(57)【要約】高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程；および、アルミニウム粉体を焼結する工程を含む。高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程；アルミニウム粉体を焼結して、付加製造されたアルミニウムを生産する工程；付加製造されたアルミニウムを溶体化処理する工程；付加製造されたアルミニウムを焼入れする工程；および、付加製造されたアルミニウムをエイジングする工程を含む。高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程；アルミニウム粉体を焼結して、付加製造されたアルミニウムを生産する工程；熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を用いて、付加製造されたアルミニウムを熱処理および圧力のうち１つ以上の下に置く工程；および付加製造されたアルミニウム紛体をエイジングする工程を含む。【選択図】図１Ａから図１Ｄ
2018519412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法が、
ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程、および、
アルミニウム粉体を焼結する工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記受け取る工程が、微粒化されたアルミニウム合金複合材を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受け取る工程が、少なくともおよそ１０マイクロメートル（１０μｍ）の紛体サイズ、およびおよそ５０マイクロメートル（５０μｍ）以下の紛体サイズを有する紛体を受け取ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記受け取る工程が、少なくともおよそ２０マイクロメートル（２０μｍ）の紛体層の厚さ、およびおよそ５０マイクロメートル（５０μｍ）以下の紛体層の厚さを有する紛体を受け取ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記受け取る工程が、少なくともおよそ５０マイクロメートル（５０μｍ）のビード幅、およびおよそ５００マイクロメートル（５００μｍ）以下のビード幅を有する紛体を受け取る工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記焼結する工程が、３次元（３Ｄ）印刷によって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記焼結する工程が、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）によって実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記焼結する工程の後に実施される、
アルミニウムを後処理する工程、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記後処理する工程が、付加製造されたアルミニウムを熱処理および圧力の１つ以上の下に置くことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱処理が溶体化処理を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶体化処理が、付加製造されたアルミニウムを焼入れする工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼入れする工程が、水を用いて、付加製造されたアルミニウムを焼入れすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記後処理する工程が、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を用いて、付加製造されたアルミニウムを熱処理および圧力のうちの１つ以上の下に置くことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記後処理する工程が、少なくともおよそ２時間、およびおよそ４時間以下の間、付加製造されたアルミニウムをおよそ１０５，０００，０００パスカル（１０５ＭＰａ）の圧力下に置くことを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記後処理する工程が、温度ウィンドウ内の熱処理を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱処理が、およそセ氏５２０度およびおよそセ氏５３８度の温度に制限された温度ウィンドウ内の熱処理を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱処理が、およそ３０分とおよそ１時間との間に等しい時間ウィンドウ内の熱処理を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記後処理する工程が、付加製造されたアルミニウムをエイジングすることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記エイジングする工程が、およそセ氏１７０度の温度で、結果的に生じる付加製造されたアルミニウムをエイジングすることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記エイジングする工程が、少なくともおよそ９時間およびおよそ１６時間以下の間、付加製造されたアルミニウムをエイジングする工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法が、
ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程；
アルミニウム粉体を焼結して、付加製造されたアルミニウムを生産する工程；
付加製造されたアルミニウムを溶体化処理する工程；
付加製造されたアルミニウムを焼入れする工程；および、
付加製造されたアルミニウム紛体をエイジングする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２２】
高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法が、
ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程；
アルミニウム粉体を焼結して、付加製造されたアルミニウムを生産する工程；
熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を用いて、付加製造されたアルミニウムを熱処理および圧力のうち１つ以上の下に置く工程；および、
付加製造されたアルミニウム紛体をエイジングする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜優先権の主張＞
本出願は、「Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ，  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ  Ｐｒｉｎｔｅｄ，  Ｈｉｇｈ−Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｖｉａ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」と題された２０１５年６月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／１７５，５０２号、および「Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ，  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ  Ｐｒｉｎｔｅｄ，  Ｈｉｇｈ−Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｖｉａ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」と題された２０１５年６月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／１７５，７６０号の優先権の利益を主張するものであり、当該文献の開示が参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００２】
高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程、およびアルミニウム粉体を焼結する工程、を含むことを特徴とする、方法である。
【０００３】
高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程、アルミニウム粉体を焼結して、付加製造されたアルミニウムを生産する工程、アルミニウム紛体を溶体化処理する工程、アルミニウム紛体を焼入れする工程、およびアルミニウム紛体をエイジングする工程、を含むことを特徴とする、方法である。
【０００４】
高強度アルミニウムを製造するための方法であって、当該方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する、微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る工程、アルミニウム粉体を焼結して、付加製造されたアルミニウムを生産する工程、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を用いて、付加製造されたアルミニウムを熱処理および圧力のうち１つ以上の下に置く工程、および付加製造されたアルミニウム紛体をエイジングする工程、を含むことを特徴とする、方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
