(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属上面を有する可動ビルドプレートと、
所定分量の金属粉を前記可動ビルドプレートに連続的に供給することができる粉末投入システムと、
少なくとも１つの収束エネルギービームを連続的に供給される前記各々の所定分量の金属粉上に選択的に導くことができるエネルギービーム装置と、
前記ビルドプレートの前記金属上面上に配置された非金属バリア層と、
前記ビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーであって、該アンカーが、前記非金属バリア層と面一となる金属結合面を有し、前記非金属バリア層及び前記アンカーが、粉末床加工面を有する取外し可能なビルドアセンブリを定める、アンカーと、
を備え、
前記アンカーは、
本体、上面、下面、及び前記上面と前記下面の間で前記本体を少なくとも部分的に囲むノッチを含む取外し可能なアンカーピンと、
前記アンカーピンの前記上面に冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物と、を備え、該局部的支持構造物が、前記金属結合面の少なくとも一部分を定める面を有する、粉末床堆積装置。
【請求項２】
前記エネルギービームが電子ビーム及びレーザビームから選択される、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項３】
前記ビルドプレートが、ビルドプロセス中に前記取外し可能なビルドアセンブリを保持するように設けられた少なくとも１つのアンカー用孔を含む、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項４】
前記非金属バリア層が、前記少なくとも１つのアンカー用孔のエッジに揃えられたエッジを有する少なくとも１つの孔を含む、請求項３に記載の粉末床堆積装置。
【請求項５】
前記アンカーピンの前記上面が前記金属結合面の少なくとも一部分を定める、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項６】
前記局部的支持構造物が、前記粉末床堆積装置を用いて形成された複数の部品ビルド層を備える、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項７】
前記取外し可能なビルドアセンブリが、前記アンカーの前記金属結合面に固着された第１の部分及び前記非金属バリア層上に配置された第２の部分を含む第１の部品ビルド層を備えたニアネットシェイプ部品も含む、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項８】
前記非金属バリア層が、前記ビルドプレートの前記金属上面に範囲が略一致するように設けられたセラミックシートを備える、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項９】
前記粉末床堆積装置は、直接レーザ焼結（ＤＬＳ）装置、直接レーザ溶融（ＤＬＭ）装置、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）装置、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）装置、レーザ加工ネットシェイピング（ＬＥＮＳ）装置、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）装置及び直接金属堆積（ＤＭＤ）装置から選択される、請求項１に記載の粉末床堆積装置。
【請求項１０】
金属上面を有するビルドプレートと、
前記ビルドプレートに取外し可能に固定されたビルドアセンブリであって、該ビルドアセンブリが、非金属バリア部及び金属結合部を有する粉末床加工面を含み、前記非金属バリア部が前記ビルドプレートの前記金属上面上に配置され、前記金属結合部が前記非金属バリア部と面一となる、ビルドアセンブリと、
を備え、
前記金属結合部が、前記ビルドプレートの前記金属上面より下方に後退した少なくとも１つのアンカーの面を備え、前記少なくとも１つのアンカーは、
ビルドプロセス中に前記ビルドプレートに取外し可能に固定され、本体、上面、下面及び前記上面と前記下面の間で前記本体を少なくとも部分的に囲むノッチを含むアンカーピンと、
前記アンカーピンの前記上面に冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物と、を備えるビルドプラットフォーム。
【請求項１１】
前記非金属バリア部が、前記ビルドプレートの前記金属上面と範囲が略一致するように設けられたセラミックシートを備える、請求項１０に記載のビルドプラットフォーム。
【請求項１２】
前記ビルドアセンブリが、前記アンカーの前記金属結合面に冶金的に結合された第１の部品層を含む複数の部品ビルド層を備えたニアネットシェイプ部品も含む、請求項１０に記載のビルドプラットフォーム。
【請求項１３】
ニアネットシェイプ部品の製造方法であって、
金属上面を有する可動ビルドプレートに粉末床加工面を除去可能に固定し、前記粉末床加工面が非金属バリア部及び金属結合部を有し、前記非金属バリア部が前記ビルドプレートの前記金属上面上に配置され、前記金属結合部が前記非金属バリア部と面一であり、
