JP2022515715A - 熱可塑性フィラメントを給送する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

押出しベースの生産システム300が開示され、押出しベースの生産システム300は、熱可塑性のフィラメント2を備えるフィラメントロールと、少なくとも1つのアセンブリとを備え、少なくとも1つのアセンブリは、フィラメントを受け取るための入口3と、フィラメントを送出するための出口4と、入口と出口との間のチャネル5と、第1の回転可能な構成要素10及び第2の回転可能な構成要素20であって、それぞれ第1の軸線12及び第2の軸線22の周りに回転可能であるとともに第1の外隆起11／第2の外隆起21を有する、第1の回転可能な構成要素10及び第2の回転可能な構成要素20とを備え、フィラメントがチャネル内へ導入され、少なくとも1つのアセンブリがフィラメント2に対して回転するとき、回転可能な構成要素はそれらのそれぞれの軸線の周りに回転し、軸線は、フィラメントの周りに、構成要素が主としてフィラメント上を転がるように移動し、外隆起11はフィラメント2に少なくとも部分的に貫入する。熱可塑性のフィラメントを給送する方法。【選択図】図6

Description

本発明は、フィラメントを押出ベースのシステム内に給送する装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、フィラメント給送機構を備える押出ベースの生産システム、及び熱可塑性材料であり又は熱可塑性材料を含むフィラメントを、例えば積層造形、例えば3Dプリンター用の装置に給送する方法に関する。

熱可塑性材料のフィラメントが供給され、溶融され、形成すべきオブジェクト上に堆積される押出ベースのシステムが、当該技術分野、例えば3Dプリンターの分野で既知である。

図1は、既知の押出しベースのシステムの概略ブロック図を示す。システムは、フィラメント102が巻かれるフィラメントスプール101を含む。フィラメントは、曲がった進路を介して押出機103に導かれる。図1の押出機103は、2つのピンチローラー107、108に基づく給送機構を有する。これらのローラー107、108を調整可能な速度で回転させることによって、材料の給送速度を制御することができる。加熱ユニット104がフィラメントを溶融し、溶融材料はノズル105によって堆積される。変位機構（図示せず）を用いてノズルを3方向X、Y、Zに移動させることによって、及びフィラメントを適切な速度で給送することによって、3Dオブジェクトを基板106上に層ごとに形成することができる。システムは外部コンピューター（図示せず）によって制御され、そのコンピューターは、例えば形成すべきオブジェクトの3Dモデルを含む。

図2（a）及び図2（b）は、或る特定の状況下で、例えばピンチローラーがフィラメント102を進めたいが力が不十分であるために、代わりにフィラメントから材料をこすり落とすとき、このシステムで発生する可能性がある問題を示す図である。これにより、生産プロセスが大幅に妨害されることを理解されたい。

特許文献1には、この文書の図3～図5に図示されるような別の既知のシステムが記載されている。図3は、組立チャンバー312、基板314、ガントリー316、押し出しヘッド318及びフィラメント給送源320を含み、押し出しヘッド318は駆動機構322を含む、押出しベースのデジタル生産システム300の正面図を示す。駆動機構322は、雌ねじ山表面332（図5を参照）を有する回転可能な構成要素330を使用するフィラメント駆動機構であり、システム300を用いる組立動作中に、フィラメント供給源320からフィラメント324の連続部分を供給するものである。

図4は、電気モーター334が回転可能な構成要素330をどのように駆動するかを示す。

図5は、回転可能な構成要素330の雌ねじ山がどのようにフィラメント324と係合し、それによってフィラメントを進めるかを示す。

常に改善又は代替の余地がある。

米国特許第7896209号

本発明の目的は、押出しベースの生産システムを提供することである。

押出ベースの生産システムにおいて、熱可塑性フィラメントを給送する方法を提供することも本発明の目的である。

アセンブリと、フィラメント給送システムと、押出しベースの生産システムにおいて熱可塑性フィラメントを正確なスループット速度で（例えば、供給された材料の量対要求された／設定された材料の量の非常に線形的な曲線で、又は例えば送出された材料の量対要求された／設定された材料の量の非常に平らな比率で）供給する方法とを提供することが、本発明の実施形態の具体的な目的である。

フィラメント供給機構及び対応する方法を、給送機構内におけるフィラメントの加熱及び／又は溶融及び／又はこすり落としの危険を低減して提供することが、本発明の特定の実施形態の目的である。

これらの目的に対して、本発明は、本発明の実施形態によるアセンブリ、フィラメント給送システム、押出しベースの生産システム、及び方法を提供する。

第1の態様によれば、本発明は、押出ベースの生産システムを提供し、このシステムは、押し出すべき熱可塑性フィラメントを備えるフィラメントロールと、熱可塑性フィラメントを給送するための少なくとも1つのアセンブリとを備え、少なくとも1つのアセンブリは、熱可塑性フィラメントを受け入れるための入口と、フィラメントを送出するための出口であって、入口及び出口は、フィラメントがその中で移動するチャネルを画定する、出口と、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素を含む少なくとも2つの回転可能な構成要素とを備え、チャネルは、第1の構成要素と第2の構成要素との間に少なくとも部分的に位置しており、第1の回転可能な構成要素は、第1の軸線の周りに回転可能でありかつ第1の外隆起を有し、この第1の軸線は、第1の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するようにチャネルから第1の距離に位置しており、第2の回転可能な構成要素は、第1の軸線とは異なる第2の軸線の周りに回転可能でありかつ第2の外隆起を有し、この第2の軸線は、第2の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するようにチャネルから第2の距離に位置しており、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素は、熱可塑性フィラメントがチャネルに挿入されるとき及びアセンブリがフィラメントに対して回転されるとき、第1の回転可能な構成要素が第1の軸線の周りに回転し、及び第2の回転可能な構成要素が第2の軸線の周りに回転するように取り付けられ、第1の軸線及び第2の軸線は、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素が主に熱可塑性フィラメントの表面上を転がるようにフィラメントの周りに移動し、第1の外隆起及び第2の外隆起が、熱可塑性フィラメントへ約0.05 mm～約0.25 mm貫入する。

その結果、フィラメントに少なくとも1つの溝が形成され、フィラメントを破損することなく、フィラメントは正確に軸方向に移動する。

一実施形態において、隆起は、約0.06 mm、又は約0.08 mm、又は約0.10 mm、又は約0.11 mm、又は約0.12 mm、又は約0.13 mm、又は約0.14 mm、又は約0.15 mm、又は約0.18 mm、又は約0.20 mm、又は約0.22 mm、又は約0.23 mm、又は約0.24 mmに等しい深さまで貫入するように設けられる。

フィラメントは、好ましくは円形の断面を有する。

チャネルは、好ましくは円筒形チャネルである。

好ましくは、第1の距離は第2の距離に等しい。

フィラメント内の隆起同士が係合するため、アセンブリが熱可塑性フィラメントを軸方向に駆動するのに非常に適していることは利点である。

回転可能な構成要素が主にフィラメント上を転がるが、フィラメント内へ部分的に押し込まれることは大きな利点であり、その理由は、そのような移動は本質的に「転がり摩擦」と、僅かな又は減少した「滑り摩擦」（又は「滑り」）のみとを発揮するためである。その結果、フィラメントの前進がより円滑にかつ正確に進行し、フィラメントに加えられるねじれが大幅に減少する。

フィラメントは既知の（所定の）直径を有する。この直径は標準化されたものとすることができる。

好ましくは、外隆起は、テーパーした端部（半径方向に、回転軸線から遠くへ）、又は尖った端部、又は円形断面の端部、又は三角形断面の端部、又は台形断面の端部、又は凸状断面の端部を有する。「端部」とは、フィラメント内に貫入する部分を意味する。

言い換えれば、外隆起は、主に又は大部分がフィラメント上を転がり、その一端はフィラメント内に貫入して溝を形成し、又は既に作られた溝の中を進んでフィラメントを軸方向に変位させる。

回転可能な構成要素の外径は、好ましくはフィラメントの直径の少なくとも2倍、好ましくは少なくとも3倍、又は少なくとも4倍、又は少なくとも5倍であるが、最大で15倍で、又は最大で12倍、又は最大で10倍である。

一実施形態において、アセンブリは、チャネル内に受け入れられる熱可塑性フィラメントを更に備える。

一実施形態において、回転可能な構成要素の軸線同士は、実質的に平行であり、すなわち平行であり、又は互いに最大15度の角度で交差している。

一実施形態において、少なくとも2つの回転可能な構成要素のそれぞれは、互いに対して軸方向に変位した（フィラメントの長手方向において）、少なくとも3つの異なる隆起区分によって熱可塑性フィラメントと接触している。

言い換えれば、この実施形態において、隆起がねじ山を形成する場合、ねじ山の少なくとも3つの「頂上」又は「頂部」がフィラメントと接触している。または、外隆起が円盤又はリング又は皿を形成する場合、少なくとも3つの円盤又はリング又は皿がフィラメントと接触している。アセンブリが2つの回転可能な構成要素を備える場合、回転可能な構成要素及びフィラメントの少なくとも6つの異なる係合位置がある。アセンブリが3つの回転可能な構成要素を備え、それぞれがフィラメントと係合する少なくとも3つの隆起区分を備える場合、回転可能な構成要素及びフィラメントの少なくとも9つの異なる係合位置がある。

一実施形態において、アセンブリは、少なくとも4つの軸受を更に備え、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素は、それぞれ少なくとも4つの軸受のうちの2つによって取り付けられる。

一実施形態において、少なくとも1つのアセンブリはリングギアを更に備え、少なくとも2つの回転可能な構成要素のそれぞれは、リングギアと係合して少なくとも第1の構成要素及び第2の構成要素をそれらのそれぞれの軸線の周りに同期して回転させるギアホイールを更に備える。

このような駆動装置は、遊星駆動装置又はリングギアを備える遊星歯車に匹敵し、回転可能な構成要素の歯車は遊星歯車として機能する。

一実施形態において、少なくとも1つのアセンブリは、フィラメントを通過させるための中心開口部を備える中心ギアホイールを更に備え、少なくとも2つの回転可能な構成要素のそれぞれは、中心ギアホイールに係合して、第1の構成要素及び第2の構成要素をそれらのそれぞれの軸線の周りに同期して回転させるギアホイールを備える。

同期回転のおかげで、フィラメント内の軌道同士が結合しないこと、及び軌道が歪まないことが保証される。

このような駆動装置は、遊星駆動装置又は中心のサンギアを備える遊星歯車に匹敵し、回転可能な構成要素の歯車は遊星歯車として機能する。

駆動機構が少なくとも3つの構成要素を有する実施形態において、第3の構成要素はまた、中心ギアホイールと係合して3つのギアホイールをそれらのそれぞれの軸線の周りに周期して回転させるギアホイールを備える。

一実施形態において、アセンブリは、チャネルが第1の構成要素と第2の構成要素と第3の構成要素と第4の構成要素との間の空間に少なくとも部分的に位置するように位置決めされた、第3の構成要素及び第4の構成要素を更に備え、第3の構成要素及び第4の構成要素は、それぞれチャネルに接触し又はほぼ接触する表面を有する。

