(57)【要約】  システムは、格子構造のワークピース（１０２、１０４、１１０）を機械加工するように構成され、システムは、格子構造の電極（９０２、９０４、９０５）、電解質供給部、および電力供給部を含む。電極とワークピースとは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている。電解質供給部は、ワークピースおよび電極の周りに、およびワークピースと電極との間に電解質を循環させるように構成される。電力供給部は、ワークピースの表面の平滑化を容易にするために、ワークピースと電極との間に電圧を印加するように構成される。【選択図】図１
2019520990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子構造のワークピース（１００，８００）を機械加工するためのシステム（４００，７００，９８０）であって、
格子構造の電極（８２０，９００，９１０）であって、前記電極（８２０，９００，９１０）と前記ワークピース（１００，８００）とは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている、電極（８２０，９００，９１０）と、
前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に電解質（３１４）を循環させるための電解質供給部（３１０）と、
前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に電圧を印加するための電力供給部（３２０，５２０）と、
を含むシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項２】
前記電極（８２０，９００，９１０）の表面の平滑化を容易にするために、前記電圧の極性が反転される、請求項１に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項３】
前記電圧の極性は、決定された高い周波数で切り換えられる、請求項２に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項４】
前記電極（８２０，９００，９１０）を少なくとも部分的に溶解させるために、前記電圧の極性が反転される、請求項１に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項５】
格子構造の複数の電極（８２０，９００，９１０）であって、前記電極（８２０，９００，９１０）の各々と前記ワークピース（１００，８００）とは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている、複数の電極（８２０，９００，９１０）を含み、
前記電解質供給部（３１０）は、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の各々の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）の各々との間に前記電解質（３１４）を循環させるように構成され、
前記電力供給部（３２０，５２０）は、前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）の各々との間に前記電圧を印加するように構成される、請求項１に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項６】
前記電極（８２０，９００，９１０）の各々を少なくとも部分的に溶解させるために、前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）の各々との間の前記電圧の極性が反転される、請求項５に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項７】
格子構造の複数の電極（８２０，９００，９１０）であって、前記電極（８２０，９００，９１０）と前記ワークピース（１００，８００）とは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている、複数の電極（８２０，９００，９１０）を含み、
前記電解質供給部（３１０）は、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に前記電解質（３１４）を循環させるように構成され、
前記電力供給部（３２０，５２０）は、前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか２つの間に前記電圧を印加するように構成される、請求項１に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項８】
前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか１つの表面の平滑化を容易にするために、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか２つの間の前記電圧の極性が反転される、請求項７に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項９】
前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか１つを少なくとも部分的に溶解させるために、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか２つの間の前記電圧の極性が反転される、請求項７に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項１０】
