(57)【要約】      （修正有）【課題】積層造形に関し、構造的に異なる及び／又は組成的に異なる供給材料を堆積させることができる積層造形のための堆積ヘッドの提供。【解決手段】積層造形のための堆積ヘッド１０６は、成長表面１２０に第１の供給材料１４０を堆積させる第１の供給装置１３４、及び成長表面１２０に第２の供給材料１４２を堆積させる第２の供給装置１３６を含む、材料供給装置１１０、並びに成長表面１２０に電磁エネルギー１１４を向ける電磁エネルギー源１１２を備え、電磁エネルギー１１４は、成長表面１２０上に溶融プール１２４を形成し、溶融プール１２４は、溶かされた第１の供給材料及び溶かされた第２の供給材料のうちの少なくとも１つを含み得る堆積ヘッド１０６。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形のための堆積ヘッド（１０６）であって、
材料供給装置（１１０）であって、
成長表面（１２０）に第１の供給材料（１４０）を堆積させる第１の供給装置（１３４）、及び
前記成長表面（１２０）に第２の供給材料（１４２）を堆積させる第２の供給装置（１３６）を備えた、材料供給装置（１１０）、並びに
前記成長表面（１２０）に電磁エネルギー（１１４）を向ける電磁エネルギー源（１１２）を備え、
前記電磁エネルギー（１１４）が、前記成長表面（１２０）上に溶融プール（１２４）を形成し、
前記溶融プール（１２４）が、溶かされた第１の供給材料（１４６）及び溶かされた第２の供給材料（１４８）のうちの少なくとも１つを含む、堆積ヘッド（１０６）。
【請求項２】
前記電磁エネルギー（１１４）を集中させる光学素子（１６０）を更に備える、請求項１に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項３】
前記光学素子（１６０）は、前記電磁エネルギー源（１１２）に対して直線的に移動可能であり、前記電磁エネルギー源（１１２）に対する前記光学素子（１６０）の直線的な移動が、前記溶融プール（１２４）のサイズを調整する、請求項２に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項４】
前記第１の供給材料（１４０）と前記第２の供給材料（１４２）とが異なる、請求項１に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項５】
前記第１の供給材料（１４０）が粉体（１６４）を備え、前記第２の供給材料（１４２）がワイヤー（１６６）を備える、請求項１に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項６】
前記第１の供給材料（１４０）が第１の構成材料（１６８）を含み、前記第２の供給材料（１４２）が第２の構成材料（１７０）を含み、前記第１の構成材料（１６８）と前記第２の構成材料（１７０）とが異なる、請求項１に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項７】
前記材料供給装置（１１０）は、前記成長表面（１２０）に第３の供給材料（１４４）を堆積させる第３の供給装置（１３８）を更に備え、前記溶融プール（１２４）が、前記溶かされた第１の供給材料（１４６）、前記溶かされた第２の供給材料（１４８）、及び溶かされた第３の供給材料（１５０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項８】
前記第１の供給材料（１４０）、前記第２の供給材料（１４２）、及び前記第３の供給材料（１４４）のうちの少なくとも１つが異なる、請求項７に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項９】
前記第１の供給材料（１４０）が粉体（１６４）を備え、前記第２の供給材料（１４２）が第１の直径を有するワイヤー（１６６）を備え、前記第３の供給材料（１４４）が第２の直径を有するワイヤー（１６６）を備え、前記第１の直径と前記第２の直径とが異なる、請求項７に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項１０】
前記第１の供給材料（１４０）が第１の構成材料（１６８）を含み、前記第２の供給材料（１４２）が第２の構成材料（１７０）を含み、前記第３の供給材料（１４４）が第３の構成材料（１７２）を含み、前記第１の構成材料（１６８）、前記第２の構成材料（１７０）、及び前記第３の構成材料（１７２）のうちの少なくとも１つが異なる、請求項７に記載の堆積ヘッド（１０６）。
【請求項１１】
積層造形装置（１０４）であって、
成長表面（１２０）を支持するビルドプラットフォーム（１０８）、及び
前記ビルドプラットフォーム（１０８）に対して移動可能な堆積ヘッド（１０６）を備え、前記堆積ヘッドが、
前記成長表面（１２０）に第１の供給材料（１４０）を堆積させる第１の供給装置（１３４）、
前記成長表面（１２０）に第２の供給材料（１４２）を堆積させる第２の供給装置（１３６）、及び
前記成長表面（１２０）に電磁エネルギー（１１４）を向ける電磁エネルギー源（１１２）を備え、
前記電磁エネルギー（１１４）が、前記成長表面（１２０）上に溶融プール（１２４）を形成し、
前記溶融プール（１２４）が、溶かされた第１の供給材料（１４６）及び溶かされた第２の供給材料（１４８）のうちの少なくとも１つを含む、装置（１０４）。
【請求項１２】
前記堆積ヘッド（１０６）は、前記電磁エネルギー（１１４）を集中させる光学素子（１６０）を更に備え、前記光学素子（１６０）が、前記電磁エネルギー源（１１２）に対して直線的に移動可能であり、前記電磁エネルギー源（１１２）に対する前記光学素子（１６０）の直線的な移動が、前記溶融プール（１２４）のサイズを調整する、請求項１１に記載の装置（１０４）。
【請求項１３】
前記第１の供給材料（１４０）と前記第２の供給材料（１４２）とが、構造的に異なるか又は組成的に異なるかのいずれか一つである、請求項１１に記載の装置（１０４）。
【請求項１４】
前記堆積ヘッド（１０６）は、前記成長表面（１２０）に第３の供給材料（１４４）を堆積させる第３の供給装置（１３８）を更に備え、前記溶融プール（１２４）が、前記溶かされた第１の供給材料（１４６）、前記溶かされた第２の供給材料（１４８）、及び溶かされた第３の供給材料（１５０）のうちの少なくとも１つを含み、前記第１の供給材料（１４０）、前記第２の供給材料（１４２）、及び前記第３の供給材料（１４４）のうちの少なくとも１つが、構造的に異なるか又は組成的に異なるかのいずれか一つである、請求項１１に記載の装置（１０４）。
【請求項１５】
３次元物品を積層造形するための方法（３００）であって、
材料供給装置（１１０）を介して成長表面（１２０）に供給材料（１４０）、（１４２）、（１４４）を堆積させること（３０２）であって、前記供給材料が、第１の供給材料（１４０）、第２の供給材料（１４２）、及び第３の供給材料（１４４）のうちの少なくとも１つを含み、前記第１の供給材料（１４０）、前記第２の供給材料（１４２）、及び前記第３の供給材料（１４４）のうちの少なくとも１つが異なる、堆積させること（３０２）、
前記供給材料（１４０）、（１４２）、（１４４）を電磁エネルギー（１１４）に晒して溶融プール（１２４）を形成すること（３０４）であって、前記溶融プール（１２４）が、溶かされた第１の供給材料（１４６）、溶かされた第２の供給材料（１４８）、及び溶かされた第３の供給材料（１５０）のうちの少なくとも１つを含む、形成すること（３０４）、
前記溶融プール（１２４）のサイズを調整すること（３０８）、並びに
前記溶融プール（１２４）を固めること（３０６）を含む、方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、積層造形に関し、特に、構造的に異なる及び／又は組成的に異なる供給材料を堆積させることができる積層造形のための堆積ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形又は「３Ｄプリンティング」は、３次元物体の３次元モデル又は他のデジタル表現に基づいて、積層造形システム（例えば、３Ｄプリンター）が物体を製作する、製造プロセスである。積層造形システムは、物体が形成されるまで構成材料を物体の形状に堆積させ、又はさもなければ形成することによって、物体を製作又はプリントする。一般的な一実施例では、物体の断面を表す材料の連続的な層が堆積され、材料の堆積された層が融合され、又はさもなければ固められ、最終的な物体を構築する。最終的な３次元物体は、完全に隙間が無く、且つ複雑な形状を含み得る。
【０００３】
