JP2002504024A

JP2002504024A - 金属の層溶着により作られる製品

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Publication number: JP2002504024A
Application number: JP51140797A
Authority: JP
Inventors: エイ．スターレット，ロバート; エム．サドハルカル，アツル
Original assignee: エアロクイップコーポレイション
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2002-02-05
Also published as: EP0848653B1; AU6967796A; DK0848653T3; DE69617967D1; KR19990044218A; EP0848653A4; DE69617967T2; KR100305343B1; CA2224769C; AU707662B2; CA2224769A1; WO1997009141A1; MX9800787A; EP0848653A1; US5669433A; ATE210522T1

Abstract

(57)【要約】３次元の製品を正確に形成する方法と装置である。３次元の製品（３８）が均一なサイズと電荷とを備えた材料の溶滴（３６）を供給することにより形成される。溶滴の供給分がそれを整合手段（３０）を通してあるいはその近傍を通すことにより細かい流れに集中される。溶滴はモールドを使用することなく３次元の製品（３８）を形成するために目標物上に所定の速度で所定のパターンに溶着される。

Description

【発明の詳細な説明】金属の層溶着により作られる製品発明の分野本発明は一般に、３次元の対象物を形成するために作業空間プラットフォームあるいは基板のような目標物に層を重ねる工程において溶融金属を溶着する方法と装置とに関する。発明の背景基板上に材料の層を溶着することにより３次元の製品を形成する各種の方法が提案されてきた。このような積層による製造は中実の形状自在製作あるいは急速プロトタイピングとしても知られている。所望の対象物のコンピュータモデルが有限集合の層にスライスされる。前記層は順次形成されるか、あるいは先に形成された層の上に接着される。このように積層することにより、層が対象物の縁部あるいは周辺領域において「階段効果」をもたらす程度に、３次元の対象物の所定の形状に近似した対象物を形成する。前記の階段効果とは材料の個別の層を付与する過程から得られる人工形成物である。対象物の最終の見栄えは、層の厚さを最小にするか、あるいは、対象物の表面を滑らかにするサンドブラスト等の付加的な処理段階を利用することによって向上させることが出来る。ステレオリソグラフィは高分子材料から作られた３次元の高分子製品を形成する一つの方法である。ステレオリソグラフィにおいて、各層を形成するためにレーザビームを用いてフォトポリマが選択的に硬化される。３次元の製品が、液状のフォトポリマをいれたバットにおけるエレベータタイプのプラットフォームに積み上げられる。部分的に形成された対象物をフォトポリマの液中へ降下させ、その部分的に形成された対象物の頂部上でフォトポリマ材料の新しい層を硬化することにより一連の層が形成される。別の方法は、高分子物質を溶解し、ノズルを介して目標物上に押し出して３次元の対象物を形成する融解溶着モデリング法からなる。さらに別の方法は、紙あるいは高分子材料の層が切断され、基板に接着され、次いで、当該製品の所望の層あるいは断面に対応するようにレーザで縁部あるいは周辺部がトリミングされる積層方法を含んでいる。各層の必要でない、すなわち捨てるべき部分は格子状に切り刻まれる。これらの「正方形」とされたものが積み重ねられて、対象物の境界線によって接頭された正方形のプリズムを形成する。「正方形」の領域は製品が完成した後物理的に除去され、所望の部分のみを残す。さらに別の方法は、材料の層を構築するために紙あるいはその他のマスク状の材料が使用される積層方法を使用している。レーザビームが層の形状をマスクとして使用される紙に切り込む。材料は３次元の製品の単一の層を画成する切り欠き部分に溶着され、材料の一部がマスク材料上で重ねられる。過去においては、形状自在製作方法あるいは層溶着法を用いて金属製の３次元の製品を形成することは困難であった。一つの金属製作方法は金属の粉末材料の層を対象物の部分の頂部に広げ、次いで（レーザビームを用いて）新しい層を構成している部分を選択的に焼結する、レーザ焼結工程を含んでいる。別の金属製作方法は金属の粉末材料が高分子結合材料により相互に結合される、ポスト焼結方法を含む。しかしながら、高分子結合材料を仕上がった３次元製品か完全に除去することは困難である。結合剤の残留物が介在するため金属製の対象物の所望の強度とその他の特性を減少させる。更に、高分子材料を除去すると３次元の対象物に空洞を発生させ、該対象物がある程度多孔性となる。（例えば低温金属のような）別の金属材料が、前記空洞を埋めようとして温度差により多孔性の３次元の対象物中へ浸透する可能性がある。しかしながら、３次元の対象物はその場合、所望の特性以下の「ハニカム」タイプの複合構造を有しており、元の母材を焼結する間、クリープあるいは反りが発生する。更に、残留高分子材料および（または）充填材が介在し、３次元の対象物内で汚染物として作用し、そのため対象物の特性に悪影響を与える。汚染物は酸化物、過剰炭素、結合材の残留分等を含みうる。浸透過程において充填材あるいは繊維要素を使用することと合金材料を使用することは相違することを理解すべきである。浸透においては、２種類の材料は別個のものである。一方、合金においては、材料は所望の特性の組み合わせを達成するために均一に相互に混合されている。別の問題は、浸透された材料がマトリックス材と結合が不完全である場合はいつでも、微細組織は極めて多数の応力集中部を有し、そのため対象物の強度を減少させることである。そのような３次元の「浸透された」対象物はときには「完全稠密」な対象物と称せられるが、３次元の対象物は概ね１種類の好ましい金属からなるわけではないので、そのような用語は３次元対象物の実際の特徴を誤って伝えるものである。さらに別の製作方法は、例えば、フライス加工、研磨、サンドブラスト等の金属除去技術と関連して金属溶着技術を使用している。「階段効果」および各層の縁部での粗さとは各層が溶着された後、該層とその周囲とを機械加工することにより排除される。３次元の対象物の実際の寸法精度を決めるのは機械加工あるいは金属除去工程である。現在、溶融金属を溶着する方法と装置とが数種ある。例えば、マーツ他（Mert z et al.）による米国特許第５，２８１，７８９号は溶融金属を溶着するための溶接方法と装置とを記載している。溶融金属は加工面に溶着され、その後金属の層がその上に溶着される。溶融金属が加工面の選択した個所に溶着出来るように電極と溶接トーチとはユニットとして運動可能であることが好ましい。代替的に、溶着された材料を加工面に選択的に位置させるために溶接トーチとコレクタ電極とが運動可能であるか、あるいは固定状態に保持されている間に作業面を運動出来るようにしうる。送り込み金属を一定に振動させるため、挿入ワイヤに追加の機械的エネルギを加えることにより溶滴のサイズは調整される。プリンス他（Prinz et al．）への米国特許第５，２８６，５７３号は層溶着法により対象物を形成するために支持構造体を使用する方法を記載している。この溶着方法においては、各層は２個の部分から構成されている。一方の部分は構築されつつある３次元の対象物（「対象物」と称す）の断面スライスを表象し、所望の溶着材料からなる。他方の部分は第１の部分の対象物の形状を補完するものであり、成長しつつある対象物の形状を支持する支持構造体（「支持体」と称す）として作用する。対象物の材料と支持構造体の材料とはそれぞれ、所定の順序で付与される。それぞれ先行の層の上に位置された複数の層が形成される。このように、積層された構造体が構築される。積層された構造体は支持体の材料で囲まれた溶着材料から作られた対象物を含んでいる。各層に対して、支持体の材料と対象物の材料の双方、あるいは一方は所望の対象物を提供するような形状に出来るし、あるいはいずれもそのような形状に出来ない。好ましくは、形状作りは対象物あるいは支持体の材料が付与された後で、かつ後続の層が付与される前に行われる。プリンス他(Prinz et al.)への米国特許第５，３０１，８６３号は層の積み重ねを増加させて対象物を形成する多数の作業ステーションを有する自動システムを記載している。各層は構築されつつある３次元の対象物の断面スライスを表象し、所望の対象物材料から構成されている。対象物の材料の他に、各層はまた、通常溶着材料部分の対象物の形状を補完するものとして作用し、かつ成長している対象物の形状に対する支持構造体として作用する第２の部分を含んでいる。