JPH09111308A - 金属コンポーネントを自由造形製作する方法 - Google Patents

金属コンポーネントを自由造形製作する方法

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JPH09111308A JP8244712A JP24471296A JPH09111308A JP H09111308 A JPH09111308 A JP H09111308A JP 8244712 A JP8244712 A JP 8244712A JP 24471296 A JP24471296 A JP 24471296A JP H09111308 A JPH09111308 A JP H09111308A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 典型的にはコンピュータ支援の設計データを
用いて、金属コンポーネントを自由造形製作を可能にす
る。 【解決手段】 この方法は混合された粉末（１８）の選
択レーザ結合および過渡液体焼結を含む。粉末混合物は
ベース金属合金、低溶融温度合金、およびポリマ結合剤
を含む。プリフォーム部分（１５）は、ポリマ成分を局
所的にレーザ溶融させることで１層ずつ作製される。結
合剤は低い圧力の真空炉で加熱することでプリフォーム
部分から除去される。プリフォーム部分はポリマ結合剤
を除去し、後に、制御される加熱処理によって高密度化
する間に支持を必要とし得る。高密度化はプリフォーム
部分の過渡液体焼結を所望の形状および寸法的公差でほ
ぼ一杯の密度にする。高密度化された部分は、プリフォ
ーム部分の残留するポロシティを閉じ、かつ化学同質化
を完了するために最終的な熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
処理をされ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は自由造形製作に関し、特に、混
合された粉末の選択レーザ結合および過渡液体焼結を用
いて金属コンポーネントを自由造形製作する方法に関す
る。
【０００２】
【発明の背景】コンピュータ支援の設計データを用いて
ポリマ材料の固体物を自由造形製作するために業務用の
システムが利用可能である。利用可能であるならば、複
雑な形状の金属コンポーネントを自由造形製作する類似
した方法が、プロトタイプを急速に製造し、コストの高
いコンポーネントを完全に小バッチ製造するのに有益で
あるだろう。しかしながら、これまでの技術は高い強度
および構造的一体性を有する金属コンポーネントを直接
的に自由造形製作するためにはうまく適合されていな
い。
【０００３】金属コンポーネントのための急速なプロト
タイプ化システムを発展させる試みにおいて、２つの異
なった合金粉末が選択レーザ焼結（ＳＬＳ）のプロセス
において用いられた。たとえば、ヘインズ２３０超合金
のような、金属コンポーネントのベース合金組成を有す
る粉末の単一の層が、２次元積層コンポーネント作製プ
ロセスにおいて単一層区分の８５％に相当する厚さで広
げられた。たとえば、３重量％のボロンを含むヘインズ
２３０合金のような、溶融温度の抑制された粉末の第２
の層が、コンポーネントのステレオリソグラフィ区分の
完成した層の最終的な１５％に相当する厚さで第１の粉
末層の上に広げられた。粉末層は上部粉末層の溶融温度
のすぐ下である温度まで不活性環境において予め加熱さ
れた。上部粉末を溶融させるのに十分な強さのレーザビ
ームが上部層の選択された区域上に焦点合わせされた。
すぐ下の粉末層に急速に運ばれ、溶融温度抑制剤（たと
えばボロン）と等温で凝固した液体金属は液相から固体
粉末へと拡散した。このプロセスは急速にコンポーネン
トのほぼ十分に密な区分を生じた。新しい粉末層が次に
上部に広げられ、コンピュータ支援の設計データに従っ
