押出による積層堆積システムに用いられる押出ヘッド
押出ヘッドは、少なくとも１つの取付構造と、少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプと、第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプと、少なくとも１つの取付構造に支持され、第１の軸に沿って、第１の液化ポンプに対して相対的に第２の液化ポンプを移動させるように構成された切替機構と、第１の軸に沿って第２の液化ポンプが動作する範囲を規定するために、第２の液化ポンプと部分的に接続されているスロット係合アセンブリと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、３次元（３Ｄ）オブジェクトを構築するための、押出による積層堆積システムに関する。具体的には、本発明は、押出による積層堆積システムに用いられる押出ヘッドに関する。
【０００２】
押出による積層堆積システム（例えば、ミネソタ州 エデン プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドによって開発された、溶融堆積モデリングシステム）は、流動性を有する構築材料を押し出して、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから３Ｄオブジェクトを一層毎に構築するのに使用される。構築材料は、押出ヘッドに搭載された押出端部を介して押し出され、ｘ−ｙ平面にて連続した路（ｒｏａｄｓ）として基台上に堆積する。押し出された構築材料は、既に堆積した構築材料と融合し、温度の低下とともに固化する。そして、基台に対する押出ヘッドの位置が、（ｘ−ｙ平面に垂直な）ｚ軸に沿って高くされたのち、その工程が繰り返されて、ＣＡＤモデルに近似した３Ｄオブジェクトが形成される。
【０００３】
基台に対する押出ヘッドの移動は、コンピュータ制御下で、３Ｄオブジェクトを表す構築データに従って実行される。構築データは、まず始めに、３ＤオブジェクトのＣＡＤモデルを、水平にスライスされた複数の層にスライスすることによって得られる。その後、スライスされた各層毎に、ホストコンピュータは、構築材料の路を堆積させるための構築経路を生成して、３Ｄオブジェクトを形成する。
【０００４】
構築材料の層を堆積させて３Ｄオブジェクトを製造する際には、一般的に、構築中のオブジェクトの突出部の下、あるいは、構築中のオブジェクトの空洞内に、支持層または支持構造が構築される。ただし、構築中のオブジェクトの突出部、あるいは、構築中のオブジェクトの空洞は、構築材料自体によって支持されない。支持構造は、構築材料を堆積させる堆積技術と同様の堆積技術を用いて構築されてもよい。ホストコンピュータは、形成されている３Ｄオブジェクトの突出部または自由空間部の支持構造として機能する、付加的な構造を生成する。そして、支持材料は、構築処理中に生成された構造に従って、第２のノズルを介して堆積する。この支持材料は、製造中は構築材料に接着し、構築処理が完了したときに、完成した３Ｄオブジェクトから除去できる。
【０００５】
押出による積層堆積システムの使用においては、一般的にラピッド・マニュファクチャリング（高速製造）と呼ばれる、３Ｄオブジェクトの大量製造を伴い、これは増加傾向にある。同一の３Ｄオブジェクトの大量構築に加え、ラピッド・マニュファクチャリングは、３Ｄオブジェクトの設計を最適化するために、設計変更を要する３Ｄオブジェクトを多数構築するのに用いられ得、設計変更を次々に試験することが可能である。大量に製造されるがゆえに、押出による積層堆積システムの構成要素は、具体的には押出ヘッドは、長期間の使用にわたり、良好な耐久性及び信頼性を有することが求められる。そのため、３Ｄオブジェクトと該３Ｄオブジェクトに対応する支持構造とを構築するための押出ヘッドについても、耐久性及び信頼性の向上が求められてきた。
［概要］
本発明は、押出による積層堆積システムに用いられる押出ヘッドに関する。押出ヘッドは、取付構造と、取付構造に固定された第１の液化ポンプと、第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプと、取付構造に支持された切替機構と、第２の液化ポンプと部分的に接続されたスロット係合アセンブリとを備える。切替機構は、第２の液化ポンプを、第１の液化ポンプに対して相対的に、第１の軸に沿って移動させるよう構成されている。スロット係合アセンブリは、第１の軸に沿って第２の液化ポンプが動作する範囲を定める。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】３Ｄオブジェクト及び支持構造を構築するための、押出による積層堆積システムの正面図である。
【図２Ａ】押出による積層堆積システムの押出ヘッドを示す正面図であって、押出ヘッドが構築状態に配置されている図である。
【図２Ｂ】支持状態に配置された押出ヘッドを示す正面図である。
【図３】構成要素が省略されている、押出ヘッドの正面斜視図である。
【図４】押出ヘッドのトルクアセンブリとリニアベアリングアセンブリとを示す、拡大正面斜視図である。
【図５Ａ−５Ｂ】押出ヘッドの分解正面斜視図である。
【図６】押出ヘッドの支持液化ポンプを示す背面斜視図である。
【図７】押出ヘッドの支持液化ポンプの他の例を示す背面斜視図である。
【図８Ａ】図２Ａにおける領域８Ａの断面図であって、押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構を示した図である。
【図８Ｂ】図２Ｂにおける領域８Ｂの断面図であって、押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構をさらに示した図である。
【図９Ａ】押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構を示す側面図であって、押出ヘッドが構築状態に配置されている図である。
【図９Ｂ】押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構を示す側面図であって、押出ヘッドが支持状態に配置されている図である。
【図１０】構成要素が省略されている押出ヘッドの他の例を示す正面斜視図であって、押出ヘッドの他の例が追加の液化ポンプを有している図である。［詳細な説明］ 図１は、システム１０の正面図であり、システム１０は、構築チャンバ１２と、基台１４と、構台１６と、押出ヘッド１８とを備える押出による積層堆積システムである。システム１０のための好適なシステムの例には、ミネソタ州 エデン プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドによって開発された、溶融堆積モデリングシステムが含まれる。構築チャンバ１２は、被包された環境を構成し、該環境内において、基台１４と、構台１６と、押出ヘッド１８とを有する。押出ヘッド１８は、３Ｄオブジェクト（３Ｄオブジェクト２０と称する）と該３Ｄオブジェクトに対応する支持構造（支持構造２２と称する）とを構築するためのものである。３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２の幾何学的な形状は単なる例示であることが理解され、また、システム１０は、様々に異なる幾何学的デザインを有する３Ｄオブジェクト及び支持構造を構築するのに好適であることが理解される。
【０００７】
基台１４はプラットフォームであり、このプラットフォームにて３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２が構築される。また、基台１４は、コンピュータ作動のコントローラ（図示なし）から提供される信号に基づいて、鉛直なＺ軸に沿って移動する。構台１６は、ガイドレールシステムであり、このガイドレールシステムは、コンピュータ作動のコントローラから提供される信号に基づいて、水平なｘ−ｙ平面にて、構築チャンバ１２内で押出ヘッド１８を移動させるよう構成されている。水平なｘ−ｙ平面は、ｘ軸及びｙ軸（図１に図示なし）によって規定される平面であって、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、互いに直角をなしている。本明細書で使用されているように、用語「軸」は、空間座標系（例えば、デカルト座標系）の座標軸をさす。
【０００８】
押出ヘッド１８は、２つの端部を有する押出ヘッドであって、基台１４において一層毎に３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２を構築するために、構台１６によって支持されている。以下に説明されるように、押出ヘッド１８は、「構築状態」と「支持状態」との間で切替えられるように構成されている。押出ヘッド１８は、構築状態では３Ｄオブジェクト２０のための構築材料を堆積し、支持状態では支持構造２２のための支持材料を堆積する。好適な実施形態では、構築材料及び支持材料は、それぞれ、連続したフィラメントとして押出ヘッド１８へ供給される。好適なフィラメントの例、及び、システム１０へフィラメントを供給するための好適なアセンブリの例は、スワンソンらによる米国特許第６，９２３，６３４号、及び、コームらによる米国特許第７，１２２，２４６号に開示されている。材料は、本明細書中では、構築材料及び支持材料として説明されているが、押出ヘッド１８での使用に好適な材料としては、押し出し可能ないかなる材料（例えば、熱可塑性プラスチック材料）も含む。
【０００９】
構築動作中において、押出ヘッド１８は、まず構築状態に配置され、ここで、押出ヘッド１８が構築材料を連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積させ、３Ｄオブジェクト２０の層を形成する。３Ｄオブジェクト２０の層が完成した後、押出ヘッド１８は、支持状態へ切替えられ、押出ヘッド１８が支持材料を連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積させ、支持構造２２の層を形成する。支持構造２２の層は、堆積した構築材料および／または支持材料の後続の層を垂直に支持するために用いられ得る。支持構造２２の層が完成した後に、基台１４は一層増える度にｚ軸に沿って低くされ、また、押出ヘッド１８は構築状態へと切替え戻されて、３Ｄオブジェクト２０における後続の層を形成する。このプロセスは、３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２の各層が完成するまで繰り返される。代替の実施形態では、押出ヘッド１８は、まず、支持構造２２の層を形成するために支持状態で位置し、その後、構築状態へと切替えられて、３Ｄオブジェクト２０の層を形成してもよい。
【００１０】
３Ｄオブジェクトと該３Ｄオブジェクトに対応する支持構造（例えば、３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２）が１つであっても、押出ヘッド１８は、構築状態と支持状態との間で何度も切替えられる。ラピッドマニュファクチャリングプロセスで３Ｄオブジェクト及び支持構造を大量に製造する場合には、切替えの回数は倍増する。押出ヘッド１８を切替えるには、押出ヘッド１８の構成要素が機械的に動作することを伴うので、何度も切替えがなされることによって、１つ以上の構成要素に摩耗及びズレが生じる、といった懸念がもたらされ得る。このような摩耗やズレは、結果として生じる３Ｄオブジェクト及び支持構造の品質及び精度を低減させ得る。しかしながら、以下に説明されるように、押出ヘッド１８は、摩耗及びズレが生じる恐れを低減させるために、予防手段を有する。それによって、長時間にわたって使用される構築動作（例えば、ラピッドマニュファクチャリングプロセス）においても、押出ヘッド１８を用いることが可能である。
【００１１】
図２Ａ及び図２Ｂは、押出ヘッド１８（外側のケーシング及び冷却空気ラインは省略されている）の正面図であって、押出ヘッド１８は、図２Ａでは構築状態にて配置され、図２Ｂでは支持状態にて配置されている。図２Ａに示されるように、押出ヘッド１８は、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８と、構築液化ポンプ３０と、支持液化ポンプ３２と、切替機構３４とを備える。回路基板ブラケット２４は、第１の取付構造であり、その第１の取付構造はコンピュータ作動のコントローラ（図示なし）と連絡するための、押出ヘッド１８の回路基板（図示なし）を有する。モータブラケット２６は、第２の取付構造であり、その第２の取付構造は、天井部２６ａと、壁部２６ｂと、床部２６ｃとを有する。天井部２６ａと床部２６ｃとは略平行であって、それぞれ壁部２６ｂの対向する端部に接続されている。壁部２６ｂは、回路基板ブラケット２４にボルト３６で固定されており、それによって、天井部２６ａ及び床部２６ｃは、切替機構３４を保持することができる。
【００１２】
スパナブロック２８は、第３の取付構造であり、その第３の取付構造は、後方向きのボルト（図示なし）によって回路基板ブラケット２４に固定され、また、ネジ３８によって構台１６（図１に示される）に固定されている。ネジ３８は、押出ヘッド１８が取り外された場合にネジ３８が外れ落ちることがないように、係留されていることが望ましい。また、ネジ３８は、高加速度で移動中に、構築液化ポンプ３０及び支持液化ポンプ３２の変位を低減するために、押出ヘッド１８の重心に沿って配置されることが望ましい。スパナブロック２８は、また、ボルト４０によってモータブラケット２６の床部２６ｃに固定されている。構築動作中に、押出ヘッド１８が構築チャンバ１２（図１に示される）を移動している間において、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８との間の相対移動を防止するために、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８とが互いに強固に固定されていることが望ましい。
【００１３】
構築液化ポンプ３０は、スパナブロック２８に固定された液化ポンプであり、構築材料供給源（図示なし）から構築材料（図示なし）のフィラメントを押し出すためのものである。構築液化ポンプ３０は、ベースブロック４２と、フィラメント入口４４と、フィラメント検出スイッチ４６と、モータ４８と、駆動輪アセンブリ５０と、液化機５２と、構築端部５４とを備える。ベースブロック４２は、液化ポンプ３０の一部であり、スパナブロック２８に固定されている。そのため、構築液化ポンプ３０とスパナブロック２８との間の相対移動が妨げられる。フィラメント入口４４は、ベースブロック４２によって支持されており、構築材料フィラメントを押出ヘッド１８へ提供するフィラメント供給ライン（図示なし）の接続点である。フィラメント検出スイッチ４６もまた、ベースブロック４２によって支持されている。フィラメント検出スイッチ４６は、構築材料フィラメントが構築液化ポンプ３０に到達したことを検出するための手段を提供する。また、フィラメント検出スイッチ４６は、構築液化ポンプ３０を取り外した場合における構築材料フィラメントの損失分を検出し得る。
【００１４】
モータ４８は、駆動輪アセンブリ５０を作動させるためにベースブロック４２に固定された駆動モータ（例えば、サーボモータ）である。駆動輪アセンブリ５０は、ベースブロック４２に取り付けられた、車輪と、ギアと、導管とのアセンブリである。フィラメント入口４４から液化機５２へ構築材料フィラメントの後続部分を供給するために、駆動輪アセンブリ５０は、モータ４８によって動力を与えられる。モータ４８及び駆動輪アセンブリ５０の好適な構成の例は、ラボシエールらによる米国特許出願公開公報第２００７／０００３６５６号に開示されている。液化機５２は、受け取った構築材料フィラメントを溶融させる加熱ブロックであって、それによって、溶融した構築材料が構築端部５４へと流れる。構築端部５４は、ｚ軸に沿って配列された押出端部であって、溶融した構築材料を押し出して、３Ｄオブジェクト２０（図１に示される）の層を形成する。
