ハイブリッド直接製造のための方法及びシステム
【課題】
ハイブリッド直接製造のための方法を提供する。
【解決手段】
前記方法は、基材プラットフォーム上又は基板上に、材料の基盤を堆積させることを含む。基盤はそこに溶接される材料のブロック（モノリス）のための土台の役割を果たす。基盤が形成されると、材料のモノリス又はブロックが基盤に対して設置される。基盤は、基盤の境界と基盤上に溶接されるモノリスの境界とが一致するように形成される。次に、電子ビーム等の高エネルギービームを使用して、基盤にモノリスが溶接される。また、前記方法は、モノリス上又はモノリスの近傍に材料の層を堆積させることを含んでもよい。
ハイブリッド直接製造のための方法を提供する。
【解決手段】
前記方法は、基材プラットフォーム上又は基板上に、材料の基盤を堆積させることを含む。基盤はそこに溶接される材料のブロック（モノリス）のための土台の役割を果たす。基盤が形成されると、材料のモノリス又はブロックが基盤に対して設置される。基盤は、基盤の境界と基盤上に溶接されるモノリスの境界とが一致するように形成される。次に、電子ビーム等の高エネルギービームを使用して、基盤にモノリスが溶接される。また、前記方法は、モノリス上又はモノリスの近傍に材料の層を堆積させることを含んでもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦支援研究又は開発に関する記載）
本発明は、米国海軍省により認定された契約番号Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００２に基づき、政府の支援を受けて行われたものである。米国政府は本発明の権利の一部を有する。
【０００２】
本発明は、概して直接製造プロセスに関し、特に、高エネルギービーム溶接技術を使用する積層造形として知られる直接製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
直接製造（ＤＭ）プロセスは、レーザーや電子ビーム等の高エネルギービームを使用して材料の層を付加的に堆積させることにより、複雑な部品を迅速に製造することができる積層造形プロセスである。ＤＭプロセスは、金属部品の鍛造等の従来の製作技術に比べて多くの利点を有する。特に、ＤＭプロセスは、実質的により少ない原材料を使用するとともに、準備時間及び加工時間を短縮することにより、製造期間を大幅に短縮することができる。これらの利点は、大幅なコスト削減をもたらす。これらの利点により、ＤＭプロセスは、航空宇宙産業で、試作品や試験部品を迅速に作るために通常使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＭは、現在の工業生産能力が不十分な製品に使用する過渡期にある。ＤＭプロセスは積層造形プロセスであるため、大量の材料を使用する部品の製造には、堆積装置の大きな能力が必要とされる。そのため、新たなＤＭ製造プロセスを使用した、大型部品の堆積時間をさらに短縮するための方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、大質量を迅速かつコスト効率よく製造するために、直接製造プロセスと溶接プロセスとを組み合わせた直接製造のための方法を提供する。一般に、このプロセスは、材料を堆積させる基板（base plate）、部品の一部、又はステージから始める。すなわち、直接製造プロセスを使用して材料の基盤層（foundation layer）（又は単に基盤（foundation））を堆積させる。基盤層が堆積すると、材料のモノリス（monolith）又はブロック（block）が基盤層に溶接される。こうして、完全な層ごとの堆積を行うことなく、大量の部品を製造することができる。最後に、基板や部品にモノリスが接合された後、さらなる構造を作るために、材料の追加の層を堆積させてもよい。材料の追加の層は、モノリスの近傍、モノリス上、又は必要なモノリス間に堆積させることができる。
【０００６】
本開示は、（構造の一部を効率的に組み立てるために他のプロセスが適している）大型部品の組立時間を大幅に短縮することができる直接製造プロセスを提供する。本開示の一態様によれば、直接製造の方法が提供される。この方法は、第１の基盤の境界又は溶接面境界と第１のモノリスの境界とが実質的に一致するように、基材（substrate）上に材料の第１の基盤を堆積させることを含む。第１の基盤が堆積すると、前記方法は、第１の基盤に対して第１のモノリスを位置合わせし、エネルギービームを使用して第１の基盤と第１のモノリスとを溶接する。
【０００７】
本開示の他の態様によれば、直接製造のためのプロセスが提供される。このプロセスは、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤及び第２の基盤を堆積させることを含む。第２の基盤は第１の基盤より厚く堆積される。次に、モノリスが上部に設置され、電子ビーム等の高エネルギービームを使用して第１の基盤及び第２の基盤に溶接される。
【０００８】
本開示のさらに他の態様によれば、直接製造システムが提供される。このシステムは、第１の基盤の境界と第１のモノリスの境界とが実質的に一致するように、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させる手段を含む。基材プラットフォーム上に第２の基盤を堆積させる手段もまた含まれる。さらにこのシステムは、第１の基盤及び第２の基盤に対して第１のモノリス及び第２のモノリスを設置する手段を含む。最後に、このシステムは、エネルギービームを使用して、第１のモノリスを第１の基盤に、第２のモノリスを第２の基盤に溶接する手段を含む。
【０００９】
主題となる技術のさらなる特徴及び利点は、以下の説明に記載されており、またその一部はこの説明から明らかであり、あるいは、主題技術の実施により明らかとなるだろう。主題技術の利点は、明細書、特許請求の範囲、及び図面において詳細に示された構成により、実現及び獲得されるだろう。
【００１０】
上記の概要及び以下の詳細な説明はいずれも例示及び説明であり、本発明のさらなる説明を提供することを目的とすることは当然である。
【００１１】
主題技術のさらなる理解を助ける、本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、主題技術の態様を図示し、詳細な説明とともに主題技術の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一態様による直接製造システムを示す。
【図２】本開示の一態様による直接製造システムを示す。
【図３】本開示の一態様による直接製造プロセスのフローチャートを示す。
【図４】本開示の一態様による基盤とモノリスとの斜視図を示す。
【図５】本開示の一態様による基盤に溶接されたモノリスの側面図を示す。
【図６】本開示の一態様による直接製造プロセスのフローチャートを示す。
【図７】本開示の一態様による直接製造システムの配置の平面図を示す。
【図８】本開示の一態様による基盤の斜視図であり、（ａ）は様々な高さの基盤を示し、（ｂ）は（ａ）の基盤のそれぞれにモノリスが溶接されたところを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明において、主題技術の十分な理解を助けるために、多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、これらの具体的な詳細のいくつかを備えなくても、主題技術を実施することができることは当業者には明らかである。他の例では、主題技術を曖昧にしないために、周知の構成及び技術は詳細には説明されていない。
【００１４】
