JP2020122214A - 物体を製造するためのシステム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】物体を製造するためのシステム（１００）を提供する。【解決手段】システム（１００）は、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって三次元（３Ｄ）ツール（２００）を構築するように構成されたアディティブマニュファクチャリング装置（１０２）を含む。システム（１００）は、３Ｄツール（２００）上に少なくとも一種の金属を堆積させて、３Ｄツール上に物体を形成するように構成された堆積装置（１０４）を含む。システム（１００）は、３Ｄツール（２００）を加熱して、物体から３Ｄツール（２００）を除去するように構成されたバーンアウト装置（１０６）を含む。【選択図】図１

Description

自動車産業や航空宇宙産業や他の産業用に製造される部品の多くは比較的複雑な形状を有する。
例えば、湾曲した経路に沿って延伸する管を有する部品は、管の数及び／又は湾曲した経路が比較的複雑であること（曲がりくねった経路、蛇行した経路等）に起因して比較的複雑な形状を有することが多い。比較的複雑な形状を与える管を有する部品の例として、自動車用排気装置、無線周波数（ＲＦ，ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）拡散体等が挙げられる。比較的複雑な形状の部品の管は、真っ直ぐな管から製造されて、湾曲した経路を画定するように曲げられることが多い。しかしながら、管を曲げることは、管の壁を伸ばすことによって、屈曲部に沿った管の厚さを薄くする。壁の厚さが薄くなることは、管の屈曲部に沿った構造的完全性を低減させ、これが、部品の性能を低下させ、早期故障を生じさせ、及び／又は、寿命を短くし得る。更に、比較的複雑な形状を有する部品の製造は、困難なもの及び／又は時間がかかるものとなり得るので、コストがかかる。例えば、部品の他の構造に管を取り付けること（例えば、溶接等）及び／又は管の多様な部分を互いに取り付けることは、特に時間がかかるもの及び／又は熟練工を要するものとなり得る。
比較的複雑な形状の部品の製造するための効率的で、時間がかからず、コストがかからず、及び／又は信頼できる方法が必要とされている。
上記の必要性を念頭に置いて、本開示の特定の実施形態は、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって三次元（３Ｄ）ツールを構築するように構成されたアディティブマニュファクチャリング装置を含む、物体を製造するためのシステムを提供する。本システムは、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させて３Ｄツール上に物体を形成するように構成された堆積装置を含む。本システムは、３Ｄツールを加熱して物体から３Ｄツールを除去するように構成されたバーンアウト装置を含む。
本開示の特定の実施形態は、物体を製造するための方法を提供する。本方法は、アディティブマニュファクチャリング法を用いて二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって三次元（３Ｄ）ツールを構築することと、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させて３Ｄツール上に物体を形成することと、３Ｄツールを加熱して物体から３Ｄツールを除去することと、を含む。
本開示の特定の実施形態は、物体を製造するための方法を提供する。本方法は、アディティブマニュファクチャリング法を用いて二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって三次元（３Ｄ）ツールを構築することを含む。３Ｄツールは、３Ｄツールの内面によって画定された内部通路を含む。また、本方法は、３Ｄツールの内面上に少なくとも一種の金属を堆積させて３Ｄツールの内部通路の中に物体を形成することと、３Ｄツールを加熱して物体から３Ｄツールを除去することも含む。
本開示の上記及び他の特徴、態様及び利点は、図面全体にわたって同様の参照符号が同様の部分を表している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことで、より良く理解されるものである。
本開示の一実施形態に係る物体を製造するためのシステムの概略図である。 本開示の一実施形態に係る三次元（３Ｄ）ツール及び物体の部分切り欠き斜視図である。 本開示の他の実施形態に係る３Ｄツール及び物体の斜視図である。 本開示の他の実施形態に係る３Ｄツール及び物体の斜視図である。 本開示の他の実施形態に係る３Ｄツール及び物体の断面図である。 本開示の一実施形態に係る物体を製造する方法を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係る図１に示されるシステムを用いて製造された部品の多様な概観を示す斜視図である。 航空機の概略斜視図である。 航空機の製造と整備方法のブロック図である。
上記の概要及び以下の特定の実施形態の詳細な説明は、添付図面と共に読むことでより良く理解されるものである。本願において、単数形で記載されている要素やステップは、複数の要素やステップを必ずしも排除するものではないことを理解されたい。更に、「一実施形態」への言及は、そこに記載されている特徴を含む追加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されるものではない。更に、特に断らない限り、特定の性質を有する一つ以上の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その性質を有さない追加的な要素を含むことができる。
「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「垂直」等の多様な空間と方向に関する用語が本開示の実施形態を説明するために使用されるが、このような用語は、単に図面に示されている向きに関して使用されていることを理解されたい。向きは、反転、回転又は変更可能であり、構造を１８０度反転させると上側が下側となり、構造を９０度旋回させると左側が右側になるといったようになる。