て１層ずつ完全な固体コンポーネントを漸進的に作製す
るプロセスが繰返して行なわれた。最後の熱間静水圧プ
レス（ＨＩＰ）処理は少量の孤立したポロシティを塞ぐ
ために用いられた。
【０００４】従来の設備を用いる、以上のプロセスを制
限するものは、粉末の下端の温度が容易には約２００℃
より上に上げられないということである。しかしなが
ら、レーザビームは粉末の上部層の温度を、典型的には
１０００℃を超えるその溶融点より上に上げなければな
らない。結果として、コンポーネントは、それが作製さ
れるときに残留する圧力および歪みを生じる激しい温度
勾配を受ける。
【０００５】代替的なプロセスでは、ポリマ粉末が金属
粉末と混合された。次に、上述のような選択レーザ焼結
がポリマ粉末成分を溶融させるために用いられた。溶融
したポリマは金属粉末と適所で結合して、１層ずつ、固
体であるが多孔性の物体を形成した。ポリマ結合剤をバ
ーンアウトさせるためにコンポーネントが加熱された後
で、これは部分的な（固体）焼結を受けて、後の高密度
化のために、残留する圧力を残っている金属粉末に伝え
た。部分的に焼結されたコンポーネントは次に、（たと
えば鋼粉末部分のための銅のような）より溶融点の低い
液体金属での溶浸によってか、または、熱間静水圧プレ
ス（ＨＩＰ）ガス圧力を多孔性コンポーネントに伝える
ために何らかの形のカプセル充填を必要とするＨＩＰに
よって高密度化された。この方法に関連した大きな問題
は、ポリマ結合剤のバーンアウトの後に金属密度が非常
に低くなり、このために何らかの形のＨＩＰプロセスに
よる最終的な高密度化の間に部分的な寸法と形状との制
御が不十分となり、最終的な高密度化のために液体金属
溶浸を利用するコンポーネントの強度が非常に低くなる
ことである。これらのプロセスの制限のために、複雑な
形状の金属コンポーネントを自由造形製作するために選
択レーザ焼結の新しい方法が必要である。
【０００６】
【発明の概要】この発明は、典型的にはコンピュータ支
援の設計（ＣＡＤ）データを用いて、混合された粉末を
選択レーザ焼結（ＳＬＳ）することによって金属コンポ
ーネントを自由造形製作する方法を含む。この方法に用
いられる混合粉末は、全体の混合物のほぼ７５−８５％
を構成する親またはベース金属合金と、典型的にはベー
ス金属の合金を含み、かつ全体の混合物のほぼ５−１５
％を構成する低溶融温度金属粉末と、全体の混合物のほ
ぼ５−１５％を構成するポリマ結合剤とを含む。
【０００７】粉末混合物は、粉末の金属粒子と接続ネッ
クまたはブリッジとを結合させるために急速に再凝固す
る、粉末のポリマ成分を局所レーザ溶融することによっ
て、１層ずつプリフォーム部分を作製するための従来の
ＳＬＳ装置において用いられ得る。好ましい実施例で
は、ポリマ成分は細かく、かつ高純度の球状粒子ナイロ
ン粉末を含む。プリフォーム部分を完成した後、温度が
上げられ、かつ気圧の低い真空炉において結合剤が除去
される。このプロセスのポリマ焼結された粉末組織は、
プリフォーム部分に損傷を与え得る蒸気圧力の局所ポケ
ットを作らずに、プリフォーム部分の表面にポリマ蒸気
が容易に流れるための開いた、接続した孔を設ける。
【０００８】ポリマ結合剤を除去し、その後、過渡液体
焼結高密度化プロセスを行なう間、プリフォーム部分に
支持を与えることが一般に必要である。ポリマ結合剤の
除去と多量の（典型的に約１０−２０容積％）の液体金
属の生成とがこの部分の不可欠な強度を一時的に減少さ
せるように作用するので、（たとえばセラミック粉末の
ような）支持粉末が高密度化の間にこの部分を取囲み、
かつ支持するように用いられ得る。好ましくは、支持粉
末は、容易に流れ、かつ高密度化部分のあらゆる領域に
対して連続的に支持を与える細かい球状粒子を含んで、
重力の下でのき裂またはずれを防ぐ。
【０００９】プリフォーム部分に支持を与える代替的な
