KR20220012237A - Systems for additive manufacturing of composite structures - Google Patents
Systems for additive manufacturing of composite structures Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220012237A KR20220012237A KR1020217036812A KR20217036812A KR20220012237A KR 20220012237 A KR20220012237 A KR 20220012237A KR 1020217036812 A KR1020217036812 A KR 1020217036812A KR 20217036812 A KR20217036812 A KR 20217036812A KR 20220012237 A KR20220012237 A KR 20220012237A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- module
- outer cover
- matrix
- head
- curing energy
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 10
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 53
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 44
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- -1 photopolymers Polymers 0.000 description 2
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 150000003673 urethanes Chemical class 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
- B29C64/209—Heads; Nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
- B29C64/218—Rollers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/264—Arrangements for irradiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
- B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
- B29C70/384—Fiber placement heads, e.g. component parts, details or accessories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Robotics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
구조체(12)를 제조하는 데 사용하기 위한 적층 제조 시스템(10)이 개시된다. 적층 제조 시스템은 지지체(14), 및 재료(R+M)를 토출하도록 구성되고 재료 토출 동안 노멀(normal) 진행 방향(34)으로 지지체에 동작 가능하게 연결되고 지지체에 의해 이동 가능한 인쇄 헤드(16)를 포함할 수 있다. 인쇄 헤드는 노멀 진행 방향에 대해 토출 재료의 후미측에 위치되고, 재료를 압축하고 재료를 도구 중심점(TCP: tool center point)에서 경화 에너지에 노출시키도록 구성된 모듈(22)을 포함할 수 있다.An additive manufacturing system (10) for use in manufacturing a structure (12) is disclosed. The additive manufacturing system comprises a support 14, and a print head 16 configured to eject material R+M and operatively connected to the support in a normal travel direction 34 during material ejection and movable by the support. ) may be included. The print head may include a module 22 positioned aft of the ejected material with respect to the normal direction of travel and configured to compress the material and expose the material to curing energy at a tool center point (TCP).
Description
관련 출원Related applications
본 출원은 각각 2019년 5월 28일 및 2020년 2월 25일자로 출원된 62/853,610호 및 62/981,515호에 기초하며 이로부터 우선권의 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 본원에 참조로 명시적으로 통합된다. 본 출원은 또한 2019년 7월 18일자로 출원된 미국 정규 출원 16/516,113호의 일부-계속 출원이며, 그 내용은 본원에 참조로 명시적으로 통합된다.This application is based on and claims priority to 62/853,610 and 62/981,515 filed on May 28, 2019 and February 25, 2020, respectively, the entire contents of which are hereby incorporated by reference integrally integrated. This application is also a continuation-in-part of U.S. Regular Application No. 16/516,113, filed July 18, 2019, the contents of which are expressly incorporated herein by reference.
기술 분야technical field
본 개시는 일반적으로 제조 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복합 구조체를 적층 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present disclosure relates generally to manufacturing systems, and more particularly to systems for additive manufacturing of composite structures.
연속 섬유 3D 인쇄(CF3D®로도 알려짐)는 이동 가능한 인쇄 헤드로부터 토출되는 매트릭스 내에 매립된 연속 섬유의 사용과 관련된다. 매트릭스는 통상적인 열가소성 수지, 분말 금속, 액체 수지(예를 들어, UV 경화성 및/또는 2-파트 수지), 또는 이러한 매트릭스 및 다른 알려진 매트릭스 중 임의의 조합일 수 있다. 인쇄 헤드를 빠져나올 때, 헤드-장착형 경화 강화기(예를 들어, 자외선, 초음파 에미터, 열원, 촉매 공급기 등)가 활성화되어 매트릭스의 경화를 개시 및/또는 완료한다. 이러한 경화는 거의 즉시 발생하여, 지지되지 않은 구조체가 자유 공간에서 제조될 수 있게 한다. 섬유, 특히 연속 섬유가 구조체 내에 매립될 때, 구조체의 강도는 매트릭스-의존 강도를 넘어 배가될 수 있다. 이러한 기술의 예가 2016년 12월 6일자로 Tyler에게 허여된 미국 특허 9,511,543호("'543 특허")에 개시되어 있다.Continuous fiber 3D printing (also known as CF3D ® ) involves the use of continuous fibers embedded in a matrix that is ejected from a movable print head. The matrix can be a conventional thermoplastic, powdered metal, liquid resin (eg, UV curable and/or two-part resin), or any combination of these and other known matrices. Upon exiting the print head, a head-mounted cure enhancer (eg, ultraviolet, ultrasonic emitter, heat source, catalyst feeder, etc.) is activated to initiate and/or complete curing of the matrix. This curing occurs almost immediately, allowing unsupported structures to be fabricated in free space. When fibers, particularly continuous fibers, are embedded in a structure, the strength of the structure can be multiplied beyond the matrix-dependent strength. An example of such a technique is disclosed in US Pat. No. 9,511,543 issued December 6, 2016 to Tyler (“the '543 patent”).
CF3D®는 연속 섬유 강화를 이용하지 않는 제조 프로세스와 비교하여 증가된 강도를 제공하지만, 기존 시스템의 구조 및/또는 동작에 개선이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 출원인은 보강재의 압축 및 경화에 대한 더 많은 제어가 보강재 배치, 강도 및 정확도를 개선할 수 있음을 발견했다. 개시된 적층 제조 시스템은 이러한 개선을 제공하고/제공하거나 종래 기술의 다른 문제를 해결하도록 고유하게 구성된다.Although CF3D ® provides increased strength compared to manufacturing processes that do not utilize continuous fiber reinforcement, improvements can be made to the structure and/or operation of existing systems. For example, Applicants have discovered that more control over the compression and hardening of the reinforcement can improve reinforcement placement, strength and accuracy. The disclosed additive manufacturing system is uniquely configured to provide these improvements and/or solve other problems of the prior art.
일 양태에서, 본 개시는 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 적층 제조 시스템은 지지체, 및 재료를 토출하도록 구성되고 재료 토출 동안 노멀(normal) 진행 방향으로 지지체에 동작 가능하게 연결되고 지지체에 의해 이동 가능한 인쇄 헤드를 포함할 수 있다. 인쇄 헤드는 노멀 진행 방향에 대해 토출 재료의 후미측에 위치되고, 재료를 압축하고 재료를 도구 중심점(TCP: tool center point)에서 경화 에너지에 노출시키도록 구성된 모듈을 포함할 수 있다.In one aspect, the present disclosure relates to an additive manufacturing system. The additive manufacturing system may include a support and a print head configured to eject material and operatively connected to the support in a normal travel direction during material ejection and movable by the support. The print head may include a module positioned aft of the ejected material with respect to the normal travel direction and configured to compress the material and expose the material to curing energy at a tool center point (TCP).
