特許 7686386 物品を製造するための積層摩擦攪拌堆積法

(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】2025-05-23

(45)【発行日】2025-06-02

(54)【発明の名称】物品を製造するための積層摩擦攪拌堆積法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20250526BHJP

   C23C 26/00 20060101ALI20250526BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 310

B23K20/12 A

B23K20/12 G

C23C26/00 B

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020195119

(22)【出願日】2020-11-25

(65)【公開番号】P2021109238

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2023-11-06

(31)【優先権主張番号】16/736,913

(32)【優先日】2020-01-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】ブルーノ・サモラーノ・センデロス

(72)【発明者】

【氏名】ロジー・アイ・ロドリゲス

(72)【発明者】

【氏名】アリ・ユーセフィアーニ

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２０８３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２８５２０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４８６４０６７（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２６５４７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｃ２３Ｃ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリフォーム（400，500，600）から歯車（430，530，630）を製造するための方法（700）であって、前記プリフォーム（400，500，600）は金属材料から形成されたプリフォーム歯車歯を備え、各プリフォーム歯車歯は第1のプリフォーム歯面及び第2のプリフォーム歯面を備え、前記方法は、
中間物品（420，520，620）を提供するために、積層摩擦攪拌堆積によって、前記プリフォーム（400，500，600）の前記プリフォーム歯車歯の前記第1のプリフォーム歯面及び前記第2のプリフォーム歯面に耐摩耗性材料（410，506，610）を堆積させるステップ（704）と、
機械加工された歯車歯を形成するために、前記プリフォーム（400，500，600）の前記プリフォーム歯車歯の前記第1のプリフォーム歯面及び前記第2のプリフォーム歯面上に堆積させられた前記中間物品（420，520，620）から前記耐摩耗性材料（410，506，610）の少なくとも一部（438，538，638）を除去するために、前記中間物品（420，520，620）を機械加工するステップ（706）と
を含み、
各機械加工された歯車歯は、第1の機械加工された歯面及び第2の機械加工された歯面を備え、前記第1の機械加工された歯面及び前記第2の機械加工された歯面は、前記第1のプリフォーム歯面及び前記第2のプリフォーム歯面と非平行である、方法（700）。

【請求項2】

前記プリフォーム（400，500，600）が第1の組成物を含み、前記耐摩耗性材料（410）が第2の組成物を含み、前記第2の組成物が前記第1の組成物と実質的に異なる、請求項1に記載の方法（700）。

【請求項3】

前記第1の組成物が、アルミニウム合金、チタン合金、及び鋼のうちの少なくとも1つを含む、請求項2に記載の方法（700）。

【請求項4】

前記耐摩耗性材料（410，506，610）が金属マトリックス複合材料を含み、前記金属マトリックス複合材料は、アルミナ粒子を含むアルミニウム合金、二ホウ化チタン粒子を含むアルミニウム合金、及びセラミック強化材を含むアルミニウムマトリックスのうちの選択されたものを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法（700）。

【請求項5】

積層摩擦攪拌堆積によって前記耐摩耗性材料（410，506，610）を堆積させる前記ステップ（704）が、
前記プリフォーム（400，500，600）の表面（404，504，604）に第1の耐摩耗性材料を堆積させるステップと、
前記第1の耐摩耗性材料の上に第2の耐摩耗性材料を堆積させるステップと
を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法（700）。

【請求項6】

前記プリフォーム（400，500，600）が部分的に形成された歯車歯（603）を含み、前記耐摩耗性材料（410，506，610）が前記部分的に形成された歯車歯（603）の上に堆積される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法（700）。

【請求項7】

前記プリフォーム（400，500，600）が歯車歯（432，532，632）を有する歯車の形態であり、前記耐摩耗性材料（410，506，610）は、前記歯車歯（432，532，632）上に保護コーティング層を形成する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法（700）。

【請求項8】

積層摩擦攪拌堆積によって前記耐摩耗性材料（410，506，610）を堆積させる前記ステップ（704）の前に、前記プリフォーム（400，500，600）を生成するために、積層摩擦攪拌堆積によって金属基板（563）上に金属材料（564）を堆積させるステップ（802）をさらに含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法（700）。

【請求項9】

積層摩擦攪拌堆積によって前記耐摩耗性材料（410，506，610）を堆積させる前記ステップ（704）が、前記プリフォーム（400，500，600）と前記耐摩耗性材料（410，506，610）との間に混合界面層（450，550，650）を生成するために、前記プリフォーム（400，500，600）と前記耐摩耗性材料（410，506，610）の部分を可塑化するステップを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法（700）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、積層造形に関し、より具体的には、物品を製造するための積層摩擦攪拌堆積法に関する。

【背景技術】

【0002】

積層造形技術を使用して作成された物品は、材料を層ごとに追加することによって製造される。摩擦攪拌積層造形は、摩擦攪拌接合に基づくソリッドステート積層造形技術である。積層摩擦攪拌堆積は、摩擦攪拌接合と材料の供給及び堆積プロセスを組み合わせたソリッドステート積層造形技術である。積層摩擦攪拌堆積では、供給材料は中空の摩擦攪拌ツールを介して送達される。摩擦攪拌ツールは急速に回転し、ツールと材料の界面での動的接触摩擦によって熱を発生する。熱は、摩擦攪拌ツールと材料との間の動的接触摩擦によって生成され、材料の塑性変形によって放散され、熱伝導によって材料内に伝達される。加熱及び軟化された供給材料は、摩擦攪拌ツールを介して供給され、界面での塑性変形を介して基板と結合する。積層摩擦攪拌堆積法は、様々な用途の物品を製造するために使用され得る。

【0003】

すでに進歩しているにもかかわらず、当技術分野の当業者は、積層摩擦攪拌堆積法を適用して異なるタイプの物品を製造することを含む、積層造形の分野における研究開発努力を続けている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

開示されているのは、物品を製造するための方法である。

【0005】

一例では、開示された方法は、中間物品を提供するために、耐摩耗性材料を積層摩擦攪拌堆積によってプリフォームの表面に堆積させるステップを含む。プリフォームは第1の組成物を含み、耐摩耗性材料は第2の組成物を含む。第2の組成物は、第1の組成物とは実質的に異なる。この方法はまた、中間物品から耐摩耗性材料の少なくとも一部を除去するために、中間物品を機械加工するステップを含む。

【0006】

別の例では、開示された方法は、金属材料を含むプリフォームから歯車歯を含む歯車を製造するためのものである。この方法は、中間物品を提供するために、積層摩擦攪拌堆積によってプリフォームの金属材料上に金属マトリックス複合材料を堆積させるステップを含む。この方法はまた、プリフォーム上に堆積された金属マトリックス複合材料の少なくとも一部を除去するために、中間物品を機械加工するステップを含む。

【0007】

歯車などの物品も開示されている。

【0008】

一例では、開示された歯車は、歯車コアから突出する複数の歯車歯を含む歯車コアを含む。歯車はまた、複数の歯車歯の各歯車歯の少なくとも一部に配置された耐摩耗層を含む。歯車は、歯車コアと歯車コア上に配置された耐摩耗層との間に画定された混合界面層をさらに含む。