本開示の特定の実施形態は、効率的に、時間をかけず、コストもかけずに部品の物体を製造することを可能にするシステム及び方法を提供する。更に、本開示の特定の実施形態は、高い構造的完全性で部品の物体を製造することによって、部品の性能を向上させ、早期故障を減らし、寿命を延ばすことを可能にするシステム及び方法を提供する。
図１は、本開示の一実施形態に係る部品の物体を製造するためのシステム１００の概略図である。一実施形態では、部品は、一つ以上の湾曲部（屈曲部等）を含む経路に沿って延伸する一つ以上の管を含む。一部実施形態では、部品は、複数の屈曲部を含む経路（例えば、曲がりくねった経路や蛇行する経路等）に沿ってそれぞれ延伸する複数の管を含む。システム１００によって製造される部品の非限定的な例が図７に示されている。具体的には、図７は、システム１００を用いて製造される自動車用排気装置７００の一実施形態を示す。他の実施形態では、システム１００は、図７に示される以外の形状や構成等を有する自動車用排気装置を製造するのに用いられる。本システムを用いて製造される部品の他の例は無線周波数（ＲＦ）拡散体（図示せず）である。また、他の実施形態において、本開示は、システム１００を用いた他の種類の部品（例えば、他の自動車部品、他の航空宇宙部品等）の製造も想定している。
システム１００はアディティブマニュファクチャリング（積層造形）（ＡＭ，ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置１０２と、堆積装置１０４と、バーンアウト装置１０６とを含む。ＡＭ装置１０２は、三次元（３Ｄ）ツールをアディティブマニュファクチャリングするように構成される。具体的に、ＡＭ装置１０２は、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって３Ｄツールを構築するように構成される。以下でより詳細に説明するように、物体は、３Ｄツール上に一種以上の金属を堆積させて、その後物体から３Ｄツールを熱的に除去することによって、製造される。３Ｄツールの実施形態の非限定的な例が図２〜図５に示されており、以下で説明される。
ＡＭ装置１０２が３Ｄツールをアディティブマニュファクチャリングすることを可能にするあらゆる種類のＡＭプロセスが使用される。一実施形態では、ＡＭ装置１０２は、光造形法を用いて３Ｄツールを構築するように構成されている光造形装置である。他の実施形態では、ＡＭ装置１０２は、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）法を用いて３Ｄツールを構築するように構成されているＳＬＳ装置、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ，ｆｕｓｅｄ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）法を用いて３Ｄツールを構築するように構成されているＦＦＦ装置、又は、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）法を用いて３Ｄツールを構築するように構成されているＳＬＭ装置である。一部実施形態では、ＡＭ装置１０２は、以下のうちの一つ以上を含む：粉末供給レーザー堆積装置；粉粒床溶融装置（例えば、粉粒床装置、ワイヤ供給装置等）；金属噴流装置；指向性エネルギー堆積装置。
３Ｄツールは、堆積装置１０４によって３Ｄツール上に物体を形成することを可能にするあらゆる物質を含む。３Ｄツールは、ポリマー、熱可塑性物質、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ，ｐｏｌｙａｒｙｌｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、炭素強化ポリマーのうち一種以上を含む。一部実施形態では、３Ｄツールは、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ，ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅｋｅｔｏｎｅ）を含む。一部実施形態では、３Ｄツールは、炭素繊維ＰＥＫＫ（ＣＦ‐ＰＥＫＫ，ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ＰＥＫＫ）を含む。一部実施形態では、３Ｄツールは、電着法を用いて３Ｄツール上に物体を堆積させることを可能にするのに十分導電性である。
一部実施形態では、３Ｄツールは外面を含むマンドレルであり、その外面上に堆積装置１０４（図１参照）によって物体が堆積される。例えば、図２は一実施形態の３Ｄツール２００を示す。３Ｄツール２００は、外面２０２を有するマンドレルである。図２と図７の対比から見て取れるように、本実施形態の３Ｄツール２００の外面２０２は、図７に示される排気装置７００の実施形態の物体（つまり、一次管７０２）の形状を模倣する形状を有する。具体的には、今度は図７を参照すると、一次管７０２は、一端部７０４から反対側の端部７０６までの湾曲した経路に沿って或る長さで延伸している。一次管７０２の湾曲した経路は複数の屈曲部７０８、７１０、７１２を含む。一次管７０２は、３Ｄツール２００をより良く示すために図２では切り欠きされている。図２に示されるように、３Ｄツール２００は、一端部２０４から反対側の端部２０６までの湾曲した経路に沿って或る長さで延伸している。３Ｄツール２００の湾曲した経路は、屈曲部２０８、２１０、２１２を含み、３Ｄツール２００の外面２０２の経路が、排気装置７００の一次管７０２の湾曲した経路を補完するようになっている。従って、３Ｄツール２００の外面２０２上に一種以上の金属を堆積させることによって、排気装置７００の一次管７０２が図２及び図７に示される形状に形成される。
図２に示される実施形態では、３Ｄツール２００は、３Ｄツール２００の長さに沿って中実であるとして示されている。しかしながら、他の実施形態では、３Ｄツールはその長さに沿って中空である。例えば、図３は他の実施形態の３Ｄツール３００を示す。図３では、３Ｄツール３００をより良く示すために一次管７０２が切り欠きされている。図３に示される実施形態の３Ｄツール３００では、３Ｄツール３００は、外面３０２を有するマンドレルであり、その外面３０２上に堆積装置１０４（図１参照）によって一種以上の金属が堆積されて、３Ｄツール３００の外面３０２上に物体を形成する。図３に見て取れるように、３Ｄツール３００はその長さに沿って中空であり、３Ｄツール３００が管となっている。具体的には、３Ｄツール３００は、３Ｄツール３００の長さに沿って延伸する内部通路３０４を含む。内部通路３０４は、３Ｄツール３００の内面３０６によって画定される。他の実施形態では、３Ｄツール３００は内部空洞を含み、３Ｄツール３００が中空であるが、内部空洞が３Ｄツール３００の端部３０８と端部３１０のうちの一方又は両方を貫通しないようになっている。