다른 양태에서, 본 개시는 다른 적층 제조 시스템에 관한 것이다. 이러한 적층 제조 시스템은 지지체, 및 재료를 토출하도록 구성되고 재료 토출 동안 노멀 진행 방향으로 지지체에 동작 가능하게 연결되고 지지체에 의해 이동 가능한 인쇄 헤드를 포함할 수 있다. 인쇄 헤드는 노멀 진행 방향에 대해 토출 재료의 후미측에 위치되고 재료 위에서 롤링(rolling)하도록 구성된 외부 커버, 및 외부 커버를 통해 반경 방향 외측으로 경화 에너지를 지향시키도록 구성된 소스를 포함할 수 있다.In another aspect, the present disclosure relates to another additive manufacturing system. Such an additive manufacturing system may include a support and a print head configured to eject material and operatively connected to the support in a normal travel direction during material ejection and movable by the support. The print head may include an outer cover positioned aft of the ejection material with respect to a normal direction of travel and configured to roll over the material, and a source configured to direct curing energy radially outwardly through the outer cover.
또 다른 양태에서, 본 개시는 구조체를 적층 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 인쇄 헤드의 출구를 통해 매트릭스-습윤(matrix-wetted) 연속 보강재를 토출하는 단계, 및 매트릭스-습윤 연속 보강재를 압축하기 위해 토출 후 매트릭스-습윤 연속 보강재에 대해 모듈을 가압하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 모듈을 통해 압축되는 매트릭스-습윤 연속 보강재로 경화 에너지를 반경 방향 외측으로 지향시키는 단계를 포함할 수 있다.In another aspect, the present disclosure relates to a method of additive manufacturing a structure. The method comprises discharging a matrix-wetted continuous stiffener through an outlet of a print head, and pressing the module against the matrix-wetted continuous stiffener after discharging to compress the matrix-wetted continuous stiffener can do. The method may also include directing curing energy radially outwardly into a matrix-wetting continuous reinforcement that is compressed through the module.
도 1은 예시적인 개시된 적층 제조 시스템의 개략도이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 각각 도 1의 시스템의 예시적인 개시된 부분의 등각도, 개략도 및 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 시스템의 다른 예시적인 개시된 부분의 단면도이다.1 is a schematic diagram of an exemplary disclosed additive manufacturing system.
2, 3, and 4 are isometric, schematic, and cross-sectional views, respectively, of an exemplary disclosed portion of the system of FIG. 1 ;
5 and 6 are cross-sectional views of another exemplary disclosed portion of the system of FIG. 1 ;
도 1은 임의의 원하는 형상을 갖는 복합 구조체(12)를 제조하는 데 사용될 수 있는 예시적인 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 지지체(14) 및 퇴적(deposition) 헤드("헤드")(16)를 포함할 수 있다. 헤드(16)는 지지체(14)에 커플링되고 지지체(14)에 의해 이동될 수 있다. 도 1의 개시된 실시예에서, 지지체(14)는 구조체(12)의 제조 동안 복수의 방향으로 헤드(16)를 이동시킬 수 있는 로봇 암(arm)이다. 지지체(14)는 대안적으로 갠트리(예를 들어, 오버헤드-브릿지 또는 단일-포스트 갠트리) 또는 구조체(12)의 제조 동안 복수의 방향으로 헤드(16)를 이동시킬 수 있는 하이브리드 갠트리/암을 구현할 수 있다. 지지체(14)가 구조체(12)에 대해 6-축 이동이 가능한 것으로 도시되어 있지만, 지지체(14)가 다른 방식으로(예를 들어, 더 많거나 더 적은 수의 축을 따라 및/또는 그 주위로) 헤드(16)를 이동시킬 수 있음이 고려된다. 구조체(12)는 하나 이상의 이동 축과 연관될 수 있고 지지체(14)와 독립적으로 및/또는 이와 협력하여 이동하도록 구성될 수 있음이 또한 고려된다. 일부 실시예에서, 드라이브는 헤드(16)를 지지체(14)에 기계적으로 커플링할 수 있고, 헤드(16)의 일부를 이동시키고/이동시키거나 헤드(16)에 전력 또는 재료를 공급하기 위해 협력하는 구성 요소를 포함할 수 있다.1 depicts an
헤드(16)는 매트릭스(M으로 나타냄)를 수용하거나 아니면 이를 포함하도록 구성될 수 있다. 매트릭스는 경화 가능한 임의의 유형의 재료 또는 그 조합(예를 들어, 제로-휘발성 유기 화합물 수지, 분말 금속 등과 같은 액체 수지)을 포함할 수 있다. 예시적인 수지는 열경화성 수지, 단일 또는 다중-파트 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 양이온성 에폭시, 아크릴화 에폭시, 우레탄, 에스테르, 열가소성 수지, 광중합체, 폴리에폭사이드, 티올, 알켄, 티올-엔 등을 포함한다. 일 실시예에서, 헤드(16) 내부의 매트릭스는 예를 들어, 대응하는 도관(미도시)을 통해 헤드(16)에 유체 연결된 외부 디바이스에 의해(예를 들어, 압출기, 펌프 등에 의해 - 미도시), (예를 들어, 양으로 및/또는 음으로) 가압될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 압력은 유사한 유형의 디바이스에 의해 헤드(16) 내부에서 완전히 생성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매트릭스는 헤드(16) 내로 및/또는 헤드(16)를 통해 중력-공급될 수 있다. 예를 들어, 매트릭스는 하나 이상의 연속 보강재(R로 나타냄)와 함께 헤드(16) 내로 공급될 수 있고, 헤드(16)로부터 푸시(push) 또는 당겨질 수 있다. 일부 경우에, 헤드(16) 내부의 매트릭스는 조기 경화를 억제하거나 아니면 토출 후 원하는 경화 속도를 얻기 위해 차갑게 및/또는 어둡게 유지될 필요가 있을 수 있다. 다른 경우에, 유사한 이유로 매트릭스는 따뜻하게 유지되고/유지되거나 조명될 필요가 있을 수 있다. 어떤 상황에서도, 헤드(16)는 이러한 요구를 제공하기 위해 특별히 구성될 수 있다(예를 들어, 절연, 온도-제어, 차폐 등).The
