(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成勾配を有する物体を形成するための粉体混合物を堆積させる設備（１００）であって、
空間的移動手段（１０２）と、
該空間的移動手段（１０２）に取り付けた、組成勾配を有する物体を形成するために粉体混合物を堆積させる装置（１）と、
前記移動手段（１０２）及び前記分配手段（４，６）のそれぞれを制御することができる制御ユニット（１０４）と、
を備え、
前記装置（１）は、
異なる粉体（Ａ１，…，Ａｎ）のそれぞれを収容するための複数のタンク（Ｒ１，…，Ｒｎ）と、
該タンク（Ｒ１，…，Ｒｎ）の下方に配置した粉体ミキサ（３０）であり、回転可能に取り付けた混合部材（３２）を含み、前記タンクからの前記粉体（Ａ１，…，Ａｎ）を衝突させるための粉体ミキサ（３０）と、
前記タンク（Ｒ１，…，Ｒｎ）とそれぞれが協働し、該タンクから前記ミキサへ向かって排出される前記粉体の質量流量を調整するようそれぞれを設計した、複数の粉体分配手段（４，６）と、
前記ミキサ（３０）の下方に配置して該ミキサに連通させた粉体混合物コレクタ（５６）と、
該粉体混合物コレクタ（５６）の下方に配置して該粉体混合物コレクタに連通させた粉体混合物ディスペンサ（６０）と、
を備え、
前記回転可能に取り付けた混合部材（３２）は、該部材の回転軸線に相当する軸（２）を有する概ね円錐形の第１の粉体衝突面（４０）を有し、
前記ミキサ（３０）は、概ね円錐形の第２の粉体衝突面（４２）を含み、該第２の粉体衝突面は、前記第１の粉体衝突面（４０）との間に前記粉体を通すための概ね円錐形の間隙（４４）を形成するために、前記第１の粉体衝突面と同軸上に対向して配設したものであり、
前記制御ユニット（１０４）は、期間Ｔにわたって前記空間的移動手段（１０２）を制御するために、前記期間Ｔにわたる粉体混合物ディスペンサ（６０）で採用すべき位置（ｘ，ｙ）の経時的変化を考慮することを特徴とする設備。
【請求項２】
請求項１に記載の設備において、概ね円錐形の前記第１の粉体衝突面（４０）は、１つ又は複数の凹部（４６）を有することを特徴とする設備。
【請求項３】
請求項１または２に記載の設備において、前記混合部材（３２）は、前記ミキサの案内部品（５２）に回転可能に取り付け、該案内部品に、前記粉体混合物コレクタ（５６）の上方で該粉体混合物コレクタと連通する１つ又は複数の通過オリフィス（５４）を設けたことを特徴とする設備。
【請求項４】
請求項３に記載の設備において、前記通過オリフィス（５４）のそれぞれの画定面の任意の点で、該画定面は、垂直線と４０°未満、または３０°未満の角度を形成することを特徴とする設備。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の設備において、前記粉体混合物コレクタ（５６）の画定面（５８）の任意の点で、該画定面は、垂直線と４０°未満、または３０°未満の角度を形成することを特徴とする設備。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の設備において、前記分配手段（４，６）の下方で該分配手段と前記ミキサ（３０）との間に配置した前記粉体（Ａ１，…，Ａｎ）のコレクタ（２６）をさらに含むことを特徴とする設備。
【請求項７】
請求項６に記載の設備において、前記粉体（Ａ１，…，Ａｎ）の前記コレクタ（２６）の画定面（２８）の任意の点で、該画定面（２８）は、垂直線と４０°未満、または３０°未満の角度をなすことを特徴とする設備。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の設備において、前記分配手段（４，６）のそれぞれは、粉体支持要素（１４）の振動による粉体送出装置の形態をとることを特徴とする、設備。
【請求項９】
請求項１に記載の設備において、前記制御ユニット（１０４）は、前記分配手段（４，６）のそれぞれによる前記タンクから前記ミキサへ向かって排出される前記粉体の質量流量の調整を期間Ｔにわたって制御するために、
該期間Ｔにわたる、堆積させるべき粉体混合物中の粉体（Ａ１，…，Ａｎ）の質量比の経時的変化と、
前記混合物中の前記粉体（Ａ１，…，Ａｎ）の質量比に応じた、堆積後の前記粉体混合物の比重の代表値と、
所与の質量比を有する粉体混合物を得るために前記粉体分配手段に制御を伝送する瞬間から、前記粉体混合物を堆積する瞬間までの間に経過した時間に相当する、前記堆積装置に関連する待ち時間（ｔｌ）と、