所定分量の金属粉を粉末投入システムから供給して前記粉末床加工面上に第１の粉末ビルド層を形成し、
少なくとも１つの収束エネルギービームを前記第１の粉末ビルド層上に選択的に導くようにエネルギービーム装置を動作させることによって第１の部品ビルド層を形成し、
前記第１の部品ビルド層を前記粉末床加工面の前記金属結合部に固着すること、を含み、
前記金属結合部が、前記ビルドプレートの前記金属上面より下方に後退した少なくとも１つのアンカーの面を備え、前記少なくとも１つのアンカーは、
ビルドプロセス中に前記ビルドプレートに取外し可能に固定され、本体、上面、下面及び前記上面と前記下面の間で前記本体を少なくとも部分的に囲むノッチを含むアンカーピンと、
前記アンカーピンの前記上面に冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物と、を備える製造方法。
【請求項１４】
前記非金属バリア部が、前記ビルドプレートの前記金属上面に範囲が略一致するように設けられたセラミックシートを備える、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記金属結合部が、前記ビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーの上面を含む、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記金属結合部が、前記ビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーピンに冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物の面を含む、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記粉末投入システムから粉末の後続層を供給して、先行の部品ビルド層の少なくとも一部分上に後続の粉末ビルド層を形成し、
少なくとも１つの収束エネルギービームを前記後続の粉末ビルド層上に選択的に導くように前記エネルギービーム装置を動作させることによって後続の部品ビルド層を形成し、
前記先行の部品ビルド層の一部に前記後続の部品ビルド層を固着すること、
を更に含む請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記粉末の後続層を供給する工程、前記後続の部品ビルド層を形成する工程及び前記後続の部品ビルド層を固着する工程を反復的に実行して、前記ニアネットシェイプ部品及び前記粉末床加工面を備えるビルドアセンブリを形成すること、を更に含む請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記ビルドアセンブリを前記ビルドプレートから取り外すこと、を更に含む請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記ニアネットシェイプ部品を前記ビルドアセンブリの残余部分から分離すること、を更に含む請求項１９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の主題は、概略として、付加製造に関する。より具体的には、主題は粉末床付加製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体自由形状（ＳＦＦ）製造法としても知られる付加製造法とは、一般に、最終部品が材料の複数の薄板の層状構造で作製されることによって特徴づけられる製造方法のカテゴリをいう。付加製造法は、通常は、液体または粉末材料を加工面に繰り返し施して、焼結、硬化、溶融及び／または切削のいずれかの組合せを実行して各層を形成することを伴う。プロセスは繰り返されて、最終製品に仕上げられるニアネットシェイプ部品を構成する。
【０００３】
様々なタイプの付加製造法が知られている。例として、電子ビームが選択的に粉末を溶融して各層を形成する電子ビーム溶融法、レーザを用いて粉末が選択的に溶融されるレーザ付加製造法、及び直接金属堆積法を含む種々の粉末ベースの方法がある。粉末ベースの方法は、通常は、エネルギービームが粉末上に与えられるので急速な加熱及び固化を伴う。ヒートシンク、ハニカム及び／またはアンカーなどの支持構造物が厚い金属ビルドテーブルの上面に溶着されることによって、層状に構築されていく際に部品の熱を放散し、部品の歪みを防止してきた。この従来の構成を用いる場合、ビルドプレート、支持構造物及びニアネットシェイプ部品を分離する前に、１以上の追加の応力除去工程が実行されなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
粉末床堆積装置は、可動ビルドプレート、粉末投入システム、少なくとも１つの収束エネルギービームを連続的に供給される所定分量の金属粉上に選択的に導くことができるエネルギービーム装置、非金属バリア層、及びビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーを備える。非金属バリア層は、ビルドプレートの金属上面上に配置される。アンカーは、非金属バリア層と面一となる金属結合面を有する。非金属バリア層及びアンカーは、粉末床加工面を有する取外し可能なビルドアセンブリを定める。