매트릭스는 임의의 수의 연속 보강재(예를 들어, 개별 섬유, 토우(tow), 로빙(roving), 삭스(socks) 및/또는 연속 재료의 시트)를 적어도 부분적으로 코팅하고, 보강재와 함께 일부 복합 구조체(12)의 일부(예를 들어, 벽)를 구성하는 데 사용될 수 있다. 보강재는 헤드(16) 내부에 저장되거나 아니면 헤드(16)를 통과할 수 있다. 복수의 보강재가 동시에 사용되는 경우, 보강재는 동일한 재료 조성일 수 있고 동일한 크기 및 단면 형상(예를 들어, 원형, 정사각형, 직사각형 등) 또는 크기 및/또는 단면 형상이 다른 상이한 재료 조성일 수 있다. 보강재는 예를 들어, 탄소 섬유, 식물성 섬유, 목질 섬유, 광물 섬유, 유리 섬유, 플라스틱 섬유, 금속 섬유, 광 섬유(예를 들어, 튜브) 등을 포함할 수 있다. "보강재"라는 용어는 헤드(16)로부터 토출되는 매트릭스에 적어도 부분적으로 삽입되는 구조적 및 비구조적(예를 들어, 기능적) 유형의 연속 재료 모두를 포함하는 것을 의미한다.The matrix at least partially coats any number of continuous reinforcements (eg, individual fibers, tows, rovings, socks and/or sheets of continuous material), and some composite with the reinforcements. It may be used to construct part (eg, a wall) of structure 12 . The stiffener may be stored within the
보강재가 헤드(16) 내부에 있는 동안, 보강재가 매트릭스로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있으며, 보강재는 헤드(16)로 전달되고/전달되거나 보강재는 헤드(16)로 토출된다. 매트릭스, 건식(예를 들어, 침지되지 않은) 보강재, 및 매트릭스에 이미 노출된 보강재(예를 들어, 사전-침지된 보강재)는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 임의의 방식으로 헤드(16)로 운송될 수 있다. 일부 실시예에서, 충진재 재료(예를 들어, 절단된 섬유, 나노 입자 또는 튜브 등) 및/또는 첨가제(예를 들어, 열 개시제, UV 개시제 등)가 매트릭스가 연속 보강재를 코팅하는 전 및/또는 후에 매트릭스와 혼합될 수 있다.While the stiffener is inside the
하나 이상의 경화 강화기(예를 들어, 자외선, 초음파 에미터, 레이저, 히터, 촉매 디스펜서 등)(18)는 헤드(16)에 근접하게(예를 들어, 내부에, 그 상에 및/또는 인접하게) 장착될 수 있으며, 헤드(16)로부터 토출될 때 매트릭스의 경화 속도 및/또는 품질을 향상시키도록 구성된다. 경화 강화기(18)는 재료 토출 및 구조체(12)의 형성 동안 구조체(12)의 부분들을 에너지(예를 들어, 자외선, 전자기 복사, 진동, 열, 화학 촉매 등)에 선택적으로 노출시키도록 제어될 수 있다. 에너지는 매트릭스 내에서 화학 반응이 일어나도록 트리거링하고, 화학 반응 속도를 증가시키고, 매트릭스를 소결시키고, 매트릭스를 경화시키고, 매트릭스를 고형화하거나, 매트릭스를 중합시키거나, 아니면 헤드(16)로부터 토출될 때 매트릭스가 경화되게 할 수 있다. 경화 강화기(18)에 의해 생성된 에너지의 양은 구조체(12)가 헤드(16)로부터 사전 결정된 길이 초과로 축 방향으로 성장하기 전에 매트릭스를 경화시키기에 충분할 수 있다. 일 실시예에서, 구조체(12)는 축 방향 성장 길이가 매트릭스-코팅된 보강재의 외부 직경과 같아지기 전에 적어도 부분적으로(예를 들어, 완전히) 경화된다.One or more cure intensifiers (eg, ultraviolet, ultrasonic emitters, lasers, heaters, catalyst dispensers, etc.) 18 proximate (eg, within, on, and/or adjacent to head 16 ) ) and is configured to improve the curing rate and/or quality of the matrix as it is ejected from the
매트릭스 및/또는 보강재는 임의의 수의 상이한 동작 모드를 통해 헤드(16)로부터 함께 토출될 수 있다. 제1 예시적인 동작 모드에서, 헤드(16)가 지지체(14)에 의해 이동되어 구조체(12)의 피쳐(feature)가 생성됨에 따라 매트릭스 및/또는 보강재가 헤드(16)로부터 압출(예를 들어, 압력 및/또는 기계적 힘 하에 푸시됨)된다. 제2 예시적인 동작 모드에서, 적어도 보강재가 헤드(16)로부터 당겨져서, 토출 동안 보강재에 인장 응력이 생성된다. 이러한 제2 동작 모드에서, 매트릭스는 보강재에 달라붙을 수 있고, 이에 의해 또한 보강재와 함께 헤드(16)로부터 당겨질 수 있고/있거나 매트릭스는 당겨진 보강재와 함께 압력 하에서 헤드(16)로부터 토출될 수 있다. 보강재가 헤드(16)로부터 당겨지는 제2 동작 모드에서, 보강재의 결과적인 장력은 매트릭스의 경화 후에 (예를 들어, 보강재 정렬, 좌굴 방지, 보강재 균등 로딩 등에 의해) 구조체(12)의 강도를 증가시킬 수 있으며, 또한 지지되지 않는 구조체(12)의 더 긴 길이가 더 직선적인 궤적을 갖게 한다. 즉, 매트릭스의 경화 후에 남아 있는 보강재의 장력은 중력에 대항하여 작용하여(예를 들어, 중력에 반대되는 모멘트를 생성함으로써 직접 및/또는 간접적으로) 지지체(12)에 대한 지지를 제공할 수 있다.The matrix and/or stiffener may be ejected together from the
보강재는 헤드(16)가 지지체(14)에 의해 앵커 포인트(예를 들어, 인쇄 베드, 구조체(12)의 기존 표면, 고정구 등)로부터 멀어지게 이동되는 결과로서 헤드(16)로부터 당겨질 수 있다. 예를 들어, 구조체 형성이 시작될 때, 매트릭스-침지된 보강재의 길이가 헤드(16)로부터 당겨지고/당겨지거나 밀려날 수 있고, 앵커 포인트에 대해 퇴적되고, 적어도 부분적으로 경화되어, 토출된 재료가 앵커 포인트에 접착된다(또는 그렇지 않으면 커플링됨). 그 후, 헤드(16)가 앵커 포인트로부터 멀어지게 이동될 수 있고, 상대적인 이동은 보강재가 헤드(16)로부터 당겨지게 할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 헤드(16)를 통한 보강재의 이동은 원하는 경우 하나 이상의 내부 공급 메커니즘을 통해 선택적으로 지원될 수 있다. 그러나, 헤드(16)로부터의 보강재의 토출 속도는 주로 헤드(16)와 앵커 포인트 사이의 상대적인 이동의 결과일 수 있어, 보강재 내에 장력이 생성된다. 위에서 논한 바와 같이, 앵커 포인트는 앵커 포인트로부터 멀어지게 이동되는 헤드(16) 대신에 또는 이에 추가하여 헤드(16)로부터 멀어지게 이동될 수 있다.The stiffener may be pulled from the
헤드(16)는 무엇보다도 출구(22) 및 출구(22)의 상류에 위치된 매트릭스 저장소(24)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 출구(22)는 일반적으로 원형, 관형, 또는 직사각형 단면을 갖는 복합 재료를 토출하도록 구성된 단일-채널 출구이다. 그러나, 헤드(16)의 구성은 출구(22)가, 동일하거나 상이한 형상(예를 들어, 평면 또는 시트형 단면, 다중-트랙 단면 등)을 갖는 다중 채널의 복합 재료를 토출하는 다른 출구로 교환될 수 있다. 섬유, 튜브 및/또는 다른 보강재는 매트릭스 저장소(24)를 (예를 들어, 저장소(24) 내부에 위치된 하나 이상의 내부 습윤 메커니즘(26)을 통해) 통과할 수 있고 토출 전에 매트릭스와 함께 습윤될 수 있다(예를 들어, 적어도 부분적으로 코팅되거나 삽입 및/또는 완전히 포화됨).The
