JP2016505709A - 溶融浴に隣接する範囲の加熱を含む、粉末を溶融する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、部品を製造する方法であって、ａ）粉末粒子（６０）の形状で材料を形成する工程と、ｂ）高エネルギービーム（９５）を用いて、第１の分量の粉末を粉末の溶融温度ＴFより高い温度まで加熱し、支持体（８０）の表面に、溶融した粉末および支持体（８０）の一部を含む第１のプールを形成する工程と、ｃ）同様に第２の分量の粉末を加熱し、第１のプールの下流側において、支持体（８０）の表面に、溶融した粉末を含む第２のプールを形成する工程と、ｄ）当該部品の第１層（１０）が支持体（８０）上に形成されるまで工程ｃ）を繰り返す工程と、ｅ）同様に第［ｎ］の分量の粉末を加熱し、第１層（１０）の一部の上に、溶融した粉末を含む第［ｎ］のプールを形成する工程と、ｆ）同様に第［ｎ＋１］の分量の粉末を加熱し、第［ｎ］のプールの下流側において、溶融した粉末を含む第［ｎ＋１］のプールを形成する工程と、ｇ）当該部品の第２層（２０）が第１層（１０）上に形成されるように工程ｆ）を繰り返す工程と、ｈ）当該部品が実質的に最終形状となるまで、すでに形成された粉末層の上に位置するそれぞれの粉末層について工程ｅ）からｇ）を繰り返す工程と、を含む、方法に関する。少なくともそれぞれのプール（１０２）を形成する間、プール（１０２）に隣接する領域に位置する材料を、溶融温度ＴF未満の温度まで加熱するために補助加熱が使用され、当該領域が、プール（１０２）の上流側に位置する上流部位（１０１）、および、プール（１０２）の下流側に位置する下流部位（１０３）から選ばれる少なくとも１つの部位を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、高エネルギービーム（レーザービーム、電子ビームなど）を用いて粉末を溶融することによって部品を製造する分野に関する。

本発明は、より具体的には、
ａ）粉末粒子の形状で材料を供給する工程と、
ｂ）高エネルギービームを用いて、第１の分量の粉末を当該粉末の溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、支持体の表面に、溶融した粉末および支持体の一部を含む第１のプールを形成する工程と、
ｃ）高エネルギービームを用いて、第２の分量の粉末を溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、第１のプールの下流側において、支持体の表面に、溶融した粉末および支持体の一部を含む第２のプールを形成する工程と、
ｄ）部品の第１層が支持体上に形成されるまで工程ｃ）を繰り返す工程と、
ｅ）高エネルギービームを用いて、第［ｎ］の分量の粉末を溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、第１層の一部の上に、溶融した粉末を部分的に含む第［ｎ］のプールを形成する工程と、
ｆ）高エネルギービームを用いて、第［ｎ＋１］の分量の粉末を溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、第［ｎ］のプールの下流側において、第１層の一部の上に、溶融した粉末を部分的に含む第［ｎ＋１］のプールを形成する工程と、
ｇ）部品の第２層が第１層の上に形成されるように工程ｆ）を繰り返す工程と、
ｈ）部品が実質的に最終形状となるまで、すでに形成された層の上に位置するそれぞれの層について工程ｅ）からｇ）を繰り返す工程と、
を含む方法に関する。

上記方法において、第［ｎ−１］の分量の粉末が、第１層を形成するために必要とされる。

複雑な三次元（３Ｄ）形状の機械部品を得ることを可能にする方法がいくつか知られている。これらの方法では、部品に求められる形状が再構成されるまで、部品を層ごとにつくり上げる。部品は、有利には、材料を溶融して、固化させることで一層ずつ重ねて連続層を形成する機械を制御するコンピュータを用いて、３Ｄのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）の画像ファイルのデータ処理から演繹されたコンピュータ支援設計製造（ＣＡＤＭ）ファイルから直接再構成されてもよい。それぞれの層は、ＣＡＤＭファイルによって定められた大きさおよび形状の帯状体（cordons）を並置することによって構成されている。

一例として、粉末を構成する粒子は、金属、金属間化合物、セラミックまたはポリマーであってもよい。

本願において、粉末が合金である場合、溶融温度Ｔ_Fは、当該合金の組成における液相線温度および固相線温度の間の温度となる。

構造支持体は、付加的な機能を追加することが望ましい他の部品の一部であってもよい。その組成は、噴射される粉末粒子の組成と異なっていてもよく、それにより異なる溶融温度を有していてもよい。

