JP2023546329A - 皮膜用開口にマスクを用いた積層造形物 - Google Patents

Abstract

【課題】積層造形物において皮膜及びピーニングの加工後皮膜による開口の目詰まり及び／又はブリッジングを防止する。【解決手段】積層造形物（１０２）は、その外表面（１１０）に開口を含む本体（１０４）を含んでおり、開口（１０６）は、本体（１０４）の外表面（１１０）で形状及び第１の面積を有する。開口（１０６）の上方にマスク（１００）が配置される。マスク（１００）は、開口（１０６）の形状を有するとともに、開口（１０６）の周囲で本体（１０４）の外表面（１１０）に張り出すように第１の面積よりも大きい第２の面積を有する。複数の支持リガメント（１３０）が、マスク（１００）の一部を支持するように、開口（１０６）に隣接した位置でマスク（１００）及び本体（１０４）の外表面（１１０）に結合している。物品に皮膜（１３４）を施工し、マスク（１００）を除去することができる。最終的な積層造形物は、本体（１０４）の外表面（１１０）から開口（１０６）に隣接して皮膜（１３４）を通って延在する複数のリガメント要素（１８０）を含み、各リガメント要素（１８０）は少なくとも部分的に皮膜（１３４）で囲繞される。【選択図】図１

Description

本開示は、広義には物品の製造に関し、具体的には、物品の外表面の開口用のマスクを（例えば皮膜が開口に入らないようにするために）用いる物品の積層造形に関する。マスクの支持リガメントの残骸は物品の皮膜内に残る。

積層造形（ＡＭ；アディティブマニュファクチャリング）には、材料の除去ではなく、材料の連続的積層によって物品を製造する様々なプロセスが含まれる。そのため、積層造形は、工具、鋳型又は固定具を一切使用せずに、しかも廃棄物をほとんど又はまったく出さずに、複雑な形状を作成することができる。材料の中実ビレットから物品を機械加工すること（材料の大半は切除されて廃棄される）に代えて、積層造形で使用される材料は部品の造形に要するものだけである。したがって、タービンロータブレードのような多くの工業部材は好ましくは積層造形によって製造される。

積層造形による形成後に、物品をさらに処理することがある。一例では、物品は、金属ショットのようなピーニング材料を物品の表面に投射するショットピーニングに付すことがある。別の例では、物品が用いられる過酷な環境から生地材料を保護するため、物品を保護層で被覆することがある。例えば、使用時の高温からタービンロータブレードを保護するためブレードの外表面に遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施工することがある。

ある種の物品は、造形後（又は機械加工後）処理の際に保護する必要のある開口をその外表面に含んでいることがある。例えば、タービンロータブレードは様々な内部冷却回路を含んでいて、冷却通路（すなわち、ブレードの外表面の開口）を通して外表面に通じる。冷却通路は、それらが存在する内部構造を冷却するため及び／又はブレードの外表面上を流れる冷却フィルムを生成するために設けられる。

開口を保護するため、様々なメカニズムが用いられている。場合によっては、例えば皮膜を施工する際に開口が詰まらないようにするため、プラグのような除去可能な材料が開口に設けられる。除去可能な材料は、皮膜が開口に入るのを防ぐが、除去可能な材料及び／又は皮膜を最終的に除去しなければならないので、製造時間及び複雑さが増す。例えば、各開口について遮蔽材料を除去しなければならず、時間がかかるおそれがある。さらに、皮膜は通例遮蔽材料の上に施工されるが、遮蔽材料及び／又は開口を露出させるために、遮蔽材料の上から除去する必要がある。皮膜は遮蔽材料上で橋架け（ブリッジング）しているので、皮膜の除去は、隣接皮膜（例えばＴＢＣ）に亀裂を生じるおそれがあり、物品が使いものにならなくなるか或いは大がかりな追加処理を要することがある。被覆プロセス後の遮蔽材料の除去は、そのプロセスで遮蔽材料が物品の材料にとらわれている場合に特に困難となりかねない。他のアプローチでは、開口を保護するために溶接される遮蔽特徴が用いられる。この後者の場合、すべての開口を覆うための労働時間はかなりのものになりかねない。

本開示の一態様では、積層造形（ＡＭ）構造を提供するが、本積層造形構造は、外表面に開口を含む本体を含む物品であって、開口が本体の外表面で形状及び第１の面積を有する、物品と、開口の上方に配置されかつ開口の形状を有するマスクであって、開口の周囲で本体の外表面に張り出すように第１の面積よりも大きい第２の面積を有するマスクと、複数の支持リガメントであって、各支持リガメントが、マスクの一部を支持するように開口に隣接した位置でマスク及び本体の外表面に結合している、複数の支持リガメントとを備える。

本開示の別の態様は、積層造形（ＡＭ）物を提供するが、本積層造形物は、外表面に開口を含む本体であって、開口が本体の外表面で形状及び第１の面積を有する、本体と、本体の外表面上の皮膜と、本体の外表面から開口に隣接して皮膜を通って延在する複数のリガメント要素であって、各リガメント要素が皮膜によって少なくとも部分的に囲繞されている、複数のリガメント要素とを備える。