好ましくは、第1の構成要素及び第2の構成要素は、チャネルに対して互いに反対にあり、第3の構成要素及び第4の構成要素も、チャネルに対して互いに反対にある。

この実施形態において、フィラメントは、第1の回転可能な構成要素と第2の回転可能な構成要素との間に実質的に締め付けられる。第3の構成要素及び第4の構成要素は、フィラメントをチャネル内に保持するためだけに機能する。好ましくは、フィラメントと接触することがある第3の構成要素及び第4の構成要素の表面の少なくとも一部は、滑らかであり、例えば磨かれ及び／又はコーティングされる。

一実施形態において、少なくとも1つのアセンブリの第1の軸線は、チャネルと実質的に平行であり、第2の軸線は、チャネルと実質的に平行であり、第1の隆起は第1の雄ねじ山を形成し、第2の隆起は第2の雄ねじ山を形成し、少なくとも2つの回転可能な構成要素の移動は、ギアホイールによって同期される。

好ましくは、第2の雄ねじ山のリードは、第1の雄ねじ山のリードと等しい。

第1の雄ねじ山及び第2の雄ねじ山は、好ましくはリードが一定のらせん形である。ねじ山は、一条ねじにすることができ、又はそれは多条ねじにすることができる。

これらの実施形態において、軸線がチャネルと平行でありかつねじ山を備える回転可能な構成要素は、フィラメントがアセンブリに対して軸方向に移動することを保証する。

この実施形態において、フィラメントに環状の溝又は凹所が形成される。ギアホイールによる同期のおかげで、環状の溝同士は明確に分離されて分離したままにすることができるとともに、溝の侵食及び／又は合流を防止することができる。侵食及び／又は合流があると、精度が低下する。

このアセンブリの利点は、アセンブリが非常に線形的な挙動（フィラメントの出口速度対フィラメントの要求された速度）、又は非常に平らな変速比を有し、或る特定の最大カウンター圧力までほぼ完全な変速特性を有することである。

一実施形態において、少なくとも1つのアセンブリは、第3の雄ねじ山を有する第3の回転可能な構成要素を更に備え、第3の回転可能な構成要素は、第1の軸線及び第2の軸線とは異なる第3の軸線の周りに回転可能であり、この第3の軸線は、チャネルと実質的に平行であるとともにチャネルから離れて位置し、これにより第3の雄ねじ山が少なくとも部分的にチャネルに貫入し、チャネルは、第1の構成要素と第2の構成要素と第3の構成要素との間に少なくとも部分的に位置し、第3の回転可能な構成要素は、フィラメント（例えば、標準化された寸法である）がチャネル内に挿入されるとき、及びアセンブリがフィラメントに対して回転するとき、第3の回転可能な構成要素が主にフィラメントの表面上を転がるように取り付けられる。

この実施形態の利点は、第3の雄ねじ山とフィラメントとが係合するために、第3の構成要素が第3の軸線の周りに回転することにより、フィラメントがチャネルを通って前進することに貢献することである。

この実施形態の利点は、第3の軸線の周りにおける第3の構成要素の回転が、フィラメントと第3の構成要素との間の摩擦を低減することに貢献し、フィラメントをより円滑に及び／又はより正確に前進させることである。

一実施形態において、少なくとも1つのアセンブリの第1の軸線は、フィラメントを1.0度～9.0度の角度で横切るように設けられ、第2の軸線は、フィラメントを1.0度～9.0度の角度で横切るように設けられ、第1の隆起は、複数の第1のリングを形成し、第2の隆起は、複数の第2のリングを形成する。

これらの実施形態において、軸線がチャネルに対して傾斜した回転可能な構成要素により、アセンブリに対してフィラメントが軸方向に移動することが保証される。

この実施形態の主な利点は、回転可能な構成要素の、それぞれの軸線の周りの回転移動が、ギアホイールによって明示的に同期される必要がないことである。換言すれば、本実施形態の主な利点は、これらのギアホイールを省略できることであり、その方が回転可能な構成要素の製造が容易であり、重量が軽く、したがって駆動するのが容易である。

一実施形態において、アセンブリは、第1の軸線及び第2の軸線とは異なる第3の軸線の周りに回転可能な第3の回転可能な構成要素を更に備え、第3の軸線は、チャネルと1.0度～9.0度の角度で交差し、第1の隆起、第2の隆起及び第3の隆起は、複数のリングを含む。

好ましくは、第2の軸線は、それがフィラメントの周りに120度変位した後に第1の軸線の位置をとり、好ましくは、第3の軸線は、それがフィラメントの周りを240度変位した後に第1の軸線の位置をとる。したがって、いずれの時点でも、いずれの軸線も互いに平行でなく、チャネルと平行でもなく交差している。

一実施形態において、第1の回転可能な構成要素、第2の回転可能な構成要素及び第3の回転可能な構成要素は、第1の隆起、第2の隆起及び第3の隆起によって形成される少なくとも1つの溝が単一のらせん、又は2つの個別のらせん、又は3つの個別のらせんを形成するように成形及び位置決めされる。

一実施形態において、回転可能な構成要素のそれぞれは、少なくとも3つ又は少なくとも4つ又は少なくとも5つ又は少なくとも7つのリングを含む。

一実施形態において、各回転可能な構成要素上の複数のリングは等距離にあるリングである。言い換えれば、この実施形態において、別々に考慮される各回転可能な構成要素のリング同士は、互いに一定の距離にある。

一実施形態において、複数のリングは全て同じ外径を有する。

一実施形態において、複数のリングのうち少なくとも1つは第1の外径を有し、複数のリングのうち少なくとも他の1つは、第1の外径とは異なる第2の外径を有する。

このようにして、例えばリングの、フィラメント内への漸増する又は一定の貫入深さを得ることができる。

一実施形態において、押出しベースの生産システムは、少なくとも1つのアセンブリの入口又は出口に位置決めされ、フィラメントのねじれを制限する少なくとも1つの回転制限ユニットを更に備える。

一実施形態において、フィラメント給送システムは、アセンブリの入口又は出口に配置されてフィラメントのねじれを制限する、少なくとも1つの加圧ローラーアセンブリを更に備える。

一実施形態において、回転制限ユニットは、少なくとも2つのピンチローラー又は少なくとも2つの加圧ローラーを備える。

一実施形態において、フィラメントロールは、フィラメントロールから来るフィラメントが湾曲部に従ってアセンブリの入口に導入されるように、配置される。

一実施形態において、押出しベースの生産システムは、少なくとも1つのアセンブリをフィラメントに対して回転させるために設けられる少なくとも1つの駆動機構を更に備える。

一実施形態において、駆動機構は、少なくとも1つのアセンブリのタイミングベルトプーリーに動作可能に接続される。

好ましくは、駆動機構は同期式駆動機構である。

一実施形態において、押出しベースの生産システムは、フィラメントを第1の方向に変位させるために設けられた第1のアセンブリと、フィラメントを同様に第1の方向に変位させるために設けられた、第1のアセンブリと類似する第2のアセンブリと、駆動機構であって、第1のアセンブリの回転可能な構成要素をフィラメントに対して第1の方向に回転させ、第2のアセンブリの回転可能な構成要素をフィラメントに対して第1の方向と反対の第2の方向に回転させ、こうして第1のアセンブリによって加えられるねじり力を低減又は実質的に排除する、駆動機構とを備える。

この実施形態の利点は、第1のアセンブリによってフィラメント上に加えられる既に小さい第1のねじれと、第2のアセンブリによって引き起こされる（既に小さい）第2のねじれとが互いに打ち消し合い、その結果として生じるねじれが更に低減されることである。

フィラメント上に加えられる軸方向の力が増加すること、例えば実質的に2倍になることは、2つのアセンブリを段階的に行う利点である。これにより、フィラメントが隆起又は歯に対してシフトする危険が更に減少する。

一実施形態において、駆動機構は、電気モーターと、同期する駆動装置、例えば歯付き駆動ベルト、又はチェーン又はギアホイールとを備える。

一実施形態において、少なくとも1つの駆動機構は、少なくとも1つのアセンブリをフィラメントに対して回転させるための電気モーターを更に備える。

一実施形態において、少なくとも1つの駆動機構は、少なくとも1つのアセンブリを電気モーターに結合するための駆動ベルトを更に備える。

一実施形態において、電気モーターは中空シャフトを有するモーターであり、中空シャフトはフィラメントを受け入れるように構成され、モーターは、少なくとも1つのアセンブリをフィラメントに対して回転させるように構成される。

一実施形態において、押出しベースの生産システムは、制御ユニットを更に備え、制御ユニットは、外部コンピューターと通信可能に接続可能であるとともに、少なくとも1つの駆動機構を制御するための情報を受信するために設けられる。

制御ユニットは、例えば位置情報と、受け入れ位置に堆積される材料の量とを受信するように構成されることができる。

一実施形態において、押出しベースの生産システムは、通過した熱可塑性フィラメントを溶融するために設けられた加熱素子を更に備える。

一実施形態において、押出しベースの生産システムは3Dプリンターである。

第二の態様によれば、本発明は、押し出すべき熱可塑性フィラメント2を備えるフィラメントロールと、少なくとも1つのアセンブリとを備える押出しベースの生産システムに熱可塑性フィラメントを通過させる方法も提供し、少なくとも1つのアセンブリは、押し出すべき熱可塑性フィラメントを受け入れるための入口と、フィラメントを送出するための出口であって、入口及び出口は、フィラメントがその中で移動するチャネルを画定する、出口と、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素を含む少なくとも2つの回転可能な構成要素とを備え、チャネルは、第1の構成要素と第2の構成要素との間に少なくとも部分的に位置しており、第1の回転可能な構成要素は、第1の軸線の周りに回転可能でありかつ第1の外隆起を有し、第1の外隆起が、チャネルに少なくとも部分的に貫入するように、この第1の軸線は、チャネルから第1の距離に位置し、第2の回転可能な構成要素は、第1の軸線とは異なる第2の軸線の周りに回転可能でありかつ第2の外隆起を有し、第2の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するように、この第2の軸線はチャネルから第2の距離に位置し、方法は、a）熱可塑性フィラメントをチャネルに導入するステップと、b）第1の回転可能な構成要素を第1の軸線の周りに回転させ、第2の回転可能な構成要素を第2の軸線の周りに回転させ、第1の軸線及び第2の軸線をフィラメントの周りに、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素が主にフィラメントの表面上を転がるとともに、第1の外隆起及び第2の外隆起が熱可塑性フィラメントに約0.05 mm～約0.25 mm貫入するように、移動させるステップとを含む。