출구(22)는 상이한 형태를 취할 수 있다. 일 예에서, 가이드 또는 노즐(30)은 습윤 메커니즘(26)의 하류에 위치되고 압축기(32)는 (예를 들어, 화살표(34)로 표시된 바와 같이, 재료 토출 동안 헤드(16)의 노멀 진행 방향에 대해) 노즐(30)을 따라간다. 노즐(30) 또는 압축기(32) 중 어느 하나는 헤드(16)의 도구 중심점(TCP)으로서 기능하여 경화 강화기(들)(18)에 의해 에너지에 노출될 때 경화 전 및/또는 경화 중에 매트릭스-습윤 보강재(들)를 원하는 위치에 부착할 수 있는 것으로 고려된다. 일부 실시예에서, 노즐(30)이 생략될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 마지막으로, 헤드(16)의 TCP는 노즐(30) 또는 압축기(32)와 반드시 연관될 필요는 없고 대신 이들 위치로부터 분리된 경화 에너지 노출의 위치일 수 있다는 것이 고려된다. TCP는 또한 일부 적용예에서 위치를 스위칭할 수도 있다.The outlet 22 may take different forms. In one example, guide or
하나 이상의 제어기(28)가 제공되어 지지체(14) 및 헤드(16)와 통신 가능하게 커플링될 수 있다. 각각의 제어기(28)는 시스템(10)의 동작을 제어하도록 프로그래밍 및/또는 설정되는 단일 프로세서 또는 다중 프로세서를 구현할 수 있다. 제어기(28)는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서 또는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 제어기(28)는 예를 들어, 설계 한계, 성능 특성, 동작 명령, 도구 경로, 및 시스템(10)의 각 구성 요소의 대응하는 파라미터와 같은 데이터를 저장하기 위한 메모리를 추가로 포함하거나 이와 연관될 수 있다. 전원 회로, 신호-조절 회로, 솔레노이드 드라이버 회로, 통신 회로 및 다른 적절한 회로를 포함하는 다양한 다른 알려진 회로가 제어기(28)와 연관될 수 있다. 또한, 제어기(28)는 유선 및/또는 무선 송신을 통해 시스템(10)의 다른 구성 요소와 통신할 수 있다.One or
하나 이상의 맵이 제어기(28)의 메모리 내에 저장될 수 있고 구조체(12)의 제조 동안 사용될 수 있다. 이들 맵 각각은 룩업 테이블, 그래프 및/또는 방정식의 형태로 데이터의 집합을 포함할 수 있다. 개시된 실시예에서, 맵은 제어기(28)에 의해 구조체(12)의 원하는 기하 형태(예를 들어, 크기, 형상, 재료 조성, 성능 파라미터, 및/또는 윤곽)를 생성하기 위해 요구되는 헤드(16)의 이동을 결정하고 이동과 협력하여 경화 강화기(들)(18) 및/또는 다른 관련 구성 요소의 동작을 조절하기 위해 사용될 수 있다.One or more maps may be stored in the memory of
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 경화 강화기(들)(18) 및 압축기(32)는 경화 및 압축 기능 모두를 수행할 수 있는 모듈(54)에 통합될 수 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 모듈(54)은 무엇보다도 이격된 베어링(166)들을 통해 헤드(16)의 나머지 부분에 회전 가능하게 장착된 샤프트(164), 샤프트(164)로 경화 에너지(예를 들어, 광)를 보내도록 구성된 소스(168), 샤프트(164) 주위에 위치된 분배기(170) 및 토출 재료에 대해 압축력을 제공하는 분배기(170) 위에 장착된 하나 이상의 커버(예를 들어, 내부 순응성 커버(172) 및/또는 외부 보호 커버(174))를 포함하는 복수의 구성 요소의 자립형 조립체일 수 있다. 샤프트(164)로 축 방향으로 지향된 에너지는 샤프트(164)의 내부 단부에 위치된 광학계(예를 들어, 배플, 렌즈, 거울, 연마된 보어 또는 단부 벽 등)(176) 및 샤프트(164) 내에 형성된 (도 4에만 도시된) 하나 이상의 반경 방향 통로(177)에 의해 분배, 포커싱 및/또는 반경 방향으로 외측으로 재지향될 수 있다. 에너지는 분배기(170)의 하나 이상의 축 방향으로 연장되는 원주 방향 슬롯(178)을 통과한 다음 연관된 커버(들)를 통과할 수 있으며, 연관된 커버는 에너지(예를 들어, 약 405 nm의 파장과 같은 약 350 - 450 nm 파장에서의 광 에너지)에 대해 적어도 부분적으로 투명할 수 있다(예를 들어, 약 70 - 100% 투명). 일부 실시예에서, 슬롯(178) 중 하나 이상에는 커버(들)를 지지하는 데 도움이 되는 투명 스페이서(180)가 장착될 수 있다. 일부 실시예에서, 스페이서(180) 자체는 소스(168)로부터 에너지를 포커싱, 증폭, 분배 및/또는 조준하는 기능을 하는 광학계일 수 있다.2 , 3 and 4 , the coin intensifier(s) 18 and compressor 32 may be integrated into a module 54 that may perform both hardening and compression functions. As shown in these figures, the module 54 transmits curing energy (e.g. For example, a
일부 적용예에서, 모듈(54)(예를 들어, 커버(174)의 외부 표면)은 헤드(16)의 TCP를 형성할 수 있다. 이러한 적용예에서, 헤드(16)는 노즐이 없을 수 있다. 따라서, 헤드(16)의 TCP는 커버(174)의 외부 표면과 구조체(12)의 활성 표면(예를 들어, 모듈(54)이 습윤-보강재를 표면 상으로 밀어내는 곳) 사이의 축 방향으로 배향된 접촉 라인에 대응할 수 있다. 예를 들어 헤드(16)가 지지체(14)(도 1 참조)에 의해 인쇄 표면에 대해 및/또는 진행 방향(예를 들어, 자유 공간으로 인쇄하는 경우)에 대해 틸팅됨에 따라 접촉 라인이 움직일 수 있음에 유의해야 한다.In some applications, module 54 (eg, the outer surface of cover 174 ) may form the TCP of
일 실시예에서, 외부 커버(174)는 저마찰 재료(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 - PTFE, 플루오르화 에틸렌 프로필렌 - FEP 등)로 제조될 수 있다. 일 예에서, FEP는 PTFE와 비교할 때 더 큰 투명도로 인해 외부 커버(174)에 이용될 수 있다.In one embodiment, the
