JP7146823B2 - ファスナを含む３ｄ印刷コンポーネントおよびその生産方法 - Google Patents

ファスナを含む３ｄ印刷コンポーネントおよびその生産方法 Download PDF

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Description

［関連出願の相互参照］
この出願は、２０１７年６月１９日に提出された「ファスナを含む３Ｄ印刷コンポーネントおよびその生産方法」と題された米国特許出願第１５／６２７，１０３号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
［技術分野］
本開示は、一般に、車両、ボート、航空機および他の機械構造の生産に使用するコンポーネント、より具体的には、ファスナを含む３次元（３Ｄ）印刷コンポーネントの製造における装置および技術に関する。
［背景技術］
３Ｄ印刷は、付加的製造（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；積層造形）とも呼ばれ、３Ｄオブジェクトの作成に使用されるプロセスである。３Ｄオブジェクトは、オブジェクトのデジタルモデルデータに基づく材料の積層を使用して形成され得る。３Ｄプリンタは、デジタルモデルデータを使用して材料の積層を形成し、１度に１つの層を印刷できる。３Ｄ印刷されたオブジェクトは、ほぼすべての形状またはジオメトリであり得る。
３Ｄプリンタは、操作面に粉体層（金属粉など）を散布し得る。粉体層の厚さは約１００ミクロンである。次いで３Ｄプリンタは、例えば、レーザーを使用して粉体層の粉体を一緒に結合することにより、粉体層の特定の領域を物体の層に結合し得る。ステップを繰り返して、各層を順次形成し得る。したがって、３Ｄプリントされたオブジェクトは、３Ｄオブジェクトを形成するために層ごとに構築され得る。
３Ｄ印刷コンポーネントを使用して、さまざまなデバイスまたは装置のサブコンポーネントを作成できる。３Ｄ印刷サブコンポーネントは、他の３Ｄ印刷サブコンポーネント、押し出しサブコンポーネント、またはその他のサブコンポーネントを含む、他のサブコンポーネントに取り付けまたは接続する必要がある場合があり得る。
３Ｄ印刷されたコンポーネントおよび関連する留め具（ｆａｓｔｅｎｅｒ）のいくつかの態様は、３次元印刷技術を参照して以下により詳細に説明される。
一態様は、付加的に製造される第１のコンポーネントと、第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに相互接続するための第１のコンポーネント内に含まれる拘束（ｃａｐｔｉｖｅ）ナットとを備える装置である。
別の態様は、穴を有する第１の付加的に製造されるコンポーネントと、ソケットを有する第２の付加的に製造されるコンポーネントとを備える装置である。装置は、第１のコンポーネントの表面に係合するヘッドと、ヘッドから第１のコンポーネントの穴を通って第２のコンポーネントのソケット内に延びるシャフトとを有するピンとをさらに備える。
別の態様は、第１および第２のパネルを備える装置である。装置はまた、ヘッドと、ヘッドから延びるシャフトとを有するボルトと、シャフトの遠位端に配置されたナットとを備える。第１および第２のパネルは、第１および第２のパネルを相互接続するためにボルトとナットとの間に挟まれ得る。
例示としていくつかの実施形態のみを示して説明する以下の詳細な説明から、３Ｄ印刷コンポーネントおよび関連する留め具の他の態様が当業者に容易に明らかになることが理解されよう。当業者によって理解されるように、３Ｄ印刷されたコンポーネントおよび関連する留め具は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、本発明から逸脱することなく、他の様々な点で修正することができる。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。
３Ｄ印刷されたコンポーネントおよび関連する留め具の様々な態様は、添付の図面において、限定ではなく例として詳細な説明で提示される。
図１Ａは、異なる動作段階中の例示的な３Ｄプリンタシステムを示す図である。 図１Ｂは、異なる動作段階中の例示的な３Ｄプリンタシステムを示す図である。 図１Ｃは、異なる動作段階中の例示的な３Ｄプリンタシステムを示す図である。 図１Ｄは、異なる動作段階中の例示的な３Ｄプリンタシステムを示す図である。 図２Ａは、１ノード内に共同印刷された１方向拘束ナットを示す図である。 図２Ｂは、１ノード内に共同印刷された１方向拘束ナットを示す図である。 図３は、２方向拘束ナットを示す図である。 図４は、３方向拘束ナットおよびねじ付きシムを示す図である。 図５は、ねじを介して接続ユニットに取り付けられた上部部品を備えた３方向拘束ナットおよびねじ付きシムを示す図である。 図６は、１ノードに共同印刷されたナットを示す図である。 図７は、製造公差の問題を示す図である。 図８は、ノードと共に印刷するのではなく、ノードを印刷した後に取り付けることができるナットを示す図である。 図９は、ノードと共に印刷するのではなく、ノードを印刷した後に取り付けることができるナットを示す図である。 図１０は、ノードと共に印刷するのではなく、ノードを印刷した後に取り付けることができるナットを示す図である。 図１１は、ボルトの代わりに中空ピンを使用して２つのノードを接続するノード間接続を示す図である。 図１２は、本明細書に記載のシステムおよび方法による例示的な方法を示すフローチャートである。 図１３は、本明細書に記載のシステムおよび方法による例示的な方法を示すフローチャートである。 図１４は、本明細書に記載のシステムおよび方法による例示的な方法を示すフローチャートである。
添付の図面に関連して以下に述べる詳細な説明は、３Ｄ印刷コンポーネントおよび関連する留め具のさまざまな例示的な実施形態の説明を提供することを意図し、本発明を実施できる唯一の実施形態を表すことを意図していない。本開示を通して使用される「例示的」という用語は、「例、事例、または例示として役立つ」ことを意味し、必ずしも本開示で提示される他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の範囲を当業者に完全に伝える徹底的かつ完全な開示を提供する目的で特定の詳細を含む。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしで実施されてもよい。いくつかの例では、本開示を通して提示される様々な概念を曖昧にすることを避けるために、周知の構造およびコンポーネントは、ブロック図形式で示されるか、完全に省略される場合がある。
