JPH03183530A - 部品を製造する装置および方法 - Google Patents

部品を製造する装置および方法

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JPH03183530A
JPH03183530A JP2235466A JP23546690A JPH03183530A JP H03183530 A JPH03183530 A JP H03183530A JP 2235466 A JP2235466 A JP 2235466A JP 23546690 A JP23546690 A JP 23546690A JP H03183530 A JPH03183530 A JP H03183530A
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ジョセフ、ジェー、ビーマン
Carl R Deckard
カール、アール、デッカード
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デイビット、エル、ブレル
Harris L Marcus
ハリス、エル、マーカス
W Barlow Joel
ジョエル、ダブリュ、バーロー
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University of Texas at Austin
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は指向性エネルギビームを使用し選択的に粉末を
焼結して部品を製造する方法および装置に関する。とく
に本発明は連続して粉末の多数の層を焼結して積層形式
の部品を製造するコンピュータ援助レーザ装置に関する
。本発明はとくに複数の粉末の組み合わせを含む粉末を
対象とし、各粉末は他のものと同じあるいは異なった結
合温度をＨする材料を含み、他のものと同じあるいは異
なった分解温度を有する材料よりなる、粉末に分解され
、また焼結中容層に粉末の高体積密度を達成するため粉
末の層を供給する装置および方法を指向している。
〔従来の技術〕
通常の部品製造法に関連する経費は一般的に製造される
部品の量および完成した部品の所要の材料特性に直接関
連している。たとえば、大量生産型鋳造および押出技術
はしばしばコスト効果があり、それらの生産法は一般的
に少量生産−すなわち部品の交換または母型生産−には
うけ入れ難い。
多くのそのような通常の部品生産法は高価な部品の特殊
加工を必要とする。粉末冶金でさえも少数の部品を製造
する方法として魅力的でなくする、粉末を成形Ｉ２する
型を必要とする。
少数の部品が所望の場合、基礎的加工法を含む通常の生
産法が通常所要の部品を製造するのに使用される。その
ような基礎的方法において、材料は、その最初のブロッ
クから切断され一層複雑な形状を形成する。基礎的機械
加工法の例は、フライス盤、孔明は盤、研削盤、旋盤切
断、火炎切断機械、放電加工機械等を含んでいる。その
ような通常の工作機械の基礎的方法は所要の部品を製造
するのに通常有効であるが、それらは多くの欠点をＨす
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
第１にそのような通常の工作機械の基礎的方法は処理す
べき多量の廃材を生ずる。さらに、そのような機械工作
法は通常適当な機械的プロトコルおよび工作を準備する
ため多額の最初の経費を必要とする。準備時間に経費は
かからないが、人の判断および熟練に負うところが大き
い。もちろん、これらの課題はほんの少量の部品が生産
されるときだけ悪化する。
そのような通常の加工技術に関連する他の課題は工具の
摩耗を含み−それは交換費用を含むばかりでなく、工具
が摩耗するとき加工精度を低下する。通常の加工技術に
よって製造される部品の精度および公差における別の制
限は、特殊な工作機械における本質的な公差の限界であ
る。たとえば、通常のフライス盤または旋盤において、
親ねじおよび案内はある公差で作られ、それらは工作機
械の部品製造において達成し得る公差を限定する。
もちろん、達成し得る公差は工作機械の年数とともに低
下する。
そのような通常の工作機械の基礎的方法に関連する最後
の難点は、多くの部分構造を作ることの困難性または不
可能なことである。すなわち、通常の機械加工法は通常
、部品外部だけが加工される、対称形部品を製造するの
にもつとも適している。しかしながら、所要の部品が普
通の形でなくまたは内部に特徴があるとき、加工は一層
困難になり、しばしば部品は製造のため部分に分割しな
ければならなくなる。多くの場合、特殊な部分構造は部
品上への工具接触に対する制限のため可能でない。しか
して、切削工具のサイズおよび形状は所及の構造を製造
するための工具の接近は可能でない。
他の付加的工具も存在し、たとえば、鍍金、張合わせお
よびある種の溶接工程は材料が最初の層に追加されるこ
とにおいて付加的である。近年、レーザビームを使用し
て材料を最初の物品の上に被覆または沈着する他の付加
的加工法が開発された。たとえば、米国特許第４．１１
７，３０２号、４．４７４，８６１号、４，３００，４
７４号および４，３２３，７５６号である。これらの最
近のレーザの使用は最初すでに加工された物品の被覆を
加えることに限定された。そのようなレーザはしばしば
、そのような被覆によってだけ得られるある種の冶金特
性を達成するのに使用された。
代表的なものは、そのようなレーザ被覆法において最初
の物品は回転されレーザは、それが被覆材料を溶融物品
上に溶融するように、物品ならびに噴射される被覆材料
に対し一定位置に指向される。
さらに粉末を基礎とする材料を焼結前にコヒーレントな
団塊に圧縮する方法が示唆された。その例としては米国
特許第４，７５２．３５２号がある。
〔課題を解決するための手段〕
上記概観した課題は本発明の方法および装置によって大
幅に改善された。本発明は指向性エネルギビーム−たと
えば、レーザビーム−を含み、はとんどいかなる三次元
部品を製造するのにも適している。
本発明の方法は付加的工程にあり、粉末は標的区域に供
給され１／−ザが粉末の一部を選択的に焼結して焼結層
を形成する。それは、例えば、粘性を生じる粉末粒子の
境界において、各粒子の少なくともある部分は固体のま
まであるような温度で焼結される。そのような焼結は焼
結部分の密度を焼結される前の粉末の部分に体積密度に
比較して増加し、したがって、複数の層の積層接合によ
って形成される部品は自動的に稠密にされる。本発明の
方法は粉末の特殊な型に限定されるものでなく、むしろ
プラスチック、金属、ポリマ、セラミック、ワックス、
半導体またはアモルファス粉末もしくは複金属に粉末を
適用することができる。
大まかに言えば、装置は部品が製造される標的区域にビ
ームを放射するため選択し得るレーザまたは他の指向性
エネルギ源を有する。粉末供給装置は粉末を標的区域に
堆積する。レーザ制限機構はレーザビームの目標を移動
するように作用しレーザが標的区域に供給された粉末の
層を選択的に焼結するように変調する。制限機構は画定
された境界内に堆積された粉末のみを選択的に焼結して
部品の所要の層を形成するように作用する。制限機構は
レーザが粉末の連続した層を選択的に焼結し、−ｇに焼
結された複数の層を有する完全な部品を製造する。各層
画定された境界は部品の各新曲区域に対応する。好まし
くは、制限機構は各層の画定された境界を決定する−た
とえば、ＣＡＤ／ＣＡＭ方式の一コンピュータを有する
。すなわち、部品の全寸法および形状を与えると、コン
ピュータは各層の画定された境界を決定しレーザ制御装
置を画定された境界に従って作用する。そうでなければ
、コンピュータは各層の画定された境界に対して最初に
プログラムすることができる。
好ましい形式において、レーザ制御機構はレーザビーム
を標的区域に指向する機構およびレーザビームをオン、
オフに変調して標的区域の粉末を選択的に焼結する機構
を有する。一実施例において、指向機構はレーザビーム
の目標を標的区域に連続ラスク走査として移動するよう
に作用する。
変調機構は、レーザビームの目標が特定の層の画定され
た境界内にあるときだけ粉末が焼結されるように、ラス
タビームのオン、オフを切替える。
そうでなければ、指向機構はレーザビームを特定層の画
