特表 2024-500460 ３Ｄ印刷可能な合金

(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】2024-01-09

(54)【発明の名称】３Ｄ印刷可能な合金

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/06 20060101AFI20231226BHJP

   C22C 21/00 20060101ALI20231226BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20231226BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20231226BHJP

   B22F 10/28 20210101ALN20231226BHJP

   C22C 19/07 20060101ALN20231226BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20231226BHJP

【ＦＩ】

C22C21/06

C22C21/00 L

C22C21/00 N

B33Y70/00

B33Y10/00

B22F10/28

C22C19/07 Z

C22C38/00 304

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023538026

(86)(22)【出願日】2021-12-21

(85)【翻訳文提出日】2023-08-10

(86)【国際出願番号】 US2021064732

(87)【国際公開番号】W WO2022140470

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】63/128,674

(32)【優先日】2020-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/239,486

(32)【優先日】2021-04-23

(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】516093851

【氏名又は名称】ダイバージェント テクノロジーズ， インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】１９６０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ａｖｅｎｕｅ，Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｅｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９０５０２ ＵＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】プン サイモン チャン チェオン

(72)【発明者】

【氏名】ヤップ チョー イェン

(72)【発明者】

【氏名】マーバリー フィンリー ヒュー

(72)【発明者】

【氏名】シライ タイキ トーマス

(72)【発明者】

【氏名】カスナクジアン シャハン ソグホモン

(72)【発明者】

【氏名】ケンワージー マイケル トーマス

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA14

4K018BA08

(57)【要約】

合金金属、及び合金金属から部品を作成する技術が開示される。本開示の一態様に係る装置は、合金からなる。このような合金は、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及びアルミニウム（Ａｌ）を含み、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎの含有は、合金の構造を生成し、この構造は、少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の降伏強度を有し、少なくとも１０パーセント（％）の伸びを有する。本開示の一態様による合金は、０～３．０重量％の範囲のＹを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇと、０～６．５重量％の範囲のＭｎと、０～５．０重量％の範囲のＺｒと、合金の残部としてのベース材料のＡｌを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

合金であって、
マグネシウム（Ｍｇ）と、
マンガン（Ｍｎ）と、
ジルコニウム（Ｚｒ）と、
アルミニウム（Ａｌ）と、
を含み、前記Ｍｇ、前記Ｍｎ及び前記Ｚｒの含有が前記合金の構造を形成し、前記構造は、少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の降伏強度を有し、少なくとも１０パーセント（％）の伸びを有する、合金。

【請求項2】

前記合金は、前記Ｍｇ、前記Ｍｎ、前記Ｚｒ及び前記Ａｌから本質的になる、請求項１に記載の合金。

【請求項3】

前記合金中の前記構造は、少なくとも１５０ＭＰａの降伏強度をもたらし、少なくとも１０％の伸びを有する、請求項１に記載の合金。

【請求項4】

イットリウム（Ｙ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｙの量は、前記合金の約３重量％以下である、請求項１に記載の合金。

【請求項5】

ハフニウム（Ｈｆ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｈｆの量は、前記合金の約７重量％以下である、請求項１に記載の合金。

【請求項6】

ガリウム（Ｇａ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｇａの量は、前記合金の約３５重量％以下である、請求項１に記載の合金。

【請求項7】

エルビウム（Ｅｒ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｅｒの量は、前記合金の約１５重量％以下である、請求項１に記載の合金。

【請求項8】

チタン（Ｔｉ）及びホウ素（Ｂ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｔｉの量は、前記合金の約１５重量％未満であり、前記合金中の前記Ｂの量は、前記合金の約７重量％未満である、請求項１に記載の合金。

【請求項9】

チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｔｉの量は、前記合金の約１５重量％未満であり、前記合金中の前記Ｖの量は、前記合金の約５重量％未満である、請求項１に記載の合金。

【請求項10】

リチウム（Ｌｉ）、銅（Ｃｕ）及び銀（Ａｇ）をさらに含み、前記合金中の前記Ｌｉの量は、前記合金の約３重量％未満であり、前記合金中の前記Ｃｕの量は、前記合金の約１０重量％未満であり、前記合金中の前記Ａｇの量は、前記合金の約２重量％未満である、請求項１に記載の合金。

【請求項11】

少なくとも鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）をさらに含む、請求項１０に記載の合金。

【請求項12】

前記合金の前記構造は、少なくとも１００ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１に記載の合金。

【請求項13】

前記合金の前記構造は、少なくとも１５０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１に記載の合金。

【請求項14】

前記合金の前記構造は、少なくとも２００ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１に記載の合金。

【請求項15】

前記合金の前記構造は、少なくとも１１％の伸びを有する、請求項１に記載の合金。

【請求項16】

前記合金の前記構造は、少なくとも９％の伸びを有する、請求項１に記載の合金。

【請求項17】

合金化金属コンポーネントを三次元的に印刷するための方法であって、
ベース材料を、第一の量のマグネシウム（Ｍｇ）、第二の量のジルコニウム（Ｚｒ）、及び第三の量のマンガン（Ｍｎ）と組み合わせて、ベース物質を生成するステップと、
前記合金化金属コンポーネントを前記ベース物質から三次元的に印刷するステップであって、前記第一の量のＭｇ、前記第二の量のＺｒ、及び前記第三の量のＭｎを前記ベース材料と組み合わせると、前記合金化金属コンポーネント中に構造が生成され、前記合金化金属コンポーネント中の前記構造は、少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の降伏強度を有し、少なくとも１０パーセント（％）の伸びを有する、ステップと、を含む方法。

【請求項18】

合金であって、
マグネシウム（Ｍｇ）であって、前記合金中の前記Ｍｇの量は、前記合金の約７重量％以下である、Ｍｇと、
マンガン（Ｍｎ）であって、前記合金中の前記Ｍｎの量は、前記合金の約６．５重量％以下である、Ｍｎと、
ジルコニウム（Ｚｒ）であって、前記合金中の前記Ｚｒの量は、前記合金の約５重量％以下である、Ｚｒと、
アルミニウム（Ａｌ）と、
を含む、合金。

【請求項19】

イットリウム（Ｙ）をさらに含み、前記合金中のＹの量は、前記合金の３．３重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項20】

ハフニウム（Ｈｆ）をさらに含み、前記合金中のＨｆの量は、前記合金の７重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項21】

ガリウム（Ｇａ）をさらに含み、前記合金中のＧａの量は、前記合金の３５重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項22】

エルビウム（Ｅｒ）をさらに含み、前記合金中のＥｒの量は、前記合金の１５重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項23】

チタン（Ｔｉ）及びホウ素（Ｂ）をさらに含み、前記合金中のＴｉの量は、前記合金の１５重量％以下であり、前記合金中のＢの量は、前記合金の７重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項24】

シリコン（Ｓｉ）をさらに含み、前記合金中のＳｉの量は、前記合金の２．５重量％以下である、請求項２３に記載の合金。

【請求項25】

チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）をさらに含み、前記合金中のＴｉの量は、前記合金の１５重量％以下であり、前記合金中のＶの量は、前記合金の５重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項26】

リチウム（Ｌｉ）、銅（Ｃｕ）及び銀（Ａｇ）をさらに含み、前記合金中のＬｉの量は、前記合金の３重量％以下であり、Ｃｕの量は、前記合金の１０重量％以下であり、前記合金中のＡｇの量は、前記合金の２重量％以下である、請求項１８に記載の合金。

【請求項27】

シリコン（Ｓｉ）をさらに含み、前記合金中のＳｉの量は、前記合金の１重量％以下である、請求項２６に記載の合金。

【請求項28】

チタン（Ｔｉ）をさらに含み、前記合金中のＴｉの量は、前記合金の１．５重量％以下である、請求項２７に記載の合金。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、「ＨＩＧＨ－ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＡＬＬＯＹＳ」と題され、２０２０年１２月２１日に出願された米国仮出願第６３／１２８，６７４号、及び「３－Ｄ Ｐｒｉｎｔａｂｌｅ ＡＬＬＯＹＳ」と題され、２０２１年４月２３日に出願された米国非仮出願第１７／２３９，４８６号の優先権を主張し、これらの出願は、本出願の譲受人に譲渡されており、あたかも本明細書に完全に記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、一般に合金材料に関し、より具体的には３Ｄ印刷可能な合金に関する。

【背景技術】

【0003】

付加製造（ＡＭ）とも呼ばれる三次元（３Ｄ）印刷は、自動車、航空機、ボート、オートバイ、バス、列車等の構造物をより効率的に構築する新たな機会を提供する。これらの製品を製造する産業にＡＭプロセスを適用することで、構造的に効率的な輸送構造物を製造できることが証明されている。例えば、３Ｄプリンタで作られたコンポーネントを使用して生産される自動車は、より強く、より軽くすることができ、その結果、より燃費が向上する。さらに、ＡＭによって、製造業者は、従来の鋳造、鍛造、及び機械加工技術によって製造された部品よりも、はるかに複雑で、より高度な特徴及び機能を備えた部品を３Ｄ印刷することができる。

【0004】

このような最近の進歩にもかかわらず、ＡＭ技術の実用化に関しては多くの障害が残っている。例えば、多くの既存の合金は、鋳造又は成形して比較的欠陥のない構造を製造することができるが、これらの合金を３Ｄ印刷すると、クラック及び／又は他の欠陥が生じる。特定の用途で特定の強度及び／又は延性を有するコンポーネントが望まれる場合、既存の合金を使用してコンポーネントを３Ｄ印刷すると、弱すぎたり脆すぎたりするコンポーネントになるため、製造業者は、従来の鋳造、鍛造、及び機械加工技術を使用してコンポーネントを製造することを余儀なくされる場合がある。

【発明の概要】

【0005】

３Ｄ印刷可能な金属合金のいくつかの態様及び特徴について、３Ｄ印刷技術を参照して以下により詳細に説明する。

【0006】

本開示の一態様に従う装置は、合金からなる。このような合金は、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及びアルミニウム（Ａｌ）を含み、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎを含有することで、合金の構造を生成し、この構造は、少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の降伏強度を有し、少なくとも１０パーセント（％）の伸びを有する。

【0007】

このような合金は、さらに任意に、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｎ、及びＡｌから本質的になる合金を含み、Ｍｇのある量が合金中に含まれ、Ｍｇのその量は少なくとも固溶体強化によって合金の構造を改質し、Ｚｒのある量が合金中に含まれ、Ｚｒのその量は少なくとも析出硬化によって合金の構造を改質し、Ｍｎのある量が合金中に含まれ、Ｍｎのその量は少なくとも固溶体強化及び析出硬化によって合金の構造を改質し、合金中の構造は、少なくとも１５０ＭＰａの降伏強度を生じ、少なくとも１０％の伸びを有する。

