JP2017206020A - 手持ち式３次元描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの手による操作用に構成されると共に、熱可塑性樹脂のストランドである供給原料を受けるように構成されたハウジングを備えた３次元（３Ｄ）描画装置の提供。
【解決手段】出口ノズルを有するノズルアセンブリ１３０と、当該モータの回転が前記供給原料を出口ノズルから押し出させて３次元物体を形成するように前記熱可塑性樹脂の供給原料のストランドに係合する歯車列に接続されたモータと、を備える描画装置１００。出口ノズルに隣接して位置決め、供給原料を溶融する様構成された加熱要素を備え、出口ノズルにおいて冷却エアの流れを供給する様に構成されたファン４０を更に備える、３Ｄ描画装置１００。
【選択図】図１

Description

本出願は、２０１２年１２月５日に提出された米国仮特許出願第６１／７３３，６８９号の利益および優先権を主張し、これにより、その全体が参照によりここに組み入れられる。

本開示は、押出装置、および、特に３次元（３Ｄ）物体を形成するように材料を押出すように構成された手持ち式器具に関連する。

全ての種類の３Ｄ物品を製造するために使用され得る３次元プリンタが知られている。あるプリンタは、樹脂の連続的な層の堆積によって作動し、一方、他のプリンタは、前駆材料の層の連続的な凝集または凝固によって機能する。これらのプリンタは、大型かつ高価であるという傾向があり、デザインが例えば計算機支援デザイン（ＣＡＤ）プログラムによって生成されるような計算機ファイルとして提供されることを要求する。

Ｆｒｏｅｄｇｅによる米国特許第３，６６５，１５８号は、従来の手持ち式押出装置を開示している。チャンバが、粒状の硬い樹脂材料により満たされた後、キャップを用いてシールされる。チャンバの内容物は、樹脂を溶かすように加熱されて、チャンバの内部に圧力を生成する。通路が、チャンバから、第１位置において流れを遮ると共に第２位置において流れを許容する回転可能なノズルまで通じている。トリガを引くことがノズルを第２位置へと移動させて、これにより溶かされた樹脂がチャンバの内部の圧力に起因してノズルから放出されるように、トリガがノズルに取り付けられている。トリガを離すことが、ノズルが第１位置まで戻ることを許容し、これにより樹脂の流れを止める。装置を停止させることなく、且つ、材料をノズルに一定のレートで機械的に供給するための機構を用いずに、原材料を補充するための設備は設けられていない。また、Ｆｒｏｅｄｇｅのシステムは、押出された材料を冷却する手段を提供していない。

電子化されたデザインファイルを必要とせずに２Ｄおよび３Ｄの物品を形成するための、信頼性があり、容易に詰め替え可能な手持ち式装置を提供することが望ましい。本開示は、連続的な使用中に補充され得る供給原料を用いてユーザが３Ｄ構造体を「描く」ことを可能にする手持ち式装置を説明する。

ある実施の形態では、ユーザの手による操作用に構成されると共に供給原料を受けるように構成されたハウジングと、前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置され、出口ノズルを有するノズルアセンブリと、前記ハウジング内に配置されたモータと、前記ハウジング内に配置され、前記モータと前記供給原料との間に連結され、前記モータの回転が前記供給原料を前記出口ノズルから押し出させて３次元物体を形成するように構成された歯車列と、を備えた３Ｄ描画装置が開示されている。

ある実施の形態では、ユーザの手による操作用に構成されると共に供給原料を受けるように構成されたハウジングを備えた３Ｄ描画装置が開示されている。前記ハウジングは、内部容積と、当該内部容積に流体接続された少なくとも１つの冷却口と、を有する。また、前記３Ｄ描画装置は、前記少なくとも１つの冷却口に近接して前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置され、出口ノズルを有するノズルアセンブリと、前記ハウジング内に配置され、前記内部容積へとエアを引き入れて、当該エアを前記少なくとも１つの冷却口から押し出すように構成されたファンと、前記ハウジング内に配置されたモータと、前記ハウジングに連結されたアクチュエータと、を備える。前記アクチュエータの作動は、前記供給原料を前記出口ノズルから押し出させて、３次元物体を形成する。

付随する図面は、更なる理解を提供するために本明細書に含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成しており、開示された実施の形態を図示すると共に、記載と一緒に開示された実施の形態の原理を説明するのに役立つ。図面には、以下のものがある。

図１は、本開示のある態様による例示的な３Ｄ描画装置の斜視図である。 図２は、本開示のある態様による、ハウジングの一部分が除かれた図１の装置の切取内部図である。 図３Ａ〜３Ｂは、本開示のある態様による図１の装置の断面図および切取内部図である。 図４Ａ〜４Ｂは、本開示のある態様による供給機構の平面図および斜視図である。 図５Ａ〜５Ｂは、本開示のある態様による３Ｄ描画装置の別の実施の形態の斜視図および切取内部図である。