定された境界内の粉末を指向し、レーザビームは特定層
の画定された境界内の粉末を連続的に焼結して残すこと
ができる 好ましい実施例において、指向機構はガルノ〈ノメータ
によって駆動される一対のミラーを使用してレーザビー
ムを移動し標的区域を反復ラスク走査する。第１ミラー
はレーザビームを第２ミラーに反射し第２ミラーはレー
ザを標的区域に反射する。第１ミラーのガルバノメータ
によるシフト運動はレーザビームを全体的に標的区域の
一方向にシフトする。同様に、そのガルバノメータによ
る第２ミラーのシフト運動は標的区域のレーザビームを
第二方向にシフトする。好ましくは、各ミラーは第１お
よび第２方向が全体的に互いに垂直になるように相対的
に配置されている。そのような配置は、標的区域におけ
る本発明の好ましい実施例のラスタビ−ムを含む、レー
ザビームの多くの５′ζなった型の走査パターンを可能
にする。
本発明の部品製造法は粉末の第１部分を標的面の上に堆
積し、指向性エネルギビーム（好ましくはレーザ）の目
標を標的面に指向し、かつ標的面上の第１粉末部分の第
１、層を焼結することを含んでいる。第１層は部品の第
１断面区域に対応する。
粉末はビームの目標が第１層を画定する境界内にあると
き指向性エネルギ源によって焼結される。
粉末の第２部分は第１焼結層上に堆積されレーザビーム
の目標は第１焼結層を走査される。第２粉末部分の第２
層はビーム目標が第２層を画定する境界内にあるとき指
向性エネルギ源を作動することによって焼結される。第
２層の焼結は第１および第２層を団塊に結合する。粉末
の連続した部分は前に焼結された層の上に堆積され、各
層は順に焼結される。一実施例において粉末は連続的に
標的区域に堆積はされる。
好ましい実施例において、レーザビームはラスク走査の
間オン、オフに変調され粉末はビームの１−１標が特定
の層の境界内に指向されるとき焼結される。レーザはコ
ンピュータによって制御され、コンピュータはＣＡＤ／
ＣＡＭ方式を含み、コンピュータは製造される部品の全
寸法および形状を与え、コンピュータは部品の各断面区
域ま境界を決定するのが好ましい。決定された境界を使
用１゜て、コンピュータは部品の断面区域に対応する各
層の焼結を制御する。別の実施例においてコンピュータ
は単に部品の各断面区域の境界によってプログラムされ
る。
さらに、本発明の別の実施例は一つ以上の分解温度を有
する複数の材料を有する粉末を含んでいる。分解温度に
よって、分子がその各部分に分解する温度を意味してい
る。本発明のなお別の実施例において、粉末は一つ以上
の結合温度を有する複数の材料を含んでいる結合温度に
よって、粉末が焼結され、少なくとも各粒子のある部分
が固体のままである粒子の境界においてだけ粘性流を生
ずる温度を意味している。
本発明のある好ましい実施例において、粉末は複数の材
料の組み合わせを有し、その組み合わせは（ｉ）人２材
料と混合され、また任意に第３のイ・１加的材料と混合
されたブレンド、（ｉ）第２材料によって被覆され、ま
た任意に第３の付加的材料によって被覆された第１材料
を含んでいる。ブレンドされたとき、第１粉末は標的面
に堆積され、焼結され、ついで第２の粉末の堆積および
焼結が続き、−層はつぎの層に結合する。望むならば、
付加的ヰ４料が連続；７て一時に一つの層が添加され焼
結される。
さらに、本発明の別の実施例は、指向性ビームを選択的
に放射するビーム装置、部品を製造する標的区域を形成
する構造、標的区域に粉末を堆積する装置およびビーム
の目標を移動しビームを変調して、標的区域に堆積され
た粉末層を画定された境界内で選択的に焼結する制御層
を含む部品を製造する装置を有する。制御装置は、−緒
に焼結された複数の層を含む、部品を製造するためそれ
ぞれ画定された境界内の粉末の連続層の選択的焼結を実
施するように作用することができる。粉末は焼結中高体
積密度を達成するのが好ましい。
別の実施例において、粉末堆積装置は粉末を静電的に荷
電１．て供給する装置を有する。電磁場が標的区域付近
に形成され、場が焼結中種的区域の粉末に高体積密度を
誘起するるのが好ましい。
本発明書を通じて使用されるように、電磁場は、限定さ
れるものでないが、静電場および静磁場を含む。
本発明のなお別の実施例において、粉末堆積装置は分極
し得る粉末を堆積する装置を有する。電磁場は標的区域
付近に形成され場は焼結中種的区域の分極力によって高
体積密度を誘起するのが好ましい、。
本発明の別の実施例において、堆積装置は粉末を供給す
る装置を有し、粉末は第１電荷を有し標的区域は第２電
荷を有する。第１電荷は第２電荷と反対の電荷であり第
１電荷は第２電荷とは異なった大きさのものである。
本発明の別の実施例において、堆積装置は第１電荷が荷
電される粉末の第１部分を供給する装置をＨする。粉末
の第１部分は成形装置が粉末の十分近くを通過］５てそ
の’ＷＳ　６７７を粉末が標的区域に堆積される前に除
去する。堆積装置はさらに第２％ＣＩを備えた粉末の第
２の部分を第２部分の上に供給する装置を有するのが好
ましい。第２電荷は第１電荷と反対であり、第１電荷は
第２電荷とは異なった大きさである。
本発明のなお別の実施例において、堆積装置は流体流を
標的区域に堆積された粉末に指向して焼結中堆積された
粉末の体積密度を増加する。
本発明の別の実施例において、堆積装置は堆積された粉
末に遠心力を加えて粉末に高体積密度を誘起し得る装置
を有する。
本発明の実施例において、形成された電磁場は標的区域
を通る場の強さを変更する。
本発明のなお別の実施例において、粉末を堆積する装置
はさらに荷電されたドラム、ドラムを粉末の堆積を有す
る区域の一端から区域とドラムの間に所要の間隙をもっ
て区域の他端まで移動する装置、ドラムを区域の一端か
ら他端へのドラムの運動方向と反対に回転する装置を有
し、ドラム装置は区域の一端から他端に反対回転しかつ
移動して粉末の堆積に接触しかつ粉末を運動方向にはね
とばし粉末の層をドラムと区域他端の間に残す装置を含
んでいる。粉末層は所要の間隙に等しい厚さを有する。
本発明のなお別の実施例において、粉末は磁性体で粉末
を堆積する装置は標的区域付近に電磁場を形成する装置
を有し、電磁場は焼結中機的区域の粉末に高体積密度を
有するするのが好ましい。
本発明により部品を製造する方法の一実施例は粉末の第
１部分を標的区域の上に堆積し、指向性エネルギビーム
の目標を標的面に指向し、部品の第１断面区域に対応す
る第１粉末部分の第１層をビームの目標が第１断面区域
によって画定された境界内にあるときビームを作動する
ことによって焼結し、粉末の第２部分を第１の焼結され
た層上に堆積し、指向性エネルギビームの目標を第１焼
粘層に走査し、部品の第２の断面区域に対応する第２粉
木部分の第２層をビームの目標が第２断面区域によって
画定された境界内にあるときビームを作動することによ
って焼結し、第２層の焼結中第１および第２層を接合す
る各工程を含んでいる。
粉末の連続層は前に堆積された層の上に堆積され、各連
続部分の焼結は複数の焼結層を含む部品を製造するよう
に実施される。粉末を堆積する工程はそれぞれさらに焼
結中粉末の第１および第２部分に高体積密度を誘起しか
つ達成する工程を含むのが好ましい。
本発明の別の方法において、各堆積工程はさらに粉末を
静電的に荷電して供給する工程を含んでいる。電磁場は
標的面付近に形成され電磁場は焼結中堆積した粉末に高
体積密度を誘起するのが好ましい。
本発明方法の別の実施例において、分極し得る粉末が供
給される。電磁場が標的区域付近形成され電磁場は焼結
中堆積された粉末に分極力によって高体積密度を誘起す
るのが好ましい。
本発明方法のなお別の実施例において、各堆積工程はさ
らに第１Ｔ４荷を有する粉末に供給し２、標的区域に第
２電荷を荷電する各工程を含んでいる。
第１電荷は第２電荷と反対で第１電荷は第２電荷と異な
った大きさのものである。
本発明方法のさらに別の実施例おいて、各堆積工程はさ
らに流体流を前記堆積された粉末に指向して焼結中堆積
された粉末に高体積密度を誘起する工程を含んでいる。
本発明方法のさらに別の実施例おいて、各堆積二り程は
さらに前記堆積された粉末に遠心力を加えて前記堆積さ
れた粉末が焼結される前に粉末を予め稠密にするように
堆積された粉末に高体積密度を誘起する工程を含んでい
る。
本発明方法のなお別の実施例において、各堆積工程はさ
らに’ｆｆ１ｌ？１ｓ荷を粉末の第１部分に荷電し、第