典型的な積層造形プロセスは、成長表面上に基材を（例えば、最初は基板上に、その後は以前に堆積された基材の層上に）堆積させること、及びエネルギー源を成長表面上に向け、成長表面上に溶融プール（ｍｅｌｔ  ｐｏｏｌ）を形成することを含む。基材は、溶融プールの中へ堆積され、溶融プールに組み込まれ、追加の材料を物体の層毎（ｌａｙｅｒ‐ｂｙ‐ｌａｙｅｒ）に提供する。
【０００４】
積層造形プロセスの１つのタイプは、大きい溶融プールの堆積を形成する。そのようなプロセスは、ニアネットシェイプ（ｎｅａｒ  ｎｅｔ  ｓｈａｐｅ）を有する物体を素早く生成し得るが、このプロセスは、物体の最終的な３次元形状を取得するために処理後の機械加工を必要とし、物体を生み出すために、実際、時間及び費用がかかる。積層造形プロセスの別の１つのタイプは、小さい溶融プールの堆積を形成する。そのようなプロセスは、物体の最終的な３次元形状を取得するための精密な堆積を可能にし得る（例えば、最終的な機械加工のみを必要とする）が、該プロセスは、遅く且つ最終的な物体を形成するためにマルチプルパス（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｐａｓｓ）を必要とし、物体を生み出すために、実際、時間及び費用がかかる。
【０００５】
したがって、当業者は、３次元物体の積層造形の分野において研究開発の努力を継続している。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、本開示の積層造形のための堆積ヘッドが、成長表面に第１の供給材料を堆積させる第１の供給装置、及び成長表面に第２の供給材料を堆積させる第２の供給装置を含む、材料供給装置、並びに成長表面に電磁エネルギーを向ける電磁エネルギー源を含み、電磁エネルギーは、成長表面上に溶融プールを形成し、溶融プールは、溶かされた第１の供給材料及び溶かされた第２の供給材料のうちの少なくとも１つを含み得る。
【０００７】
別の一実施形態では、本開示の積層造形装置が、成長表面を支持するビルドプラットフォーム、及びビルドプラットフォームに対して移動可能な堆積ヘッドを含み、堆積ヘッドが、成長表面に第１の供給材料を堆積させる第１の供給装置、及び成長表面に第２の供給材料を堆積させる第２の供給装置を含む、材料供給装置、並びに成長表面に電磁エネルギーを向ける電磁エネルギー源を含み、電磁エネルギーは、成長表面上に溶融プールを形成し、溶融プールは、溶かされた第１の供給材料及び溶かされた第２の供給材料のうちの少なくとも１つを含み得る。
【０００８】
更に別の一実施形態では、３次元物品を積層造形するための本開示の方法が、以下のステップを含み得る。すなわち、（１）材料供給装置を介して供給材料を成長表面に堆積させることであって、供給材料が、第１の供給材料、第２の供給材料、及び第３の供給材料のうちの少なくとも１つを含み、第１の供給材料、第２の供給材料、及び第３の供給材料のうちの少なくとも１つが異なっている、堆積させること、（２）供給材料を電磁エネルギーに晒して溶融プールを形成することであって、溶融プールが、溶かされた第１の供給材料、溶かされた第２の供給材料、及び溶かされた第３の供給材料のうちの少なくとも１つを含む、形成すること、並びに（３）溶融プールを固めること、である。
【０００９】
本開示のシステム及び方法の他の実施形態は、以下の詳細な説明、添付の図面、及び別記の特許請求の範囲により、明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の積層造形環境の一実施形態のブロック図である。
【図２】図１の本開示の積層造形装置の一実施形態の概略斜視図である。
【図３】図１の本開示の積層造形装置のための堆積ヘッドの一実施形態の概略側面断面図である。
【図４】本開示の堆積ヘッドの別の一実施形態の概略側面断面図である。
【図５】図４の堆積ヘッドの別の概略側面断面図である。
【図６】図１の物品の成長表面上の溶融プールの一実施形態の概略上面図である。
【図７】３次元物品を積層造形するための本開示の方法の一実施形態のフロー図である。
【図８】航空機の製造及び保守方法のブロック図である。
【図９】航空機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は添付の図面に言及しているが、これら図面は本開示の具体的な実施形態を示している。異なる構造及び作動を有する他の実施形態も、本開示の範囲から逸脱するものではない。類似の参照番号は、別々の図面における同一の要素又は構成要素を表し得る。
【００１２】
図１を参照すると、概して１００で指定された積層造形環境の一実施形態が開示されている。３次元物品は、概して「物品」１０２で指定され、概して「装置」１０４で指定される積層造形装置によって製造され得る。
【００１３】
本明細書で使用されるように、「物品」という用語は、ほぼあらゆる形状又は配置（例えば、複雑な形状及び／又は配置）を有し、積層造形プロセスによって製造される、任意の３次元物体、加工対象物、部品、構成要素、製品、又はそれらと同様なものを指す。積層造形プロセスは、例えば、コンピュータ制御の下で、基材の連続的な層が横たえられる、３次元物品を製造するためのあらゆるプロセス又は作動を含む。
【００１４】
図１及び図２を参照すると、積層造形装置１０４の一実施形態は、堆積ヘッド１０６及びビルドプラットフォーム１０８を含み得る。物品１０２は、製作の間、ビルドプラットフォーム１０８上に支持され得る。ビルドプラットフォーム１０８は、底板、基板、又は任意の他の適切なビルド表面を含み、その上に積層造形される供給材料１１８及び物品１０２の層を支持する。堆積ヘッド１０６は、材料供給装置１１０を含み得る。材料供給装置１１０は、１以上の供給材料１１８（例えば、複数の異なるタイプの基材）を堆積させて成長表面１２０を形成するように構成され得る。堆積ヘッド１０６は、電磁エネルギー源１１２を含み得る。電磁エネルギー源１１２は、供給材料１１８に照射して成長表面１２０上に局所的な溶融プール１２４を形成することができる、電磁エネルギー１１４を生成及び／又は放出し得る。物品１０２は、所定の厚さｔ、面積ａ、及び／又は外形ｃ（図１参照）を有する供給材料１１８の層１２２の連続的な追加によって製造され、層１２２は、電磁エネルギー源１１２から成長表面１２０へ向けられた電磁エネルギー１１４によって溶かされる。
【００１５】
電磁エネルギー１１４は、方向付けられた電磁放射又はエネルギーの集中されたビーム（例えば、エネルギー放射のためのエネルギービーム又はレーザー放射のためのレーザービーム）を含み得る。一般的で非限定的な一実施例として、電磁エネルギー源１１２は、レーザー１２６（例えば、レーザービーム生成器）を含み得る。レーザー１２６は、供給材料１１８を選択的に溶かすことができる、レーザービーム１２８（例えば、電磁エネルギー１１４）を生成及び／又は放出し得る。特定の非限定的な一実施例として、レーザー１２６は、ファイバーレーザー、例えば、５ｋＷのファイバーレーザーを含み得る。別の一般的で非限定的な一実施例として、電磁エネルギー源１１２は、供給材料１１８を選択的に溶かすことができる電子ビーム（例えば、電磁エネルギー１１４）を生成及び／又は放出するように構成された、（明示的には示されていない）電子ビーム生成器を含み得る。
【００１６】
一実施例として、本明細書で開示される積層造形技術（例えば、装置１０４及び／又は方法３００）は、選択的レーザー溶解（「ＳＬＭ」）であり得る。別の一実施例として、本明細書で開示される積層造形技術（例えば、装置１０４及び／又は方法３００）は、選択的レーザー焼結（「ＳＬＳ」）であり得る。別の一実施例として、本明細書で開示される積層造形技術（例えば、装置１０４及び／又は方法３００）は、電子ビーム溶解（「ＥＢＭ」）であり得る。
【００１７】
図２を図１と共に参照すると、一実施例として、１以上の供給材料１１８は、先ず、材料供給装置１１０からビルドプラットフォーム１０８の表面上に堆積され、成長表面１２０を形成し得る。電磁エネルギー１１４は、供給材料１１８、例えば、ビルドプラットフォーム１０８上の選択された場所に向けられ、成長表面１２０上に溶融プール１２４（例えば、供給材料１１８の溶かされた溜り）を形成し得る。１以上の供給材料１１８の後続の層が、以前に成長した（例えば、構築された）材料層上に堆積され、（例えば、溶融プール１２４内で溶かされ、溶液を生成することによって）成長表面１２０上の溶融プール１２４内に統合される。追加の供給材料１１８の導入は、元々の溶融プール１２４の一部分が、溶融プールと成長表面とのインターフェースにおいて固まる（例えば、冷却される）ことを強い、それによって、新しい材料層を形成し、成長表面１２０を構築する。
【００１８】
