KR20140025282A - 3차원 물품을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 물품(11)을 제조하기 위한 방법으로서,
a) 첨삭 제조 프로세스에 의해 금속 기재(12)로부터 상기 물품(11)을 연속적으로 축적하여, 이에 의해 그 특성들의 실질적인 이방성을 갖는 물품을 생성하는 단계; 그리고
b) 재결정화 및/또는 입자 조대화에 의해 상기 이방성을 상당히 감소시키기 위해 충분히 높은 온도에서 상기 제조된 물품(11)을 열처리하는 단계를 포함하는 상기 방법에 관한 것이다.

Description

3차원 물품을 제조하기 위한 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A THREE-DIMENSIONAL ARTICLE}
본 발명은 특히 가스 터빈용 내고온성 부품의 기술에 관한 것이다. 본 발명은 3차원 물품 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들어 가스 터빈의 고온 환경에서 사용되고 선택적 레이저 용융(selective laser melting: SLM)과 같은 분말 기반 첨삭 제조 프로세스(additive manufacturing process)에 의해 제조되는 물품 또는 부품의 기계적 특성은 "완성(as-built)" 상태에서 강한 이방성 거동을 나타낸다.
도 5는 3차원 물품(11)이 사전 결정된 층 두께(d), 면적, 윤곽의 분말층(12)의 연속적인 첨가에 의해 제조되고, 이들 분말층은 이어서 레이저 디바이스(13)로부터의 주사된 레이저빔(14)에 의해 용융되고 제어 유닛(15)에 의해 제어되는 기본 SLM 장치(10)를 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 분말층(12)이 z-방향으로 첨가될 때, z-방향으로 연장하는 제 1 시편(16a)(도 1 참조)은 xy-평면에서 연장하는 제 2 시편(16b)과는 상이한 특성을 나타낸다.
도 2는 동일한 공칭 조성의 3개의 그룹의 시편, 즉 A1-3, B1-3 및 C1-3에 대한 실온에서 영의 계수(E)를 도시한다. 제 1 그룹(A1-3)은 비첨삭 제조 프로세스에 의해 제조된 기준 플레이트에 관련된다. 제 2 그룹(B1-3)은 z-축으로 연장하는 SLM-가공된 시편[도 1의 시편(16a)과 같은]에 관련된다. 제 3 그룹(C1-3)은 xy-평면에서 연장하는 SLM-가공된 시편[도 1의 시편(16b)과 같은]에 관련된다.
이제, 각각의 그룹(A1, B1, C1)의 제 1 시편이 종래 기술의 절차에 따라 제조되었다.
영의 계수(M)는 z-축 시편(B1)과 xy-평면 시편(C1) 사이에 20 GPa 초과의 차이를 갖는 실질적인 이방성을 나타내고, 기준 시편(A1)에 비교하여 양 시편에 대해 훨씬 낮다는 것(50 GPa 초과)을 용이하게 알 수 있다.
본 발명은 부가의 처리가 첨삭 제조 프로세스에 의해 제조된 물품의 특성에서 이 이방성을 감소시키기 위해 필요할 수도 있다는 것을 가정한다.
문헌 US 2012/000890 A1호는 가스 터빈 블레이드의 블레이드 팁의 두께 감소부를 복구하는 가스 터빈 블레이드를 복구하기 위한 레이저 금속 성형(LMF)을 사용하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 블레이드 팁의 두께 감소부를 제거함으로써 블레이드 팁의 표면을 편평한 표면으로 가공하는 두께 감소부 제거 단계와, 레이저빔에 의해 가스 터빈 블레이드를 형성하는 기재(base material)보다 연성이 높은 축적(build-up) 재료의 분말을 용융하고 그 표면이 편평한 표면으로 가공되어 있는 블레이드 팁 상에 다수의 층으로 용융된 분말을 축적하는 빌드업 용접 단계와, 두께 손실을 겪기 전에 블레이드 팁이 원래 갖고 있던 형상과 동일한 형상으로 축적부를 가공하는 성형 단계와, 빌드업 용접 단계에서 레이저 용접에 의해 발생된 잔류 응력을 제거하는 열처리 단계를 포함한다.
