特許 7518857 部品の内部欠陥に処理を施す方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-09

(45)【発行日】2024-07-18

(54)【発明の名称】部品の内部欠陥に処理を施す方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/34 20140101AFI20240710BHJP

   G01N 23/18 20180101ALI20240710BHJP

【ＦＩ】

B23K26/34

G01N23/18

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021561722

(86)(22)【出願日】2020-03-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-27

(86)【国際出願番号】 EP2020058403

(87)【国際公開番号】W WO2020212104

(87)【国際公開日】2020-10-22

【審査請求日】2023-03-08

(31)【優先権主張番号】1904036

(32)【優先日】2019-04-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】516227272

【氏名又は名称】サフラン・エアクラフト・エンジンズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】シスタック，ヒューゴ

(72)【発明者】

【氏名】ピエット，ロマリッチ，ジャン－マリー

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１６３４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０３０８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３３５５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／３４

Ｇ０１Ｎ ２３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一材料で作られた部品（１）の内部欠陥（１０）に処理を施すための方法であって、
ａ）前記部品の前記内部欠陥（１０）を検出し位置を特定するステップと、
ｂ）前記部品の内部に、前記欠陥を少なくとも部分的に含む少なくとも１つのターゲットボリューム（４；４’）を定義づけるステップと、
ｃ）各ターゲットボリューム（４；４’）ごとに、前記ターゲットボリュームを、その中で集束する少なくとも２つの連続ビーム（２）によって同時に照射するステップであって、それにより処理済みの領域が得られるステップと、を含み、
各ビームによって前記ターゲットボリュームに印加されるエネルギーは、前記材料を焼結するための閾値エネルギー未満であり、各ビームによって前記ターゲットボリュームに印加されるエネルギーの合計は、変形閾値エネルギー以上であり、前記変形閾値エネルギーは、前記ターゲットボリューム内にある前記材料の選択的焼結を実現したい場合は、前記材料を焼結するための前記閾値エネルギーに対応し、あるいは、前記ターゲットボリューム内にある前記材料の選択的溶融を実現したい場合は、前記材料を溶融するための他の閾値エネルギーに対応し、
前記部品の前記材料は、前記少なくとも２つのビームに対して半透明である、方法。

【請求項2】

ステップｂ）が複数のターゲットボリュームを定義づけ、ステップｃ）で前記ターゲットボリュームが同時に照射される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ステップｂ）が複数のターゲットボリュームを定義づけ、ステップｃ）で前記ターゲットボリュームが連続的に照射される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

ステップｂ）が、前記欠陥（１０）を完全に含んだ、前記部品内の一つのターゲットボリューム（４）を定義づけることからなる、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

ステップｃ）の後に、最初の欠陥が消失したかどうかをチェックするように前記処理済みの領域を制御するステップをさらに含み、前記制御ステップは、新たな内部欠陥を検出することを含み、前記処理済みの領域で新たな内部欠陥が検出された場合、前記新たな内部欠陥の位置が特定され、ステップｂ）およびｃ）が繰り返される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

内部欠陥の前記検出が、非破壊技術によって実行される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

ステップｃ）で、前記少なくとも２つのビームが、前記ターゲットボリュームの中で集光される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記少なくとも２つのビームが、それらの集光点で集束する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

ステップｃ）で、前記少なくとも２つのビームが、同じ表面エネルギーを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記少なくとも２つのビームの数が３つである、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記少なくとも２つのビームが、同じ性質のエネルギービームであり、レーザービーム、マイクロ波ビーム、ＵＶビーム、およびＩＲビームから選択される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

各ターゲットボリュームが、１０μｍ～１ｍｍに含まれる最大寸法を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一部品の欠陥に、その修復を可能にする処理を施す方法に関する。

【背景技術】

【0002】

部品が鋳造などの標準的な方法で製造されたものであるか、粉末床での積層造形など最近の製法で製造されたものであるかを問わず、製造時、その部品の中に内部欠陥（空孔、溶融不足、亀裂など）が発生することがある。

【0003】

しかしながら、このような内部欠陥の存在は、特に航空などの特定の分野では、疲労に対する耐性を低下させ、予想よりも早く部品の障害を引き起こす可能性があるため、許容できない場合がある。したがってそのような部品は、修復されなければ、廃棄される。

