JP6500047B2 - 積層造形法のための方法及び接続支持体 - 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、応力緩和処理を含む。さらに、熱的、機械的、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、大きな高さ対幅のアスペクト比を有する物体(例えば、背の高い物体)について困難な点を示す場合があることを発見した。例えば、背の高い物体は、物体の下部に力を及ぼすレバーとして作用し得るので、背の高い物体は、リコータアームから損傷を受けやすい場合がある。したがって、背の高い物体が、造形プレートに接続されるか、或いは下方から垂直に支持されている場合には、背の高い物体は、横方向の力によって倒れるか、又は曲がるおそれがある。
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。
米国特許出願公開第2014/0335313号明細書
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、物体を製造するための方法を提供する。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)物体及び支持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む。支持体は、物体に対する2つの融着接続部及び融着接続部の間の軸方向と、軸方向の周りの溶融材料の外周部と、溶融材料の外周部を完全に囲む未溶融粉末又は空気とを含む。
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。
積層造形法のための従来の装置の一例を示す模式図である。 本発明の態様による、支持体を介して第2の物体に接続された第1の物体の一例の模式的な側面図である。 本発明の態様による、支持体によって接続された2つの物体の別の例の斜視図である。 図3の物体の側面図である。 本発明の態様による、支持体によって接続された物体及び支持構造体の一例の断面図である。
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することを避けるために、周知の構成要素はブロック図の形で示している。
図2は、支持体230、240を介して第2の物体220に接続された第1の物体210の一例を概念的に示す図200である。例えば、図200は、第1の物体210及び第2の物体220の断面図を示す。一態様では、第1の物体210は、全体の高さ212及び一定の幅214を有する。例えば、幅214に対する全体の高さ212のアスペクト比は、一態様では約15:1〜約2:1、別の態様では約12:1〜約4:1、また別の態様では約10:1〜約6:1であってもよい。望ましくは、物体のアスペクト比は、約3.5以上とすることができる。すなわち、物体の高さは、その幅より何倍も大きい。
第1の物体210及び第2の物体220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210及び/又は物体220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210及び物体220を層ごとに構築する。物体210は、物体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220と同時に構築される。さらに、支持体230、240は、物体210と物体220との間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、1以上の層内に構築することができる。
例えば、第1の物体210が層ごとに構築されると、高さがレベル216に到達した場合には、物体210の高さ対幅のアスペクト比がしきい値を超える。一態様では、しきい値は、ある態様では約2〜約5であり、別の態様では3〜約4であり、別の態様では約3.2〜約3.8である。しきい値は、溶融される粉末材料、溶融温度、及び冷却時間などの要因に依存する。
装置100は、レベル216において物体210を物体220に接続する支持体230を構築する。図示するように、支持体230は、物体210と物体220との間の水平距離にまたがる水平支持体とすることができる。一態様では、支持体230は、軸方向に沿った粉末の1以上のラインが物体210と物体220との間に融着されている、水平層を含むことができる。支持体230は、2つの融着接続部を含み、そこで支持体230が物体210及び物体220の各々に接続している。支持体は、融着接続部の間の軸方向及び軸方向の周りの溶融材料の外周部を含む。支持体230は、支持体230が物体210及び物体220に融着されているところを除いて、粉末に囲まれている。溶融材料の外周部は、粉末によって完全に囲まれている。換言すれば、粉末は、支持体230の上方及び下方にあり、かつ、支持体230の各辺に対してある。物体210及び物体220が粉末から除去された場合には、支持体230及び/又は溶融材料の外周部は空気で囲まれる。支持体230は、溶融材料の外周部の上面と底面との間の厚さ232を有する。厚さ232は、レベル216よりも小さくすることができる。例えば、厚さ232は、粉末の増分層の高さと等しくすることができる。別の態様では、厚さ232は、物体210と物体220との間の支持体230の長さよりも短い。
装置100が層ごとに第1の物体210を構築し続けると、高さがレベル218に到達した場合には、レベル216からレベル218までの測定された物体210の高さ対幅のアスペクト比がしきい値を超える。装置100は、レベル218において物体210を物体220に接続する支持体240を構築する。図示するように、支持体240は、支持体230と類似している。さらに、幅214は一定であるので、レベル216は、レベル218とレベル216との間の差に等しい。換言すれば、レベル218は、レベル216の倍数である。したがって、支持体230、240は、一定の間隔で構築される。付加的な支持体は、全体の高さ212に応じて一定の間隔で構築することができる。
