JP2022534864A - System for additive manufacturing of composite structures - Google Patents

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レイ ヴィンセント ブロディ,マーカス
フランク カミングス,カイル
マイケル スタルク,アンドルー
アンドリュー ストランバーグ,ネイサン
アダム ジャーナー,ブロック
タイラー ウィルソン,スティーブン
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コンティニュアス コンポジッツ インコーポレイテッド
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Abstract

構造物(12)の製造に使用するための付加製造システム(10)が開示される。付加製造システムは、支持体(14)と、材料(R+M)を吐出するように構成され、支持体に動作可能に接続され、かつ材料吐出中に垂直移動方向(34)に支持体によって移動可能であるプリントヘッド(16)とを含み得る。プリントヘッドは、垂直移動方向に対して吐出材料の追跡側に配置され、かつ材料を圧縮し、ツールセンターポイント(TCP)で材料を硬化エネルギーにさらすように構成されているモジュール(22)を含み得る。【選択図】図1An additive manufacturing system (10) is disclosed for use in manufacturing a structure (12). The additive manufacturing system is configured to dispense material (R+M) with a support (14), is operably connected to the support, and is movable by the support in a vertical direction of travel (34) during material dispensing. and a printhead (16) that is The printhead includes a module (22) positioned on the trailing side of the ejected material with respect to the direction of vertical movement and configured to compress the material and expose the material to curing energy at the tool center point (TCP). obtain. [Selection drawing] Fig. 1

Description

関連出願
本願は、2019年5月28日および2020年2月25日にそれぞれ出願された62/853,610および62/981,515に基づき、かつそれらの優先権の利益を主張し、これらすべての内容は、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。本願はまた、2019年7月18日に出願された米国非仮特許出願第16/516,113号の一部継続出願であり、その内容は参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
RELATED APPLICATIONS This application is based on and claims priority benefit from 62/853,610 and 62/981,515, filed May 28, 2019 and February 25, 2020, respectively, and all the contents of which are expressly incorporated herein by reference. This application is also a continuation-in-part of U.S. Nonprovisional Patent Application No. 16/516,113, filed July 18, 2019, the contents of which are expressly incorporated herein by reference.

本開示は、概して、製造システム、より具体的には、複合構造物を付加的に製造するためのシステムに関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates generally to manufacturing systems and, more particularly, to systems for additively manufacturing composite structures.

連続繊維3Dプリンティング(別名CF3D(登録商標))は、可動のプリントヘッドから吐出する母材内に埋め込まれた連続繊維の使用を含む。母材は、従来の熱可塑性プラスチック、粉末金属、液体樹脂(例えば、UV硬化性および/または二液型樹脂)、またはこれらおよび他の既知の母材のいずれかの組み合わせであり得る。プリントヘッドから放出される際に、ヘッドに取り付けられた硬化エンハンサ(例えば、UV光、超音波エミッタ、熱源、触媒供給など)が活性化され、母材の硬化が開始および/または完了する。この硬化は、ほぼ即座に起きるため、支持されていない構造物が自由空間で製造されることを可能にする。繊維、特に連続繊維が構造物内に埋め込まれている場合、構造物の強度は、母材に依存する強度を超えて倍増し得る。この技術の例は、2016年12月6日にTylerに発行された米国特許第9,511,543号(「’543特許」)に開示されている。 Continuous fiber 3D printing (aka CF3D®) involves the use of continuous fibers embedded within a matrix ejected from a moving printhead. The matrix can be conventional thermoplastics, powdered metals, liquid resins (eg, UV curable and/or two-component resins), or combinations of any of these and other known matrixes. Upon exiting the printhead, head-mounted curing enhancers (eg, UV light, ultrasonic emitters, heat sources, catalyst supplies, etc.) are activated to initiate and/or complete curing of the base material. This curing occurs almost instantly, allowing unsupported structures to be manufactured in free space. When fibers, especially continuous fibers, are embedded within the structure, the strength of the structure can be doubled beyond that dependent on the matrix material. An example of this technique is disclosed in U.S. Pat. No. 9,511,543, issued Dec. 6, 2016 to Tyler (the "'543 patent").

CF3D(登録商標)は、連続繊維補強材を利用しない製造プロセスと比較して、増加された強度を提供するが、既存のシステムの構造および/または動作に改善をもたらすことができる。例えば、出願人は、補強材の圧縮および硬化をより細かく制御することにより、補強材の配置、強度、および精度を改善することができることを発見した。開示された付加製造システムは、これらの改善を提供するため、および/または従来技術の他の問題に対処するために独自に構成されている。 CF3D® provides increased strength compared to manufacturing processes that do not utilize continuous fiber reinforcement, yet can provide improvements in the structure and/or operation of existing systems. For example, Applicants have discovered that better control over compression and stiffening of the stiffeners can improve placement, strength, and accuracy of the stiffeners. The disclosed additive manufacturing system is uniquely configured to provide these improvements and/or to address other problems of the prior art.

一態様では、本開示は、付加製造システムに関する。付加製造システムは、支持体と、材料を吐出するように構成され、支持体に動作可能に接続され、かつ材料吐出中に垂直移動方向に支持体によって移動可能であるプリントヘッドとを含み得る。プリントヘッドは、垂直移動方向に対して吐出材料の追跡側に配置され、かつ材料を圧縮し、ツールの中心点で材料を硬化エネルギーにさらすように構成されたモジュールを含み得る。 In one aspect, the present disclosure relates to an additive manufacturing system. The additive manufacturing system may include a support and a printhead configured to eject material, operably connected to the support, and movable by the support in a direction of vertical movement during material ejection. The printhead may include a module positioned on the trailing side of the ejected material with respect to the direction of vertical movement and configured to compress the material and expose it to curing energy at the center point of the tool.

別の態様では、本開示は、別の付加製造システムに関する。この付加製造システムは、支持体と、材料を吐出するように構成され、支持体に動作可能に接続され、かつ材料吐出中に垂直移動方向に支持体によって移動可能であるプリントヘッドとを含み得る。プリントヘッドは、垂直移動方向に対して吐出材料の追跡側に配置され、かつ材料上を転がるように構成された外側カバーと、硬化エネルギーを外側カバーを通して半径方向外向きに向けるように構成されたソースとを含み得る。 In another aspect, the present disclosure relates to another additive manufacturing system. The additive manufacturing system may include a support and a printhead configured to eject material, operably connected to the support, and movable by the support in a vertical direction of travel during material ejection. . The printhead had an outer cover positioned on the trailing side of the ejected material relative to the direction of vertical movement and configured to roll over the material and configured to direct curing energy radially outward through the outer cover. source.

さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加的に製造する方法に関する。この方法は、プリントヘッドの出口を通して母材で湿った連続補強材を吐出すること、および吐出後に母材で湿った連続補強材にモジュールを押し付けて母材で湿った連続補強材を圧縮することを含み得る。この方法はまた、硬化エネルギーをモジュールを通して半径方向外向きに、圧縮されている母材で湿った連続補強材に向けることを含み得る。 In yet another aspect, the present disclosure relates to a method of additively manufacturing a structure. The method consists of ejecting a matrix-wet continuous reinforcement through the outlet of the printhead and compressing the matrix-wet continuous reinforcement by pressing a module against the matrix-wet continuous reinforcement after ejection. can include The method may also include directing curing energy radially outward through the module to the continuous reinforcement wetted with the matrix being compressed.

