JP2022176914A - パターン、型、及びそれに関連した製品を生産する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品を積層技術によって製造する方法を提供する。
【解決手段】部品を製造する本発明による方法は、複数の個別の層セグメントを形成する多孔質素材を、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）ルーターを用いてシートから取出すことと、複数の層を、複数の個別の層セグメントで形成することと、中空の内部を有する形状の部品を形成するように、複数の層を互いに固着させることと、多孔質素材の多孔部に適合可能な熱硬化性材料を、部品の多孔質素材に供給することと、連続面及び中空の内部を有する部品を形成するために、ＣＮＣルーターを用いて、部品の外面の多孔質素材を除去することと、を含む。
【選択図】図８

Description

本発明の開示の側面は、構成要素を製造する装置及び方法に関する。幾つかの例において、本発明の開示の側面は、構成要素（例えば、バターン、型、及び／又はそれと同様の製品）を、３Ｄ印刷製造プロセスと類似した技術又はプロセスによって製造する方法に関し、かかる類似した技術又はプロセスは、積層するけれども、３Ｄ印刷機を使用しないで、低コストの充填材料を使用する。

ネットシェイプの又はニアネットシェイプの（ＮＮＳ）オブジェクトを作るために、足し算式の（additive、積層の）造形技術及びプロセスは、引き算式（subtractive）の製造方法とは対照的に、１つ又は２つ以上の素材を積上げることを含む。「積層造形」は、工業的で標準的な用語（ＡＳＴＭ Ｆ２７９２）であるけれども、積層造形は、種々の名称で知られている種々の製造及びプロトタイプの製造技術を包含し、自由造形、３Ｄ印刷、迅速プロトタイプ造形／切削加工（tooling）等を含む。比較的新しい積層造形技術は、非常に大きい部品（part）、型（mold）、パターン（pattern）等を製造する大規模３Ｄ印刷機を使用する。これらのアイテムを、繊維補強された熱可塑性材料から作ることができる。これらのアイテムを生産する１つの方法は、ポリマ―エクストルーダーを利用し、ポリマ―エクストルーダーは、一度に１つの層を生産するように部品に追加される溶融熱可塑性材料のビード（bead）を生成する。これらの層は、積層プロセスの間、押え板やローラ等の装置を使用して、幅広のビードに修正され、平らにされる。３Ｄ印刷又は積層造形と称されるこの方法を使用すると、部品は、所望の最終部品よりもわずかに大きく作られる。部品が冷えて硬化した後、部品を、最終寸法及び形状に機械加工する。機械加工した後、部品を、所望の寸法及び形状を有する特定の厚さのシェルとして形成してもよい。

上述したプロセスは有用であるけれども、かかるプロセスはまた、ある環境での適合性を制限するという問題を導入する。例えば、熱可塑性材料は、それが印刷温度から周囲又は室内の温度まで冷えるとき、シュリンクする即ち縮むことがある。このシュリンクは、一般的には、どの方向にも同じであるわけではなく、少なくとも幾つかの場合、印刷後の部品の幾何学的形状を現像するときに考慮されるべきであり、設計及び製造プロセスを複雑にする。また、印刷されたときの素材は軟らかく、重力による影響を受けるので、部品の壁を印刷することができる最大角度に制限がある。かくして、中実の頂点を有する中空の部品を作ることは、その印刷中に使用される内部支持構造体又はその他の種類の追加支持構造体を必要とすることがあり、かかる支持構造体は、別に印刷され且つコストを増大させる。このことは更に、製造作業を複雑にする。また、このプロセスで通常使用される素材及び設備は、高価であり、それに適した適用例の数を制限する。

熱可塑性積層造形プロセスに使用される例示の充填材料、即ち、補充部材は、カーボン繊維である。ベースポリマ―に追加されるこの充填材料は、下に位置するポリマ―を硬化させ且つ強化する傾向があると共に、部品が冷えたときにその他の仕方で生じることがある反りを最小にする傾向がある。しかしながら、カーボン繊維は、コスト高であり、したがって、このプロセスを使用して生産される製品のコストを増大させる。この増大したコストは、生産されるピースの価値がコストに見合う適用例への潜在的な使用を制限することがある。木材繊維等の低コストの補強材料は、少なくとも幾つかの製造装置と一緒に使用するのに不適当であることがある。少なくとも幾つかの部品又はベース材料について、ベース材料（例えば、熱可塑性材料）に追加することができる充填材料の最大量が存在することがある。充填材料のこの最大量を超えると、充填材料の特性に生じる変化が、充填後の熱可塑性材料を３Ｄ印刷装置等の積層造形システムで処理する能力に悪影響を及ぼすことがある。たとえ３Ｄ印刷装置又はその他の積層造形システムが高充填材料を使用することができるとしても、この設備は、高コストを導入して、かかる部品の製造を非実現的にすることがある。

