JP2020033649A - 粉末製品を使用して物体を製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
きに考慮される場合がある。複雑でかつ高性能な物品を生産するために、幾つかの典型的な技法が当技術分野で知られている。
と圧力を同時に印加するのではなく、’090号特許は、空気圧静水圧鍛造プロセスにおいて短期間にわたる高温と高圧に頼る。’090号特許は、その特許に開示される「予備焼結(pre−sintering)」の前に、加工品の外側表面を部分的にのみシールすること、又は、おそらく反応性がある加工品をコーティングすることを述べている。したがって、’090号特許は、その特許で述べるプロセスにだけ適用される解決策を開示し、典型的なHIPプロセスで使用されない余分なステップに頼る。
モデルと同じ形状を有するターゲッ3次元物体を構築する。粉末容器14が使用されて、粉末142を収容し、コントローラ15からの制御信号に従って構築用テーブル13上に粉末142を層ごとに送出する。コントローラ15は、所定の制御プログラムに従って、電子ビーム銃11、真空チャンバ12、構築用テーブル13、及び粉末容器14を制御し、全体の製造プロセスは、真空チャンバ12内で真空環境下にある。EBM機10が、電源、通信インタフェース等のような他の付加部品を含み得ることが理解される。
を有し、その未完成部品は、更なる製造方法によって製造されることになる。ここで、ターゲット物体20は、以下で述べるHIP処理によって更に製造される。しかし、他の実施形態では、処理及び緻密化プロセスは、HIP以外であるとすることができる。例えば、PIF又は別の緻密化プロセスが利用され得る。
、ステップ61〜64の解析は、別個のシステムで実施され、その後、後続のステップ65等のためにコントローラに転送され得る。
空がシェル24の内部で維持されることを保証する。パイプは、圧着ラインを超えて切断され得る。
度レベル層を含むため、電子ビーム112は、シェル24の先の計算されたパラメータに従って電子ビームの異なるパワーレベルを使用することによって異なる密度レベル層を溶融することになる。図12に示すシェル24が図4に示すシェル24よりたとえ厚くても、電子ビーム112によって使用されるパワーは、依然として低減され、従来のEBM法と比較して時間を節約する可能性がある。
、多孔性物体の外側表面領域302は、細かく分布した孔を有する表面多孔度を有する。孔は、約10マイクロメータと約100マイクロメータとの間のサイズを有することができ、そのサイズは、当技術分野で理解されるように、粉末冶金製品のサイズ及び物体の密度レベルに依存する。物体の或る部分の密度レベルを増加させるため、多孔性物体300は、処理され、それにより、第2の密度レベルを有する処理済み領域304を画定する。より具体的には、外側表面領域302は、第2の密度レベルを有するように処理される。本明細書で述べるように、「外側表面領域(outer surface region)」は、物体の領域であって、外側表面で始まり、物体の仮想軸に向かって物体の本体の内側に横切る、物体の領域を述べることを意味される。更に、本明細書で「外側表面領域」に言及するとき、こうした用語は、先に開示した外側表面領域302の全体又は代替的にその一部分だけを包含する。したがって、一実施形態では、処理済み領域304は、外側表面領域302の全て又は一部を包含し得る。代替的に、処理済み領域304は、物体300の他の部分に配置され得る。
は、マイクロ波、レーザ溶融、電子ビーム(EB)溶融、TIG溶融、赤外線加熱、並びに、オーバラップする溶融ゾーン及び高品質表面層を生成する表面のラスタースキャンを含む他の溶接肉盛タイププロセスを含み得るが、それに限定されない。局所溶融層もまた、限定はしないが、過渡的液相焼結及び誘導溶融を含むプロセスによって形成され得る。
siと60,000psiとの間の圧力を受けて、ターゲット物体408が形成されるように、少なくとも約95%の密度、好ましくは100%の密度に多孔性物体400を緻密化させる。
かし、特許請求される本発明が、添付特許請求の範囲の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
以上の開示から以下の付記が提案される。
(付記1)
3次元部品を製造するための方法であって、
緻密化されかつシールされたエンクロージャを形成するため、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することであって、前記エンクロージャの内部に収容された機械加工用ルース粉末が依然として存在する、実施すること、及び、
前記緻密化中に前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末と前記エンクロージャとの間の金属結合を実装するため、前記エンクロージャ及び前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して全体的な緻密化処理を実施し、それにより、ターゲット3次元部品を形成すること
を含む、方法。
(付記2)
機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施するステップは、付加製造技術を使用することによって実装される、付記1記載の方法。
(付記3)
前記付加製造技術は、電子ビーム溶融(EBM)技術である、付記2記載の方法。
(付記4)
エンクロージャを形成するため前記EBM技術を使用することによって、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、
(a)機械加工用粉末層を機械加工用テーブルに搬送すること、
(b)補償済み3次元空間モデルに基づいて前記機械加工用粉末層に対してEBM機械加工を実施すること、及び、
(c)前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャが機械加工を終了するまでステップ(a)に戻ることを含む、付記3記載の方法。
(付記5)
