JP2020506295A - 微粒子ディスペンサを含む付加製造システム及びそのようなシステムの動作方法 - Google Patents

Abstract

付加製造システムは、表面上に複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサを含む微粒子送達システムを含んでいる。微粒子送達システムは、少なくとも１つのディスペンサに結合された第１微粒子供給部と第２微粒子供給部とを含んでいる。少なくとも１つのディスペンサは、複数の第１微粒子と複数の第２微粒子とを互いに隣接して堆積させるよう構成されている。複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部は融着されている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる２０１７年１月３日に出願された米国仮特許出願番号第６２／４４１，７１８号明細書に対する優先権を主張する。

本明細書に開示される主題は、一般に付加製造システムに関し、より詳細には、微粒子を表面上に分配するためのディスペンサを含む付加製造システムに関する。

付加製造システムは、部品を作るための材料の蓄積を伴う。これらのシステムは、高価な材料から複雑な部品を低コストで且つ製造効率を向上させて製造することができる。直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、及びＬａｓｅｒＣｕｓｉｎｇシステムなどのいくつかの既知の付加製造システムは、レーザ装置又は電子ビーム発生装置などの集束エネルギー源及び粉末金属などの微粒子を使用して部品を製造する。そのような付加製造システムでは、部品の特性は、部品を形成するのに使用される微粒子の特性によって少なくとも部分的に決定される。しかしながら、変化及び局所的特性を有する部品を提供することが時に望ましいことがある。したがって、時には、異なる特性を有する２つ以上の部品が一緒に接合される。しかしながら、接合された部品は、部品間の接合部のために、単一の部品と比較して組み立てコストが高くなり、予想寿命が短くなる可能性がある。加えて、接合部品の設計可能性は、部品を接合するための既知の方法によって制限される。

一態様では、付加製造システムが提供される。付加製造システムは、表面上に複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサを含む微粒子送達システムを含んでいる。微粒子送達システムは、少なくとも１つのディスペンサに結合された第１微粒子供給部と第２微粒子供給部とを含んでいる。少なくとも１つのディスペンサは、複数の第１微粒子と複数の第２微粒子とを互いに隣接して堆積させるよう構成されている。複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部は融着されている。

別の態様では、付加製造システムを使用して部品を製造する方法が提供される。方法は、複数の第１微粒子を堆積させることを含んでいる。方法はまた、複数の第２微粒子を堆積させることを含んでいる。複数の第２微粒子は複数の第１微粒子に隣接して堆積される。方法は、第１集束エネルギー源を使用して、複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を加熱することをさらに含んでいる。

さらに別の態様では、付加製造システムが提供される。付加製造システムは、複数の第１微粒子の少なくとも一部を変位させ、少なくとも部分的に凹部を形成するよう構成された変位アセンブリを含んでいる。付加製造システムは、複数の第２微粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサをさらに含んでいる。少なくとも１つのディスペンサは、複数の第２微粒子の少なくとも一部を少なくとも部分的に凹部内に分配するよう構成されている。付加製造システムはまた、複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を加熱するよう構成された少なくとも１つの集束エネルギー源を含んでいる。

本開示のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、図面を通して同様の文字は同様の部品を表す添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。

図１は、例示的な付加製造システムの概略図である。 図２は、微粒子送達システムを含む、図１に示す付加製造システムの一部の概略図である。 図３は、図２に示す微粒子送達システムを含む、図１に示す付加製造システムの一部の概略平面図である。 図４は、図１に示す付加製造システムの表面に堆積した複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子の概略平面図である。 図５は、図１に示す付加製造システムと共に使用するための微粒子送達システムの代替実施形態の概略図である。 図６は、例示的な付加製造システムの斜視図である。 図７は、図６に示す付加製造システムの微粒子送達システムの斜視図である。

特記しない限り、本明細書に提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を説明することを意図している。これらの特徴は、本開示の１又は複数の実施形態を含む多種多様なシステムに適用可能であると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示された実施形態の実施に必要な当業者に既知のすべての従来の特徴を含むことを意味しない。

以下の明細書及び特許請求の範囲において、以下の意味を有するように定義されるべきいくつかの用語が参照されるであろう。

単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数の言及を含んでいる。

「所望による（Ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「所望により（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて説明される事象又は状況が発生してもしなくてもよく、その説明にはその事象が発生した場合と発生しなかった場合が含まれることを意味する。

本明細書及び特許請求の範囲を通して本明細書で使用されるような近似表現は、それが関連する基本機能に変化をもたらすことなく許容可能に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、「約」、「およそ」及び「実質的に」などの１又は複数の用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの事例では、近似表現は値を測定するための計測器の精度に対応し得る。本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲の制限は組み合わせ及び／又は交換することができ、文脈又は表現でそうでないことを示さない限り、そのような範囲は特定され、それに含まれるすべての部分範囲を含んでいる。

本明細書で使用されるとき、用語「プロセッサ」及び「コンピュータ」及び関連用語、例えば「処理装置」、「計算装置」及び「コントローラ」は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路だけに限定されず、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路及び他のプログラム可能な回路を広く指し、これらの用語は本明細書では互換的に使用される。本明細書に記載の実施形態では、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、及びフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができるが、それらに限定されない。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、及び／又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を使用することもできる。また、本明細書に記載の実施形態では、追加の入力チャネルは、マウス及びキーボードなどのオペレータインタフェースに関連するコンピュータ周辺機器であり得るが、それらに限定されない。あるいは、例えば、スキャナを含むがこれに限定されない他のコンピュータ周辺機器も使用することができる。さらに、例示的実施形態では、追加の出力チャネルは、オペレータインタフェースモニタを含むことができるが、これに限定されない。

さらに、本明細書で使用されるとき、用語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は交換可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアント、及びサーバによる実行のためのメモリ内の任意のコンピュータプログラムストレージを含んでいる。

