特開 2024-152599 積層造形されたチャネル及びポートのシーリングの方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152599

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】積層造形されたチャネル及びポートのシーリングの方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/165 20170101AFI20241018BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20241018BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

B29C64/165

B33Y10/00

B33Y80/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024006565

(22)【出願日】2024-01-19

(31)【優先権主張番号】18/297,926

(32)【優先日】2023-04-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ディシンティオ、リチャード エム．

(72)【発明者】

【氏名】コッティリンガム、スリカンス シー．

(72)【発明者】

【氏名】ヴァンタッセル、ブラッド

(57)【要約】

【課題】複雑な内部チャネルを有する目標部品を得るための積層造形方法を提供する。
【解決手段】 目標部品（１５０）の製造方法は、所望の目標部品を製造するための指示を積層造形システム（１００）に入力するステップであって、目標部品が１以上の内部チャネル（１５２）を含むステップ（３０２）と、形成すべき１以上のポート（１６０）であって目標部品の外面（１５１）から１以上の内部チャネルまで延在する１以上のポート（１６０）の位置を入力するステップと、グリーン体目標部品を形成するため、積層造形システムを用いて、１以上のポートを含む目標部品を印刷するステップ（３０６）と、１以上の内部チャネルからの残留粉末の除去を促進するために、グリーン体目標部品上に形成された１以上のポートにアクセスすることによって１以上の内部チャネルを脱粉するステップ（３０８）とを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

目標部品（１５０）の製造方法であって、当該方法が、
所望の目標部品（１５０）を積層造形するための指示を積層造形システム（１００）に入力するステップ（３０２）であって、前記目標部品（１５０）が１以上の内部チャネル（１５２）を含む、ステップ（３０２）と、
形成すべき１以上のポート（１６０）であって前記目標部品（１５０）の外面（１５１）から前記１以上の内部チャネル（１５２）まで延在する１以上のポート（１６０）の位置を入力するステップと、
グリーン体目標部品（１５０）を形成するため、前記積層造形システム（１００）を用いて、前記１以上のポート（１６０）を含む目標部品（１５０）を印刷するステップ（３０６）と、
前記１以上の内部チャネル（１５２）からの残留粉末の除去を促進するために、前記グリーン体目標部品（１５０）の１以上のポート（１６０）にアクセスすることによって前記１以上の内部チャネル（１５２）を脱粉するステップ（３０８）と
を含む方法。

【請求項2】

前記積層造形システムがバインダージェッティングシステムである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記１以上の内部チャネル（１５２）内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポート（１６０）を通して加圧空気を導くこと（３１０）、
前記１以上の内部チャネル（１５２）内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポート（１６０）に超音波ワンドを挿入すること（３１２）、及び
前記１以上の内部チャネル（１５２）内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポート（１６０）にワイヤブラシを挿入すること（３１４）
の少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記１以上の内部チャネル（１５２）から残留粉末を除去した後に、前記グリーン体目標部品（１５０）を焼結するステップ（３１６）をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記１以上の内部チャネル（１５２）から残留粉末を除去した後及び前記グリーン体目標部品（１５０）を焼結した後、１以上のポート（１６０）をろう付け材料で封止するために１以上のポート（１６０）をろう付けするステップ（３１８）をさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記１以上の内部チャネル（１５２）の脱粉を促進するために、前記目標部品（１５０）の外面（１５１）に対して実質的に垂直に配向した１以上のポート（１６０）を形成すること、及び
前記１以上の内部チャネル（１５２）の脱粉を促進するために、前記目標部品（１５０）の外面（１５１）に対して斜めに配向した１以上のポート（１６０）を形成すること
の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

当該方法が、各ポート（１６０）の第１の端部（１６２）が各ポート（１６０）の第２の端部（１６４）の直径（Ｄ２）よりも大きい直径（Ｄ１）を有するようなテーパ形状を有するポート（１６０）を形成するステップをさらに含んでおり、第２の端部（１６４）が前記１以上の内部チャネル（１５２）と流体連通する、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記目標部品（１５０）を印刷するステップ（３０６）が、
１以上の屈曲部（１５８）を含む迂回経路（１５６）を有する１以上の内部チャネル（１５２）を形成するステップと、
前記目標部品（１５０）の外面（１５１）から前記目標部品（１５０）内に形成された１以上の内部チャネル（１５２）のそれぞれの内部チャネル（１５２）まで各々延在する複数のポート（１６０）を形成するステップであって、前記複数のポート（１６０）が実質的に等間隔に配置される、ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記目標部品（１５０）を印刷するステップ（３０６）が、
１以上の屈曲部（１５８）を含む迂回経路（１５６）を有する１以上の内部チャネル（１５２）を形成するステップと、
前記目標部品（１５０）の外面（１５１）から前記目標部品（１５０）内に形成された１以上の内部チャネル（１５２）のそれぞれの内部チャネル（１５２）まで各々延在する複数のポート（１６０）を形成するステップであって、前記複数のポート（１６０）が、目標部品（１５０）を横断して可変距離（Ｌ）だけ離間している、ステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記目標部品（１５０）を印刷するステップ（３０６）が、約１２ｍｍ～約１００ｍｍの範囲内の離間距離（Ｌ）だけ離間した複数のポート（１６０）を形成すること、及び約０．７ｍｍ～約２０ｍｍの範囲内の直径（Ｄ）を有する複数のポート（１６０）を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

