JP6958784B2 - 変位／振動溶接又は熱かしめラミネートを含む３次元（３ｄ）物体、部品及び要素製造を実現するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本特許出願は、本特許出願と同日に米国特許商標庁に出願され且つ本特許出願と共同所有された米国特許出願［代理人整理番号０５６−０６６９］、名称「局所的レーザ溶接ラミネートを含む３次元（３Ｄ）物体、部品及び要素製造を実現するシステム及び方法（ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＩＮＧ ＴＨＲＥＥ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ（３Ｄ）ＯＢＪＥＣＴ，ＰＡＲＴ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＬＯＣＡＬＬＹ ＬＡＳＥＲ ＷＥＬＤＥＤ ＬＡＭＩＮＡＴＥＳ）」に関し、その開示は、その全体が本願明細書を参照することによってここで組み込まれる。

本開示は、３次元物体、部品及び要素（３Ｄ物体）を形成及び／又は製造するためにラミネート層を造形するプロセスにおける変位／振動溶接技術及び／又は熱かしめ技術を含む比較的低温の接合プロセスを実現するシステム及び方法に関する。

近年、一般に様々な形態の出力製品の成形又は機械加工を含んだ従来の物体、部品及び要素製造プロセスは、全体的に「積層材料」と称される技術又はＡＭ製造技術の新たなクラスを含むように拡大している。これらの技術は、現在実現されるように、一般に、未完成の状態において時には毒性がある又は他の有害である積層材料の層が特定材料の堆積及び硬化スキームにしたがってインプロセス３Ｄ物体上に順次堆積されるプロセスをともなう。各層が３Ｄ物体形成プロセスにおいて積層されるのにともない、堆積された材料の新たな層が追加され、１つ以上の既存層に付着される。そして、各ＡＭ層は、３Ｄ物体造形プロセスにおける任意の次のＡＭ層の堆積前に、少なくとも部分的に、個別に硬化されることができる。

ＡＭ製造技術は、これらに限定されるものではないが、３Ｄ印刷部品を製造するために使用可能な「３Ｄ印刷」技術と広く称されるようになっているそれらの技術を含む。３Ｄ印刷技術は、受像媒体基材上に印刷された２次元（２Ｄ）像を形成するための周知のプロセスに適合され且つ多くの点でそれと類似していると思われる１つ以上のプロセスを使用する。３Ｄ印刷技術によって生成される出力構造における有意な差異は、一般に、（１）３Ｄプリンタから出力３Ｄ印刷部品を形成するために使用される堆積された材料の組成と、（２）出力３Ｄ印刷部品の形態に層を造形するために堆積材料の比較的多数の連続（及び非常に薄い）層を堆積させる際に「印刷」ヘッドによって形成される多数の経路とに基づいている。

複雑な３Ｄプリンタを含む洗練されたＡＭ製造システムにおいて、例えば、ロボットアームの端部におけるなど、複数の軸から変換するために蒸着システム又は印刷装置の能力は、３Ｄモデルのコピーにおいて及び／又は詳細なディジタルデータソースファイルに情報を形成する３Ｄモデリング若しくは物体の変換においてコンピュータの制御に応じて実質的に任意の形状のますます複雑な３Ｄ物体を生成するためにＡＭ製造システム又は３Ｄプリンタの能力を提供する。

拡大する数のＡＭ製造又は３Ｄ印刷プロセス及び技術が現在利用可能である。多数のこれらのＡＭ製造又は３Ｄ印刷プロセス間の主要な顕著な特徴は、層が出力３Ｄ物体を作成するために堆積されるような方法及び出力３Ｄ物体を形成するために使用される材料である。

ＡＭ製造技術（この用語は、様々な３Ｄ物体層を指し且つ３Ｄ印刷を含む技術を構築するために本開示の残りの全体にわたって使用される）の一部は、例えば、選択的レーザ溶融又は入力材料の焼結などの技術を使用して造形層を生成するための材料を溶融又は軟化する。他のＡＭ製造技術は、噴射（インク）材料「印刷」技術などのそれらの液体材料の堆積のための技術を使用して液体材料を堆積して硬化させる。

困難性は、それらがＡＭ製造のために適合されるような通常の材料の堆積技術によって生じる。材料押出、材料噴射又は他の同様の堆積プロセスにおいて堆積されることになる固体材料の量は、堆積材料がＡＭ堆積プロセス中にそれらのノズルを詰まらせることなく特に構成された材料堆積ノズルを通過することができるようにするために制限されなければならない。結果として、材料の非常に薄い層は、インプロセス３Ｄ物体を形成する既に堆積された層を横切って又はその周囲において堆積システムの各経路上に堆積される。大抵の場合、任意の次層の堆積前に各堆積層を硬化させる必要性と組み合わせた非常に薄い材料層を堆積するこの制限は、プロセスは非常に面倒にする傾向がある従来のＡＭ製造プロセスにおける３Ｄ物体の造形速度と、特殊化された３Ｄ物体の制限されたランを製造する際の使用に十分な経済性又は効率性のみを制限する。

それゆえに、ＡＭ製造技術は、完成した部分における複雑性の点で成形又は機械加工を含む従来の部品製造技術に勝る利点を呈する。ＡＭ製造技術は、さらに、ＡＭ製造された３Ｄ物体が特定のカラースキームを有利に提示することが意図される場合、利用可能な材料の色域における一定の柔軟性を促進し、それにより、いくつかの物体形成後の追加の仕上げステップを回避する。３Ｄ印刷技術において、例えば、インク状材料は、印刷又は出力３Ｄ印刷部品の形成過程で異なる色のものであってもよい複数の材料を使用することができる。出力３Ｄ印刷部品を製造するために同時に複数色及び色の組み合わせで印刷するこれらの技術の能力は、一般に、追加の物体塗り／仕上げを排除する。ＡＭ製造システム及び装置は、一般に、同様に広いスペクトルの異なる材料を有する材料の堆積を行うことができる。これらの材料は、例えば、押出成形プラスチック及び熱可塑性樹脂、高密度ポリエチレン、（焼結金属、金属粉末及び／又は金属合金を含む）特定の金属、接着粉末混合物、セラミック材料及びセラミックマトリックス複合材、粘土、プラスター、及び、溶液中に懸濁した高濃度の固体成分の光硬化性及び／又は紫外線（ＵＶ）硬化インクを含む特定のインク状材料を含む。３Ｄプリンタは、料理分野において食品を製造するために食用材料の組成物の層を堆積するためにさらに使用することができる。

残念なことに、これらのＡＭ製造システム及びスキームにおける利点は、とりわけ造形及び硬化する時間の明確な欠点によって現在でバランスがとれており、特にシナリオを形成する３Ｄ物体の大量生産においてこれらのＡＭ製造技術をあまり確かには許容できなくしている。

既存のＡＭ製造技術は、一般に溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）及びマルチジェットモデリング（ＭＪＭ）と称されるものを含む。上記で示されるように、これらの技術は、３Ｄ物体の試作及び短期製造のためにますます採用されている。ＦＤＭのようなＡＭ材料製造技術は、例えば、押出可能である多くの異なる一般的な熱可塑性樹脂から３Ｄ物体を造形することが可能である。ＭＪＭのようなＡＭ製造技術は、例えば、着色及び無着色インク状溶液中に懸濁させた同じ熱可塑性樹脂及び他の固体組成物を含む積層材料を堆積することによって３Ｄ物体を造形することが可能である。３Ｄ物体は、ＦＤＭにおける押出樹脂液滴の堆積によって又はＭＪＭにおける噴射材料液滴の堆積によって層毎に面倒に造形される。これらのＡＭ製造技術の応用における柔軟性の義務を活用しようと試みる産業及び他の応用が出現し、これらの技術によって利用可能な造形速度は許容できないままであるか、又は、いくつかは痛々しいほど遅いというであろう。上述したように、材料の液滴の非常に薄い層が堆積されるこれらの遅い速度は、大抵の場合、以前に堆積し且つ部分的に硬化した下層に付着されるべき次層を堆積する前に３Ｄ物体造形プロセスにおいて各層を少なくとも個別的且つ部分的に硬化する必要性によって構成される。

