特許 7523048 金属部品を製造するための展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムおよびプロセス

(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】2024-07-18

(45)【発行日】2024-07-26

(54)【発明の名称】金属部品を製造するための展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムおよびプロセス

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/82 20210101AFI20240719BHJP

   B22F 9/08 20060101ALI20240719BHJP

   B22F 3/24 20060101ALI20240719BHJP

   B22F 12/86 20210101ALI20240719BHJP

   B22F 12/88 20210101ALI20240719BHJP

   B22F 10/73 20210101ALI20240719BHJP

   B22F 8/00 20060101ALI20240719BHJP

   B22F 10/66 20210101ALI20240719BHJP

   B22F 10/60 20210101ALI20240719BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240719BHJP

   B33Y 40/20 20200101ALI20240719BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALN20240719BHJP

【ＦＩ】

B22F12/82

B22F9/08 A

B22F3/24 D

B22F12/86

B22F12/88

B22F10/73

B22F8/00

B22F10/66

B22F10/60

B33Y10/00

B33Y40/20

B33Y30/00

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021516690

(86)(22)【出願日】2019-07-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-06

(86)【国際出願番号】 US2019041906

(87)【国際公開番号】W WO2020060661

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2022-06-06

(31)【優先権主張番号】16/135,191

(32)【優先日】2018-09-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521115845

【氏名又は名称】コンティニュウム パウダーズ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ Ｐｏｗｄｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ

【住所又は居所原語表記】２７７０５ Ｄｕｔｃｈｅｒ Ｃｒｅｅｋ Ｒｏａｄ，Ｃｌｏｖｅｒｄａｌｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５４２５，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100102842

【弁理士】

【氏名又は名称】葛和 清司

(72)【発明者】

【氏名】ラトゥール，アンドリュー ヴァノス

(72)【発明者】

【氏名】エオンタ，クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】チャールズ，マシュー

(72)【発明者】

【氏名】ステイナー，スコット

(72)【発明者】

【氏名】チェン，ジョエル

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１３３８０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１６９７６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２０３２４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５３５６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６５４１１４２（ＣＮ，Ａ）

【文献】Pepi, M. et al.，MANUFACTURING AT THE POINT OF NEED USING RECYCLED, RECLAIMED, AND/OR INDIGENOUS MATERIALS，DSIAC Journal，2018年09月18日，VOl.5, No.3，26-36

【文献】BAMBACH, Margarita D., et al.，"New process chains involving additive manufacturing and metal forming - a chance for saving energy?"，Procedia Engineering，Volume 207，2017年，pp. 1176-1181

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属部品を製造するための展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムであって：
第１の容器と、原材料を合金粉末に変換するように構成された第１の容器内の冶金システムとを含む鋳造モジュールであって、
冶金システムが、混合コールドハースおよび噴霧システムを含む、前記鋳造モジュール；
第２の容器と、合金粉末を金属部品に形成するように構成された第２の容器内の付加製造システムとを含む付加製造（ＡＭ）モジュールであって、付加製造システムが、３Ｄプリンターシステム、指向性エネルギー堆積システム、粉末床溶融システムおよびコールドスプレーシステムからなる群から選択されるシステムを含む、前記付加製造（ＡＭ）モジュール;
第３の容器と、付加製造（ＡＭ）モジュールによって形成された粗金属部品を機械加工するように構成された第３の容器内の機械加工システムとを含む、機械加工モジュール；および
第４の容器と、金属部品を検査および評価するように構成された第４の容器内の検査および評価システムとを含む、品質適合（ＱＣ）モジュールを含み、
第１の容器、第２の容器、第３の容器および第４の容器が、トラック、鉄道、または船によって搬送することができる金属容器であって、目的の場所で金属部品を製造するために目的の場所へ展開するために構成されている、
前記システム。

【請求項2】

付加製造モジュールが、印刷されたままの金属部品を熱処理するための熱処理システムをさらに含む、請求項１に記載の展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム。