１以上の内部チャネル（１５２）及び１以上の内部チャネル（１５２）と連通した１以上のポート（１６０）を有するタービン部品であって、当該タービン部品が、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法で製造される、タービン部品。

【請求項12】

当該タービン部品が、タービンノズルの内側端壁、タービンノズルの外側端壁又はタービンシュラウドのいずれかである、請求項１１に記載のタービン部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、広義には積層造形システムに関するものであり、さらに具体的には、積層造形されたポート及びチャネルを封止する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

バインダージェッティング積層造形（ＢＪＡＭ；binder jetting additive manufacturing）は、ＣＡＤで決定したパターンのバインダー溶液（液体接着剤など）を粉末床に選択的に噴霧して目標部品を形成する。その層を次いで新しい粉末層でオーバーコートし、目標部品が完成するまでジェッティングプロセスを繰り返す。印刷した目標部品は、一般に、バインダー溶液を粉末内で固化させてグリーン体（例えば印刷したままの未焼成）目標部品を形成する硬化プロセスに付される。グリーン体目標部品は、次いで、ブラウン体（例えば部分焼成）目標部品が形成されるように熱を利用してグリーン体目標部品からバインダーを分解及び除去する脱脂（debinding）プロセスに付される。ブラウン体目標部品は次いで、粉末粒子を固結させて最終的な目標部品を形成する焼結プロセスに付される。

【0003】

ある種の目標部品は、目標部品の性能及び／又は耐久性を高めるため、冷却チャネルのような内部特徴を含んでいることがある。かかるチャネルは、ジェッティング及び印刷プロセスの際に形成され、未結合粉末は、脱脂及び焼結に先立って、グリーン体目標部品の内部に画成されたチャネルから（「脱粉（depowdering）」として知られるプロセスで）除去される。例えば、グリーン体目標部品の内部チャネルを脱粉するために、圧力勾配（例えば陽圧又は真空）をグリーン体目標部品の内部チャネルの第１の外部開口に適用又は誘導して、内部チャネルを通してガス（例えば空気）を急速に移動させて、チャネルの第２の外部開口から未結合粉末を除去してもよい。或いは、真空プローブ、超音波ワンド及び／又は研磨ワイヤブラシを外部開口に挿入して、未結合粉末を除去してもよい。

【0004】

グリーン体目標部品の内部特徴の複雑さ及び／又はチャネルの配向によっては、脱粉は困難及び／又は時間のかかるプロセスとなりかねない。例えば、内部チャネルは迂回路（例えば蛇行及び／又は曲がりくねった）であることがあり、未結合粉末が内部チャネルの一部に留まってしまい、焼結後の内部チャネルのサイズ及び形状にむらを生じてしまうおそれがある。さらに、未結合粉末は通例脱粉の際に内部チャネルの外部開口から除去されるので、脱粉時に外部開口が損傷してしまうおそれがある。その結果、こうして製作された内部チャネルは従前内部特徴及び／又はサイズに制約があった。

【0005】

そこで、複雑な内部チャネルが画成された目標部品を得るための改良された積層造形システム及びその作業方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

一態様では、目標部品の製造方法について開示する。本方法は、所望の目標部品を製造するための指示をバインダージェッティング積層造形システムに入力することを含む。目標部品は、１以上の屈曲部を含む迂回経路によって少なくとも画成される１以上の内部チャネルを含む。本方法は、バインダージェット積層造形プロセスによって目標部品を印刷して、グリーン体目標部品を形成することをさらに含む。印刷中、目標部品の外面から１以上の内部チャネルまで延在する１以上のポートが形成される。本方法は、グリーン体目標部品上に形成された１以上のポートにアクセスすることによって、１以上の内部チャネルを脱粉することをさらに含む。

【0007】

別の態様では、目標部品の製造方法について開示する。本方法は、所望の目標部品を積層造形するための指示を積層造形システムに入力することを含む。目標部品は、１以上の内部チャネルを含む。本方法は、形成すべき１以上のポートであって目標部品の外面から１以上の内部チャネルまで延在する１以上のポートの位置を入力することをさらに含む。本方法は、さらに、目標部品を印刷してグリーン体目標部品を形成することを含む。本方法は、１以上の内部チャネルからの残留粉末の除去を促進するために、グリーン体目標部品の１以上のポートにアクセスすることによって、１以上の内部チャネルを脱粉することをさらに含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

以下の詳細な説明では、本開示技術について、添付の図面に示す例示的な実施形態を参照して、さらに詳しく説明する。

【図1】例示的なバインダージェッティング積層造形システムの概略図。

【図2】焼結前の例示的な目標部品の概略図。

【図3】図２の目標部品の細部Ａ（図２に示す）の詳細図。

【図4】図２の目標部品のテーパ付きポートを含む細部Ａ（図２に示す）の詳細図。

【図5】図２の目標部品の傾斜ポートを含む細部Ａ（図２に示す）の詳細図。

【図6】予備成形プラグをポートにろう付けした後の例示的な目標部品の概略図。

【図7】図２～図６の目標部品の例示的な製造方法の流れ図。

【0009】

図面で用いた符号並びにその意味については、符号の簡単な説明の欄にまとめて示す。原則として、同一の目標部品には図面と同一の符号を付した。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の明細書及び特許請求の範囲では、多くの用語に言及するが、それらは以下の意味をもつと定義される。

