JP2017053025A - 粉末層付加製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形成される金属合金製の部品の亀裂の傾向を軽減する粉末層融合付加製造装置及び方法などの改善された付加製造技術の提供。【解決手段】ビルドプレート２６の開口３８、シール２８、及び金属部品Ｃの端部は、金属粉末Ｐを内部に保持するための粉末層６０を形成するように協働することができ、装置１０が、部品Ｃの亀裂を防止すべく部品Ｃの端部の所定の温度プロフィールを形成するように動作することができる外部の熱制御機構３０も備えている粉末層付加製造装置１０。【選択図】図３

Description

本開示は、広くには、粉末層付加製造（powder-bed additive manufacturing）装置及び方法に関する。より詳しくは、本開示は、実質的に亀裂のない部品を形成するための粉末層付加製造装置及び方法に関する。

高温材料における重要な進歩が、「超合金」として一般的に知られているＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系、及びＦｅ系の合金の組成によって達成されている。これらの合金は、典型的には、主としてクリープ抵抗及び疲労強度などの機械的特性の要件を満たすように設計されている。したがって、現代の金属合金は、ガスタービンエンジンにおける使用など、高温の用途に広く使用されている。

ガスタービンエンジンの構成部品など、金属合金製の部品は、典型的には、鋳造及び／又は機械加工される。典型的には、使い捨てコアダイ（ＤＣＤ；disposable core die）プロセスが、金属合金製の部品を鋳造するために利用される。ＤＣＤ鋳造法は、一般に、付加又は他の製造方法を使用して、セラミックコアを形成するために利用される使い捨てのシェルを生成し、その後にセラミックコアを使用して、部品を従来どおりに鋳造することを必要とする。高圧タービンのブレードが、そのような方法を利用して典型的に製造されている。しかしながら、ＤＣＤなどの現在の金属合金製の部品の鋳造技術は、高価な設備を必要とし、高い製作コストを含む。さらに、現在の金属合金製の部品の鋳造技術は、抜き勾配の制約、張り出しを避ける必要性、及び鋳造プロセスにつきものの他の制約に起因して、部品の設計の複雑さ及び形状に制限がある。

最近では、金属合金製の部品を製作するための付加製造法が、鋳造及び機械加工法の代案として現れてきている。付加製造法は、「積層製造」、「レーザ焼結」、「リバースマシーニング（reverse machining）」、及び「３Ｄ印刷」とも称される。そのような用語は、本開示の目的において同義語として取り扱われる。基本的な水準において、付加製造技術は、材料を断面における層ごとのやり方で積み上げることで、３Ｄ部品を形成するという考え方にもとづく。付加製造技術は、３Ｄモデル化ソフトウェア（コンピュータ支援設計又はＣＡＤ）、機械設備、及び層をなす材料の使用において共通である。ひとたびＣＡＤスケッチが生成されると、機械設備が、ＣＡＤファイルからデータを読み込み、所望の材料の順次の層を使用して３Ｄ部品を作り上げる。

鋳造プロセスと異なり、付加製造は、抜き勾配を設ける必要性、張り出しを避ける必要性、などによって制限されることがない。また、付加製造は、典型的な鋳造及び機械加工法と比べて、金属合金製の部品の製造に関するコストを単純化及び削減する。例えば、タービンブレード及び他の高温タービン部品の付加製造は、鋳造及び機械加工に必要な高価な設備類を排除し、顕著なコストの削減及びサイクル時間の短縮をもたらす。

いくつかの特定の付加製造プロセスは、付加工程において金属合金の粉末を融合させて部品を生成するために、粉末層融合技術を使用する。例えば、いくつかの付加製造プロセスは、付加工程において粉末層内の金属合金の粉末の層を融合させるために、エネルギのビームを利用する。そのような粉末層付加製造プロセスのいくつかの例として、直接金属レーザ焼結／融合（ＤＭＬＳ）／（ＤＭＬＦ）、選択的レーザ焼結／融合（ＳＬＳ）／（ＳＬＦ）、及び電子ビーム溶融（ＥＢＭ）が挙げられる。これらのプロセスにおいては、粉末層内の金属合金の粉末の層が、下方の途中まで形成された部品（又は、種部品）へと融合させられることで、部品に新たな層が付加される。金属合金の粉末の新たな層が、粉末層へと、途中まで形成された部品のすでに形成された層を覆って堆積させられ、金属合金の粉末の新たな層が、部品へと同様に融合させられる。堆積及び融合の手順が何回か繰り返されることで、途中まで形成された部品上に複数の層が生み出され、最終的に金属合金製の部品が形成される。

残念ながら、粉末層融合付加製造技術によって形成された金属合金製の部品は、形成の際（すなわち、堆積及び融合の手順の際）並びに製作後の処理又は使用の際に、亀裂に直面する可能性がある。例えば、いくつかの粉末層融合付加製造技術は、金属合金の粉末の新たに融合させられる層の冷却速度や、金属合金の粉末の新たに融合させられる層と部品の隣接部分との間の温度勾配など、製作のプロセスの最中に部品を形成する付加層における容認可能な熱プロフィールを、維持することができない。付加製造によって形成される部品の層の容認できない熱プロフィールは、部品に亀裂を生じさせる傾向を有する熱応力を引き起こしがちである。

したがって、製作のプロセスの最中及び／又は製作後の両方において、形成される金属合金製の部品の亀裂の傾向を軽減する粉末層融合付加製造装置及び方法などの改善された付加製造技術を提供することが望まれる。さらに、高温のガスタービンエンジンにおいて使用するための金属合金製の部品を迅速かつ効率的に提供することが望まれる。本開示の他の望ましい特徴及び特性が、後続の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を、添付の図面及び上述した発明の背景と併せて検討することで、明らかになるであろう。

米国特許出願公開第２０１３／０２８７５９０号明細書

一態様において、本開示は、金属部品又はその一部分を製造するための装置を提供する。本装置は、ビルド表面と、下面と、開口とを備えるビルドプレートを備え、開口は、ビルドプレートを貫いて下面とビルド表面との間に延在する。本装置は、金属部品の端部がビルドプレートの開口内かつビルド表面よりも下方に位置するように、金属部品をビルドプレートに対して移動させるように動作することができるアクチュエータをさらに備える。本装置は、ビルドプレートの開口内に結合させられ、金属部品の端部に係合するように構成されたシールも備える。本装置は、ビルドプレートの下面に近接して配置され、部品の亀裂を防止するための端部の所定の温度プロフィールを形成するように動作することができる外部の熱制御機構をさらに備える。ビルドプレートの開口、シール、及び金属部品の端部は、所定の組成の金属粉末を内部に保持するように構成された粉末層を形成するように協働する。

いくつかの実施形態では、ビルドプレートの開口は、金属部品の端部の第２の断面によって定められる面積の１３５％以下の面積を定める第１の断面を備える。いくつかの実施形態では、外部の熱制御機構は、ビルドプレートに対する不変の位置関係に配置される。いくつかの実施形態では、ビルドプレートは、非金属である。いくつかの実施形態では、本装置は、温度プロフィールに従って外部の熱制御機構によって端部の温度を制御する温度フィードバック機構をさらに備える。いくつかのそのような実施形態では、温度フィードバック機構は、端部の温度を測定する温度測定装置を備える。