【００１５】
支持液化ポンプ３２は、切替機構３４により変換される液化ポンプであって、支持材料供給源（図示なし）から支持材料のフィラメント（図示なし）を押し出すためのものである。支持液化ポンプ３２は、ベースブロック５６と、フィラメント入口５８と、フィラメント検出スイッチ６０と、モータ６２と、駆動輪アセンブリ６４と、液化機６６と、構築端部６８とを備える。ベースブロック５６は、支持液化ポンプ３２の一部であり、切替機構３４により移動可能に支持されている。フィラメント入口５８は、ベースブロック５６によって支持されており、支持材料フィラメントを押出ヘッド１８へ提供するフィラメント供給ライン（図示なし）の接続点である。フィラメント検出スイッチ６０もまた、ベースブロック５６によって支持されている。また、フィラメント検出スイッチ６０は、支持材料フィラメントが支持液化ポンプ３２に到達したことを検出するため、及び、支持液化ポンプ３２を取り外した場合の支持材料フィラメントの損失分を検出するために、フィラメント検出スイッチ４６と同様に機能する。
【００１６】
モータ６２は、駆動輪アセンブリ６４を作動させるために、ベースブロック５６に固定された駆動モータ（例えば、サーボモータ）である。駆動輪アセンブリ６４は、ベースブロック５６に取り付けられた、車輪と、ギアと、導管とのアセンブリである。フィラメント入口５８から液化機６６へ支持材料フィラメントの後続部分を供給するために、駆動輪アセンブリ６４はモータ６２によって動力を与えられる。モータ６２及び駆動輪アセンブリ６４の好適な構成の例は、モータ４８及び駆動輪アセンブリ５０に関して既に説明された例を含む。液化機６６は、液化機５２と類似した熱変換ブロックであって、受け取った支持材料フィラメントを溶融させる。それによって、溶融した支持材料が支持端部６８へと流れる。支持端部６８は、ｚ軸に沿って配列された押出端部であって、溶融した支持材料を押し出して、支持構造２２（図１に示される）の層を形成する。
【００１７】
切替機構３４は、支持液化ポンプ３２の位置をｚ軸に沿って調整するよう構成された機構であって、トグルモータ７０とトルクアセンブリ７２とを有する。トグルモータ７０は、トルクアセンブリ７２に回転力を付与するよう構成されたモータ（例えば、直流（ＤＣ）モータ）であって、モータブラケット２６の天井部２６ａに固定されている。トルクアセンブリ７２は、モータブラケット２６の床部２６ｃに保持されており、トグルモータ７０と支持液化ポンプ３２とを連結する。これにより、トグルモータ７０の回転力によって、支持液化ポンプ３２の位置がｚ軸に沿って調整可能となる。
【００１８】
３Ｄオブジェクト２０の層を形成する構築動作中において、押出ヘッド１８は構築状態に配置されており、この場合、切替機構３４が支持液化ポンプ３２を上昇位置にて保持する（図２Ａに示される）。上昇位置において、支持端部６８は、上昇オフセット距離７４の分だけ、ｚ軸に沿って構築端部５４より高い位置に位置する。上昇オフセット距離７４の好適な距離の例は、少なくとも約１．０ミリメートルの距離を含み、とりわけ好適な距離は約１．３ミリメートルから約３．０ミリメートルの範囲であって、さらにとりわけ好適な距離は約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルの範囲である。上昇オフセット距離７４があることによって、構築液化ポンプ３０は、支持端部６８の干渉無く、構築材料の路（ｒｏａｄｓ）を押し出して３Ｄオブジェクト２０の層を形成することができる。さらには、上昇オフセット距離７４があることによって、支持材料が３Ｄオブジェクト２０に混入される恐れが低減される。押出ヘッド１８が構築状態に配置されている間に、支持材料の残存量が支持液化ポンプ３２から浸出する可能性があるが、支持端部６８を上昇オフセット距離７４の分だけ構築端部５４より高く位置させることで、残存する支持材料が形成中の３Ｄオブジェクト２０の層と接触する恐れが低減される。
【００１９】
押出ヘッド１８が構築状態に配置されている間は、モータ４８及び駆動輪アセンブリ５０は、構築材料フィラメントの後続部分を液化機５２に供給する。液化機５２には温度勾配が存在し、この温度勾配によって、構築材料フィラメントは液化機５２を通過する間に溶融する。液化機５２の温度勾配は、使用される構築材料によって異なり得るが、構築材料フィラメントの未溶融部分が、溶融した部分を液化機５２及び構築端部５４から押し出すピストンとして機能し得るような温度勾配が好ましい。上述のように、押し出された構築材料は、連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積して、３Ｄオブジェクト２０の層を形成する。
【００２０】
３Ｄオブジェクト２０の所定の積層が完了するとモータ４８が停止し、それによって構築液化ポンプ３０を通過する押出し処理が停止する。そして、トグルモータ７０は、回転矢印７６の方向にトルクアセンブリ７２を回転させる。トルクアセンブリ７２が回転矢印７６の方向に回転することで、支持液化ポンプ３２は、その支持液化ポンプ３２が下降位置に到達するまで、ｚ軸に沿って下方向へ移動する（矢印７８で示される）。支持液化ポンプ３２が下降位置に到達すると、トグルモータ７０が、回転矢印７６の方向に、低量から中程度の量の回転力をトルクアセンブリ７２に付与し続けて、支持液化ポンプ３２が下降位置に保持されることが好ましい。これによって、以下に説明されるように、押出ヘッド１８を、構築チャンバ１２（図１に示される）にて支持状態で移動させる間において、支持液化ポンプ３２は、構築液化ポンプ３０に対して水平または垂直に移動することがない。
【００２１】
図２Ｂは、支持状態にて配置されている押出ヘッド１８を示しており、この場合、切替機構３４が支持液化ポンプ３２を下降位置にて保持する。下降位置において、支持端部６８は、下降オフセット距離８０の分だけ、ｚ軸に沿って構築端部５４より低い位置に位置する。下降オフセット距離８０の好適な距離の例は、少なくとも約１．０ミリメートルの距離を含み、とりわけ好適な距離は約１．３ミリメートルから約３．０ミリメートルの範囲であって、さらにとりわけ好適な距離は約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルの範囲である。下降オフセット距離８０があることによって、支持液化ポンプ３２は、構築端部５４の干渉を受けること無く、支持材料の路（ｒｏａｄｓ）を押し出して支持構造２２（図１に示される）を形成することができる。さらには、上昇オフセット距離７４（図２Ａに示される）に関する上記説明と同じように、下降オフセット距離８０があることによって、構築材料が支持構造２２に混入する恐れが低減される。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂに示される実施形態では、支持液化ポンプ３２は、上昇位置（図２Ａに示される）及び下降位置（図２Ｂに示される）の両方の位置においてｚ軸に沿って延在する。具体的には、支持液化ポンプ３２が上昇位置にある場合及び下降位置にある場合の両場合において、支持端部６８はｚ軸に沿って延出する。そのため、本実施形態では、支持液化ポンプ３２は予めz軸に沿って配置されており、上昇位置から下降位置へと移動した後に、支持材料の押し出しを開始するために、支持液化ポンプ３２を再調整する必要はない。これによって、構築動作中に必要とされる時間が短縮される。
【００２３】
押出ヘッド１８が支持状態にて配置されている間は、モータ６２によって、駆動輪アセンブリ６４は、支持材料フィラメントの後続部分を液化機６６に供給する。液化機６６には温度勾配が存在し、この温度勾配によって、支持材料フィラメントは液化機６６を通過する間に溶融する。液化機６６の温度勾配は、使用される支持材料によって異なり得るが、支持材料フィラメントの未溶融部分が、溶融した部分を液化機６６及び構築端部６８から押し出すピストンとして機能し得るような温度勾配が好ましい。押し出された支持材料は、連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積して、支持構造２２の層を形成する。
【００２４】
支持構造２２の所定の積層が完了するとモータ６２が停止し、それによって支持液化ポンプ３２を通過する押出し処理が停止する。そして、トグルモータ７０は、回転矢印８２の方向にトルクアセンブリ７２を回転させる。回転矢印８２の方向は、回転矢印７６（図２Ａに示される）の方向とは反対の回転方向である。トルクアセンブリ７２が回転矢印８２の方向に回転することで、支持液化ポンプ３２は、その支持液化ポンプ３２が上昇位置に到達するまで、ｚ軸に沿って上方向へ移動する（矢印８４で示される）。支持液化ポンプ３２が上昇位置に到達すると、トグルモータ７０が、回転矢印８２の方向に、低量から中程度の量の回転力をトルクアセンブリ７２に付与し続けて、支持液化ポンプ３２が上昇位置に保持されることが好ましい。これによって、押出ヘッド１８を構築チャンバ１２（図１に示される）にて構築状態で移動させる間において、支持液化ポンプ３２は、構築液化ポンプ３０に対して水平または垂直に移動することがない。
【００２５】
代替の実施形態では、トルクアセンブリ７２を上述の回転とは逆に回転させて、支持液化ポンプ３２を上昇及び下降させる。本実施形態では、トルクアセンブリ７２が回転矢印８２の方向に回転した場合に、支持液化ポンプ３２は、矢印７８の方向（図２Ａに示される）にｚ軸に沿って下降する。また、トルクアセンブリ７２が回転矢印７６の方向に回転した場合に、支持液化ポンプ３２は矢印８４の方向にｚ軸に沿って上昇する。もう１つの代替の実施形態では、構築液化ポンプ３０が切替機構３４を介してｚ軸に沿って調整可能であって、支持液化ポンプ３２がスパナブロック２８に固定されるように、構築液化ポンプ３０が支持液化ポンプ３２と置換される。
【００２６】
図３は、押出ヘッド１８の正面斜視図であって、本図では、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８と、フィラメント入口４４及び５８と、フィラメント検出スイッチ４６及び６０とは、説明の簡略化のために省略されている。すなわち、図３は、構築液化ポンプ３０と、支持液化ポンプ３２と、切替機構３４とを図示しており、支持液化ポンプ３２は下降位置にある（つまり、押出ヘッド１８は支持状態にある）。図示されるように、切替機構３４は、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６に固定された、リニアベアリングアセンブリ８６をさらに備える。リニアベアリングアセンブリ８６は、切替機構３４が支持液化ポンプ３２をｚ軸に沿って上昇及び下降させる間において、支持液化ポンプ３２をガイドするために、スパナブロック２８（図２Ａ及び図２Ｂに図示される）によって保持される。このため、支持液化ポンプ３２がｚ軸に沿って上昇及び下降している間において、支持液化ポンプ３２がｘ−ｙ平面において横方向に移動することが低減される。
【００２７】
図４は、トルクアセンブリ７２及びリニアベアリングアセンブリ８６の拡大正面斜視図である。図示されるように、トルクアセンブリ７２は、上部８８と、中央部９０と、下部９２とを有する。上部８８は、モータ軸９４と、連結ピン９６と、連結部９８とを有する。モータ軸９４は、トグルモータ７０から延出しており、トグルモータ７０から回転力を受ける、トルクアセンブリ７２の一部である。連結ピン９６は、その連結ピン９６がモータ軸９４の長手方向軸に対して直角をなして延出するようにモータ軸９４に固定されている。このため、モータ軸９４の回転に伴って、連結ピン９６をｘ−ｙ平面にて回転させることが可能である。
【００２８】
連結部９８は、トグルモータ７０及びモータ軸９４の下方に延在する。連結部９８は一対の通路１００を有しており、連結ピン９６は、連結部９８を回転させるために通路１００を通って延出している。図示された実施形態では、通路１００は、連結ピン９６の半径寸法よりも、大きな寸法を有する。それゆえ、連結ピン９６は通路１００内に動かないように固定されているわけではなく、ｘ−ｙ平面におけるいずれの回転方向においてもわずかな距離を自由に回転し得るし、また、ｚ軸に沿って垂直に移動し得る。これにより、連結ピン９６の回転を制限しかねない、連結ピン９６の通路１００における摩擦拘束が妨げられる。しかしながら、連結ピン９６がいずれの回転方向にも十分に距離を有して回転する場合には、連結ピン９６は通路１００の鉛直な壁部と接触し、それゆえ、連結ピン９６が連結部９８を回転させることができる。上述のように、支持液化ポンプ３２が、上昇位置または下降位置に配置されている間は、トグルモータ７０は、低量から中程度の量の回転力をトルクアセンブリ７２に付与し続けることが望ましい。回転力が付与されることによって、連結ピン９６は通路１００の鉛直な壁部の１つと接触し続けるため、トルクアセンブリ７２が反対の回転方向に回転しない。
【００２９】
トルクアセンブリ７２の中央部９０は、上方変位アセンブリ１０２と、軸受１０４と、下方変位アセンブリ１０６と、軸ボルト１０８とを有する。上方変位アセンブリ１０２及び下方変位アセンブリ１０６は、付勢アセンブリであり、支持液化ポンプ３２（図３に示される）が上昇位置及び下降位置に達した場合に、それぞれ、トグルモータ７０の回転力を圧縮及び吸収する。以下に説明されるように、これによって、支持液化ポンプ３２が上昇位置及び下降位置に達した場合に加わる衝撃荷重が低減される。軸受１０４は、上方変位アセンブリ１０２と下方変位アセンブリ１０６との間に配置され、トルクアセンブリ７２のラジアル・スラスト荷重を受ける。軸ボルト１０８は、連結部９８と下部９２とを内部接続し、上方変位アセンブリ１０２と、軸受１０４と、下方変位アセンブリ１０６との間を支持する。
【００３０】
トルクアセンブリ７２の下部９２は、ネジ軸１１０と保持ナット１１２とを有する。ネジ軸１１０は、長手方向にネジ切りされたアクチュエータ（例えば、アクメスクリュー）であって、このアクチュエータは、軸ボルト１０８に固定された第１の端部と、保持ナット１１２にネジにより係合された第２の端部とを有する。保持ナット１１２は、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６に固定されており、ネジ軸１１０に対して相補的なネジ溝を有している。ネジ軸１１０と保持ナット１１２とがネジにより係合されることによって、ネジ軸１１０の回転運動が、ｚ軸に沿った保持ナット１１２の鉛直運動に変換される。保持ナット１１２の鉛直運動に伴って、支持液化ポンプ３２は上昇位置と下降位置との間で移動する。
【００３１】
さらに、図４に示されるように、リニアベアリングアセンブリ８６は、軸受シャフト１１４と、リニア軸受１１６と、スペーサ１１８と、リニア軸受１２０とを有する。軸受シャフト１１４は、ベースブロック５６の一端に固定された長手方向の軸であって、ｚ軸に沿ってトルクアセンブリ７２に隣接して延在する。リニア軸受１１６及びリニア軸受１２０は、軸方向に沿って軸受シャフト１１４に配設されている。また、リニア軸受１１６及びリニア軸受１２０は、スペーサ１１８によって隔てられている。上述のように、リニアベアリングアセンブリ８６は、支持液化ポンプ３２が上昇位置と下降位置との間で調整される場合に、支持液化ポンプ３２の動作をｚ軸に沿ってガイドする。
【００３２】
