JP6496758B2 - 積層造形法のための方法及びコンフォーマル支持体 - Google Patents
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Description
本開示は、一般的には、物体を造形するプロセスで支持構造体を利用する積層造形法（ＡＭ）のための方法、並びにこれらのＡＭ処理内で使用される新規な支持構造体に関する。
ＡＭは、サブトラクティブ製造方法とは対照的に、一般にネット又はニアネット形状（ＮＮＳ）の物体を製造するために、１以上の材料の堆積を含む。「積層造形法」は業界標準用語（ＡＳＴＭ Ｆ２７９２）であるが、ＡＭは、自由造形、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング／ツーリングなどを含む、様々な名称で知られている様々な製造及びプロトタイピング技術を包含する。ＡＭ技術は、広範な材料から複雑な部品を製造することができる一般に、自立する物体は、コンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデルから製造することができる。特定のタイプのＡＭ処理は、エネルギービーム、例えば電子ビーム又はレーザービームなどの電磁放射を用いて粉末材料を焼結又は溶融して、粉末材料の粒子が互いに結合した中実の３次元物体を製造する。種々の材料系、例えば、エンジニアリングプラスチック、熱可塑性エラストマー、金属、セラミックスなどが用いられる。レーザー焼結又は溶融は、機能プロトタイプ及び工具の迅速な製造のための注目すべきＡＭ処理である。用途としては、複雑なワークピース、インベストメント鋳造用のパターン、射出成形及びダイカスト用の金型、並びに砂型鋳造用の鋳型及び中子の直接的な製造が含まれる。設計サイクル中のコンセプトのやり取り及び試験を強化するためのプロトタイプ物体の製造は、ＡＭ処理の他の一般的な使用である。
選択的レーザー焼結、直接的レーザー焼結、選択的レーザー溶融、及び直接的レーザー溶融は、レーザー光を用いて微細な粉末を焼結又は溶融させることにより３次元（３Ｄ）物体を製造することを指すために使用される一般的な業界用語である。例えば、米国特許第４８６３５３８号及び米国特許第５４６０７５８号には、従来のレーザー焼結技術が記載されている。より正確には、焼結は、粉末材料の融点以下の温度で粉末の溶融（凝集）粒子を含み、また溶融は、中実で均質な塊を形成するための粉末の完全に溶融した微粒子を含む。レーザー焼結又はレーザー溶融に関連する物理的プロセスは、粉末材料への熱伝達、及び粉末材料を焼結又は溶融させることを含む。レーザー焼結及び溶融プロセスは、広範な粉末材料に適用することができるが、製造ルートの科学的及び技術的態様、例えば焼結もしくは溶融速度、及び層の製造プロセス中の微細構造進化に及ぼす処理パラメータの影響は、よく理解されていない。この製造方法は、処理を非常に複雑にしている、熱、質量及び運動量の移動、並びに化学反応の複数のモードを伴っている。
図１は、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）又は直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）のための例示的な従来システム１００の断面図を示す模式図である。装置１００は、レーザー１２０などの光源によって生成されたエネルギービーム１３６を用いて、粉末材料（図示せず）を焼結又は溶融させて層ごとに物体、例えば、部品１２２を構築する。エネルギービームによって溶融される粉末は、リザーバ１２６により供給され、方向１３４に移動するリコータアーム１１６を用いて造形プレート１１４上に均等に分散し、粉末をレベル１１８に維持して、粉末レベル１１８の上方に延在する過剰の粉末材料を廃棄物容器１２８に取り除く。エネルギービーム１３６は、ガルボスキャナ１３２の制御の下で構築される物体の断面層を焼結又は溶融させる。造形プレート１１４が下降して、粉末の別の層が造形プレート及び構築される物体の上に分散され、続いてレーザー１２０によって粉末が連続して溶融／焼結される。溶融／焼結された粉末材料から部品１２２が完全に構築されるまで、処理が繰り返される。レーザー１２０は、プロセッサ及びメモリを含むコンピューターシステムによって制御することができる。コンピューターシステムは、層ごとに走査パターンを決定し、走査パターンにしたがって粉末材料に照射するようにレーザー１２０を制御することができる。部品１２２の製造が完了した後、様々な後処理手順が部品１２２に適用されてもよい。後処理手順は、例えば、ブロー又は真空引きにより過剰な粉末を除去することを含む。他の後処理手順は、応力解放処理を含む。さらに、熱的及び化学的後処理手順を、部品１２２を仕上げるために使用することができる。