いくつかの実施形態では、シールは、少なくとも粉末層内の金属粉末に対して開口を封止する。いくつかの実施形態では、本装置は、金属部品の端部上に粉末層内の金属粉末を融合させるために適したエネルギビームを生成するように動作することができる方向付けされたエネルギ源をさらに備える。いくつかのそのような実施形態では、本装置は、金属部品の断面の層に対応するパターンで金属粉末の上方でエネルギビームを案内するように動作することができるビーム案内機構をさらに備える。いくつかの実施形態では、本装置は、実質的に酸素の存在しない雰囲気を形成する気密なビルドエンクロージャをさらに備え、少なくとも粉末層は、実質的に酸素の存在しない雰囲気内に位置する。

いくつかの実施形態では、本装置は、所定の組成の金属粉末の供給源と、供給源からの金属粉末を移動させて粉末層を金属粉末で実質的に満たすように動作することができる移動機構とをさらに備える。いくつかの実施形態では、外部の熱制御機構は、金属部品が開口内に配置されたときに金属部品の周りに延在する１以上の誘導コイルを備える。いくつかのそのような実施形態では、ビルドプレートは、１以上の誘導コイルによってビルドプレートが金属粉末の焼結温度まで加熱されることを防止するように動作することができる電気絶縁材料で形成される。

別の態様において、本開示は、金属部品又はその一部分を製造する方法を提供する。本方法は、部品を、ビルド表面と、下面と、ビルド表面と下面との間に延在する開口とを有しているビルドプレート、及び開口内に結合したシールに対して、部品の端部がシールに係合しかつ開口内でビルド表面よりも下方に位置するように、移動させるステップを含む。本方法は、所定の組成の金属粉末を、ビルドプレートの開口へと、シール及び部品の端部の上方に堆積させるステップをさらに含む。本方法は、端部上に部品の断面の層を形成するためのパターンで堆積させた金属粉末の一部分を融合させるために方向付けされたエネルギ源からのビームを案内するステップも含む。本方法は、形成された断面の層について、ビルドプレートの下面の下方に配置された外部の熱制御機構にて、部品の亀裂を防止するための温度プロフィールを形成するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態ではは、部品を移動させるステップ、金属粉末を堆積させるステップ、方向付けされたエネルギ源からのビームを案内するステップ、及び温度プロフィールを形成するステップが、サイクルを形成し、本方法は、サイクルを複数回実行することで部品に複数の層を付加するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、ビルドプレートは、非金属であり、外部の熱制御機構は、金属部品の周りに延在する１以上の誘導コイルを備え、シールは、堆積金属粉末が開口を通過することを防止する。いくつかの実施形態では、ビルドプレートの開口、シール、及び金属部品の端部は、堆積金属粉末を保持する粉末層を形成するように協働する。いくつかの実施形態では、部品は、タービンブレードであり、形成された断面の層は、タービンブレードの先端部の一部分である。

別の態様において、本開示は、タービンブレードの先端部を形成する方法を提供する。本方法は、タービンブレード基部を、ビルド表面と、下面と、ビルド表面と下面との間に延在する開口とを有しているビルドプレート、及び開口内に結合したシールに対して、タービンブレード基部の端部がシールに係合しかつ開口内でビルド表面よりも下方に位置するように、移動させるステップを含む。本方法は、金属粉末を、ビルドプレートの開口へと、シール及びタービンブレード基部の端部の上方に堆積させるステップをさらに含む。本方法は、端部へと堆積させた金属粉末の層を融合させてタービンブレード基部上に先端部の一部分を形成するように、方向付けされたエネルギ源からパターンでビームを案内するステップも含む。本方法は、形成された断面の層について、ビルドプレートの下面の近傍の外部の熱制御機構にて、端部の亀裂を防止するための温度プロフィールを形成するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態ではは、タービンブレード基部を移動させるステップ、金属粉末を堆積させるステップ、方向付けされたエネルギ源からのビームを案内するステップ、及び温度プロフィールを形成するステップが、サイクルを形成し、本方法は、サイクルを複数回実行することで、層ごとのやり方でタービンブレード基部上に先端部を形成するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、タービンブレード基部を、タービンブレード基部からすでに存在する先端部を除去することによって形成するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、ビルドプレートは、非金属であり、外部の熱制御機構は、金属部品の周りに延在し、ビルドプレートに対して不変の位置関係に配置された１以上の誘導コイルを備える。いくつかの実施形態では、シールは、少なくとも堆積金属粉末が開口を通過することを防止するように動作することができる。

本開示のこれらの態様、特徴、及び利点、並びに他の態様、特徴、及び利点が、本開示の種々の態様の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することで、明らかになるであろう。

本開示として考えられる主題が、明細書の結びに位置する特許請求の範囲において詳しく指摘され、明瞭に請求される。本開示の以上の特徴、態様、及び利点、並びに他の特徴、態様、及び利点が、添付の図面と併せて検討される以下の詳細な説明から、容易に理解されるであろう。

本開示による典型的な付加製造装置のビルドエンクロージャの斜視図を示している。 図１の付加製造装置の典型的な構成部品の斜視図を示している。 部品を形成している図１の付加製造装置の典型的な構成部品の斜視図を示している。 部品を形成している図１の付加製造装置の典型的な構成部品の斜視図を示している。 部品を形成している図１の付加製造装置の典型的な構成部品の断面図を示している。 部品上に層が形成され、部品が配置し直された後の図１の付加製造装置を示している。 図６の配置し直された部品上に層が形成され、金属粉末が装置の粉末層に堆積させた後の図１の付加製造装置を示している。 図７の部品上に後続の層を形成している図１の付加製造装置を示している。 図８の部品上に後続の層が形成され、部品が配置し直された後の図１の付加製造装置を示している。

以下で、本開示の典型的な実施形態（その例が、添付の図面に示されている）を、詳細に説明する。可能であれば、図面の全体を通して使用されている同じ参照符号は、同じ又は類似の部分を指している。

図１が、亀裂のない１以上の金属合金製の部品を製造又は形成するための本開示による典型的な粉末層融合付加製造装置１０を示している。一例において、部品は、亀裂のない高温超合金部品である。用語「亀裂のない」などは、本明細書において、粉末層融合装置１０によって形成された金属合金製の部品又は部品の一部分の層の微細構造において、固化後に熱に起因した亀裂が存在しないことを指して使用される。一例において、装置１０は、これまでの粉末層融合付加製造装置／方法において形成されがちである幅が約１００ミクロンであって約１００ミクロン離れて位置する熱に起因した亀裂が存在しない層によって、金属合金製の部品（又は、その一部分）を形成することができる。一例において、装置１０は、これまでの粉末層融合付加製造装置／方法において形成されがちである幅が約１００ミクロンであって約１００ミクロン離れて位置する熱に起因した亀裂が存在しない層によって、金属合金製の部品（又は、その一部分）を形成することができる。一例において、装置１０は、これまでの粉末層融合付加製造装置／方法において形成されがちである形成されたそれぞれの層の高さ／厚さの全体を貫通する亀裂など、形成されたそれぞれの層に局在する熱に起因した亀裂が存在しない層によって、金属合金製の部品（又は、その一部分）を形成することができる。一例において、装置１０は、これまでの粉末層融合付加製造装置／方法から形成されがちである粒子間の急な不連続である熱に起因した亀裂が存在しない層によって、金属合金製の部品（又は、その一部分）を形成することができる。一例において、装置１０は、これまでの粉末層融合付加製造装置／方法から形成されがちである不規則な形状の「収縮亀裂」である熱に起因した亀裂が存在しない層によって、金属合金製の部品（又は、その一部分）を形成することができる。いくつかの例において、装置１０は、これまでの粉末層融合付加製造装置／方法から形成されがちである上述の熱に起因した亀裂の各々が存在しない層によって、金属合金製の部品（又は、その一部分）を形成することができる。