本発明の開示の側面は、例えば、構成要素を積層技術によって製造する方法及び装置に関する。本明細書で開示される側面の各々は、開示される任意の他の側面と関連して記載される特徴の１つ又は２つ以上を含む。本発明の開示の幾つかの側面は、積層方法を使用してバターン、型、及びその他の物品又は製品を形成するプロセスに有用である。。幾つかの側面では、この積層方法は、少なくとも幾つかの環境において比較的低コストの充填材料と一緒に使用することができる技術的手法を使用するけれども、３Ｄ印刷又はその他の積層造形方法と同等である。本発明の開示の幾つかの側面は、当該技術における上述した及び／又はその他の問題を対処する。

１つの側面において、積層造形方法は、個別の層の複数のセグメントを形成する素材（material）をシートから取出すことと、中空の内部を有する第１の層を形成するように、部品の外面の第１の部分を構成する第１の層の少なくとも２つのセグメントを同じ高さで互いに隣接して配置することと、中空の内部を有する第２の層を形成するように、部品の外面の第２の部分を構成する第２の層の少なくとも１つのセグメントを、第１の層の少なくとも２つのセグメントの上に配置することを含む。積層造形方法は、第１の層を第２の層に取付けることと、第１の層及び第２の層に沿って延びる連続面を有する部品を形成するように、素材の部分を第１の層及び第２の層から除去することと、を含むのがよい。

別の側面において、部品を製造する方法は、個別の層の複数のセグメントを形成する多孔質素材を、ＣＮＣルーターを用いてシートから取出すことと、個別の層の複数のセグメントを用いて、複数の層を形成することと、中空の内部を有する形状の部品を形成するように、複数の層を互いに固着させることを含む。かかる方法は、部品の多孔質素材に（触媒等によって架橋している）熱硬化性材料を注入することと、連続面及び中空の内部を有する部品を形成するように、ＣＮＣルーターを用いて素材の部分を部品の外面から除去することと、を含むのがよく、熱硬化性材料は、真空ポンプを使用することによって、又は、圧力をかけることによって、又は、部品を熱硬化性材料の中に浸すことによって、又は、部品に熱硬化性材料をスプレーすることによって、多孔質素材の多孔部に適合可能である。

幾つかの側面では、部品が、ポリマ―ベースの製品の生産を容易にする積層プロセスを用いて製造されることに関わり、かかる製品は、特に製品のポリマ―含有量と比較すると、それよりも多い量の低コストの充填材料を有する。このプロセスはまた、特に押出し成形ベースの熱可塑性積層造形プロセスと比較すると、それよりも低コストの設備を使用することを含む。

幾つかの側面では、本明細書に記載されるプロセス及び装置は、部品構造体を生産するのに、充填材料を採用してもよい。仕上がり部品の大部分（例えば、７５容量％及び又は重量％よりも多い）を形成する充填材料（又は複数の充填材料）にポリマ―素材を追加し、このことは、仕上がり部品の大部分を形成するポリマ―に充填材料を追加するプロセスとは反対である。例えば、このプロセスは、部品構造体を充填材料自体から生産することを含んでいてもよく、必要であれば、更に、充填材料をトリミングすることを含んでもよい。引続いて、この充填材料に液体の形態の熱硬化性ポリマ―を供給することによって、充填材料に、熱硬化性ポリマ―を注入する。熱硬化性ポリマ―又はその他の適当な素材は、液体の形態で供給した後で硬化するのがよい。硬化した充填ポリマ―混合物は、改良させた物理的特性を部品に付与するのがよい。

