(57)【要約】【課題】物体を製造する方法を開示する。【解決手段】一部態様では、本方法は、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を含む組成物の初期層を選択的に加熱することを含む。本方法は、初期層に接触して配置された組成物の追加層を選択的に加熱することを更に含み、各層を閾値温度に選択的に加熱することが、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、各層の溶融部分を形成し、各層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却する際に各層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進し、各層の部分が組み合わさって物体を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（２００）を製造する方法であって、
金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物（１０４）の初期層（１０２）を閾値温度に選択的に加熱することと、
前記初期層（１０２）に接触して配置された前記組成物の追加層（１０２）前記閾値温度に選択的に加熱することと、を備え、各層（１０２）を前記閾値温度に選択的に加熱することが、前記粒状物質の要素と該要素に関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、各層（１０２）の溶融部分（１１０）を形成し、各層の溶融部分（１１０）中の乱流が、溶融した粒状物質の酸化を妨げ、且つ前記閾値温度未満に冷却した際に各層（１０２）の溶融部分（１１０）中に金属間化合物を形成することを促進し、各層（１０２）の部分が組み合わさって前記物体（２００）を形成する、方法。
【請求項２】
前記初期層（１０２）を選択的に加熱する前に、前記初期層（１０２）が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の厚さを有するように基板上に前記組成物の初期層（１０２）を分布させることと、
前記追加層（１０２）を選択的に加熱する前に、前記追加層（１０２）が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の厚さを有するように前記初期層（１０２）に接触させて前記組成物の追加層（１０２）を分布させることと、を備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記初期層（１０２）に接触させて前記組成物の追加層（１０２）を分布させることが、前記追加層（１０２）の組成物が前記初期層（１０２）の組成物と同様又は異なる要素を有するように前記初期層（１０２）に接触させて前記組成物の追加層（１０２）を分布させることを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記初期層（１０２）を選択的に加熱すること又は前記追加層（１０２）を選択的に加熱することの前に、前記金属物質で前記粒状物質の要素をコーティングすることを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記粒状物質の要素をコーティングすることが、無電解めっきプロセス、電解めっきプロセス、スパッタリングプロセス、化学気相堆積プロセス、又は他の気相堆積プロセスを用いて前記粒状物質の要素をコーティングすることを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粒状物質の要素をコーティングすることが、コーティングが略０．１マイクロメートルから略１マイクロメートルまでの間の厚さを有するように前記金属物質で前記粒状物質の要素をコーティングすることを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記初期層（１０２）を選択的に加熱すること又は前記追加層（１０２）を選択的に加熱することが、前記金属物質でコーティングされたアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末の要素を備える前記初期層（１０２）又は前記追加層（１０２）を前記閾値温度に選択的に加熱することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記初期層（１０２）を選択的に加熱すること又は前記追加層（１０２）を選択的に加熱することが、ニッケル、チタン又はこれらの合金でコーティングされた前記粒状物質の要素を備える前記初期層（１０２）又は前記追加層（１０２）を前記閾値温度に選択的に加熱することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記初期層（１０２）又は前記追加層（１０２）の溶融部分（１１０）を前記閾値温度未満の固化温度に冷却して、前記初期層（１０２）又は前記追加層（１０２）の部分を固化させることを備え、前記初期層（１０２）又は前記追加層（１０２）の固化部分が金属間化合物の離散的な粒子又は共晶集団を備え、溶解した粒状物質の妨げられた酸化から生じた酸化物粒子が互いに間隔を空けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
