JP2003191046A - アース・ボーリング用工具の製造方法 - Google Patents
アース・ボーリング用工具の製造方法Info
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 設計段階からプロトタイプ段階及び製造・加
工へ移動するアース・ボーリング用工具の製造を容易高
速で高信頼で経済的で自動的に行う手段・方法を提供す
ること。 【解決手段】 アース・ボーリング工具を製造するため
に該工具の部品用の高速プロトタイプ型を作る方法は、
最初に、上記ドリル・ビット・デザインを最適化し、こ
のデザインをＣＡＤへ統合する。このＣＡＤコードは、
アース・ボーリング工具部品を製造する他のプロトタイ
プ技術に加えて、立体リソグラフィー、選択式レーザー
焼結、又は積層オブジェクト製造法を用いて型のプロト
タイプを製造するためにレーザー及びレーザー・スキャ
ナへコマンド信号を出力するコンピュータにおいてプロ
トタイプ・ファイルを生成するのに用いられる。
工へ移動するアース・ボーリング用工具の製造を容易高
速で高信頼で経済的で自動的に行う手段・方法を提供す
ること。 【解決手段】 アース・ボーリング工具を製造するため
に該工具の部品用の高速プロトタイプ型を作る方法は、
最初に、上記ドリル・ビット・デザインを最適化し、こ
のデザインをＣＡＤへ統合する。このＣＡＤコードは、
アース・ボーリング工具部品を製造する他のプロトタイ
プ技術に加えて、立体リソグラフィー、選択式レーザー
焼結、又は積層オブジェクト製造法を用いて型のプロト
タイプを製造するためにレーザー及びレーザー・スキャ
ナへコマンド信号を出力するコンピュータにおいてプロ
トタイプ・ファイルを生成するのに用いられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アース・ボーリン
グ用工具を製造する方法に係り、特に、アース・ボーリ
ング用工具の製造に用いる型の立体リソフラフィック・
ファブリケーションに関する。
グ用工具を製造する方法に係り、特に、アース・ボーリ
ング用工具の製造に用いる型の立体リソフラフィック・
ファブリケーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アース・ボーリング工具は、該工
具用部品の設計から開始し、次いで労力を惜しまずに各
部品のプロトライプを製造し、それらを組み立てて設計
された工具にするというプロセスによって製造されてい
た。これらはすべてかなりの時間・労力・支出を伴う。
また、上記プロセスは、許容し得るアース・ボーリング
工具が製造できるようになるまで繰り返されなければな
らなかった。
具用部品の設計から開始し、次いで労力を惜しまずに各
部品のプロトライプを製造し、それらを組み立てて設計
された工具にするというプロセスによって製造されてい
た。これらはすべてかなりの時間・労力・支出を伴う。
また、上記プロセスは、許容し得るアース・ボーリング
工具が製造できるようになるまで繰り返されなければな
らなかった。
【０００３】例えばドリル・ビットなどのアース・ボー
リング用工具を製造する現在の基本プロセスは、ビット
のデザインが承認された後で、鉄の固体片を所望される
ビット本体最終形へ機械加工することである。この基本
プロセスにおける改善は、ビット本体を最終的な本体形
状に近い形状へ鋳造することである。これは、上記基本
プロセスから機械加工を大幅に削減し、時間及びコスト
の両要因の点でアース・ボーリング用工具の製造を改善
させることができる。工具製造向けの鋳造プロセスは、
金属鋳造工程の追加によって複雑となるが、基本プロセ
スを上回る時間及びコストの全体的な節約はそれを補っ
て余りあるものである。
リング用工具を製造する現在の基本プロセスは、ビット
のデザインが承認された後で、鉄の固体片を所望される
ビット本体最終形へ機械加工することである。この基本
プロセスにおける改善は、ビット本体を最終的な本体形
状に近い形状へ鋳造することである。これは、上記基本
プロセスから機械加工を大幅に削減し、時間及びコスト
の両要因の点でアース・ボーリング用工具の製造を改善
させることができる。工具製造向けの鋳造プロセスは、
金属鋳造工程の追加によって複雑となるが、基本プロセ
スを上回る時間及びコストの全体的な節約はそれを補っ
て余りあるものである。
【０００４】鋳造からビットを製造するために、グラフ
ァイトのシリンダに空洞を機械加工することによって、
型が用意されるため、ビット本体の正確な寸法からビッ
ト・プロファイルのネガティブを減らすことができる。
切削要素が配置され、型の内部に流体流路がトレースさ
れる。切削要素、ノズル開口部、及び正の流体循環路
が、型を燃焼加熱炉で焼成した後に壊れ易い材料から作
られる。その後、型を製造するのに用いられる様々な要
素は、鋳造プロセスの後で破壊される。これによって、
ビット・ヘッドに切削要素レセプタクルが形作られたビ
ット本体が得られる。
ァイトのシリンダに空洞を機械加工することによって、
型が用意されるため、ビット本体の正確な寸法からビッ
ト・プロファイルのネガティブを減らすことができる。
切削要素が配置され、型の内部に流体流路がトレースさ
れる。切削要素、ノズル開口部、及び正の流体循環路
が、型を燃焼加熱炉で焼成した後に壊れ易い材料から作
られる。その後、型を製造するのに用いられる様々な要
素は、鋳造プロセスの後で破壊される。これによって、
ビット・ヘッドに切削要素レセプタクルが形作られたビ
ット本体が得られる。
【０００５】最近、流体媒体の３次元容積内の所定の交
点に焦点が合うように向けられたビーム放射によって選
択的に硬化される流体媒体内の３次元オブジェクトを生
成する技術が開発されてきている。これら技術は、硬化
性流体の表面又は層に向けられたプログラムされた移動
可能ビーム光に応じて硬化性材料の薄い層を一方の上に
他方が載るようにうまく生成することによって固体オブ
ジェクトを作成する方法として、「立体リソグラフィ
ー」として知られるプロセスを利用する。硬化性流体に
形成された各層は、硬化性流体の表面における該オブジ
ェクトの固体横断面である。オブジェクトの横断面に層
を生成するプロセスは、オブジェクト全体が硬化性流体
に形成されるまで続けられる。
点に焦点が合うように向けられたビーム放射によって選
択的に硬化される流体媒体内の３次元オブジェクトを生
成する技術が開発されてきている。これら技術は、硬化
性流体の表面又は層に向けられたプログラムされた移動
可能ビーム光に応じて硬化性材料の薄い層を一方の上に
他方が載るようにうまく生成することによって固体オブ
ジェクトを作成する方法として、「立体リソグラフィ
ー」として知られるプロセスを利用する。硬化性流体に
形成された各層は、硬化性流体の表面における該オブジ
ェクトの固体横断面である。オブジェクトの横断面に層
を生成するプロセスは、オブジェクト全体が硬化性流体
に形成されるまで続けられる。
【０００６】立体リソグラフィーの使用は、「高速プロ
トタイプ製造プロセス」として知られている。この高速
プロトタイプ製造プロセスを用いた最初の産業は、軍事
用及び民間用の航空機用の内装部品の設計及び製造を専
門とする航空機モジュラー・ユニットの製造業者であっ
た。今日の主だった用途は、自動車、航空宇宙、医療、
コンピュータ、エレクトロニクス、家電などの産業にお
ける高速プロトタイプ製造及び製品ツーリング（ｔｏｏ
ｌｉｎｇ）などである。高速プロトタイプ製造の分野の
リーダーは、カリフォルニア州サンガブリエルの３Ｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ社である。この会社は、立体リソグラフ
ィーを用いた高速プロトタイプ製造に関する様々な発明
について数多くの米国特許を持っている。
トタイプ製造プロセス」として知られている。この高速
プロトタイプ製造プロセスを用いた最初の産業は、軍事
用及び民間用の航空機用の内装部品の設計及び製造を専
門とする航空機モジュラー・ユニットの製造業者であっ
た。今日の主だった用途は、自動車、航空宇宙、医療、
コンピュータ、エレクトロニクス、家電などの産業にお
ける高速プロトタイプ製造及び製品ツーリング（ｔｏｏ
ｌｉｎｇ）などである。高速プロトタイプ製造の分野の
リーダーは、カリフォルニア州サンガブリエルの３Ｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ社である。この会社は、立体リソグラフ
ィーを用いた高速プロトタイプ製造に関する様々な発明
について数多くの米国特許を持っている。
【０００７】製品製造における高速プロトタイプ製造に
ついての最近の改善は、ＣＡＤシステムの利用である。
ＣＡＤシステムは、高速プロトタイプ製造と組み合わせ
ると、新しい製品を市場へ出す時間及びコストが大幅に
