特開 2024-97300 付加製造中の部品の温度及び応力を管理する装置及び方法

(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】P2024097300

(43)【公開日】2024-07-18

(54)【発明の名称】付加製造中の部品の温度及び応力を管理する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/64 20210101AFI20240710BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240710BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240710BHJP

   B29C 64/188 20170101ALI20240710BHJP

   B22F 10/68 20210101ALI20240710BHJP

   B22F 10/66 20210101ALI20240710BHJP

   B22F 12/82 20210101ALI20240710BHJP

   B33Y 40/20 20200101ALI20240710BHJP

【ＦＩ】

B22F10/64

B33Y10/00

B29C64/153

B29C64/188

B22F10/68

B22F10/66

B22F12/82

B33Y40/20

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023218117

(22)【出願日】2023-12-25

(31)【優先権主張番号】18/093,673

(32)【優先日】2023-01-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドナルド エム． コルスマイアー

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213AC04

4F213WA25

4F213WB01

4F213WK01

4F213WK03

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL52

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】      （修正有）

【課題】付加製造プロセスに関与する加熱及び冷却サイクル中に発生する内部残留応力及び歪みによる三次元物体の亀裂を低減する、ワークピースを付加製造する方法を提供する。
【解決手段】ワークピースを付加製造する方法は、付加製造装置の堆積ヘッドを造形プレート上で並進移動させることにより、造形プレート上に材料を堆積させ、溶融させて、堆積材料の層を形成することと、層が造形プレート上に堆積された後で、堆積材料をオーブンで加熱することであって、オーブンが、加熱炉本体と、堆積ヘッドと共に移動可能であり、加熱炉本体上に配置可能なオーブン蓋を備え、オーブンの加熱造形チャンバを取り囲む、堆積材料をオーブンで加熱することと、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークピース（１０２）を付加製造する方法（３００）であって、
付加製造装置（１００）の堆積ヘッド（１１２）を、造形プレート（１０４）の造形表面上を並進移動させて材料の層を形成することであって、前記堆積ヘッド（１１２）が、材料ノズルを通して前記材料が堆積材料として堆積される材料ノズル（１１４）と、前記堆積材料にエネルギービーム（１２２）を印加して、前記堆積材料を前記造形表面で溶融させるように構成されたエネルギー源とを備える、材料の層を形成することと、
前記層が前記造形表面上に堆積された後に、オーブン（１３０）を用いて堆積材料を加熱することであって、前記オーブン（１３０）が、前記造形プレート（１０４）が配置されるキャビティ（１３４）を画定する加熱炉本体（１３２）と、前記堆積ヘッド（１１２）と共に移動可能であり、前記加熱炉本体（１３２）上に配置可能なオーブン蓋（１３６）とを備え、前記オーブン蓋（１３６）が前記加熱炉本体（１３２）上に配置されると、前記オーブン蓋（１３６）及び前記加熱炉本体（１３２）は、前記加熱の適用時に加熱造形チャンバ（１２８）を提供する前記キャビティ（１３４）を取り囲む、堆積材料を加熱することと、
を含む方法。

【請求項2】

加熱後に前記キャビティ（１３４）内の前記堆積材料を加圧することをさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。

【請求項3】

前記キャビティ（１３４）内の前記堆積材料を加圧することが、
前記堆積ヘッド（１１２）を前記造形プレート（１０４）から離間するように移動させて、前記加熱炉本体（１３２）から前記オーブン蓋（１３６）を取り外すことと、
前記加熱炉本体（１３２）にオートクレーブ（４０２）蓋を配置して前記キャビティ（１３４）をシールすることと、
前記キャビティ（１３４）を加圧することと、を含む、
請求項２に記載の方法（３００）。

【請求項4】

前記加圧は、加熱後の前記キャビティ（１３４）内の前記堆積材料の熱間等方加圧であり、
前記キャビティ（１３４）内の前記堆積材料の前記熱間等方加圧は、
前記堆積ヘッド（１１２）を前記造形プレート（１０４）から離間するように移動させて、前記加熱炉本体（１３２）から前記オーブン蓋（１３６）を取り外すことと、
前記加熱炉本体（１３２）にオートクレーブ（４０２）蓋を配置して前記キャビティ（１３４）をシールすることと、
前記キャビティ（１３４）を加熱し、前記キャビティ（１３４）を等方性ガス圧で加圧することと、を含む、
請求項２に記載の方法（３００）。

【請求項5】

前記堆積ヘッド（１１２）が、前記堆積ヘッド（１１２）の可動範囲（１５２）に対応する量で少なくとも第１の方向に移動可能であるように、前記堆積ヘッド（１１２）が支持構造体に移動可能に取り付けられている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法（３００）。

【請求項6】

前記堆積ヘッド（１１２）を前記造形プレート（１０４）上で並進移動させることは、前記堆積ヘッド（１１２）を、前記支持構造体に対して前記造形プレート（１０４）上で前記第１の方向に第１の距離だけ移動させることを含み、 前記第１の距離は前記可動範囲（１５２）以下である、請求項５に記載の方法（３００）。

【請求項7】

前記加熱炉本体（１３２）は上端部を有する側壁（１３８）を備え、前記オーブン蓋（１３６）の下面（１５１）は、前記堆積ヘッド（１１２）の前記可動範囲（１５２）の少なくとも一部において、前記加熱炉本体（１３２）の前記側壁（１３８）の前記上端部に物理的に接触する、請求項６に記載の方法（３００）。

【請求項8】

前記オーブン蓋（１３６）の前記下面（１５１）は、前記堆積ヘッド（１１２）の前記可動範囲（１５２）の全体にわたって、前記加熱炉本体（１３２）の前記側壁（１３８）の前記上端部に物理的に接触する、請求項７に記載の方法（３００）。

【請求項9】

前記堆積材料を加熱した後、前記加熱造形チャンバ（１２８）から、前記加熱炉本体（１３２）を貫通して延在する材料導管（１６４）を通して、前記堆積材料の余分な部分を排出することをさらに含み、前記材料は、金属粉末又は合金粉末を含む、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法（３００）。

【請求項10】

前記材料導管（１６４）は、前記造形プレート（１０４）の一部を貫通すると共に、前記加熱炉本体（１３２）の床（１４０）を貫通して延在する、請求項９に記載の方法（３００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は一般に、付加製造に関し、より詳細には、造形プロセス中の付加製造された物体の温度及び応力の管理に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造は、典型的には材料を層毎に堆積させ、連続する層を適所に接合することによって、付加的プロセスを通してデジタルモデルから直接三次元物体を製造する、一連の新興技術である。いくつかの付加製造手法では、造形材料が最終的に三次元物体の層として所望の構成で固化するように、熱源が造形材料の層に適用されて、造形材料の層を選択的に溶融させるのが一般的である。

【0003】

図面に示される実施形態は、本質的に説明的かつ例示的なものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図するものではない。例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むと理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】図１は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、付加製造装置を概略的に示す図である。

【図2】図２は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、付加製造装置の堆積ヘッド及びオーブン蓋が異なる位置にある、図１に示す付加製造装置を概略的に示す図である。

【図3】図３は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、ワークピース内の残留応力を管理しながらワークピースを付加製造する方法を示すフローチャート図である。

【図4】図４は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、オートクレーブを組み込んだ付加製造装置を概略的に示す図である。

【図5】図５は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、複数のオートクレーブを組み込んだ付加製造装置を概略的に示す図である。

【図6】図６は、本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、オートクレーブのアレイを有する別の付加製造装置の上面図を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

付加製造プロセスに関与する加熱及び冷却サイクル中に、造形される三次元物体に応力が蓄積することがある。例えば、造形材料が金属である場合、造形材料が溶融した後に凝固する際に、造形材料が収縮することがある。この収縮により、内部残留応力及び歪みが発生する場合がある。このような内部残留応力及び歪みは、三次元物体に亀裂を誘発する可能性がある。これは、造形される三次元物体が比較的大きい場合や、延性の低い材料（例えば、合金）から造形される場合に特に発生し易い。したがって、付加製造プロセス中のこのような内部残留応力及び歪みを管理する方法が必要とされている。

【0006】

ここで、ワークピースを造形するプロセス中に、付加製造装置によって形成されるワークピースを加熱する方法の実施形態について詳細に説明する。実施形態では、付加製造装置は、ワークピースが造形される造形プレートと、造形プレートに対して並進移動可能な堆積ヘッドとを備える。実施形態では、堆積ヘッドは、エネルギービーム源からのエネルギービームと堆積材料の両方を共通の位置に向けるように構成され、これにより、堆積ヘッドが造形プレート上で並進移動されて、造形プレート上に堆積材料の層を堆積させてワークピースの一部分を形成する際に、堆積材料がエネルギービーム源からのエネルギービームで溶融され、融合される。付加製造装置は、オーブン蓋と加熱炉本体とを備えるオーブンを備えている。加熱炉本体は、造形プレートが配置される加熱造形チャンバ（heated build chamber）を画定し、オーブン蓋は、堆積ヘッドが造形プレート及び加熱炉本体に対して並進移動されるときに、堆積ヘッドと連動して移動する。また、オーブン蓋は、堆積材料及びエネルギービームが堆積ヘッドから加熱造形チャンバに提供される開口部を含む。オーブン蓋は、加熱造形チャンバが堆積ヘッドの位置にかかわらず実質的にシールされるように、加熱炉本体と物理的に接触している（例えば、摺動可能に接続されている）か、又は加熱炉本体に近接して配置されている。このようなオーブン構造は、造形プロセス中の任意の時点でワークピースに熱処理を施すことを容易にし、これによりワークピースにおける残留応力の除去を可能にし、したがって、従来の付加製造装置を使用する場合に可能であったよりも、より大きなワークピース又はより延性の低い材料で構成されたワークピースの製造を可能にする。実施形態では、加熱炉本体は、オートクレーブとして構成され、オートクレーブ蓋を加熱炉本体上に設けて、その中にキャビティを密封すると、キャビティが加圧される。

【0007】

本明細書で使用される「約（およそ）」という用語は、量、サイズ、処方、パラメータ、及び他の量、並びに特性が、正確ではなく、正確である必要もないが、公差、変換率、四捨五入、測定誤差など、及び当業者に知られている他の要因を反映して、必要に応じて近似値、及び／又はより大きい値若しくはより小さい値でもよいことを意味する。「約」という用語が、数値又は範囲の端点の説明に使用される場合、参照される特定の値又は端点が含まれる。本明細書中の数値又は範囲の端点が「約」を記載するか否かにかかわらず、１つは「約」によって修正された実施形態と、１つは「約」によって修正されない実施形態の、２つの実施形態が記載されている。さらに、範囲の各々の端点は、他の端点との関係においても、他の端点から独立しても有意であることが理解されよう。

【0008】

本明細書で使用される方向用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上、下）は、描かれた図を基準としてのみ使用されるものであり、絶対的な方向を意味することを意図するものではない。