一部実施形態では、３Ｄツールは、内面を含むモールドであり、その内面上に堆積装置１０４（図１参照）によって物体が堆積される。例えば、図４は一実施形態の３Ｄツール４００を示す。３Ｄツール４００は、その長さに沿って中空であるモールドであり、３Ｄツール４００が管となっている。具体的には、３Ｄツール４００は、３Ｄツール４００の長さに沿って延伸する内部通路４０４を画定する内面４０２を有する。図４から理解されるように、本実施形態の３Ｄツール４００の内面４０２は、一実施形態のＲＦ拡散体の物体（つまり、管１００２）の形状を模倣する形状を有する。具体的には、管１００２は、一端部１００６から反対側の端部１００８までの湾曲した経路に沿った或る長さで延伸する。管１００２の湾曲した経路は複数の屈曲部１０１０、１０１２、１０１４を含む。図４に示されるように、３Ｄツール４００は、一端部４０６から反対側の端部４０８までの湾曲した経路に沿った或る長さで延伸する。３Ｄツール４００の湾曲した経路は屈曲部４１０、４１２、４１４を含み、３Ｄツール４００の内面４０２の経路がＲＦ拡散体の管１００２の湾曲した経路と補完するようになっている。従って、３Ｄツール４００の内面４０２上に一種以上の金属を堆積させることによって、ＲＦ拡散体の管１００２が所望の形状に形成される。
一部実施形態では、３Ｄツールはモールドとマンドレルの両方となる。例えば、図５は一実施形態の３Ｄツール５００を示す。３Ｄツール５００は、３Ｄツール５００の外面５０２によって画定されたマンドレルと、３Ｄツール５００の内面５０４によって画定されたモールドとの両方となる。具体的には、内面５０４は、３Ｄツール５００の長さに沿って延伸する内部通路５０６を画定する。本実施形態の３Ｄツール５００の内面５０４は、システム１００（図１参照）を用いて製造される物体５０８の形状を模倣する形状（例えば、３Ｄツール５００の長さ及び断面に沿った形状等）を有する。従って、３Ｄツール５００の内面５０４上に一種以上の金属を堆積させることによって、物体５０８が所望の形状に形成される。本実施形態の３Ｄツール５００の外面５０２は、システム１００を用いて製造されるもう一つの物体５１０の形状を模倣する形状（３Ｄツール５００の長さ及び断面に沿った形状等）を有する。従って、３Ｄツール５００の外面５０２上に一種以上の金属を堆積させることによって、物体５１０が所望の形状に形成される。従って、３Ｄツール５００は、同じ部品（例えば、多層管等）の二つの物体５０８と５１０を製造するためや、二つの部品の物体５０８と５１０を製造するために使用される。
本開示の３Ｄツールのモールドの実施形態（例えば、３Ｄツール４００や３Ｄツール５００等）は、単一の物体（例えば、ＲＦ拡散体の図４に示される管１００２や、図５に示される物体５０８等）のみに対応する単一の内部通路のみを有するものとして図示されて説明されているが、本開示によって想定されている３Ｄツールのモールドの実施形態は、部品の単一の物体のモールドに限定されるものではない。むしろ、３Ｄツールがモールドである又はモールドを含む一部実施形態では、モールドは、部品の複数の物体及び／又は部品のほぼ全体等を同時に製造するために用いられる。例えば、一部実施形態では、モールドは、部品（ＲＦ拡散体等）の一部、大部分及び／又はほぼ全体等の「ネガ」であり、部品の複数の物体、管、構造及び／又は基部等に対応する複数の内部通路を含む（例えば、ＲＦ拡散体の複数の管や、ＲＦ拡散体の管を互いに接続する支持構造等に対応する）。
再び図１を参照すると、システム１００の堆積装置１０４は、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることによって、３Ｄツール上に物体を形成するように構成される。堆積装置１０４が３Ｄツール上に物体を形成することを可能にするあらゆる種類の堆積法が使用される。一部実施形態では、堆積装置１０４は電着装置であり、例えば、以下のうちの一つ以上であるがこれらに限定されない：電気メッキ法（例えば、電気化学的析出、パルス電気メッキ、ブラシ電気メッキ、無電解析出等）を用いて３Ｄツール上に一種以上の金属を堆積させるように構成された電気メッキ装置、電鋳法を用いて３Ｄツール上に一種以上の金属を堆積させるように構成された電鋳装置。
他の実施形態では、堆積装置１０４は、スパッタリング法を用いて３Ｄツール上に一種以上の金属を堆積させるように構成されているスパッタリング装置である。堆積装置１０４が３Ｄツール上に物体を形成することを可能にするあらゆるスパッタリング法が使用され、例えば、以下のうちの一つ以上であるがこれらに限定されない：物理スパッタリング、低温スパッタリング、電子スパッタリング、ポテンシャルスパッタリング、化学スパッタリング。
一部実施形態では、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させるのに使用される具体的な堆積法（例えば、電着、スパッタリング等）は、使用されている具体的な種類の３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させるための具体的な堆積プロセスの適格性に基づいて選択され、例えば、３Ｄツールがマンドレル（例えば、図２に示されるマンドレル２００、図３に示されるマンドレル３００等）であるのか、モールド（例えば、図４に示されるモールド４００等）であるのか、又は、マンドレルとモールドの組み合わせ（例えば、図５に示される３Ｄツール５００等）であるのかに基づいて選択される。例えば、一部実施形態では、スパッタリング法は、モールドの内面上に少なくとも一種の金属を堆積させるには適していない。