【0008】

このような合金は、さらに任意に、少なくとも１種の溶質を含んでもよく、少なくとも１種の溶質は、少なくとも析出硬化、結晶粒微細化、粒界強化、固溶体強化、等軸粒数、分散強化、又は合金の構造におけるトリアルミナイド粒子形成の促進によって合金の構造を改質する。

【0009】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、イットリウム（Ｙ）を含んでもよく、Ｙは、少なくとも析出硬化又はトリアルミナイド粒子形成の促進によって合金の構造を改質し、合金中のＹの量は、合金の約３重量％以下である。

【0010】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、ハフニウム（Ｈｆ）を含んでもよく、Ｈｆは、少なくとも析出硬化又はトリアルミナイド粒子形成の促進によって合金の構造を改質し、合金中のＨｆの量は、合金の約２重量％以下である。

【0011】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、ガリウム（Ｇａ）を含んでもよく、Ｇａは、少なくとも固溶体強化によって合金の構造を改質し、合金中のＧａの量は、合金の約３０重量％以下である。

【0012】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、エルビウム（Ｅｒ）を含んでもよく、Ｅｒは、少なくとも析出硬化又はトリアルミナイド粒子形成の促進によって合金の構造を改質し、合金中のＥｒの量は、合金の約１５重量％以下である。

【0013】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、チタン（Ｔｉ）及びホウ素（Ｂ）を含んでもよく、Ｔｉ及びＢは、少なくとも析出硬化及び粒界強化によって合金の構造を改質し、合金中のＴｉの量は、合金の約１重量％以下であり、合金中のＢの量は、合金の約０．５重量％以下である。

【0014】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）を含んでもよく、Ｔｉ及びＶは、少なくとも析出硬化及び粒界強化によって合金の構造を改質し、合金中のＴｉの量は、合金の約１重量％未満であり、合金中のＶの量は、合金の約２重量％未満である。

【0015】

このような合金の少なくとも１つの溶質は、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、銀（Ａｇ）、又はそれらの組合せを含む少なくとも１つの二次溶質を含んでもよい。このような合金は、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はそれらの組合せを含む少なくとも１つの三次溶質をさらに含んでもよく、少なくとも１つの二次溶質及び少なくとも１つの三次溶質は、合金の６．９重量％以下を構成する。

【0016】

合金の引張強度は、１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超でもよく、合金の伸びは、８～１６％の間で変化してもよい。

【0017】

本開示の一態様に従って合金化金属コンポーネント（ａｌｌｏｙｅｄ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を三次元印刷する方法は、第一の量のマグネシウム（Ｍｇ）をベース材料と組み合わせるステップと、ベース材料及び第一の量のＭｇを第二の量のジルコニウム（Ｚｒ）と組み合わせるステップと、ベース材料、第一の量のＭｇ、及び第二の量のＺｒを第三の量のマンガン（Ｍｎ）と組み合わせてベース物質を形成するステップと、ベース物質から合金化金属コンポーネントを三次元印刷するステップと、を含み、第一の量のＭｇ、第二の量のＺｒ、及び第三の量のＭｎをベース材料と組み合わせることにより、合金化金属コンポーネント中の構造を生成し、合金化金属コンポーネント中の構造は、少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の降伏強度を有し、少なくとも１０パーセント（％）の伸びを有する。

【0018】

以下の詳細な説明から、印刷可能な合金の他の態様が当業者に容易に明らかになることが理解されよう。ここでは、例示として、いくつかの実施形態のみを図示して、説明する。当業者には理解されるように、本開示の原理は、本発明から逸脱することなく、他の実施形態で実現することができる。したがって、図面及び詳細な説明は、本質的に例示的なものとみなされ、制限的なものとはみなされない。

【図面の簡単な説明】

【0019】

ここで、本開示の様々な態様が、添付の図面において、限定としてではなく、例として詳細な説明に提示される。

【0020】

【図1A】本開示の一態様に従う３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。

【図1B】本開示の一態様に従う３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。

【図1C】本開示の一態様に従う３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。

【図1D】本開示の一態様に従う３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。

【図1E】本開示の一態様に従う３Ｄプリンタシステムの機能ブロック図を示す。

【図2A】本開示の一態様に従う合金構造を示す。

【図2B】本開示の一態様に従う合金構造を示す。

【図2C】本開示の一態様に従う合金構造を示す。

【図3】本開示の一態様に従う構造の単位胞を示す。

【図4】本開示の一態様に従って、コンポーネントを付加製造するための例示的な方法を示すフロー図を示す。

【図5】本開示の一態様に従うアセンブリを示す。

【図6】本開示の一態様に従うアセンブリの断面図を示す。

【図7】本開示の態様に従うアセンブリのジョイントフィーチャを示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、３Ｄ印刷可能な合金の例示的な実施形態の説明を提供することを意図しており、本開示が実施され得る唯一の実施形態を示すことを意図していない。本開示を通して使用される「例示的」という用語は、「例、インスタンス、又は説明として役立つ」ことを意味し、必ずしも好ましいもの、又は有利なもの、として解釈されるべきではない。詳細な説明は、当業者に本開示の範囲を十分に伝える徹底的かつ完全な開示を提供する目的で、特定の詳細を含む。しかしながら、本発明は、これらの具体的な詳細なしに実施することができる。場合によっては、本開示を通じて提示される様々な概念を不明瞭にしないために、周知の構造及びコンポーネントをブロック図の形態で示すことも、あるいは完全に省略することもある。

【0022】

図１Ａ～図１Ｄは、例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。

【0023】

この例では、３Ｄプリンタシステムは、粉末床融合（ＰＢＦ）システム１００である。図１Ａ～図１Ｄは、動作の異なる段階中のＰＢＦシステム１００を示している。図１Ａ～図１Ｄに示される特定の実施形態は、本開示の原理を採用するＰＢＦシステムの多くの適切な例の１つである。また、本開示の図１Ａ～図１Ｄ及び他の図の要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないが、本明細書で説明される概念をよりよく例示する目的で、より大きく、又は小さく描かれている場合があることに留意すべきである。ＰＢＦシステム１００は、金属粉末の各層を堆積することのできるデポジッタ１０１と、エネルギービームを生成することのできるエネルギービーム源１０３と、エネルギービームを適用して粉末材料を融合することのできる偏向器１０５と、ビルドピース１０９等の１つ以上のビルドピースを支持することのできるビルドプレート１０７と、を含むことができる。「融合する（ｆｕｓｅ）」及び／又は「融合している」という用語は、粉末粒子の機械的結合を説明するために用いられるが、他の機械的作用（例えば、焼結、溶融）、及び／又は他の電気、機械、電気機械、電気化学、及び／又は化学結合方法は、本開示の範囲内にあるものと想定される。

【0024】

システム１００は、また、粉末床レセプタクル内に配置されたビルドフロア１１１を含むことができる。粉末床レセプタクル壁１１２は、一般に、側面から壁１１２の間に挟まれ、下のビルドフロア１１１の一部分に当接する粉末床レセプタクルの境界を画定する。ビルドフロア１１１は、デポジッタ１０１が次の層を堆積できるように、ビルドプレート１０７を徐々に下げることができる。メカニズム全体は、他のコンポーネントを封入することができるチャンバ１１３内に存在してもよく、それにより、機器を保護し、大気及び温度の調節を可能にし、汚染リスクを軽減する。デポジッタ１０１は、金属粉末等の粉末１１７を含むホッパー１１５と、堆積された粉末の各層の頂部を水平にすることができるレベラー１１９とを含むことができる。

【0025】

特に図１Ａを参照すると、この図は、ビルドピース１０９のスライスが融合された後、しかし、粉末の次の層が堆積される前のＰＢＦシステム１００を示している。実際、図１Ａは、ＰＢＦシステム１００が、例えば、１５０のスライスで形成されたビルドピース１０９の現在の状態を形成するために、複数の層、例えば、１５０の層でスライスをすでに堆積して、融合した時点を示している。すでに堆積された複数の層は、堆積されたが融合されていない粉末を含む粉末床１２１を作成した。

【0026】

図１Ｂは、ビルドフロア１１１が粉末層の厚さ１２３だけ下げることのできる段階におけるＰＢＦシステム１００を示している。ビルドフロア１１１が下がると、ビルドピース１０９及び粉末床１２１が粉末層の厚さ１２３だけ下がり、こうして、ビルドピース及び粉末床の頂部は、粉末層の厚さに等しい量だけ、粉末床レセプタクル壁１１２の頂部よりも低くなる。このようにして、例えば、粉末層の厚さ１２３に等しい一定の厚さを有する空間を、ビルドピース１０９及び粉末床１２１の頂部の上に作成することができる。

【0027】

図１Ｃは、デポジッタ１０１が、ビルドピース１０９及び粉末床１２１の頂部表面の上に作成され、粉末床レセプタクル壁１１２によって境界付けられた空間に粉末１１７を堆積するように配置される段階におけるＰＢＦシステム１００を示す。この例では、デポジッタ１０１は、ホッパー１１５から粉末１１７を放出しながら、定義された空間上を徐々に移動する。レベラー１１９は、放出された粉末を水平にして、粉末層の厚さ１２３と実質的に等しい厚さを有する粉末層１２５を形成することができる（図１Ｂを参照）。したがって、ＰＢＦシステム内の粉末は、例えば、ビルドプレート１０７、ビルドフロア１１１、ビルドピース１０９、壁１１２等を含むことができる粉末材料サポート構造によって支持することができる。粉末層１２５の図示された厚さ（すなわち、粉末層の厚さ１２３（図１Ｂ））は、図１Ａを参照して上で論じた１５０の以前に堆積された層を含む例に使用された実際の厚さよりも大きいことに留意されたい。

【0028】

図１Ｄは、粉末層１２５（図１Ｃ）の堆積に続いて、エネルギービーム源１０３がエネルギービーム１２７を生成し、偏向器１０５がエネルギービームを適用してビルドピース１０９内の次のスライスを融合する段階におけるＰＢＦシステム１００を示す。様々な例示的な実施形態において、エネルギービーム源１０３は、電子ビーム源であり得、その場合、エネルギービーム１２７は、電子ビームを構成する。偏向器１０５は、偏向板を含むことができ、偏向板は、電子ビームを選択的に偏向させて、電子ビームを融合するように指定された領域を横切って走査させる電場又は磁場を生成することができる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３は、レーザであり得、その場合、エネルギービーム１２７は、レーザビームである。偏向器１０５は、反射及び／又は屈折を使用してレーザビームを操作して、融合される選択された領域を走査する光学システムを含むことができる。

【0029】

様々な実施形態において、偏向器１０５は、エネルギービーム源を回転及び／又は並進移動させてエネルギービームを配置することができる１つ以上のジンバル及びアクチュエータを含むことができる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３及び／又は偏向器１０５は、エネルギービームを変調することができ、例えば、エネルギービームが粉末層の適切な領域にのみ適用されるように、偏向器が走査するときにエネルギービームをオン及びオフにすることができる。例えば、様々な実施形態において、エネルギービームは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって変調することができる。