문헌 WO 2012/016836 A1호는 부품을 제조하기 위한 동일한 선택적 레이저 용융의 부분으로서 부품에 열처리를 제공하도록 적용된 열처리 디바이스를 구성하는 단계와, 열처리 디바이스에 의해 부품에 열처리를 제공하는 단계를 포함하는 선택적 레이저 용융(SLM)에 의해 부품을 제조하기 위한 방법을 교시한다. 열처리는 예를 들어 취성 대신에 연성과 같은 원하지 않는 재료 특성이 결여된 부품을 제조하는데 사용된다.
본 발명의 목적은 명백한 이방성 특성을 갖는 단점이 없는 첨삭 제조 방법에 의해 3차원 물품을 제조하기 위한 방법을 개시하는 것이다.
상기 및 다른 목적들은 청구항 1에 따른 방법에 의해 얻어진다.
3차원 물품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은
a) 첨삭 제조 프로세스에 의해 금속 기재로부터 상기 물품을 연속적으로 축적하여, 이에 의해 그 특성의 실질적인 이방성을 갖는 물품을 생성하는 단계와,
b) 재결정화 및/또는 입자 조대화(coarsening)에 의해 상기 이방성을 상당히 감소시키기 위해 충분히 높은 온도에서 상기 제조된 물품을 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 첨삭 제조 프로세스는 레이저 금속 성형(LMF), 레이저 처리 그물 형태화(LENS) 또는 직접 금속 증착(DMD) 중 하나이고, 와이어 형태의 금속 기재가 사용된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 첨삭 제조 프로세스는 선택적 레이저 용융(SLM), 선택적 레이저 소결(SLS) 또는 전자빔 용융(EBM) 중 하나이고, 분말 형태의 금속 기재가 사용된다.
구체적으로, 상기 방법은
a) 단면적을 계산하기 위해 슬라이싱 프로세스로 이어지는 상기 물품의 3차원 모델을 생성하는 단계,
b) 이후에 기계 제어 유닛(15)으로 상기 계산된 단면적으로 통과시키는 단계,
c) 프로세스를 위해 요구되는 상기 기재의 분말을 제공하는 단계,
d) 기판 플레이트 상에 또는 미리 가공된 분말층 상에 규칙적인 균일한 두께를 갖는 분말층(12)을 준비하는 단계,
e) 제어 유닛(15)에 저장된 3차원 모델에 따라 상기 물품의 단면적에 대응하는 면적을 에너지빔(14)으로 주사함으로써 용융을 수행하는 단계,
f) 하나의 층 두께(d)만큼 미리 성형된 단면적의 상부면을 하강시키는 단계,
g) 3차원 모델에 따른 최종 단면적에 도달할 때까지 상기 단계 c) 내지 f)를 반복하는 단계, 및
h) 상기 3차원 물품(11)을 열처리하는 단계를 포함한다.
더 구체적으로, 상기 분말의 입경 분포는 규칙적인 균일한 두께를 갖는 분말층을 준비하기 위해 요구되는 양호한 유동성을 설정하기 위해 상기 분말층의 층 두께로 조정된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분말 입자는 구형 형상을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 분말의 정확한 입경 분포는 분급(sieving) 및/또는 키질(winnowing)(공기 분리)에 의해 얻어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 분말은 분말 야금 프로세스, 특히 가스 또는 물 분무화, 플라즈마-회전-전극 프로세스 또는 기계적 밀링 중 하나에 의해 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 첨삭 제조 프로세스는 분말 대신에 현탁액을 사용한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 기재는 고온 Ni계 합금이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 기재는 고온 Co계 합금이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 기재는 고온 Fe계 합금이다.
구체적으로, 상기 합금은 미세 분산된 산화물, 특히 Y2O3, AlO3, ThO2, HfO2, ZrO2 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 열처리는 영의 계수의 이방성을 감소시키는데 사용된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 열처리는 상이한 개별 열처리의 조합이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 열처리는 가열 속도, 유지 온도, 유지 시간 및 냉각 속도의 특정 조합을 각각 표현하는 다수의 단계로 이루어진다.
