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特表2022-535714不純物が少ない気体雰囲気での金属粉末に基づく製造方法およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-10
(54)【発明の名称】不純物が少ない気体雰囲気での金属粉末に基づく製造方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
B22F 12/70 20210101AFI20220803BHJP
B22F 10/32 20210101ALI20220803BHJP
B22F 10/85 20210101ALI20220803BHJP
B22F 10/77 20210101ALI20220803BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20220803BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20220803BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20220803BHJP
B22F 12/90 20210101ALI20220803BHJP
B22F 10/00 20210101ALI20220803BHJP
【ＦＩ】
B22F12/70
B22F10/32
B22F10/85
B22F10/77
B33Y10/00
B33Y30/00
B33Y50/02
B22F12/90
B22F10/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2021569902
(86)(22)【出願日】2020-05-25
(85)【翻訳文提出日】2022-01-11
(86)【国際出願番号】 CA2020050704
(87)【国際公開番号】W WO2020237359
(87)【国際公開日】2020-12-03
(31)【優先権主張番号】62/852,621
(32)【優先日】2019-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521510970
【氏名又は名称】エクイスフィアーズ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100149870
【弁理士】
【氏名又は名称】芦北 智晴
(74)【代理人】
【識別番号】100207022
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 弘之
(72)【発明者】
【氏名】コンロン，マーティン ジョン
(72)【発明者】
【氏名】フィリップス，ジョナサン
(72)【発明者】
【氏名】ドゥートレ，ショーン ロバート
(72)【発明者】
【氏名】アザリ ドルチェ，カムラン
(72)【発明者】
【氏名】ハーフィズ，アブドラ モハマッド カリード
(72)【発明者】
【氏名】バスティアン，ジェームス
(72)【発明者】
【氏名】ジョンソン，ケネス ジェラルド
【テーマコード（参考）】
4K018
【Ｆターム（参考）】
4K018AA02
4K018AA03
4K018AA06
4K018AA07
4K018AA14
4K018AA24
4K018AA40
4K018BA01
4K018BA02
4K018BA03
4K018BA04
4K018BA08
4K018BA10
4K018BA13
(57)【要約】
製造チャンバを形成する密封容器と、前記製造チャンバ内に含まれ、金属系供給原料を加熱して変形／変換させる金属変形／変換ユニットと、不活性気体ラインを介して前記製造チャンバに動作的に接続され、前記製造チャンバに気体連通して前記製造チャンバ内に不活性気体を供給する不活性気体源と、前記製造チャンバに気体連通して、約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体が得られるように不活性気体を精製する少なくとも一つの気体精製ユニットとを含む、金属粉末に基づく製造システムが提供される。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
製造チャンバを形成する密封容器；前記製造チャンバ内に含まれ、金属系供給原料を加熱して変形／変換させる金属変形／変換ユニット；
不活性気体ラインを介して前記製造チャンバに動作的に接続され、前記製造チャンバに気体連通して前記製造チャンバ内に不活性気体を供給する不活性気体源；および
前記製造チャンバに気体連通して、約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体が得られるように不活性気体を精製する少なくとも一つの気体精製ユニット；
を含む、金属粉末に基づく製造システム。
【請求項2】
前記製造チャンバに気体連通して、前記製造チャンバ内に実質的な真空を作る真空ユニットをさらに含む、請求項１に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項3】
前記金属変形／変換ユニットが、付加製造ユニットを含む、請求項１または２に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項4】
前記金属変形／変換ユニットが、金属系粉末製造ユニットを含む、請求項１または２に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項5】
前記金属変形／変換ユニットが、粉末冶金ユニットを含む、請求項１または２に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項6】
前記金属変形／変換ユニットが、焼結炉を含む、請求項１または２に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項7】
前記金属変形／変換ユニットが、前記金属系供給原料を溶融させ、溶融した金属を少なくとも一つの最終３Ｄ部品に凝固させるように構成されている、請求項１または２に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項8】
前記の少なくとも一つの最終３Ｄ部品が、複数の粉末粒子を含む、請求項７に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項9】
前記金属変形／変換ユニットが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱し、加熱された金属を冷却して少なくとも一つの最終３Ｄ部品にするように構成されている、請求項１または２に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項10】
前記不活性気体源が、アルゴン気体源、窒素源、およびヘリウム気体源のうち少なくとも一つを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項11】
前記の少なくとも一つの気体精製ユニットのうち少なくとも一つは、前記不活性気体源の下流で前記不活性気体ラインに取り付けられて、前記不活性気体源により供給された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体に精製する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項12】
前記気体精製ユニットの下流で前記不活性気体ラインに取り付けられ、精製された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に加熱するように構成された加熱ユニットをさらに含む、請求項１１に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項13】
再循環スクラビングシステムをさらに含み、前記再循環スクラビングシステムは、前記容器内に形成された再循環気体入口および再循環気体出口の間に伸び、前記製造チャンバに気体連通している閉ループ再循環気体ライン；および前記閉ループ再循環気体ラインに取り付けられ、前記閉ループ再循環気体ラインに気体連通して、前記閉ループ再循環気体ライン内部を流れる不活性気体を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体に精製する前記の少なくとも一つの気体精製ユニットの少なくとも一つを含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項14】
前記再循環スクラビングシステムが、熱交換器をさらに含む、請求項１３に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項15】
前記熱交換器は、前記再循環気体ライン内部を流れる不活性気体を冷却するために、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットの上流に取り付けられている、請求項１４に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項16】
前記再循環スクラビングシステムが、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットの下流に取り付けられて、前記再循環気体ライン内部を流れる不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に加熱する加熱ユニットをさらに含む、請求項１３に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項17】
前記再循環スクラビングシステムが、前記再循環気体ラインに取り付けられた気体圧縮器をさらに含む、請求項１３～１６のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項18】
前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視する酸素関連センサアセンブリと、前記気体圧縮器および前記酸素関連センサアセンブリに動作的に接続され、前記酸素関連センサアセンブリによって監視された前記酸素関連パラメータに基づいて前記気体圧縮器の速度を変化させる制御器とをさらに含む、請求項１７に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項19】
前記酸素関連センサアセンブリが酸素センサアセンブリを含み、前記酸素関連パラメータが酸素分圧である、請求項１８に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項20】
前記酸素関連センサアセンブリは、ｐｐｍ酸素センサおよびｐｐｂ酸素センサを含み、前記ｐｐｂ酸素センサは、監視された酸素の含量がｐｐｍ検出閾値未満である時に作動する、請求項１８に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項21】
