JP2018517064A - 誘導及び抵抗デバイスを使用する三次元印刷デバイス - Google Patents

Abstract

製造される構成要素（２９）の立体印刷のためのデバイスであって、強磁性の印刷材料を供給する手段（２、１４、１５、１６）と、敷設前に印刷材料の溶融を可能にする手段（１２、９、６）と、供給手段の出口（１４１；２６１）のレベルでの第一不活性ガススプレーノズル（１３）と、製造される過程で製造される予定の構成要素の受容面（４０）と融解した印刷材料との接点のレベルでの第二不活性ガススプレーノズル（５１）とを備えるプリントヘッド（１１）を備えて、所望の圧力で供給することを可能にするデバイスを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は１つの印刷材料又は１組の印刷材料から得られる構成要素の三次元印刷用デバイスに関する。

強磁性印刷材料を使用するフレームワークにおいて、融解温度は数百度から数千度まで上昇する。それらの組成のために、強磁性物質は、融解過程での実施の時点で、あらゆる酸化に対して感受性であり、そのような酸化は、溶融又は融解フィラメントと生産される構成要素を敷設するための面との間の接合部の劣化によって、このようにして生産された構成要素の劣化に至る。制御雰囲気型筐体中で印刷材料の溶融又は融解フィラメントの堆積物を生産することは知られている。しかしながら、そのような筐体は完全に密閉されておらず、したがって、強磁性印刷材料の溶融又は融解フィラメントの近傍に不活性ガスのみが存在することを確実にすることはできない。

本発明の目的は、強磁性印刷材料の溶融又は融解フィラメントを堆積させる方法によって製造される構成要素の三次元印刷のためのデバイスを提供することであり、これによって、溶融又は融解フィラメントと製造される構成要素のこのフィラメントを受容する堆積面との間で最適の接合部を得ることが可能になる。

この目的のために、製造される構成要素の三次元印刷のためのデバイスであって、
・強磁性印刷材料を供給する手段と、
・敷設の前に印刷材料を融解させる手段と、
・供給手段の出口のレベルでの第一不活性ガススプレーノズルと、
・ガスが所望の圧力で供給されることを可能にするように、融解した印刷材料と、製造過程において製造される構成要素の受容面との接点のレベルでの第二不活性ガススプレーノズルと、を備えるプリントヘッドを備えるデバイスを本発明に従って提供する。

有利なことには、ただし任意選択的であるが、本発明による印刷デバイスは、少なくとも１つの以下のさらなる技術的特性を備える。
・融解を可能にする手段は、誘導によって印刷材料を加熱する第一手段を備える。
・第一の誘導による加熱手段は、製造される構成要素の融解した印刷材料の堆積面の加熱が可能になるように配列されている。
・溶融させる手段は、製造される構成要素の融解した印刷材料の堆積面の第二の誘導による加熱手段を備える。
・第一及び／又は第二の誘導による加熱手段は、印刷材料供給手段の出口を取り囲む。
・第一及び／又は第二の誘導による加熱手段は、印刷材料供給手段の出口の前にのみ延び、使用時にプリントヘッドの進行方向から９０°でＵ字型を有する。
・第一及び／又は第二の誘導による加熱手段は、馬蹄型を有し、印刷材料供給手段の出口の前及び出口の周りの一部に位置する。
・第一及び／又は第二の誘導による加熱手段は、印刷材料供給手段の前及び／又は後ろ及び／又は両側に位置する。
・第一及び／又は第二の誘導による加熱手段は、いかなる入射角での印刷材料の堆積も可能にするように配置されている。
・溶融させる手段は、電流供給手段を備え、その１つの端子は印刷材料に接続され、もう１つの末端は製造される構成要素に接続されている。
・印刷材料供給手段は１つ又は複数の印刷材料供給ダクトを備える。
・デバイスは２つ以上のプリントヘッドを備える。
・印刷材料は粉末の形態である。
・印刷材料供給手段は粉末発射ノズルを備える。
・印刷材料を形成する粉末は不活性ガスによって推進される。
・印刷材料はワイヤの形態である。
・印刷材料は強磁性及び／又は磁気誘導材料である。
・プリントヘッドは、堆積面の融解した印刷材料の堆積点前に、製造される構成要素の融解した印刷材料の堆積面上に補強材を敷設するように配置されたワイヤ又はリボンの形態の補強材を備える。
・第一不活性ガススプレーノズルは、特に、プリントヘッドの進行方向に不活性ガス流を配向させることができるように調節可能であるように配置される。
・材料供給手段及び／又は補強材を供給する手段は、使用中の材料を不活性ガス下に置く手段を備える。
・デバイスは、不活性ガススプレー調節手段を備える。
・デバイスは、プリントヘッドの全部又は一部を冷却する手段を備える。
・印刷材料の融解を可能にする手段、第一不活性ガススプレーノズル及び第二不活性ガススプレーノズルは、印刷材料供給手段に関連して動かすことができるように組み立てられている。
そして、
・デバイスは、プリントヘッドの前、後ろ、又は両側のいずれかに配置された１つ又は複数の誘導デバイスに連結された１つ又は複数のインダクタを備える。

２つ以上の構成要素間の接続部での印刷材料の堆積によって２つ以上の既存の構成要素を組み立てるための、少なくとも１つの前記技術的特性を有するデバイスの使用も、本発明に従って提供される。

本発明の他の特性及び利点は実施形態の下記説明に記載されている。

図１はワイヤの形態の印刷材料を使用する本発明による印刷デバイスの概略図である。 図２は粉末形態の印刷材料を使用する本発明による印刷デバイスの概略図である。 図３は、複合材料中の構成要素を製造するために補強材を供給するためのシステムに連結した図１の印刷デバイスの概略図である。