図２を参照すると、堆積ヘッド１０６は、例えば、物品１０２の製作の間に、成長表面１２０（例えば、物品１０２又はビルドプラットフォーム１０８）に対して移動可能であり得る。成長表面１２０に対する堆積ヘッド１０６の移動は、供給材料１１８の連続的な層形成を促進し及び／又は供給材料１１８を適切に堆積させ、成長表面１２０上に電磁エネルギー１１４を位置決めし及び／又は成長表面１２０上で溶融プール１２４の場所を移動させる。
【００１９】
一実施例として、堆積ヘッド１０６は、成長表面１２０に対して直線的に移動可能である。例えば、堆積ヘッド１０６は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、又はそれらの組み合わせに沿って、直線的に移動され得る。別の一実施例として、堆積ヘッド１０６は、成長表面１２０に対して回転移動が可能である。例えば、堆積ヘッド１０６は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、又はそれらの組み合わせの周りで回転移動され得る。更に別の一実施例として、堆積ヘッド１０６は、成長表面１２０に対して非直線的に移動可能である。例えば、堆積ヘッド１０６は、成長表面１２０に対して自由に移動され、例えば、複雑な形状を有する物品１０２を形成し得る。
【００２０】
装置１０４は、堆積ヘッド駆動機構１３０を含み得る。堆積ヘッド駆動機構１３０は、堆積ヘッド１０６に対して作動可能に連結され得る。一般的で非限定的な実施例として、堆積ヘッド駆動機構１３０は、物品１０２に対する（例えば、成長表面１２０に対する）堆積ヘッド１０６の（例えば、直線的、回転可能、及び／又は非直線的な）動きを駆動するように構成された、任意の適切な機械的、電気機械的、水力的、又は空力的な機構を含み得る。他の一般的で非限定的な実施例として、堆積ヘッド駆動機構１３０は、物品１０２に対して電磁放射源１１２の動きを駆動するように構成された、ロボット機構、エンドエフェクタ、自律走行車、及び／又は他の関連する技術を含み得る。
【００２１】
更に、又は代替的に、ビルドプラットフォーム１０８は、例えば、物品１０２の製作の間に、堆積ヘッド１０６に対して移動可能であり得る。堆積ヘッド１０６に対するビルドプラットフォーム１０８の移動は、供給材料１１８の連続的な層形成を促進し及び／又は成長表面１２０を適切に位置決めし、例えば、供給材料１１８を堆積させ、方向付けられた電磁エネルギー１１４を位置付け、及び／又は溶融プール１２４の場所を移動させる。
【００２２】
一実施例として、ビルドプラットフォーム１０８は、例えば、堆積ヘッド１０６に対して、直線的に移動可能であり得る。例えば、ビルドプラットフォーム１０８は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、又はそれらの組み合わせに沿って、直線的に移動され得る。別の一実施例として、ビルドプラットフォーム１０８は、例えば、堆積ヘッド１０６に対して、回転移動が可能である。例えば、ビルドプラットフォーム１０８は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、又はそれらの組み合わせの周りで、回転移動され得る。更に別の一実施例として、ビルドプラットフォーム１０８は、例えば、堆積ヘッド１０６に対して、非直線的に移動可能である。例えば、ビルドプラットフォーム１０８は、堆積ヘッド１０６に対して、自由に移動され得る。
【００２３】
装置１０４は、ビルドプラットフォーム駆動機構１３２を含み得る。ビルドプラットフォーム駆動機構１３２は、ビルドプラットフォーム１０８に対して作動可能に連結され得る。一般的で非限定的な実施例として、ビルドプラットフォーム駆動機構１３２は、堆積ヘッド１０６に対するビルドプラットフォーム１０８の（例えば、直線的、回転可能、及び／又は非直線的な）動きを駆動するように構成された、任意の適切な機械的、電気機械的、水力的、又は空力的な機構を含み得る。他の一般的で非限定的な実施例として、ビルドプラットフォーム駆動機構１３２は、ビルドプラットフォーム１０８の動きを駆動するように構成された、ロボット機構、エンドエフェクタ、自律走行車、及び／又は他の関連する技術を含み得る。
【００２４】
図３を図１と共に参照すると、堆積ヘッド１０６の一実施形態では、材料供給装置１１０が、第１の供給装置１３４及び第２の供給装置１３６を含み得る。第１の供給装置１３４は、成長表面１２０に第１の供給材料１４０を選択的に堆積させる（例えば、溶融プール１２４に第１の供給材料１４０を導入する）ように構成され得る。第２の供給装置１３６は、成長表面１２０に第２の供給材料１４２を選択的に堆積させる（例えば、溶融プール１２４に第２の供給材料１４２を導入する）ように構成され得る。
【００２５】
別途に示されない限り、「第１」「第２」「第３」などの用語は、本明細書では単に符号として使用され、それらの用語が表すアイテムに順序的、位置的、又は序列的な要件を課すことを意図していない。更に、「第２の」アイテムへの言及は、より低い番号のアイテム（例えば「第１の」アイテム) 及び／又はより高い番号のアイテム（例えば、「第３の」アイテム)の存在を要求せず又は除外しない。
【００２６】
例示的な一実施態様では、第１の供給材料１４０及び第２の供給材料１４２が異なり得る。一般的で非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０及び第２の供給材料１４２は、構造的に異なり得る。特定の非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０は粉体１６４（例えば、金属粉体）を含み、第２の供給材料１４２はワイヤー１６６（例えば、固体金属ワイヤー）を含み得る。一実施例として、金属粉体１６４及び／又は金属ワイヤー１６６は、追加の充填材を有しない純金属材料であり得る。別の一実施例として、金属粉体１６４及び／又は金属ワイヤー１６６は、追加の材料を含み得る。
【００２７】
別の一般的で非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０及び第２の供給材料１４２は、組成的に異なり得る。別の特定の非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０は第１の構成材料１６８を含み、第２の供給材料１４２は第２の構成材料１７０を含み得る（図１参照）。第１の構成材料１６８と第２の構成材料１７０は、異なり得る。一般的で非限定的な実施例として、第１の構成材料１６８及び／又は第２の構成材料１７０は、金属又は金属合金であり得る。特定の非限定的な実施例として、第１の構成材料１６８は、スチール、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、若しくは任意の適切な耐熱金属、及び／又はスチール、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、若しくは任意の適切な耐熱金属に基づく任意の合金を含み得る。特定の非限定的な実施例として、第２の構成材料１７０は、スチール、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、若しくは任意の適切な耐熱金属、及び／又はスチール、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、若しくは任意の適切な耐熱金属に基づく任意の合金を含み得る。
【００２８】
更に別の一般的で非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０及び第２の供給材料１４２は、構造的且つ組成的に異なり得る。更に別の特定の非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０は、第１の構成材料１６８を含む粉体１６４（例えば、スチール粉体）を含み、第２の供給材料１４２は、第２の構成材料１７０を含むワイヤー１６６（例えば、ニッケルワイヤー）を含み得る。
【００２９】
図４を図１と共に参照すると、堆積ヘッド１０６の一実施形態では、材料供給装置１１０が、第３の供給装置１３８を更に含み得る（例えば、材料供給装置１１０が、第１の供給装置１３４、第２の供給装置１３６、及び第３の供給装置１３８を含み得る）。第３の供給装置１３８は、成長表面１２０上に第３の供給材料１４４を選択的に堆積させる（例えば、溶融プール１２４に第３の供給材料１４４を導入する）ように構成され得る。
【００３０】