これらの方法は、特に、レーザーによる照射または「直接金属堆積（DMD（direct metal deposition））」、「選択的レーザー溶融（SLM（selective laser melting））」、および、「電子ビーム溶融（EBM（electron beam melting））」を含んでいる。ＤＭＤ法およびＳＬＭ法の特性および操作を以下に簡潔にまとめる。

ＤＭＤ法の操作について、図１を参照して以下に説明する。

材料の第１層１０は、局所的保護のもと、または、制御された高圧もしくは低圧の不活性ガスが封入された筐体内で、ノズル１９０を通じて粉末粒子を支持体８０上の材料に噴射することによって形成される。粉末粒子６０の噴射と同時に、ノズル１９０は、発生器９０から生じるレーザービーム９５を照射する。支持体８０上に粉末が噴射されるノズル１９０の第１オリフィス１９１は、レーザービーム９５が照射される第２オリフィス１９２と同軸上にあるため、粉末はレーザービーム９５中に噴射される。粉末は、円錐状の粒子より形成されており、当該円錐は中空で特定の厚さを有し、レーザービームも円錐状である。

レーザービーム９５は、当該レーザービームにさらされた支持体８０の部位を溶融することによって支持体８０上にプール１０２を形成する。すでに溶融状態となっている粉末がプール１０２に供給される。当該粉末は、プールに到達する前に、レーザービーム中の進路において溶融している。

また、一例として、粉末が、レーザービーム９５内で全ての粉末が完全に溶融するのに十分な時間を費やさず、かつレーザービーム９５にさらされた支持体８０の部位を溶融することによって支持体８０の表面上にあらかじめ形成されたプール１０２に到達する際に溶融するように、ノズル１９０が制御され、および／または、位置づけられていてもよい。

粉末を構成する粒子の一部または全ての大きさが溶融するには大きすぎるという理由で、粉末は、レーザービーム９５によって全く溶融しなくてもよいし、一部のみが溶融してもよい。

レーザービーム９５（または支持体８０）が下流側に移動する間に、プール１０２が保持され、徐々に固められて、固化した材料１０５の帯状体が支持体８０上に形成される。支持体８０上に別の固化した帯状体が形成されるように処理が継続し、当該別の帯状体は、例えば第１の帯状体に並置される。このように、ノズル１９０または支持体８０が作業面に平行な平面内を移動することによって、材料の第１層１０が支持体８０上に堆積され、当該層は、ＣＡＤＭファイルに定められた形状に応じた形状の単一片である第１構成要素１５を固化することによって形成される。作業面Ｐは、層が構築および／または形成される表面を含む面となるように定められる。

その後、同様に、第１構成要素１５の上に材料の第２層２０を形成するために、ノズル１９０およびレーザービーム９５は、ともに第２の走査を実施する。この第２層２０は硬化した第２構成要素２５を形成し、これら二つの構成要素１５および２５は全体で単一片のブロックを形成する。一般的に、第２層２０を構築する間に、第１構成要素１５上に形成されたプール１０２は、プール１０２に供給される粉末粒子とともに、レーザービーム９５にさらされることによって溶融した第１構成要素１５の少なくとも一部を含んでいる。

支持体の表面Ｓ₀に対して垂直な縦軸Ｚ₀、および支持体の表面によって構成される基準座標系について検討する。支持体の当該表面Ｓ₀は、高さゼロの面である。支持体、または表面Ｓ₀の下方に含まれる（かつ、縦軸Ｚ₀に対して垂直である）面は、負の高さとなり、支持体の表面Ｓ₀より上方にある（かつ、縦軸Ｚ₀に対して垂直である）面は、正の高さとなる。任意の面が、別の面の高さよりも大きい正の高さを有する場合、当該面は、別の面の上方にある。

当該基準座標系において、第２層２０は、第１層１０の面の上方に位置する面に位置している。

一般的な層に関して、作業面Ｐが表面Ｓ₀に平行である必要はない。したがって、作業面Ｐに垂直となるように定められたＺ軸は、Ｚ₀軸に対して平行となる必要はない。一般的に、上層の作業面は、先行する下層の作業面と平行である必要がなく、上層のＺ軸は下層における作業面のＺ軸に対してゼロでない角度をとる。下層の各地点上における後者のＺ軸に沿って測定される距離ΔＺは平均値である。