方法は、構造的に支持する型を含むプリフォーム（「未
焼結」、すなわち高密度化されない）支持ツーリングを
構成することである。未焼結の支持ツーリングは、プリ
フォーム部分に必要とされない多量の混合粉末を用いる
ことによって、プリフォーム部分と同時にＳＬＳによっ
て構成できる。支持ツーリングが多量の高価な合金粉末
を必要とするならば、支持ツーリングはあまり高価では
ない合金粉末を用いて別個のＳＬＳプロセスにおいて作
られ得る。構成された後、支持型が過渡液体焼結高密度
化プロセスの間にプリフォーム部分に付着することを防
ぐために、未焼結支持ツーリングは（たとえば）アルミ
ナまたはイットリア粉末の細かい被覆剤でスプレーされ
得る。プリフォーム部分と実質的に同じ収縮率を有する
プリフォーム材料（すなわち高密度化されていない）を
含む未焼結ツーリングは、高密度化プロセスの間構造的
な支持を与えるために、プリフォーム部分の下および周
囲に適宜配置され得る。
【００１０】一般に、結合剤を除去するために用いられ
るのと同じ真空炉が、制御される加熱処理によって過渡
液体焼結と支持されるプリフォーム部分の高密度化との
ために用いられる。狭い温度範囲内で加熱速度と等温維
持時間とが制御されるために、この部分の過渡液体焼結
が所望の形状と寸法的な公差とでほぼ一杯の密度にな
る。この部分に対する最大の等温維持温度は低温度合金
の溶融温度よりも上であるが、ベース金属合金の溶融点
よりも下である。
【００１１】最終段階として、高密度化された部分は熱
間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を受け得る。ＨＩＰ処理
は、残留するポロシティを閉じ、特に合金の温度低下コ
ンポーネントに関してこの部分の化学同質化を完成する
ために必要であろう。残留するポロシティの除去はこの
部分の疲労特性を向上させるために重要であり、合金の
同質化は環境温延性、靭性、および高温強度の特性を向
上できる。
【００１２】この発明の主な目的は金属コンポーネント
を急速に自由造形製作することである。この発明の特徴
は、ベース金属、低溶融温度金属、およびポリマ結合剤
を含む粉末混合物の選択レーザ結合および過渡液体焼結
である。この発明の利点は複雑な形状の金属プロトタイ
プの急速な製造と、工具細工または機械加工の必要なし
に高いコストの金属コンポーネントを完全に小バッチ製
造することとである。
【００１３】この発明のさらなる理解とそのさらなる利
点とのために、以下の好ましい実施例の詳細な説明は添
付の図面を参照する。
【００１４】
【好ましい実施例の詳細な説明】この発明は、混合粉末
を選択レーザ結合し、かつ過渡液体焼結することによっ
て金属コンポーネントを自由造形製作する方法を含む。
コンピュータ処理装置から直接的にコンピュータ支援の
設計データを用いることのできるこの方法は、複雑な形
状の金属プロトタイプを急速に製造し、かつ特別な工具
細工または機械動作の必要なしに高いコストのコンポー
ネントまたはダイを完全に小バッチ製造するのに有益で
ある。
【００１５】この方法において変更されるような選択レ
ーザ焼結（ＳＬＳ）を準備するにあたり、３つの粉末が
混合される。１つの粉末は、全体の粉末混合物のほぼ７
５−８５％（好ましくは約８２％）を構成する、一例と
してニッケルベースのヘインズ２３０超合金のような所
望の親またはベース金属合金を含む。ベース金属は、適
切な粉末に形成でき、後に過渡液体焼結プロセスによっ
て高密度化できる、たとえばニッケル、鉄、コバルト、
銅、タングステン、モリブデン、レニウム、チタン、お
よびアルミニウムのような金属元素から選択できる。全
体の混合物のほぼ５−１５％（好ましくは約１０％）を
構成する第２の粉末は一般に第１の粉末と同じベース金
属合金を含むが、少なくとも約２００℃、好ましくは３
００−４００℃だけ合金の溶融点を下げるために加えら