別の態様では、物体220は、第1の部分222及び第2の部分224を含む。第1の部分222及び第2の部分224は、最終的には接続されるが、物体220が層ごとに構築されている際には、第1の部分222及び第2の部分224は分離されている。一態様では、第2の部分224は幅226を有する。図示するように、例えば、第2の部分224は、第1の部分222に接合する点までの全体の高さ212を有する。第2の部分224がレベル228に達すると、第2の部分224の高さ対幅のアスペクト比がしきい値を超える。例えば、図示するように、幅226は幅214よりも大きく、レベル228はレベル216よりも大きい。一態様では、支持体250は、レベル228において構築される。支持体250は、支持体230と類似しているが、第2の部分224と第1の部分222との間の水平距離にまたがっている。したがって、物体220の異なる部分は、物体220が構築されるにつれて支持される。別の態様では、装置100は、各下位部分の高さ対幅のアスペクト比がしきい値よりも小さくなるように、第2の部分の全体の高さ212を等しい下位部分に分割するレベルにおいて支持体260を構築する。
図3は、支持体330により物体320に接続された物体310の別の例を示す。一態様では、物体310は、高さ対幅のアスペクト比が大きい、背の高い形状を有する。一態様では、リコータ116は、物体310の最小寸法と平行な方向に移動する。リコータ116は、物体310の最上部に接触するか、或いは物体310に横方向の力を加える場合がある。例えば、リコータ116は、粉末を移動させて、物体310に力を加える場合がある。一態様では、装置100は、先行する支持体330の上にある、物体310の一部の高さ対幅のアスペクト比がしきい値よりも小さくなるように、一定の間隔で支持体330を構築する。支持体330は、リコータ116によって加えられる横方向の力に抵抗する。先行する支持体の上にある物体の一部はしきい値より小さいので、先行する支持体の上にある物体の一部は、横方向の力によって転倒したり屈曲したり、或いは損傷を受けることが少なくなる。
図4は、支持体330によって接続された例示的な物体310及び物体320の別の図である。
図5は、円筒状部材512、514を含む物体510のための支持構造体520の垂直断面図の一例を示す。物体510及び支持構造体520は共に、軸線530において中心を有する。円筒状部材512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514は、物体510を介して円筒状部材512に接続された同心円状のリングを形成する。支持構造体520は、一般的に、プラットフォーム114から物体500の各部分が開始する層まで構築することができる。例えば、支持構造体520は、円筒状部材512、514をそれぞれ垂直に支持する支持体522、524を含む。一態様では、円筒状部材512、514又は支持体522、524は、大きな高さ対幅のアスペクト比を有する。一態様では、物体510は第1の構造体であり、支持構造体520は1以上の第2の構造体と考えることができる。一態様では、水平支持体540、542、544、546、548、560は、しきい値を超える高さ対幅のアスペクト比を有する物体510又は支持構造体520の一部を支持する。水平支持体は、1以上の水平な層に形成される。図示するように、例えば、水平支持体540、542、544、546、548、560は、水平支持体の除去を容易にするために、物体510及び支持構造体520への接続面積を制限するテーパ状端部を有する。水平支持体540、546は、支持構造体520の支持体522を支持体524に接続する。水平支持体542、548は、支持構造体520の支持体524を物体510の円筒状部材512に接続する。水平支持体544、560は、物体510の円筒状部材512を物体510の円筒状部材514に接続する。水平支持体540、542、544、546、548、560の各々は、支持体が物体510又は支持構造体520に接続されているところを除いて、粉末に囲まれている。一態様では、水平支持体は、リコータ方向134に平行に構築される。例えば、水平支持体540、546は、リコータ方向134に移動しないように支持を与える薄いラインである。例えば、水平支持体540、546は、同じような高さ及び幅を有している。水平支持体540、546は、少なくとも部分的に同一層内に構築されているにもかかわらず、接続されていない。
水平支持体を物体から除去する必要が生じた場合には、オペレータが力を加えて水平支持体を壊すことができる。支持体は、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。物体から水平支持体を取り除くことは、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、水平支持体は、後処理工程のいずれかの後に除去されてもよい。例えば、物体及び支持構造体は、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、大きな高さ対幅のアスペクト比を有する任意の物体を、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037216.00008の名称「METHOD AND CONFORMAL 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」。
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
114 造形プレート、プラットフォーム
116 リコータ
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 図
210 物体
212 全体の高さ
214 幅
216 レベル
218 レベル
220 物体
222 第1の部分
224 第2の部分
226 幅
228 レベル
230 支持体
232 厚さ
240 支持体
250 支持体
260 支持体
310 物体
320 物体
330 支持体
500 物体
510 物体
512 円筒状部材
514 円筒状部材
520 支持構造体
522 支持体
530 軸線
540 水平支持体
542 水平支持体
544 水平支持体

Claims (11)

  1. 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)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)第1の部分と第2の部分を備える単一の物体及び第1の部分と第2の部分の間に配置される支持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、
    (d)前記第1の部分と前記第2の部分の間に配置される1以上の付加的な支持体が粉末ベッドに形成されるまで、ステップ(a)及び(b)を繰り返すステップと、
