(57)【要約】      （修正有）【課題】組立式ブロックを利用した付加製造方法の提供。【解決手段】付加製造方法は、予め定められた形で複数の層（１０４）を形成するように複数の組立式ブロック（１０６）を配置するステップと、複数の組立式ブロック（１０６）の各組立式ブロック（１０６）の１つまたは複数の部分を溶解するステップと、付加製造された部品（１００）を形成するように複数の組立式ブロック（１０６）を互いに接合するように前記各組立式ブロック（１０６）の１つまたは複数の部分の溶解を冷却するステップとを含む。複数の組立式ブロック（１０６）を含む付加製造された部品（１００）も提示される。【選択図】図１
2019052368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた形で複数の層（１０４）を形成するように複数の組立式ブロック（１０６）を配置するステップと、
前記複数の組立式ブロック（１０６）の各組立式ブロック（１０６）の１つまたは複数の部分を溶解するステップと、
付加製造された部品（１００）を形成するように前記複数の組立式ブロック（１０６）を互いに接合するように前記各組立式ブロックの前記１つまたは複数の部分の溶解（１０６）を冷却するステップと
を含む付加製造方法（２００）。
【請求項２】
成形によって前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）を形成するステップをさらに含む、請求項１記載の付加製造方法（２００）。
【請求項３】
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、金属材料、ポリマー材料、複合材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で構成される、請求項１記載の付加製造方法（２００）。
【請求項４】
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、第１の材料で構成される基部（１０８）と、第２の材料で構成される外面（１１０）とを備え、前記第２の材料は、前記第１の材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する、請求項１記載の付加製造方法（２００）。
【請求項５】
前記外面（１１０）を形成するように前記基部（１０８）の少なくとも１つの部分（１１１）にコーティングを配設するステップをさらに含む、請求項４記載の付加製造方法（２００）。
【請求項６】
前記各組立式ブロック（１０６）の前記１つまたは複数の部分を溶解するステップは、前記外面（１１０）の前記少なくとも１つの部分（１１１）を溶解することを含む、請求項５記載の付加製造方法（２００）。
【請求項７】
予め定められた形で配置された複数の層（１０４）を形成するように互いに結合される複数の組立式ブロック（１０６）
を備える付加製造された部品（１００）。
【請求項８】
前記複数の組立式ブロック（１０６）は、金属材料、ポリマー材料、複合材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で構成される、請求項７記載の付加製造された部品（１００）。
【請求項９】
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、単結晶形態、一方向凝固形態、または多結晶形態の少なくとも１つにある前記金属材料で構成される、請求項８記載の付加製造された部品（１００）。
【請求項１０】
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、第１の材料で構成される基部（１０８）と、第２の材料で構成される外面（１１０）とを備え、前記第２の材料は、前記第１の材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する、請求項７記載の付加製造された部品（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、付加製造方法に関し、より詳細には、部品を製造する付加製造方法、およびその付加製造された部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造技術は、交互積層方式で実質的に２次元の層（またはスライス）を構築することで３次元（３Ｄ）部品を製造することを伴い、部品の「３Ｄプリンティング」を可能にする。各層は、概してとても薄く（例えば、２０〜１００ミクロン）、多くの層が、層ごとに変わる２次元形状で順次形成され、所望の最終的な３次元外形を与えるようになっている。この技法は、微粉末の形態で利用できる材料を用いて部品を構築する。広範な様々な金属材料、プラスチック材料、および複合材料が使用され得る。所望の部品外形を形成するように材料が取り除かれる伝統的な「除去（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）」製造プロセスとは対照的に、付加製造技法は、正味形状またはほぼ正味形状の最終的な部品を形成するように次第に材料を付加する。市販の付加製造技法の例には、押出し加工ベースの技法、ジェッティング、選択的レーザ焼結法、粉末／結合剤噴射、電子ビーム溶融法、光造形法、および超音波法が挙げられる。
【０００３】