図１に関して、ワイヤ形態の印刷材料を使用する本発明による三次元印刷デバイスの第一の実施形態、ワイヤを供給する原理を定義する。本発明による三次元印刷デバイスは以下のものを備える。
・ここでは電子制御及びドライビングカードの形態の制御及び駆動手段４。
・製造される構成要素２９上の融解材料２９’の堆積のレベルで不活性ガスの制御された雰囲気を発生させることができる、不活性ガスを貯蔵する手段１。
・１つもしくは複数の印刷材料をワイヤ形態で保存し、これを次いで本発明による三次元印刷デバイスの１つ又は複数のプリントヘッド１１まで巻き戻す１つ（又は複数）のワインダー２。ワインダー２から出て、ワイヤ２’の存在を制御する手段を配置し、制御及び駆動手段４に接続し、これにワインダー２中のワイヤの存在を知らせる。さらに、ワインダーを、第一トリガステーション１９を介して不活性ガスを貯蔵手段１に接続する。これによって、最初からワイヤ形態の印刷材料を不活性ガスの制御雰囲気に置くことが可能になる。
・ワインダー２からプリントヘッドｌｌまでワイヤ形態の１つ又は複数の印刷材料を正確に供給することを可能にする１つ又は複数のモーター１５。モーター１５を制御及び駆動手段４によって駆動されるように接続する。モーター１５は供給ダクト又はチューブ１６内のワイヤ形態の印刷材料の動きを可能にする。実施形態の変形例では、本発明による三次元印刷デバイスによる構成要素２９の印刷のためになされた技術選択に従ってプリントヘッド１１まで供給ダクト１６中のいくつかの場所で、ワイヤ存在制御手段２’と類似した１つ又は複数のワイヤ存在制御手段を提供することが可能である。
・プリントヘッド１１。

プリントヘッド１１は第一不活性ガススプレーノズル１３を備える。プリントヘッドはさらにワイヤ降下チューブ１４とインダクタ１２とを備える。ワイヤ降下チューブ１４はワイヤ形態の印刷材料の供給ダクト１６に直接接続される。ワイヤ降下チューブ１４は、供給ダクト１６、モーター１５及びワインダー２とともに、本発明による三次元印刷デバイスに供給する手段を形成する。ワイヤ降下チューブ１４は、供給手段からのワイヤ形態の印刷材料の出口を形成する開放端部１４１を備える。第一不活性ガススプレーノズル１３は、ここではワイヤ降下チューブ１４を覆い、そして本発明による三次元印刷デバイスの供給手段の出口１４１のレベルへ不活性ガスを噴射する、噴射出口３１を備える。第一不活性ガススプレーノズル１３は、実施形態の変形では、冷却システムを備え得る。第一不活性ガススプレーノズル１３は、第二トリガステーション２１を経由して不活性ガス２を貯蔵する手段になめらかに接続される。したがって、第一不活性ガススプレーノズル１３はワイヤ形態の印刷材料の融解ゾーン２９’に向けての融解ゾーン２９’の噴霧を可能にする。第一不活性ガススプレーノズル１３は大気環境を制御し、かくして融解ゾーン２９’から制御するのを可能にする。この環境中の不活性ガスの存在は、例えば酸化による融解した印刷材料の修飾又は劣化を回避するのを可能にする。

さらに、ワイヤ降下チューブ１４は、必要ならば、水系又は任意の他の熱伝導流体のような冷却システム（表示しない）によって冷却することが可能である。

インダクタ１２は、ここでは、第一不活性ガススプレーノズル１３の噴射出口３１の外周で密封して組み立てられる。インダクタ１２はしたがってワイヤ降下チューブ１４の出口１４１の少し下に位置する。インダクタ１２は、発生する磁気流の形態を制御し、かつ所望の場所で機能しながら発生される時期流を集中させることを可能にする磁気誘導材料を備えることができる（又は備えなくてもよい）。インダクタ１２は異なる形態を有し得る。第一形態は第一不活性ガススプレーノズル１３の噴射出口のレベルでワイヤ降下チューブ１４を取り囲む。第二の可能な形態は、本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１が製造される構成要素２９に関連する方向に動く時点で、インダクタ１２がワイヤ降下チューブ１４の出口１４１の前にのみ延びることを可能にし、インダクタ１２はプリントヘッド１１の進行方向に関して９０°の位置にあるＵ字形を有し得る。第三の可能な形態は降下チューブ１４の出口１４１の前及び、一部その周りに位置する馬蹄形状である。他の形態の解決策が可能である。インダクタ１２はワイヤ堆積物の前及び／又は後ろに配置することができる。インダクタ１２はそれが接続された誘導デバイス９によって制御される。誘導デバイスはそれ自体、接続された制御及び駆動手段によって駆動される。なされた技術選択に従って、１つ又は複数のインダクタ１２及び１つ又は複数の誘導デバイス９を本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１の前、後ろ、又は両側のいずれかに配置することも可能であり、この解決策により、作成された印刷物によって、所望の温度をワイヤ形態の印刷材料の融解ゾーン２９’に関して、そして製造される構成要素２９に関して変化させることが可能になる。