本開示は、ユーザが２Ｄまたは３Ｄ構造を「描く」ことを可能にすると共に供給原料を容易に詰め替えるまたは置換することを可能にする手持ち式装置を記載している。

以下に記載される詳細な説明は、主題技術の様々な構成の説明を目的とされており、主題技術が実行され得る唯一の構成だけを提示することを目的とされていない。添付された図面は、ここに組み入れられて、詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明は、主題技術の深い理解を提供するという目的のために、具体的な詳細を含む。しかしながら、主題技術がこれらの具体的な詳細を用いずに実行され得ることは、当業者にとって明らかであろう。場合によっては、既知の構造および構成要素が、主題技術の概念を不明瞭にすることを回避するために、ブロック図形式で示されている。理解を容易にするために、類似の構成要素は、同一の要素数字で符号付けされている。

本開示では、「供給原料（ｆｅｅｄ ｓｔｏｃｋ）」という表現は、所望の出力流れを提供するように３Ｄ描画装置内で処理されることに適したあらゆる形状で提供されるあらゆる材料を意味する。供給原料は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリビニル塩化物（ＰＶＣ）またはポリ乳酸（ＰＬＡ）のような熱可塑性樹脂、エポキシのような熱硬化性材料、スズまたは鉛のような金属、または、金属の混合物であり得る。供給原料は、単一の材料、または、第２材料の基質内に分散された第１材料の粒子を有するロッド（ｒｏｄ）のような材料の混合物であり得る。

図１は、本開示の一態様による例示的な３Ｄ描画装置１００の斜視図である。前記装置１００は、その内部に制御アセンブリ１２０とノズルアセンブリ１３０とファンアセンブリ１４０とが設けられたハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０は、ユーザの手にフィットするようにサイズを決められていると共に構成されており、ペンや鉛筆のような操作を可能にするように適切に成形されている。アクチュエータ、例えば本実施の形態におけるボタン１２２および１２４、はユーザが装置１１０を保持している間にいずれかのアクチュエータを作動させることを可能にするように位置決めされ得る。本実施の形態では、ユーザは、３Ｄ描画装置１００を操作する間に１つまたは両方のボタン１２２、１２４を作動させ得る。本実施の形態では、前記装置１００は、直径３ｍｍであり得るストランド（ｓｔｒａｎｄ）の形状で供給原料２０を受けるように構成されている。ある実施の形態では、供給原料２０は、例えば長さ３０ｃｍの定尺物として、またはスプール（図１では不図示）から引き出される連続するストランドとして、提供され得る。例えばそれを通って原材料１９が前記装置１０に提供される、入り口１８、またはホッパのような他の入力要素、を含んでいる。供給原料２０は、熱可塑性樹脂材料、例えばＰＶＣ、ＡＢＳ、またはＰＬＡ、であり得るが、他の実施の形態は、熱硬化性樹脂または金属または金属の混合物のような他のタイプの材料を受け得る。

前記装置１００の一実施の形態の使用例では、ユーザは、熱可塑性樹脂の供給原料２０の特定のタイプおよび色を選択し、当該供給原料２０を入口ポート１１５（図２参照）に導入し、電源コード（図１では不図示）を壁コンセントのような電源に接続する。ある実施の形態では、３Ｄ描画装置１００は、当該装置１００に電力を供給するための、携帯用の電源（図１および図２では不図示）、例えばリチウムポリマー電池、を備え得る。ウォームアップ期間の後で、ユーザは、ボタン１２２を押しながら、鉛筆を用いて線を引くことと類似するやり方で、例えば印刷されたシート上のパターンをなぞるように、前記装置１００の表面上において線を引き得る。ボタン１２２が押し下げられる間に、供給原料２０のコラム（ｃｏｌｕｍｎ）２２が、ノズルアセンブリから押し出される。ある実施の形態では、コラム２２は、直径０．３ｍｍであり得る。ユーザが前記装置をコラム２２の押し出しレートとほぼ同じ速度で表面に沿って移動させるならば、ユーザは、硬い３次元の「線」を当該表面上に作成するであろう。ある実施の形態では、供給原料２０は、押し出されたコラムがその形状を保持するように、本質的に硬い形状でノズルアセンブリ１３０に存在している。ある実施の形態では、以前に引かれたコラム２２上を横切って線を引くことによって構造体が形成され得るように、新たに押し出された供給原料２０は、以前に押し出されたコラム２２に接着するであろう。