複合ツールの文脈での３Ｄ印刷の使用は、機械構造および機械的アセンブリの製造業者が複雑な形状の部品を製造できるようにするための大きな柔軟性を提供する。例えば、３Ｄ印刷技術は、従来の製造プロセスでは製造できない複雑な内部格子構造および／またはプロファイルを有する部品を設計および構築する柔軟性をメーカーに提供する。
図１Ａ～図１Ｄは、例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。この例では、３Ｄプリンタシステムは、粉体ベッドフュージョン（ＰＢＦ）システム１００である。図１Ａ～図１Ｄは、動作の異なる段階中のＰＢＦシステム１００を示す。図１Ａ～図１Ｄに示す特定の実施形態は、本開示の原理を採用するＰＢＦシステムの多くの適切な例のうちの１つである。図１Ａ～図１Ｄおよび本開示における他の図は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないが、本明細書に記載されている概念をよりよく説明するために、大きくまたは小さく描かれ得る。ＰＢＦシステム１００は、金属粉体の各層を堆積することができる堆積器１０１、エネルギービームを生成することができるエネルギービーム源１０３、エネルギービームを適用して粉体材料を融合することができる偏向器１０５、およびビルドピース１０９などの１つ以上のビルドピースをサポートすることができるビルドプレート１０７を含むことができる。ＰＢＦシステム１００は、粉体ベッドレセプタクル内に配置されたビルドフロア１１１も含むことができる。粉体ベッドレセプタクル１１２の壁は、一般に、側面から壁１１２の間に挟まれ、下のビルドフロア１１１の一部に隣接する粉体ベッドレセプタクルの境界を画定する。ビルドフロア１１１は、堆積器１０１が次の層を堆積することができるようにビルドプレート１０７を徐々に下げることができる。機構全体は、他のコンポーネントを囲むことができるチャンバ１１３内に存在してよく、それにより機器を保護し、大気および温度の調整を可能にし、汚染リスクを軽減することができる。堆積器１０１は、金属粉体などの粉体１１７を含むホッパ１１５と、堆積粉体の各層の上部を水平にすることができるレベラ１１９とを含むことができる。
特に図１Ａを参照すると、この図は、ビルドピース１０９の１つのスライスが融合された後、粉体の次の層が堆積される前のＰＢＦシステム１００を示す。実際、図１Ａは、ＰＢＦシステム１００が複数の層、例えば１５０層のスライスを既に堆積および融合させて、例えば１５０スライスで形成されたビルドピース１０９の現在の状態を形成する時間を示している。すでに堆積された複数の層は、堆積されたが融合されていない粉体を含む粉体ベッド１２１を作成した。
図１Ｂは、ビルドフロア１１１が粉体層の厚さ１２３だけ低くなり得る段階でのＰＢＦシステム１００を示す。ビルドフロア１１１の下降により、ビルドピース１０９および粉体ベッド１２１が粉体層の厚さ１２３だけ降下するため、ビルドピースおよび粉体ベッドの上部は、粉体ベッドレセプタクル壁１１２の上部よりも粉体層の厚さに等しい量だけ低くなる。このようにして、例えば、粉体層の厚さ１２３に等しい一定の厚さの空間を、ビルドピース１０９および粉体ベッド１２１の上部に作成することができる。
図１Ｃは、ビルドピース１０９および粉体ベッド１２１の上面に作られ、粉体ベッドレセプタクル壁１１２によって境界付けられた空間に粉体１１７を堆積するように堆積器１０１が配置される段階のＰＢＦシステム１００を示す。この例では、堆積器１０１は、ホッパ１１５から粉体１１７を放出しながら、定義された空間を徐々に移動する。レベラ１１９は、放出された粉体を平らにして、粉体層の厚さ１２３に実質的に等しい厚さを有する粉体層１２５を形成することができる（図１Ｂ参照）。したがって、ＰＢＦシステム内の粉体は、例えば、ビルドプレート１０７、ビルドフロア１１１、ビルドピース１０９、壁１１２などを含むことができる粉体材料支持構造によって支持されることができる。粉体層１２５の図示の厚さ（すなわち、粉体層の厚さ１２３（図１Ｂ））は、図１を参照して上述した１５０の事前堆積層を含む例に使用される実際の厚さより大きいことに留意されたい。
図１Ｄは、粉体層１２５（図１Ｃ）の堆積に続いて、エネルギービーム源１０３がエネルギービーム１２７を生成し、偏向器１０５がエネルギービームを適用してビルドピース１０９の次のスライスを融合する段階のＰＢＦシステム１００を示す。様々な例示的実施形態において、エネルギービーム源１０３は電子ビーム源であり得て、この場合、エネルギービーム１２７は電子ビームを構成する。偏向器１０５は、電子ビームを選択的に偏向させて、融合するように指定された領域にわたって電子ビームを走査させる電界または磁界を生成できる偏向板を含むことができる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３はレーザーであり得て、この場合、エネルギービーム１２７はレーザービームである。偏向器１０５は、反射および／または屈折を使用してレーザービームを操作し、融合されるべき選択された領域を走査する光学システムを含むことができる。
様々な実施形態において、偏向器１０５は、エネルギービーム源を回転および／または並進させてエネルギービームを位置決めすることができる１つ以上のジンバルおよびアクチュエータを含むことができる。 様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３および／または偏向器１０５は、エネルギービームが粉体層の適切な領域のみに適用されるように、偏向器がスキャンするときにエネルギービームを変調、例えば、エネルギービームをオンおよびオフにすることができる。例えば、様々な実施形態において、エネルギービームはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により変調され得る。
図２Ａ～図２Ｂは、接続ユニット２０６を形成するノード２０４内に共同印刷（共付加製造）された１方向拘束ナット２０２を示す図２００である。いくつかの例では、１方向拘束ナット２０２は、非構造的接続に使用されてもよい。言い換えれば、いくつかの例では、１方向拘束ナット２０２は、負荷を支えない接続に使用されてもよい。