구체적으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 상기 제조된 물품, 특히 금속간 상태, 탄화물들 또는 질화물들의 마이크로구조 내에 성분을 부분적으로 또는 완전히 용해하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
구체적으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물, 특히 M(C, N), M6C, M7C3 또는 M23C6 중 하나를 석출하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
구체적으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 금속간 상태, 감마-프라임으로서 공지된 Ni3(Al, Ti) 또는 감마-더블-프라임으로서 공지된 Ni3(Nb, Al, Ti) 또는 델타-상태로서 공지된 Ni3Nb 중 하나를 석출하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
구체적으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 결정입계 강도를 향상시키기 위해 금속 붕화물, 특히 M3B2를 석출하기 위해 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
구체적으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 상기 석출물의 체적 분율, 크기, 형상 및 분포를 수정하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
구체적으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 부가적으로 마이크로구조를 더 향상시키기 위해 고온 정수압 가압(HIP) 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제조된 물품의 단지 일부만이 상기 열처리를 받게된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 열처리, 개별 열처리 또는 열처리 단계들 각각 전 및/또는 후에, 상기 제조된 물품은 부가의 가공 단계, 특히 가공, 용접 또는 브레이징 중 하나를 받게된다.
본 발명이 이제 첨부 도면을 참조하여 상이한 실시예에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 SLM과 같은 첨삭 제조 프로세스에 의해 제조된 2개의 시편의 상이한 배향을 도시하는 도면.
도 2는 열처리가 있는 그리고 열처리가 없는 Hastelloy
Figure pat00001
X로 제조된 시편의 3개의 그룹에 대한 실온에서 영의 계수의 값을 도시하는 도면.
도 3은 열처리가 있는 그리고 열처리가 없는 Hastelloy
Figure pat00002
X로 제조된 시편의 3개의 그룹에 대한 750℃에서 영의 계수의 값을 도시하는 도면.
도 4는 열처리가 있는 그리고 열처리가 없는 Hastelloy
Figure pat00003
X로 제조된 3개의 상이한 시편에 대한 2개의 상이한 배율(100 ㎛ 및 50 ㎛)의 마이크로구조의 사진.
도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 SLM 제조를 위한 기본 장치를 도시하는 도면.
분말 기반 첨삭 제조 기술의 일 결점은 층간 축적 프로세스로부터 발생하는 재료 특성의 강한 이방성일 수 있다.
영의 계수(도 2 및 도 3의 E)는 예를 들어 xy-시편(도 2의 C1-C3 및 도 3의 C1'-C3')에 비교하여 z-축(z-시편)(도 2의 B1-B3 및 도 3의 B1'-B3')을 따라 상당히 낮다. z-축은 구성 방향에 평행하다(도 1 및 도 5 참조).
그러나, 적절한 "구성후" 열처리는 Hastelloy
Figure pat00004
X로 제조된 SLM 시편의 기계적 시험에 의해 나타내는 바와 같이, 이방성을 상당히 감소시킬 수 있다. 이방성의 감소는 동일한 합금으로 제조된 대응 가단 제품에 대해 통상적인 열처리 온도에서 미리 발생한다는 것을 주목하는 것이 중요하다(도 2에서, 시편 A2, B2 및 C2는 1125℃에서 0.5h 동안 열처리되었고, 시편 A3, B3 및 C3는 1190℃에서 2h 동안 열처리되었고, 반면에 시편 A1, B1 및 C1은 전혀 열처리를 경험하지 않았고, 도 3에서, 시편 A1', B1' 및 C1'은 열처리가 없고, 시편 B2' 및 C2'는 1125℃에서 0.5h 동안 유지되었고, 시편 B3' 및 C3'는 1190℃에서 2h 동안 유지되었음).
특히, 본 발명은 선택적 레이저 용융(SLM) 또는 레이저 금속 성형(LMF)과 같은 분말 기반 첨삭 제조 기술에 의해 생성된 Ni/Co/Fe계 초합금으로 제조된 물품/부품의 열처리에 관한 것이다. 이들 물품은 예를 들어 동일한 합금(도 2의 시편 A1-A3 및 도 3의 A1')의 통상적으로 주조된 재료 또는 가단된 제품에 비교하여 상이한 마이크로구조를 갖는다.