ある実施の形態では、ボタン１２２は、供給原料２０を第１レート、例えば２．６ｍｍ／ｓｅｃで押し出させ得て、一方、第２ボタン１２４は、供給原料２０を第２レート、例えば５．０ｍｍ／ｓｅｃで押し出させ得る。ある実施の形態では、第１レートは、０．１〜１０．０ｍｍ／ｓｅｃの範囲にあり得て、第２レートは、２〜５０ｍｍ／ｓｅｃの範囲にあり得る。ある実施の形態では、第１レート及び第２レートは、対象とするユーザにとって適切な速度を提供するように選ばれ、例えば、幼い子供による使用を意図された装置１００は、大人の芸術家による使用を意図された装置１００よりも遅いレートを有し得る。ある実施の形態では、３Ｄ描画装置１００は、ユーザが押出レートの１つまたは２つ以上を調整することを可能にする可変速度制御機構（図１−２において不図示）を備え得る。ある実施の形態では、可変速度制御機構は、ダイアルを有し得る。ある実施の形態では、ボタン１２２、１２４のいずれか一方を解放することが、内部機構に供給原料２０をある量だけ引き戻させ、これにより押し出されたコラム２２を切断し得る。このやり方では、ユーザは、押し出された材料が３次元であるために３次元で書くことができる点以外はペンを用いて書くことと同じやり方で、３Ｄ描画装置１００を用いて「書く」ことができる。ユーザは、望み通りに、自由形状の線、成形物、または他の物体を作成できる。ユーザは、彫刻、宝石、芸術作品などのような所望の物体を作成するために、ステンシルまたは他のガイドを追加的に使用し得る。追加的に、あるいはその代わりとして、３Ｄ描画装置１００は、現存の物体および構造体を修理または強化するために使用され得る。ある実施の形態では、両方のボタン１２２、１２４を同時に押すことが、他の動作、例えばユーザが異なる色またはタイプの供給原料に切り替え得るように供給原料２０の使用されない部分を入口ポート１１５から排出すること、を生じさせ得る。

図２は、本開示のある態様による、ハウジング１１０の一部分が取り除かれた状態の図１の装置１００の切取内部図である。回路アセンブリ１２６がスイッチ１２２、１２４の下に位置決めされている共に、供給機構１５０が下方ハウジング１１４上に配置されており、供給原料２０が入口ポート１１５を通って入れられ、図４Ａおよび図４Ｂに関連してより詳細に説明される供給機構１５０の要素間を通過していることが見て取れる。ある実施の形態では、回路アセンブリ１２６は、プロセッサを有しうるが、ある実施の形態では、回路アセンブリ１２６は、当業者に知られるような機械スイッチ、レジスタ、キャパシタ、および他の電気要素（図２において不図示）のようなアナログ回路要素を有し得る。
ある実施の形態では、回路アセンブリ１２６は、電源からの電力を直流（ＤＣ）電圧のような異なる形に変換する電力調整回路（不図示）を有し得る。ある実施の形態では、回路アセンブリ１２６は、携帯用電源（図２において不図示）を有し得る。ある実施の形態では、回路アセンブリ１２６は、電源コード（図１、２において不図示）を介して外部電源に接続され得る。ある実施の形態では、３Ｄ描画装置１００は、また、回路アセンブリ１２６に接続された外部制御インターフェース１２７を備えており、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシンのようなリモートシステムからの作動命令を受けるように構成されている。ある実施の形態では、ＣＮＣマシンが３Ｄ描画装置１００を操作して３Ｄ物体を作成できるように、ハウジング１１０は、ＣＮＣマシンの工具インターフェース上に取り付けることを目的に適合され得る。例えば、外部制御インターフェース１２７は、３つの電子ピンを有し得て、ピン１は、グラウンドのような共通のものであり、ピン２は、ピン１とピン２との間のＤＣ電圧の供給がボタン１２２を押すことと同等であるようにボタン１２２に結合され、ピン３は、ピン１とピン３との間のＤＣ電圧の供給がボタン１２４を押すことと同等であるようにボタン１２４に結合されている。ある実施の形態では、外部制御インターフェース１２７は、高周波（ＲＦ）または光無線システムを介して信号を受けるように構成され得る。ある実施の形態では、外部制御インターフェース１２７は、光ファイバーケーブルを介して信号を受けるように構成され得る。

図３Ａおよび図３Ｂは、本開示のある態様による図１の装置の断面図および切取内部図である。図３Ａは、３Ｄ描画装置１００全体の側面図であり、上方ハウジング１１２および下方ハウジング１１４が一緒に供給機構１５０が配置される内部容積１１６を形成するやり方を示している。右端部において、ノズルアセンブリ１３０が、押出部１３２とガイドチューブ１３４とを有することが見て取れ、それらは、図３Ｂを参照してより詳細に説明される。ファンアセンブリ１４０は、静止しているとともに上方ハウジング１１２に取り付けられたファンカバー１４２と、当該カバー１４２の下に配置されているとともに当該カバー１４２の口（図３Ａにおいて不図示）から内部容積１１６内にエアを引き入れるように構成された羽根車１４４と、を有している。この例では、モータ１４６が、下方ハウジング１１４に取り付けられており、羽根車１４４を一定速度で駆動する。ある実施の形態では、内部容積内に引き入れられるエアは、上方ハウジング１１２の冷却口１１８および下方ハウジング１１４の冷却口１１８のうちどちらかを通って流出する。冷却口１１８は、図３Ｂを参照してより詳細に説明される。図３Ａでは、本実施の形態において、供給原料２０が当該装置１００を通過する直線経路に従うことが見て取れる。

