(57)【要約】三次元構造を加工する方法は、印刷サイトへ金属材料を供給すること、ならびに、前記印刷サイトにおいて前記金属材料の微細構造を、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を制御すること、および、前記印刷サイトへの超音波振動の前記供給を制御することによって規定すること、を含む。
2016535170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元構造を加工する方法であり、
印刷サイトへ金属材料を供給することと、
前記印刷サイトにおいて前記金属材料の微細構造を、
前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を制御することと、
前記印刷サイトへの超音波振動の前記供給を制御することと、によって規定することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記印刷サイトへ前記金属材料を供給することは、前記印刷サイトへ金属粉末を供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記印刷サイトへ前記金属材料を供給することは、前記印刷サイトへ金属ワイヤを供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記印刷サイトへ前記金属材料を供給することは、液体金属噴流を用いることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、前記金属材料を介して加熱エネルギを供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱エネルギは、レーザ光によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱エネルギは、電子ビームによって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記加熱エネルギは、短時間電弧によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記加熱エネルギは、熱源から熱伝導によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、抵抗加熱を用いて、前記印刷サイトにおける前記金属材料を加熱することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記超音波振動は、変換器によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記超音波振動は、バルク弾性波によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記超音波振動は、表面弾性波によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記超音波振動は、位相共役によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記超音波振動は、前記印刷サイト上へ集中されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記超音波振動が有する波長は、前記印刷サイトにおける前記微細構造の大きさに対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記超音波振動は、超音波の定常波場によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記超音波の定常波場が有する波長は、前記印刷サイトにおける前記微細構造の大きさに対応することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記印刷サイトにおける温度を監視することと、
前記温度に基づいて、前記加熱エネルギおよび前記超音波振動の少なくとも一方の供給を制御することと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記印刷サイトにおける微細構造を視覚的に監視することと、
前記温度に基づいて、前記加熱エネルギおよび前記超音波振動の少なくとも一方の供給を制御することと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記微細構造を視覚的に監視することは、電子顕微鏡を用いることを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記微細構造を視覚的に監視することは、Ｘ線顕微鏡を用いることを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記微細構造を規定することは、粒界を規定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記微細構造を規定することは、粒径を規定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記微細構造を規定することは、前記微細構造のためのピン止め点を規定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
加熱エネルギの前記供給は、超音波振動の前記供給と非同時であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
超音波振動の前記供給の少なくとも一部は、加熱エネルギの前記供給の後に起きることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、前記気化可能な冷却剤を噴霧することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、前記気化可能な冷却剤をインクジェットすることを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、液体の冷却剤を前記印刷サイトへ供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記気化可能な冷却剤は、芯（wick）によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記気化可能な冷却剤は、ブラシによって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記気化可能な冷却剤は、管によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、連続的に前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、デジタル的に前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、所定温度を有する前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、水を前記印刷サイトへ供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、液体金属を前記印刷サイトへ前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記液体金属は、リチウムを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記液体金属は、ナトリウムを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記液体金属は、カリウムを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記液体金属は、少なくとも２つの異なる液体金属の複合混合物を含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点は、前記印刷サイトへ供給される前記金属のための所定焼き入れ温度に対応することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４５】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点を変更することをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点を変更することは、前記気化可能な冷却剤の前記組成を変更することを含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点を変更することは、前記気化可能な冷却剤のための供給環境の圧力を変更することを含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分間で、前記気化可能な冷却剤の供給の前記パターンを変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４９】
前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分へ供給される気化可能な冷却剤の量を変化させることを更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項５０】
加熱エネルギの前記供給は、前記気化可能な冷却剤の前記供給と非同時であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項５１】
前記気化可能な冷却剤の前記供給の少なくとも一部は、加熱エネルギの前記供給の後に起きることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項５２】
三次元構造を加工する方法であり、
印刷サイトへ金属材料を供給することと、
前記印刷サイトへ加熱エネルギを供給することと、
前記印刷サイトへ気化可能な冷却剤を供給することと、
前記三次元構造のために微細構造を、
前記印刷サイトにおいて前記金属材料へ前記加熱エネルギを供与することと、
前記気化可能な冷却剤が気化することと、に基づいて規定することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
前記印刷サイトへ前記金属材料を供給することは、前記印刷サイトへ金属粉末を供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記印刷サイトへ前記金属材料を供給することは、前記印刷サイトへ金属ワイヤを供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記印刷サイトへ前記金属材料を供給することは、液体金属噴流を用いることを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、レーザ光を用いることを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、電子ビームを用いることを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５８】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、短時間電弧を用いることを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５９】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、前記金属材料を介して加熱エネルギを供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６０】
前記印刷サイトへ前記加熱エネルギを供給することは、抵抗加熱を用いて、前記印刷サイトにおける前記金属材料を加熱することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６１】
前記加熱エネルギは、熱源から熱伝導によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６２】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、前記気化可能な冷却剤を噴霧することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６３】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、前記気化可能な冷却剤をインクジェットすることを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６４】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、液体冷却剤を前記印刷サイトへ供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６５】
前記気化可能な冷却剤は、芯（wick）によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記気化可能な冷却剤は、ブラシによって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６７】
