特表 2023-516680 予備成形気孔欠陥、内蔵式気孔欠陥の製造方法及び予備成形体

(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】2023-04-20

(54)【発明の名称】予備成形気孔欠陥、内蔵式気孔欠陥の製造方法及び予備成形体

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/38 20210101AFI20230413BHJP

   B22F 1/0655 20220101ALI20230413BHJP

   B22F 1/05 20220101ALI20230413BHJP

   B22F 10/34 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 10/366 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 10/36 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 9/08 20060101ALI20230413BHJP

   B22F 10/64 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 10/66 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 10/85 20210101ALI20230413BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20230413BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20230413BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20230413BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20230413BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230413BHJP

   C22C 1/04 20230101ALI20230413BHJP

   C22C 30/00 20060101ALN20230413BHJP

【ＦＩ】

B22F10/38

B22F1/0655

B22F1/05

B22F10/34

B22F10/366

B22F10/36

B22F10/28

B22F9/08 A

B22F10/64

B22F10/66

B22F10/85

B22F1/00 R

B33Y80/00

B33Y70/00

B33Y50/02

B33Y10/00

B22F1/00 M

C22C1/04 B

C22C30/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022552802

(86)(22)【出願日】2020-12-04

(85)【翻訳文提出日】2022-09-02

(86)【国際出願番号】 CN2020133828

(87)【国際公開番号】W WO2021212848

(87)【国際公開日】2021-10-28

(31)【優先権主張番号】202010319718.2

(32)【優先日】2020-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522345951

【氏名又は名称】中国航発上海商用航空発動機製造有限責任公司

【氏名又は名称原語表記】ＡＥＣＣ ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＥＮＧＩＮＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．７７ Ｈｏｎｇｙｉｎ Ｒｏａｄ， Ｎｉｃｈｅｎｇ Ｔｏｗｎ， Ｐｕｄｏｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６， Ｃｈｉｎａ

(71)【出願人】

【識別番号】519383452

【氏名又は名称】中国航発商用航空発動機有限責任公司

【氏名又は名称原語表記】ＡＥＣＣ ＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＥＮＧＩＮＥ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．３９９８， Ｓｏｕｔｈ Ｌｉａｎｈｕａ Ｒｏａｄ， Ｍｉｎｈａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４１， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】雷 力明

(72)【発明者】

【氏名】付 俊

(72)【発明者】

【氏名】李 雅莉

(72)【発明者】

【氏名】周 新民

(72)【発明者】

【氏名】付 ▲シン▼

【テーマコード（参考）】

4K017

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K017AA04

4K017BA03

4K017BB04

4K017BB06

4K017CA07

4K017FA14

4K018BA20

4K018BB04

4K018FA06

4K018FA08

4K018KA12

(57)【要約】

予備成形気孔欠陥の製造方法、内蔵式気孔欠陥の製造方法及び内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体（１）が開示される。予備成形気孔欠陥の製造方法は、欠陥領域（１０、１０ａ）を設定することと、上記欠陥領域（１０、１０ａ）における気孔欠陥の体積割合を設定することと、前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、レーザ溶融堆積プロセスに基づいて、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って、欠陥領域（１０、１０ａ）を層ごとに印刷することと、を含む。ここで、欠陥製造粉末は、粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちのサテライト粉末の割合が５５～６５％であり、中空粉末の割合が２．９～３．１％である。欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

欠陥領域を設定することと、
前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を設定することと、
前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、
レーザ溶融堆積プロセスに基づいて、欠陥製造粉末を使用して、前記欠陥製造プロセスパラメータに従って、前記欠陥領域を層ごとに印刷することと、を含み、
前記欠陥製造粉末は、粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちの前記サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、前記中空粉末の割合が２．９～３．１％であり、
前記欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含むことを特徴とする、予備成形気孔欠陥の製造方法。

【請求項2】

前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することは、
前記レーザ出力Ｐと走査速度ｖとの比を調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御することを含み、
Ｐ／ｖの値が小さいほど、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は大きくなることを特徴とする、請求項１に記載の予備成形気孔欠陥の製造方法。

【請求項3】

前記欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造されることを特徴とする、請求項１に記載の予備成形気孔欠陥の製造方法。

【請求項4】

レーザ溶融堆積プロセスに使用される、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法であって、
前記予備成形体の三次元モデルを取得することと、
前記三次元モデルを、少なくとも１つの欠陥領域及び成形領域に区画することと、
前記欠陥領域の体積における前記気孔の体積の割合を事前設定することと、
前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、
前記予備成形体を層ごとに印刷することとを含み、そのうち、前記欠陥領域に対応する層は、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って印刷し、
欠陥製造粉末は、粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちの前記サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、前記中空粉末の割合が２．９～３．１％であり、
前記欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含むことを特徴とする、製造方法。

【請求項5】

前記三次元モデルを複数の欠陥領域及び成形領域に区画し、各前記欠陥領域に対して前記サテライト粉末の割合、前記中空粉末の割合及び前記欠陥製造プロセスパラメータをそれぞれに設定することを特徴とする、請求項４に記載の内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法。

【請求項6】

前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することは、
前記レーザ出力Ｐと走査速度ｖとの比を調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御することを含み、
Ｐ／ｖの値が小さいほど、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は大きくなることを特徴とする、請求項４に記載の内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法。

【請求項7】

前記欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造されることを特徴とする、請求項４に記載の内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法。

【請求項8】

前記三次元モデルの前記欠陥領域及び前記成形領域に対してモデル処理を行うことをさらに含み、前記モデル処理は、
マージン追加処理、
スライシング処理、及び
経路計画処理を含むことを特徴とする、請求項４に記載の内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法。

【請求項9】

印刷された前記予備成形体に対して熱処理を行うことと、
印刷された前記予備成形体を印刷基板から分割することと、
印刷された前記予備成形体に対して表面処理を行うことと、をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法。

【請求項10】

請求項４～９のいずれか一項に記載の製造方法で製造されることを特徴とする、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体。

【請求項11】

レーザ溶融堆積プロセスに使用される、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法であって、前記部品修復体は、部品本体と、前記部品本体における欠陥又は損傷を修復するための部品修復領域とを含み、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法は、
前記部品本体及び前記部品修復領域の三次元モデルをそれぞれに取得することと、
前記部品本体を取得することと、
前記部品修復領域の三次元モデルを、少なくとも１つの欠陥領域及び成形領域に区画することと、
前記欠陥領域の体積における前記気孔の体積の割合を事前設定することと、
前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、
前記部品本体の欠陥において前記部品修復領域を層ごとに印刷することとを含み、そのうち、前記欠陥領域に対応する層は、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って印刷し、
前記欠陥製造粉末は、粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちの前記サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、前記中空粉末の割合が２．９～３．１％であり、
前記欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含むことを特徴とする、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法。