図１は、本開示の一態様による直接製造システム１００を示す。システム１００は、ベッド（基材プラットフォーム）１０５、高エネルギー源１１０、及び材料（又はワイヤー）の供給装置１２０を含む。供給装置１２０は、ワイヤー、粉末、又は融解液滴の形態の材料を供給することができる。ベッド１０５は、システム１００のステージであり、ｘ−ｙ−ｚ軸のいずれに沿っても移動可能かつ１つ以上の軸の周りを回転可能なように取付けられる。高エネルギー源１１０に対するベッド１０５の相対的な移動及び回転は、プラットフォーム制御装置により制御されてもよい。これにより、ベッド１０５の位置を高エネルギーのビーム１２５に対して変化させることができる。ベッド１０５を動かすというよりは、むしろベッド１０５は固定された状態で、高エネルギー源１１０及び供給装置１２０が、ｘ−ｙ−ｚ軸に沿って移動し、そして軸の周りを回転可能に構成されてもよいという点に注目すべきである。ベッド１０５に対する高エネルギー源１１０及び供給装置１２０の相対的な移動及び回転は、制御装置１３０により制御されてもよい。制御装置１３０は、多数の制御プログラム及び運動制御コンピュータを含んでもよい。ビームのエネルギー強度及び焦点径（focus diameter）は、ビーム制御装置１３５により制御されてもよい。ワイヤーの供給装置１２０は、貯蔵されたワイヤー１２７をベッド１０５の暴露点に供給するように構成される。貯蔵されたワイヤー１２７の供給量は、材料供給制御装置１４０により制御されてもよい。貯蔵されたワイヤー１２７は、アルミニウム、チタン、金属合金、又は他の適切な金属とすることができる。
【００１５】
作動中、システム１００は、基板１１７上に材料の層１１５を一層ずつ堆積させる。基板１１７は、ベッド１０５にしっかりと付着した予め形成された材料のシートであってもよい。材料の層１１５は、高エネルギーのビーム１２５を使用して、基板１１７上の焦点で溶融した貯蔵されたワイヤー１２７により形成される。貯蔵されたワイヤー１２７は、集束された高エネルギーのビーム１２５により溶融する。溶融した材料がビーム１２５の焦点から外れると、溶融した材料は凝固し、冷めるにつれて下の層に固着する。この全プロセスは真空チャンバー内で行われてもよい点に注目すべきである。高エネルギー源１１０は、レーザー、電子ビームガン、又は他のエネルギービーム発生装置であってもよい。一実施形態において、高エネルギー源１１０は、電子ビームガンである。電子ビーム１２５は、電気的に集光可能であってもよい。さらに、ビーム１２５の出力は、数百ワットから数百キロワットまでの範囲とすることができる。これにより、システム１００は、薄壁を形成するための極めて少量の材料や、あるいは（時間当たり４０Ｌｂより多い）極めて大量の材料の堆積が可能となる。
【００１６】
図２は、ベッド１０５の主要な堆積表面に対して平行なビーム１２５を備えたシステム１００を示す。この構成は、ベッド１０５を回転することにより可能となる。あるいは、高エネルギー源１１０がベッド１０５に対して回転可能に構成され、これによりビーム１２５がベッド１０５の表面に対して平行とされてもよい。この平行なビーム−プラットフォーム構造は、以下でさらに詳細に説明される溶接用途に有効である。
【００１７】
図３及び図４について同時に説明する。図３は、本発明の一実施形態によるハイブリッド直接製造プロセス３００のフローチャートを示す。図４は、プロセス３００において使用される基盤及びモノリスの実施例を示す。それぞれのモノリスは、供給されるワイヤー１２７を形成する材料と同じ材料により形成されてもよい。あるいは、モノリスは、供給されるワイヤー１２７を形成する材料と異なる材料から構成されてもよい。プロセス３００は、基板１１７上に基盤層４１０（又は単に基盤）を堆積させるステップ３１０から開始される。基盤４１０は、モノリス４３０の底面境界と略一致する境界を有するように形成される。図４に示すように、モノリス４３０の底面は、基盤４１０の境界と実質的に一致する長方形の境界を有する。同様に、基盤４１５は、モノリス４３５の底面の境界と一致する円形の境界を有するように形成される。基盤は、少なくともビーム１２５の直径の約半分の高さ４２０を有することができる。これにより、基盤４１０とモノリス４３０とが接触する合わせ領域又は界面領域にビーム１２５が照射された場合、例えば、ビーム直径の半分は基盤４１０上に照射され、残りの半分はモノリス４３０に照射される。高さ４２０はまた、任意に選択されてもよい。例えば、少なくとも１／４インチの高さを選択することができる。一態様によれば、基盤４１５の層堆積プロセスの前に、基板１１７の表面の酸化物又は他の不純物を除去するためのアブレーション処理が行われる。アブレーション処理は、真空環境下で高エネルギー源１１０を使用して行われてもよい。
【００１８】
ステップ３２０において、モノリス４３０及びモノリス４３５は、それぞれ基盤４１０及び基盤４１５の表面に位置合わせされる。これは、ロボットアームを使用して、手動又は自動的で行うことができる。一実施形態において、基盤４１０及び基盤４１５の境界は、それぞれモノリス４３０及びモノリス４３５の底面境界の全体と一致するように機械加工されてもよい。このようにして、モノリスと基盤との境界は、それらが合わせられた際に、互いに平坦にされる。さらに、それぞれの基盤の上面が平らな合わせ面を形成するように表面切削（face mill）される。このように、それぞれの基盤の上面は、実質的に平面となるか、それぞれのモノリスの平坦な合わせ面と一致する。これは、必要な溶接エネルギーを最小化し、空気の混入を抑え、接合部に沿って一貫した溶接強度を提供するために行うことができる。
【００１９】
モノリス４３０及びモノリス４３５は、それぞれの基盤に対して位置合わせされた後、ビーム１２５により所定の位置に溶接される。ある態様において、ビーム１２５は、真空チャンバー又はマイクロ真空チャンバー内で使用される。このチャンバーは、まず真空を形成するために減圧されなければならず、開放するために加圧されなければならない。したがって、ビームの使用中におけるチャンバーの開放は、場合によっては２時間以上かかるチャンバーの加圧とその後の減圧とを必要とするため、製造プロセスを中断させ遅延させる。ある態様において、システム１００は、製造プロセスを中断することなく、モノリスがチャンバー内で移動され、それぞれの基盤に対して位置合わせされるように構成される。他の態様において、モノリスは、ロボットアーム、モータ、又はアクチュエータにより、それぞれの基盤に対して位置合わせされる。一態様において、ロボットアーム、モータ、又はアクチュエータの制御は、高エネルギー源１１０及び供給装置１２０を制御するのと同じプログラムにより行うことができる。ある態様において、適切な溶接接点を形成するために、ビーム１２５は、溶接領域の表面に対して垂直な溶接領域（すなわち、基盤４１０とモノリス４３０との界面領域）を照射するように構成される。これにより、ビーム１２５からの熱が基盤とモノリスとの間に均一に分散し、損失分散が減少するため、固相溶接継ぎ手の形成が促進される。ビーム１２５は、溶接点を他の角度から照射するよう配向されていてもよい。
【００２０】
図５は、本開示の一態様による溶接された部品の側面図を示す。図５に示すように、モノリス４３０及びモノリス４３５は、溶接界面５１０に沿って基盤４１０及び基盤４１５に溶接されている。この溶接プロセスにおいて供給されるワイヤーは不要である。溶接界面５１０周囲の材料がビーム１２５を照射されて融解し融合すると、モノリス４３０及び基盤４１０は融合する。ビーム１２５のエネルギー強度は、溶接される基盤及びモノリスの材料組成に応じて決まる。
【００２１】
モノリス４３０及びモノリス４３５がそれぞれの基盤に溶接されると、ＤＭプロセスを継続し、完成部品のさらなる構造（図示省略）や細部を形成するために、モノリス４３０及びモノリス４３５の上部に追加の層を堆積させてもよい。このプロセスは、モノリス４３０及びモノリス４３５が、大型で大量の材料を必要としてもよいため有利である。例えば、モノリス４３０は幅広でも高さが高くてもよいので、直接製造プロセスだけを用いてモノリスを製造するよりも、むしろ予め形成されたモノリスを提供して基材に溶接することにより、時間を大幅に短縮することができる。モノリス４３０及びモノリス４３５は、完成部品のある領域を埋めるために使用される単一の低価格な原料であってもよい。このハイブリッド製造プロセスは、ＤＭプロセスをフルに使用してモノリスを形成するステップを取り除くことにより、プロセスの効率を向上させることができる。さらに、上記の溶接プロセスには、ＤＭプロセスで使用されたのと同一の高エネルギービームが使用されてもよい。したがって、新しい装置か、又は追加の装置が不要である。さらに、ＤＭプロセスに予め形成された原料を組み込むことにより、従来の全堆積ＤＭプロセスやあるいは他のプロセスよりも、短い製造期間及び低コストで大型部品を製造することができる。また、（例えば整経、ボイドスペース等の）材料特性における欠点やばらつきは、全堆積ＤＭプロセスを使用したブロックの形成を避けるために、予め形成されたブロックの使用により抑制される。