前記気化可能な冷却剤は、管によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６８】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、連続的に気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項６９】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、デジタル的に前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項７０】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、所定温度を有する前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項７１】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、水を前記印刷サイトへ供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項７２】
前記気化可能な冷却剤を前記印刷サイトへ供給することは、液体金属を前記印刷サイトへ前記気化可能な冷却剤を供給することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項７３】
前記液体金属は、リチウムを含むことを特徴とする請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記液体金属は、ナトリウムを含むことを特徴とする請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
前記液体金属は、カリウムを含むことを特徴とする請求項７２に記載の方法。
【請求項７６】
前記液体金属は、少なくとも２つの異なる液体金属の複合混合物を含むことを特徴とする請求項７２に記載の方法。
【請求項７７】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点は、前記印刷サイトへ供給される前記金属のための所定焼き入れ温度に対応することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項７８】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点を変更することをさらに含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項７９】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点を変更することは、前記気化可能な冷却剤の前記組成を変更することを含むことを特徴とする請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記気化可能な冷却剤の前記沸点を変更することは、前記気化可能な冷却剤のための供給環境の圧力を変更することを含むことを特徴とする請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記気化可能な冷却剤は、リチウムおよびナトリウムの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７８に記載の方法。
【請求項８２】
前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分間で、前記気化可能な冷却剤の供給の前記パターンを変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項８３】
前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分へ供給される気化可能な冷却剤の量を変化させることを更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項８４】
加熱エネルギの前記供給は、前記気化可能な冷却剤の前記供給と非同時であることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項８５】
前記気化可能な冷却剤の前記供給の少なくとも一部は、加熱エネルギの前記供給の後に起きることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項８６】
前記気化可能な冷却剤は、前記印刷サイトに接触するように設置されたヒートパイプ内部に閉じ込められていることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項８７】
前記ヒートパイプは、リチウム流体を利用することを特徴とする請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記微細構造を規定することは、粒界を規定することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項８９】
前記微細構造を規定することは、粒径を規定することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項９０】
前記微細構造を規定することは、前記微細構造のためのピン止め点を規定することを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項９１】
前記印刷サイトは、第１印刷サイトであり、前記金属材料は、金属材料の第１部分であり、前記加熱エネルギは、加熱エネルギの第１量であり、前記気化可能な冷却剤は、第１気化可能な冷却剤であり、
第２印刷サイトへ金属材料の第２部分を供給することと、
前記第２印刷サイトへ加熱エネルギの第２量を供給することと、
前記第２印刷サイトへ第２気化可能な冷却剤を供給することと、を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項９２】
金属材料の前記第１部分は、金属材料の前記第２部分から、金属の量および金属の種類の少なくとも一方において異なることを特徴とする請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
加熱エネルギの前記第１量は、加熱エネルギの前記第２量から、加熱エネルギの供給の継続期間および加熱エネルギの供給の強度の少なくとも一方において異なることを特徴とする請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
前記第１気化可能な冷却剤は、前記第２気化可能な冷却剤から、冷却剤の種類、冷却剤の温度、および冷却剤の量の少なくとも一つにおいて変化することを特徴とする請求項９１に記載の方法。
【請求項９５】
三次元構造を加工する方法であり、
第１印刷サイトへ第１金属材料を供給することと、
前記第１印刷サイトへ加熱エネルギの第１量を供給することと、
前記第１印刷サイトへ第１気化可能な冷却剤を供給することと、
前記第１印刷サイトを撹拌することと、
印刷された金属構造の第１部分を、
前記第１印刷サイトにおいて前記第１金属材料へ加熱エネルギの前記第１量を供与することと、
前記第１印刷サイトを撹拌する間に、前記第１気化可能な冷却剤が気化することと、に基づいて形成することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項９６】
前記第１印刷サイトへ前記第１金属材料を供給することは、前記印刷サイトへ金属粉末を供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記第１印刷サイトへ前記第１金属材料を供給することは、前記印刷サイトへ金属ワイヤを供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項９８】
前記第１印刷サイトへ前記第１金属材料を供給することは、液体金属噴流を用いることを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項９９】
前記印刷サイトへ加熱エネルギの前記第１量を供給することは、前記金属材料を介して加熱エネルギを供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１００】
加熱エネルギの前記第１量は、レーザ光によって前記第１印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０１】
加熱エネルギの前記第１量は、電子ビームによって前記第１印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０２】
加熱エネルギの前記第１量は、短時間電弧によって前記第１印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０３】
加熱エネルギの前記第１量は、熱源から熱伝導によって前記印刷サイトへ供給されることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０４】
前記印刷サイトへ加熱エネルギの前記第１量を供給することは、抵抗加熱を用いて、前記印刷サイトにおける前記金属材料を加熱することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０５】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、変換器によって前記第１印刷サイトへ超音波振動を供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０６】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、バルク弾性波を供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、表面弾性波を供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０８】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、位相共役によって前記第１印刷サイトへ超音波振動を供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１０９】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、前記印刷サイト上へ超音波振動を集中っすることを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１０】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、超音波振動を供給することを含み、
前記超音波振動が有する波長は、前記第１印刷サイトにおける前記微細構造の大きさに対応することを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１１】
前記第１印刷サイトを撹拌することは、超音波の定常波場を生成することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１２】
前記超音波の定常波場が有する波長は、前記第１印刷サイトにおける前記微細構造の大きさに対応することを特徴とする請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
前記第１気化可能な冷却剤を前記第１印刷サイトへ供給することは、前記第１気化可能な冷却剤を噴霧することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１４】
前記第１気化可能な冷却剤を前記第１印刷サイトへ供給することは、前記第１気化可能な冷却剤をインクジェットすることを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１５】
前記第１気化可能な冷却剤を前記第１印刷サイトへ供給することは、液体冷却剤を前記印刷サイトへ供給することを含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１６】
前記第１印刷サイトの異なる部分間で、前記第１気化可能な冷却剤の供給の前記パターンを変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１７】
前記第１印刷サイトの異なる部分へ供給される前記第１気化可能な冷却剤の量を変化させることを更に含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１８】
加熱エネルギの前記第１量の前記供給は、前記第１気化可能な冷却剤の前記供給と非同時であることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１１９】
前記前記第１気化可能な冷却剤の前記供給の少なくとも一部は、加熱エネルギの前記第１量の前記供給の後に起きることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１２０】
加熱エネルギの前記第１量の前記供給は、前記第１印刷サイトの前記撹拌と非同時であることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１２１】
前記第１印刷サイトの前記撹拌の少なくとも一部は、加熱エネルギの前記第１量の前記供給の後に起きることを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１２２】