第3の態様によれば、本発明はまた、熱可塑性フィラメントを給送するアセンブリを提供し、アセンブリは、押し出すべき熱可塑性フィラメントを受け入れるための入口と、フィラメントを送出するための出口であって、入口及び出口はフィラメントがその中で移動するチャネルを画定する、出口と、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素を含む少なくとも2つの回転可能な構成要素とを備え、チャネルは、第1の構成要素と第2の構成要素との間に少なくとも部分的に位置しており、第1の回転可能な構成要素は、第1の軸線の周りに回転可能でありかつ第1の外隆起を有し、この第1の軸線は、第1の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するようにチャネルから第1の距離に位置しており、第2の回転可能な構成要素は、第1の軸線とは異なる第2の軸線の周りに回転可能でありかつ第2の外隆起を有し、この第2の軸線は、第2の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するようにチャネルから第2の距離に位置しており、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素は、熱可塑性フィラメントがチャネル内に挿入されるとき及びアセンブリがフィラメントに対して回転されるとき、第1の回転可能な構成要素が第1の軸線の周りに回転し、第2の回転可能な構成要素が第2の軸線の周りに回転するように取り付けられ、第1の軸線及び第2の軸線は、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素が主に熱可塑性フィラメントの表面上を転がるようにフィラメントの周りを移動し、第1の軸線はチャネルと実質的に平行であり、第2の軸線はチャネルと実質的に平行であり、第1の隆起は第1の雄ねじ山を形成し、第2の隆起は第2の雄ねじ山を形成し、少なくとも2つの回転可能な構成要素の移動は、ギアホイールによって同期される。

一実施形態において、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素は、第1の外隆起及び第2の外隆起が熱可塑性フィラメントに約0.05 mm～約0.25 mm貫入するように取り付けられる。

一実施形態において、アセンブリは、第3の雄ねじ山を有する第3の回転可能な構成要素を更に備える。

図面を特に参照して、図示される詳細は、本発明の様々な実施形態の例としてのみ、及び例示的な議論のためにのみ役立つことが強調される。図面は、本発明の原理及び概念的態様のうち最も有用でかつ直接関係する説明とみなされるものを提供する目的で提案されている。この点で、本発明の基本的な理解に必要である以上の本発明の構造的詳細を示す試みはなされていない。図面と組み合わせた説明により、当業者にとって本発明の様々な形態が実際にどのように実施され得るかが明らかになる。

既知の押出しベースのシステムの概略ブロック図である。システムは、2つのピンチローラー又は2つのグリップローラーに基づく給送機構を含む。 図1のシステムに特定の状況で起こり得る問題を示す図である。 図３～図５：別の既知の押出しベースのシステムを示す図である（図３の下端の点線は図４の上端の点線に繋がる。図４の右端の点線は図５の左端の点線に繋がる。）。図３：当技術分野で既知の押出しベースのデジタル生産システムの正面図であり、システムは、雌ねじ山表面を有する回転可能な構成要素を使用する駆動機構を備える。 図3の駆動機構の拡大図であり、モーターが雌ねじ山を有する構成要素を駆動する。 雌ねじ山がどのようにフィラメントと係合し、フィラメントに溝を作り、それによってフィラメントを進めるかの拡大図である。 図６～図１２及び図１４～図１９：本発明による実施形態において使用することができる、アセンブリの第1の例示的な実施形態を示す図である。図６：フィラメントと係合する雄ねじ山の形態の縁部（又は突出部）を備える、3つの回転可能な構成要素の配置を示す図である。回転可能な構成要素の軸線はチャネルと平行である。 図6の構成要素のねじ山がどのようにフィラメントと係合するかを示す断面図である（図７の右端の点線は図８の左端の点線に繋がる。）。 図7の一部の拡大図である。 図6の3つの回転可能な構成要素、及びこれらの3つの回転可能な構成要素を備えるアセンブリを、軸受及びギアホイールとともに示す分解図である。 図9の構成要素に基づくアセンブリを組み立てられた形態で示す図（左）である。モーター及びベルト及びグリップローラーと一緒に、全体がフィラメント給送システムを形成する。 図10の給送機構の平面α及びβにおける断面図である。 本発明の実施形態において使用可能なフィラメント給送システムの例を示す図である。 可変変速装置システムの技術分野で既知の遊星歯車式駆動装置の例を示す図である。 図１４（ａ）回転可能な構成要素及びフィラメントの上面図（図9の方向A－A）である。図１４（ｂ）ねじ山がどのようにフィラメントに係合するかの拡大図である。 第1の実施形態において、回転可能な構成要素の移動（それらの軸線の周りの回転及びフィラメントの周りの軸線の変位）が、ギアホイール及びリングギアによってどのように同期可能であるかを示す図である。 構成要素のうちの1つの移動を表すコンピューターシミュレーションのスクリーンショットの図である。図示されるように、構成要素は、それ自体の軸線の周りに回転し、軸線自体はフィラメントの周りに変位する。 構成要素のうちの1つの移動を表すコンピューターシミュレーションのスクリーンショットの図である。図示されるように、構成要素は、それ自体の軸線の周りに回転し、軸線自体はフィラメントの周りに変位する。 構成要素のうちの1つの移動を表すコンピューターシミュレーションのスクリーンショットの図である。図示されるように、構成要素は、それ自体の軸線の周りに回転し、軸線自体はフィラメントの周りに変位する。 構成要素のうちの1つの移動を表すコンピューターシミュレーションのスクリーンショットの図である。図示されるように、構成要素は、それ自体の軸線の周りに回転し、軸線自体はフィラメントの周りに変位する。 図２０～図２４：本発明による給送機構の第2の例示的な実施形態を示す図であり、第1の実施形態の変形として、給送機構は、リングギアを備えないが中心ギアホイールを備える。中心ギアホイールは開口部を有する。この実施形態は、雄ねじ山を備える3つの回転可能な構成要素も有する。図２０：3つの構成要素及び中心ギアホイールの上面図である。 構成要素及びフィラメント及び中心ギアホイールの相対位置を示す斜視図である。 図22（図21）の3つの回転可能な構成要素及び中心ギアホイールと、これらの3つの回転可能な構成要素を備えるアセンブリと、軸受及びギアホイールとの分解図である。 図22の上面図であり、図23では、2つの平面α及びβが規定されており、一部が説明の目的で切り取られている。 図22のアセンブリの、図23に図示される平面α及びβにおける断面図である。 図24のアセンブリの僅かな変形を含む、すなわちタイミングベルトプーリーを備える、フィラメント給送システムを示す図である。 本発明による実施形態において使用可能な、ピッチが異なる一条ねじ及び多条ねじの幾つかの例を示す図である。 本発明による実施形態において使用可能な、ピッチが異なる一条ねじ及び多条ねじの幾つかの例を示す図である。 本発明による実施形態において使用可能な、ピッチが異なる一条ねじ及び多条ねじの幾つかの例を示す図である。 本発明による実施形態において使用可能な、ピッチが異なる一条ねじ及び多条ねじの幾つかの例を示す図である。 一条ねじ又は多条ねじを備える、回転可能な構成要素がどのようにフィラメントと係合し、フィラメント上にリングを形成するかの例を示す図である。 一条ねじ又は多条ねじを備える、回転可能な構成要素がどのようにフィラメントと係合し、フィラメント上にリングを形成するかの例を示す図である。 第1の実施形態の変形として、本発明によるアセンブリ（の一部）の第3の例示的な実施形態を示す図である。このアセンブリは、ねじ山を備える2つのみの回転可能な構成要素を含むが、2つの追加のホルダー又は2つの機械ガイドを含む。 第1の実施形態の変形として、本発明によるアセンブリ（の一部）の第3の例示的な実施形態を示す図である。このアセンブリは、ねじ山を備える2つのみの回転可能な構成要素を含むが、2つの追加のホルダー又は2つの機械ガイドを含む。 図３４～図４２：本発明によって提案される、アセンブリ及びフィラメント給送システムの第4の例示的な実施形態を示す図である。図３４：リングの形態の複数の隆起（又は突出部）を含む、3つの回転可能な構成要素の配置を示す図である。回転可能な構成要素の軸線はチャネルと平行ではなく、小さい角度を成している。 回転可能な構成要素のリングは、それらがフィラメントの同じ溝内を進むようにどのように設定可能（軸方向のシフトで）かを、展開によって示す図である。図35はタイムラインとみなすこともでき、タイムラインは、フィラメントとの係合点が時間の経過とともにフィラメントの軸方向にシフトすることを明確に示す。 図34及び図35のように配置されたリングを備える回転可能な構成要素が、どのようにフィラメントと係合し、フィラメント上に1つ以上のらせん（spirals）又はらせん（helixes）を形成し、それによってフィラメントを進めるかの例を示す図である。 図34及び図35のように配置されたリングを備える回転可能な構成要素が、どのようにフィラメントと係合し、フィラメント上に1つ以上のらせん（spirals）又はらせん（helixes）を形成し、それによってフィラメントを進めるかの例を示す図である。 図３８（ａ）：図34の配置に基づく例示的なフィラメント駆動システムの正面図である。図３８（ｂ）：図34の配置に基づく例示的なフィラメント駆動システムの断面図である。 同期駆動装置を備える図38（a）のフィラメント駆動システムを示す図である。 第4の実施形態による、反対方向に駆動される2つのアセンブリを有するフィラメント駆動システムの斜視図である（上部アセンブリの駆動ホイールは、アセンブリの残部に対して時計回りに駆動され、下部の駆動ホイールは、アセンブリの残部に対して反時計回りに駆動され、又はその逆も同様である）。 図40のフィラメント駆動システムの断面図である。 図40のフィラメント駆動システムの正面図である。この正面図は、回転可能な構成要素の軸線が異なる方向に傾斜していることを明確に示す。2つのアセンブリは、単一のモーターにより駆動されることによって同期される。 図10（図40）によるフィラメント駆動システムを備える試験装置の斜視図である。 本発明による実施形態において使用され得る等の、幾つかの例示的な加圧ローラー又はピンチローラーの上面図である。 本発明による実施形態において使用され得る等の、幾つかの例示的な加圧ローラー又はピンチローラーの上面図である。 本発明による実施形態において使用され得る等の、幾つかの例示的な加圧ローラー又はピンチローラーの上面図である。 図43の試験装置を用いて測定されたデータに基づいて、要求された材料の量に対する送出された材料の量の比率を示すグラフである。

本発明は、例示的な実施形態を参照して更に解明されるであろう。しかしながら、本発明は実施形態に限定されず特許請求の範囲によってのみ限定される。

本発明では、「ローラー」及び「回転可能な構成要素」という用語は同義語として使用される。

この文書において、「フィラメント係合機構」又は略して「係合機構」という用語は、例えば、図6（第1の実施形態）又は図22（第2の実施形態）又は図32（第3の実施形態）又は図34（第4の実施形態）に図示されるように、円筒形チャネルの周りに配置された少なくとも2つ又は少なくとも3つの回転可能な構成要素の配置を指すために使用される。

この文書において、「ピンチローラー」、「グリップローラー」及び「加圧ローラー」という用語は同義語として使用される。

図1は、既知の押出しベースのシステムの概略ブロック図を示す。システムは、2つの加圧ローラー又は2つのピンチローラー（いわゆる「ピンチローラーシステム」又は「ピンチ給送システム」）107、108に基づく供給機構を含む。図1のシステム100の動作原理は、既に背景技術セクションにおいて説明された。

図2は、図1のシステムに特定の状況で起こり得る問題、例えば、ピンチローラーがフィラメント102を押したいが、代わりにフィラメントから材料をこすり落とすことを示す。