【0009】

特に明示しない限り、本明細書に記載されるいかなる方法も、そのステップが特定の順序で実行されることを要件とすると解釈されることは決して意図されておらず、また、いかなる装置についても特定の向きを要件とすることは決して意図されていない。したがって、方法クレームがそのステップに従うべき順序を実際には記載していない場合、又は任意の装置クレームが個々のコンポーネントに対する順序又は向きを実際には記載していない場合、又はステップを特定の順序に限定すべきことが特許請求の範囲又は明細書に具体的に記載されていない場合、又は装置のコンポーネントに対する特定の順序又は向きが記載されていない場合、いかなる点においても順序又は向きが推測されることは決して意図されていない。これは、ステップの配置、動作フロー、コンポーネントの順序、又はコンポーネントの向きに関する論理的事項や、文法的構成又は句読点から導かれる平易な意味や、本明細書に記載される実施形態の数又は種類を含む、解釈の根拠となり得る任意の非明示的な事項についても同様である。

【0010】

本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上そうでないことが明確に示されない限り、複数の指示対象（referents）を含む。したがって、例えば、「ａ」を付したコンポーネントへの言及は、文脈上そうでないことが明確に示されない限り、そのようなコンポーネントを２つ以上有する態様を含む。

【0011】

本明細書中で使用される用語「付加製造（Additive Manufacturing：ＡＭ）」は、フリーフォーム製造、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング／ツーリングなどを含む、様々な名称で知られている種々の製造技術及びプロトタイピング技術を包含する。ＡＭ技術は、種々の材料から複雑な部品を製造することができる。一般に、自立物体は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから製造することができる。本開示で説明される特定の実施形態は、レーザフリーフォーム製造技術（Laser Freeform Manufacturing Technology：ＬＦＭＴ）、選択的レーザ溶融（Selective Laser Melting：ＳＬＭ）、粉末床電子ビーム溶融（Powder-Bed Electron Beam Melting：ＥＢＭ）、電子ビームフリーフォーム製造（Electron Beam Free Form Fabrication：ＥＢＦ３）、レーザ加工ネットシェイピング（Laser Engineered Net Shape：ＬＥＮＳ）などの、指向性エネルギー堆積法によるＡＭ技術に関係し得る。本開示の特定の実装形態は、特定のＡＭ技術に関して説明されるが、そのような例は、限定的であると見なされるべきではない。

【0012】

「実質的に」という用語は、本明細書では任意の定量的な比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る固有の不確実性の程度を表すために利用され得る。また、この用語は、本明細書では、定量的な表現が、問題となる主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、言及された基準から変化し得る程度を表すために使用される。

【0013】

ここで、図１及び図２を参照すると、付加製造装置１００が概略的に示されている。付加製造装置１００は、造形プレート１０４上にワークピース１０２を造形するように構成されている。堆積ヘッド１１２は、支持アーム１０８及び１１０として示される支持構造に取り付けられている。堆積ヘッド１１２及び造形プレート１０４は、一般に、互いに対して移動可能である。例えば、支持アーム１１０は、堆積ヘッド１１２が造形プレート１０４に平行な平面（例えば、ｘ－ｙ平面）内で移動可能であるように、堆積ヘッド１１２に結合された可動構造（例えば、並進ステージ）とモータや他の作動デバイス（図示せず）とを含むことができる。堆積ヘッド１１２は、ｘ方向の第１の可動範囲１５２と、ｙ方向の第２の可動範囲（図示せず）とを有していてもよい（例えば、堆積ヘッド１１２の中心は、第１の可動範囲１５２の両端の間で移動可能であり得る）。実施形態では、造形プレート１０４は、ｚ方向に延びる軸を中心に回転可能である。例えば、造形プレート１０４は、ベースプレート１０５上に設けられ、ベースプレート１０５に対して回転することができる。例えば、ベースプレート１０５は、造形プレート１０４を回転させるモータを含んでいてもよいし、造形プレート１０４は、ベースプレート１０５上で造形プレート１０４を回転させるモータを含んでいてもよいし、ベースプレート１０５を回転させることにより、その上に設けられた造形プレート１０４を回転させてもよい。代替的に又は追加的に、実施形態は、造形プレート１０４をｚ方向に垂直に並進移動させる、及び／又は造形プレート１０４を回転させる作動装置１６３を含むことができる。利用される場合、作動装置１６３はまた、ベースプレート１０５及びその上の造形プレート１０４を回転させてもよい。しかしながら、ベースプレート１０５及び／又は作動装置１６３は任意である。

【0014】

堆積ヘッド１１２は、エネルギービーム１２２を放出するように構成されたエネルギービーム源１２０と、材料供給源１１６及び１１８とを含む。エネルギービーム源１２０及び材料供給源１１６及び１１８は、堆積ヘッド１１２の内部に配置されるように示されているが、エネルギービーム源１２０と材料供給源１１６及び１１８の全部又は一部は、堆積ヘッド１１２の外部に配置されてもよいことを理解されたい。例えば、実施形態では、材料供給源１１６及び１１８は、堆積ヘッド１１２の外部に配置された粉末送達システムを含み、これは粉末（例えば、金属粉末又は合金粉末）を堆積ヘッド１１２に搬送するように構成された加圧ガス源を含むことができる。そのような実装形態では、図示された材料供給源１１６及び１１８は、堆積ヘッド１１２に取り付けられた材料ノズル１１４を通って延在する粉末ノズルを含むことができる。材料ノズルは、材料フィード１２４及び１２６（例えば、粉末ジェットの形態で）を造形プレート１０４に提供するように構成されてもよい。他の実施形態では、材料供給源１１６及び１１８は、ワークピース１０２に組み込むために、材料フィード１２４及び１２６（例えば、金属ワイヤとして）を造形プレート１０４に提供するように構成された材料スプール及び材料フィーダ（図示せず）を含むことができる。そのような材料スプール及び材料フィーダは、堆積ヘッド１１２の外面１６８に取り付けられてもよい。２つの材料供給源１１６及び１１８が示されているが、本開示と一致する任意の数の材料供給源が含まれてもよいことを理解されたい。材料供給源１１６、１１８は、チタン合金（例えば、Ｔｉ－６－４又はＴｉ－６－２－４－２）、析出硬化性ニッケル超合金（ＩＮＣＯ－７１８又はＲＥＮＥ－４１）、析出硬化性鋼（例えば、１７－４－ＰＨ又は１５－５－ＰＨ）などを含むが、これに限定されない任意の数の材料又は材料の混合物を含むことができる。

【0015】

エネルギービーム源１２０は、実装形態に応じて様々な形態をとることができる。例えば、実施形態では、エネルギービーム源１２０は、レーザビーム源と、所望のエネルギー密度（例えば、焦点）を有するレーザビーム（すなわち、エネルギービーム１２２はレーザビームである）を造形プレート１０４上の造形表面に向けるように構成された光学系とを備えていてもよい。エネルギービーム源１２０は、堆積ヘッド１１２の外部に配置されてもよく、堆積ヘッド１１２内に配置された図示されたエネルギービーム源１２０は放射方向を定める装置（例えば、反射体）を備えていてもよい。実施形態では、エネルギービーム源１２０は、様々な他の形態（例えば、電気アーク、プラズマ源、及び電子ビーム源）をとることができる。例えば、エネルギービーム源１２０は、電源に接続された電子エミッタと、電子ビーム（すなわち、エネルギービーム１２２は電子ビームである）を造形プレート１０４上の造形表面に向けるように構成された少なくとも１つの集束コイルとを備えていてもよい。堆積材料の融着に電子ビームが使用される実施形態では、（例えば、堆積ヘッド１１２及び造形プレート１０４を取り囲む）造形チャンバ１２８は、真空又は酸素が低減された環境に置かれてもよい。

【0016】

材料フィード１２４及び１２６は、堆積材料を加熱するエネルギービーム１２２の経路に供給される。堆積材料のメルトプールは、造形プレート１０４上の造形表面に形成されてもよい。例えば、メルトプールは、（例えば、堆積される堆積材料の層がワークピース１０２の初期層である場合）、造形プレート１０４上に直接形成されてもよいし、又は付加製造装置１００を介してワークピース１０２上に予め堆積されたワークピース１０２の層上に形成されてもよい。造形プレート１０４に対する堆積ヘッド１１２の制御された移動によって、堆積材料の層が、メルトプールとして造形プレート１０４上に堆積されてもよい。

【0017】

ワークピース１０２のサイズに基づいて、堆積材料の層の堆積後、堆積材料の別の層を堆積する前に、メルトプールは冷却され得ることが企図されている。例えば、本開示はそのように限定される訳ではないが、これは大型フォーマットの部品に特に当てはまり得る。メルトプールが冷却されると、堆積材料が収縮し、ワークピース１０２に残留応力が生じる場合がある。このような残留応力は、最終的にワークピース１０２の亀裂又は反りを引き起こす可能性がある。堆積材料の熱変動によって生じるそのような応力を制御する方法が無ければ、付加製造装置１００は、特定の種類のワークピース１０２を造形することができない可能性がある。材料フィード１２４及び１２６が合金などの可撓性の低い材料である場合、付加製造装置１００は、そのような材料のワークピース１０２を製造することができない場合があり、特にそのようなワークピース１０２が応力蓄積を助長する特徴を有する場合、そのような材料のワークピース１０２を製造することができない可能性がある。例えば、Ｔｉ－６－２－４－２などの合金は、取り扱いが難しい。このような種類の材料では、（コバルト－クロムなどの合金に比べて）延性が低いために、その連続する層が造形され、次いで冷却され始めると、かなりの歪みが蓄積される可能性があり、このような材料は延性が限られているため、歪みは、最終的には材料の強度を超え、一部が剪断されて自由になるまで蓄積される。加えて、例えば、一般的に厚いワークピース１０２は、より多くの堆積材料の層を含むため、蓄積された残留応力をより多く含む可能性があるので、このような残留応力の蓄積はまた、付加製造装置１００が比較的大きな形状を有するワークピース１０２を製造することを妨げる可能性がある。

【0018】

以上を念頭において、付加製造装置１００はオーブン１３０を含む。オーブン１３０は、造形プレート１０４が配置されるキャビティ１３４を画定する加熱炉本体１３２を含む。加熱炉本体１３２は、開口上部を有するキャビティ１３４を画定する側壁１３８及び床１４０を含む。加熱炉本体１３２上にオーブン蓋１３６を設けて、キャビティ１３４の開口上部を少なくとも部分的に取り囲み、それによってキャビティ１３４をさらに断熱することができる。後述するように、加熱炉本体１３２及びオーブン蓋１３６は、キャビティ１３４が造形プレート１０４及びワークピース１０２の近傍を包含する加熱造形チャンバとなるように、キャビティ１３４を実質的に取り囲む。換言すれば、加熱炉本体１３２及びオーブン蓋１３６は、付加製造装置１００の周囲環境の温度とは異なる温度に選択的に加熱され得る付加製造装置１００内のサブボリュームを画定する。上述したように、オーブン蓋１３６は、その可動範囲全体において、キャビティ１３４を覆うような十分な大きさを有する。