第２印刷サイトへ、第２金属材料、加熱エネルギの第２量、および第２気化可能な冷却剤を供給することと、
前記第２印刷サイトを撹拌することと、を更に含むことを特徴とする請求項９５に記載の方法。
【請求項１２３】
前記第１金属材料は、前記第２金属材料から、供給される材料の量および供給される材料の種類の少なくとも一方において異なることを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
加熱エネルギの前記第１量は、加熱エネルギの前記第２量から、異なることを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２５】
前記第１気化可能な冷却剤は、前記第２気化可能な冷却剤から、冷却剤の種類、冷却剤の温度、および供給される冷却剤の量の少なくとも一つにおいて異なることを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２６】
前記第１印刷サイトを撹拌する方法は、前記第２印刷サイトを撹拌する方法から異なることを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２７】
前記第１印刷サイトにおける粒パターンは、前記第２印刷サイトにおける粒パターンから異なることを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２８】
前記形成される物体は、前記第１および第２印刷サイトの間で、降伏強度および硬度の少なくとも一方において異なることを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２９】
前記第１印刷サイトへの前記第１冷却剤の供給の間に、前記第１印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を中断することを、更に含むことを特徴とする請求項１２２に記載の方法。
【請求項１３０】
三次元構造を加工するためのシステムであり、
前記構造を支持するための支持部と、
印刷サイトへ金属材料を供与するように構成された材料供給装置と、
前記印刷サイトにおける前記材料を加熱するように構成された加熱エネルギ供給装置と、
前記印刷サイトへ超音波振動を供与するように構成された振動供給装置と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１３１】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ金属粉末を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３２】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ金属ワイヤを供給するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３３】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ液体金属噴流を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３４】
前記加熱エネルギ供給装置は、レーザ光を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３５】
前記加熱エネルギ供給装置は、電子ビームを供与するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３６】
前記加熱エネルギ供給装置は、短時間電弧を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３７】
前記加熱エネルギ供給装置は、電流を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３８】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記印刷サイトを熱源に接触させるように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３９】
前記振動供給装置は、変換器を含むことを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４０】
前記振動供給装置は、バルク弾性波生成器を含むことを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４１】
前記振動供給装置は、表面弾性波生成器を含むことを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４２】
前記振動供給装置は、位相共役を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４３】
前記振動供給装置は、前記超音波振動を集中させるように構成されていることを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４４】
前記振動供給装置は、超音波の定常波場生成器を含むことを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４５】
前記超音波の定常波場が有する波長は、前記印刷サイトにおける前記微細構造の大きさに対応することを特徴とする請求項１４４に記載のシステム。
【請求項１４６】
前記印刷サイトにおける温度を監視するように構成された少なくとも１つのセンサを、更に含むことを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１４７】
前記材料供給装置は、前記温度に基づいて、前記印刷サイトへの材料の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１４６に記載のシステム。
【請求項１４８】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記温度に基づいて、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１４６に記載のシステム。
【請求項１４９】
前記振動供給装置は、前記温度に基づいて、前記印刷サイトへの振動の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１４６に記載のシステム。
【請求項１５０】
前記印刷サイトにおける微細構造の画像を供与するように構成された画像センサ装置を、更に含むことを特徴とする請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１５１】
前記画像センサ装置は、電子顕微鏡を含むことを特徴とする請求項１５０に記載のシステム。
【請求項１５２】
前記画像センサ装置は、Ｘ線顕微鏡を含むことを特徴とする請求項１５０に記載のシステム。
【請求項１５３】
前記材料供給装置は、前記微細構造の画像に基づいて、前記印刷サイドへの材料の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５０に記載のシステム。
【請求項１５４】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記微細構造の画像に基づいて、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５０に記載のシステム。
【請求項１５５】
前記振動供給装置は、前記微細構造の画像に基づいて、前記印刷サイトへの振動の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５０に記載のシステム。
【請求項１５６】
三次元構造を加工するためのシステムであり、
印刷サイトへ金属材料を供給するように構成された材料供給装置と、
前記印刷サイトへ加熱エネルギを供給するように構成された加熱エネルギ供給装置と、
前記印刷サイトへ気化可能な冷却剤を供給するように構成された冷却剤供給装置と、
前記印刷サイトへ超音波振動を供給するように構成された超音波振動供給装置と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５７】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ金属粉末を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１５８】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ金属ワイヤを供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１５９】
前記材料供給装置は、液体金属噴流を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６０】
前記加熱エネルギ供給装置は、レーザ光を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６１】
前記加熱エネルギ供給装置は、電子ビームを供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６２】
前記加熱エネルギ供給装置は、短時間電弧を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６３】
前記加熱エネルギ供給装置は、電流を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６４】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記印刷サイトを熱源に接触させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６５】
前記振動供給装置は、変換器を含むことを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６６】
前記超音波振動供給装置は、バルク弾性波を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６７】
前記超音波振動供給装置は、表面弾性波を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６８】
前記超音波振動供給装置は、位相共役を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１６９】
前記振動供給装置は、前記超音波振動を集中させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７０】
前記超音波振動供給装置は、超音波の定常波場を供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７１】
前記超音波の定常波場が有する波長は、前記印刷サイトにおける前記微細構造の大きさに対応することを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７２】
前記冷却剤供給装置は、前記気化可能な冷却剤を噴霧するように構成された噴霧器を含むことを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７３】
前記冷却剤供給装置は、前記気化可能な冷却剤をインクジェットするように構成されたインクジェット装置を含むことを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７４】
前記冷却剤供給装置は、液体の冷却剤を前記印刷サイトへ供与するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７５】
前記冷却剤供給装置は、前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分間で、前記気化可能な冷却剤の供給の前記パターンを変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７６】
前記冷却剤供給装置は、前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分へ供給される気化可能な冷却剤の前記量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７７】
前記材料供給装置は、第１および第２印刷サイトの間で、供給される材料の前記量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７８】
前記加熱エネルギ供給装置は、第１および第２印刷サイトの間で、供給される加熱エネルギの前記量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１７９】
前記冷却剤供給装置は、第１および第２印刷サイトの間で、供給される気化可能な冷却剤の前記量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１８０】
前記超音波振動供給装置は、第１および第２印刷サイトの間で、供給される超音波振動の前記量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１８１】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記冷却剤供給装置が前記印刷サイトへ前記気化可能な冷却剤を供給している間に、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を中断するように構成されていることを特徴とする請求項１５６に記載のシステム。