【０００５】
ビルドプラットフォームは、金属上面を有するビルドプレート、及びビルドプレートに取外し可能に固定されたビルドアセンブリを備える。ビルドアセンブリは、非金属バリア部及び金属結合部を有する粉末床加工面を含む。非金属バリア部は、ビルドプレートの金属上面上に配置され、金属結合部は非金属バリア部と面一となる。
【０００６】
ニアネットシェイプ部品の製造方法は、金属上面を有する可動ビルドプレートに粉末床加工面を除去可能に固定することを含む。粉末床加工面は、ビルドプレートの金属上面上に配置された非金属バリア部、及び非金属バリア部と面一の金属結合部を有する。所定量の金属粉が粉末投入システムから供給されて、粉末床加工面上に第１の粉末ビルド層を形成する。少なくとも１つの収束エネルギービームを第１の粉末ビルド層上に選択的に導くようにエネルギービーム装置を動作させることによって、第１の部品ビルド層が形成される。第１の部品ビルド層は、粉末床加工面の金属結合部に固着される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施例の粉末床堆積機を模式的に示す説明図である。
【図２Ａ】図２Ａは、非金属バリア層、アンカーピン及び第１の粉末ビルド層を含む処理中のビルドアセンブリを示す説明図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の粉末ビルド層の固化及び第２の粉末ビルド層の堆積後の図２Ａの処理中のビルドアセンブリを示す説明図である。
【図３】図３は、ビルドプレートから取り外されている完成ビルドアセンブリを示す説明図である。
【図４】図４は、ニアネットシェイプ部品からのアンカーピン及び支持構造物の分離を示す説明図である。
【図５】図５は、実施例のビルドプロセスの工程を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、粉末床堆積装置１０を示し、また、ビルドテーブル１４、ビルドプラットフォーム１６、粉末投入装置１８、粉末区画２０、粉末昇降プラットフォーム２２、ビルド方向矢印２４、エネルギービーム装置２６、ビーム生成器２８、出射レンズ３０、操作可能エネルギービーム３２、操縦可能ビーム経路３４、金属ビルドプレート３６、非金属バリア層３８、ビルドアセンブリ４０、粉末供給器４２、粉末分量４３、リコータ４４、粉末ビルド層４５、供給ピストン４６、除去可能な粉末床加工面４８、及びアンカー５０を含む。
【０００９】
ビルドテーブル１４はビルドプラットフォーム１６を含む。装置１０の実施形態は、これらに限られないが、直接レーザ焼結（ＤＬＳ）製造法、直接レーザ溶融（ＤＬＭ）製造法、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）製造法、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）製造法、レーザ加工ネットシェイピング（ＬＥＮＳ）製造法、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）製造法、直接金属堆積（ＤＭＤ）製造法及びこの技術分野で知られている他の製造法といった種々の付加製造プロセスを利用することができる。
【００１０】
ビルドプラットフォーム１６は、粉末床堆積装置１０に設置されることができる任意の物体であればよく、１以上のニアネットシェイプ部品がその上に構築される。例えば、プラットフォーム１６は、ビルドテーブル１４に対して可動な１以上のビルドプレートを含む。ビルドプレートは、以下に説明するように、その上で付加製造が行われる金属上面を有する。
【００１１】
粉末床堆積装置１０は、粉末投入システム１８を含む。本実施例では、粉末投入システム１８は、ビルドプラットフォーム１６の付近に配置されてビルドプラットフォーム１６とは逆方向に可動となる粉末昇降プラットフォーム２２を有する粉末区画２０を含む。ビルド方向矢印２４は、粉末昇降プラットフォーム２２が第１の垂直方向に可動であり、ビルドプラットフォーム１６が、第１の垂直方向と逆の第２の垂直方向に可動であることを示す。ただし、他の粉末供給構成を用いることができることが分かるはずである。
【００１２】
エネルギービーム装置２６は、粉末投入システム１８によってビルドプラットフォーム１６に供給される所定分量の金属粉上に、少なくとも１つの収束エネルギービームを選択的に導くことができる。エネルギービーム装置２６の非限定的な本実施例は、エネルギービーム３２を概ねビーム経路３４に沿ってビルドプラットフォーム１６に導くように設けられた少なくとも１つのビーム生成器２８及び出射レンズ３０を示す。図１にはビーム３２をビルドプラットフォーム１６に直接導くエネルギービーム生成器２６を示すが、これは説明の簡略化のために示すに過ぎない。エネルギービーム装置２６の他の実施形態を動作させるのに、他の多くの複雑なビーム構成（例えば、ステアリングミラー、プリズム及び／または多軸ＣＮＣシステム）が取り入れられ得ることが分かるはずである。
【００１３】
図１はまた、上面１８に配置された粉末床ビルドプレート３６を示す。犠牲的な非金属バリア層３８が、ビルドプレート３６の少なくとも一部分に配置される。そして、犠牲的な非金属バリア層３８は、ビルドアセンブリ４０のための初期加工面の大部分となる。
