JP6877988B2 - 酸素を含有するガス混合気を用いた金属付加製造 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、付加製造に関し、より詳細には、酸素を含有するガス混合気を用いた金属付加製造システムに関する。本開示は、金属付加製造方法、およびこの方法を用いて形成される物体にも関する。

付加製造（ＡＭ：ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）は、材料を除去するのではなく材料を連続的に階層化することによって物体を生産する幅広い種類のプロセスを含む。したがって、付加製造は、いずれかの種類のツール、金型、または取り付け具を使用することなくかつ廃棄物をほとんどまたは全く出すことなく複雑な幾何学的形状を創り出すことができる。中実な材料のビレットから構成要素を機械加工し、その大部分を切除して廃棄する代わりに、付加製造に使用される材料だけが物体の成形に必要とされるものとなる。

典型的には、付加製造技法は、形成される物体の３次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを取り込み、この物体を例えば１８〜１０２マイクロメートルの厚さの層に電子的にスライスし、各層の２次元イメージを伴うファイルを生成することを含む。次いで、このファイルは、様々なタイプの付加製造システムによって物体が構築することができるようにファイルを解釈する準備ソフトウェアシステムに読む込むことができる。３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ：ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）、およびダイレクトデジタルマニュファクチュアリング（ＤＤＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）形式の付加製造形態では、材料層が選択的に吐出されて物体を生成する。

選択的レーザ溶融（ＳＬＭ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）などの金属粉末付加製造技法では、金属粉末層が共に連続的に溶融されて物体を形成する。より具体的には、細かい金属粉末層は、アプリケータを用いて金属粉末床上に均一分配された後に連続的に溶融される。金属粉末床は、垂直軸に移動することができる。これらのプロセスは、５００ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）未満または処理チャンバ内の容積の０．１％未満の厳密に実現された酸素レベルで正確に制御された不活性ガス（例えばアルゴンまたは窒素）雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。各層が生成されると、物体の幾何学的形状の各２次元スライスは、金属粉末を選択的に溶融することによって融合することができる。溶融は、１００ワットのイッテルビウムレーザなどの高出力レーザによって行うことができる。レーザは、走査ミラーを用いてＸ−Ｙ方向に移動し、金属粉末を十分に溶接（溶融）させて固体金属を形成するのに十分な強度を有する。金属粉末床は、次の各２次元層に向けて下げられ、物体が完全に形成されるまでプロセスが繰り返される。金属粉末付加製造において適切なガス混合気環境を得ることは、困難であることが分かっている。したがって、所望の表面仕上げ、部分効率、および部分密度を達成することは、金属粉末付加製造を用いるときには難しい可能性がある。

国際公開第２０１４／１５３５７０号公報

本開示の第１の態様は、処理チャンバと、処理チャンバ内の金属粉末床と、金属粉末床上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体を発生させるように構成された溶融要素と、不活性ガスの源および酸素含有材料の源からの処理チャンバ内のガス混合気の流れを制御するように構成された制御システムであって、ガス混合気は不活性ガスおよび酸素含有材料からの酸素を含有する、制御システムとを備える金属粉末付加製造システムを提供する。

本開示の第２の態様は、処理チャンバ内の金属粉末床を用意するステップと、不活性ガスの源および酸素含有材料の源からの処理チャンバ内のガス混合気の流れを制御するステップであって、ガス混合気は不活性ガスおよび酸素含有材料からの酸素を含有する、ガス混合気の流れを制御するステップと、金属粉末床上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体を発生させるステップとを含む金属粉末付加製造方法を提供する。

本開示の第３の態様は、処理チャンバ内の金属粉末床を用意するステップと、不活性ガスの源および酸素含有材料の源からの処理チャンバ内のガス混合気の流れを制御するステップであって、ガス混合気は不活性ガスおよび酸素含有材料からの酸素を含有する、ガス混合気の流れを制御するステップと、金属粉末床上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体を発生させるステップとを含む金属粉末付加製造方法によって形成された物体に関する。

本開示の例示的態様は、本明細書中に説明した課題および／または述べていない他の課題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面とあわせて本開示の様々な態様の下記詳細な説明を参照することにより容易に理解されよう。

本開示の実施形態による金属粉末付加製造システムのブロック図である。

本開示の図面は、原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様を示すものにすぎず、したがって、本開示の範囲の限定とみなされるべきではない。図面では、図面間において同じ番号は同じ要素を表す。

