(57)【要約】【解決手段】付加製造用の金属粉末供給原料を製造するためのシステムおよび方法が開示されている。一実施形態では、方法は、付加製造システムの第一の粉末供給部から第一の供給原料を一番目に集めることと、付加製造システムの第二の粉末供給部から第二の供給原料を二番目に集めることと、ここにおいて第一の供給原料と第二の供給原料のうちの少なくとも一つはその中に金属粒子を含み、第一の供給原料と第二の供給原料とを組み合わせて、それにより金属粉末混合物を作製することと、金属粉末混合物を付加製造システムの造形部に供給することと、を含む。【選択図】図１ａ
2019532178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造システムの第一の粉末供給部から第一の供給原料を一番目に集めることと、
前記付加製造システムの第二の粉末供給部から第二の供給原料を二番目に集めることと、
ここにおいて、前記第一の供給原料と前記第二の供給原料のうちの少なくとも一つはその中に金属粒子を含み、
前記第一の供給原料と第二の供給原料とを組み合わせて、それにより金属粉末混合物を作製することと、
前記金属粉末混合物を前記付加製造システムの造形部に供給することと、を含む方法。
【請求項２】
前記一番目に集めることは、ローラーによって前記第一の供給原料を機械的に押すことを含み、前記二番目の集めることは、前記ローラーによって前記第二の供給原料を機械的に押すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一の供給原料を前記第二の供給原料に向かって前記ローラーによって押すことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記供給する工程は、
前記混合された供給原料を前記第二の粉末供給部の下流から前記造形部へ押すことを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記一番目に集める工程は、
前記第一の粉末供給部のプラットフォームの高さを調整し、それにより前記一番目に集める工程のための前記第一の供給原料の第一の体積を供給することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記一番目に集める工程の後、前記プラットフォームの前記高さを移動させ、それにより第三の供給原料を供給することであって、前記第三の供給原料は前記第一の供給原料の第二の体積である、供給することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第三の供給原料を前記第一の粉末供給部から三番目に集めることと、
第二の供給原料を前記第二の粉末供給部から四番目に集めることと、
前記第三の供給原料と前記第二の供給原料とを組み合わせることと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記二番目に集める工程および前記四番目に集める工程は、等しい体積の前記第二の供給原料を集める、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属粉末の混合物を用いて、前記付加製造システムの前記造形部に要求に合った３Ｄ金属製品を製造することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記３Ｄ金属製品は、アルミニウム系３Ｄ製品、チタン系３Ｄ製品、コバルト系３Ｄ製品、ニッケル系３Ｄ製品、および鉄系３Ｄ製品のうちの一つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記３Ｄ金属製品は、アルミニウム合金３Ｄ製品、チタン合金３Ｄ製品、コバルト合金３Ｄ製品、ニッケル合金３Ｄ製品、および鋼３Ｄ製品のうちの一つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記３Ｄ金属製品は、金属マトリックス複合材料３Ｄ製品である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記３Ｄ金属製品は、Ｍ−Ｏ粒子をその中に有する酸化物分散強化３Ｄ金属合金製品であり、Ｍは金属でありＯは酸素である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化物分散強化３Ｄ金属合金製品は、酸化物分散強化を促進するのに十分な量の酸化物を含み、前記酸化物分散強化３Ｄ金属合金製品は酸化物を１０重量％以下含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｍ−Ｏ粒子は、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第一の粉末供給原料を分配するための第一の粉末貯留部を有する第一の粉末供給部と、
前記第一の粉末供給部の下流の第二の粉末供給部であって、第二の粉末供給原料を分配するための第二の貯留部を有する第二の粉末供給部と、
粉末スプレッダであって、
（ａ）前記第一の粉末供給原料を前記第一の粉末供給部から集める、
（ｂ）前記第二の粉末供給原料を前記第二の粉末供給部から集める、
（ｃ）少なくとも前記第一の粉末供給部から前記第二の粉末供給部へ移動する、
（ｄ）前記第一および第二の粉末供給部のうちの少なくとも一つから付加製造製品を造形するための造形部に移動する、ように構成され、前記造形部は前記第二の粉末供給部の下流にあり、前記造形部は粉末供給原料を受け入れるための造形貯留部を備える、粉末スプレッダと、を備える、付加製造システム。
【請求項１７】
前記第一の粉末供給部と、前記第二の粉末供給部と、前記造形部とに関連付けられた分配面を備え、
収集装置は、前記第一および第二の粉末供給原料のうちの少なくとも一つを有する前記分配面に沿って移動するように構成される、請求項１６に記載の付加製造システム。
【請求項１８】
前記第一の粉末供給部は、
前記第一の貯留部内に配置される第一のプラットフォームであって、前記第一の貯留部内で縦方向に上下して移動するように構成される、第一のプラットフォームを備え、
前記第一の貯留部は、前記第一の粉末供給原料を含むように構成され、
前記第一のプラットフォームは制御装置によって制御可能であり、前記分配面に対して制御された体積の前記第一の粉末供給原料を供給する、請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項１９】
前記分配面は前記第一のプラットフォームの上に配置される、請求項１８に記載の付加製造システム。
【請求項２０】
前記粉末スプレッダは、前記分配面に沿って前記第一の貯留部から前記第二の貯留部に移動するように構成される、請求項１９に記載の付加製造システム。
【請求項２１】
前記粉末スプレッダは、前記分配面に沿って前記第二の貯留部から前記造形貯留部へ移動するように構成される、請求項２０に記載の付加製造システム。
【請求項２２】
前記第二の貯留部と前記造形貯留部との間に配置される振動装置を備える、請求項２０に記載の付加製造システム。
【請求項２３】
前記分配面は平坦であり、前記粉末スプレッダの上部作業面を画定する、請求項１７に記載の付加製造システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
付加製造技術は、「付加製造技術のための標準用語（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）」という題名のＡＳＴＭ  Ｆ２７９２−１２ａにおいて、「除去製造技術とは反対である、３Ｄモデルデータから材料を接合して、通常は積層して、物体を作製するために材料を接合するプロセス」と規定される。いくつかの付加製造技術、例えばバインダー噴射、粉末床溶融または指向性エネルギー堆積において、付加製造部品を製造するために粉末を使用することができる。時には、金属粉末を用いて金属系付加製造部品を製造する。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
【図１ａ】図１ａは、接着剤ヘッドを使用する粉末床付加製造システムの一実施形態の概略図である。
【０００３】
