(57)【要約】  本発明は、ガスタービンエンジンの補助構造体（３０）をポリマー系材料から形成するプロセス、および前記プロセスにより形成される補助構造体に関連する。これらのプロセスでは、積層造形法を実施して、ガスタービンエンジンの補助構造体（３０）を形成する。前記積層造形法では、前記補助構造体をポリマー系材料から直接形成することにより、異なる平面にある３次元形状構成部により特徴付けられる複雑な３次元形状を有するようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形法を実施して、ガスタービンエンジンの補助構造体を形成する工程を含み、前記積層造形法では、前記補助構造体をポリマー系材料から直接形成することにより、異なる平面にある３次元形状構成部により特徴付けられる複雑な３次元形状を有するようにする、プロセス。
【請求項２】
前記ポリマー系材料は、非補強熱可塑性材料であるか、または不連続補強材で補強される熱可塑性物質を含むポリマーマトリックス複合材料である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記熱可塑性物質は、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリアミド、およびポリフタルアミドから成る群から選択される、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記ポリマー系材料はポリマーマトリックス複合材料であり、前記不連続補強材は、短繊維、マイクロバルーン、およびナノ補強材から成る群から選択される、請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
更に、前記補助構造体を前記ガスタービンエンジンに取り付ける工程を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記積層造形工程によって、少なくとも１つのインサート（４６）が、前記補助構造体の前記ポリマー系材料に少なくとも部分的に埋め込まれるようになる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記インサート（４６）は、前記ガスタービンエンジンとの接続部となるように、または前記ガスタービンエンジンの構造部材との接続部となるように適合させたバネクリップ（１８、３８）、スペーサ（２０、４０）、ナットプレート（２２、４２）、ファスナー、またはブッシングである、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記インサート（４６）は、前記補助構造体の構造的剛性を前記補助構造体の１つ以上の荷重経路に沿って高めるように適合させた補強インサート（４６）である、請求項６に記載のプロセス。
【請求項９】
前記インサート（４６）は、連続繊維補強材が埋設されているポリマーマトリックス複合材料により形成される、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記インサート（４６）の前記連続繊維補強材は、前記補助構造体のポリマー系材料により形成されるマトリックスに埋め込まれる、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記インサート（４６）は、金属系材料またはセラミック系材料により形成される、請求項６に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記積層造形工程では、熱可塑性粉末材料塊にレーザビームを当てて、前記塊の限定部分を選択的に焼結させて前記補助構造体を形成する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記積層造形工程では、熱可塑性材料を加熱し、前記熱可塑性材料層を堆積させて、前記補助構造体を積層形成する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
更に、金属皮膜で前記補助構造体の外側表面を被覆する工程を含み、前記金属皮膜は、約１０〜約２５０マイクロメートルの厚さを有し、かつニッケル、アルミニウム、銅、銀、クロム、および合金、およびこれらの材料の組み合わせから成る群から選択される材料により形成される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
請求項１に記載のプロセスにより形成される補助構造体。
【請求項１６】
前記補助構造体は、航空機エンジンブラケットである、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプロセスにより形成される航空機エンジンブラケット。
【請求項１８】