１方向拘束ナット２０２を使用して接続を形成する場合、ボルト（図示せず）を接続ユニット２０６の穴２０８を通してナット２０２に挿入されてもよい。ナット２０２は、ボルトを保持してもよい。例えば、一態様では、ナット２０２はねじ切りされてもよく、例えば、ねじ山はナット２０２と共同印刷されてもよい。別の態様では、ナット２０２は最初にねじ切りされていなくてもよく、例えば、ナット２０２が印刷された後にナット２０２にねじ切りされてもよい。さらに別の態様では、ナット２０２は、ナット２０２内にボルトを固定するいくつかの他の手段を使用してもよく、例えば、摩擦嵌合または他の適切な機構を使用してもよい。いくつかの実施形態では、ナット２０２の印刷後にナット２０２にねじ山を形成することにより、特定の３Ｄプリンタを使用した３Ｄ印刷（付加製造）と比較してより正確なねじ山を形成できる。
一例では、接続ユニット２０６は、装置が接続を形成することを可能にしてもよい。装置（例えば、接続ユニット２０６）は、ノード２０４などの付加的に製造された第１のコンポーネントを含んでよい。拘束ナット２０２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード２０４）を第２のコンポーネント（図示せず）に相互接続するために、第１のコンポーネント（例えば、ノード２０４）内に含まれ得る。一態様では、拘束ナット２０２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード２０４）と共同印刷されてもよい。別の態様では、ねじ山は付加的に製造されてもよい。例えば、ナット２０２と第１のコンポーネント（例えばノード２０４）が同時印刷されるので、ねじ山はナット２０２にも印刷されてもよい。回転防止面２１０が含まれてもよい。回転防止面２１０は、ナット２０２の回転を防止するために、ナット２０２の平坦面に隣接して形成されてもよい。一態様では、１方向拘束ナット２０２は、ｘ方向に浮いてもよい。
図３は、２方向拘束ナット設計３０６を示す図３００である。２方向拘束ナット設計３０６を使用する接続ユニットは、ｘ方向およびｙ方向の両方に浮くことができるナット３０２を含んでよい。２方向拘束ナットはまた、回転防止３０８を提供してもよい。２方向拘束ナット設計３０６を使用する接続ユニットは、ねじ山付きまたはねじ山なしのナット３０２を含んでよい。例えば、一態様では、ナット３０２はねじ切りされてもよく、例えば、ねじ山はナット３０２と共同印刷されてもよい。別の態様では、ナット３０２は最初にねじが切られていなくてもよく、例えば、ナット３０２が印刷された後にナット３０２がねじ切られてもよい。さらに別の態様では、ナット３０２は、ナット３０２内にボルトを固定するいくつかの他の手段を使用してもよく、例えば、摩擦嵌めまたは他の適切な機構を使用してもよい。
例えば、装置（２方向拘束ナット設計３０６）は、付加的に製造された第１のコンポーネント３０４と、第１のコンポーネント３０４を第２のコンポーネントに相互接続するための第１のコンポーネント３０４内に含まれる拘束ナット３０２とを含んでよい。拘束ナット３０２は、第１のコンポーネント３０４と同時印刷されてもよい。一態様では、拘束ナット３０２はねじ山を含む。別の態様では、ねじ山は付加的に製造される。一態様では、拘束ナット３０２は、第１のコンポーネント３０４内で浮いてもよい。拘束ナット３０２は、２方向拘束ナットであってもよい。一態様では、拘束ナット３０２は、第１のコンポーネントによって回転するのが防止される。２方向拘束ナット３０２は、ノード（例えば、３０４）および／または他のユニット間の非構造的接続に使用されてもよい。
図４は、３方向拘束ナット４０２およびねじ付きシム４０４を示す図４００である。ねじ付きシム４０４は、ノードなどの付加的に製造された第１のコンポーネント４０６に設置されてもよい。一態様では、３方向拘束ナット４０２は、ねじ付きシム４０４によってコンポーネント４０６内に含まれるホルダ４０８内にあってもよい。３方向拘束ナット４０２およびねじ付きシム４０４を使用して、ノードおよび／または他のユニットを接続することができる。３方向拘束ナット４０２、ねじ付きシム４０４、およびコンポーネント４０６を使用する接続の構造は、図２の１方向拘束ナット２０２および／または図３の２方向拘束ナット３０２を使用する構造と同様であってもよい。
一例では、図２の１方向拘束ナット２０２使用した接続と図３の２方向拘束ナット３０２使用した接続との違いは、図２の装置のように１つの連続ソケットの代わりに、一緒に結合される例えば３つの別個の部品（ねじ付きシム３０４、コンポーネント３０６、ホルダ３０８）内に浮動ナット３０２が含まれ得ることである。一例では、図３の２方向拘束ナット３０２使用した接続と図４の３方向拘束ナット４０２を使用した接続との違いは、図３の装置のように２方向にナットを捕捉するソケットの代わりに、一緒に結合される例えば３つの別個の部品（ねじ付きシム４０４、コンポーネント４０６、ホルダ４０８）内に浮動ナット４０２が含まれ得ることである。一例では、ナット４０２は、例えばノードなどのコンポーネント４０６に同時印刷されてもよい。ナットは、ねじ山付きでもねじ山なしでもよい。いくつかの態様では、３方向拘束ナット４０２は、非構造的接続に使用されてもよい。
図５は、図４のようにねじ部５１０を介して接続ユニット５０８に取り付けられた上部部品５０６を備えた３方向拘束ナット５０２およびねじ付きシム５０４を示す図５００である。ただし、図５において上部部品５０６は、図４のような平坦な接続ではなく、ねじ部５１０を介して接続ユニット５０８に取り付けられている。ボルト５１２を使用して、他のコンポーネント５１４（例えばノード）を接続することができる。ボルト５１２は、他の部品（例えば、３方向拘束ナット５０２、ねじ付きシム５０４、および上部部品５０６）が印刷された後、ナット５０２にねじ込まれ、アセンブリ５１６が完成する。シム５０４は、上部部品５０６の「上部Ｔ部分」５１８と接続ユニット５０８および他のノード（複数可）または関与する他のコンポーネントとの間に挟まれてもよい。ナットは、ねじ山付きでもねじ山なしでもよい。