【0030】

図１Ｅは、本開示の一態様に従う３Ｄプリンタシステムの機能ブロック図を示す。

【0031】

本開示の一態様では、コンピュータソフトウェアを含む制御デバイス及び／又は要素は、ＰＢＦシステム１００に結合されて、ＰＢＦシステム１００内の１つ以上のコンポーネントを制御してもよい。そのようなデバイスは、コンピュータ１５０であってもよく、コンピュータ１５０は、ＰＢＦシステム１００の制御を支援し得る１つ以上のコンポーネントを含んでもよい。コンピュータ１５０は、１つ以上のインターフェース１５１を介して、ＰＢＦシステム１００、及び／又は他のＡＭシステムと通信してもよい。コンピュータ１５０及び／又はインターフェース１５１は、本明細書に記載の様々な方法を実装するように構成され得るデバイスの例であり、ＰＢＦシステム１００及び／又は他のＡＭシステムの制御を支援し得る。

【0032】

本開示の一態様では、コンピュータ１５０は、少なくとも１つのプロセッサ１５２と、メモリ１５４と、信号検出器１５６と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１５８と、１つ以上のユーザインターフェース１６０と、を備えてもよい。コンピュータ１５０は、本開示の範囲から逸脱することなく、追加のコンポーネントを含んでもよい。

【0033】

プロセッサ１５２は、ＰＢＦシステム１００の制御及び／又は操作を支援してもよい。プロセッサ１５２は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）と呼ばれることもある。メモリ１５４は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の両方を含んでもよく、プロセッサ１５２に命令及び／又はデータを提供してもよい。メモリ１５４の一部分は、また、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）を含んでもよい。プロセッサ１５２は、典型的には、メモリ１５４内に格納されたプログラム命令に基づいて、論理演算及び算術演算を実行する。メモリ１５４内の命令は、本明細書に記載される方法を実装するために（例えば、プロセッサ１５２によって）実行可能であってもよい。

【0034】

プロセッサ１５２は、１つ以上のプロセッサで実装された処理システムのコンポーネントを備えてもよいし、そのコンポーネントであってもよい。１つ以上のプロセッサは、汎用マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、浮動小数点ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、コントローラ、状態機械、ゲート論理、離散ハードウェアコンポーネント、専用ハードウェア有限状態機械、又は計算又は情報の他の操作を実行できる他の適切なエンティティの任意の組合せで実装されてもよい。

【0035】

プロセッサ１５２は、また、ソフトウェアを格納するための機械可読媒体を含んでもよい。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語等と呼ばれるかどうかにかかわらず、任意のタイプの命令を意味するように広義に解釈されるものとする。命令は、コード（例えば、ソースコード形式、バイナリコード形式、実行可能コード形式、ＲＳ－２７４命令（Ｇコード）、数値制御（ＮＣ）プログラミング言語、及び／又はコードの他の任意の適切な形式）を含んでもよい。命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、処理システムに、本明細書で説明する様々な機能を実行させる。

【0036】

信号検出器１５６は、プロセッサ１５２及び／又はコンピュータ１５０の他のコンポーネントによって使用するために、コンピュータ１５０が受信した信号の任意のレベルを検出して、定量化するために使用されてもよい。信号検出器１５６は、エネルギービーム源１０３の電力、偏向器１０５の位置、ビルドフロア１１１の高さ、デポジッタ１０１に残っている粉末１１７の量、レベラー１１９の位置、及び他の信号等の信号を検出してもよい。ＤＳＰ１５８は、コンピュータ１５０が受信した信号の処理に使用されてもよい。ＤＳＰ１５８は、ＰＢＦシステム１００に送信するための命令及び／又は命令のパケットを生成するように構成されてもよい。

【0037】

ユーザインターフェース１６０は、キーパッド、ポインティングデバイス、及び／又はディスプレイを備えてもよい。ユーザインターフェース１６０は、コンピュータ１５０のユーザに情報を伝える、及び／又はユーザからの入力を受信する、任意の要素又はコンポーネントを含んでもよい。

【0038】

コンピュータ１５０の様々なコンポーネントは、インターフェース１５１によって一緒に結合されてもよく、インターフェース１５１は、例えば、バスシステムを含んでもよい。インターフェース１５１は、データバスを含んでもよいが、データバスに加えて、例えば、電源バス、制御信号バス、及びステータス信号バスを含んでもよい。コンピュータ１５０のコンポーネントは、何らかの他の機構を用いて、互いに結合されてもよいし、あるいは互いに入力を承認又は提供してもよい。

【0039】

図１Ｅには、多数の個別のコンポーネントが図示されているが、コンポーネントの１つ以上が組み合わされるか、又は共通に実装されてもよい。例えば、プロセッサ１５２は、プロセッサ１５２に関して上述した機能性を実装するだけでなく、信号検出器１５６、ＤＳＰ１５８、及び／又はユーザインターフェース１６０に関して上述した機能性を実装するために使用されてもよい。さらに、図１Ｅに図示されたコンポーネントのそれぞれは、複数の個別の要素を使用して実装されてもよい。

【0040】

（合金組成物）
図２Ａ及び図２Ｂは、本開示の一態様に従う合金構造を示す。

【0041】

図２Ａは、合金構造２００に含まれるベース材料原子及び溶質２０４原子を有する合金構造２００を示す。本開示の一態様では、合金構造２００は、ベース材料の下にある構造を有してもよく、その構造は、例えば、立方構造（すなわち、ベース材料の原子は、立方体の各角部に位置する）、面心立方構造（すなわち、ベース材料の原子が立方体の角部及び少なくとも１つの面に位置する）等の結晶型又は周期構造であってもよい。例えば、ベース材料として、アルミニウム（Ａｌ）金属は面心立方（ｆｃｃ）構造で編成し、チタンは体心立方（ｂｃｃ）構造又は六方最密充填（ｈｃｐ）構造で編成すること等である。図２Ａに示すように、ベース材料２０２の原子は、ベース材料層２０８等の層に編成することができ、その層は、置換溶質２０４の１つ以上の原子を含むことができる。

【0042】

図２Ａでは、合金構造２００のベース材料構造は、立方構造として示されているが、合金構造２００に関して説明される原理は、本開示の範囲から逸脱することなく、任意のベース材料構造の編成に適用されてもよい。図２Ａでは、合金構造２００内のいくつかの位置において、ベース材料２０２は、溶質２０４によって置換されている。置換アプローチでは、溶質２０４が合金構造２００のベース材料構造内のベース材料２０２を置換するので、合金は、「置換型合金」と呼ばれることがある。本開示の一態様では、溶質２０４は、ベース材料２０２の置換として作用する１つ以上の異なる原子及び／又は化合物であってもよい。例えば、限定するものではないが、ベース材料２０２は、鉄（Ｆｅ）であってもよく、溶質２０４は、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、及び／又はスズ（Ｓｎ）のうちの１つ以上であってもよい。溶質２０４がベース材料２０２とほぼ同じ原子サイズである場合、置換型合金が形成されることがある。

【0043】

図２Ｂでは、合金構造２１０は、図２Ａに示したベース材料構造と同様に、立方構造内にベース材料２１２を有する。図２Ａと同様に、合金構造２１０に関して説明される原理は、本開示の範囲から逸脱することなく、任意のベース材料構造の編成に適用されてもよい。合金構造２１０は、また、溶質２１４も含む。溶質２１４は、ベース材料２１２の位置以外の位置、すなわち、合金構造２１０のベース材料構造内の格子間位置で合金構造２１０に含まれる。本開示のそのような態様では、溶質２１４が合金構造２１０のベース材料構造内の格子間位置で構造の一部をなすので、ベース材料２１２にそのような添加物を有する合金を「侵入型合金」と呼ばれることがある。そのような態様では、溶質２１４は、合金構造２１０のベース材料構造への格子間挿入として作用する１つ以上の異なる原子及び／又は化合物であってもよい。例えば、限定するものではないが、ベース材料２１２は、アルミニウム（Ａｌ）であってもよく、溶質２１４は、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及び／又はマンガン（Ｍｎ）のうちの１つ以上であってもよい。侵入型合金は、溶質２１４がベース材料２１２よりも小さい原子サイズであるときに形成されることがある。図２Ｂに示すように、ベース材料２１２の原子は、ベース材料層２１８等の層内に編成することができ、ベース材料層２１８は、層の間に散在する格子間溶質２１４の１つ以上の原子を含んでもよい。

【0044】

図２Ｃは、ベース材料２２２、格子間溶質２２４、及び置換溶質２２６を含むことができる合金構造２２０を有する組合せ合金の例を示す。図２Ｃに示すように、ベース材料２２２の原子は、ベース材料層２２８等の層内に編成することができ、ベース材料層２２８は、置換溶質２０６の１つ以上の原子を含み、格子間溶質２２４の１つ以上の原子とともに散在してもよい。

【0045】

本開示の態様は、置換型合金、侵入型合金、及び所与の合金中の置換／格子間溶質の組合せを有する組合せ合金を含むことができる。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、ベース材料（例えば、ベース材料２０２，２１２，及び２２２）は、１つ以上の元素を含んでもよく、例えば、ベース材料は、複数の２つの材料、例えば、銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）であってもよい。ベース材料（ｂａｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）における「ベース（ｂａｓｅ）」の使用は、ベース材料が合金の組成の大部分であることを意味し得るが、そのような意味は、本開示の多くの態様において必ずしも常に当てはまるとは限らない。様々な実施形態では、異なる材料が異なる原子編成、例えば、ｆｃｃ、ｂｃｃ、立方体、ｈｃｐ等を有するので、ベース材料は、合金の下層構造を示してもよい。

【0046】

本開示の一態様では、溶質をベース材料に含めて、ベース材料が示す１つ以上の特性を変化させることができる。例えば、限定するものではないが、炭素（Ｃ）をＦｅに添加して強度を高め、酸化を低減してもよい。換言すれば、ベース材料構造中の原子間の結合の特性を変化させるために、ベース材料に不純物として溶質を添加してもよい。

【0047】

多くの材料及び多くの合金において、所与の用途に対するその材料／合金の適合性を決定するいくつかの基本的特性が存在する。例えば、限定するものではないが、強度、耐熱性、及び延性は、特定の用途において重要になり得る３つの特性である。

【0048】

図２Ａ～図２Ｃに示すように、ベース材料及び溶質を含み得る合金の構造は、その基礎となる原子編成（例えば、ｆｃｃ、ｂｃｃ、ｈｃｐ等）の観点から分類することができる。合金構造は、いくつかの方法で作製することができるが、それらの方法は、主に、ベース材料を溶質（例えば、置換及び／又は格子間）と様々な比率及び／又は割合で混合することによって作られる。これは、様々なコンポーネントを製錬及び／又は溶融して均質な液体にし、液体を冷却して固体形態にすることによって行うことができる。

