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技術 付加製造を制御するシステムおよび方法。

出願人 シーシー3ディーエルエルシー
発明者 テイラー,ケネスライルストッケット,ライアンシー.バッジ,トレバーデイビッドアルフソン,ブレイクエル.コード,ジョサイアディー.
出願日 2019年5月28日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2019-099805
公開日 2019年8月22日 (1年4ヶ月経過) 公開番号 2019-137073
状態 未査定
技術分野 プラスチック等のその他の成形、複合成形(変更なし)
主要キーワード 張力ベクトル 張力関係 公差域 電気機構 軌跡変化 密度関係 熱溶解積層法 クリティカルポイント
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重要な関連分野

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図面 (14)

課題

構造物を付加製造する際に使用されるシステムを開示する。

解決手段

このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。プロセッサは、付加製造機械に複合材料パス吐出させ、複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うためにコンピュータ実行可能命令を実行するように構成され得る。プロセッサは、付加製造機械が判定に基づく可変圧力を用いて吐出後に複合材料のパスをコンパクションすることを選択的に引き起こすためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され得る。

概要

背景

概要

構造物を付加製造する際に使用されるシステムを開示する。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。プロセッサは、付加製造機械に複合材料パス吐出させ、複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うためにコンピュータ実行可能命令を実行するように構成され得る。プロセッサは、付加製造機械が判定に基づく可変圧力を用いて吐出後に複合材料のパスをコンパクションすることを選択的に引き起こすためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され得る。

目的

たとえば、タービンホイール内で所望のレベル剛性、強度、振動応答などを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記付加製造機械に複合材料パス吐出させ、前記複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行い、前記付加製造機械が前記判定に基づく可変圧力を用いて吐出後に前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、構造物を付加製造するシステム

請求項2

前記プロセッサは、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合、前記付加製造機械が高圧力を用いて前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。

請求項3

前記プロセッサは、前記付加製造機械に、前記複合材料を通って前記サポートに向かう方向で前記複合材料のパスを圧縮させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項2に記載のシステム。

請求項4

前記プロセッサは、前記付加製造機械に、前記複合材料のパスが支持されない場合、約1psiより低い圧力を用い、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合、約1psiより大きい圧力を用いて前記複合材料のパスを圧縮させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項2に記載のシステム。

請求項5

前記プロセッサは、前記複合材料のパスが支持されない場合、前記付加製造機械の第1のコンパクタを作動させ、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合、前記付加製造機械の第2のコンパクタを作動させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項2に記載のシステム。

請求項6

前記プロセッサは、前記付加製造機械に、前記構造物の作製計画コンパクションを規定する場合に限って吐出後に前記複合材料のパスを圧縮させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。

請求項7

前記プロセッサは、前記付加製造機械が隣接するパスの間のステップ、前記複合材料の密度、前記複合材料のタイプ、および前記複合材料の硬化のレベルのうちの少なくとも1つに基づいて吐出後に前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。

請求項8

前記プロセッサは、前記付加製造機械が前記複合材料のパスのスキャンされた画像に基づいて吐出後に前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。

請求項9

前記プロセッサは、前記サポートの使用を規定する前記構造物の作製計画および前記サポートを示す前記複合材料のパスのスキャンされた画像のうちの少なくとも1つに基づいて前記複合材料のパスの前記側面に配置されるサポートの存在に関する前記判定を行うために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。

請求項10

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記付加製造機械に複合材料のパスを吐出させることと、前記複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うことと、前記付加製造機械が前記判定に基づく可変圧力を用いて吐出後に前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすこととを含む、方法。

請求項11

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合、前記付加製造機械が高圧力を用いて前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項10に記載の方法。

請求項12

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、前記付加製造機械が前記複合材料を通って前記サポートに向かう方向で前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、前記付加製造機械が、前記複合材料のパスが支持されない場合、約1psiより低い圧力を用い、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合、約1psiより大きい圧力を用いて前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項11に記載の方法。

請求項14

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、前記複合材料のパスが支持されない場合、前記付加製造機械の第1のコンパクタを選択的に作動させることと、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合、前記付加製造機械の第2のコンパクタを選択的に作動させることとを含む、請求項11に記載の方法。

請求項15

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、前記付加製造機械が、前記構造物の作製計画がコンパクションを規定する場合に限って前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項10に記載の方法。

請求項16

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、隣接するパスの間のステップ、前記複合材料の密度、前記複合材料のタイプ、および前記複合材料の硬化のレベルのうちの少なくとも1つに基づいて、前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項10に記載の方法。

請求項17

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、前記付加製造機械が前記複合材料のパスのスキャンされた画像に基づいて前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項10に記載の方法。

請求項18

前記複合材料のパスの前記側面に配置されるサポートの存在に関する前記判定を行うことは、前記サポートの使用を規定する前記構造物の作製計画および前記サポートを示す前記複合材料のパスのスキャンされた画像のうちの少なくとも1つに基づいてサポートの存在に関する前記判定を行うことを含む、請求項10に記載の方法。

請求項19

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、付加製造機械に複合材料のパスを吐出させることと、前記複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うことと、前記付加製造機械が、前記複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される場合高圧力を用いて、前記複合材料を通って前記サポートに向かう方向で、吐出後に前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすこととを含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。

請求項20

前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことは、隣接するパスの間のステップ、前記複合材料の密度、前記複合材料のタイプ、および前記複合材料の硬化のレベルのうちの少なくとも1つに基づいて、前記付加製造機械が前記複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことを含む、請求項19に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

請求項21

付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記付加製造機械に、連続繊維と前記連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスとを含む複合材料のパスを吐出させ、吐出中に前記連続繊維内のエネルギ・レベルを監視し、前記エネルギ・レベルの低下に基づいて、前記連続繊維が連続性を失ったとの判定を行い、前記判定に基づいて前記吐出を選択的に中断するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、構造物を付加製造するシステム。

請求項22

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維を通過する電流である、請求項21に記載のシステム。

請求項23

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維を通過する光である、請求項21に記載のシステム。

請求項24

前記複合材料のパスのアンカに配置された出力デバイスと、前記連続繊維の供給に配置された入力デバイスとをさらに含み、前記プロセッサは、前記出力デバイスに前記エネルギ・レベルを生成させ、前記入力デバイスに前記エネルギ・レベルを監視させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される請求項21に記載のシステム。

請求項25

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維内の張力のレベルに関連する、請求項21に記載のシステム。

請求項26

前記付加製造機械は、前記複合材料のパスの吐出中に多次元で移動するように構成されたノズルを含み、前記システムは、前記ノズルによって移動された距離を追跡するように構成された第1の入力デバイスと、前記ノズルに供給された連続繊維の長さを追跡するように構成された第2の入力デバイスとをさらに含み、前記プロセッサは、前記ノズルによって移動された前記距離と前記ノズルに供給された連続繊維の前記長さとの間の差に基づいてエネルギ・レベルの前記低下を判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される請求項25に記載のシステム。

請求項27

前記プロセッサは、前記ノズルによって移動された前記距離が前記ノズルに供給された連続繊維の前記長さより少なくともしきい量長い場合、前記連続繊維が破損したと判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項26に記載のシステム。

請求項28

前記プロセッサは、前記ノズルによって移動された前記距離が前記ノズルに供給された連続繊維の前記長さより少なくともしきい量短い場合、前記連続繊維が前記ノズルの内部で一団となったと判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項27に記載のシステム。

請求項29

前記プロセッサが、前記連続繊維の破損に関連するしきい量未満である前記連続繊維内の張力の低下が発生したと判定する場合、前記プロセッサは、前記付加製造機械に前記連続繊維内の張力を増加させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項25に記載のシステム。

請求項30

前記プロセッサが、前記付加製造機械にノズル移動速度を高めることによって前記連続繊維内の張力を増加させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項29に記載のシステム。

請求項31

前記プロセッサは、前記連続繊維内の連続性の消失が発生したと前記プロセッサが判定する場合、前記付加製造機械に前記連続繊維の回復を実施させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項21に記載のシステム。

請求項32

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記付加製造機械に、連続繊維と前記連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスとを含む複合材料のパスを吐出させることと、吐出中に前記連続繊維内のエネルギ・レベルを監視することと、前記エネルギ・レベルの低下に基づいて、前記連続繊維が連続性を失ったとの判定を行うことと、前記判定に基づいて前記吐出を選択的に中断することとを含む、方法。

請求項33

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維を通過する電流である、請求項32に記載の方法。

請求項34

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維を通過する光である、請求項32に記載の方法。

請求項35

エネルギを前記連続繊維の第1の端に向けることと、前記連続繊維の第2の端で前記エネルギ・レベルを監視することとをさらに含む、請求項32に記載の方法。

請求項36

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維内の張力のレベルに関連する、請求項32に記載の方法。

請求項37

前記付加製造機械は、前記複合材料のパスの吐出中に多次元で移動するように構成されたノズルを含み、前記方法は、前記ノズルによって移動された距離を追跡することと、前記ノズルに供給された連続繊維の長さを追跡することとをさらに含み、エネルギ・レベルの前記低下を判定することは、前記ノズルによって移動された前記距離と前記ノズルに供給された連続繊維の前記長さとの間の差に基づいてエネルギ・レベルの前記低下を判定することを含む請求項36に記載の方法。

請求項38

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、付加製造機械に、連続繊維と前記連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスとを含む複合材料のパスを吐出させることと、吐出中に前記連続繊維内のエネルギ・レベルを監視することと、前記エネルギ・レベルの低下に基づいて、前記連続繊維が連続性を失ったとの判定を行うことと、前記判定に基づいて前記吐出を選択的に中断することとを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項39

前記エネルギ・レベルは、前記連続繊維を通過する電流、前記連続繊維を通過する光、および前記連続繊維内の張力レベルのうちの1つである、請求項38に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

請求項40

前記付加製造機械は、前記複合材料のパスの吐出中に多次元で移動するように構成されたノズルを含み、前記方法は、前記ノズルによって移動された距離を追跡することと、前記ノズルに供給された連続繊維の長さを追跡することとをさらに含み、エネルギ・レベルの前記低下を判定することは、前記ノズルによって移動された前記距離と前記ノズルに供給された連続繊維の前記長さとの間の差に基づいてエネルギ・レベルの前記低下を判定することを含む請求項38に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項41

付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記付加製造機械に複合材料のパスを吐出させ、所望の吐出位置に対する前記複合材料のパスの実際の吐出位置の比較を行い、前記比較に基づいて、前記付加製造機械が前記構造物の作製を中断または吐出パラメータを調整することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、構造物を付加製造するシステム。

請求項42

前記プロセッサは、前記実際の吐出位置が前記所望の吐出位置の周囲に配置された第1の公差域から外れる場合、前記付加製造機械に前記構造物の作製を中断させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項41に記載のシステム。

請求項43

前記プロセッサは、前記実際の吐出位置が前記所望の吐出位置の周囲に配置された第2の公差域から外れ、前記第1の公差域の内部にある場合、前記付加製造機械に吐出パラメータを調整させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項42に記載のシステム。

請求項44

前記複合材料は、マトリクス内に少なくとも部分的にコーティングされた連続繊維を含み、前記実際の吐出位置は、前記連続繊維の軸の位置を含む請求項40に記載のシステム。

請求項45

前記実際の吐出位置は、前記連続繊維を囲む前記マトリクスの断面形状およびサイズのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項44に記載のシステム。

請求項46

前記吐出パラメータは、ヘッド軌跡を含む、請求項41に記載のシステム。

請求項47

前記吐出パラメータは、マトリクス吐出速度を含む、請求項41に記載のシステム。

請求項48

前記吐出パラメータは、マトリクス硬化速度を含む、請求項41に記載のシステム。

請求項49

前記付加製造機械は、吐出中に前記複合材料のパスの画像を生成するように構成されたスキャナを含み、前記プロセッサは、前記画像に基づいて前記実際の吐出位置を判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される請求項41に記載のシステム。

請求項50

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記付加製造機械に複合材料のパスを吐出させることと、所望の吐出位置に対する前記複合材料のパスの実際の吐出位置の比較を行うことと、前記比較に基づいて、前記付加製造機械が前記構造物の作製を中断または吐出パラメータを調整することを選択的に引き起こすこととを含む、方法。

請求項51

前記付加製造機械が前記構造物の作製を中断することを選択的に引き起こすことは、前記実際の吐出位置が前記所望の吐出位置の周囲に配置された第1の公差域から外れる場合、前記付加製造機械に前記構造物の作製を中断させることを含む、請求項50に記載の方法。

請求項52

前記付加製造機械が吐出パラメータを調整することを選択的に引き起こすことは、前記実際の吐出位置が前記所望の吐出位置の周囲に配置された第2の公差域から外れ、前記第1の公差域の内部にある場合、前記付加製造機械に吐出パラメータを調整させることを含む、請求項51に記載の方法。

請求項53

前記複合材料は、マトリクス内に少なくとも部分的にコーティングされた連続繊維を含み、前記実際の吐出位置は、前記連続繊維の軸の位置を含む請求項50に記載の方法。

請求項54

前記実際の吐出位置は、前記連続繊維を囲む前記マトリクスの断面形状およびサイズのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項53に記載の方法。

請求項55

前記吐出パラメータは、ヘッド軌跡を含む、請求項50に記載の方法。

請求項56

前記吐出パラメータは、マトリクス吐出速度を含む、請求項50に記載の方法。

請求項57

前記吐出パラメータは、マトリクス硬化速度を含む、請求項50に記載の方法。

請求項58

吐出中に前記複合材料のパスの画像を生成することをさらに含み、前記実際の吐出位置を判定することは、前記画像に基づいて前記実際の吐出位置を判定することを含む、請求項50に記載の方法。

請求項59

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、付加製造機械に、マトリクス内に少なくとも部分的にコーティングされた連続繊維を含む複合材料のパスを吐出させることと、所望の吐出位置に対する、前記連続繊維の軸位置と前記連続繊維を囲む前記マトリクスの断面形状およびサイズのうちの少なくとも1つとの比較を行うことと、前記軸位置と前記連続繊維を囲む前記マトリクスの前記断面形状およびサイズのうちの前記少なくとも1つとのうちの一方が、前記所望の吐出位置の周囲に配置された第1の公差域から外れる場合、前記付加製造機械に前記構造物の作製を中断させることと、前記軸位置と前記連続繊維を囲む前記マトリクスの前記断面形状およびサイズのうちの前記少なくとも1つとのうちの一方が、前記所望の吐出位置の周囲に配置された第2の公差域から外れ、前記第1の公差域の内部にある場合、前記付加製造機械に吐出パラメータを調整させることとを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項60

前記吐出パラメータは、ヘッド軌跡、マトリクス吐出速度、およびマトリクス硬化速度のうちの少なくとも1つを含む、請求項59に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項61

構造物を付加製造するシステムであって、付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記構造物が性能に重要な部分であることに関連する判定を行い、前記判定に基づいて、前記構造物の仮想モデルを複数の平面に分割するために第1のスライシング技法または第2のスライシング技法を選択的に実施し、前記付加製造機械に前記複数の平面に対応する層内に複合材料を堆積させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、システム。

請求項62

前記プロセッサは、前記構造物の予想される負荷状態および性能仕様のうちの少なくとも1つを示す入力を受信し、前記入力に基づいて前記判定を行うために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項61に記載のシステム。

請求項63

前記第1のスライシング技法は、前記付加製造機械が前記複合材料を効率的に堆積することを可能にする前記複数の平面を生成するのに使用される、請求項61に記載のシステム。

請求項64

前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面は、全体的に平行であり、オーバーラップする、請求項63に記載のシステム。

請求項65

前記プロセッサは、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれの少なくとも1つのツールパスを生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され、前記少なくとも1つのツールパスは、前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれの全体的な中心から外向きの螺旋形になる、請求項64に記載のシステム。

請求項66

前記プロセッサは、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられるシーケンス内で前記複数の平面および前記少なくとも1つのツールパスを編成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項65に記載のシステム。

請求項67

前記第2のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面は、前記構造物を通過すると予想される力に基づいて方向付けられる、請求項63に記載のシステム。

請求項68

前記プロセッサは、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記第2のスライシング技法を使用して生成された前記複数の平面のそれぞれ上の少なくとも1つのツールパスを生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され、前記第2のスライシング技法を使用して生成される前記少なくとも1つのツールパスは、前記力に基づいて全体的に方向付けられる、請求項67に記載のシステム。

請求項69

前記プロセッサは、前記付加製造機械が、前記第2のスライシング技法を使用して生成された前記複数の平面のうちの1つに対応する層内で前記複合材料を堆積することができない場合、新しい平面を生成するのに前記第2のスライシング技法を選択的に使用するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項67に記載のシステム。

請求項70

前記プロセッサは、前記構造物の指定された形状を提供するために複合材料がそれを介して吐出されなければならない、前記複数の平面のそれぞれ上の点のセットを判定し、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、点の各セットの少なくとも2つの点を通って延びる少なくとも1つのツールパスを生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項61に記載のシステム。

請求項71

前記プロセッサは、前記構造物の前記指定された形状に関する指定された公差に基づいて点の前記セットを判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項70に記載のシステム。

請求項72

前記プロセッサは、点の前記セット内のアウトライヤーポイントが前記少なくとも1つのツールパスによって消費されないかどうかを判定し、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記少なくとも1つのツールパスの最も近い部分から前記アウトライヤーポイントを通って延びる追加のツールパスを生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項70に記載のシステム。

請求項73

前記プロセッサは、要求されるマトリクス対繊維比率および所望の硬化特性のうちの少なくとも1つに基づいて前記少なくとも1つのツールパスのそれぞれの完了に関して前記付加製造機械にプリント速度割り当てるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項70に記載のシステム。

請求項74

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記構造物の予想される負荷状態および性能仕様のうちの少なくとも1つを示す入力を受信することと、前記入力に基づいて、前記構造物が性能に重要な部分であることに関連する判定を行うことと、前記判定に基づいて、前記構造物の仮想モデルを複数の平面に分割するために第1のスライシング技法または第2のスライシング技法を選択的に実施することと、前記付加製造機械に前記複数の平面に対応する層内に複合材料を堆積させることとを含む方法。

