(57)【要約】  付加製造（ＡＭ）金属工作物の内部空洞を化学処理するための方法であって、内部空洞と流体連通するコネクタが設けられ、内部空洞と内部空洞を通って化学研磨溶液がコネクタおよび内部空洞を通って流されて、内部空洞を望ましい仕上げにする。
2019512049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空洞を有するＡＭ金属工作物を用意することと、
内部空洞と流体連通した少なくとも１個の第１のコネクタを用意することと、
第１のコネクタおよび内部空洞の中を通るように化学研磨溶液を流して、望ましい仕上げになるように内部空洞を処理することと
を含む、付加製造（ＡＭ）金属工作物の内部空洞を化学処理する方法。
【請求項２】
内部空洞を処理することが、金属屑の除去、表面粗さの低減および一時的な支持構造体の除去のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
内部空洞と流体連通した第１のコネクタを用意することが、第１のコネクタの穴を内部空洞への開口部に位置合わせすることと、第１のコネクタを工作物に一時的に接着することとを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
穴を内部空洞への開口部と位置合わせすることが、空洞への正確な位置合わせを確実に行うように開口部に嵌まり込む可溶性ポリマーから製造された位置合わせ用延長部を用意することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
内部空洞と流体連通した第１のコネクタを用意することが、工作物の周りに嵌め込むような形状を有する接続ジャケット上に、第１のコネクタを用意することと、内部空洞への開口部に対して第１のコネクタを封止することとを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
接続ジャケットが、付加製造によって製造されている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
内部空洞と流体連通した第２のコネクタを用意することをさらに含む方法であって、方法が第１のコネクタの中を通って内部空洞内に入り、第２のコネクタの中を通って外に出るように化学研磨溶液を流すことをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
内部空洞が、止まり穴であり、第１のコネクタおよび第２のコネクタが、止まり穴に向かう流れおよび止まり穴から来る流れを供給するように一体化されている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
化学研磨溶液の外部貯蔵器をさらに備える方法であって、方法が化学研磨溶液を外部貯蔵器から内部空洞の中を通して外部貯蔵器に循環させることをさらに含む、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
化学研磨溶液が、内部空洞の処理中に、一定の温度、好ましくは５０℃超または６０℃超または７０℃超または２０℃未満に維持される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
内部空洞の中を通るように化学研磨溶液を流している間に、工作物を浴中に浸漬することをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
浴が、内部空洞の処理中に、一定の温度、好ましくは５０℃超または６０℃超または７０℃超または２０℃未満に維持される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
浴が、化学研磨溶液が内部空洞から漏れたかどうかの指標を提供する指示薬を含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
浴が、ｐＨセンサーおよびイオン選択電極等から選択される漏れを検出するための検出器を備える、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
浴が、化学研磨溶液の漏れを中和するための組成物の中和溶液を含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