【請求項3】

金属部品を製造するための展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムであって：
くず材料を合金粉末に変換し、付加製造（ＡＭ）プロセスを使用して合金粉末から金属部品を構築するように構成された機器を含む、可搬型モジュールのアレイ；
第１の容器と、くず材料を溶融金属に溶融するように構成された混合コールドハースを含む第１の容器内の冶金システムとを含む鋳造モジュール、および溶融金属を合金粉末に噴霧するように構成された噴霧システムを含み、鋳造モジュールが、金属くずを分析するように構成された分析機器、および金属くずを塊に切断するように構成された鋸をさらに含む、モジュール；
第２の容器と、合金粉末を粗金属部品に形成するように構成された第２の容器内の３Ｄプリンターとを含む付加製造（ＡＭ）モジュール
第３の容器と、粗い部品を金属部品に機械加工するように構成された第３の容器内の機械加工システムとを含む機械加工モジュール；および
第４の容器と、金属部品を検査および評価するように構成された第４の容器内の検査および評価システムを含み、
第１の容器、第２の容器、第３の容器および第４の容器が、トラック、鉄道、または船によって搬送することができる金属容器であって、目的の場所で金属部品を製造するために目的の場所へ展開するために構成されている、前記システム。

【請求項4】

機械加工システムが、研磨機器および旋削機器を含む、請求項３に記載の展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム。

【請求項5】

付加製造（ＡＤ）モジュールが、粗金属部品を熱処理するための熱処理システムをさらに含む、請求項３に記載の展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム。

【請求項6】

鋳造モジュールが、合金粉末の粒子サイズ、微細構造、および元素組成を確認するように構成されたＳＥＭ装置をさらに含む、請求項３に記載の展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム。

【請求項7】

混合コールドハースが、溶融金属に添加剤を添加するための組成補正システムをさらに含む、請求項３に記載の展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム。

【請求項8】

金属部品を製造するためのプロセスであって：
くず材料を合金粉末に変換するように構成された冶金システムを含む第１の容器を含む鋳造モジュール、合金粉末から粗金属部品を構築するように構成された付加製造システムを含む第２の容器を含む付加製造（ＡＭ）モジュールであって、付加製造（ＡＭ）モジュールが熱処理システムを第２の容器にさらに含む前記付加製造（ＡＭ）モジュール、第３の容器と、付加製造（ＡＭ）モジュールによって形成された粗金属部品を機械加工するように構成された第３の容器内の機械加工システムとを含む機械加工モジュール；および
第４の容器と、金属部品を検査および評価するように構成された第４の容器内の検査および評価システムとを含む、品質適合（ＱＣ）モジュール；を含み、
第１の容器、第２の容器、第３の容器および第４の容器が、トラック、鉄道、または船によって搬送することができる金属容器であって、目的の場所で金属部品を製造するための目的の場所への展開のために構成されている、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムを提供すること；
展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムを目的の場所に展開すること；
鋳造モジュールを使用してくず材料から合金粉末を形成すること；
付加製造（ＡＭ）モジュールを使用して、合金粉末から粗い金属部品を形成すること；
熱処理システムを使用して粗金属部品を熱処理すること；機械加工モジュールを使用して粗金属部品を機械加工金属部品に機械加工すること；および品質適合（ＱＣ）モジュールを使用して金属部品を検査および評価すること；を含む、前記プロセス。

【請求項9】

鋳造モジュールが、くず材料を溶融金属に溶融するように構成された混合コールドハース、および溶融金属を合金粉末に噴霧するように構成された噴霧システムを含む、請求項８に記載のプロセス。

【請求項10】

混合コールドハースが、溶融金属に添加剤を添加するための組成補正システムをさらに含む、請求項９に記載のプロセス。

【請求項11】

付加製造（ＡＭ）モジュールが、３Ｄプリンターを含む、請求項９に記載のプロセス。

【請求項12】

鋳造モジュールが、金属くずを分析するように構成された分析機器をさらに含み、分析機器を使用して金属くずを分析することをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。