製品の製造の間、各層に対して加工物に数種の作業が実行される。材料溶着ステーションに加え、複数の処理ステーションが採用されており、各処理ステーションは少なくとも一つの個別の機能を有している。これらの機能には、ショットピーニング、洗浄、ブラスト、熱処理、成形、検査、マスク作成、および包装が含まれる。プリンス他(Prinz et al.)への米国特許第５，３０１，４１５号は層の材料構築分を増加することにより３次元の製品を作る方法を記載している。一実施例においては、対象物と支持体の材料の層が付与される。対象物の形状に応じて、一方あるいは他方の材料が先ず付与され、次いで寸法上の精度を達成するよう成形され、次いで他方の材料が付与される。次いで、溶着された材料が機械加工され、洗浄され、ショットピーニング等が行われる。この工程は全ての層が位置されるまで繰り返される。最終の層が付与された後、補完材料が除去され、溶着材料で形成された対象物を残す。デアンジェリス(deAngelis)への米国特許第５，３９８，１９３号は層と層との溶着および（または）抽出を調整して３次元の対象物を作る方法と装置とを記載している。３次元部分の３次元のコンピュータモデルによる表示が提供され、モデル表示はその部分の所定の厚さの層に対応する複数の一連の層にスライスされる。コンピュータモデルは層の部分の順序と、各層に対応する何らかの補完的な支持体材料の輪郭とを生成する。１個以上の輪郭に対する材料が処理密閉体内での作業面上に溶着される。材料の一部が輪郭から除去される。溶着処理段階と除去段階とは、３次元の対象物を完成するためにコンピュータモデルによって制御されて必要に応じて繰り返される。更に別の処理としては厚さの公差を保証するために二次的な層を機械加工で削ったり、次の層集団に対する選択的な結合を保証するために表面を荒加工したり化学的に強化することを含む。調整された層形成段階は、全体部分が補完材料で囲まれるまで繰り返され、前記補完材料は次いで除去されて製作を達成する。前述の方法の大きな欠点は３次元の対象物の所望の寸法精度を達成する上でこれらの方法の機械加工部分に依存していることである。多くの状況下において、形成されつつある対象物は、許容される３次元の対象物すなわち最終製品を作るために多数の事後の製作工程を必要とする。加工面すなわち基板上への材料の正確な溶着を利用した、３次元すなわち中実な対象物を形成するための改良された方法に対する要求がある。しかしながら、本発明以前まではコレクタあるいはモールドを使用することなく、正味の形状で高品質の３次元の製品、すなわち中実な製品を形成するよう溶滴の供給が正確に制御され、かつ分配出来ることを開示したり、示唆したものは何らなかった。概ね均一なサイズの滴の噴霧を形成する一つの方法がチャン他(Chun et al)への米国特許第５，２６６，０９８号に開示されており、該特許は荷電され、均一なサイズの金属の溶滴を形成し、かつ保持する方法と装置とを記載している。前記溶滴は基板を被覆するよう噴霧として溶着される。溶滴発生器は噴霧室内に配置されている。溶滴発生器は金属の電荷分を保持し、液化する容器と、均一なサイズの金属の溶滴を形成する手段と、金属の溶滴が形成されるにつれて該溶滴を荷電する手段とからなる。前記形成手段は、容器内の溶融金属を振動させる振動手段か、（あるいは、液状の金属が容器から出て行く個所において前記容器の外側に配置された少なくとも１個の振動ガスジェット）のいずれかであることが好ましい。液状の金属は金属の溶滴を作るべく前記容器にあるオリフィスを通して炉から圧出される。液状金属がジェットあるいは流れとして少なくとも１個のオリフィスから出て行くにつれて、液状金属に加えられた振動がジェットを均一なサイズの金属の溶滴に破砕する。金属の溶滴が形成されるにつれて該溶滴に電荷が付与される。金属の溶滴は液状金属が容器に入っている間に荷電するか、あるいは炉を出た後溶滴が形成されるにつれて、あるいは溶滴が形成された後該溶滴を荷電することによって荷電してもよい。各溶滴がジェットあるいは流れから破砕されるにつれて、溶滴は電荷の一部を保持する。その荷電により、溶滴は浮動して相互に撥ね付け合い、溶滴が基板に向かって落下するにつれて円錐形に拡散する。均一なサイズの溶滴が荷電されると、溶滴はその同様の極性と、近隣の溶滴から各滴を弾くことにより円錐形を形成するよう方向づけられる。チャン他 (Chun et al.)への米国特許第５，２６６，０９８号は更に、金属の溶滴の流路に電界を加え溶滴の進行軌跡を変更することを請求している。１９９２年５月５日にシー．エイチ．パッソウ(C.H.Passow)によってマサチュセッツ工科大学の機械工学部(Department of Mechanical Engineering at the M assachusetts Institute of Technology(MIT))に提出された論文は均一な溶滴の噴射を利用した溶滴の形成、溶滴プレースメント製造技術、および荷電された溶滴をそれらが集められる側方へ偏向させるために荷電プレートの下方に平行のプレートが位置している溶滴の選択および偏向に関する研究を記載している。未荷電の溶滴は阻害されずにそのまま通過する。ＩＢＥＣインタナショナル（ＩＢＥＣInternational）によって１９９４年刊行された、［溶解モールド製作に対する熱噴射の適用に関する論点］(Issues in Application of Thermo Spraying to Melt Mold Fabrication)という名称のピー．ジェイ．アクアビバ他(P.J.Acquaviba et al)による論文は諸々の速度と方向とにおいて基板を動かすことにより操作することが出来る均一な溶滴の噴射と溶着とを記載している。１９９４年５月１８日にゴダードカールアベル（Godard Karl Abel）によってＭＩＴの機械工学部に提出された論文は固定した基板と運動する基板とに溶滴を形成するために均一溶滴噴射形成方法を使用すること、３次元の部品を噴射形成すること、および未知の外乱に基づいて任意に溶滴が拡散しうるようにする代わりに溶滴が可変量荷電され、次いで偏向されてより予測可能なマスフラックス分布を形成できることを記載している。オーメ他(Orme et al)に対する米国特許第５，１７１，３６０号、同第５，２２６，９４８号、同第５，２５９，５９３号並びに同第５，３４０，０９０号は所望の製品の形状をしたコレクタ上に液状金属の流れを導くことにより正味の形状の製品を形成する方法と装置とを記載している。溶滴がコレクタに衝突し、一体の形状に固まるように液状の溶滴の流れを作るためにその流れに時変数外乱が加えられる。テキサス州オースチンのＳＦＦ（SFF in Austin，Texas）に提出されたオーメ他（Orme et al）による１９９５年の論文は調整された溶滴で構造材料の中実の形状自在製作を行うための熱設計パラメータを記載している。３次元の中実の対象物を製作、形成するためのより良好でより効率的な方法に対する要求を鑑み、広範囲な研究の成果として、溶融金属を溶着することにより３次元の中実の対象物を形成する新規な方法が開発された。これまで知る限りでは、均一なサイズの金属の溶滴を極めて正確に増分して層に分配することにより３次元の中実の対象物を形成することが出来るとの開示は何ら無い。従って、本発明の目的は高品質の中実の金属の対象物を製作するための装置と方法とを開発することである。本発明は更に、各溶着層を形成するために、あるいは３次元の中実の対象物の寸法精度を達成するために多数の処理段階の使用を必要としていない方法を提供する。発明の簡単な説明発明は、３次元の中実の対象物を形成するために目標すなわちプラットフォームに所望の材料の均一なサイズの金属の溶滴の層を増分積み重ねるための高度に正確な方法と装置とを提供する。対象物は溶滴を調整して溶着することにより急速、かつ直接形成される。層状への溶滴の溶着は、対象物の形状のコンピュータに基づくモデルを用いて調整される。均一なサイズの溶滴から形成された層を用いて中実の対象物が増分形成される。中実の対象物に所望の寸法特性を提供するのは個々の溶滴の調整と付与である。本発明の方法と装置とは金属あるいは所望の合金材料から構成される「完全稠密」な３次元の中実対象物を提供する。さらに、３次元の中実の製品は均一な密度を有し、空洞は概ね皆無であって、多孔性ではない。本発明の完全に稠密な製品を作るのに焼結あるいは浸透過程は何ら必要ではない。本発明を用いて形成された中実の対象物は均質な微細組織を有している。更に、本発明による製品は概ね汚染物が介在しないため、形成された製品は極めて望ましい物理的性質を有している。本発明に従って作られた製品は従来の鋳造、噴射、あるいは成型方法によって形成された製品に見出されるものより著しく優れた望ましい物理的特性や性質を保有している。