【請求項12】

前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することは、
前記レーザ出力Ｐと走査速度ｖとの比を調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御することを含み、
Ｐ／ｖの値が小さいほど、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は大きくなることを特徴とする、請求項１１に記載の内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法。

【請求項13】

前記欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造されることを特徴とする、請求項１１に記載の内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法。

【請求項14】

前記部品本体の欠陥は、冶金欠陥、加工欠陥又は稼働欠陥であり、
完全な部品に溝を形成して前記部品本体を取得することをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法。

【請求項15】

前記部品修復領域の三次元モデルの前記欠陥領域及び前記成形領域に対してモデル処理を行うことをさらに含み、前記モデル処理は、
マージン追加処理、
スライシング処理、及び
経路計画処理を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法。

【請求項16】

印刷された前記部品修復体に対して熱処理を行うことと、
印刷された前記部品修復体に対して表面処理を行うことと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、付加製造の分野に関し、特に予備成形気孔欠陥の製造方法、内蔵式気孔欠陥の製造方法及び内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、ＡＭ）技術は３Ｄ印刷（Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）技術と通称され、現在では、金属付加製造技術は、徐々に成熟し、航空宇宙、医療、自動車、原子力発電などの分野に広く応用されている。同期粉末送給に基づくレーザ溶融堆積（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＬＭＤ）技術は、一般的な付加製造技術であり、該技術は、粉末キャリアガスにより球状粉末を搬送して集合し、高エネルギーレーザビームを用いて同期に搬送して集合された金属粉末を溶融して、移動する非定常状態金属溶融池を形成し、高温度勾配で小さな溶融池が迅速に凝固し、層ごとに溶融堆積し、最終的に実体部品を形成し、通常、航空宇宙及び国防装備用の複雑な大型金属構造体の低コスト、短周期での迅速成形、又は高付加価値の部品、例えば、航空エンジンマウントセグメントシステム、リニアセグメントプラットフォーム、ブリスク、タービンブレードなどの部品の迅速修復に適用される。

【0003】

同期粉末送給に基づくレーザ溶融堆積金属の成形／修復プロセスは、温度場、応力場などの複数の場の結合に関し、複雑な非平衡状態での凝固であり、不安定性要因が多く、気孔、亀裂、融合不良などの一般的な欠陥のような、様々なタイプ及びサイズの欠陥の発生が回避できない。付加製造品は、組織及び特性が異方性の特徴を有するため、従来の鋳造、鍛造、溶接などの製造品とは異なり、発生した欠陥も異なり、従来の欠陥検査評価方法は基本的に付加製造品に適用しない。したがって、欠陥を有する付加製造塊状標準試料、欠陥試料又は欠陥部品を製造することは、欠陥の非破壊検査を正確に行うために準備することができるだけでなく、付加製造中に発生した欠陥に対して定性的及び定量的研究を正確に行い、タイプ又はサイズの異なる欠陥による金属付加製造成形体／修復体の力学的性質への影響を正確にシミュレートし、さらに欠陥による付加製造部品の確実性への影響を研究して検証することができ、航空宇宙などの分野の付加製造部品の応用に対して重大な意味を有する。

【0004】

気孔欠陥とは、金属の冷却凝固中に析出又は侵入したガスがタイムリーに放出できなかったことで形成された球状の空洞である。部材内部の気孔欠陥は、通常、亀裂の発生源及び拡張源として、材料の機械的特性を明らかに劣化させて、部材の耐用年数に深刻な影響を与える。内蔵式気孔欠陥を有する金属製造品を製造するために、現在では、主に、２種類の方法があり、一つ目の方法は、製造品の表面に気孔を事前成形してから蓋面溶着を行って、一定のサイズを有する気孔欠陥を製造することであり、二つ目の方法は、選択性レーザ溶融（ＳＬＭ）３Ｄ印刷を利用して気孔欠陥の輪郭を直接設計し、内部に気孔を有する製造品を直接成形することである。一つ目の方法で製造された気孔欠陥を有する製造品では、製造品の組織、特性などが様々な程度で損傷されており、二つ目の方法で製造された気孔欠陥は、組織の連続性及び完全性が損傷されると共に、粉末が空洞内に残され、境界にも粉末が付着しやすく、円滑な気孔を形成することができず、直径の小さい孔が境界輪郭の溶融した金属で充填されやすければ、気孔を成形することができない。以上の２種類の方法は、いずれも製造品の凝固中に気孔欠陥が発生する特徴を正確にシミュレートすることができず、気孔欠陥での組織構造の特徴を正確に表すことができず、欠陥と力学的性質との影響関係を正確かつ効果的に評価することができない。

【発明の概要】

【0005】

本発明の１つの目的は、予備成形体における気孔欠陥の出現位置及び割合を正確かつ効果的に制御できる、予備成形気孔欠陥の製造方法を提供することである。

【0006】

本発明のもう１つの目的は、予備成形体の内部の気孔欠陥と力学的性質との影響関係を正確かつ効果的に評価できる、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法を提供することである。

【0007】

本発明の別の目的は、前述した製造方法で製造された、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体を提供することである。

【0008】

本発明のさらなる目的は、部品修復体の内部の気孔欠陥と力学的性質との影響関係を正確かつ効果的に評価できる、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法を提供することである。

【0009】

前述した１つの目的を達成するための予備成形気孔欠陥の製造方法は、
欠陥領域を設定することと、
前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を設定することと、
前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、
レーザ溶融堆積プロセスに基づいて、欠陥製造粉末を使用して、前記欠陥製造プロセスパラメータに従って、前記欠陥領域を層ごとに印刷することと、を含み、
前記欠陥製造粉末の粒径は、４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちの前記サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、前記中空粉末の割合が２．９～３．１％であり、
前記欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含む。

【0010】

１つ以上の実施形態では、前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することは、
前記レーザ出力Ｐと走査速度ｖとの比を調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御することを含み、
ここで、Ｐ／ｖの値が小さいほど、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は大きくなる。

