JP6764401B2 - 3次元印刷物の熱処理中の空洞の変形を抑制する方法 - Google Patents

3次元印刷物の熱処理中の空洞の変形を抑制する方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6764401B2
JP6764401B2 JP2017519294A JP2017519294A JP6764401B2 JP 6764401 B2 JP6764401 B2 JP 6764401B2 JP 2017519294 A JP2017519294 A JP 2017519294A JP 2017519294 A JP2017519294 A JP 2017519294A JP 6764401 B2 JP6764401 B2 JP 6764401B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
item
cavity
product
powder
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017519294A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018501398A (ja
Inventor
クラーク、リチャード、ディー
トゥク、ダグラス、ピー
パステリク、トーマス、ジー
ケーリー、ブランドン
リジ、トーマス
Original Assignee
ザ エクスワン カンパニー
ザ エクスワン カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ザ エクスワン カンパニー, ザ エクスワン カンパニー filed Critical ザ エクスワン カンパニー
Publication of JP2018501398A publication Critical patent/JP2018501398A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6764401B2 publication Critical patent/JP6764401B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10Formation of a green body
    • B22F10/14Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F5/106Tube or ring forms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02Thermal after-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10Formation of a green body
    • B22F10/16Formation of a green body by embedding the binder within the powder bed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248Thermal after-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Description

本発明は、空洞が製品の表面から内側に延びている3次元印刷物の熱処理中の空洞の変形を抑制する方法に関する。
複雑な形状の製品を製造する上で特に魅力的な3次元印刷方法の1つは、3次元結合剤噴射印刷プロセスである。このプロセスは、結合剤の噴射がインクジェット印刷用に開発されたものによく似ている印刷ヘッドを用いて行われるので、「3次元インクジェット印刷プロセス」と呼ばれることもある。簡潔にするために、以下では、3次元印刷結合剤噴射プロセスを指すために「3DP BJプロセス」という用語を用い、3DP BJプロセスにより作製される印刷物を以下では「3DP BJ製品」と称することにし、3DP BJ製品を製造するために3DP BJプロセスを用いることを以下では、製品を「3DP BJ印刷する」と称することにする。例えば、3DP BJプロセスを用いて結合剤で粒子を接合したローターを作り出すことを、本明細書では「3DP BJローターを3DP BJ印刷する」と称する。3DP BJ製品は多くの場合、当該3DP BJ製品を意図した製品そのものに変えるために熱処理される。この変質により、強度が著しく増加する。
経済的理由により、製品の表面から内側に延びる1個以上の空洞がある製品を製造するために3DP BJプロセスを用いることが望ましい。この種の空洞には、製品の内部で終わるもの、即ち出口のない空洞もあれば、製品を突き抜けて別の表面まで延び、かつ/または他の空洞につながるものもある。多くの例において、この種の空洞は、空洞の幅に比べて厚さが薄い1つ以上の壁(側壁、屋根、または床面と呼ばれる場合もある)によって画定されている。3DP BJ製品の構造特性は熱処理後のもの、即ち製品そのものより弱いので、空洞(言い換えると空洞の壁)は熱処理時に重力によって引き起こされる幾何学的歪みが生じやすい。このような幾何学的歪みは、当技術分野では「スランピング(slumping)」または「スランピング変形(slumping warpage)」と呼ばれることがあり、本明細書では単純に「変形(warpage)」と称することにする。いくつかの例において、この種の変形が発生するので製品を製造するのに3DP BJプロセスを用いることが不適格と判定される場合がある。したがって、当技術分野ではこのような変形の発生を避ける必要がある。