精製された不活性気体の酸素分圧が、約５０ｐｐｂ未満である、請求項１～１９のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項22】
精製された不活性気体の酸素分圧が、約２０ｐｐｂ未満である、請求項１～１９のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項23】
前記製造チャンバの内部に位置し、前記製造チャンバと伝導性熱交換をして前記製造チャンバ内部に入っている不活性気体を加熱する加熱ユニットをさらに含む、請求項１～１９のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項24】
前記気体精製ユニットが、収着剤が入っている気体不透過性ハウジングを含む、請求項１～２３のいずれか１項に記載の金属粉末に基づく製造システム。
【請求項25】
不活性気体を気体精製ユニットに供給して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性気体を得るステップ；精製された不活性気体を、密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを含む製造チャンバ内に導入するステップ；および
金属系供給原料を前記金属変形／変換ユニットで加熱し、精製された不活性気体が入っている前記製造チャンバ内において前記金属供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換するステップ；
を含む、金属変形／変換方法。
【請求項26】
精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に、前記製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップをさらに含む、請求項２５に記載の金属変形／変換方法。
【請求項27】
不活性気体を供給するステップ、および精製された不活性気体を導入するステップが、不活性気体を製造チャンバ内に供給するステップ；
前記製造チャンバ内の酸素分圧を監視するステップ；
前記製造チャンバ内の前記酸素分圧が約２００ｐｐｂ超である間、連続的に、前記製造チャンバから不活性気体を引き出し、引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げ、精製された不活性気体を得るステップ、および
その後、精製された不活性気体を製造チャンバ内に導入するステップを含む、請求項２５または２６に記載の金属変形／変換方法。
【請求項28】
精製された不活性気体が、不活性気体源と前記製造チャンバとの間に伸び、前記気体精製ユニットが取り付けられ、前記気体精製ユニットと気体連通している不活性気体ラインを介して実質的に真空下で前記製造チャンバ内に導入される、請求項２５または２６に記載の金属変形／変換方法。
【請求項29】
精製された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に加熱するステップをさらに含む、請求項２８に記載の金属変形／変換方法。
【請求項30】
金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料を溶融するステップを含む、請求項２５～２９のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項31】
金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱するステップを含む、請求項２５～２９のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項32】
不活性気体を供給するステップが、アルゴン気体、窒素気体、およびヘリウム気体のうち少なくとも一つを供給するステップを含む、請求項２５～３１のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項33】
前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップ；および引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げた後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む、請求項２５～３２のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項34】
前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップ；および監視された前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータに基づいて、前記製造チャンバから引き出す不活性気体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項３３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項35】
前記製造チャンバ内の総気体容積の最大１００％（ｖｏｌ．）が、１分当たりに引き出される、請求項３３または３４に記載の金属変形／変換方法。
【請求項36】
引き出された不活性気体が、精製される前に冷却される、請求項３３～３５のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項37】
精製された不活性気体が、前記製造チャンバ内に導入される前に加熱される、請求項３３～３５のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項38】
前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧が、約５０ｐｐｂ未満である、請求項２５～３７のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項39】
前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧が、約２０ｐｐｂ未満である、請求項２５～３７のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項40】
前記製造チャンバ内に入っている不活性気体を加熱するステップをさらに含む、請求項２５～３９のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項41】
前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に、前記製造チャンバ内に入っている気体を排出させ、気体精製ユニットに不活性気体を供給し、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む、請求項２５または２６に記載の金属変形／変換方法。
【請求項42】
密封容器内に形成された製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップ；前記製造チャンバ内の前記酸素関連パラメータが所定の酸素閾値よりも大きければ、前記製造チャンバ内の前記酸素関連パラメータが所定の酸素閾値よりも大きい間、連続的に、前記製造チャンバから不活性気体を引き出し、引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げ、精製された不活性気体を得、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップ；および
前記製造チャンバ内の前記酸素関連パラメータが所定の酸素閾値以下であれば、前記製造チャンバ内に含まれる金属変形／変換ユニットで金属系供給原料を加熱し、前記金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換するステップ；
を含む、金属変形／変換方法。
【請求項43】
前記酸素関連パラメータが前記酸素分圧であり、前記の所定の酸素閾値が約２００ｐｐｂである、請求項４２に記載の金属変形／変換方法。
【請求項44】
前記製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップ；および不活性気体源から前記製造チャンバ内に不活性気体を供給するステップを、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップの前に含む、請求項４２または４３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項45】
不活性気体を前記製造チャンバ内に供給するステップが、不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に、不活性気体を気体精製ユニットに供給して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げるステップをさらに含む、請求項４３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項46】
精製された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に加熱するステップをさらに含む、請求項４５に記載の金属変形／変換方法。
【請求項47】
金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料を溶融するステップを含む、請求項４２～４６のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項48】
金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱するステップを含む、請求項４２～４６のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項49】
不活性気体を供給するステップが、アルゴン気体、窒素気体、およびヘリウム気体のうち少なくとも一つを供給するステップを含む、請求項４３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項50】
前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップ；引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げるステップ；および、その後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む、請求項４２～４９のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項51】
監視された前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータに基づいて、前記製造チャンバから引き出される不活性気体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項５０に記載の金属変形／変換方法。
【請求項52】
