JP6702941B2

JP6702941B2 - 物体を製造するための方法

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Description

本発明は全般的に、物体を製造することに関し、詳細には、コンピュータ制御された「付加製造」装置を用いて物体を製造することに関する。

付加製造（「３Ｄプリンティング」として広く知られている）は典型的に、物体の製造を、物体の断面を形成する連続的な平坦層から、物体の３次元デジタル・モデルから得られるコンピュータ命令に応答して行なうことを伴う。一般的な付加製造技術としては、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）及び選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）が挙げられ、これらはすべて典型的に、「プリンタ・ヘッド」がガントリ・システムに渡って移動し、プリンタ・ヘッドに隣接して材料を選択的に製造する。製造は、溶融材料を選択的に堆積させるか、液体材料を固化させるか、または粉末材料を融合することによって行なわれ、それによって、物体が製造される。

どの付加製造プロセスを用いるかには関係なく、製造する物体の各層は一般的に概ね一貫した均一な厚さを有している（使用する装置の限界または不正確に起因する層の表面の不完全性を無視する）。また一般的に、物体の各層の厚さは典型的に、物体を製造する前に、ユーザまたはソフトウェアによって、他のすべての層に等しくなるように指定される。たとえば、物体をできるだけ速く製造することを優先させる場合、層厚さを最大値に設定する。その結果、物体の製造に必要な時間は短くなるが、物体上で比較的粗いまたは「段状の」表面仕上げになる。代替的に、正確な形状及び／または微細な表面仕上げ（「高分解能」でプリントすると知られている）を有する物体を製造することを優先させる場合、層厚さを最小値に設定する。その結果、粗さ／段高さが小さくなり、滑らかな表面仕上げになるが、物体の製造に必要な時間は長くなる。

いくつかのシナリオでは、物体の異なる部分を、構造的な理由で異なる層厚さから製造するように装置を構成することが知られている。たとえば、選択的堆積プロセスを用いて物体を製造するときには、装置を、物体の初期層を２’Ｘ’の厚さ寸法で製造して、残りの層を‘Ｘ’の厚さ寸法で製造するように構成することが知られている。これによって、初期層が装置の基部に堅固に付着するのに十分な熱を有し、製造プロセスの残りの間に物体が動くことがなくなり、及び／または製造プロセス中に物体に対する安定性が向上することが確実になる。

同様に、物体の異なる部分を、部分の形状に起因して異なる層厚さから製造するように装置を構成しても良い。たとえば、物体が、立方体として配列される第１の部分と立方体の最上部上にドーム屋根として配列される第２の部分とを有する場合、装置の構成を、立方体を５’Ｘ’の厚さ寸法を有する層から製造し、ドーム形の部分を‘Ｘ’の厚さ寸法を有する層から製造するように設定しても良い。このアプローチによって、物体の第１の部分（垂直方向の壁のみを含む）をできるだけ速く製造することができ、物体の第２の部分（曲面壁（段状外観の形成を最も受けやすい）を含む）を、よりゆっくりと製造することができ、その結果、物体の両方の部分上で許容可能な表面仕上げが実現され、可能であれば構築時間が最小になる。

どのアプローチを取るかには関係なく、前述したように連続層で製造される物体は多くの問題を被ることが多い。たとえば、各層が互いに略平行で平坦であるため、隣接層間の結合は比較的弱い。これは、物体がある環境条件にさらされる（たとえば、温度変化、ホコリ、化学薬品及び／または湿気にさらされる）かまたは機械的応力にさらされる場合、層間の結合が劣化して層が互いから層状に剥離する可能性があることを意味する。これは、物体の機能性に対して致命的である可能性がある。さらに、連続的な平坦層で製造することができる物体の形状は本来的に限定されている。すなわち、一部の形状は製造することができないかまたは製造プロセス中に物体を支持するためにさらなる支持構造を構築する必要があり得るため、プロセスの複雑さ、必要な時間及びコストが増加する。

したがって、付加製造プロセスを用いて物体を製造する代替的な方法として、製造された層間の結合を向上させるか、そうでなければ製造された物体が層状に剥離することに付随する問題を低減する方法を提供することが有用であろう。さらに、従来技術に存在する不利点のいずれかを回避もしくは改善する解決方法、または従来技術アプローチに対する別の代替案を提供する解決方法を提供することが有用であろう。

本発明の一態様によれば、コンピュータ制御された装置を用いて物体を製造するための方法であって、装置は、材料を選択的に製造するための製造ヘッドと製造された材料を受け取るための構築領域とを有し、製造ヘッドと構築領域との少なくとも一方は互いに対して移動可能であり、製造ヘッドは選択的に、コンピュータ命令に応答して材料を製造するように動作可能であり、本方法は、装置によって物体形状に関するコンピュータ命令を受け取るステップと、製造ヘッドと構築領域との少なくとも一方を移動させ、製造ヘッドを選択的に動作させて、構築領域において、物体形状と一致する材料の少なくとも１つのビーズを製造するステップであって、少なくとも１つのビーズは不均一な厚さを有するステップと、を含んでいる。

他の態様を開示している。

次に本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して、単に一例として説明する。

材料を選択的に堆積させて物体を製造する装置の斜視図である。材料を選択的に硬化させて物体を製造する代替的な装置の斜視図である。物体の断面詳細図である。代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。コンピュータ・モデルの断面詳細図である。波発生器によって生成される４つの波形を示す。図１に示す装置の代替的な態様を示す。図１に示す装置の代替的な態様を示す。図１に示す装置の代替的な態様を示す。図１に示す装置の代替的な態様を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。図１２Ａ〜１２Ｄに示す装置によって製造される種々の物体を示す。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の区分された斜視図である。さらなる代替的な物体の区分された斜視図である。さらなる代替的な物体の区分された斜視図である。さらなる代替的な物体の区分された斜視図である。さらなる代替的な物体を製造する３つの段階の断面詳細図である。さらなる代替的な物体を製造する３つの段階の断面詳細図である。さらなる代替的な物体を製造する３つの段階の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の断面詳細図である。さらなる代替的な物体の斜視図である。さらなる代替的な物体の斜視図詳細である。さらなる代替的な物体の斜視図詳細である。さらなる代替的な物体の斜視図詳細である。波発生器によって生成される代替的な波形である。図２７Ａに示す波形を具体化する形状を有するさらなる代替的な物体である。さらなる代替的な物体を製造する３つの段階を例示する。

本開示は、コンピュータ制御された装置を用いて物体を製造するための方法であって、装置は、材料を選択的に製造するための製造ヘッドを有し、製造ヘッドは、製造された材料を受け取るための構築領域に近位に配列され、そして、製造ヘッドと構築領域との少なくとも一方が互いに対して移動可能であり、製造ヘッドは選択的に、コンピュータ命令に応答して材料を製造するように動作可能であり、本方法は、装置によって物体形状に関するコンピュータ命令を受け取るステップと、製造ヘッドと構築領域との少なくとも一方を移動させ、製造ヘッドを選択的に動作させて、構築領域において、物体形状と一致する材料の少なくとも１つのビーズを製造するステップであって、少なくとも１つのビーズは不均一な厚さを有するステップと、を含む方法に関する。