내부 커버(172)의 순응성은 모듈(54)의 위치 결정에서 큰 정확도를 요구하지 않고 보강재에 대한 적절한 결합 및 압축력을 허용할 수 있다. 내부 커버(172)의 순응성은 또한 구조체(12)와의 결합 영역에서 평평한 지점을 초래할 수 있다(도 6 참조). 이러한 평평한 지점은 매트릭스-습윤 보강재가 모듈(54)로부터 결합 해제되고 구조체(12)에만 부착되는 데 도움이 될 수 있으며, 또한 보강재가 구조체(12)의 하위 레이어에 대해 더 평평하게 놓이는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 내부 커버(172)의 순응성은 절단 디바이스(도 5 및 도 6을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명됨)가 모듈(54)로 거리를 푸시할 수 있게 하며, 이에 의해 절단 성능을 개선한다. 외부 커버(174)는 절단 디바이스와의 결합으로 인해 주기적으로 교체해야 할 수도 있다. 일 실시예에서, 내부 커버(172)는 약 20 - 50 A-쇼어(Shore)(예를 들어, 약 40 A-쇼어)의 경도를 가질 수 있고, 외부 커버(174)는 절단 중 수명을 증가시키기 위해 더 큰 경도(예를 들어, 내부 커버(172)의 경도보다 적어도 5-10% 더 큼)를 가질 수 있다. 외부 커버(174)의 두께는 내부 커버(172)의 두께보다 얇을 수 있으므로, 내부 커버(172)의 순응성은 더 단단한 외부 커버(174)를 통해 여전히 효과적일 수 있다. 예를 들어, 외부 커버(174)는 내부 커버(172)의 두께의 약 1/5 - 1/25일 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 커버(174)는 내부 커버(172)보다 더 낮은 마찰을 가질 수 있어, 모듈(54)에 대한 매트릭스-습윤 보강재의 원하지 않은 달라붙음을 방지하는 것에 도움이 될 수 있다.The conformability of the
에너지가 모듈(54)을 통해 매트릭스-습윤 보강재로 지향될 수 있기 때문에, TCP에서 (예를 들어, 바로 전, 바로 위, 및/또는 바로 뒤) 경화가 가능할 수 있다. TCP 위치로부터 멀어지는 보강재의 이동이 있다고 하여도 거의 일어나지 않는다면 그 전에 보강재를 고정하기 위해 충분한 경화가 일어날 수 있는 것으로 고려된다. 이것은 보강재의 배치 정확도를 개선할 수 있다. 또한, 매트릭스는 외부 표면에서만 경화될 수 있거나(예를 들어, 원하는 형상을 고정 및/또는 유지하기에 충분할 정도로) 매트릭스가 (추가로 또는 어떠한 외부 환경 노출 없이) 소스(168)로부터의 에너지에만 노출을 통해 관통-경화될 수 있는 것이 고려된다. 앞의 경우에, 구조체(12)의 완성 후 추가적인 에너지 노출(예를 들어, 오븐 베이킹, 오토클레이브 가열 등)이 필요할 수 있다.Because energy may be directed through the module 54 to the matrix-wetting reinforcement, curing may be possible in TCP (eg, immediately before, directly above, and/or immediately after). It is considered that sufficient hardening can occur to secure the stiffener prior to that, provided little, if any, movement of the stiffener away from the TCP position occurs. This can improve the placement accuracy of the reinforcement. Further, the matrix may only be cured on the external surface (eg, sufficient to fix and/or maintain a desired shape) or the matrix may be exposed only to energy from the source 168 (with additional or no external environmental exposure). It is contemplated that it can be through-hardened through In the preceding case, additional energy exposure (eg, oven baking, autoclave heating, etc.) may be required after completion of structure 12 .
일 실시예에서, 분배기(170)의 기하 형태는 (즉, 반경 방향 통로(177)의 위치 및 배향과 관련하여) 소스(168)로부터의 에너지를 TCP에만 포커싱하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 기하 형태는 소스(168)로부터의 에너지가 TCP에 가장 가깝게 (예를 들어, TCP에) 위치된 하나의 슬롯(178)만을 통과하도록 허용하는 한편, 에너지가 주어진 시간에 TCP로부터 더 멀리 떨어져 있는 다른 슬롯(178)을 통과하는 것을 금지할 수 있다. 더 좁은 슬롯(178)을 갖는 더 두꺼운 벽의 분배기는 더욱 포커싱된 노출 영역을 생성할 수 있다. 개시된 예에서, 슬롯(178)은 분배기(170)를 지나는 보강재의 폭의 약 0-2배의 축 방향 길이를 가질 수 있다.In one embodiment, the geometry of the
도 5 및 도 6은 특히 경화 및 압축 기능을 통합하는 다른 모듈(200)을 도시한다. 도 2 내지 도 4의 모듈(54)과 같이, 도 5 및 도 6의 모듈(200)은 베어링(166)을 통해 헤드(16)의 나머지 부분에 회전 가능하게 연결된 샤프트(164), 및 경화 에너지(예를 들어, 자외선, 레이저 또는 다른 경화 에너지 소스(202)로부터의 에너지)를 샤프트(164)로 축 방향으로 지향시키는 소스(168)를 포함한다. 에너지는 내부 및 외부 커버(172, 174)를 통해 샤프트(164) 및 통로(177)의 내부 단부에 위치한 광학계(176)를 통해 헤드(16)의 TCP로 반경 방향 외측으로 재지향될 수 있다. 일 실시예에서, TCP는 (도 5에 도시된) 분배기(170)의 축 중심에 위치된다. 그러나, 원하는 경우, TCP는 분배기(170)의 단부에 더 가깝게 위치될 수 있는 것으로 고려된다.5 and 6 show another
모듈(54)과 마찬가지로, 모듈(200)은 내부 및 외부 커버(172, 174)를 통해 반경 방향 외측으로 통과할 때 에너지 소산 및 손실을 억제하도록 구성될 수 있다. 그러나, 모듈(200)은 분배기(170), 슬롯(178) 및 스페이서(180)를 사용하지 않고 이를 수행할 수 있다. 대신에, 모듈(200)의 내부 및/또는 외부 커버(172, 174)는 하나 이상의 분할기(184)를 통해 세그먼트화될 수 있다. 분할기(184)는 일반적으로 평면일 수 있고, 서로로부터 일정한 간격으로 클록킹되고, 압축 디바이스(150)의 축을 통해 배향될 수 있다. 분할기(184)는 외부 및 내부 커버(174, 172)를 통해 반경 방향 내부으로 연장될 수 있지만, 샤프트(164)에서 짧게 또는 샤프트(164)에서 종단될 수 있다. 분할기(184)는 소스(168)로부터 TCP를 향하는 에너지를 차단하거나 반사하도록 구성된 재료로 제작되거나 코팅되거나 착색되거나 주입될 수 있다. 임의의 수의 분할기(184)가 원하는 만큼 많은 분리된 에너지-전송 채널(예를 들어, 인접 분할기(184) 사이의 아치형 세그먼트)을 생성하는 데 이용될 수 있다. 분할기(184)에 추가하여, 샤프트(164)의 축에 대해 전반적으로 직교하거나 비스듬한 각도로 배향된 평면에 놓인 하나 이상의 분할기(186)가 일부 실시예에서 소스(168)로부터의 에너지를 추가로 포커싱하는 데 (예를 들어, 에너지를 TCP를 향해 축 방향으로 지향시키는 데) 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 일부 적용예에서, 분할기(184 및/또는 186) 사이의 간격은 경화 경로 파라미터를 선택적으로 변경하고 포커싱하기 위해 재료 토출 동안 조정될 수 있다.Like module 54 ,
도 6은 또한 절단 기능을 추가로 갖는 모듈(200)을 도시한다. 예를 들어, 절단 메커니즘(188)이 일부 실시예에서 모듈(200)에 통합될 수 있다. 절단 메커니즘(188)은 인쇄 동작 동안 및/또는 인쇄 동작 후에 보강재를 클램핑, 절단 및/또는 공급하도록 협력하는 구성 요소를 포함할 수 있다. 이들 구성 요소는 무엇보다도 샤프트(164)에 대향하는 축 방향 단부에서 피벗 가능하게 장착되는 바(bar)(190), 바(190)의 외부 레일(194)에 부착된 블레이드(192), 및 반경 방향으로 외부 레일(194)을 선택적으로 연장 및 수축시키도록 구성되는 하나 이상의 액추에이터(예를 들어, 샤프트(164)의 각 단부에서의 선형 액추에이터)(196)를 포함할 수 있다.6 also shows the