金属物質でコーティングされた粒状物質の要素の一つ以上の層（１０２）を備える組成物を備える製品であって、各層（１０２）内部における前記粒状物質の要素と該要素に関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせて、各層（１０２）の溶融部分（１１０）を形成するように各層（１０２）が閾値温度に選択的に加熱済みであり、各層（１０２）の溶融部分（１１０）中の乱流（１１２）が溶融した粒状物質の酸化を妨げていて、前記閾値温度未満に冷却した際に各層（１０２）の溶融部分（１１０）中に金属間化合物を形成することを促進済みである、製品。
【請求項１１】
各層（１０２）が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の前記粒状物質の要素の厚さを有し、コーティングが略０．１マイクロメートルから略１マイクロメートルまでの間の厚さを有するように前記粒状物質の要素が前記金属物質でコーティングされている、請求項１０に記載の製品。
【請求項１２】
前記粒状物質の要素が前記金属物質でコーティングされたアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末を備え、前記粒状物質の要素がニッケル、チタン又はこれらの合金でコーティングされている、請求項１０に記載の製品。
【請求項１３】
各層（１０２）の溶融部分（１１０）が、各層（１０２）の各溶融部分を固化させるように前記閾値温度未満の固化温度に冷却済みであり、各層（１０２）の固化部分が前記金属間化合物の離散的な粒子又は共晶集団を備え、溶融した粒状物質の妨げられた酸化から生じた酸化物粒子が互いに間隔が空けられて存在している、請求項１０に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
航空宇宙産業において、アディティブマニュファクチャリングによるアルミニウム及び／又はアルミニウム合金の物体（例えば、部品や構成要素等）の製造は未開発の市場である。その理由は、アディティブマニュファクチャリングによってアルミニウム及び／又はアルミニウム合金の部品を製造することに関連する冶金学的な問題に因るものである。例えば、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ）プロセスでは、粒状アルミニウム原料の適切な融合が、レーザー光の高い反射性、高い熱伝導性、原料中のアルミニウムが非常に酸化し易い等の要因で妨げられる。結果として、ＳＬＭで製造されたアルミニウム及び／又はアルミニウム合金の物体は、一般的に、従来通りに機械加工された鍛造アルミニウム及び／又はアルミニウム合金等の現状のベンチマークの競合となるものではない。
【背景技術】
【０００２】
粒状原料の適切な融合を促進するため、多様な方法が試されている。そうした方法は、製造機器の変更や、低融点アルミニウム‐シリコン共晶に近い組成を有する粒状原料合金の使用等を含む。そうした方法の一部は粒状原料の適切な融合を妨げる要因（例えば、高いレーザー光反射性や高い熱伝導性）のうち一つ以上を軽減することができるが、そうした方法は、一般的に、アルミニウム原料の適切な融合を妨げる主な要因として一般的に知られている酸化物形成に効果的に対処していない。
【０００３】
注意深く制御された雰囲気においても、アルミニウムの酸化が、粒状原料の融合を妨げる傾向にある“酸化物被膜”（ｏｘｉｄｅ  ｓｋｉｎ）を生じさせる。固化した微細構造における酸化物被膜の影響は、酸化物粒子が好ましくなく大きなサイズ及び体積分率を有し、酸化物粒子が物体の構成層間に形成されるものとして示される。ＳＬＭで製造された物体の破面写真によると、そうした物体は、従来通りに機械加工された鍛造アルミニウム及び／又はアルミニウム合金よりも劣る品質及び性能特性を示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
金属物質でコーティングされた粒状物質から物体を製造する方法が開示される。一部態様では、本方法は、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物の初期層を閾値温度に選択的に加熱することを含む。初期層に接触して配置された組成物の追加層が閾値温度に選択的に加熱され、各層を閾値温度に選択的に加熱することが、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、各層の溶融部分を形成し、各層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却した際に各層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進し、各層の部分が組み合わさって物体を形成する。
【０００５】
他の態様では、製品は、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素の一つ以上の層を備える組成物を含み、粒状物質の要素の各層が、各層内部における粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、各層の溶融部分を形成するように閾値温度に選択的に加熱済みであり、各層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げていて、閾値温度未満に冷却した際に各層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進している。