例示的な一実施態様では、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つが異なり得る。一般的で非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４は、構造的に異なり得る。特定の非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０は粉体１６４（例えば、金属粉体）を含み、第２の供給材料１４２はワイヤー１６６（例えば、固体金属ワイヤー）を含み、第３の供給材料１４４はワイヤー１６６（例えば、固体金属ワイヤー）を含み得る。別の特定の非限定的な一実施例として、第２の供給材料１４２は、第１の直径ｄ１を有するワイヤー１６６（例えば、第１のワイヤー１６６ａ）（図４参照）を含み、第３の供給材料１４４は、第２の直径ｄ２を有するワイヤー１６６（例えば、第２のワイヤー１６６ｂ）（図４参照）を含み得る。第１の直径ｄ１及び第２の直径ｄ２は、異なり得る。例えば、第１のワイヤー１６６ａ（例えば、第２の供給材料１４２）の第１の直径ｄ１は、大きい直径であり、第２のワイヤー１６６ｂ（例えば、第３の供給材料１４４）の第２の直径ｄ２は、小さい直径であり得る（例えば、第１の直径ｄ１は、第２の直径ｄ２よりも大きい）。非限定的な一実施例として、大きい直径は、およそ０．３７５インチを含み得る。非限定的な一実施例として、小さい直径は、およそ０．１００インチを含み得る。金属ワイヤー１６６の他の直径も、考慮される。
【００３１】
本明細書で使用されるように、「少なくとも１つの」は、単一要素、又は複数の要素のあらゆる組み合わせを意味する。例えば、Ｘ、Ｙ、及び／又はＺのうちの少なくとも１つは、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｘ及びＹ、Ｘ及びＺ，Ｙ及びＺ、又はＸ及びＹ及びＺを意味し得る。
【００３２】
別の一般的で非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つは、組成的に異なり得る。別の特定の非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０は第１の構成材料１６８を含み、第２の供給材料１４２は第２の構成材料１７０を含み、第３の供給材料１４４は第３の構成材料１７２を含み得る（図１参照）。第１の構成材料１６８、第２の構成材料１７０、及び／又は第３の構成材料１７２のうちの少なくとも１つは、異なり得る。一般的で非限定的な実施例として、第１の構成材料１６８、第２の構成材料１７０、及び／又は第３の構成材料１７３は、金属又は金属合金であり得る。特定の非限定的な実施例として、第３の構成材料１７２は、スチール、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、若しくは任意の適切な耐熱金属、及び／又はスチール、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、若しくは任意の適切な耐熱金属に基づく任意の合金を含み得る。
【００３３】
更に別の一般的で非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つは、構造的且つ組成的に異なり得る。更に別の特定の非限定的な一実施例として、第１の供給材料１４０は、例えば、金属、第１の構成材料１６８を含む粉体１６４（例えば、金属粉体）を含み、第２の供給材料１４２は、例えば、金属、第１の直径ｄ１を有し第２の構成材料１７０を含むワイヤー１６６（例えば、第１のワイヤー１６６ａ）を含み、第３の供給材料１４４は、例えば、金属、第２の直径ｄ２を有し第３の構成材料１７２を含むワイヤー１６６（例えば、第２のワイヤー１６６ｂ）を含み得る。一実施例として、第１の構成材料１６８、第２の構成材料１７０、及び／又は第３の構成材料１７２のうちの少なくとも１つは、異なり得る。別の一実施例として、第１の直径ｄ１及び第２の直径ｄ２は、異なり得る。更に別の一実施例として、第１の構成材料１６８、第２の構成材料１７０、及び／又は第３の構成材料１７２のうちの少なくとも１つは、異なり、第１の直径ｄ１と第２の直径ｄ２は異なり得る。
【００３４】
異なる構造特性を有する異なる供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４）を導入することの１つの利点は、例えば、形成されている構造用部品１７４のタイプの柔軟性を増加させる能力である。一実施例として、大きい直径ｄ１を有するワイヤー１６６（例えば、第２の供給材料１４２）は、成長表面１２０上に堆積されて、大きい構造用部品１７４（例えば、バルク構造体）を形成し得る。別の一実施例として、小さい直径ｄ２を有するワイヤー１６６（例えば、第３の供給材料１４４）は、成長表面１２０上に堆積されて、小さい構造用部品１７４（例えば、詳細な構造体）を形成し得る。別の一実施例として、粉体１６４（例えば、第１の供給材料１４０）は、成長表面１２０上に堆積されて、細かい構造用部品１７４（例えば、細かい構造の詳細）を形成し得る。
【００３５】
異なる組成特性を有する異なる供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４）を導入することの１つ利点は、例えば、１以上の特定の合金（例えば、２以上の金属又は金属及び非金属から構成された材料）又は超合金（例えば、高性能合金）を生成する能力である。一実施例として、第１の構成材料１６８（例えば、チタニウム）の第１の供給材料１４０（例えば、粉体１６４）及び第２の構成材料１７０（例えば、アルミニウム）の第２の供給材料１４２（例えば、ワイヤー１６６）を溶融プール１２４の中へ導入することは、溶かされた第１の供給材料１４６と溶かされた第２の供給材料１４８を混合させて、特定の合金（例えば、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ））を形成し得る。
【００３６】
別の一実施例として、第１の構成材料１６８（例えば、市販の純チタニウム）の第１の供給材料１４０（例えば、粉体１６４）、第２の構成材料１７０（例えば、アルミニウム）の第２の供給材料１４２（ワイヤー１６６）、及び第３の構成材料１７２（例えば、バナジウム）の第３の供給材料１４４（ワイヤー１６６）を溶融プール１２４の中へ導入することは、溶かされた第１の供給材料１４６、溶かされた第２の供給材料１４８、及び溶かされた第３の供給材料１５０を混合させて、特定の合金（例えば、Ｔｉ６Ａｌ‐４Ｖ）を形成し得る。
【００３７】
異なる組成特性を有する異なる供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４）を導入することの別の１つの利点は、例えば、複数の異なる金属及び／又は異なる合金を含む物品１０２を作り出す能力である。例えば、物品１０２の１以上のビルトアップ層１２２又は物品１０２の特定の部分は、異なる金属、異なる合金、又はそれらの組み合わせを含み得る。
【００３８】
１以上の供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つ）は、異なる供給速度で成長表面１２０上に堆積され（例えば、溶融プールの中へ導入され）得る。本明細書で使用されるように、「供給速度」という用語は、概して、例えば、供給材料の体積及び供給材料の導入速度（例えば、時間の関数としての体積）に基づいて、成長表面上に堆積されている供給材料の量を指す。更に、供給材料１１８の供給速度は、物品１０２の製作の間に変更又は調整され得る。異なる供給材料１１８の供給速度は、例えば、成長表面１２０上の電磁エネルギー１１４のスポットサイズ（例えば、レーザービーム１２８のスポットサイズ）、溶融プール１２４の寸法Ｄ、形成されている特定の構造的特徴１７４、電磁エネルギー源１１２の電力レベル（例えば、レーザー１２６のワット数）、供給材料１１８の構成材料（例えば、第１の構成材料１６８、第２の構成材料１７０、及び／又は第３の構成材料１７２）などによって決定され得る。
【００３９】
物品１０２の製作の間に供給材料１１８の供給速度を変えることの１つの利点は、例えば、異なる供給材料１１８のスループット率を最大化し、物品１０２の製作時間を最小化するために、物品１０２の様々な構造的特徴、すなわち、異なるレベルの複雑さ（例えば、サイズ、形状、詳細など）を有する１以上の構造的特徴１７４を構築する能力である。
【００４０】