付加製造は、伝統的な製造プロセスを上回る良好な機械的特性および非常に複雑な構造を作製することの容易さなどの様々な利点をもたらす。しかしながら、付加製造の使用は、いくつかの欠点のために制限され得る。従来の付加製造プロセスで製造される部品および製品は、概して、かなり大きい表面粗さ、および乏しい表面仕上げ、特に表面の多孔性および亀裂を有し得る。これらの欠陥によって、全体的に乏しい機械的特性、部品の疲労寿命の減少、粗い表面に対する材料の蓄積、循環液に関する流れおよび乱流の問題、ならびに孔からの液漏れがもたらされ得る。さらに、粉末法を用いて出っ張りを有する部分を造ることは困難であり得る。結果として、従来の付加製造技法は、典型的には、製品設計において避けられている。加えて、これらの従来の付加製造技法は、大量生産を手頃な料金でするのには、概して時間がかかり、費用も高い。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書には、付加製造を用いて部品を製造する改善された方法が提供される。本明細書の一態様では、付加製造方法は、予め定められた形で複数の層を形成するように複数の組立式ブロックを配置するステップと、複数の組立式ブロックの各組立式ブロックの１つまたは複数の部分を溶解するステップと、付加製造された部品を形成するように複数の組立式ブロックを互いに接合するように前記各組立式ブロックの１つまたは複数の部分の溶解を冷却するステップとを含む。
【０００５】
本明細書の別の態様は、予め定められた形で配置された複数の層を形成するように互いに結合される複数の組立式ブロックを含む付加製造された部品に向けられている。
【０００６】
本発明の実施形態のこれらのおよび他の特徴および態様は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとより良く理解されよう。以下の図面全体を通じて同じ参照符号は同じ部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本明細書のいくつかの実施形態による複数の組立式ブロックを含む付加製造された部品を概略的に示す図である。
【図２】本明細書のいくつかの実施形態による組立式ブロックの概略図である。
【図３】本明細書の実施形態による付加製造方法の流れ図である。
【図４】本明細書のいくつかの実施形態による１つまたは複数のステップの付加製造方法の概略図である。
【図５】本明細書のいくつかの実施形態による１つまたは複数のステップの付加製造方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示は、概して、付加製造を用いて部品を製造する方法を含んでいる。以下に詳細に説明するように、本開示のいくつかの実施形態は、複数の組立式ブロックを用いて部品を製造する付加製造方法を示す。いくつかの実施形態は、予め定められた形で配置された複数の層を形成するように互いに結合される複数の組立式ブロックを含む付加製造された部品に関する。付加製造方法を用いて部品を形成するために組立式ブロックを利用することは、上述した欠点を克服するのに有利である。
【０００９】
本明細書中で使用されるとき、用語「付加製造」および「付加製造方法」は、付加製造技術を用いて部品を製造する方法を指し、これらは、本明細書全体を通じて交換可能に使用され得る。
【００１０】
付加製造技術は、材料層を順次的および繰り返して堆積および連結することによって正味形状またはほぼ正味形状の構造を形成する。本明細書中で使用されるとき、「ほぼ正味形状」は、付加製造後の機械加工または研磨などの重要な伝統的機械仕上げ技法を必要とすることなく、部品がこの部品の最終的な形状にとても近く形成されることを意味する。本明細書中で使用されるとき、「正味形状」は、付加製造後の機械加工または研磨などの任意の伝統的機械仕上げ技法を必要とすることなく、部品がこの部品の最終的な形状で形成されていることを意味する。適切な付加製造技法には、直接金属レーザ溶融法（ＤＭＬＭ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｌｔｉｎｇ）、直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、直接金属レーザ堆積（ＤＭＬＤ：  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、レーザ直接積層法（ＬＥＮＳ：Ｌａｓｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｎｅｔ  Ｓｈａｐｉｎｇ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｌｔｉｎｇ）、電子ビーム溶融法（ＥＢＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｍｅｌｔｉｎｇ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）、選択的加熱焼結法（ＳＨＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｈｅａｔ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、マルチジェットフュージョン（ＭＪＦ：Ｍｕｌｔｉ−ｊｅｔ  Ｆｕｓｉｏｎ）、超音波付加製造（ＵＡＭ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