동작 동안, 보강재는 노즐(30)을 통해 배출될 수 있고 TCP에서 닙(nip) 포인트까지 모듈(200)의 외부 커버(174) 주위에 적어도 부분적으로 감싸질 수 있다. 경화 에너지는 압축 모듈(200)로 축 방향으로 통과한 다음 TCP에서 보강재를 코팅하는 매트릭스를 경화시키기 위해 반경 방향 외측으로 재지향될 수 있다. 보강재를 절단하는 것이 바람직할 때(예를 들어, 인쇄 패스의 단부에서), 액추에이터(들)(196)는 제어기(28)(도 1 참조)에 의해 활성화되어 바(190)가 반경 방향 내부으로 수축되게 할 수 있다. 이러한 작용은 보강재가 외부 레일(194)과 외부 커버(174) 사이에 핀칭(pinching)되게 할 수 있고, 이에 의해 도 6에 도시된 위치에서 보강재를 클램핑한다. 바(190)의 수축 및 클램핑 동안, 블레이드(192)는 보강재를 통해 그리고 외부 커버(174)에 대해 힘을 받고, 이에 의해 보강재를 절단한다.During operation, the stiffener may be ejected through the
바(190)는 다음 인쇄 패스의 시작 동안 클램핑된 위치에 남아 있을 수 있고 모듈(200)의 외부 커버(174)와의 결합으로 인해 함께 회전될 수 있다. 이 회전은 헤드(16)로부터(예를 들어, 인쇄를 준비하기 위해 노즐(30)을 통해 밖으로) 보강재를 당기는 기능을 할 수 있으며, 외부 레일(194)이 TCP에 도달할 때까지 계속될 수 있고, 이 때 바(190)는 뒤로 반경 방향 외측으로 이동하도록 밀리거나 및/또는 해제될 수 있어, 레일(194)이 노즐(30)의 출구로 다시 회전되게 한다. 레일(194)의 복귀는 원하는 대로 다른 액추에이터(미도시) 및/또는 스프링(198)으로 촉진될 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 구성으로, 보강재의 클램핑 및 절단이 제공될 뿐만 아니라, TCP에 대한 절단된 보강재의 안내도 용이해질 수 있다.The
산업적 이용 가능성Industrial Applicability
개시된 시스템은 임의의 원하는 단면 형상 및 길이를 갖는 복합 구조체를 제조하는 데 사용될 수 있다. 복합 구조체는 동일하거나 상이한 유형 및 동일하거나 상이한 직경의 임의의 수의 상이한 섬유, 및 동일하거나 상이한 구성의 임의의 수의 상이한 매트릭스를 포함할 수 있다. 시스템(10)의 동작을 이하 상세히 설명한다.The disclosed systems can be used to fabricate composite structures having any desired cross-sectional shape and length. The composite structure may include any number of different fibers of the same or different types and of the same or different diameters, and any number of different matrices of the same or different configuration. The operation of the
제조 이벤트의 시작 시, 원하는 구조체(12)에 관한 정보가 시스템(10)으로(예를 들어, 지지체(14) 및/또는 헤드(16)의 동작을 조절하는 것을 담당하는 제어기(28)로) 로딩될 수 있다. 이 정보는 무엇보다도 크기(예를 들어, 직경, 벽 두께, 길이 등), 윤곽(예를 들어, 궤적, 표면 노멀 등), 표면 피쳐(예를 들어, 융기 크기, 위치, 두께, 길이, 플랜지 크기, 위치, 두께, 길이 등), 연결 기하 형태(예를 들어, 커플링, 티(tee), 스플라이스(splice) 등의 위치 및 크기), 보강재 선택, 매트릭스 선택, 토출 위치, 절단 위치, 경화 사양, 압축 사양 등을 포함할 수 있다. 이 정보는 원하는 경우 제조 이벤트 동안 다른 시간에 및/또는 연속적으로 시스템(10)에 대안적으로 또는 추가로 로딩될 수 있음에 유의해야 한다. 구성 요소 정보에 기초하여, 하나 이상의 상이한 보강재 및/또는 매트릭스 재료가 시스템(10)에 설치 및/또는 연속적으로 공급될 수 있다.At the start of a manufacturing event, information regarding the desired structure 12 is sent to the system 10 (eg, to the
보강재를 설치하기 위해, 개별 섬유, 토우(tow) 및/또는 리본(ribbon)이 매트릭스 저장소(24) 및 출구(22)를 통과할 수 있다(예를 들어, 노즐(30)의 피쳐를 통해 그리고 압축기(32) 아래). 일부 실시예에서, 보강재는 또한 풀링 머신(미도시) 및/또는 장착 고정구(예를 들어, 앵커 포인트)에 연결될 필요가 있을 수 있다. 매트릭스 재료의 설치는 헤드(16) 충진(예를 들어, 저장소(24)의 습윤 메커니즘(26)) 및/또는 헤드(16)에 대한 압출기(미도시)의 커플링을 포함할 수 있다.To install the reinforcement, individual fibers, tows and/or ribbons may pass through
그 다음, 구성 요소 정보가 시스템(10)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 지지체(14)가 (예를 들어, 지지체(14)의 알려진 역학 및/또는 구조체(12)의 알려진 기하 형태에 기초하여) 선택적으로 이동함에 따라 원위치(in-situ) 습윤 보강재가 헤드(16)의 출구(22)로부터 당겨지고/당겨지거나 푸시될 수 있어, 결과적인 지지체(12)가 원하는 대로 제조된다.The component information can then be used to control the operation of the
지지체(14), 경화 강화기(들)(18), 압축기(32), 모듈(54 및/또는 200), 및/또는 시스템(10)의 다른 구성 요소의 동작 파라미터는 구조체(12)의 원하는 결합, 강도, 장력, 기하 형태 및 다른 특징을 제공하기 위해 재료 토출 동안 실시간으로 조정될 수 있다. 일단 구조체(12)가 원하는 길이로 성장하면, 구조체(12)는 시스템(10)에서 절단될 수 있다.The operating parameters of the support 14 , the cure enhancer(s) 18 , the compressor 32 , the modules 54 and/or 200 , and/or other components of the
개시된 시스템에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 실시예도 개시된 시스템의 명세서 및 실시를 고려하여 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 시스템(10)의 구성 요소(예를 들어, 분배기(170), 커버(172 및 174), 스페이서(180), 분할기(184 및 186) 등)가 별도의 구성 요소로서 설명되고 도시되었지만, 시스템(10)의 둘 이상의 구성 요소는 원하는 경우 대안적으로 통합될 수 있는 것으로 고려된다. 명세서 및 예는 단지 예시적인 것으로 고려되며, 진정한 범위는 다음의 청구항 및 그 균등물에 의해 지정되는 것으로 의도된다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the disclosed system. Other embodiments will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the disclosed system. For example, components of system 10 (eg,