開示した方法及び装置によって、材料の不均一な厚さのビーズを製造して、不均一な厚さのビーズが共に物体を形成するようにすることができる。これは、不均一な高さ及び／または不均一な幅を有する材料のビーズを製造することを伴っても良く、そして、製造プロセス中に両方の寸法を選択的に変えても良い。これによって、優位なことに、製造する材料の各ビーズの形状を物体の機能的及び／または美的要求に適したものに調整することができるため、最適化された物体が得られる。たとえば、不均一な厚さ形状によって、隣接するビーズを、噛み合う嵌合部分を有する（たとえば、第１のビーズから延びる突出部が第２のビーズ内の凹部と嵌合する）ように製造することができる場合があり、その結果、層間剥離抵抗のある構造が得られる。代替的に、不均一な厚さ形状によって、テーパ状または起伏状の厚さのビーズを製造して、特定の表面仕上げを形成し所望の外観を得ることができる場合がある。同様に、不均一な厚さ形状によって、隣接するビーズ間に空洞または空隙を形成できる場合があり、その間を流体が移動して物体の温度または換気を制御することが可能になるか、または物体に望ましい特性（たとえば弾力的に圧縮可能である）が与えられる。

開示した方法は、材料の不均一な厚さのビーズを付加製造（「３Ｄプリンティング」）装置を用いて製造することを伴う。好適な装置は全般的に、材料を選択的に特定の場所において放出してビーズを形成することを伴う。その代わりにまたはそれに加えて、好適な装置は全般的に、材料（典型的に特定の場所の貯蔵器または容器に配列される）の体積の一部を選択的に融合するか、結合するか、または固化させてビーズを形成することを伴う。装置は全般的に、ビーズのデジタル・モデルから得られるコンピュータ命令によってガイドされ、そして、コンピュータ命令は装置の動作に指示を出してデジタル・モデルに対応する形状を有するビーズを製造させる。

開示した方法及び装置は全般的に、材料の不均一な厚さのビーズの製造を、製造した不均一な厚さのビーズによって所望の物体形状が形成されるまで行なうことを目的とする。多くの場合に、物体を材料の連続層から製造し、そして、各層は少なくとも１つの不均一な厚さのビーズを含んでいる。隣接層を、そこに配列されるビーズの不均一な幅及び／または高さ形状に起因して噛み合わせることが多い。

図１に、物体を製造するためのコンピュータ制御された選択的堆積装置１０を示す。装置１０は、構築領域（境界は定めていない）に隣接して固定されるロボット・アーム１１を含んでいる。構築領域は、その内部でロボット・アーム１１が物体１３にアクセスして製造することができる領域であり、物体１３が支持されるベース面１２を含んでいる。アーム１１は堆積ヘッド１４を含んでいる。堆積ヘッド１４は、ホース１５を介して材料の供給と連絡しており、そこから材料を選択的に放出するように適合されている。アーム１１は互いに回転可能に接続された複数の部分を有することで、アーム１１は堆積ヘッド１４をベース面１２に対して３つの次元すべてに動かすことができる。任意的に、構築領域の少なくとも一部（たとえばベース面１２）も移動可能であることによって、物体１３を堆積ヘッド１４に対して移動させる。さらに任意的に、ロボット・アーム１１も表面１２に渡って移動可能である。

堆積ヘッド１４は、材料の供給を受け取ってそこから材料を選択的に堆積させて、材料の少なくとも１つのビーズを、物体１３の３次元デジタル・モデルから得られるコンピュータ命令に応答して形成するように適合されている。材料は典型的に、実質的に液体または溶融形態で供給され、堆積後に素早く硬化する。代替的に、材料は粒状またはペレット形態で供給され、堆積前に溶融される。当然のことながら、用語「堆積」には、領域に材料を加えてその範囲内に構造を形成するすべての既知の方法が含まれている。たとえば液体材料を噴出する、粒状材料を噴霧する（及び任意的に結合する）、または粉末材料を選択的に溶接することである。

物体１３は、複数の平坦層１３１から形成され、それぞれ、堆積ヘッド１４によって堆積される材料の少なくとも１つのビーズを含んでいる。各層１３１は、単一の連続ビーズを含んでいても良いしまたは複数の別個のビーズを含んでいても良い。同様に、すべての層１３１を単一の連続ビーズから形成しても良い。

図２に、物体を製造するためのコンピュータ制御された選択的固化装置２０を示す。装置２０はロボット・アーム２１を含み、これは、代替的な構築領域の上方に配列されて、それに対して移動可能であり、構築領域内で物体２６を製造する。構築領域は、最上表面２４を形成する実質的に液体の硬化性材料２３で満たされた貯蔵器２２を含んでいる。ロボット・アーム２１は活性化ヘッド２５に接続されている。活性化ヘッド２５は、物体２６の３次元デジタル・モデルから得られるコンピュータ命令に応答して、硬化性材料２３を選択的に固化するように適合されている。典型的に、活性化ヘッド２５は、エネルギー源（図示せず）及び／またはノズル（図示せず）を含んでいる。ノズルは、化学薬品と連絡して、そこから薬品を放出するように適合されている。エネルギー源及び化学薬品は、硬化性材料２３にさらされると硬化性材料２３を素早く硬化させるように構成されている。

活性化ヘッド２５は典型的に、ロボット・アーム２１によって最上表面２４に対して移動され、その上方で近位に選択的に動作されて、最上表面２４の特定部分をエネルギー源及び／または化学薬品にさらして、特定部分における硬化性材料２３を硬化させ、その結果、固化された材料の少なくとも１つのビーズを形成することを、物体２６が製造されるまで行なう。代替的に、活性化ヘッド２５を最上表面２４の下方で硬化性材料２３の体積内で移動させて動作させる。この場合、活性化ヘッド２５が２つの光源（図示せず）を含んで、それらが選択的にフォーカスされて光線を形成するようになっていても良い。その結果、硬化性材料２３を硬化させるのに必要な光のスペクトルが得られ、そして、光線の太さによって、固化される材料のビーズの厚さを制御する。代替的に、活性化ヘッド２５は、ノズルであって、高圧ガス（たとえば超臨界二酸化炭素）を放出して、硬化性材料２３を貫通させ、その中に化学薬品を挿入して、硬化性材料２３の一部を選択的に硬化させるためのノズルを含んでいても良い。そして、ノズルの開口部のサイズによって、固化される材料のビーズの厚さを制御する。

任意的に、物体２６を形成する固化された硬化性材料２３を支持するためのプラットフォーム２７が、貯蔵器２２内に配列されている。プラットフォーム２７は、最上表面２４及び／または活性化ヘッド２５に対して物体２６を再配置及び再配向するために移動可能でありまた潜在的に少なくとも１本の軸の周りに回転可能でもある。代替的に、物体２６を貯蔵器２２内に配列された固定構造（図示せず）または貯蔵器２２自体の一部上で製造し、貯蔵器に収容される硬化性材料２３の体積を調整して材料２３の異なる部分を選択的に固化することができるようにする。

図３に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造される物体３０の断面図である。物体３０は、複数の不均一な厚さのビーズ３１を含んで、重なり合って配列される対応する層を形成している。各ビーズ３１の製造は、装置１０、２０が左から右に移動して材料を製造し、また少なくとも１つの場所においてビーズ３１の高さ寸法を調整することによって行なわれる。各ビーズ３１として、２つの最上表面３２を有してこれらが段３３によって互いに離間に配置され、隣接するビーズ３１の段３３が嵌合して、隣接するビーズ３１が互いに噛み合うものが製造される。各ビーズは、異なる厚さ寸法を有する少なくとも２つの部分を含んでいる。たとえば、最下方のビーズ３７は、第１の部分３４が第１の厚さ寸法を有し、第２の部分３５が第１の厚さ寸法よりも大きい第２の厚さ寸法を有している。