低減される（例えば、特許文献１〜４参照）。
ついての最近の改善は、ＣＡＤシステムの利用である。
ＣＡＤシステムは、高速プロトタイプ製造と組み合わせ
ると、新しい製品を市場へ出す時間及びコストが大幅に
低減される（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５４４，５５０号（発行
日：１９９６年８月１３日）
日：１９９６年８月１３日）
【特許文献２】米国特許第６，２００，５１４号（発行
日：２００１年３月１３日）
日：２００１年３月１３日）
【特許文献３】米国特許第６，２０９，４２０号（発行
日：２００１年４月３日）
日：２００１年４月３日）
【特許文献４】英国特許第２，２９６，６７３号
【発明が解決しようとする課題】しかし、設計段階から
プロトタイプ段階へ迅速且つ確実に移行し、最終的にコ
ンピュータによる設計から最終的な工具の製造及び加工
まで直接的に移行しながら工具を製造するアース・ボー
リング用工具の設計及び製造における必要性は依然とし
て存在する。
プロトタイプ段階へ迅速且つ確実に移行し、最終的にコ
ンピュータによる設計から最終的な工具の製造及び加工
まで直接的に移行しながら工具を製造するアース・ボー
リング用工具の設計及び製造における必要性は依然とし
て存在する。
【０００９】アース・ボーリング業界のエンジニア及び
製造責任者は、上述の基本的機械加工プロセス及び鋳造
プロセスにおいて用いられた複雑で手間の掛かる手順を
回避しつつ、設計段階からプロトタイプ段階及び製造・
加工へ移動するアース・ボーリング用工具の製造を容易
高速で高信頼で経済的で自動的な手段を長い間調査し探
してきた。
製造責任者は、上述の基本的機械加工プロセス及び鋳造
プロセスにおいて用いられた複雑で手間の掛かる手順を
回避しつつ、設計段階からプロトタイプ段階及び製造・
加工へ移動するアース・ボーリング用工具の製造を容易
高速で高信頼で経済的で自動的な手段を長い間調査し探
してきた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、アース・ボー
リング用工具を製造する方法であって、所望の工具用の
部品のＣＡＤデータベースを作成する工程を有する方法
である。このＣＡＤデータベースを用いて、工具部品の
型のプロトタイプが製造される。この型は、次いで、例
えばドリル・ビット本体である工具部品の鋳造の準備が
整えられる。この準備された型は、該ドリル・ビット本
体用に選択された材料で充填される。この充填された型
は、次いで、工具部品へ加工される。
リング用工具を製造する方法であって、所望の工具用の
部品のＣＡＤデータベースを作成する工程を有する方法
である。このＣＡＤデータベースを用いて、工具部品の
型のプロトタイプが製造される。この型は、次いで、例
えばドリル・ビット本体である工具部品の鋳造の準備が
整えられる。この準備された型は、該ドリル・ビット本
体用に選択された材料で充填される。この充填された型
は、次いで、工具部品へ加工される。
【００１１】より具体的に言えば、機械的仕様とフルー
ド流れ仕様の双方を設計するコンピュータ・プログラム
のオペレーションによって工具部品のデザインを最適化
させると、計算された結果はＣＡＤコードに統合され
る。高速プロトタイプ製造ファイルが生成される。この
ファイルは、製造される工具部品の種類に応じて、工具
部品の雌型ジオメトリを含む。次いで、対応する型が、
立体リソグラフィー、レーザーによって腐食した面属、
又はレーザーによってカットされたペーパー層などの高
速プロトタイプ製造プロセスを用いて、製造される。
ド流れ仕様の双方を設計するコンピュータ・プログラム
のオペレーションによって工具部品のデザインを最適化
させると、計算された結果はＣＡＤコードに統合され
る。高速プロトタイプ製造ファイルが生成される。この
ファイルは、製造される工具部品の種類に応じて、工具
部品の雌型ジオメトリを含む。次いで、対応する型が、
立体リソグラフィー、レーザーによって腐食した面属、
又はレーザーによってカットされたペーパー層などの高
速プロトタイプ製造プロセスを用いて、製造される。
【００１２】さらに、本発明によれば、アース・ボーリ
ング用ドリル・ビットの部品を製造する方法であって、
該ドリル・ビットの部品のデザインを有するＣＡＤデー
タベースを作成し、次いで、作成されたＣＡＤデータベ
ースからがいドリル・ビット部品のデザインの型のプロ
トタイプを製造する方法が提供される。このプロトタイ
プ型は、雄型若しくは雌型のいずれかを用いて鋳造する
ように準備される。後者は、「マスタ型」と考えられ
る。この型の鋳造に向けた準備に続いて、該型は、ドリ
ル・ビット部品用に選択された材料で充填される。この
充填された型は、選択された材料をドリル・ビットの部
品へと固めるために燃焼加熱炉で焼かれる。型の鋳造に
向けた準備に続いて、該型は、溶融材料で充填され、選
択された材料はドリル・ビット部品へと固められる。
ング用ドリル・ビットの部品を製造する方法であって、
該ドリル・ビットの部品のデザインを有するＣＡＤデー
タベースを作成し、次いで、作成されたＣＡＤデータベ
ースからがいドリル・ビット部品のデザインの型のプロ
トタイプを製造する方法が提供される。このプロトタイ
プ型は、雄型若しくは雌型のいずれかを用いて鋳造する
ように準備される。後者は、「マスタ型」と考えられ
る。この型の鋳造に向けた準備に続いて、該型は、ドリ
ル・ビット部品用に選択された材料で充填される。この
充填された型は、選択された材料をドリル・ビットの部
品へと固めるために燃焼加熱炉で焼かれる。型の鋳造に
向けた準備に続いて、該型は、溶融材料で充填され、選
択された材料はドリル・ビット部品へと固められる。
【００１３】本発明によれば、アース・ボーリング用の
様々な工具を高速プロトタイプ製造方法を用いて製造す
ることができる。複雑な形状は、製造システムへ信号を
送るＣＡＤファイルとしてプログラム・コマンドを生成
するコンピュータを用いることによって容易に作成され
る。以下、本発明をアース・ボーリング用ドリル・ビッ
トの製造について説明するが、他のアース・ボーリング
工具の製造にも本発明は使うことができる。
様々な工具を高速プロトタイプ製造方法を用いて製造す
ることができる。複雑な形状は、製造システムへ信号を
送るＣＡＤファイルとしてプログラム・コマンドを生成
するコンピュータを用いることによって容易に作成され
る。以下、本発明をアース・ボーリング用ドリル・ビッ
トの製造について説明するが、他のアース・ボーリング
工具の製造にも本発明は使うことができる。
【００１４】本発明の技術的利点は、大幅な時間・労力
・支出を節約する効率的な製造プロセスを用いたアース
・ボーリング工具の製造である。本発明は、更に、改善
された切削特徴をもたらす特殊用途向けに工具デザイン
を容易に改良できるという技術的利点を有する。本発明
に従って製造された部品は、完全なアース・ボーリング
用工具への製造のための最終的な仕様へ容易に機械加工
される。
・支出を節約する効率的な製造プロセスを用いたアース
・ボーリング工具の製造である。本発明は、更に、改善
された切削特徴をもたらす特殊用途向けに工具デザイン
を容易に改良できるという技術的利点を有する。本発明
に従って製造された部品は、完全なアース・ボーリング
用工具への製造のための最終的な仕様へ容易に機械加工
される。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明及びその利点についてより
完全に理解するために、ここで添付図面を参照しながら
以下の説明を参照する。
完全に理解するために、ここで添付図面を参照しながら
以下の説明を参照する。
【００１６】図１及び２を参照する。図１及び２には、
本発明に係る高速プロトタイプ製造プロセスに従って製
造されたドリル・ビット本体１０が示されている。図示
するように、ビット本体１０は、固定刃用の穴を有し、
従来業界ではドラッグ・ビットと呼ばれているものであ
る。本発明のプロセスは、ドラッグ・ビットに限定され
ず、他のアース・ボーリング用ドリル・ビットにも用い
ることが可能であり、更に他のアース・ボーリング用工
具の製造にも用いることが可能であることは明らかであ
る。
本発明に係る高速プロトタイプ製造プロセスに従って製
造されたドリル・ビット本体１０が示されている。図示
するように、ビット本体１０は、固定刃用の穴を有し、
従来業界ではドラッグ・ビットと呼ばれているものであ
る。本発明のプロセスは、ドラッグ・ビットに限定され
ず、他のアース・ボーリング用ドリル・ビットにも用い
ることが可能であり、更に他のアース・ボーリング用工
具の製造にも用いることが可能であることは明らかであ
る。
【００１７】図２に最も良く示されているように、ドリ