開示された例示的な付加製造システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an exemplary disclosed additive manufacturing system; FIG. 図2、図3、図4はそれぞれ、図1のシステムの例示的な開示部分の等角図、図解図、および断面図である。2, 3 and 4 are isometric, schematic and cross-sectional views, respectively, of an exemplary disclosed portion of the system of FIG. 図2、図3、図4はそれぞれ、図1のシステムの例示的な開示部分の等角図、図解図、および断面図である。2, 3 and 4 are isometric, schematic and cross-sectional views, respectively, of an exemplary disclosed portion of the system of FIG. 図2、図3、図4はそれぞれ、図1のシステムの例示的な開示部分の等角図、図解図、および断面図である。2, 3 and 4 are isometric, schematic and cross-sectional views, respectively, of an exemplary disclosed portion of the system of FIG. 図1のシステムの他の例示的な開示部分の断面図である。2 is a cross-sectional view of another exemplary disclosed portion of the system of FIG. 1; FIG. 図1のシステムの他の例示的な開示部分の断面図である。2 is a cross-sectional view of another exemplary disclosed portion of the system of FIG. 1; FIG.

図1は、任意の所望の形状を有する複合構造物12を製造するために使用され得る例示的なシステム10を示している。システム10は、支持体14および積層ヘッド(「ヘッド」)16を含み得る。ヘッド16は、支持体14に結合され、支持体14によって移動され得る。図1の開示された実施形態では、支持体14は、構造物12の製造中にヘッド16を複数の方向に移動することができるロボットアームである。代替的に、支持体14は、構造物12の製造中にヘッド16を複数の方向に移動することもできるガントリー(例えば、オーバーヘッドブリッジまたはシングルポストガントリー)またはハイブリッドガントリー/アームを具体化することができる。支持体14は、構造物12に対して6軸移動が可能であるとして示されているが、支持体14は、異なる方式で(例えば、より多いまたはより少ない数の軸に沿ってまたはその周りで)ヘッド16を移動させることが可能であり得ると考えられる。構造物12は、もう1つの移動軸と関連付けられ、支持体14とは独立して、および/またはそれと協調して移動するように構成することができることも考えられる。いくつかの実施形態では、ドライブは、ヘッド16を支持体14に機械的に結合し得、かつヘッド16の一部を移動する、および/または電力もしくは材料をヘッド16に供給するために協調する構成要素を含み得る。 FIG. 1 shows an exemplary system 10 that can be used to manufacture composite structures 12 having any desired shape. System 10 may include support 14 and lamination head (“head”) 16 . Head 16 is coupled to support 14 and can be moved by support 14 . In the disclosed embodiment of FIG. 1, support 14 is a robotic arm capable of moving head 16 in multiple directions during fabrication of structure 12 . Alternatively, support 14 may embody a gantry (eg, overhead bridge or single post gantry) or hybrid gantry/arm that also allows head 16 to move in multiple directions during fabrication of structure 12 . can. Although support 14 is shown as being capable of six-axis movement relative to structure 12, support 14 can be moved in different ways (e.g., along or about a greater or lesser number of axes). ), it may be possible to move the head 16 . It is also contemplated that structure 12 may be associated with another axis of motion and configured to move independently and/or in concert with support 14 . In some embodiments, a drive may mechanically couple head 16 to support 14 and cooperate to move a portion of head 16 and/or to supply power or materials to head 16. may contain components.

ヘッド16は、母材(Mとして示される)を受け取るか、さもなければ収容するように構成され得る。母材は、硬化可能な任意のタイプまたは組み合わせの材料(例えば、ゼロ揮発性有機化合物樹脂などの液体樹脂、粉末金属など)を含み得る。例示的な樹脂には、熱硬化性樹脂、一液型または多液型エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオン性エポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性樹脂、フォトポリマー、ポリエポキシド、チオール、アルケン、チオール-エンなどが含まれる。一実施形態では、ヘッド16内側の母材は、例えば、対応する導管(図示せず)を介してヘッド16に流体的に接続された外部デバイス(例えば、押出機、ポンプなど-図示せず)によって(例えば、正および/または負に)加圧され得る。しかしながら、別の実施形態では、圧力は、同様のタイプのデバイスによってヘッド16の完全に内側に生成され得る。さらに他の実施形態では、母材は、ヘッド16内に、および/またはヘッド16を通して重力供給され得る。例えば、母材は、ヘッド16に供給され、1つ以上の連続補強材(Rとして示される)と一緒に、ヘッド16から押し出されるかまたは引き出され得る。場合によって、ヘッド16内側の母材は、未熟な硬化を防止するために、またはそうでなければ吐出後に所望の硬化速度を得るために、冷たくおよび/または暗くして保つ必要があり得る。他の例では、同様の理由で、母材を保温および/または照明する必要があり得る。どちらの状況でも、ヘッド16は、これらの必要性を提供するように特別に構成され得る(例えば、断熱、温度制御、シールドなど)。 Head 16 may be configured to receive or otherwise contain a matrix (denoted as M). The matrix may comprise any type or combination of curable materials (eg, liquid resins such as zero volatile organic compound resins, powdered metals, etc.). Exemplary resins include thermosets, one-part or multi-part epoxies, polyester resins, cationic epoxies, acrylated epoxies, urethanes, esters, thermoplastics, photopolymers, polyepoxides, thiols, alkenes, Thiol-enes and the like are included. In one embodiment, the matrix inside the head 16 is for example external devices (eg, extruders, pumps, etc.—not shown) that are fluidly connected to the head 16 via corresponding conduits (not shown). can be pressurized (eg, positively and/or negatively) by However, in another embodiment pressure may be generated entirely inside the head 16 by a similar type of device. In still other embodiments, the preform may be gravity fed into and/or through head 16 . For example, a base material may be fed into head 16 and extruded or withdrawn from head 16 along with one or more continuous reinforcements (denoted as R). In some cases, the matrix inside the head 16 may need to be kept cool and/or dark to prevent premature curing or otherwise to obtain the desired cure rate after dispensing. In other instances, it may be necessary to insulate and/or illuminate the matrix for similar reasons. In either situation, head 16 may be specially configured to provide these needs (eg, insulation, temperature control, shielding, etc.).

母材は、任意の数の連続補強材(例えば、別個の繊維、トウ、ロービング、ソックス、および/または連続材料のシート)を少なくとも部分的に被覆するために使用し得、補強材と一緒に、複合構造物12の一部(例えば、壁)を構成し得る。補強材は、ヘッド16内に保管され得るか、そうでなければヘッド16を通過し得る。複数の補強材が同時に使用される場合、補強材は同じ材料組成であり、同じサイジングおよび断面形状(例えば、円形、正方形、長方形など)、または異なるサイジングおよび/または断面形状を持つ材料組成を有し得る。補強材には、例えば、炭素繊維、植物繊維、木質繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、プラスチック繊維、金属繊維、光繊維(例えば、チューブ)などが含まれ得る。「補強材」という用語は、ヘッド16から吐出される母材に少なくとも部分的に包まれている構造的および非構造的(例えば、機能的)タイプの連続材料の両方を包含することを意味することに留意されたい。 The matrix can be used to at least partially cover any number of continuous reinforcements (e.g., separate fibers, tows, rovings, socks, and/or sheets of continuous material), together with the reinforcements. , may constitute a portion (eg, a wall) of composite structure 12 . The stiffener may be stored within head 16 or may otherwise pass through head 16 . When multiple stiffeners are used simultaneously, the stiffeners are of the same material composition and have the same sizing and cross-sectional shape (e.g., circular, square, rectangular, etc.) or material compositions with different sizing and/or cross-sectional shapes. can. Reinforcing materials can include, for example, carbon fibers, plant fibers, wood fibers, mineral fibers, glass fibers, plastic fibers, metal fibers, optical fibers (eg, tubes), and the like. The term "stiffener" is meant to encompass both structural and non-structural (e.g., functional) types of continuous material that are at least partially encased in the matrix material expelled from head 16. Please note that

