特許 6681401 加圧スラリー供給を用いる付加製造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6681401

(24)【登録日】2020年3月25日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】加圧スラリー供給を用いる付加製造

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/106 20170101AFI20200406BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20200406BHJP

   C06B 21/00 20060101ALI20200406BHJP

   C06D 5/00 20060101ALI20200406BHJP

   C06B 25/18 20060101ALI20200406BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20200406BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/106

   B29C64/209

   C06B21/00

   C06D5/00 A

   C06B25/18

   B33Y10/00

【請求項の数】14

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-533708(P2017-533708)

(86)(22)【出願日】2015年9月10日

(65)【公表番号】特表2017-533131(P2017-533131A)

(43)【公表日】2017年11月9日

(86)【国際出願番号】US2015049327

(87)【国際公開番号】WO2016064489

(87)【国際公開日】20160428

【審査請求日】2018年5月17日

(31)【優先権主張番号】62/051,227

(32)【優先日】2014年9月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】594203852

【氏名又は名称】エアロジェット ロケットダイン インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】ハズバンド，クラレンス

(72)【発明者】

【氏名】ウェンドルバーガー，ジュリー

(72)【発明者】

【氏名】ブラッシュウッド，ショーン

(72)【発明者】

【氏名】ドール，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】オコナー，ロバート

【審査官】 今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２８５８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５００７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４４９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７１４７１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１９８７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０３２９０１９０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２０５９８３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００ − ６４／４０

Ｃ０６Ｂ ２１／００

Ｃ０６Ｄ ５／００

Ｃ０６Ｄ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラスチゾルと固体エネルギー材料粒子とを含んだスラリーを、（１）ノズルに隣接してノズルの上流にある加熱ブロック内、および（２）ノズル内のうちの一つにおいて、加圧し、かつスラリーの硬化温度と同じかそれを上回る温度まで加熱し、
加圧、加熱されたスラリーをノズルを通して流し、
スラリーの硬化および固化を開始させるように、加熱時にスラリーのプラスチゾルの溶媒和を開始させ、
スラリーを所定のパターンで堆積させる、
ことを含むことを特徴とする、付加製造プロセス。

【請求項2】

プラスチゾルが、ポリ塩化ビニルを含むことを特徴とする請求項１記載のプロセス。

【請求項3】

プロセスは、加圧された容器からノズルへとスラリーを供給することをさらに含み、加圧された容器は、０．１３８〜３．４４７ＭＰａ（２０〜５００ポンド毎平方インチ）の圧力を有することを特徴とする請求項１記載のプロセス。

【請求項4】

加熱は、７６．６７〜１０４．４４°Ｃ（１７０〜２２０°Ｆ）においてなされることを特徴とする請求項１記載のプロセス。

【請求項5】

プラスチゾルは、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つのポリマー粒子、および液体可塑剤を含むことを特徴とする請求項１記載のプロセス。

【請求項6】

液体可塑剤は、フタル酸塩可塑剤またはアジピン酸塩可塑剤の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５記載のプロセス。

【請求項7】

プラスチゾルは、重量で、８０：２０〜２０：８０の範囲にある、ポリ塩化ビニルの可塑剤に対する比を有することを特徴とする請求項６記載のプロセス。

【請求項8】

スラリーは、重量で、１：１の比の可塑剤と、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つと、さらに最大８５％の固体エネルギー材料とを含むことを特徴とする請求項１記載のプロセス。

【請求項9】

プラスチゾルと固体エネルギー材料粒子とを含んだスラリーの硬化温度と同じかそれを上回る温度へとノズルを加熱し、
スラリーのプラスチゾルの溶媒和を開始させ、かつスラリーの硬化および固化を開始させるようにスラリーにノズルを通過させ、
コンピュータで処理されたパターンに関してノズルから硬化スラリーを供給する、
ことを含むことを特徴とする、付加製造プロセス。