１部分を供給し、供給された第１部分付近を成形装置を
通すことを含んでいる。さらに第２電荷が粉末の第２部
分に荷電され第２部分が供給されるのが好ましい。第１
７￥Ｓ荷は第２電荷の反対であり第１電荷は第２電荷と
は異なった大きさであるのが好ましい。
本発明方法の別の実施例において、粉末は磁性体たとえ
ば強磁性または他の磁化し得る物質であり、供給工程は
それぞれさらに標的面付近に電磁場を形威し電磁場は焼
結中堆積された粉末に高体積密度を誘起する工程を含ん
でいる。
本発明の別の実施例は区域の一端付近に粉末の堆積を堆
積し、電気的に荷電されたドラムを区域の一端から他端
に向かう方向に移動し、ドラムを区域の一端から他端に
向かう運動方向と反対に回転し、粉末の堆積に反対回転
するドラムをそれが他端に向かって移動するとき接触さ
せドラム後方に粉末の層を残すようにドラムの運動の方
向にドラムの下から粉末を供給することの各工程を含ん
でいる。
上記−船釣記載から分かるように、本発明の方法および
装置は公知の製造方法に関連する課題の多くを解決する
ものである。第１に本発明は母型部品の製造または限定
された量の交換部品製造に好適である。さらにその方法
および装置は通常の製造方法によっては得られない複雑
な形状の部品を作ることができる。さらに、本発明は工
具の摩耗および部品製造において公差が限定される機械
設計を回避する。最後にＣＡＤ／ＣＡＭ技師を備えた本
発明の装置によって、多数の交換部品がコンピュータに
プログラムされかつ準備および人の介在を最少にするこ
とによって容易に製造することができる。
〔実施例〕
図面において、第１図は本発明による装置を全体的に示
す。大まかに言えば、装置１０はレーザ１２、粉末供給
装置１４およびレーザ制御装置１６を有する。さらに詳
細に言えば、粉末供給装置１４は粉末２２を受は入れか
つ出口２４を備えるホッパ２０を有する。出口２４は粉
末状の材料の組み合わせを標的区域２６に供給するよう
に配置され、標的区域は第１図においては全体的に限界
構造２８によって画定されている。もちろん、粉末を処
理する多くの変形が存在する。
レーザ］８２の各要素は第１図においてはいく分略図的
に示され、レーザヘッド３０．安全シャッタ３２および
前方、ミラー３４を有する。使用されるレーザの形式は
多くの要因、とくに焼結される粉末の型に依存している
。第１図の実施例において、Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ（
レーザメトリックス９５００Ｑ）が使用され、該レーザ
は連続またはパルスモードでまた連続モードで１００Ｗ
の最大出力で作用することができる。レーザ１２のレー
ザビーム出力は赤外線付近のはＶ　１．０６０　ｎ　ｍ
の波長を有する。第１図に示されたレーザ１２は約１キ
ロヘルツから４０キロヘルツまでの間に選択し得る範囲
のおよび約６ナノ秒幅の内部のパルス数発生器を有する
。パルスはまた連続モードのいずれにおいても、レーザ
１２は変復調され選択的にレーザビームを発生し、該ビ
ームは全体的に第１図に矢印で示された通路に沿って移
動する。
レーザビームの焦点を合わせるため、拡散レンズ３６お
よび収斂レンズ３８が第１図に示すようにレーザビーム
の移動通路に沿って配置されている。収斂レンズ３８を
使用すると、真の焦点の位置は収斂レンズ３８とレーザ
１２の間の距離を変更することによって容易には制御さ
れない。レーザ１２の収斂レンズ３８との間に設置され
た拡散レンズ３６は、拡散レンズ３６とレーザ１２の間
に実際の焦点を形成する。収斂レンズ３８と実際の焦点
の間の距離を変更することにより、レーザ１２から離れ
た収斂レンズ３８の側のレーザビーム移動通路に沿う真
の黒点の制御が可能になる。
近年光学の分野において多くの発展がなされ、多くの変
形が公知の位置においてレーザビームを有効に焦点合わ
せするため利用可能となった。
さらに詳細に言えば、レーザ制御装置１６はコンピュー
タ４０および走査装置４２を有する。好ましい実施例に
おいて、コンピュータ４０は、レーザ１２を制御するマ
イクロプロセッサおよびデータを発生するＣＡＤ／ＣＡ
Ｍ方式を有する。第１図に示す実施例において、パソコ
ン（コモドール６４）が使用されその主要な利点はアク
セスし得るインタフェイス部分およびマスクしえない割
り込みを発生するフラグラインを有することである。
第１図に示すように、走査装置４２はレーザビームの移
動通路を変向するプリズム４４ヲ有する。
もちろん、装置１０の物理的レイアウトは、プリズム４
４または多数のプリズム４４がレーザビームの移動通路
を操作する必要があるかどうか決定することにおいて第
１に考慮すべきことである。
走査装置４２はまたそれぞれガルバノメータ４８．４９
によって駆動される一対のミラー４６．４７を有する。
ガルバノメータ４８．４９はミラー４６．４７を選択的
に位置決めするためそれぞれのミラー４６．４７に組み
合わされている。ガルバノメータ４８．４９はミラー４
６．４７が互いに直角になるように互いに直角に取付け
られている。機能発生ドライバ５０はガルバノメータ４
８の運動を制御しくガルバノメータ４つはガルバノメー
タ４８の運動に従属する）、第１図に矢印で示されたレ
ーザビームの目標は標的区域２６内で制御することがで
きる。ドライバ５０は第１図に示すようにコンピュータ
４０に作動的に組み合わされている。別の走査法が音響
−光学スキャナ、回転多角形ミラーおよび共振ミラース
キャナを含む、装置方式４２として使用するため利用可
能である。
第２図には、部分５２の一部が１３図的に示され四つの
層５４〜５７を示している。第２図に符号６４で示され
たレーザビームの目標は６６におけるようにラスクスキ
ャンパターンを指向している。
ここに使用されるように、“目標°は方向を示す通常の
意味で使用されるが、レーザ１２の変調状態を含むもの
ではない。便宜上、軸６８は迅速スキャン軸と考えられ
、−刃軸７０は緩速スキャン軸として参照される。軸７
２は部品組立て方向である。
第９．１０図は略図的にそれから本発明を利用して部品
が作られる突１および第１の材料を含む粉末を示してい
る。
第９図は第１材料９０１と第２材料９０２のブレンドを
示す。材料は通常のブレンド工程によってブレンドされ
る。第１０図は材料　１００１によって被覆された材料
１００２を示している。
この技術に通じた人々には明らかなように、第１０図に
示されたような被覆された材料は材料の所望の混合物を
製造するためブレンドされる。
第１１図には、直ぐ分かるように、焼結サイクルの一部
が示されている。第１１ａ図は焼結製品を製造し得るエ
ネルギを加える前の材料のブレンドを示している。好ま
しくは、粉末１１００を含む材料は一つ以上の結合およ
び分解温度を有する。
第１１．　ｂ図は焼結を促進するため有効なエネルギを
加える間の粉末１１００を示す。第１１ｂ図は材料１１
０２より結合または分解温度が低い材料１１０１を示す
。好ましい実施例において、低い温度相材料１１０１は
材料１１０１の各粒子を囲む区域において粉末質ｍ１１
００に浸透する。異なった材料のポリマの粉末混合物に
おいて、そのような浸透は他のものとの一つのポリマチ
ェーンのチェーン拡散およびからみ合いによって明示さ
れている。一定の多孔度の多孔性粉末の団塊とし゛Ｃ存
在する、第１および第２金属において、そのような浸透
は他方の面に一方の金属の相互拡散によって明示されて
いる。付加的粉末要素ま浸透を促進するためブレンドに
添加される。同様にガス相は浸透および焼結工程を促進
するため使用し得る。ガス相は不活性または活性、好ま
しくは望ましくないガスを排出するかまたは所要のガス
を導入する。第１．１　ｃ図は、そこから、限定されな
いが毛管効果を含む材料１１０１が粉末団塊１１００に
浸透することを可能にするポテンシャル機構を示す。第
１１ｄ図は本発明の焼結に続く部分を示している。
焼結工程中ｉ４られる温度より高い結合および分解温度
を有する材料が選択されるため、高い結合および分解温
度材料は焼結する必要はないがその最初の構造を保持す
る。とくに、結晶性材料に対してこれは本発明の選択的
ビーム焼結工程におけるエピタキシアル成長の制御を可
能にする。たとえば、高い結合または分解温度材料は特
殊な構造内に設置され、該構造は先行する層からのエピ
タキシアル成長を生じ、低い結合または分解温度材料を
結合または分解することだけが、高い温度材料にその構