請求項75

前記第1のスライシング技法を選択的に実施することは、前記付加製造機械が全体的に平行でオーバーラップする形で前記複合材料を効率的に堆積することを可能にする前記複数の平面を生成するために前記第1のスライシング技法を選択的に実施することを含み、前記第2のスライシング技法を選択的に実施することは、前記付加製造機械が前記構造物を通過すると予想される力に基づいて層内で前記複合材料を堆積することを可能にする前記複数の平面を生成するために前記第2のスライシング技法を選択的に実施することを含む請求項74に記載の方法。

請求項76

前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれ上で少なくとも第1のツールパスを生成することであって、前記少なくとも第1のツールパスは、前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれの全体的な中心から外向きの螺旋形になる、生成することと、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記第2のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれ上で少なくとも第2のツールパスを生成することであって、前記第2のスライシング技法を使用して生成される前記少なくとも第2のツールパスは、前記力に基づいて全体的に方向付けされる、生成することとをさらに含む、請求項75に記載の方法。

請求項77

前記付加製造機械が、前記第2のスライシング技法を使用して生成された前記複数の平面のうちの1つに対応する層内で前記複合材料を堆積することができない場合、新しい平面を生成するのに前記第2のスライシング技法を選択的に使用することをさらに含む、請求項76に記載の方法。

請求項78

前記構造物の指定された形状を提供するために複合材料がそれを介して吐出されなければならない、前記複数の平面のそれぞれ上の点のセットを判定することと、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、点の各セットの少なくとも2つの点を通って延びる少なくとも1つのツールパスを生成することとをさらに含む、請求項76に記載の方法。

請求項79

点の前記セット内のアウトライヤーポイントが前記少なくとも1つのツールパスによって消費されないかどうかを判定することと、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記少なくとも1つのツールパスの最も近い部分から前記アウトライヤーポイントを通って延びる追加のツールパスを生成することとをさらに含む、請求項78に記載の方法。

請求項80

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、前記構造物の予想される負荷状態および性能仕様のうちの少なくとも1つを示す入力を受信することと、前記入力に基づいて、前記構造物が性能に重要な部分であることに関連する判定を行うことと、前記判定に基づいて、付加製造機械が全体的に平行でオーバーラップする形で複合材料を効率的に堆積することを可能にする複数の平面を生成するために第1のスライシング技法を選択的に実施することと、前記付加製造機械が前記構造物を通過すると予想される力に基づいて層内で前記複合材料を堆積することを可能にする前記複数の平面を生成するために第2のスライシング技法を選択的に実施することと、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれ上で少なくとも第1のツールパスを生成することであって、前記少なくとも第1のツールパスは、前記第1のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれの全体的な中心から外向きの螺旋形になる、生成することと、前記複合材料の吐出中に前記付加製造機械によってたどられる、前記第2のスライシング技法を使用して生成される前記複数の平面のそれぞれ上で少なくとも第2のツールパスを生成することであって、前記第2のスライシング技法を使用して生成される前記少なくとも第2のツールパスは、前記力に基づいて全体的に方向付けされる、生成することと、前記少なくとも第1のツールパスおよび前記少なくとも第2のツールパスに従って、前記付加製造機械に前記複数の平面に対応する層内に複合材料を堆積させることとを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項81

構造物を付加製造するシステムであって、付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記構造物の製造中に前記付加製造機械によってたどられるツールパスが自由空間内または別のツールパスの上に配置されるかどうかを判定し、前記ツールパスが自由空間内に配置される場合、前記ツールパスの湾曲に関する判定を行い、前記判定に基づいて、前記付加製造機械が前記ツールパスのサポートを作製することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、システム。

請求項82

前記プロセッサは、前記付加製造機械に、連続繊維および前記連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスを含む複合材料の吐出中に前記ツールパスをたどらせ、前記付加製造機械にマトリクスのみを使用して前記ツールパスの前記サポートを作製させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項81に記載のシステム。

請求項83

前記プロセッサは、前記ツールパスの前記湾曲がしきい半径未満の半径を有する場合、前記付加製造機械に前記サポートを作製させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項81に記載のシステム。

請求項84

前記ツールパスが自由空間内に配置される場合、前記プロセッサは、コンパクションが、前記ツールパス内に吐出される複合材料に関して指定されるかどうかを判定し、コンパクションが指定される場合に限って、前記付加製造機械に前記ツールパスの前記サポートを作製させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項81に記載のシステム。

請求項85

前記プロセッサは、前記ツールパス内の複合材料がコンパクション中に所望の位置から逸脱する尤度を判定し、前記尤度に基づいて、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項84に記載のシステム。

請求項86

前記プロセッサは、前記ツールパス内の前記複合材料の有効弾性係数に基づいて、前記ツールパス内の前記複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項85に記載のシステム。

請求項87

前記プロセッサは、前記ツールパス内の前記複合材料の前記有効弾性係数を計算し、前記ツールパス内の前記複合材料の面積慣性モーメントを計算し、前記有効弾性係数に基づいて最小面積慣性モーメントを計算し、前記面積慣性モーメントが前記最小面積慣性モーメント未満である場合に限って、前記ツールパス内の前記複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する可能性が高いと判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項86に記載のシステム。

請求項88

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記構造物の製造中に前記付加製造機械によってたどられるツールパスが自由空間内または別のツールパスの上に配置されるかどうかを判定することと、前記ツールパスが自由空間内に配置される場合、前記ツールパスの湾曲に関する判定を行うことと、前記判定に基づいて、前記付加製造機械が前記ツールパスのサポートを作製することを選択的に引き起こすこととを含む、方法。

請求項89

前記付加製造機械に、連続繊維および前記連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスを含む複合材料の吐出中に前記ツールパスをたどらせることをさらに含み、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、前記付加製造機械にマトリクスのみを使用して前記サポートを作製させることを含む、請求項88に記載の方法。

請求項90

前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、前記ツールパスの前記湾曲がしきい半径未満の半径を有する場合、前記付加製造機械に前記サポートを作製させることを含む、請求項88に記載の方法。

請求項91

前記ツールパスが自由空間内に配置される場合、前記方法は、コンパクションが、前記ツールパス内に吐出される複合材料に関して指定されるかどうかを判定することをさらに含み、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、コンパクションが指定される場合に限って、前記付加製造機械に前記サポートを作製させることを含む請求項88に記載の方法。

請求項92

前記方法は、前記ツールパス内の複合材料がコンパクション中に所望の位置から逸脱する尤度を判定することをさらに含み、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、前記尤度に基づいて、前記付加製造機械に前記サポートを作製させることを含む請求項91に記載の方法。

請求項93

前記ツールパス内の複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定することは、前記ツールパス内の前記複合材料の有効弾性係数に基づいて、前記ツールパス内の前記複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定することを含む、請求項92に記載の方法。

請求項94

前記ツールパス内の前記複合材料の前記有効弾性係数を計算することと、前記ツールパス内の前記複合材料の面積慣性モーメントを計算することと、前記有効弾性係数に基づいて最小面積慣性モーメントを計算することとをさらに含み、前記ツールパス内の複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定することは、前記面積慣性モーメントが前記最小面積慣性モーメント未満である場合に限って、前記ツールパス内の前記複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定することを含む請求項93に記載の方法。

請求項95

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、前記構造物の製造中に付加製造機械によってたどられるツールパスが自由空間内または別のツールパスの上に配置されるかどうかを判定することと、前記ツールパスが自由空間内に配置される場合、前記ツールパスの湾曲に関する判定を行うことと、前記判定に基づいて、前記付加製造機械が前記ツールパスのサポートを作製することを選択的に引き起こすこととを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項96

前記方法は、前記付加製造機械に、連続繊維および前記連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスを含む複合材料の吐出中に前記ツールパスをたどらせることをさらに含み、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、前記付加製造機械にマトリクスのみを使用して前記サポートを作製させることを含む、請求項95に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項97

前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、前記ツールパスの前記湾曲がしきい半径未満の半径を有する場合、前記付加製造機械に前記サポートを作製させることを含む、請求項95に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項98

前記ツールパスが自由空間内に配置される場合、前記方法は、コンパクションが、前記ツールパス内に吐出される複合材料に関して指定されるかどうかを判定することをさらに含み、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、コンパクションが指定される場合に限って、前記付加製造機械に前記サポートを作製させることを含む請求項95に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項99

前記方法は、前記ツールパス内の複合材料がコンパクション中に所望の位置から逸脱する尤度を判定することをさらに含み、前記付加製造機械が前記ツールパスの前記サポートを作製することを選択的に引き起こすことは、前記尤度に基づいて、前記付加製造機械に前記サポートを作製させることを含む請求項98に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項100

前記ツールパス内の前記複合材料の有効弾性係数を計算することと、前記ツールパス内の前記複合材料の面積慣性モーメントを計算することと、前記有効弾性係数に基づいて最小面積慣性モーメントを計算することとをさらに含み、前記ツールパス内の複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定することは、前記面積慣性モーメントが前記最小面積慣性モーメント未満である場合に限って、前記ツールパス内の前記複合材料がコンパクション中に前記所望の位置から逸脱する前記尤度を判定することを含む請求項99に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項101

構造物を付加製造するシステムであって、付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記構造物内で生成されなければならない複数の張力ベクトルを判定し、前記構造物を製造するための計画を生成し、前記計画は、前記複数の張力ベクトルを生成するために前記構造物内で連続繊維を配置するツールパスを含み、前記付加製造機械に前記計画に従わせ、前記構造物を製造させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、システム。

請求項102

前記プロセッサは、前記構造物の性能仕様を受信し、前記性能仕様に基づいて前記構造物内で生成されなければならない前記複数の張力ベクトルを判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項101に記載のシステム。

請求項103

前記ツールパスは、前記付加製造機械による順次実行のために前記計画内で配置される、請求項101に記載のシステム。

請求項104

前記プロセッサは、それぞれが前記ツールパスのうちの少なくとも1つを含む複数の平面内で前記構造物の仮想モデルをスライスするために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項101に記載のシステム。

請求項105

前記複数の平面のそれぞれは、前記複数の張力ベクトルのうちの少なくとも2つによって少なくとも部分的に定義される、請求項104に記載のシステム。

請求項106

前記プロセッサは、ツールパスが前記複数の平面のそれぞれ内で通過しなければならないクリティカルポイントのセットを定義するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項104に記載のシステム。

請求項107

前記プロセッサは、前記構造物の物理外被に少なくとも部分的に基づいてクリティカルポイントの前記セットを定義するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項106に記載のシステム。

請求項108

前記プロセッサは、前記構造物の前記物理的外被の周囲に位置決めされた公差域にさらに基づいてクリティカルポイントの前記セットを定義するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項107に記載のシステム。

請求項109

前記ツールパスは、前記セットの隣接するクリティカルポイントの間に延び、前記プロセッサは、前記ツールパスによって消費されないアウトライヤークリティカルポイントを定義し、最も近いツールパスから前記アウトライヤークリティカルポイントに延びる追加の経路を生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される請求項106に記載のシステム。

請求項110

前記プロセッサは、前記付加製造機械の、前記複数の平面のそれぞれ上のツールパスをたどる能力に関する判定を行い、前記判定に基づいて置換平面を選択的に生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項104に記載のシステム。

請求項111

前記プロセッサは、前記付加製造機械に、前記連続繊維をコーティングするマトリクスの硬化の後に残る前記連続繊維内の張力を生成させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項101に記載のシステム。

請求項112

前記プロセッサは、前記連続繊維の直径および前記付加製造機械の分解能に少なくとも部分的に基づいて、隣接するツールパスの間の半径方向間隔を判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項101に記載のシステム。

請求項113

前記プロセッサは、前記ツールパスのうちの第1のツールパスの終結と前記ツールパスのうちの第2のツールパスの始めとの間に配置される切取りコード、アンカ・コード、および移動コードのうちの少なくとも1つを生成するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項101に記載のシステム。

請求項114

前記プロセッサは、要求されるマトリクス対連続繊維比率および要求されるマトリクス硬化特性に少なくとも部分的に基づいて、前記ツールパスのそれぞれの移動速度を前記付加製造機械に割り当てるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項101に記載のシステム。

請求項115

前記付加製造機械は、ヘッドに取り外し可能に接続可能な複数の異なるノズル・モジュールを有する前記ヘッドを含み、前記プロセッサは、前記ツールパスのそれぞれの断面に少なくとも部分的に基づいて、作製のために前記複数の異なるノズル・モジュールのうちの特定の1つに前記ツールパスのそれぞれを割り当てるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される請求項101に記載のシステム。

請求項116

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記構造物の性能仕様を受信することと、前記性能仕様に基づいて前記構造物内で生成されなければならない複数の張力ベクトルを判定することと、前記構造物を製造するための計画を生成することであって、前記計画は、前記複数の張力ベクトルを生成するために前記構造物内で連続繊維を配置する順次実行可能なツールパスを含む、生成することと、前記付加製造機械に前記計画に従わせ、前記構造物の製造中に前記連続繊維内で残留応力を生成させることとを含む、方法。

請求項117

それぞれが前記順次実行可能なツールパスのうちの少なくとも1つを含む複数の平面内で前記構造物の仮想モデルをスライスすることをさらに含み、前記複数の平面のそれぞれは、前記複数の張力ベクトルのうちの少なくとも2つによって少なくとも部分的に定義される、請求項116に記載の方法。

請求項118

前記構造物の物理的外被および前記構造物の前記物理的外被の周囲に位置決めされた公差域に少なくとも部分的に基づいて、ツールパスが前記複数の平面のそれぞれ内で通過しなければならないクリティカルポイントのセットを定義することと、前記順次実行可能なツールパスによって消費されないアウトライヤークリティカルポイントを定義することと、最も近いツールパスから前記アウトライヤークリティカルポイントに延びる追加の経路を生成することとをさらに含む、請求項117に記載の方法。

請求項119

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、前記構造物の性能仕様を受信することと、前記性能仕様に基づいて前記構造物内で生成されなければならない複数の張力ベクトルを判定することと、前記構造物を製造するための計画を生成することであって、前記計画は、前記複数の張力ベクトルを生成するために前記構造物内で連続繊維を配置する順次実行可能なツールパスを含む、生成することと、付加製造機械に前記計画に従わせ、前記構造物の製造中に前記連続繊維内で残留応力を生成させることとを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項120

前記方法は、それぞれが前記順次実行可能なツールパスのうちの少なくとも1つを含む複数の平面内で前記構造物の仮想モデルをスライスすることをさらに含み、前記複数の平面のそれぞれは、前記複数の張力ベクトルのうちの少なくとも2つによって少なくとも部分的に定義される、スライスすることと、前記構造物の物理的外被および前記構造物の前記物理的外被の周囲に位置決めされた公差域に少なくとも部分的に基づいて、ツールパスが前記複数の平面のそれぞれ内で通過しなければならないクリティカルポイントのセットを定義することと、前記順次実行可能なツールパスによって消費されないアウトライヤークリティカルポイントを定義することと、最も近いツールパスから前記アウトライヤークリティカルポイントに延びる追加の経路を生成することとをさらに含む、請求項119に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項121

構造物を付加製造するシステムであって、付加製造機械と、コンピュータ実行可能命令が記憶されたメモリと、前記付加製造機械によって吐出される複合材料のパスのアンカとして使用される既存の点の特性を判定し、前記付加製造機械が、前記特性に基づいて前記既存の点でマトリクス対繊維の可変比率を有する前記複合材料のパスを吐出することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む、システム。

請求項122

前記特性は、前記既存の点の安定性である、請求項1に記載のシステム。

請求項123

前記プロセッサは、前記既存の点の作製から経過した時間の長さに基づいて前記既存の点の前記安定性を判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項2に記載のシステム。

請求項124

前記プロセッサは、前記複合材料を用いる前記構造物の作製に関する計画を判定し、既存の点の位置を判定し、前記既存の点が前記計画に対応しない場合、前記付加製造機械が前記パスの吐出前に前記既存の点を作製することを選択的に引き起こすために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項3に記載のシステム。

請求項125

前記既存の点が、完全に硬化されていない場合、前記プロセッサは、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のベースライン比率を有する前記複合材料のパスを吐出させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成され、前記既存の点が、完全に硬化されている場合、前記プロセッサは、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のより大きい比率を有する前記複合材料のパスを吐出させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される請求項2に記載のシステム。

請求項126

前記プロセッサは、前記既存の点での前記付加製造機械のノズル移動を一時停止することまたは低速化することのうちの少なくとも1つによって、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のより大きい比率を有する前記複合材料のパスを吐出させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するように構成される、請求項5に記載のシステム。

請求項127

前記プロセッサは、前記複合材料が前記既存の点に接着される時を判定し、それに応答して、前記付加製造機械のノズルに前記既存の点から離れて移動させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項6に記載のシステム。

請求項128

前記既存の点から離れる前記ノズルの移動は、前記複合材料が前記ノズルから引っ張られるようにする、請求項7に記載のシステム。

請求項129

前記プロセッサは、前記付加製造機械内に含まれる硬化エンハンサの数、前記硬化エンハンサによって生成される硬化エネルギの強度、および前記硬化エネルギへの前記複合材料の露出時間のうちの少なくとも1つに基づいて前記既存の点への前記複合材料の接着を判定するために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項7に記載のシステム。

請求項130

前記プロセッサは、前記複合材料が前記既存の点に吐出されている間に前記硬化エンハンサを選択的に作動させるために、前記コンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成される、請求項9に記載のシステム。

請求項131

付加製造機械を用いて構造物を作製する方法であって、前記付加製造機械によって吐出される複合材料のパスのアンカとして使用される既存の点の特性を判定することと、前記付加製造機械が、前記特性に基づいて前記既存の点でマトリクス対繊維の可変比率を有する前記複合材料のパスを吐出することを選択的に引き起こすこととを含む、方法。

請求項132

前記特性は、前記既存の点の安定性である、請求項11に記載の方法。

請求項133

前記既存の点の前記特性を判定することは、前記既存の点の作製から経過した時間の長さに基づいて前記既存の点の前記安定性を判定することを含む、請求項12に記載の方法。

請求項134

前記複合材料を用いる前記構造物の作製に関する計画を判定することと、既存の点の位置を判定することと、前記既存の点が前記計画に対応しない場合、前記付加製造機械が前記パスの吐出前に前記既存の点を作製することを選択的に引き起こすこととをさらに含む、請求項13に記載の方法。

請求項135

前記既存の点が、完全に硬化されていない場合、前記方法は、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のベースライン比率を有する前記複合材料のパスを吐出させることを含み、前記既存の点が、完全に硬化されている場合、前記方法は、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のより大きい比率を有する前記複合材料のパスを吐出させることを含む請求項12に記載の方法。