【0011】

本明細書において、単数形で記載したものであっても、前後関係から別途明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。本明細書において、「備える」、「含む」及び「有する」という用語は、内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。「任意」又は「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象が起こる場合と起こらない場合を包含する。

【0012】

別途記載されていない限り、本明細書において、「略」、「実質的に」及び「約」などの近似的表現は、それらで修飾された用語が、絶対的又は厳密なものではなく、当業者に自明の近似的なものにすぎないことを示す。したがって、「約」、「略」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されず、その数値の±１０％の範囲内の数値を包含することを意味する。少なくとも幾つかの事例では、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、範囲が限定されていることがある。かかる範囲は互いに結合及び／又は交換可能であり、前後関係等から明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を包含する。

【0013】

さらに、別途記載されていない限り、「第１」、「第２」などの用語は、本願では単なる付票にすぎず、それらが付されたものに、数的、位置的又は階層的要件を課すものではない。さらに、例えば「第２」という場合、例えば「第１」以下又は「第３」以上のものの存在を必要とするものでも、排除するものでもない。

【0014】

本明細書において、「積層造形」又は「積層造形技術又はプロセス」という用語は、材料の層を順次層上に堆積して３次元部品を１層ずつ積層する製造プロセスをいう。連続する層を次いで部分的に溶融又は融合させて、モノリシック又は一体部品を形成する。

【0015】

本明細書において、「バインダージェッティング」又は「バインダージェット積層造形」という用語は、バインダー（例えば接着剤）を用いて粉末粒子を結着させて３次元物体を形成する積層造形技術をいう。特に、ビルドボリューム内の粉末の連続層にバインダーを選択的に堆積（又は噴射）するが、粉末及びバインダーの層は互いに接着して３次元物体を形成する。粉末は、例えば、ポリマー、金属、金属合金、セラミックスなどの材料の粒子であってもよい。バインダー印刷した目標部品は「グリーン体目標部品」とも呼ばれ、後で緻密化された最終目標部品を得るための熱処理に付してもよい。例えば、グリーン体目標部品を高温（例えば約５００℃以上）に加熱する焼結炉にグリーン体目標部品を挿入して、バインダー材料を除去し、粉末粒子同士を凝結させてもよい。

【0016】

本明細書において、「グリーン体目標部品」という用語は、バインダーを除去するための熱処理に付されていない状態のバインダー印刷した目標部品又は工作物をいう。グリーン体目標部品は、粒子状物質の焼結温度への加熱によって固結されていない粒子状物質を含むことができる。グリーン体目標部品は、焼結中に十分な温度に加熱すると固結して、強い機械的特性を有する緻密化された焼結後の目標部品を形成する。そのため、グリーン体目標部品は、焼結後の目標部品（例えば９２％以上、さらには９８％以上）よりも相対的に低い固体密度及び高いポロシティ（例えば５０％以上７０％以下）を有し得る。

【0017】

本明細書において、「焼結」という用語は、グリーン体目標部品を高温に加熱することをいう。グリーン体目標部品の焼結は、１以上の段階で実施し得る。例えば、幾つかの実施形態では、焼結は、グリーン体目標部品の印刷に使用されるバインダーの少なくとも一部の熱分解を誘導するためにグリーン体目標部品を第１の高温に加熱することを含んでいてもよい。このグリーン体目標部品を、次いで、粉末粒子を一緒に固結して焼結後の固結目標部品を形成するために、第１の高温よりも高い第２の高温にさらに加熱してもよい。

【0018】

本明細書に記載の方法、システム及び装置は、目標部品の製造方法に関する。本方法は、バインダージェッティングシステムで目標部品を提供することを含んでおり、目標部品は、１以上の内部チャネルと、内部チャネル内の１以上の屈曲部によって画成される回路経路とを含む。次いで、１以上の内部チャネルの脱粉を促進するために、目標部品の外面から延在するポートを、１以上の内部チャネルと流体連通するように設ける。次いで、目標部品のポートを介して１以上の内部チャネルを脱粉する。本方法は、さらに、グリーン体目標部品を焼結すること、次いでろう付け材料を用いて予備成形プラグをポート内に封止するためにポートをろう付けすることを含む。なお、本願に記載の実施形態は、屈曲部又は迂回経路を含まないチャネルの脱粉にも使用し得る。

【0019】

図１は、バインダージェッティング法によってグリーン体目標部品１５０を製造（又は印刷）するのに使用される例示的な積層造形システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、目標部品１５０は、２以上の開口１５４と、２つの開口１５４の間に少なくとも部分的に延在する迂回（例えば蛇行、曲がりくねった）経路１５６を有する１以上の内部チャネル１５２を含む。迂回経路１５６は、内部チャネル１５２内の１以上の屈曲部１５８によって画成される。

【0020】

本明細書に記載の方法は、様々な部品に適用し得る。一例として、目標部品１５０は、ガスタービンエンジンの膨張タービン部分で使用し得るように、ガスタービンノズルの内側端壁又は外側端壁であってもよい。同様に、目標部品１５０は、ガスタービンエンジンの膨張タービン部分に用いるためのタービンシュラウドであってもよい。