本開示の別の態様は、方法を提供するが、本方法は、物品を積層造形するステップであって、物品が、外表面に開口を含む本体であって、開口が本体の外表面で形状及び第１の面積を有する、本体と、開口の上方に配置されかつ開口の形状を有するマスクであって、開口の周囲で本体の外表面に張り出すように第１の面積よりも大きい第２の面積を有するマスクと、複数の支持リガメントであって、各支持リガメントが、マスクの一部を支持するように開口に隣接した位置でマスク及び本体の外表面に結合している、複数の支持リガメントとを備える、ステップと、マスクを含む本体の外表面上に皮膜を施工するステップであって、皮膜が、マスクの下面から本体の外表面までの隙間の全体には及ばない、ステップと、マスクを除去するステップであって、複数の支持リガメントの少なくとも１つの一部が皮膜の外表面にある、ステップとを含む。

本開示の例示的な態様は、本明細書に記載の及び／又は記載されていない他の問題を解決するように設計される。

本開示の上記その他の特徴については、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。

本開示の実施形態に係る、積層造形物のためのマスクを含む積層造形構造の斜視図を示す。 本開示の実施形態に係る、マスクを含む積層造形構造の断面図を示す。 本開示の実施形態に係る、皮膜が設けられたマスクを含む積層造形構造の断面図を示す。 本開示の別の実施形態に係る、マスクを含む積層造形構造の斜視図を示す。 本開示のさらに別の実施形態に係る、マスクを含む積層造形構造の斜視図を示す。 本開示の実施形態に係る、任意構成要素のスカートを有するマスクを含む積層造形構造の断面図を示す。 本開示の実施形態に係る、別の任意構成要素のスカート及び皮膜を有するマスクを含む積層造形構造の断面図を示す。 本開示の実施形態に係る、任意構成要素の脱着部材を有するマスクを含む積層造形構造の斜視図を示す。 本開示の実施形態に係る、支持リガメント内に任意構成要素の除去リンクを有するマスクを含む積層造形構造の部分断面図を示す。 本開示の実施形態に係る、皮膜を有する積層造形物の斜視図を示す。 本開示の実施形態に係る、積層造形構造からのマスクの除去の断面図を示す。

なお、本開示の図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本開示の典型的な態様を例示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。複数の図面間で、同様の符号は同様の構成要素を表す。

まず、本技術について明確に説明するため、関連する機械部品について言及及び説明する際の用語を選択する必要がある。できるだけ、当技術分野で一般的な用語を、その通常の意味と一致するように用いる。別途記載されていない限り、かかる用語は、本願の文脈及び添付の特許請求の範囲に則して広義に解釈すべきである。ある部品が幾つかの異なる又は重複する用語を用いて言及されることが多々あることは当業者には明らかであろう。本明細書において、単一の部材又は物品として記載したものであっても、別の文脈では複数の部品からなるものとして記載することもある。或いは、本明細書のある箇所で複数の部品を含むものとして記載したものであっても、別の箇所では単一の部材又は物品として記載することもある。

位置に関して異なる直線的位置に配置された部分について説明する必要が多々ある。「遠位」という用語は、あるものの場所又は部分が、同じものの「近位」の場所又は部分よりも遠くにあることをいう。例えば、あるものの遠位端は同じものの近位端から遠くにある。これらの用語は、互いの概略的な位置関係を規定する。さらに、本明細書では、以下に記載する通り、幾つかの記述的用語を繰返し用いる。「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、ある部品を他の部品と区別するために互換的に用いられ、個々の部品の位置又は重要性を示すものではない。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、開示内容を限定するものではない。本明細書において、単数形で記載したものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。本明細書において、「備える」及び／又は「含む」という用語は、記載した特徴、整数、ステップ、操作、構成要素及び／又は部品が存在することを示し、他の１以上の特徴、整数、ステップ、操作、構成要素、部品及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外するものではない。「任意」又は「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象又は状況が起こる場合と起こらない場合とを包含する。

ある構成要素又は層が別の構成要素又は層に「配置」、「係合」、「接続」又は「結合」しているという場合、その別の構成要素又は層に直接、配置、係合、接続又は結合していてもよいし、或いは介在する構成要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある構成要素が別の構成要素又は層に「直接配置」、「直接係合」、「直接接続」又は「直接結合」しているという場合、介在する構成要素又は層は存在しない。構成要素間の関係について説明するために用いられる他の用語（例えば「～の間」と「直接～の間」、「隣接」と「直接隣接」など）も同様に解釈される。本明細書で用いる「及び／又は」という用語は、記載されたものの１以上のあらゆるすべての組合せを包含する。

例えば燃焼タービンエンジンの高温ガス経路セクションに用いられる燃焼タービン部品の大半など、様々な工業製品の製造に慣用されてきた多くの鉄基、コバルト基及びニッケル基超合金材料は、過酷な高温燃焼環境での長期運転に耐えられるように保護皮膜で部品を被覆することによって、高温ガスから遮熱される。保護皮膜としては、限定されるものではないが、遮熱コーティング（ＴＢＣ）、ボンドコート、環境遮蔽コーティング（ＥＢＣ）、それらの組合せ、その他現在公知の又は将来開発される皮膜が挙げられる。保護皮膜は、タービン部品の所期の用途及び用途に関連する環境に応じて、保護皮膜を必要とする表面を、例えばボンドコート及びそれに続く追加の皮膜で被覆することを含む多段階プロセスによって作成することができる。