【0009】

開示された方法及び物品の他の例は、以下の詳細な説明、添付の図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかとされよう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一例による、押出物を基板上に堆積させるための積層造形システムのブロック図である。

【図2】図1の積層造形システムのサブアセンブリの概略斜視図である。

【図3】図1の積層造形システムのサブアセンブリの概略立面断面図である。

【図4A】一例による、図1の積層造形システムを使用して製造された歯車の形態の例示的な物品の概略立面断面図である。

【図4B】一例による、図1の積層造形システムを使用して製造された歯車の形態の例示的な物品の別の概略立面断面図である。

【図5A】一例による、図1の積層造形システムを使用して製造された歯車の形態の例示的な物品の概略立面断面図である。

【図5B】一例による、図1の積層造形システムを使用して製造された歯車の形態の例示的な物品の別の概略立面断面図である。

【図6A】一例による、図1の積層造形システムを使用して製造された歯車の形態の例示的な物品の概略立面断面図である。

【図6B】一例による、図1の積層造形システムを使用して製造された歯車の形態の例示的な物品の別の概略立面断面図である。

【図7】一例による、図1の積層造形システムを使用して物品を製造するために押出物を基板上に堆積させる方法のブロック図である。

【図8】一例による、図1の積層造形システムを使用して物品を製造するために押出物を基板上に堆積させる方法のブロック図である。

【図9】航空機の生産及び保守点検方法のブロック図である。

【図10】航空機の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書において「例」とは、例に関連して説明された1つ又は複数の形態、構造、又は特性が、少なくとも1つの実装に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所における「例」という語句は、同じ例を参照してもしなくてもよい。

【0012】

上記で言及した図1において、様々な要素及び／又は構成要素を接続する実線がある場合、機械的、電気的、流体的、光学的、電磁的結合及び他の結合並びに／又はそれらの組み合わせを表すことができる。本明細書中で使用される場合、「結合された」とは直接的にも間接的にも関連することを意味する。例えば、部材Aは、部材Bと直接的に関連していてもよいし、例えば他の部材Cを介して部材Bと間接的に関連していてもよい。様々な開示された要素間のすべての関係が必ずしも表されているわけではないことが理解されよう。したがって、ブロック図に示されたもの以外の結合も存在し得る。様々な要素及び／又は構成要素を指定するブロックを接続する破線があれば、機能及び目的が実線で示されるものと同様の結合を表す。しかしながら、破線で表される結合は、選択的に提供されてもよく、又は本開示の代替の実施例に関連してもよい。同様に、破線で表された要素及び／又は構成要素がある場合、本開示の代替例を表す。本開示の範囲から逸脱することなく、実線及び／又は破線で示す1つ又は複数の要素を特定の例から省略することができる。環境要素がある場合は、点線で表される。明確にするために、仮想の（架空の）要素も表示することができる。当業者であれば、図1に示された形態のいくつかは、図1に記載された他の形態、他の図面、及び／又は添付の開示を含む必要はなく様々な方法で組み合わせられ得ることを理解されよう。このような組み合わせは本明細書に明示的に示されていない。同様に、提示された例に限定されない追加の形態は、本明細書に示され記載された形態の一部又は全部と組み合わせられてもよい。

【0013】

上記で言及した図7、図8、及び図9において、ブロックは、動作及び／又はその一部を表してもよく、様々なブロックを接続する線は、動作又はその一部の特定の順序又は依存関係を意味するものではない。破線で表されたブロックは、代替動作及び／又はその一部を表す。様々なブロックを接続する破線がある場合、それは、動作又はその一部の代替の依存関係を表す。様々な開示された動作間のすべての依存関係が必然的に表されるわけではないことが理解されよう。図7、図8、及び図9、並びに本明細書に記載の方法の動作を説明する付随する開示は、動作が実行されるシーケンスを必ず決定するものと解釈されるべきではない。むしろ、1つの例示的な順序が示されているが、動作のシーケンスは、適切なときに変更されてもよいことが理解されるべきである。したがって、特定の動作は、異なる順序で、又は同時に実行されてもよい。さらに、当業者であれば、説明されたすべての動作が実行される必要はないことを理解されよう。

【0014】

以下の説明では、開示された概念の完全な理解を提供するために多くの特定の詳細が示されており、それをこれらの詳細の一部又は全部を用いずに実施することができる。他の例では、公知の装置及び／又はプロセスの詳細は、開示を不必要に不明瞭にすることを避けるために省略されている。一部の概念は特定の例と関連して説明されるが、これらの例は限定を意図するものではないことが理解されよう。

【0015】

他に指示がない限り、「第1の」、「第2の」などの用語は単にラベルとして使用され、これらの用語が参照する項目に順序、位置、又は階層の要件を課すことを意図しない。さらに、例えば「第2の」項目への言及は、例えば「第1の」若しくはより小さい番号の項目、及び／又は「第3の」若しくはより大きい番号の項目などの存在を必要としないか排除するものではない。

【0016】

本明細書で使用される場合、特定の機能を実行する「ように構成されている」システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、又はハードウェアは、さらなる変更の後に特定の機能を実行する可能性を単に有するのではなく、実際に変更なしに特定の機能を実行することができる。言い換えれば、特定の機能を実行する「ように構成されている」システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、又はハードウェアは、特定の機能を実行する目的で具体的に選択され、作成され、実施され、利用され、プログラムされ、及び／又は設計される。本明細書で使用される場合、「ように構成されている」とは、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、又はハードウェアがさらなる変更なしに特定の機能を実行することを可能にするシステム、装置、構造、物品、要素、構成要素、又はハードウェアの既存の特性を表す。この開示の目的のために、特定の機能を実行する「ように構成されている」と記載されたシステム、装置、構造、物品、要素、構成要素、又はハードウェアは、追加的又は代替的に、その機能を実行する「ように適合されている」及び／又は「ように機能する」と記載され得る。

【0017】

本開示の目的のために、「同等の」という用語は、記載された状態と完全に同一である状態、又は記載された状態と実質的に同じである状態を指す。本明細書で使用される場合、「実質的に」という用語は、それが正確であると認識され得る程度に類似している状態を指す。したがって、「AはBと同等である」という句は、AがBと完全に同じであるか、又はAがBの所定の許容分散（例えば、＋／－5％）内にあるか、又はその逆である条件を包含する。

【0018】

さらに、本明細書で使用される場合、「ほぼ（approximately）」という用語は、許容可能な所定の許容範囲又は精度の範囲内にある状態など、依然として所望の機能を実行するか、又は所望の結果を達成する、記載された状態に近いが正確に同じではない状態を指す。例えば、「ほぼ」という用語は、記載された状態の10％以内にある状態を指す。しかしながら、「ほぼ」という用語は、記載された状態と同じ状態を排除するものではない。