    (e)第1の部分と第2の部分を備える物体から支持体を除去するステップと、
    を含み、支持体が、物体に対する2つの融着接続部及び融着接続部の間の軸方向と、軸方向の周りの溶融材料の外周部と、溶融材料の外周部を完全に囲む未溶融粉末又は空気とを含み、
    各付加的な支持体が、前記支持体とは異なる高さに配置され、物体に対する2つの付加的な融着接続部及び付加的な融着接続部の間の付加的な軸方向と、付加的な軸方向の周りの溶融材料の付加的な外周部と、溶融材料の付加的な外周部を完全に囲む未溶融粉末又は空気とを含む、方法。
  2. 物体に対する2つの融着接続部が第1の高さにあり、各付加的な融着接続部が第1の高さの倍数にある、請求項に記載の方法。
  3. 溶融材料の外周部が、2つの融着接続部の間の支持体の長さより小さい、上面と底面との間の厚さを有する、請求項1または2に記載の方法。
  4. 物体に対する2つの融着接続部が第1の高さにあり、第1の高さが溶融材料の外周部の厚さよりも大きい、請求項に記載の方法。
  5. 第1の高さが、軸方向で物体の最小寸法にわたって測定された物体の幅よりも大きい、請求項に記載の方法。
  6. 第1の高さと物体の幅との比が少なくとも3.5である、請求項に記載の方法。
  7. )物体と支持体とが接続されている間に、粉末ベッドから物体及び支持体を除去するステップをさらに含む、請求項1乃至のいずれかに記載の方法。
  8. ステップ(c)が、第1の部分の頂部と第2の部分の頂部とに接続する第3の部分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を含む、請求項1乃至のいずれかに記載の方法。
  9. 軸方向が、粉末ベッドの第1の側からのリコータアームの移動方向に平行である、請求項1乃至のいずれかに記載の方法。
  10. 溶融材料の外周部が、融着接続部のうちの少なくとも1つに隣接するテーパ状端部を有する、請求項1乃至のいずれかに記載の方法。
  11. 軸方向が粉末の層に平行である、請求項1乃至1のいずれかに記載の方法。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10583606B2 (en) 2016-02-11 2020-03-10 General Electric Company Method and supports with powder removal ports for additive manufacturing
US10391753B2 (en) 2016-02-11 2019-08-27 General Electric Company Methods and keyway supports for additive manufacturing
US10744713B2 (en) 2016-02-11 2020-08-18 General Electric Company Methods and breakable supports for additive manufacturing
US10357828B2 (en) 2016-02-11 2019-07-23 General Electric Company Methods and leading edge supports for additive manufacturing
US10549478B2 (en) 2016-02-11 2020-02-04 General Electric Company Methods and surrounding supports for additive manufacturing
US10799951B2 (en) 2016-02-11 2020-10-13 General Electric Company Method and conformal supports for additive manufacturing
US10831180B2 (en) * 2016-02-25 2020-11-10 General Electric Company Multivariate statistical process control of laser powder bed additive manufacturing
US10471695B2 (en) 2016-10-26 2019-11-12 General Electric Company Methods and thermal structures for additive manufacturing
EP3466651A1 (en) * 2017-10-04 2019-04-10 CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH Method for operating at least one apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
US11420396B2 (en) * 2017-10-31 2022-08-23 Hewlett-Packard Development Co., L.P. 3D object parts and cage fabrication
WO2019212490A1 (en) * 2018-04-30 2019-11-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional printed component setter generation
CN112262037B (zh) * 2018-06-15 2022-12-13 3M创新有限公司 通过增材制造来构建物理对象的方法
US11117329B2 (en) 2018-06-26 2021-09-14 General Electric Company Additively manufactured build assemblies having reduced distortion and residual stress
US10967580B2 (en) 2018-09-18 2021-04-06 General Electric Company Support structures for additively-manufactured components and methods of securing a component to a build platform during additive manufacturing