異なる組成特性（例えば、異なる構成材料）を有する異なる供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４）を異なる供給速度で導入することの１つの利点は、例えば、物品１０２の製作の間に、物品１０２内で１つの構成材料から異なる構成材料へ（例えば、１つの層１２２から別の層１２２へ）遷移する能力である。例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４の１以上が使用されて、成長表面１２０において特定の（例えば、望ましい）金属又は金属合金を形成し得る（例えば、溶融プール１２４が、溶かされた第１の供給材料１４６、溶かされた第２の供給材料１４８、及び／又は溶かされた供給材料１５０の１以上を含み得る）。物品１０２の構築の間（例えば、連続的な層１２２の形成の間）に、供給材料１１８の少なくとも１つ（例えば、第２の供給材料１４２）の量（例えば、供給速度）が変化して（例えば、増加するか又は減少して）、物品１０２の製作の間に物品１０２内で材料の遷移（例えば、機能的に段階的な遷移）を生み出し得る。非限定的な一実施例として、異なる供給材料１１８の供給速度を変化させることによって、物品１０２が、ステンレススチールからインコネル（例えば、オーステナイトニッケルクロム系超合金の族）へ（例えば、連続的な層１２２を介して）遷移し、機能的に段階的な物品を形成し得る。
【００４１】
異なる組成特性（例えば、異なる構成材料）を有する異なる供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４）を異なる供給速度で導入することの別の１つの利点は、例えば、望ましい合金を形成するために構成材料を混合させることからもたらされる供給材料１１８の無駄の大幅な低減である。例えば、合金の混合が成長表面１２０上（例えば、溶融プール１２４内）で実行されるので、望ましい合金を生み出すために異なる構成材料を混合させることによって余剰の粉体１６４が汚染されることがない。
【００４２】
図３及び図４を図１と共に参照すると、堆積ヘッド１０６は、光学素子１６０を含み得る。光学素子１６０は、電磁エネルギー源１１２と物品１０２（例えば、物品１０２の成長表面１２０）との間に配置され得る。光学素子１６０は、任意の適切なビーム生成光学素子を含み得る。非限定的な一実施例として、光学素子１６０は、精密な光学式ピントグラス（ｇｒｏｕｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｌａｓｓ）を含み得る。非限定的な別の一実施例として、光学素子１６０は、任意の耐熱光学システム（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）を含み得る。
【００４３】
光学素子１６０は、例えば、成長表面１２０上に、電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）を、生成、サイズ決定、及び／又は形作るように構成され得る。例えば、光学素子１６０は、少なくとも部分的に、成長表面１２０における電磁エネルギー１１４のサイズ及び／又は形状を決定し得る。一実施例として、光学素子１６０は、成長表面上の電磁エネルギー１１４のスポット形状（例えば、幾何学的形状）（例えば、レーザービーム１２８のスポット形状）を制御し得る。非限定的な実施例として、成長表面上の電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）のスポット形状は、円形状、卵形状、正方形上、又は矩形状を含み得る。他の幾何学的形状も考慮される。別の一実施例として、光学素子１６０は、成長表面１２０上の電磁エネルギー１１４のスポットサイズ（例えば、円形状スポットの直径、正方形状のスポットの内側直線寸法など）（例えば、レーザービーム１２８のスポットサイズ）を制御し得る。
【００４４】
電磁エネルギー源１１２の電力レベル（例えば、レーザー１２６のワット数）も、少なくとも部分的に、成長表面１２０における電磁エネルギー１１４のサイズ及び／又は形状を決定し得ることを、当業者は理解するだろう。
【００４５】
したがって、光学素子１６０は、少なくとも部分的に、溶融プール１２４のサイズ及び／又は形状を決定し得る。電磁エネルギー源１１２の電力レベル（例えば、レーザー１２６のワット数）も、少なくとも部分的に、溶融プール１２４のサイズ及び／又は形状を決定し得ることを、当業者は理解するだろう。
【００４６】
図６を図１と共に参照すると、溶融プール１２４は、物品１０２を構築する（例えば、層１２２を形成する）ために供給材料１１８が追加されているところの成長表面１２０の一部分を画定し得る。溶融プール１２４は、溶かされた第１の供給材料１４６（例えば、向けられた電磁エネルギー１１４によって溶かされる第１の供給材料１４０）、溶かされた第２の供給材料１４８（例えば、向けられた電磁エネルギー１１４によって溶かされる第２の供給材料１４２）、及び／又は溶かされた第３の供給材料１５０（例えば、向けられた電磁エネルギー１１４によって溶かされる第３の供給材料１４４）のうちの少なくとも１つを含み得る。溶融プール１２４は、サイズ及び／又は形状を含み得る。溶融プール１２４のサイズ及び／又は形状は、少なくとも部分的に、成長表面１２０に向けられた電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）のサイズ及び／又は形状によって決定され得る。
【００４７】
図６で示されるように、非限定的な一実施例として、溶融プール１２４の形状は円形状であり得る。（明示的に示されていない）他の非限定的な実施例として、溶融プール１２４の形状は、正方形状、矩形状、又は卵形状を含み得る。溶融プール１２４の他の幾何学的形状も考慮される。溶融プール１２４の形状は、例えば、光学素子１６０によって制御されて、少なくとも部分的に、成長表面１２０における電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）の形状によって決定され得る。
【００４８】
溶融プール１２４は、例えば、光学素子１６０によって制御されて、成長表面１２０における電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）のサイズに概して対応するサイズを含み得る。溶融プール１２４は、寸法Ｄを含み得る。一実施例として、図６で示されるように、寸法Ｄは、円形状の溶融プール１２４の外周端部の間の直径であり得る。別の一実施例として、寸法Ｄは、正方形状、矩形状、又は卵形状の溶融プール１２４の外周端部の間の直線的な距離（例えば、主要寸法又はマイナー寸法）であり得る。
【００４９】
図５を参照すると、光学素子１６０は、電磁エネルギー源１１２に対して移動可能であり得る。一実施例として、光学素子１６０は、図４及び図５で示されるように、矢印２００によって示される方向において、Ｚ軸（図２参照）に沿って直線的に移動可能である。他の実施例として、光学素子１６０は、Ｘ軸、Ｙ軸、及び／又はＺ軸のうちの少なくとも１つに沿って直線的に移動可能でもあり、Ｘ軸、Ｙ軸、及び／又はＺ軸の周りで回転移動が可能でもあり、及び／又は非直線的に移動可能でもある。電磁エネルギー源１１２に対する光学素子１６０の移動は、電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）を、変形、再サイズ決定、及び／又は再形状化し得る。
【００５０】
図３〜図６を参照すると、光学素子１６０の移動（例えば、電磁エネルギー源１１２又は成長表面１２０に対する光学素子１６０の位置の変化）（図３〜図５参照）は、物品１０２の製作又は物品１０２の特定の構造的特徴１７４の製作の間に、溶融プール１２４のサイズ及び／又は形状を調整し得る（図６参照）。一実施例として、図３及び図４で示される位置などの第１の位置にある光学素子１６０を伴って、電磁エネルギー源１１２は、大きいスポットサイズを有する電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）（図１参照）を方向付け、それによって、図６の破線で示されるように、大きい溶融プール１２４を形成し得る。別の一実施例として、図５で示される位置などの第２の位置にある光学素子１６０を伴って、電磁エネルギー源１１２は、小さいスポットサイズを有する電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）（図１参照）を方向付け、それによって、図６の実線で示されるように、小さい溶融プール１２４を形成し得る。
【００５１】
非限定的な一実施例として、大きい溶融プール１２４は、少なくともおよそ０．３７５インチの寸法Ｄを含み得る。非限定的な別の一実施例として、大きい溶融プール１２４は、およそ０．３７５インチの寸法Ｄを含み得る。非限定的な別の一実施例として、大きい溶融プール１２４は、０．３７５インチより大きい寸法Ｄを含み得る。非限定的な一実施例として、小さい溶融プール１２４は、少なくともおよそ０．０７０インチの寸法Ｄを含み得る。非限定的な別の一実施例として、小さい溶融プール１２４は、およそ０．０７０インチの寸法Ｄを含み得る。非限定的な別の一実施例として、小さい溶融プール１２４は、０．０７０インチより大きい寸法Ｄを含み得る。