【図１ｂ】図１ｂは、レーザーを使用する粉末床付加製造システムの別の実施形態の概略図である。
【０００４】
【図１ｃ】図１ｃは、複数の粉末供給原料供給部およびレーザーを使用する粉末床付加製造システムの別の実施形態の概略図である。
【０００５】
【図２】図２は、要求に合った金属粉末混合物を作製するための複数の粉末供給原料供給部を使用する粉末床付加製造システムの別の実施形態の概略図である。
【０００６】
【図３】図３ａ〜３ｆは、第一の区域（４００）および第一の区域とは異なる第二の区域（５００）を有する付加製造製品の概略断面図であり、第一の区域は第一の金属粉末から作製され、第二の区域は第一の金属粉末とは異なる第二の金属粉末から作製される。
【０００７】
【図４】図４は、概ね均質な微細構造を有する付加製造製品（１０００）の概略断面図である。
【０００８】
【図５】図５ａ〜５ｄは、単一金属粉末から製造され、金属または金属合金の第一の区域（１７００）と異なる相の第二の区域（１８００）とを有する付加製造製品の概略断面図であり、図５ｂ〜図５ｄは、図５ａに例示される最初の付加製造製品と比較して変形されている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
概して、本開示は、付加製造において使用するための要求に合った金属粉末供給原料、ならびにそれを製造するためのシステムおよび方法に関する。一態様では、金属粉末供給原料は、少なくとも第一の体積の第一の粒子の種類（「第一の粒子」）および第二の体積の第二の粒子の種類（「第二の粒子」）を含むことができる。要求に合った金属粉末供給原料は、他の種類および他の体積（第三の体積、第四の体積等）の粒子を含んでもよい。第一および第二の粒子のうちの少なくとも一つは、その中に少なくとも１種類の金属を有する金属粒子を含む。一実施形態では、第一および第二の粒子の両方が金属粒子を含み、金属粒子はそれぞれの粒子の体積が同じでも異なっていてもよい。以下のセクションＢで更に詳細に説明するように、要求に合った金属粉末供給原料を適切な付加製造装置においてその場で製造することができる。
【００１０】
＜Ａ．金属粉末供給原料＞
本明細書で使用する場合、「金属粉末」とは、複数の金属粒子を、必要に応じて以下に記載のいくつかの非金属粒子と共に含む材料を意味する。金属粉末の金属粒子は、予め設定された物理的性質および／または予め設定された組成を有することができ、それにより要求に合った付加製造製品を容易に製造することができる。金属粉末を金属粉末床で使用して、要求に合った製品を付加製造技術によって製造することができる。同様に、金属粉末の任意の非金属粒子は、予め設定された物理的性質および／または予め設定された組成を有することができ、それにより要求に合った製品を付加製造技術によって容易に製造することができる。非金属粉末を金属粉末床で使用して、要求に合った合金製品を付加製造技術によって製造することができる。
【００１１】
本明細書で使用する場合、「金属粒子」とは、少なくとも一つの金属を含む粒子を意味する。金属粒子は、以下に記載されるように、単一金属の粒子、複数金属の粒子、および金属−非金属（Ｍ−ＮＭ）粒子とすることができる。金属粒子を、一例として、ガス噴霧法によって作製することができる。
【００１２】
本明細書で使用する場合、「粒子」とは、粉末床の粉末で使用するのに好適なサイズ（例えば、５ミクロン〜１００ミクロンのサイズ）を有する物質の微小断片を意味する。粒子を、例えばガス噴霧法によって作製することができる。
【００１３】
本特許出願では、「金属」は以下の元素のうちの一つである：アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、リチウム（Ｌｉ）、アルカリ土類金属の任意の有用な元素、遷移金属の任意の有用な元素、ポスト遷移金属の任意の有用な元素、および希土類元素の任意の有用な元素。
【００１４】
本明細書で使用する場合、アルカリ土類金属の有用な元素は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、およびストロンチウム（Ｓｒ）である。
【００１５】
本明細書で使用する場合、遷移金属の有用な元素は、以下の表１に示される金属のいずれかである。
【表１】
2019532178.tif 000003
【００１６】
本明細書で使用する場合、ポスト遷移金属の有用な元素は、以下の表２に示される金属のいずれかである。
【表２】
2019532178.tif 000004
【００１７】
本明細書で使用する場合、希土類元素の有用な元素は、スカンジウム、イットリウム、および１５個のランタニド元素のうちのいずれかである。ランタニドは、ランタンからルテチウムまでの原子番号５７から７１までの１５の金属化学元素である。
【００１８】
本明細書で使用する場合、非金属粒子は本質的に金属を含まない粒子である。本明細書で使用する場合、「本質的に金属を含まない」とは、不純物として以外は、粒子がいかなる金属も含まないことを意味する。非金属粒子としては、例えば、特に、窒化ホウ素（ＢＮ）および炭化ホウ素（ＢＣ）粒子、炭素系ポリマー粒子（例えば、（分枝状のもしくは非分枝状の）短鎖または長鎖炭化水素）、カーボンナノチューブ粒子、ならびにグラフェン粒子等が挙げられる。非金属材料はまた、付加製造製品の製造または仕上げを支援するために非粒子形態であることができる。
【００１９】
一実施形態では、金属粉末のうちの少なくともいくつかは、本質的に単一の金属からなる（「単一金属の粒子」）。単一金属の粒子は、製品を製造するのに有用な任意の一種類の金属、例えば上で定義した金属のいずれかから本質的になることができる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にアルミニウムからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的に銅からなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にマンガンからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にケイ素からなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にマグネシウムからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的に亜鉛からなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的に鉄からなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にチタンからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にジルコニウムからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にクロムからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にニッケルからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にスズからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的に銀からなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的にバナジウムからなる。一実施形態では、単一金属の粒子は本質的に希土類元素からなる。
【００２０】
別の実施形態では、金属粉末のうちの少なくともいくつかは、複数の金属を含む（「複数金属の粒子」）。例えば、複数金属の粒子は、上記の金属の定義において列挙される金属のいずれかのうちの二つ以上を含み得る。一実施形態では、複数金属の粒子は本質的にアルミニウム合金からなる。別の実施形態では、複数金属の粒子は本質的にチタン合金からなる。別の実施形態では、複数金属の粒子は本質的にニッケル合金からなる。別の実施形態では、複数金属の粒子は本質的にコバルト合金からなる。別の実施形態では、複数金属の粒子は本質的にクロム合金からなる。別の実施形態では、複数金属の粒子は本質的に鋼からなる。