望ましい仕上げが達成されるまで、化学研磨溶液が、内部空洞の中を通るように流される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
入り口と出口との差圧を測定すること、空洞の中を通る流量を測定すること、出口における化学研磨溶液成分の濃度を測定すること、および出口において、溶解した合金成分の濃度を測定することを含む群より選択される、流されている溶液のパラメータをモニタリングすることによって、望ましい仕上げが判定される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
望ましい仕上げが、ボアスコープ、３Ｄ  Ｘ線ＣＴ検査または超音波イメージングを使用して、非破壊直接検査によっては判定される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
望ましい仕上げを達成するために必要な化学研磨溶液の量が計算され、この化学研磨溶液の量が、化学研磨溶液が使い果たされるまで内部空洞の中を通るように流される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
化学研磨溶液が、局所的な気泡の形成を回避するのに十分な速度で内部空洞の中を通って流される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
望ましい仕上げが達成された後、第１のコネクタが除去される、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
化学研磨溶液の進入を防止するために内部空洞を封止することと、工作物の外面の化学処理を実施することとをさらに含む、請求項１から２１のいずれかにに記載の方法。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項２４】
請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法によって処理された内部空洞を有する、付加製造（ＡＭ）金属工作物。
【請求項２５】
ジェットエンジン燃料用ノズル、ノズル、噴霧器、インペラ、プロペラ、ロータ組立体、タービンブレード、排気マニフォールド、排気管、ガスディフューザ、フローマニフォールド、フローバルブマニフォールド、定置型サーペンタイン通路、熱交換器、パイプエルボ、コイル型パイプ、マンドレル、および、内部通路を有する任意の他のＡＭ金属工作物を含む群より選択される、請求項２４に記載のＡＭ金属工作物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄプリントされた工作物等の付加製造（ＡＭ）金属工作物の処理および仕上げに関する。特に、本発明は、このような工作物の内部空洞の化学処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造（ＡＭ）金属工作物は、時には断面積が１ｍｍ２未満なこともある臨界幾何形状（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する複雑な内部空洞（すなわち、通路、止まり穴等）を有するように設計および製造されることが多い。このような工作物のいくつかの例には、限定されるわけではないが、ジェットエンジン燃料用ノズル、ノズル、噴霧器、インペラ、プロペラ、ロータ組立体、タービンブレード、排気マニフォールド、排気管、ガスディフューザ、フローマニフォールド、フローバルブマニフォールド、定置型サーペンタイン通路、熱交換器、パイプエルボ、コイル型パイプおよびマンドレルが挙げられる。止まり穴を含むこれらの内部空洞は、構築プロセスから出た部分的に溶融または焼結した粉末およびルース粉末等の蓄積等、金属屑を有することが多い。これらの内部空洞内の金属屑は、空洞の閉塞を起こし、空洞の所期の目的を破綻させる可能性がある。言い換えれば、金属屑の存在は、空洞の所期の機能性を低下させる可能性がある。この内部にある金属屑は、生体適合性、流体動力学および流体力学ならびに／または空洞の他の機能特性を改善するために除去されなければならない。
【０００３】
ＡＭによる内部空洞の表面粗さは、大抵の場合、所期の機能を満たすために低減される必要がある。研磨材による研削、研磨材の流動による機械加工、内面磁気研磨仕上げおよび流動層による機械加工等の機械仕上げ法は、常に、内部空洞の表面粗さを首尾よく低減できるとは限らない。加えて、これらの機械的な技法は、後で除去が必要になる空洞内に残った残留屑を生じさせる可能性もある。