本発明は、3DP BJ印刷およびその後の熱処理によって外面から内側に延びる空洞を有する製品を製造する方法を提供することにより、上述の変形問題を改善する。これらの方法によれば、3DP BJ製品は造形粉末から3DP BJ印刷されるが、3DP BJ製品の空洞の中に接触状態で挿入できるように適合された3DP BJオブジェクトも同様である。「接触状態で挿入できる」という用語は、3DP BJオブジェクトの外面のうち少なくとも対向する部分が空洞表面の少なくとも対向する部分に接触することにより、熱処理時に接触している3DP BJ製品空洞の壁のより高くにある部分を変形しないように構造的に支持するべく、3DP BJオブジェクトの少なくとも一部を当該3DP BJ製品の空洞の中に挿入することができることを意味するものとして解釈されるべきである。また、これらの方法によれば、3DP BJ製品の空洞表面の少なくとも一部、および/または3DP BJオブジェクトの表面の少なくとも一部は、3DP BJオブジェクトが熱処理時に3DP BJ製品に接合するのを防ぐように処理が施される。また、これらの方法によれば、3DP BJオブジェクトは3DP BJ製品の空洞の中に挿入され、そして当該3DP BJ製品と3DP BJオブジェクトは熱処理される。熱処理により、3DP BJ製品は意図した製品に、そして、3DP BJオブジェクトは熱処理された3DP BJオブジェクトに変質する。これらの方法によれば、熱処理された3DP BJオブジェクトはこの後、製品から取り外される。即ち、製品の空洞から取り外される。
本発明のいくつかの実施態様は、3DP BJ製品の表面と合わさる表面を有する物体を3DP BJ印刷し、次いで熱処理時にこの3DP BJ体が3DP BJ製品に接合するのを防ぐように、これらの合わせ面のうち少なくとも1つを処理することも含む。この種の実施態様においては、熱処理中3DP BJ製品の合わせ面のうち少なくとも一部は、3DP BJ体の合わせ面の対応する部分によって支持される。
本発明の特徴および利点の重要性は、添付図を参照することにより理解が深まる。しかしながら、添付図面は説明目的のためにのみ作成されており、本発明の範囲を規定するものではないことが理解されるべきである。
ある実施態様による空洞を有する3DP BJ製品と2つの挿入可能なオブジェクトの概略斜視図である。
2つの挿入可能なオブジェクトが空洞に接触状態で挿入された後の、図1の製品と2つの挿入可能なオブジェクトを示す概略斜視図である。
ある実施態様による(a)複数の空洞を有する別の3DP BJ製品、(b)挿入可能なオブジェクト、および(c)2つのサポートの概略斜視図である。
図3の3DP BJ製品の概略側面図である。
図3の3DP BJ製品、挿入可能なオブジェクト、およびサポートを示す概略斜視図であり、挿入可能なオブジェクトは同製品の空洞の1つの中に接触状態で挿入され、同製品の底面は2つのサポートの上面に支持されるように接触している。
流動可能な支持粉末が貫流できるよう適合されている複数のオリフィスを有する第2の挿入可能な矩形オブジェクトの概略斜視図である。
本セクションでは、本発明の好ましい実施態様のいくつかを、当業者が過度な実験を行うことなく本発明を実施できるように十分詳細に示す。しかし、本明細書に記載される限られた数の好ましい実施態様は、請求項に示す本発明の範囲を制限するものでは全くないことが理解されるべきである。本明細書または請求項に値の範囲が記載される場合は常に、当該範囲には、両端点とその間にあるすべての点が、まるでそれらすべての点が明示的に記載されているかのように含まれることが理解されるべきである。他に明記しない限り、本明細書および請求項で用いられる用語「約」は、その「約」という用語が修飾する値に関連する通常の計測および/または製造限度を意味するものとして解釈されるべきである。明示的に別段の定めをした場合を除き、「実施態様」という用語は、本明細書では本発明の実施態様を意味するために用いられる。
本明細書に記載される方法の実施態様は単一の製品を製造するためにも、同時に複数の製品を製造するためにも使用できることは、本発明の範囲内であるということが理解されるべきである。そうではあるが、説明を簡潔にするために、下記の好ましい実施態様の記述は単一の製品の製造だけに言及する。
単一の空洞を有する製品に言及することは本発明の使用を外面から内側に延びる単一の空洞を有する製品にのみ限定するものではないことが理解されるべきである。本発明は、単一または複数の空洞を有する製品を包摂し、複数の空洞は互いに同一でも異なるものでもよく、空洞同士が結合していてもよい。上記の空洞はいずれも、貫通するものであっても出口のないものであってもよいことも理解されるべきである。
本明細書内の「粉末」という用語は当技術分野では「粒子物質」または「粒子」を指す場合があることが理解されるべきであり、「粉末」という用語は、名称が何であれ、3DP BJプロセスにおいて所望の製品を作り出すためにその上に結合剤が付着される層を形成する物質を意味するものとして解釈されるべきである。粉末は粉末状にすることができる物質であればどんな種類のもの(例えば、金属、プラスチック、セラミックス、炭素、黒鉛、複合材料、鉱物)で構成してもよい。