本明細書で使用されるとき、用語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール及びサブモジュール、又は任意の装置内の他のデータなどの短期及び長期の情報記憶のための任意の技術の方法で実装される任意の有形コンピュータベースの装置を表すことを意図する。したがって、本明細書に記載の方法は、記憶装置及び／又はメモリ装置を含むがこれらに限定されない、有形の非一時的コンピュータ可読媒体に組み込まれた実行可能な命令として符号化することができる。そのような命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに本明細書に記載された方法の少なくとも一部を実行させる。さらに、本明細書で使用されるとき、用語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、非限定的に、非一時的コンピュータストレージ装置を含む、非限定的に、揮発性及び不揮発性媒体を含むすべての有形のコンピュータ可読媒体、並びにファームウェア、物理ストレージ及び仮想ストレージ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどのリムーバブル及び非リムーバブル媒体、並びにネットワーク又はインターネット及び未開発のデジタル手段などの任意の他のデジタルソースを含み、唯一の例外は一時的な伝搬信号である。

さらに、本明細書で使用されるとき、用語「リアルタイム」は、関連するイベントの発生時間、所定のデータの測定及び収集の時間、データを処理する時間、並びにイベント及び環境にシステムが応答する時間のうちの少なくとも１つを指す。本明細書に記載の実施形態では、これらの活動及びイベントは実質的に瞬間的に発生する。

本明細書に記載のシステム及び方法は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムなどの付加製造システムに関する。本明細書に記載の実施形態は、集束エネルギー源及び微粒子送達システムを含んでいる。微粒子送達システムは、表面上に複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子を堆積させるよう構成されている。いくつかの実施形態では、微粒子送達システムは、第１微粒子及び第２微粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサを含んでいる。さらなる実施形態では、第１微粒子の少なくとも一部は、少なくとも部分的に凹部を形成するように移動され、第２微粒子の少なくとも一部は少なくとも部分的に凹部内に堆積される。したがって、記載された実施形態は、部品が局所化された特性を有することを可能にする。例えば、部品内での特性の局所化を容易にするために、部品の構築中に同じ層内に異なる微粒子が含まれる。

図１は、例示的な付加製造システム１００の概略図である。例示的実施形態では、付加製造システム１００は直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムである。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の付加製造プロセスに使用されるよう構成されている。例えば、いくつかの実施形態では、付加製造システム１００は、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）及びＬａｓｅｒＣｕｓｉｎｇのいずれかのプロセスに使用される。

例示的実施形態では、付加製造システム１００は、集束エネルギー源１０２、光学素子１０４、第１走査装置１０６、第２走査装置１０８、ハウジング１１０、光学システム１１２、変位装置１１４、微粒子送達システム１１６及びコントローラ１１８を含んでいる。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の部品を含んでいる。

また、例示的実施形態では、ハウジング１１０は、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４を保持するよう構成された表面又は構築プレート１２０を画定する。さらに、ハウジング１１０は、微粒子送達システム１１６などの付加製造システム１００の部品を収容するための制御された環境を提供する。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のハウジング１１０を含んでいる。

さらに、例示的実施形態では、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４は、固体部品を構築するための、付加製造プロセス中に溶融され且つ再固化される粉末構築材料である。例示的実施形態では、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４は、コバルト、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル及びそれらの組み合わせのうちのいずれかの粉末合金をそれぞれ含む。代替実施形態では、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の材料を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４は、セラミック粉末、金属被覆セラミック粉末、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれかを含むがこれらに限定されない。さらなる実施形態では、付加製造システム１００は、例えば、第３微粒子、第４微粒子などの任意の数の微粒子を利用する。

図２は、微粒子送達システム１１６を含む付加製造システム１００の一部の概略図である。微粒子送達システム１１６は、第１ディスペンサ１２６、第２ディスペンサ１２８、第１微粒子供給部１３０及び第２微粒子供給部１３２を含んでいる。微粒子送達システム１１６の少なくとも一部はハウジング１１０内に囲まれている。特に、第１ディスペンサ１２６、第２ディスペンサ１２８、第１微粒子供給部１３０及び第２微粒子供給部１３２は、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４が周囲環境に曝露されるのを防ぐためにハウジング１１０の制御環境内に配置される。代替の実施形態では、微粒子送達システム１１６は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする付加製造システム１００内の任意の場所に配置される。

例示的実施形態では、第１ディスペンサ１２６及び第２ディスペンサ１２８は表面１２０の上方に配置され、表面１２０上に第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４を堆積させるよう構成されている。特に、第１ディスペンサ１２６は、第１微粒子供給部１３０に結合され、第１微粒子供給部１３０から表面１２０上に第１微粒子１２２を供給するよう構成されている。第２ディスペンサ１２８は、第２微粒子供給部１３２に結合され、第２微粒子供給部１３２から表面１２０上に第２微粒子１２４を分配するよう構成されている。したがって、第１ディスペンサ１２６及び第２ディスペンサ１２８は、表面１２０への異なる微粒子１２２、１２４の堆積を容易にする。代替実施形態において、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のディスペンサを含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、微粒子送達システム１１６は、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のうちの少なくとも１つを表面１２０上に堆積させるための粉末ベッド及び移送機構を含んでいる。

また、例示的実施形態では、変位装置１１４は、第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４が表面１２０にあるときに、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４の少なくとも１つを変位させるよう構成されている。例えば、いくつかの実施形態では、変位装置１１４は、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４の少なくとも１つに接触し、それによって第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４の少なくとも１つの一部を変位させるよう構成されているツールを含んでいる。さらなる実施形態では、変位装置１１４は、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のうちの少なくとも１つの一部を表面１２０から除去するよう構成されている真空システムを含んでいる。いくつかの実施形態では、変位装置１１４は、加圧流体源と、加圧流体を第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のうちの少なくとも１つに向けるためのノズルとを含んでいる。例示的実施形態では、変位装置１１４は、第１微粒子１２２に凹部などの所望の形状を形成するために第１微粒子１２２を変位させる。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の変位装置１１４を含んでいる。

図３は、微粒子送達システム１１６を含む付加製造システム１００の一部の概略平面図である。微粒子送達システム１１６の少なくとも一部は、表面１２０に対して移動するよう構成されている。特に、第１ディスペンサ１２６及び第２ディスペンサ１２８は、表面１２０に対して横方向に動くよう構成されている。さらに、第１ディスペンサ１２６及び第２ディスペンサ１２８は、表面１２０に向かって及び表面１２０から離れるように移動するよう構成されている。したがって、微粒子送達システム１１６は、表面１２０に任意のパターンで第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のうちの少なくとも１つを堆積させるよう構成されている。代替の実施形態では、微粒子送達システム１６は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で動くよう構成されている。