【００１１】
以下の明細書および特許請求の範囲において、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」には、文脈上明確に別段の指示がない限り、複数の複数の指示対象が含まれる。本明細書中で使用されるとき、用語「または、もしくは、あるいは（ｏｒ）」は、文脈上明確に別段の指示がない限り、排他的であることを意味しておらず、言及された構成要素の少なくとも１つが存在していることを指し、言及された構成要素の組み合わせが存在し得る場合を含む。
【００１２】
特段定めがない限り、本明細書中で使用される科学技術用語は、本開示が属する分野における当業者によって通常理解される意味と同じ意味を有する。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることが意図され、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。用語「第１の」、「第２の」などは、本明細書中で使用されるとき、何らかの順序、量、または重要度を示すのではなく、むしろ、ある要素を別の要素と区別するために使用される。
【００１３】
本明細書中で使用されるとき、用語「組立式ブロック」は、部品を形成するように互いに隣接して配置されつつ、複数の組立式ブロックがきっちりと詰められ得るように任意の形状およびサイズの材料からなる固体の３次元ピースを含む構築用ブロックを指す。適切な材料は、固体の３次元ピース、すなわち、構築用ブロックの形態で形成または製造され得る材料である。適切な材料は、以下に詳細に説明される。いくつかの実施形態では、組立式ブロックは、金属材料による成形品である。組立式ブロックは、所望の部品のサイズに応じたサイズを有し得る。いくつかの実施形態では、組立式ブロックは、部品の体積の１／１００までの体積を有する。いくつかの実施形態では、組立式ブロックは、約１立方ミリメートルから約１０００立方センチメートルまでの範囲内で体積を有する。いくつかの実施形態では、組立式ブロックは、約２立方ミリメートルから約１００立方センチメートルまでの範囲内で体積を有する。いくらかの実施形態では、組立式ブロックは、約５立方ミリメートルから約１０立方センチメートルまでの範囲内で体積を有し、いくつかの特定の実施形態では、約５立方ミリメートルから約５立方センチメートルまでの範囲内で体積を有する。複数の組立式ブロックは、所望の部品を形成するために予め定められた形で交互積層方式に配置され得る。
【００１４】
本明細書中で使用されるとき、用語「予め定められた形」は、所望の部品を形成するように複数の組立式ブロックが配置されるべきである構造または幾何学的形状のレイアウトを指す。
【００１５】
本明細書中で使用されるとき、用語「結合される」は、例えば接合材を用いて互いにしっかりと接合または連結される組立式ブロックを指す。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロックは、複数の組立式ブロックの各組立式ブロックの１つまたは複数の部分を溶解し、この溶解部を冷却して複数の組立式ブロックのうちの隣接した組立式ブロックのうちの１つまたは複数の部分を接合することによって接合または連結することができる。これらの例では、溶解部は、接合材として働く。
【００１６】
本開示のいくつかの実施形態は、付加製造を用いて部品を製造する方法、すなわち付加製造方法に向けられている。部品は、付加製造された部品とも呼ばれ得る。付加製造方法は、予め定められた形で複数の層を形成するように複数の組立式ブロックを配置するステップと、複数の組立式ブロックの各組立式ブロックの１つまたは複数の部分を溶解するステップと、付加製造された部品を形成するように複数の層に配置される複数の組立式ブロックを互いに接合するように前記各組立式ブロックの１つまたは複数の部分の溶解を冷却するステップとを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、例えば成形または付加製造によって複数の組立式ブロックのうちの少なくとも１つの組立式ブロックを形成することをさらに含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、部品１００、例えば図１に示すような付加製造された部品を製造する付加製造方法が、図３〜図５を参照して説明されている。付加製造された部品１００は、予め定められた形で配置された複数の層１０４を形成するように互いに結合される複数の組立式ブロック１０６で構成される。
【００１８】
いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、多角形形状を有することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、正方形、長方形、六角形、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される断面を有する。いくらかの実施形態では、少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、立方体である、または形状が立方形である。しかしながら、他の断面を有する他の形状も、本明細書の範囲内で予見される。
【００１９】