【０００６】
更に他の態様では、物体を製造する方法は、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物の層を閾値温度に選択的に加熱して、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、層の溶融部分を形成し、層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却した際に層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進する。
【０００７】
本願で説明される態様、機能及び利点は、多様な例示的実施形態／態様において独立して得られるものであり得て、又は、他の例示的実施形態／態様において組み合わせられるものであり得て、その更なる詳細は以下の説明及び図面を参照して理解され得る。
【０００８】
本開示を概説してきたが、以下では、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の例示的な態様に係る金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物の層を示す概略図である。
【図２】本開示の例示的な態様に係る金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物からアディティブマニュファクチャリングプロセスによって製造可能な多様な物体を示す概略図である。
【図３】本開示の例示的な態様に係る金属物質でコーティングされた粒状物質から物体を製造する方法の方法流れ図である。
【図４】本開示の更なる例示的な態様に係る金属物質でコーティングされた粒状物質から物体を製造する方法の方法流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の一部であって全部ではない態様を示す添付図面を参照して、本開示をより完全に説明する。実際には、本開示は多様な形態で実施可能であり、本願に与えられている態様に限定されるものではなく、むしろ、こうした態様は、本開示を完全なものとし、当業者に本開示の範囲を完全に伝え、適用される法的要件を満たすためのものである。本願全体にわたって同様の参照番号は同様の要素を指称する。本明細書及び特許請求の範囲において、単数形での表記は、特に断らない限り、複数対象を含む。
【００１１】
上述のように、例えば、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）や選択的レーザー焼結（ＳＬＳ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）等のアディティブマニュファクチャリングプロセスを用いてアルミニウムやアルミニウム合金から製品や物体（例えば、部品や構成要素等）を製造することには問題がある傾向にある。その理由は、アディティブマニュファクチャリングプロセス中に生じるアルミニウムの酸化であり、そのような酸化によって、場合によっては、形成された物体が、アルミニウム物質の確立されたベンチマーク特性と比較して低い機械的特性及び物性を有するようになる。低い機械的特性及び物性は、物体が極限状態に晒されるために厳しい耐性を順守することが求められる航空宇宙応用においてそのようにＳＬＭで製造された物体を用いる場合に問題となり得る。
【００１２】
アディティブマニュファクチャリングプロセスで用いられる典型的な製造機器は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェアを実行する計算プラットフォーム又は他の種類のプロセッサデバイスを含み、物体のデジタル設計を用いて、アルミニウム又はアルミニウム合金原料の個々に分布している層を選択的に加熱する。また、典型的な製造機器には、ワークピースプラットフォーム又は他の種類の基板も含まれる。アルミニウム又はアルミニウム合金原料の各層をワークピースプラットフォーム上に分布させ、次いでエネルギー源によって選択的に溶融させる。例えば、高出力レーザービームを放出する高出力レーザー（例えば、イッテルビウムファイバーレーザー）を用いて、物体のデジタル設計毎に各層の選択された部分を溶融させる。レーザービームが閾値温度又は融点にアルミニウム又はアルミニウム合金原料を加熱すると、アルミニウム又はアルミニウム合金原料が溶融して、その層の溶融部分を形成する。後続の溶融領域の冷却が、アルミニウム又はアルミニウム合金原料の固化をもたらす。部品が完成するまで、層毎にこの方法を繰り返す。
【００１３】
しかしながら、アディティブマニュファクチャリングプロセスで用いられる製造機器を単に変更するだけでは、物体の形成プロセスにおけるアルミニウムの酸化に対処するには不十分である。ワークピースプラットフォームの加熱、複数又はより高出力のレーザービームの使用、電子ビームの使用等の変更でも、アルミニウム原料中のアルミニウムの酸化は効果的に妨げられない。従って、一態様では、部品の形成プロセスにおけるアルミニウムの酸化を妨げるための試みにおいて、原料そのものを修正することが望まれる。
