KR20200138733A - 시스템 및 적층 제조 시스템용 프린트 헤드 - Google Patents

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KR20200138733A
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트레버 데이비드 벗지
라이언 씨 스토켓
타일러 앨버라도
케네스 라일 타일러
콜린 휴 햄블링
브라이언 던햄
네이선 앤드류 스크랜버그
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컨티뉴어스 컴포지츠 인코포레이티드
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Abstract

적층 제조 시스템용 프린트 헤드가 개시된다. 프린트 헤드는 매트릭스 및 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 수용 단부; 및 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 방출 단부를 포함할 수 있다. 프린트 헤드는, 방출 단부에 위치되고, 프린트 헤드를 위한 공구 중심점을 형성하는 컴팩터를 또한 포함할 수 있다.

Description

시스템 및 적층 제조 시스템용 프린트 헤드
관련 출원
이 출원은 2018년 4월 11일자로 출원된 미국 임시 출원 제62/656,155호에 기반되고, 이의 우선권의 이익을 주장하며, 이의 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 제조 시스템에 관한 것으로, 특히 적층 제조 시스템용 프린트 헤드에 관한 것이다.
연속 섬유 3D 프린팅(일명 CF3D ™)은 이동 가능한 프린트 헤드로부터 방출되는 재료 내에 매립된 연속적인 섬유의 사용을 포함한다. 매트릭스는 프린트 헤드에 공급되고, 동일한 헤드를 통해서 하나 이상의 연속적인 섬유와 함께 동시에 방출된다(예를 들어, 압출되고 그리고/또는 인발된다). 매트릭스는 전통적인 열가소성 수지, 액체 열경화성 수지(예를 들어, UV 경화성 및/또는 2-파트 수지), 또는 이들 및 기타 공지된 매트릭스의 조합일 수 있다. 프린트 헤드를 나가면, 경화 개선장치(예를 들어, UV 광, 초음파 방출기, 열원, 촉매 공급 장치 등)가 활성화되어 매트릭스의 경화를 시작하고 그리고/또는 완료한다. 이 경화는 거의 즉시 발생되어, 지지되지 않은 구조가 자유 공간에 제작될 수 있다. 그리고 섬유, 특히 연속적인 섬유가 구조체 내에 매립될 때, 구조체의 강성은 매트릭스 의존적 강성을 넘어 배가될 수 있다. 이 기술의 예는 2016년 12월 6일자로 Tyler에게 발행된 미국 특허 제9,511,543호("'543 특허")에 개시되어 있다.
연속적인 섬유 3D 프린팅은 연속적인 섬유 보강물을사용하지 않는 제조 공정에 비해 증가된 강성을 제공하지만, 매트릭스를 이용한 섬유의 적절한 젖음, 섬유의 적절한 커팅, 커팅 후 자동적인 재시작, 방출 후 매트릭스 코팅 섬유의 적절한 컴팩트화, 컴팩트화된 재료의 적절한 경화를 보장하기 위해 주의를 기울여야 한다. 개시된 프린트 헤드 및 시스템은 종래 기술의 이러한 이슈 및/또는 문제점 중 하나 이상에 관한 것이고 이를 다룬다.
일 양태에서, 본 개시내용은 적층 제조 시스템용 프린트 헤드에 관한 것이다. 프린트 헤드는 매트릭스 및 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 수용 단부; 및 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 방출 단부를 포함할 수 있다. 프린트 헤드는, 방출 단부에 위치되고, 프린트 헤드를 위한 공구 중심점을 형성하는 컴팩터를 또한 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 복합물 구조체를 적층 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은 매트릭스 및 연속적인 보강물을 무노즐(nozzle-less) 프린트 헤드 안으로 지향시키는 단계; 및 연속적인 보강물을, 연속적인 보강물의 정렬을 유지하는 가이드 모듈에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 컴팩터를 사용하여 매트릭스 및 연속적인 보강물을 무노즐 프린트 헤드로부터 방출 시 컴팩트화하는 단계; 및 컴팩트화 후 경화 에너지에 매트릭스를 노출시키는 단계를 또한 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 적층 제조 시스템용 다른 프린트 헤드에 관한 것이다. 이 프린트 헤드는 매트릭스 및 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 수용 단부; 및 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 방출 단부를 포함할 수 있다. 프린트 헤드는 또한 수용 단부와 방출 단부 사이에 위치된 공급기를 포함할 수 있고, 공급기는 연속적인 보강물 및 매트릭스의 방출 동안에 선택된 시간에만 프린트 헤드로부터 연속적인 보강물을 밀어내도록 구성된다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 공급기는 시작 시퀀스 동안에만 연속적인 보강물과 매트릭스를 프린트 헤드 밖으로 가압하도록 구성될 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 공급기는 적어도 하나의 편심 캠 롤러를 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 편심 캠 롤러는, 제1 반경을 갖고 연속적인 보강물과 맞물리도록 구성되는 제1 부분, 및 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 제1 부분의 원호 길이는 선택된 시간에 프린트 헤드로부터 밀려 나온 연속적인 보강물의 길이와 동일할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 프린트 헤드는 편심 캠 롤러의 하류에 위치된 컴팩트화 모듈, 및 편심 캠 롤러와 컴팩트화 모듈 사이에 위치된 커팅 모듈을 더 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 원호의 길이는 커팅 모듈과 컴팩트화 모듈 사이의 거리와 같을 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 편심 캠 롤러는 제1 편심 캠 롤러일 수 있고, 프린트 헤드는 제1 편심 캠 롤러에 대향하게 배향된 제2 편심 캠 롤러를 더 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 프린트 헤드는 적어도 제1 편심 캠 롤러의 회전을 구동하도록 구성된 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 프린트 헤드는 제1 편심 캠 롤러를 제2 편심 캠 롤러에 작동적으로 연결하는 기어 트레인을 더 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 제1 편심 캠 롤러는 제2 편심 캠 롤러를 향해 바이어스될 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 복합물 구조체를 적층 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 갠트리 및 복합물 구조체의 제조 동안 복수의 방향으로 이동하는 로봇 암 중 적어도 하나, 및 갠트리 및 로봇 암 중 적어도 하나에 결합된 헤드를 포함할 수 있다. 헤드는 매트릭스 및 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 수용 단부; 및 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 방출 단부를 포함할 수 있다. 헤드는 또한 수용 단부와 방출 단부 사이에 위치된 편심 캠 롤러를 포함할 수 있다. 편심 캠 롤러는 시작 시퀀스 동안에만 프린트 헤드에서 연속적인 보강물을 밀어 내도록 구성될 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 편심 캠 롤러 각각은, 제1 반경을 갖고 연속적인 보강물과 맞물리도록 구성되는 제1 부분, 및 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다. 제1 부분의 원호 길이는 선택된 시간에 프린트 헤드로부터 밀려 나온 연속적인 보강물의 길이와 동일할 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 시스템은 편심 캠 롤러의 하류에 위치된 컴팩트화 모듈, 및 편심 캠 롤러와 컴팩트화 모듈 사이에 위치된 커팅 모듈을 더 포함할 수 있다. 원호의 길이는 커팅 모듈과 컴팩트화 모듈 사이의 거리와 같을 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 복합물 구조체를 적층 제조하는 다른 방법에 관한 것이다. 이 방법은 프린트 헤드의 제1 단부에서 매트릭스 및 연속적인 보강물을 수용하는 단계, 및 프린트 헤드의 제2 단부로부터 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 연속적인 보강물 및 매트릭스의 방출 동안에 선택된 시간에만 프린트 헤드로부터 연속적인 보강물을 밀어내는 단계를 또한 포함할 수 있다.
방법의 일 실시형태에서, 선택된 시간에만 프린트 헤드로부터 연속적인 강화물을 밀어내는 단계는 시작 시퀀스 동안에만 연속적인 강화물과 매트릭스를 프린트 헤드 밖으로 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
방법의 일 실시형태에서, 방법은 시작 시퀀스 동안 이외의 시간에 방출 동안 연속적인 보강물이 프린트 헤드로부터 당겨지도록 프린트 헤드를 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법의 일 실시형태에서, 연속적인 보강물을 프린트 헤드 밖으로 가압하는 단계는 프린트 헤드의 커팅 모듈과 컴팩트화 모듈 사이의 거리와 동일한 길이의 연속적인 보강물을 밀어내는 단계를 포함할 수 있다.
방법의 일 실시형태에서, 방법은 프린트 헤드 외부에 그리고 컴팩트화 모듈의 하류의 위치에서 매트릭스를 경화 에너지에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법의 일 실시형태에서, 방법은 프린트 헤드 내부에서 매트릭스로 연속적인 보강물을 적어도 부분적으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 적층 제조 시스템용 다른 프린트 헤드에 관한 것이다. 이 프린트 헤드는 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 제1 단부, 및 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 제2 단부를 포함할 수 있다. 프린트 헤드는 또한 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된 커팅 모듈을 포함할 수 있다. 커팅 모듈은 블레이드, 앤빌, 및 블레이드와 앤빌 중 적어도 하나에 작동적으로 연결된 액츄에이터를 포함한다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 액츄에이터는 블레이드 및 앤빌 중 하나를 블레이드 및 앤빌 중 다른 하나에 대해 그리고 연속적인 보강물을 통해 이동시키도록 구성된 선형 액츄에이터일 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 앤빌은 액츄에이터의 중심 축선에 대해 헤드를 통한 연속적인 보강물의 이동 방향으로 오프셋된 팁을 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 프린트 헤드는 제1 단부로부터 제2 단부로 연장되는 하우징을 더 포함할 수 있으며, 액츄에이터는 하우징에 장착된다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 커팅 모듈은 연속적인 보강물이 통과하는 중앙 개구를 갖는 리딩 프레임 구성요소, 및 일반적으로 리딩 프레임 구성요소의 중앙 개구와 정렬된 중앙 개구를 갖는 트레일링 프레임 구성요소를 더 포함할 수 있다. 블레이드와 앤빌은 리딩 프레임 구성요소와 트레일링 프레임 구성요소 사이에 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 앤빌은 리딩 및 트레일링 프레임 구성요소의 중앙 개구들을 통과하도록 구성될 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 앤빌은 리딩 및 트레일링 프레임 구성요소 사이에 슬라이딩되도록 장착될 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 프린트 헤드는 리딩 및 트레일링 프레임 구성요소 사이에 형성된 채널을 더 포함할 수 있으며, 앤빌의 대향 에지는 채널 내에서 슬라이딩된다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 채널은 앤빌의 슬라이딩을 용이하게 하는 윤활유를 유지하도록 구성될 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 블레이드는 중앙 개구들의 둘레에서 리딩 및 트레일링 프레임 구성요소에 고정적으로 연결될 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 블레이드는 절삭날에 세레이션을 포함할 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 연속적인 보강물은 세레이션 각각의 직경의 정수배보다 더 큰 직경을 가질 수 있다.