【0021】

図に示す通り、積層造形システム１００は、ハウジング１０２、プリントヘッド１０４、粉末供給アセンブリ１０６、及びハウジング１０２内のビルドチャンバ１１６を含む。粉末供給アセンブリ１０６は、粉末１０８の供給源を含む。粉末供給アセンブリ１０６は、粉末１０８を含む供給チャンバ１１２内に位置する粉末ピストン１１０も含む。粉末ピストン１１０は、供給チャンバ１１２内で選択的に上昇して、粉末１０８の一部を粉末供給チャンバ１１２から粉末供給口１１４を通して押し出すことができる。ローラ又はブレード／ワイパのようなリコータ１２０は粉末供給口１１４を横断して移動して、粉末供給チャンバ１１２から排出される粉末１０８を、作業面１２２を横断して、開口１１８からビルドチャンバ１１６内へと押し出すように動作し得る。

【0022】

積層造形システム１００は、ビルドチャンバ１１６内にビルドプラットフォーム１２４も含む。ビルドプラットフォーム１２４は、印刷中のグリーン体目標部品１５０を支持する平坦な造形面１２６と、粉末供給チャンバ１１２からの余剰粉末１０８（ビルドチャンバ１１６内に運ばれるが、グリーン体目標部品１５０の印刷には使用されない粉末１０８）を含む粉末床１２８とを有する。ビルドプラットフォーム１２４は、プリントヘッド１０４に対して造形方向に沿って移動可能であり（すなわち、ビルドプラットフォーム１２４は、ビルドプラットフォーム１２４に動作可能に結合したプラットフォームアクチュエータ１３０によって昇降できる）、印刷中にグリーン体目標部品１５０の高さを選択的に変化させることができる。グリーン体目標部品１５０の印刷中に、リコータ１２０は、粉末供給チャンバ１１２から排出された粉末１０８の層を、造形プラットフォーム１２４の造形面１２６全体（或いは後続層の場合は、既設の粉末床１２８全体）に均す。プリントヘッド１０４は、印刷すべきグリーン体目標部品１５０の層を表す粉末１０８の層の上にバインダー溶液１４０を選択的に堆積させる。

【0023】

積層造形システム１００は、任意の適切な数のプリントヘッド１０４を含むことができる。例えば、図に示す実施形態では、積層造形システム１００は、単一のプリントヘッド１０４を含む。しかし、別の実施形態では、積層造形システム１００は、２以上のプリントヘッド１０４を含んでいてもよい。粉末１０８の複数の層が造形面１２６に敷設され、プリントヘッド１０４は、粉末１０８の各々の層の上に順次バインダー溶液１４０をパターン状に選択的に堆積させる。ビルドプラットフォーム１２４は、粉末１０８の層の各々の敷設前及びバインダー溶液１４０の選択的堆積後に下降する。

【0024】

積層造形システム１００は、積層造形システム１００の１以上のシステム部品（例えばプリントヘッド１０４、粉末ピストン１１０、リコータ１２０、及び／又はプラットフォームアクチュエータ１３０）に結合したコンピューティングシステム１４２も含んでおり、コンピューティングシステム１００でそれらの動作を電子的又は自動的に制御することができる。一般に、コンピューティングシステム１４２は、１以上のプロセッサ装置（所定のコントローラ又はコンピューティングデバイス、或いは複数のコントローラ又はコンピューティングデバイスの適切な組合せなど）を含んでいてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、コンピューティングシステム１４２は、様々なコンピュータ実装機能を実行するように構成された１以上のプロセッサ１４４及び付随する１以上のメモリデバイス１４６を含んでいてもよい。

【0025】

本明細書において「プロセッサ」という用語は、当技術分野でコンピュータに含まれるものとして言及される集積回路だけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路その他のプログラマブル回路もいう。さらに、コンピューティングシステム１４２の１以上のメモリデバイス１４６は、概して１以上のメモリ素子、例えば限定されるものではないが、コンピュータ可読媒体（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えばフラッシュメモリ）、フロッピーディスク、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）及び／又は他の適切なメモリ素子などを含むことができる。かかる１以上のメモリデバイス１４６は、一般に、１以上のプロセッサ１４４によって実行されたときに、コンピューティングシステム１４２が、本願に記載の方法及びアルゴリズムの１以上の態様などの、様々なコンピュータ実装機能を実行するように構成された適切なコンピュータ可読命令を記憶するように構成してもよい。さらに、コンピューティングシステム１４２は、ユーザインターフェース、通信回路又はモジュール、１以上の入力／出力チャネル、データ／制御バスなどの、他の適切な各種部品を含んでいてもよい。

【0026】

コンピューティングシステム１４２の様々な機能は、単一のプロセッサデバイスで実行してもよいし、或いは任意の数のプロセッサデバイスに分散させてもよい。後者の場合、かかる複数のプロセッサデバイスは協調して目標部品を形成し得る。例えば、コンピューティングシステム１４２の機能は、複数のアプリケーション特有のコントローラ、例えば積層造形デバイスコントローラ、１以上のリモートデバイス（例えばラップトップ、デスクトップ、サーバなど）の１以上のコントローラ／１以上のコンピューティングデバイスなどに分散し得る。