図３Ｂは、ノズルアセンブリ１３０の拡大切取内部図である。押出部１３２は、供給原料２０と略同じ直径の円筒穴として形成された第１チャンバ１３５と、出口ノズル１３３Ａで終端している、より小さい直径の押出通路１３３と、を有している。ある実施の形態では、第１チャンバ１２５は、３ｍｍの第１直径を有し、押出通路１３３は、０．３ｍｍの直径を有し得る。ある実施の形態では、押出部１３２は、熱伝導性材料、例えば金属またはセラミック、から形成されており、加熱要素、例えば外周回りに巻かれたニクロム線（図３Ｂにおいて不図示）、を有している。当該装置１００が電源に接続される時、加熱要素は、押出部１３２の温度を供給原料２０の融点を超え得る温度まで上昇させる。ある実施の形態では、ノズルアセンブリ１３０は、押出部１３２の温度を設定点の所望の範囲内に維持するために、加熱要素への電力を調整する温度制御回路を含み得る回路アセンブリに接続された温度センサを有している。温度調整のためのシステムおよび方法は、当業者に知られているため、ここでは詳細は提供されない。ある実施の形態では、インジケータ、例えばＬＥＤ、が押出部１３２が供給原料２０を溶かすのに十分な温度に到達したことを表示するために設けられ得る。

ある実施の形態では、例えば供給原料が樹脂を含む状態で、押出部１３２の温度は２０〜５００℃の範囲にあり得る。ある実施の形態では、例えば供給原料が金属を含む状態で、押出部１３２の温度は１０００〜２０００℃の範囲にあり得る。ある実施の形態では、例えば供給原料が鉛、スズ、またはそれらの混合物のような金属を含む状態で、押出部１３２の温度は１００〜４００℃の範囲にあり得る。ある実施の形態では、例えば供給原料が銅、金、銀、またはそれらの混合物のような金属を含む状態で、押出部１３２の温度は１０００〜１２００℃の範囲にあり得る。ある実施の形態では、例えば供給原料が白金のような金属を含む状態で、押出部１３２の温度は１６００〜２０００℃の範囲にあり得る。ある実施の形態では、３Ｄ描画装置１００は、ユーザが押出部１３２に対する設定点の温度を選択することを可能にするために、回路アセンブル１２６に接続された可変温度コントローラ（不図示）を備え得る。ある実施の形態では、可変温度コントローラは、ユーザが材料の種類、例えば「熱可塑性樹脂」、を選択することを可能にし得て、回路アセンブリ１２６は、押出部１３２の設定点の温度を調整するであろう。ある実施の形態では、可変温度コントローラは、ダイアルを有し得る。

ガイドチューブ１３４が、当該ガイドチューブ１３４を通過する供給原料が第１チャンバ１３５に入るように、押出部１３２の第１チャンバ１３４と一直線になっている。ある実施の形態では、ガイドチューブ１３４は、供給原料２０が容易に滑動することを可能にするとともにガイドチューブ１３４と供給原料２０との間の隙間を最小化するように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような低摩擦材料から形成され得る。押出部１３２およびガイドチューブ１３４は、取り付けチューブ１３８によって一直線上に保持されている。ある実施の形態では、取り付けチューブ１３８は、他の金属と比較して相対的に低い熱伝導率を有する金属から形成されている。ある実施の形態では、取り付けチューブ１３８は、ステンレス鋼であり得る。ある実施の形態では、絶縁フィルム（図３Ｂにおいて不図示）、例えばポリイミドテープ、が加熱要素にわたって適用され得ると共に、取り付けチューブ１３８の下に適用され得る。