이는 주로 이들 프로세스에서 에너지빔-재료 상호 작용의 고유의 높은 냉각 속도 및 분말 기반 물품 생산에 기인한다. 그 결과, 재료는 화학 조성에 대해 매우 균질하고 원리적으로 편석(segregation)이 없다. 게다가, "완성" 상태에서 재료는 매우 미세한 마이크로구조(예를 들어, 석출물 및 입경)를 갖고, 통상적으로 주조된 또는 가단된 초합금에 비교하여 훨씬 미세하다.
이전에 인식되어 온 바와 같이, 분말 기반 첨삭 제조 기술에 의해 생성된 Ni/Co/Fe계 초합금은 일반적으로 잔류 공정(eutectic) 내용물이 없고 열처리는 동일한 조성의 통상적으로 주조된 부품에 비교하여 더 높은 온도에서 실현될 수 있다. 이는 입경 및 석출 최적화를 포함하는 넓은 범위에 걸친 마이크로구조의 조정을 허용하여, 향상된 재료 특성을 유도한다.
본 발명은 이 기술의 고유의 이방성을 감소시키기 위해 분말 기반 첨삭 제조 기술에 의해 가공된 Ni/Co/Fe계 초합금을 위한 특히 조정된 열처리에 관한 것이다.
본 발명은 이방성 재료 거동이 적절한 열처리에 의해 감소될 수 있다는 발견에 기초한다.
이들 특정 소형 입상 이방성 마이크로구조는 주로 분말 기반 및 층간 물품 생산 뿐만 아니라 에너지빔-재료 상호 작용에서 발생하는 특징적인 높은 열 구배로부터 발생한다. 더욱이, 높은 열 구배는 잔류 응력을 유도하고, 이는 열처리 중에 재결정화 및/또는 입자 조대화를 장려할 수 있다.
따라서, 본 발명은 분말 기반 첨삭 제조 기술에 이어서 감소된 이방성 재료 거동을 야기하는 특정하게 적용된 열처리에 의해 Ni/Co/Fe계 초합금으로 특히 제조된 3차원 물품의 제조를 포함한다.
상기 분말 기반 첨삭 제조 기술은 특히 선택적 레이저 용융(SLM), 선택적 레이저 소결(SLS), 전자빔 용융(EBM), 레이저 금속 성형(LMF), 레이저 처리 그물 형태화(LENS), 직접 금속 증착(DMD) 또는 유사 프로세스이다.
상기 분말 기반 첨삭 제조 기술은 예를 들어, 블레이드 크라운 축적과 같이 가스 터빈의 블레이드 또는 베인과 같은 물품을 완전히 또는 부분적으로 축적하는데 사용될 수 있다.
선택적 레이저 용융(SLM), 선택적 레이저 소결(SLS) 또는 전자빔 용융(EBM)이 첨삭 제조 기술로서 사용될 때, 3차원 물품을 제조하는 본 발명에 따른 방법은 이하의 단계, 즉
a) 이후에 기계 제어 유닛(도 5의 15)으로 통과되는 단면적을 계산하기 위해 슬라이싱 프로세스로 이어지는 3차원 모델을 생성하는 단계,
b) 프로세스를 위해 요구되는 상기 Ni/Co/Fe계 합금의 분말을 준비하는 단계,
c) 기판 플레이트 상에 또는 미리 가공된 분말층 상에 규칙적인 균일한 두께(d)를 갖는 분말층(12)을 준비하는 단계,
d) 제어 유닛에 저장된 3차원 모델에 따른 상기 물품의 단면에 대응하는 에너지빔[예를 들어, 레이저빔(14)]의 주사에 의해 용융을 수행하는 단계,
e) 일 층 두께(d)만큼 미리 성형된 단면적의 상부면을 하강시키는 단계(도 5의 수직 화살표 참조),
f) 3차원 모델에 따른 최종 단면적에 도달할 때까지 상기 단계 c) 내지 e)를 반복하는 단계, 및
g) 상기 3차원 물품(11)을 열처리하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 이 프로세스에 사용된 분말의 입경 분포는 규칙적인 균일한 두께(d)를 갖는 분말층을 준비하기 위해 요구되는 양호한 유동성을 갖도록 하는 층 두께(d)로 조정된다.