他の欠点は、材料及び材料造形プロセスにおいて有意に多くの空隙が存在する可能性があり、成形又は機械加工されることがあるものから低密部品をレンダリングすることから、従来製造されるＡＭ３Ｄ物体が、一般に、例えば噴射成形プロセスにおいて製造される部品にあまり類似性がないことがあるということである。それゆえに、ＡＭ製造された３Ｄ物体は、一般に、それらの他の製造、成形又は機械加工された相手方ほど強力ではない。

しかしながら、利点は、ＡＭ製造された３Ｄ物体が、例えば、成形又は機械加工製造プロセスにおいてレンダリングすることは非常に難しいことがある形状に形成されることができることにある。さらに、これらの複雑さは、ＡＭ製造プロセスの実行において課題が存在する。例えば、新たに追加された部分が硬化機構にさらされてから下層の製造部品の一部を影にするようなＡＭ製造プロセスにおいて形成することができるフランジを考える。通常はあまりにも、例えば空気によってのみその下方に支持される上層の特徴が存在する場合には、大抵の場合に第２の支持材料の形態の支持構造又は廃棄物材料から形成される犠牲特徴のいくつかの方法は、３Ｄ物体の造形プロセス中に空間に上構造を保持するために供給／提供されることができる。これは、従来の層毎のＡＭ製造造形プロセスのさらなる既知の制限である。

上記欠点を考慮して、周知の基材の使用、現在の材料堆積技術と同様の設計自由度、及びはるかに高い造形速度を可能とする高度なＡＭ製造プロセスを開発することが有利であろう。造形プロセスにおける廃棄物としての追加の支持構造材料含有要件を低減するか又は実質的に排除することがさらに有利であろう。

本開示にかかるシステム及び方法の例示的な実施形態は、有意に向上した造形速度を生み出し、レンダリングされる部品における多孔性（強度）の問題を解消し、現在利用可能なＡＭ製造技術及び３Ｄ物体形成のための技術に相当する犠牲支持構造についての要件を緩和する従来のＡＭ製造技術における上記欠点に対処する高度なＡＭ製造技術を提供することができる。

例示的な実施形態は、入力材料の１つ以上の平坦シートからそれぞれより厚く且つそれ自体で十分に強い一連の予めプログラムされた２Ｄスライス（積層体）を切断することによって完成した３Ｄ物体を作成するためのスキームを提供することができる。入力材料の各シートは、ＦＤＭ又はＭＪＭ堆積プロセスを使用して任意の個別に生成された層よりも相対的に大幅に厚くすることができる。そのため、各２Ｄスライスは、各２Ｄスライスが実質的に完成した材料からそれ自体形成されることから、個々の層の硬化のための要件なしで、より速く製造することができ、対応するＦＤＭ又はＭＪＭ生成層よりも大きい厚さを有することができる。

多くの現在の使用シナリオにおいて、未硬化状態の堆積材料は、環境的に有害であり得るか、又は、最終的な硬化プロセスにおいて３Ｄ物体がまだ「完成」していない成形プロセス中にインプロセス３Ｄ物体を扱うユーザ担当者に危険を提示することがある。例示的な実施形態は、堆積プロセスのために使用される未硬化の有害物質にさらし且つそれらの材料の硬化中に生じることがある副産物の問題をもたらすのを制限することにより、特定の堆積及び硬化プロセスにおいて発生する環境的危険を低減させることができる。例示的な実施形態はまた、各２Ｄスライスがそれ自体「完成」の材料から形成されることから、未完成の３Ｄ物体の任意の完全硬化表面未満の取り扱いから生じることがあるユーザが危険物を取り扱うのを実質的に低減することができる。換言すれば、積層層としての個々の２Ｄスライスが切断されることができる材料は、安定な非有害物質そのものである。例示的な実施形態は、一般的な熱可塑性プラスチック、金属などのうちの１つ以上の形態とすることができる入力材料シートを提供することができる。

実施形態において、２Ｄスライス（ラミネート）のセットは、インプロセス３Ｄ物体造形における任意レベルにおける２Ｄスライスの形状及び構成のためのテンプレートを変更する積層状態に応じて入力材料シートから最初に切断されることができる。２Ｄスライスのセットは、各層の造形のためにおおよその過形状に切断されることができる。

実施形態において、各連続した２Ｄスライスは、その後、インプロセス３Ｄ物体造形スタック又は構造の上部（又は外側）において２Ｄスライスのスタック内の以前の２Ｄスライスに配置され、クランプされ、付着されることができる。このように、完成した３Ｄ物体を近似する３Ｄボリュームは、積層されて順次互いに付着される２Ｄスライスの造形（又は構築）から作成されることができる。

実施形態において、積層及び付着された２Ｄスライス又はラミネート層の完全なセットから構成されるニアネットシェイプの３Ｄボリュームは、その後、例えば多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ミリングマシン又はカッターを含む１つ以上の共通表面シェイピング技術を使用して制限された過剰材料を切断加工することによって３Ｄ物体についての最終的な完成した（ボリューム）幾何学的形状に精製されることができる。この精製プロセスは、一般に、ＦＤＭ、ＭＪＭ又は他の同等の従来のＡＭ製造技術を使用する任意の複雑な３Ｄ物体造形に必要とされることから、犠牲廃棄支持材料の任意の必要な据え付けがあった場合よりも少ない材料の廃棄物をもたらすことが意図される。

例示的な実施形態は、ＡＭ製造３Ｄ物体造形プロセス中に既に存在する下層に続いて各２Ｄスライスを付着するために比較的低温プロセスを使用することができる。これらの比較的低温の付着プロセスは、例えば、下層の材料層に１つの２Ｄスライスを付着するために変位／振動溶接技術及び／又は熱かしめ技術を含むことができる。

開示されるシステム及び方法のこれらの及び他の特徴及び利点は、様々な例示的な実施形態の以下の詳細な説明に記載されるか又はそれから明らかとなる。

本開示にかかるＡＭ製造３Ｄ物体を形成及び／又は製造するためにラミネート層を造形するプロセスにおける変位／振動溶接技術及び／又は熱かしめ技術を含む比較的低温の接合プロセスを実現する開示されたシステム及び方法の様々な例示的な実施形態は、以下の図面を参照しながら詳細に記載される。

図１は、本開示にかかる例示的なＡＭ製造３Ｄ物体形成システムの概略図を図示している。 図２Ａは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な変位／振動溶接技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図２Ｂは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な変位／振動溶接技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図２Ｃは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な変位／振動溶接技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図２Ｄは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な変位／振動溶接技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図３Ａは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な熱かしめ技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図３Ｂは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な熱かしめ技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図３Ｃは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な熱かしめ技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図３Ｄは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な熱かしめ技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。 図４は、本開示にかかるインプロセス３Ｄ物体形成プロセスにおける比較的低温の層間付着技術を含むＡＭ製造スキームを実現する例示的な制御システムのブロック図を図示している。 図５Ａは、本開示にかかるインプロセス３Ｄ物体形成プロセスにおける変位／振動溶接の比較的低温の層間付着技術を含むＡＭ製造スキームを実現する第１の例示的な方法のフローチャートを図示している。 図５Ｂは、本開示にかかるインプロセス３Ｄ物体形成プロセスにおける変位／振動溶接の比較的低温の層間付着技術を含むＡＭ製造スキームを実現する第１の例示的な方法のフローチャートを図示している。 図６Ａは、本開示にかかるインプロセス３Ｄ物体形成プロセスにおける熱かしめの比較的低温の層間付着技術を含むＡＭ製造スキームを実現する第２の例示的な方法のフローチャートを図示している。 図６Ｂは、本開示にかかるインプロセス３Ｄ物体形成プロセスにおける熱かしめの比較的低温の層間付着技術を含むＡＭ製造スキームを実現する第２の例示的な方法のフローチャートを図示している。