前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）はペアになって前記電力供給部（３２０，５２０）に結合され、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のすべての表面の平滑化を容易にするために、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の各ペア、または前記２つの電極（８２０，９００，９１０）の各ペアに前記電圧が順次印加される、請求項８に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項１１】
カソード反応は、前記電圧の前記極性が切り換えられたときにアノード反応を加速するために、酸素発生を最適化するように構成され、前記酸素発生は、前記ワークピース（１００，８００）の電気化学的機械加工を強化するように構成される、請求項２に記載のシステム（４００，７００，９８０）。
【請求項１２】
格子構造のワークピース（１００，８００）を機械加工するための方法であって、
前記ワークピース（１００，８００）と絡み合って、かつ、前記ワークピース（１００，８００）から電気的に絶縁されように格子構造の電極（８２０，９００，９１０）を設けるステップと、
前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に電解質（３１４）を循環させるステップと、
前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に電圧を印加するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記電極（８２０，９００，９１０）の表面の平滑化を容易にするために、前記電圧の極性を反転させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電極（８２０，９００，９１０）を少なくとも部分的に溶解させるために、前記電圧の極性を反転させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
格子構造の複数の電極（８２０，９００，９１０）を設けるステップであって、前記電極（８２０，９００，９１０）の各々と前記ワークピース（１００，８００）とは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている、ステップと、
前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の各々の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）の各々との間に前記電解質（３１４）を循環させるステップと、
前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）の各々との間に前記電圧を印加するステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記電極（８２０，９００，９１０）の各々を少なくとも部分的に溶解させるために、前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）の各々との間の前記電圧の極性を反転させるステップ
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
格子構造の複数の電極（８２０，９００，９１０）を設けるステップであって、前記電極（８２０，９００，９１０）と前記ワークピース（１００，８００）とは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている、ステップと、
前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に前記電解質（３１４）を循環させるステップと、
前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか２つの間に前記電圧を印加するステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか１つの表面の平滑化を容易にするために、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか２つの間の前記電圧の極性を反転させるステップ
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか１つの表面の平滑化を容易にするために、前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）のいずれか２つの間の前記電圧の極性を反転させるステップ
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
プロセスによって格子構造のワークピース（１００，８００）から機械加工された物品（９９０）であって、前記プロセスは、
前記ワークピース（１００，８００）と絡み合って、かつ、前記ワークピース（１００，８００）から電気的に絶縁されように格子構造の電極（８２０，９００，９１０）を設けるステップと、
前記ワークピース（１００，８００）および前記電極（８２０，９００，９１０）の周りに、および前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に電解質（３１４）を循環させるステップと、
前記ワークピース（１００，８００）の表面の平滑化を容易にするために前記ワークピース（１００，８００）と前記電極（８２０，９００，９１０）との間に電圧を印加するステップと、