図５Ａ及び図５Ｂは、押出ヘッド１８の分解斜視図であって、切替機構３４の構成要素と組立てとをさらに示す。図５Ａに示されるように、モータブラケット２６の天井部２６ａは開口１２２を、モータブラケット２６の床部２６ｃは開口１２４を、それぞれ有しており、これら開口１２２及び開口１２４を通って、トルクアセンブリ７２が貫通する。トグルモータ７０は、ボルト１２６で天井部２６ａに固定されているため、トグルモータ７０はｚ軸に沿って開口１２２の上方に位置される。モータ軸９４が、開口１２２を通って挿入されて連結ピン９６が連結部９８と係合し、連結部９８は天井部２６ａと床部２６ｃとの間に位置する。軸ボルト１０８は、開口１２４で床部２６ｃを通って挿入され、それによって、上方変位アセンブリ１０２と、軸受１０４と、下方変位アセンブリ１０６とが、開口１２４内に位置する。上述のように、ネジ軸１１０は軸ボルト１０８に固定されている。それゆえ、ネジ軸１１０は、ｚ軸に沿って床部２６ｃの開口１２４の下方に延在する。
【００３３】
上方変位アセンブリ１０２は、スペーサ１３２とスペーサ１３４との間に配置された、偏向板１２８及び１３０を有する。偏向板１２８及び１３０は、付勢要素（例えば、ベレビレ（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）ワッシャ）であって、支持液化ポンプ３２（図３に示される）が下降位置に達した場合に加わる衝撃荷重を低減する。これによって、下降位置に達した場合に支持液化ポンプ３２に加わる応力の量が低減される。
【００３４】
下方変位アセンブリ１０６は、クリップ１３６と、偏向板１３８及び１４０とを有する。クリップ１３６は、軸受１０４を開口１２４で床部２６ｃに固定するための保持クリップである。偏向板１３８及び１４０は、付勢要素（例えば、ベレビレ（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）ワッシャ）であって、支持液化ポンプ３２（図３に示される）が上昇位置に達した場合に加わる衝撃荷重を低減する。これによって、上昇位置に達した場合に支持液化ポンプ３２に加わる応力の量が低減される。
【００３５】
図５Ｂに示されるように、スパナブロック２８は、ボルト孔１４２と、シャフト開口１４４と、軸受開口１４６とを有する。構築液化ポンプ３０のベースブロック４２は、ボルト１４８でスパナブロック２８に固定されており、ボルト１４８は、ボルト孔１４２を通って延在する。上述のように、このように固定されていることにより、構築液化３０とスパナブロック２８との間の相対的な移動が妨げられる。シャフト開口１４４は、ｚ軸に沿ってスパナブロック２８を貫通するクリアランスホールであり、ネジ軸１１０が保持ナット１１２と係合するために貫通する通路を提供する。軸受開口１４６は、精密ドリルで切削された穴であり、ｚ軸に沿ってスパナブロック２８を貫通している。軸受開口１４６は、支持液化ポンプ３２が上昇位置と下降位置との間を移動する場合に支持液化ポンプ３２をガイドするためにリニアベアリングアセンブリ８６が圧入される通路を提供する。リニアベアリングアセンブリ８６と軸受開口１４６との間の圧入による干渉は、リニアベアリングアセンブリ８６が摩擦に勝るのに高すぎず、かつ、支持液化ポンプ３２が、支持材料を押し出す間ｘ−ｙ平面で移動しないように調整されることが望ましい。
【００３６】
図５Ｂにさらに示されるように、押出ヘッド１８は、スロット係合機構１５０をさらに備え、スロット係合機構１５０は垂直スロット１５２を有する。垂直スロット１５２は、ベースブロック４２に設けられたスロットであって、支持液化ポンプ３２がｚ軸に沿って上昇位置と下降位置との間で移動する範囲を規定する。以下に説明されるように、垂直スロット１５２の寸法によって、支持液化ポンプ３２が低減した量の摩擦抵抗で上昇及び下降することを可能としつつ、支持液化ポンプ３２が上昇位置及び下降位置に配置された場合に、支持液化ポンプ３２を構築液化ポンプ３０にしっかりと保持することが可能である。
【００３７】
図６は、支持液化ポンプ３２の背面斜視図であって、スロット係合機構１５０をさらに示す。図示されているように、スロット係合機構１５０は、さらに、ピン穴１５４と水平ピン１５６とを有する。ピン穴１５４は、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６においてｘ軸に沿って延在する穴である。水平ピン１５６は、ピン穴１５４に固定される係合部材であって、水平ピン１５６の一部分が、ｘ軸に沿ってピン穴１５４を貫通して延出するように固定される。構築液化ポンプ３０（図５Ｂに示される）と支持液化ポンプ３２とが、スパナブロック２８（図５Ｂに示される）に取り付けられる場合に、水平ピン１５６は、ベースブロック４２（図５Ｂに示される）の垂直スロット１５２に配置される。従って、垂直スロット１５２内におけるｚ軸に沿った水平ピン１５６の移動によって、上昇位置と下降位置との間における支持液化ポンプ３２の動作の範囲が規定される。
【００３８】
１つの代替実施形態においては、垂直スロット１５２及び水平ピン１５６の位置は、置換されている。本実施形態では、構築液化ポンプ３０（図５Ｂに示される）のベースブロック４２がピン穴１５４と水平ピン１５６とを有しており、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６が垂直スロット１５２を有する。また、スロット係合機構１５０は、水平ピン１５６を用いる使用状態にて開示されているが、スロット係合機構１５０は、様々な異なる形状の係合部材で代用されてもよく、そのような係合部材は、垂直スロット１５２と係合して、上昇位置と下降位置との間における支持液化ポンプ３２が動作する範囲を規定するよう構成されている係合部材である。
【００３９】
図７は、支持液化ポンプ３２の背面斜視図であって、スロット係合機構１５８を図示する。スロット係合機構１５８は、スロット係合機構１５０（図６に示される）の代替実施形態である。図７に示されるように、スロット係合機構１５８は、ピン穴１６０と水平ピン１６２とを有する。ピン穴１６０は、液化ポンプ３２の背面（背面１６３と称される）からｙ軸に沿って延在する穴である。水平ピン１６２は、ピン穴１６０に固定される細長のピンであって、その水平ピン１６２の一部分がｙ軸に沿ってピン穴１６０を貫通して延出するように固定される。本実施形態では、垂直スロット１５２（図５Ｂに示される）と類似の垂直スロットが、構成要素（図示なし）に配置されている。この構成要素はスパナブロック２８（図５Ｂに示される）と構築液化ポンプ３０とに対して移動することがないが、背面１６３に対向している。それゆえ、水平ピン１６２は、支持液化ポンプ３２の後方で垂直スロットに配置されて、支持液化ポンプ３２の動作する範囲が上昇位置と下降位置との間に規定される。従って、本発明によれば、スロット係合機構（例えば、スロット係合機構１５０及びスロット係合機構１５８）は、構築液化ポンプ３０に対して実質的に移動しない様々な構成要素によって支持液化ポンプ３２と係合され得る。
【００４０】
図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、図２Ａにおける領域８Ａ及び図２Ｂにおける領域８Ｂの断面図であり、スロット係合機構１５０をさらに示す。図８Ａに示されるように、垂直スロット１５２は、上部境界１６４と底部境界１６６とを有しており、上部境界１６４及び底部境界１６６は、ｚ軸に沿った水平ピン１５６の停止位置を提供する。支持液化ポンプ３２を上昇位置に移動させるための切替え操作中において、トグルモータ７０は回転矢印８２（図２Ｂに示される）の方向においてトグルアセンブリ７２に回転力を付与する。上述のように、回転力が付与されることによって、ネジ軸１１０を含むトグルアセンブリ７２の構成要素が回転する。ネジ軸１１０と保持ナット１１２とがねじで係合されていることにより、ネジ軸１１０の回転運動が、保持ナット１１２の鉛直運動に変換される。このため、保持ナット１１２と、ベースブロック５６と、水平ピン１５６と、支持液化ポンプ３２の残りの構成要素とが、矢印８４（図２Ｂに示される）の方向に上昇する。
【００４１】
ネジ軸１１０が回転し続けることによって、水平ピン１５６が上部境界１６４と接触するまで、支持液化ポンプ３２が上昇する。この時点で、支持液化ポンプ３２は、上昇位置に到達しており、押出ヘッド１８は構築状態にある。上部境界１６４があることによって、トグルモータ７０から出力される力にかかわらず、支持液化ポンプ３２は、上昇位置よりも高い位置へ移動することが防止される。上述のように、トグルモータ７０から過剰に付与された回転力は、偏向板１２８及び１３０（図５Ａに示される）によって吸収される。
【００４２】
図８Ｂは、支持液化ポンプ３２が下降位置に配置されている、スロット係合機構１５０を示す。支持液化ポンプ３２を上昇位置から下降位置に切り替える場合に、トグルモータ７０は、回転矢印７６（図２Ａに示される）の方向においてトグルアセンブリ７２に回転力を付与する。回転力が付与されることによって、ネジ軸１１０を含むトグルアセンブリ７２の構成要素が回転し、この回転方向は、保持ナット１１２と、ベースブロック５６と、水平ピン１５６と、支持液化ポンプ３２の残りの構成要素とが、矢印７８（図２Ａに示される）の方向に下降するのと同じ方向である。
【００４３】
ネジ軸１１０が回転し続けることによって、水平ピン１５６が底部境界１６６と接触するまで、支持液化ポンプ３２が下降する。この時点で、支持液化ポンプ３２は、下降位置に到達しており、押出ヘッド１８は支持状態にある。底部境界１６６があることによって、トグルモータ７０から出力される力にかかわらず、支持液化ポンプ３２が下降位置よりも低い位置へ移動することが防止される。上述のように、トグルモータ７０から過剰に付与された下向きの力は、偏向板１３８及び１４０（図５Ａに示される）によって吸収される。
【００４４】
図９Ａ及び図９Ｂは、スロット係合機構１５０の側面図であって、垂直スロット１５２と水平ピン１５６（断面図で示された水平ピン１５６）とを示す。図９Ａに示されるように、水平ピン１５６は、垂直スロット１５２の上部境界１６４に配置されており、これは上昇位置にある支持液化ポンプ３２の位置に対応する。垂直スロット１５２は、さらに、左側境界１６８と右側境界１７０とを有しており、左側境界１６８と右側境界１７０とは、垂直スロット１５２における対向している垂直な壁である。左側境界１６８と右側境界１７０とは、ｙ軸に沿って横方向オフセット距離１７２の分だけ離間しており、横方向オフセット距離１７２は、ｙ軸に沿った左側境界１６８と右側境界１７０との間の平均の距離である。
【００４５】
横方向オフセット距離１７２は、水平ピン１５６の寸法よりも大きいことが望ましく、それによって、水平ピン１５６が上昇位置と下降位置との間でz軸に沿って移動する場合に、垂直スロット１５２と水平ピン１５６との摩擦抵抗が低減される。横方向オフセット距離１７２の好適な距離の例は、水平ピン１５６の寸法の１００％より大きい距離を含み、とりわけ好適な距離は、水平ピン１５６の寸法の１００％を越え、水平ピン１５６の寸法の約１２０％までの範囲にある距離であって、さらにとりわけ好適な距離は、水平ピン１５６の寸法の約１０５％から水平ピン１５６の寸法の約１１０％までの範囲にある距離である。
【００４６】
左側境界１６８及び右側境界１７０は、収束壁部１７４及び１７６を有する上部境界１６４に向かって収束しているので、上部境界１６４では、逆Ｖ字型の形状を形成している。そのため、水平ピン１５６がｚ軸に沿って上方へ移動する場合に、水平ピン１５６が収束壁部１７４及び１７６に接触するため、水平ピン１５６がさらに上方へ移動することが妨げられる。図９Ａに示される実施形態において、収束壁部１７４及び１７６は、互いに直角をなして配置され、その直角の頂点は上部境界１６４に位置する。このような配置構成によって、水平ピン１５６が収束壁部１７４及び１７６に接触した場合に、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動するのが防止されつつ、一方では、望ましくはｚ軸方向に沿った水平ピン１５６との摩擦抵抗が最小限に抑えられる。
【００４７】
上述のように、支持液化ポンプ３２が上昇位置に達した場合には、トグルモータ７０（図２Ａ及び図２Ｂに示される）が、中程度の回転力をトルクアセンブリ７２（図２Ａ及び図２Ｂに示される）に付与し続けて、支持液化ポンプ３２を上昇位置において保持することが好ましい。この回転力は、水平ピン１５６を上方向に引き上げ続け、これによって、水平ピン１５６と、収束壁部１７４及び１７６との接触が維持される。従って、収束壁部１７４及び１７６は、支持液化ポンプ３２が上昇位置に維持されている間において、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動するのを物理的に妨げる。これによって、望ましくは、支持液化ポンプ３２の横方向への移動が低減される。構築動作中、押出ヘッド１８は急速な前後移動によってｘ−ｙ平面を移動し、これによって、押出ヘッド１８の構成要素が振動する。スロット係合機構１５０を用いて支持液化ポンプ３２の横方向への移動が低減されることで、支持液化ポンプ３２がズレてしまう恐れが低減される。
【００４８】
図９Ｂに示されるように、水平ピン１５６は、垂直スロット１５２の底部境界１６６に配置されており、これは下降位置にある支持液化ポンプ３２の位置に対応している。左側境界１６８及び右側境界１７０もまた、収束壁部１７８及び１８０を有する底部境界１６６に向かって収束しているので、底部境界１６６では、Ｖ字型の形状を形成している。そのため、水平ピン１５６がｚ軸に沿って下方へ移動する場合に、水平ピン１５６が収束壁部１７８及び１８０に接触するため、水平ピン１５６がさらに下方へ移動することが妨げられる。図９Ｂに示される実施形態において、収束壁部１７８及び１８０は、互いに直角をなして配置され、その直角の頂点は底部境界１６６に位置する。このような配置構成によって、水平ピン１５６が収束壁部１７８及び１８０に接触した場合に、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動するのが防止されつつ、一方では、望ましくは、ｚ軸方向に沿った水平ピン１５６との摩擦抵抗が最小限に抑えられる。
【００４９】
上述のように、支持液化ポンプ３２が下降位置に達した場合には、トグルモータ７０（図２Ａ及び図２Ｂに示される）は、中程度の回転力をトルクアセンブリ７２（図２Ａ及び図２Ｂに示される）に付与し続けて、支持液化ポンプ３２を下降位置において保持することが好ましい。この回転力は、水平ピン１５６を下方向に押し下げ続け、これによって、水平ピン１５６と、収束壁部１７８及び１８０との接触が維持される。従って、収束壁部１７８及び１８０によれば、収束壁部１７４及び１７６について上述されたのと同様にして、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動することが物理的に防止される。それゆえ、支持液化ポンプ３２がズレてしまう恐れがさらに低減される。
【００５０】
スロット係合機構１５０は、また、切替機構３４の１つ以上の構成要素が摩耗することに起因したズレが生じる恐れを低減させる。例えば、ネジ軸１１０と保持ナット１１２とのネジによる係合が長期間にわたる使用により摩滅した場合に、回転運動から鉛直運動への変換が減少する（悪化する）。しかしながら、支持液化ポンプ３２を上昇或いは下降させる場合に、トグルモータ７０は回転力を付与し続けるので、水平ピン１５６は、上昇し続け或いは降下し続けて、それぞれ、上部境界１６４及び底部境界１６６に到達する。それゆえ、切替機構３４は、構成要素の摩滅を補償することができ、トグルモータ７０を開ループの処理制御装置によって制御することが可能となる。従って、３Ｄオブジェクト及び３Ｄオブジェクトに対応する支持構造を構築するための構築状態と支持状態とで、押出ヘッド１８が切替え可能となるための良好な耐久性及び信頼性が、切替機構３４によって提供される。
【００５１】