一態様では、装置（例えば、アセンブリ５１６）は、付加的に製造された第１のコンポーネント（例えば、接続ユニット５０８）と、第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに接続するための第１のコンポーネント（例えば、接続ユニット５０８）内に含まれる拘束ナット５０２とを含み得る。装置（例えば、アセンブリ５１６）は、シム５０４をさらに含んでよく、シム５０４は、第１のコンポーネント（例えば、接続ユニット５０８）とともに空洞５２０を形成し、ナット５０２がナット５０２の軸に沿って移動することを可能にする。装置（例えば、アセンブリ５１６）は、空洞５２０を形成するインサート（上部部品５０６）をさらに含んでよい。例えば、第１のコンポーネント（例えば、接続ユニット５０８）は、インサート（上部部品５０６）と係合されてよく、ナット５０２は、空洞５２０内に収容されてよい。
一態様では、第１のコンポーネント（例えば、接続ユニット５０８）は、付加的に製造されたねじ部５１０を含み、インサート（上部部品５０６）は、第１の構成（例えば、接続部ユニット５０８）のねじ部５１０と係合するねじ付きインサート５２２を含んでよい。シム５０４は、第１のコンポーネントの一部（例えば、接続ユニット５０８）とインサート（上部部品５０６）との間にあってよい。
図６は、ノード６０４に同時印刷されたナット６０２を示す図６００である。 ナット６０２は、図４に示される例と同様にノード６０４に同時印刷される。ただし、図６の例におけるナット６０２は、球形の拘束ハウジング６０６によって囲まれる。球形の拘束ハウジング６０６は、放射状のフロートを可能にするのに十分なスペースを備えたナット６０２の上部の平らな部分を覆う切り欠き６０８を有してよい。シム６１０は、右ねじで印刷されてもよく、ノード６０４の上部に設置されてもよい。ナット６０２は、ねじ切りされていてもいなくてもよい。一態様では、装置６１２は、付加的に製造された第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）および拘束ナット６０２を含んでよい。拘束ナット６０２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）を第２のコンポーネント（図示せず）に相互接続するために、第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）内に含まれてよい。装置６１２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）およびナット６０２と同時印刷され得る、付加的に製造された半球形ハウジング６０６を含んでよい。一態様では、ナットは、半球形ハウジング６０６によって第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）内に含まれてよい。
図７は、製造公差の問題を示す図である。問題は、従来の製造で観察される場合がある。製造公差の問題は、３Ｄ印刷を使用して解決されてよい。例えば、図６の装置６１２は、いくつかの製造公差の問題に対処するために使用されてよい。
一態様では、図７に示されるように、互いに接続される２つのコンポーネント（例えば、コンポーネント７０２および装置６１２）は、互いに対して角度を付けられ得る。より詳細には、ボルト穴７０４は、互いに対して角度を付けられ得る。図６に示された付加的に製造された半球形ハウジング６０６は、ボルト穴７０４の１つ、例えば装置６１２のボルト穴の角度を調整するように設けられてよい。一態様では、ナットは、半球形ハウジング６０６によって第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）内に含まれてよい。例えば、図６に示された付加的に製造された半球形ハウジング６０６は、ボルト穴７０４の１つ、例えば装置６１２のボルト穴の角度を調整して、ボルト穴７０４が平行またはほぼ平行であり、ボルト穴７０４を通してボルトが取り付けられるように互いに整列することができる。
図８は、ノード８０４と同時印刷されるのではなく、ノード８０４が３Ｄ印刷（追加製造）された後に取り付けられ得るナット８０２を示す図８００である。一態様では、構造的接続のために、ナット８０２がノードと共同印刷されるのではなく、ノード８０４が印刷（追加製造）された後にナット８０２が取り付けられてもよい。代わりに、保持プレート８０６は、閉じた位置でノード８０４内に共同印刷されてもよい。組み立て時に、拘束タブ８１２を押し下げて、プレートをノード８０４内のスロット８０８に一時的に格納し、ナット８０２をノード８０４内の空洞８１０に挿入できるようにし得る。次いで、タブ８１２を解放することができ、これにより、保持プレート８０６がスライドして出て障壁を形成し、ナット８０２が空洞８１０からスライドして出ないようにすることができる。
一態様では、装置８１４は、付加的に製造された第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）および拘束ナット８０２を含んでよい。拘束ナット８０２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）を第２のコンポーネントに相互接続するために、第１のコンポーネント内に含まれてよい。一態様では、装置は、第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）とともに空洞８１０を形成することができる、付加的に製造された保持プレート８０６をさらに含んでよい。ナット８０２は、空洞８１０内に含まれてよい。保持プレート８０６は、拘束ナット８０２を取り付けるために、第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）内のスロット８０８内でスライドするように構成されてよく、保持プレート８０６は、拘束ナット８０２を保持するために第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）内のスロット８０８から外へスライドするように構成されてよい。タブ８１２は、溝８１６に沿ってスライドして、保持プレート８０６をスロット８０８に出し入れすることができる。
図９は、ナット９０２がノードと同時印刷されるのではなく、ノード９０４が印刷された後に設置され得るナット９０２を示す図９００である。図８（拘束ナット７０２）の例のように、図９のナット９０２は、保持プレートを共同印刷する代わりに、保持プレート９０６を使用して所定の位置に保持することができる。図１の例とは異なり、ただし、図９の例では、保持プレート９０６の閉鎖および解放を容易にするために、拘束ラグまたは拘束スタッド９０８のいずれかを使用してもよい。ボルト（図示せず）がノード９０４に入る前にシム９１０をすり抜けることができるように、ねじ付きシム９１０（例えば、右ねじ付きシム）をナット９０２上に取り付けることができる。保持構造９１２は共同印刷されてもよく、保持スロット９１４を含んでもよい。