【００２１】
一実施形態では、金属粉末の少なくともいくつかの金属粒子は、金属−非金属（Ｍ−ＮＭ）粒子である。金属−非金属（Ｍ−ＮＭ）粒子は、少なくとも一つの非金属を有する少なくとも一つの金属を含む。非金属元素の例としては、酸素、炭素、窒素、およびホウ素が挙げられる。Ｍ−ＮＭ粒子の例としては、金属酸化物粒子（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、金属炭化物粒子（例えば、ＴｉＣ）、金属窒化物粒子（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、金属ホウ化物（例えば、ＴｉＢ２）、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２２】
要求に合った金属粉末供給原料の金属粒子および／または非金属粒子は、要求に合った物理的性質を有し得る。例えば、粒子径、粉末の粒度分布、および／または粒子の形状を予め選択することができる。一実施形態では、密度（例えば、かさ密度および／もしくはタップ密度）、金属粉末の流動性、ならびに／または金属粉末床の空隙容積率（例えば、金属粉末床の空隙率）のうちの少なくとも一つを制御するために、少なくともいくつかの粒子の一つまたは複数の物理的特性を要求に合わせることができる。例えば、粒子の粒度分布を調整することにより、粉末床内の空隙を制限することができ、それにより粉末床の空隙容量率を減少させることができる。そして、理論密度に近い実際の密度を有する付加製造製品を製造することができる。この点において、金属粉末は、異なる粒度分布を有する粉末の混合物を含み得る。例えば、金属粉末は第一の粒度分布を有する第一の粒子と第二の粒度分布を有する第二の粒子との混合物を含むことができ、第一の粒度分布と第二の粒度分布は異なっている。金属粉末は、更に、第三の粒度分布を有する第三の粒子と、第四の粒度分布を有する第四の粒子とを含むことができる。したがって、粒度分布特性、例えば特にメディアン粒子径、平均粒子径、および粒子径の標準偏差等を、異なる粒度分布を有する異なる金属粉末の混合によって要求に合わせることができる。
【００２３】
一実施形態では、最終付加製造製品は製品の理論密度の９８％以内の密度を実現する。別の実施形態では、最終付加製造製品は製品の理論密度の９８．５％以内の密度を実現する。更に別の実施形態では、最終付加製造製品は製品の理論密度の９９．０％以内の密度を実現する。別の実施形態では、最終付加製造製品は製品の理論密度の９９．５％以内の密度を実現する。更に別の実施形態では、最終付加製造製品は製品の理論密度の９９．７％以上の密度を実現する。
【００２４】
要求に合った金属粉末供給原料は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子および／または非金属粒子の任意の組み合わせを含むことができ、要求に合った付加製造製品、および必要に応じて任意の予め設定された物理的性質を有する要求に合った付加製造製品を製造することができる。
【００２５】
例えば、金属粉末は第一の種類の金属粒子と第二の種類の粒子（金属または非金属）との混合物からなることができ、金属粒子の第一の種類は第二の種類とは異なる（組成的に異なる、物理的に異なる、またはその両方の）種類である。金属粉末は、更に、第三の種類の粒子（金属または非金属）、第四の粒子（金属または非金属）等を含むことができる。金属粉末は、付加製造製品の付加製造の間、同一の金属であってもよく、付加製造プロセス中に金属粉末を変えてもよい。
【００２６】
＜Ｂ．付加製造＞
上記のように、要求に合った金属粉末供給原料は少なくとも１回の付加製造操作に使用される。本明細書で使用する場合、「付加製造」とは、「付加製造技術のための標準用語（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）」という題名のＡＳＴＭ  Ｆ２７９２−１２ａにおいて規定されている「除去製造技術とは反対である、材料を接合して３Ｄモデルデータから、通常は積層して、物体を製造するプロセス」を意味する。本明細書に記載の付加製造製品を、このＡＳＴＭ規格に記載されている、粒子を利用する任意の適切な付加製造技術、例えば、特に、バインダー噴射、指向性エネルギー堆積、材料噴射、又は粉末床溶融等により製造してもよい。
【００２７】
一実施形態では、金属粉末床は付加製造製品（例えば、要求に合った付加製造製品）を造形するために使用される。本明細書で使用する場合、「金属粉末床」とは、金属粉末からなる床を意味する。付加製造中、異なる組成の粒子を溶融（例えば、急速溶融）することができ、そして（例えば、均一混合せずに）凝固させることができる。その結果、均質の微細構造体、又は非均質の微細構造体を有する付加製造製品を製造することができる。
【００２８】
金属粉末床配置を用いて要求に合った付加製造製品を製造する一つの方法を、図１ａに例示する。例示の方法では、システム（１００）は粉末床造形部（１１０）と、粉末供給部（１２０）と、粉末スプレッダ（１６０）と、を備える。粉末供給部（１２０）は、粉末貯留部（１２１）と、プラットフォーム（１２３）と、プラットフォーム（１２３）に連結する調整装置（１２４）と、を備える。調整装置（１２４）は、（図示されていない制御システムによって）プラットフォーム（１２３）を粉末貯留部（１２１）内で上下に移動させるように調整可能である。造形部（１１０）は、造形貯留部（１５１）と、造形プラットフォーム（１５３）と、造形プラットフォーム（１５３）に連結する調整装置（１５４）と、を備える。調整装置（１５４）は、必要に応じて（図示されていない制御システムによって）造形プラットフォーム（１５３）を造形貯留部（１５１）内で上下に移動させるように調整可能であり、金属粉末供給原料（１２２）を粉末供給部（１２０）から容易に受け取ることができ、および／または要求に合った３Ｄ金属部品（１５０）を容易に製造することができる。
【００２９】
粉末スプレッダ（１６０）は、（図示されていない）制御システムに結合し、粉末貯留部（１２１）から造形貯留部（１５１）へ移動するように作動可能であり、それにより予め設定された量の粉末供給原料（１２２）を造形貯留部（１５１）へ供給することができる。例示の実施形態では、粉末スプレッダ（１６０）はローラーであり、システムの分配面（１４０）に沿って回転するように構成され、予め設定された体積（１２８）の粉末供給原料（１２２）を集め、この予め設定された体積（１２８）の粉末供給原料（１２２）を（例えば、粉末供給原料を押して／回転させて）造形貯留部（１５１）へ移動させる。例えば、プラットフォーム（１２３）を適切な垂直位置へ移動させることができ、予め設定された体積（１２８）の粉末供給原料（１２２）は分配面（１４０）の上方にある。それに応じて、造形部（１１０）の造形プラットフォーム（１５３）を下げて、予め設定された体積（１２８）の粉末供給原料（１２２）を収容することができる。粉末スプレッダ（１６０）が粉末貯留部（１２１）の入口側（図１ａの左側）から出口側（図１ａの右側）へ移動しながら、粉末スプレッダ（１６０）は予め設定された体積（１２８）の粉末供給原料（１２２）の大部分または全てを集める。粉末スプレッダ（１６０）が分配面（１４０）に沿って移動し続けると、集めた粉末体積（１２８）が造形貯留部（１５１）へ移動され、例えば、金属粉末の層の形態でそこに分配される。粉末スプレッダ（１６０）は、集めた金属粉末供給原料（１２２）体積（１２８）を造形貯留部（１５１）内へ移動させることができ、または集めた体積（１２８）を分配面（１４０）と同一平面上の表面上へ移動させることができ、金属粉末供給原料の層を作製する。いくつかの実施形態では、粉末スプレッダ（１６０）は造形貯留部（１５１）内に集めた粉末（１２８）を充填／緻密化することができる。粉末スプレッダ（１６０）は円筒形ローラーであるように示されているが、スプレッダは任意の適切な形状、例えば、（例えば、スキージが用いられる場合）矩形とすることができる。この点において、粉末スプレッダ（１６０）は、その構成に応じて、適切に集めた金属粉末供給原料（１２２）体積（１２８）を造形貯留部（１５１）に回転させる、押す、こする、あるいは移動させることができる。更に、（例示されていない）別の実施形態では、ホッパーまたは同様の装置を使用して、粉末供給原料を分配面（１４０）におよび／または直接造形貯留部（１５１）に供給することができる。