図47中の点線の曲線は、そのような給送システムの一般的な曲線を示す。X軸は、要求された材料の量（例えば、外部コンピューター（図示せず）によって要求された堆積すべき材料の設定された量）を示す。Y軸は、要求される材料の量（要求される流量）に対する供給される材料の量（出口の流量）の比率を示す。見てわかるように、この比率（必要な修正及び補償を伴う）は、比較的少ない流量について（約3 mm³／秒未満の例において）実質的に100％であるが、多い流量において、例えばスリップが発生するために、例えばノズル105を備える加熱素子104が十分に追従できずフィラメント102に上向きの圧力を加えることができないために、比率は低下する。図示されるように、偏差は速度に依存する。ピンチローラー107、108は、或る特定の値（例では3mm³／秒において発生する力）に追従することができるが、或る特定の値から「スリップ」が発生し、ピンチローラーの歯がフィラメント102から材料を多かれ少なかれこすり落とし始める。その結果、供給される材料の量は要求される材料の量よりも少なくなり、これはもちろん、製造すべきワークピースの品質及び仕上げに弊害をもたらす。実際には、これは、図47の曲線に従う図1に図示される給送システムの最大押出速度が、最適な品質を得るために最大約3 mm³／秒に制限され、偏差が5%の場合は約5 mm³／秒に制限されることを意味する。比率が高くなると、生産される製品の品質が急速に低下する。

図3～図5は、別の既知の押出しベースのシステムを示す。本発明の図3、図4及び図5は、それぞれ特許文献1の図1、図11及び図4の複製である。

図3のシステムは、既に背景技術セクションにおいて説明されている。図4は、システム300がモーター334を備える駆動機構を含み、モーター334は、ベルトを介して雌ねじ山を有する回転可能な構成要素330を駆動することを示す。図5は、回転可能な構成要素330の雌ねじ山332がどのようにフィラメント324と係合し、それによってフィラメントを進めるかを示す。

更なる調査により、このシステムには幾つかの欠点があることが明らかになった。例えば、とりわけ、回転可能な構成要素330とフィラメント324との間に大きな摩擦が存在し、その理由は、ねじ山がナイフのようにフィラメントに切り込み、それを通じて引っ張られ、その結果フィラメント324が熱くなり、加熱ユニットに到着する前でも、局所的に溶ける可能性があるためである。これにはかなり強力なモーターが必要であり、溶融材料が給送システムの部品を詰まらせる可能性があり、供給される材料の量が明確に規定されず、システムが停止すると、溶融材料が硬化し、それにより回転可能な構成要素が動かなくなることがある。

本発明者らは、完全に異なる解決策、すなわち、外隆起（例えば、雄ねじ山又はリング付き又は円盤付き）を備える回転可能な構成要素に基づく解決策を提案し、回転可能な回転可能な構成要素及び隆起は、外隆起が或る程度フィラメント内に貫入するが、これらの隆起を除けば、回転可能な構成要素は、主にフィラメントの表面上を転がるように寸法が決められかつ取り付けられる。

より具体的には、本発明者らは、押出ベースの生産システムにおいて使用するアセンブリを提案し、アセンブリは、
押し出すべきフィラメントを受け入れるための入口と、
フィラメントを送出するための出口であって、入口及び出口はフィラメントがその中で移動するチャネルを画定する、出口と、
第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素を含む少なくとも2つの回転可能な構成要素と、
を備え、
チャネルは、第1の構成要素と第2の構成要素との間に少なくとも部分的に位置しており、
第1の回転可能な構成要素は、第1の軸線の周りに回転可能でありかつ第1の外隆起を有し、この第1の軸線は、第1の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するようにチャネルから第1の距離に位置し、
第2の回転可能な構成要素は、第1の軸線とは異なる第2の軸線の周りに回転可能でありかつ第2の外隆起を有し、この第2の軸線は、第2の外隆起がチャネルへ少なくとも部分的に貫入するようにチャネルから第2の距離に位置し、
第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素は、熱可塑性フィラメントがチャネル内に挿入されるとき及びフィラメントに対してアセンブリが回転するとき、第1の回転可能な構成要素がその軸線（第1の軸線）の周りに回転し、第2の回転可能な構成要素がその軸線（第2の軸線）の周りに回転するように取り付けられ、第1の軸線及び第2の軸線は、第1の回転可能な構成要素及び第2の回転可能な構成要素が主に熱可塑性フィラメントの表面上を転がり、第1の外隆起及び第2の外隆起は、熱可塑性フィラメント内に少なくとも0.05 mm貫入し、それによってフィラメントに少なくとも1つの溝を形成し、フィラメントを軸方向に変位させるように熱可塑性フィラメントの周りに移動する。

そのようなアセンブリは、フィラメント給送システム、又は例えばいわゆる3Dプリンターにおいて、完全な押出ベースの生産システムを形成するために使用することができる。

これらの原理に基づく様々な実施形態が可能である。以下では4つの実施形態をより詳細に論じるが、もちろん本発明は、それらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。

第1の実施形態
図6～図12及び図14～図19は、第1の例示的なフィラメント給送システム900の主な態様を示す。

図6は、それぞれの雄ねじ山11、21、31がフィラメント2と係合して、それぞれの軸線12、22及び32を備える、3つの回転可能な構成要素10、20、30の配置を示す。変形では、アセンブリは、例えば、4つ又は5つ又は6つの回転可能な構成要素を備えることができる。

雄ねじ山はフィラメントへ部分的に貫入し、フィラメントは通常、熱可塑性材料を含む。その結果、フィラメントは良好に把持され、意図しない軸方向のスリップの危険が最小になる。

ねじ山がフィラメント内に1つの位置（図5の右側）においてのみ貫入する図5のシステムとは対照的に、本発明のシステムにおいて、フィラメントは少なくとも2つ又は少なくとも3つの異なる位置において貫入されている。

主な利点は、しかしながら、フィラメントに対する軸線の変位に起因する。図5のシステムにおいて回転可能な構成要素の軸線が一定の位置である場合、本発明のシステムの軸線は、仮想的な円筒形表面上を移動する。このことの主な効果は、一方では回転可能な構成要素と、他方ではフィラメントとの間の摩擦が主に「転がり摩擦」であり、路面上を転がる車輪に匹敵することである。これにより幾つかの利点がもたらされる。例えば、要求されるエンジンがそれ程強力でなく（結果として費用が低くなり）、フィラメントの加熱が（はるかに）少なくなるため、フィラメントが溶融し、給送機構が目詰まりし、エンジンが詰まる危険が軽減される。

動作の間、フィラメント2は、回転可能な構成要素間の空間において矢印の方向に軸方向に移動する（図15bも参照）。

図7は、ねじ山11を備える第1の回転可能な構成要素10の断面図であり、ねじ山11の端部がどのようにフィラメント2と係合するかを示す。同じことが他の回転可能な構成要素20、30についても当然起こる。

図8は、図7の一部を拡大した図である。

図7及び図8に、1つのタイプ、すなわち二等辺三角形の断面の雄ねじ山11のみが示されるが、もちろん、本発明はこの断面に限定されず、他の適切な断面、例えば不等辺三角形のねじ山、端部が尖っているが側面が湾曲しているねじ山、端部が円形断面のねじ山、又は断面が台形のねじ山なども、使用することができることに留意されたい。

ねじ山の半径方向の端部がフィラメントへ部分的に貫入してこれと係合可能であることが重要である。これは、回転可能な構成要素をフィラメントから適切な距離に置くことによって実現することができる。実際には、フィラメントに対して隆起を加圧する結果として塑性変形が起こり、その結果フィラメントは永久的なくぼみ又は溝6又は切り込みを得る。これらの切り込みは、驚くべきことに個々のリング、例えば円形のリングを形成し、それゆえらせん形状ではないことが分かっている。

図7及び図8には図示されないが、ねじ山は、例えばねじ山が供給機構の入口の近く（例えば、図7の位置Xの近く）でフィラメント2に貫入せず又はほとんど貫入しないように僅かに円錐形にすることもでき、これによりフィラメントは構成要素の間に容易に位置決めされることができ、供給機構の出口の近く（例えば、図7の位置Yの近く）で徐々に深く貫入し、その結果、回転可能な構成要素とフィラメント2との間で非常に良好な把持が生じ、その結果、偶発的な移動（「スリップ」）の危険が低減され、又は最小である。

図9は、図6の3つの回転可能な構成要素、及びこれらの3つの回転可能な構成要素10、20、30を備えるアセンブリの分解図である。構成要素10、20、30は、軸受43、45、例えば玉軸受によって上部及び下部に取り付けられる。これらの軸受は、次に、キャリア構造の下部46及び上部41の対応するくぼみ51に取り付けられる。上部41は、例えばボルトによって下部46に取り付けることができる。

構成要素10、20、30は更に、それぞれ上部（又は下部）に、本明細書において「リングギア」又は「ギアホイール」42とも呼ばれる、内歯付きギアホイールと噛み合うギアホイール44を含む。ギアホイール44は、既知の遊星ギアホイール変速装置（例えば、図13に図示される）の場合と同様にリングギア42に類似する態様で移動し、この変速装置においてギアホイール1301はその軸線の周りに自由に回転することができ、サンギア1302は省略されている。

アセンブリ900は、フィラメントに対して異なる手法によって回転可能であり、例えば（i）グリップローラー55に対してキャリア構造の上部41を回転させることによって、又は例えば、（ii）グリップローラー55に対してキャリア構造の下部46を回転させることによって、又は例えば、（iii）グリップローラーに対してリングギア42を回転させることによって、回転することができる。図示されるように（点線で）、フィラメント2は、そのねじれを防止又は制限するために、ピンチローラーの間又はグリップローラーの間又は加圧ローラー55の間で横方向に締め付けられる。

グリップローラー55は、回転可能な構成要素のねじ山が係合する結果として、フィラメントが無制限にねじられないことを保証する。グリップローラー55は、フィラメントの、長手方向軸線の周りのねじれを打ち消すが、フィラメントの、長手方向への線形変位を可能にする。本発明の主な関心事ではないが、ピンチローラー55は、例えば図44～図46に図示されるように、随意的にそのようなねじれを打ち消すための追加の特徴を有することができる。

図1のシステム100とは対照的に、本発明の実施形態において、ピンチローラーは駆動されず、それらはスループット速度を決定しない。フィラメントがフィラメントスプールから来るとき（いつものように）、及びフィラメントが円弧のもとで入口に導かれるとき、円弧形状はフィラメントのねじれを制限するのに役立つ。

図10（左）は、図9の構成要素に基づくアセンブリを組み立てられた形態で示す。モーター53、例えばステッピングモーター、並びに歯付きベルト52及びグリップローラー55と一緒に、全体がフィラメント給送システムを形成する。代替の実施形態において、歯付きベルト52は、チェーン駆動装置又はギアホイール駆動装置等と交換することもできる。

図11は、図10のアセンブリの断面図である。図11において、回転可能な構成要素30の軸線がどのように軸受43及び軸受45に取り付けられるかがはっきりと見える。この例では、回転可能な構成要素の軸線は、ねじ山を有する円筒形の本体を越えて突き出している。代わりに、回転可能な構成要素の直径が十分に大きい場合、図24に図示されるように、軸受を円筒形の本体内に組み込むこともできる。