請求項136

前記付加製造機械にマトリクス対繊維のより大きい比率を有する前記複合材料のパスを吐出させることは、前記既存の点での前記付加製造機械のノズル移動を一時停止することまたは低速化することのうちの少なくとも1つによって、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のより大きい比率を有する前記複合材料のパスを吐出させることを含む、請求項15に記載の方法。

請求項137

構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、付加製造機械によって吐出される複合材料のパスのアンカとして使用される既存の点の安定性を判定することと前記付加製造機械が、前記安定性に基づいて前記既存の点でマトリクス対繊維の可変比率を有する前記複合材料のパスを吐出することを選択的に引き起こすこととを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項138

前記既存の点の前記安定性を判定することは、前記既存の点の作製から経過した時間の長さに基づいて前記既存の点の前記安定性を判定することを含む、請求項17に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項139

前記方法は、前記複合材料を用いる前記構造物の作製に関する計画を判定することと、既存の点の位置を判定することと、前記既存の点が前記計画に対応しない場合、前記付加製造機械が前記パスの吐出前に前記既存の点を作製することを選択的に引き起こすこととをさらに含む、請求項17に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

請求項140

前記既存の点が、完全に硬化されていない場合、前記方法は、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のベースライン比率を有する前記複合材料のパスを吐出させることを含み、前記既存の点が、完全に硬化されている場合、前記方法は、前記付加製造機械にマトリクス対繊維のより大きい比率を有する前記複合材料のパスを吐出させることを含む請求項17に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

技術分野

0001

関連出願
[0001] 本願は、そのすべての内容が参照によって特に本明細書に組み込まれている、2016年9月6日に出願した米国特許仮出願第62/383,801号、2016年11月4日に出願した米国特許仮出願第62/417,709号、2017年1月24日に出願した米国特許仮出願第62/449,899号、2017年2月15日に出願した米国特許仮出願第62/459,398号、および2017年6月29日に出願した米国特許仮出願第62/526,448号に基づき、これらからの優先権の利益を主張するものである。

0002

[0002] 本開示は、一般的には製造管理システムに関し、より具体的には付加製造を制御するシステムおよび方法に関する。

0003

[0003] 伝統的な付加製造は、コンピュータ誘導制御の下で材料のオーバーラップする層を堆積することによって3次元部品を作成するプロセスである。付加製造の一般的な形を、熱溶解積層法FDM)と称する。FDMを使用すると、熱可塑性物質が、加熱されたプリントヘッドを通過し、その中で融解させられる。プリント・ヘッドは、材料がオーバーラップする2次元層の特定のパターンおよび形状で横たえられるように、材料がプリント・ヘッドから吐出する時に事前定義軌跡(別名、ツールパス(tool path))内で移動される。材料は、プリント・ヘッドを出た後に、冷却し、最終的な形に硬化する。最終的な形の強度は、主に、プリント・ヘッドに供給される特定の熱可塑性物質のプロパティと、2次元層の積み重ねによって形成される3次元形状とに起因する。

0004

[0004] 伝統的なFDM製作に対する最近開発された改善は、プリント・ヘッドから吐出する材料内に組み込まれる連続繊維の使用を含む。具体的には、マトリクスが、同一のヘッドを同時に通過する1つまたは複数の連続繊維もと一緒にプリント・ヘッドに供給され、吐出される(たとえば、押出成形され、かつ/または引抜成形される)。マトリクスは、伝統的な熱可塑性物質、粉末金属液体マトリックス(たとえば、UV硬化型樹脂および/または二液型樹脂)、または上記および他の既知のマトリクスのいずれかの組合せとすることができる。プリント・ヘッドを出る際に、硬化エンハンサ(cure enhancer)(たとえば、UV光超音波エミッタ熱源触媒供給など)が、マトリクスの硬化を開始し、かつ/または完了させるために作動される。この硬化は、ほぼ即座であり、支持されない構造を自由空間内で作り上げることを可能にする。繊維、特に連続繊維が構造物内に組み込まれる時に、構造物の強度を、マトリクス依存の強度を超えて増加させることができる。この技術の例が、2016年12月6日にTylerに発行された米国特許第9,511,543号(「’543特許」)で開示されている。

0005

[0005] 開示されるシステムおよび方法は、’543特許で開示されたシステムおよび/または当技術分野で既知の他のシステムに類似する付加製造システムの制御に取り組む形を対象とする。

0006

[0006] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。プロセッサは、付加製造機械に複合材料パスを吐出させ、複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うために命令を実行するように構成され得る。プロセッサは、付加製造機械が判定に基づく可変圧力を用いて吐出後に複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され得る。

0007

[0007] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、付加製造機械に複合材料のパスを吐出させることと、複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うこととを含むことができる。この方法は、付加製造機械が判定に基づく可変圧力を用いて吐出後に複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことをさらに含むことができる。

0008

[0008] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、付加製造機械に複合材料のパスを吐出させることと、複合材料のパスの側面に配置されるサポートの存在に関する判定を行うこととを含むことができる。この方法は、複合材料のパスが少なくとも1つの側面に沿って支持される時に、付加製造機械が、複合材料を通ってサポートに向かう方向で高圧力を用いて吐出後に複合材料のパスを圧縮することを選択的に引き起こすことをさらに含むことができる。

0009

[0009] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。このプロセッサは、付加製造機械に、連続繊維と連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスとを含む複合材料のパスを吐出させるために命令を実行するように構成され得る。このプロセッサは、吐出中に連続繊維内のエネルギ・レベル監視し、エネルギ・レベルの低下に基づいて、連続繊維が連続性を失ったとの判定を行い、判定に基づいて吐出を選択的に中断するためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにも構成され得る。

0010

[0010] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、付加製造機械に、連続繊維と連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスとを含む複合材料のパスを吐出させることを含むことができる。この方法は、吐出中に連続繊維内のエネルギ・レベルを監視することと、エネルギ・レベルの低下に基づいて、連続繊維が連続性を失ったとの判定を行うことと、判定に基づいて吐出を選択的に中断することとをも含むことができる。

0011

[0011] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、付加製造機械に、連続繊維と連続繊維を少なくとも部分的にコーティングするマトリクスとを含む複合材料のパスを吐出させることを含むことができる。この方法は、吐出中に連続繊維内のエネルギ・レベルを監視することと、エネルギ・レベルの低下に基づいて、連続繊維が連続性を失ったとの判定を行うことと、判定に基づいて吐出を選択的に中断することとをも含むことができる。

0012

[0012] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。このプロセッサは、付加製造機械に複合材料のパスを吐出させるために命令を実行するように構成され得る。このプロセッサは、所望の吐出位置に対する複合材料のパスの実際の吐出位置の比較を行い、比較に基づいて、付加製造機械が構造物の作製を中断または吐出パラメータを調整することを選択的に引き起こすためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにも構成され得る。

0013

[0013] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、付加製造機械に複合材料のパスを吐出させることを含むことができる。この方法は、所望の吐出位置に対する複合材料のパスの実際の吐出位置の比較を行うことと、比較に基づいて、付加製造機械が構造物の作製を中断または吐出パラメータを調整することを選択的に引き起こすこととをも含むことができる。

0014

[0014] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、付加製造機械に、マトリクス内に少なくとも部分的にコーティングされた連続繊維を含む複合材料のパスを吐出させることを含むことができる。この方法は、所望の吐出位置に対する、連続繊維の軸位置と連続繊維を囲むマトリクスの断面形状およびサイズのうちの少なくとも1つとの比較を行うことをも含むことができる。この方法は、軸位置と連続繊維を囲むマトリクスの断面形状およびサイズのうちの少なくとも1つとのうちの一方が、所望の吐出位置の周囲に配置された第1の公差域から外れる場合、付加製造機械に構造物の作製を中断させることをさらに含むことができる。この方法は、軸位置と連続繊維を囲むマトリクスの断面形状およびサイズのうちの少なくとも1つとのうちの一方が、所望の吐出位置の周囲に配置された第2の公差域から外れ、第1の公差域の内部にある場合、付加製造機械に吐出パラメータを調整させることをさらに含むことができる。

0015

[0015] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。このプロセッサは、構造物が性能に重要な部分であることに関連する判定を行い、判定に基づいて、構造物の仮想モデルを複数の平面に分割するために第1のスライシング技法または第2のスライシング技法を選択的に実施するために命令を実行するように構成され得る。このプロセッサは、付加製造機械に複数の平面に対応する層内に複合材料を堆積させるためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され得る。

0016

[0016] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、構造物の予想される負荷状態および性能仕様のうちの少なくとも1つを示す入力を受信することと、入力に基づいて、構造物が性能に重要な部分であることに関連する判定を行うこととを含むことができる。この方法は、判定に基づいて、構造物の仮想モデルを複数の平面に分割するために第1のスライシング技法または第2のスライシング技法を選択的に実施することと、付加製造機械に複数の平面に対応する層内に複合材料を堆積させることとをさらに含むことができる。

0017

[0017] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、構造物の予想される負荷状態および性能仕様のうちの少なくとも1つを示す入力を受信することと、入力に基づいて、構造物が性能に重要な部分であることに関連する判定を行うこととを含むことができる。判定に基づいて、この方法は、付加製造機械が全体的に平行でオーバーラップする形で複合材料を効率的に堆積することを可能にする複数の平面を生成するために第1のスライシング技法を選択的に実施することと、付加製造機械が構造物を通過すると予想される力に基づいて層内で複合材料を堆積することを可能にする複数の平面を生成するために第2のスライシング技法を選択的に実施することとをさらに含むことができる。この方法は、複合材料の吐出中に付加製造機械によってたどられる、第1のスライシング技法を使用して生成される複数の平面のそれぞれ上で少なくとも第1のツールパスを生成することをも含むことができる。少なくとも第1のツールパスは、第1のスライシング技法を使用して生成される複数の平面のそれぞれの全体的な中心から外向きの螺旋形になり得る。この方法は、複合材料の吐出中に付加製造機械によってたどられる、第2のスライシング技法を使用して生成される複数の平面のそれぞれ上で少なくとも第2のツールパスを生成することをさらに含むことができる。第2のスライシング技法を使用して生成される少なくとも第2のツールパスは、力に基づいて全体的に方向付けされ得る。この方法は、少なくとも第1のツールパスおよび少なくとも第2のツールパスに従って、付加製造機械に複数の平面に対応する層内に複合材料を堆積させることをさらに含むことができる。

0018

[0018] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。このプロセッサは、構造物の製造中に付加製造機械によってたどられるツールパスが自由空間内または別のツールパスの上に配置されるかどうかを判定するために命令を実行するように構成され得る。このプロセッサは、ツールパスが自由空間内に配置される場合、ツールパスの湾曲に関する判定を行い、判定に基づいて、付加製造機械がツールパスのサポートを作製することを選択的に引き起こすためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにさらに構成され得る。

0019

[0019] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、構造物の作製中に付加製造機械によってたどられるツールパスが自由空間内または別のツールパスの上に配置されるかどうかを判定することを含むことができる。この方法は、ツールパスが自由空間内に配置される場合、ツールパスの湾曲に関する判定を行うことと、判定に基づいて、付加製造機械がツールパスのサポートを作製することを選択的に引き起こすこととをさらに含むことができる。

0020

[0020] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、構造物の製造中に付加製造機械によってたどられるツールパスが自由空間内または別のツールパスの上に配置されるかどうかを判定することを含むことができる。この方法は、ツールパスが自由空間内に配置される場合、ツールパスの湾曲に関する判定を行うことと、判定に基づいて、付加製造機械がツールパスのサポートを作製することを選択的に引き起こすこととを含むことができる。

0021

[0021] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。このプロセッサは、構造物内で生成されなければならない複数の張力ベクトル(tension vector)を判定し、構造物を製造するための計画を生成するために命令を実行するように構成され得る。計画は、複数の張力ベクトルを生成するために構造物内で連続繊維を配置するツールパスを含むことができる。このプロセッサは、付加製造機械に計画に従わせ、構造物を製造させるために命令を実行するようにも構成され得る。

0022

[0022] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、構造物の性能仕様を受信することと、性能仕様に基づいて構造物内で生成されなければならない複数の張力ベクトルを判定することと、構造物を製造するための計画を生成することとを含むことができる。計画は、複数の張力ベクトルを生成するために構造物内で連続繊維を配置する順次実行可能なツールパスを含むことができる。この方法は、付加製造機械に計画に従わせ、構造物の製造中に連続繊維内で残留応力を生成させることをも含むことができる。

0023

[0023] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、構造物の性能仕様を受信することと、性能仕様に基づいて構造物内で生成されなければならない複数の張力ベクトルを判定することと、構造物を製造するための計画を生成することとを含むことができる。計画は、複数の張力ベクトルを生成するために構造物内で連続繊維を配置する順次実行可能なツールパスを含むことができる。この方法は、付加製造機械に計画に従わせ、構造物の製造中に連続繊維内で残留応力を生成させることをも含むことができる。

0024

[0024] 一態様では、本開示は、構造物を付加製造する際に使用されるシステムを対象とする。このシステムは、付加製造機械と、その上に記憶されたコンピュータ実行可能命令を有するメモリと、プロセッサとを含むことができる。このプロセッサは、付加製造機械に、付加製造機械によって吐出される複合材料のパスのアンカとして使用される既存の点の特性を判定させるために命令を実行するように構成され得る。このプロセッサは、付加製造機械が、特性に基づく、既存の点でのマトリクス対繊維の可変比率を有する複合材料のパスを吐出することを選択的に引き起こすためにコンピュータ実行可能命令を実行するようにも構成され得る。

0025

[0025] 別の態様では、本開示は、付加製造機械を用いて構造物を作製する方法を対象とする。この方法は、付加製造機械によって吐出される複合材料のパスのアンカとして使用される既存の点の特性を判定することを含むことができる。この方法は、付加製造機械が、特性に基づく、既存の点でのマトリクス対繊維の可変比率を有する複合材料のパスを吐出することを選択的に引き起こすことをも含むことができる。

0026

[0026] さらに別の態様では、本開示は、構造物を付加製造する方法を実行するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含む非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。この方法は、付加製造機械に、付加製造機械によって吐出される複合材料のパスのアンカとして使用される既存の点の安定性を判定させることを含むことができる。この方法は、付加製造機械が、安定性に基づく既存の点でのマトリクス対繊維の可変比率を有する複合材料のパスを吐出することを選択的に引き起こすことをも含むことができる。

図面の簡単な説明

0027

[0027]例示的な開示される付加製造機械と、その機械を制御するのに使用され得る対応するシステムとを示す概略図である。
[0028]図1の制御システムを示す概略図である。
[0029]図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
図1および図2の制御システムによって実施され得る例示的な方法を表す流れ図である。
[0030]図3図11の方法のステップを介する進捗を示す概略図である。
図3図11の方法のステップを介する進捗を示す概略図である。

実施例

0028

[0031]図1は、任意の所望の形状、サイズ、組立、および機能性を有する構造物12を設計し、計画し、作製し、かつ/または分析するのに使用され得る例示的な制御システム(「システム」)10を示す。システム10は、とりわけ、付加製造機械(「機械」)14と、機械14に動作可能に接続された少なくとも1つのコンピューティングデバイス16とを含むことができる。機械14は、たとえば付加製造プロセスのために、コンピューティング・デバイス16の誘導制御の下で構造物12を作成するように構成され得る。1つまたは複数の連続補強材(たとえば、繊維F)および1つまたは複数の硬化可能なマトリクス(M)を利用する付加製造プロセスが、どのようにして構造物12を作成できるのかの一例として下で説明されるが、当技術分野で既知の他のプロセスが、この目的でその代わりに利用され、開示される制御システムおよび方法から利益を得ることができることに留意されたい。

0029

[0032]機械14は、層ごとにおよび/または自由空間内で(たとえば、基礎になる層の支えなしで)構造物12を作成するように制御可能な構成要素からなるものとすることができる。これらの構成要素は、とりわけ、支持体18と、支持体18に結合され、これによって動力を与えられる任意の個数のヘッド20とを含むことができる。図1の開示される実施形態では、支持体18は、構造物12の作製(fabrication)中に複数の方向にヘッド20を移動することのできるロボットアームである。同一の形または異なる形でヘッド20を移動することのできる任意の他のタイプの支持体(たとえば、オーバーヘッドガントリ、アーム/ガントリの組合せなど)も、望まれる場合に利用され得ることに留意されたい。

0030

[0033] 各ヘッド20(明瞭さのために図1には1つのみを図示)は、少なくとも、硬化可能であるマトリクス(たとえば、ゼロ揮発性有機化合物樹脂などの液体樹脂、粉末金属など)を吐出するように構成され得る。例示的な硬化可能マトリクスは、熱硬化性樹脂、単一成分または複数成分エポキシ樹脂ポリエステル樹脂陽イオン性エポキシアクリル化エポキシウレタンエステル、熱可塑性物質、感光性樹脂ポリエポキシドチオールアルケンチオレン、その他を含む。一実施形態では、各ヘッド20の内部のマトリクスは、たとえば、対応する導管(図示せず)を介してヘッド20に流体的に接続された外部デバイス(たとえば、押出機または別のタイプのポンプ(図示せず))によって加圧され得る。しかし、別の実施形態では、圧力を、同様のタイプのデバイスによって完全にヘッド20の内部で生成することができる。さらに他の実施形態では、マトリクスを、ヘッド20を介して重力供給し、かつ/またはヘッド20内で混合することができる。いくつかの例では、ヘッド20の内部のマトリクスは、早すぎる硬化を抑制するために冷たくおよび/または暗く保たれる必要がある場合があるが、他の例では、マトリクスは、同一の理由から暖かく保たれる必要がある場合がある。どちらの状況でも、ヘッド20は、これらの必要に備えるように特に構成され(たとえば、断熱され、冷却され、かつ/または暖められ)得る。

