JP2021514311A - 繊維強化３ｄプリント - Google Patents

Abstract

３Ｄプリンタは、熱可塑性マトリクス材料内に非弾性軸繊維ストランドを含む、予備含浸繊維複合フィラメント（８００）を供給するプリントヘッド（５００）を備える。フィラメント供給部と加熱ノズル（２）の間の第１の加熱領域（１）は、マトリクスの融解温度より高く加熱可能である。ノズルの後の統合要素（９）は、部品にフィラメントを取り付けるためにフィラメントに統合力を与える。ノズルは、少なくともマトリクスの融解温度に加熱可能である。フィラメントは、第１の加熱領域を通ってノズルに運ばれる。第１の加熱領域の前の冷たい領域（６）は、マトリクスの融解温度未満にフィラメントの温度を維持する。第１の加熱領域とノズルの間のヒートブレイク（７）は、第１の加熱領域とノズルの間の温度差を作り出す。プリントヘッド／統合要素は、３自由度で動作可能である。

Description

本発明は、部品の積層造形法及びさらに特に繊維強化部品の積層造形法のための方法及び３次元プリンタに関する。

次の背景記載技術は、洞察、発見、理解、または開示、または本発明より前の関連技術に知られてないが、本開示によって提供される開示との関連を含むかもしれない。本明細書で開示されるいくつかのそのような貢献は、具体的に以下に指摘される一方で、本開示によって含まれる他のそのような貢献は、発明がその文脈から明白であることを開示する。

自動繊維配置（ＡＦＰ）は、連続繊維が構造物を形成するために層ごとに所定の経路に一列に並べられる、複合構造物の積層造形法のためのプロセスを指す。熱可塑性複合材による自動繊維配置が当該技術分野で知られている。ＡＦＰ技術は、連続強化繊維（カーボン、ガラスなど）を備える熱硬化性及び熱可塑性ポリマの両方で用いられる。ＡＦＰにおいて、熱可塑性ポリマ原料は、含浸され、製造済みであり、及び固められたファイバトウ（ｆｉｂｅｒ ｔｏｗ）の形をしている。ファイバトウは、ファイバトウがマトリクスポリマ（すなわち熱可塑性ポリマ）の融解温度より高く加熱されるプリントヘッドを通って供給される。プリントヘッドは、所定の３次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）経路の繊維のプリントを完成させるように構成されたロボットと接続され、その結果、最終部品の所望の構造が形成される。

溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）は、熱可塑性材料の連続フィラメントが用いられる３次元（３Ｄ）プリント技術である。溶融フィラメント製造技術を用いることによって製造される３Ｄプリントオブジェクトの機械特性は、これらのオブジェクトが、典型的にポリマのみから構成される事実によって制限される。この制限は、フィラメントをプリントするためにポリマに大きめのみじん切りにした（短い）繊維強化材を加えることによって緩和されるが、これは、３Ｄプリントオブジェクトの機械特性を際立って改善しない。

高強度を提供するためにプラスチック複合材に連続繊維強化材を用いる。しかしながら、これまでの溶融フィラメント製造で連続繊維強化材を用いる際の商業経験は、非常に限られている。

米国特許第５９３６８６１号は、強化繊維がプリント装置に結びつられた外部含浸バスでのプリントプロセスの間含浸されている、予備含浸連続繊維強化原料を用いる単一ノズルの押し出しによる連続繊維強化材の溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）のための技術を開示する。繊維強化材は、プリント装置前に配置された外部含浸装置で３Ｄプリントの間含浸される。代わりに、共粉砕ファイバトウが用いられ、ここでマトリクス及び強化繊維は、両方ともマトリクス繊維が溶融し、繊維を含浸する３Ｄプリントノズルを通って供給される同じファイバトウで繊維の形である。

Ｒｙｏｓｕｋｅ Ｍａｔｓｕｚａｋｉらによる公表文献「インノズル含浸による連続繊維複合材の３次元プリント」（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ ６，Ａｒｔｉｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ：２３０５８（２０１６），ｄｏｉ：１０．１０３８／ｓｒｅｐ２３０５８，２０１６年３月１１日オンライン公開（ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｎａｔｕｒｅ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｓｒｅｐ２３０５８））は、含浸ノズルを用いる装置を開示し、ここで、繊維は、特別に設計された含浸ノズルでプリントプロセスの間、熱可塑性ポリマによって含浸される。

米国特許出願１４／４９１４３９及び米国特許第９３２７４５３号は、ポリママトリクス及び連続繊維強化材をプリントするためにデュアル押し出し機を用いることを開示する。それらは、ＦＦＦを用いることを開示し、ここで、連続繊維の３Ｄプリントは、熱可塑性ポリマによって含浸され、繊維プリントノズルで加熱された予備含浸された、製造済みの、固められた繊維フィラメントを用いて実行される。３Ｄプリンタは、またマトリクス材料をプリントするためにもっぱら用いられる別のプリントノズルを含む。繊維プリントノズルは、インノズル溶融繊維強化フィラメントに平坦化／アイロン力を与える。平坦化／アイロン力は、自動繊維配置技術の統合力に等しい。

連続繊維をプリントするためのＦＦＦ法とＡＦＰ法の両方は、最終構造を形成するために連続繊維強化材を与えることによって、層ごとに３Ｄ構造層を作り出すために用いられる。ＦＦＦ及びＡＦＰにおいて、熱可塑性または熱硬化性ポリママトリクスに組み込まれる連続繊維は、連続繊維強化３Ｄ構造を形成するためにプリントヘッドを通って押し出される。ＡＦＰ及び連続繊維のＦＦＦは、プリントオブジェクトの大きさ及び形で異なる。ＡＦＰにおいて通常非常に大きいオブジェクトが作り出され、ＡＦＰは、これに限定されるものではないが、通常空洞構造を作るために用いられる。連続繊維のＦＦＦは、他方で任意の形状の小さいオブジェクトを作り出すために用いられる。