を含む、物品（９９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に、格子構造のワークピースを機械加工するためのシステムおよび方法、ならびにそれから機械加工された物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形法は、金属およびプラスチックを含む様々な材料のワークピースの「３Ｄ印刷」を可能にする技術である。積層造形法では、ワークピースが層ごとに構築される。例えば、ワークピースの各層は、粉末を平準化し、高出力レーザーを使用して粉末を選択的に融着させることによって製造することができる。各層の後に、さらに粉末が加えられ、レーザーが次の層を形成し、同時にそれを前の層に融着させる。ワークピースは、通常、粗い表面を有しており、それをグリットブラスト、研削、サンディング、または研磨などの構築後プロセスによって改善して、業界標準に適合させる。しかし、これらの構築後プロセスは、ワークピースの表面仕上げを改善することができるが、望ましくない熱応力または機械的応力をワークピースに伝達させる。したがって、破断、低サイクル疲労、高サイクル疲労およびコーキングなどの条件によるワークピースの破損を軽減するために、ワークピースの表面仕上げを改善する必要性が依然としてある。
【０００３】
さらに、ワークピースは、通常、バルク構造を有し、例えばワークピースは中実体ワークピースである。つまり、時には、ワークピースが過度に重いために業界の要求を満たすことができない。
【０００４】
上記の問題は、積層造形法によって形成されないワークピースにも存在する。
【０００５】
したがって、前述の問題の少なくともいくつかに対処するための改良されたシステムおよび方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／１５１８２９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に開示する１つの例示的な実施形態によれば、格子構造のワークピースを機械加工するためのシステムが提供され、本システムは、格子構造の電極、電解質供給部、および電力供給部を含む。電極とワークピースとは互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている。電解質供給部は、ワークピースおよび電極の周りに、およびワークピースと電極との間に電解質を循環させるように構成される。電力供給部は、ワークピースの表面の平滑化を容易にするために、ワークピースと電極との間に電圧を印加するように構成される。
【０００８】
本明細書に開示する別の例示的な実施形態によれば、格子構造のワークピースを機械加工する方法が提供され、本方法は、ワークピースと絡み合って、かつ、ワークピースから電気的に絶縁されように格子構造の電極を設けるステップと、ワークピースおよび電極の周りに、およびワークピースと電極との間に電解質を循環させるステップと、ワークピースの表面の平滑化を容易にするためにワークピースと電極との間に電圧を印加するステップと、を含む。
【０００９】
本明細書に開示するさらに別の例示的な実施形態によれば、物品が提供され、本物品は、プロセスによって格子構造のワークピースから機械加工される。本プロセスは、ワークピースと絡み合って、かつ、ワークピースから電気的に絶縁されように格子構造の電極を設けるステップと、ワークピースおよび電極の周りに、およびワークピースと電極との間に電解質を循環させるステップと、ワークピースの表面の平滑化を容易にするためにワークピースと電極との間に電圧を印加するステップと、を含む。
【００１０】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】格子構造のワークピースおよび電極の斜視図である。
【図２】図１のワークピースおよび電極を製造するための積層造形システムの概略図である。
【図３】第１の例示的な実施形態による、システムの電極および電気化学的機械加工（ＥＣＭ）装置ならびに図１のワークピースの概略図である。
【図４】図３のＥＣＭ装置によって図３のワークピースから機械加工した後の物品の斜視図である。
【図５】ワークピースおよび２つの電極の斜視図である。
【図６】第２の例示的な実施形態による、システムの２つの電極およびＥＣＭ装置ならびに図５のワークピースの概略図である。
【図７】別の格子構造のワークピースおよび電極の斜視図である。
【図８】第３の例示的な実施形態による、システムの電極およびＥＣＭ装置ならびに図７のワークピースの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しているが、実際の実施のすべての特徴を１つまたは複数の特定の実施形態に記載しているわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施の開発においては、開発者らの特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。
【００１３】
特に明記しない限り、本明細書で使用される技術用語および科学用語は、本開示が属する当業者により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる「第１の」、「第２の」などの用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味するものではなく、むしろ１つの要素と別の要素とを区別するために用いられる。また、単数形での記載は、量の限定を意味するものではなく、参照する項目が少なくとも１つ存在することを意味し、特に断らない限り、「底部」、および／または「上部」という用語は、単に、説明の便宜のために使用され、１つの位置または空間的方向に限定されるものではない。さらに、「または」という用語は、包括的であって、列挙された項目のうちのいずれか、いくつか、またはすべてを意味する。本明細書における「含む」、「備える」または「有する」ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を含むことを意味する。「接続される」、「結合される」という用語は、物理的もしくは機械的な接続または結合に限定されず、直接的であるか間接的であるかを問わず、電気的接続または結合を含んでもよい。「コントローラ」という用語は、単一の構成要素または複数の構成要素のいずれを含んでもよいし、それらは能動的および／または受動的な構成要素であって、記載した機能を提供するために任意選択的に互いに接続または結合されてもよい。