本開示にかかるＡＭ製造された３Ｄ物体を形成及び／又は製造するためにラミネート層を造形するプロセスにおける変位／振動溶接技術及び／又は熱かしめ技術を含む比較的低温の接合プロセスを実現するシステム及び方法は、一般に、それらのシステム及び方法についてのこれらの特定の有用性に言及する。本開示に記載されて示される例示的な実施形態は、（１）そのＡＭ製造３Ｄ物体形成システム又は要素、（２）開示された２Ｄスライスが切断されることができるＡＭ製造システムの入力においてシートの形態で供給される個々の入力材料、又は、（３）ＡＭ制御システム内での３Ｄ物体形成についてのＡＭ製造プロセスを制御するための制御及び／又は処理要素のいかなる特定の構成にも具体的に限定されるものとして解釈されてはならない。本開示において詳細に述べられたものなどの装置及び方法を使用するインプロセス３Ｄ物体の位置へと２Ｄスライスの形態でアドレス指定可能な及び／又は選択的なＡＭ層の個別の層間付着を適用するためのスキームのいかなる有利な使用も、開示された例示的なシステム及び方法の範囲内に含まれるものとして意図されることが認識されるべきである。

開示されたシステム及び方法は、ＡＭ製造プロセスの入力においてシート形態の１つ以上の入力材料を提示することによってＡＭ製造を実現するために使用するように特に適合されるものとして記載される。シート形態の入力材料は、それらから切断される２Ｄスライスを有するものとして記載されるが、ＦＤＭ、ＭＪＭ又は他の同様の堆積プロセスにおいて堆積される任意の材料層がレンダリングするよりもかなり大きい第３（高さ）の寸法において特定の厚さを有するものとして認識される。現在のＦＤＭ及びＭＪＭ技術は、比較的非常に薄い層のセットにおいて３Ｄ物体をレンダリングする。これらの従来のプロセスにかかる各層は、選択されたプロセスが支持する堆積材料に基づいてミリメートル厚さの一部のオーダーとすることができる。開示されたスキームの利点は、３Ｄ物体がそれぞれ１から５ミリメートルのオーダーの非常に厚い層にレンダリングされ、予め仕上げられた材料の入力シートから切断されるというものである。複数の入力材料及び潜在的に２Ｄスライス層の厚さの変動は、開示されたＡＭ製造スキームに応じて単一の３Ｄ物体の形成に使用されることができる。

さらに、一般的な熱可塑性プラスチック、金属などの特定の入力材料から形成されるシートが言及されることができるが、これらの言及は、開示されたＡＭ製造スキームにおいて使用することができる例示的な材料を例示するように意図される。これらの言及は、それらが開示されたシステムの入力においてシート形態で提示可能とすることができるもの以外の入力材料のいかなる特定のセット又はクラスにも開示されたシステム及び方法を限定するものとしてみなされるべきではない。一般的な言及は、本開示が特定の出力３Ｄ物体を製造するための任意のＡＭ製造技術に特に限定されるものとして解釈されないために出力３Ｄ物体に対して行われる。

開示された実施形態は、他の目的のうち、ＡＭ製造プロセスにおいて形成される３Ｄ物体の製造のために比較的速い造形速度を提供し、多くの従来のＡＭ製造が日常的に直面する課題に対処し、それによってそれらの効率を制限し、したがって効率性をもたらすことが意図される。任意のインプロセス硬化ステップについての要件の除去は、（１）開示されたスキームにおいて利用可能な製造造形速度をさらに増加させ、（２）例えば、任意のインプロセス硬化が、過硬化することなく３Ｄ物体に関連付けられた材料の取り扱いの危険性を低減することによってインプロセス３Ｄ物体に損傷を引き起こすために全ての要素を効果的に硬化するために十分に徹底することがある問題を軽減する傾向がある。

図１は、本開示にかかる例示的なＡＭ製造３Ｄ物体形成システム１００の概略図を図示している。図１に示されるように、例示的なシステム１００は、例示的なシステム１００についての材料入力源としてシート形態で入力材料を保持する１つ以上の材料カセット１１０、１１２、１１４を含むことができる。材料カセット１１０、１１２、１１４のうちの１つ以上は、入力材料のシートのスタック又はロールを含むことができる。１つ以上の材料カセット１１０、１１２、１１４は、示された方法のように例示的なシステム１００に対する入力材料シートの供給に対応するために垂直方向Ａに平行移動可能とすることができる。シート形態の入力材料は、一般的な熱可塑性プラスチック、金属及び他のシート状材料を含むことができる。

入力材料の個々のシート１２０は、材料カセット１１０、１１２、１１４のうちの１つから、例示的なシステム１００において２Ｄスライス又はラミネート作成領域を構成する第１の処理ステーションへと搬送されることができる。入力材料の個々のシートを搬送は、コンベヤ搬送システム１９０又は他の類似の搬送システムを介して行うことができる。コンベヤ搬送システム１９０は、コンベヤベルト１９２が循環するように構成される一連のコンベヤロール１９４、１９６を備えることができる。例示的なシステム１００のラミネート作成領域は、例えば２軸シート材料ラミネートカッター１３２の反対側に材料切断支持台１３０を含むことができる。ラミネートカッター１３２は、レーザビーム１３４を出射するレーザカッターの形態とすることができるか、又は、機械的ミリングタイプカッター、ウォータージェットカッターを含む他の物理的材料カッター、又は、通常は材料のシートからラミネート部品を切断するために使用される他の既知の切断装置の形態とすることができる。

プロセッサ又はコントローラ１７０の制御下で、２Ｄスライス（ラミネート）のセットは、ラミネート作成領域内の材料シート１２０から切断されることができる。コントローラ１７０は、個々の２Ｄスライスがラミネートカッター１３２によって入力材料のシート１２０から切断される制御可能なプロセスを実行するために要素データに委譲又は解析された３Ｄ物体形成データを備えることができる。平面形態の個々の２Ｄスライステンプレートは、３Ｄ物体造形プロセスにおける個々の２Ｄスライス層のレベルにおいてインプロセス３Ｄ物体の仕上がった外容積に対して僅かにオーバーサイズとすることができる。多くの興味深い及び／又は複雑な部品について、開示されたスキームは、３Ｄ物体をレンダリングするために別個に一体に接合されるように本質的に完成した２Ｄスライスを別個に、正確に且つロバストに予め形成することができる。

そして、切断シート要素又は２Ｄスライスは、ラミネート作成領域から例示的なシステム１００における物体造形領域を構成する第２の処理ステーションへと方向Ｂに任意の既知の材料搬送機構を介して搬送されることができる。既知の材料搬送システムは、コンベヤ搬送システム１９０の形態の同一又は別個のコンベヤ要素とすることができる。既知の材料搬送システムは、ロボットアーム１８２の先端における材料保持装置１８４を有する操作可能（及び潜在的に関節接合される）ロボットアーム１８２を含むロボットピックアンドプレース装置の形態の材料搬送装置１８０とすることができる。既知の材料搬送システムは、そのような装置の組み合わせとすることができるか、又は、処理ステーション間の２Ｄスライス搬送のための他の同様の既知の要素、ユニット若しくは装置を含むことができる。

物体造形領域は、例えば、２軸低温付着装置１４２の反対側に造形プラットフォーム１４０を含むことができる。物体造形領域において、ラミネート作成領域から搬送される個々の次の２Ｄスライスは、インプロセス３Ｄ物体を造形するために、造形プラットフォーム１４０上に最初に配置することができるか、又は、造形プラットフォーム１４０上に下層の処理されたスタック又は他の２Ｄスライスの本体を追加することができる。造形プラットフォーム１４０は、物体造形領域におけるスタック及び付着プロセスを支持するために方向Ａに２Ｄスライス１２２のスタックとしてインプロセス３Ｄ物体を上昇及び下降させるためのいくつかの可動プラットフォームの形態とすることができる。