一方、インダクタ１２によって加熱されている間に製造される構成要素２９を保護し、したがって不活性ガスを含む制御された雰囲気に置くために、第一ガススプレーノズル１３のものと類似した新しい不活性ガスシステムを創出することが可能であり、前記第一ガススプレーノズル１３ならびにインダクタ１２はしたがって新しい不活性ガスシステムの内部に配置される。この目的のために、本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１は、インダクタ１２によって加熱される前に不活性ガスを噴射させることができる不活性ガス噴射出口８０を備える第二不活性ガススプレーノズル５１を備える。第二不活性ガススプレーノズル５１は、第三トリガステーション２１’を経由して不活性ガス貯蔵手段１になめらかに接続されている。不活性ガスは、製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０の周り及び堆積ゾーン上に発射される。このように、第二不活性ガススプレーノズル５１はインダクタ１２の外側部分の周りのガススプレー回路に供給し、不活性ガス制御雰囲気が本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１のまわりにあることを可能にする。第二不活性ガススプレーノズル５１は、実施形態の変形例では、冷却システムを備え得る。

さらに、本発明による三次元印刷デバイスは、低又は高アンペア数の直流を供給することを可能にする電流発生器６を備える。それはワイヤ降下チューブ１４に接続され、要求される電圧及びアンペア数を制御するために制御及び駆動手段４によって制御される。必要に応じて、電流発生器６は交流を供給することもできる。電流発生器６は、その一方の端子からワイヤ降下チューブ１４に第一の専用ケーブルによって接続され、他方の端子から製造される構成要素２９に第二の専用ケーブルによって接続される。したがって、電流発生器６によって発生した電流は、前記融解したワイヤ形態の印刷材料を少なくとも融解ゾーン２９’のレベルに置くためにワイヤ形態の印刷材料を横切り、この融解ゾーンは製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０の点で瞬時に凝固する：ワイヤ降下チューブ１４には電流発生器６によって電流が供給され、そして使用するワイヤ形態の前記印刷材料の構成要素２９との接点で融解温度に向かう温度の最終的増加を達成するためにこの電流をワイヤ形態の印刷材料に導入する。これは、印刷材料が少なくとも電流を伝導する材料である場合に可能である。

製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０上の融解ゾーン２９’の溶融又は融解フィラメントの堆積を最適に制御するために、本発明による三次元印刷デバイスは熱測定手段を備える。第一熱センサ５は、必要なら、ワイヤ降下チューブ１４の出口１４１のレベルで印刷材料の温度を測定することを可能にする。センサ５は、別法として、溶融及び融解ワイヤを構成要素２９に通した後の堆積物の温度を測定するためにも使用できる。第二熱センサ８は、プリントヘッド１１の進行方向で堆積物ゾーン４０の真向かいで製造される構成要素２９の温度の測定を可能にする。２つの熱センサ５及び８によってこのように行われるこれら２回の熱測定によって、制御及び駆動手段４を介してインダクタ１２（及びその誘導デバイス９）ならびに電流発生器６によって生じる温度の制御が可能になる。このために、熱センサの一つひとつが制御及び駆動手段４に接続されている。さらに、熱センサ５、８の一つひとつが専用の供給源３、１０を備える。

さらに、製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０を有するプリントヘッド１１からの距離の測定を、融解した印刷材料の堆積物ゾーン４０の敷設点とできる限り近い測定デバイス２０によって行い、この測定デバイス２０は制御及び駆動手段４に接続されている。これにより、必要なら、プリントヘッド１１と製造される構成要素２９との間の距離を制御することが可能になる。

前記定義のプリントヘッド１１及び１１０の要素はすべて、製造される構成要素の製造を最適化するために、回転ソリューションというそれらに特有の方法で、１つの単位として又は別々に組み立てられる可能性を有する。

先ほど定義した本発明による三次元印刷デバイスを使用する場合、インダクタ１２によって製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０に対して所定の温度が設定されている。このインダクタは、製造される構成要素２９を、ワイヤの供給及び堆積物ゾーン４０のレベルで２つの間での溶融を可能にする温度まで加熱する。インダクタ１２はまた、融解ゾーン２９’のレベルでワイヤ形態の印刷材料を加熱することも可能にする。この加熱は、融解した印刷材料のそれとの接触の間に製造される構成要素２９に向かって降下チューブ１４の電流発生器６によって供給される電流の伝達による抵抗加熱によって完了する。このようにして得られた異なる温度は、製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０での溶融ゾーン２９’の位置の制御を可能にする。異なる加熱システムの調節は、印刷材料の堆積物の最適かつ連続した形態を保証することを可能にする。特に、ワイヤ形態の融解した印刷材料の堆積後に、堆積した材料は凍結する。図１で示される実施形態において、インダクタ１２は、プリントヘッド１１の進行方向に関して堆積物の後ろに位置する部分で、プリントヘッドの進行方向に従って堆積物ゾーン４０後に製造される構成要素上に堆積した材料の温度勾配の降下を減速させる。インダクタ１２は、このレベルで、その凝集性及び／又は堆積した層の冷却速度を最適化するために、このように堆積した印刷材料の層の別の一時的溶融を可能にできる。一変形例では、インダクタ１２は前にのみ位置する：それはしたがって、誘導により材料を予熱し、電流発生器６〜発生する熱の供給を支持することによってワイヤの供給の時点で溶融させる。

概して、本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１は、融解した印刷材料を製造される構成要素上のプリントヘッド１１の経路及び進行方向に対して垂直又は与えられた角度で堆積させるために使用される。図１で示した場合では、この位置は９０°であるが、供給技術及びプリントヘッド１１の進行方向に従って、あらゆる所望の角度及び軸線に対して４５°まで変わり得る。この可能性には、プリントヘッド１１の形態及び配列を修飾することができ、したがってワイヤ降下チューブ１４、インダクタ１２、異なる不活性ガススプレーノズル１３及び５１、熱センサ５及び８ならびに測定デバイス２０の位置決定を修飾することができることが含まれる。特に、インダクタ１２は堆積物ゾーン４０上の融解ワイヤ堆積物の前又は後ろのいずれかに置くことができる。