連続繊維のＦＦＦ及び熱可塑性ポリマのＡＦＰ技術の両方において、原料は、含浸された、製造済みで固められた繊維強化トウの形をなす。連続繊維のＦＦＦ及び熱可塑性ポリマのＡＦＰ技術の両方において、原料トウは、トウがマトリクスポリマの融解温度より高く加熱されるプリントヘッドを通って供給された後、繊維が層ごとにプリント表面上に並べられる。連続繊維のＦＦＦと熱可塑性ポリマのＡＦＰ技術の両方において、溶融繊維は、繊維を製造された部品に取り付ける圧縮力（すなわち、統合力及び／または平坦化／アイロン力）を受ける。ＡＦＰにおいて、圧縮／統合力は、統合ローラによって与えられ、及び連続繊維のＦＦＦにおいて、圧縮／統合力は、加熱繊維プリントノズル（アイロンリップ）の外側形状によって与えられる。ＡＦＰ技術において、この力は、圧縮／統合力と言われ、連続繊維のＦＦＦにおいて、この力は、平坦化／アイロン力と言われる。ＦＦＦ及びＡＦＰは、熱可塑性または熱硬化性ポリマに組み込まれる連続繊維を押し出し、積層造形法、すなわち３Ｄプリントによってそのような材料からオブジェクトを作り出すために用いられることができる。既存の３Ｄプリント技術と連続繊維をプリントするための自動繊維配置技術の間の差は、プリントされるオブジェクトの大きさと形にある。

ＦＦＦとＡＦＰにおいて、プリントされた部品への繊維の圧縮（ぎっしり詰める）は、ポリマ表面の溶融結合によって生じる。溶融結合は、親密な接触、分子拡散（レプテーションまたは自着）及び統合：の３つのステージを伴う。親密な接触ステージは、それぞれの表面のポリママトリクスがお互いに直接接触するように、熱及び圧力下で２つの表面を合わせるステップを伴う。親密な接触が得られるとすぐに、ポリマ鎖は、熱振動によって２つの層（表面）の間を拡散し、結合を形成するためにからまる。最後に、結合領域は、圧力下で冷却され、粘着結合が得られる。

他の技術は、繊維が特別に設計された含浸ノズルでプリントプロセスまたはお互いの上に繊維層を積み重ねる間、熱硬化性光硬化性ポリマによって含浸される含浸ノズルを使用する装置を含む。

上記された方法の代わりに、連続繊維強化材の３Ｄプリントのためのさらに進歩した技術を提供する要求がある。

米国特許第５９３６８６１号明細書 米国特許出願１４／４９１４３９号明細書 米国特許第９３２７４５３号明細書

次は、本発明のいくつかの典型的な態様の基本理解を提供するために本明細書で開示される特徴の簡略化した概要を表す。この概要は、本発明の広範な概要ではない。本発明のキー／重要な要素を識別し、本発明の範囲の輪郭を描く意図はない。その１つの目的は、さらに詳細な記載への導入部として簡略化した形で、本明細書に記載されるいくつかの概念を表すことである。

１つの態様によると、独立請求項の主題が提供される。実施形態は従属請求項で定義される。

実施の１またはそれ以上の実施例は、以下に添付された図面と記載でさらに詳細に記載される。他の特徴は、記載及び図面から、及び請求項から明白であろう。

次に、本発明は、添付された図面を参照して好ましい実施形態によってさらに詳細に記載されるであろう。

１つの典型的な実施形態による３Ｄプリンタを描く概略図である。 従来技術の３Ｄプリントユニットを描く概略図である。 １つの典型的な実施形態による３Ｄプリントユニットを描く概略図である。 １つの典型的な実施形態による３Ｄプリントプロセスを描くフローチャートである。 １つの典型的な実施形態による繊維プリントユニットを描く概略図である。 １つの典型的な実施形態による３Ｄプリント部品を描く概略図である。 １つの典型的な実施形態による３Ｄプリント部品を描く概略図である。 １つの典型的な実施形態による３Ｄプリント構造を描く概略図である。 １つの典型的な実施形態による３Ｄプリント構造を描く概略図である。 プリントヘッドの典型的な構造を描く概略図である。 プリントヘッドの典型的な構造を描く概略図である。 プリントヘッドの典型的な構造を描く概略図である。 プリントヘッドの典型的な構造を描く概略図である。

次の実施形態は典型例である。明細書は、いくつかの場所で「１つの」（ａｎ）、「１つの」（ｏｎｅ）、または「いくつかの」（ｓｏｍｅ）実施形態を指すが、これは必ずしもそれぞれそのような参照が同じ実施形態への参照であること、またはその特徴が単一の実施形態のみに適用されることを意味するものではない。異なる実施形態の単一の特徴は、他の実施形態を提供するために結合されることもできる。さらに用語「備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、「含む」（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）及び「含む」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）は、言及されたそれらの特徴のみからなることに記載された実施形態を限定しないことが理解されるべきであり、そのような実施形態は、具体的に言及されない特徴／構造も含んでもよい。

実施形態は、ポリマ及びポリママトリクスに組み込まれる連続／準連続繊維強化材から構成されている３Ｄプリントオブジェクトの構造、及びそのような構造の積層造形法のための方法を開示する。

図１は、支持材料を３Ｄプリントするための第１のプリントユニット４００、ポリマフィラメントを３Ｄプリントするための第２のプリントユニット６００、及び複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするための第３のプリントユニット５００：の３つの分離した３Ｄプリントユニット（すなわちプリントヘッド）を含む典型的な３Ｄプリンタ３００を描く。第１のプリントユニット４００、第２のプリントユニット６００、及び第３のプリントユニット５００は、Ｘ／Ｙ／Ｚ次元で、及びＸ／Ｙ／Ｚ軸の周りの可能な３Ｄ回転のそれぞれで、自由に動くことができる（すなわち、それぞれのプリントヘッド４００，５００，６００は、制御可能で、プログラム可能で、３次元空間軸で操作でき、さらに任意に３回転軸の周りに回転可能である）。しかしながら、プリントユニットの数は、３つに制限されない。代わりに、他の実施形態は、例えばポリマ、複合繊維フィラメント、及び／または支持材料を３Ｄプリントするための２またはそれ以上のプリントユニットを含むことができる。３Ｄプリンタ３００は、さらに製造される部品７００を支持するための動作可能なまたは固定されたビルドプラテン１００、及び第１、第２及び第３のプリントユニット４００，５００，６００に動作可能に接続されたコントローラ２００を備える。

複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするための典型的なプリントユニット５００の構造及び動作は、例えば図３、４、５及び８Ａ−８Ｃに関連してさらに詳細に以下に記載される。