部品が組み込まれ又は部品を構成する本明細書の添付図面は、本発明の開示の例示の側面を図示し、発明の詳細な説明と合わせて本発明の開示の原理を説明するのに役立つ。

本発明の開示の側面に従って、複数の層の素材を外形加工するように作動可能な例示のＣＮＣ機械の斜視図である。 例示の製品の第２の層の一部分と例示の一番下の層即ち第１の層を組立てた平面図である。 部品の一部分の素材に外形加工された識別子（例えば、数字又は文字）を有する、部品の層の例示の一部分の平面図である。 第１の層と整列させた例示の第２の層を組立てた平面図である。 図４Ａに示す例示の第１の層及び第２の層の分解図である。 完全に組立てられた例示のニアネットシェイプの部品の平面図である。 図５Ａに示す部品の正面図である。 所望の形状及び寸法に機械加工された後の例示の部品の斜視図である。 図６Ａの例示の部品の正面図である。 例示の部品及び内部支持体を部分的に簡略化した図である。 樹脂の供給中のシールされた底面を有する部品の斜視図である。

本発明の開示は、中でも、層形成技術によって構成要素を製造する方法及び装置に向けられる。特に、本明細書に記載した方法及び装置は、層形成方法を使用して、パターン、型、及びその他の部品又は製品を形成するプロセスに向けられる。

図１に示すように、製造機械は、例えば、ＣＮＣルーター（router、外形加工機）１１であり、素材をワークピースから制御可能な仕方で取出すように構成される。ＣＮＣルーター１１は、製造システムの一部であり、製造システムは、制御ユニット、即ち、コントローラ１００を含み、コントローラ１００は、例えば、複数のサーボモータを作動させ且つＣＮＣルーター１１のツールを位置決めする命令を生成するように構成される。ＣＮＣルーター１１は、素材を種々の異なる材料から取出すように作動可能である。例えば、ＣＮＣルーター１１は、コントローラ１００によって生成された事柄に応答して、切削ツールを位置決めして作動させるように構成される。ＣＮＣルーター１１は、素材を切削ツールで取出すための及び素材の表面を修正するための任意適当な機械であり、例えば、３軸ルーター（例えば、切削ツールを３つの自由度で位置決めするように構成された装置）、５軸ルーター（例えば、切削ツールを５つの自由度で位置決めするように構成された装置）、又は、加工ヘッドに加えて印刷ヘッドを有する追加製造装置である。

本明細書に記載されたプロセスによって製造された例示の部品は、少なくとも部分的に、多孔質材料で形成される。例示の適当な多孔質材料は、中質繊維板（ＭＤＦ）を含む。部品のための複数の個別の部分は、ＭＤＦの代わりに又はそれに追加して、プレキシグラス（Plexiglas；登録商標）、超高分子量（ＵＨＭＷ）プラスチック（例えば、ＵＨＭＷポリエチレン）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、プラスチック、合板、乾式壁、アルミニウムを含む。

部品の構造は、複数の層を組立てることによって形成されるのがよい。各層は、１つ又は２つ以上のセグメント１３を含むのがよい。例えば、複数の層は、以下に説明するように、１つ１つ他の層の一番上に重ねられて、所望の形状を形成する。図２～図８に示す例示の形態では、部品を組立てると、部品は中空円錐形状になる。このプロセスを使用して製造することができる典型的な部品の実際の幾何学的形状は、形状及び寸法の両方において、広範に変化し得る。明確のために、円錐形状を本明細書で説明する。しかしながら、本明細書に記載された方法を使用して生産される部品が、単純な円錐よりも著しく複雑であることが予想される。この例では、各層は、特定の所望の厚さ及び幅のセグメント（ビード）を含み、又は、かかるセグメント（ビード）からなり、その結果、最終的な構造は、現在の熱可塑性積層製造技術を使用して一般に生産される構造に似ている。