【００３０】
粉末スプレッダ（１６０）が、集めた粉末体積（１２８）を造形貯留部（１５１）に分配した後、粉末スプレッダ（１６０）を造形貯留部（１５１）から離れるように、例えば中立位置、または粉末貯留部（１２１）の入口側の上流位置へ（図１ａの左へ）移動させる。次に、システム（１００）は、接着剤供給部（１３０）およびその対応する接着剤ヘッド（１３２）を用いて、接着剤を、造形貯留部（１５１）に保持される集めた粉末体積（１２８）に選択的に供給する（例えば、噴霧する）。具体的には、接着剤供給部（１３０）は、３Ｄ部品の３Ｄコンピュータモデルを有するコンピュータシステム（１９２）および制御装置（１９０）に電気的に接続している。集めた粉末体積（１２８）を造形貯留部（１５１）に供給した後、接着剤供給部（１３０）の制御装置（１９０）は、接着剤ヘッド（１３２）を適切なＸ−Ｙ方向に移動させ、コンピュータ（１９２）の３Ｄコンピュータモデルに従って粉末体積上に接着剤を噴霧する。
【００３１】
接着剤噴霧工程が終了すると、造形プラットフォーム（１５３）を下げ、粉末供給部プラットフォーム（１２３）を上げることができる。多層の要求に合った３Ｄ部品（１５０）が完成するまで、粉末スプレッダ（１６０）によって複数の集めた体積（１２８）を造形貯留部（１５１）に連続的に供給することにより、このプロセスを繰り返すことができる。必要に応じて、１回または複数回のスプレー操作の間に（図示されていない）ヒーターを使用して、接着剤を噴霧したあらゆる粉末を硬化（例えば、部分的に硬化）させることができる。そして、最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０）を造形部（１１０）から取り出すことができ、（接着剤が実質的に噴霧されていない）過剰の粉末（１５２）を除去し、最終の「グリーンの」要求に合った３Ｄ部品（１５０）だけを残すことができる。次に、最終のグリーンの要求に合った３Ｄ部品（１５０）を炉または他の好適な加熱装置で加熱し、それにより部品を焼結させる、および／または部品から（例えば接着剤供給部からの）揮発性成分を除去する。一実施形態では、最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０）は、（例えば、図４に示すように）金属粉末供給原料の均一なまたはほぼ均一な分布を含む。必要に応じて、造形基材（１５５）を使用して、最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０）を造形することができ、この造形基材（１５５）を最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０）中に含むことができ、または造形基材を最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０）から除外することができる。造形基材（１５５”）自体は、（３Ｄ部品とは異なるかもしくは同じ）金属または金属製品であってもよく、または別の材料（例えば、プラスチックもしくはセラミック）であってもよい。
【００３２】
上記のように、粉末スプレッダ（１６０）は、集めた金属粉末供給原料（１２２）体積（１２８）を造形貯留部（１５１）に分配面（１４０）を介して移動させることができる。別の実施形態では、造形部（１１０）の一つまたは複数の外表面が粉末供給部（１２０）と接触するように、造形部（１１０）および粉末供給部（１２０）のうちの少なくとも一方は、横方向に（例えば、Ｘ方向に）移動するように作動可能である。そして、粉末スプレッダ（１６０）は、予め設定された金属粉末供給原料（１２２）体積（１２８）を直接、そして造形貯留部（１５１）と粉末貯留部（１２１）との間にいかなる介在面がない状態で造形貯留部（１５１）に移動させることができる。
【００３３】
上記のように、粉末供給部（１２０）は、プラットフォーム（１２３）を粉末貯留部（１５１）内で上下に移動させるように（図示されていない制御システムによって）調整可能である調整装置（１２４）を備える。一実施形態では、調整装置（１２４）はねじまたは他の好適な機械的装置の形態である。別の実施形態では、調整装置（１２４）は油圧機械である。同様に、造形部の調整装置（１５４）は、機械的装置（例えば、ねじ）または油圧機械であってもよい。
【００３４】
上記のように、粉末貯留部（１２１）は、金属粉末供給原料（１２２）を含む。この粉末供給原料（１２２）は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含むことができ、単一金属の粒子、複数金属の粒子、および／またはＭ−ＮＭ粒子のうちの少なくとも一つが存在する。したがって、要求に合った３Ｄ金属含有部品を製造することができる。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）の少なくとも５０体積％は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、およびそれらの組み合わせを含む。別の実施形態では、粉末供給原料（１２２）の少なくとも７５体積％は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、およびそれらの組み合わせを含む。別の実施形態では、粉末供給原料（１２２）の少なくとも９０体積％は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、およびそれらの組み合わせを含む。
【００３５】
一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、アルミニウム系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、チタン系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、コバルト系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、ニッケル系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、鉄系３Ｄ部品を製造する。アルミニウム系部品は、主成分としてアルミニウムを含む。チタン系部品は、主成分としてチタンを含む。コバルト系部品は、主成分としてチタンを含む。ニッケル系部品は、主成分としてチタンを含む。鉄系部品は、主成分として鉄を含む。一実施形態では、３Ｄ部品はアルミニウム合金である。別の実施形態では、３Ｄ部品はチタン合金である。別の実施形態では、３Ｄ部品はコバルト合金である。別の実施形態では、３Ｄ部品はニッケル合金である。一実施形態では、３Ｄ部品は鋼である。
【００３６】
一つの方法では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、金属マトリックス複合材料３Ｄ部品を製造する。金属マトリックス複合材料は、その中にＭ−ＮＭおよび／または非金属の形体を有する金属マトリックスを有する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、酸化物分散強化３Ｄ金属合金部品を製造する。一実施形態では、３Ｄ金属部品は１０重量％以下の酸化物を含むアルミニウム合金である。一実施形態では、３Ｄ金属部品は１０重量％以下の酸化物を含むチタン合金である。一実施形態では、３Ｄ金属部品は１０重量％以下の酸化物を含むニッケル合金である。この点において、金属粉末供給原料はＭ−Ｏ粒子を含むことができ、ここでＭは金属、およびＯは酸素である。好適なＭ−Ｏ粒子は、特に、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、およびＬａ２Ｏ３等を含む。
【００３７】