【００５２】
成長表面１２０における電磁エネルギー１１４のサイズ及び／又は形状を調整し、それによって、溶融プール１２４のサイズ及び／又は形状を調整することの１つの利点は、例えば、溶融プール１２４のサイズ及び／又は形状を調整して、同じ積層造形プロセスの間に、（例えば、同じ堆積ヘッド１０６及び／又は装置１０４を使用して）堆積スループットを犠牲にすることなく、大きい（例えば、バルク）構造的特徴１７４及び小さい（例えば、詳細な）構造的特徴１７４の両方を製作する能力である。一実施例として、大きい溶融プール１２４は、より多い量の供給材料１１８を受け入れて、大きい構造的特徴１７４を形成し得る。別の一実施例として、小さい溶融プール１２４は、より少ない量の供給材料１１８を受け入れて、細かい構造的特徴１７４を形成し得る。
【００５３】
図３〜図５を図１と共に参照すると、堆積ヘッド１０６は、光学素子駆動機構１６２を含み得る。光学素子駆動機構１６２は、光学素子１６０に対して作動可能に連結され得る。一般的で非限定的な実施例として、光学素子駆動機構１６２は、電磁エネルギー源１１２に対する（及び成長表面１２０に対する）光学素子１６０の（例えば、直線的、回転可能、及び／又は非直線的な）動きを駆動するように構成された、任意の適切な機械的、電気機械的、水力的、又は空力的な機構を含み得る。特定の非限定的な実施例として、光学素子駆動機構１６２は、直線的な駆動モータ（ｌｉｎｅａｒ  ｄｒｉｖｅ  ｍｏｔｏｒ）、ウォームギア、ベルトドライブなどを含み得る。
【００５４】
代替的に、成長表面１２０における電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）の形態、サイズ、及び／又は形状を固定するために、光学素子１６０は、電磁エネルギー源１１２に対して固定され得る。オプションとして、成長表面１２０における電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）の形態、サイズ、及び／又は形状を調整するために、電磁エネルギー源１１２は、光学素子１６０に対して直線的に移動可能であり得る。
【００５５】
オプションとして、（例えば、光学素子１６０の潜在的な過熱に基づいて必要とされる場合に）堆積ヘッド１０６は、光学素子１６に関連付けられた（図示せぬ）冷却機構を含み得る。
【００５６】
図１及び図２を参照すると、装置１０４は、供給材料１１８の源１５２を含み得る。源１５２は、物品１０２の製作の間に堆積ヘッド１０６によって使用されるべき１以上の供給材料１１８を貯蔵するための任意の適切な保存場所を含み得る。例えば、源１５２は、第１の供給材料１４０の第１の源１５４、第２の供給材料１４２の第２の源１５６、及び／又は第３の供給材料１４４の第３の源１５８のうちの少なくとも１つを含み得る。非限定的な一実施例として、第１の源１５４は、例えば、第１の構成材料１６４の粉体１６４の供給量を貯蔵し得る。非限定的な別の一実施例として、第２の源１５６は、例えば、第２の構成材料１７０の、及び／又は第１の直径ｄ１を有する、ワイヤー１６６の供給量を貯蔵し得る。非限定的な別の一実施例として、第３の源１５８は、例えば、第３の構成材料１７２の、及び／又は第２の直径ｄ２を有する、ワイヤー１６６の供給量を貯蔵し得る。
【００５７】
図１の実施例が、供給材料の３つの源を示している一方で、例えば、本明細書で説明される積層造形技術によって物品を製作するために使用される供給材料の異なるタイプの数に応じて、更なる数の源が考慮される。一実施例として、装置１０４は、物品１０２を製作するために使用される、任意の適切な数の様々な構造的及び／又は組成的に異なる供給材料１１８を供給するために、適切な数の源１５２を含み得る。
【００５８】
装置１０４は、移送機構１７８を含み得る。移送機構１７８は、堆積ヘッド１０６へ、例えば、源１５２から材料供給装置１１０へ、供給材料１１８を移送、輸送、又は分配し得る。例えば、移送機構１７８は、第１の源１５４から第１の供給装置１３４へ第１の供給材料１４０を移送する第１の移送機構１８０、第２の源１５６から第２の供給装置１３６へ第２の供給材料１４２を移送する第２の移送機構１８２、及び／又は第３の源１５８から第３の供給装置１３８へ第３の供給材料１４４を移送する第３の移送機構１８４のうちの少なくとも１つを含み得る。非限定的な一実施例として、第１の移送機構１８０は、第１の源１５４から直接的に第１の供給装置１３４へ、粉体１６４を移送するように構成され得る。特定の非限定的な実施例として、第１の移送機構１８０は、材料オーガー（ｍａｔｅｒｉａｌ  ａｕｇｅｒ）、ホッパー、空力的な粉体移送機構、又は他の適切な粉体材料移送装置であり得る。別の非限定的な一実施例として、第２の移送機構１８２は、第２の源１５６から直接的に第２の供給装置１３６へ、ワイヤー１６６（例えば、第１の直径ｄ１を有する第１のワイヤー１６６ａ）を移送するように構成され得る。別の非限定的な一実施例として、第３の移送機構１８４は、第３の源１５８から直接的に第３の供給装置１３８へ、ワイヤー１６６（例えば、第２の直径ｄ１を有する第２のワイヤー１６６ｂ）を移送するように構成され得る。特定の非限定的な実施例として、第２の移送機構１８２及び／又は第３の移送機構１８４は、ピンチローラー、ワイヤー供給装置、空力的なワイヤー移送機構、又は他の適切なワイヤー移送装置であり得る。第２の移送機構１８２及び／又は第３の移送機構１８４は、（図示せぬ）線くせ取り機（ｗｉｒｅ  ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒ）も含み得る。
【００５９】
第１の移送機構１８０は、第１の供給材料１４０の望ましい供給速度を受け入れるように構成され得る。第１の移送機構１８０は、第１の供給材料１４０の望ましい供給速度を調整するように更に構成され得る。非限定的な一実施例として、第１の移送機構１８０は、第１の供給材料１４０（例えば、粉体１６４）を、およそ８ｇ／分の速度で移送し得る。第２の移送機構１８２は、第２の供給材料１４２の望ましい供給速度を受け入れるように構成され得る。第２の移送機構１８２は、第２の供給材料１４２の望ましい供給速度を調整するように更に構成され得る。非限定的な一実施例として、第２の移送機構１８２は、第２の供給材料１４２（例えば、ワイヤー１６６）を、およそ２インチ／分の速度で移送し得る。第３の移送機構１８４は、第３の供給材料１４４の望ましい供給速度を受け入れるように構成され得る。第３の移送機構１８４は、第３の供給材料１４４の望ましい供給速度を調整するように更に構成され得る。非限定的な一実施例として、第３の移送機構１８４は、第３の供給材料１４４（例えば、ワイヤー１６６）を、およそ５インチ／分の速度で移送し得る。第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４の１以上のための他の供給速度も考慮される。
【００６０】
図１及び図２を参照すると、装置１０４は、制御ユニット１７６を含み得る。制御ユニット１７６は、物品１０２の製作の間に、堆積ヘッド１０６及びビルドプラットフォーム１０８と通信し、それらを制御するように構成され得る。一実施例として、制御ユニット１７６は、電磁エネルギー源１１２（例えば、レーザービーム１２８）と通信し、電磁エネルギー１１４の放出を開始及び停止し、電磁エネルギー源１１２の電力レベルを制御などし得る。別の一実施例として、制御ユニット１７６は、堆積ヘッド駆動機構１３０及び／又はビルドプラットフォーム駆動機構１３２と通信して、堆積ヘッド１０６及び／又はビルドプラットフォーム１０８の位置及び／又は移動を制御し得る。別の一実施例として、制御ユニット１７６は、光学素子駆動機構１６２と通信して、光学素子１６０の位置及び／又は移動を制御し得る。別の一実施例として、制御ユニット１７６は、移送機構１７８（例えば、第１の移送機構１８０、第２の移送機構１８２、及び／又は第３の移送機構１８４）と通信して、物品１０２の製作の間に、材料供給装置１１０（例えば、第１の供給装置１３４、第２の供給装置１３６、及び／又は第３の供給装置１３８）に対する供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４）の移送及び／又は供給速度を制御し得る。
【００６１】