図２は、熱可塑性樹脂で予備含浸された連続繊維強化複合フィラメントの３Ｄプリントのための押し出し機を備える、３Ｄプリントのための従来技術の解決法を描く。繊維フィラメント８００は、ファイバトウ３の形であり、フィラメントドライブ部４は、繊維複合フィラメント８００を、冷たい供給領域６を通って加熱ノズル１１に運ぶように構成される。図２の解決法において、加熱ノズル１１は、３Ｄプリントの間、「アイロン力」（すなわち統合力）を３Ｄプリントされるフィラメント８００のポリママトリクスに与えるために「アイロンリップ」と呼ばれる形状特徴を有する。ノズル１１の先端に配置される小さい平坦領域によって与えられるこの「アイロン力」は、分離した圧縮ローラを用いるＡＦＰ技術で与えられる統合力と同じである。カッタ５は、部品の分離した構成要素を形成するために繊維強化フィラメント８００を切断する。図２の状況において、ファイバトウ３と押し出し機のノズル１１の間の温度は、Ｔｍ（Ｔｍ＝ポリママトリクスの融解温度）未満に保持され、繊維強化複合フィラメント８００は、６．４×１０^−３ｍｍ^２より大きく、１．３ｍｍ^２未満の断面領域を有する。

典型的な実施形態は、１つの実施形態において、繊維フィラメント供給が異なる方法で実施される点で、繊維強化オブジェクトの３Ｄプリントのための従来技術の解決法と異なる。典型的な実施形態は、さらに１つの実施形態において、統合力が異なる方法で与えられる点で、繊維強化オブジェクトの３Ｄプリントのための従来技術の解決法と異なる。

図３は、典型的な実施形態による３Ｄプリント配置を描く。図３において、複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするためのプリントユニット５００は、熱可塑性マトリクス材料で予備含浸された連続強化複合フィラメントの３Ｄプリントのための押し出し機を備える。繊維フィラメント８００は、ファイバトウ３の形であり、フィラメントドライブ部４は、繊維複合フィラメント８００を冷たい供給領域６、第１の加熱領域１（加熱領域１）、及び第１のヒートブレイク領域７（ヒートブレイク７）を通って、加熱ノズル２（すなわち第２の加熱領域２、加熱領域２）に運ぶように構成される。加熱ノズル２は、加熱ノズル２の後に配置される（統合リング９である）統合要素９によって囲われる。統合リング９は、フィラメント８００を部品７００にそっと適用する（押しつける）ように構成される。統合リング９は、加熱されてもされなくてもよい。

プリントフィラメント８００と基礎材料の最終取り付けは、加熱されない、加熱ノズル２より低く（プリント部品７００の近くに）突出する統合リング９で生じる。圧縮の後、フィラメント８００の固化は、外部冷却装置（図３で図示せず）による部品の冷却を含む冷却段階の間、生じる。

カッタ５は、例えば部品７００の分離した構成要素を形成するために、繊維強化フィラメント８００を切断するように構成される。

図３で示されるように、第１の加熱領域１は、加熱ノズル２の前に配置され、ここで、予備含浸繊維複合フィラメント８００は、第１の加熱領域１で予備加熱され、押し出し機の温度は、ファイバトウ３と加熱ノズル２の間のＴｍ（Ｔｍ＝熱可塑性マトリクス材料の融解温度）未満に維持される（代わりに加熱ノズル２前の第１の加熱領域１の温度は、Ｔｍより高い）。

第１の加熱領域１（加熱領域１）は、温度Ｔ≧Ｔｍ（Ｔｍはポリママトリクスの融解温度）である予備加熱領域である。第１の加熱領域１は、加熱ノズル２（加熱領域２）の前に配置され、第１のヒートブレイク領域７は、第１の加熱領域１と加熱ノズル２の間にある。加熱ノズル２と第１の加熱領域１は、分離したヒータを有してもよい（図３に図示せず）。例えば、加熱ノズル２の温度は、第１の加熱領域１の温度より高いまたはその逆でもよい。加熱ノズル２に到達する前に材料（すなわちポリママトリクス）を予備加熱する第１の加熱領域１は、材料が加熱ノズル２（加熱領域２）に入る前に予備加熱されるので、３Ｄプリントプロセスを高速にできる。そのためプリントプロセスの速度を上げることができる。

加熱領域１（予備加熱領域）は、さらに繊維フィラメント層の圧縮を改善する一方で、またプロセス速度を上げる。圧縮の改善は、繊維フィラメントが長期間及び／または長い次元の領域上で加熱される事実の結果である。圧縮は、加熱ノズル２の前の加熱領域１（予備加熱）で繊維８００を囲うマトリクスポリマの良い予備加熱を確実にすることによって改善される。

統合リング９は、加熱ノズル２を囲うように配置される。統合リング９は、繊維フィラメント８００を３Ｄプリントされる部品７００に圧縮する。統合リング（または圧縮リング）９は、加熱ノズル２に取り付けられる分離した存在物である。部品７００と加熱ノズル２の間の隙間は、統合リング９及び部品７００の間の隙間より大きい。統合リング９は、絶縁材料（例えばセラミックなど）を有して形成され、統合リング９は、非加熱である。代わりに、統合リング９は、金属を有して形成され、統合リング９は、（分離した）ヒータによって加熱されてもよい（図３で図示せず）。

統合リング９は、予備加熱（または非加熱または冷却）繊維フィラメント８００を部品７００に超音波溶接するために溶接ヘッドとして機能するように構成される。

さらにヒートブレイク８は、加熱領域２（すなわち加熱ノズル２）と統合リング９の間に配置されてもよい（図５参照）。

図５は、さらに詳細な実施形態によるノズルシステム／ノズル配置／ノズルユニット５００（すなわちプリントユニット５００）をさらに描く。図５に示される３Ｄプリントユニット５００は、１つの実施形態による、フィラメント供給、フィラメント溶融、フィラメント８００の加熱ノズル２の通過、及び（圧縮リングまたは統合リング９である）圧縮要素でのフィラメント圧縮を成し遂げるように構成される。統合リング９は、プリントユニット５００のカバー構造／筐体２５の形状部分である。圧縮リングはそのためカバー構造／筐体２５または任意の適切な部分／部品と接続する分離した部品である（図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ参照）。図５で示される３Ｄプリントユニットは、統合リング９及び予備加熱領域（すなわち加熱領域１）を含む。プリントユニット５００は、さらに断熱材７，８，２０（すなわち例えば空気または液体によって任意に冷却されるヒートブレイク７，８，２０）、加熱領域２（加熱ノズル２）、（加熱領域１を囲う）予備加熱領域１のための熱電素子２１、加熱ノズル２のための熱電素子２４、空隙２２、及び例えば空気または液体によって冷却されるヒートシンク２３を含む。断熱材７は、予備加熱領域（すなわち加熱領域１）と加熱領域２（すなわち加熱ノズル２）の間に配置されたヒートブレイク７に対応する。断熱材８は、加熱領域２（すなわち加熱ノズル２）と統合リング９の間に配置される。断熱材２０は、予備加熱領域（すなわち加熱領域１）の前の冷たい供給領域６において配置される。