航空機エンジンの補助構造体であって、該補助構造体は、ポリマー系材料により形成され、かつ異なる平面にある３次元形状構成部により特徴付けられる複雑な３次元形状を有し、前記補助構造体は、積層造形法により形成され、該積層造形法によって、前記補助構造体が、連続的に順次形成されるポリマー系材料層を備えるようになる、補助構造体。
【請求項１９】
前記ポリマー系材料は、非補強熱可塑性材料であるか、または不連続補強材で補強される熱可塑性物質を含むポリマーマトリックス複合材料である、請求項１８に記載の補助構造体。
【請求項２０】
前記熱可塑性物質は、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリアミド、およびポリフタルアミドから成る群から選択される、請求項１９に記載の補助構造体。
【請求項２１】
前記ポリマー系材料はポリマーマトリックス複合材料であり、前記不連続補強材は、短繊維、マイクロバルーン、およびナノ補強材から成る群から選択される、請求項１９に記載の補助構造体。
【請求項２２】
更に、前記補助構造体の前記ポリマー系材料に少なくとも部分的に埋め込まれる少なくとも１つのインサート（４６）を備える、請求項１８に記載の補助構造体。
【請求項２３】
前記インサート（４６）は、前記ガスタービンエンジンとの接続部となるように、または前記ガスタービンエンジンの構造部材との接続部となるように適合させたバネクリップ（１８、３８）、スペーサ（２０、４０）、ナットプレート（２２、４２）、ファスナー、またはブッシングである、請求項２２に記載の補助構造体。
【請求項２４】
前記インサート（４６）は、前記補助構造体の構造的剛性を前記補助構造体の１つ以上の荷重経路に沿って高めるように適合させた補強インサート（４６）である、請求項２２に記載の補助構造体。
【請求項２５】
前記インサート（４６）は、連続繊維補強材が埋設されているポリマーマトリックス複合材料により形成される、請求項２４に記載の補助構造体。
【請求項２６】
前記インサート（４６）の前記連続繊維補強材は、前記補助構造体のポリマー系材料により形成されるマトリックスに埋め込まれる、請求項２４に記載の補助構造体。
【請求項２７】
前記インサート（４６）は、金属系材料またはセラミック系材料により形成される、請求項２２に記載の補助構造体。
【請求項２８】
更に、前記補助構造体の外側表面を被覆する金属皮膜を備え、前記金属皮膜は、約１０〜約２５０マイクロメートルの厚さを有し、かつニッケル、アルミニウム、銅、銀、クロム、および合金、およびこれらの材料の組み合わせから成る群から選択される材料により形成される、請求項１８に記載の補助構造体。
【請求項２９】
前記補助構造体は、航空機エンジンのファンケーシングの外部に取り付けられ、かつ構造部材を前記ファンケーシングに固定する航空機エンジンブラケットである、請求項１８に記載の補助構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、航空機エンジンの補助構造体、例えば航空機エンジンに使用されるブラケットに関し、これらの補助構造体を製造するプロセスに関する。更に詳細には、本発明は、補助構造体を、補強（複合）ポリマー系材料および非補強ポリマー系材料を含むポリマー系材料から、積層造形法（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ）を使用して製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー技術が成熟して、非補強（純）ポリマー系複合材料を、これらには限定されないが、ゼネラルエレクトリック社製のＧＥ９０（登録商標）産業用エンジンおよびＧＥｎｘ（登録商標）産業用エンジンを含む非常に多岐の用途に使用する機会が増えてきている。歴史的に見ると、金属コストの増大が幾つかの用途における推進要因にもなっているが、構造部材をポリマー系材料から製造する技術は、重量を減らそうとする要望によって推進されてきた。
【０００３】
複合材料は普通、マトリックス材料中に埋め込まれた繊維状補強材であり、このマトリックス材料は、ポリマー複合材料の場合、ポリマー材料（ポリマーマトリックス複合材料、またはＰＭＣ）である。これとは異なり、非補強ポリマー材料には、このような補強材は全く含まれていない。ＰＭＣ材料の補強材が、複合材料の補助的な構成成分として機能するのに対し、マトリックス材料は、補強材を保護し、マトリックス材料の繊維の配向を維持し、荷重を補強材に分散させるように機能する。ＰＭＣのマトリックス材料に用いられる樹脂は普通、熱硬化性物質または熱可塑性物質に分類することができる。熱可塑性樹脂は普通、ポリマーに分類され、これらのポリマーは、加熱されると、軟化および流動を繰り返すことができ、十分に冷却されると、化学的に変化するのではなく物理的に変化することにより、硬化させることができる。