US11534961B2 (en) 2018-11-09 2022-12-27 General Electric Company Melt pool monitoring system and method for detecting errors in a multi-laser additive manufacturing process
US11440097B2 (en) 2019-02-12 2022-09-13 General Electric Company Methods for additively manufacturing components using lattice support structures
US11285540B2 (en) 2020-03-06 2022-03-29 Warsaw Orthopedic, Inc. Method for manufacturing parts or devices and forming transition layers facilitating removal of parts and devices from build-plates
US11994292B2 (en) 2020-08-31 2024-05-28 General Electric Company Impingement cooling apparatus for turbomachine
US11371702B2 (en) 2020-08-31 2022-06-28 General Electric Company Impingement panel for a turbomachine
US11460191B2 (en) 2020-08-31 2022-10-04 General Electric Company Cooling insert for a turbomachine
US11994293B2 (en) 2020-08-31 2024-05-28 General Electric Company Impingement cooling apparatus support structure and method of manufacture
US11614233B2 (en) 2020-08-31 2023-03-28 General Electric Company Impingement panel support structure and method of manufacture
US11420383B2 (en) * 2020-09-08 2022-08-23 General Electric Company System and method for additively manufacturing components using containment walls
US11255545B1 (en) 2020-10-26 2022-02-22 General Electric Company Integrated combustion nozzle having a unified head end
CN114670449B (zh) * 2022-03-24 2023-08-11 南京铖联激光科技有限公司 一种3d打印机粉末前处理装置
US11767766B1 (en) 2022-07-29 2023-09-26 General Electric Company Turbomachine airfoil having impingement cooling passages
JP7287732B1 (ja) * 2022-10-25 2023-06-06 株式会社松浦機械製作所 三次元成形方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1504603A (en) * 1920-01-30 1924-08-12 Westinghouse Electric & Mfg Co Signal light
US4863538A (en) 1986-10-17 1989-09-05 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for producing parts by selective sintering
US5460758A (en) 1990-12-21 1995-10-24 Eos Gmbh Electro Optical Systems Method and apparatus for production of a three-dimensional object
DE4436695C1 (de) 1994-10-13 1995-12-21 Eos Electro Optical Syst Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes
US5529471A (en) 1995-02-03 1996-06-25 University Of Southern California Additive fabrication apparatus and method
US5837960A (en) 1995-08-14 1998-11-17 The Regents Of The University Of California Laser production of articles from powders
US6471800B2 (en) 2000-11-29 2002-10-29 Nanotek Instruments, Inc. Layer-additive method and apparatus for freeform fabrication of 3-D objects
US20020171177A1 (en) 2001-03-21 2002-11-21 Kritchman Elisha M. System and method for printing and supporting three dimensional objects
DE10219983B4 (de) 2002-05-03 2004-03-18 Bego Medical Ag Verfahren zum Herstellen von Produkten durch Freiform-Lasersintern
US7435072B2 (en) 2003-06-02 2008-10-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Methods and systems for producing an object through solid freeform fabrication