付加製造装置１０は、本明細書に詳述される通りの本開示の製造方法を実行することができる。この例における装置１０は、装置１０の構成部品を少なくとも部分的に囲むビルドエンクロージャ１２を備える。例えば、少なくとも粉末層（図示されていない）が、粉末層内の金属粉末Ｐの融合が定められた環境内で行われるように、ビルドエンクロージャ１２内に設けられる。いくつかの実施形態では、ビルドエンクロージャ１２は、実質的に酸素の存在しない雰囲気を定める。いくつかの実施形態では、ビルドエンクロージャ１２は、不活性雰囲気（例えば、アルゴン雰囲気）を定める。さらなる実施形態では、ビルドエンクロージャ１２は、酸化を最小限にするための還元性の雰囲気を定める。

図１に示される通り、ビルドエンクロージャ１２は、粉末層内の金属粉末Ｐの融合が行われる環境を定める第１の気密ゾーン１４を備える。ビルドエンクロージャ１２は、気密であっても、或いは気密でなくてもよく、一例においては第１のゾーン１４に連絡した環境を定める第２のゾーン１６を、さらに備えることができる。いくつかのそのような実施形態ではは、図５〜９に関してさらに後述されるように、装置１０のシール（図示されていない）が、第１の気密ゾーン１４を第２のゾーン１６に対して封止するうえで有効である。ビルドエンクロージャ１２は、図１に示される通り、ビルドエンクロージャ１２の内部への封止可能又は封止された視覚及び／又は触覚のアクセス１５をさらに備えることができる。また、ビルドエンクロージャ１２は、金属粉末「Ｐ」、ガス、動力、冷却水、などをビルドエンクロージャ１２へと出し入れするための入力及び出力を備えることもできる。この例では、製造プロセスを観察するための複数の窓１７も存在する。観察は、撮像を可能にする内部又は外部に取り付けられた１つ以上のカメラを含むこともできる。

図２〜５が、図６〜９の断面図に示される通りにエンクロージャ１２内に配置されてよく、実質的に亀裂のない金属合金製の部品の形成において効果的である粉末層融合装置１０の構成部品を示している。図２、３、及び６〜９に示される通り、装置１０は、粉末供給機構１８と、粉末移動機構２０と、ビルドプラットフォーム２４と、ビルドプレート２６と、シール２８と、外部の熱制御機構３０と、部品移動機構３２とを備えることができる。

一例におけるビルドプラットフォーム２４は、平坦な作業表面３４をもたらす堅固な構造物である。図２及び５〜９に示される通りの例示の例において、ビルドプラットフォーム２４は、ビルドプレート２６に連絡し、ビルドプレート２６を露出させるビルド開口４２と、粉末供給機構１８に連絡した供給開口４４と、オーバーフロー受け４５に連絡したオーバーフロー開口２２とを備えることができる。

一例におけるビルドプレート２６は、図６〜９に示される通りの横方向Ｘに沿う方向などの第１の方向において作業表面３４の供給開口４４とオーバーフロー開口２２との間に位置する。ビルドプレート２６は、ビルドプラットフォーム２４のビルド開口４２によって露出させられるビルド表面３６を備えることができる。一例におけるビルドプレート２６のビルド表面３６は、平坦であり、図２及び５〜９に示される通りにビルドプラットフォーム２４の作業表面３４と同一平面であってよい。いくつかの他の実施形態では、ビルドプレート２６のビルド表面３６は、ビルドプラットフォーム２４の作業表面３４よりも下方又は上方に位置することができる。図２、３、及び５〜９に示される通り、ビルドプレート２６は、ビルド表面３６からビルドプレート２６を貫通する開口３８を備えることができる。さらに後述されるように、ビルドプレート２６の開口３８は、粉末層６０に連絡でき、粉末層６０を部分的に形成することができる。

一実施形態では、ビルドプレート２６は、実質的に非導電性であってよい。例えば、ビルドプレート２６を、実質的に非導電性の材料（例えば、アルミナ）から製作することができる。いくつかの実施形態では、ビルドプレート２６は、セラミック、ガラス、又は他の非金属であってよい。ビルドプレート２６を、外部の熱制御機構３０（後述のように部品「Ｃ」について所定の温度プロフィールを形成するように働くことができる）によってビルドプレート２６が部品「Ｃ」の各層の形成に利用される金属粉末「Ｐ」の焼結温度まで加熱されることを防止するように働くことができる電気絶縁材料で形成することができる。このやり方で、外部の熱制御機構３０は、部品「Ｃ」の各層を形成する金属粉末「Ｐ」の融合又は焼結を妨げることなく、部品「Ｃ」の亀裂に抵抗するための部品「Ｃ」について所定の温度プロフィールを形成することができる。一例において、外部の熱制御機構は、誘導にもとづく。他の例において、外部の熱制御機構は、放射又はレーザにもとづく（例えば、１つ以上の熱ランプ又は補助レーザ）。

一例における装置１０の粉末供給機構１８は、図２、３、及び６〜９に示されるようにビルドプラットフォーム２４の供給開口４４の下方に位置してビルドプラットフォーム２４の供給開口４４に連絡している金属粉末「Ｐ」を保持するように構成された供給容器５０を備える。粉末供給機構１８は、図６〜９に示される通り、実質的に中実であり、供給容器５０の内部の全体に及ぶ供給部材５２をさらに備えることができる。供給部材５２を、供給容器５０内に平行移動可能に設け、アクチュエータ機構５４へと接続することができる。アクチュエータ機構５４は、供給容器５０の内部を通って供給部材５２を選択的に平行移動させるように動作可能であってよい。

図６〜９に示される通り、アクチュエータ機構５４が供給部材５２を供給容器５０においてビルドプラットフォーム２４から離れた下方の位置に位置させるとき、所望の金属合金組成の金属粉末「Ｐ」の供給を、供給容器５０内にもたらすことができる。所望の金属合金組成は、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系、及びＦｅ系の合金組成などの超合金組成であってよい。図６及び９に示される通り、アクチュエータ機構５４が供給部材５２を供給容器５０内で下方の位置からビルドプラットフォーム２４の作業表面３４に向かって所定の上方位置まで平行移動させるとき、所定の量の金属粉末「Ｐ」が、供給開口４４を通って押され、ビルドプラットフォーム２４の上方及び表面へともたらされる。このやり方で、粉末供給機構１８は、供給容器５０内にもたらされた金属粉末「Ｐ」の一部を作業表面３４の上方に選択的に露出させるように動作することが可能であってよい。アクチュエータ機構５４は、概略的に示されているが、空気又は油圧シリンダ、ボールねじ又は線形電気アクチュエータ、など、多数のさまざまな機構をアクチュエータ機構５４として利用できることを、当業者であれば理解できるであろう。

図６及び９に示されるように、ひとたび粉末供給機構１８が供給容器５０からもたらされた金属粉末「Ｐ」の一部をビルドプラットフォーム２４の作業表面３４の上方及び表面へと露出させると、粉末移動機構２０が、露出した金属粉末「Ｐ」をビルドプラットフォーム２４の作業表面３４及びビルドプレート２６のビルド表面３６の上方で移動させるように動作することができる。例えば、図２及び図６〜９に示される通り、一例における粉末移動機構２０は、粉末係合部材５６とアクチュエータ機構５８とを備える。粉末係合部材５６は、作業表面３４及びビルド表面３６の上方に設けられた堅固で細長い部材であってよい。この例における粉末係合部材５６の下縁５７が、作業表面３４及び／又はビルド表面３６に近接する。図２及び６〜９に示されるように、さらなる例においては、下縁５７が作業表面３４（及び／又は、位置によってはビルド表面３６）に当接でき、作業表面３４（及び／又は、位置によってはビルド表面３６）と同一平面に位置することができる。他の実施形態（図示されていない）において、粉末係合部材５６の下縁５７は、作業表面３４（及び／又は、ビルド表面３６）から離れていてよく、さらに／又は作業表面３４（及び／又は、ビルド表面３６）に対して斜めであってよい。