添付の図面は、様々な代表的な実施形態をより完全に記載するために使用される視覚的な描写を提供するものであり、本明細書に開示された代表的な実施形態とその利点をより良く理解するために当業者によって使用され得る。これらの図面では、同様の参照符号は対応する要素を特定する。
【図１Ａ】４つの異なる倍率における、解像度が３０マイクロメートル（３０μｍ）の、パウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの４つの画像のセットのうちの１つである。
【図１Ｂ】４つの異なる倍率における、解像度が３０マイクロメートル（３０μｍ）の、パウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの４つの画像のセットのうちの１つである。
【図１Ｃ】４つの異なる倍率における、解像度が３０マイクロメートル（３０μｍ）の、パウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの４つの画像のセットのうちの１つである。
【図１Ｄ】４つの異なる倍率における、解像度が３０マイクロメートル（３０μｍ）の、パウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの４つの画像のセットのうちの１つである。
【図２】典型的な先行技術、およびパウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの硬度対エイジング時間のグラフである。
【図３】Ａ−Ｃは、４つの先行技術、およびパウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの極限引張強さ、引張降伏強さ、および延性の３つのグラフのセットである。
【図４】高強度アルミニウムを製造するための方法のフローチャートである。
【図５】高強度アルミニウムを製造するための方法のフローチャートである。
【図６】高強度アルミニウムを製造するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、多くの異なる形態での実施形態において可能であり、図面に示され、そして１つ以上の具体的な実施形態において本明細書で詳細に説明されるものであるが、本開示は、本発明の原理の模範例として参酌されるべきであり、示されるおよび説明される特定の実施形態に本発明を限定することは意図していないことが理解されるであろう。以下の記載およびいくつかの図面で、同様の参照符号が、図面の様々な観点において同一の、類似の、または対応する部分を記載するために使用される。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、付加製造によって高強度アルミニウムを製造するための方法が提供される。本発明のさらなる実施形態によれば、３次元（３Ｄ）印刷によって高強度アルミニウムを製造するための方法が提供される。本発明の他の実施形態によれば、製造方法は、アルミニウム合金から高強度アルミニウムを付加製造する工程を含む。本発明のさらなる他の実施形態によれば、アルミニウム合金は、ＡＭＳ４４７１（ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｓａｅ．ｏｒｇ／ａｍｓ４４７１）を含む。ＡＭＳ４４７１は、Ａ２０Ｘ（ｗｗｗ．ａｅｒｏｍｅｔ．ｃｏ．ｕｋ／ａ２０ｘ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）として市販されており、Ｓｉｔｔｉｎｇｂｏｕｒｎｅ，Ｋｅｎｔ，Ｕｎｉｔｅｄ  ＫｉｎｇｄｏｍのＡｅｒｏｍｅｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＬＣ（ｗｗｗ．ａｅｒｏｍｅｔ．ｃｏ．ｕｋ）から入手可能である。
【０００８】
本発明の実施形態は、およそ５２重量キロポンド毎平方インチ（ｋｓｉ）までの降伏強さを提供する。対照的に、先行技術の付加製造されたアルミニウム−シリコン系合金は、およそ２７−３５ｋｓｉまでの降伏強さを有し、先行技術の鍛錬用合金は、およそ４０ｋｓｉとおよそ７０ｋｓｉとの間の降伏強さを有する。
【０００９】
本発明のまたさらなる他の実施例によれば、製造方法は、ほぼ望ましい紛体サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上へと微粒化されているアルミニウムを受け取る工程を含む。本発明のまたさらなる他の実施形態によれば、紛体サイズは少なくともおよそ１０マイクロメートル（１０μｍ）である。本発明の他の実施形態によれば、紛体サイズは、およそ５０マイクロメートル（５０μｍ）以下である。
【００１０】