【００１４】
粉末投入システム１８は、連続的に供給される所定分量の金属粉を供給して連続する粉末ビルド層４５をビルドアセンブリ４０に形成することができる。使用において、粉末供給器４２は昇降プラットフォーム２２によって上方に送られ、分量４３がリコータブレード４４によってビルドテーブル１４を横切って移動される。リコータブレード４４は、ローラーまたはスプレーノズルといった他の形態を適宜代替的に採ることができる。粉末分量４３は、堆積面上に均一に広げられて粉末ビルド層４５を形成する。エネルギービーム（例えば、レーザまたは電子ビーム）３２が、各粉末ビルド層４５上で選択的に走査されて溶融溜りを形成する。溶融溜りの部分は固化されて、先行する堆積面上にニアネットシェイプ部品の連続層を形成及び固着する。各層は、粉末床堆積装置１０のコントローラ（不図示）によってアクセス可能なＳＴＬメモリファイルまたは他の電子データファイルに記憶されたコンピュータモデルに従って積み上げられる。各連続層の形成後に、リコータ４４が昇降プラットフォーム２２付近の開始位置に戻され、その一方で供給ピストン４６が上昇して他の層を粉末供給器４２から露出させ、その一方でビルドプラットフォーム１６が概ね１層分の厚さだけ下降される。そして、リコータ４４は他の分量の粉末４３を広げて新たな粉末ビルド層４５を形成する。各連続堆積層の選択領域は、上述したようにエネルギービーム３２によって焼結されるか、他の方法で先行する層に接合される。ビルドアセンブリ４０上で、層状に構築された１以上のニアネットシェイプ固体自由形状部品が完成するまで、プロセスは繰り返される。なお、図１は、付加製造プロセス及び装置の非限定的な実施例を１つだけ示すものであり、本技術分野で知られているいずれかの単一のプロセスに発明を限定することを意味するものではない。
【００１５】
従来的な粉末床プロセスでは、ニアネットシェイプ部品は、金属ビルドプレート上に直接構築される。これは、金属ビルドプレート加工面の実質的に全体にわたって溶着された幾つかの大きな支持構造物（例えば、ハニカム）の使用を必要とする。これらの大きな支持構造物が、ニアネットシェイプ部品の熱を放散して熱歪を抑制しつつ、処理中のニアネットシェイプ部品を金属ビルドプレートに直接固定するのに使用される。しかし、ビルドプロセスの完了に際して、ニアネットシェイプ部品を金属ビルドプレートから分離する前に、組み合わせたもの全体が熱的に応力除去されなければならない。分離は、通常は、鋸刃などの加工用工具及び／またはワイヤ放電加工（ＥＤＭ）によって実現される。その後、ニアネットシェイプ部品の底部は、支持構造物の大きな残存部分を除去する長い加工プロセスを受けなければならない。したがって、付帯支持構造物の形成及び除去によって処理時間が長くなるとともに大量のビルド材料が無駄となる。
【００１６】
これに対して、ビルドアセンブリ４０は、金属ビルドプレート３６上に形成され、取外し可能に固定される。ビルドアセンブリ４０は、概略として、除去可能な粉末床加工面４８上に構築されたニアネットシェイプ部品を含む。粉末床加工面４８は、犠牲的な非金属バリア層３８を含み、これはビルドプロセス中にビルドプレート３６の大部分にわたって配置される。粉末床加工面４８はまた、１以上のアンカー５０を含む。アンカー５０は、非金属バリア層３８と面一となる上部金属結合面（図２Ａ及び２Ｂに示す非限定的な実施例）を有する。ビルドプロセスを促進するために、アンカー５０（または粉末床加工面の他の金属結合部）が１以上のニアネットシェイプ部品５１にそれぞれの上部結合面において溶着される。
【００１７】
アンカー５０は、構成部品（図３及び４に示す）が粉末床加工面４８上に層状に精度良く構築されるように、ビルドプレート３６に固定されることができる。完成に際して、ビルドアセンブリ４０が、粉末床加工面４８及び仕上げられたニアネットシェイプ部品とともに、ビルドプレート３６（図３に示す）から除去されることができる。（図４に示すように）分離されると、１以上のニアネットシェイプ部品は、少ない無駄及び処理時間での向上したビルド品質を有している。
【００１８】
図２Ａ及び２Ｂに、処理中のニアネットシェイプ部品５１が粉末床加工面４８上に層状に構築されていくときのビルドアセンブリ４０を示す。図２Ａ及び２Ｂはまた、第１の粉末ビルド層５２、第１の部品ビルド層５４、後続の粉末ビルド層５６、上部結合面５８、バリア孔６０、バリア孔エッジ６２、結合面エッジ６４、アンカー用孔６６、アンカーピン６８、局部的支持構造物７０、アンカーピン本体７４、アンカーピン上面７６、アンカーピン下面７８、ビルドプレート上面８０及びシム８２を含む。
【００１９】
図２Ａにおいて、処理中のビルドアセンブリ４０は、ビルドプレート３６に取外し可能に固定される。ビルドアセンブリ４０は、粉末床加工面４８の少なくとも一部分上に配置された第１の粉末ビルド層５２を含む。図２Ｂに、第１の部品ビルド層５４及び後続の粉末ビルド層５６とともに、処理中のビルドアセンブリ４０の後段階を示す。第１の粉末ビルド層５２の少なくとも一部は、例えば、エネルギービームを選択的に導いて溶融溜り（不図示）を形成することによって、溶融溜りとなるように選択的に溶融される。そして、溶融溜りの少なくとも一部分が第１の部品ビルド層５４へと固化される。そして、後続の粉末ビルド層５６が、各先行の部品ビルド層（例えば、第１の部品ビルド層５４）の一部または全部にわたって選択的に載置される。第１の粉末ビルド層５２は、例えば、粉末リコータ４４（図１に示す）によって粉末床加工面４８の一部または全部にわたって選択的に載置されればよい。後続の粉末ビルド層はまた、粉末リコータ４４によって付加される。