エンクロージャを形成するため前記EBM技術を使用することによって、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、前記補償済み3次元空間モデルを計算することを更に含み、前記補償済み3次元空間モデルを計算することは、
(A)オリジナルの3次元空間モデルを格納することであって、前記オリジナルの3次元空間モデルと機械加工されることを予想されるターゲット3次元部品は同じ形状である、格納すること、
(B)前記機械加工用粉末を収容し、前記オリジナルの3次元空間モデルの形状と同じ形状を有し、後続の全体的な緻密化機械加工後のものである前記エンクロージャの形状変化を解析すること、
(C)前記形状変化に基づいて前記補償済み3次元空間モデルを計算すること、及び、
(D)前記機械加工用粉末を収容し、前記補償済み3次元空間モデルの形状と同じ形状を有し、後続の全体的な緻密化機械加工後のものである前記エンクロージャの形状変化を解析し、前記形状変化後の形状が前記オリジナルの3次元空間モデルの形状と同じである場合、計算を終了し、そうでなければ、前記形状変化に基づいて前記補償済み3次元空間モデルを計算することに戻ることを含む、付記4記載の方法。
(付記6)
前記付加製造技術は、選択的レーザ溶融(SLM)技術、直接金属レーザ溶融(DMLM)技術、又は赤外線溶融技術を含む、付記2記載の方法。
(付記7)
エンクロージャを形成するため機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、
気道管を備えるエンクロージャを形成するため、前記付加製造技術によって前記機械加工用粉末を層ごとに機械加工することであって、前記機械加工されたエンクロージャは機械加工用粉末を収容する、機械加工すること、
前記エンクロージャからガスを放出するため、前記気道管を空気取出し装置に接続する
こと、及び、
前記エンクロージャの内部の真空が所定の値に達した後、前記エンクロージャに対してシール処理を実施することを含む、付記6記載の方法。
(付記8)
機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、選択的な機械変形及び塑性変形機械加工技術を使用することによって実装される、付記1記載の方法。
(付記9)
前記選択的な機械変形及び塑性変形機械加工技術は、ピーニング、バニシング、冷間押出し、又は温間押出しを含む、付記8記載の方法。
(付記10)
機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、空気圧静水圧鍛造(PIF)技術を使用することによって実装される、及び/又は、前記エンクロージャ及び前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して全体的な緻密化処理を実施することは、熱間静水圧プレス(HIP)技術又はPIF技術を使用することによって実装される、付記1記載の方法。
(付記11)
前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャの最外層の密度レベルは95%より大きい、付記1記載の方法。
(付記12)
前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャは少なくとも2つの層を備え、前記密度レベルは外側から内側に徐々に減少する、付記11記載の方法。
(付記13)
前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャの前記最外層を除く他の層の各層は、異なる密度レベルを有する少なくとも2つのセクションを備え、中央セクションの密度レベルは側部セクションの密度レベルより大きい、付記12記載の方法。
(付記14)
前記エンクロージャ及び前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して全体的な緻密化処理を実施することは、前記エンクロージャを支持するための支持構造を機械加工するため、前記エンクロージャの前記緻密化中に前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することを含む、付記1記載の方法。
(付記15)
3次元部品を製造するための方法であって、
気道管を有する緻密化されたエンクロージャを形成するため、付加製造技術を使用することによって、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することであって、前記エンクロージャの内部に配置された機械加工用ルース粉末が依然として存在する、実施すること、
前記エンクロージャからガスを放出するため、前記気道管を空気取出し装置に接続すること、
前記エンクロージャの内部の真空が所定の値に達した後、前記エンクロージャに対してシール処理を実施すること、
前記機械加工用ルース粉末を収容する所定の数のシール式真空エンクロージャが機械加工されるまで、前記ステップを繰返すこと、及び、
前記緻密化中に前記幾つかのエンクロージャの内部の前記機械加工用粉末と対応するエンクロージャとの間の金属結合を実装するため、前記機械加工用ルース粉末を収容する所定の数のエンクロージャに対して全体的な緻密化処理を同時に実施し、それにより、前記所定の数のターゲット3次元部品を同時に形成すること
を含む、方法。
(付記16)
3次元部品を製造するための方法であって、
第1の密度レベルを有する浸透性のある多孔性の半完成部品を形成するため、機械加工
用ルース粉末に対して第1の緻密化処理を実施すること、
前記半完成部品の外側表面エリアを、第2の密度レベルを有するシール式エンクロージャに形成するため、前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施すること、及び、
ターゲット3次元部品を形成するため、前記第2の密度レベルを有する前記外側表面エリア及び前記第1の密度レベルを有する内側エリアに対して全体的な緻密化処理を実施すること
を含む、方法。
(付記17)