を考慮することを特徴とする設備。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の設備（１００）により組成勾配を有する物体を作製する方法であって、前記粉体混合ディスペンサ（６０）を支持体（１０８）に対して始動させることにより、該支持体（１０８）上に堆積した少なくとも１つの粉体混合物層（１１４）の形成から組成勾配を有する物体を作製する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記粉体混合物層（１１４）を作製するために、前記粉体混合物ディスペンサ（６０）を始動させて、前記層を堆積させるべき前記支持体（１０８）の表面のスイープを行い、前記スイープ中に、分配手段（４，６）の少なくとも一方の制御を変化させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、ＦＧＭ（「傾斜機能材料」）という名称でも知られている組成勾配を有する物体の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの物体は、非常に多数の技術分野で応用される。一例として、これは、セラミック材料及び金属材料から構成した物体とすることができ、混合物中のこれら両方の材料の質量比とも称される質量の割合は、同じ物体内で経時的に変化し、その時々のニーズに従って設定される。例えば、ある物体を、その所与の方向で完全にセラミック材料の組成から完全に金属材料の組成へ、これら両方の材料間の遷移混合領域を通過しながら徐々に変化するように設計することができる。これを、該当する物体のこの所与の方向での組成勾配と言う。
【０００３】
このタイプの物体を作製するためには、粉体を堆積させる技法を用い、続いて堆積物を、既知の技法、例えば焼結又は熱間等方圧縮により圧密する。
【０００４】
それ故に、このタイプの組成勾配を有する物体を作製するために用いる装置は、粉体混合物を堆積させる装置を備え、これを、混合物の堆積を意図する支持体に対して例えばロボットにより可動とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既知の堆積装置の設計では、そこから出された粉体混合物を完璧で申し分なく均一にすることが不可能であり、これは、作製した物体と所望の物体との間に整合性の欠如が生じ得ることを意味する。当然ながら、この欠点は、所望の物体の再現性の問題としても現れる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの欠点に対する救済策を見出すために、まず、本発明の目的は、組成勾配を有する物体を形成するための粉体混合物を堆積させる設備であって、
空間的移動手段（１０２）と、
該空間的移動手段（１０２）に取り付けた、組成勾配を有する物体を形成するために粉体混合物を堆積させる装置（１）と、
前記移動手段（１０２）及び前記分配手段（４，６）のそれぞれを制御することができる制御ユニット（１０４）と、
を備え、
前記装置（１）は、
異なる粉体（Ａ１，…，Ａｎ）のそれぞれを収容するための複数のタンク（Ｒ１，…，Ｒｎ）と、
上記タンク（Ｒ１，…，Ｒｎ）の下方に配置した粉体ミキサであり、回転可能に取り付けた混合部材を含み、タンクからの粉体（Ａ１，…，Ａｎ）を衝突させるための粉体ミキサと、
タンク（Ｒ１，…，Ｒｎ）とそれぞれが協働し、タンクから上記ミキサへ向かって排出される粉体の質量流量を調整するようそれぞれを設計した、複数の粉体分配手段と、
上記ミキサの下方に配置してミキサに連通させた粉体混合物コレクタと、
上記粉末混合物コレクタの下方に配置して粉体混合物コレクタに連通させた粉体混合物ディスペンサと、
を備え、
上記回転可能に取り付けた混合部材（３２）は、該部材の回転軸線に相当する軸（２）を有する概ね円錐形の第１の粉体衝突面（４０）を有し、
上記ミキサ（３０）は、概ね円錐形の第２の粉体衝突面（４２）を含み、該第２の粉体衝突面は、上記第１の粉体衝突面（４０）との間に上記粉体を通すための概ね円錐形の間隙（４４）を形成するために、上記第１の粉体衝突面と同軸上に対向して配設したものであり、
前記制御ユニット（１０４）は、期間Ｔにわたって前記空間的移動手段（１０２）を制御するために、前記期間Ｔにわたる粉体混合物ディスペンサ（６０）で採用すべき位置（ｘ，ｙ）の経時的変化を考慮することを特徴とする装置である。
【０００７】
本発明による装置は、ディスペンサから出る粉体混合物を十分に均一にすること、作製した物体と所望の物体との間の整合性の欠如を抑制すること、又は完全になくすことさえ可能にする単純な設計を有することが有利である。したがって、この堆積装置は、物体の、信頼性が高く且つ制御されて再現性のある製造を可能にして、形成した物体の各点で特定の組成を確保する。
【０００８】
タンクの数「ｎ」は、同じ物体を製造するのに所望される異なる粉体の数に応じて選択される。したがって、これは決して２つに限定するものではない。さらに、装置内に組み込むタンクの数に関係なく、タンクは、当然ながら、複数の所与の粉体の混合物に相当する粉体をすでに収容していてもよい。
【００１１】
好ましくは、概ね円錐形の上記第１の粉体衝突面は、１つ又は複数の凹部を有する。これらの凹部は、粉体の混合をさらになお改善させるものである。