【００２０】
図１に関して示したように、非金属バリア層３８は、粉末床加工面４８の大部分を形成する。非金属バリア層３８は、処理中のニアネットシェイプ部品５１とビルドプレート３６の金属上面との間の熱伝導を制限することができる。図２Ａ及び２Ｂに示すように、粉末床加工面４８はまた、１以上のアンカー５０の上部結合面５８を含む。上部結合面５８は、非金属バリア層３８と実質的に面一である。非金属バリア層３８は、金属ビルドプレート３６と処理中のニアネットシェイプ部品５１との間の熱的なバリアとして作用することができる。ある実施形態では、バリア層３８は、ビルドプレート３６の金属上面に略一致する１以上のセラミックシートを備える。ある実施形態では、セラミックシートは、酸化物セラミック、ケイ酸塩セラミック及びその組合せからなる群から選択される。セラミックシートまたは他の非金属バリア層は、金属ビルドプレート３６及び処理中のニアネットシェイプ部品５１よりも熱伝導率が大幅に低くなるように選択される。
【００２１】
非金属バリア層３８は、部品ビルド層から金属ビルドプレート３６への熱伝達率を大幅に低減する。これによって、より遅くかつより制御された速度での各部品ビルド層の冷却が可能となり、部品の熱歪を制限する。したがって、金属ビルドプレートに溶着される大きく複雑な放熱性の金属支持構造物（例えば、ヒートシンクまたはハニカム）の必要性が、従来のビルドプロセスと比べて大幅に減る。
【００２２】
結合面５８を収容するために、少なくとも１つのバリア孔６０が非金属バリア層３８に形成される。バリア孔エッジ６２は、各結合面５８の対応のエッジまたは周縁６４に揃えられる。このように、結合面５８は、第１の粉末ビルド層５２が堆積すると非金属バリア層３８と面一となる。結合面５８がバリア層３８と面一となると、実質的に均一な粉末床加工面４８が得られるので、リコータ４４（図１に示す）は結合面５８に衝突せず、第１の粉末ビルド層５２及び／または連続粉末ビルド層５６の意図された付加を変えてしまうことはない。
【００２３】
上記のように、ビルドアセンブリ４０は１以上のアンカー５０を含む。ビルドプロセス中に、アンカー５０は、ビルドプレート３６に凹設された対応のアンカー用孔６６に保持される。アンカー５０は、上部結合面５８が非金属バリア層３８と面一となる状態でビルドアセンブリ４０が保持されるように、ビルドプレート３６に取外し可能に固定され、連続的かつ除去可能な粉末床加工面４８を形成する。バリア孔エッジ６２はまた、アンカー用孔６６の対応のエッジに揃えられる。
【００２４】
図２Ａ及び２Ｂの実施例では、アンカー５０は、取外し可能なアンカーピン６８及び任意の局部的支持構造物７０の少なくとも２つの要素を含む。アンカーピン６８は、本体７４、上面７６及び下面７８を含む。ある実施形態では、局部的支持構造物７０は、各支持構造物７０の上面が各上部結合面５８を定めるように、アンカーピン上面７６に冶金的に結合される。したがって、これらの実施形態では、アンカーピン６８の上面７６は、ビルドプレート３６の上面８０の下方に後退している。
【００２５】
本実施例では、局部的支持構造物７０は、アンカーピン６８に固着された複数の部品ビルド層を備える。これらは、第１の部品ビルド層５４の形成の前に、粉末床堆積装置１０（図１に示す）を用いて形成される。一方、ある代替の実施形態では、局部的支持構造物７０は、アンカー５０をアンカー用孔６６に取外し可能に固定する前に、ピンに溶融あるいは溶着されてもよい。代替的に、局部的支持構造物７０は、１以上のアンカー５０から省かれてもよい。これらの実施形態では、アンカーピン６８の上面７６は、非金属バリア層３８と面一となる１以上の結合面５８を規定して、連続的で除去可能な粉末床加工面４８を形成する。
【００２６】
従来のシステムとは異なり、任意の局部的支持構造物７０は、ビルドプレート３６またはビルドアセンブリ４０の大部分を超えて延在することはない。むしろ、局部的支持構造物７０は、局部的な熱応力を除去または拡散するのに必要な局所領域に限定されればよい。通常は、これは、アンカーピン６８及び／若しくはアンカー用孔６６の直上並びに／または付近に位置する処理中のニアネットシェイプ部品５１の領域である。ある実施形態では、局部的支持構造物７０は、１以上のアンカーピン６８の上面７６に冶金的に結合される。これらの実施形態のあるものにおいては、局部的支持構造物７０は、粉末ビルド層５２及び５６の層状堆積の前に、粉末の層状堆積によって形成される。代替的に、局部的支持構造物７０は、アンカーピン６８の犠牲部分を形成し、各ビルドプロセス後に再構築される。局部的支持構造物７０は、アンカー用孔６６への挿入の前または後にアンカーピン６８に付加される。
【００２７】