３次元の中実の対象物は望ましい寸法公差、引張り強度、疲労強度、圧縮強度、展性、じん性、硬度、並びに耐摩耗特性および性質を有している。中実の対象物は３次元の製品の構造に亘って概ね均一あるいは均質な材料の等方向性を有している。本発明は、顧客の生産要求に対して金属製工具あるいは製品を生産するために極めて迅速かつ経済的に設備内で利用することが出来る。更に、本発明の装置は例えば潜水艦あるいは海上の掘削リグのような利用可能空間が制限されているような用途において使用出来る「テーブルトップ」サイズに構成することができる。更に、所望の３次元の中実の対象物を迅速に作ることが可能なので、顧客は費用が嵩み、空間を使う設備をいつも手元に置いておく必要がない。好適実施例においては、溶着材料が金属を溶解するためにヒータを有する金属送り込み装置中へ供給される、チャン他(Chun et al)に対する米国特許第５，２２６，０９８号のような均一な溶滴形成方法を用いて対象物が形成される。溶融金属は、該溶融金属が通過出来るようにする少なくとも１個のオリフィスを有する炉のような溶滴形成手段に入れられる。好適実施例においては、オリフィスは直径が約５０から５００ミクロンの範囲である。溶融金属には約０．３５から３．５Ｋｇ／ｃｍ²（５−５０ｐｓｉ）の差圧が加えられ、この差圧が溶融金属を流れとしてオリフィスを通して圧出する。溶融金属には、液状の金属が振動するようにある振動数および（または）振幅が加えられる。振動と、金属の表面張力とにより、溶融材料がオリフィスから分配されるにつれて、溶融金属の流れを調整して破砕して均一なサイズの溶滴を形成する。溶滴が形成されるにつれて、溶滴は正または負の電荷が加えられる。個々の溶滴に対する同様の電荷が溶滴を分離させ、溶滴が浮遊中に近隣の溶滴と合体しないようにし、そのため溶滴がそれらの均一なサイズを保つことが出来るようにする。本発明は、溶滴に対する同様の電荷が溶滴を広がるようにし、噴射として溶着出来るようにするというチャン他(Chun et al)の特許第５，２２６，０９８号に対する改良である。本発明は、溶滴が広がって噴射となるようにするのではなくて溶滴が形成された後、溶滴を細い流れ、あるいは単一の列状に集中すなわち整合させる方法を提供する。本発明はまた、溶滴が垂直方向に相互に合体しないようにしてサイズの一貫性を保つ。従って、本発明によれば、溶滴の供給分は、荷電された溶滴の供給分を整合手段に隣接して、あるいはそこを通して送ることにより概ね細い流れあるいは線となるよう整合あるいは集中される。整合手段が溶滴と同じ電荷を運ぶことにより付加的な（電気）力の場を追加する。整合手段は溶滴を、整合手段を通して延びる軸線に向かって概ね均等に内方に弾く。溶滴が内方に弾かれることにより溶滴は細かい流れとされる。溶滴の浮遊中ずっと溶滴を弾くことにより溶滴は単一の列あるいは細かい線に集中させられる。このように、本発明は部分的に溶滴を整合する方法からなることが更に理解される。各種の実施例において、溶滴は目標物すなわち部分的に形成された３次元の製品上に分配され、溶着されるにつれて、溶滴に対する電荷を維持したり、減少したり、あるいは増加させることにより溶滴を整合させることが出来る。一好適実施例においては、整合手段は、目標物すなわち部分的に形成された製品に隣接または近傍に位置された少なくとも１個の非対称の中空の弾き円筒体あるいは接頭円錐形の弾き手段からなる。整合手段を通して延びる軸線は溶滴の流れの公称の軌道と整合している。溶融材料の出てくる流れは各溶滴と同じ極性の電荷を有している。好適実施例においては、噴射の流れが破砕されて溶滴となるにつれて、各溶滴に電荷が供給される。荷電手段が溶滴の噴射の流れに対して所定の電圧に保たれると、荷電手段と噴射の流れとの間の電圧と静電容量との組み合わせが噴射の流れの先導の個所に電荷を加える。各溶滴は噴射の流れから破砕される前に保持していた電荷を保持している。溶滴に対する電荷が各溶滴を隣接する溶滴から弾かせ、これは溶滴が合体するのを阻止する。本発明によれば、荷電された溶滴は整合手段により所定の細い線あるいは軌道に保持されている。好適実施例においては、整合手段は電荷を保持し、降下している溶滴にさらに別の電荷を付与したり、あるいは電荷を減じたりする。降下する溶滴に付与された同様の電荷は溶滴を整合手段から離し、また隣接する各溶滴からも離す。このように、整合手段に対する電荷が十分大きい場合、溶滴はその流れにおいて相互から均一な距離を置いており、整合手段を通して延びる軸線の周りで密集しようとする。溶滴は整合手段を通して、あるいはその近傍を通るにつれて概ね細い流れに保たれる。各種の実施例において、整合手段は例えば正に荷電された溶滴の流れに対して、溶滴の電荷を減少させる電子ビームを供給することにより降下している溶滴の電荷を減少させる別の手段を含むことが可能であることを了解すべきである。好適実施例においては、溶滴は密閉された装置内において目標物に供給されるため、例えば酸化等の汚染が溶滴の表面に、従って溶着された材料の層の内部に発生する危険性が少ない。一好適実施例においては、作業空間における空気が例えば、アルゴンあるいは窒素のような不活性ガスと入れ替えられる。例えばアルゴンのような重い不活性ガスが使用される場合、その不活性ガスは密閉された作業空間の下端において導入されることが好ましい。重い不活性ガスは、密閉された作業空間の頂部から流出可能なより軽い空気と置き換わる。別の好適実施例においては、作業空間の空気は例えば窒素のようなより軽い不活性ガスと置き換わる。しかしながら、不活性ガスの種類は溶着されつつある金属の種類によって決まることを理解すべきである。更に、アルミニュームの溶着の場合、窒素とアルミニュームとは反応するため窒素を使用しないことが好ましいことを理解すべきである。更に、各種の実施例において、不活性ガスと大気との間の濃度の差は、例えばアルゴンを冷却し、窒素を加熱することによりきわだたせることが可能なことを理解すべきである。好適実施例においては、作業空間は正の圧力に保たれているので漏洩があっても外方向であって、大気が密閉された作業空間中へ漏れ込むことはない。作業空間を密閉する各種の収容手段は、例えばポリ塩化ビニール等のような適当な材料から作られ、金属のフレームに装着されている可撓性の覆いを含む。作業空間を密閉するその他の手段としては適当な材料から作られた剛性で透明のプラスチック製ハウジングを含む。これらの収容手段は現在使用されている大型の厄介な真空室と代替しうるので、本発明の装置はテーブルトップ構造で使用しうる。しかしながら、所望の溶滴の純度レベルを達成し、その結果３次元の製品の特性を得るために真空室を使用してもよい。好適実施例においては、作業環境は不活性雰囲気である。溶融材料を入れた炉から溶融材料を約１．４−３．５ｋｇ／ｃｍ²（２０−５０ｐｓｉ）（≒１４０ −３５０ｋＰａ）の高圧で圧出するためにガス制御した装置を使用出来ることを理解すべきである。更に別のガス制御した装置が約０．０７−０．１４ｋｇ／ｃｍ²（１−２ｐｓｉ）の低圧力を作業環境に提供する。これらの圧力はゲージ圧であり、すなわちそれらは大気圧より高く、絶対圧ではなく、単に本発明の説明を容易にするために示したものであることを理解すべきである。作動において、必要に応じ、作業環境は酸素レベルを制限するために不活性ガスを導入することにより繰り返しパージすることが可能なことが考えられる。適当な最低酸素レベルは種々の汚染レベルに露出される最終製品の特性を測定することにより決められることを理解すべきである。溶滴の細かい流れすなわち線は３次元の製品を形成するために目標物あるいは作業ステーションに正確に位置される。本発明の方法によれば、溶滴の流れの供給分および（または）目標物のいずれかを動かせて３次元の製品を形成することが可能なことを理解すべきである。一実施例においては、目標物は該目標物に付与されつつある溶滴の線に応答して所定の距離だけ動くことが出来る。例えば、目標物は少なくとも部分的には溶滴の溶着速度によって決まる所定の速度で水平方向および（または）垂直方向に動くことが可能である。ある好適実施例においては、溶滴の溶着速度は可視／計数装置によりモニタすることが可能である。作業ステーションにおいて形成された３次元の製品は位置決め装置に作動接続されている。好適実施例においては、位置決め装置は少なくとも２−３軸からなり、ある実施例においては３から５軸テーブル、軸の駆動装置、位置データを受信、送信する符号器、および軸に沿った運動を調整する制御装置からなる。制御装置は座標を供給する対象物の形状のコンピュータに基づく表示と、作業ステーションの運動を解釈する手段とから構成できる。代替実施例においては、溶滴を形成する手段／供給する手段はまた、所定のパターンに応答して少なくともＸ，ＹおよびＺ軸の間の大体の位置において溶滴の供給分を動かす別の位置決め手段に作動接続することも可能である。さらに別の実施例においては、作業ステーションと溶滴の供給分との双方は３次元の製品を形成するように動かすことが可能である。