図１ｂは、図１ａとほぼ同じ構成を利用するが、３Ｄ製品（１５０’）を製造するために接着剤システムの代わりにレーザーシステム（１８８）（または電子ビーム）を使用する。したがって、図１ａの全ての実施形態および説明は、接着剤供給部（１３０）を除いて、図１ｂの実施形態に適用される。その代わりに、レーザー（１８８）が、３Ｄ部品の３Ｄコンピュータモデルを有するコンピュータシステム（１９２）と、好適な制御装置（１９０’）とに電気的に接続している。集めた粉末体積（１２８）を造形貯留部（１５１）に供給した後、レーザー（１８８）の制御装置（１９０’）は適切なＸ−Ｙ方向にレーザー（１８８）を移動させ、コンピュータ（１９２）の３Ｄコンピュータモデルに従って粉末体積の選択部分を加熱する。そうすることで、レーザー（１８８）は粉末の一部を、形成される製品の液相線温度より高い温度に加熱し、それにより溶融池を形成することができる。続いて、（例えば、制御装置１９０’によって）レーザーを移動および／または電源を切り、それにより少なくとも１，０００℃／秒の冷却速度で溶融池を冷却し、それにより最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０’）の一部を形成することができる。一実施形態では、冷却速度は少なくとも１０，０００℃／秒である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも毎秒１００，０００℃／秒である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも毎秒１，０００，０００℃／秒である。レーザー処理プロセスが終了すると、造形プラットフォーム（１５３）を下げ、多層の要求に合った３Ｄ部品（１５０’）が完成するまでこのプロセスが繰り返される。そして、上記のように、最終の要求に合った３Ｄ部品を造形部（１１０）から取り除くことができ、（実質的にレーザー処理されていない）過剰な粉末（１５２’）が除去される。電子ビームがレーザー（１８８）として使用される場合、冷却速度は（本質的にまたは制御された冷却によって）少なくとも１０℃／秒であることができ、それにより最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０’）の一部を形成することができる。
【００３８】
一実施形態では、造形部（１１０）は、造形部（１１０）の造形貯留部（１５１）の一つまたは複数の部分、またはその中に含まれる粉末もしくはレーザー加工物を意図的に加熱することができる加熱装置（図示せず）を備える。一実施形態では、加熱装置は造形貯留部（１５１）の底部を加熱する。別の実施形態では、加熱装置は造形貯留部（１５１）の一つまたは複数の側面部を加熱する。別の実施形態では、加熱装置は造形貯留部（１５１）の底部および側面のうちの少なくとも一部を加熱する。加熱装置は、例えば、レーザー処理された３Ｄ部品（１５０’）を冷却する間、冷却速度を制御する、および／または残留応力を緩和するのに有益であることができる。したがって、いくつかの金属製品について、より高い歩留まりを実現することができる。一実施形態では、制御された加熱および冷却を使用して、レーザー処理された３Ｄ部品（１５０’）の一つまたは複数の部分内に制御された局所的熱勾配を生じさせる。制御された局所的熱勾配は、例えば、最終のレーザー処理された３Ｄ部品（１５０’）内に要求に合ったテクスチャーを促進することができる。図１ｂのシステムは、本明細書に記載の金属粉末供給原料のいずれかを使用することができる。更に、造形基材（１５５’）を使用して、最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０’）を造形することができ、この造形基材（１５５’）を最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０’）中に含むことができ、または造形基材を最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０’）から除外することができる。造形基材（１５５’）自体は、（３Ｄ部品とは異なるかもしくは同じ）金属または金属製品であってもよく、または別の材料（例えば、プラスチックもしくはセラミック）であってもよい。
【００３９】
別の方法では、ここで図１ｃを参照すると、複数の粉末供給部（１２０ａ、１２０ｂ）を使用して複数の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）を造形貯留部（１５１）に供給して要求に合った金属の３Ｄ製品を容易に製造することができる。図１ｃの実施形態では、第一の粉末スプレッダ（１６０ａ）は、第一の粉末供給部（１２０ａ）の第一の粉末供給原料（１２２ａ）を造形貯留部（１５１）に供給することができ、第二の粉末スプレッダ（１６０ｂ）は、第二の粉末供給部（１２０ｂ）の第二の粉末供給原料（１２２ｂ）を造形貯留部（１５１）に供給することができる。要求に合った金属の３Ｄ製品を容易に製造できるように、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）を任意の適切な量および任意の適切な順序で供給してもよい。一つの特定の例として３Ｄ製品の第一の層を、第一の粉末供給原料（１２２ａ）を使用して、図１ａ〜図１ｂに関して上記したように作製することができる。続いて、３Ｄ製品の第二の層を、第二の粉末供給原料（１２２ｂ）を使用して、図１ａ〜図１ｂに関して上記したように作製することができる。したがって、要求に合った金属の３Ｄ製品を製造することができる。一実施形態では、第二の層は第一の層の上に重なる（例えば、図３ａに示すように、第一の部分（４００）の上に重なる第二の部分（５００）を示す）。別の実施形態では、第一と第二の層は他の材料（例えば、第三の材料の第三の層）によって分離されている。
【００４０】
別の例として、第一の粉末スプレッダ（１６０ａ）は、第一の供給原料（１２２ａ）を、造形貯留部（１５１）に特に意図的に間隙を残して部分的にだけ供給することができる。続いて、第二の粉末スプレッダ（１６０ｂ）は、第二の供給原料（１２２ｂ）を造形貯留部（１５１）に供給し、少なくとも部分的に間隙を埋めてもよい。これらの第一および第二の回転操作に対して、レーザー（１８８）を任意の好適な回数利用することができる。そして、（例えば、図３ｂに示すように）第一の部分（４００）が第二の部分（５００）に横方向に隣接するように多区域３Ｄ製品を製造することができる。実際、システム（１００”）は、必要に応じて、造形部（１１０）、粉末供給部（１２０ａ、１２０ｂ）および粉末スプレッダ（１６０ａ、１６０ｂ）を操作して、図３ａ〜図３ｆに例示する実施形態のいずれかを製造することができる。
【００４１】
第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）は、（例えば、速度／効率の目的で）同じ組成を有してもよいが、一般的には異なる組成を有する。第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）のうちの少なくとも一つは、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含むことができ、単一金属の粒子、複数金属の粒子、および／またはＭ−ＮＭ粒子のうちの少なくとも一つが存在する。したがって、要求に合った３Ｄ金属含有部品を製造することができる。一実施形態では、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）の少なくとも５０体積％は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、およびそれらの組合せを含む。一実施形態では、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）の少なくとも７５体積％は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、およびそれらの組合せを含む。一実施形態では、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）の少なくとも９０体積％は、単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、およびそれらの組合せを含む。
【００４２】