粉末移動機構２０のアクチュエータ機構５８は、図６及び９に示される通り、粉末係合部材５６を、粉末供給機構１８及び露出した金属粉末「Ｐ」がアクチュエータ機構５８とビルドプレート２６のビルド表面３６との間に位置する出発位置に対して、選択的に移動させるように動作可能であってよい。出発位置から、アクチュエータ機構５８は、粉末係合部材５６を露出した金属粉末「Ｐ」に係合させ、供給開口４４の上方を移動させ、次いで係合部材５６及び係合した金属粉末「Ｐ」を、ビルドプラットフォーム２４の作業表面３４に沿って、ビルドプレート２６の開口３８を横切り、図７に示されるように少なくともオーバーフロー開口２２まで、さらに移動させることができる。

金属粉末「Ｐ」が係合部材５６によってビルドプレート２６の開口３８を横切って押されるとき、金属粉末「Ｐ」は、開口３８を通って粉末層６０へと落下することができる。このやり方で、粉末移動機構２０は、金属粉末「Ｐ」をビルドプレート２６の開口３８を通って粉末層６０へと堆積させるように動作することが可能であってよい。粉末供給機構１８を、供給機構１８によって粉末層６０を金属粉末「Ｐ」で満たすように、少なくとも充分な量の金属粉末「Ｐ」を露出させるように構成することができる。粉末層６０が金属粉末「Ｐ」で満たされた後に、粉末移動機構２０によって運ばれる余分又は未使用の金属粉末「Ｐ」があれば、粉末供給機構１８によってビルドプレート２６の開口３８を過ぎてオーバーフロー開口２２まで押すことができる。これにより、余分な金属粉末「Ｐ」を、余分な粉末「Ｐ」の置き場として機能するオーバーフロー受け４５へと堆積させることができる。アクチュエータ機構５８は、概略的に示されているが、空気又は油圧シリンダ、ボールねじ又は線形電気アクチュエータ、など、多数のさまざまな機構をアクチュエータ機構５８として利用できることを、当業者であれば理解できるであろう。

上述のように、いくつかの実施形態では、粉末係合部材５６の下縁５７は、作業表面３４及び／又はビルド表面３６に当接することができる。結果として、粉末係合部材５６が作業表面３４及びビルド表面３６を横切って金属粉末「Ｐ」を移動させるときに、金属粉末「Ｐ」が作業表面３４及び／又はビルド表面３６上に堆積させられることを防止することができる。しかしながら、他の実施形態ではは、粉末係合部材５６の下縁５７を、最大約２５０ミクロンなど、作業表面３４及び／又はビルド表面３６から離すことができる。そのような実施形態ではは、粉末係合部材５６が作業表面３４及びビルド表面３６を横切って金属粉末「Ｐ」を移動させるときに、粉末供給機構１８が、ビルド表面３６上の開口３８の上方及び周囲に位置する層など、作業表面３４及び／又はビルド表面３６上の金属粉末「Ｐ」の層を形成することができる。

図３〜９に示される通り、一例における装置１０の部品移動機構３２は、部品係合機構６２及び部品アクチュエータ５５を備える。部品係合機構６２を、部品「Ｃ」に取り外し可能に結合させることができる。部品アクチュエータ５５は、部品移動機構３２、したがって部品「Ｃ」を、ビルドプレート２６に対して移動させるように動作可能であってよい。具体的には、部品移動機構３２は、ビルド表面３６の実質的に反対側のビルドプレート２６の下面３７の下方に位置することができ、部品移動機構３２に結合した部品「Ｃ」を例えば図６〜９に示される通りの鉛直方向Ｚに沿ってビルドプレート２６に対して移動させるように動作可能であってよい。

部品移動機構３２は、図３〜９に示される通り、部品「Ｃ」の端部６４がビルドプレート２６の開口３８内に配置されるように部品「Ｃ」を位置させるべく動作可能であってよい。このやり方で、部品移動機構３２は、部品「Ｃ」の端部６４をビルドプレート２６の開口３８内に位置させるとともに、新たな層が端部６４の先端又は自由端へと融合させられた後に部品「Ｃ」をそこから下降させることで、途中まで形成された部品「Ｃ」をさらなる層の形成に向けて準備するために、効果的であり得る。例えば、第１の層が部品「Ｃ」の端部６４に形成された後で、部品移動機構３２は、部品「Ｃ」をビルドプレート２６に対して約１０ミクロン〜約２５０ミクロン（例えば、約３０ミクロン〜約５０ミクロン）の範囲内で下降させることで、端部６４を開口３８内に位置させ、部品「Ｃ」を本明細書に記載される通りの第２の次の層の形成に向けて準備することができる。層増分が、付加製造プロセスの速度及び部品「Ｃ」のうちの層によって形成される部分の分解能に影響を及ぼす。部品アクチュエータ５５は、概略的に示されているが、空気又は油圧シリンダ、ボールねじ又は線形電気アクチュエータ、など、多数のさまざまな機構を部品アクチュエータ５５として利用できることを、当業者であれば理解できるであろう。一例において、装置１０は、部品「Ｃ」の端部６４に形成される粉末「Ｐ」の層の厚さ、したがって粉末から端部６４に形成される層の厚さが、約１ミクロン〜約２５０ミクロンの範囲内、約１０ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内、又は約３０ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内であるように構成される。用語「端部６４」は、本明細書において、部品「Ｃ」の製造プロセスの最中の特定の時点における部品「Ｃ」の自由端及び自由端の付近の部位を広く指して使用される。したがって、すでに存在する端部６４に形成される後続の層が、部品「Ｃ」の新たな端部６４の少なくとも一部分を形成する。部品「Ｃ」の製造プロセスの最中の特定の時点における端部６４は、得られつつある部品「Ｃ」又は製造時の部品「Ｃ」の任意の部分であってよく、得られつつある部品「Ｃ」の底部、中間部、又は先端部などであってよい。したがって、端部６４という用語は、本明細書において、装置１０によって堆積させられる層によって形成される部品「Ｃ」の部位に関して限定的な意味で使用されているのではない。

一例における装置１０の外部の熱制御機構３０は、図３〜９に示される通り、ビルドプレート２６の下面３７の近傍に配置される。いくつかの実施形態ではは、図５〜９に示される通り、外部の熱制御機構３０を、ビルドプレート２６の下面３７から離すことができる。別の実施形態では、外部の熱制御機構３０は、ビルドプレート２６の下面３７に当接することができる。一例における外部の熱制御機構３０は、ビルドプレート２６に対する不変の位置関係に配置される。一例においては、外部の熱制御機構３０を、部品「Ｃ」の端部６４への新たな層の形成に可能な限り近づけて配置して、その温度プロフィールを（本明細書においてさらに説明されるように）制御することができる。例えば、外部の熱制御機構３０を、ビルドプレート２６の下面３７に可能な限り近づけて配置することができる。一例において、外部の熱制御機構３０は、ビルドプレート２６の下面３７に近接して配置されてよく、部品「Ｃ」の端部６４に形成される層の温度プロフィールを制御するために、部品「Ｃ」の端部６４に向かって磁束を集中させるように構成された軟磁性材料を含むことができる。図３〜９に示される通り、外部の熱制御機構３０は、（例えば、鉛直方向において）ビルドプレート２６の開口３８に実質的に整列した内部空間又は空洞を形成することができる。部品「Ｃ」は、外部の熱制御機構３０の内部空間又は空洞を通ってビルドプレート２６の開口３８へと延びることができる。換言すると、外部の熱制御機構３０の一部分が、少なくとも部分的に部品「Ｃ」の周りに延在することができる。これにより、部品移動機構３２は、部品「Ｃ」を外部の熱制御機構３０（及び、ビルドプレート２６）に対して移動させるように動作可能であってよい。