本発明者らは、上述した積層造形プロセスは、下向き凸面を有する物体について困難な点を示す場合があることを発見した。下向き凸面は、層ごとに構築する際に、直前の層の固化部分よりも大きい面積を占める走査パターンを有する層を含む場合がある。上述したレーザー融解処理は、下向き凸面を構築する際には望ましくない結果が得られる場合がある。例えば、上層が溶融された場合に、上層のいくつかの部分は直前の層の固化部分によって支持されているが、他の部分は、プラットフォーム１１４まで延在する粉末のみによって支持されている。１つの起こり得る結果は、上層が溶融する際に、溶融した材料が下層の固化部分に隣接して下方に流れることである。このようなプーリングは、下向き凸面の望ましくない粗いテクスチャをもたらす。別の態様では、下向き凸面のための支持体は、移動に対して十分な抵抗を提供しない。例えば、いくつかの公知の支持体は、最下点において下向き凸面を支持するだけである。下向き凸面は支持体を越えて延在しているので、物体が粉末ベッド１１２内で移動しやすくなる場合がある。別の例として、粉末によってほとんど支持される下向き凸面は、比較的高い熱絶縁を有する場合があり、これは結果として長い熱散逸をもたらす。
上記に鑑みて、ＡＭ技術に関連する問題点、欠点又は不利な点があること、物体を支持する改良された方法及び支持構造体が利用可能であればそれが望ましいことが理解されよう。
このような態様の基本的な理解を提供するために、以下に本発明の１以上の態様の簡略化した概要を提示する。本概要は、すべての熟考された態様の広範囲の概要ではなく、すべての態様のキー又は重要な要素を特定するものでもなく、また一部又はすべての態様の範囲を詳しく説明するものでもない。その目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、簡略化された形で１以上の態様のうちのいくつかの概念を提示することである。
一態様では、本開示は、積層造形法を用いて物体を製造するための方法を提供し、本方法は、（ａ）溶融領域を形成するために、粉末ベッド内の粉末の層に照射するステップと、（ｂ）粉末ベッドの第１の側から粉末ベッドの上にリコータアームを通過させることによって、粉末ベッドの上に粉末の次の層を提供するステップと、（ｃ）物体及び１以上の支持構造体が粉末ベッド内に形成されるまで、ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップとを含み、１以上の支持構造体は、プラットフォームから、物体の下向き凸面の下にある第１の部分の上向き凹面まで延在する第１の部分を含み、上向き凹面は、下向き凸面に対応し、物体は、第１の部分の最上部の上に構築され、物体の下向き凸面は、未溶融粉末の１以上の部分によって第１の部分の上向き凹面から分離されている。
別の態様では、本開示は、積層造形法を用いて物体を構築するための支持構造体を提供する。支持構造体は、物体の第１の下向き凸面に対応する第１の上向き凹面であって、物体の第１の下向き凸面の下に位置する第１の上向き凹面を含む。支持構造体はまた、プラットフォームの上向き凹面から下方に延在する本体部分を含む。物体の第１の下向き凸面は、未溶融粉末の１以上の部分によって、除去可能な支持構造体の第１の上向き凹面から分離されている。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下の詳細な説明を精査することにより、さらに完全に理解されよう。
添付図面に関連して以下に記載する詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されたものであって、本明細書で説明される概念を実施することができる唯一の構成を提示するものではない。詳細な説明は、様々な概念の徹底的な理解を提供する目的で特定の詳細を含んでいる。しかし、これらの具体的な詳細がなくてもこれらの概念を実施することができることは、当業者には明らかであろう。いくつかの例では、このような概念を不明瞭にしないために、周知の構成要素は、ブロック図の形で示している。
図２は、例示的な支持構造体２１０により支持された円筒状物体２００の一例を示す。円筒状物体２００及び支持構造体２１０は、ＡＭ処理により製造することができる。例えば、図１の装置１００及び上述した方法を用いることができる。この種のＡＭ処理では、物体２００を形成する領域において粉末を選択的に焼結又は溶融させることによって、物体２００を層ごとに構築する。支持構造体２１０は、支持構造体２１０の位置において粉末の追加領域を溶融又は焼結させることによって、物体２００と同時に構築される。