【０００４】
ＡＭ部品が、同じ構築パラメータになるように同じ機械内で構築された場合であっても、ＡＭ部品には、表面粗さのレベルおよび部品ごとに存在する金属屑の量に著しい相違があることが多い。仕上げプロセスを設計するときに、この相違は、所望の結果の達成を確実にするように適応させなければならない。必要な表面粗さの低減および／または金属屑の完全な除去は、部品を使用可能な状態にすることを確実にするように検証されなければならない。後処理としての検査は、望ましくない帰結として、１個以上の部品の処理を繰り返すことが必要になる可能性がある。各部品の前処理評価に頼ることは、甚だしく面倒でもある。
【０００５】
大抵の場合、ＡＭ設計および製造プロセスは、工作物の製作を可能にするために、一時的な支持構造体の使用を必要とする。これらの一時的な支持構造体は、最終的な状態の工作物の一部として除去される。設計者は、研磨材による機械加工等の現行の技法を使用して支持構造体を除去することができる場所に、支持構造体の使用を限定しなければならない。これは、複雑で入り組んだ内部空洞および／またはくぼんだ表面を設計する場合、望ましくない制約である。
【０００６】
同様に、内部空洞を有するＡＭ工作物の設計および製造は、本発明による後続の機械加工が、金属屑および一時的な支持構造体を除去するだけでなく、望ましい内部寸法も達成するように、内部空洞の寸法を意図的に小規模化されるような態様で、実施される。
【０００７】
本発明は、金属屑の除去、表面粗さの低減ならびに内部空洞からの一時的な支持構造体の除去を達成し、支持構造体により、くぼんだ表面が形成される。本発明を実施するために設計された装置もまた、本発明の一部である。一時的な支持構造体の使用に関する制約がなくなった設計およびこの設計から得られた工作物もまた、本発明の一部である。部品の仕上げ、一時的な支持構造体の除去および金属屑の除去をプロセスの最中にモニタリングするための方法および装置もまた、本発明の一部である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
要約すると、既存のＡＭプロセスおよび工作物は、次のうちのいずれかまたは複数を含み得る、いくつかの問題を示す。
【０００９】
１．内部空洞の表面は、粗い表面組織を有し、表面に付着したルース粉末および部分的に溶融または焼結した金属粉末によって裏打ちされている。
【００１０】
２．構築プロセスの間、一時的な支持構造体が、伝熱および機械的安定性を増大させるために、３ｍｍ超の断面を有する内部空洞およびくぼんだ表面に使用されることが多い。これらの支持体は、プリント後に除去されなければならないが、この除去は、空洞が狭い場合および／または曲がりくねった経路をたどる場合、従来の機械的技法では困難または不可能である。
【００１１】
３．表面仕上げは、内部空洞の表面全体にわたって一様である必要があり、支持体は、完全に除去される必要がある。
【００１２】
４．内部空洞の断面積が非常に小さく、時には１ｍｍ２未満なこともあり得る。
【００１３】
５．ＡＭによって構築された部品の内部空洞は、曲がりくねった経路をたどる可能性がある。
【００１４】
６．この結果、機械加工用の工具が空洞の内面に到達できないことが多い。
【００１５】
７．研磨材の流動による機械加工等を用いて、研磨材を内部空洞に押し込むと、空洞の中を通る直線的な経路から逸脱するせいで、ストック材および一時的な支持体が一様に除去されず、したがって、表面仕上げが不十分になる可能性がある。さらに、研磨材による機械加工法を使用すると、内部空洞に残留屑が残って、後で清浄化が必要になる可能性もある。
【００１６】
８．ストック材除去プロセスは、制御も可能であり、測定も可能であり、繰り返しも可能でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、化学研磨を使用するＡＭ工作物を対象にして、内部空洞の表面を表面仕上げし、金属屑を除去し、一時的な支持構造体を除去する方法が開示されている。この方法は、上述において明確化されたいくつかの目的を達成し、際立たせた課題の少なくとも一部を克服することを可能にする。
【００１８】