外部の熱制御機構３０は、部品「Ｃ」の端部６４について所定の温度プロフィールを形成するように動作可能であってよい。例えば、一例における外部の熱制御機構３０は、金属部品「Ｃ」がビルドプレート２６の開口３８内に配置されたときに金属部品「Ｃ」を実質的に囲む１以上の誘導コイルを備える。金属部品「Ｃ」は導電性であるため、外部の熱制御機構３０の１以上の誘導コイルは、電流がコイルを通過し、磁界が生成されるときに、部品「Ｃ」の温度を制御することができる。さらに、外部の熱制御機構３０は、ビルドプレート２６の下面３７の付近に配置されるため、外部の熱制御機構３０は、金属粉末「Ｐ」によって形成される部品「Ｃ」の層に亀裂がないことを保証するように、部品「Ｃ」の端部６４の温度を制御することができる。このやり方で、外部の熱制御機構３０は、部品「Ｃ」の亀裂を防止するために端部６４について所定の温度プロフィールを形成するように動作することができる。

一例において、特定の部品「Ｃ」の端部６４の所定の温度プロフィールは、端部６４を構成する１以上の新たに形成された層について、この１以上の層の焼結又は融合温度からこの１以上の層の固化温度（例えば、金属合金粉末「Ｐ」の組成に応じ、摂氏約１，３００度）までの、少なくとも固化時にこの１以上の層に亀裂が存在しないような所定の冷却プロフィールである。固化後の層に亀裂が存在しないという結果をもたらす焼結又は融合温度から固化温度までの所定の冷却プロフィールなどの新たに形成された層の所定の温度プロフィールは、経験的に決定されてよく、実験にもとづいて決定されてよく、或いはこれらの組合せであってよい。いくつかの実施形態では、特定の部品「Ｃ」の端部６４の所定の温度プロフィールは、端部６４を構成する１以上の新たに形成された層について、この１以上の層の焼結又は融合温度から固化温度までの、少なくとも固化時にこの１以上の層に亀裂が存在しないような或る範囲の所定の冷却プロフィールであってよい。１以上の形成された層から作られる特定の部品「Ｃ」の端部６４に関して、少なくとも固化時のこの１以上の層における亀裂を防止するうえで有効な特定の温度プロフィールは、金属粉末「Ｐ」の組成、この１以上の層の厚さ、この１以上の層の形状／構成、この１以上の層の初期温度（すなわち、融合温度）、この１以上の層の固化温度、この１以上の層と先行及び／又は後続の層又は形成部分との間の温度勾配、固化後のこの１以上の層の所望の微細構造、部品「Ｃ」の最終的な動作パラメータ、この１以上の層の形成（すなわち、移動機構３２による部品の移動）の所望の速度、など、いくつかの因子に（少なくとも部分的に）影響され、或いは依存し得る。一例において、装置１０は、少なくとも外部の熱制御機構３０及び部品移動機構３２（部品「Ｃ」を外部の熱制御機構３０に対して移動させる）を使用することによって、融合から固化までの冷却プロフィールなどの特定の部品「Ｃ」の端部６４への（例えば、１以上の新たに形成された層への）所定の温度プロフィールを形成又は適用する。

装置１０のシール２８を、図５〜９に示されるように、ビルドプレート２６の開口３８内に結合させることができ、部品「Ｃ」の端部６４に係合するように構成することができる。例えば、シール２８を、開口３８においてビルド表面３６と下面３７との間に設けることができる。いくつかの実施形態ではは、シール２８を、図５に示されるように、ビルド表面３６と下面３７との間において開口３８内に形成された凹部又はスロット２９内に設けることができる。いくつかの実施形態ではは、シール２８を、ビルドプレート２６のビルド表面３６よりも下及び／又は下面３７よりも上に設けることができる。

シール２８は、実質的に中実であってよく、図５に示されるようにシール２８によって開口３８が少なくとも粉末層６０内の金属粉末「Ｐ」に対して封止されるように、ビルドプレート２６及び部品「Ｃ」の端部６４に係合することができる。いくつかの実施形態ではは、シール２８を、第１のゾーン１４が実質的に気密であって金属粉末「Ｐ」の融合の周囲の雰囲気を定めるように、第１のゾーン１４をエンクロージャの第２のゾーン１６に対して封止するように構成することもできる。

一例におけるシール２８は、実質的に非導電性である。例えば、シール２８を、実質的に非導電性の材料（例えば、非金属材料）から製作することができる。いくつかの実施形態では、シール２８は、セラミック又はガラスであってよい。シール２８を、誘導にもとづく外部の熱制御機構３０によってシール２８が粉末層６０内の金属粉末「Ｐ」の焼結温度へと加熱されることを防止するように動作することができる電気絶縁材料で形成することができる。一例において、外部の熱制御機構３０は、温度プロフィールに従って外部の熱制御機構３０を介して端部６４の温度を制御する温度フィードバック制御機構を採用する。温度フィードバック制御機構は、赤外（ＩＲ）高温測定、サーマルカメラ、又は任意の他の機構、などによって端部６４の温度を測定する温度測定装置を備えることができる。温度測定装置は、端部６４の温度を明らかにすることができ、温度フィードバック制御機構は、明らかになった温度にもとづき、温度プロフィールに従って端部６４へとより多くの熱又はより少ない熱を加えるように外部の熱制御機構３０を制御することができる。このやり方で、外部の熱制御機構３０の温度フィードバック制御機構は、適切な温度プロフィールを維持するための外部の熱制御機構３０の正確な制御を可能にすることができる。これにより、外部の熱制御機構３０は、装置１０によって形成される層が各層における亀裂の形成を防止する温度プロフィールを含むことを保証するようにリアルタイムで調節を行うことが可能であってよい。

いくつかの実施形態では、シール２８を、部品「Ｃ」の特定の端部６４及び／又はビルドプレート２６の特定の開口３８に係合するような形状及び他の構成とすることができる。他の実施形態では、シール２８は、種々の形状の端部６４及び／又は開口３８に適合又は一致することが可能であってよい。シール２８は、ビルドプレート２６（例えば、開口３８内）及び部品「Ｃ」の端部６４に係合し、少なくとも金属粉末「Ｐ」が開口３８を通過することを防止する任意の設計又は構成であってよい。例えば、シール２８は、ラビリンスシールの設計など、開口３８と端部６４との間に延在するセラミック繊維（例えば、セラミックウール）、ばねで付勢されたセラミック板、或いは開口３８を少なくとも金属粉末「Ｐ」から封止するための任意の他の設計又は態様を含むことができる。シール２８は、部品「Ｃ」に対して不動であってよく、或いはシール２８は、部品「Ｃ」に対して移動してもよい。一例において、シール２８は、部品「Ｃ」の端部６４に係合するように構成された部品係合部又は機構と、部品係合部及びビルドプレート２６に係合するように構成されたプレート係合部又は機構とを備えることができる。