れる、たとえばボロン（典型的に約３−４％）のような
十分な量の合金化元素を含む。溶融点抑制剤として用い
られ得る他の合金化元素はたとえば、シリコンと、カー
ボンと、リンと、（たとえばアルミニウムとのマグネシ
ウムのように）上述のさまざまなベース金属とともに低
溶融点共晶組成を形成する多数の金属元素とを含む。金
属粉末の平均粒径は一般に約１−５５μｍの範囲（好ま
しくは約２５−５５μｍの範囲）であり、たとえば−３
２５網目として特定され得る。ほぼ５−１５％（好まし
くは約８％）を構成する第３の粉末はポリマ結合剤を含
む。ポリマ結合剤粉末の平均粒径は一般に１−５０μｍ
の範囲（好ましくは約３−８μｍの範囲）である。この
プロセスは他の材料および組成に適用可能であり、当業
者はここに説明される合金、混合割合、および温度が一
例として挙げられ、この発明を限定するものではないと
理解することに注意されるべきである。
【００１６】この発明の選択レーザ焼結プロセスは図１
に概略的に示され、これはＳＬＳ装置１０と製作される
部分１５との側断面図を示す。ＳＬＳ装置１０は側壁１
２とプラットホームまたはテーブル１４とを含む。テー
ブル１４はたとえばそこに埋込まれたコイル１６で加熱
できる。テーブル１４は焼結されるべき粉末１８を含む
ためのキャビティを形成するように壁１２内をインクリ
メントに下がるように構成され得る。手段２０は、焼結
するキャビティ内において粉末１８の適度な層をテーブ
ル１４の上に広げるために装置１０上に位置決めされ
る。
【００１７】このプロセスにおいて、上述のような３部
分混合物を構成する粉末１８が所望の部分１５のプリフ
ォーム型を作製するために用いられる。手段２０は、最
初に壁１２のてっぺんのすぐ下に位置決めされるテーブ
ル１４の上に粉末１８の薄い層（たとえばほぼ０．００
１″から０．０２０″）を広げるために用いられ得る。
テーブル１４は、混合粉末１８の温度をポリマ結合剤成
分の溶融点より下の所望のレベルにもたらすためにコイ
ル１６で加熱され得る。レーザ２４からのビーム２２
は、部分１５のためにコンピュータ支援の設計（ＣＡ
Ｄ）データを有するコンピュータ処理装置２５によって
典型的に指示されるように、混合粉末１８の層にわたっ
てスキャンさせられ、粉末１８を選択レーザ焼結する。
ビーム２２の機能は粉末１８を正確に、かつ局所的に加
熱することである。好ましくは、ビーム２２は赤外線ま
たは近赤外線領域のレーザによって与えられる。ただ
し、正確、かつ局所的な加熱を生じるのに十分に強いエ
ネルギのどのような焦点合わせされるビームが用いられ
てもよい。こうして、ＳＬＳプロセスは、レーザビーム
２２によってスキャンされるときに混合粉末１８の層に
おけるポリマ成分を局所的に溶融させる。溶融したポリ
マは急速に再凝固して、粉末１８の金属成分と接続ネッ
クまたはブリッジとを金属粒子の間で結合する。レーザ
ビーム２２がそのスキャンを終えた後、テーブル１４は
予め定められたインクリメントだけ下げられ、粉末１８
の新しい層が前の層の上に広げられ、ＳＬＳプロセスが
繰返して、コンピュータ処理装置２５によって与えられ
る設計プランに従って１層ずつ部分１５を作製する。
【００１８】１００％ポリマ粉末の従来のＳＬＳと比較
して、この発明の重要な局面は相対的に小さい容積分率
（たとえば約５−１５％）のポリマ結合剤を混合粉末１
８において用いることである。好ましい実施例では、混
合粉末１８のポリマ成分は、ほぼ３−８μｍの範囲の平
均粒径を有する細かく、高純度の球状粒子ナイロン粉末
を含む。上述のように処方される混合粉末１８が有する
属性は、（１）ＳＬＳ装置１０における優れた流動特性
と、（２）（混合粉末１８の金属内容物の熱伝導性が高
いことから生ずる、）従来の１００％ポリマ粉末と比較
して構成間の熱歪みが少なく、反復性が高い、優れたレ
ーザ焼結特性と、（３）ポリマ結合剤の低容積分率、優