しかしながら、この技術にも難点があると指摘されることもある。特に、化学研磨用の化学物質は非常に腐食性が強く、時には、プロセスを高温で実施する必要がある。曲がりくねった小さな空洞は、容易に検査することができず、仕上げの度合いのモニタリングおよび制御が非常に難しくなり得る。大抵の場合、気体の発生は、化学研磨プロセス中に起きる。捕捉された気泡により、化学研磨用の化学物質が、すべての内面と一様に接触できなくなる。
【００１９】
部品を化学研磨溶液に単に浸漬しても、デッドスペースが内部空洞に生じ、発生した気泡が化学物質の一様な接触を阻止するため、うまくいかないことにも留意すべきである。さらに、化学物質の濃度および温度は、空洞の全体にわたって様々であり、この結果、ストック材が一様に除去されなくなる。
【００２０】
本発明によって対処されるいくつかの問題は、次のように要約することができる。
【００２１】
１．化学研磨用の配合物は非常に腐食性が強く、衛生安全環境（ＨＳ＆Ｅ）に関する重大な懸念を提起するが、これらの懸念は軽減されなければならない。
【００２２】
２．化学研磨溶液および工作物は、常に、内部空洞全体にわたって本質的に一定の温度に保持されなければならない。
【００２３】
３．捕捉された気泡は、排除されなければならない。
【００２４】
４．化学物質の濃度は、空洞全体にわたって本質的に一様な状態のままでなければならない。
【００２５】
５．ストック材の除去量と一時的な支持構造体の除去量を計算するため、ならびに／または金属屑の除去および必要な表面粗さの達成を確実にするために、定型の方法が必要とされる。
【００２６】
６．プロセスの最中に、ストック材の除去と一時的な支持構造体の除去の速度をモニタリングし、および／または金属屑の完全な除去を確実にする方法が、次のことを行うために必要とされる。
【００２７】
ａ．失敗した場合は再処理が必要になる（非効率あるいは処理をもたらす）、後工程としての品質検査を削減または省略すること。
【００２８】
ｂ．表面粗さ、一時的な支持体のサイズ、および、ＡＭ部品に固有な存在する量または金属屑のバラつきに適応させ、これにより、前処理としての検査を削減または省略すること（処理の効率につながる）。
【００２９】
７．空洞の入口および出口を介して活性な化学物質を工作物の開口部に運搬する、漏れのない管の接続部を作り出す方法。
【００３０】
８．後で本発明の方法により金属屑が除去され、一時的な支持構造体が除去され、望ましい最終的な寸法になるまで内部寸法が増大するように、ＡＭによる内部空洞の設計および製造が小規模化された、方法。
【００３１】
下述において、添付の図面を参照しながら本発明をより詳細に論述する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本発明の一態様による工作物内の空洞へのコネクタの取り付けを概略的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一態様による工作物内の空洞へのコネクタの取り付けを概略的に示す図である。
【図２Ａ】不規則的な形態を有する空洞への接続部の第１の実施形態の平面図を示す図である。
【図２Ｂ】不規則的な形態を有する空洞への接続部の第１の実施形態の側面図を示す図である。
【図２Ｃ】不規則的な形状を有する空洞への接続部の第２の実施形態の平面図を示す、図である。
【図２Ｄ】不規則的な形状を有する空洞への接続部の第２の実施形態の側面図を示す図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態による止まり穴型空洞への接続部を概略的に示す図である。
【図４】本発明を実施することができる加熱された緩衝浴を概略的に示す図である。そして
【図５】本発明を実施するための装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
１．本発明は、限定されるわけではないが、チタン、Ｔｉ−６Ｖ−４Ａｌ、Ｉｎｃｏｎｅｌ等のニッケル系合金、ステンレス鋼、コバルトクロム、Ｓｃａｌｍａｌｌｏｙ（Ｒ）合金を含む、すべての金属の化学研磨に関する。
【００３４】