프린트 헤드의 일 실시형태에서, 연속적인 보강물의 직경은 약 1.82E-4 인치 내지 1.48E-3 인치일 수 있으며, 연속적인 보강물의 직경은 세레이션 각각의 직경보다 약 .005 내지 .020" 더 클 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 복합물 구조체를 적층 제조하기 위한 다른 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 갠트리 및 복합물 구조체의 제조 동안 복수의 방향으로 이동하는 로봇 암 중 적어도 하나, 및 갠트리 및 로봇 암 중 적어도 하나에 결합된 헤드를 포함할 수 있다. 프린트 헤드는 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 제1 단부, 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 제2 단부, 및 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치된 커팅 모듈을 포함할 수 있다. 커팅 모듈은 블레이드, 앤빌, 및 블레이드와 앤빌 중 적어도 하나에 작동적으로 연결된 선형 액츄에이터를 포함할 수 있다. 선형 액츄에이터는 블레이드 및 앤빌 중 하나를 블레이드 및 앤빌 중 다른 하나에 대해 그리고 연속적인 보강물을 통해 이동시키도록 구성될 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 앤빌은 액츄에이터의 중심 축선에 대해 헤드를 통한 연속적인 보강물의 이동 방향으로 오프셋된 팁을 포함할 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 커팅 모듈은 연속적인 보강물이 통과하는 중앙 개구를 갖는 리딩 프레임 구성요소, 및 일반적으로 리딩 프레임 구성요소의 중앙 개구와 정렬된 중앙 개구를 갖는 트레일링 프레임 구성요소를 더 포함할 수 있다. 블레이드와 앤빌은 리딩 프레임 구성요소와 트레일링 프레임 구성요소 사이에 위치될 수 있다. 앤빌은 리딩 및 트레일링 프레임 구성요소의 중앙 개구들을 통과하도록 구성될 수 있다. 블레이드는 중앙 개구들의 둘레에서 리딩 및 트레일링 프레임 구성요소에 고정적으로 연결될 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 시스템은 리딩 프레임 구성요소와 트레일링 프레임 구성요소 사이에 형성된 채널을 더 포함할 수 있다. 앤빌의 대향하는 에지들은 채널들 내에서 슬라이딩될 수 있다. 채널은 앤빌의 슬라이딩을 용이하게 하는 윤활유를 유지하도록 구성될 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 블레이드는 절삭날에 세레이션을 포함할 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 연속적인 보강물은 세레이션 각각의 직경의 정수배보다 더 큰 직경을 가질 수 있다.
시스템의 일 실시형태에서, 연속적인 보강물의 직경은 약 1.82E-4 인치 내지 1.48E-3 인치일 수 있으며, 연속적인 보강물의 직경은 세레이션 각각의 직경보다 약 .005 내지 .020" 더 클 수 있다.
도 1은 개시된 예시적인 제조 시스템의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 제조 시스템과 함께 활용될 수 있는 개시된 예시적인 헤드의 개략도이다.
도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3의 프린트 헤드의 일부를 형성할 수 있는 예시적인 가이드 모듈의 개략도이다.
도 6 및 도 7는 도 2 및 도 3의 프린트 헤드의 일부를 형성할 수 있는 예시적인 피딩 모듈의 개략도이다.
도 8 및 도 9는 도 2 및 도 3의 프린트 헤드의 일부를 형성할 수 있는 예시적인 커팅 모듈의 개략도이다.
도 10, 도 11 및 도 12는 도 2 및 도 3의 프린트 헤드의 일부를 형성할 수 있는 예시적인 컴팩트화 모듈의 개략도이다.
도 13은 도 2 및 도 3의 프린트 헤드의 일부를 형성할 수 있는 예시적인 경화 모듈의 개략도이다.
도 1은 임의의 원하는 단면 형상(예를 들어, 원형, 다각형 등)을 갖는 복합물 구조체(12)를 연속적으로 제조하기 위해서 사용될 수 있는 예시적인 시스템(10)을 도해한다. 시스템(10)은 적어도 서포트(14) 및 프린트 헤드("헤드")(16)를 포함할 수 있다. 헤드(16)는 서포트(14)에 결합되어 이에 의해서 이동될 수 있다. 도 1의 개시된 실시형태에서, 서포트(14)는, 구조체(12)의 결과적인 종방향 축선이 3차원이 되도록, 구조체(12)를 제조하는 동안 다수의 방향으로 헤드(16)를 이동시킬 수 있는 로봇 아암이다. 그러나, 서포트(14)가 대안적으로, 구조체(12)의 제조 동안 헤드(16)를 다수 방향으로 이동시킬 수 있는 오버헤드 갠트리(overhead gantry) 또는 하이브리드 갠트리/아암일 수 있다는 점이 고려된다. 비록 서포트(14)가 다-축선 운동이 가능한 것으로 도시되나, 헤드(16)를 동일한 방식으로 또는 상이한 방식으로 이동시킬 수 있는 임의의 다른 타입의 서포트(14)가 또한 활용될 수 있다는 점이 고려된다. 일부 실시형태에서, 드라이브가 헤드(16)를 서포트(14)에 기계적으로 결합시킬 수 있고, 헤드(16)를 이동시키도록 그리고/또는 파워 또는 재료를 헤드에 공급하도록 협력하는 구성요소를 포함할 수 있다.
헤드(16)는 적어도 부분적으로 매트릭스로 코팅된 보강물을 수용하거나 또는 그렇지 않으면 담도록 구성될 수 있다. 매트릭스는 경화 가능한 임의의 타입의 재료(예를 들어, 제로-휘발성 유기 화합물 수지와 같은 액체 수지, 분말 금속 등)를 포함할 수 있다. 예시적인 매트릭스는 열경화성 수지, 단일 또는 다중 부분 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 양이온성 에폭시, 아크릴화 에폭시, 우레탄, 에스테르, 열가소성 수지, 광중합체, 폴리에폭사이드, 티올, 알켄, 티올-엔 등을 포함한다. 일부 예에서, 헤드(16) 내부의 매트릭스 재료는 조기 경화를 억제하거나 방출 후 원하는 경화 속도를 얻기 위해 냉각되고 그리고/또는 어둡게 유지될 필요가 있을 수 있다. 다른 예에서, 매트릭스 재료는 유사한 이유 때문에 보온될 필요가 있을 수 있다. 어느 상황에서든, 헤드(16)는 이러한 필요성에 대비하기 위해 특별히 구성(예를 들어, 절연, 온도 제어, 차폐 등)될 수 있다.
여러 개의 보강물이 동시에 사용되는 경우, 보강물이 동일한 유형이고 동일한 직경과 단면 모양(예를 들어, 원형, 정사각형, 평면 등)을 갖거나, 또는 상이한 직경 및/또는 단면 모양을 갖는 상이한 유형일 수 있다. 보강물은, 예를 들어, 탄소 섬유, 식물성 섬유, 목재 섬유, 광물 섬유, 유리 섬유, 금속 와이어, 광학 튜브 등을 포함할 수 있다. 용어 "보강물"이 헤드(16)로부터 방출되는 매트릭스에 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있는 구조적 및 비구조적 타입의 연속적 재료를 모두 포함하는 것을 의미한다는 점에 주의한다. 매트릭스, 건식 보강물, 및/또는 매트릭스에 이미 노출된 보강물(예를 들어, 습윤 보강물)은 당업자에게 명백한 임의의 방식으로 헤드(16) 내로 운반될 수 있다.
매트릭스 재료 및/또는 보강물은 적어도 두 개의 상이한 작동 모드를 통해 헤드(16)로부터 방출될 수 있다. 제1 작동 모드에서, 헤드(16)가 서포트(14)에 의해 이동되어 구조체(12)의 종축 내에서 3차원 궤적을 생성할 때, 매트릭스 재료 및/또는 보강물은 헤드(16)에서 압출된다(예를 들어, 압력 및/또는 기계적 힘 하에서 가압됨). 제2 작동 모드에서, 적어도 보강물은, 방출되는 동안 인장 응력이 보강물에 생성되도록 헤드(16)로부터 당겨진다. 이 작동 모드에서, 매트릭스 재료는 보강물에 달라 붙을 수 있고, 따라서 보강물과 함께 헤드(16)로부터 당겨질 수 있고, 그리고/또는 매트릭스 재료는 당겨진 보강물과 함께 압력 하에서 헤드(16)로부터 방출될 수 있다. 매트릭스 재료가 보강물과 함께 헤드(16)로부터 당겨지는 제2 작동 모드에서, 보강물의 결과적인 장력은 구조체(12)의 강도를 (예를 들어, 보강물을 정렬시키고, 버클링을 억제하고, 하중을 균등하게 분산시킴으로써) 증가시키면서, 또한 더 긴 길이의 비지지 구조체(12)가 더 직선적인 궤적을 갖도록 할 수 있다. 즉, 매트릭스 재료의 경화 후 남아 있는 보강물 내의 장력은 구조체(12)에 대해 지지를 제공하도록 중력에 대항하게끔(예를 들어, 직접적으로 그리고/또는 간접적으로 중력에 대항하는 모멘트를 생성함으로써) 작용할 수 있다.
보강물은 헤드(16)가 앵커 포인트(18)로부터 멀어짐에 따라 헤드(16)로부터 당겨질 수 있다. 특히, 구조체 형성이 시작될 때 일정 길이의 매트릭스 함침 보강물은, 방출된 재료가 앵커 포인트(18)에 부착되도록(또는 그렇지 않으면 결합되도록), 헤드(16)로부터 당겨지거나 밀려지고, 앵커 포인트(18)에 퇴적되고, 경화될 수 있다. 그 후, 헤드(16)는 앵커 포인트(18)로부터 멀어지게 이동될 수 있고, 상대적인 이동은 보강물이 헤드(16)로부터 당겨지게 할 수 있다. 필요한 경우, 헤드(16)를 통한 보강물의 이동이 (예를 들어, 내부 헤드 메커니즘을 통해) 지원될 수 있다는 점이 주의된다. 그러나, 헤드(16)로부터 보강물의 방출 속도는 주로 헤드(16)와 앵커 포인트(18) 사이의 상대적인 이동의 결과일 수 있으며, 그에 따라 보강물 내에서 장력이 생성된다. 앵커 포인트(18)는 헤드(16)가 앵커 포인트 (18)로부터 멀어지는 대신에 또는 이에 부가하여 헤드(16)로부터 멀어지게 이동될 수 있다는 점이 고려된다.