【0019】

加熱炉本体１３２及びオーブン蓋１３６は、実装に応じて様々な異なる形態をとることができる。実施形態では、加熱炉本体１３２及びオーブン蓋１３６は、対応する幾何学的形状を有することができる。図１に示す例は、実質的に正方形の断面を有するキャビティ１３４を示す。このような実施形態では、加熱炉本体１３２は実質的に箱形であってもよく、一方、キャビティ１３４は、実質的に平面シート状の断面を有していてもよい。加熱炉本体１３２、キャビティ１３４、及びオーブン蓋１３６が様々な異なる形状を有する他の実装が想定される。例えば、実施形態では、加熱炉本体１３２は、実質的に丸くてもよく（例えば、それによって、実質的に円筒形状を有するキャビティ１３４を画定する）、オーブン蓋１３６は対応する幾何学的形状を備えてもよい。図示する実施形態では、オーブン蓋１３６は造形プレート１０４に対して平行に設けられているが、他の実施形態では、オーブン蓋１３６は造形プレート１０４と平行でなくてもよい（例えば、オーブン蓋１３６は、ｘ－ｙ平面に対して傾斜して延在してもよく、又は湾曲していてもよい）。

【0020】

加熱炉本体１３２によって画定され、オーブン蓋１３６を介して取り囲まれたキャビティ１３４は、様々なサイズであってもよい。例えば、実施形態では、加熱炉本体１３２は、キャビティ１３４が造形プレート１０４に適合するのに十分な大きさであり、キャビティ１３４が所望の厚さを有する付加製造装置１００を介して造形されるワークピース１０２を収容するのに十分な深さ（例えば、図示された座標のｚ方向）を有するように設計される。このような実施形態は、オーブン１３０を介して加熱される必要がある体積（例えば、ガス、真空などの体積）が、加熱時間が短縮され、より高い加熱効率が達成されるように、最小化されるという点で有益である。しかしながら、加熱炉本体１３２及び／又はキャビティ１３４が造形プレート１０４に対してより大きい（例えば、造形プレート１０４と、加熱炉本体１３２の側壁１３８及び床１４０との間のより大きなギャップを含む）代替の実施形態が想定される。このような大きな寸法を有するキャビティ１３４を含むこのような実施形態は、廃棄材料（例えば、ワークピース１０２に融着されない材料フィード１２４及び１２６からの粉末）による破壊の影響を受け難いという点で、有益であり得る。

【0021】

実施形態では、加熱炉本体１３２は、付加製造装置１００内に静置されている。図示するように、加熱炉本体１３２は、付加製造装置１００の基部１０６上に配置されたオーブン支持構造１４２に取り付けられている。オーブン支持構造１４２は、加熱炉本体１３２の床１４０と基部１０６との間にキャビティ１４４が画定されるように、開口部を含むことができる。実施形態では、オーブン支持構造１４２は、加熱炉本体１３２が付加製造装置１００内で移動可能であるように、可動プラットフォームを含む。実施形態では、加熱炉本体１３２が基部１０６に対して間隔を空けて保持されるように、代替のオーブン支持体が支持アーム１１０に取り付けられてもよい（例えば、加熱炉本体１３２が、付加製造装置１００の側壁に取り付けられてもよい）。基部１０６と床１４０との間のこのような空間（例えば、キャビティ１４４の形態）は、加熱炉本体１３２の真下に追加の構成要素（例えば、造形プレート支持体１６２や余剰容器（excess bin）１６６）のための空間を有益に提供する。実施形態では、加熱炉本体１３２は基部１０６上に直接配置される。

【0022】

オーブン１３０は、加熱炉本体１３２の側壁１３８の開口部１４７を通ってキャビティ１３４内に延びる加熱要素１４６を含む。オーブン１３０は、加熱炉本体１３２の側壁１３８を通って延在する加熱要素１４６のうちの２つだけを含むように示されているが、オーブン１３０は、付加製造装置１００内の様々な位置に配置された任意の数の加熱要素１４６を含むことができる。例えば、特定の実施形態は、オーブン蓋１３６内に配置された、又はオーブン蓋１３６を通って延在する加熱要素１４６を含むことができる。代替的に又は追加的に、加熱要素１４６は、加熱炉本体１３２の床１４０を通って延在してもよい。実施形態では、加熱要素１４６は、側壁１３８及び／又はオーブン蓋１３６及び／又は床１４０内に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態は、造形プレート１０４は、キャビティ１３４内に配置される造形ベース（図示せず）を含むことができる。そのような実施形態は、ワークピース１０２の底面に加熱を提供するために、造形ベースを通って延在する加熱要素１４６を含むことができ、これにより、ワークピース１０２の底面とワークピース１０２の外側部分との間の熱勾配を有益に防止することができる。

【0023】

実施形態では、加熱要素１４６は誘導コイル又は電気抵抗加熱要素であるが、他の形態のヒータが使用されてもよい。そのような実施形態では、加熱要素１４６の各々は、コントローラ１４８を介して制御される電源（図示せず）に接続されてもよい。以下に説明するように、コントローラ１４８は、様々な入力（例えば、付加製造装置１００のユーザからの入力、ワークピース１０２内の応力を測定するように構成された超音波応力センサ（図示せず）からの入力）に応答し、付加製造装置１００によるワークピース１０２の造形プロセス内の様々な時点でワークピース１０２を加熱するように電源を選択的に制御することができる。例えば、オーブン１３０は、堆積ヘッド１１２によって造形プレート１０４上に堆積される堆積材料の異なる層の間でワークピース１０２を加熱処理するために、キャビティ１３４を昇温温度（elevated temperatures）まで加熱するように制御されて、ワークピース１０２が造形される際にワークピース１０２内の残留応力を除去することができる。

【0024】

オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２と加熱炉本体１３２との間に配置され、上面１５０及び下面１５１を含む。エネルギービーム１２２と材料フィード１２４及び１２６とが造形プレート１０４に到達するための隙間を提供するために、オーブン蓋１３６は、開口部１５４を含む。図示する実施形態では、開口部１５４は、オーブン蓋１３６内の中央に位置し、オーブン蓋１３６を貫通して上面１５０から下面１５１まで延在する。開口部１５４がオーブン蓋１３６内の中央にあることにより、オーブン蓋１３６の位置に関係なく、オーブン蓋１３６とキャビティ１３４との間の一定の重なりを容易にする。しかしながら、開口部１５４がオーブン蓋１３６内の中央に位置しない別の実施形態も想定される。実施形態では、開口部１５４のサイズは、材料ノズル１１４とオーブン蓋１３６との間の距離に基づいており、これは、例えば、材料フィード１２４及び１２６が、材料ノズル１１４と造形プレート１０４との間で角度をなして延在してもよく、開口部１５４が材料フィード１２４及び１２６のための隙間を提供するようなサイズであってもよいためである。開口部１５４は、実装に応じて、任意の形状及び深さプロファイルを有することができる。実施形態では、開口部１５４は、材料フィード及び指向性エネルギーが開口部を通過することを依然として許容しながら、許容可能な最小サイズを有する。他の実施形態では、オーブン蓋１３６は一対の開口部を有し、一対の開口部のうちの第１の開口部は材料フィードを通過させるために設けられ、一対の開口部のうちの第２の開口部は指向性エネルギーを通過させるために設けられる。

【0025】

本明細書で説明するように、堆積ヘッド１１２は、堆積材料の層を造形プレート１０４上の造形表面上に堆積させるように、ｘ－ｙ平面内で並進移動可能であってもよい。堆積ヘッド１１２のこのような移動は、オーブン蓋１３６の上面１５０がエネルギービーム１２２と材料フィード１２４及び１２６とが造形プレート１０４に到達するのを阻止するように、開口部１５４と堆積ヘッド１１２との間の位置ずれを引き起こす可能性がある。実施形態では、エネルギービーム１２２と材料フィード１２４及び１２６とによる造形プレート１０４への連続的なアクセスを容易にするために、オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２が並進移動することにつれて堆積ヘッド１１２と連動して移動する。別の言い方をすれば、オーブン蓋１３６は堆積ヘッド１１２と共に移動可能であり、オーブン蓋１３６及び堆積ヘッド１１２は一緒に移動可能である。オーブン蓋１３６の可動性は、開口部１５４のサイズを最小化することを容易にする一方で、エネルギービーム１２２と材料フィード１２４及び１２６とのための十分な隙間を依然として提供する。開口部１５４が最小化されることにより、例えば、加熱要素１４６によって供給される熱の、オーブン１３０の外部の環境への対流を低減することによって、オーブン１３０の性能を改善する。

【0026】

オーブン蓋１３６と堆積ヘッド１１２の平行移動は、様々な方法で達成することができる。図１に例示されるように、オーブン蓋１３６は、オーブン蓋１３６の上面１５０に取り付けられたオーブン取り付け部材１５８を介して、堆積ヘッド１１２の外面１６８に取り付けられてもよい。実施形態では、オーブン蓋１３６は、ネジなどの機械的締結具を介して堆積ヘッド１１２から吊り下げられている。実施形態では、オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２に対するオーブン蓋１３６の相対的な垂直移動を可能にする方法で、堆積ヘッド１１２に結合されている。例えば、オーブン蓋１３６が加熱炉本体１３２上で摺動可能である場合、堆積ヘッド１１２は、オーブン蓋１３６内の対応する孔と係合する（又はその逆である）位置合わせ特徴（垂直に配向されたピンなど）を含むことができ、それによってオーブン蓋１３６が堆積ヘッド１１２に対して垂直に移動して堆積ヘッド１１２を妨げることを可能にする。位置合わせ特徴は、堆積ヘッド１１２が十分な量だけ垂直方向に並進移動した後に、最終的にオーブン蓋１３６を持ち上げることができるように、堆積ヘッド１１２に対するオーブン蓋１３６の制限された相対的な垂直方向の並進移動を可能にしながら、堆積ヘッド１１２とオーブン蓋１３６とを物理的に相互接続することができる。例えば、位置合わせ特徴は、堆積ヘッド１１２に取り付けられ、オーブン蓋１３６の対応する孔内のリッジと相互作用して、リッジを捕捉するフランジ部分を有することができる。このようにして、単一のモータ（例えば、オーブン蓋１３６又は堆積ヘッド１１２のいずれかに結合される）を利用して、オーブン蓋１３６と堆積ヘッド１１２との組合せを、造形プレート１０４に対して並進移動させることができる。しかしながら、オーブン蓋１３６が堆積ヘッド１１２に取り付けられておらず、付加製造装置１００がオーブン蓋１３６を移動させるように構成された別個の並進移動装置を含む代替的な実施形態も想定される（例えば、コントローラ１４８は、オーブン蓋１３６と堆積ヘッド１１２との平行移動を提供するために、別個の制御信号を提供してもよい）。

【0027】

堆積ヘッド１１２の片側にある単一のオーブン取り付け部材１５８のみが示されているが、オーブン蓋１３６は、任意の構成の任意の数の取り付け部材を用いて堆積ヘッド１１２に取り付けることができる。例えば、一実施形態では、オーブン取り付け部材１５８は、堆積ヘッド１１２に対応する形状（例えば、実質的に円筒形状）を有し、堆積ヘッドの外面１６８の周方向全体に接触することができる。他の実施形態では、オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２に直接取り付けることができる。例えば、開口部１５４は、堆積ヘッド１１２の少なくとも一部が開口部１５４内に配置されるように、外面１６８に直接取り付けられてもよい。他の例では、オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２を支持する支持アーム１１０に取り付けられてもよい。他の例では、堆積ヘッド１１２及びオーブン蓋１３６は互いに取り付けられておらず、代わりに、独立した移動システムを介して一緒に移動可能である。例えば、オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２の移動に基づいてオーブン蓋１３６を移動させるように構成されたモータを介して移動可能であってもよく、その結果、オーブン蓋１３６は、キャビティ１３４を覆いながら堆積ヘッド１１２の移動に追従する。