【請求項13】

くず材料が、戦場の材料で構成され、目的の場所が戦場に近接している、請求項８に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、金属のリサイクル、付加製造、および展開可能な製造に関する。

【背景技術】

【0002】

金属のリサイクルは、経済的利益と環境上の利益のために一般的な方法である。鉄鋼業界は１５０年以上にわたって積極的にリサイクルを行っており、米国ではほとんどすべての構造用鋼と自動車がリサイクルされている。多くの金属では、リサイクルは鉱石からの精製に比べて必要なエネルギーが少なくて済む。米国環境保護庁が実施した調査によると、バージン鉱石の代わりにリサイクル金属くず（scrap metal）を使用すると、エネルギーの７５％の節約、原材料の９０％の節約、大気汚染の８６％の削減、水の４０％の削減、水質汚染の７６％の削減、および鉱業廃棄物の９７％の削減を含む、多くの利点を提供する。他の金属のエネルギー節約には、アルミニウムの９５％と銅の８５％が含まれる。

【0003】

付加製造（ＡＭ）は急速に成長している分野であり、最終的にはほとんどの従来型の製造に取って代わることが期待されている。ＡＭでは、金属粉末を使用して部品を直接作成できる。部品の製造時に使用されなかった粉末は、再溶解や鋳造の追加ステップなしで、より多くの部品を直接製造するために数回リサイクルすることができる。ＡＭは、コスト削減に加えて、単一のプロセスから複雑な部品を製造する可能性がある。機械加工が不可能な内部形状を印刷できるため、原材料、エネルギー、コストをさらに節約できる。AMの汎用性により、単一の生産施設で複数のタイプの部品を生産することができる。

【0004】

本開示は、金属部品を製造するために原材料を処理するために遠隔地に展開することができる展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムに関する。さらに、本開示は、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムを使用して金属部品を製造するためのプロセスに関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムには、リサイクル金属などの原材料を合金粉末に変換し、付加製造（ＡＭ）プロセスを使用して合金粉末から金属部品を構築するように構成された機器を含む一連のモジュールが含まれる。

【0006】

（ＤＭＣ）システムでは、鋳造モジュールには、原材料を合金粉末に変換するように構成された冶金システムが含まれ、付加製造（ＡＭ）モジュールには、合金粉末を金属部品に形成するように構成された付加製造システムが含まれる。例示的な実施形態では、冶金システムは、混合コールドハースと噴霧システムを含み、付加製造（ＡＭ）システムは、３Ｄプリンターを含む。さらに、この金属部品は、付加製造（ＡＭ）システムを使用して全体を形成するものでも、付加製造（ＡＭ）システムによって追加された合金粉末によって既存の部品を修復または再構成するものでもよい。

【0007】

展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムはまた、金属部品を機械加工された金属部品に機械加工するように構成された機械加工システムを含む機械加工モジュール、および金属部品を検査および評価するように構成された検査および評価システムを含む品質適合（ＱＣ）モジュールを含むことができる。

【0008】

金属部品を製造するためのプロセスは、以下のステップ：冶金システムを含む鋳造モジュールを含む展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム、および付加製造システムを含む付加製造（ＡＭ）モジュールを提供すること；展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムを目的の場所に展開すること；鋳造モジュールを使用して原材料から合金粉末を形成し、次に付加製造（ＡＭ）モジュールを使用して合金粉末から金属部品を形成することを含む。例として、原材料は戦場の材料を含むことができ、所望の場所は戦場に近接することができる。

【0009】

このプロセスには、次の手順：金属部品を機械加工するように構成された機械を含む機械加工モジュール、および金属部品を検査および評価するように構成された機器を含む品質適合（ＱＣ）モジュールを提供すること；機械加工モジュールを使用して、金属部品を機械加工された金属部品に機械加工すること；および品質適合（ＱＣ）モジュールを使用して金属部品を検査および評価することを含めることもできる。