ＡＭ処理が完了すると、支持構造体２１０は、物体２００から取り除かれる。一態様では、支持構造体２１０は、物体と共に造形プレートに取り付けられ、造形プレートから取り外して廃棄することができる。支持構造体２１０は、代替的に、粉末ベッド内の自立する物体として造形プレートに取り付けることなく形成することができる。さらに、支持構造体は、ＡＭ処理が完了すると容易に分離することができる物体２００への取り付け点を含んでもよい。これは、分離構造、すなわち物体２００及び支持構造体２１０を接合する金属の小さなタブを提供することによって達成することができる。分離構造はまた、物体２００及び支持構造体２１０を接合する金属のいくつかの部分を有する穿孔に類似してもよい。
物体２００から支持構造体２１０を取り除くことは、粉末ベッドから物体が除去されるとすぐに、又はその間に行うことができる。或いは、支持構造体は、後処理工程のいずれかの後に除去されてもよい。例えば、物体２００及び支持構造体２１０は、ポストアニール処理及び／又は化学的処理を行うことができ、その後に続いて物体２００及び／又は造形プレートから除去することができる。
本発明者らは、特定の物体は、下向き凸面に接触せずに物体の下向き凸面に適合する支持構造体２１０から利益を得ることができることを見出した。図２〜図４に示す例示的な態様では、円筒状物体２００は、下向き凸面２０２を含む。例えば、円筒形の長さに沿った１つの次元では、下向き凸面は平坦であるが、円筒形の幅を横切る別の次元では、円筒状物体２００の底面は凸状である。すなわち、円筒状物体の１以上の断面は、下向き凸状縁部を含む。換言すれば、円筒状物体の底面の高さを記載する関数は、１以上の次元で上方に凹状である。
支持構造体２１０は、下向き凸面２０２に適合する支持構造体である。支持構造体２１０は、下向き凸面２０２に適合する凹状最上面２１２を含む。例えば、凹状最上面２１２は、下向き凸面と同一の一般的形状を有する。一態様では、凹状最上面２１２は、凹状最上面２１２にわたって最小の高さを有する未溶融粉末の一部によって下向き凸面から分離されている。換言すれば、凹状最上面２１２の高さを記載する関数は、円筒状物体の底面の高さを記載する関数から最小の高さを差し引いたものに等しい。一態様では、未溶融粉末の一部は、プラットフォーム１１４の徐々に増加する層（例えば、１つの粉末の層）の高さに等しい高さを有する。一態様では、物体の凸面と上向き凹面とを分離する最小の高さは、粉末の熱特性に基づいている。最小の高さは、未溶融粉末が支持構造体又は物体からの熱により焼結するのを防ぐのに十分である。一態様では、最小の高さは、０．１ｍｍ〜１０ｍｍであり、好ましくは約１ｍｍである。したがって、支持構造体２１０は、円筒状物体２００に対して非接触支持を提供することができる。例えば、支持構造体２１０は、物体２００と物理的接触（例えば、融着）せずに、未溶融粉末の一部を介して円筒状物体２００に熱的に結合され得る。さらに、支持構造体２１０は、物体２００を取り囲む粉末の移動を制限することによって、移動（例えば、リコータ１１６の力によって引き起こされる）に抗して支持することができる。
支持構造体２１０は、本体２１４をさらに含む。本体２１４は、凹状最上面２１２からプラットフォーム１１４又は別の安定な表面（例えば、別の物体又は支持体）まで延在する。支持構造体２１０はまた、下向き凸面２１６を含む。一態様では、下向き凸面２１６は、上述したプーリング効果の影響を受けるが、支持構造体２１０は、後処理中に廃棄され、平滑な表面を必要としないので、このような効果は好ましくないものではない。
図３は、物体２００及び例示的な支持構造体２１０の水平方向の断面図である。断面図は、粉末の層中で固化することができる走査パターンを表すことができる。図示する例示的な層では、物体２００の一部及び支持構造体２１０の２つの部分が形成されている。図示するように、物体２００の一部の外縁部は、下向き凸面２０２の一部を形成する。同様に、支持構造体２１０の２つの部分の内縁部は、凹状最上面２１２の一部を形成する。粉末２２０の水平線は、凹状最上面２１２の各部分を下向き凸面２０２の一部から分離する。粉末の水平線は、水平平面内の任意の点列を意味していることを理解されたい。例えば、粉末２２０の水平線は、直線であってもよいが、例えば、曲線を含んでもよい。
図４は、例示的な支持構造体２１０の別の図である。図４では、凹状最上面２１２が見える。