ル・ビット１０は、ビット本体１０と、脚１４と、この
ドリル・ビットを従来のアース形成のためのボーリング
と同じようにドリル・ストリング（図示せず）の一部又
はサブ・ドリル・ストリングに接続するネジ接続又はピ
ン１６と、を有する。
ル・ビット１０は、ビット本体１０と、脚１４と、この
ドリル・ビットを従来のアース形成のためのボーリング
と同じようにドリル・ストリング（図示せず）の一部又
はサブ・ドリル・ストリングに接続するネジ接続又はピ
ン１６と、を有する。
【００１８】ビット本体１２は、従来のドリル・ビット
構成と同様に、ボーリング・フルードをドリル・ストリ
ングを通ってビット本体内へ流し、開口部端面２０に設
けられたノズル（図示せず）から排出するドリル・フル
ード用の流路として中央の縦方向ボアを有する。ビット
本体１２の側面を脚１４まで下方に伸びる円周方向に間
隔が空けられたブレード２２は、基本的に開口部端面２
０から放射状に延びる。ブレード２２の脚１４側の端
は、ゲージ・パッドとして機能する。ビット本体１２
は、通常は粉末状金属炭化タングステン（鋳型ビット本
体）を用いる本発明のプロセス、或いは溶融金属鋳造プ
ロセスに従って形成される。
構成と同様に、ボーリング・フルードをドリル・ストリ
ングを通ってビット本体内へ流し、開口部端面２０に設
けられたノズル（図示せず）から排出するドリル・フル
ード用の流路として中央の縦方向ボアを有する。ビット
本体１２の側面を脚１４まで下方に伸びる円周方向に間
隔が空けられたブレード２２は、基本的に開口部端面２
０から放射状に延びる。ブレード２２の脚１４側の端
は、ゲージ・パッドとして機能する。ビット本体１２
は、通常は粉末状金属炭化タングステン（鋳型ビット本
体）を用いる本発明のプロセス、或いは溶融金属鋳造プ
ロセスに従って形成される。
【００１９】図１に最も良く示されるように、従来のド
ラッグ・ビット・アッセンブリと同様に主たる切削要素
を受け入れるパターン化されたポケット２４がビット本
体１２の各ブレード２２に形成される。ボーリング・フ
ルード用流路に沿ったポケット２４は、ビット本体１２
を製造する本発明のプロセスにおいて製造される。
ラッグ・ビット・アッセンブリと同様に主たる切削要素
を受け入れるパターン化されたポケット２４がビット本
体１２の各ブレード２２に形成される。ボーリング・フ
ルード用流路に沿ったポケット２４は、ビット本体１２
を製造する本発明のプロセスにおいて製造される。
【００２０】図３を参照する。図３は、適切な相乗的刺
激に応じて物理的状態が変化し得るフルード媒体の表面
にドリル・ビット・ジオメトリの横断面パターンを作成
することによって、複雑なジオメトリの３次元ドリル・
ビット部品を生成する立体リソグラフィック・システム
が概略的に示されている。レーザー・スキャナ３２を通
るレーザー３０からのプログラムされ移動可能な光スポ
ット・ビームは、感光性樹脂バット３４における硬化性
液体の表面又は層に衝突する。レーザー・スキャナ３２
と、感光性樹脂バット３４と、制御コンピュータ３８、
４０、及び４２に沿ったＺ軸エレベータとは、複雑なジ
オメトリのドリル・ビット部品を作成するための立体リ
ソグラフィー・システムを一緒に有する。図３の立体リ
ソグラフィー・システムは、従来の工作機械器具設備無
しに複雑なジオメトリのドリル・ビット部品を素早く作
る技術を表す。
激に応じて物理的状態が変化し得るフルード媒体の表面
にドリル・ビット・ジオメトリの横断面パターンを作成
することによって、複雑なジオメトリの３次元ドリル・
ビット部品を生成する立体リソグラフィック・システム
が概略的に示されている。レーザー・スキャナ３２を通
るレーザー３０からのプログラムされ移動可能な光スポ
ット・ビームは、感光性樹脂バット３４における硬化性
液体の表面又は層に衝突する。レーザー・スキャナ３２
と、感光性樹脂バット３４と、制御コンピュータ３８、
４０、及び４２に沿ったＺ軸エレベータとは、複雑なジ
オメトリのドリル・ビット部品を作成するための立体リ
ソグラフィー・システムを一緒に有する。図３の立体リ
ソグラフィー・システムは、従来の工作機械器具設備無
しに複雑なジオメトリのドリル・ビット部品を素早く作
る技術を表す。
【００２１】複雑なドリル・ビット部品を作成するため
に、機械的構成要素及びフルード流路の双方を含むビッ
ト・デザインが最適化されるようにコンピュータ・プロ
グラムがコンピュータ４２で動かされる。このデザイン
は、コンピュータ４０において、コンピュータ支援設計
（ＣＡＤ）コードに一体化される。コンピュータ４０に
おいて、このＣＡＤコードから高速プロトタイプ製造フ
ァイルが生成される。製造されるビットの種類に応じ
て、この高速プロトタイプ製造ファイルはドリル・ビッ
ト部品の雌ジオメトリか雄ジオメトリのいずれかを含
む。その際、コンピュータ３８は、レーザー３０、レー
ザー・スキャナ３２、及びＺ軸エレベータ３６に駆動信
号を与える。
に、機械的構成要素及びフルード流路の双方を含むビッ
ト・デザインが最適化されるようにコンピュータ・プロ
グラムがコンピュータ４２で動かされる。このデザイン
は、コンピュータ４０において、コンピュータ支援設計
（ＣＡＤ）コードに一体化される。コンピュータ４０に
おいて、このＣＡＤコードから高速プロトタイプ製造フ
ァイルが生成される。製造されるビットの種類に応じ
て、この高速プロトタイプ製造ファイルはドリル・ビッ
ト部品の雌ジオメトリか雄ジオメトリのいずれかを含
む。その際、コンピュータ３８は、レーザー３０、レー
ザー・スキャナ３２、及びＺ軸エレベータ３６に駆動信
号を与える。
【００２２】図３の立体リソグラフィック・システム
は、複雑なジオメトリのドリル・ビット部品を製造する
のに現在用いられている装置を上回る多くの利点を有す
る。図３に示したシステムは、デザイン・レイアウト及
び図面、工作機械器具設備図面、及び工作機械器具設備
を製造する必要性を最小限にする。ドリル・ビット・エ
ンジニアは、図３のコンピュータ４２及び立体リソグラ
フィック機器を直接的に操作し、コンピュータ４２のモ
ニタに表示されたドリル・ビット部品のデザインに満足
すれば、該部品用の型が迅速な分析及び検査のために感
光性樹脂バット３４において製造される。設計が修正を
必要とする場合、そのような修正は、コンピュータ４２
を通じて容易に実現され、その変更が所望のドリル・ビ
ット・デザインであるかを確かめるためにプロトタイプ
製造部品用の別の型が製造される。アース・ボーリング
工具は相互作用機能を有する多くの部品を必要とするた
め、ここに説明した高速プロトタイプ製造方法はより有
用性が高い。なぜなら、すべての部品設計を素早く変更
・再作成することができ、アッセンブリ全体を必要であ
れば繰り返し検査することができるからである。設計が
完了すると、部品製造が直ちに開始されるため、設計と
製造との間が数週間〜数ヶ月掛かることはない。
は、複雑なジオメトリのドリル・ビット部品を製造する
のに現在用いられている装置を上回る多くの利点を有す
る。図３に示したシステムは、デザイン・レイアウト及
び図面、工作機械器具設備図面、及び工作機械器具設備
を製造する必要性を最小限にする。ドリル・ビット・エ
ンジニアは、図３のコンピュータ４２及び立体リソグラ
フィック機器を直接的に操作し、コンピュータ４２のモ
ニタに表示されたドリル・ビット部品のデザインに満足
すれば、該部品用の型が迅速な分析及び検査のために感
光性樹脂バット３４において製造される。設計が修正を
必要とする場合、そのような修正は、コンピュータ４２
を通じて容易に実現され、その変更が所望のドリル・ビ
ット・デザインであるかを確かめるためにプロトタイプ
製造部品用の別の型が製造される。アース・ボーリング
工具は相互作用機能を有する多くの部品を必要とするた
め、ここに説明した高速プロトタイプ製造方法はより有
用性が高い。なぜなら、すべての部品設計を素早く変更
・再作成することができ、アッセンブリ全体を必要であ
れば繰り返し検査することができるからである。設計が
完了すると、部品製造が直ちに開始されるため、設計と
製造との間が数週間〜数ヶ月掛かることはない。
【００２３】既述のように、製造されるビットの種類に
応じて、コンピュータ３８における高速プロトタイプ製
造ファイルはドリル・ビット部品の雌型ジオメトリ又は
雄型ジオメトリのいずれかを含む。高速プロトタイプ製
造ファイルが雌型デザインを含む場合、感光性樹脂バッ
ト３４において作成されるこの雌型は、次いで、雄型成
形器を製造するのに利用されるか、或いは該ビットを製
造するのに直接用いられる。雌型を直接用いる場合、鋳
型本体ビットのために雌型成形器が充填され、燃焼加熱
炉で硬化されるか、或いは、鉄製の本体ビットの場合、
雌型は溶融金属材料で充填される。
応じて、コンピュータ３８における高速プロトタイプ製
造ファイルはドリル・ビット部品の雌型ジオメトリ又は