補強材がヘッド16の内側にある間、および補強材がヘッド16に渡されている間、および/または補強材がヘッド16から吐出されている間、補強材は、少なくとも部分的に母材で被覆され得る。母材、乾燥した(例えば、含浸されていない)補強材、および/またはすでに母材に露出されている補強材(例えば、事前に含浸された補強材)は、当業者に明らかな任意の方式でヘッド16に伝送され得る。いくつかの実施形態では、充填材料(例えば、切断された繊維、ナノ粒子またはチューブなど)および/または添加剤(例えば、熱開始剤、UV開始剤など)を、連続補強材を母材が被覆する前および/または後に、母材と混合することができる。 While the stiffener is inside the head 16 and while the stiffener is passed over the head 16 and/or while the stiffener is being expelled from the head 16, the stiffener is at least partially embedded in the matrix. can be coated. The matrix, the dry (e.g., non-impregnated) reinforcement, and/or the reinforcement already exposed to the matrix (e.g., pre-impregnated reinforcement) may be used in any manner apparent to those skilled in the art. can be transmitted to head 16 at . In some embodiments, the filler material (e.g., chopped fibers, nanoparticles or tubes, etc.) and/or additives (e.g., thermal initiators, UV initiators, etc.) are coated on the continuous reinforcement by the matrix. It can be mixed with the base material before and/or after.

1つ以上の硬化エンハンサ(例えば、UV光、超音波エミッタ、レーザー、ヒーター、触媒ディスペンサなど)18は、ヘッド16に近接して(例えば、内部、上、および/または隣接して)取り付けられ、ヘッド16から吐出される場合に母材の硬化速度および/または品質を高めるように構成され得る。硬化エンハンサ18は、構造物12の材料の吐出および形成中に、構造物12を部分的にエネルギー(例えば、UV光、電磁放射、振動、熱、化学触媒など)に選択的に曝露するように制御され得る。エネルギーは、母材内で化学反応を引き起こし、化学反応の速度を上げ、母材を焼結し、母材を硬化し、母材を固化し、母材を重合し、またはそうでなければ、ヘッド16から吐出される場合に母材を硬化させ得る。硬化エンハンサ18によって生成されるエネルギーの量は、構造物12がヘッド16から所定の長さを超えて軸方向に成長する前に、母材を硬化させるのに十分であり得る。一実施形態では、構造物12は、軸方向成長の長さが母材被覆された補強材の外径に等しくなる前に、少なくとも部分的に(例えば、完全に)硬化される。 one or more curing enhancers (eg, UV light, ultrasonic emitters, lasers, heaters, catalyst dispensers, etc.) 18 are mounted proximate (eg, within, on, and/or adjacent to) head 16; It may be configured to enhance the cure speed and/or quality of the base material as it is expelled from head 16 . Curing enhancer 18 selectively exposes structure 12 to energy (eg, UV light, electromagnetic radiation, vibration, heat, chemical catalysts, etc.) in portions during material ejection and formation of structure 12 . can be controlled. The energy can cause chemical reactions within the matrix, speed up chemical reactions, sinter the matrix, harden the matrix, solidify the matrix, polymerize the matrix, or otherwise It may harden the base material as it is ejected from the head 16 . The amount of energy generated by cure enhancer 18 may be sufficient to cure the base material before structure 12 axially grows beyond a predetermined length from head 16 . In one embodiment, the structure 12 is at least partially (eg, fully) cured before the length of axial growth equals the outer diameter of the matrix-clad stiffener.

母材および/または補強材は、任意の数の異なる動作モードを介してヘッド16から一緒に吐出され得る。第1の例示的な動作モードでは、ヘッド16が支持体14によって移動されて構造物12の特徴部を作り出す場合に、母材および/または補強材がヘッド16から押し出される(例えば、圧力および/または機械的力の下で押し出される)。第2の例示的な動作モードでは、少なくとも補強材がヘッド16から引っ張られ、それによって、吐出中に補強材に引張応力が生じる。この第2の動作モードでは、母材は補強材に付着し、それによって補強材とともにヘッド16から引っ張られ、および/または母材は引っ張られた補強材とともに圧力下でヘッド16から吐出され得る。第2の動作モードでは、補強材がヘッド16から引っ張られており、その結果、補強材に生じる張力は、構造物12の強度を増加させ得(例えば、補強材を整列させる、座屈を抑制する、補強材に均等に荷重をかけるなど)、母材の硬化後、支持されていない構造物12のより長い長さをより直線的な軌道にすることも可能にする。すなわち、母材の硬化後に残っている補強材の張力は、重力に逆らって作用し(例えば、重力に対抗するモーメントを生成することによって直接的および/または間接的に)、構造物12の支持を提供し得る。 The base material and/or reinforcement material may be expelled together from head 16 through any number of different modes of operation. In a first exemplary mode of operation, base material and/or stiffeners are forced out of head 16 (e.g., pressure and/or or extruded under mechanical force). In a second exemplary mode of operation, at least the stiffener is pulled from the head 16, thereby creating a tensile stress in the stiffener during dispensing. In this second mode of operation, the parent material may adhere to the stiffener thereby being pulled from the head 16 with the stiffener and/or the parent material may be expelled from the head 16 under pressure with the stiffener pulled. In a second mode of operation, the stiffeners are being pulled from the head 16, such that the resulting tension in the stiffeners may increase the strength of the structure 12 (e.g., align the stiffeners, inhibit buckling). , evenly loading the stiffeners, etc.), which also allows longer lengths of the unsupported structure 12 to follow a more straight track after curing of the matrix. That is, the tension in the stiffener remaining after the base material cures acts against gravity (e.g., directly and/or indirectly by creating a moment that opposes gravity) to provide support for the structure 12 . can provide

補強材は、ヘッド16が支持体14によってアンカーポイント(例えば、プリントベッド、構造物12の既存の表面、固定具など)から離れるように動かされた結果として、ヘッド16から引っ張られてもよい。例えば、構造物形成の開始時に、ある長さの母材含浸補強材が、ヘッド16から引っ張られ、および/または押し出され、アンカーポイント上に積層され、少なくとも部分的に硬化されて、吐出された材料がアンカーポイントに付着する(あるいは、結合する)。その後、ヘッド16をアンカーポイントから遠ざけることができ、相対的な動きにより、補強材がヘッド16から引っ張られることができる。以下でより詳細に説明されるように、ヘッド16を通る補強材の動きは、必要に応じて、1つ以上の内部供給機構を介して選択的に支援され得る。しかしながら、ヘッド16からの補強材の吐出速度は、主に、ヘッド16とアンカーポイントとの間の相対的な動きの結果である可能性があり、そのため、補強材内に張力が生じる。上で考察されたように、アンカーポイントは、ヘッド16がアンカーポイントから離れて移動される代わりに、またはそれに加えて、ヘッド16から離れて移動され得る。 The stiffener may be pulled from head 16 as a result of head 16 being moved by support 14 away from an anchor point (eg, print bed, existing surface of structure 12, fixture, etc.). For example, at the start of construct formation, a length of matrix-impregnated reinforcement is pulled and/or extruded from the head 16, laminated onto the anchor points, at least partially cured, and ejected. Material attaches (or bonds) to the anchor point. The head 16 can then be moved away from the anchor point and relative motion can pull the stiffener away from the head 16 . Movement of the stiffener through the head 16 may be selectively assisted via one or more internal feeding mechanisms as needed, as described in more detail below. However, the ejection speed of the stiffener from the head 16 may be primarily a result of relative motion between the head 16 and the anchor point, thus creating tension within the stiffener. As discussed above, the anchor point may be moved away from head 16 instead of, or in addition to, head 16 being moved away from the anchor point.