引き出された不活性気体が、精製される前に冷却される、請求項５０または５１に記載の金属変形／変換方法。
【請求項53】
精製された不活性気体が、製造チャンバ内に導入される前に加熱される、請求項５０または５１に記載の金属変形／変換方法。
【請求項54】
製造チャンバ内に導入された、精製された不活性気体の酸素分圧が約５０ｐｐｂ未満である、請求項４２～５３のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項55】
前記製造チャンバ内に導入された、精製された不活性気体の酸素分圧が約２０ｐｐｂ未満である、請求項４２～５３のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項56】
前記製造チャンバ内に入っている不活性気体を加熱するステップをさらに含む、請求項４２～５５のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項57】
前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に、前記製造チャンバ内に入っている気体を排出させ、不活性気体を前記気体精製ユニットに供給し、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む、請求項４５に記載の金属変形／変換方法。
【請求項58】
密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを含む製造チャンバ内に不活性気体を導入するステップ；不活性気体を、前記製造チャンバ内への導入の前および後の少なくとも一方に精製して、酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性気体を得るステップ；
精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップ；および
前記金属変形／変換ユニットで金属系供給原料を加熱して、精製された不活性気体が入っている前記製造チャンバ内において前記金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換させるステップ；
を含む、金属変形／変換方法。
【請求項59】
不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に、前記製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップをさらに含む、請求項５８に記載の金属変形／変換方法。
【請求項60】
製造チャンバ内において酸素関連パラメータを監視するステップをさらに含み；精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップが、前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータが所定の酸素閾値未満になるまで行われる、請求項５８または５９に記載の金属変形／変換方法。
【請求項61】
前記酸素関連パラメータが酸素分圧であり、前記の所定の酸素閾値が約２００ｐｐｂである、請求項５９に記載の金属変形／変換方法。
【請求項62】
不活性気体を精製するステップが、前記製造チャンバ内への導入後に行われ、不活性気体を精製するステップが、連続的に、前記製造チャンバから不活性気体を引き出し、引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げ、精製された不活性気体を得た後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップを含む、請求項５８に記載の金属変形／変換方法。
【請求項63】
不活性気体を精製するステップが、不活性気体源と前記製造チャンバとの間に伸び、気体精製ユニットが取り付けられ、気体精製ユニットと気体連通している不活性気体ラインを介して前記製造チャンバ内に導入される前に行われる、請求項５８に記載の金属変形／変換方法。
【請求項64】
前記製造チャンバ内に導入される前に、精製された不活性気体を加熱するステップをさらに含む、請求項６３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項65】
金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料を溶融するステップを含む、請求項５８～６４のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項66】
金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱するステップを含む、請求項５８～６４のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項67】
不活性気体を導入するステップが、アルゴン気体、窒素気体、およびヘリウム気体のうち少なくとも一つを導入するステップを含む、請求項５８～６６のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項68】
前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップ；および引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げた後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む、請求項５８～６７のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項69】
前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップ；および監視された前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータに基づいて、前記製造チャンバから引き出される不活性気体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項６８に記載の金属変形／変換方法。
【請求項70】
引き出された気体が、精製される前に冷却される、請求項６８または６９に記載の金属変形／変換方法。
【請求項71】
精製された不活性気体が、前記製造チャンバ内に導入される前に加熱される、請求項６８または６９に記載の金属変形／変換方法。
【請求項72】
前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧が約５０ｐｐｂ未満である、請求項６３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項73】
前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧が約２０ｐｐｂ未満である、請求項６３に記載の金属変形／変換方法。
【請求項74】
前記製造チャンバ内に入っている不活性気体を加熱するステップをさらに含む、請求項５８～７３のいずれか１項に記載の金属変形／変換方法。
【請求項75】
前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に、前記製造チャンバ内に入っている気体を排出させ、不活性気体を前記気体精製ユニットに供給し、精製された不活性気体を製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む、請求項６３に記載の金属変形／変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術分野は、概して言えば、不純物が少ない気体雰囲気を有する製造チャンバを有する金属粉末に基づく製造システムに関し、詳しくは、金属系粉末製造システム、粉末冶金システム、および付加製造システムを含む金属粉末に基づく製造システムであって、所望の最終３Ｄ形状または物体を作るために、金属系供給原料がその融点付近またはその融点より高い温度で加熱された後に冷却または凝固される金属粉末に基づく製造システムに関する。また、本発明は、不純物が少ない気体雰囲気での金属粉末に基づく製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
単一粉末粒子または固化成形バルク形態のような所望の最終３Ｄ形状または物体を作るために、金属をその融点付近またはその融点より高い温度で加熱した後に冷却または凝固する種々の製造方法があり、先進的な金属系製造法では、例えば、金属系原料から金属系粉末粒子を作る金属系粉末製造法、金属系粉末粒子を固化成形バルク形態に焼結する粉末冶金法、金属系粉末粒子を溶融／焼結／凝集して固化成形バルク形態を作る付加製造法（ＡＭ）がある。
【0003】
これらの製造法は、Ａｌ、Ｔｉのような酸化感受性金属；Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇのような（これらに限定されるものではない）反応感受性合金；および鋼鉄または他の鉄合金、ＳｎＰｂ、ＮｄＦｅＢ、ＺｎＰｄ、ＣｏＣｒ、黄銅系合金、銅系合金のような（これらに限定されるものではない）他の金属合金を多く用いる。その結果、製造工程の間、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２および総炭化水素（ＴＨＣ）を減少させるかまたは無くすことが好ましい。
【0004】
通常、このような製造法は、アルゴン系雰囲気またはヘリウム系雰囲気のような不活性気体雰囲気で行われる。しかし、不活性気体であっても不純物の含量（酸素、窒素、およびその他の非金属元素）を有する。不活性気体の不純物の含量は、製造法の生産性と収率にも、単一金属系粉末粒子または固化成形バルク形態の製造された金属部品の品質にも、影響を与えうる。不活性のレベルを特定しない不活性処理の第三者による定義が複数存在し、その用語は一般に不正確である。例えば、そのような加熱された金属に基づく製造システムは、ｐｐｍ（百万分の一）オーダーの純度レベルで動作する。
【0005】
例えば、付加製造または粉末冶金のための金属系粉末粒子の製造時、不活性気体汚染物質は、金属系粉末粒子において酸化膜および／または包有物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）の形成、気孔、および水吸着を誘発し得る。原料の適用時、最終部品に気孔は勿論、酸化物または窒化物の包有物が含まれ得る。
【0006】
また、酸素、窒素、その他の非金属元素のような不純物は、効果的な界面活性剤であるため、（微粒子化などの場合の）単一粒子または（付加製造圧密などの場合の）溶融池を含めて、溶融金属の形状に影響を与える。
【0007】
この観点から、金属粉末に基づく製造方法および製造システムにおいて純度がさらに高い雰囲気が必要であり、これは、前述した先行技術の問題の一部を克服または最小化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明は、前述した不足を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