１つの実施形態は、繊維層がポリマ層の厚さと比較して、同じまたは異なる厚さを有するように、層状構造の３Ｄプリントを可能にする。単一繊維層の厚さは、１またはそれ以上のポリマ層と等しい。単一の繊維層は、いくつかのポリマ層と等しいことが好ましい。繊維８００は、ポリマ層／いくつかのポリマ層によって形成される溝にプリントされる。

１つの実施形態において、太い繊維複合フィラメント（直径≧０．９ｍｍ）が用いられ、いくつかのポリマ層は、１つの繊維複合フィラメント層の上／下／周りに適用される。２より多いプリントユニット／ノズルが用いられる（少なくともその１つは、複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするためのプリントユニット５００、すなわち図３の３Ｄプリント配置である）。太い繊維複合フィラメントの直径は、０．９ｍｍまたはそれより大きい。

１つの実施形態において、細い繊維複合フィラメントが用いられる。細い繊維複合フィラメントの直径は、０．１ｍｍ−０．９ｍｍである。細い繊維複合フィラメントの直径は、ポリマ層の直径と同じまたはそれより大きい。後者の場合において、いくつかのポリマ層は、１つの繊維複合フィラメント層の上／下／周りに適用される。

１つの実施形態において、繊維強化複合フィラメントは、熱可塑性マトリクス材料で予備含浸される。複合繊維フィラメントのマトリクス材料（及びプリントユニット６００によって３Ｄプリントされるポリマフィラメントも）は、熱可塑性であり、それゆえ光硬化は必要ない。

１つの実施形態において、予備含浸繊維強化複合フィラメント８００は、繊維強化複合フィラメントが加熱ノズル２に入る前に、温度がマトリクス材料の融解温度より高い第１の加熱領域１で加熱される。そのため、追加の加熱領域１は、加熱ノズル２の前に配置される。この追加の加熱領域１は、材料が加熱ノズル２に入る前に加熱されるので３Ｄプリントを高速にできる。追加の加熱領域１の予備加熱は、繊維フィラメント加熱が改善されるのでプリントされた繊維フィラメントの部品を前にプリントされた材料層に統合することを改善することができる。これは、特に高速のプリントが用いられるとき役立つ。追加の加熱領域１の温度は、マトリクスポリマ材料の融解温度より高い。

典型的な方法において、繊維強化複合フィラメントの供給速度は、調整される。繊維強化複合フィラメントの供給速度は線形及び／または一定である必要はない。繊維強化複合フィラメントの供給領域は、マトリクス材料が予備加熱される加熱領域１が繊維強化複合フィラメント８００の供給領域に配置されるので、熱可塑性マトリクス材料の融解温度未満に全体に維持されない。繊維強化複合フィラメント８００の供給領域は、全体に冷たくない。加熱領域１と加熱領域２の間の第１のヒートブレイク領域７は、非加熱であり、第１のヒートブレイク領域７の温度は、加熱領域１及び加熱領域２の温度より低い。ヒートブレイク領域７の目的は、加熱領域１と加熱ノズル２の間の温度差を作り出すことである。ヒートブレイク領域７／それによって作り出される温度差は、無関係に加熱領域１及び加熱ノズル２の温度の制御を可能にする。

１つの実施形態において、支持材料のためのプリントユニット４００（図１参照）は、最終３Ｄプリント部品から取り除かれるべき支持材料を３Ｄプリントするように構成される。ポリマのためのプリントユニット６００は、３Ｄプリントされた部品の周辺（表面）、細部、及び／またはポリマ充填構造を３Ｄプリントするように構成される。複合繊維フィラメントのためのプリントユニット５００は、比較的層の厚さの厚い（典型的にポリマ層の厚さより厚い）及び線幅の広い（通常、ポリマの幅より広いが、ポリマの線幅と比較して同じまたは狭くてもよい）連続繊維強化材を３Ｄプリントするように構成される。連続繊維強化材は、熱可塑性マトリクス材料で予備含浸された繊維フィラメントを備える複合繊維フィラメントである。プリントユニット４００，５００，６００のノズルは丸められる。

加熱ノズル２は、非加熱で、断熱材料を有して製造される圧縮リング９によって囲われる。代わりに、圧縮リング９は、加熱され、例えば金属などの効率よく熱伝導する材料を有して製造されてもよい。加熱ノズル２とプリントベッド（ビルドプラテン１００）または前にプリントされた材料層（部品７００）の間の間隙は、プリントベッド１００または前にプリントされた材料層７００と圧縮リング９の間の間隙より大きいまたは等しい。

１つの実施形態において、ポリマの３Ｄプリントのために用いられるポリマワイヤは、連続０．１ｍｍ−５ｍｍ直径ポリマフィラメントの形であり、ポリマのためのノズルの内径は比較的小さく（通常０．１ｍｍ−３ｍｍ）、ポリマの３Ｄプリント線幅は、微細である（通常０．１ｍｍ−５ｍｍ）。しかしながら、原料フィラメントは、丸いワイヤの幾何形状とは異なる幾何形状を有する。フィラメントの任意の断面形状は、可能である。

１つの実施形態において、３Ｄプリントのための連続繊維強化材は、０．１ｍｍ−１０ｍｍの太さを有する比較的太い繊維複合フィラメントの形である。そのため、繊維複合フィラメントのためのノズルの内径は、通常０．１ｍｍ−２０ｍｍであり、繊維強化材の３Ｄプリントされた線幅は、０．２ｍｍ−４０ｍｍである。しかしながら、原料フィラメントは、丸いワイヤの幾何形状とは異なる幾何形状を有する。フィラメントの任意の断面形状は可能である。