２．上述に列挙した様々な合金の化学研磨溶液は、Ｖｏｏｒｔ．Ｇ  Ｆ  Ｖａｎｄｅｒ  １９９９  Ａｐｐｅｎｄｉｘ  Ｇ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ（ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）５５２〜６１頁、およびＷｉｌｌｉａｍ  Ｔ．Ｈａｒｒｉｓ、１９７６  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｉｌｌｉｎｇ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｂｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｏｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）を含む文献において見出すことができる。当然ながら、本発明は、公開された配合物に限定されない。使用され得る合金ごとの他の可能な化学研磨溶液の例は、限定されるわけではないが、次のものである。
【００３５】
アルミニウム：８５℃の６０ｍＬのＨ２ＳＯ４（９６％）と、３０ｍＬのＨ３ＰＯ４（８５％）と、１０ｍＬのＨＮＯ３（６５％）
ステンレス鋼：［重量％］：７０〜８０℃の［３０％］のＨＣｌ（３５％）と、［４０％］のＨ２ＳＯ４（９６％）と、［５．５％］の四塩化チタンと、０．５％のＨＮＯ３（６５％）［任意選択による］と、残部の水
ニッケル：｛体積％｝：８５〜９５℃の｛３０％｝のＨＮＯ３（６５％）と、｛１０％｝のＨ２ＳＯ４（９６％）と、｛１０％｝のＨ３ＰＯ４（８５％）と、｛５０％｝の（氷）酢酸
Ｉｎｃｏｎｅｌ：溶液Ａ＝３０ｇ超のＣｕＣｌ２と、５００ｍＬのＨＣｌ（３５％）と、１０００ｍＬのＨ２Ｏ
溶液Ｂ＝６０ｍＬ超の酢酸と、４０ｍＬのＨＮＯ３（６５％）と、０．５ｍＬのＨＣｌ
＊最初に溶液Ａを圧送し、続いて溶液Ｂを圧送する。
【００３６】
チタン：［体積％］｛５０％｝のＨＮＯ３（６５％）と、｛５０％｝のＨＦ（５０％）
【００３７】
３．大抵の場合、内部空洞の出入り口への接続部は、出入り口の形状およびサイズに合致することが極めて重要である。さもなければ、浸食または不十分な仕上げが起きる。これは、出入り口が重要でない場合は当てはまらないこともある。特定の場合において、ＡＭプロセスの一部として一時的な出入り口を製造してもよく、内部空洞の処理が完了したらすぐに除去することができる。これが可能でないまたは望ましくない場合、下述の方法によって出入り口を工作物に連結することができる。
【００３８】
ａ）空洞の出入り口が円筒形である場合、工作物への接続部は次のように作り出すことができる。
ｉ．図１Ａは、空洞の開口部２、ワイヤーまたは位置合わせ用物体３、（ワイヤー３によって空洞に位置合わせされた）短い管４、（やはりワイヤー３によって空洞に位置合わせされた）汎用管継手５およびシーラント物質６（すべての管および継手系統を工作物１に固定する）を有する工作物１を示している。
ｉｉ．空洞の内径に近似する外径を有するワイヤーまたは他の円筒形の位置合わせ用物体３を、空洞の開口部２に挿入する。
ｉｉｉ．空洞の内径に非常に近似する内径を有する管４を使用して、位置合わせ用物体３を包み込む。
ｉｖ．管４およびワイヤー３を取り囲むように、汎用継手本体５を挿入する。
ｖ．シリコーンゴムまたは別のシーラント６を、継手本体５および工作物１に押しつけた状態で成形して、管を空洞の開口部２および工作物１に固定する。
ｖｉ．乾燥後、挿入されたワイヤーまたは他の物体３を除去する（図１Ｂ）。
ｖｉｉ．適切な管８と一緒になった適切なナット取付具７を、汎用継手本体ユニオン５に接続する。
ｖｉｉｉ．管８と管４は、直接接触して、一方の管が他方の管から所定の位置にしっかりと押し込まれるのに十分なほど長い。
ｉｘ．管８を介して、化学研磨溶液を開口部空洞２内に圧送するＦ。
【００３９】
ｂ）空洞の開口部が不規則的な形状を有する場合、工作物への接続部は次のように作り出すことができる。
ｉ．図２Ａは、接続継手９が不規則的な形状の開口部空洞１０に嵌め込まれた状態の、工作物１の平面図である。図２Ｂは、工作物１の断面の側面図である。
ｉｉ．接続継手９は、接続継手９が工作物１の不規則的な開口部１０の形状に厳密に合致するように、３Ｄプリンティングまたは他の機械加工もしくは成形プロセスによって特注生産することができる。寸法は、工作物に使用されるＣＡＤモデルに基づいてもよい。
ｉｉｉ．接続継手９は、当該継手の基礎のところに、空洞の開口部に嵌まり込む位置合わせ用延長部１１を有する。
ｖｉ．位置合わせ用延長部１１は、空洞１０への正確な位置合わせを確実に行うように開口部に嵌まり込む継手の基部を越えて延在する態様で、可溶性ポリマーから製造されている。