さらに、例示的実施形態では、変位装置１１４は表面１２０に対して移動するよう構成されている。特に、変位装置１１４は、表面１２０に対して横方向に移動するよう構成されている。さらに、変位装置１１４は、表面１２０に向かって及び表面１２０から離れるように移動するよう構成されている。したがって、変位装置１１４は、表面１２０の第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４の任意の部分を任意の方向に変位させるよう構成されている。代替の実施形態では、変位装置１１４は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で移動するよう構成されている。

図４は、付加製造システム１００の表面１２０に堆積した第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４の概略平面図である。第１微粒子１２２は表面１２０にＵ字形を形成する。変位装置１１４（図３に示す）は、第１微粒子１２２の一部を変位させて凹部又はトレンチ１３４を形成した。凹部１３４は、第１微粒子１２２の一部を通って延び、第２微粒子１２４を受けるよう構成されている。第２微粒子１２４の一部は、凹部１３４内に少なくとも部分的に堆積される。特に、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４が同じ平面に沿って延びるように、第２微粒子１２４は凹部１３４内に堆積される。したがって、変位装置１１４及び微粒子送達システム１１６は、同じ層内で第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４から部品を構築するのを容易にする。代替実施形態では、第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で表面１２０に堆積される。

例示的実施形態では、凹部１３４は、第１微粒子１２２の形状に対応するＵ字形を有する。凹部１３４は、第１微粒子１２２の内部に画定されており、すなわち、凹部１３４は、第１微粒子１２２の周囲から内側に離間している。例示的実施形態では、変位装置１１４（図３に示す）は、凹部１３４が第１微粒子１２２の深さ全体に延びるように第１微粒子１２２を変位させる。代替実施形態では、変位装置１１４（図３に示す）は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の凹部１３４を形成する。例えば。いくつかの実施形態では、凹部１３４は、第１微粒子１２２とは異なる形状を有する。さらなる実施形態では、凹部１３４は第１微粒子１２２の一部のみを通って延びる。

また、例示的実施形態では、第１微粒子１２２及び第２微粒子は実質的に水平である。さらに、第２微粒子１２４は、第１微粒子１２２と実質的に同じ厚さで凹部１３４内に堆積される。したがって、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のならし（ｓｃｒｅｅｄｉｎｇ）又はレベリング（ｌｅｖｅｌｉｎｇ）は必要とされない。第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４をならすプロセスを省略すると、ならし中に発生する混合が減少する。いくつかの実施形態では、第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４はならされるか又は水平にされる。例えば、いくつかの実施形態では、第１微粒子１２２は、第２微粒子１２４の堆積前にならされる。さらなる実施形態では、第１微粒子１２２は、表面１２０の適所に少なくとも部分的に固定されて、第２微粒子１２４のならしを可能にする。

図３及び図４を参照すると、第２ディスペンサ１２８は変位装置１１４に結合されて、第２微粒子１２４を少なくとも部分的に凹部１３４内に堆積させるのを容易にする。微粒子では、第２ディスペンサ１２８及び変位装置１１４は、第２ディスペンサ１２８が第２微粒子１２４を凹部１３４内に直接堆積させ、変位装置１１４と実質的に同時に凹部１３４を形成するよう構成されている。したがって、第２ディスペンサ１２８及び変位装置１１４の構成は、第２微粒子１２４が凹部１３４を充填し支持するのを容易にする。その結果、変位装置１１４が第１微粒子１２２を変位させた後に、第１微粒子１２２は凹部１３４内に移動するのを阻止される。代替実施形態では、凹部１３４は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で形成される。例えば、いくつかの実施形態では、変位装置１１４と第２ディスペンサ１２８は分離している。

図１を参照すると、例示的実施形態では、集束エネルギー源１０２は、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のうちの少なくとも１つを加熱するよう構成されている。集束エネルギー源１０２は、光学素子１０４及び第１走査装置１０６に光学的に結合されている。光学素子１０４及び第１走査装置１０６は集束エネルギー源１０２の走査の制御を容易にするよう構成されている。例示的実施形態では、集束エネルギー源１０２は、約１０７０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有するレーザビーム１３６を放射するよう構成されたイットリウム系固体レーザなどのレーザ装置である。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の集束エネルギー源１０２を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、付加製造システム１００は、第１パワーを有する第１集束エネルギー源１０２と、第１パワーとは異なる第２パワーを有する第２集束エネルギー源１０２とを含んでいる。さらなる実施形態では、付加製造システム１００は、実質的に同じパワー出力を有する少なくとも２つの集束エネルギー源１０２を含んでいる。さらなる実施形態では、付加製造システム１００は、電子ビーム発生装置である少なくとも１つの集束エネルギー源１０２を含んでいる。いくつかの実施形態では、付加製造システム１００は、複数のダイオードレーザと複数の光ファイバとを含むダイオードファイバレーザアレイを含んでいる。そのような実施形態では、ダイオードファイバアレイは、光ファイバからのレーザビームを表面１２０に同時に向けて、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４のうちの少なくとも１つを加熱する。

さらなる実施形態では、第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４は、システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で融着される。例えば、いくつかの実施形態では、バインダを使用して第１微粒子１２２及び／又は第２微粒子１２４を融着させる。そのような実施形態では、集束エネルギー源１０２は省略されてもよい。

さらに、例示的実施形態では、光学素子１０４は表面１２０へのビーム１３６の集束を容易にする。例示的実施形態では、光学素子１０４は、集束エネルギー源１０２と第１走査装置１０６との間に配置されたビームコリメータ１３５と、第１走査装置１０６と表面１２０との間に配置されたＦθレンズ１３７とを含んでいる。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の光学素子を含んでいる。

動作中、例示的実施形態では、第１走査装置１０６は表面１２０の選択部分にわたってビーム１３６を向けて、固体部品を作るよう構成されている。例示的実施形態では、第１走査装置１０６は、検流計制御モータ１４０（広義にはアクチュエータ）に動作可能に結合されたミラー１３８を含む検流計走査装置である。モータ１４０は、コントローラ１１８から受信した信号に応答してミラー１３８を移動（具体的には回転）させ、それによってビーム１３６を表面１２０の選択部分に向けて且つ選択部分にわたって偏向させるよう構成されている。いくつかの実施形態において、ミラー１３８は、ビーム１３６の波長に対応する反射スペクトルを有する反射コーティングを含んでいる。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の走査装置を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、例えば、第１走査装置１０６は、２つのミラー及び２つの検流計制御モータを含み、それぞれがミラーの１つに動作可能に結合されている。さらなる実施形態では、第１走査装置１０６は、限定されないが、２次元（２Ｄ）走査検流計、３次元（３Ｄ）走査検流計及び動的集束検流計のいずれかを含んでいる。