造形プラットフォーム１４０上の他の２Ｄスライスの下層の処理されたスタック上に次の２Ｄスライスを配置する前に、下層の処理されたスタックの上部２Ｄスライスの表面は、次の２Ｄスライスを受け入れるように表面仕上げされることができる。表面仕上げは、２軸低温付着装置１４２からの材料の出力ストリーム１４４として、所定のエネルギダイレクタ又はボスのアレイの印刷を含むことができる。本開示にかかる表面仕上げ及び付着プロセスは、造形プラットフォーム１４０上のインプロセス３Ｄ物体に対する次の２Ｄスライスの取り付けのための変位／振動溶接プロセス及び熱かしめプロセスのそれぞれを例示及び記載する図２及び図３を参照して以下により詳細に記載される。上部２Ｄスライスの表面が付着技術のうちの１つ以上にしたがって表面仕上げされると、次の２Ｄスライスは、スタック上に配置され、本開示にかかる変位／振動溶接及び熱かしめ付着プロセスのうちの１つ以上を支持するようにスタックにクランプされることができる。

インプロセス３Ｄ物体のニアネットボリュームが最後の２Ｄスライスの配置及び付着によって完成すると、ニアネットボリュームの３Ｄ物体は、その後、物体造形領域から例示的なシステム１００における物体表面仕上げ領域を構成する第３の処理ステーションへと方向Ｂに任意の既知の材料搬送機構を介して搬送されることができる。物体表面仕上げ領域は、例えば、多軸関節表面仕上げ装置１５２の反対側に仕上げプラットフォーム１５０を含むことができる。多軸関節表面仕上げ装置１５２は、例えば、最小減法加工プロセスにおいて最終的な３Ｄ物体形状を作成するためのミリングビット１５４を有する６軸ＣＮＣミリングマシン又は他の同様の機械加工装置とすることができる。表面仕上げ装置は、完成した３Ｄ物体を材料物体出力部１６０へと出力する前に３Ｄ物体を表面仕上げするためにコントローラ１７０からの入力によってそれぞれ制御される方向Ａ及びＢにおける仕上げプラットフォームの移動と協働して方向Ａ、Ｂ及び／又はＣに可動とすることができる。物体表面仕上げは、最終的な３Ｄ物体の僅かに大きめのバージョンを表す２Ｄスライスのスタックの外側モールドラインを製造された３Ｄ物体の最終的な外側モールドラインまで低減する仕上げプロセスにおいて仕上げプラットフォーム１５０上の２Ｄスライスの完成したスタックで動作させることができる。

当業者は、上記スキームにしたがって作ることができない場合がある製造される３Ｄ物体についてのいくつかの複雑な形状又は複雑な構成部品が存在し得ることを認識するであろう。しかしながら、上記プロセスに役立つことがあるそれらの部分について、このプロセスは、例えば押出又は噴射材料のように堆積されたＡＭ製造物質の各層の厚さの１０倍以上とすることができる個々の積層２Ｄスライスの厚さに基づいてはるかに速い速度で行うことができる。したがって、開示されたスキームによって対処される特定の目的は、より速いＡＭ製造プロセスにおける３Ｄ物体の生成である。開示されたスキームは、製造するのにはるかに迅速なより強力な３Ｄ物体をレンダリングするようにＡＭ製造される要素の垂直（又は外向き）成長率を迅速に向ける。

上述したように、開示されたＡＭ製造スキームは、一般に、積層及び減法材料製造技術の組み合わせから構成される。開示されたＡＭ製造スキームは、例えば、ＦＤＭ、ＭＪＭ及び他の同様の３Ｄ物体形成プロセスによって形成される同様の３Ｄ要素よりも材料的に安定で、強力で及び／又はロバストな最終的な３Ｄ物体を形成するように意図される。形成された３Ｄ物体における任意の弱点は、それ自体の層内ではなく、むしろ個々の２Ｄスライスが固定され、付着され又は互いに係合された２Ｄスライス層間にのみ現れることができる。個々の２Ｄスライスの強度に基づいて、開示されたスキームにおける製造の強度についての集中は、層間付着プロセスに向けられる。

図２Ａから図２Ｄは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な変位／振動溶接技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。図２Ａに示されるように、造形プロセスにおける最上又は最外の２Ｄスライス２１０が提供されることができる。一般に上述されるように、開示された３Ｄ物体造形プロセスにおける各２Ｄスライスは、造形プロセスにおいて互いに２Ｄスライスに対して任意の形状を有することができることが認識される。各２Ｄスライスが切断される入力材料の材料厚さに応じて、各２Ｄスライスは、様々な所定の厚さを有することができる。図２Ｂは、変位／振動溶接プロセスの支持において、エネルギダイレクタ特徴２２０は、（潜在的にＦＤＭ及び／又はＭＪＭを含む）既知の印刷方法に応じて選択的に印刷されることができる又は２Ｄスライス２１０の上面に堆積／形成されることができることを示している。エネルギダイレクタ特徴２２０は、堆積した材料又は堆積した材料の不連続領域の「ビーズ」から構成されることができる。２Ｄスライス２１０が熱可塑性プラスチック材料から構成される場合、配置されたエネルギダイレクタ特徴２２０は、２Ｄスライス２１０の上部における小部分に離散的に堆積された本質的に熱可塑性プラスチック材料から構成されることができる。図２Ｃは、２Ｄスライス２１０に印刷されたエネルギダイレクタの位置に配置された（及び必要に応じてクランプされた）次の２Ｄスライス２３０を示している。２つの２Ｄスライス（ラミネート）２１０、２３０及びエネルギダイレクタ特徴２２０が配置されると、図２Ｃに示されるアセンブリは、従来の方法で変位及び／又は振動溶接されることができる。変位及び／又は振動溶接プロセス中において、エネルギダイレクタ特徴２２０は、２つの２Ｄスライス２１０、２３０を一体に接合するプロセスにおいて崩壊するように構成される。図２Ｄを参照のこと。どこにエネルギダイレクタ特徴２２０が存在しようとも、２Ｄスライス２１０、２３０は、溶接接合を形成するのに十分に局所的に加熱される。このプロセスの終わりにおいて、２つの２Ｄスライスは、不可分のアセンブリにここで接合される。

変位／振動溶接（又は接合）プロセスの特徴は、溶接中の界面における温度上昇が材料層の融点以下であるということである。接合温度は低く、通常は５から２００ミクロンの厚さの領域に限定されて局在化されることができる。接合領域からの迅速な放熱は、最小限の残留応力しか発生しないことを確実にする。そのため、残留応力を軽減するための後処理は、通常は必要でない。同様に、液相−固相遷移が回避され、最終製品は、寸法精度並びに疲労及び亀裂に対する耐性を向上させる。変位／振動溶接プロセスの低温特性に起因して、エネルギコストは、競合技術よりもはるかに小さい。