本発明は外面から内側に広がる空洞を有するいかなる種類の製品にも用いることができることも理解されるべきである。
基本的な3DP BJプロセスは、1990年代にマサチューセッツ工科大学(MIT)で開発され、以下を含む数々の米国特許に記述されている。Sachsらの第5,490,882号、Cimaらの第5,490,962号、Cimaらの第5,518,680号、Bredtらの第5,660,621号、Sachsらの第5,775,402号、Sachsらの第5,807,437号、Sachsらの第5,814,161号、Bredtらの第5,851,465号、Cimaらの第5,869,170号、Sachsらの第5,940,674号、Sachsらの第6,036,777号、Sachsらの第6,070,973号、Sachsらの第6,109,332号、Sachsらの第6,112,804号、Vacantiらの第6,139,574号、Sachsらの第6,146,567号、Vacantiらの第6,176,874号、Griffithらの第6,197,575号、Monkhouseらの第6,280,771号、Sachsらの第6,354,361号、Sachsらの第6,397,722号、Sherwoodらの第6,454,811号、Yooらの第6,471,992号、Sachsらの第6,508,980号、Monkhouseらの第6,514,518号、Cimaらの第6,530,958号、Sachsらの第6,596,224号、Sachsらの第6,629,559号、Teungらの第6,945,638号、Sachsらの第7,077,334号、Sachsらの第7,250,134号、Payumoらの第7,276,252号、Pryceらの第7,300,668号、Serdyらの第7,815,826号、Pryceらの第7,820,201号、Payumoらの第7,875,290号、Pryceらの第7,931,914号、Wangらの第8,088,415号、Bredtらの第8,211,226号、およびWangらの第8,465,777号。
基本的に、3DP BJプロセスは、粉末の層を塗布し、その後粉末層の選択部分を結合させるためにその層の上に流体を選択的にインクジェット印刷するものである。このシーケンスは、所望の製品が作成されるまで、層を追加する度に繰り返される。粉末層を構成する物質は「造形材料」、または「造形材料粉末」と称されることが多い。ジェット噴射される流体は「結合剤」と称されることが多く、場合によっては「活性剤」と称されることもある。この3DP BJプロセス中、粉末層の結合剤によって結合されない部分は、製造中の単数または複数の製品の周りの支持粉末の床、即ち、「造形材料粉末床」を形成する。
3DP BJ製品の強度および/または密度を高めるために、3DP BJ製品の熱処理が必要になる場合がある。多くの場合、熱処理の最初の部分は、結合剤を固めるために3DP BJ製品がまだ粉末床によって支持されているときに3DP BJ製品を加熱することである。最初の部分の後、3DP BJ製品を粉末床から取り外す。、熱処理の2番目の部分には3DP BJ製品の粉末同士が焼結するのに十分な温度まで3DP BJ製品を加熱することを含めることができる。例えば、金属粉末が造形材料として用いられる場合、その後処理には金属粉末同士の焼結および/または焼結してはいるが多孔性である製品への溶融金属の浸潤(例えば、アダプター2のステム26を浸潤させることによる(図2参照のこと))が含まれることがある。
実施態様においては、3DP BJ製品が造形粉末から3DP BJ印刷されるが、3DP BJ製品の空洞の中に接触状態で挿入できるように適合された3DP BJオブジェクトも同様である。3DP BJ製品の空洞表面の少なくとも一部、および/または3DP BJオブジェクトの表面の少なくとも一部は、熱処理中に3DP BJオブジェクトが3DP BJ製品に接合するのを防ぐように処理が施される。3DP BJオブジェクトが3DP BJ製品の空洞の中に接触状態で挿入されて、3DP BJ製品と3DP BJオブジェクトは熱処理される。熱処理中、3DP BJ製品は粉末床によって支持される。熱処理により、3DP BJ製品は意図した製品それ自体に変わる。3DP BJオブジェクトは熱処理された3DP BJオブジェクトに変質し、その後製品の空洞から取り外される。
熱処理中に支持するために、挿入可能な剛体を使うことよりも3DP BJオブジェクトを挿入して使うことが優れているのは、熱処理中に3DP BJオブジェクトが接触状態でその空洞の中に挿入されている3DP BJ製品ときわめてよく似た態様で3DP BJオブジェクトの表面が動き、3DP BJオブジェクトが収縮することにある。対照的に、挿入可能な剛体は、たとえ初期、途中、または最終的に空洞にはめ合っているとしても、3DP BJ体の表面と同様には3DP BJ製品の表面とともに動いたり、空洞の収縮とともに縮んだりしない。