【0011】

１つ以上の実施形態では、前記欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造される。

【0012】

前述したもう１つの目的を達成するための、レーザ溶融堆積プロセスに使用される、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、
前記予備成形体の三次元モデルを取得することと、
前記三次元モデルを、少なくとも１つの欠陥領域及び成形領域に区画することと、
前記欠陥領域の体積における前記気孔の体積の割合を事前設定することと、
前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、
前記予備成形体を層ごとに印刷することとを含み、そのうち、前記欠陥領域に対応する層は、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って印刷し、
欠陥製造粉末は、粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちの前記サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、前記中空粉末の割合が２．９～３．１％であり、
前記欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含む。

【0013】

１つ以上の実施形態では、前記三次元モデルを複数の欠陥領域及び成形領域に区画し、各前記欠陥領域に対して前記サテライト粉末の割合、前記中空粉末の割合及び前記欠陥製造プロセスパラメータをそれぞれに設定する。

【0014】

１つ以上の実施形態では、前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することは、
前記レーザ出力Ｐと走査速度ｖとの比を調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御することを含み、
ここで、Ｐ／ｖの値が小さいほど、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は大きくなる。

【0015】

１つ以上の実施形態では、前記欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造される。

【0016】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、
前記三次元モデルの前記欠陥領域及び前記成形領域に対してモデル処理を行うことをさらに含み、前記モデル処理は、
マージン追加処理、
スライシング処理、及び
経路計画処理を含む。

【0017】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、
印刷された前記予備成形体に対して熱処理を行うことと、
印刷された前記予備成形体を印刷基板から分割することと、
印刷された前記予備成形体に対して表面処理を行うことと、をさらに含む。

【0018】

前述した別の目的を達成するための内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体は、前記製造方法で製造される。

【0019】

前述したさらに別の目的を達成するための内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法は、レーザ溶融堆積プロセスに使用され、前記部品修復体は部品本体及び部品修復領域を含み、前記部品修復領域は前記部品本体内の欠陥又は損傷を修復するために使用され、前記製造方法は、
前記部品本体及び前記部品修復領域の三次元モデルをそれぞれに取得することと、
前記部品本体を取得することと、
前記部品修復領域の三次元モデルを、少なくとも１つの欠陥領域及び成形領域に区画することと、
前記欠陥領域の体積における前記気孔の体積の割合を事前設定することと、
前記気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することと、
前記部品本体の欠陥において前記部品修復領域を層ごとに印刷することとを含み、そのうち、前記欠陥領域に対応する層は、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って印刷し、
前記欠陥製造粉末は、粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうちの前記サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、前記中空粉末の割合が２．９～３．１％であり、
前記欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含み、
前記サテライト粉末の割合、前記中空粉末の割合及び前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御する。

【0020】

１つ以上の実施形態では、前記欠陥製造プロセスパラメータを調整することは、
前記レーザ出力Ｐと走査速度ｖとの比を調整することにより、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御することを含み、
ここで、Ｐ／ｖの値が小さいほど、前記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は大きくなる。

【0021】

１つ以上の実施形態では、前記欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造される。

【0022】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法では、前記部品本体の欠陥は、冶金欠陥、加工欠陥又は稼働欠陥であり、前記製造方法は、
完全な部品に溝を形成して前記部品本体を取得することをさらに含む。

【0023】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法は、
前記部品修復領域の三次元モデルの前記欠陥領域及び前記成形領域に対してモデル処理を行うことをさらに含み、前記モデル処理は、
マージン追加処理、
スライシング処理、及び
経路計画処理を含む。

【0024】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法は、
印刷された前記部品修復体に対して熱処理を行うことと、
印刷された前記部品修復体に対して表面処理を行うことと、をさらに含む。

【0025】

本発明は以下の有益な効果を有する。内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の内部の気孔欠陥のシミュレートを実現して、自然に発生した気孔欠陥を有する部品修復体を取得し、さらに内蔵式気孔欠陥と付加製造用の部品修復体の確実性との関係を分析することで、金属付加製造成形の応用に強力な理論的裏付けを与えて、研究及び応用の面で高い将来性を有する。
以下の実施例及びその図面によって本発明の具体的な特徴及び性能を更に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一実施形態に係る内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の概略図

【図2】予備成形体における欠陥領域及び成形領域を含む箇所の切断面の概略図

【図3】図１に示す予備成形体を製造するための製造方法のフローチャート

【図4】一実施形態で製造された予備成形体の気孔欠陥の研磨状態下の金属形態を示す図

【図5】他の実施形態に係る内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の欠陥領域での断面の概略図

【図6】部品修復領域の断面概略図

【図7】図５に示す予備成形体を製造するための製造方法のフローチャート

【図8】他の実施形態で製造された予備成形体の気孔欠陥の研磨状態下の金属形態を示す図

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、記載された主題の技術的解決手段を実施するための様々な実施形態又は実施例を開示する。本開示を簡単にするために、要素及び配列の具体的な例を以下に説明するが、これらは単なる例であり、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、本明細書において後に記載される第１特徴は、第２特徴の上又は上に形成され、第１及び第２特徴が直接関連して形成される実施形態を含んでもよく、第１及び第２特徴の間に追加の特徴が形成される実施形態を含んでもよく、これによって第１及び第２特徴の間は直接関連していなくてもよい。さらに、これらの開示内容は、様々な例において、参照番号及び／又は文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、簡潔さ及び明確さのためであり、それ自体は、議論されるべき様々な実施形態及び／又は構造間の関係を表していない。さらに、第１要素が第２要素に接続されているか、又は第２要素に結合されていると説明する場合、この説明は、第１及び第２要素が直接互いに接続されている実施形態を含み、第１要素が第２要素に間接的に接続されているか、又は互いに結合されているように１つ又は複数の他の介在要素が追加されている実施形態も含む。

【0028】

なお、使用される場合、以下の説明における上、下、左、右、前、後、頂、底、正、逆、時計回り及び反時計回りは、単に便宜上の目的のために使用されるものであり、任意の具体的な固定方向を示唆するものではない。実際には、それらは、対象の各部分の間の相対位置及び／又は方向を示すものである。

【0029】

これら及び後続の他の図面は、いずれも例示に過ぎず、必ずしも一定の比率で描かれているわけではないことで、本発明が実際に要求する保護範囲を制限すべきではないことに留意されたい。また、異なる実施形態における変換方式は、適宜組み合わせてもよい。

【0030】

本発明の一態様は、予備成形気孔欠陥の製造方法を提供し、該製造方法は、以下のステップにより気孔欠陥を製造する。

【0031】

まず、欠陥領域を設定する。本明細書でいう欠陥領域は、事前成形しようとする気孔欠陥を含む部分を指し、部品の内部にある局所領域又は部品の表面に近接する局所領域のような印刷対象部品の一部であってもよく、部品全体であって、すなわち印刷対象部品全体が欠陥領域となってもよいことが理解される。