造を保持することを可能にするのが好ましい。
粉末に対して特定の材料の選択は広い範囲の焼結材料を
得ることを可能にする。たとえば、伝導性材料は粉末を
製造するため絶縁ポリマ材料によって被覆されるのが好
ましい。ついで粉末は標的区域に分配される。材料は焼
結されるのが好ましく絶縁体は、化学的方法を含むがそ
れに限定されない伝導性焼結製品を得る通常の工程によ
って除去される。
さらに詳細に説明すると、きわめて硬い材料は本発明を
使用して製造される。たとえば、その極度の硬さが成形
または研削することが困難であるため、タングステン−
カーバイト材料にコバルトを被覆して粉末を製造するこ
とにより、またはタングステン−カーバイトおよびコバ
ルトを混合することによってタングステン−カーバイト
工具を製造することができる。焼結中、コバルトは加え
られたエネルギビームによって溶融されタングステン−
カーバイトを局部的に浸透するのが好ましい。製造され
る部品は、好ま１．　＜は、焼なましを含むがそれに限
定されない二次的工程の後、容易に使用することができ
る。
さらに詳しく説明すると、銅およびすすは粉末として混
合される。銅より低い溶融温度を有するすすは溶融して
焼結中銅に浸透する。
二次的処理がまた本発明を使用して製造された部品に加
えられる。たとえば、すすが焼結中溶融し銅に浸透する
ことができるならば、焼なまし工程後すすは固体状態の
銅に溶は込み最少の容積変化または変形でブロンズを形
成する。
さらに詳細に説明すれば、限定されるものではないが、
鉄または銅を含む金属はポリ（メチルメタアクリレート
）（ＰＭＭＡ）ポリマによって被覆され粉末を形成する
。焼結はＰＭＭＡを流動させ金属に結合する。後の焼な
まし工程はＰＭＭＡを分解し金属に焼結し最終製品を製
造する。
セラミック材料も同様にこの方式で処理される。
たとえば、フロロフォスフェートガラス粉末はアルミナ
粉末とによってガラスの軟化を生じ焼結工扛中アルミナ
を浸透させる。別の例において、ケイ酸アルミニウム、
シリカまたは他のセラミック粉末は、噴霧乾燥および溶
剤被覆を含む、種々の方法でポリマによって被覆される
。界面活性剤は彼□に先立ってセラミック粉末を予備処
理するため使用するここができる。この薬剤はオルガノ
シラン化学またはポリマによるセラミックの湿潤性およ
びポリマに対するセラミックの付着を促進する公知の他
の化学に基づいている。熱可塑性であろうとまた熱硬化
性であろうと、セラミックに被覆し得るいかなるポリマ
も結合剤として使用することができる。代表的の材料は
ＰＭＭＡ、ポリスチレン、種々のエポキシ製剤およびフ
ェノール系物質を含んでいる。
限定されるものでないが、金属、セラミックおよびポリ
マを含む材料の組み合わせは本発明による部品の生産を
可能にし、少なくとも一つの粉末材料は他の粉末材料に
比較して低い接合および分解温度を有する。
本発明の別の好ましい実施例において、粉末団塊の温度
は、エネルギビームが単に少量のエネルギを増加して粉
末の基本的材料の一つの結合または分解を生ずる通常の
加熱装置を使用するとき上昇する。
粉末を含む材料はレーザビームエネルギの各材料の選択
的吸収に対して選択される（第１１ａ図および第１１ｂ
図に矢印で示される）。第１１図に示された好ましい実
施例において、材料１１０１は矢印によって示された加
えられるビームエネルギの波長を吸収するように選択さ
れ、一方基本的材料１１０２は少しのエネルギを吸収し
基本的材料１１０１が基本的材料１１０２の結合または
分解に先立って結合または分解することを可能にする。
このエネルギの吸収は材料またはレーザビーム波長のい
ずれかまたは双方の多くの組み合わせの選択によって達
成することができる。
別の好ましい実施例を示す第１２図において、材料１２
０１は面１２００上に堆積され、第２の材料１２０３は
焼結に先立って材料１２０１の上に堆積するのが好まし
い。材料１２０１および】２０３が異なった結合または
分解温度を有するのが好ましい。
第１３および１４図には、別の形式の供給装置２０が図
示されている。一般に、支持体が画定する標的区域１０
２は荷電されるのが好ましくビーム６４はそこに指向さ
れる（第１図）。ホッパ１０４は粉末１０６を開口１０
８を通して標的区域１０２に供給する。図示しない計量
ローラが開口１０２に設けられ、回転するとき３１′量
ローラは標的区域１０２の端部１１０に線状に計量され
た粉末を堆積する。
レベルａ！構１１４は粉末の堆積１０６を端部１１０か
ら標的区域の他端１１２に拡げる。レベル機構１１４は
前記標的区域１０２と反対の極性の電荷を有する円筒形
ドラム１１６を備える。荷電粉末層１６４と反対に荷電
された標的区域１０２の間の吸引力は粉末層１６４に圧
力を加え、層１６４の粉末を含む高体積密度粉末１０６
を製造する。ｔ＜−１２ｏの上に取付けられたモータ１
１８はプーリ１２２およびベルト１２４を介してドラム
１１６に組み合わされドラムを回転する。
レベル機構１１４は標的区域の端部１１０と端部１１２
との間にドラム１１６を移動する機構１２６を有する。
機構１２６はバー１２０を水平および垂直に移動するた
めＸ／Ｙテーブルを有する。すなわち、テーブル１２８
は固定され、一方テーブル１３０はテーブル１２８に対
して選択的に移動可能である。
本発明の好ましい実施例において、堆積粉末の高体積密
度は焼結中堆積した粉末上に力を加えることによって達
成されるのが好まい。
粉末の高体積密度は単に機械的プレスを焼結中粉末に作
用させることによって得られ、プレスはレーザビームに
対して透明で高伝熱性を有するのが好ま１７い。
第１５図は標的区域の支持板１２０１上に堆積された粉
末１２０７に高体積密度の好ましい実施例を示す。粉末
１２０７は好ましくは導電性である。正に荷電された板
１２０９および負に荷電された板１２１１は支持板１２
０１にはＶ垂直にまたｒ４いに平行かつ離れているのが
好ましい。粉末１２０７は支持板上で板１２０９および
１２１１の間に設置されている。電場１２０３が正に荷
電された板１２０つと負に荷電された板１２１１の間に
粉末１２０７を通して形成される。また磁場１２０５が
形成される。場１２０５と組み合わせた場１２０３によ
り電流は下向き圧力１２１３を粉末１２０７に加え、粉
末１２０７が場のないときよりも高い体積密度を達成す
る。場１２０３および１２０５は焼結中維持され粉末１
２０７に力を加え焼結中高体積密度を得る。
第１６図は、好ましくは絶縁性である、荷電支持板１３
０１上に設置された粉末１３０３を示す。
粉末の荷電層１３０５は粉末１３０３の表層として設置
されるのが好ましくは支持板１３０１の電荷と反対に荷
電されるのが好ましい。好ましい実施例において、荷電
された反対回転ドラムは（第３図に示すように）層１３
０５を荷電するため使用される。支持板１３０１および
粉末層１３０５の反対の電荷の間の吸引力は粉末１３０
３の高体積密度を達成する。
第１７図および第１８図において、高圧流体流を利用す
る二つの好ましい実施例が示されている。
第１７図において、粉末１４０１は標的区域に堆積され
た粉末の支持板として作用するメッシュ板１４０５上に
設置される。流体流１４０３は第１７図に示すように」
−記メッシュ板１４０５上方から加えられ、粉末１４０
１が高体積密度を達成するのを可能にする。メツシュ板
１４０５は流体流１４０３が拘束された粉末１４０１の
みを通過し得る材料を有するのが好ましい。第１８図は
粉末に高体積密度を達成するため流体流を利用する別の
好ましい実施例を示す。第１８図において、粉末１５０
１は支持板１５０７上に設置され、高圧流体流１５０３
が第１８図に示すように支持板１５０７および粉末１５
０１に上方から加えられる。メツシュ板１５０５は支持
板１５０７にはゾ垂直にメツシュ板１５０５の間に沈澱
した粉末１５０１に対し離れて支持される。第１８図に
示された実施例は、流体流１５０３がメツシュ板１５０
５を通って粉末１５０１から排出し得ることにより、粉
末１５０１上に過大な圧力の発生を減少することができ
る。
第１９図において、好ましくは磁化し得るまたは砂質強
磁性材料である、磁気粉末１６０３は支持板１６０１上
に設置される。磁場１６０５が加えられた粉末１６０３
に高体積密度を形成または達成するのが好ましい。
第２０図において、粉末１７０３は分極し得る要素１７
０５を有する。明瞭のため、分極要素１７０５は支持板