一態様では、装置（保持構造９１２）は、付加的に製造された第１のコンポーネント（例えば、ノード９０４）および拘束ナット９０２を含んでよい。拘束ナット９０２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード９０４）を第２のコンポーネント（図示せず）に相互接続するために、第１のコンポーネント（例えば、ノード９０４）内に含まれてよい。装置（保持構造９１２）は、第１のコンポーネント（例えば、ノード９０４）とともに空洞９１６を形成する、付加的に製造された保持プレート９０６をさらに含んでよい。ナット９０２は、空洞９１６内に含まれてよい。拘束ラグまたは拘束スタッド９０８は、保持プレート９０６の閉鎖および解放を促進してよい。
図１０は、ノード１００４と同時印刷するのではなく、ノードが３Ｄ印刷（付加製造）された後に取り付けることができるナット１００２を示す図１０００である。図１０００は、本明細書に記載の構造および他の構造とともに使用され得る回転保持プレート１００６の例を示す。図１０の例は、スロットにスライドして出入りするプレートを使用する図８および図９に関して説明されたタブシステムを適所で使用することができる。
図１０の例では、保持プレート１００６は、六角形ソケット１００８とノード内に共同印刷されてもよく、そこを通ってわずかに小さい六角ナット１００２またはスタッドが挿入されてもよい。一旦ナット１００２／スタッドがソケット１００８に挿入されると、六角形のキー１０１０を使用して保持プレート１００６を３０度回転させて、ナット１００２／スタッドを所定の位置に保持することができる。
一例では、装置は、付加的に製造された第１のコンポーネント（例：ノード１００４）および拘束ナット１００２を含み得る。ナット１００２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード１００４）を第２のコンポーネント（図示せず）に相互接続するために、第１のコンポーネント（例えば、ノード１００４）内に含まれてよい。保持プレート１００６は、ナット１００２をその中に配置するために空洞を開く第１の位置と、ナット１００２を空洞にロックする第２の位置との間で回転可能であってよい。
図１１は、ボルトの代わりに２つのノード１１０４、１１０６を接続する中空ピンを使用したノード間接続を示す図１１００である。図１１に示すように、中空ピン１１０２をボルトの代わりに使用して、２つのノード１１０４、１１０６を接続することができる。ピン１１０２は、オープンフェイスノード（ノード１１０６）を通して別のノード（ノード１１０４）内のソケット１１０８に挿入されてもよい。接続を、例えばソケット１１０８で固定するために、接着剤、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、またはろう付けを使用してもよい。中空ピン１１０２は、ボルトと同様にノードを一緒に保持してもよい。さらに、中空ピンは、接着剤チャネル１１１０を含み、接着剤が中空ピン１１０２を介して入力されて、中空ピンをノード１１０４、１１０６の１つまたは複数に接着させることができる。
一態様では、装置１１１２は、穴１１１４を有する第１の付加的に製造されたコンポーネント（例えば、ノード１１０６）を含んでよい。装置１１１２は、ソケット１１０８を有する第２の付加的に製造されたコンポーネント（例えば、ノード１１０４）を含んでよい。装置１１１２はまた、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の表面１１１８と係合するヘッド１１１６と、ヘッド１１１６から第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の穴１１１４を通って第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のソケット１１０８へ延びるシャフト１１２０とを有するピン１１０２も含んでよい。
一態様では、ピン１１０２は、ヘッド１１１６からシャフト１１２０を通って延びる接着剤注入チャネル１１１０を含む。チャネル１１１０は、穴１１１４、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）、および第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のスロット１１２２と連通していてもよい。
一態様では、装置１１１２は、ピン１１０２のチャネル１１１０を通って、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の穴１１１４および第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のスロット１１２２内に延びる接着剤をさらに含んでもよい。
一態様では、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の穴１１１４内の接着剤および第２のコンポーネント（例えばノード１１０４）のスロット１１２２をシールするために、装置１１１２は、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）と第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）との間にシール１１２４をさらに含む。
図１２は、本明細書で説明されるシステムおよび方法による例示的な方法を示すフローチャート１２００である。ブロック１２０２で、第１のコンポーネントを付加的に製造する。例えば、例示的な３Ｄプリンタを使用して、第１のコンポーネント（例えば、２０４、３０４、４０６、５０８、６０４、８０４、９０４、１００４）を付加的に製造する。