図５及び７に示される通り、ビルドプレート２６の開口３８、シール２８、及び金属部品「Ｃ」の端部６４は、所定の組成の金属粉末「Ｐ」を保持する粉末層６０を形成するように協働する。金属部品「Ｃ」の端部６４を、ビルド表面３６よりも下方に配置することができる。これにより、粉末層６０は、図５に示されるように、少なくともビルドプレート２６の開口３８の内壁又は側面の間を、シール２８及び金属部品「Ｃ」の端部６４のシール２８を過ぎて突き出している部分を覆って広がることができる。このやり方で、ビルドプレート２６の開口３８、シール２８、及び金属部品「Ｃ」の端部６４は、所定の組成の金属粉末「Ｐ」を内部に保持する粉末層６０を形成するように協働する。これにより、装置１０の粉末層６０は、好都合に比較的小さく、金属粉末「Ｐ」による部品「Ｃ」の端部６４への層の形成の場所に集中させられる。

やはり図５に示される通り、粉末供給機構１８が粉末層６０を金属粉末「Ｐ」で満たすときにビルド表面３６に当接する場合、粉末層６０の範囲は、ビルド表面３６までとなり得る。粉末供給機構１８が粉末層６０を金属粉末「Ｐ」で満たすときにビルド表面３６から離れている場合、粉末層６０は、ビルド表面３６を過ぎて突出し得る（図示されていない）。したがって、ビルド表面３６又は粉末供給機構１８に対する金属部品「Ｃ」の端部６４の先端又は末端の相対位置が、金属部品「Ｃ」の端部６４の表面又は上方に位置する粉末層６０内の金属粉末「Ｐ」の深さ又は厚さを決定でき、したがって（さらに後述されるように）金属粉末「Ｐ」から端部６４上に形成される層の厚さを決定することができる。いくつかの実施形態では、部品移動機構３２は、部品「Ｃ」の端部６４の表面又は上方に位置する粉末層６０内の金属粉末「Ｐ」の厚さ、したがって金属粉末「Ｐ」から端部６４上に形成される層の厚さが、約１０ミクロン〜約５０ミクロン（例えば、約３０ミクロン）の範囲内となり得るように、部品「Ｃ」を位置させることができる。

粉末層６０の構成は、ビルドプレート２６の開口３８の構成（例えば、形状、サイズ、など）に関係し得るため、いくつかの実施形態ではは、開口３８を、粉末層６０のサイズ、したがって部品「Ｃ」の形成の際に「使用される」金属粉末「Ｐ」の量を、最小限にするように構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ビルドプレート２６の開口３８は、第１の断面を備え、そのような第１の断面は、金属部品「Ｃ」の端部６４の第２の断面によって定められる対応する面積の１３５％以下の面積を定める。いくつかの他の実施形態では、ビルドプレート２６の開口３８は、第１の断面を備え、そのような第１の断面は、金属部品「Ｃ」の端部６４の第２の断面によって定められる対応する面積の１２５％又は１１５％以下の面積を定める。いくつかの実施形態では、ビルドプレート２６の開口３８は、金属部品「Ｃ」の端部６４の構成（及び／又は、端部６４上に形成される層の所望の構成）を模倣することができ、或いは他のやり方でそのような構成に対応することができる。例えば、部品「Ｃ」がタービンブレードである場合、開口３８（可能性としては、シール２８も）を、タービンブレードの所望の先端部の形状（例えば、翼形部の形状）又はタービンブレードの基部と少なくとも同様に形作ることで、粉末層６０のサイズ又は体積（したがって、タービンブレードの先端部の形成に使用される金属粉末「Ｐ」の量）を最小限にすることができる。

図６〜９は、装置１０のさらなる典型的な構成部品、並びに装置１０を利用して部品「Ｃ」の端部６４上に層を形成することによって部品「Ｃ」を製造又は形成する典型的な方法を示している。図６〜９に示される通り、装置１０は、方向付けされたエネルギ源８０と、ビーム案内機構８２とを備えることができる。方向付けされたエネルギ源８０は、金属部品「Ｃ」の端部６４へと金属粉末「Ｐ」を融合させるために有効なエネルギビームを生み出すように動作可能であってよい。例えば、方向付けされたエネルギ源８０は、製造プロセスにおいて金属粉末「Ｐ」を融合させるための適切な出力及び他の動作特性のビームを生成するように動作することができる任意の装置であってよい。いくつかの実施形態では、方向付けされたエネルギ源８０は、約１０〜１００ｋＷ／ｍｍ＾２の範囲内の桁数を有する出力密度を有するレーザであってよい。電子ビーム放射体などの他の方向付けされたエネルギ源が、レーザの代案として適切である。

ビーム案内機構８２は、図８に示されるように、金属部品「Ｃ」の新たな断面の層に対応するパターンで、粉末層６０内の金属粉末「Ｐ」へと、方向付けされたエネルギ源のエネルギビームを案内するように動作可能であってよい。やはり図８に示される通り、ビーム案内機構８２は、方向付けされたエネルギ源８０によって生み出されたビーム「Ｂ」を所望の焦点「Ｓ」へと集中させ、粉末層６０内の金属粉末「Ｐ」上の平面内の適切なパターンで所望の位置へと向けることができるように動作することができる１以上の可動ミラー、プリズム、及び／又はレンズを備えることができる。このやり方で、方向付けされたエネルギ源８０及びビーム案内機構８２を、部品「Ｃ」へと端部６４を覆って金属粉末「Ｐ」を二次元の断面又は層として融合させるために使用することができる。これにより、ビーム「Ｂ」は、金属粉末「Ｐ」の溶融、流動、及び固化（本明細書において、金属粉末「Ｐ」の「融合」（又は、その文法的な同等物）と称される）を生じさせる融合温度へと金属粉末「Ｐ」のパターンを加熱することができる。

図６に示される通り、装置１０による部品「Ｃ」の製造方法は、部品「Ｃ」の端部６４が開口３８内（おそらくは、ビルド表面３６よりも下方）に位置してシール２８と係合するように、部品移動機構３２などによって部品「Ｃ」をビルドプレート２６に対して移動させることを含むことができる。ビルドプレート２６の開口３８、シール２８、及び部品「Ｃ」の端部６４は、金属粉末「Ｐ」を保持するための粉末層６０を形成するように協働することができる。そのような状態において、粉末供給機構１８は、やはり図６に示されるように、金属粉末「Ｐ」を露出させることができる。次いで、金属粉末「Ｐ」を露出させた状態で、粉末移動機構２０は、露出した金属粉末「Ｐ」を開口３８を通ってシール２８及び部品「Ｃ」の端部６４の上方へと堆積させることによって、図７に示されるように粉末層６０を満たすことができる。これにより、粉末層６０は、部品「Ｃ」の端部６４の上方又は表面に金属粉末「Ｐ」の層を形成することができる。上述のように、一例において、部品「Ｃ」の端部６４の上方又は表面の金属粉末「Ｐ」の層の厚さは、３０ミクロン〜５０ミクロンの範囲内である。