【0028】

本明細書で説明されるように、いくつかの実施形態では、加熱炉本体１３２は、加熱炉本体１３２が静置されるように基部１０６に固定されてもよい。加熱炉本体１３２を静置された状態で提供することは、構成要素（例えば、加熱要素１４６やオーブン１３０の外部の電源）との間の接続を単純化することによって、付加製造装置の構成を有利に単純化する。これらの実施形態では、オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２と連動するオーブン蓋１３６の移動を容易にするために、（静置された）加熱炉本体１３２に対して移動可能に構成される。オーブン蓋１３６の移動を容易にするために、いくつかの例では、オーブン蓋１３６は加熱炉本体１３２と物理的に接触している必要はない。そのような実施形態では、オーブン蓋１３６の下面１５１は、加熱炉本体の側壁１３８の端部から所定の距離未満だけ離間している。実施形態では、オーブン蓋１３６は、側壁１３８の端部から、それらの間に干渉することなく可能な限り短い距離だけ離間させることができる。実施形態では、オーブン蓋１３６は、側壁１３８の端部から約０．１インチだけ離間している。図１～図２に示すように、他の実施形態では、下面１５１は側壁１３８の上端部と物理的に接触しているが、オーブン蓋１３６は依然として加熱炉本体１３２に対して移動可能である（例えば、オーブン蓋１３６は、加熱炉本体１３２に対して摺動可能である）。実施形態では、側壁１３８の上端部（又はオーブン蓋１３６の下面）には、ローラ又は低摩擦材料を設けることができる。

【0029】

堆積ヘッド１１２は、図１において、オーブン蓋１３６が加熱炉本体１３２に対して中心（例えば、ｘ方向の可動範囲１５２の中心）に位置するように配置される。このような構成では、オーブン蓋１３６は、加熱炉本体１３２の側壁１３８を越えて延在する張り出し部分１６０を備える。張り出し部分１６０は、堆積ヘッド１１２の可動範囲（例えば、ｘ方向の可動範囲１５２、及びｙ方向の可動範囲（図示せず））に対応する長さ（例えば、ｘ方向及びｙ方向の両方）を有する。例えば、実施形態では、張り出し部分１６０は、可動範囲の半分に対応するｘ方向及びｙ方向の両方（例えば、オーブン１３０の両側）の長さを有する。このようにして、図２に示すように、堆積ヘッド１１２が可動範囲１５２の端部まで移動しても、キャビティ１３４はオーブン蓋１３６によって覆われたままであり、加熱の効率が維持される。張り出し部分１６０は、他の実施形態ではより短くても、より長くてもよい。いくつかの実施形態は、張り出し部分１６０を含まなくてもよい。上述したように、オーブン蓋１３６は、可動範囲１５２の全体にわたって、キャビティ１３４を覆うのに十分な大きさを有する。このようにして、キャビティ１３４は、エネルギービーム１２２と材料フィード１２４及び１２６とのための隙間を提供する開口部１５４を除いて、及び／又は、上述したように、オーブン蓋１３６の下面１５１が加熱炉本体１３２の側壁１３８と接触し得ない可能性がある領域を除いて、加熱炉本体１３２とオーブン蓋１３６とによって取り囲まれる。開口部１５４の存在に拘わらず、またオーブン蓋１３６が加熱炉本体１３２の側壁１３８に接触するか否かに拘わらず、加熱炉本体１３２とオーブン蓋１３６とは、キャビティ１３４を「実質的に取り囲む」又は「取り囲む」と言われる。

【0030】

図示する例では、造形プレート１０４及びベースプレート１０５は、基部１０６上に配置された造形プレート支持体１６２によって加熱炉本体１３２内で支持されている。造形プレート支持体１６２は、加熱炉本体１３２の床１４０を貫通して延在する。いくつかの実施形態では、造形プレート支持体１６２は、加熱炉本体１３２に対して調整可能であり、造形プレート１０４上に堆積されている堆積材料の層の間で、造形プレート１０４がｚ方向に移動することを可能にする。例えば、造形プレート支持体１６２は、ｚ方向に（例えば、関節アーム又は伸縮アームとして）伸縮可能であってもよく、コントローラ１４８に通信可能に結合された作動装置１６３を含んでいてもよい。代替的又は追加的に、造形プレート支持体１６２はまた、加熱炉本体１３２を支持し、ｚ方向への移動を可能にすることができる。堆積ヘッド１１２が（一定の）垂直方向の位置に維持され、造形プレート１０４が堆積ヘッド１１２に対して垂直方向に移動される実施形態においては、造形は、造形プレート支持体１６２が、造形プレート１０４をオーブン蓋１３６の下面に近接して位置決めし、保持することから開始される。造形が進行してワークピース１０２が垂直方向に成長するにつれて、造形プレート支持体１６２は、ワークピース１０２の最上層が堆積ヘッド１１２から一定の垂直方向の距離に維持されるように、造形プレート１０４を下げる。

【0031】

堆積ヘッド１１２の並進移動によって堆積材料の層が造形プレート１０４上に堆積された後、コントローラ１４８は、造形プレート支持体１６２を作動させ、それによって、堆積されるべき堆積材料の次の層の所望の厚さに基づいて、負のｚ方向に所定の距離だけ造形プレート１０４を移動させるように、作動装置１６３に命令を与えることができる。実施形態では、加熱効率を促進するために、造形プレート支持体１６２と加熱炉本体１３２の床１４０との間に封止材（seal）を配置することができる。

【0032】

材料導管１６４が、ベースプレート１０５、造形プレート１０４及び加熱炉本体１３２の床１４０の一部を貫通して延在するように示されている。材料導管１６４は、堆積ヘッド１１２の可動範囲１５２と重ならない造形プレート１０４の外側部分に配置されてもよい。換言すれば、材料導管１６４は、ワークピース１０２を支持しない造形プレート１０４の領域に配置されてもよい。ワークピース１０２の造形プロセス中、材料フィード１２４及び１２６からの余分な材料は、エネルギービーム１２２によって溶融されず、造形プレート１０４上に蓄積することがある。材料導管１６４は、余分な材料がワークピース１０２に誤って組み込まれないように、そのような余分な材料がキャビティ１３４から除去される経路を提供する。材料導管１６４は、基部１０６上に配置された余剰容器１６６に余分な材料を供給する。余剰容器１６６は、例えば、クリーンな動作環境を維持するために、造形と造形の間又は造形中に空にすることができる。１つの材料導管１６４のみが示されているが、任意の数の材料導管１６４が、本開示と一致する付加製造装置１００に組み込まれてもよいことを理解されたい。実施形態では、スクレーパは、キャビティ１３４内で、例えば、側壁１３８に接続されると共に、余分な材料を掻きとるか又はブラシで擦って材料導管１６４に入れるようにスクレーパを位置決めするために移動可能であってもよい。実施形態では、ワークピース１０２が配置されていない造形プレート１０４の造形表面の一部は、余分な材料（例えば、粉末）を材料導管１６４に流し込む漏斗形状の表面を有することができる。材料導管１６４が造形プレート１０４内に延在しない他の実施形態では、造形プレート１０４の一部がワークピース１０２から離れるように傾斜し、それによって余分な材料が造形プレート１０４から床１４０上にこぼれ落ちるようにすることができ、床１４０は、材料導管１６４に導く漏斗形状を有し、それによって余分な材料を除去することができる。

【0033】

ここで図３を参照すると、本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、ワークピースを付加製造する方法３００が示されている。方法３００は、本明細書の図１及び図２に関して説明した付加製造装置１００によって実行することができる。例えば、コントローラ１４８は、堆積ヘッド１１２、オーブン１３０、及び造形プレート支持体１６２を制御して、方法３００を実行し、ワークピース１０２を造形することができる。方法３００はまた、他の付加製造装置によって実行されてもよいことを理解されたい。

【0034】

ステップ３０２では、付加製造装置１００の堆積ヘッド１１２を造形プレート１０４上で並進移動させることによって、堆積材料の層が造形プレート１０４上に堆積され、溶融される。例えば、コントローラ１４８は、ワークピース１０２の表現（representation）を受け取り、付加製造装置１００による堆積のためにワークピース１０２を複数の層に分割することができる。コントローラ１４８は、堆積ヘッド１１２のｘ方向及びｙ方向への移動を制御して、ワークピース１０２の複数の層のうちの１つに対応する所望のパターンで堆積材料を堆積させることができる。本明細書で説明するように、堆積ヘッド１１２は、材料供給源１１６及び１１８と、エネルギービーム源１２０とを含む。材料供給源１１６及び１１８は、材料フィード１２４及び１２６（例えば、ワイヤとして、粉末ジェットとしてなど）を造形プレート１０４に供給し、材料フィード１２４及び１２６は、堆積材料が溶融されて、造形プレート１０４上にメルトプールを形成するように、エネルギービーム源１２０からのエネルギービーム１２２と相互作用する。メルトプールは、冷却時に造形プレート１０４に融着されてもよい。上述したように、堆積材料は様々な異なる材料を含み得るが、堆積材料がチタン６－４（「Ｔｉ ６－４」）である例では、オーブン１３０が約５００℃（５００°Celsius）に加熱された状態でＴｉ ６－４が堆積される。

【0035】

ステップ３０４では、ワークピース１０２内の残留応力が所定の閾値より大きいと判定される。ステップ３０４は任意である。実施形態では、そのような判定は、付加製造装置１００のユーザによって（例えば、造形中にワークピース１０２を観察することによって）行われてもよい。判定はまた、コントローラ１４８を介して行われてもよい。例えば、実施形態では、コントローラ１４８は、例えば、材料フィード１２４及び１２６に含まれる堆積材料に基づいて応力蓄積を識別する（コントローラ１４８に記憶された）複数の命令セットを有していてもよい。そのような命令セットは、堆積材料の所定数の層が造形プレート１０４上に堆積され、溶融された後に残留応力の閾値量に達するという、以前の造形に基づく判定を含むことができる。実施形態では、コントローラ１４８は、ワークピース１０２内の残留応力が所定の閾値より大きいことを自動的に判定する。このように、ステップ３０２は、ステップ３０４の前に任意の回数繰り返されてもよい。実施形態では、付加製造装置１００は、コントローラ１４８に通信可能に接続され、ワークピース１０２を検査するように構成された少なくとも１つの検出器１４９を含む（例えば、加熱炉本体１３２によって画定されたキャビティ１３４内に配置され、造形プレート１０４上に配置される）。検出器１４９は、例えば、残留応力が所定の閾値を超えているかどうかを判定するためにコントローラ１４８によって分析される検出信号（例えば、画像、応力測定値）を生成するように構成された応力センサ（例えば、超音波トランスデューサ、圧電トランスデューサなど）及び／又はカメラを含むことができる。予め定めた閾値は、同一又は類似のワークピースの経験的データによって計算されてもよく、コンピュータモデリングに基づく事前解析によって計算されてもよい。