図10及び図11の例において、リングギア42は、キャリア構造46、41に対して1つ以上の軸受（例えば、滑り軸受又は玉軸受）によって回転可能に配置される。遊星歯車に精通している当業者であれば、フィラメント2の存在下で上部41がキャリア構造に対して回転することにより、3つの構成要素10、20、30がそれらのそれぞれの軸線12、22、32の周りに回転し、並びにこれらの軸線が仮想的な円筒形円周の周りに、中心チャネル5の周りに又はフィラメント2の周りに変位するだけでなく、リングギア42がキャリア構造41、46の回転速度とは異なる速度でそれ自体の軸線の周りに回転することを理解するであろう。遊星歯車に精通していない専門家にとって、これは理解するのがはるかに困難である。

それでも、前述したフィラメント2の円周上の回転可能な構成要素10、20、30の「転がり運動」は、主にこのようにして得られる。適切な寸法決め、例えば寸法（例えば、回転可能な要素の適切な外径）の選択及び適切な位置（例えば、120度の等しい角距離、及びねじ山がフィラメントに所望の深さまで貫入することを保証するチャネル5からの距離「d1」）、例えば、約0.05mm～約0.25 mm、例えば、約0.06 mm、又は約0.08 mm、又は約0.10 mm、又は約0.11 mm、又は約0.12 mm、又は約0.13 mm又は約0.14 mm、又は約0.15 mm、又は約0.18 mm又は約0.20 mm、又は約0.22 mm）の選択によって、フィラメント2は、回転可能な構成要素10、20、30間に適切な張力で半径方向に締め付けられる。この張力は、例えば図8に図示されるように、ねじ山がフィラメントへ少なくとも部分的に貫入するのに十分な大きさでなければならない。

駆動される部品、図10の例ではタイミングベルトプーリー58は、歯付きベルト52と係合するための外セレーション又は溝を備えることができる（図10を参照）。このようにして、モーター53（例えば、ステッピングモーター）のモーターシャフト54と駆動される構成要素との間のスリップの危険が大幅に低減され、又は完全に排除されさえする。

代替の実施形態において、例えば、チェーン駆動部、あるいは減速ギア又はギアボックス等の、別の同期駆動装置も使用することができる。

図12は、ハウジング57内に組み込まれた、上述したようなモーター53及びアセンブリ900を備える、フィラメント給送システム1200の例を示す。

この例では、フィラメント2は湾曲部上に供給され、2つのピンチローラー55間で入口3まで伸ばされる。結果として、フィラメントのねじれは実質的に回避され、又は大幅に制限される。この例では、タイミングベルトプーリー58は、歯付きベルト52によって駆動される。駆動機構53、52及び内部歯車機構42、44によって、3つの回転可能な構成要素10、20、30は、主にフィラメントの表面上を転がるが、回転可能な構成要素のねじ山11、21、31がフィラメントに僅かに貫入するので、それでも或る特定の力のモーメントがフィラメントに加えられ、その結果フィラメントが僅かにねじれる（45度未満と推定される）が、これは、フィラメント2の軸方向オフセット、ひいてはフィラメントのスループット速度に顕著な影響を与えない。

図16～図19を参照するとより明確になるように、回転可能な構成要素10、20、30がフィラメント2の小さな軸方向変位55（図18を参照）のみのために比較的大きく変位する必要があることは、この駆動機構の大きな利点である。

実際、フィラメント2を距離55にわたって移動させるために、軸線12は、フィラメントの周りにN回数回転することが必要である。この数Nは、d＿ローラー／d＿フィラメントにほぼ等しく、d＿ローラーは回転可能な構成要素の外径であり、d＿フィラメントはフィラメントの外径である。図33の試作品では、この値は6.4にほぼ等しい。この後、回転可能な構成要素は、それ自体の軸線の周りに約1.0回回転される。

この大きな角変位（例では6.4回転）は、フィラメント給送システムの高精度及び高変速比に貢献し、それはモーターの選択に有利である。給送機構は、実際には内蔵式減速機として機能し、これにより外歯車変速装置を回避できるため、費用及び重量が削減される。

図12に戻って、別の主な利点は、モーター53が、比較的高い速度で作動できるとともに、小さいトルク（例えば、0.13 Nm未満、例えば、0.10 Nm未満、例えば、0.08 Nm未満、例えば、0.05 Nm未満、例えば0.2 Nm未満）の供給を必要とするにすぎないことである。これは、比較的小さいモーター、ステッピングモーター並びにブラシレスDCモーター及びブラシレスACモーターの両方にとって非常に有益である。

既知であるように、供給される電力（P）は、トルク（T）と速度（ω）との積に等しい。例えば、特許文献1に記載されるシステムと比較すると、必要なトルクは、引きずり摩擦又は研磨摩擦及び加熱（特許文献1における）に対して、転がり摩擦（本発明における）に起因してはるかに小さくなる。最終的な結果として、定格出力が小さいエンジンを選ぶことができ、これも、価格及び重量の点で有利である。供給機構の軽量化は、次に慣性が低い（例えば、振動が少ない）ことに起因して、システム全体の精度の向上及び／又は速度の上昇に貢献する。

図13は、可変変速装置システムの技術分野で既知の、遊星歯車式駆動装置の例を示す。本発明の第1の実施形態及び第2の実施形態は、このシステムとの類似性がある。

図13の例において、3つのギアホイール1304は、ギアホイール1304が本明細書において「リングギア」と呼ばれる内歯を備えるリングと係合することに起因して、それらの軸線の周りに回転し、ギアホイール1304の軸線は、仮想的な円を横切って移動する。3つのギアホイール1304の相対的な角度回転は互いに同期しており、これは、ねじ山をフィラメント上の同じ軌道上で進めるのに有利である。ギアホイール1304の相対位置は、「キャリア」と呼ばれる三角形の構成要素1303を回転させることによって（この例では）決定される。

図13の遊星駆動装置は、中心ギアホイール1302及びリングギア1301の両方を有する。しかしながら、それは本発明にとって必要ではない。簡略化された形態では、中心ギアホイール1302は省略可能であり、リングギア1301によりギアホイール1304（回転可能な構成要素と解釈する）が同期して移動することが保証される。代わりに、リングギア1301は省略可能であり、中心ギア1302は、ギアホイール1304（回転可能な構成要素と解釈する）の同期運動を提供する。

図14（a）及び図14（b）は、図6の3つの回転可能な構成要素10、20、30が、フィラメント2に対してどのように回転及び変位し得るかを示す。

図15のフィラメント給送機構の回転可能な構成要素10、20、30のギアホイール44a、44b、44cは、ギアホイール44a、44b、44cの軸線12、22、32が仮想的な円周上を同期して移動するとともに、これらのギアホイール44a、44b、44cがそれらのそれぞれの軸線12、22、32の周りに同期して回転するという意味で、リングギア42に対して、図13の従来の遊星歯車式駆動装置1300におけるリングギア1301に対するギアホイール1304の移動と同様の移動を実行する。

図15は、図6とは異なる視点からの図14（a）の斜視図である。

リングギア42は、好ましくは、回転可能な構成要素の数（図15の例では3つ）の整数倍である歯数を有する。これには、回転可能な構成要素を、それらの物理的な位置に応じて、それらのねじ山の相互角度回転360度／3＝120度で簡単に「取り付ける」ことができるという効果がある。

4つの回転可能な構成要素（図示せず）の場合、これらの回転可能な構成要素は、好ましくはフィラメントの周りに90度で位置し、それらのそれぞれのねじ山も好ましくは90度回転される。ギアホイール44の歯数が4の倍数である場合、これは簡単である。

図6及び図15の特定の例において、ギアホイール44の歯数は3の整数倍である21に等しく、リングギアの歯数も3の倍数である51に等しい。

図16～図19は既に上記で議論されている。

第2の実施形態
図20～図25は、アセンブリとそのようなアセンブリを備えるフィラメント給送システムとの第2の例示的な実施形態を示す。

第2の実施形態は、第1の実施形態の変形として理解することができ、主な類似点は、
それも、ねじ山を備える3つの回転可能な構成要素を含むこと、
3つの回転可能な構成要素の移動がギアホイールによって同期されることであり、
主な相違点は、
リングギア42は省略され、
中心開口部を備える中心ギアホイール48が追加されていることである。第1の実施形態について上記で説明した全てのことは、必要な変更を加えて、第2の実施形態にも適用される。

回転可能な構成要素10、20、30における、それらのそれぞれの軸線の周り及びフィラメント2の周りの移動は、第1の実施形態について説明した移動と同一であり、「転がり摩擦」が発生し、しかも実質的に「滑り摩擦」がないという最大の利点がある。

4つのギアホイール44a～44c及びギアホイール48により、回転可能な構成要素の移動が同期されたままであることが保証される。これは、回転可能な構成要素10、20、30のねじ山11、21、31が、フィラメントの同じ溝に係合することが重要であり、又は1つ以上のローラーがそれら自体の軌道を形成するものである場合、ねじ山がそれら自体の軌道内に残り、異なる軌道同士はフィラメント上で相互の距離を保つことが重要である。ローラー間の同期がないと、やがてローラーのねじ山が既に形成されている溝の外側に出てしまい、その結果溝が損傷する可能性があり、システムの精度が大幅に低下する可能性がある。

図20は、3つの回転可能な構成要素10、20、30、及び中心開口部49を備える中心ギアホイール48の上面図である。この開口部49は、フィラメント2の外径よりも僅かに大きい直径を有する。この開口部は、例えば2 mm～8 mm、又は3 mm～5 mmの範囲の内径を有することができ、その結果フィラメントは、さしたる摩擦なしに開口部を通って摺動することができる。

図21は、回転可能な構成要素10、20、30、フィラメント2、及び中心ギアホイール48の相対位置を示す斜視図である。

この例において、中心ギアホイール48は、回転可能な構成要素のギアホイール44a～44cと全く同じ寸法を有し、それらは全て24個の歯を有するが、これは厳密には必要ではなく、システムは、中心ギアホイール48が異なる寸法を有しそのために異なる数の歯を有する場合にも機能する。回転可能な構成要素がフィラメントの周りで互いに対して120度の位置を占める場合（図20を参照）、中心ギアホイール48と回転可能な構成要素のギアホイール44との両方の歯数は、好ましくは3の整数倍である。これにより、回転可能な構成要素を、それぞれ0度、120度及び240度の相互角度回転で取り付けることができる（図31も参照）。

図22は、図22（図21）の3つの回転可能な構成要素及び中心ギアホイールと、これらの3つの回転可能な構成要素を備えるアセンブリとの分解図を示す。ここでも、回転可能な構成要素10、20、30は、好ましくは、軸受43（上）、軸受45（下）に取り付けられ、これらの軸受は、キャリア構造（「キャリア」とも呼ばれる）に固定的に取り付けられる。図22の例において、キャリア構造は、ボルトによって互いに取付け可能な下部41及び上部46を備える。いまや理解することができるように、第2の実施形態においても、回転可能な構成要素は、直接的でなく間接的に駆動される。リングギア42が省略されているので、構成要素は依然として2つの手法、すなわち、
（i）中心ギアホイール58をフィラメントの周りに（又は実際には、図22には示されない加圧ローラーに対して）回転させることによって、又は、
（ii）アセンブリの下部46又は上部41をフィラメントの周りに（又は実際には、加圧ローラーに対して）回転させることによって、駆動することができる。