本発明の実施形態によれば、紛体層の厚さは、少なくともおよそ２０マイクロメートル（２０μｍ）である。本発明の他の実施形態によれば、粉体層の厚さは、およそ５０マイクロメートル（５０μｍ）以下である。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、ビード幅は、少なくともおよそ５０マイクロメートル（５０μｍ）である。本発明の他の実施形態によれば、ビード幅は、およそ５００マイクロメートル（５００μｍ）以下である。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、製造方法は、紛体を焼結する工程を含む。本発明のさらなる実施形態によれば、製造方法は、３Ｄ印刷によって紛体を焼結する工程を含む。本発明のさらなる他の実施形態では、製造方法は、３Ｄ印刷によって、およびに従って、紛体を焼結する工程を含む。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、製造方法は、パウダーベッドレーザー付加製造法（ｐｏｗｄｅｒ  ｂｅｄ  ｌａｓｅｒ  ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）としても、直接金属レーザー焼結法（ｄｉｒｅｃｔ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｔａｌ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）（ＤＬＭＳ）としても知られている、選択的レーザー溶融法（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ）（ＳＬＭ）を含む。本発明の他の実施形態によれば、製造方法は、ＳＬＭ以外の３Ｄ印刷の他のタイプを含む。
【００１４】
本発明のまたさらなる他の実施形態によれば、製造方法は、少なくともおよそ２００ワットのレベルで電力を印加する工程を含む。本発明のまた他の実施形態によれば、製造方法は、およそ６００ワット以下のレベルで電力を印加する工程を含む。
【００１５】
本発明のさらなる他の実施形態によれば、製造方法は、紛体原料を少なくともおよそ１５０ミリメートル／秒の速度で移動させる工程を含む。本発明のさらなる実施形態によれば、製造方法は、紛体原料をおよそ１，３００ミリメートル／秒未満の速度で移動させる工程を含む。
【００１６】
本発明のまた他の実施形態によれば、製造方法は、アルミニウムを後処理するための１つ以上の特定の手順を含む。例えば、製造方法は、望まれるおおよその強度、望まれるおおよその延性、および望まれるおおよその密度のうち１つ以上を達成するためにアルミニウムを後処理するための１つ以上の特定の手順を含む。例えば、望まれるおおよその延性は、およそ１２％の伸びを含む。例えば、望まれるおおよその密度は、およそ９８％よりも高い処理されたままの密度（ａｓ−ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ  ｄｅｎｓｉｔｙ）、およびおよそ１００％以下の後処理密度（ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）のうち１つ以上を含む。
【００１７】
図１Ａ−１Ｄは、５０ｘ、１００ｘ、５００ｘ、１０００ｘのそれぞれの倍率における、解像度が３０マイクロメートル（３０μｍ）の、パウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの４つの画像のセットである。
【００１８】
図１Ａ−１Ｄから分かり得るように、本発明の実施形態に係る製造方法に続いて、結果として生じる材料の完全性と均一性は優れており、間隙がごく少数であるか、まったく間隙が無い。例えば、結果として得られた材料は、およそ９８％よりも高い処理されたままの密度、およびおよそ１００％に等しい後処理密度のうち１つ以上を有する。また、この材料における溶融池のサイズ、均一性および形状は、良好な材料の一貫性および品質を示す。これらの有益な結果は、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）による熱処理または圧密化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）といった後処理を受けなかった材料について示されている。
【００１９】
図２は、典型的なＡ３５６−Ｔ６の先行技術、後処理の前にパウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウム、およびパウダーベッドレーザープロセスおよび熱処理を用いて付加製造された高強度アルミニウムについての、硬度（ビッカース硬さにおける［ＨＶ］）対熱処理時間（時）の１７０℃（セ氏１７０度）の恒温熱処理実験に関するグラフである。
【００２０】
図２から分かり得るように、本発明の実施形態は、現在の３Ｄ印刷において使用される典型的なＡ３５６−Ｔ６よりも、はるかに優れた特性を示す。本発明の実施形態は、典型的な精錬された７０５０−Ｔ７４の性能に近似するが、そうなる一方で、３Ｄ印刷によって達成可能である。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、製造方法は、後処理する工程をさらに含む。本発明のさらなる実施形態によれば、後処理する工程は、付加製造後の高強度アルミニウムの熱処理を含む。本発明のさらなる他の実施形態によれば、後処理する工程は、溶体化処理を用いる、付加製造後の高強度アルミニウムの熱処理を含む。このような溶体化処理は、合金の分離された微細構造の再溶解、および再均質化のうち１つ以上が可能であるため、時おり均質化と呼ばれる。