前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施することは、PIF技術を使用することによって実装される、及び/又は、前記第2の密度レベルを有する前記外側表面エリア及び前記第1の密度レベルを有する内側エリアに対して全体的な緻密化処理を実施することは、HIP技術又はPIF技術を使用することによって実装される、付記16記載の方法。
(付記18)
前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施する前に、前記半完成部品に対して加熱処理を実施することを更に含む、付記17記載の方法。
(付記19)
機械加工用ルース粉末に対して第1の緻密化処理を実施することは、機械式圧力を使用することによって実装される、付記16記載の方法。
(付記20)
前記第1の密度レベル少なくとも30%であり、前記第2の密度レベル少なくとも95%である、付記16記載の方法。
(付記21)
前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施することは、以下の技術、すなわち、マイクロ波処理、レーザ処理、電子ビーム処理、溶接処理、赤外線加熱処理、マイクロ波焼結、誘導焼結、制御可能レーザ焼結、ピーニング、バニシング、冷間押出し、温間押出し、レーザクラッディング、タングステン不活性ガス溶接、真鍮フォイルクラッディング、コールドスプレー、及び金属塗装のうちの1つを使用することによって実装される、付記16記載の方法。
(付記22)
前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施することは、前記外側表面エリア上にコーティング層の層をコーティングすることを含む、付記16記載の方法。
11 電子ビーム銃
12 真空チャンバ
13 構築用テーブル
14 粉末容器
15 コントローラ
20 ターゲット物体
21 下部表面
22 側部表面
23 上部表面
24、28 シェル
25 ダクト
26 ダクト部
27 支持リブ
29 収縮/歪変化(図7)
29 溶接部(図9C)
40 HIP機
42 高圧格納容器
44 コントローラ
90 パイプ
112 電子ビーム
132 構築用プラットフォーム
142 粉末
241、242、243、244 密度レベル層
244 第2の密度レベル層
243 第3の密度レベル層
2421、2431 第1の部分
2422、2432 第2の部分
300 多孔性物体
302 外側表面領域
304 処理済み領域
306 内側部分
308 ターゲット物体
400 多孔性物体
401 表面領域
402 バッグ
403 内側部分
404 シェル
406 未処理領域
408 ターゲット物体
X1 オリジナルの3次元モデル
X2 補償済みの3次元モデル
Claims (22)
- 3次元部品を製造するための方法であって、
緻密化されかつシールされたエンクロージャを形成するため、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することであって、前記エンクロージャの内部に収容された機械加工用ルース粉末が依然として存在する、実施すること、及び、
前記緻密化中に前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末と前記エンクロージャとの間の金属結合を実装するため、前記エンクロージャ及び前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して全体的な緻密化処理を実施し、それにより、ターゲット3次元部品を形成すること
を含む、方法。 - 機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施するステップは、付加製造技術を使用することによって実装される、請求項1記載の方法。
- 前記付加製造技術は、電子ビーム溶融(EBM)技術である、請求項2記載の方法。
- エンクロージャを形成するため前記EBM技術を使用することによって、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、
(a)機械加工用粉末層を機械加工用テーブルに搬送すること、
(b)補償済み3次元空間モデルに基づいて前記機械加工用粉末層に対してEBM機械加工を実施すること、及び、
(c)前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャが機械加工を終了するまでステップ(a)に戻ることを含む、請求項3記載の方法。 - エンクロージャを形成するため前記EBM技術を使用することによって、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、前記補償済み3次元空間モデルを計算することを更に含み、前記補償済み3次元空間モデルを計算することは、
(A)オリジナルの3次元空間モデルを格納することであって、前記オリジナルの3次元空間モデルと機械加工されることを予想されるターゲット3次元部品は同じ形状である、格納すること、
(B)前記機械加工用粉末を収容し、前記オリジナルの3次元空間モデルの形状と同じ形状を有し、後続の全体的な緻密化機械加工後のものである前記エンクロージャの形状変化を解析すること、
(C)前記形状変化に基づいて前記補償済み3次元空間モデルを計算すること、及び、
(D)前記機械加工用粉末を収容し、前記補償済み3次元空間モデルの形状と同じ形状を有し、後続の全体的な緻密化機械加工後のものである前記エンクロージャの形状変化を解析し、前記形状変化後の形状が前記オリジナルの3次元空間モデルの形状と同じである場合、計算を終了し、そうでなければ、前記形状変化に基づいて前記補償済み3次元空間モデルを計算することに戻ることを含む、請求項4記載の方法。 - 前記付加製造技術は、選択的レーザ溶融(SLM)技術、直接金属レーザ溶融(DMLM)技術、又は赤外線溶融技術を含む、請求項2記載の方法。
- エンクロージャを形成するため機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、