【0019】

本明細書で使用される場合、「押出物」（例えば、押出物111）という用語は、攪拌ツール118を介して押し出される材料を指す。

【0020】

本開示による主題の、特許請求されていてもいなくてもよい例示的で非網羅的な例が、以下に提供される。

【0021】

一般に図1、特に例えば図2及び図3を参照すると、押出物111を基板114上に堆積させるための積層造形システム110が開示されている。積層造形システム110は、堆積ヘッド116を含む。堆積ヘッド116は、攪拌ツール118を含む。攪拌ツール118は、回転軸A_Rの周りで回転可能である。図3に示されるように、攪拌ツール118は、ツール遠位端120と、回転軸A_Rに沿ってツール遠位端120に軸方向に対向するツール近位端122を含む。ツールショルダー123は、攪拌ツール118のツール遠位端120に形成され、基板114又は押出物111の先行層112Aの表面と物理的に（例えば、直接）接触して配置される。攪拌ツール118は、穴124を画定する。穴124は、ツール近位端122からツール遠位端120まで延伸する。穴124は、原料126を受け入れるように構成される。原料126は、ツール遠位端120に向かってバイアスされている。

【0022】

積層造形システム110は、積層造形、コーティング塗布、構成要素の修理、金属接合、カスタム金属合金及び金属マトリックス複合ビレット、及び押出物111の層112A、112B、112Cを基板114上に堆積させることによる部品製造を含む幅広い機能を提供する。

【0023】

積層造形システム110は、ソリッドステートプロセスであり、これは、原料126が堆積プロセス中に溶融温度に到達しないことを意味する。積層造形システム110を使用する積層摩擦攪拌堆積プロセスでは、原料126は、攪拌ツール118の穴124を通して送達される。攪拌ツール118は、方向矢印202の方向に急速に回転し、ツールと材料の界面での動的接触摩擦によって熱を発生させる。熱は、攪拌ツール118と構築材料との間の動的接触摩擦によって生成される。本開示の目的のために、「構築材料（build material）」という用語は、原料126、押出物111、基板114、又はそれらのいくつかの組み合わせのうちの少なくとも1つを指す。熱は、構築材料の塑性変形によって放散される。熱は、材料の流れを介した熱伝導と熱対流によって、構築材料の内部に伝達される。加熱されて軟化された原料126は、押出物111として攪拌ツール118を介して供給され、界面での塑性変形を介して基板114と結合する。

【0024】

図2に示されるように、例えば、方向矢印200の方向への攪拌ツール118の横方向の動きは、押出物111の単一のトラック又は単一の層の堆積をもたらす。図3に最もよく示されているように、三次元物品119は、押出物111の先行層112B、112Cの上に押出物111の後続層112A、112Bを選択的に追加することによって作製される（例えば、押出物111の3つの層112A、112B、112Cが図2及び図3に示されている）。

【0025】

1つ又は複数の例では、攪拌ツール118のツール遠位端120は、（例えば、押出物111の初期層112Cの堆積中に）基板114の表面、又は（例えば、押出物111の後続層112A又は112Bの堆積中に）押出物111の先行層112A、112B、112Cと物理的に（例えば、直接）接触して配置されるツールショルダー123を含むか、又は形成する。穴124は、攪拌ツール118のツール遠位端120に形成されたツールショルダー123を通って延伸し、原料126は、ツール遠位端120に向かってバイアスされ、（例えば、押出物111の初期層112Cの堆積中に）基板114、又は（例えば、押出物111の後続層112A又は112Bの堆積中に）押出物111の先行層112A、112B、112Cと物理的に（例えば、直接）接触して配置される。攪拌ツール118のツール遠位端120に形成されたツールショルダー123と、基板114又は押出物111の先行層112A、112B、112Cとの間の動的接触摩擦は、攪拌ツール118の回転中に熱を発生させる。原料126と基板114又は押出物111の先行層112A、112B、112Cとの間の動的接触摩擦は、攪拌ツール118の回転によって共回転する原料126の回転中に熱を発生させる。

【0026】

攪拌ツール118の急速な回転は、攪拌ツール118と基板114との間（例えば、押出物111の初期層112Cの堆積中）又は攪拌ツール118と押出物111の先行層112A、112B、112Cとの間（例えば、押出物111の後続層112A、112Bの堆積中）の動的接触摩擦を通じて熱を発生させる。

【0027】

一般に図1、特に例えば図2及び図3を参照すると、原料126は、攪拌ツール118の回転が原料126の対応する回転を引き起こすように、穴124に受け入れられる。攪拌ツール118の回転はまた、回転軸A_Rの周りで、攪拌ツール118の穴124に位置する原料126を回転させる（例えば、共回転させる）。原料126の急速な回転は、原料126と基板114との間（例えば、押出物111の初期層112Cの堆積中）又は原料126と押出物111の先行層112A、112B、112Cとの間（例えば、押出物111の後続層112A、112Bの堆積中）の動的接触摩擦を通じて熱を発生させる。

【0028】

1つ又は複数の例では、原料126は、攪拌ツール118のツール遠位端120に向かってバイアスされ、攪拌ツール118に対する原料126の回転を阻害するのに十分な原料力によって、基板114（例えば、押出物111の初期層112Cの堆積中）又は押出物111の先行層112A、112B、112C（例えば、押出物111の後続層112A、112Bの堆積中）と接触する。

【0029】

一般に図1を参照すると、原料126は、金属又は金属合金を含む。金属又は金属合金である原料126は、積層造形システム110が、押出物111を基板114上に堆積させることによって、様々なカスタム金属又は金属合金のいずれか1つから形成される三次元物品119を製造することを可能にする。

【0030】

1つ又は複数の例では、金属は、鋼、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウム、チタン、鉄などであるがこれらに限定されない、広範囲の金属のうちの任意の1つ又は複数を含む。1つ又は複数の例では、金属合金は、鉄、炭素、鋼、マンガン、ニッケル、クロム、モリブデン、ホウ素、チタン、バナジウム、タングステン、コバルト、ニオブなど、又はそれらの組み合わせから形成される広範囲の金属合金のうちの任意の1つ又は複数を含む。

【0031】

1つ又は複数の例では、基板114上に堆積された押出物111のすべての層112A、112B、112Cは、同じ原料材料（例えば、同じ金属又は金属合金）で形成されている。そのような例では、積層造形システム110を使用する堆積プロセスによって形成された三次元物品119は均質である。1つ又は複数の例では、基板114上に堆積された押出物111の少なくとも1つの層112A、112B、112Cは、基板114上に堆積された押出物111の少なくとも1つの他の層112A、112B、112Cとは異なる原料材料から形成されている。そのような例では、積層造形システム110を使用する堆積プロセスによって形成された三次元物品119は、不均質である。不均質な組成により、必要な箇所に合わせた特性を備えた巨視的な異方性挙動、及び又は構成要素の異方性挙動が可能になる。例えば、熱伝導率の高い層を追加して、熱を一方向に優先的に効果的に放散させることができる。

【0032】

1つ又は複数の例では、原料126は、金属の固体ロッド又は金属合金の固体ロッドなどの固体材料である。1つ又は複数の例では、原料126は、粉末金属又は粉末金属合金などの粉末材料である。