上述したように、本開示は、例えば、物体表面の多孔性および密度をより良く制御するために従来から用いられているものよりも高いレベルで酸素を含有するガス混合気を使用する金属粉末付加製造システムおよび方法を提供する。本開示の教示は、金属粉末付加製造システムに有効フィルタ寿命の劇的な増加をもたらすことも発見されている。

図面を参照すると、図１は、上面だけが示されている物体１０２を発生させる例示的な金属粉末付加製造システム１００の概略／ブロック図を示す。この例では、システム１００は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）用に配置されている。本開示の一般的な教示は、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）などの他の形態の金属粉末付加製造に等しく適用可能であることが理解されよう。物体１０２は、二重壁タービン要素として示されるが、付加製造プロセスは多くの他の部品を製造するのに容易に適合できることが理解されよう。

概して、システム１００は、金属粉末付加製造制御システム１０４（「制御システム」）とＡＭプリンタ１０６とを含む。説明されるように、制御システム１０４は、物体１０２を発生させるためにコード１０８を実行する。コンピュータ１１０上でコンピュータプログラムコードとして実装される制御システム１０４が示されている。この点で、メモリ１１２と、プロセッサ１１４と、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１６と、バス１１８とを備えるコンピュータ１１０が示されている。さらに、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース１２０および記憶システム１２２と通信するコンピュータ１１０が示されている。概して、プロセッサ１１４は、メモリ１１２および／または記憶システム１１２に記憶されるコンピュータプログラムコード１０８を実行する。コンピュータプログラムコード１０８を実行する間に、プロセッサ１１４は、メモリ１１２、記憶システム１２２、Ｉ／Ｏデバイス１２０、および／またはＡＭプリンタ１０６からデータを読み込むおよび／またはそれらへデータを書き込むことができる。バス１１８は、コンピュータ１１０の各構成要素間に通信リンクを実現するとともに、Ｉ／Ｏデバイス１２０は、ユーザがコンピュータ１１０と対話することを可能にする任意のデバイス（例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイなど）を備えることができる。コンピュータ１１０は、様々な可能性のあるハードウェアとソフトウェアの組み合わせを表すものにすぎない。例えば、プロセッサ１１４は、単一の処理ユニットを備えることができ、または１つまたは複数の処理ユニット全体にわたって、例えば、クライアントおよびサーバ上の１つまたは複数の位置に分散することができる。同様に、メモリ１１２および／または記憶システム１２２は、１つまたは複数の物理的位置に存在することができる。メモリ１１２および／または記憶システム１２２は、磁気媒体、光媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）などを含む様々なタイプの持続性コンピュータ可読記憶媒体の任意の組み合わせを含むことができる。コンピュータ１１０は、工業用コントローラ、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、ハンドヘルドデバイス等などの任意のタイプの計算装置を備えることができる。

示されるように、システム１００、特に制御システム１０４は、コード１０８を実行して物体１０２を発生させる。コード１０８は、とりわけＡＭプリンタ１０６を動作させるためのコンピュータ実行可能命令１０８Ｓのセットと、ＡＭプリンタ１０６で物理的に発生させる物体１０２を定めるコンピュータ実行可能命令１０８Ｏのセットとを含むことができる。本明細書中に説明されるように、付加製造プロセスは、コード１０８を記憶する持続性コンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ１１２、記憶システム１２２など）から始まる。ＡＭプリンタ１０６を動作させるためのコンピュータ実行可能命令１０８Ｓのセットは、ＡＭプリンタ１０６を動作させることが可能な任意の現在知られているまたは後で開発されるソフトウェアコードを含むことができる。物体１０２を定めるコンピュータ実行可能命令１０８Ｏのセットは、物体の正確に定義された３Ｄモデルを含むことができるとともに、ＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）、ＴｕｒｂｏＣＡＤ（登録商標）、ＤｅｓｉｇｎＣＡＤ ３Ｄ Ｍａｘ等などの非常に様々なよく知られているコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアシステムのいずれかから発生させることができる。この点において、コード１０８Ｏは、任意の現在知られているまたは後で開発されるファイルフォーマットを含むことができる。さらに、物体１０２を表すコード１０８Ｏは、異なるフォーマット間で翻訳することができる。例えば、コード１０８Ｏは、３ＤシステムのステレオリソグラフィＣＡＤプログラムのために生成された標準テッセレーション言語（ＳＴＬ：Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル、または付加製造ファイル（ＡＭＦ：ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｉｌｅ）を備えることができ、付加製造ファイルは、任意のＡＭプリンタ上に製造される任意の３次元物体の形状および組成を任意のＣＡＤソフトウェアが記載することを可能にするように設計された拡張可能なマーク付け言語拡張可能なマーク付け言語（ＸＭＬ：ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ ｍａｒｋｕｐ−ｌａｎｇｕａｇｅ）ベースのフォーマットである米国機械学会（ＡＳＭＥ）規格である。物体１０２を表すコード１０８Ｏは、データ信号のセットに変換され、伝送され、データ信号のセットとして受信され、コードへ変換され、必要に応じて記憶等されることも可能である。いずれにしても、コード１０８Ｏは、システム１００への入力とすることができるとともに、部品設計者、知的財産（ＩＰ）提供者、設計会社、システム１００のオペレータもしくは所有者、または他の源からもたらされ得る。いずれにしても、制御システム１０４は、コード１０８Ｓおよび１０８Ｏを実行し、物体１０２を一連の薄いスライスに分割し、制御システム１０４は、それをＡＭプリンタ１０６を用いて連続した材料層に組み立てる。