【0036】

利用される場合、検出器１４９は、キャビティ１３４内からワークピース１０２の測定を行うことができるように設けられてもよい。図示する例では、検出器１４９が側壁１３８を貫通して延在するように示されているが、検出器１４９は異なる方法で設けられてもよい。例えば、検出器１４９は、堆積ヘッド１１２上及び／又は下面１５１上に設けられてもよく、又はそうでなければキャビティ１３４内に吊り下げられてもよい。他の実施形態では、ワークピース１０２の残留応力の測定は、焼結中のワークピース１０２の歪みを予測するための材料特性情報を生成する歪み予測システムを介して達成される。このような実施形態では、歪み予測システムは、プロセッサと、付加製造装置１００内に（例えば、部品モデルとして）入力され、記憶され得る複数の試験用ワークピースモデルを有する材料特性評価モジュール５１０と、を含むことができる。試験用ワークピースモデルは、ワークピース１０２をシミュレートすることを意図する付加製造装置１００によって形成されたクーポン（coupons）の試験に基づく既知の材料特性（すなわち、残留応力）を有する。このように、材料特性評価モジュールは、複数の異なる材料構成（例えば、粒状材料、バインダ溶液、走査速度、硬化パラメータなど）を用いて造形されたワークピース１０２の歪み及び残留応力をシミュレートするための材料特性情報を含む。したがって、応力除去サイクルを実施するのに十分な応力がいつ蓄積されたかの判定は、検出器１４９を使用して、及び／又は歪み予測システムを用いて実行される予測応力分析を介して行われてもよい。

【0037】

ステップ３０６では、ステップ３０４で行われた判定に応答して、ワークピース１０２は、オーブン１３０により周囲温度より高い第１の昇温温度（elevated temperature）まで加熱される。本明細書で説明するように、オーブン１３０は、加熱炉本体１３２の側壁１３８及び床１４０によって画定されるキャビティ１３４を取り囲むオーブン蓋１３６と加熱炉本体１３２とを含む。オーブン蓋１３６は、堆積ヘッド１１２が造形プレート１０４上を移動して堆積材料の層を堆積させる際に、堆積ヘッド１１２と連動して移動する。オーブン蓋１３６は（例えば、開口部１５４を介して）、材料フィード１２４及び１２６とエネルギービーム１２２とが造形プレート１０４に到達するための経路を提供し、堆積ヘッド１１２の移動と平行となるように移動する。このように、キャビティ１３４は、堆積ヘッド１１２の動作を中断することなく、付加製造装置１００の容積よりも実質的に小さい加熱造形チャンバを画定する。したがって、ワークピース１０２の加熱がより効率的になり、オーブン１３０の加熱時間及びエネルギー消費が低減される。

【0038】

オーブン１３０は、ワークピース１０２及び／又はキャビティ１３４を加熱するように構成された少なくとも１つの加熱要素１４６を含む。実施形態では、コントローラ１４８は、キャビティ１３４内の温度を第１の昇温温度まで上昇させるために、加熱要素１４６（又はそれに接続された電源）に制御信号を供給する。実施形態では、付加製造装置１００は、キャビティ１３４内の温度を監視するように構成された温度センサ（図示せず）を含み、コントローラ１４８を介して加熱要素１４６のフィードバック制御を提供する。例えば、実施形態では、少なくとも１つの加熱要素１４６に電力が供給され、第１の昇温温度に達するまで、予め定めた第１の加熱速度でキャビティ１３４を加熱する。第１の昇温温度に達すると、コントローラ１４８は、少なくとも１つの加熱要素１４６を制御して、キャビティ１３４内の温度を、予め定めた第１の期間、第１の昇温温度に維持して、ワークピース１０２内の残留応力を除去することができる。堆積材料としてＴｉ６－４を使用する上記の例では、オーブン１３０は、ステップ３０６において、第１の昇温温度が約７００℃になるようにさらに加熱される。

【0039】

ステップ３０８は、判定ブロックである。ステップ３０４で造形プレート１０４上に堆積された層がワークピース１０２の最終層ではない場合、方法３００はステップ３０２に戻り、造形プレート１０４上に堆積材料の別の層を堆積することができる。実施形態では、造形プレート１０４上への追加の層の堆積は、キャビティ１３４が少なくとも１つの加熱要素１４６を介して加熱されている間（例えば、キャビティ１３４が第１の昇温温度にある間）に行われてもよい。実施形態では、造形プレート１０４上への追加の層の堆積は、キャビティ１３４内の温度が付加製造装置１００の環境の周囲温度まで冷却された後に行われてもよい。実施形態では、少なくとも１つの加熱要素１４６は、追加の層を堆積させながら、キャビティ１３４を任意の温度（例えば、第１の昇温温度と周囲温度との間の温度、第１の昇温温度、第１の昇温温度より高い温度など）に加熱することができる。実施形態では、付加製造装置１００は、キャビティ１３４を冷却するように構成された冷却器（図示せず）を含む。造形プレート１０４上への層の堆積は、周囲温度より低い温度でも同様に起こり得る。

【0040】

ステップ３０２で堆積された堆積材料の層がワークピース１０２の最終層である場合、方法３００はステップ３１０に進む。ステップ３１０において、ワークピース１０２は、オーブン１３０を介して、予め定めた第２の加熱速度（予め定めた第１の加熱速度以上であってもよく、予め定めた第１の加熱速度以下であってもよい）で、第２の昇温温度まで加熱されてもよい。第２の昇温温度は、ステップ３０６の間にワークピース１０２が加熱された第１の昇温温度以上であってもよい。例えば、実施形態において、第２の昇温温度は、第１の昇温温度よりも高い。コントローラ１４８は、少なくとも１つの加熱要素１４６を制御して、キャビティ１３４内の温度を、予め定めた第２の期間、第２の昇温温度に維持し、ワークピース１０２内の様々な場所に蓄積された応力をさらに除去することができる。実施形態では、ステップ３１０はまた、析出硬化ステップ及び／又は最終熱処理など、オーブン１３０内にある間にワークピース１０２の強度を向上させるために所望され得る任意の他の熱処理を含むことができる。堆積材料としてＴｉ６－４を使用する上記の例では、オーブン１３０は、ステップ３１０の間、ワークピース１０２が約９００℃の第２の昇温温度で約２時間加熱されるようにさらに加熱される。実施形態では、ワークピース１０２はまた、ステップ３１０の間に熱間等方加圧に供されてもよい。例えば、ワークピース１０２は、約９００℃の第２の昇温温度及び１００ＭＰａの圧力で約２時間、熱間等方加圧され得る。

【0041】

ステップ３１２では、ワークピース１０２の温度を、少なくとも１つの加熱要素１４６を制御することによって、予め定めた冷却速度で低下させる。キャビティ１３４内の温度は、キャビティ１３４内の温度が付加製造装置１００の環境の周囲温度に達するまで、予め定めた冷却速度で低下させてもよい。実施形態では、予め定めた冷却速度は、材料フィード１２４及び１２６を介して提供される堆積材料に基づく（例えば、熱膨張係数曲線に基づく）。このような制御された冷却は、キャビティ１３４内の温度勾配を最小化し、完成後のワークピース１０２内でのさらなる残留応力の蓄積を防止するのに有利である。予め定めた冷却速度は、少なくとも１つの加熱要素１４６を選択的に循環させるか、又は他の方法で制御することによって達成することができる。堆積材料としてＴｉ６－４を使用する上記の例では、ワークピース１０２は、ステップ３１０の後でキャビティ１３４から取り出され、ワークピース１０２を空気に曝すことによってワークピース１０２の温度が下げられる。いくつかの実施形態では、ファンを利用して、ワークピース１０２の温度の低下を増大させることができる。

【0042】

付加製造装置１００の上述した実施形態では、造形プレート１０４は、オーブン１３０のキャビティ１３４内に設けられ、ワークピース１０２が選択的に加熱又は冷却され得るように、オーブン蓋１３６を介して少なくとも部分的に覆われる。しかしながら、他の実施形態では、付加製造装置１００は、加熱に加えて、ワークピース１０２を加圧環境及び／又は冷却に供するように構成することもできる。したがって、例えば、付加製造装置１００は、ワークピース１０２内の内部閉塞又は内部欠陥を補修するのに有利な熱間等方加圧（Hot Isostatic Press：ＨＩＰ）処理を、ワークピース１０２に施すように構成することができる。通常、従来の付加製造システムでは、ワークピース１０２は、ＨＩＰ処理又は他の後続の処理を受けることができる後処理装置に送られなければならない。しかしながら、以下に説明するようにＨＩＰ処理を実行するように付加製造装置１００を構成することにより、ワークピース１０２をＨＩＰ処理のために他の装置に送る必要がないので、効率が向上することになる。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、オーブン１３０は、その中でワークピース１０２を加熱／冷却することに加えて、キャビティ１３４内でワークピース１０２を加圧するためのオートクレーブとして構成することができる。本明細書で使用される場合、オートクレーブという用語は、周囲温度及び／又は周囲圧力に対して昇温及び／又は昇圧を必要とする工業的プロセス及び科学的プロセスを実施するように構成された機械を指す。例えば、オーブン蓋１３６は、加熱炉本体１３２から取り外され、キャビティ１３４が加圧され得るように、キャビティ１３４を取り囲んでシールするオートクレーブ蓋と置き換えられてもよい。したがって、キャビティ１３４は、オーブン蓋１３６がその上に配置されるときに加熱され、次いで、オートクレーブ蓋が加熱炉本体１３２上に移動されるときに加圧及び／又は冷却され得る。

【0043】

図４は、１つ以上の実施形態による、ワークピース１０２’を造形し、ワークピース１０２’にＨＩＰ処理を施すように構成された付加製造装置４００を示す。付加製造装置４００は、上述した付加製造装置１００と同様であり、ワークピース１０２’が造形される造形プレート１０４’と、材料ノズル１１４’を支持する堆積ヘッド１１２’と、堆積ヘッド１１２’と共に移動するオーブン蓋１３６’とを含む。図示する実施形態では、オーブン蓋１３６’及び堆積ヘッド１１２’は、オーブン取り付け部材１５８’を介して互いに接続されており、それらは一緒に移動可能とされている。しかしながら、他の実施形態では、オーブン蓋１３６’及び堆積ヘッド１１２’は、別々の移動システムを介して一緒に移動可能である。１つの相違点は、図４の付加製造装置４００が、付加製造装置１００のオーブン１３０の代わりに、ワークピース１０２’が造形され、ワークピース１０２’がＨＩＰ処理に供され得るオートクレーブ４０２を組み込んでいることである。したがって、オートクレーブ４０２は、以下に詳述するように、オートクレーブ４０２内の圧力を上昇させるための圧力源４０３を含むことができる。本明細書で使用する場合、オートクレーブという用語は、周囲温度及び／又は周囲圧力に対して昇温及び／又は昇圧を必要とする工業的プロセス及び科学的プロセスを実施するように構成された機械を指し、オートクレーブは冷却サイクルも実施することができる。