図３Ａから図３Ｄは、本開示にかかるＡＭ製造スキームにおいて使用可能な熱かしめ技術を説明するための層毎の概観の例示的な実施形態を図示している。図３Ａに示されるように、造形プロセスにおいて最上又は最外の２Ｄスライス３１０が提供されることができる。一般に上述されるように、開示された３Ｄ物体造形プロセスにおける各２Ｄスライスは、造形プロセスにおいて互いに２Ｄスライスに対して任意の形状を有することができることが認識される。各２Ｄスライスが切断される入力材料の材料厚さに応じて、各２Ｄスライスは、様々な所定の厚さを有することができる。図３Ｂは、熱かしめ接合プロセスの支持において、複数のボス３２０は、（潜在的にＦＤＭ及び／又はＭＪＭを含む）既知の印刷方法に応じて選択的に印刷されることができる又は２Ｄスライス３１０の上面に堆積／形成されることができることを示している。２Ｄスライス３１０が熱可塑性プラスチック材料から構成される場合、複数のボス３２０は、２Ｄスライス３１０の上部における材料構造に配置された本質的に同じ熱可塑性プラスチック材料の堆積材料から構成されることができる。複数のボス３２０は、追加の相補的ボス適合貫通特徴３２５が切断されることができる次の２Ｄスライス３３０の厚さよりも高く形成されることができる。これらの貫通特徴３２５は、接合及び付着プロセスの性質により、以前に崩壊したボスを含む２Ｄスライス３１０上に形成された複数のボス３２０に対して間隙を設けるように特に配置された一連の孔又は溝とすることができる。それゆえに、図３Ｂは、接合プロセスのために準備された形成されたアセンブリを図示している。２Ｄスライス３１０上の且つ新たに配置された２Ｄスライスの適合貫通特徴３２５を通って突出する複数のボス３２０のそれぞれは、その後、従来の熱かしめヘッドを使用してスタックされることができる。図３Ｃを参照のこと。このプロセスの終わりにおいて、２つのラミネートは、ボス形成の繰り返し及び次の新たな２Ｄスライスによる熱かしめ接合プロセスに適合するように実質的に均質な新たな上部２Ｄスライスをもたらすことがあるように新たに崩壊したボスを含む新たな上部２Ｄスライス３３０と不可分のアセンブリにここで接合される。

熱かしめプロセスは、ボスを変形させるために熱を使用するプロセスとして当業者によって理解される。ボスは、構造の残りに熱を変換しない経済的且つ一貫性のある方法で迅速に上部２つの２Ｄスライスを一体に機械的にロックするヘッドを形成するためにボスの非常に局在化された軟化によって変形される。熱かしめは、一般に、リベット及びネジなどの消耗品の必要性をなくし且つ実質的に均質な上部２Ｄスライス層を提供する点で機械的接合方法に対して利点を有すると考えられる。

図４は、インプロセス３Ｄ物体形成プロセスにおける比較的低温の層間付着技術を含むＡＭ製造スキームを実現する例示的な制御システム４００のブロック図を図示している。例示的な制御システムは、図１に示されるようなシステムにおいてＡＭ製造プロセスを実行するためにコントローラの要素に入力を提供することができるか又はそのコントローラの要素とすることができる。

例示的な制御システム４００は、ユーザが例示的な制御システム４００と通信することができる操作インターフェース４１０を含むことができる。操作インターフェース４１０は、ＡＭ製造又は３Ｄ物体形成装置に関連付けられた局所的にアクセス可能なユーザインターフェースとすることができる。操作インターフェース４１０は、例示的な制御システム４００に対して情報を入力するのをユーザに許容することができる制御装置及び／又はコンピューティングデバイスに共通の１つ以上の従来の機構として構成されることができる。操作インターフェース４１０は、例えば、従来のキーボード、「ソフト」ボタン若しくは互換性のあるスタイラスとともに使用するための様々な要素を有するタッチスクリーン、音声認識プログラムによって「変換」されるようにユーザが例示的な制御システム４００に対して口頭コマンドを提供することができるマイクロホン又はユーザが例示的な制御システム４００に対して特定の操作命令を伝えることができる他の同様の装置を含むことができる。操作インターフェース４１０は、例示的な制御システム４００が関連するＡＭ製造若しくは３Ｄ物体形成装置に一体に若しくは関連付けられて搭載されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）の一部若しくは機能とすることができる。

例示的な制御システム４００は、例示的な制御システム４００を個別に動作させるための且つＡＭ製造又は３Ｄ物体形成のために効果的な制御及び動作機能を実施するための、具体的には、（レーザ又は他の切断装置による）ラミネート切断ステップと、（コンベヤ、ロボットピックアンドプレース装置などのうちの１つ以上を使用することを含む）処理ステーション間のラミネート搬送ステップと、（変位／振動溶接又は熱かしめを含む）比較的低温の溶接又は他の機械的接合によるラミネート積層、クランプ及び付着ステップと、（ＣＮＣ機械加工又は他の同等のプロセスを介した）機械的表面仕上げステップとを含む多段階の３Ｄ物体形成スキームを実現するための１つ以上のローカルプロセッサ４２０を含むことができる。プロセッサ４２０は、例示的な制御システム４００の特定の機能に向け且つ例示的な制御システム４００によるＡＭ製造若しくは３Ｄ物体形成プロセスを制御するための命令を解釈して実行する少なくとも１つの従来のプロセッサ又はマイクロプロセッサを含むことができる。

例示的な制御システム４００は、１つ以上のデータ記憶装置４３０を含むことができる。そのようなデータ記憶装置４３０は、例示的な制御システム４００、具体的にはプロセッサ４２０によって使用されることになるデータ又は動作プログラムを記憶するために使用されることができる。データ記憶装置４３０は、例えば、例示的な制御システム４００が関連付けられたＡＭ製造又は３Ｄ物体形成装置において３Ｄ物体を生成するために１つ以上の３Ｄ物体モデルに関する情報を記憶するために使用されることができる。記憶された３Ｄ物体モデル情報は、一般に上述したように３Ｄ物体を形成するために一連の僅かにオーバーサイズの２Ｄスライスを切断するためのデータに委譲されることができる。

データ記憶装置４３０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は更新可能なデータベース情報を記憶することができ且つ例えばプロセッサ４２０によってシステム動作を実行するための命令を別個に記憶する他の種類の動的記憶装置を含むことができる。データ記憶装置４３０はまた、従来のＲＯＭ装置又はプロセッサ４２０のための静的情報及び命令を記憶する他の種類の静的記憶装置を含むことができる読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。さらに、データ記憶装置４３０は、例示的な制御システム４００に一体化することができるか又はクラウドベースのデータ記憶要素を含んで例示的な制御システム４００に外部に設けられて有線又は無線通信することができる。

例示的な制御システム４００は、これらに限定されるものではないが、例示的な制御システム４００が関連付けられることができるＡＭ製造又は３Ｄ物体形成装置のＧＵＩ上の表示画面を含むユーザに情報を出力する１つ以上の従来の機構として構成されることができる少なくとも１つのデータ出力／表示装置４４０を含むことができる。データ出力／表示装置４４０は、例示的な制御システム４００が装置内の複数の別個の処理ステーションのうちの１つ以上において個々に制御される要素の１つ以上の動作を含んで関連付けられることができる装置によって行われるＡＭ製造又は３Ｄ物体を形成動作のユーザの状況を示すために使用されることができる。

例示的な制御システム４００は、例示的な制御システム４００が例示的な制御システム４００の外部の要素と通信することができる１つ以上の別個の外部通信インターフェース４５０を含むことができる。外部通信インターフェース４５０の少なくとも１つは、３Ｄ物体形成動作における制御機能を実行するためのモデリング情報を記憶する外部ＣＡＤ／ＣＡＭ装置の接続をサポートするための入力ポートとして構成されることができる。例示的な制御システム４００と外部及び／又は関連する要素との間の有線又は無線通信を提供するための任意の適切なデータ接続は、示される外部通信インターフェース４５０を包含することが意図される。

例示的な制御システム４００は、委譲された３Ｄ物体モデリング情報に応じてインプロセス３Ｄ物体についての一連の２Ｄスライスを生成するラミネートカッターを制御するために使用することができる２Ｄスライスカッター制御ユニット４６０を含むことができる。２Ｄスライスカッター制御ユニット４６０は、１つ以上のデータ記憶装置４３０に連結されたプロセッサ４２０の一部又は機能として動作することができるか又は例示的な制御システム４００における別個のスタンドアロン要素モジュール若しくは回路として動作することができる。プロセッサ４２０又は２Ｄスライスカッター制御ユニット４６０のいずれかは、それ自体、ＡＭ製造又は３Ｄ物体形成装置において層毎の２Ｄスライス材料切断スキームを判定して実行するために入力３Ｄ物体モデル情報を解析することができる。