ＡＭプリンタ１０６は、物体１０２プリンティングのために制御された雰囲気をもたらすように封止されている処理チャンバ１３０を備えることができる。物体１０２が上に構築される金属粉末床またはプラットフォーム１３２は、処理チャンバ１３０内に配置される。溶融要素１３４は、金属粉末床１３２上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体１０２を発生させるように構成される。この点において、溶融要素１３４は、コード１０８によって定められるようにスライスごとに粒子を融合する１つまたは複数のレーザまたは電子ビーム１３８を発生させることができる。アプリケータ１４０は、書き込みのないキャンバスとして広げられた原材料１４２の薄い層を作り出すことができ、そこから最終的な物体の各連続スライスが作り出される。ＡＭプリンタ１０６の様々な部分が、新しい各層の付加に対応するように移動することができ、例えば、各層の後に、金属粉末床１３２は下降することができならびに／あるいはチャンバ１３０および／またはアプリケータ１４０は上昇することができる。プロセスは、微粒子の金属粉末の形態の異なる原材料を使用することができ、その在庫は、アプリケータ１４０によってアクセス可能なチャンバ１４４内に保持することができる。とっさの場合には、物体１０２は、純金属または合金を含み得る「金属」で作製することができる。一例では、金属は、実際には限定するものではないがコバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）等などの任意の非反応性金属を含み得る。

処理チャンバ１３０およびその中の雰囲気にさらに関しては、本明細書中に示されるように、従来のシステムでは、チャンバは、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスで満たされ、酸素を最小にするまたはなくすように制御される。本開示の実施形態によれば、微量の酸素の増加は、物体１０２の溶融プール特性を有利に変化させ、結果としてより高い密度部分となるとともに、完了部分の表面仕上げ全体における実質的な改善になることが分かっている。従来のシステムとは対照的に、本開示の実施形態は、不活性ガス１５４の源および酸素含有材料１６２の源からの処理チャンバ１３０内のガス混合気１６０の流れを制御するように構成された制御システム１０４を有する。この場合には、制御システム１０４は、ガス混合気１６０の内容を制御するために、ポンプ１５０ならびに／または不活性ガス用のフローバブルシステム１５２および酸素含有材料用のフローバブルシステム１６４を制御することができる。すなわち、制御システム１０４は、不活性ガス１５４の源に結合されたフローバブルシステム１５２、酸素含有材料１６２の源に結合されたフローバブルシステム１６４、および不活性ガス１５４の源および酸素含有材料１６２の源に結合されたポンプ１５０のうちの少なくとも１つを制御する。各フローバブルシステム１５２、１６４は、特定のガスまたは材料の流れを精密に制御することができる１つまたは複数のコンピュータ制御可能なバルブ、流量センサ、温度センサ、および圧力センサなどを備えることができる。ポンプ１５０は、バルブシステム１５２、１６４を備えても備えなくてもよい。ポンプ１５０が省略される場合、不活性ガスおよび酸素含有材料は、処理チャンバ１３０に導入する前に導管または多岐管内で単に共に混合することができる。不活性ガス１５４の源または酸素含有材料１６２の源は、中に収容される材料のための任意の従来の源、例えば、タンク、貯槽、または他の源の形をとることができる。特定の材料を測定するために必要とされる任意のセンサ（図示せず）を設けることができる。いずれにしても、ガス混合気１６０は、不活性ガスと酸素含有材料からの酸素とを含む。一実施形態では、ガス混合気１６０中の酸素の体積百分率は、約０．５％から約１％の間であることができ、すなわち、従来のシステムにおけるものよりもかなり高い。本明細書に使用されるとき、「約」は、述べた値のまたは範囲であれば各値の±１０％を示す。ガス混合気１６０は、従来のやり方でフィルタ１７０を用いてフィルタ処理することができる。