れた粉末流動特性、および、すべて球状の制御される大
きさの分配粉末混合物によってもたらされる高いタップ
密度から生じる、「未焼結」（すなわち高密度化の前）
のプリフォーム部分における高い金属容積分率と、
（４）自然表面張力の下で金属粒子間の液体ポリマ結合
剤のブリッジング作用が強いための、ポリマ結合される
プリフォーム部分１５の高い寸法的な公差、表面仕上
げ、および強健性である。
【００１９】レーザ焼結の最終層を完成した後で、作製
されたプリフォーム部分１５はＳＬＳ装置１０から取除
かれる。プリフォーム部分からポリマ結合剤成分を除去
するのは、温度が上昇され（たとえば約３００−５００
℃）、かつ気圧が低い真空炉に部分１５を置くことによ
って達成できる。低い容積分率の好ましい高純度ナイロ
ン結合剤を用いると、（ａ）元のナイロン粉末が高純度
であるために結合剤残留物（主にカーボン）からのベー
ス金属の汚染が非常に少なく、（ｂ）ナイロンの容積分
率が低く、金属粒子接点におけるブリッジとしてのその
優先的な位置のために、多孔性プリフォーム部分１５へ
の物理的損傷を最小にして相対的に急速なガス抜きが行
なわれるという利点がある。このように、このプロセス
のポリマ焼結される粉末構造は、プリフォーム部分１５
に損傷を与え得る蒸気圧の局所ポケットを作らずに、真
空炉ガス抜きプロセスの間にナイロン蒸気がプリフォー
ム部分１５の表面へと容易に流れるための開いた、接続
された孔を設ける。
【００２０】ポリマ結合剤コンポーネントを除去し、そ
の後、過渡液体焼結高密度化プロセス（以下にさらに説
明される）を行なう間に、部分１５に支持を与えること
が一般に必要である。ポリマ結合剤の除去と多量の（典
型的に約１０−２０容積％）の液体金属の生成とは部分
１５の不可欠な強度を一時的に減少させるように作用す
る。支持を与えるために、支持粉末が高密度化プロセス
の間にプリフォーム部分１５を取囲むために用いられ得
る。部分１５のための適切な支持粉末の例は、イットリ
ア、ジルコニア、シリコン窒化物、およびボロン窒化物
のようなセラミック粉末と、たとえば窒化表面を有する
ニッケルアルミ化物（Ｎｉ3 Ａｌ）粉末のようなセラミ
ック表面被覆を有する金属粉末とを含む。
【００２１】好ましくは、支持粉末は細かい球状粒子を
含んで容易に流れ、高密度化の間に均一な加熱を確実に
し、重力下で部分１５の亀裂またはずれを防ぐように全
領域に対して連続な支持を与える。支持粉末は均一な加
熱を与えるのに十分な熱伝導性を有するべきであり、金
属部分１５で反応しないべきであり、過渡液体焼結プロ
セスで必要とされる温度で凝集しないべきである。部分
１５の非均一的な加熱は高密度化プロセスの間に収縮に
むらがあるために亀裂を引き起こし得る。凝集のため
に、余分な支持粉末はキャビティに捉えられることがあ
り、高密度化部分１５の圧力亀裂につながり得る。
【００２２】高密度化部分１５への均一な熱伝導と持続
される支持とは、機械的攪拌作用または再循環ガスによ
って生じ得る、徐々に流動化される下端に支持粉末を与
えることによって高めることができる。再循環ガスは過
渡液体焼結プロセスを妨げない（好ましくは高める）よ
うに選択されるべきである。真空環境と比較して、たと
えばメタン、水素、および窒素の気体混合物が焼結速度
を高め、鉄またはニッケル合金部分の硬さを強める。流
動化された媒体に理想的な粉末は、過渡液体焼結プロセ
スにおいて加熱処理されるべき部分のものと類似してい
るか、または僅かに低い密度の材料である。たとえばニ
ッケルまたは鋼合金部分の流動化された加熱処理下端
は、厚い表面窒化被覆をニッケルアルミ化物粉末粒子に
与えるように処理されたニッケルアルミ化物粉末によっ
て与えられ得る。
【００２３】プリフォーム部分１５に支持を与える代替
的な方法は、図１に型２８として示されるプリフォーム
（「未焼結」）支持ツーリング（すなわち構造的に支持