その後、層ごとに部品を準備する当該処理は、すでに形成されたアセンブリ上に追加の層を加えることによって継続される。

支持体８０の動作、または、ノズル１９０とレーザービーム９５との同時走査は、それぞれの層に、隣接する層の形状から独立した形状を与えることを可能にする。部品の上層を形成する間に、部品の下層がアニールされ、徐々に冷却される。

ＳＬＭ法の操作について、図２を参照して以下に説明する。

粉末は、高さを調節できる底部を有する供給容器７０に配置された粒子６０から構成される。粉末材料の第１層１０は、例えば、構造支持体８０上のローラー３０（または別の堆積手段）を用いて、粉末が供給容器７０から移されることによって堆積する。

構造容器８５の側壁が側面に沿って粉末を収容することに供されており、構造支持体８０は構造容器８５内をスライドする。ローラー３０は、連続する経路において、構造支持体８０上の粉末を広げ、場合によっては圧縮することにも供される。余分な粉末は、構造容器８５に隣接して位置するリサイクル容器４０によって回収する。

その後、粉末の第１層１０の領域は、発生器９０によって照射されたレーザービーム９５に走査されることによって、粉末の溶融温度Ｔ_Fより高い温度となる。

このようにして、第１層１０の当該部位における粉末粒子６０が溶融し、単一片の第１構成要素１５が形成される。この段階の間に、支持体８０の部分的溶融も起こることがあり、これによって支持体が第１構成要素１５に接着する。

支持体８０は、あらかじめ定められた第１層の高さ（２０マイクロメーター（μｍ）〜１００μｍ、一般的には３０μｍ〜５０μｍ）に相当する高さまで下げられる。溶融する粉末層の厚さは、粉末床の空孔率および平面構造に大きく依存するため、一層ずつで値が異なってもよい。

粉末の第２層２０は、第１層１０上に（上記で規定した基準座標系を用いて）堆積される。

その後、硬化した第１構成要素１５の少なくとも一部の上に位置する第２層２０の領域が、レーザービーム９５にさらされることによって加熱され、このようにして、第２層２０の当該領域における粉末粒子が溶融し、硬化した第２構成要素２５が形成される。レーザービーム９５の少なくとも一部の影響下で第１構成要素１５が溶融することで、図２に示されるように、これら２つの構成要素１５および２５は、固化する際に全体で単一片のブロックを形成する。

特にアンダーカット表面が存在する場合には、構築されるべき部品の外形によって、溶融し、固化した第２層２０の上述した領域が、第１層１０の溶融し、固化した領域と接触しないことがある。このような場合に、硬化した第１構成要素１５および硬化した第２構成要素２５は、単一片のブロックを形成しない。

その後、層ごとに部品を構築する当該処理は、すでに形成されたアセンブリ上に追加の粉末層を加えることによって継続される。

特定の形状の部品において、レーザービーム９５によって走査される１以上の任意の層の領域は、当該層内に複数の独立した構成要素を形成してもよい。このとき、これらの構成要素は互いに分離している。

当該任意の層の領域は、層全体によって構成されていてもよい。

レーザービーム９５の走査は、作成されるべき部品の形状と一致する形状を各層に与える一方で、各層が硬化することを可能にする。部品の上層が構築される一方で、部品の下層が冷却される。

レーザービーム９５の当該走査は、制御システムによって実施される。例えば、ＳＬＭ法において、制御システム５０は、粉末層に到達する前にレーザービーム９５を反射する可動式の鏡５５を１つ以上有している。鏡５５の角度は、レーザービームが粉末層の領域を走査し、それにより部品のためにあらかじめ設定された外形となるように、検流計のヘッド手段（tete galvanometrique）によって制御されている。検流計のヘッド手段は、製造されるべき部品のＣＡＤデータを処理することによって導き出されたＣＡＤＭファイルによって制御される。

ＤＭＤ法において、制御システム５０（図１に示さず）は、支持体８０、または、ノズル１９０とレーザービーム９５とを移動させる。

ＤＭＤ法またはＳＬＭ法において、粉末粒子、および、固化した材料の帯状体が形成される下方側の材料の一部を溶融するのに十分なエネルギーを有するビームである限り、レーザービーム９５の代わりに任意の高エネルギービームを用いてもよい。