部品を製造するプロセスは、複数の個別のピース、即ち、セグメント１３を生産することを含み、引続いて、セグメント１３を互いに組立てる。例えば、予め決められた又は既知の幅のセグメント（ビード）を含む各層を、中質繊維板（ＭＤＦ）、低密度繊維板（ＬＤＦ）、又は合成プラスチックフォーム等の適当な材料のシート１２から切断されたセグメント１３から形成する。図１に示すように、最初、単一の部品用の複数のセグメント１３を複数のシート１２に形成する。図１に示すように、シート１２の切断又は機械加工は、ＣＮＣルーター１１等の適当な機械で行われる。ＣＮＣルーター１１は、同じ層に属する複数の個別のセグメント１３を互いから切り離し又は分離する。図１に示す例では、各セグメント１３は、開いた（例えば、半円形又は弧形状の）構造を形成する。これに加えて又は変形例として、１つ又は２つ以上のセグメント１３は、層全体を形成するのに使用するために寸法決めされ且つ形状決めされてもよく、かくして、単一の閉じたループ構造（例えば、閉じた円形、長円形、正方形、矩形、不規則な形状）を形成してもよい。加えて、後で説明するように中空の内部を有する最終部品を形成するとき、図１に示すように、複数のセグメント１３の１つ又は２つ以上は、入れ子に配置され（例えば、弧の内側に位置決めされ）てもよい。複数のセグメント１３を材料の単一のシート１２内に入れ子に配置さることは、材料の利用率を向上させ、コストを削減する。

図２に示すように、複数の素材をシート１２から取出すことによって形成した複数の個別のセグメント（ピース）１３を、部品の１つの層、例えば、円錐の一部分を形成するように互いに固着させる。シーム（継ぎ目）又はジョイント（接合部）１４を、一対の向かい合う個別のセグメント１３の間の界面に形成する。図２に示す例示の組立体において、１つのセグメント（ピース）１３を含む上側の層、即ち、第２の層１５は、下側の層、即ち、第１の層１６の複数のピース１３の一番上の面と連続し且つその上に支持される。幾つかの側面では、ジョイント１４は、単一の層の個別のセグメント（ビード）が互いに当接している界面によって形成される。幾つかの側面では、各ジョイント１４は、隣接した層（直ぐ上の層及び／又は直ぐ下の層）に形成されたジョイント１４からオフセットされるのがよい。このオフセット、例えば、交互配置は、部品の強度を向上させる。

図２に示す例示の形態において、２つの円弧形状のセグメント１３が互いに組立てられているので、第１の層１６の複数のジョイント１４は、周方向に１８０度の間隔をあけている。しかしながら、セグメント１３の数及び形状に応じて１２０度の間隔、９０度の間隔、又は不規則な間隔を採用してもよい。第１の層（例えば、層１６）の各ジョイント１４は、第２の層（例えば、層１５）の各ジョイント１４からオフセットされるのがよく、それにより、所定の層のジョイント１４は、隣接した層によって形成された任意のジョイント１４に重ならない。図２に示す例では、ジョイント１４は、セグメント１３同士の間の当接ジョイントによって形成されている。第１の層１６の各当接ジョイント１４は、第２の層１５の１つ又は２つ以上の当接ジョイント１４から９０度オフセットされている（第２の層１５に形成される当接ジョイント１４の位置は、図２に完全に示されている）。

複数のセグメント１３を、比較的大きい構造体を製造するのに採用するのがよく、それにより、後で説明する仕上げ後の部品は、ＣＮＣルーター１１よりも大きい。大きい構造体の形成は、多数の構成要素（例えば、セグメント１３）の生産を含むので、これらのセグメント１３の識別及び組立を容易にすることが好ましい。例えば、ＣＮＣルーター１１又は他の適当な機械加工システムは、マーク１７を各セグメント１３の表面に刻み込み又はその他の方法で形成するのがよい。各マーク１７は、図３に示すように、セグメント１３の層の番号（例えば、１、２、３、４）及び／又は特定の層内の位置（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、左、右、一番上、一番下）を指示するのがよい。幾つかの側面では、マーク１７を形成するために素材の部分を各セグメント１３から除去することによって、セグメント１３を識別することが可能であり、組立体と干渉することがあるラベルを付けて次にそれを取外す必要がない。

図３、図４Ａ、及び図４Ｂに示すように、１つ又は２つ以上のセグメント１３は、ニアネットシェイプの部品への複数のセグメント１３の組立てを容易にするように構成された特徴を含む。例えば、これらの層（セグメント）を互いに整列させることを容易にするために、複数のだぼ孔１８が、各層（例えば、各層の１つ又は２つ以上のセグメント１３）に機械加工され又はその他の方法で形成される。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、各だぼ孔１８は、特定のセグメント１３の上面と下面を貫通する。複数のだぼ孔１８は、各層をその上の及び／又はその下の層と整列させるのに使用される。図４Ｂに示すように、複数のだぼピン１９等の機械式締結具が、２つ又はそれよりも多い整列されただぼ孔１８に挿入される。だぼピン１９及びだぼ孔１８は、複数の層の永久的な組立又は取付けを容易にするように構成され、各層は、１つ又は２つ以上のセグメント１３を含む。各層は、組立てられた後、接着剤、結合剤、機械式締結具、又はそれらの組合せを使用して、１つ又は２つ以上の他の層に永久的に取付けられる。機械式締結具を使用するとき、複数の層は、接着剤結合技術に適合している必要はない。かくして、機械式締結具を使用するとき、部品全体は、接着剤を使用していなくてもよい。