【0049】

結果として生じる合金構造は、侵入型、置換、多結晶、非晶質、又は様々な組合せにかかわらず、純粋な形態のベース材料の特性とは異なる合金の特性の値を提供する。例えば、金（Ａｕ）と銀（Ａｇ）との合金化は、得られる合金をより硬くする、すなわち、得られるＡｕとＡｇとの合金は、純Ａｕよりも高い引張強度を有する。純粋なベース材料構造が強度の低下を示し得る別の理由は、同じ元素の原子間の共有結合及び／又はイオン結合が制限されることである。合金は、原子サイズの混合物及び様々な価電子を含むために、合金の構造中の原子のいくつかは、わずかに異なるサイズ及び／又は異なる局所的電気特性を有し得るので、ベース材料層２０８，２１８，及び２１０等のベース材料編成中の層が互いに対してシフトすることがより困難になり、原子の編成がもはや均一でなくなると、隣接する原子間の局所的な結合強度が増加し得る。合金の強度のこの増加は、置換溶質のサイズのわずかな差異、格子間溶質の包含、及び／又は他の理由によるものであり得る。

【0050】

（金属の強化機構）
図２Ａ～図２Ｃに付随する説明に関して見られるように、ベース材料の強度を増加させるための複数の方法が存在し得る。所与の材料の「強度」は、複数の方法で記載することもできる。材料を破壊するのに必要な力の量は、しばしば、材料の「引張強度」又は「極限引張強度」と呼ばれるが、材料を恒久的に曲げる又は変形させるのに必要な力の量は、材料の「降伏強度」と呼ばれることがある。いくつかの機構が、所与の材料の引張強度及び／又は降伏強度を増加させる原因となり得る。合金におけるそのような機構は、例えば、置換溶質、格子間溶質、又は置換溶質と格子間溶質との組合せのいずれかを導入することによって、合金構造におけるベース材料層間の「平滑性」を変化させることを含んでもよい。溶質の導入は、合金構造内に均一でない領域を作り出すことができ、合金内に「転位」と呼ばれることがある。

【0051】

転位は、応力場として知られる異なる引力及び／又は斥力を合金構造内に導入し得る。これにより、「ピン止め点」として知られる、合金構造内の力間に局所的な差が生じ、そのピン止め点に近接する構造の１つ以上のベース材料層の動きに対抗する。

【0052】

合金構造の単位体積当たりの転位の数を増加させることは、通常、純粋な形態のそのベース材料構造に対して合金の引張強度及び／又は降伏強度を増加させるであろう。しかしながら、各ベース材料について異なり得るある点を超えると、転位密度の増加は、合金の引張強度及び／又は降伏強度を低下させ始めるであろう。引力及び／又は斥力の局所的な差異が十分に広がると、合金の全体的な強度決定からのベース材料の引力及び／又は反発力の寄与を低減及び／又は排除することができる、あるいは、それは、合金構造を、合金構造内の原子の異なる下層編成（例えば、ｆｃｃからｂｃｃ等）に形態変化させることができる。

【0053】

したがって、転位密度をある程度まで増加させると、あるベース材料層を別のベース材料層に対して移動させるために必要な剪断力が増加する。これは、層内にある転位を動かすために追加の剪断力と、それらのベース材料層内のベース材料を動かすために必要とされる力とが必要だからである。転位を移動させるために必要な剪断力のこの増加は、合金における引張強度及び／又は降伏強度の増加として示される。

【0054】

しかしながら、ベース材料の強度を高めると、純粋な形状のときにベース材料が呈する他の特性が低下することがある。例えば、限定するものではないが、強度を高めると、そのベース材料の展性が低下する可能性がある。材料が強いほど、屈曲させたり、窪ませたりすることがより困難であることが知られ得る。材料の展性及び／又は伸長能力は、しばしば、材料の「延性」と呼ばれる。材料がどれだけ強くなるか、すなわち、材料が力に抵抗する能力が変化すると、しばしば、材料がどれだけ「加工可能」になるか、すなわち、材料の破壊ではなく材料の変形によって力を吸収する能力が変化する。本明細書の議論の多くは材料の強化に言及しているが、本開示の一態様では、合金の延性に著しい影響を及ぼすことなく、所与の合金の強度を改善することができる。

【0055】

（加工硬化）
純粋なベース材料の典型的な構造は、規則的で、ほぼ欠陥のない格子であってもよい。「加工硬化」によって材料を硬化させるために、転位は、材料を形成又は「加工」することによってベース材料に導入される。これらの転位は、材料内の応力場の局所的な変動を生じさせる可能性があり、ベース材料の構造をわずかに再編成する。

【0056】

ベース材料の加工硬化を、機械的及び／又は熱的応力をベース材料に加えることによって達成してもよい。例えば、Ｃｕのシートは、材料の厚さを減らすために、ハンマー加工しても、延伸しても、あるいは加圧ローラーに通してもよい。これらの機械的応力は、Ｃｕ構造（面心立方である）に転位を導入する。このＣｕの形成は、硬度（強度）を増加させ、弾性（一般に「延性」と呼ばれる）を低下させる。同様の硬化は、熱サイクル、例えば、材料を「焼き戻す」ための炉や鉄の焼き入れで行われるように、材料の加熱及び冷却によって達成することができる。

【0057】

上述のように、ベース材料の「加工」が特定の点を超えて継続する場合、ベース材料は、過度に高い濃度の転位を含みことになり、これは、微小破壊及び／又は目に見える破壊等の破壊をもたらすことがある。そのような破壊は、例えば、ベース材料の加工中及び／又は加工後の材料の１つ以上の加熱及び冷却サイクルを通して可逆的であり得る。このような材料の加熱及び冷却は、ベース材料の「アニール」と呼ばれることもある。

【0058】

合金を形成するために置換及び／又は格子間溶質を導入することなく、ベース材料に加工硬化を実施してもよい。また、ベース材料と溶質を含む合金に加工硬化を行ってもよい。

【0059】

（固溶体強化）
本開示の一態様では、置換溶質及び／又は格子間溶質をベース材料に添加してもよく、これにより、合金構造に置換点欠陥及び／又は格子間点欠陥をもたらすことができる。溶質原子は、格子歪みを合金構造にもたらすことがあり、この格子歪みが転位運動を妨げる。転位運動が妨げられると、材料の強度が増加する。ベース材料を強化するこの特定の機構は、「固溶体強化」と呼ばれることがある。

【0060】

固溶体中での強化において、溶質原子が存在すると、圧縮又は引張応力を合金構造格子に導入することができ、これは、近くの転位と相互作用し得、溶質原子を、互いに対する構造の層の移動に対する潜在的バリアとして作用させる。これらの相互作用は、所与の合金の引張強度及び／又は降伏強度を増加させることがある。

【0061】

固溶体強化は、一般に、合金構造中に存在する溶質原子の濃度に依存する。所与の合金にどの特定の元素を含めるかを決定するときに考慮され得る置換及び／又は格子間溶質原子のいくつかの物理的特性には、溶質原子の剪断弾性率、溶質原子の物理的サイズ、溶質原子の価電子の数（「価数」としても知られる）、及び溶質応力場の対称性等の特性があり得る。

【0062】

（析出硬化）
溶融金属合金が冷えるにつれて、ベース材料原子は、他のベース材料原子との結合を形成する代わりに、分子を形成しても、及び／又は溶質（又は他の不純物）と直接結合してもよい。ベース材料と溶質又は不純物との間に形成される分子／結合は、純粋なベース材料構造及び／又は純粋な溶質構造とは異なる局在化特性を生じる可能性が高い。これらの特性の１つは、純粋なベース材料及び／又は純粋な溶質の融点と異なり得る分子の融点であってもよい。

【0063】

本開示の一態様では、分子は、純粋なベース材料及び／又は純粋な溶質よりも高い温度で硬化し得、これは、合金構造中に転位を生成し得る。これらの転位は、合金構造の異なる「相」と呼ばれることもある合金構造内に下位構造（ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を生成してもよい。合金構造内の異なるサイズの分子は、ベース材料層が合金構造内で相互に対して移動することをより困難にし得るため、これらの分子は、より強力な合金の生成を支援することがある。

【0064】

得られる合金の強度に影響を及ぼす場合、温度に対する「固溶性」の変化と呼ばれることもある分子の特性のこの変化は、「析出硬化」メカニズムと呼ばれることがある。合金に含まれる元素の融点は異なり得るため、析出硬化（「析出強化」としても知られる）は、温度に依存することがある。

【0065】

析出硬化は、温度に対する固溶性におけるこれらの変化を使用して、転位の移動を妨げる不純物相又は「第二の相」の微粒子、例えば、上述のような分子を生成する。第二の相の析出物を構成するこれらの粒子は、同様にピン止め点として作用する。

【0066】

粒子は、ベース材料と同様のサイズ、又はコヒーレントなサイズであってもよい。粒子及びベース材料のサイズが十分に類似している場合、合金構造は、比較的コヒーレントなままであることができ、例えば、ｂｃｃ又は立方形態のままであることができる。しかしながら、合金構造の局所領域において、湾曲及び／又は窪みがベース材料層に存在することがある。このメカニズムは、合金構造の「コヒーレンシー硬化（ｃｏｈｅｒｅｎｃｙ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）」と呼ばれることがあり、これは固溶体硬化と同様である。

【0067】

粒子がベース材料とは異なる剪断応力に対する応答を有する場合、この差は、合金構造内の張力及び／又は内部応力を変化させることがある。剪断応力に対するこの応答は、「剪断弾性率」として知られており、粒子は異なる量の応力に耐えることができるので、合金構造が耐えることができる応力の総量を増加させることができる。この析出硬化のメカニズムは、合金構造の「モジュラス硬化（ｍｏｄｕｌｕｓ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）」と呼ばれることがある。

【0068】

析出硬化の他のタイプは、化学強化及び／又は規則化強化（ｏｒｄｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ）であってもよく、これらは、それぞれ、表面エネルギー及び／又は合金構造内の粒子の規則化構の変化である。これらのメカニズムの任意の１つ以上は、本開示の態様において、合金における析出硬化の一部として存在し得る。

【0069】

（分散強化）
析出硬化と同様に、分子の性質が変化し、合金構造内でベース材料とは異なるサイズの粒子、分子、及び／又は溶質が散乱することで、合金構造内に転位が生じる可能性がある。これらの粒子は、析出硬化に使用される粒子よりも大きい場合があるが、ベース材料層が互いに対して移動する能力を低下させるメカニズムは、同様である。このメカニズムは、析出硬化と区別するために「分散強化」と呼ばれることがある。分散強化の一種は、合金構造中にベース材料の酸化物を導入することである。