包括的態様によれば、製造チャンバを形成する密封容器；前記製造チャンバ内に含まれ、金属を加熱して変形／変換させるように構成された金属変形／変換ユニット；不活性気体ラインを介して前記製造チャンバに動作的に接続され、前記製造チャンバに気体連通して前記製造チャンバ内に不活性気体雰囲気を生成する不活性気体源；および前記製造チャンバに気体連通して、不活性気体を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に精製する少なくとも一つの気体精製ユニットを含む、金属粉末に基づく製造システムが提供される。一実施形態において、前記の金属粉末に基づく製造システムは、前記製造チャンバに気体連通して、前記製造チャンバ内に実質的な真空を作る真空ユニットをさらに含む。
【0010】
一実施形態において、前記金属変形／変換ユニットは、付加製造ユニット、金属系粉末製造ユニット、粉末冶金ユニット、および焼結炉を含む群から選択される。
【0011】
一実施形態において、前記金属変形／変換ユニットは、前記金属系供給原料を溶融させ、溶融した金属を少なくとも一つの最終３Ｄ部品に凝固させるように構成されている。
【0012】
一実施形態において、前記不活性気体源は、アルゴン気体源、窒素源、およびヘリウム気体源のうち少なくとも一つを含む。
【0013】
一実施形態において、前記の金属粉末に基づく製造システムは、閉ループ再循環気体ラインを介して前記製造チャンバに気体連通している気体精製ユニットを含む再循環スクラビング（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）システムをさらに含む。
【0014】
一実施形態において、前記の金属粉末に基づく製造システムは、閉ループ再循環気体ラインを介して前記製造チャンバに気体連通している前記の少なくとも一つの気体精製ユニットのうち少なくとも一つを含む再循環スクラビングシステムをさらに含む。
【0015】
一実施形態において、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットのうち少なくとも一つが、前記不活性気体ラインを介して製造チャンバに気体連通しており、前記気体精製ユニットは、前記不活性気体源の下流に位置し、前記不活性気体源により供給された不活性気体を、製造チャンバ内に導入する前に約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に精製することができる。
【0016】
他の包括的態様によれば、金属を変形／変換する方法が提供される。この方法は、密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを含む製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップ；不活性気体をガス精製ユニットに供給して、酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げるステップ；精製された不活性気体を実質的な真空下で前記製造チャンバ内に導入するステップ；および前記金属変形／変換ユニットで金属を加熱して、金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換するステップを含む。
【0017】
他の包括的態様によれば、金属を変形／変換する方法が提供される。この方法は、密封容器内に形成された製造チャンバ内の酸素分圧を監視するステップ；連続的に、前記製造チャンバから気体を引き出し、引き出された気体を精製してその酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満となるまで下げ、精製された気体を前記製造チャンバ内に再注入するステップ；および、その後、前記製造チャンバ内に含まれる金属変形／変換ユニットで金属を加熱して、金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換するステップを含む。
【0018】
さらに他の包括的態様によれば、金属を変形／変換する方法が提供される。この方法は、密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを含む製造チャンバから気体を引き出すステップ；その後、不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップ；不活性気体を、前記製造チャンバ内への導入の前および後の少なくとも一方に精製して、酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性ガスを得るステップ；および前記金属変形／変換ユニットで金属を加熱して、精製された不活性気体が入っている前記製造チャンバ内において金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換するステップを含む。
【0019】
一実施形態において、この方法が、前記製造チャンバ内の酸素分圧を約２００ｐｐｂ未満に維持するステップをさらに含む。この方法が、再循環スクラビングシステムを含む閉ループ再循環気体ライン内の製造チャンバ内部の幾らかの割合の気体容積を再利用することによって前記製造チャンバ内の酸素分圧を制御するステップをさらに含むことができる。前記製造チャンバ内の前記酸素分圧を制御するステップが、前記製造チャンバ内の前記酸素分圧を監視するステップと、前記閉ループ再循環気体ラインにおいて循環する気体容積の割合を調節するステップとを含むことができる。
【0020】
用語「加熱された金属に基づく製造方法および製造システム」は、金属源（または金属供給原料）をその融点付近またはその融点より高い温度に加熱した後に冷却または凝固させて、所望の最終３Ｄ形状／物体または少なくとも一つの最終部品を作る任意の製造方法および製造システムを包含することを意図している。
【0021】
前記金属源／金属系供給原料は、バルク形態または粒子形態であることができる。前記の少なくとも一つの最終部品は、単一粉末粒子または任意の他の適切な最終３Ｄ部品／物体であることができる。金属および金属系という用語は、純金属、合金、または他の添加剤（限定されるものではないが、例えば、結合剤、潤滑剤、セラミックナノ粒子など）を有する金属／合金を包含することを意図している。
【0022】
他の包括的態様によれば、製造チャンバを形成する密封容器；前記製造チャンバ内に含まれ、金属系供給原料を加熱して変形／変換させるように構成された金属変形／変換ユニット；不活性気体ラインを介して前記製造チャンバに動作的に接続され、前記製造チャンバに気体連通して前記製造チャンバ内に不活性気体を供給する不活性気体源；および前記製造チャンバに気体連通して、約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体が得られるように不活性気体を精製する少なくとも一つの気体精製ユニットを含む金属粉末に基づく製造システムが提供される。
【0023】
一実施形態において、前記金属粉末に基づく製造システムは、前記製造チャンバに気体連通して、前記製造チャンバ内に実質的な真空を作る真空ユニットをさらに含む。
【0024】
一実施形態において、前記金属変形／変換ユニットは、付加製造ユニット、金属系粉末製造ユニット、金属冶金ユニット、および焼結炉のうち少なくとも一つを含む。
【0025】
一実施形態において、前記金属変形／変換ユニットが、前記金属系供給原料を溶融させ、溶融した金属を少なくとも一つの最終３Ｄ部品に凝固させるように構成されている。前記の少なくとも一つの最終３Ｄ部品が、複数の粉末粒子を含むことができる。
【0026】
一実施形態において、前記金属変形／変換ユニットが、金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱し、加熱された金属を冷却して少なくとも一つの最終３Ｄ部品にするように構成されている。
【0027】
一実施形態において、前記不活性気体源が、アルゴン気体源、窒素源、およびヘリウム気体源のうち少なくとも一つを含む。
【0028】
一実施形態において、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットのうち少なくとも一つが、前記不活性気体源の下流で前記不活性気体ラインに取り付けられて、前記不活性気体源により供給された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体に精製する。前記の金属粉末に基づく製造システムは、前記気体精製ユニットの下流で前記不活性気体ラインに取り付けられ、精製された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に加熱するように構成された加熱ユニットを含むことができる。
【0029】
一実施形態において、前記の金属粉末に基づく製造システムは、再循環スクラビングシステムをさらに含み、前記再循環スクラビングシステムは、前記容器内に形成された再循環気体入口および再循環気体出口の間に伸び、前記製造チャンバに気体連通している閉ループ再循環気体ライン；および前記閉ループ再循環気体ラインに取り付けられ、前記閉ループ再循環気体ラインに気体連通して、前記閉ループ再循環気体ライン内部を流れる不活性気体を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧を有する精製された不活性気体に精製する前記の少なくとも一つの気体精製ユニットの少なくとも一つを含む。前記再循環スクラビングシステムは、熱交換器をさらに含むことができる。前記熱交換器は、前記再循環気体ライン内部を流れる不活性気体を冷却するために、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットの上流に取り付けることができる。前記再循環スクラビングシステムは、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットの下流に取り付けられて、前記再循環気体ライン内部を流れる不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に加熱する加熱ユニットをさらに含むことができる。前記再循環スクラビングシステムは、前記再循環気体ラインに取り付けられた気体圧縮器をさらに含むことができる。前記の金属粉末に基づく製造システムは、前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視する酸素関連センサアセンブリと、前記気体圧縮器および前記酸素関連センサアセンブリに動作的に接続され、前記酸素関連センサアセンブリによって監視された前記酸素関連パラメータに基づいて前記気体圧縮器の速度を変化させる制御器とをさらに含むことができる。前記酸素関連センサアセンブリが酸素センサアセンブリを含むことができ、前記酸素関連パラメータが前記酸素分圧であることができる。前記酸素関連センサアセンブリは、ｐｐｍ酸素センサおよびｐｐｂ酸素センサを含むことができ、前記ｐｐｂ酸素センサは、監視された酸素の含量がｐｐｍ検出閾値未満である時に作動することができる。
【0030】