【００１４】
図１は、格子構造のワークピース１００および電極９００の斜視図である。ワークピース１００は、本体部分１１０と構築プレート１９０とを含む。本体部分１１０は構築プレート１９０に結合されている。電極９００もまた構築プレート１９０に結合されている。構築プレート１９０は、例えば、導電性であってもよい。
【００１５】
この実施形態では、本体部分１１０および電極９００は、例えば図２の積層造形システム２００によって構築プレート１９０上に形成することができ、互いに絡み合って互いに電気的に絶縁されている。詳細には、本体部分１１０と電極９００とは互いに絡み合っているが、互いに接触することはない。他の実施形態では、本体部分１１０および電極９００は、積層造形法ではなく他の方法によって形成されてもよい。
【００１６】
本実施形態では、ワークピース１００は、例えば、機械加工されるガスタービン燃料ノズルまたはタービンロータブレードであってもよい。他の実施形態では、ワークピース１００は、図２の積層造形システム２００によって形成される任意の適切なワークピースであってもよい。
【００１７】
一実施形態では、本体部分１１０と電極９００は、例えば図２の積層造形システム２００によって構築プレート１９０上に同時に形成されてもよい。
【００１８】
本体部分１１０は、格子構造を有する。非限定的な例では、本体部分１１０は、複数の離間した横方向ロッド１０２と、複数の離間した縦方向ロッド１０４と、を含む。離間した横方向ロッド１０２および離間した縦方向ロッド１０４は、節点１０５上で相互接続されて、格子構造を画定する。
【００１９】
電極９００は、格子構造を有する。非限定的な例では、電極９００は、複数の離間した横方向ロッド９０２と、複数の離間した縦方向ロッド９０４と、を含む。離間した横方向ロッド９０２および離間した縦方向ロッド９０４は、節点９０５で相互接続されて、格子構造を画定する。
【００２０】
本体部分１１０の格子構造は、横方向Ｙおよび垂直方向Ｚに垂直な縦方向ｘに沿った電極９００の格子構造に対して平行である。
【００２１】
本実施形態では、電極９００の格子構造は、本体部分１１０の格子構造と同じである。他の実施形態では、電極９００の格子構造は、本体部分１１０の格子構造と異なっていてもよい。
【００２２】
図２は、図１のワークピース１００および電極９００を製造するための積層造形システム２００の概略図である。ワークピース１００のモデルはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアを使用して設計され、そのモデルはワークピース１００の３次元座標を含む。一般に、積層造形法は、速い材料処理時間、革新的な接合技術を提供し、幾何学的制約に対する懸念が少ない。一実施形態では、ワークピース１００を製造するために、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）または直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）が使用される。ＤＭＬＭは、レーザーベースの高速プロトタイピングおよびツールプロセスであって、より大きな構造の連続する堆積層に金属粉末を正確に溶融および固化させることにより複雑なワークピースを直接生成することができ、各堆積層は３次元ワークピース１００の断面層に対応する。
【００２３】
積層造形システム２００は、積層造形装置２０２と、粉末供給装置２０４と、コンピュータ２０６と、金属粉末２１０からワークピース１００を製造するように機能するレーザー２０８と、を含む。
【００２４】
積層造形装置２０２は、ＤＭＬＭ装置である。あるいは、積層造形装置２０２は、本明細書に記載するようなワークピース１００の製造を容易にする任意の積層造形装置であってもよい。積層造形装置２０２は、第１の側壁２１４および対向する第２の側壁２１６を有する粉末床２１２を含む。積層造形装置２０２は、第１の側壁２１４と第２の側壁２１６との間に少なくとも部分的に延在し、製造中にワークピース１００の支持を容易にする構築プレート２９０を含む。一実施形態では、構築プレート２９０は、例えば図１の構築プレート１９０であってもよい。
【００２５】
ピストン２２０は、構築プレート２９０に結合され、垂直方向に沿って粉末床２１２の第１の側壁２１４と第２の側壁２１６との間を移動することができる。ピストン２２０は、構築プレート２９０の上面が作業面２２２を規定するように調整される。粉末供給装置２０４は、粉末分配器２２６に結合された粉末供給部２２４を含み、粉末分配器２２６は、粉末供給部２２４から積層造形装置２０２に粉末２１０を移送する。例示的な実施形態では、粉末分配器２２６は、粉末２１０の均一な層を粉末床２１２に分配するように構成されたワイパーである。あるいは、粉末分配器２２６は、粉末供給部２２４から粉末床２１２に粉末２１０を移送するスプレーノズルであってもよい。一般に、粉末分配器２２６は、システム２００が本明細書に記載するように動作するように、粉末供給部２２４から粉末床２１２に粉末２１０を移送する任意の装置であってもよい。
【００２６】