さらに、不活性ガススプレーノズル１３によって発射された不活性ガスは、噴射出口３１のレベルで配向させて不活性ガススプレーノズル１３による噴射出口３１のレベルで発射される不活性ガス流の回転を含む、プリントヘッド１１の進行方向で前記不活性ガスの発射を得ることができる。このために、第一不活性ガススプレーノズル１３は調節可能である。保持した選択に従って、１つ又は複数の誘導システム９、１２を用いて、ワイヤ形態の複数の印刷材料を同時に堆積させるために、本発明による三次元印刷デバイスを構成することができる。本発明による三次元印刷デバイスはまた、このプリントヘッドを有するもの、又は複数のワイヤを接続するプリントヘッドを有するものを使用することによって、異なる材料及び異なる機械的技術的特性の組み合わせを可能にする。複数の印刷材料ワイヤがある場合、複数の供給及び制御システムがある。

本発明による三次元印刷デバイスのこの実施形態において、プリントヘッド１１に接続される要素のセット、すなわち第一１３及び第二５１不活性ガススプレーノズル、ワイヤ降下チューブ１４、モーター１５及びワインダー２は、圧力がトリガステーション１９、２１及び２１’によって制御された制御雰囲気下にある。

実施形態の変形例では、構成要素２９を製造する環境は、選択された印刷材料によってその特異性が異なる不活性ガスで満たされた閉鎖筐体（図示せず）中で見出すことができることに留意しなければならない。ただし、融解ゾーン２９’上の不活性ガスの最適純度の雰囲気及びその閉鎖環境、ならびに製造される構成要素２９上の融解した印刷材料の堆積物ゾーン４０上の雰囲気を有するために、この閉鎖筐体が不活性ガスで満たされ、一体型ガスリサイクルシステムと連結され得る場合に限る。

図２を参照して、本発明による三次元印刷デバイスの第二の実施形態を次に定義するが、ここでは粉末形態の印刷材料を使用する。この実施形態と先の実施形態の共通要素は同じ参照符号を有し、以下で再度詳細に定義することはない。図２における粉末を供給する原理にしたがった三次元印刷デバイスは以下のものを備える。
・制御及び駆動手段４。
・製造される構成要素２９上の融解材料２９’の堆積物のレベルで不活性ガスの制御雰囲気を生成させる不活性ガスを貯蔵する手段１。
・トリガステーション１９を介して不活性ガス貯蔵手段１に接続する粉末形態の印刷材料を吸引する手段１８、例えばＶｅｎｔｕｒｉシステム。
・粉末形態の印刷材料を収容する粉末容器１７であって、前記粉末容器１７は、不活性ガスと粉末形態の印刷材料との混合物、不活性ガスがしたがって供給ダクト２２中で粉末形態の印刷材料のプロペラントとしての役割を果たすことを可能にするために、吸引手段１８に接続されている。このことによってさらに、最初からワイヤ形態の印刷材料を不活性ガスの制御雰囲気中に置くことが可能になる。粉末容器１７は、粉末容器１７と吸引手段１８との間のその出口で、粉末容器１７中に残存する粉末５０の量を測定するためのシステムを有する。測定システム５０には遮断バルブが装着され、印刷を停止することを可能にし、粉末容器１７を吸引手段１８から分離する。このために、測定システム５０を制御及び駆動手段４に接続する。
・プリントヘッド１１０。

プリントヘッド１１０は、本発明による三次元印刷デバイスの第一の実施形態に関して以前に定義したプリントヘッド１１に対してその構造が非常に類似している。したがって、プリントヘッド１１０は第一不活性ガススプレーノズル１３を備える。プリントヘッドはさらに粉末降下チューブ２５及びインダクタ２７を備える。粉末降下チューブ２５は、粉末形態の印刷材料の供給ダクト２２に直接接続される。粉末降下チューブ２５は、供給ダクト２２、吸引手段１８及び粉末容器１７とともに、本発明による三次元印刷デバイスに供給する手段を形成する。粉末降下チューブ２５は、図２中の底部開放端部で、供給手段の粉末形態の印刷材料の出口を形成する発射ノズル２６を備える。第一不活性ガススプレーノズル１３は、ここでは、粉末降下チューブ２４及び発射ノズル２６を覆い、本発明による三次元印刷デバイスの供給手段の発射ノズル２６の出口２６１のレベルで不活性ガスを発射する噴射出口３１を備える。第一不活性ガススプレーノズル１３は、実施形態の変形例では、冷却システムを備え得る。第一不活性ガススプレーノズル１３は、不活性ガス貯蔵手段２に第二トリガステーション２１を介してなめらかに接続される。したがって、第一不活性ガススプレーノズル１３は不活性ガスが粉末形態の印刷材料の融解ゾーン２９’に向かって噴霧されることを可能にする。第一不活性ガススプレーノズル１３は、大気環境が制御され、したがって融解ゾーン２９’及び堆積物ゾーン４０から制御されることを可能にする。この環境中に不活性ガスが存在することによって、例えば酸化による融解した印刷材料の修飾又は劣化を回避することができる。さらに、粉末降下チューブ２５及び場合によって発射ノズル２６は、必要なら、水系又は任意の他の熱伝導流体のような冷却システム（図示せず）によっておそらくは冷却される。

一変形例では、発射ノズル２６は、所望の堆積物形態及び製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０との距離に従って様々な幾何学的形状を有し得る。さらなる変形例において、発射ノズル２６は、選択された発射形状を変えるために、また製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０との距離を制御するために、様々なロボット形状を有し得る。発射ノズル２６は、好ましくはこれから定義するインダクタ２７の中心に置かれる。