さらに、いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６は、同じまたは異なる形状およびサイズの組立式ブロック１０６を含み得る。複数の組立式ブロック１０６の組立式ブロック１０６の形状およびサイズは、予め定められた形で複数の組立式ブロック１０６を配置することにおける組立式ブロック１０６の位置に依存し得る。例えば、いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６は、立方体形状の組立式ブロック、立方形形状の組立式ブロック、またはそれらの組み合わせを含む。また、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、平坦または湾曲の面／表面を有することができる。いくらかの実施形態では、少なくとも１つの組立式ブロック１０６の各表面は平坦である。しかしながら、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、所望の部品を形成するように複数の組立式ブロック１０６の配置における少なくとも１つの組立式ブロック１０６の位置に応じて湾曲した少なくとも１つの表面を有することができる。いくつかの実施形態では、望ましい形状およびサイズの少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、成形によって形成することができる。いくつかの実施形態では、望ましい形状およびサイズの少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、付加製造によって形成することができる。
【００２０】
複数の組立式ブロック１０６のための適切な材料には、金属、セラミックス、ポリマー、プラスチック、ガラス、繊維、複合材、生物学的物質、またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、金属材料で構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、金属材料を成形することによって形成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、付加製造を用いて金属材料から形成される。金属材料には、元素形態の金属、または合金が含まれ得る。いくつかの実施形態では、合金には、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、クロム、チタン、タングステン、金、銀、またはこれらの組み合わせからなる群から選択される金属が含まれる。いくつかの実施形態では、合金には、超合金、例えば、ニッケル基析出強化型超合金が含まれる。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、単結晶形態、一方向凝固形態、または多結晶形態における金属材料で構成される。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６の各組立式ブロック１０６は、単結晶形態、一方向凝固形態、または多結晶形態で形成することができる。
【００２１】
複数の組立式ブロック１０６は、同じまたは異なる材料で構成することができる。上述したように、材料は、それらの組成、微細構造、またはそれらの組み合わせに関して異なり得る。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６は、部品１００の他の部分における少なくとも１つの組立式ブロック１０６の材料とは異なる材料を有する部品１００の一部に少なくとも１つの組立式ブロック１０６を含む。例えば、複数の層１０４のうちの層などの部品１００の一部は、第１の材料で構成された少なくとも１つの組立式ブロック１０６を含むことができるとともに、複数の層１０４の別の層などの他の部分は、第２の材料で形成された少なくとも１つの組立式ブロック１０６を含むことができる。これらの実施形態の一部では、異なる材料で構成される複数の組立式ブロック１０６は、傾斜組成／機能部品という結果になるように配置することができる。すなわち、部品１００の材料組成は、１つまたは複数の方向で徐々に変化する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、異なる材料で構成される少なくとも２つの部分を含むことができる。例えば、組立式ブロック１０６の第１の部分は第１の材料で構成され、第２の部分は第２の材料で構成される。図２は、いくつかの実施形態における組立式ブロック１０６の概略図を示す。組立式ブロック１０６は、基部１０８と外面１１０とを有する。いくつかの実施形態では、基部１０８は第１の材料、例えば第１の合金で構成され、外面１１０の少なくとも一部１１１は第２の材料、例えば第２の合金で構成される。第１の材料は、第２の材料とは異なる。いくつかの実施形態では、第２の材料は、第１の材料の溶融温度と比較して低い溶融温度を有する。説明のために、図２は、基部１０８の一面上に外面１１０の部分１１１を有する組立式ブロック１０６を示す。しかしながら、部品１００を形成するための組立式ブロック１０６の形状および複数の組立式ブロック１０６（図１）の配置における組立式ブロック１０６の位置に応じて、組立式ブロック１０６は、組立式ブロック１０６の外面１１０の他の部分（例えば、他の面）に対する第２の材料で構成することができる。組立式ブロック１０６の外面１１０の１つまたは複数の部分に対する第２の材料の存在は、基部１０８の第１の材料を溶解するのに必要な温度よりも低い温度で外面１１０のうちの１つまたは複数の部分を１つまたは複数のうちの隣接した組立式ブロックに溶融および接合するのを助けることができる。外面１１０のうちの１つまたは複数の部分に対する第２の材料を有する組立式ブロック１０６は、組立式ブロック１０６を成形しつつ、または基部１０８の少なくとも１つの部分に第２の材料のコーティングを施すことによって形成することができる。