図５は、別の例示的な支持構造体５１０を示す。支持構造体５１０は、いくつかの態様では、支持構造体２１０と類似しており、例えば、円筒状物体２００を支持する。支持構造体５１０及び物体２００は、図１の装置１００を使用して、上述した支持構造体２１０及び物体２００と同様に製造することができる。支持構造体５１０は、２つ以上の凹面５１２及び１つもしくは複数の接触面５１８を備えた最上面を含む。凹面５１２は、下向き凸面２０２（図２）から分離され、かつそれに適合する。接触面５１８は、下向き凸面２０２と物理的に接触する。例えば、接触面５１８は、物体２００の極小に接触する。一態様では、接触面５１８は、後処理中に物体２００からの分離を可能にする特徴を含む。例えば、接触面５１８は、接触面積を減少させる周期的なパターン（例えば、ホール、又は貫通孔）を有する幅狭部分（例えば単一の走査線）に沿って物体２００と接触することによって、物体２００との接触を最小限に抑えることができる。一態様では、接触面５１８は、２つ以上の凹面５１２は、支持構造体２１０に関して上述したように物体２００から凹面５１２を分離する粉末の最小の高さによる非接触支持を介して平滑な表面を提供しつつ、物理的接触を介して物体２００の移動を防止する。
図６は、支持構造体６１０により支持された球状物体６００の一例を示す。支持構造体６１０は、支持体６２０、６３０、６４０を含むことができる。球状物体６００は、部品１２２（図１）に対応することができ、装置１００によって製造することができる。この種のＡＭ処理では、物体６００を形成する領域において粉末を選択的に焼結又は溶融させることによって、物体６００を層ごとに構築する。支持構造体６１０は、支持構造体６１０の位置において粉末の追加領域を溶融又は焼結させることによって、物体６００と同時に構築される。
ＡＭ処理が完了すると、支持構造体６１０は、物体６００から取り除かれる。図６〜図８に示すように、支持構造体６１０は、粉末ベッド内のフリースタンディング構造として形成される。物体６００は、物体６００の一部と支持構造体６１０との間の未溶融（例えば、未融解又は未焼結）粉末６５０の層の上に形成される。支持構造体は、ＡＭ処理が完了すると容易に分離することができる物体６００への取り付け点（例えば、接触面）を含んでもよい。これは、分離構造、すなわち物体６００及び支持構造体６１０を接合する金属の小さなタブを提供することによって達成することができる。分離構造はまた、物体６００及び支持構造体６１０を接合する金属のいくつかの部分を有する穿孔に類似してもよい。
物体６００から支持構造体６１０を取り除くことは、粉末ベッドから物体が除去されるとすぐに、又はその間に行うことができる。或いは、支持構造体は、後処理工程のいずれかの後に除去されてもよい。例えば、物体６００及び支持構造体６１０は、ポストアニール処理及び／又は化学的処理を行うことができ、その後に続いて物体６００及び／又は造形プレートから除去することができる。
本発明者らは、特定の物体は、下向き凸面に接触せずに物体の下向き凸面に適合する支持構造体６１０から利益を得ることができることを見出した。図６〜図８に示す例示的な態様では、球状物体６００は、下向き凸面６０２を含む。一態様では、球状物体６００の底部は、下向き凸面であると考えられる。球状物体６００の底部は、半球状であってもよい。例えば、球状物体６００の底面は、任意の垂直面内で凸状である。すなわち、球状物体６００の１以上の断面は、下向き凸状縁部を含む。換言すれば、球状物体の底面の高さを記載する関数は、１以上の次元で上方に凹状である。
支持体６２０、６３０、６４０はそれぞれ、下向き凸面６０２に適合する。一態様では、支持体６２０、６３０、６４０は、異なる次元で下向き凸面６０２に適合する。例えば、図示するように、支持体６２０、６４０は、支持構造体６３０に対して垂直である。したがって、支持体６１０の凹状最上面６２２及び支持体６３０の凹状最上面６３２は、第１の次元で下向き凸面６０２に適合している。例えば、第１の次元で凹状最上面６２２を定義する関数は、球状物体６００の底面の高さを記載する関数から最小の高さを差し引いたものに等しい。凹状最上面６４２も同様に定義することができる。第１の次元に直交する第２の次元で凹状最上面６３２を定義する関数は、球状物体６００の底面の高さを記載する第２の次元における関数から最小の高さを差し引いたものに等しい。図６は、垂直な平面内に延在する支持体６２０、６３０、６４０を示しているが、支持体は互いに対して任意の角度で配向され、それぞれの角度に沿って物体の下向き凸面に適合することができることを理解されたい。