【0070】

（粒界強化）
本開示の一態様では、合金構造の単位胞、例えば、ｆｃｃ、ｂｃｃ、又は立方構造の１つの立方体等は、合金構造内の「粒子」又は「結晶子」と呼ばれることがある。溶質は、合金構造内の平均粒径を変化させることによって合金構造に影響を及ぼすことがある。合金構造内の粒子が異なるサイズを有するとき、「粒界」として知られる隣接する粒子間の界面は、合金構造内の転位として作用する。粒界は、転位移動の境界として作用し、粒内のあらゆる転位は、隣接する結晶粒内で応力がどのように蓄積又は緩和されるかに影響を及ぼす。

【0071】

このようなメカニズムは、合金におけるベース材料の「粒界強化」と呼ばれることがある。本開示の一態様では、合金構造内の粒子は、異なる結晶配向、例えば、ｂｃｃ、ｆｃｃ、立方晶等を有し得る。これらの異なる配向及びサイズは、合金構造内に粒界を形成する。合金構造が外部応力を受けると、ベース材料層間の滑り運動が起こり得る。しかしながら、粒界は、ベース材料層が、滑り運動が起こり得る均一で平らな表面を有さないため、ベース材料層間の滑り運動に対する障害として作用する。

【0072】

（変態強化）
析出硬化に関して上述したように、ベース材料は、冷却速度、冷却温度、及び／又は他の要因に応じて異なる「相」に冷却することができる。例えば、チタン（Ｔｉ）は、α－チタン及びβ－チタンとして知られる２つの異なるタイプの粒子を形成し得る。α－チタンは、溶融チタン金属が低温で結晶化すると形成され、ｈｃｐ格子構造を形成する。β－チタンは、溶融チタンがより高い温度で結晶化すると形成し、ｂｃｃ格子構造を形成する。全体的な合金構造内のこれらの異なる構造は、より強い合金を生成する。その理由は、ベース材料層の互いの滑らかな界面は、ベース材料及び／又は溶質の異なる相の粒径及び格子構造の変化によって中断されるからである。合金を強化するためのこのメカニズムは、「変態強化」として知られている。

【0073】

本開示の一態様では、様々なベース材料及び／又は溶質の変形相は、合金の形成中に得られる合金を加熱及び／又は冷却すること、例えば、合金を特定の温度に加熱すること、合金を特定の速度で冷却すること、熱処理等の関数として生じてもよい。本開示の一態様では、所与の合金の３Ｄ印刷プロセス中、エネルギービーム源１０３の温度（例えば、エネルギービーム源１０３によって送達されるエネルギーの量）、エネルギービームが粉末床１２１を横切って移動する速度（例えば、偏向器１０５の速度）、及び／又は他の要因は、粉末床１２１に所望の温度プロファイルを供給するように選択されてもよい。例えば、限定するものではないが、所与の粉末１１７の加熱及び／又は冷却は、得られる合金中のベース材料及び／又は溶質の所望の相を生成するために、加熱及び／又は冷却プロファイルに近似するように選択されてもよく、また、異なる粉末１１７の異なる加熱及び／又は冷却は、その粉末１１７の得られる合金に所望の相を生成するために、異なる温度プロファイルを生成するように選択されてもよい。本開示の一態様では、ＰＢＦシステム１００によって送達される温度プロファイルは、また、組み合わせられた印刷／熱処理がより効率的な様式で行われ得るように、任意の印刷後熱処理を考慮してもよい。

【0074】

鉄（Ｆｅ）構造において、高レベルの炭素（Ｃ）及びマンガン（Ｍｎ）の溶質は、合金構造内に２つの異なる粒子を生成する。その２つは、ｂｃｃ格子構造であるフェライトと、体心正方（ｂｃｔ）格子構造であるマルテンサイトである。Ｆｅベースの合金構造内のこれらの異なる格子は、Ｆｅを鋼に強化する。その理由は、隣接するフェライト及びマルテンサイト格子構造がベース材料層界面の平面的連続性を破壊し、溶質（Ｃ及びＭｎ）が格子間溶質として作用してベース材料層平面をさらに破壊するからである。合金がどのように熱処理されるかに応じて、Ｆｅの他の格子構造、例えば、オーステナイト（ｆｃｃ格子構造を有する）、ベイナイト（マルテンサイトとはわずかに異なるサイズのｂｃｔ格子構造を有する）、セメンタイト（斜方晶Ｆｅ_３Ｃ）、及び／又は他の化合物も形成されてもよい。

【0075】

Ｆｅベースの合金構造におけるセメンタイトの生成等変態強化の形態は、合金構造内の「トリフェライト粒子形成」とも呼ばれることがある。当然、ベース材料がチタンである場合、そのような変態強化は、「トリチタン粒子形成」と呼ばれ得り、ベース材料がアルミニウム（Ａｌ）である場合、このような変態強化は、「トリアルミナイド粒子形成」等と呼ばれることがある。２つの格子間溶質を伴う、又は格子間溶質と置換溶質との間にベース材料等の他の形態の粒子が形成されてもよく、このような粒子は、本開示の範囲から逸脱することなく、接頭辞「ｄｉ－」（例えば、チタン及びホウ素の両方が溶質として使用される、二ホウ化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｂｏｒｉｄｅ）等）を有してもよい。ベース材料及び／又は溶質を含む、本質的にそれらからなる、及び／又はそれらからなる、化学的接頭辞、添え字、及び数値呼称で説明される、任意の数の異なる化合物が、本開示の範囲から逸脱することなく、合金内に作成されてもよい。

【0076】

（合金組成物）
本開示の一態様では、１つ以上のベース材料を使用して合金を作製してもよい。例えば、限定するものではないが、アルミニウム（Ａｌ）をベース材料として使用してもよい。しかしながら、Ａｌは、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）等の他の材料と混合されてもよく、及び／又は他の材料、例えば、高エントロピー合金（ＨＥＡ）材料等は、ベース材料としては単独で用いることができる。また、他の単一ベース材料も本開示の範囲から逸脱することなく、Ａｌの代わりに使用してもよい。

【0077】

本開示の一態様では、１つ以上の溶質も合金に含まれてもよい。例えば、限定するものではないが、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、ガリウム（Ｇａ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ルビジウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、及び／又は他の残留元素もしくは化合物が、本開示の範囲から逸脱することなく、含まれてもよい。

【0078】

本開示の一態様では、溶質をベース材料に添加して、ベース材料の引張強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、溶質をベース材料に添加して、ベース材料の引張強度を変化させてもよいが、ベース材料に溶質を導入すると、ベース材料の延性を低下させるという対応する効果を有さない場合がある。本開示の一態様では、溶質をベース材料に添加して、加工硬化、固溶体強化、析出硬化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化（例えば、トリアルミニド粒子形成、トリフェライト粒子形成、及び／又は他の変態の促進）のうちの１つ以上によって、本開示の範囲から逸脱することなく、ベース材料の構造を改質してもよい。

【0079】

（アルミニウムベースの合金）
本開示の一態様では、Ａｌをベース材料として使用して、合金の合金構造を形成してもよい。純粋な微細粒アルミニウムは、ｆｃｃ格子構造を示し、約７０メガパスカル（ＭＰａ）の引張強度を有し、約１０パーセント（％）の伸びを有することができる。

【0080】

本開示の一態様では、合金は、ベース材料としてのアルミニウムと、３つの溶質、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びマンガン（Ｍｎ）とを含むことができ、これらの溶質は、格子間溶質又は置換溶質であっても、あるいはそれらの何らかの組合せであってもよい。このような態様では、ベース材料、すなわちアルミニウムの構造は、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎの溶質の導入によって改変される。

【0081】

このような態様では、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に増加させるようなパーセンテージで、他の溶質と共に、Ｍｇのパーセンテージ質量を溶質としてＡｌのベース材料に添加してもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が異なる可能性がある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。さらに、合金に含まれるＭｇの割合を変えることによって、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｍｇの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２２５ＭＰａ超等に増加させてもよい。

【0082】

本明細書で使用するとき、合金中の溶質の質量パーセントは、溶質の質量を合金の質量で除して、１００を乗じたものに等しく、そして「重量％」として指定され得る。本開示の一態様では、Ｍｇを、得られる合金に対して０．５～５．０重量％の割合で合金に添加してもよい。Ｍｇは、本開示の範囲から逸脱することなく、他の比率、例えば、得られる合金に対して０．５～４．０重量％、０．５～３．０重量％、０．５～２．０重量％、０．５～１．０重量％等の比率で添加されてもよい。本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が結果として得られる合金に含まれるかに応じて、Ｍｇの他の比率を使用してもよい。

【0083】

本開示の一態様では、溶質としてＭｇを添加すると、少なくとも固溶体強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｍｇは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｍｇは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0084】

本開示の一態様では、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の引張強度を、得られる合金の合金構造の変更を通じて８０ＭＰａ超まで増加させるようなパーセンテージで、Ｚｒの質量パーセントを、ベース材料としてのＡｌ及び他の溶質に、溶質として添加してもよいが、異なる伸び特性を有することがある。例えば、限定するものではないが、Ｚｒの添加で、得られる合金の伸びを１０％超、例えば、１２％、１４％、１６％等に増加させてもよい。さらに、合金に含まれるＺｒの割合を変えることによって、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｚｒの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２２５ＭＰａ超等に増加させてもよい。

【0085】

本開示の一態様では、Ｚｒを、得られる合金に対して０．３～５．０重量％の割合で合金に添加してもよい。Ｚｒは、本開示の範囲から逸脱することなく、他の比率、例えば、得られる合金に対して０．３～４．０重量％、０．３～３．０重量％、０．３～２．０重量％、０．３～１．０重量％等の比率で添加してもよい。本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が結果として得られる合金に含まれるかに応じて、Ｚｒの他の比率を使用してもよい。

【0086】

本開示の一態様では、溶質としてＺｒを添加すると、少なくとも析出強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｚｒは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｚｒは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0087】

本開示の一態様では、Ｍｎの質量パーセントは、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超まで増加させるようなパーセンテージで、ベース材料としてのＡｌ及び他の溶質に溶質として添加されてもよい。本開示の一態様では、Ｍｎを、０．３～５．０重量％の割合で合金に添加してもよいが、異なる伸び特性を有することがある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の伸びは、９％、又は８％等まで減少する可能性がある。さらに、合金に含まれるＭｎの割合を変えることによって、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｍｇの割合を増加させることにより、得られる合金の引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２２５ＭＰａ超等に増加させてもよい。

【0088】

本開示の一態様では、Ｍｎを、得られる合金に対して０．３～５．０重量％の割合で合金に添加してもよい。Ｍｎは、本開示の範囲から逸脱することなく、他の比率、例えば、得られる合金に対して０．３～４．０重量％、０．３～３．０重量％、０．３～２．０重量％、０．３～１．０重量％等の比率で添加してもよい。本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が結果として得られる合金に含まれるかに応じて、Ｍｎの他の比率を使用してもよい。

【0089】

本開示の一態様では、溶質としてＭｎを添加すると、少なくとも固溶体強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｍｎは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｍｎは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0090】