【００２３】
さらに、いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６は、傾斜機能材料で構成することができる。すなわち、少なくとも１つの組立式ブロック１０６の材料組成は、１つまたは複数の方向で徐々に変化する。
【００２４】
図３は、いくつかの実施形態による部品１００（図１）を製造する付加製造方法２００の流れ図である。図４〜図５は、部品１００を製造する付加製造方法２００の１つまたは複数のステップの概略図を示す。部品１００を製造する付加製造方法２００は、本明細書中に使用されるとき、予め決定された濃度の酸素、窒素、窒素含有ガス、またはそれらの組み合わせを含有する制御された雰囲気下で実行することができる。
【００２５】
図１および図３を参照すると、いくつかの実施形態において、付加製造方法２００は、複数の組立式ブロック１０６の少なくとも１つの組立式ブロック１０６を形成するステップ２０２を含む。いくつかの実施形態では、ステップ２０２は、成形によって少なくとも１つの組立式ブロック１０６を形成するステップを含む。いくらかの実施形態では、ステップ２０２は、成形によって複数の組立式ブロック１０６を形成することを含む。図２を参照すると、いくつかの実施形態では、方法２００は、第１の材料で構成される基部１０８と第２の材料で構成される外面１１０の部分１１１とを有する組立式ブロック１０６を成形することを含む。いくつかの実施形態では、方法２００は、成形によって組立式ブロック１０６の基部１０８を形成することと、外面１１０の部分１１１を形成するために基部１０８の一部に第２の材料のコーティングを配することとを含む。いくつかの実施形態では、コーティングは、１つまたは複数のうちの隣接した組立式ブロックに接合されるべきである外面１１０の１つまたは複数の部分に配される。コーティングは、物理蒸着技法、化学蒸着技法、無電極コーティング技法、粉末コーティング技法等などの任意の適切な方法によって施すことができる。
【００２６】
付加製造方法２００は、予め定められた形で複数の層１０４を形成するように複数の組立式ブロック１０６を配置するステップ２０４を含む。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６を配置するステップ２０４は、複数の層１０４を形成するように予め決定された位置に複数の組立式ブロック１０６の各組立式ブロック１０６を配置することを含む。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６を配置するステップ２０４は、この配置における予め決定された位置に前記各組立式ブロック１０６を配置することを含む。各組立式ブロック１０６の配置は、図４〜図５に示すロボット装置１５０を用いて実行することができる。いくつかの実施形態では、各組立式ブロック１０６を配置するステップは、予め決定された位置に各組立式ブロック１０６を選び取り配置することを含む。いくつかの実施形態では、ステップ２０４は、所望の予め定められた形で複数の組立式ブロック１０６を配置するように各組立式ブロック１０６を配置するために組立式ブロックを配置するステップを複数回繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、複数の組立式ブロック１０６を配置するステップは、個々の組立式ブロック１０６を選び取り、それに続いて複数の層１０４を形成するように個々の組立式ブロック１０６をそれらのそれぞれの予め決定された位置に配置することを含む。
【００２７】
予め決定された位置は、予め定められた形で複数の層を形成するように複数の組立式ブロックの配置における複数の組立式ブロックの組立式ブロックの所望の位置を指す。組立式ブロックの予め決定された位置は、部品のレイアウトを形成するための複数の組立式ブロックの配置における組立式ブロックの位置および向きを含み得る。
【００２８】
次のステップ２０６では、付加製造方法２００は、複数の組立式ブロック１０６の各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解することを含む。各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分のそのような溶解は、複数の組立式ブロック１０６を互いに接合することを可能にする。いくつかの実施形態では、溶解ステップ２０６は、予め定められた形で複数の層１０４にそれらを配置した後に、複数の組立式ブロック１０６を同時に加熱することを含む。これらの実施形態では、各組立式ブロック１０６は、図２に示されるように基部１０８および外面１１０を備える。外面１１０は、基部１０８の第１の材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する第２の材料で構成される。加熱は、基部１０８の第１の材料の溶融温度未満かつ外面１１０における第２の材料の溶融温度を超える温度で実行することができる。