雄型ジオメトリのいずれかを含む。高速プロトタイプ製
造ファイルが雌型デザインを含む場合、感光性樹脂バッ
ト３４において作成されるこの雌型は、次いで、雄型成
形器を製造するのに利用されるか、或いは該ビットを製
造するのに直接用いられる。雌型を直接用いる場合、鋳
型本体ビットのために雌型成形器が充填され、燃焼加熱
炉で硬化されるか、或いは、鉄製の本体ビットの場合、
雌型は溶融金属材料で充填される。
【００２４】高速プロトタイプ製造ファイルが雄型デザ
インを含む場合、感光性樹脂３４からの高速プロトタイ
プ製造雌型は、可燃性パターンの上にマウントされ、こ
の可燃性パターンに沿った該型は焼入れ可能な耐熱性材
料のスラリーで覆われる。このコーティングされたパタ
ーンは、セラミック・シェルが形成されるように該耐熱
性材料を硬化させるためい乾燥機内に置かれ、同時に可
燃性パターン及び高速プロトタイプ製造雌型が燃え尽く
される。このようにして得られた好ましくはセラミック
製の雌型成形器は、支持ベッドに置かれ、溶融金属材料
又は結合材を有する鋳型粉末で充填される。鋳型本体ビ
ットについては、充填された雌型成形器は、燃焼加熱炉
で硬化され、所望のドリル・ビット部品が作られる。鉄
製本体ビットについては、セラミック型は溶融鉄で充填
され、所望のドリル・ビット部品が作られる。溶融金属
が冷却され、凝固すると、セラミック製の雌型成形器は
破壊され、所望の複雑な形状を有するドリル・ビット部
品が露出する。
インを含む場合、感光性樹脂３４からの高速プロトタイ
プ製造雌型は、可燃性パターンの上にマウントされ、こ
の可燃性パターンに沿った該型は焼入れ可能な耐熱性材
料のスラリーで覆われる。このコーティングされたパタ
ーンは、セラミック・シェルが形成されるように該耐熱
性材料を硬化させるためい乾燥機内に置かれ、同時に可
燃性パターン及び高速プロトタイプ製造雌型が燃え尽く
される。このようにして得られた好ましくはセラミック
製の雌型成形器は、支持ベッドに置かれ、溶融金属材料
又は結合材を有する鋳型粉末で充填される。鋳型本体ビ
ットについては、充填された雌型成形器は、燃焼加熱炉
で硬化され、所望のドリル・ビット部品が作られる。鉄
製本体ビットについては、セラミック型は溶融鉄で充填
され、所望のドリル・ビット部品が作られる。溶融金属
が冷却され、凝固すると、セラミック製の雌型成形器は
破壊され、所望の複雑な形状を有するドリル・ビット部
品が露出する。
【００２５】さらに、一例として、光電バット３４から
の高速プロトタイプ製造雌型は、溶融金属材料、又は、
鋳型粉末及び結合材で充填される。鋳型本体ビットにつ
いては、充填された雌型は燃焼加熱炉において硬化さ
れ、所望のドリル・ビット部品が作られる。鉄製本体ビ
ットについては、雌型は溶融鉄で充填され、所望のドリ
ル・ビット部品が作られる。鋳型本体ビット及び鉄製本
体ビットのいずれのアプリケーションにおいても、材料
が凝固した後、雌型は破壊され、所望の複雑な形状を有
するドリル・ビット部品が露出する。
の高速プロトタイプ製造雌型は、溶融金属材料、又は、
鋳型粉末及び結合材で充填される。鋳型本体ビットにつ
いては、充填された雌型は燃焼加熱炉において硬化さ
れ、所望のドリル・ビット部品が作られる。鉄製本体ビ
ットについては、雌型は溶融鉄で充填され、所望のドリ
ル・ビット部品が作られる。鋳型本体ビット及び鉄製本
体ビットのいずれのアプリケーションにおいても、材料
が凝固した後、雌型は破壊され、所望の複雑な形状を有
するドリル・ビット部品が露出する。
【００２６】別の方法として、高速プロトタイプ製造フ
ァイルが雌型用のデザインを含む場合、作成される型
は、いわゆる「マスタ型」と呼ばれる雄型成形器を製造
するのに用いられる。このマスタ型は、次いで、壊れや
すいサンド・シェルを製造するのに用いられる。このサ
ンド・シェルは、所望の鋳型材料及び結合材で充填さ
れ、硬化させるために燃焼加熱炉に置かれる。鉄製の本
体ビットについては、このシェルは溶融金属で充填さ
れ、硬化が許される。
ァイルが雌型用のデザインを含む場合、作成される型
は、いわゆる「マスタ型」と呼ばれる雄型成形器を製造
するのに用いられる。このマスタ型は、次いで、壊れや
すいサンド・シェルを製造するのに用いられる。このサ
ンド・シェルは、所望の鋳型材料及び結合材で充填さ
れ、硬化させるために燃焼加熱炉に置かれる。鉄製の本
体ビットについては、このシェルは溶融金属で充填さ
れ、硬化が許される。
【００２７】図４を参照する。図４には、図３を参照し
て説明した型の高速プロトタイプ製造を利用してドリル
・ビットを製造するプロセスのフロー図が示されてい
る。最初に、コンピュータ４２を用いて、設計者は、設
計オペレーション４４において、ドリル・ビット・デザ
インを最適化する。オペレーション４４からのこの最適
化されたドリル・ビット・デザインは、オペレーション
４６によって、コンピュータ４０において、ＣＡＤコー
ドと一体化される。このＣＡＤコードは、次いで、オペ
レーション４８において、コンピュータ３８においてプ
ロトタイプ・ファイルを生成するのに利用される。この
プロトタイプ・ファイルを利用するコンピュータ３８か
らの出力信号は、レーザー３０、レーザー・スキャナ３
２、及びＺ軸エレベータ３６を作動させ、オペレーショ
ン５０において、ドリル・ビット部品用の型のプロトタ
イプを高速に製造する。オペレーション５０からの高速
プロトタイプ製造型がドリル・ビットの設計仕様に合致
する場合、その型は、オペレーション５２において、ド
リル・ビット部品を製造する従来通りのプロセスにおい
て用いられる。次いで、ドリル・ビットの様々な部品
は、図１及び２に示される種類の製造されたドリル・ビ
ットへと組み立てられる。
て説明した型の高速プロトタイプ製造を利用してドリル
・ビットを製造するプロセスのフロー図が示されてい
る。最初に、コンピュータ４２を用いて、設計者は、設
計オペレーション４４において、ドリル・ビット・デザ
インを最適化する。オペレーション４４からのこの最適
化されたドリル・ビット・デザインは、オペレーション
４６によって、コンピュータ４０において、ＣＡＤコー
ドと一体化される。このＣＡＤコードは、次いで、オペ
レーション４８において、コンピュータ３８においてプ
ロトタイプ・ファイルを生成するのに利用される。この
プロトタイプ・ファイルを利用するコンピュータ３８か
らの出力信号は、レーザー３０、レーザー・スキャナ３
２、及びＺ軸エレベータ３６を作動させ、オペレーショ
ン５０において、ドリル・ビット部品用の型のプロトタ
イプを高速に製造する。オペレーション５０からの高速
プロトタイプ製造型がドリル・ビットの設計仕様に合致
する場合、その型は、オペレーション５２において、ド
リル・ビット部品を製造する従来通りのプロセスにおい
て用いられる。次いで、ドリル・ビットの様々な部品
は、図１及び２に示される種類の製造されたドリル・ビ
ットへと組み立てられる。
【００２８】図５を参照する。図５には、図３に示した
高速プロトタイプ製造システムから雌型を作成するプロ
セスのフローチャートが示されている。図４を参照して
既に述べたように、最初に、オペレーション５４におい
て、ドリル・ビット・デザインがＣＡＤシステムにおい
て最適化される。コンピュータ３８において高速プロト
タイプ製造ファイルを用いることによって、オペレーシ
ョン５６において、樹脂バット３４に高速プロトタイプ
製造雌型が作成される。オペレーション６２において、
この雌型を用いることにより、この高速プロトタイプ製
造型は、鉄製ビット本体用の溶融金属材料又は鋳型粉末
及び結合材によって充填される。鋳型粉末及び結合材の
ビット本体については、充填された雌型は、オペレーシ
ョン６４において、結合材を溶かし、鋳型粉末を浸透さ
せるために、燃焼加熱炉に置かれる。鋳型ビット用のオ
ペレーション６４又は鉄製本体ビット用のオペレーショ
ン６２に続いて、この材料は、オペレーション６６にお
いて冷却され、高速プロトタイプ製造雌型は破壊され、
所望の複雑なデザインを有するドリル・ビット部品が露
出する。
高速プロトタイプ製造システムから雌型を作成するプロ
セスのフローチャートが示されている。図４を参照して
既に述べたように、最初に、オペレーション５４におい
て、ドリル・ビット・デザインがＣＡＤシステムにおい
て最適化される。コンピュータ３８において高速プロト
タイプ製造ファイルを用いることによって、オペレーシ
ョン５６において、樹脂バット３４に高速プロトタイプ
製造雌型が作成される。オペレーション６２において、
この雌型を用いることにより、この高速プロトタイプ製
造型は、鉄製ビット本体用の溶融金属材料又は鋳型粉末
及び結合材によって充填される。鋳型粉末及び結合材の
ビット本体については、充填された雌型は、オペレーシ
ョン６４において、結合材を溶かし、鋳型粉末を浸透さ