また、例示的実施形態では、光学システム１１２は、ビーム１３６によって生成された溶融プール１４２の監視を容易にするよう構成されている。具体的には、光学システム１１２は、溶融プール１４２によって生成された電磁放射を検出し、溶融プール１４２についての情報をコントローラ１１８に送信するよう構成されている。より具体的には、光学システム１１２は、溶融プール１４２によって生成されたＥＭ放射を受け取り、それに応答して電気信号を生成するよう構成されている。光学システム１１２は、コントローラ１１８と通信可能に結合されており、電気信号をコントローラ１１８に送信するよう構成されている。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の光学システム１１２を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、光学システム１１２は、これらに限定されないが、光電子増倍管、フォトダイオード、赤外線カメラ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、ＣＭＯＳカメラ、高温計又は高速可視光カメラを含んでいる。さらなる実施形態では、光学システム１１２は、赤外スペクトル内のＥＭ放射及び可視光スペクトル内のＥＭ放射を検出するよう構成されている。いくつかの実施形態では、光学システム１１２は、溶融プール１４２からのＥＭ放射を分割して対応する光学検出器に偏向するよう構成されたビームスプリッタ（図示せず）を含んでいる。

光学システム１１２は溶融プール１４２によって生成されたＥＭ放射用の「光学」検出器を含むものとして説明されているが、「光学」という用語の使用は「可視」という用語と同義ではないことに留意されたい。むしろ、光学システム１１２は、広いスペクトル範囲のＥＭ放射を捕捉するよう構成されている。例えば、いくつかの実施形態では、光学システム１１２は、紫外スペクトル（約２００〜４００ｎｍ）、可視光スペクトル（約４００〜７００ｎｍ）、近赤外スペクトル（約７００〜１，２００ｎｍ）及び赤外スペクトル（約１，２００〜１０，０００ｎｍ）の波長を有する光に敏感であり得る。さらに、溶融プール１４２によって放出されるＥＭ放射の種類は溶融プール１４２の温度に依存するので、光学システム１１２は溶融プール１４２の大きさ及び温度の両方を監視し測定することができる。

また、例示的実施形態では、光学システム１１２は、溶融プール１４２によって生成されたＥＭ放射を方向付けるよう構成されている第２走査装置１０８を含んでいる。例示的実施形態では、第２走査装置１０８は、第１検流計制御モータ１４６（概してアクチュエータ）に動作可能に結合された第１ミラー１４４と、第２検流計制御モータ１５０（概して、アクチュエータ）に動作可能に結合された第２ミラー１４８とを含む検流計走査装置である。第１モータ１４６及び第２モータ１５０は、コントローラ１１８から受信した信号に応答して、第１ミラー１４４及び第２ミラー１４８をそれぞれ移動（具体的には回転）させて、ＥＭ放射を溶融プール１４２から光学システム１１２に偏向するよう構成されている。いくつかの実施形態では、第１ミラー１４４及び第２ミラー１４８の一方又は両方は、光学システム１１２が検出するよう構成されているＥＭ放射に対応する反射スペクトルを有する反射コーティングを含んでいる。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の走査装置を含んでいる。

付加製造システム１００は、層ごとの製造プロセスによって部品を製造するように動作する。部品は、部品の３Ｄ幾何学形状の電子表現から製造される。いくつかの実施形態では、電子表現はコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）又は同様のファイルで作成される。代替の実施形態では、電子表現は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の電子表現である。例示的実施形態では、部品のＣＡＤファイルは、各層に対する複数の構築パラメータを含む層ごとのフォーマットに変換される。例示的実施形態では、部品は、付加製造システム１００で使用される座標系の原点に対して所望の向きに電子的に配置される。部品の形状は、各層の形状がその特定の層位置における部品を通る断面の輪郭となるように、所望の厚さの層のスタックにスライスされる。１又は複数の「ツール経路」は、それぞれの層の形状全体にわたって生成される。部品を構成するのに使用される材料から部品のその層を製造するために、構築パラメータは１又は複数のツール経路に沿って適用される。工程は、部品形状の各層ごとに繰り返される。プロセスが完了すると、すべての層を含む電子計算機構築ファイル（単数又は複数）が生成される。構築ファイルは、各層の製造中にシステムを制御するために、付加製造システム１００のコントローラ１１８にロードされる。

構築ファイルがコントローラ１１８にロードされた後、付加製造システム１００は、ＤＭＬＭ法などの層ごとの製造プロセスを実装することによって部品を生成するために動作される。例示的な層ごとの付加製造プロセスは、最終部品の前駆体として既存の物品を使用せず、むしろプロセスは第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４などの構成可能な形態で原材料から部品を製造する。例えば、限定されないが、鋼部品は鋼粉末を用いて付加製造される。付加製造システム１００は、例えば、これらに限定されないが、金属、セラミック及びポリマーなど、広範囲の材料を使用して部品を製造することを可能にする。代替実施形態では、ＤＭＬＭは、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の材料から部品を製造する。

本明細書で使用されるとき、用語「パラメータ」は、付加製造システム１００内の集束エネルギー源１０２のパワー出力、集束エネルギー源１０２のベクトル走査速度、集束エネルギー源１０２のラスタパワー出力、集束エネルギー源１０２のラスタ走査速度、集束エネルギー源１０２のラスタツール経路、及び集束エネルギー源１０２の輪郭パワー出力など、付加製造システム１００の動作条件を定義するために使用される特性を指す。いくつかの実施形態では、パラメータは最初にユーザによってコントローラ１１８に入力される。パラメータは、付加製造システム１００の所与の動作状態を表す。一般に、ラスタ走査の間、ビーム１３６は互いに間隔を置いて平行な一連の実質的に直線に沿って順次走査される。ベクトル走査中に、ビーム１３６は、一般に、一連の実質的に直線又はベクトルに沿って順次走査され、互いに対するベクトルの向きは時々変わる。一般に、１つのベクトルの終点は次のベクトルの始点と一致する。ベクトル走査は一般に部品の外側輪郭を画定するために使用され、ラスタ走査は一般に、部品が中実である場合に輪郭によって囲まれる空間を「充填する」ために使用される。