インダクタ２７は、ここでは第一不活性ガススプレーノズル１３の噴射出口３１の外周に密封して組み立てられている。インダクタ２７は、したがって粉末降下チューブ２５の発射ノズル２６の出口２６１の少し下に位置する。インダクタ２７は、生じた磁気流の形態を制御することを可能にし、また所望の場所で機能しながらそれが生成する磁気流の集中を駆動する磁気誘導材料を備えることができる（又はできない）。インダクタ２７は、本発明による三次元印刷デバイスの第一の実施形態のプリントヘッド１１の場合で先に定義したインダクタ１２のような異なる形態を有し得る。インダクタ２７は、それが接続される誘導デバイス３４によって制御される。誘導デバイス３４は、それが接続される制御及び駆動手段４によって駆動される。本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１０は、不活性ガス噴射出口８１を備える第二不活性ガススプレーノズル５１を備え、これによってインダクタ２７によって加熱される前に不活性ガスの噴射を可能になる。第二不活性ガススプレーノズル５１を、第三トリガステーション２１’を介して不活性ガス貯蔵手段１と流体連結させる。不活性ガスは次に製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０上及びその周囲に発射される。したがって、第二不活性ガススプレーノズル５１はインダクタ２７の外側部分の周りのガススプレー回路に供給し、本発明による三次元印刷デバイスのプリントヘッド１１０の周りに不活性ガスの制御雰囲気があることを可能にする。第二の不活性ガススプレーノズル５１は、実施形態の変形では、冷却システムを備え得る。ここで、本発明による三次元印刷デバイスのこの実施形態において、第二不活性ガススプレーノズル５１は第二インダクタ２８を備える。第二インダクタ２８の形態及び位置は、溶融印刷材料の堆積前に堆積物ゾーン４０を予熱すること、及び溶融印刷材料の堆積後にこの同じ堆積物ゾーンの冷却を制御することを可能にし、そしてこれはプリントヘッド１１０の進行方向にしたがう。第二インダクタ２８は予熱を達成するために前にのみ配置することができる。他の解決策が可能である：第二インダクタ２８は第一の前部と第二の後部とを備える。第二インダクタ２８は、それが接続されている誘導デバイス９によって制御される。誘導デバイス９は、それ自体、それが接続されている制御及び駆動手段４によって駆動される。

しかしながら、本発明による三次元印刷デバイスのこの第二の実施形態において、インダクタ２７及び２８の形態、ならびに第一１３及び第二５１不活性ガススプレーノズルはさらに、発射ノズル２６と製造される構成要素２９との間の粉末形態の印刷材料のセンタリング及び分散の制御が可能になる。発射ノズル２６は、製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０に向かう不活性ガス及び粉末形態の印刷材料の流れを発射する。第一不活性ガススプレーノズル１３は、製造される構成要素２９に向かう粉末の分散を制御するために、不活性ガス及び粉末形態の印刷材料３０を、製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０の所望の方向へ限定する。一変形例では、第一不活性ガススプレーノズル１３によって噴霧される不活性ガスは、インダクタ２７の磁場中の理想点へと粉末の発射を向かわせて、粉末形態の印刷材料の溶融２９’を生成する。

粉末の直線かつ一貫した流れを保存するために、第二不活性ガススプレーノズル５１による不活性ガスの第二の供給物は、インダクタ２７の作用のために粉末流の変形を含むようになる。この構成において、印刷材料は溶融又は融解２９’ しているので、インダクタ２８は、そのプリントヘッド１１０の出口で、そして製造される構成要素２９との接触時間で、粉末形態の印刷材料と干渉しない。第二の不活性ガススプレーノズル５１はインダクタ２７の下及び印刷ゾーンの周辺で不活性ガスの供給物を分散させる。発射ノズル２６を第二インダクタ２８で組み立てる粉末降下チューブ２５からの距離は、技術選択及び使用した粉末形態の印刷材料の特性に従って変化し得る。目的は、降下デバイス又は発射デバイスから出て製造される構成要素に向かって進行する時点で、磁力の反発、機能化誘導デバイスの磁場から出てくるストレスのような、ストレスを受けない材料を作製することである。

本発明による三次元印刷デバイスの第二の実施形態は、粉末形態の印刷材料をインダクタ２７で加熱すること、及び製造される構成要素２９をインダクタ２８で加熱することを可能にし、２つのインダクタで得られた２つの温度は、製造される構成要素２９上の供給された材料２９’の溶融を可能にする。

実際、ガス／粉末及び不活性ガス混合物の発射ノズル２６及び第一不活性ガススプレーノズル１３（出口３１）による発射の後、粉末形態の印刷材料は、磁気誘導材料を使用する（又は使用しない）インダクタ２７による加熱を受け、磁気流を所望の場所（２９’）に集中させ、その溶融点を粉末形態の印刷材料に移動させる。第二相において、融解した印刷材料は磁気誘導材料を使用する（又は使用しない）インダクタ２８の影響を受け、磁気流を所望の場所に集中させ、インダクタ２８との距離に従って、その機能ガイドラインによって製造される構成要素２９、及び二次的に（又はそうでなく）降下溶融印刷材料を加熱することが可能になる。溶融印刷材料と製造される構成要素２９の堆積物ゾーン４０との接触の間、堆積物ゾーン４０（その融点以下）と溶融印刷材料（その融点以下）との間の温度のばらつきによって、構成要素上に堆積した印刷材料の最適な連結が生じる。以前のとおり、複数の熱測定を本発明による三次元印刷デバイスと接続して、過程を制御することが可能になり：第一熱測定５は、インダクタ２７を通過した後の融解した粉末形態の印刷材料３０の温度を測定し、第二の温度測定８は、溶融印刷材料２９’と製造される構成要素２９との接触の直前に製造される構成要素２９に関して行われる。