せるために、燃焼加熱炉に置かれる。鋳型ビット用のオ
ペレーション６４又は鉄製本体ビット用のオペレーショ
ン６２に続いて、この材料は、オペレーション６６にお
いて冷却され、高速プロトタイプ製造雌型は破壊され、
所望の複雑なデザインを有するドリル・ビット部品が露
出する。
【００２９】図６を参照する。図６には、雌型の高速プ
ロトタイプ製造を用いてドリル・ビット部品を製造する
フロー図が示されている。既述のように、最初に、オペ
レーション１０８において、ドリル・ビット・デザイン
がＣＡＤシステムにおいて最適化される。オペレーショ
ン１１０において、図３の立体リソグラフィー・システ
ムを用いて、柔軟な雌型が高速プロトタイプ製造され
る。選択式レーザー焼結法（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａ
ｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：ＳＬＳ）、融解堆積成形
法（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉ
ｎｇ：ＦＤＭ）、積層オブジェクト製造法（ｌａｍｉｎ
ａｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ
ｇ：ＬＯＭ）、弾道粒子製造法（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ
ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＢＰ
Ｍ）、３次元プリンティングなどの他の高速プロトタイ
プ製造プロセスを用いることも可能であることは明らか
である。
ロトタイプ製造を用いてドリル・ビット部品を製造する
フロー図が示されている。既述のように、最初に、オペ
レーション１０８において、ドリル・ビット・デザイン
がＣＡＤシステムにおいて最適化される。オペレーショ
ン１１０において、図３の立体リソグラフィー・システ
ムを用いて、柔軟な雌型が高速プロトタイプ製造され
る。選択式レーザー焼結法（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａ
ｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：ＳＬＳ）、融解堆積成形
法（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉ
ｎｇ：ＦＤＭ）、積層オブジェクト製造法（ｌａｍｉｎ
ａｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ
ｇ：ＬＯＭ）、弾道粒子製造法（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ
ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＢＰ
Ｍ）、３次元プリンティングなどの他の高速プロトタイ
プ製造プロセスを用いることも可能であることは明らか
である。
【００３０】感光性樹脂バット３４から高速プロトタイ
プ型を取り除くと、この型は、オペレーション１１２に
おいて、雄型成形器を製造するために弾力性を有する材
料で充填される。雌型におけるこの弾性材料は、雄型成
形器を製造するために、オペレーション１１４におい
て、乾燥される。オペレーション１１６において、雄型
成形器は、焼入れ可能で難燃性の材料でコーティングさ
れ、結果として得られたシェル型を残して、この雄型成
形器は取り除かれる。
プ型を取り除くと、この型は、オペレーション１１２に
おいて、雄型成形器を製造するために弾力性を有する材
料で充填される。雌型におけるこの弾性材料は、雄型成
形器を製造するために、オペレーション１１４におい
て、乾燥される。オペレーション１１６において、雄型
成形器は、焼入れ可能で難燃性の材料でコーティングさ
れ、結果として得られたシェル型を残して、この雄型成
形器は取り除かれる。
【００３１】オペレーション１１６から得られたシェル
は、オペレーション１１８において、溶融金属材料又は
鋳型粉末及び結合材で充填される。鋳型粉末及び結合材
については、充填されたシェルは、オペレーション１２
０において、結合材を溶かし、鋳型粉末を浸透させるた
め、燃焼加熱炉に置かれる。鉄製本体ビット及び鋳型本
体ビットについては、オペレーション１２２において、
ドリル・ビット部品を製造する最後のオペレーションが
完了する。
は、オペレーション１１８において、溶融金属材料又は
鋳型粉末及び結合材で充填される。鋳型粉末及び結合材
については、充填されたシェルは、オペレーション１２
０において、結合材を溶かし、鋳型粉末を浸透させるた
め、燃焼加熱炉に置かれる。鉄製本体ビット及び鋳型本
体ビットについては、オペレーション１２２において、
ドリル・ビット部品を製造する最後のオペレーションが
完了する。
【００３２】図７を参照する。図７には、雌型の高速プ
ロトタイプ製造を利用してドリル・ビット部品を製造す
るフロー図が示されている。ここでも、最初に、オペレ
ーション６８において、ドリル・ビット・デザインがＣ
ＡＤシステムにおいて最適化される。図３の立体リソグ
ラフィー・システムを用いて、オペレーション７０にお
いて、雌型が高速プロトタイプ製造される。オペレーシ
ョン７２において、感光性樹脂バット３４から高速プロ
トタイプ型を取り除いた後、この型は、弾性材料で充填
され、ビット・デザインの雄パターン（マスタ型）が作
られる。雌型の弾性材料は、オペレーション７４におい
て、乾燥させられ、マスタ雄型成形器が作られる。オペ
レーション７６において、この雄型成形器は、砂と樹脂
の混合物でコーティングされる。この砂と樹脂の混合物
は、オペレーション７８において、乾燥させられ、高速
プロトタイプ製造型を取り除くことによってシェルが作
られる。
ロトタイプ製造を利用してドリル・ビット部品を製造す
るフロー図が示されている。ここでも、最初に、オペレ
ーション６８において、ドリル・ビット・デザインがＣ
ＡＤシステムにおいて最適化される。図３の立体リソグ
ラフィー・システムを用いて、オペレーション７０にお
いて、雌型が高速プロトタイプ製造される。オペレーシ
ョン７２において、感光性樹脂バット３４から高速プロ
トタイプ型を取り除いた後、この型は、弾性材料で充填
され、ビット・デザインの雄パターン（マスタ型）が作
られる。雌型の弾性材料は、オペレーション７４におい
て、乾燥させられ、マスタ雄型成形器が作られる。オペ
レーション７６において、この雄型成形器は、砂と樹脂
の混合物でコーティングされる。この砂と樹脂の混合物
は、オペレーション７８において、乾燥させられ、高速
プロトタイプ製造型を取り除くことによってシェルが作
られる。
【００３３】オペレーション７８の後、雌型を使ってド
リル・ビット部品を製造するプロセスは、図５の場合と
同様に、前述の型を用いて行われる。オペレーション７
８によって製造されたシェルは、オペレーション８０に
おいて、金属材料（鉄製本体ビット）又は鋳型粉末及び
結合材で充填される。鋳型粉末及び結合材（鋳型本体ビ
ット）については、オペレーション８２において、充填
されたシェルが、燃焼加熱炉に置かれ、結合材を溶か
し、鋳型粉末を浸透させる。鉄製本体ビット及び鋳型本
体ビットについては、オペレーション８４において、ド
リル・ビット部品を製造する最後のオペレーションが完
了する。
リル・ビット部品を製造するプロセスは、図５の場合と
同様に、前述の型を用いて行われる。オペレーション７
８によって製造されたシェルは、オペレーション８０に
おいて、金属材料（鉄製本体ビット）又は鋳型粉末及び
結合材で充填される。鋳型粉末及び結合材（鋳型本体ビ
ット）については、オペレーション８２において、充填
されたシェルが、燃焼加熱炉に置かれ、結合材を溶か
し、鋳型粉末を浸透させる。鉄製本体ビット及び鋳型本
体ビットについては、オペレーション８４において、ド
リル・ビット部品を製造する最後のオペレーションが完
了する。
【００３４】図３の立体リソグラフィー・システムに加
えて、硬化媒体に対する適切な相乗刺激の他の形も使用
可能であることは明らかである。図８を参照する。図８
には、ドリル・ビット部品用の高速プロトタイプ型を作
るための選択式レーザー焼結（ＳＬＳ）のプロセスが示
されている。図８のプロセスと共に用いられるためのド
リル・ビット・デザインは、図３に示し、図４を参照し
て説明したように、コンピュータ３８、４０、及び４２
によって最適化される。コンピュータ３８の出力は、Ｃ
Ｏ２レーザー８６、レーザー・スキャナ８８、及び精密
ローラー機構９０を作動させる。例えば、樹脂（ポリス
チレン・ポリカーボネイト）、金属、又はセラミックの