図６Ａ、６Ｂ、７Ａ及び７Ｂは、典型的な実施形態による３Ｄプリント部品を描く簡略化された図である。

１つの実施形態において、加熱ノズル２を利用することによって３Ｄプリントされた部品の繊維強化材は、ポリマのためのノズルを用いることによって３Ｄプリントされたポリマ層の層厚さより層厚さが厚い。３Ｄプリントされたオブジェクト７００において、単一の複合繊維フィラメント層によって覆われたいくつかの薄いポリマ層がある（図６Ａ参照）。複合繊維フィラメント層は、また３Ｄプリントされた部品の内部に組み込まれる（図６Ａ参照）。３Ｄプリント時間の大部分は、通常３Ｄプリントされる部品を満たすことによって消費されるので、３Ｄプリントされる部品の内部（または上）に複合繊維フィラメント層によって提供される複合繊維フィラメント層の増加は、３Ｄプリント時間の際立った減少を可能にする。

３Ｄプリントされた線の線幅は、対応する押し出し機ノズルの直径に依存し、すなわちノズルの直径が小さいと微細な線幅を有する線の３Ｄプリントを可能にし、ノズルの直径が大きいと、太い線幅を有する線の３Ｄプリントを可能にする。

プリントユニット４００，６００、ポリマ／ポリマフィラメント供給のためのノズル、及び支持材料／支持材料供給のためのノズルは、既存の技術及びシステムを利用することによって達成される。したがって、それらは本明細書でさらに詳細に議論しない。

最終３Ｄプリント部品７００は、ポリマ部、連続繊維強化部、及び追加の充填及び支持構造を含む。

繊維フィラメントプリントにおいて、ノズルは、繊維フィラメントが押し出される装置を指す。繊維フィラメントプリントにおいて、ノズル２を通って押し出される繊維フィラメントの速度は、繊維ドライブ部４によって決定される、ファイバトウ３からのフィラメント供給の速度と同じ、またはそれより遅いまたはそれより速い。ノズル２及び／または統合リング９は、断面領域を制限しない。

１つの実施形態において、ファイバトウ３からの（繊維ドライブ部４によって決定される）フィラメント供給速度は、短期間ノズル２を通るフィラメント押し出し速度と等しく、その後、繊維ドライブ部４／ファイバトウ３は、自由に回転しながら、フィラメント８００はノズル２を通って押し出される。

１つの実施形態において、ファイバトウ３からの（繊維ドライブ部４によって決定される）フィラメント供給速度は、短期間ノズル２を通るフィラメント押し出し速度と等しく、その後、繊維ドライブ部４／ファイバトウ３は、あらかじめフィラメントを装填しながら、フィラメント８００はノズル２を通って押し出される。

フィラメントは、３次元プリントの意味を保持する、糸巻き組み立て材の断面領域を指し、ストランドは、一緒に全複合フィラメントを形成する、例えばマトリクスに組み込まれた個々の繊維を指す。

３Ｄプリントプロセスの間、連続強化フィラメントは、３次元構造を形成するために、層７００を組み立てるようにビルドプラテン１００上に適用される。ビルドプラテン１００の位置及び配向及び／またはそれぞれのノズルの位置及び配向は、所望の位置及び方向に連続繊維強化フィラメントを堆積するために１またはそれ以上のコントローラ２００によって制御される。３Ｄプリント材料（支持材料、ポリマ、及び繊維フィラメント）のそれぞれの方向及び位置は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に、及びこれらの方向のそれぞれの周りの全ての可能な回転が制御される。位置及び配向制御機構は、ビルドプラテン１００及び／または構築される部品の層７００に対して、ノズルの相対位置または速度を監視するためのコントローラ２００への位置及び／または変位センサを備える、ガントリシステム、ロボットアーム、及び／またはＨフレームを含む。コントローラ２００は、ノズルまたはプラテン１００の動作を制御するために、感知されたＸ、Ｙ及び／またはＺ位置及び／または変位及び／またはＸ、Ｙ及びＺ位置／軸の１またはそれ以上の周りの回転、または速度ベクトルを用いることができる。

３次元プリンタ３００は、構造に分離した構成要素を形成するために、連続繊維強化フィラメント８００を切断するように、コントローラ２００によって制御されるカッタ５を含む。カッタ５は、例えば切断刃、またはレーザであることができる。

フィラメントドライブ部４は、（コントローラ２００によって可変的に制御可能なまたはそうでない）供給速度において溶融されないフィラメント８００を供給または押し、その後、複合フィラメント８００のマトリクス材料は、図３に関連して記載されるように、加熱される。

複合フィラメント８００及びそれによりマトリクス材料は、温度がマトリクス材料の融解温度より高く、連続繊維強化材の融解温度より低く設定された加熱領域１で加熱される。

コントローラ２００は、３Ｄプリントを達成するために、ノズル２の位置及び動作、供給速度、プリント速度、カッタ５及び／または温度を制御する。

部品７００が完成するとき、最終部品７００は、ビルドプラテン１００から取り除かれる。代わりに、任意のコーティングが保護コーティングを提供する及び／または図または画像を最終部品に適用するために二次プリントヘッドを用いて部品に堆積されてもよい。

残った空間は、空孔として残されるか、例えばポリマなどの分離した材料で満たされる。

加熱ノズル１，２は、例えば銅、ステンレス鋼、真ちゅうなどで作られる、熱伝導物である。

ノズルは、それぞれ同じまたは異なるノズル直径を有する。

実施形態は、連続繊維強化材を３Ｄプリントすることができる進歩した３Ｄプリンタを開示する。既存の３Ｄプリンタ及び方法と比較した場合に、代わりの方法で連続繊維強化材を３Ｄプリントすることができる、部品の積層造形法のための進歩した３Ｄプリンタ及び方法が開示される。

１つの実施形態は、従来のＦＦＦプリンタを用いることによって３Ｄプリントされたオブジェクトより強い３Ｄプリントオブジェクトを作り出すことができる。１つの実施形態は、また３Ｄプリント時間を最小にすることができる。１つの実施形態において、３Ｄプリントオブジェクトは、繊維強化材によって補強される。１つの実施形態は、連続繊維強化材を３Ｄプリントされるオブジェクトに含めることができる。

１つの実施形態において、３Ｄプリンタ３００は、複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするためのプリントユニット５００及びポリマフィラメントを３Ｄプリントするためのプリントユニット６００を含むが、支持材料を３Ｄプリントするためのプリントユニット４００はない。

１つの実施形態において、３Ｄプリンタ３００は、複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするためのプリントユニット５００及び支持材料を３Ｄプリントするためのプリントユニット４００を含むが、ポリマフィラメントを３Ｄプリントするためのプリントユニット６００はない。