ここで図1と図2を参照しながら、第1の好ましい実施態様について記述する。図1は、ある3DP BJ製品、即ち、3DP BJ流路エルボアダプター2の概略斜視図である。アダプター2は、その円形端部6およびアダプター2の矩形端部8から内側に延びてつながっている空洞4を有する。図1には、円形端部6で空洞4の中に接触状態で挿入できるように適合された丸いオブジェクト10と矩形端部8で空洞4の中に接触状態で挿入できるように適合された3DP BJ矩形オブジェクト12の斜視図も示している。丸いオブジェクト10と矩形のオブジェクト12は、アダプター2と同じ造形粉末製である。丸いオブジェクト10と矩形のオブジェクト12にはそれぞれネック部、即ち円いネック部14と矩形のネック部16があり、それぞれ円形端部6と矩形端部8で空洞4の中に接触状態で挿入されるように適合されていることに留意されたい。また、丸いオブジェクト10と矩形のオブジェクト12にはそれぞれリム部、即ち円いリム部18と矩形のリム部20があり、それぞれ空洞4の外部に残るように適合されていることにも留意されたい。
図2は、丸いオブジェクト10が円形端部6で空洞4(見えない)の中に接触状態で挿入され、矩形のオブジェクト12が矩形端部8で空洞4の中に接触状態で挿入された後のアダプター2の概略斜視図である。丸いオブジェクト10には、それを空洞4の中にはめ込み、および/または空洞4から取り外すのに役立つように、工具を挿入するのに使える溝22があることに留意されたい。同様に、矩形のオブジェクト12には、それを空洞4の中にはめ込み、および/または空洞4から取り外すのに役立つように使用できるつまみ24があることに留意されたい。
図1には丸いネック14と矩形のネック16は空洞4の中に少しだけしか挿入できないように示されているが、製品の空洞内に接触状態で挿入することができるオブジェクトの一部が熱処理中に変形が生じるのを防ぐように製品の空洞内に任意の深さまで延びていることは本発明の範囲内であることが理解されるべきである。いくつかの例において、空洞の形状によってオブジェクトが空洞内で延びることができる深さが制限されることがある。いかなる例においても、オブジェクトが空洞内に延びる深さは、そのオブジェクトを用いない場合に予想される変形に基づく設計上の選択の問題である。
丸い物体10と矩形の物体12を空洞4の中に接触状態で挿入するに先立ち、空洞4の表面の少なくとも一部、および/または丸い物体10と矩形の物体12それぞれの表面の少なくとも一部は、丸い物体10と矩形の物体12が熱処理中にアダプター2に接合するのを防ぐように処理が施される。一部の実施態様において、この処理には、オブジェクトと製品の間の相互拡散または反応を防止する界面材料(例えば、窒化ホウ素)によって選択された表面をコーティングすることが含まれる。一部の実施態様において、この処理には、表面それ自体をオブジェクトと製品の間の相互拡散または反応に比較的不活性にさせるような物質(例えば、還元剤や酸化剤)で選択された表面を覆うことが含まれる。微粉形態の界面材料(例えば、窒化ホウ素)を塗布する場合、界面材料を蒸発性の液体の中で懸濁し、その懸濁液を覆うべき表面上に塗ることが有用である。この種の懸濁液を用いる場合、懸濁液が3DP BJ製品、物体またはオブジェクトの中に浸潤することを防ぐために、蒸発性の液体の標準沸点近くまたはそれを超える温度まで表面を加熱することが有用である。
上述のように、熱処理時に3DP BJ製品は粉末床によって支持される。粉末床は、3DP BJ製品を支えることができ、かつ熱処理が完了した後製品から取り除けるように熱処理中に流動可能なままであるようなものであればどんな粉末で構成されてかまわない。熱処理中粉末床の粉末は3DP BJ製品と反応しないことが好ましい。ただし、一部の例、特に熱処理後製品の表面にサンドブラストによる仕上げ加工、機械加工、摩耗洗浄、および/または化学洗浄を施すことになっている場合には、少量の反応は許容可能である。熱処理に結合剤を硬化させる初期ステージが含まれる場合、粉末床は造形材料粉末の床であることが好ましい。硬化された3DP BJ製品は後で当該造形材料粉末床から取り外され、別の粉末床においてさらに熱処理を受ける。
粉末床は、挿入可能なオブジェクトが挿入される空洞を含めて、3DP BJ製品の空洞を満たすことが好ましい。一部の実施態様において、熱処理中に起きる可能性がある沈降(settling)が生じたときに支持粉末が空洞の内部に流入できるように空洞への入口の上方に粉末の貯蔵部を設けることが好ましい。空洞の端部がすべて閉止されている実施態様(例えば、図2の実施態様に示されているような)においては、封入された支持粉末を密に詰め込むと熱処理中の空洞の収縮を好ましくなく制限する可能性があるので、支持粉末は空洞をゆるく満たすことが好ましい。
支持粉末の流れがその中を通り抜けることができるように、挿入可能なオブジェクトに1個以上のオリフィスを設けることも、本発明の範囲内である。この種のオリフィスは、空洞の変形の抑制に必要な挿入可能なオブジェクトの支持機能を損なうことがないように寸法と位置を定めるべきである。図6を参照すると、図1および図2に示されている矩形のオブジェクト12の代用品になるように設計された第2の3DP BJ矩形オブジェクト60が示されている。第2の矩形オブジェクト60には複数のオリフィス、即ち、オリフィス62、64、66、68があり、これらは空洞4(図1参照)の中に挿入された後、第2の矩形オブジェクト60の支持機能を損なわずに支持粉末が第2の矩形オブジェクト60を通り抜けることができるよう適合されている。