ある実施の形態では、絶縁体１３１が、押出部１３２から上方ハウジング１１２および下方ハウジング１１４まで伝達される熱の量を低減するために、取り付けチューブ１３８にわたって設けられ得る。ある実施の形態では、上方ハウジング１１２および下方ハウジング１１４の一方または両方は、エアが内部容積１１６から周囲の雰囲気へと流れることができるように当該ハウジングを通過して形成された冷却口１１９を有し得る。ある実施の形態では、上部ハウジング１１２および下部ハウジング１１４に形成された、冷却口１１８へとつながる通路は、冷却口１１８から出てくるエアが先端１３７に向かって内向きに向けられるように傾けられ得る。従って、エアが冷却口１１８から抜け出る時に、エアは押出部１３２の先端１３７の傍を通って、先端１３７と押出通路１３３からちょうど押出された供給原料２０との両方を冷却する。供給原料２０が押出通路１３３から抜け出る時に供給原料２０が本質的に固体であり得るように、これらの冷却効果の両方が、供給原料が押出通路１３３から抜け出る時に当該供給原料２０の温度を低減することに役立つ。
ある実施の形態では、新たに押出された供給原料２０は、柔軟であって様々な形状へと形成可能であり得る。ある実施の形態では、押出された材料が他の以前に押出された供給原料２０に接着するように、新たに押出された供給原料２０の表面は付着を受け入れ得て、例えば粘着性であり得る。

ある実施の形態では、絶縁体１３１と取り付けチューブ１３９との間に隙間があり得る。ある実施の形態では、この隙間は、上方ハウジング１１２および下方ハウジング１１４を押出部１３２から更に熱的に分離するために、断熱層を提供し得る。

供給原料２０が供給機構１５０（図３Ｂにおいて不図示）によって押出通路１３３に向かって駆動される時、供給原料２０のチャンバ１３２内に位置する部分は、第１チャンバ内の供給原料２０が柔らかくなるまたは融けるように、押出部１３２によって加熱されるであろう。硬い供給原料２０が前方に押される時、柔らかくされたまたは溶かされた供給原料２０が押出通路１３３から押出されて先端から出て、そこでは、冷却口１１９から流れ出ている冷却エアが新たに押出された供給原料２０にわたって流れ、これにより、供給原料２０を冷却して固めるであろう。ある実施の形態では、押出部１３２の前方境界面１０２を超えて外向きに伸びる部分が、冷却口１１８から流れ出るエアによって、押出部１３２の本体部分の温度より低い温度まで冷却され得る。ある実施の形態では、先端１３７の温度は、供給原料２０の融点より低くあり得る。

図４Ａおよび図４Ｂは、本開示のある態様による供給機構１５０の平面図および斜視図である。図４Ａは、モータ１５２の回転子に取り付けられた平歯車（図４Ａにおいて不図示）を介してモータ１５２よって駆動される一連の歯車対１５３、１５４、１５５、１５６、および１５７を示している。各歯車対は、互いに固定的に取り付けられて共通の軸回りに回転する大歯車および小歯車を有している。モータ１５２の平歯車は大歯車１５３Ａを駆動し、当該大歯車１５３Ａは小歯車１５３Ｂに大歯車１５４Ａを駆動させる。ある実施の形態では、大歯車１５３Ａ、１５４Ａ、１５５Ａ、１５６Ａ、および１５７Ａがそれぞれ４０本の歯を有している一方、小歯車１５３Ｂ、１５４Ｂ、１５５Ｂ、１５６Ｂ（図４において不図示）、および１５７Ｂが１２本の歯を有しており、各歯車対の間に４０：１２の逓減率を提供し得る。ある実施の形態では、モータ１５２から小歯車１５７Ｂまでの逓減が、５×（４０：１２）または約１７：１であり得て、モータ１５２の１７回転が、小歯車１５７Ｂのたった１回転を生じさせる。ある実施の形態では、歯車対１５３、１５４、１５５、１５６、および１５７が大歯車および／または小歯車上において異なる数の歯を有し得る。ある実施の形態では、歯車対１５３、１５４、１５５、１５６、および１５７は、各々の対応する大歯車または小歯車上において同一数の歯を有し得る。

使用時に、供給原料２０の前進を制御するために逓減歯車列１５０を駆動するためのモータ１５２の使用は、供給原料２０の押出レートに対する改善されたレベルの制御を提供する。例えば、従来のグルーガン（ｇｌｕｅ ｇｕｎ）は、トリガと接着剤スティックとの間の直接的な結合を有しており、トリガ上の圧力が直接的にロッドまで伝達される。接着剤スティックの前進レート、すなわち押出レート、は溶かされた接着剤の粘度に依存しており、従ってダイ（ｄｉｅ）の範囲にわたって届く。これは、しばしば、過剰な接着剤が分配されるという結果をもたらす。また、トリガを離すことが接着剤スティックを引っ込めないため、ノズルが分配位置から離れるように移動される時に、グルーガンから引き出された接着剤の「しっぽ（ｔａｉｌ）」がしばしば生じる。一方、開示された３Ｄ描画装置１００は、モータ１５２および歯車列１５０によって提供される制御された動作により、一定の押出レート、例えば３ｍｍ／ｓｅｃ、を提供する。また、回路アセンブリ１２６は、ボタン１２２が解放される時にモータ１５２を一時的に逆走させ、これにより、供給原料２０をわずかに引っ込めると共に、押出通路１３３内に位置する溶かされた供給原料２０を押出部１３２内に引き戻し、これにより、先端１３７から押し出されたコラム２２を清潔に提供する。