ブロック１２０４で、第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに相互接続するために、第１のコンポーネント内に含まれる拘束ナットを付加的に製造する。例えば、第１のコンポーネント（例えば、２０４、３０４、４０６、５０８、６０４、８０４、９０４、１００４）を第２のコンポーネントに相互接続するために、第１のコンポーネント（例えば、２０４、３０４、４０６、５０８、６０４、８０４、９０４、１００４）に含まれる拘束ナット（例えば、ナット２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、８０２、９０２、１００２）を付加的に製造する。一態様では、拘束ナット（例えば、ナット２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、８０２、９０２、１００２）を付加的に製造することは、拘束ナット（例えば、ナット２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、８０２、９０２、１００２）を第１のコンポーネント（例えば、３０４、４０６、５０８、６０４、８０４、９０４、１００４）と共同印刷（ｃｏ－ｐｒｉｎｔｉｎｇ；同時印刷）することを含み得る。一態様では、拘束ナット（例えば、ナット２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、８０２、９０２、１００２）を付加的に製造することは、ねじ山を形成することを含んでよい。ねじ山を形成することは、ねじ山を付加的に製造することを含んでよい。一態様では、拘束ナット（例えば、ナット２０２、３０２、４０２、６０２）は、第１のコンポーネント（例えば、２０４）内で浮遊するように付加的に製造されてもよい。一態様では、第１のコンポーネント（例えば、２０４）は、拘束ナットが回転するのを防ぐために付加的に製造されてもよい。
ブロック１２０６で、第１のコンポーネントおよびナットと共同印刷された半球形ハウジングを付加的に製造し、ナットは、半球形ハウジングによって第１のコンポーネント内に含まれる。例えば、第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）およびナット（６０２）と共同印刷された半球形ハウジング（６０６）を付加的に製造する。ナット（６０２）は、半球形ハウジング（６０６）によって第１のコンポーネント（例えば、ノード６０４）内に含まれてよい。
ブロック１２０８で、シムを追加し、シムは、第１のコンポーネントとともに空洞を形成し、ナットの軸線に沿ってナットを移動させる。例えば、シム（４０４）を追加する。シム（４０４）は、第１のコンポーネント（４０６）とともに空洞を形成し、ナット（４０２）がナット（４０２）の軸に沿って移動できるようにする。一態様では、シム（４０４）を追加することは、シムを第１のコンポーネント（４０６）に通すことを含んでよい。
ブロック１２１０で、空洞を有するインサートを形成し、第１のコンポーネントはインサートと係合し、ナットは空洞内に含まれる。例えば、空洞（５２０）を有するインサート（５０６）を形成し、第１のコンポーネント（５０８）はインサート（５０６）と係合し、ナット（５０２）は空洞（５２０）内に含まれる。一態様では、第１のコンポーネント（５０８）を付加的に製造することは、付加的に製造されたねじ部（５１０）を形成することを含み、第１のコンポーネント（５０８）のねじ部（５１０）と係合するねじ（５２２）インサート（５０６）を含むインサート（５０６）を形成することをさらに含む。
ブロック１２１２で、第１のコンポーネントの一部とインサートとの間にシムを追加する。例えば、第１のコンポーネント（５０８）の一部とインサート（５０６）との間にシム（５０４）を追加する。
図１３は、本明細書で説明されるシステムおよび方法による例示的な方法を示すフローチャート１３００である。ブロック１３０２で、第１のコンポーネントと共に空洞を形成する保持プレートを付加的に製造し、ナットは空洞内に含まれる。例えば、第１のコンポーネント（例えばノード８０４）とともに空洞（８１０）を形成する保持プレート（８０６）を付加的に製造する。ナット（８０２）は、空洞（８１０）内に含まれてよい。
ブロック１３０４で、第１のコンポーネント内のスロット内でスライドする保持プレートを形成して拘束ナットを取り付け、保持プレートを形成して第１のコンポーネント内のスロットからスライドして拘束ナットを保持する。例えば、拘束ナット（８０２）を取り付けるために第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）内のスロット（８０８）内でスライドする保持プレート（８０６）を形成し、第１のコンポーネント（例えば、ノード８０４）内のスロット（８０８）をスライドして出して拘束ナット（８０２）を保持するために保持プレート（８０６）を形成する。一態様では、保持プレート（８０６）は、ナット（８０２）をその中に配置するために空洞（８１０）を開く第１の位置と、空洞（８１０）にナット（８０２）をロックするための第２の位置との間で回転可能に付加的に製造することができる。
ブロック１３０６では、保持プレートの閉鎖および解放を促進するように構成された、拘束ラグまたは拘束スタッドの少なくとも一方を形成する。例えば、保持プレート（９０６）の閉鎖および解放を容易にするように構成された拘束ラグまたは拘束スタッド（９０８）の少なくとも一方を形成する。一態様では、第１のコンポーネントを付加的に製造することは、ノード（２０４、６０４、８０４、９０４、１００４）を付加的に製造することを含む。
図１４は、本明細書に記載のシステムおよび方法による例示的な方法を示すフローチャート１４００である。ブロック１４０２では、穴を有する第１のコンポーネントを付加的に製造する。例えば、穴（１１１４）を有する第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）を付加的に製造する。
ブロック１４０４では、ソケットを有する第２のコンポーネントを付加的に製造する。例えば、ソケット（１１０８）を有する第２のコンポーネント（例えばノード１１０４）を付加的に製造する。
ブロック１４０６では、第１のコンポーネントの表面に係合するヘッドと、ヘッドから第１のコンポーネントの穴を通って第２のコンポーネントのソケット内に延びるシャフトとを有するピンを形成する。例えば、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の表面（１１１８）に係合するヘッド（１１１６）と、ヘッド（１１１６）から第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の穴（１１１４）を通って第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のソケット（１１０８）に延びるシャフトとを有するピン（１１０２）を形成する。