しかし、ＳＬＭ法およびＤＭＤ法は課題を有している。

全ての粉末は、レーザービーム９５に直接さらされることによって、もしくは、レーザービーム９５によって加熱された、または、保持された液体プールに侵入することによって（粉末の間接的溶融）、粉末の溶融温度Ｔ_Fを上回る温度となる。当該プールが溶融温度Ｔ_Fと室温との間のいわゆる「アニール」温度に至って固化する際に、溶融した粉末材料は、温度の上昇と、続く冷却とが繰り返される。

レーザービーム９５が、非常に短い時間の間に大量のエネルギーを材料に加えるため、プールは非常に速く加熱される。

すでに固化したプールの下方のあらかじめ形成された層によって、熱がプールの外に送り出されるため、プールは非常に速く冷却もされる。これらのすでに固化した層は、固体のブロックを形成する。さらに、（レーザービーム９５の走査速度に反比例して）非常に短い時間の間に、プールは、レーザービームにさらされることによって非常に高温である環境から、溶融温度Ｔ_Fよりも室温に近い温度となった環境へと移る。これは空気中での急冷に相当する。

構築中の部品の一部についての急速かつ連続的な加熱および冷却は、部品の形状、大きさおよび拘束（bridage）に応じて、部品内の応力または部品のひずみを増加させる。「拘束」とは、部品の薄い部分が変形することを防ぐために、当該薄い部分を補強するのに供される補強材の使用を指す用語である。

構築される部品が硬く、そのため変形しにくい場合には、部品が製造される間に応力が部品内に蓄積する。当該応力は残留応力を形成し、当該応力が材料の破壊応力を上回る場合には実際に亀裂を生じる。後日の使用中に、部品の作動温度が高すぎる場合には、残留応力が緩和することによって部品が変形する。

構築される部品が薄い壁面を有し、拘束がほとんどない（すなわち、部品の一方向の寸法がその他二方向の寸法に比べて小さく、自由に動くことができる）場合は、それぞれのプールが冷却する間に生じる応力が、部品の構築中に部品を変形させる。この変形は、製造する部品に望ましくない形状および寸法精度を与える。

さらに、このような部品の変形は、部品の製造方法に支障を与えうる。特に、層の帯状体の位置が、製造されるべき部品のＣＡＤデータの処理から演繹されたＣＡＤＭファイルに依存する場合には、当該データは部品の容積を表している。かかる場合に、例えば、下層が変形し、ＣＡＤＭファイルによってあらかじめ定められた位置から移動することによって、上層の全体が下層の上に形成されないといった危険性がある。

本発明は、上記の課題を解決しようとするものである。

本発明は、プールの急速な加熱と、続く急激な冷却とによって誘導されるプールの形成中に生じる応力を低減し、または、除去することさえも可能とする方法を提供しようとするものである。

本目的は、少なくともそれぞれのプール１０２を形成する間、プールに隣接する領域に位置する材料を溶融温度Ｔ_F未満の温度まで加熱するために、補助加熱が用いられることによって達成される。当該領域は、プールの上流側（すなわち後方）に位置する上流部位およびプールの下流側（すなわち前方）に位置する下流部位から選ばれる少なくとも１つの部位を含む。

これらの構成によって、連続した粉末の液体プールを形成する材料の急激な加熱および冷却が避けられ、部品に生じる内部応力がより小さくなる。これによって、部品における過度の残留応力および亀裂の形成を防ぐことが可能となる。

材料は、有利には、プールの上流側である上流部位において、材料の冷却速度が自然冷却速度未満にまで減少するように加熱される。

これによって、材料が急速に冷却されて、残留応力が生じることを防ぐことが可能になる。

また、本発明は、
高エネルギービームを用いて粉末を溶融することによって部品を製造する装置であって、
少なくとも１つの粉末層を支えるための構造支持体と、
粉末粒子を溶融温度Ｔ_Fよりも高い温度まで上昇させること、および、溶融した粉末粒子を含む液体プールを形成することに適した高エネルギービーム発生器と、
を含む装置を提供する。

本発明によれば、当該装置は、プールに接続した（隣接する）領域に位置する材料を溶融温度Ｔ_F未満の温度に加熱することに適した補助加熱装置をさらに含み、当該領域は、プールの上流側に位置する上流部位、および、プールの下流側に位置する下流部位から選ばれる少なくとも１つの部位を含む。

