(57)【要約】付加製造方法が、部品のＣＡＤファイルを構築界面に沿ってセグメント化して、少なくとも第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとであって、それぞれサイズが付加製造構築チャンバ内に収まるように取られている第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを規定し、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを構築チャンバ内で付加製造し、部品を形成するように第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを接合する、ことを含んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造方法であって、
部品を表わす電子ファイルを構築界面に沿って電子的にセグメント化して、少なくとも第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを規定し、
第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを付加製造構築チャンバ内で製造し、
部品を形成するように第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを接合する、
ことを含むことを特徴とする付加製造方法。
【請求項２】
第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを構築チャンバ内で同時に付加製造することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面を越えて犠牲材料を加えることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
接合中に犠牲材料を取り除くことをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
機械加工作業中に犠牲材料を取り除くことをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面に沿って厚みを加えることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
内部リブに沿って構築界面を画定することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
開口部の周りに構築界面を画定することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
部品に亘って構築界面を画定することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
部品の長手方向長さと交差する構築界面を画定することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
部品の全範囲に沿って構築界面を画定することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
電子ファイルが、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）ファイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとの接合が、溶接を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
付加製造方法であって、
部品を表わす電子ファイルを構築界面に沿って電子的にセグメント化して、少なくとも第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとであって、それぞれサイズが付加製造構築チャンバ内に収まるように取られている第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを規定し、
第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを構築チャンバ内で同時に付加製造する、
ことを含むことを特徴とする付加製造方法。
【請求項１５】
部品を形成するように第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを接合することをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとの接合が、溶接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】
付加製造中に第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面を越えて犠牲材料を加えることをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
接合中に犠牲材料を取り除くことをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
装置であって、
付加プロセスによって製造された部品を含み、付加プロセスが、
部品を表わす電子ファイルを構築界面に沿って電子的にセグメント化して、少なくとも第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを規定し、
第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを付加製造構築チャンバ内で製造し、
部品を形成するように付加製造構築チャンバからの第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを接合する、
ことを含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
部品が、オーグメンター・ベーンを含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概ね、付加製造システムおよびプロセスに関する。
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本出願は、参照することによってその全体を本明細書に援用する２０１３年６月２８日に出願した米国特許出願第６１／８４０，５１７号に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
付加製造プロセスでは通常、３ＤＣＡＤデータとエネルギー源たとえば高出力レーザ・ビームとを用いて三次元金属部品を形成することを、微細な金属粉末を構築チャンバ（通常はＸ、Ｙ、およびＺ寸法に約１５インチ（３８１ｍｍ））内で融合することによって行なう。
【０００４】