例示的実施形態では、コントローラ１１８は、微粒子送達システム１１６及び集束エネルギー源１０２に結合されている。コントローラ１１８は、メモリ装置１５２と、メモリ装置１５２に結合されたプロセッサ１５４とを含んでいる。いくつかの実施形態において、プロセッサ１５４は、限定されないが、マルチコア構成などの１又は複数の処理装置を含んでいる。例示的実施形態では、プロセッサ１５４はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含んでいる。代替として、プロセッサ１５４は、コントローラ１１８が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の種類のプロセッサである。いくつかの実施形態において、実行可能な命令はメモリ装置１５２に格納される。コントローラ１１８は、プロセッサ１５４をプログラミングすることによって本明細書に記載されている１又は複数の動作を実行するように構成可能である。例えば、プロセッサ１５４は、動作を１又は複数の実行可能な命令として符号化し、その実行可能な命令をメモリ装置１５２に提供することによってプログラムされる。例示的実施形態では、メモリ装置１５２は、実行可能な命令又は他のデータなどの情報の記憶及び検索を可能にする１又は複数の装置である。いくつかの実施形態では、メモリ装置１５２は、限定されないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、ソリッドステートディスク、ハードディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ、又は不揮発性ＲＡＭメモリなどの１又は複数のコンピュータ可読媒体を含んでいる。上記のメモリ種類は例示的なものにすぎず、したがってコンピュータプログラムの記憶に使用可能なメモリの種類に関して限定するものではない。

いくつかの実施形態では、メモリ装置１５２は、限定されないが、リアルタイム及び履歴構築パラメータ値、又は任意の他の種類のデータを含む構築パラメータを格納するよう構成されている。代替実施形態では、メモリ装置１５２は、付加製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のデータを記憶する。いくつかの実施形態では、プロセッサ１５４は、データの年齢に基づいてメモリ装置１５２からデータを削除又は「パージ」する。例えば、プロセッサ１５４は、後続の時間又はイベントに関連して以前に記録され格納されたデータを上書きする。それに加えて、又はその代わりに、プロセッサ１５４は、所定の時間間隔を超えるデータを削除する。さらに、メモリ装置１５２は、付加製造システム１００によって製造された部品の構築パラメータ及び形状状態の監視及び測定を容易にするのに十分なデータ、アルゴリズム及びコマンドを含むが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態において、コントローラ１１８は、プロセッサ１５４に結合された提示インタフェース１５６を含んでいる。提示インタフェース１５６は、画像などの情報をユーザに提示する。一実施形態では、提示インタフェース１５６は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又は「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイ装置（図示せず）に結合されたディスプレイアダプタ（図示せず）を含んでいる。いくつかの実施形態では、提示インタフェース１５６は１又は複数のディスプレイ装置を含んでいる。それに加えて、又はその代わりに、提示インタフェース１５６は、音声出力装置（図示せず）、例えば、限定されないが、音声アダプタ又はスピーカ（図示せず）を含んでいる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１１８はユーザ入力インタフェース１５８を含んでいる。例示的実施形態では、ユーザ入力インタフェース１５８はプロセッサ１５４に結合されており、ユーザからの入力を受け取る。いくつかの実施形態では、ユーザ入力インタフェース１５８は、例えば、限定されないが、キーボード、ポインティング装置、マウス、スタイラス、限定されないが、タッチパッド又はタッチスクリーンなどのタッチパネル、及び／又は限定されないが、マイクロフォンなどの音声入力インタフェースを含んでいる。さらなる実施形態では、タッチスクリーンなどの単一の部品が、提示インタフェース１５６の表示装置及びユーザ入力インタフェース１５８の両方として機能する。

例示的実施形態では、通信インタフェース１６０はプロセッサ１５４に結合され、微粒子送達システム１１６などの１又は複数の他の装置と通信可能に結合して、入力チャネルとして実行しながら、そのような装置に関して入力及び出力動作を実行するよう構成されている。例えば、いくつかの実施形態では、通信インタフェース１６０は、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、移動体通信アダプタ、シリアル通信アダプタ、又はパラレル通信アダプタを含むが、これらに限定されない。通信インタフェース１６０は、１又は複数の遠隔装置からデータ信号を受信し、あるいは１又は複数の遠隔装置にデータ信号を送信する。

提示インタフェース１５６及び通信インタフェース１６０は両方とも、本明細書に記載の方法と共に使用するための情報を提供すること、例えば情報をユーザ及び／又はプロセッサ１５４に提供することができる。したがって、提示インタフェース１５６及び通信インタフェース１６０は出力装置と呼ばれる。同様に、ユーザ入力インタフェース１５８及び通信インタフェース１６０は、本明細書に記載の方法と共に使用するための情報を受け取ることができ、入力装置と呼ばれる。

図１〜図３を参照すると、付加製造システム１００を使用して部品を製造する例示的な方法は、表面１２０に第１微粒子１２２を堆積することを含んでいる。いくつかの実施形態では、方法は第１微粒子１２２を変位させて凹部１３４を形成することを含んでいる。方法はまた、第１微粒子１２２に隣接する表面１２０上に第２微粒子１２４を堆積させることを含んでいる。いくつかの実施形態において、第２微粒子１２４は少なくとも部分的に凹部１３４内に堆積される。さらなる実施形態では、第２微粒子１２４は、第１微粒子１２２が変位すると同時に堆積される。第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４の少なくとも１つは、集束エネルギー源１０２を用いて加熱される。いくつかの実施形態において、第１微粒子１２２は、表面１２０に第２微粒子１２４を堆積させる前に集束エネルギー源１０２を用いて加熱される。いくつかの実施形態では、集束エネルギー源１０２は、第２微粒子１２４が堆積されるときに第２微粒子１２４を加熱するように向けられる。さらなる実施形態では、第１微粒子１２２及び第２微粒子１２４から複数の層を有する部品を形成するために少なくともいくつかの工程が繰り返される。