本開示の一態様では、ベース材料としてのＡｌと、溶質としてのＭｇ、Ｚｒ及びＭｎとの合金を、本明細書では「ベース合金」と呼ぶことがある。このベース合金は、他の合金のベースライン混合物として役立つことがある。追加の溶質をこの合金に含めることができ、及び／又はＭｇ、Ｚｒ、及び／又はＭｎの重量％を、他の溶質を含めるために変更してもよい。このような合金は、本開示の範囲内にあるものとして本明細書に記載される。

【0091】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様によるベース合金は、０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、０．１～３．０重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～２．５重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．０～４．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、２．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～０．６重量％の範囲のＭｎ、０．１～０．８重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0092】

本開示の一態様では、溶質重量パーセント範囲のうちの１つを低減及び／又は制限することは、所与の合金中の１つ以上の他の溶質の重量パーセント範囲を増加及び／又は低減させる可能性がある。例えば、限定するものではないが、Ｍｎは、合金中に０．５～１．５重量％の範囲で含まれてもよい。溶質としてのＭｎのそのような低減及び／又は制限によって、異なる量のＭｇをその合金中に含むことが可能になることがあり、例えば、範囲は、当初の範囲０～７．０重量％から範囲２．５～９．０重量％にシフトしてもよい。そのような合金は、本開示の範囲から逸脱することなく、Ｚｒの当初の重量パーセント範囲を可能にし、特定の合金が含むことができるＺｒの量を１．０～４．０重量％に変更してもよい。

【0093】

（イットリウム）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのイットリウム（Ｙ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＹを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％、又は８％等まで減少する可能性がある。さらに、合金に含まれるＹの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｙの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２２５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られる合金は、引張強度を保持しながら、低減された伸びを有することがある。例えば、限定するものではないが、伸びは、８％まで減少する可能性があり、強度は１５０ＭＰａまで増加する可能性がある。

【0094】

本開示の一態様では、溶質としてＹを添加すると、少なくとも固溶体強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料を合金に使用するか、及び／又はどの他の溶質が合金に含まれるかに応じて、Ｙは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、変態強化（例えば、トリアルミネート粒子形成及び／又は他の変態の促進による）のうちの１つ以上を通して、合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｙは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0095】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～３．０重量％の範囲のＹを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇと、０～６．５重量％の範囲のＭｎと、０～５．０重量％の範囲のＺｒと、合金の残部としてのベース材料を含んでもよい。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、０．１～３．０重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～２．５重量％の範囲のＺｒ、０．０１～０．２重量％の範囲のＹ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．０～４．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、０．０２～０．３重量％の範囲のＹ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、２．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～０．６重量％の範囲のＭｎ、０．１～０．８重量％の範囲のＺｒ、０．２３～１．３重量％の範囲のＹ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0096】

本開示の一態様では、溶質重量パーセント範囲のうちの１つを低減及び／又は制限することは、所与の合金中の１つ以上の他の溶質の重量パーセント範囲を増加及び／又は低減させる可能性がある。例えば、限定するものではないが、Ｍｎは、合金中に０．８～２．０重量％の範囲で含まれてもよい。溶質としてのＭｎのそのような低減及び／又は制限によって、異なる量のＭｇをその合金中に含むことが可能になることがあり、例えば、範囲は、当初の範囲０～７．０重量％から範囲２．５～９．０重量％にシフトしてもよい。そのような合金は、本開示の範囲から逸脱することなく、Ｚｒの当初の重量パーセント範囲を可能にし、特定の合金が含むことができるＺｒの量を１．０～４．０重量％に変更してもよく、そのような合金に含まれ得るＹの量を０．３～３．３重量％に変更してもよい。

【0097】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｙの他の比例添加量を使用してもよい。

【0098】

本開示の一態様では、溶質としてＹを添加すると、少なくとも固溶体強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料を合金に使用するか、及び／又はどの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｙは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、変態強化（例えば、トリアルミネート粒子形成及び／又は他の変態の促進による）のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｙは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0099】

（ハフニウム）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのハフニウム（Ｈｆ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＨｆを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。

【0100】

さらに、合金に含まれるＨｆの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｈｆの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２１５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が低下する可能性がある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の引張強度は、１５０ＭＰａまで増加する可能性があり、伸びは、８％まで減少する可能性がある。

【0101】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～７．０重量％の範囲のＨｆを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としてのベース材料を含んでもよい。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、０．１～３．０重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～１．５重量％の範囲のＺｒ、０．１～０．８重量％の範囲のＨｆ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．０～３．５重量％の範囲のＭｇ、０．２～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、０．１～１．０重量％の範囲のＨｆ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、２．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．８重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．４重量％の範囲のＺｒ、０．５～１．５重量％の範囲のＨｆ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0102】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｈｆの他の比例添加量を使用してもよい。

【0103】

本開示の一態様では、溶質としてＨｆを添加すると、少なくとも析出硬化及びトリアルミニド粒子形成の促進（変態強化）の少なくとも一方を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料を得られる合金に使用するかに応じて、Ｈｆは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｈｆは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0104】

（ガリウム）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのガリウム（Ｇａ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＧａを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。

【0105】

さらに、合金に含まれるＧａの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｇａの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２１５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が低下する可能性がある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の引張強度は、１５０ＭＰａまで増加する可能性があり、伸びは、８％まで減少する可能性がある。

【0106】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～３５．０重量％の範囲のＧａを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としてのベース材料を含んでもよい。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、０．１～３．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．５～２．６重量％の範囲のＺｒ、７．０～２０．０重量％の範囲のＧａ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．８～４．９重量％の範囲のＭｇ、０．４～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．５～２．５重量％の範囲のＺｒ、１５．０～２５．０重量％の範囲のＧａ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、２．５～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．６重量％の範囲のＭｎ、０．４～１．８重量％の範囲のＺｒ、０．５～８．０重量％の範囲のＧａ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0107】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｇａの他の比例添加量を使用してもよい。

【0108】

本開示の一態様では、溶質としてＧａを添加すると、少なくとも固溶体強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させる可能性がある。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｇａは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｇａは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0109】

（チタン／ホウ素）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのチタン（Ｔｉ）及びある質量パーセントのホウ素（Ｂ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＴｉ及びＢを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。

【0110】

さらに、合金に含まれるＴｉ及びＢの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｔｉ及びＢの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２２５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が低下する可能性がある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の引張強度は、１５０ＭＰａまで増加する可能性があり、伸びは、８％まで減少する可能性がある。

【0111】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～１５．０重量％の範囲のＴｉ及び０～７．０重量％の範囲のＢを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としてのベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０～２．５重量％の範囲のＳｉを含んでもよい）。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、１．５～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．２～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～２．５重量％の範囲のＺｒ、１２．０～１８．０重量％の範囲のＴｉ、３．０～８．０重量％の範囲のＢ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０．５～１．８重量％の範囲のＳｉを含むことができる）。様々な実施形態は、例えば、１．５～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．２～１．４重量％の範囲のＭｎ、０．４～１．９重量％の範囲のＺｒ、０．２～０．４重量％の範囲のＴｉ、０．００５～０．１重量％の範囲のＢ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０．５～１．８重量％の範囲のＳｉを含むことができる）。様々な実施形態は、例えば、２．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～０．６重量％の範囲のＭｎ、０．１～０．８重量％の範囲のＺｒ、５．５～１０．０重量％の範囲のＴｉ、３．５～６．０重量％の範囲のＢ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０．５～１．８重量％の範囲のＳｉを含むことができる）。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0112】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｔｉ及びＢの他の比例添加量を使用してもよい。

【0113】

本開示の一態様では、溶質としてＴｉ及びＢを添加すると、少なくとも析出強化及び粒界強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させてもよい。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｔｉ及びＢは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｔｉは、置換溶質として作用する可能性があり、Ｂは格子間溶質として作用する。

【0114】

（チタン／バナジウム）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのチタン（Ｔｉ）及びある質量パーセントのバナジウム（Ｖ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＴｉ及びＶを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。

【0115】

さらに、合金に含まれるＴｉ及びＶの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｔｉ及びＶの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２１５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が低下する可能性がある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の引張強度は、１５０ＭＰａまで増加する可能性があり、伸びは、８％まで減少する可能性がある。

【0116】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～１５．０重量％の範囲のＴｉ及び０～５．０重量％の範囲のＶを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としてのベース材料を含んでもよい。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、０．１～３．０重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～２．５重量％の範囲のＺｒ、８．０～１３．５重量％の範囲のＴｉ、５．０～８．５重量％の範囲のＶ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、０．２～０．４５重量％の範囲のＴｉ、０．０５～０．７重量％の範囲のＶ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、１０．０～１５．０重量％の範囲のＴｉ、１．５～４．０重量％の範囲のＶ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0117】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｔｉ及びＶの他の比例添加量を使用してもよい。

【0118】

本開示の一態様では、溶質としてＴｉ及びＶを添加すると、少なくとも析出強化及び粒界強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させてもよい。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｔｉ及びＶは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｔｉ及びＶは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0119】

本開示の一態様では、溶質としてＴｉ及びＶを添加すると、少なくとも析出強化及び粒界強化を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させてもよい。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｔｉ及びＶは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｔｉ及びＶは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0120】

（エルビウム）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのエルビウム（Ｅｒ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＥｒを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。

【0121】

さらに、合金に含まれるＥｒの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｅｒの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２１５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が低下する可能性がある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の引張強度は、１５０ＭＰａまで増加する可能性があり、伸びは、８％まで減少する可能性がある。

【0122】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～１５．０重量％の範囲のＥｒを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としてのベース材料を含んでもよい。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、例えば、０．１～３．０重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～２．５重量％の範囲のＺｒ、１２．０～１５．０重量％の範囲のＥｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、１．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．３重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、２．０～７．０重量％の範囲のＥｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。様々な実施形態は、例えば、２．０～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．４重量％の範囲のＭｎ、０．１～１．８重量％の範囲のＺｒ、９．０～１３．０重量％の範囲のＥｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0123】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｅｒの他の比例添加量を使用してもよい。

【0124】

本開示の一態様では、溶質としてＥｒを添加すると、析出硬化及びトリアルミニド粒子形成の促進（変態強化）の少なくとも一方を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させてもよい。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｅｒは、また、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｅｒは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0125】

（リチウム／銅／銀）
本開示の一態様では、ある質量パーセントのリチウム（Ｌｉ）、ある質量パーセントの銅（Ｃｕ）、及びある質量パーセントの銀（Ａｇ）を、本明細書に記載のＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、及びＭｎのベース合金に溶質として添加してもよい。ベース合金に溶質としてＬｉ、Ｃｕ、及びＡｇを含めることによって、また、少なくとも１０％の伸びを保持しながら、得られる合金の合金構造の変更を通じて、得られる合金の引張強度を８０ＭＰａ超に向上させることができる可能性があるが、伸び特性が異なる可能性もある。例えば、限定するものではないが、伸びは、９％又は８％まで減少する可能性も、あるいは１２％、１４％、１６％等まで増加する可能性もある。