【請求項１８２】
三次元構造を形成する方法であり、
第１印刷サイトへ、材料、加熱エネルギ、および振動を供給して、前記第１サイトにおける第１粒構造を規定することと、
第２印刷サイトへ、材料、加熱エネルギ、および振動を供給して、前記第２サイトにおける第２粒構造を規定することと、を含み、
前記第１粒構造に相対的に前記第２粒構造を変更するように、前記第１および第２印刷サイトの間で前記供給される材料、加熱エネルギ、および振動の少なくとも１つは、異なっていることを特徴とする方法。
【請求項１８３】
前記第１印刷サイトへ供給される材料の量は、前記第２印刷サイトへ供給される材料の量から、異なっていること特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８４】
前記第１印刷サイトへ供給される加熱エネルギの量は、前記第２印刷サイトへ供給される加熱エネルギの量から、異なっていること特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８５】
前記第１印刷サイトへ供給される前記振動は、前記第２印刷サイトへ供給される前記振動から、異なっていること特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８６】
材料は、前記第１および第２印刷サイトへ金属粉末として供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８７】
材料は、前記第１および第２印刷サイトへ金属ワイヤとして供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８８】
材料は、前記第１および第２印刷サイトへ液体金属として供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１８９】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ前記材料によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９０】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへレーザ光によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９１】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ電子ビームによって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９２】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ短時間電弧によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９３】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ熱源から熱伝導によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９４】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ電流によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９５】
振動は、前記第１および第２印刷サイトへバルク弾性波によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９６】
振動は、前記第１および第２印刷サイトへ表面弾性波によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９７】
振動は、前記第１および第２印刷サイトへ定常波場によって供給されることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９８】
振動は、前記第１および第２印刷サイト上へ集中させられることを特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項１９９】
前記第１および第２印刷サイトへ気化可能な冷却剤を供給することを、更に含み、
前記第１印刷サイトへ供給される気化可能な冷却剤の量は、前記第２印刷サイトへ供給される気化可能な冷却剤の量から、異なっていること特徴とする請求項１８２に記載の方法。
【請求項２００】
前記気化可能な冷却剤は、前記第１および第２印刷サイトへ噴霧装置によって供給されることを特徴とする請求項１９９に記載の方法。
【請求項２０１】
前記気化可能な冷却剤は、前記第１および第２印刷サイトへインクジェット装置によって供給されることを特徴とする請求項１９９に記載の方法。
【請求項２０２】
前記気化可能な冷却剤は、前記第１および第２印刷サイトへ管によって供給されることを特徴とする請求項１９９に記載の方法。
【請求項２０３】
三次元構造を加工するためのシステムであり、
印刷サイトへ金属材料を供給するように構成された材料供給装置と、
前記印刷サイトへ加熱エネルギを供給するように構成された加熱エネルギ供給装置と、
前記印刷サイトへ気化可能な冷却剤を供給するように構成された冷却剤供給装置と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０４】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ金属粉末を供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２０５】
前記材料供給装置は、前記印刷サイトへ金属ワイヤを供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２０６】
前記材料供給装置は、液体金属噴流を供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２０７】
前記材料供給装置は、レーザ光を供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２０８】
前記加熱エネルギ供給装置は、電子ビームを供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２０９】
前記加熱エネルギ供給装置は、短時間電弧を供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１０】
前記加熱エネルギ供給装置は、電流を供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１１】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記印刷サイトを熱源に接触させるように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１２】
前記冷却剤供給装置は、前記気化可能な冷却剤を噴霧するように構成された噴霧器を含むことを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１３】
前記冷却剤供給装置は、前記気化可能な冷却剤をインクジェットするように構成されたインクジェット装置を含むことを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１４】
前記冷却剤供給装置は、液体の冷却剤を前記印刷サイトへ供与するように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１５】
前記冷却剤供給装置は、前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分間で、前記気化可能な冷却剤の供給の前記パターンを変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１６】
前記冷却剤供給装置は、前記印刷サイトにおける前記金属の異なる部分へ供給される気化可能な冷却剤の前記量を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１７】
前記印刷サイトにおける温度を監視するように構成された少なくとも１つのセンサを、更に含むことを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２１８】
前記材料供給装置は、前記温度に基づいて、前記印刷サイトへの材料の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２１７に記載のシステム。
【請求項２１９】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記温度に基づいて、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２１７に記載のシステム。
【請求項２２０】
前記冷却剤供給装置は、前記温度に基づいて、前記印刷サイトへの気化可能な冷却剤の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２１７に記載のシステム。
【請求項２２１】
前記印刷サイトにおける微細構造の画像を供与するように構成された画像センサ装置を、更に含むことを特徴とする請求項２０３に記載のシステム。
【請求項２２２】
前記画像センサ装置は、電子顕微鏡を含むことを特徴とする請求項２２１に記載のシステム。
【請求項２２３】
前記画像センサ装置は、Ｘ線顕微鏡を含むことを特徴とする請求項２２１に記載のシステム。
【請求項２２４】
前記材料供給装置は、前記微細構造の画像に基づいて、前記印刷サイトへの材料の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２２１に記載のシステム。
【請求項２２５】
前記加熱エネルギ供給装置は、前記微細構造の画像に基づいて、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２２１に記載のシステム。
【請求項２２６】
前記冷却剤振動供給装置は、前記微細構造の画像に基づいて、前記印刷サイトへの気化可能な冷却剤の前記供給を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２２１に記載のシステム。
【請求項２２７】
三次元構造を形成する方法であり、
第１印刷サイトへ、材料、加熱エネルギ、および気化可能な冷却剤を供給して、前記第１サイトにおける第１粒構造を規定することと、
第２印刷サイトへ、材料、加熱エネルギ、および気化可能な冷却剤を供給して、前記第２サイトにおける第２粒構造を規定することと、を含み、
前記第１粒構造に相対的に前記第２粒構造を変更するように、前記第１および第２印刷サイトの間で前記供給される材料、加熱エネルギ、および気化可能な冷却剤の少なくとも１つは異なっていることを特徴とする方法。
【請求項２２８】
前記第１印刷サイトへ供給される材料の量は、前記第２印刷サイトへ供給される材料の量から、異なっていること特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２２９】
前記第１印刷サイトへ供給される加熱エネルギの量は、前記第２印刷サイトへ供給される加熱エネルギの量から、異なっていること特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３０】
前記第１印刷サイトへ供給される気化可能な冷却剤の量は、前記第２印刷サイトへ供給される気化可能な冷却剤の量から、異なっていること特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３１】
材料は、前記第１および第２印刷サイトへ金属粉末として供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３２】
材料は、前記第１および第２印刷サイトへ金属ワイヤとして供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３３】
材料は、前記第１および第２印刷サイトへ液体金属として供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３４】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ前記材料によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３５】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへレーザ光によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３６】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ電子ビームによって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３７】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ短時間電弧によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３８】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ熱源から熱伝導によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２３９】