【0010】

例示的な実施形態は、図面の参照図に示されている。本明細書に開示される実施形態および図は、限定的ではなく例示的であると見なされることが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムを部分的に切断した概略斜視図である。

【0012】

【図2】図２は、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムの鋳造モジュールの機器およびプロセスを示す概略図である。

【0013】

【図3】図３は、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システムを使用して金属部品を製造するプロセスのステップを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１を参照すると、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム１０は、鋳造モジュール１２、付加製造（ＡＭ）モジュール１４、機械加工モジュール１６、および品質適合（ＱＣ）モジュール１８を含む。展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム１０は４つのモジュール１２、１４、１６、１８を含むが、他の（ＤＭＣ）システムは任意の数のモジュールで構築することができ、１から２０のモジュールが例示的であることが理解されるべきである。

【0015】

各モジュール１２、１４、１６、１８は、必要な機器を収容するのに適したサイズの容器２０を備える。例えば、各容器２０は、トラック、鉄道、または船によって容易に搬送することができる標準サイズの金属輸送容器を含むことができる。例示的なサイズには、８’ｘ２０’および８’ｘ４０’が含まれる。容器２０は、ドアまたはハッチなどの、人、原材料、機器、および金属部品が容器２０に出入りできるサイズのアクセス開口部２２を含むことができる。

【0016】

展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム１０において、鋳造モジュール１２は、原材料から合金粉末を製造するように構成される。例示的な原材料には、リサイクルされた金属、スクラップ、廃棄物、固有の材料、または原料の組み合わせが含まれる。参照により本明細書に組み込まれる「Mixing Cold Hearth Metallurgical System and Process For Producing Metals and Metal Alloys」と題する米国特許第９，９２５，５９１Ｂ２号は、鋳造モジュール１２で使用できる鋳造機器のいくつかを記載している。鋳造モジュール１２のさらなる詳細は、詳細な説明が進むにつれて説明される。

【0017】

付加製造（ＡＭ）モジュール１４は、付加製造（ＡＭ）プロセスを使用して合金粉末を金属部品に形成するように構成される。１つの例示的な付加製造プロセスは、レーザーまたは電子ビームシステムで実行される３Ｄ印刷を含む。他の例示的な付加製造プロセスには、指向性エネルギー堆積、粉末床溶融、およびコールドスプレーが含まれる。さらに説明されるように、付加製造（ＡＭ）モジュール１４はまた、金属部品を熱処理するように構成され得る。

【0018】

鋳造モジュール１２に続いて付加製造（ＡＭ）モジュール１４を使用すると、金属部品を製造するためのサプライチェーンの大部分が不要になる。金属部品は、金属くずなどの固有の原材料から製造され、溶融されて合金粉末に成形された後、付加製造（ＡＭ）プロセスによって部品に成形される。金属くずなどの容易に入手できる原材料を使用すると、必要に応じてさまざまな物質を迅速に製造できるため、出荷に伴う長いリードタイムが不要になる。必要に応じて合金粉末を迅速に製造できるため、付加製造（ＡＭ）で通常必要となる大量の金属粉末の在庫が不要になる。大量の在庫を必要とせずに、保管スペースを減らすことができる。

【0019】

機械加工モジュール１６は、機械加工プロセスを使用して金属部品を機械加工された金属部品に機械加工するように構成される。一般に、機械加工プロセスは余分な材料を取り除き、表面粗さを変更する。例示的な機械加工プロセスには、研削、研磨、穴あけおよび旋盤が含まれる。

【0020】

品質適合（ＱＣ）モジュール１８は、金属部品を検査および評価して、金属部品の寸法が設計仕様を満たしていることを確認するように構成される。これらのプロセスは、視覚、手動、またはＸ線やＣＴスキャンなどの自動化された機器を使用して実行できる。