【0033】

基板114上に堆積された押出物111の層112A、112B、112Cから形成された三次元物品119の説明的な例は、実質的に線形の、平面図で実質的に線形から形成された三次元物品119と、平面図で押出物111の層112A、112B、112Cであるが、他の例では、三次元物品119又は押出物111の1つ又は複数の層112A、112B、112Cは、平面図で非線形又は複雑な形状を有する。1つ又は複数の例では、押出物111の任意の所与の層112A、112B、112Cの堆積のための堆積ヘッド116の移動経路は、押出物111のそれぞれの層によって形成された三次元物品119の一部の形状などの様々な要因に依存することを理解されたい。

【0034】

図2及び図3に示されるように、1つ又は複数の例では、押出物111の各層112A、112B、112Cは、堆積ヘッド116をほぼ線形の移動経路に沿って移動させ、したがって、押出物111の線形層を形成することによって堆積される。

【0035】

1つ又は複数の例では、押出物111の1つ又は複数の層112A、112B、112Cは、堆積ヘッド116を非線形の移動経路に沿って移動させ、したがって、押出物111の非線形の層112A、112B、112Cを形成することによって堆積される。線形又は非線形運動は、異なる形状の方向を有する必要がある場合がある。例えば、線形運動は、長手方向に歯を有する歯車の製造に利用することができ、ねじアクチュエータを製造するために非線形運動が必要とされよう。

【0036】

一般に図1を参照すると、積層造形システム110は、堆積ヘッド116を基板114に対して押し付けるように構成された制御ユニット142及び攪拌ツール力アプリケータ144を含むいくつかの制御装置140をさらに含む。攪拌ツール力アプリケータ144は、押出物111の堆積中に、基板114に対して、又は先行層112A、112B、112Cに対して、攪拌ツール118の位置の選択的制御を可能にする。

【0037】

攪拌ツール力アプリケータ144は、攪拌ツール力を選択的に加えるのに適した様々なタイプの力印加装置、線形運動制御装置、又はアクチュエータのいずれか1つであり得る。攪拌ツール118は、2つのタイプの力を生成し、1つは熱を発生する本質的に回転摩擦であり、もう1つは作業部品への圧力及び構成要素を通してツールを動かす並進力であり、これらの力のバランスは、堆積の構成とパラメータに依存する。本明細書で使用される場合、攪拌ツール力には、ツールによって加えられるトルク及び垂直荷重が含まれる。攪拌ツール力は、攪拌ツール118に選択的に加えられ、攪拌ツール118は、回転軸A_Rに沿ってなど、基板114に対して、又は押出物111の先行層112A、112B、112Cに対して選択的に配置される。1つ又は複数の例では、攪拌ツール力アプリケータ144は、攪拌ツール118と動作可能に結合されている。攪拌ツール力アプリケータ144は、攪拌ツール118を、基板114又は押出物111の先行層112A、112B、112Cに対して押し付けるように構成され、ツール遠位端120のツールショルダー123が直接、攪拌ツール118が回転するときに動的接触摩擦によって熱を発生させるのに十分な力で、基板114又は押出物111の先行層112A、112B、112Cと物理的に接触するようにする。

【0038】

1つ又は複数の例では、攪拌ツール力アプリケータ144はリニアアクチュエータである。1つ又は複数の例では、攪拌ツール力アプリケータ144は、空気圧リニアアクチュエータ、油圧リニアアクチュエータ、又は機械的リニアアクチュエータのうちの少なくとも1つを含む。攪拌ツール力アプリケータ144としての空気圧リニアアクチュエータ、油圧リニアアクチュエータ、又は機械的リニアアクチュエータの少なくとも1つの使用は、基板114に対して攪拌ツール118を選択的に配置する単純で効果的かつ再現可能な手段を提供する。

【0039】

1つ又は複数の例では、制御ユニット142は、攪拌ツール力アプリケータ144と通信可能に結合されている。制御ユニット142は、押出物111の堆積中に攪拌ツール118を選択的に配置するために、攪拌ツール力アプリケータ144に操作指示を提供するように構成される。

【0040】

一般に図1を参照すると、制御装置140は、攪拌ツール力アプリケータ144が堆積ヘッド116を基板114に対して押し付ける間、攪拌ツール118を回転軸A_Rの周りで回転させるように構成された攪拌ツール回転装置146をさらに含む。攪拌ツール回転装置146は、押出物111の堆積中に回転軸A_Rの周りで攪拌ツール118の迅速な回転を可能にする。

【0041】

攪拌ツール回転装置146は、回転軸A_Rの周りで攪拌ツール118を回転させるのに適した様々なタイプの回転力印加装置、回転運動制御装置、又はアクチュエータのいずれか1つであり得る。1つ又は複数の例では、攪拌ツール回転装置146は、攪拌ツール118と動作可能に結合されている。攪拌ツール118のツール遠位端120のツールショルダー123が、基板114（例えば、押出物111の初期層112Cの堆積中）又は押出物111の先行層112A、112B、112C（例えば、押出物111の後続層112A、112Bの堆積中）と接触した状態で、攪拌ツール回転装置146は、堆積界面での動的接触摩擦によって熱を発生させるのに十分な回転速度で攪拌ツール118を回転させるように構成される。

【0042】

1つ又は複数の例では、攪拌ツール回転装置146は回転アクチュエータである。1つ又は複数の例では、攪拌ツール回転装置146は、空気圧回転アクチュエータ、油圧回転アクチュエータ、又は機械回転アクチュエータのうちの少なくとも1つを含む。攪拌ツール回転装置146としての空気圧回転アクチュエータ、油圧回転アクチュエータ、又は機械的回転アクチュエータのうちの少なくとも1つを使用することは、攪拌ツール118を迅速に回転させる単純で効果的かつ反復可能な手段を提供する。

【0043】

1つ又は複数の例では、制御ユニット142は、攪拌ツール回転装置146と通信可能に結合されている。制御ユニット142は、押出物111の堆積中に攪拌ツール118を回転させるための操作指示を攪拌ツール回転装置146に提供するように構成される。

【0044】

一般に図1を参照すると、制御装置140は、原料126をツール遠位端120に向けてバイアスする原料力アプリケータ148をさらに含む。原料力アプリケータ148は、押出物111の堆積中に、原料126を、基板114又は押出物111の先行層112A、112B、112Cと接触させるように促す。

【0045】

原料力アプリケータ148は、原料力を原料126に選択的に加え、回転軸A_Rに沿ってなど、原料126を基板114又は押出物111の先行層112A、112B、112Cと接触するように配置するのに適した様々なタイプの力印加装置、線形運動制御装置、又はアクチュエータのいずれか1つであり得る。1つ又は複数の例では、原料力アプリケータ148は、原料126と動作可能に結合されている。原料力アプリケータ148は、原料126を基板114（又は押出物111の先行層112A、112B、112C）に対して押し付けるように構成され、原料126が回転するとき（例えば、原料126が攪拌ツール118と共回転するとき）、攪拌ツール118のツール遠位端120に配置されるか、又はツール遠位端120から突出する原料126が、動的接触摩擦によって熱を発生させるのに十分な力で、基板114（又は押出物111の先行層112A、112B、112C）と直接物理的に接触するようにする。