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態によれば、熱処理は、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を用いる。例えば、ＨＩＰは、付加製造された高強度アルミニウムを熱処理および圧力のうち１つ以上の下に置き、これにより、空孔の閉鎖および空隙率の減少のうち１つ以上を実施する。例えば、ＨＩＰは紛体をおよそ１０５，０００，０００パスカル（１０５ＭＰａ）の圧力下、またはおよそ１５，０００ｋｓｉとほぼ同等の圧力下に置く。例えば、ＨＩＰは紛体をおよそ９０ＭＰａとおよそ２００ＭＰａとの間の圧力下に置く。例えば、ＨＩＰは紛体を、少なくともおよそ２時間の間、圧力下に置く。例えば、ＨＩＰは紛体を、およそ４時間以下の間、圧力下に置く。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、加熱処理は、温度ウィンドウ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｗｉｎｄｏｗ）内の熱処理を含む。例えば、ＨＩＰの温度ウィンドウは、およそセ氏５２０度およびおよそセ氏５３８度の温度に制限される。
【００２４】
例えば、均質化熱処理とも言われる溶体化処理は、１時間にほぼ等しい時間ウィンドウ（ｔｉｍｅ  ｗｉｎｄｏｗ）内の熱処理を含む。例えば、熱処理は、３０分にほぼ等しい時間ウィンドウ内の熱処理を含む。
【００２５】
本発明のさらなる他の実施形態によれば、製造方法は、付加製造された高強度アルミニウムを焼入れする工程を含む。本発明のさらなる他の実施形態によれば、後処理する工程は、付加製造された高強度アルミニウムを焼入れする工程を含む。例えば、製造方法は、付加製造された高強度アルミニウムを焼入れすることをさらに含む。例えば、製造方法は、水を用いて、付加製造された高強度アルミニウムを焼入れする工程をさらに含む。例えば、製造方法は、水以外の焼入れ媒体を用いて、付加製造された高強度アルミニウムで焼入れする工程をさらに含む。
【００２６】
例えば、本発明のさらなる他の実施例によれば、製造方法は、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムをエイジングする工程をさらに含む。例えば、本発明のさらなる他の実施形態によれば、後処理する工程は、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムをエイジングすることをさらに含む。例えば、製造方法は、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムを、およそセ氏１７０度の温度でエイジングする工程をさらに含む。例えば、エイジングする工程は、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムを、少なくともおよそ９時間の間エイジングする工程を含む。例えば、エイジングする工程は、およそ１１時間以下の間、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムをエイジングすることを含む。例えば、結果として生じるアルミニウムを、Ｔ６として分類してもよい。
【００２７】
例えば、製造方法は、およそセ氏１７０度の温度で、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムをエイジングする工程をさらに含む。例えば、エイジングの方法は、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムを、少なくともおよそ１４時間の間エイジングすることを含む。例えば、エイジングの方法は、結果として生じる付加製造された高強度アルミニウムを、およそ１６時間以下の間エイジングすることを含む。例えば、結果として生じるアルミニウムを、Ｔ７として分類してもよい。
【００２８】
図３のＡ−Ｃは、４つの先行技術、およびパウダーベッドレーザープロセスを用いて付加製造された高強度アルミニウムの極限引張強さ、引張降伏強さ、および延性に関する典型的な平均値の３つグラフのセットである。
【００２９】
図３のＡは、本発明の実施形態および４つの先行技術のｋｓｉにおける、極限引張強さ（ＵＴＳ）の典型的な平均値のグラフである。第一の先行技術は、付加製造プロセスである選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）によって生産された、アルミニウム合金ＡｌＳｉ１０Ｍｇである。
【００３０】
図３のＡ−Ｃに示された他の３つの先行技術は、付加製造によって生産されない。第二の先行技術は、６０６１−Ｔ６アルミニウム板である。第三の先行技術は、７０７５−Ｔ７３アルミニウム板である。最後の第四の先行技術は、Ａ３５６アルミニウム鋳造合金である。図３のＡは、本発明の実施形態が付加製造された先行技術よりも、高いＵＴＳを有することを示す。図３のＡは、本発明の実施形態が７０７５−Ｔ７３以外の図示される全ての先行技術よりも、実質的に高いＵＴＳを有することも示す。
【００３１】