【0032】

次に、欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を設定し、かつ気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整する。

【0033】

その後、レーザ溶融堆積プロセスに基づいて、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って、欠陥領域を層ごとに印刷する。本明細書でいう欠陥製造粉末は、特に欠陥領域を印刷するための特定の粉末を指し、欠陥製造プロセスパラメータは、欠陥領域を印刷するための特定の印刷パラメータを指し、具体的には、欠陥製造粉末の種類、化学成分、物理的特性は、正常に印刷された成形領域の粉末と同一であってもよく、異なっていてもよく、粉末製造プロセスは、同一であってもよく、異なっていてもよく、すなわち、欠陥領域と成形領域の粉末は、その成形プロセスが異なれば同じ粉末であってもよいことが理解される。欠陥製造粉末及び欠陥製造プロセスパラメータの詳細については後述する。

【0034】

欠陥製造粉末の粒径は４５μｍ～１０６μｍの間にあり、そのうち、サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、中空粉末の割合が２．９～３．１％である。なお、本明細書でいう粒径は、粉末粒子の大きさを指す。一般的には、球状粒子の粒径は、直径で示す。不規則な粒子の場合、該粒子と同じ挙動を有する球体の直径を該粒子の等価直径としてもよい。粉末の粒径分布は、通常、乾式篩分法で測定するか又はレーザ粒径分析器により湿式測定することができる。サテライト粉末の割合は、欠陥製造粉末において、外形が真球状で大きさが異なる２つの粒子又は複数の粒子粉末が一体に接着された、表面に突出構造を有する非平滑真球状のサテライト粉末が欠陥製造粉末の総数を占める割合を指す。付加製造用の粉末材料において、粉末粒子の外形は、真球状で表面が滑らかな球状粉末、ストライプ状、棒状、シート状などの不規則な形状の不規則な粉末などの様々な形態を有する。中空粉末の割合は、欠陥製造粉末において、中空になっている粉末の数が欠陥製造粉末総数を占める割合を指す。付加製造に使用される粉末材料のうち、内部に隙間が形成されて中空になっている粉末が、中空粉末と称される。欠陥製造粉末における球状粉末の割合は、粉末の外輪郭に依存するのに対し、欠陥製造粉末における中空粉末の割合は粉末内部に隙間が形成されて中空になっているかに依存することが理解される。一実施形態では、欠陥製造粉末は、ガスアトマイズ法で製造され、ガスアトマイズ法は、超音速ガスによりノズルに位置した金属液を衝撃破砕し、細かい溶滴に霧化させ、冷却した後に細かい粉末粒子を取得する方法であり、指定された割合の中空粉末及びサテライト粉末を容易に取得することができる。

【0035】

前述した欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含む。

【0036】

サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することにより、上記欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御する。本明細書でいう欠陥領域における気孔欠陥の体積割合は、欠陥領域におけるすべての気孔欠陥の総体積が欠陥領域の体積を占める割合を指すことが理解される。

【0037】

具体的には、一実施形態では、レーザ出力と走査速度との比を調整することにより、欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御するが、レーザ出力と走査速度との比を低下させることにより欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を増加させることができ、レーザ出力と走査速度との比が２．５より小さい場合、欠陥領域における気孔欠陥の体積割合が０．０１％より大きい。他の実施形態では、試行錯誤に基づいて欠陥製造プロセスパラメータを調整する。例えばＮ＋１回目の試行においてパラメータＡを調整し、その製造された気孔欠陥の体積割合がＮ回目の試行より増加する変化傾向があれば、引き続きパラメータＡを調整することにより、規格に合った体積割合を取得することである。別の実施形態では、毎回欠陥製造プロセスパラメータを調整した後の気孔欠陥の割合の変化を記録するパラメータデータベースを提供し、パラメータデータベースを参照して欠陥製造プロセスパラメータを調整することで、決定された割合の気孔欠陥を取得してもよい。

【0038】

中空粉末内にガスを含有し、非真球状粉末（例えばサテライト粉末）は、実際の印刷中に気孔が発生しやすく、エネルギー入力を減少させる（レーザ出力を低下させるか又は走査速度を増加させる）ことによりガスの成形中の放出を防止することができるため、中空粉末の割合を調整することにより印刷中にガスが発生することを保証することができ、レーザ出力及び粉末送給速度を調整することにより成形品内の気孔の含有量を保証することができる。付加製造品における気孔欠陥の形成が主に原材料粉末及びプロセスの影響を受け、原材料粉末に中空粉末があると、実際の印刷中に中空粉末内のガスは粉末に伴って溶融池に入り、原材料粉末に表面凹凸の粉末（例えば、サテライト粉末）があると、同期粉末送給中にガスを溶融池に巻き込みやすく、ガスが溶融池においてタイムリーに放出できなければ、溶融池の凝固に伴って気孔を形成する。したがって、サテライト粉末の割合を調整することにより印刷中にガスが発生することを保証することができ、エネルギー入力を減少させる（例えば、レーザ出力を低下させるか又は走査速度を増加させる）ことにより溶融池の凝固速度を加速し、溶融池中のガスがタイムリーに放出できないようにすることができる。したがって、レーザ出力及び走査速度を調整することにより成形品内の気孔の含有量を保証することができる。

【0039】

本方法で製造された気孔欠陥は、印刷中に自然に発生したものであり、気孔発生位置の周囲にある組織構造の対応する連続性の特徴を保持することができると共に、欠陥製造プロセスパラメータを調整することにより指定された割合の気孔欠陥を取得することが、気孔欠陥と力学的性質との影響関係をさらに評価するために基礎を提供する。

【0040】

該気孔欠陥の製造方法で気孔を製造する実現方式をさらに具現化するために、以下、実施形態１及び２により気孔を製造する具体的な方式を具体的に説明する。

【0041】

実施形態１
実施形態１には、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法及び該製造方法による内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体が記載されている。

【0042】

図１は、本実施形態に係る内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の概略図を示す。図２は、予備成形体における欠陥領域及び成形領域を含む箇所の切断面の概略図を示す。図３は、図１に示す予備成形体を製造するための製造方法のフローチャートである。