物体３０は、物体３０の形状に関して装置１０、２０に与えられるコンピュータ命令に応答して装置１０、２０によって製造される。コンピュータ命令は典型的に、ユーザ及び／またはアルゴリズムがコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアを動作させることによって形成する物体３０の３次元（３Ｄ）モデルから得られる。ソフトウェアは次に、装置１０、２０に指示を出して物体３０（３Ｄモデル形状に一致する）が製造されるまで複数のビーズ３１を製造するために必要な命令を、装置１０、２０に与える。

物体３０の各ビーズ３１及び／または層の形状は、手動及び／または自動プロセスにより決定される。たとえば、いったん物体３０の３Ｄモデルが形成されたら、ユーザは手動でモデルを切断して、所望の形状を有する複数のビーズ３１にする。代替的に、ソフトウェアによって、３Ｄモデルを複数のビーズ３１に自動的に切断するアルゴリズムを実行する。これは、アルゴリズムがどのように３Ｄモデルを切断するのかに影響する基準の範囲または所望の特性をユーザが規定することに起因しても良い。たとえば、ユーザは、必要な分解能（外部表面の平滑性）を規定することによって、アルゴリズムに物体３０の外部表面の形状に応答して各ビーズ３１の形状を計算させて、物体３０の表面仕上げを最適化し、一方で物体３０を可能な限り迅速に製造しても良い。代替的に、ユーザは物体が使用中に受ける力を規定することによって、アルゴリズムに各ビーズ１３１の形状を計算させて、隣接するビーズ１３１間の表面接触面積が十分な付着（したがって、十分に強力な機械的結合）をもたらし、力に耐えるようにしても良い。アルゴリズムは、反復計算プロセスを伴っていても良い。そして、複数の異なる形状解が生成され、１つ以上の性能基準に対して評価されて選択され、それに応じて変更または廃棄されることが、各繰り返し間で行なわれ、その結果、物体３０の形状が最適化される。

物体３０を図１に示す装置１０によって製造する場合、各ビーズ３１の製造は典型的に、堆積ヘッド１４をベース面１２に渡って一定速度で移動させ、同時に、堆積させる材料の流量を変え、堆積ヘッド１４をベース面１２に対して垂直に移動させることによって行なう。堆積ヘッド１４とベース面１２との間の距離を調整することによって、ビーズ３１の最上表面３２とベース面１２（または以前に堆積されたビーズ３１）との間の距離を調整する。さらに、堆積させる材料の流量を変えることによって、その後に堆積させる材料の体積を調整する。これら両方の動作を同時に行なう結果、ビーズ３１の厚さが調整され、一方で、ビーズ３１の最下表面３６はベース面１２（または以前に製造されたビーズ３１）との接触を維持し、ビーズ３１の幅は比較的一定に維持される。

任意的に、堆積ヘッド１４はさらに、平坦なガイド表面（図示せず）であって、そこから材料を放出するように適合されたノズル（図示せず）から離れるように延びてそれを囲んでいるガイド面を含んでいても良い。そして各ビーズ３１の製造を、平坦なガイド表面をベース面１２と平行に配列して、ノズルをベース面１２と平行に一定の分離距離で移動させ、一方で、堆積させる材料の流量を調整することによって行なう。これによって、堆積されたビーズ３１がベース面１２と平坦なガイド表面との間で圧縮され、その結果、一定の厚さ及び可変幅を有するビーズ３１が製造される。同様に、ガイド表面、またはさらなるガイド表面をベース面１２に対して垂直に配列して、製造するビーズ３１の幅を制御しても良い。

物体３０を図２に示す装置２０によって製造する場合、各ビーズ３１の製造は典型的に、活性化ヘッド２５を最上表面２４に渡って一定速度で移動させ、同時に、硬化させる硬化性材料２３の硬化速度を変え、プラットフォーム２７を最上表面２４に近づきまた離れるように移動させることによって行なう。硬化速度を変えることによって、ビーズ３１の硬化部分の深さを調整する。さらに、プラットフォーム２７と最上表面２４との間の距離を調整することによって、ビーズの最下表面３６と最上表面２４との間の距離が調整される。これら両方の動作を同時に行なう結果、ビーズ３１の厚さが調整され、一方で、ビーズ３１の最下表面３６はプラットフォーム２７（または以前に製造されたビーズ３１）と接触したままであり、ビーズ３１の幅は比較的一定に維持される。

装置２０の硬化速度は、活性化ヘッド２５と連絡しているエネルギー源の強度を調整することによって調整しても良く、それによって、秒当たりの硬化性材料の面積当たりのエネルギーが調整され、ならびに／または材料活性化ヘッド２５が放出する化学薬品の流量及び／もしくは濃度が調整される。代替的に、エネルギー源の強度が一定のままで、材料活性化ヘッド２５を最上表面２４に近づきまた離れるように動かして、材料活性化ヘッド２５と最上表面２４との間の距離を調整しても良い。この距離が長くなると、最上表面２４におけるエネルギー源強度が減少して、固化させる硬化性材料２３が減り、ビーズ３１の深さが小さくなる。

図４に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造される代替的な物体４０の断面図である。物体４０は、略平坦層の積層物内に配列される複数の不均一な厚さのビーズ４１を含んでいる。各ビーズ４１は、段４４によって互いに離間に配置される少なくとも２つの最上または最下表面４２、４３を画定している。隣接するビーズ４１によって形成される段４４が相補的であることによって、隣接するビーズ４１を互いに噛み合わせる。ビーズ４１の少なくとも一部は、厚さが異なる複数の部分を有する。

物体４０の所望の外面を、曲線状の波線の外縁４５として示す。物体４０を複数のビーズ４１から順次的な層で製造すると、これによって本来的に段状外縁４６が形成され、所望の外縁４５に全く同じに追従はしない。外縁４６の表面仕上げを精緻なものにするために、外縁４５に隣接する各ビーズ４１の厚さを調整する。次に、外縁４５の内部の所定の距離において、各ビーズ４１の厚さを再調整して、１つ以上の段４４を形成する。これは、物体４０を製造し及び／またはビーズ４１間の接触面積を増加させてビーズ４１間に十分な機械的結合を得るために必要なビーズ４１（及び層）の総数を減らすのに必要であっても良い。

図５は、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造されるさらなる代替的な物体５０の断面図である。物体５０は、略非平坦層の積層物内に配列される複数の不均一な厚さのビーズ５１を含んでいる。各ビーズ５１は、不規則の起伏状の最上表面５２及び／または最下表面５３を有し、隣接するビーズ５１は、相補的な嵌合する最上表面５２及び最下表面５３を有して、ビーズ５１間に確実な付着をもたらしている。各ビーズ５１は、厚さが連続的に変化し、少なくとも２つの異なる断面を画定している。そして、２つの断面間のビーズ５１の厚さは勾配に沿って変化する。勾配は、直線状でも非直線状でも良く、それによって、断面において、まっすぐなまたは曲線状のプロファイルが断面間でそれぞれ形成される。

物体５０の製造は、装置１０が材料を一定の流量で堆積させると同時に、ベース面１２に渡る堆積ヘッド１４の速度を変え、堆積ヘッド１４をベース面１２に対して垂直に移動させることによって行なっても良い。堆積ヘッド１４とベース面１２との間の距離を調整することによって、ビーズ５１の最上表面５２とベース面１２（または以前に製造したビーズ５１）との間の距離を調整する。さらに、材料活性化ヘッド１４がベース面１２と平行に移動する速度を変える一方で、材料を一定速度で堆積させることによって、ビーズ５１のその後に製造される部分の体積を調整する。これら両方の動作を同時に行なう結果、ビーズ５１の厚さが調整され、一方で、ビーズ５１の幅は比較的一定に維持される。