図７は、構築処理中の物体６００及び例示的な支持体６３０の垂直方向の断面図を示す。構築処理は、支持構造体６１０の一部及び支持体６３０の一部を完了している。物体６００の下向き凸面６０２は、未溶融粉末６５０の一部によって支持体６３０の凹状最上面６３２から分離されている。本発明者らは、支持体６３０と同様な支持体を含む支持構造体６１０は、下向き凸面を有する物体６００を形成する際に特に望ましいことを見出した。支持体６３０は、物体６００が下方に移動することを防止するために、物体６００の下に物理的支持を提供することができる。支持体６３０は物体６００に直接接触しないが、支持体６３０は、未溶融粉末６５０の一部の移動を防止し、未溶融粉末６５０の一部を介して物体を支持する。さらに、支持体６３０は、横方向の力、例えば、リコータアーム１１６により発生する力に抗して支持を提供する。支持体６３０及び物体６００は層ごとに構築されるので、支持体６３０は物体６００と同じ高さに達する。したがって、支持体６３０の前縁部は、図１に示すようにリコータアーム１１６がリコータ方向１３４に移動する際に、最初に新しい粉末に接触する。さらに、支持体６３０は、物体６００の好ましい熱的性質を支持することができる。支持体６３０及び物体６００は、少量の粉末のみによって分離されているので、物体６００から支持構造体６３０内に熱が流れることができる。
図８は、物体６００及び支持体６２０、６３０、６４０を含む例示的な支持構造体６１０の水平方向の断面図である。断面図は、粉末の層で溶解することができる走査パターンを表すことができる。図示する例示的な層では、物体６００の一部、支持体６２０の一部、支持体６４０の一部、及び支持構造体６３０の２つの部分を形成することができる。図示するように、物体６００の一部の環状外縁部は、下向き凸面６０２の一部を形成することができる。同様に、支持構造体６１０の部分の内縁部は、凹状最上面６２２、６３２、６４２の一部を形成することができる。粉末６６０の水平線は、下向き凸面６０２を凹状最上面６２２、６３２、６４２の各々から分離する。一態様では、粉末６６０の水平線は、変化する幅を有してもよい。例えば、凹状最上面６２２は、１つの次元（すなわち、垂直な平面）については下向き凸面６０２に対応することができるが、別の次元（すなわち、水平な平面）については対応することができない。或いは、凹状最上面６１２は、２つの次元について凹状とすることができる。
図９は、球状物体６００を備えていない、支持体６１０、６２０、６３０を含む例示的な支持構造体６１０の別の図である。凹状最上面６２２、６３２、６４２を見ることができる。
図１０は、円筒状部材１０１２、１０１４を含む物体１０１０のための支持構造体１０２０の垂直方向の断面図の一例である。物体１０１０及び支持構造体１０２０は共に、軸線１０３０に中心を有することができる。円筒状部材１０１２は、下方に面しており、リングを形成する。第２の円筒状部材１０１４は、物体１０１０を介して円筒状部材１０１２に接続された同心円状のリングを形成する。円筒状部材１０１２の下向き縁部は、下向き凸面である。支持構造体１０２０は、プラットフォーム１１４から延在する本体部分１０２６に接続された複数の支持体１０２２、１０２４を含む。各支持体１０２２、１０２４は、上向き凹面を含む。例えば、支持体１０２２は、円筒状部材１０１２の下向き縁部を支持する上向き凹面を含む。支持体１０２２は、図５の接触面５１８と同様の接触面を含むことができる。支持体１０２４は、円筒状部材１０１４の下向き凸面に対応する上向き凹面を含む。支持体１０２４は、円筒状部材１０１４に接触しない。支持体１０２２、１０２４は、同じ本体部分１０２６から構築されるが、プラットフォーム１０４から構築することもできる。支持構造体１０２０は、支持構造体１０２０が、支持体１０２２、１０２４が共に接触面を含む場合よりも容易に除去できるようにしつつ、同心円状の円筒状部材１０１２、１０１４を支持することができる。
物体２００／６００／１０００から支持構造体２１０／６１０／１０１０を取り除くことが必要になった時は、接触面が存在する場合には、オペレータが力を加えて支持構造体を取り外すことができる。支持構造体は、ねじり、破断、切断、研削、やすり掛け、又は研磨などの機械的処理によって除去することができる。さらに、熱的及び化学的後処理手順を、物体を仕上げるために使用することができる。接触面が存在せず、代わりに製造中の物体と支持構造体との間に粉末が配置されている場合には、例えば圧縮空気を用いてブローイングにより粉末を単純に除去することができる。物体２００／６００／１０００から支持構造体２１０／６１０／１０１０を取り除くことは、粉末ベッドから物体が除去されるとすぐに、又はその間に行うことができる。或いは、支持構造体は、後処理工程のいずれかの後に除去されてもよい。例えば、物体２００／６００／１０００及び支持構造体２１０／６１０／１０１０は、ポストアニール処理及び／又は化学的処理を行うことができ、その後に続いて物体２００／６００／１０００及び／又は造形プレートから除去することができる。
支持構造体及び物体のいくつかの例が提示されているが、本開示にしたがって他の物体を構築することができることは明らかである。例えば、下向き凸面を有する任意の物体は、開示された支持構造体のうちの１以上によって支持することができる。一態様では、開示された支持構造体は、航空機の部品を製造するのに使用される。例えば、米国特許第９１８８３４１号に開示されているものと同様の燃料ノズルを、本明細書に開示された支持構造体を用いて製造することができる。