粉末９２の層が粉末ベッド９４に堆積する。この粉末
は、通常はハウジング９６内に含まれる粉末カートリッ
ジ（図示せず）から供給される。この粉末は、アルミナ
などの他のセラミック物質や、酸化ジルコン（ＡＬ２Ｏ
３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２）、炭化物（ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、
など）、窒化物（Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＢＮ）、或いは
結合材でコーティングされたこれら物質のゲインなどか
ら選択することができる。
えて、硬化媒体に対する適切な相乗刺激の他の形も使用
可能であることは明らかである。図８を参照する。図８
には、ドリル・ビット部品用の高速プロトタイプ型を作
るための選択式レーザー焼結（ＳＬＳ）のプロセスが示
されている。図８のプロセスと共に用いられるためのド
リル・ビット・デザインは、図３に示し、図４を参照し
て説明したように、コンピュータ３８、４０、及び４２
によって最適化される。コンピュータ３８の出力は、Ｃ
Ｏ２レーザー８６、レーザー・スキャナ８８、及び精密
ローラー機構９０を作動させる。例えば、樹脂（ポリス
チレン・ポリカーボネイト）、金属、又はセラミックの
粉末９２の層が粉末ベッド９４に堆積する。この粉末
は、通常はハウジング９６内に含まれる粉末カートリッ
ジ（図示せず）から供給される。この粉末は、アルミナ
などの他のセラミック物質や、酸化ジルコン（ＡＬ２Ｏ
３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２）、炭化物（ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、
など）、窒化物（Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＢＮ）、或いは
結合材でコーティングされたこれら物質のゲインなどか
ら選択することができる。
【００３５】直線的に延びるフィードヘッドを有する精
密ローラー機構９０は、粉末化された選択式レーザー焼
結（ＳＬＳ）材の薄い層をビルド・プラットフォームに
わたって拡散させるために、粉末ベッド上を横断するよ
うに水平に動かされる。コンピュータ３８からのデータ
を用い、ＣＯ２レーザー８６は、レーザー・スキャナ８
８と共に、粉末ベッド９４における粉末層上にドリル・
ビット部品の横断面を選択的に描く。レーザー・ビーム
が断面を横断するように引かれると、それは粉末を「焼
結」（加熱し、溶かす）させ、ドリル・ビット型部品の
一横断面を表す塊を作る。粉末のうち加熱された粒子だ
けが高速プロトタイプ製造によって作られる部品に続く
層を支持するように働く部品を囲む粉末の粒子を有する
横断面の発展に参加する。
密ローラー機構９０は、粉末化された選択式レーザー焼
結（ＳＬＳ）材の薄い層をビルド・プラットフォームに
わたって拡散させるために、粉末ベッド上を横断するよ
うに水平に動かされる。コンピュータ３８からのデータ
を用い、ＣＯ２レーザー８６は、レーザー・スキャナ８
８と共に、粉末ベッド９４における粉末層上にドリル・
ビット部品の横断面を選択的に描く。レーザー・ビーム
が断面を横断するように引かれると、それは粉末を「焼
結」（加熱し、溶かす）させ、ドリル・ビット型部品の
一横断面を表す塊を作る。粉末のうち加熱された粒子だ
けが高速プロトタイプ製造によって作られる部品に続く
層を支持するように働く部品を囲む粉末の粒子を有する
横断面の発展に参加する。
【００３６】図８の選択式レーザー焼結（ＳＬＳ）シス
テムを用いて高速プロトタイプ部品を作るプロセスは、
精密ローラー機構９０を用いて粉末を拡散させるプロセ
ス、及び粉末９２を一層ずつ焼結させるプロセスを完全
なオブジェクトが作られるまで繰り返す。部品が一旦完
成すると、それはハウジング９６のビルド・チャンバか
ら取り除かれ、一切のルースな粉末が吹き払われる。図
８のシステムによって作られた高速プロトタイプ型は、
次いで、図３のシステムによって作られた型の場合と同
じようにドリル・ビット部品を製造するのに用いられ
る。雌型若しくは雄型のいずれかが作られ、ドリル・ビ
ット部品が図４、５、６、及び７の説明に従って製造さ
れる。選択式レーザー焼結（ＳＬＳ）プロセスは、３次
元オブジェクトの高速プロトタイプ製造において、顕著
な進化を示す。
テムを用いて高速プロトタイプ部品を作るプロセスは、
精密ローラー機構９０を用いて粉末を拡散させるプロセ
ス、及び粉末９２を一層ずつ焼結させるプロセスを完全
なオブジェクトが作られるまで繰り返す。部品が一旦完
成すると、それはハウジング９６のビルド・チャンバか
ら取り除かれ、一切のルースな粉末が吹き払われる。図
８のシステムによって作られた高速プロトタイプ型は、
次いで、図３のシステムによって作られた型の場合と同
じようにドリル・ビット部品を製造するのに用いられ
る。雌型若しくは雄型のいずれかが作られ、ドリル・ビ
ット部品が図４、５、６、及び７の説明に従って製造さ
れる。選択式レーザー焼結（ＳＬＳ）プロセスは、３次
元オブジェクトの高速プロトタイプ製造において、顕著
な進化を示す。
【００３７】ドリル・ビット部品用の高速プロトタイプ
製造型を作る別のプロセスは、レーザー・プロセスによ
るペーパー・カットである。図９を参照する。図９に
は、３次元オブジェクト形成用の積層オブジェクト製造
法（ＬＯＭ）が概略的に示されている。レーザー１００
及びレーザー・スキャナ１０２は、図３に示すコンピュ
ータ３８からコマンド信号を受信する。図９のプロセス
は、図３のコンピュータ４２及びコンピュータ４０を用
いてドリル・ビット・デザインを最適化することによっ
て得られた、コンピュータ３８に居住している高速プロ
トタイプ製造ファイルを用いる。
製造型を作る別のプロセスは、レーザー・プロセスによ
るペーパー・カットである。図９を参照する。図９に
は、３次元オブジェクト形成用の積層オブジェクト製造
法（ＬＯＭ）が概略的に示されている。レーザー１００
及びレーザー・スキャナ１０２は、図３に示すコンピュ
ータ３８からコマンド信号を受信する。図９のプロセス
は、図３のコンピュータ４２及びコンピュータ４０を用
いてドリル・ビット・デザインを最適化することによっ
て得られた、コンピュータ３８に居住している高速プロ
トタイプ製造ファイルを用いる。
【００３８】積層オブジェクト製造法（ＬＯＭ）プロセ
スに従って、図９のシステムはプラテン・サポート１０
４上に「熱接着」ペーパーの層を堆積させる。これら紙
片は、Ｘ−Ｙスキャナ１０２のポジショニングによって
決定されたパターンでレーザー１００から発せられた光
ビームによってカットされる。プラテン１０４上に堆積
した紙の各層は、積層オブジェクト製造法（ＬＯＭ）プ
ロセスによって作られた３次元オブジェクトの横断面を
形成する。紙の一層のカットが完了すると、供給ロール
１０６からの追加層がプラテン１０４上に置かれる。Ｘ
−Ｙレーザー・スキャナ１０２によって制御されるよう
にレーザー１００によって堆積したペーパー層をカット
する上記プロセスは、コンパクトな紙ブロックがプラテ
ン１０４上に支持されるまで続く。図９に示すように、
例えばドリル・ビット部品用の型などの３次元オブジェ
クトは、プラテン１０４上のコンパクトな紙ブロックの
中心に位置する。よって、ドリル・ビット部品を製造す
るための型をあらわにするためにオブジェクトを囲むカ
ッティングをクリアすることが必要である。
スに従って、図９のシステムはプラテン・サポート１０
４上に「熱接着」ペーパーの層を堆積させる。これら紙
片は、Ｘ−Ｙスキャナ１０２のポジショニングによって
決定されたパターンでレーザー１００から発せられた光
ビームによってカットされる。プラテン１０４上に堆積
した紙の各層は、積層オブジェクト製造法（ＬＯＭ）プ
ロセスによって作られた３次元オブジェクトの横断面を
形成する。紙の一層のカットが完了すると、供給ロール
１０６からの追加層がプラテン１０４上に置かれる。Ｘ
−Ｙレーザー・スキャナ１０２によって制御されるよう
にレーザー１００によって堆積したペーパー層をカット
する上記プロセスは、コンパクトな紙ブロックがプラテ
ン１０４上に支持されるまで続く。図９に示すように、
例えばドリル・ビット部品用の型などの３次元オブジェ
クトは、プラテン１０４上のコンパクトな紙ブロックの
中心に位置する。よって、ドリル・ビット部品を製造す
るための型をあらわにするためにオブジェクトを囲むカ
ッティングをクリアすることが必要である。
【００３９】図９のシステムのオペレーションから得ら
れた型は、前述のように、雌型若しくは雄型である。こ
れらの型は、最適化されたデザインに従ってドリル・ビ