一部の実施態様において、1つ以上の3DP体の1つ以上の合わせ面を用いて3DP BJ製品の1つ以上の外面を支えることにより変形に対する耐性が改良されている。この種の実施態様には、3DP BJ製品の表面と合わさる面を有する物体を3DP BJ印刷し、次いで熱処理時にこの3DP BJ体が3DP BJ製品に接合するのを防ぐためにこれらの合わせ面のうち少なくとも1つを処理することが含まれる。3DP BJ製品の熱処理中、3DP BJ製品の合わせ面の少なくとも一部は3DP BJ体の合わせ面の対応する部分によって支持される。3DP BJ体の合わせ面上で3DP BJ製品の表面を支えるこの方法は、流動可能な粉末床による方法よりも堅固に3DP BJ製品を支持する。堅固な表面上で支持することに優るこの支持方法の利点は、堅固な表面は、たとえ初期、途中、または最終的には適切にはめ合っているとしても、3DP BJ体の表面の動きのようには熱処理の影響を補償するように3DP BJ製品の表面とともに動くわけではないのに対し、3DP BJ体の表面は熱処理中にはめ合わされている3DP BJ製品の表面ときわめてよく似た態様で動くことである。
この種の実施態様の一例をここに記載することにする。図3および図4はそれぞれ、別の3DP BJ製品(即ち、3DP BJ封入型ベーンローター30)の概略斜視図と側面図である。ローター30には、ローター30の半径方向周縁面34から内側に延びるベーン用の空洞(例えば、ベーン空洞32)が複数ある。それぞれのベーン空洞は、ローター30を貫通してローター30の頂部開放端36まで延びている。ローター30には中空のカラー38もあり、これは底面40の一部がカラー38によって取り囲まれるようにローター30の底面40から下方に延びている。
図3は、ローター30を示すとともに、ベーン空洞32の中に接触状態で挿入できる3DP BJされた挿入可能なオブジェクト42、3DP BJによる中心サポート44、および3DP BJによる底部サポート46をも示している。これらはすべて、ローター30と同じ造形粉末製である。簡潔にするために、3DP BJされた挿入可能なオブジェクト42を1つだけ示しているが、ベーン30の他のベーン空洞のそれぞれに類似の挿入可能なオブジェクトを備えることができる。
中心サポート44および底部サポートの上面48、50はそれぞれ、ローター30の底面40の対応する区域と合わさることによって、熱処理の少なくとも一部の期間、ローター30を支持するように適合されている。ここで図5を参照すると、ローター30の概略斜視図が示されている。挿入可能なオブジェクト42がベーン空洞32(挿入可能なオブジェクト42が中に挿入されているので見えない)の中に接触状態で挿入されており、中心サポート44(見えない)と底部サポート46はそれぞれの上面48、50(見えない)がローター30の底面40(見えない)を支持するように接触状態でローター30の下に配置されている。挿入可能なオブジェクト42のつまみ部52は、挿入可能なオブジェクト42をローター30の中に置いたりローター30から引き抜いたりするのに役立つようローター30から外に延びている。ローター30は表面40(見えない)を底にして、中心サポート44(見えない)と底部サポート46それぞれの上面48、50(見えない)によって支持されている。中心サポート44(見えない)は、カラー38(見えない)の内部に配置されている。
本発明のごく少数の実施態様のみを示し、説明してきたが、当業者にとっては、請求項に記載される発明の精神と範囲から逸脱せずに同発明に多くの変更と修正を行えることは明らかである。本明細書で特定される米国のすべての特許および特許出願、ならびに米国外のすべての特許および特許出願等の文書は、法の下で認められる最大限の範囲で、本明細書内に省略せずに記載されている如くに参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (14)

  1. a)外面と、当該外面から内側に延びる空洞とを有し、当該空洞と当該外面の交差部において開口部が画定されている第1のアイテムを、造形材料から3次元印刷結合剤噴射プロセスによって印刷するステップと、
    b)外面を有し、当該第1のアイテムの空洞の中に接触状態で挿入できるように適合された第2のアイテム、当該造形材料から3次元印刷結合剤噴射プロセスによって印刷するステップと、
    c)後のステップ(e)の際に当該第2のアイテム当該第1のアイテムに接合するのを防ぐように、当該空洞表面の少なくとも一部および当該第2のアイテム外面の少なくとも一部の少なくとも一方に処理を施すステップと、
    d)ステップ(c)の後で且つステップ(e)の前に、当該第2のアイテム当該第1のアイテムの空洞の中に接触状態で挿入して組立体を形成するステップと、
    e)当該第1のアイテムおよび当該第2のアイテムが少なくとも部分的に焼結するように、当該組立体を熱処理するステップと、
    f)ステップ(e)の後、当該第1のアイテムの空洞から当該第2のアイテムを取り外すステップと、
    を含み、
    ステップ(e)の際に当該第1のアイテムおよび当該第2のアイテムがそれぞれ収縮するときに同じ割合で収縮し、当該第2のアイテムが、重力によって当該第1のアイテムの開口部に幾何学的歪みが生じることによる当該開口部の内側への崩壊を防ぐ
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記造形材料が金属粉末である請求項1の方法。
  3. 前記造形材料がセラミック粉末である請求項1の方法。
  4. 前記造形材料が炭素粉末および黒鉛粉末の群から選択される少なくとも1つから成る請求項1の方法。
  5. 前記ステップ(e)には、前記第1のアイテムおよび前記第2のアイテムを完全に焼結させることが含まれる請求項1の方法。