ＴＢＣは高度な先端材料システムである。これらの皮膜は、耐荷重合金と皮膜表面との間の相当な温度差に耐えることができる遮熱材料を利用することによって、大きな長期間の熱負荷から部品を遮熱するための保護皮膜として機能する。そうすることで、これらの皮膜は、構造部品の熱暴露を制限しつつ、作動温度を高めることができ、酸化及び熱疲労の低減によって部品寿命を延ばす。ＴＢＣは、様々な方法でタービン部品に施工される。ＴＢＣ（又は他の皮膜）の施工には溶射が多用される。例示的な溶射法として、限定されるものではないが、大気及び減圧プラズマ溶射、コールドスプレー、静電溶射、電子ビーム物理蒸着、化学蒸着、溶射、高速フレーム溶射、物理蒸着、それらの組合せ、その他現在公知の又は将来開発される溶射技術が挙げられる。

避けるべき後処理／形成後被覆の結果の１つが「ブリッジング」であり、これは、後段の形成後被覆プロセスで部材の表面からカバーまでの連続層が生成する場合である。ブリッジングは、ＴＢＣ層の厚さが部材表面からカバーまでの距離よりも大きいときに起こるおそれがある。皮膜材料が多すぎると、カバーがＴＢＣで完全に覆われて、カバーと部品表面との間に空隙が残らなくなってしまうことがある。カバーを除去すると、隣接ＴＢＣ皮膜が割れたり欠けたりして、全体的寿命が短くなってしまうおそれがある。無論、冷却孔の所期の機能を維持するには、できるだけブリッジングを抑制及び解消すべきである。

シャドーイングは、薄く質の劣る皮膜を生じさせる。溶射粒子（例えば、実施形態を限定するものではないが、ＴＢＣ）の「シャドーイング」効果は、部材表面へのプラズマ溶射の視線が部分的又は完全に遮られているときに物品上に溶射粒子を堆積する際に起こる。シャドーイング効果は、物品を光源の前に置き、その物品の影を観察することによって最もよく視覚化できる。物品の周りを通過する光線は、堆積する溶射粒子を表し、物品の影は、堆積した溶射粒子のボイドを表す。薄い皮膜は所期の作動温度よりも高く、早期故障を招きかねない。近くの構造で逸れた皮膜粒子は、直線的な視線で堆積した粒子ほど十分には付着せず、早期故障を引き起こしかねない。そのため、（部品又は基材に皮膜が厳密に結合又は接着していない）箇所で再被覆するための再作業が必要になることがあり、処理時間が長くなり、追加のリソースが必要になり、機会費用の損失などを生じかねない。

小さすぎる又は互いに近すぎる開口（冷却孔など）は、皮膜がその上に蓄積して孔を完全に塞いでしまうため、覆われてしまうことがある。これらの孔では、皮膜が開口を塞いでしまうおそれがある。

上述の通り、本開示は、外表面に開口を含む本体を有する物品を含む積層造形（ＡＭ）構造を提供する。開口は、本体の外表面で形状及び第１の面積を有する。マスクを開口の上方に配置することができる。マスクは、開口の形状を有するとともに、開口の周囲で本体の外表面に張り出すように第１の面積よりも大きい第２の面積を有する。複数の支持リガメントが、開口に隣接した位置でマスク及び本体の外表面に結合して、マスクのそれぞれの部分を支持する。皮膜を物品に施工することができる。マスクは、機械加工で除去するのではなく、支持リガメントを破断することによって物品から取り外すことができる。最終的な積層造形物は、外表面に開口を含む本体と、本体の外表面上の皮膜とを含む。複数のリガメント要素、すなわち支持リガメントの残骸が、本体の外表面から開口に隣接して皮膜を通って延在する。各リガメント要素は、皮膜によって少なくとも部分的に囲繞される。特定の実施形態では、物品からマスクを容易に取り外すことができるように、脱着部材を設けてもよい。本開示の実施形態に係るマスクは、このように、高度にカスタマイズされたやり方で被覆（又はピーニング）プロセス中のブリッジング及び目詰まりから個々の開口を保護し、マスクを簡単に除去できるようになる。マスクは、皮膜／ピーニングの前に開口をカバーする時間を短縮し、開口を清浄化するための時間を短縮する。

図１を参照すると、本開示の特定の実施形態に係る積層造形物１０２（以下、「物品１０２」）のためのマスク１００の斜視図が示してある。マスク１００及び物品１０２は、物品材料のための任意の適切な積層造形技術を用いて形成することができ、集合的に積層造形（ＡＭ）構造１０３を構成することができる。積層造形（ＡＭ）には、材料の除去ではなく、材料の連続的積層によって物品を製造する様々なプロセスが含まれる。そのため、積層造形は、工具、鋳型又は固定具を一切使用せずに、しかも廃棄物をほとんど又はまったく出さずに、複雑な形状を作成することができる。材料の中実ビレットから物品を機械加工すること（材料の大半は切除されて廃棄される）に代えて、積層造形で使用される材料は部品の造形に要するものだけである。積層造形技術は、通例、形成すべき部品（例えば物品１０２及びマスク１００）の３次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを取得し、部品を複数の層（例えば１８～１０２μｍ厚）に電子的にスライスし、ベクトル、画像又は座標を含む各層の２次元画像を備えるファイルを作成する。このファイルを次いで、様々なタイプの積層造形システムによって構造（例えばマスク１００及び物品１０２）を構築できるようにファイルを解釈する準備ソフトウェアにロードする。３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）及びダイレクトデジタルマニュファクチャリング（ＤＤＭ）の形態の積層造形では、材料層（例えばプラスチック又はセラミックなど）を選択的に分配し、材料層を１層づつ積層することによって部品を作る。対照的に、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）（選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）とも呼ばれる）のような金属粉末積層造形技術では、金属粉末層を１層ずつ溶融して部品を形成する。さらに具体的には、金属粉末床が処理チャンバ内に設けられる。ガス混合物の流れは、不活性ガス源及び酸素含有材料源から処理チャンバ内で制御される。金属粉末層上でアプリケータを用いて均一に分配した後で、微細金属粉末層を金属粉末層上で順次溶融させて物品を生成させる。各アプリケーターは、金属、プラスチック材料、炭素繊維又はゴムで作られたリップ、ブラシ、刃又はローラの形態のアプリケーター要素を含んでおり、ビルドプラットフォーム上に金属粉末を均一に広げる。金属粉末床は垂直軸方向に移動できる。上述の通り、プロセスは、正確に制御された雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。各層ができたら、部品形状の各２次元スライスを、金属粉末の選択的溶融によって融合させることができる。溶融は、金属粉末を十分に融合（溶融）して固体金属を形成するため、１００Ｗイッテルビウムレーザーのような高出力溶融ビームによって実施し得る。溶融ビームは走査ミラーを用いてＸＹ方向に移動し、金属粉末を完全に融合（溶融）して固体金属を形成するのに十分な強度を有する。次の各二次元層のために金属粉末床を下降させ、部品が完全に形成されるまで上記プロセスを繰り返す。非限定的な例では、マスク１００及び物品１０２は、金属部品の場合はＤＭＬＭ又はＳＬＭによって、或いはセラミック部品の場合は３Ｄプリンティングによって形成し得る。