図５Ａ及び図５Ｂは、複数の層の各々を組立てて互いに取付けたときのニアネットシェイプの部品又はオブジェクト２０を示す。オブジェクト２０を組立てると、オブジェクト２０は、複数のアーチ形セグメント１３の内径側の表面によって形成された中空の内部を有する（図１～図４Ａ）。オブジェクト２０を組立てると、オブジェクト２０の外面は、段付き形状を有する。オブジェクト２０は、全体として、円錐形状又は円錐台形状を形成している。

図６Ａ及び図６Ｂは、ニアネットシェイプのオブジェクト２０を処理することによって形成された例示の部品又は円錐形の型２１を示す。円錐形の型２１は、部品又はオブジェクト２０の外面を所望の最終寸法及び形状、例えば、円錐形の型２１に機械加工することによって形成されるのがよい。幾つかの側面では、この機械加工は、ＣＮＣ機械、例えば、ＣＮＣルーター１１によって行われるのがよい。ルーター１１は、コントローラ１００によって生成された命令に応答して、少なくとも第１の層１６及び第２の層１５に沿って延びる連続面３０を形成するように、材料の部分をオブジェクト２０の外面から除去する。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、機械加工された連続面３０は、型２１の底端部から円錐形の型２１の頂端部まで延びるのがよい。また図６Ａ及び図６Ｂに示すように、滑らかな面を形成するように機械加工されていない円錐形の型２１の内部は、第１の層１６及び第２の層１５を含む各層の複数のセグメント１３によって形成された段付き表面のままである。円錐形の型２１（又は、本明細書に記載されたプロセスによって形成された任意その他の部品）は、ＣＮＣルーター１１よりも大きいのがよい。例えば、型２１は、ＣＮＣルーター１１の高さよりも大きい高さを有し、又は、ＣＮＣルーター１１の長さよりも大きい長さを有し、又は、ＣＮＣルーター１１の幅よりも大きい幅を有し、又は、それらの任意の組合せである。中空の内部を有するかかる大きい部品を形成することによって、かかる部品を作るのに必要とされる素材の量を著しく減少させることが可能である。

図７を参照すると、部品、例えば、円錐形の型２１又はその他の型を製造するためのプロセスは、支持体２２等の支持構造体を生成してそれを包含することを含む。支持体２２は、円錐形の型２１の形状及び内部に少なくとも部分的に一致している形状を有する。支持体２２は、例えば、円錐形の型２１の中空内部の段付き形状に一致する段付き外面形状を有する。各段付き部は、型２１のそれぞれの層、例えば、第１の層１６及び第２の層１５に一致する。

円錐形の型２１の構造体に対する機械式支持体を構成するために、１つ又は２つ以上の内部支持体２２を、円錐形の型２１の内部に追加する。成形プロセス中に型２１を使用している間、この機械式支持体は有利である。しかしながら、所望ならば、支持体２２を、連続面３０の機械加工前に型２１内に配置してもよい。支持体２２は、木等の適当な材料で形成される。支持体２２は、接着剤、結合剤、機械式締結具、又はそれらの組合せを使用して、型２１に一時的に取付けられてもよいし、永久的に取付けられてもよい。単一の支持体２２が型２１の内部に固着されているけれども、複数の支持体２２が製造され、型２１に取付けられてもよい。