不活性ガスは、おそらくいくらかのヘリウムとともに、前述のガス、例えばアルゴンまたは窒素のいずれかを含むことができる。酸素含有材料は、様々な形態をとることができる。一実施形態では、酸素含有材料は、空気または純酸素（後者は９９％より多いＯ₂を有する）などの酸素含有ガスを含むことができ、その各々は、従来の方式で圧縮された形態で供給することができる。空気が窒素などの不活性ガスを運ぶ場合のように酸素含有材料が不活性ガスを含む場合、不活性ガス（および／または酸素含有材料）の量は、不活性ガスの体積の増加に対応するように変更することができる。別の実施形態では、酸素含有材料は、例えば、蒸気として供給される、ノズル（図示せず）用いてガス混合気１６０の中にスプレイされる水を含むことができる。この後者の例では、設備（図示せず）は、処理チャンバ１３０内の凝縮水を除去することが必要であり得る。本開示の実施形態によれば、本明細書中に説明されるように、水を導入することによって追加の酸素をガス混合気１６０に与え、フィルタ１７０の動作も改善する。したがって、任意選択の実施形態として、フィルタ１７０は、例えば、動作前に水をスプレイすることによってまたはフィルタ１７０を水に浸漬することによって水で湿らせることができ、それによってそのフィルタリングの有効性を改善するとともに、いくらかの酸素をガス混合気１６０へ導入する。おそらく任意のキャリアから酸素を隔てるための他の構造とともに、様々な他の酸素含有材料が本開示の範囲内で用いられてもよいとも考えられる。

動作時、金属粉末床１３２は処理チャンバ１３０内に供給され、制御システム１０４は、ガス混合気が不活性ガスおよび酸素含有材料からの酸素を含有するように不活性ガス１５４の源および酸素含有材料１６２の源からの処理チャンバ１３０内のガス混合気１６０の流れを制御する。制御システム１０４は、金属粉末床１３２上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体１０２を発生させるために、ＡＭプリンタ１０６、特にアプリケータ１４０および溶融要素１３４も制御する。本開示の実施形態により生成される物体１０２は、等しい酸素を用いない従来のプロセスを上回る表面の多孔性の改善を示す。さらに、物体１０２は、等しい酸素を用いない従来のプロセスよりも大きい密度を有することができる。

大抵の場合、制御システム１０４は、前述の範囲内でガス混合気１６０中の酸素含有量を維持するように働く。代替として、制御システム１０４は、ＡＭプリンタ１０６、例えば、金属粉末床１３２および溶融要素１３４の動作中にガス混合気１６０中の酸素の割合を変化させることもできる。この方式では、物体１０２の製造は、他のシステムのパラメータが変化する場合に一貫した物理的特性、例えば、表面の多孔性、密度などを有することを確実にすることができ、あるいは物体１０２は、コード１０８Ｏによって指示されるようにその部分において変更されたその物理的特性を有することができる。いずれにしても、完成すると、物体１０２は、任意の様々な仕上げプロセス、例えば、二次的な機械加工、封止、研磨などを受けることができる。

一実施形態では、システム１００は、ＳＬＭ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｇｒｏｕｐ ＡＧ，Ｌｕｂｅｃｋ ドイツから市販のモデル２８０ＨＬ選択的レーザ溶融システム、またはＥＯＳ ＧｍｂＨ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｙｔｅｍｓ， Ｍｕｎｉｃｈ ドイツ、Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｌａｓｅｒ ＧｍｂＨ，Ｌｉｃｈｔｅｎｆｅｌｓ ドイツ、および３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｒｏｃｋ Ｈｉｌｌ Ｉｎｃ．，Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ 米国から市販の同様のモデルなどのいくつかの従来の金属粉末付加製造システムを改変することによって作り出すことができる。