本発明による三次元印刷デバイスのこの実施形態において、プリントヘッド１１０に接続されたすべての要素、すなわち、第一不活性ガススプレーノズル１３及び第二不活性ガススプレーノズル５１、粉末降下チューブ２５、供給ダクト２２ならびに粉末容器１７、吸引手段１８及び粉末５０の量を測定するためのシステムは、トリガステーション１９、２１及び２１’によって圧力が制御された制御雰囲気下にある。

２つのインダクタ２７及び２８を備えた本発明による三次元印刷デバイスの第二の実施形態は先ほど定義した。しかしながら、使用したインダクタの数ならびにそれらの位置調整、それらの形態及び磁気誘導材料の使用（又は不使用）は、なされた技術選択に依存し、様々であり得る。さらに、本発明による三次元印刷デバイスの第二の実施形態は、プリントヘッドと同じほど多くの誘導手段、ガス供給物、冷却システム、発射ノズルを有し得る。

前記において、異なるインダクタ１２、２７、２８は１つのコイル又は複数のコイルを有し得る。複数のコイルを有するインダクタ２７の場合、出口３１及び８１からの不活性ガス供給物は、例えばインダクタ２７及び接続された材料がコイル間に閉鎖シリンダーを生成する場合、異なるコイルによる磁場のために粉末の分散を制御することが可能になるはずである。制御及び駆動手段４は、それらの接続されたインダクタに１Ｈｚ〜３０ＭＨｚの交流を供給するように誘導デバイスを制御する。

一方、異なるインダクタ１２、２７、２８は、問題となっている本発明による三次元印刷デバイスの実施形態によるワイヤ降下チューブ１４の開放端部１４１、又は発射ノズル２６の出口２６１と、製造される構成要素２９上の堆積物ゾーン４０との間に印刷材料の力のセットを生じさせる最適の誘導場を得るような形態を有する。複数のインダクタの場合、それらの形態は、得られる誘導場全体を再度改善するように互いに接続することができる。このようにして得られた磁場は、ローレンツ力により、加熱された印刷材料の形状を保持し、また堆積物ゾーン４０上にすでに堆積されたものを保持することを可能にし、したがって印刷材料供給物は必ずしも垂直に作られるとは限らず、必要に応じて任意の入射角に従って作製することもできる。

同様に、ワイヤ降下チューブ及び粉末降下チューブ、ならびに粉末発射ノズルは、銅又は同等の性質を有する材料、ならびに磁気誘導材料で作られている。

図３を参照して、本発明による三次元印刷デバイスの第三の実施形態を定義する。本発明による三次元印刷デバイスのこの第三の実施形態は、本発明による三次元印刷デバイスの第一及び第二の実施形態に基づく。本発明による三次元印刷デバイスの第三の実施形態は、強磁性（又は非強磁性）ワイヤ又はリボン供給システムが連結された、すでに定義した第一又は第二の実施形態にしたがった本発明による三次元印刷デバイスであり、複合材料から構成要素２９を製造するために、異なる機械的特性を有する材料の結合を可能にする。本発明による三次元印刷デバイスの第三の実施形態を、本発明による三次元印刷デバイスの第一の実施形態に基づいて定義する。本発明による三次元印刷デバイスの第二の実施形態への適用は、変更すべきところは変更してなされる。

ワイヤ又はリボン供給システム６７及び６８は、ここでは、２つの供給チューブ６３及び６４を備え、２つのワイヤ又はリボン６７及び６８を同時に敷設することを可能にする。供給チューブ６３及び６４は、技術選択及びプリントヘッド１１の数に従って回転又は直線的にプリントヘッド１１の周りを別々に動かされる可能性を有し、この可能性のために、プリントヘッド１１が前進する際にワイヤ又はリボン６７及び６８が重なり合う及び／又は交差することが可能になる。ワイヤ又はリボン供給システムの数、ならびに回転又は直線軸線の数は、プリントヘッド１１の数及び所望の技術選択によって変わり、したがって、望ましい数のワイヤ又はリボン供給システムを有することができる。各ワイヤ又はリボン供給デバイスは、分散させるために貯蔵された（１つもしくは複数の）ワイヤ又は（１つもしくは複数の）リボンを備えるワインダー５８、５９を備える。ワインダー５８、５９は、例えば不活性ガス貯蔵手段２に接続することによって制御雰囲気下に置くことができる。ワインダー５８、５９の出口で、ワイヤ又はリボン７１、７６の存在を制御するためのデバイスは、制御及び駆動手段４に接続して設置することが可能である。ワイヤ又はリボン７１、７６の存在を制御するためのデバイスの後には、ワイヤ又はリボンドライブモーター７０、７７が配置される。

ドライブモーター７０、７７は輸送チューブ６０、６６に連結される。輸送チューブ６０、６６はワイヤ又はリボンカッティングシステム６１、６２と連結される。このワイヤ又はリボンカッティングシステム６１、６２の前に第二ドライブモーター７３、７４を配置して、ワイヤ又はリボン６７、６８のカッティングと前進が制御されることを可能にする。カッティングデバイス６１、６２の後に、第三ドライブモーター６９、７５を配置して、必要ならば制御される輸送チューブ６３、６４において切断されるワイヤ又はリボン６７、６８のカッティングと前進とを可能にする。ワイヤ又はリボン６７、６８に輸送チューブ６３、６４中を通過させると、印刷材料の堆積前に所望の制御された温度で堆積させるためにワイヤ又はリボンを誘導又は抵抗予熱システム７２によって加熱することができ、プリントヘッド１１によってその上で融解又は液化させる。