一態様では、上記の複数の支持体は、物体の製造を支持し、物体の移動を防止し、及び／又は物体の熱特性を制御するために組合せて用いてもよい。すなわち、積層造形法を用いて物体を製造することは、足場、固定用支持体、分離型支持体、横方向支持体、コンフォーマル支持体、連結支持体、周囲の支持体、キー溝支持体、破断可能な支持体、先端支持体、又は粉末除去ポートのうちの１以上の使用を含むことができる。以下の特許出願は、これらの支持体及びそれらの使用の方法の開示を含む。
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．００００９の名称「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＣＯＮＮＥＣＴＩＮＧ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１０の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＵＲＲＯＵＮＤＩＮＧ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１１の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＫＥＹＷＡＹ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１２の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＢＲＥＡＫＡＢＬＥ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１４の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＬＥＡＤＩＮＧ ＥＤＧＥ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、及び、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１５の名称「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＷＩＴＨ ＰＯＷＤＥＲ ＲＥＭＯＶＡＬ ＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」。
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１０の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＵＲＲＯＵＮＤＩＮＧ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１１の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＫＥＹＷＡＹ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１２の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＢＲＥＡＫＡＢＬＥ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１４の名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＬＥＡＤＩＮＧ ＥＤＧＥ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」、及び、
２０１６年２月１１日出願の米国特許出願番号［ ］、代理人整理番号０３７２１６．０００１５の名称「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＷＩＴＨ ＰＯＷＤＥＲ ＲＥＭＯＶＡＬ ＰＯＲＴＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」。
これらの出願の各々の開示内容は、他の物体を製造するために、本明細書に開示された支持構造体と併せて使用することができる追加の支持構造体をそれらが開示する程度に、全体として本明細書に組み込まれる。
さらに、足場は、物体に垂直方向の支持を提供するための、物体の下に構築された支持体を含んでいる。足場は、例えば、ハニカムパターンの相互連結された支持体で形成することができる。一態様では、足場は、中実であるか、或いは中実部分を含むことができる。足場は、様々な場所で物体に接触して、足場上に構築される物体に耐荷重支持を提供する。支持構造体と物体との接触はまた、物体の横方向の移動を防止する。