【0043】

図１及び図３に示すように、図１に示す予備成形体１を製造するために、まず予備成形体１の三次元モデルを取得するＳ１００を実行する。具体的には、三次元走査などの方式で付加製造予備成形体１の三次元モデルを取得することができ、該三次元モデルは、ＵＧ、ＡＵＴＯＣＡＤなどのモデリングソフトウェアのような三次元図形処理ソフトウェアで表現してもよい。

【0044】

次に、予備成形体１を欠陥領域１０及び成形領域１１に区画するというステップＳ１０１を実行する。本明細書でいう成形領域について、部品における欠陥領域１０以外の部分がいずれも成形領域１１と見なすことができると理解される。図１は、予備成形体１において１つの欠陥領域１０を区画することを例示的に示すが、欠陥領域１０の数は２つ以上であってもよいことが理解される。本実施例では、予備成形体１における欠陥領域１０以外の部分はいずれも成形領域１１と理解することができる。

【0045】

その後、欠陥領域１０の体積における内蔵式気孔欠陥の体積の割合を指定するＳ１０２を実行する。該割合は、実際の印刷部品の体積におけるシミュレートする必要のある実際の印刷部品内の内蔵式気孔欠陥の体積の割合に基づいて決定することができ、すなわち（内蔵式気孔欠陥の体積／欠陥領域の体積）＊欠陥領域の体積／予備成形体の体積＝実際に印刷される部品における内蔵式気孔欠陥の体積／実際に印刷される部品の体積である。予備成形体１内の欠陥領域１０の数が１つより多い場合、予備成形体１を欠陥領域１０及び成形領域１１に区画するというステップＳ１０１により、予備成形体１において実際の割合に応じて欠陥を迅速かつ正確に制御することができる。さらに、気孔欠陥の体積割合に基づいてサテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整することができる。

【0046】

その後、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体１を層ごとに印刷するＳ１０４を実行する。図２は、予備成形体に含まれる欠陥領域１０及び成形領域１１での切断面の概略図を示す。図２に示す各切断面において、欠陥領域１０の部分では、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って、該指定層を印刷し、成形領域１１の部分では、成形粉末を使用して、成形プロセスパラメータに従って、該指定層を印刷する。

【0047】

具体的には、欠陥製造粉末は、粉末粒径が４５μｍ～１０６μｍの間にあり、サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、中空粉末の割合が２．９～３．１％である。一実施形態では、欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造され、通常、ガスアトマイズ法は、回転電極による製造方法と比べて、適切な範囲のサテライト粉末の割合及び中空粉末の割合をより容易に取得することができる。

【0048】

欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含む。レーザ出力速度と粉末送給速度との比を調整することにより欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御するが、レーザ出力速度と粉末送給速度との比を低下させることにより欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を増加させることができる。他の実施形態では、試行錯誤に基づいて欠陥製造プロセスパラメータを調整する。例えばＮ＋１回目の試行においてパラメータＡを調整し、その製造された気孔欠陥の体積割合がＮ回目の試行より増加する変化傾向があれば、引き続きパラメータＡを調整することにより、規格に合った体積割合を取得することである。別の実施形態では、毎回欠陥製造プロセスパラメータを調整した後の気孔欠陥の割合の変化を記録するパラメータデータベースを提供し、パラメータデータベースを参照して欠陥製造プロセスパラメータを調整することで、決定された割合の気孔欠陥を取得してもよい。

【0049】

上記欠陥製造粉末を使用して上記欠陥製造プロセスパラメータに従って印刷された各層欠陥領域１０において、内蔵式気孔欠陥が自然に発生して、予備成形体１の内部に気孔欠陥を自然に形成することができる。本方法で形成された気孔欠陥は、実際の金属凝固中の特徴を有するため、気孔境界での組織構造の対応する連続性の特徴を保持することができると共に、欠陥領域及び成形領域を区画することにより気孔発生領域の位置を制御することができ、従来技術に比べて、製造品の組織及び特性を損傷せずにレーザ溶融堆積の正常な凝固中に発生する気孔を実際にシミュレートすることができる。

【0050】

本方法で製造された内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体は、レーザ溶融堆積による付加製造での気孔欠陥と非破壊検査信号との間の実際の対応関係を正確に分析することに役立ち、製造品の特性評価結果を参照して気孔欠陥と製造品特性との影響関係を実際に分析して研究し、さらに欠陥と付加製造部品の確実性との関係を分析することができ、金属付加製造成形体／修復体の応用に強力な理論的裏付けを与えて、研究応用の面で高い将来性を有する。

【0051】

１つ以上の実施形態では、複数の欠陥領域１０があってもよいため、ステップＳ１０１では、三次元モデルを複数の欠陥領域及び成形領域に区画する必要があり、また、ステップＳ１０２では各上記欠陥領域に対して上記サテライト粉末の割合、上記中空粉末の割合及び上記欠陥製造プロセスパラメータをそれぞれに設定する必要がある。欠陥の製造において、設定された欠陥領域に対してパラメータを設定することにより、予備成形体における欠陥領域及び欠陥の位置及び特徴をどのように制御するかという技術的課題を解決することができる。すなわち、欠陥領域を設計することにより実際の部品の欠陥発生状況及び特徴をシミュレートし、異なる欠陥領域に対して欠陥割合、欠陥の大きさ及び欠陥の密集度への制御を行い、領域区画により同一の製造品の各特徴位置で異なる特徴の欠陥を取得することができる。部品の成形又は製造中、通常、欠陥凝集の状況が発生し、単一で欠陥を製造すると、全体的な欠陥凝集の状況及び欠陥と周囲の組織構造の特徴を実際に反映することができず、欠陥を実際に製造するという効果を達成することができない。欠陥領域を用いて実際の欠陥の発生状況及びその特徴をシミュレートすることは、欠陥の事前成形方法をより便利かつより簡単にするだけでなく、予備成形体を標準品としてワークピースの欠陥を検査する非破壊検査の精度を向上させ、製造品の特性に対する欠陥の影響の正確性を向上させ、製造品の耐用年数に対する欠陥の影響の正確性を向上させることができる。その後、ある予備成形体の非破壊検査を行う場合、予備成形体の深さの異なる欠陥に対する同一非破壊検査条件での感度を検査する必要があり、欠陥領域の区画により、同一製造品において欠陥が指定された深さで発生し、他の深さで発生せしないことを実現し、異なる製造品の成分、組織均一性などの差異による検査感度への影響を効果的に回避し、検査精度を向上させ、異なる特徴構造の異なる欠陥特徴による非破壊検査への影響を分析し、予備成形体の異なる特徴位置における異なる環境（温度、力受け）状態での欠陥による特性への影響などを分析する。一方、欠陥位置及び特徴（例えば、割合、大きさ、密集度）が指定された予備成形体を製造する場合、欠陥領域の数及びサイズは、使用される欠陥製造プロセスを決定する。欠陥領域の数が多いほど、各欠陥領域に対して異なる欠陥割合の成形ポリシー（例えば、成形レーザヘッドの数、成形の順序、成形経路計画、層の区画など）をカスタマイズする必要がある。