하나 이상의 경화 개선장치(예를 들어, 하나 이상의 광원, 초음파 방출기, 레이저, 히터, 촉매 디스펜서, 마이크로파 발생기 등-도 1에 도시되지 않음)는 헤드(16)의 일부를 형성할 수 있고, 헤드(16)로부터 방출될 때 매트릭스의 경화 속도 및/또는 품질을 향상시키도록 구성될 수 있다. 경화 개선장치(들)는 구조체(12)의 형성 중에 구조체(12)의 내측 및/또는 외측 표면을 에너지(예를 들어, 광 에너지, 전자기 복사, 진동, 열, 화학 촉매 또는 경화제 등)에 선택적으로 노출시키도록 제어될 수 있다. 에너지는 매트릭스 내에서 발생하는 화학 반응의 속도를 증가시키고, 재료를 소결하거나, 재료를 경화시키거나, 또는 그렇지 않으면 재료가 헤드(16)에서 방출될 때 경화되도록 할 수 있다.
제어기(21)가 제공될 수 있고, 서포트(14) 및 헤드(16)와 통신 가능하게 결합될 수 있다. 제어기(21)는 시스템(10)의 작동을 제어하기 위한 수단을 포함하는 단일 프로세서 또는 다수의 프로세서를 구현할 수 있다. 제어기(21)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서 또는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 제어기(21)는, 예를 들어, 설계 한계, 성능 특성, 작동 명령, 매트릭스 특성, 강화 특성, 구조체(12)의 특성 및 시스템(10)의 각 구성요소의 대응하는 매개 변수와 같은 데이터를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하거나 이와 연관될 수 있다. 전력 공급 회로, 신호 조절 회로, 솔레노이드/모터 드라이버 회로, 통신 회로 및 기타 적절한 회로를 포함하는 다양한 다른 알려진 회로가 제어기(21)와 연관될 수 있다. 더욱이, 제어기(21)는 유선 및/또는 무선 전송을 통해 시스템(10)의 다른 구성요소와 통신할 수 있다.
하나 이상의 맵이 제어기(21)의 메모리에 저장되고 구조체(12)의 제조 동안 사용될 수 있다. 이러한 맵 각각은 모델, 룩업 테이블, 그래프 및/또는 방정식 형태의 데이터 컬렉션을 포함할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 맵은 제어기(21)에 의해 구조체(12) 내의 상이한 위치에서 경화 개선장치(들), 연관된 매트릭스 및/또는 연관된 보강물의 원하는 특성을 결정하기 위해 사용된다. 특성은 무엇보다도 구조체(12) 내의 특정 위치에서 방출될 보강물 및/또는 매트릭스의 타입, 양 및/또는 구성, 및/또는 원하는 경화의 양, 강도, 모양 및/또는 위치를 포함할 수 있다. 제어기(21)는 서포트(14)의 작동(예를 들어, 헤드(16)의 위치 및/또는 배향) 및/또는 헤드(16)로부터의 재료의 방출(재료의 유형, 재료의 원하는 성능, 재료의 교차결합 요건, 방출 속도 등)을 관련시켜, 구조체(12)가 원하는 방식으로 생성되도록 할 수 있다.
예시적인 헤드(16)가 도 2 및 도 3에 더 상세히 개시된다. 헤드(16)는, 무엇보다도, 가이드 모듈(22), 피딩 모듈(24), 커팅 모듈(26), 컴팩트화 모듈(28), 및 경화 모듈(30)을 유지하거나, 둘러싸거나, 수용하거나, 또는 그렇지 않으면, 그에 대한 장착을 제공하도록 구성된 하우징(20)을 포함할 수 있다. 추가적인 그리고/또는 상이한 모듈(예를 들어, 섬유 저장 모듈, 장력 관리 모듈, 함침 모듈 등)이, 원한다면, 포함될 수 있다는 점이 주의된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 위에서 설명된 매트릭스, 건식 보강물 및/또는 매트릭스 습윤(matrix-wetted) 보강물은 가이드 모듈(22)을 통해 수용되고, 피딩 모듈(24)에 의해 선택적으로 전진되고, 커팅 모듈(26)에 의해 절단되고, 컴팩트화 모듈(28)에 의해 압축되고, 경화 모듈(30)에 의해 굳어지거나 달리 경화될 수 있다.
하우징(20)은, 헤드(16)의 나머지 구성 요소를 지지할 수 있고, 또한 인쇄 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 주변 에너지(예를 들어, UV 광)의 침투를 제한할 수 있는 다면(multi-sided) 인클로저를 형성하기 위해 서로 연결된 임의의 수의 패널을 포함할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 인클로저는 일반적으로 사면이고, 적어도 부분적으로 개방된 수용 단부 또는 상단부(32)와 방출 단부 또는 하단부(34)를 갖는다. 인클로저는 원하는 경우 더 많거나 더 적은 수의 측면을 가질 수 있다. 하우징(20)의 4개의 측면은 리드 패널(36), 리드 패널(36)의 반대편에 위치한 트레일 패널(38), 리드 패널(36)과 트레일 패널(38) 사이에 고정된(예를 들어, 볼트 체결된, 용접된, 화학적으로 결합된 또는, 그렇지 않으면 일체로 제조된) 측면 패널(40), 및 측면 패널(40)의 반대편에 위치한 도어(42)(명확성을 위해 도 3에서 생략됨)를 포함할 수 있다. 도어(42)는 하나 이상의 힌지(44)를 통해 리드 및 트레일 패널(36, 38) 중 하나에 피벗식으로 연결될 수 있고, 래치(예를 들어, 자기 래치)(46)를 통해 리드 및 트레일 패널(36, 38) 중 다른 것에 선택적으로 연결될 수 있다. 그러나, 도어(42)를 하우징(20)의 나머지 부분에 제거 가능하게 연결하는 다른 수단이 구현될 수 있다는 점이 고려된다.
리드 패널(36)은 헤드(16)의 정상적인 이동 방향(화살표(48)로 표시됨)에 대해 헤드(16)의 선두 측에 위치될 수 있다. 리드 패널(36)은, 다른 윤곽 및 형상이 고려되지만, 일반적으로 직사각형 형상을 갖는 평판을 구현할 수 있다. 리드 패널(36)의 폭은 길이보다 좁을 수 있고(예를 들어, 길이의 1/2 미만), 리드 패널(36)의 두께는 폭보다 작을 수 있다. 리드 패널(36)의 수용 단부(32)는 직각 에지를 가질 수 있는 반면, 리드 패널 (36)의 방출 단부(34)는 안쪽으로 모따기될 수 있다. 리드 패널(36)을 다른 패널에 연결하는 데 사용하기 위해 리드 패널(36)의 둘레에 복수의 관통 구멍이 형성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 관통 및/또는 블라인드 홀이 상기 나열된 모듈 중 임의의 것을 장착하는 데 사용하기 위해 리드 패널(36)의 중앙 필드 내에 형성될 수 있다.
트레일 패널(38)은 헤드(16)의 정상적인 이동 방향에 대해 헤드(16)의 트레일링 측에 위치될 수 있다. 리드 패널(36)처럼, 트레일 패널(38)은 일반적으로 직사각형 형상을 갖는 평판을 구현할 수 있다. 트레일 패널(38)은 리드 패널(36)과 동일한 전체적인 폭 및 두께를 가질 수 있지만 더 큰 길이를 가질 수 있다. 트레일 패널(38)의 수용 단부(32)는 일반적으로 리드 패널(36)의 직각 에지와 정렬되는 직각 에지를 가질 수 있으며, 트레일 패널(38)의 방출 단부(34)는 리드 패널(36)의 모따기된 에지를 지나 연장될 수 있다. 트레일 패널(38)의 방출 단부(34)는 모따기될 수 있거나 모따기되지 않을 수 있다. 트레일 패널(38)을 다른 패널에 연결하는 데 사용하기 위해 트레일 패널(38)의 둘레에 복수의 관통 구멍이 형성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 관통 및/또는 블라인드 홀이 상기 나열된 모듈 중 임의의 것을 장착하는 데 사용하기 위해 트레일 패널(38)의 중앙 필드 내에 형성될 수 있다.
측면 패널(40) 및 도어(42)는 형상 및 크기에 있어 실질적으로 동일할 수 있다. 측면 패널(40) 및 도어(42) 각각은, 수용 단부(32)가 일반적으로 직각이고 방출 단부(34)가 각진 다각형 형상을 갖는 평판을 구현할 수 있다. 측면 패널(40) 및 도어(42)의 방출 단부(34)는 리드 패널(36)의 모따기된 에지로부터 트레일 패널(38)의 직각 에지로 연장되는 직각 에지를 가질 수 있다. 복수의 관통 구멍이 리드 및/또는 트레일 패널(36, 38)에 대한 연결을 위해 측면 패널(40) 및/또는 도어(42)의 둘레에 형성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 관통 및/또는 블라인드 홀이 상기 나열된 모듈 중 임의의 것을 장착하는 데 사용하기 위해 측면 패널(40) 및/또는 도어(42)의 중앙 필드 내에 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 모듈(22)은 일반적으로 하우징(20)의 수용 단부(32)에 위치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 가이드 모듈(22)은 수용 단부(32)를 지나 일정 거리만큼 하우징(20) 밖으로 연장될 수 있다. 다른 실시형태에서, 가이드 모듈(22)의 부분은, 매트릭스 습윤 보강물이 헤드(16) 내부에서 더 긴 길이 동안 지지되고 그리고/또는 가이드되도록, 피딩 모듈(24)로 (예를 들어, 부분적으로 또는 완전히) 연장될 수 있다. 가이드 모듈(22)(또는 유사한 웨팅(wetting) 모듈)은 수용 단부(32)보다 피딩 모듈(24)에 더 가깝게 위치될 수 있거나, 원한다면, 하우징(20)의 완전히 외부 및 헤드(16)의 상류에 있을 수 있다.