바람직하게는, 이 프로세스에 사용된 분말 입자는 구형 형상을 갖는다. 분말의 정확한 입경 분포는 분급 및/또는 키질(공기 분리)에 의해 얻어질 수 있다. 더욱이, 분말은 가스 또는 물 분무화, 플라즈마-회전-전극 프로세스, 기계적 밀링 및 유사한 분말 야금 프로세스에 의해 얻어질 수 있다.
본질적으로 레이저 금속 성형(LMF), 레이저 처리 그물 형태화(LENS) 또는 직접 금속 증착(DMD)과 같은 첨삭 제조 프로세스가 사용될 때, 분말 대신에 와이어의 형태의 재료가 사용될 수 있다.
다른 경우에, 현탁액이 분말 대신에 사용될 수도 있다.
상기 고온 재료가 Ni계 합금일 때, Waspaloy
Figure pat00005
, Hastelloy
Figure pat00006
X, IN617
Figure pat00007
, IN718
Figure pat00008
, IN625
Figure pat00009
, Mar-M247
Figure pat00010
, IN100
Figure pat00011
, IN738
Figure pat00012
, IN792
Figure pat00013
, Mar-M200
Figure pat00014
, B1900
Figure pat00015
, RENE 80
Figure pat00016
, Alloy 713
Figure pat00017
, Haynes 230
Figure pat00018
, Haynes 282
Figure pat00019
또는 다른 유도체와 같은 복수의 상업적으로 입수 가능한 합금이 사용될 수 있다.
상기 고온 재료가 Co계 합금일 때, FSX 414
Figure pat00020
, X-40
Figure pat00021
, X-45
Figure pat00022
, MAR-M 509
Figure pat00023
또는 MAR-M 302
Figure pat00024
과 같은 복수의 상업적으로 입수 가능한 합금이 사용될 수 있다.
상기 고온 재료가 Fe계 합금일 때, A 286
Figure pat00025
, Alloy 800 H
Figure pat00026
, N 155
Figure pat00027
, S 590
Figure pat00028
, Alloy 802
Figure pat00029
, Incoloy MA 956
Figure pat00030
, Incoloy MA 957
Figure pat00031
또는 PM 2000
Figure pat00032
과 같은 복수의 상업적으로 입수 가능한 합금이 사용될 수 있다.
특히, 이들 합금은 Y2O3, AlO3, ThO2, HfO2, ZrO2와 같은 미세 분사된 산화물을 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 열처리는 유리하게는 이방성 재료 거동, 특히 영의 계수(E)를 감소시킨다(도 2 및 도 3 참조). Hastelloy
Figure pat00033
X로 제조된 시편에 대해, 실온에서의 영의 계수(도 2)는 B1[열처리(HT) 없음]으로부터 B2(1125℃에서 0.5h) 내지 B3(1190℃에서 2h)로 z-방향(도 2에서 B1, B2, B3)으로 연장하는 시편에 대해 증가한다. xy-평면에서 연장하는 시편(도 2에서 C1, C2, C3)에 대해, C1(열처리 없음)으로부터 C2(1125℃에서 0.5h) 내지 C3(1190℃에서 2h)로의 유사한 증가가 존재한다. 3개의 절차(HT 없음, 1125℃에서 0.5h 및 1190℃에서 2h)의 각각에 대해, 영의 계수(E)는 z-방향 시편에 대해 최저이고, xy-평면 시편에 대해 더 높고, 기준 시편(A1 내지 A3)에 대해 최고이다. 그러나, 다양한 시편들 사이의 E의 차이는 2h 동안 1190℃에서 가장 강력한 열처리(도 2의 A3, B3, C3)에 대해 최소이다. 동일한 것이 도 3에 도시된 바와 같이 750℃에서 영의 계수의 등가의 값에 대해 해당한다.