好適実施例においては、例えば適当なソフトウエアプログラムのような計画システムが３次元の対象物の中実のモデルの表示を受け取る。計画システムは対象物の形状を有限数のスライスに切断し、製品全体の（後述する）いずれかの張り出し支持の要件を含む、各層を達成するに要する溶着軌道をプロットする。制御システムが計画システム、溶滴形成／供給手段の運動、および作業ステーションの位置決めシステムを調整する。制御システムはまた、各種の作動パラメータに関する情報を連絡する全てのセンサの入力をモニタし、例えば圧力、温度、電圧等の正確な作動パラメータを保持する。本発明によれば、（圧力、オリフィスの直径、溶滴の振動の振動数と振幅のような）パラメータを変更して均一サイズの溶滴の径を変えることが出来る。溶滴の最適直径は部分的に、形成されつつある３次元の製品と溶着されつつある材料の種類とによって変わることを理解すべきである。例えば、炉中への金属の送入速度、炉の圧力、温度および溶滴に対する電荷の量のようなその他のパラメータもまた、均一サイズの溶滴のサイズと形成速度とに影響する。更に別のパラメータは、形成されつつある目標物すなわち製品に溶滴が溶着されるときの目標物すなわち製品の温度および溶滴の状態を含む。溶滴および（または）目標物の温度並びに目標物上への溶滴の速度が、部分的に目標材料上の均一な層中への溶滴の結合すなわち合体を決める。本発明のある実施例においては、変動しうる別のパラメータは溶滴形成手段と作業ステーションとの間の「離隔」距離である。この距離を変えることにより溶滴の「フットプリント」のサイズすなわち衝突面積および溶滴の液体と固体の比の双方に影響を与える。液体と固体との比を変えることにより基板に対する溶滴の結合性が変わりうる。溶着材料自体の温度は溶滴の熱状態に影響することを理解すべきである。ある実施例においては、溶着材料の温度は融点を丁度上回ったところから変動する可能性があり、別の実施例においては、例えば融点を約５０ ℃を上回ったところにありうる。液状の溶着材料のこの温度の差はオリフィスから目標物までの距離（すなわち「浮遊」あるいは「離隔」距離）に対する溶滴の温度に影響を与えることは勿論である。溶滴は最適な液体対固体の比において、あるいはその近辺で供給される。各種の実施例において、溶滴が目標物に衝突するときの溶滴の固体対液体の比は重要な変数である。目標物に対する溶滴の衝撃が降下している溶滴の運動エネルギを熱エネルギに変換する。この熱が溶滴と目標物とを溶滴の衝撃個所において再溶解する。この再溶解が溶滴が新しく形成された面に結合する過程を促進する。形状の精度を達成するために、本発明は溶滴の流れを正確に整合させ、かつ集中させ、目標物の運動速度あるいは方向を溶滴の流れの位置および溶滴の流れの流量や温度と慎重に相関させる。溶滴の流れは効率および精度を上げるために調整される。好適実施例においては、ストロボ光源に作動接続されたコンピュータ可視システムのような適当な流量測定システムが所定時間内にフレームを通過する溶滴の数を計数することにより金属の流量を予測する。位置決めシステムが形成されつつある３次元の製品の部分あるいは層の形状に従って目標を動かす。所定の軌道に沿った目標物の運動速度は、好ましくは流量測定システムによって測定される溶着材料の流量によって制御される。３次元の製品を形成する層の数とその位置決めとは多数の要素によって決まる。対象物形状はある層が通らねばならないある点を指定する。このように、３次元の製品を形成するのに必要とされる層の数は最小とされる。支持材料が提供される各種の実施例において、該支持材料も部分的に形成された製品の近傍に位置されることを理解すべきである。対象物の形状に影響を与える別の要素は各層の最大厚さである。各層は形成されつつある製品の一部のそれより厚くなり得ないことを理解すべきである。更に、３次元の製品の最終使用のための機能的要件が３次元の製品の表面仕上げを指定することも理解すべきである。このように、概ね滑らかな表面仕上げ、あるいは手ざわりのある表面仕上げも層の厚さを限定しうる。しかしながら、本発明は形成された３次元の製品が殆どの最終用途に対して望ましい表面仕上げとなるように約５０ミクロン程度の小さい径の溶滴を溶着する方法を提供することを理解すべきである。更に、製品の縁部あるいは周辺部における階段効果は溶滴の径、従ってその結果の層の厚さのみならず、溶滴が表面と接触するときの溶滴の広がり、すなわち飛沫の径によって変わることを理解すべきである。殆どの実施例において、形成されつつある製品の縁部あるいは周辺部の表面仕上げは、殆どの最終使用要件に適した最小の階段効果を有する極めて満足な表面仕上げである。溶着される溶滴の実際のサイズは３次元製品の最終使用要件によって決まることを理解すべきである。３次元の中実製品を製造出来るようにするのは溶滴の溶着と各溶滴のサイズとを正確に調整することである。本発明の方法によれば、材料の溶着と溶滴サイズの調整とは数分の１ミリ内の精度である。このような溶滴の位置精度とサイズとを改良することにより、金属をそれに対して噴射する中間の物理的モデルとか、更に別の処理過程を必要とすることなく３次元の製品を作れるようにする。本発明により形成された３次元の製品は汚染物の介在が概ね無く、産業または商業用に直接使用することが可能である。本発明は３次元の製品を作るために一回の作業で溶着される溶滴を形成する。本発明は、迅速に正確で耐久性のある３次元の製品を生産する正味形状方法を含む。溶滴を増分して付与することおよび、その後溶滴を固化することは正確に調整されて行われる。形成されつつある製品の微細組織と形状とは正確に調整されているため、３次元の製品を形成するのに機械加工のような追加の処理は何ら必要とされない。概ね均一なサイズを有する溶滴が好適速度で、かつ目標物からの好適な距離において供給されるため、溶滴の温度と目標物の温度とは最適なパラメータの範囲内にある。特に、溶滴は好適な径であり、かつ好適な距離において溶着されるので、溶滴の液体対固体の比は３次元の製品に結合するのに特に適している。溶滴が冷た過ぎると、溶滴は粉状材料を形成し、製品に良く接合しない。溶滴が冷え過ぎるとすれば、液体が流れ、３次元の製品の表面上で冷却される前に３次元の製品に非均等で調整のつかない面をもたらす。好適実施例においては、液体対固体の比は約３０：７０で、溶滴は、径が約±２５％以下で、最も好ましくは約± ５％以下の変動をする概ね均一なサイズを有している。特に好ましい実施例においては、溶滴は、均一な荷電された溶融金属の溶滴を形成する装置を用いて形成される。本装置は金属の荷電分を炉内で溶融し、溶融金属を直径が小さいオリフィス（４５−２００μｍ）を通して圧出し、溶滴の層状の噴射あるいは流れを形成する。この流れは圧電変換器に振動（約５から３０ kHzであることが好ましい）を加えることにより破砕されて均一な溶滴の流れを形成する。各溶滴はそれらが層状噴射あるいは流れから破砕されるにつれて、たとえば高電圧プレート（約３００から４００Ｖ）のような荷電手段によって荷電される。溶滴は同じ極性の電荷が与えられるので、相互に弾き合い個別の状態に留まり、そのため元のサイズを保つ。好適実施例においては、炉は作業空間環境よりも高い温度に保持されておりオリフィスを通して液状金属を圧出し、液状金属の圧力が小さいオリフィスを通る液体の流量を調整する。本発明の一つの利点は、材料の張り出し部分を形成するよう溶着金属の表面張力特性を利用することが出来ることである。張り出し部分は、先の層の縁部を越えて延びる溶滴の層からなり、張り出し構造体を形成するものである。本発明の別の利点は目標物の作業ステーションの運動を約３から５軸としうることである。目標物はＸ，Ｙ，Ｘ軸に沿った、あるいはそれらの間での直線運動の他に軸の周りで傾動できる。この傾動により３次元の製品は支持が無くても張り出し部分を形成出来るようにする。例えば、３次元の製品は、材料の溶着が垂直方向にし続ける位置までであるが、先に溶着された材料に対して直角の位置まで９０度回転することが可能で、そのため該製品が元の位置に戻った後、最終製品において張り出し部を形成することが出来る。本発明の別の利点は、ある実施例において、一方が犠牲の支持材料であり、他方が所望の対象物の材料である、少なくとも２種類の材料を使用することが可能なことである。支持材料は対象物の材料の近傍に分配され、所望の対象物の材料の張り出し部を支持するためにのみ使用される。支持材料は、３次元の製品に対して有害でない、熱、酸化、溶剤、機械的手段あるいはその他の適当な手段を適用することにより３次元の製品の完成時に除去される。支持材料は、例えば低融点金属、合金、塩、ガラス、セラミック、グラファイトあるいはそれらの複合物のようないずれかの適当な材料から構成すればよい。本発明の更に別の利点は、ある実施例において、溶滴形成手段から目標物までの距離が十分大きい場合、その距離から分配される溶滴の供給分は、それが目標物に達する時までに完全に固まることである。