熱可塑性樹脂の注目に値する種類例として、ナイロン樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアリールエーテルケトン樹脂、およびポリカーボネート樹脂を挙げることができる。航空宇宙用途に使用されるために考案された高性能熱可塑性樹脂の特殊な例として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を挙げることができる。これとは異なり、一旦、完全に硬化されて剛性の高い硬質固体になると、熱硬化性樹脂は、加熱されても大きな軟化を示すことがなく、十分に加熱されると、熱分解を起こす。熱硬化性樹脂の注目に値する例として、エポキシ樹脂およびポリエステル樹脂を挙げることができる。多種多様な繊維状補強材が、ＰＭＣに使用されており、例えば炭素繊維（例えば、ＡＳ４）、ガラス繊維（例えば、Ｓ２）、ポリマー繊維（例えば、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標））、セラミック繊維（例えば、Ｎｅｘｔｅｌ（登録商標））、および金属繊維が使用されている。繊維状補強材は、非常に短い短繊維、または連続長繊維の形態で使用することができ、これらの繊維のうちの連続長繊維を使用して、「乾燥」織物または敷物を製造する場合が多い。ＰＭＣ材料は、短繊維をマトリックス材料中に分散させることにより、または乾燥織物の１つ以上の繊維層（プライ）をマトリックス材料に含浸させることにより製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７０６３号パンフレット
【発明の概要】
【０００５】
ポリマー系材料（本明細書において使用されるポリマー系材料とは、非補強ポリマー材料およびＰＭＣ材料の両方を指す）が所定の用途に適するかどうかは、特定の用途における機械的要求、化学的要求、および熱的要求によって異なり、ＰＭＣ材料の場合、特定のマトリックスおよび補強材、および必要とされる幾何学的形状を有するＰＭＣ部品の製造の可能性によって異なる。ポリマー系材料には軽量化の可能性が相当高いので、種々の応用が、非補強ポリマー材料に関して、特に航空機ガスタービンエンジンのＰＭＣ材料に関して探求されてきた。しかしながら、困難な課題は、許容できる特性を有し、しかも、構造部材をコスト効率良く生産する製造方法により製造することができる材料系を特定することである。例えば、航空機エンジン用途では、機械的高性能要求、例えば強度および耐疲労性（エンジン周りの振動によって必要となる）だけでなく、耐高温性、耐化学腐食性／耐流体浸透性などを満たす必要があることが良く知られている。特定の例として、高圧バイパス管を備えるターボファンエンジンのコアエンジン（モジュール）の外部に、例えばナセルの内部に配置される、またはこのようなエンジンのファン部を取り囲むブラケットおよび他の補助構造部材は、コアエンジンの内部の過酷な熱環境の影響を直接受けることがないにしても、振動、高温、化学物質などの影響を受けることにより、過酷な性能要求を満たす必要に追い込まれる。従って、かなりの軽量化を、航空機エンジンのブラケットおよび他の補助構造部材を、ポリマー系材料から製造することにより実現することができるが、このような高性能要求だけでなく、このようなブラケットのサイズ、バラツキ、および複雑さは、ブラケットをこれらの材料からコスト効率良く製造する機構を複雑にしている。例えば、ＰＭＣブラケットを製造するために従来の熱硬化性樹脂を使用すると、プロセスに多大な工数を要し、熱硬化性物質を取り入れた場合の製造サイクル時間が長くなるだけでなく、多くの異なる部品形状を有する非常に小さなブラケットの数が大量になるので、コストが途方もなく高くなると一般的に考えられている。これとは異なり、熱可塑性マトリックス材料で形成されるＰＭＣには、高温において軟化し、強度が低下する傾向があるという制約がある。
【０００６】
別の複雑さは、航空機エンジン用途におけるＰＭＣ材料に必要とされる補強材系の種類である。一般的に、相当量の軽量化を、熱硬化性または熱可塑性ＰＭＣ材料を使用して実現するためには、ブラケットには、連続繊維補強ＰＭＣ材料を使用して、これらの材料の断面を最小化すると同時に、航空機エンジン用途によって決まる機械的高性能要求（特に、強度および耐疲労性）を満足させることができる必要がある。しかしながら、連続繊維状補強材を使用する際に用いるハンドレイアップ法は、複雑な形状を有する非常に多種多様な超小型ブラケットを製造する機構を更に複雑にする。これとは異なり、短繊維補強材系は、熱可塑性樹脂マトリックスまたは熱硬化性樹脂マトリックスに含浸させるかどうかに関係なく、これらの補強材系の機械的性能が低いので、理想的な解決策にはならない。詳細には、短繊維で補強されるＰＭＣ構造部材の強度が低下すると、非常に厚くて重いブラケットを製造する必要が出てくる。更に、短繊維系は多くの場合、ネットシェイプ成形法を使用して処理され、このネットシェイプ成形法では、複雑な形状を成形することができる。しかしながら、異なる形状を航空機エンジン側に有しているブラケットの数は非常に多いので、各固有のブラケットに必要とされる個々の金型に関連する金型製作コストによって普通、この製造手法を用いることができなくなる。