図６は、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造されるさらなる代替的な物体６０の断面図である。物体６０は、略非平坦層の積層物内に配列される複数の不均一な厚さのビーズ６１から形成される。図４に示す物体４０と同様に、物体６０の外縁６２における各ビーズ６１の厚さ寸法を調整して許容範囲窓に入るようにすることによって、物体６０の表面仕上げを最適化する。次に各ビーズ６１の厚さを外縁６２の内側で変えて、複数の噛み合ったビーズ６１を形成する。

図７は、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造される別の物体７０の断面図である。物体７０は、複数の略非平坦な不均一な厚さのビーズ７１（２つの枝部分７３に接合する幹部分７２を形成する）を含んでいる。ビーズ７１の厚さは、幹７２が上方に延びるにつれて幹部分７２の中心に向かって次第に増加し、枝部分７３内のビーズ７１を各枝７３を横断するように略垂直に配置する。これは、ビーズ７１の厚さを変えることによって、たとえ物体７０が複雑な不規則形状を有しているときでも、どのように各ビーズ７１を物体７０の局所的な外部表面に対して比較的垂直に配列することができるかを実証するものである。

図８に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造されるさらなる代替的な物体８０の断面図である。物体８０は、略平坦層内に配列される複数の不均一な厚さのビーズ８１を含んでいる。ビーズ８１はそれぞれ、１つ以上の局所的に厚く形成された部分を有し、厚く形成された部分は、そこから延びる突出部８２を形成している。各ビーズ８１はまた、対応する１つ以上の局所的に薄く形成された部分が凹部８３を形成しており、そして、凹部８３の少なくとも一部は、隣接するビーズ８１から延びる突出部８２を少なくとも部分的に受け取る寸法である。この突出部８２及び凹部８３の配列によって、隣接するビーズ８１が互いに噛み合い、その結果、ビーズ８１間の結合が高まる。

図９に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造される別の物体９０の断面図である。物体９０は、図８に示す物体８０のビーズ８１と同様の複数の不均一な厚さのビーズ９１を含んでおり、ビーズ９１の内部には凹部９２が形成されている。横断積層部分９３が製造プロセス中に各凹部９２内に挿入される。横断積層部分９３はビーズ９１の長手方向に対して垂直に配列されている。たとえば、ビーズ９１は典型的に、装置１０、２０によって「ｙ」（左右）方向に製造される。そのため、横断積層部分９３は、「ｘ」（ページから離れる）方向に配列される。横断積層部分９３は、装置１０、２０によって製造されるさらなる材料を含んでいても良いし、または代替的に、物体９０内に挿入される事前製造された構造（たとえば「鉄筋」または光ファイバー・センサ）であっても良い。このような物体９０構造の横断積層によって、構造の剛性を高め、物体９０の層間剥離抵抗を高めることができる。

前述した物体３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０はそれぞれ、不均一密度の材料から装置１０、２０によって製造しても良い。そして、装置１０、２０は材料の密度を選択的に変えるように適合されている。たとえば、堆積ヘッド１４は、ガスの供給と連絡しているノズルを含んでいても良く、また製造前または製造中に材料を選択的に発泡させるように適合されていても良い。材料に加えるガスの量が、ビーズのその後に堆積される部分の密度に影響することで、ビーズの特定の領域の密度を調整することができる。同様に、装置１０、２０はさらに、強化繊維の供給と連絡しているノズルを含んでいても良く、堆積前または堆積中に材料に繊維を選択的に加えることで、製造される材料の特定の領域の密度及び／または剛性を調整することができても良い。

また、前述した物体３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０はそれぞれ、化合物材料（製造前または製造中に混合した２種以上の構成材料から形成される）から装置１０によって製造しても良い。たとえば、堆積ヘッド１４は、異なる材料と連絡していて、製造プロセス中に材料を混合するように適合されていても良い。そのため、これによって、製造する材料の特定部分の特性を調整することができる。たとえば色彩、テクスチャ、断熱、遮音及び／または電気的伝導性である。代替的に、堆積ヘッド１４は、異なる材料と連絡していて、異なる材料を同時に並行して堆積させるように適合されていても良い。その結果、異なる材料を結合して、共積層されたビーズを形成することができる。

少なくとも１つのビーズ３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１と、少なくとも１つのビーズ３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１が形成する層との形状を、２段階プロセス（図１０及び１１を参照して以下でより詳細に説明する）を実行するアルゴリズムによって計算して、ビーズ形状を生成しても良い。

プロセスの第１の段階では、アルゴリズムは、物体のコンピュータ・モデルの形状を評価して、モデルを複数の断面層に分割する。各層の形状は、層に隣接するコンピュータ・モデルの局所的な外部表面に略垂直に配列されている。各層を次に、複数のビーズまたは連続ビーズにサブ分割する。

たとえば、モデルの外部表面が略垂直で平坦である場合（たとえば図３に示す物体３０のモデル）、モデルを複数の水平方向の平坦層に分割する。代替的に、モデルの外部表面が略曲線状である場合（たとえば、図７に示す物体７０のモデル）、モデルを複数の曲線状の非平坦層に分割する。

図１０に第１の段階をさらに例示する。コンピュータ・モデル１００を層１０２に分割した様子が示されている。コンピュータ・モデル１００は略曲線状の外部表面１０１を有し、複数の層１０２に分割されている。複数の層１０２は、各層１０２を囲む局所的な外部表面１０１に略垂直に配列されている。

プロセスの第２の段階では、アルゴリズムは、隣接層の接合部に渡って配列される境界部分に波発生器を適用する。これによって、波発生器によって生成される波形に一致する境界部分の形状が生成される。図１０を参照して、波発生器は、隣接層１０２間の境界部分１０３に渡って波形１０４を生成する。波形１０４は一定の波長、振幅及び周波数を有している。これにより、隣接層１０２の合わせ面（境界部分１０３内にある）の形状が、波形１０４と一致する相補的な起伏状表面として決定される。当然のことながら、波形１０４は、波発生器が生成しても良い多くの異なる波の単なる例である。たとえば、波発生器は、不規則の波（たとえば、ビーズ５１内に具体化される）、または直線形状を有する波（たとえばビーズ８１内に具体化される）を生成しても良い。同様に、波発生器は３次元に延びる波を生成しても良く、その結果、境界部分に複曲合わせ面が形成される。さらに、当然のことながら、波形発生器を他の非波形状（たとえば、切子面のある表面、三角形スパイク、または矩形突出部）を生成するように構成しても良い。

図１１に示すのは、波発生器が生成する種々の波形の４つの例１１１、１１２、１１３、１１４である。波１１１は「規則的な」波の例であり、比較的一定の波長、振幅及び周波数を有している。波１１２は不規則または「ランダムな」波であり、一貫性のない波長、振幅及び／または周波数を有している。波１１３は、明確に変化する不規則の波であり、振幅及び周波数が小さい部分１１５を有して、隣接層間の付着を高める略垂直方向のウェーブレットを形成している。波１１４は、斜めのウェーブレットから形成され、その結果、「ノコギリ歯」パターン（やはり層間の付着を高める）が形成されている。

代替的に、プロセスの第２の段階は、１つ以上の規定された基準に従って各境界部分内に段を加えるアルゴリズムを伴っていても良い。基準は、たとえば、段周波数／間隔、段高さ（潜在的に層厚さに対して）または段列位置などであり、段は、隣接層に渡って互いにずれて配列されることが、指定された方向に、規定された制限に達するまで進んでも良く、その時点で配列は逆に進むかまたは繰り返す。