図３〜図５を参照すると、堆積ヘッド１０６は、外側ハウジング１８６含み得る。ハウジング１８６は、電磁エネルギー源１１２、光学素子１６０、及び／又は光学素子駆動機構１６２を、例えば、オープンな内側領域内に囲い込み得る。一実施例として、ハウジング１８６は、ノズル本体１８８を画定し、第１の（例えば、上側）端部１９０及び第１の端部１９０とは反対側の第２の（例えば、下側）端部１９２を含み得る。ハウジング１８６は、供給材料１１８の堆積のために第２の端部１９２においてオープンであり得る。電磁エネルギー１１４は、第２の端部１９２を通ってハウジング１８６から抜け出ることができる。
【００６２】
ノズル本体１８８は、材料供給装置１１０を画定し得る。供給材料１１８は、第１の端部１９０においてノズル本体１８８に入り、成長表面１２０上での堆積（例えば、溶融プール１２４への導入）のために、第２の端部１９２において抜け出ることができる。第１の供給装置１３４は、ノズル本体１８８を形成する側壁内に形成された第１のガイド１９４を含み得る。第１のガイド１９４は、例えば、ハウジング１８６の第１の端部１９０から第２の端部１９２へノズル本体１８８を通って（例えば、通って延在するように）形成された、チャネル、管などを含み得る。第１のガイド１９４は、ノズル本体１８８を通る成長表面１２０への第１の供給材料１４０の通過を可能にするように構成され得る。例えば、第１のガイド１９４は、粉体１６４の通過を可能にするように構成され得る。第２の供給装置１３６は、ノズル本体１８８を形成する側壁内に形成された第２のガイド１９６を含み得る。第２のガイド１９６は、例えば、ハウジング１８６の第１の端部１９０から第２の端部１９２へノズル本体１８８を通って（例えば、通って延在するように）形成された、チャネル、管などを含み得る。第２のガイド１９６は、ノズル本体１８８を通る成長表面１２０への第２の供給材料１４２の通過を可能にするように構成され得る。例えば、第２のガイド１９６は、例えば、第１の直径ｄ１を有するワイヤー１６６（例えば、第１のワイヤー１６６ａ）（図４及び図５参照）の通過を可能にするように構成され得る。同様に、第３の供給装置１３８は、ノズル本体１８８を形成する側壁内に形成された第３のガイド１９８を含み得る。第３のガイド１９８は、例えば、ハウジング１８６の第１の端部１９０から第２の端部１９２へノズル本体１８８を通って（例えば、通って延在するように）形成された、チャネル、管などを含み得る。第３のガイド１９８は、ノズル本体１８８を通る成長表面１２０への第３の供給材料１４４の通過を可能にするように構成され得る。例えば、第３のガイド１９８は、例えば、第２の直径ｄ２を有するワイヤー１６６（例えば、第２のワイヤー１６６ｂ）（図４及び図５参照）の通過を可能にするように構成され得る。
【００６３】
成長表面１２０上の供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの１以上）の（明示的に示されていない）堆積角度（例えば、溶融プール１２４の中への導入の角度）は、溶融プール１２４の１以上の特性に影響を与え得る。例えば、堆積角度は、ウェルドパドル（ｗｅｌｄ  ｐｕｄｄｌｅ）（例えば、溶かされた第１の供給材料１４６、溶かされた第２の供給材料１４８、及び／又は溶かされた第３の供給材料１５０のうちの１以上）の品質に影響を与え得る。供給材料１１８の堆積角度は、例えば、堆積ヘッド１０６の構造的な構成（例えば、ノズル本体１８８の構成）、成長表面１２０及び／又は溶融プール１２４に対する堆積ヘッド１０６の方向（例えば、ノズル本体１８８の第２の端部１９２の方向）などによって、制御され又は少なくとも部分的に決定され得る。
【００６４】
図７を参照すると、概して３００で指定された方法の一実施形態が開示されている。方法３００には、本開示の範囲を逸脱することなしに、変更、追加、又は省略が行われ得る。方法３００は、より多い、より少ない、又は他のステップを含み得る。更に、ステップは、任意の適切な順序で実行され得る。
【００６５】
図７を図１とともに参照すると、方法３００は、ブロック３０２で示されるように、供給材料１１８を材料供給装置１１０を通して成長表面１２０上に堆積させるステップを含み得る。一実施例として、供給材料１１８は、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つを含み得る。第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つは、異なり得る。一実施例として、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つは、構造的に異なり得る。別の一実施例として、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つは、組成的に異なり得る。更に別の一実施例として、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つは、構造的に異なり且つ組成的に異なり得る。
【００６６】
方法３００は、ブロック３０４で示されるように、供給材料１１８を電磁エネルギー１１４に晒して、溶融プール１２４を形成するステップを含み得る。溶融プール１２４は、溶かされた第１の供給材料１４６、溶かされた第２の供給材料１４８、及び／又は溶かされた第３の供給材料１５０のうちの少なくとも１つを含み得る。溶融プール１２４は、成長表面１２０上の所定の場所に配置され得る。
【００６７】
方法３００は、ブロック３０６で示されるように、溶融プール１２４を固めるステップを含み得る。溶融プール１２４を固めることは、物品１０２の層１２２の少なくとも一部分を形成し得る。
【００６８】
方法３００は、ブロック３０８で示されるように、溶融プール１２４のサイズを調整するステップを含み得る。一実施例として、溶融プール１２４のサイズ（例えば、溶融プール１２４の寸法Ｄ）（図６参照）は、電磁エネルギー源１１２（例えば、レーザー１２６）及び／又は成長表面１２０に対して光学素子１６０を移動させて、成長表面１２０上の電磁エネルギー１１４（例えば、レーザービーム１２８）のサイズ（例えば、スポットサイズ）を変更することによって、調整され得る。別の一実施例として、溶融プール１２４のサイズは、堆積ヘッド１０６の１以上の作動パラメータを調整（例えば、変更）することによって、調整され得る。一実施例として、溶融プール１２４のサイズは、電磁エネルギー源１１２の電力レベルを変化させる（例えば、増加又は減少させる）ことによって、調整され得る。別の一実施例として、溶融プール１２４のサイズは、供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、及び／又は第３の供給材料１４４のうちの少なくとも１つ）の供給速度を変化させる（例えば、増加又は減少させる）ことによって、調整され得る。
【００６９】
ブロック３０２、３０４、３０６、及び／又は３０８で示されたステップは、成長表面１２０上の１以上の異なる場所で繰り返され、物品１０２の構造的特徴１７４を構築し得る。物品１０２及び／又は物品１０２の構造的特徴１７４は、複数の層１２２によって形成され得る。一実施例として、物品１０２は、概して、（例えば、成長表面１２０のＸＹ平面と直交する）Ｚ軸（図２参照）に沿って、層毎に構築され得る。
【００７０】
本開示の実施例は、図８で示される航空機の製造及び保守方法１１００、並びに図９で示される航空機１２００に照らして説明することができる。製造前の段階では、例示的な方法１１００は、ブロック１１０２で示す航空機１２００の仕様及び設計と、ブロック１１０４で示す材料の調達とを含み得る。製造段階では、ブロック１１０６で示す航空機１２００の構成要素及びサブアセンブリの製造とブロック１１０８で示すシステムインテグレーションとが行われる。その後、航空機１２００はブロック１１１０で示す認可及び納品を経て、ブロック１１１２で示す運航に供される。運航中、航空機１２００は、ブロック１１１４で示す定期的な保守及び点検がスケジューリングされ得る。定期的な保守及び点検は、航空機１２００の１以上のシステムの修正、再構成、改修などを含み得る。
【００７１】
例示的な方法１１００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって実行又は実施され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００７２】
図９に示されるように、例示的な方法１１００によって製造された航空機１２００は、複数の高レベルのシステム１２０４及び内装１２０６を有する機体１２０２を含むことができる。高レベルのシステム１２０４の例には、推進システム１２０８、電気システム１２１０、油圧システム１２１２、及び環境システム１２１４のうちの１以上が含まれる。任意の数の他のシステムも含まれ得る。航空宇宙産業の例を示しているが、本開示の原理は、自動車産業及び船舶産業のような他の産業にも適用され得る。