【0027】

例示的な実施形態では、コンピューティングシステム１４２は、通信リンク１４３を介して、粉末ピストン１１０、リコータ１２０及びプラットフォームアクチュエータ１３０の各々に結合される。システム１４２は、グリーン体目標部品１５０の印刷の際の積層造形システム１００の部品の動作を制御する。例えば、コンピューティングシステム１４２は、造形面１２６を横断して敷設される粉末１０８を粉末供給チャンバ１１２から供給する際に、粉末ピストン１１０とリコータ１２０とが協働するようにしてもよい。同様に、システム１４２は、造形面１２６全体に敷設された粉末１０８の層にプリントヘッド１０４でバインダー溶液１４０を選択的に堆積させるとともに、ビルドプラットフォーム１２４を選択的に昇降させるようにプラットフォームアクチュエータ１３０を制御してもよい。

【0028】

コンピューティングシステム１４２は、例えば、グリーン体目標部品１５０のＣＡＤモデルを１以上のメモリデバイス１４６に格納し、ＣＡＤモデルに基づいてグリーン体目標部品１５０を印刷するようにプリントヘッドを制御してもよい。加えて／或いは、コンピューティングシステム１４２は、グリーン体目標部品１５０の所望の幾何学的形状の１以上の入力を（例えばユーザインターフェースから）受信してもよい

【0029】

積層造形システム１００を用いて、グリーン体目標部品１５０の所期の構造全体が形成された後、粉末１０８の複数の層の上及び内部にバインダー溶液１４０が堆積されたものを、硬化温度（例えば約２５℃以上及び約１００℃以下）に加熱して、バインダー溶液１４０中の溶媒の少なくとも一部を蒸発させてもよい。印刷したグリーン体目標部品１５０の加熱は、ＩＲランプ及び／又は加熱プレート（例えば装置内で）を用いて行ってもよいし、或いは印刷したグリーン体目標部品１５０をオーブン内に置くことによって（例えば装置外で）行ってもよい。硬化後、バインダーは粉末１０８の複数の層を互いに結合する。好適なバインダーとしては、限定されるものではないが、熱可塑性バインダー、熱硬化性バインダー、並びにワックス及び糖（例えばグルコース、フルクトース、それらの誘導体又はそれらの組合せ）のような非ポリマー系バインダーが挙げられる。

【0030】

成形及び硬化後、グリーン体目標部品１５０（この段階では、ブラウン体目標部品１５０と呼ぶことができる）を、ブラウン体目標部品１５０の圧密化のために焼結炉（図示せず）に挿入してもよい。ブラウン体目標部品１５０を焼結するために、ブラウン体目標部品１５０は、焼結炉（図示せず）内で、適当な時間、適当な高温に加熱される。様々な実施形態では、本体目標部品１５０の焼結は、複数の段階で実施し得る。例えば、幾つかの実施形態では、焼結は、目標部品１５０を印刷に使用したバインダーの少なくとも一部の熱分解を惹起する（例えばブラウン体目標部品１５０を「脱脂」する）ための適切な第１の高温にブラウン体目標部品１５０を（適切な第１の期間）加熱することを含んでいてもよい。ブラウン体目標部品１５０は、次いで、粉末粒子を固結して焼結後の固結目標部品を形成ための、第１の高温よりも高い第２の高温を超える温度に加熱してもよい。

【0031】

焼結及び脱脂に先立って、目標部品１５０は、目標部品１５０の１以上の内部チャネル１５２から未結合粉末１０８を除去するために脱粉（デパウダリング）される。幾つかの実施形態では、圧力勾配（例えば陽圧又は真空）を、内部チャネル１５２の両端の２つの開口１５４の少なくとも一方に印加して、内部チャネル１５２を通して気体（例えば空気）を急速に移動させる。内部チャネル１５２を通るガスの急速な流れは、内部チャネル１５２からの未結合粉末１０８の除去を促進する。或いは、１以上の内部チャネル１５２から未結合粉末１０８を放逐するため、超音波ワンド又は研磨ワイヤブラシを２以上の開口１５４の少なくとも一方に挿入してもよい。

【0032】

図２は、焼結及び脱脂前の目標部品１５０の概略図であり、図３は、細部Ａ（図２に示す）の詳細図である。例示的な実施形態に示すように、ポート１６０は、内部チャネル１５２の脱粉を促進するために、目標部品１５０の内部チャネル１５２及び／又は外面１５１に対して実質的に垂直に延在している。ポート１６０は、ＣＡＤモデルに組み込まれ、積層及び印刷プロセスの際に目標部品１５０と共に製造される。ポート１６０は、各々、目標部品１５０の外面１５１に画成される第１の開口１６２と、１以上の内部チャネル１５２と流体連通する第２の開口１６４とを有する。図に示す実施形態では、ポート１６０の第１の開口１６２は、各々、目標部品１５０の上面１５３から延在している。

【0033】

幾つかの実施形態では、ポート１６０の第１の開口１６２は、各々、目標部品１５０の下面１５５又は側面１５７から延在する。幾つかの実施形態では、ポート開口１６２は、目標部品１５０の幾何学的形状及び複雑さに応じて、また内部チャネル１５２の幾何学的形状及び複雑さに応じて、複数の表面から延在する。なお、図は２次元図を示すが、目標部品１５０は３次元の固体物体であり、ポート１６０の第１の開口１６２は、第２の開口１６４と第１の開口１６２の間に内部チャネル１５２が延在するとともに、内部チャネル１５２の脱粉に使用するために各チャネル１５２の１以上の開口１６２又は１６４がオペレータ又はユーザによってアクセスできるように、どの表面から延在していてもよい。図３に最も明瞭に示されているように、例示的な実施形態では、ポート１６０の各々は、直径Ｄを有し、隣接ポート１６０から離間距離Ｌだけ離間している。離間距離Ｌは、各ポート１６０の中心軸から測定される。