例示的な制御システム４００は、１つ以上のデータ記憶装置４３０に連結されたプロセッサ４２０の一部若しくは機能として又は例示的な制御システム４００における別個のスタンドアロン要素モジュール若しくは回路として層間付着制御ユニット４７０を含むことができる。層間付着制御ユニット４７０は、（互いに対する個々の２Ｄスライスの変位／振動溶接の場合には）エネルギダイレクタ又は（互いに対する個々の２Ｄスライスの熱かしめの場合には）印刷されたボスを形成するための１つ以上の材料堆積要素の機能を制御するために且つ上記詳細に述べられたプロセス及び技術に応じて互いに個々の２Ｄスライスを接合する関連する固定／接合／付着技術を実行するために制御するために使用可能とすることができる。

例示的な制御システム４００は、切断されて処理されたスタック及び減法加工プロセスにおいて接合された２Ｄスライス上において最終的な３Ｄ物体シェイピングスキームを実行するための表面仕上げ制御ユニット４８０を含むことができる。上記列挙した他の別個の制御ユニットと同様に、表面仕上げ制御ユニット４８０は、仕上げ装置動作を実行するために１つ以上のデータ記憶装置４３０に連結されたプロセッサ４２０の一部又は機能として動作することができるか又は例示的な制御システム４００における別個のスタンドアロン要素モジュール若しくは回路として動作することができる。

例示的な制御システム４００の様々な要素の全ては、図４に示されるように、内部的に且つ１つ以上のデータ／制御バス４９０によって１つ以上のＡＭ製造若しくは３Ｄ物体形成装置に接続されることができる。これらのデータ／制御バス４９０は、それらの要素の全てが一体に収容されるか又は外部にあって例示的な制御システム４００が関連付けられることができるＡＭ製造若しくは３Ｄ物体形成装置に接続されているかにかかわらず、例示的な制御システム４００の様々な要素間の有線又は無線通信を提供することができる。

一体型ユニットとして図４に示されているが、例示的な制御システム４００の様々な開示された要素は、個々の要素又は要素の組み合わせとしてサブシステムの任意の組み合わせで、例示的な制御システム４００の単一ユニットに一体的に、又は外部にあって且つ単一ユニットと有線若しくは無線通信して配置されることができることが理解されるべきである。換言すれば、一体型ユニットとして又は支持ユニットとしての特定の構成は、図４における描写によって暗示されることはない。さらに、例示的な制御システム４００に関する本開示において提供された詳細の理解を容易とするために個別ユニットとして示されているが、個々の示された要素、特に示された制御ユニットのそれぞれのいずれかの記載された機能は、例えば、１つ以上のデータ記憶装置４３０に接続されて通信する１つ以上のプロセッサ４２０によって行うことができることが理解されるべきである。

開示された実施形態は、比較的低温の層間付着技術を含む３Ｄ物体形成のためのＡＭ製造スキームを実現するための例示的な方法を含むことができる。図５Ａ及び図５Ｂは、変位／振動溶接の比較的低温の層間付着技術についてのそのような例示的な方法のフローチャートを図示している。図６Ａ及び図６Ｂは、熱かしめの比較的低温の層間付着技術の第２の例示的な方法のフローチャートを図示している。本方法のステップは、いくつかの同様のステップを含むことから、それらは、一緒にとりあげられる。図５Ａ及び図５Ｂ並びに図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、本方法の動作は、ステップＳ５０００／Ｓ６０００において開始し、ステップＳ５０５０／Ｓ６０５０に進む。

ステップＳ５０５０／Ｓ６０５０において、３Ｄ物体形成データがＡＭ製造システムにおけるデータソースから受信されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５１００／Ｓ６１００に進む。

ステップＳ５１００／Ｓ６１００において、受信した３Ｄ物体形成データは、入力材料スライシングスキームに委譲、解析又は変換されることができる。入力材料スライシングスキームは、２Ｄ材料切断装置によって入力材料のシートから一連の２Ｄ材料スライスを切断するためにニアネットシェイプ（平面形態）に指定することができる。本方法の動作は、ステップＳ５１５０／Ｓ６１５０に進む。

ステップＳ５１５０／Ｓ６１５０において、入力材料のシートは、入力材料の積層又は巻回されたシートを格納する材料カセットを含むシート材料入力ユニットからＡＭ製造システムにおける材料スライシングステーションへと搬送されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５２００／Ｓ６２００に進む。

ステップＳ５２００／Ｓ６２００において、最初の２Ｄスライスは、材料スライシングステーションに提示された入力材料のシートから指定されたニアネットシェイプ（平面形態）に切断されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５２５０／Ｓ６２５０に進む。

ステップＳ５２５０／Ｓ６２５０において、切断された最初の２Ｄスライスは、材料スライシングステーションから搬送され、ＡＭ製造システムにおける物体造形ステーションの造形プラットフォーム上に上部２Ｄスライスとして配置されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５３００／Ｓ６３００に進む。

ステップＳ５３００／Ｓ６３００において、入力材料の他のシートは、必要に応じて、シート材料入力ユニットからＡＭ製造システムにおける材料スライシングステーションへと搬送されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５３５０／Ｓ６３５０に進む。

ステップＳ５３５０／Ｓ６３５０において、次の２Ｄスライスは、提示された入力材料のシート又は必要に応じて提示された入力材料の他のシートから指定されたニアネットシェイプに切断されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５４００／Ｓ６４００に進む。

ステップＳ５４００において、変位／振動溶接方法のサポートにおいて、複数のエネルギダイレクタがＡＭ製造システムにおける物体造形ステーションにおいて上部２Ｄスライス上に形成（又は印刷）されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５４５０に進む。

ステップＳ６４００において、熱かしめ方法のサポートにおいて、造形プラットフォームに配置された下層の配置済みの２Ｄスライスに形成されることになるボスのパターンに適合するように次の２Ｄスライスにおいて追加の貫通孔特徴が切断されることができる。本方法の動作は、ステップＳ６４５０に進む。

ステップＳ６４５０において、熱かしめ方法において、ＡＭ製造システムにおける物体造形ステーション上において上部２Ｄスライス上にボスのパターンが形成又は印刷されることができる。本方法の動作は、ステップＳ６５００に進む。

ステップＳ５４５０／Ｓ６５００において、切断された次の２Ｄスライスは、材料スライシングステーションから搬送され、物体造形ステーション上に次の上部２Ｄスライスとして配置されることができる。熱かしめ方法において、切断された次の２Ｄスライスの貫通孔は、形成されたボスのパターンと整列される。本方法の動作は、ステップＳ５５００／Ｓ６５５０に進む。

ステップＳ５５００／Ｓ６５５０において、次の上部２Ｄスライスは、ＡＭ製造システムにおける物体造形ステーション上において２Ｄスライスのスタックの上部の所定位置にクランプされることができる。本方法の動作は、ステップＳ５５５０／Ｓ６６００に進む。

ステップＳ５５５０において、変位／振動溶接方法において、次の上部２Ｄスライスは、２Ｄスライス間に配置されたエネルギダイレクタのいかなる異なる高さも低減するような既知の方法にしたがってＡＭ製造システムにおける物体造形ステーション上において２Ｄスライスのスタック上の所定位置に変位／振動溶接されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５６００に進む。

ステップＳ６６００において、熱かしめ方法において、形成されたボスは、ＡＭ製造システムにおける物体造形ステーション上において２Ｄスライスのスタック上に次の上部２Ｄスライスを付着するように熱かしめされることができる。本方法の動作は、ステップＳ６６５０に進む。