図３に、ニアネットシェイプ部品５１’の完成後のビルドプレート３６からのビルドアセンブリ４０の取外しを示す。ビルドプロセス中に、アンカー５０は、これらに限られないが、アンカー５０及びアンカー用孔６６のそれぞれの底部上に配置された協働面を含む任意の適切な保持手段によって固定されることができる。例えば、図２Ａ及び２Ｂに、アンカー用孔６６の底部に配置されたスペーサまたはシム８２を示す。異なる高さのシム８２によって、金属結合面５８が非金属バリア層３８と面一のままであることを確実にしつつも標準アンカーピン５０を使用及び再使用することが可能となる。シム８２はまた、任意の局部的支持構造物７０のための標準設計の利用を許容することができる。これらの標準設計は、ニアネットシェイプ部品の熱歪を最小化するように最小または所定の温度特性を以て開発される。
【００２８】
追加的または代替的に、アンカーピン６８及びアンカー用孔６６は、有効な締り嵌めをもたらす、相互に対してサイズ採りされた直径を有する。これらの実施形態のあるものにおいては、アンカーピン６８及びアンカー用孔６６の相対径は、アンカーピン６８が低温（例えば、室温または若干上昇した温度）で自由に挿抜でき、高温（例えば、動作温度）で確実に保持されるように構成される。このように、アンカーピン６８は、ビルドプロセスの開始時に挿入され、ピン６８及び孔６６の熱膨張率差によって保持されることができる。したがって、ビルドアセンブリ４０は、適切な時にのみ（図３に示すように）ビルドプレート３６からのビルドアセンブリ４０の取外しを可能とするように、充分な冷却が行われるまで定位置に固定され、これによってニアネットシェイプ部品５１’へのダメージを防止することができる。
【００２９】
図３は、アンカー５０を金属ビルドプレート３６に固定する正確なモードにかかわらず、粉末床加工面４８とともにビルドアセンブリ４０が金属ビルドプレート３６から容易に分離されることを示す。ビルドアセンブリ４０は金属ビルドプレート３６から、従来のプロセスにおけるように（例えば、鋸または放電加工を介して）それらを切り離すことを必要とせずに、単に持ち上げられればよい。これによって、ビルドアセンブリ及びビルドプレート全体における応力除去プロセスを実行する必要もなくなる。
【００３０】
図３に、金属ビルドプレート３６とビルドアセンブリ４０の残余部分との双方から分離された非金属バリア層３８を示す。ただし、非金属バリア層３８の異なる部分が金属ビルドプレート３６及び完成したニアネットシェイプ部品５１’の一方または両方に固着してもよいことが分かるはずである。ビルドアセンブリ４０の取外し中での非金属バリア層３８の作用は、取外し時におけるビルドプレート３６及びビルドアセンブリ４０の温度だけでなく、各構成要素の特定の面及び構造的特性を含む多数の要因に依存することになる。
【００３１】
図４は、図４に示すようなアンカー５０及びニアネットシェイプ部品５１’に分離されたビルドアセンブリ４０を示す。非金属バリア層３８は不図示であるが、図３に示すように除去されることができる。
【００３２】
ビルドアセンブリ４０の構成要素は、完成したネットシェイプ部品５１’に対してアンカー５０を引っ張るか、またはトルクを加えることによって容易に分離できる。アンカーピン６８は、ノッチ８４またはアンカーピン本体７４における他の凹部を選択的に含む。図４は、ニアネットシェイプ部品５１’からのアンカー５０の分離を簡素化する追加の面またはグリップ領域を与えるようにアンカーピン本体７４の周囲を囲むノッチ８４を示す。
【００３３】
ある実施形態では、任意の局部的支持構造物７０は、局部的ヒートシンクとして動作するのを補助するようにハニカムまたは増加した表面積を有する他の形状として形成される。ハニカム形状による低い機械的強度によって、ビルドアセンブリ４０は局部的支持構造物７０にわたって優先的に折れる。局部的支持構造物７０の限定された残余部分は、完成したニアネットシェイプ部品５１’から容易かつ迅速に切離し加工されることができる。代替的に、局部的支持構造物７０がない場合には、ニアネットシェイプ部品５１’に対するアンカーの優先的な破折を促進するようにアンカーピン６８の一部分が弱められ、すなわち低い機械的強度で作製される。
【００３４】
非金属バリア層３８によって与えられる低い熱伝導性によって、従来の粉末床堆積システムでは標準的であった大きく複雑な支持構造物に関連する熱歪も大幅に減少する。ビルドアセンブリ４０と金属ビルドプレート３６との間の高い熱勾配によってもたらされる歪が、アンカー５０の直近周囲に制限される。したがって、支持構造物７０を取り外して熱歪のダメージを修復するための、結果として必要となる堆積後処理が最小化される。
【００３５】
図５は、ニアネットシェイプ部品を製造するための方法１００の工程を示すチャートである。工程１０２は、金属上面を有する可動ビルドプレートに粉末床加工面を除去可能に固定することを含む。粉末床加工面は、ビルドプレートの金属上面上に配置されてそれに略一致する１以上のセラミックシートなどの非金属バリア部を有する。金属結合部は、非金属バリア部と面一となり、１以上の金属結合面を含む。金属結合面は、例えば、ビルドプレートに凹設され、及び／または取外し可能に固定されたアンカーの面を含んでいればよい。各アンカーはアンカーピンを含む。犠牲的な局部的支持構造物が、選択的にアンカーピンの上面に冶金的に結合される。
【００３６】