  6. 前記ステップ(e)には、固化できる液体物質により前記第1のアイテムを浸潤させることが含まれる請求項1の方法。
  7. 前記固化できる液体物質が前記ステップ(e)の後に前記第1のアイテムに残存している状態では固体である請求項6の方法。
  8. 前記ステップ(c)がコーティング材により前記第2のアイテムの外面の少なくとも一部を覆うことを含み、当該コーティング材は前記ステップ(e)の際に前記第2のアイテム前記第1のアイテムに接合するのを防ぐように適合されている請求項1の方法。
  9. 前記コーティング材が窒化ホウ素である請求項8の方法。
  10. 前記第1のアイテムが封入型ベーンローターである請求項1の方法。
  11. 請求項1の方法であって、さらに
    (g)前記第1のアイテムの一部領域と合わさるを有する第3のアイテム前記造形材料から3次元印刷結合剤噴射プロセスによって印刷するステップと、
    (h)前記ステップ(e)の際に当該第3のアイテム前記第1のアイテムに接合するのを防ぐために、当該第3のアイテムの面の一部または全部および前記第1のアイテムの一部領域の一部または全部のうち少なくとも1つを処理するステップと、
    (i)前記ステップ(e)の際、当該第3のアイテムの面の上で前記第1のアイテムの一部領域を少なくとも部分的に支えるステップ
    (j)前記ステップ(e)の際、当該第3のアイテムを少なくとも部分的に焼結させるステップと、
    を含み、
    前記ステップ(e)の際に前記第1のアイテムおよび当該第3のアイテムがそれぞれ収縮するときに同じ割合で収縮し、当該第3のアイテムが、重力によって前記第1のアイテムの外面の支持された領域に幾何学的歪みが生じることを防ぐ
    ことを特徴とする方法。
  12. 前記ステップ(h)には、前記ステップ(e)の際に前記第3のアイテム前記第1のアイテムに接合するのを防ぐように適合されたコーティング材で、前記第3のアイテムの面の一部を覆うことが含まれる、請求項11の方法。
  13. 前記第2のアイテムは、前記第2のアイテム前記第1のアイテムの空洞の中に挿入された後で前記第1のアイテムの空洞の外部に延びているつまみ部を有する、請求項1の方法。
  14. さらに前記ステップ(e)の際に粉末床で前記組立体を支持することを含み、当該粉末床は流動可能な粉末から成り、前記第2のアイテム前記第2のアイテムを通り抜けて当該粉末が流動可能であるように適合されたオリフィスを有する請求項1の方法。
JP2017519294A 2014-10-15 2015-10-15 3次元印刷物の熱処理中の空洞の変形を抑制する方法 Active JP6764401B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462064045P 2014-10-15 2014-10-15
US62/064,045 2014-10-15
PCT/US2015/055644 WO2016061302A1 (en) 2014-10-15 2015-10-15 Methods for controlling warpage of cavities of three-dimensionally printed articles during heat treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018501398A JP2018501398A (ja) 2018-01-18
JP6764401B2 true JP6764401B2 (ja) 2020-09-30

Family

ID=55747311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017519294A Active JP6764401B2 (ja) 2014-10-15 2015-10-15 3次元印刷物の熱処理中の空洞の変形を抑制する方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170252973A1 (ja)
EP (1) EP3206861A4 (ja)
JP (1) JP6764401B2 (ja)
KR (1) KR102375446B1 (ja)
CN (1) CN107073820A (ja)
WO (1) WO2016061302A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11969795B2 (en) 2016-04-14 2024-04-30 Desktop Metal, Inc. Forming an interface layer for removable support
US10800108B2 (en) 2016-12-02 2020-10-13 Markforged, Inc. Sinterable separation material in additive manufacturing
US10000011B1 (en) 2016-12-02 2018-06-19 Markforged, Inc. Supports for sintering additively manufactured parts
AU2017372858B2 (en) 2016-12-06 2023-02-02 Markforged, Inc. Additive manufacturing with heat-flexed material feeding