【００２２】
図６は、本開示の一態様によるハイブリッド直接製造のためのプロセス６００のフローチャートを示す。簡単にするために、図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図６と同時に説明される。図７は、本開示の一態様によるＤＭシステム７００の平面図を示す。図８（ａ）は、以下に詳細に説明されるプロセス６００を使用して形成された基盤の斜視図を示す。図８（ｂ）は、対応するモノリスに合わせられた基盤の斜視図を示す。
【００２３】
プロセス６００は、ＤＭシステム７００を使用して基材上に複数の基盤７１０，７１５及び７２０を堆積させるステップ６１０から開始される。それぞれの基盤７１０，７１５及び７２０は、互いに高さが異なる。本開示の一態様において、基盤７２０が最も高く、基盤７１０が最も低い。この配列により、溶接作業が行われる際に、ビーム７３５及びビーム７４０が遮るものなく基盤７１５及び基盤７２０のそれぞれの上部領域に到達するのが可能となる。ビーム７３５及びビーム７４０はいずれも高エネルギー源１１０から、ベッド高エネルギー源１１０に対してベッド１０５の異なる位置に照射される。図７に示すように、ベッド１０５の主要な作業面は、高エネルギー源１１０からのビーム７３５及びビーム７４０の経路に対して平行である。この構成は、ベッド１０５又は高エネルギー源１１０を移動させるか回転させることにより可能となる。
【００２４】
図８（ａ）に関して、複数の基盤のそれぞれは、隣接する基盤に対して異なる高さを有してもよい。一態様において、（ベッド１０５の隅部やビームの原点等の）原点に最も近い基盤は最も低く、原点から最も遠い基盤は最も高い。図８（ａ）に関して、例えば、基盤８０５は基盤８１０よりも低く、基盤８１０は基盤８１５よりも低い。この基盤構造は、ベッド１０５の主要な作業面に対して平行なエネルギービームを使用して、単一の基材に複数のモノリスを溶接可能にする。一態様において、それぞれの基盤間での高さの違いは、少なくともビーム１２５の直径の１／２とすることができる。あるいは、ビームの断面パターンの１／２の高さとなるようにビームを構成してもよい。なぜなら、基盤８０５及び基盤８１０はいずれも基盤８１５よりも低いため、基盤８１５とモノリス８２０との溶接界面（基盤８１５とモノリス８２０とが互いに合わせられると界面が形成される）にビームを遮られることなく照射することができるためである。例えば、再度図７に関して、高エネルギー源１１０からのビーム７４０は、より低い基盤７１０及び基盤７１５により遮られないため、基盤７２０に到達することができる。この説明において、基盤７２０が最も高く、基盤７１５が次に高く、基盤７１０が最も低い。同様に、ビーム７３５は、基盤７１０が低いため、基盤７１５の溶接面に到達することができる。最後に、ビーム７３０は、基材上で高エネルギー源に最も近い基盤であるため、遮るものなく基盤７１０に到達することができる。ビーム７３０，７３５及び７４０のそれぞれは、高エネルギー源１１０から照射されるが、ベッド１０５又は高エネルギー源１１０と共に異なる位置に移動する。
【００２５】
再度図６に関して、プロセス６００は、溶接のためのそれぞれの基盤を下処理するステップ６２０に進む。この下処理プロセスは、溶接されるモノリスの境界と合わせるために、それぞれの基盤の境界及び表面を機械加工することを含んでもよい。さらに、下処理プロセスは、モノリスが基盤の表面又は上部に設置されたときの表面同士の接触が向上するように、それぞれの基盤の上面を表面切削することを含んでもよい。またさらに、モノリスを適切に位置合わせするために、又は例えばＮＣプログラムによるクランプの取り外しによりモノリスの位置が低くなるように、インデックス機構（indexing features）又は機械設備を使用してもよい。あるいは、モノリスは、ロボット、アクチュエータ、又はサーボにより位置を低くしてもよい。次に、ステップ６３０において、モノリスは基盤の１つに対して位置合わせされる。一実施形態において、第１のモノリスが溶接される第１の基盤は最も高い。このようにして、水平エネルギービームは、遮られることなく溶接点に到達することができる。例えば、図８（ｂ）に関して、基盤８１５をモノリスに最初に溶接することができる（ステップ６４０）。第１のモノリスが溶接されると、ステップ６５０及びステップ６６０にて溶接するために、第２のモノリスが次に高い基盤に対して位置合わせされる。このプロセスは、全てのモノリスがそれぞれの基盤に対して溶接されるまで続く。
【００２６】
プロセス６００にはいくつかのバリエーションを作ることができる点に注目されたい。例えば、基盤８１０を最も高く形成し、第１のモノリスが溶接される第１の層とすることができる。しかしながら、基盤８１０は基盤８１５よりも高いため、（基盤８０５の方向から照射される）平行エネルギービームは、基盤８１５の溶接点に到達することができない。これは、基盤８１５がビームの原点に最も近い基盤となるように、ベッド１０５を１８０度回転させることで解決することができる。
【００２７】
図８（ｂ）に関して、各基盤８０５，８１０及び８１５は、それぞれのモノリスに対して溶接されている。図示された通り、溶接界面８２５は、溶接界面８３５よりも高い。この構成により、平行エネルギービームは、遮るものなく基盤８０５及び基盤８１０を越えていくことができる。上記の通り、ＤＭプロセスを継続して、モノリスのいずれかに追加の材料を積層するか、あるいは、モノリスを接合して完成部品の残り部分を形成してもよい。これにより、部品全体を製造するために、多くの時間を要する全ＤＭプロセスを使用せずにすむ（ＤＭプロセスを使用してモノリス８２０及びモノリス８３０を製造するのを避けることができる）ため、ハイブリッドＤＭプロセス６００の効率が向上する。
【００２８】
開示されたプロセスにおけるステップの特定の順番又は序列が、例示的な方法の説明であることは当然である。当然のことながら、設計嗜好に基づき、プロセスにおけるステップの特定の順番又は序列は再配列されてもよい。いくつかのステップは同時に行われてもよい。添付された方法の請求項は、様々なステップの要素をサンプルとなる順番で示しており、示された特定の順番又は序列に限定されることを意図していない。
【００２９】
本開示で使用された「上」、「底」、「前」、「後」等の用語は、通常の重力の枠組みよりも、むしろ任意の枠組みにより理解されるべきである。したがって、上面、底面、前面及び後面は、重力の枠組みの中で上方、下方、対角線上、又は水平線上に拡大適用されてもよい。
【００３０】
「態様」等の表現は、主題技術にとってそのような態様が不可欠である、あるいは主題技術の全ての構成にそのような態様が適用される、ということを示唆するものではない。ある態様に関する開示は、全ての構成又は１つ以上の構成に適用されてもよい。ある態様は、開示された１つ以上の例を提供してもよい。「態様」という表現は、１つ以上の態様を示してもよく、またその逆も同様である。「実施形態」等の表現は、主題技術にとってそのような実施形態が不可欠である、あるいは主題技術の全ての構成にそのような実施形態が適用される、ということを示唆するものではない。ある実施形態に関する開示は、全ての実施形態又は１つ以上の実施形態に適用されてもよい。「実施形態」という表現は、１つ以上の実施形態を示してもよく、またその逆も同様である。
【００３１】
さらに、「含む」、「有する」等の用語が詳細な説明や請求項で使用される限りにおいては、このような用語は、「含んで構成される」という用語が請求項で暫定的な言葉として使用された場合に解釈されるのと同じように、包括的であることを意図している。
【００３２】