ｖ．位置合わせ用延長部１１を開口部に挿入し、封止用化合物１２によって接続継手９を工作物１に接着する。
ｖｉ．接続継手９を工作物１にしっかりと固定した後、位置合わせ用延長部１１の内側可溶性ポリマーを、適切な溶剤によって溶解させる。
ｖｉｉ．接続継手９は、適切な継手を上端に有する状態で製作されており、図１Ｂに示される継手７および管８等の化学研磨溶液を送達する管によってナット取付具に容易に接続されることが可能である。
ｖｉｉｉ．図２Ｃおよび図２Ｄにおいて、より複雑な接続構成が、図２Ａおよび図２Ｂの接続構成に類似した図として示されている。接続構成は、接続継手９を管システム８にしっかりと固定するために、工作物１の周りにストラップまたはジャケット１３を形成するように構築することができる。ジャケット１３は、クリップ１４または任意の他の種類の固定システムによってしっかりと固定することができる。接続継手９は、ジャケット１３と一体的に形成されてもよく、または、機械的な手段もしくは溶接もしくは接着剤等によってジャケット１３に接続されてもよい。
【００４０】
ｃ）空洞の開口部が止まり穴（空洞）である場合、工作物への接続は次のように行うことができる。
ｉ．図３は、接続継手１６が止まり穴型空洞１５の開口部に嵌まり込むように製造された状態の、工作物１内の止まり穴型空洞１５を示す図面である。
ｉｉ．接続継手１６は、接続継手１６がＣＡＤモデルに基づいた止まり穴型空洞１５の形状および寸法に厳密に合致するように、３Ｄプリンティングまたは他の機械加工もしくは成形プロセスによって特注生産することができる。
ｉｉｉ．接続継手１６は、内側管１７（化学研磨溶液を圧送する入口として使用される）が、止まり穴型空洞１５の内部に嵌まり込み、空洞の底部に到達し、化学研磨溶液の自由流動Ｆのために十分な空間を外側管１８（化学研磨溶液を押し出す出口として使用される）に対して残すのに十分なほど小さい管である、管の中に管が入った構成を接続している。
ｉｖ．接続継手１６は、封止用化合物１９によって工作物１に接着される。
ｖ．接続継手１６は、外側管１８と一緒になったナット型継手２０に接続継手１６を容易に接続できるように、適切な継手を上端に有する状態で製作されており、外側管１８は、化学研磨溶液を送達する内側管１７に接続される。
ｖｉ．より複雑な接続継手を構築して、接続部１６を止まり穴型空洞１５に固定するために工作物１の周りにストラップまたはジャケット２１を形成してもよい。ジャケットまたはストラップ２１は、図２Ｄに示されるクリップ１４等のクリップまたは任意の他の種類の固定システムによって、しっかりと固定することもできる。
【００４１】
注：この底がある空洞に関する管の中に管が入った構成は、この部の例ａ（図１）および例ｂ（図２）に示された接続構成、またはこの接続構成に重要でない何らかの修正を加えたものにも当てはまる。
【００４２】
４．図４に示されるように、継手５および取り付けられた管８を有する工作物１が、加熱された緩衝浴３０に浸漬される。緩衝浴３０は、プレート３２を加熱および撹拌することによって、研磨用化学溶液の温度とほぼ同じ温度に維持される。好適には、緩衝浴３０の溶液は、７に近いｐＨを有するが、このｐＨは、工作物の材料に依存する。緩衝塩および指示薬は、このｐＨに応じて選択される。この浴は、第一には、システムの温度を一定に保持し、プロセス中におけるあらゆる温度の変化を緩衝すること、および第二には、腐食性で危険な研磨溶液が漏出する圧送システムにおける何らかの故障が直ちに検知され、中和されることという、２つの重要な特徴を有する。
【００４３】
５．酸性または塩基性指示薬を浴に加えてもよい。酸塩基指示薬は、接続部における漏れを検出するため、および浴が研磨用化学物質を中和していることを確実にするために使用される。より複雑な構成において、浴は、ｐＨセンサー、イオン選択電極等、漏れを検出するためのいくつかの化学的な検出器を備えてもよい。
【００４４】
６．工作物１の温度が緩衝浴３０の温度と平衡したらすぐに、研磨用化学溶液は、図５に示されるポンプ３６および装置を使用して、化学研磨溶液浴３４から入口管を介して圧送Ｆすることができる。
【００４５】
７．ポンプ３６は、ピストンポンプによって用意された一定体積流量ポンプ等、一定体積流量ポンプであってもよい。
【００４６】
８．排出管を二次浴３８に浸漬して流出物を捕集し、希釈および／または中和によって無害化することができる。代替的な方法として、再循環を制御するためのバルブ４２を使用して、流出物を溶液浴３４に再循環させてもよい。