가이드 모듈(22)은, 하우징(20)의 수용 단부(32)에서 매트릭스, 건식 보강물 및/또는 매트릭스 습윤 보강물을 수용하도록, 그리고 이 재료를 결합시키고, 지지하고 그리고/또는 피딩 모듈(24)로 가이드하도록 협력하는 구성요소를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이들 구성요소는, 무엇보다도, 베이스(50), 베이스(50)의 단부에 작동적으로 연결된 하나 이상의 진입 롤러(52), 및 진입 롤러(들)(52)의 반대편에 위치한 파일럿 하위조립체(54)를 포함할 수 있다. 보강물(예를 들어, 건식 및/또는 매트릭스 습윤 보강물)은 먼저 진입 롤러(들)(52)를 거쳐서 통과한 다음 파일럿 하위조립체(54)를 통과할 수 있으며, 여기서 보강물은 원하는 순서와 배향으로 정렬되고 (예를 들어, 인접 보강물들 사이에 작은 간격이 있거나 또는 간격이 없도록) 수렴된다.
일부 실시형태에서, 매트릭스는 가이드 모듈(22)에 의해 보강물에 먼저 또는 보충적으로 도입될 수 있다는 점이 주의된다. 예를 들어, 보강물이 롤러(53)를 통과할 때 및/또는 파일럿 하위조립체(54)를 통과할 때, 매트릭스가 보강물에 도포될 수 있다. 보강물은 매트릭스 배스(bath)를 통과하거나, 매트릭스 유동을 통과하거나, 매트릭스가 분무되거나, 또는 그렇지 않으면 매트릭스의 적어도 부분적 코팅(예를 들어, 적어도 한 측면의 매트릭스 층)을 받을 수 있다. 일부 실시형태에서, 롤러(53) 및/또는 파일럿 하위조립체(54) 내의 표면(예를 들어, 보강물의 직선 궤적으로 연장되어 보강물이 전환되게 하는 표면)과의 접촉은 매트릭스 코팅이 보강물을 통해 분배되고 그리고/또는 유동하도록 하는 보강물을 통한 압력 차이를 발생시킬 수 있다. 보강물이 가이드 모듈(22)을 빠져나갈 때, 보강물은 원하는 양의 매트릭스로 완전히 습윤될 수 있다. 여분의 매트릭스 및/또는 강화물 파편(예를 들어, 섬유 파편, 먼지 등)은 가이드 모듈(22) 내부 또는 바로 하류의 강화물에서 떨어지거나 떨어지도록 강제(예컨대, 밀기 및/또는 당겨짐)될 수 있다. 일부 실시형태에서, 가이드 모듈(22) 내의 저압 영역은 여분의 매트릭스를 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 매트릭스 적용 속도가 가이드 모듈(22)을 통과하는 보강물의 체적 속도와 조율될 수 있어, 여분의 매트릭스를 제거할 필요성이 감소되는 점이 고려된다.
파일럿 하위조립체(54)의 베이스(50)는 가이드 모듈(22)의 나머지를 위한 장착 플랫폼으로서 기능할 수 있고, 그 자체가 하우징 (20)에 제거 가능하게 연결될 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 예를 들어, 베이스(50)는 입구 단부(60)로부터 출구 단부(62)까지 가이드 모듈(22)을 통한 보강물 이동의 일반적인 방향(화살표(58)로 표시됨)으로 길이 방향으로 연장되는 후방 부분(56)을 포함할 수 있다. 베이스(50)는, 가이드 모듈(22)이 조정, 청소, 수리 및/또는 교체를 위한 통합 장치로서 주기적으로 제거될 수 있도록 당 업계에 공지된 임의의 방식으로(예를 들어, 나사형 패스너, 퀵-릴리스 커플링 및 기타 유사한 메커니즘(63)을 통해) 하우징(20)에(예를 들어, 측면 패널(40)에) 연결될 수 있다. 하나 이상의 이어(ear)(64)는 입구 단부(60)에서 후방 부분(56)으로부터 법선 방향으로 연장될 수 있고, 진입 롤러(들)(52)는 이어(64)의 원위 단부 사이에서 (예를 들어, 대응하는 핀(66), 베어링(미도시), 부싱(미도시) 및/또는 고정 나사(68)을 통해) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 파일럿 하위조립체(54)는 당 업계에 공지된 임의의 방식으로(예를 들어, 하나 이상의 나사형 패스너(70)를 통해) 출구 단부(62)(예를 들어, 이어(64)가 연장되는 동일한 측면에서) 후방 부분(56)에 장착될 수 있다. 일 실시형태에서, 베이스(50)는 헤드(16)의 중량이 낮게 유지될 수 있도록 저중량 및/또는 저마찰 재료(예를 들어, 알루미늄, 테플론, 델린, 나일론 등)로 제조된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 베이스(50)는 파일럿 하위조립체(54)(아래에서 더 상세히 설명됨)와의 자기적 사용을 위해 강자성 재료(예를 들어, 철, 스테인리스 강 등)로 제조될 수 있다.
진입 롤러(들)(52)는 비교적 순응성 및/또는 저마찰 타입의 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 진입 롤러(들)(52)는 알루미늄, 강철, 델린, 테플론, 나일론, 또는 당 업계에 알려진 다른 유사한 재료로 제조될 수 있다. 진입 롤러(들)(52)는 약 .25" 내지 5.0"의 직경을 가질 수 있고, 항력을 감소시키고, 섬유 파손 및/또는 분리를 억제하고, 섬유의 배향 및 무결성을 유지하고 마모를 감소시키기 위해서 매끄럽거나, 다공성이거나, 조면화된(예를 들어, 널링(knurl)된) 외측 환형 표면을 가질 수 있다. 일부 예에서, 스크레이퍼 및/또는 캐치 저장소는, 필요하다면, 여분의 수지를 제거하고 그리고/또는 수집하기 위해 진입 롤러(들)(52)와 연관될 수 있다는 점이 고려된다. 다수의 진입 롤러들(52)을 활용하는 응용에서, 진입 롤러들(52)이 (예를 들어, 스프링에 의해-도시되지 않음) 서로를 향해 바이어스되어 여분의 수지(통과하는 보강물에 이미 도포된 경우)를 압착하는 데 사용될 수 있다는 점이 고려된다. 이러한 응용에 있어서, 진입 롤러(52)를 구동시킴으로써 항력을 감소시키는 것이 도움이 될 수 있다. 진입 롤러(들)(52)의 위치(예를 들어, 진입 롤러 사이의 간격)는 조정 가능할 수 있다.
단일 진입 롤러(52)가 통과하는 보강물의 각 측면에 도시되나, 다수의 개별 롤러(예를 들어, 보강물 또는 보강물 그룹 당 하나의 롤러)가 대안으로 사용될 수 있다는 점이 고려되는 점을 주의한다. 이것은 진입 롤러(들)(52)가 헤드(16)의 코너링 동안 겪는 보강물들의 상이한 이동 속도들을 수용하게 할 수 있다.
파일럿 하위조립체(54)는 개별 보강물들이 (예를 들어, 피딩 모듈(24), 커팅 모듈(26) 및 컴팩트화 모듈(28)을 경유하여) 헤드(16)를 빠져나갈 때, 원하는 정렬 및 횡 방향 순서 내에 개별 보강물들을 유지하며 개별 보강물이 서로 횡 방향으로 수렴되도록 하여 다공성을 줄이기 위해 협력하는 다수 구성 요소를 포함할 수 있다. 이러한 구성요소는, 무엇보다도, 채널 베이스(72), 커버(74) 및 래칭 메커니즘(76)을 포함할 수 있다. 채널 베이스(72)는 리딩 단부(78)와 트레일링 단부(80)를 가질 수 있으며, 내측 및 외측 주 표면이 이들 사이에서 연장된다. 채널 베이스(72)의 외측 표면은 베이스(50)의 후방 부분(56)에 정합될 수 있는 한편, 내측 표면은 습윤 보강물들이 파일럿 하위조립체(54)를 통과할 때 이들과 (예를 들어, 연속적으로 또는 단지 주기적으로) 맞닿게 될 수 있다. 리딩 단부 및 트레일링 단부(78, 80) 중 하나 또는 모두에서 내측 표면의 에지는 보강물의 손상 가능성을 줄이기 위해 둥글게 될 수 있다. 커버(74)는 채널 베이스(72)의 내측 표면과 실질적으로 동일하고 거울 대향으로 배향된 내측 표면을 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 임의의 수의 섬유 분리 특징부 및/또는 압력 생성 특징부(예를 들어, 디바이더, 채널, 홈, 베인, 핀, 롤러, 로브 등)(82)가 채널 베이스(72)와 커버(74) 사이 공간에 형성될 수 있다. 특징부(82)는 필요에 따라 채널 베이스(72) 및/또는 커버(74)(예를 들어, 안쪽으로 연장됨)와 일체적일 수 있거나, 또는 완전히 분리된 구성요소일 수 있다. 특징부들(82)은 보강물 이동 방향으로 연장될 수 있고, 횡 방향으로 규칙적 간격으로 이격될 수 있다. 특징부들(82) 사이의 간격은 원하는 섬유 대 수지 비율에 대응할 수 있다. 예를 들어, 원하는 비율 60%는 특징부들(82) 사이의 공간의 단면 영역이 이 공간을 통과하는 보강물들의 단면 영역보다 약 40% 더 크도록 하여, 보강물들로 채워지지 않은 영역이 매트릭스로 채워지도록 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 특징부들 사이의 단면 영역의 폭 방향(결과적인 리본에 대한)은 두께 방향보다 더 커, 더 많은 매트릭스가 리본의 외측 표면보다 보강물들 사이에 퇴적된다. 특징부(82)가 전체 길이를 따라서 대체적으로 서로 평행하거나, 또는 파일럿 하위조립체(54)의 출구 단부를 향해서 수렴할 수 있다는 점이 고려된다. 예를 들어, 특징부들(82) 사이의 공간은 이들의 길이를 따라서 감소될 수 있다. 예를 들어, 특징부들(82)의 테이퍼 각도는 약 0 내지 10°일 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 채널 베이스(72)와 커버(74) 사이의 공간은 보강물-이동 방향으로 일정하게 유지될 수 있거나, 습윤 보강물의 더 큰 수렴을 제공하도록 감소될 수 있다. 특징부(82)는 저마찰 재료(예를 들어, 알루미늄, 델린, 테플론, 나일론 등)로 제작될 수 있고, 특징부들 사이의 간격은 약 .02 내지 1.0"일 수 있다. 특징부(82)가 (예를 들어, 웨빙 또는 플레이트를 통해) 상호연결될 수 있고 단일 유닛으로서 (예를 들어, 상이한 간격, 크기, 모양, 재료 등을 갖는 유닛에 대해서) 교체 가능할 수 있다.