【0004】

このタイプの内部欠陥の存在は、一般に、部品の非破壊検査（Ｘ線、断層撮影、マイクロトモグラフィなど）を行うことによって検出される。こういった欠陥はまた、部品の製造時に、製造中の製法の制御（プロセス制御）、例えばマイクロトモグラフィや、製造中のＸ線の照射、溶融浴の監視等によっても検出できる。一例としては、粉末床でのレーザー溶融では、製造中の溶融浴の観察によって、製造後に潜在的な欠陥を突きとめることが可能である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、特に、部品の深部にあるかかる内部欠陥を修正することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的のために、本発明は、一材料で作られた部品の内部欠陥に処理を施すための方法を提案し、前記方法は、
ａ）前記部品の前記内部欠陥を検出し位置を特定するステップと、
ｂ）前記部品の内部に、前記欠陥を少なくとも部分的に含む少なくとも１つのターゲットボリュームを定義づけるステップと、
ｃ）各ターゲットボリュームごとに、前記ターゲットボリュームを、その中で集束する少なくとも２つの連続ビームによって同時に照射するステップであって、それにより処理済みの領域が得られるステップと、を含み、
各ビームによって前記ターゲットボリュームに印加されるエネルギーは、前記材料を焼結するための閾値エネルギー未満であり、各ビームによって前記ターゲットボリュームに印加されるエネルギーの合計は、変形閾値エネルギー以上であり、前記変形閾値エネルギーは、前記ターゲットボリューム内にある前記材料の選択的焼結を実現したい場合は、前記材料を焼結するための前記閾値エネルギーに対応し、あるいは、前記ターゲットボリューム内にある前記材料の選択的溶融を実現したい場合は、前記材料を溶融するための前記閾値エネルギーに対応し、
前記部品の前記材料は、前記少なくとも２つのビームに対して半透明である。

【0007】

第１の代替形態によると、ステップｂ）が複数のターゲットボリュームを定義づけ、ステップｃ）で前記ターゲットボリュームが同時に照射される。

【0008】

第２の代替形態によると、ステップｂ）が複数のターゲットボリュームを定義づけ、ステップｃ）で前記ターゲットボリュームが連続的に照射される。

【0009】

一代替形態によると、ステップｂ）は、前記欠陥を完全に含んだ、前記部品内の一意のターゲットボリュームを定義づけることからなる。

【0010】

本発明の一実施形態によると、前記方法は、ステップｃ）の後に、最初の欠陥が消失したかどうかをチェックするように前記処理済みの領域を制御するステップをさらに含み、前記制御ステップは、新たな内部欠陥を検出することを含み、前記処理済みの領域で新たな内部欠陥が検出された場合、前記新たな内部欠陥の位置が特定され、ステップｂ）およびｃ）が繰り返される。

【0011】

有利には、内部欠陥の前記検出は、非破壊技術によって実行される。これは、例えば、断層撮影、マイクロトモグラフィ、またはＸ線などのいわゆるＮＤＴ（「非破壊検査」の略）であり得る。

【0012】

好ましくは、ステップｃ）で、前記少なくとも２つのビームは、前記ターゲットボリュームの中で集光される。

【0013】

好ましくは、前記少なくとも２つのビームは、それらの集光点で集束する。

【0014】

有利には、ステップｃ）で、前記少なくとも２つのビームは、同じ表面エネルギーを有する。

【0015】

本発明の好ましい一実施形態によると、前記少なくとも２つのビームの数は３つである。

【0016】

好ましくは、前記少なくとも２つのビームは、同じ性質のエネルギービームであり、レーザービーム、マイクロ波ビーム、ＵＶビーム、およびＩＲビームから選択される。

【0017】

本発明による方法は、最大寸法が１０μｍ～５００μｍに含まれ得る欠陥の処理を可能にする。好ましくは、各ターゲットボリュームは、１０μｍ～１ｍｍに含まれる最大寸法を有する。処理を施すべき欠陥に対してターゲットボリュームを大きくすることにより、欠陥の周囲にある領域を溶融または焼結して、その領域の材料を均質化することが可能になる。一例としては、空孔タイプの欠陥を、その欠陥を含んだそれより大きい立体領域を再溶融することによって再溶融する場合に、その再溶融を材料を追加せずに行うと、それによって、空孔を、再溶融済みの立体領域全体に広がる複数の小さい空孔に「拡散」させることが可能になる。

【0018】

本開示において、「…～…に含まれる」という表現は、限界値を含むものと理解されたい。

【0019】

本発明のおかげで、部品の立体領域内部にあるターゲットボリュームの中で三次元の溶融または焼結を実行することが可能になる。したがって、前記方法を用いると、部品の内部にあり、通常ならその部品の廃棄を招いて許容できないであろう単発の欠陥を、外部から材料を追加することなく修復、または簡単に一定限度にとどめることが可能になる。

