JP2023500090A - 全体的又は部分的に３次元格子で構成された構成部品の付加製造法 - Google Patents

Abstract

本発明は、全体的又は部分的に少なくとも１つの３次元格子で構成された部品の製造法であって、３次元格子が、異なる製造ベクトルを含む少なくとも１つの経路に沿って異なる付加製造粉末層を連続的に堆積させて前記粉末層を選択的に圧密化することによる付加製造によって生成され、３次元格子が、互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの層を含み、一方の層のストランドが、もう一方の層のストランドが延びる長手方向とは異なる長手方向に延びる、製造法に関する。この製造法は、前記ストランドが延びる長手方向に延びる複数の製造ベクトルのみを介して各ストランドが圧密化されることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、全体的又は部分的に３次元格子で構成された構成部品の付加製造に関する。

具体的には、本発明は、全体的又は部分的に３次元格子で構成された構成部品の粉末床堆積（ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による付加製造に関し、このような部品の３次元格子の製造時間の短縮を目的とする。

仏国特許出願公開第３，０５９，５７７号は、内部に組み込まれた冷却システム及びベース面を含む成形要素の製造方法に関する。この方法は、レーザー融合によってベース面に粉末を付着させることによって、少なくとも１つの層を形成する粉末をランダムセル構造で堆積させるステップを含み、前記少なくとも１つの層は、冷却システムの一部を形成するランダムに配置された通路を有する。

換言すれば、仏国特許出願公開第３，０５９，５７７号は、ランダム配列を有する少なくとも１つの３次元格子で全体的又は部分的に構成された部品の付加製造法に関する。

仏国特許出願公開第３，０５９，５７７号によれば、ランダム配列を有する３次元格子は、以前にこのような成形要素を備えていた冷却チャネルと比べて成形要素の冷却を促進する。

仏国特許出願公開第３，０５９，５７７号明細書

しかしながら、仏国特許出願公開第３，０５９，５７７号に記載されているランダム配列を有する３次元格子では最適な製造コストが得られない。

具体的には、前記仏国特許出願公開第３，０５９，５７７号の図３から推測できるように、成形要素の製造に使用される異なる粉末層に対応する異なる水平面では、３次元格子の水平部分、すなわち例えばレーザービーム融合によって粉末が圧密化されるゾーンが、互いに間隔を置いて隔離された複数のランダム形状で構成される。

この結果、各粉末層では、３次元格子を形成するために、圧密化すべきランダムな外形から別の外形にレーザービームが何回もジャンプしながら大量の小さな製造ベクトルに沿って移動する必要がある。

規模で言うと高さ５０ｍｍが約１２５０層も連なる成形要素の付加製造に必要な多くの粉末層と、大量の小さな製造ベクトル及び多くのジャンプとが相まって、成形要素の製造にかかわる時間、従ってコストが大幅に増加する。

なお、例えば八面体タイプなどの非ランダム配列を有する３次元格子の付加製造中にも同じ欠点が見られる。

本発明の目的は、粉末床堆積を伴う付加製造法を使用して、３次元格子を含む部品の製造時間を短縮し、従って製造コストを削減することである。

この目的のために、本発明の主題は、全体的又は部分的に少なくとも１つの３次元格子で構成された部品の製造法であって、３次元格子が、異なる製造ベクトルを含む経路に沿って異なる付加製造粉末層を連続的に堆積させて前記粉末層を選択的に圧密化することによる付加製造によって生成され、３次元格子が、互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの層を含み、一方の層のストランドが、もう一方の層のストランドが延びる長手方向とは異なる長手方向に延びる、製造法である。

本発明によれば、各ストランドは、前記ストランドが延びる長手方向に延びる複数の製造ベクトルのみを介して圧密化される。

本発明による方法は、水平かつ平行なストランドの積層の形態の３次元格子と、これらのストランドの長さのみに沿って延びる製造ベクトルを使用した前記ストランドの付加製造との組み合わせにより、製造ベクトルの長さを最大化し、製造ベクトル間のジャンプ回数を低減し、これによって部品の製造時間及び製造コストを削減することができる。