【００４７】
９．好ましくは、圧送の速度は、気体がまったく空洞内に集まらず、空洞の内壁が、空洞の全体にわたって本質的に同じ濃度および温度である化学物質によって一様に被覆されるように十分高い体積流量に設定される。
【００４８】
１０．溶液浴３４中の化学研磨溶液は、この特定の加工用の研磨溶液（合金に応じて異なる）のための一定の温度に維持される。この温度の維持には、加熱および撹拌用のプレート４０を使用して溶液を加熱し、または代替的には、周囲温度未満に冷却することが必要なこともある。
【００４９】
１１．一定体積流量ポンプ３６が使用される場合、仕上げの度合いは、特定の流動パラメータの測定によって検出することができる。ＡＭプロセスから出た部分的に溶融した粉末および支持空洞は、平滑な表面より速く除去されるため、パラメータの変化速度は、最初はより速い速度で変化するが、この後、ゆるく保持されたおよび／もしくは部分的に溶融した粉末ならびに／または支持構造体が除去されたときに、劇的に低下する。限定されるわけではないが次のとおり、このパラメータの変化速度をモニタリングする方法がいくつか存在する。すなわち、
ａ）圧力センサー４４、４６を使用して、入口と出口との差圧を測定する。
ｂ）空洞の中を通る流量を測定する。
ｃ）出口において、化学研磨溶液成分または溶解した合金成分の濃度を測定する。
【００５０】
１２．仕上げの度合いは、限定されるわけではないが、
ａ）ボアスコープ、
ｂ）３Ｄ  Ｘ線ＣＴ検査、
ｃ）超音波イメージング
を使用して、非破壊直接検査で判定することもできる。
【００５１】
プロセス決定法：
方法Ｉ
１．内面の表面性状、例えば、外面に対比させた内面のＳｄｒ（展開界面面積比：Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  Ａｒｅａ  Ｒａｔｉｏ）が、外面の表面性状の２倍以下であると仮定する。空洞および支持構造体のサイズによっては、内面の表面性状は、外面の表面性状より大きくてもよい。約３ｍｍ超の空洞の場合、空洞の「頂部」は、部分的に溶融した粉末をより多く有する可能性があり、空洞もまた、支持構造体を有し得る。
【００５２】
２．公称の内面積および外面積は、３Ｄモデルから既知である。
【００５３】
３．実験により、研磨溶液の体積当たりの除去されたストック材の量を測定する。この測定は、下述の方法によって実施することができる。
ａ．例えば２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの長方形である、同じＡＭプロセスによって製造された試験片を得る。
ｂ．有効でない配合物に近い濃度（これは、化学研磨溶液ごとに異なる。）の化学研磨溶液を製造する。
ｃ．５０ｍＬのその化学研磨溶液をＴｅｆｌｏｎビーカーに入れ、その化学研磨溶液のための特定の有効な温度に設定する。
ｄ．化学物質が使い尽くされるまで、試験片を研磨溶液入りのビーカーに浸す。
ｅ．除去されたストック材の量を測定する。
ｆ．必要な表面仕上げを達成するためにさらに多くのストック材を除去する必要がある場合、新たな５０ｍＬの化学物質が使い尽くされるまで、試験片による処理を繰り返す。
ｇ．必要に応じて、最大の仕上げに到達するまで繰り返す。
ｈ．この容易な実験構成からは、化学物質のストック材の除去量または単位面積または体積を計算することができる。
ｉ．空洞の表面積が既知の場合、空洞を仕上げるために必要な研磨用化学物質の体積を容易に計算することができる。
【００５４】
４．管によって、空洞への開口部をしっかりと封止する。
【００５５】
５．開口部への管の接続部がある状態で、液体浴中に部品を浸漬し、工作物の温度を浴と平衡させる。
【００５６】
６．泡の形成が問題にならないほど十分に高い速度において、空洞の中を通るように、計算された体積の研磨用化学物質を加工温度で再循環させる。
【００５７】
７．化学物質が使い果たされるまで、化学物質を再循環させる。
【００５８】
方法ＩＩ
１．例えば、２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの長方形である、同じＡＭ法によって製造された試験片を得る。
【００５９】
２．濃度および温度が本質的に一定に留まるのに十分なほど大きな体積の研磨用化学物質中に、試験片を浸す。
【００６０】
３．必要な表面仕上げを達成するのに必要な時間を測定する。
【００６１】