【0021】

次に、各モジュール１２、１４、１６、１８の詳細について説明する。

【0022】

鋳造モジュール１２
図２を参照すると、例示的な実施形態では、鋳造モジュール１２は、スクラップ収集容器２４、ＸＲＦ分析機器２６、鋸２８、混合コールドハース３０、ガス噴霧システム３２、サイクロン３４、およびＳＥＭ分析装置３６を含む。

【0023】

図２にも示されているように、鋳造モジュール１２は、原料３８を貯蔵するように、原料３８の化学組成を分析するように、原料３８から汚染物質や有害成分４０を除去するように、原料３８の断片をより小さな塊４２に切断するように、原料３８を溶かして溶融金属４４を形成するように、選択した化学添加剤４６を使用して溶融金属の組成を修正するように、溶融金属４４を合金粉末４８に噴霧するように、合金粉末４８を集めるように、および合金粉末４８を分析するように構成されている。

【0024】

原料３８に関して：金属部品が使われるところはどこでも、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅が見つかる可能性がある。鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウムは、構造要素やパネルの形で建物、車両、機器に広く使用されている。銅はワイヤーやチューブによく見られる。チタンは、前述の金属に比べると比較的まれであるが、航空機の部品に含まれている。軍事機器、車両、鎧、戦車、および武器は、主に鋼とアルミニウム合金で構成されている。

【0025】

一実施形態では、鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、およびチタンが、処理される主要な金属である。別の実施形態では、金属くずは、前哨戦基地の近くの戦場から収集され得る。別の実施形態では、部品は、空母、石油掘削装置、または他の遠隔施設に搭載されてリサイクルすることができる。好ましい実施形態では、金属スクラップの大きな断片が収集され、ハンドヘルドＸＲＦによって分析され、直径が６インチ未満の断片に切断される。収率が低く、合金組成のばらつきが大きく、汚染の可能性が高いため、スクラップ材料の小さな断片は収集されない。

【0026】

放射性物質、アスベストなどの有毒物質、またはベリリウム、カドミウム、水銀などの金属などの有害成分４０は、人員に危険をもたらし、処理前に原料３８から取り出される。さらに、燃料タンクまたはガスタンクなどの有害成分４０も、人員および機器に深刻な脅威をもたらす加圧または可燃性物質を含む可能性があるため、処理前に原料４０から除去される。

【0027】

原料３８の化学分析を実施して、最終組成物を所望の合金に補正するために必要な元素を予測することができる。理想的には、バッチは単一の原料からのスクラップで構成される。これにより、構成の予測と修正が比較的簡単になる。しかしながら、原料３８が一貫していない場合、予測分析は十分ではない。一貫性のない原料３８については、溶融後の化学分析を実施して、材料の組成を決定する。混合スクラップの組成が決定された後、合金はその所望の組成に修正される。

【0028】

化学分析に続いて、原料３８は、携帯用帯鋸、プラズマ切断機、スクラップ剪断機、または切断のための他の任意の便利なツールを使用して、より小さな塊４２に切断することができる。

【0029】

切断プロセスに続いて、塊を溶融金属４４に溶融することができる。一実施形態では、溶融は２段階で達成することができる。第１段階では、電流をプラズマガスを通して原料３８のプールに流すことができる。次に、プラズマトーチを使用して、プラズマガスを導き、電気アークを生成し、原料３８を所望の温度に加熱し、溶融金属４４に溶かすことができる。次に、混合コールドハース３０を使用して、溶融金属４４を混合し、均一な組成を提供し、必要に応じて組成補正を行うことができる。