커버(74)는, 가이드 모듈(22)을 통과하는 매트릭스 습윤 보강물이 커버(74)와 채널 베이스(72) 사이에 트랩되도록 래칭 메커니즘(76)을 통해 채널 베이스(72)에 대해 특정 위치 및/또는 배향으로 유지될 수 있다. 임의의 타입의 래칭 메커니즘이 이 목적을 위해서 사용될 수 있는 점이 고려된다. 개시된 실시형태에서, 래칭 메커니즘(76)은 자기적 타입의 메커니즘이다. 구체적으로, 래칭 메커니즘(76)은 채널 베이스(72) 및 커버(74) 중 적어도 하나와 연관된 적어도 하나의 자석(예를 들어, 베이스 자석 및 커버 자석(84, 86))을 포함할 수 있다. 베이스 자석(84)은 채널 베이스(72)와 베이스(50)의 후방 부분(56) 사이에 (예를 들어, 채널 베이스 (72)의 리세스(88) 내에) 트랩될 수 있다. 커버 자석(86)은 커버(74)의 리세스(90) 내에, 예를 들어 커버(74)에 (예를 들어, 나사형 패스너(94)를 통해) 제거 가능하게 연결되는 리드(92)를 통해 유사하게 트랩될 수 있다. 두 개의 자석(예를 들어, 베이스 자석 및 커버 자석(84, 86))이 보강물의 이동 경로에 대해 중심에 있는 것으로 도시되지만, 필요하다면, 더 많거나 또는 더 적은 수의 자석이 사용되어 이동 경로로부터 외측(예를 들어, 이동 경로의 측부)에 위치될 수 있다는 점이 주의된다. 작동 중에, 커버(74), 커버 자석(86), 리드(92) 및 패스너(94)는 가이드 모듈(22)을 통한 매트릭스 습윤 보강물의 더 용이한 쓰레딩(threading)을 위해 나머지 파일럿 하위조립체(76)로부터 단일 유닛으로서 함께 제거될 수 있다. 또한, 커버(74), 커버 자석(86), 뚜껑(92) 및 패스너(94)는, 필요하다면, 단일의 일체형 구성요소일 수 있다는 점이 고려된다. 마찬가지로, 후방 부분(56), 채널 베이스(72), 베이스 자석(84), 및 패스너(70)는, 필요하다면, 단일의 일체형 구성요소일 수 있다.
피딩 모듈(24)은 가이드 모듈(22)로부터 매트릭스 습윤 보강물을 수용하고(예를 들어, 당기고) 헤드(16)를 통해 보강물을 선택적으로 더 밀어낼 수 있다(예를 들어, 절단 모듈(26)을 통해 컴팩트화 모듈(28)로). 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 피딩 모듈(24)은 다수의 구성요소의 조립체일 수 있다. 이러한 구성요소는, 무엇보다도, 베이스(96), 베이스(96)에 의해 작동적으로 지지되는 하나 이상의 롤러(98), 및 베이스(96)에 작동적으로 연결되고 롤러(들)(98)의 회전에 동력을 공급하도록 구성된 구동부(100)를 포함할 수 있다.
베이스(96)는 공급 모듈(24)의 나머지를 위한 장착 플랫폼으로서 기능할 수 있고, 그 자체가 하우징(20)에 제거 가능하게 연결될 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 예를 들어, 베이스(96)는 피딩 모듈(24)을 통한 보강물 이동의 일반적인 방향(화살표(104)로 표시됨)으로 길이 방향으로 연장되는 후방 부분(102)을 포함할 수 있다. 베이스(96)는, 피딩 모듈(24)이 조정, 청소, 수리 및/또는 교체를 위한 일체형 유닛으로서 주기적으로 제거될 수 있도록 당 업계에 공지된 임의의 방식으로(예를 들어, 나사형 패스너(미도시)) 하우징(20)에(예를 들어, 측면 패널(40)에) 연결 가능할 수 있다. 하나 이상의 이어(106)는 후방 부분(102)으로부터 법선 방향으로 연장될 수 있고, 요크(108)는 이어(106)의 원위 단부들 사이에 (예를 들어, 대응하는 핀(110), 베어링(112) 및/또는 고정 나사(114)를 통해) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시형태에서, 스프링(미도시)이 요크(108)를 후방 부분(102)으로 회전적으로 바이어스하도록 위치될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 개시된 실시형태에서, 직접적으로 구동되는 롤러(98A) 및 슬레이브 롤러(98B)를 포함하는 두 개의 공급 롤러(98)가 활용된다. 롤러(98A, 98B) 중 하나(예를 들어, 직접적으로 구동되는 롤러(98A))는 베이스(96)의 후방 부분(102)(예를 들어, 이어(106)의 양 단부)에 피벗식으로 장착될 수 있는 한편, 롤러(98A, 98B) 중 다른 하나(예를 들어, 슬레이브 구동 롤러(98B))는 요크(108)의 원위 단부에 피벗식으로 장착될 수 있다. 롤러(98)는, 롤러(98)가 가이드 모듈(22)의 진입 롤러(52) 및 특징부(82)와 일반적으로 정렬되어 유지되도록 외팔보 축(116), 베어링(미도시), 부싱, 스플라인, 클립(미도시), 고정 나사(미도시), 스페이서, 키홈, 엔드 스톱 등을 통해 베이스(96) 및/또는 요크(108)에 연결될 수 있다.
롤러(98) 중 적어도 하나는 롤러의 회전의 일부 동안에만 습윤 보강물에 운동을 부여하는 불규칙한 형상을 갖는 편심 휠, 실린더 또는 캠일 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7은 실질적으로 일정한 반경을 갖는 제1 부분(118) 및 감소된 반경(예를 들어, 일정한 감소된 반경, 가변적으로 감소된 반경, 및/또는 제1 부분(118)의 반경보다 회전 축에 더 가깝게 위치되는 하나 이상의 연결된 스플라인 또는 선형 세그먼트)을 갖는 나머지 부분(120)을 포함하는 각 롤러(98)의 외주를 도시한다. 작동 중에, 롤러(98A, 98B)는, 제1 부분과 나머지 부분(118, 120) 사이의 전이 지점이 롤러들(98A, 98B)의 축들 사이에 그려진 직선을 동시에 통과하도록 동기화될 수 있다. 이러한 구성으로, 제1 부분(118)의 임의의 부분이 롤러들(98A, 98B)의 축들 사이의 직선을 통과할 때마다, 롤러들은 접촉하고 습윤 보강물에 힘을 작용한다. 그리고, 대조적으로, 나머지 부분(120)의 임의의 일부가 롤러(98A, 98B)의 축들 사이의 직선을 통과할 때마다 습윤 보강물 주변에 간극이 존재한다(즉, 힘이 작용되지 않음). 상술된 스프링은, 롤러들(98)이 보강물을 적절하게 파지할 수 있도록 롤러들(98)을 특히 매트릭스 습윤 보강물을 밀고 있는 동안 서로를 향해 편향시킨다. 롤러들(98) 중 하나만이 편심 또는 캠형이고 구동될 수 있는 한편, 다른 롤러(98)는 동심이고 유연하며, 편심 롤러(98)의 더 큰 직경 부분이 이와 맞물릴 때만 회전된다. 필요하다면, 한 쌍의 롤러(98)가 피딩 모듈(24)을 통과하는 각각의 개별 보강물 가닥(tow)에 대해 개별적으로 제공될 수 있다는 점이 또한 고려된다.
롤러(98)는 주로 매트릭스 습윤 보강물의 자유단을 헤드(16) 밖으로 밀어 내야하는 새로운 프린팅 이벤트의 시작 중에 사용될 수 있다. 제1 부분(118)의 원호 길이는 새로운 프린팅 이벤트의 시작을 위해 헤드(16)로부터 원하는 길이의 매트릭스 습윤 보강물을 밀어내도록 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 이 원호 길이는 커팅 모듈(26)(예를 들어, 커팅 모듈(26) 내의 절단 위치)과 컴팩트화 모듈(28)(예를 들어, 컴팩트화 모듈(28)에서 컴팩트화 위치) 사이의 거리와 거의 같거나 이보다 클 수 있다.
진입 롤러(들)(52)처럼 롤러들(98)은 비교적 순응성 및/또는 저마찰 타입의 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 롤러(들)(98)는 알루미늄, 강철, 델린, 테플론, 나일론, 우레탄, 또는 당 업계에 알려진 다른 유사한 재료로 제조될 수 있다. 롤러(98)는 약 .25 내지 5.0"의 직경 및, 견인력을 제공하고 그리고/또는 섬유의 배향 및/또는 무결성을 유지하기 위해 다공성이고 그리고/또는 조면화된(예를 들어, 널링된) 외측 환형 표면을 가질 수 있다. 일부 예에서, 스크레이퍼 및/또는 캐치 저장소는, 필요하다면, 여분의 수지를 제거하고 그리고/또는 수집하기 위해 롤러(들)(98)와 연관될 수 있다는 점이 고려된다. 일부 응용에서, 진입 롤러(들)(98)의 위치(예를 들어, 롤러들 사이의 간격)는 조정 가능할 수 있다. 또한, 블레이드 또는 다른 커팅 메커니즘(미도시)이, 필요하다면, 롤러들(98) 중 하나 또는 둘 모두의 일부분을 형성할 수 있음이 고려된다.
구동부(100)는 롤러(98)의 회전에 선택적으로 동력을 공급하도록 구성될 수 있다. 구동부(100)는, 무엇보다도, 액츄에이터(122), 및 액츄에이터(122)를 롤러들(98) 중 하나 또는 둘 모두에 작동적으로 연결하는 링키지(124)를 포함할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 액츄에이터(122)는 모터(예를 들어, 전기 스텝 모터)이다. 그러나, 필요하다면 다른 타입의 액츄에이터가 사용될 수 있다는 점이 고려된다. 링키지(124)는 액츄에이터를 롤러에 연결하기 위해 당 업계에 알려진 임의의 구성요소(들)를 포함할 수 있다. 개시된 실시예에서, 링키지(124)는 롤러(98A)의 직접 구동을 위해 롤러(98A)와 연관된 축(116)과 결합(예를 들어, 내측으로 결합)되도록 구성된 스터브 샤프트(126)를 포함한다. 링키지(124)는 롤러(98A)의 회전을 롤러(98B)의 회전과 연결하는 기어 트레인(예를 들어, 둘 이상의 맞물리는 스퍼 기어 또는 헬리컬 기어) 및/또는 벨트/풀리 배열체(128)를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 수의 그리고 임의의 유형의 하드웨어 구성요소(예를 들어, 장착 플레이트, 스페이서, 부싱, 클립, 패스너 등)(130)는 액츄에이터(122)를 피딩 모듈(24)과 그리고/또는 하우징(20)과 연결시키는 데 사용될 수 있다.