１つの実施形態において、３Ｄプリンタ３００は、複合繊維強化フィラメント８００を３Ｄプリントするためのプリントユニット５００を含むが、支持材料を３Ｄプリントするためのプリントユニット４００及びポリマフィラメントを３Ｄプリントするためのプリントユニット６００はない。

複合繊維フィラメントは、繊維強化材及び繊維束を一緒に結合する熱可塑性マトリクスポリマを有して形成される。繊維強化材は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、天然繊維（例えばケナフ、麻など）、熱可塑性ポリマ繊維（例えば、ポリアミド、ＰＬＡ、など）、及び／または（単一の複合繊維フィラメントに２またはそれ以上の異なる繊維を含む）ハイブリッド繊維を含む、１またはそれ以上の糸を含むことができる。それぞれの糸は、１から１００００００の個々の繊維を含むことができる。

複合繊維フィラメントで繊維強化材を結合するために用いられるマトリクス材料は、例えば、これに限定されるものではないが、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＬＤＬＡ、ＰＣＬ、ＴＭＣ、ＰＡ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、様々なモノマのコポリマ、及び／または様々な熱可塑性ポリマ／コポリマの混合物など、熱可塑性ポリマを含むことができる。

ポリマフィラメントは、例えば、これに限定されるものではないが、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＬＤＬＡ、ＰＣＬ、ＴＭＣ、ＰＡ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、様々なモノマのコポリマ、及び／または様々な熱可塑性ポリマ／コポリマ／添加物の混合物など、熱可塑性ポリマを含むことができる。

支持材料は、複合繊維フィラメント及びポリマフィラメントで用いられるポリマの溶媒と異なる溶媒に溶ける任意の熱可塑性ポリマを含むことができる。溶媒は、これに限定されるものではないが、水、酢酸、アセトン、油などを含む。代わりに、支持材料は、任意の熱可塑性ポリマ、コポリマ及び／またはプリントプロセス後、３Ｄプリント部品から機械的に分解する混合物を含むことができる。その場合において、支持材料の溶解度に制限または要求はない。

図４は、熱可塑性予備含浸繊維複合フィラメント８００の３Ｄプリントのための典型的なプロセスを描くフローチャートである。図４を参照して、部品７００の積層造形法のための方法は、フィラメント８００の熱可塑性マトリクス材料内に延在する１またはそれ以上の非弾性軸繊維ストランドを含む熱可塑性予備含浸繊維複合フィラメント８００を供給するステップ４０１を備える。製造される部品７００は、動作可能または固定されたビルドプラテン１００上に支持される。予備含浸繊維複合フィラメント８００は、３Ｄプリントユニット５００の繊維複合フィラメント供給部３と加熱ノズル２の間に延在する第１の加熱領域１において３Ｄプリントユニット５００で加熱される４０２。第１の加熱領域１の温度は、熱可塑性マトリクス材料の融解温度より高く設定される。本発明の方法は、さらに繊維複合フィラメント８００の温度を保つ、またはより高い温度へ繊維複合フィラメント８００を加熱するために、加熱ノズル２において予備含浸繊維複合フィラメント８００を加熱するステップ４０４を備える。加熱ノズル２の温度は、マトリクス材料の融解温度より高く設定される。熱可塑性予備含浸繊維複合フィラメントは、加熱ノズル２から圧縮リング９を通って押し出され、プリントユニット５００及び／または圧縮リング９及びビルドプラテン１００は、複数のアクチュエータによって３自由度でお互いに対して動かされる４０５（例えば、プリントユニット５００及びビルドプラテン１００は、３自由度で、お互いに対して動かされる４０５）。代わりに、ビルドプラテン１００は、固定され、部品７００を作り出すための必要動作は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に、場合によってはこれらの軸の周りの全ての可能な回転で、プリントユニット５００及び／または圧縮リング９を動かすことによってのみ発生される。圧縮リング９は、圧縮力を押し出される繊維フィラメント８００に与え、繊維フィラメント８００が前にプリントされた繊維／ポリマ／支持層７００にしっかりと取り付くことを確実にする。圧縮リング９の後に、プリントされた繊維層を冷却し、その固化を改善する追加の冷却ユニットが続く。１またはそれ以上の非弾性軸繊維ストランドを含む繊維複合フィラメント８００は、選択された供給速度で、第１の加熱領域１を通って加熱ノズル２に運ばれ４０６、ここで供給速度及び／またはプリント速度は制御される。繊維複合フィラメント８００の加熱は、第１の加熱領域１と加熱ノズル２の間の非加熱ヒートブレイク領域７で中断される４０３。繊維複合フィラメント８００は、プリントプロセスの間、移動するヒートブレイク領域７の温度は、制御されない。第１の加熱領域１及び加熱ノズル２は、ヒートブレイク領域７によってお互いから熱的に分離される（断熱される）。部品７００を形成するために、フィラメント８００は、部品７００（例えば、前にプリントされた繊維、ポリマまたは支持層）またはビルドプラテン１００に接着される４０７。フィラメント８００は、例えば、部品７００が完成したとき４０９、供給される材料が、例えばポリマフィラメント／支持材料に変わったとき、または部品７００の設計がそのように要求するときなど、カッタ５によって切断される４０８。

１つの実施形態において、固化は、加熱ノズル２後の冷却段階の間に生じる。

図７Ａ及び７Ｂは、典型的な実施形態による３Ｄ構造を描く概略図（概略斜視、側面、上面図）である。

１つの実施形態によるプリント構造物において（すなわち３Ｄプリント部品７００において）、繊維強化材は、０．１ｍｍ−１０ｍｍ厚さのフィラメントのように見える。１つの実施形態において、加熱ノズル２の内径（すなわち第２の加熱領域２）は、通常０．１ｍｍ−２０ｍｍであり、プリント線幅は、０．２ｍｍ−４０ｍｍである。

（繊維プリントユニット５００を用いてプリントされる）単一の繊維強化材は、（ポリマプリントユニット６００を用いることによってプリントされる）単一のポリマ層の層厚さより厚い層厚さを有する。そのため、１つの実施形態に従う方法及び３Ｄプリンタによってプリントされた部品７００において、１つの繊維層のみが覆う同じ高さのいくつかのポリマ層がある。繊維層は、３Ｄプリント部品７００の内部に組み込まれる。プリント時間の大部分は、通常プリントされる部品７００を充填することによって消費されるので、部品の内部の厚い繊維層による層厚さの増加は、際立ってプリント時間を減らす。