する型）を構成することである。未焼結支持型２８は、
部分１５には必要とされない多量の混合粉末１８を用い
ることによって、プリフォーム部分１５と同時にＳＬＳ
によって構成できる。粉末１８が高価な合金粉末を含
み、かつ支持ツーリングが多くの量を必要とするなら
ば、支持ツーリングはあまり高価ではない合金粉末を用
いて別個のＳＬＳプロセスにおいて作られ得る。構成
し、装置１０から除去した後、過渡液体焼結高密度化プ
ロセス中に支持型２８がプリフォーム部分１５に固着す
ることを防ぐために、未焼結支持型２８はたとえばアル
ミナまたはイットリア粉末のような解離剤の細かい被覆
剤をスプレーされ得る。プリフォーム部分と同じ収縮率
（または、あまり高価ではない合金が用いられる場合実
質的に同じ収縮率）を有する材料を含む未焼結型２８
は、高密度化プロセス中に構造的な支持を与えるために
適宜部分１５の下および周囲に置かれる。
【００２４】好ましくは、液相焼結温度が超えられると
きに急速かつ均一に溶融するように、金属粉末混合物の
低溶融温度成分はベース合金組成で予め合金化される。
一般に、溶融点抑制材料の元素粉末は十分に急速な溶融
をもたらさない。ベース合金組成とは異なる合金組成を
有する、予め合金化された低溶融温度粉末は一般に高密
度化部分に非同質的な組成および微細構造を生じ、結果
的に劣った機械的属性につながる。好ましくは、２つの
金属粉末が従来の機械的混合技術によって効果的に混ぜ
られ得るように、低溶融温度成分はベース金属粉末のも
のと類似した粒径の別個の粉末の形状であり、ベース金
属粉末と低溶融温度粉末との間の表面接触区域は、過渡
液体焼結温度で相互拡散を減少させ、かつ効果的な溶融
を確実にするために最小にされる。ベース金属粉末を低
溶融温度成分の被覆剤とともに用いることはあまり効果
的ではない。なぜなら、（別の粉末粒子と比較して）粉
末被覆剤のより大きな接触区域が過渡液体焼結温度に達
する前に溶融点低下元素の過度の相互拡散および希釈を
許すからである。
【００２５】ポリマ結合剤を除去するのに用いられるの
と同じ真空炉が、制御される加熱処理によって過渡液体
焼結および高密度化のために用いられ得る。狭い温度範
囲内での特定的な加熱速度および等温維持時間とのため
に、十分に制御され、かつ繰返し可能な収縮で部分１５
の過渡液体焼結がほぼ一杯の密度となり、網目状の部分
１５に所望の形状と寸法的な公差とを生じる。このプロ
セスのこの段階に対する重大な材料成分は、ベース合金
の溶融点をほぼ３００−４００℃だけ下げるために（た
とえば約３−４％のボロンのような）合金化付加物を含
んだベース金属合金（全体の容積の約５−１５％）を典
型的に含む低溶融温度粉末である。部分１５の過渡液体
焼結のための最大の等温維持温度は低温度（たとえばボ
ロン化）合金の溶融点よりも上であるが、ベース金属合
金の溶融点よりも下である。（ベース金属合金だけの液
相焼結と比較して）液相焼結のために低溶融温度合金を
用いることの利点は、（１）全体の金属粉末の約５−１
５％だけが溶融するので、（粉末粒子の全部が部分的に
溶融する、ベース金属だけの液相焼結の場合と比較し
て）重力下でプリフォーム部分の壊れやすい元素におけ
る崩壊があまり起こらず、（２）ベース金属だけの溶融
点よりも低いほぼ２００−４００℃で焼結が起こり、こ
れは（より高い温度で溶融しないベース金属における不
所望な微細構造粗雑化と比較して）優れた微細構造を与
え、炉の設備に関して著しく経済的な利点を有し、
（３）（ボロン化の場合の）再凝固が液体のボロンの等
温希釈によるもの（すなわち、ボロンが固体ベース金属
粉末粒子に希釈することによるもの）であり、これは
（ベース金属だけの再凝固は炉の温度を下げることによ
ってのみ起こるが）溶融点を急速に上げることにつなが
ることを含む。ボロン化される場合に固有の等温凝固プ
ロセスは優れた微細構造につながる。なぜなら、望まし