【００１４】
アディティブマニュファクチャリングされたアルミニウム合金部品の性能及び品質を向上させる既存の方法はある程度の成果を収めているが、その成果は、典型的には、従来の鋳造法によって製造されたサンプルや、従来の鍛造合金と同様の組成を有する粒状原料からアディティブマニュファクチャリングされたサンプルの精彩を欠いたベンチマークに対するものである。このある程度の成果は、従来の鋳造合金と同様の組成を有するコーティングされていない粒状原料を用いることで得られる。現状においてアルミニウムのアディティブマニュファクチャリング用の最も一般的な原料は、ダイカスト合金ＡＭＳ４２９０（重量パーセントで９．５Ｓｉ／０．５０Ｍｇ）とほぼ同じで、且つ、アルミニウム‐シリコン共晶（重量パーセントでＡｌ‐１２Ｓｉ）から遠くない組成を有するＡｌＳｉ１０Ｍｇ（重量パーセントでＡｌ／９〜１１Ｓｉ／０．２５〜０．４５Ｍｇ）である。しかしながら、Ａｌ‐Ｓｉ共晶に近い組成は、高い体積分率（レバールールで１０パーセントよりも高い）脆性シリコン粒子を有する微細構造を本質的に生じさせる。結果として、Ａｌ‐Ｓｉ共晶に近い組成を有してＳＬＭで製造された部品は、溶融領域の急速固化に関連したより微細なサイズの微細構造特徴部にもかかわらず、機械加工された鋳造合金の現状のベンチマークよりも劣る強度及び耐久性を有する傾向にある。また、５７７℃  Ａｌ‐Ｓｉ共晶に近い組成で作られた部品も、多くの航空宇宙応用によって特に重要な高温強度が限られたものとなる傾向にある。
【００１５】
従って、本願で開示される物体を製造する改善方法及び関連製品は、原料の融合を促進し、アルミニウムの酸化を妨げて、現状のベンチマークを満たし更には超える性能特性を有する物体を製造する。原料（以下、「組成（物）」と称する）は、金属物質（一部態様では、ニッケル、チタン又はこれらの合金を備える）でコーティングされた粒状物質（一部態様では、アルミニウム又はアルミニウム合金を備える）の要素を備える。
【００１６】
有利には、ＳＬＭにおけるこのような組成物の適用は、選択的加熱の際にコーティングと粒状物質との間の発熱反応をもたらす。その発熱反応は、コーティングされていない原料のレーザー溶融に起因する溶融部分及び乱流と比較した場合よりも、各層の溶融部分に広がり、その中での乱流を増強する。溶融部分中の増強された乱流が今度は粒状物質の酸化を十分に妨げて、酸化物粒子は互いに離散的に間隔が空けられ、好適に分散するようになる。
【００１７】
アルミニウム又はアルミニウム合金の粒状物質について本願で説明するが、本開示の方法はそれに限定されるものではないことに留意されたい。同様に、ニッケル、チタン又はこれらの合金の金属コーティングについて本願で説明するが、本開示の方法はそれに限定されるものではないことに留意されたい。更に、本願で説明されるアディティブマニュファクチャリングプロセスは、ＳＬＭに限定されるものではなく、航空宇宙応用等のための物体（例えば、部品や構成要素）を製造するためのあらゆるアディティブマニュファクチャリングプロセスを包含するものである。
【００１８】
図１は、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物又は原料１０４の層１０２の概略図１００を示す。図１に示されるように、層１０２は組成物１０４の要素の部分又は領域１０６を備える。一部態様では、部分又は領域１０６は組成物１０４の加熱された要素を備えるが、他の態様では、部分又は領域１０６は組成物の加熱されていない要素を備える。図１に示される部分又は領域１０６では、組成物１０４の要素は、未だエネルギービーム１０８によって選択的に加熱されていない。しかしながら、一部態様では、部分又は領域１０６中の組成物１０４の要素は、組成物１０４の要素をその上に分布させる加熱粉末ベッド（図示せず）を介して予熱される。
【００１９】
対照的に、図１の層１０２は、閾値温度に又はそれ以上に加熱された組成物１０４の溶融部分又は領域も備える。層１０２（又は各層）を閾値温度に選択的に加熱することは、粒状物質の要素と金属物質コーティングとの間の発熱反応で、溶融部分１１０を生じさせ、閾値温度以上から閾値温度未満に冷却されると組成物１０４の固化部分又は領域１１６が生じる。
【００２０】
一態様では、組成物１０４は、金属物質コーティングを備える粒状物質の要素を複数の離散的な粒子として含む。一部態様では、粒状物質はアルミニウム又はアルミニウム合金を備え、一方、一部態様では、金属コーティングはニッケル、チタン又はこれらの合金を備える。一部態様では、アルミニウム又はアルミニウム合金と、ニッケル又はニッケル合金との要素を有する組成物、例えば、Ａｌ‐Ａｌ３Ｎｉ共晶に近い組成物を調製することが望ましい。一部態様では、層１０２の全ての要素が組成物１０４製である。他の態様では、層１０２の要素の一部のみが組成物１０４製であり、残りの要素はコーティングされていない。他の態様では、粒状粒子の一部のみがコーティングで覆われていることが有利であり、固化状態でコーティングを形成する金属物質の量を減らす。この場合、例えば、層１０２を形成する粒状物質の要素の一部のみが、ニッケル又はニッケル合金コーティングを有するアルミニウム又はアルミニウム合金であり、残りの部分の要素はニッケル又はニッケル合金コーティングが無いアルミニウム又はアルミニウム合金である。
【００２１】