ヘッド16は、とりわけ、出口22および出口22の上流に位置する母材リザーバ24を含み得る。一例では、出口22は、ほぼ円形、管状、または長方形の断面を有する複合材料を吐出するように構成された単一チャネルの出口である。しかしながら、ヘッド16の構成は、出口22が、同じまたは異なる形状(例えば、平坦またはシート状の断面、マルチトラック断面など)を有する複合材料の複数チャネルを吐出する別の出口に交換されることを可能にし得る。繊維、チューブ、および/または他の補強材は、母材リザーバ24を通過し得(例えば、リザーバ24の内側に位置する1つ以上の内部湿潤機構26を通って)、吐出前に、母材によって湿潤(例えば、少なくとも部分的に被覆、包囲および/または完全に飽和)され得る。 Head 16 may include, among other things, outlet 22 and matrix reservoir 24 located upstream of outlet 22 . In one example, outlet 22 is a single channel outlet configured to dispense composite material having a generally circular, tubular, or rectangular cross-section. However, the configuration of head 16 allows outlet 22 to be replaced with another outlet that dispenses multiple channels of composite material having the same or different geometries (e.g., flat or sheet-like cross-sections, multi-track cross-sections, etc.). can make it possible. Fibers, tubing, and/or other reinforcing materials may pass through the matrix reservoir 24 (eg, through one or more internal wetting mechanisms 26 located inside the reservoir 24) and the matrix prior to ejection. can be wetted (eg, at least partially coated, surrounded and/or completely saturated) by

出口22は、異なる形態をとることができる。一例では、ガイドまたはノズル30が湿潤機構26の下流に位置し、コンパクタ32はノズル30を追跡する(例えば、矢印34によって表される、材料吐出中のヘッド16の垂直進行方向に対して)。ノズル30またはコンパクタ32のいずれかが、ヘッド16のツールセンターポイント(TCP)として機能し得、これにより、硬化エンハンサ18によるエネルギーにさらされた場合、硬化前および/または硬化中、母材によって湿潤された補強材を所望の位置に取り付けると考えられる。いくつかの実施形態では、ノズル30を省略し得ることも考えられる。最後に、ヘッド16のTCPは、必ずしもノズル30またはコンパクタ32と関連付けられていなくてもよく、代わりに、これらの場所とは別の硬化エネルギー曝露の場所であり得ると考えられる。TCPは、一部の用途において場所を切り替え得る。 The outlet 22 can take different forms. In one example, a guide or nozzle 30 is positioned downstream of wetting mechanism 26 and compactor 32 tracks nozzle 30 (eg, relative to the direction of vertical travel of head 16 during material discharge, represented by arrow 34). Either nozzle 30 or compactor 32 may serve as a tool center point (TCP) for head 16 such that when exposed to energy by cure enhancer 18, it is wetted by the base material before and/or during cure. It is considered to attach the stiffened stiffener to the desired location. It is also contemplated that nozzle 30 may be omitted in some embodiments. Finally, it is contemplated that the TCP of head 16 may not necessarily be associated with nozzle 30 or compactor 32, but instead may be a location of curing energy exposure separate from these locations. TCP may switch places in some applications.

1つ以上のコントローラ28が提供され、支持体14およびヘッド16と通信可能に結合され得る。各コントローラ28は、システム10の動作を制御するようにプログラムされ、および/またはそうでなければ構成された単一のプロセッサまたは複数のプロセッサを具体化することができる。コントローラ28は、1つ以上の汎用または特殊目的のプロセッサまたはマイクロプロセッサを含み得る。コントローラ28は、例えば、設計限界、性能特性、動作命令、ツールパス、およびシステム10の各構成要素の対応するパラメータのようなデータを格納するためのメモリをさらに含み得るか、または関連付けられ得る。電源回路、信号調整回路、ソレノイドドライバ回路、通信回路、および他の適切な回路を含む、他の様々な既知の回路をコントローラ28と関連付けることができる。さらに、コントローラ28は、有線および/または無線伝送を介してシステム10の他の構成要素と通信することができ得る。 One or more controllers 28 may be provided and communicatively coupled with support 14 and head 16 . Each controller 28 may embody a single processor or multiple processors programmed and/or otherwise configured to control the operation of system 10 . Controller 28 may include one or more general or special purpose processors or microprocessors. Controller 28 may further include or be associated with memory for storing data such as, for example, design limits, performance characteristics, operating instructions, toolpaths, and corresponding parameters of each component of system 10 . Various other known circuits may be associated with controller 28, including power supply circuits, signal conditioning circuits, solenoid driver circuits, communication circuits, and other suitable circuits. Additionally, controller 28 may be able to communicate with other components of system 10 via wired and/or wireless transmissions.

1つ以上のマップは、コントローラ28のメモリ内に格納され、構造物12の製造中に使用され得る。これらのマップの各々には、ルックアップテーブル、グラフ、および/または方程式の形式でデータの集合が含まれ得る。開示された実施形態では、マップがコントローラ28によって使用され得、構造部12の所望の形状(例えば、サイズ、形状、材料組成、性能パラメータ、および/または輪郭)を生成するために必要なヘッド16の動きを決定し、かつ硬化エンハンサ18および/または動きと協調して他の関連する構成要素の動作を調整する。 One or more maps may be stored in the memory of controller 28 and used during fabrication of structure 12 . Each of these maps may contain collections of data in the form of lookup tables, graphs, and/or equations. In the disclosed embodiment, a map can be used by the controller 28 to generate the desired shape (eg, size, shape, material composition, performance parameters, and/or contour) of the structure 12 . and coordinate the motion of the stiffening enhancer 18 and/or other related components in concert with the motion.