第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）の任意の組み合わせを用いて、要求に合った金属の３Ｄ製品を製造することができる。一つの方法では、第一の供給原料（１２２ａ）は第一の混合組成からなり、第二の供給原料（１２２ｂ）は第一の組成とは異なる第二の混合組成からなる。しかし、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）の各々は単一金属の粒子、複数金属の粒子、および／またはＭ−ＮＭ粒子のうちの少なくとも一つを更に含む。一つの方法では、第一の組成および第二の組成は少なくとも部分的に重なり合い、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）は少なくとも一つの共通の金属元素を含み、その金属元素は単一金属の粒子、複数金属の粒子、および／またはＭ−ＮＭ粒子に含まれていてもよい。別の方法では、第一の組成および第二の組成は重なり合わず、第一および第二の粉末供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）は単一金属の粒子、複数金属の粒子、およびＭ−ＮＭ粒子中にいかなる同じ金属元素も含まない。
【００４３】
上記の図１ａ〜図１ｂの方法と同様に、粉末スプレッダ（１６０ａ、１６０ｂ）は円筒形であるように示されているが、粉末スプレッダ（１６０ａ、１６０ｂ）は、任意の適切な形状、例えば矩形等であってもよい。この点において、粉末スプレッダ（１６０ａ、１６０ｂ）は、それらの構成に応じて、供給原料（１２２ａ、１２２ｂ）を造形貯留部（１５１）に回転させる、押す、こする、あるいは移動させることができる。また、必要に応じて、造形基材（１５５”）を使用して、最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０”）を造形することができ、この造形基材（１５５”）を最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０”）中に含むことができ、または造形基材を最終の要求に合った３Ｄ部品（１５０”）から除外することができる。造形基材（１５５”）自体は、（３Ｄ部品とは異なるかもしくは同じ）金属または金属製品であってもよく、または別の材料（例えば、プラスチックもしくはセラミック）であってもよい。図１ｃはレーザー（１８８）を使用するように例示されているが、図１ｃのシステムは代替的に、図１ａに関して上記したような接着剤システムを使用することができる。
【００４４】
図２は、多種の粉末供給原料（２２２）を作製するためのシステム（２００）の概略図である。例示の実施形態では、システム（２００）は、図１ａ〜図１ｃに関して上述したような粉末床造形部（１１０）に多種の粉末供給原料を供給するように示されているが、任意の好適な付加製造方法では、システム（２００）を用いて多成分粉末を作製することができる。
【００４５】
図２のシステム（２００）は、図１ａ〜図１ｃに関して上記したように、複数の粉末供給部（２２０−１、２２０−２、２２０−ｎまで）および対応する複数の粉末貯留部（２２１−１、２２１−２、２２１−ｎまで）、粉末供給原料（２２２−１、２２２−２、２２２−ｎまで）、プラットフォーム（２２３−１、２２３−２、２２３−ｎまで）、ならびに調整装置（２２４−１、２２４−２、２２４−ｎまで）を備える。同様に、造形部（２１０）は、図１ａ〜図１ｃに関して上記したように、造形貯留部（２５１）と、造形プラットフォーム（２５３）と、造形プラットフォーム（２５３）に連結する調整装置（２５４）と、を備える。
【００４６】
粉末スプレッダ（２６０）は、第一の位置（２０２ａ）と第二の位置（２０２ｂ）との間で（往復）移動するように作動可能であり、第一の位置は第一の粉末供給部（２２０−１）の上流にあり、第二の位置（２０２ｂ）は最後の粉末供給部（２２０−ｎ）または造形部（２１０）のいずれかの下流にある。粉末スプレッダ（２６０）が第一の位置（２０２ａ）から第二の位置（２０２ｂ）に向かって移動するにつれて、粉末スプレッダは第一の粉末供給部（２２０−１）から適切な体積の第一の供給原料（２２２−１）を、第二の粉末供給部（２２２−２）から適切な体積の第二の供給原料（２２０−２）を、等を集め、それにより集めた体積（２２８）を作製する。第一から最後の供給原料（２２０−１〜２２０−ｎ）の体積および組成を、各回転サイクルごとに要求に合わせるおよび制御することができ、要求に合った３Ｄ製品、またはその一部を容易に製造することができる。
【００４７】
例えば、第一の粉末供給部（２２０−１）は、その供給原料（２２２−１）として第一の金属粉末（例えば、単一金属粉末）を含むことができ、そして第二の粉末供給部（２２０−２）は、その供給原料（２２２−２）として第二の金属粉末（例えば、複数金属粉末）を含むことができる。粉末スプレッダ（２６０）が第一の粉末供給部（２２０−１）の上流から分配面（２４０）に沿って第二の粉末供給源（２２０−２）の下流に移動すると、粉末スプレッダ（２６０）は、第一および第二の体積の金属粉末（２２２−１、２２２−２）を集め、それにより第二の粉末供給部（２２０−２）の下流に要求に合った粉末混合物（２２８）を作製する。粉末スプレッダ（２６０）が造形貯留部（２５１）に向かって移動すると、第一および第二の粉末を（例えば、回転させることにより、例えば任意の振動装置（２７５）によって上面（２４０）に振動を加えることにより、または他の混合機／撹拌手段によって）混合することができる。粉末スプレッダ（２６０）が第二の位置（２０２ｂ）に向かって移動するにつれて、後続の粉末供給原料（２２２−３（図示せず）〜２２２−ｎ）を利用または（例えば、粉末供給部の上部を閉じることによって）利用しないことができる。最終的に、最終粉末供給原料（２２２＝２２２1+2+...n）を、付加製造用に、例えば粉末床造形部（２１０）で使用するために供給することができる。そして、図１ｂに関して上記したように、レーザー（１８８）を使用して、最終の要求に合った３Ｄ部品（２５０）の一部を製造することができる。
【００４８】
システム（２００）の柔軟性により、特に、図３ａ〜３ｆ、図４、および図５ａ〜図５ｄ等に例示される製品のいずれかを、その場で容易に製造する。任意の好適な組成を有する任意の好適な粉末、および任意の好適な粒度分布を、システム（２００）の供給原料（２２２−１〜２２２−ｎ）として使用することができる。例えば、均質な３Ｄ製品、例えば図４に例示するものを製造するためには、一般的に各回転サイクルに対して同じ体積および同じ組成を利用することができる。多区域製品、例えば図３ａ〜図３ｆに例示するものを製造するために、粉末スプレッダ（２６０）は、必要に応じて、同じまたは異なる粉末供給部から異なる体積の供給原料を集めることができる。一例として、図３ａの積層製品を製造するために、第一の回転サイクルは、第一の粉末供給部（２２０−１）から第一の体積の供給原料（２２２−１）、および第二の粉末供給部（２２０−２）から第二の体積の供給原料（２２２−２）を集めることができる。次のサイクルのために、そして第二の異なる層を作製するために、第一の粉末供給部（２２０−１）の高さを（そのプラットフォームを介して）調節して、異なる体積の第一の供給原料（２２２−１）を供給することができる（第二の粉末供給部（２２０−２）の高さは同じままでもよく、変化してもよい）。そして、後続のサイクルで異なる体積の第一の供給原料を利用することにより、異なる粉末混合物を作製し、それにより異なる材料の層を作製する。
【００４９】
代替として、粉末スプレッダ（２６０）が適切な粉末供給部（２２０−２〜２２０−ｎ）から材料を集めるだけで所望の材料層を作製するようにシステム（２００）を制御してもよい。例えば、粉末スプレッダ（２６０）を、該当する粉末供給部を回避するように（例えば、非線形に移動して回避するように）制御することができる。別の例として、粉末供給部（２２０−１〜２２０−ｎ）は、選択的に作動可能な蓋またはクロージャを備えることができ、その結果、システム（２００）は、このような蓋またはクロージャを選択的に閉じることにより、任意の適切なサイクルの間、任意の該当する粉末供給部（２２０−１〜２２０−ｎ）が粉末スプレッダ（２６０）と連通することを回避させることができる。
【００５０】