図１０は、押出ヘッド１８（図１から図３に示される）の代替実施形態である、押出ヘッド１８２を示す正面斜視図である。押出ヘッド１８２は、追加の液化ポンプと切替機構とを備える。図１０に示されるように、押出ヘッド１８２は、構築液化ポンプ１８４と、支持液化ポンプ１８６と、補助液化ポンプ１８８と、切替機構１９０と、切替機構１９２とを備える。押出ヘッド１８２は、外側のケーシングと、冷却空気ラインと、回路基板ブラケットと、モータブラケットと、スパナブロックと、各液化ポンプに対するフィラメント入口と、各液化ポンプに対するフィラメント検出スイッチ（図示なし）とを備える。図１０に示される実施形態において、構築液化ポンプ１８４と、支持液化ポンプ１８６と、切替機構１９０とは、構築液化ポンプ３０と、支持液化ポンプ３２と、切替機構３４とについて上述したのと同様に機能する。
【００５２】
補助液化ポンプ１８８及び切替機構１９２は、押出ヘッド１８２の移動可能な追加の液化ポンプを提供する。補助液化ポンプ１８８は、第３の材料を押し出すためのものであって、支持液化ポンプ３２と同様に機能する。第３の材料は、様々な押し出し可能な構築材料及び支持材料であってよく、例えば、異なった色の材料、異なった材料組成、またそれらの組み合わせからなる材料である。さらに、補助液化ポンプ１８８は、構築液化ポンプ１８４及び支持液化ポンプ１８６とは異なる流速で第３の材料を押し出すために、異なる先端の寸法を採用しても良い。
【００５３】
切替機構１９２は、回路基板ブラケットと、モータブラケットと、スパナブロックとに、固定されたおよび／または係合された機構である。切替機構１９２は、切替機構３４と同様にして、ｚ軸に沿って補助液化ポンプ１８８の位置を調整するように構成されている。構築液化ポンプ１８４に対する補助液化ポンプ１８８の、好適な上昇オフセット距離及び降下オフセット距離は、支持液化ポンプ３２について上述された距離（すなわち、上昇オフセット距離７４及び下降オフセット距離８０）を含む。
【００５４】
構築動作中において、構築液化ポンプ１８４が構築材料を押し出している（つまり、押出ヘッド１８２が構築状態に配置されている）場合に、支持液化ポンプ１８６及び補助液化ポンプ１８８は、それぞれ、切替機構１９０及び切替機構１９２によって、上昇位置に保持される。堆積動作が完了すると、支持液化ポンプ１８６は下降位置に切替えられて、支持材料を押し出してもよい（つまり、押出ヘッド１８２が支持状態に配置される）。この時点で、補助液化ポンプ１８８は、上昇位置に保持されることが望ましい。支持液化ポンプ１８６及び補助液化ポンプ１８８は、支持液化ポンプ１８６が上昇位置に切替えられ、また、補助液化ポンプ１８８が下降位置に切替えられるように、位置を置換されてもよい。その後、押出ヘッド１８２は第３の状態に配置され、また、補助液化ポンプ１８８が、構築液化ポンプ１８４または支持液化ポンプ１８６に干渉されることなく、第３の材料を押し出し得る。
【００５５】
１つの実施形態では、補助液化ポンプ１８８は、スロット係合機構１５８（図７に示される）と同様に機能するスロット係合機構（図示なし）が用いられて構築液化ポンプ１８４と係合する。そのため、構築液化ポンプ１８４は、スロット係合機構１５０（図６に示される）に対応する横方向のスロット係合機構（図示なし）を備え、支持液化ポンプ１８６と係合してもよい。また、構築液化ポンプ１８４は、スロット係合機構１５８に対応する後方スロット係合機構を備え、補助液化ポンプ１８８と係合してもよい。あるいは、スロット係合機構は、構築液化ポンプ１８４に対して実質的に移動しない様々な構成要素によって、液化ポンプ１８６及び１８８と係合してもよい。
【００５６】
押出ヘッド１８２によって、３Ｄオブジェクト及び３Ｄオブジェクトに対応する支持構造を構築するための追加の材料を押し出す、追加の液化ポンプと切替機構とを用いることが説明される。従って、本発明の押出ヘッドは、複数の液化ポンプと切替機構とを備えてもよく、少なくとも１つの液化ポンプ（例えば、構築液化ポンプ３０及び１８４）が、１つ以上の取付け要素に固定されるのが望ましく、また、残りの液化ポンプ（例えば、支持液化ポンプ３２及び１８６、並びに、補助液化ポンプ１８８）が、切替機構（例えば、切替機構３４、１９０、及び１９２）を用いて保持され及び移動されてもよい。本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の精神及び本発明の範囲を逸脱することなく、形態及び詳細において変更を行い得ることを当業者は認識するであろう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、３次元（３Ｄ）オブジェクトを構築するための、押出による積層堆積システムに関する。具体的には、本発明は、押出による積層堆積システムに用いられる押出ヘッドに関する。
【０００２】
押出による積層堆積システム（例えば、ミネソタ州 エデン プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドによって開発された、溶融堆積モデリングシステム）は、流動性を有する構築材料を押し出して、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから３Ｄオブジェクトを一層毎に構築するのに使用される。構築材料は、押出ヘッドに搭載された押出端部を介して押し出され、ｘ−ｙ平面にて連続した路（ｒｏａｄｓ）として基台上に堆積する。押し出された構築材料は、既に堆積した構築材料と融合し、温度の低下とともに固化する。そして、基台に対する押出ヘッドの位置が、（ｘ−ｙ平面に垂直な）ｚ軸に沿って高くされたのち、その工程が繰り返されて、ＣＡＤモデルに近似した３Ｄオブジェクトが形成される。
【０００３】
基台に対する押出ヘッドの移動は、コンピュータ制御下で、３Ｄオブジェクトを表す構築データに従って実行される。構築データは、まず始めに、３ＤオブジェクトのＣＡＤモデルを、水平にスライスされた複数の層にスライスすることによって得られる。その後、スライスされた各層毎に、ホストコンピュータは、構築材料の路を堆積させるための構築経路を生成して、３Ｄオブジェクトを形成する。
【０００４】
構築材料の層を堆積させて３Ｄオブジェクトを製造する際には、一般的に、構築中のオブジェクトの突出部の下、あるいは、構築中のオブジェクトの空洞内に、支持層または支持構造が構築される。ただし、構築中のオブジェクトの突出部、あるいは、構築中のオブジェクトの空洞は、構築材料自体によって支持されない。支持構造は、構築材料を堆積させる堆積技術と同様の堆積技術を用いて構築されてもよい。ホストコンピュータは、形成されている３Ｄオブジェクトの突出部または自由空間部の支持構造として機能する、付加的な構造を生成する。そして、支持材料は、構築処理中に生成された構造に従って、第２のノズルを介して堆積する。この支持材料は、製造中は構築材料に接着し、構築処理が完了したときに、完成した３Ｄオブジェクトから除去できる。
【０００５】
押出による積層堆積システムの使用においては、一般的にラピッド・マニュファクチャリング（高速製造）と呼ばれる、３Ｄオブジェクトの大量製造を伴い、これは増加傾向にある。同一の３Ｄオブジェクトの大量構築に加え、ラピッド・マニュファクチャリングは、３Ｄオブジェクトの設計を最適化するために、設計変更を要する３Ｄオブジェクトを多数構築するのに用いられ得、設計変更を次々に試験することが可能である。大量に製造されるがゆえに、押出による積層堆積システムの構成要素は、具体的には押出ヘッドは、長期間の使用にわたり、良好な耐久性及び信頼性を有することが求められる。そのため、３Ｄオブジェクトと該３Ｄオブジェクトに対応する支持構造とを構築するための押出ヘッドについても、耐久性及び信頼性の向上が求められてきた。
［概要］
本発明は、押出による積層堆積システムに用いられる押出ヘッドに関する。押出ヘッドは、取付構造と、取付構造に固定された第１の液化ポンプと、第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプと、取付構造に支持された切替機構と、第２の液化ポンプと部分的に接続されたスロット係合アセンブリとを備える。切替機構は、第２の液化ポンプを、第１の液化ポンプに対して相対的に、第１の軸に沿って移動させるよう構成されている。スロット係合アセンブリは、第１の軸に沿って第２の液化ポンプが動作する範囲を定める。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】３Ｄオブジェクト及び支持構造を構築するための、押出による積層堆積システムの正面図である。
【図２Ａ】押出による積層堆積システムの押出ヘッドを示す正面図であって、押出ヘッドが構築状態に配置されている図である。
【図２Ｂ】支持状態に配置された押出ヘッドを示す正面図である。
【図３】構成要素が省略されている、押出ヘッドの正面斜視図である。
【図４】押出ヘッドのトルクアセンブリとリニアベアリングアセンブリとを示す、拡大正面斜視図である。
【図５Ａ−５Ｂ】押出ヘッドの分解正面斜視図である。
【図６】押出ヘッドの支持液化ポンプを示す背面斜視図である。
【図７】押出ヘッドの支持液化ポンプの他の例を示す背面斜視図である。
【図８Ａ】図２Ａにおける領域８Ａの断面図であって、押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構を示した図である。
【図８Ｂ】図２Ｂにおける領域８Ｂの断面図であって、押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構をさらに示した図である。
【図９Ａ】押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構を示す側面図であって、押出ヘッドが構築状態に配置されている図である。
【図９Ｂ】押出ヘッドの支持液化ポンプについてのスロット係合機構を示す側面図であって、押出ヘッドが支持状態に配置されている図である。
【図１０】構成要素が省略されている押出ヘッドの他の例を示す正面斜視図であって、押出ヘッドの他の例が追加の液化ポンプを有している図である。［詳細な説明］ 図１は、システム１０の正面図であり、システム１０は、構築チャンバ１２と、基台１４と、構台１６と、押出ヘッド１８とを備える押出による積層堆積システムである。システム１０のための好適なシステムの例には、ミネソタ州 エデン プレーリーにあるストラタシス，インコーポレイテッドによって開発された、溶融堆積モデリングシステムが含まれる。構築チャンバ１２は、被包された環境を構成し、該環境内において、基台１４と、構台１６と、押出ヘッド１８とを有する。押出ヘッド１８は、３Ｄオブジェクト（３Ｄオブジェクト２０と称する）と該３Ｄオブジェクトに対応する支持構造（支持構造２２と称する）とを構築するためのものである。３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２の幾何学的な形状は単なる例示であることが理解され、また、システム１０は、様々に異なる幾何学的デザインを有する３Ｄオブジェクト及び支持構造を構築するのに好適であることが理解される。
【０００７】
基台１４はプラットフォームであり、このプラットフォームにて３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２が構築される。また、基台１４は、コンピュータ作動のコントローラ（図示なし）から提供される信号に基づいて、鉛直なＺ軸に沿って移動する。構台１６は、ガイドレールシステムであり、このガイドレールシステムは、コンピュータ作動のコントローラから提供される信号に基づいて、水平なｘ−ｙ平面にて、構築チャンバ１２内で押出ヘッド１８を移動させるよう構成されている。水平なｘ−ｙ平面は、ｘ軸及びｙ軸（図１に図示なし）によって規定される平面であって、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、互いに直角をなしている。本明細書で使用されているように、用語「軸」は、空間座標系（例えば、デカルト座標系）の座標軸をさす。
【０００８】
押出ヘッド１８は、２つの端部を有する押出ヘッドであって、基台１４において一層毎に３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２を構築するために、構台１６によって支持されている。以下に説明されるように、押出ヘッド１８は、「構築状態」と「支持状態」との間で切替えられるように構成されている。押出ヘッド１８は、構築状態では３Ｄオブジェクト２０のための構築材料を堆積し、支持状態では支持構造２２のための支持材料を堆積する。好適な実施形態では、構築材料及び支持材料は、それぞれ、連続したフィラメントとして押出ヘッド１８へ供給される。好適なフィラメントの例、及び、システム１０へフィラメントを供給するための好適なアセンブリの例は、スワンソンらによる米国特許第６，９２３，６３４号、及び、コームらによる米国特許第７，１２２，２４６号に開示されている。材料は、本明細書中では、構築材料及び支持材料として説明されているが、押出ヘッド１８での使用に好適な材料としては、押し出し可能ないかなる材料（例えば、熱可塑性プラスチック材料）も含む。
【０００９】
構築動作中において、押出ヘッド１８は、まず構築状態に配置され、ここで、押出ヘッド１８が構築材料を連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積させ、３Ｄオブジェクト２０の層を形成する。３Ｄオブジェクト２０の層が完成した後、押出ヘッド１８は、支持状態へ切替えられ、押出ヘッド１８が支持材料を連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積させ、支持構造２２の層を形成する。支持構造２２の層は、堆積した構築材料および／または支持材料の後続の層を垂直に支持するために用いられ得る。支持構造２２の層が完成した後に、基台１４は一層増える度にｚ軸に沿って低くされ、また、押出ヘッド１８は構築状態へと切替え戻されて、３Ｄオブジェクト２０における後続の層を形成する。このプロセスは、３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２の各層が完成するまで繰り返される。代替の実施形態では、押出ヘッド１８は、まず、支持構造２２の層を形成するために支持状態で位置し、その後、構築状態へと切替えられて、３Ｄオブジェクト２０の層を形成してもよい。
【００１０】
３Ｄオブジェクトと該３Ｄオブジェクトに対応する支持構造（例えば、３Ｄオブジェクト２０及び支持構造２２）が１つであっても、押出ヘッド１８は、構築状態と支持状態との間で何度も切替えられる。ラピッドマニュファクチャリングプロセスで３Ｄオブジェクト及び支持構造を大量に製造する場合には、切替えの回数は倍増する。押出ヘッド１８を切替えるには、押出ヘッド１８の構成要素が機械的に動作することを伴うので、何度も切替えがなされることによって、１つ以上の構成要素に摩耗及びズレが生じる、といった懸念がもたらされ得る。このような摩耗やズレは、結果として生じる３Ｄオブジェクト及び支持構造の品質及び精度を低減させ得る。しかしながら、以下に説明されるように、押出ヘッド１８は、摩耗及びズレが生じる恐れを低減させるために、予防手段を有する。それによって、長時間にわたって使用される構築動作（例えば、ラピッドマニュファクチャリングプロセス）においても、押出ヘッド１８を用いることが可能である。
【００１１】
図２Ａ及び図２Ｂは、押出ヘッド１８（外側のケーシング及び冷却空気ラインは省略されている）の正面図であって、押出ヘッド１８は、図２Ａでは構築状態にて配置され、図２Ｂでは支持状態にて配置されている。図２Ａに示されるように、押出ヘッド１８は、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８と、構築液化ポンプ３０と、支持液化ポンプ３２と、切替機構３４とを備える。回路基板ブラケット２４は、第１の取付構造であり、その第１の取付構造はコンピュータ作動のコントローラ（図示なし）と連絡するための、押出ヘッド１８の回路基板（図示なし）を有する。モータブラケット２６は、第２の取付構造であり、その第２の取付構造は、天井部２６ａと、壁部２６ｂと、床部２６ｃとを有する。天井部２６ａと床部２６ｃとは略平行であって、それぞれ壁部２６ｂの対向する端部に接続されている。壁部２６ｂは、回路基板ブラケット２４にボルト３６で固定されており、それによって、天井部２６ａ及び床部２６ｃは、切替機構３４を保持することができる。