必ずというわけではないが、本発明による方法は以下のことも有利に特徴とする。
－ 各ストランドが、１つの同じ粉末層内を延びる複数の製造ベクトル、及び複数の重なり合った粉末層内を延びる複数の製造ベクトルを介して圧密化される。
－ 粉末層におけるストランドの製造ベクトルが、先行する粉末層及び／又は後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルに対して、粉末の積層方向及びストランドの長手製造方向と直交する横方向にオフセットされる。
－ 粉末層におけるストランドの製造ベクトルが、粉末の積層方向と、先行する粉末層及び／又は後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルに対する横方向とによって定められる横断面において互い違いに配置される。
－ 第１の層のストランドが、粉末の積層方向において第１の層に先行又は後続する第２の層のストランドと交差する。
－ 各ストランドが円形の平均輪郭を有する断面を有する。
－ ３次元格子が、粉末の積層方向に間隔を空けて粉末の積層方向に延びる分枝によって接続される２つの連続系列の層を含む。
－ 互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの連続層を含む３次元格子では、第１の層のストランドが、第２の層のストランドが延びる長手方向に対して１０～１７０°傾斜した長手方向に延びる。
－ 互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの連続層を含む３次元格子では、第１の層のストランドが、第２の層のストランドが延びる長手方向と直交する長手方向に延びる。
－ ３次元格子が、互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも３つの連続層を含み、各層のストランドが、他の層のストランドが延びる長手方向とは異なる長手方向に延びる。

以下の説明から、本発明のさらなる特徴及び利点が明らかになるであろう。非限定的な例として示すこの説明では以下の添付図面を参照する。

本発明による方法を使用して製造できる３次元格子のストランドの第１の配列の概略図である。 本発明による方法を使用して製造される３次元格子のストランドの製造ベクトルの概略図である。 本発明による方法を使用して製造できる３次元格子の第１の変形例を示す図である。 本発明による方法を使用して製造できる３次元格子の第２の変形例を示す図である。 本発明による方法を使用して製造できる３次元格子のストランドの第２の配列を示す図である。

本発明は、全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の付加製造に関する。３次元格子は、例えば部品を軽量化し、又は圧力損失を目標とするフィルタリング構造を部品に追加するために使用される。

具体的には、本発明は、粉末床堆積法によってこのような部品を製造する付加製造法に関する。

粉末床堆積法による付加製造は、互いに重なり合った異なる付加製造粉末層を選択的に圧密化することによって１又は２以上の部品を製造する付加製造法である。第１の粉末層をプレートなどの支持体上に堆積させた後に、製造すべき（単複の）部品の第１の水平断面に沿って少なくとも１つの圧密源（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）を使用して、例えば完全な又は部分的な融合によって選択的に圧密化する。次に、圧密化されたばかりの第１の粉末層上に第２の粉末層を堆積させてこの第２の粉末層をさらに選択的に圧密化し、製造すべき（単複の）部品の最後の水平断面の製造に役立つ最後の粉末層に達するまでこれを繰り返す。

圧密源は、レーザービーム、電子ビーム、これらの複数のビームの組み合わせ、又はバインダ注入ヘッドとすることができる。

本発明による付加製造法の文脈では、異なる付加製造粉末層の連続堆積と、異なる製造ベクトルを含む少なくとも１つの経路に沿った前記粉末層の選択的圧密化とによる付加製造によって３次元格子が生成される。

レーザービーム又は電子ビームを使用した融合によって選択的圧密化が行われる場合、粉末層の圧密化経路は、レーザービーム又は電子ビームのスポットが粉末層上でたどる経路である。

製造ベクトルは、粉末層の圧密化経路の直線セグメントである。

具体的には、図１に示すように、本発明による３次元格子１０は、少なくとも２つの層Ｓ１、Ｓ２、又は互いに間隔を置いた平行なストランド１２を含む。一方の層Ｓ１のストランド１２は、もう一方の層Ｓ２のストランドが延びる長手方向ＤＬ２とは異なる長手方向ＤＬ１に延びる。

例えば、互いに間隔を置いた平行なストランド１２の少なくとも２つの連続する層Ｓ１、Ｓ２を含む３次元格子では、第１の層Ｓ１のストランドが、第２の層Ｓ２のストランドが延びる長手方向ＤＬ２に対して１０～１７０°傾斜した長手方向ＤＬ１に延びる。