【００７３】
本書で示され説明されている装置及び方法は、製造及び保守方法１１００の、１以上の任意の段階において用いられ得る。例えば、構成要素及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０６）に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１２００の運航（ブロック１１１２）中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の方法で製作又は製造され得る。また、装置、方法、又はそれらの組み合わせのうちの１以上の実施例は、例えば、航空機１２００の組立てを実質的に効率化するか、又は費用を削減することにより、製造段階（ブロック１１０８及び１１１０）で利用され得る。同様に、装置又は方法の１以上の実施例、又はそれらの組み合わせは、限定するものではないが例としては、航空機１２００の運航（ブロック１１１２）期間中に、及び／又は整備及び保守（ブロック１１１４）で利用され得る。
【００７４】
したがって、本開示の積層造形のための積層造形装置１０４、堆積ヘッド１０６、及び方法３００は、複数のタイプの供給材料１１８（例えば、供給原料）を利用し且つ堆積させて、積層造形プロセスの製作効率に影響を与え得る。１以上の供給材料１１８（例えば、第１の供給材料１４０、第２の供給材料１４２、第３の供給材料１４４など）は、構造的に異なり（例えば、粉体、ワイヤー、又は異なる直径のワイヤーを含み）、組成的に異なり（例えば、異なる構成材料を含み）、又は構造的且つ組成的に異なり得る。このことは、供給材料１１８のタイプ及び量を調整することによって、堆積スループットを犠牲にすることなしに、細かい及び大きい構造的特徴１７４の両方の構築（例えば、製作）を可能にし、且つ積層造形プロセスによって製作される３次元物品１０２の処理後の機械加工を低減させ得る。このことは、異なる材料のタイプ（例えば、合金）の同時の使用をも可能にすることによって、物品１０２全体を通しての機能的に段階的な遷移を達成し得る。
【００７５】
更に、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
条項１
積層造形のための堆積ヘッドであって、
材料供給装置であって、
成長表面に第１の供給材料を堆積させる第１の供給装置、及び
前記成長表面に第２の供給材料を堆積させる第２の供給装置を備えた、材料供給装置、並びに
前記成長表面に電磁エネルギーを向ける電磁エネルギー源を備え、
前記電磁エネルギーが、前記成長表面上に溶融プールを形成し、
前記溶融プールが、溶かされた第１の供給材料及び溶かされた第２の供給材料のうちの少なくとも１つを含む、堆積ヘッド。
条項２
前記電磁エネルギーを集中させる光学素子を更に備える、条項１に記載の堆積ヘッド。
条項３
前記光学素子は、前記電磁エネルギー源に対して直線的に移動可能であり、前記電磁エネルギー源に対する前記光学素子の直線的な移動が、前記溶融プールのサイズを調整する、条項２に記載の堆積ヘッド。
条項４
前記光学素子が、精密な光学式ピントグラスを備える、条項２に記載の堆積ヘッド。
条項５
前記第１の供給材料と前記第２の供給材料とが異なる、条項１に記載の堆積ヘッド。
条項６
前記第１の供給材料が粉体を備え、前記第２の供給材料がワイヤーを備える、条項１に記載の堆積ヘッド。
条項７
前記第１の供給材料が第１の構成材料を含み、前記第２の供給材料が第２の構成材料を含み、前記第１の構成材料と前記第２の構成材料とが異なる、条項１に記載の堆積ヘッド。
条項８
前記材料供給装置は、前記成長表面に第３の供給材料を堆積させる第３の供給装置を更に備え、前記溶融プールが、前記溶かされた第１の供給材料、前記溶かされた第２の供給材料、及び溶かされた第３の供給材料のうちの少なくとも１つを含む、条項１に記載の堆積ヘッド。
条項９
前記第１の供給材料、前記第２の供給材料、及び前記第３の供給材料のうちの少なくとも１つが異なる、条項８に記載の堆積ヘッド。
条項１０
前記第１の供給材料が粉体を備え、前記第２の供給材料が第１の直径を有するワイヤーを備え、前記第３の供給材料が第２の直径を有するワイヤーを備え、前記第１の直径と前記第２の直径とが異なる、条項８に記載の堆積ヘッド。
条項１１
前記第１の供給材料が第１の構成材料を含み、前記第２の供給材料が第２の構成材料を含み、前記第３の供給材料が第３の構成材料を含み、前記第１の構成材料、前記第２の構成材料、及び前記第３の構成材料のうちの少なくとも１つが異なる、条項１０に記載の堆積ヘッド。
条項１２
積層造形装置であって、
成長表面を支持するビルドプラットフォーム、及び
前記ビルドプラットフォームに対して移動可能な堆積ヘッドを備え、前記堆積ヘッドが、
前記成長表面に第１の供給材料を堆積させる第１の供給装置と、
前記成長表面に第２の供給材料を堆積させる第２の供給装置と、
前記成長表面に電磁エネルギーを向ける電磁エネルギー源とを備え、
前記電磁エネルギーが、前記成長表面上に溶融プールを形成し、
前記溶融プールが、溶かされた第１の供給材料及び溶かされた第２の供給材料のうちの少なくとも１つを含む、装置。
条項１３
前記堆積ヘッドは、前記電磁エネルギーを集中させる光学素子を更に備え、前記光学素子が、前記電磁エネルギー源に対して直線的に移動可能であり、前記電磁エネルギー源に対する前記光学素子の直線的な移動が、前記溶融プールのサイズを調整する、条項１２に記載の装置。
条項１４
前記第１の供給材料と前記第２の供給材料とが、構造的に異なるか又は組成的に異なるかのいずれか一つである、条項１２に記載の装置。
条項１５
前記第１の供給材料が第１の構成材料の粉体を備え、前記第２の供給材料が第２の構成材料のワイヤーを備え、前記第１の構成材料と前記第２の構成材料とが異なる、条項１２に記載の装置。
条項１６
前記堆積ヘッドは、前記成長表面に第３の供給材料を堆積させる第３の供給装置を更に備え、前記溶融プールが、前記溶かされた第１の供給材料、前記溶かされた第２の供給材料、及び溶かされた第３の供給材料のうちの少なくとも１つを含み、前記第１の供給材料、前記第２の供給材料、及び前記第３の供給材料のうちの少なくとも１つが、構造的に異なるか又は組成的に異なるかのいずれか一つである、条項１２に記載の装置。
条項１７
３次元物品を積層造形するための方法であって、
材料供給装置を介して成長表面に供給材料を堆積させることであって、前記供給材料が、第１の供給材料、第２の供給材料、及び第３の供給材料のうちの少なくとも１つを含み、前記第１の供給材料、前記第２の供給材料、及び前記第３の供給材料のうちの少なくとも１つが異なる、堆積させること、
前記供給材料を電磁エネルギーに晒して溶融プールを形成することであって、前記溶融プールが、溶かされた第１の供給材料、溶かされた第２の供給材料、及び溶かされた第３の供給材料のうちの少なくとも１つを含む、形成すること、並びに
前記溶融プールを固めることを含む、方法。
条項１８
前記溶融プールのサイズを調整することを更に含む、条項１７に記載の方法。
条項１９
前記第１の供給材料が粉体を備え、前記第２の供給材料が第１の直径を有するワイヤーを備え、前記第３の供給材料が第２の直径を有するワイヤーを備え、前記第１の直径と前記第２の直径とが異なる、条項１７に記載の方法。
条項２０
前記第１の供給材料が第１の構成材料を含み、前記第２の供給材料が第２の構成材料を含み、前記第３の供給材料が第３の構成材料を含み、前記第１の構成材料、前記第２の構成材料、及び前記第３の構成材料のうちの少なくとも１つが異なる、条項１７に記載の方法。
【００７６】
本開示の装置及び方法の様々な実施形態が示され、説明されたが、当業者は、本明細書を読むことで、変形例を想起し得る。本出願は、そのような変形例を含み、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2017014613.tif 000003
【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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【図７】
2017014613.tif 000009
【図８】
2017014613.tif 000010
【図９】
2017014613.tif 000011
【外国語明細書】
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2017014613000002.pdf
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