【００１２】
好ましくは、上記混合部材は、ミキサの案内部品に回転可能に取り付け、案内部品に、上記粉体混合物コレクタの上方でこれに連通する１つ又は複数の通過オリフィスを設ける。
【００１３】
好ましくは、案内部品を通る粉体混合物の重力により効率的な流れを得るために、通過オリフィスのそれぞれを区画形成する画定面の任意の点で、この画定面に垂直線と４０°未満、または３０°未満の角度を形成する。
【００１４】
同様の目的で、上記粉体混合物コレクタの画定面の任意の点で、この画定面が垂直線と４０°未満、または３０°未満の角度を形成することが好ましい。
【００１５】
選択的に、上記装置は、上記分配手段の下方で、これと上記ミキサとの間に配置した粉体（Ａ１，…，Ａｎ）のコレクタをさらに含む。このことに関して、このコレクタ内で粉体の重力による効率的な流れを得るというやはり同様の目的で、上記粉体コレクタ（Ａ１，…，Ａｎ）の画定面の任意の点で、この画定面が垂直線と４０°未満、または３０°未満の角度を形成することが好ましい。
【００１６】
好ましくは、上記分配手段のそれぞれは、粉体支持要素の振動による粉体送出装置の形態をとる。したがって、送出手段の振動の周波数及び振幅に応じて、各分配手段から排出される粉体の質量流量を完璧に制御することが可能である。この結果として、得られる物体の組成も完璧な制御下にある。
【００１８】
好ましくは、上記制御ユニットは、上記分配手段のそれぞれによる前記タンクから前記ミキサへ向かって排出される前記粉体の質量流量の調整を期間Ｔにわたって制御するために、
上記期間Ｔにわたる、堆積させるべき粉体混合物中の粉体Ａ１，…，Ａｎの質量比の経時的変化と、
この混合物中の粉体Ａ１，…，Ａｎの質量比に応じた、堆積後の粉体混合物の比重の代表値と、
所与の質量比を有する粉体混合物を得るために粉体分配手段に制御を伝送する瞬間から、この粉体混合物を堆積させる瞬間までの間に経過した時間に相当する、堆積装置に関連する待ち時間（ｔｌ）と、
を考慮する。
【００１９】
好ましくは、期間Ｔは、粉体混合物層全体を形成する継続時間に、又は複数の層を重ね合わせて形成する継続時間にさえ対応する。
【００２０】
期間Ｔにわたる、堆積させるべき粉体混合物中の粉体Ａ１，…，Ａｎの質量比の経時的変化は、製造すべき物体の各点における所望の組成に応じて予め決定する。この経時的変化は、所与の瞬間の値を有する、時間に対する連続曲線の形態、又は任意の他の形態をとり得る。
【００２１】
好ましくは、特に複数層の重ね合わせを目的として、堆積させた粉体混合物層が実質的に一定の厚さを有することを確実にするために、期間Ｔの各時間ｔに関する各粉体の質量流量は、この時間ｔにおける混合物の所望の質量比と、堆積後のこの混合物の比重の代表値とから実際には決定する。これに関して、これらの代表値を、例えばキャリブレーションによって予め決定することができることに留意されたい。これは、実比重、密度、又はさらにそれを表すと推定される任意の他の値とすることができる。
【００２２】
また、上記したところから分かるように、装置内の粉体の通過時間を考慮するため、期間Ｔの各時間ｔに適用すべき質量流量の決定は、上述の待ち時間を考慮に入れて行う。待ち時間は、換言すれば、粉体に関連する分配命令から粉体がディスペンサを出た後で支持体上に実際に堆積するまでの、粉体に生じる遅延に相当する。
【００２３】
次に、上述の方法で決定した粉体の質量流量を、これらの粉体の分配手段の制御に変換し、これらの制御は、例えばこれらの手段に供給する電気信号の形態をとり、流量と制御との間のリンクもまた、例えばキャリブレーションよって予め決定する。
【００２５】
位置の座標ｘ及びｙは、粉体混合物層を堆積させるべき支持体に関連する平面基準座標系（planar reference system）に対応させることができる。層の重ね合わせにより物体を作製することを意図する場合は、前記座標に、層を堆積させる支持体に対するディスペンサの高さに関する変数ｚをさらに含ませることができる。
【００２６】
当然のことながら、装置始動手段の制御及び分配手段の制御は、それぞれが互いに時間的に固定されていることが確実である。
【００２７】
本発明の目的は、上述の設備により組成勾配を有する物体を作製する方法であって、上記粉体混合ディスペンサを支持体に対して移動させることにより、該支持体上に堆積した少なくとも１つの粉体混合物層の形成から組成勾配を有する物体を作製する方法でもある。
【００２８】
好ましくは、上記粉体混合物層を生成するため、上記粉体混合物ディスペンサを移動させて、上記層を堆積させるべき支持体の表面のスイープを行い、このスイープ中に、分配手段の少なくとも一方の制御を変化させる。これにより、１つ又は複数の組成勾配を、堆積層の厚さの平面において有利に得ることができるため、これらの勾配を、組成が異なる複数の層の重ね合わせにより得ることができるものに加えることができる。