動作中、粉末分配器２２６は、粉末供給部２２４から構築プレート２９０の作業面２２２上へ粉末２１０の第１の層を分配する。レーザー２０８は、コンピュータ２０６によって案内されるレーザービーム２２８を構築プレート２９０の作業面２２２上に導き、粉末２１０をワークピース１００の断面層に選択的に融着させる。より具体的には、レーザービーム２２８は、粉末２１０の粒子を互いに急速に溶融させて固体を形成することによって、粉末２１０を構築プレート１９０（図１に示す）の上面に選択的に融着させる。レーザービーム２２８が各層の部分を形成し続けると、熱が前に溶融した領域から伝導除去され、それによって急冷および固化が生じる。例示的な実施形態では、粉末２１０の各層がワークピース１００の断面層の少なくとも一部を形成する未焼結粉末および焼結粉末を含むように、コンピュータ２０６がレーザービーム２２８を制御する。
【００２７】
例示的な実施形態では、ワークピース１００の断面層が完成すると、構築プレート２９０がピストン２２０によって降下され、粉末分配器２２６が粉末２１０のさらなる層を粉末床２１２に分配する。レーザービーム２２８が、コンピュータ２０６によって再び制御されて、ワークピース１００の別の断面層を選択的に形成する。このプロセスは、連続する断面層がワークピース１００に構築されるように継続される。
【００２８】
したがって、ワークピース１００のそれぞれの断面層が本体部分１１０および電極９００の少なくとも一部を含むことができるように、ワークピース１００は始めに本体部分１１０の底部で製造される。より具体的には、積層造形装置２０２は、例えば、本体部分１１０と電極９００を同時に形成することを容易にすることができ、その結果、電極９００がワークピース１００の本体部分１１０と絡み合い、かつ、ワークピース１００の本体部分１１０から電気的に絶縁されるようになる。積層造形プロセスが完了すると、未焼結の粉末２１０は、ワークピース１００によって形成された格子構造を通して除去され、ワークピース１００は、粉末床２１２から除去され、さらなる処理を容易にする。
【００２９】
例示的な実施形態では、ワークピース１００は、例えば超合金、コバルトクロムなどのコバルト基超合金またはニッケル基超合金、ならびにステンレス鋼、チタン、クロム、または他の合金、あるいはこれらの組み合わせを含む金属粉末２１０から製造することができる。コバルト基超合金およびニッケル基超合金は、タービン動作の高温条件下での長期間の使用に要求される高い強度のために、ガスタービンのワークピースの製造に一般的に使用されている。金属粉末２１０は、高められた強度、耐久性、および特に高温での長期間の使用のために選択することができる。
【００３０】
他の実施形態では、ワークピース１００は、積層造形システム２００を使用して金属粉末２１０およびプラスチック粉末（図示せず）から製造することができ、ワークピース１００の表面は金属粉末２１０から製造される。
【００３１】
製造後に、ワークピース１００は比較的高い表面粗さを有する可能性があり、ワークピース１００のさらなる加工が必要となり得る。このような製造後処理は、例えば、応力除去または硬化熱処理、ピーニング、研磨、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）、またはＥＣＭを含むことができる。いくつかの実施形態では、上に列挙した製造後プロセスのうちの１つまたは複数は必要ではなく、省略することができる。例示的な実施形態では、ワークピース１００は、積層造形プロセスによって生じる実質的な表面粗さを含む可能性がある。具体的には、ワークピース１００の表面は、比較的高い粗さを有する場合があり、ワークピース１００の表面の平滑化を容易にするさらなる処理なしでは使用に適さないことがあり得る。
【００３２】
図３は、第１の例示的な実施形態による、システム４００の電極９００および電気化学的機械加工（ＥＣＭ）装置３００ならびに図１のワークピース１００の概略図である。
【００３３】
例示的な実施形態では、ＥＣＭの前に、本体部分１１０は電極９００から電気的に絶縁されなければならない。このような電気的絶縁を容易にするために、図１の構築プレート１９０は、非導電性の支持プレート３９０に置き換えられている。本体部分１１０および電極９００は、支持プレート３９０に結合される。
【００３４】
非導電性の支持プレート３９０は、ＥＣＭ装置３００内に印加される電流が本体部分１１０を通って電極９００に流れないように、本体部分１１０を電極９００から絶縁することを容易にする。非限定的な実施形態では、第１に、従来の機械加工方法を用いて構築プレート１９０を本体部分１１０および電極９００から除去して、第２に、構築プレート１９０を非導電性材料で覆って、エポキシに限定しないが、エポキシプレートを形成し、次いで構築プレート１９０を従来の機械加工方法を用いてエポキシプレートから分離し、最後にエポキシプレートを本体部分１１０および電極９００に結合して支持プレート３９０を形成し、したがって構築プレート１９０を支持プレート３９０と置き換える。
【００３５】
ＥＣＭ装置３００は、電解質供給部３１０および電力供給部３２０を含む。電解質供給部３１０は、電解質源３１２、導管３１５、ポンプ３１６、およびノズル３１８を含む。この実施形態では、電解質源３１２は、例えば貯蔵タンクなどであってもよい。
【００３６】
電力供給部３２０は、電源３３０、正のリード線３３２、負のリード線３３４、およびコントローラ３４０を含む。電源３３０は、ワークピース１００の表面が平滑化されるように、ワークピース１００から材料を電気化学的に除去するために、ワークピース１００と電極９００との間にパルス電圧（より具体的には両極性パルス電圧）の形態で電圧を印加するように構成される。電極９００およびワークピース１００へパルス電圧を印加することにより、ワークピース１００の表面から所定量の材料を電気化学的に除去する。両極性パルス電圧は、電源３３０を用いて電極９００とワークピース１００との間に印加される。より具体的には、正のリード線３３２がワークピース１００の本体部分１１０に電気的に結合され、負のリード線３３４が電極９００に電気的に結合され、パルス電圧を電極９００および本体部分１１０に供給する。例示的な実施形態では、コントローラ３４０は、両極性電源３３０に電気的に結合され、パルス制御を実行するように構成される。コントローラ３４０は、電極９００およびワークピース１００に供給されるパルス電圧のパルス持続時間、周波数および大きさを制御する。