機械加工後の型２１は、支持体２２を有していてもいなくても、種々の適用例に適している。例えば、型２１又は本発明の開示の側面に従って製造されたその他の構造物は、ガラス繊維を含む構成要素を形成するための型として使用される。型２１は、ＣＮＣルーターのための構成部品としても有用であり、かかる部品は、プラスチック成形された部品をＣＮＣルーター１１で機械加工するときに固着させるための固着具である。ＭＤＦ等の種々の多孔質材料（シート）１２は、従来の材料よりも強度、耐久性、及び耐摩耗性が劣っているにもかかわらず、この方法に適している。型２１を上述した適用例の１つ又は２つ以上に使用するために、型２１の物理的特性を向上させることが望ましい。例えば、もしも型２１の大部分の（例えば、５０％よりも大きい、又は、７５％よりも大きい、又は、９０％よりも大きい容量％及び／又は重量％の）材料が、ＭＤＦ等の多孔質材料（シート）１２であれば、材料が本来備えている多孔性を、最終製品の物理的特性を向上させるのに利用することができる。

例えば、補強材料を型２１に付着させることが望ましい。型２１を製造するプロセスは、型２１を補強する１つ又は２つ以上の段階を実行することを含むのがよく、かかる段階は、図８に示すように、真空ポンプ２４を用いて真空を部品の内側に付与することを含む。型２１を補強する他の方法は、補強材料（例えば、熱硬化性材料）を型２１の中に押込むように、圧力を付与すること、型２１を熱硬化性材料の中に浸すこと、又は、型２１に熱硬化性材料をスプレーすること等を含む。部品の外壁の厚さが十分に薄ければ、ポンプ２４を型２１又は他の部品にそのように適用するとき、空気は、（例えば、このプロセスに使用されるセグメント（ビード）又は層の幅により）部品の表面全体にわたって部品の中に浸入する。

型２１等の部品を補強するように補強材料を真空２４によって効果的に付与するために、型２１の狭い部分即ち端部の反対側にある部品のベース面即ち底面２３をシールして、高流量真空ポンプ２４を、底面２３を介して部品２１に連結するのがよい。図８に示すように、真空ポンプ２４は、部品２１に取付けられ、シールされた部品２１の内側から空気を排気するのに使用される。少なくとも幾つかの適用例において、真空ポンプ２４によって排気される空気の容量は、造形された部品の表面をから流れる空気の容量よりも多く、その結果、真空レベル及びそれによって生じる部品の表面からの空気流が、表面からの空気の浸入に関わらず維持される。

そのように取付けられた真空ポンプ２４を作動させて、空気を型２１の内部から積極的に排気しながら、図８に示すように、薄く且つ低粘度のエポキシ等の樹脂２５を部品の表面、例えば、連続面３０に供給するのがよい。部品の内部に適用された真空によって生じる空気流は、部品の中を（例えば、部品の外側から連続面３０を通って部品の内部に）流れ、かかる真空と空気流により、液体樹脂２５を素材の構造体の中に引く。樹脂２５が素材の孔の中に引かれるとき、全ての又はほとんど全ての厚さに樹脂２５が注入された領域の空気流は、徐々に減少する。このことは、部品に樹脂２５が完全に注入されていない領域において、空気流を増大させる効果を有する。かかる領域において樹脂を供給することによって、最終的には、部品２１全体に、樹脂２５が注入される。部品２１全体に樹脂２５を注入したら、真空ポンプ２４の作動を止めて、樹脂２５を完全に硬化させて固くする。結果として、部品２１の強度及び物理的特性を向上させる。

変形例のプロセスでは、ニアネットシェイプを形成するために、部品２１の複数の層をだぼピン１９又は別の適当な方法で暫定的に締結させる。次いで、シールを部品２１の一番下の表面２３に形成する。次いで、真空を部品２１に真空ポンプ２４によって付与すると、空気が部品２１の外側からの内部に部品の中を通る空気流が生じる。次いで、樹脂２５の層を部品２１に供給する。樹脂２５を部品２１内に引くとき、樹脂２５は、これらの領域を徐々にシールし、部品２１の他の領域の真空を増大させ、樹脂２５をこれらのシールされていない領域内に引く。いったん部品２１を樹脂２５内に完全に注入して、樹脂２５を完全に硬化させると、樹脂２５は、複数の層を互いに永久的に保持する結合部を形成する。樹脂２５のこの注入を、機械加工の前に、例えば、オブジェクト２０が図５Ａ及び図５Ｂに対応する形状を有するときに行うのがよい。いったん樹脂２５が注入されたオブジェクト２０を、所望の最終寸法及び形状に機械加工して、広範囲の適用例に使用することができる。この仕方で形成された型２１のための１つの例示の適用例は、加圧滅菌器（オートクレーブ）内での用途のためである。型２１の全ての層が樹脂２５によって互いに永久的に結合されているので、加圧滅菌器内での用途が適当である。