たとえば、図３を参照して、部分３５と部分３４との接合部に段が存在する。隣接するビーズ３１内の段は、この段の左側にずれており、規定された限界の幾何学的制限（図示せず）に達している。次の隣接層３１内の段は、反対方向に、前の段の右側にずれており、次の隣接層３１内の段は再び右側にずれている。このような段列の配列によって、ビーズ３１の層を通って垂直上方に延びる「ジグザグ形」が形成される。

図１２Ａ〜１２Ｄに示すのは、装置１０の代替的な態様であり、堆積ヘッド１４は複数のノズル１２１を含んでいる。複数のノズル１２１は、材料と連絡し、そこから材料を放出するように適合されている。各ノズル１２１は、少なくとも１つの方向に移動可能で、堆積ヘッド１４に対して少なくとも１つの軸の回りに回転することができる。

図１２Ｂに示すのは、ノズル１２１の一部が堆積ヘッド１４に渡って横方向に変位し、結果として、その下方に堆積されるビーズ１２３間にスペース１２４が形成されている様子である。

図１２Ｃに示すのは、ノズル１２１の一部が堆積ヘッド１４に渡って垂直方向に変位し、その結果、これらのノズル１２１と支持表面１２との間の距離が調整されている様子である。変位したノズル１２１から堆積される材料の流量が増加する場合、これによってビーズ１２５の厚さを増加させることができる。同様に、変位したノズル１２１の位置によって、ノズル１２１は、ビーズ１２５を、以前に製造したビーズ１２６上に製造することができる。いずれの場合も、ノズル１２１の垂直方向の変位によって、ビーズの段構成を同時に製造して、整合のとれた不均一な厚さのビーズ１２７を形成することができる。

図１２Ｄに示すのは、すべてのノズル１２１が堆積ヘッド１４に対して回転し、その結果、各ノズル１２１の方位が調整されて、結果として、ノズル１２１が堆積させる各ビーズ１２８の方位が調整されている様子である。ノズル１２１が回転することによって、ビーズの代替的な段構成を製造することができる。構成における各ビーズ１２８は支持表面１２とある角度をなして形成され、代替的な整合の取れた不均一な厚さのビーズ１２９が形成される。

図１３Ａ〜１３Ｅに示すのは、図１２Ａ〜１２Ｄに示す堆積ヘッド１４を用いて製造される種々のビーズ１３１、１３５、１４０、１４５である。

図１３Ａに示すのは、図１２Ｃに示すように配列された４つのノズル１２１によって堆積される４つのビーズ１３２、１３３から形成される複合ビーズ１３１である。

図１３Ｂに示すのは、ノズル１２１の２つによって堆積される２つのビーズ１３６、１３７から形成される代替的な複合ビーズ１３５である。堆積ヘッド１４が支持表面１２に渡って移動すると、ノズル１２１は支持表面１２に近づきまた離れるように選択的に動かされ、それと同時に、堆積させる材料の流量が増加または減少される。その結果、表面１２から離れるように延びる突出部１３８を有する２つのビーズ１３６、１３７が製造される。しかし、堆積ヘッド１４は複合ビーズ１３５を製造するために複数のノズル１２１を有する必要はなく、その代わりに、複合ビーズ１３５の製造を単一のノズル１２１を有する堆積ヘッド１４の代替的な実施形態によって行なっても良いことは理解されよう。この場合、装置１０は２つの堆積動作を実行して２つのビーズ１３６、１３７を製造する。

図１３Ｃに示すのは、ノズル１２１の２つによって堆積される２つのビーズ１４１、１４２から形成される複合ビーズ１４０である。堆積ヘッド１４が支持表面１２に渡って移動するとき、各ノズル１２１と支持表面１２との間の距離を一定に維持し、一方で、ノズル１２１が堆積する材料の流量を調整する。そして、第１のノズル１２１の流量を増加させるときに、第２のノズル１２１の流量を減少させる。これによって、可変幅を有する２つのビーズ１４１、１４２が製造される。各ビーズ１４１、１４２は、表面１２に渡って延びる複数の相補的な突出部１４３（流量を増加させることによって製造される）と、突出部１４３を受け取る寸法の凹部１４４（流量を減少させることによって製造される）とを有し、その結果、ビーズ１４１、１４２とが互いに噛み合う。

図１３Ｄに示すのは、前述したアプローチの組み合わせによって製造されるビーズ１４５である。ビーズ１４５は、第１の拡張部分（水平方向に延びる突出部１４６を含む）と第２の厚く形成された部分（垂直方向に延びる突出部１４７を含む）とを含んでいる。

図１３Ｅに示すのは、ノズル１２１の２つによって堆積される２つのビーズ１５１、１５２から形成される複合ビーズ１５０である。各ビーズ１５１、１５２は、ビーズ１４５の変形で、同じ方法で製造されており、ビーズ１５１、１５２から異なる方向に延びる突出部１５３、１５４が形成され、その結果、ビーズ１５１、１５２が互いに噛み合う。

図１４Ａに示すのは、図１２Ｄに示すように配列された４つのノズル１２１によって堆積される４つのビーズ１５６から形成される複合ビーズ１５５である。堆積ヘッド１４が支持表面１２に渡って曲線経路に沿って移動する一方で、各ノズル１２１からの材料を同時に堆積させた。その結果、４つのビーズ１５６が製造されて、交互配置構成が形成された。

図１４Ｂ及び１４Ｃに示すのは、図１４Ａに示す複合ビーズ１５５と同じ方法で製造した物体１６０である。ただし、堆積ヘッド１４がまっすぐな経路に沿って移動する一方で、各ノズル１２１からの材料を同時に堆積させた。物体１６０は、複合ビーズの２つの層１６１、１６２を含んでいる。図１４Ｃに示すのは、物体１６０の端面図であり、ビーズ１６１、１６２の交互配置配列を例示している。

図１４Ｄに示すのは、ノズル１２１の１つを軸の周りに振動させる一方でビーズ１６５をまっすぐな経路に沿って堆積させることによって製造した材料のビーズ１６５である。ノズル１２１の振動によって、ビーズ１６５の最上表面１６６が相補的振動の複曲形状を形成した。

図１５Ａ及び１５Ｂに示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０によって製造される代替的な物体１７０の断面図である。物体１７０は、重なり合って配列される複数の層を含んでおり、各層は材料の１つ以上のビーズ１７１から形成されている。各ビーズ１７１は２つ以上の厚く形成された部分を有し、これらはビーズ１７１から離れて垂直方向に延びる突出部１７２である。

物体１７０を堆積装置１０によって製造する場合、ビーズ１７１を形成する材料は自立性材料であり、遠位場所の間に支持されていないスパンを形成することができる。たとえば、材料を、装置１０によって堆積させた後に非常に素早く硬化させても良く、それ自体の重量を支持するのに十分に強力であっても良い。代替的に、材料は、高表面張力を有していても良く、遠位場所の間で伸ばすことができて、垂れ下がることなくそれらの間に取り付けることができても良い。さらに代替的に、材料を流体状支持材料（図示せず）の体積（たとえば液体支持材料で満たされた貯蔵器）内に堆積して、製造プロセス中にビーズ１７１（特にスパン）を支持しても良い。

物体１７０を選択的固化装置２０によって製造する場合、ビーズ１７１を概ね、貯蔵器２２内に収容される硬化性材料２３の体積によって下方から支持する。そのため、垂れ下がることなく遠位場所の間のスパンを形成することができる。