【００１２】
スパナブロック２８は、第３の取付構造であり、その第３の取付構造は、後方向きのボルト（図示なし）によって回路基板ブラケット２４に固定され、また、ネジ３８によって構台１６（図１に示される）に固定されている。ネジ３８は、押出ヘッド１８が取り外された場合にネジ３８が外れ落ちることがないように、係留されていることが望ましい。また、ネジ３８は、高加速度で移動中に、構築液化ポンプ３０及び支持液化ポンプ３２の変位を低減するために、押出ヘッド１８の重心に沿って配置されることが望ましい。スパナブロック２８は、また、ボルト４０によってモータブラケット２６の床部２６ｃに固定されている。構築動作中に、押出ヘッド１８が構築チャンバ１２（図１に示される）を移動している間において、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８との間の相対移動を防止するために、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８とが互いに強固に固定されていることが望ましい。
【００１３】
構築液化ポンプ３０は、スパナブロック２８に固定された液化ポンプであり、構築材料供給源（図示なし）から構築材料（図示なし）のフィラメントを押し出すためのものである。構築液化ポンプ３０は、ベースブロック４２と、フィラメント入口４４と、フィラメント検出スイッチ４６と、モータ４８と、駆動輪アセンブリ５０と、液化機５２と、構築端部５４とを備える。ベースブロック４２は、液化ポンプ３０の一部であり、スパナブロック２８に固定されている。そのため、構築液化ポンプ３０とスパナブロック２８との間の相対移動が妨げられる。フィラメント入口４４は、ベースブロック４２によって支持されており、構築材料フィラメントを押出ヘッド１８へ提供するフィラメント供給ライン（図示なし）の接続点である。フィラメント検出スイッチ４６もまた、ベースブロック４２によって支持されている。フィラメント検出スイッチ４６は、構築材料フィラメントが構築液化ポンプ３０に到達したことを検出するための手段を提供する。また、フィラメント検出スイッチ４６は、構築液化ポンプ３０を取り外した場合における構築材料フィラメントの損失分を検出し得る。
【００１４】
モータ４８は、駆動輪アセンブリ５０を作動させるためにベースブロック４２に固定された駆動モータ（例えば、サーボモータ）である。駆動輪アセンブリ５０は、ベースブロック４２に取り付けられた、車輪と、ギアと、導管とのアセンブリである。フィラメント入口４４から液化機５２へ構築材料フィラメントの後続部分を供給するために、駆動輪アセンブリ５０は、モータ４８によって動力を与えられる。モータ４８及び駆動輪アセンブリ５０の好適な構成の例は、ラボシエールらによる米国特許出願公開公報第２００７／０００３６５６号に開示されている。液化機５２は、受け取った構築材料フィラメントを溶融させる加熱ブロックであって、それによって、溶融した構築材料が構築端部５４へと流れる。構築端部５４は、ｚ軸に沿って配列された押出端部であって、溶融した構築材料を押し出して、３Ｄオブジェクト２０（図１に示される）の層を形成する。
【００１５】
支持液化ポンプ３２は、切替機構３４により変換される液化ポンプであって、支持材料供給源（図示なし）から支持材料のフィラメント（図示なし）を押し出すためのものである。支持液化ポンプ３２は、ベースブロック５６と、フィラメント入口５８と、フィラメント検出スイッチ６０と、モータ６２と、駆動輪アセンブリ６４と、液化機６６と、構築端部６８とを備える。ベースブロック５６は、支持液化ポンプ３２の一部であり、切替機構３４により移動可能に支持されている。フィラメント入口５８は、ベースブロック５６によって支持されており、支持材料フィラメントを押出ヘッド１８へ提供するフィラメント供給ライン（図示なし）の接続点である。フィラメント検出スイッチ６０もまた、ベースブロック５６によって支持されている。また、フィラメント検出スイッチ６０は、支持材料フィラメントが支持液化ポンプ３２に到達したことを検出するため、及び、支持液化ポンプ３２を取り外した場合の支持材料フィラメントの損失分を検出するために、フィラメント検出スイッチ４６と同様に機能する。
【００１６】
モータ６２は、駆動輪アセンブリ６４を作動させるために、ベースブロック５６に固定された駆動モータ（例えば、サーボモータ）である。駆動輪アセンブリ６４は、ベースブロック５６に取り付けられた、車輪と、ギアと、導管とのアセンブリである。フィラメント入口５８から液化機６６へ支持材料フィラメントの後続部分を供給するために、駆動輪アセンブリ６４はモータ６２によって動力を与えられる。モータ６２及び駆動輪アセンブリ６４の好適な構成の例は、モータ４８及び駆動輪アセンブリ５０に関して既に説明された例を含む。液化機６６は、液化機５２と類似した熱変換ブロックであって、受け取った支持材料フィラメントを溶融させる。それによって、溶融した支持材料が支持端部６８へと流れる。支持端部６８は、ｚ軸に沿って配列された押出端部であって、溶融した支持材料を押し出して、支持構造２２（図１に示される）の層を形成する。
【００１７】
切替機構３４は、支持液化ポンプ３２の位置をｚ軸に沿って調整するよう構成された機構であって、トグルモータ７０とトルクアセンブリ７２とを有する。トグルモータ７０は、トルクアセンブリ７２に回転力を付与するよう構成されたモータ（例えば、直流（ＤＣ）モータ）であって、モータブラケット２６の天井部２６ａに固定されている。トルクアセンブリ７２は、モータブラケット２６の床部２６ｃに保持されており、トグルモータ７０と支持液化ポンプ３２とを連結する。これにより、トグルモータ７０の回転力によって、支持液化ポンプ３２の位置がｚ軸に沿って調整可能となる。
【００１８】
３Ｄオブジェクト２０の層を形成する構築動作中において、押出ヘッド１８は構築状態に配置されており、この場合、切替機構３４が支持液化ポンプ３２を上昇位置にて保持する（図２Ａに示される）。上昇位置において、支持端部６８は、上昇オフセット距離７４の分だけ、ｚ軸に沿って構築端部５４より高い位置に位置する。上昇オフセット距離７４の好適な距離の例は、少なくとも約１．０ミリメートルの距離を含み、とりわけ好適な距離は約１．３ミリメートルから約３．０ミリメートルの範囲であって、さらにとりわけ好適な距離は約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルの範囲である。上昇オフセット距離７４があることによって、構築液化ポンプ３０は、支持端部６８の干渉無く、構築材料の路（ｒｏａｄｓ）を押し出して３Ｄオブジェクト２０の層を形成することができる。さらには、上昇オフセット距離７４があることによって、支持材料が３Ｄオブジェクト２０に混入される恐れが低減される。押出ヘッド１８が構築状態に配置されている間に、支持材料の残存量が支持液化ポンプ３２から浸出する可能性があるが、支持端部６８を上昇オフセット距離７４の分だけ構築端部５４より高く位置させることで、残存する支持材料が形成中の３Ｄオブジェクト２０の層と接触する恐れが低減される。
【００１９】
押出ヘッド１８が構築状態に配置されている間は、モータ４８及び駆動輪アセンブリ５０は、構築材料フィラメントの後続部分を液化機５２に供給する。液化機５２には温度勾配が存在し、この温度勾配によって、構築材料フィラメントは液化機５２を通過する間に溶融する。液化機５２の温度勾配は、使用される構築材料によって異なり得るが、構築材料フィラメントの未溶融部分が、溶融した部分を液化機５２及び構築端部５４から押し出すピストンとして機能し得るような温度勾配が好ましい。上述のように、押し出された構築材料は、連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積して、３Ｄオブジェクト２０の層を形成する。
【００２０】
３Ｄオブジェクト２０の所定の積層が完了するとモータ４８が停止し、それによって構築液化ポンプ３０を通過する押出し処理が停止する。そして、トグルモータ７０は、回転矢印７６の方向にトルクアセンブリ７２を回転させる。トルクアセンブリ７２が回転矢印７６の方向に回転することで、支持液化ポンプ３２は、その支持液化ポンプ３２が下降位置に到達するまで、ｚ軸に沿って下方向へ移動する（矢印７８で示される）。支持液化ポンプ３２が下降位置に到達すると、トグルモータ７０が、回転矢印７６の方向に、低量から中程度の量の回転力をトルクアセンブリ７２に付与し続けて、支持液化ポンプ３２が下降位置に保持されることが好ましい。これによって、以下に説明されるように、押出ヘッド１８を、構築チャンバ１２（図１に示される）にて支持状態で移動させる間において、支持液化ポンプ３２は、構築液化ポンプ３０に対して水平または垂直に移動することがない。
【００２１】
図２Ｂは、支持状態にて配置されている押出ヘッド１８を示しており、この場合、切替機構３４が支持液化ポンプ３２を下降位置にて保持する。下降位置において、支持端部６８は、下降オフセット距離８０の分だけ、ｚ軸に沿って構築端部５４より低い位置に位置する。下降オフセット距離８０の好適な距離の例は、少なくとも約１．０ミリメートルの距離を含み、とりわけ好適な距離は約１．３ミリメートルから約３．０ミリメートルの範囲であって、さらにとりわけ好適な距離は約１．５ミリメートルから約２．０ミリメートルの範囲である。下降オフセット距離８０があることによって、支持液化ポンプ３２は、構築端部５４の干渉を受けること無く、支持材料の路（ｒｏａｄｓ）を押し出して支持構造２２（図１に示される）を形成することができる。さらには、上昇オフセット距離７４（図２Ａに示される）に関する上記説明と同じように、下降オフセット距離８０があることによって、構築材料が支持構造２２に混入する恐れが低減される。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂに示される実施形態では、支持液化ポンプ３２は、上昇位置（図２Ａに示される）及び下降位置（図２Ｂに示される）の両方の位置においてｚ軸に沿って延在する。具体的には、支持液化ポンプ３２が上昇位置にある場合及び下降位置にある場合の両場合において、支持端部６８はｚ軸に沿って延出する。そのため、本実施形態では、支持液化ポンプ３２は予めz軸に沿って配置されており、上昇位置から下降位置へと移動した後に、支持材料の押し出しを開始するために、支持液化ポンプ３２を再調整する必要はない。これによって、構築動作中に必要とされる時間が短縮される。
【００２３】
押出ヘッド１８が支持状態にて配置されている間は、モータ６２によって、駆動輪アセンブリ６４は、支持材料フィラメントの後続部分を液化機６６に供給する。液化機６６には温度勾配が存在し、この温度勾配によって、支持材料フィラメントは液化機６６を通過する間に溶融する。液化機６６の温度勾配は、使用される支持材料によって異なり得るが、支持材料フィラメントの未溶融部分が、溶融した部分を液化機６６及び構築端部６８から押し出すピストンとして機能し得るような温度勾配が好ましい。押し出された支持材料は、連続した路（ｒｏａｄｓ）として堆積して、支持構造２２の層を形成する。
【００２４】
支持構造２２の所定の積層が完了するとモータ６２が停止し、それによって支持液化ポンプ３２を通過する押出し処理が停止する。そして、トグルモータ７０は、回転矢印８２の方向にトルクアセンブリ７２を回転させる。回転矢印８２の方向は、回転矢印７６（図２Ａに示される）の方向とは反対の回転方向である。トルクアセンブリ７２が回転矢印８２の方向に回転することで、支持液化ポンプ３２は、その支持液化ポンプ３２が上昇位置に到達するまで、ｚ軸に沿って上方向へ移動する（矢印８４で示される）。支持液化ポンプ３２が上昇位置に到達すると、トグルモータ７０が、回転矢印８２の方向に、低量から中程度の量の回転力をトルクアセンブリ７２に付与し続けて、支持液化ポンプ３２が上昇位置に保持されることが好ましい。これによって、押出ヘッド１８を構築チャンバ１２（図１に示される）にて構築状態で移動させる間において、支持液化ポンプ３２は、構築液化ポンプ３０に対して水平または垂直に移動することがない。
【００２５】
代替の実施形態では、トルクアセンブリ７２を上述の回転とは逆に回転させて、支持液化ポンプ３２を上昇及び下降させる。本実施形態では、トルクアセンブリ７２が回転矢印８２の方向に回転した場合に、支持液化ポンプ３２は、矢印７８の方向（図２Ａに示される）にｚ軸に沿って下降する。また、トルクアセンブリ７２が回転矢印７６の方向に回転した場合に、支持液化ポンプ３２は矢印８４の方向にｚ軸に沿って上昇する。もう１つの代替の実施形態では、構築液化ポンプ３０が切替機構３４を介してｚ軸に沿って調整可能であって、支持液化ポンプ３２がスパナブロック２８に固定されるように、構築液化ポンプ３０が支持液化ポンプ３２と置換される。
【００２６】
図３は、押出ヘッド１８の正面斜視図であって、本図では、回路基板ブラケット２４と、モータブラケット２６と、スパナブロック２８と、フィラメント入口４４及び５８と、フィラメント検出スイッチ４６及び６０とは、説明の簡略化のために省略されている。すなわち、図３は、構築液化ポンプ３０と、支持液化ポンプ３２と、切替機構３４とを図示しており、支持液化ポンプ３２は下降位置にある（つまり、押出ヘッド１８は支持状態にある）。図示されるように、切替機構３４は、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６に固定された、リニアベアリングアセンブリ８６をさらに備える。リニアベアリングアセンブリ８６は、切替機構３４が支持液化ポンプ３２をｚ軸に沿って上昇及び下降させる間において、支持液化ポンプ３２をガイドするために、スパナブロック２８（図２Ａ及び図２Ｂに図示される）によって保持される。このため、支持液化ポンプ３２がｚ軸に沿って上昇及び下降している間において、支持液化ポンプ３２がｘ−ｙ平面において横方向に移動することが低減される。
【００２７】
図４は、トルクアセンブリ７２及びリニアベアリングアセンブリ８６の拡大正面斜視図である。図示されるように、トルクアセンブリ７２は、上部８８と、中央部９０と、下部９２とを有する。上部８８は、モータ軸９４と、連結ピン９６と、連結部９８とを有する。モータ軸９４は、トグルモータ７０から延出しており、トグルモータ７０から回転力を受ける、トルクアセンブリ７２の一部である。連結ピン９６は、その連結ピン９６がモータ軸９４の長手方向軸に対して直角をなして延出するようにモータ軸９４に固定されている。このため、モータ軸９４の回転に伴って、連結ピン９６をｘ−ｙ平面にて回転させることが可能である。
【００２８】
連結部９８は、トグルモータ７０及びモータ軸９４の下方に延在する。連結部９８は一対の通路１００を有しており、連結ピン９６は、連結部９８を回転させるために通路１００を通って延出している。図示された実施形態では、通路１００は、連結ピン９６の半径寸法よりも、大きな寸法を有する。それゆえ、連結ピン９６は通路１００内に動かないように固定されているわけではなく、ｘ−ｙ平面におけるいずれの回転方向においてもわずかな距離を自由に回転し得るし、また、ｚ軸に沿って垂直に移動し得る。これにより、連結ピン９６の回転を制限しかねない、連結ピン９６の通路１００における摩擦拘束が妨げられる。しかしながら、連結ピン９６がいずれの回転方向にも十分に距離を有して回転する場合には、連結ピン９６は通路１００の鉛直な壁部と接触し、それゆえ、連結ピン９６が連結部９８を回転させることができる。上述のように、支持液化ポンプ３２が、上昇位置または下降位置に配置されている間は、トグルモータ７０は、低量から中程度の量の回転力をトルクアセンブリ７２に付与し続けることが望ましい。回転力が付与されることによって、連結ピン９６は通路１００の鉛直な壁部の１つと接触し続けるため、トルクアセンブリ７２が反対の回転方向に回転しない。