図2、3、および4に示されるように、硬化エンハンサ18およびコンパクタ32は、硬化および圧縮機能の両方を実行することができるモジュール54に統合され得る。これらの図に示されるように、モジュール54は、とりわけ、離間されたベアリング166を介してヘッド16の残りの部分に回転的に取り付けられるシャフト164、硬化エネルギー(例えば、光)をシャフト164内へ向けるように構成されたソース168、シャフト164の周りに配置された分配器170、および吐出材料に圧縮力を提供する、分配器170の上に取り付けられた1つ以上のカバー(例えば、内側コンプライアントカバー172および/または外側保護カバー174)を含む、複数の構成要素の自己完結型アセンブリであり得る。シャフト164に軸方向に向けられたエネルギーは、シャフト164の内端に位置する176光学素子(例えば、バッフル、レンズ、ミラー、研磨されたボアまたは端壁など)、およびシャフト164内に形成された1つ以上の半径方向通路177(図4にのみ示されている)によって、分配され、集束され、および/または半径方向外向きに方向転換され得る。エネルギーは、分配器170の1つ以上の軸方向に延びる円周方向スロット178を通過し得、次に、エネルギー(例えば、約405nmの波長など、約350~450nmの波長の光エネルギー)に対して少なくとも部分的に透明(例えば、約70~100%透明)であり得る関連するカバーを通過し得る。いくつかの実施形態では、スロット178のうちの1つ以上には、カバーを支持するのを助ける透明なスペーサー180を取り付け得る。いくつかの実施形態では、スペーサー180は、それ自体がソース168からのエネルギーを集束、増幅、分配、および/または向けるために機能する光学素子であり得る。 As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the curing enhancer 18 and compactor 32 may be integrated into a module 54 capable of performing both curing and compaction functions. As shown in these figures, the module 54 includes, among other things, a shaft 164 that is rotatably mounted to the rest of the head 16 via spaced bearings 166, directs curing energy (e.g., light) into the shaft 164. A source 168 configured to direct, a distributor 170 positioned about the shaft 164, and one or more covers (e.g., an inner compressor) mounted over the distributor 170 that provide a compressive force to the dispensed material. It may be a self-contained assembly of multiple components, including client cover 172 and/or outer protective cover 174). Energy directed axially into shaft 164 is formed within 176 optical elements (e.g., baffles, lenses, mirrors, polished bores or end walls, etc.) located at the inner end of shaft 164 and within shaft 164. It may be distributed, focused, and/or redirected radially outward by one or more radial passages 177 (shown only in FIG. 4). The energy may pass through one or more axially-extending circumferential slots 178 of the distributor 170, and then for energy (eg, optical energy at a wavelength of about 350-450 nm, such as a wavelength of about 405 nm). through an associated cover that can be at least partially transparent (eg, about 70-100% transparent). In some embodiments, one or more of the slots 178 may be fitted with transparent spacers 180 to help support the cover. In some embodiments, spacer 180 can itself be an optical element that functions to focus, amplify, distribute, and/or direct energy from source 168 .

いくつかの用途では、モジュール54(例えば、カバー174の外面)は、ヘッド16のTCPを形成し得る。これらの用途では、ヘッド16はノズルレスであり得る。したがって、ヘッド16のTCPは、カバー174の外面と構造物12の活性表面(例えば、モジュール54が接液補強材を表面に押し付ける)との間の、軸方向に配向された接触線に対応し得る。接触線は、例えば、プリント面に対しておよび/または進行方向に対して(例えば、空きスペースにプリントする場合)ヘッド16が支持体14(図1を参照)によって傾けられると、シフトし得ることに留意されたい。 In some applications, module 54 (eg, the outer surface of cover 174) may form the TCP of head 16. FIG. For these applications, the head 16 can be nozzleless. Thus, the TCP of head 16 corresponds to an axially oriented line of contact between the outer surface of cover 174 and the active surface of structure 12 (e.g., module 54 presses wetted reinforcement against the surface). obtain. that the contact line can shift, for example, when the head 16 is tilted by the support 14 (see FIG. 1) relative to the printing surface and/or relative to the direction of travel (eg, when printing into an open space); Please note.

一実施形態では、外側カバー174は、低摩擦材料(例えば、ポリテトラフルオロエチレン-PTFE、フッ素化エチレンプロピレン-FEPなど)から製造され得る。一例では、FEPは、PTFEと比較した場合にその透明性が高いため、外側カバー174に利用し得る。 In one embodiment, outer cover 174 may be manufactured from a low friction material (eg, polytetrafluoroethylene-PTFE, fluorinated ethylene propylene-FEP, etc.). In one example, FEP may be utilized for the outer cover 174 due to its higher transparency when compared to PTFE.

内部カバー172の伸展性は、モジュール54の位置決めにおいて高い精度を必要とせずに、補強材に対する適切な係合および圧縮力を可能にし得る。内側カバー172の伸展性はまた、構造物12との係合領域に平坦なスポットをもたらし得る(図6を参照)。この平坦なスポットは、母材で湿った補強材がモジュール54から外れ、構造物12のみに接着するのを助け、また、補強材が構造物12の下にある層に対してより平らになるのを助け得る。さらに、内側カバー172の伸展性は、切断デバイス(図5および6を参照して以下でより詳細に説明される)がモジュール54内にある距離だけ押し込まれることを可能にし、それによって切断性能を改善し得る。外側カバー174は、切断デバイスとの係合により定期的に交換する必要があり得る。一実施形態では、内側カバー172は、約20~50Aショア(例えば、約40Aショア)の硬度を有し得、外側カバー174は、切断中の寿命を延ばすためにより高い硬度(例えば、内側172カバーの硬度より少なくとも5~10%大きい)を有し得る。外側カバー174の厚さは、内側カバー172の厚さよりも薄くてもよく、その結果、内側カバー172の伸展性は、より硬い外側カバー174を通して依然として有効であり得る。例えば、外側カバー174は、内側カバー172の厚さの約1/5~1/25であり得る。いくつかの実施形態では、外側カバー174は、内側カバー172よりも低い摩擦を有し得、モジュール54への母材で湿った補強材の望ましくない付着を防止するのを助ける。 The compliance of inner cover 172 may allow proper engagement and compressive force against stiffeners without requiring high precision in module 54 positioning. The compliance of inner cover 172 may also provide a flat spot in the area of engagement with structure 12 (see FIG. 6). This flat spot helps the matrix wet stiffener to disengage from the module 54 and adhere only to the structure 12, and also to make the stiffener flatter against the underlying layers of the structure 12. can help Additionally, the compliance of the inner cover 172 allows the cutting device (described in more detail below with reference to FIGS. 5 and 6) to be pushed a distance into the module 54, thereby improving the cutting performance. can be improved. Outer cover 174 may need to be replaced periodically due to engagement with cutting devices. In one embodiment, the inner cover 172 may have a hardness of about 20-50 A Shore (eg, about 40 A Shore) and the outer cover 174 may have a higher hardness (eg, inner 172 cover at least 5-10% greater than the hardness of The thickness of the outer cover 174 may be less than the thickness of the inner cover 172 so that the compliance of the inner cover 172 may still be effective through the stiffer outer cover 174 . For example, outer cover 174 can be about 1/5 to 1/25 the thickness of inner cover 172 . In some embodiments, the outer cover 174 may have a lower friction than the inner cover 172 to help prevent undesirable adhesion of matrix wet reinforcement to the module 54 .

エネルギーはモジュール54を介して母材で湿った補強材に向けられ得るため、TCPにおける硬化(例えば、直前、真上、および/または直後)が可能であり得る。TCP位置から離れる補強材の、あったとしても僅かな動きが起こる前に、補強材を留めるのに十分な硬化が起こり得ることが考えられる。これにより、補強材の配置精度が向上し得る。母材は、外面でのみ硬化され得る(例えば、所望の形状を留めるおよび/または維持するのに十分である)、または母材は、(あらゆる外部環境暴露に加えてまたはそれなしに)ソース168からのエネルギーのみへの曝露によって完全硬化され得ることが考えられる。前者の場合、構造物12の完成後に追加のエネルギー曝露(例えば、オーブンベーキング、オートクレーブ加熱など)が必要となり得る。 Curing in TCP (eg, immediately before, immediately above, and/or immediately after) may be possible because energy may be directed through the module 54 to the matrix-wet reinforcement. It is conceivable that sufficient stiffening can occur to fasten the stiffener before little, if any, movement of the stiffener away from the TCP location occurs. This can improve the placement accuracy of the reinforcing material. The base material may be cured only on the outer surface (e.g., sufficient to retain and/or maintain a desired shape), or the base material may be exposed to the source 168 (in addition or without any external environmental exposure). It is believed that full curing can be achieved by exposure only to energy from the . In the former case, additional energy exposure (eg, oven baking, autoclave heating, etc.) may be required after structure 12 is completed.