堆積装置１０４が電着装置である一部実施形態では、３Ｄツールは、堆積装置１０４が電着法を用いて３Ｄツールの堆積面（例えば、図２に示される外面２０２、図３に示される外面３０２、図４に示される内面４０２、図５に示される外面５０２、図５に示される内面５０４等）上に一種以上の金属を直接堆積させることを可能にする導電性物質（例えば、炭素繊維で強化されたものや金属等）を含む。更に、一部実施形態では、３Ｄツールの堆積面は、一種以上の導電性物質で処理されて、堆積装置１０４が電着法を用いて３Ｄツール上に一種以上の金属を間接的に堆積させることを可能にする。電着を可能とするように一種以上の導電性物質で３Ｄツールの堆積面を処理することの一例は、堆積面をインク（例えば、パラジウムインク等）でコーティングして、インクの上に無電解ニッケルを適用することを含む。一部実施形態では、銀、金、銅のうちの一種以上が無電解ニッケルの上に適用される。
３Ｄツールがモールドである又はモールドを含む３Ｄツールの一部実施形態では、３Ｄツールの一つ以上のセグメント、表面及び／又は部分等がマスキングされて、少なくとも一種の金属がそうしたセグメント、表面及び／又は部分等に堆積することを防止する。
再び図１及び図２を参照すると、一部実施形態では、堆積装置１０４は、３Ｄツールの外面上に一種以上の金属を直接又は間接的に堆積させることによって、３Ｄツール上に物体を形成するように構成される。例えば、図２は、３Ｄツール２００の外面２０２上に形成された排気装置７００の一次管７０２を示す。３Ｄツールが管を有するマンドレルである一部実施形態（例えば、図３に示される３Ｄツール３００）では、３Ｄツールの管の内部通路（例えば、３Ｄツール３００の内部通路３０４）がその端部においてキャップ又は他のカバーで覆われて、堆積装置１０４によって外面上に堆積される一種以上の金属で管の内部表面がコーティングされることを防止する。
一部実施形態のシステム１００は、堆積装置１０４を用いて３Ｄツールの内面上に一種以上の金属を直接又は間接的に堆積させることによって、３Ｄツール上に物体を形成することを含む。例えば、図４は、３Ｄツール４００の内部通路４０４の内面４０２上に形成されたＲＦ拡散体の管１００２を示す。更に他の実施形態のシステム１００では、堆積装置１０４は、３Ｄツールの外面上と内面上に一種以上の金属を直接又は間接的に堆積させることによって、３Ｄツール上に二つの物体を形成する。例えば、図５は、３Ｄツール５００の外面５０２上に形成された物体５０８と、３Ｄツール５００の内面５０４上に形成されたもう一つの物体５１０とを示す。
堆積装置１０４によって３Ｄツール上に形成される物体はあらゆる金属物質を含み、例えば、以下のうちの一つ以上を含むがこれらに限定されない：ステンレス鋼、オーステナイト系ニッケルクロム基超合金、金属マトリクス複合材（ＭＭＣ，ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、オーステナイト系ステンレス鋼合金、アルミニウムシリコン合金、アルミニウムシリコンマグネシウム合金、アルミニウムマグネシウムシリコン合金、アルミニウムシリコンマグネシウムマンガン合金、Ａｌｌｉｔｅ（登録商標）社のスーパーマグネシウム（登録商標）合金。一実施形態では、物体は、インコネル（登録商標）合金（例えば、インコネル（登録商標）６２５、インコネル（登録商標）６００、インコネル（登録商標）Ｘ‐７５０、インコネル（登録商標）７５１、インコネル（登録商標）７９２、インコネル（登録商標）ＳＸ３００等）を含む。一実施形態では、物体はＡＬ６１０ステンレス鋼を含む。
堆積装置１０４は、３Ｄツール上にあらゆる厚さで物体を形成するように構成される。物体の厚さの例として以下のうちの一つ以上が挙げられるがこれらに限定されない：略０．５ミリメートル（ｍｍ）から略２．０ｍｍまでの間の厚さ、略４．０ｍｍ未満の厚さ、略０．３ｍｍ以上の厚さ、略４．０ｍｍ超の厚さ、略０．５ｍｍから略１００ｍｍまでの間の厚さ、略９９ｍｍ超の厚さ。一部実施形態では、堆積装置１０４は、３Ｄツール上に物体を以下のうちの一つ以上の厚さ公差で形成するように構成される：略８ミル未満の公差、略２ミルから略８ミルまでの間の公差、略５ミル未満の公差、略４ミル未満の公差、略１．５ミルから略３．５ミルまでの間の公差。
システム１００のバーンアウト装置１０６は、３Ｄツールを加熱して、物体から３Ｄツールを除去するように構成される。一部実施形態では、バーンアウト装置１０６は、３Ｄツールを燃焼させる（つまり、燃やす）温度に３Ｄツールを加熱して、３Ｄツールを焼却又は蒸発させることによって、３Ｄツール無しで物体を残すように構成される。他の実施形態では、バーンアウト装置１０６は、３Ｄツールを溶融させる温度に３Ｄツールを加熱して、３Ｄツールが物体から流れ出すことによって、３Ｄツール無しで物体を残すように構成される。バーンアウト装置１０６は３Ｄツールをあらゆる適切な温度又は温度範囲に加熱し、その温度又は温度範囲は、一実施形態では、３Ｄツールの物質、物体の物質等に基づいて選択される。一部実施形態では、バーンアウト装置１０６が３Ｄツールを燃焼させるのか、焼却するのか、蒸発させるのか、又は溶融させるのかは、所定の仕上げ（例えば、平滑性、公差等）を有する物体（例えば、外面、内面等）を提供するように選択される。
バーンアウト装置１０６は、物体から３Ｄツールを除去する温度に３Ｄツールを加熱するように構成されているあらゆる熱源である。バーンアウト装置１０６の例として以下のうちの一つ以上が挙げられるがこれらに限定されない：オーブン、トーチ、窯、炉。一部実施形態では、３Ｄツールの物質、バーンアウト装置１０６によって与えられる温度、バーンアウト装置１０６の種類等は、バーンアウト装置１０６による３Ｄツールの加熱中に物体を損傷させずに物体から３Ｄツールを除去することをバーンアウト装置１０６が可能にするように選択される。同様に、一部実施形態では、物体の種類、バーンアウト装置１０６によって与えられる温度、バーンアウト装置１０６の種類等は、物体が３Ｄツールからの除去に耐えること（例えば、バーンアウト装置１０６によって与えられる温度に耐えること等）を可能にするように選択される。本開示は、バーンアウト装置１０６を用いて、燃焼、焼却、蒸発、溶融等に適した温度をアディティブマニュファクチャリングされる構造体に与えることを想定している。
一部実施形態では、物体から３Ｄツールを除去することは、物体の表面（例えば、外面、内面等）から３Ｄツールの残留物を除去することを含む。例えば、一部実施形態では、物体の表面を拭く、液体で濯ぐ、ガス（例えば、圧縮空気等）を吹きかけて、その表面から３Ｄツールの残留物を除去する。
