JP2019512049A - 付加製造された工作物の化学処理 - Google Patents
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Abstract
Description
ステンレス鋼:[重量%]:70〜80℃の[30%]のHCl(35%)と、[40%]のH2SO4(96%)と、[5.5%]の四塩化チタンと、0.5%のHNO3(65%)[任意選択による]と、残部の水
ニッケル:{体積%}:85〜95℃の{30%}のHNO3(65%)と、{10%}のH2SO4(96%)と、{10%}のH3PO4(85%)と、{50%}の(氷)酢酸
Inconel:溶液A=30g超のCuCl2と、500mLのHCl(35%)と、1000mLのH2O
溶液B=60mL超の酢酸と、40mLのHNO3(65%)と、0.5mLのHCl
*最初に溶液Aを圧送し、続いて溶液Bを圧送する。
i.図1Aは、空洞の開口部2、ワイヤーまたは位置合わせ用物体3、(ワイヤー3によって空洞に位置合わせされた)短い管4、(やはりワイヤー3によって空洞に位置合わせされた)汎用管継手5およびシーラント物質6(すべての管および継手系統を工作物1に固定する)を有する工作物1を示している。
ii.空洞の内径に近似する外径を有するワイヤーまたは他の円筒形の位置合わせ用物体3を、空洞の開口部2に挿入する。
iii.空洞の内径に非常に近似する内径を有する管4を使用して、位置合わせ用物体3を包み込む。
iv.管4およびワイヤー3を取り囲むように、汎用継手本体5を挿入する。
v.シリコーンゴムまたは別のシーラント6を、継手本体5および工作物1に押しつけた状態で成形して、管を空洞の開口部2および工作物1に固定する。
vi.乾燥後、挿入されたワイヤーまたは他の物体3を除去する(図1B)。
vii.適切な管8と一緒になった適切なナット取付具7を、汎用継手本体ユニオン5に接続する。
viii.管8と管4は、直接接触して、一方の管が他方の管から所定の位置にしっかりと押し込まれるのに十分なほど長い。
ix.管8を介して、化学研磨溶液を開口部空洞2内に圧送するF。
i.図2Aは、接続継手9が不規則的な形状の開口部空洞10に嵌め込まれた状態の、工作物1の平面図である。図2Bは、工作物1の断面の側面図である。
ii.接続継手9は、接続継手9が工作物1の不規則的な開口部10の形状に厳密に合致するように、3Dプリンティングまたは他の機械加工もしくは成形プロセスによって特注生産することができる。寸法は、工作物に使用されるCADモデルに基づいてもよい。
iii.接続継手9は、当該継手の基礎のところに、空洞の開口部に嵌まり込む位置合わせ用延長部11を有する。
vi.位置合わせ用延長部11は、空洞10への正確な位置合わせを確実に行うように開口部に嵌まり込む継手の基部を越えて延在する態様で、可溶性ポリマーから製造されている。
v.位置合わせ用延長部11を開口部に挿入し、封止用化合物12によって接続継手9を工作物1に接着する。
vi.接続継手9を工作物1にしっかりと固定した後、位置合わせ用延長部11の内側可溶性ポリマーを、適切な溶剤によって溶解させる。
vii.接続継手9は、適切な継手を上端に有する状態で製作されており、図1Bに示される継手7および管8等の化学研磨溶液を送達する管によってナット取付具に容易に接続されることが可能である。
viii.図2Cおよび図2Dにおいて、より複雑な接続構成が、図2Aおよび図2Bの接続構成に類似した図として示されている。接続構成は、接続継手9を管システム8にしっかりと固定するために、工作物1の周りにストラップまたはジャケット13を形成するように構築することができる。ジャケット13は、クリップ14または任意の他の種類の固定システムによってしっかりと固定することができる。接続継手9は、ジャケット13と一体的に形成されてもよく、または、機械的な手段もしくは溶接もしくは接着剤等によってジャケット13に接続されてもよい。
i.図3は、接続継手16が止まり穴型空洞15の開口部に嵌まり込むように製造された状態の、工作物1内の止まり穴型空洞15を示す図面である。
ii.接続継手16は、接続継手16がCADモデルに基づいた止まり穴型空洞15の形状および寸法に厳密に合致するように、3Dプリンティングまたは他の機械加工もしくは成形プロセスによって特注生産することができる。
iii.接続継手16は、内側管17(化学研磨溶液を圧送する入口として使用される)が、止まり穴型空洞15の内部に嵌まり込み、空洞の底部に到達し、化学研磨溶液の自由流動Fのために十分な空間を外側管18(化学研磨溶液を押し出す出口として使用される)に対して残すのに十分なほど小さい管である、管の中に管が入った構成を接続している。