【0044】

図示する実施形態では、堆積ヘッド１１２’は支持アーム１０８’及び１１０’上に支持され、これらはすべてが造形チャンバ１２８’内に設けられ、造形チャンバ１２８’は筐体４０１内に画定される。実施形態では、筐体４０１はハウジング又は部屋であってもよい。このようにして、造形チャンバ１２８’は、造形チャンバ１２８’の外部にある外部周囲環境４０５からシールされてもよい。また、筐体４０１は開口部４０７を有し、以下に説明するように、オートクレーブ４０２は、造形チャンバ１２８’を密閉状態に維持し、外部周囲環境４０５と不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気を含み得る造形チャンバ１２８’との間の侵入を抑制するように、開口部４０７に設けられている。

【0045】

図示する実施形態では、オートクレーブ４０２は、オートクレーブ本体４０４を含み、オートクレーブ本体４０４は、上側オートクレーブ蓋４０８、側壁４１０、及び下側オートクレーブ蓋４１２備え、これらは共にキャビティ４０６を画定する。本明細書で説明するように、造形プレート１０４’はｚ方向に移動可能であり、したがってキャビティ４０６内に配置され得る。側壁４１０は、上側オートクレーブ蓋４０８によって覆われ、シールされ得る上側オートクレーブ開口部４０９と、下側オートクレーブ蓋４１２によって覆われ、シールされ得る下側オートクレーブ開口部４１１とを画定する。図示されるように、下側オートクレーブ開口部４１１は、下側オートクレーブ蓋４１２が側壁４１０上に配置されたときに開口部４０７が閉じられてシールされるように、開口部４０７に設けられ、開口部４０７と連通している。ここで、側壁４１０は、造形チャンバ１２８’内で筐体４０１の内面によって支持され、上側オートクレーブ開口部４０９が、造形チャンバ１２８’内で下側オートクレーブ開口部４１１よりも開口部４０７から離れた位置に配置されるように、開口部４０７から離れるように筐体４０１の内面から延在する。他の実施形態では、側壁４１０は開口部４０７内に設けられ、側壁４１０の上側オートクレーブ開口部４０９と下側オートクレーブ開口部４１１とが、開口部４０７の反対側に配置されるように、開口部４０７と側壁４１０の外面との間にシールが設けられている。

【0046】

上側オートクレーブ蓋４０８は、支持アーム１１０’が堆積ヘッド１１２’を造形プレート１０４’上に位置決めし、それによってオートクレーブ本体４０４内でワークピース１０２’を製造できるように、オートクレーブ本体４０４から取り外し可能である。図示する例では、上側オートクレーブ蓋４０８は、上側支持構造４１４及びケーブル４１６から吊り下げられており、上側支持構造４１４はケーブル４１６を伸縮させて、上側オートクレーブ蓋４０８をオートクレーブ本体４０４の側壁４１０に対して昇降させることができる。図示する実施形態では、上側支持構造４１４は、筐体４０１内、例えば、造形チャンバ１２８’の天井に取り付けられている。しかしながら、上側支持構造４１４は、ケーブルが筐体４０１を通って延在するように、造形チャンバ１２８’の外部に設けられてもよい。他の実施形態では、上側オートクレーブ蓋４０８は、ヒンジを介してオートクレーブ本体４０４に取り付けられてもよく、その結果、上側オートクレーブ蓋４０８は、後述するように、キャビティ４０６上で堆積ヘッド１１２’及びオーブン蓋１３６’を位置決めするのに十分な程度まで、オートクレーブ本体４０４の上側から離れるように回転することができるようになる。

【0047】

同様に、下側オートクレーブ蓋４１２は、下側オートクレーブ開口部４１１を露出させるためにオートクレーブ本体４０４の側壁４１０から取り外し可能であり、それによって、（完成時に）ワークピース１０２’を載置した造形プレート１０４’を造形チャンバ１２８’から取り出すと共に、オートクレーブ４０２の残りの部分は造形チャンバ１２８’内に残り、筐体４０１内の開口部４０７をシールすることを可能にする。上側オートクレーブ蓋４０８及び下側オートクレーブ蓋４１２が両方とも、側壁４１０の上側オートクレーブ開口部４０９及び下側オートクレーブ開口部４１１の上にシールされた状態で設けられている（sealingly provided）場合、キャビティ４０６は、造形チャンバ１２８’と外部周囲環境４０５の両方からシールされ、その結果、キャビティ４０６を独立して制御（例えば、加圧、加熱、冷却など）することが可能になる。しかしながら、下側オートクレーブ蓋４１２が側壁４１０の下側オートクレーブ開口部４１１の上にシールされた状態で設けられているが、上側オートクレーブ蓋４０８は側壁４１０から取り外されて上側オートクレーブ開口部４０９が造形チャンバ１２８’に露出される場合は、キャビティ４０６と造形チャンバ１２８’とは、外部周囲環境４０５からシールされた状態で互いに連通する。一方、上側オートクレーブ蓋４０８が側壁４１０の上側オートクレーブ開口部４０９の上にシールされた状態で設けられているが、下側オートクレーブ蓋４１２が取り外されて、下側オートクレーブ開口部４１１が外部周囲環境４０５に露出される場合は、キャビティ４０６と外部周囲環境４０５とが互いに連通し、造形チャンバ１２８’は外部周囲環境４０５からシールされる。これにより、造形チャンバ１２８’を乱すことなく（without disturbing）、ワークピース１０２’を取り出すことを可能にする。

【0048】

上述したように、オーブン蓋１３６’は、（例えば、オーブン取り付け部材１５８’を介して）堆積ヘッド１１２と連動して移動可能であり、堆積ヘッド１１２’が上述したように位置決めされると、オーブン蓋１３６’もキャビティ４０６の上に位置決めされるようになる。したがって、上側オートクレーブ蓋４０８が側壁４１０から取り外されると、オーブン蓋１３６’は上側オートクレーブ開口部４０９を覆い、上側オートクレーブ蓋４０８が取り外されているときでも、堆積中にキャビティ４０６が選択的に加熱又は冷却され得るように、キャビティ４０６を取り囲むことができる。堆積ヘッド１１２’が堆積材料を堆積させ、それによってワークピース１０２’を形成した後（すなわち、堆積後）、堆積ヘッド１１２’及びオーブン蓋１３６’は、上側オートクレーブ開口部４０９及びキャビティ４０６から離れるように移動され、次いで、上側オートクレーブ蓋４０８が、キャビティ４０６を取り囲んでシールするために、オートクレーブ本体４０４の側壁４１０上に移動されてもよい。例えば、堆積後、支持アーム１１０’は、堆積ヘッド１１２’及びオーブン蓋１３６’を、それらがキャビティ４０６の上に位置しないように、オートクレーブ４０２から離れるように回転させてもよく、次いで、上側オートクレーブ蓋４０８を側壁４１０上に降下させて、支持アーム１１０’、堆積ヘッド１１２’、及び／又はオーブン蓋１３６’によって妨げられることなく、上側オートクレーブ開口部４０９をシールすることができる。次いで、上側オートクレーブ蓋４０８が側壁４１０上にシールされた状態で設けられ、下側オートクレーブ蓋４１２も側壁４１０上にシールされた状態で設けられると、キャビティ４０６内の温度及び圧力は、例えばＨＩＰ処理を介してワークピース１０２’を処理するのに適切であり得るように、加熱要素１４６及び圧力源４０３を介して設定され得る。

【0049】

造形プレート１０４’は、可動ベース４２０、支持シャフト４２２、及び作動装置４２４も備える造形プレートアセンブリの一部であってもよい。図示する実施形態では、造形プレート１０４’は、ベースプレート１０５を参照して上述したように、例えばｚ方向に延びる回転軸を中心に造形プレート１０４’を回転させる可動ベース４２０上に設けられている。他の実施形態では、可動ベース４２０は、ｚ方向に延びる回転軸に沿って造形プレート１０４’を軸方向に並進移動させるように動作可能であり、これにより、可動ベース４２０は、キャビティ４０６内での造形プレート１０４’の垂直方向の位置決めを容易に行うことができるようになる。他の実施形態では、可動ベース４２０は、造形プレート１０４’を回転軸を中心に回転させることと、造形プレート１０４’を回転軸に沿って並進移動させることとの両方を行うように動作可能である。

【0050】

造形プレート１０４’及び可動ベース４２０は、支持シャフト４２２に接続されている。支持シャフト４２２は、下側オートクレーブ蓋４１２を貫通して延在し、作動装置４２４に動作可能に接続されてもよく、作動装置４２４は、支持シャフト４２２を伸縮させるように（例えば、関節アーム又は伸縮アームとして）動作可能である。したがって、いくつかの実施形態では、支持シャフト４２２は、オートクレーブ本体４０４の少なくとも一部に対して移動可能であり、造形プレート１０４上に堆積されている堆積材料の層間のｚ方向における造形プレート１０４の移動を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、作動装置４２４は、コントローラ１４８’に通信可能に結合されてもよい。実施形態では、作動装置４２４及び支持シャフト４２２は、下側オートクレーブ蓋４１２を昇降させるように動作可能であり、下側オートクレーブ蓋４１２の取り外しを可能にし、これによりワークピース１０２’の取り外し又は取り出しを容易にする。そのような実施形態では、下側オートクレーブ蓋４１２は、下側オートクレーブ蓋４１２が造形プレート１０４と共に昇降され得るように、支持シャフト４２２に結合されてもよい。例えば、支持シャフト４２２は、造形プレート１０４’をキャビティ４０６から後退させる際に、下側オートクレーブ蓋４１２を降下させることができる。実施形態では、下側オートクレーブ蓋４１２は、支持シャフト４２２に対して相対的に移動することができる。例えば、下側オートクレーブ蓋４１２を取り外して、下側オートクレーブ開口部４１１を露出させ、キャビティ４０６を露出させた後、支持シャフト４２２を作動させて、造形プレート１０４’をキャビティ４０６から後退させることができる。これらの実施形態は、下側オートクレーブ蓋４１２が側壁４１０上にシールされているときに、造形チャンバ１２８’と外部周囲環境４０５との間のバリアを維持しながら、ＨＩＰ処理を受けたワークピース１０２’を造形プレート１０４’から取り外すことを可能にする。他の図示されていない実施形態では、支持シャフト４２２は、オートクレーブ本体４０４を（その上に設けられた上側オートクレーブ蓋４０８及び／又は下側オートクレーブ蓋４１２の有無に拘わらず）ｚ方向に支持し、移動させることもできる。例えば、このような実施形態では、作動装置４２４を利用して、オートクレーブ４０２を、筐体４０１の造形チャンバ１２８’内へ又は造形チャンバ１２８’から外へと昇降させることができる。

【0051】

実施形態では、付加製造装置４００には、以下に説明するように、複数のオートクレーブを組み込むことができる。したがって、例えば、ワークピース１０２’がオートクレーブ４０２内で造形されている間に、他のワークピースが他のオートクレーブ内でＨＩＰ処理を受けていてもよく、他の造形されかつＨＩＰ処理されたワークピースが、それぞれのオートクレーブから取り出されてもよく、さらに他のオートクレーブが新たな造形のために準備されてもよい。