３Ｄツールが物体から除去されると、一部実施形態は、その物体を部品の他の物体及び／又は構造と組み立てて、部品を完成させることを含む。一部実施形態では、物体を部品の他の物体及び／又は構造と組み立てることは、物体を組み立て用に準備するための以下の仕上げ作業のうち一つ以上を含む：トリミング、サンディング（研磨）、デバリング（バリ取り）、やすりかけ。例えば、以下図７を参照すると、フランジ７１４が、一次管７０２の端部７０４と、排気装置７００の他の一次管の端部に取り付けられる（例えば、溶接される）。更に、一次管７０２の端部７０６が、排気装置７００の他の一次管の対応する端部とフランジ７１６において接合されて（例えば、溶接されて）、排気装置７００の主要部を完成させる。
部品の単一の物体を製造するものとして本願では示されているが、他の実施形態では、システム１００は単一の部品の二つ以上の物体を同時に製造するように使用される。例えば、一部実施形態では、システム１００を用いて、図７に示される排気装置７００の二つ以上（例えば、全部、四つ等）の一次管の形状を含む単一の３Ｄツールを構築して、堆積装置１０４によって３Ｄツール上に二つ以上の一次管が同時に形成されるようにする。更に、一部実施形態では、例えば、システム１００を用いて、ＲＦ拡散体の二つ以上の管（例えば、図４に示される管１００２等）を同時に形成する。
図６は、本開示の一実施形態に係る物体を製造する方法６００を示すフローチャートである。方法６００は、６０２において、ＡＭ法を用いて、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって３Ｄツールを構築することを含む。６０２におけるＡＭ法を用いて３Ｄツールを構築することは、任意選択的に、６０２ａにおいて、ポリマーと、熱可塑性物質と、ＰＡＥＫと、ＰＥＫＫと、炭素強化ポリマーと、炭素繊維ＰＥＫＫ（ＣＦ‐ＰＥＫＫ）とのうち少なくとも一種を含む３Ｄツールを構築することを含む。任意選択的に、６０２におけるＡＭ法を用いて３Ｄツールを構築することは、６０２ｂにおいて、光造形法、ＳＬＳ法、ＦＦＦ法、又はＳＬＭ法を用いて３Ｄツールを構築することを含む。一部実施形態では、６０２におけるＡＭ法を用いて３Ｄツールを構築することは、６０２ｃにおいて、導電性３Ｄツールを構築することを含む。
ステップ６０４において、方法６００は、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させて３Ｄツール上に物体を形成することを含む。一部実施形態では、６０４における３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させて物体を形成することは、６０４ａにおいて、オーステナイト系ニッケルクロム基超合金と、ＭＭＣと、オーステナイト系ステンレス鋼合金と、アルミニウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウム合金と、アルミニウムマグネシウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウムマンガン合金と、スーパーマグネシウム合金と、ステンレス鋼とのうちの少なくとも一種を含む物体を形成することを含む。６０４における３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることは、任意選択的に、６０４ｂにおいて、電着法又はスパッタリング法を用いて少なくとも一種の金属を堆積させることを含む。一部実施形態では、方法６００は、６０４ｃにおいて、３Ｄツールの堆積面を導電性物質で処理して、堆積面を導電性にすることを含む。
一部実施形態では、３Ｄツールはマンドレルであり、６０４における３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることは、６０４ｄにおいて、マンドレルの外面上に少なくとも一種の金属を堆積させることを含む。任意選択的に、３Ｄツールは、３Ｄツールの内面によって画定された内部通路を含み、６０４における３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることは、６０４ｅにおいて、３Ｄツールの内面上に少なくとも一種の金属を堆積させて、３Ｄツールの内部通路の中に物体を形成することを含む。
ステップ６０６において、方法６００は、３Ｄツールを加熱して、物体から３Ｄツールを除去することを含む。一部実施形態では、６０６における３Ｄツールを加熱することは、６０６ａにおいて、３Ｄツールを燃焼させることを含む。
以下図８を参照すると、本開示の例が、機体８０２と、複数の高レベルシステム８０４と、内装８０６とを含み得る航空機８００に関して説明され得る。高レベルシステム８０４の例として、推進システム８０８、電気システム８１０、油圧システム８１２、制御システム８１４、環境システム８１６のうち一つ以上が挙げられる。あらゆる数の他のシステムが含まれ得る。航空宇宙の例が示されているが、その原理は、他の産業（例えば、自動車産業及び／又は海洋産業等が挙げられるがこれらに限定されない）にも適用可能である。
本開示の例は、図９に示されるような航空機の製造と整備方法９００に関して説明され得る。製造準備段階において、例示的な方法９００は、航空機（例えば、図８に示される航空機８００）の仕様と設計９０２と、材料調達９０４を含み得る。製造段階において、航空機の部品とサブアセンブリの製造９０６と、システム統合９０８が行われる。その後、航空機が認証と搬送９１０を経て、就航９１２し得る。顧客による就航中に、航空機には定期的な整備９１４（変更、再構成、改造等も含み得る）がスケジュールされる。
例示的な方法９００の各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって行われ得る。説明目的として、システムインテグレータは、あらゆる数の航空機製造業者、主要システム下請け業者を含み得るがこれらに限定されず、サードパーティはあらゆる数のベンダー、下請け業者、サプライヤを含み得るがこれらに限定されず、オペレータは航空会社、リース業者、軍隊、整備業者等であり得る。
本願で説明されているシステムと共にあらゆる数の他のシステムが含まれ得ることに留意されたい。また、航空宇宙の例が示されているが、その原理は、自動車産業等の他の産業にも適用可能である。