【0020】

非限定的な例として示す以下の説明を、添付の図面を参照して読むと、本発明についてより一層理解が深まり、本発明のその他の詳細、特徴および利点が明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1a】本発明による処理方法の第１の実施形態のステップを示す図である。

【図1b】本発明による処理方法の第１の実施形態のステップを示す図である。

【図1c】本発明による処理方法の第１の実施形態のステップを示す図である。

【図2a】本発明による処理方法の第２の実施形態のステップを示す図である。

【図2b】本発明による処理方法の第２の実施形態のステップを示す図である。

【図2c】本発明による処理方法の第２の実施形態のステップを示す図である。

【図2d】本発明による処理方法の第２の実施形態のステップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明によると、内部欠陥に処理を施す（ここでは修復する）ことを目的とした、損傷部品のターゲットボリュームへの同時照射には、少なくとも２つのビーム、好ましくは３つのビームを使用する。

【0023】

これらのビームは連続的なものである。

【0024】

処理を施す部品は、金属材料（金属または合金）、セラミックまたはポリマー製であり得る。

【0025】

使用するビームのタイプの選択は、前記ターゲットボリューム内に、その材料を溶融または焼結させて欠陥を消失させるために蓄積しなければならないエネルギーに応じて行う。したがって、この選択は材料によって決まるが、実現したいことが材料の焼結か溶融かどうかにも依存する。実現したいことが材料の焼結の場合は、集束させた各ビームによってターゲットボリュームを同時に照射する際に、そこに蓄積されるエネルギーの合計が、焼結に必要な閾値エネルギー以上でなければならない。実現したいことが材料の溶融の場合は、ターゲットボリューム内の前記エネルギーの合計が、溶融に必要な閾値エネルギー以上でなければならない。

【0026】

また、部品の材料は、選択したビームに対して半透明である必要がある。材料によるビームの吸収が最大で６０％までならば、その材料はビームに対して半透明であると見なされる（値０％は除外）。

【0027】

好ましくは、各エネルギービームは同じ性質のものが選択される。

【0028】

各ビームは、同一の供給源によって生成されても、別々の供給源によって生成されてもよく、同一の供給源のビームは、必要な数のビームに分割される。

【0029】

一例として、ニッケル合金（例えばインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ、登録商標）７１８タイプ）またはチタン合金（例えばＴＡ６Ｖ）で作られた金属部品におけるターゲットボリュームの溶融を行うには、マイクロ波ビームが、合計出力２００～４００Ｗおよび／または単位長さ当たりのエネルギー０．０１Ｊ／ｍｍ～１Ｊ／ｍｍを実現するように使用され得る。例えば、出力２００Ｗを実現するには、１００Ｗビームが２つ使用され得る。これにより例えば、圧縮機ブレードを実際に製造することができる。

【0030】

エポキシ樹脂などの熱硬化性ポリマーは、防音パネルまたは動力装置カバー部品（例えば防振部品）の製造に使用されるが、こういった熱硬化性ポリマーで作られた部品のターゲットボリュームの溶融には、出力６０～１００Ｗかつ／または表面エネルギー０．００１～０．０５Ｊ／ｍｍ^２のＵＶビーム、または出力２０～４０Ｗかつ／または表面エネルギー０．００５～０．０２５Ｊ／ｍｍ^２のレーザービームが使用され得る。

【0031】

材料の溶融または焼結を意図した１つまたは複数のターゲットボリュームを定義づける場所（つまり、各ターゲットボリュームの中でビームを向ける場所）を、欠陥の形状と軌跡に応じて決定できるようにするには、その欠陥の検出と位置特定が十分に高精度である必要がある。

【0032】

ここで対象となる欠陥のタイプは、最大寸法が１０μｍ～５００μｍ（限界値を含む）であることが好ましい。これは、例えば亀裂であり得る。したがって、±１０μｍの検出／位置特定の精度が求められる。この精度は、マイクロトモグラフィによって可能となる。

【0033】

有利には、ステップｃ）（事実上、欠陥を修復するステップである）の後に、欠陥が実際に処理かつ修復されたことをチェックできる検出ステップがさらにあってもよい。欠陥がまだ存在する場合は、その欠陥の位置を特定し、それが消失するまで、少なくとも１つのターゲットボリュームを定義づけるためのステップｂ）や、定義づけたターゲットボリュームを同時照射するためのステップｃ）等をやり直すことが可能である。