例えば、互いに間隔を置いた平行なストランド１２の少なくとも２つの連続する層Ｓ１、Ｓ２を含む３次元格子では、第１の層Ｓ１のストランドが、第２の層Ｓ２のストランドが延びる長手方向ＤＬ２に直交する長手方向ＤＬ１に延びる。

図２に概略的に示すように、本発明による製造方法は、各ストランド１２が、前記ストランドが延びる長手方向ＤＬ１、ＤＬ２に延びる複数の製造ベクトルＶのみを介して圧密化されることを特徴とする。

図２では、レーザービーム、電子ビーム、これらの複数のビームの組み合わせ、又はバインダ注入ヘッドによって圧密化された粉末１６の線によって製造ベクトルＶを示す。概略的に言えば、これらの線１６は、粉末の積層方向ＤＭＣの高さＨ１６と、粉末の積層方向ＤＭＣに直交してストランドの長手製造方向ＤＬ１、ＤＬ２に直交する横方向ＤＴの幅Ｗ１６とを有する平行六面体の形態をとる。

粉末の積層方向ＤＭＣ、及び粉末の積層方向ＤＭＣに直交してストランドの長手製造方向ＤＬ１、ＤＬ２に直交する横方向ＤＴは、横断面ＰＴを定める。

図２に示すストランド１２の横断面ＰＴにおける端部によって示すように、ストランド１２は、粉末の積層方向ＤＭＣに重なり合った複数の粉末層Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５から製造される。

具体的には、各ストランド１２は、１つの同じ粉末層Ｃ１内を延びる複数の製造ベクトルＶ₁₁、Ｖ₁₂、Ｖ₁₃、Ｖ₁₄、Ｖ₁₅と、複数の重なり合った粉末層Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５内を延びる複数の製造ベクトルＶ₁₁、Ｖ₂₁、Ｖ₃₁、Ｖ₄₁、Ｖ₅₁とを介して圧密化される。例えば、各ストランド１２は、円形の平均輪郭ＣＭを有する断面を有する。

ストランド１２の機械的完全性を高めるために、粉末層Ｃ１におけるストランドの製造ベクトルＶ₁₁、Ｖ₁₂、Ｖ₁₃、Ｖ₁₄、Ｖ₁₅は、先行する粉末層Ｃ２及び／又は後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルＶ₂₁、Ｖ₂₂、Ｖ₂₃、Ｖ₂₄、Ｖ₂₅、Ｖ₂₆、Ｖ₂₇、Ｖ₂₈に対して横方向ＤＴにオフセットされることが好ましい。

図２に示すように、粉末層Ｃ１におけるストランドの製造ベクトルＶ₁₁、Ｖ₁₂、Ｖ₁₃、Ｖ₁₄、Ｖ₁₅は、先行する粉末層Ｃ２及び／又は後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルＶ₂₁、Ｖ₂₂、Ｖ₂₃、Ｖ₂₄、Ｖ₂₅、Ｖ₂₆、Ｖ₂₇、Ｖ₂₈に対し、製造ベクトルＶの半値幅、すなわち製造ベクトルに対応する粉末線の幅Ｗ１６の半分に沿って横方向ＤＴにオフセットすることができる。

従って、横断面ＰＴでは、粉末層におけるストランドの製造ベクトルＶ₁₁、Ｖ₁₂、Ｖ₁₃、Ｖ₁₄、Ｖ₁₅を、この粉末層がこのストランドの製造に役立つ最後の粉末層でない限り、先行する粉末層及び／又は後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルＶ₂₁、Ｖ₂₂、Ｖ₂₃、Ｖ₂₄、Ｖ₂₅、Ｖ₂₆、Ｖ₂₇、Ｖ₂₈に対して互い違いに配置することができる。

３次元格子の製造時間を短縮するために、１つの同じ粉末層におけるストランドの隣接する製造ベクトルＶ₁₁、Ｖ₁₂は、前記ストランドの長手製造方向において反対方向Ｏ１、Ｏ２に進む。換言すれば、ストランド１２は、その製造のために使用される各粉末層において輪郭を生成することなく往復方式を使用して製造される。