0031

[0034] いくつかの実施形態では、マトリクスは、1つまたは複数の繊維(たとえば、材料の個々の繊維、トウロービングスリーブリボン、および/またはシート)と混合され、これを含み、または他の形でコーティングし、繊維と一緒に構造物12の少なくとも一部(たとえば、壁)を構成することができる。繊維は、ヘッド20内に(たとえば、別々の内部スプール(図示せず)上に)格納され、または他の形でヘッド20を通過する(たとえば、外部スプールから供給される)ことができる。複数の繊維が同時に使用される場合、繊維は、同一のタイプとされ、同一の直径および断面形状(たとえば、円、正方形平坦など)を有することができ、あるいは、異なる直径および/または断面形状を有する異なるタイプとされ得る。繊維は、たとえば、炭素繊維植物繊維木繊維鉱物繊維ガラス繊維金属ワイヤオプティカルチューブ(optical tube)、その他を含むことができる。用語「繊維」が、ヘッド20からのマトリクス吐出に少なくとも部分的に包み込まれ得る、構造的タイプと非構造的タイプとの両方の連続補強材を包含することが意図されていることに留意されたい。

0032

[0035] 繊維は、望みに応じて、繊維がヘッド20の内部にある間、繊維がヘッド20に渡されている間、および/または繊維がヘッド20から吐出されている間に、マトリクスに露出され(たとえば、これによってコーティングされ)得る。マトリクス、乾いた繊維、および/または既にマトリクスに露出された繊維(たとえば、濡れた繊維)は、当業者に明白な任意の形でヘッド20内に輸送され得る。

0033

[0036]支持体18は、マトリクスをコーティングされた繊維(1つまたは複数)の連続パスが特定の軌跡(たとえば、構造物12の所期の形状、サイズ、および/または機能に対応する軌跡)に沿って形成されるように、マトリクスをコーティングされた繊維(1つまたは複数)がヘッド20から吐出するのと同時にその軌跡内でヘッド20を移動することができる。各パスは、任意の断面形状、直径、ならびに/または繊維およびマトリクスの密度を有することができ、繊維は、マトリクスと共に半径方向に分散され、マトリクスのほぼ中央に配置され、または周辺にのみ配置され得る。

0034

[0037] 1つまたは複数の硬化エンハンサ(たとえば、UV光、超音波エミッタ、レーザヒータ触媒ディスペンサなど)22が、ヘッド20に接近して(たとえば、その中またはそれに接して)取り付けられ、マトリクスがヘッド20から吐出される時のマトリクスの硬化速度および/または品質を高めるように構成され得る。硬化エンハンサ22は、構造物12の形成中に構造物12の表面をエネルギに(たとえば、UV光、電磁放射振動、熱、化学触媒または硬化剤などに)選択的に露出するように調整され得る。エネルギは、マトリクスがヘッド20から吐出する場合、マトリクス内で発生する化学反応の速度を高め、マトリクスを焼結し、マトリクスを硬くし、または他の形でマトリクスを硬化させることができる。図示の実施形態では、硬化エンハンサ22は、ヘッド20の中心軸の回りに均等に分散された複数のLEDを含む。しかし、その代わりに、任意の個数のLEDまたは他のエネルギ源が、開示される目的のために利用され、かつ/または別の形で配置され(たとえば、不均等に分散される、一列に配置されるなど)得ることが企図されている。たとえば、硬化エンハンサ22は、望まれる場合に、ヘッド20の背後についてゆくアーム(図示せず)に取り付けられ得る。硬化エンハンサ22によって作られるエネルギの量は、構造物12がヘッド20から所定の長さを超えて軸方向に成長する前にマトリクスを硬化させるのに十分なものとすることができる。一実施形態では、構造物12は、軸方向成長がマトリクスをコーティングされた補強材の外径と等しくなる前に完全に硬化される。

0035

[0038]図1の実施形態では、ヘッド20はモジュラである。たとえば、ヘッド20は、マトリクスリザーバ26とマトリクスリザーバ26に移動可能に接続された(たとえば、1つまたは複数のねじ付きファスナ留め金、または他のハードウェア(図示せず)を介して)ノズルモジュール24とを含むことができる。この例では、ノズル・モジュール24は、全体的に円形の断面を有する複合材料を吐出するように構成されたシングルトラック・ノズル・モジュール24Aである。しかし、ヘッド20の構成は、ノズル・モジュール24Aを、異なる形状(たとえば、管状の断面、リボンまたはシートの断面など)を有する複合材料を吐出する別のノズル・モジュール(たとえば、モジュール24B、モジュール24Cなど)と交換することを可能にすることができる。この交換中に、マトリクスリザーバ26は、支持体18に接続されたままになることができ、マトリクスリザーバ26の少数の(あるとしても)変更が要求される可能性がある。

0036

[0039] 一実施形態では、ノズル・モジュール24は、やはりまたはその代わりに、選択的に機械加工モジュール28と交換され得る。たとえば、望まれる場合に、1つまたは複数の仕上げ工具(たとえば、ドリルビットミリング・ビット、ブレードグラインダペインタコータ清掃装置など)を、マトリクスリザーバ26に(または支持体18の端に直接に)選択的に取り付けることができる。この構成は、より広い範囲の構造物14を機械14によって作製することを可能にすることができる。

0037

[0040] いくつかの実施形態では、硬化エンハンサ(1つまたは複数)22は、ノズル・モジュール24の下面に取り付けられ得る。この構成を用いると、硬化エンハンサ(1つまたは複数)22は、ノズル・モジュール24から吐出する材料の形状、サイズ、および/またはタイプに最も適する構成でノズル・チップの周囲に配置され得る。開示される実施形態では、硬化エンハンサ(1つまたは複数)22は、硬化エンハンサ(1つまたは複数)22からのエネルギがノズル・モジュール24から吐出する材料に向かって向けられるように、ノズル・モジュール24の軸に対して相対的にある角度で取り付けられる。エネルギ・ブロッカ30および/または光学系31は、いくつかの応用例で、硬化エンハンサ22からのエネルギを選択的にブロックし、これをノズル・モジュール24の出口収束させ、かつ/またはこれをノズル・モジュール24の出口に向けるのに使用され得る。これは、ノズル・モジュール24から吐出する材料の硬化速度および/または硬化位置に影響する可能性がある。望まれる場合に、エネルギ・ブロッカ30および/または光学系31を調整可能(たとえば、止めねじ(図示せず)を介して手動で調整可能またはアクチュエータ(図示せず)を介して自動的に調整可能)とすることができる。

0038

[0041]マトリクスおよび繊維(1つまたは複数)は、少なくとも2つの異なる動作モードを介してヘッド20から吐出され得る。第1の動作モードでは、マトリクスおよび繊維(1つまたは複数)は、構造物12の形状を作成するためにヘッド20が支持体18によって移動される場合、ヘッド20から押出成形される(たとえば、圧力および/または機械的力の下で押される)。第2の動作モードでは、マトリクスの硬化の後に残る引張応力が吐出中に繊維(1つまたは複数)に生じるように、少なくとも繊維(1つまたは複数)がヘッド20から引っ張られる。この動作モードでは、マトリクスは、繊維(1つまたは複数)にくっつき、これによって、繊維(1つまたは複数)と一緒にヘッド20から引っ張られ得、かつ/またはマトリクスは、引っ張られた繊維(1つまたは複数)と一緒に圧力の下でヘッド20から吐出され得る。繊維(1つまたは複数)がヘッド20から引っ張られている、第2の動作モードでは、繊維(1つまたは複数)内の結果の残留張力は、構造物12の強度を高めると同時に、支持されない材料のより長い長さがより直線的な軌跡を有することを可能にすることもできる(すなわち、残留張力は、構造物12の支柱なし(free-standing)の支持を実現するために重力に反して作用することができる)。

0039

[0042] 繊維(1つまたは複数)は、ヘッド20がアンカ・ポイント32から離れて移動することの結果として、ヘッド20から引っ張られ得る。たとえば、構造形成の始めに、吐出された材料がアンカ・ポイント32に粘着するように、ある長さの、マトリクスを含浸された繊維(1つまたは複数)が、ヘッド20から引っ張られ、かつ/または押され、アンカ・ポイント32に堆積され、硬化され得る。その後、ヘッド20は、アンカ・ポイント32から離れて移動され得、この相対移動は、繊維(1つまたは複数)がヘッド20から引っ張られることを引き起こすことができる。望まれる場合に、ヘッド20を通る繊維(1つまたは複数)の移動を援助する(たとえば、内部供給機構を介して)ことができることに留意されたい。しかし、ヘッド20からの繊維(1つまたは複数)の吐出速度は、主に、張力が繊維(1つまたは複数)内に生じるようにする、ヘッド20とアンカ・ポイント32との間の相対移動の結果である可能性がある。ヘッド20がアンカ・ポイント32から離れて移動されることの代わりにまたはこれに加えて、アンカ・ポイント32をヘッド20から離れて移動することができることが企図されている。

0040

[0043] 下でより詳細に説明するように、ヘッド20によって吐出される各連続繊維に関連する張力ベクトルが、構造物12の特性(たとえば、剛性および/または強度)に寄与できると判定された。たとえば、構造物12の剛性および/または強度は、一般に、各繊維の軸方向でより高く、その繊維内の残留張力のレベルに関係する量だけ高くなる可能性がある。したがって、構造物12の作製の前処理(たとえば、設計)段階および/または処理段階中に、特定の軌跡に整列している特定の繊維の所望の量、サイズ、および/または形状を提供し、かつ/あるいは、構造物12が要求される仕様に従って作動するように、硬化の前および/または硬化中に繊維のそれぞれ内の所望の張力レベルを生成するために、注意払うことができる。

0041

[0044] 任意の個数の別々のコンピューティング・デバイス16を使用して、構造物12内の繊維の配置および残留張力を設計し、かつ/または制御し、かつ/あるいは形成の前および/または形成の後に構造物12の性能特性(たとえば、剛性および強度、ならびに/または連続性などの他の特性)を分析することができる。コンピューティング・デバイス16は、とりわけ、ディスプレイ34、1つまたは複数のプロセッサ36、任意の個数の入出力(「I/O」)デバイス38、任意の個数の周辺機器40、ならびにプログラム44およびデータ46を記憶する1つまたは複数のメモリ42を含むことができる。プログラム44は、たとえば、任意の個数の設計アプリおよび/またはプリンティングアプリ48とオペレーティング・システム50とを含むことができる。

0042

[0045]コンピューティング・デバイス16のディスプレイ34は、液晶ディスプレイ(LCD)、発光ダイオード(LED)スクリーン有機発光ダイオード(OLED)スクリーン、および/または別の既知のディスプレイ・デバイスを含むことができる。ディスプレイ34は、プロセッサ36の制御の下でのデータの提示に使用され得る。

0043

[0046]プロセッサ36は、仮想処理技術を有して構成されたシングルコアまたはマルチコアのプロセッサとし、任意の個数の演算を同時に実行し制御するのにロジックを使用することができる。プロセッサ36は、任意の個数のソフトウェア・モジュール、アプリケーション、プログラムなどを実行し、制御し、走行させ、操作し、記憶するために仮想計算機または他の既知の技術を実施するように構成され得る。さらに、いくつかの実施形態では、プロセッサ36は、開示される方法の機能を実行するために、特定の回路網、命令、アルゴリズム、および/またはデータを用いて特別に構成された1つまたは複数の特殊化されたハードウェア・モジュール、ソフトウェア・モジュール、および/またはファームウェア・モジュール(図示せず)を含むことができる。本明細書で開示される能力を提供する他のタイプのプロセッサ配置が実施され得ることを了解されたい。

0044

[0047]メモリ42は、分析アプリおよび/もしくはプリンティングアプリ48ならびにオペレーティング・システム50などの1つまたは複数の実行可能プログラム44を記憶する、揮発性もしくは不揮発性の、磁気半導体テープ、光、取り外し可能、取り外し不能、もしくは他のタイプのストレージ・デバイス、または、有形のおよび/もしくは非一時的なコンピュータ可読媒体とすることができる。非一時的媒体の一般的な形は、たとえば、フラッシュドライブフレキシブルディスクハード・ディスク、ソリッドステート・ドライブ、磁気テープまたは他の磁気データ記憶媒体CD−ROMまたは他の光学データ記憶媒体、穴のパターンを有する任意の物理媒体、RAM、PROMEPROMFLASH−EPROM、または他のフラッシュ・メモリ、NVRAMキャッシュレジスタ、または他のメモリ・チップもしくはカートリッジ、およびこれらのネットワーク化されたバージョンを含む。

0045

[0048]メモリ42は、設計アプリおよび/または作製アプリ48、オペレーティング・システム50、およびコンピュータ・システム上で使用可能であることがわかっている任意の他のタイプのアプリケーションまたはソフトウェアなど、1つまたは複数のアプリケーションをプロセッサ36が実行することを可能にする命令を記憶することができる。その代わりにまたはそれに加えて、命令、アプリケーション・プログラムなどは、1つまたは複数のネットワーク(図示せず)を介してアクセス可能な1つまたは複数のデータベースまたはメモリなど、コンピューティング・デバイス16と直接に通信している内部および/または外部のデータベース(たとえば、クラウド・ストレージ・システム(図示せず))内に記憶され得る。メモリ42は、開示される実施形態の1つまたは複数の機能を実行するのに使用されるデータおよび命令を記憶する1つまたは複数のメモリ・デバイスを含むことができる。メモリ42は、文書管理システム、MicrosoftSQLデータベース、SharePointデータベース、Oracle(商標)データベース、Sybase(商標)データベース、または他のリレーショナル・データベースなど、メモリ・コントローラ・デバイス(たとえば、サーバなど)またはソフトウェアによって制御される1つまたは複数のデータベースの任意の組合せを含むこともできる。

0046

[0049] いくつかの実施形態では、コンピューティング・デバイス16は、ネットワーク(図示せず)を介して1つまたは複数のリモート・メモリ・デバイス(たとえば、リモート・データベース(図示せず))に通信可能に接続される。リモート・メモリ・デバイスは、コンピューティング・デバイス16がアクセスでき、かつ/または管理できる情報を記憶するように構成され得る。たとえば、リモート・メモリ・デバイスは、文書管理システム、MicrosoftSQLデータベース、SharePointデータベース、Oracle(商標)データベース、Sybase(商標)データベース、Cassandra、HBase、または他のリレーショナル・データベース、非リレーショナル・データベース、もしくは通常のファイルとすることができる。しかし、開示される実施形態と一貫するシステムおよび方法は、別々のデータベースまたはデータベースの使用にさえ制限されない。

0047

[0050]プログラム44は、プロセッサ36に開示される実施形態の1つまたは複数の機能を実行させる1つまたは複数のソフトウェア・モジュールまたはファームウェア・モジュールを含むことができる。さらに、プロセッサ36は、コンピューティング・デバイス16からリモートに配置された1つまたは複数のプログラムを実行することができる。たとえば、コンピューティング・デバイス16は、実行された時に開示される実施形態に関する機能を実行する1つまたは複数のリモート・プログラムにアクセスすることができる。いくつかの実施形態では、メモリ42内に記憶され、プロセッサ36によって実行されるプログラム44は、設計アプリ、作製アプリ、および/または分析アプリ48とオペレーティング・システム50とのうちの1つまたは複数を含むことができる。アプリ48は、プロセッサ36に、開示される方法の1つまたは複数の機能を実行させることができる。

0048

[0051]オペレーティング・システム50は、プロセッサ36などの1つまたは複数のプロセッサによって実行される時に既知のオペレーティング・システム機能を実行することができる。たとえば、オペレーティング・システム50は、Microsoft Windows(商標)、Unix(商標)、Linux(商標)、OSX(商標)、およびIOS(商標)オペレーティング・システム、Android(商標)オペレーティング・システム、または別のタイプのオペレーティング・システム50を含むことができる。したがって、開示される実施形態は、任意のタイプのオペレーティング・システム50を走行させるコンピュータ・システムと共に動作し、機能することができる。

0049

[0052] I/Oデバイス38は、ユーザおよび/または機械14から信号または入力を受信し、構造物12をプリントすることを可能にする信号または出力を機械14に供給する1つまたは複数のインターフェースを含むことができる。たとえば、コンピューティング・デバイス16は、コンピューティング・デバイス16がユーザから入力を受信することを可能にする1つまたは複数のキーボードマウス・デバイス、および類似物などの1つまたは複数の入力デバイスとインターフェースするためのインターフェース構成要素を含むことができる。

0050

[0053]周辺デバイス(1つまたは複数)40は、機械14内に組み込まれるか他の形でこれに関連付けられ、構造物12の作製中に使用される、1つまたは複数の独立型のデバイスとすることができる。図2に示されているように、周辺機器40は、入力デバイス(たとえば、張力センサ位置センサ圧力センサ温度センサ流量センサ、連続性センサ湿度センサロータリエンコーダ、および当技術分野で既知の他のセンサなどの1つまたは複数のセンサ)40Aおよび/または出力デバイス(たとえば、マトリクス供給、繊維供給冷却ファン、ポンプ、硬化エンハンサ22、位置決めモータカッタースプライサ、織成機構繊維ガイドミキサ供給ローラ摩擦テンショナ、その他などの1つまたは複数のアクチュエータ)40Bを実施することができる。いくつかの実施形態では、周辺機器40自体が、1つまたは複数のプロセッサ、メモリ、および/またはトランシーバを含むことができる。周辺デバイス(1つまたは複数)40が、専用のプロセッサおよびメモリを備える場合、専用のプロセッサは、取込コマンド、処理コマンド移動コマンド、および/または送信コマンドを含む、ビデオオーディオ、他の感覚データ、制御データ、位置データなどに関連するコマンドをプロセッサ36から受信するためにメモリ上に記憶された命令を実行するように構成され得る。トランシーバは、システム10内の1つまたは複数の他のコンポーネントとの間でデータを送信することのできる有線または無線通信デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、トランシーバは、センサおよび/またはアクチュエータの作動ならびにトランシーバを介するデータの送信に関する命令を含むデータをプロセッサ36から受信することができる。受信された命令に応答して、トランシーバは、データをパケット化し、プロセッサ36と他の構成要素との間で送信することができる。

0051

[0054] 設計アプリ、作製アプリ、および/または分析アプリ48は、機械14の動作および構造物12の対応する設計/作製/分析に関連するデータの生成、受信、処理、分析、記憶、および/または送信に関する方法をコンピューティング・デバイス16に実行させることができる。たとえば、アプリ48は、機械14のオペレータから設計/制御命令および情報を受信するためのディスプレイ34上でのグラフカル・ユーザ・インターフェース(GUI)の表示、機械14に関連する感覚データの取込(たとえば、周辺機器40Aを介する)、構造物12の仕様、所望の特性、および/もしくは所望の性能に関する命令の、I/Oデバイス38および/もしくはユーザ・インターフェースを介する受信、制御命令の処理、構造物12の1つもしくは複数の可能な設計および/もしくは構造物12の作製に関する計画の生成、設計および/もしくは計画の分析および/もしくは最適化、1つもしくは複数の設計および/もしくは計画の推奨の提供、推奨される計画および/もしくは選択された計画を介して推奨される設計および/もしくは選択された設計を作製するための機械14の制御、作製の分析、ならびに/または将来の作製を改善するための機械14へのフィードバックおよび調整の提供を含む動作を実行するようにコンピューティング・デバイス16を構成できるものとすることができる。