【０００７】
本発明は、ガスタービンエンジンの補助構造体をポリマー系材料から形成する方法、および方法により形成される補助構造体を提供する。補助構造体の注目すべき非限定的な例として、コアエンジンの外部に配置され、かつナセルの内部に配置される、または高圧バイパス管を備えるガスタービンエンジンのファン部を取り囲む種々の種類のブラケットを挙げることができる。他の例として、シュラウド、蓋体、カバー、カバープレート、排気カバーなどを挙げることができる。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、積層造形法を実施して、ガスタービンエンジンの補助構造体を形成する工程を含むプロセスが提供される。前記積層造形法では、前記補助構造体をポリマー系材料から直接形成することにより、異なる平面にある３次元形状構成部により特徴付けられる複雑な３次元形状を有するようにする。
【０００９】
本発明の第２の態様は、上に説明した処理工程により形成され、かつ引き続き、ガスタービンエンジンに取り付けられる補助構造体を含む。
【００１０】
本発明の更に別の態様は、航空機エンジンの補助構造体を含み、前記補助構造体は、ポリマー系材料により形成されて一体的に形成され、種々の厚さを有し、かつ異なる平面にある３次元形状構成部を含む単体構造により特徴付けられる複雑な３次元形状を有する。
【００１１】
本発明の技術的効果は、航空機エンジンの補助構造体を形成し、そして利用することができることであり、これにより軽量化という大きな利点が得られると同時に、補助構造体には、厳しい機械的性能、および環境に優しい性能が求められる。本発明によって、補助構造体をポリマー系材料から、製造コストおよび材料コスト、および／または重量を、補助構造体の機能を損なうことなく最小限に抑えるように形成することができる。更に詳細には、本発明の補助構造体は、ポリマー系材料から積層造形法を使用して一体的に形成されて単体構造を有するようになる、別の表現をすると、補助構造体は、別々に形成される個別の部分構造部材からなる組付体ではない。たとえそうであっても、本発明の補助構造体は、複雑な幾何学的形状を有することができる。更に、複雑な幾何学的形状は、ネットシェイプ成形法のような従来の処理方法に大概関連する金型製作コストを伴なうことなく実現することができる。
【００１２】
本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な説明から一層深く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】先行技術による金属製部分構造部材を組み付けることにより形成されるブラケットの斜視図を模式的に表している。
【図２】図１のブラケットの置き換えとして適用でき、かつ本発明の１つの実施形態による積層造形法により形成されるブラケットの斜視図を模式的に表している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、補助構造体の製造に関連して説明され、これらの補助構造体は、広範な用途に使用されるように適合させることができるのではあるが、航空機エンジンの種々の構造部材、例えば高圧バイパス管を備えるガスタービンエンジンのコアエンジンの外部の、かつナセルの内部の構造部材、またはこのようなエンジンのファン部を取り囲む構造部材を支持する、または固定するという主目的を有するブラケットとして特に良好に適合している。補助構造体の特に注目すべき例として、チューブ、ホース、マニホールド、ワイヤハーネスのような他の部品、およびオイルタンク、ＦＡＤＥＣ（ｆｕｌｌ  ａｕｔｈｏｒｉｔｙ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ：エンジン電子制御装置）などのような他の構造部材を支持するファンケースの外部に取り付けられるブラケットを挙げることができる。しかしながら、本発明の適用先の種々の他の補助構造体、および種々の他の応用形態も本発明の範囲に含まれる。
【００１５】
本発明はプロセスを提供し、これらのプロセスにより、コスト効率良く製造することができる補助構造体は更に、航空機エンジン用途に適する機械的特性、化学的特性、および熱的特性（強度、耐疲労性、最高温度耐性、耐化学腐食性／耐流体浸透性などを含む）を有することができる。更に詳細には、本発明では、ポリマー系材料（非補強ポリマー材料および／またはＰＭＣ材料）から、積層造形（ＡＭ）法を使用して形成される補助構造体を製造し、この積層造形法では、ほぼ一定の断面厚さを有する１つのフラットパネルによって特徴付けられる簡易形状とは異なり、異なる平面にある３次元形状構成部によって特徴付けられる非常に複雑な３次元形状を有する補助構造体を直接的に製造することができる。