粉末スプレッダ（２６０）を、第一の位置（２０２ａ）から第二の位置（２０２ｂ）に、またはそれらの間の任意の位置に移動するように好適な制御システムにより制御することができる。例えば、サイクルの後、粉末スプレッダ（２６０）は第一の粉末供給部（２２０−１）の下流であって、第二の粉末供給部（２２０−２）の上流である位置に戻ることができ、第一の供給原料（２２２−１）を完全に回避して、適切な体積の第二の供給原料（２２２−２）を容易に集めることができる。更に、粉末スプレッダ（２６０）を、付加製造操作のために適切な量の供給原料（２２２−１〜２２２−ｎ）を集めるのに適切なように、線形または非線形で移動させることができる。また、複数のローラーを使用して供給原料（２２２−１〜２２２−ｎ）を移動および／または混合することができる。最後に、三つ以上の粉末供給部（２２２−１〜２２２−ｎ）が図２に例示されているが、二つの粉末供給部（２２２−１〜２２２−２）も同様に有用あることができる。
【００５１】
＜Ｃ．図１ａ〜図１ｃおよび図２の装置ならびにシステムにより付加製造された３Ｄ金属製品の非制限的例＞
上記のように、図１ａ〜図１ｃおよび図２に記載の付加製造装置およびシステムを、任意の好適な金属含有３Ｄ製品を製造するために使用することができる。一実施形態では、付加製造プロセスを通して全体的に同じ粉末を使用して、最終の要求に合った３Ｄ金属製品を製造する。例えば、ここで図４を参照すると、最終の要求に合った製品（１０００）は、付加製造プロセス中、全体的に同じ金属粉末を使用することにより作製した単一区域を含んでもよい。一実施形態では、金属粉末は単一金属の粒子からなる。一実施形態では、金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子との混合物からなる。一実施形態では、金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。一実施形態では、金属粉末は単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子とからなる。一実施形態では、金属粉末は複数金属の粒子からなる。一実施形態では、金属粉末は複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子とからなる。一実施形態では、金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、必要に応じて金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。これらの実施形態のいずれかでは、複数の異なる種類の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、および／または非金属粒子を用いて金属粉末を作製することができる。例えば、単一金属の粒子からなる金属粉末は、複数の異なる種類の単一金属の粒子を含むことができる。別の例として、複数金属の粒子からなる金属粉末は、複数の異なる種類の複数金属の粒子を含むことができる。別の例として、単一金属の粒子および複数金属の粒子からなる金属粉末は、複数の異なる種類の単一金属の粒子および／または複数金属の粒子を含むことができる。同様の原理がＭ−ＮＭ粒子および非金属粒子にもあてはまる。
【００５２】
一つの特定の例として、ここで図５ａ〜図５ｄを参照すると、単一金属粉末は、（１）（ａ）Ｍ−ＮＭ粒子および（ｂ）非金属粒子（例えば、ＢＮ粒子）のうちの少なくとも一つと、（２）（ａ）単一金属の粒子または（ｂ）複数金属の粒子のうちの少なくとも一つと、の混合物を含むことができる。単一の粉末混合物を使用して、大きな体積の第一の区域（１７００）と小さな体積の第二の区域（１８００）とを有する物体（１５００）を製造することができる。例えば、第一の区域（１７００）は、上記の金属合金のいずれかのように、（例えば、単一金属の粒子および／または複数金属の粒子による）金属または金属合金区域を含むことができ、第二の区域（１８００）は、（例えば、Ｍ−ＮＭ粒子および／または非金属粒子による）Ｍ−ＮＭ区域を含むことができる。製造後または製造中に、図５ｂ〜図５ｄに例示するような、第一の区域（１７００）および第二の区域（１８００）を含む付加製造製品を（例えば、圧延、押出し、鍛造、延伸、圧縮のうちの一つまたは複数によって）変形させることができる。最終の変形された製品は、例えば、平面滑りを制限し得る、第一の区域（１７００）とＭ−ＮＭの第二の区域（１８００）との間の界面によって、より高い強度を実現し得る。
【００５３】
あるいは、最終の要求に合った製品は、少なくとも二つの別々に作製した異なる区域を含んでもよい。一実施形態では、異なる種類の金属粉末を使用して、３Ｄ製品を製造することができる。（例えば、図１ｃおよび図２に例示するように、）例えば、第一の金属粉末供給部は、第一の金属粉末を含んでもよく、第二の金属粉末供給部は、第一の金属粉末とは異なる第二の金属粉末を含んでもよい。第一の金属粉末供給部を使用して、３Ｄ製品の第一の層または一部を作製してもよく、第二の金属粉末供給部を使用して、３Ｄ製品の第二の層または一部を作製してもよい。例えば、ここで図３ａ〜図３ｆを参照すると、第一の区域（４００）および第二の区域（５００）が存在し得る。第一の区域（４００）を作製するために、造形貯留部の第一の部分（例えば、層）は第一の粉末供給部からの第一の金属粉末を含み得る。第二の区域（５００）を作製するために、造形貯留部の金属粉末の第二の部分（例えば、層）は、第二の金属粉末供給部からの第二の金属粉末を含むことができ、第二の金属粉末は第一の層とは異なっている（組成的におよび／または物理的に異なっている）。第三の異なる区域、第四の異なる区域等を作製することができる。したがって、付加製造プロセス中の金属粉末の全体的な組成および／または物理的性質は予め設定されてもよく、その結果、要求に合った組成および／または微細構造を有する要求にあった金属または金属合金製品を得ることができる。
【００５４】
一態様では、第一の粉末供給部の第一の金属粉末は単一金属の粒子からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は別の種類の単一金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は、単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子と、からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００５５】
別の態様では、第一の粉末供給部の第一の金属粉末は複数金属の粒子からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は別の種類の複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子との混合物からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子との混合物からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は、単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子と、からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子との混合物からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００５６】
別の態様では、第一の粉末供給部の第一の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は別の種類のＭ−ＮＭ粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子とからなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は、単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子と、からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００５７】