본 발명에 따른 열처리는 독립적인 장비에 의해 행해진다. 열처리는 물품의 마이크로구조를 최적화함으로써 특정 재료 특성을 향상시킨다. 도 4는 열처리에 의해 및 열처리 없이 인장 시험된 후에 Hastelloy
Figure pat00034
X로 제조된 3개의 상이한 z-방향 시편(B4, B5, B6)에 대해 2개의 상이한 배율(100 ㎛ 및 50 ㎛)에서 마이크로구조의 사진을 도시하고, 여기서 시편(B4)은 750℃에서 수행된 인장 시험에서 열처리가 없었고, 시편(B5)은 실온에서 수행된 인장 시험에서 1125℃에서 0.5h 동안 열처리가 있었고, 시편(B6)은 실온에서 수행된 인장 시험에서 1190℃에서 2h 동안 열처리가 있었다.
특정 경우에, 전체 물품은 상기 열처리를 받게될 수 있다. 다른 경우에, 그 단지 일부만이 상기 열처리를 받게될 수도 있다.
상기 열처리는 1회 열처리일 수 있다. 그러나, 이는 상이한 개별 열처리의 조합일 수 있다.
더욱이, 상기 열처리는 가열 속도, 유지 온도, 유지 시간 및 냉각 속도의 특정 조합을 각각 표현하는 다수의 단계로 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 열처리 단계 전 또는 후에, 3차원 물품은 특히, 예를 들어 용접에 유리한 소형 입자와 같은 특정 마이크로구조의 특정 장점을 사용하기 위해, 이들에 한정되는 것은 아니지만 가공, 용접 또는 브레이징과 같은 상이한 가공 단계를 받게될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 금속간 상태, 탄화물들 또는 질화물들과 같은 상기 마이크로구조 내의 성분을 부분적으로 또는 완전하게 용해하는데 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되어야 한다. 더욱이, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 입자를 재결정화하고 그리고/또는 조대화하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되는 것이 명백하다.
도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이(A3, B3, C3 또는 A1', B3', C3'의 비교), 설명된 열처리에 의해 유도된 상기 재결정화 및/또는 입자 조대화는 가단된 및 통상적으로 주조된 제품에 상응하는 마이크로구조를 생성한다.
게다가, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 이들에 한정되는 것은 아니지만, M(C, N), M6C, M7C3 또는 M23C6과 같은 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물을 석출하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행될 수 있다.
게다가, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 감마-프라임으로서 공지된 Ni3(Al, Ti) 또는 감마-더블-프라임으로서 공지된 Ni3(Nb, Al, Ti) 또는 델타-상태로서 공지된 Ni3Nb와 같은 금속간 상태를 석출하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행될 수 있다.
게다가, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 결정입계 강도를 향상시키기 위해 이에 한정되는 것은 아니지만, M3B2와 같은 금속 붕화물을 석출하기 위해 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
더욱이, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 전술된 상기 석출물의 체적 분율, 크기, 형상 및 분포를 수정하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행된다.
마지막으로, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 부가적으로 마이크로구조를 더 향상시키기 위해 고온 정수압 하에서 수행될 수 있다.
요약:
기계적 시험 및 마이크로구조 평가는 SLM 프로세스에 의해 또는 다른 첨삭 제조 프로세스에 의해 구성된 시편이 강한 이방성 거동을 갖는 것을 나타내고 있다. 적절한 열처리에 의해, 영의 계수와 같은 이방성 재료 거동이 상당히 감소될 수 있어, 더 등방성 재료 특성을 생성한다.