固定用支持体は、比較的薄い平坦な物体、又は物体の少なくとも第１の部分（例えば第１の層）が構築処理中に移動するのを防止する。比較的薄い物体は、反りや剥離が発生しやすい。例えば、薄い物体は、放熱によって冷却されると反りが生じる場合がある。別の例として、リコータによって物体に横方向の力が加えられることがあり、場合によっては、物体の縁部を持ち上げる。一態様では、固定用支持体は、物体をアンカー表面に固定するために、物体の下に構築される。例えば、固定用支持体は、プラットフォームなどのアンカー表面から物体まで垂直に延在することができる。固定用支持体は、物体の下の各層内の特定の位置で粉末を溶融させることにより構築される。固定用支持体は、プラットフォーム及び物体（例えば、物体の縁部）の両方に連結され、物体が反り又は剥離するのを防止する。固定用支持体は、ポスト処理手順において物体から除去することができる。
分離型支持構造体は、支持構造体と物体との間の接触面積を減少させる。例えば、分離型支持構造体は、各々が空間で分離された、分離部分を含むことができる。空間は、分離型支持構造体の全体サイズ、及び分離型支持構造体を製造する際に消費される粉末の量を低減することができる。さらに、その部分の１以上は、物体との接触面積が低減され得る。例えば、支持構造体の一部は、後処理中に物体からより容易に除去される尖った接触面を有してもよい。例えば、尖った接触面を有する部分は、尖った接触面において物体から分離する。尖った接触面は、耐荷重支持を提供し、反り又は剥離を防止するために物体を固定する機能を提供する。
横方向支持構造体は、垂直な物体を支持するために使用される。物体は、相対的に高い高さ対幅のアスペクト比（例えば、１超）を有することができる。すなわち、物体の高さは、その幅より何倍も大きい。横方向支持構造体は、物体の側面に配置される。例えば、物体及び横方向支持構造体は、物体の一部及び横方向支持構造体の一部を含む各層のスキャンパターンにより、同一層内に構築される。横方向支持構造体は、物体から分離され（例えば、各層の未溶融粉末の一部によって）、或いは分離型支持構造体によって連結されている。したがって、横方向支持構造体は、後処理中に物体から容易に除去することができる。一態様では、横方向支持構造体は、追加の粉末を適用する際にリコータによって加えられる力に対する支持を提供する。一般に、リコータによって加えられる力は、リコータが粉末の追加層を平らにする際のリコータの移動方向である。したがって、横方向支持構造体は、物体からリコータの移動方向に構築される。さらに、横方向支持構造体は、上部よりも底部の方を広くすることができる。より広い底部は、リコータによって生成される任意の力に抵抗するように、横方向支持構造体に安定性を提供する。
さらにまた、物体を製造する方法は、上述した複数の支持体の部分を形成するために、連続して、並行して、又は交互に粉末を溶融させるステップを含むことができる。加えて、複数の支持体を用いて製造された物体について、後処理手順は、支持体の各々を除去するステップを含むことができる。一態様では、支持構造体は、本明細書に記載の種々のタイプの複数の支持体を含むことができる。複数の支持体は、直接に又は物体を介して互いに連結されてもよい。特定の物体のための支持体の選択は、本明細書で説明した要因（例えば、形状、アスペクト比、配向、熱的性質など）に基づくことができる。
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、好ましい実施例を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製造し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、又は、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。記載した様々な実施形態、並びにこのような各態様の他の公知の均等物は、本出願の原理にしたがってさらなる実施形態及び技術を構築するように、当業者によって混合し適合することができる。
１００ 装置、従来システム
１０４ プラットフォーム
１１２ 粉末ベッド
１１４ 造形プレート、プラットフォーム
１１６ リコータアーム
１１８ 粉末レベル
１２０ レーザー
１２２ 部品
１２６ リザーバ
１２８ 廃棄物容器
１３２ ガルボスキャナ
１３４ リコータ方向
１３６ エネルギービーム
２００ 円筒状物体
２０２ 下向き凸面
２１０ 支持構造体
２１２ 凹状最上面
２１４ 本体
２１６ 下向き凸面
２２０ 粉末
５１０ 支持構造体
５１２ 凹面
５１８ 接触面
６００ 球状物体