【0052】

図３に示すように、１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、
三次元モデルにおいて区画された欠陥領域１０及び成形領域１１に対してモデル処理を行うＳ１０３をさらに含み、モデル処理は、マージン追加処理、スライシング処理及び経路計画処理を含んでもよい。具体的には、マージン追加処理は、印刷中に、欠陥領域１０及び成形領域１１の境界が互いに冶金的に融着して接続することができるように、欠陥領域１０及び成形領域１１の外周輪郭にそれぞれに印刷マージンを追加することを指し、該冶金的に融着して接続する方式は、２つの領域の境界にある溶融池が互いに重ね継ぎする冶金的結合であってもよく、２つの領域が上下層として溶融堆積する冶金的結合であってもよい。スライシング処理は、走査して得られた三次元モデルを複数の層にスライスすることを指し、その後の層ごとの印刷に基礎を提供する。経路計画処理は、スライシング処理後に形成された複数の単層におけるレーザの走査経路を計画することを指す。各単層における欠陥領域１０及び成形領域１１に対して異なる粉末送給器及びレーザ発生器を採用することができ、印刷方式は、各単層における欠陥領域１０及び成形領域１１を順に印刷してもよく、同期に印刷してもよい。

【0053】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、印刷された予備成形体１に対して熱処理を行うＳ１０５をさらに含み、具体的には、上記熱処理は、応力除去熱処理又は組織調整溶体化処理などであってもよい。

【0054】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、印刷された予備成形体１を印刷基板から分割するＳ１０６をさらに含み、いくつかの実施形態では、予備成形体１は、印刷基板において印刷され、印刷が終了した後、線切断などの方式で印刷基板から分割する必要がある。他のいくつかの実施形態では、予備成形体１が基板で印刷される必要がないため、該ステップＳ１０６を必要としない。

【0055】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、印刷された予備成形体に対して表面処理を行うＳ１０７をさらに含み、具体的には、製造品の表面品質要件を満たすように、予備成形体１を研磨するか又は機械加工してもよい。

【0056】

１つ以上の実施形態では、成形用粉末は、本分野では、標準的なプロセスに従って製造され、標準的な化学的特性及び物理的特性を有する金属粉末を指し、対応するプロセスパラメータは、該成形用粉末に対応して印刷する業界内の標準的なパラメータであり、対応するプロセスパラメータに従って、成形用粉末を使用して製造された予備成形体は、気孔などの欠陥が発生しないか又は少量発生する。一実施形態では、欠陥領域１０と成形領域１１をうまく接続するために、通常、欠陥領域１０を製造する欠陥製造粉末材料の成分に類似するか又は同じである粉末材料を標準粉末として選択する。

【0057】

以下、前述した実施形態１で内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体を製造する具体的な実施例を図１～図３を参照して説明する。

【0058】

Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金粉末を成形領域１１の製造粉末として選択する。

【0059】

まず、予備成形体１における気孔欠陥を事前成形する領域の位置が製造品の中心にあり、領域の大きさがφ５ｍｍ×１．５ｍｍである円柱状領域であることを決定し、直方体領域内の気孔欠陥の割合が約０．０５％～０．２％であることを指定する。

【0060】

次に、内蔵式気孔欠陥の位置及びサイズに基づいて、ＵＧモデリングソフトウェアにより、欠陥事前成形領域を付加製造品の三次元モデルから分離して、予備成形体１内の欠陥領域１０及び成形領域１１を形成する。

【0061】

その後、予備成形体１内部の予備成形気孔欠陥領域と外部成形領域に対して、２つの領域の境界にある溶融池が互いに重ね継ぎして境界が緻密に冶金的に結合されるように、スライシング処理及び経路計画処理を行う。

【0062】

その後、同期粉末送給に基づくレーザ溶融堆積付加製造方法で予備成形体内部の予備成形気孔欠陥領域を充填し、使用された粉末は、ガスアトマイズ法で製造された高温合金粉末であり、主な化学元素の質量分率は、Ｎｉ：４９％、Ｃ：０．０５％、Ｃｒ：２１％、Ｃｏ：１．６％、Ｍｏ：８．５％、Ｗ：０．５５％、Ｆｅ：１８％、Ｓｉ：０．３０％、Ｍｎ≦０．０１％、Ｐ≦０．００８％、Ｓ≦０．００５％、Ｏ≦０．０２％、Ｎ≦０．０２％であり、残りが他の微量元素であり、粒径は、４５～１０６μｍであり、中空粉末の割合は約１％であり、サテライト粉末の割合は約５５％である。成形プロセスパラメータは、レーザ出力が１０００Ｗであり、走査速度が４００ｍｍ／ｍｉｎであり、粉末送給速度が２０ｇ／ｍｉｎであり、スポット径が２ｍｍであり、走査間隔が１ｍｍであり、層厚さが０．２ｍｍであり、現在の層の予備成形気孔欠陥領域の成形を完了する。その後、別の粉末送給器を用いて付加製造品成形用のＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金粉末を同期に搬送し、正常成形用のプロセスパラメータに従って、現在の層の外部成形領域の製造品の成形を完了して、外部成形領域の緻密で欠陥のない合金組織を取得する。

【0063】

その後、製造品の要件に応じて熱処理を行い、組織調整溶体化処理を行い、真空熱処理炉を採用し、熱処理条件を１１７５℃／１ｈとし、炉冷する。

【0064】

その後、欠陥を事前成形した付加製造品を基板から線切断する。

【0065】

最後に、付加製造品を機械加工し、製造品の表面品質要件Ｒａ≦０．８μｍに回復する。

【0066】

検査によると、該プロセス条件で取得された予備成形欠陥領域における気孔欠陥の割合は約０．０１％であり、気孔直径は約＜４５μｍである。

【0067】

図４は、前述した方法で製造された予備成形体の気孔欠陥の研磨状態下の金属形態を示す。図４に示すように、前述した方法で製造された予備成形体に複数の気孔１２が自然に発生し、かつ複数の気孔１２の周りの組織構造は対応する連続性の特徴を有する。

【0068】

実施形態２
実施形態２には、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の製造方法が記載されている。