加熱エネルギは、前記第１および第２印刷サイトへ電流によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２４０】
前記気化可能な冷却剤は、前記第１および第２印刷サイトへ噴霧装置によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２４１】
前記気化可能な冷却剤は、前記第１および第２印刷サイトへインクジェット装置によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【請求項２４２】
前記気化可能な冷却剤は、前記第１および第２印刷サイトへ管によって供給されることを特徴とする請求項２２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、（三次元（３Ｄ）印刷とも言われる）付加製造の分野一般に関する。付加製造は、試作品を迅速に作製する選択肢としてだけでなく、最終製品を製造する選択肢としても、近年より普及してきている。ポリマー物体の作製により広く用いられている一方、最新の進展は、付加製造を金属物体の作製に用いることを可能にしてきている。
【発明の概要】
【０００２】
一実施形態が関する方法は、三次元構造を加工する方法であり、印刷サイトへ金属材料を供給することと、前記印刷サイトにおいて前記金属材料の微細構造を、前記印刷サイトへの加熱エネルギの前記供給を制御することと、前記印刷サイトへの超音波振動の前記供給を制御することと、によって規定することと、を含む方法。
【０００３】
別の一実施形態が関する方法は、三次元構造を加工する方法であり、印刷サイトへ金属材料を供給することと、前記印刷サイトへ加熱エネルギを供給することと、前記印刷サイトへ気化可能な冷却剤を供給することと、前記金属構造のために微細構造を、前記印刷サイトにおいて前記金属材料へ前記加熱エネルギを供与することと、前記気化可能な冷却剤が気化することと、に基づいて規定することと、を含む方法。
【０００４】
別の一実施形態が関する方法は、三次元構造を加工する方法であり、第１印刷サイトへ第１金属材料を供給することと、前記第１印刷サイトへ加熱エネルギの第１量を供給することと、前記第１印刷サイトへ第１気化可能な冷却剤を供給することと、前記第１印刷サイトを撹拌することと、印刷された金属構造の第１部分を、前記第１印刷サイトにおいて前記第１金属材料へ加熱エネルギの前記第１量を供与することと、前記第１印刷サイトを撹拌する間に、前記第１気化可能な冷却剤が気化することと、に基づいて形成することと、を含む方法。
【０００５】
別の一実施形態が関するシステムは、三次元構造を加工するためのシステムであり、前記構造を支持するための支持部と、印刷サイトへ金属材料を供与するように構成された材料供給装置と、前記印刷サイトにおける前記材料を加熱するように構成された加熱エネルギ供給装置と、前記印刷サイトへ超音波振動を供与するように構成された振動供給装置と、を備えるシステム。
【０００６】
別の一実施形態が関するシステムは、三次元構造を加工するためのシステムであり、印刷サイトへ金属材料を供給するように構成された材料供給装置と、前記印刷サイトへ加熱エネルギを供給するように構成された加熱エネルギ供給装置と、前記印刷サイトへ気化可能な冷却剤を供給するように構成された冷却剤供給装置と、前記印刷サイトへ超音波振動を供給するように構成された超音波振動供給装置と、を備えるシステム。
【０００７】
別の一実施形態が関する方法は、三次元構造を形成する方法であり、第１印刷サイトへ、材料、加熱エネルギ、および振動を供給して、前記第１サイトにおける第１粒構造を規定することと、第２印刷サイトへ、材料、加熱エネルギ、および振動を供給して、前記第２サイトにおける第２粒構造を規定することと、を含み、前記第１粒構造に相対的に前記第２粒構造を変更するように、前記第１および第２印刷サイトの間で前記供給される材料、加熱エネルギ、および振動の少なくとも１つは、異なっている方法。
【０００８】
上述の要約は、例示的なものに過ぎず、何ら限定を意図されたものではない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、更なる態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の詳細な説明によって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る三次元構造を加工するためのシステムの概略斜視図である。
【図２】一実施形態に係る図１のシステムの印刷装置の概略側面図である。
【図３】別の一実施形態に係る図１のシステムの印刷装置の概略側面図である。
【図４】別の一実施形態に係る図１のシステムの印刷装置の概略側面図である。
【図５】一実施形態に係る三次元構造の微細構造の概略図である。
【図６】一実施形態に係る三次元構造を加工するための装置のための制御システムのブロック図である。
【図７】一実施形態に係る三次元構造を加工する方法の流れ図である。
【図８】別の一実施形態に係る三次元構造を加工する方法の流れ図である。
【図９】別の一実施形態に係る三次元構造を加工する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔詳細な説明〕
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を構成する添付図面が参照される。図面において、文脈上記載のない限り、類似の符号は、典型的には、類似の構成要素を特定する。詳細な説明における例示の実施形態、図面およびクレームは、限定的に解釈されるべきではない。本明細書に提示される主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、他の変更がなされてもよい。
【００１１】
付加製造という処理（process）において、物体は、所望の幾何学形状が典型的には、コンピュータファイルから読み取られ、一連の薄層内へ幾何学形状を外挿することによって再構成されながら、一層ずつ構築される。層は、積層プロセスと共に、切断および結合されてもよく、物質（substance）を部分選択的に硬化することによって形成されてもよく（例えば、光造形法など）、粉末材料を一緒に溶融またはさもなければ溶解することによる粉末材料から固形の塊への転換によって形成されてもよい（例えば、選択的レーザ焼結、溶解堆積、レーザ堆積など）。最新の付加製造プロセスによって作成される物体はたいてい、最終製品として用いられるのに適した材料特性を有さない。むしろ、物体はたいてい、展示品または試作品および構想検証目的に適している。
【００１２】
図全般を参照して、付加製造処理で金属物体を加工するためのシステムおよび方法を示す。一部の実施形態において、付加製造は、完成された物体を最終的に形成するために、次々に様々な印刷サイト（site）またはエリア（area）に材料を堆積することによって、物体を形成するために用いられている。付加製造処理は、加熱エネルギ、材料、冷却、および他の処置（processing）の供給が、個々の印刷サイト毎（あるいは、個々の印刷サイト内側のサブエリア）に局所的に制御されるように、構成されることができる。それ故、加工された物体の微細構造は、印刷サイト毎に制御されてもよく、かつ／または、所望の粒径、位相密度、不純物密度、ピン止め点の分布または他の特徴を得るために、印刷サイト間で変更されてもよい。このように、加工された物体は、より多くの従来処理で供給される物体と相対的に、優れた材料特性を有するように設計されることが可能である。
【００１３】
以下に図１を参照して、金属構造を加工するために構成された印刷システム１０（例えば、付加製造システムなど）が、一実施形態に基づき示される。印刷システム１０は、制御システム１４により運転される印刷装置１２（例えば、付加または３Ｄ印刷装置など）を含む。印刷システム１０は、３Ｄ−コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のようなデジタルデータを用いて物体１８を形成することができる。制御システム１４は、追加命令またはデータを補助システム１６から受信してもよい。補助システム１６は、例えば、ＣＡＤモデルおよび／または他の制御データを収容する外部ドライブまたはストレージ装置であってもよい。ＣＡＤモデルは、適していればどのようなＣＡＤプログラムで生成されてもよく、適していればどのようなデジタルファイルフォーマットで記憶されてもよい。様々な代替実施形態によれば、制御システム１４および補助システム１６の一方または両方は、装置１２に一体化されることもできる。
【００１４】
一実施形態によれば、印刷装置１２は、枠２０と、位置決めシステム２４を介して枠２０に相対的に運動可能な供給装置２２と、を含む。印刷装置１２は、物体１８を形成するための材料（例えば、粉末金属、金属ワイヤ、液体金属など）、ならびに加熱エネルギ、冷却、撹拌（agitation）、または他の材料を処理する手段を供給するように構成された供給装置を多数含んでもよく、より詳細には以下に説明する。印刷装置１２は、一連の印刷サイト１９（例えば、印刷ゾーンまたはエリア、稼働ゾーン、供給ゾーン、加工ゾーンなど）に材料を供給および処理することによって、物体１８を形成する。物体１８は、印刷装置１２の内部３８内に形成される。内部３８は、側壁３６によって規定される。一実施形態によれば、内部３８は、封止された内部であってもよく、封止された内部は、周囲の環境の特徴から異なる特徴を有することができる。例えば、内部３８の温度、圧力、または他の特徴（例えば、大気ガスの組成など）は、物体１８の改良された加工を促進するように制御さえることができる。一実施形態によれば、内部３８は、不完全な真空または、不活性ガス（例えば、アルゴン、ヘリウムなど）の大気に保たれることができる。
【００１５】
一実施形態によれば、位置決めシステム２４は、供給装置２２を位置決めするように構成されており、例えば、制御システム１４から印刷装置１２へ供与される座標を用いる。位置決めシステム２４は、運搬システム２６を介して運動可能な供給装置２２で、デカルト座標系を用いることができる。運搬システム２６は、Ｘ方向を向くレールおよびＹ方向を向くレール（Ｘ−Ｙ水平運動を可能にする）と、垂直調整部材２８（Ｚ方向垂直運動を可能にする）と、を含む。
【００１６】
物体１８は、物体支持台（platform）３０によって支持されており、物体支持台３０は、枠２０によって同様に支持されている。台３０は、位置決めシステム３２を介して枠２０に連結されることができる。位置決めシステム３２は、制御システム１４から印刷装置１２へ供与される座標を用いて、支持台３０を位置決めするように構成されてもよい。一実施形態によれば、支持台３０は、運搬システム３４を通じて水平ＸＹ平面で枠２０に相対的に運動可能である。更なる一実施形態によれば、支持台３０は更に、垂直調整部材（例えば、垂直調整部材２８と同様の垂直調整部材など）を用いて垂直方向に運動可能である。別の一実施形態によれば、支持台３０は、運動可能でなくてもよく、代わりに枠２０に堅固に連結されていてもよい。
【００１７】
別の一実施形態によれば、Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系を用いるのではなく、位置決めシステム２４および３２は、供給装置２２および／または支持台３０を位置決めするために、円筒座標系のような代替座標系を用いてもよい。別の実施形態によれば、位置決めシステム２４および３２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸、または他の位置決め軸のどれかについて、支持台３０または供給装置２２を傾けたり回転したりするように構成されてもよい。
【００１８】
位置決めシステム２４、３２は、物体１８の３Ｄ印刷の間、供給装置２２に相対的に物体１８を正確に位置決めするように構成されている。物体１８は、印刷サイト１９に供給装置２２によって物体１８へ選択的に加えられている材料で、付加処理を通じて形成されている。加えられた材料は、隣接する印刷サイトの材料（例えば、別平面上の印刷サイト１９の下方の材料、同一平面上の印刷サイト１９を囲む材料など）と結合または溶解されて、固形の物体を形成する。
【００１９】
以下に図２を参照して、印刷装置５０が、レーザ堆積装置として一実施形態に基づき示される。印刷装置５０は、システム１０のような３Ｄ印刷システムまたは同様のシステム内に内蔵されることができる。印刷装置５０は、台５４が支持する物体５２を形成する。物体５２は、第１供給装置５８から第５４へ供給される材料５６から形成されている。材料５６は、（例えばレーザ光を介してなど）第１供給装置５８から印刷サイト６０へ供給される加熱エネルギ６２により溶融されている。一実施形態によれば、材料５６は、加熱エネルギ６２（例えば、放射エネルギとして供与される熱またはエネルギなど）によって溶融されることができ、第２供給装置６６から印刷サイト６０へ供給される冷却剤６４、および／または、撹拌装置６８として示される変換器によって生成される超音波振動のようなエネルギと共に加熱エネルギ６２を適用する間および／または後に、処理されることができる。印刷サイト６０における形成中の材料５６の処理は、材料５６の所望の微細構造の形成を制御することを可能にする。
【００２０】