多くの航空宇宙用部品、たとえばストラット、支持体、前縁部品および後縁部品（エンジン吸気口セクションに取り付けられる）、ファン・ステータ、コンプレッサ・ステータ、ガイド・ベーン、中間ケース、ミッド・タービン・フレーム、タービン排気ケース、オーグメンター、排気ミキサー、および多くの他のものは、薄い壁を含む傾向があり、薄い壁によってエンクロージャが形成され、エンクロージャを通って冷却孔が設けられている。またこれらの航空宇宙用部品は、それらの外部および／もしくは内部範囲ならびに／または上流もしくは下流端において固定方式が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような航空宇宙用部品の内部および外部の幾何学的形状によって、それらを正確に製造することが難しい場合があり、後で機械加工を必要とする場合がある。さらに加えて、このような航空宇宙用部品の取付け領域は、配向要求を満たすためにさらなるハードウェアを必要とする場合がある。またこのような航空宇宙用部品のサイズが原因で、その製造を付加製造プロセスによって行なうことが難しい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの開示された非限定の実施例により付加製造方法が提供される。この方法は、部品を表わす電子ファイルを構築界面に沿って電子的にセグメント化して、少なくとも第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを規定し、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを付加製造構築チャンバ内で製造し、部品を形成するように第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを接合する、ことを含んでいる。
【０００７】
本開示のさらなる実施例では、本方法は、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを構築チャンバ内で同時に付加製造することを含んでいても良い。
【０００８】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面を越えて犠牲材料を加えることを含んでいても良い。
【０００９】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、接合中に犠牲材料を取り除くことを含んでいても良い。
【００１０】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、機械加工作業中に犠牲材料を取り除くことを含んでいても良い。
【００１１】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面に沿って厚みを加えることを含んでいても良い。
【００１２】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、内部リブに沿って構築界面を画定することを含んでいても良い。
【００１３】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、開口部の周りに構築界面を画定することを含んでいても良い。
【００１４】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、部品に亘って構築界面を画定することを含んでいても良い。
【００１５】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、部品の長手方向長さと交差する構築界面を画定することを含んでいても良い。
【００１６】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、部品の全範囲に沿って構築界面を画定することを含んでいても良い。
【００１７】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、電子ファイルは、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）ファイルであっても良い。
【００１８】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとの接合は、溶接を含んでいても良い。
【００１９】
本開示の別の開示された非限定の実施例により付加製造方法が提供される。この方法は、部品を表わす電子ファイルを構築界面に沿って電子的にセグメント化して、少なくとも第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとであって、それぞれサイズが付加製造構築チャンバ内に収まるように取られている第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを規定することを含んでいる。また本方法は、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを構築チャンバ内で同時に付加製造することを含んでいる。
【００２０】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、部品を形成するように第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを接合することを含んでいても良い。
【００２１】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとの接合は、溶接を含んでいても良い。
【００２２】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、付加製造中に第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面を越えて犠牲材料を加えることを含んでいても良い。
【００２３】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、本方法は、接合中に犠牲材料を取り除くことを含んでいても良い。
【００２４】
本開示の別の開示された非限定の実施例による付加プロセスによって製造される部品が提供される。付加プロセスは、前述した方法ステップのうちの１つまたは複数を含んでいても良いがこれらに限定されない。部品は、オーグメンター・ベーンであっても良いしまたはこれを含んでいても良い。
【００２５】
本開示の前述の実施例のいずれかに属するさらなる実施例では、付加プロセスまたは方法は、第１の部品セグメントおよび／または第２の部品セグメントに構築界面を越えて犠牲材料を加え、第１の部品セグメントと第２の部品セグメントとを犠牲材料が消費されるように接合することを含んでいてもよい。
【００２６】
特に明記のない限り、前述の特徴および要素を、非排他的に種々の組み合わせで組み合わせることを行なっても良い。これらの特徴および要素ならびにそれらの動作は、以下の記載および添付の図面を考慮することでより明らかになる。しかし以下の記載および図面は本質的に典型的で非限定であることが意図されていることを理解されたい。