0052

[0055]図3図11は、機械14による構造物12の設計、作製、および/または分析中にコンピューティング・デバイス16によって実施され得る例示的な方法を示す流れ図である。図3図11を、開示される概念をさらに示すために以下のセクションで詳細に議論する。

0053

産業上の利用可能性
[0056] 開示されるシステムは、任意の所望の断面形状、長さ、密度、剛性、強度、および/または他の特性を有する複合構造を連続的に製造するのに使用され得る。複合構造は、同一のもしくは異なるタイプ、直径、形状、構成、および組立の任意の個数の異なる補強材、ならびに/または任意の個数の異なるマトリクスを含むことができる。システム10の動作を、これから図3図11の流れ図を参照して詳細に説明する。

0054

[0057]図3の流れ図に見られるように、構造物12の作製は、全体的に、前処理、処理、後処理、および分析を含む4つの異なる段階に分割され得る。前処理段階は、全般的に、構造物12の定義に関連するものとすることができる。処理段階は、全般的に、少なくとも構造物12のベース部の形成に関連するものとすることができる。後処理段階は、全般的に、構造物12のベース部の最終仕上げに関連するものとすることができる。分析段階は、全般的に、構造物12の物理実施形態の観察との構造物12の前処理定義の比較ならびに比較に基づく前段階(1つまたは複数)の反復調整に関連するものとすることができる。

0055

[0058]構造物作成の前処理段階は、システムのユーザからの、プロセッサ36による(たとえば、I/Oデバイス(1つまたは複数)38を介する)仕様の受信(ステップ300)から開始することができる。これらの仕様は、とりわけ、構造物12の物理的外被(たとえば、構造物12の外側表面定義および/または構造物12がその中にあり、機能する空間の定義)、期待される動作状態(たとえば、力負荷、たわみ負荷、振動負荷熱負荷環境負荷など)、所望の特性(たとえば、硬度、重量、浮力など)、および/またはおよび所望の性能(たとえば、コンダクタンス、剛性、強度、その他などの特定のパラメータの最小値最大値、および/または許容できる範囲)を含むことができる。たとえば、システム10のユーザは、構造物12が関連するアセンブリ内で従わなければならない、嵌合する界面の定義(たとえば、図1に示されたタービンホイールがその上で回転しなければならないキー付き軸の端の形状、サイズ、位置、および方位)、構造物12によって占有され得る最大体積(たとえば、軸方向および/または半径方向のサイズ制限)、特定の方向で構造物12を通過すると期待される力のレベル(たとえば、タービン・ホイールに半径方向に入り、軸方向に出る気体の流量および密度、ならびに/または軸内で期待される抵抗トルク)、および構造物12がどのようにして力に反応しなければならないのか(たとえば、気体によってタービン・ホイール内で生成されなければならないトルクの量、ならびに/または剛性および/もしくは印加されるトルクに起因するタービン・ホイールの各内で許容されるたわみの最大量)を入力することができる。

0056

[0059] ステップ300で受信された仕様は、その後、1つまたは複数のCADモジュールに供給され得(ステップ302)、このCADモジュールは、下でより詳細に議論される。CADモジュール(1つまたは複数)は、1つまたは複数の設計が所与の仕様に関して可能である限り、受信された仕様に基づいて構造物12の1つまたは複数の可能な設計(たとえば、形状、材料、繊維軌跡、繊維張力レベル、密度など)を返すことができる。コンピューティング・デバイス16が、設計(1つまたは複数)に関連するエラーが存在すると判定する場合には(ステップ304)、そのエラーが、供給された仕様の変更のプロンプトと一緒にシステム10のユーザに表示され得る(ステップ306)。その後、制御は、ステップ306からステップ300に戻ることができる。

0057

[0060]構造物12の任意の可能な設計がCADモジュール(1つまたは複数)によって成功裡に返された後に、コンピューティング・デバイス16は、ユーザからプリント情報パケット(Print Information Packet、「PIP」)を受信することができる(ステップ308)。PIPは、構造物12の作製に影響する可能性がある、システム10に関する値を含むことができる。これらの値は、たとえば、機械14の現在の構成(たとえば、機械14に接続され、かつ/または機械14と共に使用するために使用可能である特定のノズル・モジュール24のタイプおよび/または状態)、機械14に現在装填されている材料(たとえば、マトリクスおよび/または繊維)のタイプおよび/または量、ヘッド20に接続された支持体18のタイプおよび/または能力などを含むことができる。たとえば、ユーザは、ノズル・モジュール24Aが機械14に現在接続されていること、50mの4000トウ炭素繊維が使用可能であり、ヘッド20に装填されていること、マトリクスリザーバ26が6.2Lの特定のUV硬化型樹脂を供給されること、ならびに、支持体18が特定の範囲の移動、力、および/または速度を有する6軸ロボット・アームであることを示すことができる。いくつかの実施形態では、望まれる場合に、この情報が、コンピューティング・デバイス16によって(たとえば、1つまたは複数の周辺機器40を介して)自動的に検出可能かつ/または追跡可能とされ得ることが企図されている。これらの実施形態では、ステップ308を省略することができる。

0058

[0061] PIPおよび1つまたは複数の可能な設計が、パシング(Pathing)モジュールに引き渡され得(ステップ310)、このパシング・モジュールは、下でより詳細に議論される。パシング・モジュール(1つまたは複数)は、1つまたは複数の計画が所与のPIPに関して可能である限り、受信されたPIPに基づいて構造物12の1つまたは複数の設計を作製するための1つまたは複数の可能な計画(たとえば、順次ツールパスのセット)を返すことができる。コンピューティング・デバイス16が、計画(1つまたは複数)に関連するエラーが存在すると判定する場合には(ステップ312)、そのエラーが、供給されたPIPの変更のプロンプトと一緒にシステム10のユーザに表示され得る(ステップ314)。その後、制御は、ステップ314からステップ308に戻ることができる。

0059

[0062] ステップ302〜312の完了中のどの時にも、CADモジュールおよび/またはパシング・モジュールによって生成された可能な設計および/または計画のうちの1つまたは複数が、構造物12の作製での使用のために選択され得る(ステップ315)。この選択は、システム10のユーザによって手動で(たとえば、I/Oデバイス(1つまたは複数)38を介して)またはプロセッサ36によって自動的に(たとえば、メモリ42内に記憶された命令に基づいて、ステップ300で受信された仕様の優先順位に基づいて、設計(1つまたは複数)および/もしくは計画(1つまたは複数)の分析に基づいて、ならびに/またはアプリ48の1つまたは複数の使用可能な最適化アルゴリズムを使用して)完了され得る。特定の設計が、ステップ310の前に選択される場合は、ステップ310は、選択された設計のみに関して完了され得る。いくつかの例では、各可能な設計が、最適化および/または選択の前に1つまたは複数の計画と対にされる必要がある場合がある。

0060

[0063] ステップ314の完了の後に、制御は、システム・チェック・モジュールに進むことができ(ステップ316)、このシステム・チェック・モジュールは、システム10の動作即応性(operational readiness)(たとえば、周辺機器40を介する)をチェックする責任を負うものとすることができる。システム・チェック・モジュールは、下でより詳細に説明される。プロセッサ36が、システム・チェックに関連するエラーが存在すると判定する場合には(ステップ318)、そのエラーが、システム・パラメータの変更のプロンプトと一緒にシステム10のユーザに表示され得る(ステップ320)。その後、制御は、ステップ320からステップ316に戻ることができる。

0061

[0064] システム10の即応性チェックが成功裡に完了した後に、構造物12の選択された設計、選択された作製計画、およびPIPが、セットアップ・モジュールに供給され得(ステップ324)、構造物作製の処理段階が開始することができる。セットアップ・モジュールは、選択された計画に従い、PIPのパラメータ内で構造物12の選択された設計を作るように機械14をセット・アップする責任を負うものとすることができる。セットアップ・モジュールは、下でより詳細に説明される。

0062

[0065]プロセッサ36が、いずれかの一時的な支えまたはサポートが要求されると判定する(パシング・モジュールを介して)場合には、プロセッサ36は、機械14が正しくセット・アップされた後(たとえば、ステップ324の完了の後)に機械14に一時的な支えまたはサポートを作製させる(ステップ326)、機械14に向けられたコマンドを生成することができる。たとえば、プロセッサ36は、少なくとも周辺機器の第1の出力デバイス40B(たとえば、繊維供給)にヘッド20からの繊維の吐出を抑制させるコマンド、少なくとも周辺機器の第2の出力デバイス40B(たとえば、マトリクス供給)に一時的なマトリクス(たとえば、水、空気、または別の溶剤によって洗い落とされ得るマトリクス)のみの吐出を許可させるコマンド、少なくとも周辺機器の第3の出力デバイス40B(たとえば、支持体18に関連する位置決めモータ)に要求される支えまたはサポートの位置に対応する位置にヘッド20を移動させるコマンド、および少なくとも周辺機器の第4の出力デバイス40B(たとえば、硬化エンハンサ22)にアクティブ化させ、一時的な支えまたはサポートの外被(envelope)内のヘッド20の移動中にヘッド20から吐出する一時的マトリクスを硬化させるコマンドを生成することができる。

0063

[0066] その後、制御は、アンカ・モジュールに進むことができ(ステップ328)、このアンカ・モジュールは、吐出モジュールの制御の下で、材料の次のパスの吐出(ステップ330)に備えてアンカ・ポイント32(図1参照)へのマトリクスをコーティングされた繊維のアンカリングを調整することができる。アンカ・モジュールと吐出モジュールとの両方が、品質管理モジュールと一緒に下でより詳細に説明され、この品質管理モジュールは、マトリクスをコーティングされた繊維が計画に従って吐出されたことを保証するために各ツールパスの完了中にサブルーチンを実施することができる(ステップ332)。

0064

[0067]プロセッサ36は、品質管理のためだけではなく、選択された計画に従う進捗を追跡するためにも、ヘッド20からの材料の吐出を継続的に監視するように構成され得る。この監視は、たとえば、周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aから受信される信号に基づいて完了され得る。プロセッサ36は、計画内の現在のツールパスがいつ完了するのかを判定し(たとえば、ヘッド20の現在位置をツールパス内の終了位置と比較することによって(ステップ334))、その後、ヘッド20から延びる繊維の切断および/またはスプライシングが要求されるかどうかを判定する(ステップ336)ことができる。繊維の切断は、構造物12の計画内の次のツールパスが現在のツールパスの終端点で始まるのではない場合要求される可能性がある。たとえば、ヘッド20が、追加材料のさらなる吐出前に移動されなければならない場合には、プロセッサ36は、切断が要求されると判定することができる。繊維のスプライシングは、次のツールパス内の繊維が現在のツールパス内の繊維とは異なる場合に要求される可能性がある。

0065

[0068] 切断/スプライシングが要求される場合は、制御は、切断/スプライシング・モジュール(ステップ338)に進むことができ、その後、プロセッサ36は、構造物12の作製を完了するために追加のツールパスが要求されるかどうかを判定することができる(ステップ340)。切断またはスプライシングが要求されない場合には、制御は、ステップ336からステップ340に直接に進むことができる。プロセッサ36は、たとえば、構造物12の作製計画内に含まれるツールパスの個数および/または識別との完了したツールパスの比較に基づいて、追加のツールパスが要求されると判定することができる。追加のツールパスが要求される場合は、制御は、ステップ340からステップ324に戻ることができる。そうでない場合には、処理段階が完了したと考えることができる。

0066

[0069]後処理段階は、構造物12の作製の計画が後処理アクティビティ(たとえば、コーティング、焼結、機械加工、型取りエレクトロニクスピックプレイスなど)を要求するかどうかをプロセッサ36が判定することから開始することができる。これらのアクティビティのいずれかが構造物12の作製の計画で指定される場合は、制御は、ステップ342からステップ344に進むことができ、ステップ344では、その後、それらのアクティビティが完了される。後処理アクティビティが要求されない時、または要求されるアクティビティのすべてが完了した後に、分析段階が開始することができる。

0067

[0070]分析段階は、作製されたばかりの構造物12の試験(ステップ346)から開始することができる。試験は、ステップ300で受信された仕様に対応し、たとえば、硬度試験、ひずみ試験、連続性試験、重量試験、浮力試験などを含むことができる。その後、試験の結果は、構造物12が対応する要件満足したかどうかを判定するために、仕様と比較され得る(ステップ348)。要件が適度に満足されてはいない場合には、構造物12は、拒絶され得(ステップ350)、CADモジュールは、更新され得(ステップ352)、制御は、ステップ302に戻ることができる。CADモジュールの更新は、とりわけ、可能な設計を生成し、可能な計画を生成し、かつ/または設計および計画を最適化するためにメモリ42内に記憶され、アプリ48によって頼られるデータ46および/または関連するマップ/アルゴリズムの調整(たとえば、硬度関係、張力関係密度関係、材料タイプ関係、処理パラメータ関係などの調整)を含むことができる。構造物12の要件が満足されることが証明された場合は、構造物12は、受け入れられ得、このプロセスは、構造物12の別の単位を作製するために繰り返され得る。

0068

[0071]図4に示されたCADモジュールに戻ると、プロセッサ36は、複数の異なるステップで構造物12の可能な設計(1つまたは複数)を生成することができ、これらのステップの一部は、任意の順序で実行され得る。これらのステップのうちの1つ(すなわち、ステップ400)は、たとえば、ステップ300(図3参照)でユーザによって提供された外被制限に少なくとも部分的に基づく、構造物12の境界(たとえば、外側表面)の生成を含むことができる。タービン・ホイールの提供された例(図1参照)では、外被制限は、タービン・ホイールがそれを超えて軸方向に延びることができない境界軸平面マーキング制限、内径制限(たとえば、上で説明した軸界面)、および外径制限(たとえば、所望の環状の気流ギャップの空間を含む、関連するシュラウドの内側表面)を含むことができる。その後、プロセッサ36は、これらの境界制限において仮想表面を生成し、これらの制限から減少する増分オフセットで間隔をとられた仮想表面を有する反復設計を作成することができる。望まれる場合に、仮想表面が、その代わりに最も内側の境界制限で作成され、増分オフセットを増やすことによって外側に反復して移動され得ることも企図されている。その後、構造物12の詳細な特徴(たとえば、タービン・ホイールの翼)が、これらの仮想表面内で形成され得、特徴の個数および特徴の間の間隔が、ある範囲の異なる空間レイアウトを作るために増分的に変更され得る。たとえば、タービン・ホイールは、その間のより大きいまたはより小さい半径方向ギャップを有する、より多数またはより少数のより厚いまたはより薄い翼を有するように設計され得る。

0069

[0072] ステップ400で作成される構造物12の異なる空間レイアウトに関連して、プロセッサ36は、ステップ300でユーザによって指定された特性をそれでも提供しながら異なる設計を作製するのに使用され得る任意の個数の異なるマトリクス、繊維、および/または繊維密度を判定することができる。たとえば、ステップ400で生成される空間レイアウトのうちの任意の所与の1つに関して、所与の空間レイアウトが重量ガイドライン内になることを可能にし、所望のレベルの電気絶縁または導電性を提供し、所望の浮力を提供し、などを行う1つもしくは複数のマトリクス、1つもしくは複数の繊維、および/または1つもしくは複数の密度がある場合がある。マトリクス、繊維、および/または密度のこれらの窓は、異なる空間レイアウトのそれぞれと対にされ得る。

0070

[0073] その後、プロセッサ36は、空間レイアウトごとに使用可能と予め判定された繊維タイプのうちの1つまたは複数の軌跡ならびに各繊維内に存在しなければならない残留張力のレベルを判定することができる(ステップ420)。この判定は、たとえば、ステップ300で指定される負荷状態および/または所望の性能に少なくとも部分的に基づいて行われ得る。たとえば、タービン・ホイールの翼内で所望のレベルの剛性、強度、振動応答などを提供するために、第1の繊維の特定の個数/密度が、所望の性能を提供するために第1の張力ベクトルが第1の位置にある状態で提供される必要がある可能性があり、同一の性能を提供するために、第2の繊維の特定の個数/密度が、第2の張力ベクトルが第2の位置にある状態で提供される必要がある可能性がある。これらのパラメータは、可能な空間レイアウトのそれぞれに含まれるマトリクス/繊維組合せごとに、プロセッサ36によって判定され得る。繊維パラメータは、たとえば、有限要素分析アルゴリズムの反復使用を介して(たとえば、アプリ48を介して)判定され得る。

0071

[0074] いくつかの例では、特定の繊維内の張力のレベルが、より重要でない場合がある。これらの例では、引張ベクトルは、それでも、最小レベルよりわずかに上(たとえば、0よりわずかに上)の正の値を指定することができる。

0072

[0075] いくつかの実施形態では、その後、1つまたは複数の最適化ルーチンが、異なる設計組合せの範囲を絞るために、かつ/または特定の設計の推奨をユーザに提供するために、プロセッサ36によって実施され得る(ステップ430)。最適化は、たとえば、所与の仕様のユーザ定義の優先順位に基づいて実行され得る。たとえば、いくつかの例では、構造物12のフットプリントが、最も重要であり、これに重量が続き、これに性能が続き、これにコストが続くものとすることができるが、他の例では、コストがフットプリントより重要であり、重量は最も非重要とすることができる。プロセッサ36は、最適化ルーチンを選択的に実施し(たとえば、アプリ48を使用して)、特定の設計の最終的な選択に関する結果をユーザに提供する(たとえば、ディスプレイ34を介して)ように構成され得る。いくつかの例では、プロセッサ36は、要求される仕様に最もよくあてはまる設計を自動的に選択することができる。