本願で示され説明されているシステム及び方法は、製造と整備方法９００の一つ以上の段階において採用され得る。例えば、航空機の就航中に、部品とサブアセンブリの製造９０６に対応した部品やサブアセンブリが、製造された部品やサブアセンブリと同様にして製造され得る。また、一つ以上の態様のシステム、方法又はそれらの組み合わせが、サブアセンブリの製造９０６とシステム統合９０８の製造段階において利用され得て、例えば、航空機の組み立てを実質的に促進したり、航空機のコストを削減したりし得る。同様に、非限定的な例として、一つ以上の態様の装置や方法の実現例又はそれらの組み合わせが、航空機の就航中において、例えば整備９１４において利用され得る。
以上のとおり、多様な実施形態は、部品の物体を効率的で、時間をかけず、コストをかけずに製造することを可能にするシステム及び方法を提供する。更に、多様な実施形態は、部品の物体を高い構造完全性を有するように製造することによって、部品の性能を向上させ、早期故障を減らし、寿命を延ばすことを可能にするシステム及び方法を提供する。
本願において、或る作業や工程を行う「ように構成されている」構造、限定、要素は、その作業や工程に応じた方法で具体的に構造的に形成され、構成され、又は適合されているものである。明確にして誤解を避けることを目的として、本願においては、その作業や工程を行うように単に変更可能であるだけの対象は、その作業や工程を行う「ように構成されている」ものではない。
当業者には明らかであるように、本願で与えられている値や範囲は、求められている効果を失わずに拡張又は変更可能である。
本主題を構造的な特徴及び／又は方法論的な行為に特化して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に定められている主題は、上述の具体的な特徴や行為に必ずしも限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、上述の具体的な特徴や行為は、請求項の記載を実現する例として開示されているものである。
上述の有用性や利点は一つの実施形態に関するものともなり得るし、複数の実施形態に関するものともなり得ることを理解されたい。実施形態は、記載されている課題のいずれか又は全部を解決するものに限定されず、記載されている有用性や利点のいずれか又は全部を有するものにも限定されない。更に、単数形で記載されている事項は、その事項を一つ以上含むものであることを理解されたい。
本願で例示されて説明されている実施形態だけではなくて、本願に具体的に記載されていない実施形態も特許請求の範囲の態様の範囲内にあり、アキュムレータの二重用途のための手段を構築する。
「備える」との用語は、本明細書において、その用語と共に記載されている特徴や行為を含むことを意味するものであって、一つ以上の追加的な特徴や行為の存在を排除するものではない。
本願で例示されて記載されている開示の例における工程を実行又は実施する順序は、特に断らない限り、必須のものではない。つまり、工程は、特に断らない限り、あらゆる順序で実行可能であり、本開示の例は、本願で開示されている工程よりも多くの工程又は少ない工程を含み得る。例えば、特定の工程を、他の工程の前に行うこと、同時に行うこと、後に行うこと（例えば、別のステップとして）が本開示に態様の範囲内にあることが想定されている。
本開示の態様の要素やその例を紹介する際における単数形での表記は、その要素が一つ以上存在することを意味している。「備える」、「含む」、「有する」との用語は、包含的なものであり、列挙されている要素以外の追加的な要素が存在し得ることを意味している。「例示的」との用語は「一例」を意味している。「ＡとＢとＣとのうちの一つ以上」との記載は、「少なくとも一つのＡ、及び／又は、少なくとも一つのＢ、及び／又は、少なくとも一つのＣ」を意味する。
本開示の態様を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲に定められる本開示の態様の範囲から逸脱せずに、修正や変更が可能であることは明らかである。上記構成、製品、方法には本開示の態様の範囲から逸脱せずに多様な変更が為され得るので、上記説明に含まれ添付図面に示されている全ての事項は例示的なものであって限定的なものではものとして解釈されることが意図されているものである
上記説明は例示的なものであって限定的なものではないことを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）は互いに組み合わせて使用可能である。また、多数の修正が、具体的な状況や物質を本開示の多様な実施形態の教示に適合させるようにその範囲から逸脱することなく為され得る。本願に記載されている物質の寸法や種類は、本開示の多様な実施形態のパラメータを定めるためのものであるが、実施形態は限定的なものではなくて実施形態の例である。上記説明を読むことで当業者には他の多数の実施形態が明らかとなるものである。従って、本開示の多様な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲に従って、その特許請求の範囲に含まれる等価物の完全な範囲と共に定められるものである。添付の特許請求の範囲における、「含む」、「であって」との用語は、それぞれ「備える」、「において」と等価なものとして用いられている。更に、「第一」、「第二」、「第三」等の用語は単に目印として用いられているものであって、それらの対象に対する数値的な要求を課すものではない。更に、特許請求の範囲における限定事項は、その請求項の限定事項が具体的な構造を欠いた機能の言及による「するための手段」という用語を明示的に用いていない限りは、ミーンズプラスファンクションの形式で記載されているものでなく、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されるものではない。
本願記載の説明は、本開示の多様な実施形態を、最良の形態を含んで開示するために、また当業者が本開示の多様な実施形態を実施すること（デバイスやシステムの作製や使用、それに関連する方法を実行することを含む）を可能にするために例を用いている。本開示の多様な実施形態の特許可能な範囲は請求項によって定められるものであって、当業者に想起される他の例も含み得るものである。このような他の例は、そうした例が請求項の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又はそうした例が請求項の文言から本質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合において、特許請求の範囲内に含まれる。