【００２７】
種々の特徴が、開示された非限定の実施例の以下の詳細な説明から当業者に明らかになる。詳細な説明に付随する図面は、以下のように簡単に説明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】付加製造システムの全体概略図。
【図２】オーグメンターセクションのオーグメンター・ベーンの拡大断面図。
【図３】図２のオーグメンター・ベーンとともに用いる典型的なガスタービンエンジン実施例の全体概略図。
【図４】付加製造方法の流れ図。
【図５】付加製造部品の概略斜視図であり、付加製造部品を通して構築界面が画定され、少なくとも第１の付加製造部品セグメントと第２の付加製造部品セグメントとが規定された図。
【図６】構築チャンバ内の第１の付加製造部品セグメントと第２の付加製造部品セグメントとの概略斜視図。
【図７】構築界面を画定する第１および第２の部品セグメントの拡大概略斜視図。
【図８】構築界面を越えて延在する材料を伴う構築界面を画定する第１および第２の部品セグメントの拡大概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１に、付加製造システム２０を概略的に例示する。システム２０は概ね、構築チャンバ２２とともに、粉末床２４、１つまたは複数のエネルギー源２６（たとえばレーザ）、および制御装置２８（すべて概略的に例示）を含んでいる。本明細書で規定されるように、「付加製造」プロセスには以下のものが含まれることを理解されたい（ただしこれらに限定されない）。選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）、直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）、粉末床電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）、電子ビーム自由形状製造法（ＥＢＦ３）、レーザ・エンジニアド・ネット・シェイプ（ＬＥＮＳ）など。また種々の部品およびサブシステムを付加的にまたは代替的に設けても良いことを理解されたい。
【００３０】
たとえば、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）は自由形状製造の粉末床製造プロセスである。ハードウェアは層単位の方法で積み上げられ、そのプロセスは、ＣＡＤファイルを約２０μｍ（０．８ミル）以上の厚みの層にスライスすることによって開始する。この変更されたＣＡＤファイルを制御装置２６にロードする。制御装置２６は、ハードウェアの構築を一度に一層で行なうことを、新しいＣＡＤファイルによって規定された通りに行なう。電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）は粉末床付加製造プロセスである。しかし、ＥＢＭは電子ビームを用いて、層単位で堆積された粉末金属を真空中で溶融して、３次元部品を積み上げる。ＣＡＤファイルは、５０μｍまたは７０μｍ（２．０ミルまたは２．８ミル）の厚みの層にスライスされ、ＳＴＬファイルとして保存され、そしてＥＢＭ装置にロードされる。電子ビームの形成は、電流をタングステン・フィラメントを通して流して、その両端に電位を形成して電子をもぎ取ることによって行なう。電子は、磁界によって操縦されて構築プレートに集束される。可動部品が無いために、非常に速い走査速度（たとえば、最大で８０００ｍ／ｓ）が可能になる。このようなシステムの実施例は、リヒテンフェルス（Ｌｉｃｈｔｅｎｆｅｌｓ）、ＤＥのコンセプト・レーザ（Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｌａｓｅｒ）およびミュンヘン、ＤＥのＥＯＳ、たとえば、直接金属レーザ焼結法または電子ビーム溶融法によって製造される。当然のことながら、他の種々の例示的な付加製造システムを一緒に用いても良い。
【００３１】
付加製造システム２０は、噴霧された合金粉末材料（たとえば、限定することなく、６２５合金、７１８合金、２３０合金、ステンレス鋼、工具鋼、コバルト・クロム、チタン、ニッケル、アルミニウムなどの噴霧された粉末材料の形態）の層を連続して積み上げる。合金たとえば６２５、７１８、および２３０は、高温環境（たとえば、航空宇宙およびガスタービンエンジン部品が一般的に遭遇する環境など）で動作する部品に対して用いても良い。
【００３２】
図２を参照して、１つの例示的な航空宇宙用部品１００は、たとえば、ガスタービンエンジン１０６（図３に概略的に例示）のオーグメンターセクション１０４またはタービンセクションにおける各ベーン１０２の後縁である。ベーン１０２が周方向に配列されて径方向に固定されることが、中央本体１０８とタービン排気ケース（ＴＥＣ）１１０との間で行なわれている。部分的には、過酷な環境、付随する固定方式に対する厳密な位置合わせ要求、比較的薄い壁、比較的複雑な内部構造およびその構造を通る多数の冷却孔に対する要求に起因して、このような例示的な航空宇宙用部品１００（および他の多くのもの）は、付加製造プロセスによって製造されて有益であるが、このような航空宇宙用部品１００はサイズが著しいために、従来の構築チャンバ内で製造することはできない。すなわち、航空宇宙用部品１００を付加製造方法２００（図４を参照）によって修正しても良い。この方法によって、航空宇宙用部品１００をそれよりも小さい構築チャンバ内で成長させることが容易になるかまたは航空宇宙用部品１００を付加製造することが可能になる。
【００３３】
図４を参照して、付加製造方法２００は最初に、付加製造部品１００のコンピュータ援用設計（ＣＡＤ）ファイルを構築界面１２０（図５に概略的に例示する）に沿ってセグメント化して、少なくとも第１の付加製造部品セグメント１２２と第２の付加製造部品セグメント１２４とであって、それぞれサイズが所定のサイズの付加製造構築チャンバ２２（図６、ステップ２０２を参照）内に収まるように取られている第１の付加製造部品セグメント１２２と第２の付加製造部品セグメント１２４とを規定することを含んでいる。当然のことながら、種々のＣＡＤソフトウェア・パッケージおよびシステムを用いて、付加製造部品１００の事前に設計されたかまたは具体的に生成されたＣＡＤファイルを構築界面１２０に沿ってセグメント化しても良い。すなわち、構築界面１２０は、予め設計された付加製造部品１００に対して後で画定しても良いし、または付加製造部品１００の設計と同時に決定しても良い。また、構築界面１２０を非付加製造部品に対して画定しても良い。なぜならば、複数のセクションを構成することで、部品を付加製造することができるからである。
【００３４】