４．次に、方法Ｉと同じ手順を使用して、ステップ１の試験片を仕上げるための持続期間の１倍から２倍（空洞の内部の支持構造体の除去を考慮する）にわたって、空洞の中を通るように溶液を圧送する。
【００６２】
５．空洞のサイズが３ｍｍ未満である場合、空洞の内部は、ステップ３において測定された時間と同じ時間内で仕上げるべきである。
【００６３】
６．空洞が３ｍｍ超である場合、空洞は、頂部および支持構造体上に、より多くの部分的に溶融した粉末を有する。したがって、ステップ３において測定された時間の２倍の時間にわたって、部品を処理することが望ましい。
【００６４】
方法ＩＩＩ
１．空洞の中を通るように化学物質が圧送されたときに、空洞内の部分的に溶融もしくは焼結した粉末および／または一時的な支持構造体は、空洞の両端間にわたる圧力降下を増大させる。
【００６５】
２．化学物質が圧送されるにつれて、部分的に溶融した粉末および支持構造体が除去されるため、流量が増大し、仕上げ中に圧力降下が減少する。
【００６６】
３．部分的に溶融した粉末が除去された後、圧力降下または流速の変化速度が遅くなる。
【００６７】
４．圧力または流量は、入口において、それぞれ圧力トランスデューサおよび流量計によって測定することができる。差圧トランスデューサによって、入口と出口との差圧を測定することも可能である。
【００６８】
５．一定流量ポンプは、空洞の中を通るように化学物質を圧送する。
【００６９】
６．変化速度が大幅に低下したら、プロセスを停止する。
【００７０】
方法ＩＶ
１．内部空洞の中を通るように研磨用化学物質が圧送されると、内部空洞内で金属屑が溶解する。
【００７１】
２．研磨用化学物質が圧送されるにつれて、部分的に溶融した粉末および支持構造体が除去されるため、溶解した合金および合金の副生成物の濃度が増大する。
【００７２】
３．合金および／または研磨反応副生成物の濃度は、化学センサーによって測定することができる。
【００７３】
４．金属合金および／または研磨反応副生成物の濃度が絶え間なく増大することは、空洞および表面仕上げプロセスにおける金属屑の溶解を示している。
【００７４】
５．金属合金および／または研磨反応副生成物の濃度が低下し、一定の平坦域に到達したら、プロセスを停止する。
【００７５】
方法Ｖ
１．３Ｄ  Ｘ線ＣＴおよび／またはボアスコープおよび／または超音波イメージング等、特殊計装による検査システムを使用して、ＡＭによる内部空洞の表面の表面完全性をモニタリングすることもできる。
【００７６】
２．見掛けの表面積を精確に測定できる場合、空洞の中を通るように新たな化学物質を圧送するための時間を計算して、部分的に溶融した粉末および／または支持構造体を除去することができる。
【００７７】
３．代替的には、検査システムを化学研磨の現場で利用できる場合、圧送は、表面仕上げの程度を決定するために実施される検査に伴って増大するように実施してもよい。
【００７８】
いずれの場合においても、必要に応じて、内部空洞の仕上げの前または後に、部品の外面の処理を実施することができる。この目的のために、研磨溶液の進入を防止するために内部空洞に栓をしてもよく、この後、部品全体は、（研磨作用があるまたは研磨作用がない）媒体の有無にかかわらず、慣例的な方法によって処理浴中で処理することができる。この処理は、内部空洞のために使用されたものと同じ化学研磨溶液を使用してもよいし、または異なる溶液を使用してもよい。部品の外面の後処理により、コネクタのあらゆる残物の除去を助長することもできる。
【００７９】
上述において、図面に示されたいくつかの例示的な実施形態を参照しながら本発明を説明している。いくつかの部品または要素の修正形態および代替的な実装形態が可能であり、添付の特許請求の範囲に規定された保護範囲に含まれる。
【図１Ａ】
2019512049.tif 000003
【図１Ｂ】
2019512049.tif 000004
【図２Ａ】
2019512049.tif 000005
【図２Ｂ】
2019512049.tif 000006
【図２Ｃ】
2019512049.tif 000007
【図２Ｄ】
2019512049.tif 000008
【図３】
2019512049.tif 000009
【図４】
2019512049.tif 000010
【図５】
2019512049.tif 000011
【国際調査報告】
2019512049.tif 000012
2019512049.tif 000013
2019512049.tif 000014