図１の実施形態では、物品１０２は、物品１０２の外表面１１０に開口１０６を含む本体１０４を含む。いかなる数の開口１０６を設けてもよい。物品１０２として、現在公知の又は将来開発される工業部材を含むことができる。非限定的な例では、物品１０２は、冷却通路を通じてブレードの外表面１１０に開口する様々な内部冷却回路を含むタービンロータブレードを含むことができる。冷却通路は、それらが存在する内部構造を冷却するため及び／又は物品１０２の外表面１１０上を流れる冷却膜を形成するために設けることができる。平坦な外表面１１０にあるものとして示してあるが、開口１０６は、物品の表面から延在する物品の外表面１１０の台座（図示せず）に配置してもよい。

開口１０６は、例えば楕円形又は卵形（図１）、円形（図４～図５）、多角形（図５）（正方形、長方形、台形など）、ディフューザ形状（図５）など、外表面１１０で任意の断面形状を有し得る。開口１０６は、物品１０２内に外表面１１０に対して任意の方向に延在し得る。開口１０６は、物品１０２の外表面１１０上にいかように配置してもよく、例えば一列に配置し得る。開口１０６は、外表面１１０上に間隔をおいて、例えば等間隔又は非等間隔に配置し得る。例えば、すべての開口１０６をカバーするか或いは選択された開口１０６だけをカバーするかに応じて、任意の数のマスク１００を用いることができる。各開口１０６は、本体１０４の外表面１１０で面積（すなわち断面積）を有する。

マスク１００は、各開口１０６の上方に配置される。マスク１００は、それぞれの開口１０６の形状、すなわち外表面１１０での開口１０６と同じ断面形状を有する。そこで、マスク１００は、例えば、楕円形もしくは卵形（図１）又は円形（図４～図５）のような丸形、多角形（図５）（正方形、長方形、台形など）、ディフューザ形状などとし得る。ただし、図１～図３に示すように、マスク１００は、開口１０６の面積（つまり開口の断面積）よりも大きい面積を有する。このようにして、図２の断面図に最も明瞭に示されているように、マスク１００は、本体１０４の外表面１１０上で開口１０６の外側及び周囲に延在する張出部（オーバーハング）１１２を有する。張出部１１２は、マスク１００の下面１１８から開口１０６の外表面１１０までの隙間１１６を形成するように作用する。マスク１００は、本体１０４の外表面１１０から開口１０６の上方に離間している。すべての場合に必要とされるわけではないが、張出部１１２は、開口１０６の縁１１４から外側に一様な距離（Ｗ１）で延在し得る。この距離は、皮膜の厚さ並びに他の変数、例えば表面に対する溶射角度、皮膜粒子の粒度などに依存する。所望により、図５に示すように、同一物品１０２上の異なる形状の開口１０６に対応する異なる形状のマスク１００を使用してもよい。

ＡＭ構造１０３は、開口１０６に隣接した位置でマスク１００及び本体１０４の外表面１１０に結合する複数の支持リガメント１３０も含む。支持リガメント１３０は、本体１０４の外表面１１０に対してマスク１００を支持する。すなわち、各リガメント１３０は、マスク１００の一部を支持するため、開口１０６に隣接した位置でマスク１００及び本体１０４の外表面１１０に結合している。後述するように、支持リガメント１３０は、物品１０２からマスク１００を簡単に除去できるように物品１０２にマスク１００を連結する。支持リガメント１３０は、通常、外表面１１０とマスク１００の下面１１８との間で垂直に（直角に）延在するが、垂直からある程度傾いた角度も使用し得る。支持リガメント１３０は、例えば円形（図４）、楕円形（図１）、多角形（図２）（正方形、長方形、台形など）など、任意の断面形状を有し得る。図１～図３では、４本の支持リガメント１３０が示してあるが、任意の数の支持リガメント１３０を用いることができ、例えば２本以上であってもよい。特定の実施形態では、複数の支持リガメント１３０は、開口１０６の片側に１以上の支持リガメント１３０及び開口１０６の反対側に１以上の支持リガメント１３０を含む。以下でさらに説明する通り、支持リガメント１３０は、マスクを取り外すのに機械加工を要することなく、破断してマスク１００を取り外すことができるような十分な細さで形成される。なお、幾つかの積層造形技術の限界のため、マスク１００、支持リガメント１３０及び物品１０２は、図に示すように必ずしも同じ配向で形成されないこともある。