【0046】

1つ又は複数の例では、原料力アプリケータ148はリニアアクチュエータである。1つ又は複数の例では、原料力アプリケータ148は、空気圧リニアアクチュエータ、油圧リニアアクチュエータ、又は機械的リニアアクチュエータのうちの少なくとも1つを含む。原料力アプリケータ148として空気圧リニアアクチュエータ、油圧リニアアクチュエータ、又は機械的リニアアクチュエータのうちの少なくとも1つを使用することは、原料126を基板114（又は押出物111の先行層112A、112B、112C）と接触させるように選択的に促す単純で効果的かつ再現可能な手段を提供する。

【0047】

1つ又は複数の例では、制御ユニット142は、原料力アプリケータ148と通信可能に結合されている。制御ユニット142は、押出物111の堆積中に、原料126を攪拌ツール118のツール遠位端120に向かって（例えば、穴124から外向きに）促すための操作指示を原料力アプリケータ148に提供するように構成される。

【0048】

一般に図1を参照すると、積層造形システム110は、堆積ヘッド116に接続されたキャリッジ150をさらに含む。キャリッジ150は、基板114に対して堆積ヘッド116を動かす。キャリッジ150は、基板114とは独立して、押出物111の後続層112A、112B、112Cの堆積中に、堆積ヘッド116が基板114（又は押出物111の先行層112A、112B、112C）に対して移動することを可能にする。

【0049】

キャリッジ150は、任意の1つ又は様々なタイプの運動制御装置又はツールマニピュレータであり得る。1つ又は複数の例では、キャリッジ150は、堆積ヘッド116を三次元空間内で自動的に移動させるように構成された、ロボットアームなどのプログラム可能なロボットマニピュレータである。そのような例では、堆積ヘッド116は、ロボットアームの作動端に接続されたエンドエフェクタの形態をとる。

【0050】

1つ又は複数の例では、制御ユニット142は、キャリッジ150と通信可能に結合されている。制御ユニット142は、押出物111の堆積中に堆積ヘッド116を選択的に配置及び移動するための操作指示をキャリッジ150に提供するように構成される。

【0051】

1つ又は複数の例では、追加的又は代替的に、積層造形システム110はまた、基板114に接続された第2のキャリッジ250を含む。第2のキャリッジ250は、堆積ヘッド116に対して基板114を動かす。第2のキャリッジ250は、堆積ヘッド116とは独立して、押出物111の後続層112A、112B、112Cの堆積中に、基板114が堆積ヘッド116に対して移動することを可能にする。第2のキャリッジ250は、任意の1つ又は様々なタイプの運動制御装置又はツールマニピュレータであり得る。1つ又は複数の例では、第2のキャリッジ250は、三次元空間内で基板114を自動的に移動させるように構成されたロボットアームなどのプログラム可能なロボットマニピュレータである。1つ又は複数の例では、制御ユニット142は、第2のキャリッジ250と通信可能に結合されている。制御ユニット142は、押出物111の堆積中に堆積ヘッド116を選択的に配置及び移動するための操作指示を第2のキャリッジ250に提供するように構成される。

【0052】

一般に図4A及び図4Bを参照すると、積層造形システム110を使用して製造することができる物品119の一般的で非限定的な一例は、航空機構成要素460である。積層造形システム110を使用して製造することができる航空機構成要素460の特定の非限定的な一例は、歯車歯432を有する歯車430である。

【0053】

図4Aに示されるように、図4Aに示される例示的な形状を有するプリフォーム400が提供される（例えば、ブランクから機械加工される）。プリフォーム400は、高靭性材料を含み、長手方向中心軸線402を有する。

【0054】

いくつかの例では、プリフォーム400の高靭性材料は、鋼、アルミニウム、チタン合金、又はチタン上にホウ素粒子が拡散したチタンなどの高靭性合金を含み得る。プリフォーム400の組成例（つまり、第1の組成物）はTi－6Al－4Vである。

【0055】

押出物111は、図1の積層造形システム110を使用してプリフォーム400の外面404に塗布されて、中間物品420を形成する。プリフォーム400は、第1の組成物を含む。押出物111は、耐摩耗性材料410（すなわち、第1の組成物とは異なる可能性がある第2の組成物）を含む。耐摩耗性材料410は、ガンマ合金、アルミニウム材料金属マトリックス複合材料、アルミニウム合金、又は耐摩耗性のための炭化ケイ素球状粒子のアルミナを有するアルミニウム合金を含み得る。いくつかの例では、耐摩耗性材料410は、金属マトリックス複合材料を含み得、その組成は、より良い全体的な性能を達成するために等級付けされ得る。

【0056】

中間物品420は、耐摩耗性材料410の部分438を除去するように機械加工されて、歯車コア431及び歯車コア431から突出する複数の歯車歯432を含む歯車430を形成する。耐摩耗層440は、複数の歯車歯432の各歯車歯432の少なくとも一部446に配置されている。混合界面層450は、歯車コア431と、歯車コア431上に配置された耐摩耗層440との間に画定されている。混合界面層450は、耐摩耗性材料410と歯車コア431との間の結合を提供する。歯車コア431の部分448及び耐摩耗性材料410は、混合界面層450を生成するように可塑化される。いくつかの例では、混合界面層450は、実質的にナノメートル及びマイクロメートルレベルでサイズ決定された精製された粒子微細構造を含む。これには、ナノ粒子（＜100nm）、超微細粒子又はUFG（100nm～500nm）、及びマイクロ粒子（＞0．5um）が含まれる。

【0057】

図4Bに示すように、複数の製造された歯車435は、個々の歯車430a、430b、430c、430dなどが、複数の製造された歯車435を提供するためのプリフォーム400の長手方向中心軸線402に沿ってパンのスライスのように切断され得る棒状構造436から製造され得る。

【0058】

一般に図5A及び図5Bを参照すると、積層造形システム110を使用して製造することができる物品119の別の例は、別の航空機構成要素534である。航空機構成要素534は、歯車歯532を有する歯車の形態である。

【0059】

図5Aに示されるように、周面562を有するプリフォーム500が提供される。いくつかの例では、最初に金属材料564であり得る押出物111は、円筒体560の周面562の金属基板563上に積層摩擦攪拌堆積によって堆積されて、第1の中間物品510を生成する。いくつかの例では、金属材料564及び金属基板563は、組成的に実質的に同じである。プリフォーム500は、高靭性材料を含むことができ、長手方向中心軸線502を画定することができる。

【0060】

いくつかの例では、プリフォーム500の高靭性材料は、鋼、アルミニウム、チタン合金、又はチタン上にホウ素粒子が拡散したチタンなどの高靭性合金であり得る。プリフォーム500の組成例は、Ti－6Al－4Vである。別の例では、Ti5321はアルファ＋ベータ熱機械熱処理で使用される。さらに別の例では、Al7475－T7351などの高靭性アルミニウム合金を使用することができる。