１７０１から離して示されている。しかしながら、要素
１７０５は粉末全体に設けられている。電場１７０７は
支持板１７０１に現れる電荷を通して発生するのが好ま
しい。場１７０７は下向きの力を要素１７０５に発生じ
て高体積密度を生ずる。
第１５〜２０図は、焼結された粉末の複数の層が支持板
付近に設けられ、焼結しない粉末の単一層が支持板から
離して設けられた、好ましい実施例を示す。したがって
、外力は上の層に高体精密度を保持するためだけに必要
である。
作　　　用 本発明の基礎的概念は層を重ねた部品の組み立てにある
。すなわち、部品は複数の別々の断面区域と考えられ、
それらは部品の積層三次元構造をＨする。各別々の断面
区域は二次元的境界を画定され、もちろん各区域は独特
の境界を有する。
方法において、粉末の第一部分２２は標的区域２６に堆
積されレーザビーム６４によって選択的に焼結され第１
焼結層５４（第２図）を形成する。
第１焼結層５４は所要の部品の第１断面区域に対応する
。レーザビームは画定された境界の限界内にＪｌＮ：積
された粉末２２のみを焼結する。
もちろん、粉末２２を選択的に焼結する別の方法も存在
する。一つのビームの目標を“へベクトル″形式で指向
することであり、すなわち、ビームは実際に所要の部品
を各断面区域の外形および内部をトレースする。そうで
なければ、ビーム６４の１１標は反復するパターンで走
査されレーザは変調される。第２図において、ラスク走
査パターン６６が使用され、主として設備の単純性にお
いてベクトルモードより有利である。別の可能性はベク
トル走査法およびラスク走査法を組み合わせ層の所要の
境界がベクトルモードでトレースされ照射されない内部
がラスタモードでトレースされることである。もちろん
、選択された方法に関連する得失も存在する。たとえば
ラスタモードはベクトルモードに比較して、レーザビー
ム６４におけるラスクパターン６６の軸線６８．７０に
平行でない円弧および線は単に近似に過ぎないと言う欠
点を有する。しかして、ある場合、部品の解像度はラス
クパターンモードで製造されるとき低下する。しかしな
がら、ラスタモードは設備の単純性においてベクトルモ
ードより有利である。
第１図において、レーザビーム６４の目標は連続ラスタ
モ−ドによって標的区域２６で走査される。大まかに言
えば、ドライバ５０はガルバノメータ４８．４９を制御
してラスクパターン４８．４つ（第２図）を形成する。
ミラー１６シフト運動はレーザビーム６４の目標の運動
を迅速走査軸６８（第２図）において制御し、一方ミラ
ー４７の運動は緩速走査軸７０のレーザビーム６４の目
標の運動を制御する。
ビーム６４の目標の現在の位置はドライバ５０を通して
コンピュータ４０にフィードバックされる（第３図）。
下記に一層詳細に記載されるように、コンピュータ４０
は製造される部品の所要の断面区域に関する情報を有す
る。すなわち、緩い粉末２２は標的区域２６に供給され
レーザビーム６４の目標はその連続したラスクパターン
で移動される。コンピュータ４０はレーザ１２を変調し
て選択的にラスクパターン６６に所要の間隔にレーザビ
ームを発生する。このように、レーザ１２の指向性ビー
ム１２は選択的に標的区域の粉末２２を焼結して、所要
の断面区域の画定された境界を備えた所要の焼結層を形
成する。この方法は層から層に反復され各層は一緒に焼
結され凝集部品たとえば第２図の部品５２を製造する。
作用において、レーザ１２の波長は粉末２２の選択され
た材料により他の粉末材料より高いエネルギの吸光性を
生ずるように変化される。作用において、ブレンドされ
、被覆されまたは他の組み合わせの粉末は、限定される
ものではないが、厳しい寸法誤差、構造的一体性および
所要の機械の調子を含む特性を備えた焼結製品を製造さ
れるのが好ましい。
第１３．１４図において、供給機構１１４は製造される
部品の邪魔をしないで標的区域１０２における粉末層を
制御されたレベルにすることが分かる。計量された粉末
１０６は標的区域１０２の端部１１０に堆積される。ｒ
１電されたドラム１１６は粉末１０６が供給されたとき
端部１１０から離されている。第１４図に示す装置にお
いて、板１３０およびバー１２０（および付属の機構）
は粉末が台上に供給された後垂直に扛上される。
板１３０のホッパ】０４に向かう移動は、ドラム１１６
を端部１　］、　０に沿って並べられた粉末の堆積に隣
接する位置に運ぶ。ドラム１１６は下降して粉末の台に
接触し標的区域１０２を水平に横切って粉末の堆積を平
滑な均一層として拡大する。
もちろん、テーブル１２８に対する板１３０の正確な位
置は制御され、ドラム１１６と標的区域１０２の間隔は
粉末の層に対して所要の厚さに変形するように正確に制
御することができる。好ましくは、ドラム１１６と標的
区域１０２の間隔は１己行運動のため一定にされるが、
他の任意の間隔も可能である。
ドラム１１６が水平に標的区域を横切って端部１１０か
ら端部１１２に動かされるとき、モータ１１８は付勢さ
れドラム１１６を反対回転する。
台１３図に示すように、“反対回転″とはドラト１１６
が標的区域１０２を水平に横切るドラム１１６の運動方
向Ｍとは反χ・ｌのＲ方向に回転することを意味する。
さらに詳細に述べれば（第１３図）、ドラム１１６は高
速て反時：１方向に回転するとき、後端１６０に沿って
粉末の堆積１０６に接触する。粉末上のドラムの機械的
作用により粉末は運動方向Ｍに跳ねとばされ、とばされ
た粒子はドラムの前方に落下する。第１３図に示すよう
に、粉末の平滑な水平層が１６４で示したようにドラム
１−１６の後方に（ドラム１１６と端部１〕−０の間に
）残される。
第１３図は略図的に粉末１０６がすでに焼結された粉末
１６６またはまだ焼結されていない粉末１６８を邪魔し
ないで標的区域に分配されることを示している。すなわ
ち、ドラム１１６はすでに形成された層に剪断力を伝達
することなくまた製造される部品の邪魔有することなく
、標的区域１０２を横切って動かされる。そのような剪
断力のないことは粉末１０６の平滑な層が、焼結された
粒子１８８ならびに焼結されない粒子１６６を含む、標
的区域の脆い層の上に分配されることを可能にする。
第１５〜２０図に示すように、流体流のもしくは電磁場
の形式の圧力が、焼結された粉末好ましくは堆積された
焼結されない粉末の頂部層の双方に加えられ、焼結中堆
積された粉末の鳥体精密度を達成する。
インターフェイスおよびソフトウェア インターフェイスハードウェアは作動的にコンピュータ
４０をレーザ１２およびガルバノメータ４７．４８に接
続する。コンピュータ４０の出カポ−ト（第１．３図参
照）は直接レーザ１２に接続され選択的にレーザ１２を
変調する。パルスモードで作動するとき、レーザ１２は
レーザのパルスケート人力へのデジタル入力によって容
易に制御される。ガルバノメータ４８は機能発生ドライ
バ５（’）によって駆動されコンピュータ４０の制御信
号に係わらず迅速走査軸６８のビームを駆動する。しか
しながら、ガルバノメータ４８の位置フィードバック信
号は第３図に示すように電圧比較器７４から伝達される
。比較器への他の入力は、コンピュータ４０のユーザー
ボートの最少有効６ビソト（ビット０−５）を示す。デ
ジタル／アナ０７女換器７６に接続される。第３図に示
すように、電圧比較器７４の出力はコンピュータ４０に
おけるユーザーボートのフラグラインに接続される。電
圧比較器がガルバノメータ４８のフィードバック信号が
デジタル／アナログ変換器７６の信号と交差することを
決定するとき、フラグラインは下り、スフしえない割込
みを生ずる。下記のように、マスクしえない割込みはつ
ぎのデータのバイトをコンピュータ４０のユーザーボー
トに人力する。
最後に、第３図に示すように、緩速走査軸７０のレーザ
ビーム６４の目標を駆動するガルバノメータ４９は、第
２のデジタル／アナログ変換器７８によって制御される
。デジタル／アナログ変換器７８は、迅速走査軸６８の
ビーム６４の目標を走査するごとに前進するカウンタ７
９によって駆動される。８バイトカウンタは迅速走査軸
６８における２５６回の走査後添流して新しいサイクル
またはラスク走査パターン６６を開始するように構成さ
れている。
好ましくは、各ラスクパターン６６の制御情報（すなわ
ち、断面区域の画定された境界）データは製造される部
品の全体寸法および形状から得られるＣＡＤ方式によっ
て決定される。プログラムされたまたは計算された、各