【0034】

以下でさらに詳しく説明する通り、ポート１６０は、目標部品１５０の焼結後に、塞がれ、ろう付けされる。しかし、ポート１６０が塞がれると、閉塞ポート１６０は、目標部品１５０にストレス点を生じさせる。そのため、ポート１６０の数、ポート１６０の直径Ｄ及びポート１６０間の距離Ｌは、１以上の部品１５０の構造的健全性に悪影響を与えずに、脱粉のための内部チャネル１５２への適切なアクセスを与えるように各々最適化される。ポート１６０は、幾何学的形状が複雑で、直径が狭く、かつ屈曲部１５８が急な内部チャネル１５２であっても確実に脱粉できるようにする。

【0035】

幾つかの実施形態では、ポート１６０は、各々同一の直径Ｄをもつ。幾つかの実施形態では、ポートの直径Ｄは、目標部品１５０の複雑さに応じて、及び第１の開口１６２が画成される表面１５１に応じて、互いに相対的に変更し得る。例として、目標部品１５０の幅狭領域１６９は、目標部品１５０の幅広領域１６７に形成されるポートの直径Ｄよりも小さい直径Ｄで形成されたポート１６０を有していてもよい。幾つかの実施形態では、ポート１６０の直径Ｄは、約０．０３インチ（約０．７ｍｍ）～約０．８インチ（約２０ｍｍ）の範囲内にある。なお、自明であろうが、正常運転条件下での応力の少ない目標部品１５０の領域は、大きな直径Ｄで形成されたポート１６０を有していてもよい。また、大型の目標部品１５０は相対的に大きなポート１６０を有し得ることも自明であろう。

【0036】

同様に、幾つかの実施形態では、隣接ポート１６０間の離間距離Ｌ（ピッチ距離ともいう）は、目標部品１５０全体又は目標部品１５０の一部で実質的に同一（すなわち、実質的に等間隔）である。他の実施形態では、離間距離Ｌは、目標部品１５０の複雑さに応じて及び部品１５０内の内部チャネル１５２の各々の複雑さに応じて変化させてもよい。例として、目標部品１５０内で屈曲部１５８の少ない内部チャネル１５２の部分と比べると、迂回経路１５６を有するチャネル１５２は、脱粉のための適切なアクセスをもたらすために、経路１５６の迂回部分に多くのポート１６０が必要とされることがあり、隣接ポート１６０間の離間距離Ｌを小さくしてもよい。幾つかの実施形態では、隣接ポート１６０間の離間距離Ｌは、約０．５インチ（約１２ｍｍ）～約４インチ（約１００ｍｍ）の範囲とすることができる。幾つかの実施形態では、隣接ポート１６０間の離間距離Ｌは、好ましくは約１．２インチ（約３０ｍｍ）である。自明であろうが、正常運転条件下で受ける応力が小さい目標部品１５０の領域は、離間距離Ｌの大きいポート１６０を有していてもよい。

【0037】

図４に示すように、ポート１６０は、ポート１６０の閉塞性及びろう付けを改善すべく、好ましくはテーパ状である。具体的には、例示的な実施形態では、ポート１６０は円錐台形に形成され、第１の開口１６２の直径Ｄ１は第２の開口１６４の直径Ｄ２よりも広い。直径Ｄ２は、脱粉のための１以上の内部チャネル１５２への適切なアクセスをもたらすサイズ及び配向にされる。図５に示すように、幾つかの実施形態では、ポート１６０の少なくとも１つは、脱粉を促進するために、内部チャネル１５２に対して角度θで斜めに形成される。斜めに配向したポート１６０は、脱粉のための内部チャネル１５２への向上したアクセスを促進するのに利用し得る。幾つかの実施形態では、ポート１６０は、傾斜していると共にテーパ状である。図６に示すように、脱粉後、ポート１６０は予備成形プラグ１６１で塞がれ、ろう付けによってポート内に固定される。その結果、迂回経路１５６は、両側に配置されたアクセス開口１５４だけで開口する。

【0038】

目標部品１５０を製造する例示的な方法３００について、図７、さらには図１～図６を参照して説明する。例示的な実施形態では、方法３００は、部品１５０のような所望の目標部品を製造するための指示をバインダージェッティングシステムに入力するステップ３０２を含んでおり、所望の目標部品１５０は、その内部に画成された１以上の内部チャネル１５２を含む。１以上の内部チャネル１５２は、上述の通り、２以上のアクセス開口１５４と、例示的な実施形態では、２つの開口１５４の間に少なくとも部分的に延在する迂回経路１５６とを含む。方法３００はさらに、内部チャネル１５２の脱粉を促進するために、各々目標部品１５０の外面から延在し、１以上の内部チャネル１５２と流体連通している複数のアクセスポート（ポート１６０など）を設けるステップ３０４を含む。