本発明による方法は、このような製造ルールに従って、他の先行技術の製造方法に比べて２５％短縮された時間での３次元格子の製造を可能にする。

３次元格子を強化するために、図３に概略的に示すように、第１の層Ｓ２のストランド１２は、粉末の積層方向ＤＭＣにおいてこの第１の層に先行又は後続する第２の層Ｓ１、Ｓ３のストランドと交差することができる。

３次元格子の用途によっては、２つの連続する層のストランドを離間させることが有用な場合もある。この目的のために、図４に示すように、３次元格子１０は、粉末の積層方向ＤＭＣに、従って３次元格子１０の高さ方向に間隔を空けて粉末の積層方向ＤＭＣに延びる分枝Ｂ１、Ｂ２によって接続された２系列の連続層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４、Ｓ５を含むことができる。具体的には、分枝Ｂ１、Ｂ２は、２系列の間隔を空けた層のストランドの長手製造方向ＤＬ１、ＤＬ２に対して垂直な又は傾斜した方向ＤＢ１、ＤＢ２に延びる。

直交するストランドの層を含む３次元格子に代えて又はこれと組み合わせて、３次元格子１０は、互いに間隔を置いた少なくとも３つの連続する平行なストランドの層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を含み、各層のストランドが、他の層のストランドが延びる長手方向ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３とは異なる長手方向ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３に延びることもできる。図５に示す例では、３つのストランドの層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が重なり合い、１つの層のストランドの長手製造方向が他の２つの層のストランドの長手製造方向に対して１２０°傾斜している。

Claims (10)

1. 全体的又は部分的に少なくとも１つの３次元格子で構成された部品の製造法であって、前記３次元格子は、異なる製造ベクトルを含む少なくとも１つの経路に沿って異なる付加製造粉末層を連続的に堆積させて前記粉末層を選択的に圧密化することによる付加製造によって生成され、前記３次元格子は、互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの層を含み、１つの層の前記ストランドは、他の１つの層の前記ストランドが延びる長手方向とは異なる長手方向に延び、前記製造法は、前記ストランドが延びる長手方向に延びる複数の製造ベクトルのみを介して各ストランドが圧密化されることを特徴とする、製造法。
2. 各ストランドは、１つの同じ粉末層内を延びる複数の製造ベクトル、及び複数の重なり合った粉末層内を延びる複数の製造ベクトルを介して圧密化される、
   請求項１に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
3. 粉末層におけるストランドの前記製造ベクトルは、先行する粉末層及び／又は後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルに対して、前記粉末の積層方向及び前記ストランドの長手製造方向と直交する横方向にオフセットされる、
   請求項２に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
4. 粉末層におけるストランドの前記製造ベクトルは、前記粉末の前記積層方向と、前記先行する粉末層及び／又は前記後続する粉末層における同じストランドの製造ベクトルに対する横方向とによって定められる横断面において互い違いに配置される、
   請求項３に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
5. 第１の層の前記ストランドは、前記粉末の前記積層方向において前記第１の層に先行又は後続する第２の層の前記ストランドと交差する、
   請求項１から４の１項に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
6. 各ストランドが円形の平均輪郭を有する断面を有する、
   請求項１から５の１項に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
7. 前記３次元格子は、前記粉末の前記積層方向に間隔を空けて前記粉末の前記積層方向に延びる分枝によって接続される２つの連続系列の層を含む、
   請求項１から６の１項に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
8. 互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの連続層を含む前記３次元格子では、前記第１の層の前記ストランドは、前記第２の層の前記ストランドが延びる長手方向に対して１０～１７０°傾斜した長手方向に延びる、
   請求項１から７の１項に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
9. 互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも２つの連続層を含む前記３次元格子では、前記第１の層の前記ストランドは、前記第２の層の前記ストランドが延びる長手方向と直交する長手方向に延びる、
   請求項８に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。
10. 前記３次元格子は、互いに間隔を置いた平行なストランドの少なくとも３つの連続層を含み、各層の前記ストランドは、他の層の前記ストランドが延びる長手方向とは異なる長手方向に延びる、
    請求項１から９の１項に記載の全体的又は部分的に３次元格子で構成された部品の製造法。

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