ひとたび金属粉末「Ｐ」が粉末層６０内に堆積させられ、したがって金属粉末「Ｐ」の層が部品「Ｃ」の端部の上方又は表面に形成されると、図８に示されるように、方向付けされたエネルギ源８０及びビーム案内機構８２は、エネルギのビームＢを、堆積金属粉末「Ｐ」の層へと、金属粉末「Ｐ」を部品「Ｃ」上の端部６４へと新たな断面の層として融合させるためのパターンで、案内することができる。新たな断面の層が部品「Ｃ」の端部６４上に形成された後で、外部の熱制御機構３０が、少なくとも新たに形成された断面の層について亀裂を防止するための温度プロフィールを形成するために使用される。やはり新たな断面の層が部品「Ｃ」の端部６４に形成された後で、可能性としては少なくとも新たに形成された断面の層の温度プロフィールの形成の最中又は一部において、部品「Ｃ」を、図９に示されるように、部品移動機構３２によってビルドプレート２６及び外部の熱制御機構３０に対して移動させることができる。部品「Ｃ」を、図９に示されるように、新たに形成された層を有する部品「Ｃ」の端部６４が開口３８内（可能性としては、ビルド表面３６よりも下方）に位置してシール２８と係合するように、粉末層６０内の下方位置へと移動させることができる。これにより、部品「Ｃ」は、粉末層６０における金属粉末「Ｐ」の堆積及び融合によって部品「Ｃ」の端部６４上に別の層を形成するための状態となり得る。このやり方で、部品「Ｃ」を移動させ、金属粉末「Ｐ」を堆積させ、部品「Ｃ」の端部６４上に金属粉末「Ｐ」の層を融合させ、端部６４の温度プロフィールを形成することが、断面の層のやり方によって断面の層にて金属部品「Ｃ」を製造又は形成するために複数回実行することができるサイクルを形成することができる。

上述の装置１０及び方法を、場合によっては他の方法と組合せて、部品「Ｃ」の全体又は一部を製作するために使用することができる。例えば、上述の装置１０及び方法によって部品「Ｃ」の全体を製作するために、種部品を、最初にその表面に第１の層を形成するために利用することができる。他の実施形態ではは、上述の装置１０及び方法によって部品「Ｃ」の一部を製作するために、層を、すでに存在する途中まで形成された部品「Ｃ」上に形成することができる。

いくつかの実施形態では、部品「Ｃ」は、タービンブレードなどのタービン部品であってよい。いくつかのそのようなタービンブレードの実施形態ではは、層を、金属粉末「Ｐ」からタービンブレード基部上に形成して、タービンブレードの先端及び／又は先端部を形成することができる。いくつかのそのような実施形態ではは、タービンブレード基部を、タービンブレード基部からすでに存在する先端及び／又は先端部を除去することによって形成することができる。他の実施形態ではは、タービンブレード基部を、金属粉末「Ｐ」の層から形成することもでき、或いは他の製造プロセスによって形成することも可能である。例えば、蟻ほぞ、軸部、台座、及び根本のうちの少なくとも１つを含むことができるタービンブレード基部を、従来からの鋳造プロセスを使用して製造することができる。翼形部の少なくとも先端及び／又は先端部（或いは、翼形部の全体）を、本明細書に記載の付加製造装置１０及び方法を使用して、層ごとのやり方で、そのようなタービンブレード基部上に形成することができる。

本明細書において使用される通りのタービンブレードの先端、先端部、及び基部は、任意の構成であってよく、任意の形状及び／又は設計を含むことができる。本明細書に記載の装置１０及び方法は、タービンブレードの先端、先端部、及び基部のいずれかを粉末「Ｐ」の層から形成することができる。上述のように、用語「端部６４」は、本明細書において、製造プロセスの最中の特定の時点における部品「Ｃ」の自由端及び自由端の付近の部位を広く指して使用される。部品「Ｃ」が層ごとに作り上げられるにつれて、端部６４が時間につれて発達する。例えば、装置１０によって形成される部品「Ｃ」がタービンブレード又はその一部分である場合、タービンブレード部品「Ｃ」の製造プロセスの最中の第１の時点における端部６４は、得られるブレードの基部（例えば、得られるブレードの径方向内側の部分）であってよい。第１の時点の後の製造プロセスの第２の時点において、タービンブレード部品「Ｃ」の端部６４は、得られるブレードの先端部（例えば、翼形部など、ブレードの径方向外側の部分）であってよい。第２の時点の後の製造プロセスの第３の時点において、タービンブレード部品「Ｃ」の端部６４は、得られるブレードの先端（例えば、先端キャップ、スキーラ端、など、ブレードの最も径方向外側の部分又は端部）であってよい。このやり方で、特定の時点におけるタービンブレード部品「Ｃ」の端部６４は、得られるブレードの任意の部分であってよい。単純に言うと、用語「先端部」及び「端部」は、本明細書において、装置１０によって形成される結果としての部品「Ｃ」の場所又は位置を指して使用されているのではなく、むしろ部品「Ｃ」の製造プロセスの特定の時点における部品「Ｃ」の自由端及びその付近の部位を指して使用されている。

本明細書に記載の付加製造装置１０及び方法によって形成される部品「Ｃ」の層は、均質な金属合金の組成を有する必要はない。例えば、装置１０の金属粉末「Ｐ」によって形成される層の組成を、部品「Ｃ」について変化する層又は部位を生み出すために、付加製造プロセスの最中に粉末「Ｐ」の組成を変化させることによって変えることができる。例えば、タービンブレード部品「Ｃ」の翼形部分の基部を、第１の金属粉末合金組成の層によって形成でき、翼形部分の先端部を、第２の金属粉末合金組成の層によって形成することができる。例えば、翼形部分の先端部の形成に使用される第２の金属粉末合金組成は、翼形部分の基部に使用される第１の金属粉末合金組成と比べて、より高い酸化抵抗を有することができる。

本明細書に開示の付加製造装置１０及び方法は、高温の用途において使用するための任意の物品、部品、又は構造物を、少なくとも部分的に形成することができる。例えば、本明細書に開示の装置及び方法は、タービンブレード、燃焼器、シュラウド、ノズル、熱シールド、及び／又はベーンを、少なくとも部分的に形成することができる。

以上、金属合金製の部品を層を重ねることによって製造するための装置及び対応する方法を説明した。本明細書（添付の特許請求の範囲、要約、及び図面を含む）に開示したすべての特徴並びに／或いはそのように開示された任意の方法又はプロセスのすべての工程を、そのような特徴及び／又は工程の少なくともいくつかが互いに排他的である組合せを除き、任意の組合せにて組合せることができる。

以上の説明が、例示を意図しており、限定を意図しているわけではないことを、理解すべきである。例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）を、互いに組合せて用いることができる。さらに、多数の改良を、本開示の教示に対して、本開示の技術的範囲から離れることなく、特定の状況又は材料への適合のために行うことが可能である。本明細書に記載の寸法及び材料の種類は、本開示のパラメータを定めることを意図しているが、それらは典型的な実施形態であり、決して限定を意図していない。多数の他の実施形態が、以上の説明を検討することによって、当業者にとって明らかであろう。したがって、本開示の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲を参照し、そのような請求項に与えられる均等物の全範囲と併せて、決定されなければならない。

添付の説明において、用語「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「そこで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「その点で（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同等物として使用されている。さらに、以下の特許請求の範囲において、用語「第１」、「第２」、などが存在する場合、それらの用語は単に識別として使用されているに過ぎず、それらの用語の対象に数値的な要件を課そうとするものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、そのような請求項の限定事項が「ための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句をさらなる構造への言及を欠く機能の記述と一緒に明示的に使用していない限り、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式での記載ではなく、米国特許法第１１２条第６段落にもとづく解釈を意図していない。

本明細書は、最良の態様を含む本開示のいくつかの実施形態を開示するとともに、装置又はシステムの製作及び使用並びに関連の方法の実行を含む本開示の実施形態の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本開示の特許可能な技術的範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者にとって想到される他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、又は特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