本明細書で使用される「例示的な」という用語は、「例、事例、又は実例としての役割を果たす」ということを意味する。本明細書で「例示的な」として説明された実施形態はいずれも、必ずしも他の実施形態よりも好ましい、又は有利であると理解されるとは限らない。
【００３３】
ある要素に関する単数形での言及は、特に記載がない限り、「１つ及びただ１つ」という意味ではなく、むしろ「１つ以上」を意味する。「いくつかの」という用語は、１つ以上を示す。当業者によって知られた、又は後に知られるようになる本開示に記載された様々な構成要素の全ての構造的及び機能的な均等物は、参照により本明細書に明確に組み込まれ、主題技術により包含される。さらに、その開示が上記の説明に明確に記載されているか否かに関わらず、本明細書に開示された全ての事項は発明の開放を目的としていない。
【技術分野】
【０００１】
（連邦支援研究又は開発に関する記載）
本発明は、米国海軍省により認定された契約番号Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００２に基づき、政府の支援を受けて行われたものである。米国政府は本発明の権利の一部を有する。
【０００２】
本発明は、概して直接製造プロセスに関し、特に、高エネルギービーム溶接技術を使用する積層造形として知られる直接製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
直接製造（ＤＭ）プロセスは、レーザーや電子ビーム等の高エネルギービームを使用して材料の層を付加的に堆積させることにより、複雑な部品を迅速に製造することができる積層造形プロセスである。ＤＭプロセスは、金属部品の鍛造等の従来の製作技術に比べて多くの利点を有する。特に、ＤＭプロセスは、実質的により少ない原材料を使用するとともに、準備時間及び加工時間を短縮することにより、製造期間を大幅に短縮することができる。これらの利点は、大幅なコスト削減をもたらす。これらの利点により、ＤＭプロセスは、航空宇宙産業で、試作品や試験部品を迅速に作るために通常使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＭは、現在の工業生産能力が不十分な製品に使用する過渡期にある。ＤＭプロセスは積層造形プロセスであるため、大量の材料を使用する部品の製造には、堆積装置の大きな能力が必要とされる。そのため、新たなＤＭ製造プロセスを使用した、大型部品の堆積時間をさらに短縮するための方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、大質量を迅速かつコスト効率よく製造するために、直接製造プロセスと溶接プロセスとを組み合わせた直接製造のための方法を提供する。一般に、このプロセスは、材料を堆積させる基板（base plate）、部品の一部、又はステージから始める。すなわち、直接製造プロセスを使用して材料の基盤層（foundation layer）（又は単に基盤（foundation））を堆積させる。基盤層が堆積すると、材料のモノリス（monolith）又はブロック（block）が基盤層に溶接される。こうして、完全な層ごとの堆積を行うことなく、大量の部品を製造することができる。最後に、基板や部品にモノリスが接合された後、さらなる構造を作るために、材料の追加の層を堆積させてもよい。材料の追加の層は、モノリスの近傍、モノリス上、又は必要なモノリス間に堆積させることができる。
【０００６】
本開示は、（構造の一部を効率的に組み立てるために他のプロセスが適している）大型部品の組立時間を大幅に短縮することができる直接製造プロセスを提供する。本開示の一態様によれば、直接製造の方法が提供される。この方法は、第１の基盤の境界又は溶接面境界と第１のモノリスの境界とが実質的に一致するように、基材（substrate）上に材料の第１の基盤を堆積させることを含む。第１の基盤が堆積すると、前記方法は、第１の基盤に対して第１のモノリスを位置合わせし、エネルギービームを使用して第１の基盤と第１のモノリスとを溶接する。
【０００７】
本開示の他の態様によれば、直接製造のためのプロセスが提供される。このプロセスは、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤及び第２の基盤を堆積させることを含む。第２の基盤は第１の基盤より厚く堆積される。次に、モノリスが上部に設置され、電子ビーム等の高エネルギービームを使用して第１の基盤及び第２の基盤に溶接される。
【０００８】
本開示のさらに他の態様によれば、直接製造システムが提供される。このシステムは、第１の基盤の境界と第１のモノリスの境界とが実質的に一致するように、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させる手段を含む。基材プラットフォーム上に第２の基盤を堆積させる手段もまた含まれる。さらにこのシステムは、第１の基盤及び第２の基盤に対して第１のモノリス及び第２のモノリスを設置する手段を含む。最後に、このシステムは、エネルギービームを使用して、第１のモノリスを第１の基盤に、第２のモノリスを第２の基盤に溶接する手段を含む。
【０００９】
主題となる技術のさらなる特徴及び利点は、以下の説明に記載されており、またその一部はこの説明から明らかであり、あるいは、主題技術の実施により明らかとなるだろう。主題技術の利点は、明細書、特許請求の範囲、及び図面において詳細に示された構成により、実現及び獲得されるだろう。
【００１０】
上記の概要及び以下の詳細な説明はいずれも例示及び説明であり、本発明のさらなる説明を提供することを目的とすることは当然である。
【００１１】
主題技術のさらなる理解を助ける、本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、主題技術の態様を図示し、詳細な説明とともに主題技術の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一態様による直接製造システムを示す。
【図２】本開示の一態様による直接製造システムを示す。
【図３】本開示の一態様による直接製造プロセスのフローチャートを示す。
【図４】本開示の一態様による基盤とモノリスとの斜視図を示す。
【図５】本開示の一態様による基盤に溶接されたモノリスの側面図を示す。
【図６】本開示の一態様による直接製造プロセスのフローチャートを示す。
【図７】本開示の一態様による直接製造システムの配置の平面図を示す。
【図８】本開示の一態様による基盤の斜視図であり、（ａ）は様々な高さの基盤を示し、（ｂ）は（ａ）の基盤のそれぞれにモノリスが溶接されたところを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明において、主題技術の十分な理解を助けるために、多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、これらの具体的な詳細のいくつかを備えなくても、主題技術を実施することができることは当業者には明らかである。他の例では、主題技術を曖昧にしないために、周知の構成及び技術は詳細には説明されていない。
【００１４】
図１は、本開示の一態様による直接製造システム１００を示す。システム１００は、ベッド（基材プラットフォーム）１０５、高エネルギー源１１０、及び材料（又はワイヤー）の供給装置１２０を含む。供給装置１２０は、ワイヤー、粉末、又は融解液滴の形態の材料を供給することができる。ベッド１０５は、システム１００のステージであり、ｘ−ｙ−ｚ軸のいずれに沿っても移動可能かつ１つ以上の軸の周りを回転可能なように取付けられる。高エネルギー源１１０に対するベッド１０５の相対的な移動及び回転は、プラットフォーム制御装置により制御されてもよい。これにより、ベッド１０５の位置を高エネルギーのビーム１２５に対して変化させることができる。ベッド１０５を動かすというよりは、むしろベッド１０５は固定された状態で、高エネルギー源１１０及び供給装置１２０が、ｘ−ｙ−ｚ軸に沿って移動し、そして軸の周りを回転可能に構成されてもよいという点に注目すべきである。ベッド１０５に対する高エネルギー源１１０及び供給装置１２０の相対的な移動及び回転は、制御装置１３０により制御されてもよい。制御装置１３０は、多数の制御プログラム及び運動制御コンピュータを含んでもよい。ビームのエネルギー強度及び焦点径（focus diameter）は、ビーム制御装置１３５により制御されてもよい。ワイヤーの供給装置１２０は、貯蔵されたワイヤー１２７をベッド１０５の暴露点に供給するように構成される。貯蔵されたワイヤー１２７の供給量は、材料供給制御装置１４０により制御されてもよい。貯蔵されたワイヤー１２７は、アルミニウム、チタン、金属合金、又は他の適切な金属とすることができる。