工程１０４において、所定量の金属粉が粉末投入システムから供給されて粉末床加工面上に第１の粉末ビルド層を形成する。工程１０６は、少なくとも１つの収束エネルギービームを第１の粉末ビルド層上に選択的に導くようにエネルギービーム装置を動作させることによって第１の部品ビルド層を形成することを含む。エネルギービームは、例えば、レーザまたは電子ビームであればよい。ある実施形態では、エネルギービームは、第１の粉末ビルド層の一部分を、溶融粉末溜りへと選択的に溶融することができる。工程１０８は、第１の部品ビルド層を粉末床加工面の金属結合部に固着することを含む。ある実施形態では、工程１０６による溶融粉末溜りの少なくとも一部が、その後固化される。代替的に、エネルギービームは、間に生じる溶融溜りの形成を最小限にして粉末を溶融及び再固化する。
【００３７】
方法１００はまた、粉末の後続層が粉末投入システムから供給されて、先行の部品ビルド層の少なくとも一部分上に後続の粉末ビルド層を形成する工程１１０を含む。工程１１２において、少なくとも１つの収束エネルギービームを後続の粉末ビルド層上に選択的に導くようにエネルギービーム装置を動作させることによって、後続の部品ビルド層が形成される。工程１１４は、先行の部品ビルド層の一部分に後続の部品ビルド層を固着することを含む。工程１０６及び１０８と同様に、工程１１２及び１１４が、間に生じる溶融溜りの形成とともに、または形成なしに実行される。
【００３８】
工程１１０、１１２及び１１４は、ニアネットシェイプ部品及び粉末床加工面を備えるビルドアセンブリを形成するように反復して実行される。ニアネットシェイプ部品の完成後、ビルドアセンブリがビルドプレートから取り外される。ビルドアセンブリはまた、アンカー、局部的支持構造物またはニアネットシェイプ部品に固着される他の構成要素を含む。これらの構成要素の一部または全部は、粉末床加工面のための金属結合面として作用したものであってもよい。ビルドプレートからビルドアセンブリを取り外す一実施例のモードは、図３に図示され、図３を参照して説明される。
【００３９】
そして、ニアネットシェイプ部品が、ビルドアセンブリの残余部分から分離される。これは任意の適切な態様で行われればよい。ニアネットシェイプ部品を分離する一実施例のモードは、図４に図示され、図４を参照して説明される。
【００４０】
以下は、本発明の可能な実施形態の非排他的な説明である。
【００４１】
粉末床堆積装置は、可動ビルドプレート、粉末投入システム、少なくとも１つの収束エネルギービームを連続的に供給される所定分量の金属粉上に選択的に導くことができるエネルギービーム装置、非金属バリア層、及びビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーを備える。非金属バリア層は、ビルドプレートの金属上面上に配置される。アンカーは、非金属バリア層と面一となる金属結合面を有する。非金属バリア層及びアンカーは、粉末床加工面を有する取外し可能なビルドアセンブリを定める。
【００４２】
先行する段落の装置は、以下の機能、構成及び／または追加部品のいずれか１以上を追加的及び／または代替的に、選択的に含むことができる。
【００４３】
エネルギービームが電子ビーム及びレーザビームから選択される、上記粉末床堆積装置の更なる実施形態。
【００４４】
ビルドプレートが、ビルドプロセス中に取外し可能なビルドアセンブリを保持するように設けられた少なくとも１つのアンカー用孔を含む、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００４５】
非金属バリア層が、少なくとも１つのアンカー用孔のエッジに揃えられたエッジを有する少なくとも１つの孔を含む、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００４６】
アンカーが、本体、上面、下面、及び上面と下面の間で本体を少なくとも部分的に囲むノッチを含む取外し可能なアンカーピンを備える、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００４７】
アンカーピンの上面が金属結合面の少なくとも一部分を定める、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００４８】
アンカーが、アンカーピンの上面に冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物を備え、局部的支持構造物が、金属結合面の少なくとも一部分を定める面を有する、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００４９】
局部的支持構造物が、粉末床堆積装置を用いて形成された複数の部品ビルド層を備える、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００５０】
取外し可能なビルドアセンブリが、アンカーの金属結合面に固着された第１の部分及び非金属バリア層上に配置された第２の部分を含む第１の部品ビルド層を備えたニアネットシェイプ部品も含む、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００５１】
非金属バリア層が、ビルドプレートの金属上面に略一致するセラミックシートを備える、上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００５２】