ブロック１４０８では、ヘッドからシャフトを通って延びる接着剤注入チャネルを含むようにピンを形成する。チャネルは、第１のコンポーネントの穴および第２のコンポーネントのスロットと連通していてもよい。例えば、ヘッド（１１１６）からシャフトを通って延びる接着剤注入チャネル（１１１０）を含むためにピン（１１０２）を形成する。チャネル（１１１０）は、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の穴（１１１４）および第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のスロット（１１２２）と連通し得る。
ブロック１４１０で、ピンのチャネルを通って、第１のコンポーネントの穴および第２のコンポーネントのスロットに延びる接着剤を追加する。例えば、ピン（１１０２）のチャネル（１１１０）を通って、第１のコンポーネント（例えば、ノード１１０６）の穴（１１１４）および第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のスロット（１１２２）に延びる接着剤を追加するる。
ブロック１４１２では、第１のコンポーネントの穴および第２のコンポーネントのスロット内の接着剤を密封するために、第１のコンポーネントと第２のコンポーネントの間にシールを形成する。例えば、第１のコンポーネント（ノード１１０６）の穴（１１１４）および第２のコンポーネント（例えば、ノード１１０４）のスロット（１１２２）内の接着剤をシール（１１２４）するために、第１のコンポーネントと第２のコンポーネント（ノード１１０６、１１０４）との間にシール（１１２４）を形成する。
前述の説明は、当業者が本明細書で説明される様々な態様を実施できるようにするために提供される。本開示を通して提示されるこれらの例示的な実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に開示される概念は、３Ｄ印刷コンポーネントおよびファスナに適用されてよい。したがって、特許請求の範囲は、本開示を通して提示される例示的な実施形態に限定されることを意図するものではなく、言語の特許請求の範囲と一致する全範囲が与えられるべきである。当業者に知られている、または後に当業者に知られるようになる本開示を通して説明される例示的な実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的等価物は、特許請求の範囲に含まれることが意図される。さらに、本明細書に開示されているものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公衆に捧げられることを意図していない。要素がフレーズ「手段」を用いて明示的に記載されていないか、または方法クレームの場合に要素がフレーズ「ステップ」を用いて記載されていない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）の規定または適用できる轄区の類似した法律に基づいて解釈されるクレーム要素はない。

Claims (37)

  1. 装置であって、
    付加的に製造される第１のコンポーネントと、
    前記第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに相互接続するために、前記第１のコンポーネント内に含まれる拘束ナットであって、前記拘束ナットの少なくとも１つまたは前記拘束ナット用の空洞の少なくとも一部分は、前記第１のコンポーネントと共同印刷される、拘束ナットと、
    を備える、装置。
  2. 前記拘束ナットはねじ山を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記ねじ山は付加的に製造される、請求項２に記載の装置。
  4. 前記拘束ナットは、前記第１のコンポーネントによって回転することを防止される、請求項１に記載の装置。
  5. 前記第１のコンポーネントと一緒に前記空洞を形成し、前記拘束ナットが前記拘束ナットの軸線に沿って移動することを可能にするシムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  6. 前記シムは、前記第１のコンポーネントにねじ込まれる、請求項５に記載の装置。
  7. 前記空洞の別の部分を有するインサートをさらに備え、前記第１のコンポーネントは前記インサートと係合し、前記拘束ナットは前記空洞内に含まれる、請求項１に記載の装置。
  8. 前記第１のコンポーネントは、付加的に製造されるねじ部を備え、前記インサートは、前記第１のコンポーネントの前記ねじ部と係合するねじインサートを備える、請求項７に記載の装置。
  9. 前記第１のコンポーネントの一部と前記インサートとの間にシムをさらに備える、請求項７に記載の装置。
  10. 前記第１のコンポーネントと一緒に前記空洞を形成する付加的に製造される保持プレートをさらに備え、前記拘束ナットは前記空洞内に含まれる、請求項１に記載の装置。
  11. 前記保持プレートは、前記拘束ナットを取り付けるために前記第１のコンポーネント内のスロット内でスライドするように構成され、前記保持プレートは、前記拘束ナットを保持するために前記第１のコンポーネント内のスロットから外へスライドするように構成される、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記保持プレートは、前記空洞を開いて中に前記拘束ナットを配置する第１の位置と、前記拘束ナットを前記空洞にロックする第２の位置との間で回転可能である、請求項１０に記載の装置。
  13. 前記保持プレートの閉鎖および解放を容易にするように構成された拘束ラグまたは拘束スタッドのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
  14. 前記第１のコンポーネントおよび前記第２のコンポーネントのうちの少なくとも１つは、ノードを含む、請求項１に記載の装置。
  15. 装置であって、
    穴を有する付加的に製造される第１のコンポーネントと、
    ソケットを有する第２の付加的に製造されるコンポーネントと、