そのような加熱は、外面１１０の（第２の材料で構成される）１つまたは複数の部分を溶解して、この配置における複数の組立式ブロック１０６のうちの隣接した組立式ブロック１０６間に溶解をもたらす。このための加熱は、任意の従来の熱処理炉において行うことができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分の溶解は、個々に実行される。いくつかの実施形態では、溶解ステップ２０６は、各組立式ブロック１０６の外面の１つまたは複数の部分を溶解することを含む。いくつかの実施形態では、図２を参照すると、方法２００は、基部１０８の第１の材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する第２の材料で構成される外面１１０の部分１１１を溶解することを含む。
【００３０】
各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解するステップ２０６は、加熱装置、例えば、集束エネルギー源を用いて実行することができる。図４〜図５は、各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解する集束エネルギー源１６０を示す。集束エネルギー源１６０は、レーザビームまたは電子ビームを使用することができる。図示するように、付加製造方法２００は、複数の組立式ブロック１０６のうちの組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解するように集束エネルギー源１６０からのレーザまたは電子ビーム１６２を向けることを含む。集束エネルギー源１６０の動作、複数の組立式ブロック１０６の配置、および組立式ブロック１０６の複数の層１０４の形成は、コンピュータソフトウェアおよび自動化機械によって制御される。集束エネルギー源１６０のパラメータは、溶解される組立式ブロック１０６の外面の１つまたは複数の部分における材料に応じて選択することができる。
【００３１】
集束エネルギー源１６０には、レーザデバイス、電子ビームデバイス、またはそれらの組み合わせが含まれ得る。レーザデバイスは、限定するものではないがファイバレーザ、ＣＯ２レーザ、またはＮＤ−ＹＡＧレーザなどの少なくとも１つの組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解するための出力範囲および移動速度で動作する任意のレーザデバイスを含む。一実施形態では、出力範囲は、１２５ワットから５００ワットの間、１５０ワットから５００ワットの間、１５０ワットから４００ワットの間、または任意の組み合わせ、範囲、もしくはそれらの部分範囲を含むが、これらに限定されない。別の実施形態では、移動速度は、４００ｍｍ／秒から１２００ｍｍ／秒の間、５００ｍｍ／秒から１２００ｍｍ／秒の間、５００ｍｍ／秒から１０００ｍｍ／秒の間、または任意の組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、もしくはそれらの部分範囲を含むが、これらに限定されない。例えば、さらなる実施形態では、集束エネルギー源１６０は、４００ｍｍ／秒から１２００ｍｍ／秒の間の移動速度において、１２５ワットから５００ワットの間の出力範囲で動作する。
【００３２】
いくつかの実施形態では、各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解するステップ２０６は、少なくとも各組立式ブロック１０６を配置している間にまたは次の組立式ブロックを配置する前に実行される。図４〜図５に示されるように、付加製造方法２００は、組立式ブロック１２２を配置する間にまたは次の組立式ブロックを配置する前に組立式ブロック１２２の１つまたは複数の部分を溶解するように集束エネルギー源１６０からのレーザまたは電子ビーム１６２を向けることを含む。いくつかの実施形態では、図４に示すように、付加製造方法２００は、予め決定された位置に組立式ブロック１２２を配置する前に、組立式ブロック１２２の外面１２１の第１の部分１２０を溶解することを含む。付加製造方法２００は、組立式ブロック１２２の外面１２１が先に配置された組立式ブロック１１８の外面１１９に接触して配置されるように先に配置された組立式ブロック１１８上にまたはこれに隣接して組立式ブロック１２２を配置することをさらに含む。いくつかの実施形態では、図５に示すように、付加製造方法２００は、組立式ブロック１２２を配置した後、および次の組立式ブロック１２６を配置する前に、組立式ブロック１２２の第２の部分１２４を溶解することを含む。いくつかの実施形態では、方法２００は、組立式ブロック１２２を配置する前に組立式ブロック１２２の外面１２１の第１の部分１２０を溶解するステップと、組立式ブロック１２２を配置した後および次の組立式ブロック１２６を配置する前に組立式ブロック１２２の外面１２１の第２の部分１２４を溶解するステップとを含む。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ロボット装置１５０（図４〜図５）は、一体化された加熱装置、例えば一体化された電気加熱素子を備えることができる。これは、ロボット装置１５０を用いて組立式ブロック１０６を配置しつつ、各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解するのを助けることができる。これらの実施形態では、付加製造方法２００は、各組立式ブロック１０６を配置しつつ、複数の組立式ブロック１０６の各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解することを含む。