両方の場合において、回転可能な構成要素は、結果としてそれらのそれぞれの軸線の周りに回転し、これらの軸線はフィラメントの周りに移動する。

図23は図22の上面図を示し、図23では、2つの平面α及びβが画定され、説明のために一部が切り取られている。

図24は、図22のアセンブリの、図23に図示される平面α及びβにおける断面図を示す。

図25は、図20～図24のアセンブリと非常に類似する、第2の実施形態によるアセンブリを備えるフィラメント給送システム2500を示す。図示されるように、フィラメント給送システム2500は、歯付きベルト52を駆動するモーター53（例えば、ステッピングモーター）を備え、歯付きベルト52は次にタイミングベルトプーリー58を駆動し、タイミングベルトプーリー58は、この例ではキャリア構造の上部41に接続される。

図示されるように、ここでも、フィラメント2は、回転制限ユニットを通って、例えば、2つのピンチローラー55の間で案内されて、フィラメントの回転が制限又は防止される。これらのピンチローラー55は自走式であり、それゆえフィラメントが前進する速度を決定しない。好ましくは、フィラメント2はまた、フィラメントスプール（図示せず）から湾曲部を介して供給される。この湾曲部は、フィラメント2のねじれの防止にも貢献する。

実施形態は、これまで、一条ねじ（1つのらせん）でのみ示されたが、本発明ではそれに限定されず、本発明は、多条ねじ（複数のらせん）でも機能する。

図26～図28は、ピッチがそれぞれ0.5 mm又は1.0 mm又は1.5 mmである一条ねじを備える、回転可能な構成要素の幾つかの例を示す。

図29は、ピッチが1.5 mmであるが多条ねじ、図示する例では三条ねじを備える、図28の構成要素の変形を示す。

図30（a）は、3つの回転可能な構成要素を備える配置の概略図であり、それぞれはリード1.5 mmの一条ねじを備え、3つの構成要素は、キャリア構造において同じ角度に向けられる（黒い点で図示される）。構成要素自体はフィラメントに対して120度オフセットされるので、図30（b）に図示されるように、異なる構成要素のねじ山は、異なる高さでフィラメントと係合する。換言すれば、この実施形態において、フィラメント内に3組の軌道が形成される。同期のおかげで、これらの軌道は互いに所定の距離を保つ。

図30（a）の変形（図示せず）において、第2の構成要素が第1の構成要素に対して120度回転し、第3の構成要素が第1の構成要素に対して240度回転する場合、3つの構成要素のねじ山は、全てフィラメント2の同じ一連の円形軌道内を進む。

図30（a）の別の変形（図示せず）において、第2の構成要素が第1の構成要素に対して0度回転され、第3の構成要素が第1の構成要素に対して240度回転され、第1の構成要素及び第3の構成要素のねじ山が、フィラメント2の同じ一連の円形軌道を進むが、第2の構成要素は、フィラメント内にその独自の軌道を形成する。

図31（a）は、3つの回転可能な構成要素を備える配置の概略図であり、それぞれは、1.5 mmの三条ねじを備える。この例では、3つの構成要素が互いに120度回転しているが、3つのらせんがあるため、構成要素が互いに対して0度、120度又は240度のいずれで回転しても違いがない。

図31（b）は、各構成要素とフィラメントとの間に更に多くの係合点があり、全ての構成要素のねじ山の歯が全ての軌道を進むことを示す。

熱可塑性フィラメントの変形特性（例えば塑性又は弾性）に応じて、少数の係合点にわたる深い貫入は、多数の係合点にわたるあまり深くない貫入よりも優れている場合とそうでない場合があるが、動作は本質的に同じである。

このことから、溶融ユニットからの上向きの加圧にもかかわらず、ねじ山が軌道内を進み続ける限り、ローラーとフィラメントとの間に著しい「スリップ」がなく、その結果、設定されるフィラメント速度に関係なく、図47の曲線の完全に線形な挙動をもたらすことが理解できる。対抗する力が大きくなり、ねじ山の歯が軌道から押し出されたときのみ、スリップが発生する。ABSフィラメントが直径1.75 mm、ノズルが0.4 mm、及び温度が230 ℃である図43の試験装置において、挙動は、約13 mm³／秒の流量に対して実質的に完全に線形であった。

第3の実施形態
図32及び図33は、本発明による供給機構3200の第3の例示的な実施形態を示す。図面に詰め込みすぎないように、全ての部品が図32及び図33に図示されるわけではない。

この第3の実施形態は、第1の実施形態の変形として理解することができ、主な相違点は、
（i）この実施形態は、ねじ山を備える2つのみの回転可能な構成要素を含み、回転可能な構成要素は、フィラメントが第1の軸線と第2の軸線との間の中心に正確に位置決めされるように配置されることと、
（ii）システムは、フィラメントをチャネル内に保持するための2つの機械的ガイド30、50を更に有することとである。これらのガイドは、それらの軸線の周りに回転することはできないが、ギアホイール42に対して回転する。フィラメント2は、ねじ山を有する2つの回転可能な構成要素10、20の間で実質的に締め付けられ、これらの2つの構成要素のねじ山によって上記したのと類似の手法によって移動される。

2つのガイド30及び50は、好ましくはフィラメント2から短い距離にあり、好ましくはフィラメント2との摩擦が非常に小さい。小さい摩擦は、既知の手法、例えば材料の選択によって（例えば、フィラメント2の材料との摩擦が小さいプラスチックを使用することによって）、及び／又は滑らかな又は研磨された又はコーティングされたガイドを使用することによって、又は他の既知の手法によって実現することができる。

第1の実施形態について上記で説明した全てのことは、必要な変更を加えて、この第3の実施形態にも適用される。最も重要な利点、すなわち、回転可能な構成要素10、20とフィラメント2との間に主に転がり摩擦があるということは、ここでも当てはまる。

フィラメントと2つのガイド30、50との間に多少の滑り摩擦が生じるが、フィラメントは、好ましくはこれらのガイド30、50の間に締め付けられない。これらのガイドは、フィラメントをチャネル内の所定の位置に保持するためにのみ役立つ。フィラメントが機械ガイドに押し付けられる横方向の力は、第1の構成要素及び第2の構成要素がねじ山をフィラメントに押し込む半径方向の力のほんの一部である。

明示的には図示されないが、図9のアセンブリと同様のアセンブリ、及び図10のフィラメント駆動システムと同様のフィラメント駆動システムは、2つのみの回転可能な構成要素を備えるこの配置のために組み立てることもできる。

明示的には図示されないが、リングギア42を有しないが開口部を備える内部ギアを有する（第2の実施形態のように）、図32及び図33の配置の変形が可能である。この実施形態は、少なくとも2.50 mmのフィラメント直径に特に適する。

第4の実施形態
図34～図42は、本発明による配置とアセンブリ及びフィラメント給送システムとの第4の例示的な実施形態を示す。図面に詰め込みすぎないように、全ての部品が全ての図面に表示されるわけではない。

第1の実施形態、第2の実施形態及び第3の実施形態について、チャネルに対して回転可能な構成要素の軸線が「実質的に平行」であると言うとき、これは、最大±0.5度、又は最大±0.4度、又は最大±0.3度、又は最大±0.25度、又は最大±0.20度の許容範囲内で完全に平行であることを意味する。

第4の実施形態は、第1の実施形態の変形として理解することができ、主な類似点は、
i）各回転可能な構成要素とフィラメントとの間に幾つかの係合点（高さ方向において異なる）があり（例えば、少なくとも3つ又は少なくとも4つ又は少なくとも5つ）、
ii）フィラメントは、相互に対して約120度の角度変位で位置決めされた3つの回転可能な構成要素の間に締め付けされ、それによって自動センタリングが起こり、
iii）回転可能な構成要素（又は「ローラー」）とフィラメントの間で主に「転がり摩擦」が発生し、その結果、回転可能な構成要素をフィラメント上で実質的に転がすためには小さい力のモーメントだけが必要であり、
iv）「滑り摩擦」が最小であり又は小さく、その結果フィラメントは回転可能な構成要素との接触によって局所的に加熱されず又はほとんど加熱されず、その結果軌道は実質的に損傷を受けないままであり侵食されないことである。

第1の実施形態との主な相違点は、
i）回転可能な構成要素は、らせん状（spiral）又はらせん状（helical）の隆起又は盛上りを有しないが、複数の等距離の環状の隆起又は盛上り、例えば少なくとも2つ、又は少なくとも3つ、又は少なくとも4つ又は少なくとも5つの隆起を有し、
ii）回転可能な構成要素の軸線はチャネルと平行ではないが、それらのキャリアは、1.0度～9度の範囲、又は1.25度～8度の範囲、又は1.5度～8.0度の範囲、又は2.0度～5.0度の範囲、例えばほぼ1.75度に等しい、又はほぼ2.0度に等しい、又はほぼ2.25度に等しい、又はほぼ2.5度に等しい、又はほぼ2.75度に等しい、又はほぼ3.0度に等しい、又はほぼ3.25度に等しい、又は3.5度にほぼ等しい、又は3.75度にほぼ等しい、又は4.0度にほぼ等しい、又は5度にほぼ等しい、又は6度にほぼ等しい、又は7度にほぼ等しい角度で意図的に交差線を形成し、
iii）回転可能な構成要素の、それらの軸線の周りの角度回転は、回転可能な構成要素がフィラメント上に歪んだ溝を形成する（ゆっくりと）ことを防止するために同期させる必要がないことである。それらの位置が一定の「オフセット」を示せば十分である（図35を参照）。これは、この第4の実施形態の最大の利点の1つでもあり、その理由は、これによりはるかに単純な組み立てが可能になる。より具体的には、リングギア42及び中心ギアホイール48の両方、並びにギアホイール44a～44cを省略することができ、
iv）フィラメント上の溝は円形のリングを形成しないが、1つ以上のらせん形状を形成することである。

図35を参照すると、当業者は、第4の実施形態によるアセンブリにおいて、フィラメントは、図34の3つの回転可能な構成要素の「隆起」との接触点において、又は図6の3つの回転可能な構成要素の「ねじ山」において実質的に異ならないことを理解するであろう。両方の場合において、フィラメントは、円盤状又は皿状のオブジェクトが或る特定の傾斜角度（例えば、1.0度～8.0度の範囲）で貫入するのを経験する。

実装によっては、貫入深さに僅かな違いがあり得、その理由は、「真っ直ぐな」ねじ山が原則として上部及び下部において同等に深く噛み合うためであり、これは、「同等に大きい円形の隆起」の場合には当てはまらないが、貫入深さは両方の場合に調整することができる。ねじ山の場合、隆起は、例えば円錐形にすることができる。円形の隆起の場合、異なる直径（例えば、回転可能な構成要素の中央部で小さい直径、下部及び上部でより大きい直径）のリングを使用することができる。