システム１００は、物体１０２により良い完成表面仕上げ、例えば表面多孔性をもたらすとともに、より密な完成物体１０２をもたらす。したがって、システム１００は、許容し得る部品品質ためにより幅広いプロセスウィンドウを与える。さらに、システム１００は、ガス混合気フィルタ１７０の寿命を増加させ、その結果として消耗品の運転コストを減少させることが分かっている。

当業者によって理解されるように、本開示のシステム１００の一部は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化することができる。したがって、制御システム１０４は、「回路」、「モジュール」、または「システム」として本明細書中ですべて一般に呼ばれ得る完全にハードウェアの実施形態、（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）完全にソフトウェアの実施形態、またはソフトウェアの態様とハードウェアの態様を組み合わせる実施形態の形をとることができる。さらに、本開示は、コンピュータ使用可能プログラムコードを媒体中に具体化させた表現の任意の有形の媒体中に具体化されたコンピュータプログラム製品の形をとることができる。

１つまたは複数のコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを利用することができる。例えば、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、限定するものではないが、電子、磁気、光、電磁、赤外線、または半導体のシステム、装置、デバイス、または伝搬媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（包括的でないリスト）は、以下のものを含むものであり、すなわち、１つまたは複数の有線を有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消却可能なプログラム可能リードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、インターネットもしくはイントラネットをサポートするものなどの伝送媒体、または磁気記憶装置を含むものである。コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、例えば、紙または他の媒体を光学スキャンし、次いで必要であれば、コンパイルし、インタプリットし、または適切なやり方で他の処理をし、次いでコンピュータのメモリに記憶することによってプログラムを電気的に取り込むことができるようなプログラムが印刷される紙または別の適切な媒体とすることもできることに留意されたい。本文献の文脈では、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによってまたはそれらと関連して使用のためにプログラムを収容、記憶、通信、伝搬、または輸送することができる任意の媒体とすることができる。コンピュータ使用可能媒体は、ベースバンドでまたは搬送波の一部としてコンピュータ使用可能プログラムコードを共に具体化した伝搬データ信号を含むことができる。コンピュータ使用可能プログラムコードは、限定するものではないが、無線、有線回線、光ファイバケーブル、ＲＦなどを含む任意の適切な媒体を用いて伝送することができる。

本開示の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述することができる。プログラムコードは、スタンドアロンソフトウェアパッケージとしてユーザのコンピュータで全体的に、ユーザのコンピュータで部分的に、ユーザのコンピュータで部分的かつ遠隔コンピュータで部分的に、または遠隔コンピュータまたはサーバで全体的に実行することができる。後者のシナリオでは、遠隔コンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広帯域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続することができ、またはこの接続は、外部コンピュータ（例えば、インターネット接続サービス業者を用いてインターネットを介して）へなされ得る。

特定のやり方で機能するようにコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を命じることができるこれらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に記憶することもでき、それによってフローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで特定される機能／動作を実施する命令手段を含むコンピュータ可読媒体に記憶された命令は、製造品を生産する。

コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行する命令がフローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロック内で特定される機能／動作を実施するための処理を行うように、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置上へ読み込んで一連の動作ステップをコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行させてコンピュータにより実施されるプロセスを生じさせることもできる。

本明細書中に使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定していることが意図されるものではない。本明細書中に使用されるとき、文脈上特段明確な指示がない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数形も含むことが意図される。本明細書に使用されるとき、用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、述べた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはその群の存在または追加を除外しないことをさらに理解されよう。