커팅 모듈(26)은 피딩 모듈(24)과 컴팩트화 모듈(28)(도 2 및 도 3 참조) 사이에 위치될 수 있고, 통과하는 보강물을 선택적으로 절단하도록 구성될 수 있다. 도 8 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 커팅 모듈(26)은, 무엇보다도, 프레임(132), 프레임(132) 내에 고정된 블레이드(134), 프레임(132)에 대해 이동 가능한 앤빌(136), 및 앤빌(136)을 이동시키도록 구성된 액츄에이터(138)를 포함할 수 있다. 프레임(132)은 (예를 들어, 패스너(142)를 통해) 트레일링 구성요소(146)에 제거 가능하게 연결되는(즉, 화살표(148)로 표시된, 헤드(16)를 통한 보강물의 이동 방향에 대해) 리딩 구성요소(140)를 포함할 수 있다. 리딩 및 트레일링 구성 요소(140, 146)는 보강물이 이동되는 정렬된 중앙 개구(150)를 갖는 일반적으로 직사각형 플레이트일 수 있다. 리딩 구성요소(140)의 트레일링 주 표면은 트레일링 구성요소(144)의 리딩 주 표면에 대해 정합되도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 채널(152)이 인터페이스(예를 들어, 중앙 개구(150)의 대향 에지에서)에 형성될 수 있다. 채널(들)(152)은 앤빌(136)이 보강물 및 블레이드(134)를 향해서 그리고 이로부터 멀어지게 안에서 슬라딩하는 가이드로서 기능할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 채널(152)은 앤빌(136)의 대향 에지 내에 형성된 대응하는 계단부를 수용하도록 계단식으로 형성된다(아래에서 더 자세히 설명됨). 그러나, 필요하다면, 채널(152)에 계단부가 없을 수 있다는 점이 고려된다. 프레임(132)은 하나 이상의 패스너(154)를 통해 하우징(20)(도 1 참조)에 연결될 수 있다.
블레이드(134)는 프레임(132)에 견고하게 연결될 수 있고(예를 들어, 리딩 구성요소(140)와 트레일링 구성요소(144) 사이에 샌드위치됨), 보강물의 이동 방향에 대해 횡 방향으로 배향될 수 있다. 블레이드(134)의 절삭날(156)은 개별 보강물 또는 개별 보강물 그룹을 잡고 절단하는 기능을 하는 날카로운 세레이션을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 보강물은 1.82E-4 인치 내지 1.48E-3 인치 범위의 직경을 가지며, 절삭날(156)의 세레이션(예를 들어, 세레이션의 피크 간 또는 밸리 간 거리)은 상당한 보강물의 이동 없이 적절한 커팅을 보장하는 거리만큼 분리되고 사이즈가 정해질 수 있다. 예를 들어, 단일 보강물 또는 보강물 그룹(예를 들어, 가닥)의 직경은 블레이드(134)의 세레이션의 직경의 정수배보다(예를 들어, 약 .005-.020"만큼) 더 넓을 수 있다.
앤빌(136)은, 보강물이 블레이드(134)의 세레이션에 대해 반경 방향으로 가압되도록 보강물의 이동 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 액츄에이터(138)에 의해 가압되고 그리고/또는 당겨질 수 있다. 개시된 실시형태에서, 앤빌(136)은 일반적으로 직사각형이고 판형이며, 블레이드(134)를 향해 배향된 팁 단부 및 액츄에이터(138)를 향해 배향된 대향 베이스 단부를 갖는다. 개시된 실시형태에서, 앤빌(136)의 팁 단부는 보강물의 이동 방향으로 (예를 들어, 몸체 또는 샤프트 부분에 대해) 앤빌(136)의 두께와 대략 동일한 양만큼 오프셋된다. 또한, 팁 단부는 보강물과 팁 단부의 결합을 억제하기 위해 블레이드(134)로부터 멀어지도록 모따기될 수 있다. 모따기는 약 5 내지 90°의 각도와 약 1 내지 1.5 인치의 길이를 가질 수 있다. 개시된 실시예는 앤빌(136)을 일체형 유닛인 것으로 도해하나, 앤빌(136)은, 필요하다면, 대안적으로 다수 부품 조립체일 수 있다는 점이 고려된다. 예를 들어, 앤빌(136)의 팁 단부는 앤빌(136)의 나머지 부분과 분리될 수 있다. 앤빌(136)의 팁은 경화 공구강, 실리콘 카바이드 또는 다른 세라믹으로 만들어질 수 있다. 일부 예에서, 필요하다면, 윤활유가 앤빌(136)에 선택적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 테플론 기반 그리스 또는 다른 유형의 윤활유가 수동적으로 그리고/또는 자동적으로(예를 들어, 압력 또는 드립 시스템을 통해-도시되지 않음) 채널(152) 내에 배치될 수 있다.
액츄에이터(138)는 도 8 및 도 9에서, 앤빌(136)의 베이스 단부에 연결된 (예를 들어, 당 업계에 알려진 임의의 강성, 가요성 및/또는 피벗 방식으로) 연결된 피스톤(158)을 갖는 공압 선형 액츄에이터인 것으로서 도해된다. 공기(또는 다른 가압된 매체)가 실린더(160) 내의 대응하는 챔버(들)에 적용됨에 따라, 피스톤(158)은 실린더(160) 안으로 그리고/또는 외부로 선형적으로 이동될 수 있다. 액츄에이터(138)는, 필요에 따라, 복귀 메커니즘(예를 들어, 스프링)을 갖는 단동 장치 또는 복동 장치일 수 있다. 액츄에이터(138)의 스트로크 길이, 속도 및/또는 힘은 (예를 들어, 중간 유량, 중간 압력, 끝-정지 위치 등을 조정함으로써) 조정 가능할 수 있다. 다른 타입의 메커니즘(예를 들어, 유압 피스톤, 솔레노이드 구동 플런저, 모터/리드-스크류 조합, 모터/캠 등)이 일부 실시형태에서 액츄에이터(138)로서 대안적으로 사용될 수 있다. 실린더(160)는 임의의 수의 나사식 패스너(미도시)를 통해 하우징(20)(예를 들어, 트레일 패널(38))에 견고하게 연결될 수 있다. 일 실시형태에서, 실린더(160)는 약 .10 내지 1.0 인치의 내부 보어를 갖는 공압 실린더이다.
도 10, 도 11 및 도 12는 예시적인 컴팩트화 모듈(28)의 다양한 도면을 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 압축 모듈(28)은 헤드(16)로부터 방출되는 동안 습윤 보강물을 선택적으로 컴팩트화하기 위해 상호 작용하는 다수 구성요소의 독립형 조립체일 수 있다. 이들 구성요소는, 무엇보다도, 프레임(162), 프레임(162) 내에 적어도 부분적으로 작동적으로 장착된 컴팩터(164), 및 다양한 압축 레벨 사이에서 컴팩터(164)를 선택적으로 이동시키도록 구성된 액츄에이터(166)를 포함할 수 있다. 프레임(162)은 하우징(20)(예를 들어, 트레일 패널(38)-도 2 및 도 3 참조)에 제거 가능하게 연결된 단부 표면(168)을 갖는 모놀리식 구조체일 수 있다. 프레임(162)의 단면은 단부 표면(168)의 관점에서 볼 때 I 형상을 가질 수 있다. I 형의 양쪽 단부 플랜지는 헤드(16)를 통한 보강물의 이동 방향으로 연장될 수 있다. 단부 플랜지 중 적어도 하나는, 컴팩터(164)의 슬라이딩 핀(172)(예를 들어, 컴팩터(164)의 한쪽 단부에만 있음)을 수용하고, 액츄에이터(166)에 의해 부여되는 컴팩터(164)의 운동을 한정하고 안내하도록 구성된 내측 표면에 형성된 홈(170)을 가질 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 슬라이딩 핀(174)은 프레임(162)에 대한 컴팩터(164)의 움직임을 가이드하고 그리고/또는 한정하기 위해 컴팩터(164)의 홈(들)(176)과 결합되도록 단부 플랜지들 중 하나 또는 둘 모두로부터 안쪽으로 연장될 수 있다.
컴팩터(164)는 프레임(162)의 단부 플랜지들 사이에 배치될 수 있고, 하우징(20)의 방출 단부로부터 연장될 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 달리 말해서, 컴팩터(164)는 헤드(16)의 팁 및 공구 중심 점(TCP)을 형성할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 헤드(16)는 노즐이 없다. 따라서, 헤드(16)의 방출 위치는 컴팩터(164)와 프린트 표면 사이의 접촉 라인(예를 들어, 컴팩터(164)가 습윤 보강물을 표면 상에 가압하는 부분)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 헤드(16)가 프린트 표면에 대해 그리고/또는 이동 방향(예를 들어, 자유 공간으로 프린팅하는 경우)에 대해 서포트(14)(도 1 참조)에 의해 틸팅됨에 따라 접촉 라인이 이동될 수 있다는 점이 주의된다.
컴팩터(164)가 헤드(16)의 팁과 TCP를 형성할 수 있기 때문에, 헤드(16)의 폼 팩터는 컴팩터(164)와, 헤드(16)의 중심 라인으로부터(예를 들어, 보강물 이동 경로로부터) 외측으로 연장되는 주변 구성요소(예를 들어, 하우징 (20)) 사이의 공간적 관계에 의해 적어도 부분적으로 정의될 수 있다. 이 폼 팩터는 각도 α로 표시될 수 있다(도 3에만 도시됨). 각도 α는 헤드(16)가 완전히 기능할 수 있는 인접한 표면들 사이의 가장 작은 내측 코너의 각도를 나타낼 수 있다. 개시된 실시형태에서, α는 약 90° 미만(예를 들어, 약 80 내지 90°)일 수 있다.