【0069】

図５は、本実施形態に係る内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の欠陥領域での断面の概略図を示す。本実施形態では、部品修復体１ａは、部品本体１００ａ及び部品修復領域１００ｂを含み、修復領域１００ｂは、部品本体１００ａの欠陥を修復するために使用される。図６は、部品修復領域１００ｂの断面概略図を示す。図７は、図５に示す予備成形体を製造するための製造方法のフローチャートを示す。

【0070】

部品修復体１ａを製造するために、まず、部品本体１００ａ及び部品修復領域１００ｂの三次元モデルをそれぞれに取得するＳ２０１を実行することができ、三次元走査などの方式で付加製造用の部品本体１００ａ及び部品修復領域１００ｂの三次元モデルを取得することができ、該三次元モデルは、ＵＧ、ＡＵＴＯＣＡＤなどのモデリングソフトウェアのような三次元図形処理ソフトウェアで表現し、かつソフトウェアにおいて区画してもよい。

【0071】

次に、部品本体１００ａを取得するＳ２０３を実行することができ、具体的には、図５に示す実施形態では、部品本体１００ａにおける欠陥は、冶金欠陥、加工欠陥又は稼働欠陥であり、例えば、割れ、切り欠きなどであるのに対し、部品修復領域１００ｂは、該切り欠きに対応して設けられた補修ブロックである。したがって、図７に示す製造方法は、完全な部品を取得するステップＳ２００と、完全な部品に溝を形成するステップＳ２０２と、をさらに含み、それにより部品本体１００ａを取得するステップＳ２０３に移行する。該完全な部品は使用後に劣化した部品であってもよく、劣化した部品の損傷部分に溝を形成することで部品本体１００ａを取得し、完全な部品は付加製造などの方式で取得されてもよい。該溝は、図に示す台形溝、又はＵ型又はＶ型溝などの他の適切な溝であってもよい。溝辺の傾斜角は、通常、６０°を超えず、溝底の夾角は丸みを帯びている。図７に示すステップと異なる実施形態では、部品本体１００ａを直接付加製造により形成し、印刷すると同時に、部品本体１００ａに修復すべき欠陥を形成してもよい。

【0072】

次に、図６に示すように、部品修復領域の三次元モデルを少なくとも１つの欠陥領域１０ａ及び成形領域１１ａに区画する。

【0073】

その後、欠陥領域１０ａの体積における内蔵式気孔欠陥の体積の割合を指定するＳ２０４を実行する。該割合は、実際の印刷部品の体積におけるシミュレートする必要のある実際の印刷部品内の内蔵式気孔欠陥の体積の割合に基づいて決定することができ、すなわち（内蔵式気孔欠陥の体積／欠陥領域の体積）＊欠陥領域の体積／予備成形体の体積＝実際に修復される部品における内蔵式気孔欠陥の体積／実際に修復される部品の体積であり、かつ気孔欠陥の体積割合に基づいて、サテライト粉末の割合、中空粉末の割合及び欠陥製造プロセスパラメータを調整する。

【0074】

その後、部品本体１００ａの欠陥において部品修復領域１００ｂを層ごとに印刷するＳ２０６を実行する。欠陥領域１０ａに対応する層について、欠陥製造粉末を使用して、欠陥製造プロセスパラメータに従って、該指定層の欠陥領域を印刷し、成形領域１１ａの部分は、成形粉末を使用して、対応するプロセスパラメータに従って、該指定層の成形領域を印刷する。一実施形態では、部品修復領域１００ｂと部品本体を緻密かつ冶金的に結合するために、印刷する前に部品修復領域１００ｂの外輪郭に印刷マージンを追加する必要がある。

【0075】

具体的には、欠陥製造粉末は、４５～１０６μｍの間の粒径を有し、欠陥製造粉末において、サテライト粉末の割合が５５～６５％であり、中空粉末の割合が２．９～３．１％である。一実施形態では、欠陥製造粉末はガスアトマイズ法で製造され、ガスアトマイズ法は、回転電極による製造方法と比べて、適切な範囲のサテライト粉末の割合及び中空粉末の割合をより容易に取得することができる。

【0076】

欠陥製造プロセスパラメータは、６００Ｗ～１０００Ｗのレーザ出力、４００ｍｍ／ｍｉｎ～８００ｍｍ／ｍｉｎの走査速度、１２ｇ／ｍｉｎ～２０ｇ／ｍｉｎの粉末送給速度、１ｍｍ～２ｍｍのスポット径、０．５ｍｍ～１ｍｍの走査間隔、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍの層厚さを含む。

【0077】

レーザ出力速度と粉末送給速度との比を調整することにより欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を制御するが、レーザ出力速度と粉末送給速度との比を低下させることにより欠陥領域における気孔欠陥の体積割合を増加させることができる。他の実施形態では、試行錯誤に基づいて欠陥製造プロセスパラメータを調整する。例えばＮ＋１回目の試行においてパラメータＡを調整し、その製造された気孔欠陥の体積割合がＮ回目の試行より増加する変化傾向があれば、引き続きパラメータＡを調整することにより、規格に合った体積割合を取得することである。別の実施形態では、毎回欠陥製造プロセスパラメータを調整した後の気孔欠陥の割合の変化を記録するパラメータデータベースを提供し、パラメータデータベースを参照して欠陥製造プロセスパラメータを調整することで、決定された割合の気孔欠陥を取得してもよい。

【0078】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、部品修復領域１００ｂの三次元モデルにおいて区画された欠陥領域１０ａ及び成形領域１１ａに対してモデル処理を行うＳ２０５をさらに含み、モデル処理は、マージン追加処理、スライシング処理及び経路計画処理を含んでもよい。具体的には、マージン追加処理は、印刷中に、欠陥領域１０ａ及び成形領域１１ａの境界が互いに冶金的に融着して接続することができるように、欠陥領域１０ａ及び成形領域１１ａの外周輪郭にそれぞれに印刷マージンを追加することを指し、該冶金的に融着して接続する方式は、２つの領域の境界にある溶融池が互いに重ね継ぎする冶金的結合であってもよく、２つの領域が上下層として溶融堆積する冶金的結合であってもよい。スライシング処理は、走査して得られた三次元モデルを複数の層にスライスし、その後の層ごとの印刷に基礎を提供することを指す。経路計画処理は、スライシング処理後に形成された複数の単層におけるレーザの走査経路を計画することを指す。各単層における欠陥領域１０ａ及び成形領域１１ａに対して異なる粉末送給器及びレーザ発生器を採用することができ、印刷方式は、各単層における欠陥領域１０ａ及び成形領域１１ａを順に印刷してもよく、同期に印刷してもよい。