部品７００は、ポリマ構造、連続または準連続繊維強化材、追加の充填材、及び支持材料：の４つの部分を含む。３Ｄプリントを達成するために、３Ｄモデルは、ロードされ、プリントパラメータは、部品の部分のために設定される。３Ｄモデルは、ロードされ、パラメータは、プリントの結果として、部品を完成するために、ポリマ構造が部品の外側及び内側形状を形成し／画定し、支持材料は、部品７００のための支持構造を形成し、繊維強化材は、部品を強化し、追加の充填材は、部品７００の繊維層の空の空間／領域（すなわち、プリントされる繊維フィラメント８００の間）を満たすように、設定される。プリントパラメータは、例えばそれぞれの層の層高さを含む。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄは、統合要素９と第１の加熱領域１を含むプリントヘッドの典型的な構造を描く概略図である。線Ａ−Ａによる断面が示される。

図８Ａにおいて、統合要素は、プリントヘッドカバー構造の固定部分である。図８Ａに示されるプリントヘッド構造は、図５に示される構造と同様である。

図８Ｂにおいて、統合要素は、プリントヘッドカバー構造の固定部分でない。代わりに、統合要素は、プリントヘッドカバー構造に対して動作可能である。

図８Ｃにおいて、統合要素は、プリントヘッドカバー構造の固定部分でなく（代わりに、統合要素は、プリントヘッドカバー構造に対して動作可能である）、統合要素の後、例えば加熱ユニット２６、冷却超音波溶接ヘッド２６など追加の部材がある。

図８Ｄにおいて、統合要素は、プリントヘッドカバー構造の固定部分であり、統合要素の後、例えば加熱ユニット２６、冷却超音波溶接ヘッド２６など追加の部材がある。

その他の点では、図８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄに示されるプリントヘッド構造は、図５に示されるプリントヘッド構造とほぼ同じである。

繊維プリント及びポリマプリントのためのＧコードは、３Ｄプリントされるオブジェクトの３Ｄデザインからカスタムメイドのソフトウェアを用いて作り出された。作り出されたＧコードに従って、連続繊維強化材は、３Ｄプリントポリマ材料によって作り出された溝に３Ｄプリントされた。分離したプリントユニット／ノズルは、ポリマ材料及び連続繊維強化材のために用いられた。用いられた繊維フィラメントの直径は、１．８ｍｍであった。繊維フィラメントは、製造される部品で３Ｄプリントされる（高さ０．６ｍｍ及び幅４．２ｍｍを有する）溝に３Ｄプリントされた。単一の繊維層は全溝を覆った（すなわち、溝の高さは、単一の繊維層の高さに等しかった）。追加の充填構造は、繊維層によって囲われる領域を満たすためにポリマノズルを用いることによって３Ｄプリントされた。ポリマ材料は、０．３ｍｍの層厚さで３Ｄプリントされた。したがって、１つの繊維層の厚さは、２つのポリマ層の厚さに等しかった（図６Ａ参照）。

繊維プリント及びポリマプリントのためのＧコードは、３Ｄプリントされるオブジェクトの３Ｄデザインからカスタムメイドのソフトウェアを用いて作り出された。作り出されたＧコードに従って、連続繊維強化材は、ポリマ材料及び連続繊維強化材のための分離したプリントユニット／ノズルを用いて、３Ｄプリントポリマ材料によって作り出された溝に３Ｄプリントされた。用いられた繊維フィラメントの直径は、１．０ｍｍであった。繊維フィラメントは、製造される部品で３Ｄプリントされる（高さ０．３ｍｍ及び幅２．６ｍｍを有する）溝に３Ｄプリントされた。単一の繊維層は全溝を覆った（すなわち、溝の高さは、単一の繊維層の高さに等しかった）。追加の充填構造は、繊維によって囲われる領域を満たすためにポリマノズルを用いることによって３Ｄプリントされた。ポリマ材料は、０．３ｍｍの層厚さで３Ｄプリントされた。したがって、１つの繊維層の厚さは、１つのポリマ層の厚さに等しかった（図６Ｂ参照）。

繊維プリント及びポリマプリントのためのＧコードは、３Ｄプリントされるオブジェクトの３Ｄデザイン（３Ｄモデル）からカスタムメイドのソフトウェアを用いて作り出された（図７Ａ、７Ｂ参照）。作り出されたＧコードに従って、繊維強化材、ポリマ及び支持材料は、３Ｄプリントされた。連続繊維強化材は、ポリマ材料及び連続繊維強化材、及び支持材料のための分離したプリントユニット／ノズルを用いて、３Ｄプリントポリマ材料によって作り出された溝に３Ｄプリントされた。用いられた繊維フィラメントの直径は、１．８ｍｍであった。繊維フィラメントは、製造される部品で３Ｄプリントされる（高さ０．６ｍｍ及び幅４．２ｍｍを有する）溝に３Ｄプリントされた。単一の繊維層は全溝を覆った。追加の充填構造は、繊維によって囲われる領域を満たすためにポリマノズルを用いることによって３Ｄプリントされた。ポリマ材料は、０．３ｍｍの層厚さで３Ｄプリントされた。したがって、１つの繊維層の厚さは、２つのポリマ層の厚さに等しかった（図６Ａ参照）。支持材料は、Ｇコードに従って、選択領域に３Ｄプリントされた（図７Ａ、７Ｂ参照）。

技術は進歩するので、発明概念は、様々な方法で実施されることが当業者に明らかであろう。本発明及びその実施形態は、上記実施例に限定されず、請求項の範囲内で変わることができる。

Claims (15)