【請求項10】

プロセスは、加圧された容器からノズルへとスラリーを供給することをさらに含み、加圧された容器は、０．１３８〜３．４４７ＭＰａ（２０〜５００ポンド毎平方インチ）の圧力を有することを特徴とする請求項９記載のプロセス。

【請求項11】

スラリーは、固体エネルギー材料を含むことを特徴とする請求項９記載のプロセス。

【請求項12】

プラスチゾルは、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つと、フタル酸塩可塑剤またはアジピン酸塩可塑剤の少なくとも１つとを含むことを特徴とする請求項９記載のプロセス。

【請求項13】

プラスチゾルは、重量で、８０：２０〜２０：８０の範囲にある、ポリ塩化ビニルの可塑剤に対する比を有することを特徴とする請求項１２記載のプロセス。

【請求項14】

供給は、スラリーの複数の層を、コンピュータで処理されたパターンに関して、互いに上に堆積させることを含むことを特徴とする請求項９記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、付加製造プロセスに関する。

【0002】

（関連出願の相互参照）
本開示は、２０１４年９月１６日に出願された米国特許仮出願第６２／０５１，２２７号の優先権を主張する。

【背景技術】

【0003】

ロケットモータおよび同様のものは、ノズルを通って放出されて推力を生じさせ得る加圧ガスを燃焼時に発生する固体エネルギー材料を備える。固体エネルギー材料は一般に、ロケットモータの所望の形状へと、鋳造、成形および／または機械加工される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示の実施例による付加製造プロセスは、スラリーを加圧し、加熱し、加圧、加熱されたスラリーをノズルを通して流し、スラリーを所定のパターンで堆積させる、ことを含む。

【0005】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、加熱は、ノズルに隣接してノズルの上流にある加熱ブロック内で実行される。

【0006】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、加熱はノズル内で実行される。

【0007】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、加熱は、スラリーの硬化温度と同じかそれを上回る温度へとなされる。

【0008】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、加熱時に、スラリーのポリ塩化ビニル組成の溶媒和を開始させることを含む。

【0009】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、スラリーの堆積時に、スラリーの固化を開始させることを含む。

【0010】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、加圧された容器からノズルへとスラリーを供給することを含む。加圧された容器は、約２０〜５００ポンド毎平方インチの圧力を有する。

【0011】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、加熱は、約１７０〜２２０°Ｆにおいてなされる。

【0012】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、スラリーは、プラスチゾルおよび固体エネルギー材料を含む。

【0013】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、プラスチゾルは、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つを含む。

【0014】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、プラスチゾルは、フタル酸塩可塑剤またはアジピン酸塩可塑剤の少なくとも１つを含む。

【0015】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、プラスチゾルは、重量で、８０：２０〜２０：８０の範囲にある、ポリ塩化ビニルの可塑剤に対する比を有する。

【0016】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、スラリーは、重量で、約１：１の比の可塑剤と、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つと、さらに最大約８５％の固体エネルギー材料とを含む。

【0017】

本開示の実施例による付加製造プロセスは、スラリーの硬化温度と同じかそれを上回る温度へとノズルを加熱し、スラリーの硬化を開始させるようにスラリーにノズルを通過させ、コンピュータで処理されたパターンに関してノズルから硬化スラリーを供給する、ことを含む。

【0018】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、加圧された容器からノズルへとスラリーを供給することを含む。加圧された容器は、約２０〜５００ポンド毎平方インチの圧力を有する。

【0019】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、スラリーは、固体エネルギー材料を含む。

【0020】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、スラリーは、プラスチゾルおよび固体エネルギー材料を含む。

【0021】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、プラスチゾルは、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つと、フタル酸塩可塑剤またはアジピン酸塩可塑剤の少なくとも１つとを含む。

【0022】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、プラスチゾルは、重量で、８０：２０〜２０：８０の範囲にある、ポリ塩化ビニルの可塑剤に対する比を有する。

【0023】

上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、供給は、スラリーの複数の層を、コンピュータで処理されたパターンに関して、互いに上に堆積させることを含む。

