面上に複数の第１の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第１の多層フィラメントを形成するように配置される、第１の層塗布装置と
    を含む、製造システム。
  2. 第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置をさらに含み、第２の層塗布装置が、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受け、第１の多層フィラメントの第２の外面上に複数の第２の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第２の多層フィラメントを形成するように配置される、請求項１に記載の製造システム。
  3. 連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種である、請求項１に記載の製造システム。
  4. 連続コア材料が、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維および炭化ケイ素繊維のうちの少なくとも１種である、請求項３に記載の製造システム。
  5. 複数の第１の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、請求項１に記載の製造システム。
  6. 機能性および非機能性フィラーが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース材料、ナノチューブ、二次元フィラー、カーボンブラック、着色剤、反応剤、活性官能基を有する有機化学物質およびナノ粒子のうちの少なくとも１種を含む、請求項５に記載の製造システム。
  7. 第１の層塗布装置が、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の製造システム。
  8. 複数の第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、請求項２に記載の製造システム。
  9. 第１の層塗布装置が共押出機を含み、第２の層塗布装置が液体堆積器を含む、請求項８に記載の製造システム。
  10. 三次元印刷に使用されるフィラメントを作製するための製造システムであって、
    連続コア材料を含むコアスプールであり、連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含む、コアスプールと、
    第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置であり、第１の層塗布装置が、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含み、第１の層塗布装置が、コアスプールから連続コア材料を受けるように配置され、連続コア材料の第１の外面上に複数の第１の層材料のうちの少なくとも１種が配置され、第１の多層フィラメントが形成される、第１の層塗布装置と
    を含む、フィラメント製造システム。
  11. 第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置をさらに含み、第２の層塗布装置が、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受け、第１の多層フィラメントの第２の外面上に複数の第２の層材料のうちの少なくとも１種を配置し、第２の多層フィラメントを形成するように配置される、請求項１０に記載の製造システム。
  12. 連続コア材料が、炭素繊維、ガラス繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、アラミド繊維、セルロース系天然繊維、鉱物繊維、合成ポリマー繊維および炭化ケイ素繊維のうちの少なくとも１種である、請求項１１に記載の製造システム。
  13. 複数の第１の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、請求項１２に記載の製造システム。
  14. 機能性および非機能性フィラーが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース材料、ナノチューブ、二次元フィラー、カーボンブラック、着色剤、反応剤、活性官能基を有する有機化学物質およびナノ粒子のうちの少なくとも１種を含む、請求項１３に記載の製造システム。
  15. 複数の第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、請求項１４に記載の製造システム。
  16. 第１の層塗布装置が、ラミネーターおよびスプレー堆積器のうちの少なくとも１つを含み、第２の層塗布装置が、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の製造システム。
  17. 三次元印刷に使用されるフィラメントの製造方法であって、
    連続コア材料を含むコアスプールを用意すること、ここで連続コア材料が、繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含む、
    第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む、第１の層塗布装置を用意すること、ここで第１の層塗布装置が、共押出機、ラミネーター、液体堆積器、スプレー堆積器、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含み、複数の第１の層材料および第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、
    連続コア材料の第１の外面上に第１の層を配置し、第１の多層フィラメントを形成すること、
    第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む、第２の層塗布装置を用意すること、ここで第２の層塗布装置が、第１の層塗布装置から第１の多層フィラメントを受けるように配置される、
    第１の多層フィラメントの第２の外面上に第２の層材料を配置し、第２の多層フィラメントを形成すること、ここで複数の第２の層材料が、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、熱可塑性エラストマー、ポリアリールエーテルスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、コポリマー、単一のポリマーまたはポリマーの組合せから作製された複合体、機能性フィラー、非機能性フィラーならびにモノマーおよび変性ポリマーを含む機能性部分のうちの少なくとも１種を含む、
    を含む、製造方法。
  18. 第１の層塗布器および複数の第１の層材料を含む第１の層塗布装置を用意することが、ラミネーターおよびスプレー堆積器のうちの少なくとも１つを含む第１の層塗布装置を用意することをさらに含む、請求項１７に記載の製造方法。
  19. 第２の層塗布器および複数の第２の層材料を含む第２の層塗布装置を用意することが、インクジェットプリンターおよびプライマーのうちの少なくとも１つを含む第２の層塗布装置を用意することをさらに含む、請求項１８に記載の製造方法。
  20. 連続コア材料を含むコアスプールを用意することであり、ここで連続コア材料が繊維、組紐および狭幅ゲージフィラメントのうちの少なくとも１種を含むことが、炭素繊維およびセルロース系天然繊維のうちの少なくとも１種を含む連続コア材料を用意することをさらに含む、請求項１８に記載の製造方法。
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