ット部品を製造するために、図４、５、６、及び７のプ
ロセスに従って利用される。積層オブジェクト製造法
（ＬＯＭ）プロセスのより完全な説明は、米国特許第
４，７５２，３５２号公報（発行日：１９９８年６月２
１日）、米国特許第５，０１５，３１２号公報（発行
日：１９９１年５月１４日）、及び国際公開第９５／１
８００９号パンフレット（公開日：１９９５年７月６
日）を参照のこと。
れた型は、前述のように、雌型若しくは雄型である。こ
れらの型は、最適化されたデザインに従ってドリル・ビ
ット部品を製造するために、図４、５、６、及び７のプ
ロセスに従って利用される。積層オブジェクト製造法
（ＬＯＭ）プロセスのより完全な説明は、米国特許第
４，７５２，３５２号公報（発行日：１９９８年６月２
１日）、米国特許第５，０１５，３１２号公報（発行
日：１９９１年５月１４日）、及び国際公開第９５／１
８００９号パンフレット（公開日：１９９５年７月６
日）を参照のこと。
【００４０】以上、本発明の特定の実施形態について図
示及び説明したが、付属の請求項で説明された本発明か
ら逸脱することなく、様々な変形が可能であることは明
らかである。
示及び説明したが、付属の請求項で説明された本発明か
ら逸脱することなく、様々な変形が可能であることは明
らかである。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、設計段階からプロトタ
イプ段階及び製造・加工へ移動するアース・ボーリング
用工具の製造を容易高速で高信頼で経済的で自動的に行
う手段・方法を提供することができる。
イプ段階及び製造・加工へ移動するアース・ボーリング
用工具の製造を容易高速で高信頼で経済的で自動的に行
う手段・方法を提供することができる。
【図１】本発明のプロセスに従って製造された鉄製の本
体ドラッグ・ビットの上面図である。
体ドラッグ・ビットの上面図である。
【図２】図１のドラッグ・ビットの側面図である。
【図３】本発明のプロセスを実施するシステムの概略図
である。
である。
【図４】ドリル・ビット本体用の型について高速プロト
タイプ製造を利用したアース・ボーリング用ドリル・ビ
ットを製造するプロセスの上位フローチャートである。
タイプ製造を利用したアース・ボーリング用ドリル・ビ
ットを製造するプロセスの上位フローチャートである。
【図５】雌型の高速プロトタイプ製造を用いて工具ビッ
トを製造するための本発明のプロセスの一実施形態のフ
ローチャートである。
トを製造するための本発明のプロセスの一実施形態のフ
ローチャートである。
【図６】雌型の高速プロトタイプ製造を用いてドリル・
ビットを製造するための本発明のプロセスの別の一実施
形態のフローチャートである。
ビットを製造するための本発明のプロセスの別の一実施
形態のフローチャートである。
【図７】雌型の高速プロトタイプ製造を用いてドリル・
ビットを製造するための本発明のプロセスの別の一実施
形態のフローチャートである。
ビットを製造するための本発明のプロセスの別の一実施
形態のフローチャートである。
【図８】本発明のプロセスに従ったドリル・ビット製造
用の型の高速プロトタイプ製造のための選択的レーザー
焼結の概略図である。
用の型の高速プロトタイプ製造のための選択的レーザー
焼結の概略図である。
【図９】本発明に従ったドリル・ビット製造用の型の高
速プロトタイプ製造用のレーザー・プロセスによるペー
パー・カットの概略図である。
速プロトタイプ製造用のレーザー・プロセスによるペー
パー・カットの概略図である。
１０ ドリル・ビット
１２ ビット本体
１４ 脚
１６ ネジ
２０ 開口部端面
２２ ブレード
２４ ポケット
３２、８８、１０２ レーザー・スキャナ
３０、１００ レーザー
３４ 感光性樹脂バット
３６ Ｚ軸エレベータ
３８、４０、４２ 制御コンピュータ
８６ ＣＯ２レーザー
９０ 精密ローラー機構
９２ 粉末
９４ 粉末ベッド
９６ ハウジング
１０４ プラテン・サポート
１０６ 供給ロール
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アルファザジ ドゥルフェイ
フランス国 75011 パリ リュ・アレク
サンドル・デュマ ３
(72)発明者 ベルナール アシュ カゾウ
フランス国 65000 タルブ リュ・デ・
カプシーネ ４−２
(72)発明者 ジル ジー−ペー ガレゴ
フランス国 65420 イボス リュ・デ
ュ・ボワ・デュ・コマンデュール 17
(72)発明者 ベルナール ポントノー
フランス国 64000 ポー アヴニュ・ド
ソー ９
(72)発明者 ブリュノ キュイエル
フランス国 64000 ポー リュ・ミシェ
ル・ウノー 10 ベー
(72)発明者 イヴ カザラス
フランス国 65000 タルブ リュ・ギュ
スターヴ・フロベール 54
Ｆターム(参考） 4E093 GC20 RD02 TA10
Claims (37)
- 【請求項１】 アース・ボーリング工具の部品を製造す
る方法であって、 （ａ） 前記工具の部品のデザインを有するＣＡＤデー
タベースを作成する工程と、 （ｂ） 前記作成されたＣＡＤデータベースから前記工
具部品のデザインの型のプロトタイプを製造する工程
と、 （ｃ） 前記工具部品を鋳造する型を用意する工程と、 （ｄ） 前記工具部品用に選択された材料で前記用意さ
れた型を充填する工程と、を有することを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記工程（ａ）〜（ｄ）を工具の各部品について繰り返
す工程を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記工具部品の前記選択された材料を固めるために前記
充填された型を燃焼加熱炉で焼く工程を更に有すること
を特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記充填工程は、前記用意された型を溶融金属で充填す
る工程を有することを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項１記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記充填工程は、前記型を非金属材料で充填する工程を
有することを特徴とする方法。 - 【請求項６】 請求項１記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記充填工程は、前記型を結合材を有する鋳型粉末で充
填する工程を有することを特徴とする方法。 - 【請求項７】 アース・ボーリング工具の部品を製造す
る方法であって、 （ａ） コンピュータ・プログラムのオペレーションに
よって工具部品のデザインを最適化する工程と、 （ｂ） 前記工具部品の最適化されたデザインをＣＡＤ
データベースに統合する工程と、 （ｃ） 前記統合されたＣＡＤデータベースから前記工
具部品のデザインの型のプロトタイプを製造する工程
と、 （ｄ） 前記工具部品を鋳造する型を用意する工程と、 （ｅ） 前記工具部品用に選択された材料で前記用意さ
れた型を充填する工程と、を有することを特徴とする方
法。 - 【請求項８】 請求項７記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記工程（ａ）〜（ｄ）をアース・ボーリング工具の各
部品について繰り返す工程を更に有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項９】 請求項７記載のアース・ボーリング工具
の部品を製造する方法であって、 前記デザインを最適化する工程は、工具部品の機械的デ
ザイン及びハイドロリック・デザインの双方を最適化す
る工程を有することを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 請求項７記載のアース・ボーリング工
具の部品を製造する方法であって、 前記工具部品の前記選択された材料を固めるために前記
充填された型を燃焼加熱炉で焼く工程を更に有すること
を特徴とする方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載のアース・ボーリング
工具の部品を製造する方法であって、 前記成形された工具部品を復元するために、前記用意さ
れた型を取り壊す工程を更に有することを特徴とする方
法。 - 【請求項１２】 請求項７記載のアース・ボーリング工
具の部品を製造する方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、立体リソグラ
フィーによって前記型のプロトタイプを製造する工程を
有することを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 請求項７記載のアース・ボーリング工