構築界面１２０の画定は、航空宇宙用部品１００に対する動作上の影響が最小限になるように行なわれる。１つの開示された非限定の実施例では、構築界面１２０は、たとえば、内部リブ１２６（図７を参照）に沿って画定しても良い。別の開示された非限定の実施例では、構築界面１２０は、たとえば、開口部１２８（図７を参照）の周りに画定しても良い。当然のことながら、種々の横方向、長手方向、および他の方位を構築界面１２０によって規定することを、付加製造部品１００の２つ以上のセグメント１２２、１２４が構築チャンバ２２内に収まるように規定され得るように、行なっても良い。
【００３５】
さらに別の開示された非限定の実施例では、セグメント１２２、１２４の１つまたは複数に、構築界面１２０を越えて（たとえば、長手方向および／または横方向に）犠牲材料１３０を加える（図８を参照）。その結果、犠牲材料１３０によってもたらされるセグメントは、最終的な付加製造部品１００よりも概ね大きく、厚く、および／またはそれとは寸法が異なるものとなる。したがって、犠牲材料１３０は構築界面１２０に隣接している。セグメント１２２、１２４の接合をたとえば溶接によって行なうと、その結果、犠牲材料１３０は消費されて、最終的な付加製造部品１００は所望の寸法となり、構成するセグメント１２２、１２４は少なくとも実質的に構築界面に沿って接合されている。また他の消費プロセス（たとえば、機械加工、データミングなど）も、犠牲材料１３０を用いることから利益を得る場合がある。
【００３６】
次に、付加製造システム２０内で利用するためにＣＡＤファイルを処理する（ステップ２０４）。すなわち、ＣＡＤファイルを通常、たとえばステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイル（付加製造システム２０に固有のファイル形式）に変換する。さらに次のことに注意されたい。コンピューティング・デバイスを用いて、種々の機能（たとえば、付加製造システム２０の操作、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）ファイルの処理、ステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）ファイルの変換など）を実行してもよい。当然のことながら、種々の電子ファイルがそのことから利益を得る。ハードウェア・アーキテクチャの点では、このようなコンピューティング・デバイスは、プロセッサ、メモリ、ならびに１つまたは複数の入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）デバイス・インターフェース（ローカル・インターフェースを介して通信可能に結合される）を含むことができる。ローカル・インターフェースは、たとえば限定することなく、１つもしくは複数のバスおよび／または他の有線もしくは無線の接続を含むことができる。ローカル・インターフェースは、さらなる要素（簡単にするために省略する）、たとえばコントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ、および受信機を有して、通信を可能にしても良い。さらに、ローカル・インターフェースは、アドレス、制御装置、および／またはデータ接続を含んで、前述の部品間の適切な通信を可能にしても良い。
【００３７】
次に、第１の付加製造部品セグメント１２２と第２の付加製造部品セグメント１２４とを構築チャンバ２２内で付加製造する（ステップ２０６）。第１の付加製造部品セグメント１２２と第２の付加製造部品セグメント１２４とを、１つの開示された非限定の実施例では、同時に製造しても良いし、あるいは代替的に、複数の第１の付加製造部品セグメント１２２を同時に製造してから、複数の第２の付加製造部品セグメント１２４を同時に製造する。すなわち、セグメント１２２、１２４を構築チャンバ２２内で構築することを、最も効率的な方法で行なっても良い。
【００３８】
最後に、付加製造部品１００を形成するように第１の付加製造部品セグメント１２２と第２の付加製造部品セグメント１２４とを接合する（ステップ２０８）。「接合された」は、本明細書で用いる場合、種々の永続的な取り付け方法（たとえば、溶接、ろう付けなど）を含んでいる。前述した通り、セグメント１２２、１２４の接合をたとえば溶接によって行なうと、含まれていた犠牲材料１３０が消費されて、最終的な付加製造部品１００が、接合されると所望の寸法になる。また当然のことながら、セグメント１２２、１２４を代替的に、他の細部（従来の機械加工された細部または鋳造物を通して製造され得る）と組み合わせて用いて、複合部品を形成しても良い。
【００３９】
用語「ある」および「その」および同様の参照記号を、本明細書における説明の文脈において（特に、以下の請求項の文脈において）用いることは、本明細書で特に断りのない限りまたは文脈と明確に矛盾しない限り、単数および複数の両方に及ぶと解釈すべきである。修飾語「約」を数量と共に用いる場合、記載値を含んでおり、その意味は文脈によって決まる（たとえば、特定の数量の測定に付随する誤差の程度を含む）。本明細書で開示された範囲はすべて端点を含んでおり、端点は互いと独立に結合可能である。当然のことながら、相対位置用語たとえば「前方へ」、「後部に」、「上側の」、「下側の」、「よりも上に」、「よりも下に」などは、構造部材の通常動作姿勢を基準にしており、別の方法で限定するものと考えてはならない。
【００４０】
異なる非限定の実施例が、具体的な例示された部品を有しているが、本発明の実施例はこれらの特定の組み合わせに限定されない。非限定の実施例のいずれかから得られる部品または特徴の一部を、残りの非限定の実施例のいずれかから得られる特徴または部品と組み合わせて用いることができる。
【００４１】
当然のことながら、同様の符号は、対応するかまたは同様の要素を、複数の図面の全体を通して特定している。また当然のことながら、例示した実施例では特定の部品配置が開示されているが、他の配置の場合も利益を得る。
【００４２】
特定のステップ列を図示し、説明し、および請求しているが、当然のことながら、本明細書で説明した列のステップおよび方法は、特に断りのない限り、任意の順番で行なっても良いし、分離しても良いし、または組み合わせても良く、それでも本開示から利益を得る。
【００４３】
前述の記載は、内部の限定によって規定されたものではなく、典型的なものである。種々の非限定の実施例が本明細書で開示されている。しかし当業者であれば分かるように、前述の教示を考慮した種々の変更および変形が添付の請求項の範囲に含まれている。したがって、添付の請求項の範囲では、開示内容を、具体的に記載された通り以外で実施しても良いことを理解されたい。そういう理由から、添付の請求項を検討して真の範囲および内容を決定するべきである。
【図１】
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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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2016534877.tif 000011
2016534877.tif 000012