支持リガメント１３０は、隙間１１６の隙間間隔Ｄ２を、マスク１００の下面１１８と物品１０２の外表面１１０との間に画成する。隙間１１６は数多くの利点をもたらす。特定の実施形態では、図２に示すように、隙間１１６は、ピーニング材料１３２（例えばグリット、金属ショット、氷、ペレット、砂など）が通過しないように構成された寸法を有する。この場合、ピーニング材料１３２の最小寸法Ｄ１（例えば直径）を確認し、ピーニング材料１３２が隙間１１６及び／又は開口１０６に入らないように、隙間間隔Ｄ２を最小寸法Ｄ１よりも十分に小さい寸法にすればよい。こうして、マスク１００は、ピーニング材料１３２による衝撃に起因する開口１０６への損傷を防ぐことができる。図３に示すように、隙間間隔Ｄ２は、マスク１００上に施工される皮膜１３４が、それぞれのマスク部材１００から物品１０２の外表面１１０上の皮膜１３４へのブリッジング（架橋）を防ぐように構成された寸法を有していてもよい。すなわち、皮膜１３４内に皮膜隙間１３６が存在する。隙間間隔Ｄ２は、様々な要因の中でも、例えば、皮膜１３４の材料、施工フォーマット、予想厚さに基づいて大きさを決定することができる。図に示すように、皮膜１３４は物品１０２及びマスク１００を被覆するが、開口１０６には入り込まず、開口１０６を被覆することも埋めることもない。皮膜１３４は、マスク１００を物品１０２に架橋することもない。こうして、マスク１００を取り除く際に、皮膜を破壊してマスクを取り除く必要がないが、さもなければ皮膜１３４が物品１０２上に延在している箇所で亀裂を生じかねない。換言すると、物品１０２上の皮膜１３４に力が加わらないので、物品１０２上の皮膜１３が割れるおそれはない。隙間間隔Ｄ２は、ピーニング材料１３２及び／又は皮膜１３４に応じて変化し得るが、非限定的な例では、隙間間隔Ｄ２は、０．８８ｍｍ～１．４ｍｍ（０．０３５～０．０５５インチ）とし得る。この範囲の寸法は、例えば、厚さ１．４０ｍｍ～１．５２ｍｍの皮膜１３４がマスク１００から物品１０２へと架橋（ブリッジング）するのを防ぐとともに、１．５ｍｍの金属ショットが隙間１１６に入り込んで開口１０６に衝突するのを防ぐ。その他の寸法も可能である。

図１～図５を参照すると、ＡＭ構造１０３は、積層造形時に張出部１１２を支持するために張出部１１２及び本体１０４の外表面１１０に結合する張出部支持要素１４０を適宜含んでいてもよい。張出部支持要素１４０は、物品の積層造形の際に、形成される新たな層がその下支えとなり得る材料層を有しておらず、支持リガメント１３０が下支えとならない位置にある場合の問題に対処したものである。この場合、新たな層は押し下げることができず、上向きに丸まってしまいかねない。張出部支持要素１４０は、マスク１００の屈曲が予想される箇所など、必要とされるあらゆる箇所に設けることができる。支持リガメント１３０とは対照的に、張出部支持要素１４０は、本体１０４の外表面１１０に対して垂直でない角度となる可能性が高い。

図６は、別の実施形態に係るマスク１００を有するＡＭ構造１０３の断面図を示す。この実施形態では、マスク１００は、上述の通り、本体１０４の外表面１１０から離間し、開口１０６の上方にある下面１１８を含む。隙間１１６が存在する。開口１０６をさらに保護するため、マスク１００は、下面１１８から開口１０６に向かって延在するスカート１４６を含んでいてもよい。スカート１４６は、支持リガメント１３０の半径方向内側にある。スカート１４６は、マスクの下面１１８から下方に延在する壁１４８を含んでいてもよく、壁１４８は連続的（図６）であっても或いは断続的（図７）であってもよい。壁１４８は、壁１４８が開口１０６の縁１１４の輪郭に追従するように、開口１０６の断面形状と一致する断面形状（例えば楕円、円など）を有することができる。スカート１４６の壁１４８は、開口１０６の上方に下端１５０を有していて、本体１０４の外表面１１０からスカート間隔Ｄ３を有する。スカート間隔Ｄ３は、例えば０．０５０ｍｍ～０．５００ｍｍとすることができ、図７の断面図に示すように、皮膜１３４が開口１０６に入り込むのを防ぐ。場合によっては、下端１５０は外表面１１０と融合してもよいが、本体１０４からマスク１００を簡単に取り外すことができるように結合は十分に弱い。