Claims (15)
지지체(14); 및
재료(R+M)를 토출하도록 구성되고 재료 토출 동안 노멀(normal) 진행 방향(34)으로 상기 지지체에 동작 가능하게 연결되고 상기 지지체에 의해 이동 가능한 인쇄 헤드(16)를 포함하고,
상기 인쇄 헤드는 상기 노멀 진행 방향에 대해 상기 토출 재료의 후미측에 위치되고, 상기 재료를 압축하고 상기 재료를 도구 중심점(TCP: tool center point)에서 경화 에너지에 노출시키도록 구성된 모듈(22)을 포함하는, 적층 제조 시스템.An additive manufacturing system (10) comprising:
support 14; and
a print head (16) configured to eject material (R+M) and operatively connected to and movable by the support in a normal direction of travel (34) during material ejection;
The print head is positioned aft of the ejected material with respect to the normal travel direction, and a module 22 configured to compress the material and expose the material to curing energy at a tool center point (TCP). comprising, an additive manufacturing system.
상기 모듈은,
압축 동안 상기 재료 위에서 롤링(rolling)하도록 구성된 외부 커버(174); 및
상기 외부 커버를 통해 반경 방향 외측으로 상기 경화 에너지를 지향시키도록 구성된 소스(168)를 포함하는, 적층 제조 시스템.The method of claim 1,
The module is
an outer cover (174) configured to roll over the material during compression; and
and a source (168) configured to direct the curing energy radially outward through the outer cover.
상기 모듈은 상기 외부 커버가 장착되는 샤프트(164)를 포함하고;
상기 소스는 축 방향으로 상기 샤프트로 상기 경화 에너지를 지향시키고 그 후 상기 샤프트의 통로(177)를 통해 상기 외부 커버를 통해 반경 방향 외측으로 지향시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.3. The method of claim 2,
the module includes a shaft (164) to which the outer cover is mounted;
and the source is configured to direct the curing energy axially to the shaft and then radially outwardly through the passageway (177) of the shaft and through the outer cover.
상기 샤프트의 내부에 장착되고, 축 방향으로 지향된 상기 경화 에너지를 샤프트 반경 방향 외측으로 재지향시키도록 구성된 광학계(176)를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.4. The method of claim 3,
and optics (176) mounted to the interior of the shaft and configured to redirect the axially directed curing energy radially outward of the shaft.
상기 샤프트와 상기 외부 커버 사이에 배치된 슬롯형 분배기(170)를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.4. The method of claim 3,
and a slotted distributor (170) disposed between the shaft and the outer cover.
상기 슬롯형 분배기는 복수의 축 방향으로 배향된 슬롯(178)을 포함하고;
상기 모듈은 상기 복수의 축 방향으로 배향된 슬롯들의 각각 내에 배치된 상기 경화 에너지에 대해 적어도 부분적으로 투명한 스페이서(180)를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.6. The method of claim 5,
the slotted dispenser includes a plurality of axially oriented slots (178);
wherein the module further comprises a spacer (180) at least partially transparent to the curing energy disposed within each of the plurality of axially oriented slots.
상기 슬롯형 분배기와 상기 외부 커버 사이에 배치된 내부 커버(172)를 더 포함하고, 상기 내부 커버는 상기 외부 커버보다 더 순응적인, 적층 제조 시스템.6. The method of claim 5,
and an inner cover (172) disposed between the slotted dispenser and the outer cover, the inner cover being more compliant than the outer cover.
상기 내부 커버 및 상기 외부 커버의 각각은 적어도 부분적으로 투명한, 적층 제조 시스템.8. The method of claim 7,
wherein each of the inner cover and the outer cover is at least partially transparent.
상기 모듈은 적어도 하나의 베어링을 통해 상기 인쇄 헤드의 나머지 부분에 회전 가능하게 연결되는, 적층 제조 시스템.According to claim 1,
and the module is rotatably connected to the remainder of the print head via at least one bearing.
상기 모듈의 축과 정렬되고, 모듈의 아치형 세그먼트에 상기 경화 에너지를 포커싱(focusing)하도록 구성된 적어도 하나의 분할기(184)를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.According to claim 1,
and at least one divider (184) aligned with the axis of the module and configured to focus the curing energy on an arcuate segment of the module.
상기 모듈을 통해 반경 방향 외측으로 연장되고, 상기 모듈의 축 방향으로 상기 경화 에너지를 포커싱하도록 구성된 적어도 하나의 분할기(186)를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.11. The method of claim 10,
and at least one divider (186) extending radially outwardly through the module and configured to focus the curing energy in an axial direction of the module.