ビーズ１７１が、重なり合って突出部１７２間のスパン上に製造される結果、物体１７０内に空洞または空隙１７３が形成される。これは、冷媒または加熱流体を空洞１７３に通すことができるため、物体１７０が使用中に冷却または加熱を必要とする場合、特に有用である。これはまた、物体１７０が使用中に変形する（たとえば弾性的に柔軟な構造である）かまたは可塑的に変形可能な構造であって力を吸収する場合に、有用である可能性がある。

図１５Ｂでは、ビーズ１７１を形成する材料は柔軟であり、そのため後続のビーズ１７１がその上に製造されるときに、材料は空洞１７４内で圧縮される。突出部１７２とビーズ１７１間の接触面にさらなる変形物（たとえば前述したようなウェーブレット形状）を製造して、隣接するビーズ１７１間の付着を高めても良い。

図１６Ａに示すのは、図１５Ａに示す物体１７０の変形であり、突出部１７２が、各ビーズ１７１の長さに沿って、隣接するビーズ１７１から延びる突出部１７２に対してずれて配列されている。たとえば、第１のビーズ１７５として、そこから延びる２つの突出部１７６を有するものを製造する。第２のビーズ１７７を次に第１のビーズ１７５上に製造する。第２のビーズ１７７からは２つの突出部１７８が延びている。突出部１７８は、ビーズ１７７に沿って、以前に製造された突出部１７６に対して離間に配列されている。このような突出部１７６、１７８のずれた配列によって、物体１７０の構造を機能的及び／または美的要求に対して最適化することができる。たとえば、突出部１７６、１７８の相対位置によって、物体１７０を通して力を伝達しても良いし、または物体１７０を通って流れる流体をガイドしても良い。

図１６Ｂに示すのは、図１５Ａ及び１６Ａに示す物体１７０のさらなる変形である。突出部１７２は、「ダイアグリッド」（対角線の支持構造）で配列され、そして、突出部１７２の相対位置は、物体１７０の重量を支持するように最適化されている。

図１７に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０によって製造される代替的な物体１８０の断面図である。物体１８０は少なくとも２つの不均一な厚さのビーズ１８１を含んでいる。各ビーズ１８１は、突出部１８２がビーズ１８１の両側から延びている。突出部１８２間において、ビーズ１８１は支持されていないウェブ１８３を形成している。物体１７０と同様に、厚く形成された突出部１８２をより薄いウェブ１８３で接合することによって、物体１８０は開口構造を形成することができる。開口構造は、流体、光、または他の物体（たとえばサービス導管）を通すのに有用であろう。

図１８に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０によって製造されるさらなる代替的な物体１９０の断面図である。物体１９０は、少なくとも２つの不均一な厚さのビーズ１９１を含んでいる。各ビーズ１９１は、以前に製造されたビーズ１９１に近づきまた離れるように延びる自立性材料の略一定厚さのビーズから製造される。ビーズ１９１が別のビーズ１９１に近づきまた離れるように延びる距離は典型的に、ビーズ１９１を製造する間に変化させるため、正味の不均一な厚さのビーズ１９１となる。

図１９に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０によって製造されるさらなる代替的な物体２００の断面図である。物体２００は、少なくとも１つの不均一な厚さのビーズ２０１から形成される複数の略平坦層を含んでいる。各ビーズ２０１は、少なくとも１つの不規則で典型的に起伏状の表面２０２を有しており、その結果、各ビーズ２０１の高さが変化する。ビーズ２０１を堆積装置１０によって製造する場合、これは装置１０が堆積する材料のレートが間欠的に変化することに起因しても良い。その結果、増加した材料体積の対応する部分（ビーズ１９０の最上表面に沿ってピークを形成する）が製造される。

図２０Ａは物体２００の変形であり、ビーズ２０１が起伏状側壁２０３を有し、その結果、各ビーズ２０１の幅が変化する場合である。ビーズ２０１を堆積装置１０によって製造する場合、これが起因するのは、平坦なガイド表面（図示せず）を堆積ヘッド１４から延びるように配列して、堆積レートを間欠的に変えることで、堆積材料を堆積ヘッド１４から間欠的に出し、ガイド表面とベース面１２（または以前に製造されたビーズ２０１）との間で圧縮させ、起伏状側壁２０３を形成することであっても良い。そのため、これによって高さが比較的一定で幅が変化するビーズ２０１が製造される。

図２０Ｂは物体２００のさらなる変形であり、ビーズ２０１は２つの対向する起伏状側壁２０４を有するように製造され、物体２００の周囲壁が形成されている。これは、粗い表面仕上げが、たとえば美的効果のために、またはたとえば滑らかな仕上げ表面材料を受け取るためにより高摩擦な表面を実現するために必要である場合に、有用である可能性がある。

図２１に示すのは、図１または２に示す装置１０、２０によって製造される物体２１０である。物体２１０は、図１３Ｂ〜１３Ｅに示すビーズ１３５、１４０、１４５、１５０の変形である複数の不均一な厚さのビーズ２１３、２１５、２１７を含んでいる。物体２１０は３つの層２１２、２１４、２１６を含んでいる。基部層２１２は、略水平方向の第１の概念的な平面（図示せず）上に製造される第１のビーズ２１３を含み、中間層２１４は、略水平方向の第２の概念的な平面（図示せず）（第１の概念的な平面と平行に配列され、この平面から離間に配置されている）上に製造される第２のビーズ２１５を含み、外層２１６は、略垂直方向の曲線状の第３の概念的な平面（図示せず）上に製造される第３のビーズ２１７を含んでいる。

第１のビーズ２１３は、第１の概念的な平面と平行及び垂直に延びる複数の厚く形成された突出部２１３１と、隣接するビーズ２１３の突出部２１３１の少なくとも一部を受け取る寸法の複数の凹部２１３２とを有し、その結果、隣接するビーズ２１３と噛み合う。第２のビーズ２１５は、第１のビーズ２１３をこれに対してある角度で覆うように製造され、第１のビーズから延びる突出部２１３１を受け取る複数の薄い部分または凹部２１５１を形成する。その結果、第１のビーズ２１３に渡って横断積層して、第１のビーズ２１３と噛み合う。第３のビーズ２１７は、第１のビーズ２１３及び第２のビーズ２１５の外縁に沿って上方に延び、同様のビーズ２１７を噛み合わせる嵌合する突出部２１７１及び凹部２１７２を有し、また第１のビーズ２１３の起伏状側壁２１３３と噛み合う寸法の厚く形成された部分２１７３を有している。不均一な厚さのビーズ２１３、２１５、２１７をこのように製造することによって、優位なことに、複雑に噛み合った横断積層構造を生成することができる。この構造は、層状に剥離する前に、高レベルの力及び環境条件に耐えることができる。

図２２に示すのは、図２１に示す物体２１０の変形である代替的な物体２２０である。物体２２０は、内層２２１、中間層２２２及び外層２２３を含んでいる、各層２２１、２２２、２２３は、複数の不均一な厚さのビーズ２２４から形成されている。各ビーズ２２４は、ビーズ２２４の高さ及び／または幅が異なる複数の厚く及び／または薄く形成された部分を有している。これらの部分は、同じ層２２１、２２２、２２３及び／または隣接層２２１、２２２、２２３におけるビーズ２２４内の他の厚くまたは薄く形成された部分と噛み合う寸法である。ビーズ２２４はまた、異なる平面で及び／または異なる方向に製造されて、隣接層２２１、２２２、２２３内の複数のビーズ２２４をある角度で覆っており、その結果、層２２１、２２２、２２３は横断積層されている。