一実施形態によれば、材料５６は、粉末金属材料（例えば、工具鋼、ステンレス鋼（例えば、４２０、３１６、３０４など）、ニッケル合金、コバルト合金、チタン合金など）であったり、を含んだりする。粉末金属は、第１供給装置５８へ補給部（例えば、漏斗（hopper）、送り機（feeder）、貯蔵場（bin）など）から、補給される。粉末金属は、第１供給装置５８から１つ以上のノズル５９から噴出される。複数のノズル５９は、互いに相対的に角度を付けられると、第１供給装置５８から隔たって離間している印刷サイト６０に、材料５６の流れを集中させることができる。材料５６の流速、および第１供給装置５８が物体５２に相対的に動かされる速度は、各印刷サイトのための所望の厚さ、および／または物体５２を形成する材料の層のための所望の厚さを得られるように、制御されることができる。
【００２１】
一部の実施形態において、材料５６は、印刷サイト６０へ金属粉末として供給されるが、一方、別の一部の実施形態によれば、材料５６は、別の形式で供給される金属であってもよい。例えば、材料５６は、第１供給装置５８から印刷サイト６０へ送られるワイヤとして供給される固形金属であってもよく、あるいは、第１供給装置５８から印刷サイト６０へ液体金属流れまたは噴流として供給される液体金属であってもよい。様々な代替実施形態によれば、材料５６は、様々な別の形式で供給されることができる。
【００２２】
更なる実施形態によれば、材料５６は、幾つかの異なる補給部からの金属流れによって、供与されてもよい。例えば、主材料は、添加剤（例えば、核形成のための触媒として働くように構成された粒子、または、樹状粒の成長を抑制するように構成された結晶微細化剤）と混合されてもよい。別の実施形態によれば、材料５６は、異なる成分の流れによって供与されてもよく、それとともに、異なる流れの流速は、物体５２の加工の間に変化して、物体５２の異なる部分における異なる複合組成を得てもよい。
【００２３】
一実施形態によれば、第１供給装置５８は、第１印刷サイトに第１材料を、および、第２印刷サイトに第２材料を、供与するように構成されている。例えば、材料の量、材料の堆積の速さ、材料の複合組成、または他のパラメータは、第１印刷サイトへ供給される第１材料および第２印刷サイトへ供給される第２材料の間で変化してもよい。異なる印刷サイトへの材料の供給と協調する様々なパラメータを変化させることにより、印刷サイト間での微細構造（例えば、粒構造など）の変化が可能になる。
【００２４】
更に図２を参照して、一実施形態において、加熱エネルギ６２は、第１供給装置５８によって印刷サイトに方向づけられたレーザ光によって、供与される。レーザは、材料５６を溶融するのに必要な加熱エネルギを供与であれば、どのような適切なレーザであってもよい。例えば、レーザは、希土類元素（例えば、エルビウム、イッテルビウム、ネオジウムなど）でドープされた光ファイバを有するファイバレーザ、別の種類の固体レーザ、または気体レーザであってもよい。一部の実施形態において、第１供給蔵置５８には更に、レーザ光および／または材料５６を囲む遮蔽気体の容積（例えば、外囲器、スリーブなど）が設けられてもよく、遮蔽気体は、印刷装置の内部内の大気から異なっていて、物体５２の加工のためのより好ましい環境を供与する（例えば、酸素を制限するなど）。
【００２５】
第１供給装置５８によって供与されるレーザ光は、溶融された材料の「溶融プール」を生成するように、および溶融プールの大きさおよび深さを適切に制御するように、設定されている。そのようなものとして、相対的に狭い熱影響域は、溶融プールを囲み、これによって、印刷サイト６０を囲む物体５２の部分の熱歪みを最小限に抑える。印刷サイト６０は、レーザの使用を含む如何なる方法または方法の組み合わせによって、加熱されてもよい。別の実施形態によれば、加熱エネルギ６２は、第１供給装置５８を介して別の形式（例えば、電子ビーム、または短時間電弧）で供与されてもよい。さらに別の一実施形態によれば、加熱エネルギ６２は、物体５２の局所抵抗加熱による伝導を通じて、印刷サイト６０に接触する（小さな）熱源から熱伝導によって、または印刷サイト６０へ供給される材料５６の温度を制御することによって、印刷サイト６０へ供給されることができる。
【００２６】
一実施形態において、第１供給装置５８は、印刷サイト６２に（例えば、レンズなどで、）加熱エネルギ６２を集中させ、材料５６は、溶融して溶融プールを形成する。第１供給装置５８は、台５４に相対的に運動しながら、材料のビード（例えば、溶接ビード）を形成する。ビードは、一連の印刷サイトに堆積された材料を含み、ＸＹ平面上に凝固された材料の層を形成する。ビードは、材料の連続ビード、あるいは、材料の非連続ビードであってもよい。材料の一連の層は、共に溶解されて、物体５２を形成する。印刷サイト６０への加熱エネルギ６２の供給を制御することによって、材料５６の溶融は、制御されることができる。加熱エネルギ６２の供給のみを制御することによって、材料５６の溶融後凝固および、その結果の物体５２の微細構造をある程度制御できるが、より的確な制御は、従来の金属形成におけるように、溶融された金属の焼き入れ（すなわち、冷却）を同様に制御することによって、可能になる。
【００２７】
一実施形態によれば、第１供給装置５８は、第１および第２印刷サイトへ供与される加熱エネルギを変化させるように構成されている。例えば、加熱エネルギの量、加熱エネルギの強度、供給方法、または他のパラメータは、第１および第２印刷サイトの間で、変化してもよい。異なる印刷サイトへの加熱エネルギの供給と協調する様々なパラメータを変化させることによって、印刷サイト間での微細構造（例えば、粒構造など）の変化が可能になる。
【００２８】
一実施形態において、物体５２の微細構造は、印刷サイト６０における溶融プール（例えば、材料５６など）の冷却を通じて、さらに制御される。例えば、冷却剤６４は、第２供給装置６６によって局所的に供給されることができる。第２供給装置６６は、印刷サイト６０への冷却剤６４の供給に適したどのような機構であってもよい。冷却剤６４は、印刷サイト６０へ直接的に供給されたり、あるいは、例えば、印刷サイト６０を囲む（すなわち、印刷サイトと隣接する）物体５２の冷却エリアによって、または物体５２を支持する第５４を冷却することによって、印刷サイト６０へ間接的に供給されたりできる。印刷サイト６０を局所的に冷却することによって、物体５２の異なる部分の微細構造は、個別に制御されること、および／または、変化することができる。
【００２９】
印刷サイト６０にある材料は、制御されながら、材料を直接的または間接的に冷却することを通じて局所的に冷却される。制御された局所冷却によって、材料の焼き入れは、（例えば、物体５２をバルク冷却するよりも）高い度合いで制御されることができ、物体５２は、ゆっくりと室温へ冷めることができる。材料の焼き入れを制御することによって、物体５２内の所望の微細構造（例えば、鋼内のオーステナイトからマルテンサイトの転換など）の形成を制御することができる。一部の実施形態において、冷却剤６４の供給は、材料がある時間帯高温に留まることができるように、遅延されてもよい。
【００３０】
印刷サイト６０は、小さな冷却接触子（例えば、熱電冷却器、ヒートパイプ、または小型冷却回路など）への熱伝導によって、局所的に冷却されることができる。別の実施形態において、印刷サイト６０は、印刷サイト６０からエネルギを吸収する冷却剤６４を掛けることによって冷却されることができる。冷却剤６４は、自身の温度を上昇させることによって（すなわち、比熱を介して）、および／または、相変化することによって（すなわち、潜熱を介して）、吸収された熱に応答することができる。気化可能な液体冷却剤は、冷却剤６４の効果的な実施形態を与える、なぜならば、液体の気化は、熱を吸収する効果的な方途を与えるからであり、冷却剤は、気化するので、残留することなく、サイトから直ちに除去されるからである。冷却剤６４は、相対的に低い沸点を有する液体、あるいは、相対的に高い沸点を有する液体、であってもよく、それとともに、冷却剤６４の沸点が、印刷サイト６０にある材料のための所望の焼き入れ温度および／または冷却速さに、対応するように冷却剤６４は選択されてもよい。冷却剤６４は、水、アルコール、油、溶剤、または液体金属（これに限定するものではないが、ナトリウム、ナトリウムカリウム合金、ナトリウムリチウム合金、リチウムまたは液体金属の混合物を含んでもよい。）であっても、含んでもよい。一部の実施形態において、冷却剤６４の沸点は、印刷装置５０の内部の圧力を制御することによって、冷却剤６４の組成を変更することによって、などによって変化することができる。
【００３１】
一実施形態によれば、供給装置６６は、気化可能な液体の形式で冷却剤６４の高速流れを印刷サイト６０へ供給するように構成されている。別の一実施形態によれば、供給装置６６は、液体冷却剤６４を霧として供給するように構成された霧吹きである。さらに別の一実施形態によれば、供給装置６６は、印刷サイト６０への冷却剤の低速流れを方向付ける芯、ブラシ、または管のような装置であっても、含んでもよい。更なる一実施形態によれば、供給装置６６は、気体（例えば、空気、不活性ガスなど）の形式である冷却剤の流れを印刷サイト６０に方向づけて、対流によって材料を冷却するように構成された送風機であってもよい。様々な代替実施形態によれば、１つ以上の冷却剤供給装置の組み合わせが、冷却剤６５を供給するために用いられることができる。
【００３２】
一実施形態において、冷却剤６４は、材料へ印刷サイト６０へ直接的に供給されず、むしろ、供給装置６６内に内蔵されたまたは供給装置６６とは別個であるヒートパイプなどのシステムの一部として供与される。ヒートパイプが有するケーシング（casing）は、印刷サイト６０にある溶融プール近傍に（例えば、物体５２の表面上に）第１端を含むことができる。ピートパイプのケーシングは、ケーシングの壁を通じて熱を吸収し、ケーシング内側に収容された液化された冷却剤を気化させる。気化された冷却剤は、第２端において潜熱を開放し、凝集して液体に戻る。ヒートパイプの一端または両端は、放熱板のような特徴を含んで、外部環境とヒートパイプ内側に収容された冷却剤との間で熱の移送を促進してもよい。ヒートパイプ内側に収容された冷却剤は、印刷サイト６０からの好ましい熱移送が得られるように選択される。ヒートパイプの内部圧力も同様に、冷却剤の相変化を制御するように、および、印刷サイトからの熱移送を更に制御するように、選択されるおよび／または変化することができる。
【００３３】
一実施形態によれば、冷却剤６４は、印刷サイト６０へ連続的に供給されることができる。あるいは、冷却剤６４は、所望の微細構造を得るために、印刷サイト６０へ断続的（例えば、デジタル的など）に供給されることができる。様々な冷却剤、供給装置、および供給継続期間は、微細構造の変化する金属性構造を形成するために、物体５２のために利用されてもよい。一部の実施形態において、供給装置６６は、下記により詳細に説明されるように、物体５２の加工を監視するセンサから収集されたフィードバックデータに基づいて操作されることができる。
【００３４】
印刷装置５０は更に、物体５２の表面または印刷装置５０の内部から冷却剤（例えば、気化されたまたは加熱された液体冷却剤）を、冷却剤が印刷サイト６０を冷却するために利用された後に、除去するためのシステムを含んでもよい。例えば、印刷装置５０は、印刷装置５０内部から排出ダクトを通じて気体を除去するように、および、印刷装置内部へ吸入ダクトを通じて気体を導入するように、構成された（例えば、供給装置６６または印刷システムの別要素内に内蔵された）気体循環システムを含んでもよい。印刷装置５０の内部から除去された後に、気体は、洗浄、冷却または他の処理を受け、印刷装置５０の内部に戻されてもよい。印刷装置５０の内部内側の気体の運動および物体５２の表面（印刷サイト６０近傍を含む）を横切る気体の運動を、有利に制御するために、ダクトが開放、閉鎖または反転されることができるように、印刷装置５０は、複数の吸入および排出ダクトを含んでもよい。
【００３５】
一実施形態によれば、供給装置６６は、第１印刷サイトへ第１冷却材を、第２印刷サイトへ第２冷却材を、供与するように構成されている。例えば、冷却剤の種類、冷却剤の量、冷却剤の供給のタイミングまたは速さ、冷却剤の所定供給温度、冷却剤の組成、または他のパラメータは、第１および第２印刷サイト間で変化してもよい。一部の実施形態において、加熱エネルギの供給（例えば、供給装置５８からの）は、冷却剤の供給の間、中断されてもよい。一部の実施形態において、冷却剤の供給は、印刷サイトにおける加熱エネルギの供給と非同時であることができる。一部の実施形態において、熱エネルギの供給がサイトにおいて始まった後に、冷却剤の供給は、始まることができる。一部の実施形態において、熱エネルギの供給がサイトにおいて止められた後に、冷却剤の供給は、続くことができる。異なる印刷サイトへの冷却剤の供給と協調する様々なパラメータを変化させることによって、印刷サイト間の微細構造（例えば、粒構造）の変化が可能になる。
【００３６】
一部の実施形態において、物体５２の微細構造はさらに、材料が印刷サイト６０において音波（例えば、弾性波、超音波など）によるような撹拌を受けることによって、制御される。一実施形態によれば、波は、撹拌装置６８（例えば、攪拌器、波生成器、など）によって生成され、物体５２に方向づけられる。撹拌装置６８は、位置決めされ、撹拌装置６８は、印刷サイト６０へ波を方向付けて、物体５２内に局所振動を導入するように構成されている。様々な代替実施形態によれば、撹拌装置６８は、圧電変換器、磁歪変換器、表面弾性波（ＳＡＷ）生成器、バルク弾性波（ＢＡＷ）生成器、または定常波場生成器（例えば、超音波場生成器など）であってもよい。一実施形態によれば、図２に示されるように、撹拌装置６８は、印刷サイト６０から遠くに位置決めされることができ、波が印刷サイト６０へ指向または集中するように構成されることができる。波生成および指向および／または集中は、波生成器のコヒーレントアレイ（例えば、それぞれの位相および／または振幅を制御しながら）を利用することができる。別の一実施形態によれば、撹拌装置６８は、印刷サイト６０近傍に位置決めされる。