【００３７】
電解質供給部３１０は、電解質源３１２の電解質３１４を収容するように構成された容器３１９を含む。電解質３１４は、限定はしないが、リン酸などの電荷を運ぶ流体を含む。容器３１９は、電解質３１４、ワークピース１００、電極９００、およびリード線３３２、３３４を受け入れるのに十分な大きさである。
【００３８】
電解質３１４は、ワークピース１００および電極９００の周り、およびワークピース１００と電極９００との間を循環する。例示的な実施形態では、電解質３１４は電解質源３１２に貯蔵される。電解質３１４は、例えば、ポンプ３１６のノズル３１８によって、ワークピース１００および電極９００の周り、およびワークピース１００と電極９００との間を循環することができる。ポンプ３１６は、導管３１５を介して電解質源３１２に結合される。
【００３９】
例えば、パルス電圧の形態の電圧は、ワークピース１００の表面の少なくとも部分的な溶解を引き起こすように、ワークピース１００と電極９００との間に印加される。このような溶解は、ワークピース１００の表面の平滑化をもたらし、高品質の表面仕上げを提供する。電解質３１４は、ＥＣＭ中に形成された金属水酸化物をワークピース１００から運び去る。上述のように、ワークピース１００は、燃料ノズルまたは任意の数の高温ガス経路のタービンのワークピースであってもよく、動作のために高品質の平滑な表面を必要とする。グリットブラスト、研削、サンディングまたは研磨などの従来の機械加工方法と比較して、ＥＣＭ装置３００の電源３３０は、ワークピース１００と電極９００との間に電圧を印加して、望ましくない熱応力または機械的応力がワークピース１００に伝達されることなくワークピース１００を平滑化することを容易にする。
【００４０】
１つの例示的な実施形態では、ＥＣＭ装置３００を使用してワークピース１００の表面の粗さを除去した後に、ワークピース１００から電極９００を除去することが有益であり得る。特定の実施形態では、ワークピース１００と電極９００との間に印加される電圧の極性は、電極９００がワークピース１００から除去されるように、電極９００を少なくとも部分的に溶解させるために、または電極９００を機械的に除去可能な部分に分割するために、反転される。電極９００の格子構造を除去するのに必要な時間は、適切な設計によって低減することができる。例えば、電極９００の格子構造は、薄くてもよいし、所望の溶解のための薄い領域を有してもよい。この場合、本体部分１１０は、ワークピース１００の一部として定位置に残される。電極９００を除去する際には、完全溶解前に電極９００内の位置が互いに電気的に絶縁されないように溶解速度を制御する必要があり、この要件を満たすように電極９００の寸法を制御することができる。
【００４１】
別の例示的な実施形態では、ＥＣＭ装置３００を使用してワークピース１００の表面の粗さが除去された後に、電極９００の表面の平滑化を容易にするためにワークピース１００および電極９００の役割を逆にすることが有益であり得る。特定の実施形態では、電極９００の表面の平滑化を容易にするために、ワークピース１００と電極９００との間に印加される電圧の極性が反転される。一実施形態では、電圧の極性は、決定された高い周波数で切り換えられる。詳細には、電圧の極性を例えば０．１〜０．５秒の範囲の期間で５秒ごとに切り換えることができる。この場合、本体部分１１０と電極９００の両方が、ワークピース１００の一部として定位置に残される。
【００４２】
図４は、図３のＥＣＭ装置３００によって図３のワークピース１００から機械加工した後の物品９９０の斜視図である。図４の物品９９０では、粗さは、図３のＥＣＭ装置３００によってワークピース１００の表面から除去されている。電極９００は、図１および図３に示すように、上述したようにワークピース１００から除去されている。支持プレート３９０は、図３に示すように、ワークピース１００から離れて機械加工されている。
【００４３】
図５は、ワークピース１００および２つの電極９００、９１０の斜視図である。本体部分１１０および２つの電極９００、９１０は構築プレート１９０に結合されている。ワークピース１００と２つの電極９００、９１０は、互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている。詳細には、ワークピース１００と２つの電極９００、９１０は、互いに接触することなく互いに絡み合っている。
【００４４】
電極９１０の格子構造は、例えば、図１で説明したような電極９００の格子構造と同じであってもよい。本体部分１１０の格子構造、電極９００の格子構造、および電極９１０の格子構造は、横方向Ｙおよび垂直方向Ｚに垂直な縦方向ｘに沿って互いに平行である。
【００４５】
図６は、第２の例示的な実施形態による、システム７００の２つの電極９００、９１０およびＥＣＭ装置６００ならびに図５のワークピース１００の概略図である。ＥＣＭ装置６００は、電解質供給部３１０および電力供給部５２０を含む。図３と同様に、電解質供給部３１０の容器３１９は、電解質３１４、ワークピース１００、２つの電極９００、９１０、およびリード線５３２、５３４、５３５、５３６を受け入れるのに十分な大きさである。
【００４６】
電力供給部５２０は、電源５３０と、２つの正のリード線５３２、５３５と、２つの負のリード線５３４、５３６と、コントローラ５４０と、を含む。この実施形態では、正のリード線５３２はワークピース１００に電気的に結合され、負のリード線５３４は電極９００に電気的に結合され、正のリード線５３５は電極９１０に電気的に結合され、負のリード線５３６はワークピース１００の本体部分１１０に電気的に結合される。他の実施形態では、正のリード線５３５は電極９１０に電気的に結合され、負のリード線５３６は電極９００に電気的に結合される。