【0039】

方法３００は、バインダージェット積層造形プロセスによってグリーン体目標部品１５０を印刷するステップ３０６をさらに含む。グリーン体目標部品１５０を印刷するためのバインダージェット積層造形は、積層造形システム１００その他の適切な積層造形システムを使用して行うことができる。上述の通り、グリーン体目標部品１５０は、表面１２６のような造形面に印刷される。リコータ１２０のようなリコータで、造形面１２６を横断して粉末１０８の層を広げ、ヘッド１０４のようなプリントヘッドで、粉末１０８の層を横断してバインダー溶液１４０を選択的に堆積させる。このプロセスを繰り返して、粉末１０８の層を順次造形面１２６を横断して敷設し、バインダー溶液１４０を粉末１０８の各層に選択的に堆積させる。

【0040】

グリーン体目標部品１５０の印刷３０６後、方法３００は、グリーン体目標部品１５０を脱粉するステップ３０８を含む。脱粉３０８は、内部チャネル１５２内の残留粉末を放逐するために１以上の内部チャネル１５２のポート１６０を通して加圧空気を誘導又は真空に引くこと３１０、１以上の内部チャネル１５２内の残留粉末を放逐するために内部チャネル１５２のポート１６０に超音波ワンドを挿入すること、及び１以上の内部チャネル１５２内の残留粉末を放逐するために１以上の内部チャネル１５２のポート１６０にワイヤブラシを挿入することの少なくともいずれかによって実行される。

【0041】

１以上の内部チャネル１５２の脱粉３０８後、方法３００は、グリーン体目標部品１５０を焼結するステップ３１６、及びろう付け材料を用いてポート１６０内の予備成形プラグ１６１を封止するためにポート１６０をろう付けするステップ３１８をさらに含む。

【0042】

本願に記載の実施形態は、内部回路チャネルを含む部品を製造する際のバインダージェット積層造形の少なくとも幾つかの短所にうまく対処することができる。目標部品は、回路チャネルと流体連通して形成されたポートと共に印刷される。幾つかの実施形態では、印刷後に脱粉すべき迂回経路チャネルに容易にアクセスできるように、ポートは、テーパ付き及び／又は傾斜していてもよい。かかる迂回経路チャネルの脱粉のためのアクセスポートを含めることによって、幾何学的形状が複雑で、直径が狭く、かつ屈曲が急な入り組んだ内部チャネルであっても、印刷後にチャネル内に残存する粉末の残渣が不用意に焼結されてチャネル内に固着してしまうリスクを伴わずに、製造しかつ確実に脱粉することができるようになる。本明細書に記載の信頼性の高い脱粉技術によって、複雑な内部チャネルと共に製造される部品の全体的な構造的健全性が効果的に維持される。

【0043】

以上の説明は例示のためのものであり、限定的なものではない。例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）を互いに組合せて用いてもよい。さらに、特定の状況又は材料に適応させるために、本明細書に記載された技術の教示内容について、それらの範囲から逸脱せずに、数多くの修正を行うことができる。本明細書に記載した材料の寸法及び種類は本願で開示した技術のパラメーターを規定するものであるが、それらは例示にすぎず、限定的なものではない。本明細書の記載に接した当業者には、その他数多くの実施形態が自明であろう。本願で開示した技術の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載並びにそれらの均などの範囲に基づいて決定されるべきである。特許請求の範囲において、「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、単なる付票にすぎず、それらが付されたものに数的要件を課すものではない。さらに、構造の特定なしで機能の「ための手段」という文言が請求項の限定として明示的に用いられていない限り、特許請求の範囲にミーンズプラスファンクション（means-plus-function）形式で記載された限定はなく、米国特許法１１２（ｆ）条に拠って解釈されない。

【0044】

本明細書では、本開示技術の幾つかの実施形態を、最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本開示技術の実施形態を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本開示技術の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲と文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と非本質的な差しかない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

【0045】

本願で開示した方法、システム及び組成物は、本願に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、方法のステップ、システムの構成要素及び／又は組成物の構成要素は、本願に記載の他のステップ及び／又は構成要素とは独立かつ別個に利用し得る。例えば、方法、システム及び組成物は、本願に記載の回転機械での実施だけに限定されるものではない。方法、システム及び組成物は、他の多くの用途に関して実施及び利用し得る。

【0046】

様々な実施形態の特定の特徴が、ある図面には記載され、他の図面には記載されていないこともあるが、これは便宜上のものにすぎない。さらに、以上の説明で「一実施形態」という場合、記載された特徴を備える追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈すべきではない。本開示技術の原理に則して、ある図面に記載された特徴を、他の図面に記載された特徴との組合せとして参照及び／又は特許請求の範囲に記載することができる。

【0047】

本システム及び方法を、様々な具体的実施形態で説明してきたが、特許請求の範囲に記載された技術的思想及び技術的範囲内で本技術を修正して実施し得ることは当業者には自明であろう。

【0048】

本システム及び方法は、以下の例示的な実施態様項で定義し得る。

【0049】

第１の実施態様では、目標部品の製造方法は、所望の目標部品を製造するための指示をバインダージェッティング積層造形システムに入力するステップであって、目標部品は、１以上の屈曲部を含む迂回経路によって少なくとも画成される１以上の内部チャネルを含む、ステップと、グリーン体目標部品を形成するため、バインダージェット積層造形プロセスによって目標部品を印刷するステップであって、印刷中に、目標部品の外面から１以上の内部チャネルまで延在する１以上のポートが形成される、ステップと、グリーン体目標部品上に形成された１以上のポートにアクセスすることによって１以上の内部チャネルを脱粉するステップとを含む。