くない溶質分離を凝固中に引き起こす温度勾配がないか
らである。
【００２６】上述の高密度化プロセスの間、たとえばボ
ロン窒化物または機械加工された黒鉛のような材料を含
む、滑らかな摩擦の少ないプレート上にプリフォーム部
分１５および未焼結支持型２８を置くことが望ましいで
あろう。摩擦の少ないプレートを用いると部分１５（お
よび支持型２８）が上部および底部で均一に収縮し、こ
れによって、他の方法では底部表面で作用する重力的お
よび摩擦的圧迫から生じ得るいかなる歪みも除去され
る。
【００２７】このプロセスの以上の高密度化段階が十分
に密な部分１５を与えるが、最後の熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）処理を含むことが望ましい場合もあり得る。
ＨＩＰ処理は、特に合金の温度低下構成要素（たとえば
ボロン）に関して、残留するポロシティを閉じ、部分の
化学同質化を完了するために必要であろう。残留するポ
ロシティを除去するのは部分１５の疲労属性を向上させ
るために重要である。ボロン内容物を同質化すると、環
境温度延性、靭性、および高温強度の属性を向上でき
る。
【００２８】このプロセスのあるアプリケーションで
は、高密度化段階において過渡液体の容量を制限するこ
とが望ましいであろう。これは、過渡液体焼結の間の重
力によるずれを最小にするか、または機械的な属性を向
上させるためにボロンの全含有量を減少させるために望
ましいであろう。しかしながら、過渡液体の容量を制限
するとき、残留する孤立したポロシティが著しい量であ
ることが予期できる。この場合、最終的なＨＩＰ処理が
部分１５の最終的な機械的特性を最適にするために必要
であろう。それにもかかわらず、過渡液体焼結のために
温度低下合金を用いるのは、プリフォーム（未焼結）部
分の直接的な固体状態ＨＩＰ強化処理と比較して、
（１）残留するポロシティが孤立しており、表面接続し
ていないためにＨＩＰ工具細工または袋がけが必要とさ
れない（したがって、他のどのような方法によってもモ
ノリシック部分において生成可能ではない、表面接続さ
れた内部チャネルおよびキャビティのような複雑さおよ
び特徴をプリフォーム部分に認め）、（２）過渡液体が
あらゆるベース金属粉末粒子を湿らせ、再凝固の前に効
果的に表面酸化物と他の汚染とを擦り取るという利点を
与える。粒子表面酸化物および汚染を除去することが望
ましい。なぜなら、これらの存在が一般的に、直接ＨＩ
Ｐ処理される粉末において疲労属性および破砕属性を著
しく減少させるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法を行なうのに用いられるような
選択レーザ焼結（ＳＬＳ）装置の概略的な側断面図であ
る。
【符号の説明】
１０ ＳＬＳ装置 １４ プラットホーム １５ プリフォーム部分 １８ 粉末 ２２ ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・バーケット アメリカ合衆国、93063 カリフォルニア 州、シミ・バレー、クレーター・ストリー ト、1464 (72)発明者 ホン−ソン・リャン アメリカ合衆国、93010 カリフォルニア 州、カマリロ、エンシノ・アベニュ、117

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属コンポーネントを自由造形製作する
    方法であって、 粉末混合物を形成するためにベース金属、低溶融温度金
    属、およびポリマ結合剤の粉末を混合させるステップ
    と、 プラットホーム上に前記粉末混合物の層を広げるステッ
    プと、 前記ポリマ結合剤を局所的に溶融させるために、混合し
    た粉末の前記層の選択された区域へエネルギのビームを
    向けるステップとを含み、前記ポリマ結合剤は再凝固し