【００２９】
トルクアセンブリ７２の中央部９０は、上方変位アセンブリ１０２と、軸受１０４と、下方変位アセンブリ１０６と、軸ボルト１０８とを有する。上方変位アセンブリ１０２及び下方変位アセンブリ１０６は、付勢アセンブリであり、支持液化ポンプ３２（図３に示される）が上昇位置及び下降位置に達した場合に、それぞれ、トグルモータ７０の回転力を圧縮及び吸収する。以下に説明されるように、これによって、支持液化ポンプ３２が上昇位置及び下降位置に達した場合に加わる衝撃荷重が低減される。軸受１０４は、上方変位アセンブリ１０２と下方変位アセンブリ１０６との間に配置され、トルクアセンブリ７２のラジアル・スラスト荷重を受ける。軸ボルト１０８は、連結部９８と下部９２とを内部接続し、上方変位アセンブリ１０２と、軸受１０４と、下方変位アセンブリ１０６との間を支持する。
【００３０】
トルクアセンブリ７２の下部９２は、ネジ軸１１０と保持ナット１１２とを有する。ネジ軸１１０は、長手方向にネジ切りされたアクチュエータ（例えば、アクメスクリュー）であって、このアクチュエータは、軸ボルト１０８に固定された第１の端部と、保持ナット１１２にネジにより係合された第２の端部とを有する。保持ナット１１２は、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６に固定されており、ネジ軸１１０に対して相補的なネジ溝を有している。ネジ軸１１０と保持ナット１１２とがネジにより係合されることによって、ネジ軸１１０の回転運動が、ｚ軸に沿った保持ナット１１２の鉛直運動に変換される。保持ナット１１２の鉛直運動に伴って、支持液化ポンプ３２は上昇位置と下降位置との間で移動する。
【００３１】
さらに、図４に示されるように、リニアベアリングアセンブリ８６は、軸受シャフト１１４と、リニア軸受１１６と、スペーサ１１８と、リニア軸受１２０とを有する。軸受シャフト１１４は、ベースブロック５６の一端に固定された長手方向の軸であって、ｚ軸に沿ってトルクアセンブリ７２に隣接して延在する。リニア軸受１１６及びリニア軸受１２０は、軸方向に沿って軸受シャフト１１４に配設されている。また、リニア軸受１１６及びリニア軸受１２０は、スペーサ１１８によって隔てられている。上述のように、リニアベアリングアセンブリ８６は、支持液化ポンプ３２が上昇位置と下降位置との間で調整される場合に、支持液化ポンプ３２の動作をｚ軸に沿ってガイドする。
【００３２】
図５Ａ及び図５Ｂは、押出ヘッド１８の分解斜視図であって、切替機構３４の構成要素と組立てとをさらに示す。図５Ａに示されるように、モータブラケット２６の天井部２６ａは開口１２２を、モータブラケット２６の床部２６ｃは開口１２４を、それぞれ有しており、これら開口１２２及び開口１２４を通って、トルクアセンブリ７２が貫通する。トグルモータ７０は、ボルト１２６で天井部２６ａに固定されているため、トグルモータ７０はｚ軸に沿って開口１２２の上方に位置される。モータ軸９４が、開口１２２を通って挿入されて連結ピン９６が連結部９８と係合し、連結部９８は天井部２６ａと床部２６ｃとの間に位置する。軸ボルト１０８は、開口１２４で床部２６ｃを通って挿入され、それによって、上方変位アセンブリ１０２と、軸受１０４と、下方変位アセンブリ１０６とが、開口１２４内に位置する。上述のように、ネジ軸１１０は軸ボルト１０８に固定されている。それゆえ、ネジ軸１１０は、ｚ軸に沿って床部２６ｃの開口１２４の下方に延在する。
【００３３】
上方変位アセンブリ１０２は、スペーサ１３２とスペーサ１３４との間に配置された、偏向板１２８及び１３０を有する。偏向板１２８及び１３０は、付勢要素（例えば、ベレビレ（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）ワッシャ）であって、支持液化ポンプ３２（図３に示される）が下降位置に達した場合に加わる衝撃荷重を低減する。これによって、下降位置に達した場合に支持液化ポンプ３２に加わる応力の量が低減される。
【００３４】
下方変位アセンブリ１０６は、クリップ１３６と、偏向板１３８及び１４０とを有する。クリップ１３６は、軸受１０４を開口１２４で床部２６ｃに固定するための保持クリップである。偏向板１３８及び１４０は、付勢要素（例えば、ベレビレ（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）ワッシャ）であって、支持液化ポンプ３２（図３に示される）が上昇位置に達した場合に加わる衝撃荷重を低減する。これによって、上昇位置に達した場合に支持液化ポンプ３２に加わる応力の量が低減される。
【００３５】
図５Ｂに示されるように、スパナブロック２８は、ボルト孔１４２と、シャフト開口１４４と、軸受開口１４６とを有する。構築液化ポンプ３０のベースブロック４２は、ボルト１４８でスパナブロック２８に固定されており、ボルト１４８は、ボルト孔１４２を通って延在する。上述のように、このように固定されていることにより、構築液化３０とスパナブロック２８との間の相対的な移動が妨げられる。シャフト開口１４４は、ｚ軸に沿ってスパナブロック２８を貫通するクリアランスホールであり、ネジ軸１１０が保持ナット１１２と係合するために貫通する通路を提供する。軸受開口１４６は、精密ドリルで切削された穴であり、ｚ軸に沿ってスパナブロック２８を貫通している。軸受開口１４６は、支持液化ポンプ３２が上昇位置と下降位置との間を移動する場合に支持液化ポンプ３２をガイドするためにリニアベアリングアセンブリ８６が圧入される通路を提供する。リニアベアリングアセンブリ８６と軸受開口１４６との間の圧入による干渉は、リニアベアリングアセンブリ８６が摩擦に勝るのに高すぎず、かつ、支持液化ポンプ３２が、支持材料を押し出す間ｘ−ｙ平面で移動しないように調整されることが望ましい。
【００３６】
図５Ｂにさらに示されるように、押出ヘッド１８は、スロット係合機構１５０をさらに備え、スロット係合機構１５０は垂直スロット１５２を有する。垂直スロット１５２は、ベースブロック４２に設けられたスロットであって、支持液化ポンプ３２がｚ軸に沿って上昇位置と下降位置との間で移動する範囲を規定する。以下に説明されるように、垂直スロット１５２の寸法によって、支持液化ポンプ３２が低減した量の摩擦抵抗で上昇及び下降することを可能としつつ、支持液化ポンプ３２が上昇位置及び下降位置に配置された場合に、支持液化ポンプ３２を構築液化ポンプ３０にしっかりと保持することが可能である。
【００３７】
図６は、支持液化ポンプ３２の背面斜視図であって、スロット係合機構１５０をさらに示す。図示されているように、スロット係合機構１５０は、さらに、ピン穴１５４と水平ピン１５６とを有する。ピン穴１５４は、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６においてｘ軸に沿って延在する穴である。水平ピン１５６は、ピン穴１５４に固定される係合部材であって、水平ピン１５６の一部分が、ｘ軸に沿ってピン穴１５４を貫通して延出するように固定される。構築液化ポンプ３０（図５Ｂに示される）と支持液化ポンプ３２とが、スパナブロック２８（図５Ｂに示される）に取り付けられる場合に、水平ピン１５６は、ベースブロック４２（図５Ｂに示される）の垂直スロット１５２に配置される。従って、垂直スロット１５２内におけるｚ軸に沿った水平ピン１５６の移動によって、上昇位置と下降位置との間における支持液化ポンプ３２の動作の範囲が規定される。
【００３８】
１つの代替実施形態においては、垂直スロット１５２及び水平ピン１５６の位置は、置換されている。本実施形態では、構築液化ポンプ３０（図５Ｂに示される）のベースブロック４２がピン穴１５４と水平ピン１５６とを有しており、支持液化ポンプ３２のベースブロック５６が垂直スロット１５２を有する。また、スロット係合機構１５０は、水平ピン１５６を用いる使用状態にて開示されているが、スロット係合機構１５０は、様々な異なる形状の係合部材で代用されてもよく、そのような係合部材は、垂直スロット１５２と係合して、上昇位置と下降位置との間における支持液化ポンプ３２が動作する範囲を規定するよう構成されている係合部材である。
【００３９】
図７は、支持液化ポンプ３２の背面斜視図であって、スロット係合機構１５８を図示する。スロット係合機構１５８は、スロット係合機構１５０（図６に示される）の代替実施形態である。図７に示されるように、スロット係合機構１５８は、ピン穴１６０と水平ピン１６２とを有する。ピン穴１６０は、液化ポンプ３２の背面（背面１６３と称される）からｙ軸に沿って延在する穴である。水平ピン１６２は、ピン穴１６０に固定される細長のピンであって、その水平ピン１６２の一部分がｙ軸に沿ってピン穴１６０を貫通して延出するように固定される。本実施形態では、垂直スロット１５２（図５Ｂに示される）と類似の垂直スロットが、構成要素（図示なし）に配置されている。この構成要素はスパナブロック２８（図５Ｂに示される）と構築液化ポンプ３０とに対して移動することがないが、背面１６３に対向している。それゆえ、水平ピン１６２は、支持液化ポンプ３２の後方で垂直スロットに配置されて、支持液化ポンプ３２の動作する範囲が上昇位置と下降位置との間に規定される。従って、本発明によれば、スロット係合機構（例えば、スロット係合機構１５０及びスロット係合機構１５８）は、構築液化ポンプ３０に対して実質的に移動しない様々な構成要素によって支持液化ポンプ３２と係合され得る。
【００４０】
図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、図２Ａにおける領域８Ａ及び図２Ｂにおける領域８Ｂの断面図であり、スロット係合機構１５０をさらに示す。図８Ａに示されるように、垂直スロット１５２は、上部境界１６４と底部境界１６６とを有しており、上部境界１６４及び底部境界１６６は、ｚ軸に沿った水平ピン１５６の停止位置を提供する。支持液化ポンプ３２を上昇位置に移動させるための切替え操作中において、トグルモータ７０は回転矢印８２（図２Ｂに示される）の方向においてトグルアセンブリ７２に回転力を付与する。上述のように、回転力が付与されることによって、ネジ軸１１０を含むトグルアセンブリ７２の構成要素が回転する。ネジ軸１１０と保持ナット１１２とがねじで係合されていることにより、ネジ軸１１０の回転運動が、保持ナット１１２の鉛直運動に変換される。このため、保持ナット１１２と、ベースブロック５６と、水平ピン１５６と、支持液化ポンプ３２の残りの構成要素とが、矢印８４（図２Ｂに示される）の方向に上昇する。
【００４１】
ネジ軸１１０が回転し続けることによって、水平ピン１５６が上部境界１６４と接触するまで、支持液化ポンプ３２が上昇する。この時点で、支持液化ポンプ３２は、上昇位置に到達しており、押出ヘッド１８は構築状態にある。上部境界１６４があることによって、トグルモータ７０から出力される力にかかわらず、支持液化ポンプ３２は、上昇位置よりも高い位置へ移動することが防止される。上述のように、トグルモータ７０から過剰に付与された回転力は、偏向板１２８及び１３０（図５Ａに示される）によって吸収される。
【００４２】
図８Ｂは、支持液化ポンプ３２が下降位置に配置されている、スロット係合機構１５０を示す。支持液化ポンプ３２を上昇位置から下降位置に切り替える場合に、トグルモータ７０は、回転矢印７６（図２Ａに示される）の方向においてトグルアセンブリ７２に回転力を付与する。回転力が付与されることによって、ネジ軸１１０を含むトグルアセンブリ７２の構成要素が回転し、この回転方向は、保持ナット１１２と、ベースブロック５６と、水平ピン１５６と、支持液化ポンプ３２の残りの構成要素とが、矢印７８（図２Ａに示される）の方向に下降するのと同じ方向である。
【００４３】
ネジ軸１１０が回転し続けることによって、水平ピン１５６が底部境界１６６と接触するまで、支持液化ポンプ３２が下降する。この時点で、支持液化ポンプ３２は、下降位置に到達しており、押出ヘッド１８は支持状態にある。底部境界１６６があることによって、トグルモータ７０から出力される力にかかわらず、支持液化ポンプ３２が下降位置よりも低い位置へ移動することが防止される。上述のように、トグルモータ７０から過剰に付与された下向きの力は、偏向板１３８及び１４０（図５Ａに示される）によって吸収される。
【００４４】
図９Ａ及び図９Ｂは、スロット係合機構１５０の側面図であって、垂直スロット１５２と水平ピン１５６（断面図で示された水平ピン１５６）とを示す。図９Ａに示されるように、水平ピン１５６は、垂直スロット１５２の上部境界１６４に配置されており、これは上昇位置にある支持液化ポンプ３２の位置に対応する。垂直スロット１５２は、さらに、左側境界１６８と右側境界１７０とを有しており、左側境界１６８と右側境界１７０とは、垂直スロット１５２における対向している垂直な壁である。左側境界１６８と右側境界１７０とは、ｙ軸に沿って横方向オフセット距離１７２の分だけ離間しており、横方向オフセット距離１７２は、ｙ軸に沿った左側境界１６８と右側境界１７０との間の平均の距離である。
【００４５】
横方向オフセット距離１７２は、水平ピン１５６の寸法よりも大きいことが望ましく、それによって、水平ピン１５６が上昇位置と下降位置との間でz軸に沿って移動する場合に、垂直スロット１５２と水平ピン１５６との摩擦抵抗が低減される。横方向オフセット距離１７２の好適な距離の例は、水平ピン１５６の寸法の１００％より大きい距離を含み、とりわけ好適な距離は、水平ピン１５６の寸法の１００％を越え、水平ピン１５６の寸法の約１２０％までの範囲にある距離であって、さらにとりわけ好適な距離は、水平ピン１５６の寸法の約１０５％から水平ピン１５６の寸法の約１１０％までの範囲にある距離である。
【００４６】
左側境界１６８及び右側境界１７０は、収束壁部１７４及び１７６を有する上部境界１６４に向かって収束しているので、上部境界１６４では、逆Ｖ字型の形状を形成している。そのため、水平ピン１５６がｚ軸に沿って上方へ移動する場合に、水平ピン１５６が収束壁部１７４及び１７６に接触するため、水平ピン１５６がさらに上方へ移動することが妨げられる。図９Ａに示される実施形態において、収束壁部１７４及び１７６は、互いに直角をなして配置され、その直角の頂点は上部境界１６４に位置する。このような配置構成によって、水平ピン１５６が収束壁部１７４及び１７６に接触した場合に、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動するのが防止されつつ、一方では、望ましくはｚ軸方向に沿った水平ピン１５６との摩擦抵抗が最小限に抑えられる。
【００４７】
上述のように、支持液化ポンプ３２が上昇位置に達した場合には、トグルモータ７０（図２Ａ及び図２Ｂに示される）が、中程度の回転力をトルクアセンブリ７２（図２Ａ及び図２Ｂに示される）に付与し続けて、支持液化ポンプ３２を上昇位置において保持することが好ましい。この回転力は、水平ピン１５６を上方向に引き上げ続け、これによって、水平ピン１５６と、収束壁部１７４及び１７６との接触が維持される。従って、収束壁部１７４及び１７６は、支持液化ポンプ３２が上昇位置に維持されている間において、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動するのを物理的に妨げる。これによって、望ましくは、支持液化ポンプ３２の横方向への移動が低減される。構築動作中、押出ヘッド１８は急速な前後移動によってｘ−ｙ平面を移動し、これによって、押出ヘッド１８の構成要素が振動する。スロット係合機構１５０を用いて支持液化ポンプ３２の横方向への移動が低減されることで、支持液化ポンプ３２がズレてしまう恐れが低減される。