以下の非限定的な例として挙げられる実施形態の詳細な記述を参照することで、本発明がより理解され、本発明の利点がより明らかとなる。当該記述は、添付の図を参照する。

上述のとおり、先行技術の方法を説明するための、ＤＭＤ法に用いられる装置を示した概略図である。 上述のとおり、先行技術の方法を説明するための、ＳＬＭ法に用いられる装置を示した概略図である。 プールに対して上流側および下流側の領域の位置を示した概略図である。 ＤＭＤ法が用いられる場合の本発明の方法を示した概略図である。

以下の記載において、粉末粒子６０を溶融するために用いられるビームは、レーザービーム９５である。しかし、ＤＭＤ法またはＳＬＭ法において、粉末粒子、および、支持体または下層の一部をも溶融するのに十分なエネルギーを有する高エネルギービームである限り、レーザービーム９５の代わりに任意の高エネルギービーム９５を用いてもよい。

以下の記載において、「上流側」および「下流側」の用語は、液体プールの進行方向に対して定義される。当該プールには、粉末粒子が供給される。

レーザービーム９５は、プール１０２の上方に位置する。プール１０２は、粉末が溶融温度Ｔ_Fよりも高い温度に加熱されることによって、または、部品の表面が加熱される（その後、粉末粒子がプール１０２に接触し、溶融する）ことによって、部品の表面に形成される。プール１０２に隣接し、続いて、加熱のためにレーザービーム９５にさらされる予定である部品の部位１０３は、プール１０２に対して下流側の部位によって構成される。プール１０２に接続しており、レーザービーム９５にさらされたところであって、冷却されている部品の部位１０１は、プール１０２に対して上流側の部位によって構成される。

液体プール１０２の進行方向は、このように（上流）部位１０１から（下流）部位１０３へ向かう方向である。当該プールの進行方向は、図３において、左から右に向かう矢印Ａによって表される。

図３は、ＤＭＤ法に関連する、種々の領域の位置を示しており、支持体８０上にすでに堆積された第１層１０の上に、第２層２０が堆積している段階である。これら種々の領域の位置は、いずれの層が堆積しているかに関わらず、ＳＬＭ法において同一である。

ＤＭＤ法においては、ノズル１９０およびレーザービーム９５がともに、あるいは支持体８０が移動する。ＳＬＭ法においては、レーザービーム９５が移動する。

本発明の第１の可能性において、プール１０２の上流側に位置する材料、すなわち上流部位１０１の材料は、粉末粒子６０の溶融温度Ｔ_Fを下回るように、補助加熱を用いて加熱される。

当該加熱は、少なくともプール１０２が形成されている間、すなわち当該プールが加熱されている間に実施される。この補助加熱は、プール１０２が形成された後に継続してもよい。

これによって、上流部位１０１の材料が非常に速く冷却されることを防ぐことが可能になる。言い換えると、当該部位の冷却速度は、自然冷却（プールに用いられる温度からの、空気中または別の任意の気体、好ましくは不活性ガス中での急冷）速度未満まで減少する。その結果、従来において、当該上流部位１０１の材料が非常に速く冷却されることによって生じていた応力が、低減し、または除去されさえもする。

本発明の第２の可能性において、プール１０２の下流側に位置する材料、すなわち下流部位１０３の材料は、粉末粒子６０の溶融温度Ｔ_Fを下回るように、補助加熱を用いて加熱される。

当該加熱は、少なくともプール１０２が形成されている間、すなわち当該プールが加熱されている間に実施される。当該補助加熱は、より早くに、すなわちプール１０２が形成される前に始めてもよい。