【００１６】
図１は、ブラケットアセンブリ１０を複雑な３次元形状を有する補助構造体の代表的かつ非限定的な例として図示している。ブラケットアセンブリ１０は、従来方法による金属構造体を有する。更に、ブラケットアセンブリ１０は、複雑な３次元形状を有するものとして確認することができ、ブラケットアセンブリが金属構造体であるので、ブラケットアセンブリ１０は、個別に製造される複数の補助構造部材１２および１６で組み付けられる、例えば個々のスタンピング部材で組み付けられる必要がある。最後に、ブラケットアセンブリ１０は、バネクリップ１８、スペーサ２０、およびナットプレート２２を含むものとして図示されており、これらの部品によって、ブラケットアセンブリ１０を航空機エンジンに取り付ける作業が容易になっている、またはチューブ、ワイヤハーネス、ホース、マニホールドをアセンブリ１０に取り付ける作業、およびエンジンに取り付けられる予定のオイルタンク、ＦＡＤＥＣなどのような他の構造部材をアセンブリ１０に取り付ける作業が容易になっている。
【００１７】
図２は、ブラケット３０を、複雑な３次元形状を有する補助構造体の代表的かつ非限定的な別の例として図示している。図１のブラケットアセンブリ１０とは異なり、図２に示すブラケット３０は、本発明の好適な態様によるポリマー系材料構造体を有する。更に、ブラケット３０は、積層造形法を使用して製造され、この積層造形法では、バネクリップ３８、スペーサ４０、およびナットプレート４２が、図１の金属ブラケットアセンブリ１０と同様であることをだけを除いて、ブラケット３０を、一体的に形成して単体構造体を有するようにすることができる。特に、ブラケットのバネクリップ３８、スペーサ４０、およびナットプレート４２を配置することによって、図２のブラケット３０を、図１のブラケットアセンブリ１０全体に置き換えて用いることができる。積層造形法を使用してブラケット３０を製造することにより、ブラケット３０を組み付ける際の難しさ、およびコストを回避することができ、ブラケット３０は、ブラケット３０の断面厚さを相当大きく変えることができるような複雑な単体形状を有することができる。
【００１８】
本発明に使用される好適なポリマー系材料は熱可塑性物質であり、この熱可塑性物質の特に注目される例として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリアミド（ＰＡ）、およびポリフタルアミド（ＰＰＡ）を挙げることができる。これらの材料は、補強材を埋め込んで補強されるＰＭＣの熱可塑性マトリックス材料として使用されるために特に適している。本発明に使用される好適な補強材は、不連続材料、例えば短繊維、マイクロバルーン、およびナノ補強材である。特に適する短繊維材料として、炭素繊維（例えば、ＡＳ４）、ガラス繊維（例えば、Ｓ２）、ポリマー繊維（例えば、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）のようなアラミド繊維）、セラミック繊維、および金属繊維を挙げることができる。これらの繊維に特に適する長さは通常、１０ｍｍ以下である。他の適切な不連続補強材として、ナノ繊維、マルチウォールカーボンナノチューブおよびシングルウォールカーボンナノチューブ、グラフェンナノプレートレットおよび／またはクレイナノプレートレットを挙げることができると考えられる。これらの補強材は、官能性皮膜で被覆することができ、これらの官能性皮膜の非限定的な例として、ニッケルおよび銀を挙げることができる。補強材として作用することができる更に別の材料として、ガラス、ポリマー、炭素、またはセラミック系マイクロバルーンまたはマイクロスフェアを挙げることができ、これらの材料も、ニッケルまたは銀のような官能性皮膜を、これらの材料の上に有することができる。しかしながら、ＰＭＣのマトリックス材料および／または補強材として適切となり得る他の適切なポリマー材料は、本発明に使用することができる、または後の時点で開発して、本発明に使用することもできることを予測することができる。他の適切な補強材を使用することができる、または後の時点で開発して、本発明に使用することもできる。本発明のＰＭＣ材料に適する繊維含有量は、繊維含有量が、容積率で５０％を超えてはならず、かつ好適には、容積率で約３０％を超えてはならないと考えられ、好適な範囲は、約０．１〜約３０％の容積率であると考えられるが、広範に変えることができる。
【００１９】