【００４８】
図９Ｂに示されるように、水平ピン１５６は、垂直スロット１５２の底部境界１６６に配置されており、これは下降位置にある支持液化ポンプ３２の位置に対応している。左側境界１６８及び右側境界１７０もまた、収束壁部１７８及び１８０を有する底部境界１６６に向かって収束しているので、底部境界１６６では、Ｖ字型の形状を形成している。そのため、水平ピン１５６がｚ軸に沿って下方へ移動する場合に、水平ピン１５６が収束壁部１７８及び１８０に接触するため、水平ピン１５６がさらに下方へ移動することが妨げられる。図９Ｂに示される実施形態において、収束壁部１７８及び１８０は、互いに直角をなして配置され、その直角の頂点は底部境界１６６に位置する。このような配置構成によって、水平ピン１５６が収束壁部１７８及び１８０に接触した場合に、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動するのが防止されつつ、一方では、望ましくは、ｚ軸方向に沿った水平ピン１５６との摩擦抵抗が最小限に抑えられる。
【００４９】
上述のように、支持液化ポンプ３２が下降位置に達した場合には、トグルモータ７０（図２Ａ及び図２Ｂに示される）は、中程度の回転力をトルクアセンブリ７２（図２Ａ及び図２Ｂに示される）に付与し続けて、支持液化ポンプ３２を下降位置において保持することが好ましい。この回転力は、水平ピン１５６を下方向に押し下げ続け、これによって、水平ピン１５６と、収束壁部１７８及び１８０との接触が維持される。従って、収束壁部１７８及び１８０によれば、収束壁部１７４及び１７６について上述されたのと同様にして、水平ピン１５６がｙ軸に沿って横方向に移動することが物理的に防止される。それゆえ、支持液化ポンプ３２がズレてしまう恐れがさらに低減される。
【００５０】
スロット係合機構１５０は、また、切替機構３４の１つ以上の構成要素が摩耗することに起因したズレが生じる恐れを低減させる。例えば、ネジ軸１１０と保持ナット１１２とのネジによる係合が長期間にわたる使用により摩滅した場合に、回転運動から鉛直運動への変換が減少する（悪化する）。しかしながら、支持液化ポンプ３２を上昇或いは下降させる場合に、トグルモータ７０は回転力を付与し続けるので、水平ピン１５６は、上昇し続け或いは降下し続けて、それぞれ、上部境界１６４及び底部境界１６６に到達する。それゆえ、切替機構３４は、構成要素の摩滅を補償することができ、トグルモータ７０を開ループの処理制御装置によって制御することが可能となる。従って、３Ｄオブジェクト及び３Ｄオブジェクトに対応する支持構造を構築するための構築状態と支持状態とで、押出ヘッド１８が切替え可能となるための良好な耐久性及び信頼性が、切替機構３４によって提供される。
【００５１】
図１０は、押出ヘッド１８（図１から図３に示される）の代替実施形態である、押出ヘッド１８２を示す正面斜視図である。押出ヘッド１８２は、追加の液化ポンプと切替機構とを備える。図１０に示されるように、押出ヘッド１８２は、構築液化ポンプ１８４と、支持液化ポンプ１８６と、補助液化ポンプ１８８と、切替機構１９０と、切替機構１９２とを備える。押出ヘッド１８２は、外側のケーシングと、冷却空気ラインと、回路基板ブラケットと、モータブラケットと、スパナブロックと、各液化ポンプに対するフィラメント入口と、各液化ポンプに対するフィラメント検出スイッチ（図示なし）とを備える。図１０に示される実施形態において、構築液化ポンプ１８４と、支持液化ポンプ１８６と、切替機構１９０とは、構築液化ポンプ３０と、支持液化ポンプ３２と、切替機構３４とについて上述したのと同様に機能する。
【００５２】
補助液化ポンプ１８８及び切替機構１９２は、押出ヘッド１８２の移動可能な追加の液化ポンプを提供する。補助液化ポンプ１８８は、第３の材料を押し出すためのものであって、支持液化ポンプ３２と同様に機能する。第３の材料は、様々な押し出し可能な構築材料及び支持材料であってよく、例えば、異なった色の材料、異なった材料組成、またそれらの組み合わせからなる材料である。さらに、補助液化ポンプ１８８は、構築液化ポンプ１８４及び支持液化ポンプ１８６とは異なる流速で第３の材料を押し出すために、異なる先端の寸法を採用しても良い。
【００５３】
切替機構１９２は、回路基板ブラケットと、モータブラケットと、スパナブロックとに、固定されたおよび／または係合された機構である。切替機構１９２は、切替機構３４と同様にして、ｚ軸に沿って補助液化ポンプ１８８の位置を調整するように構成されている。構築液化ポンプ１８４に対する補助液化ポンプ１８８の、好適な上昇オフセット距離及び降下オフセット距離は、支持液化ポンプ３２について上述された距離（すなわち、上昇オフセット距離７４及び下降オフセット距離８０）を含む。
【００５４】
構築動作中において、構築液化ポンプ１８４が構築材料を押し出している（つまり、押出ヘッド１８２が構築状態に配置されている）場合に、支持液化ポンプ１８６及び補助液化ポンプ１８８は、それぞれ、切替機構１９０及び切替機構１９２によって、上昇位置に保持される。堆積動作が完了すると、支持液化ポンプ１８６は下降位置に切替えられて、支持材料を押し出してもよい（つまり、押出ヘッド１８２が支持状態に配置される）。この時点で、補助液化ポンプ１８８は、上昇位置に保持されることが望ましい。支持液化ポンプ１８６及び補助液化ポンプ１８８は、支持液化ポンプ１８６が上昇位置に切替えられ、また、補助液化ポンプ１８８が下降位置に切替えられるように、位置を置換されてもよい。その後、押出ヘッド１８２は第３の状態に配置され、また、補助液化ポンプ１８８が、構築液化ポンプ１８４または支持液化ポンプ１８６に干渉されることなく、第３の材料を押し出し得る。
【００５５】
１つの実施形態では、補助液化ポンプ１８８は、スロット係合機構１５８（図７に示される）と同様に機能するスロット係合機構（図示なし）が用いられて構築液化ポンプ１８４と係合する。そのため、構築液化ポンプ１８４は、スロット係合機構１５０（図６に示される）に対応する横方向のスロット係合機構（図示なし）を備え、支持液化ポンプ１８６と係合してもよい。また、構築液化ポンプ１８４は、スロット係合機構１５８に対応する後方スロット係合機構を備え、補助液化ポンプ１８８と係合してもよい。あるいは、スロット係合機構は、構築液化ポンプ１８４に対して実質的に移動しない様々な構成要素によって、液化ポンプ１８６及び１８８と係合してもよい。
【００５６】
押出ヘッド１８２によって、３Ｄオブジェクト及び３Ｄオブジェクトに対応する支持構造を構築するための追加の材料を押し出す、追加の液化ポンプと切替機構とを用いることが説明される。従って、本発明の押出ヘッドは、複数の液化ポンプと切替機構とを備えてもよく、少なくとも１つの液化ポンプ（例えば、構築液化ポンプ３０及び１８４）が、１つ以上の取付け要素に固定されるのが望ましく、また、残りの液化ポンプ（例えば、支持液化ポンプ３２及び１８６、並びに、補助液化ポンプ１８８）が、切替機構（例えば、切替機構３４、１９０、及び１９２）を用いて保持され及び移動されてもよい。本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の精神及び本発明の範囲を逸脱することなく、形態及び詳細において変更を行い得ることを当業者は認識するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの取付構造と、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプと、
前記第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプと、
前記少なくとも１つの取付構造に支持された切替機構であって、第１の軸に沿って、前記第１の液化ポンプに対して相対的に前記第２の液化ポンプを移動させるように構成された切替機構と、
前記第２の液化ポンプと部分的に接続され、前記第２の液化ポンプが前記第１の軸に沿って動作する範囲を規定するスロット係合アセンブリと、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記スロット係合アセンブリは、
前記第１の軸に沿って互いに離間している第１の境界及び第２の境界を有するスロットと、
前記スロットに部分的に配置されている係合部材と、
を備え、
前記スロットと前記係合部材とのうちの一方が前記第２の液化ポンプに配置されていることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項３】
前記スロットと前記係合部材とのうちの他方が、前記第１の液化ポンプに配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の押出ヘッド。
【請求項４】
前記係合部材と、前記スロットの前記第１の境界及び前記第２の境界の少なくとも１つと、が接触することによって、前記第２の液化ポンプが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動することが実質的に妨げられるように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の押出ヘッド。
【請求項５】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は、
前記少なくとも１つの取付構造に固定されたモータと、
前記モータに動作可能に固定されたネジ切りされたアクチュエータと、
前記第２の液化ポンプに固定され、かつ、前記ネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された、保持要素と、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は、
前記モータに固定されたモータ軸であって、縦方向の長さを有するモータ軸と、
前記縦方向の長さに対して直行する方向において、前記モータ軸と固定されている連結ピンと、
前記ネジ切りされたアクチュエータに動作可能に固定され、かつ、少なくとも１つのスロットを有する連結部であって、前記少なくとも１つのスロット内で前記連結ピンが延在する、連結部と、
をさらに備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項７】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記第１の軸に沿って前記第２の液化ポンプが動作する範囲として、第１の位置と第２の位置とを有し、
前記第２の液化ポンプは、構築端部を備え、該構築端部は、前記第２の液化ポンプが前記第１の位置及び前記第２の位置に配置される場合に、前記第１の軸に沿って配列される、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は第１の切替機構であり、また、前記スロット係合アセンブリは第１のスロット係合アセンブリであって、
前記押出ヘッドは、
前記第１の液化ポンプに隣接して配置された第３の液化ポンプと、
前記少なくとも１つの取付構造に支持された第２の切替機構であって、前記第３の液化ポンプを、前記第１の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動させるよう構成されている第２の切替機構と、
、前記第３の液化ポンプと部分的に接続され、前記第３の液化ポンプが前記第１の軸に沿って動作する範囲を規定する第２のスロット係合アセンブリと、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項９】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの取付構造と、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプと、
前記第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプであって、スロットと、前記第２の液化ポンプが第１の軸に沿って動作する範囲を規定するために該スロットに配置された係合部材とのうちの、一方を備える第２の液化ポンプと、
前記第１の液化ポンプに対して実質的に移動することのない要素であって、前記スロットと前記係合部材とのうちの、他方を備える要素と、
前記第１の軸に沿って前記第２の液化ポンプを移動させるために、前記第２の液化ポンプと係合する切替機構と、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の液化ポンプに対して実質的に移動することのない前記要素が、前記第１の液化ポンプの一部分を構成することを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１１】
前記第２の液化ポンプが前記係合部材を備え、また、前記要素が前記スロットを備えることを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１２】
請求項９に記載の押出ヘッドであって、
前記スロットが、前記第１の軸に沿って離間する第１の境界及び第２の境界を有しており、
前記係合部材と、前記スロットの前記第１の境界及び前記第２の境界の少なくとも１つと、が接触することによって、前記第２の液化ポンプが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動することが実質的に妨げられるように構成されている、
ことを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１３】
請求項９に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は、
前記少なくとも１つの取付構造に固定されたモータと、
前記モータに動作可能に固定されたネジ切りされたアクチュエータと、
前記第２の液化ポンプに固定され、かつ、前記ネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された、保持要素と、
を備えることを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１３に記載の押出ヘッドであって、
前記第１の軸に沿って前記第２の液化ポンプが動作する範囲として、第１の位置と第２の位置とを有し、
前記第２の液化ポンプは、構築端部を備え、該構築端部は、前記第２の液化ポンプが前記第１の位置及び前記第２の位置に配置される場合に、前記第１の軸に沿って配列される、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１５】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの取付構造と、
前記少なくとも１つの取付構造に固定されたモータと、
前記モータに動作可能に固定されたネジ切りされたアクチュエータであって、前記モータが前記ネジ切りされたアクチュエータを回転させるよう構成されている、ネジ切りされたアクチュエータと、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプであって、第１の軸に沿って互いに離間する第１の境界及び第２の境界を有するスロットを備える第１の液化ポンプと、
前記ネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された第２の液化ポンプであって、
前記第１の液化ポンプにて前記第１の境界と前記第２の境界との間にある前記スロットに配置された係合部材を備え、