以下の特許請求の範囲内のすべてのミーンズまたはステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求項に記載されたような他の請求項に記載された要素と組み合わせて機能を実行するために任意の構造、材料、または動作を含むことが意図される。本開示の説明は、例示および説明の目的のために示されているが、網羅的であるまたは本開示を開示された形態に限定されることは意図されない。多くの修正および変形は、本開示の範囲および精神から逸脱することなく当業者に明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理および実際の応用をもっともよく説明するとともに、考えられる特定の使用に適している様々な修正を伴う様々な実施形態について当業者が本開示を理解することを可能にするために選択および記載された。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
処理チャンバ（１３０、１４４）と、
前記処理チャンバ（１３０、１４４）内の金属粉末床（１３２）と、
前記金属粉末床（１３２）上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体（１０２）を発生させるように構成された溶融要素（１３４）と、
不活性ガス（１５４）の源および酸素含有材料（１６２）の源からの前記処理チャンバ（１３０、１４４）内のガス混合気（１６０）の流れを制御するように構成された制御システム（１０４）であって、前記ガス混合気（１６０）は前記不活性ガス（１５４）および前記酸素含有材料（１６２）からの酸素を含有する、制御システム（１０４）と
を備える金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様２］
前記酸素含有材料（１６２）は酸素含有ガスを含有する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様３］
前記酸素含有ガスは空気を含有する、実施態様２に記載のシステム（１００）。
［実施態様４］
前記酸素含有ガスは純酸素を含有する、実施態様２に記載のシステム（１００）。
［実施態様５］
前記酸素含有材料（１６２）は水を含有する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様６］
前記ガス混合気（１６０）中の酸素の体積百分率は、約０．５％から約１％の間である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様７］
前記金属粉末は、非反応性金属粉末を含有する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様８］
前記金属粉末は、コバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）を含有する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様９］
前記不活性ガス（１５４）は、アルゴンおよび窒素からなる群から選択される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１０］
前記制御システム（１０４）は、前記不活性ガス（１５４）の源に結合されたフローバブルシステム（１５２、１６４）、前記酸素含有材料（１６２）の源に結合されたフローバブルシステム（１５２、１６４）、ならびに前記不活性ガス（１５４）の源および前記酸素含有材料（１６２）の源に結合されたポンプ（１５０）のうちの少なくとも１つを制御する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１１］
前記制御システム（１０４）は、前記金属粉末床（１３２）および前記レーザ溶融要素（１３４）の動作中に前記ガス混合気（１６０）中の酸素の割合を変化させる、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１２］
処理チャンバ（１３０、１４４）内の金属粉末床（１３２）を用意するステップと、
不活性ガス（１５４）の源および酸素含有材料（１６２）の源からの前記処理チャンバ（１３０、１４４）内のガス混合気（１６０）の流れを制御するステップであって、前記ガス混合気（１６０）は前記不活性ガス（１５４）および前記酸素含有材料（１６２）からの酸素を含有する、ガス混合気（１６０）の流れを制御するステップと、
前記金属粉末床（１３２）上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体（１０２）を発生させるステップと
を含む金属粉末付加製造方法。
［実施態様１３］
前記酸素含有材料（１６２）は酸素含有ガスを含有する、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
前記酸素含有ガスは空気を含有する、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記酸素含有ガスは純酸素を含有する、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１６］
前記酸素含有材料（１６２）は水を含有する、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１７］
前記ガス混合気（１６０）中の酸素の体積百分率は、約０．５％から約１％の間である、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１８］
前記金属粉末は、非反応性金属粉末を含有する、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１９］
前記金属粉末は、コバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）を含有する、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様２０］
前記不活性ガス（１５４）は、アルゴンおよび窒素からなる群から選択される、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様２１］
処理チャンバ（１３０、１４４）内の金属粉末床（１３２）を用意するステップと、
不活性ガス（１５４）の源および酸素含有材料（１６２）の源からの前記処理チャンバ（１３０、１４４）内のガス混合気（１６０）の流れを制御するステップであって、前記ガス混合気（１６０）は前記不活性ガス（１５４）および前記酸素含有材料（１６２）からの酸素を含有する、ガス混合気（１６０）の流れを制御するステップと、
前記金属粉末床（１３２）上で金属粉末層を連続的に溶融させて物体（１０２）を発生させるステップと
を含む金属粉末付加製造方法によって形成される物体（１０２）。
［実施態様２２］
前記酸素含有材料（１６２）は酸素含有ガスを含有する、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２３］
前記酸素含有材料（１６２）は水を含有する、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２４］
前記ガス混合気（１６０）中の酸素の体積百分率は、約０．５％から約１％の間である、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２５］
前記金属粉末は、コバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）を含有する、実施態様２１に記載の方法。

１００ システム
１０２ 物体
１０４ 制御システム
１０６ ＡＭプリンタ
１０８ コード
１１０ コンピュータ
１１２ メモリ
１１４ プロセッサ
１１６ 入出力Ｉ／Ｏインターフェース
１１８ バス
１２０ Ｉ／Ｏデバイス
１２２ 記憶システム
１３０ 処理チャンバ
１３２ 金属粉末床
１３４ 溶融要素
１３８ 電子ビーム
１４０ アプリケータ
１４２ 原材料
１４４ チャンバ
１５０ ポンプ
１５２ バルブシステム
１５４ 不活性ガス
１６０ ガス混合気
１６２ 酸素含有材料
１６４ バルブシステム
１７０ フィルタ
１０８Ｏ コード
１０８Ｓ コード