具の部品を製造する方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、選択式レーザ
ー焼結によってプロトタイプを製造する工程を有するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 請求項７記載のアース・ボーリング工
具の部品を製造する方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、積層オブジェ
クト製造法によってプロトタイプを製造する工程を有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項１５】 請求項７記載のアース・ボーリング工
具の部品を製造する方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、融解堆積成形
法によってプロトタイプを製造する工程を有することを
特徴とする方法。 - 【請求項１６】 ドリル・ビットを製造するために該ド
リル・ビットの部品用の型を作る方法であって、 コンピュータ・プログラムのオペレーションによってド
リル・ビットの部品のデザインを最適化する工程と、 前記ドリル・ビット部品の最適化されたデザインをＣＡ
Ｄデータベースに統合する工程と、 前記最適化されたデザインに従って製造されるべきドリ
ル・ビット部品の型のプロトタイプを製造する工程と、
を有することを特徴とする方法。 - 【請求項１７】 請求項１６記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、前記ドリル・
ビット部品の雌型のプロトタイプを製造する工程を有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項１８】 請求項１６記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 可燃性パターン上に支持された前記プロトタイプが製造
された型を焼入れ可能な耐熱性金属のスラリーで覆う工
程を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項１９】 請求項１８記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記難燃性金属を焼入れし、シェルを形成する工程を更
に有することを特徴とする方法。 - 【請求項２０】 請求項１９記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記シェルを残して前記可燃性パターン及び前記プロト
タイプ型を焼き尽くす工程を更に有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項２１】 請求項２０記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記シェルを前記ドリル・ビット部品用に選択された材
料で充填する工程を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項２２】 請求項２１記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記シェルを取り壊し、前記成形されたドリル・ビット
部品をリリースする工程を更に有することを特徴とする
方法。 - 【請求項２３】 請求項１６記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、ドリル・ビッ
ト部品の雌型のプロトタイプを製造する工程を更に有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 請求項２４記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記プロトタイプが製造された雌型からマスタ雄型を作
る工程を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項２５】 請求項２４記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記マスタ雄型から壊れやすい雌型を作る工程を更に有
することを特徴とする方法。 - 【請求項２６】 請求項２５記載のドリル・ビットの部
品の型を作る方法であって、 前記壊れやすい雌型を前記ドリル・ビット部品用に選択
された材料で充填する工程を更に有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項２７】 アース・ボーリング用ドリル・ビット
の部品を製造する方法であって、 コンピュータ・プログラムのオペレーションによってド
リル・ビット部品のデザインを最適化する工程と、 前記最適化されたデザインを前記ドリル・ビット部品の
デザインを有するＣＡＤデータベースに統合する工程
と、 前記ＣＡＤデータベースを含む、前記ドリル・ビットに
ついてのプロトタイプ・ファイルを生成する工程と、 前記プロトタイプ・ファイルから前記ドリル・ビット部
品の型のプロトタイプを製造する工程と、 前記ドリル・ビット部品を鋳造する型を用意する工程
と、 前記ドリル・ビット部品用に選択された材料で前記用意
された型を充填する工程と、を有することを特徴とする
方法。 - 【請求項２８】 請求項２７記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、前記ドリル・
ビット部品の雄型のプロトタイプを製造する工程を有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２９】 請求項２７記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 可燃性パターン上に支持された前記型を焼入れ可能な耐
熱性金属のスラリーで覆う工程を更に有することを特徴
とする方法。 - 【請求項３０】 請求項２９記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記難燃性金属を焼入れし、シェルを形成する工程を更
に有することを特徴とする方法。 - 【請求項３１】 請求項３０記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記シェルを残して前記可燃性パターン及び前記プロト
タイプ型を焼き尽くす工程を更に有することを特徴とす
る方法。 - 【請求項３２】 請求項３１記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記用意された型を充填する工程は、前記シェルを前記
ドリル・ビット部品用に選択された材料で充填する工程
を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項３３】 請求項３２記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記用意された型を充填する工程は、前記シェルを取り
壊し、前記成形されたビット本体部品をあらわにする工
程を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項３４】 請求項２７記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記型のプロトタイプを製造する工程は、前記ドリル・
ビットの雌型のプロトタイプを製造する工程を更に有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項３５】 請求項３４記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記プロトタイプが製造された雌型からマスタ雄型を作
る工程を更に有することを特徴とする方法。 - 【請求項３６】 請求項３５記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記マスタ雄型から壊れやすい雌型を作る工程を更に有
することを特徴とする方法。 - 【請求項３７】 請求項３６記載のドリル・ビットの部
品を製造する方法であって、 前記用意された型を充填する工程は、前記壊れやすい雌
型を前記ドリル・ビット部品用に選択された材料で充填
する工程を更に有することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US289543 | 1981-08-03 | ||
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