図３のＢは、本発明の実施形態および４つの先行技術のｋｓｉにおける、引張降伏強さ（ＴＹＳ）の典型的な平均値のグラフである。第一の先行技術は、ここでもＳＬＭによって生産されるアルミニウム合金ＡｌＳｉ１０Ｍｇである。第二の先行技術は、ここでも６０６１−Ｔ６アルミニウム板である。第三の先行技術は、ここでも７０７５−Ｔ７３アルミニウム板である。最後の第四の先行技術は、ここでもＡ３５６アルミニウム鋳造合金である。図３のＢは、本発明の実施形態は、付加製造された先行技術よりも実質的に高いＴＹＳを有することを示す。図３のＢは、本発明の実施形態が７０７５−Ｔ７３以外の図示される全ての先行技術よりも、実質的に高いＵＴＳを有することも示す。
【００３２】
図３のＣは、本発明の実施形態および４つの先行技術の典型的な平均延性（伸び率）のグラフである。第一の先行技術は、ここでもＳＬＭによって生産されるアルミニウム合金ＡｌＳｉ１０Ｍｇである。第二の先行技術は、ここでも６０６１−Ｔ６アルミニウム板である。第三の先行技術は、ここでも７０７５−Ｔ７３アルミニウム板である。最後の第四の先行技術は、ここでもＡ３５６アルミニウム鋳造合金である。図３のＣは、本発明の実施形態は、付加製造された先行技術よりも実質的に高い延性を有することを示す。図３のＣは、本発明の実施形態がＡ３５６アルミニウム鋳造合金よりも実質的に高い延性を有すること、ならびに６０６１−Ｔ６および７０７５−Ｔ７３の先行技術に匹敵する延性を有すことも示す。
【００３３】
図４は、高強度アルミニウムを製造するための方法（４００）のフローチャートである。方法（４００）の工程の順序は、図４に示される順序、または以下の説明に記載される順序に制限されない。いくつかの工程は、最終的な結果に影響を及ぼすことなく、異なる順序で実施される可能性がある。
【００３４】
工程（４１０）で、ほぼ望まれる紛体サイズおよびおおよその形態のうちの１つ以上を有する微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る。その後、コントロールをブロック（４１０）からブロック（４２０）に移す。
【００３５】
工程（４２０）で、紛体が焼結される。その後、ブロック（４２０）は、このプロセスを終了する。
【００３６】
図５は、高強度アルミニウムを製造するための方法（５００）のフローチャートである。方法（５００）の工程の順序は、図５に示される順序、または以下の説明に記載される順序に制限されない。いくつかの工程は、最終的な結果に影響を及ぼすことなく、異なる順序で実施される可能性がある。
【００３７】
工程（５１０）で、ほぼ望まれる紛体サイズおよびおおよその形態のうちの１つ以上を有する微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る。その後、コントロールをブロック（５１０）からブロック（５２０）に移す。
【００３８】
工程（５２０）で、紛体を焼結し、付加製造されたアルミニウムを製造する。その後、コントロールをブロック（５２０）からブロック（５３０）に移す。
【００３９】
工程（５３０）で、付加製造されたアルミニウムは溶体化処理される。その後、コントロールをブロック（５３０）からブロック（５４０）に移す。
【００４０】
工程（５４０）で、付加製造されたアルミニウムは焼入れされる。その後、コントロールをブロック（５４０）からブロック（５５０）に移す。
【００４１】
工程（５５０）で、付加製造されたアルミニウムはエイジングされる。その後、ブロック（５５０）は、このプロセスを終了する。
【００４２】
図６は、高強度アルミニウムを製造するための方法（６００）のフローチャートである。方法（６００）の工程の順序は、図６に示される順序、または以下の説明に記載される順序に制限されない。いくつかの工程は、最終的な結果に影響を及ぼすことなく、異なる順序で実施される可能性がある。
【００４３】
工程（６１０）で、ほぼ望まれる紛体サイズおよびおおよその形態のうちの１つ以上を有する微粒化されたアルミニウム粉体を受け取る。その後、コントロールをブロック（６１０）からブロック（６２０）に移す。
【００４４】
工程（６２０）で、紛体を焼結し、付加製造されたアルミニウムを製造する。その後、コントロールをブロック（６２０）からブロック（６３０）に移す。
【００４５】
工程（６３０）で、付加製造されたアルミニウムは、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を用いて、加熱処理および圧力のうち１つ以上の下に置かれる。その後、コントロールをブロック（６３０）からブロック（６４０）に移す。
【００４６】
工程（６４０）で、付加製造されたアルミニウムはエイジングされる。その後、ブロック（６４０）は、このプロセスを終了する。
【００４７】
本発明の実施形態は、多くの利点を提供する。本発明の実施形態の以前には、（ａ）パウダーベッドプロセスを用いて成功裡に付加製造され得る、および（ｂ）降伏強さの観点から７ｘｘｘシリーズの精錬されたアルミニウムに匹敵する、と知られる方法またはアルミニウム材料はないと思われていた。本発明の実施形態に従って製造された、３Ｄ印刷された高強度アルミニウムにより、多くの産業部門のための低コストで非常に複雑な部品の生産が可能となる。本発明の実施形態によれば、この合金の３Ｄ印刷されたバージョンは、幾何学的形状に応じて、材料の微小構造の改善された均一性を有することが示されている。