US11123796B2 (en) * 2017-04-28 2021-09-21 General Electric Company Method of making a pre-sintered preform
US10688558B2 (en) * 2018-06-06 2020-06-23 General Electric Company Setter assembly for additive manufacturing
CN112601654B (zh) * 2018-09-13 2023-01-31 西门子(中国)有限公司 打印制造传感器的方法
US20200114581A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-16 Krzysztof Wilk Methods for manufacturing spatial objects
KR102078814B1 (ko) * 2019-07-29 2020-04-07 주식회사 에스에프에스 하이브리드 3차원 프린터
US11155039B2 (en) * 2019-10-08 2021-10-26 Thermwood Corporation Warp compensation for additive manufacturing

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
US5745834A (en) * 1995-09-19 1998-04-28 Rockwell International Corporation Free form fabrication of metallic components
EP1039980B1 (en) * 1997-09-26 2004-11-24 Massachusetts Institute Of Technology Method for producing parts from powders using binders derived from metal salt
US6048432A (en) * 1998-02-09 2000-04-11 Applied Metallurgy Corporation Method for producing complex-shaped objects from laminae
US8821158B1 (en) * 1999-10-14 2014-09-02 Geodigm Corporation Method and apparatus for matching digital three-dimensional dental models with digital three-dimensional cranio-facial CAT scan records
US7250134B2 (en) * 2003-11-26 2007-07-31 Massachusetts Institute Of Technology Infiltrating a powder metal skeleton by a similar alloy with depressed melting point exploiting a persistent liquid phase at equilibrium, suitable for fabricating steel parts
US20070071902A1 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 The Boeing Company Rapid part fabrication employing integrated components
US20100028645A1 (en) * 2008-08-04 2010-02-04 Michael Maguire Adaptive supports for green state articles and methods of processing thereof
EP2450000A1 (en) * 2010-11-09 2012-05-09 3M Innovative Properties Company Process for producing a dental article, article obtainable by this process and uses thereof
GB2490087B (en) * 2010-11-29 2016-04-27 Halliburton Energy Services Inc Forming objects by infiltrating a printed matrix
EP2529694B1 (de) * 2011-05-31 2017-11-15 Ivoclar Vivadent AG Verfahren zur generativen Herstellung von Keramikformkörpern durch 3D-Inkjet-Drucken
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
DE102012013318A1 (de) * 2012-07-06 2014-01-09 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