ラスクパターンの制御情報データは一連の８ビツト語と
してコンピュータメモリに記載される。データフォーマ
ットはレーザ１２の“オン″および“オフ“区域対ビー
ム６４の目標によって動かされるラスクパターン６６に
沿うＭＩＬＫのパターンを現す。データは、データをレ
ーザが変調される（すなわちオンからオフにまたはオフ
からオンに切替えられる）各レーザ走査パターンに沿う
距離を現す“トラブルポイント”フォーマットに記載さ
れる。“ビットマツプ“フォーマットが使用されるにし
ても“トラブルポイント”フォーマットは高解像度部品
の製造にχ−ｊして一層ｆｆ効であることが知られてい
る。
各８ビツト語にχ・！シて、最少を効６ビツト（ビット
０−５）はつぎのトグル点の位置、すなわちレーザ１２
の襄調のつぎの位置を示す。つぎのビット（ビット６）
はレーザが最少有効６ビツトで特定されるトラブルポイ
ント直前にオンであるかまたはオフであるかを示す。も
つとも有効なピッ）（ＭＢＳまたはビット７）はビーム
６４における目標の緩速走査軸７０をループ化しかつ制
御するのに使用される。コモドール６４が限定されたメ
モリであるため、ループ化は一層多くのメモリを備えた
コンピュータ４０がループ化に必要でないことを理解す
ることが必要であった。
第６図はデータメータリングプログラムの流れ図である
。データメータリングプログラムはフラグラインが下る
ときは、いつもマスクし得ない割込みを生ずるランであ
る（第３図）。割込みはコンピュータ４０のマイクロプ
ロセッサに２バイト割込みベクトルを検索させ、該ベク
トルはプログラム制御が割込みの際移送されるメモリの
位置を指示する。第６図に示すように、データメータリ
ングプログラムはまずレジスターをスタックに設定し、
つぎのデータのバイトをアキュムレータにロードする。
またレーザ１２を変調するために６番目のビットが使用
されるデータ語はユーザポートの出力である（第３図）
。
第６図に示すように、アキュムレータにおけるデータ語
の最上位ビット（ＭＳＢまたはビット７）か検査される
。最上位ビットの値が１であれば、ループの終わりに達
していないことを意味し、Ｌまたがって、データポイン
タは進行し、レジスタはスタックから復元し、データメ
ータリングプログラムを脱出し、マイクロプロセッサを
割込みの位置に戻す。アキュムレータの最上位ビットが
０であれば、データ語はループの最後の語となる。デー
タ語が最後の語であると、メモリのつぎのビットはルー
プカウンタであり、つぎの２バイトはループの頂部を指
すベクトルである。第６図から、最上位ビットがＯに等
しいならば（ループのおわり）、ループカウンタは（つ
ぎのループ）はデクリメントされかつ解析される。ルー
プカウンタがなお０より大きければ、データポインタは
ループカウンタ後方のつぎの２メモリバイトの値をとり
、レジスタはスタックから元に戻されてプログラム制御
は割込みの位置に戻る。一方、ループカウンタがＯであ
れば、データポインタは３だけ進行し、ループカウンタ
はプログラムが在住する前の１０に再設定される。その
ようなループ化の必要性はコンピュータのメモリサイズ
が適当であれば解消することが分かる。
例 第４．５図において部品５２が示されている。
回向から分かるように、部品５２は、対称でなく通常の
機械加工技術を使用して製造することは困難であること
において、普通でない形状をＨしている。参考のため、
部品５２は内部凹所８２を備えた外側基礎構造８０およ
び内部凹所８２内に設けられたピラー８４を有する（第
４図）。第５図に示された標的区域２６を画定する密閉
構造２８内の部品５２を示す。第５図に示すように、粉
末２２のあるものは緩く、一方残りの粉末は選択的に焼
結され部品５２の構造を備えている。第５図には各部分
が破断された垂直断面が示され、また部品５２の焼結さ
れた凝集部分を破線で示している。
第７図は第４図の７−７線に沿う水平断面図である。第
７図は製造される部品の断面区域と関連する別の層８６
を示ｌ−でいる。そのように、第７図の焼結層８６は第
２図に示された単一のラスクパターン６６の製品である
。
参考のため、焼結層８６を通る掃引線は“Ｌ”と指示さ
れている。第８図は掃引線りの間のソフトウェアおよび
ハードウェアインターフェイス作用を示す。一番上のグ
ラフは迅速軸ガルバノメータ４８のフィードバック信号
およびアナログ変換器７６への第１デジタルの出力信号
の位置を示す（第３図と比較されたい）。電圧比較器７
４はコンピュータ４０ラインへの出力信号をフィードバ
ック信号および第１Ｄ／Ａ出力信号が交差する度に発生
する。
第８図の１番上のグラフにおいて、これらの点はＴと指
示されトラブル点を示す。１番下のグラフから分かるよ
うに、プラグインは各トラブル点Ｔに対応するマスクし
えない割込みを発生する。
各データ語の第６ビツトは解析され、レーザ１２の現在
の状態が値に反映する。第８図の下から２番目のグラフ
は第７図の掃引線りのレーザ変調信号を示す。第８図の
２番目のグラフは、最上位ビットの上端は迅速走査軸６
８のレーザビーム６４の目標の各掃引のおわりに遭遇す
ることを示している。第３．６図に示すように、カウン
タ７９は上端に進行し、第２のデジタル／アナログ変換
器７８に信号を出力して緩速軸ガルバノメータ４９を駆
動する。
図示の例から分かるように、複雑な形状の部品は比較的
容易に製造することができる。この技術に通じた人々は
第４図に示された部品５２は通常の機械加工を使用して
製造することは困難であることが分かる。とくに、工作
機械アクセスは、比較的小型の部品５２が製造されると
き凹所８２およびピラー８４の製造を不可能でないにし
ても困難にする。
さらにアクセス問題を回避するため、製造精度は工作機
械の摩耗および通常の工作機械に見られる機械的要素に
依存しないことが分かるであろう。
すなわち、本発明の方法および装置によって製造された
部品の精度および公差は主として電子工学、光学および
設備のソフトウェアの関数である。もちろん、熱伝達お
よび材料の考慮は得られる公差に影響する。
この技術に通じた人々は通常の機械加工技術はかなりの
人間の介在および判断を必要とする。たとえば、フライ
ス盤のような通常の機械加工工程はそのような工具の選
択、部品の分割、切削の順序等のような決定有するため
の創造性を必要とする。そのような決定はテープ制御フ
ライス盤の制御テープを製作するとき一層重要にさえな
る。
一方、本発明の装置は製造される部品の各断面区域に関
連するデータを必要とするだけである。そのようなデー
タは簡単にコンピュータ４０にプログラムされ得るが、
コンピュータ４０はＣＡＤ／ＣＡＭ方式を含むのが好ま
しい。すなわちコンピュータ４０のＣＡＤ／ＣＡＭ部分
は、製造される所要の部品全体の寸法および形状を与え
、またコンピュータ４０は部品の各別の断面区域の境界
を決定する。しかして、部品情報の膨大な明細は選択し
得る基礎においてコンピュータに記憶され、から構成さ
れる装置１０は選択された部品を組立時間、部品の特殊
加工または人的介在なしに製造する。粉末冶金に関連す
る複雑かつ高価なダイおよび通常の鋳造技術さえも回避
される。
多量の生産工程およびある部品の材料特性はもつともａ
利に通常の製造技術を使用し得るが、本発明の方法およ
び装置１０は多くの状況において作用である。とくに、
代表的モデルおよび鋳造型は容易にかつ安価に製造され
る。たとえば、鋳造型ンは容易に砂型鋳造、ロストワッ
クス鋳造または他の成形技術に容易に使用するため使用
する事ができる。。さらに、旧式の交換部品のように所
要量がきわめて少ない場合、本発明の装置１０を使用す
るそのような交換部品の製造は多くの利点を有する。最
後に装置１０の使用は、船上または宇宙空間のような生
産設備の大きさが主要な問題である場合、作用である。
同様に、第１６図ないし第２０図に示された方法および
装置の使用はまた設備の規模および重力の欠如が問題で
ある場合作用である。
本発明装置の別の変形および変更実施例は上記記載から
この技術に通じた人々には明らかであろう。したがって
、上記記載は単なる説明であり、かつ本発明を実施する
方法を、この技術に通じた人々に示す１」的のためであ
ると考えるべきである。
図示されかつ記載された本発明の形式は現在好ましい実
施例であることが理解されよう。種々の変化は形状、大
きさおよび部品の配置においてなされるものである。た