別の態様では、第一の粉末供給部の第一の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子との混合物からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子との別の混合物からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は、単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子と、からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００５８】
別の態様では、第一粉末供給部の第一の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子との混合物からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子との別の混合物からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子とからなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は、単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子と、からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００５９】
別の態様では、第一の粉末供給部の第一の金属粉末は単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子との混合物からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子との別の混合物からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子とからなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００６０】
別の態様では、第一粉末供給部の第一の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子との混合物からなる。第一の金属粉末を第一の金属粉末床層に使用して、要求に合った３Ｄ金属体の第一の区域（４００）を作製することができる。続いて、第二の粉末供給部の第二の金属粉末を第二の金属粉末床層として使用して（例えば、図１ｃまたは図２のように）要求に合った３Ｄ金属体の第二の区域（５００）を作製することができる、または（例えば、図２のように）造形貯留部に供給する前に、第二の金属粉末を第一の金属粉末と混合することができる。一実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子との別の混合物からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子と複数金属の粒子とからなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は単一金属の粒子とＭ−ＮＭ粒子とからなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末は複数金属の粒子からなる。別の実施形態では、第二の金属粉末は、単一金属の粒子と、複数金属の粒子と、Ｍ−ＮＭ粒子と、からなる。更に別の実施形態では、第二の金属粉末はＭ−ＮＭ粒子からなる。これらの実施形態のいずれかでは、第二の区域を作製するために必要に応じて第二の金属粉末中に非金属粒子を用いてもよい。
【００６１】
したがって、図１ａ〜図１ｃおよび図２のシステムおよび装置は、アルミニウム系、チタン系、コバルト系、ニッケル系、および鉄系３Ｄ金属製品を含む任意の好適な金属を有する、様々な付加製造された３Ｄ金属製品であって、例えば図３ａ〜図３ｆ、図４、および図５ａ〜図５ｄに例示される単一または複数区域の製品のいずれかであり、付加製造された３Ｄ金属製品の少なくとも第一の区域は、これらの金属系製品のうちの一つを含む、３Ｄ金属製品、を製造するのに有用である。
【００６２】
本明細書に記載の新規技術の様々な実施形態を詳細に説明してきたが、当業者がこのような実施形態の改変および適合を想到することになるのは明らかである。しかしながら、このような改変および適合が本開示の技術の趣旨および範囲内であることは明白に理解されるべきである。
【図１ａ】
2019532178.tif 000005
【図１ｂ】
2019532178.tif 000006
【図１ｃ】
2019532178.tif 000007
【図２】
2019532178.tif 000008
【図３】
2019532178.tif 000009
【図４】
2019532178.tif 000010
【図５ａ−５ｄ】
2019532178.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月26日(2019.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上記のように、粉末供給部（１２０）は、プラットフォーム（１２３）を粉末貯留部（１２１）内で上下に移動させるように（図示されていない制御システムによって）調整可能である調整装置（１２４）を備える。一実施形態では、調整装置（１２４）はねじまたは他の好適な機械的装置の形態である。別の実施形態では、調整装置（１２４）は油圧機械である。同様に、造形部の調整装置（１５４）は、機械的装置（例えば、ねじ）または油圧機械であってもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、アルミニウム系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、チタン系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、コバルト系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、ニッケル系３Ｄ部品を製造する。一実施形態では、粉末供給原料（１２２）は十分な量の単一金属の粒子、複数金属の粒子、Ｍ−ＮＭ粒子、非金属粒子、およびそれらの組み合わせを含み、鉄系３Ｄ部品を製造する。アルミニウム系部品は、主成分としてアルミニウムを含む。チタン系部品は、主成分としてチタンを含む。コバルト系部品は、主成分としてコバルトを含む。ニッケル系部品は、主成分としてニッケルを含む。鉄系部品は、主成分として鉄を含む。一実施形態では、３Ｄ部品はアルミニウム合金である。別の実施形態では、３Ｄ部品はチタン合金である。別の実施形態では、３Ｄ部品はコバルト合金である。別の実施形態では、３Ｄ部品はニッケル合金である。一実施形態では、３Ｄ部品は鋼である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
粉末スプレッダ（２６０）を、第一の位置（２０２ａ）から第二の位置（２０２ｂ）に、またはそれらの間の任意の位置に移動するように好適な制御システムにより制御することができる。例えば、サイクルの後、粉末スプレッダ（２６０）は第一の粉末供給部（２２０−１）の下流であって、第二の粉末供給部（２２０−２）の上流である位置に戻ることができ、第一の供給原料（２２２−１）を完全に回避して、適切な体積の第二の供給原料（２２２−２）を容易に集めることができる。更に、粉末スプレッダ（２６０）を、付加製造操作のために適切な量の供給原料（２２２−１〜２２２−ｎ）を集めるのに適切なように、線形または非線形で移動させることができる。また、複数のローラーを使用して供給原料（２２２−１〜２２２−ｎ）を移動および／または混合することができる。最後に、三つ以上の粉末供給部（２２０−１〜２２０−ｎ）が図２に例示されているが、二つの粉末供給部（２２０−１〜２２０−２）も同様に有用あることができる。
【国際調査報告】
2019532178.tif 000012
2019532178.tif 000013