図５は、付加製造システム１００（図１に示す）と共に使用するための微粒子送達システム２００の一実施形態の概略図である。微粒子送達システム２００は、複数の微粒子供給部又はホッパー２０２、調整アセンブリ２０４、ディスペンサ２０６、及び複数の供給ライン２０８を含んでいる。微粒子送達システム２００は、表面１２０上に少なくとも１種類の微粒子２１０を堆積させるよう構成されている。例示的実施形態では、微粒子送達システム２００は、第１微粒子２１０、第２微粒子２１０及び第３微粒子２１０を堆積させる。代替の実施形態では、微粒子送達システム２００は、微粒子送達システム２００が、本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で構成される。例えば、いくつかの実施形態では、微粒子送達システム２００は第４微粒子２１０を堆積させる。さらなる実施形態では、微粒子送達システム２００は任意の数の微粒子２１０を堆積させる。

例示的実施形態では、各微粒子供給部２０２は、対応する供給ライン２０８によってディスペンサ２０６に結合されている。したがって、微粒子供給部２０２は、ディスペンサ２０６が表面１２０上に異なる微粒子２１０を堆積させるのを容易にする。調整アセンブリ２０４は、供給ライン２０８に結合され、表面１２０上に堆積させるためにどの微粒子２１０がディスペンサ２０６に供給されるかを調整する。調整アセンブリ２０４は、各微粒子２１０がディスペンサ２０６に選択的に流れることができる開位置と、微粒子２１０がディスペンサ２０６に流れ込むのを阻止される閉位置との間で選択的に位置決め可能である。例示的実施形態では、調整アセンブリ２０４は、ディスペンサ２０６に隣接して供給ライン２０８に結合された弁２１２を含んでいる。調整アセンブリ２０４の構成は、調整アセンブリ２０４が開位置と閉位置との間で移動するときに、ディスペンサ２０６から流れる微粒子２１０の応答時間を最小にする。代替の実施形態では、微粒子送達システム２００は、微粒子送達システム２００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の調整アセンブリ２０４を含んでいる。

また、例示の実施形態では、ディスペンサ２０６は、微粒子２１０を表面１２０上に分配するよう構成されたノズル２３４を含んでいる。ノズル２１４は本体２１６を含んでいる。本体２１６は、表面２１８と、微粒子２１０が通過するための表面２１８内の開口部２２０とを画定する。ノズル２１４は、ディスペンサ２０６から分配される微粒子２１０の量及び方向を調整する。代替の実施形態では、微粒子送達システム２００は、微粒子送達システム２００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のディスペンサ２０６を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態において、微粒子送達システム２００は複数のノズル２１４を含んでいる。

さらに、例示的実施形態では、ディスペンサ２０６は複数の微粒子２１０から部品を構築するのを容易にする。微粒子では、ディスペンサ２０６は特定の位置に異なる微粒子２１０を選択的に堆積させる。例えば、いくつかの実施形態では、ディスペンサ２０６は微粒子２１０を凹部１３４内に堆積させる（図４に示す）。さらなる実施形態では、異なる微粒子２１０が互いに隣接して堆積される。例えば、異なる微粒子２１０が同じ層内で互いに接触して堆積される。さらに、いくつかの実施形態では、異なる微粒子２１０が同時に堆積され、微粒子２１０の組成物を形成する。調整アセンブリ２０４は、表面１２０上に堆積される各微粒子２１０の適用量を規定する。したがって、微粒子送達システム２００は、部品を構築するために微粒子２１０の任意の組成物の使用を可能にする。さらに、微粒子送達システム２００は、部品内の特性の局所化を容易にする。

さらに、例示的実施形態では、微粒子２１０の融着を容易にするために融着装置２２２が設けられる。具体的には、融着装置２２２は、バインダ２２６を微粒子２１０上に堆積させるよう構成されたディスペンサ（例えば、プリントヘッド）２２４を含んでいる。代替実施形態では、システム１００（図１に示す）は、システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の融着装置２２２を含んでいる。

図６は、例示的な付加製造システム３００の斜視図である。例示的実施形態では、付加製造システム３００は、微粒子送達システム３０２及びハウジング３０４を含んでいる。ハウジング３０４は、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０を保持するよう構成された表面又は構築プレート３０６を画定する。加えて、付加製造システム３００は、第１ディスペンサ３１２
（図７に示す）及び／又は第２ディスペンサ３１４（図７に示す）のシャフト３３０などの微粒子送達システム３０２の部品の洗浄を容易にするための加圧ガスの供給源３３４を含んでいる。別の実施形態では、付加製造システム３００は、付加製造システム３００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の部品を含んでいる。

さらに、例示的実施形態では、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０は、固体部品を構築するための、付加製造プロセス中に溶融され且つ再固化される粉末構築材料である。例示的実施形態では、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０は、コバルト、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル及びそれらの組み合わせのうちのいずれかのガス噴霧合金をそれぞれ含む。代替実施形態では、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０は、付加製造システム３００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の材料を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、第１微粒子３０８及び／又は第２微粒子３１０は、セラミック粉末、金属被覆セラミック粉末、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれかを含むがこれらに限定されない。さらなる実施形態では、付加製造システム３００は、例えば、第３微粒子、第４微粒子などの任意の数の微粒子を利用する。

図７は、付加製造システム３００の微粒子送達システム３０２の斜視図である。微粒子送達システム３０２は、第１ディスペンサ３１２、第２ディスペンサ３１４、第１微粒子供給部３１６及び第２微粒子供給部３１８を含んでいる。例示的実施形態では、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４は表面３０６（図６に示す）の上方に配置され、表面３０６上に第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０を堆積させるよう構成されている。特に、第１ディスペンサ３１２は、第１微粒子供給部３１６に結合され、第１微粒子供給部３１６から表面３０６上に第１微粒子３０８を分配するよう構成されている。第２ディスペンサ３１４は、第２微粒子供給部３１８に結合され、第２微粒子供給部３１８から表面３０６上に第２微粒子３１０を分配するよう構成されている。したがって、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４は、異なる微粒子３０８、１２４を表面３０６上に堆積させるのを容易にする。代替の実施形態では、微粒子送達システム３０２は、付加製造システム３００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の構成を有する。例えば、いくつかの実施形態では、微粒子送達システム３０２は、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０のうちの少なくとも１つを表面３０６上に堆積させるための粉末ベッド及び移送機構を含んでいる。