【0052】

図５は、１つ以上の実施形態による、複数のワークピース５０２ａ～５０２ｃを造形及びＨＩＰ処理するための付加製造装置５００を示す。図４の付加製造装置４００と同様に、付加製造装置５００は、堆積ヘッド１１２’と、堆積ヘッド１１２’と共に移動可能なオーブン蓋１３６’とを含むが、以下に説明するように、付加製造装置５００は、複数のワークピース５０２ａ～５０２ｃを造形し、処理するように動作可能である。図示する例では、オーブン蓋１３６’は堆積ヘッド１１２’に取り付けられているが、他の実施形態では、これらは取り付けられていないが、上述したように共に移動する。図示する実施形態では、付加製造装置５００は、各々が図４のオートクレーブ４０２を参照して上述したように構成された第１のオートクレーブ５０４ａ、第２のオートクレーブ５０４ｂ、及び第３のオートクレーブ５０４ｃを含む。しかしながら、付加製造装置５００は、本開示から逸脱することなく、３つのオートクレーブ５０４ａ～５０４ｃよりも多い又は少ないオートクレーブを含んでいてもよいことを理解されたい。図示する実施形態では、筐体４０１は、第１のオートクレーブ５０４ａに関連する第１の開口部５０７ａと、第２のオートクレーブ５０４ｂに関連する第２の開口部５０７ｂと、第３のオートクレーブ５０４ｃに関連する第３の開口部５０７ｃとを含む。

【0053】

図示する実施形態では、オートクレーブ５０４ａ～５０４ｃの各々は、それに関連する個々の圧力源５０３ａ～５０３ｃを含む。しかしながら、他の実施形態では、３つのオートクレーブ５０４ａ～５０４ｃのうちのいずれか１つ以上を、互いに独立して個別に加圧するために、単一の電源が設けられてもよい。

【0054】

ここで、付加製造装置５００は、図４を参照して上述したように、第１のオートクレーブ５０４ａ内で、第１のワークピース５０２ａを造形している。第１のオートクレーブ５０４ａ内で第１のワークピース５０２ａが造形されている間、第２のオートクレーブ５０４ｂは、そのキャビティ４０６内で第２のワークピース５０２ｂをＨＩＰ処理している。第１のワークピース５０２ａが第１のオートクレーブ５０４ａ内に造形されている間で、かつ第２のワークピース５０２ｂが第２のオートクレーブ５０４ｂ内でＨＩＰ処理されている間、第３のオートクレーブ５０４ｃは、下側オートクレーブ蓋４１２を取り外し、造形プレート１０４’を第３のオートクレーブ５０４ｃのキャビティ４０６から下側オートクレーブ開口部４１１及び造形チャンバ１２８’内の第３の開口部５０７ｃを通して取り出すことによって、開放されている。これにより、第３のワークピース５０２ｃは、造形チャンバ１２８’及び第１のオートクレーブ５０４ａ及び第２のオートクレーブ５０４ｂの動作を中断させることなく、付加製造装置５００から取り出される。上述したように、第３のオートクレーブ５０４ｃの側壁４１０は、造形チャンバ１２８’内の開口部５０７ｃの周囲でシールされ、第３のオートクレーブ５０４ｃの上側オートクレーブ蓋４０８はその側壁４１０上にシールされている。これにより、第３のオートクレーブ５０４ｃの側壁４１０及び上側オートクレーブ蓋４０８は、造形チャンバ１２８’内の環境を外部周囲環境４０５から隔離してシールする物理的バリアを形成する。したがって、第３のワークピース５０２ｃは、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気を含み得る造形チャンバ１２８’を乱すことなく、外部周囲環境４０５に曝露されるものとして図示される第３のオートクレーブ５０４ｃのキャビティ４０６から取り出すことができる。

【0055】

オートクレーブ５０４ａ～５０４ｃの各々は、このような方法で動作可能であり、これにより、造形チャンバ１２８’内の環境が外部周囲環境４０５から連続的にシールされる一方で、造形チャンバ１２８’内の環境を乱すことなくワークピース５０２ａ～５０２ｃのいずれかを取り出すことを可能にする。オートクレーブ５０４ａ～５０４ｃの各々に側壁４１０からそれぞれ別々に取り外し可能な上側オートクレーブ蓋４０８及び下側オートクレーブ蓋４１２を設け、かつ側壁４１０の各々をそれに関連する開口部５０７ａ～５０７ｃのうちの特定の１つの開口部内にシールすることによって、造形チャンバ１２８’の環境を維持しながら、ワークピース５０２ａ～５０２ｃのうちの１つ以上のワークピースの取り出しを可能にすることができる。

【0056】

実施形態では、支持アーム１１０’は、ｚ方向に延びる垂直軸を中心に回転して、堆積ヘッド１１２’を、第１のオートクレーブ５０４ａから第２のオートクレーブ５０４ｂ又は第３のオートクレーブ５０４ｃのいずれかに移動させることができる。ここで、堆積ヘッド１１２’は、第１のオートクレーブ５０４ａに関して図示されるように、これに関連する上側オートクレーブ蓋４０８が、上側オートクレーブ開口部４０９を露出させるために、支持アーム１１０’及び堆積ヘッド１１２’の邪魔にならないように移動（又は上昇）されるとき、第２のオートクレーブ５０４ｂ又は第３のオートクレーブ５０４ｃのいずれかのキャビティ４０６にアクセスすることができる。また、オーブン蓋１３６’が堆積ヘッド１１２に一体的に取り付けられる実施形態では、上側オートクレーブ蓋４０８のこのような取り外しにより、堆積ヘッド１１２’は、オーブン蓋１３６’をキャビティ４０６上に位置決めし、それによって堆積中の加熱を可能にする。このような実施形態では、堆積材料は、上部供給システム５１０ａ及び／又は下部供給システム５１０ｂから堆積ヘッド１１２’に供給されてもよい。このようにして、支持アーム１１０’がオートクレーブ５０４ａ～５０４ｃの間を移動し回転する際に、このような供給を妨害又は遮断することなく、堆積ヘッド１１２’に堆積材料を供給することが可能である。

【0057】

図６は、１つ以上の実施形態による、支持アーム１０８’、１１０’の周りに配列されたオートクレーブ６０４ａ～ｄを有する付加製造装置６００を示す。図示する例では、支持アーム１１０’は、矢印６０６で示すように、堆積ヘッド１１２’を時計回り又は反時計回りに回転させることができる。しかしながら、オートクレーブ６０４ａ～６０４ｄは、支持アーム１０８’、１１０’に対して異なる向きでもよいことを理解されたい。図示する例では、第１のワークピース（図示せず）が第１のオートクレーブ６０４ａ内で造形されている。また、図示する例では、他のオートクレーブ６０４ｂ～６０４ｄはそれぞれ、それぞれのワークピースをＨＩＰ処理してもよい。さらに、他のオートクレーブ６０４ｂ～６０４ｄのうちの１つ以上は、そのワークピースをＨＩＰ処理し終わって、そのワークピースを取り出すために造形チャンバの外に降下させてもよい。さらに、他のオートクレーブ６０４ｂ～６０４ｄのうちのいずれか１つ以上は、その中にワークピースを有しておらず、新たな造形のために準備中であってもよい。このようにして、付加製造装置６００は、後続の処理のためにワークピースを他の装置／工場に送ることなく、複数のワークピースを効率的に造形し、処理する。

【0058】

上述の説明を考慮すると、付加製造装置によって造形されているワークピースのすぐ近くに加熱造形チャンバを設けることは、ワークピースを加熱する効率を提供しながら、付加製造プロセス中にワークピースに蓄積される応力を除去する機能（facilities）を有することを理解されたい。ワークピースは、ワークピースが造形されるにつれて降下する造形プレート上の加熱造形チャンバ内で成長する大きなフォーマットの部品であってもよい。このような加熱造形チャンバは、加熱造形チャンバのキャビティを画定する加熱炉本体と、ワークピースが造形される造形プレートと加熱炉本体との間に配置されたオーブン蓋と、を備えるオーブンによって提供され得る。オーブン蓋は、付加製造装置の堆積ヘッドからのエネルギービーム及び／又は材料フィードが造形プレートに到達することを可能にする開口部を含み、その結果、堆積材料の層を造形プレート上に提供することができる。オーブン蓋は、加熱造形チャンバが堆積ヘッドの位置に関係なくオーブンによって取り囲まれるように、堆積材料の層の堆積中に堆積ヘッドと連動して移動することができる。このようにして、オーブンの加熱効率が十分に発揮されて、加熱時間が短縮されるため、応力除去に要する時間が節約される。オーブンは、ワークピース及び造形プレートを、ワークピースが成長する際の歪みやクラックの発生を防止するのに適した温度に維持することができると共に、実施形態では、ワークピースの造形中に、材料堆積を一時停止し、オーブンの温度をさらに上昇させて、「インプロセス（in-process）」で応力除去を行うことができる。実施形態では、オーブンの代わりにオートクレーブを利用して、加熱造形チャンバをオートクレーブ内に設けることができる。オートクレーブは、加熱に加えて、造形チャンバの加圧を可能にし、その結果、オートクレーブ内で造形されたワークピースは、熱間等方加圧処理（hot isostatic press treatment）などの加圧処理に供することができ、さらに、オートクレーブを利用することにより、オペレータはワークピースを冷却することができる。オートクレーブが利用される場合、オートクレーブは取り外し可能な上蓋及び／又は取り外し可能な下蓋を含むことができ、これらは別々に取り外すことができる。取り外し可能な上蓋により、堆積ヘッドと連動して移動する上蓋を、材料堆積中に加熱造形チャンバ上に移動させることができ、堆積ヘッド及びオーブン蓋が移動された後、取り外し可能な上蓋をオートクレーブ上に固定して、造形されたワークピースを加圧処理することができる。次いで、ワークピースの完成後、取り外し可能な下蓋を取り外して、完成したワークピースをオートクレーブの造形チャンバから取り出すことができる。実施形態では、複数のオートクレーブが、複数のワークピースを製造するための造形チャンバ内に設けられてもよく、各オートクレーブは、取り外し可能な上蓋及び取り外し可能な下蓋を有しており、オーブン蓋で覆われた第１のオートクレーブ内でワークピースが堆積ヘッドによって造形され、第２のオートクレーブ内で別のワークピースが加圧処理されている間に、完成した第３のワークピースが、造形チャンバを乱すことなく第３のオートクレーブから回収され得る。

【0059】

本明細書に記載される実施形態の追加の態様は、以下の付記項の主題によって提供される。

【0060】

（付記１）ワークピースを付加製造する方法であって、付加製造装置の堆積ヘッドを、造形プレートの造形表面上を並進移動させて材料の層を形成することであって、前記堆積ヘッドが、材料ノズルを通して前記材料が堆積材料として堆積される材料ノズルと、前記堆積材料にエネルギービームを印加して、前記堆積材料を前記造形表面で溶融させるように構成されたエネルギー源とを備える、材料の層を形成することと、前記層が前記造形表面上に堆積された後に、オーブンを用いて堆積材料を加熱することであって、前記オーブンが、前記造形プレートが配置されるキャビティを画定する加熱炉本体と、前記堆積ヘッドと共に移動可能であり、前記加熱炉本体上に配置可能なオーブン蓋とを備え、前記オーブン蓋が前記加熱炉本体上に配置されると、前記オーブン蓋及び前記加熱炉本体は、前記加熱の適用時に加熱造形チャンバを提供する前記キャビティを取り囲む、堆積材料を加熱することと、を含む方法。