【００１５】
作動中、システム１００は、基板１１７上に材料の層１１５を一層ずつ堆積させる。基板１１７は、ベッド１０５にしっかりと付着した予め形成された材料のシートであってもよい。材料の層１１５は、高エネルギーのビーム１２５を使用して、基板１１７上の焦点で溶融した貯蔵されたワイヤー１２７により形成される。貯蔵されたワイヤー１２７は、集束された高エネルギーのビーム１２５により溶融する。溶融した材料がビーム１２５の焦点から外れると、溶融した材料は凝固し、冷めるにつれて下の層に固着する。この全プロセスは真空チャンバー内で行われてもよい点に注目すべきである。高エネルギー源１１０は、レーザー、電子ビームガン、又は他のエネルギービーム発生装置であってもよい。一実施形態において、高エネルギー源１１０は、電子ビームガンである。電子ビーム１２５は、電気的に集光可能であってもよい。さらに、ビーム１２５の出力は、数百ワットから数百キロワットまでの範囲とすることができる。これにより、システム１００は、薄壁を形成するための極めて少量の材料や、あるいは（時間当たり４０Ｌｂより多い）極めて大量の材料の堆積が可能となる。
【００１６】
図２は、ベッド１０５の主要な堆積表面に対して平行なビーム１２５を備えたシステム１００を示す。この構成は、ベッド１０５を回転することにより可能となる。あるいは、高エネルギー源１１０がベッド１０５に対して回転可能に構成され、これによりビーム１２５がベッド１０５の表面に対して平行とされてもよい。この平行なビーム−プラットフォーム構造は、以下でさらに詳細に説明される溶接用途に有効である。
【００１７】
図３及び図４について同時に説明する。図３は、本発明の一実施形態によるハイブリッド直接製造プロセス３００のフローチャートを示す。図４は、プロセス３００において使用される基盤及びモノリスの実施例を示す。それぞれのモノリスは、供給されるワイヤー１２７を形成する材料と同じ材料により形成されてもよい。あるいは、モノリスは、供給されるワイヤー１２７を形成する材料と異なる材料から構成されてもよい。プロセス３００は、基板１１７上に基盤層４１０（又は単に基盤）を堆積させるステップ３１０から開始される。基盤４１０は、モノリス４３０の底面境界と略一致する境界を有するように形成される。図４に示すように、モノリス４３０の底面は、基盤４１０の境界と実質的に一致する長方形の境界を有する。同様に、基盤４１５は、モノリス４３５の底面の境界と一致する円形の境界を有するように形成される。基盤は、少なくともビーム１２５の直径の約半分の高さ４２０を有することができる。これにより、基盤４１０とモノリス４３０とが接触する合わせ領域又は界面領域にビーム１２５が照射された場合、例えば、ビーム直径の半分は基盤４１０上に照射され、残りの半分はモノリス４３０に照射される。高さ４２０はまた、任意に選択されてもよい。例えば、少なくとも１／４インチの高さを選択することができる。一態様によれば、基盤４１５の層堆積プロセスの前に、基板１１７の表面の酸化物又は他の不純物を除去するためのアブレーション処理が行われる。アブレーション処理は、真空環境下で高エネルギー源１１０を使用して行われてもよい。
【００１８】
ステップ３２０において、モノリス４３０及びモノリス４３５は、それぞれ基盤４１０及び基盤４１５の表面に位置合わせされる。これは、ロボットアームを使用して、手動又は自動的で行うことができる。一実施形態において、基盤４１０及び基盤４１５の境界は、それぞれモノリス４３０及びモノリス４３５の底面境界の全体と一致するように機械加工されてもよい。このようにして、モノリスと基盤との境界は、それらが合わせられた際に、互いに平坦にされる。さらに、それぞれの基盤の上面が平らな合わせ面を形成するように表面切削（face mill）される。このように、それぞれの基盤の上面は、実質的に平面となるか、それぞれのモノリスの平坦な合わせ面と一致する。これは、必要な溶接エネルギーを最小化し、空気の混入を抑え、接合部に沿って一貫した溶接強度を提供するために行うことができる。
【００１９】
モノリス４３０及びモノリス４３５は、それぞれの基盤に対して位置合わせされた後、ビーム１２５により所定の位置に溶接される。ある態様において、ビーム１２５は、真空チャンバー又はマイクロ真空チャンバー内で使用される。このチャンバーは、まず真空を形成するために減圧されなければならず、開放するために加圧されなければならない。したがって、ビームの使用中におけるチャンバーの開放は、場合によっては２時間以上かかるチャンバーの加圧とその後の減圧とを必要とするため、製造プロセスを中断させ遅延させる。ある態様において、システム１００は、製造プロセスを中断することなく、モノリスがチャンバー内で移動され、それぞれの基盤に対して位置合わせされるように構成される。他の態様において、モノリスは、ロボットアーム、モータ、又はアクチュエータにより、それぞれの基盤に対して位置合わせされる。一態様において、ロボットアーム、モータ、又はアクチュエータの制御は、高エネルギー源１１０及び供給装置１２０を制御するのと同じプログラムにより行うことができる。ある態様において、適切な溶接接点を形成するために、ビーム１２５は、溶接領域の表面に対して垂直な溶接領域（すなわち、基盤４１０とモノリス４３０との界面領域）を照射するように構成される。これにより、ビーム１２５からの熱が基盤とモノリスとの間に均一に分散し、損失分散が減少するため、固相溶接継ぎ手の形成が促進される。ビーム１２５は、溶接点を他の角度から照射するよう配向されていてもよい。
【００２０】
図５は、本開示の一態様による溶接された部品の側面図を示す。図５に示すように、モノリス４３０及びモノリス４３５は、溶接界面５１０に沿って基盤４１０及び基盤４１５に溶接されている。この溶接プロセスにおいて供給されるワイヤーは不要である。溶接界面５１０周囲の材料がビーム１２５を照射されて融解し融合すると、モノリス４３０及び基盤４１０は融合する。ビーム１２５のエネルギー強度は、溶接される基盤及びモノリスの材料組成に応じて決まる。
【００２１】
モノリス４３０及びモノリス４３５がそれぞれの基盤に溶接されると、ＤＭプロセスを継続し、完成部品のさらなる構造（図示省略）や細部を形成するために、モノリス４３０及びモノリス４３５の上部に追加の層を堆積させてもよい。このプロセスは、モノリス４３０及びモノリス４３５が、大型で大量の材料を必要としてもよいため有利である。例えば、モノリス４３０は幅広でも高さが高くてもよいので、直接製造プロセスだけを用いてモノリスを製造するよりも、むしろ予め形成されたモノリスを提供して基材に溶接することにより、時間を大幅に短縮することができる。モノリス４３０及びモノリス４３５は、完成部品のある領域を埋めるために使用される単一の低価格な原料であってもよい。このハイブリッド製造プロセスは、ＤＭプロセスをフルに使用してモノリスを形成するステップを取り除くことにより、プロセスの効率を向上させることができる。さらに、上記の溶接プロセスには、ＤＭプロセスで使用されたのと同一の高エネルギービームが使用されてもよい。したがって、新しい装置か、又は追加の装置が不要である。さらに、ＤＭプロセスに予め形成された原料を組み込むことにより、従来の全堆積ＤＭプロセスやあるいは他のプロセスよりも、短い製造期間及び低コストで大型部品を製造することができる。また、（例えば整経、ボイドスペース等の）材料特性における欠点やばらつきは、全堆積ＤＭプロセスを使用したブロックの形成を避けるために、予め形成されたブロックの使用により抑制される。
【００２２】