精度に関しては、一条ねじ式回転可能な構成要素では、構成要素同士は、フィラメント上の同じ円形の溝内を進むために、角度オフセットを示すことが重要である（図31aで説明されるように）。リングを備える回転可能な構成要素にとって、構成要素の、その軸線の周りの角度位置は重要ではないが、軸方向のオフセット（図35を参照）は重要である。3つの回転可能な構成要素が同一であり、回転可能な構成要素間に高さ方向（Z）でオフセットが適用されない場合、各回転可能な構成要素は、フィラメント上にそれら自体のらせん溝を形成し（転がるくぼみによって）、その結果フィラメントには複数のそのようならせん溝が形成される。溝同士が近すぎると、それらは、反り及び損傷することがある。これは精度に悪影響を及ぼす。

回転可能な構成要素間に高さ方向（Z）で適切なオフセットを選ぶことによって、回転可能な構成要素を同一のらせん溝内で進ませることが可能である。これにより、隆起がフィラメントに深く貫入し、こうしてフィラメントに大きな半径方向の圧力を加えることが可能になる。

隆起がテーパーになっている場合（例えば、三角形又は切頭三角形又は台形の断面）、フィラメントは、ここで溝（らせん状の）を隆起に対して中心に置く傾向が大きくなる。このようにして、全ての係合点が一緒に作動し、フィラメントの同じ軸方向の変位を実現する。

回転可能な構成要素の隆起を全て同じ外径にするのではなく、異なる外径の隆起を使用することによって、更なる最適化が可能である。実際、全ての隆起が同じ外径を有すると、軸線とフィラメントとの間の傾斜角度に起因して、フィラメントに1つの隆起が他の隆起よりも深く貫入する。必要に応じて、直径を適切に変更することによって、異なる隆起について貫入深さをほぼ同じにすることができる。

もちろん、直径を、貫入深さがチャネルの入口から出口に向かって漸増するように選ぶこともできる。本開示の利点を有する当業者は、適切な直径を容易に選ぶことができる。もちろん、他の考慮事項も可能である。

要求された（設定された）速度と実際に得られる速度（又は流量）との間の最大スループット速度及び線形性に関して、図47のグラフは、隆起が軌道内を進み続ける限り、第4の実施形態にも適用される。対抗する力（例えば、溶融ユニットからの）が非常に大きくなり、隆起が既に形成された軌道の外側に進み始める場合にのみ、線形性が失われる。

第4の実施形態の図を参照する。

図34は、複数の円形の隆起を備える3つの同一の回転可能な構成要素10、20、30の相互の位置及び向きを、垂直オフセットなしで示す。

図35は、垂直オフセット（説明のために誇張された手法で描かれる）を有する3つの回転可能な構成要素10、20、30、又は組み込みオフセットを有する3つの異なる構成要素の、相互の位置及び向きを示す。オフセットは、種々の構成要素10、20、30の隆起がフィラメント上の同じらせん溝に係合するように選択することができる。図35の構成要素の隆起は、互いにかなり近いが、それは必ずしもそうである必要はない点に留意されたい。

図36及び図37は、回転可能な構成要素が図34及び図35のように配置されたリングを備えるフィラメントとどのように係合し、フィラメント上に1つ以上のらせん（spirals）又はらせん（helicals）を形成し、それによってフィラメントを移動させるかの例を示す。

図38（a）及び図38（b）は、それぞれ図34の配置に基づく例示的なフィラメント駆動システムを示す斜視図及び断面図を示す。このアセンブリ又はフィラメント駆動システムは、ギアホイールを省略できるので、第1の実施形態によるものよりも小型にすることができる。

図39は、図38（a）のフィラメント駆動システムを同期駆動装置とともに示す。

図40～図42は、図39のフィラメント駆動システムの変形を示し、このシステムは、反対方向に駆動される、第4の実施形態による2つのアセンブリを有する。上部アセンブリの駆動輪は、アセンブリの残部に対して時計回りに駆動され、下部アセンブリの駆動輪は、アセンブリの残部に対して反時計回りに駆動され、又はその逆である。この駆動システムの利点は、上部アセンブリによってその区分に加えられるねじれが、下部アセンブリによって加えられるねじれによって大幅に相殺されることである。

図40は、フィラメント駆動システムの斜視図を示す。

図41は、図40のフィラメント駆動システムの断面図を示す。

図42は、図40のフィラメント駆動システムの正面図である。図42は、回転可能な構成要素の軸線が異なる方向に傾斜していることを明確に表す。2つのアセンブリは、同じモーターによって駆動されることによって同期される。第1のアセンブリと第2のアセンブリとの間のシフトに応じて、下部アセンブリが上部アセンブリと同じ軌道を進むかどうかを選ぶことができる。

図示される図では、フィラメントは、フィラメントロールから湾曲部内に供給される。随意的に、ここでも2つのピンチローラー（図示せず）をシステムに追加して、ねじれを更に制限することができる。

図43は、本発明の実施形態によるフィラメント給送システムの試験装置の斜視図を示す。図43のフィラメント給送システムは、ステッピングモーター62によって同期駆動ベルト63を介して駆動される、アセンブリ67が取り付けられたベースプレート64を含む。

熱可塑性プラスチック材料製のフィラメント（例えば、ABS）は、フィラメントロール（図示せず）から、好ましくは湾曲部（図示せず）を介して、圧力ローラーアセンブリ又はピンチローラーアセンブリ66に供給される。このシステムは、温度センサー及びノズルを備える、フィラメントを溶融するための加熱素子68（「液化機」）を更に含む。動作にとって厳密に必要ではないが、フィラメント給送システムは、フィラメントスループット速度を測定するための随意的なエンコーダー61（例えば、光学エンコーダー）も有する。これは、図47に図示されるグラフを測定するために使用された。更に、図43のシステムは、水冷用の2つの随意的な接続部65を含む。フィラメント給送システムは、3次元空間において、例えば3Dプリンターを形成するために、既知の手法（例えば、図3参照）で移動可能に配置することができる。このようにして、外部コンピューターの制御を受けて、層ごとに3Dオブジェクトをプリントすることができる。

図44～図46は、本発明による実施形態において使用され得る等の、幾つかの例示的な加圧ローラー又はピンチローラーの上面図を示す。

図44及び図45のピンチローラーは、フィラメントに少なくとも1つの隆起した溝を作るように構成されており、この溝との係合に起因して、ピンチローラーは、ねじれがピンチローラーを越えて（例えば、上方に）延びるのを防止することができる。

図46のピンチローラーは、フィラメントを4つの表面区分の間に締め付けするように構成されたV字形を有する。

図47は、第1の実施形態によるフィラメント供給機構を使用して、図43の試験装置を用いて測定されたデータに基づいて、要求された（又は設定された）材料の量に基づくフィラメント材料の送出量の比率を示すグラフを示す。

おそらく、本発明の最も重要な利点の1つは、給送システムがスループット速度に関係なく、或る特定の値（この例では13 mm³／秒にほぼ等しい）まで線形のままである（すなわち、要求された材料の量に対する供給された材料の量の比率が一定のままである）ことである。この最大スループット速度は、異なるタイプの材料及び／又は異なるフィラメントの厚さを使用するとき、及び／又は加熱素子の異なるノズルを選ぶとき異なる場合があるが、実際には、測定されたスループット速度は、或る特定の値までほぼ100%の線形性を示す。

加圧ローラー（ピンチフィーダーシステム）を有する給送システムを備えることを除いて、同じ加熱素子及び同じノズル及び同じフィラメントを備える同じ試験装置は、点線の曲線に従う挙動を示した。

本発明によるフィラメント給送システムを使用することによって、より高速であるが特により高い品質も得られることが明らかであろう。発明者が知る限り、3Dプリンターの大部分、おそらく90%以上は加圧ローラーシステムとともに作動する。本発明の重要性はそれゆえ過小評価すべきでない。

最後に、前述した全ての実施形態において、回転可能な構成要素は、例えば、真鍮、鋼、硬化鋼、アルミニウム合金、チタン、又はチタン合金から作ることができる。耐用年数を延ばすために、コーティング、例えば、良好な耐摩耗性をもたらすハードコーティングを随意的に適用することができる。

100、300 押出しベースの生産システム
3200、3400 配置
900、2200、3800 アセンブリ
1000、1200、2500、3900、4000 フィラメント給送システム
3400 試験装置
101 フィラメントスプール
102 フィラメント
103 押出機
104 加熱ユニット（「液化機」）
105 ノズル
106 基板
312 組立てチャンバー
314 基板
316 ガントリー
318 押し出しヘッド
320 フィラメント給送源
322 駆動機構
324 フィラメント
330 回転可能な構成要素
332 雌ねじ山表面
334 電気モーター
2 フィラメント
3 入口
4 出口
5 チャネル
6 溝（フィラメント内）
7 湾曲した区分（フィラメントの）
10 第1の構成要素
11 第1の雄ねじ山
12 第1の軸線
13 第1の歯車
d1 第1の軸線からチャネルへの距離
20 第2の構成要素
21 第2の雄ねじ山
22 第2の軸線
23 第2のギアホイール
d2 第2の軸線からチャネルへの距離
30 第3の構成要素
31 第3の雄ねじ山
32 第3の軸線
33 第3のギアホイール
d3 第3の軸線からチャネルへの距離
41 キャリア（の第1の部分）
42 リングギア（「歯付きリング」とも呼ばれる）
43 軸受又はブッシュ又はスリーブ
44 単数又は複数の遊星歯車
45 軸受又はブッシュ又はスリーブ
46 キャリア（の第2の部分）
47 遊星歯車キャリア
α、β 平面
48 中心ギアホイール
49 中心開口部又は中心進路
50 第4の構成要素
51 キャリア内のくぼみ
52 歯付きベルト
53 モーター（例えばステッピングモーター）
54 モーターシャフト
55 ピンチローラー
56 軸受（複数の場合もある）
57 ハウジング
58 タイミングベルトプーリー
61 エンコーダー（速度を測定するための）
62 ステッピングモーター
63 同期駆動ベルト
64 ベースプレート、ハウジング
65 水冷接続部
66 加圧ローラーアセンブリ（又はピンチローラーアセンブリ）
67 フィラメント給送機構
68 加熱素子（温度センサー及びノズルを備える）
1300 遊星歯車式駆動装置

図26
Pitch ピッチ

図27
Pitch ピッチ

図28
Pitch ピッチ

図29
Pitch ピッチ
3helix ３つのらせん

図47
ratio(delivered amount/requested amount of material) 比率（材料の送出量／材料の要求量）
FIG 1 図1
FIG 43 図43
mm³/s mm³／秒

Claims (23)