さらに、例示的実施形態では、第１微粒子供給部３１６及び第２微粒子供給部３１８は、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０を内部空間３２６内に保持するよう構成されている。選別部３２４は、第１微粒子供給部３１６及び第２微粒子供給部３１８に回転可能に連結されており、内部空間３２６内に配置されている。選別部３２４は微粒子３０８、３１０と接触して回転し、選別された微粒子３０８、３１０をディスペンサ３１２、３１４に連続的に供給する。代替の実施形態では、微粒子送達システム３０２は、微粒子送達システム３０２が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の第１微粒子供給部３１６及び／又は第２微粒子供給部３１８を含んでいる。

また、例示的実施形態では、微粒子送達システム３０２は、第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０の表面３０６への堆積を容易にするためのローラ３２０を含んでいる。ローラ３２０は、第１ディスペンサ３１２と第２ディスペンサ３１４との間に配置されている。代替の実施形態では、微粒子送達システム３０２は、微粒子送達システム３０２が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のローラ３２０を含んでいる。いくつかの実施形態では、ローラ３２０は省かれる。

また、例示的実施形態では、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４はそれぞれ、軸を中心に回転するよう構成されたシャフト３３０を含んでいる。各シャフト３３０は複数の溝３３２を含んでいる。シャフト３３０が回転すると、微粒子３０８、３１０はそれぞれの溝３３２内に集められ、表面３０６に分配される。代替の実施形態では、微粒子送達システム３０２は、微粒子送達システム３０２が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のディスペンサ３１２、３１４を含んでいる。例えば、いくつかの実施形態では、微粒子送達システム３０２は１又は複数のノズルを含んでいる。

さらに、例示的実施形態では、微粒子送達システム３０２は表面３０６に対して移動するよう構成されている。特に、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４は、表面３０６に対して横方向に動くよう構成されている。加えて、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４は、表面３０６に向かって及び表面３０６から離れるように移動するよう構成されている。したがって、微粒子送達システム３０２は、表面３０６に任意のパターンで第１微粒子３０８及び第２微粒子３１０のうちの少なくとも１つを堆積させるよう構成されている。第１微粒子供給部３１６及び第２微粒子供給部３１８は、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４に結合されており、第１ディスペンサ３１２及び第２ディスペンサ３１４と共に移動するよう構成されている。代替の実施形態では、微粒子送達システム３０２は、付加製造システム３００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の方法で移動するよう構成されている。

さらに、例示的実施形態では、微粒子送達システム３０２は、複数の微粒子３０８、３１０から部品を構築することを容易にする。微粒子では、微粒子送達システム３０２は特定の位置に異なる微粒子３０８、３１０を選択的に堆積させる。例えば、いくつかの実施形態において、微粒子送達システム３０２は微粒子３０８、３１０を凹部１３４（図４に示す）内に堆積させる。さらなる実施形態では、異なる微粒子３０８、３１０が互いに隣接して、例えば互いに接触して堆積される。微粒子送達システム３０２は、表面３０６上に堆積する各微粒子３０８、３１０の適用量を規定する。したがって、付加製造システム３００は、部品を構築するための微粒子３０８、３１０の任意の組成物の使用を可能にする。さらに、付加製造システム３００は、部品における特性の局所化を容易にする。

付加製造プロセス及びシステムは、例えば、限定されないが、液槽光重合、粉末ベッド融着、バインダ噴射、材料噴射、シート積層、材料押出、指向性エネルギー堆積及びハイブリッドシステムを含んでいる。これらのプロセス及びシステムは、例えば、限定されないが、ＳＬＡ−ステレオリソグラフィ装置、ＤＬＰ−デジタル光処理、３ＳＰ−スキャン、スピン、及び選択的光硬化、ＣＬＩＰ−連続液体界面製造、ＳＬＳ−選択的レーザ焼結、ＤＭＬＳ−直接金属レーザ焼結、ＳＬＭ−選択的レーザ溶融、ＥＢＭ−電子ビーム溶融、ＳＨＳ−選択的熱焼結、ＭＪＦ−マルチジェット融着、３Ｄ印刷、Ｖｏｘｅｌｊｅｔ、ポリジェット、ＳＣＰ−スムーズ曲線印刷、ＭＪＭ−マルチジェットモデリングＰｒｏｊｅｔ、ＬＯＭ−積層オブジェクト製造、ＳＤＬ−選択的堆積積層、ＵＡＭ−超音波付加製造、ＦＦＦ−溶融フィラメント製造、ＦＤＭ−溶融堆積モデリング、ＬＭＤ−レーザ金属堆積、ＬＥＮＳ−レーザ金属堆積、ＤＭＤ−直接金属堆積、ハイブリッドシステム、並びにこれらのプロセス及びシステムの組み合わせを含む。これらのプロセス及びシステムは、例えば、限定されないが、あらゆる形態の電磁放射、加熱、焼結、溶融、硬化、結合、固化、加圧、埋め込み、及びそれらの組み合わせを使用することができる。

付加製造プロセス及びシステムは、これらに限定されないが例えば、ポリマー、プラスチック、金属、セラミック、砂、ガラス、ワックス、繊維、生物学的物質、複合材料、及びこれらの材料のハイブリッドを含む材料を使用する。これらの材料は、これらに限定されないが例えば、液体、固体、粉末、シート、箔、テープ、フィラメント、ペレット、液体、スラリー、ワイヤ、噴霧、ペースト、及びこれらの形態の組み合わせを含む、所与の材料及びプロセス又はシステムに適した様々な形態でこれらのプロセス及びシステムで使用することができる。

上述したシステム及び方法は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムなどの付加製造システムに関する。本明細書に記載の実施形態は、集束エネルギー源及び微粒子送達システムを含んでいる。微粒子送達システムは、表面に複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子を堆積させるよう構成されている。いくつかの実施形態では、微粒子送達システムは、第１微粒子及び第２微粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサを含んでいる。さらなる実施形態では、第１微粒子の少なくとも一部は、少なくとも部分的に凹部を形成するように移動され、第２微粒子の少なくとも一部は少なくとも部分的に凹部内に堆積される。したがって、記載された実施形態は、部品が局所化された特性を有することを可能にする。例えば、部品内での特性の局所化を容易にするために、部品の構築中に同じ層内に異なる微粒子が含まれる。