図２３Ａ〜２３Ｃに示すのは、さらなる代替的な物体２３０（不均一な厚さのビーズ２３３、２３５から少なくとも部分的に形成されている）を製造する３つの段階である。図２３Ａに例示するのは第１の段階であり、複数の第１のビーズ２３１を表面２３９上に製造する。第１のビーズ２３１は、互いに離間に配置されて、それらの間に空隙２３２を画定している。図２３Ｂに例示するのは第２段階であり、第２のビーズ２３３を第１のビーズ２３１上に製造する。第２のビーズ２３３は、空隙２３２に渡って延びて、２つの隣接する第１のビーズ２３１に付着し、少なくとも部分的に空隙２３２内に入り込んで、典型的に空隙２３２を満たす。第２のビーズ２３３によって、それらの間にさらなる空隙２３４が画定される。図２３Ｃに例示するのは第３の段階であり、第３のビーズ２３５を第２のビーズ２３６上に製造して、隣接する第２のビーズ２３３に付着させ、第２のビーズ２３３間の空隙２３４を少なくとも部分的に満たしている。したがって、このように物体２３０を製造することによって、ビーズ２３１、２３３、２３５の隣接層が互いに噛み合い、第２のビーズ２３３及び第３のビーズ２３５によってＴ字形断面が形成される。

図２４に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造されるさらなる代替的な物体２４０である。物体２４０は、２つの層を含み、これらは少なくとも２つの対応する不均一な厚さのビーズ２４１、２４２から形成されている。各ビーズ２４１、２４２は、複数のくぼみ２４３を有する発泡材料から形成されている。くぼみ２４３は、ガスの泡が膨張してはじけることによって形成される。発泡は典型的に、各ビーズ２４１、２４２を製造するときに、装置１０、２０が材料にガスを選択的に加えることによって起こる。代替的に、ビーズ２４１、２４２を形成する材料内で、化学反応が、材料の製造直後に起こることによって発泡が起こる。任意的に、装置１は、エネルギー及び／または化学薬品に第１の材料を選択的にさらすことによって化学反応を促しても良い。

第１の材料の発泡によって、複数のインデント２４３が形成される、その結果、上方のビーズ２４２が下方のビーズ２４１上に製造されるときに、上方のビーズ２４２は、インデント２４３に順応して、インデント２４３内に延びる相補的な隆起２４４を形成する。これによって、ビーズ２４１、２４２は互いに噛み合う。同様に、発泡によって、下方のビーズ２４１から延びる隆起（図示せず）が形成されても良い。この隆起上で上方のビーズ２４２が順応して、隆起と噛み合う。

図２５に示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造されるさらなる代替的な物体２５０である。物体２５０は、自立性材料から形成される複数の先細りビーズ２５１を含んでいる。先細りビーズ２５１は、表面２５２から離れるように延びている。

図２６Ａ及び２６Ｂに示すのは、図１または図２に示す装置１０、２０を用いて製造されるさらなる代替的な物体２６０である。図２６Ａにおいて、物体２６０は部分的に製造され、図２６Ｂにおいて、物体２６０は完成している。物体２６０は、互いから離間に配置される複数の概念的な水平面（図示せず）上に製造される複数のコア・ビーズ２６１を含んでいる。その結果、コア・ビーズ２６１は水平層の積層物を形成している。物体２６０の曲線状の側壁形状に起因して、ビーズ２６１の端面２６２は段状の外観を形成した。側壁ビーズ２６３を、段を覆うように端面２６２に渡って製造し、その結果、物体２６０の滑らかな側壁が形成される。側壁ビーズ２６３は、所望の側壁形状に一致する１つ以上の非平坦の概念的な表面（図示せず）に沿って製造され、コア・ビーズ２６１に対して異なる方向で延びる結果、コア・ビーズ２６１に対して横断積層している。図２６Ａ及び２６Ｂに示すように、側壁ビーズ２６３は略垂直方向に延びているが、当然のことながら、これらのビーズ２６３は、コア・ビーズ２６１に対して任意の斜め方位で配列しても良い。たとえば物体２６０の周りにらせん状に巻き付いて、種々の程度の横断積層をもたらしても良い。

各側壁ビーズ２６３は、各ビーズ２６３は、その下方の段状表面を埋めて、滑らかな最上表面を形成するように製造されているため、不均一な厚さを有している。滑らかな最上表面の製造は、製造中に装置１０、２０が各側壁ビーズ２６３に圧力を印加することによって行なっても良い。コア・ビーズ２６１を側壁ビーズ２６３で囲んで製造するアプローチは、コア・ビーズ２６１を大きな厚さで迅速に製造することができるが、粗い段状の外面が形成されるため、物体２６０が曲線状の外面を有する場合に、優位であると分かることができる。側壁ビーズ２６３を次に、コア・ビーズ２６１を囲んで滑らかな曲線状の外面を形成するように製造することができる。そのため、これによって物体２６０を製造する時間が短くなる場合がある。

図２６Ｃに示すのは、物体２６０のさらなる変形であり、コア・ビーズ２６１を含んでいる。コア・ビーズ２６１は、水平方向に物体２６０の外面に対して横方向に配列されて、ビーズ２６１の側壁２６４によって段状表面が形成されるようになっている。側壁ビーズ２６３は、略垂直方向にコア・ビーズ２６１に渡って延びており、段形状を埋めて、より滑らかな曲線状の張り出す外面を形成している。

図２７Ａに例示するのは、前述したような波発生器アルゴリズムを実行することによって複合波形２７０を生成する４つの段階である。

段階１では、平坦なビーズ２７１または層を生成する。

段階２では、平坦なビーズ２７１が、規定されたパラメータ（たとえば、振幅、周波数及び波長）に従って波発生器によって歪められて、親波２７２が生成される。

段階３では、親波２７２の１つ以上の部分が、さらに規定されたパラメータに従って特定されて（たとえば材料の対応するビーズにおいて低付着を生じさせる可能性があると計算される波２７２の領域）、この１つ以上の部分が、さらに規定されたパラメータに従って波発生器によってさらに歪められて、親波２７２に沿って配列される１つ以上の対応する子波２７３が生成される。

段階４では、親波２７２と子波２７３とを結合して複合波形２７０を形成する。次にこれを用いて装置１０、２０を制御して、複合波形２７０に一致する形状を有する材料の不均一な厚さのビーズを製造する。

図２７Ｂに示すのは、さらなる代替的な物体２７４であり、積層体内に配列される複数の不均一な厚さのビーズ２７５を含んでいる。各ビーズ２７５は、実質的に複合波形２７０と一致している。ここでは、図２７Ａに例示するアプローチによって形成できる優位な形状を例示している。なぜならば、子波２７３に一致するビーズ２７５の部分によって、ビーズ２７５間の接触面積が著しく増加し、結果として、ビーズ２７５間の付着及び層間の結合の強度が著しく増加するからである。

図２８に例示するのは、さらなる代替的な物体２８０を製造する３つの段階である。

段階１では、第１のビーズ２８１として、広いパッド２８３間に延びる細いウェブ２８２を有するものを製造する。典型的に、第１のビーズ２８１は、自立性材料から堆積装置１０によって製造され、未支持構造として自由空間内に延びるように形成されている。しかし、代替的に、ビーズ２８１を前述したアプローチのいずれかによって製造しても良い。