直接レーザ焼結（ＤＬＳ）装置、直接レーザ溶融（ＤＬＭ）装置、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）装置、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）装置、レーザ加工ネットシェイピング（ＬＥＮＳ）装置、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）装置及び直接金属堆積（ＤＭＤ）装置のうちから選択された上記粉末床堆積装置のいずれかの更なる実施形態。
【００５３】
ビルドプラットフォームは、金属上面を有するビルドプレート、及びビルドプレートに取外し可能に固定されたビルドアセンブリを備える。ビルドアセンブリは、非金属バリア部及び金属結合部を有する粉末床加工面を含む。非金属バリア部はビルドプレートの金属上面上に配置され、金属結合部は非金属バリア部と面一となる。
【００５４】
先行する段落のビルドプラットフォームは、以下の機能、構成及び／または追加部品のいずれか１以上を追加的及び／または代替的に、選択的に含むことができる。
【００５５】
非金属バリア部が、ビルドプレートの金属上面と略一致するセラミックシートを備える、上記ビルドプラットフォームの更なる実施形態。
【００５６】
金属結合部が、ビルドプレートの金属上面より下方に後退した少なくとも１つのアンカーの面を備える、上記ビルドプラットフォームのいずれかの更なる実施形態。
【００５７】
アンカーが、ビルドプロセス中にビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーピンを備え、アンカーピンが、本体、上面、下面、及び上面と下面の間で本体を少なくとも部分的に囲むノッチを含む、上記ビルドプラットフォームのいずれかの更なる実施形態。
【００５８】
アンカーが、アンカーピンの上面に冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物をさらに備える、上記ビルドプラットフォームのいずれかの更なる実施形態。
【００５９】
ビルドアセンブリが、アンカーの金属結合面に冶金的に結合された第１の部品層を含む複数の部品ビルド層を備えたニアネットシェイプ部品も含む、上記ビルドプラットフォームのいずれかの更なる実施形態。
【００６０】
ニアネットシェイプ部品の製造方法は、金属上面を有する可動ビルドプレートに粉末床加工面を除去可能に固定することを含む。粉末床加工面は非金属バリア部及び金属結合部を有し、非金属バリア部はビルドプレートの金属上面上に配置され、金属結合部は非金属バリア部と面一である。所定分量の金属粉が粉末投入システムから供給されて粉末床加工面上に第１の粉末ビルド層を形成する。少なくとも１つの収束エネルギービームを第１の粉末ビルド層上に選択的に導くようにエネルギービーム装置を動作させることによって第１の部品ビルド層が形成される。第１の部品ビルド層が粉末床加工面の金属結合部に固着される。
【００６１】
先行する段落の方法は、以下の機能、構成及び／または追加部品若しくは工程のいずれか１以上を追加的及び／または代替的に、選択的に含むことができる。
【００６２】
非金属バリア部が、ビルドプレートの金属上面に略一致するセラミックシートを備える、上記方法の更なる実施形態。
【００６３】
金属結合部が、ビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーの上面を含む、上記方法のいずれかの更なる実施形態。
【００６４】
金属結合部が、ビルドプレートに取外し可能に固定されたアンカーピンに冶金的に結合された犠牲的な局部的支持構造物の面を含む、上記方法のいずれかの更なる実施形態。
【００６５】
粉末投入システムから粉末の後続層を供給して、先行の部品ビルド層の少なくとも一部分上に後続の粉末ビルド層を形成すること、少なくとも１つの収束エネルギービームを後続の粉末ビルド層上に選択的に導くようにエネルギービーム装置を動作させることによって後続の部品ビルド層を形成すること、及び先行の部品ビルド層の一部に後続の部品ビルド層を固着することを更に含む上記方法のいずれかの更なる実施形態。
【００６６】
粉末の後続層を供給する工程、後続の部品ビルド層を形成する工程及び後続の部品ビルド層を固着する工程を反復的に実行して、ニアネットシェイプ部品及び粉末床加工面を備えるビルドアセンブリを形成することを更に含む上記方法のいずれかの更なる実施形態。
【００６７】
ビルドアセンブリをビルドプレートから取り外すことを更に含む上記方法のいずれかの更なる実施形態。
【００６８】
ニアネットシェイプ部品をビルドアセンブリの残余部分から分離することを更に含む上記方法のいずれかの更なる実施形態。
【００６９】
本発明を好適な実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく形態及び詳細において変形がなされ得ることを認識するはずである。
【図１】
0006389242.tif 000002
【図２Ａ】
0006389242.tif 000003
【図２Ｂ】
0006389242.tif 000004
【図３】
0006389242.tif 000005
【図４】
0006389242.tif 000006
【図５】
0006389242.tif 000007