とえば、要素または材料はここに図示されかつ記載され
たものと置換され、部品は逆にすることができ、本発明
のある種の特徴は、すべて本発明の上記記載の利点を理
解した後この技術に通じた人々にとって明らかであるよ
うに、他の特徴の使用とは無関係に利用される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の路線図であり、第２図は、標的区
域におけるレーザビームのラスク走査パターンを示す、
本発明によって製造される部品の積層組立て部分を示す
図であり、第３図は本発明のコンピュータ、レーザおよ
びガルバノメータの間のインターフェイスハードウェア
を示すブロック線図であり、第４図は本発明によって製
造された部品例の斜視図であり、第５図は第４図に示す
部品の一部破断、一部想像線による断面図であり、第６
図は本発明によるデータメータリングプログラムの流れ
図であり、第７図は第４図の７−γ線Ｑ沿う断面図であ
り、第８図は第７図の層を横切るレーザの一回の掃過の
間の関係を形成する線図および本発明による制御信号を
示し、第９図は粉末材料のブレンドを示し、第１０図は
一方が他方によって被覆された粉末材料を示し、第１１
図は現（１゛理解されている材料のブレンドにおける湿
気サイクルの一部を示し、第１２図は焼結の先立って堆
積された連続層として混合される二つの材料を示１７、
第１３図は製造される部品の層に粉末を分配する本発明
の粉末供給サイクルの略垂直断面図であり、第１４図は
本発明の粉末供給装置の略斜視図であり、第］、５図は
本発明によって粉末に作用する電場および磁場を示し、
第１６図は本発明による粉末の荷電された支持板および
反対に荷電された粉末層を示し、第１７．１８図は本発
明の堆積された粉末に作用する高圧流体を示し、第１９
図は本発明の設置された粉末に作用する磁場を示し、第
２０図は本発明の粉末に作用する電場を示す。 １０・・・装置、１２・・・レーザ、１４・・・粉末供
給装置、１６・・・レーザ制御装置、２０・・・ホッパ
、２６・・・標的区域、３０・・・レーザヘッド、３４
・・・ミラー３６・・・拡散ｌノンズ、３８・・・収斂
レンズ、４０・・・コンピュータ、４２・・・走査装置
、４６．４７・・・ミラ、４８・・・ガルバノメータ。 出動人代理人　　佐　　藤　　−雄 タロ テ”−２！含−心Ｔ襦ピ゛７１ −」耐Ｔｈ ｐＪ’ｌｊ；：Ｔの４ｔテ ｍ旧−「了−− ン２２゛ ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、１ｌａ ＦＩＧ。１１ｂ ＦＩＧ、１ｌｃ ＦＩＧ、ｌｌｄ ＦＩＧ、１２ ＦＩＧ、＋６ Ｆ！Ｇ、１Ｂ ＦＩＧ、＋５

Claims (51)

    【特許請求の範囲】
  1. １．選択的に指向性エネルギビームを放出するビーム装
    置、 部品の製造のため標的区域を形成する構造、複数の材料
    を含み、前記複数の材料が一つ以上の結合温度を有する
    粉末、 前記粉末を供給する装置、および ビームの目標を移動しかつビーム装置を変調して前記標
    的区域に供給された粉末の層を画定された区域内で選択
    的に焼結する制御装置を含み、前記制御装置はそれぞれ
    画定された境界内の粉末層を連続して選択的に焼結して
    一緒に焼結された複数の層を含む部品を製造するように
    作用し得る 部品を製造する装置。
  2. ２．前記複数の材料は少なくとも一つの第２の材料と結
    合される少なくとも一つの第１の材料を含む、請求項１
    に記載の装置。
  3. ３．前記複数の材料は少なくとも一つの第２の材料によ
    つて被覆される少なくとも一つの第１の材料を含む、請
    求項１に記載の装置。
  4. ４．選択的に指向性エネルギビームを放出するビーム装
    置、 前記部品を製造するため標的区域および焼結を促進する
    ガス状環境を形成する構造、 複数の材料を含み、前記複数の材料が一つ以上の結合温
    度を有する粉末、 前記粉末を供給する装置、および ビームの目標を移動しかつビーム装置を変調して前記標
    的区域に供給された粉末の層を画定された境界内で選択
    的に焼結する制御装置を含み、前記制御装置はそれぞれ
    画定された境界内の粉末層を連続して選択的に焼結して
    一緒に焼結された複数の層を含む部品を製造するように
    作用し得る 部品を製造する装置。
  5. ５．選択的に指向性エネルギビームを放出するビーム装
    置、 前記部品を製造するため標的区域を製造する構造、 一つ以上の結合温度を有する複数の粉末、 前記複数の粉末の各粉末を供給する装置、および ビームの目標を移動しかつビーム装置を変調して前記標
    的区域に供給された前記粉末の層を画定された区域内で
    選択的に焼結する制御装置を含み、前記制御装置はそれ
    ぞれ画定された境界内の粉末層を連続して焼結して一緒
    に焼結された複数の層を含む部品を製造するように作用
    し得る 部品を製造する装置。
  6. ６．選択的に指向性エネルギビームを放出するビーム装
    置、 部品の製造のため標的区域を形成する構造、粉末を前記
    標的区域に堆積する装置、 ビームの目標を移動しかつビーム装置を変調して前記標
    的区域に堆積された粉末の層を画定された区域内で選択
    的に焼結する制御装置を含み、前記制御装置はそれぞれ
    画定された境界内の粉末層を連続して選択的に焼結して
    一緒に焼結された複数の層を含む部品を製造するように
    作用可能であり、 また前記標的区域において前記粉末の高体積密度を達成
    する装置を含む 部品を製造する装置。
  7. ７．前記粉末の高体積密度を達成する装置は焼結中高体
    積密度を達成し得る、請求項６に記載の装置。
  8. ８．前記堆積装置は前記粉末に静電的に荷電して供給す
    る装置を有する、請求項６に記載の装置。
  9. ９．前記達成する装置は前記標的区域付近に電磁場を形
    成する装置を含み、前記電磁場は焼結中前記標的区域の
    前記粉末に高体積密度を誘起する、請求項８に記載の装
    置。
  10. １０．前記粉末は分極し得る要素を含み前記堆積装置は
    前記粉末を供給する装置を有する、請求項６に記載の装
    置。
  11. １１．前記達成する装置は前記標的区域付近に電磁場を
    形成する装置を有し、前記電磁場は焼結中前記標的区域
    の前記粉末に高体積密度を誘起する、請求項１０に記載
    の装置。
  12. １２．前記電磁場を形成する装置は前記標的区域を通し
    て強さが変化する場を形成し得る、請求項１１に記載の
    装置。
  13. １３．前記堆積装置は第１の電荷を備えた前記粉末を供
    給する装置を有し前記標的区域は第２電荷を有し、前記
    第１電荷は前記第２電荷に対して反対の電荷である、請
    求項６に記載の装置。
  14. １４．前記堆積装置は、第１電荷を備えた前記粉末の第
    １部分を前記第１部分上に供給する装置、および前記供
    給された第１部分付近を通過し得る成形装置を有する、
    請求項６に記載の装置。
  15. １５．前記堆積装置はさらに第２電荷を備えた前記粉末
    の第２部分を前記第２部分上に供給する装置を有し、前
    記第１電荷は前記第２電荷と反対の電荷である、請求項
    １４に記載の装置。
  16. １６．前記堆積装置はさらに前記区域内の粉末の層とし
    て区域の一端に粉末堆積を分配する装置を有し、また荷
    電されたドラム装置、前記ドラムを前記区域の一端から
    前記区域の他端に前記区域および前記ドラムの問に所要
    の間隔をおいて移動する装置、前記一端から前記他端へ
    のドラムの運動方向とは反対にドラムを回転する装置を
    有し、前記ドラム装置は反対回転されかつ前記一端から
    前記他端へ移動して前記堆積に衝突したとき作動して粉
    末を前記運動方向に排出し前記所要の間隙とほゞ同じ厚
    さを有する粉末層をドラム装置と前記一端との間に残す
    、請求項６に記載の装置。
  17. １７．前記粉末は磁体であり前記達成する装置は前記標
    的区域付近に電磁場を形成する装置を含み、前記電磁場
    は焼結中前記標的区域の前記粉末に高体積密度を誘起す