一変形例では、本発明による三次元印刷デバイスは、この実施形態によると、プリントヘッドの前進で重なり合うことによって交差することができるワイヤ又はリボン供給システムを備え得る。これによって、プリントヘッドによる材料の別の層の供給前に、すでに敷設された材料上にワイヤ又はリボンを重ね合わせることが可能になる。ワイヤ又はリボンの長さ、幅及び直径は、選択され組み合わせられた特性によって変わり、したがって、堆積した材料との凝集性を最適化することが可能になる。

一変形例では、ワイヤ又はリボン供給デバイスは、ワイヤ又はリボンの敷設後に、ワイヤ又はリボンを構成要素２９との接触時に先の層に連結させる加熱手段を備える。これによって、（１つ又は複数の）ワイヤ又は（１つ又は複数の）リボンを三次元プリントヘッドの通過前又は通過後に配置することが可能になる。

ワイヤ又はリボン供給システムの全体は、カッティングと同様に、一変形例では、制御雰囲気下で製造することができる。プリントヘッドによって供給される材料は、ポリマー、複合体又は強磁性物質であり得、プリントヘッド１１は材料によって適合されなければならない。

同様に、ワインダー５８、５９は、必要なら制御雰囲気下に置いて、ワイヤ又はリボン供給システム６７、６８へのワイヤ又はリボンの供給までワインダー５８、５９の後ろに位置するシステムの全体の密封を完全にすることができる。必要なら、不活性ガススプレーノズル１３はプリントヘッド１１の進行方向へ向かって配向されたその出口１４１のレベルでガスの流れを生成させることができると指定される。不活性ガスは、したがって、発射され、ノズルヘッドの前に出現させる。

先ほど定義した三次元印刷デバイスは、構成要素が固定点で始動した瞬間から可能な限り多くのワークストリームで使用することもできる。多軸ロボットのアームの端部上で組み立てることができる。

一方、製造される構成要素は、製造される構成要素からストレスを加えられた部品について、シリカで作られた支持体材料を用いることによって本発明による三次元印刷デバイスにより作製することができる。シリカの壊れやすい特性のために、いったん製造される構成要素の印刷が完了したら、支持体を容易な除去することができる。

先ほど定義した三次元印刷デバイスは、非常に多数の材料又は、インダクタ及び／又は電流抵抗の通過により簡単又は複雑な組み合わせのために溶融もしくは融解させることができる材料の組み合わせで作られた構成要素を製造することを可能にする。使用される（１つもしくは複数の）印刷材料は、したがって、強磁性部品に接続された強磁性及び／又は磁気誘導及び／又は複合ポリマーである。

実施形態の変形では、本発明による三次元印刷デバイスは、一旦印刷材料の１つ又は複数の層の敷設が行われたら製造されるように配置された機械加工手段を備え、所望の面及び寸法を得て、製造される構成要素の向上状態が何であれ、製造される構成要素の構築中に機械加工を実施するために、要求される機械加工軸線が何であれ、すでに製造された構成要素の部品を修正又は要求されるサイズ及び要求される仕様にして、既存の不完全性又は要求される仕様及びすべての要求される軸線上の構成要素の生産を終了化するために、全ての所望の軸線で機械加工する。提案された別の解決策は、構成要素の終了化後の機械加工である。

製造される構成要素２９をプリンター上に取り付ける原理は、いくつかの原理で実施することができ、第一の解決策はプリンターにねじ込むことによって構成要素２９の第一層の基底プレートを取り付けることである。第二の解決策は、（１つ又は複数の）取付点から補足的製造２９を創出するために、プリンター支持体に取り付けられたボルトを使用することである。第三の解決策は、構築プレートを保持して、第一の補足的印刷層の敷設を可能にすることであり、保持は、例えばねじ及び／又は締め付けボルトを使用することにより構築プレートの周りを締め付けることによって定位置を保持することを可能にする任意の手段によって行うことができる。

実施形態の別の変形例では、本発明による三次元印刷デバイスは、製造されている構成要素のすでに製造された部品、特に製造されている構成要素を支持するプレートを備えるものを加熱又はその温度を制御するためのシステムを備え、その温度はしたがって、冷却システムもしくは液体温度の上昇によるか、又はプレート中で提供される誘導によるかもしくは熱放射により制御される。さらに、プレートは、生産ソリューション又は生産ステップを増加させるために、複数の位置軸線又は運動軸線を有し得る。

本発明による三次元印刷デバイスは、すでに定義した様々な要素を冷却するためのシステムを備えて、印刷デバイスの様々な本体の温度の制御を可能にし、必要ならば、これらの本体の所望の正の温度又は負の温度を得ることを可能にする。

実施形態の変形例では、本発明による三次元印刷デバイスは、形状測定値のような情報を集めるための手段を備え、印刷材料の経路及び位置の構成の修正などの、制御及び駆動手段４による現在の印刷調節を可能にする。

本発明による三次元印刷デバイスは、回転誘導システム、ガス、ワイヤ又はリボン供給システムを使用することによって製造することができ、したがって堆積物ゾーン４０と、したがってワイヤ降下チューブの周り、又は粉末発射ノズルの周りを回転するシステムを備えることに留意しなければならない。

本発明による三次元印刷デバイスは、アームもしくは多軸線ユニット上でその全体又はある部品のみを組み立てることができる。このために、本発明による三次元印刷デバイスは製造される構成要素の製造中に交換することができる。