一実施形態において、精製された不活性気体の酸素分圧が、約５０ｐｐｂ未満または約２０ｐｐｂ未満である。
【0031】
一実施形態において、前記の金属粉末に基づく製造システムは、前記製造チャンバの内部に位置し、前記製造チャンバと伝導性熱交換をして前記製造チャンバ内部に入っている不活性気体を加熱する加熱ユニットをさらに含む。
【0032】
一実施形態において、前記の少なくとも一つの気体精製ユニットは、収着剤が入っている気体不透過性ハウジングを含む。
【0033】
他の包括的態様によれば、金属を変形／変換する方法が提供される。この方法は、不活性気体を気体精製ユニットに供給して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性気体を得るステップ；精製された不活性気体を、密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを含む製造チャンバ内に導入するステップ；および金属系供給原料を前記金属変形／変換ユニットで加熱し、精製された不活性気体が入っている前記製造チャンバ内において前記金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換させるステップを含む。
【0034】
一実施形態において、この方法が、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に、前記製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップをさらに含む。
【0035】
一実施形態において、前記の不活性気体を供給するステップ、および精製された不活性気体を導入するステップが、不活性気体を製造チャンバ内に供給するステップ；前記製造チャンバ内の酸素分圧を監視するステップ；前記製造チャンバ内の前記酸素分圧が約２００ｐｐｂ超である間、連続的に、前記製造チャンバから不活性気体を引き出し、引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げ、精製された不活性気体を得るステップ、および、その後、精製された不活性気体を製造チャンバ内に導入するステップとを含む。
【0036】
一実施形態において、精製された不活性気体は、不活性気体源と前記製造チャンバとの間に伸び、前記気体精製ユニットが取り付けられ、前記気体精製ユニットと気体連通している不活性気体ラインを介して実質的に真空下で前記製造チャンバ内に導入される。この方法は、精製された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に加熱するステップをさらに含むことができる。
【0037】
一実施形態において、金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料を溶融するステップを含む。他の一実施形態において、金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱するステップを含む。
【0038】
一実施形態において、不活性気体を供給するステップが、アルゴン気体、窒素気体、およびヘリウム気体のうち少なくとも一つを供給するステップを含む。
【0039】
一実施形態において、この方法は、前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップ；および引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げた後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む。この方法は、前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップ；および監視された前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータに基づいて、前記製造チャンバから引き出す不活性気体の流量を調整するステップをさらに含むことができる。一実施形態において、製造チャンバ内の総気体容積の最大１００％（ｖｏｌ．）が１分当たりに引き出される。一実施形態において、引き出された不活性気体が、精製される前に冷却される。一実施形態において、精製された不活性気体が、前記製造チャンバ内に導入される前に加熱される。
【0040】
一実施形態において、前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧は、約５０ｐｐｂ未満または約２０ｐｐｂ未満である。
【0041】
一実施形態において、この方法は、前記製造チャンバ内に入っている不活性気体を加熱するステップをさらに含む。
【0042】
一実施形態において、この方法は、前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に、前記製造チャンバ内に入っている気体を排出させ、不活性気体を気体精製ユニットに供給し、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む。
【0043】
さらに他の包括的態様によれば、金属を変形／変換する方法が提供される。この方法は、密封容器内に形成された製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップ；前記製造チャンバ内の前記酸素関連パラメータが所定の酸素閾値よりも大きければ、前記製造チャンバ内の前記酸素関連パラメータが所定の酸素閾値よりも大きい間、連続的に、前記製造チャンバから不活性気体を引き出し、引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げ、精製された不活性気体を得、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップ；および前記製造チャンバ内の前記酸素関連パラメータが所定の酸素閾値以下であれば、前記製造チャンバ内に含まれる金属変形／変換ユニットで金属系供給原料を加熱し、前記金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換するステップを含む。前記酸素関連パラメータは前記酸素分圧であり、前記の所定の酸素閾値は約２００ｐｐｂであることができる。
【0044】
一実施形態において、この方法は、前記製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップ；および不活性気体源から前記製造チャンバ内に不活性気体を供給するステップを、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップの前に含む。不活性気体を前記製造チャンバ内に供給するステップは、不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に、不活性気体を気体精製ユニットに供給して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げるステップをさらに含むことができる。この方法は、精製された不活性気体を、前記製造チャンバ内に導入する前に加熱するステップをさらに含む。
【0045】
一実施形態において、金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料を溶融するステップを含む。他の一実施形態において、金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱するステップを含む。
【0046】
一実施形態において、不活性気体を供給するステップが、アルゴン気体、窒素気体、およびヘリウム気体のうち少なくとも一つを供給するステップを含む。
【0047】
一実施形態において、この方法は、前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップ；引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げるステップ；および、その後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む。この方法が、監視された前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータに基づいて、前記製造チャンバから引き出される不活性気体の流量を調整するステップをさらに含むことができる。一実施形態において、引き出された不活性気体は、精製される前に冷却される。一実施形態において、精製された不活性気体は、前記製造チャンバ内に導入される前に加熱される。
【0048】
一実施形態において、前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧は、約５０ｐｐｂ未満または約２０ｐｐｂ未満である。
【0049】
一実施形態において、この方法は、前記製造チャンバ内に入っている不活性気体を加熱するステップをさらに含む。
【0050】
一実施形態において、この方法が、前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に、前記製造チャンバ内に入っている気体を排出させ、不活性気体を前記気体精製ユニットに供給し、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む。
【0051】
さらに他の包括的態様によれば、金属を変形／変換する他の方法が提供される。この方法は、密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを含む製造チャンバ内に不活性気体を導入するステップ；不活性気体を、前記製造チャンバ内への導入の前および後の少なくとも一方に精製して、酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性ガスを得るステップ；精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップ；および前記金属変形／変換ユニットで金属系供給原料を加熱して、精製された不活性気体が入っている前記製造チャンバ内において前記金属系供給原料を少なくとも一つの最終部品に変形／変換させるステップを含む。
【0052】
一実施形態において、この方法が、不活性気体を前記製造チャンバ内に導入する前に、前記製造チャンバから気体を引き出して実質的に真空にするステップをさらに含む。
【0053】
一実施形態において、この方法が、前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップをさらに含み、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップが、前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータが所定の酸素閾値未満になるまで行われる。前記酸素関連パラメータは前記酸素分圧であり、前記の所定の酸素閾値は約２００ｐｐｂであることができる。
【0054】