以下の項は更なる態様を記載している。
項Ａの組
項Ａ１
物体を製造するためのシステムであって、
二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって三次元（３Ｄ）ツールを構築するように構成されたアディティブマニュファクチャリング装置と、
３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させて、３Ｄツール上に物体を形成するように構成された堆積装置と、
３Ｄツールを加熱して、物体から３Ｄツールを除去するように構成されたバーンアウト装置と、を備えるシステム。
項Ａ２
３Ｄツールが、ポリマーと、熱可塑性物質と、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）と、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）と、炭素強化ポリマーと、炭素繊維ＰＥＫＫ（ＣＦ‐ＰＥＫＫ）とのうちの少なくとも一種を備える、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ３
物体が、オーステナイト系ニッケルクロム基超合金と、金属マトリクス複合材（ＭＭＣ）と、オーステナイト系ステンレス鋼合金と、アルミニウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウム合金と、アルミニウムマグネシウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウムマンガン合金と、スーパーマグネシウム合金と、ステンレス鋼とのうちの少なくとも一種を備える、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ４
アディティブマニュファクチャリング装置が、光造形装置、選択的レーザー焼結装置、溶融フィラメント製造装置、又は選択的レーザー溶融装置を備える、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ５
堆積装置が電着装置又はスパッタリング装置を備える、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ６
３Ｄツールがマンドレルとモールドの少なくとも一方を備える、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ７
３Ｄツールが管である、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ８
バーンアウト装置が、３Ｄツールを燃焼させて、物体から３Ｄツールを除去するように構成されている、項Ａ１に記載のシステム。
項Ａ９
物体が排気装置又は無線周波数（ＲＦ）拡散体の管である、項Ａ１に記載のシステム。
項Ｂの組
項Ｂ１
物体を製造するための方法であって、
アディティブマニュファクチャリング法を用いて、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって、三次元（３Ｄ）ツールを構築することと、
３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させて、３Ｄツール上に物体を形成することと、
３Ｄツールを加熱して、物体から３Ｄツールを除去することと、を備える方法。
項Ｂ２
アディティブマニュファクチャリング法を用いて３Ｄツールを構築することが、ポリマーと、熱可塑性物質と、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）と、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）と、炭素強化ポリマーと、炭素繊維ＰＥＫＫ（ＣＦ‐ＰＥＫＫ）とのうちの少なくとも一種を備える３Ｄツールを構築することを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ３
３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、オーステナイト系ニッケルクロム基超合金と、金属マトリクス複合材（ＭＭＣ）と、オーステナイト系ステンレス鋼合金と、アルミニウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウム合金と、アルミニウムマグネシウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウムマンガン合金と、スーパーマグネシウム合金と、ステンレス鋼とのうちの少なくとも一種を備える物体を形成することを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ４
アディティブマニュファクチャリング法を用いて３Ｄツールを構築することが、光造形法、選択的レーザー焼結法、溶融フィラメント製造法、又は選択的レーザー溶融法を用いて３Ｄツールを構築することを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ５
３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、電着法又はスパッタリング法を用いて少なくとも一種の金属を堆積させることを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ６
３Ｄツールを加熱して、物体から３Ｄツールを除去することが、３Ｄツールを燃焼させることを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ７
３Ｄツールの堆積面を導電性物質で処理して、堆積面を導電性にすることを更に備える項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ８
３Ｄツールがマンドレルを備え、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、マンドレルの外面上に少なくとも一種の金属を堆積させることを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ９