一実施形態では、分配器170の形状は、ソース168からのエネルギーをTCPのみに集中させるように(すなわち、半径方向通路177の位置および向きに関連して)選択し得る。例えば、形状は、ソース168からのエネルギーが、TCPに最も近く(例えば、TCPに)位置する1つのスロット178のみを通過することを可能にし、一方、エネルギーが、所与の時間にTCPからさらに離れた他のスロット178を通過することを禁止し得る。より狭いスロット178を有するより厚い壁の分配器は、より焦点を合わせた曝露領域を生成し得る。開示された例では、スロット178は、分配器170上を通過する補強材の幅の約0~2倍の軸方向長さを有し得る。 In one embodiment, the shape of distributor 170 may be selected (ie, in relation to the location and orientation of radial passages 177) to focus energy from source 168 only on TCP. For example, the geometry allows energy from the source 168 to pass through only one slot 178 located closest to (e.g., to) the TCP, while energy may flow further from the TCP at a given time. It may be prohibited from passing through other distant slots 178 . A thicker walled distributor with narrower slots 178 may produce a more focused exposure area. In the disclosed example, slot 178 may have an axial length of about 0-2 times the width of the stiffener passing over distributor 170 .

図5および図6は、とりわけ、硬化および圧縮機能を統合した別のモジュール200を示している。図2-4のモジュール54と同様に、図5および6のモジュール200は、ベアリング166を介してヘッド16の残りの部分に回転接続されたシャフト164、および硬化エネルギー(例えば、UV光、レーザー、または他の硬化エネルギー源202からのエネルギー)を軸方向にシャフト164に向けるソース168を含む。エネルギーは、内側および外側カバー172、174を通って半径方向外向きに、シャフト164および通路177の内端に配置された光学素子176を介してヘッド16のTCPに向け直され得る。一実施形態では、TCPは、分配器170の軸方向中心に配置されている(図5に示されている)。しかしながら、必要に応じて、TCPを分配器170の端部の近くに配置することができると考えられる。 Figures 5 and 6 show, among other things, another module 200 that integrates stiffening and compression functions. Similar to the module 54 of FIGS. 2-4, the module 200 of FIGS. 5 and 6 includes a shaft 164 rotationally connected to the rest of the head 16 via bearings 166, and curing energy (eg, UV light, laser, or energy from other curing energy source 202 ) axially into shaft 164 . The energy may be redirected radially outward through the inner and outer covers 172 , 174 to the TCP of the head 16 via an optical element 176 located at the inner end of the shaft 164 and passageway 177 . In one embodiment, the TCP is axially centered in distributor 170 (shown in FIG. 5). However, it is contemplated that TCP could be placed closer to the end of distributor 170 if desired.

モジュール54と同様に、モジュール200は、内側および外側カバー172、174を半径方向外向きに通過するときにエネルギー散逸および損失を抑制するように構成され得る。しかしながら、モジュール200は、分配器170、スロット178、およびスペーサー180を使用せずにそうし得る。代わりに、モジュール200の内側および/または外側カバー172、174は、1つ以上の仕切り184を介してセグメント化され得る。仕切り184は、ほぼ平坦であり、互いに規則的な間隔で刻まれ、圧縮デバイス150の軸を通して配向され得る。仕切り184は、外側および内側カバー174、172を通って半径方向内向きに延在し得るが、シャフト164の手前またはシャフト164において終端する。仕切り184は、ソース168からTCPに向かうエネルギーを遮断または反射するように構成された材料から製造されるか、そうでなければコーティング、着色、または注入され得る。任意の数の仕切り184を利用して、必要な数の分離されたエネルギー伝達チャネル(例えば、隣接する仕切り184間の弧状セグメント)を作成し得る。例えば、いくつかの実施形態では、仕切り184に加えて、シャフト164の軸に概ね直交するか、または斜めの角度に向けられた平面にある1つ以上の仕切り186を使用して、ソース168からのエネルギーをさらに集束させ得る(例えば、エネルギーを軸方向にTCPに向け得る)。いくつかの用途では、仕切り184および/または186間の間隔は、硬化経路パラメータを選択的に変化させ、焦点を合わせるために、材料吐出中に調整可能であり得る。 Similar to module 54, module 200 may be configured to contain energy dissipation and loss as it passes radially outward through inner and outer covers 172, 174. FIG. However, module 200 may do so without distributor 170 , slot 178 and spacer 180 . Alternatively, the inner and/or outer covers 172, 174 of the module 200 may be segmented via one or more dividers 184. Partitions 184 may be generally flat, sculpted at regular intervals from each other, and oriented through the axis of compression device 150 . Partition 184 may extend radially inward through outer and inner covers 174 , 172 but terminate before or at shaft 164 . Partition 184 may be made of, or otherwise coated, colored, or infused with a material configured to block or reflect energy from source 168 towards TCP. Any number of partitions 184 may be utilized to create the desired number of isolated energy transfer channels (eg, arcuate segments between adjacent partitions 184). For example, in some embodiments, in addition to partition 184 , one or more partitions 186 that lie in planes oriented generally perpendicular to the axis of shaft 164 or at an oblique angle are used to remove the can be further focused (eg, the energy can be directed axially into the TCP). In some applications, the spacing between partitions 184 and/or 186 may be adjustable during material dispensing to selectively vary and focus curing path parameters.

図6はまた、モジュール200が追加的に切断機能を有することを示している。例えば、いくつかの実施形態では、切断機構188をモジュール200に組み込み得る。切断機構188は、プリンティング操作の間および/または後に、補強材をクランプ、切断、および/または供給するために協調する構成要素を含み得る。これらの構成要素は、とりわけ、シャフト164に対して対向する軸方向端部で枢動可能に取り付けられるバー190、バー190の外側レール194に取り付けられたブレード192、および外側レール194を半径方向に選択的に伸長および収縮させるように構成された1つ以上のアクチュエータ196(例えば、シャフト164の各々の端部におけるリニアアクチュエータ)を含み得る。 FIG. 6 also shows that module 200 additionally has a cutting function. For example, in some embodiments, cutting mechanism 188 may be incorporated into module 200 . Cutting mechanism 188 may include components that cooperate to clamp, cut, and/or feed stiffeners during and/or after a printing operation. These components include, among other things, a bar 190 pivotally mounted at opposite axial ends to shaft 164, a blade 192 attached to an outer rail 194 of bar 190, and a radially extending outer rail 194. One or more actuators 196 (eg, linear actuators at each end of shaft 164) configured to selectively extend and retract may be included.