ＤＭＤ法においては、のちに（次のプールを形成する際に）ノズル１９０によって粉末粒子６０が堆積する予定の表面が、このようにあらかじめ加熱される。

ＳＬＭ法においては、下流部位１０３の粉末粒子６０があらかじめ加熱される。

いずれの方法においても、（新たなプール部位１０２となる）下流部位において新たなプールが形成され始める際に、下流部位１０３は、あらかじめ加熱されている。当該部位における材料の温度は、レーザービーム９５の到達する瞬間に溶融温度Ｔ_Fにより近く、それ故に、温度Ｔ_Fを上回る温度とするためにそれほど速くはないレーザービームによる加熱にさらされるため、当該部位が溶融温度Ｔ_Fまで加熱される速度は、（補助加熱なしで、直接、室温からレーザービーム９５によって当該温度に誘導される）自然加熱速度よりも遅い。その結果、従来において、当該下流部位１０３の材料が非常に速く加熱されることによって生じていた応力または亀裂が、低減し、または、除去されさえもする。これは、加熱による熱衝撃に対して不安定な材料を用いる場合、または、溶融温度Ｔ_Fよりも室温に近い温度で剛性、靱性もしくは延性が低い、あるいは比較的高い温度（約Ｔ_F／２）で延性−脆性遷移点を示す材料を用いる場合に特に有利である。延性−脆性遷移点とは、その温度未満では、材料がもはや塑性変形を許容せず、弾性状態から破壊状態へと直接遷移する温度として定義される。

本発明において、補助加熱によるプール１０２に隣接する領域の加熱は、プール１０２からの熱伝導による自然加熱に加えて実施されていることに留意するべきである。さらに、このような自然加熱は、プール１０２にごく近接した周縁部（熱影響領域（thermally affected zone）、ＴＡＺ）においてのみ起こり、その範囲は、プール１０２を形成する際に部品に発生する応力に対して顕著な影響を与えるのに十分ではない（上記参照）。

したがって、連続して液体プール１０２を形成する際に、本発明の方法を用いることによって、部品において発生する応力が低減し、または、除去されさえもする。

さらに、補助加熱による上流部位１０１の加熱で、上流部位１０１を温度Ｔ_Fに近い温度まで上昇させる場合、部品の（表面状態の）粗さが低減される。用語「温度Ｔ_Fに近い温度」は、０．９×Ｔ_F〜Ｔ_Fの範囲の温度を意味することに用いられる。

本発明の方法において、プール１０２に隣接または接続している（すなわちプール１０２に接している）、プール１０２の上流部位１０１および下流部位１０３から選ばれる部位を含む領域を加熱するために、補助加熱装置が使用される。このように、当該領域は、上流部位１０１もしくは下流部位１０３、またはこれら両方の部位を含んでもよい。

これらの部位のいずれか、または両方に加えて、当該領域は、プール１０２の横方向に位置する部位を含んでいてもよく、特に、構築されている層と同じ層にあってもよい。発明者らは、部品の応力を低減するのに、このような態様の本発明の補助加熱がより効果的であることを見出した。

補助加熱によって加熱される隣接領域は、有利には、少なくともプール１０２の前方側のプールに位置した部位、および／または、少なくともプール１０２の後方側のプールに位置する部位を覆うために、プール１０２から十分広い範囲に広がる。

プールに隣接する領域の少なくとも一部がプール１０２の位置に関わらず加熱される場合、当該領域を加熱する手段は、レーザービーム９５の発生器９０と同調して移動する。

発明者らは、補助加熱によって加熱された領域が、粉末の溶融温度Ｔ_Fの１／４〜４／５、すなわち約Ｔ_F／４〜４Ｔ_F／５の範囲の温度である場合に、液体プール１０２を形成する間に部品において発生する応力が最小化されることを見出した。

発明者らは、有利には、当該加熱温度が、プールの移動速度、レーザービームによって供給される出力、溶融した粉末の量（かつ、それによるプールの広さ）、およびプールに隣接する領域を越えて加熱されるべき範囲等に応じて、Ｔ_F／３〜Ｔ_F／２の範囲であってもよいことを見出した。

当該加熱温度は、隣接領域が下流部位１０３を含む際に、熱衝撃（すなわち高速で温度が上昇する結果）による亀裂の危険性を低減することを目的として、粉末材料の延性−脆性遷移温度を上回ることが好ましい。

プール１０２に隣接する領域は、種々の加熱装置を用いることによって加熱することができる。

例えば、部品および支持体８０が設置されたオーブンを用いることによって部品全体を加熱することができる。

また、部品が構築される支持体８０の底面に位置する加熱板を用いることもできる。

有利には、上流部位１０１および／または下流部位１０３に適用する加熱によって、液体プール１０２の近傍、すなわち単に液体プール１０２に隣接する領域のみで局所加熱が実施されてもよい。

一例として、当該局所加熱は、少なくとも上流部位１０１および／または下流部位１０３を覆い、レーザービーム９５の発生器９０と同調して移動する誘導コイルを用いる誘導加熱によって実施してもよい。

また、当該局所加熱は、液体プール１０２に隣接する領域を、溶融温度Ｔ_Fを下回る温度まで加熱する高エネルギービームによって実施されてもよい。このような状況のもとでは、当該領域がプール１０２を完全に包囲している。