本発明に使用されるために特に適する積層造形法は普通、ポリマー材料を溶融させるか、または軟化させて３次元構造を、連続的に順次形成される層として積層形成する方法を含む。１つ以上の不連続補強材を上記の通りに埋設したブラケット３０（または、他の補助構造体）の製造を可能にするために、好適な積層造形法では、所望の補強材を含むポリマー材料を利用することもできる。２つの特定の例が、選択的レーザ焼結法（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：ＳＬＳ）および溶融物堆積法（ｆｕｓｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ：ＦＤＭ）である。ＳＬＳ法では普通、所望のポリマー系材料の粒状材料または粉末材料の塊を選択的に焼結（溶融）させて、３次元焼結固体構造を形成する。材料は、焼結過程が進行するにつれて、塊の上方をレーザビームの方向に関して走査方向に（例えば、水平方向に）だけでなく、ビームの光路に平行に（例えば、垂直方向に）移動するレーザビームまたは他の誘導エネルギー源によって塊の選択部分が加熱される結果として焼結される。レーザビームの移動は、例えばコンピュータ支援製造（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＣＡＭ）ソフトウェアにより直接制御される結果として数値制御することができる。焼結過程が進行している間、粉末材料の焼結領域および未焼結領域は、続いて焼結される材料を支持するように機能して、水平方向突出部（焼結過程が材料内を進行する方向に対して）を有する焼結構造体を形成することができる。ＳＬＳ法に使用されるレーザの最適動作パラメータ、およびＳＬＳ法の最適処理パラメータは全体として、焼結される特定の材料、および構造体が完全に高密度になり、かつ空隙が無くなることが望ましい度合いによって異なる。不連続補強材を埋設するために、ポリマー系粉末粒子を製造して、補強材を含有させることができる、またはこれらの粒子を補強材と混合させる、または混ぜ合わせることができる。
【００２０】
ＦＤＭ法では、所望のポリマー系材料の繊維を、材料を十分高い温度に加熱されたノズルを通して押出成形して、材料を堆積させる方向と直交する方向（例えば、水平方向）だけでなく、過程が進行する押出方向に平行な方向に（例えば、垂直方向に）ノズルを移動させているときに材料を少なくとも部分的に溶融させることにより分散させる。ＳＬＳ法において使用されるレーザと同様に、ノズルの移動は、例えばＣＡＭソフトウェアを使用して数値制御することができる。３次元構造は、押出成形材料を堆積させ、溶融させて、所望のポリマーまたは複合材料から構成される連続層を形成した結果として形成される。ＳＬＳ法と同様に、ポリマー系材料は、不連続補強材を含有するように形成することができる、または不連続補強材は、ポリマー系材料と同時に押出成形することにより、ポリマー系材料および補強材を同時に堆積させることができる。
【００２１】
上記説明に従って製造される結果として得られる一体化部品（ブラケット３０のような）は、連続繊維補強材とは異なり、不連続繊維補強材を含有しているので、一体化部品の形状および寸法は、荷重レベルおよび疲労強度を含む部品の所望の応用形態の特定の局面を考慮に入れる必要がある。これまでの説明から、積層造形法により形成される補助構造体の厚さは、補助構造体の目的の用法、および構造体が置かれることになる荷重状態および疲労状態によって異なるが、大幅に変えることができる。一例として、図２のブラケット３０は、ブラケット３０の比較的平面の領域３４から突出する幾つかのＬ字形部分３２を含む。図２から分かるように、これらの部分３２は全て、互いに対して、かつベース領域３４に対して異なる平面にある。図２は更に、孔４４を含むように形成されるブラケット３０を表しており、これらの孔４４を介して、バネクリップ３８およびナットプレート４２をブラケット３０に取り付けることにより、ブラケット３０をガスタービンエンジンの外部に、例えばエンジンのファンケースに取り付けることができる、かつ／またはブラケット３０でチューブ、ホース、マニホールド、ワイヤハーネスのようなエンジン構造部材、およびエンジンに取り付けられることになるオイルタンク、ＦＡＤＥＣなどのような他の構造部材を取り付けるか、または支持することができる。複数のＬ字形部分３２が図２に図示されているが、他の形状を積層造形法により形成することができ、他の形状として、これらには限定されないが、Ｃ字形状部（Ｃ字形断面を有する）またはＣ字形状部の変形、例えばＵ字形断面またはＶ字形断面を有する形状を挙げることができる。これらの孔４４は、ブラケット３０をブラケットが積層造形法により製造された後に加工することにより形成することができると予測することもできるが、これらの孔４４もまた、積層造形法により形成することができる。これらの孔４４（または、スロットまたは他の形状部）は、従来の機械式ファスナーおよび／または取り付け機構、例えばブラケット３０に取り付けることができるナットプレートおよびバネクリップを収容するように適合させることができる。