気道管を備えるエンクロージャを形成するため、前記付加製造技術によって前記機械加工用粉末を層ごとに機械加工することであって、前記機械加工されたエンクロージャは機械加工用粉末を収容する、機械加工すること、
前記エンクロージャからガスを放出するため、前記気道管を空気取出し装置に接続する
こと、及び、
前記エンクロージャの内部の真空が所定の値に達した後、前記エンクロージャに対してシール処理を実施することを含む、請求項6記載の方法。 - 機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、選択的な機械変形及び塑性変形機械加工技術を使用することによって実装される、請求項1記載の方法。
- 前記選択的な機械変形及び塑性変形機械加工技術は、ピーニング、バニシング、冷間押出し、又は温間押出しを含む、請求項8記載の方法。
- 機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することは、空気圧静水圧鍛造(PIF)技術を使用することによって実装される、及び/又は、前記エンクロージャ及び前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して全体的な緻密化処理を実施することは、熱間静水圧プレス(HIP)技術又はPIF技術を使用することによって実装される、請求項1記載の方法。
- 前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャの最外層の密度レベルは95%より大きい、請求項1記載の方法。
- 前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャは少なくとも2つの層を備え、前記密度レベルは外側から内側に徐々に減少する、請求項11記載の方法。
- 前記機械加工用粉末を収容する前記エンクロージャの前記最外層を除く他の層の各層は、異なる密度レベルを有する少なくとも2つのセクションを備え、中央セクションの密度レベルは側部セクションの密度レベルより大きい、請求項12記載の方法。
- 前記エンクロージャ及び前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して全体的な緻密化処理を実施することは、前記エンクロージャを支持するための支持構造を機械加工するため、前記エンクロージャの前記緻密化中に前記エンクロージャの内部の前記機械加工用粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することを含む、請求項1記載の方法。
- 3次元部品を製造するための方法であって、
気道管を有する緻密化されたエンクロージャを形成するため、付加製造技術を使用することによって、機械加工用ルース粉末に対して部分的な緻密化処理を実施することであって、前記エンクロージャの内部に配置された機械加工用ルース粉末が依然として存在する、実施すること、
前記エンクロージャからガスを放出するため、前記気道管を空気取出し装置に接続すること、
前記エンクロージャの内部の真空が所定の値に達した後、前記エンクロージャに対してシール処理を実施すること、
前記機械加工用ルース粉末を収容する所定の数のシール式真空エンクロージャが機械加工されるまで、前記ステップを繰返すこと、及び、
前記緻密化中に前記幾つかのエンクロージャの内部の前記機械加工用粉末と対応するエンクロージャとの間の金属結合を実装するため、前記機械加工用ルース粉末を収容する所定の数のエンクロージャに対して全体的な緻密化処理を同時に実施し、それにより、前記所定の数のターゲット3次元部品を同時に形成すること
を含む、方法。 - 3次元部品を製造するための方法であって、
第1の密度レベルを有する浸透性のある多孔性の半完成部品を形成するため、機械加工
用ルース粉末に対して第1の緻密化処理を実施すること、
前記半完成部品の外側表面エリアを、第2の密度レベルを有するシール式エンクロージャに形成するため、前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施すること、及び、
ターゲット3次元部品を形成するため、前記第2の密度レベルを有する前記外側表面エリア及び前記第1の密度レベルを有する内側エリアに対して全体的な緻密化処理を実施すること
を含む、方法。 - 前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施することは、PIF技術を使用することによって実装される、及び/又は、前記第2の密度レベルを有する前記外側表面エリア及び前記第1の密度レベルを有する内側エリアに対して全体的な緻密化処理を実施することは、HIP技術又はPIF技術を使用することによって実装される、請求項16記載の方法。
- 前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施する前に、前記半完成部品に対して加熱処理を実施することを更に含む、請求項17記載の方法。
- 機械加工用ルース粉末に対して第1の緻密化処理を実施することは、機械式圧力を使用することによって実装される、請求項16記載の方法。
- 前記第1の密度レベル少なくとも30%であり、前記第2の密度レベル少なくとも95%である、請求項16記載の方法。
- 前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施することは、以下の技術、すなわち、マイクロ波処理、レーザ処理、電子ビーム処理、溶接処理、赤外線加熱処理、マイクロ波焼結、誘導焼結、制御可能レーザ焼結、ピーニング、バニシング、冷間押出し、温間押出し、レーザクラッディング、タングステン不活性ガス溶接、真鍮フォイルクラッディング、コールドスプレー、及び金属塗装のうちの1つを使用することによって実装される、請求項16記載の方法。
- 前記半完成部品の前記外側表面エリアに対して第2の緻密化処理を実施することは、前記外側表面エリア上にコーティング層の層をコーティングすることを含む、請求項16記載の方法。
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