一実施形態において、不活性気体を精製するステップが、前記製造チャンバへの導入後に行われ；不活性気体を精製するステップが、連続的に、前記製造チャンバから不活性気体を引き出し、引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満の酸素分圧に下げ、精製された不活性気体を得た後、精製された不活性気体を前記製造チャンバ内に導入するステップを含む。
【0055】
一実施形態において、不活性気体を精製するステップが、不活性気体源と前記製造チャンバとの間に伸び、気体精製ユニットが取り付けられ、気体精製ユニットと気体連通している不活性気体ラインを介して前記製造チャンバ内に導入される前に行われる。この方法は、製造チャンバ内に導入される前に、精製された不活性気体を加熱するステップをさらに含むことができる。
【0056】
一実施形態において、金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料を溶融するステップを含む。他の一実施形態において、金属系供給原料を加熱するステップが、前記金属系供給原料をその融点未満の温度に加熱するステップを含む。
【0057】
一実施形態において、不活性気体を供給するステップが、アルゴン気体、窒素気体、およびヘリウム気体のうち少なくとも一つを供給するステップを含む。
【0058】
一実施形態において、この方法が、前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に前記製造チャンバから不活性気体を引き出すステップ；および引き出された不活性気体を精製して、その酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げた後、精製された不活性気体を製造チャンバ内に導入するステップを含む。この方法が、前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータを監視するステップ；および監視された前記製造チャンバ内の酸素関連パラメータに基づいて、前記製造チャンバから引き出される不活性気体の流量を調整するステップをさらに含む。一実施形態において、引き出された不活性気体は、精製される前に冷却される。一実施形態において、精製された不活性気体は、前記製造チャンバ内に導入される前に加熱される。一実施形態において、前記気体精製ユニットを出て行く精製された不活性気体の酸素分圧は、約５０ｐｐｂ未満または約２０ｐｐｂ未満である。
【0059】
この方法が、前記製造チャンバ内に入っている不活性気体を加熱するステップをさらに含むことができる。
【0060】
一実施形態において、この方法が、前記金属系供給原料を加熱する間、連続的に、前記製造チャンバ内に入っている気体を排出させ、不活性気体を前記気体精製ユニットに供給し、精製された不活性気体を製造チャンバ内に導入するステップをさらに含む。
【0061】
本明細書において、用語「金属粉末に基づく製造方法および製造システム」は、金属源（または金属供給原料）または最終部品として金属粉末を含んだ全ての製造方法および製造システムを包含することを意図しており、金属系粉末が最終部品として製造される製造方法および製造システムを包含する。前記用語は、金属源／金属系供給原料としての金属系粉末が、粉末冶金および付加製造を含めて、所望の最終３Ｄ形状／物体／部品（すなわち、最終部品）に変形／変換される製造方法および製造システムも包含する。最終３Ｄ形状／物体／部品は、単一の物体／部品であるか、または一緒になって粉末をなす複数の単一粒子であることができる。
【0062】
本明細書において、用語「付加製造」は、結合剤噴射、レーザ焼結、粉末床溶融結合合、指向性エネルギー堆積、材料押出などを含む。
【0063】
本開示の目的において、「高純度」気体は、個々の汚染物質レベルが約１００ｐｐｂ（１０億分の１）未満の気体を意味する。また、酸素分圧（または他の汚染物質分圧）に言及する際、それは、例えば、酸素センサまたは酸素センサアセンブリを介して直接的に、または酸素レベルまたは汚染物質レベルを導出または推定できる他の変数から間接的に測定され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【発明を実施するための形態】
【0065】
粉末冶金または付加製造により、金属系粉末を生成するか、またはよりバルキーな３Ｄ物体／部品（すなわち、単一粒子よりも大きい部品または物体）に変換するのに使用可能な金属粉末に基づく製造システム２０の実施形態が図１に示されている。金属粉末に基づく製造システム２０において、金属源（または供給原料）は、その融点付近またはその融点より高い温度に加熱された後、所望の最終３Ｄ形状または部品を作るように冷却／凝固される。前述したように、最終３Ｄ形状または部品は、単一物体／部品であるか、または共に粉末（金属粉末または金属系粉末とも呼ぶ）を形成する複数の単一金属系粒子であることができる。
【0066】
この製造システム２０は、製造チャンバ２４を形成する壁２７を有する容器２２を含む。製造チャンバ２４の内部に金属変形／変換ユニット２６が存在する。容器２２は、壁２７を介して、気体漏れと出入りができないように密封される。よって、気体出入りは、後ほど詳しく説明されるように、特定の気体出入り口においてのみ可能である。後述するが、製造チャンバ２４の内部は、不純物が少ない気体雰囲気を維持する。少なくとも不純物の含量と関わり、製造チャンバ２４内の気体雰囲気を制御または調節することができる。
【0067】
気体不純物（または汚染物質）は、酸素、水分、窒素、および一酸化炭素、炭化水素（メタンを含む）などのようなその他の非金属元素のうち少なくとも一つを含み、これらは、加熱／溶融金属と作用し、最終部品の特性に有害である。ここで、気体純度は、気体雰囲気中の不純物の含量を意味する。気体純度は、特定の不純物の含量または総不純物の含量の観点から決定されることができる。例えば、酸素の含量の観点からの気体純度は、酸素分圧の観点から測定される。気体純度は、選択された不純物（例えば、酸素、水分および窒素）に対する総不純物の含量の観点からも決定することができる。
【0068】
金属変形／変換ユニット２６は、金属系粉末製造ユニット、粉末冶金ユニット、および／または付加製造ユニットを含み、ここで、金属系供給原料は、その融点付近またはその融点より高い温度に加熱された後、所望の最終３Ｄ部品を作るように冷却または凝固され、このような部品は、単一粉末粒子または固化成形バルク３Ｄ形態（または最終３Ｄ部品／物体）であることができる。よって、金属変形／変換ユニット２６において、金属系供給原料は、添加される結合剤、潤滑剤、セラミックナノ粒子のような追加要素の存在または不在下で他の形状に変形／変換される。
【0069】
密封容器２２に存在する金属変形／変換ユニット２６は、金属を金属系粉末粒子（金属系粒子または粉末粒子ともいう）に原子化するように構成された金属系粉末製造ユニットである。粒子とは、粉末冶金または粉末に基づく付加製造の分野で用いられる平均直径約１０μｍ～約１２５μｍの粉末粒子と見ることができる。
【0070】
金属系粉末製造ユニットは、金属系原料（または金属系供給原料）を溶融し、溶融した金属を微細液滴に壊した後に粉末粒子に凝固させる。
【0071】
密封容器２２に存在する金属変形／変換ユニット２６が、固化成形バルク３Ｄ形態を生産する３Ｄプリンタであってもよい。３Ｄプリンタは、薄い金属系粉末層を連続的に溶かして最終３Ｄ部品を作る。プリンティング工程中に結合剤のような添加剤を添加することができる。
【0072】
また、密封容器２２に存在する金属変形／変換ユニット２６が、圧縮された金属系粉末を融点付近に加熱して粒子内拡散を促進し、粒子間を結合して固体質量（または最終３Ｄ部品／物体）を得るための焼結炉であってもよい。
【0073】
この製造システム２０は、アルゴン、窒素、ヘリウムのような一つ以上の不活性気体源２８、および不活性気体ライン３１を介して製造チャンバ２４に気体連通している一つ以上の気体精製ユニット３０をさらに含む。不活性気体源２８により供給された気体は、製造チャンバ２４に注入される前に、精製ユニット３０で精製されて不純物を除去する。図１の製造システム２０は、それぞれ異なる不活性気体を含有する２個の不活性気体源２８、および２個の気体精製ユニット３０を有し、気体精製ユニット３０が不活性気体源２８それぞれに気体連通している。２個の不活性気体源２８および気体精製ユニット３０は類似しており、以下では一つのセットのみを説明する。
【0074】
気体精製ユニット３０は、製造チャンバ２４に対して不活性気体源２８の下流に位置する。よって、不活性気体ライン３１は、気体が通る不活性気体源と精製ユニットとの間に伸びる複数の連続的な不活性気体導管を含む。例えば、第１不活性気体導管は、不活性気体源と気体精製ユニット３０との間に存在する。
【0075】
気体精製ユニット３０は、酸素、水分、一酸化炭素、炭化水素（メタンを含む）、その他の汚染物質から不活性気体（窒素、アルゴンまたはその他の不活性気体）を精製する。気体精製ユニット３０は、不活性気体ラインに連結されたポート（ｐｏｒｔ）を有する不透過性ハウジングを含む。適切なフィルタ、吸着剤（または金属ゲッター）および触媒が精製ユニットハウジングに入っている。例えば、ＥｎｔｅｇｒｉｓのＧａｔｅＫｅｅｐｅｒ（登録商標） Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ Ｐｕｒｉｆｉｅｒｓ、ＰａｌｌのＧａｓｋｌｅｅｎ（登録商標） ＩＩ Ｐｕｒｉｆｉｅｒ、ＮｕＰｕｒｅ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＥｌｉｍｉｎａｔｏｒ（登録商標）、本願において参照した米国特許５，９０２，５６１に紹介されたものが使用できる。
【0076】
気体精製ユニット３０は、周辺（室温）温度で作動し、連続的な気体流を処理する。
【0077】
精製ユニットハウジングに含まれた吸着剤は、多孔性本体を有し、少なくとも一部は、遷移金属および／またはゼオライトからなる。吸着剤は、反応性合金の粉末を含んでもよい。
【0078】
精製ユニット３０を出て行く気体純度は、少なくとも一つの汚染物質に対して約１００ｐｐｂ未満であるが、約５０ｐｐｂ未満や、約１０ｐｐｂ未満であってもよい。
【0079】
この製造システム２０が気体精製ユニット３０の下流に気体精製ユニット３０と通る質量流制御器３３をさらに有することができる。図示された実施形態においては、不活性気体ライン３１ごとに自らの質量流制御器３３が存在する。質量流制御器３３は、不活性気体ライン３１における気体の流れを測定および制御する。質量流制御器のセットポイントを製造チャンバ２４に入る不活性気体の流量を調整および制御するように変更してもよい。
【0080】
図１の実施形態においては、２個の質量流制御器３３から出た不活性気体が合わさった後に容器２２の製造チャンバ２４に入り、容器壁２７に形成された気体入口の数が減って、製造チャンバ２４からの気体漏れの可能性が減る。質量流制御器３３の下流に延び、容器２２の製造チャンバ２４と連通する単一不活性気体ライン３１に制御バルブ３５が設けられる。不活性気体ライン３１は、容器壁２７に形成された不活性気体入口３２を介して容器２２に連結される。
【0081】