図６は、本開示の一態様によるハイブリッド直接製造のためのプロセス６００のフローチャートを示す。簡単にするために、図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図６と同時に説明される。図７は、本開示の一態様によるＤＭシステム７００の平面図を示す。図８（ａ）は、以下に詳細に説明されるプロセス６００を使用して形成された基盤の斜視図を示す。図８（ｂ）は、対応するモノリスに合わせられた基盤の斜視図を示す。
【００２３】
プロセス６００は、ＤＭシステム７００を使用して基材上に複数の基盤７１０，７１５及び７２０を堆積させるステップ６１０から開始される。それぞれの基盤７１０，７１５及び７２０は、互いに高さが異なる。本開示の一態様において、基盤７２０が最も高く、基盤７１０が最も低い。この配列により、溶接作業が行われる際に、ビーム７３５及びビーム７４０が遮るものなく基盤７１５及び基盤７２０のそれぞれの上部領域に到達するのが可能となる。ビーム７３５及びビーム７４０はいずれも高エネルギー源１１０から、ベッド高エネルギー源１１０に対してベッド１０５の異なる位置に照射される。図７に示すように、ベッド１０５の主要な作業面は、高エネルギー源１１０からのビーム７３５及びビーム７４０の経路に対して平行である。この構成は、ベッド１０５又は高エネルギー源１１０を移動させるか回転させることにより可能となる。
【００２４】
図８（ａ）に関して、複数の基盤のそれぞれは、隣接する基盤に対して異なる高さを有してもよい。一態様において、（ベッド１０５の隅部やビームの原点等の）原点に最も近い基盤は最も低く、原点から最も遠い基盤は最も高い。図８（ａ）に関して、例えば、基盤８０５は基盤８１０よりも低く、基盤８１０は基盤８１５よりも低い。この基盤構造は、ベッド１０５の主要な作業面に対して平行なエネルギービームを使用して、単一の基材に複数のモノリスを溶接可能にする。一態様において、それぞれの基盤間での高さの違いは、少なくともビーム１２５の直径の１／２とすることができる。あるいは、ビームの断面パターンの１／２の高さとなるようにビームを構成してもよい。なぜなら、基盤８０５及び基盤８１０はいずれも基盤８１５よりも低いため、基盤８１５とモノリス８２０との溶接界面（基盤８１５とモノリス８２０とが互いに合わせられると界面が形成される）にビームを遮られることなく照射することができるためである。例えば、再度図７に関して、高エネルギー源１１０からのビーム７４０は、より低い基盤７１０及び基盤７１５により遮られないため、基盤７２０に到達することができる。この説明において、基盤７２０が最も高く、基盤７１５が次に高く、基盤７１０が最も低い。同様に、ビーム７３５は、基盤７１０が低いため、基盤７１５の溶接面に到達することができる。最後に、ビーム７３０は、基材上で高エネルギー源に最も近い基盤であるため、遮るものなく基盤７１０に到達することができる。ビーム７３０，７３５及び７４０のそれぞれは、高エネルギー源１１０から照射されるが、ベッド１０５又は高エネルギー源１１０と共に異なる位置に移動する。
【００２５】
再度図６に関して、プロセス６００は、溶接のためのそれぞれの基盤を下処理するステップ６２０に進む。この下処理プロセスは、溶接されるモノリスの境界と合わせるために、それぞれの基盤の境界及び表面を機械加工することを含んでもよい。さらに、下処理プロセスは、モノリスが基盤の表面又は上部に設置されたときの表面同士の接触が向上するように、それぞれの基盤の上面を表面切削することを含んでもよい。またさらに、モノリスを適切に位置合わせするために、又は例えばＮＣプログラムによるクランプの取り外しによりモノリスの位置が低くなるように、インデックス機構（indexing features）又は機械設備を使用してもよい。あるいは、モノリスは、ロボット、アクチュエータ、又はサーボにより位置を低くしてもよい。次に、ステップ６３０において、モノリスは基盤の１つに対して位置合わせされる。一実施形態において、第１のモノリスが溶接される第１の基盤は最も高い。このようにして、水平エネルギービームは、遮られることなく溶接点に到達することができる。例えば、図８（ｂ）に関して、基盤８１５をモノリスに最初に溶接することができる（ステップ６４０）。第１のモノリスが溶接されると、ステップ６５０及びステップ６６０にて溶接するために、第２のモノリスが次に高い基盤に対して位置合わせされる。このプロセスは、全てのモノリスがそれぞれの基盤に対して溶接されるまで続く。
【００２６】
プロセス６００にはいくつかのバリエーションを作ることができる点に注目されたい。例えば、基盤８１０を最も高く形成し、第１のモノリスが溶接される第１の層とすることができる。しかしながら、基盤８１０は基盤８１５よりも高いため、（基盤８０５の方向から照射される）平行エネルギービームは、基盤８１５の溶接点に到達することができない。これは、基盤８１５がビームの原点に最も近い基盤となるように、ベッド１０５を１８０度回転させることで解決することができる。
【００２７】
図８（ｂ）に関して、各基盤８０５，８１０及び８１５は、それぞれのモノリスに対して溶接されている。図示された通り、溶接界面８２５は、溶接界面８３５よりも高い。この構成により、平行エネルギービームは、遮るものなく基盤８０５及び基盤８１０を越えていくことができる。上記の通り、ＤＭプロセスを継続して、モノリスのいずれかに追加の材料を積層するか、あるいは、モノリスを接合して完成部品の残り部分を形成してもよい。これにより、部品全体を製造するために、多くの時間を要する全ＤＭプロセスを使用せずにすむ（ＤＭプロセスを使用してモノリス８２０及びモノリス８３０を製造するのを避けることができる）ため、ハイブリッドＤＭプロセス６００の効率が向上する。
【００２８】
開示されたプロセスにおけるステップの特定の順番又は序列が、例示的な方法の説明であることは当然である。当然のことながら、設計嗜好に基づき、プロセスにおけるステップの特定の順番又は序列は再配列されてもよい。いくつかのステップは同時に行われてもよい。添付された方法の請求項は、様々なステップの要素をサンプルとなる順番で示しており、示された特定の順番又は序列に限定されることを意図していない。
【００２９】
本開示で使用された「上」、「底」、「前」、「後」等の用語は、通常の重力の枠組みよりも、むしろ任意の枠組みにより理解されるべきである。したがって、上面、底面、前面及び後面は、重力の枠組みの中で上方、下方、対角線上、又は水平線上に拡大適用されてもよい。
【００３０】
「態様」等の表現は、主題技術にとってそのような態様が不可欠である、あるいは主題技術の全ての構成にそのような態様が適用される、ということを示唆するものではない。ある態様に関する開示は、全ての構成又は１つ以上の構成に適用されてもよい。ある態様は、開示された１つ以上の例を提供してもよい。「態様」という表現は、１つ以上の態様を示してもよく、またその逆も同様である。「実施形態」等の表現は、主題技術にとってそのような実施形態が不可欠である、あるいは主題技術の全ての構成にそのような実施形態が適用される、ということを示唆するものではない。ある実施形態に関する開示は、全ての実施形態又は１つ以上の実施形態に適用されてもよい。「実施形態」という表現は、１つ以上の実施形態を示してもよく、またその逆も同様である。
【００３１】
さらに、「含む」、「有する」等の用語が詳細な説明や請求項で使用される限りにおいては、このような用語は、「含んで構成される」という用語が請求項で暫定的な言葉として使用された場合に解釈されるのと同じように、包括的であることを意図している。
【００３２】
本明細書で使用される「例示的な」という用語は、「例、事例、又は実例としての役割を果たす」ということを意味する。本明細書で「例示的な」として説明された実施形態はいずれも、必ずしも他の実施形態よりも好ましい、又は有利であると理解されるとは限らない。
【００３３】