컴팩터(164)는 브래킷(180) 내에 (예를 들어, 축(182) 및 임의의 수의 베어링, 부싱, 클립, 고정 나사 등을 통해-도시되지 않음) 유지되는 롤러(178)를 포함할 수 있다. 진입 롤러(들)(52)처럼 롤러(178)는 비교적 순응성 및/또는 저마찰 타입의 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 롤러(178)는 알루미늄, 강철, 델린, 테플론, 나일론, 또는 당 업계에 알려진 다른 유사한 재료로 제조될 수 있다. 롤러(178)는 약 .25 내지 5.0"의 직경 및, 항력을 감소시키기 위해, 원하는 표면 질감을 제공하기 위해, 섬유 마모 또는 파손을 감소시키기 위해, 추가 매트릭스를 유지하고 그리고/또는 분배하기 위해, 매끄럽거나, 다공성이거나, 조면화된(예를 들어, 널링 된) 외측 환형 표면을 가질 수 있다. 일부 예에서, 스크레이퍼(미도시)는, 필요하다면, 여분의 수지를 제거하기 위해 롤러(178)와 연관될 수 있다는 점이 고려된다. 일부 적용에서, 롤러(178)의 위치는 조정 가능할 수 있다. 핀(172)은 프레임(162)의 홈(170)과 결합되도록 브래킷(180)의 제1 측면으로부터 외측으로 연장될 수 있는 한편, 그루브(176)는 브래킷(180)의 제1 측면 내에 그리고 롤러(178)의 대향 단부에 있는 제2 측면에 형성될 수 있다. 액츄에이터(166)의 작동 동안, 롤러(178)는 프레임(162)에 대해 브래킷(180)과 함께 이동되게 될 수 있다.
액츄에이터(166)에 의해 시작되는 컴팩터(164)의 이동은 순차적인 선형 및 회전 운동을 포함할 수 있다. 선형 운동은 방출 재료에 롤러(178)에 의해 가해지는 압력에 영향을 미칠 수 있는 한편, 회전 운동은 재료와 롤러(178)의 맞물림에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 액츄에이터(166)가 가장 후퇴된 상태에 있을 때, 롤러(178)는 하우징(20) 내로 최대 선형 거리로 당겨질 수 있고 또한 방출 보강물로부터 멀어지게 회전될 수 있다. 이 후퇴된 상태는 헤드(16)를 통해 보강물을 쓰레딩할 목적으로 가장 큰 간격을 제공할 수 있다. 액츄에이터(166)가 연장됨에 따라, 롤러(178)는 먼저 후퇴된 상태로부터 방출 보강물에 대한 맞물림 상태로 회전될 수 있다. 액츄에이터(166)의 추가 연장은 보강물에 대한 롤러(178)에 의해 가해지는 압력에 영향을 미칠 수 있으며, 더 큰 연장은 더 큰 압력에 대응하고, 그 역도 가능하다.
일 실시형태에서, 롤러(178)는 회전 범위/간격 및 병진 범위를 가질 수 있다. 이러한 범위는 홈(170 및 176)의 형상에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 홈(170)의 길이는 병진 범위에 대응할 수 있는 반면, 홈(176)의 원호 길이 및/또는 곡률 반경은 회전 범위 및/또는 간격에 대응할 수 있다.
액츄에이터(166)는, 하우징(20) 내부에 장착되고, 맞물림 위치와 쓰레딩 또는 맞물림해제 위치 사이에서 컴팩터(164)를 이동시키기 위해 선택적으로 연장되고 그리고 수축되도록 구성된 선형 이동 장치일 수 있다. 개시된 실시형태에서, 액츄에이터(166)는 2위치 공압 실린더이다. 그러나, 액츄에이터(166)가 대안적으로 솔레노이드 플런저, 전기 모터/리드 스크류 메커니즘, 또는 임의의 수의 상이한 위치를 갖는 다른 디바이스일 수 있다는 점이 고려된다. 액츄에이터(166)는 실린더, 및 연장되는 로드를 갖는 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤의 로드는 하우징(20)으로부터 컴팩터(164)를 향해 연장될 수 있고, 브래킷(180)에 피벗식으로 연결될 수 있다(예를 들어, 핀(172)를 통해). 피스톤의 로드는 또한 프레임(162)의 외측 단부 표면에 (예를 들어, 나사식 체결을 통해) 부착된 슬라이드 커버(183)를 통해 프레임(162)에 의해 슬라이딩되도록 지지될 수 있다. 가압된 공기(또는 다른 매체)가 실린더의 제1 챔버로 유입됨에 따라, 피스톤이 실린더로부터 연장되어, 로드가 커버(183)를 통해 실린더로부터 멀어지게 슬라이딩되고 브라켓(180)을 맞물림 상태로 가압하게 할 수 있다. 대조적으로, 가압된 공기가 실린더의 제2 챔버로 도입됨에 따라, 피스톤은 실린더 내로 후퇴될 수 있어, 로드가 실린더를 향해 뒤로 슬라이딩되고 브래킷(180)이 맞물림해제 또는 쓰레딩 위치로 후퇴되게 할 수 있다.
일 실시형태에서, 스프링 편향식 래시 조절기(185)는 피스톤 로드 내에 링크를 형성한다. 이것은 브래킷(180)의 피벗 운동 및/또는 방출 물질에 대해 컴팩터(164)에 의해 가해지는 압력이 조정되도록 할 수 있다. 래시 조절기(185)는, 필요에 따라, 수동 조절 장치 또는 자동 조절 장치일 수 있다.
일 실시형태에서, 스크레이퍼(184)는 컴팩터(164)와 연관될 수 있고, 롤러(178)의 표면으로부터 (경화된 그리고/또는 미경화된) 잔류 매트릭스를 제거하는 기능을 한다. 도 10 내지 도 12의 개시된 실시예에서, 스크레이퍼(184)는 롤러(178)의 트레일링 측(예를 들어, 방출 보강물의 반대쪽)에서 브래킷(180)에 장착되고 롤러(178)의 표면까지 또는 거의 표면으로 연장된다. 스크레이퍼(184)는, 스크레이퍼(184)가 용이하게 조정되고, 청소되고, 수리되고 그리고/또는 교체될 수 있도록 브래킷(180)에 (예를 들어, 하나 이상의 패스너(186)를 통해) 제거 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 일부 실시형태에서, 보강물이 커팅 모듈(26)에 의해 절단된 후 보강물의 태그-엔드를 지지하고 가이드하도록 구성된 태그-엔드 서포트 또는 최종 가이드(188)가 롤러(178)에 인접하게 제공될 수 있다. 특히, 롤러(178)가 재료를 거쳐서 구르고 압축할 기회를 갖기 전에, 일부 상황에서(예를 들어, 헤드(16)가 리딩 방향으로 틸팅될 때) 태그-엔드가 절단된 후 프린트 표면 위로 흘러 내리는 것이 가능할 수 있다. 이러한 상황에서, 태그-엔드가 프린트 표면에 흘러 내리는 것 대신에, 태그-엔드가 서포트(188)로 흘러 내리고 그리고/또는 롤러(178)에 대해 유지될 수 있다(예를 들어, 둘레에 감싸일 수 있다). 이것은, 프린트 품질의 불연속성 없이, 태그-엔드가 프린트 표면 상에 당겨지고 압축되는 것을 허용할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 태그-엔드 서포트(188)는 롤러(178)를 향해 뒤로 연장되는 프레임(162)에 (예를 들어, 핀(189)을 통해) 장착된 편평하거나 만곡된 플레이트이다. 그러나, 태그-엔드 서포트(188)는 대안적으로, 로드, 레버 또는 암을 구현할 수 있고, 그리고/또는 롤러(178) 또는 브래킷(180)으로부터 전방으로 연장될 수 있다는 점이 고려된다. 태그-엔드 서포트(188)는 또한, 필요에 따라, 연장된 위치(도 12에 도시됨)와 수납된 위치 사이에서 이동 가능할 수 있다는 점이 또한 고려된다. 예를 들어, 컴팩터(164)의 후퇴 또는 쓰레딩 위치로의 이동은, 또한 태그-엔드 서포트(188)를 수납된 위치로 이동시키는 기능을 할 수 있으며, 이에 의해 쓰레딩 목적을 위한 증가된 간극을 제공할 수 있다.
경화 모듈(30)은, 컴팩트화 모듈(28)이 방출 재료를 컴팩트화한 후에 보강물을 코팅하는 매트릭스를 경화시키는 임의의 편리한 위치에 있는 구성요소들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 개시된 실시형태에서, 경화 모듈(30)은 경화 에너지의 소스(190), 및 소스(190)로부터 롤러(178)에 인접한 노출 지점(194)까지 연장되는 하나 이상의 전송 라인(192)을 포함한다. 개시된 실시형태에서, 경화 에너지는 자외선 및/또는 레이저 에너지이다. 일 실시예에서, 에너지는 소스(190)와 연관된 하나 이상의 LED 및/또는 레이저에 의해 생성되고, 전송 라인 (192)은 에너지를 노출 지점(194)으로 전송하는 광섬유이다. 하나 이상의 브래킷(196)이 노출 지점(194)에 장착될 수 있고(예를 들어, 프레임(162) 및/또는 브래킷(180)에 연결됨), 광섬유의 원위 단부를 고정하고 그리고/또는 조준하는 데 사용될 수 있다. 필요하다면, UV-생성 LED 또는 레이저 대신에 상이한 또는 추가의 소스(190)가 이용될 수 있다. 예를 들어 마이크로파 에너지, 열 에너지, 진동 에너지, 화학 에너지 등이 사용될 수 있다. 전송 라인(192)이 일부 실시형태에서 생략될 수 있다는 점이 또한 고려된다.
개시된 시스템 및 프린트 헤드는 임의의 원하는 단면 크기, 형상, 길이, 밀도 및/또는 강도를 갖는 복합물 구조체를 연속적으로 제조하는 데 사용될 수 있다. 복합물 구조체는, 각각 공통 매트릭스로 코팅된, 동일하거나 상이한 유형, 직경, 모양, 구성의 임의의 수의 상이한 보강물들을 포함할 수 있다. 이제 시스템(10)의 동작이 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
제조 이벤트의 시작에서, 원하는 구조체(12)에 관한 정보가 시스템(10)에(예를 들어, 지지대(14) 및/또는 헤드(16)의 작동을 조절하는 제어기(21)에) 로딩될 수 있다. 이 정보는, 무엇보다도, 크기(예를 들어, 직경, 벽 두께, 길이 등), 모양, 윤곽(예를 들어, 궤적), 표면 특징(예를 들어, 릿지 크기, 위치, 두께, 길이, 플랜지 크기, 위치, 두께, 길이 등), 및 마감, 연결 형상(예를 들어, 커플링, 티(tee), 스플라이스 등의 위치 및 크기), 특정 위치 매트릭스 규정, 특정 위치 보강물 규정 등을 포함할 수 있다. 이 정보는 대안적으로 또는 추가적으로, 필요한 경우, 제조 이벤트 동안 상이한 시간에 그리고/또는 연속적으로 시스템(10)에 로딩될 수 있다는 점이 주의된다. 구성요소 정보에 기반하여, 하나 이상의 상이한 보강물 및/또는 매트릭스가 (예를 들어, 온보드 소스로부터 또는 원격 또는 오프 보드 소스로부터-도시되지 않음) 헤드(16)에 선택적으로 공급될 수 있다. 보강물은 제조 이벤트가 시작되기 전에 헤드(16)를 통해 쓰레드될 수 있다.