【0126】

さらに、合金に含まれるＬｉ、Ｃｕ及びＡｇの割合を変えることにより、得られる合金の引張強度を異なるようにしてもよい。例えば、限定するものではないが、Ｌｉ、Ｃｕ及びＡｇの割合を増加させることにより、引張強度を１００ＭＰａ超、１５０ＭＰａ超、２００ＭＰａ超、２１５ＭＰａ超等に増加させてもよい。得られた合金は、引張強度が向上する可能性があるが、伸び特性が低下する可能性がある。例えば、限定するものではないが、得られる合金の引張強度は、１５０ＭＰａまで増加する可能性があり、伸びは、８％まで減少する可能性がある。

【0127】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様による合金は、０～３．０重量％の範囲のＬｉ、０～２．０重量％の範囲のＡｇ、及び０～１０．０重量％の範囲のＣｕを添加して、ベース合金溶質に０～７．０重量％の範囲のＭｇ、０～６．５重量％の範囲のＭｎ、０～５．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としてのベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０～１．０重量％の範囲のＳｉ及び／又は０～１．５重量％の範囲のＴｉを含んでもよい）。本明細書に記載の重量パーセント範囲は、指定の範囲内で所望に応じて変更してもよい。様々な実施形態は、０．２～２．０重量％の範囲のＬｉ、０．０５～１．０重量％の範囲のＡｇ、及び１．０～７．０重量％の範囲のＣｕを添加して、例えば、１．５～５．５重量％の範囲のＭｇ、０．１～１．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～２．５重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０～１．０重量％の範囲のＳｉ及び／又は０～１．５重量％の範囲のＴｉを含んでもよい）。様々な実施形態は、０．２～２．０重量％の範囲のＬｉ、０．０５～１．０重量％の範囲のＡｇ、及び６．０～１０．０重量％の範囲のＣｕを添加して、例えば、３．５～７．０重量％の範囲のＭｇ、０．５～２．５重量％の範囲のＭｎ、０．３～１．５重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０～１．０重量％の範囲のＳｉ及び／又は０～１．５重量％の範囲のＴｉを含んでもよい）。様々な実施形態は、０．２～１．０重量％の範囲のＬｉ、０．０５～１．０重量％の範囲のＡｇ、及び０．３～３．０重量％の範囲のＣｕを添加して、例えば、１．５～５．５重量％の範囲のＭｇ、３．０～４．０重量％の範囲のＭｎ、０．８～３．０重量％の範囲のＺｒ、及び合金の残部としての１つ以上のベース材料を含んでもよい（いくつかの実施形態では、０～１．０重量％の範囲のＳｉ及び／又は０～１．５重量％の範囲のＴｉを含んでもよい）。ベース材料は、材料の組合せを含んでもよいが、本開示の一態様では、ベース材料は、単一の材料、例えば、アルミニウム、鉄、コバルト等であってもよい。

【0128】

本開示の範囲から逸脱することなく、どの他の溶質が最終的な合金に含まれるかに応じて、Ｌｉ、Ｃｕ及びＡｇの他の比例添加量を使用してもよい。

【0129】

本開示の一態様では、溶質としてＬｉ、Ｃｕ、及びＡｇを添加すると、析出硬化及びトリアルミニド粒子形成の促進（変態強化）の少なくとも一方を通じて、合金構造を変化させることによって、ベース材料としてのＡｌの引張強度を変化させてもよい。どのベース材料及び／又は他の溶質を結果として得られる合金に使用するかに応じて、Ｌｉ、Ｃｕ、及びＡｇはまた、本開示の範囲から逸脱することなく、加工硬化、析出硬化、固溶体強化、分散強化、粒界強化、及び／又は変態強化のうちの１つ以上を通して、得られる合金の強度を変化させてもよい。本開示の一態様では、Ｌｉは、格子間溶質として作用する可能性があり、Ｃｕ及びＡｇは、置換溶質として作用する可能性がある。

【0130】

（他のアルミニウム合金との組合せ）
図３は、本開示の一態様に従う構造の単位胞を示す。

【0131】

単位胞３００は、合金構造の単一の立方体を示し、これは、図３に示すように、面心立方（ｆｃｃ）構造である。理解を容易にするために、平面３０２が示されているが、単位胞（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）３００は、各交点において互いにほぼ垂直な６つの平面を有する。他の単位胞３００、例えば、ｂｃｃ、立方体、ｈｃｐ等も、本開示の範囲から逸脱することなく、可能である。

【0132】

平面３０２は、５つの原子位置によって記述され、その５つは、平面３０２の「コーナー」を画定する位置３０４、位置３０６、位置３０８、及び位置３１０と、観察者に最も近い単位胞の面内の平面３０２の「中心」を画定する位置３１２である。合金構造では、単位胞３００の大きなアレイが合金構造を画定するように、１つの単位胞３００が別の単位胞３００等に隣接していることもある。

【0133】

元素３１４は、この例では、平面３０２の位置３０４、３０６、３０８、及び３１０を含む単位胞３００のコーナーのそれぞれに位置する。元素３１６は、位置３１２を含む６つの平面のそれぞれの中心に位置する。すなわち、図３に示すように、位置３０４～３１０は、元素３１４によって占有され、位置３１２は、元素３１６によって占有される。元素３１４は、元素３１６と同じ材料／元素であっても、あるいは得られる合金の組成に応じて異なる材料／元素であってもよい。純粋な材料、例えば、アルミニウムの単位胞３００を有する合金構造では、各位置３０４～３１０及び位置３１２は、アルミニウムによって占められる。置換溶質を純アルミニウムのための合金材料として導入した場合、１つ以上の位置３０４～３１２は、合金材料、例えば、バナジウム、クロム等によって占有されてもよい。格子間溶質を純アルミニウムのための合金材料として添加した場合、そのような溶質は、例えば、位置３１８に位置してもよい。位置３１８は、位置３０６と位置３０４との間にあり、本開示の一態様では、平面３０２内にある。格子間溶質のための他の位置も、本開示の範囲から逸脱することなく可能である。

【0134】

図３に示すようにｆｃｃ単位胞を有するアルミニウムは、様々な溶質と合金化されている。いくつかのアルミニウム合金は、どの溶質が命名される合金に含まれるかに基づいて、標準化され、命名されている。例えば、限定するものではないが、国際合金指定システム（ＩＡＤＳ）は、アルミニウム合金について広く受け入れられている命名スキームであり、各合金は４桁の数字を使用して言及される。数字の一桁目は、合金に含まれる主要な溶質元素を示す。二桁目は、その溶質合金の任意の変形を示し、三桁目及び四桁目は、その系列における特定の合金を識別する。

【0135】

ＩＡＤＳにおいて命名された（すなわち、番号付けされた）アルミニウム合金に関して、１０００系の合金は、重量％による本質的に純アルミニウム含有量であり、他の数字は、そのような合金に関する様々な用途を表す。２０００系のアルミニウム合金はＣｕと合金化され、３０００系のアルミニウム合金はＭｎと合金化され、４０００系のアルミニウム合金はシリコン（Ｓｉ）と合金化され、５０００系のアルミニウム合金はＭｇと合金化され、６０００系のアルミニウム合金はＭｇとＳｉと合金化され、７０００系のアルミニウム合金はＺｎと合金化される。また、８０００系アルミニウム合金は、他の系指定によってカバーされない他の元素又は元素の組合せと合金化される。限定ではなく、例として、一般的なアルミニウム合金は、「６０６１」と呼ばれ、ＩＡＤＳ命名スキームによれば、主要な合金溶質としてＭｇ及びＳｉを有する。しかしながら、６０６１は、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）等の他の合金化溶質を様々な割合で有しており、「不純物」と呼ばれ得る他の溶質を一定割合未満にすることを許容する。６０６１に存在する溶質は、用途、製造業者、合金化公差、及び／又は他の理由に応じて、重量％の範囲を有することがある。

【0136】

しかしながら、そのような合金を作成する製造プロセスが、製錬、鍛造、及び／又は鋳造から３Ｄ印刷に変更されると、合金構造及び／又は合金構造内の単位胞３００の形成は、局所化される。３Ｄ印刷は、任意の所与の時間に合金構造全体の小さな部分にのみ熱エネルギーを印加するので、単位胞３００の形成は、例えば、鋳造片における全体的なスケールではなく、ビルドピース１０９における局所的なスケールで起こる。ビルドピース１０９の局所的対全体的熱エネルギー適用及び局所的対全体的冷却の結果として、アルミニウムのいくつかの命名された一般的な合金は、ビルドピース１０９に微小割れ目及び／又は他の有害な構造的欠陥を導入することなく、３Ｄ印刷することが困難であることが分かった。

【0137】

本開示の一態様では、本明細書で説明される合金のうちのいずれか１つ以上は、既知のアルミニウム合金と組み合わせてもよく、例えば、合金２１９５、合金２２１８、合金２５１９、合金６０６０、合金６０６１、合金７０１０等と組み合わせてもよく、これらは、３Ｄ印刷が困難なアルミニウム合金の３Ｄ印刷を可能にしてもよい。例えば、限定ではないが、合金６０６１（又は任意の他のＩＡＤＳで命名された合金）及び本開示の態様に従って説明される合金の粉末形態は、一緒に混合され、ホッパー１１５の中に配置されてもよく、本開示の図１Ａ～１Ｅに説明される構築プロセスは、溶融されると新しい合金を生成することができる、合金のその組み合わせのために行われてもよい。そのような態様では、ＩＡＤＳ番号付きの合金と同様の特性を有し得る混合金属複合材、ハイブリッド合金、及び／又は準合金（ｑｕａｓｉ－ａｌｌｏｙ）が作製され得る。

【0138】

本開示の一態様では、そのような合金が図１Ａ～図１Ｅに関して説明したように３Ｄ印刷されるとき、結果として得られる合金を作成するために使用される粉末１１７中の溶質のいくつかは、本開示の範囲から逸脱することなく、得られる合金から蒸発及び／又は別様に除去されてもよい。そのような態様では、個々の溶質及び／又はベース材料の割合は、粉末１１７に使用されるものから変化してもよい。そのような態様では、本明細書に記載のパーセンテージは、最終的に印刷された材料中のベース材料及び／又は溶質の最終的なパーセンテージを意味することもあり、及び／又は粉末１１７中のベース材料及び／又は溶質のパーセンテージを表すこともある。

【0139】

本開示の一態様では、異なるパーセンテージの各合金粉末材料を使用してもよく、例えば、ある実施形態は、５０％の本開示のベース合金及び５０％の合金２１９５を含むことができ、別の実施形態は、２５％の本開示のベース合金、２５％の合金６０６１、２５％の本開示のＴｉ－Ｖ合金、及び２５％の別の合金を含むこと等ができる。