【0050】

上記態様では、方法は、１以上の内部チャネル内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポートを通して加圧空気を導くこと、１以上の内部チャネル内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポートに超音波ワンドを挿入すること、及び１以上の内部チャネル内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポートにワイヤブラシを挿入することの少なくともいずれかを含む。

【0051】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルから残留粉末を除去した後に、グリーン体目標部品を焼結することをさらに含む。

【0052】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルから残留粉末を除去した後及びグリーン体目標部品を焼結した後に、１以上のポートをろう付け材料で封止するために１以上のポートをろう付けすることをさらに含む。

【0053】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルの脱粉を促進するために、目標部品の外面に対して実質的に垂直に配向した１以上のポートを形成することをさらに含む。

【0054】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルの脱粉を促進するために、目標部品の外面に対して斜めに配向した１以上のポートを形成することをさらに含む。

【0055】

上記いずれかの態様では、方法は、各ポートの第１の端部が、各ポートの第２の端部の直径よりも大きい直径を有するようなテーパ形状を有するポートを形成することをさらに含んでおり、第２の端部は、１以上の内部チャネルと流体連通する。

【0056】

上記いずれかの態様では、目標部品を印刷するステップは、目標部品の外面から目標部品内に形成された内部チャネルまで各々延在する複数のポートを形成するステップであって、複数のポートが実質的に等間隔に配置される、ステップをさらに含む。

【0057】

上記いずれかの態様では、目標部品を印刷するステップは、目標部品の外面から目標部品内に形成された内部チャネルまで各々延在する複数のポートを形成するステップであって、複数のポートが目標部品を横断して可変距離だけ離間している、ステップをさらに含む。

【0058】

上記いずれかの態様では、目標部品を印刷するステップは、約０．５インチ（約１２ｍｍ）～約４インチ（１００ｍｍ）の範囲内の間隔で離間した複数のポートを形成すること、及び約０．０３インチ（約０．７ｍｍ）～約０．８インチ（約２０ｍｍ）の範囲内の直径を有する複数のポートを形成することをさらに含む。

【0059】

第２の実施態様では、目標部品の製造方法は、所望の目標部品を積層造形するための指示を積層造形システムに入力するステップであって、目標部品が、１以上の内部チャネルを含む、ステップと、形成すべき１以上のポートであって目標部品の外面から１以上の内部チャネルまで延在する１以上のポートの位置を入力するステップと、グリーン体目標部品を形成するために目標部品を印刷するステップと、１以上の内部チャネルからの残留粉末の除去を促進するために、グリーン体目標部品の１以上のポートにアクセスすることによって、１以上の内部チャネルを脱粉するステップとを含む。

【0060】

上記態様では、方法は、１以上の内部チャネル内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポートを通して加圧空気を導くこと、１以上の内部チャネル内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポートに超音波ワンドを挿入すること、及び１以上の内部チャネル内に残存する残留粉末の放逐を促進するために１以上のポートにワイヤブラシを挿入することの少なくともいずれかを含む、

【0061】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルから残留粉末を除去した後に、グリーン体目標部品を焼結することをさらに含む。

【0062】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルから残留粉末を除去した後及びグリーン体目標部品を焼結した後に、１以上のポートをろう付け材料で封止するために１以上のポートをろう付けすることをさらに含む。

【0063】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルの脱粉を促進するために、目標部品の外面に対して実質的に垂直に配向した１以上のポートを形成することをさらに含む。

【0064】

上記いずれかの態様では、方法は、１以上の内部チャネルの脱粉を促進するために、目標部品の外面に対して斜めに配向した１以上のポートを形成することをさらに含む。

【0065】

上記いずれかの態様では、方法は、各ポートの第１の端部が、各ポートの第２の端部の直径よりも大きい直径を有するようなテーパ形状を有するポートを形成することをさらに含んでおり、第２の端部は、１以上の内部チャネルと流体連通する。

【0066】

上記いずれかの態様では、目標部品を印刷するステップは、１以上の屈曲部を含む迂回経路を有する１以上のチャネルを形成するステップと、目標部品の外面から目標部品内に形成された１以上の内部チャネルまで各々延在する複数のポートを形成するステップであって、複数のポートが実質的に等間隔に配置される、ステップとをさらに含む。

【0067】

上記いずれかの態様では、目標部品を印刷するステップは、１以上の屈曲部を含む迂回経路を有する１以上のチャネルを形成するステップと、目標部品の外面から目標部品内に形成された１以上の内部チャネルまで各々が延在する複数のポートを形成するステップであって、複数のポートが目標部品を横断して可変距離だけ離間している、ステップとをさらに含む。

【0068】

上記いずれかの態様では、目標部品を印刷するステップは、約０．５インチ（約１２ｍｍ）～約２０インチ（５０８ｍｍ）の範囲内の離間距離だけ離間した複数のポートを形成することと、及び約０．０３インチ（約０．７ｍｍ）～約０．８インチ（約２０ｍｍ）の範囲内の直径を有する複数のポートを形成することをさらに含む。

【符号の説明】

【0069】

１００ 積層造形システム
１０４ プリントヘッド
１２８ 粉末床
１４０ バインダ溶液
１５０ 目標部品
１５１ 目標部品の外面
１５２ 内部チャネル
１５６ 迂回経路
１５８ 屈曲部
１６０ ポート
１６２ 第１の開口
１６４ 第２の開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】