図８を参照すると、特定の実施形態では、マスク１００は、マスク１００から延在する脱着部材１６０を含んでいてもよい。脱着部材１６０は、支持リガメント及び張出部支持要素１４０を破断させることによって物品１０２からマスク１００を取り外すために係合及び操作できる任意の構造を含むことができる。脱着部材１６０は、例えば、チャンネルロックプライヤ、調整式レンチなどの工具（図示せず）で把持できる四角い端部を含むことができる。加えて／或いは、脱着部材１６０は、限定されるものではないが、プライバー、ねじ回し、チャンネルロックプライヤー、調整式レンチのような工具（図示せず）を受け入れるように構成された工具受け部１６２を内部に含んでいてもよい。工具受け部１６２は、皮膜１３４（図３及び図７）で詰まることがないような任意の形状及び／又は寸法を有し得る。いずれにせよ、脱着部材１６０は、工具を用いて或いは手作業によって、支持リガメント１３０及び任意の張出部支持要素１４０を破壊する力を加えて、マスク１００を除去できるように、操作することができる。脱着部材１６０は、マスク１００から所望の垂直高さを有し得る。

さらに支持リガメント１３０に関しては、図１に示すように、各支持リガメント１３０は、物品１０２から簡単に脱着でき、したがってマスク１００の脱着もできるように、その長さに沿って均一な幅Ｗ２を有していてもよい。支持リガメント１３０はある特定の断面を有する直線状の要素として図示してあるが、図示していない様々な構造的形態を取り得る。すなわち、支持リガメント１３０は破断し易くするため先細又は狭窄させるのが有利であることがあるので、すべての場合に均一な幅Ｗ２が必要なわけではない。例えば、図９は、支持リガメント１３０の長さに沿って除去リンク１７０を含む支持リガメント１３０を示す。除去リンク１７０は、支持リガメント１３０の残りの部分よりも小さい幅Ｗ３（横断面寸法）を含んでおり、支持リガメントに脆弱な箇所を生じる。さらに具体的には、支持リガメント１３０の下部１７２は物品１０２と一体に結合していて第１の幅Ｗ４を有しており、下部１７２の上方の上部１７４は、第１の幅Ｗ４よりも広い第２の幅Ｗ５を有する。様々な実施に際して、下部１７２は、上部１７４と比較して別個の形状をもつ、台座、ピン、基礎部材などとして具体化及び／又は呼ぶことができる。除去リンク１７０は下部１７２と上部１７４の間に配置される。除去リンク１７０の幅Ｗ３が小さいので、支持リガメント１３０を破断するのが容易になり、支持リガメント１３０が破断する位置及び各支持リガメント１３０が本体１０４の外表面１１０からどの程度残るかをカスタマイズできるようになる。除去リンク１７０は、様々な代替的形態（例えば形状、寸法など）を取ることができ、図に示してはいないが、本開示の技術的範囲に属する。非限定的な例では、支持リガメント１３０は、０．１２５ｍｍ～１．０００ｍｍの範囲の幅Ｗ２（図１）、Ｗ４、Ｗ５を有することができ、除去リンク１７０は、０．０１ｍｍ～０．１５０ｍｍの幅Ｗ３を有することができる。幅は、限定されるものではないが、物品及びマスクの材料、物品１０２の寸法、開口１０６の寸法、マスクを取り外すのに要する力、使用すべき工具などを始めとする、数多くの要因に応じて変更し得る。

マスク１００は、物品１０２と同じ材料で作ることができる。したがって、材料は物品の用途に依存することがある。一実施形態では、マスク１００及び物品１０２は、純金属又は合金を始めとする金属で製造し得る。例えば、物品１０２がタービンブレードである場合、金属として、実質的にあらゆる非反応性金属粉末、すなわち非爆発性又は非導電性粉末、例えば、限定されるものではないが、コバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）合金、ステンレス鋼、ニッケル－クロム－モリブデン－ニオブ合金（ＮｉＣｒＭｏＮｂ）（例えばインコネル６２５又はインコネル７１８）のようなオーステナイト系ニッケル－クロム基合金、ニッケル－クロム－鉄－モリブデン合金（ＮｉＣｒＦｅＭｏ）（例えばＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社から市販のＨａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）Ｘ）、又はニッケル－クロム－コバルト－モリブデン合金（ＮｉＣｒＣｏＭｏ）（例えばＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社から市販のＨａｙｎｅｓ２８２）などを挙げることができる。別の例では、金属は、実質的にあらゆる金属、例えば、限定されるものではないが、工具鋼（例えばＨ１３）、チタン合金（例えばＴｉ_６Ａｌ_４Ｖ）、ステンレス鋼（例えば３１６Ｌ）、コバルトクロム合金（例えばＣｏＣｒＭｏ）及びアルミニウム合金（例えばＡｌＳｉ_１０Ｍｇ）などが挙げられる。或いは、物品１０２及びマスク１００は、例えばプラスチック、セラミック、それらの組合せなどで製造し得る。上述の通り、マスク１００及び物品１０２は、積層造形（例えばＤＭＬＭ、ＳＬＭ、３Ｄプリンティングなど）技術によって製造し得るが、材料に応じて変更し得る。いずれにせよ、物品１０２、支持リガメント１３０、張出部支持要素１４０及び脱着部材１６０は、積層造形によって作成された複数の一体材料層を含む。