US20140169971A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Hamilton Sundstrand Corporation Additively manufactured impeller
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
GB201500608D0 (en) * 2015-01-14 2015-02-25 Digital Metal Ab Sintering method, manufacturing method, object data processing method, data carrier and object data processor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018501398A (ja) 2018-01-18
US20170252973A1 (en) 2017-09-07
KR20170068543A (ko) 2017-06-19
EP3206861A4 (en) 2018-05-23
KR102375446B1 (ko) 2022-03-17
CN107073820A (zh) 2017-08-18
EP3206861A1 (en) 2017-08-23
WO2016061302A1 (en) 2016-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6764401B2 (ja) 3次元印刷物の熱処理中の空洞の変形を抑制する方法
RU2311984C2 (ru) Способ литья и средства для его осуществления
JP6722676B2 (ja) 加法式の製造方法、オブジェクトデータの処理方法、データキャリア、オブジェクトデータプロセッサ、及びこれにより製造された物体
KR102310916B1 (ko) 슬립을 이용하는 3d 프린팅 방법
JP6131419B2 (ja) 耐火性鋳型及びその製造方法
JP6858555B2 (ja) 3d印刷プロセスを使用することによって混成セラミック/金属、セラミック/セラミック体を製造するための方法
US20220032370A1 (en) Method for manufacturing a part of complex shape by pressure sintering starting from a preform
US20150125334A1 (en) Materials and Process Using a Three Dimensional Printer to Fabricate Sintered Powder Metal Components
JP6057598B2 (ja) 中空部を有する金属粉末焼結体の製造方法
USRE49063E1 (en) Radial pattern assembly
CN110891715A (zh) 通过金属粉末注塑成型生产具有复杂形状的部件的方法
CN104628393A (zh) 一种高性能陶瓷的制备方法
JP2020501022A5 (ja)
CN104609867A (zh) 一种选择性激光烧结陶瓷件的致密方法
JP2018528796A5 (ja)
US9481029B2 (en) Method of making a radial pattern assembly
JP6086327B2 (ja) セラミック焼結体の製造方法
JP6988768B2 (ja) 金属複合体の製造方法及び金属複合体
TWI580567B (zh) Method and article for forming metal / ceramic article with no laser sintering powder lumping device
JP4861719B2 (ja) 焼結・成形用無機有機結合粉末及びポンプ部品及びポンプ装置
KR20230118932A (ko) 다양한 층 두께를 갖는 다층 복합체, 및 관련 방법
Gorjan Wick Debinding—An Effective Way of Solving Problems in the Debinding Process of Powder Injection Molding

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180919

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190802

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190731

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20191009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191227

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200911

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6764401

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250