ある要素に関する単数形での言及は、特に記載がない限り、「１つ及びただ１つ」という意味ではなく、むしろ「１つ以上」を意味する。「いくつかの」という用語は、１つ以上を示す。当業者によって知られた、又は後に知られるようになる本開示に記載された様々な構成要素の全ての構造的及び機能的な均等物は、参照により本明細書に明確に組み込まれ、主題技術により包含される。さらに、その開示が上記の説明に明確に記載されているか否かに関わらず、本明細書に開示された全ての事項は発明の開放を目的としていない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド直接製造のための方法であって、
直接製造プロセスを使用して、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させ、これにより前記第１の基盤の境界と第１のモノリスの境界とを一致させることと、
前記第１の基盤に対して前記第１のモノリスを位置合わせすることと、
エネルギービームを使用して、前記第１の基盤と前記第１のモノリスとを溶接することと、
を含んで構成される方法。
【請求項２】
前記第１の基盤の高さは、前記エネルギービームの直径の少なくとも半分である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のモノリスの位置合わせの前に、前記基材プラットフォーム上に第２の基盤を堆積させることをさらに含んで構成され、
前記第２の基盤は前記第１の基盤の高さと異なる高さを有し、
前記第２の基盤の境界は第２のモノリスの境界と一致する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の基盤は、前記第１の基盤よりも少なくとも前記エネルギービームの直径の半分高い請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の基盤に対して前記第２のモノリスを位置合わせすることと、
前記第２のモノリスを前記第２の基盤に溶接することと、
をさらに含んで構成される請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の基盤の表面を表面切削し、前記第１のモノリスの合わせ面と一致させることをさらに含んで構成される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の基盤の境界を機械加工し、前記第１のモノリスの境界の全体と細部にわたり一致させることをさらに含んで構成される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１又は第２のモノリス上に材料の層を堆積させ、前記第１又は第２のモノリスの上部に部品を形成することをさらに含んで構成される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第１又は第２のモノリスの近傍に材料の層を堆積させることをさらに含んで構成される請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記モノリスと前記基盤とをそれぞれ溶接するために使用される前記エネルギービームは、前記基材プラットフォームの作業面に対して平行である請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記エネルギービームは、電子ビームである請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ハイブリッド直接製造のための方法であって、
直接製造プロセスを使用して、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させ、これにより前記第１の基盤の境界と第１のモノリスの境界とを一致させることと、
基材プラットフォーム上に前記第１の基盤よりも高さが高い材料の第２の基盤を堆積させ、これにより前記第２の基盤の境界を第２のモノリスの境界と一致させることと、
前記第１及び第２の基盤に対して前記第１及び第２のモノリスをそれぞれ設置することと、
エネルギービームを使用して、前記第１のモノリスを前記第１の基盤に溶接し、前記第２のモノリスを前記第２の基盤に溶接することと、
を含んで構成される方法。
【請求項１３】
前記溶接は真空チャンバー内で真空を形成することを含み、
前記エネルギービーム並びに第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内に配設され、
前記第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内の真空状態を中断することなく前記第１及び第２の基盤に対して第１の位置から第２の位置に移動される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の基盤の高さは、少なくとも前記エネルギービームの直径の半分である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の基盤は、前記第１の基盤よりも少なくとも前記エネルギービームの直径の半分高い請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の基盤のそれぞれの表面を表面切削することをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の基盤の境界を機械加工し、前記第１及び第２のモノリスの境界の全体と細部にわたり一致させることをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１又は第２のモノリス上に材料の層を堆積させ、前記第１又は第２のモノリスの上部に構造を形成すること又は近接するモノリスを接合することをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１又は第２のモノリスの近傍に材料の層を堆積させ、前記第１又は第２のモノリスを接合することをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記モノリスと前記基盤とをそれぞれ溶接するために使用される前記エネルギービームは、前記基材プラットフォームに対して平行である請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記エネルギービームは、電子ビームである請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
直接製造システムであって、
基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させ、これにより前記第１の基盤の境界を第１のモノリスの境界と一致させる手段と、
基材プラットフォーム上に前記第１の基盤よりも高さが高い材料の第２の基盤を堆積させ、前記第２の基盤の境界を第２のモノリスの境界と一致させる手段と、
前記第１及び第２の基盤に対して前記第１及び第２のモノリスをそれぞれ設置する手段と、
エネルギービームを使用して、前記第１のモノリスを前記第１の基盤に溶接し、前記第２のモノリスを前記第２の基盤に溶接する手段と、
を含んで構成されるシステム。
【請求項２３】
前記第１の基盤の高さは、少なくとも前記エネルギービームの直径の半分である請求項２２に記載の直接製造システム。
【請求項２４】
前記第２の基盤は、前記第１の基盤よりも少なくとも前記エネルギービームの直径の半分高い請求項２２に記載の直接製造システム。
【請求項２５】
前記溶接する手段は真空チャンバー内で真空を形成することを含み、
前記エネルギービーム並びに第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内に配設され、
前記第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内の真空状態を中断することなく前記第１及び第２の基盤に対して第１の位置から第２の位置に移動される請求項２２に記載の直接製造システム。
【請求項１】
ハイブリッド直接製造のための方法であって、
直接製造プロセスを使用して、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させ、これにより前記第１の基盤の境界と第１のモノリスの境界とを一致させることと、