目標物に達するまでに固まらない溶滴の供給分は、基本的には、溶着材料のその後の層に対する支持として作用する粉末粒体の供給分である。粉末は形成されつつある製品に結合しないので、３次元の製品の完成時に除去することが出来る。本発明の更に別の利点は、ある実施例においては、溶着材料の層の応力を除去する手段を提供することである。ある好適実施例においては、材料の層が分配されて３次元の製品を形成するにつれて、焼鈍、すなわち応力除去を行ない、直近の表面温度を調整するためにレーザエネルギ源が使用される。本発明によって形成された金属の３次元の対象物は鋳造された部品と概ね均等か、それより優れた望ましい特性や性質を有する。図面の簡単な説明第１図は３次元の製品を形成するために溶融材料を溶着する装置の部分的に断面で、部分的に点線で示す斜視図、第１Ａ図は第１図に示す装置の一部の部分的に断面で示す、大きく拡大した斜視図、第１Ｂ図は溶滴の大きく拡大した断面図、第１Ｃ図は３次元の製品を形成するために溶融材料を溶着する装置の別の実施例の斜視図、第２図は材料を溶着し、張り出し部分を形成するための一技術を示す、第１図に示す装置の一部の部分的に断面で、部分的に大きく拡大して示す斜視図、第３図は３次元の製品を形成するために溶融金属を溶着し、張り出し部分を形成するための装置の別の実施例の一部の、部分的に断面で、部分的に拡大して、部分的に点線で示す斜視図、第４図は３次元の製品を形成するために溶融金属を溶着し、張り出し部を形成する装置の更に別の実施例の一部を示す、部分的に断面で、部分的に大きく拡大し、部分的に点線で示す斜視図、第４Ａ図は形成されつつある第４図に示す製品の部分的に断面で示す、大きく拡大した側面図、第５図は３次元の製品を形成するために溶融材料を溶着し、張り出し部分を形成する装置の更に別の実施例の一部を示す、部分的に断面で、部分的に大きく拡大し、部分的に点線で示す斜視図、第６図は３次元の製品を形成するために溶融材料を溶着する装置の別の実施例の一部を示す、部分的に断面で示す斜視図である。好適実施例の説明図面を参照して、３次元の製品を形成するための方法とその方法を実行するために使用される装置との各種実施例を以下詳細に説明する。第１図に示すように、３次元の製品を形成する装置１０が全体的に示されている。本装置１０は少なくとも１個の均一な溶滴を形成する装置１２を含み、図示実施例においては、別の溶滴形成装置１３を含む。均一な溶滴形成装置は、その引例を本明細書において明確に含めているチャン他(Chun et al)への米国特許第５，２２６，０９８号に記載のようなもので良いことを理解すべきである。均一な溶滴形成装置１２および１３は好適実施例においては室１５内に密閉されている。前記室１５は適当な透明の囲み体９を有するフレーム８を含む。前記室１５は不活性雰囲気を密閉し、３次元の製品が形成されるにつれて、望ましくない汚染物が溶融金属と接触するようになるのを阻止する。しかしながら、各種の実施例において、溶導される溶融金属から汚染物を離すための他の手段が本発明の考えられる範囲内に入ることを理解すべきであり、半円形の室１５を示す代替実施例が第１Ｃ図に示されている。一好適実施例における均一な溶滴を形成する装置１２は均一な溶滴形成装置１３と実質的に類似である。説明をし易くするために、各々の均一な溶滴形成装置１２および１３の構成要素に共通の一組の数字について説明する。均一な溶滴形成装置１２および１３は、それぞれ振動手段１６と炉１８とを含む。各炉１８は溶着材料１４を所望の温度まで溶解するための加熱手段１９と、炉１８を少なくとも一方向および、ある実施例においては３方向および（または）Ｘ，ＹおよびＺ軸の間で動かす運動手段２１とを有することを理解すべきである。更に、ある実施例においては、炉１８内の溶融材料１４は加圧手段１７からの所望の圧力を加えることが出来ることを理解すべきである。好適実施例における溶融材料１４は所望の振幅と振動数で振動手段１６により振動が加えられる。材料１４の流れあるいは噴射２８が形成され、少なくとも１個のオリフィス２０から炉１８を出て行く。流れ２８が振動することによって概ね均一のサイズと形状とを有する複数の溶滴３６が形成される。溶滴３６が形成されるにつれて、溶滴３６は荷電装置２２を通過する。荷電装置２２は一般に、オリフィス２０と整合した少なくとも１個の開口２６を有する荷電プレート２４からなる。荷電装置２２は溶滴３６が形成されるにつれて、溶滴３６に電荷を付加する。各溶滴３６は流れ２８から破砕されるにつれて、各溶滴３６は電荷の一部を保持している。溶滴３６が降下するにつれて、溶滴３６は集中手段すなわち整合手段３０を通してあるいはその近傍を通る。図示実施例において、整合手段３０は、図示しやすくするために断面で示す円筒形あるいは円錐形（図示せず）を有することが出来る。整合手段３０は、第１Ａ図において最良に示すように、開口３４を画成する荷電面すなわち弾き面３２を含む。荷電面すなわち弾き面３２は例えば、銅、鋼等の高度に導電性の材料から作ることが好ましく、ある実施例においては長さが約１５０ミリから約４５０ミリまでである。開口３４は一般に直径が約１０から約４０ミリである。その他の実施例においては、弾き面３２の長さと直径とは少なくとも、部分的に溶着されつつある材料の種類、溶滴のサイズ、および３次元の製品の最終形状によって決まることを理解すべきである。荷電面すなわち弾き面３２が所定の所望の電圧に保持されると、溶滴３６は相互から、かつ装荷面すなわち弾き面３２からの所定の距離に留まっている。弾き力は第１Ａ図において双頭矢印３５によって全体的に示されている。各溶滴が降下するにつれて、先導の溶滴３６Ａが後続の溶滴３６Ｂから弾かれるのみならず、荷電面すなわち弾き面３２の側部からも弾かれ、そのため同様に荷電された溶滴が相互に合体したり、あるいは側方へ拡散するのを阻止する。溶滴は整合手段３０を通して長手方向に延びる軸線の周りで集合しようとする。溶滴に対する電荷により溶滴が細くて極めて精密な線の形で送られうるようにする。最終用途に応じて、いずれかの適当な金属を使用しうることを理解すべきである。各溶滴に対する実際の電荷は使用される金属の種類の関数であるあるのみならず、溶滴の直径電荷された溶滴３６がそこを通って降下する開口３４の直径、荷電面すなわち弾きプレート３２と溶滴３６との間の電圧との関数でもある。１０^-7クローン／グラム程度の溶滴３６に対する電荷が有用である。しかしながら、その他の電荷も有用であって、電荷は前述した各種のパラメータによって決まることを理解すべきである。降下する間、溶滴は少なくとも部分的に固まり、溶滴が基板あるいは作業ステーション位置決め装置４０に達するところの衝撃の個所においては半液状状態である。第１Ｂ図に示すように、溶滴３６が冷えるにつれて、溶融した部分３９を囲むスキン３７が形成される。ある実施例においては、溶滴３６が作業ステーション位置決め装置４０あるいは先に溶着された溶滴のいずれかに衝突するにつれて、スキンは破けて開放し、溶滴は平坦になる。好適実施例においては、衝突の個所で溶滴は液体対固体の比が約５０：５０から約２０：８０まで、好ましくは３０：７０である最適な比を有している。最適な比は個々の各溶滴を正確に配置させ、かつ衝撃の個所で目標物の大きすぎる再溶解すなわち液状材料のパッドリングを阻止する。再び第１図を参照すれば、作業ステーション位置決め装置４０は作業ステーション４２を動かすための複数の運動可能手段を含む。第１の運動可能手段４４は作業ステーションの面４２を第１の運動手段４４上の矢印Ｙによって全体的に示されるＹ方向（前進および後退）に動かす。第２の運動可能手段４６は該運動手段４６において示す矢印Ｘによって全体的に示されているＸ方向（水平方向、すなわち左右方向）に作業ステーションの面４２を全体的に動かす。第３の運動可能手段４８が該手段４８における矢印Ｚによって全体的に示すＺ方向（垂直方向、すなわち上下方向）に作業ステーションを動かす。ある実施例においては、第４の運動可能手段５０が少なくとも第１の位置、あるいはステーションと第２の位置あるいはステーションとの間でＸ方向に作業ステーション位置決め装置４０を更に全体的に動かす。第１図に示す実施例において、第１の溶滴形成装置１２は一つの種類の溶融材料を分配し、一方第２の溶滴形成装置１３は別の種類の溶融材料を分配する。作業ステーション位置決め装置４０は第４の運動可能手段５０によって溶滴形成装置１２と１３との間で運動可能である。作業ステーション位置決め装置４０および第４の運動可能手段５０は、該作業ステーション位置決め手段４０を運動させるため例えば空気あるいは油圧手段のような別の運動可能手段５２を介して動力源（図示せず）に作動接続されている。作業位置決め装置４０と溶滴形成装置１２おおび１３とは、作業ステーション位置決め装置４０の運動の指令を提供し、および（または）溶滴形成装置１２および１３の作動指令を提供する計画システムを有する制御手段５６に作動接続されている。