一部態様では、各粒状物質粒子（例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金粒子）は、略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の粒径を有する。一部態様では、粒状物質粒子が略５０マイクロメートルの直径を有することが望ましい。本願で具体的に記載されているものよりも大きな又は小さな直径を有する粒状物質の粒子も想定され、その粒径は、選択的加熱の際に粒状物質と金属コーティングとの間で生じる発熱反応と、組成物１０４が固化した後の結果物の微細構造に関連している。
【００２２】
一部態様では、粒状物質の各粒子、又は複数の粒子のうち一部のみが金属物質でコーティングされる。他の態様では、粒状物質の粒子の一部のみが金属物質でコーティングされる。一部態様では、粒状物質を金属物質でコーティングすることは、無電解めっきプロセス、電解めっきプロセス、スパッタリングプロセス、化学気相堆積プロセス、又は、他の気相堆積プロセスを用いて達成され、粒状物質上に実質的に均一なコーティングを与える。こうした態様では、組成物１０４の層１０２の分布及び／又は加熱の前に、粒状物質の粒子が金属物質でコーティングされる。
【００２３】
一部態様では、金属物質コーティングは、略０．１マイクロメートルから略１マイクロメートルまでの間の厚さで粒状物質の粒子に適用される。特に、金属コーティングの厚さは、粒子全体（例えば、粒状物質粒子及び金属物質コーティング）の重量に対する金属物質のコーティングの重量分率に関連している。
【００２４】
従って、金属物質のコーティングの重量分率は、球形の粒状粒子の単純化した仮定を含む式１から決定可能である。本開示は粒状物質の各粒子がコーティングの要素と同じ要素を備えることを想定しているものではないが、粒状物質と金属コーティングとが同様の要素を共有することは可能である（例えば、両者がニッケルを含む）。
［式１］
ｗコーティング＝ρコーティング［（４π／３）（Ｄ／２＋ｈ）３−（４π／３）（Ｄ／２）３］／［ρコア（４π／３）（Ｄ／２）３］
ｗコーティング＝金属物質コーティングの重量分率
ρコーティング＝金属物質コーティングの密度
ρコア＝粒状物質の粒子の密度
Ｄ＝粒状物質の球形粒子の直径
ｈ＝金属物質コーティングの厚さ
【００２５】
特に、金属物質のコーティング厚さを最適化して、適切な量の発熱反応を生じさせるのに十分な厚さであるが、結果としての金属間化合物が過剰とならず且つ組成物の密度が過剰とならないような厚さにすることが望ましい。従って、金属物質コーティングの望ましい重量分率は略３．８重量パーセントから略２９．２重量パーセントまでの間、より望ましくは略５．７重量パーセントから略２４．２パーセントまでの間のニッケルである。
【００２６】
従って、一部態様では、金属物質コーティングの重量分率が分かると（例えば、式１から）、組成物の密度が式２から決定可能である。
［式２］
ρ組成物＝（１−ｗコーティング）ρコア＋ｗコーティングρコーティング
ρ組成物＝組成物の密度
【００２７】
特に、コーティング厚さの最適化では、組成物の密度をできる限り低くする。その理由は、高い組成物密度では、比剛性等の重量で正規化される性能特性が低下することが知られているが、その重量で正規化される性能特性こそが航空宇宙応用において本質的に重要だからである。
【００２８】
一部態様では、図１に示される層１０２は組成物１０４（例えば、金属物質でコーティングされた粒状物質）の総称的な層であり、他の層に対して隣接して、上に、下に、又は接触して分布する。特に、層１０２は初期層であり、その層１０２がワークピースプラットフォーム又は基板の上の実質的に均一な層で分布するように構成され、又は、層１０２は第二層、第三層、第四層等の追加層であり、その層１０２が前に分布させた層に対して隣接して、又は上に分布し、又は接触するように構成される。従って、物体（例えば、図２の物体２００）は、複数の層１０２の連続した形成又は「構築」（ｂｕｉｌｄ  ｕｐ）によって製造される。一部態様では、構築された複数の層１０２は、互いに同様の又は異なる要素の組成物有する。
【００２９】
選択的加熱の前に、層１０２の分布が、分布又は分散機構を用いて達成され、又は、人間よって手動で分布又は分散される。層１０２は実質的に均一に分布又は分散され、前の層又はワークピースプラットフォームに対して、層１０２が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の厚さを有するようにする。一部態様では、層１０２が略５０マイクロメートルの厚さを有することが望ましい。
【００３０】
層１０２の分布の後に、組成物１０４の層１０２を、組成物１０４の要素が溶融し始める閾値温度に選択的に加熱する。レーザービームでの加熱は急速なものであるので、平衡物理及び化学反応にとって一般的に受け入れられている温度は近似的に閾値温度のみを与えることができる。例えば、組成物１０４がニッケルでコーティングされたアルミニウムを備える場合、閾値温度はアルミニウムの融点である６６０．５℃付近であると当業者は認識するものである。他の態様では、粒状物質はより低融点、つまりは低閾値温度のアルミニウム合金であり得る。他の態様では、コーティングはニッケル又はチタンの合金であり得て、その合金の要素が閾値温度を適切に変更する。
【００３１】