1. 部品（７００）の積層造形法のための３次元プリンタ（３００）であって、
   ３次元プリンタ（３００）は、
   製造される部品（７００）を支持するビルドプラテン（１００）と、
   フィラメント（８００）の熱可塑性マトリクス材料内に延在する１またはそれ以上の非弾性軸繊維ストランドを含む熱可塑性予備含浸繊維複合フィラメント（８００）が積み込まれた繊維複合フィラメント供給部を含むまたはそれと接続されたプリントヘッド（５００）と、を備え、
   前記プリントヘッド（５００）は、
   前記繊維複合フィラメント供給部と加熱ノズル（２）の間の第１の加熱領域（１）であって、前記第１の加熱領域（１）は、前記予備含浸繊維複合フィラメント（８００）を予備加熱するために、前記熱可塑性マトリクス材料の融解温度より高く、第１のヒータによって加熱可能である、第１の加熱領域（１）と、
   前記部品（７００）に前記繊維複合フィラメント（８００）を取り付けるために、前記繊維複合フィラメント（８００）に統合力及び／または圧縮力を与えるように前記加熱ノズル（２）の後に配置される、統合要素（９）であって、前記統合要素（９）は、ビルドプラテン及び前にプリントされた前記部品の構造物の少なくとも１つと対向し、前記加熱ノズル（２）は、前記繊維複合フィラメント（８００）を加熱するために前記マトリクス材料の少なくとも融解温度に第２のヒータによって加熱可能である、統合要素（９）と、
   選択された供給速度において、第１の加熱領域（１）を通って前記加熱ノズル（２）に、前記１またはそれ以上の非弾性軸繊維ストランドを含む前記繊維複合フィラメント（８００）を運ぶためのフィラメントドライブ部（４）と、
   前記マトリクス材料の融解温度未満に前記繊維複合フィラメント（８００）の温度を維持するための、前記フィラメントドライブ部（４）と前記第１の加熱領域（１）の間の冷たい供給領域（６）と、
   前記第１の加熱領域（１）と、前記加熱ノズル（２）の間の温度差を作り出すための前記第１の加熱領域（１）と前記加熱ノズル（２）の間の加熱されないヒートブレイク領域（７）と、を含み、
   前記３次元プリンタ（３００）は、３自由度で、前記ビルドプラテン（１００）に対して、前記統合要素（９）を含む少なくとも前記プリントヘッド（５００）を動かすために複数のアクチュエータを備える、３次元プリンタ。
2. 前記統合要素（９）を含む前記プリントヘッド（５００）は、その選択された軸の周りを動作可能であり、
   前記統合要素（９）を含む前記プリントヘッド（５００）は、選択された回転において、回転可能であり、
   前記ビルドプラテン（１００）は、その選択された軸の周りを動作可能であり、及び／または
   前記ビルドプラテン（１００）は、選択された回転において、回転可能である、請求項１に記載の３次元プリンタ。
3. さらに、前記第１及び第２のヒータ、前記フィラメントドライブ部（４）、前記統合要素（９）を含む前記プリントヘッド（５００）、及び前記複数のアクチュエータに動作可能に接続されたコントローラ（２００）を備え、
   前記コントローラ（２００）は、前記部品（７００）を形成するために、前記複合フィラメント（８００）の押し出し成形を引き起こす命令を実行するように構成される、請求項１または２に記載の３次元プリンタ。
4. さらに、ポリマ押し出しノズルにポリマフィラメントを供給するように構成されたポリマドライブ部と、
   前記ポリマの融解温度より高い温度へ前記ポリマフィラメントを加熱するように構成されたポリマヒータと、を含み、
   前記ポリマ押し出しノズルは、前記部品を形成するために前記ポリマフィラメントを押し出すように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元プリンタ。
5. さらに、支持材料押し出しノズルに支持材料を供給するように構成された支持材料ドライブ部と、
   前記支持材料の融解温度より高い温度へ、前記支持材料を加熱するように構成された支持材料ヒータと、を含み、
   前記支持材料押し出しノズルは、前記部品（７００）のために支持構造を形成するように前記支持材料フィラメントを押し出すように構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元プリンタ。
6. 前記コントローラ（２００）は、支持材料、ポリマ、及び前記複合フィラメント（８００）の層状構造の積層造形法を与える命令を実行する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３次元プリンタ。
7. 部品の積層造形法のための方法であって、
   フィラメントの熱可塑性マトリクス材料内に延在する１またはそれ以上の非弾性軸繊維ストランドを含む熱可塑性予備含浸繊維複合フィラメントを供給するステップと、
   ビルドプラテンに製造される前記部品を支持するステップと、
   繊維複合フィラメント供給部と加熱ノズル（２）の間の第１の加熱領域（１）において、予備含浸繊維複合フィラメントを予備加熱するステップであって、前記第１の加熱領域（１）の温度は、前記熱可塑性マトリクス材料の融解温度より高く設定される、予備加熱するステップと、
   前記加熱ノズル（２）で前記繊維複合フィラメントを加熱するステップであって、前記加熱ノズルの温度は、前記マトリクス材料の融解温度より高く設定される、加熱するステップと、
   前記部品（７００）に前記繊維複合フィラメント（８００）を取り付けるために、前記繊維複合フィラメント（８００）に統合力及び／または圧縮力を、加熱ノズル（２）に取り付けられた統合要素（９）によって与えるステップと、
   ３自由度で前記ビルドプラテンに対して前記統合要素（９）を含むプリントヘッド（５００）を複数のアクチュエータによって動かすステップと、
   選択された供給速度で、前記第１の加熱領域（１）を通って前記加熱ノズル（２）に前記１またはそれ以上の非弾性軸繊維ストランドを含む前記繊維複合フィラメントを運ぶステップと、
   前記フィラメントドライブ部（４）と前記第１の加熱領域（１）の間に延在する冷たい供給領域（６）において前記マトリクス材料の融解温度未満の温度に維持するステップと、
   前記第１の加熱領域（１）と前記加熱ノズル（２）の間の温度差を作り出すために、前記第１の加熱領域（１）と前記加熱ノズル（２）の間の加熱されないヒートブレイク領域（７）において、前記繊維複合フィラメント（８００）の加熱を中断するステップと、を備える方法。
8. 前記部品を形成するために前記複合フィラメントの押し出しを引き起こすステップを備える、請求項７に記載の方法。
9. 前記部品を形成するためにポリマ押し出しノズルによってポリマフィラメントを押し出すステップを備える、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記部品を形成するために支持材料押し出しノズルによって支持材料を押し出すステップを備える、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記支持材料、前記ポリマ及び前記複合フィラメントの層状構造の積層造形法を実行するステップを備える、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 支持、ポリマ及び複合繊維材料層の層厚さを変えることによって、前記支持材料、前記ポリマ及び前記複合フィラメントの層状構造の積層造形法を実行するステップを備える、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記支持材料、前記ポリマ及び前記複合フィラメントの自由に配置された３Ｄ構造の積層造形法を実行するステップを備える、請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記支持材料、前記ポリマ及び前記複合フィラメントの自由に配置された３Ｄ構造の積層造形法を実行するステップを備え、
    前記構造は、支持、ポリマ及び複合繊維材料の選択した領域の厚さを有する請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記統合要素（９）は、統合リング（９）である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の３次元プリンタまたは請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の方法。

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