６０２ 下向き凸面
６１０ 支持構造体
６１２ 凹状最上面
６２０ 支持体
６２２ 凹状最上面
６３０ 支持構造体、支持体
６３２ 凹状最上面
６４０ 支持体
６４２ 凹状最上面
６５０ 未溶融粉末
６６０ 粉末
１０１０ 物体
１０１２ 円筒状部材
１０１４ 第２の円筒状部材
１０２０ 支持構造体
１０２２ 支持体
１０２４ 支持体
１０２６ 本体部分
１０３０ 軸線
１０４ プラットフォーム
１１２ 粉末ベッド
１１４ 造形プレート、プラットフォーム
１１６ リコータアーム
１１８ 粉末レベル
１２０ レーザー
１２２ 部品
１２６ リザーバ
１２８ 廃棄物容器
１３２ ガルボスキャナ
１３４ リコータ方向
１３６ エネルギービーム
２００ 円筒状物体
２０２ 下向き凸面
２１０ 支持構造体
２１２ 凹状最上面
２１４ 本体
２１６ 下向き凸面
２２０ 粉末
５１０ 支持構造体
５１２ 凹面
５１８ 接触面
６００ 球状物体
６０２ 下向き凸面
６１０ 支持構造体
６１２ 凹状最上面
６２０ 支持体
６２２ 凹状最上面
６３０ 支持構造体、支持体
６３２ 凹状最上面
６４０ 支持体
６４２ 凹状最上面
６５０ 未溶融粉末
６６０ 粉末
１０１０ 物体
１０１２ 円筒状部材
１０１４ 第２の円筒状部材
１０２０ 支持構造体
１０２２ 支持体
１０２４ 支持体
１０２６ 本体部分
１０３０ 軸線
Claims (10)
- 物体を製造するための方法であって、
（ａ）溶融領域を形成するために、粉末ベッド内の粉末の層に照射するステップと、
（ｂ）前記粉末ベッドの第１の側から前記粉末ベッドの上にリコータアームを通過させることによって、前記粉末ベッドの上に粉末の次の層を提供するステップと、
（ｃ）物体及び１以上の支持構造体が前記粉末ベッド内に形成されるまで、ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップと
を含み、
１以上の支持構造体が、プラットフォームから、物体の下向き凸面の下にある第１の部分の上向き凹面まで延在し、前記上向き凹面が前記下向き凸面に対応し、
物体が、第１の部分の最上部の上に構築され、物体の前記下向き凸面が、未溶融粉末の１以上の部分によって前記第１の部分の前記上向き凹面から分離されており、
前記粉末ベッドの上に第１の側から前記リコータアームを通過させるときに、前記支持構造体の前縁部が最初に粉末に接触し、
前記物体が複数の円筒状部材を含み、前記支持構造体が、本体部分と、前記本体部分に結合された複数の支持体とを含み、各支持体が、前記円筒状部材のそれぞれを支持する、
方法。 - 物体の前記下向き凸面を識別するステップと、
物体の前記下向き凸面に基づいて、前記支持構造体の前記上向き凹面を決定するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 物体の前記下向き凸面を識別するステップが、前記下向き凸面の極小を決定するステップを含む、請求項２に記載の方法。
- 前記支持構造体が、前記支持構造体の本体部分から前記上向き凹面の縁部まで延在する下向き凸面を含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
- 単一層が、前記支持構造体の一部及び物体の一部を含み、前記支持構造体の一部が、単一層内の未溶融粉末のラインによって、物体の一部から分離されている、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
- 未溶融粉末の１以上の部分が、物体の前記下向き凸面にわたって維持される最小の高さを有する、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
- 前記上向き凹面の高さを記載する関数が、前記下向き凸面の高さを記載する関数から最小の高さを差し引いたものに等しい、請求項６に記載の方法。
- １以上の前記支持構造体が、プラットフォームから第２の上向き凹面まで延在する第２の部分をさらに含み、第２の部分が、前記支持構造体の上向き凹面とは異なる次元において凹状である、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
- 物体の前記下向き凸面が、物体の第１の円筒状部材の下向き縁部である、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
- １以上の前記支持構造体が、物体の複数の円筒状部材のうちの一つに接触する接触面をさらに含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
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