【００３７】
一実施形態において、撹拌装置６８は、印刷サイト６０へ超音波振動を供与する。凝固している金属または合金に加えられた超音波振動は、粒の大きさを小さくしたり、粒の安定性を増したり、材料内の樹状粒形成の発生を減らしたりすることができる。印刷サイト６０にある溶融プール内の溶融された材料が、（純金属に関して）溶融点または（合金に関して）液化温度に近いとき、超音波が影響することができる凝固核（solid nuclei）の形成は、凝固している材料内での粒の対応する形成を導き、粒は、数を増やし、大きさを小さくする。
【００３８】
撹拌措置６８によって作り出された波の振幅および周波数は、所望の大きさの粒を作り出すように制御されることができる。一実施形態によれば、撹拌装置６８は、所望の微細構造（例えば、粒径など）に基づいて選択された周波数を有する波を作り出すように構成されている。撹拌装置６８によって作り出された周波数は、全加工処理の間、一定水準に維持されることができる、あるいは、物体５２の異なる部分において異なる所望の大きさに粒の成長を促進するために、変化することができる。撹拌装置６８によって作り出された波長は、同様に所望の大きさの粒を作り出すように構成されることができる。一部の実施形態において、波の供給は、サイトにおける加熱エネルギの供給と非同時であることができる。一部の実施形態において、波の供給は、加熱エネルギの供給がサイトにおいて始まった後で、始まることができる。一部の実施形態において、（例えば、超音波ピーニングを行うために）熱エネルギの供給がサイトにおいて止められた後に、波の供給は続くことができる。一部の実施形態において、撹拌装置６８は、以下により詳細にせつめいされるように、物体５２の加工を監視するセンサから収集されたフィードバックデータに基づいて、操作されてもよい。
【００３９】
一実施形態によれば、撹拌装置６８は、第１および第２印刷サイトに異なる振動を導入する異なる波を供与するように構成されている。例えば、振幅、波長、または波の供給と協調する他のパラメータは、第１および第２印刷サイトかんで変化してもよい。異なる印刷サイトへの振動の供与と協調する様々なパラメータを変化させることによって、化印刷サイト間の微細構造（例えば、粒構造）の変化が可能になる。
【００４０】
一実施形態によれば、物体５２の微細構造はさらに、印刷サイト６０にある溶融プール内の材料が他の処置または条件を受けることによって、制御されることができる。例えば、磁石６９は、印刷サイト６０近傍に設けられることができる。磁石６９は、印刷サイト６０を通る磁場を作り出す。磁性金属（例えば、多くの鋼合金）に関して、磁場は、溶融プール内の材料が凝固および冷却するときに、粒形成に影響する。磁石６９は、一定の磁場を生成する永久磁石であることができ、可変磁場を作り出すように制御されることができる可変磁石（例えば、電磁石）であってもよい。
【００４１】
更に図２を参照して、一部の実施形態において、印刷サイト６０は、印刷装置１２へフィードバックデータを供与するために監視される。そして、データは、物体５２内に所望の微細構造を得るように、印刷処理を制御するために、印刷装置１２によって利用されてもよい。一実施形態によれば、印刷装置５０は、画像監視装置７０、および印刷サイト６０からデータを収集する１つ以上のセンサ７２を含んでもよい。
【００４２】
一実施形態において、画像監視装置７０（例えば、画像撮影装置など）は、物体５２の微細構造を監視するように構成されている。画像監視装置７０は、光学県費鏡、電子顕微鏡、Ｘ線顕微鏡などであることができる。光学顕微鏡は、相対的に大きな微細構造を検査するために用いられることができるが、一方、電子顕微鏡およびＸ線顕微鏡は、相対的に小さな画像（例えば、約半ミクロンよりも小さい特徴または構造）を検査するために用いられることができる。画像監視装置７０は、複数の装置を含むことができ、物体５２の微細構造を異なるスケールで同時に検査することを可能にする。画像監視装置６０は、物体５２の画像（例えば、静止画像または動画）を撮影する。画像は、分析装置に移送されてもよく、印刷サイト６０における微細構造に関するデータ（例えば、平均粒径、または材料の様々な相の構成）を収集するために利用されてもよい。一実施形態によれば、画像監視装置７０は、印刷サイト６０にある材料が凝固した後に、物体５２の画像を撮影する。それ故、画像監視装置７０は、最新の印刷サイト６０を追跡するエリアの画像を撮影してもよい。画像監視装置７０は、（例えば、最新の印刷サイト６０を囲む物体５２の部分の画像を撮影することによって、）更に視覚データを収集するように構成されていてもよい。追加画像データは、例えば、印刷サイト６０を囲む物体５２の微細構造内の熱による歪みを、印刷サイト６０に溶融プールを作り出すために供与された加熱エネルギによって引き起こされているときに、監視するために利用されてもよい。
【００４３】
センサ７２は、印刷サイト６０にある物体５２の部分に関する多岐にわたるデータを収集するように構成されてもよい。一実施形態によれば、センサ７２は、印刷サイト６０の温度または印刷サイト６０を囲む物体５２の部分の温度を監視するように構成された温度計であっても含んでもよい。例えば、センサ７２は、物体５２に直接接触する熱電対のような接触温度計であってもよく、物体５２から離れて配置される赤外線放射温度計のような非接触温度計であってもよい。センサ７２は、印刷サイト６０にあるおよび／または印刷サイト６０を囲む数か所で温度を監視するように構成された複数の温度計のアレイであってもよい。別の一実施形態によれば、センサ７２は、撹拌装置６８によって作り出された縦波または横波を監視するように構成された振動変換器であっても含んでもよい。他の実施形態によれば、センサ７２は、物体５２を形成する材料の凝固に関連する複数の事象を監視するために一緒に操作する複数種類のセンサを含んでもよい。
【００４４】
以下に図３を参照して、印刷装置８０の一部が、レーザ堆積装置として一実施形態に基づき示される。印刷装置８０は、図２について示され説明された印刷装置５０と同様に、台８４によって支持された物体８２を形成する。物体８２は、第１供給装置８７から印刷サイト９０へ供給される材料８６から形成される。材料８６は第２供給装置８９から印刷サイト９０へ供給される加熱エネルギ９２によって溶融される。一実施形態によれば、第３供給装置９７から印刷サイト９０に供給される冷却剤９４のような物質とともに、撹拌装置９８または磁石９９によって生じる磁場によって生成される振動のような加熱エネルギ９２を加えている間および／または後に、材料８６は処理される。別々の供給装置８７および８９を介する材料８６および加熱エネルギ９２の供給は、材料８６の溶融の改善、および／または印刷サイト９０における溶融プールの生成ために有利に備わる。
【００４５】
一実施形態によれば、付加製造システムは、物体の異なる部分におけるまたはその内側に、異なる微細構造を提供、または規定するように構成されている。例えば、下記により詳細に説明するように、１つ以上の画像撮影装置や、センサなどが、物体の情報に関するフィードバックを提供するように構成されてもよく、これに応じて、材料、加熱エネルギ、振動、冷却剤などに協調する一つ以上のパラメータが、印刷サイトの間で変化してもよい。
【００４６】
印刷処理で形成された後、加工された物体は、熱処理（例えば、焼きなまし、焼き戻しなど）などのような、さらなる処理を受けてもよい。このような印刷後の処置によって、３Ｄ印刷処理の間に可能な範囲を超えて、微細構造および材料の機械的特性のさらなる変更が可能になる。
【００４７】
以下に図４を参照して、印刷された金属物体１００の一部の概略上面図が、一実施形態に基づいて示されている。供給装置１０２からの材料は、印刷サイト１０４において、溶融され凝固する。一実施形態において、供給装置１０２が物体１００に相対的に動かされるときに、凝固された材料のビード１０６は、物体１００の表面（先の印刷サイトおよび／または先の層に印刷された材料である物体の表面）に形成されている。印刷サイト１０４への材料および熱エネルギの供給、ならびに、超音波または弾性波の供給および冷却剤の供給を通じた冷却の速さ、を調整することによって、物体１００の機械的特性は制御されることができる。熱影響域１０８は、レーザ光または電子ビームの形式で印刷サイト１０４へ加熱エネルギを供与することによって最小化されることができる。加熱エネルギ、材料、撹拌、冷却および他の要因を局所的に制御することによって、「バルク」条件（例えば、バルク冷却処理を有するなど）を物体１００全体に受けさせることの反対なので、物体１００の機械的特性は、物体１００の異なるエリア／印刷サイト間で変化することが可能になる。機械的特性はさらに、印刷サイト１０４の異なる部分内側で制御（例えば、材料の局所冷却または焼き入れが生成する、印刷サイト１０４の中心１１０内の微細構造は、印刷サイト１０４の周辺における微細構造とは、異なっていてもよい）されてもよい。
【００４８】
以下に図５を参照して、本明細書中に開示されている印刷装置によって形成される物体の微細構造の例が示されている。材料が印刷されるときに、所望の微細構造は、加熱エネルギ、材料、撹拌、冷却、および他の要因を局所的に制御することによって作り上げられており、これにより加工された物体が所望の機械的特性（例えば、強度、靱性、延性、硬度など）を有することが可能となる。一実施形態によれば、微細構造は、粒界１２２によって分離された、多数の小さな粒１２０（例えば、晶子）を含む、相対的に小さな粒構造を有するように構成されている。粒界１２２は隣り合う粒１２０の結晶格子間の切断を表し、材料を通じた転位の動きを妨げる。細かい粒構造は、粒界１２２の数を増し、材料の降伏強度を高める。反対に、大きな粒構造は、降伏強度を低下させるが、延性、電気伝導率、および熱伝導率を増加させる。加熱エネルギ、材料、撹拌、冷却、および他の要因の局所的な制御によって、加工された物体の異なる部分が異なる機械的特性を有することができる、所望のような、粒構造が書き込みまたは印刷されることが可能になる。印刷処理の局所的な制御は、材料の異なる相の存在および／または密度、転位の存在および／または密度、ピン止め点、不純物などを変化させるような、他の方法によって、材料の機械的特性を変化させるようにも用いられてもよい。
【００４９】
以下に図６を参照して、印刷装置１３０の概略ブロック図が一実施形態に基づき示されている。印刷システム１３０は制御システム１３４によって操作される３Ｄ印刷装置１３２を含む。印刷装置１３２は３Ｄコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルのような、デジタルテータを用いて物体を形成する。印刷装置１３２は本明細書中に説明されたその他の印刷装置の何れと同一、または同様であってもよい。さらに、印刷システム１３０は１つ以上の補助システム１３６（例えば、コンピュータシステムなど）を含んでもよい。
【００５０】
一実施形態によれば、制御システム１３４はプロセッサ１４０およびメモリ１４２を含む。プロセッサ１４０は、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上の現場プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、処理要素の集団、または他の適切な電気的処理要素として、チップ、集積回路、回路基板等に実装されてもよい。メモリ１４２は本明細書中に開示された様々な処理を完了および／または促進するためのデータ、および／またはコンピュータコードを記憶するための、１つ以上の装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクストレージなど）であっても含んでもよい。メモリ１４２は、ストレージ媒体を読取可能な非一時揮発性メモリ、または不揮発性メモリ、もしくは非一時コンピュータであっても含んでもよい。メモリ１４２は、データベース要素、物体符号要素、スクリプト要素、または、本明細書中に開示された様々な働きや情報構造を支持するための他の形式の情報構造を含んでもよい。メモリ１４２は本明細書中に開示された１つ以上の処理を実行するために、プロセッサに伝達可能に接続され、プロセッサによって実行可能なコンピュータコードまたは命令を含んでいてもよい。制御システム１３４は、プロセッサ１４０を介して処理を実行するようにメモリ１４２に記憶されたデータおよびコードを用いるように構成された１つ以上のモジュールを含んでもよい。
【００５１】
制御システム１３４はさらに、入力装置１４４および出力装置１４６を含む。入力装置は、使用者が制御システム１３４に命令を入力することを可能にする装置であれば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチスクリーン、または他のどのような装置であってよい。例えば、入力装置１４４は、グラフィカルユーザインタフェースと組み合わされて用いられてもよく、これによって、ユーザは、印刷装置１３２または補助システム１３６の操作および監視と協調する様々なパラメータを制御できるようになる。出力装置１４６は、表示装置（例えば、ＣＲＴモニター、ＬＣＤモニター、ＬＥＤモニターなど）のような視覚的出力装置、音響装置、または他の装置であってよい。
【００５２】