【００２９】
本発明の他の利点及び特徴は、以下の非限定的な詳細な説明で明らかとなるであろう。
【００３０】
この説明は、添付図面を参照して行う。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好適な実施形態である設備に用いられる、粉体混合物を堆積させる装置の断面図を示す。
【図２】図１に示す装置の一部の斜視図を示す。
【図３】図１及び図２に示す装置に属する混合部材の斜視図を示す。
【図３ａ】図１及び図２に示す装置に属する粉体ミキサの案内部品の斜視図を示す。
【図３ｂ】図１及び図２に示す装置に属する粉体混合物コレクタの斜視図を示す。
【図４】図１及び図２に示す装置の一体部分であって、振動により粉体を送出する装置に属する粉体支持体の斜視図を示す。
【図５】振動による粉体送出装置の動作を示す概略図である。
【図６】図１〜図５に示す堆積装置を組み込んだ、本発明の好適な実施形態である粉体混合物を堆積する設備の部分斜視図を示す。
【図７】図６の設備が備える制御ユニットの動作を概略的に示す。
【図８】本発明の好適な実施形態による組成勾配を有する物体を作製する方法の適用中に行う、粉体混合物層を生成するためにディスペンサにより行うスイープを概略的に示す。
【図８ａ】図８と同様であり、代替的な実施形態によるスイープを示す。
【図９】組成勾配を有する所望の物体を複数の粉体混合物層の積層体から作製する、本発明の好適な実施形態による方法を概略的に示す。
【図９ａ】図９と同様であり、代替的な実施形態を示す。
【図１０ａ】本発明により得ることができる組成勾配を有する物体の断面図である。
【図１０ｂ】本発明により得ることができる組成勾配を有する物体の断面図である。
【図１０ｃ】本発明により得ることができる組成勾配を有する物体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１及び図２を参照すると、本発明の好適な実施形態である設備に用いられる、粉体混合物を堆積する装置１が示されている。堆積ヘッドと称されることのあるこの装置１は、この装置の軸線２の方向に対応して垂直方向に連続的に位置決めした一連の要素を有し、軸線２は、物体の作製中に粉体混合物の堆積を意図する支持体に対して実質的に直交するように設けることが好ましい。これにより、特に、以下に詳述するように、粉体が装置１からの排出前に本質的に重力により装置１を通過することを確実にすることが可能である。
【００３３】
複数の粉体タンクを、ヘッド１の上側部分に配設する。より具体的には、図示の好適な実施形態では、２つの別個のタンクを設け、すなわち、タンクＲ１及びＲ２を軸線２の周りに配設する。一指標として、上から見て、すなわち軸線２の方向に沿って見て、タンクを、タンク全体の対称中心を形成するこの軸に対して偏心させて位置決めすることが好ましいことに留意されたい。
【００３４】
タンクＲ１には、粉体Ａ１を充填し、タンクＲ２には、Ａ１とは異なる組成を有する粉体Ａ２を充填する。
【００３５】
指標的な例として、粉体Ａ１は、例えば、Special Metalsが販売しているＩｎｃｏｎｅｌ６００という銘柄で知られるタイプの金属材料であり、これは、少量の炭素、ケイ素、及びマグネシウムを含有したニッケル、クロム、及び鉄の複合合金に相当し、高い耐食性及び優れた機械的特性の両方を有する。その粒径は、約５０μｍ〜１２０μｍとすることができる。やはり一例として、粉体Ａ２は、随意に三酸化イットリウムＹ２Ｏ３と予め混合した例えば酸化ジルコニウムＺｒＯ２タイプのセラミック材料である。その粒径は、約１μｍ〜１２０μｍとすることができる。
【００３６】
したがって、図示の実施形態では、それぞれ異なる材料を収容した２つのタンクだけを、堆積装置内に設けている。しかしながら、所望の物体に応じて、この物体を得るのに必要な異なる粉体の数を２つよりも多く、例えば３つ、４つ、又はさらにそれよりも多くすることが可能である。そのような場合、本発明による堆積装置は、必要な数のタンクを、好ましくはやはり軸線２を中心に分布して組み込むよう構成する。また、詳細を後述するこの装置の制御は、当然ながら塗布する異なる粉体の数に従って適合させる。
【００３７】
各タンクは、装置に粉体を充填するための上側開口と、垂直方向に沿って開口の反対側に位置付けた出口オリフィスとを有することが好ましい。さらに、各タンクの画定面の任意の点で、この画定面は、垂直線と好ましくは４０°未満、さらにより優先的にはこの方向に対して３０°未満の角度を形成する。これにより、粉体は、重力のみにより、タンクの上から下に出口オリフィスへ向かって適切に流れることができる。
【００３８】
各タンクＲ１，Ｒ２には、関連するタンクの下に配設されてそのタンクの出口オリフィスと協働する粉体分配手段を設ける。
【００３９】