US6995334B1 (en) 2003-08-25 2006-02-07 Southern Methodist University System and method for controlling the size of the molten pool in laser-based additive manufacturing
GB0715621D0 (en) 2007-08-10 2007-09-19 Rolls Royce Plc Support architecture
US9188341B2 (en) 2008-04-11 2015-11-17 General Electric Company Fuel nozzle
FR2962061B1 (fr) 2010-07-01 2013-02-22 Snecma Procede de fabrication d'une piece metallique par fusion selective d'une poudre
BE1020619A3 (nl) * 2011-02-04 2014-02-04 Layerwise N V Werkwijze voor het laagsgewijs vervaardigen van dunwandige structuren.
US8506836B2 (en) 2011-09-16 2013-08-13 Honeywell International Inc. Methods for manufacturing components from articles formed by additive-manufacturing processes
JP5772668B2 (ja) 2012-03-08 2015-09-02 カシオ計算機株式会社 3次元造形方法及び造形物複合体並びに3次元造形装置
JP6378688B2 (ja) 2012-11-01 2018-08-22 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 付加製造方法および装置
DE102013203938A1 (de) 2013-03-07 2014-09-25 Airbus Operations Gmbh Generatives Schichtaufbauverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts und dreidimensionales Objekt
US9767224B2 (en) 2013-05-13 2017-09-19 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Systems and methods for designing and fabricating contact-free support structures for overhang geometries of parts in powder-bed metal additive manufacturing
JP6270353B2 (ja) 2013-06-28 2018-01-31 シーメット株式会社 三次元造形体およびサポート形成方法
US10543549B2 (en) 2013-07-16 2020-01-28 Illinois Tool Works Inc. Additive manufacturing system for joining and surface overlay
US8974213B1 (en) 2013-09-02 2015-03-10 Massivit 3D Printing Technologies Ltd Large shells manufacturing apparatus
GB201316670D0 (en) * 2013-09-19 2013-11-06 3T Rpd Ltd manufacturing method
FR3024060B1 (fr) 2014-07-28 2021-01-29 Michelin & Cie Procede de fabrication additive a base de poudre d'une piece, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques, et d'un element de renfort associe
GB201504603D0 (en) * 2015-03-18 2015-05-06 Materials Solutions Additive manufacturing
US10357828B2 (en) 2016-02-11 2019-07-23 General Electric Company Methods and leading edge supports for additive manufacturing
US10744713B2 (en) 2016-02-11 2020-08-18 General Electric Company Methods and breakable supports for additive manufacturing
US10549478B2 (en) 2016-02-11 2020-02-04 General Electric Company Methods and surrounding supports for additive manufacturing
US10391753B2 (en) 2016-02-11 2019-08-27 General Electric Company Methods and keyway supports for additive manufacturing
US10583606B2 (en) 2016-02-11 2020-03-10 General Electric Company Method and supports with powder removal ports for additive manufacturing
US10799951B2 (en) 2016-02-11 2020-10-13 General Electric Company Method and conformal supports for additive manufacturing

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