【００４７】
電解質３１４は、ワークピース１００および電極９００、９１０の周り、およびワークピース１００と電極９００、９１０との間を循環する。電源５３０は、ワークピース１００の表面の平滑化を容易にするために、ワークピース１００および電極９００、９１０のいずれか２つの間に、パルス電圧の形態で電圧を印加するようにコントローラ５４０によって制御されるように構成される。
【００４８】
第１の実施形態では、ワークピース１００および電極９００、９１０のいずれか２つの間の電圧の極性は、電極９００、９１０のいずれか一方の平滑化を容易にするために反転される。ワークピース１００と電極９００との間の電圧、および電極９１０とワークピース１００との間の電圧は、ワークピース１００および電極９００、９１０のすべての表面の平滑化を容易にするために、順次印加される。したがって、ＥＣＭが完了すると、電極９００、９１０のすべてが平滑化され、ワークピース１００の一部として定位置に残される。
【００４９】
第２の実施形態では、ワークピース１００および電極９００、９１０のいずれか２つの間の電圧の極性を反転させて、電極９００、９１０のいずれか一方を少なくとも部分的に溶解させる。
【００５０】
第１の実施形態、第２の実施形態、またはそれらの組み合わせによれば、ＥＣＭが完了すると、電極９００、９１０の一方の表面が平滑化され、電極９００、９１０の他方が除去され、したがって電極９００、９１０の一方は、ワークピース１００の一部として定位置に残される。あるいは、ＥＣＭが完了したときに、例えば電極９００、９１０のすべてをワークピース１００から除去することができる。
【００５１】
他の実施形態では、ワークピース１００と格子構造の複数のｎ本の電極（図示せず）とが互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されており、ここで、ｎは整数であり、ｎ＞３である。
【００５２】
図７は、別の格子構造のワークピース８００および電極８２０の斜視図である。この実施形態では、ワークピース８００および電極８２０は、例えば図２の積層造形システム２００によって形成することができ、互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている。詳細には、ワークピース８００と電極８２０とは互いに絡み合っているが、互いに接触することはない。他の実施形態では、ワークピース８００および電極８２０は、積層造形法ではなく他の方法によって形成されてもよい。
【００５３】
ワークピース８００は、格子構造を有する。非限定的な例では、ワークピース８００は、複数の第１の離間した斜めのロッド８０２と、複数の第２の離間した斜めのロッド８０４と、を含み、第１の離間した斜めのロッド８０２および第２の離間した斜めのロッド８０４は、節点８０５で相互接続されて、格子構造を画定する。
【００５４】
本実施形態では、電極８２０の格子構造は、ワークピース８００の格子構造と同一である。ワークピース８００の格子構造は、横方向Ｙおよび垂直方向Ｚに垂直な縦方向ｘに沿った電極８２０の格子構造に対して平行である。他の実施形態では、電極８２０の格子構造は、ワークピース８００の格子構造から分離されてもよい。
【００５５】
本明細書で説明するように、図７のワークピース８００の格子構造は、図１のワークピース１００の格子構造とは異なる。図７の電極８２０の格子構造は、図１の電極９００の格子構造とは異なる。
【００５６】
図８は、第３の例示的な実施形態による、システム９８０の電極８２０およびＥＣＭ装置３００ならびに図７のワークピース８００の概略図である。
【００５７】
図３と同様に、電解質供給部３１０の容器３１９は、電解質３１４、ワークピース８００、電極８２０、およびリード線３３２、３３４を受け入れるのに十分な大きさである。正のリード線３３２はワークピース８００に電気的に結合され、負のリード線３３４は電極８２０に電気的に結合される。
【００５８】
例示的な実施形態では、電解質３１４は、ワークピース８００および電極８２０の周り、およびワークピース８００と電極８２０との間を循環する。電源３３０は、ワークピース８００の表面の平滑化を容易にするために、ワークピース８００と電極８２０との間にパルス電圧の形態で電圧を印加するようにコントローラ３４０によって制御されるように構成される。
【００５９】
一実施形態では、ワークピース８００と電極８２０との間の電圧の極性は、電極８２０の表面の平滑化を容易にするために反転される。決定された高い周波数で電圧の極性を切り換えることができる。
【００６０】
別の実施形態では、ワークピース８００と電極８２０との間の電圧の極性は、電極８２０を少なくとも部分的に溶解させるために反転される。
【００６１】
別の例示的な実施形態では、ワークピース８００と複数の電極８２０（図示せず）とが互いに絡み合って、かつ、互いに電気的に絶縁されている。詳細には、ワークピース８００と電極８２０とは互いに絡み合っているが、互いに接触することはない。
【００６２】
図６と同様に、電解質３１４は、ワークピース８００および電極８２０の周り、およびワークピース８００と電極８２０との間を循環し、ワークピース８００の表面の平滑化を容易にするために、パルス電圧の形態の電圧がワークピース８００および電極８２０のいずれか２つの間に印加される。一実施形態では、電解質３１４は、例えば図６の電解質源３１２によって供給されてもよく、電圧は、例えば図６の電源５３０によって供給されてもよい。
【００６３】