【0079】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、印刷された部品修復体１ａに対して熱処理を行うＳ２０７をさらに含み、具体的には、上記熱処理は、応力除去熱処理又は組織調整溶体化処理などであってもよい。

【0080】

１つ以上の実施形態では、内蔵式気孔欠陥を有する予備成形体の製造方法は、印刷された部品修復体に対して表面処理を行うＳ２０８をさらに含み、具体的には、製造品の表面品質要件を満たすように、部品修復体１ａを研磨するか又は機械加工してもよい。

【0081】

１つ以上の実施形態では、成形用粉末は、本分野では、標準的なプロセスに従って製造され、標準的な化学的特性及び物理的特性を有する金属粉末を指し、対応するプロセスパラメータは、該成形用粉末に対応して印刷する業界内の標準的なパラメータであり、対応するプロセスパラメータに従って、成形用粉末を使用して製造された予備成形体は、気孔などの欠陥が発生しないか又は少量発生する。一実施形態では、欠陥領域１０ａと成形領域１１ａをうまく接続するために、通常、欠陥領域１０ａを製造する欠陥製造粉末材料に類似する粉末材料を標準粉末として選択する。一方、部品修復領域１００ｂと部品本体１００ａをよりうまく結合するために、両者は、類似するか又は同じである粉末成分を使用する。例えば、一実施形態では、前述した実施例における欠陥製造粉末材料に類似するＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金粉末又はＧＨ３５３６合金粉末を選択して成形領域１１ａを製造する。

【0082】

以下、前述した実施形態２で内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体１ａを製造する具体的な実施例を図５～図７を参照して説明する。

【0083】

ＧＨ３５３６鍛造品と同じ成分を有するＧＨ３５３６合金粉末を成形領域１１ａの製造粉末として選択する。

【0084】

まず、ＧＨ３５３６鍛造品における切り欠きがある損傷領域で機械加工して溝を形成して、溝の形状を、図５に示すように、上底のサイズが約７ｍｍ、下底のサイズが約３ｍｍ、深さが約２ｍｍの台形溝にして、部品本体１００ａを取得する。

【0085】

次に、溝形成領域に対して三次元走査して部品修復領域１００ｂの三次元構造モデルを取得する。

【0086】

その後、ＧＨ３５３６鍛造品において欠陥領域１０ａから鍛造品１００ａの表面までの深さが約２ｍｍ、欠陥領域１０ａにおける予備成形気孔欠陥の割合が約０．４５％～０．５５％であると指定する。

【0087】

その後、予備成形気孔欠陥の位置及び割合に基づいて、ＣＡＤモデリングソフトウェアより、台形溝の三次元モデルを下部欠陥領域１０ａ及び上部成形領域１１ａに区画する。

【0088】

その後、部品修復体１ａ内部の予備成形気孔欠陥領域と外部成形領域に対して、２つの領域の境界にある溶融池が互いに重ね継ぎして境界が緻密かつ冶金的に結合されるように、スライシング処理及び経路計画処理を行う。台形溝の辺と部品本体が重ね継ぎして緻密に冶金的に結合されるように台形溝の傾斜辺全体に約０．５個のスポットのマージンを追加して、下部予備成形気孔欠陥領域と上部成形領域の三次元モデルのスライシング処理及び経路計画処理を行う。

【0089】

その後、同期粉末送給に基づくレーザ溶融堆積付加製造方法で予備成形体内部の予備成形気孔欠陥領域を充填し、使用された粉末は、ガスアトマイズ法で製造されたＧＨ３５３６高温合金粉末であり、主な化学元素の質量分率は、Ｎｉ：４６％、Ｃ：０．０５５％、Ｃｒ：２２％、Ｃｏ：２．０％、Ｍｏ：９．５％、Ｗ：０．７％、Ｆｅ：１９．０％、Ｓｉ：０．３５％、Ｍｎ≦０．０１％、Ｐ≦０．００８％、Ｓ≦０．００５％、Ｏ≦０．０２％、Ｎ≦０．０２％であり、残りが他の微量元素であり、粒径は、４５～１０６μｍであり、中空粉末の割合は約３％であり、サテライト粉末の割合は約６５％である。成形プロセスパラメータは、レーザ出力が６００Ｗであり、走査速度が８００ｍｍ／ｍｉｎであり、粉末送給速度が１２ｇ／ｍｉｎであり、スポット径が１ｍｍであり、走査間隔が０．５ｍｍであり、層厚さが０．１５ｍｍであり、充填して予備成形気孔欠陥領域１１ａの成形を完了する。その後、成形に対応する高温合金成形プロセスパラメータに従って上部溝の充填を完了して緻密で欠陥のない合金組織を取得する。

【0090】

その後、真空応力除去熱処理を行い、熱処理条件を６５０℃／４ｈとし、炉冷する。

【0091】

最後に、付加製造用の欠陥事前成形領域の表面を研磨して、製造品の表面品質要件Ｒａ≦０．６μｍに回復する。

【0092】

検査によると、ＧＨ３５３６鍛造品のレーザ溶融堆積修復体の予備成形欠陥領域の空隙率は約０．５４％であり、気孔直径は約＜１００μｍである。

【0093】

図８は、前述した方法で製造された予備成形体の気孔欠陥の研磨状態下の金属形態を示す。前述した方法で製造された予備成形体に複数の気孔１２ａが自然に発生し、かつ複数の気孔１２ａの組織構造は対応する連続性の特徴を有すると共に、実施形態２でのレーザ出力と粉末送給速度との比が実施形態１での対応値よりも小さいため、図４と比べて図８ではより多くの気孔欠陥が発生した。

【0094】

前述した実施形態で、内蔵式気孔欠陥を有する部品修復体の内部の気孔欠陥のシミュレートを実現して、自然に発生した気孔欠陥を有する部品修復体を取得し、さらに内蔵式気孔欠陥と付加製造用の部品修復体の確実性との関係を分析することで、金属付加製造成形の応用に強力な理論的裏付けを与えて、研究及び応用の面で高い将来性を有する。

【0095】

本発明は、好ましい実施例によって前記の通り開示されたが、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、種々の変更や修正をすることができる。そのため、本発明の技術的解決手段の内容から逸脱しない限り、本発明の技術趣旨に基づいて以上の実施例に対して行われたいかなる修正、等価物による変更及び修飾は、全て本発明の請求項に限定される範囲には含まれるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】