10: SLM 장치 11: 물품(3D)
12: 분말층 13: 레이더 장치
14: 레이저빔 15: 제어 유닛
16a: z-시편 16b: xy-시편
A1-A3, A1': 기준 플레이트 B1-B3, B1'-B3': z-시편
C1-C3, C1'-C3': xy-시편 d: 층 두께(분말층)

Claims (24)

  1. 3차원 물품(11)을 제조하기 위한 방법으로서,
    a) 첨삭 제조 프로세스에 의해 금속 기재(12)로부터 상기 물품(11)을 연속적으로 축적하여, 이에 의해 그 특성들의 실질적인 이방성을 갖는 물품을 생성하는 단계; 그리고
    b) 재결정화 및/또는 입자 조대화에 의해 상기 이방성을 상당히 감소시키기 위해 충분히 높은 온도에서 상기 제조된 물품(11)을 열처리하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 첨삭 제조 프로세스는 레이저 금속 성형(LMF), 레이저 처리 그물 형태화(LENS) 또는 직접 금속 증착(DMD) 중 하나이고, 와이어 형태의 금속 기재가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 첨삭 제조 프로세스는 선택적 레이저 용융(SLM), 선택적 레이저 소결(SLS) 또는 전자빔 용융(EBM) 중 하나이고, 분말 형태의 금속 기재가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 방법은
    a) 단면적들을 계산하기 위해 슬라이싱 프로세스로 이어지는 상기 물품의 3차원 모델을 생성하는 단계;
    b) 이후에 기계 제어 유닛(15)으로 상기 계산된 단면적으로 통과시키는 단계;
    c) 상기 프로세스를 위해 요구되는 상기 기재의 분말을 제공하는 단계;
    d) 기판 플레이트 상에 또는 미리 가공된 분말층 상에 규칙적인 균일한 두께를 갖는 분말층(12)을 준비하는 단계;
    e) 상기 제어 유닛(15)에 저장된 상기 3차원 모델에 따라 상기 물품들의 단면적에 대응하는 면적을 에너지빔(14)으로 주사함으로써 용융을 수행하는 단계;
    f) 하나의 층 두께(d)만큼 미리 성형된 단면적의 상부면을 하강시키는 단계,
    g) 상기 3차원 모델에 따른 최종 단면적에 도달할 때까지 상기 단계 c) 내지 f)를 반복하는 단계; 그리고
    h) 상기 3차원 물품(11)을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 분말의 입경 분포는 규칙적인 균일한 두께(d)를 갖는 분말층들(12)을 준비하기 위해 요구되는 양호한 유동성을 설정하기 위해 상기 분말층(12)의 층 두께(d)로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말 입자는 구형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말의 정확한 입경 분포는 분급(sieving) 및/또는 키질(winnowing)(공기 분리)에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 분말은 분말 야금 프로세스, 특히 가스 또는 물 분무화, 플라즈마-회전-전극 프로세스 또는 기계적 밀링 중 하나에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 첨삭 제조 프로세스는 분말 대신에 현탁액을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 기재는 고온 Ni계 합금인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 기재는 고온 Co계 합금인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 기재는 고온 Fe계 합금인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 미세 분산된 산화물들, 특히 Y2O3, AlO3, ThO2, HfO2, ZrO2 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리는 영의 계수의 이방성을 감소시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리는 상이한 개별 열처리들의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리는 가열 속도, 유지 온도, 유지 시간 및 냉각 속도의 특정 조합을 각각 표현하는 다수의 단계들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 상기 제조된 물품(11), 특히 금속간 상태들, 탄화물들 또는 질화물들의 마이크로구조 내에 성분들을 부분적으로 또는 완전히 용해하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물(carbonitride)들, 특히 M(C, N), M6C, M7C3 또는 M23C6 중 하나를 석출하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 금속간 상태들, 특히 Ni3(Al, Ti) 또는 Ni3(Nb, Al, Ti) 또는 Ni3Nb 중 하나를 석출하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 결정입계 강도를 향상시키기 위해 금속 붕화물, 특히 M3B2를 석출하기 위해 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 상기 석출물들의 체적 분율, 크기, 형상 및 분포를 수정하기에 충분히 긴 유지 시간 동안 그리고 충분히 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 단계들 중 적어도 하나는 부가적으로 상기 마이크로구조를 더 향상시키기 위해 고온 정수압 가압(HIP) 조건들 하에서 추가로 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조된 물품(11)의 단지 일부만이 상기 열처리를 받게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리, 개별 열처리들 또는 열처리 단계들 각각 전 및/또는 후에, 상기 제조된 물품들(11)은 부가의 가공 단계들, 특히 가공, 용접 또는 브레이징 중 하나를 받게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
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