헤드(16)의 쓰레딩은 도 3에 도시된 이미지의 상부로부터 그리고 가이드 모듈(22)을 통해(예를 들어, 진입 롤러들(52) 사이) (예를 들어, 개방된 도어(42)를 경유하여) 보강물을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 시점에서, 파일럿 하위조립체(54)는 또한 개방될 수 있어(예를 들어, 커버(74) 및 래칭 메커니즘(76)이 제거될 수 있음), 보강물이 특징부(82)에 대해 원하는 위치에 배치될 수 있다(예를 들어, 특정 디바이더 사이 및/또는 특정 홈 내-도 5 참조). 그 후 커버(74) 및 래칭 메커니즘(76)은 채널 베이스(72) 위에 제자리에 다시 고정될 수 있다.
추가 길이의 보강물이 가이드 모듈(22)을 통해 당겨지고 피딩 모듈(24) 안으로 이어질 수 있다. 구체적으로, 보강물은 공급 롤러들(98) 사이의 공간을 통해 당겨질 수 있으며, 이 롤러들은 이 시점에 맞물림해제된 배향일 수 있다. 보강물은 다음으로 컴팩터 롤러(178)에 도달될 때까지 (예를 들어, 헤드(16)의 팁으로부터) 더 당겨질 수 있다. 컴팩터 롤러(178)는 이 때, 쓰레딩을 위한 더 큰 간극이 제공되도록 맞물림해제된 상태에 있을 수 있다. 쓰레딩이 완료된 후, 컴팩터 롤러(178)는 앞으로 밀려 맞물림 상태가 될 수 있고, 헤드(16)는 매트릭스 코팅된 보강물을 방출할 준비가 될 수 있다. 태그-엔드 서포트(188)는 이 시점에서 롤러(178)에 대항하여 보강물의 자유 단부를 유지할 수 있다.
헤드(16)는 제어기(21)의 조절 하에 서포트(14)에 의해 이동되어 매트릭스 습윤 보강물이 대응하는 앵커 포인트(18)(도 1 참조)에 대해 또는 그 위에 배치되도록 할 수 있다. 경화 모듈(30)은 보강물을 둘러싸는 매트릭스의 경화를 유발하도록 선택적으로 활성화되어 보강물을 앵커 포인트(18)에 결합시킬 수 있다. 그 후, 헤드(16)는 헤드(16)로부터 기존 표면으로 그리고/또는 자유 공간으로 습윤 보강물을 당겨 구조체(12)를 형성하기 위한 임의의 궤적으로 이동될 수 있다.
구성요소 정보는 시스템(10)의 작동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 결과적인 구조체(12)의 축이 원하는 궤적(예를 들어, 자유 공간 비지지 3D 궤적)을 추종하도록, 서포트(14)가 경화 중에 원하는 방식으로 헤드(16)를 선택적으로 이동시키는 동안, 보강물이 (매트릭스와 함께) 헤드(16)로부터 방출될 수 있다. 별도의 보강물이 헤드(16)를 통해 당겨질 때, 보강물은 컴팩터(164) 아래를 통과하여, 그 후에 경화 모듈(30)로부터의 경화 에너지에 노출될 수 있다.
재료 방출 기간 후, 보강물을 절단할 필요가 있을 수 있다(예를 들어, 제조 이벤트를 완료하기 위해서, 그리고/또는 새로운 방출 재료 트랙을 다시 시작하기 위해 헤드(16)를 구조체(12)의 다른 영역으로 이동하기 위해서). 이 시점에서, 액츄에이터(138)는 블레이드(134)의 톱니 모양의 절삭날(156)을 지나 앤빌(136)을 아래쪽으로 (도 8 및 도 9의 사시도 참조) 가압하여 보강물을 절단하기 위해 선택적으로 (예를 들어, 제어기(21)에 의해-도 1 참조) 에너지를 공급받을 수 있다. 이것은 이제 방출되고 배치될 자유 재료 태그-엔드를 헤드(16) 내에 남길 수 있다. 태그-엔드는, 헤드(16)의 추가 이동으로 인해 재료가 헤드(16)로부터 당겨지고 컴팩터(164)에 의해 컴팩트화될 때까지 서포트(188)(도 12 참조) 상에 그리고/또는 그 안에 놓일 수 있다.
일부 응용에서, 절단 전 보강물의 클램핑이 유리할 수 있다는 점이 밝혀졌다. 예를 들어, 클램핑은 절단이 완료된 후 보강물의 인장이 움직임을 유발하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 당 기술분야에 알려진 임의의 타입의 클램핑 메커니즘이 블레이드(134) 및 앤빌(136)의 하류에 그리고/또는 상류에 위치될 수 있다.
그 후 새로운 재료 트랙의 방출을 다시 시작하기 위해, 서포트(14)(제어기(21)의 제어 하에)는 헤드(16)를 새로운 시작 영역으로 이동시킬 수 있다. 컴팩트화 모듈(28)은 후퇴된 상태로 이동될 수 있고, 피딩 모듈(24)은 선택적으로 공급 롤러(98)가 맞물림 위치로 회전되게 하여 매트릭스 습윤 보강물의 새로운 단부를 컴팩터(164)를 향해 가압할 수 있다. 이것은 보강물의 매 커팅 후 그리고/또는 임의의 프린트 프로세스의 시작 시에 실행되는 시작 시퀀스의 일부로 간주될 수 있다. 일부 실시형태에서, 공급 롤러(98)에 의해서 외부로 가압되는 재료가 헤드(16)를 통한 습윤 -보강물의 정상 이동 경로와 일반적으로 정렬되게 매달리도록 헤드(16)가 시작 시퀀스 동안 수직 배향으로 유지될 수 있다는 점이 주의된다. 이것은 헤드(16) 내부에서 행-업(hang-up)을 회피하는 데 도움을 줄 수 있다. 일반적으로, 공급 모듈(24)은 주로(예를 들어, 일부 실시형태에서, 오직) 시작 시퀀스 동안 사용될 수 있다. 시작 시퀀스 동안 헤드(16)의 다른 배향이 또한 가능하고 유익할 수 있다.
개시된 시스템 및 헤드에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 실시형태는 개시된 시스템 및 헤드의 상세한 사항 및 실행을 고려함으로써 당업자에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 진정한 범위는 다음의 청구범위 및 그 등가물에 의해 표시된다.

Claims (15)

  1. 적층 제조 시스템용 프린트 헤드로서,
    매트릭스 및 연속적인 보강물을 수용하도록 구성된 수용 단부;
    상기 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅된 상기 연속적인 보강물을 방출하도록 구성된 방출 단부; 및
    상기 방출 단부에 위치되고, 상기 프린트 헤드를 위한 공구 중심점을 형성하는 컴팩터를 포함하는, 프린트 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속적인 보강물은 상기 연속적인 보강물이 방출되어지는 표면과 접촉되기 전에 상기 컴팩터와 접촉되는, 프린트 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연속적인 보강물은 상기 프린트 헤드의 내부에 있는 위치에서 상기 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅되고;
    상기 프린트 헤드는 상기 연속적인 보강물을 통해 상기 매트릭스를 분배하도록 구성된 가이드 모듈을 더 포함하고, 상기 가이드 모듈은 상기 연속적인 보강물 내에서 압력 차이를 생성하는 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하는, 프린트 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연속적인 보강물은 상기 적어도 하나의 접촉 표면의 상류 위치에 있는 상기 가이드 모듈 내부에서 상기 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅되는, 프린트 헤드.
  5. 제3항에 있어서, 상기 가이드 모듈은
    적어도 하나의 진입 롤러; 및
    적어도 하나의 진입 롤러의 하류에 위치되는 파일럿 하위조립체를 포함하는, 프린트 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컴팩터와 연관된 최종 가이드를 더 포함하되, 상기 최종 가이드는 상기 연속적인 보강물을 상기 컴팩터를 향해서 바이어스하도록 구성된, 프린트 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컴팩터는 상기 연속적인 보강물로부터 멀리있는 쓰레딩 위치로부터 상기 연속적인 보강물에 대항하는 컴팩트화 위치로 이동 가능한, 프린트 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컴팩터는 상기 연속적인 보강물 상에 상기 컴팩터에 의해서 작용되는 압력을 조정하기 위해 상기 컴팩트화 위치에서 더 이동 가능한, 프린트 헤드.
  9. 제7항에 있어서, 상기 프린트 헤드는
    상기 컴팩터의 위치를 조절하도록 구성된 액츄에이터; 및
    상기 컴팩터와 상기 액츄에이터 사이에 위치되는 래시 조절기를 더 포함하는, 프린트 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 프린트 헤드는 상기 컴팩터를 뒤따르는 위치에 경화 에너지를 지향시키도록 구성된 경화 모듈을 더 포함하는, 프린트 헤드.
  11. 복합물 구조체를 적층 제조하는 방법에 있어서,
    매트릭스 및 연속적인 보강물을 무노즐(nozzle-less) 프린트 헤드 안으로 지향시키는 단계;
    상기 연속적인 보강물을, 상기 연속적인 보강물의 정렬을 유지하는 가이드 모듈에 통과시키는 단계;
    컴팩터를 사용하여 상기 무노즐 프린트 헤드로부터 방출 시 상기 매트릭스 및 상기 연속적인 보강물을 컴팩트화하는 단계; 및
    컴팩트화 후 경화 에너지에 상기 매트릭스를 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 컴팩터에 위치되는 공구 중심점에 기반하여 방출 동안 상기 프린트 헤드를 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 연속적인 보강물이 컴팩트화되는 표면 전에 상기 컴팩터 상에 먼저 상기 연속적인 보강물을 방출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 무노즐 프린트 헤드의 내부에서 상기 매트릭스로 상기 연속적인 보강물을 적어도 부분적으로 코팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 매트릭스를 분배하기 위해 상기 연속적인 보강물을 통해 압력 차이를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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