【0140】

例えば、限定するものではないが、本開示の一態様では、合金２１９５は、本明細書に記載の１つ以上の合金と組み合わせてもよい。合金２１９５は、合金２１９５に含まれる多くの溶質が存在するという点で、比較的複雑な合金である。ＩＡＤＳ命名スケジュールと一致して、合金２１９５は、主要な合金溶質としてＣｕを有する。しかしながら、合金２１９５は、また、例えば、最終合金材料の特定の重量％以下のリチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、及び亜鉛（Ｚｎ）と、最終合金材料の特定の重量％未満の他の残留溶質とを含んでもよく、それでも、依然として「合金２１９５」という呼称を保持している。合金２１９５と本明細書に記載される１つ以上の合金とのそのような組合せにおける溶質の総パーセンテージは、本開示の範囲から逸脱することなく、合金全体の最大重量％で、例えば、２０％以下、１０％以下、９％以下、８％以下、７％以下等を有してもよい。

【0141】

本開示の一態様では、粉末、酸化物、コンポーネント、及び／又はベース合金（すなわち、Ａｌをベース材料とし、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｎを溶質とし、引張強度が８０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上の合金である）に含まれる元素の前駆体は、この粉末の混合物が本開示の図１Ａ～図１Ｅに記載される技法等の３Ｄ印刷技法を使用して印刷され得るように、ベース材料の粉末及び合金２１９５の溶質と混合されてもよい。ベース合金及び合金２１９５のパーセンテージは、粉末１１７の異なる混合物において変化してもよく、例えば、粉末１１７のある混合物は、５０％のベース合金粉末１１７及び５０％の合金２１９５粉末を含んでもよく、粉末１１７の別の混合物は、２５％のベース合金粉末１１７及び７５％の合金２１９５粉末を含んでもよく、粉末１１７のさらに別の混合物は、本開示の範囲から逸脱することなく、１０％のベース合金粉末１１７及び９０％の合金２１９５粉末１１７を含んでもよい等である。全ての溶質の総パーセンテージは、本開示の範囲から逸脱することなく、合金全体の最大重量％で、例えば、４０重量％以下、３０重量％以下、２０重量％以下、１０重量％以下、９重量％以下等を有してもよい。

【0142】

本開示の一態様では、ベース合金粉末１１７と合金２１９５粉末１１７とを均質な混合物にブレンドすることによって、ベース合金及び合金２１９５の組み合わせである合金をもたらす３Ｄ印刷が可能になり得る。得られる合金に組み合わされるベース合金及び合金２１９５の割合に応じて、最終材料の強度及び／又は延性は、合金２１９５と同様であってもよく、したがって、得られる合金は、性能特性に関して合金２１９５と同様の合金を３Ｄ印刷することを可能にする可能性がある。

【0143】

本開示の別の態様では、最終材料の性能特性を所与の用途に合わせて調整し得るように、ベース合金を複数のＩＡＤＳ名合金とブレンドしてもよい。本開示のベース合金、本開示のベース合金の変形例、及びＩＡＤＳで命名された合金を使用して、粉末形態の合金をブレンドして組み合わせ粉末１１７を作成する多くの可能性が、本開示の範囲内で可能である。

【0144】

図４は、本開示の一態様に従って、コンポーネントを付加製造するための例示的な方法４００を示すフロー図を示す。付加製造は、三次元印刷であってもよいし、あるいは別の付加製造プロセスであってもよい。図４の例示的な機能を少なくとも部分的に実行するオブジェクトは、例えば、コンピュータ１５０及びその中の１つ以上のコンポーネント、図１Ａ～図１Ｅに示すような三次元プリンタ、並びに上で参照した材料を形成するために使用され得る他のオブジェクトを含んでもよい。

【0145】

図４で識別されるステップは、本質的に、例示的であり、異なる順序又はステップのシーケンス、及び追加又は代替のステップが、同様の結果に到達するように、本開示で検討されるように着手されてもよいことを理解されたい。

【0146】

４０２において、ベース金属を第一の量のマグネシウム（Ｍｇ）、第二の量のジルコニウム（Ｚｒ）、及び第三の量のマンガン（Ｍｎ）と組み合わせて、ベース物質を生成してもよい。ベース金属は、アルミニウム（Ａｌ）又は他の単一元素材料であってもよいし、あるいは元素及び／又は材料の組合せであってもよい。

【0147】

４０４において、合金化金属コンポーネントは、ベース材料から三次元印刷され、第一の量のＭｇ、第二の量のＺｒ、及び第三の量のＭｎをベース材料と組み合わせると、合金化金属コンポーネント中に構造が生成され、合金化金属コンポーネント中の構造は、少なくとも８０メガパスカル（ＭＰａ）の降伏強度を有し、少なくとも１０パーセント（％）の伸びを有する。

【0148】

図５は、本開示の一態様に従うアセンブリを示す。

【0149】

図５は、少なくともノード５０２及びノード５０４を含むアセンブリ５００を示す。ノード５０２及びノード５０４は、１つ以上のジョイント５０６において結合される。ジョイント５０６は、様々なタイプの構造を含むことができ、そのうちの１つは、図５に舌部５０８として示されている。

【0150】

本開示の一態様では、付加製造によって、車両構造のためのノード５０２、ノード５０４等の複雑な構造の製造が可能になる。そのような態様では、マルチパートノードは、付加製造され、次いで、手動アセンブリ又は自動アセンブリセルのいずれかを通して、一緒に結合され、アセンブリ５００を形成してもよい。代替実施形態では、本明細書に記載される合金は、熱交換器等の集積コンポーネントを付加製造するために使用されてもよい。

【0151】

本開示の一態様では、車両アセンブリ、サブアセンブリ等は、付加製造されてもよい。これらのアセンブリ、サブアセンブリ等は、車両等のより大きなアセンブリを作成するために、他のコンポーネント、部品等と組み合わされてもよい。図５に示すように、本開示の態様は、車両用後部フレームを含んでもよい。そのような後部フレームアセンブリ５００は、１つ以上のジョイント５０６で一緒に結合されるノード５０２及び５０４を含んでもよい。そのようなジョイント５０６は、また、隣接する節の溝に結合される舌部５０８を含んでもよい。ジョイント５０６は、ジョイント５０６を構造的に結合するために、１つ以上の構造接着剤を組み込んでもよい。

【0152】

図６は、本開示の一態様に従うアセンブリの断面図を示す。

【0153】

図６に示すように、ジョイント５０６は、あるノード（この例ではノード５０２）からの舌部６００と、別のノード（この例ではノード５０４）の溝６０２とを含んでもよい。舌部６００及び溝６０２によって、ノード５０４に対するノード５０２の整列及び／又は結合が可能になってもよい。さらに、所与のノードは、アセンブリ５００の製造プロセス及び／又はアセンブリプロセスをより容易に、及び／又はより効率的にするために、舌部６００と溝６０２の両方を有してもよい。

【0154】

本開示の一態様では、ノード５０２及び５０４は、本明細書で説明する合金のうちの１つ以上を使用して、付加製造技法を使用して製造されてもよい。ノード５０２及び／又は５０４の付加製造によって、ノード５０２及び／又は５０４は、１つ以上のフィーチャ６０４を組み込むことが可能になり得るが、この組み込みは、他の製造技術を使用して製造すると、法外に高価になることも、あるいは非常に困難なこともある。

【0155】

本開示の一態様では、フィーチャ６０４は、所与のノードの強度、硬化（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ）、方向性圧縮、及び／又は拡張を提供してもよい。フィーチャ６０４は、フィーチャ６０４の一部であるノードの合金とは異なる合金で作製することができ、その結果、アセンブリ全体は、製造をより安価に、材料費をより安価に、製造をより効率的にすること等ができる。フィーチャ６０４は、ノード５０２／５０４の内部に向かって内向きに延在してもよく、ノード５０２／５０４の外部フィーチャであってもよく、あるいはノード５０２／５０４の内部及び外部フィーチャであってもよい。さらに、フィーチャ６０４は、本開示の範囲から逸脱することなく、所与のノード５０２／５０４の厚さを通して延在してもよい。いくつかの実施形態では、フィーチャ６０４は、さらに、自己支持型であってもよく、すなわち、付加製造プロセスの間、支持構造を伴わずに印刷されてもよい。

【0156】

図７は、本開示の一態様に従うアセンブリのジョイントフィーチャを示す。

【0157】

図７に示すように、舌部６００は、ジョイント５０６で溝６０２に結合される。本開示の一態様では、舌部６００は、ノード５０２の合金とは異なる合金から作製されてもよい。本開示の一態様では、溝６０２は、ノード５０４の合金とは異なる合金から作製されてもよい。本開示の一態様では、舌部６００は、ノード５０２がノード５０４に結合されたときに舌部６０２と溝６０４との間に間隙を有するように設計されてもよく、その結果、接着剤又は他の材料を舌部６００と溝６０２との間に配置してもよい。使用される材料は、構造接着剤であってもよく、ノード５０２、ノード５０４、舌部６００、及び／又は溝６０２を作製するために使用される合金と同様の構造特性を有してもよい。材料は、また、紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤等の硬化性接着剤であってもよい。

【0158】

本開示の一態様では、フィーチャ６０４は、「卵クレート（ｅｇｇ ｃｒａｔｅ）」のフィーチャであってもよく、これは、所与のノードの補強部材、構造コンポーネント、又は方向性強度部分として作用してもよい。例えば、限定ではないが、フィーチャ６０４は、ノード５０４が所与の方向及び／又は様式で圧縮し、別の方向及び／又は様式で圧縮に抵抗するように、ノード５０４上に配向されてもよい。そのようなフィーチャ６０４は、所与のノードが既知の方向に圧縮し、車両の衝突中に他の方向の圧縮に抵抗して、車両の乗員を保護するように、車両設計において有利であり得る。フィーチャ６０４は、また、本開示の範囲から逸脱することなく、ノードの内部及び／又はノードの外部のいずれかに空気力学的流れを提供してもよく、また所与のノードに他の特徴を提供してもよい。

【0159】

上述の説明は、本明細書で説明される様々な態様を当業者が実施できるようにするために提供される。本開示を通して提示されるこれらの例示的な実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に開示される概念は、本明細書に開示された例とは異なる方法で適用されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本開示を通して提示される例示的な実施形態に限定されることを意図するものではなく、請求項の文言と一致する全範囲に与えられるべきである。当業者に既に知られている、又は当業者に今後知られるようになる本開示を通して説明される例示的な実施形態の要素に対する全ての構造的及び機能的な均等物は、特許請求の範囲に含まれることが意図される。さらに、本明細書に開示されているものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公衆に捧げられることを意図していない。請求項のいかなる要素も、その要素が「のための手段」という語句を使用して明示的に列挙されていない限り、あるいは方法の請求項において、その要素が「のためのステップ」という語句を使用して列挙されていない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の規定に基づいて、あるいは適用される管轄区域の類似法に基づいて解釈されるべきではない。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】