    て前記選択された区域の前記金属粉末を結合させ、さら
    に、 ポリマ結合粉末のプリフォーム部分を作製するために、
    前記粉末混合物を広げ、かつ連続した層の選択される区
    域へ前記エネルギビームを向ける前記ステップを繰返す
    ステップと、 前記プリフォーム部分から前記ポリマ結合剤を蒸発さ
    せ、かつ除去するために前記プリフォーム部分を加熱す
    るステップと、 前記低溶融温度粉末を溶融するのに十分な温度であるが
    前記ベース金属の粉末を溶融させない温度で、過渡液体
    焼結および等温再凝固によって前記プリフォーム部分を
    高密度化するステップとを含む、方法。
  2. 【請求項２】 前記プリフォーム部分を加熱する前記ス
    テップの前に前記粉末混合物から前記プリフォーム部分
    を分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記加熱し、前記高密度化するステップ
    の間に、セラミック粉末とセラミックコーティングされ
    た金属粉末とからなるグループから選択される支持粉末
    の下端で前記プリフォーム部分を支持するステップをさ
    らに含む、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 支持粉末の下端で前記プリフォーム部分
    を支持する前記ステップはイットリア、ジルコニア、シ
    リコン窒化物、ボロン窒化物、および表面窒化されたニ
    ッケルアルミ化物の粉末からなるグループから前記支持
    粉末を選択するステップを含む、請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 支持粉末の下端で前記プリフォーム部分
    を支持する前記ステップは支持粉末の流動化した下端を
    設けるステップを含む、請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 プリフォーム支持型を設けるステップ
    と、 解離剤で前記プリフォーム支持型をコーティングするス
    テップと、 前記加熱し、前記高密度化するステップの間に前記プリ
    フォーム部分を支持するために前記コーティングされた
    プリフォーム支持型を位置決めするステップとをさらに
    含む、請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記加熱し、前記高密度化するステップ
    の間に摩擦性の低いプレート上に前記プリフォーム部分
    および前記支持型を置くステップをさらに含む、請求項
    ６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記部分の残留ポロシティを閉じ、かつ
    その化学同質化を完了するために前記高密度化された部
    分を熱間静水圧プレスするステップをさらに含む、請求
    項２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記混合させるステップは、ほぼ７５−
    ８５％の前記ベース金属の粉末と、ほぼ５−１５％の前
    記低溶融温度金属の粉末と、ほぼ５−１５％の前記ポリ
    マ結合剤の粉末とからなる前記粉末混合物を形成するス
    テップを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ポリマ結合剤を混合させる前記ス
    テップは細かい球状粒子の形状の高純度ナイロンを混合
    させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
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