制御手段５４は対象物の形状の中実モデル表示を読み取るコンピュータソフトウエアプログラムあるいは計画システムを有することが好ましく、計画システムはこの表示を有限数のスライスに切断する。コンピュータプログラムは作業ステーション位置決め装置４の作動を調整し、圧力、温度、電荷、送入速度、振動数、振幅および距離のような位置のセンサ入力をモニタする。本発明の方法はＣＡＤファイルから直接張り出し部分を有する新しい金属部分を数時間内で、かき傷から作ることが出来る。３次元の製品は機械加工したものと良好に対比しうる強度と耐久性とを有する。更に、本明細書で示す溶着は単一のオリフィス２０を示しているが、形成される３次元の製品の形状に応じて、多数のオリフィスを本発明において使用できることを理解すべきである。更に、室１５は溶着室から大気あるいは酸素を吸出するために真空室を含んでもよいことが考えられる。また、第１Ｃ図に示すように、はるかに小さいガラス製ドームあるいは類似の容器を有するその他の装置を用いて溶着室１５から大気、酸素等を吸出し、前記室内に不活性ガスを入れることも可能なことが考えられる。前記室は不活性ガスおよび（または）大気を注入したり、排出したりするために下側ポート５６と上側ポート５８とを有することが可能である。第１図に示す実施例において、作業ステーション位置決め装置４０は少なくとも３個の平面において正確に運動可能であって、そのため溶滴３６が所定のパターンで溶着されるにっれて、各溶滴３６は先行の溶着した溶滴の上に重ねられ、第２図に示すように３次元製品６０の新しい面３８を形成する。３次元の製品６０は、新しい面３８を形成する複数の平坦とされた溶滴３６Ｃから形成されたものとして全体的に示されている。各溶滴が溶着されるにつれて、溶滴は合体し、製品６０の垂直の壁６２を形成する。本実施例において、溶滴３６Ｄの一連の層が形成され、溶滴は先に溶着された溶滴３６Ｃの一部に重ねられる。一連の溶滴３６Ｄが先行する溶滴３６Ｃに衝突し、そのため溶滴３６Ｄの直径部分が溶滴３６Ｃに重ねられる。このように、一連の列の溶滴３６Ｅ，３６Ｆ，３６Ｇ等が形成されるにつれて、溶滴３６Ｄ，３６Ｅ，３６Ｆおよび３６Ｇが全体的に６４で示す張り出し部分を形成する。各溶滴が先に溶着された溶滴に衝突し、固まるにつれて、何ら支持基板を必要とすることなく張り出し部分６４が直接形成される。第３図は、作業ステーション１４２が別の寸法で回転可能なように、平坦な面すなわち作業ステーション１４２を有する支持体、すなわち作業ステーション位置決め装置１４０が約５軸の周りで回転可能である、別の実施例の例を示している。例えば、位置決め装置１４０は、垂直（Ｙ）方向に回転したものとして示されており、溶滴３６は製品７０の複雑な３次元形状を形成するよう溶着することが可能である。製品７０の第１の部分７２は、平坦な面１４２が概ね水平の平面（Ｘ）にある間に形成することが出来ることを了解すべきである。その後、位置決め装置１４０が未だ概ね水平の平面にある間に第２の部分７４が形成され、そこで溶滴は第１の部分７２から概ね直角に延びている第２の部分７４を構成するように溶着される。その後、位置決め手段１４０は製品７０の第３の部分７６をある角度を付けて形成出来るようにＸ−Ｙ平面において軸線の周りで回転する。第３図に示すように、製品７０の第４の部分７８が、位置決め装置１４０を垂直（Ｙ）方向まで回転させることにより溶滴が垂直に溶着されるようにして形成される。さて第４図を参照すれば、別の３次元の製品８０が、作業ステーションの面２４２を有する作業ステーション位置決め装置２４０上で全体的に形成されつつある。位置決め装置２４０はＸ，ＹおよびＺ軸の間で少なくとも３方向に運動可能であることが好ましい。第４図に示す実施例においては、第１の溶滴形成手段１２が第１の材料８４の溶滴８２を所定の要領で作業ステーションの面２４２上に溶着する。図示実施例においては、第２の溶滴形成手段１３が、支持材料として作用すべく第２の材料９０の溶滴９２を製品８０の隣接部分の上にあるいは近傍に溶着させる、第２の、すなわち支持材料９０を入れている。第４Ａ図に示すように、製品８０は該製品８０の一部を形成する複数の層８０Ａを含む。第２の材料９０は溶着材料８０の近傍の領域に溶着されている。そうすれば、第２の材料９０は、第２の材料９０によってある位置に保持されている追加の溶滴８０Ｂを受け入れることが可能である。３次元の製品８０が完成すると、第２の材料９０は前述したいずれかの手段により除去することが出来る。次に、第５図を参照すれば、溶滴形成手段１２はＸ，ＹおよびＺ方向に運動することが出来る。溶滴形成手段１２は運動手段２１に作動接続されており、溶滴形成手段１２を持ち上げるために少なくとも垂直方向、すなわちＺ方向に運動可能であって、そのため溶滴形成手段１２と、形成されつつある３次元の製品１２０を保持する作業ステーション位置決め装置３４０との間の距離が増加する。作業ステーション位置決め装置３４０はまた、溶滴形成手段１２と形成されつつある製品１２０との間の距離を増大するために（第５図において鎖線で示す）Ｚ方向すなわち垂直方向に運動可能であることを了解すべきである。溶滴形成手段１２と溶滴衝突領域との間の距離を増大すると、複数の溶滴３６Ｚが目標物に衝突する前に概ね固まることが出来るようにする。溶滴３６Ｚが固まるにつれて、固まった溶滴３６Ｚは、支持材料として作用する粉末の粒子材料１２２を形成する。３次元の製品１２０が完成すると、粉末の支持材料１２２は３次元の製品１２０から除去することが出来る。溶滴３６Ｚが溶着される、すなわち、計量される距離と速度とは、溶滴３６Ｚが製品１２０を形成したり、あるいは結合しないようモニタされる。各種の実施例において、粉末の支持領域１２２は張り出し部分に対する適当な支持体として作用するため所望の形状を保持し得ないことがある。そのような状態においては、粉末の支持領域１２２は溶融材料３６から作られた外壁あるいは内壁１２４によって支持されることが好ましい。第６図は形成されつつある製品２８０の応力除去するための手段３００の一実施例を示す。応力除去手段１００は炉装置２９０と関連して示されているが、応力除去手段１００は本発明の全ての実施例において使用可能であって、ここでは図示をし易くするために１個の炉装置と関連して示されていることを理解すべきである。応力除去装置３００はレーザエネルギ源を含む。応力除去手段３００はレーザ光線のビーム３０６すなわちエネルギを溶着されつつある材料の部分２８６まで導く各種の案内手段３０２および３０４を有している。レーザビーム３０６は先行した溶着ずみの層に同時に溶着され、結合されつつある材料２８０の応力を除去して曲がり、反り、あるいはその他の応力が製品２８０中に出来ないように阻止する。更に、レーザビーム３０６を用いて、溶滴２８２が形成されつつある３次元の製品２８０に溶着されるにつれて、衝突領域直近での温度調整を保つように使用することが出来る。しかしながら、ある実施例においては、各層において応力除去する、例えばショットピーニング、誘導加熱あるいはその他の焼鈍方法のような他の方法も本発明において有用なものとして考えられることも理解すべきである。また、別の実施例において、一方の装置が溶滴が３次元の製品を形成するように作業ステーション位置決め装置から第１の距離をおいて位置され、第２の装置が、粉末粒体が形成されるように作業ステーション位置決め装置から第２の、より大きい距離をおいて位置されているような、２個の溶滴形成装置を用いて粉末粒体を形成できることも本発明の考えられる範囲内である。本発明によれば、一旦溶着工程が完了すると、仕上がり製品に対してそれ以上の処理工程を実行する必要が何ら無い。本明細書で説明した３次元の製品を形成する方法の各々はいずれの形状、サイズおよび（または）複雑さの３次元製品を生産するために使用することができる。ある好適実施例を本明細書において図示し、説明してきたが、本発明はそれらの実施例に限定されるのではなく、以下の請求の範囲内で種々実施可能であることを理解すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成９年３月７日（１９９７．３．７）【補正内容】請求の範囲 1. ３次元の製品の型を使用することなく、形状自在の３次元の製品を正確に形成する方法において、各溶滴が同じ正あるいは負の電荷を有している、所望の材料の概ね均一サイズの溶融または半溶融した溶滴の供給分を提供する段階と、溶滴の供給分の各溶滴を実質的に細い流れとなるよう整合させる段階であって、溶滴と同じ電荷を有する少なくとも１個の整合手段を通して溶滴を通すことにより溶滴が整合され、前記整合手段が各溶滴を該整合手段を通して延びる軸線に向かって弾く段階と、整合された溶滴の各々を対象物あるいは３次元製品の新たに形成された層上へ所定の速度で、所定のパターンに溶着して３次元の製品を形成する段階とを含むことを特徴とする形状自在３次元製品を正確に形成する方法。 