【0061】

次に、追加の押出物111（例えば、耐摩耗性材料506）が、図1の積層造形システム110を使用してプリフォーム500の外面504に塗布されて、第2の中間物品520を形成する。プリフォーム500を生成するための、円筒体560の周面562の金属基板563上への金属材料564の積層摩擦攪拌堆積による堆積は、プリフォーム500上への耐摩耗性材料506の積層摩擦攪拌堆積による堆積の前であることは明らかであるはずである。この例では、追加の押出物111は、耐摩耗性材料506を含む。耐摩耗性材料506は、ガンマ合金、アルミニウム材料金属マトリックス複合材料、アルミニウム合金、又は耐摩耗性のための炭化ケイ素球状粒子のアルミナを有するアルミニウム合金を含み得る。いくつかの例では、耐摩耗性材料506は、金属マトリックス複合材料を含み得、その組成は、より良い全体的な性能を達成するために等級付けされ得る。この場合、プリフォーム500は、高い靭性を示す材料であり得、より高いセラミック含有量の材料は、硬度の増加を介して改善された耐摩耗性のために摩耗面により近いであろう。

【0062】

中間物品520は、耐摩耗性材料506の部分538を中間物品520から除去するように機械加工されて、歯車コア531（すなわち、円筒体560）と、歯車コア531から突出する複数の歯車歯532とを有する歯車530を形成する。耐摩耗層540は、複数の歯車歯532の各歯車歯532の少なくとも一部536に配置されている。混合界面層550は、歯車コア531と歯車コア531上に配置された耐摩耗層540との間に画定されている。プリフォーム500の部分508及び耐摩耗性材料506は、混合界面層550を生成するように可塑化される。いくつかの例では、混合界面層550は、実質的にナノメートル及びマイクロメートルレベルでサイズ決定された精製された粒子微細構造を含む。これには、ナノ粒子（＜100nm）、超微細粒子又はUFG（100nm～500nm）、及びマイクロ粒子（＞0．5um）が含まれる。

【0063】

図5Bに示すように、複数の歯車535は、個々の歯車530a、530b、530c、530dなどが、複数の製造された歯車535を形成するためのプリフォーム500の長手方向中心軸線502に沿ってパンのスライスのように切断され得る棒状構造537から製造され得る。

【0064】

一般に図6A及び図6Bを参照すると、積層造形システム110を使用して製造された物品119の別の例は、別の航空機構成要素634、具体的には、歯車歯632を有する歯車630である。

【0065】

図6Aに示されるように、プリフォーム600は、本体部分601と、本体部分601から突出する部分的に形成された歯車歯603とを含む。プリフォーム600は、高靭性材料から形成され得、長手方向中心軸線602を画定することができる。いくつかの例では、プリフォーム600の高靭性材料は、鋼、アルミニウム、チタン合金、又はチタン上にホウ素粒子が拡散したチタンなどの高靭性合金であり得る。プリフォーム600の組成例には、Ti－6Al－4Vが含まれる。

【0066】

押出物111は、図1の積層造形システム110を使用してプリフォーム600の外面604に塗布されて、中間物品620を形成する。押出物は、耐摩耗性材料610である（又はそれを含む）。耐摩耗性材料610は、ガンマ合金、アルミニウム材料金属マトリックス複合材料、アルミニウム合金、又は耐摩耗性のための炭化ケイ素球状粒子のアルミナを有するアルミニウム合金を含み得る。いくつかの例では、耐摩耗性材料610は、金属マトリックス複合材料を含み得、その組成は、より良好な全体的性能を達成するために等級付けされ得る。例えば、プリフォーム600は、高い靭性を示す材料であり得、耐摩耗性材料610は、より高いセラミック含有量を有し得、硬度を増加させることによって耐摩耗性を改善するために摩耗面の近くに配置され得る。プリフォーム600の部分的に形成された歯車歯603に耐摩耗性材料610が堆積されていることは明らかであるはずである。

【0067】

中間物品620は、耐摩耗性材料610の部分638を除去して、歯車コア631（すなわち、本体部分601）及び歯車コア631から突出する複数の歯車歯632を含む歯車630を形成するように機械加工される。耐摩耗層640は、複数の歯車歯632の各歯車歯632の少なくとも一部636に配置されている。混合界面層650は、歯車コア631と、歯車コア631上に配置された耐摩耗層640との間に画定されている。歯車コア631の部分608及び耐摩耗性材料610は、混合界面層650を生成するように可塑化されている。いくつかの例では、混合界面層650は、実質的にナノメートル及びマイクロメートルレベルでサイズ決定された精製された粒子微細構造を含む。これには、ナノ粒子（＜100nm）、超微細粒子又はUFG（100nm～500nm）、及びマイクロ粒子（＞0．5um）が含まれる。

【0068】

図6Bに示すように、複数の歯車642は、個々の歯車630a、630b、630c、630dなどが、複数の製造された歯車642を提供するためのプリフォーム600の長手方向中心軸線602に沿ってパンのスライスのように切断され得る棒状構造644から製造され得る。

【0069】

一般に図7、特に例えば図1及び図3を参照すると、押出物111を基板114上に堆積させて物品119を製造する方法700が開示されている。方法700は、プリフォームを提供するステップを含む（ブロック702）。方法700はまた、中間物品を形成するために、積層摩擦攪拌堆積によってプリフォームの表面に耐摩耗性材料を堆積させるステップを含む（ブロック704）。プリフォームは第1の組成物を含み、耐摩耗性材料は第1の組成物とは異なる可能性がある第2の組成物を含む。例えば、第2の組成物は、第1の組成物とは著しく機能的に異なる可能性がある。方法700は、中間物品から耐摩耗性材料の少なくとも一部を除去するために、中間物品を機械加工するステップをさらに含む（ブロック706）。結果は、図7の方法700によって製造された物品である。製造された物品は、所与の電力／負荷容量に対してより軽量であり、より優れた耐摩耗性及び耐引裂性、ならびにより優れた耐食性を有し得る。

【0070】

いくつかの例では、第1の組成物は、アルミニウム合金、チタン合金、及び鋼のうちの少なくとも1つを含む。

【0071】

いくつかの例では、第1の組成物にはTi－6Al－4Vが含まれている。

【0072】

いくつかの例では、耐摩耗性材料は、金属マトリックス複合材料を含む。いくつかの例では、金属マトリックス複合材料は、アルミナ粒子を含むアルミニウム合金、二ホウ化チタン粒子を含むアルミニウム合金、及びセラミック強化材を含むアルミニウムマトリックスのうちの選択されたものを含む。

【0073】

いくつかの例では、積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップは、プリフォームの表面に実質的に均一な耐摩耗性材料を堆積させるステップを含む。

【0074】

いくつかの例では、積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップは、プリフォームの表面に段階的な耐摩耗性材料を堆積させるステップを含む。

【0075】

いくつかの例では、段階的な耐摩耗性材料を堆積させるステップは、プリフォームの表面に第1の耐摩耗性材料を堆積させるステップと、第1の耐摩耗性材料上に第2の耐摩耗性材料を堆積させるステップとを含む。