【００３４】
付加製造方法２００は、部品１００、すなわち付加製造された部品を形成するように複数の組立式ブロック１０６を互いに接合するように各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分の溶解を冷却するステップ２０８をさらに含む。冷却するステップ２０８は、複数の組立式ブロック１０６を配置するステップ２０４と、各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分を溶解するステップ２０６とを実行した後に実行される。いくつかの実施形態では、冷却するステップ２０８は、予め定められた形で複数の層１０４に配置される前記各組立式ブロック１０６の１つまたは複数の部分の溶解を冷却することを含む。冷却するステップ２０８は、凍結／凝固中の接合の亀裂を防ぐために制御された雰囲気中で制御された冷却速度を用いて溶解を冷却することによって実行することができる。
【００３５】
冷却するステップ２０８を完了した後に、結果として得られる部品１００は、１つまたは複数の後加工処理を受けて部品１００を仕上げすることができる。部品１００の後加工処理には、限定するものではないが、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ法）、溶体加熱処理（溶体化）、および／または応力除去などの任意の適切な後加工技法が含まれ得る。いくつかの実施形態では、付加製造方法２００は、部品１００を１つまたは複数の後加工処理にかけることを含む。後加工処理は、不活性環境内で実行することができる。そのような後加工処理は、材料の微細構造の均質化および最適化、ならびに付加製造された部品の応力除去のために実行される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の後加工処理には、部品全体の炉加熱処理、表面加熱、レーザ加熱、電子ビーム加熱などを含む局所熱処理を含み得る。
【００３６】
結果として得られる付加製造された部品の機械的特性は、金属材料、成形によって形成される組立式ブロック、レーザプロセスのパラメータ、電子ビームのパラメータ、後熱処理のパラメータ、またはそれらの組み合わせに依存し得ることに留意されたい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、組立式ブロックを用いる付加製造方法は、本明細書中で使用されるとき、１つまたは複数の部品を製造するために粉末ベースの付加製造方法と組み合わされてもよい。例えば、組み合わされた付加製造方法は、１つまたは複数の部品の出っ張りを有する部分のようなある種の難しい部分を製造するために使用され得る。いくつかの実施形態では、拡散接合などの他の接合プロセスが、組立式ブロックを連結するために使用され得る。
【００３８】
本明細書中に説明したような付加製造方法を用いて形成される複数の組立式ブロックを含む付加製造された部品は、組立式ブロックの孔の減少および良好な表面仕上げのために、良好な表面品質を示す。加えて、本付加製造方法における組立式ブロックの使用は、単結晶、一方向凝固形態、または多結晶形態（例えば、微細構造）の１つまたは複数を有する部品または部品の部分を構築し、出っ張りを有する部分のような難しい部分を製造することを有利に可能にする。また、本付加製造方法は、プロセスの速度をかなり速めるとともに、粉末ベースのプロセスを含む従来または既存の付加製造方法に必要とされる製造時間と比較して製造時間をより短縮することを可能にする。かなり大きい時間節約が、組立式ブロックのサイズを変更することによってさらに実現することができる。
【００３９】
本開示のいくつかの特徴だけを本明細書中で図示および説明したが、当業者は多くの修正および変更が思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の範囲内にあるようなそのような修正および変更の全てを含むことが意図されることを理解されたい。
【００４０】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
予め定められた形で複数の層（１０４）を形成するように複数の組立式ブロック（１０６）を配置するステップと、
前記複数の組立式ブロック（１０６）の各組立式ブロック（１０６）の１つまたは複数の部分を溶解するステップと、
付加製造された部品（１００）を形成するように前記複数の組立式ブロック（１０６）を互いに接合するように前記各組立式ブロックの前記１つまたは複数の部分の溶解（１０６）を冷却するステップと
を含む付加製造方法（２００）。
［実施態様２］
成形によって前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）を形成するステップをさらに含む、実施態様１記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様３］