    前記第１のコンポーネントの表面に係合するヘッド、および、前記ヘッドから前記第１のコンポーネントの穴を通って前記第２の付加的に製造されるコンポーネントのソケット内に延びるシャフト、を有するピンであって、前記ピンは、前記第１の付加的に製造されるコンポーネントの穴および前記第２の付加的に製造されるコンポーネントのスロットと連通する接着剤注入チャネルを備える、ピンと、
    を備える、装置。
  16. 前記接着剤注入チャネルは、前記ヘッドから前記ピンの前記シャフトを通って延びる、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記ピンの前記接着剤注入チャネルを通って、前記第１のコンポーネントの穴および前記第２の付加的に製造されるコンポーネントのスロット内に延びる接着剤をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記第１のコンポーネントの穴および前記第２の付加的に製造されるコンポーネントのスロット内の接着剤を密封するために、前記第１のコンポーネントと前記第２の付加的に製造されるコンポーネントとの間にシールをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
  19. 方法であって、
    第１のコンポーネントを付加的に製造するステップと、
    前記第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに相互接続するための、前記第１のコンポーネント内に含まれる拘束ナットを付加的に製造するステップと、
    を含む、方法。
  20. 前記拘束ナットを付加的に製造するステップは、前記拘束ナットを前記第１のコンポーネントと共同印刷するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記拘束ナットを付加的に製造するステップは、ねじ山を形成するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記ねじ山を形成するステップは、ねじ山を付加的に製造するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記第１のコンポーネントは、前記拘束ナットが回転するのを防ぐように付加的に製造される、請求項１９に記載の方法。
  24. 前記第１のコンポーネントと一緒に空洞を形成し、前記拘束ナットが前記拘束ナットの軸線に沿って移動することを可能にするシムを追加するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  25. 前記シムを追加するステップは、前記シムを前記第１のコンポーネントにねじ込むステップを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 空洞を有するインサートを形成するステップをさらに含み、前記第１のコンポーネントは前記インサートと係合し、前記拘束ナットは前記空洞内に含まれる、請求項１９に記載の方法。
  27. 前記第１のコンポーネントを付加的に製造するステップは、付加的に製造されたねじ部を形成するステップを含み、前記第１のコンポーネントの前記ねじ部と係合するねじ付きインサートを含むインサートを形成するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記第１のコンポーネントの一部と前記インサートとの間にシムを追加するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
  29. 前記第１のコンポーネントと一緒に空洞を形成する保持プレートを付加的に製造するステップをさらに含み、前記拘束ナットは前記空洞内に含まれる、請求項１９に記載の方法。
  30. 前記拘束ナットを取り付けるために前記第１のコンポーネント内のスロット内でスライドする保持プレートを形成し、前記拘束ナットを保持するために前記第１のコンポーネント内のスロットから外へスライドする保持プレートを形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記保持プレートは、前記空洞を開いて中に前記拘束ナットを配置する第１の位置と、前記拘束ナットを前記空洞にロックする第２の位置との間で回転可能に付加的に製造される、請求項２９に記載の方法。
  32. 前記保持プレートの閉鎖および解放を促進するように構成された拘束ラグまたは拘束スタッドのうちの少なくとも１つを形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  33. 前記第１のコンポーネントを付加的に製造するステップは、ノードを付加的に製造するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
  34. 方法であって、
    穴を有する第１のコンポーネントを付加的に製造するステップと、
    ソケットを有する第２のコンポーネントを付加的に製造するステップと、
    前記第１のコンポーネントの表面に係合するヘッド、および、前記ヘッドから前記第１のコンポーネントの穴を通って前記第２のコンポーネントのソケット内に延びるシャフト、を有するピンであって、前記ピンは、前記第１のコンポーネントの穴および前記第２のコンポーネントのスロットと連通する接着剤注入チャネルを備える、ピンを形成するステップと、
    を含む、方法。
  35. 前記接着剤注入チャネルは、前記ヘッドから前記ピンの前記シャフトを通って延びる、請求項３４に記載の方法。
  36. 前記ピンの前記接着剤注入チャネルを通って、前記第１のコンポーネントの穴および前記第２のコンポーネントのスロットに延びる接着剤を追加するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
  37. 前記第１のコンポーネントの穴および前記第２のコンポーネントのスロット内の接着剤を密封するために、前記第１のコンポーネントと前記第２のコンポーネントとの間にシールを形成するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
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