【0030】

以前に引用された米国特許第９，９２５，５９１Ｂ２号は、混合コールドハース３０を構築するために使用することができる混合コールドハースを含む例示的な冶金システムを開示している。例えば、混合コールドハース３０は、流体冷却壁、溶融金属４４を保持するように構成された溶融空洞、および溶融金属４４を攪拌および加熱するための電磁場を生成するように構成された誘導コイルを含むことができる。混合コールドハース３０はまた、溶融キャビティ内で溶融金属４４を混合するために混合コールドハース３０を取り付けて移動し、溶融キャビティから溶融金属４４を注ぐために混合コールドハース３０を回転させるように構成された機械的駆動装置を含むことができる。機械的駆動による混合コールドハース３０の移動は、振動運動と回転運動のどちらも、またはそれらの組み合わせも含むことができる。混合コールドハース３０はまた、溶融空洞を少なくとも部分的に裏打ちし、溶融金属４４に熱伝達境界を提供するように構成されたスカル（skull）を含むことができる。さらに、混合コールドハース３０は、交換可能な混合コールドハースのアセンブリの除去要素を含むことができ、アセンブリの各混合コールドハースは、特定のカテゴリーの原材料を溶融して特定の製品を製造するように構成される。

【0031】

混合コールドハース３０では、望ましくない組成の既知の材料の添加剤４６を添加して、所望の組成の新しい材料を作成することによって、組成補正を任意に実行することができる。

【0032】

混合コールドハース３０での処理に続いて、ガス噴霧システム３２を使用して噴霧プロセスを実行して、合金粉末４８を形成することができる。以前に引用された米国特許第９，９２５，５９１Ｂ２号は、ガス噴霧システム３２を構築するために使用することができるガス噴霧システムを含む例示的な冶金システムを開示している。例えば、噴霧化は、鋭い流れで乱流の高速ガスを生成するダイ全体に溶融金属４４を注ぐことによって実行することができる。乱流の高速ガスの流れは、溶融した流れを分解し、球状の金属粒子を生成し、これらの粒子は、噴霧チャンバーを通過する飛行中に急速に冷却される。飛行中に冷却されると、金属粉末は固化し、サイクロン３４に移され、そこで合金粉末４８として収集される。他の例として、噴霧化は、プラズマガス、回転ディスク、振動板、または溶融金属を微粒子に分解する別の方法で実行することができる。好ましくは、合金粉末４８の得られる粒子サイズは、０から３５０μｍの間であり得る。一実施形態では、合金粉末４８は、１０?１６０μｍの粒子サイズを有する。別の実施形態では、２５?５０μｍの粒子サイズが生成される。

【0033】

噴霧プロセスに続いて、合金粉末４８は、粒子サイズ、微細構造、および元素組成を確認するために、ＳＥＭ分析装置３６によって分析することができる。合金粉末の特性評価には、粒子サイズ、サイズ分布、形態、密度、相挙動、元素組成、および表面特性の分析が含まれる。純度、形態、および欠陥のない微細構造は、アバランシェ角度および表面フラクタルと同様に、特性評価時に確認することもできる。

【0034】

付加製造モジュール１４
再び図１を参照すると、付加製造モジュール１４は、合金粉末４８およびレーザーまたは電磁エネルギーのいずれかを使用して付加製造プロセスを実行するように構成された３Ｄプリンター５０を含む。３Ｄプリンター５０では、合金粉末４８が溶融され、構築基板上に層ごとに堆積され、粒子を固め、部品を形成する。パーツが形成されたら、帯鋸またはEDM（放電加工）で切断して構築プレートから取り外する。１つの適切な３Ｄプリンター５０は、ＥＯＳ ＧｍｂＨエレクトロオプティカルシステムズによって製造されたＥＯＳ Ｍ１００ ３Ｄプリンターである。

【0035】

あるいは、付加製造は、指向性エネルギー堆積、粉末床溶融、コールドスプレー、または粉末を部品またはニアネットシェイプに統合する別の方法によって実行できる。技術は生産される各部品に固有であるが、印刷パラメータの開発が完了すると、ある部品を生産する生産システムを迅速に再構成して、別の部品を生産することができる。また、３Ｄプリンター５０で部品全体を構築するのではなく、合金粉末４８をコールドスプレー機で使用して、損傷した部品を修理することができる。