本明細書において使用されるとき、単数形にて言及され、単語「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」の後ろに続く要素又はステップは、とくに明示的に述べられない限りは、それらの要素又はステップが複数であることを排除しないと理解すべきである。さらに、本開示の「一実施形態」への言及を、そこで述べられている特徴をやはり備える他の実施形態の存在を排除するものと解釈してはならない。さらに、とくに明示的に述べられない限りは、特定の性質を有する或る構成要素又は複数の構成要素を「備え」、「含み」、或いは「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような構成要素を含むことができる。

本発明を、限られた数の実施形態にのみ関連して詳しく説明したが、本発明がそのような開示された実施形態に限られないことを、容易に理解できるであろう。むしろ、本開示を、これまでに説明されていないが、本開示の技術的思想及び技術的範囲に釣り合った任意の数の変種、改変、置換、又は同等の構成を取り入れるように変更することができる。さらに、本発明の種々の実施形態を説明したが、本開示の態様が、説明された実施形態の一部だけを含んでもよいことを、理解すべきである。したがって、本開示は、以上の説明によって限定されると理解されてはならず、添付の特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ 粉末層融合付加製造装置、粉末層融合装置
１２ ビルドエンクロージャ
１４ 第１のゾーン、第１の気密ゾーン
１５ アクセス
１６ 第２のゾーン
１７ 窓
１８ 粉末供給機構
２０ 粉末移動機構
２２ オーバーフロー開口
２４ ビルドプラットフォーム
２６ ビルドプレート
２８ シール
２９ 凹部（スロット）
３０ 外部の熱制御機構
３２ 部品移動機構
３４ 作業表面
３６ （ビルドプレートの）ビルド表面
３７ （ビルドプレートの）下面
３８ （ビルドプレートの）開口
４２ ビルド開口
４４ 供給開口
４５ オーバーフロー受け
５０ 供給容器
５２ 供給部材
５４ アクチュエータ機構
５５ 部品アクチュエータ
５６ 粉末係合部材
５７ （粉末係合部材の）下縁
５８ アクチュエータ機構
６０ 粉末層
６２ 部品係合機構
６４ （部品の）端部
８０ 方向付けされたエネルギ源
８２ ビーム案内機構
Ｂ ビーム
Ｃ 部品
Ｐ 金属粉末
Ｓ 焦点

Claims (15)

1. 金属部品（Ｃ）又はその一部分を製造するための装置（１０）であって、
   ビルド表面（３６）と、下面（３７）と、開口（３８）とを備えるビルドプレート（２６）であって、開口（３８）は、該ビルドプレート（２６）を貫いて下面（３７）とビルド表面（３６）との間に延在するビルドプレート（２６）と、
   金属部品（Ｃ）の端部（６４）がビルドプレート（２６）の開口（３８）内かつビルド表面（３６）よりも下方に位置するように、金属部品（Ｃ）をビルドプレート（２６）に対して移動させるように動作することができるアクチュエータ（５５）と、
   ビルドプレート（２６）の開口（３８）内に結合させられ、金属部品（Ｃ）の端部（６４）に係合するように構成されたシール（２８）と、
   ビルドプレート（２６）の下面（３７）に近接して配置され、部品（Ｃ）の亀裂を防止すべく端部（６４）の所定の温度プロフィールを形成するように動作することができる外部の熱制御機構（３０）と
   を備えており、
   ビルドプレート（２６）の開口（３８）、シール（２８）、及び金属部品（Ｃ）の端部（６４）は、所定の組成の金属粉末（Ｐ）を内部に保持するように構成された粉末層（６０）を形成するように協働する、装置（１０）。
2. ビルドプレート（２６）の開口（３８）は、金属部品（Ｃ）の端部（６４）の第２の断面によって定められる面積の１３５％以下の面積を定める第１の断面を備えている、請求項１に記載の装置（１０）。
3. 外部の熱制御機構（３０）は、ビルドプレート（２６）に対して不変の位置関係にある、請求項１に記載の装置（１０）。
4. ビルドプレート（２６）は、非金属である、請求項１に記載の装置（１０）。
5. 温度プロフィールに従って外部の熱制御機構（３０）を介して端部（６４）の温度を制御する温度フィードバック機構
   をさらに備える、請求項１に記載の装置（１０）。
6. シール（２８）は、少なくとも粉末層（６０）内の金属粉末（Ｐ）に対して開口（３８）を封止する、請求項１に記載の装置（１０）。
7. 金属部品（Ｃ）の端部（６４）上に粉末層（６０）内の金属粉末（Ｐ）を融合させるために適したエネルギビームを生成するように動作することができる方向付けされたエネルギ源（８０）
   をさらに備える、請求項１に記載の装置（１０）。
8. 実質的に酸素の存在しない雰囲気を形成する気密なビルドエンクロージャ（１２）をさらに備え、少なくとも粉末層（６０）は、実質的に酸素の存在しない雰囲気内に位置する、請求項１に記載の装置（１０）。
9. 所定の組成の金属粉末（Ｐ）の供給源と、
   供給源からの金属粉末（Ｐ）を移動させて粉末層（６０）を金属粉末（Ｐ）で実質的に満たすように動作することができる移動機構（２０）と
   をさらに備える、請求項１に記載の装置（１０）。
10. 外部の熱制御機構（３０）は、金属部品（Ｃ）が開口（３８）内に配置されたときに金属部品（Ｃ）の周りに延在する１以上の誘導コイルを備え、ビルドプレート（２６）は、１以上の誘導コイルによってビルドプレート（２６）が金属粉末（Ｐ）の焼結温度まで加熱されることを防止するように動作することができる電気絶縁材料で形成されている、請求項１に記載の装置（１０）。
11. 部品（Ｃ）又はその一部分を製造する方法であって、
    部品を、ビルド表面（３６）と、下面（３７）と、ビルド表面（３６）と下面（３７）との間に延在する開口（３８）とを有しているビルドプレート（２６）、及び開口（３８）内に結合したシール（２８）に対して、部品の端部（６４）がシール（２８）に係合しかつ開口（３８）内でビルド表面（３６）よりも下方に位置するように、移動させるステップと、
    所定の組成の金属粉末（Ｐ）を、ビルドプレート（２６）の開口（３８）へと、シール（２８）及び部品（Ｃ）の端部（６４）の上方に堆積させるステップと、
    端部（６４）上に部品（Ｃ）の断面の層を形成するためのパターンで堆積させた金属粉末（Ｐ）の一部分を融合させるために方向付けされたエネルギ源（８０）からのビームを案内するステップと、
    形成された断面の層について、ビルドプレート（２６）の下面（３７）の下方に配置された外部の熱制御機構（３０）にて、部品（Ｃ）の亀裂を防止するための温度プロフィールを形成するステップと
    を含む方法。
12. 部品を移動させるステップ、金属粉末（Ｐ）を堆積させるステップ、方向付けされたエネルギ源（８０）からのビームを案内するステップ、及び温度プロフィールを形成するステップが、サイクルを形成し、
    当該方法は、サイクルを複数回実行することで部品（Ｃ）に複数の層を付加するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. ビルドプレート（２６）は、非金属であり、外部の熱制御機構（３０）は、金属部品（Ｃ）の周りに延在する１以上の誘導コイルを備え、シール（２８）は、堆積金属粉末（Ｐ）が開口（３８）を通過することを防止する、請求項１１に記載の方法。
14. ビルドプレート（２６）の開口（３８）、シール（２８）、及び金属部品（Ｃ）の端部（６４）は、堆積金属粉末（Ｐ）を保持する粉末層（６０）を形成するように協働する、請求項１１に記載の方法。
15. 部品（Ｃ）は、タービンブレードであり、形成された断面の層は、タービンブレードの先端部の一部分である、請求項１１に記載の方法。