ステップＳ５６００／Ｓ６６５０は、受信した３Ｄ物体形成データによって指定された２Ｄスライスの全てが、切断及び付着された２Ｄスライスのニアネットシェイプの３Ｄ物体を形成するために、ＡＭ製造システムにおける物体造形ステーション上の２Ｄスライスのスタック上の所定位置において変位／振動溶接又は熱かしめされたかどうかが判定される判定ステップである。

ステップＳ５６００／Ｓ６６５０において、インプロセス３Ｄ物体の２Ｄスライスの全てが所定位置において変位／振動溶接又は熱かしめされていないと判定された場合、本方法の動作は、ステップＳ５３００／Ｓ６３００に復帰する。

ステップＳ５６００／Ｓ６６５０において、インプロセス３Ｄ物体の２Ｄスライスの全てが所定位置において変位／振動溶接又は熱かしめされたと判定された場合、本方法の動作は、ステップＳ５６５０／Ｓ６７００に進む。

ステップＳ５６５０／Ｓ６７００において、２Ｄスライスの完成したスタックは、ＡＭ製造システムにおける物体造形ステーションから仕上げステーションへと搬送されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５７００／Ｓ６７５０に進む。

ステップＳ５７００／Ｓ６７５０において、２Ｄスライスの完成したスタックは、ＡＭ製造システムにおいて２Ｄスライスのニアネットシェイプスタックを表面仕上げされた３Ｄ物体に最終的に形成するために減法材料機械加工法で表面仕上げされることができる。本方法の動作は、ステップＳ５７５０／Ｓ６８００に進む。

ステップＳ５７５０／Ｓ６８００において、形成されて表面仕上げされた３Ｄ物体は、ＡＭ製造システムから出力されることができる。本方法の動作は、ステップＳ５８００／Ｓ６８５０に進み、本方法の動作は停止する。

上記で示されるように、本方法は、ＡＭ製造システムにおいて形成された仕上げられた出力３Ｄ物体を製造するために以前に実現できなかったレベルの造形プロセスにおける速度を積極的に提供することができる。

開示された実施形態は、プロセッサによって実行されたときにプロセッサに上記概観した本方法のステップの全て又は少なくとも一部を実行させることができる命令を記憶する非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体を含むことができる。

上述した例示的なシステム及び方法は、本開示の主題が親しみ及び理解を容易とするために実現することができる適切な動作、製造プロセス及び３Ｄ物体形成若しくはＡＭ製造環境の簡潔で一般的な説明を提供するために特定の従来の要素に言及する。要求されないが、本開示の実施形態は、記載された特定の機能を実行するために、ハードウェア回路、ファームウェア又はソフトウェアコンピュータ実行可能命令の形態で少なくとも部分的に提供されることができる。これらは、プロセッサによって実行される個々のプログラムモジュールを含むことができる。

当業者は、開示された主題の他の実施形態が多くの異なる構成の様々な積層及び減法方法を含むＡＭ製造装置において実施することができることを理解するであろう。

上記で示されるように、本開示の範囲内の実施形態は、開示されたＡＭ製造スキームを制御するために１つ以上のプロセッサによってアクセスされ、読み取られ及び実行されることができるコンピュータ実行可能命令又はデータ構造が記憶されたコンピュータ読み取り可能媒体を含むことができる。そのようなコンピュータ読み取り可能媒体は、プロセッサ、汎用又は専用コンピュータによってアクセスされることができる任意の利用可能な媒体とすることができる。限定されるものではないが、例として、そのようなコンピュータ読み取り可能媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュドライブ、データメモリカード、又は、アクセス可能なコンピュータ実行可能命令若しくはデータ構造の形態で所望のプログラム要素若しくはステップを担持若しくは記憶するために使用可能である他のアナログ若しくはディジタルデータ記憶装置を含むことができる。

コンピュータ実行可能命令は、例えば、個別に又は様々な組み合わせでプロセッサに特定の上述した機能を実行させるようにそれぞれ実行されてアクセスされることができる非一時的な命令及びデータを含む。コンピュータ実行可能命令はまた、プロセッサによるアクセス及び実行のために遠隔に記憶されているプログラムモジュールを含むことができる。

それらの実行可能な命令を実行するための実行可能命令又は関連するデータ構造の例示的な示されたシーケンスは、上記概観した例示的な方法のステップに記載された機能を実現するための動作の対応するシーケンスの１つの例を表す。例示的な示されたステップは、開示された実施形態の目的を実行するために任意の合理的な順序で実行されることができる。特定の方法ステップが任意の他の方法ステップの実行に必要な前提条件である場合を除き、開示された方法のステップに対する特定の順序は、必ずしも、図５Ａ及び図５Ｂ並びに図６Ａ及び図６Ｂにおける描写によって暗示されない。

Claims (15)