図４Ｂは、最終の小歯車１５７Ｂの歯が供給原料２０に係合するやり方を示している。
この実施の形態では、供給原料２０は、下方ハウジング１１４の柱１１９の傍を通過して、次に小歯車１５７Ｂの傍を通過し、次にガイドチューブ１３４内に入る。ある実施の形態では、歯車１５７Ｂは、歯が供給原料２０に対して圧力をかけるように位置決めされており、歯車１５７Ｂの回転が供給原料２０に軸方向の力、すなわち長さに沿って向けられた力、を適用するように、供給原料２０は、柱１１９およびガイドチューブ１３４によって歯車１５７Ｂの歯から離れる横向きの動きから抑えられている。第１方向における歯車組１５０の回転は、供給原料２０を直線的に前方に、すなわち先端１３７に向かって、移動させるであろう。供給原料２０のこの部分は、押出部１３２内における加熱によって影響されないため、反対方向における歯車組１５０の回転は、供給原料２０を直線的に後方に、すなわち先端１３７から遠ざかるように、移動させるであろう。

ボタン１２２、１２４の１つを押すことによって制御されるモータ１５２の回転が供給原料２０を前方または後方に移動させることが、図４Ａおよび図４Ｂから見て取れる。モータ１５２が円滑な操作の正常な範囲内における速度で回転し得る一方で、逓減がこれを供給原料の直線移動の低いレートに変換するため、モータ１５２から小歯車１５７Ｂまでの逓減は、供給原料の円滑な移動レートを提供する。

図５Ａおよび図５Ｂは、本開示のある態様による３Ｄ描画装置の別の実施の形態２００の斜視図および切取内部図である。図５Ａは、本体２１０に取り付けられたホッパ２５０内に保持されるペレット形状の供給原料２５を受けるように構成された３Ｄ描画装置２００を示している。電源コード２７０が、本体２１０に取り付けられている。図５Ｂは、ホッパ２５０から、ペレット２５を溶かすと共に当該送りねじ２６０によって提供される圧力の下で溶かされた供給原料２５を前述の実施の形態１００のノズルアセンブリ１３０と同様のやり方で押し出すノズルアセンブリ２３０まで、ペレット２５を搬送する送りねじ２６０を示す切取内部図である。冷却口１１８のような前記実施の形態１００の他の特徴は、実施の形態２００においても設けられ得る。ある実施の形態では、ペレットは、ホッパ２５０からノズルアセンブリ１３０まで、他の機構によって、例えば当業者によって知られていよう往復シリンダ（図５Ａおよび図５Ｂにおいて不図示）によって、搬送され得る。ある実施の形態では、供給原料は、ホッパ２５０内に保持される液体として、例えば液体ポリマー中に浮遊された触媒のビーズを有するエポキシ樹脂として、提供され得る。
ある実施の形態では、実施の形態１００の押出通路１３３と同様な、押出通路を通過する液体供給原料の通路は、液体供給原料が３Ｄ描画装置２００からの押し出し後すぐに硬化するように、液体供給原料を変化させ得る。

３Ｄ描画装置の開示された例は、その組み立ておよび使用の原則を説明している。押し出された供給原料を迅速に固めるための、先端における冷却エアの流れを提供することは、ユーザが、まだ流動的な押し出された材料をそれが硬化する間その場で保持するために支持表面上に寄り掛かることを強制されるのでなく、３次元で働くことを可能にする。加圧供給またはトリガと供給ロッドとの間の直接的な接続の代わりに、供給原料を前進させるための機械的な歯車列を使用することは、押出レートの正確な制御を可能にし、これにより、材料の押出されたコラムの均一性を増加させると共に、過剰な材料を用いることなく正確な配置を可能にする。

本出願は、当業者がここに記載された様々な態様を実行することを可能にするように提供された説明を含んでいる。前述のものは、最良の状態および／または他の例であると考えられるものを説明しているが、これらの態様に対する様々な変更が当業者にとって当然明らかであろうことが理解され、ここに規定された全体的な原則は、他の態様に適用され得る。開示されたプロセスにおける工程またはブロックの具体的な順序または階層は、例示的なやり方の説明であることが理解される。デザインの好みに基づいて、プロセスにおける工程またはブロックの具体的な順序または階層は、配列し直されることが理解される。付随する特許請求の範囲の方法の請求項は、サンプルの順序における様々な工程の要素を提示しており、提示された具体的な順序または階層に限定されることを意図されていない。従って、当該請求項は、ここに示された態様に限定されることを意図されておらず、請求項の文言に整合する十分な範囲を許容される。