一部態様では、エネルギービーム１０８を放出するエネルギー源によって、組成物１０４を選択的に加熱する。一部態様では、エネルギービーム１０８は、高出力レーザー、例えば、イッテルビウムファイバーレーザー、二酸化炭素レーザーや、高出力電子放出デバイス等のエネルギー源によって放出される。層１０２を選択的に加熱するため、エネルギー源は、それに関連する少なくとも一つのハードウェアプロセッサ及びメモリを有する制御デバイス（図示せず）又は他の種類の計算プラットフォームによって制御可能である。このようにして、制御デバイスは、エネルギービーム１０８によって層１０２のどの部分を加熱するのかを指示又は制御するように構成される。一部態様では、この指示又は制御は、制御デバイス又は計算プラットフォームに記憶された物体の三次元で予め構成された設計の二次元スライスに基づく（つまり、三次元物体が、一組の二次元スライス又は層として形成される）。
【００３２】
結果として、エネルギー源のエネルギービーム１０８が組成物１０４の層１０２の領域又は部分を閾値温度に加熱すると、層１０２の加熱された領域又は部分に位置する組成物１０４の要素、例えば、金属物質でコーティングされた粒状物質内で発熱反応が生じる。特に、本願で説明されるように、組成物１０４の層１０２の領域又は部分を「閾値温度」に加熱することは、閾値温度が層１０２の領域又は部分が加熱される最低温度となるように層１０２の領域又は部分を少なくともその閾値温度に加熱することを備える。一部態様では、例えば、組成物１０４がアルミニウム及び／又はアルミニウム合金とニッケルコーティングとを備える場合、アルミニウムが溶融して隣接するニッケルと反応すると、発熱反応が大きく急激な温度上昇を生じさせる。
【００３３】
図１は、溶融部分１１０が、閾値温度を超えて加熱されていない組成物１０４の部分１０６に隣接するものとして示す。一部態様では、溶融部分１１０は、前の層に広がって、溶融部分１１０の固化の際に複数の層１０２が互いに融合又は組み合わさるように構成される。
【００３４】
特に、コーティングされていない要素を有する組成物を用いるアディティブマニュファクチャリングプロセスと比較すると、発熱反応によって溶融部分１１０は層１０２内部に広がる。また、コーティングされていない要素を有する組成物を用いるアディティブマニュファクチャリングプロセスと比較して、広がった溶融部分１１０が層１０２の厚さを厚くし、それに応じて、固化層の厚さが厚くなる。領域の集合的な広がりは、必要な層数を減らすので有利であり、各層１０２が固化して、従来の原料の構築層よりも厚くなり、エネルギー源の通過回数を減らす。これは、より高速の構築時間をもたらし、物体をより高速に製造することができる。低い製造速度は、選択的レーザー溶融等の従来のアディティブマニュファクチャリングプロセスの周知の欠点である。
【００３５】
図１に示されるように、エネルギービーム１０８が溶融部分１１０の上に向けられ、組成物１０４の要素を閾値温度に加熱している。加熱後に、エネルギービーム１０８は層１０２の他の部分、例えば、加熱されていない部分１０６に向けられるように構成され、又は、他の層１０２を前の層１０２に対して上に又は隣接して分布させるまで、選択的加熱を一時停止するように構成される。
【００３６】
一部態様では、発熱反応は、溶融部分１１０内に乱流１１２を生じさせる。図１は乱流を小さな渦で示し、これが粒状物質の酸化を妨げる。特に、原料の酸化はその適切な融合の主な阻害要因の一つである。例えば、原料がアルミニウム又はアルミニウム合金の粒状物質を備える場合、アルミニウム又はアルミニウム合金は酸化し易く、完成品の構造完全性を損ねる。従って、粒状物質を金属コーティング、例えばニッケルやチタンでコーティングすることによって、始まった発熱反応が溶融部分１１０内に十分な乱流を生じさせ、粒状物質の酸化が妨げられることで、「酸化被膜」ではなくて、酸化物粒子１１４が離散的に分散して形成されるようにする。酸化物粒子１１４は、図１において、溶融部分１１０の周囲に形成され、また、固化部分１１６全体にわたって離散的に分散しているものとし示されている。
【００３７】
固化部分１１６は参照番号１２０で示される厚さを有する。つまり、固化部分１１６の厚さ１２０は、当該分野において「構築層」（ｂｕｉｌｄ‐ｕｐ  ｌａｙｅｒ）として知られているものである。各層１０２が選択的に加熱及び冷却されると、各層から物体がゆっくりと構築される。
【００３８】
特に、上述のように、発熱反応によって、固化部分１１６の厚さ１２０は、原料にコーティングされていない要素を用いる従来の層よりも有利に厚い。層１０２の固化部分１１６は、組成物１０４の要素の発熱反応の生成物である金属間化合物１１８の離散粒子又は共晶コロニー（集団）を含む。例えば、一例において、金属間化合物１１８は、粒状物質及び金属コーティングの種類に応じてＡｌ３ＮｉやＡｌ３Ｔｉを有する。
【００３９】
一部態様では、金属間化合物１１８は、固化部分１１６全体にわたって離散粒子又はコロニーとして分布する。一部態様では、組成物１０４がＡｌ‐Ａｌ３Ｎｉ共晶と同様の要素を備える場合、金属間化合物１１８はロッド形状に析出する。このように分布した金属間化合物１１８は、従来の鋳造合金と同様の組成を有しアルミニウムシリコン共晶に近い組成を有するＳＬＭ原料によって製造された物体に基づいた既存のベンチマークよりも優れた性能特性をもたらす固化微細構造を有利に提供する。
【００４０】