【0076】

いくつかの例では、出発材料（例えば、ブランク）を機械加工して、プリフォームを生成する。

【0077】

いくつかの例では、プリフォームは部分的に形成された歯車歯を含み、耐摩耗性材料は部分的に形成された歯車歯に堆積される。

【0078】

いくつかの例では、プリフォームは、ほぼ円筒形の本体を含み、表面は、ほぼ円筒形の本体の周面である。

【0079】

いくつかの例では、プリフォームは歯車歯を有する歯車の形態であり、耐摩耗性材料は歯車歯上に保護コーティング層を形成する。

【0080】

いくつかの例では、この方法は、積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップの前に、プリフォームを生成するために金属基板上に金属材料を堆積させるステップをさらに含む。いくつかの例では、金属材料と金属基板は、組成的に実質的に同じである。

【0081】

いくつかの例では、積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップは、プリフォームと耐摩耗性材料との間に混合界面層を生成するために、プリフォームと耐摩耗性材料の部分を可塑化するステップを含む。いくつかの例では、混合界面層は、実質的にナノメートル及びマイクロメートルレベルでサイズ決定された精製された粒子微細構造を含む。これには、ナノ粒子（＜100nm）、超微細粒子又はUFG（100nm～500nm）、及びマイクロ粒子（＞0．5um）が含まれる。

【0082】

いくつかの例では、航空機構成要素は、図7の方法700に従って製造される。

【0083】

いくつかの例では、歯車は、図7の方法700に従って製造される。

【0084】

一般に図8、特に例えば図1及び図3を参照すると、金属材料を含むプリフォームから歯車歯を含む歯車を製造するために押出物111を基板114上に堆積させる方法800が開示されている。方法800は、中間物品を形成するために、積層摩擦攪拌堆積によってプリフォームの金属材料上に金属マトリックス複合材料を堆積させるステップを含む（ブロック802）。方法800はまた、プリフォーム上に堆積された金属マトリックス複合材料の少なくとも一部を除去するために中間物品を機械加工するステップを含む（ブロック804）。その結果、図8の方法800で製造された歯車歯を含む歯車が得られる。製造された歯車は、所定の電力／負荷容量に対して軽量であり、耐摩耗性と耐引裂性が優れており、耐食性も優れている。

【0085】

いくつかの例では、プリフォーム上に堆積され、機械加工するステップの後に残る金属マトリックス複合材料は、歯車歯上に耐摩耗性の保護コーティング層を形成する。

【0086】

いくつかの例では、金属材料は、アルミニウム合金、チタン合金、及び鋼のうちの少なくとも1つを含む。

【0087】

いくつかの例では、金属マトリックス複合材料は、アルミナ粒子を含むアルミニウム合金、二ホウ化チタン粒子を含むアルミニウム合金、及びセラミック強化材を含むアルミニウムマトリックスのうちの選択されたものを含む。

【0088】

いくつかの例では、積層摩擦攪拌堆積によって金属マトリックス複合材料を堆積させるステップは、プリフォームと金属マトリックス複合材料との間に混合界面層を生成するために、プリフォーム及び金属マトリックス複合材料の部分を可塑化するステップを含む。

【0089】

いくつかの例では、機械加工するステップは、機械加工された中間物品を生成し、この方法は、複数の製造された歯車を形成するために、機械加工された中間物品をプリフォームの長手方向中心軸線を横切って切断するステップをさらに含む。

【0090】

本開示の例を、図9に示すような航空機の製造及び保守点検方法1100と、図10に示すような航空機1102に関連して説明することができる。生産前に、例示的な方法1100は、航空機1102の仕様及び設計（ブロック1104）並びに材料調達（ブロック1106）を含むことができる。生産中に、航空機1102の構成要素及び部分組立品の製造（ブロック1108）並びにシステム統合（ブロック1110）を行うことができる。その後、航空機1102は、認証及び搬送（ブロック1112）を経て、就航中（ブロック1114）となることができる。就航中に、航空機1102は、定期的な整備及び保守点検（ブロック1116）をスケジュールされ得る。定期的な整備及び保守点検は、航空機1102の1つ又は複数のシステムの修正、再構成、改装などを含むことができる。

【0091】

例示的な方法1100の各プロセスを、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）が実行することができる。この説明の目的のために、システムインテグレータは、非限定的に、任意の数の航空機製造業者及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、非限定的に、任意の数のベンダ、下請業者、及びサプライヤを含んでもよく、オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってもよい。

【0092】

図10に示すように、例示的な方法1100によって製造された航空機1102は、複数の高レベルシステム1120を有する機体1118と内部1122を含むことができる。高レベルシステム1120の例は、推進システム1124、電気システム1126、油圧システム1128、及び環境システム1130の1つ又は複数を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙の例が示されているが、本明細書に開示される原理は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。したがって、航空機1102に加えて、本明細書に開示される原理は、陸上ビークル、海上ビークル、宇宙ビークルなどの他のビークルにも適用され得る。

【0093】

本明細書に示され又は記載された装置及び方法は、製造及び保守点検方法1100のいずれか1つ又は複数の段階の間に使用されてもよい。例えば、構成要素及び部分組立品の製造（ブロック1108）に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機1102が就航中（ブロック1114）に生産された構成要素又は部分組立品と同様の方法で製造されてもよい。また、装置、方法、又はそれらの組み合わせの1つ又は複数の例は、例えば、航空機1102の組み立てを実質的に迅速化すること、又は製造コストを低減することによって、製造段階（ブロック1108及び1110）の間に利用されてもよい。同様に、航空機1102が就航中（ブロック1114）並びに／又は整備及び保守点検中（ブロック1116）に、装置又は方法の実現の1つ又は複数の例、あるいはそれらの組み合わせが、例えば限定なしに利用されてもよい。

【0094】

本明細書で開示される装置及び方法の異なる例は、様々な構成要素、形態、及び機能を含む。本明細書で開示される装置及び方法の様々な例は、任意の組み合わせで本明細書に開示された装置及び方法の他の例のいずれかの構成要素、形態、及び機能のいずれかを含むことができ、そのような可能性のすべては、本開示の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。

【0095】

本明細書に記載された例の多くの修正形態は当業者が想到し得るものであり、本開示は、前述の説明及び関連する図面に提示された教示の利益を有してこれに関連する。

【0096】

さらに、本開示は、以下の条項に係る実施形態を含む：

【0097】

条項1．物品を製造するための方法であって、方法は、
中間物品を提供するために、積層摩擦攪拌堆積によってプリフォームの表面に耐摩耗性材料を堆積させるステップと、
中間物品から耐摩耗性材料の少なくとも一部を除去するために、中間物品を機械加工するステップと
を含む、方法。

【0098】

条項2．プリフォームが第1の組成物を含み、耐摩耗性材料が第2の組成物を含み、第2の組成物が第1の組成物と実質的に異なる、条項1に記載の方法。

【0099】

条項3．第1の組成物が、アルミニウム合金、チタン合金、及び鋼のうちの少なくとも1つを含む、条項2に記載の方法。

【0100】

条項4．第1の組成物がTi－6Al－4Vを含む、条項2に記載の方法。

【0101】

条項5．耐摩耗性材料が金属マトリックス複合材料を含む、条項1に記載の方法。

【0102】

条項6．金属マトリックス複合材料が、アルミナ粒子を含むアルミニウム合金、二ホウ化チタン粒子を含むアルミニウム合金、及びセラミック強化材を含むアルミニウムマトリックスのうちの選択されたものを含む、条項5に記載の方法。