1. 材料のシートから２次元（２Ｄ）スライスを切断し、前記２Ｄスライスのそれぞれがインプロセス３次元（３Ｄ）物体を形成する複数層のうちの個々の層を構成するラミネートカッターと、
   前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために前記ラミネートカッターから３Ｄ物体造形プラットフォームへと前記切断された２Ｄスライスのそれぞれを搬送する搬送機構と、
   前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために順次前記２Ｄスライスのそれぞれを付着する層間付着プロセスを実行する前記３Ｄ物体造形プラットフォームに関連付けられた層間付着ユニットと、
   完成した３Ｄ物体を生成するために、前記層間付着プロセスにより、ニアネットシェイプ形状の前記２Ｄスライスを積層した前記インプロセス３Ｄ物体の表面を、表面仕上げする表面仕上げ装置と
   を備え、
   前記層間付着ユニットが、２つの前記２Ｄスライスの間にエネルギダイレクタが配置され、前記２つの２Ｄスライスが前記エネルギダイレクタの位置で一緒に変位溶接及び振動溶接の少なくとも一方を実行する物体を製造するシステム。
2. 前記エネルギダイレクタが、溶融堆積モデリング及びマルチジェットモデリング工程のうちのいずれかの工程で適用される、請求項１記載のシステム。
3. 材料のシートから２次元（２Ｄ）スライスを切断し、前記２Ｄスライスのそれぞれがインプロセス３次元（３Ｄ）物体を形成する複数層のうちの個々の層を構成するラミネートカッターと、
   前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために前記ラミネートカッターから３Ｄ物体造形プラットフォームへと前記切断された２Ｄスライスのそれぞれを搬送する搬送機構と、
   前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために順次前記２Ｄスライスのそれぞれを付着する層間付着プロセスを実行する前記３Ｄ物体造形プラットフォームに関連付けられた層間付着ユニットと、
   完成した３Ｄ物体を生成するために、前記層間付着プロセスにより、ニアネットシェイプ形状の前記２Ｄスライスを積層した前記インプロセス３Ｄ物体の表面を、表面仕上げする表面仕上げ装置と
   を備え、
   前記層間付着ユニットが、（１）複数のボスが第１の２Ｄスライス上に形成され、（２）複数の適合貫通特徴が切断されて第２の２Ｄスライスに設けられ、（３）前記複数のボスを前記複数の適合貫通特徴を通って突出させて、前記第１の２Ｄスライス及び前記第２の２Ｄスライスが前記３Ｄ物体造形プラットフォーム上に移され、（４）前記第１の２Ｄスライス及び前記第２の２Ｄスライスを熱かしめ接合する工程を実行する物体を製造するシステム。
4. 前記複数のボスが、溶融堆積モデリング及びマルチジェットモデリング工程のいずれかに適用される、請求項３のシステム。
5. ３Ｄ物体モデリングデータを参照し、
   前記材料のシートから前記２Ｄスライスのそれぞれを切断するために前記ラミネートカッターを制御するための命令に前記参照された３Ｄ物体モデリングデータを解析し、
   前記複数層から前記インプロセス３Ｄ物体を生成するために、２Ｄスライス切断プロセス、搬送プロセス及び付着プロセスを層毎に制御し、
   前記インプロセス３Ｄ物体の表面を仕上げるために前記表面仕上げ装置を制御するようにプログラミングされたプロセッサをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記プロセッサによる参照のために前記３Ｄ物体モデリングデータを記憶するデータ記憶メモリ媒体をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
7. 積層された材料のシート又は巻回された材料のシートのうちの少なくとも一方として前記材料のシートを格納する材料入力部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記ラミネートカッターが、レーザカッター、機械的ミリングカッター、機械的ブレードカッター及びウォータージェットカッターのうちのいずれかを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
9. 物体の製造を実現する方法であって、
   プロセッサ制御下で、ラミネートカッターによって材料のシートから２次元（２Ｄ）スライスを切断し、前記２Ｄスライスのそれぞれがインプロセス３次元（３Ｄ）物体を形成する複数層のうちの個々の層を構成し、
   造形プラットフォーム上に前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために搬送機構によって前記ラミネートカッターから３Ｄ物体造形プラットフォームへと前記切断された２Ｄスライスのそれぞれを搬送し、
   前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために前記２Ｄスライスのそれぞれを順次付着する前記３Ｄ物体造形プラットフォームに関連付けられた層間付着ユニットによって、２つの前記２Ｄスライスの間にエネルギダイレクタが配置され、前記２つの２Ｄスライスが前記エネルギダイレクタの位置で一緒に変位溶接及び振動溶接の少なくとも一方を実行するプロセッサ制御層間付着プロセスを実行し、
   完成した３Ｄ物体を生成するために、前記層間付着プロセスにより、ニアネットシェイプ形状の前記２Ｄスライスを積層した前記インプロセス３Ｄ物体の表面を表面仕上げする方法であり、
   プロセッサが、
   ３Ｄ物体モデリングデータを参照し、
   前記材料のシートから前記２Ｄスライスのそれぞれを切断するために前記ラミネートカッターを制御するための命令に前記参照された３Ｄ物体モデリングデータを解析し、
   前記複数層から前記インプロセス３Ｄ物体を生成するために、２Ｄスライス切断プロセス、搬送プロセス及び付着プロセスを層毎に制御し、
   前記インプロセス３Ｄ物体の表面を仕上げるために前記表面仕上げ装置を制御する
   ようにプログラミングされている、
   方法。
10. 物体の製造を実現する方法であって、
    プロセッサ制御下で、ラミネートカッターによって材料のシートから２次元（２Ｄ）スライスを切断し、前記２Ｄスライスのそれぞれがインプロセス３次元（３Ｄ）物体を形成する複数層のうちの個々の層を構成し、
    造形プラットフォーム上に前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために搬送機構によって前記ラミネートカッターから３Ｄ物体造形プラットフォームへと前記切断された２Ｄスライスのそれぞれを搬送し、
    前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために前記２Ｄスライスのそれぞれを順次付着する前記３Ｄ物体造形プラットフォームに関連付けられた層間付着ユニットによって、（１）複数のボスが第１の２Ｄスライス上に形成され、（２）複数の適合貫通特徴が切断されて第２の２Ｄスライスに設けられ、（３）前記複数のボスを前記複数の適合貫通特徴を通って突出させて、前記第１の２Ｄスライス及び前記第２の２Ｄスライスが前記３Ｄ物体造形プラットフォーム上に移され、（４）前記第１の２Ｄスライス及び前記第２の２Ｄスライスを熱かしめ接合する工程を実行するプロセッサ制御層間付着プロセスを実行し、
    完成した３Ｄ物体を生成するために、前記層間付着プロセスにより、ニアネットシェイプ形状の前記２Ｄスライスを積層した前記インプロセス３Ｄ物体の表面を表面仕上げする方法であり、
    プロセッサが、
    ３Ｄ物体モデリングデータを参照し、
    前記材料のシートから前記２Ｄスライスのそれぞれを切断するために前記ラミネートカッターを制御するための命令に前記参照された３Ｄ物体モデリングデータを解析し、
    前記複数層から前記インプロセス３Ｄ物体を生成するために、２Ｄスライス切断プロセス、搬送プロセス及び付着プロセスを層毎に制御し、
    前記インプロセス３Ｄ物体の表面を仕上げるために前記表面仕上げ装置を制御する
    ようにプログラミングされている、
    方法。
11. 前記プロセッサが、前記３Ｄ物体モデリングデータを記憶するデータ記憶メモリ媒体を参照する、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記材料のシートが、積層された材料のシート又は巻回された材料のシートのうちの少なくとも一方として前記材料のシートを格納する材料入力部から供給される、請求項９又は１０に記載の方法。
13. 前記ラミネートカッターが、レーザカッター、機械的ミリングカッター、機械的ブレードカッター及びウォータージェットカッターのうちのいずれかを備え、
    前記搬送機構が、ロボットピックアンドプレース装置を備え、
    前記表面仕上げ装置が、多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ミリングマシンを備える、
    請求項９又は１０に記載の方法。
14. プロセッサによって実行されたときに前記プロセッサに物体を形成する方法のステップを実行させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
    前記プロセッサを実行させて、
    ラミネートカッターによって材料のシートから２次元（２Ｄ）スライスを切断し、前記２Ｄスライスのそれぞれがインプロセス３次元（３Ｄ）物体を形成する複数層のうちの個々の層を構成し、
    造形プラットフォーム上に前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために搬送機構によって前記ラミネートカッターから３Ｄ物体造形プラットフォームへと前記切断された２Ｄスライスのそれぞれを搬送し、
    前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために前記２Ｄスライスのそれぞれを順次付着する前記３Ｄ物体造形プラットフォームに関連付けられた層間付着ユニットによって、２つの前記２Ｄスライスの間にエネルギダイレクタが配置され、前記２つの２Ｄスライスが前記エネルギダイレクタの位置で一緒に変位溶接及び振動溶接の少なくとも一方を実行する層間付着プロセスを実行し、
    完成した３Ｄ物体を生成するために、前記層間付着プロセスにより、ニアネットシェイプ形状の前記２Ｄスライスを積層した前記インプロセス３Ｄ物体の表面を表面仕上げすることを実行させるための命令を記憶した媒体。
15. プロセッサによって実行されたときに前記プロセッサに物体を形成する方法のステップを実行させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
    前記プロセッサを実行させて、
    ラミネートカッターによって材料のシートから２次元（２Ｄ）スライスを切断し、前記２Ｄスライスのそれぞれがインプロセス３次元（３Ｄ）物体を形成する複数層のうちの個々の層を構成し、
    造形プラットフォーム上に前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために搬送機構によって前記ラミネートカッターから３Ｄ物体造形プラットフォームへと前記切断された２Ｄスライスのそれぞれを搬送し、
    前記インプロセス３Ｄ物体の前記複数層を形成するために前記２Ｄスライスのそれぞれを順次付着する前記３Ｄ物体造形プラットフォームに関連付けられた層間付着ユニットによって、（１）複数のボスが第１の２Ｄスライス上に形成され、（２）複数の適合貫通特徴が切断されて第２の２Ｄスライスに設けられ、（３）前記複数のボスを前記複数の適合貫通特徴を通って突出させて、前記第１の２Ｄスライス及び前記第２の２Ｄスライスが前記３Ｄ物体造形プラットフォーム上に移され、（４）前記第１の２Ｄスライス及び前記第２の２Ｄスライスを熱かしめ接合する工程を実行する層間付着プロセスを実行し、
    完成した３Ｄ物体を生成するために、前記層間付着プロセスにより、ニアネットシェイプ形状の前記２Ｄスライスを積層した前記インプロセス３Ｄ物体の表面を表面仕上げすることを実行させるための命令を記憶した媒体。

Images