図示の好適な実施形態では、各分配手段は、粉体支持要素の振動による粉体送出装置の形状をとり、このタイプの送出装置は、それ自体が既知であり、例えば、参照により本明細書に援用される仏国特許第２６６６０７７号明細書に記載されたタイプである。
【００４０】
したがって、送出装置４はタンクＲ１に結合され、送出装置６はタンクＲ２に結合される。概して、各装置４，６は、ロッド１０を駆動してこのロッドの軸線１２に沿って往復運動させる振動発生器８を有し、軸線１２は、装置４に関して図１に示すように水平線に沿って角度αだけ傾いている。角度αは、約２０°〜４０°とすることができる。
【００４１】
ロッド１０の反対端は、分配板とも称される粉体支持体１４に固定して支持させ、粉体支持要素１４は、水平に、又は水平線に対してわずかに傾けて配置することが好ましい。したがって、振動発生器８に通電すると、支持体１４は、この振動発生器８に印加した制御信号に応じて所与の振幅及び周波数に従って、軸線１２の方向に対応する方向に高速往復運動を行う。
【００４２】
図５において、送出装置６の動作を説明するためにその一部を表している。図４で分かり得るように、粉体支持体１４は、ロッド１０に連結するための取り付け部分１６と、粉体を切り出すための反対部分１８とを備える。反対部分１８は、図５に示すように、粉体を放出するためのノッチ２０を有する粉体レセプタクルを形成し、タンクＲ２の出口オリフィス２２は、このレセプタクル１８の底部に対向してそこからわずかに離れて位置付ける。出口オリフィス２２とレセプタクル１８の底部との間の隙間は、その時々のニーズに応じて調整することができ、例えば約１ｍｍ〜２ｍｍに設定することができる。
【００４３】
支持体１４が、これが受ける往復運動の方向に沿った向きの両方向矢印２４で図式化するように振動すると、オリフィス２２から出てレセプタクル１８の底部に収容された粉体Ａ２は、ノッチ２０へ向かって徐々に移動した後に、後述する粉体コレクタ２６へ向かって重力により落下する。
【００４４】
ノッチ２０を通って排出され重力のみによりコレクタ２６に落下する粉体Ａ２の質量流量は、支持体１４の振動の振幅及び周波数に応じて、非常に正確に調整することができる。これに関して、送出装置６に適用される、例えば電気信号等の制御と、タンクＲ２から排出される流量に一致し得る支持体２０から排出される粉体Ａ２の質量流量との間には、予め相関関係が成立する。例えば値対応テーブルの形態をとるこの相関関係は、装置１を用いて物体を作製するに先立って、装置１で実施するキャリブレーション作業によって得ることが好ましい。したがって、このような相関関係は、使用を意図する粉体ごとに成立する。さらに、装置６の動作のみを説明している場合であっても、装置４が同じ設計であることから、装置４の動作も同一又は類似であることを理解されたい。
【００４５】
振動送出装置４，６は、その巨大さ故に、それらの支持体１４から軸線２に対して実質的に半径方向外方へ延びる。
【００４６】
したがって、図１を図２と合わせて再度参照すれば、堆積ヘッド１は、両方の支持体１４の下に粉体コレクタ２６を有するので、それぞれのノッチから排出される粉体Ａ１及びＡ２は、重力によりこのコレクタ内に落下する。
【００４７】
粉体コレクタ２６は、軸線２を有する実質的に円錐状の画定面２８を有する収束管の形状をとる。やはりこの収束管２６内での重力による粉体Ａ１，Ａ２の流れを促すために、画定面２８の任意の点で、この面は、好ましくは、垂直線と４０°未満、さらにより優先的には、この方向に対して３０°未満の角度をなす。
【００４８】
コレクタ２６は、粉体ミキサ３０内に通じるように下方に開口しており、粉体ミキサ３０は、軸線２を中心として軸線２に沿って回転可能に取り付けた混合部材３２を備える。この混合部材３２は、ヘッド１の上側部分に向かってコレクタ２６を貫通するロッド３４を有し、このロッドの上端は、軸線２を中心とした回転を開始させる手段３６、例えば伝動ベルトを備えるモータと結合する。
【００４９】
このロッド３４の下端は、混合部材３２のうち第１の粉体衝突面４０を形成するより大きな部分に連結し、これは、軸線２を有する概ね円錐形であり、下方に広がっている。さらに、ミキサ３０は、回転混合部材３２を包囲する外側固定部分も含む。この固定部分は、第２の粉体衝突面４２を有し、これは、軸線２を有する概ね円錐形であり、下方に広がっており、これを第１の衝突面４０に面して配設することにより、粉体を通すための同じく概ね円錐形の間隙４４を形成する。
【００５０】
図３に示すように、粉体衝突面４０は、１つ又は複数の凹部４６を有し、これは、例えば軸線２を通る垂直面内で円錐面の母線に沿って延びることが好ましい。凹部４６が図３において１つしか見えなくても、回転部材３２の動的挙動の理由から、複数の凹部を優先的に軸線２の周りに３６０°にわたって等角度で分配して設けることに留意されたい。
【００５１】