0073

[0076] いくつかの例では、ユーザの指定した要件のすべてを満足する設計を生成することが可能ではない場合がある。これらの例では、プロセッサ36は、その後にステップ306(図3参照)でディスプレイ34(図1参照)に示されるエラーを返すことができる。プロセッサ36が、構造物12のすべての特徴を自動的には設計できない場合があることも企図されている。たとえば、ユーザが、いくつかの特徴を手動で生成し、かつ/または洗練する必要がある場合がある。プロセッサ36が、いかなる種類の設計/選択/最適化/推奨プロセスをも実施しない場合があり、PIPが、構造物12の特定の設計を作るために要求されるすべての情報を単純に含む場合があることが、さらに企図されている。

0074

[0077] 特定の設計が選択された(たとえば、I/Oデバイス38を介してユーザによって手動で選択されまたはプロセッサ36によって自動的に選択された)後に、プロセッサ36は、選択された設計を作製するために要求される機械14の特定のセット・アップを判定することができる。たとえば、プロセッサ36は、設計を作るために要求される繊維の最小量(たとえば、設計に関して指定されるものより少なくとも25%多い)、マトリクスの最小体積(たとえば、設計に関して指定されるものより少なくとも25%多い)、ヘッド20に接続されなければならない特定のノズル・モジュール(1つまたは複数)24(たとえば、特定の補強材内の繊維の個数、繊維直径繊維形状、繊維タイプ、マトリクス粘性、マトリクス流量などに基づく)、硬化エンハンサ(1つまたは複数)20の要求される配置(たとえば、個数、方位、強度など)、エネルギ・ブロッカ30および/または光学系31の要求される使用、支持体18からの移動、速度、および/または力の要求される範囲、その他を判定することができる。この情報(基本動作情報(「BOI」)として一緒にパッケージ化され得る)は、その後、ステップ324(図3参照)でセットアップ・モジュールに供給され得る。

0075

[0078]図5に示されたパシング・モジュールに戻ると、プロセッサ36は、構造物12の選択された設計を作製するための任意の個数の可能な計画を生成することができる。各計画は、とりわけ、構造物12を一緒に形成する複数の個々のツールパスならびに各経路シーケンスおよび/またはタイミングを含むことができる。プロセッサ36は、推奨を提供するため、かつ/または実行のために計画のうちの1つを自動的に選択するために、可能な設計に関して上で説明したものに類似する最適化および/または選択プロセス(たとえば、時間、材料使用量、コスト、外見などに基づく)に従う。

0076

[0079] 各計画を生成するために、プロセッサ36は、図5に示されたパシング・モジュールを実行することによって開始することができる。たとえば、プロセッサ36は、構造物12が性能に重要な部分であるかどうかを判定することができる(ステップ500)。具体的には、一部の構造物12は、強度仕様、剛性仕様、連続性仕様、および/または他の同様の仕様を有しない場合がある。これらの実施形態では、繊維の位置および/または構造物12が作製される形が、より非重要である可能性があり、構造物12は、性能に重要な部分ではないと考えられ得る。他の実施形態では、強度、剛性、連続性などに関する仕様が存在する可能性があるが、値が、確立された閾値(たとえば、選択されたマトリクス、繊維、密度、および/または形状に関連する値)より小さく、やはり、対応する構造物が性能に重要な部分ではないとプロセッサ36が考えることを可能にする場合がある。これらの実施形態では、プロセッサ36は、構造物12の仮想モデルを、作製効率を増進させる任意の方位を有する任意の個数の順次実行可能な平面にスライスすることができる(ステップ502)。たとえば、プロセッサ36は、仮想モデルを水平の層、平行な層、およびオーバーラップする層にスライスすることができる。本開示において、用語「順次実行可能な平面」は、シーケンス内のさらに下の別の平面へのアクセスを抑制せずにシーケンス内で作製され得る構造物12の平面または層のセットを指すものとすることができる。

0077

[0080] これらの層のそれぞれ(たとえば、P1(図13参照))に関して、プロセッサ36は、構造物12の外被(たとえば、要求される形状および/またはサイズ)および外被に関する指定された公差域に基づいてクリティカルポイント(critical point)のセット(たとえば、CP1−1、CP1−2、CP2−1、CP2−2、CP2−3、CP2−4(図13参照))を生成することができる(ステップ504)。セット内に含まれる点は、構造物12の要求される形状が指定された公差域内で作製されるために、材料がそれらの点(および具体的には点の間の軌跡)を通過しなければならない場合、重要と考えることができる。たとえば、表面の壁または縁に沿った構造物12内の材料の直線のツールパス(たとえば、TP1(図13参照))は、2つのクリティカルポイント(たとえば、始点および終点)を要求する可能性があるが、曲がったツールパス(たとえば、TP2(図13参照))は、3つ以上のクリティカルポイントを要求する可能性がある。一般に、より厳しい公差は、構造物12の形状を定義するためにより多数のクリティカルポイントを要求する可能性がある。

0078

[0081]構造物12の各層内の点のセットが生成された後に、プロセッサ36は、セット内の異なる点を接続する1つまたは複数のツールパスを生成することができる(ステップ506)。一般に、ノズル・モジュール24が材料を吐出せずに移動する(たとえば、次の吐出イベントのために再位置決めするために)ことを要求しないツールパスは、点の間の連続トラックと考えることができる。一実施形態では、ツールパス(1つまたは複数)は、ミドルアウト(middle−out)配置で編成され得る。たとえば、ツールパス(1つまたは複数)は、所与の平面のおおむね中心から始まり、ツールパスが構造物12の縁または表面の第1のクリティカルポイントを通過するまで第1の方向に移動し、指定された方向(たとえば、時計回り)に指定された角度(たとえば、約90°)だけ回転し、ツールパスが構造物12の別の縁または表面の第2のクリティカルポイントを通過するまで第2の方向に移動することができる。このプロセスは、所与の表面内のすべてのクリティカルポイントがその平面の関連するツールパスによって消費されるまで繰り返され得る。いくつかの例では、90°の角でお互いに連結された直線部分ではなく、パスは、その代わりにまたはそれに加えて、外向きの螺旋パターンに配置された弓形部分を含むことができる。ノズル・モジュール24が、材料を吐出せずに移動することを要求されるたびに、現在のツールパスを終結し、新しいパスを開始することができる。

0079

[0082] 各ツールパスまたはツールパスの各部分は、別のツールパスまたは同一のツールパスの部分に隣接して配置され、指定された距離だけお互いから半径方向に間隔を設けられ得る。この距離は、たとえば、繊維サイズ(たとえば、直径または他の断面距離)の関数、機械分解能(たとえば、半径方向の最小ステップ)の関数、および/または実験室試験を介して判定される定数値とすることができる。この距離は、たとえば、隣接するツールパスの中心の間の直線として測定され得る。

0080

[0083] ステップ500に戻って、プロセッサ36が、作製される構造物12が性能に重要な部分であると判定する場合、プロセッサ36は、上で説明したものとは異なるスライス技法を実施することができる。たとえば、プロセッサ36は、必ずしもお互いに平行、水平、またはオーバーラップしない、1つまたは複数の順次実行可能な平面(たとえば、P1、P2、P3など(図12参照))に構造物12をスライスすることができる。その代わりに、プロセッサ36は、上で説明した2つ以上の張力ベクトル(たとえば、T1、T2など(図12参照))によって(たとえば、隣接する張力ベクトルによって、および/または全体的にお互いに平行であり、しきい距離内で接近する張力ベクトルによって)それぞれが形成される1つまたは複数の平面に構造物12をスライスすることができる(ステップ508)。

0081

[0084] いくつかの状況で、ステップ508で生成される順次実行可能な平面が、機械14の作製する能力の範囲内ではない場合がある。たとえば、平面が、支持体18によって到達可能でない角度であり、かつ/またはノズル・モジュール24にとって狭すぎる空間内にある場合がある。したがって、プロセッサ36は、ステップ508で生成された各平面のパラメータを機械14の既知の能力と比較し(ステップ510)、機械14の能力を超えるすべての平面を拒絶するように構成され得る。たとえば、プロセッサ36が、予め生成された平面のいずれかが機械14の能力の範囲外であると判定する場合、制御は、置換平面の生成のために、ステップ510からステップ508に戻ることができる。ステップ510に続いて、ステップ504と実質的に同一のステップ512を完了することができる。

0082

[0085]クリティカルポイントのセットが、構造物12の平面または層ごとに生成された後に、プロセッサ36は、クリティカルポイントを消費する1つまたは複数のツールパスを平面ごとに生成することができる(ステップ514)。上で説明したステップ506とは異なって、プロセッサ36は、ステップ514では、主に効率に基づくのではなく、上で説明した張力ベクトルにより多く基づいてツールパス(1つまたは複数)を生成することができる。具体的には、張力ベクトルは、全体的に各パス内に含まれる繊維の軸に沿って横たわり、かつ/または2つ以上の同一位置に配置された繊維(たとえば、同一パス内の繊維、隣接するツールパス内の繊維、同一平面内の繊維、および/または隣接する平面内の繊維)の結果として生じる可能性がある。この形で、要求される張力ベクトルを、ステップ512で生成されたツールパスによって生じさせることができる。ほとんどの実施形態では、ステップ514で生成されるツールパスは、上で説明したミドルアウト手法に従わない。

0083

[0086]構造物12の所与の平面または層のツールパスの作成の後(たとえば、ステップ506および/またはステップ514の完了の後)に、プロセッサ36は、平面内のクリティカルポイントのすべてが消費された(たとえば、パス内に含められた)かどうかを判定することができる(ステップ516)。具体的には、別の非アウトライヤークリティカルポイント(non-outlier critical point)を通って延びる既存のツールパス内に含めることが難しい1つまたは複数のアウトライヤークリティカルポイント(outlier critical point)(たとえば、CP0(図13参照))を含む平面がある場合がある。これらの状況では、アウトライヤークリティカルポイント(outlier critical point)を消費し、これらの点を構造物12の残りに接続する追加のツールパス(TP0(図13参照))を生成しなければならない。これらの追加のツールパスを生成するために、プロセッサ36は、まず、繊維切取を許容できる(たとえば、性能仕様、連続性仕様などに基づいて)かどうかを判定しなければならない(ステップ518)。切取を許容できない場合には、ノズル・モジュール24は、移動中に材料を吐出せずに、既存のツールパスの終りから追加のツールパスの始めに移動できない可能性がある。この状況では、プロセッサ36は、エラー・メッセージをディスプレイ34上に表示させることができ、現在の作製プロセスは、終了することができる。

0084

[0087] しかし、プロセッサ36が、切取を許容できると判定する場合、プロセッサ36は、既存のツールパスの終りに関する切取コードを生成し、追加のツールパスの始めに関するアンカ・コードを生成し、既存のツールパスと追加のツールパスとの間で推移する移動コードを生成することができる(ステップ522)。追加のパスは、既存のパス上にあるアウトライヤークリティカルポイントに最も近い位置でアンカリングされ(たとえば、開始され)得る。プロセッサ36が、ステップ522で、既存のパス(すなわち、アウトライヤークリティカルポイントを含まないパス)の間の推移中に切取コード、アンカ・コード、および移動コードを生成することもできることに留意されたい。

0085

[0088] ステップ516に戻って、プロセッサ36が、クリティカルポイントがパス生成中に取り逃されなかったと判定する場合、プロセッサ36は、構造物12の所与の平面または層内の最終パスの終りに関する切取コードを生成し、新しい平面内の最初のパスの始めに関するアンカ・コードを生成し、最終パスと最初のパスとの間での推移に関する移動コードを生成することができる(ステップ526)。

0086

[0089]構造物12の各平面または各層内のすべてのパスが生成された後に、プロセッサ36は、パスごと、各パスの部分ごと(ステップ524)、および/または上で説明した推移移動ごとに、プリント速度パラメータおよび硬化パラメータ(たとえば、角度、強度、波長、その他などの硬化エンハンサ22の動作パラメータ)を割り当てることができる。これらの割当は、たとえば、構造物12の要求されるマトリクス対繊維比率、要求される密度、要求される硬化量もしくは硬度仕様、および/または要求される作製時間に基づいて行われ得る。

0087

[0090] すべての要求されるパスの生成の後に、プロセッサ36は、パスのいずれかが自由空間内に形成されなければならないかどうかを判定することができる(ステップ528)。本開示において、パスは、そのパスの少なくとも一部が材料の予め吐出されたパスの真上にはない(すなわち、オーバーラップしない)場合、自由空間内に形成されると考えられる。パスが自由空間内に形成される場合、いくつかの状況では、そのパスは、硬化中の所望の位置からの逸脱を抑制するために支持具を付けられまたは支持される必要がある場合がある。

0088

[0091]プロセッサ36が、パスが自由空間内で形成されなければならないと判定する場合、プロセッサ36は、そのパスが最小閾値未満の半径を有する湾曲を含むかどうかを判定することができる(ステップ530)。所与のパス内のゆるやかな曲線(たとえば、最小閾値を超える半径を有する曲線)が、硬化中および/またはノズル・モジュール24の後続の移動中にその所望の位置から逸脱しにくいことが判定されている(たとえば、繊維が、自由空間パスの支持されない部分から離れて移動するノズル・モジュール24によって引っ張られる時)。これらの状況では、プロセッサ36は、支えまたはサポートの作製のためのコードを必ず生成するとは限らない。その代わりに、プロセッサ36は、曲がるパスの支持されない部分が圧縮(compact)されなければならないかどうかを判定し(ステップ532)、そのようなコンパクション(compaction)が望まれない逸脱を引き起こす可能性があるかどうかを推定することができる。たとえば、特定のレベルのコンパクション(compaction)が、自由空間パスの支持されない曲がる部分に関して指定される場合、プロセッサ36は、その部分の剛性および/または強度を推定し(たとえば、部分の弾性の有効モジュールEavgに基づいて慣性モーメント面積Iyおよび最小面積慣性モーメントIminを計算し(ステップ534))、その後、その剛性および/または強度を、コンパクション中に計画された位置からの逸脱に抵抗するために要求される剛性および/または強度と比較することができる(ステップ536)。たとえば、最小面積慣性モーメントが慣性モーメントの面積以下である場合、構造物12は、十分な剛性および/または強度を有すると判定され得、自由空間パスの支えまたはサポートは、要求されないものとすることができる。しかし、最小面積慣性モーメントが面積慣性モーメントを超える場合は、プロセッサ36は、自由空間パスの支持されない部分に関連する支えまたはサポートの作製コードを生成することができる(ステップ538)。ステップ530に戻って、所与のパスの湾曲の半径が最小閾値未満である場合はいつでも、制御は、支えまたはサポートの作製コードを生成するためにステップ538に直接に進むことができる。

0089

[0092] いくつかの実施形態では、上で説明したステップ506、508、および/または522で生成されるパスが、複数の異なるノズル・モジュール24の使用を要求する場合がある。たとえば、より大きい平面は、リボン材料を使用して作製される単一のパスを含む可能性があるが、同一の計画内のより小さい平面および/またはパスは、シングルトラック材料を要求する可能性がある。これらの例では、ノズル・モジュール24B(図1参照)が、パスを計画通りに作製するためにノズル・モジュール24Aと交換される必要がある場合がある。この例では、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24を交換する必要を判定し(たとえば、計画されたパスのサイズ、位置、方位、繊維タイプなどの、ノズル・モジュール24の既知の能力との比較に基づいて)(ステップ540)、交換のための(たとえば、自動化された交換のためのおよび/または一時停止し、手動交換を可能にするための)対応するコードを選択的に生成する(ステップ542)ように構成され得る。

0090

[0093] あるノズル・モジュール24を同一の支持体18に接続された別のノズル・モジュール24に交換するのではなく、複数のノズル・モジュール24を同時に使用できることも企図されている。たとえば、プロセッサ36は、複数の機械14に接続され得、構造物12の異なるパスおよび/または層を作製するためにノズル・モジュール交換を要求するのではなく、プロセッサ36は、その代わりに、同一の構造物12の特定のパスおよび/または層を作製するために異なる機械14を選択的に割り当てることができる。この例では、プロセッサ36は、衝突を回避し、かつ/または特定の特徴の作製を協力して完了するために、各ノズル・モジュール24の動作(たとえば、位置)を追跡し、動作を調整することができる。この協同作製中に、様々な機械14は、同一とされ、異なる支持体18、ヘッド20、および/もしくはノズル・モジュール24を有し、かつ/または異なる目的と割り当てられたタスクとを有することができる。たとえば、第1の機械14は、主パスを生成する機械とすることができ、第2の機械14は、アウトライヤークリティカルポイント機械とすることができ、第3の機械14は、回復機械またはスプライシング機械とすることができ、第4の機械14は、後処理機械とすることができるなどである。他の機械構成も可能である可能性があり、同一のプロセッサ36または通信可能に結合されたプロセッサ36が、異なる機械14を制御するのに使用され得る。

0091

[0094]コンパクション、超音波、または別の補助作製プロセスが任意のパスの所与の部分に関して指定されているとプロセッサ36が判定する場合、プロセッサ36は、パシング・モジュールの実行中の任意の時に、対応するコードを生成することができる(ステップ544および546)。同様に、プロセッサ36が、後処理(たとえば、機械加工、コーティング、ペイント清掃など)が任意のパスの所与の部分に関して指定されていると判定する場合、プロセッサ36は、パシング・モジュールの実行中の任意の時に、対応するコードを生成することができる(ステップ548および550)。

0092

[0095]図6に示されたシステム・チェック・モジュールに戻ると、プロセッサ36は、機械14が、選択された計画を実行し、構造物12の選択された設計を作製する準備ができていることを保証するのを助ける手順を実施することができる。この手順は、任意の所望の順序で実施され得る複数の異なるステップを含むことができる。これらのステップのうちの1つは、設計を作るために要求される特定のノズル・モジュール24が、現在、ヘッド20に接続されているかどうかを判定すること(ステップ600)を含むことができる。一実施形態では、この判定は、たとえば、接続されたノズル・モジュール24のアイデンティティを示す、ユーザからの入力に少なくとも部分的に基づいて行われ得る。別の実施形態では、プロセッサ36は、現在接続されているノズル・モジュール24を自動的に検出し(たとえば、周辺機器の入力デバイス40Aのうちの1つまたは複数によって生成された、取り込まれた画像、信号、セッティング、検出されたパラメータなどに基づいて)、検出されたノズル・モジュール24を要求されるノズル・モジュール24と比較することができる。現在接続されているノズル・モジュール24が、要求されるノズル・モジュール24ではない場合には、プロセッサ36は、エラー信号をユーザに表示し(たとえば、ディスプレイ34を介して)、これによって、現在のノズル・モジュール24を正しいノズル・モジュール24と交換するようにユーザに促すことができる(ステップ605)。代替案では、プロセッサ36は、現在のノズル・モジュール24を自動的に交換することができる。これは、たとえば、ヘッド20を落下位置に移動するように支持体18に指令すること(すなわち、支持体18に関連する周辺機器のアクチュエータ、モータ、および/または他の出力デバイス40Bに指令すること)と、現在接続されているノズル・モジュール24の解放を指令することと、ヘッド20を積み込み位置に移動するように支持体18に指令することと、要求されるノズル・モジュール24との支持体18の係合を指令することとによって達成され得る。プロセッサ36が、ステップ600で、正しいノズル・モジュール24がヘッド20に接続されていると判定する場合は、ステップ605を省略することができる。