操作中、補強材は、ノズル30を通って吐出され、モジュール200の外側カバー174の周りに少なくとも部分的に巻き付けられて、TCPのニップポイントに到達し得る。硬化エネルギーは、軸方向に圧縮モジュール200に流れ、次に半径方向外側に向け直されて、TCPにおいて補強材をコーティングする母材を硬化させ得る。補強材を切断することが望まれる場合(例えば、プリンティングパスの終わりに)、アクチュエータ196は、コントローラ28(図1を参照)によって通電され、バー190を半径方向内側に引っ込めさせ得る。この動作により、補強材が外側レール194と外側カバー174との間に挟まれ、それにより、補強材が図6に示される位置にクランプされ得る。バー190の収縮およびクランプ中に、ブレード192は、補強材を通して、外側カバー174に対して押し付けられ、それによって、補強材を切断し得る。 During operation, the stiffener may be expelled through the nozzle 30 and at least partially wrapped around the outer cover 174 of the module 200 to reach the TCP nip point. Curing energy may flow axially into the compression module 200 and then be redirected radially outward to cure the base material coating the reinforcement in TCP. When it is desired to cut the stiffener (eg, at the end of a printing pass), actuator 196 may be energized by controller 28 (see FIG. 1) to retract bar 190 radially inward. This action pinches the stiffener between the outer rail 194 and the outer cover 174 so that the stiffener can be clamped in the position shown in FIG. During retraction and clamping of bar 190, blade 192 may be forced through the stiffener and against outer cover 174, thereby cutting the stiffener.

バー190は、次のプリンティングパスの開始中にクランプ位置に留まり得、モジュール200の外側カバー174との係合により、それとともに回転され得る。この回転は、補強材をヘッド16から引き出し(例えば、プリンティングの準備のためにノズル30を通して)、外側レール194がTCPに到達するまで継続するように機能し得、その時点で、バー190が押されおよび/または解放されて半径方向外向きに戻ることができ、レール194を回転させてノズル30の出口に戻し得る。レール194の戻りは、必要に応じて、別のアクチュエータ(図示せず)および/またはばね198によって促進され得ると考えられる。この構成では、補強材のクランプおよび切断が提供されるだけでなく、切断された補強材のTCPへの誘導も容易になり得る。 The bar 190 can remain in a clamped position during the beginning of the next printing pass, and through engagement with the outer cover 174 of the module 200 can be rotated therewith. This rotation may serve to pull stiffeners out of head 16 (eg, through nozzles 30 in preparation for printing) and continue until outer rail 194 reaches the TCP, at which point bar 190 pushes. Released and/or released, it can be moved back radially outward and the rail 194 can be rotated back to the outlet of the nozzle 30 . It is contemplated that return of rail 194 may be facilitated by another actuator (not shown) and/or spring 198, if desired. This configuration not only provides for clamping and cutting of the stiffener, but may also facilitate guiding the cut stiffener to the TCP.

産業上の利用可能性
開示されたシステムは、任意の所望の断面形状および長さを有する複合構造物を製造するために使用され得る。複合構造物は、同じまたは異なるタイプで、同じまたは異なる直径の任意の数の異なる繊維、および同じまたは異なる構成の任意の数の異なる母材を含み得る。次に、システム10の動作について詳細に説明する。
Industrial Applicability The disclosed system can be used to manufacture composite structures having any desired cross-sectional shape and length. A composite structure may include any number of different fibers of the same or different types and of the same or different diameters and any number of different matrix materials of the same or different configurations. The operation of system 10 will now be described in detail.

製造イベントの開始時に、所望の構造物12に関する情報をシステム10にロードすることができる(例えば、支持体14および/またはヘッド16の動作の調整を担当するコントローラ28に)。この情報は、とりわけ、サイズ(例えば、直径、壁の厚さ、長さなど)、輪郭(例えば、軌道、表面法線など)、表面の特徴(例えば、隆起のサイズ、位置、厚さ、長さ、フランジのサイズ、位置、厚さ、長さなど)、接続形状(例えば、カップリング、ティー、スプライスなどの位置とサイズ)、補強材の選択、母材の選択、吐出位置、切断位置、硬化仕様、圧縮仕様などを含む。この情報は、必要に応じて、代替的または追加的に、異なる時間に、および/または製造イベント中に継続的にシステム10にロードされ得ることに留意されたい。構成要素情報に基づいて、1つ以上の異なる補強材および/または母材材料が、システム10に装備および/または継続的に供給され得る。 At the start of a manufacturing event, information regarding the desired structure 12 can be loaded into the system 10 (eg, into the controller 28 responsible for coordinating the motion of the support 14 and/or head 16). This information includes, among others, size (e.g. diameter, wall thickness, length, etc.), contour (e.g. trajectory, surface normal, etc.), surface features (e.g. ridge size, position, thickness, length, etc.). flange size, position, thickness, length, etc.), connection geometry (e.g. position and size of couplings, tees, splices, etc.), reinforcement material selection, base material selection, discharge position, cutting position, Including hardening specifications, compression specifications, etc. Note that this information may alternatively or additionally be loaded into system 10 at different times and/or continuously during a manufacturing event, as desired. Based on the component information, one or more different stiffener and/or matrix materials may be installed and/or continuously supplied to system 10 .

補強材を装備するために、個々の繊維、トウ、および/またはリボンは、母材リザーバ24および出口22を通過することができる(例えば、ノズル30の特徴物を介して、およびコンパクタ32の下で)。いくつかの実施形態では、補強材はまた、引っ張り機(図示せず)および/または取り付け固定具(例えば、アンカーポイント)に接続する必要があり得る。母材材料の設置は、充填ヘッド16(例えば、リザーバ24の湿潤機構26)および/または押出機(図示せず)のヘッド16への結合を含み得る。 Individual fibers, tows, and/or ribbons can be passed through matrix reservoir 24 and outlet 22 (e.g., through features in nozzle 30 and under compactor 32) to load reinforcements. and). In some embodiments, stiffeners may also need to be connected to pullers (not shown) and/or attachment fixtures (eg, anchor points). Installation of the matrix material may include coupling the fill head 16 (eg, the wetting mechanism 26 of the reservoir 24) and/or the head 16 of an extruder (not shown).

次に、構成要素情報が、システム10の動作を制御するために、使用され得る。例えば、その場で湿潤された補強材は、支持体14が選択的に移動する場合に(例えば、支持体14の既知の運動学および/または構造物12の既知の形状に基づいて)、ヘッド16の出口22から引っ張られ、および/または押し出され得るので、構造物12が、所望に応じて製造される。 The component information can then be used to control the operation of system 10 . For example, the in-situ wetted stiffener may provide a head position when the support 14 is selectively moved (e.g., based on the known kinematics of the support 14 and/or the known shape of the structure 12). As it can be pulled and/or extruded from 16 outlets 22, structure 12 is manufactured as desired.

支持体14、硬化エンハンサ18、コンパクタ32、モジュール54および/または200、および/またはシステム10の他の構成要素の動作パラメータは、構造物12の所望の結合、強度、張力、形状、および他の特性を提供するために、材料吐出中にリアルタイムで調整され得る。構造物12が所望の長さに成長すると、構造物12はシステム10から切り離され得る。 The operating parameters of support 14 , stiffening enhancer 18 , compactor 32 , modules 54 and/or 200 , and/or other components of system 10 are the desired bonding, strength, tension, shape, and other properties of structure 12 . It can be adjusted in real time during material dispensing to provide properties. Once structure 12 has grown to the desired length, structure 12 can be disconnected from system 10 .