両方の粉体衝突面４０，４２間に形成した実質的に円錐状の間隙４４は、粉体を部材３２の面４０及び／又は面４２に複数回衝突させることができるように配設する。したがって、軸線２に相当する円錐の軸線に直交する方向に沿って考えた間隙の厚さを、１ｍｍ〜１ｃｍに構成することが有利である。間隙４４の厚さは、凹部４６があることにより変動し、この厚さは、３ｍｍ〜７ｍｍの変動があることに留意されたい。
【００５２】
したがって、コレクタ２６の出口オリフィスとこのオリフィスを通るロッド３４とが形成する環状空間内に重力により落下する粉体Ａ１及びＡ２を、間隙４４に案内するとともに、その間隙内で、凹部４６を有する円錐面４０と最初に衝突したらすぐによく混合させる。これに関して、ユニット３２の回転速度は、例えば、同じ粉体粒子をミキサ内での滞留中に回転面４０と約１０回衝突させることを可能にする値に設定し、このことを表す回転速度は、例えば、手段３６が加える約３，０００ｒｐｍである。有利には、作動時に、回転部材３２を凹部４６が向いている方向とは逆の方向に回転させることで、これらの凹部３６における材料の蓄積を回避する。そのため図３に示す例では、回転部材３２は、矢印４７で示す反時計方向に回転させる。したがって、凹部の性質及び方向によって、部材３２の回転方向が優先的に決まる。
【００５３】
部材３２の回転を案内するため、例えば転がり軸受５０を、ロッド３４の上側部分に設け、別の転がり軸受５０を、部材３２の下端と板の形態の案内部品５２との間に配置する。外方に広がった概ね円錐形の間隙４４の下方に水平に配置したこの部品５２には、粉体ミキサコレクタ５６の上でこれと連通する１つ又は複数の通過オリフィス５４を設ける。
【００５４】
重力の影響下で粉体混合物を通過させることを意図した各オリフィス５４は、その画定面の任意の点でこの面が垂直線と４０°未満、さらにより優先的にはこの方向と３０°未満の角度を形成するようになっており、その目的はやはり、堆積ヘッド１内での粉体の適切な流れを促すことにある。軸線２の周りに分配したこれらのオリフィス５４は、全体的に収束した形状を有し、これは、案内板５２の例示的な実施形態を示す図３ａに最もよく示されている。この図３ａでは、軸線２を中心とした部品５２が、転がり軸受を受け入れるための中央ハウジング５５を有するハブ５３を全体的に備え、ハブ５３の傾斜外面５７が、オリフィス５４の半径方向内面を形成することが分かる。外側フェルール５９を、ハブ５３と同心に配置し、その傾斜内面６１は、オリフィス５４の半径方向外面を形成する。他方、放射状アーム６３が、ハブ５３を外側フェルール５９に連結する。各アーム６３は、やはり垂直線に対する角度に関する上記の定義を満たす傾斜面により、両側に２つのオリフィス５４を画成する。各放射状アーム６３の上側部分は、できる限り薄いエッジの形状をとることが好ましく、これにより、これらのエッジ上での粉体の蓄積の危険性を抑えることできる。
【００５５】
図２を再度参照すれば、部品５２を通るオリフィス５４と同様に、この部品５２の下方に位置させた粉体混合物コレクタ５６が全体的に収束した形状を有することが分かる。ここでもまた、このコレクタ５６の画定面５８の任意の点で、この面は、垂直線と４０°未満、さらにより優先的には３０°未満の角度をなす。軸線２を中心としたコレクタ５６は、座部５６を形成する上側部分を有し、そこに案内部品５２の外側フェルールを載せる。コレクタ５６は、部品５２に設けたオリフィス５４のそれぞれから漏出する粉体混合物を回収可能にするために、適当な寸法を有する。図３ｂに示すように、手段６７を、相互に９０°で交差する２枚のステンレス鋼板の形態でさらに設けることができ、コレクタ５６内に挿入したこの手段６７により、オリフィス５４の出口において粉体混合物が示すボルテックス効果を解消することができる。
【００５６】
コレクタ５６の延長上の下方には、粉体混合物ディスペンサ６０を取り付けており、これを通して、装置１から混合物をやはり単に重力により取り出す。このディスペンサは、軸線２を中心として小径の、例えば２ｍｍ〜５ｍｍの直線流路の形態を有する。
【００５７】
装置は、金属要素、例えばステンレス要素３１６から組み立てられることを意図することに留意されたい。
【００５８】
したがって、上記したところから明らかなように、粉体Ａ１，Ａ２は、タンクＲ１，Ｒ２、振動送出装置の支持体１４，１４、コレクタ２６、案内部品５２の通過用のオリフィス５４、コレクタ５６、及びディスペンサ６０を連続的に通過した後に、粉体混合物層を形成するためにヘッド１から排出される。そのため、「粉体混合物」という表現は、広義に解釈されるべきである。すなわち、この表現は、堆積ヘッド１から出る粉体Ａ１及びＡ２からなる組成物と、このヘッド１から出る粉体Ａ１のみ又は粉体Ａ２のみからなる組成物との両方を指すべきであることに留意されたい。
【００５９】
最後に、粉体と接触し得る装置１の各面には、例えば平均表面粗さＲａで０．４μｍ程度の、低い粗度を与えることが示唆される。