あわせて接続又は溶接する前に、本発明による三次元印刷デバイスを用いて、２つ以上の既存の構成要素を組み立てることが可能である。

さらに、本発明による三次元印刷デバイスは印刷補充物をこのようにして組み立てられた構成要素にもたらすことができる。三次元スキャナシステムを使用して、構成要素を組み立てた後、印刷補充物を決定することができる。一旦構成要素の組み立てを実施すると、本発明による三次元印刷デバイスは組み立ての三次元スキャナシステムを用いて組み立ての三次元再現を行い、その後、印刷補充物を構成要素の組み立てを決定するためにこのようにして製造した複製品と得られる予定の最終目的物のモデルとを比較する。一変形例では、本発明による三次元印刷デバイスが機械加工手段を備える場合、必要に応じて、三次元複製品と最終目標物のモデルとを比較した後に、製造された構成要素の組み立て体を修正することが可能である。

もちろん、その枠組みから離れることなく、本発明に多くの修飾を加えることが可能である。

Claims (25)

1. 製造される構成要素（２９）の三次元印刷のためのデバイスであって、
   強磁性の印刷材料を供給する手段（２、１４、１５、１６；１７、１８、２２、２５、５０）と、
   敷設前に前記印刷材料の融解を可能にする手段（１２、９、６；２７、３４、２８）と、を備えるプリントヘッド（１１、１１０）を備えるデバイスにおいて、
   前記印刷材料を供給する手段の出口（１４１；２６１）のレベルにある第一不活性ガススプレーノズル（１３）と、
   ガスが所望の圧力で供給されることを可能にするように、製造される過程で製造される前記構成要素の受容面（４０）と融解した前記印刷材料との接点のレベルにある第二不活性ガススプレーノズル（５１）と、をさらに備えることを特徴とする、デバイス。
2. 前記融解を可能にする手段が、前記印刷材料の第一の誘導による加熱手段（１２；２７）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第一の誘導による加熱手段が、製造される構成要素の融解した前記印刷材料の堆積面の加熱を可能にするように配列されていることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記融解を可能にする手段が、製造される構成要素の融解した前記印刷材料の堆積面の第二の誘導による加熱手段（２８）を備えることを特徴とする、請求項２〜３の何れか一項に記載のデバイス。
5. 前記第一及び／又は第二の誘導による加熱手段が、前記印刷材料の供給する手段の出口を取り囲むことを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載のデバイス。
6. 前記第一及び／又は第二の誘導による加熱手段が、前記印刷材料の供給する手段の出口の前にのみ延び、使用中の前記プリントヘッドの進行方向から９０°でＵ字形状を有することを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載のデバイス。
7. 前記第一及び／又は第二の誘導による加熱手段が馬蹄形状を有し、前記印刷材料の供給する手段の出口の前及び周りの部分に位置することを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載のデバイス。
8. 前記第一及び／又は第二の誘導による加熱手段が、前記印刷材料の供給する手段の前及び／又は後ろ及び／又は両側に位置することを特徴とする、請求項６〜７の何れか一項に記載のデバイス。
9. 前記第一及び／又は第二の誘導による加熱手段が、任意の入射角での前記印刷材料の堆積を可能にするように配列されていることを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載のデバイス。
10. 前記融解を可能にする手段が電流供給手段（６）を備え、その１つの端子が前記印刷材料に接続され、そしてもう１つの端子が製造される前記構成要素に接続されることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のデバイス。
11. 前記印刷材料の供給手段が１つ又は複数の印刷材料供給ダクトを備えることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のデバイス。
12. ２つ以上のプリントヘッドを備えることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の印刷デバイス。
13. 前記印刷材料が粉末の形態であることを特徴とする、請求項１〜９及び１１〜１２の何れか一項に記載のデバイス。
14. 前記印刷材料を供給する手段が粉末発射ノズル（２６）を備えることを特徴とする、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記印刷材料を形成する前記粉末が不活性ガスによって推進されることを特徴とする、請求項１３〜１４の何れか一項に記載のデバイス。
16. 前記印刷材料がワイヤの形態である、請求項１〜１２の何れか一項に記載のデバイス。
17. 前記印刷材料が強磁性材料及び／又は磁気誘導材料であることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記堆積面の前記融解した印刷材料の堆積点前に、前記製造される構成要素の融解した前記印刷材料の堆積面上に補強材を敷設するように配置されたワイヤ又はリボンの形態の補強材（５８、５９、７０、７７、６４、６３）を供給する手段を備えることを特徴とする、請求項１〜１７の何れか一項に記載のデバイス。
19. 調節可能であるように、特に前記プリントヘッドの進行方向で不活性ガス流を配向させることができるように、前記第一不活性ガススプレーノズルを配列させることを特徴とする、請求項１〜１８の何れか一項に記載のデバイス。
20. 前記印刷材料を供給する手段及び／又は補強材を供給する手段が使用中の材料を不活性ガス下に置く手段を備えることを特徴とする、請求項１〜１９の何れか一項に記載のデバイス。
21. 不活性ガススプレー調節手段（１９、２１、２１’）を備えることを特徴とする、請求項１〜２０の何れか一項に記載のデバイス。
22. 前記プリントヘッドの全部又は一部を冷却する手段を備えることを特徴とする、請求項１〜２１の何れか一項に記載のデバイス。
23. 前記印刷材料を融解させる手段、前記第一不活性ガススプレーノズル及び前記第二不活性ガススプレーノズルを、前記印刷材料を供給する手段に関して動かすことができるように組み立てることを特徴とする、請求項１〜２２の何れか一項に記載のデバイス。
24. 前記プリントヘッドの前側、後側、又は両側のいずれかに配置された１つ又は複数の誘導デバイスに連結された１つ又は複数のインダクタを備えることを特徴とする、請求項１〜２３の何れか一項に記載のデバイス。
25. ２つ以上の構成要素間の接続部での印刷材料の堆積によって２つ以上の既存の構成要素を組み立てるための請求項１〜２４に記載のデバイスの使用。

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