見出しおよび小見出しは、もしあるならば、便宜のためにのみ使用されており、本発明を限定しない。

単数で要素を参照することは、明確にそのように述べられていない限りは「唯一」を意味することを意図されておらず、むしろ「１つまたは２つ以上」を意味することを意図されている。「（ａ）」および「（ａｎ）」という冠詞の使用は、「少なくとも１つ」という表現と同等なものとして解釈されよう。明確に別なように述べられていない限りは、「１組」および「いくつか」という単語は、１つまたは２つ以上に言及する。

本開示で使用されるような「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「左」、「右」、「前方」、「後方」などのような単語は、通常の重力座標系よりはむしろ、任意の座標系に言及していると理解されるべきである。従って、上面、下面、前面、および後面は、重力座標系において、上方に、下方に、斜めに、または水平に、延伸し得る。

様々な構成要素間の関係は、直交しているまたは垂直であるとここに記載されている、および／または、説明されているが、それらの構成要素は、いくつかの実施の形態において他の構成で配置され得る。例えば、言及された構成要素間に形成された角度は、いくつかの実施の形態において９０度よりも大きくまたは小さくできる。

様々な構成要素は、平坦および／または真っ直ぐであると説明されているが、それらの構成要素は、いくつかの実施の形態において、例えば湾曲したまたは先細であるというような、他の構成を有することができる。

男性形の代名詞（例えば、彼）は、女性および中性の性別（例えば、彼女およびそれ）を含んでおり、その逆もまた同様である。当業者にとって知られている、または、後で知られることになる、本開示を通して記載された様々な態様の要素と構造的および機能的に同等なものの全てが、参照によってここに明確に組み入れられているとともに、特許請求の範囲の請求項によって包含されることを意図されている。更に、ここに開示されているものは、そのような開示が明確に特許請求の範囲の請求項に列挙されているかどうかに関わらず、公衆にささげられることを意図されていない。特許請求の範囲の請求項の要素は、当該要素が明確に「のための手段」という表現を使用して列挙されていない限りは、または方法の請求項の場合には、当該要素が「のための操作」という表現を使用して列挙されていない限りは、米国特許法第１１２条第６段落の規定の下に解釈されよう。

「態様」のような表現は、そのような態様が主題技術にとって必須であること、または、そのような態様が主題技術の全ての構成に適用されること、を示唆していない。ある態様に関連する開示は、全ての構成に、もしくは１つまたは２つ以上の構成に適用し得る。
態様のような表現は、１つまたは２つ以上の態様に言及し得て、その逆もまた同様である。「実施の形態」のような表現は、そのような実施の形態が主題技術にとって必須であること、または、そのような実施の形態が全ての構成に適用されること、を示唆していない。ある実施の形態に関連する開示は、全ての実施の形態、もしくは１つまたは２つ以上の実施の形態に適用し得る。実施の形態のような表現は、１つまたは２つ以上の実施の形態に言及し得て、その逆もまた同様である。

「例示的な」という用語は、ここでは、「例または実例として役に立つ」ことを意味する。「例示的な」とここに説明された、いかなる態様またはデザインも、他の態様またはデザインにわたって好ましいまたは利点があると解釈される必要はない。

当業者にとって知られている、または、後で知られることになる、本開示を通して記載された様々な態様の要素と構造的および機能的に同等なものの全てが、参照によってここに明確に組み入れられているとともに、特許請求の範囲の請求項によって包含されることを意図されている。更に、ここに開示されているものは、そのような開示が明確に特許請求の範囲の請求項に列挙されているかどうかに関わらず、公衆にささげられることを意図されていない。特許請求の範囲の請求項の要素は、当該要素が明確に「のための手段」という表現を使用して列挙されていない限りは、または方法の請求項の場合には、当該要素が「のための操作」という表現を使用して列挙されていない限りは、米国特許法第１１２条第６段落の規定の下に解釈されよう。更に、「含む」、「有する」などの用語が詳細な説明または特許請求の範囲の請求項に使用されている限りにおいて、そのような用語は、「備える」が請求項における伝統的な用語として用いられる時に解釈されるように、「備える」という用語と同様のやり方で包括的であることを意図されている。

本開示の実施の形態は、詳細に記載および説明されているが、同じことが説明および例示のみを目的としていることは明らかに理解されるべきであり、制限を目的としていると解釈されるべきでなく、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲の請求項の用語によってのみ制限される。

Claims (20)