図１０に示すように、本開示の実施形態は、積層造形（ＡＭ）物１０２、すなわちマスク１００が除去されたものも包含する。物品１０２は、その外表面１１０に開口１０６を含む本体１０４を含む。上述の通り、開口１０６は、本体１０４の外表面１１０で形状及び第１の面積を有する。物品１０２は、本体１０４の外表面１１０上に皮膜１３４も含んでいる。従来のＡＭ物品とは対照的に、物品１０２は、本体１０４の外表面１１０から開口１０６に隣接して皮膜１３４を通って延在する複数のリガメント要素１８０を含む。リガメント要素１８０は、マスク１００を除去した後に残る支持リガメント１３０の残骸である。図に示すように、各リガメント要素１８０は、皮膜１３４によって少なくとも部分的に囲繞される。特定の実施形態では、１以上のリガメント要素１８０が開口１０６の片側にあり、１以上のリガメント要素１８０が開口１０６の反対側にある。図１１に示すように、支持リガメント１３０が図９に示すような除去リンク１７０を含んでいる場合、皮膜１３４の外表面１８４における各リガメント要素１８０の外側部分１８２は、皮膜１３４内部の各リガメント要素１８０の内側部分１８６よりも小さい幅Ｗ３を有する。リガメント要素１８０の外側部分１８２は除去リンク１７０（図９）に対応し、内側部分１８２は支持リガメント１３０（図９）の下部１７２（図９）に対応する。図１０に示すように、張出部支持要素１４０を用いる場合、物品１０２は、マスク１００の除去後に、皮膜１３４の外表面１８４に張出部支持要素１４０（図１）の一部１８８を含んでいてもよい。

本開示の実施形態は、物品１０２の積層造形方法も包含する。例えば、図１に示すように、本方法は、本明細書で説明したように物品１０２を積層造形することを含むことができる。上述の通り、物品１０２は、本体１０４の外表面１１０に開口１０６を含む本体１０４を含むことができる。開口１０６は、本体１０４の外表面１１０で形状及び第１の面積を有し、開口１０６の上方に配置されるマスク１００によって模倣される。マスク１００は開口１０６の形状を有する。非限定的な例では、開口１０６及びマスク１０は、楕円形（図１）及び／又は台形（図３）の形状である。上述の通り、マスク１００は、第１の面積よりも大きい第２の面積を有するので、マスク１００の張出部１１２は、開口１０６の周囲で本体１０４の外表面１１０の上方に延在する。物品１０２は、マスク１００の除去前に、複数の支持リガメント１３０を含む。各支持リガメント１３０は、マスク１００（すなわちその下面１１８）及び開口１０６に隣接した位置で本体１０４の外表面１１０に結合しており、マスク１００の一部を支持する。

積層造形は、張出部を支持するため張出部１１２及び外表面１１０に結合する張出支持要素１４０を積層造形することを適宜含んでいてもよい。張出部支持要素１４０の一部１８８（図１０）が、マスク１００の除去後に皮膜１３４の外表面１８４にあってもよい。所望に応じて、皮膜施工前に張出部支持要素１４０を除去してもよい。図８に示すように、積層造形は、マスク１００から延在する脱着部材１６０を積層造形することを適宜含んでいてもよい。上述の通り、マスク１００は、外表面１１０から離間し、開口１０６の上方にある下面１１８を含む。図６及び図７に示すように、積層造形は、下面１１８から開口１０６に向かって延在するスカート１４６を積層造形することを適宜含んでいてもよい。スカート１４６は、本体１０４の外表面１１０及び開口１０６からスカート間隔Ｄ３を有する下端１５０を有する。

積層造形としては、本明細書に記載のプロセスを挙げることができる。例えば、積層造形は、処理チャンバ内に金属粉末床を供給すること、処理チャンバ内で不活性ガス源及び酸素含有材料源からの、不活性ガスと酸素含有材料からの酸素とを含むガス混合物の流れを制御すること、金属粉末層上で金属粉末層を順次溶融させて物品を生成させることを含むＤＭＬＭを含むことができる。ＤＭＬＭは周知の積層造形プロセスであり、これ以上の詳細又は例示は不要である。他の積層造形プロセスも使用し得る。

図３及び図７に示すように、本方法は、マスク１００を含む本体１０４の外表面１１０上に皮膜１３４を施工することをさらに含むことができる。任意のステップとして、本方法は、皮膜の施工前に、図２に示すように、本体１０４の外表面１１０にピーニング材料１３２を施工することを含んでいてもよい。この場合、ピーニング材料１３２は最小寸法Ｄ１を有し、ピーニング材料１３２が開口１０６に入り込まないように、本体１０４の外表面１１０からの隙間間隔Ｄ２は最小寸法Ｄ１よりも小さい。Ｄ１及びＤ２の例示的な寸法については既に記載した。上述の通り、皮膜１３４は、マスク１００の下面１１８から本体１０４の外表面１１０までの皮膜隙間１３６全体には及ばない。皮膜１３４は、その皮膜に適した任意の技術を用いて施工し得る。例示的な溶射法として、限定されるものではないが、大気及び減圧プラズマ溶射、コールドスプレー、静電溶射、電子ビーム物理蒸着、化学蒸着、溶射、高速フレーム溶射、物理蒸着、それらの組合せ、その他現在公知の又は将来開発される溶射技術が挙げられる。

図１１は、マスク１００を除去する際の断面図を示す。上述の通り、複数の支持リガメント１３０（図１）の１本以上の一部、すなわちリガメント要素１８０は、皮膜１３４の外表面１８４内にある。マスク１００は、様々な技術のいずれかを用いて除去し得るが、本開示の実施形態に従って配置されたマスク１００では、機械加工を含む必要はない。マスク１００の除去は、例えば、マスク１００或いは存在する場合には脱着部材１６０（図８）に力Ｆを加えることを含む。マスク１００の除去は、例えば複数の支持リガメント１３０を、例えば、リガメントを切断又は疲労させるための任意の機構で切断することを含むことができる。図１１に示すように、マスク１００の除去は、スカート１４６が設けられている場合にはスカート１４６を除去することを含んでいてもよい。なお、マスク１００を除去するのに機械加工は必要とされない。