【0024】

本開示のさまざまな特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。詳細な説明を伴う図面は、以下に簡単に説明できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施例の付加製造プロセスを示す図。

【図2】図１のプロセスを実行するための実施例のシステムを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１は、実施例の付加製造プロセス２０を示し、図２は、プロセス２０を実行するための実施例のシステム４０を示す。説明するように、プロセス２０は、所望の幾何学形状へと固体エネルギー材料または他の材料を形成または「印刷」するために使用できる。例えば、固体エネルギー材料は、ロケットモータおよび同様のもののための所望の三次元幾何学形状へと印刷できる。

【0027】

プロセス２０は、本明細書では、ステップ２２、２４、２６、およびシステム４０に関して説明する。さらなる処理ステップを、ステップ２２、２４、２６の前、間、または後に使用できる。一般に、システム４０は、スラリー４４を保持する容器４２と、スラリー４４を供給するノズル４６と、パイプまたは管などの、容器４２からノズル４６へとスラリー４４が移動する１つまたは複数のライン４８と、を備える。ノズル４６は、加熱ブロック４６ａを備えることができる。代替としてまたは追加として、加熱ブロック４６ａは、４６ａ’で示すように、ノズル４６に隣接してノズル４６の上流に配置することができる。容器４２、ライン４８、およびノズル４６は、１つまたは複数の弁、１つまたは複数のポンプ、またはスラリー４４を移動させるための同様のものなどを備えることができる。制御装置５０が、少なくともノズル４６と連通しており、また、システム４０の作動を制御するために、容器４２、ライン４８、加熱ブロック４６ａ／４６ａ’、および任意の１つまたは複数の弁、または１つまたは複数のポンプと連通することもできる。この点では、制御装置５０は、プロセス２０を実行するように構成および／またはプログラムされる、マイクロプロセッサなどのハードウェアおよびソフトウェアのいずれか一方または両方を備える。

【0028】

固体エネルギー材料を印刷するために、スラリー４４は、プラスチゾルおよび固体エネルギー材料の混合物を含むことができる。プラスチゾルは、液体可塑剤中のポリマー粒子の混合物または懸濁液である。例えば、可塑剤は、フタル酸塩、またはアジピン酸塩、またはこれらの混合物を含む。フタル酸塩は、限定される訳ではないが、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）、およびフタル酸ジ−２−エチルヘキシルを含むことができ、アジピン酸塩は、限定される訳ではないが、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）およびセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を含むことができる。例えば、プラスチゾルは、ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つのポリマー粒子、および液体可塑剤を含む。固体エネルギー材料はまた、粒子の形態で提供され、プラスチゾルと混合される。

【0029】

固体エネルギー材料は、所望の最終使用要求に従って選択される。例えば、固体エネルギー材料は、限定される訳ではないが、金属燃料、酸化剤、および燃料／酸化剤混合物を含むことができる。固体エネルギー材料は、１つまたは複数の不活性バインダー、燃焼変更剤（ｍｏｄｉｆｉｅｒ）、安定剤、および同様のものなどを含むこともできる。一実施例では、スラリー４４は、重量で、約７．５％のポリ塩化ビニル、約７．５％の可塑剤、および約８５％の固体エネルギー材料を含む。さらなる実施例では、固体エネルギー材料は、重量で、約１８％の金属燃料を含む。

【0030】

再びプロセス２０を見ると、ステップ２２においてスラリーを加圧し、加熱する。スラリー４４は、容器４２からライン４８を通ってノズル４６へと流れるのが容易になるように加圧する。例えば、スラリー４４は、容器４２内で約２０〜５００ポンド毎平方インチで加圧する。スラリー４４は次いで、この圧力下で容器４２からノズル４６へと供給する。加圧することによって、グロッビング（ｇｌｏｂｂｉｎｇ）を低減するようにノズル４６の前での硬化の抑制も容易になる。ポリ塩化ビニルまたはニトロセルロースの少なくとも１つ、アジピン酸ジオクチル、および固体エネルギー材料を含む上述したスラリー組成に基づくさらなる一実施例では、スラリー４４は、２０キロポアズより低い粘性率を有し、容器４２内で約３０〜４０ポンド毎平方インチで加圧され、約１７０〜２２０°Ｆに加熱される。