0093

[0096] 正しいノズル・モジュール24がヘッド20に接続された後に、プロセッサ36は、対応するノズル・チップに障害物がないかどうかを判定することができる(ステップ610)。これは、たとえば、ユーザによる視覚的確認の受信によって、自動化された視覚的または振動性の確認によって(たとえば、周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aを介する)、および/または特定のノズル・チップ試験を実施することによって、達成され得る。ノズル・チップ試験は、マトリクスの試験量がノズル・チップから吐出されることを指令することと(たとえば、ヘッド20に、アンカ・ポイント32から特定の距離だけ離れて移動させることによって)、マトリクスの対応する流量(たとえば、リザーバ26内のマトリクスのレベル変化)を監視することと、監視された流量を期待される流量(たとえば、指令された移動距離、既知のノズル開口面積、関連する繊維の断面積、およびマトリクスの既知の粘性の関数として計算されるレート)と比較することとを含むことができる。監視された流量が、期待される流量よりかなり少ない(たとえば、90%以下)場合には、ノズル・チップが少なくとも部分的に詰まっていると考えることができる。これが発生する場合は、プロセッサ36は、エラー信号をユーザに表示し(たとえば、ディスプレイ34を介して)、これによって、現在のノズル・モジュール24を別の同様のノズル・モジュール24に交換し、かつ/または障害物除去プロセスを実施するようにユーザに促すことができる(ステップ615)。プロセッサ36は、その代わりに、望まれる場合に、交換および/または障害物除去プロセスを自動的に実施することができる。プロセッサ36が、ノズル・チップが十分に障害物のない状態であると判定する場合は、ステップ615を省略することができる。

0094

[0097] システム・チェック・モジュールによって実行される手順の別のステップは、マトリクスおよび/または繊維の十分な供給が現在ヘッド20に供給されているかどうかを判定すること(ステップ620)を含むことができる。一実施形態では、この判定は、たとえば、ヘッド20内、ヘッド20上、または他の形でヘッド20に渡されるマトリクスおよび/または繊維の量を示す、ユーザからの入力に少なくとも部分的に基づいて行われ得る。具体的には、プロセッサ36は、構造物12を作るために要求されるものより少なくとも25%多くが現在使用可能であるかどうかを判定するために、この量をステップ302で規定された量と比較することができる。プロセッサ36が、それに加えてまたはその代わりに、マトリクスおよび/または繊維の供給および使用を追跡し(たとえば、周辺機器40の1つまたは複数の入力デバイスおよび/または出力デバイスを介して)、構造物12を作るために要求されるものより少なくとも25%多くが現在使用可能であるかどうかを判定するために、消費された量を供給された量および要求される量と比較することができる。マトリクスおよび/または繊維の要求される量の125%未満が現在使用可能である場合は、プロセッサ36は、エラー信号をユーザに表示し(たとえば、ディスプレイ34を介して)、これによって、マトリクスおよび/または繊維の対応する供給を補充するようにユーザに促すことができる(ステップ625)。その代わりに、プロセッサ36は、望まれる場合に、自動化された補給プロセスを実施することができる。プロセッサ36が、十分な材料が使用可能であると判定する場合は、ステップ625を省略することができる。

0095

[0098] いくつかの実施形態で、自動化された補給プロセスが、単に追加の材料をヘッド20に供給すること以上のことを含むことができることが企図されている。たとえば、かなりの量の繊維がヘッド20から使用可能であるが、それでも構造物12を完了するには不十分である例がある可能性がある。これらの例では、プロセッサ36は、単純にさらなる繊維をヘッド20に供給するのではない場合がある。そうではなく、ステップ625は、構造物12内の特定の進捗点(たとえば、特徴または軌跡変化)でのスプライス位置の計画と、その後の(たとえば、ステップ336および338(図3参照)の完了中の)、繊維の第1の供給を同一のまたは異なる繊維の置換供給と動的に交換するための周辺機器の入力デバイス40A(たとえば、スプライサ)の選択的な作動とをさらに含むことができる。

0096

[0099] システム・チェック・モジュールによって実行される手順の別のステップは、所期使用のマトリクス、繊維、および/またはノズル・モジュール24に関連する環境要因が対応する公差ウィンドウ内にあるかどうかを判定すること(ステップ630)を含むことができる。一実施形態では、この判定は、たとえば、どのマトリクス、繊維、および/もしくはノズル・モジュール24が使用中であるのか、ならびに/またはどの環境要因がこれらの要素に関連して使用されなければならないのかを示すユーザからの入力に少なくとも部分的に基づいて行われ得る。具体的には、プロセッサ36は、機械14の環境が構造物作製の助けになるかどうかを判定するために、この情報を監視された状態(たとえば、温度、湿度構築エリアガス組成など(周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aを介して監視される))と比較することができる。プロセッサ36が、それに加えてまたはその代わりに、異なるマトリクス、繊維、および/またはノズル・モジュール24の間の関係をメモリ内記憶済みであり、上で説明した比較中にこの情報を自動的に参照できることが企図されている。現在の環境要因が、特定のマトリクス、繊維、および/またはノズル・モジュール24を用いて構造物12の所与の設計を作るための許容できる範囲内にない場合は、プロセッサ36は、エラー信号をユーザに表示し(たとえば、ディスプレイ34を介して)、これによって、環境要因を調整するようにユーザに促すことができる(ステップ635)。プロセッサ36は、その代わりに、望まれる場合に、自動化された調整プロセスを実施することができる。プロセッサ36が、環境要因が受け入れられるものであると判定する場合は、ステップ635を省略することができる。

0097

[0100] システム・チェック・モジュールによって実行される手順の別のステップは、周辺機器40の出力デバイス(たとえば、硬化エンハンサ22、光学系31、支持体アクチュエータ、センサ、アクチュエータ、モータなど)が完全に機能しており、所望の動作範囲内にあるかどうかを判定すること(ステップ640)を含むことができる。一実施形態では、この判定は、たとえば、特定の構成要素の既知の機能性を示すユーザからの入力に少なくとも部分的に基づいて行われ得る。プロセッサ36が、それに加えてまたはその代わりに、特定の構成要素の動作状況および/または許容できる動作範囲をメモリ内に記憶済みであり、周辺機器40を介して供給される感覚データおよび/またはフィードバック内でこの情報を自動的に参照できることが企図されている。機械14の1つまたは複数の構成要素が、完全には機能していないか、許容できる範囲内で機能していない場合は、プロセッサ36は、エラー信号をユーザに表示し(たとえば、ディスプレイ34を介して)、これによって、対応する構成要素を調整する(たとえば、サービスしまたは置換させる)ようにユーザに促すことができる(ステップ645)。その代わりに、プロセッサ36は、望まれる場合に自動化された調整プロセスを実施することができる。プロセッサ36が、機械14のすべての構成要素が完全に機能していると判定する場合は、ステップ645を省略することができる。

0098

[0101]図7に示されたセットアップ・モジュールに戻ると、プロセッサ36は、構造物12の選択された設計を作製するための選択された計画に従って機械14をセット・アップする手順を実施することができる。この手順は、任意の所望の順序で実施され得る複数の異なるステップを含むことができる。これらのステップのうちの1つは、選択された計画がシングルトラック材料(たとえば、全体的に円形の断面と閉じた中心とを有する1つまたは複数の連続繊維を有する材料)、リボン材料もしくはシート材料(たとえば、全体的に長方形の断面を有する1つまたは複数の連続繊維を有する材料)、または管状材料(たとえば、全体的に円形の断面と開かれた中心とを有する1つまたは複数の連続繊維を有する材料)の使用を呼び出すかどうかを判定すること(ステップ700)を含むことができる。作製計画が、シングルトラック材料の使用を要求する場合は、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24の自動繊維織り込み(fiber−threading)を実施しまたは手動繊維織り込みを可能にすることができる(ステップ705)。自動化された織り込みは、たとえば、ある量のコーティングされた補強材がノズル・モジュール24内に供給され、少なくとも部分的に硬くされ(たとえば、1つまたは複数の内部硬化エンハンサ22を介して)かつ/または形づくられ(たとえば、針形のダイを介して)、その後にノズル・モジュール24のチップを介して進められることを引き起こすためにプロセッサ36が周辺機器40のうちの1つまたは複数を選択的に作動させることによって実施され得る。要求される繊維がノズル・モジュール24を介して織り込まれた後に、プロセッサ36は、材料吐出中に要求される周辺機器のすべての他の出力デバイス40Bを選択的に作動させることができる(ステップ710)。これらの周辺機器40Bは、たとえば、マトリクス供給ジェット、支持体18の移動に関連するアクチュエータおよび/またはモータ、硬化エンハンサ22、光学系31、その他を含むことができる。

0099

[0102] ステップ700に戻って、作製計画が管状材料の使用を要求するとプロセッサ36が判定する場合、プロセッサ36は、材料が事前作製される(たとえば、ヘッド20への導入の前に管状構造物に事前に編まれる)のか、現場で編まれるのかを判定することができる(ステップ715)。管状材料が事前作製される場合は、プロセッサ36は、ヘッド20の自動繊維装填を実施しまたは手動繊維装填を可能にすることができる(ステップ720)。自動化された装填は、たとえば、マトリクスリザーバ26へのノズル・モジュール24の取付けの前に、ある量の事前作製された材料が、中央に配置された案内ロッド(図示せず)を介してマトリクスリザーバ26内に引き込まれまたは押し出され(たとえば、1つまたは複数の供給ローラを介して)、軸方向に圧縮(compress)されることを引き起こすために、プロセッサ36が周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bを選択的に作動させることによって実施され得る。材料の下端は、この場合ノズル・モジュール24を介して突き出してもよい。要求される繊維がノズル・モジュール24を介して織り込まれた後に、制御は、上で説明したステップ710に進むことができる。

0100

[0103]管状材料が現場で編まれる場合は、プロセッサ36は、ヘッド20内の任意の個数の可動(たとえば、振動するおよび/または回転する)繊維ガイドの自動繊維織り込みを実施し、またはガイドの手動繊維織り込みを可能にすることができる(ステップ725)。自動化された織り込みは、ステップ710に関して上で説明したものとほぼ同一の形で実施され得、その後、繊維は、ノズル・モジュール24の口に配置されたダイバータの周囲で半径方向の外向きに押され得る。要求された繊維が、繊維ガイドを介してダイバータの周囲に織り込まれた後に、繊維ガイドの移動が、繊維の織成を開始するために開始され得(ステップ730)、制御は、上で説明したステップ710に進むことができる。

0101

[0104] ステップ700に戻って、プロセッサ36が、作製計画がリボン材料またはシート材料の使用を要求すると判定する場合は、プロセッサ36は、材料が事前作製される(たとえば、ヘッド20への導入の前に長方形構造物に事前に編まれる)のか、現場で編まれるのかを判定することができる(ステップ735)。長方形材料が事前作製される場合は、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24の自動繊維織り込みを実施しまたは手動繊維織り込みを可能にすることができる(ステップ740)。自動化された織り込みは、たとえば、事前作製された材料の供給が、マトリクスリザーバ26を介してノズル・モジュール24のチップを介して外に引き出されまたは押される(たとえば、1つまたは複数のロータリ・エンコーダからのフィードバックに応答する1つまたは複数の供給ローラを介して)ことを引き起こすために、プロセッサ36が周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bを選択的に作動させることによって実施され得る。材料の下端は、この場合ノズル・モジュール24のチップを介して突き出してもよい。要求される繊維がノズル・モジュール24を介して織り込まれた後に、制御は、上で説明したステップ710に進むことができる。

0102

[0105]管状材料が現場で編まれる場合は、プロセッサ36は、ヘッド20内の任意の個数の可動(たとえば、振動するおよび/または回転する)繊維ガイドの自動繊維織り込みを実施し、またはガイドの手動繊維織り込みを可能にすることができる(ステップ745)。自動化された織り込みは、ステップ710に関して上で説明したものとほぼ同一の形で実施され得、その後、繊維は、ノズル・モジュール24の口に配置された1つまたは複数の隣接するチャネルを介して半径方向に押され得る。要求された繊維が、繊維ガイドを介してノズル・モジュール24の外に織り込まれた後に、繊維ガイドの移動が、繊維の織成を開始するために開始され得(ステップ750)、制御は、上で説明したステップ710に進むことができる。

0103

[0106]複合材料を吐出するための機械14のセット・アップの一部として、プロセッサ36は、材料のコンパクションが吐出後に有益であるかどうかを判定することができる(ステップ755)。この判定は、任意の個数の異なる形で行われ得る。たとえば、この判定は、関連する強度要件または剛性要件を満足するために要求される作製計画の規定に基づいて行われ得る。その代わりに、ステップ755の判定は、メモリ内に記憶された1つまたは複数の状態との他の作製状態(たとえば、オーバーラップする層の間のステップ、材料密度、材料タイプ、硬化レベルなど)の比較に基づいて行われ得る。さらに別の実施形態では、この判定は、吐出される材料の観察に基づいて(たとえば、粗い表面に対応する周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aを介して生成されたスキャンされた画像に基づいて)行われ得る。

0104

[0107] ステップ755の判定がどのように行われるのかに関わりなく、プロセッサ36は、コンパクションが構造物14の任意の所与の位置でどのように適用されるべきかを判定する必要がある場合がある。たとえば、プロセッサ36は、コンパクションが、自由空間に吐出される材料の層に対してまたは別の層(たとえば、予め吐出された層、アンカ表面など)にオーバーラップする層だけに対して要求されるのかどうかを判定することができる(ステップ760)。この判定は、たとえば、作製計画の規定および/または含まれるサポートもしくはサポートの欠如を示す吐出された材料のスキャンされた画像に基づいて行われ得る)。コンパクションを要求する材料が自由空間内に吐出される場合、低レベルのコンパクションが、プロセッサ36によって実施され得る(たとえば、周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bの選択的作動を介して)(ステップ765)。一実施形態では、コンパクションの該低レベルは、所望の軌跡からの材料の逸脱を引き起こさずに所望のコンパクションを提供するレベルとすることができる。たとえば、コンパクションの該低レベルは、約0〜1psiとすることができる。コンパクションを要求する材料が、別の層の上に吐出される場合は、高レベルのコンパクションを、プロセッサ36によって実施することができる(ステップ770)。一実施形態では、コンパクションの該高レベルは、約1psi以上とされ、材料を通り、材料の対向する側面に配置されたサポートに向かって方向付けられ得る。

0105

[0108] 開示される実施形態では、変化するレベルのコンパクションが、周辺機器の関連する出力デバイス40Bが押す、複合材料の吐出されたパス内への負のオフセット距離を選択的に調整することによって提供され得る。他の実施形態では、変化するレベルのコンパクションが、周辺機器の関連する出力デバイス40Bの力を調整することによって(たとえば、出力デバイスに供給される電力または水力のレベルを調整することによって)提供され得る。さらに他の実施形態では、周辺機器の第1の出力デバイス40Bは、低レベルのコンパクションを供給するように選択的に作動され得るが、周辺機器の第2の出力デバイス40Bは、高レベルのコンパクションを供給するように選択的に作動され得る。いくつかの実施形態では、たとえば圧縮される材料の層が非平面である(たとえば、曲がっている)場合、プロセッサ36は、表面トポロジに従うために、(たとえば、周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bの選択的作動を介して、ローラまたはシューの)関連する圧縮デバイス(compacting device)の動きを調整する必要がある場合がある。

0106

[0109]セットアップ・モジュールの動作中の任意の点で、プロセッサ36は、超音波(すなわち、ヘッド20内に誘導される超音波振動)が有益であるかどうかを判定することができる(ステップ775)。この判定は、任意の個数の異なる形で行われ得る。たとえば、この判定は、作製計画の規定に基づいて行われ得る。その代わりに、ステップ775の判定は、メモリ内に記憶された1つまたは複数の状態との他の作製状態(たとえば、オーバーラップする層の間のステップ、材料密度および/または粘性、材料タイプ、硬化レベルなど)の比較に基づいて行われ得る。さらに別の実施形態では、この判定は、吐出される材料の観察(たとえば、スキャンされた画像)に基づいて行われ得る。超音波の使用は、繊維同士の粘着を改善し、マトリクス内の気泡形成を減らし、かつ/または繊維含浸を改善することができる。プロセッサ36が、超音波が有益である可能性があると判定する場合は、プロセッサ36は、複合材料の吐出中にヘッド20内で対応する超音波振動を生成するために、周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bを選択的に作動させることができる。

0107

[0110]図8に示されたアンカリング・モジュールに戻ると、プロセッサ36は、構造物12の選択された設計を作製するための選択された計画に従って材料をノズル・モジュール24から引っ張らせる前に、機械14に、材料の第1のパスの始点端をアンカ・ポイント32(図1参照)に固定させる手順を実施することができる。この手順は、任意の所望の順序で実施され得る複数の異なるステップを含むことができる。これらのステップのうちの1つは、アンカ・ポイント32が存在するかどうかと、すべての既存のアンカ・ポイント32の位置(1つまたは複数)(たとえば、座標)とを判定すること(ステップ800)を含むことができる。いくつかの実施形態では、前から存在するアンカ・ポイント32が存在しない場合には、プロセッサ36は、まずアンカ・ポイント32を作成させる必要がある可能性がある。プロセッサ36は、手動入力に基づいて、作製計画に基づいて、および/またはプリント区域のスキャン(たとえば、1つまたは複数の周辺機器40Aを介する)に基づいて、いずれかのアンカ・ポイント32が存在するかどうかを判定することができる。