iv.接続継手16は、封止用化合物19によって工作物1に接着される。
v.接続継手16は、外側管18と一緒になったナット型継手20に接続継手16を容易に接続できるように、適切な継手を上端に有する状態で製作されており、外側管18は、化学研磨溶液を送達する内側管17に接続される。
vi.より複雑な接続継手を構築して、接続部16を止まり穴型空洞15に固定するために工作物1の周りにストラップまたはジャケット21を形成してもよい。ジャケットまたはストラップ21は、図2Dに示されるクリップ14等のクリップまたは任意の他の種類の固定システムによって、しっかりと固定することもできる。
a)圧力センサー44、46を使用して、入口と出口との差圧を測定する。
b)空洞の中を通る流量を測定する。
c)出口において、化学研磨溶液成分または溶解した合金成分の濃度を測定する。
a)ボアスコープ、
b)3D X線CT検査、
c)超音波イメージング
を使用して、非破壊直接検査で判定することもできる。
方法I
1.内面の表面性状、例えば、外面に対比させた内面のSdr(展開界面面積比:Developed Interfacial Area Ratio)が、外面の表面性状の2倍以下であると仮定する。空洞および支持構造体のサイズによっては、内面の表面性状は、外面の表面性状より大きくてもよい。約3mm超の空洞の場合、空洞の「頂部」は、部分的に溶融した粉末をより多く有する可能性があり、空洞もまた、支持構造体を有し得る。
a.例えば20mm×20mm×5mmの長方形である、同じAMプロセスによって製造された試験片を得る。
b.有効でない配合物に近い濃度(これは、化学研磨溶液ごとに異なる。)の化学研磨溶液を製造する。
c.50mLのその化学研磨溶液をTeflonビーカーに入れ、その化学研磨溶液のための特定の有効な温度に設定する。
d.化学物質が使い尽くされるまで、試験片を研磨溶液入りのビーカーに浸す。
e.除去されたストック材の量を測定する。
f.必要な表面仕上げを達成するためにさらに多くのストック材を除去する必要がある場合、新たな50mLの化学物質が使い尽くされるまで、試験片による処理を繰り返す。
g.必要に応じて、最大の仕上げに到達するまで繰り返す。
h.この容易な実験構成からは、化学物質のストック材の除去量または単位面積または体積を計算することができる。
i.空洞の表面積が既知の場合、空洞を仕上げるために必要な研磨用化学物質の体積を容易に計算することができる。
1.例えば、20mm×20mm×5mmの長方形である、同じAM法によって製造された試験片を得る。
1.空洞の中を通るように化学物質が圧送されたときに、空洞内の部分的に溶融もしくは焼結した粉末および/または一時的な支持構造体は、空洞の両端間にわたる圧力降下を増大させる。
1.内部空洞の中を通るように研磨用化学物質が圧送されると、内部空洞内で金属屑が溶解する。
1.3D X線CTおよび/またはボアスコープおよび/または超音波イメージング等、特殊計装による検査システムを使用して、AMによる内部空洞の表面の表面完全性をモニタリングすることもできる。
Claims (25)
- 内部空洞を有するAM金属工作物を用意することと、
内部空洞と流体連通した少なくとも1個の第1のコネクタを用意することと、
第1のコネクタおよび内部空洞の中を通るように化学研磨溶液を流して、望ましい仕上げになるように内部空洞を処理することと
を含む、付加製造(AM)金属工作物の内部空洞を化学処理する方法。 - 内部空洞を処理することが、金属屑の除去、表面粗さの低減および一時的な支持構造体の除去のうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の方法。
- 内部空洞と流体連通した第1のコネクタを用意することが、第1のコネクタの穴を内部空洞への開口部に位置合わせすることと、第1のコネクタを工作物に一時的に接着することとを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 穴を内部空洞への開口部と位置合わせすることが、空洞への正確な位置合わせを確実に行うように開口部に嵌まり込む可溶性ポリマーから製造された位置合わせ用延長部を用意することを含む、請求項3に記載の方法。
- 内部空洞と流体連通した第1のコネクタを用意することが、工作物の周りに嵌め込むような形状を有する接続ジャケット上に、第1のコネクタを用意することと、内部空洞への開口部に対して第1のコネクタを封止することとを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 接続ジャケットが、付加製造によって製造されている、請求項5に記載の方法。