【0031】

スラリー４４は、加熱までは実質的に周囲温度とすることができる。この点では、一実施例では、プロセス２０は、加熱ブロック４６ａを介してノズル４６内でスラリー４４を加熱することを含む。代替として、加熱ブロック４６ａ’を使用すると、スラリー４４は、ノズル４６の前で加熱される。スラリー４４は、加熱される前には、完全に硬化されず、または実質的に完全に硬化されないようにすることができる。適切な温度および圧力で、加熱は、液体可塑剤によるポリマー粒子（例えばポリ塩化ビニル）の溶媒和を開始させる。

【0032】

ステップ２４において、加圧され、加熱されたスラリー４４がノズル４６を通って流れ、ステップ２６において、スラリー４４は、ノズル４６から所定のパターンで堆積する。スラリー４４は、加圧され、ノズルの４６の加熱ブロック４６ａまたは４６ａ’において適切な温度に加熱されるとはいえ、ノズル４６から供給され、冷却された後で、実質的に完全に硬化または固化した状態に到達することができる。例えば、スラリー４４の流れに依存して、溶媒和および硬化は、ノズル４６内で、またはノズル４６から供給された後に開始することができる。一実施例では、スラリーの硬化温度と同じかそれを上回る温度への加熱が、液体可塑剤によるポリマー粒子の溶媒和を開始させ、従って、スラリー４４の硬化および固化を開始させる。

【0033】

所定のパターンは、形成される物品のコンピュータで処理されたパターンとすることができる。この点では、ノズル４６が、コンピュータで処理されたパターンでスラリー４４を選択的に堆積させるように前後に移動する。追加としてまたは代替として、スラリー４４が供給される基板を、コンピュータで処理されたパターンで移動させることができる。スラリー４４の複数の層を、コンピュータで処理されたパターンに従って物品を構築するように、互いに上に選択的に堆積させることができる。

【0034】

さらなる実施例では、ノズル４６は、スラリー組成に関しても設計または選択される。例えば、スラリー４４は、ポリマー粒子および固体エネルギー材料粒子を含むので、スラリー４４が通って堆積されるノズル４６の供給オリフィスは、少なくとも組成中の最も大きな粒子と同じくらいの大きさである。より典型的には、オリフィスは、ノズル４６の架橋および詰まり（ｐｌｕｇｇｉｎｇ）を低減するように、組成中の最も大きな粒子より少なくとも数倍大きなものとすることができる。例えば、ノズルオリフィスは、限定される訳ではないが、１／６４〜３／６４インチとすることができる。

【0035】

さらなる実施例では、スラリー４４の組成は、加熱ブロック４６ａまたは４６ａ’において提供される加熱の量に関して選択される。例えば、スラリー組成は、ポリ塩化ビニルおよび／またはニトロセルロースの量のアジピン酸ジオクチルの量に対するものに関して、重量で、８０：２０〜２０：８０の比を有する。さらなる実施例では、比は、６０：４０〜４０：６０である。

【0036】

特徴部の組み合わせを例示の実施例に示したとはいえ、それらの全てを、この開示のさまざまな実施例の恩恵を得るために組み合わせる必要はない。すなわち、この開示の実施例に従って設計されたシステムは、いずれか１つの図面に示した全ての特徴部または図面に概略的に示した全ての部分を必ずしも含まない。さらに、例示的な一実施例の選択された特徴部を、他の例示的な実施例の選択された特徴部と組み合わせることができる。

【0037】

上述した説明は、本質的に限定ではなく例示である。この開示から必ずしも逸脱しない、開示した実施例の変更および変形は、当業者には明らかになるであろう。この開示に与えられる法的保護範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することで判断できるだけである。

【図1】

【図2】