一部態様では、組成物はアルミニウムの析出硬化を促進する化学種を含む。当業者に知られているように、析出硬化は、従来の鋳造合金における主な強化機構である。この硬化を担う微視的析出は図１に適切に表すには小さ過ぎる。当業者に知られているように、特定の微視的析出物の存在は、上述の金属間粒子と組み合わさって、高温強度特性の向上を促進することができる。
【００４１】
酸化物粒子１１４は、図１において、固化部分１１６において互いに間隔を空けて存在するものとしても示されている。固化部分１１６において、酸化物粒子１１４は、製造された物体の性能特性を低下させないように有利に分散して離散的に形成される。より具体的には、本開示の組成物から形成された物体は、従来の機械加工された鋳造合金と同様の性能特性（例えば、比強度、比剛性等）を有利に有する。
【００４２】
以下、図２を参照すると、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物を用いてアディティブマニュファクチャリングプロセス、例えば、ＳＬＭによって製造可能な製品又は物体２００を示す図が開示されている。一例として、これら物体２００を製造するのに用いられる組成物はＡｌ‐Ａｌ３Ｎｉ共晶に近いが、他の組成物や原料も想定される。物体２００としては、例えば、ダクト２０２、電気シュラウド２０４、配電盤２０６、取付具２０８、筐体２１０、導管２１２が挙げられる。航空宇宙用等に適した他の物体も想定される。これら例示的な例以外の他の多くの種類の物体を、本願で開示されるようにアディティブマニュファクチャリングプロセス（例えば、ＳＬＭ）に適した組成物（例えば、図１の組成物１０４）を用いて製造することができる。
【００４３】
図３は、物体を製造する方法３００の方法流れ図である。一部態様では、本製造方法は、例えばＳＬＭ等のアディティブマニュファクチャリングプロセスを備える。
【００４４】
ステップ３０２では、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物（例えば、図１の１０４）の初期層（例えば、図１の１０２）を閾値温度に選択的に加熱する。
【００４５】
ステップ３０４では、初期層に接触して配置された組成物の追加層（例えば、図１の１０２）を閾値温度に選択的に加熱し、各層を閾値温度に選択的に加熱することが、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、各層の溶融部分（例えば、図１の１１０）を形成し、それら各層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却した際に各層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進し、各層の部分が組み合わさって物体（例えば、図２の２００）を形成する。
【００４６】
図４は、物体を製造する方法４００の他の例示的な方法流れ図を示す。一部態様では、本製造方法は、例えばＳＬＭ等のアディティブマニュファクチャリングプロセスを備える。
【００４７】
ステップ４０２では、金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物（例えば、図１の１０４）の層（例えば、図１の１０２）を閾値温度に選択的に加熱して、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、層の溶融部分（例えば、図１の１１０）を形成し、その層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却した際に層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進する。
【００４８】
更に、本開示は以下の項に係る実施形態を有する。
【００４９】
項１
物体を製造する方法であって、
金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物の初期層を閾値温度に選択的に加熱することと、
初期層に接触して配置された組成物の追加層を閾値温度に選択的に加熱することとを備え、各層を閾値温度に選択的に加熱することが、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせ、各層の溶融部分を形成し、各層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却した際に各層の溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進し、各層の部分が組み合わさって物体を形成する、方法。
【００５０】
項２
初期層を選択的に加熱する前に、初期層が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の厚さを有するように基板上に組成物の初期層を分布させることを備える項１に記載の方法。
【００５１】
項３
追加層を選択的に加熱する前に、追加層が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の厚さを有するように初期層に接触させて組成物の追加層を分布させることを備える項１に記載の方法。
【００５２】
項４