- 内部空洞と流体連通した第2のコネクタを用意することをさらに含む方法であって、方法が第1のコネクタの中を通って内部空洞内に入り、第2のコネクタの中を通って外に出るように化学研磨溶液を流すことをさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 内部空洞が、止まり穴であり、第1のコネクタおよび第2のコネクタが、止まり穴に向かう流れおよび止まり穴から来る流れを供給するように一体化されている、請求項7に記載の方法。
- 化学研磨溶液の外部貯蔵器をさらに備える方法であって、方法が化学研磨溶液を外部貯蔵器から内部空洞の中を通して外部貯蔵器に循環させることをさらに含む、請求項7または8に記載の方法。
- 化学研磨溶液が、内部空洞の処理中に、一定の温度、好ましくは50℃超または60℃超または70℃超または20℃未満に維持される、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 内部空洞の中を通るように化学研磨溶液を流している間に、工作物を浴中に浸漬することをさらに含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 浴が、内部空洞の処理中に、一定の温度、好ましくは50℃超または60℃超または70℃超または20℃未満に維持される、請求項11に記載の方法。
- 浴が、化学研磨溶液が内部空洞から漏れたかどうかの指標を提供する指示薬を含む、請求項11または請求項12に記載の方法。
- 浴が、pHセンサーおよびイオン選択電極等から選択される漏れを検出するための検出器を備える、請求項11から13のいずれか一項に記載の方法。
- 浴が、化学研磨溶液の漏れを中和するための組成物の中和溶液を含む、請求項11から14のいずれか一項に記載の方法。
- 望ましい仕上げが達成されるまで、化学研磨溶液が、内部空洞の中を通るように流される、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 入り口と出口との差圧を測定すること、空洞の中を通る流量を測定すること、出口における化学研磨溶液成分の濃度を測定すること、および出口において、溶解した合金成分の濃度を測定することを含む群より選択される、流されている溶液のパラメータをモニタリングすることによって、望ましい仕上げが判定される、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- 望ましい仕上げが、ボアスコープ、3D X線CT検査または超音波イメージングを使用して、非破壊直接検査によっては判定される、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 望ましい仕上げを達成するために必要な化学研磨溶液の量が計算され、この化学研磨溶液の量が、化学研磨溶液が使い果たされるまで内部空洞の中を通るように流される、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 化学研磨溶液が、局所的な気泡の形成を回避するのに十分な速度で内部空洞の中を通って流される、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
- 望ましい仕上げが達成された後、第1のコネクタが除去される、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 化学研磨溶液の進入を防止するために内部空洞を封止することと、工作物の外面の化学処理を実施することとをさらに含む、請求項1から21のいずれかにに記載の方法。
- 請求項1から22のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
- 請求項1から22のいずれか一項に記載の方法によって処理された内部空洞を有する、付加製造(AM)金属工作物。
- ジェットエンジン燃料用ノズル、ノズル、噴霧器、インペラ、プロペラ、ロータ組立体、タービンブレード、排気マニフォールド、排気管、ガスディフューザ、フローマニフォールド、フローバルブマニフォールド、定置型サーペンタイン通路、熱交換器、パイプエルボ、コイル型パイプ、マンドレル、および、内部通路を有する任意の他のAM金属工作物を含む群より選択される、請求項24に記載のAM金属工作物。
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