段階２では、少なくとも１つのパッド２８３を処理して、以後のビーズと嵌合するための嵌合構造をもたらす。たとえば、図２８に示すように、ミリング・スピンドル２８４によって孔をミリングして、その後に製造される材料が孔を貫通して噛み合うようにしても良い。代替的に、事前製造された構造（図示せず）を、硬化前に材料が柔らかい間にパッド２８３内に挿入しても良い。さらに代替的に、パッド２８３を研磨化合物（図示せず）を用いて処理して、パッド２８３の表面を粗くする。

段階３では、第２のビーズ２８５として、パッド２８３に当接及び結合するものを製造し、その結果、物体２８０を形成する。任意的に、第２のビーズ２８５と第１のビーズ２８１との間の各接合部をまた、ミリング・スピンドルによってミリングして、第２のビーズ２８５を第１のビーズ２８１に取り付けるために留め具を固定するときに通す開口部（図示せず）を形成しても良い。

本発明の趣旨に従うとともに本発明の一部であることが意図される明らかな変形または変更を施しても良いことが明らかである。

１装置
１０選択的堆積装置
１１ロボット・アーム
１４材料活性化ヘッド（堆積ヘッド）
１５ホース
２０選択的固化装置
２１ロボット・アーム
２２貯蔵器
２３硬化性材料
２５材料活性化ヘッド
２７プラットフォーム
３１ビーズ（隣接層）
３７ビーズ
４１ビーズ
５１ビーズ
６１ビーズ
７１ビーズ
７２幹部分
７３枝部分
８１ビーズ
８２突出部
８３凹部
９１ビーズ
９２凹部
９３横断積層部分
１００コンピュータ・モデル
１０２隣接層
１０３境界部分
１０４波形
１２１ノズル
１２３ビーズ
１２４スペース
１２５ビーズ
１２６ビーズ
１２７ビーズ
１２８ビーズ
１２９ビーズ
１３１ビーズ
１３２ビーズ
１３３ビーズ
１３５ビーズ
１３６ビーズ
１３７ビーズ
１３８突出部
１４０ビーズ
１４１ビーズ
１４２ビーズ
１４３突出部
１４４凹部
１４５ビーズ
１４６突出部
１４７突出部
１５０ビーズ
１５１ビーズ
１５２ビーズ
１５３突出部
１５４突出部
１５５複合ビーズ
１５６ビーズ
１６０物体
１６１ビーズ
１６２ビーズ
１６５ビーズ
１６６最上表面
１７０物体
１７１ビーズ
１７２突出部
１７５第１のビーズ
１７６突出部
１７７第２のビーズ
１７８突出部
１８０物体
１８１ビーズ
１８２突出部
１８３ウェブ
１９１ビーズ
２００物体
２０１ビーズ
２０３起伏状側壁
２０４起伏状側壁
２１０物体
２１２基部層
２１３ビーズ
２１４中間層
２１５ビーズ
２１６外層
２１７ビーズ
２２０物体
２２１隣接層（内層）
２２２隣接層（中間層）
２２３隣接層（外層）
２２４ビーズ
２３０物体
２３１ビーズ
２３３ビーズ
２３５ビーズ
２３６ビーズ
２４０物体
２４１ビーズ
２４２ビーズ
２４３インデント
２４４隆起
２５０物体
２５１ビーズ
２６０物体
２６１ビーズ（コア・ビーズ）
２６３側壁ビーズ
２６３ビーズ
２６４側壁
２７０複合波形
２７１ビーズ
２７２親波
２７３子波
２７４物体
２７５ビーズ
２８０物体
２８１ビーズ
２８２ウェブ
２８３パッド
２８４ミリング・スピンドル
２８５ビーズ
２１３１突出部
２１３２凹部
２１３３起伏状側壁
２１５１凹部
２１７１突出部
２１７２凹部

Claims

コンピュータ制御された装置を用いて物体を製造するための方法であって、前記装置は、材料を選択的に堆積するための堆積ヘッドであって、前記堆積は硬化され、前記物体を支持するためのベース面を画定する構築領域に対して移動可能な堆積ヘッドを有し、前記堆積ヘッドは選択的に、コンピュータ命令に応答して前記材料を堆積するように動作可能であり、前記方法は、
前記装置によって前記物体の形状に関するコンピュータ命令を受け取るステップと、
前記堆積ヘッドを前記ベース面に対し移動させ、前記堆積ヘッドを選択的に動作させて、前記構築領域において、前記材料の互いに隣接し互いに当接する２つのビーズを堆積するステップであって、前記２つのビーズはそれぞれ、前記物体の形状の対応する部分に一致し、前記２つのビーズが相補的に噛み合う形状を有するように、第２の部分が第１の部分より厚く、不均一な厚さを画定する、第１の部分と第２の部分とを有する、２つのビーズを堆積するステップと、を含み、
それぞれのビーズを製造するステップはさらに、前記ベース面にわたって前記堆積ヘッドを移動させるのと同時に前記ビーズの厚さを調整するステップを含むことを特徴とする、物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記２つのビーズのうちの一方の第２の部分を、第１の部分から少なくとも１つの方向に離れるように延びる突出部として堆積することと、他方のビーズの第１の部分を、前記突出部を少なくとも部分的に受容することによって、前記２つのビーズを噛み合わせるように製造することとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記突出部が垂直方向に延びるように堆積することと、同一のビーズから水平方向に延びる更なる突出部を製造することとを含むことを特徴とする、請求項２に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記ビーズの一方が他方のビーズに対してある角度で覆うように前記ビーズの一方を堆積することを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、一方の前記ビーズの２つの別個の離間された部分であって、それらの間に空隙を画定する部分を堆積することを含み、他方のビーズの第２の部分を堆積するステップが、前記第２の部分が前記空隙内に延びるように前記第２の部分を堆積することを含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズの少なくとも一方を堆積するステップはさらに、前記堆積ヘッドを同時に前記ベース面に対して平行および垂直に移動させることを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記堆積ヘッドを同時に一定速度で移動させることと、前記堆積ヘッドと前記ベース面との間の距離を変えることと、堆積される前記材料の体積速度を変えることとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記堆積ヘッドを同時に可変速度で移動させることと、前記堆積ヘッドと前記ベース面との間の距離を変えることと、堆積される前記材料の体積速度を一定に維持することとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の物体を製造するための方法。
前記堆積ヘッドはさらに、前記材料を堆積するように適合されたノズルの配列であって、前記配列内の少なくとも１つのノズルは移動可能である前記配列を含み、前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記少なくとも１つのノズルを移動させて、隣接するノズルよりも遠くに前記ベース面から離間に配置することおよび隣接するノズルから離間に配置することの少なくとも一方にすることを含むことを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載の物体を製造するための方法。
前記少なくとも１つのノズルは前記堆積ヘッドに対して回転可能であり、前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、前記少なくとも１つのノズルを回転させて前記ベース面に対してある角度で回転することを含むことを特徴とする、請求項９に記載の物体を製造するための方法。
前記２つのビーズを堆積するステップはさらに、各ビーズ上に相補的な起伏状の合わせ面を堆積することを含み、それにより、前記起伏状の合わせ面は前記２つのビーズを噛み合わせるように互いに配列されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の物体を製造するための方法。
前記起伏状の合わせ面が、入力パラメータに応答する前記コンピュータ命令によって生成される波形に対応していることを特徴とする、請求項１１に記載の物体を製造するための方法。
前記波形を生成するステップはさらに、親波に沿って配列される１つ以上の子波を含む複合波を生成することを含み、それにより、前記子波のそれぞれと親波とによって、起伏形状が画定されることを特徴とする、請求項１２に記載の物体を製造するための方法。