【0103】

条項7．積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップが、プリフォームの表面に実質的に均一な耐摩耗性材料を堆積させるステップを含む、条項1に記載の方法。

【0104】

条項8．積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップが、プリフォームの表面に段階的な耐摩耗性材料を堆積させるステップを含む、条項1に記載の方法。

【0105】

条項9．段階的な耐摩耗性材料を堆積させるステップが、
プリフォームの表面に第1の耐摩耗性材料を堆積させるステップと、
第1の耐摩耗性材料の上に第2の耐摩耗性材料を堆積させるステップと
を含む、条項8に記載の方法。

【0106】

条項10．プリフォームを生成するために出発材料を機械加工するステップをさらに含む、条項1に記載の方法。

【0107】

条項11．プリフォームが部分的に形成された歯車歯を含み、耐摩耗性材料が部分的に形成された歯車歯の上に堆積される、条項1に記載の方法。

【0108】

条項12．プリフォームがほぼ円筒形の本体を含み、表面がほぼ円筒形の本体の周面である、条項1に記載の方法。

【0109】

条項13．プリフォームが歯車歯を有する歯車の形態であり、耐摩耗性材料が歯車歯上に保護コーティング層を形成する、条項1に記載の方法。

【0110】

条項14．積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップの前に、プリフォームを生成するために、積層摩擦攪拌堆積によって金属基板上に金属材料を堆積させるステップをさらに含む、条項1に記載の方法。

【0111】

条項15．金属材料と金属基板が組成的に実質的に同じである、条項14に記載の方法。

【0112】

条項16．積層摩擦攪拌堆積によって耐摩耗性材料を堆積させるステップが、プリフォームと耐摩耗性材料との間に混合界面層を生成するために、プリフォームと耐摩耗性材料の部分を可塑化するステップを含む、条項1に記載の方法。

【0113】

条項17．混合界面層が精製された粒子微細構造を含む、条項16に記載の方法。

【0114】

条項18．条項1に記載の方法に従って製造された航空機構成要素。

【0115】

条項19．条項1に記載の方法に従って製造された歯車。

【0116】

条項20．金属材料を含むプリフォームから歯車歯を備える歯車を製造するための方法であって、方法は、
中間物品を提供するために、積層摩擦攪拌堆積によってプリフォームの金属材料上に金属マトリックス複合材料を堆積させるステップと、
プリフォーム上に堆積された金属マトリックス複合材料の少なくとも一部を除去するために、中間物品を機械加工するステップと
を含む、方法。

【0117】

条項21．プリフォーム上に堆積され、機械加工するステップの後に残る金属マトリックス複合材料が、歯車歯上に耐摩耗性の保護コーティング層を形成する、条項20に記載の方法。

【0118】

条項22．金属材料がアルミニウム合金、チタン合金、及び鋼のうちの少なくとも1つを含む、条項20に記載の方法。

【0119】

条項23．金属マトリックス複合材料が、アルミナ粒子を含むアルミニウム合金、二ホウ化チタン粒子を含むアルミニウム合金、及びセラミック強化材を含むアルミニウムマトリックスのうちの選択されたものを含む、条項20に記載の方法。

【0120】

条項24．積層摩擦攪拌堆積によって金属マトリックス複合材料を堆積させるステップが、プリフォームと金属マトリックス複合材料との間に混合界面層を生成するために、プリフォーム及び金属マトリックス複合材料の部分を可塑化するステップを含む、条項20に記載の方法。

【0121】

条項25．機械加工するステップが、機械加工された中間物品を生成し、方法は、
複数の製造された歯車を提供するために、機械加工された中間物品をプリフォームの長手方向中心軸線を横切って切断するステップ
をさらに含む、条項20に記載の方法。

【0122】

条項26．歯車コアであって、歯車コアから突出する複数の歯車歯を備える歯車コアと、
複数の歯車歯の各歯車歯の少なくとも一部に配置された耐摩耗層と、
歯車コアと歯車コア上に配置された耐摩耗層との間に画定された混合界面層と
を備える、歯車。

【0123】

条項27．歯車コアが、アルミニウム合金、チタン合金、及び鋼のいずれかから選択された金属材料を含み、
耐摩耗層が、金属マトリックス複合材料を含む、
条項26に記載の歯車。

【0124】

条項28．混合界面層が精製された粒子微細構造を含む、条項26に記載の歯車。

【0125】

このように、本開示は図示された特定の例に限定されるものではなく、修正及び他の例は添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることが理解されるべきである。さらに、前述の説明及び関連する図面は、要素及び／又は機能の特定の例示的な組み合わせとの関連で本開示の例を説明しているが、要素及び／又は機能の異なる組み合わせが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく代替の実装によって提供されてもよい。したがって、添付の特許請求の範囲内の括弧内の参照符号は、説明目的のためだけに提示されており、特許請求する主題の範囲を本開示で提供される特定の例に限定することを意図するものではない。

【符号の説明】

【0126】

110 積層造形システム
111 押出物
112A 層
112B 層
112C 層
114 基板
116 堆積ヘッド
118 攪拌ツール
119 三次元物品
120 ツール遠位端
122 ツール近位端
123 ツールショルダー
124 穴
126 原料
140 制御装置
142 制御ユニット
144 攪拌ツール力アプリケータ
146 攪拌ツール回転装置
148 原料力アプリケータ
150 キャリッジ
200 方向矢印
202 方向矢印
250 第2のキャリッジ
400 プリフォーム
402 長手方向中心軸線
404 外面
410 耐摩耗性材料
420 中間物品
430 歯車
430a 歯車
430b 歯車
430c 歯車
430d 歯車
431 歯車コア
432 歯車歯
435 歯車
436 棒状構造
438 部分
440 耐摩耗層
446 一部
448 部分
450 混合界面層
460 航空機構成要素
500 プリフォーム
502 長手方向中心軸線
504 外面
506 耐摩耗性材料
508 部分
510 第1の中間物品
520 第2の中間物品
530 歯車
530a 歯車
530b 歯車
530c 歯車
530d 歯車
531 歯車コア
532 歯車歯
534 航空機構成要素
535 歯車
536 一部
537 棒状構造
538 部分
540 耐摩耗層
550 混合界面層
560 円筒体
562 周面
563 金属基板
564 金属材料
600 プリフォーム
601 本体部分
602 長手方向中心軸線
603 歯車歯
604 外面
610 耐摩耗性材料
620 中間物品
630 歯車
630a 歯車
630b 歯車
630c 歯車
630d 歯車
631 歯車コア
632 歯車歯
634 航空機構成要素
636 一部
638 部分
640 耐摩耗層
642 歯車
644 棒状構造
650 混合界面層
1100 保守点検方法
1102 航空機
1104 仕様及び設計
1106 材料調達
1108 構成要素及び部分組立品の製造
1110 システム統合
1112 認証及び搬送
1114 就航中
1116 整備及び保守点検
1118 機体
1120 高レベルシステム
1122 内部
1124 推進システム
1126 電気システム
1128 油圧システム
1130 環境システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】