本明細書に記載の方法及びシステムの例示的な技術的効果は、（ａ）局所化された特性を有する部品を提供することと、（ｂ）部品を組み立てるのに必要な時間及び資源を削減ことと、（ｃ）部品の故障リスクを減らすことと、（ｄ）同じ層内に異なる微粒子を含む部品を提供することと、（ｅ）複数の微粒子を表面に堆積させるための微粒子送達システムを提供することのうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態は、１又は複数の電子装置又は計算装置の使用を含んでいる。そのような装置は、典型的に、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置、及び／又は本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路又は処理装置などの、プロセッサ、処理装置又はコントローラを含んでいる。本明細書に記載の方法は、記憶装置及び／又はメモリ装置を含むがこれらに限定されない、コンピュータ可読媒体に組み込まれた実行可能な命令として符号化することができる。そのような命令は、処理装置によって実行されると、し処理装置に本明細書に記載された方法の少なくとも一部を実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサ及び処理装置という用語の定義及び／又は意味を決して限定することを意図するものではない。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面には示され、他の図面には示されないことがあるが、これは単に便宜上のものである。本初の原理に従って、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照又は特許請求され得る。

付加製造された部品を作製するための構築パラメータを向上させるための例示的実施形態は、上で詳細に説明されている。装置、システム及び方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、むしろ本方法の動作及びシステムの部品は、本明細書に記載の他の動作又は部品とは独立して別々に利用され得る。例えば、本明細書に記載のシステム、方法及び装置は、他の産業用途又は消費者用途を有してもよく、本明細書に記載の部品を用いた実施に限定されない。むしろ、１又は複数の実施形態を他の産業に関連して実装及び利用することができる。

この書面の説明は、最良の形態を含む実施形態を開示し、また任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む実施形態を当業者が実施できるように例を使用する。本開示の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文言通りの表現と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが請求項の文言通りの表現とはわずかに異なる同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。

Claims (20)

1. 微粒子送達システムであって、
   表面上に複数の第１微粒子及び複数の第２微粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサ、
   前記少なくとも１つのディスペンサに結合された第１微粒子供給部、及び
   前記少なくとも１つのディスペンサに結合された第２微粒子供給部、
   を含む、微粒子送達システム
   を備え、
   前記少なくとも１つのディスペンサは、前記複数の第１微粒子と前記複数の第２微粒子とを互いに隣接して堆積させるよう構成され、前記複数の第１微粒子と前記複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの一部が融着している、付加製造システム。
2. 前記微粒子送達システムが、前記第１微粒子供給部及び前記第２微粒子供給部に結合された調整アセンブリであって、前記調整アセンブリが前記第１微粒子供給部及び前記第２微粒子供給部を前記少なくとも１つのディスペンサに調整するよう構成された、調整アセンブリを備える、請求項１に記載の付加製造システム。
3. 前記調整アセンブリが少なくとも１つの弁を備える、請求項２に記載の付加製造システム。
4. 前記表面上の前記複数の第１微粒子の少なくとも一部を変位させ、少なくとも部分的に凹部を形成するよう構成された変位アセンブリをさらに備える、請求項１に記載の付加製造システム。
5. 前記少なくとも１つのディスペンサがノズルを備える、請求項１に記載の付加製造システム。
6. 前記少なくとも１つのディスペンサが第１ディスペンサ及び第２ディスペンサを備える、請求項１に記載の付加製造システム。
7. 前記複数の第１微粒子及び前記複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を加熱するよう構成された少なくとも１つの集束エネルギー源をさらに備える、請求項１に記載の付加製造システム。
8. 前記複数の第１微粒子及び前記複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部の上にバインダを堆積させるよう構成されたバインダディスペンサをさらに備える、請求項１に記載の付加製造システム。
9. 付加製造システムを使用して部品を製造する方法であって、前記方法は、
   複数の第１微粒子を堆積させることと、
   複数の第２微粒子を堆積させることであって、前記複数の第２微粒子は、前記複数の第１微粒子に隣接して堆積されることと、及び
   第１集束エネルギー源を使用して、前記複数の第１微粒子及び前記複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を加熱することと、
   を含む、方法。
10. 前記複数の第１微粒子の少なくとも一部を変位させて、少なくとも部分的に凹部を形成することをさらに含み、前記複数の第２微粒子は少なくとも部分的に前記凹部内に堆積される、請求項９に記載の方法。
11. 複数の第２微粒子を堆積させることが、凹部を形成するために前記複数の第１微粒子を移動させることと同時に行われる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１集束エネルギー源を使用して前記複数の第１微粒子及び前記複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を加熱することは、前記複数の第２微粒子を堆積させる前に、前記第１集束エネルギー源を使用して、前記複数の第１微粒子の少なくとも一部を加熱することを含む、請求項９に記載の方法。
13. 第２集束エネルギー源を使用して、前記複数の第２微粒子を加熱することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 表面に対して第１ディスペンサを移動させることをさらに含み、前記第１ディスペンサは前記表面上に前記複数の第１微粒子を分配するよう構成されている、請求項９に記載の方法。
15. 前記表面に対して第２ディスペンサを移動させることをさらに含み、前記第２ディスペンサは前記表面上に前記複数の第２微粒子を分配するよう構成されている、請求項１４に記載の方法。
16. 複数の第１微粒子の少なくとも一部を変位させ、少なくとも部分的に凹部を形成するよう構成されている変位アセンブリと、
    複数の第２粒子を分配するよう構成された少なくとも１つのディスペンサであって、前記少なくとも１つのディスペンサは前記複数の第２微粒子の少なくとも一部を少なくとも部分的に前記凹部内に分配するよう構成された、少なくとも１つのディスペンサと、及び、
    前記複数の第１微粒子及び前記複数の第２微粒子のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を加熱するよう構成された少なくとも１つの集束エネルギー源と、
    を備える、付加製造システム。
17. 前記少なくとも１つのディスペンサが前記変位アセンブリに結合され、前記変位アセンブリが前記複数の第１微粒子を変位させるときに、前記複数の第２微粒子を分配するよう構成された、請求項１６に記載の付加製造システム。
18. 前記変位アセンブリが、前記第１微粒子の少なくとも一部と接触するよう構成されたツールを備える、請求項１６に記載の付加製造システム。
19. 前記変位アセンブリが、前記複数の第１微粒子の一部を除去するよう構成された真空システムを備える、請求項１６に記載の付加製造システム。
20. 前記少なくとも１つのディスペンサが第１ディスペンサ及び第２ディスペンサを備える、請求項１６に記載の付加製造システム。

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