1. 押出ベースの生産システムであって、
   押し出すべき熱可塑性フィラメント（2）を備えるフィラメントロールと、
   前記熱可塑性フィラメント（2）を供給するための少なくとも1つのアセンブリ（900、2200、3200、3800）と、
   を備え、前記少なくとも1つのアセンブリは、
   前記熱可塑性フィラメント（2）を受け入れるための入口（3）と、
   前記フィラメント（2）を送出するための出口（4）であって、前記入口及び該出口は、前記フィラメント（2）がその中で移動するチャネル（5）を画定する、出口（4）と、
   第1の回転可能な構成要素（10）及び第2の回転可能な構成要素（20）を含む少なくとも2つの回転可能な構成要素（10、20）と、
   を備え、
   前記チャネル（5）は、前記第1の構成要素（10）と前記第2の構成要素（20）との間に少なくとも部分的に位置しており、
   前記第1の回転可能な構成要素（10）は、第1の軸線（12）の周りに回転可能でありかつ第1の外隆起（11）を有し、前記第1の軸線（12）は、前記第1の外隆起（11）が前記チャネル（5）へ少なくとも部分的に貫入するように前記チャネルから第1の距離（d1）に位置しており、
   前記第2の回転可能な構成要素（20）は、前記第1の軸線（12）とは異なる第2の軸線（22）の周りに回転可能でありかつ第2の外隆起（21）を有し、前記第2の軸線（22）は、前記第2の外隆起（21）が前記チャネル（5）へ少なくとも部分的に貫入するように前記チャネルから第2の距離（d2）に位置しており、
   前記第1の回転可能な構成要素（10）及び前記第2の回転可能な構成要素（20）は、前記熱可塑性フィラメントが前記チャネルに挿入されるとき及び前記アセンブリが前記フィラメント（2）に対して回転されるとき、前記第1の回転可能な構成要素（10）が前記第1の軸線（12）の周りに回転し、及び前記第2の回転可能な構成要素（20）が前記第2の軸線（22）の周りに回転するように取り付けられ、前記第1の軸線及び前記第2の軸線は、前記第1の回転可能な構成要素（10）及び前記第2の回転可能な構成要素（20）が主に前記熱可塑性フィラメントの表面上を転がるように前記フィラメントの周りに移動し、前記第1の外隆起及び前記第2の外隆起が、前記熱可塑性フィラメントへ約0.05 mm～約0.25 mm貫入する、押出ベースの生産システム。
2. 前記少なくとも2つの回転可能な構成要素のそれぞれは、互いに軸方向にオフセットされた少なくとも3つの異なる隆起区分によって前記熱可塑性フィラメントと接触している、請求項1に記載の押出ベースの生産システム。
3. 前記少なくとも1つのアセンブリ（900）はリングギア（42）を更に備え、
   前記少なくとも2つの回転可能な構成要素（10、20、30）のそれぞれは、前記リングギア（42）と係合して少なくとも前記第1の構成要素（10）及び前記第2の構成要素（20）をそれらのそれぞれの軸線（12、22）の周りに同期して回転させるギアホイール（13、23、33）を更に備える、請求項1又は2に記載の押出ベースの生産システム。
4. 前記少なくとも1つのアセンブリ（2200）は、前記フィラメント（2）を通過させるための中心開口部（49）を備える中心ギアホイール（48）を更に備え、
   前記少なくとも2つの回転可能な構成要素（10、20）のそれぞれは、前記中心ギアホイール（48）に係合して、前記第1の構成要素（10）及び前記第2の構成要素（20）をそれらのそれぞれの軸線（12、22）の周りに同期して回転させるギアホイール（13、23）を備える、請求項1～3のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
5. 前記少なくとも1つのアセンブリ（3200）は、前記チャネル（5）が前記第1の構成要素（10）と前記第2の構成要素（20）と第3の構成要素（30）と第4の構成要素（50）との間の空間に少なくとも部分的に位置するように位置決めされた、該第3の構成要素（30）及び該第4の構成要素（50）を更に備え、該第3の構成要素（30）及び該第4の構成要素（50）は、それぞれ前記チャネル（5）に接触し又は実質的に接触する表面を有する、請求項1～4のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
6. 前記少なくとも1つのアセンブリ（900、2200、3200）の前記第1の軸線（12）は、前記チャネル（5）と実質的に平行であり、
   前記第2の軸線（22）は、前記チャネル（5）と実質的に平行であり、
   前記第1の隆起（11）は第1の雄ねじ山を形成し、
   前記第2の隆起（21）は第2の雄ねじ山を形成し、
   前記少なくとも2つの回転可能な構成要素（10、20）の前記移動は、ギアホイール（42、13、23）によって同期される、請求項1～5のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
7. 前記少なくとも1つのアセンブリ（900、2200）は、第3の雄ねじ山（31）を備える第3の回転可能な構成要素（30）を更に備え、該第3の回転可能な構成要素（30）は、前記第1の軸線（12）及び前記第2の軸線（22）とは異なる第3の軸線（32）の周りに回転可能であり、該第3の軸線（32）は前記チャネル（5）と実質的に平行であるとともに、前記第3の雄ねじ（31）が前記チャネル（5）へ少なくとも部分的に貫入するように前記チャネルから距離（d3）に位置し、
   前記チャネル（5）は、前記第1の構成要素（10）と前記第2の構成要素（20）と前記第3の構成要素（30）との間に少なくとも部分的に位置し、
   前記第3の回転可能な構成要素（30）は、前記チャネル内にフィラメントが挿入されるとき、及び前記アセンブリが前記フィラメント（2）に対して回転されるとき、前記第3の回転可能な構成要素（30）が主に前記フィラメントの表面上を転がるように、取り付けられる、請求項6に記載の押出ベースの生産システム。
8. 前記少なくとも1つのアセンブリ（3800）の前記第1の軸線（12）は、前記フィラメント（5）を1.0度～9.0度の角度で横切るように設けられ、
   前記第2の軸線（22）は、前記フィラメント（5）を1.0度～9.0度の角度で横切るように設けられ、
   前記第1の隆起（11）は、複数の第1のリングを形成し、
   前記第2の隆起（21）は、複数の第2のリングを形成する、請求項1～5のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
9. 前記少なくとも1つのアセンブリ（3800）は、前記第1の軸線（12）及び前記第2の軸線（22）とは異なる第3の軸線（32）の周りに回転可能な第3の回転可能な構成要素（30）を更に備え、
   前記第3の軸線（32）は、前記フィラメント（5）を1.0度～9.0度の角度で横切るように設けられる、請求項8に記載の押出ベースの生産システム。
10. 前記第1の回転可能な構成要素（10）、前記第2の回転可能な構成要素（20）及び前記第3の回転可能な構成要素（30）は、前記第1の隆起、前記第2の隆起及び第3の隆起によって形成される少なくとも1つの溝が単一のらせん、又は2つの個別のらせん、又は3つの個別のらせんを形成するように成形及び位置決めされる、請求項9に記載の押出ベースの生産システム。
11. 各回転可能な構成要素上の前記複数のリングは等距離にある、請求項8～10のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
12. 前記複数のリングは全て同じ外径を有し、又は、
    前記複数のリングのうち少なくとも1つは第1の外径を有し、前記複数のリングのうち少なくとも他の1つは、前記第1の外径とは異なる第2の外径を有する、請求項8～11のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
13. 前記少なくとも1つのアセンブリの前記入口（3）又は前記出口（4）に位置決めされ、前記フィラメントのねじれを制限する少なくとも1つの回転制限ユニットを更に備える、請求項1～12のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
14. 前記少なくとも1つのアセンブリの前記入口（3）又は前記出口（4）に位置決めされ、フィラメントねじれを制限する少なくとも1つの加圧ローラーアセンブリを更に備える、請求項1～13のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
15. 前記フィラメントロールは、前記フィラメントロールからの前記フィラメントが、湾曲部に従って前記少なくとも1つのアセンブリの前記入口（3）に挿入されるように配置される、請求項1～14のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
    
16. 前記少なくとも1つのアセンブリを前記フィラメントに対して回転させるために設けられる少なくとも1つの駆動機構を更に備える、請求項1～15のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
17. 前記フィラメントを第1の方向に移動させるために設けられた第1のアセンブリと、前記フィラメントを同様に前記第1の方向に移動させるために設けられた、前記第1のアセンブリと類似する第2のアセンブリと、
    駆動機構であって、前記第1のアセンブリの前記回転可能な構成要素を前記フィラメントに対して第1の方向に回転させ、前記第2のアセンブリの前記回転可能な構成要素を前記フィラメントに対して前記第1の方向と反対の第2の方向に回転させ、こうして前記第1のアセンブリによって加えられるねじり力を低減又は実質的に排除するように構成された、駆動機構と、
    を備える、請求項1～16のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
18. 前記駆動機構は、前記少なくとも1つのアセンブリを前記フィラメント（2）に対して回転させるための電気モーターを更に備える、請求項15～17のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
19. 前記駆動機構は、前記少なくとも1つのアセンブリを前記電気モーターに結合するための駆動ベルトを更に備える、請求項17に記載の押出ベースの生産システム。
20. 前記電気モーターは中空シャフトを有するモーターであり、前記中空シャフトは前記フィラメントを受け入れるように構成され、前記モーターは、前記少なくとも1つのアセンブリを前記フィラメント（2）に対して回転させるように構成される、請求項18又は19に記載の押出ベースの生産システム。
21. 制御ユニットを更に備え、該制御ユニットは、外部コンピューターと通信可能に接続可能であるとともに、前記少なくとも1つの駆動機構を制御するための情報を受信するために設けられる、請求項16～20のいずれか一項に記載の押出しベースの生産システム。
22. 通過した熱可塑性フィラメントを溶融するために設けられた加熱素子を更に備える、請求項1～21のいずれか一項に記載の押出ベースの生産システム。
23. 押し出すべき熱可塑性フィラメント（2）を備えるフィラメントロールと、少なくとも1つのアセンブリとを備える押出しベースの生産システム（100、300、4000）に熱可塑性フィラメント（2）を通過させる方法であって、前記少なくとも1つのアセンブリは、
    前記押し出すべき熱可塑性フィラメント（2）を受け入れるための入口（3）と、
    前記フィラメント（2）を送出するための出口（4）であって、前記入口及び該出口は、前記フィラメント（2）がその中で移動するチャネル（5）を画定する、出口（4）と、
    第1の回転可能な構成要素（10）及び第2の回転可能な構成要素（20）を含む少なくとも2つの回転可能な構成要素（10、20）と、
    を備え、
    前記チャネル（5）は、前記第1の構成要素（10）と前記第2の構成要素（20）との間に少なくとも部分的に位置しており、
    前記第1の回転可能な構成要素（10）は、第1の軸線（12）の周りに回転可能でありかつ第1の外隆起（11）を有し、前記第1の外隆起（11）が、前記チャネル（5）に少なくとも部分的に貫入するように、前記第1の軸線（12）は、前記チャネルから第1の距離（d1）に位置し、
    前記第2の回転可能な構成要素（20）は、前記第1の軸線（12）とは異なる第2の軸線（22）の周りに回転可能でありかつ第2の外隆起（21）を有し、前記第2の外隆起（21）が前記チャネル（5）へ少なくとも部分的に貫入するように、前記第2の軸線（22）は前記チャネルから第2の距離（d2）に位置し、
    該方法は、
    a）前記熱可塑性フィラメント（2）を前記チャネル（5）に導入するステップと、
    b）前記第1の回転可能な構成要素（10）を前記第1の軸線（12）の周りに回転させ、前記第2の回転可能な構成要素（20）を前記第2の軸線（22）の周りに回転させ、前記第1の軸線及び前記第2の軸線を前記フィラメントの周りに、前記第1の回転可能な構成要素及び前記第2の回転可能な構成要素が主に前記フィラメント（2）の表面上を転がるとともに、前記第1の外隆起及び前記第2の外隆起が前記熱可塑性フィラメントに約0.05 mm～約0.25 mm貫入するように、移動させるステップと、
    を含む、方法。

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