第１の実施形態では、ワークピース８００および電極８２０のいずれか２つの間の電圧の極性は、電極８２０のいずれか一方の平滑化を容易にするために反転される。ワークピース８００および電極８２０は、電力供給部、例えば図６の電力供給部５２０にペアで結合され、電圧がワークピース８００と電極８２０との各ペアまたは２つの電極８２０の各ペアに順次印加されて、ワークピース８００および電極８２０のすべての表面の平滑化を容易にする。したがって、ＥＣＭが完了すると、電極８２０のすべてが平滑化され、ワークピース８００の一部として定位置に残される。
【００６４】
第２の実施形態では、ワークピース８００および電極８２０のいずれか２つの間の電圧の極性を反転させて、電極８２０のいずれか一方を少なくとも部分的に溶解させる。
【００６５】
第１の実施形態、第２の実施形態、またはそれらの組み合わせによれば、ＥＣＭが完了すると、電極８２０のうちのいくつかの表面が平滑化され、電極８２０の残りが除去されるので、電極８２０のうちのいくつかはワークピース８００の一部として定位置に残る。あるいは、ＥＣＭが完了したときに、例えば電極８２０のすべてをワークピース８００から除去することができる。
【００６６】
さらに別の例示的な実施形態では、複数の電極８２０（図示せず）の各々がワークピース８００と絡み合って、かつ、ワークピース８００から電気的に絶縁されている。図６と同様に、電解質３１４は、ワークピース８００および電極８２０の周り、およびワークピース８００と電極８２０との間を循環し、ワークピース８００の表面の平滑化を容易にするために、パルス電圧の形態の電圧がワークピース８００と電極８２０の各々との間に印加される。電極８２０の各々を少なくとも部分的に溶解するために、ワークピース８００と電極８２０の各々との間の電圧が反転される。
【００６７】
本発明の実施形態は、従来のワークピース、例えば中実体ワークピースのバルク構造を、図１のワークピース１００または図５のワークピース１００または図７のワークピース８００の格子構造で置き換えることによって、軽量化を実現する。上述したように、ワークピース１００または８００の表面粗さは、ＥＣＭ法によって除去することができる。
【００６８】
さらに、ワークピース１００または８００は、より小さな格子構造を形成することができ、例えば、より小さい格子構造のスケールは、０．０５インチ以上であってもよく、０．１２インチ未満であってもよい。より具体的には、より小さい格子構造のスケールは、例えば、０．００１インチ以上であってもよく、０．１２インチ未満であってもよい。本発明の実施形態の技術的利点は、上述したように、ＥＣＭ法をワークピース１００または８００のより小さい格子構造の表面仕上げに適用できることである。しかし、従来の表面仕上げ方法は、ワークピース１００または８００のより小さい格子構造に適用できない場合がある。すなわち、グリットブラスト、研削、サンディング、研磨などの従来の機械加工方法によってワークピース１００または８００のより小さい格子構造を表面仕上げすることは、非常に困難であるかまたは不可能であり得る。
【００６９】
本開示について例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、またその要素を等価物で置き換えることができることは、当業者には理解されるであろう。さらに、本開示の本質的な範囲を逸脱せずに特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるために、多くの修正を行うことができる。したがって、本開示は、本開示を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示は、添付した特許請求の範囲に入るすべての実施形態を含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００７０】
１００  ワークピース
１０２  離間した横方向ロッド
１０４  離間した縦方向ロッド
１０５  節点
１１０  本体部分
１９０  構築プレート
２００  積層造形システム
２０２  積層造形装置
２０４  粉末供給装置
２０６  コンピュータ
２０８  レーザー
２１０  金属粉末
２１２  粉末床
２１４  第１の側壁
２１６  第２の側壁
２２０  ピストン
２２２  作業面
２２４  粉末供給部
２２６  粉末分配器
２２８  レーザービーム
２９０  構築プレート
３００  ＥＣＭ装置
３１０  電解質供給部
３１２  電解質源
３１４  電解質
３１５  導管
３１６  ポンプ
３１８  ノズル
３１９  容器
３２０  電力供給部
３３０  電源、両極性電源
３３２  正のリード線
３３４  負のリード線
３４０  コントローラ
３９０  支持プレート
４００  システム
５２０  電力供給部
５３０  電源
５３２  正のリード線
５３４  負のリード線
５３５  正のリード線
５３６  負のリード線
５４０  コントローラ
６００  ＥＣＭ装置
７００  システム
８００  ワークピース
８０２  第１の離間した斜めのロッド
８０４  第２の離間した斜めのロッド
８０５  節点
８２０  電極
９００  電極
９０２  離間した横方向ロッド
９０４  離間した縦方向ロッド
９０５  節点
９１０  電極
９８０  システム
９９０  物品
【図１】
2019520990.tif 000003
【図２】
2019520990.tif 000004
【図３】
2019520990.tif 000005
【図４】
2019520990.tif 000006
【図５】
2019520990.tif 000007
【図６】
2019520990.tif 000008
【図７】
2019520990.tif 000009
【図８】
2019520990.tif 000010
【国際調査報告】
2019520990.tif 000011
2019520990.tif 000012
2019520990.tif 000013
2019520990.tif 000014