一例として、高エネルギービームは、第２の発生器によって照射される第２のレーザービームであり、第２のビームは、液体プール１０２を加熱するレーザービーム９５と同軸上にあることが好ましい。また、当該第２のレーザービームは、第１のレーザービーム９５に対して横方向（すなわち非同軸上）に配置されていてもよい。

第２のレーザービームは、液体プール１０２に隣接する領域の十分に広い範囲が、溶融温度Ｔ_F未満の温度まで加熱されるように、液体プール１０２を形成するレーザービーム９５よりも低い出力であるか、異なる波長であるか、または、非集束である。

あるいは、高エネルギービームは、レーザービーム９５の非集束である周縁部９９によって構成される。このように、レーザービーム９５の周縁部９９が、溶融温度Ｔ_F未満の温度まで、上流部位１０１および下流部位１０３を含む液体プール１０２近傍の領域を加熱する一方、レーザービーム９５の中央部９１は、粉末粒子を加熱すると同時に、液体プール１０２を形成してもよい。ＤＭＤ法における本実施形態を図４に示す。

また、この効果は、レーザービームの中心からの距離の増加とともに減少するエネルギー分布（または出力密度分布）を有し、当該ビームの周縁部が中央部に比べて熱の供給が少ないレーザービーム９５によって得られてもよい。

当該方法は、１つのレーザービーム９５および１つのレーザービーム発生器９０のみが必要とされるといった利点がある。

気孔のない部品を得ることが必要とされることがある。

ＤＭＤ法およびＳＬＭ法において、気孔は、部品内および部品の表面に形成されることがある。気孔は、外面に開かれている開孔と、外面に開かれていない閉孔とに区分される。一般的に、開孔は、不適切な操作パラメータの選択、および／または、帯状体および／または層に適合しない構築設計の結果として形成される。閉孔は、好ましくは、微粒子化によって得られる粉末粒子から排出される気体、および／または、ノズル１９０もしくは製造されている部品を囲う筐体からもたらされる気体（例えばアルゴン（Ａｒ））に起因して形成される。これらの気体は、プールが急速に冷却される際に、プール内に捕捉されることがある。

閉孔を除去するために、部品を製造したあとに熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を実施してもよい。そのとき、部品は、気体が封入された筐体内に設置され、筐体内の温度および圧力が増加される。この操作は、材料の弾性限界を低減し、それにより気体の圧力の効果で閉孔の吸収を促進する。特定の孔は完全に消失するが、その他の孔は、孔内の圧力と加えられた圧力とが等しくなるため単に径が低減するにすぎない。さらに、冷却中および加えた圧力を除去する間に孔が破裂することがあり、例えば、孔が自由表面にあまりに近い場合、部品に深刻な損傷を与える。

さらに、気体が充填された開孔が存在する。

部品の製造中に開孔を除去する目的で、部品の表面（または表皮）を形成するそれぞれの層における領域が、部品の中央部を構成する残りの領域に比べて細心の注意をもって形成された場合には、形成された後に、部品の表面（または表皮）が実質的に開孔を含まない。

上記のより注意深い成形は、部品の中央部の残りの領域のために用いられたパラメータとは異なるパラメータを用いて部品の表面（または表皮）における領域を走査することによって実施される。部品の中心と外側との間の上記パラメータの差異は、ＣＡＤＭファイルによって定められてもよい（例えば、レーザービームの走査速度が異なってもよい）。

それに代えて、またはそれに加えて、開孔がいくつかの閉孔（certaines porosites fermees）（例えば、ＨＩＰによって吸収されなかった孔）とともに存在する部品の最外層の領域（certaines zones）において、例えばレーザービームの走査による再溶融が行われる。例えば、レーザービームは、上記の領域における材料を、材料の溶融温度の１〜１．５倍の範囲の温度まで上昇させてもよい。

当該再溶融の間に表層の温度が上昇することで、材料が流動し、それにより部品の表面が滑らかになり、開孔および閉孔が修復される。このようにして、それまで表面に存在していた開孔および閉孔が吸収される。

したがって、その後に、部品がＨＩＰ処理にさらされる場合に、部品の表層は漏れのない表皮として振る舞い、これにより、部品のより中央部に存在する閉孔の吸収が促進される。部品は、ＨＩＰ処理のあとに、ほとんどまたは全く閉孔を含まず、全く開孔を含まない。