前記ネジ切りされたアクチュエータの回転によって、前記第２の液化ポンプが前記第１の軸に沿って移動するように構成された第２の液化ポンプと、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１６】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記係合部材と、前記スロットの前記第１の境界と前記スロットの前記第２の境界とのうちの少なくとも１つと、が接触することによって、前記第２の液化ポンプが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動することが実質的に妨げられるように構成されていることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１７】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記モータに固定されたモータ軸であって、縦方向の長さを有するモータ軸と、
前記縦方向の長さに対して直行する方向において、前記モータ軸と固定されている連結ピンと、
前記ネジ切りされたアクチュエータに動作可能に固定され、かつ、少なくとも１つのスロットを有する連結部であって、前記少なくとも１つのスロット内で前記連結ピンが延在する、連結部と、
をさらに備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１８】
前記モータと前記ネジ切りされたアクチュエータとの間において動作可能に固定された、少なくとも１つの偏向板をさらに備えることを特徴とする、請求項１５に記載の押出ヘッド。
【請求項１９】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記スロットが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って、第１のオフセット距離だけ離間している第３の境界と第４の境界とを有し、第１のオフセット距離は前記係合部材の寸法よりも大きい、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項２０】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記モータは第１のモータであって、前記ネジ切りされたアクチュエータは第１のネジ切りされたアクチュエータであって、
前記押出ヘッドは、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第２のモータと、
前記第２のモータに動作可能に固定された、第２のネジ切りされたアクチュエータであって、前記第２のモータが第２のネジ切りされたアクチュエータを回転させるよう構成されている、第２のネジ切りされたアクチュエータと、
前記第２のネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された第３の液化ポンプと、
前記第３の液化ポンプと部分的に接続され、前記第３の液化ポンプが前記第１の軸に沿って動作する範囲を規定するスロット係合アセンブリと、をさらに備える、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの取付構造と、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプと、
前記第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプと、
前記少なくとも１つの取付構造に支持された切替機構であって、第１の軸に沿って、前記第１の液化ポンプに対して相対的に前記第２の液化ポンプを移動させるように構成された切替機構と、
前記第２の液化ポンプと部分的に接続され、前記第２の液化ポンプが前記第１の軸に沿って動作する範囲を規定するスロット係合アセンブリと、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記スロット係合アセンブリは、
前記第１の軸に沿って互いに離間している第１の境界及び第２の境界を有するスロットと、
前記スロットに部分的に配置されている係合部材と、
を備え、
前記スロットと前記係合部材とのうちの一方が前記第２の液化ポンプに配置されていることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項３】
前記スロットと前記係合部材とのうちの他方が、前記第１の液化ポンプに配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の押出ヘッド。
【請求項４】
前記係合部材と、前記スロットの前記第１の境界及び前記第２の境界の少なくとも１つと、が接触することによって、前記第２の液化ポンプが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動することが実質的に妨げられるように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の押出ヘッド。
【請求項５】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は、
前記少なくとも１つの取付構造に固定されたモータと、
前記モータに動作可能に固定されたネジ切りされたアクチュエータと、
前記第２の液化ポンプに固定され、かつ、前記ネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された、保持要素と、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は、
前記モータに固定されたモータ軸であって、縦方向の長さを有するモータ軸と、
前記縦方向の長さに対して直行する方向において、前記モータ軸と固定されている連結ピンと、
前記ネジ切りされたアクチュエータに動作可能に固定され、かつ、少なくとも１つのスロットを有する連結部であって、前記少なくとも１つのスロット内で前記連結ピンが延在する、連結部と、
をさらに備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項７】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記第１の軸に沿って前記第２の液化ポンプが動作する範囲として、第１の位置と第２の位置とを有し、
前記第２の液化ポンプは、構築端部を備え、該構築端部は、前記第２の液化ポンプが前記第１の位置及び前記第２の位置に配置される場合に、前記第１の軸に沿って配列される、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は第１の切替機構であり、また、前記スロット係合アセンブリは第１のスロット係合アセンブリであって、
前記押出ヘッドは、
前記第１の液化ポンプに隣接して配置された第３の液化ポンプと、
前記少なくとも１つの取付構造に支持された第２の切替機構であって、前記第３の液化ポンプを、前記第１の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動させるよう構成されている第２の切替機構と、
、前記第３の液化ポンプと部分的に接続され、前記第３の液化ポンプが前記第１の軸に沿って動作する範囲を規定する第２のスロット係合アセンブリと、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項９】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの取付構造と、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプと、
前記第１の液化ポンプに隣接して配置された第２の液化ポンプであって、スロットと、前記第２の液化ポンプが第１の軸に沿って動作する範囲を規定するために該スロットに配置された係合部材とのうちの、一方を備える第２の液化ポンプと、
前記第１の液化ポンプに対して実質的に移動することのない要素であって、前記スロットと前記係合部材とのうちの、他方を備える要素と、
前記第１の軸に沿って前記第２の液化ポンプを移動させるために、前記第２の液化ポンプと係合する切替機構と、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の液化ポンプに対して実質的に移動することのない前記要素が、前記第１の液化ポンプの一部分を構成することを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１１】
前記第２の液化ポンプが前記係合部材を備え、また、前記要素が前記スロットを備えることを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１２】
請求項９に記載の押出ヘッドであって、
前記スロットが、前記第１の軸に沿って離間する第１の境界及び第２の境界を有しており、
前記係合部材と、前記スロットの前記第１の境界及び前記第２の境界の少なくとも１つと、が接触することによって、前記第２の液化ポンプが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動することが実質的に妨げられるように構成されている、
ことを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１３】
請求項９に記載の押出ヘッドであって、
前記切替機構は、
前記少なくとも１つの取付構造に固定されたモータと、
前記モータに動作可能に固定されたネジ切りされたアクチュエータと、
前記第２の液化ポンプに固定され、かつ、前記ネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された、保持要素と、
を備えることを特徴とする、請求項９に記載の押出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１３に記載の押出ヘッドであって、
前記第１の軸に沿って前記第２の液化ポンプが動作する範囲として、第１の位置と第２の位置とを有し、
前記第２の液化ポンプは、構築端部を備え、該構築端部は、前記第２の液化ポンプが前記第１の位置及び前記第２の位置に配置される場合に、前記第１の軸に沿って配列される、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１５】
押出ヘッドであって、
少なくとも１つの取付構造と、
前記少なくとも１つの取付構造に固定されたモータと、
前記モータに動作可能に固定されたネジ切りされたアクチュエータであって、前記モータが前記ネジ切りされたアクチュエータを回転させるよう構成されている、ネジ切りされたアクチュエータと、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第１の液化ポンプであって、第１の軸に沿って互いに離間する第１の境界及び第２の境界を有するスロットを備える第１の液化ポンプと、
前記ネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された第２の液化ポンプであって、
前記第１の液化ポンプにて前記第１の境界と前記第２の境界との間にある前記スロットに配置された係合部材を備え、
前記ネジ切りされたアクチュエータの回転によって、前記第２の液化ポンプが前記第１の軸に沿って移動するように構成された第２の液化ポンプと、
を備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１６】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記係合部材と、前記スロットの前記第１の境界と前記スロットの前記第２の境界とのうちの少なくとも１つと、が接触することによって、前記第２の液化ポンプが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って前記第１の液化ポンプに対して相対的に移動することが実質的に妨げられるように構成されていることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１７】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記モータに固定されたモータ軸であって、縦方向の長さを有するモータ軸と、
前記縦方向の長さに対して直行する方向において、前記モータ軸と固定されている連結ピンと、
前記ネジ切りされたアクチュエータに動作可能に固定され、かつ、少なくとも１つのスロットを有する連結部であって、前記少なくとも１つのスロット内で前記連結ピンが延在する、連結部と、
をさらに備えることを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項１８】
前記モータと前記ネジ切りされたアクチュエータとの間において動作可能に固定された、少なくとも１つの偏向板をさらに備えることを特徴とする、請求項１５に記載の押出ヘッド。
【請求項１９】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記スロットが、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って、第１のオフセット距離だけ離間している第３の境界と第４の境界とを有し、第１のオフセット距離は前記係合部材の寸法よりも大きい、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【請求項２０】
請求項１５に記載の押出ヘッドであって、
前記モータは第１のモータであって、前記ネジ切りされたアクチュエータは第１のネジ切りされたアクチュエータであって、
前記押出ヘッドは、
前記少なくとも１つの取付構造に固定された第２のモータと、
前記第２のモータに動作可能に固定された、第２のネジ切りされたアクチュエータであって、前記第２のモータが第２のネジ切りされたアクチュエータを回転させるよう構成されている、第２のネジ切りされたアクチュエータと、
前記第２のネジ切りされたアクチュエータとネジにより係合された第３の液化ポンプと、
前記第３の液化ポンプと部分的に接続され、前記第３の液化ポンプが前記第１の軸に沿って動作する範囲を規定するスロット係合アセンブリと、をさらに備える、
ことを特徴とする、押出ヘッド。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【公表番号】特表２０１０−５３５１１７（Ｐ２０１０−５３５１１７Ａ）
【公表日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１９２３２（Ｐ２０１０−５１９２３２）
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９１８０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１７７３９
【国際公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（５０９１１３９７７）ストラタシス，インコーポレイテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９１８０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１７７３９
【国際公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（５０９１１３９７７）ストラタシス，インコーポレイテッド (12)
【Ｆターム（参考）】
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