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、金属材料、ポリマー材料、複合材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で構成される、実施態様１記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様４］
前記複数の組立式ブロック（１０６）は、同じまたは異なる材料で構成される、実施態様３記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様５］
前記前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、傾斜機能材料で構成される、実施態様３記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様６］
前記前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、単結晶形態、一方向凝固形態、または多結晶形態の少なくとも１つにある前記金属材料で構成される、実施態様３記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様７］
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、第１の材料で構成される基部（１０８）と、第２の材料で構成される外面（１１０）とを備える、実施態様１記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様８］
前記第２の材料は、前記第１の材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する、実施態様７記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様８］
成形によって前記基部（１０８）を形成することをさらに含む、実施態様７記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様９］
前記外面（１１０）を形成するように前記基部（１０８）の少なくとも１つの部分（１１１）にコーティングを配設するステップをさらに含む、実施態様７記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様１０］
前記各組立式ブロック（１０６）の前記１つまたは複数の部分を溶解するステップは、前記外面（１１０）の前記少なくとも１つの部分（１１１）を溶解することを含む、実施態様９記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様１１］
前記各組立式ブロック（１０６）の前記１つまたは複数の部分を溶解するステップは、加熱装置（１０５）を用いて実行される、実施態様１記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様１２］
前記付加製造された部品（１００）を１つまたは複数の後加工処理にかけることをさらに含む、実施態様１記載の付加製造方法（２００）。
［実施態様１３］
予め定められた形で配置された複数の層（１０４）を形成するように互いに結合される複数の組立式ブロック（１０６）
を備える付加製造された部品（１００）。
［実施態様１４］
前記複数の組立式ブロック（１０６）は、金属材料、ポリマー材料、複合材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で構成される、実施態様１３記載の付加製造された部品（１００）。
［実施態様１５］
前記複数の組立式ブロック（１０６）は、同じまたは異なる材料で構成される、実施態様１４記載の付加製造された部品（１００）。
［実施態様１６］
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、傾斜機能材料で構成される、実施態様１４記載の付加製造された部品（１００）。
［実施態様１７］
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、単結晶形態、一方向凝固形態、または多結晶形態の少なくとも１つにある前記金属材料で構成される、実施態様１４記載の付加製造された部品（１００）。
［実施態様１８］
前記複数の組立式ブロック（１０６）のうちの少なくとも１つの組立式ブロック（１０６）は、第１の材料で構成される基部（１０８）と、第２の材料で構成される外面（１１０）とを備える、実施態様１４記載の付加製造された部品（１００）。
［実施態様１９］
前記第２の材料は、前記第１の材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する、実施態様１８記載の付加製造された部品（１００）。
【符号の説明】
【００４１】
１００  部品、付加製造された部品
１０４  層
１０６  組立式ブロック
１０８  基部
１１０  外面
１１１  部分
１１８  先に配置された組立式ブロック
１１９  外面
１２０  第１の部分
１２１  外面
１２２  組立式ブロック
１２４  第２の部分
１２６  次の組立式ブロック
１５０  ロボット装置
１６０  集束エネルギー源
１６２  レーザまたは電子ビーム
２００  付加製造方法、方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2019052368000001.pdf