制御システム１３４は補助システム１３６から追加の命令またはデータを受け取ってもよい。例えば、補助システム１３６は、ＣＡＤモデルおよび他の制御データを収容する外部駆動装置またはストレージ装置であってもよい。ＣＡＤモデルは如何なる適切なＣＡＤプログラムによって生成されてもよく、如何なる適切なデジタルファイル形式で記憶されてもよい。ＣＡＤモデルの幾何学形状は解析され、印刷装置１３２によって印刷される部分に対応する多数の薄片、層、または部分に分割される。
【００５３】
図６に示されるように、印刷装置１３２は、位置決めシステム１５０、材料供給システム５２、加熱エネルギ供給システム１５４、冷却剤供給システム１５６、および撹拌システム１５８を含む。位置決めシステム１５０は、物体が加工される台に相対的に供給装置の位置を制御し、本明細書中に説明された位置決めシステムの何れであっても含んでもよい。位置決めシステム１５０はＸＹ平面上の所望の経路に材料のビード形成するように、供給装置を制御する。一部の実施形態において、ＸＹ（水平）平面内の供給装置の複数の経路は、ＣＡＤ模型によって規定されたような物体の薄片または層を形成する。Ｚ（垂直）方向における供給装置の運動は、一連の層を形成するように、供給装置を位置決めする。一実施形態によれば、位置決めシステム１５０はさらに、供給装置の位置を制御することに加えて、あるいはその代わりに、物体が形成される台の位置を制御してもよい。位置決めシステム１５０はさらに、１つ以上の軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸など）についての回転を通じて供給装置および／または台の方向を制御してもよい。
【００５４】
材料供給システム１５２は、材料供給装置を介した補給部から印刷サイトへの材料の供給を制御し、本明細書中に説明された材料供給装置の何れを含んでよい。例えば、材料供給システム１５２は、粉末金属または液体金属の流速、若しくは印刷サイトへの固形ワイヤの送り速さを制御してもよい。材料供給システム１５２は、加工される物体の異なる部分における材料の組成を変更するために、印刷サイトへの２つ以上の材料の供給の割合を制御してもよい。このように、異なる材料が物体の異なる印刷サイトに供給されてもよい。
【００５５】
加熱エネルギ供給システム１５４は加熱エネルギ供給装置を介した印刷サイトへの加熱エネルギの供給を制御し、本明細書中に説明された加熱エネルギ供給装置の何れを含んでもよい。加熱エネルギ供給システム１５４は、印刷サイトにレーザを集中させること、およびレーザの出力を制御すること、を含むレーザの操作を制御してもよい。加熱エネルギ供給システム１５４は、印刷サイトに連続的に加熱エネルギを供与するようにレーザを操作してもよく、または、印刷サイトへ断続的な加熱エネルギを供与するように、レーザを作動させたり停止させたりしてもよい。他の実施形態によれば、加熱エネルギ供給システム１５４は、電子ビーム、または、他の加熱エネルギ供給装置（例えば、抵抗加熱によって印刷サイトを加熱するように、物体に印加される電圧を供給するように構成された抵抗加熱器）を制御するように構成されてもよい。
【００５６】
冷却剤供給システム１５６は、所望の速さで材料の温度を下げるために、冷却剤供給装置を介した印刷サイトへの冷却剤（例えば、液体または気体の冷却剤）の供給を制御することができ、本明細書中に説明される冷却剤供給装置の何れを含んでよい。例えば、冷却剤供給システム１５６は、印刷サイトまたは印刷サイト近傍の加工された物体の一部に方向付けられた液体冷却剤の高圧流れの流速を制御することができる。冷却剤供給システム１５６は用いられる材料および所望の冷却時間に応じて、供給される冷却剤の種類、または供給される冷却剤の速さ／量を変化させることができる。一部の実施形態において、材料が、ある期間帯の間、高温に留まることができるように、冷却剤の供給は遅延されてもよい。
【００５７】
撹拌システム１５８は印刷サイトへの音響エネルギの生成および供給を制御する。撹拌システム１５８は希望する振幅および周波数の超音波または音波を生成する撹拌装置（例えば、攪拌器、波生成器など）を操作することができ、本明細書中に説明される撹拌装置の何れを含んでよい。撹拌システム１５８は連続的に波を生成するように構成されてもよく、あるいは、断続的に波を生成するために、撹拌装置を入れたり切ったりするように構成されてもよい。
【００５８】
印刷装置１３２はさらに他のシステム１５９を含む。例えば、他のシステム１５９は、印刷サイトに所望の磁場を生成する磁石（例えば、電磁石）、または他の如何なる適切な装置を制御するために利用されてもよい。さらに、なお、様々な代替実施形態によれば、システム１５６、１５８の一方または両方が、省略されてもよい。
【００５９】
印刷装置１３２はさらに、印刷装置１３２のその他のシステムの操作および印刷装置１３２によって加工される物体の監視するための監視システム１６０を含む。監視システム１６０は、印刷サイトおよび印刷サイトを囲む物体の部分を視覚的に監視するように構成されてもよい。監視システム１６０は、材料の微細構造の画像を取得するために、監視装置（例えば、光学顕微鏡、電子顕微鏡など）の焦点および／または倍率を調整してもよい。一実施形態において、監視システム１６０は様々なセンサを用いて、圧力データ（例えば、超音波振動を監視するための）および温度のような他のデータを収集するように設計されてもよい。センサは加工される物体の表面上に位置決めされてもよく、物体から離れるように位置決めされてもよい。センサは、印刷サイト、印刷サイト付近の物体の一部、印刷サイトから離れた物体のエリア、または印刷装置の内部から、データを収集するように構成される。監視システム１６０によって収集されたデータは、物体の形成にフィードバックを提供するために用いられてもよい。データは、物体の微細構造を調節するために、その他のシステム（例えば、位置決めシステム１５０、材料供給システム１５２、加熱エネルギ供給システム１５４、冷却剤供給システム１５６、撹拌システム１５８、または他のシステム１５９）の１つのパラメータを調節するために、用いられてもよい。調節は自動的に（例えば、プロセッサ１４０によって）始められてもよく、あるいは、手動で（例えば、入力装置１４４を用いるユーザによって）始められてもよい。例えば、一実施形態において、プロセッサ１４０は、監視システム１６０からの入力（例えば、温度データ、圧力データなど）を受け取り、その入力に基づいて、システム１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、および１５９の１つ以上に制御信号を供与する。
【００６０】
以下に図７を参照して、付加製造システムを用いる３Ｄ金属構造を加工する方法１７０が、一実施形態に基づいて示される。材料（例えば、材料５６または材料８６）は印刷サイトへ供給される（１７２）。様々な実施形態によれば、供給される材料の量、位置、種類などは制御されることができ、印刷サイトの内側および間で変化することができる。加熱エネルギ（例えば、加熱エネルギ６２または加熱エネルギ９２）は印刷サイトへ供給される（１７４）。上述と同様に、加熱エネルギは様々な方法で供給されることができ、加熱エネルギの量および他のパラメータは、印刷サイトの内側および間で変化することができる。印刷サイトは（例えば、撹拌装置６８または撹拌装置９８によって生成された超音波もしくは弾性波を手段として）撹拌される（１７６）。例えば、様々な種類の超音波が連続的、および／または断続的に供与給されてもよく、波動の様々な特徴（例えば、周波数、振幅など）が印刷サイトの内側および間で変化することができる。そして、結果として得られる加工された金属構造の特性は監視され、データは、印刷サイト、あるいは、印刷サイトの続いて印刷される部分、または続いて印刷される印刷サイトへの材料、加熱エネルギ、および撹拌の供給のための制御パラメータを調節するために利用される（１７８）。そして、処理は続く印刷サイトに向かって、物体が形成されるまで続くことができる。
【００６１】
以下に図８を参照して、付加製造システムを用いる３Ｄ金属構造を加工する方法１８０が、別の一実施形態に基づいて、示される。材料（例えば、材料５６または材料８６）は印刷サイトへ供給される（１８２）。加熱エネルギ（例えば、加熱エネルギ６２または加熱エネルギ９２）は印刷サイトへ供給される（１８４）。印刷サイトへの材料および／または加熱エネルギの供給は、図７について説明したのと同様に、制御されることができる。冷却剤（例えば、冷却剤６４または冷却剤９４）は、印刷サイトへ供給される（１８６）。冷却剤の量、位置、種類などは、印刷サイトの内側および間で変化することができる。そして、結果として得られる加工された金属構造の特性は監視され、データは、印刷サイト、あるいは、印刷サイトの続いて印刷される部分、または続いて印刷される印刷サイトへの材料、加熱エネルギ、および冷却剤の供給のための制御パラメータを調節するために利用される（１８８）。
【００６２】
以下に図９を参照して、付加製造システムを用いる３Ｄ金属構造を加工する方法１９０が、別の一実施形態に基づいて、示される。材料（例えば、材料５６または材料８６）は印刷サイトへ供給される（１９２）。加熱エネルギ（例えば、加熱エネルギ６２または加熱エネルギ９２）は印刷サイトへ供給される（１９４）。印刷サイトは（例えば、撹拌装置６８または撹拌装置９８によって生成された超音波もしくは弾性波を手段として）撹拌される（１９５）。冷却剤（例えば、冷却剤６４または冷却剤９４）は、印刷サイトへ供給される（１９６）。印刷サイト他の処理パラメータ（例えば、磁場の供給など）がさらに、制御されることができる（１９７）。そして、結果として得られる加工された金属構造の特性は監視され、データは、材料、加熱エネルギ、撹拌および冷却剤の供給、ならびにおよび他の処理のための制御パラメータを調節するために利用される（１９８）。図９に図示される方法は、図７および８について説明したのと同様に、材料、加熱エネルギ、撹拌または冷却剤の供給、もしくは他の処理を制御してもよい。
【００６３】
本明細書中に説明されたシステムおよび方法は、レーザ堆積などの技術による金属パーツの加工に関するが、一方、監視およびフィードバックシステムとともに、可変な印刷の局所制御は、金属または非金属が関与する他の付加製造処理のために有用であってもよい。例えば、選択的レーザ焼結処理は、物体の形成のために利用されてもよく、処理は、加工された物体内の間隙の大きさおよび密度を検出するために監視されることができる。そして、このデータは、所望の最終製品を得るために、例えばレーザの出力を制御するために利用されてもよい。本明細書中に開示されたシステムおよび方法は、様々な他の代替実施形態に係る他の加工技術と組み合わされて用いられてもよい。
【００６４】
本開示は、様々な操作を達成するための方法、システム、および機械読取可能な任意の媒体に関するプログラムプロダクトを検討している。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを用いて、もしくは本目的または別の目的のために内蔵された特殊なシステムのための特殊目的コンピュータプロセッサによって、ハードウェアシステムによって、実装されてもよい。本開示の範囲内の実施形態が含むプログラムプロダクトは、直ちに機械実行可能な命令またはデータ構造を運ぶ、または有するための機械読取可能な媒体を備える。そのような機械読取可能な媒体は、汎用または特殊目的のコンピュータ、もしくはプロセッサを有する他の機械がアクセスできる利用可能な媒体であればどのような媒体であってもよい。一例として、そのような機械読取可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどの光学ディスクストレージ、または、磁気ディスクストレージなどの磁気ストレージ装置、もしくは、機械実行可能な命令またはデータ構造の形式で所望のプロクラムコードを運ぶまたは記憶するように用いられることができ、かつ、汎用または特殊目的のコンピュータもしくはプロセッサを有する他の機械がアクセスできる他のどのような媒体を含んでもよい。情報が、ネットワークまたは他の通信接続（有線、無線、もしくは、有線または無線の組み合わせの何れか）を超えて機械へ移送または供与されるとき、機械は当然に、接続を機械読取可能な媒体とみなす。故に、そのような如何なる接続も当然に、機械読取可能な媒体と称される。上述の組み合わせも、機械読取可能な媒体の範囲内に含まれる。例えば、機械実行可能な命令は、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、または特殊目的処理機械に、特定の機能または機能群を実行させる命令またはデータを含む。
【００６５】
図は、方法ステップの具体的な順序を示しているが、しかし、ステップの順序は、描かれた順序から異なってもよい。同様に、２つ以上のステップは、平行してまたは部分的に並行して実行されてもよい。そのような変化は、選択されたソフトフェアおよびハードウェアのシステムならびに設計者の選択次第である。そのような全ての変化は、本開示の範囲内である。同様に、ソフトウェア実装は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップおよび決定ステップを達成するための、ルールに基づくロジックおよび他のロジックを有する標準プログラミング技術で達成されてもよい。
【００６６】
本明細書中に様々な態様および実施形態が開示されたが、一方、他の態様および実施形態は、本分野の技術者に明白である。本明細書中に開示された様々な態様および実施形態は、説明を目的としたものであり、制限を意図したのもではなく、以下の請求項によって示唆されている真の範囲および精神による。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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