【００６０】
次に図６を参照すると、本発明の好適な実施形態である、上述の堆積ヘッド１を組み込んだ粉体混合物を堆積させる設備１００を見ることができる。ヘッド１は、好ましくはロボットタイプの空間的始動装置１０２に取り付ける。このロボット１０２は、ヘッドを正規直交基準座標系（direct orthonormal reference system）ｘ，ｙ，ｚの任意の点で移動させるように設計することが好ましく、基準座標系の座標ｚは、ヘッド１の高さの方向、したがって軸線２と平行な方向に対応する。
【００６１】
設備１００は、制御ユニット１０４を備え、この制御ユニット１０４によれば、ロボット１０２を、出力Ｓ’１によって制御することができ、また、粉体Ａ１に関連する切り出し手段４を、出力Ｓ１によって制御することができ、そして、粉体Ａ２に関連する供給手段６を、出力Ｓ２によって制御することができる。さらに、この制御ユニット１０４は、コンピュータタイプ、コンバータタイプその他の従来の要素を含むものであって、図示されていないとしても、混合部材３２の回転を開始させる手段３６の制御も扱うことができる。
【００６２】
図７に、例示的な制御ユニット１０４の概略図を示す。第１の部分は、粉体分配手段の制御の発生専用であり、第２の部分は、ロボット１０２の制御専用である。
【００６３】
第１の部分に関して、ユニット１０４は、入力Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を通して数個の情報を受け取る。入力Ｅ１は、堆積すべき粉体混合物中の粉体Ａ１，Ａ２の質量比の経時的変化に関するものであり、この経時的変化は、期間Ｔにわたって決定され、この期間Ｔはその後、粉体混合物層全体を堆積することを可能にする期間とみなされる。当然ながら、混合物の質量比のこの経時的変化は、堆積すべき層の所望の組成に従って決定し、所望の組成は、堆積すべき層の任意の点において可変であるか又はある特定の場合には一定である。
【００６４】
入力Ｅ２は、堆積後の粉体混合物中の粉体Ａ１，Ａ２の質量比に応じた、この混合物の比重の代表値に関する。これらの代表値は、好ましくはこの同じ設備で実施するキャリブレーションによって予め決定することができる。これは、実比重又は密度とすることができる。
【００６５】
入力Ｅ３は、所与の質量比を有する粉体混合物を得るために粉体分配手段４，６に制御を伝送する瞬間から、この粉体混合物がディスペンサ６０から出た後にこれが堆積する瞬間までの経過時間に相当する、堆積装置１に関連する待ち時間（ｔｌ）に相当する。この待ち時間も、この同じ設備で実施するキャリブレーションによって決定することができる。
【００６６】
ユニット１０４は、まず、期間Ｔにわたる採用すべき粉体Ａ１，Ａ２の質量流量の経時的変化を決定することから開始する。概して、期間Ｔの時間ｔごとに、入力Ｅ１は、両方の流量間の比の設定を可能にし、入力Ｅ２は、命令した比を観察しながらこれら２つの流量のそれぞれの値を設定することを可能にし、入力Ｅ３は、流量の命令を時間的に早めることを可能にし、それにより、流量命令を出した時間と、粉体をディスペンサ６０からの抽出後に堆積する時間との間に存在する遅延を補填することができる。
【００６７】
入力Ｅ２を考慮することにより、流量を、実質的に一定の厚さを有する層の形成を確保する値に、この層内の粉体混合物の組成の経時的変化に関係なく設定することが可能であることに留意されたい。これは、所望の物体が複数の層の重ね合わせを必要とするような場合に特に有利であることが分かっており、このような場合は、任意の所与の層が、積層体における直上の（direct uppermost）層を適切に支持するために実質的に平面状且つ水平の上面を有するべきであることを意味する。
【００６８】
次に、期間Ｔにわたる流量の所要の経時的変化から、ユニット１０４は、出力Ｓ１において粉体Ａ１を供給する第１の手段４の制御を発生させるとともに、出力Ｓ２において粉体Ａ２を供給する第２の手段６の制御を発生させる。そのために、送出装置４，６に適用した制御と、支持体２０から排出される粉体Ａ１，Ａ２の質量流量との間で予め成立した上述の相関関係を優先的に用いる。
【００６９】
ユニット１０４の、ロボット１０２の制御専用である第２の部分は、入力Ｅ’１から、ヘッド１のディスペンサ６０で採用すべき位置（ｘ，ｙ）での、期間Ｔにわたる経時的変化に関する情報を受け取る。これらの情報は、予め決定されたものであり、粉体混合物層を得るために望ましくはディスペンサ６０が辿るべき経路と、望ましくはこの経路をカバーすべき期間Ｔにわたって随意に経時的に変化し得るが優先的には一定である速度とを、全体的に表す。ユニット１０４は、Ｅ’１から、Ｓ’１において堆積ヘッド１の始動手段の制御を発生させることで、ｘｙ平面内でのその運動を確保する。
【００７０】