３Ｄツールが、３Ｄツールの内面によって画定された内部通路を備え、３Ｄツール上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、３Ｄツールの内面上に少なくとも一種の金属を堆積させて、３Ｄツールの内部通路の中に物体を形成することを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｂ１０
アディティブマニュファクチャリング法を用いて３Ｄツールを構築することが、導電性３Ｄツールを構築することを備える、項Ｂ１に記載の方法。
項Ｃの組
項Ｃ１
物体を製造するための方法であって、
アディティブマニュファクチャリング法を用いて、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって、三次元（３Ｄ）ツールを構築することであって、３Ｄツールが、３Ｄツールの内部表面によって画定される内部通路を備える、ことと、
３Ｄツールの内面上に少なくとも一種の金属を堆積させて、３Ｄツールの内部通路の中に物体を形成することと、
３Ｄツールを加熱して、物体から３Ｄツールを除去することと、を備える方法。
２００ 三次元（３Ｄ）ツール（マンドレル）
２０２ 外面
２０４ 一端部
２０６ 他端部
２０８ 屈曲部
２１０ 屈曲部
２１２ 屈曲部
７００ 排気装置
７０２ （一次）管
７０４ 一端部
７０６ 他端部
７０８ 屈曲部
７１０ 屈曲部
７１２ 屈曲部
７１４ フランジ
７１６ フランジ

Claims (13)

  1. 物体を製造するためのシステム（１００）であって、
    二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって、三次元ツール（２００）を構築するように構成されたアディティブマニュファクチャリング装置（１０２）と、
    前記三次元ツール（２００）上に少なくとも一種の金属を堆積させて、前記三次元ツール（２００）上に物体を形成するように構成された堆積装置（１０４）と、
    前記三次元ツール（２００）を加熱して、前記物体から前記三次元ツール（２００）を除去するように構成されたバーンアウト装置（１０６）と、を備えるシステム（１００）。
  2. 前記三次元ツール（２００）が、ポリマーと、熱可塑性物質と、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）と、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）と、炭素強化ポリマーと、炭素繊維ＰＥＫＫ（ＣＦ‐ＰＥＫＫ）とのうちの少なくとも一種を備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
  3. 前記物体が、オーステナイト系ニッケルクロム基超合金と、金属マトリクス複合材（ＭＭＣ）と、オーステナイト系ステンレス鋼合金と、アルミニウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウム合金と、アルミニウムマグネシウムシリコン合金と、アルミニウムシリコンマグネシウムマンガン合金と、スーパーマグネシウム合金と、ステンレス鋼とのうちの少なくとも一種を備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
  4. 前記三次元ツール（２００）がマンドレル（３００）とモールド（４００）のうちの少なくとも一方を備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
  5. 前記三次元ツール（２００）が管である、請求項１に記載のシステム（１００）。
  6. 前記バーンアウト装置（１０６）が、前記三次元ツール（２００）を燃焼させて、前記物体から前記三次元ツール（２００）を除去するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１００）。
  7. 前記物体が排気装置（７００）又は無線周波数拡散体の管（７０２、１００２）を備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
  8. 物体を製造するための方法（６００）であって、
    アディティブマニュファクチャリング法を用いて、二つ以上の物質層を積層して堆積させることによって、三次元ツール（２００）を構築することと、
    前記三次元ツール（２００）上に少なくとも一種の金属を堆積させて、前記三次元ツール（２００）上に物体を形成することと、
    前記三次元ツール（２００）を加熱して、前記物体から前記三次元ツール（２００）を除去することと、を備える方法（６００）。
  9. 前記三次元ツール（２００）上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、電着法又はスパッタリング法を用いて少なくとも一種の金属を堆積させることを備える、請求項８に記載の方法（６００）。
  10. 前記三次元ツール（２００）を加熱して前記物体から前記三次元ツール（２００）を除去することが、前記三次元ツール（２００）を燃焼させることを備える、請求項８に記載の方法（６００）。
  11. 前記三次元ツール（２００）の堆積面を導電性物質で処理して、前記堆積面を導電性にすることを更に備える請求項１０に記載の方法（６００）。
  12. 前記三次元ツール（２００）がマンドレル（３００）を備え、前記三次元ツール（２００）上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、前記マンドレル（３００）の外面上に少なくとも一種の金属を堆積させることを備える、請求項８に記載の方法（６００）。
  13. 前記三次元ツール（２００）が、前記三次元ツール（２００）の内面によって画定された内部通路を備え、前記三次元ツール（２００）上に少なくとも一種の金属を堆積させることが、前記三次元ツール（２００）の内面上に少なくとも一種の金属を堆積させて、前記三次元ツール（２００）の内部通路の中に前記物体を形成することを備える、請求項８に記載の方法（６００）。
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