    る、請求項６に記載の装置。
  18. １８．前記達成する装置は流体流を前記標的区域に堆積
    された前記粉末に指向し焼結中前記標的区域の前記粉末
    に高体積密度を誘起する装置を含む、請求項６に記載の
    装置。
  19. １９．前記達成する装置は遠心力を前記堆積された粉末
    に加えて前記標的区域の前記粉末に高体積密度を誘起し
    得る、請求項６に記載の装置。
  20. ２０．少なくとも第１材料の粉末を第１粉末層として標
    的区域上に堆積し、かつ エネルギビームを標的面に、部品の断面区域に対応する
    、前記第１粉末の選択された部分が前記ビームのエネル
    ギによつて前記第１材料の粒子の連続した境界に粘性流
    が生じて粒子と粒子の接着および部品内に存在するとき
    前記第１材料の自動的稠密化を生ずるのに十分に加熱さ
    れるように、指向すること の各工程を含む部品を製造する方法。
  21. ２１．前記第１材料の前記粉末は第２材料と組み合わさ
    れ、前記温度は前妃第１および第２材料粒子の連続した
    境界で前記粒子を接着させ、前記部品に存在するとき前
    記第１および第２材料の自動的稠密化を生ずるのに十分
    な粘性流を生ずる、請求項２０に記載の方法。
  22. ２２．さらに、前記標的面に前記エネルギビームを指向
    する前に前記第１粉末層における前記第１材料の前記粉
    末を予め稠密化することを含む、請求項２０に記載の方
    法。
  23. ２３．第２材料を前記第１粉末層上に堆積して第２粉末
    層を形成し前記部品が前記第１および第２材料の混合連
    続層を有することを含む、請求項２１に記載の方法。
  24. ２４．前記粉末は実質的に前記第２材料によつて被覆さ
    れた第１材料よりなる、請求項２１に記載の方法。
  25. ２５．前記粉末を前記標的面上に堆積する前に、前記粉
    末が十分な強さの電磁場付近に十分接近して流れ前記電
    磁場のないときより大きい体積密度の増加を誘起する、
    請求項２０に記載の方法。
  26. ２６．前記粉末を前記標的面上に堆積する前に、前記粉
    末を第１電荷によつて静電的に荷電し、前記標的面を堆
    積された粉末の体積密度の増加を誘起するように前記第
    １電荷と反対の第２電荷によつて荷電し前記体積密度は
    前記粉末および前記標的面を荷電しないときよりも大き
    い、請求項２０に記載の方法。
  27. ２７．粉末を標的面上に堆積し、 前記粉末の体積密度を増加し、かつ 標的面にエネルギビームを前記部品の断面区域に対応す
    る前記粉末の選択された部分が前記ビームのエネルギに
    よつて焼結されるように指向する各工程を有する部品を
    製造する方法。
  28. ２８．前記体積密度を増加する前記工程は前記指向工程
    中に実施される、請求項２７に記載の方法。
  29. ２９．前記堆積する工程は、前記粉末に静電的に荷電し
    、かつ前記粉末を供給することを含む、請求項２７に記
    載の方法。
  30. ３０．前記供給する工程は、前記粉末に静電的に荷電し
    、かつ前記粉末を供給することを含み、また前記体積密
    度を増加する前記工程は、前記標的面付近に電磁場を形
    成することを含む、請求項２７に記載の方法。
  31. ３１．前記粉末は分極可能である、請求項 ２７に記載の方法。
  32. ３２．前記粉末は分極可能であり、 また前記体積密度を増加する工程は、前記標的面付近に
    電磁場を形成することを含む、請求項２７に記載の方法
    。
  33. ３３．前記体積する工程は、 前記第１電荷を備えた前記粉末を供給することおよび、
    前記標的面の上に第２電荷を荷電し、前記第１電荷は前
    記第２電荷と反対の電荷である、請求項２７に記載の方
    法。
  34. ３４．前記堆積工程は、第１電荷を第１部分上に荷電し
    、前記第１部分を供給し、かつ前記供給された第１部分
    の外形を形成することの各工程を含む、請求項２７に記
    載の方法。
  35. ３５．前記堆積工程は、前記粉末の第１部分に第１電荷
    を荷電し、前記第１部分を供給し、前記供給された第１
    部分の外形を形成し第２電荷を前記粉末の第２部分に荷
    電し、かつ前記第２部分を供給する各工程を含み、前記
    第１電荷は前記第２電荷と反対である、請求項２７に記
    載の方法。
  36. ３６．前記粉末は磁性体であり、かつ前記体積密度を増
    加する工程は前記標的面付近に電磁場を形成することを
    含む、請求項２７に記載の方法。
  37. ３７．前記粉末は分極可能であり、前記体積密度を増加
    する工程は電磁場を形成することを含む、請求項２７に
    記載の方法。
  38. ３８．前記体積密度を増加する工程は流体流を前記堆積
    された粉末に指向することを含む、請求項２７に記載の
    方法。
  39. ３９．前記体積密度を増加する工程は前記堆積された粉
    末に遠心力を加えるこを含む、請求項２７に記載の方法
    。
  40. ４０．第１および第２材料を含む粉末を標的面上に堆積
    し、かつエネルギビームを標的面に部品の断面区域に対
    応する前記粉末の選択された部分が前記ビームのエネル
    ギによつて前記選択された部分の前記第１材料が前記第
    ２材料の粒子に接着して団塊となるのに十分な温度に加
    熱される各工程を含む部品を製造する方法。
  41. ４１．前記標的面は焼結を促進するガスを含む環境内に
    設けられ、前記指向工程は前記粉末の前記選択された部
    分の前記第１材料を焼結する、請求項４０に記載の方法
    。
  42. ４２．前記エネルギビームは選択された波長のものであ
    り、前記第１材料は前記第２材料より多くの前記選択さ
    れた波長のエネルギを吸収する、請求項４０に記載の方
    法。
  43. ４３．前記指向工程の前に粉末を加熱することをさらに
    含む、請求項４０に記載の方法。
  44. ４４．前記堆積工程は前記粉末の第１層を堆積し、さら
    に、前記指向工程後、前記標的面上への粉末の第２層を
    堆積し、前記粉末の第２層は前記第１および第２材料を
    含み、エネルギビームを標的面に指向し部品の第２の断
    面区域に対応する前記粉末の前記第２層の選択された部
    分が、前記ビームのエネルギによつて前記第２層の選択
    された部分における前記第１材料が前記第２層における
    前記第２材料の粒子に接着して団塊となり、前記粉末の
    前記第１層と団塊となるように加熱される各工程を含む
    、請求項４０に記載の方法。
  45. ４５．前記指向工程は前記粉末の選択された部分の前記
    第１材料を焼結することを含む、請求項４０に記載の方
    法。
  46. ４６．前記指向工程後、前記粉末を焼なますことをさら
    に含む、請求項４０に記載の方法。
  47. ４７．前記焼なましは前記第１材料を分解し第２材料を
    焼結する、請求項４６に記載の方法。
  48. ４８．前記焼なましは前記第１および第２材料の合金を
    形成する、請求項４６に記載の方法。
  49. ４９．前記第１材料は導電性である、請求項４０に記載
    の方法。
  50. ５０．前記第２材料は電気絶縁ポリマである、請求項４
    ９に記載の方法。
  51. ５１．前記第２材料は結晶性であり、前記堆積工程は前
    記粉末の第１層を堆積し、さらに、前記指向工程後、第
    １および第２材料を含む、粉末の前記第２層を前記標的
    上に堆積し、エネルギビームを標的面に部分の第２の断
    面区域に対応する粉末の前記第２層の選択された部分が
    前記ビームのエネルギによつて前記第２層の選択された
    部分における前記第１材料が前記第２層の粒子に接着し
    て粉末の前記第１層の前記第２材料の粒子とエピタキシ
    アル的に団塊となるのに十分な温度に加熱されるように
    指向することを含む、請求項４０に記載の方法。
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