1. 供給原料を受けるように構成されたハウジングと、
   前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置され、出口ノズルを有するノズルアセンブリと、
   前記ハウジング内に配置されたモータと、
   前記ハウジング内に配置され、前記モータと前記供給原料との間に連結され、前記モータの回転が前記供給原料を前記出口ノズルから押し出させて３次元物体を形成するように構成された歯車列と、
   を備えたことを特徴とする３次元（３Ｄ）描画装置。
2. 前記出口ノズルに隣接して位置決めされ、当該出口ノズルを通る押し出しより前に前記供給原料を溶融させるように構成された加熱要素
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ描画装置。
3. 前記出口ノズルにおいて冷却エアの流れを供給するように構成されたファン
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ描画装置。
4. 前記ハウジングは、内部容積と、前記出口ノズルに近接する少なくとも１つの冷却口と、を有し、当該冷却口は、前記内部容積に流体接続されており、
   前記ファンは、前記ハウジング内に配置され、前記内部容積へとエアを引き入れるように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の３Ｄ描画装置。
5. 前記少なくとも１つの冷却口は、冷却エアの流れを前記内部容積から前記出口ノズルにおいて押し出される供給原料へと向けるように構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄ描画装置。
6. 前記モータを、少なくとも前記供給原料を前記出口ノズルから押し出させる第１方向に選択可能に回転させるように構成されたアクチュエータ
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ描画装置。
7. 前記アクチュエータは、前記モータを前記第１方向とは逆の第２方向に選択可能に回転させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の３Ｄ描画装置。
8. 前記アクチュエータは、少なくとも１つのボタンを有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の３Ｄ描画装置。
9. 前記アクチュエータは、
   前記モータを前記第１方向に、前記供給原料が前記出口ノズルから第１レートで押し出されるような第１速度で回転させる第１ボタンと、
   前記モータを前記第１方向に、前記供給原料が前記出口ノズルから前記第１レートより大きい第２レートで押し出されるような第２速度で回転させる第２ボタンと、
   を有し、
   前記第１ボタン及び前記第２ボタンの同時作動が、前記モータを前記第２方向に回転させる
   ことを特徴とする請求項８に記載の３Ｄ描画装置。
10. 前記供給原料は、ストランドの形状で供給され、
    前記歯車列は、当該最終歯車の回転が前記供給原料のストランドを直線移動させるように前記供給原料のストランドと係合する歯を有する最終歯車を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ描画装置。
11. 供給原料を受けるように構成され、内部容積と、当該内部容積に流体接続された少なくとも１つの冷却口と、を有するハウジングと、
    前記少なくとも１つの冷却口に近接して前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置され、出口ノズルを有するノズルアセンブリと、
    前記ハウジング内に配置され、前記内部容積へとエアを引き入れて、当該エアを前記少なくとも１つの冷却口から押し出すように構成されたファンと、
    前記ハウジング内に配置されたモータと、
    前記ハウジングに連結されたアクチュエータと、
    を備え、
    前記アクチュエータの作動は、前記供給原料を前記出口ノズルから押し出させて３次元物体を形成する
    ことを特徴とする３次元（３Ｄ）描画装置。
12. 前記出口ノズルに隣接して位置決めされ、当該出口ノズルを通る押し出しより前に前記供給原料を溶融させるように構成された加熱要素
    を更に備えたことを特徴とする請求項１１に記載の３Ｄ描画装置。
13. 前記少なくとも１つの冷却口は、冷却エアの流れを前記内部容積から前記出口ノズルにおいて押し出される供給原料へと向けるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の３Ｄ描画装置。
14. 前記ハウジング内に配置され、前記アクチュエータの作動が当該モータを少なくとも第１方向に回転させるように当該アクチュエータに連結されたモータと、
    前記ハウジング内に配置され、前記モータと前記供給原料との間に連結され、前記第１方向における前記モータの回転が前記供給原料を前記出口ノズルから押し出させるように構成された歯車列と、
    を更に備えたことを特徴とする請求項１１に記載の３Ｄ描画装置。
15. 前記アクチュエータは、前記モータを前記第１方向とは逆の第２方向に選択可能に回転させるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１４に記載の３Ｄ描画装置。
16. 前記アクチュエータは、少なくとも１つのボタンを有する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の３Ｄ描画装置。
17. 前記アクチュエータは、
    前記モータを前記第１方向に、前記供給原料が前記出口ノズルから第１レートで押し出されるような第１速度で回転させる第１ボタンと、
    前記モータを前記第１方向に、前記供給原料が前記出口ノズルから前記第１レートより大きい第２レートで押し出されるような第２速度で回転させる第２ボタンと、
    を有し、
    前記第１ボタン及び前記第２ボタンの同時作動が、前記モータを前記第２方向に回転させる
    ことを特徴とする請求項１６に記載の３Ｄ描画装置。
18. 前記供給原料は、ストランドの形状で供給され、
    前記歯車列は、当該最終歯車の回転が前記供給原料のストランドを直線移動させるように前記供給原料のストランドと係合する歯を有する最終歯車を含む
    ことを特徴とする請求項１４に記載の３Ｄ描画装置。
19. 前記ハウジングは、ユーザの手に保持されるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ描画装置。
20. 前記ハウジングは、ユーザの手に保持されるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の３Ｄ描画装置。