【0034】

特定の欠陥、つまり空隙で占められ、材料が不十分な欠陥には、前記方法で処理を施すのが困難な場合がある。こういった欠陥については、修復ステップを複数回行いながら（つまり、ステップｂ）とｃ）からなるシーケンスを複数回繰り返しながら）、１つまたは複数のターゲットボリュームを部品の外表面に向かって移動させる必要があり得る。したがって表面に移動させた欠陥は、材料を追加することによって修復することができる。

【0035】

本発明による方法の第１の実施形態が、図１ａ～１ｃに示されている。図１ａに、内部欠陥１０を有する欠陥部品１が、立方体で表されている。ビーム２の原点が円３で表されている。

【0036】

欠陥１０が検出され、その位置が特定される。次に、その欠陥１０を完全に含んだ、欠陥部品１のターゲットボリューム４を局所的に溶融または焼結するために、同じ性質をもつ３つのビーム２が使用される。したがって、この３つのビームのエネルギーの合計が、前記部品の、材料を溶融したい的確な局所領域に伝達される。これは、人工衛星での三角測量の場合と同様に、空間内の厳密なポイントを３本の直線で表現できるためである。図１ｂでは、３つのビームが同時に、ターゲットボリューム４に向かって、その中で集束するように方向づけられている。ターゲットボリューム４は、内部欠陥１０を含んでおり、したがって欠陥部品１を表す立方体の内側に位置している。ターゲットボリューム４に含まれる材料が、溶融状態になるまで加熱され、次に冷却されると、材料が溶融または焼結されたターゲットボリューム５が形成され、したがって修復済みの部品１００（図１ｃ）が得られる。ここで処理が施された領域は、溶融または焼結済みの材料を含んだターゲットボリューム５である。

【0037】

本発明による方法の第２の実施形態が、図２ａ～２ｄに示されている。図２ａでは、欠陥部品１が、図１ａよりも大きく示された内部欠陥１０を含んでいる。この欠陥１０の一部分を含んだ第１のターゲットボリューム４が定義づけられ、そのターゲットボリューム４に対して、３つのビーム２を同時に方向づけてその中で集束させることにより、処理が施される（図２ｂ）。前記欠陥の、第１のターゲットボリュームに含まれている部分は、そのターゲットボリューム４の材料が溶融または焼結されると消失して、溶融または焼結済みのターゲットボリューム５になる。次に、前記第１のターゲットボリューム４（つまり溶融または焼結済みのターゲットボリューム５）に隣接する、第２のターゲットボリューム４’が定義づけられることによって、欠陥１０の残りの部分に処理が施される。前記３つのビーム２が、第２のターゲットボリューム４’の中で集束するように方向づけられる（図２ｃ）。処理後、前記部品の処理済みの領域は、焼結または溶融済みの材料を含んだ２つのターゲットボリューム５を含み、修復済みの部品１００（図２ｄ）が得られる。

【0038】

当然ながら、ビーム源は、所望の領域に確実に高精度で処理を施すことができるように、互いに十分な距離をとって配設される。

【0039】

本発明の好ましい一代替形態によると、前記３つのビームはそれぞれ、ターゲットボリュームへの印加エネルギーが、ターゲットボリューム４または４’に含まれる材料の溶融または焼結に必要なエネルギーの３分の１に等しくなるように構成される。したがって、ターゲットボリュームに含まれる材料の溶融または焼結は、そのターゲットボリュームの中で３つのビームが同時に一点で交わる場合にのみ行われ、したがって、ビームが不正確に配置された場合の望ましくない溶融または焼結が防止される。

【0040】

本発明による方法は、例えば、寸法２５０μｍ×１００μｍ×５０μｍの内部欠陥を含んだポリマー樹脂部品を、その欠陥に対して３つのＵＶビームを方向づけることで修復することに使用されている。各ＵＶビームは、出力が３０Ｗ（または合計出力９０Ｗ）、集束点のビーム径が１００μｍ、速度が２ｍｍ／ｓである。

【符号の説明】

【0041】

１ 欠陥部品
２ ビーム
３ ビームの原点
４ 第１のターゲットボリューム
４’ 第２のターゲットボリューム
５ 溶融または焼結済みのターゲットボリューム
１０ 内部欠陥
１００ 修復済みの部品

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】