0108

[0111] 1つまたは複数のアンカ・ポイント32が存在する時(かつ、アンカリングが要求される時)には、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24がアンカ・ポイント位置にあるかどうかを判定することができる(ステップ810)。プロセッサ36は、必要な場合に、ノズル・モジュール24をアンカ・ポイント位置に移動するために、周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bを選択的に作動させることができる(ステップ820)。ノズル・モジュール24がアンカ・ポイント位置にあると判定された後に、プロセッサ36は、対応するアンカ・ポイント32が固い表面(たとえば、完全に硬化されまたは他の形で安定な表面)または予め吐出された(かつ、まだ硬化中または不安定な)表面のどちらであるのかを判定することができる(ステップ830)。この判定は、たとえば、アンカ・ポイント24の作製以降に経過した時間の追跡された長さに基づいて行われ得る。アンカ・ポイント32が、予め吐出された表面である場合は、プロセッサ36は、マトリクス対繊維の通常の比率またはベースライン比率をアンカ・ポイント位置で吐出させることができる(ステップ840)。この比率は、アンカ・ポイント32上に堆積されるマトリクスが、ノズル・モジュール24から引っ張られる繊維の量に比例するように、通常の速度またはベースライン速度でアンカ・ポイント32の表面を横切ってノズル・モジュール24のチップ端を移動することによって達成され得る。しかし、アンカ・ポイント32が固い表面である場合は、プロセッサ36は、マトリクス対繊維のより高い比率をアンカ・ポイント位置で吐出させることができる(ステップ850)。この比率は、引っ張られる繊維の所与の長さに関してより大量のマトリクスが、押し出され、漏れ出し、または他の形で、チップ端から吐出されるように、ノズル・モジュール24のチップ端が、ある時間期間にわたってアンカ・ポイント32に留まり、かつ/またはより遅い速度でアンカ・ポイント32を横切ってチップを移動することによって達成され得る。増やされた量のマトリクスは、固い表面への粘着を改善することができる。硬化エンハンサ22は、ステップ840および850の完了中にプロセッサ36によって選択的に作動され得る。

0109

[0112] いくつかの実施形態では、固い表面タイプのアンカ・ポイント32は、1つまたは複数の組込み電気機構(electro−mechanism)(たとえば、エネルギ源、圧縮源、振動源磁気反発源もしくは磁気吸引源、および/または周辺機器の他の出力デバイス40B)を備えることができる。これらの実施形態では、固い表面タイプのアンカ・ポイント32へのアンカリング中に、プロセッサ36は、アンカリングを改善するためにこれらの電気機構の作動を選択的に引き起こすように構成され得る。

0110

[0113]図9の吐出モジュールに戻ると、材料のパスのアンカリングの後に、プロセッサ36は、材料に、ノズル・モジュール24から吐出させる(引っ張らせ、かつ/または押させる)ことができる(ステップ900)。これは、とりわけ、指定された速度でパスの軌跡に沿ってノズル・モジュール24を移動するために支持体18に関連する周辺機器の出力デバイス40Bを作動させることと、指定された張力を有する関連する繊維を解放するようにノズル・モジュール24(たとえば、ノズル・モジュール24の内部の周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40B)を調整することとを含むことができる。さらに、プロセッサ36は、吐出する材料を圧縮し、吐出する材料を照らし、かつ/またはパス内の所与の位置に関して指定されたパラメータに従ってノズル・モジュール24および/もしくは吐出する材料を振動させるために、周辺機器の出力デバイス40Bを選択的に作動させることができる。

0111

[0114]ノズル・モジュール24からの材料の吐出中に、パス作製の進捗を監視することができる(ステップ905)。この監視は、たとえば、ノズル・モジュール24の現在位置を検出することと、現在位置をパスに関して計画された軌跡変化と比較すること(ステップ910)とを含むことができる。プロセッサ36が、大きい軌跡変化(たとえば、しきい角度レートを超える角度レート変化)が現在のパスに関して計画されていないと判定する場合に、プロセッサ36は、現在のパスが完了したかどうかを判定し(ステップ915)、パス完了までステップ900〜915を介して戻ってサイクルすることができる。

0112

[0115] しかし、プロセッサ36が、ステップ910で、大きい軌跡変化(たとえば、角)が現在のパスに関して計画されていると判定する場合は、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24(たとえば、ノズル・モジュール24のチップ)の現在位置が軌跡変化位置にどれほど近いのかを判定することができる(ステップ920)。たとえば、プロセッサ36は、ノズル・チップの現在位置から軌跡変化までの距離が、ノズル・チップからノズル・チップを少なくとも部分的に囲むエネルギ・エリア(硬化エンハンサ22によって生成される照射のエリア)のリーディングエッジまでの距離とほぼ等しいかどうかを判定することができる。これらの距離がほぼ等しくはない時(たとえば、ノズル・チップがまだ角位置に十分に近くはない時)には、制御はステップ900に戻ることができる。

0113

[0116] しかし、ノズル・モジュール24のチップが角位置に近い時(たとえば、ノズル・チップの現在位置から軌跡変化までの距離が、ノズル・チップからエネルギ・エリアのリーディング・エッジまでの距離とほぼ等しい時)には、プロセッサ36は、角が鋭い角であるかどうか(たとえば、軌跡変化の角度レートがしきいレートを超えるかどうか)を判定することができる(ステップ925)。プロセッサ36が、軌跡変化が鋭い角ではないと判定する時(たとえば、軌跡変化の角度レートがしきいレート未満である時)には、プロセッサ36は、その後に吐出される材料の硬化が一時的に抑制される(または、少なくとも強化されない)ように、硬化エンハンサ(1つまたは複数)22を非アクティブ化することができる(ステップ930)。

0114

[0117] その後、プロセッサ36は、所望の長さの材料がノズル・モジュール24から引っ張られるまで、軌跡変化位置を超えて材料を吐出し続ける(たとえば、元の軌跡内で継続する)ために、支持体18および/またはヘッド20(たとえば、支持体18および/またはヘッド20に関連する周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40B)を制御することができる(ステップ335)。この所望の長さは、たとえば、ノズル・モジュール24のチップからエネルギ・エリアのトレーリング・エッジまでの距離にほぼ等しいものとすることができる。一実施形態では、プロセッサ36は、所望の長さの材料の吐出中に、ノズル移動速度ランプダウンを実施することができる(ステップ940)。

0115

[0118] 所望の長さの材料が元の軌跡に沿って吐出された後に、プロセッサ36は、支持体18に、ノズル・モジュール24の背後の円弧を介して所望の長さの未硬化の材料を引きずりながら、新しい軌跡への軌跡変化を介してヘッド20およびノズル・モジュール24を移動させる(たとえば、角の回りの特定の角度を介してノズル・モジュール24をピボット回転させ、繊維完全性を維持するために必要な場合にはノズル・モジュール24を回転させる)ことができる(ステップ945)。その後、プロセッサ36は、所望の長さの吐出された材料を新しい軌跡に沿ったその新しい位置で硬化させるために硬化エンハンサ(1つまたは複数)22を再アクティブ化し(ステップ950)、その後、材料の所与のパスに関して予め計画された速度に戻ってノズル移動速度をランプ・アップする(ステップ955)ことができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ36は、過剰なマトリクスを投げ棄て、かつ/または軌跡推移中に作成された可能性がある突き出た部分をすべて解放するように機能する、材料上の小さい引張り具を生成するために、硬化エンハンサ(1つまたは複数)2が作動された直後に、ノズル・モジュール24の速度を一時的に上げることができる(たとえば、計画されたレベルに戻る前に、計画されたレベルより高いレベルに)。その後、制御は、上で説明したステップ915に進むことができる。

0116

[0119] ステップ925に戻って、プロセッサ36が、軌跡変化が鋭い角であると判定する場合は、プロセッサ36は、硬化エンハンサ(1つまたは複数)22を非アクティブ化し(ステップ960)、角に進む移動速度をランプ・ダウンする(ステップ965)ことができる。その後、プロセッサ36は、支持体18に、(必要な場合に)繊維完全性を維持するために移動中にノズル・モジュール24を回転しながら、軌跡変化の第1の部分(たとえば、第1の1/2)を介してノズル・モジュール24を移動させることができる(ステップ970)。この軌跡変化が、全体的に、同一の全体的な平面内で達成され得ることに留意されたい。その後、プロセッサ36は、支持体18に、軌跡変化の平面に関して正の法線方向でノズル・モジュール24を1ステップだけ移動させることができる(ステップ975)、これに、負の法線方向での1ステップが続く(ステップ980)。これらの移動は、関連する繊維内にたるみを作成するように機能し、これによって、突き出た部分および/または既に少なくとも部分的に硬化されているパスの角の前の部分に対する過剰な力を減らすことができる。その後、プロセッサ36は、支持体18に、ノズル・モジュール24の移動速度をもう一度ランプ・ダウンさせ(ステップ985)、その後、支持体18に、軌跡変化の残りの部分(たとえば、第2の1/2)を介してノズル・モジュール24を移動させる(ステップ990)ことができる。その後、制御は、上で説明したステップ950、955、および915を通過することができる。

0117

[0120]ノズル・モジュール24からの材料の吐出中のどの点でも、プロセッサ36は、図10に示された品質管理モジュールを実行することができる。これは、とりわけ、プロセッサ36が、ノズル・モジュール24からの材料吐出を監視すること(たとえば、周辺機器の入力デバイス40Aのうちの任意の1つまたは複数を介して)(ステップ1000)と、吐出された材料の位置および/または方位を計画された位置および/または方位と比較すること(ステップ1005)とを含むことができる。たとえば、プロセッサ36は、位置および/または方位を、計画された位置および/または方位に関して位置決めされる第1のまたはより幅広い公差域と比較することができる。吐出された材料が第1の公差域から外れると判定される場合は、プロセッサ36は、エラーをディスプレイ34(図1参照)上に表示させ、現在の作製プロセスの手動中断を促しまたはこれを自動的に中断することができる(ステップ1010)。この状況では、構造物12の作製が失敗した可能性がある。

0118

[0121] しかし、プロセッサ36が、ステップ1005で、吐出された材料が第1の公差域内にあると判定する場合は、プロセッサ36は、吐出された材料の位置および/または方位を、計画された位置および/または方位に関して位置決めされる第2のまたはより狭い公差域と比較することができる(ステップ1015)。この状況では、なんらかの位置逸脱が発生した可能性がある場合であっても、その逸脱は、それでも許容でき、訂正され得る。したがって、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24の軌跡を自動的に調整することができ(たとえば、隣接するパスを一緒により近くに圧するためおよび/または逸脱の周囲で蓄積するための、支持体18および/またはヘッド20に関連する周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bの作動を介して)(ステップ1020)、制御は、ステップ1000に戻ることができる。

0119

[0122] パシング・モジュールの実行中のどの点でも、プロセッサ36は、吐出されたパスの繊維に関する現在の張力をパス計画で指定された張力と比較することができる(ステップ1025)。現在の張力が指定された張力とは大きく異なる(たとえば、少なくともしきい量だけ)場合は、プロセッサ36は、繊維のうちの1つまたは複数が破損したかどうかを判定することができる(ステップ1030)。一実施形態では、繊維の破損は、周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aによって測定される、繊維張力の大きいおよび/または突然の低下によって示され得る。別の実施形態では、繊維の破損は、ノズル・モジュール24の移動距離(たとえば、ノズル・モジュール24のチップに配置された、ロータリ・エンコーダなどの周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aを介して示される)をノズル・モジュール24に供給された繊維の長さ(たとえば、ノズル・モジュール24の繊維入口に配置された、供給ローラなどの周辺機器の1つまたは複数の入力デバイス40Aを介して示される)と比較することによって判定され得る。移動距離が、繊維の供給された長さより大幅に長い場合は、プロセッサ36は、繊維が破損したと考えることができる。

0120

[0123]プロセッサ36が、現在のパス内の繊維が破損しておらず、繊維の張力レベルが単純に作製計画の仕様内ではないと判定する場合、プロセッサ36は、張力レベルを自動的に調整することができる(ステップ1035)。繊維の張力レベルは、任意の個数の異なる形で調整され得る。たとえば、張力レベルを高めるために、ノズル・モジュール24の移動速度を、繊維の所与の供給速度に関して高めることができ、逆も同様である。別の例では、供給速度を、所与の移動速度に対して相対的に低速化することができる。1つまたは複数の摩擦アクチュエータ(たとえば、ヘッド20の内部のローラ)または周辺機器の他の出力デバイス40Bを、やはりまたはその代わりに、選択的に調整して、これによって繊維の張力レベルを調整することができる。制御は、ステップ1035からステップ1000に戻ることができる。

0121

[0124]プロセッサ36が、現在のパス内の繊維のうちの1つまたは複数が破損していると判定する場合は、プロセッサ36は、エラーをディスプレイ34(図1参照)上に表示させ、現在の作製プロセスの手動中断を促しまたはこれを自動的に中断することができる(ステップ1040)。この状況では、構造物12の作製が失敗した可能性がある。

0122

[0125] パシング・モジュールの実行中のどの点でも、プロセッサ36は、吐出されたパスの繊維(たとえば、電気リード光ファイバガスラインなど)のエネルギ連続性(たとえば、張力連続性、電気的連続性、光学的連続性、内圧連続性など)を作製計画で指定された連続性と比較することができる(ステップ1045)。たとえば、プロセッサ36は、現在のパスの一端(たとえば、アンカ・ポイント32(図1参照))に配置されたエネルギ源または周辺機器の他の出力デバイス40Bを選択的に作動させると同時に、現在のパスの反対の端(たとえば、ファイバスプール)に配置された対応する連続性センサまたは周辺機器の他の入力デバイス40Aによって生成される信号を監視することができる。連続性のすべての消失(たとえば、繊維の亀裂または破損に起因する)は、低い張力、高い電気抵抗、低い光線透過率、低い圧力などの形で示され得る。これが発生する場合は、プロセッサ36は、エラーをディスプレイ34(図1参照)上に表示させ、現在の作製プロセスの手動中断を促しまたはこれを自動的に中断することができる(ステップ1050)。この状況では、構造物12の作製が失敗した可能性がある。

0123

[0126]機械14のいくつかの構成(たとえば、繊維を供給される構成)では、繊維がヘッド20の内部で一団となり、ヘッド20を詰まらせることが可能である場合がある。プロセッサ36は、繊維の供給速度を吐出速度(たとえば、ノズル・モジュール24の移動速度)と比較することによって、この状態を監視することができる(ステップ1055)。供給速度が吐出速度をしきい量だけ超える場合は、プロセッサ36は、エラーをディスプレイ34(図1参照)上に表示させ、現在の作製プロセスの手動中断を促しまたはこれを自動的に中断することができる(ステップ1060)。この状況では、構造物12の作製が失敗した可能性がある。

0124

[0127]ノズル・モジュール24からの材料の吐出中のどの点でも、プロセッサ36は、図11に示されたスプライシング/切断モジュールを実行することができる。たとえば、このモジュールは、順次パスの作製の間、順次層の作製の間、ノズル・モジュール24および/または繊維の交換中、繊維が破損するか他の形で不連続であると判定される時などに実行され得る。このモジュールの実行中に、プロセッサ36は、支持体18に、要求されるスプライスおよび/または切断の位置にヘッド20を移動させることができる(ヘッド20がまだ要求される位置にいない場合に)(ステップ1100)。その後、プロセッサ36は、スプライシングまたは切断が要求されるかどうかを判定することができる(ステップ1105)。これは、任意の個数の異なる形で、たとえば、作製計画と現在のパスの進捗とに基づいて、エラー・コードに基づいて、手動入力に基づいて、などで判定され得る。スプライシングが要求される場合は、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24を通過している既存の繊維にカッターを進め、これを切断するために周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bを作動させ(ステップ1110)、その後、交換繊維の端に、切断された繊維の端とオーバーラップさせるために周辺機器の1つまたは複数の他の出力デバイス40Bを作動させる(ステップ1115)ことができる。いくつかの実施形態では、両方の端は、すでに、スプライシングマトリクスを含浸され得る。しかし、他の実施形態では、スプライシングされる繊維の端は、たとえば周辺機器の1つまたは複数の出力デバイス40Bを介して、ステップ1115でスプライシングマトリクスを含浸され得る。その後、プロセッサ36は、ダイに、含浸された繊維の端を圧迫させ、端を一緒に圧するために、周辺機器の1つまたは複数の他の出力デバイス40Bを作動させることができる(1120)。その後、内部硬化エンハンサ(または周辺機器の他の出力デバイス40B)が、スプライシングマトリクスを硬化するために作動され、これによって端をお互いに接着することができる(ステップ1125)。プロセッサ36が、ステップ1125の硬化が完了したと判定する(たとえば、経過時間、温度などに基づいて)(ステップ1130)場合は、プロセッサ36は、周辺機器の対応する出力デバイス40Bに、ダイを開かせ、接着された端を解放させることができる。

0125

[0128] ステップ1105に戻って、切断が要求される場合は、プロセッサ36は、ノズル・モジュール24のチップから引きずる繊維が切断の前につかまれる必要があるかどうかを判定することができる(ステップ1140)。この判定は、とりわけ、繊維(1つまたは複数)の特性、マトリクスの特性、およびカッターの特性に基づいて行われ得る。たとえば、脆いマトリクス内に完全に包み込まれた、より小さい繊維は、レーザタイプ・カッターを用いて切り取られる場合、つかまれる必要がない可能性がある。しかし、より柔軟なマトリクスに包み込まれた、より大きい繊維は、ピボット回転するブレードを介する切取りの前に、つかまれる必要がある可能性がある。つかむことが要求される場合は、プロセッサ36は、周辺機器の対応する出力デバイス40Bにエネルギを与え(ステップ1145)、対応するカッターを選択的に作動させる(たとえば、超音波カッターに所望の周波数までエネルギを与え、レーザに所望の強度(intensity)までエネルギを与え、かつ/またはブレードを延ばすか回転させる)(ステップ1150)ことができる。プロセッサ36は、切断を監視し(たとえば、周辺機器の入力デバイス40Aのうちの1つまたは複数を介して)、切断が完了するまでステップ1150を介してループバックすることができる。

0126

[0129] 開示されるシステムおよび方法に対する様々な変更および変形形態を作ることができることが、当業者には明白になる。他の実施形態は、本明細書の検討と開示されるシステムおよび方法の実践とから当業者に明白になる。本明細書および例が、例示的であるのみと考えられ、真の範囲が以下の特許請求の範囲およびその同等物によって示されることが意図されている。

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