【0061】

（付記２）加熱後に前記キャビティ内の前記堆積材料を加圧することをさらに含む、付記項１に記載の方法。

【0062】

（付記３）前記キャビティ内の前記堆積材料を加圧することが、前記堆積ヘッドを前記造形プレートから離間するように移動させて、前記加熱炉本体から前記オーブン蓋を取り外すことと、前記加熱炉本体にオートクレーブ蓋を配置して前記キャビティをシールすることと、前記キャビティを加圧することと、を含む、付記項１又は付記項２に記載の方法。

【0063】

（付記４）前記加圧は、加熱後の前記キャビティ内の前記堆積材料の熱間等方加圧であり、前記キャビティ内の前記堆積材料の前記熱間等方加圧は、前記堆積ヘッドを前記造形プレートから離間するように移動させて、前記加熱炉本体から前記オーブン蓋を取り外すことと、前記加熱炉本体にオートクレーブ蓋を配置して前記キャビティをシールすることと、前記キャビティを加熱し、前記キャビティを等方性ガス圧で加圧することと、を含む、付記項２に記載の方法。

【0064】

（付記５）前記堆積ヘッドが、前記堆積ヘッドの可動範囲に対応する量で少なくとも第１の方向に移動可能であるように、前記堆積ヘッドが支持構造体に移動可能に取り付けられている、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0065】

（付記６）前記堆積ヘッドを前記造形プレート上で並進移動させることは、前記堆積ヘッドを、前記支持構造体に対して前記造形プレート上で前記第１の方向に第１の距離だけ移動させることを含み、 前記第１の距離は前記可動範囲以下である、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0066】

（付記７）前記加熱炉本体は上端部を有する側壁を備え、前記オーブン蓋の下面は、前記堆積ヘッドの前記可動範囲の少なくとも一部において、前記加熱炉本体の前記側壁の前記上端部に物理的に接触する、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0067】

（付記８）前記オーブン蓋の前記下面は、前記堆積ヘッドの前記可動範囲の全体にわたって、前記加熱炉本体の前記側壁の前記上端部に物理的に接触する、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0068】

（付記９）前記堆積材料を加熱した後、前記加熱造形チャンバから、前記加熱炉本体を貫通して延在する材料導管を通して、前記堆積材料の余分な部分を排出することをさらに含み、前記材料は金属粉末又は合金粉末を含む、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0069】

（付記１０）前記材料導管は、前記造形プレートの一部を貫通すると共に、前記加熱炉本体の床を貫通して延在する、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0070】

（付記１１）加熱炉本体が側壁を備え、前記オーブン蓋の下面は、前記堆積ヘッドの前記可動範囲の少なくとも一部において、前記加熱炉本体の前記側壁の前記上端部に物理的に接触する、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0071】

（付記１２）前記ワークピースの最終層を堆積させて溶融させることをさらに含むと共に、前記オーブンを用いて、前記ワークピースを前記第１の昇温温度よりも高い第２の昇温温度まで加熱することと、前記ワークピース内に蓄積された応力をさらに除去するために、前記ワークピースを予め定めた期間前記第２の昇温温度に維持することと、をさらに含む、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0072】

（付記１３）前記予め定めた期間の後、前記オーブンの少なくとも１つの加熱要素を制御することにより、前記ワークピースの温度を予め定めた冷却速度で前記周囲温度まで低下させることをさらに含む、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0073】

（付記１４）前記オーブン蓋は、前記堆積ヘッドに取り付けられている、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0074】

（付記１５）前記堆積材料を加熱することは、前記加熱造形チャンバが、前記堆積ヘッドの位置に関係なく、前記オーブン蓋及び前記加熱炉本体によって実質的に囲まれるように、前記堆積ヘッドの並進移動と連動して前記オーブン蓋を移動させることを含む、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0075】

（付記１６）前記ワークピース内の残留応力が予め定めた量より大きいと判定することをさらに含む、先行する付記項のいずれかに記載の方法。

【0076】

（付記１７）ワークピースを付加製造する方法であって、付加製造装置の堆積ヘッドを造形表面上で並進移動させることにより、前記造形プレートの造形表面上に材料の層として材料を堆積させることであって、前記堆積ヘッドは、前記材料の層が材料ノズルを通して前記造形プレート上に堆積される材料ノズルを備える、材料を堆積させることと、前記造形プレートの前記造形表面で前記材料を溶融して、前記ワークピースの層を形成するために、前記材料にエネルギービームを印加するように構成されたエネルギー源を用いて前記材料の層を溶融させることと、前記ワークピース内の残留応力が予め定めた量より大きいと判定することと、前記ワークピース内の前記残留応力が前記予め定めた量より大きいとの前記判定に応じて、オーブンを用いて前記ワークピースの層を加熱することと、を含み、前記オーブンは、前記造形プレートが配置されるキャビティを画定する加熱炉本体と、前記堆積ヘッドと共に移動可能であり、前記加熱炉本体上に配置可能なオーブン蓋であって、前記加熱炉本体上に設けられると、前記オーブン蓋及び前記加熱炉本体が前記キャビティを取り囲み、これにより前記加熱の適用時に加熱造形チャンバを提供する、オーブン蓋と、前記加熱造形チャンバを加熱するように構成された加熱要素と、を含み、前記オーブン蓋が前記堆積ヘッドの並進移動に連動して移動する、方法。

【0077】

（付記１８）前記オーブンを用いて前記層を加熱することは、前記材料の層を周囲温度より高い第１の昇温温度に維持することを含み、前記材料の層は前記ワークピースの最終層を含み、前記オーブンを用いて前記ワークピースを前記第１の昇温温度よりも高い第２の昇温温度まで加熱し、前記ワークピース内に蓄積された応力をさらに除去するために、前記ワークピースを予め定めた期間前記第２の昇温温度に維持することと、前記予め定めた期間の後、前記オーブンの少なくとも１つの加熱要素を制御することにより、前記ワークピースの温度を予め定めた冷却速度で前記周囲温度まで低下させることと、をさらに含む、付記項１７に記載の方法。

【0078】

（付記１９）加熱後に前記キャビティ内の堆積された材料を熱間等方加圧することをさらに含み、前記キャビティ内の前記堆積された材料を熱間等方加圧することは、前記堆積ヘッドを前記造形プレートから離間するように移動させて、前記加熱炉本体から前記オーブン蓋を取り外すことと、前記加熱炉本体にオートクレーブ蓋を配置して前記キャビティをシールすることと、前記キャビティを加熱し、前記キャビティを等方性ガス圧で加圧することと、を含む、付記項１７又は付記項１８に記載の方法。

【0079】

（付記２０）前記判定することは、コントローラを介して自動的で行われる、付記項１７～１９のいずれかに記載の方法。

【0080】

（付記２１）
付加製造装置であって、
造形チャンバを画定し、開口部を備える筐体と、
前記筐体の前記開口部に連結されるオートクレーブであって、前記筐体の前記開口部の周囲でシールされ、少なくとも部分的に造形キャビティを画定する側壁であって、前記造形キャビティと連通する上側オートクレーブ開口部と前記上側オートクレーブ開口部と対向する下側オートクレーブ開口部とを有する側壁と、前記側壁上に配置されて、前記上側オートクレーブ開口部をシール可能に覆う（sealably cover）上側オートクレーブ蓋であって、前記上側オートクレーブ開口部と前記造形キャビティとを露出させるように前記側壁から取り外し可能である上側オートクレーブ蓋と、前記側壁上に配置されて、前記下側オートクレーブ開口部をシール可能に覆う下側オートクレーブ蓋であって、前記下側オートクレーブ開口部と前記造形キャビティとを露出させるように前記側壁から取り外し可能である下側オートクレーブ蓋と、を備えるオートクレーブと、
前記オートクレーブと連結された造形プレートアセンブリであって、造形プレートと、前記造形プレートに作動可能に結合されて、前記造形プレートを前記オートクレーブの前記造形キャビティに対して軸方向に並進移動させる作動装置とを備え、前記下側オートクレーブ蓋が前記下側オートクレーブ開口部から取り外されると、前記作動装置が、前記下側オートクレーブ開口部を通して前記造形プレートを前記造形キャビティ内へ又は前記造形キャビティから外に移動させるように動作可能である、造形プレートアセンブリと、
前記造形チャンバに配設された堆積アセンブリであって、前記オートクレーブに対して移動可能な堆積ヘッドと、前記堆積ヘッドに接続され、前記堆積ヘッドと共に移動可能な材料ノズルであって、前記上側オートクレーブ蓋が前記上側オートクレーブ開口部から取り外された状態で、前記上側オートクレーブ開口部上に位置する場合で、かつ前記造形プレートが前記造形キャビティ内に位置する場合に、前記造形プレート上に材料を堆積させるように動作可能な材料ノズルと、前記堆積ヘッドに接続され、前記堆積ヘッドと共に移動可能なエネルギー源であって、前記材料ノズルを介して堆積された材料にエネルギーを印加することにより、堆積された材料を溶融させて前記ワークピースを形成するように動作可能なエネルギー源と、前記堆積ヘッドと共に移動可能であり、前記堆積アセンブリが溶融した材料を堆積する際に、前記オートクレーブの前記上側オートクレーブ開口部を覆うように前記堆積ヘッドと連動して移動可能なオーブン蓋であって、前記上側オートクレーブ蓋が前記側壁から取り外されると、前記オートクレーブの前記上側オートクレーブ開口部上に位置決め可能であるオーブン蓋と、を備える堆積アセンブリと、
を備える付加製造装置。

【0081】

（付記２２）前記造形プレートアセンブリが、前記造形プレートが配置される可動ベースをさらに備え、前記可動ベースは、軸を中心に前記造形プレートを回転させるように、及び／又は前記軸に沿って前記造形プレートを並進移動させるように動作可能である、付記項２１に記載の付加製造装置。

【0082】

（付記２３）前記下側オートクレーブ蓋が前記下側オートクレーブ開口部をシール可能に覆うように前記側壁に配置されている場合であって、かつ前記上側オートクレーブ蓋が前記上側オートクレーブ開口部から取り外されている場合は、前記オートクレーブの前記造形キャビティは、前記筐体の前記造形チャンバと連通しているが、外部周囲環境からシールされており、
前記上側オートクレーブ蓋が前記上側オートクレーブ開口部をシール可能に覆うように前記側壁に配置されている場合であって、かつ前記下側オートクレーブ蓋が前記下側オートクレーブ開口部から取り外されている場合は、前記造形キャビティは、外部周囲環境と連通しているが、前記筐体の前記造形チャンバからシールされており、
前記オートクレーブは、前記上側オートクレーブ蓋及び前記下側オートクレーブ蓋が両方とも前記側壁に配置されている場合に、前記造形キャビティを加熱及び加圧する、付記項２１又は付記項２２に記載の付加製造装置。

【0083】

特許請求される主題の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対して様々な修正及び変更を行うことが可能であることが、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、そのような修正及び変形が添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に入ることを条件として、本明細書に記載される様々な実施形態の修正及び変形を包含することが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】