2. 各整合手段は、各溶滴が目標物あるいは形成されつつある３次元製品の新しく形成された層の上に溶着されるまで各溶滴に正あるいは負の電荷を保持することにより、各溶滴を隣接する溶滴から離した状態に保つ各溶滴上の継続する電荷を提供することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 3. 前記整合手段が概ね円筒形あるいは切頭円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 4. 目標物が少なくとも３方向に動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 5. 所望材料の供給分が少なくとも一方向に動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 6. 所望材料の供給分を所望の振動数および（または）振幅で振動させることにより均一なサイズの溶滴が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 7. ３次元の製品を形成するために、目標物が溶滴の供給分に対して所望の速度で動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 8. コンピュータモデルによって３次元の製品が形成され、ソフトウエアによって材料の正確な溶着が導かれることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 9. 所望の材料の整合と溶着とが、所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件を有する環境において行われることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 10．製品が不活性ガス雰囲気において形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 11．請求の範囲第１項に記載の方法により形成された３次元の製品。 12．３次元の製品の型を使用することなく、形状自在の３次元の製品を正確に形成する装置において、各溶滴が同じ正あるいは負の電荷を有している、所望材料の概ね均一なサイズの溶滴の供給分を提供する手段と、前記溶滴の供給分を実質的に細い流れに整合する手段であって、整合された溶滴が３次元の製品を形成するため、目標物あるいは３次元の製品の新しく形成された層の上に所定の速度で所定のパターンに溶着され、各溶滴が目標物あるいは３次元の製品の新しく形成された層の上に溶着されるまで前記整合手段を通して延びる軸線に向かって該整合手段が溶滴を弾くような前記溶滴の供給分を整合する手段とを含むことを特徴とする形状自在の３次元製品を正確に形成する装置。 13．前記整合手段が前記溶滴とおなじ電荷を有する少なくとも１個の弾きプレートを含み、各溶滴が隣接する溶滴並びに前記弾きプレートから弾かれることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 14．前記整合手段が概ね円筒形あるいは切頭円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 15．所望の材料の供給分を振動させ、それにより均一なサイズの溶滴が形成される手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 16．目標物および（または）所望材料の供給分を案内するコンピュータ助成設計ソフトウエアプログラムを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 17．３次元の製品がコンピュータモデルから形成され、ソフトウエアにより所望材料の正確な溶着が導かれることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。 18．所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉環境を提供する手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 19．溶滴が所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉環境において供給されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 20．所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉雰囲気において密封されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 21．溶着された溶滴の応力を除去するためにレーザエネルギ源を使用することにより、溶着された層が３次元の製品の新しく形成された層を形成するにつれた溶着された溶滴を焼鈍することにより溶着された溶滴の応力を減少させる段階を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 22．溶着の直後溶滴を焼鈍することにより溶着された溶滴の応力を減少させる手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 23．溶着された溶滴の応力を減少させる手段がレーザエネルギ源を含むことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の装置。 24．前記レーザエネルギ源がレーザエネルギを、３次元の製品の新しく形成された面を形成する溶着された溶滴の少なくとも一部の上に集中する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の装置。【手続補正書】【提出日】平成１０年６月１６日（１９９８．６．１６）【補正内容】請求の範囲 1. ３次元の製品の型を使用することなく、自由形状の３次元の製品を正確に形成する方法において、各溶滴が同じ正あるいは負の電荷を有している、所望の材料の概ね均一サイズの溶融または半溶融した溶滴の供給分を提供する段階と、溶滴の供給分の各溶滴を実質的に細い流れとなるよう整合させる段階であって、溶滴と同じ電荷を有する少なくとも１個の整合手段を通して溶滴を通すことにより溶滴が整合され、前記整合手段が各溶滴を該整合手段を通して延びる軸線に向かって弾く段階と、整合された溶滴の各々を対象物あるいは３次元製品の新たに形成された層上へ所定の速度で、所定のパターンに溶着して３次元の製品を形成する段階とを含むことを特徴とする自由形状の３次元製品を正確に形成する方法。 2. 各整合手段は、各溶滴が目標物あるいは形成される３次元製品の新しく形成された層の上に溶着されるまで各溶滴に正あるいは負の電荷を保持することにより、各溶滴を隣接する溶滴から離した状態に保つ各溶滴上の継続する電荷を提供することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 3. 概ね円筒形あるいは切頭円錐形である前記整合手段を溶滴が通過することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 4. 目標物が少なくとも３方向に動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 5. 所望材料の供給分が少なくとも一方向に動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 6. 所望材料の供給分を所望の振動数および（または）振幅で振動させることにより均一なサイズの溶滴が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 7. ３次元の製品を形成するために、目標物が溶滴の供給分に対して所望の速度で動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 8. コンピュータモデルで３次元の製品が形成され、ソフトウエアによって材料の正確な溶着が導かれることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 9. 所望の材料の整合と溶着とが、所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件を有する環境において行われることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 10．製品が不活性ガス雰囲気において形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 11．