所望の層を得るために、当然ながら、装置始動手段の制御及び分配手段の制御のそれぞれを、互いに時間的に固定することが確実である。
【００７１】
次に図８を参照すると、基準座標系ｘ，ｙ，ｚを、層の堆積が予定されている支持体、すなわち基板１０８に関連付けることができることが分かる。ディスペンサ６０の例示的な経路１１０を、概ねディスク形の層である特定の場合で示す。この経路は、支持体１０８の表面において層に辿らせることを意図したスイープに対応し、例えば方向ｘに沿った複数の往復行程の形態をとり、これは各行程間で方向ｙに沿って移動する。この移動中、粉体混合物の組成は、当然ながら、得られる層のｘｙ平面における１つ又は複数の勾配組成の形成を特に目的として、経時的に変化させることができる。代替的な実施形態を図８ａに示し、この図では経路１１０ａを渦巻形としている。
【００７２】
最後に、図９で示すように、この方法を、方向ｚに沿って複数の層１１４を積層させることによる物体の形成に拡張できることに留意されたい。この場合、制御Ｓ１，Ｓ２、及びＳ’１は、これらの層のすべてを作製するために必要な継続時間に相当する期間Ｔにわたって提供することができる。このことは、特に、制御Ｓ’１が、好ましくはディスペンサ６０の下端と予め堆積した層との間の距離を常に実質的に同一に保つために、支持体１０８の表面に対するディスペンサ６０の高さｚをも操作することを意味する。
【００７３】
図９において、支持体１０８は容器１２０の一体部分であって、その底部を形成することが分かる。ｚ軸に沿って１つ又は複数の組成勾配を有し得る所望の積層体を形成するために、種々の層１１４をこの容器１２０内に順次堆積する。
【００７４】
代替的な実施形態は、図９ａで図式化したように、底部１０８をｚ軸に沿って可動にし、ディスペンサ６０をこの同一方向に固定してなる。この状況では、底部１０８は、各層の作製後に好ましくは層の厚さに近い距離又は層の厚さと同一の距離に沿って下方へ移動するピストンの形状をとる。
【００７５】
一指標として、各層１１４は約０．２５ｍｍの厚さ、最終積層体は約２７ｍｍの厚さを有し得ることに留意されたい。
【００７６】
さらに、粉体混合物の堆積が終了したら、任意の既知の技法に従ってその圧密化を進めることで、組成勾配を有する物体を得ることができる。図９に示す例では、組立体を操作可能にするため、すなわち、積層体の粉体を乱すおそれを取り除くため、続いて積層体を冷間圧縮する。次に、製造法を、ＨＴＣとも称される熱間等方圧縮作業で組立体を緻密化することにより続けるが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の技法を用いることができる。この熱間等方圧縮を行うために、圧縮した積層体をまずガス抜きし、積層体が入っている容器１２０で該積層体を密閉する。次に、熱間等方圧縮を得るため、約１，３２５℃の温度及び約１，４００ｂａｒの圧力で密閉容器に組立体を入れて、緻密化を得る。
【００７７】
上述のように、得られる三次元物体は、基準座標系ｘ，ｙ，ｚの任意の方向に１つ又は複数の組成勾配を有し得る。これに関して、図１０ａ〜図１０ｃは、ｘｚ平面に沿った断面図として、本発明で得ることができる物体を示す。
【００７８】
これらの図では、色が濃いほど、混合物中の粉体Ａ１の質量比が大きく、色が薄いほど、混合物中の粉体Ａ２の質量比が大きい。したがって、図１０ａ及び図１０ｂは、ｘｚ平面において組成勾配が徐々に異なる実施形態を示しているが、図１０ｃの白点は、これとは異なる材料でできた黒色エンベロープ内に組み込まれた球体に相当し得る。
【００７９】
こうして作製した組成勾配を有する物体には、複数の用途が考えられる。こうした用途には、航空機ジェットエンジン、特に原子炉の熱交換器、水蒸気改質器、バイオマス反応器、燃料電池、電解槽等が含まれる。
【００８０】
当然ながら、単に非限定的な例として、上述した本発明の当業者は様々な変更を行うことができる。
【図１】
0005738194.tif 000002
【図２】
0005738194.tif 000003
【図３】
0005738194.tif 000004
【図３ａ】
0005738194.tif 000005
【図３ｂ】
0005738194.tif 000006
【図４】
0005738194.tif 000007
【図５】
0005738194.tif 000008
【図６】
0005738194.tif 000009
【図７】
0005738194.tif 000010
【図８】
0005738194.tif 000011
【図８ａ】
0005738194.tif 000012
【図９】
0005738194.tif 000013
【図９ａ】
0005738194.tif 000014
【図１０ａ】
0005738194.tif 000015
【図１０ｂ】
0005738194.tif 000016
【図１０ｃ】
0005738194.tif 000017