【００２２】
図２のブラケット３０は、本発明に従って形成することができる或る種類の３次元構造を表しているが、これよりも複雑ではない断面形状、およびこれよりも複雑な断面形状も可能であることにも注目されたい。補助構造体は本明細書においては、補助構造体が、一体的に形成される単体構造を有し、かつこの単体構造を、略一定の断面厚さを有するフラットパネルを単に締結させる、接合させる、または湾曲させることにより形成することができない場合に、複雑な形状を有すると考えられる。
【００２３】
図２は、インサート４６を更に埋設したブラケット３０を表しており、このインサート４６は、ブラケット３０のベース領域３４のうちの１つのベース領域を形成するポリマー系材料に埋め込まれる。インサート４６は、ブラケット３０の構造的剛性を高めるか、またはブラケット３０の１つ以上の荷重経路に沿ったブラケットの強度を高めるように機能する補強インサート４６として表現されている。詳細には、インサート４６は、ブラケット３０の剛性を高め、印加荷重を引き受け、エンジンに直接取り付けられるブラケット３０の該当部分を形成するように機能することができる。インサートを含まないブラケット３０の構成部分および領域は、好適には、より小さな荷重を分担しながら、より複雑な幾何学的形状を有することができる。インサート４６はブラケット３０に、例えばＳＬＳ法を適用する粉末材料塊に適切に予め埋設しておく結果として、またはＦＤＭ法により堆積させたポリマー層上に適切に配置する結果として、積層造形法によりブラケットを形成している間に直接埋設することができる。更に別の形状構造物、または他の形状構造物をブラケット３０に、ブラケットを形成している間に埋設することもできる。更に、ブラケット３０に埋設されるインサート４６は、ポリマー系材料に限定されるのではなく、金属系材料またはセラミック系材料により形成することができることを理解されたい。幾つかの用途では、インサート４６に関して更に好ましい材料はＰＭＣ材料であり、このＰＭＣ材料は、連続繊維補強材を含有することができ、かつまさしく同じマトリックス材料を、ブラケット３０の残りの部分に利用されるポリマー材料として利用することができる。
【００２４】
本発明の別の態様は、ブラケット３０のポリマー系材料を特定のインサートの周りに、例えば図２に示すバネクリップ３８、スペーサ４０、およびナットプレート４２のうちのいずれか１つ以上を含む、ブッシング、ねじ切りインサート、バネクリップ、ナットプレートなどのような金属ファスナーの周りに形成することができることである。これらの種類の金属インサートは、ポリマー材料に生じる破砕応力、ねじれ保持力、および応力緩和の問題を軽減し易くする。ブラケット３０（または、補助構造体）をインサートの周りに、積層造形法の過程で形成することにより、加工（例えば、孔のドリル加工）または複数の構造部材の組み付け合体のようないずれの後続のプロセスの必要性も回避することができる。この種類のインサートを積層造形法の過程で、ブラケット３０または他の補助構造体を形成するために使用されるポリマー系材料から直接形成することができる構成も、本発明の範囲に含まれる。
【００２５】
最後に、ブラケット３０には、ブラケットの表面のうちの１つ以上の表面にある金属皮膜を設けることにより、ブラケットの表面の特定の特性、例えば熱伝導性、電気伝導性、耐化学腐食性、および／または耐摩耗性を向上させることができる。このような皮膜は、系の剛性を更に高めることができ、機械的特性を向上させることができる。特定の非限定的な例が、電着法により堆積させるナノ結晶電着薄膜である。このような皮膜に適する膜厚は普通、約１０〜約２５０マイクロメートルであり、このような皮膜に適する材料として、これらには限定されないが、ニッケル、アルミニウム、銅、銀、クロム、および合金、およびこれらの材料の組み合わせを挙げることができる。
【００２６】
本発明について、特定の実施形態を参照して説明してきたが、他の構成を当分野の当業者が採用することができることは明らかである。従って、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ規定されるものとする。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ブラケットアセンブリ、金属ブラケットアセンブリ、アセンブリ
１２、１６  補助構造部材
１８、３８  バネクリップ
２０、４０  スペーサ
２２、４２  ナットプレート
３０  ブラケット
３２  Ｌ字形部分、部分
３４  平面の領域、ベース領域
４４  孔
４６  補強インサート、インサート
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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