樹脂を組立てられた構造内に注入するために真空を使用する変形例として、液体熱硬化性材料を使用してもよい。適当な液体熱硬化性材料の濃度は、型２１の構造を形成する材料の開いた孔に、毛細管作用を通じて浸入するのに十分に薄いのがよく、この場合、液体熱硬化性材料は、型２１の構造内に浸込む。この毛細管作用は、真空又は圧力等の追加の力を必要とすることなしに樹脂を注入するのに十分であるのがよい。

樹脂を組立てられた構造内に注入するために真空を使用する変形例として、自然の毛細管作用を介して利用される特定の構造素材の開いた孔に浸入するのに十分に薄い濃度の液体熱硬化性材料を使用することも可能であり、この場合、液体素材は、真空又は圧力等の追加の外力を必要とすることなしに構造内に十分に浸み込む。

所望の特性を達成するために、異なる樹脂２５の配合と、異なる基材（例えば、シート１２の材料）とを組合わせてもよい。オブジェクトを、上述した実施形態の１つに従って形成するとき、このオブジェクトを組立てて修正することによって形成された仕上げ後の部品の１つ又は２つ以上の特定の適用例に有用な所望の物理的特性に到達するために、特定の樹脂の配合及び／又は基材の材料を選択することが可能である。出来上がった部品２１は、多くの所望の特性を有する低コスト且つ高充填ポリマ―部品である。

上述した詳細な説明から、上述した開示に関わる当業者の範囲内にある本発明の開示の多数の変化、適合、及び変更が存在することは明らかである。しかしながら、本発明の開示の精神から逸脱しないかかる変化の全ては、特許請求の範囲に含まれるとき、本発明の範囲内として考えるべきことが意図されている。

Claims (15)

1. 部品を製造する方法であって、
   複数の個別の層セグメントを形成する多孔質素材を、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）ルーターを用いてシートから取出すことと、
   複数の層を、複数の個別の層セグメントで形成することと、
   中空の内部を有する形状の部品を形成するように、複数の層を互いに固着させることと、
   多孔質素材の多孔部に適合可能な熱硬化性材料を、部品の多孔質素材に注入することと、
   連続面及び中空の内部を有する部品を形成するために、ＣＮＣルーターを用いて、部品の外面の多孔質素材を除去することと、を含む方法。
2. 複数の層は、熱硬化性材料によって永久的に互いに取付けられる、請求項１に記載の方法。
3. 更に、ＣＮＣルーターを用いて、複数の個別の層セグメントの少なくとも１つの多孔性素材を、層の番号、位置、又はその両方を指示するマークを形成するように除去することを含む、請求項１に記載の方法。
4. だぼが第１の層及び第２の層の中を少なくとも部分的に延びるように、第１の層及び第２の層は、整列しただぼ孔を含む、請求項１に記載の方法。
5. 中空の内部は、段付き表面を含む、請求項１に記載の方法。
6. 中空の内部は、開いた端部から閉じた端部まで延び、
   更に、閉じた端部から開いた端部まで延びる物理的支持体を中空の内部の中に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 熱硬化性材料は、部品の外面の多孔質素材を除去した後で供給される、請求項６に記載の方法。
8. 部品は、型又はＣＮＣルーターの固着具である、請求項１に記載の方法。
9. 複数の個別の層セグメントは、複数のジョイントを形成する円弧形状セグメントである、請求項１に記載の方法。
10. 部品は、ＣＮＣルーターよりも大きい、請求項１に記載の方法。
11. 中空の内部を有する形状を有する部品を形成するように、複数の層を互いに固着させることは、円錐の形状の部品を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 部品の外面の多孔性素材を除去することは、複数の層のうちの２つ又は３つ以上の多孔性素材を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 更に、熱硬化性材料を部品の多孔質素材に注入する前に、中空の内部の開いた端部をシールすることを含む、請求項１に記載の方法。
14. 熱硬化性材料は樹脂である、請求項１に記載の方法。
15. 熱硬化性材料を部品に供給することは、真空ポンプを用いて、又は、圧力を部品に付与することによって、又は、部品を熱硬化性材料の中に浸すことによって、又は、部品に熱硬化性材料をスプレーすることによって行われる、請求項１に記載の方法。

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