前記第１の基盤に対して前記第１のモノリスを位置合わせすることと、
エネルギービームを使用して、前記第１の基盤と前記第１のモノリスとを溶接することと、
を含んで構成される方法。
【請求項２】
前記第１の基盤の高さは、前記エネルギービームの直径の少なくとも半分である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のモノリスの位置合わせの前に、前記基材プラットフォーム上に第２の基盤を堆積させることをさらに含んで構成され、
前記第２の基盤は前記第１の基盤の高さと異なる高さを有し、
前記第２の基盤の境界は第２のモノリスの境界と一致する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の基盤は、前記第１の基盤よりも少なくとも前記エネルギービームの直径の半分高い請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の基盤に対して前記第２のモノリスを位置合わせすることと、
前記第２のモノリスを前記第２の基盤に溶接することと、
をさらに含んで構成される請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の基盤の表面を表面切削し、前記第１のモノリスの合わせ面と一致させることをさらに含んで構成される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の基盤の境界を機械加工し、前記第１のモノリスの境界の全体と細部にわたり一致させることをさらに含んで構成される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１又は第２のモノリス上に材料の層を堆積させ、前記第１又は第２のモノリスの上部に部品を形成することをさらに含んで構成される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第１又は第２のモノリスの近傍に材料の層を堆積させることをさらに含んで構成される請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記モノリスと前記基盤とをそれぞれ溶接するために使用される前記エネルギービームは、前記基材プラットフォームの作業面に対して平行である請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記エネルギービームは、電子ビームである請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ハイブリッド直接製造のための方法であって、
直接製造プロセスを使用して、基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させ、これにより前記第１の基盤の境界と第１のモノリスの境界とを一致させることと、
基材プラットフォーム上に前記第１の基盤よりも高さが高い材料の第２の基盤を堆積させ、これにより前記第２の基盤の境界を第２のモノリスの境界と一致させることと、
前記第１及び第２の基盤に対して前記第１及び第２のモノリスをそれぞれ設置することと、
エネルギービームを使用して、前記第１のモノリスを前記第１の基盤に溶接し、前記第２のモノリスを前記第２の基盤に溶接することと、
を含んで構成される方法。
【請求項１３】
前記溶接は真空チャンバー内で真空を形成することを含み、
前記エネルギービーム並びに第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内に配設され、
前記第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内の真空状態を中断することなく前記第１及び第２の基盤に対して第１の位置から第２の位置に移動される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の基盤の高さは、少なくとも前記エネルギービームの直径の半分である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の基盤は、前記第１の基盤よりも少なくとも前記エネルギービームの直径の半分高い請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の基盤のそれぞれの表面を表面切削することをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の基盤の境界を機械加工し、前記第１及び第２のモノリスの境界の全体と細部にわたり一致させることをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１又は第２のモノリス上に材料の層を堆積させ、前記第１又は第２のモノリスの上部に構造を形成すること又は近接するモノリスを接合することをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１又は第２のモノリスの近傍に材料の層を堆積させ、前記第１又は第２のモノリスを接合することをさらに含んで構成される請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記モノリスと前記基盤とをそれぞれ溶接するために使用される前記エネルギービームは、前記基材プラットフォームに対して平行である請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記エネルギービームは、電子ビームである請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
直接製造システムであって、
基材プラットフォーム上に材料の第１の基盤を堆積させ、これにより前記第１の基盤の境界を第１のモノリスの境界と一致させる手段と、
基材プラットフォーム上に前記第１の基盤よりも高さが高い材料の第２の基盤を堆積させ、前記第２の基盤の境界を第２のモノリスの境界と一致させる手段と、
前記第１及び第２の基盤に対して前記第１及び第２のモノリスをそれぞれ設置する手段と、
エネルギービームを使用して、前記第１のモノリスを前記第１の基盤に溶接し、前記第２のモノリスを前記第２の基盤に溶接する手段と、
を含んで構成されるシステム。
【請求項２３】
前記第１の基盤の高さは、少なくとも前記エネルギービームの直径の半分である請求項２２に記載の直接製造システム。
【請求項２４】
前記第２の基盤は、前記第１の基盤よりも少なくとも前記エネルギービームの直径の半分高い請求項２２に記載の直接製造システム。
【請求項２５】
前記溶接する手段は真空チャンバー内で真空を形成することを含み、
前記エネルギービーム並びに第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内に配設され、
前記第１及び第２のモノリスは前記真空チャンバー内の真空状態を中断することなく前記第１及び第２の基盤に対して第１の位置から第２の位置に移動される請求項２２に記載の直接製造システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１８０５１（Ｐ２０１３−１８０５１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９８８５８（Ｐ２０１２−９８８５８）
【出願日】平成２４年４月２４日（２０１２．４．２４）
【出願人】（５９８０２８０２８）ロッキード マーティン コーポレイション (16)
【氏名又は名称原語表記】Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２４日（２０１２．４．２４）
【出願人】（５９８０２８０２８）ロッキード マーティン コーポレイション (16)
【氏名又は名称原語表記】Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
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