図１の製造システム２０は、２個の不活性気体ライン３１が制御バルブ３５の上流において並んで伸び、ラインごとに不活性気体源２８および気体精製ユニットが一つずつ存在する。しかし、不活性気体源２８および気体精製ユニット３０が一つずつ存在する不活性気体ラインが一つであるか、一つ以上の不活性気体源２８の下流に設けられた一つの気体精製ユニット３０に気体を供給する不活性気体源２８が一つ以上であってもよい。例えば、不活性気体ラインが一つであり、質量流制御器３３および制御バルブ３５のうち一つのみが存在してもよい。
【0082】
また、２個以上の不活性気体源２８および／または気体精製ユニット３０が並列または直列に配置されてもよい。並列の際、（不活性気体源２８よりも気体精製ユニット３０が少ない場合）不活性気体導管が気体精製ユニット３０の上流または下流に連結されることができる。また、気体精製ユニット３０それぞれが容器壁２７に形成された不活性気体入口３２それぞれに連結された不活性気体導管を有しており、容器２２に不活性気体入口３２が２個以上であってもよい。
【0083】
図１の製造システム２０が制御バルブ３５の下流、すなわち、制御バルブ３５と不活性気体入口３２との間に間接熱交換器のような気体加熱ユニット７０をさらに含む。気体加熱ユニット７０が、例えば、制御バルブ３５上流の不活性気体ライン３１に提供されることができる。不活性気体源２８と不活性気体入口３２との間に気体加熱ユニット７０が存在しなくてもよい。よって、作動した気体加熱ユニット７０は、精製された不活性気体が製造チャンバ２４に入る前に加熱する。気体加熱ユニット７０が、製造チャンバ内に入る不活性気体の温度を調整および制御してもよい。製造チャンバ２４に入る前の不活性気体の温度を不活性気体の入口温度といえる。気体加熱ユニット７０は、制御器に動作的に接続された気体ヒータアクチュエータを含み、制御器は、不活性気体ライン３１および／または製造チャンバ２４の内部に設けられた一つ以上の温度センサに動作的に接続されることができる。再生熱交換器のような液体／気体または不連続（または断続的）熱交換器が使用されてもよい。
【0084】
図１の実施形態において、真空ポンプのような真空ユニット３４が、制御バルブ３７が取り付けられた真空気体ライン３６と容器壁２７の真空ポート３８を介して製造チャンバ２４に気体連通してもよい。
【0085】
容器２２に動作的に接続され、製造チャンバ２４内部の圧力、温度および酸素の含量をそれぞれ監視する圧力センサ３９、温度センサ（図２の１５３）および酸素センサ４０ａ、４０ｂを含む監視アセンブリも製造システム２０に存在する。図示されたものよりも多いかまたは少ないセンサが製造システム２０に存在することができる。
【0086】
図１において、圧力センサ３９は、２個の質量流制御器３３にデータ通信するように動作的に接続された圧力センサ制御器である。データ通信は、破断線で示される。よって、製造チャンバ２４に入った不活性気体流量が、圧力センサ３９により製造チャンバ２４で監視された圧力データに基づいて調整および制御される。
【0087】
製造チャンバ２４内部の酸素の含量を監視するために容器２２に動作的に接続された酸素センサアセンブリ４０は、２個の酸素センサを含む。酸素センサアセンブリは、相対的に高い酸素の含量（単位、ｐｐｍ）を測定する第１酸素センサ４０ａと、相対的に低い酸素の含量（単位、ｐｐｂ）を測定する第２酸素センサ４０ｂとを含むことができる。低含量酸素センサ４０ｂを保護するために、このセンサは、酸素の含量がｐｐｍ検出閾値未満の場合にのみ作動する。バルブ４１は、酸素センサアセンブリ４０と製造チャンバ２４との間の気体ライン４３に取り付けられる。後ほど詳しく説明するが、バルブ４１は、真空ユニット３４が製造チャンバ２４を真空にさせるように動作する際に閉じられ、金属変形／変換ユニット２６が動作する際に開かれる。
【0088】
他の製造システム（図示せず）において、ｐｐｂレベルまで酸素の含量を監視する一つの酸素センサのみ、例えば、低含量酸素センサ４０ｂのみが存在してもよい。
【0089】
酸素センサアセンブリは、製造チャンバ２４内の酸素の含量と関わる情報を誘導可能な他のセンサアセンブリに代替されるかまたは共に使用されてもよい。例えば、窒素センサアセンブリおよび／または水分センサアセンブリおよび／または二酸化炭素センサアセンブリから酸素の含量を誘導または推定することができる。このような全てのセンサアセンブリが、酸素センサアセンブリの代わりにまたは共に使用されることができる。
【0090】
図１の製造システム２０は、安全バルブ４５およびチャンバリフィルバルブ（ｃｈａｍｂｅｒ ｒｅｆｉｌｌｉｎｇ ｖａｌｖｅ）４７を有し、これらの二つのバルブ４５、４７の両方とも容器２２に動作的に接続され、製造チャンバ２４と通る。リフィルバルブ４７は、密封容器２２に存在する金属変形／変換ユニット２６が作動する際に閉じられる。金属変形／変換作業の終わりに、リフィルバルブ４７が開かれ、製造チャンバ２４を周辺空気でリフィルする。
【0091】
製造チャンバ２４に精製された不活性気体が連続的に供給される実施形態において、リフィルバルブ４７が少なくとも部分的に開かれる。よって、製造チャンバ２４は、バルブ４７を介して、計量可能な流量で周辺に気体を徐々に排出することができる。このような実施形態において、製造チャンバ２４内部の圧力は、周辺圧力よりも若干高く維持されなければならない。
【0092】
図１の製造システム２０の製造チャンバ２４の内部に加熱ユニット７２が存在するが、加熱ユニット７２が製造チャンバ２４の内部ではなく、付近に存在してもよい。熱交換器であってもよい加熱ユニット７２は、製造チャンバ２４内の精製された不活性気体および周辺を加熱する。気体加熱ユニット７０のように、加熱ユニット７２は、製造チャンバ２４内部の不活性気体の温度を調節および制御することができる。制御器に気体ヒータ作動器が動作的に接続され、制御器は、製造チャンバ２４内部の気体温度を検知する温度センサに動作的に接続されることができる。一方、製造チャンバ２４の内部または近くに加熱ユニットが存在しなくてもよい。
【0093】
図２の他の製造システム１２０は再循環スクラビングシステム１４２を有し、他の特徴は製造システム２０と類似している。
【0094】
再循環スクラビングシステム１４２は、再循環気体入口１４８および再循環気体出口１４９が容器壁１２７に形成され、製造チャンバ１２４と通る閉ループ再循環気体ライン１４６を含む。再循環スクラビングシステム１４２の再循環気体入口１４８から再循環気体出口１４９まで閉ループ再循環気体ライン１４６に沿って順に濾過器１５０、圧縮器１５２、気体ライン１４６において循環する気体を冷却する熱交換器１５４および気体精製ユニット１５６が存在し、この精製ユニットは、前述した気体精製ユニット３０、１３０と類似している。再循環スクラビングシステム１４２は、閉ループ再循環気体ライン１４６および気体精製ユニット１５６内で循環する連続気体流を生成する。熱交換器１５４は、圧縮器１５２における圧縮により気体ライン１４６において循環する気体に追加され、製造チャンバ１２４内部の溶融金属工程により生じた熱を除去する。
【0095】
一方、濾過器１５０および熱交換器１５４のうち少なくとも一つが省略されてもよい。
【0096】
再循環スクラビングシステム１４２の気体精製ユニット１５６の下流、すなわち、気体精製ユニット１５６と不活性気体入口１４９との間に熱交換器のような加熱ユニット１７４がさらに存在する。気体加熱ユニット１４９は、気体ライン１４６に沿って他の位置に存在することができる。よって、作動した気体加熱ユニット１７４は、製造チャンバ１２４に入る前の精製された不活性気体を加熱する。気体加熱ユニット１７４が、製造チャンバ１２４に入った不活性気体の温度を調整および制御してもよい。気体ヒータ作動器が制御器に動作的に接続され、制御器は、不活性気体ライン１４６および／または製造チャンバ１２４の内部に設けられた温度センサに動作的に接続されることができる。気体加熱ユニット１７４が存在しなくてもよい。
【0097】
再循環スクラビングシステム１４２の目的は、不純物の含量を無くすかまたは最小化し、製造工程の間、製造チャンバ１２４内部の気体雰囲気を連続的に精製することにある。不活性気体は、製造チャンバ１２４に入り、気体精製ユニット１３０により精製されるが、酸素およびその他の汚染物質は、製造チャンバ１２４内で拡散して増加し得る。よって、再循環スクラビングシステム１４２は、再循環気体流を生成し、製造チャンバ１２４の気体は、再進入前に排出および精製される。再循環スクラビングシステム１４２により、製造チャンバ１２４の不活性気体の含量は、容器１２２の製造チャンバ１２４内に拡散する酸素およびその他の不純物から連続的にスクラビングされる。
【0098】
分当たりの総気体容積の最大１００％（ｖｏｌ．）、すなわち、製造チャンバ１２４に入っている気体容積がリサイクルされるところ、製造チャンバ１２４から排出され、製造チャンバ１２４に戻る前に気体精製ユニット１５６に送られる。一方、分当たりの総気体容積の１～５０％（ｖｏｌ．）、５～２０％（ｖｏｌ．）または１０～２０％（ｖｏｌ．））が再循環スクラビングシステム１４２を介してリサイクルされてもよい。再循環スクラビングシステム１４２を介してスクラビングされた気体の百分率が、酸素センサアセンブリ１４０から得た読取値に比例して変わってもよい。
【0099】
酸素関連センサアセンブリ、すなわち、酸素の含量を誘導可能な酸素センサアセンブリ１４０および再循環スクラビングシステム１４２に制御器（図示せず）が動作的に接続されてもよい。酸素センサアセンブリ１４０のデータに合わせて圧縮器１５２の速度を変え、閉ループ再循環気体ライン１４６内のリサイクルされた気体流量を調節する。製造チャンバ１２４内の酸素の含量が増加すれば再循環気体流が増加し、その逆も同様である。
【0100】
または、不活性気体源１２８と製造チャンバ１２４との間に気体精製ユニット１３０なしに両者が直接気体連通し、不活性気体源１２８が未精製不活性気体で製造チャンバ１２４を直接充填してもよい。未精製不活性気体は、再循環スクラビングシステム１４２の気体精製ユニット１５６で精製されることができる。よって、製造チャンバ１２４内の金属変形／変換前に再循環スクラビングシステム１４２が作動し、製造チャンバ内部の不活性気体を精製する。製造チャンバ１２４内の気体雰囲気の汚染レベルが酸素分圧１００ｐｐｂ未満のような所定の閾値未満になるまで再循環スクラビングシステム１４２が作動してもよい。
【0101】
製造システム２０のように、製造システム１２０は、複数の作動器およびセンサを備えた監視アセンブリを含み、このアセンブリは、不活性気体源１２８および気体精製ユニット１３０に気体が通るように連結された質量流制御器１３３、不活性気体ライン１３１に設けられた制御バルブ１３５、安全バルブ１４５、リフィルバルブ１４７、および容器１２２に動作的に接続され、製造チャンバ１２４内部の圧力、温度および酸素の含量をそれぞれ監視する圧力センサ１３９、温度センサ１５３および酸素センサ１４０ａ、１４０ｂを含む。図１における説明のように、質量流制御器１３３および制御バルブ１３５は、図示された実施形態とは異なってもよい。
【0102】
製造チャンバ１２４との間にバルブ１４１が存在する気体ライン１４３に取り付けられた酸素センサアセンブリ１４０は、酸素センサアセンブリ４０と類似し、２個の酸素センサ、すなわち、ｐｐｍセンサ１４０ａおよびｐｐｂセンサ１４０ｂを有する。しかし、二つのシステム２０、１２０が異なる種類の酸素センサを有してもよい。図１で説明されたように、システムは、酸素の含量をｐｐｂレベルで監視する一つの酸素センサである低含量酸素センサ４０ｂおよび酸素センサアセンブリを有することができ、このアセンブリは、製造チャンバ１２４内の酸素の含量と関わる情報を酸素関連センサから誘導可能な他のセンサアセンブリを代替するかまたは共に使用されてもよい。