【００４８】
本発明の実施形態によって提供される他の利点は、溶質が溶解しないことに伴う問題である溶質偏析が、著しく減少することを含む。銅の偏析の減少は、迅速な均質化を可能にする。銅の偏析の減少は、合金の後処理中の初期溶融も防止する。溶質偏析が減少した結果、本発明の実施形態に係るバルク合金中に溶解していない溶質は、高温状態において短時間で均質化される。迅速な均質化は、熱処理中の高温保持時間がより短いことを意味し、材料の引張強さの要因である元の微細構造の保持に寄与する。
【００４９】
迅速な均質化は、熱間割れの傾向の低減にも寄与し、比較的均一な特性を有する複雑な設計の作製を可能とする。これは、例によって、すなわち、実証用部品を作ることによって検証されている。先行技術の鋳物は、溶融物から凝固速度および凝固順序を決める（ｄｒｉｖｅ）部品形状を有し、次々に可変的な結晶粒組織および不均一特性を生み出す。対照的に、本発明の実施形態は、溶融ゾーン（ｍｅｌｔ  ｚｏｎｅ）が非常に小さく、溶融池のサイズが比較的一定に維持され、より均一な結晶粒構造を生成するため、比較的均一な特性を有する。
【００５０】
本発明の実施形態では、およそ６５ｋｓｉの引張降伏強さ、およびおよそ９９％の密度が提供される。
【００５１】
本発明の実施形態に従い生産されたアルミニウムは、どの既存の付加製造されたアルミニウムよりも高い強度を有する。先行技術の付加製造されたアルミニウム−シリコン系は、およそ２７−３５ｋｓｉまでの降伏強さを有し、従来の鍛錬用合金は、およそ４０ｋｓｉとおよそ７０ｋｓｉとの間の降伏強さを有する一方、本発明の実施形態は、およそ５２ｋｓｉまでの降伏強さを提供する。
【００５２】
鋳造プロセスを用いて生産されたアルミニウムと比較して、本発明の実施形態により生産されたアルミニウムは、微細構造における改善された均一性、改善された機械的性能、および改善された機械的特性のうちの１つ以上も有する。改善された均一性は、顕微鏡写真および走査型電子顕微鏡画像のうち１つ以上を用いる、本発明の実施形態の微細構造に対する定性分析に基づく。先行技術は大きく細長い粒子を含む傾向にあるが、本発明の実施形態は等軸な粒子を含む。改善された機械的特性とは、より良い降伏強さを指す。先行技術の航空宇宙用鋳物は、およそ２７ｋｓｉの典型的な降伏強さを有するが、本発明の実施形態は、およそ５２ｋｓｉの典型的な降伏強さを有する。
【００５３】
本発明の実施形態に従って生産されたアルミニウムは、先行技術の鋳造と比較して、断面厚さを含む幾何学的な変動によってさらに制限される傾向がある複雑な形状もより容易に達成できる。
【００５４】
製造方法は、非常に微細な粒径も結果的にもたらす。例えば、代表的な粒径は、およそ１０マイクロメートル（１０μｍ）以下であり、これは既存の鍛錬および鋳造技術によって達成される粒径よりもはるかに微細である。
【００５５】
本発明の実施形態の他の利点は、結果として生じる材料の完全性が優れており、間隙がごく少数であるか、まったく間隙が無いことである。例えば、結果として生じる材料は、およそ９８％よりも高い処理されたままの密度、およびおよそ１００％に等しい後処理密度のうち１つ以上を有する。およそ９８％より大きい処理された密度の有益な結果は、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）による熱処理または圧密化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）のいずれかの後処理を受けなかった材料について示される。
【００５６】
さらに、本発明の変更等の数は事実上無制限に存在することが当業者によってさらに理解されるであろう。したがって、上記された内容は、実例として解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されないものとする。
【００５７】
上記の代表的な実施形態は例示的な構造における特定の構成要素について記載されているが、異なる構造および／または異なる構成要素を用いて、他の代表的な実施形態を実施され得ることは、当業者によって理解されるだろう。例えば、特定の工程の順序、および特定の構成要素は、本発明の機能を実質的に損なうことなく変更し得ることが、当業者によって理解されるだろう。
【００５８】
本明細書に詳細に記載されてきた代表的な実施形態と開示された内容は、例として提示されたものであり、限定するために提示されたものではない。記載された実施形態の形態と詳細において様々な変更がなされ、本発明の範囲内に同等の実施形態が結果としてもたらされることが、当業者によって理解されるだろう。したがって、上記された内容は、実例として解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されないものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【図６】
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【国際調査報告】
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