【0036】

付加製造モジュール１４はまた、残留内部応力を軽減するために、印刷されたままの部品を熱処理するための熱処理システム５２（図１）を含むことができる。アニーリングを実行して、残留応力のない均一な微細構造を提供できる。部品によっては、硬化や焼き戻しなどの追加の熱処理が必要になる場合がある。一般に、焼きなまし、肌焼き、析出強化、焼き戻し、正規化、焼入れなどの熱処理を実行して、必要に応じて部品の特性を変更できる。

【0037】

機械加工モジュール１６
再び図１を参照すると、機械加工モジュール１６は、余分な材料を除去し、表面粗さを修正するように構成された機械加工システム５４を含む。３Ｄ印刷後、印刷されたままの部品の表面は粗く、わずかな寸法の不正確さがある。これらの問題を解決するには、パーツの印刷が少し厚すぎる。余分な材料は後で機械加工中に除去され、パーツは指定された寸法になる。また、熱処理中に部品の表面にスケールが形成される場合がある。このスケールは、ショットブラストで除去して、後処理での機械加工の問題を防ぐことができる。ショットブラスト後、印刷された部品を寸法仕様に機械加工することができる。旋削センターを使用して、余分な材料を取り除くことができる。表面仕上げの要件によっては、研磨も必要になる場合がある。一部の部品では、成形技術を実行して部品の寸法を変更できる。さらに、耐食性を提供するために、1つまたは複数の保護コーティングを各部品に適用することができる。

【0038】

品質適合（ＱＣ）モジュール１８
再び図１を参照すると、品質適合（ＱＣ）モジュールは、金属部品を検査および評価するように構成された検査および評価システム５６を含む。部品の測定値が許容範囲内にあることを確認することにより、部品がその設計の仕様を満たしていることを確認する。たとえば、製造されたすべての部品に対して仕上がり検査を実行できる。Ｘ線ＣＴまたは別の方法を使用して、重要な材料の内部構造に欠陥や亀裂がないか視覚的に検査することもできる。仕上がり検査には、欠陥がないことを確認するために各部品の目視検査が含まれる。欠陥のある部品は、故障分析のためにロットから削除される。三次元測定機（CMM）または別の方法を使用して、部品の寸法を確認することもできる。さらに、材料の硬さを測定し、引張試験を行うことができる。部品に保護コーティングが施されている場合は、コーティングの厚さを測定し、耐食性を塩水噴霧または別の方法でテストできる。

【0039】

プロセスフロー
図３を参照して、金属部品を製造するための例示的なプロセスが示されている。図３では、楕円形は材料と部品を示し、長方形はプロセスと機器を表している。矢印は、材料または部品がさらに処理するために１つのモジュールから別のモジュールに取り出されていることを示している。最初に、展開可能な製造センター（ＤＭＣ）システム１０は、遠隔地または戦場などの所望の場所に搬送される。

【0040】

図３に示すように、鋳造モジュール１２は、スクラップを溶融して合金粉末に噴霧するステップを実行する。これは、ふるいにかけて分析することができる。付加製造モジュール１４は、合金粉末を粗い部品に３Ｄ印刷するステップを実行し、次に、それを切り出し、適切なＨＩＤ／熱処理を使用して熱処理する。機械加工モジュール１６は、ショットブラスト、旋削、および完成部品への成形などの粗い部品の機械加工操作を実行する。品質適合（ＱＣ）モジュール１８は、アイテムの識別、仕上がり検査、寸法の測定、硬度の評価、および引張りおよび伸びの試験を含む検査および評価ステップを実行する。

【0041】

いくつかの例示的な態様および実施形態が上で論じられてきたが、当業者は、それらの特定の改変、順列、追加、およびサブコンビネーションを認識するであろう。したがって、以下の添付の特許請求の範囲および以下に導入される請求項は、それらの真の精神および範囲内にあるようなすべてのそのような修正、順列、追加および副次的組み合わせを含むと解釈されることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】