Claims (10)

1. 部品を製造する方法であって、
   ａ）粉末粒子（６０）の形状で材料を供給する工程と、
   ｂ）高エネルギービーム（９５）を用いて、第１の分量の粉末を前記粉末の溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、支持体（８０）の表面に、溶融した前記粉末および前記支持体（８０）の一部を含む第１のプールを形成する工程と、
   ｃ）前記高エネルギービーム（９５）を用いて、第２の分量の粉末を前記溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、前記第１のプールの下流側において、前記支持体（８０）の表面に、溶融した前記粉末および支持体（８０）の一部を含む第２のプールを形成する工程と、
   ｄ）前記部品の第１層（１０）が前記支持体（８０）上に形成されるまで工程ｃ）を繰り返す工程と、
   ｅ）前記高エネルギービーム（９５）を用いて、第［ｎ］の分量の粉末を前記溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、前記第１層（１０）の一部の上に、溶融した前記粉末を部分的に含む第［ｎ］のプールを形成する工程と、
   ｆ）前記高エネルギービーム（９５）を用いて、第［ｎ＋１］の分量の粉末を前記溶融温度Ｔ_Fより高い温度まで加熱し、前記第［ｎ］のプールの下流側において、前記第１層（１０）の一部の上に、溶融した前記粉末を部分的に含む第［ｎ＋１］のプールを形成する工程と、
   ｇ）前記部品の第２層（２０）が前記第１層（１０）の上に形成されるように工程ｆ）を繰り返す工程と、
   ｈ）前記部品が実質的に最終形状となるまで、すでに形成された層の上に位置するそれぞれの層について工程ｅ）からｇ）を繰り返す工程と、
   を含み、
   少なくともそれぞれのプール（１０２）を形成する間、前記プール（１０２）に隣接する領域に位置する材料を、前記溶融温度Ｔ_Fの１／４〜４／５の範囲の温度まで加熱するために補助加熱が使用され、
   前記領域が、前記プール（１０２）の上流側に位置する上流部位（１０１）、および、前記プール（１０２）の下流側に位置する下流部位（１０３）から選ばれる少なくとも１つの部位を含むことを特徴とする方法。
2. 前記プール（１０２）の上流側に位置する前記上流部位（１０１）において、前記材料の冷却速度が自然冷却速度未満に減少するように、前記材料を加熱することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記プール（１０２）の下流側に位置する前記下流部位（１０３）において、前記材料の加熱速度が、前記溶融温度に達するまで、自然加熱速度未満に減少するように、前記材料を加熱することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記プール（１０２）に隣接する前記領域の少なくとも一部に位置する材料を、前記溶融温度Ｔ_Fの１／３〜１／２の範囲の温度となるように加熱することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記材料を、オーブン、加熱板、誘導コイルおよび高エネルギービームを含む群より選ばれる加熱手段を用いて加熱することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記材料を、前記高エネルギービーム（９５）の非集束部分を用いて加熱することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記工程ｈ）の後に、前記部品の表面に存在する開孔と、前記部品の表面に形成された閉孔とを吸収するために、高エネルギービームが、前記部品の最外層の領域の再溶融に用いられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記再溶融の後に、前記部品における前記孔を吸収するために、熱間静水圧プレスが前記部品について実施されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記工程ｈ）の後に、前記部品の表面を形成するべき各層の領域が、形成された後に前記部品の表面が開孔または閉孔を含まないように、形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 高エネルギービーム（９５）を用いて粉末を溶融することによって部品を製造する装置であって、
    少なくとも１つの粉末層（６０）を支えるための構造支持体（８０）と、
    粉末粒子（６０）を溶融温度Ｔ_Fよりも高い温度まで上昇させること、および、溶融した前記粉末粒子を少なくとも含む液体のプール（１０２）を形成することに適した高エネルギービーム発生器（９０）と、
    を含んでおり、
    前記プール（１０２）に隣接する領域に位置する材料を前記溶融温度Ｔ_F未満の温度に加熱することに適した補助加熱装置をさらに含み、
    前記領域が、前記プール（１０２）の上流側に位置する上流部位（１０１）、および、前記プール（１０２）の下流側に位置する下流部位（１０３）から選ばれる少なくとも１つの部位を含むことを特徴とする、装置。

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