初期層と接触させて組成物の追加層を分布させることが、追加層の組成物が初期層の組成物と同様又は異なる要素を有するように初期層と接触させて組成物の追加層を分布させることを備える、項３に記載の方法。
【００５３】
項５
初期層を選択的に加熱すること又は追加層を選択的に加熱することの前に、金属物質で粒状物質の要素をコーティングすることを備える項１に記載の方法。
【００５４】
項６
粒状物質の要素をコーティングすることが、無電解めっきプロセス、電解めっきプロセス、スパッタリングプロセス、化学気相堆積プロセス、又は他の気相堆積プロセスを用いて粒状物質の要素をコーティングすることを備える、項５に記載の方法。
【００５５】
項７
粒状物質の要素をコーティングすることが、コーティングが略０．１マイクロメートルから略１マイクロメートルまでの間の厚さを有するように金属物質で粒状物質をコーティングすることを備える、項５に記載の方法。
【００５６】
項８
初期層を選択的に加熱すること又は追加層を選択的に加熱することが、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）プロセスでレーザーを用いて初期層を選択的に加熱すること又は追加層を選択的に加熱することを備える、項１に記載の方法。
【００５７】
項９
初期層を選択的に加熱すること又は追加層を選択的に加熱することが、金属物質でコーティングされたアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末の要素を備える初期層又は追加層を閾値温度に選択的に加熱することを備える、項１に記載の方法。
【００５８】
項１０
初期層を選択的に加熱すること又は追加層を選択的に加熱することが、ニッケル、チタン又はこれらの合金でコーティングされた粒状物質の要素を備える初期層又は追加層を閾値温度に選択的に加熱することを備える、項１に記載の方法。
【００５９】
項１１
初期層又は追加層の溶融部分を閾値温度未満の固化温度に冷却し、初期層又は追加層の部分を固化させることを備え、初期層又は追加層の固化部分が金属間化合物の離散粒子又は共晶集団を備え、溶融した粒状物質の妨げられた酸化から生じた酸化物粒子が互いに間隔が空けられる、項１に記載の方法。
【００６０】
項１２
金属物質でコーティングされた粒状物質の要素の一つ以上の層を備える組成物であって、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応が各層内部で生じて各層の溶融部分を形成するように各層が閾値温度に選択的に加熱済みであり、各層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げていて、閾値温度未満に冷却した際に溶融部分中の金属間化合物の形成が促進されている、製品。
【００６１】
項１３
各層が略２０マイクロメートルから略１５０マイクロメートルまでの間の粒状物質の要素の厚さを有する、項１２に記載の製品。
【００６２】
項１４
コーティングが略０．１マイクロメートルから略１マイクロメートルまでの間の厚さを有するように粒状物質の要素が金属物質でコーティングされている、項１２に記載の製品。
【００６３】
項１５
粒状物質の要素が金属物質でコーティングされたアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末を備える、項１２に記載の製品。
【００６４】
項１６
粒状物質の要素がニッケル、チタン、又はこれらの合金でコーティングされている、項１２に記載の製品。
【００６５】
項１７
各層の各溶融部分を固化させるように各層の溶融部分が閾値温度未満の固化温度に冷却済みであり、各層の固化部分が金属間化合物の離散的な粒子又は共晶集団を備え、溶融した粒状物質の妨げられた酸化から生じた酸化物粒子が互いに間隔を空けて存在している、項１２に記載の製品。
【００６６】
項１８
物体を製造する方法であって、
金属物質でコーティングされた粒状物質の要素を備える組成物の層を閾値温度に選択的に加熱して、粒状物質の要素とそれに関連する金属物質コーティングとの間の発熱反応を生じさせて、層の溶融部分を形成することを備え、層の溶融部分中の乱流が溶融した粒状物質の酸化を妨げ、閾値温度未満に冷却した際に溶融部分中に金属間化合物を形成することを促進する、方法。
【００６７】
項１９
閾値温度未満の固化温度に層の溶融部分を冷却して、層の部分を固化させることを備え、層の固化部分が金属間化合物の離散的な粒子又は共晶集団を備え、溶融した粒状物質の妨げられた酸化から生じた酸化物粒子が互いに間隔が空けられる、項１８に記載の方法。
【００６８】
本開示の多くの修正及び他の態様が、以上の説明及び関連図面に示されている教示を享受する当業者には思い浮かぶものである。従って、本開示は開示されている具体的な態様に限定されるものではなく、その均等物、修正及び他の態様が添付の特許請求の範囲内に含まれるものである。本願では特定の用語が用いられているが、それら用語は一般的なものであり且つ説明目的で使用されているものであり、限定的なものではない。
【符号の説明】
【００６９】
１０２  層
１０４  組成物
１０６  部分
１０８  エネルギービーム
１１０  溶融部分
１１２  乱流
１１４  酸化物粒子
１１６  固化部分
１１８  金属間化合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2018115388000001.pdf