상기 모듈은,
압축 동안 상기 재료 위에서 롤링하도록 구성된 외부 커버(174);
상기 외부 커버를 지나 반경 방향 외측으로 연장되는 암(arm)(190);
상기 암의 원위 단부에 연결되고, 상기 모듈의 축 방향으로 연장되는 바(bar)(194); 및
상기 암에 연결되고, 상기 외부 커버에 대해 반경 방향 내부으로 상기 바를 선택적으로 당기도록 구성된 액추에이터(196)를 포함하는, 적층 제조 시스템.According to claim 1,
The module is
an outer cover (174) configured to roll over the material during compression;
an arm (190) extending radially outwardly past the outer cover;
a bar (194) connected to the distal end of the arm and extending in the axial direction of the module; and
and an actuator (196) coupled to the arm and configured to selectively pull the bar radially inward relative to the outer cover.
상기 바에 동작 가능하게 연결된 절단 디바이스(192)를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.13. The method of claim 12,
and a cutting device (192) operatively connected to the bar.
인쇄 헤드(16)의 출구(30)를 통해 매트릭스-습윤(matrix-wetted) 연속 보강재(R+M)를 토출하는 단계;
매트릭스-습윤 연속 보강재를 압축하기 위해 토출 후 상기 매트릭스-습윤 연속 보강재에 대해 모듈(22)을 가압하는 단계; 및
상기 모듈을 통해 압축되는 상기 매트릭스-습윤 연속 보강재로 경화 에너지를 반경 방향 외측으로 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.A method of additive manufacturing a structure (12) comprising:
discharging a matrix-wetted continuous reinforcement (R+M) through the outlet (30) of the print head (16);
pressing the module (22) against the matrix-wet continuous reinforcement after ejection to compress the matrix-wet continuous reinforcement; and
directing curing energy radially outwardly to the matrix-wetting continuous reinforcement being compressed through the module.
상기 인쇄 헤드의 도구 중심점(TCP)에 상기 경화 에너지를 축 방향으로 포커싱하는 단계 및 반경 방향으로 포커싱하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.15. The method of claim 14,
and at least one of axially and radially focusing the curing energy to a tool center point (TCP) of the print head.
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962853610P | 2019-05-28 | 2019-05-28 | |
US62/853,610 | 2019-05-28 | ||
US16/516,113 | 2019-07-18 | ||
US16/516,113 US11358331B2 (en) | 2018-11-19 | 2019-07-18 | System and head for continuously manufacturing composite structure |
US202062981515P | 2020-02-25 | 2020-02-25 | |
US62/981,515 | 2020-02-25 | ||
US16/842,611 US11420390B2 (en) | 2018-11-19 | 2020-04-07 | System for additively manufacturing composite structure |
US16/842,611 | 2020-04-07 | ||
PCT/US2020/031150 WO2020242721A1 (en) | 2019-05-28 | 2020-05-01 | System for additively manufacturing composite structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220012237A true KR20220012237A (en) | 2022-02-03 |
Family
ID=73552408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217036812A KR20220012237A (en) | 2019-05-28 | 2020-05-01 | Systems for additive manufacturing of composite structures |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3976346A1 (en) |
JP (1) | JP2022534864A (en) |
KR (1) | KR20220012237A (en) |
CN (1) | CN113905872A (en) |
AU (1) | AU2020285557A1 (en) |
CA (1) | CA3140527A1 (en) |
IL (1) | IL287992B2 (en) |
SG (1) | SG11202112844SA (en) |
WO (1) | WO2020242721A1 (en) |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013104916A (en) * | 2011-11-10 | 2013-05-30 | Sony Corp | Display apparatus and electronic device |
JP2013207060A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Sony Corp | Structure forming apparatus, structure manufacturing method, and structure |
US9511543B2 (en) | 2012-08-29 | 2016-12-06 | Cc3D Llc | Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing |
US9931776B2 (en) * | 2013-12-12 | 2018-04-03 | United Technologies Corporation | Methods for manufacturing fiber-reinforced polymeric components |
JP6454977B2 (en) * | 2014-03-26 | 2019-01-23 | セイコーエプソン株式会社 | 3D object manufacturing equipment |
EP2952316B1 (en) * | 2014-06-03 | 2017-10-11 | Airbus Defence and Space GmbH | Fibre application tool, fibre laying device, fibre laying method and production method |
DE102015008313A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Airbus Defence and Space GmbH | Device and method |
US10195784B2 (en) * | 2015-07-31 | 2019-02-05 | The Boeing Company | Systems for additively manufacturing composite parts |
WO2018087556A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | Renishaw Plc | Localising sensor data collected during additive manufacturing |
-
2020
- 2020-05-01 EP EP20727105.7A patent/EP3976346A1/en active Pending
- 2020-05-01 KR KR1020217036812A patent/KR20220012237A/en unknown
- 2020-05-01 CA CA3140527A patent/CA3140527A1/en active Pending
- 2020-05-01 JP JP2021567985A patent/JP2022534864A/en active Pending
- 2020-05-01 IL IL287992A patent/IL287992B2/en unknown
- 2020-05-01 AU AU2020285557A patent/AU2020285557A1/en not_active Abandoned
- 2020-05-01 WO PCT/US2020/031150 patent/WO2020242721A1/en unknown
- 2020-05-01 CN CN202080039254.8A patent/CN113905872A/en active Pending
- 2020-05-01 SG SG11202112844SA patent/SG11202112844SA/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IL287992B1 (en) | 2024-01-01 |
JP2022534864A (en) | 2022-08-04 |
AU2020285557A1 (en) | 2021-12-02 |
WO2020242721A1 (en) | 2020-12-03 |
CN113905872A (en) | 2022-01-07 |
EP3976346A1 (en) | 2022-04-06 |
SG11202112844SA (en) | 2021-12-30 |
IL287992A (en) | 2022-01-01 |
IL287992B2 (en) | 2024-05-01 |
CA3140527A1 (en) | 2020-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10919204B2 (en) | Continuous reinforcement for use in additive manufacturing | |
US11220048B2 (en) | Additive manufacturing method for discharging interlocking continuous reinforcement | |
US11618208B2 (en) | System for additively manufacturing composite structure | |
US20190202119A1 (en) | System and print head for continuously manufacturing composite structure | |
US10040240B1 (en) | Additive manufacturing system having fiber-cutting mechanism | |
US20220097315A1 (en) | Fiber management arrangement and method for additive manufacturing system | |
JP2023513995A (en) | Additive manufacturing system | |
US11292192B2 (en) | System for additive manufacturing | |
US20200376758A1 (en) | System for additively manufacturing composite structure | |
US20220242040A1 (en) | System and head for continuously manufacturing composite structure | |
KR20220012237A (en) | Systems for additive manufacturing of composite structures | |
US11420390B2 (en) | System for additively manufacturing composite structure | |
US20220371274A1 (en) | System for additively manufacturing composite structure |