【0103】
製造システム２０のように、製造システム１２０は、制御バルブ１３７が取り付けられた真空気体ライン１３６を介して製造チャンバ１２４に通る真空ポンプのような真空ユニット１３４、および容器壁１２７に形成された真空ポート１３８を有する。システム２０、１２０に再循環スクラビングシステム１４２が存在すれば、真空気体ライン１３６および制御バルブ１３７を含む真空ユニット１３４が存在しなくてもよい。よって、製造チャンバ１２４に不活性気体が供給され、製造チャンバ１２４内の不純物の含量が閾値未満になるまで、不活性気体が再循環スクラビングシステム１４２を循環することができる。例えば、製造チャンバ１２４内の酸素分圧が約２００ｐｐｂ未満になるまで、不活性気体が再循環スクラビングシステム１４２を循環することができる。次に、製造チャンバ１２４に存在する金属系供給原料が金属変形／変換ユニット１２６により加熱される。
【0104】
図１～２で説明された製造システムを用いて金属を製造／変形／変換するためのプロセスが提供され、この際、容器２２、１２２の製造チャンバ２４、１２４内部の気体雰囲気の純度を製造過程で監視および／または制御する。
【0105】
真空システム３４、１３４を用いて、製造チャンバ２４、１２４を先に真空にした後、不活性気体源２８、１２８を用いて、アルゴン、窒素、ヘリウムのような高純度不活性気体を再充填する。製造チャンバ２４、１２４に入る前に、不活性気体源２８、１２８により供給された不活性気体は、不純物レベルを下げるように気体精製ユニット３０、１３０で精製される。一方、製造チャンバ１２４を充填した不活性気体が再循環スクラビングシステム１４２を用いて精製されてもよい。この場合、真空システムが省略されることができる。
【0106】
製造チャンバ２４、１２４を真空にする際、約１２００Ｐａ未満、約１００Ｐａ未満、または約５Ｐａ未満に真空化することができる。真空システムの真空ポンプが２個以上であり、第１真空ポンプは第１閾値（例えば、約５Ｐａ）未満に、第２真空ポンプは第１閾値に達した後の他の閾値（例えば、約０．１Ｐａ未満）に真空化するのに使用されることができる。
【0107】
不純物レベルを例えば少なくとも一つの汚染物質に対して約２００ｐｐｂまたは約１００ｐｐｂの閾値未満に下げるか、または、少なくとも一つの汚染物質に対する気体純度が実施形態により約５０ｐｐｂ未満または約１０ｐｐｂ未満であってもよい。製造チャンバ２４、１２４に供給された不活性気体の精製は、金属の変形／変換のために製造チャンバ２４、１２４内部の金属温度を高める前に行わなければならない。不活性気体の精製は、製造された粉末粒子または固化成形バルク３Ｄ形態の汚染物質レベルを下げる。
【0108】
金属変形／変換ユニット２６、１２６の作動中の製造チャンバ２４、１２４の不活性気体の含量は、一般的に、少なくとも一つの汚染物質レベルに対して約２００ｐｐｂ未満に維持される。他の実施形態において、気体純度は、少なくとも一つの汚染レベルに対して約１００ｐｐｂ未満である。気体精製ユニット３０、１３０を出て行く不活性気体の不純物の含量と、製造チャンバ２４、１２４内の不活性気体の不純物の含量との差は、主に作動中に容器１２２の製造チャンバ１２４内に拡散する酸素および他の不純物のためである。前述したように、製造チャンバ２４、１２４内の不活性気体の不純物の含量は、連続的に減少および／または維持されることができる。または、製造チャンバ２４、１２４内の不活性気体の不純物の含量が、酸素センサ１４０および圧縮器１５２で制御されてもよい。
【0109】
したがって、金属を変形／変換する過程で、不活性気体を気体精製ユニットに供給し、酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性気体を得る。精製された不活性気体は、製造チャンバ内に供給され、その後、金属系供給原料は、金属変形／変換ユニットで加熱され、少なくとも一つの最終部品に変形／変換されることができる。
【0110】
したがって、金属を変形／変換する過程で、酸素関連パラメータを製造チャンバ内において監視することができる。酸素関連パラメータが製造チャンバ内の所定の酸素閾値よりも高ければ、不活性気体を製造チャンバから連続的に引き出し、酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げた精製気体を製造チャンバ内に送る。酸素関連パラメータが製造チャンバ内において所定の酸素閾値以下である場合、その後、製造チャンバ内の金属系供給原料が金属変形／変換装置で加熱され、少なくとも一つの最終部品に変形／変換されることができる。
【0111】
一方、不活性気体が、密封容器内に形成され、金属変形／変換ユニットを備えた製造チャンバ内に導入され；酸素分圧を約１００ｐｐｂ未満に下げ、精製された不活性気体を得るために、製造チャンバ内に導入する以前または以後に不活性気体を精製し；精製された不活性気体が製造チャンバ内に存在してもよい。次いで、金属系供給原料が金属変形／変換ユニットで加熱され、少なくとも一つの最終部品に変形／変換されることができる。
【0112】
または、精製された不活性気体を製造チャンバ内に入れる前に製造チャンバ内の気体を引き出し、製造チャンバを真空にしてもよい。金属系供給原料を加熱する前に、製造チャンバ内の気体を連続的に引き出して精製した後、製造チャンバ内の酸素関連パラメータが所定の閾値未満になるまで製造チャンバ内に再導入することができる。酸素関連パラメータが酸素分圧であり、閾値が２００ｐｐｂであることができる。または、精製ユニットで精製された不活性気体の酸素分圧が約１００ｐｐｂ未満であってもよい。また、精製された不活性気体が製造チャンバ内に導入される前に加熱されるか、または精製される前に冷却されてもよい。
【0113】
また、不活性気体源と製造チャンバとの間の不活性気体ラインに気体精製ユニットが位置し、不活性気体源の不活性気体を精製させて製造チャンバ内に導入してもよい。精製された不活性気体が製造チャンバ内に導入される前に加熱されてもよい。
【0114】
金属系供給原料が金属変形／変換ユニットで加熱される間、製造チャンバ内の不活性気体は、金属変形／変換途中に低い不純物レベルを維持するように、製造チャンバから連続的に出て精製された後に再導入されてもよい。または、精製ユニットで生成された、精製された不活性気体の酸素分圧が約１００ｐｐｂ未満であることができる。または、精製された不活性気体が製造チャンバ内に再導入される前に加熱されるか、または精製される前に冷却されてもよい。また、酸素関連パラメータが製造チャンバで監視され、製造チャンバから出た不活性気体の流量が監視された酸素関連パラメータに基づいて調整されてもよい。
【0115】
また、金属系供給原料が金属変形／変換ユニットで加熱される間、製造チャンバ内の気体が連続的且つ単独で周辺に排出され、精製された不活性気体が不活性気体源から製造チャンバ内に連続的に供給されてもよい。
【0116】
金属系供給原料が金属変形／変換ユニットで加熱される間、製造チャンバ内の不活性気体が加熱されてもよい。
【0117】
前述したように、密封容器２２、１２２内の金属変形／変換ユニット２６、１２６は、金属を粒子化する。製造チャンバ２４、１２４内の高純度雰囲気は、粒子の球状化に助力をし、酸化物または汚染物質の含有可能性を下げる。
【0118】
密封容器２２、１２２内の金属変形／変換ユニット２６、１２６が、酸化物の形成を下げて機械的特性を改善した固化成形バルク３Ｄ形態を作る焼結炉であってもよい。
【0119】
密封容器２２、１２２内の金属変形／変換ユニット２６、１２６が固化成形バルク３Ｄ形態を作る３Ｄプリンタである場合、製造チャンバ２４、１２４内の高純度雰囲気が溶融物の均一性を維持し、最終３Ｄ部品内の酸化物または汚染物質の含量を減らすのに役立ることができる。
【0120】
アルミニウムをはじめとする多くの金属は、遥かに高い融点を有する酸化物を形成することが知られている。これは、溶融金属のドロップ（ｄｒｏｐ）がリジッドな酸化膜を形成し、溶融金属が表面張力により形状が変わるのを防止することを意味する。これは、酸化物層が数オングストローム厚さ、すなわち、酸化物分子層が数個だけであっても起こる。溶融金属の反応性が高いため、溶融金属に接する全ての酸素分子がくっついて酸化物を形成すると見ることができる。よって、製造チャンバ２４、１２４の高純度雰囲気は、製造チャンバ内部の酸素および他の不純物の含量を制限して酸化物の形成を防止するため、液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）が十分に球状化される前には、完全な酸化物層を形成することができない。
【0121】
層を形成する時間は、気体の圧力と直接な関わりがあることが知られている。製造チャンバ２４、１２４は、製造工程の開始前にアルゴン、窒素またはヘリウムのような高純度不活性気体で充填されるため、不活性気体の圧力は無視することができる。よって、酸化物の単層を形成する時間を計算する際、酸素分圧だけを考慮するべきである。製造チャンバ２４、１２４内の酸素分圧は、約２００ｐｐｂ未満、または約１００ｐｐｂ未満でなければならない。
【0122】
密封容器２２内の金属変形／変換ユニット２６、１２６がアルミニウムを粉末に粒子化する金属系粉末製造ユニットである際、製造チャンバ２４、１２４内の酸素分圧の最大閾値が次のように決定されてもよい：球状粉末を製造するために、粉末の形成および凝固中に粉末粒子における酸化物層の形成が防止されなければならない。Ｌａｍｂ１９３２［Ｌａｍｂ、Ｈ．１９３２、流体力学、６版、ケンブリッジ大学出版部］は、液滴球状化のための減衰時間をργ２／｛μ（ｌ－１）（２ｌ＋１）｝に推定した。全ての振動を推定するのに５減衰時間が必要であると推定した。５０μｍのアルミニウム液滴を製造する場合、全ての振動を無くして球状粉末粒子を得るのにかかった時間が約１１００μｓである。すなわち、１１００μｓ以上の間、粉末粒子に酸化物の単層が形成されるのを避けなければならない。品質の管理のために、このような推定時間に（実験により定めた）安全率を乗じる。例えば、１１ｍｓを得るのに安全率１０を選択することができる。
【0123】
Ｓａｙｅｒ １９９９［ＳＡＹＥＲ、Ｍ．＆ ＭＡＮＳＩＮＧＨ、Ａ．ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ、ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ＤＥＳＩＧＮ ＩＮ ＰＨＹＳＩＣＳ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ、ＰＨＩ Ｌｅａｒｎｉｎｇ、１９９９］によれば、１気圧分圧で単層を形成するのに３ｎｓ程度かかり、それを１５ｍｓにのばすのに２００ｐｐｂの分圧が必要である。１００ｐｐｂの条件で、６８μｍの液滴には２倍がかかる。
【0124】
以上で説明した方法／工程は、前述した順序や任意の適当な順序で行われることができる。
【図1】
【図2】
【国際調査報告】