請求の範囲第１項に記載の方法により形成された３次元の製品。 12．３次元の製品の型を使用することなく、自由形状の３次元の製品を正確に形成する装置において、各溶滴が同じ正あるいは負の電荷を有している、所望材料の概ね均一なサイズの溶滴の供給分を提供する手段と、前記溶滴の供給分を実質的に細い流れに整合する手段であって、整合された溶滴が３次元の製品を形成するため、目標物あるいは３次元の製品の新しく形成された層の上に所定の速度で所定のパターンに溶着され、各溶滴が目標物あるいは３次元の製品の新しく形成された層の上に溶着されるまで前記整合手段を通して延びる軸線に向かって該整合手段が溶滴を弾くような前記溶滴の供給分を整合する手段とを含むことを特徴とする自由形状の３次元製品を正確に形成する装置。 13．前記整合手段が前記溶滴とおなじ電荷を有する少なくとも１個の弾きプレートを含み、各溶滴が隣接する溶滴並びに前記弾きプレートから弾かれることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 14．前記整合手段が概ね円筒形あるいは切頭円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 15．所望の材料の供給分を振動させ、それにより均一なサイズの溶滴が形成される手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 16．目標物および（または）所望材料の供給分を案内するコンピュータ援助設計ソフトウエアプログラムを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 17．３次元の製品がコンピュータモデルから形成され、ソフトウエアにより所望材料の正確な溶着が導かれることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。 18．所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉環境を提供する手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 19．溶滴が所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉環境において供給されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 20．所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉雰囲気において密封されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 21．溶着された溶滴の応力を除去するためにレーザエネルギ源を使用することにより、溶着された溶滴が３次元の製品の新しく形成された層を形成するにつれた溶着された溶滴を焼鈍することにより溶着された溶滴の応力を減少させる段階を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 22．溶着の直後溶滴を焼鈍することにより溶着された溶滴の応力を減少させる手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 23．溶着された溶滴の応力を減少させる手段がレーザエネルギ源を含むことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の装置。 24．前記レーザエネルギ源が、３次元の製品の新しく形成された面を形成する溶着された溶滴の少なくとも一部にレーザエネルギを集中する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の装置。

Claims

【特許請求の範囲】 1. ３次元の製品の型を使用することなく、形状自在の３次元の製品を正確に形成する方法において、各溶滴が正あるいは負の電荷を有している、所望の材料の概ね均一サイズの溶滴の供給分を提供する段階と、溶滴の供給分の各溶滴を実質的に細い流れとなるよう整合させる段階であって、溶滴と同じ電荷を有する少なくとも１個の整合手段に隣接して、あるいは該整合手段を通して溶滴を通すことにより溶滴が整合され、前記整合手段が各溶滴を該整合手段を通して延びる軸線に向かって弾く段階と、整合された溶滴の各々を対象物あるいは３次元製品の新たに形成された層上へ所定の速度で、所定のパターンに溶着して３次元の製品を形成する段階とを含むことを特徴とする形状自在３次元製品を正確に形成する方法。 2. 各溶滴が目標物あるいは形成されつつある３次元製品の新しく形成された層の上に溶着されるまで各溶滴に正あるいは負の電荷を保持することにより、各溶滴を隣接する溶滴から離した状態に保つことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 3. 前記整合手段が概ね円筒形あるいは切頭円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 4. 目標物が少なくとも３方向に動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 5. 所望材料の供給分が少なくとも一方向に動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 6. 所望材料の供給分を所望の振動数および（または）振幅で振動させることにより均一なサイズの溶滴が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 7. ３次元の製品を形成するために、目標物が溶滴の供給分に対して所望の速度で動きうることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 8. コンピュータモデルによって３次元の製品が形成され、ソフトウエアによって材料の正確な溶着が導かれることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 9. 所望の材料の整合と溶着とが、所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件を有する環境において行われることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 10．製品が不活性ガス雰囲気において形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 11．請求の範囲第１項に記載の方法により形成された３次元の製品。 12．３次元の製品の型を使用することなく、形状自在の３次元の製品を正確に形成する装置において、各溶滴が正あるいは負の電荷を有している、所望材料の概ね均一なサイズの溶滴の供給分を提供する手段と、前記溶滴の供給分を実質的に細い流れに整合する手段であって、整合された溶滴が３次元の製品を形成するため、目標物あるいは３次元の製品の新しく形成された層の上に所定の速度で所定のパターンに溶着され、各溶滴が目標物あるいは３次元の製品の新しく形成された層の上に溶着されるまで前記整合手段を通して延びる軸線に向かって該整合手段が溶滴を弾くような溶滴の供給分を整合する手段とを含むことを特徴とする形状自在の３次元製品を正確に形成する装置。 13．前記整合手段が前記溶滴とおなじ電荷を有する少なくとも１個の弾きプレートを含み、各溶滴が隣接する溶滴並びに前記弾きプレートから弾かれることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 14．前記整合手段が概ね円筒形あるいは切頭円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 15．均一なサイズの溶滴が形成されるように所望の材料の供給分を振動させる手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 16．目標物および（または）所望材料の供給分を案内するコンピュータ助成設計ソフトウエアプログラムを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 17．３次元の製品がコンピュータモデルから形成され、ソフトウエアにより所望材料の正確な溶着が導かれることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。 18．所定の圧力と、所定の温度プロフィルと、所定の雰囲気条件とを有する密閉環境を提供する手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。