開示されたシステムに様々な修正および変形を行うことができることは当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示されたシステムの明細および実施を考慮することから当業者には明らかであろう。例えば、システム10の構成要素(例えば、分配器170、カバー172および174、スペーサー180、仕切り184および186など)は、別個の構成要素として説明および示されているが、システム10の2つ以上の構成要素を、あるいは、必要に応じて統合することもできると考えられる。本明細書および実施例は単なる例示と見なされ、真の範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図されている。
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the disclosed system. Other embodiments will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the disclosed system. For example, although components of system 10 (eg, distributor 170, covers 172 and 174, spacer 180, dividers 184 and 186, etc.) are described and shown as separate components, two or more of system 10 It is envisioned that components may alternatively be combined as desired. It is intended that the specification and examples be considered as exemplary only, with a true scope being indicated by the following claims and their equivalents.

Claims (15)

付加製造システム(10)であって、
支持体(14)と、
材料(R+M)を吐出するように構成され、前記支持体に動作可能に接続され、かつ材料吐出中に垂直進行方向(34)に前記支持体によって可動なプリントヘッド(16)と、を備え、
前記プリントヘッドは、前記垂直移動方向に対して吐出材料の追跡側に配置され、前記材料を圧縮し、ツール中心点(TCP)において前記材料を硬化エネルギーにさらすように構成されているモジュール(22)を含む、付加製造システム(10)。
An additive manufacturing system (10) comprising:
a support (14);
a printhead (16) configured to dispense material (R+M), operably connected to said support and movable by said support in a vertical direction of travel (34) during material dispense;
The printhead is positioned on the trailing side of the dispensed material relative to the vertical movement direction and is configured to compress the material and expose the material to curing energy at a tool center point (TCP). ), an additive manufacturing system (10).
圧縮中に前記材料上を転がるように構成された外側カバー(174)と、
前記硬化エネルギーを前記外側カバーを通して半径方向外向きに向けるように構成されたソース(168)とを含む、請求項1に記載の付加製造システム。
an outer cover (174) configured to roll over the material during compression;
and a source (168) configured to direct the curing energy radially outward through the outer cover.
前記モジュールは、前記外側カバーが取り付けられているシャフト(164)を含み、
前記ソースは、前記硬化エネルギーを軸方向に前記シャフトに向け、次に前記シャフトにおける通路(177)を介して前記外側カバーを通して半径方向外向きに向けるように構成されている、請求項2に記載の付加製造システム。
the module includes a shaft (164) to which the outer cover is attached;
3. The source of claim 2, wherein the source is configured to direct the curing energy axially into the shaft and then radially outwardly through the outer cover via passages (177) in the shaft. additive manufacturing system.
前記シャフトの内側に取り付けられ、軸方向に向けられた前記硬化エネルギーを半径方向外向きに前記シャフトに向け直すように構成された光学素子(176)をさらに含む、請求項3に記載の付加製造システム。 4. The additive manufacturing of claim 3, further comprising an optical element (176) mounted inside said shaft and configured to redirect said axially directed curing energy radially outwardly to said shaft. system. 前記シャフトと前記外側カバーとの間に配置されたスロット付き分配器(170)をさらに含む、請求項3に記載の付加製造システム。 The additive manufacturing system of claim 3, further comprising a slotted distributor (170) positioned between the shaft and the outer cover. 前記スロット付き分配器は、複数の軸方向に向けられたスロット(178)を含み、
前記モジュールは、前記複数の軸方向に配向されたスロットの各々内に配置された前記硬化エネルギーに対して少なくとも部分的に透明であるスペーサー(180)をさらに含む、請求項5記載の付加製造システム。
said slotted distributor comprising a plurality of axially oriented slots (178);
The additive manufacturing system of claim 5, wherein the module further comprises a spacer (180) at least partially transparent to the curing energy disposed within each of the plurality of axially oriented slots. .
前記スロット付き分配器と前記外側カバーとの間に配置された内側カバー(172)をさらに含み、前記内側カバーは、前記外側カバーよりも柔軟である、請求項5に記載の付加製造システム。 6. The additive manufacturing system of claim 5, further comprising an inner cover (172) positioned between the slotted distributor and the outer cover, the inner cover being more flexible than the outer cover. 前記内側カバーおよび前記外側カバーの各々が少なくとも部分的に透明である、請求項7に記載の付加製造システム。 8. The additive manufacturing system of claim 7, wherein each of the inner cover and the outer cover are at least partially transparent. 前記モジュールが、少なくとも1つのベアリングを介して前記プリントヘッドの残りの部分に回転接続されている、請求項1に記載の付加製造システム。 The additive manufacturing system of claim 1, wherein the module is rotationally connected to the remainder of the printhead via at least one bearing. 前記モジュールの軸と整列し、前記硬化エネルギーを前記モジュールの弧状セグメントに集束させるように構成された少なくとも1つの仕切り(184)をさらに含む、請求項1に記載の付加製造システム。 The additive manufacturing system of claim 1, further comprising at least one divider (184) aligned with an axis of the module and configured to focus the curing energy onto an arcuate segment of the module. 前記モジュールを通って半径方向外向きに延在し、前記硬化エネルギーを前記モジュールの軸方向に集束させるように構成された少なくとも1つの仕切り(186)をさらに含む、請求項10に記載の付加製造システム。 11. The additive manufacturing of claim 10, further comprising at least one partition (186) extending radially outwardly through the module and configured to focus the curing energy axially of the module. system. 前記モジュールが、
圧縮中に前記材料上を転がるように構成された外側カバー(174)と、
前記外側カバーを越えて半径方向外向きに延在するアーム(190)と、
前記アームの遠位端に接続され、前記モジュールの軸方向に延びるバー(194)と、
前記アームに接続され、前記バーを前記外側カバーに対して半径方向内向きに選択的に引っ張るように構成されたアクチュエータ(196)とを含む、請求項1に記載の付加製造システム。
the module
an outer cover (174) configured to roll over the material during compression;
an arm (190) extending radially outwardly beyond said outer cover;
a bar (194) connected to the distal end of the arm and extending axially of the module;
and an actuator (196) connected to the arm and configured to selectively pull the bar radially inward relative to the outer cover.
前記バーに動作可能に接続された切断デバイス(192)をさらに含む、請求項12に記載の付加製造システム。 13. The additive manufacturing system of claim 12, further comprising a cutting device (192) operably connected to the bar. 構造物(12)を付加的に製造する方法であって、
プリントヘッド(16)の出口(30)を通じて母材で湿った連続補強材(R+M)を吐出することと、
吐出後、モジュール(22)を前記母材で湿った連続補強材に押し付けて、前記母材で湿った連続補強材を圧縮することと、
硬化エネルギーを前記モジュールを通して半径方向外向きに、圧縮されている前記母材で湿った連続補強材に向けることと、を含む、構造物(12)を付加的に製造する方法。
A method of additively manufacturing a structure (12), comprising:
ejecting a matrix-wet continuous reinforcement (R+M) through an outlet (30) of the printhead (16);
pressing a module (22) against said matrix-wet continuous reinforcement after ejection to compress said matrix-wet continuous reinforcement;
directing curing energy radially outwardly through the modules to a continuous reinforcement wetted with the preform being compressed.
前記硬化エネルギーを前記プリントヘッドのツールセンターポイント(TCP)に軸方向および半径方向に集束させることのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項14に記載の方法。 15. The method of claim 14, further comprising at least one of axially and radially focusing the curing energy to a tool center point (TCP) of the printhead.
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