Claims (15)

1. 処理チャンバ（１３０、１４４）と、
   前記処理チャンバ（１３０、１４４）内の金属粉末床（１３２）と、
   前記金属粉末床（１３２）上で金属粉末の連続的溶融層と溶融プールを生成して物体（１０２）を発生させるように構成された溶融要素（１３４）と、
   前記処理チャンバ（１３０、１４４）と流体連通した不活性ガスの源（１５４）と、
   前記処理チャンバ（１３０、１４４）と流体連通した酸素含有材料の源（１６２）と、
   前記酸素含有材料の源（１６２）及び前記酸素含有材料の源（１６２）と通信する制御システム（１０４）と、
   を備え、
   前記制御システム（１０４）は、前記処理チャンバ（１３０、１４４）に供給されるガス混合気（１６０）の流れを制御するように構成され、
   前記ガス混合気（１６０）は前記不活性ガスの源（１５４）からの不活性ガスおよび前記酸素含有材料の源（１６２）からの酸素を含有し、
   前記制御システム（１０４）は、前記処理チャンバ（１３０、１４４）に供給される酸素の量を維持し、前記物体の溶融プール特性を変更する金属粉末付加製造システム（１００）。
2. 前記酸素含有材料（１６２）は酸素含有ガスを含有する、請求項１記載のシステム（１００）。
3. 前記酸素含有ガスは空気または純酸素を含有する、請求項２記載のシステム（１００）。
4. 前記処理チャンバ（１３０、１４４）の前記ガス混合気（１６０）を処理し、追加の酸素を前記ガス混合気（１６０）に与えるフィルタ（１７０）を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム（１００）。
5. 前記酸素含有材料（１６２）は水を含有する、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム（１００）。
6. 前記ガス混合気（１６０）中の酸素の体積百分率は、０．５％から１％の間である、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム（１００）。
7. 前記金属粉末は、前記ガス混合気（１６０）に対して非反応性の金属粉末を含有する、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム（１００）。
8. 前記金属粉末は、コバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）を含有する、請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム（１００）。
9. 前記不活性ガス（１５４）は、アルゴンおよび窒素からなる群から選択される、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム（１００）。
10. 前記制御システム（１０４）は、前記不活性ガス（１５４）の源に結合されたフローバブルシステム（１５２、１６４）、前記酸素含有材料（１６２）の源に結合されたフローバブルシステム（１５２、１６４）、ならびに前記不活性ガス（１５４）の源および前記酸素含有材料（１６２）の源に結合されたポンプ（１５０）のうちの少なくとも１つを制御する、請求項１乃至９のいずれかに記載のシステム（１００）。
11. 前記制御システム（１０４）は、前記処理チャンバ（１３０、１４４）に供給される酸素の量を維持する動作中に前記ガス混合気（１６０）中の酸素の量を変化させる、請求項１乃至１０のいずれかに記載のシステム（１００）。
12. 処理チャンバ（１３０、１４４）内の金属粉末床（１３２）を用意するステップと、
    溶融プールを生成するステップと、
    前記金属粉末床（１３２）上で金属粉末の層を連続的溶融して物体（１０２）を発生させるステップと、
    前記処理チャンバ（１３０、１４４）と流体連通した不活性ガスの源（１５４）から前記処理チャンバ（１３０、１４４）へ不活性ガスを供給するステップと、
    前記処理チャンバ（１３０、１４４）と流体連通した酸素含有材料の源（１６２）から前記処理チャンバ（１３０、１４４）へ酸素を供給するステップと、
    前記不活性ガスの源（１５４）および前記酸素含有材料の源（１６２）からの前記処理チャンバ（１３０、１４４）に供給されるガス混合気（１６０）の流れを制御するステップであって、前記ガス混合気（１６０）は前記不活性ガスの源（１５４）および前記酸素含有材料の源（１６２）からの酸素を含有する、ガス混合気（１６０）の流れを制御するステップと、
    前記処理チャンバ（１３０、１４４）に供給される酸素の量を維持し、前記物体の溶融プール特性を変更するステップと
    を含む金属粉末付加製造方法。
13. 前記酸素含有材料（１６２）は酸素含有ガスを含有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記酸素含有ガスは空気または純酸素を含有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記酸素含有材料（１６２）は水を含有する、請求項１２に記載の方法。

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