上述の通り、本開示は、皮膜１３４（例えばＴＢＣ）又は他の加工後皮膜による開口（例えば冷却孔）の目詰まり及び／又はブリッジングを防ぐため、造形物１０２と一体化された開口マスク１０６を提供する。マスク１００は、外表面１１０における開口１０６の形状を有しているとともに、テーブルの脚のような複数の支持リガメント１３０を介して外表面１１０に取り付けられる。本開示の実施形態は、皮膜施工前に開口をマスクするのに要する時間及び皮膜形成後に穴を清浄化するのに要する時間を短縮する。

本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量の修飾語であって、その数量が関係する基本機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動し得る数量を表すために施工される。したがって、「約」、「略」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、数値限定の範囲は互いに結合及び／又は交換可能であり、かかる範囲はその上下限で規定され、前後関係等から明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を包含する。範囲の特定の値に用いられる「約」は、上下限に施工され、その値を測定する機器の精度に依存する場合を除いて、記載された数値の±１０％を示すことがある。

以下の特許請求の範囲において機能的記載によって特定された構成要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、特許請求の範囲に具体的に記載された他の構成要素と組合せて機能を発揮するあらゆる構造、材料又は行為を包含する。本開示の記載は、例示及び説明を目的としたものであり、網羅的なものでもなければ、開示された形態に限定するものでもない。本開示の技術的範囲及び技術的思想から逸脱せずに、数多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本開示の実施形態は、本開示の原理及び実用的用途の説明として最も適しかつ当業者が様々な実施形態に関する開示内容及び特定の用途に適した様々な修正について理解できるように、選択して記載したものである。

１００ マスク
１０２ 積層造形物，物品
１０４ 本体
１０６ 開口
１１０ 本体の外表面
１１２ 張出部
１１６ 隙間
１３０ 支持リガメント
１４０ 張出部支持要素
１６０ 脱着部材
１８０ リガメント要素

Claims (10)

1. 積層造形構造（１０３）であって、当該積層造形構造（１０３）が、
   外表面（１１０）に開口（１０６）を含む本体（１０４）を含む物品（１０２）であって、開口（１０６）が、前記本体（１０４）の外表面（１１０）で形状及び第１の面積を有する、物品（１０２）と、
   前記開口（１０６）の上方に配置されかつ前記開口（１０６）の形状を有するマスク（１００）であって、前記開口（１０６）の周囲で前記本体（１０４）の外表面（１１０）に張り出すように第１の面積よりも大きい第２の面積を有するマスク（１００）と、
   複数の支持リガメント（１３０）であって、各支持リガメント（１３０）が、前記マスク（１００）の一部（１８８）を支持するように前記開口（１０６）に隣接した位置で前記マスク（１００）及び前記本体（１０４）の外表面（１１０）に結合している、複数の支持リガメント（１３０）と
   を備える、積層造形構造（１０３）。
2. 前記複数の支持リガメント（１３０）が破断可能であってそこから前記マスク（１００）を除去することができる、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
3. 積層造形時に張出部（１１２）を支持するために、前記本体（１０４）の張出部（１１２）及び外表面（１１０）に結合した張出部支持要素（１４０）をさらに備える、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
4. 前記マスク（１００）から延在する脱着部材（１６０）をさらに備える、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
5. 前記開口（１０６）及び前記マスク（１００）が、楕円形及び台形のいずれかの形状である、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
6. 前記マスク（１００）が、前記本体（１０４）の外表面（１１０）から離間しかつ前記開口（１０６）の上方にある下面（１１８）を含んでいるとともに、前記下面（１１８）から前記開口（１０６）に向かって延在するスカート（１０３）をさらに含んでおり、前記スカート（１４６）が、前記本体（１０４）の外表面（１１０）からのスカート間隔を画成する下端（１５０）を有する、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
7. 前記スカート間隔が０．０５０ｍｍ～０．５００ｍｍである、請求項６に記載の積層造形構造（１０３）。
8. 少なくとも支持リガメント（１３０）が、前記複数の支持リガメント（１３０）の少なくとも１つの長さに沿って除去リンク（１７０）を含んでおり、前記除去リンク（１７０）が、前記複数の支持リガメント（１３０）の少なくとも１つの残りの部分よりも小さい横断面寸法を有する、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
9. 前記複数の支持リガメント（１３０）が、前記開口（１０６）の片側に１以上の支持リガメント（１３０）及び前記開口（１０６）の反対側に１以上の支持リガメント（１３０）を含む、請求項１に記載の積層造形構造（１０３）。
10. 積層造形物（１０２）であって、当該積層造形物（１０２）が、
    外表面（１１０）に開口（１０６）を含む本体（１０４）であって、前記開口（１０６）が、前記本体（１０４）の外表面（１１０）で形状及び第１の面積を有する、本体（１０４）と、
    前記本体（１０４）の外表面（１１０）上の皮膜（１３４）と、
    前記本体（１０４）の外表面（１１０）から前記開口（１０６）に隣接して前記皮膜（１３４）を通って延在する複数のリガメント要素（１８０）であって、各リガメント要素（１８０）が前記皮膜（１３４）によって少なくとも部分的に囲繞されている、複数のリガメント要素（１８０）と
    を備える、積層造形物（１０２）。